(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
方形状の大型基板が、プラズマ放電がなされる真空処理空間と対面可能な状態で面着されるヒーターカバーを具え、該カバーの背面側に位置するヒーターより熱付与されて、前記基板を真空処理空間内で真空処理を行う大型基板用プラズマ放電真空処理装置において、
前記ヒーターカバーを形成する方形状板状体の周辺の、前記基板をヒーターカバーに面着して配置する範囲の外側部分に、面内方向熱膨張吸収用切り込み隙間が存在し、前記切り込み隙間は、周辺にその端があって、辺に略直角に面内に延びている多数の辺上切り込み隙間であることを特徴とする大型基板用真空処理装置。
【請求項２】
方形状の大型基板が、プラズマ放電がなされる真空処理空間と対面可能な状態で面着されるヒーターカバーを具え、該カバーの背面側に位置するヒーターより熱付与されて、前記基板を真空処理空間内で真空処理を行う大型基板用プラズマ放電真空処理装置において、
前記ヒーターカバーを形成する方形状板状体の周辺の、前記基板をヒーターカバーに面着して配置する範囲の外側部分に、面内方向熱膨張吸収用切り込み隙間が存在し、前記切り込み隙間は、四隅にその端があって、略対角線方向面内に延びている四偶切り込み隙間であることを特徴とする大型基板用プラズマ真空処理装置。
【請求項３】
方形状の大型基板が、プラズマ放電がなされる真空処理空間と対面可能な状態で面着されるヒーターカバーを具え、該カバーの背面側に位置するヒーターより熱付与されて、前記基板を真空処理空間内で真空処理を行う大型基板用プラズマ放電真空処理装置において、
前記ヒーターカバーを形成する方形状板状体の周辺の、前記基板をヒーターカバーに面着して配置する範囲の外側部分に、面内方向熱膨張吸収用切り込み隙間が存在し、前記切り込み隙間は、周辺にその端があって、辺に略直角に面内に延びている多数の辺上切り込み隙間と、四隅にその端があって略対角線方向面内にも延びている四偶切り込み隙間と、の両者が存在することを特徴とする大型基板用真空処理装置。
【請求項４】
前記四偶切り込み隙間の幅は、前記辺上切り込み隙間の幅より大きいことを特徴とする請求項３記載の大型基板用真空処理装置。
【請求項５】
四隅切りこみ隙間は、１ｍｍ以上３ｍｍ以下とし、一方、辺上切りこみ隙間は、１ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項４記載の大型基板用真空処理装置。
【請求項６】
ヒーターカバーを形成する方形状板状体を定位置に固定し、且つ面内方向の膨張を妨げることなく保持する保持手段を有し、該保持手段が、ヒーターカバーを形成する方形状板状体の一辺の中点を固定する一つの固定手段と、該固定点を中心に該板状体が回転しないように、且つ面内の膨張を妨げないように面内移動可能に少なくとも三点を支持する支持手段とからなることを特徴とする請求項１、２若しくは３記載の大型基板用真空処理装置。
【請求項７】
前記支持手段が該一辺上の二点を該辺方向のみに自在に移動可能なように支持し、該一辺に対する辺上の中点を辺に直角方向のみに自在に移動可能なように支持する支持手段であることを特徴とする請求項６記載の大型基板用真空処理装置。
【請求項８】
前記ヒーターカバーが直角四辺形の金属板状体であることを特徴とする請求項１乃至７何れかの項記載の大型基板用真空処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、プラズマＣＶＤ、スパッタリング、ドライエッチング等の処理を大型基板に施すための大型基板用真空処理装置に関わる。
【０００２】
【従来の技術】
近年太陽電池などの製造を目的として、大型の基板を真空中でプラズマＣＶＤ、スパッタリング、ドライエッチング等の処理を均質・連続・大量に施す必要性が益々高まっている。本発明者等は特願平１１−３０１２７１等に、量産装置に関わる発明を出願した。本発明はそれら装置等に用いられる真空処理装置の更なる改善をした技術である。
【０００３】
図５は本発明を適用するプラズマＣＶＤ装置の真空処理室の概要を示す斜視図である。図５においてはプラズマＣＶＤを行えるような装置の例を示してある。１は方形状板状体からなるヒーターカバー、Ｇは真空処理すべき基板、５０は真空室、５１はヒーターユニット、５２は真空処理ユニット、５３はガス放出ノズルを兼ねたラダー型電極である。
【０００４】
