JP2014078596A - 基板支持部材温調装置及びその基板加熱方法 - Google Patents

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

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。

特開２００６−１５６８３０号公報 特開平１１−２９７７０５号公報

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。

本発明の一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。 基準構成について示した図である。 図１に示した熱媒系統において、中間段熱媒配管に流入した熱媒が端部熱媒配管を流通し終わるまでの熱媒流れにおける熱収支の一例を示した図である。 第２流量適正範囲について示した図である。 本発明の他の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。 本発明の他の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。 多段型の真空処理装置に関する基板加熱の問題点を説明するための図である。 多段型の真空処理装置に関する基板加熱の問題点を説明するための図である。 多段型の真空処理装置に関する基板加熱の問題点を説明するための図である。 多段型の真空処理装置に関する基板加熱の問題点を説明するための図である。

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。

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１ｍ^２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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）

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。

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。

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。

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。

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

Claims (7)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
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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