CN105593395A - 溅射装置和溅射装置的维护方法 - Google Patents

Abstract

在溅射装置的靶材更换、阴极清扫过程中，能够两个人以上同时进行作业，无需高处作业且以靶材朝上的状态更换靶材。使阴极台车(19)移动而将靶材(17)和阴极(18)取出到真空槽(11)外。使阴极旋转机构(24)工作而以使靶材(17)朝上的方式使靶材(17)和阴极(18)旋转。使阴极滑动机构(25)工作而使高处的靶材(17)和阴极(18)向低处移动。将旧的靶材(17)从阴极(18)拆下来，并且将新的靶材(17)安装到阴极(18)。使靶材(17)和阴极(18)返回到原来的高度。使靶材(17)和阴极(18)沿着原来的方向返回。使靶材(17)和阴极(18)返回到真空槽(11)内。

Description

溅射装置和溅射装置的维护方法

技术领域

本发明涉及一种具有多个靶材和阴极、且用于在长条膜基材的表面形成薄膜的溅射装置以及这样的溅射装置的维护方法。

背景技术

广泛使用溅射法作为在长条膜基材的表面形成薄膜的方法。在长条膜基材的溅射装置中，成膜辊和靶材隔着规定间隔地相对。在低压氩气等溅射气体中，将卷绕有长条膜基材的成膜辊作为阳极电位，将靶材作为阴极电位。在成膜辊和靶材之间施加电压，从而在成膜辊和靶材之间产生溅射气体的等离子体。等离子体中的溅射气体离子与靶材碰撞并敲击出靶材的构成物质。被敲击出的靶材的构成物质在长条膜基材的表面堆积而形成薄膜。

对于长条膜基材而言，不可能在整个长条膜基材上一次形成溅射膜。因此，将从供给卷陆续放出的长条膜基材在成膜辊(筒形辊)上卷绕不到一周，再使成膜辊旋转以使长条膜基材连续行进。然后，在长条膜基材的、与靶材相对的部分上进行成膜。成膜完成的长条膜基材被卷绕在收纳卷上。

通常，靶材被螺钉固定地支承于阴极。靶材和阴极是相同电位。靶材和阴极成为一组(一套)，因此，表示为靶材/阴极。在更换靶材时，将螺钉拆下、将靶材与阴极分开。随着薄膜的形成，靶材不断消耗。如果靶材消耗了规定量，则必须更换新的靶材。另外，在阴极上附着有靶材的构成物质等污染物质。当阴极的污染变得很严重时，会发生异常放电，或者有杂质混合在薄膜中。因此，在污染变得严重以前，必须对阴极进行清扫。在对阴极进行清扫时，也希望将靶材和阴极分开。

在是小型的溅射装置的情况下，利用人力就能够容易地更换靶材。另外，也容易对阴极进行清扫。但是，对于目前的长条膜基材的溅射装置而言，长条膜基材的宽度是1.6m左右，因此，靶材/阴极的重量也达到数百kg。靶材、阴极无论如何也无法由人力来处理，所以在更换靶材时，必须使用吊车、起重机。

靶材与成膜辊隔开狭窄的间隔地相对。因此，在靶材与成膜辊相对的位置上，难以将螺钉拆下来、对靶材进行更换。在以往所进行的维护方法中，首先，将靶材/阴极载置在维护用台车上后从真空槽取出来。接着，在维护用台车上将旧的靶材的固定螺钉拆下来并拆下旧的靶材，然后对阴极的污染进行清扫。接着，用螺钉将新的靶材固定。之后，利用维护用台车使靶材/阴极返回到真空槽内的规定位置并进行固定。

在上述以往所进行的维护方法中，不但作业效率差，而且将大且重的靶材/阴极转移到维护用台车上是很危险的。特别是在以包围成膜辊的方式设置有多个靶材/阴极的溅射装置中，如果挨个进行拔出靶材/阴极、拆下旧的靶材、清扫阴极、安装新的靶材以及使靶材/阴极返回的作业，那么维护将会非常耗时，从而导致溅射装置的工作效率大幅下降。

针对上述问题，已经进行了各种各样的努力。例如，在专利文献1(日本特开平10-36967)和专利文献2(日本特开2002-60936)中，将真空槽的壁部的一部分设为可开闭的可开壁，并且将靶材/阴极固定于可开壁。当使可开壁与成膜辊的中心轴平行地移动时，靶材/阴极在被固定于可开壁的状态下从真空槽取出。于是，更换靶材并清扫阴极的污染。之后，使可开壁移动到原来的位置，从而使靶材/阴极返回到真空槽内的规定位置(包围成膜辊的位置)。采用该维护方法，无需将靶材/阴极转移到维护用台车，因此，靶材/阴极的取出作业和返回原来位置的作业的效率良好。另外，作业的危险性也小。

