JP5138666B2 - 基盤加熱ヒータ - Google Patents

Description

本発明は、基板加熱ヒータに関する。

真空処理装置としてプラズマＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｕｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置、スパッタリング装置、ドライエッチング装置などが知られている。それら真空処理装置において基板が処理される際、その基板は基板加熱ヒータにより加熱される。これにより適正な基板処理条件が満たされる。

製膜装置、例として大型の太陽電池パネルの製膜を行うためのプラズマＣＶＤ装置においては、製膜処理の対象となる基板がヒータカバー上に設置され、ヒータカバーに対して基板と反対側のヒータにより加熱される。そして所定の温度条件のもとで、製膜処理が行われる。基板は全体が均一な温度とされることが好ましい。基板のサイズが大きい場合には、基板の全体が均一な温度となるような制御が必要とされる。

図１は、特許文献１に記載された真空処理装置と基板加熱ヒータの構造を示す概略図である。基板処理装置１１１は製膜室１１２を備え、製膜室１１２は図示しない真空ポンプによって減圧される。製膜室１１２内には、ラダー電極（放電電極）１１３などを備える製膜ユニット１１４が設置されている。この製膜ユニット１１４の両側に、ヒータカバー１１５を介して基板加熱ヒータ１１６が設置されている。ヒータカバー１１５は接地電極である。被処理体である基板Ｋは、ラダー電極１１３に対向するように配置され、ヒータカバー１１５により支持される。基板Ｋが図示されない基板搬送装置により搬入されヒータカバー１１５に設置された後、基板搬送台車は搬出され、ヒータカバー１１５は基板加熱ヒータ１１６から製膜ユニット１１４方向へ移動する。その結果、ヒータカバー１１５とラダー電極（放電電極）１１３との距離は所定の距離となる。基板Ｋを基板加熱ヒータ１１６により加熱しながら製膜処理などが行われる。

図１に示されるように、この基板加熱ヒータ１１６は、複数のヒータユニット１２１から構成されている。ヒータユニット１２１は、導入パイプ１２２が接続された集電ボックス１２３と、複数のカートリッジヒータ（棒状ヒータ）１２４を備える。導入パイプ１２２は、製膜室１１２の壁面を通して外部へ接続され、発熱エレメントへ電力を供給する配線類が製膜室１１２外部へと導出されている。この時、製膜室１１２は、真空シール（図示されない）で密閉されている。複数のカートリッジヒータ１２４は、互いに間隔をあけて略平行に設置されている。また、各々のカートリッジヒータ１２４は、管体と、その管体内に配設された発熱エレメント（発熱体）を備える。その発熱エレメントに電力が供給され、カートリッジヒータ１２４は発熱する。管体は集電ボックス１２３とともに気密に構成され、その内部は略大気圧に保たれる。

このようなカートリッジ型の基板加熱ヒータ１１６は、軽量化及び低コスト化の面で優れる。また、カートリッジヒータ１２４を長尺化させ、またカートリッジヒータ１２４の本数を増加させることによって、このような基板加熱ヒータ１１６を、被処理体である基板Ｋの大型化に対応させることは容易である。更に、発熱エレメント（コイル）の巻き密度の分布をあらかじめ設定することにより、基板加熱ヒータ１１６は発熱量に分布が生じるように構成され得る。

特開２００２−２１２７３８号公報

本発明および参考例の目的は、基板処理条件に合わせて発熱量の分布を制御することができる基板加熱ヒータ、及びそれを備える真空処理装置を提供することである。

本発明および参考例の他の目的は、基板温度の分布が最適になるように調整することができる基板加熱ヒータ、及びそれを備える真空処理装置を提供することである。

本発明および参考例のさらに他の目的は、容易に大型化できる基板加熱ヒータ、及びそれを備える真空処理装置を提供することである。

本発明および参考例のさらに他の目的は、温度のハンチングを抑制する基板加熱ヒータ、及び真空処理装置を提供することである。

本発明および参考例のさらに他の目的は、製膜処理のタクトタイム（基板が製膜処理を施されて送出されるのにかかる平均時間）が短い場合に、上記の目的を達成する基板加熱ヒータ、及び真空処理装置を提供することである。

