JP2019039058A - 加熱装置、加熱方法および基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】真空下で処理される枚葉状の基板を、短時間で効率よくを昇温させ、しかもエネルギー消費を抑制する。
【解決手段】真空下で処理される枚葉状の基板Ｓを加熱する加熱装置１であって、基板を収容可能な第１室ＳＰ１および第２室ＳＰ２を有するチャンバ１１，２１と、外部空間と第１室との間を開閉する第１シャッタＳ１と、第１室と第２室との間を開閉する第２シャッタＳ２と、第１室を減圧する第１減圧部１４，１５と、第２室を減圧する第２減圧部２５，２６，２７と、減圧された第１室から減圧された第２室へ基板を搬送する搬送機構１２，２２と、第２室に搬送された基板に対し、基板の面内において略均一な熱量を付与して基板を加熱する均一加熱部２４と、第１室から第２室へ搬送中の基板に対し局所的に大きな熱量を付与して基板を加熱する局所加熱部２３とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、真空下で処理される枚葉状の基板を処理に先立って加熱する技術に関するものである。

例えばプラズマスパッタリング成膜装置のように、真空下で基板を処理する処理技術においては、基板が加熱された状態で処理に供されることがある。この場合、短いタクトタイムで良好に処理を行うために、基板を効率よく加熱することが必要である。

例えば特許文献１に記載の基板処理装置では、帯状基板の搬送経路に沿ってランプヒータとプレートヒータとが配置されている。ランプヒータは基板を短時間で急速に加熱する機能を、またプレートヒータは加熱された基板の温度低下を防止するとともに温度の均一性を向上させる機能をそれぞれ担う。この技術では、処理対象であるロール状に巻回された帯状基板の搬送経路の全体が真空状態に置かれている。

また例えば、特許文献２に記載のプラズマＣＶＤ装置では、製膜処理の対象となる枚葉状の基材が、大気中から導入加熱室および真空加熱室を介して製膜室に搬送される。導入加熱室では、内部空間が大気開放状態から真空吸引されるとともに、基材が赤外線ランプヒータにより加熱される。また、真空加熱室はパネルヒータにより常時一定の温度に保たれており、真空状態の導入加熱室から搬入される基材の温度低下が防止される。

特開２０００−２６０７２２号公報 特開２０１５−１９２０７７号公報

特許文献１に記載の技術は、基板の搬送経路全体が真空装置内に収容されている。このため、常圧環境である外部空間との間での基板の受け渡しを含むような枚葉状の基板の処理に適用することができない。一方、特許文献２に記載の技術は、外部空間から導入加熱室に搬送された基板をランプヒータで加熱することで基板を昇温させる構成である。この場合、均一な昇温のために基板全面をランプヒータで照射することが必要である。このため、特に大判の基板に対しては大型のランプヒータを用意する必要があり、消費電力も大きくなるという問題があった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、真空下で処理される枚葉状の基板を加熱する技術において、短時間で効率よく基板を昇温させることができ、しかもエネルギー消費を抑制することのできる技術を提供することを目的とする。

この発明の一の態様は、真空下で処理される枚葉状の基板を加熱する加熱装置であって、上記目的を達成するため、互いに連通しそれぞれが前記基板を収容可能な第１室および第２室を有するチャンバと、外部空間と前記第１室との間を開閉する第１シャッタと、前記第１室と前記第２室との間を開閉する第２シャッタと、前記第１室を減圧する第１減圧部と、前記第２室を減圧する第２減圧部と、減圧された前記第１室から減圧された前記第２室へ前記基板を搬送する搬送機構と、前記第２室に搬送された前記基板に対し、前記基板の面内において略均一な熱量を付与して前記基板を加熱する均一加熱部と、前記第１室から前記第２室へ搬送中の前記基板に対し局所的に、かつ単位面積当たりにおいて前記均一加熱部よりも大きな熱量を付与して前記基板を加熱する局所加熱部とを備えている。

このように構成された発明では、第１シャッタと第１減圧部とにより、大気開放された状態と減圧された状態との間で第１室を遷移させることができる。第１シャッタが開かれ第１室が大気開放された状態となることで、外部空間から基板の受け入れが可能である。一方、第２室は、減圧された第１室から基板を受け入れることができるので、常時減圧状態とすることが可能である。

そして、基板が第１室から第２室へ搬送される過程で、比較的大きな熱量を発する局所加熱部からの加熱により基板が急速に昇温される。基板を搬送しながら加熱を行うため、短時間で効率よく基板を昇温させることができる。また、局所加熱部は静止している基板を加熱する場合に比べて発熱部分の面積が小さくて済むため、エネルギー消費量の抑制を図ることが可能である。さらに、より面内均一性の高い熱量を発する均一加熱部により搬送後の基板が加熱されることで、基板の温度が均一化される。均一加熱部は基板を大きく昇温させる必要がないので、大きな熱量を発生する必要はない。

このように、本発明によれば、短時間で効率よく基板を昇温させることができ、しかもエネルギー消費を抑制することが可能である。

また、この発明の一の態様は、上記構成を有する加熱装置と、前記加熱装置の前記第２室と連通する処理室を有する処理チャンバと、前記第２室と前記処理室との間を開閉する第３シャッタと、前記処理室を減圧する第３減圧部とを備える基板処理装置である。

また、この発明の一の態様は、真空下で処理される枚葉状の基板を加熱する加熱方法であって、上記目的を達成するため、第１シャッタを介して外部空間と連通する第１室および第２シャッタを介して前記第１室と連通する第２室を有するチャンバの前記第１室に、前記第１シャッタを開状態として外部空間から前記基板を受け入れ、前記第１シャッタを閉状態として前記第１室を減圧する工程と、前記第１室および前記第２室が減圧された状態で、前記第２シャッタを開状態として前記基板を前記第１室から前記第２室に搬送する工程と、前記第２室に搬送された前記基板に対し、前記基板の面内において略均一な熱量を付与して前記基板を加熱する工程とを備え、前記第１室から前記第２室へ搬送中の前記基板に対し局所的に、かつ単位面積当たりにおいて前記略均一な熱量よりも大きな熱量を付与して前記基板を加熱する。

このように構成された発明では、上記発明と同様に、短時間で効率よく基板を昇温させることができ、しかもエネルギー消費を抑制することが可能である。

以上のように、本発明によれば、外部空間から基板を受け入れて減圧する第１室から、予め減圧された第２室へ基板が搬送される。そして、第２室内での基板の加熱に先立ち、第２室への搬送途中の基板に対して局所的に高い熱量が付与される。そのため、短時間で効率よく基板を昇温させることができる。高い熱量の発生は局所的であってよいため、エネルギー消費を抑制することが可能である。

成膜装置のうち前段部分の内部構造を表す側面図および上面図である。 成膜装置のうち後段部分の内部構造を表す側面図および上面図である。 成膜装置の電気的構成を示すブロック図である。 成膜装置の概略動作を示すフローチャートである。 減圧ユニットの動作を示すフローチャートである。 加熱ユニットの動作を示すフローチャートである。 成膜ユニットの動作を示すフローチャートである。 減圧ユニットおよび加熱ユニットの動作を示すタイミングチャートである。 成膜ユニットの動作を示すタイミングチャートである。 各時刻における装置各部の動作状態を模式的に示す第１の図である。 各時刻における装置各部の動作状態を模式的に示す第２の図である。 ランプヒータの他の配置例を示す図である。

図１ないし図３は本発明に係る処理装置の一実施形態である成膜装置の概略構成を示す図である。より具体的には、図１は成膜装置１のうち前段部分の内部構造を表す側面図および上面図である。また、図２は成膜装置１のうち後段部分の内部構造を表す側面図および上面図である。また、図３は成膜装置１の電気的構成を示すブロック図である。以下の説明における方向を統一的に示すために、図１に示すようにＸＹＺ直交座標軸を設定する。ＸＹ平面が水平面を表す。また、Ｚ軸が鉛直軸を表し、より詳しくは（−Ｚ）方向が鉛直下向き方向を表している。

この成膜装置１は、反応性プラズマスパッタリングにより処理対象である基板Ｓの表面に皮膜を形成する装置である。例えば、基板Ｓとしてのガラス基板や、樹脂製の平板、シート、フィルム等の一方表面に、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）などの金属酸化物皮膜を形成する目的に、この成膜装置１を適用することが可能である。なお、ここでは矩形、枚葉タイプの基板Ｓに対し成膜を行う場合を例として説明するが、基板Ｓは任意の形状を有するものであってよい。

なお、成膜対象である基板Ｓは、基板Ｓの平面サイズよりも大きな平面サイズの平板形状を有し、その中央部分に基板Ｓの平面サイズよりも少し小さな開口Ｔａが設けられたトレーＴに載置された状態で成膜装置１に搬入され処理される。より具体的には、基板ＳがトレーＴに載置されると、トレーＴのうち開口Ｔａの周縁部が基板Ｓの下面周縁部に当接することで、基板Ｓの下面中央部の下方を開放した状態で基板Ｓを保持する。そして、トレーＴの開口Ｔａに臨む基板Ｓの下面中央部に対し成膜が行われる。以下では、トレーＴが基板Ｓを保持することで一体化された構造体を、処理対象物たるワークＷｋと称する。図１および図２において、符号Ｐが付された一点鎖線はワークＷｋの搬送経路を示している。

