JP5598419B2 - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents

Description

本発明は、処理対象の基板の予備加熱を伴う成膜処理を行う成膜装置及び成膜方法に関する。

例えば太陽電池反射防止膜の成膜などに使用されるインライン式成膜装置では、処理対象の基板の温度を予め決められた設定温度にした状態で、基板に膜を形成する。このため、成膜処理装置（Ｐ／Ｃ）に搬入される前に、基板は加熱室（Ｌ／Ｃ）で予備加熱される。そして、設定温度に達した基板が成膜処理装置に搬入され、成膜処理が行われる（例えば、特許文献１参照。）。

基板の予備加熱では、例えばＰＩＤ（Proportinal Integral Differential）演算などによって基板の温度を制御すると共に、加熱による基板のダメージを低減するために加熱室内を窒素（Ｎ₂）雰囲気にする方法が提案されている。そして、予備加熱後に、加熱室内の窒素ガスを排気し、基板を成膜処理装置に搬入する。

特開２０１０−１９６１１６号公報

ＰＩＤ演算により基板の温度調節を行う場合、安定性を求める設定でＰＩＤ演算を行うと、基板の温度が設定温度に達するまでの加熱時間が長くなる。また、基板の熱ダメージを低減させるために加熱室内を窒素雰囲気にする場合、基板の温度が設定温度に達した後に加熱室内の窒素ガスを排気するための排気時間が必要になり、基板を成膜処理装置に搬入するまでの時間が長くなる。その結果、インライン式成膜装置の加熱室における処理時間（加熱室タクト）が長くなり、成膜処理全体の処理効率が低下するという問題があった。

上記問題点に鑑み、本発明は、基板の熱ダメージが低減され、且つ加熱時間が短縮された成膜装置及び成膜方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、成膜処理対象の基板を成膜処理前に予備加熱する加熱室を備える成膜装置であって、加熱室が、（イ）基板を加熱する加熱装置と、（ロ）加熱室に窒素ガスを導入するガス導入機構と、（ハ）加熱室から窒素ガスを排出することにより、一定の排気時間で加熱室内の圧力を所定の搬送圧力に減圧するガス排出機構と、（ニ）ガス排出機構を制御して加熱室から窒素ガスの排出を開始させるのと同時に、排気時間で基板の基板温度が設定温度になるように加熱装置の発熱量の制御を開始する制御装置とを備える成膜装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、成膜処理対象の基板を成膜処理前に予備加熱する加熱室を備える成膜装置を用いる成膜方法であって、（イ）基板が格納された加熱室の内部に、所定の圧力になるまで窒素ガスを導入するステップと、（ロ）窒素ガスが導入された加熱室内において、加熱装置による基板の加熱を開始するステップと、（ハ）一定の排気時間による減圧で加熱室の圧力が搬送圧力に達するのと同時に基板の基板温度が設定温度に達するように、加熱室からの窒素ガスの排出と加熱装置の発熱量の減少とを同時に開始するステップと、（ニ）加熱室の圧力が搬送圧力に達し、且つ基板温度が設定温度に達する時刻に、加熱装置の発熱量を０％に制御するステップとを含む成膜方法
が提供される。

本発明によれば、基板の熱ダメージが低減され、且つ加熱時間が短縮された成膜装置及び成膜方法を提供できる。

本発明の実施形態に係る成膜装置の構成を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る成膜装置を用いた成膜方法を説明するためのタイミングチャートである。 比較例の成膜方法を説明するためのタイミングチャートである。

図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

本発明の実施形態に係る成膜装置１は、成膜する前に処理対象の基板１００を予備加熱する加熱室１０を備える成膜装置である。図１に示した成膜装置１は、加熱室１０と成膜処理を行う成膜処理装置２０とを有するインライン式の成膜装置である。即ち、複数の基板１００が搭載されたカート５０は、開閉式のゲート３０を介して、加熱室１０と成膜処理装置２０間を移動する。

