TWI546404B - Film forming device - Google Patents

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TWI546404B
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Itsushi Iio
Hidehiko Ito
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Sumitomo Heavy Industries
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Description

成膜裝置
本發明係有關一種在被成膜材料上將成膜材料成膜之成膜裝置。
作為這個領域的技術，以往已知有下述專利文獻1中記載之成膜裝置。該成膜裝置係在真空容器內容納被成膜材料並在被成膜材料表面將成膜材料成膜者。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2007-217767號公報
該種成膜裝置中，為了控制被成膜材料在真空容器內的移動，需要檢測在預定位置上有無被成膜材料。作為該種檢測手段可想到，例如對載置被成膜材料之托盤等照射光來進行檢測之類型的感測器等。但是，將該種類型的感測器配置在真空容器的外側而利用時，需要至少在真空容器的壁上設置透射感測光之透射部。可是，真空容器中漂浮著成膜材料因此透射部上亦有可能附著成膜材料。並且，成膜材料附著並堆積於透射部，藉此失去該透射部的透光性，有無法確保基於感測器之檢測功能之情況。
鑒於上述問題本發明的目的在於，提供一種能夠確保檢測有無被成膜材料之檢測功能之成膜裝置。
本發明的成膜裝置在被成膜材料上將成膜材料成膜，其特徵為，具備有：成膜室，容納被成膜材料並進行成膜處理；傳送手段，設置在成膜室的內部，傳送被成膜材料；窗部，設置在劃分成膜室的壁部且具有透射光之透射部，可實現從成膜室的外部向內部之投射；檢測手段，設置在成膜室的外部，使感測光透射窗部的透射部來投射而檢測成膜室的內部有無被成膜材料；及堆積抑制手段，抑制成膜材料向透射部之堆積。
該成膜裝置中，藉由堆積抑制手段抑制成膜材料向透射部之堆積，因此能夠抑制因堆積之成膜材料引起之感測光的透射狀態惡化，其結果，能夠確保檢測有無被成膜材料之檢測功能。
並且，具體而言，堆積抑制手段可使附著於透射部之成膜材料蒸發，並且抑制成膜材料向透射部之附著。
更具體而言，堆積抑制手段可具備加熱透射部之加熱部。根據該結構，能夠加熱附著於透射部之成膜材料並使之蒸發來抑制附著。
再者，加熱部可設置在比壁部更靠成膜室的內部之側。若在比壁部更靠內部之側設置加熱部，則能夠抑制涉及加熱之透射部周圍結構的複雜化。
並且，作為具體結構可設為如下：窗部具備筒狀部，前述筒狀部設置在比壁部更靠成膜室的內部之側，並且使感測光通過空心部，筒狀部的空心部設置有透射部，加熱部是以包圍筒狀部的端部的側面與透射部的方式設置。根據該結構，加熱部的熱通過筒狀部有效地傳遞至透射部。
並且，加熱部可設置在比壁部更靠成膜室的外部之側。若將加熱部設置在比壁部更靠外部之側，則能夠節省成膜室內的空間。
並且，作為具體結構可設為如下：窗部具備筒狀部，前述筒狀部設置在比壁部更靠成膜室的外部之側，並且使感測光通過空心部，筒狀部的空心部設置有透射部，加熱部是以包圍筒狀部的端部的側面與透射部的方式設置。根據該結構，加熱部的熱通過筒狀部有效地傳遞至透射部。
並且，作為具體結構可設為如下：窗部具備：筒體，設置在比透射部更靠成膜室的內部之側且具有使感測光通過之空心部、及第2透射部，設置在空心部內，透射感測光，透射部藉由筒體與第2透射部來從成膜材料漂浮之空間隔開，第2透射部相對於筒體裝卸自如地設置。這時，第2透射部作為堆積抑制手段發揮作用。並且，由於第2透射部從筒體裝卸自如，因此即使在第2透射部堆積有成膜材料時，亦能夠輕鬆更換第2透射部，並能夠確保感測光的透射狀態。
並且，成膜材料可為硒。硒具有較厚地附著於透射部之性質，並且附著時光的透射度亦較低，因此容易阻礙光在透射部中的透射。因此，當成膜材料為硒時，上述堆積抑制手段的必要性尤其高。
