JP2012052180A - 蒸着フラックス測定装置および真空蒸着装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】x方向に延在し、y方向に離間して配置される、x方向に延在する測定光透過領域を有し、前記蒸着による成膜空間と気密に分離される第1および第2の筒状部と、第1の筒状部において、光源をx方向に移動する光源移動手段、および、第2の筒状部において、光源の移動に同期して受光器をx方向に移動する受光器移動手段とを有することにより、前記課題を解決する。
【選択図】図1
Description
フラックスを通過した測定光の光量は、フラックス中の測定成分(被測定粒子)の量に応じて、吸収されて低下する。従って、フラックスを通過した測定光の光量を測定することにより、基板に向かって飛翔する成膜材料の量を測定することができ、例えば、これに応じて、蒸発源における加熱等を制御することで、成膜レート等を管理できる。
しかしながら、長尺な基板を搬送しつつ成膜を行うロール・ツー・ロール(Roll to Roll)による成膜を行う場合など、基板を所定方向に搬送しつつ成膜を行う場合には、この測定方法で、搬送方向と直交する方向のフラックス分布を測定することが困難である。特に、基板の搬送方向に配列された複数の成膜室において、複数段の成膜を行う場合には、この測定方法で、搬送方向と直交する方向のフラックス分布を測定することは、難しい。
しかしながら、成膜室内に光源や受光器を配置すると、当然、フラックス(成膜材料蒸気)によって汚染されてしまい、次第に、正確な測定ができなくなる。
また、このような問題点は、ロール・ツー・ロールによる成膜のみならず、シート状の基板を搬送しつつ成膜を行う場合でも同様である。
前記第1の筒状部内において、前記光源から照射された前記測定光を前記第2の筒状部に反射する第1のミラーと、前記第2の筒状部内において、前記第1のミラーに反射された前記測定光を前記x方向に反射する第2のミラーと、前記第2のミラーに反射された前記測定光を受光する受光器と、前記第1のミラーおよび第2のミラーを同期して移動する移動手段とを有することを特徴とする蒸着フラックス測定装置を提供する。
ここで、前記複数の第1のミラーが、ハーフミラーであることが好ましい。
また、前記第1の筒状部および第2の筒状部が、前記y方向の成膜領域を規制するマスクの下に配置されることが好ましい。
あるいは、前記第1の筒状部および第2の筒状部が、前記y方向の成膜領域を規制するマスクを兼ねることが好ましい。
また、前記フラックス遮蔽部材が、前記y方向の成膜領域を規制するマスクを兼ねることが好ましい。
また、前記x方向の複数個所で前記y方向のフラックスを計測することが好ましい。
また、前記基板への成膜が、長尺な基板を長手方向とy方向とを一致させて搬送しつつ蒸着を行うものであることが好ましい。
また、前記成膜室に複数の成膜源を配置して、蒸着によって成膜を行なうことが好ましい。
また、複数の成膜室を有し、各成膜室において、前記x方向における蒸着フラックスを測定することが好ましい。
そのため、本発明の蒸着フラックス測定装置によれば、ロール・ツー・ロールによる成膜装置などにおいて、x方向のフラックス分布を適正に把握して、成膜を制御することができ、適正な成膜を、安定して行うことが可能になる。また、光源および受光器、あるいは、ミラーを成膜室の外部、或いは、筒状部の内部に配置できるので、成膜材料に起因する光源等の汚染も防止できる。
図1に示す成膜装置(真空蒸着装置)10は、長尺な基板Z(ウエブ状の基板Z)をロール状に巻回してなる基板ロール12から基板を送り出して、長手方向に搬送しつつ真空蒸着によって成膜を行い、成膜済みの基板Zを、再度、巻取り軸14に巻き取ってロール状にする、いわゆる、ロール・ツー・ロール(Roll to Roll)による成膜装置である。