以下に、［発明を実施するための形態］で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明の参考例による基板加熱ヒータは、基板を保持するヒータカバー（６０）と、ヒータカバー（６０）に対向するヒータ（４０）とを備えている。ヒータ（４０）は各々が第１方向に長く、かつ第１方向に垂直な第２方向に平行に並んで複数配列された棒状ヒータ（１０、２１０）を備えている。ここで例えば、基板加熱ヒータの加熱領域を第２の方向である水平方向へ１、２、３、４、５の５つの領域に分けて温度制御を行う場合について、本発明の説明を行うこととする。基板加熱ヒータは更に、ヒータカバー（６０）の中央領域における温度を検出する温度検出部（６３）と、温度に応答して中央領域（３）に対応する位置におけるヒータ（４０）の中央発熱密度を制御し、中央領域（３）に対して第２方向に隣接する隣接領域（１、２、４、５）に対応する位置におけるヒータ（４０）の隣接発熱密度が中央発熱密度に比例するように制御する制御部（６５、６７）とを備えている。

本発明の参考例による基板加熱ヒータにおいて、中央発熱密度は、温度を目標温度に近づけるためにＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ、Ｉｎｔｅｇｒａｌ、Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御により制御される。

本発明の参考例による基板加熱ヒータにおいて、中央領域（３）はヒータの中心部に対応する位置である。隣接領域（１、２、４、５）は中央領域よりもヒータの周縁部に対応する位置である。隣接発熱密度は中央発熱密度よりも大きい。

本発明の参考例による基板加熱ヒータにおいて、棒状ヒータ（１０、２１０）の各々は、第１発熱部（１１、２５６）と、第２発熱部（１２、２５７）と、第３発熱部（１３、２５８）とを含んでいる。第２発熱部（１２、２５７）は第１発熱部（１１、２５６）と第３発熱部（１３、２５８）との間に位置している。制御部（６５、６７）は、第１発熱部（１１）の第１発熱密度が第２発熱部（１２）の第２発熱密度に比例し、かつ、より大きくなるように制御する。

本発明の参考例による基板加熱ヒータにおいて、棒状ヒータ（１０、２１０）の各々は、第１発熱部（１１、２５６）と、第２発熱部（１２、２５７）と、第３発熱部（１３、２５８）とを含んでいる。第２発熱部（１２、２５７）は第１発熱部（１１、２５６）と第３発熱部（１３、２５８）との間に位置している。制御部（６５、６７）は、第３発熱部（１３、２５８）の第３発熱密度が第２発熱部（１２、２５７）の第２発熱密度に比例し、かつ、より大きくなるように制御する。また、比較的運転条件が一定であるもので、第１発熱部（２５６）と第２発熱部（２４７）と第３発熱部（２５８）の発熱密度比が一定条件で固定して運用できるものについては、予め第１発熱部（２５６）と第２発熱部（２４７）と第３発熱部（２５８）の発熱密度を発熱エレメントの巻数などで設定しておくことで、制御を簡素化することができる。

本発明による基板加熱ヒータは、基板（６１）を保持するヒータカバー（６０）と、ヒータカバー（６０）に対向するヒータと、ヒータカバー（６０）の中央領域における温度を検出する温度検出部（６３）と、温度に応答して中央領域（３）に対応する位置におけるヒータの中央発熱密度を制御し、中央領域（３）に隣接する隣接領域（１、２、４、５）に対応する位置におけるヒータの隣接発熱密度が中央発熱密度に比例するように制御する制御部（６５、６７）と、隣接発熱密度の中央発熱密度に対する比例係数を対応づけるテーブルと、を備えている。

本発明による基板加熱ヒータにおいて、中央発熱密度は、温度を目標温度に近づけるＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ、Ｉｎｔｅｇｒａｌ、Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御により制御される。

本発明による基板加熱ヒータにおいて、中央領域（３）は基板（６１）の略中心部領域に対応する位置である。隣接領域（１、２、４、５）は中央領域よりもヒータの周縁部に対応する位置である。隣接発熱密度は中央発熱密度よりも大きい。

本発明による基板加熱ヒータにおいて、ヒータ（４０）は、中央領域に対して上側にあるヒータカバー（６０）の周縁部である第３領域（１’、２’、３’、４’、５’）に対応する位置において、中央発熱密度に比例し、かつ中央発熱密度よりも大きい第３発熱密度で加熱する第３発熱部（１３、２５８）を備える。

本発明による基板加熱ヒータにおいて、ヒータ（４０）は、中央領域に対して下側にあるヒータカバー（６０）の周縁部である第１領域（１”、２”、３”、４”、５”）に対応する位置において、中央発熱密度に比例し、かつ中央発熱密度よりも大きい第１発熱密度で加熱する第１発熱部（１１、２５６）を備える。

