(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の表面処理に供される基板を加熱する基板加熱部と、
この基板加熱部の搬送経路の一部を含んで該基板を搬送する基板搬送機構と、
この基板搬送機構による基板搬送方向の下流側から上流側に気体からなる熱媒を移動させる手段と、
前記基板加熱部の基板搬送方向下流側に設けられ、前記基板の熱を輻射により前記熱媒で受熱する受熱用輻射変換体を有する基板冷却部と、
前記基板加熱部の基板搬送方向上流側に設けられ、前記熱媒の熱を輻射により前記基板に与えて該基板を予熱する放熱用輻射変換体を有する基板予熱部と
を具備したことを特徴とする基板用加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＶＤ装置等の加熱部分に適用される基板用加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、基板上に薄膜を堆積するＣＶＤ装置では、ＣＶＤ反応促進のために基板を加熱する機構が用いられている。基板用加熱装置を備えたＣＶＤ装置の一例を図３に示す。この装置では、基板搬送台１上に配置された基板２に、成膜用ノズル３から成膜用ガス４を噴出してＣＶＤ膜５を生成する。この成膜の際に、基板加熱ヒータ６により基板搬送台１の下方から熱を与える。
【０００３】
このようにして生成されたＣＶＤ膜５は、基板搬送台１の搬送動作に従って水平方向に移動し、基板搬送台１の下方に設けた熱媒用ノズル７から冷却用熱媒体８を基板搬送台１に向けて噴出することにより冷却される。この冷却用熱媒体８は、図３に示す点線の方向に流れる。また、冷却用熱媒体８を用いない場合には、周囲への熱放出により冷却される。
【０００４】
この熱ＣＶＤ装置によるＣＶＤ膜５の生成について、以下に示す実験条件で実験を行った。
（実験条件）
基板２の一辺の長さ…５０〜７００ｍｍ
基板２の厚さ…１．１ｍｍ
基板２の移動速度…０．１〜１０ｃｍ／ｓｅｃ
成膜用ガス４の温度…約２００℃
・反応ガス…ＳｎＣｌ4 （15000cc/min)、Ｈ2 Ｏ（１ｇ／ｍｉｎ）
・シールガス…Ｎ2 (50000cc/min)
成膜用ノズル３と基板２の距離…５〜２０ｍｍ
冷却用熱媒体８の温度…５０〜１００℃
冷却用熱媒体８の流量…50000cc/min
基板加熱ヒータ６の加熱温度…５５０℃
チャンバー内の圧力…大気圧（７６０mmHg）
上記実験条件の下で、基板２を約５００℃まで加熱する場合、基板加熱ヒータ６の所要電力量が約１０ｋＶＡであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の基板用加熱装置では、基板２を常温から所定の温度まで加熱するのに、基板加熱ヒータ６のみで行っていたため、基板加熱ヒータ６の所要電力が大きかった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、基板を所定温度まで加熱するのに必要な電力量低減を可能とする基板用加熱装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の基板用加熱装置は、所定の表面処理に供される基板を加熱する基板加熱部と、
この基板加熱部の搬送経路の一部を含んで該基板を搬送する基板搬送機構と、
この基板搬送機構による基板搬送方向の下流側から上流側に気体からなる熱媒を移動させる手段と、
前記基板加熱部の基板搬送方向下流側に設けられ、前記基板の熱を輻射により前記熱媒で受熱する受熱用輻射変換体を有する基板冷却部と、
前記基板加熱部の基板搬送方向上流側に設けられ、前記熱媒の熱を輻射により前記基板に与えて該基板を予熱する放熱用輻射変換体を有する基板予熱部と
を具備したことを特徴とする。
【０００８】
本発明の望ましい形態としては、基板搬送機構の下流側の基板冷却部に、輻射により基板の熱を受熱する受熱用輻射変換体を備え、そのさらに下流側で基板温度が所定の温度以下の位置においては接触により受熱し、所定の温度以上において、受熱用輻射変換体による輻射により受熱を行う。また、基板加熱部の上流側の基板予熱部に、放熱用輻射変換体を備え、熱媒が所定の温度以上において、輻射により基板を予熱し、そのさらに上流側において、所定の温度以下の位置では接触により基板の予熱を行う。また、熱媒として、気体を用いる。