図示例において、成膜装置10は、真空チャンバ16内に形成される、供給室18と、第1成膜室20a、第2成膜室20bおよび第3成膜室20cの3つの成膜室を有する成膜ゾーン20と、巻取り室24とを有して構成される。
基板ロール12は、回転軸26に装填される。基板ロール12が装填された回転軸26は、図中時計周りに回転することにより、基板ロール12に巻回された基板Zを長手方向(図中y方向)に送り出す。
ガイドローラ28a〜28cは、公知のガイドローラで、駆動ローラでも従動ローラでもよい。この点に関しては、後述する各ガイドローラも、全て同様である。
真空排気手段30には、特に限定はなく、ターボポンプ、メカニカルブースターポンプ、ロータリーポンプ、ドライポンプなどの真空ポンプ、さらには、クライオコイル等の補助手段、到達真空度や排気量の調整手段等を利用する、真空成膜装置に用いられている公知の(真空)排気手段が、各種、利用可能である。この点に関しては、後述する真空排気手段42および56も、同様である。
第1成膜室20a、第2成膜室20bおよび第3成膜室は、基本的に、同じ構成を有するものであり、蒸発源36と、ガイドローラ38と、マスク40aおよび40bと、真空排気手段42と、蒸着フラックス測定装置70とを有する。なお、最下流の第3成膜室20cのみ、最下流位置にガイドローラ46を有している。
また、成膜室同士は、基板Zの搬入口48aを有する隔壁48によって隔離される。
図示例において、各成膜室は、多元同時蒸着を行うことができる成膜室で、4つの蒸発源(蒸着源)36が、基板Zの搬送方向に配列されている。
蒸発源36は、真空蒸着に用いられる公知の蒸発源(蒸着源/ルツボ)である。また、蒸発源36の加熱は、抵抗加熱、電子線加熱、誘導加熱等、真空蒸着で利用されている公知の各種の方法で行えばよい。
さらに、図示は省略するが、各成膜室には、蒸着源を閉塞するシャッタ、基板Zの温度調節手段等、公知の真空蒸着装置が有する各種の部材が、必要に応じて配置されている。
この蒸発源36の加熱は、例えば、後述する蒸着フラックス測定装置70による蒸着フラックスの測定結果に応じて制御される。
図示例においては、マスク40aが基板Zの搬送方向の上流側の成膜領域を、マスク40bが同下流側の成膜領域を、それぞれ、規制する。各マスクは、搬送方向と直交する方向(x方向)には、成膜室内のほぼ全域を覆うサイズを有している。
図2に、図1に示す成膜装置のA−A線断面図を概念的に示す。なお、図2においては、移動手段82の図示を省略している。
測定装置70は、光源72と、受光器74と、第1の筒状部76と、第2の筒状部78と、第1のミラー80aと、第2のミラー80bと、移動手段82と、遮蔽板84a、84b、86aおよび86bとを有する。
本発明の測定装置70において、フラックス測定方法自体は、基本的に、原子吸光法を用いる、公知のフラックスの測定方法である。従って、光源72は、測定するフラックス(成膜材料原子)に応じて、このフラックスに吸収される波長の光を照射するホロカソードランプ等、原子吸光法によるフラックス測定に用いられる、公知の光源を用いればよい。
また、複数の成膜材料(原子)のフラックスを測定する場合には、それぞれの成膜材料に対応する光源を、回転可能なターレット等に載置して、測定する成膜材料に対応する光源を、使用するようにしてもよい。あるいは、さらに、通常の連続波長の光を照射する光源を用いて、波長を分析することで、目的とする成膜材料のフラックス測定を行ってもよい。
また、光源72は、真空チャンバ16の外部に配置される。すなわち、光源72は、第1成膜室20a、第2成膜室20bおよび第3成膜室20cを形成するx方向のチャンバ壁16aの外部(図1においては、紙面に垂直方向の外部)に配置される。
また、第2のミラー80bは、第2の筒状部78の筒内を移動可能に配置され、第1のミラー80aに反射された測定光Lを反射して、y方向から入射する測定光Lの光軸をx方向に一致させる。第2のミラー80bに反射された測定光Lは、受光器74に至る。
