JP5378192B2 - 成膜装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、薄膜太陽電池の製造に用いられる成膜装置に関するものである。

現在の太陽電池は単結晶Ｓｉ型および多結晶Ｓｉ型で大半を占めているが、Ｓｉの材料不足などが懸念されている。近年では、製造コストが低く、材料不足のリスクが小さい薄膜Ｓｉ層が形成された薄膜太陽電池の需要が高まっている。さらに、従来型のａ-Ｓｉ層のみの薄膜太陽電池に加え、最近ではａ-Ｓｉ（アモルファスシリコン）層とμｃ-Ｓｉ（マイクロクリスタルシリコン）層を積層することにより変換効率の向上を図るタンデム型薄膜太陽電池の要求が高まっている。
この薄膜太陽電池の薄膜Ｓｉ層（半導体層）の成膜にはプラズマＣＶＤ装置を用いることが多い。プラズマＣＶＤ装置としては、枚葉式ＰＥ−ＣＶＤ（プラズマＣＶＤ）装置、インライン型ＰＥ−ＣＶＤ装置、バッチ式ＰＥ−ＣＶＤ装置などが存在する。

ここで、薄膜太陽電池としての変換効率を考慮すると、上記タンデム型太陽電池のμｃ-Ｓｉ層はアモルファスＳｉ層と比較して約５倍程度の膜厚（１．５μｍ程度）を確保する必要がある。また、μｃ-Ｓｉ層は、良質なマイクロクリスタル膜を均一に形成する必要があるため成膜速度を速くするには限界があることから、バッチ処理数の増加などを行って生産性を向上させることが求められている。すなわち、低成膜速度で、かつ、高スループットを実現する装置が求められている。

また、生産性の向上を図ると共に、大型化する基板にも高精度に成膜可能なＣＶＤ装置として、基板の被成膜面が重力方向と略並行を成すように配置された状態で成膜を施す所謂縦型ＣＶＤ装置がある。この縦型ＣＶＤ装置のなかには、基板を支持するための支持壁（ホルダ）が一対垂設されているキャリアを有するものがある。各支持壁は、互いに略並行な状態となるように配設されている。キャリアは、各支持壁に基板を支持させた状態で面方向に沿って移動し、基板を成膜室に搬送する。成膜室の一対の基板の間に対応する位置には、各基板を加熱するためのヒータが設けられている。また、成膜室の両側壁には、内面側に高周波電極（カソード）がそれぞれ配設されており、この高周波電極に給電することによって成膜室に供給される成膜ガスをプラズマ化するようになっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２７０６００号公報

ところで、上述の従来技術にあっては、ヒータや高周波電極による放電により、成膜室内（成膜空間内）の温度がバッチ処理の回数が増えるに従って高くなってしまう。成膜室内の温度上昇に伴ってヒータを停止しても輻射熱等によって基板の温度が所望の温度よりも上昇してしまう。このため、バッチ処理の回数が増えるに従って基板に形成される膜の品質が低下してしまうという課題がある。

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、基板を一定温度に保つことができ、バッチ処理の回数が増えても基板に形成される膜の品質を安定させることができる成膜装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、成膜室内に基板を配し、前記基板の被成膜面にＣＶＤ法により所望の膜を形成する成膜装置において、電圧が印加される平板状のカソードと、前記カソードに離間して対向配置されるアノードとを有する電極ユニットを、前記成膜室に対して着脱自在に設け、前記アノードに、前記基板を加熱するためのヒータを内蔵すると共に、前記アノードの前記カソードとは反対側の面に、前記アノードを冷却するための冷却板を設け、前記冷却板に、冷却用水を循環させるための冷却流路を設けたことを特徴とする。

このように構成することで、ヒータを停止した際、冷却板に冷却用水を循環させることによって、アノードを冷却することができる。このため、成膜室内の輻射熱によるアノードの温度上昇を抑えることができる。この結果、基板の温度上昇を抑制することができ、基板の温度を所望の温度で管理することを容易に行うことができる。よって、バッチ処理の回数が増えても基板に形成される膜の品質を安定させることが可能になる。