ヒーターユニット５１の発熱面に輻射伝熱するように一定の隙間を保って面接したヒーターカバー１は、同ヒターカバー１の反対側に面接した基板Ｇに面内均一な分布状態で熱を伝えるとともに、ラダー型電極５３の対向電極としての役割があり、該ラダー型電極５３ノズルから減圧下反応ガスを供給しつつ、両電極間でプラズマ放電がなされ、基板にＣＶＤなど所定の真空処理が施される。従って基板Ｇはヒーターカバー１に面着状態に配置され、ヒーターカバー１はヒーターユニット５１にほぼ平行位置状態で配置され、この３点１セットが、基板面をラダー型電極５３に対面して放電空間を保って配置される。そして、図５では２枚の基板を同時にプラズマ処理可能になるようにデュアルタイプになっていて、真空処理ユニット５２を挟んで左右両面に１セットづつ組込まれ、全体が図では詳細が省略されている真空室５０内で減圧下気密に保たれる。
【０００５】
さて、前記で説明したヒーターカバーは基板とヒーターカバーの接触を均一にするために、ソリや捩れなどの熱変形をさせないことが重要である。従来なるべく拘束要素のない１枚板を使用していた。しかし、それでも次のような問題点があった。
【０００６】
真空室内構造物の温度の低い状態から加熱を開始して定常状態になるまで、ヒーターカバーの周辺部分温度は、中央部分温度とかなりの差を保ちながら進行していく。更に定常状態になっても、中央部分にくらべ周辺部分の放熱が大きいため温度差を皆無にすることはできない。
【０００７】
そこで、中央部分で熱膨張大、周辺部分で熱膨張小となり、中央部分で圧縮応力が異常に大きくなり、この差が材質や形状や使用温度で決まる値を超えると、板状体の中央部分が飛び出す熱座屈が生じる。この現象を有限要素法で解析し、視覚的に現したものが図６のヒターカバー１である。この現象はヒーターカバーが均一に基板に接触しないようになるばかりではなく、基板の破損、損傷に至ることすらある。このため従来は非常に長い時間をかけてヒータカバー及び周辺構造物を徐々にゆっくりと昇温して、ヒータカバーの周辺部分と中央部分に温度差が大きくつかないように運用で対応していた。
２ｍ長さのヒータカバーにおいて熱座屈状態に至った場合の変形量を試算した結果では、周辺部分と中央部分の温度差が５０℃で約３５ｍｍの、温度差１００℃で約５０ｍｍの、温度差１５０℃で約６５ｍｍの中央凸状の変形を生じることとなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような従来の問題点に鑑み、方形状の大型基板が、真空処理空間と対面可能な状態で面着されるヒーターカバーを具え、該カバーの背面側に位置するヒーターより熱付与されて、前記基板を真空処理空間内で真空処理を行う大型基板用真空処理装置において、前記ヒーターカバーを形成する方形状板状体の熱による変形、特に熱座屈状現象を防止した、大型基板上に真空処理を均質・連続・大量に施すことのできる改良された、大型基板用真空処理装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は方形状の大型基板が、プラズマ放電がなされる真空処理空間と対面可能な状態で面着されるヒーターカバーを具え、該カバーの背面側に位置するヒーターより熱付与されて、前記基板を真空処理空間内で真空処理を行う大型基板用プラズマ放電真空処理装置において、
前記ヒーターカバーを形成する方形状板状体の周辺の、前記基板をヒーターカバーに面着して配置する範囲の外側部分に、面内方向熱膨張吸収用切り込み隙間が存在し、前記切り込み隙間は、周辺にその端があって、辺に略直角に面内に延びている多数の辺上切り込み隙間であることを特徴とする。
【００１０】
即ち、四角形の周辺に切りこみを入れ、隙間を設けておけば、熱膨張の歪はこの隙間が開閉することにより吸収され、中央部分と周辺部分の内部応力差の発生を小さくすることができる。全面の歪が均一に吸収されるように、切りこむ隙間は数多く均等に分布していることが必要であり、且つヒートカバーとしての伝熱機能などの機能面上、周辺に多数本の切りこみを入れるのが好ましい。
【００１１】
更に本発明は前記切り込み隙間が、真空処理すべき基板をヒーターカバーに面着して配置する範囲の外側部分にあるのがよい。
【００１２】
ヒーターカバー上の基板が配置されている場所に、ヒーターカバーの切りこみ隙間が存在すると、基板の裏面にプラズマが廻って、基板の裏面に膜が生成したり、基板の表面のその部分のみが異常に厚くなったり膜質に差が生じるなどの現象をもたらし、均質な処理に支障が生じるからである。
【００１４】
四角形の辺に対して辺の端から垂直方向に切り込みを入れ、同じ長さの当該切り込み隙間を等間隔に四辺に多数本設けるのが好ましい。更にはヒータカバーへはヒータからほぼ均一な輻射伝熱が行われているため、歪の吸収は面内均一に行なわれるべきであるから、この吸収用切り込み隙間は本数上からも、位置上からも、更には隙間開口度からも幾何学的に対称であるのが好ましい。