なお、測定装置70において、フラックス量の検出は、例えば、受光器74が受光した測定光Lの光量とフラックスの量との関係とを、予め、実験やシミュレーション等で検出して、テーブル化しておく方法等、原子吸光法を用いるフラックスの測定方法で利用されている、公知の方法によれば良い。
また、受光器74は、真空チャンバ16の外部に配置される。すなわち、受光器74は、第1成膜室20a、第2成膜室20bおよび第3成膜室20cを形成するx方向のチャンバ壁16aの外部(図1においては、紙面に垂直方向の外部)に配置される。
移動手段82には、特に限定はなく、一軸アクチュエータ、ラックアンドピニオン、ネジ伝動、プーリとベルトを用いる移動方法等の種々の公知の移動手段が利用可能である。
また、移動手段82は、第1のミラー80aおよび第2のミラー80bのx方向の位置を一致させて(同期して)、第1のミラー80aおよび第2のミラー80bを移動させる。
遮蔽板84a、84b、86aおよび86bは、第1の筒状部76の透過窓76a、および、第2の筒状部78の透過窓78aに成膜物が堆積することを防止する板状の遮蔽板である。
また、遮蔽板84bおよび遮蔽板86bは、第2の筒状部78の外面の、透過窓78aの下方および上方にそれぞれ配置される。すなわち、遮蔽板84bおよび遮蔽板86bは、ミラー80bに入射する測定光が、遮蔽板84bおよび遮蔽板86bの間を通過するように配置されている。
ところが、ロール・ツー・ロールによる成膜では、成膜室が搬送方向に長くなってしまう場合がある。この際に、成膜室の外部に光源や受光器を配置して測定を行なっても、吸光量が大きくなり、正確なフラックス測定ができないおそれがある。また、複数の成膜室を有する場合には、各成膜室からのフラックス成分を同時に計測してしまうため、やはり、正確なフラックス測定ができない。
また、幅方向のフラックス分布を測定するために、成膜室内に、光源や受光器を配置すると、当然、フラックス(成膜材料蒸気)によって汚染されてしまい、次第に、正確な測定ができなくなる。
マスクを別部材とし、第1の筒状部76および第2の筒状部78の上方、すなわち、基板Zにより近い位置に配置することにより、より正確に成膜領域を規定することができる。一方、マスクを他の部材と兼ねることにより、構成が簡単になる。
なお、図3に示す蒸着フラックス測定装置100は、図2に示す測定装置70において、ミラー80aおよび80bに代えて、光源72および受光器74を筒内に配置する構成以外は、同じ構成を有するので、同じ部位には、同じ符号を付し、以下の説明は異なる部位を主に行なう。
光源72は、照射する測定光Lの光軸がy方向と一致するように配置されている。光源72が照射した測定光Lは、フラックス中を通過して、受光器74に至る。また、光源72は、移動手段82(図示せず)によって、第1の筒状部76の筒内をx方向に移動される。
受光器74は、第2の筒状部78の筒内の、光源72が照射した測定光Lを受光する位置に配置される。また、受光器74は、光源72の移動に応じて、移動手段82(図示せず)によって、第2の筒状部78の筒内をx方向に移動される。
図4に、本発明の蒸着フラックス測定装置の他の一例の一部を示す。なお、図4に示す測定装置110において、ミラー80aおよび80bと、移動手段82とに代えて、複数のハーフミラー112、複数のミラー114、受光器116を有する以外は、同じ構成を有するので、同じ部位には、同じ符号を付し、以下の説明は異なる部位を主に行なう。
ハーフミラー112に反射された測定光は、蒸発源36の上(フラックス中)を通過して、ミラー114に至る。
このように、筒状部内に複数のハーフミラー112を配置し、光源72から照射された測定光を分離して、x方向の複数個所で、測定光がフラックス中を通過するようにするので、x方向の複数個所でフラックスの測定を行なうことができ、蒸着フラックス分布を測定することができる。
ハーフミラーを、筒状部内に複数配列して配置する構成は、複数の光源を用いたり、光源の移動手段を備える必要がなく、構成が簡単になる点で好ましい。