請求項２に記載した発明は、前記アノードと前記冷却板との間に、所定の間隙を設けたことを特徴とする。
このように構成することで、例えば、成膜室内の輻射熱等によって得るアノードの熱容量などに基づいてアノードと冷却板との間の離間距離を設定し、アノードから所望の熱量を吸熱することができる。このため、ヒータの能力などに応じ、その都度冷却板を作成する必要がなく、冷却板の汎用性を高めることができる。
また、アノードと冷却板との間に間隙を設けることにより、アノードの冷却板側の面を満遍なく均一に冷却することができる。このため、効率よくアノードの温度上昇を抑制することが可能になる。

本発明によれば、ヒータを停止した際、冷却板に冷却用水を循環させることによって、アノードを冷却することができる。このため、成膜室内の輻射熱によるアノードの温度上昇を抑えることができる。この結果、基板の温度上昇を抑制することができ、基板の温度を所望の温度で管理することを容易に行うことができる。よって、バッチ処理の回数が増えても基板に形成される膜の品質を安定させることが可能になる。

本発明の実施形態における成膜装置の概略構成図である。 本発明の実施形態における成膜室の概略構成を示す斜視図である。 ２とは別の角度からの成膜室の斜視図である。 本発明の実施形態における成膜室の側面図である。 本発明の実施形態における電極ユニットの概略構成を示す斜視図である。 図５とは別の角度からの電極ユニットの斜視図である。 本発明の実施形態におけるカソードユニット、およびアノードユニットの部分断面図である。 本発明の実施形態におけるアノードユニットの斜視図である 本発明の実施形態におけるキャリアの斜視図である。

（成膜装置）
次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、成膜装置の概略構成図である。
同図に示すように、成膜装置１０は、複数の基板Ｗに対して同時に、例えばマイクロクリスタルシリコン膜を成膜可能な成膜室１１と、成膜室１１に搬入される基板Ｗ（以下、成膜処理前基板という）と、成膜室１１から搬出された基板Ｗ（以下成膜処理後基板という）とを同時に収容可能な仕込・取出室１３と、成膜処理前基板および成膜処理後基板をキャリア２１（図１１参照）に脱着する基板脱着室１５と、基板Ｗをキャリア２１から脱着するための基板脱着ロボット１７と、基板Ｗを別の処理室との搬送のために複数枚収容可能な基板収容カセット１９と、を備えている。

本実施形態では成膜室１１、仕込・取出室１３および基板脱着室１５で構成される基板成膜ライン１６が４つ設けられている。また、基板脱着ロボット１７は床面に敷設されたレール１８上を移動できるようになっており、全ての基板成膜ライン１６への基板Ｗの受け渡しを１台の基板脱着ロボット１７でできるようになっている。
さらに、成膜室１１と仕込・取出室１３とで構成される基板成膜モジュール１４は一体化されており、トラックに積載可能な大きさで形成されている。

（成膜室）
図２、図３は、成膜室１１の概略構成を示し、図２は、斜視図、図３は、図２とは別の角度からの斜視図である。図４は、成膜室１１の側面図である。
図２に示すように、成膜室１１は箱型に形成されている。成膜室１１の仕込・取出室１３と接続される一方の側面２３（図２における紙面手前側の側面）には、基板Ｗが搭載されたキャリア２１が通過可能なキャリア搬出入口２４が３箇所形成されている。

キャリア搬出入口２４には、このキャリア搬出入口２４を開閉するシャッタ２５が設けられている。シャッタ２５を閉止した時には、キャリア搬出入口２４は気密性を確保して閉止される。また、成膜室１１の側面下部には成膜室１１内を真空排気するための排気管２９が接続されており、排気管２９には真空ポンプ３０が設けられている（図４参照）。

図３に示すように、側面２３と対向する他方の側面２７（図３における紙面手前側の側面）には、基板Ｗに成膜を施すための電極ユニット３１が３基取り付けられている。これら電極ユニット３１は、成膜室１１から着脱可能に構成されている。各電極ユニット３１には、それぞれ４つの冷水配管２８の一端が接続されている。冷水配管２８は、例えば、ゴムホース等からなるものであって、可撓性を有している。各冷水配管２８の他端には、冷水循環器３２が接続されており、各電極ユニット３１に冷水を供給することができるようになっている。
なお、図３においては、電極ユニット３１毎に１つの冷水循環器３２が接続されている場合について示しているが、各電極ユニット３１をまとめて１つの冷水循環器３２に接続するように構成してもよい。