本発明の参考例による真空処理装置（１１１）は、真空ポンプにより減圧される製膜室（１１２）と、製膜室（１１２）に設置された請求項１から１０のうちのいずれか1項に記載された基板加熱ヒータと、基板加熱ヒータにより加熱された基板に製膜処理を施す製膜処理装置とを備えている。

本発明の参考例による真空処理装置（１１１）は、基板（６１）が製膜室（１１２）に導入され製膜処理を施されて製膜室（１１２）から導出されるまでの時間を示すタクトタイムと、隣接発熱密度の中央発熱密度に対する比例係数とを対応づけるテーブル（６２）を記憶する記憶部と、タクトタイムと中央発熱密度とを収集し、収集されたタクトタイムにテーブルにおいて対応する比例係数を、収集された中央発熱密度に積算した値を隣接発熱密度とする隣接発熱密度制御部（６７）とを備えている。

本発明の参考例による真空処理装置の運転方法は、基板（６１）が製膜室（１１２）に導入され製膜処理を施されて製膜室（１１２）から導出されるまでの時間を示すタクトタイムと、隣接発熱密度の中央発熱密度に対する比例係数とを対応づけるテーブル（６２）を参照して、タクトタイムと中央発熱密度とを収集し、収集されたタクトタイムにテーブルにおいて対応する比例係数を、収集された中央発熱密度に積算した値を隣接発熱密度として設定する。

本発明および参考例によれば、基板処理条件に合わせて発熱量の分布を制御することができる基板加熱ヒータ、及びそれを備える真空処理装置が提供される。

更に本発明および参考例によれば、基板温度の分布が最適になるように調整することができる基板加熱ヒータ、及びそれを備える真空処理装置が提供される。

更に本発明および参考例によれば、容易に大型化できる基板加熱ヒータ、及びそれを備える真空処理装置が提供される。

更に本発明および参考例によれば、温度のハンチングを抑制する基板加熱ヒータ、及び真空処理装置が提供される。

更に本発明および参考例によれば、製膜処理のタクトタイム（基板が製膜処理を施されて送出されるのにかかる平均時間）が短い場合に、上記の目的を達成する基板加熱ヒータ、及び真空処理装置が提供される。

図１は、背景技術における真空処理装置の構成を示す。 図２は、本発明および参考例による真空処理装置の構成を示す。 図３は、棒状ヒータの構成を示す。 図４は、棒状ヒータの制御装置の構成を示す。 図５は、関数テーブルを示す。 図６は、基板加熱ヒータの領域を示す。 図７は、基板加熱ヒータおよび真空処理装置の動作を示すフローチャートである。 図８は、タクトタイムに対するヒータカバー内の温度偏差を示す。 図９は、棒状ヒータの構成を示す。

以下、添付図面を参照しながら、本発明および参考例による基板加熱ヒータ、及びそれを備える真空処理装置について説明する。

図２は、本発明および参考例に係る基板処理装置の構成の一例を示す概略図である。基板処理装置１００は製膜室８０を備えている。製膜室８０は図示しない真空ポンプによって減圧される。製膜室８０内には、放電電極（ラダー電極）８１を備える製膜ユニット８２が設置されている。この放電電極８１に対向するようにヒータカバー６０が設置される。ヒータカバー６０は接地電極である。ヒータカバー６０に対して放電電極８１の反対側には基板加熱ヒータ４０が設置される。被処理体である基板６１は、ヒータカバー６０によって支持されることにより、放電電極８１に対向するように配置される。

基板６１は、図示されない基板搬送台車により製膜室８０に搬入される。基板搬送台車が製膜室８０から出た後、ヒータカバー６０は製膜ユニット８２の方へ移動し、製膜時の所定位置にセットされる。

本発明および参考例において、基板加熱ヒータ４０は、複数の棒状ヒータ（ヒータカートリッジ）１０と、その複数の棒状ヒータ１０の各々へ電力を供給するために接続される複数の温度制御部５０を備える。また、図２に示されるように、基板加熱ヒータ４０は複数のヒータユニット４１を含んでもよい。ヒータユニット４１は、複数の棒状ヒータ１０と、その複数の棒状ヒータ１０の各々へ電力を供給するために接続される複数の温度制御部５０を一つの単位として備える。複数の温度制御部５０は、製膜室８０外部の大気雰囲気中にあってもよい。基板加熱ヒータ４０をこのヒータユニット４１へ分割することで、組立作業や保守作業が容易になる。

