JP2014078596A - 基板支持部材温調装置及びその基板加熱方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】装置構成の大型化の回避及び使用する熱媒量の低減を図ることを目的とする。
【解決手段】熱媒の温度調整を行う熱媒温調装置20を設け、端部以外の中間領域に設けられた各基板支持部材2b、2cに対して、該基板支持部材を加熱または冷却する中間段熱媒配管6b、6cをそれぞれ設けるとともに、端部に設けられた各基板支持部材2a、2dに対して、該基板支持部材を加熱または冷却する端部熱媒配管6a、6dをそれぞれ設ける。更に、いずれかの中間段熱媒配管6b、6cといずれかの端部熱媒配管6a、6dとを連結配管7a、7dによって直列に接続して、中間段熱媒配管6b、6cから端部熱媒配管6a、6dへ熱媒を流通させるとともに、連結配管7a、7dに、熱媒温調装置20から出力された温度調節がなされた熱媒を流入させる。
【選択図】図1
【解決手段】熱媒の温度調整を行う熱媒温調装置20を設け、端部以外の中間領域に設けられた各基板支持部材2b、2cに対して、該基板支持部材を加熱または冷却する中間段熱媒配管6b、6cをそれぞれ設けるとともに、端部に設けられた各基板支持部材2a、2dに対して、該基板支持部材を加熱または冷却する端部熱媒配管6a、6dをそれぞれ設ける。更に、いずれかの中間段熱媒配管6b、6cといずれかの端部熱媒配管6a、6dとを連結配管7a、7dによって直列に接続して、中間段熱媒配管6b、6cから端部熱媒配管6a、6dへ熱媒を流通させるとともに、連結配管7a、7dに、熱媒温調装置20から出力された温度調節がなされた熱媒を流入させる。
【選択図】図1
Description
本発明は、基板支持部材温調装置及びその基板加熱方法に関するものである。
近年、大面積(例えば縦1m以上、横1m以上の大きさ)を有する基板に対して、シリコン等の物質を製膜するのに、プラズマ化学蒸着(Plasma enhanced Chemical Vapor Deposition:PCVD)法を用いたプラズマCVD装置が使用されている。
このようなプラズマCVD装置においては、大型の基板の全面にわたって均一なシリコン層を製膜することが重要とされるが、そのためには基板全面の温度を均一に保つことが必要とされる。
このようなプラズマCVD装置においては、大型の基板の全面にわたって均一なシリコン層を製膜することが重要とされるが、そのためには基板全面の温度を均一に保つことが必要とされる。
このような基板の温度制御に関する技術として、例えば、特許文献1に開示されるものがある。特許文献1には、均熱板と、均熱板に密接して設置された基板テーブルとを製膜室内に配置し、均熱板内に設けられた流路に熱媒体を循環させることにより、基板テーブルの温度を均一に制御することが開示されている。
また、従来、複数の基板を一括して同時に処理できる多段型のプラズマCVD装置が提案されている。多段型のプラズマCVD装置においては、一般的に、単段型のプラズマCVD装置と比較して、装置設置面積に対する処理枚数が多くなるという利点がある。
このような多段型のプラズマCVD装置等に関する技術として、例えば、特許文献2に開示されるものがある。特許文献2には、対向配置された2枚のパネルヒータの間に、多段の均熱板を設け、各均熱板の温度の平均値が所定値以下となった時にパネルヒータの設定温度を増加させることにより、基板の搬入・搬出時における均熱板の温度低下を防止することが開示されている。
ところで、多段型のプラズマCVD装置において基板温度の均一化が行えるように、例えば、図7に示すように、基板支持部材である基板テーブル40毎に熱媒温調装置50をそれぞれ設置した場合を考えることができるが、熱媒温調装置が多数必要になるため設置面積の増大を招き、配管が複雑化してしまうという課題がある。また、この場合、熱媒も基板テーブル毎に用意しなければならず、使用する熱媒量が増す。一般的に、プラズマCVD装置等の熱媒に用いられるフッ素系油は高価であり、熱媒量の増加はコスト面から好ましくない。
また、使用する熱媒量を低減させる手法として、例えば、図8に示すように、各基板テーブル40の熱媒配管を直列に接続することが考えられる。しかしながら、この場合には、図9に示すように、熱媒下流側に行くにしたがって、熱媒温度が低下してしまうため、各基板テーブルの温度や基板温度が不均一になり、これを抑制するためには大流量の熱媒を流通させことが必要になるという課題がある。
また、熱媒温調装置50の台数を削減する手法として、例えば、図10に示すように、1台の熱媒温調装置50から出力される熱媒を熱媒入口ヘッダ51から各基板テーブルの熱媒配管に分岐させ、各熱媒配管からの熱媒を熱媒出口ヘッダ52に合流させて、熱媒温調装置50へ戻す方法が考えることができる。しかしながら、この場合においても、使用する熱媒量は基板テーブル40毎に必要となるため、熱媒量の低減によるコスト削減は期待できない。更に、熱媒入口ヘッダ51、熱媒出口ヘッダ52などの追加構造が必要となり、装置が大型化するという課題がある。