（電極ユニット）
図５、図６は、電極ユニット３１の概略構成を示し、図５は、斜視図、図６は、図５とは別の角度からの斜視図である。図７は、カソードユニット６８、およびアノードユニット９０の部分断面図である。
図５〜図７に示すように、電極ユニット３１は、成膜室１１の他方の側面２７に形成された３箇所の開口部２６に着脱可能構成されている（図３参照）。電極ユニット３１は、下部に車輪６１が設けられており、床面上を移動可能に構成されている。

また、車輪６１が取り付けられた底板部６２には、側板部６３が鉛直方向に立設されている。この側板部６３は、成膜室１１の側面２７の開口部２６を閉塞する大きさを有している。つまり、側板部６３が成膜室１１の壁面の一部を成している。
側板部６３の一方の面（成膜室１１の内部を向く面）６５には、成膜を施す際に基板Ｗの両面に位置するアノードユニット９０とカソードユニット６８とが重力方向に沿うように設けられている。すなわち、電極ユニット３１には、カソードユニット６８を挟んで両側に離間してアノードユニット９０がそれぞれ配置されており、それぞれカソードユニット６８とアノードユニット９０との間を成膜空間８１として構成している。各成膜空間８１，８１にそれぞれ基板Ｗを配置することにより、一つの電極ユニット３１で２枚の基板Ｗを同時に成膜できるようになっている。

また、側板部６３の他方の面６９には、アノード６７を駆動させるための駆動機構７１と、成膜を施す際にカソードユニット６８に給電するためのマッチングボックス７２とが取り付けられている。さらに、側板部６３には、カソードユニット６８に成膜ガスを供給する配管用の接続部（不図示）が形成されている。

（アノードユニット）
図８は、アノードユニット９０の斜視図である。なお、以下の説明において、カソードユニット６８の両面に各々配置されている２つのアノードユニット９０は、何れも同一に構成されているので、２つのアノードユニット９０のうちの一方のアノードユニット９０についてのみ説明し、他方のアノードユニット９０については説明を省略する。
図５、図７、図８に示すように、アノードユニット９０は、カソードユニット６８側に配置され、カソードユニット６８に対向する平板状のアノード（対向電極）６７と、アノード６７を挟んでカソードユニット６８とは反対側に配置された平板状の冷却板９１と、これらアノード６７と冷却板９１とを一体化して保持する駆動アーム９２とを有している。

駆動アーム９２の基端側は、側板部６３に設けられた駆動機構７１に連結されている。これにより、アノードユニット９０は、カソードユニット６８に向かって近接・離反する方向（水平方向）に移動可能に構成され、基板Ｗとカソードユニット６８との離間距離を制御可能にしている。
具体的には、基板Ｗの成膜を施す際にはアノードユニット９０がカソードユニット６８方向に移動（図７における矢印参照）して基板Ｗと当接し、さらに、カソードユニット６８に近接する方向に移動して基板Ｗとカソードユニット６８との離隔距離を所望の距離に調節する。その後、成膜を行い、成膜終了後にアノードユニット９０が、互いに離反する方向に移動して、基板Ｗを電極ユニット３１から容易に取り出すことができるように構成されている。

さらに、駆動アーム９２は、駆動機構７１にヒンジ部９６を介して取りつけられており、電極ユニット３１を成膜室１１から引き抜いた状態で、アノードユニット９０のカソードユニット６８側の面６７Ａが側板部６３の一方の面６５と略平行になるまで回動できる（開く）ようになっている。つまり、アノードユニット９０は平面視において略９０°回動できるようになっている（図５、図８参照）。

アノード６７には、基板Ｗを加熱するためのヒータＨが内蔵されている。つまり、ヒータＨを駆動させることによりアノード６７が加熱され、このアノード６７の熱が基板Ｗに伝達される。
冷却板９１は、アノード６７の冷却を行うためのものであって、アルミにより形成されている。また、冷却板９１は、アノード６７よりもやや小さくなるように形成されている。さらに、冷却板９１とアノード６７との間には、駆動アーム９２によって間隙Ｋが設けられている。