図３を参照すると、棒状ヒータ１０の構成が示されている。図中の矢印Ａはヒータカバー６０が存在する方向を示す。本実施の形態において、棒状ヒータ１０は複数の発熱部を有する。例えば図３において、棒状ヒータ１０は、上部発熱部１１、中央発熱部１２、下部発熱部１３を備える。これら発熱部は棒状ヒータ１０の長手方向に沿って分布している。また、中央発熱部１２は、上部発熱部１１と下部発熱部１３との間に位置する。ここで、棒状ヒータ１０の上部発熱部１１と下部発熱部１３の長さは、中央発熱部１２の長さの０．１〜０．２倍の値に設定される。また、棒状ヒータ１０の端部には、それら発熱部を挟むように上部非発熱部１４と下部非発熱部１５が存在し、これにより発熱部に電力の供給を安定して行えるようになっている。

棒状ヒータ１０の外殻は管体３０で構成される。管体３０は屈曲部３１を有し、下部発熱部１３及び下部非発熱部１５の一部で屈曲している。後述されるように、これは下部非発熱部１５をヒータカバー６０（矢印Ａ方向）から隔離するためである。棒状ヒータ１０の一端部は、集電ボックス３２に接続される。集電ボックス３２は端子台３３を備える。端子台３３には、導入パイプ３４を用いて真空雰囲気である製膜室８０の壁面を通過して大気下の外部へと通された導電線３５が接続される。ここで、棒状ヒータ１０、集電ボックス３２、及び導入パイプ３４は、それらの内部が略大気圧となるように導入パイプ３４の周囲を図示していないＯリングシールなどを用いて密閉してあり、ガスなどが製膜室８０内へ漏出しないように処置してある。これにより、棒状ヒータの内部が大気圧となるために棒状ヒータ内部の伝熱が促進されるとともに、放電電圧が高くなるので、後述の発熱エレメント付近での異常放電の発生が抑制される。

管体３０の内部には、複数の発熱部に対応するように、例えば発熱素線をコイル状に巻くことで発熱密度を調整した複数の発熱エレメント（発熱体）が設けられる。上部発熱部１１に対応する位置には上部発熱エレメント２１が配設される。中央発熱部１２に対応する位置には中央発熱エレメント２２が配設される。下部発熱部１３に対応する位置には下部発熱エレメント２３が配設される。例えば図３に示される様に、管体３０の内部には二本の導電線２０ａ、２０ｂが配設されている。導電線２０ａは、上部発熱エレメント２１と下部発熱エレメント２３を含む。また、導電線２０ｂは、中央発熱エレメント２２を含む。それら導電線２０ａ、２０ｂは端子台３３に接続されている。

導電線２０ａ、２０ｂには、複数の温度制御部５０（図２参照）から導電線３５を介して電力が供給される。導電線２０ａに電力が供給されると、上部発熱エレメント２１、下部発熱エレメント２３が発熱する。導電線２０ｂに電力が供給されると、中央発熱エレメント２２が発熱する。ここで、導電線２０ａに供給される電力と、導電線２０ｂへ供給される電力とは、複数の温度制御部５０によって別々に制御される。すなわち、上部、下部発熱エレメント２１、２３における発熱量と中央発熱エレメント２２における発熱量は別々に制御される。これにより、棒状ヒータ１０の発熱量の分布、特に長手方向の発熱量の分布を制御することが可能になる。

図３に示すように、管体３０は屈曲部３１を有する。下部非発熱部１５や集電ボックス３２などの配線部はヒータカバー６０（矢印Ａ方向）から離れて位置するようになる。これにより、ヒータカバー６０は一部の上部非発熱部１４を除いて、発熱が制御された部分に対面するようになる。この時、上部非発熱部１４もヒータカバー６０から離れて位置するようになるので、上部発熱部１１からの輻射伝熱とヒータカバー６０内部の熱伝導により、ヒータカバー６０上部も加熱されることになる。従って、ヒータカバー６０をより均一に加熱することが可能になる。但し、棒状ヒータ１０の形状は図３に示される形状に限られない。例えば、真空容器８０に下部非発熱部１５の設置スペースが許せば、これをヒータカバー６０側に設置した形状として、棒状ヒータ１０が屈曲部がない直管構造であっても良い。逆に、上部非発熱部１４のスペースを少なくするために、棒状ヒータ１０の上下に屈曲部を設けても良い。

