JP5032358B2 - スパッタ装置及び成膜方法 - Google Patents
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Description
これらスパッタ装置の1種に、インライン式スパッタ装置がある。この装置は、スパッタ室内にターゲットを配置するとともに、スパッタ室内にアルゴン等の不活性ガス(スパッタガス)を供給し、基板をターゲットの配列方向に沿って一定速度にて搬送する間に、ターゲットから叩き出された成膜材料を基板上に堆積させることにより、基板上に所望の薄膜を成膜する装置である。この構成によれば、大面積のガラス基板上に膜厚の均一な薄膜を連続的に成膜することができる。
図3に示すように、スパッタ装置100は、例えば反応性スパッタが行われる上流スパッタ室101と、隔離真空槽102と、例えばメタルスパッタが行われる下流スパッタ室103とを備えている。隔離真空槽102は、上流スパッタ出口室104と、隔離室105と、下流スパッタ入口室106との3室で構成されており、各室104〜106はゲートバルブ108,109を介して接続されている。また、隔離室105には、隔離室105内を真空排気する真空排気手段107が設けられている。
この構成によれば、上流スパッタ室101で反応性スパッタが行われた基板Wは、まず隔離真空槽102の上流スパッタ出口室104内に搬送される。次に、ゲートバルブ108を開いて隔離室105内に基板Wを搬送し、ゲートバルブ108を閉じる。そして、真空排気手段107により隔離室105内を真空引きして隔離室105内に存在するガス(スパッタガス及び反応ガス)を排気することで、上流スパッタ室101から拡散してきたガスが除去される。その後、下流スパッタ入口室106側のゲートバルブ109を開き、下流スパッタ室103内に基板Wを搬送し、下流スパッタ室103内でメタルスパッタが行われる。
まず、前者の構成では、図3に示すように2つのスパッタ室101,103間における雰囲気分離のために、上述したような3室構成の隔離用真空槽102を設ける必要があるため、構成が複雑になり、コスト増を招くという問題がある。さらに、上流スパッタ室101で成膜された基板Wを隔離用真空槽102の隔離室105に搬送し、基板Wの搬送を停止して隔離室105内を真空引きした後に、再び基板Wを搬送させることになるため、製造効率が低下するという問題がある。
一方、後者の構成では、各分室の雰囲気分離が不十分であり、一方の分室から他方の分室への反応ガスの流入を防ぐことができないという問題がある。不活性ガスのみを用いるスパッタ室内にO2等の反応ガスが流入すると、そのスパッタ室で成膜される薄膜が酸化して抵抗が増加する等、プロセス条件が変化してしまう。
隣接する前記スパッタ室の間に雰囲気分離部が形成され、前記雰囲気分離部における前記基板の搬送方向に垂直な断面が、前記隣接するスパッタ室における前記基板の搬送方向に垂直な断面より小さく形成され、前記雰囲気分離部には、前記隣接するスパッタ室で使用されるスパッタガスを吐出するガス吐出部が、前記基板の搬送方向に沿って複数配列され、前記隣接するスパッタ室を挟んで前記雰囲気分離部の反対側には、前記隣接するスパッタ室の排気を行う排気手段が設けられていることを特徴とする。
この構成によれば、雰囲気分離部における基板の搬送方向に垂直な断面を、スパッタ室における基板の搬送方向に垂直な断面に比べて小さく形成するとともに、雰囲気分離部にガス吐出部を設けることで、ガス吐出部の近傍では圧力が局所的に増加し、ガス吐出部から各スパッタ室に向かうにつれ圧力が低下するような圧力勾配を形成することができる。これにより、ガス吐出部から吐出されるスパッタガスが各スパッタ室に向けて拡散するので、各スパッタ室間のコンダクタンスが増加して各スパッタ室から雰囲気分離部へ向かうガスの流れを規制することができる。よって、一方のスパッタ室に滞留するガスが他方のスパッタ室に流入することを防ぐことができる。
さらに、スパッタ室を挟んで雰囲気分離部の反対側に真空排気手段を設けたため、ガス吐出部から吐出された不活性ガスを、雰囲気分離部から各スパッタ室に向かう方向に拡散するように案内することができる。これにより、各スパッタ室の雰囲気分離を確実に行うことができるため、組成の異なる薄膜を、膜特性に優れ、かつ連続的に基板上に形成することができる。