冷却板９１のアノード６７とは反対側の面９１Ａには、冷水配管９３が重力方向上部から下部に向かって蛇行しながら一連に敷設されている。
より具体的には、冷水配管９３は、冷却板９１の側板部６３側であって重力方向上部から水平方向に沿って延出し、冷却板９１の側板部６３とは反対側の端部近傍で折り返す形で再び冷却板９１の側板部６３側に向かって水平方向に沿って延出している。さらに、冷水配管９３は、冷却板９１の側板部６３側の端部近傍で折り返し、再び水平方向に沿って延出している。そして、これらを繰り返し行うようにしながら徐々に重力方向下部に向かって冷水配管９３が敷設されている。

これにより、冷水配管９３は、４つの冷却部９４Ａ，９４Ｂ，９４Ｃ，９４Ｄを形成する。４つの冷却部９４Ａ〜９４Ｄは、冷却板９１の水平方向両端部に形成された折り返し部９５により連通された状態になっている。
冷水配管９３の流入口９３Ａ、および流出口９３Ｂは、それぞれ冷却板９１の面９１Ａと交差する方向に向かって曲折され、冷却板９１の面９１Ａから突出した状態になっている。この突出した部位に、冷水循環器３２に他端が接続されている冷水配管２８の一端がそれぞれ接続される。

冷却板９１のアノード６７とは反対側の面９１Ａには、冷水配管９３の敷設部分に対応するように溝９７が形成されている。冷水配管９３は溝９７に嵌め込まれ、溶接を行うことにより冷却板９１上に敷設された状態になる。なお、溝９７に冷水配管９３を嵌め込むだけで十分冷水配管９３を固着できる場合にあっては、溶接を行わなくてもよい。

ここで、冷却板９１には、冷水配管９３の折り返し部９５に対応する位置に、それぞれ平面視略長方形状の凹部９８が形成されている。各凹部９８は、溝９７に冷水配管９３を嵌め込む際、冷水配管９３の製作誤差を吸収する逃げ部９８として機能している。このため、各凹部９８が形成されている範囲は、折り返し部９５と、この折り返し部９５の近傍部分を含む範囲に設定される。

各凹部９８には、この開口部を閉塞する蓋部１０１が設けられている。凹部９８の深さは、蓋部１０１と冷水配管９３の折り返し部９５とが当接可能な深さに設定されている。つまり、冷水配管９３の折り返し部９５は、蓋部１０１を介して冷却板９１と熱交換可能になっている。

（カソードユニット）
図７に示すように、カソードユニット６８は、シャワープレート７５と、シャワープレート７５の外周部に接触しているカソード中間部材７６と、排気ダクト７９と、浮遊容量体８２とを有している。
シャワープレート７５は、カソード中間部材７６を挟んで両面側にそれぞれ配置され、アノード６７と対向している。各シャワープレート７５，７５には、それぞれ複数の小孔（不図示）が形成されており、この小孔７４から基板Ｗに向かって成膜ガスを噴出するようになっている。

カソード中間部材７６は、マッチングボックス７２と図示しない配線により接続されている。マッチングボックス７２は、カソード中間部材７６と高周波電源とのマッチングを図るものであって、不図示の高周波電源に電気的に接続されている。マッチングボックス７２は、電極ユニット３１の側板部６３の他方の面６９に１つ設けられている。つまり、カソード中間部材７６は、不図示の配線、マッチングボックス７２を介して高周波電源に接続されている。

カソード中間部材７６、およびシャワープレート７５は導電体で形成されている。各シャワープレート７５，７５は、カソード中間部材７６を介してマッチングボックス７２に電気的に接続された状態になっている。つまり、各シャワープレート７５，７５は、カソード（高周波電極）としての役割を有しており、それぞれプラズマ発生のための同電位・同位相の電圧が印加される。

また、カソード中間部材７６とシャワープレート７５との間には、空間部７７が形成されており、ガス供給装置（不図示）よりこの空間部７７に成膜ガスが導入されるようになっている。空間部７７はカソード中間部材７６で分離され、それぞれのシャワープレート７５、７５毎に対応して別々に形成されている。そして、各シャワープレート７５、７５から放出されるガスが独立して制御されるように構成されている。
すなわち、空間部７７は、ガス供給路の役割を有している。この実施形態にあっては、空間部７７がそれぞれのシャワープレート７５、７５毎に対応して別々に形成されているので、カソードユニット６８は、２系統のガス供給路を有していることになる。