図４を参照すると、図３にしめされた棒状ヒータ１０を制御する制御手段の構成が示されている。棒状ヒータ１０（基板加熱ヒータ４０）に対向するようにヒータカバー６０が配置されている。基板６１は、ヒータカバー６０により棒状ヒータ１０の反対側に支持される。棒状ヒータ１０の上部、下部、裏面、及び図示されていない基板ヒータ両端部分には、反射板４５が設けられ、ヒータカバー６０への有効な均一加熱が可能となっている。

図４において、棒状ヒータ１０に導電線３５を介して中央温度制御部６５と周辺温度調整器６７が接続される。中央温度制御部６５は更に、上位コンピュータ６９に接続されている。上位コンピュータ６９からは例えば目標設定温度などの基板加熱ヒータ４０の運転条件を指示し、更には中央温度制御部６５の演算で使用するＰ、Ｉ、Ｄ値などの関数値を指示することも出来る。ヒータカバー６０の後述する領域３には、中央温度計測用熱電対５７が接続された中央温度センサー６３が接続されている。ここで、中央の領域３の計測用熱電対５７は基板６１の略中央付近が望ましく、更には領域３全体の温度を検出するために、計測用熱電対５７を複数箇所へ設置して、その前部または一部代表部の平均値または最高値を用いても良い。中央温度制御部６５は図示しない演算制御装置を備えており、中央温度センサー６３が検出する温度に基づいて、基板加熱ヒータ４０の後述する領域３における発熱量を制御する。

周辺温度調整器６７は、中央温度制御部６５から信号を受信する。周辺温度調整器６７は図示されない記憶装置を備え、その記憶装置の内部には関数テーブル６２が格納されている。周辺温度調整器６７は図示されない演算制御装置を備え、中央温度制御部６５から受信した信号と関数テーブルとを用いて、基板加熱ヒータ４０の後述する領域１、１’、１”、２、２’、２”、４、４’、４”、５、５’、および５”における発熱量を制御する。

例えば、中央温度制御部６５は、後述する領域３における棒状ヒータ１０の導電線２０ｂを流れる電流量を制御することによって、中央発熱エレメント２２における発熱量を制御する。周辺温度制御部６６は、領域１、２、４、および５に位置対応する棒状ヒータ１０を流れる電流量を制御することによって、それらの領域における発熱量を制御する。周辺温度制御部６６はさらに、導電線２０ａを流れる電流量を制御することによって、上部発熱エレメント２１及び下部発熱エレメント２３における発熱量を制御する。

図５を参照すると、関数テーブル６２が示されている。関数テーブル６２は、タクトタイムを横軸に、発熱密度比を縦軸に取った座標軸上にプロットされた数個の関数を含んでいる。図５においては、例えば発熱密度比を設定する３種類の関数Ｚ１、Ｚ２、およびＺ３が示されていて、これを用いて周辺温度の発熱密度を制御するものである。タクトタイムとは、基板が製膜室８０に搬入されてから、製膜処理を施され製膜室８０から搬出されるまでの一連の動作にかかる平均時間である。

図６を参照して、基板加熱ヒータ４０の各領域について説明する。図面の上向きが鉛直方向上向きである。基板加熱ヒータ４０は、例えば水平方向に５つに分割した領域に分けられ、さらに鉛直方向に３つ、かけ合わせて１５の領域に分けて発熱量を制御される。基板加熱ヒータ４０の中央は領域３であり、棒状ヒータ１０の中央発熱部１２による加熱領域である。領域３に水平方向に隣接する両側の領域が、各々領域２と領域４とである。領域２に対して水平方向に隣接する領域１は、基板加熱ヒータ４０の側端部である。領域４に対して水平方向に隣接する領域５は、基板加熱ヒータ４０の側端部である。領域１、５の幅は、領域２、３、４を合計した幅に対して、０．１〜０．２倍の値に設定される。

領域１（、２、３、４、５）の鉛直方向に上方には領域１’（、２’、３’、４’、５’）が隣接する。領域１’（、２’、３’、４’、５’）は基板加熱ヒータ４０の上端部であり、棒状ヒータ１０の上部発熱部１１による加熱領域である。領域１（、２、３、４、５)の鉛直方向に下方には領域１”（、２”、３”、４”、５”）が隣接する。領域１”（、２”、３”、４”、５”)は基盤加熱ヒータ４０の下端部であり、棒状ヒータ１０の下部発熱部１３による加熱領域である。