しかも、ガス吐出部からは各スパッタ室で使用されるスパッタガスが吐出されるため、このスパッタガスが各スパッタ室に流入することで、各スパッタ室における成膜工程に用いることが可能である。したがって、従来のように隔離真空槽内を真空引きする必要がないため、製造コストを低減することができる。
このように、各スパッタ室間に従来のように3室構成の隔離真空槽を設ける構成に比べて、構成の簡素化を図り、製造コストを低減することができるとともに、基板の搬送を停止する必要もないため製造効率を向上させることができる。そして、一方のスパッタ室から他方のスパッタ室への反応ガスの流入を防ぎ、各スパッタ室間の雰囲気分離を確実に行うことができる。
この構成によれば、各スパッタ室間の雰囲気分離をした上で、基板上に異なる組成の薄膜を連続的に成膜することができる。
この構成によれば、基板の表裏面側において各スパッタ室に向かうにつれ圧力が低下するような圧力勾配を確実に形成することができるため、基板の表裏面側において各スパッタ室から雰囲気分離部へ向かうガスの流れを規制することができる。したがって、例えば基板の片面側のみにガス吐出部を配置する構成に比べて、より効果的に雰囲気分離を行うことができる。
この構成によれば、基板の搬送方向に垂直な断面がスパッタ室における基板の搬送方向に垂直な断面に比べ小さく形成された雰囲気分離部において、基板の搬送方向に交差する方向に向けてスパッタガスを吐出することで、ガス吐出部の近傍では圧力が局所的に増加し、ガス吐出部から各スパッタ室に向かうにつれ圧力が低下するような圧力勾配を形成することができる。これにより、ガス吐出部から吐出されるスパッタガスが各スパッタ室に向けて拡散するので、各スパッタ室間のコンダクタンスが増加して各スパッタ室から雰囲気分離部へ向かうガスの流れを規制することができる。よって、一方のスパッタ室に滞留するガスが他方のスパッタ室に流入することを防ぐことができる。
さらに、スパッタ室を挟んで雰囲気分離部の反対側から真空排気を行うことで、ガス吐出部から吐出された不活性ガスを、雰囲気分離部から各スパッタ室に向かう方向に拡散するように案内することができる。これにより、各スパッタ室の雰囲気分離を確実に行うことができるため、組成の異なる薄膜を、膜特性に優れ、かつ連続的に基板上に形成することができる。
しかも、雰囲気分離部で吐出されるガスは、各スパッタ室で使用されるスパッタガスあるため、このスパッタガスが各スパッタ室に流入することで、各スパッタ室における成膜工程に用いることが可能である。したがって、従来のように隔離真空槽内を真空引きする必要がないため、製造コストを低減することができる。
このように、各スパッタ室間に従来のように3室構成の隔離真空槽を設ける構成に比べて、構成の簡素化を図り、製造コストを低減することができるとともに、基板の搬送を停止する必要もないため製造効率を向上させることができる。そして、一方のスパッタ室から他方のスパッタ室への反応ガスの流入を防ぎ、各スパッタ室間の雰囲気分離を確実に行うことができる。
さらに、スパッタ室を挟んで雰囲気分離部の反対側に真空排気手段を設けたため、ガス吐出部から吐出された不活性ガスを、雰囲気分離部から各スパッタ室に向かう方向に拡散するように案内することができる。これにより、各スパッタ室の雰囲気分離を確実に行うことができるため、組成の異なる薄膜を、膜特性に優れ、かつ連続的に基板上に形成することができる。
しかも、ガス吐出部からは各スパッタ室で使用されるスパッタガスが吐出されるため、このスパッタガスが各スパッタ室に流入することで、各スパッタ室における成膜工程に用いることが可能である。したがって、従来のように隔離真空槽内を真空引きする必要がないため、製造コストを低減することができる。
このように、各スパッタ室間に従来のように3室構成の隔離真空槽を設ける構成に比べて、構成の簡素化を図り、製造コストを低減することができるとともに、基板の搬送を停止する必要もないため製造効率を向上させることができる。そして、一方のスパッタ室から他方のスパッタ室への反応ガスの流入を防ぎ、各スパッタ室間の雰囲気分離を確実に行うことができる。
(スパッタ装置)
