JP2854478B2 - 連続式スパッタリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は導電帯状基体上に機能性
堆積膜を形成するスパッタリング装置に関し、特にアル
ミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニ
ウム−シリコン合金（Ａｌ−Ｓｉ）等の金属膜、酸化亜
鉛（ＺｎＯ）、シリコン（Ｓｉ）等の半導体膜、あるい
はＩＴＯ，ＳｎＯ₂ 等の透明導電膜を連続的に生産する
連続式スパッタリング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、スパッタリング技術は金属膜、半
導体膜、絶縁膜等の種々機能性堆積膜形成手段として欠
くことのできない技術である。殊に最近では、こうした
スパッタリングにより堆積する膜の応用範囲が広がり、
それに伴って需要が急増している。このような背景から
よりスループットの高い量産型のスパッタリング装置が
求められている。一方、スパッタリング装置において
は、堆積膜を高真空下で行うため、膜堆積用基体のスパ
ッタリング装置内への設置あるいは取り出し工程、装置
内を減圧とする工程、再び大気圧とする工程、さらには
装置内に設置した基体を所望温度まで加熱あるいは冷却
する工程に時間を要し、スループットを高めるには多大
な困難があった。

【０００３】このような、いわゆるバッチ式のスパッタ
リング装置を使用した堆積膜形成工程を以下に簡略に述
べる。図５はこうした従来のバッチ式スパッタリング装
置を示す模式図である。図５において、真空容器６０１
には扉６０２が取り付けられ、真空容器６０１は全体が
接地されている。真空容器６０１には、その底部側か
ら、スパッタリングを生起するのに用いられる、例えば
Ａｒガス等を導入する配管６０３が導かれており、配管
６０３にはバルブ６０４が設けられている。また、真空
容器６０１底部にはガス排気用の配管６０５が設けられ
ており、配管６０５は排気バルブ６０６を介して真空ポ
ンプ６０７に連通している。真空ポンプ６０７には、通
常スパッタリングを生じさせることが可能な圧力まで真
空容器６０１内を減圧できるポンプ、例えば拡散ポン
プ、ロータリーポンプ、それらの組み合わせ等が用いら
れる。さらに真空容器６０１内の底部近傍には、スパッ
タリング用のターゲット６０８を固定するバッキングプ
レート６０９が設けられている。バッキングプレート６
０９には、スパッタリングを生じさせるための直流の電
源６１０が接続され、また、マグネトロンスパッタリン
グを生起するためのマグネット６１１が設けられてい
る。マグネット６１１は、電源６１０による放電を安定
化させ、また、より速い成膜速度を得るためのものであ
る。真空容器６０１内の上面には、堆積膜形成用の基体
６１２を支えるサセプター６１３が吊設されている。基
体６１２としては、通常、金属、ガラス、セラミック、
有機フィルム等が用いられる。サセプター６１３には、
基体加熱用のヒーター６１４が設けられており、電源６
１５より電力が供給されると、基体６１２を所望の温度
まで加熱することができる。

【０００４】次に、図５に示す装置を用いてスパッタリ
ングにより基体６１２に堆積膜を形成する方法の概略を
述べる。まず、排気バルブ６０６を閉じ、ガス供給バル
ブ６０４を開いて真空容器６０１内を大気圧にする。真
空容器６０１が大気圧となったならば、扉６０２を開い
て、基体６１２をサセプター６１３に設置する。基体の
設置が終ったならば扉６０２を閉じ、バルブ６０４を閉
じて真空容器６０１を密閉状態とする。次いで、真空ポ
ンプ６０７を起動し、また、排気バルブ６０６を開い
て、真空容器６０１内を減圧状態とする。真空容器６０
１内が１×１０^-6ｔｏｒｒ程度以下の真空に達したなら
ば、バルブ６０４を開け、真空容器６０１にＡｒガスを
導入する。このとき、不図示のガス流量調整器によりＡ
ｒ流量を調節し、また、排気バルブ６０６の開度を変え
ることにより真空容器６０１内の圧力を所望のものとす
ることができる。引き続いて、電源６１５によりヒータ
ー６１４に電力を供給して、基体６１２を加熱する。基
体６１２が所望の温度となったならば成膜を開始する。
成膜は電源６１０によりスパッタリング用のターゲット
６０８およびプレート６０９に負の電位を印加すること
により開始する。このような状態を維持し、基体６１２
上に所望の厚さの膜が堆積した時点で電源６１０による
電力の印加を中止し、成膜を終了する。成膜を終了した
ならば加熱電源６１５を切り、基体６１２を冷却する。
基体６１２が常温近くまで冷却できたならば排気バルブ
６０６を閉じ、ガス導入口６０３より導入されるＡｒガ
スにより真空容器６０１内を大気圧とする。真空容器６
０１内が大気圧となったならば扉６０２を開け、膜堆積
を終えた基体６１２を容器６０１外に取り出す。所望の
膜の堆積した基体６１２は必要に応じて次の成膜プロセ
スあるいはエッチングプロセス等に供給されるか、ある
いは製品検査等が行われる。

【０００５】以上のプロセスでスパッタリング法を用い
て、１回の成膜プロセスが終了するのであるが、この方
法には以下に述べる問題点があった。

【０００６】第１の問題点として、成膜プロセスにおい
て、基体の設置、取り出し、真空引き、加熱、冷却、容
器リークに多大の時間がかかるということが挙げられ
る。こうしたバッチ式のスパッタリング装置において
は、真空容器の大きさに限界がある以上、量産といって
も上記プロセスを繰り返すこととなり、上記問題点がク
ローズアップされる。

【０００７】第２の問題点として、ターゲットからスパ
ッタリングされた材料が目的とする成膜箇所以外の場
所、すなわち真空容器の内壁等に堆積してしまうことが
挙げられる。数回の成膜プロセスを経た後には、こうし
た膜は膜の応力等のために膜はがれを生じ、膜堆積に悪
影響を与える。こうした事態を防止するために、従来は
数回の成膜プロセスの後に真空容器内壁の清掃等を必要
としていた。