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであって、装置構成の大型化の回避及び使用する熱媒量の低減を図ることのできる基板支持部材温調装置及びその基板加熱方法を提供することを目的とする。
本発明の第1態様は、互いに間隔をあけて、端部、中間領域、端部の順に各々がほぼ平行に設置された少なくとも3つの基板支持部材と、熱媒の温度調整を行う熱媒温調手段と、前記中間領域に設けられた各前記基板支持部材に対応してそれぞれ設けられ、熱媒が流通することにより、対応する前記基板支持部材を加熱または冷却する中間段熱媒配管と、前記端部に設けられた各前記基板支持部材に対応して設けられ、熱媒が流通することにより、対応する前記基板支持部材を加熱または冷却する端部熱媒配管と、いずれかの前記中間段熱媒配管といずれかの前記端部熱媒配管とを直列に接続し、中間段熱媒配管から前記端部熱媒配管へ熱媒を流通させる連結配管と、前記連結配管に接続され、前記熱媒温調手段から出力された温度調節がなされた熱媒を供給する熱媒バイパス配管とを具備する基板支持部材温調装置である。
本態様によれば、中間段熱媒配管と端部熱媒配管とを直列に接続するので、基板支持部材毎に熱媒を個別に供給する場合と比べて、基板の温度調整に必要とする熱媒量を低減させることが可能となる。また、端部熱媒配管に流入させる熱媒に対して、温度が調節された熱媒を熱媒バイパス配管から追加流入させるので、複数の熱媒配管を直列に接続することによる熱媒の温度低下を抑制することが可能となる。これにより、従来よりも少ない熱媒量で、基板を所定の温度に維持することが可能となる。更に、1台の熱媒温調手段で足りるため、装置構成の大型化を回避することが可能となる。
上記基板支持部材温調装置が前記中間段熱媒配管を3段以上有する場合において、少なくとも2つの前記中間段熱媒配管が前記連結配管によって直列に接続され、かつ、最終段の中間段熱媒配管と前記端部熱媒配管とが前記連結配管によって直列に接続されることとしてもよい。
このように、中間段熱媒配管を3段以上有する場合には、中間段熱媒配管同士を直列に接続するので、一層の熱媒量の低減を図ることが可能となる。更に、連結配管には、熱媒温調手段から出力された温度調節がなされた熱媒が供給されるので、熱媒の温度低下も抑制することが可能となる。
上記基板支持部材温調装置は、前記中間段熱媒配管に流入する熱媒流量を調整するための中間段流量調節弁を有し、前記制御手段は、前記中間段熱媒配管の熱媒入口温度と熱媒出口温度との差が所定の許容範囲内となるような第1流量適正範囲を予め保有しており、該第1流量適正範囲に基づいて前記中間段流量調節弁の弁開度を制御することとしてもよい。
このように、中間段熱媒配管に流入させる熱媒流量について規定された第1流量適正範囲を保有しており、この第1流量適正範囲に基づいて中間段熱媒配管への熱媒流量を調整するので、基板温度が所定の目標温度から乖離することを防止できるとともに、確実に熱媒流量を低減させることが可能となる。
上記基板支持部材温調装置は、前記熱媒バイパス配管に設けられたバイパス流量調節弁を有し、前記制御手段は、前記中間段熱媒配管を流通する熱媒の温度平均値と前記端部熱媒配管を流通する熱媒の温度平均値との差が、予め設定された許容範囲内となるような第2流量適正範囲を予め保有しており、該第2流量適正範囲に基づいて前記バイパス流量調節弁を制御することとしてもよい。
このように、端部熱媒配管に流入させる熱媒流量について規定された第2流量適正範囲を保有しており、この第2流量適正範囲に基づいて端部熱媒配管への熱媒流量を調整するので、基板温度が所定の目標温度から乖離することを防止できるとともに、確実に熱媒流量を低減させることが可能となる。
上記基板支持部材温調装置は、各前記基板支持部材の温度または各前記基板支持部材上に載置された基板の温度を計測する温度計測手段を有し、前記制御手段は、前記温度計測手段によって計測される温度が、予め設定された所定の目標温度となるように、前記中間段流量調節弁及び前記バイパス流量調節弁を制御することとしてもよい。
このように、各基板支持部材の温度または基板温度の計測値を取得し、この計測値が予め設定された所定の温度となるように熱媒流量が調整されるので、基板支持部材の温度または基板温度が所定の目標温度から乖離することを防止することができる。ここで、「所定の目標温度」は、ある幅を持って設定されていてもよい。
本発明の第2態様は、上記いずれかに記載の基板支持部材温調装置を備える真空処理装置である。