成膜装置１は、常圧の外部空間から基板Ｓを含むワークＷｋを受け入れて基板Ｓに成膜を行うための処理ユニットとして、減圧ユニット１０、加熱ユニット２０および成膜ユニット３０を有するとともに、これらの各処理ユニットの動作を制御する制御ユニット９０を備えている。以下、各ユニットの構成について順次説明する。

減圧ユニット１０は第１チャンバ１１を備えており、外部空間から第１チャンバ１１内の処理空間ＳＰ１にワークＷｋを受け入れて、第１チャンバ１１内の雰囲気を排気することで処理空間ＳＰ１を減圧状態とする。すなわち、減圧ユニット１０は、後述するように減圧下で成膜処理を実行する成膜ユニット３０に対し、常圧の外部空間から受け入れたワークＷｋを受け渡すための圧力調整機能を有する。

より具体的には、図１および図３に示すように、減圧ユニット１０は、基板Ｓを水平姿勢に維持しつつワークＷｋをＸ方向に搬送する複数の搬送ローラ１２１とこれを駆動する駆動部（図示省略）とを含む搬送機構１２を備えている。搬送ローラ１２１はワークＷｋのうちトレーＴのＹ方向側両端部を支持しながら回転することにより、ワークＷｋをＸ方向に搬送する。搬送機構１２は制御ユニット９０に設けられた搬送制御部９２により制御されている。

第１チャンバ１１と、後述の第２チャンバ２１および第３チャンバ３１とは、それぞれ略直方体形状の外形を有する中空の箱型部材であり、底板の上面が水平姿勢となるように配置されている。これらのチャンバは例えばステンレス、アルミニウム等の金属を主たる材料として構成されるが、チャンバ内を視認可能とするために、例えば石英ガラス製の透明窓が部分的に設けられてもよい。

第１チャンバ１１の（−Ｘ）側側面には、ワークＷｋを通過させることのできる開口サイズを有する開口１１１が設けられている。該開口１１１には、制御ユニット９０に設けられたシャッタ開閉制御部９３により開閉制御される第１シャッタＳ１が設けられている。シャッタ開閉制御部９３からの制御指令により第１シャッタＳ１が開状態にあるとき、第１チャンバ１１内の処理空間ＳＰ１は大気開放状態となり、この状態で、外部からワークＷｋを受け入れることができる。すなわち、外部の搬送機構に設けられた搬送ローラＲ上を搬送されてくるワークＷｋが、開口１１１を介して第１チャンバ１１内へ搬入され、搬送機構１２に受け渡される。第１シャッタＳ１の閉状態では、処理空間ＳＰ１は外部空間から隔絶されて気密状態となる。

なお、外部空間から第１チャンバ１１へのワークＷｋの搬入については、上記のように搬送ローラＲによりワークＷｋが搬送される態様に限定されない。例えば、外部の搬送ロボットのハンドによってワークＷｋが保持され、該ハンドが開口１１１を介して第１チャンバ１１内に進入して搬送ローラ１２１にワークＷｋを載置する構成であってもよい。

第１チャンバ１１にはクライオポンプ１４およびドライポンプ１５が接続されている。制御ユニット９０に設けられたポンプ制御部９４からの制御指令に応じてこれらのポンプ類が作動することにより、第１チャンバ１１内の気体が排気され、処理空間ＳＰ１は減圧状態となる。このときの真空度は比較的低くてもよく、例えば数Ｐａ程度である。このように、減圧ユニット１０は、ワークＷｋの周囲雰囲気を大気圧から数Ｐａ程度の中真空状態まで減圧する。

第１チャンバ１１内では、ワークＷｋの搬送経路Ｐの上方にシーズヒータ１３が配置されている。より詳しくは、シーズヒータ１３は棒状のヒータユニットを基板Ｓの表面と平行な方向である水平方向に複数本並べた構造を有しており、制御ユニット９０に設けられたヒータ制御部９５からの制御指令に応じて各ヒータユニットが発熱することで、水平面内において略均一とみなせる熱量を発生する。図１の上面図に示されるように、シーズヒータ１３の平面サイズは基板Ｓの平面サイズより大きい。したがって、ワークＷｋがシーズヒータ１３の直下位置にある状態では、基板Ｓの全面に略均一な熱量が付与され、基板Ｓの温度が略均一に上昇する。シーズヒータ１３は原理的に急激な温度変化が難しいため、後述する成膜プロセスにおいて常時オン状態とされる。

減圧ユニット１０における基板Ｓの加熱の主たる目的は、基板Ｓを予備的に昇温させておくことで後段の加熱ユニット２０での基板加熱を効率的に行えるようにすること、および、外部空間から搬入されるワークＷｋを加熱してワークＷｋに付着している水分を予め除去（プリベーキング）しておくことである。これらの目的から、減圧ユニット１０で昇温される基板Ｓの目標温度は１００℃ないし２００℃程度である。

第１チャンバ１１の（＋Ｘ）側側面には、ワークＷｋを通過させることのできる開口サイズを有する開口１１２が設けられている。該開口１１２には、シャッタ開閉制御部９３により開閉制御される第２シャッタＳ２が設けられている。第１チャンバ１１は、第２シャッタＳ２を介して加熱ユニット２０の第２チャンバ２１と接続されている。シャッタ開閉制御部９３からの制御指令により第２シャッタＳ２が開状態にあるとき、第１チャンバ１１内の処理空間ＳＰ１と、第２チャンバ２１内の処理空間ＳＰ２とが連通する。第２シャッタＳ２の閉状態では、両処理空間の間は隔絶される。

加熱ユニット２０は、内部が処理空間ＳＰ２となった第２チャンバ２１を備えている。第２チャンバ２１内には、基板Ｓを水平姿勢に維持しつつワークＷｋをＸ方向に搬送する複数の搬送ローラ２２１とこれを駆動する駆動部（図示省略）とを含む搬送機構２２が設けられている。搬送ローラ２２１はワークＷｋのうちトレーＴのＹ方向側両端部を支持しながら回転することにより、ワークＷｋをＸ方向に搬送する。搬送機構２２は搬送制御部９２により制御されている。

第２チャンバ２１の（−Ｘ）側側面にはワークＷｋを通過させることのできる開口サイズを有する開口２１１が設けられており、該開口２１１を塞ぐように、第２シャッタＳ２が設けられている。したがって、加熱ユニット２０は、第２シャッタＳ２の開状態で、減圧ユニット１０から搬送されてくるワークＷｋを開口２１１を介して受け入れることができる。

第２チャンバ２１には、処理空間ＳＰ２内を減圧するためのクライオトラップ２５、ターボ分子ポンプ２６およびドライポンプ２７が接続されている。ポンプ制御部９４からの制御指令に応じてこれらのポンプ類が作動することにより、第２チャンバ２１内の気体が排気され、処理空間ＳＰ２は減圧状態となる。このときの真空度は第１チャンバ１１よりも高く、例えば１Ｐａ以下である。処理空間ＳＰ２は第２シャッタＳ２が開くことで処理空間ＳＰ１と連通するが、後述するように、第２シャッタＳ２は第１チャンバ１１内の処理空間ＳＰ１が減圧された状態でのみ開くように制御される。したがって、第２チャンバ２１内の処理空間ＳＰ２は、大気開放されることなく常時減圧状態に維持されている。

第２チャンバ２１内で搬送機構２２により搬送されるワークＷｋの搬送経路Ｐの上方には、搬送方向に沿ってランプヒータ２３およびシーズヒータ２４がこの順番に配置されている。ランプヒータ２３は、Ｙ方向を長手方向とするハロゲンランプユニット２３１と、その上方を覆うように配置された反射カバー２３２とを備えている。ハロゲンランプユニット２３１は１本でもよく、またＸ方向に複数本が並べて配置されてもよい。ハロゲンランプユニット２３１のＹ方向における長さは、加熱対象である基板ＳのＹ方向長さと同程度またはそれ以上とされる。

ヒータ制御部９５からの制御指令に応じてハロゲンランプユニット２３１が点灯すると、直ちにハロゲンランプユニット２３１から大量の熱エネルギーが放射される。したがって、ランプヒータ２３は基板Ｓを急速に加熱することが可能である。このため、基板Ｓを昇温させるためにワークＷｋを停止させる必要はなく、ワークＷｋの搬送中に基板Ｓがランプヒータ２３の下方を通過することにより基板Ｓの昇温が可能である。このことから、Ｘ方向におけるランプヒータ２３の寸法は、基板ＳのＸ方向長さより小さくて済む。また、後述するように、ヒータ制御部９５は基板Ｓがランプヒータ２３の下方を通過するときのみハロゲンランプユニット２３１を点灯させる。これらにより、ランプヒータ２３によるエネルギー消費量の低減が図られている。