図７を参照すると、以上の構成を備えた基板加熱ヒータ、及びそれを備える真空処理装置の動作がフローチャートにより示されている。

ステップＳ１：レシピにより設定するか、または真空処理装置の運用状況により自己計測して、上位コンピュータ６９にてタクトタイムを把握して、タクトタイムが設定される。

ステップＳ２：図示されない基板搬送台車により、製膜室８０の内部に基板６１が導入される。

ステップＳ４：中央温度センサー６３により、基板加熱ヒータ４０の領域３に対応する位置のヒータカバー６０の温度を示す信号が生成される。生成された信号は中央温度制御部６５に送信される。

ステップＳ６：中央温度制御部６５は、ＰＩＤ制御などにより、領域３の温度が所定の目標温度に近づくような、領域３に位置対応する棒状ヒータ１０の中央発熱部１２の発熱量（以下、領域３の発熱量制御値と呼ぶ）を算出する。
真空処理装置を操作するオペレータは、ヒータカバー６０の各領域の温度を監視して、上位コンピュータ６９から中央温度制御部６５に対してＰＩＤ制御のＰ、Ｉ、Ｄの値やその関数値を適切に変更することが可能である。あるいは、そうした制御の変更は、上位コンピュータ６９が記憶している所定のプログラムにより行われてもよい。

ステップＳ８：中央温度制御部６５は、領域３の発熱量制御値を周辺温度調整器６７に送信する。周辺温度調整器６７は、関数テーブル６２を読み出す。

ステップＳ１０：周辺温度調整器６７は、関数テーブル６２と、中央温度制御部６５から受信した領域３の発熱量制御値とを用いて、領域３以外の領域の発熱量制御値を算出する。例えば、図５に示される関数Ｚ１は領域２と領域４に適用される関数である。タクトタイムが５分のとき、領域２と領域４との発熱量制御値は、領域３の発熱量にタクトタイムが５分のときのＺ２の値を掛けることにより算出される。関数Ｚ３は領域１と領域５に適用される関数である。タクトタイムが５分のとき、領域１と領域５との発熱量制御値は、領域３の発熱量にタクトタイムが５分のときのＺ３の値を掛けることにより算出される。また、装置の運用により、ヒータカバー６０の温度分布をより均一にするために、関数Ｚ２を設けて、領域２、４、及び領域１、５の発熱量算出に用いることも可能である。

関数テーブル６２はさらに、２’、３’、４’の発熱量制御値と領域３の発熱量制御値との比を示す関数Ｚ４と、１’、５’の発熱量制御値と領域３の発熱量制御値との比を示す関数Ｚ５と、２”、３”、４”の発熱量制御値と領域３の発熱量制御値との比を示す関数Ｚ６と、１”、５”の発熱量制御値と領域３の発熱量制御値との比を示す関数Ｚ７とを備えていることが好ましい。その場合、周辺温度調整器６７は、受信した領域３の発熱量制御値に対して、（１）領域２と４、（２）領域１と５、（３）領域２’と３’と４’、（４）領域１’と５’、（５）領域２”と３”と４”、および（６）領域１”と５”、の各々の発熱量制御値を算出する。

領域１と５の発熱量制御値は、領域３の発熱量制御値の２〜６倍であることが好ましい。領域２’、３’、４’、２”、３”、および４”の発熱量制御値は、領域３の発熱量制御値の２〜６倍であることが好ましい。領域１’、５’、１”、および５”の発熱量制御値は、領域３の発熱量制御値の８〜１２倍であることが好ましい。

ステップＳ１２：中央温度制御部６５は、算出された発熱量制御値に基づいて、領域３に位置対応する棒状ヒータ１０の中央発熱部１２の発熱量をＰＩＤ制御する。周辺温度調整器６７は、算出された発熱量制御値に基づいて、領域３以外の各領域を、領域３の発熱量に比例した発熱量に制御する。ヒータカバー６０の各領域は、基板加熱ヒータ４０の各領域により加熱され、ヒータカバー６０の全体がほぼ一定の温度に制御される。

ヒータカバー６０の各領域には温度センサーが取り付けられ、リアルタイムで各領域の温度が監視され、ヒータカバー６０の面内温度分布の均一性が監視されていることが好ましい。

ステップＳ１４：ステップＳ４からステップＳ１２までの手順は、製膜処理の間続けられる。製膜処理が終了すると、図示されない基板搬送台車により、製膜室８０の外部に基板６１が導出される。

以上に示される手順により、基板はその全体がほぼ均一に加熱された状態で製膜処理される。

（現象の説明）
図８を参照して、タクトタイムに応じて周辺の発熱量を変える理由について説明する。
図８に示される図の横軸はタクトタイム、縦軸はヒータカバー６０の水平方向の面内温度の最大偏差である。カーブ９１は、領域１、２、３、４、５に対応する位置の基板加熱ヒータ４０の発熱量が３：１：１：１：３である場合を示している。カーブ９２は、領域１、２、３、４、５に対応する位置の基板加熱ヒータ４０の発熱量が２：１：１：１：２である場合を示している。