或者在专利文献3(日本特开2006-322055)中，将真空槽的壁部的一部分设计为可开闭的可开壁，并且借助铰链将靶材/阴极固定于可开壁。当使可开壁与成膜辊的中心轴平行地移动时，靶材/阴极在被固定于可开壁的状态下从真空槽取出。接着，利用铰链将靶材/阴极打开到相对于可开壁呈直角的方向，从而使作业区域变大。于是，更换靶材并清扫阴极的污染。之后，使靶材/阴极返回到原来的角度后，使可开壁移动到原来的位置，从而使靶材/阴极返回到真空槽内的规定位置(包围成膜辊的位置)。采用该维护方法，无需向维护用台车进行转移，并且作业区域变大，因此，能够两人以上同时实施多个靶材的更换、阴极的清扫。

专利文献1：(日本)特开平10-36967号公报

专利文献2：(日本)特开2002-60936号公报

专利文献3：(日本)特开2006-322055号公报

发明内容

发明要解决的问题

在专利文献1和专利文献2的维护方法中，无需向维护用台车进行转移。另外，能够一并将所有的靶材/阴极拔出并且使其返回。因此，利用以往所进行的维护方法，效率良好。另外，没有向维护用台车转移时的危险。但是，所拔出的靶材/阴极是围着成膜辊配置的状态。因此，作业者必须踩着梯子进入到有成膜辊所存在的空间来进行靶材的更换和阴极的清扫。两人以上的作业者难以进入成膜辊所存在的空间，因此，两人以上的作业者难以同时进行作业。因此，利用以往所进行的方法虽然效率良好，但是难以大幅度缩短作业时间。另外，踩梯子的作业有危险。

在专利文献1和专利文献2的维护方法中，所拔出的靶材/阴极是包围着成膜辊来配置的，根据靶材情况的不同，靶材朝向侧面或者朝下。在靶材朝向侧面或者朝下的情况下，如果拆下将靶材固定于阴极的螺钉，那么靶材掉落，非常危险。因此在拆下螺钉前，需要安装靶材的防掉落夹具等的准备作业。这使得维护作业的效率降低。

在专利文献3的维护方法中，当将靶材/阴极打开到相对于可开壁呈直角的方向时，作业区域变大。因为作业区域变大，所以能够两个人以上同时实施多个靶材的更换、阴极的清扫。因此，与专利文献1和专利文献2的方法相比，效率更高，能够缩短维护作业时间。但是，即使将靶材/阴极打开到直角方向，处于高处的靶材/阴极的高度也未改变，所以必须踩着梯子进行作业。踩梯子的作业有危险。

另外，在专利文献3的方法中，即使使用铰链将靶材/阴极打开到相对于可开壁呈直角的方向，但是靶材与阴极相对的上下朝向也未改变。也就是说，打开之前的靶材是朝向侧面(下方)时，则打开之后的靶材的方向依然是朝向侧面(下方)。在该状态下，如果拆下将靶材固定于阴极的螺钉，那么靶材掉落，非常危险。因此在拆下螺钉前，需要安装靶材的防掉落夹具等的准备作业。因此，靶材的更换效率与专利文献1和专利文献2的方法相比几乎未变。

本发明的目的在于：在靶材/阴极的维护(靶材更换、阴极清扫)过程中，除了能够一并将所有的靶材/阴极取出并且使其返回以外，(1)能够两个人以上同时实施维护作业；(2)无需高处(梯子)作业；(3)即使拆下螺钉，所有的靶材也不掉落，能够以朝上的状态更换靶材。两个人以上同时作业的目的是为了缩短作业时间。没有梯子作业的目的是为了防范危险和缩短作业时间。所有的靶材以朝上的状态更换靶材的目的是为了防范危险和缩短作业时间。利用本发明，能够缩短维护时间，在提高昂贵的溅射装置的工作效率且降低成本的同时能够增加产量。

用于解决问题的方案

(1)本发明的溅射装置具有以下构件。真空槽。配置于真空槽内的成膜辊。与成膜辊相对的靶材。用于支承靶材的阴极。用于支承靶材和阴极的阴极台车。设置于阴极台车的、用于将靶材和阴极支承成靶材和阴极能够以靶材的长度方向为旋转轴线进行旋转的阴极旋转机构。设置于阴极台车的、用于以使阴极旋转机构的高度能够改变的方式支承阴极旋转机构的阴极滑动机构。用于支承并引导阴极台车而使阴极台车能够移动的引导部件。引导部件的代表是轨道或者槽。