シーズヒータ２４の構造は減圧ユニット１０のシーズヒータ１３と概ね同じである。シーズヒータ２４は、ランプヒータ２３により急速加熱された基板Ｓを保温するとともに面内で温度を均一化させるために設けられる。このような構成を有する加熱ユニット２０により、基板Ｓは成膜プロセスに好適な成膜温度、例えば４００℃程度に昇温される。

第２チャンバ２１の（＋Ｘ）側側面には、ワークＷｋを通過させることのできる開口サイズを有する開口２１２が設けられている。該開口２１２には、シャッタ開閉制御部９３により開閉制御される第３シャッタＳ３が設けられている。第２チャンバ２１は、第３シャッタＳ３を介して成膜ユニット３０の第３チャンバ３１と接続されている。シャッタ開閉制御部９３からの制御指令により第３シャッタＳ３が開状態にあるとき、第２チャンバ２１内の処理空間ＳＰ２と、第３チャンバ３１内の処理空間ＳＰ３とが連通する。第３シャッタＳ３の閉状態では、両処理空間の間は隔絶される。

図２に示されるように、成膜ユニット３０は、内部が処理空間ＳＰ３となった第３チャンバ３１を備えている。第３チャンバ３１内には、基板Ｓを水平姿勢に維持しつつワークＷｋをＸ方向に搬送する複数の搬送ローラ３２１とこれを駆動する駆動部（図示省略）とを含む搬送機構３２が設けられている。搬送ローラ３２１はワークＷｋのうちトレーＴのＹ方向側両端部を支持しながら回転することにより、ワークＷｋをＸ方向に搬送する。搬送機構３２は搬送制御部９２により制御されている。

第３チャンバ３１の（−Ｘ）側側面にはワークＷｋを通過させることのできる開口サイズを有する開口３１１が設けられており、該開口３１１を塞ぐように、第３シャッタＳ３が設けられている。したがって、成膜ユニット３０は、第３シャッタＳ３の開状態で、加熱ユニット２０から搬送されてくるワークＷｋを開口３１１を介して受け入れることができる。

第３チャンバ３１には、処理空間ＳＰ３内を減圧するためのクライオトラップ３６、ターボ分子ポンプ３７およびドライポンプ３８が接続されている。ポンプ制御部９４からの制御指令に応じてこれらのポンプ類が作動することにより、第３チャンバ３１内の気体が排気され、処理空間ＳＰ３は減圧状態となる。このときの真空度は第２チャンバ２１と同等、例えば１Ｐａ以下である。処理空間ＳＰ３は第３シャッタＳ３が開くことで処理空間ＳＰ２と連通するが、処理空間ＳＰ２は常時真空状態に保たれており、第３シャッタＳ３が開くことで生じる気圧の変化は僅かである。

なお、図２に示す成膜ユニット３０の主要な構成は、本願出願人が先に開示した特開２０１５−１８９８００号公報に記載された成膜装置と概ね同じである。そこで、本明細書において言及のない装置各部の動作原理等については同公報を参照することとして、ここでは主に装置の主要な構成およびその動作について簡単に説明する。

成膜ユニット３０は、反応性プラズマスパッタリングにより基板Ｓの表面に皮膜を形成する成膜プロセスを実行する処理ユニットである。この目的のために、第３チャンバ３１の中央部では、搬送機構３２により搬送される基板Ｓの搬送経路Ｐの下方にスパッタソース５０が設けられている。スパッタソース５０は、回転カソード５１，５２と、回転カソード５１，５２の内部にそれぞれ設けられた磁石ユニット５３，５４と、回転カソード５１，５２をそれぞれ保持しつつ回転させる回転駆動部５５，５６と、第３チャンバ３１内に高周波電界を生じさせるための誘導結合アンテナ５７とを備えている。

回転カソード５１と磁石ユニット５３とは一体としてマグネトロン型回転カソードを構成する。同様に、回転カソード５２と磁石ユニット５４とは一体としてマグネトロン型回転カソードを構成する。このように、この実施形態は、Ｘ方向に位置を異ならせて配置される１対のマグネトロン型回転カソードを有する。１対のマグネトロン型回転カソードはＹＺ平面に関して互いに対称な形状を有しているが、基本的な構造は同じである。

回転カソード５１，５２の表面は、基板Ｓ上に成膜される膜の材料の全てまたは一部を含むターゲット材の層が形成されている。膜材料の一部が反応性ガスとして供給される態様では当該成分がターゲット材に含まれる必要は必ずしもない。例えば形成される膜がＩＴＯ膜である場合には、酸化スズと酸化インジウムとの混合焼結体をターゲット材として用いることができる。

１対の回転カソード５１，５２に挟まれた空間に向けて突出するように、第３チャンバ３１の底面には誘導結合アンテナ５７が設けられている。誘導結合アンテナ５７はＬＩＡ（Low Inductance Antenna：株式会社イー・エム・ディーの登録商標）とも称されるものであり、略Ｕ字型に形成された導体５７１の表面が例えば石英などの誘電体５７２で被覆された構造を有する。誘導結合アンテナ５７は、Ｕ字を上下逆向きにした状態で、第３チャンバ３１の底面を貫通してＹ方向に延設される。誘導結合アンテナ５７は、Ｙ方向に位置を異ならせて複数個並べて配置される。導体５７１の表面が誘電体５７２で被覆された構造とすることで、導体５７１がプラズマに曝露されることが防止される。これにより、導体５７１の構成元素が基板Ｓ上の膜に混入することが回避される。

このように構成された誘導結合アンテナ５７は、Ｘ方向を巻回軸方向とし巻回数が１未満のループアンテナと見ることができる。そのため、低インダクタンスである。このような小型のアンテナを、巻回軸方向と直交する方向に複数並べて配置することで、インダクタンスの増大を抑えつつ、後述するプラズマ発生のための誘導電界を広い範囲に形成することが可能である。

成膜ユニット３０はまた、上記のスパッタソース５０の周囲を取り囲むように第３チャンバ３１内に配置された、上部がＹ方向に沿って細長く開口する筒状または箱状の遮蔽部材であるチムニー３３を備えている。チムニー３３は、スパッタソース５０において発生するプラズマやターゲットからスパッタされたスパッタ粒子の飛散範囲を制限するシールドとしての機能を有する。

回転カソード５１，５２の上面と、トレーＴにより保持される基板Ｓの下面とは、チムニー３３上部の開口３３１を介して対向する。後述するように、これらに囲まれた空間ＰＬが、プラズマを発生させてターゲットをスパッタリングし基板Ｓに成膜を行うプラズマ発生空間となる。

プラズマ発生空間ＰＬには、ガス供給部３４からスパッタガスおよび反応性ガスが導入される。具体的には、回転カソード５１，５２の上方にノズル５８，５８が配置されており、プラズマ発生空間ＰＬにおいて対向する回転カソード５１，５２と基板Ｓとの間に、ノズル５８，５８はガス供給部３４から供給される反応性ガスを吐出する。一方、第３チャンバ３１の底面にはノズル５９，５９が設けられており、ノズル５９，５９はガス供給部３４から供給されるスパッタガスとしての不活性ガス、例えばアルゴンガスまたはキセノンガスを吐出する。

回転カソード５１，５２と誘導結合アンテナ５７との間には、電源部３５から適宜の電圧が印加される。具体的には、回転カソード５１，５２に、電源部３５に設けられた図示しないマグネトロン電源が接続されており、マグネトロン電源から適宜の電位が与えられる。一方、誘導結合アンテナ５７には、電源部３５に設けられた図示しない高周波電源が整合回路を介して接続されており、高周波電源から適宜の高周波電圧が印加される。

電源部３５のマグネトロン電源から回転カソード５１，５２に適宜の電位が与えられることで、回転カソード５１，５２の表面、より具体的にはプラズマ発生空間ＰＬに臨むターゲット材の表面近傍に電界が形成され、これによりスパッタガスのプラズマ（マグネトロンプラズマ）が生成される。すなわち、マグネトロン電源は、磁石ユニット５３，５４が形成する静磁場によってプラズマ発生空間ＰＬにマグネトロンプラズマが発生するのに必要な電圧を回転カソード５１，５２に印加する。

また、電源部３５の高周波電源から誘導結合アンテナ５７に高周波電力（例えば周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力）が供給されることで、誘導結合アンテナ５７と回転カソード５１，５２との間に高周波誘導電界が生じ、プラズマ発生空間ＰＬに供給されるスパッタガスおよび反応性ガスの誘導結合プラズマ（Inductivity Coupled Plasma；ＩＣＰ）が発生する。このようにして生成されるプラズマも、プラズマ発生空間ＰＬに形成される静磁場に引き寄せられる。その結果、２つの回転カソード５１，５２の表面および基板Ｓの下面で囲まれるプラズマ発生空間ＰＬのうち、回転カソード５１，５２の表面近傍に、高密度のプラズマが生成される。

回転カソード５１，５２、磁石ユニット５３，５４および誘導結合アンテナ５７は、いずれも図２紙面に垂直なＹ方向に沿って長く延びている。したがって、プラズマ発生空間ＰＬも、回転カソード５１，５２、の表面に沿ってＹ方向に長く延びた形状を有する空間領域となる。