加熱室１０は、図１に示すように、基板１００を加熱する加熱装置１１と、加熱室１０に窒素（Ｎ₂）ガスを導入するガス導入機構１２と、加熱室１０から窒素ガスを排出することにより、一定の排気時間ｔｄで加熱室１０内の圧力を所定の搬送圧力Ｐｔに減圧するガス排出機構１３と、ガス排出機構１３及び加熱装置１１を制御する制御装置１４とを備える。

制御装置１４は、ガス排出機構１３を制御して加熱室１０から窒素ガスの排出を開始させるのと同時に、排気時間ｔｄで基板１００の基板温度Ｔｂが設定温度Ｔｓになるように加熱装置１１の発熱量Ｅｈの制御を開始する。より具体的には、制御装置１４は、基板１００の基板温度Ｔｂをリアルタイムで監視する。そして、例えば基板温度Ｔｂを用いたＰＩＤ演算を行って、制御を開始してから排気時間ｔｄで基板温度Ｔｂが設定温度Ｔｓになるように加熱装置１１の発熱量Ｅｈを制御する。

図１に示した制御装置１４は、カート５０の温度をモニタすることにより、カート５０に搭載された基板１００の基板温度Ｔｂを監視している。そして、ＰＩＤ演算を開始した後は、制御信号Ｓｈによって加熱装置１１の発熱量Ｅｈを制御し、制御信号Ｓｄによってガス排出機構１３を制御する。また、図示を省略する圧力計によって加熱室１０内の圧力Ｐｇが測定され、圧力Ｐｇは制御装置１４によってリアルタイムで監視される。

カート５０に搭載された基板１００を加熱する加熱装置１１には、例えばランプヒータなどを採用可能である。加熱装置１１の発熱量Ｅｈに応じて、基板１００が加熱される。即ち、加熱装置１１の発熱量Ｅｈが大きいほど基板１００の温度の上昇率が増大し、加熱装置１１の発熱量Ｅｈを低下させることにより、基板１００の温度の上昇率が低下する。

「搬送圧力」とは、成膜処理装置２０内部の圧力である。加熱室１０内の圧力と成膜処理装置２０内部の圧力とが搬送圧力Ｐｔで一致したときに、ゲート３０が開いて、基板１００を搭載したカート５０が加熱室１０から成膜処理装置２０に搬送される。その後、成膜処理装置２０において成膜処理が行われる。

なお、排気時間ｔｄは加熱室１０の構造やガス排出機構１３の能力によって定まる時間であり、成膜装置１ごとに予め決定されている時間である。

図２は、図１に示した加熱室１０における基板１００の加熱方法を示すタイミングチャートである。以下に、図２を参照して、加熱室１０における基板１００の加熱方法を説明する。

まず、カート５０に成膜処理対象の複数の基板１００が搭載され、カート５０は加熱室１０に搬入される。このとき、加熱室１０内部は大気圧であるため、ガス排出機構１３によって加熱室１０の内部を真空状態にする。

その後、ガス導入機構１２によって、所定の圧力になるまで窒素ガスが加熱室１０の内部に導入される。加熱室１０の窒素ガスの圧力Ｐｇは、加熱装置１１による加熱によって基板１００が受けるダメージを低減するように設定される。例えば、加熱装置１１の発熱量Ｅｈが１００％であるときの圧力Ｐｇの値Ｐｍは１０００Ｐａに設定される。

そして、時刻ｔ０において、窒素ガスが導入された加熱室１０内で、加熱装置１１によって基板１００とカート５０が加熱され始める。その後、加熱装置１１の発熱量Ｅｈが１００％、加熱室１０の窒素ガスの圧力ＰｇがＰｍである状態を維持したまま、加熱装置１１により基板１００が加熱され続ける。その結果、図２に示すように、基板温度Ｔｂが徐々に上昇する。