【０００８】このような問題点を解決するためにいくつ
かの提案がされている。

【０００９】その第１の方法として、いわゆるロード・
ロック法がある。ロード・ロック法は成膜室に加えて事
前真空引きおよび加熱を行う室と、冷却および取り出し
を行う室とを用い、成膜室と前記各々の室との間をゲー
ト・バルブ等のガス分離を可能とする手段および基体搬
送手段を介して基体をやり取りするものである。例え
ば、特公昭４７−２８８号公報にそのような方法が開示
されている。この方法においてもゲート・バルブ等の何
らかのガス分離手段の開閉動作があるためにある程度の
ロス・タイムがあること、ならびに各室間がガス分離手
段で仕切られるために基体として例えばロールから繰り
出す長尺基体等は使えないという欠点がある。

【００１０】また、第２の方法として、基体が大気から
数段の減圧室を連続的に通って成膜室に入りスパッタリ
ングにより膜を堆積した後、改めて排出側の数段の減圧
室を連続的に通って大気に搬出する方法が特公昭４７−
１３０４５号公報に開示されている。この方法において
は真空引き、大気リーク等に要する時間がないというこ
とからスループットに極めて優れるが、一方、成膜室へ
の大気の流入を完全に止めることができないために実際
にこの方法を適用できる材料が限られており、構造的に
敏感な例えば半導体膜の作成等に利用することは困難で
あった。

【００１１】上述の問題点を克服し、特にロールから繰
り出す基体上に敏感な膜を大量に生産することを可能に
する方法として、膜堆積手段としてはスパッタリング法
ではないものの、米国特許第４５１４４３７号明細書に
その方法が提案されている。以下、この方法について図
６を参照して簡単に説明する。

【００１２】図６は従来の連続式イオンビーム型蒸着機
による成膜装置を示す模式図である。成膜装置７０１
は、成膜が行われる成膜室７１１と、長尺基体７０４の
繰り出し室７１２と、長尺基体７０４の巻き取り室７１
３と、スパッタリング生起用ガスの導入口７０２と、不
図示の真空ポンプに連通しているガス排出口７０３と、
長尺基体７０４を所望の温度まで加熱できるヒーター７
０７と、蒸着源となる材料が満たされている坩堝７０８
と、蒸着のためのエネルギー源であるイオンビーム源７
０９とを有している。長尺基体７０４は、繰り出し室７
１２内の繰り出しロール７０５から繰り出され、成膜室
７１１を通って巻き取り室７１３内の巻き取りロール７
０６に巻き取られる。

【００１３】この成膜装置７０１による成膜方法につい
て説明する。まず、繰り出しロール７０５、巻き取りロ
ール７０６を各々送り出し室７１２および巻き取り室７
１３に設置し、長尺基体７０４を成膜室７１１内に張っ
た状態とする。次いで不図示の真空ポンプを起動し、排
気口７０３を通じて成膜装置７０１内を減圧状態とす
る。成膜装置７０１内が充分真空となったならば、必要
に応じてガス導入口７０２を通じて成膜に利用するガス
を成膜室７１１内に導入する。引き続いてヒーター７０
７に不図示の電源から電力を供給し、長尺基体７０４を
所望温度まで加熱する。以上のようにして準備が整った
ならば、蒸着用のイオンビ−ム７０９よりパワーを投入
し、坩堝７０８内の材料の蒸着を開始する。それと同時
に巻き取りロール７０６を回転させ、長尺基体７０４を
順次搬送して、長尺基体７０４上に連続的に堆積膜を形
成してゆく。必要とされる膜厚はイオンビーム源７０９
のエネルギーおよび巻き取りロール７０６の回転速度、
すなわち長尺基体７０４の搬送速度により制御される。

【００１４】前述の成膜装置７０１においては、成膜方
法として蒸着法を用いたが、この方法をスパッタリング
式成膜装置に適用することは比較的容易に考えられる。
こうした成膜方法は、従来の問題点であった基体設置後
の真空引き、加熱、冷却、大気リークに要する時間が激
減し、極めて高いスループットで成膜を行うことがで
き、量産に適した方法である。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
たいわゆるロール・ツー・ロールの成膜装置において
も、以下に記す問題点が残存している。

【００１６】第１の問題点は、以下の事情による。すな
わちより高いスループットで膜堆積を行うときには長尺
基体の送り速度を速くすることが必要であり、そのとき
に所望の膜厚を得るにはターゲットを長尺化し、実効的
な成膜室長を長くする必要がある。また、長尺基体上に
連続的に種類の異なった膜を堆積するときには、種類の
異なったターゲットを成膜室内に長尺基体に沿って並べ
ることとなり、やはり、成膜室が長大化してしまう。こ
のような事情により成膜室が長大化したときに問題とな
るのが重力による長尺基体の垂れ下がりである。すなわ
ち、繰り出しロールと巻き取りロールの接触点を支点と
して、長尺基体が吊られた状態となり、長尺基体の中心
部分が下がったカテナリー曲線を描く。その垂れ下がり
量は、各ロールから長尺基体に与える張力等によって変
化するが、長尺基体に重量がある限り皆無とすることは
できない。こうした垂れ下がりは、ターゲットと基板間
の距離を変えてしまい、均一な放電および均質な膜堆積
を困難にする。

【００１７】こうした垂れ下がりを防ぐための一案とし
て、長尺基体を何らかの手段で支えることが考えられ
る。この中で一番単純な方法は、長尺基体の下から回転
自在なローラーを押し当て、長尺基体を押し上げてやる
方法であるが、この方法は長尺基体の表面すなわち膜堆
積面へ他の部材をこすらせることとなり、膜特性上好ま
しくなく、極端な場合には膜に引っ掻き傷等を生じさせ
ることがある。一方、磁性体長尺基体を使った場合に
は、磁力を持った回転自在のローラー（以降「マグネッ
トローラ」と記す）を長尺基体の裏面に接触させ、両者
間の磁力により長尺基体を吊り下げる方法が考えられ
る。こうした考え方は米国特許第４４４０１０７号明細
書に開示されている。このマグネットローラーを用いた
技術は、化学堆積法（ＣＶＤ法）に適用するものとして
提案されているものであり、この場合には成膜母体は中
性ラジカルであるから、膜堆積に及ぼす影響を考慮しな
くてもよい。しかし、スパッタリングのように荷電粒子
が成膜に対して主要な働きをしている方法においては、
マグネットローラの磁力が荷電粒子の挙動に変化を与
え、成膜への悪影響が懸念される。殊にマグネトロンス
パッターを用いている場合には、ターゲット下の放電用
マグネットとの相互干渉がある。また、この明細書（米
国特許第４４４０１０７号）においてはマグネットロー
ラーの好ましい設置場所については触れられていない。