さらに、カソードユニット６８の周縁部には、略全周に亘って中空状の排気ダクト７９が設けられている。排気ダクト７９には、成膜空間８１の成膜ガスや反応副生成物（パウダー）を排気するための排気口８０が形成されている。具体的には、成膜を施す際の基板Ｗとシャワープレート７５との間に形成される成膜空間８１に面して排気口８０が形成されている。排気口８０はカソードユニット６８の周縁部に沿って複数形成されており、全周に亘って略均等に排気できるように構成されている。

また、カソードユニット６８の下部に位置する排気ダクト７９には、成膜室１１内へ向いた面に、開口部（不図示）が形成されている。この開口部により、排気した成膜ガスなどを成膜室１１内へ排出できるようになっている。成膜室１１内へ排出されたガスは、成膜室１１の側面下部に設けられた排気管２９より、外部へ排気されるようになっている。

また、排気ダクト７９とカソード中間部材７６の間、つまり、カソード中間部材７６に形成されているフランジ部７３の外周面には、誘電体、および／もしくは積層空間を有する浮遊容量体８２が設けられている。排気ダクト７９は、接地電位に接続されている。排気ダクト７９は、シャワープレート７５、およびカソード中間部材７６からの異常放電を防止するためのシールド枠としても機能する。

さらに、カソードユニット６８の周縁部には、排気ダクト７９の外周部からカソード中間部材７６の外周部に至る部位を覆うようにマスク７８が設けられている。このマスク７８は、キャリア２１に設けられた後述する挟持部５９の挟持片５９Ａ（図１１参照）を被覆すると共に、成膜を施す際に挟持片５９Ａと一体となって空間部７７の成膜ガスや反応生成物（パウダー）を排気ダクト７９に導くためのガス流路Ｒを形成している。すなわち、キャリア２１（挟持片５９Ａ）を被覆するマスク７８とシャワープレート７５との間、および排気ダクト７９との間にガス流路Ｒが形成されている。

（仕込・取出室）
図１に示すように、成膜室１１と仕込・取出室１３との間、および、仕込・取出室１３と基板脱着室１５との間をキャリア２１が移動できるように移動レール３７が成膜室１１〜基板脱着室１５間に敷設されている。
仕込・取出室１３は、箱型に形成されている。仕込・取出室１３の一側面（図１における下側の面）には、基板Ｗが搭載されたキャリア２１が通過可能なキャリア搬出入口（不図示）が設けられ、このキャリア搬出入口に、気密性を確保できるシャッタ３６が設けられている。また、仕込・取出室１３には、不図示の真空ポンプが接続されており、内部を真空状態にすることができる。

さらに、仕込・取出室１３には、キャリア２１を移動レール３７に沿って成膜室１１と仕込・取出室１３との間を移動させるための不図示のプッシュ−プル機構が設けられている。また、仕込・取出室１３内において、成膜処理前基板および成膜処理後基板を同時に収容させるために、キャリア２１を平面視において移動レール３７の敷設方向と略直交する方向に所定距離移動させるための移動機構（不図示）が設けられている。

（基板脱着室）
基板脱着室１５では、移動レール３７に配されているキャリア２１に対して成膜処理前基板を取り付けることができ、成膜処理後基板をキャリア２１から取り外すことができるようになっている。基板脱着室１５にはキャリア２１が３個並列配置できるように構成されている。

（基板脱着ロボット）
基板脱着ロボット１７は、駆動アーム４５を有しており、駆動アーム４５の先端に基板Ｗを吸着できるようになっている。また、駆動アーム４５は基板脱着室１５に配されたキャリア２１と基板収容カセット１９との間を駆動できるようになっており、基板収容カセット１９から成膜処理前基板を取り出し、基板脱着室１５に配されたキャリア２１に成膜処理前基板を取り付けることができるとともに、成膜処理後基板を基板脱着室１５に戻ってきたキャリア２１から取り外し、基板収容カセット１９へ搬送することができるようになっている。

（キャリア）
図９は、キャリア２１の斜視図である。
同図に示すように、キャリア２１は、基板Ｗを搬送するためのものであって、基板Ｗを取り付けることができる額縁状のフレーム５１が２個形成されている。つまり、一つのキャリア２１に基板Ｗを２枚取り付けることができるようになっている。２個のフレーム５１，５１は、その上部において連結部材５２により一体化されている。また、連結部材５２の上方には移動レール３７に載置される車輪５３が設けられており、移動レール３７上を車輪５３が転がることで、キャリア２１が移動できるようになっている。