(2)在本发明的溅射装置中，阴极旋转机构具有角度传感器。

(3)在本发明的溅射装置中，阴极滑动机构具有距离传感器。

(4)本发明的、溅射装置的维护方法包含以下工序。

(a)使阴极台车移动而将支承于阴极台车的靶材和阴极取出到真空槽外的工序。

(b)使阴极旋转机构工作而以使靶材朝上的方式使靶材和阴极旋转的工序。

(c)使阴极滑动机构工作而使高处的靶材和阴极向低处移动的工序。

(d)将靶材从阴极拆下来、并将新的靶材安装于阴极的工序。

(e)使阴极滑动机构工作而使新的靶材和阴极移动并返回到原来的高度的工序。

(f)使阴极旋转机构工作而使新的靶材和阴极旋转并沿着原来的方向返回的工序。

(g)使阴极台车向反方向移动而使支承于阴极台车的新的靶材和阴极返回到真空槽内的工序。

发明的效果

利用本发明的溅射装置和溅射装置的维护方法，能够获得以下效果。

(1)因为将所有靶材/阴极支承于阴极台车，所以通过使阴极台车移动，就能够一并将所有的靶材/阴极取出并且使其返回。

(2)通过使阴极台车移动而将支承于阴极台车的靶材和阴极取出到真空槽外，再使阴极滑动机构工作而使高处的靶材和阴极向低处移动，从而使得靶材和阴极以较大面积展开，从而能够使两个人以上同时进行维护作业。

(3)通过使阴极滑动机构工作而使高处的靶材和阴极向低处移动，能够消除踩梯子作业(能够在地面上进行作业)。

(4)通过使阴极旋转机构工作而以使靶材朝上的方式使靶材和阴极旋转，能够以所有的靶材朝上的状态更换靶材。

(5)通过综合上述的作业效果而使维护时间缩短，从而在提高昂贵的溅射装置的工作效率且降低成本的同时，能够增加产量。

附图说明

图1是本发明的溅射装置的主视图和侧视图(非维护时)。

图2是本发明的溅射装置的主视图和侧视图(维护时)。

图3是本发明的溅射装置的靶材/阴极的维护机构的主视图和侧视图(靶材/阴极旋转时)。

图4是本发明的溅射装置的靶材/阴极的维护机构的主视图和侧视图(靶材/阴极移动时)。

具体实施方式

图1是本发明的溅射装置10的一例的、执行溅射时(非维护时)的主视图和侧视图。在本发明的溅射装置10中，真空槽11内配置有供给卷12、导辊13、成膜辊14、导辊13以及收纳卷15。长条膜基材16从供给卷12陆续放出，被导辊13引导并在成膜辊14上卷绕不到一周，然后再被导辊13引导并卷绕成收纳卷15而进行收纳。靶材17利用螺钉固定支承于阴极18。靶材17和阴极18是相同电位。靶材17/阴极18有多根(在图1中是五根)，靶材17/阴极18设置在包围成膜辊14的位置，各靶材17隔开规定间隔地与成膜辊14相对。各靶材17的表面与成膜辊14的切线方向平行。在成膜辊14上连续行进的长条膜基材16上的、与靶材17相对的位置附着有溅射薄膜。靶材17/阴极18的根数并未特别限定。

各靶材17/阴极18悬臂支承于阴极台车19。在靶材17/阴极18的端部设置有气密盖20。在将靶材17/阴极18收纳在了真空槽11内时，靶材17/阴极18的取出口被气密盖20气密密封。阴极台车19具有多个车轮21。车轮21载置在设置于阴极台车基台22的轨道23。轨道23沿着与成膜辊14的中心轴平行的方向铺设。在将靶材17/阴极18从真空槽11取出时和使靶材17/阴极18返回真空槽11时，阴极台车19沿着与成膜辊14的中心轴平行的方向移动。

除了在溅射时朝上的靶材17/阴极18(在图1中最下方的靶材17/阴极18)以外，靶材17/阴极18支承于阴极旋转机构24。溅射时朝上的靶材17/阴极18因为无需在维护时改变方向，所以也无需由阴极旋转机构24支承。阴极旋转机构24例如是带角度传感器的马达驱动减速齿轮单元。在从真空槽11取出靶材17/阴极18之后，利用阴极旋转机构24以使靶材17朝上的方式使靶材17/阴极18旋转。在更换了靶材17之后，使靶材17/阴极18旋转而使靶材17/阴极18回到原来的角度(靶材17的表面成为膜辊14的切线方向的角度)。由于必须使靶材17/阴极18准确地回到原来的角度，所以使用角度传感器。