本発明の第3態様は、互いに間隔をあけて、端部、中間領域、端部の順に各々がほぼ平行に設置された少なくとも3つの基板支持部材を備える基板支持部材温調装置の基板加熱方法であって、熱媒の温度調整を行う熱媒温調手段を設け、前記中間領域に設けられた各前記基板支持部材に対して、該基板支持部材を加熱または冷却する中間段熱媒配管をそれぞれ設けるとともに、前記端部に設けられた各前記基板支持部材に対して、該基板支持部材を加熱または冷却する端部熱媒配管をそれぞれ設け、いずれかの前記中間段熱媒配管といずれかの前記端部熱媒配管とを連結配管によって直列に接続して、前記中間段熱媒配管から前記端部熱媒配管へ熱媒を流通させるとともに、前記連結配管に、前記熱媒温調手段から出力された温度調節がなされた熱媒を流入させる基板支持部材温調装置の基板加熱方法である。
本発明によれば、装置構成の大型化の回避及び使用する熱媒量の低減を図ることができるという効果を奏する。
以下、本発明の一実施形態に係る基板支持部材温調装置及びその基板加熱方法並びに該基板支持部材温調装置を備える真空処理装置について、図面を参照して説明する。
真空処理装置の一例として、アモルファス太陽電池、微結晶太陽電池、液晶ディスプレイ用TFT(Thin Film Transistor)等に用いられる非晶質シリコン、微結晶シリコン、窒化シリコン等からなる膜の高速製膜処理を行うことが可能な薄膜製造装置が挙げられる。また、基板の表面処理を行うプラズマ処理装置の他、大面積のプラズマ処理が必要な表面改質装置やオゾナイザ等、真空から大気圧の広い圧力領域でのプラズマ生成装置が挙げられる。
本実施形態においては、太陽電池パネルに用いられるシリコン薄膜の製膜に用いる薄膜製造装置を真空処理装置の具体例として挙げて説明する。
真空処理装置の一例として、アモルファス太陽電池、微結晶太陽電池、液晶ディスプレイ用TFT(Thin Film Transistor)等に用いられる非晶質シリコン、微結晶シリコン、窒化シリコン等からなる膜の高速製膜処理を行うことが可能な薄膜製造装置が挙げられる。また、基板の表面処理を行うプラズマ処理装置の他、大面積のプラズマ処理が必要な表面改質装置やオゾナイザ等、真空から大気圧の広い圧力領域でのプラズマ生成装置が挙げられる。
本実施形態においては、太陽電池パネルに用いられるシリコン薄膜の製膜に用いる薄膜製造装置を真空処理装置の具体例として挙げて説明する。
図1は、本実施形態に係る真空処理装置における基板支持部材温調装置の概略構成を示した図である。基板支持部材温調装置1を用いた真空処理装置は、真空容器である製膜室10内に、互いに間隔をあけて、ほぼ平行に設置された4台の基板支持部材2a、2b、2c、2d(以下、全ての基板支持部材を示すときは単に符号「2」を付し、各基板支持部材を区別して示すときは符号「2a」、「2b」等を付す。以下、他の構成についても同様とする。)と、基板支持部材2a、2b、2c、2dとそれぞれ対向して設けられた放電電極3a,3b,3c,3dとを備えている。ここで、図1では、4台の基板支持部材を示しているが、台数は3台以上であればよく、特に限定されない。
放電電極3は、例えば、二本の横電極の間に設けられた各棒状の縦電極を略平行に組み合わせて構成されている。放電電極3には、高周波給電伝送路を介して高周波電力が供給され、放電電極3と基板支持部材2との間に原料ガスのプラズマを発生させ、基板支持部材2によって支持された基板4に膜を製膜する。
基板4の一例としては、面積が1m2を越える大型の基板、例えば、ガラス基板(例えば1.4m×1.1m、板厚:3.0mm〜4.5mm)が挙げられる。
基板4の一例としては、面積が1m2を越える大型の基板、例えば、ガラス基板(例えば1.4m×1.1m、板厚:3.0mm〜4.5mm)が挙げられる。
基板支持部材2は、例えば、基板4よりも大きい面積を有する非磁性材料の導電性の板であり、セルフクリーニングを行う場合は、耐フッ素ラジカル性からニッケル合金やアルミやアルミ合金が使用される。
基板支持部材2a,2b,2c,2dは、内部に熱媒が流通する熱媒配管6a,6b、6c、6dを有している。熱媒配管6の内部を熱媒が流通することにより、基板支持部材2が所定の温度に制御され、基板支持部材2の表面に密接して配置された基板4が一定の温度に維持される。なお、以下の説明では、熱媒によって基板支持部材2が加熱される場合を例に挙げて説明するが、本発明には、熱媒によって冷却する場合も当然に含まれる。
基板支持部材2a,2b,2c,2dは、内部に熱媒が流通する熱媒配管6a,6b、6c、6dを有している。熱媒配管6の内部を熱媒が流通することにより、基板支持部材2が所定の温度に制御され、基板支持部材2の表面に密接して配置された基板4が一定の温度に維持される。なお、以下の説明では、熱媒によって基板支持部材2が加熱される場合を例に挙げて説明するが、本発明には、熱媒によって冷却する場合も当然に含まれる。
