JP2012230049A

JP2012230049A - 真空処理装置

Info

Publication number: JP2012230049A
Application number: JP2011099442A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Oka; 大輔岡; Tatsuhiro Taguchi; 竜大田口
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2012-11-22
Anticipated expiration: 2031-04-27
Also published as: JP5637061B2

Abstract

【課題】装置底側に配置した光透過性部材上に異物が載ることを防止した真空処理装置を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明に係る真空処理装置は、減圧雰囲気の下で基板に加熱処理を行う減圧加熱処理室１２と、減圧加熱処理室１２内に設けられ、上面側に基板Ｐが載置される基板ホルダー２０と、減圧加熱処理室１２の底側に設けられ、基板ホルダー２０から斜め下方Ｄに放射された放射熱線Ｌを、放射熱線透過性の窓材３２を介して減圧加熱処理室１２の外部に透過させる透過部６０と、透過部６０を透過した放射熱線Ｌを減圧加熱処理室１２の外部で計測する放射温度計３８と、減圧加熱処理室１２内に設けられ、窓材３２への異物の落下を防止する防塵パイプ３４と、を備えている。防塵パイプ３４は、放射温度計３８で温度計測する上で必要な放射熱線Ｌの透過量を確保しつつ、窓材３２の上方を覆う。
【選択図】図２

Description

本発明は、加熱処理を行う真空処理装置に関する。

基板上に薄膜形成などの表面処理を行う際に、通常、減圧雰囲気の下で基板に加熱処理を行っている。そして、減圧加熱処理室を有する真空処理装置を用いて加熱処理を行っていることが多い。この場合、基板の温度コントロールが大切なので、基板温度もしくは基板ホルダ温度等の計測が重要となる。

ところで、基板の表面もしくは基板ホルダの基板搭載面は被処理面であるため、薄膜形成処理での表面状態変化が大きい。従って、基板の温度測定では、基板もしくは基板ホルダの裏面側の温度を測定することが好ましい。このため、この真空処理装置としては、減圧加熱処理室内に設けられ、上側に基板が載置される基板ホルダーと、減圧加熱処理室の底側に設けられ、放射熱線（輻射熱線）を透過させる窓と、を備えた装置を用い、基板ホルダーから放射されてこの窓を透過した放射熱線を、減圧加熱処理室の外側で放射温度計などを用いて計測する。そして、基板ホルダーの温度を計測することで基板温度を求めている。

特開２００１−３０８０２４

しかし、減圧加熱処理室で処理中あるいは処理前後で、減圧加熱処理室内のダストや破片などの異物がこの窓上に落下して載ることで、この異物によって基板ホルダーからの放射熱線が遮られ、正しい温度計測をできないことが起こり得る。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、装置底側に配置した光透過性部材上に異物が載ることを防止した真空処理装置を提供することを課題とする。

本発明の一態様によれば、減圧雰囲気の下で基板に加熱処理を行う減圧加熱処理室と、前記減圧加熱処理室内に設けられ、上面側に基板が載置される基板ホルダーと、前記減圧加熱処理室の底側に設けられ、前記基板ホルダーから斜め下方に放射された放射熱線を、放射熱線透過性の窓を介して前記減圧加熱処理室の外部に透過させる透過部と、前記透過部を透過した放射熱線を前記減圧加熱処理室の外部で計測する放射温度計と、前記減圧加熱処理室内に設けられ、前記窓への異物の落下を防止する遮蔽部材と、を備え、前記遮蔽部材は、前記放射温度計で温度計測する上で必要な放射熱線の透過量を確保しつつ、前記窓の上方を覆う真空処理装置が提供される。

本発明によれば、装置底側に配置した光透過性部材上に異物が載ることを防止した真空処理装置を実現させることができる。

本発明の一実施形態の真空処理装置の構成を示す模式的側面図である。本発明の一実施形態の真空処理装置を構成する減圧加熱処理室の正面部分断面図である。本発明の一実施形態で、真空処理装置の窓材および放射温度計が保持されることを説明する説明図である。本発明の一実施形態で、真空処理装置の防塵パイプをパイプ軸方向に沿った上方から見た説明図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。ただし、図面は模式的なものであり、寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

また、以下に示す実施の形態は、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、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。

図１は、本発明の一実施形態に係る真空処理装置１０の構成を示す模式的側面図である。本実施形態では、真空処理装置１０としてインライン式真空処理装置で説明する。

真空処理装置１０は、処理対象の基板（例えば太陽電池を製造するためのウェハ）を減圧雰囲気の下で加熱処理する減圧加熱処理室１２と、減圧加熱処理室１２から送り出された基板Ｐの表面処理を行う反応処理室１４と、反応処理室１４で処理された基板が搬出されてくるアンロード室１６とを備えている。反応処理室１４では、例えば、ＣＶＤで薄膜を成膜する、などの処理を行う。