図８を参照すると、タクトタイムが３分から６分程度のときは、発熱量が２：１：１：１：２であるカーブ９２に示される場合の方が、ヒータカバー６０の温度偏差が小さく好ましい。タクトタイムが６分以上の場合については図示されていないが、もし６分以上のときカーブ９１とカーブ９２とが交差して反転するなら、そのときは発熱量が３：１：１：１：３である場合の方がヒータカバー６０の温度偏差が小さく好ましい。これは、タクトタイムが長いと各バッチ処理間の基板ヒータカバー６０から基板６１への伝熱量が相対的に少なくなるので、基板６１の存在するヒータカバー６０の中央の温度低下が少なくなり、両端領域である領域１、領域５に比べて、中央の領域である領域２、３、４の発熱密度を低く抑えることになるためである。

大型の太陽電池パネルに例示されるサイズの大きい基板に製膜処理を行うために、全体を均一な温度に制御することは次の理由により難しい。
（１）基板搬送中の高真空状態は伝熱量が低く、製膜状態では製膜ガス（ＳｉＨ４、Ｈ２など）が導入されて伝熱が促進されるため、製膜時間が短い（タクトタイムが短い）条件では、基板ヒータからヒータカバーへの伝熱状態の変化サイクルが短くなり温度分布が乱れ易い。
（２）製膜室に投入された基板はヒータカバーから伝熱され所定の製膜温度まで昇温されるが、基板がセットされるヒータカバー中央領域の熱が基板に奪われるため、タクトタイムが短くなると基板ヒータから基板（またはヒータカバー）への伝熱が追いつかずヒータカバーの中央付近の温度が下がりやすい。図８を参照してなされた説明において、タクトタイムが短い場合の方がタクトタイムが長い場合に比べて周辺発熱密度比が低く制御され、中央の発熱密度が増加したのは、このためである。
（３）上記（１）（２）の現象に対処するために、タクトタイムが短い場合にヒータカバーを複数の領域に分け、各々の領域に対して例えばＰＩＤ制御を行うことが考えられる。この場合、熱容量の大きい大型構造物の温度調整を温度ハンチングを抑制しながら制御するには積分パラメータ：Ｉを大きくする必要があるが、そうすると数分間で繰り返される製膜処理に追従することが難しくなる。

本発明による基板加熱ヒータによる実験では、上述のような困難にもかかわらず、制御過渡状態における中央の温度と左右及び上下の温度のアンバランスが抑制された。さらに、左右及び上下での温度分布の非対称によるアンバランスも抑制され、安定な温度分布を得ることができた。また、温度制御機構がシンプルであり、ハンチングや予想外の異常制御で温度が乱れることがなく、信頼性が向上した。

図６に基板加熱ヒータ１１６を左右及び上下に１５分割した制御を示したが、更なる分割化による制御により、ヒータカバー６０の温度の均一化を行っても良い。また逆に、運転状態が比較的一定のものは、図９のように、棒状ヒータ２１０の上下の発熱密度比を最初から固定して、基板加熱ヒータ１１６を左右方向に５分割した制御を行うことも可能である。すなわち、図９を参照して、本実施の形態における棒状ヒータ１０に代えて、棒状ヒータ２１０を用いることが可能である。棒状ヒータ２１０の外殻は管体２４５で構成される。棒状ヒータ２１０の一端部は、集電ボックス２３２に接続される。集電ボックス２３２は端子台２３３を備える。端子台２３３には、導入パイプ２３４を用いてこの周囲を図示しないＯリングシールなどを用いることで、真空雰囲気である製膜室８０の壁面を通過して大気下の外部へと通された導電線２３５が接続される。棒状ヒータ２１０の上下側、裏面側及び図示されない基板ヒータ両端側には、反射板２４５が設けられ、ヒータカバー２６０への有効な加熱が可能となっている。

棒状ヒータ２１０は、上部発熱部２５６、中央発熱部２５７、下部発熱部２５８を備える。これら発熱部は棒状ヒータ２１０の長手方向に沿って分布している。また、中央発熱部２５７は、上部発熱部２５６と下部発熱部２５８との間に位置する。