時刻ｔ１において、制御装置１４によってＰＩＤ演算が開始され、制御装置１４の制御により加熱装置１１の発熱量Ｅｈが減少され始める。同時に、制御装置１４によってガス排出機構１３が制御され、加熱室１０から窒素ガスの排出が開始される。これにより、図２に示すように、発熱量Ｅｈが徐々に減少すると共に、加熱室１０の圧力Ｐｇが徐々に低下する。基板温度Ｔｂは、ＰＩＤ演算の結果に従って徐々に上昇する。

時刻ｔ２において、加熱室１０の圧力Ｐｇが搬送圧力Ｐｔに達すると同時に、基板温度Ｔｂが設定温度Ｔｓに達する。そして、加熱装置１１の発熱量Ｅｈは０％に制御される。以上により、加熱室１０における基板１００の予備加熱は完了する。

加熱室１０から窒素ガスの排出を開始する時刻ｔ１は、基板温度Ｔｂが、ＰＩＤ演算による制御によって時刻ｔ１から排気時間ｔｄ後に設定温度Ｔｓに達する基板温度である時刻に設定される。例えば、設定温度Ｔｓが４５０℃であるときに、排気時間ｔｄの間に基板温度が１０℃上昇して４５０℃になるとする。このとき、基板温度Ｔｂが４４０℃である時刻ｔ１から加熱室１０から窒素ガスの排出を開始し、同時にＰＩＤ演算による加熱装置１１の発熱量Ｅｈの制御を開始する。これにより、排気時間ｔｄの間に基板温度が設定温度Ｔｓに達する。

したがって、図１に示した加熱室１０によれば、基板温度Ｔｂが設定温度Ｔｓになる直前まで加熱装置１１の発熱量Ｅｈを１００％にすることができる。そして、排気時間ｔｄの間だけＰＩＤ演算を行って加熱装置１１の発熱量Ｅｈを低下させる。これにより、加熱室１０の圧力Ｐｇが搬送圧力Ｐｔに達する時刻と、基板温度Ｔｂが設定温度Ｔｓに達する時刻を同期させることができる。

上記のように、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の間では、加熱室１０の窒素ガスが減少する。しかし、窒素ガスの減少と同時に加熱装置１１の発熱量Ｅｈが減少するため、加熱装置１１の加熱による基板１００ダメージは低減される。

図３に、安定性を求める設定でＰＩＤ演算を行う比較例のタイミングチャートの例を示す。図３の時刻ｔ０において、加熱装置１１によって基板１００とカート５０の加熱が開始される。このとき、加熱装置１１の発熱量Ｅｈが１００％、加熱室１０の窒素ガスの圧力ＰｇがＰｍである。

時刻ｔ１１において、加熱装置１１の発熱量Ｅｈが制御され始める。時刻ｔ１１は、ＰＩＤ演算による制御によって基板温度Ｔｂがゆっくりと設定温度Ｔｓに達するように加熱装置１１の発熱量Ｅｈの制御を開始する時刻として設定される。このため、図２に示した時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間に比べて、時刻ｔ０から時刻ｔ１１までの時間は短い。

時刻ｔ１２において基板温度Ｔｂが設定温度Ｔｓに達すると、加熱装置１１の発熱量Ｅｈは０％に制御される。そして、時刻ｔ１２において、加熱室１０から窒素ガスの排出が開始される。

時刻ｔ１２から排気時間ｔｄ後の時刻ｔ１３において、加熱室１０の圧力Ｐｇが搬送圧力Ｐｔに達する。以上により、比較例の加熱室１０における基板１００の予備加熱は完了する。

上記のように、比較例では、ＰＩＤ演算を行って出力の調整を開始するタイミングが早いため、発熱量Ｅｈが１００％である時間が短い。このため、ＰＩＤ演算に基づいて基板１００を加熱する時間が長い。つまり、図２を参照して説明した成膜方法と比較して、基板１００を加熱する時間が長い。更に、基板温度Ｔｂが設定温度Ｔｓに達した後に、加熱室１０から窒素ガスを排出するため、加熱室１０におけるトータルの処理時間が長くなる。