【００１８】第２の問題点として、目的とする堆積膜形
成箇所以外の箇所にも膜が堆積してしまうことが挙げら
れる。すなわち、成膜室を形作る壁、あるいはヒーター
等に膜が付着し、こうした膜が、ある膜厚以上になると
はがれ出し、ターゲット上に落ちてくるといった事態が
発生する。こうした事態を防ぐためには、一定期間毎に
壁の清掃を行わなくてはならないが、こうした清掃作業
は装置の稼動率を大幅に減じてしまう。さらに２種類以
上の材質の異なったターゲットを用いて膜堆積を行おう
としたときに、目的とする堆積膜形成箇所以外に膜が付
着することは、こうした材質の異なった膜間での界面形
成を困難にする。すなわち、例えば半導体接合形成等の
目的では２種類の膜が理想的な接合形成のための界面を
形成することが必要であるが、隣り合ったターゲットか
ら飛んでくる材質が同時に堆積されるために界面は２種
の材質の混晶となり、理想的な接合を形成することがで
きない。したがってこの方式においては２種類以上の材
質の積層にはその材質、目的に制約のあるものであっ
た。

【００１９】本発明は、量産を目的とした連続式スパッ
タリング装置における上述の問題点、すなわち重力によ
る長尺基体の垂れ下がりおよびそれによる放電の非均一
化、また、目的とする膜堆積箇所以外に膜が付着するこ
とによる稼動率の低下および理想的な界面形成が困難で
あること等を克服し、量産性に富み、かつ特性の優れた
堆積膜を形成し得る連続式スパッタリング装置の提供を
目的とするものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の連続式スパッタ
リング装置は、ロール状に巻かれた導電性の長尺基体上
に連続的に機能性堆積膜を形成する連続式スパッタリン
グ装置において、前記長尺基体に磁性体が用いられるも
のであり、前記長尺基体の堆積膜形成面を鉛直下方に向
けるように前記長尺基体のロールが支持され、減圧状態
を作り得る外側チャンバーと、該外側チャンバー内部に
配置され、スパッタリング生起用のガスを導入でき、ス
パッタリング用のターゲットを内在させる少なくとも１
個の取り外し自在な内側チャンバーとを有する堆積膜形
成室を備え、回転自在なマグネットローラーに前記長尺
基体の堆積膜形成面の裏面が接触され、両者間の磁力に
より前記長尺基体が前記堆積膜形成室内において支持さ
れ、前記内側チャンバーは、前記長尺基体が前記内側チ
ャンバーの一壁面を形成する位置を通過するように配置
され、前記長尺基体が前記内側チャンバーの一壁面を形
成する位置と異なる位置に、前記マグネットローラーと
前記長尺基体との接触面があり、前記長尺基体の裏面側
を加熱するランプヒーターが、前記長尺基体が前記内側
チャンバーの一壁面を形成する位置の上部、並びに該位
置より前記長尺基体を繰り出す側に、各々１箇所以上設
けられていることを特徴とするものである。

【００２１】

【作用】マグネットローラーがその磁力により長尺基体
を支持するので、長尺基体の垂れ下がりおよびそれによ
る放電の非均一化を防止できる。このマグネットローラ
ーは、長尺基体が内側チャンバーの壁面を形成する位置
とは異なる位置に設置される。すなわち、マグネットロ
ーラーは、膜堆積が行われない箇所に設置される。した
がって、マグネットローラーの持つ磁力が堆積する膜に
与える影響を排除でき、特性の優れた堆積膜を形成でき
る。

【００２２】膜堆積は内側チャンバーの中のみで行われ
るので、スパッタリングリングされた材料が目的とする
膜堆積箇所以外に付着することがなく、外側チャンバー
の清掃の必要がなくなり、装置稼動率が向上する。内側
チャンバーには膜が付着するが、内側チャンバーは容易
に交換することができるので、装置稼動率に影響を与え
ることはない。さらに、スパッタリングされた材料が目
的とする膜堆積箇所以外、すなわち内側チャンバーの外
側へ付着することがないので、内側チャンバーを複数並
べて連続的に異なった種類の膜を積層しようとしたとき
に互いの干渉、すなわち混晶等を発生させることなく理
想的な接合面を形成することができる。

【００２３】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明するが、本発明は実施例により何ら制限されるも
のではない。

【００２４】図１は本発明の連続式スッパタリング装置
の一実施例を示す模式図である。

【００２５】連続式スパッタリング装置１０１の図示左
端には、長尺基体１１０の繰り出しロール１１１が設置
される繰り出し室１２１が設けられている。繰り出し室
１２１の上側には扉２２１が設けられている。連続式ス
パッタリング装置１０１の左右両端を除く大部分は外側
チャンバーである成膜室（堆積膜形成室）１２２となっ
ている。成膜室１２２の上側には２枚の扉２２２が設け
られている。連続式スパッタリング装置１０１の図示右
端には、長尺基体１１０の巻き取りロール１１２が設置
される巻き取り室１２３が設けられている。巻き取り室
１２３の上側には扉２２３が設けられている。成膜室１
２２の下側には、成膜室１２２、繰り出し室１２１、巻
き取り室１２３を減圧状態にするための排気管１０２が
設けられており、排気管１０２は排気バルブ１０３を介
して真空ポンプ１０４に連通している。繰り出し室１２
１と成膜室１２２との境、成膜室１２２の中心箇所、成
膜室１２２と巻き取り室１２３との境には、回転自在な
マグネットローラー１１３が各々配置されている。各マ
グネットローラー１１３は、長尺基体１１０をその重力
に逆らって一直線上に配置するよう吊り下げるための磁
力を有している。外側チャンバーである成膜室１２２内
には、各々その内部に成膜領域を有する内側チャンバー
１３０，２３０が取り外し自在に設置されている。内側
チャンバー１３０，２３０内にはスパッタリング用のタ
ーゲット１３１，２３１を固定するバッキングプレート
１３２，２３２が各々設けられており、バッキングプレ
ート１３２，２３２の内部にはマグネトロン・スパッタ
リングのための不図示の磁石が各々組み込まれている。
内側チャンバー１３０，２３０には各々ガス供給パイプ
１３３，２３３が連通している。そして、ガス流量コン
トローラー１３６，２３６、ガス供給バルブ１３５，２
３５を介してこれらのガス供給パイプ１３３，２３３か
らスパッタリング生起のための例えばＡｒ等のガスが各
々導入される。ガス供給パイプ１３３，２３３は各々カ
ップリング１３４，２３４によって容易に取り外し可能
である。スパッタリング生起用の電源１３７，２３７
は、各々ターゲット１３１，２３１およびバッキングプ
レート１３２，２３２に接続されている。さらに、成膜
室１２２内にはヒータ−１３８，１３９，２３８が設け
られている。ヒーター１３８，２３８は、各々内側チャ
ンバー１３０，２３０の上方に設けられ、長尺基体１１
０を所望の温度まで加熱する。ヒーター１３９は、移動
する長尺基体１１０が内側チャンバー１３０の位置に到
達するときに長尺基体１１０が所望の温度に達するよう
事前加熱する。