こうしてプラズマ空間ＰＬに生成されるプラズマにより回転カソード５１，５２のターゲット材の表面がスパッタされ、微細なターゲット材料粒子が反応性ガスとともに基板Ｓの下面に付着することで基板Ｓの表面（下面）に成膜が行われる。具体的には、基板Ｓ下面の成膜対象領域のうちＹ方向に沿った帯状の領域にプラズマスパッタリングによる成膜が行われ、基板Ｓが、その主面に平行でＹ方向と直交する方向、つまりＸ方向に走査移動されることで、成膜対象領域の全体に二次元的に成膜が行われる。プラズマソース５０に対する基板Ｓの走査移動は、搬送機構３２がワークＷｋをＸ方向に搬送することにより実現される。その際の移動の態様は、（＋Ｘ）方向への一方向の移動であってもよく、また（＋Ｘ）方向および（−Ｘ）方向への移動が交互に行われる往復移動であってもよい。

プラズマ発生空間ＰＬにプラズマを発生させるプロセスの進行中において回転カソード５１，５２が回転することで、プラズマ発生空間ＰＬに露出するターゲット材の表面が常時移動する。これにより、ターゲット材表面の特定の位置だけがスパッタされて消耗することが回避されるため、ターゲット材料の利用効率を高めることができる。また、ターゲットの局所的な変形に起因する電界集中が抑制されるため、アーキング等の異常放電に対する耐性を高めることができる。

スパッタソース５０を構成する各部は、制御ユニット９０に設けられた成膜プロセス制御部９６により制御される。すなわち、成膜プロセス制御部９６からの制御指令に応じてスパッタソース５０の各部が所定の動作を行うことで、第３チャンバ３１内で搬送機構３２により搬送されるワークＷｋ内の基板Ｓに対する成膜が実現される。

第３チャンバ３１の（＋Ｘ）側側面には、ワークＷｋを通過させることのできる開口サイズを有する開口３１２が設けられている。該開口３１２には、シャッタ開閉制御部９３により開閉制御される第４シャッタＳ４が設けられている。シャッタ開閉制御部９３からの制御指令に応じて第４シャッタＳ４が開くことにより、成膜処理済みの基板Ｓを含むワークＷｋを開口３１２を介して外部へ搬出することが可能となる。第３チャンバ３１内の処理空間ＳＰ３を真空状態に維持するため、第４シャッタＳ４が開くことで処理空間ＳＰ３と連通する空間は、同程度の真空状態に減圧されていることが望ましい。例えば適宜の後処理を実行するための処理チャンバがさらに接続されてもよい。

なお、制御ユニット９０は、上記以外に、各種演算処理を行うＣＰＵ９１、ＣＰＵが実行するプログラムや各種データを記憶するメモリおよびストレージ９７、外部装置およびユーザとの間での情報のやり取りを担うインターフェース９８等を備えている。例えば汎用のコンピュータ装置を、制御ユニット９０として使用することが可能である。

図４は成膜装置の概略動作を示すフローチャートである。より具体的には、図４は基板Ｓを含む１つのワークＷｋに対し成膜装置１が実行する処理の流れを示している。この処理は、制御ユニット９０が予め用意された制御プログラムに基づき、成膜装置１の各処理ユニット（減圧ユニット１０、加熱ユニット２０および成膜ユニット３０）に所定の動作を行わせることにより実現される。

成膜装置１の各部が初期化された状態で（ステップＳ１０１）、未処理の基板Ｓを含む１つのワークＷｋが減圧ユニット１０の第１チャンバ１１に搬入される（ステップＳ１０２）。減圧ユニット１０では、大気開放されていた第１チャンバ１１内部の処理空間ＳＰ１が減圧されるとともに、基板Ｓがシーズヒータ１３により予備的に加熱されるプリベーキング処理が実行される（ステップＳ１０３）。第１チャンバ１１内の気体を排気しながらワークＷｋが加熱されることにより、外部空間から搬入されたワークＷｋに付着する水分やその他の揮発性物質がワークＷｋから除去される。また、基板Ｓが所定の予熱温度（例えば１００℃ないし２００℃）に昇温される。

その後、ワークＷｋは第１チャンバ１１から加熱ユニット２０の第２チャンバ２１へ搬入される（ステップＳ１０４）。第２チャンバ２１内では、基板Ｓがランプヒータ２３およびシーズヒータ２４により加熱され（ステップＳ１０５）、基板Ｓの面内において略均一な成膜温度（例えば４００℃）まで昇温される（加熱処理）。

次いで、ワークＷｋは第２チャンバ２１から成膜ユニット３０の第３チャンバ３１へ搬入される（ステップＳ１０６）。そして、第３チャンバ３１内で、基板Ｓに対しプラズマスパッタリングによる成膜処理が実行される（ステップＳ１０７）。これにより、基板Ｓの表面（下面）に薄膜が形成される。処理後のワークＷｋは第３チャンバ３１から搬出され、必要に応じて適宜の後処理が施される（ステップＳ１０８）。

処理すべき次のワークがある場合には（ステップＳ１０９においてＹＥＳ）、ステップＳ１０２に戻って新たな未処理ワークが第１チャンバ１１に搬入され、当該ワークに対して上記した処理が繰り返される。一方、処理すべきワークが存在しなければ（ステップＳ１０９においてＮＯ）、処理は終了する。

上記は１つのワークに対する処理の流れを記述したものであるが、実際の成膜装置１においては、各処理ユニット内での処理が並行して実行されることにより、タクトタイムの短縮が図られている。以下、これを実現するための各処理ユニットでの動作について、図５ないし図７を参照して処理ユニットごとに説明する。

図５は減圧ユニットの動作を示すフローチャートである。処理開始に先立ち、減圧ユニット１０ではユニット内各部が初期化された状態にある（ステップＳ２０１）。初期状態では、搬送機構１２およびポンプ類は動作を停止しており、また第１シャッタＳ１および第２シャッタＳ２は閉じられている。また、シーズヒータ１３はオフ状態となっている。

この状態から、ポンプ類（クライオポンプ１４、ドライポンプ１５）が作動して第１チャンバ１１内の排気が開始され（ステップＳ２０２）、さらにシーズヒータ１３の加熱が開始されて所定温度に昇温される（ステップＳ２０３）。シーズヒータ１３は昇温に時間がかかるため、比較的早い段階で加熱が開始される。また、シーズヒータ１３の発熱により第１チャンバ１１内の気体の温度が上昇しチャンバ内の構成部品（例えば真空シール用のＯリング）に熱ダメージを与えるのを防止するために、第１チャンバ１１内の排気が行われている状態でシーズヒータ１３の加熱が開始される。

シーズヒータ１３がある程度昇温した段階で、排気が一時的に停止され、第１チャンバ１１内が図示しないガス供給部から供給されるガスによりパージされる（ステップＳ２０４）。パージ用のガスとしては不活性ガス、例えばドライ窒素ガスを用いることができるが、例えば清浄空気であってもよい。これらのガスを第１チャンバ１１内に導入することで、第１チャンバ１１内に不純物を混入させることなく第１チャンバ１１内の気圧を上昇させることができる。

第１チャンバ１１の内圧がほぼ大気圧まで上昇すると第１シャッタＳ１が開かれ（ステップＳ２０５）、未処理のワークＷｋが第１チャンバ１１に受け入れられる（ステップＳ２０６）。そして、第１シャッタＳ１が閉じられ（ステップＳ２０７）、ポンプ類（クライオポンプ１４、ドライポンプ１５）の作動により第１チャンバ１１内の排気が再開される（ステップＳ２０８）。シーズヒータ１３が昇温した状態で第１チャンバ１１内にパージ用ガスが導入されることで、導入されたガスが加熱される。しかしながら、ワークＷｋの搬入後すぐに排気を再開することで、加熱されたガスは速やかに排出される。このため、チャンバ内の構成部品が熱ダメージを受けることが抑制される。

なお、シャッタの開閉タイミングとワーク搬送の開始および停止タイミングとの前後関係については、スムーズなワーク搬送が実現される限りにおいて上記に限定されず任意である。上記例に即して言えば、例えば搬送ローラＲによるワークＷｋの移動が開始されてから該ワークＷｋの先頭部分が第１シャッタＳ１の位置に到達するまでに、第１シャッタＳ１が開かれる動作シーケンスであっても構わない。このことは、以下の各動作におけるシャッタ開閉とワーク搬送との関係においても同じである。

搬送機構１２がワークＷｋを基板Ｓがシーズヒータ１３の直下位置となる位置まで搬送し当該位置にワークＷｋを位置決めすることで、シーズヒータ１３からの熱が基板Ｓに付与され、基板Ｓが昇温する。外部から搬入されたワークＷｋに付着していた水分や揮発性物質も、加熱および排気によりワークＷｋから除去される（プリベーキング処理）。また、第１チャンバ１１内の気圧も次第に低下し、最終的には数Ｐａ程度まで減圧される。