これに対し、図１に示した加熱室１０では、加熱装置１１の発熱量Ｅｈが１００％である時間が長く設定され、ＰＩＤ演算を行って加熱する時間が短い。更に、ＰＩＤ演算に基づいて基板１００を加熱する時間と加熱室１０から窒素ガスを排出する時間とを一致させている。したがって、加熱室１０で基板１００を予備加熱することにより、トータルの加熱時間を短縮できる。

以上に説明したように、本発明の実施形態に係る成膜装置１では、加熱室１０から窒素ガスが排出される排気時間ｔｄとＰＤＩ演算に基づいて加熱装置１１を制御する時間とを同期させることにより、加熱装置１１の発熱量Ｅｈが１００％である時間が長く設定され、且つＰＩＤ演算を行って基板１００を加熱する時間に合わせて窒素ガスの排出が完了する。その結果、加熱室１０で基板１００を予備加熱するトータルの処理時間を短縮することができる。

したがって、図１に示した成膜装置１によれば、基板１００の熱ダメージが低減され、且つ加熱時間の短縮を実現できる。これにより、成膜装置１によるスループットが向上し、生産性を上げることができる。

上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１…成膜装置
１０…加熱室
１１…加熱装置
１２…ガス導入機構
１３…ガス排出機構
１４…制御装置
２０…成膜処理装置
３０…ゲート
５０…カート
１００…基板

Claims (6)

1. 成膜処理対象の基板を成膜処理前に予備加熱する加熱室を備える成膜装置であって、
   前記加熱室が、
   前記基板を加熱する加熱装置と、
   前記加熱室に窒素ガスを導入するガス導入機構と、
   前記加熱室から前記窒素ガスを排出することにより、一定の排気時間で前記加熱室内の圧力を所定の搬送圧力に減圧するガス排出機構と、
   前記ガス排出機構を制御して前記加熱室から前記窒素ガスの排出を開始させるのと同時に、前記排気時間で前記基板の基板温度が設定温度になるように前記加熱装置の発熱量の制御を開始する制御装置と
   を備えることを特徴とする成膜装置。
2. 前記制御装置は、前記基板温度をリアルタイムで監視し、前記基板温度を用いたＰＩＤ演算を行って、前記排気時間で前記基板温度が前記設定温度に達するように前記加熱装置の発熱量を制御することを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記加熱室からの前記窒素ガスの排出を開始するまでは、前記加熱装置の発熱量が最大であることを特徴とする請求項１又は２に記載の成膜装置。
4. 成膜処理対象の基板を成膜処理前に予備加熱する加熱室を備える成膜装置を用いる成膜方法であって、
   前記基板が格納された前記加熱室の内部に、所定の圧力になるまで窒素ガスを導入するステップと、
   前記窒素ガスが導入された前記加熱室内において、加熱装置による前記基板の加熱を開始するステップと、
   一定の排気時間による減圧で前記加熱室の圧力が搬送圧力に達するのと同時に前記基板の基板温度が設定温度に達するように、前記加熱室からの前記窒素ガスの排出と前記加熱装置の発熱量の減少とを同時に開始するステップと、
   前記加熱室の圧力が前記搬送圧力に達し、且つ前記基板温度が前記設定温度に達する時刻に、前記加熱装置の発熱量を０％に制御するステップと
   を含むことを特徴とする成膜方法。
5. 前記基板温度をリアルタイムで監視し、前記基板温度を用いたＰＩＤ演算を行って、前記加熱装置の発熱量を減少させ始めた時刻から前記排気時間で前記基板温度が前記設定温度に達するように前記加熱装置の発熱量を制御することを特徴とする請求項４に記載の成膜方法。
6. 前記加熱室からの前記窒素ガスの排出を開始するまでは、前記加熱装置の発熱量が最大であることを特徴とする請求項４又は５に記載の成膜方法。

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