对于作业者不踩梯子就无法作业的处于高处的靶材17/阴极18(在图1中的上方的两根)而言，使阴极旋转机构24支承于阴极滑动机构25。高处指的是必须踩梯子才能进行作业的高度，例如是距地面大概150cm以上的高度。阴极滑动机构25例如是带距离传感器的马达驱动滚珠丝杠线性导轨。在维护时，利用阴极滑动机构25将处于高处的靶材17/阴极18移动到作业者能够站在地面进行作业的低处。低处指的是即使作业者不踩梯子(站在地面上)也能够进行作业的高度，例如距地面不足大概150cm的高度。在更换了靶材17之后，将靶材17/阴极18返回到原来的高度。由于必须使靶材17/阴极18准确地回到原来的高度，所以使用距离传感器。

作为本发明的溅射装置10所使用的长条膜基材16，通常使用由聚对苯二甲酸乙酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯等单聚物、共聚物构成的透明薄膜。长条膜基材16可以是单层薄膜，也可以是层叠薄膜。长条膜基材16的厚度并未特别限定，通常是6μm～250μm。

在本发明的溅射装置10中，在低压氩气等溅射气体中，将成膜辊14作为阳极电位，将靶材17/阴极18作为阴极电位，并且在成膜辊14和靶材17之间施加电压。由此，在长条膜基材16和靶材17之间产生溅射气体的等离子体。等离子体中的溅射气体离子与靶材17碰撞并敲击出靶材17的构成物质。被敲击出的靶材17的构成物质堆积在长条膜基材16上而形成薄膜。

例如作为透明导电膜，广泛使用铟锡氧化物(Indium-Tin-Oxide：ITO)薄膜。但是，本发明的溅射装置10所使用的靶材17的材料并未特别限定。

图2是这样的时候的主视图和侧视图：作为靶材17/阴极18的维护的第一阶段，使真空槽11内成为大气压之后，使阴极台车19沿着与成膜辊14的中心轴14a平行的方向移动，并将靶材17/阴极18取出到真空槽11之外。通过阴极台车19的移动，将所有的靶材17/阴极18一并从真空槽11中取出，能够提高作业效率，危险也少。阴极旋转机构24和阴极滑动机构25还未进行工作，因此，靶材17/阴极18的角度和位置与在靶材17/阴极18处于成膜辊14周围时的角度和位置是相同的。因此，当拆下靶材17的固定螺钉时，靶材17从阴极18掉落，非常危险。因此，在图2的阶段，不进行靶材17的更换。虽未图示，但希望在取出靶材17/阴极18之后，利用临时的盖迅速将取出口气密密封并对真空槽11进行真空排气，从而在维护过程中也对真空槽11进行真空保管。其原因在于能够避免污染物质(污染物)、难排气物质(特别是水分)附着在真空槽11内。

图3是这样的时候的主视图和侧视图：作为靶材17/阴极18的维护的第二阶段，使阴极旋转机构24工作而使靶材17/阴极18旋转，所有的靶材朝上。此时，利用角度传感器测量旋转角度并存储起来。所存储的旋转角度是在使靶材17/阴极18的方向(角度)回到原来的方向时所必须的数据。在图3的阶段中，因为所有的靶材17已经朝上，所以即使拆下螺钉，靶材17也不会从阴极18掉落。但是，对于高处的靶材17/阴极18(图3的上方的两个靶材17/阴极18)而言，作业者必须踩梯子才能作业。更换高处的靶材17或者清扫阴极18的效率很差且有危险。因此，希望在图3的阶段也不实施维护作业。

图4是这样的时候的主视图和侧视图：作为靶材17/阴极18的维护的第三阶段，使阴极滑动机构25工作而使高处的靶材17/阴极18向下方移动并与低处的靶材17/阴极18大致处于相同高度。此时，利用距离传感器测量移动距离并存储起来。所存储的移动距离是在使高处的靶材17/阴极18回到原来的高度时所必须的数据。使阴极旋转机构24和阴极滑动机构25同时工作，能够一边将高处的靶材17/阴极18的方向变为朝上，也一边向低处移动。这样一来，与通过连续实施旋转和移动相比，能够缩短时间。在回到靶材17/阴极18的方向和高度时也一样。另外，也可以在使阴极滑动机构25工作而使高处的靶材17/阴极18向下方移动之后，使阴极旋转机构24工作而使靶材17/阴极18旋转，从而使所有的靶材朝上。