【０００９】
本発明の基板用加熱装置によれば、以下に示す作用・効果を有する。
基板加熱部により、基板を加熱する。加熱された基板は、基板搬送機構により基板加熱部の基板搬送方向下流側に搬送される。搬送された基板は、基板冷却部ににより冷却され、その際に熱媒がその熱を受熱する。受熱した熱媒は、基板の搬送方向の下流側から上流側へと向かい、基板加熱部の上流側に移動する。基板加熱部の上流側において、基板予熱部により、基板から受熱した熱媒の熱を逆に基板に与えて予熱する。
【００１０】
このように、基板冷却部において、成膜後の基板を冷却するために用いられた熱媒が受熱した熱を基板加熱部の搬送方向上流側に移動させ、その有する熱を成膜前の基板の予熱に用いることで、基板を所定温度まで加熱するのに必要な基板加熱部の電力量低減を図ることが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る基板用加熱装置を含む熱ＣＶＤ装置の全体構成を示す断面図である。図中１は、成膜する基板２を載置し、基板２を水平方向に移動させる基板搬送台であり、この基板搬送台１の直上に基板２の表面に成膜用ガスを噴出する成膜用ノズル３が設けられている。この成膜用ノズル３と対向して、基板搬送台１の直下には、基板２を所定の温度まで加熱する基板加熱ヒータ６が設けられている。そして、基板搬送台１の搬送動作に伴う基板２の移動により、基板２の表面にＣＶＤ膜５が連続的に形成されるようになっている。
【００１２】
基板加熱ヒータ６に対し、基板搬送方向下流側、即ち基板加熱ヒータ６により加熱された後の基板搬送台１付近（以下、ヒータ６上流と称して説明する）には、基板加熱ヒータ６で加熱され、ＣＶＤ膜５が生成された基板２を冷却するために基板搬送台１に熱媒１１を吹き付ける熱媒用ノズル１２が設けられている。この熱媒用ノズル１２よりもヒータ６側には、熱媒１１を取り込み、ある一定温度以上の基板２からの熱を輻射により受熱するための受熱用輻射変換体１３が設けられている。また、ヒータ６に対し、基板搬送方向上流側、即ちヒータ６により加熱される前の基板搬送台１付近（以下、ヒータ６上流と称して説明する。）には受熱用輻射変換体１３で受熱した熱媒１１を取り込み、その熱媒１１の熱を成膜前の基板２に向けて輻射により放出するための放熱用輻射変換体１４が設けられている。この放熱用輻射変換体１４のさらに上流には、放熱用輻射変換体１４を通した熱媒１１を基板搬送台１に吹き付けた後に回収する熱媒回収ノズル１５が設けられている。なお、図１において、熱媒１１は、点線に示す方向、すなわちヒータ６下流からヒータ６上流方向に流れていく。
【００１３】
以下、実施形態の動作を説明する。
基板加熱ヒータ６は、基板搬送台１上に載置された基板２を加熱する。また、成膜用ノズル３は、加熱された基板２の表面に向けて成膜用ガス４を噴射する。この成膜用ガス４の噴射により、基板２の表面にＣＶＤ膜５が生成される。この成膜の終了した基板２は、基板搬送台１の搬送動作に従い水平方向に移動する。
【００１４】
次に、基板加熱ヒータ６で加熱されてヒータ６下流に搬送された基板２を冷却するため、熱媒用ノズル１２から基板２に比して低温の熱媒１１を基板搬送台１の下方から基板２に向けて噴射する。噴射された熱媒１１は、基板搬送台１と接触し、基板２を冷却すると同時に基板２の有する熱を受熱する。
【００１５】
次に、熱媒１１はヒータ６上流方向に流れて受熱用輻射変換体１３に入り、ある一定温度以上の基板２からの熱を輻射により受熱し、さらに昇温する。この受熱により昇温した熱媒１１は、ヒータ６下流からヒータ６上流にある放熱用輻射変換体１４に送られる。この放熱用輻射変換体１４は、熱媒１１の輻射熱により、基板搬送台１の下方から基板加熱ヒータ６で加熱される前の基板２を予熱する。また、放熱により熱媒１１が一定温度以下に下がると、放熱用輻射変換体１４から熱媒１１が出て、基板搬送台１との接触により基板２を更に予熱する。この輻射及び接触による予熱動作を終了した熱媒１１は、熱媒回収ノズル１５に回収される。
【００１６】