熱媒は、非導電性媒体であり、例えば、水素やヘリウムなどの高熱伝導性ガス、フッ素系不活性液体、不活性オイル、及び純水等が使用できる。中でも150℃〜250℃の範囲でも圧力が上がらずに制御が容易であることから、フッ素系不活性液体(例えば商品名:ガルデン、F05など)の使用が好適である。
なお、図1に示すように、基板支持部材2内に熱媒配管6が設けられる態様に代えて、例えば、基板支持部材2の表面と密接して設置される平板上の均熱板を設け、この均熱板内に上記熱媒配管6を配置することとしてもよい。この場合には、熱媒配管6を熱媒が流通することにより均熱板が所定の値に維持され、この均熱板から基板支持部材2に熱が伝わることにより、基板支持部材2が加熱され、所定の温度に維持されることとなる。
また、以下の説明においては、端部に設けられた基板支持部材2a、2dの熱媒配管6a,6dと、端部以外の領域である中間領域に設けられた中間段の基板支持部材2b、2cの熱媒配管6b、6cとを区別するために、熱媒配管6a、6dを「端部熱媒配管」といい、熱媒配管6b、6cを「中間段熱媒配管」という。
製膜室10の外部において、端部熱媒配管6aと中間段熱媒配管6bとは連結配管7aにより直列に接続され、端部熱媒配管6dと中間段熱媒配管6cとは連結配管7dにより直列に接続されている。
中間段熱媒配管6b、6cの他端は、それぞれ熱媒の温度調整を行う熱媒温調装置20からの熱媒が供給される熱媒供給配管8に接続され、熱媒配管6a、6dの他端は、使用後の熱媒を熱媒温調装置20に還流させる熱媒還流配管9に接続されている。
中間段熱媒配管6b、6cの他端は、それぞれ熱媒の温度調整を行う熱媒温調装置20からの熱媒が供給される熱媒供給配管8に接続され、熱媒配管6a、6dの他端は、使用後の熱媒を熱媒温調装置20に還流させる熱媒還流配管9に接続されている。
連結配管7a、7dには、熱媒バイパス配管12a、12dがそれぞれ接続され、この熱媒バイパス配管12a、12dを通じて、熱媒温調装置20によって温度が調整された熱媒がそれぞれ合流するような構成とされている。更に、熱媒バイパス配管12a、12dには、端部熱媒配管6a、6dに追加流入させるバイパス流量を調節するためのバイパス流量調節弁14a、14dが設けられている。
中間段熱媒配管6b、6cの冷媒流れ上流側には、これら中間段熱媒配管に流入する熱媒流量を調節するための中間段流量調節弁14b、14cが設けられている。
中間段熱媒配管6b、6cの冷媒流れ上流側には、これら中間段熱媒配管に流入する熱媒流量を調節するための中間段流量調節弁14b、14cが設けられている。
中間段流量調節弁14b,14c及びバイパス流量調節弁14a、14dは、後述する制御装置30によって制御される。
基板支持部材2a〜2dには、各基板支持部材の温度を計測する温度センサ16a〜16dが設けられている。各温度センサ16a〜16dの計測値は、制御装置30に送られる。ここで、温度センサ16は、1台の基板支持部材2について複数個設けられていてもよい。また、基板支持部材2の温度を計測する代わりに、基板支持部材上に載置された基板4の温度を計測することとしてもよい。
基板支持部材2a〜2dには、各基板支持部材の温度を計測する温度センサ16a〜16dが設けられている。各温度センサ16a〜16dの計測値は、制御装置30に送られる。ここで、温度センサ16は、1台の基板支持部材2について複数個設けられていてもよい。また、基板支持部材2の温度を計測する代わりに、基板支持部材上に載置された基板4の温度を計測することとしてもよい。
制御装置30は、各温度センサ16a〜16dの計測値に基づいて、各基板支持部材2a〜2dの温度が所定の目標温度付近で一定となるように、中間段流量調節弁14b、14c及びバイパス流量調節弁14a、14dの弁開度をフィードバック制御する。また、制御装置30は、中間段熱媒配管6b、6cに流入させる熱媒の流量適正範囲(以下「第1流量適正範囲」という。)及び端部熱媒配管6a、6dに流入させる熱媒の流量適正範囲(以下「第2流量適正範囲」という。)を保有しており、この第1流量適正範囲及び第2流量適正範囲を超えない範囲で、流量調整を行う。なお、第1流量適正範囲及び第2流量適正範囲の決定手法については後述する。
このような熱媒系統を有する基板支持部材温調装置1においては、熱媒温調装置20によって所定の温度に調整された熱媒は、熱媒供給配管8から中間段熱媒配管6b、6cにそれぞれ分岐されて流入する。このとき、各中間段熱媒配管6b,6cに流入する熱媒流量は、中間段流量調節弁14b,14cの弁開度によって調整される。