さらに、各成膜室では、必ずしも全ての蒸発源36を使用する必要はない。
その上で、基板Zを搬送しつつ第1成膜室20でインジウム、ガリウム、およびセレンを同時蒸着し、次に、第2成膜室20bで銅およびセレンを同時蒸着し、さらに、第3成膜室20cでインジウム、ガリウム、およびセレンを同時蒸着することにより、基板ZにCIGSを成膜する。
図示例において、巻取り室24は、前述の巻取り軸14と、4つのガイドローラ54a〜54dと、巻取り室24を所定の圧力に排気する真空排気手段56とを有する。
巻取り室24に搬送された成膜済の基板Zは、ガイドローラ54a〜54dに、順次、案内されて所定の搬送経路で搬送され、巻取り軸14に巻き取られて、再度、ロール状にされる。
ここで、本発明の測定装置は、成膜室の中に筒状部を配置し、この筒状部内にミラー、または、光源および受光器を移動可能に配置して、x方向における測定光のフラックス通過位置を変更する。そのため、銅、インジウム、ガリウム等の直進性の高い原子の測定には、特に好適に利用可能である。
基板ロール12が回転軸26に装着されると、基板Zが基板ロール12から引き出され、供給室18のガイドローラ28a〜28c、成膜ゾーン20の各成膜室のガイドローラ38および最終のガイドローラ46、巻取り室24のガイドローラ54a〜54dを経て、巻取り軸14に至る、所定の搬送経路で挿通される。
また、成膜ゾーン20において、各成膜室の各蒸発源36に、成膜する膜に応じた成膜材料が充填される。
各室の圧力が安定し、かつ、各蒸発源の温度が安定したら、基板Zの搬送を開始し、基板Zの搬送速度が安定した時点で、成膜ゾーン20の各成膜室において、蒸着源のシャッタを開放して、基板Zへの成膜を開始する。
基板ロール12から送り出された基板Zは、供給室18から成膜ゾーン20に搬送されて、各成膜室において、加熱手段38に加熱されて蒸発源36によって成膜され、巻取り室24に搬送され、巻取り軸14に巻回され、再度、ロール状にされる。
成膜装置10においては、測定したx方向のフラックス分布に応じて、膜を形成する各成膜材料が、所定の比率や量となるように各成膜材料の蒸発源36の加熱を制御する。さらに、測定したx方向のフラックス分布に応じて、各蒸発源36において、成膜材料がx方向に均一になるように、x方向における各領域の加熱を制御する。
従って、本発明の測定手段70を用いる成膜装置10によれば、成膜した膜中における各成膜材料による成分の量比が適正で、かつ、x方向にも均一な膜を、安定して成膜することができる。
また、本発明は、真空蒸着等の蒸着による成膜おける蒸着フラックスの測定に限定はされず、スパッタリングによる成膜にも、利用可能である。
12 基板ロール
14 巻取り軸
16 真空チャンバ
18 供給室
20 成膜ゾーン
20a 第1成膜室
20b 第2成膜室
20c 第3成膜室
24 巻取り室
26 回転軸
28a〜28c、38、46、54a〜54d ガイドローラ
30、42、56 真空排気手段
34、48、50 隔壁
36 蒸発源
40a、40b マスク
70、100、110 (蒸着フラックス)測定装置
72 光源
74、116 受光器
76 第1の筒状部
76a、78a 透過窓
78 第2の筒状部
80a、80b、114 ミラー
82 移動手段
84a、84b、86a、86b 遮蔽板
112 ハーフミラー
Z 基板
Claims (15)
- 基板をy方向に搬送しつつ、蒸着によって前記基板に成膜を行う際に、前記y方向と直交するx方向における蒸着フラックスを測定する蒸着フラックス測定装置であって、
蒸着フラックスを測定するための測定光を照射する光源と、
前記蒸着フラックスの測定領域を通過した前記測定光の光量を測定する受光器と、
前記x方向に延在し、かつ、前記y方向に離間して配置される、前記x方向に延在する測定光透過領域を有し、前記蒸着による成膜空間と気密に分離される第1および第2の筒状部と、