【００１５】
更に本発明は、前記ヒーターカバーを形成する方形状板状体の周辺の、前記基板をヒーターカバーに面着して配置する範囲の外側部分に、面内方向熱膨張吸収用切り込み隙間が存在し、前記切り込み隙間は、四隅にその端があって、略対角線方向面内に延びている四偶切り込み隙間を有する。即ち、前記四偶の切り込み隙間は四角形の四隅の端から切りこみを入れ、対角線上に同一長さで４本伸ばすのが好ましい。
更に本発明は前記切り込み隙間は、周辺にその端があって、辺に略直角に面内に延びている多数の辺上切り込み隙間と、四隅にその端があって略対角線方向面内にも延びている四偶切り込み隙間と、の両者が存在することを特徴とする。
【００１６】
発明者が発見するところによると、辺上の切りこみ隙間は辺と同方向に引っ張られる応力で生じる歪（延び）を吸収して隙間が開き、隅上の切りこみ隙間は逆に、四辺の延びを吸収して隙間が閉じるように働く。そして中央部分に集中する圧縮応力は分散され、このスリットのない場合に比べると中央部分と周辺部分の温度差が約３倍以上になるまで、熱座屈現象は避けられる。
【００１８】
即ち、他の要素上の問題がなければ、辺上の切りこみ隙間と四隅上の切り込み隙間を共に設けた方が相加的に効を奏し、より効果は大きい。
【００１９】
更に本発明は四隅にその端があって略対角線方向面内に延びている四偶切り込み隙間の幅が、周辺にその端があって周辺に略直角に面内に延びている辺上切り込み隙間の幅より大きいことを特徴とする。
【００２０】
四隅の切りこみ隙間は、その本数も４本に限られ、四辺の歪がすべてその隙間の変位に移行するので、幅を広くして望ましくは１ｍｍ以上とし、大きな歪を吸収できるようにする。しかしこの幅が広くなると圧力雰囲気と高周波数に応じてホロープラズマが発生し易くなり、この部分でプラズマパワーが無駄に消費され基板上の膜厚分布に影響したり、原料ガスが気相中反応で粉が発生し膜品質を低下させたりして、悪影響を発生する可能性が高くなるので、通常３ｍｍ以下とする。
一方、辺上の切りこみは、多数本で受け持つことができるので、強度上からも不必要に隙間の幅は広げずに１ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００２１】
ヒーターカバーは一面をヒーターユニット面に、他の面を基板面に面接しながら、定めた基準点にカバー自体が移動、回転しないように設置しなければならない。しかし同時に熱膨張による面内方向の変位が自由にできるような方策が必要である。
【００２２】
従って本発明は、ヒーターカバーを形成する方形状板状体を定位置に固定し、且つ面内方向の膨張を妨げることなく保持する保持手段を有することを特徴とする。
【００２３】
定位置に固定するには、少なくともカバー平面内のある基準になる一点を固着し、この点を基準として、面方向にも周方向にもそれ自体全体が平行若しくは回転移動せず、且つ面方向の膨脹変位は自由に可能なような補助手段のある保持手段を用いることになる。
【００２４】
従って、本発明は更に、前記保持手段が、ヒーターカバーを形成する方形状板状体の一辺の中点を固定する一つの固定手段と、該固定点を中心に該板状体が回転しないように、且つ面内の膨張を妨げないように面内移動可能に少なくとも三点を支持する支持手段とからなることを特徴とする。
【００２５】
固定手段は特に限定する必要はなくボルトナット止め、ビス止め、リベット止め、若しくは溶接による固着など周辺の部材若しくは構造との兼ね合いで最も適する手段を選ぶことができる。
【００２６】
支持手段も多様な方法が考えられる。例えば膨脹変位自由な方向にスライド可能な長穴を持った金具、または、板の辺端を挟持して辺方向に自由にスライド可能なレール状部材を用いるなどの支持手段を用いることが可能である。
【００２７】
更に本発明は前記支持手段が該一辺上の二点を該辺方向のみに自在に移動可能なように支持し、該一辺に対する辺上の中点を辺に直角方向のみに自在に移動可能なように支持する支持手段であることを特徴とする。
【００２８】