中間段熱媒配管6bに流入した熱媒は、中間段熱媒配管6bを通過する過程において基板支持部材2bとの間で熱交換を行い、基板支持部材2bを加熱する。中間段熱媒配管6bを流通することで温度が低下した熱媒は、連結配管7aにおいて、熱媒バイパス配管12aを経由して流入される熱媒温調装置20からの熱媒と合流される。このとき、熱媒バイパス配管12aから合流するバイパス量は、バイパス流量調節弁14aによって調節される。熱媒バイパス配管12aからの熱媒と合流することにより、昇温および増量された熱媒は、端部熱媒配管6aに流入し、端部熱媒配管6aを通過する過程で基板支持部材2aと熱交換を行い、基板支持部材2aを加熱する。端部熱媒配管6aから流出した熱媒は、熱媒還流配管9を通じて熱媒温調装置20に戻される。
同様に、中間段熱媒配管6cに流入した熱媒は、中間段熱媒配管6cを通過する過程において基板支持部材2cとの間で熱交換を行うことで基板支持部材2cを加熱する。中間段熱媒配管6cを流通することで温度が低下した熱媒は、連結配管7dにおいて、熱媒バイパス配管12dを経由して流入される熱媒温調装置20からの熱媒と合流される。このとき、熱媒バイパス配管12dから合流するバイパス量は、バイパス流量調節弁14dによって調節される。熱媒バイパス配管12dからの熱媒と合流することにより、昇温および増量された熱媒は、端部熱媒配管6dに流入し、端部熱媒配管6dを通過する過程で基板支持部材2dと熱交換を行い、基板支持部材2dを加熱する。端部熱媒配管6dから流出した熱媒は、熱媒還流配管9を通じて熱媒温調装置20に戻される。
次に、制御装置30が保有する第1流量適正範囲及び第2流量適正範囲の設定方法について、図を参照して説明する。
第1流量適正範囲及び第2流量適正範囲は、熱媒温調装置20から出力された熱媒が、中間段熱媒配管(例えば、中間段熱媒配管6b)に流入されてから端部熱媒配管(例えば、端部熱媒配管6a)を流出するまでの熱媒流れにおいて、中間段熱媒配管に流入させる熱媒流量f2と、端部熱媒配管に流入させる熱媒流量f1とを様々な値に設定したときの熱収支をそれぞれシミュレーションし、これらのシミュレーション結果と予め設定した基準熱収支とを比較することにより、決定される。
第1流量適正範囲及び第2流量適正範囲は、熱媒温調装置20から出力された熱媒が、中間段熱媒配管(例えば、中間段熱媒配管6b)に流入されてから端部熱媒配管(例えば、端部熱媒配管6a)を流出するまでの熱媒流れにおいて、中間段熱媒配管に流入させる熱媒流量f2と、端部熱媒配管に流入させる熱媒流量f1とを様々な値に設定したときの熱収支をそれぞれシミュレーションし、これらのシミュレーション結果と予め設定した基準熱収支とを比較することにより、決定される。
本実施形態では、例えば、図2に示すように、本実施形態と同じ条件(配管長さ、配管幅、熱媒条件、基板条件等)の1台の基板支持部材2(熱媒配管含む)を製膜室10に配置した場合を基準構成とし、この熱媒配管に所定の流量Fの熱媒を流入させたときの熱収支を上記基準熱収支として設定した。
図3は、図1に示した本実施形態に係る熱媒系統において、中間段熱媒配管6b,6cに流入した熱媒が端部熱媒配管6a,6dを流通し終わるまでの冷媒流れにおける熱収支の一例を示した図であり、横軸は熱媒配管における位置、縦軸は温度を示している。図3では、一例として、中間段熱媒配管6b,6cへ流入させる熱媒量を0.6Fに、端部熱媒配管6a,6dに流入させる熱媒量を1.5F(すなわち、バイパス配管12a,12dから供給させる熱媒流量を0.9Fとした場合)とした場合の熱収支を示している。ここで、Fは、上述したように、図2に示した基準構成における熱媒流量である。また、図2における一点鎖線は、図2に示した基準構成に熱媒流量Fの熱媒を流入させたときの熱収支を示している。
また、シミュレーションにおいては、熱媒配管を通過する際の熱の主要な伝熱先として、基板4を加熱するために必要とされる熱量Qgと、周囲へ放出される熱量Qaとの2つを想定することでモデルを簡易化した。
熱量Qgは、図2に示した基準構成の場合も、図1に示した多段の場合における端部熱媒配管6a,6d、中間段熱媒配管6b,6cにおいても同じ熱量を設定した。
熱量Qgは、図2に示した基準構成の場合も、図1に示した多段の場合における端部熱媒配管6a,6d、中間段熱媒配管6b,6cにおいても同じ熱量を設定した。
これに対し、周囲へ放出される熱量Qaは、周囲温度に依存する。この周囲温度は、上下に他の熱媒配管が存在する中間段熱媒配管6b,6cの方が、上方のみ、または、下方のみに他の熱媒配管が存在する端部熱媒配管6a,6dよりも高いと考えられる。例えば、中間段熱媒配管6bを例に挙げると、中間段熱媒配管6bは、上方に端部熱媒配管6aが、下方に中間段熱媒配管6cが存在するため、これらの熱媒配管6a,6cから放出される放出熱により、中間段熱媒配管6bの周囲温度は暖められていると考えられる。これに対し、端部熱媒配管6aについては、下方に中間段熱媒配管6bが存在するものの、上方には熱を放出するような機構が存在しないため、中間段熱媒配管6bに比べて周囲温度は低いといえる。