前記第1の筒状部において、前記光源を前記x方向に移動する光源移動手段、および、前記第2の筒状部において、前記光源の移動に同期して前記受光器をx方向に移動する受光器移動手段とを有することを特徴とする蒸着フラックス測定装置。 - 基板をy方向に搬送しつつ、蒸着によって前記基板に成膜を行う際に、前記y方向と直交するx方向における蒸着フラックスを測定する蒸着フラックス測定装置であって、
前記x方向に延在し、かつ、前記y方向に離間して配置される、前記x方向に延在する測定光透過領域を有し、前記蒸着による成膜空間と気密に分離される第1および第2の筒状部と、
前記第1の筒状部を前記x方向に通過するように、前記蒸気フラックスを測定するための測定光を照射する光源と、
前記第1の筒状部内において、前記光源から照射された前記測定光を前記第2の筒状部に反射する第1のミラーと、
前記第2の筒状部内において、前記第1のミラーに反射された前記測定光を前記x方向に反射する第2のミラーと、
前記第2のミラーに反射された前記測定光を受光する受光器と、
前記第1のミラーおよび第2のミラーを同期して移動する移動手段とを有することを特徴とする蒸着フラックス測定装置。 - 基板をy方向に搬送しつつ、蒸着によって前記基板に成膜を行う際に、前記y方向と直交するx方向における蒸着フラックスを測定する蒸着フラックス測定装置であって、
前記x方向に延在し、かつ、前記y方向に離間して配置される、前記x方向に延在する測定光透過領域を有し、前記蒸着による成膜空間と気密に分離される第1および第2の筒状部と、
前記第1の筒状部を前記x方向に通過するように、前記蒸気フラックスを測定するための測定光を照射する光源と、
前記第1の筒状部内において、前記y方向に配列され、前記光源から照射された前記測定光を前記第2の筒状部に反射する、複数の第1のミラーと、
前記第2の筒状部内において、前記y方向に配列され、前記第1のミラーに反射された前記測定光を前記x方向に反射する、複数の第2のミラーと、
前記第2のミラーに反射された前記測定光を受光する受光器とを有することを特徴とする蒸着フラックス測定装置。 - 前記複数の第1のミラーが、ハーフミラーである請求項3に記載の蒸着フラックス測定装置。
- 前記第1の筒状部および第2の筒状部が、成膜空間を形成する真空チャンバを前記x方向に貫通する請求項1〜4のいずれかに記載の蒸着フラックス測定装置。
- 前記第1の筒状部および第2の筒状部が、前記y方向の成膜領域を規制するマスクの下に配置される請求項1〜5のいずれかに記載の蒸着フラックス測定装置。
- 前記第1の筒状部および第2の筒状部が、前記y方向の成膜領域を規制するマスクを兼ねる請求項1〜6のいずれかに記載の蒸着フラックス測定装置。
- 前記第1の筒状部および第2の筒状部が、前記測定光の光路を上下に挟んでx方向に延在する、互いの筒状部に向けて突出するフラックス遮蔽部材を有する請求項1〜7のいずれかに記載の蒸着フラックス測定装置。
- 前記フラックス遮蔽部材が、前記y方向の成膜領域を規制するマスクを兼ねる請求項8に記載の蒸着フラックス測定装置。
- 前記x方向の複数個所で前記y方向のフラックスを計測する請求項1〜9のいずれかに記載の蒸着フラックス測定装置。
- 請求項1〜10のいずれかに記載の蒸着フラックス測定装置を有する真空蒸着装置。
- 前記蒸着フラックスの測定結果をフィードバックして、前記x方向における蒸着フラックスの分布を制御する請求項11に記載の真空蒸着装置。
- 前記基板への成膜が、長尺な基板を長手方向とy方向とを一致させて搬送しつつ蒸着を行うものである請求項11または12に記載の真空蒸着装置。
- 前記成膜室に複数の成膜源を配置して、蒸着によって成膜を行なう請求項11〜13のいずれかに記載の真空蒸着装置。
- 複数の成膜室を有し、各成膜室において、前記x方向における蒸着フラックスを測定する請求項11〜14のいずれかに記載の真空蒸着装置。
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