この状態で所定時間待機した後（ステップＳ２０９）、第２シャッタＳ２が開かれ（ステップＳ２１０）、搬送機構１２がワークＷｋを第１チャンバ１１から排出する。ワークＷｋは、減圧ユニット１０および加熱ユニット２０それぞれの搬送機構の協働により第２チャンバ２１へ搬送される（ステップＳ２１１）。ワークＷｋが第１チャンバ１１から搬出された時点で第２シャッタＳ２が閉じられる（ステップＳ２１２）。

この時点で、第１チャンバ１１内の処理空間ＳＰ１と第２チャンバ２１内の処理空間ＳＰ２とは隔絶されており、減圧ユニット１０は加熱ユニット２０での処理の進行に関わりなく新たなワークＷｋを受け入れることが可能である。ここで、さらなる未処理ワークが存在せず処理を終了する場合には（ステップＳ２１３においてＹＥＳ）、減圧ユニット１０の各部は所定の終了状態に移行されて処理は終了する（ステップＳ２１４）。

一方、新たな未処理ワークに対する処理を継続する場合には（ステップＳ２１３においてＮＯ）、ステップＳ２０４に戻り、排気の一時的な停止、パージ用ガスの導入を経て第１シャッタＳ１を開き新たなワークＷｋを受け入れる（ステップＳ２０５、Ｓ２０６）。このように、減圧ユニット１０では、プリベーキング処理を施したワークＷｋを加熱ユニット２０に受け渡すと、以後は加熱ユニット２０での処理の進行状況に関わらず新たな未処理ワークの受け入れを行う。

図６は加熱ユニットの動作を示すフローチャートである。処理開始に先立ち、加熱ユニット２０ではユニット内各部が初期化された状態にある（ステップＳ３０１）。初期状態では、搬送機構２２およびポンプ類は動作を停止しており、また第２シャッタＳ２および第３シャッタＳ３は閉じられている。また、ランプヒータ２３およびシーズヒータ２４はオフ状態となっている。

この状態から、ポンプ類（クライオトラップ２５、ターボ分子ポンプ２６、ドライポンプ２７）の作動により第２チャンバ２１内の排気（ステップＳ３０２）およびシーズヒータ２４の加熱（ステップＳ３０３）が開始される。これらの処理ステップは、減圧ユニット１０におけるワークＷｋへの処理が終了するよりも十分前に実行される。これにより、減圧ユニット１０からワークＷｋが排出される時点で、第２チャンバ２１内の気圧は数Ｐａ以下まで減圧され、シーズヒータ２４は所定温度まで昇温された状態となっている。以後、ポンプ類による第２チャンバ２１内の排気およびシーズヒータ２４からの発熱は一連の処理の終了まで継続的に実行される。

減圧ユニット１０でのワークＷｋの処理が終了するタイミングで、ランプヒータ２３が点灯されるとともに（ステップＳ３０４）、第２シャッタＳ２が開かれ（ステップＳ３０５）、第２チャンバ２１は減圧ユニット１０の第１チャンバ１１から排出されるワークＷｋを受け入れる（ステップＳ３０６）。ワークＷｋが第２チャンバ２１に搬入された時点で第２シャッタＳ２は閉じられる（ステップＳ３０７）。搬送機構２２は、基板Ｓがシーズヒータ２４の直下となる位置までワークＷｋを搬送した後、搬送を停止する。

この間、ワークＷｋは点灯されたランプヒータ２３の直下を通過しながら搬送される。ランプヒータ２３が単位面積当たりにおいてシーズヒータ１３，２４より大きな熱量を基板Ｓに付与することで、基板Ｓの温度が急速に上昇する。ワークＷｋの通過後、ランプヒータ２３は直ちに消灯される（ステップＳ３０８）。これは、消費電力を低減することに加えて、ランプヒータ２３が点灯し続けることによる第２チャンバ２１内の各部の温度上昇がシーズヒータ２４による基板温度の均一化を阻害するのを防止するためである。

消費電力を低減するための方策としては、基板Ｓが通過するときのみランプヒータ２３を点灯させることの他に、ランプヒータ２３のＸ方向長さを基板Ｓの長さよりも短くしている点がある。ランプヒータ２３は点灯後直ちに大きな熱量を発生することができ、直下位置を通過する基板Ｓの各部を十分に昇温させることが可能である。このため、Ｘ方向におけるランプヒータ２３の寸法を、同方向における基板Ｓの長さよりも小さく、例えば１０分の１程度とすることができる。これにより、上記のような消費電力の低減を実現することができる。

基板Ｓの温度上昇速度および到達温度については、ランプヒータ２３が放出する熱エネルギーの大きさと基板Ｓの搬送速度とにより調整可能である。この目的のため、搬送機構２２によるワークＷｋの搬送速度は変更可能とされる。ランプヒータ２３により加熱された基板Ｓは、所定時間シーズヒータ２４の直下に留め置かれる（ステップＳ３０９）。これにより、基板Ｓの温度が均一化される。このようにして基板Ｓは所定の成膜温度（例えば４００℃）まで一様に昇温される。

所定時間の経過後、第３シャッタＳ３が開かれ（ステップＳ３１０）、加熱処理されたワークＷｋは第２チャンバ２１から排出されて成膜ユニット３０の第３チャンバ３１に搬送される（ステップＳ３１１）。ワークＷｋが第２チャンバ２１から排出されると、第３シャッタＳ３が閉じられる（ステップＳ３１２）。これにより第２チャンバ２１と第３チャンバ３１との間が隔絶されるので、加熱ユニット２０は、成膜ユニット３０における処理の進行状況に関わらず、減圧ユニット１０から排出される新たなワークＷｋを受け入れることが可能となる。ここで、さらなる処理対象ワークが存在せず処理を終了する場合には（ステップＳ３１３においてＹＥＳ）、加熱ユニット２０の各部は所定の終了状態に移行されて処理は終了する（ステップＳ３１４）。

一方、新たな処理対象ワークに対する処理を継続する場合には（ステップＳ３１３においてＮＯ）、ステップＳ３０４に戻って第２シャッタＳ２を開き新たなワークＷｋを受け入れる。このように、加熱ユニット２０では、加熱処理を施したワークＷｋを成膜ユニット３０に受け渡すと、以後は成膜ユニット３０での処理の進行状況に関わらず新たな未処理ワークの受け入れを行う。

図７は成膜ユニットの動作を示すフローチャートである。処理開始に先立ち、成膜ユニット３０ではユニット内各部が初期化された状態にある（ステップＳ４０１）。初期状態では、搬送機構３２およびポンプ類は動作を停止しており、また第３シャッタＳ３および第４シャッタＳ４は閉じられている。また、ガス供給部３４からのガス供給および電源部３５から各部への電圧印加は停止されている。

この状態からポンプ類（クライオトラップ３６、ターボ分子ポンプ３７、ドライポンプ３８）が作動して第３チャンバ３１内の排気が開始される（ステップＳ４０２）。所定の気圧まで減圧された時点で、ガス供給部３４からのスパッタガス供給（ステップＳ４０３）、電源部３５による各部への電圧印加（ステップＳ４０４）、およびガス供給部３４からの反応性ガス供給（ステップＳ４０５）が順次開始されるが、これらの実行順は上記に限定されない。以後、一連の処理が終了するまでの間、ここに述べた各構成の動作は継続的に実行される。

これらのガス供給および電圧印加によって、プラズマ発生空間ＰＬに誘導結合プラズマが発生する。プラズマスパッタリングによる安定した成膜を可能とするために、加熱ユニット２０でのワークＷｋに対する処理が終了するよりも十分に早い時点でプラズマ発生が開始されていることが望ましい。

安定したプラズマが点灯した状態で第３シャッタＳ３が開かれ（ステップＳ４０６）、加熱ユニット２０で加熱処理されたワークＷｋが第３チャンバ３１に搬入される（ステップＳ４０７）。ワーク搬入後、第３シャッタＳ３は閉じられる（ステップＳ４０８）。図２に点線矢印で示すように、搬送機構３２がワークＷｋをＸ方向に移動させることで、基板Ｓがプラズマ発生空間ＰＬに対して走査移動され、これにより基板Ｓの下面にプラズマスパッタリングによる薄膜が形成される（ステップＳ４０９）。なお、プラズマ発生空間ＰＬに対するワークＷｋの走査移動回数は１回のみであってもよい。

必要な厚さの成膜を行うための走査移動が終了すると、第４シャッタＳ４が開き（ステップＳ４１０）、搬送機構３２は開口３１２を介してワークＷｋを排出する（ステップＳ４１２）。ワーク排出後、第４シャッタＳ４が閉じられることで（ステップＳ４１２）、成膜ユニット３０は新たな処理対象ワークを受け入れることが可能となる。ここで、さらなる処理対象ワークが存在せず処理を終了する場合には（ステップＳ４１３においてＹＥＳ）、成膜ユニット３０の各部は所定の終了状態に移行されて処理は終了する（ステップＳ４１４）。

一方、新たな処理対象ワークに対する処理を継続する場合には（ステップＳ４１３においてＮＯ）、ステップＳ４０６に戻って第３シャッタＳ３を開き新たなワークＷｋを受け入れる。このように、成膜ユニット３０では、１つのワークＷｋに対するプラズマ成膜処理が終了すると、当該ワークＷｋを排出し、新たな処理対象ワークの受け入れを行う。