さらに、フレーム５１の下部には、キャリア２１が移動する際に基板Ｗの揺れを抑制するためにフレームホルダ５４が設けられており、フレームホルダ５４の先端は各室の底面上に設けられた断面凹状のレール部材（不図示）に嵌合されている。なお、不図示のレール部材は平面視において移動レール３７に沿う方向に配されている。フレームホルダ５４を複数のローラで構成すれば、より安定な搬送が可能となる。

フレーム５１は、それぞれ周縁部５７と挟持部５９を有している。フレーム５１に形成された開口部５６に基板Ｗの被成膜面である表面が露出されるようになっており、開口部５６の周縁部５７において、挟持部５９が基板Ｗを両側から挟持して固定できるようになっている。挟持部５９は、基板Ｗの表面に当接する挟持片５９Ａと、基板Ｗの裏面（背面）に当接する挟持片５９Ｂとで構成され、両者５９Ａ，５９Ｂがバネなどを介して連結されている。このバネによって、挟持片５９Ａと挟持片５９Ｂとの間に互いに近接する方向に向かって付勢力が作用する。

また、挟持片５９Ａは、アノード６７の移動に応じて挟持片５９Ｂに対して近接・離反する方向に沿って移動可能に構成されている。
ここで、キャリア２１は、一つの移動レール３７上に１つ取り付けられている。つまり、一つの移動レール３７上に一対（２枚）の基板Ｗを保持できる１つのキャリア２１が取り付けられている。したがって、一組の成膜装置１０には、３個（３対６枚基板保持）のキャリア２１が取り付けられていることになる。

（薄膜太陽電池の製造方法）
次に、成膜装置１０を用いて、基板Ｗに成膜する方法を説明する。なお、この説明においては一つの基板成膜ライン１６の図面を用いるが、他の三つの基板成膜ライン１６も略同一の流れで基板を成膜する。
図１に示すように、成膜処理前基板（基板Ｗ）を複数枚収容した基板収容カセット１９を所定の位置に配置する。

次に、基板脱着ロボット１７の駆動アーム４５を動かして、基板収容カセット１９から成膜処理前基板を一枚取り出し、この成膜処理前基板を基板脱着室１５に設置されているキャリア２１（図１１参照）に取り付ける。このとき、基板収容カセット１９に水平方向に配置された成膜処理前基板を、鉛直方向に向きを変えてキャリア２１に取り付ける。
この動作をもう一度繰り返し、一つのキャリア２１に２枚の成膜処理前基板を取り付ける。さらに、この動作を繰り返して、基板脱着室１５に設置されている残り二つのキャリア２１にも成膜処理前基板をそれぞれ取り付ける。つまり、この段階で成膜処理前基板を６枚取り付ける。

続いて、成膜処理前基板が取り付けられた３個のキャリア２１を移動レール３７に沿って略同時に移動させ、仕込・取出室１３内に収容する。仕込・取出室１３にキャリア２１を収容した後、仕込・取出室１３のキャリア搬出入口（不図示）のシャッタ３６を閉じる。そして、仕込・取出室１３の内部を、真空ポンプ（不図示）を用いて真空状態に保持する。
次に、３個のキャリア２１を平面視において移動レール３７が敷設された方向と直交する方向に移動機構を用いてそれぞれ所定距離移動させる。

続いて、成膜室１１のシャッタ２５を開状態にし、成膜室１１で成膜が終了した成膜処理後基板が取り付けられたキャリア２１を仕込・取出室１３にプッシュ−プル機構（不図示）を用いて移動させる。さらに、プッシュ−プル機構を用いて処理前基板を保持したキャリア２１を成膜室１１に移動させ、移動完了後にシャッタ２５を閉状態にする。
なお、成膜室１１は真空状態が保持されている。このとき、キャリア２１に取り付けられた成膜処理前基板は、面方向に沿って移動し、成膜室１１内において、アノード６７とカソードユニット６８との間に表面が重力方向と略並行を成すように鉛直方向に沿った状態で挿入される。