管体２４５の内部には、複数の発熱部に対応するように、例えば発熱素線をコイル状に巻くことで発熱密度を調整した複数の発熱エレメント（発熱体）が設けられる。上部発熱部２５６に対応する位置には上部発熱エレメント２２１が配設される。中央発熱部２５７に対応する位置には中央発熱エレメント２２４が配設される。下部発熱部２５８に対応する位置には下部発熱エレメント２２３が配設される。

図３に示される棒状ヒータ１０とは異なり、棒状ヒータ２１０の管体２４５の内部には一本の導電線２２０が配設されている。導電線２２０は延長して、下部発熱エレメント２２３、中央発熱エレメント２２４、及び上部発熱エレメント２２１を形成している。導電線２２０の両端は端子台２３３に接続されている。

こうした棒状ヒータ２１０を平行に並べることにより形成される基板加熱ヒータは、中央領域に対して、上部発熱エレメント２２１に対向する上端付近と、下部発熱エレメント２２３に対向する下端付近において、中央領域よりも所定の高い比率で発熱する。こうした棒状ヒータは構成が簡素で製作が容易である。また、運転状況の変更により、上部発熱エレメント２２１、下部発熱エレメント２２３の発熱密度の変更が必要になった場合には、多孔反射板２７１を設けることで、ヒータカバー２６０への伝熱量を少なくすることが
可能である。

１０…棒状ヒータ
１１…上部発熱部
１２…中央発熱部
１３…下部発熱部
１４…上部非発熱部
１５…下部非発熱部
２０ａ、２０ｂ…導電線
２１…上部発熱エレメント
２２…中央発熱エレメント
２３…下部発熱エレメント
３０…管体
３１…屈曲部
３２…集電ボックス
３３…端子台
３４…導入パイプ
３５…導電線
４０…基板加熱ヒータ
４１…ヒータユニット
４５…反射板
５０…温度制御部
６０…ヒータカバー
６１…基板
６２…関数テーブル
６３…中央温度センサー
６５…中央温度制御部
６７…周辺温度調整器
８０…製膜室
８１…放電電極
８２…製膜ユニット
１００…基板処理装置
１１１…基板処理装置
１１２…製膜室
１１３…ラダー電極
１１４…製膜ユニット
１１５…ヒータカバー
１１６…基板加熱ヒータ
１２１…ヒータユニット
１２２…導入パイプ
１２３…集電ボックス
１２４…カートリッジヒータ
２２０…導電線
２２１…ヒータユニット
２２３…集電ボックス
２２４…棒状ヒータ
２２４ａ…管体
２３１…発熱エレメント
２３２…端子台
２３４…導入パイプ
２３５…反射板
Ｋ…基板

Claims (5)

1. 基板を保持するヒータカバーと、
   前記ヒータカバーに対向するヒータと、
   前記ヒータカバーの中央領域における温度を検出する温度検出部と、
   前記温度に応答して前記中央領域に対応する位置における前記ヒータの中央発熱密度を制御し、前記中央領域に隣接する隣接領域に対応する位置における前記ヒータの隣接発熱密度が前記中央発熱密度に比例するように制御する制御部と、
   前記隣接発熱密度の前記中央発熱密度に対する比例係数を対応づけるテーブルと、を具備する基板加熱ヒータ。
2. 請求項１に記載された基板加熱ヒータであって、
   前記中央発熱密度は、前記温度を目標温度に近づけるＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ、Ｉｎｔｅｇｒａｌ、Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御により制御される基板加熱ヒータ。
3. 請求項１または２のうちのいずれか１項に記載された基板加熱ヒータであって、
   前記中央領域は前記ヒータの中心部に対応する位置であり、
   前記隣接領域は前記中央領域よりも前記ヒータの周縁部に対応する位置であり、
   前記隣接発熱密度は前記中央発熱密度よりも大きい基板加熱ヒータ。
4. 請求項１から３のうちのいずれか１項に記載された基板加熱ヒータであって、
   前記ヒータはさらに、前記中央領域に対して上側にある前記ヒータカバーの周縁部である第３領域に対応する位置において、前記中央発熱密度に比例し、かつ前記中央発熱密度よりも大きい第３発熱密度で加熱する第３発熱部
   を備える基板加熱ヒータ。
5. 請求項１から４のうちのいずれか１項に記載された基板加熱ヒータであって、
   前記ヒータはさらに、前記中央領域に対して下側にある前記ヒータカバーの周縁部である第１領域に対応する位置において、前記中央発熱密度に比例し、かつ前記中央発熱密度よりも大きい第１発熱密度で加熱する第１発熱部
   を備える基板加熱ヒータ。

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