このように、各処理ユニット（減圧ユニット１０、加熱ユニット２０および成膜ユニット３０）では、１つの処理対象ワークに対する処理が終了すると、後工程での当該ワークに対する処理の進行状況とは関係なく、新たな処理対象ワークの受け入れおよび当該ワークに対する処理を実行可能である。したがって、各処理ユニット内での動作および処理ユニット間でのワークＷｋの受け渡しのタイミングを適切に規定することで、成膜装置１における基板処理を短いタクトタイムで実行することが可能となる。例えば以下に例示するように、各処理ユニットでのタクトタイムを成膜装置１全体としてのタクトタイムとすることが可能である。

図８および図９は処理ユニット間の連携の例を示すタイミングチャートである。より具体的には、図８は減圧ユニット１０および加熱ユニット２０の動作を示すタイミングチャートであり、図９は成膜ユニット３０の動作を示すタイミングチャートである。また、図１０および図１１は各時刻における装置各部の動作状態を模式的に示す図である。

なお、図８および図９における符号「Ｃ１」、「Ｃ２」および「Ｃ３」は、それぞれ第１チャンバ１１、第２チャンバ２１および第３チャンバ３１を表している。また、ここでは紙面の都合でタイミングチャートを２つの図に分割しているが、これらは本来的には一体のものとして記述することが可能なものである。例えば図８下部における第２チャンバ２１から第３チャンバ３１への（図では「Ｃ２→Ｃ３」と表記）ワーク搬送および第３シャッタＳ３の開閉と、図９上部における第２チャンバ２１から第３チャンバ３１へのワーク搬送および第３シャッタＳ３の開閉とは、同じ動作を表している。また図８と図９との間で時刻Ｔ６〜Ｔ９のそれぞれは互いに同じ時刻に対応している。

図８および図１０（ａ）に示すように、処理開始前（時刻Ｔ＝０）においては、各処理ユニットは初期状態にある。すなわち、各シャッタＳ１〜Ｓ４は閉じられ、ヒータ類およびポンプ類はいずれも作動していない。

外部から最初の処理対象である第１のワークＷｋ１を受け入れる第１チャンバ１１内では、前述したように、まずポンプ類による排気が開始され、シーズヒータ１３がオフ状態からオン状態に変化して加熱が開始される。そして、排気が一時的に停止され、窒素パージにより第１チャンバ１１内の気圧が大気圧に戻される。この状態で第１シャッタＳ１が開かれてワークＷｋ１が搬入される。ワーク搬送中の時刻Ｔ１においては、図１０（ｂ）に示すように、第１シャッタＳ１が開かれ、ワークＷｋ１がＸ方向に移動して第１チャンバ１１内に搬入される。搬入を短時間で完了させるため、基板Ｓは比較的高速で搬送される。

搬送終了後の時刻Ｔ２においては、図１０（ｃ）に示すように、第１シャッタＳ１は閉じられ、第１チャンバ１１内の排気が実行されている。ワークＷｋ１はシーズヒータ１３の直下位置に位置決めされる。このときシーズヒータ１３は所定温度まで昇温されており、シーズヒータ１３からの輻射熱によってワークＷｋ１内の基板が略一様に加熱されて、室温（Ｒ．Ｔ．）から昇温される。前記したように、このときの加熱は加熱ユニット２０での加熱に先立つ予備的なものであり、ワークＷｋに付着する水分や揮発性物質等を効果的に除去するため、基板温度は１００℃ないし２００℃程度である。

第１チャンバ１１内の気圧が所定値Ｐｒ１まで低下した後、第２チャンバ２１内のランプヒータ２３が点灯し、第２シャッタＳ２が開いてワークＷｋ１は第１チャンバ１１から第２チャンバ２１へ搬送される。ワーク搬送中の時刻Ｔ３においては、図１０（ｄ）に示すように、第２シャッタＳ２が開かれ、ワークＷｋ１がＸ方向に移動して第１チャンバ１１から第２チャンバ２１へ移送される。このときランプヒータ２３からの強い輻射熱が搬送中の基板に付与され、基板が例えば成膜温度である４００℃程度まで急速に加熱される。基板に十分な熱量を与えるために、第１チャンバ１１から第２チャンバ２１へのワーク搬送は比較的低速で実行される。

第１チャンバ１１から第２チャンバ２１へのワーク搬送が終了する時刻Ｔ４においては、図１０（ｅ）に示すように、ワークＷｋ１は第２チャンバ２１内のシーズヒータ２４の直下位置に位置決めされている。ランプヒータ２３は、直下位置におけるワークＷｋ１の通過が終了した時点で消灯される。シーズヒータ２４はワーク搬入よりも十分に早いタイミングでオンとなっており、ワークＷｋ１が直下位置にある期間、基板に略一様な輻射熱を与える。これにより、ランプヒータ２３での急速な加熱によって生じ得る基板の温度ムラが解消され、基板は略一様な成膜温度に維持される。

また、ワークＷｋ１の後端部が第２チャンバ２１に搬入された時点で第２シャッタＳ２は閉じられており、第１チャンバ１１と第２チャンバ２１との間は隔絶されている。したがって、第１チャンバ１１では新たなワークを受け入れることが可能である。すなわち、第２シャッタＳ２が閉じられた後、第１チャンバ１１では排気が停止され、その内部が大気開放状態とされる。そして、第１シャッタＳ１が再び開かれて、外部から新たなワークＷｋ２が搬入される。

ワークＷｋ２の搬送中である時刻Ｔ５においては、図１１（ａ）に示すように、第１シャッタＳ１が開かれて第２のワークＷｋ２が第１チャンバ１１に搬入される一方、ワークＷｋ１は第２チャンバ２１内でシーズヒータ２４による加熱を受けている。ワークＷｋ１が所定時間加熱された後、第３シャッタＳ３が開いてワークＷｋ１は第２チャンバ２１から第３チャンバ３１へ搬送される。搬送中の時刻Ｔ６においては、図１１（ｂ）に示すように、第３シャッタＳ３が開いてワークＷｋ１が第２チャンバ２１から第３チャンバ１３へ移送される一方、第１チャンバ１１内ではワークＷｋ２がシーズヒータ１３による加熱を受けている。

このときのワークＷｋ１の搬送は比較的高速で実行される。ワークＷｋ１の全体が第３チャンバ３１に搬送されると第３シャッタＳ３が閉じられる。これに先立って、第３チャンバ３１内ではプラズマが点灯しており、プラズマ発生空間ＰＬに対しワークＷｋ１が走査移動することにより基板に対する成膜プロセスが実行される。このときのワーク搬送速度は、均一かつ高密度な成膜を行うため比較的低速とされる。

成膜中の時刻Ｔ７においては、図１１（ｃ）に示すように、第３チャンバ３１内でワークＷｋ１が走査移動される。このとき、第３シャッタＳ３は閉じられているので、第２チャンバ２１と第３チャンバ３１との間は隔絶されている。このため、第２シャッタＳ２を開き、第１チャンバ１１で予備加熱されていたワークＷｋ２を第２チャンバ２１に搬入することができる。このとき、ランプヒータ２３が点灯することで、ワークＷｋ２の基板が急速加熱される。

ワークＷｋ２が第２チャンバ２１へ搬入されると、第２シャッタＳ２は閉じられ、ランプヒータ２３は消灯される。これ以後、第１チャンバ１１は、新たなワークＷｋ３を受け入れることができる。すなわち、第１チャンバ１１が大気開放され、第１シャッタＳ１が開いて新たなワークＷｋ３が第１チャンバ１１に搬入される。

一方、第３チャンバ３１での成膜プロセス、すなわちプラズマ点灯下でのワークＷｋ１の走査移動が終了すると、第４シャッタＳ４が開いてワークＷｋ１が第３チャンバ３１から搬出され、例えば適宜の後処理を実行する後段の処理チャンバに搬入される。

第３チャンバ３１からのワークＷｋ１の搬出と、第１チャンバ１１へのワークＷｋ３の搬入とはそれぞれ独自のタイミングで実行可能であり、例えば図１１（ｄ）に示す時刻Ｔ８のように、これらの搬送を並行して実行することが可能である。すなわち、時刻Ｔ８においては、第４シャッタＳ４が開いて第３チャンバ３１から処理済みのワークＷｋ１が搬出され、第１チャンバ１１では第１シャッタＳ１が開いて新たなワークＷｋ３が搬入される。このとき第２シャッタＳ２および第３シャッタＳ３は閉じられている。そのため、第２チャンバ２１内では、第１チャンバ１１および第３チャンバ３１内での動作とは独立して、シーズヒータ２４によるワークＷｋ２の加熱を実行することができる。

第３チャンバ３１からのワークＷｋ１の搬送が終了し第４シャッタＳ４が閉じられると、第２チャンバ２１から第３チャンバ３１へのワークＷｋ２の搬入が可能となる。この状態は図１１（ａ）に示される時刻Ｔ５における状態と同じである。したがって、図１１（ｅ）に示す時刻Ｔ９のように、第３シャッタＳ３を開いてワークＷｋ２を第２チャンバ２１から第３チャンバ３１へ搬送することができる。またこのとき、先に第１チャンバ１１へ搬入されたワークＷｋ３を第１チャンバ１１内で予備加熱することができる。この状態は、図１１（ｂ）に示される時刻Ｔ６における状態と同じである。