図1は、本実施形態におけるスパッタ装置の概略構成図(側面図)である。
図1に示すように、スパッタ装置10は、基板Wを水平保持して搬送するインライン式のスパッタ装置であって、基板Wの入口室11と、第1スパッタ室13と、雰囲気分離部40と、第2スパッタ室14と出口室12とを備え、それぞれが連通可能に構成されている。スパッタ装置10内には、基板Wの搬送方向(図1矢印F方向)に沿って複数の搬送ローラ(搬送手段)15が配列されている。搬送ローラ15の回転軸は、基板Wの搬送方向と直交するように配置され、回転軸には複数のローラ本体16が基板Wの搬送方向に並んで配置されている。そして、回転軸が回転することにより、ローラ本体16上に保持された基板Wが搬送される。本実施形態のスパッタ装置10では、基板Wが水平に保持された状態で搬送される。なお、本実施形態における基板Wは、石英、樹脂、ガラス等からなる例えば1100mm×1300mmの大型基板を用いており、その短手方向を搬送方向に一致させて搬送される。
第1スパッタ室13は、開口部が矩形状に形成され、第1スパッタ室13内の天井側には、基板Wの表面と略平行に複数のスパッタカソード機構20(例えば、図1では2個)が配置されている。
ターゲット22は、平面視矩形状のものであり、その短手方向を基板Wの搬送方向に一致させて、複数のターゲット22が配列されている。つまり、基板Wは搬送手段により、ターゲット22の配列方向に沿って搬送される。各ターゲット22は、その表面と基板Wの表面との間に所定の間隔を空けて基板Wに対向配置されている。
第1スパッタ室13において太陽電池の透明電極を形成する場合、第1スパッタ室13のターゲット22は、透明電極となるZnO系膜の成膜材料を備えている。また、ZnO膜の成膜材料以外にもITO膜やSnO2膜の成膜材料を備えていてもよい。
第2スパッタ室14の搬出側には、第2スパッタ室14に連通して出口室12が設けられている。この出口室12には、ターボ分子ポンプ等の真空排気手段18が設けられており、出口室12を真空引きすることで第2スパッタ室14も真空引きされるように構成されている。
図2は、雰囲気分離部の斜視図である。
図1,2に示すように、第1スパッタ室13と第2スパッタ室14との間には、雰囲気分離部40が形成されている。この雰囲気分離部40における基板Wの搬送方向に直交する断面(開口断面)は、上述した各スパッタ室13,14における基板Wの搬送方向に直交する断面に比べて小さく形成されており、高さHが例えば0.15m、幅Dが例えば1.7mの矩形状で形成されている。
雰囲気分離部40の外方には、ガス吐出部42に不活性ガスを供給する第3ガス供給手段43が接続されており、この第3ガス供給手段43から供給される不活性ガスがガス吐出部42の吐出孔から吐出されるようになっている。
次に、図1に基づいて本実施形態のスパッタ装置による成膜方法について説明する。本実施形態では、基板W上に太陽電池の透明電極となるZnO膜と反射膜となるAg膜とを連続的に成膜する場合について説明する。
まず、入口室11から第1スパッタ室13に搬送された基板W上に、ZnO膜を形成する。具体的には、第1ガス供給手段27から第1スパッタ室13内に不活性ガス及び反応ガスを供給し、後述するように、雰囲気分離部40のガス吐出部42からも同時に不活性ガスを供給する。そして、外部電源から背面プレート26を介してターゲット22にスパッタ電圧を印加する。すると、第1スパッタ室13内でプラズマにより励起された不活性ガスのイオンが、ターゲット22に衝突してZnO膜の成膜材料の粒子を飛び出させる。そして、本実施形態の第1スパッタ室13では、第1ガス供給手段27からO2等の反応ガスも供給されることで、ターゲット22から叩き出された粒子と反応ガスとが結合した後、基板W上に付着することにより、基板Wの表面にZnO膜が形成される。
この構成によれば、雰囲気分離部40のガス吐出部42から不活性ガスを吐出することで、ガス吐出部42の近傍の圧力が局所的に高くなるため、ガス吐出部42から各スパッタ室13,14に向かうにつれ圧力が低下するような圧力勾配を形成することができる。これにより、ガス吐出部42から吐出される不活性ガスが各スパッタ室13,14に向けて拡散するので、各スパッタ室13,14間のコンダクタンスが増加して各スパッタ室13,14から雰囲気分離部40へ向かうガスの流れを防止することができる。よって、一方のスパッタ室(例えば、第1スパッタ室13)に滞留するガスが雰囲気分離部40を介して他方のスパッタ室(例えば、第2スパッタ室14)に流入することを防ぐことができる。特に、第1スパッタ室13に滞留する反応ガスが第2スパッタ室14に流入することを防ぐことができる。