次に、電極ユニット３１の２枚のアノード６７を駆動機構７１により互いに近接する方向（図７における矢印参照）に移動させて、アノード６７と基板の裏面とを当接させる。さらに駆動機構７１を駆動させると、アノード６７に押されるように成膜処理前基板がカソードユニット６８側に向かって移動する。そして、基板Ｗとカソードユニット６８のシャワープレート７５との隙間が所定距離（成膜距離）になるまで移動させる。
なお、基板Ｗとカソードユニット６８のシャワープレート７５との隙間（成膜距離）は５〜１５ｍｍで、例えば５ｍｍ程度である。

このとき、基板Ｗの表面側に当接しているキャリア２１の挟持片５９Ａは、基板Ｗ（アノード６７）の移動に伴って挟持片５９Ｂから離反する方向に向かって変位する。そして、基板Ｗは、アノード６７と挟持片５９Ａとにより挟持される。基板Ｗがカソードユニット６８側に向かって移動すると、挟持片５９Ａがマスク７８に当接し、この時点でアノード６７の移動が停止する。

このような状態で、アノード６７に内蔵されているヒータＨにより、基板Ｗを所望の温度に過熱する。ヒータＨの温度は、例えば、約２００℃程度まで加熱される。これにより、アノード６７が加熱され、基板Ｗの温度を約１７０℃程度に加熱する。
このような状態でカソードユニット６８のシャワープレート７５から成膜ガスを噴出させると共に、マッチングボックス７２を起動させてカソードユニット６８のカソード中間部材７６（シャワープレート７５）に電圧を印加することで成膜空間８１にプラズマを発生させ、基板Ｗの表面に成膜を施す。

ここで、アノード６７のヒータＨは、基板Ｗが所望の温度に達すると加熱を停止する。しかしながら、シャワープレート７５に電圧が印加されることによって成膜空間８1にプラズマが発生する。このため、処理時間の経過に伴いプラズマからの入熱により、アノード６７の加熱を停止しても基板Ｗの温度が所望の温度よりも上昇してしまうおそれがある。
このとき、冷水循環器３２（図３参照）を駆動させて冷却板９１に敷設されている冷水配管９３に冷水を循環させる。冷水の温度としては、例えば、約２０℃程度に設定されている。

図７に示すように、冷水配管９３に冷水が循環することにより、冷却板９１が冷却され、間隙Ｋを介してアノード６７を冷却する。アノード６７が冷却されることにより、基板Ｗの温度上昇が抑制される。
ここで、冷却板９１とアノード６７との離間距離Ｌ１は、アノード６７が成膜空間８１からの輻射熱により得る熱容量、および成膜空間８１に導入される成膜ガスの熱伝導率に基づいて決定される。
なお、成膜ガスは、例えば、ＳｉＨ_４（モノシラン）：Ｈ_２（水素）＝１．５：４５（ｓｌｍ）とする。このような成分によりなる成膜ガスの熱伝導率を求める場合、Ｈ_２と比較してＳｉＨ_４の比率が小さいので、Ｈ_２の熱伝導率、およびアノード６７が得る熱容量に基づいて、冷却板９１とアノード６７との離間距離Ｌ１を設定してもよい。

また、冷却板９１は、冷水配管９３に冷水を循環させない場合であってもアノード６７の放熱板として機能する。このため、冷却板９１を設けない場合と比較して基板Ｗの温度上昇勾配を緩くすることが可能である。したがって、基板Ｗは成膜処理時間の時間経過に関わらず所望の温度に調整される。
なお、一度の成膜処理工程で複数の層を成膜する際には、供給する成膜ガス材料を所定時間毎に切り替えることで実施することができる。

続いて、成膜中および成膜後に、カソードユニット６８の周縁部に形成された排気口８０より成膜空間８１のガスや反応生成物（パウダー）を排気するとともに、排気されたガスは、ガス流路Ｒを介してカソードユニット６８の周縁部の排気ダクト７９から開口部（カソードユニット６８の下部に成膜室１１内へ向かって形成された開口部）を通過させて、成膜室１１の側面下部に設けられた排気管２９から外部へと排気する。
なお、成膜を施す際に発生した反応生成物（パウダー）は排気ダクト７９の内壁面に付着・堆積させることで回収・処分できるようになっている。成膜室１１内の全ての電極ユニット３１において、上述した処理と同じ処理を実行するため６枚の基板に対して同時に成膜を施すことができる。