以後、時刻Ｔ５ないしＴ８（または時刻Ｔ６ないしＴ９）を１周期として、各処理ユニットが上記動作を繰り返すことにより、多数のワークＷｋ１，Ｗｋ２，Ｗｋ３，Ｗｋ４，…，を順次処理することができる。この場合、各処理ユニットが１つのワークを処理するためのタクトタイムが、成膜装置１全体のタクトタイムとなる。各処理ユニットにおけるタクトタイムについては、例えば６０秒程度とすることができる。各処理ユニットのタクトタイムを揃えるためには、処理ユニット間のワーク搬送速度や各処理ユニット内でのワークの留置時間を調整すればよい。

以上のように、この実施形態の成膜装置１では、減圧ユニット１０、加熱ユニット２０および成膜ユニット３０が、処理対象物である基板Ｓを含むワークＷｋの搬送方向に沿ってこの順番で並べられている。減圧ユニット１０は、常圧環境である外部空間から第１チャンバ１１へワークＷｋを受け入れて第１チャンバ１１内を減圧する。また、シーズヒータ１３により基板Ｓを面内において略均一に加熱する。このように、減圧ユニット１０は、外部空間と後段の処理ユニットとの間の気圧の差を調整する機能と、基板Ｓを予備的に加熱する機能と、ワークＷｋに付着した水分や揮発性物質等を除去する脱ガス機能とを有する。

加熱ユニット２０は、動作中常時減圧された第２チャンバ２１を有しており、外部からワークＷｋを受け入れて減圧された第１チャンバ１１からワークＷｋを受け入れる。第１チャンバ１１から第２チャンバ２１へ搬送される基板Ｓは、高い熱エネルギーを放射するランプヒータ２３との対向位置を通過することによって急速に加熱される。

基板Ｓを急速に加熱するための構成として、点灯後直ちに大量の熱エネルギーを放射することのできるランプヒータ２３が用いられ、ランプヒータ２３は基板Ｓが通過する期間のみ点灯するように構成されている。また、基板Ｓがランプヒータ２３との対向位置を通過することで順次加熱される構成であるため、ランプヒータ２３の熱放射範囲は基板Ｓの表面全体をカバーする必要がない。これらのことから、温度変化が緩やかで常時発熱させておく必要のあるシーズヒータにより基板Ｓ全体を昇温させる構成に比べて、エネルギー消費量を大きく低減させることが可能である。

また、急速な加熱によって生じ得る基板Ｓの温度ムラについては、シーズヒータ２４が第２チャンバ２１内で基板Ｓを略均一に加熱することによって解消する。こうして基板温度は所定の成膜温度に調整される。シーズヒータ２４は、ランプヒータ２３によって昇温された基板Ｓの温度を維持する程度の熱量を基板Ｓに与えることができればよく、エネルギー消費量を比較的小さく抑えることが可能である。

こうして所定の成膜温度に昇温された基板Ｓは成膜ユニット３０に搬送され、成膜ユニット３０の第３チャンバ３１内で、基板Ｓに対するプラズマスパッタリング成膜が実行される。これにより、基板Ｓの表面に薄膜が形成される。

外部空間と第１チャンバ１１との間および各チャンバ間は互いに独立して開閉可能なシャッタＳ１〜Ｓ４を介して連通している。これらのシャッタの開閉と各チャンバ内での動作とを適切に組み合わせることで、各処理ユニットを効率よく稼働させ、短いタクトタイムで多数の基板を処理することが可能となる。

以上説明したように、この実施形態においては、第１チャンバ１１内の処理空間ＳＰ１が本発明の「第１室」に相当する一方、第２チャンバ２１内の処理空間ＳＰ２が本発明の「第２室」に相当している。したがって、第１チャンバ１１および第２チャンバ２１が一体的に、本発明の「チャンバ」として機能している。また、上記実施形態では、成膜ユニット３０の第３チャンバ３１が本発明の「処理チャンバ」に相当し、その内部の処理空間ＳＰ３が本発明の「処理室」に相当する。そして、第１シャッタＳ１、第２シャッタＳ２および第３シャッタＳ３が、それぞれ本発明の「第１シャッタ」、「第２シャッタ」および「第３シャッタ」として機能している。

また、第１チャンバ１１内を減圧するポンプ類、すなわちクライオポンプ１４およびドライポンプ１５が一体として、本発明の「第１減圧部」として機能している。また、第２チャンバ２１内を減圧するポンプ類、すなわちクライオトラップ２５、ターボ分子ポンプ２６およびドライポンプ２７が一体として、本発明の「第２減圧部」として機能している。また、第３チャンバ３１内を減圧するポンプ類、すなわちクライオトラップ３６、ターボ分子ポンプ３７およびドライポンプ３８が一体として、本発明の「第３減圧部」として機能している。また、搬送機構１２および搬送機構２２が一体として、本発明の「搬送機構」として機能している。

また、上記実施形態においては、加熱ユニット２０に設けられたランプヒータ２３およびシーズヒータ２４がそれぞれ本発明の「局所加熱部」および「均一加熱部」に相当する一方、減圧ユニット１０に設けられたシーズヒータ１３が本発明の「予備加熱部」として機能している。

そして、この成膜装置１は、本発明の「基板処理装置」の一実施形態に相当するものであり、このうち減圧ユニット１０および加熱ユニット２０が一体として、本発明の「加熱装置」として機能している。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態においては、本発明の「局所加熱部」であるランプヒータ２３が加熱ユニット２０の第２チャンバ２１内に設けられている。これに代えて、例えば以下のような構成とすることも可能である。

図１２はランプヒータの他の配置例を示す図である。図１２（ａ）に示す成膜装置２００は、上記実施形態における３つの処理ユニットに対応する第１チャンバ２０１、第２チャンバ２０２および第３チャンバ２０３がシャッタを介して連結されている。この例では、ランプヒータ２０５が第１チャンバ２０１内のシーズヒータ２０４の（＋Ｘ）方向側に隣接配置されている。一方、第２チャンバ２０２にはシーズヒータ２０６が配置されている。

このような構成では、第１チャンバ２０１に搬入されたワークがシーズヒータ２０４との対向位置で均一な予備加熱を受けた後、第２チャンバ２０２に搬入される直前に第１チャンバ２０１内でランプヒータ２０５による急速加熱を受けることになる。第２チャンバ２０２では、急速加熱された基板の温度ムラを解消するための加熱がシーズヒータ２０６によりなされる。このような構成によっても、上記実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

また、図１２（ｂ）に示す成膜装置３００では、上記実施形態における３つの処理ユニットに対応する第１チャンバ３０１、第２チャンバ３０２および第３チャンバ３０３がこの順番に連結されている。第１チャンバ３０１にはシーズヒータ３０５が、第２チャンバ３０２にはシーズヒータ３０６が設けられている。そして、第１チャンバ３０１と第２チャンバ３０２との間に、ランプヒータ３０７を備えた第４チャンバ３０４がさらに設けられている。この場合、シャッタは図１２（ｂ）に示す符号Ａの位置および符号Ｂの位置の少なくとも一方に設けることができる。

このような構成によっても、上記実施形態と同様、第１チャンバ３０１から第２チャンバ３０２に搬送される途中の基板をランプヒータ３０７により急速に加熱した後、第２チャンバ３０２内で温度の均一化を図ることができる。また、ランプヒータ３０７からの熱が第１チャンバ３０１および第２チャンバ３０２内の部材や動作に及ぼす影響をより低減することができる。

また、上記実施形態の成膜装置１では、減圧ユニット１０においてシーズヒータ１３による基板Ｓの予備加熱が実施されるが、減圧ユニットでは減圧のみが行われ基板の加熱が行われない態様であってもよい。ただし、外部空間から搬入された基板の周囲を十分に減圧するためには一定の時間を必要とすることから、この期間を利用して基板を予備的に加熱しておくことは後の処理の効率化のために有効である。

また、上記実施形態の成膜装置１は基板Ｓに対する処理としてプラズマスパッタリング成膜処理を実行するものであり、該成膜処理に供される基板Ｓを所定の成膜温度まで昇温させるために、本発明の「加熱装置」に相当する減圧ユニット１０および加熱ユニット２０が用いられている。しかしながら、本発明の「加熱装置」はこのようなプラズマ成膜処理装置に限定されず、各種の基板処理装置に対し昇温された基板を供給する目的に適用することが可能である。すなわち、昇温された基板に対して行われる処理の内容は上記に限定されず任意である。

また、上記実施形態では処理対象物である基板ＳがトレーＴに載置された状態で成膜装置１内を搬送されるが、基板搬送の態様はこれに限定されず、例えばトレーやキャリアを用いず基板が単独で搬送される態様であってもよい。また、１つのトレーに複数の基板が載置された状態で搬送される態様であってもよい。また、搬送の方向やその際の基板の姿勢についても、上記に限定されるものではなく任意である。