図２は、真空処理装置１０の減圧加熱処理室１２の正面部分断面図である。図２に示すように、減圧加熱処理室１２には、基板Ｐが上面側に載置される基板ホルダー（カート）２０と、基板ホルダー２０に載置された基板Ｐを加熱するランプ２２（図１参照）と、基板ホルダー２０の下方であって減圧加熱処理室１２の底側に設けられた透過部３０と、が設けられている。なお、本明細書で基板ホルダーとは、単に基板を載置する基板載置台も含む概念である。

透過部３０は、基板ホルダー２０から斜め下方Ｄ（水平方向および鉛直下方に対して所定角度で傾斜した方向）に放射された放射熱線（輻射熱線。放射熱を与える熱線のことをいう）を、後述の窓材３２（図３も参照）を介して減圧加熱処理室１２の下方側に透過させる構成にされている。そして、透過部３０には、窓材３２への異物の落下を防止する円筒状の防塵パイプ３４が遮蔽部材として取り付けられている。

また、透過部３０から透過した放射熱線Ｌを計測する放射温度計３８が、減圧加熱処理室１２の外部であって透過部３０の下部に取り付けられている。

［透過部および防塵パイプ］
図３は、窓材３２および放射温度計３８が保持されることを説明する説明図である。図２、図３に示すように、減圧加熱処理室１２を形成しているチャンバ底部４０には、放射熱線Ｌを通過させるための貫通孔４０Ｈが形成されている。

透過部３０は、貫通孔４０Ｈを塞ぐようにチャンバ底部４０にネジ止めされる傾斜フランジ４４を有する。チャンバ底部４０と傾斜フランジ４４との間には真空封止部材（例えば図３に示すオーリング４６）が設けられている。

傾斜フランジ４４は、平板状で中央に貫通孔が形成された平板部４６と、平板部４６から斜め下方Ｄに短円筒状に延び出す斜め延出し部４８と、を有する。斜め延出し部４８には、その中心軸に沿って斜め下方Ｄに貫通孔４８Ｈが形成されている。

斜め延出し部４８の下端部には、窓材３２を収容する窓材収容部５０が形成されている。また、斜め延出し部４８の下端部には雄ネジ部５２が形成されている。窓材収容部５０には、窓材３２との間で真空シールするオーリング５４が配置されている。また、平板部４６と斜め延出し部４８とに、防塵パイプ３４の下部３４Ｂを保持する円筒状凹部５６が形成されている。円筒状凹部５６の中心軸Ｃは斜め下方Ｄに沿っており、防塵パイプ３４が斜め下方Ｄと同方向に保持されるようになっている。円筒状凹部５６の内径は、斜め延出し部４８の貫通孔４８Ｈの内径よりも大きい。

また、透過部３０は、斜め延出し部４８の下端側に着脱自在に取り付けられる窓材支え部材６０を有する。窓材支え部材６０は、雄ネジ部５２に係合する雌ネジ部６２が内周側に形成されているとともに中央に貫通孔６４Ｈを有するフクロナット部６４と、フクロナット部６４に連続して斜め下方Ｄに円筒状に延び、放射温度計３８の円筒状の先端部３８Ｔが挿入される被挿入部６６と、を有する。また、窓材支え部材６０は、フクロナット部６４の内側にリング状の窓材当接部材６８を備えている。この窓材当接部材６８は、雄ネジ部５２と雌ネジ部６２とがネジ締めされることにより窓材３２を斜め延出し部４８側に付勢する。

傾斜フランジ４４と窓材支え部材６０とによって形成された窓材収容空間５０Ｓには、放射熱線Ｌを透過する窓材３２が収容、保持されている。本実施形態では、窓材３２の法線方向が斜め下方Ｄと同方向になるように、傾斜フランジ４４と窓材支え部材６０との形状が予め設定されている。窓材３２の材質としては、放射温度計３８が検知する波長領域を放射温度計３８の機能を満足する範囲で透過させることができる限り、特に限定しない。窓材３２の材質としては、フッ化カルシウム、フッ化バリウムなどが例として挙げられる。

放射温度計３８の側部には、真空処理装置１０の温度計取り付け部（図示せず）にネジ止めなどで固定される被固定部３８Ｓが設けられており、放射温度計３８の先端部３８Ｔが被挿入部６６に挿入された状態で、被固定部３８Ｓが温度計取り付け部に固定されるようになっている。