【００２６】次に、図１に示す連続式スパッタリング装
置を用いて堆積膜を形成する方法を簡単に述べる。

【００２７】まず、排気バルブ１０３を閉じ、ガス供給
バルブ１３５，２３５を開け、スパッタリング装置１０
１の繰り出し室１２１、成膜室１２２、巻き取り室１２
３を大気圧とする。全ての室が大気圧となったならば所
望する材質のターゲットを設置した内側チャンバー１３
０，２３０を成膜室１２２に取り付ける。このときター
ゲット１３１，２３１の材質は異なっていても同じであ
ってもよい。さらに数種類以上の膜を積層するときは、
こうした材料のターゲットを設置した内側チャンバーを
増設すればよい。内側チャンバー１３０，２３０の成膜
室１２２への取り付けが終了したならばカップリング１
３４，２３４により内側チャンバー１３０，２３０をガ
ス供給パイプ１３３，２３３とつなぎ、内側チャンバー
１３０，２３０へのスパッタリング用ガスの導入を可能
とする。引き続いて繰り出し室１２１の扉２２１、巻き
取り室１２３の扉２２３を開き、各々の室の中に繰り出
しロール１１１、巻き取りロール１１２を据え付ける。
長尺基体１１０は繰り出しロール１１１から繰り出さ
れ、マグネットローラー１１３に接触して吊られるよう
にしながら、内側チャンバー１３０，２３０の一面を形
成するように張られ、巻き取りロール１１２に巻かれ
る。

【００２８】以上の設置が完了したならば、扉２２１，
２２３を閉じ、ガス供給バルブ１３５，２３５を閉じ、
次いで真空ポンプ１０４を起動し、排気バルブ１０３を
開け、連続式スパッタリング装置１０１内を減圧する。
連続式スパッタリング装置１０１内が１×１０^-6ｔｏｒ
ｒ程度以下の高真空となったならば、ガス供給バルブ１
３５，２３５を開け、内側チャンバー１３０，２３０内
にスパッタリング用ガスを導入する。このときガスはガ
ス流量コントローラー１３６，２３６により所望の流量
に制御され、また、成膜室１２２内の圧力は排気バルブ
１０３の開度を調節することにより所望のものとするこ
とができる。次いで、ヒーター１３８，１３９，２３８
に不図示の電源より電力が供給され、長尺基体１１０を
加熱する。このときヒーター１３９は、ある一定速度で
移動する長尺基体１１０がその下部を通過する間に隣り
合う内側チャンバー１３０内での膜堆積温度に到達する
ように電力が予め調節されている。一方、ヒーター１３
８，２３８は、各々の下部にある内側チャンバー１３
０，２３０を長尺基体１１０が通過する間に長尺基体１
１０が一定温度を保つように電力が予め調節されてい
る。次いで、電源１３７，２３７により電力を印加し、
ターゲット１３１，２３１と基体１１０との間にＤＣマ
グネトロン放電を生起させ、スパッタリングを開始す
る。それと同時に、巻き取りロール１１０を回転させて
長尺基体１１０を搬送し、所望の膜厚を持つ堆積膜をタ
ーゲット１３１の材質、２３１の材質の順に積層しなが
ら連続的に膜形成を行う。

【００２９】この状態を繰り出しロール１１１に巻かれ
た長尺基体１１０が全て繰り出される直前まで保持し、
長尺基体１１０のほぼ全長上に所望の堆積膜を形成す
る。長尺基体１１０のほぼ全長上の成膜を終えたなら
ば、電源１３７，２３７の電力の供給を止め、スパッタ
リングを停止し、また、ヒーター１３８，１３９，２３
８への電力の供給を止め、長尺基体１１０を冷却する。
長尺基体１１０が常温程度まで冷えたならば、ガス供給
バルブ１３５，２３５を開いたまま排気バルブ１０３を
閉じ、連続式スパッタリング装置１０１を大気圧とす
る。連続式スパッタリング装置１０１内が大気圧となっ
たならば扉２２１，２２３を開けて、繰り出しロール１
１１、巻き取りロール１１２および長尺基体１１０を取
り出す。

【００３０】以上のようにして膜堆積を終えた長尺基体
１１０は、さらに次の成膜工程に移る、あるいは製品検
査を受ける等の次ステップに供される。

【００３１】次に、本実施例の連続式スパッタリング装
置１０１を構成する内側チャンバー１３０について説明
する。内側チャンバー２３０は内側チャンバー１３０と
同様の構成であるため、説明を省略する。