以上の点から、周囲へ放出される熱量Qaについては、中間段熱媒配管6b,6cの熱量Q2aを、基準構成の場合における基準熱量Qaの半分、すなわち、Q2a=0.5Qaとモデルを設定し、端部熱媒配管6a,6dの熱量Q1aについては、基準熱量Qaと同じ値、すなわち、Q1a=Qaとモデルを簡略化して熱収支のシミュレーションを行った例である。
図3に示した熱収支のシミュレーション結果において、中間段熱媒配管に温度T2inで流入した熱媒は、中間段熱媒配管6b,6cを通過する過程において熱交換が行われ、徐々に温度が低下する。そして、温度T2outで中間段熱媒配管6b,6cを流出した熱媒は、連結配管7a,7dにおいて、バイパス配管12a,12dからの熱媒が追加されることにより、温度T1inまで昇温されるとともに、流量も増加する。そして、温度T1inで端部熱媒配管6a,6dに流入した熱媒は、端部熱媒配管を通過する過程において、熱交換が行われることにより、徐々に温度が低下し、温度T1outで端部熱媒配管6a,6dから流出する。ここで、中間段熱媒配管6b,6cのときに比べて、端部熱媒配管6a,6dの温度低下が小さいのは、バイパス流量が追加されることにより、熱媒流量が増加していることによる。
また、この場合における中間段熱媒配管6b,6cを通過することによる温度低下はΔT2、端部熱媒配管6a,6dを通過することによる温度低下はΔT1であった。また、これと比較する基準熱収支における温度低下はΔT0である。
そして、中間段熱媒配管6b,6cに流入させる熱媒流量f2及び端部熱媒配管6a,6dに流入させる熱媒流量f1を所定の範囲で離散的にそれぞれ変化させ、図3に示すのと同様のシミュレーション結果を複数取得し、これらのシミュレーション結果を分析することにより、第1流量適正範囲及び第2流量適正範囲を決定した。なお、今回のシミュレーションでは、熱媒流量f2を0.4F〜1.0Fの間で離散的に変化させ、熱媒流量f1(f2+バイパス流量)を1.25F〜1.75Fの間で離散的に変化させた。
中間熱媒配管6b,6cに流入させる熱媒流量f2の第1流量適正範囲については、温度低下ΔT2(図3参照)が、基準熱収支における温度低下ΔT0以下となる流量のうち、任意の流量を適正範囲の下限値f2minとして設定した。
今回のシミュレーション結果では、熱媒流量f2が0.6F以上の範囲でΔT2≦ΔT0が成立したので、下限値f2minを0.6Fに設定した。また、適正範囲の上限値f2maxは、基準熱収支と同じ流量F以下で、どの程度の熱媒量の低減を図るかによって任意に設定可能である。本実施形態では、25%の流量低減を図り、f2maxを0.75Fに設定した。
したがって、本実施形態では、0.6F≦f2≦0.75Fを第1流量適正範囲として設定した。
今回のシミュレーション結果では、熱媒流量f2が0.6F以上の範囲でΔT2≦ΔT0が成立したので、下限値f2minを0.6Fに設定した。また、適正範囲の上限値f2maxは、基準熱収支と同じ流量F以下で、どの程度の熱媒量の低減を図るかによって任意に設定可能である。本実施形態では、25%の流量低減を図り、f2maxを0.75Fに設定した。
したがって、本実施形態では、0.6F≦f2≦0.75Fを第1流量適正範囲として設定した。
端部熱媒配管6a,6dに流入させる熱媒流量f1の適正範囲のうち、下限値f1minについては、熱媒流量f2の適正範囲において、端部熱媒配管6a,6dを流通する熱媒の平均温度T1aveと、中間段熱媒配管6b,6cを流通する熱媒の平均温度T2aveとの差分である段間基板温度差ΔTbetが、予め設定されている所定の閾値以下となる値を設定する。この段間基板温度差ΔTbetを算出することにより、各基板支持部材(2a〜2d)間の温度差を少なくすることが可能となる。すなわち、段間基板温度差ΔTbetは以下の(1)式で算出される。
ΔTbet={(T2in−T2out)/2}−{(T1in−T1out)/2}
(1)
(1)
また、総熱媒量を低減することを評価する。このため、熱媒流量f1の適正範囲のうち、上限値f1maxについては、直列に接続された熱媒配管のそれぞれに熱媒流量Fを供給したときの総熱媒量F×N(N=直列接続された熱媒配管の数であり、本実施形態では、N=2)以下となる範囲、すなわち、本実施形態においては、上限値f1max<2Fとなる範囲で、どの程度の熱媒量の低減を図るかによって任意に設定可能である。
図4は、熱媒流量f1の適正範囲について示した図である。図4において、横軸は端部熱媒配管6a,6dの熱媒流量f1、縦軸は段間基板温度差ΔTbetである。図4では、熱媒流量f2を適正範囲の上限値(f2=0.75F)に設定した場合と、下限値(f2=0.6F)に設定した場合の熱媒流量f1と段間基板温度差ΔTbetの関係が示されている。