図２に示すように、防塵パイプ３４は円筒状で、上側の開口縁３４Ｅ、すなわち、放射熱線入光側の開口縁３４Ｅが、鉛直方向Ｖに形成されている。従って、側面視で、防塵パイプ３４の上部が斜めに切断された形状に視認される。また、本実施形態では、図４に示すように、防塵パイプ３４の下端部が、一部が円筒内側に直角状に曲がっている内曲がり部３６を有していて、内曲がり部３６が円筒状凹部５６にネジ止めされる構成とされている。

また、真空処理装置１０は、減圧加熱処理室１２へパージ用のガス（例えば窒素ガス）を導入するガス導入パイプ７０を備えている。このガス導入パイプ７０の先端部は防塵パイプ３４を貫通して防塵パイプ３４の内側に開口している。従って、ガス導入パイプ７０の下流端であるガス導入口７０Ｍが窓材３２の近傍に位置している。そして、ガス導入口７０Ｍから導入されたガス流に窓材３２の周囲の気体が巻き込まれるように、ガス導入口７０Ｍが窓材３２から遠ざかる方向に向けられている。本実施形態では、ガス導入口７０Ｍは水平方向に向けられているとともに、斜め下方Ｄとガス導入口７０Ｍからのガス噴き出し方向Ｗとが鈍角αをなしている。そして、ガス噴き出し方向Ｗが開口縁３４Ｅの内側に位置しており、ガス導入口７０Ｍからのガス流が防塵パイプ３４には直接には当接せずに防塵パイプ３４の外部へ流出する構造になっている。

以上の構成により、基板ホルダー２０の底側（下面側）から斜め下方Ｄに放射された放射熱線Ｌが、防塵パイプ３４、貫通孔４８Ｈ、窓材３２、放射温度計３８の先端部３８Ｔを順次通って放射温度計３８に直接に入射するようになっている。

（作用、効果）
以下、本実施形態の作用、効果について説明する。本実施形態では、基板Ｐを載せた基板ホルダー２０を減圧加熱処理室１２に搬入し、減圧排気した後、ランプ２２で基板Ｐを加熱する。その際、放射温度計３８で基板ホルダー２０の温度を計測することで基板Ｐの温度を計測する。放射温度計３８で測定される温度が所定温度に到達したら加熱処理を終了する。なお、所定温度に到達後、一定時間その温度を維持してもよい。

次に、所定温度に到達した基板Ｐを載せた基板ホルダー２０を反応処理室１４に移送し、基板Ｐの表面に所定の反応処理（例えば薄膜形成）を行う。そして、反応処理の終了後、反応処理室１４からアンロード室１６へ基板ホルダー２０を移送し、アンロード室１６を大気圧にまで戻した後、基板Ｐをアンロード室１６から装置外へ取り出す。

本実施形態の真空処理装置１０では、この動作が繰り返される。この一連の繰り返しの動作で、減圧加熱処理室１２では、１）基板Ｐを載せた基板ホルダー２０の搬入、２）減圧排気、３）加熱、温度測定、４）基板Ｐを載せた基板ホルダー２０の搬出、５）大気圧への戻すためのガス導入、の繰り返し動作が行われる。

本実施形態では、防塵パイプ３４の放射熱線入光側の開口縁３４Ｅが鉛直方向Ｖに形成されている。従って、この繰り返し動作では、異物（基板の破片、チャンバ内に付着して剥がれた薄膜の破片、チャンバ内のダストなど）が上方から落下しても、防塵パイプ３４によって、これらの異物は、防塵パイプ３４の上側に堆積するか、滑り落ちたり跳ね返されたりする。すなわち、防塵パイプ３４の内側空間にこれらの異物が入ることが防止されるので、これらの異物が窓材３２上に載ることが防止される。軽量の異物であっても真空中では基本的に真下に落下するので、減圧雰囲気ではこの効果は特に大きい。

このように異物が窓材３２に載ることが防止されることで、太陽電池セルを製造する際など、割れ易いウェハを基板Ｐとして用いるときに大きな効果を奏する。

水平方向Ｈに対する防塵パイプ３４の傾斜角度βは、３０〜８５°の範囲であることが好ましい。３０°よりも小さいと基板ホルダー２０からの放射熱線が防塵パイプ３４で遮られ易くなり、また、８５°よりも大きいと異物が防塵パイプ３４内に入り易くなるからである。この傾斜角度βが４５〜７５°の範囲であると更に好ましい。