【００３２】図２は内側チャンバー１３０の一例を一部
を破断して示す斜視図である。図２において、長尺基体
１１０は、内側チャンバー１３０の切り欠いた面（上
面）に沿うよう配置され、内側チャンバー１３０の壁面
の一部を形成する。底板３０３は、４箇所に開けられた
ボルト穴３１３によって図１における成膜室１２２に固
定される。内側チャンバー１３０は、底板３０３上に設
けられた位置決め治具３０４に当てがわれて底板３０３
に取り外し自在に設置される。内側チャンバー１３０内
にスパッタリング生起用ガスを供給するためのパイプ３
０５は、その一端がカップリング３０６となっており、
図１のカップリング１３４に接続されてガス供給パイプ
１３３に連通する。内側チャンバー１３０の底面には絶
縁碍子３０９が設置されている。絶縁碍子３０９は、タ
ーゲット１３１およびバッキングプレート１３２に電力
を与える際に必要となるものである。内側チャンバー１
３０の側壁にはスリット状のガス排気口３１０が形成さ
れている。ガス排気口３１０は、後述するガス排気口４
０６（図３参照）同様、スパッタ材料が内側チャンバー
１３０から外側へ漏れることを防止するルーバー状の構
造となっている。

【００３３】以上のように内側チャンバー１３０，２３
０が構成されているため、スパッタリングされた材料が
目的とする膜堆積箇所以外に付着することがなく、成膜
室１２２等の清掃の必要がなくなり、装置稼動率が向上
する。また、長尺基体１１０そのものが内側チャンバー
１３０，２３０の一面となって放電空間を形成している
ために放電の安定性、ひいては均一なスパッタリングに
効果がある。内側チャンバー１３０，２３０には膜が付
着するが、内側チャンバー１３０，２３０は容易に交換
することができるので、装置稼動率に影響を与えること
はない。さらに、スパッタリングされた材料が目的とす
る膜堆積箇所以外、すなわちこの場合においては内側チ
ャンバー１３０，２３０の外側へ付着することがないの
で、内側チャンバー１３０，２３０を複数並べて連続的
に異なった種類の膜を積層しようとしたときに互いの干
渉、すなわち混晶等を発生させることなく、理想的な接
合面を形成することができる。

【００３４】図３は内側チャンバーの他の例を示す斜視
図である。図３において、内側チャンバー４０１は、図
１、図２に示す内側チャンバー１３０，２３０に相当す
るものである。内側チャンバー４０１の上面には、長尺
基体１１０の側方の両端部を覆う覆板４０３が形成され
ている。内側チャンバー４０１は、図２の内側チャンバ
ー１３０同様に底板３０３に取り外し自在に設置され
る。パイプ４０５は図２のパイプ３０５と同等のもので
ある。ガス排気口４０６は、ルーバー状となっており、
不図示のターゲットからスパッタされた原子のうち、ガ
ス排気口４０６に向かうものはこのルーバーのひさしに
付着し、内側チャンバー４０１から外に出ない。さら
に、覆板４０３が長尺基体１１０を部分的に覆うため、
ターゲットからスパッタされた原子が長尺基体１１０と
内側チャンバー４０１との間を通って外側に出ることが
ない。また、効率的な加熱のためには内側チャンバー４
０１上部が長尺基体１１０全体を覆うことは好ましくな
く、図３に示すように長尺基体１１０の端部のみを覆う
べきである。このような構成としたことにより、前述し
た内側チャンバー４０１を複数個並べて連続的に異なっ
た種類の膜を堆積しようとしたときに発生する互いの干
渉を極限まで減じることができる。なお、この内側チャ
ンバー４０１においてもその交換は容易であり、装置稼
動率に悪影響を与えないことは言うまでもない。

【００３５】図１〜３において、複数の内側チャンバー
１３０，２３０，４０１各々がガス導入口であるパイプ
３０５，４０５を有することにより、各々の内側チャン
バー１３０，２３０，４０１が全てガス流路上の上流側
となり、スパッタリングに使われたガスは必ず内側チャ
ンバー１３０，２３０，４０１からガス排気口３１０，
４０６を通して成膜室１２２内に流れ出た後、真空ポン
プ１０４に引かれることとなる。したがって、ある内側
チャンバーがそれに隣り合う内側チャンバーで使われた
ガスの影響を受けることなく理想的に独立した成膜を行
うことが可能となる。

【００３６】次に、本実施例の連続式スパッタリング装
置１０１を構成するマグネットローラー１１３について
説明する。

【００３７】図４はマグネットローラー１１３の一例を
一部を破断して示す斜視図である。図４において、シャ
フト５０１は成膜室１２２内に適当なハウジング等によ
って固定される。ベアリング５０２は回転パイプ５０３
がシャフト５０１の回りを回転可能とする。そして、複
数のドーナツ状のマグネット５０４が回転パイプ５０３
の外側にシャフト５０１に沿って並べて配置されてい
る。

【００３８】マグネットローラー１１３は、その磁力に
より磁性体である長尺基体１１０を引き付け、図１に示
すように吊り下げることが可能となる。また、その磁力
によりマグネットローラー１１３と長尺基体１１３間に
は摩擦力が生じ、長尺基体１１０の搬送にしたがってマ
グネット５０４および回転パイプ５０３はシャフト５０
１の回りを回転する。

【００３９】マグネットローラー１１３は、図１に示す
連続式スパッタリング装置１０１においては、繰り出し
室１２１と成膜室１２２の境、成膜室１２２の中心箇
所、成膜室１２２と巻き取り室１２３の境に各々設けら
れている。こうした例に示すように、マグネットローラ
ー１１３を設ける位置は長尺基体１１０の垂れ下がりを
防止することの可能な間隔をおいて設ければよいが、長
尺基体１１０が内側チャンバー１３０，２３０，４０１
の一面を形成している位置以外の箇所に設置することが
必要である。マグネットローラー１１３を長尺基体１１
０が内側チャンバー１３０，２３０，４０１の一面を形
成している位置に設置した場合には、マグネットローラ
ー１１３の持つ磁力がスパッタリングに寄与する荷電粒
子の動きに影響を与え、堆積する膜の膜厚、膜質等に悪
影響を与えるからである。

【００４０】従来の方法においては、内側チャンバーを
持つ二重構造ではなかったためスパッタされた膜が目的
とする膜堆積箇所以外にも付着することから、成膜室中
のいかなる位置にマグネットローラーを設置してもその
磁場が悪影響を及ぼすことを防止できなかった。

【００４１】本発明の実施例においては、膜堆積は内側
チャンバー１３０，２３０，４０１の中でのみ行われる
ので実質的に膜堆積の皆無である箇所にマグネットロー
ラー１１３を設置することにより、マグネットローラー
１１３の持つ磁場が、堆積する膜に与える悪影響を完全
に排除することが可能となったものである。