この構成によれば、ガス吐出部42から吐出された不活性ガスを、雰囲気分離部40から各スパッタ室13,14に向かう方向に拡散するように案内することができる。これにより、各スパッタ室13,14の雰囲気分離を確実に行うことができるため、組成の異なる薄膜を、膜特性に優れ、かつ連続的に基板W上に形成することができる。
これに対して、本実施形態では、整流ブロック45a,45bの対向位置に設けられたガス吐出部42から基板Wの表裏面側に向けて不活性ガスを吐出することで、基板Wの表裏面側において各スパッタ室13,14に向かうにつれ圧力が低下するような圧力勾配を確実に形成することができる。したがって、基板Wの表裏面側において各スパッタ室13,14から雰囲気分離部40へ向かうガスの流れを防止することができるため、基板Wの片面側から不活性ガスを導入する構成に比べてより効果的に雰囲気分離を行うことができる。
例えば、本実施形態では2つのスパッタ室を雰囲気分離部を介して接続する構成について説明したが、1つの雰囲気分離部を中心としてこの雰囲気分離部の周囲に複数のスパッタ室を接続するような構成にしてもよい。
また、ガス吐出部は3つ以上設けるような構成にしてもよく、各ガス吐出部から吐出される不活性ガスの吐出量を異ならせるような構成にしてもよい。さらに、本実施形態では、雰囲気分離部における基板の搬送方向の中央部にガス吐出部を設けた場合について説明したが、第1スパッタ室側や第2スパッタ室側に設けるような構成にしてもよい。
Claims (4)
- 成膜材料を備えたターゲットと、このターゲットの表面と基板の表面とを略平行に配置しつつ、前記基板を搬送する搬送手段と、を有するスパッタ室が複数形成され、
複数の前記スパッタ室に対して順に前記基板を搬送しながら、前記基板上に連続的にスパッタ処理を行うスパッタ装置において、
隣接する前記スパッタ室の間に雰囲気分離部が形成され、
前記雰囲気分離部における前記基板の搬送方向に垂直な断面が、前記隣接するスパッタ室における前記基板の搬送方向に垂直な断面より小さく形成され、
前記雰囲気分離部には、前記隣接するスパッタ室で使用されるスパッタガスを吐出するガス吐出部が、前記基板の搬送方向に沿って複数配列され、
前記隣接するスパッタ室を挟んで前記雰囲気分離部の反対側には、前記隣接するスパッタ室の排気を行う排気手段が設けられていることを特徴とするスパッタ装置。 - 少なくとも一方の前記スパッタ室では、反応ガスを導入して反応性スパッタが行われることを特徴とする請求項1記載のスパッタ装置。
- 複数の前記ガス吐出部は、前記雰囲気分離部における前記基板の表裏面側に配置されていることを特徴とする請求項1記載のスパッタ装置。
- 成膜材料を備えたターゲットと、このターゲットの表面と基板の表面とを略平行に配置しつつ、前記基板を搬送する搬送手段と、を有するスパッタ室が複数形成され、
複数の前記スパッタ室に対して順に前記基板を搬送しながら、前記基板上に連続的にスパッタ処理を行う成膜方法であって、
隣接する前記スパッタ室の間に雰囲気分離部が形成され、
前記雰囲気分離部には、前記隣接するスパッタ室で使用されるスパッタガスを吐出するガス吐出部が、前記基板の搬送方向に沿って複数配列され、
前記雰囲気分離部における前記基板の搬送方向に垂直な断面が、前記隣接するスパッタ室における前記基板の搬送方向に垂直な断面より小さく形成され、
前記雰囲気分離部では、前記隣接するスパッタ室で使用されるスパッタガスを吐出して、前記ガス吐出部の近傍の圧力を局所的に高め、かつ前記ガス吐出部から前記スパッタ室に向かうにつれ圧力が低下するような圧力勾配を形成し、
前記隣接するスパッタ室を挟んで前記雰囲気分離部の反対側から前記隣接するスパッタ室の排気を行うことを特徴とする成膜方法。
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