この図に示すように、熱媒流量f1の適正範囲の下限値f1minは、f2=0.6Fのときの特性曲線において、段間基板温度差ΔTbetが閾値と一致する値、すなわち、f1min=Fに設定される。また、適正範囲の上限値f1maxは、25%の流量低減を図り、f1max=1.5Fに設定した。
以上の観点から、熱媒流量f1の適正範囲である第2適正範囲は、図4における斜線部の範囲となる。
以上の観点から、熱媒流量f1の適正範囲である第2適正範囲は、図4における斜線部の範囲となる。
このようにして設定された第1適正範囲及び第2適正範囲は、制御装置30に登録され、中間段流量調節弁14b、14cおよびバイパス流量調節弁14a,14dの弁開度において参照されることとなる。
すなわち、基板支持部材2a〜2dを加熱する際には、予め登録された第1流量適正範囲及び第2流量適正範囲が参照され、これらの流量適正範囲内で、各基板支持部材2a〜2dの温度が許容範囲内で維持されるように、中間段流量調節弁14b、14cおよびバイパス流量調節弁14a,14dの弁開度が制御される。
すなわち、基板支持部材2a〜2dを加熱する際には、予め登録された第1流量適正範囲及び第2流量適正範囲が参照され、これらの流量適正範囲内で、各基板支持部材2a〜2dの温度が許容範囲内で維持されるように、中間段流量調節弁14b、14cおよびバイパス流量調節弁14a,14dの弁開度が制御される。
以上説明してきたように、本実施形態に係る基板支持部材温調装置及びその基板加熱方法によれば、中間段熱媒配管6b,6cと端部熱媒配管6a,6dとを直列に接続するので、例えば、図7に示したように、各基板支持部材40に熱媒を供給する場合と比べて、基板の温度調整に使用する熱媒量を低減させることが可能となる。また、端部熱媒配管に流入させる熱媒に対して、温度が調節された熱媒をバイパス熱媒配管から追加流入させるので、複数の熱媒配管を直列に接続することによる熱媒の温度低下を抑制することが可能となる。これにより、従来よりも少ない熱媒量で、基板4を所定の温度に維持することが可能となる。
なお、本発明に係る基板支持部材温調装置及びその基板加熱方法は、上述した実施形態に限られない。
例えば、図5に示すように、バイパス流量調節弁14a、14dとして、三方弁を用いることとしてもよい。バイパス流量調節弁14a、14dとして三法弁を用いることにより、熱媒流量の自由度を更に向上させることが可能となる。
また、中間段熱媒配管が3つ以上存在する場合、すなわち、基板支持部材が5台以上設けられていた場合には、例えば、図6に示すように、複数の中間段熱媒配管を連結配管によって直列に接続し、最終段の中間段熱媒配管と端部熱媒配管とを直列に接続することとしてもよい。
例えば、図5に示すように、バイパス流量調節弁14a、14dとして、三方弁を用いることとしてもよい。バイパス流量調節弁14a、14dとして三法弁を用いることにより、熱媒流量の自由度を更に向上させることが可能となる。
また、中間段熱媒配管が3つ以上存在する場合、すなわち、基板支持部材が5台以上設けられていた場合には、例えば、図6に示すように、複数の中間段熱媒配管を連結配管によって直列に接続し、最終段の中間段熱媒配管と端部熱媒配管とを直列に接続することとしてもよい。
図6では、中間段熱媒配管6b1と6b2とを連結配管7bによって直列に接続し、2段目の中間段熱媒配管6b2と端部熱媒配管6aとを連結配管7aによって直列に接続している。また、連結配管7bには、熱媒バイパス配管12bを接続することとし、温度調整された熱媒が流入されるような構成とすればよい。これにより、中間段熱媒配管が3本以上存在した場合においても、熱媒流量の低減を図るとともに、基板温度を均一に維持することが可能となる。
なお、本発明に係る基板支持部材温調装置及びその基板加熱方法の適用先は、薄膜製造装置や真空処理装置に限定されることなく、例えば、大気圧下での熱処理装置などにも利用することができる。
なお、本発明に係る基板支持部材温調装置及びその基板加熱方法の適用先は、薄膜製造装置や真空処理装置に限定されることなく、例えば、大気圧下での熱処理装置などにも利用することができる。
1 基板支持部材温調装置
2a、2b、2b1、2b2、2c、2c1、2c2、2d 基板支持部材
3a、3b、3b1、3b2、3c、3c1、3c2、3d 放電電極
6b、6b1、6b2、6c、6c1、6c2 中間段熱媒配管
6a、6d 端部熱媒配管
7a、7b、7c、7d 連結配管
8 熱媒供給配管
9 熱媒還流配管
10、10´ 製膜室
12a、12b、12c、12d 熱媒バイパス配管
14a、14d、14b´、14c´ バイパス流量調節弁