【００４２】マグネットローラー１１３の構成は、本例
にとどまらず、同様の機能を有するものであれば様々な
態様が考えられる。例えば、ベアリングをシャフトとパ
イプの間に設置するのではなく、シャフトを成膜室本体
に固定するハウジング内に設置し、シャフトごとマグネ
ットローラー全体が回転するタイプ、あるいは固定され
て回転不可能なシャフトの回りにマグネットを固定し、
さらにその外側に回転可能なローラーハウジングを設け
るタイプ等が考えられる。本発明を構成する機能を有す
るものであればいずれのタイプのマグネットローラーで
あっても使用可能である。

【００４３】マグネットの材質は、アルニコ、フェライ
ト等どんな材質であってもよいが、真空中でのガス放出
が少ないこと、ある程度の高温で充分な磁力を有するこ
とが望ましい。必要な磁力については、長尺基体１１０
の厚さ、重量あるいはその材質の保磁力等により変わる
が、好ましくは１０ガウス以上、さらに好ましくは１０
０ガウス以上が望ましい。

【００４４】次に、図１の実施例において、マグネット
ローラー１１３の好ましい設置間隔について説明する。

【００４５】そのために、ある一定の長さ（以降「スパ
ン」と記す）の変形自在な長尺薄板をその両側からある
一定の張力（以降「テンション」と記す）で引っ張った
ときに、重力によって垂れ下がった長尺薄板の中心部
（すなわち、一番垂れ下がり量の大きい箇所）の最大垂
れ下がり量（δｍａｘ）を計算する。

【００４６】最大下がり量δｍａｘは δｍａｘ＝Ｌ² ／（８Ｈ／Ｗ） で与えられる。ここで、 Ｈ＝（Ｔ² −／Ｖ² ）^1/2 Ｌ：スパン Ｔ：テンション Ｈ：テンションの水平分力 Ｖ：テンションの垂直分力 Ｗ：薄板の単位当たり重量 である。

【００４７】次に、以下の条件にて計算を行う。 ｏ長尺薄板の厚さを０．２ｍｍとする。 ｏ長尺薄板はステンレス製であり、密度を８×１０^-6ｋ
ｇ／ｍｍ³ とする。 ｏ長尺薄板の幅は１００ｍｍおよび４００ｍｍの２種類
とする。 ｏ長尺薄板のスパンは２５０，５００，１０００，２０
００ｍｍとする。 ｏ長尺薄板に与えるテンションは５，１０，２０，４０
ｋｇとする。

【００４８】これらの数値を既述の式に代入した結果得
られた最大垂れ下がり量δｍａｘの値を表１，２に示
す。

【００４９】

【表１】

【００５０】

【表２】 これらの条件を実際に実験で作り出して最大垂れ下がり
量δｍａｘを測定したところ、測定値は表１，２中の各
々の条件において計算値より２割ないし３割大きかった
が基本的には計算値で示された傾向を再現していた。測
定値が実測値に比して大きいのは、マグネトロンスパッ
タ用マグネットの磁力の影響等によるものと考えられ
る。

【００５１】次に、表１，２をもとにマグネットローラ
ーを持たない連続式スパッタリング装置について考察す
る。マグネットローラーを持たない連続式スパッタリン
グ装置においては、繰り出しロールと巻き取りロールと
の間隔がスパンとなる。例えば、長尺薄板の幅４００ｍ
ｍ、テンション５ｋｇ、スパン２０００ｍｍのときには
最大垂れ下がり量δｍａｘは６４ｍｍである。一方、通
常スパッタリングにおいては、ターゲットと基体間の距
離（以降、「Ｔ−Ｓ間距離」と記す）は１０ｍｍないし
２００ｍｍ、好ましくは３０ｍｍないし１００ｍｍ程度
であり、こうした好ましいＴ−Ｓ間距離に対してδｍａ
ｘ＝６４ｍｍの垂れ下がりの影響は極めて甚大であり、
実用に供することは不可能である。

【００５２】一般的にＴ−Ｓ間距離の変動量は堆積した
膜厚および膜質の再現性を得るには１ｍｍ程度以内に納
めることが望ましい。

【００５３】次に、上述した考察から図１の実施例にお
いて、マグネットローラー１１３の好ましい設置間隔に
ついて述べる。マグネットローラー１１３を設ける場合
には、隣り合うマグネットローラー１１３同志の間隔が
スパンとなる。例えば、長尺基体１１０の幅４００ｍ
ｍ、テンション２０ｋｇのときには、スパンは５００ｍ
ｍ以内としなければ最大垂れ下がり量δｍａｘを１ｍｍ
以内に納めることができない。スパンが同じであっても
テンションを強くしてゆけば最大垂れ下がり量δｍａｘ
は減少するが、連続式スパッタリング装置１０１の強
度、長尺基体１１０の引っ張り強度、あるいは巻き取り
ロール１１２の巻き上げ機構（不図示）の能力等から現
実的には数１０ｋｇｆないし１００ｋｇｆ程度が上限だ
と考えられる。一方スパンを小さくしすぎるとターゲッ
ト１３１，２３１および内側チャンバー１３０，２３０
の１個当たりの大きさが小さいものとなり効率的でな
い。以上のような観点からマグネットローラー１１３同
志の間隔は５００ｍｍ前後とし、長尺基体１１０の厚
さ、材質等に応じてテンションを調整することが望まし
い。本発明で使用される長尺基体は、磁性体であって変
形可能なものであればどんな材質であってもよいが、例
えば鉄、ステンレス、ニッケル系の合金等が望ましく、
さらにこれらの材料に表面処理を施したもの、絶縁物、
有機膜等をラミネートしたもの等も使用可能である。

【００５４】本発明において、長尺基体を所望の温度ま
で加熱する手段としては、赤外線ランプヒーターが用い
られる。まず第１に本発明のような連続式スパッタリン
グ装置においては長尺基体自身を移動しながら成膜する
ため、接触式のブロックヒーターあるいはシーズヒータ
ーの類は長尺基体にこすれ等の損傷を与える可能性があ
り、使用には不適であり、遠隔から加熱手段が望まし
い。さらに、連続式スパッタリング装置のスループット
を高め、長尺基体の移動速度を速めるときには極めて短
時間で長尺基体を所望温度まで加熱する必要がある。以
上の点に照らし合わせて非接触で高効率の加熱手段とし
て赤外線ランプヒーターが最も好適なものである。