そして、成膜が終了したら、駆動機構７１により２枚のアノード６７を互いに離反する方向に移動させ、成膜処理後基板およびフレーム５１（挟持片５９Ａ）をもとの位置に戻す。さらにアノード６７を離反する方向に移動させることで、成膜処理後基板とアノード６７とが離反する。
図１に示すように、成膜室１１のシャッタ２５を開状態にし、キャリア２１を仕込・取出室１３へプッシュ−プル機構（不図示）を用いて移動させる。このとき仕込・取出室１３は排気され、次に成膜される成膜処理前基板を取り付けたキャリア２１が既に位置している。そして、仕込・取出室１３内で成膜処理後基板に蓄熱されている熱を成膜処理前基板へ伝熱し、成膜処理後基板の温度を下げる。

続いて、キャリア２１が成膜室１１内へと移動した後、移動機構によりキャリア２１を移動レール３７上に配置される位置まで戻す。シャッタ２５を閉状態にした後、シャッタ３６を開状態にして、キャリア２１を基板脱着室１５へと移動させる。基板脱着室１５において成膜処理後基板を基板脱着ロボット１７によりキャリア２１から取り外し、基板収容カセット１９へと搬送する。全ての成膜処理後基板の取り外しが完了したら、基板収容カセット１９を次工程の場所まで移動させることで、処理が終了する。

（効果）
したがって、上述の実施形態によれば、アノードユニット９０に冷却板９１を設け、アノード６７のヒータＨを停止した際、冷却板９１に設けられた冷水配管９３に冷却用水を循環させることによって、アノード６７を冷却することができる。このため、成膜室１１内の成膜空間８１の輻射熱によるアノード６７の温度上昇を抑えることができる。この結果、基板Ｗの温度上昇を抑制することができ、基板Ｗの温度を所望の温度で管理することを容易に行うことができる。よって、バッチ処理の回数が増えても基板Ｗに形成される膜の品質を安定させることが可能になる。

また、冷却板９１とアノード６７との間に、駆動アーム９２によって間隙Ｋを設けているので、アノード６７が成膜空間８１からの輻射熱により得る熱容量、および成膜空間８１に導入される成膜ガスの熱伝導率に基づいて、冷却板９１とアノード６７との離間距離Ｌ１を決定することができる。このため、ヒータＨの能力などに応じ、その都度冷却板を作成する必要がなく、冷却板９１の汎用性を高めることができる。
さらに、冷却板９１とアノード６７との間に間隙Ｋを設けることにより、アノード６７の冷却板９１側の面を満遍なく均一に冷却することができる。このため、効率よくアノード６７の温度上昇を抑制することが可能になる。

なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述の実施形態では、冷却板９１とアノード６７との間に、駆動アーム９２によって間隙Ｋを設けた場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、冷却板９１とアノード６７とを互いに重ね合わせ、間隙Ｋを介さずにアノード６７の熱を冷却板９１から放熱させるように構成してもよい。
また、駆動アーム９２とは別に例えば、冷却板９１とアノード６７との間にスペーサ等を挟んで間隙Ｋを設定するように構成してもよい。

１０…成膜装置 １１…成膜室 ３１…電極ユニット ６７…アノード ６８…カソードユニット ７５…シャワープレート（カソード） ９０…アノードユニット ９１…冷却板 ９３…冷水配管（冷却流路） ９４Ａ，９４Ｂ，９４Ｃ，９４Ｄ…冷却部 ９５…折り返し部 Ｈ…ヒータ Ｋ…間隙 Ｗ…基板

Claims (2)

1. 成膜室内に基板を配し、前記基板の被成膜面にＣＶＤ法により所望の膜を形成する成膜装置において、
   電圧が印加される平板状のカソードと、前記カソードに離間して対向配置されるアノードとを有する電極ユニットを、前記成膜室に対して着脱自在に設け、
   前記アノードに、前記基板を加熱するためのヒータを内蔵すると共に、
   前記アノードの前記カソードとは反対側の面に、前記アノードを冷却するための冷却板を設け、
   前記冷却板に、冷却用水を循環させるための冷却流路を設け、
   前記アノードと前記冷却板との間には間隙が設けられ、該間隙を成す前記アノードと前記冷却板との離間距離が任意の値に設定可能であることを特徴とする成膜装置。
2. 前記離間距離は、前記アノードが成膜空間からの輻射熱により得る熱容量、および前記成膜空間に導入される成膜ガスの熱伝導率に基づいて設定されることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。

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