14b、14c 中間段流量調節弁
16a、16b、16b1、16b2、16c、16c1、16c2、16d 温度センサ
20 熱媒温調装置
30 制御装置
2a、2b、2b1、2b2、2c、2c1、2c2、2d 基板支持部材
3a、3b、3b1、3b2、3c、3c1、3c2、3d 放電電極
6b、6b1、6b2、6c、6c1、6c2 中間段熱媒配管
6a、6d 端部熱媒配管
7a、7b、7c、7d 連結配管
8 熱媒供給配管
9 熱媒還流配管
10、10´ 製膜室
12a、12b、12c、12d 熱媒バイパス配管
14a、14d、14b´、14c´ バイパス流量調節弁
14b、14c 中間段流量調節弁
16a、16b、16b1、16b2、16c、16c1、16c2、16d 温度センサ
20 熱媒温調装置
30 制御装置
Claims (7)
- 互いに間隔をあけて、端部、中間領域、端部の順に各々がほぼ平行に設置された少なくとも3つの基板支持部材と、
熱媒の温度調整を行う熱媒温調手段と、
前記中間領域に設けられた各前記基板支持部材に対応してそれぞれ設けられ、熱媒が流通することにより、対応する前記基板支持部材を加熱または冷却する中間段熱媒配管と、
前記端部に設けられた各前記基板支持部材に対応して設けられ、熱媒が流通することにより、対応する前記基板支持部材を加熱または冷却する端部熱媒配管と、
いずれかの前記中間段熱媒配管といずれかの前記端部熱媒配管とを直列に接続し、中間段熱媒配管から前記端部熱媒配管へ熱媒を流通させる連結配管と、
前記連結配管に接続され、前記熱媒温調手段から出力された温度調節がなされた熱媒を供給する熱媒バイパス配管と
を具備する基板支持部材温調装置。 - 前記中間段熱媒配管が3段以上存在する場合において、少なくとも2つの前記中間段熱媒配管が前記連結配管によって直列に接続され、かつ、最終段の中間段熱媒配管と前記端部熱媒配管とが前記連結配管によって直列に接続される請求項1に記載の基板支持部材温調装置。
- 前記中間段熱媒配管に流入する熱媒流量を調整するための中間段流量調節弁を有し、
前記制御手段は、前記中間段熱媒配管の熱媒入口温度と熱媒出口温度との差が所定の許容範囲内となるような第1流量適正範囲を予め保有しており、該第1流量適正範囲に基づいて前記中間段流量調節弁の弁開度を制御する請求項1または請求項2に記載の基板支持部材温調装置。 - 前記熱媒バイパス配管に設けられたバイパス流量調節弁を有し、
前記制御手段は、前記中間段熱媒配管を流通する熱媒の温度平均値と前記端部熱媒配管を流通する熱媒の温度平均値との差が、予め設定された許容範囲内となるような第2流量適正範囲を予め保有しており、該第2流量適正範囲に基づいて前記バイパス流量調節弁を制御する請求項3に記載の基板支持部材温調装置。 - 各前記基板支持部材の温度または各前記基板支持部材上に載置された基板の温度を計測する温度計測手段を有し、
前記制御手段は、前記温度計測手段によって計測される温度が、予め設定された所定の目標温度となるように、前記中間段流量調節弁及び前記バイパス流量調節弁を制御する請求項3または請求項4に記載の基板支持部材温調装置。 - 請求項1から請求項5のいずれかに記載の基板支持部材温調装置を備える真空処理装置。
- 互いに間隔をあけて、端部、中間領域、端部の順に各々がほぼ平行に設置された少なくとも3つの基板支持部材を備える基板支持部材温調装置の基板加熱方法であって、
熱媒の温度調整を行う熱媒温調手段を設け、
前記中間領域に設けられた各前記基板支持部材に対して、該基板支持部材を加熱または冷却する中間段熱媒配管をそれぞれ設けるとともに、前記端部に設けられた各前記基板支持部材に対して、該基板支持部材を加熱または冷却する端部熱媒配管をそれぞれ設け、
いずれかの前記中間段熱媒配管といずれかの前記端部熱媒配管とを連結配管によって直列に接続して、前記中間段熱媒配管から前記端部熱媒配管へ熱媒を流通させるとともに、前記連結配管に、前記熱媒温調手段から出力された温度調節がなされた熱媒を流入させる基板支持部材温調装置の基板加熱方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2012225323A JP2014078596A (ja) | 2012-10-10 | 2012-10-10 | 基板支持部材温調装置及びその基板加熱方法 |
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JP2012225323A Pending JP2014078596A (ja) | 2012-10-10 | 2012-10-10 | 基板支持部材温調装置及びその基板加熱方法 |
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