【００５５】以上述べてきたように、本発明は、外側チ
ャンバー（成膜室）と内側チャンバーを持つ二重構造、
適切な位置に配置されたマグネットローラー、高効率加
熱手段等全てがあいまって良質な膜を極めて高い稼動率
と、極めて高いスループットで作製することを実現する
ものである。

【００５６】本発明の連続式スパッタリング装置で作製
する膜は、スパッタリングによって作製する膜であれば
何でもよいが、例えば、アルミニウム、銀、銅、亜鉛、
チタン等の金属、あるいはシリコン等の半導体、上記金
属あるいは半導体の合金あるいは酸化物、さらにはＩＴ
Ｏ等の透明導電膜、酸化物系セラミックス等の成膜に用
いることが可能である。

【００５７】図１に示す連続式スパッタリング装置に上
記材質からなるターゲットを組み込むことにより、上記
材質の膜が成膜可能であるが、さらに３種類以上の材質
の異なった膜を積層するためには、内側チャンバーを３
個以上を設ける構造とすればよい。

【００５８】以下、実験例により本発明の具体的適用例
を示す。

【００５９】［実験例１］図１に示した連続式スパッタ
リング装置１０１を用いて透明導電膜（ＩＴＯ）を作製
した。スパッタリング用のターゲット１３１，２３１と
してはＩＴＯ（Ｉｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ ，２００ｍｍ角、
密度８５％、純度９９．９９％以上）ターゲットを用い
た。このＩＴＯターゲットを図１に示す連続式スパッタ
リング装置１０１の内側チャンバー１３０，２３０内の
規定箇所に設置した。

【００６０】長尺基体１１０は厚さ０．１５ｍｍのステ
ンレス（ＳＵＳ４３０、ＢＡ処理）で幅１０ｃｍ長さ５
０ｍのものを用いた。この長尺基体１１０は所定の洗浄
工程を終えた後に、繰り出しロール１１１に巻かれてお
り、図１における繰り出し室１２１内に設置される。そ
の後、成膜室１２１を通した長尺基体１１０を巻き取り
室１２３内の巻き取りローラー１１２に巻き付ける。以
上の準備を終えたら、実際の成膜工程に移る。

【００６１】成膜工程における実作業は既に記述した方
法と同一であるので、ここでは省略し、成膜時のパラメ
ーターのみを記す。

【００６２】長尺基体１１０の搬送速度は１０ｃｍ／分
とし、この搬送速度のときに長尺基体１１０の成膜温度
が２００℃となるようにヒーター１３８，３９，２３８
に加える電力を各々調節した。スパッタリング生起に用
いたガスはＡｒであり、その流量は１００ｓｃｃｍとし
た。成膜空間内の圧力は不図示の真空計でモニターし３
ｍｔｏｒｒとなるように排気バルブ１０３の開度を調節
した。しかる後に電源１３７，２３７より６００Ｗのパ
ワーを投入し、ＩＴＯ膜の堆積を開始した。この状態を
５時間維持し３０ｍの長さにわたってＩＴＯ膜を堆積し
た。スパッタを止め、ヒーター１３８，１３９，２３８
による加熱を止め、常温程度まで冷却した後に巻き取り
ロール１１２ごとＩＴＯ膜の堆積した長尺基体１１０を
取り出した。

【００６３】ＩＴＯ膜の堆積した長尺基体１１０を目視
にて観察したところ、３０ｍの長さにわたって色むらの
ない均一な膜が堆積していた。さらにこの長尺基体１１
０を長尺基体１１０の成膜開始から５ｍ，１５ｍ，２５
ｍの各距離の点において５ｃｍ角に切り出し、測定用サ
ンプルを作成した。以降各々のサンプルをＳ５ｍ，Ｓ１
５ｍ，Ｓ２５ｍと呼ぶ。これらのサンプルＳ５ｍ，Ｓ１
５ｍ，Ｓ２５ｍについて反射型分光光度計を用いて光の
干渉により膜厚を調べたところ、Ｓ５ｍは８２０オング
ストローム、Ｓ１５ｍは８１５オングストローム、Ｓ２
５ｍは８２５オングストロ−ムと極めて均一な膜厚が得
られていた。

【００６４】［実験例２および比較例］基本的には実験
例１と同様の図１に示す連続式スパッタリング装置を用
い、またＩＴＯターゲットを用いてＩＴＯ膜の堆積を行
った。

【００６５】ただし、本実験例においては長尺基体１１
０の搬送を行わず、基体固定状態で膜堆積を行った。さ
らに、比較例としてマグネットローラーを図１と異な
り、長尺基体１１０が内側チャンバー１３０，２３０の
一壁面をなしている箇所に設置した。すなわち、実際に
成膜の行われている箇所の裏側に磁場が存在するよう配
置した。成膜の実作業は実験例１に記した通りであり、
ここでは省略する。なお、成膜時間は実験例２および比
較例とも、２分間である。さらに実験例２においては長
尺基体１１０上の内側チャンバー１３０，２３０に向か
う面に１インチ角の＃７０５９ガラス基板を取り付けて
おき、ガラス基板上にも同時に膜堆積を行った。膜堆積
の後、長尺基体１１０を取り出し、評価を行った。

【００６６】ＩＴＯ膜堆積を終えた基体を目視にて観察
したところ、実験例２においては全く色むらのない均一
の膜が堆積していたが、比較例においてはマグネットロ
ーラーに対向する箇所で微小な色むらがあり、膜堆積に
磁場が影響を与えていたことが判明した。

【００６７】次いで、実験例２で作成した＃７０５９ガ
ラス基板上の膜を透過式分光光度計で測定したところ、
優れた透過率を有していることが判明した。さらに、こ
のサンプルの抵抗を４端子式抵抗測定器で測定したとこ
ろ、１０３Ω／□と優れた抵抗率を示していることが判
明した。