また、ガス導入口７０Ｍが窓材３２の近傍に位置している。従って、ガスを導入した際に窓材３２の周囲にガス流が生じる。そして、斜め下方Ｄとガス噴き出し方向Ｗとが鈍角αをなしているので、ガス導入口７０Ｍが窓材３２から遠ざかる方向に向けられている。これにより、ガス導入口７０Ｍから導入されたガス流に窓材３２の周囲の気体が巻き込まれるようになっている。従って、減圧加熱処理室１２内にパージガス等を導入した際に発生するガス流では、窓材３２がガス導入口７０Ｍよりも上流側に位置する。これにより、ガス導入によってダストが舞い上がってもこのダストが窓材３２に到達することを回避でき、更には、窓材３２に載っている異物をガス流で吹き飛ばすことも可能である。

また、窓材３２に押圧されるオーリング５４の付近の部材では、この防塵パイプ３４を設けることによって放射熱線の照射量が大幅に減る。このため、オーリング５４の付近の部材の温度が従来に比べて大幅に下がり、オーリング５４や窓材３２が熱で破損することが大幅に防止される。

また、フクロナット部６４と斜め延出し部４８とで窓材収容部５０が形成されており、しかもフクロナット部６４を回転させることによって傾斜フランジ４４と窓材支え部材６０とが着脱自在である。従って、窓材３２の清掃が容易である。

なお、開口縁３４Ｅは、上部から下部にかけて徐々に窓材３２の側へ傾斜する方向（図２では、上部から下部にかけて紙面左側に傾斜する方向）に形成されていてもよい。これにより、上方から落下する異物が、防塵パイプ３４内に更に入り難くなる。

また、防塵パイプ３４は、放射温度計３８で温度計測する上で必要な放射熱線の透過量を確保できる限り、パイプ内側に延び出す部位が形成されていてもよい。例えば、図３の二点鎖線で示すように、パイプ内側に延び出す追加遮蔽部３５が形成されていてもよい。これにより、上方から落下する異物が、防塵パイプ３４内に更に入り難くなる。

また、防塵パイプ３４が円筒状であるとして説明したが、角筒状であってもよく、楕円形状にすることも可能である。

また、本実施形態では、ガス導入口７０Ｍが窓材３２から遠ざかる方向に向けられている例で説明したが、ガス導入口７０Ｍからのガスが窓材３２に吹き付けられるように、ガス導入口７０Ｍが窓材３２に向けられていてもよい。これにより、減圧加熱処理室１２内へガスを導入する際に窓材３２に載っている異物を吹き飛ばすことができる。

＜実験例＞
上記実施形態の真空処理装置１０を用い、基板温度を５００℃として５時間の連続加熱処理を減圧加熱処理室１２で行った。この結果、オーリング５４の付近の最高温度が１３９℃であり、従来の３２０℃程度の高い温度に比べて大幅に低下していた。従って、オーリング５４や窓材３２が熱で破損することを大幅に防止できた。

また、本実験例では、基板Ｐの加熱処理で、防塵パイプ３４の内曲がり部３６と側部（円筒部）３７とで形成された隅部に極微小のダスト（パーティクル）が溜まっていたが、窓材３２にはダストは載っていなかった。

１０真空処理装置
１２減圧加熱処理室
２０基板ホルダー
３０透過部
３２窓材（窓）
３４防塵パイプ（遮蔽部材）
３４Ｅ開口縁
３８放射温度計
７０Ｍガス導入口
Ｄ斜め下方
Ｐ基板
Ｌ放射熱線
Ｖ鉛直方向

Claims

減圧雰囲気の下で基板に加熱処理を行う減圧加熱処理室と、
前記減圧加熱処理室内に設けられ、上面側に基板が載置される基板ホルダーと、
前記減圧加熱処理室の底側に設けられ、前記基板ホルダーから斜め下方に放射された放射熱線を、放射熱線透過性の窓を介して前記減圧加熱処理室の外部に透過させる透過部と、
前記透過部を透過した放射熱線を前記減圧加熱処理室の外部で計測する放射温度計と、
前記減圧加熱処理室内に設けられ、前記窓への異物の落下を防止する遮蔽部材と、
を備え、
前記遮蔽部材は、前記放射温度計で温度計測する上で必要な放射熱線の透過量を確保しつつ、前記窓の上方を覆うことを特徴とする真空処理装置。
前記遮蔽部材が、前記斜め下方に延びるように前記透過部に保持される筒状であり、
前記遮蔽部材の放射熱線入光側の開口縁が、鉛直方向、または、上部から下部にかけて徐々に前記窓の側へ傾斜する方向に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の真空処理装置。
前記減圧加熱処理室へガスを導入するガス導入口の位置を、前記窓の近傍にしたことを特徴とする請求項１または２に記載の真空処理装置。
前記ガス導入口から導入されたガス流に前記窓の周囲の気体が巻き込まれるように、前記ガス導入口が前記窓から遠ざかる方向に向けられていることを特徴とする請求項３に記載の真空処理装置。