上記したように、熱媒１１と基板２との伝熱を接触と輻射の２段階に分けたのは次の理由による。すなわち、輻射伝熱は絶対温度の４乗に比例するため、温度が高い（この場合４００℃以上）領域では輻射伝熱の効果が大きい。従って、熱媒１１が基板２の熱を受熱するときの高温部に受熱用輻射変換体１３を、熱媒１１が基板２へ放熱するときの高温部に放熱用輻射変換体１４を用いる。尚、基板２が４００℃以下の場合や熱媒流量が大きいときは、輻射伝熱による効果が薄れるため、これら輻射変換体１３及び１４を用いる必要はない。従って、熱媒１１と基板２との伝熱は、接触のみにより行われる。
【００１７】
以下、本発明の有効性の検証のために行った実験の実験条件を示す。
（本実施例の実験条件）
基板２の一辺の長さ…５０〜７００mm
基板２の厚さ１．１mm
基板２の移動速度…０．１〜１０cm/sec
成膜用ガス４の温度…約２００℃
・反応ガス…ＳｎＣｌ4 (15000cc/min) 、Ｈ2 Ｏ（１g/min ）
・シールガス…Ｎ2 (5000cc/min)
成膜用ノズル３と基板２の距離…５〜２０mm
熱媒１１…空気、窒素、アルゴン等の気体(50000cc/min)
基板加熱ヒータ６の加熱温度…５５０℃
チャンバー内の圧力…大気圧（７６０mmHg）
上記実験条件の下で行った実験において、基板用加熱装置の動作途中での基板２の温度及び熱媒１１の温度を示したのが図２である。横軸は位置、縦軸は温度を示し、また、実線が熱媒温度、点線が基板温度を示す。各部での熱媒温度及び基板温度を比較すれば分かるように、基板加熱ヒータ６下流において、基板温度より熱媒温度が低く、基板２から熱媒１１が受熱しており、また、ヒータ６上流では、熱媒温度より基板温度が低く、熱媒１１が基板２を予熱している。
【００１８】
基板２を５００℃まで加熱する場合、基板加熱ヒータ６の所要電力量が約７ｋＶＡであり、本発明を適用しない場合が約１０ｋＶＡであるので、約３０％電力量を低減できることが確認できた。
【００１９】
このように、基板加熱ヒータ６で加熱され、ＣＶＤ膜５を成膜された後の基板２を冷却し、その冷却の際の熱を熱媒１１が受熱する。そして、この受熱した熱により加熱前の基板２を予熱することで、基板加熱ヒータ８の必要とする加熱電力量を低減することができる。
【００２０】
なお、本実施形態では熱媒として空気、窒素、アルゴン等の気体を用いたが、液体、固体を用いても適用可能であることは勿論である。また、基板温度が約４００℃以下に加熱するものである場合、受熱用輻射変換体１３及び放熱用輻射変換体１４を用いずに接触のみで伝熱を行うものであっても本発明の効果が得られることは勿論である。また、基板搬送台１が連続的に動作するものでなくても、またＣＶＤ膜５の生成中は停止しているものであっても本発明を適用できる。例えば、基板を処理前予備室からＣＶＤ処理室から処理後予備室の順に搬送してＣＶＤ膜を生成する方式において、処理前予備室に熱媒により基板を冷却する機構を設け、処理後予備室に熱媒により基板を加熱する機構を設けるようにしてもよい。また、熱ＣＶＤ装置でなくても、基板２に表面処理を施す際に基板２を加熱する装置であれば本発明を適用可能であることは勿論である。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、基板を冷却するために用いられた熱媒を受熱した熱を基板の予熱に用いることで、基板を所定温度まで加熱するのに必要な基板加熱ヒータの要する電力量低減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る基板用加熱装置を備えた熱ＣＶＤ装置の全体構成を示す断面図。
【図２】同実施形態における基板用加熱装置の動作途中での基板温度及び熱媒温度を示す図。
【図３】従来の基板用加熱装置を備えたＣＶＤ装置の全体構成を示す断面図。
【符号の説明】
１  基板搬送台
２  基板
３  成膜用ノズル
４  成膜用ガス
５  ＣＶＤ膜
６  基板加熱ヒータ
１１  熱媒
１２  熱媒用ノズル
１３  受熱用輻射用変換体
１４  放熱用輻射変換体
１５  熱媒回収ノズル
【図１】
0003706453.tif 000002
【図２】
0003706453.tif 000003
【図３】
0003706453.tif 000004