【００６８】［実験例３］図１に示す連続式スパッタリ
ング装置１０１を用いてＡｌ−Ｓｉ膜の堆積を行った。
ターゲット１３１，２３１としてはＡｌ−Ｓｉ（Ｓｉ
１％，２００ｍｍ角、純度９９．９９９以上）を用い
た。また、実験例３においては長尺基体１１０は厚は
０．２ｍｍのものを用いた。

【００６９】成膜の実作業は実験例１の方法と同一なの
でここでは省略し、本実験例の成膜パラメーターのみを
表３に記す。

【００７０】

【表３】 以上の条件で作成した膜を評価したところ、堆積したＡ
ｌ−Ｓｉ膜の膜厚は約２０００オングストロームであ
り、均一性に優れたものであった。

【００７１】［実験例４］図１の連続式スパッタリング
装置１０１を用いてＡｇおよびＺｎＯ膜を連続的に積層
して堆積した。図１においてタゲット１３１にＡｇター
ゲット（２００ｍ角、純度９９．９９％以上）を用い、
ターゲット２３１にＺｎＯターゲット（２００ｍ角、純
度９９．９９％以上）を用いた。ＡｇターゲットＺｎＯ
ターゲット両者に同時にスパッタリング用電力を印加す
ること以外の成膜実作業は既述の方法と同一なのでここ
では省略し、固有の成膜パラメータのみを表４に記す。

【００７２】

【表４】 以上の条件で３０ｍにわたって膜堆積を行った。

【００７３】得られた膜を目視にて観察したところ、成
膜面全面にわたって色むら等のない均一な膜であった。

【００７４】次いで、得られた膜の成膜を開始した地点
から５ｍ，１５ｍ，２５ｍの各位置で５ｃｍ角に切断し
て評価用サンプルを作成した。これらのサンプルを各々
Ｓ５ｍ，Ｓ１５ｍ，Ｓ２５ｍと呼ぶ。各々のサンプルＳ
５ｍ，Ｓ１５ｍ，Ｓ２５ｍについて研磨粉を使って断面
研磨を行い、顕微鏡観察を行った。その結果、いずれの
サンプルＳ５ｍ，Ｓ１５ｍ，Ｓ２５ｍもＡｇとＺｎＯの
界面が形成されていた。各々の層厚を表５に示す。

【００７５】

【表５】 表５に示すように得られた膜は均一性に優れていた。

【００７６】さらに、これらと同様のサンプルを切り出
し、このサンプルの上にＣＶＤ法によりアモルファスシ
リコンの太陽電池を作成した。得られた特性は良好なも
のであった。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、外側チャ
ンバー内部に長尺基体が一壁面を形成する内側チャンバ
ーを設け、内側チャンバー以外の位置にマグネットロー
ラーを設けることにより、重力による長尺基体の垂れ下
がりおよびこれによる放電の非均一化を防止できる。加
えて本発明は、目的とする膜堆積箇所以外に膜が付着す
ることによる稼動率の低下を防止できる。さらに本発明
は、理想的な界面形成が可能である。そして本発明は、
量産性に富み、かつ特性の優れた堆積膜を形成できる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の連続式スパッタリング装置の一実施例
を示す模式図である。

【図２】図１の連続式スパッタリング装置を構成する内
側チャンバーの一例を一部を破断して示す斜視図であ
る。

【図３】図１の連続式スパッタリング装置を構成する内
側チャンバーの他の例を示す斜視図である。

【図４】図１の連続式スパッタリング装置を構成するマ
グネットローラーの例を一部を破断して示す斜視図であ
る。

【図５】従来のバッチ式スパッタリング装置を示す模式
図である。

【図６】従来の連続式イオンビーム型蒸着機による成膜
装置を示す模式図である。

【符号の説明】

１０１ 連続式スパッタリング装置 １０２ 排気管 １０３ 排気バルブ １０４ 真空ポンプ １１０ 長尺基体 １１１ 繰り出しロール １１２ 巻き取りロール １１３ マグネットローラー １２１ 繰り出し室 １２２ 成膜室 １２３ 巻き取り室 １３０，２３０，４０１ 内側チャンバー １３１，２３１ ターゲット １３２，２３２ バッキングプレート １３３，２３３ ガス供給パイプ １３４，２３４ カップリング １３５，２３５ バルブ １３６，２３６ ガス流量コントローラー １３７，２３７ 電源 １３８，１３９，２３８ ヒーター ２２１，２２２，２２３ 扉 ３０３ 底板 ３０４ 位置決め治具 ３０５，４０５ パイプ ３０６ カップリング ３０９ 絶縁碍子 ３１０，４０６ ガス排気口 ４０３ 覆板 ５０１ シャフト ５０２ ベアリング ５０３ 回転パイプ ５０４ マグネット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福岡 貴裕 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−24062（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−159523（ＪＰ，Ａ) 特公 昭56−43311（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C23C 14/56 C23C 14/34

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロール状に巻かれた導電性の長尺基体上
   に連続的に機能性堆積膜を形成する連続式スパッタリン
   グ装置において、 前記長尺基体に磁性体が用いられるものであり、 前記長尺基体の堆積膜形成面を鉛直下方に向けるように
   前記長尺基体のロールが支持され、 減圧状態を作り得る外側チャンバーと、該外側チャンバ
   ー内部に配置され、スパッタリング生起用のガスを導入
   でき、スパッタリング用のターゲットを内在させる少な
   くとも１個の取り外し自在な内側チャンバーとを有する
   堆積膜形成室を備え、 回転自在なマグネットローラーに前記長尺基体の堆積膜
   形成面の裏面が接触され、両者間の磁力により前記長尺
   基体が前記堆積膜形成室内において支持され、 前記内側チャンバーは、前記長尺基体が前記内側チャン
   バーの一壁面を形成する位置を通過するように配置さ
   れ、 前記長尺基体が前記内側チャンバーの一壁面を形成する
   位置と異なる位置に、前記マグネットローラーと前記長
   尺基体との接触面があり、 前記長尺基体の裏面側を加熱するランプヒーターが、前
   記長尺基体が前記内側チャンバーの一壁面を形成する位
   置の上部、並びに該位置より前記長尺基体を繰り出す側
   に、各々１箇所以上設けられていることを特徴とする連
   続式スパッタリング装置。