また、上記実施形態では、本発明の「局所加熱部」としてランプヒータが、また「均一加熱部」としてシーズヒータが用いられているが、これらに限定されるものではない。本発明の「局所加熱部」としては、ランプヒータ以外にも、小さい面積に大きな熱量を与えることのできる各種の熱源を使用することが可能である。ただし、無駄なエネルギー消費を抑えるために、必要時のみオンされて直ちに大きな熱量を発生することのできる熱源であることが望ましい。また、本発明の「均一加熱部」としては、局所加熱部より単位面積当たりの発熱量は小さくても、基板により均一な熱量を与えることのできる各種の熱源を使用することが可能である。

また、上記実施形態では、成膜装置１内を搬送される基板Ｓの上方にランプヒータおよびシーズヒータが配置されているが、このような配置に限定されない。すなわち、ランプヒータおよびシーズヒータの少なくとも一方が搬送される基板Ｓの下方に配置されていてもよい。

以上、具体的な実施形態を例示して説明してきたように、本発明に係る加熱装置においては、局所加熱部は、第１室から第２室への基板の搬送方向において均一加熱部の上流側に配置されてよい。このような構成によれば、基板は搬送されながら局所加熱部による加熱を受けた後で均一加熱部による加熱をさらに受けることになるので、基板の急速な加熱と温度の均一化という一連の処理を効率よく実行することができる。

また、第１室から第２室への基板の搬送方向において、局所加熱部の寸法が基板の寸法よりも小さくてよい。このような構成によれば、基板と同等の寸法を有する加熱手段よりも消費エネルギー量を低減することができる。

また、基板が第２室内の所定位置に搬送されると局所加熱部による加熱が停止される構成であってよい。このような構成によれば、無用なエネルギーの消費を抑制することができる。さらに、局所加熱部が発生する熱が均一加熱部による基板温度の均一化を阻害するのを未然に回避することができる。

また、搬送機構は基板を第２室内で一定期間停止させ、均一加熱部は第２室内で停止している基板を加熱する構成であってよい。このような構成によれば、均一加熱部は、停止している基板の温度を維持するに十分な発熱量があれば足りるので、発熱量を抑えて消費エネルギー量をさらに低減することができる。

また、局所加熱部は、第１室から第２室への基板の搬送方向に直交し搬送される基板の表面に平行な方向を長手方向とするランプヒータであってよい。ランプヒータは点灯直後から多くの発熱量が得られるので、基板を短時間で加熱するのに好適である。また、このように反応性のよい熱源を用いることで、必要なときのみ局所加熱部を作動させればよいこととなるため、消費エネルギー量を低減することができる。

また、均一加熱部は、基板の表面に沿った方向に複数配列されたシーズヒータであってよい。このような構成は、急速に温度を変化させることは難しいが、基板全体に略均一な熱量を与える目的に好適なものである。

また、この発明に係る加熱装置は、第１室内で基板を加熱する予備加熱部を備えたものであってよい。局所加熱部による加熱を受ける前の基板を予め加熱しておくことで、局所加熱部による基板の加熱をより効率的に行うことができる。また、外部空間から搬入される基板を加熱しながら減圧のための排気を行うことで、基板に付着している水分や揮発性物質等を予め除去しておくことが可能となる。

また、第２減圧部は、第２室を第１室よりも高い真空状態まで減圧可能であってよい。第１チャンバが常圧環境の外部空間から基板を受け入れるのに対し、第２チャンバは予め減圧された第１チャンバから基板を受け入れる。このため、第２減圧部は、大気圧からの減圧が必要とされる第１減圧部よりも真空度の高い環境での減圧に特化されたものを用いることができる。また、第１チャンバから第２チャンバへ向けて真空度を段階的に高めることができるので、より高い真空度が必要とされる処理に、本発明の加熱装置を適用することが可能となる。

また、搬送機構は、第１室から第２室への基板の搬送速度を変更可能であってよい。このような構成によれば、局所加熱部による加熱を受けながら第１室から第２室へ搬送される基板の速度により、基板に付与される熱量の大きさを調整することができる。したがって、基板の昇温速度やその到達温度を、基板の搬送速度によって調節することが可能である。

この発明は、例えばプラズマスパッタリング成膜技術のように、所定の温度に昇温された基板に対し真空下で処理が行われる技術全般に適用することが可能である。

１ 成膜装置（基板処理装置）
１０ 減圧ユニット（加熱装置）
１１ 第１チャンバ（チャンバ）
１２，２２ 搬送機構
１３ シーズヒータ（予備加熱部）
１４ クライオポンプ（第１減圧部）
１５ ドライポンプ（第１減圧部）
２０ 加熱ユニット（加熱装置）
２１ 第２チャンバ（チャンバ）
２３ ランプヒータ（局所加熱部）
２４ シーズヒータ（均一加熱部）
２５ クライオトラップ（第２減圧部）
２６ ターボ分子ポンプ（第２減圧部）
２７ ドライポンプ（第２減圧部）
３０ 成膜ユニット
３１ 第３チャンバ（処理チャンバ）
３６ クライオトラップ（第３減圧部）
３７ ターボ分子ポンプ（第３減圧部）
３８ ドライポンプ（第３減圧部）
Ｓ 基板
Ｓ１ 第１シャッタ
Ｓ２ 第２シャッタ
Ｓ３ 第３シャッタ
ＳＰ１ 処理空間（第１室）
ＳＰ２ 処理空間（第２室）
ＳＰ３ 処理空間（処理室）
Ｗｋ、Ｗｋ１〜Ｗｋ４ ワーク

Claims (12)

1. 真空下で処理される枚葉状の基板を加熱する加熱装置であって、
   互いに連通しそれぞれが前記基板を収容可能な第１室および第２室を有するチャンバと、
   外部空間と前記第１室との間を開閉する第１シャッタと、
   前記第１室と前記第２室との間を開閉する第２シャッタと、
   前記第１室を減圧する第１減圧部と、
   前記第２室を減圧する第２減圧部と、
   減圧された前記第１室から減圧された前記第２室へ前記基板を搬送する搬送機構と、
   前記第２室に搬送された前記基板に対し、前記基板の面内において略均一な熱量を付与して前記基板を加熱する均一加熱部と、
   前記第１室から前記第２室へ搬送中の前記基板に対し局所的に、かつ単位面積当たりにおいて前記均一加熱部よりも大きな熱量を付与して前記基板を加熱する局所加熱部と
   を備える加熱装置。
2. 前記局所加熱部は、前記第１室から前記第２室への前記基板の搬送方向において前記均一加熱部の上流側に配置された請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記第１室から前記第２室への前記基板の搬送方向において、前記局所加熱部の寸法が前記基板の寸法よりも小さい請求項１または２に記載の加熱装置。
4. 前記基板が前記第２室内の所定位置に搬送されると、前記局所加熱部による加熱が停止される請求項１ないし３のいずれかに記載の加熱装置。
5. 前記搬送機構は前記基板を前記第２室内で一定期間停止させ、前記均一加熱部は前記第２室内で停止している前記基板を加熱する請求項１ないし４のいずれかに記載の加熱装置。
6. 前記局所加熱部は、前記第１室から前記第２室への前記基板の搬送方向に直交し搬送される前記基板の表面に平行な方向を長手方向とするランプヒータである請求項１ないし５のいずれかに記載の加熱装置。
7. 前記均一加熱部は、前記基板の表面に沿った方向に複数配列されたシーズヒータである請求項１ないし６のいずれかに記載の加熱装置。
8. 前記第１室内で前記基板を加熱する予備加熱部を備える請求項１ないし７のいずれかに記載の加熱装置。
9. 前記第２減圧部は、前記第２室を前記第１室よりも高い真空状態まで減圧可能である請求項１ないし８のいずれかに記載の加熱装置。
10. 前記搬送機構は、前記第１室から前記第２室への前記基板の搬送速度を変更可能である請求項１ないし９のいずれかに記載の加熱装置。
11. 請求項１ないし１０のいずれかに記載の加熱装置と、
    前記加熱装置の前記第２室と連通する処理室を有する処理チャンバと、
    前記第２室と前記処理室との間を開閉する第３シャッタと、
    前記処理室を減圧する第３減圧部と
    を備える基板処理装置。
12. 真空下で処理される枚葉状の基板を加熱する加熱方法であって、
    第１シャッタを介して外部空間と連通する第１室および第２シャッタを介して前記第１室と連通する第２室を有するチャンバの前記第１室に、前記第１シャッタを開状態として外部空間から前記基板を受け入れ、前記第１シャッタを閉状態として前記第１室を減圧する工程と、
    前記第１室および前記第２室が減圧された状態で、前記第２シャッタを開状態として前記基板を前記第１室から前記第２室に搬送する工程と、
    前記第２室に搬送された前記基板に対し、前記基板の面内において略均一な熱量を付与して前記基板を加熱する工程と
    を備え、
    前記第１室から前記第２室へ搬送中の前記基板に対し局所的に、かつ単位面積当たりにおいて前記略均一な熱量よりも大きな熱量を付与して前記基板を加熱する加熱方法。

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