在图4的阶段，实施对靶材17/阴极18的实际的维护。首先，拆下将靶材17固定于阴极18的螺钉。因为靶材17朝上，所以即使拆下螺钉，靶材也不掉落。因此，无需安装靶材17的防掉落夹具。接着，拆下旧的靶材17。因为靶材17较重，所以使用吊车或者起重机。因为在靶材17/阴极18的周围存在宽阔的作业区域，所以容易使用吊车、起重机，而且危险也少。接着，实施阴极18的清扫。将阴极18排列在一个平面上，因此，在阴极18的清扫时所产生的垃圾不会有附着于其他的阴极18的风险。接着，将新的靶材17载置于阴极18并进行螺钉固定。此时，因为靶材17朝上，所以也无需安装防掉落夹具，使得螺钉固定的效率较佳。通过以上工作，完成了对靶材17/阴极18的实际的维护。如图4所示，因为在各靶材17/阴极18的周围存在宽阔的作业区域，所以多名作业者能够同时对所有靶材17/阴极18实施维护。如图4所示，在靶材17/阴极18为五根的情况下，当利用本发明的维护方法，多名作业者同时进行维护时，与在以往所进行的维护方法中一名作业者一根根地维护靶材17/阴极18的情况相比，维护时间变为大约1/10。

如果靶材17/阴极18的实际的维护完成，就使阴极滑动机构25工作，将为了维护而从高处移动到低处的靶材17/阴极18移动到原来的高度。此时，利用距离传感器测量移动距离，当与之前存储的数值吻合时，准确地返回原来的高度。由此，靶材17/阴极18的位置是图3所示的位置。

接着，使阴极旋转机构24工作而使为了维护而旋转为朝上的靶材17/阴极18旋转而返回原来的方向。此时，利用角度传感器测量旋转角度，当与之前存储的数值吻合时，正确地返回原来的方向(角度)。由此，靶材17/阴极18的方向是图2所示的方向。

最后，使真空槽11恢复大气压并拆下临时的盖，使阴极台车19沿着与取出靶材17/阴极18时相反的方向移动，使得靶材17/阴极18返回到真空槽11内。靶材17/阴极18的取出口被气密盖20气密密封。由此，靶材17/阴极18的位置是图1所示的位置，在抽真空之后就能够实施溅射。

产业上的可利用性

本发明的溅射装置具有多个靶材/阴极，应用于在长条膜基材的表面形成多种类的薄膜的用途中。本发明的溅射装置容易对靶材/阴极进行维护。本发明的溅射装置的维护方法缩短了靶材/阴极的维护时间，因此，提高了溅射装置的工作效率。

Claims (4)

1.一种溅射装置，其中，其具有：

真空槽；

成膜辊，其配置于所述真空槽内；

靶材，其与所述成膜辊相对；

阴极，其用于支承所述靶材；

阴极台车，其用于支承所述靶材和阴极；

阴极旋转机构，其设置于所述阴极台车，将所述靶材和阴极支承为能够以所述靶材的长度方向为旋转轴线进行旋转；

阴极滑动机构，其设置于所述阴极台车，以使所述阴极旋转机构的高度能够改变的方式支承所述阴极旋转机构；

引导部件，其用于支承并引导所述阴极台车而使所述阴极台车能够移动。

2.根据权利要求1所述的溅射装置，其中，

所述阴极旋转机构具有角度传感器。

3.根据权利要求1或2所述的溅射装置，其中，

所述阴极滑动机构具有距离传感器。

4.一种溅射装置的维护方法，其中，其包括如下工序：

使阴极台车移动而将支承于所述阴极台车的靶材和阴极取出到真空槽外的工序；

使阴极旋转机构工作而以使所述靶材朝上的方式使所述靶材和所述阴极旋转的工序；

使阴极滑动机构工作而使高处的所述靶材和所述阴极向低处移动的工序；

将所述靶材从所述阴极拆下来、并将与所述靶材不同的新的靶材安装于所述阴极的工序；

使所述阴极滑动机构工作而使所述新的靶材和所述阴极移动并返回到原来的高度的工序；

使所述阴极旋转机构工作而使所述新的靶材和所述阴极旋转并沿着原来的方向返回的工序；

使所述阴极台车向反方向移动而使支承于所述阴极台车的所述新的靶材和所述阴极返回到所述真空槽内的工序。