更に本発明は直角四辺形の板状体が金属であることを特徴とする。熱変形を少なくするためには膨脹係数の少ないセラミックスなどの材質が適しているが、１ｍ×１ｍを超えるヒーターカバーの部材として適する強度、加工性も含め経済性、製造技術などを考慮すると金属材質の使用が望ましい。従って本発明は、金属を用いてその膨脹による不利を克服することを考えた。金属としては、プラズマ中での使用に支障を生じにくい非磁性または弱磁性材料としてのＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６などのステンレス材、もしくは腐食性が強い雰囲気においてはインコネルのようなニッケル主体の耐熱耐食合金を選んで本発明は行なった。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図面を参照しながら、例示的に詳しく説明する。図５に示したプラズマＣＶＤ装置の真空処理室５０中の組みたて構成部材のなかから、ヒーターカバー１を抜き出して、その例を図１〜図３に示した。また。ヒーターカバー１の保持手段の１例を図４に示した。
【００３０】
図１は熱膨張吸収用切りこみ隙間１１を長方形のヒーターカバー１の各辺に等間隔に、辺に垂直に、辺の端から切りこんで、基板Ｇ位置の外側に設けた。本例ではヒーターカバー１のディメンションが２ｍ×１．５ｍのとき、１２０ｍｍ長のスリットを１００ｍｍピッチで設けた。隙間幅は０．５〜１ｍｍで十分の効果を認めた。これにより、実質変形を抑制することができ、実験的に極端な中央部と周辺部の温度差を与えて試験してみたところ、中央部と周辺部の温度差が約６０℃になって初めて熱座屈現象が発生した。
【００３１】
図２は熱膨張吸収用切りこみ隙間２１を長方形のヒーターカバー１の４隅部分から対角線方向に切りこみ、基板Ｇ位置の外側に１７０ｍｍ長、幅２ｍｍのスリットを設けた。これにより、略図１とほぼ同等な効果があった。
【００３２】
図３は熱膨張吸収用切りこみ隙間を長方形のヒーターカバー１の各辺に等間隔に０．５〜１ｍｍ幅の１２０ｍｍ長の切りこみ隙間１１を１００ｍｍピッチで且つ４隅部分の対角線方向に１７０ｍｍ長、幅３ｍｍの切りこみ隙間２１を、いずれも基板位置の外側に設けた。これにより中央部と周辺部の温度差が３倍になっても座屈現象が発生しなかった。
【００３３】
図４はヒーターカバー１の保持手段の１例を説明した概要図である。用いたヒーターカバーの質量は２００ｋｇを超えたので、荷重支持下辺下部三点で支え、中央部をリジッドな位置決め固定点とし固定用Ｌ字金具４１を用い取りつけボルトを丸穴４５に挿しこみナットをネジ締めて固着した。他の下辺上の２点は長辺方向に膨脹収縮自在のように、長辺方向長穴付き支持金具４２、４３で長辺方向長穴４６４７を介してボルトナットで支持した。さらに、上辺中央部で、短辺方向長穴付き支持金具により、短辺方向膨脹収縮自在にように短辺方向長穴付き支持金具４２、４３で長辺方向長穴４６、４７を介してボルトナットで支持した。２ｍ長さのヒータカバーを基板温度４００℃で運用するにあたり、各熱膨張を熱伸び方向を制御した長穴は、長辺方向の長穴４７ではボルト径より８ｍｍ以上長く、好ましくは余裕を含めて、ボルト径よりも１０ｍｍ以上長さを有する長穴と、短辺方向の長穴４８では好ましくは余裕を含めてボルト径よりも２０ｍｍ以上長さを有する長穴とした。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によりヒーターカバーを形成する方形状板状体の熱による変形、特に熱座屈状現象を防止して、大型基板上に真空処理を均質・連続・大量に施すことのできる技術を確立できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】ヒーターカバーの実施態様の１例を示した概要図
【図２】ヒーターカバーの実施態様１例を示した概要図
【図３】ヒーターカバーの実施態様１例を示した概要図
【図４】ヒーターカバーの保持手段の１例を示した概要図
【図５】本発明の関わる真空処理装置の真空処理室の概要を示す斜視図
【図６】ヒーターカバー板状体の中央部分が飛び出す座屈が生じる様子を解析した結果の略図。
【符号の説明】
１      ヒーターカバー
１１    辺上の切りこみ隙間
２１    四隅の切りこみ隙間
４１    固定用Ｌ字金具
４２    長辺方向長穴付き支持金具
４３    長辺方向長穴付き支持金具
４４    短辺方向長穴付き支持金具
４５    位置決め用丸穴
４６    長辺方向長穴
４７    長辺方向長穴
４８    短辺方向長穴
５０    真空室
５１    ヒーターユニット
５２    真空処理ユニット
５３    ラダー型電極
【図１】
0003605355.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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