根據本發明的成膜裝置，能夠確保檢測有無被成膜材料之檢測功能。
以下，參考附圖對本發明之成膜裝置的較佳實施方式進行詳細說明。再者，必要時，如各圖所示般，設定將Z軸作為鉛垂軸且XY平面作為水平面之XYZ座標系，將X、Y、Z方便地使用於說明中。並且，使Z方向朝上並將包括“上”、“下”概念之詞語使用於說明中。
(第1實施方式)
第1圖及第2圖所示之成膜裝置1是具備有將真空的成膜室2劃分在內部之腔室3，為藉由多元蒸鍍法(MSD)對容納在成膜室2之工件(被成膜材料)W實施以硒等作為成膜材料之成膜處理的裝置。例如，成膜裝置1是使用於在太陽能電池的材料之玻璃基板上形成硒蒸鍍膜之用途。
如第3圖所示般，在本實施方式的成膜裝置1所進行之多元蒸鍍法是在成膜室2內一邊傳送施加掩模之工件W一邊進行。如附圖所示般，在成膜裝置1的成膜室2內，於工件W的傳送路上方配置有加熱器44。再者，在工件W的傳送路的下方，2個硒蒸鍍源單元45、45是在Y方向排列設置。在硒蒸鍍源單元45、45連接有設置在成膜室2外之硒蒸鍍源45a。
並且，硒蒸鍍源單元45、45的下方設置有其他蒸鍍物質(銅、銦、鎵)的蒸鍍源46、47、48。再者，在第3圖中，蒸鍍源46、47、48是在與紙面垂直的Y方向排列，因此看起來重疊，但從平面觀察，在2個硒蒸鍍源單元45、45之間，在Y方向依次排列有蒸鍍源46、47、48。載置工件W之托盤5上設置有開口部(未圖示)，從硒蒸鍍源單元45及蒸鍍源46、47、48產生之蒸鍍物質是通過上述開口部來主要蒸鍍在工件W的下面，並在工件W上形成硒蒸鍍膜。
如第1圖及第2圖所示般，成膜裝置1的成膜室2內設置有：托盤5，為了在成膜室2內移動上述工件W，在上面載置工件W並進行移動；及傳送裝置7，傳送該托盤5。傳送裝置7係將馬達作為動力源是公知者，在成膜室2內，能夠在Y方向連續傳送在Y方向排列之複數個托盤5。在托盤5的傳送下游存在可開閉的門扇，該門扇有來自成膜室2的出口並用於控制成膜室2內的壓力。例如，為了控制該門扇開閉的時機等，需要檢測托盤5是否到達了預定的位置，甚至檢測工件W是否存在於預定的位置。
因此，成膜裝置1具備有檢測托盤5是否存在於成膜室2內的預定位置上之檢測手段。該檢測手段具備有設置在成膜室2的外部之移動式感測器(檢測手段)11和使從該移動式感測器11射出之感測光通過並引導於成膜室2的內部之視口(窗部)13。藉由視口13的存在，可實現從成膜室2的外部的移動式感測器11向成膜室2內部之透射。移動式感測器11及視口13設置在腔室3的隔壁中與YZ平面平行之壁3a。
從移動式感測器11朝向成膜室2的內部射出之感測光是通過視口13向X方向射出。該感測光的光軸以符號“A”圖示。具有如下位置關係：在與壁3a對向之壁3d上設置有位於光軸A上之視口13’與受光部17，上述感測光會透過視口13’來射入至受光部17。雖然省略了視口13’的詳細圖示，但視口13’可具有與視口13相同之結構。藉由感測光入射於上述受光部17，從而可識別在移動式感測器11與受光部17之間的預定位置不存在托盤5。並且，成膜室2內的預定位置存在托盤5時，藉由托盤5的遮光部5a位於光軸A並遮擋上述感測光，藉此感測光不會入射於受光部17，可識別預定位置存在托盤5。
接著，對上述視口13進行更詳細的說明。以下，在視口13的構成要件的說明中，有時將成膜室2的內部之側(在第1圖、第2圖中為左側)作為“前”並將成膜室2的外部之側(在第1圖、第2圖中為右側)作為“後”來在位置關係的說明中使用“前”、“後”的詞語。
視口13具備有隔開成膜室2的真空與外部的大氣之透明的玻璃隔板21。玻璃隔板21透過O型圈21a固定於壁3a的外側且位於光軸A上，透射感測光。玻璃隔板21為例如厚度6mm以上的透明的耐熱玻璃。再者，視口13在玻璃隔板21的前方具備有位於比壁3a更靠成膜室2的內部之側之SUS製筒狀部23。光軸A通過筒狀部23的空心部23a。筒狀部23的後端側埋入於壁3a，在筒狀部23的前端側，位於光軸A上之防黏玻璃(透射部)27嵌入於空心部23a內。防黏玻璃27透射感測光。再者，筒狀部23的上部設置有連通孔23b，因此空心部23a內與成膜室2相同也成為真空。藉由以上的視口13的結構，從移動式感測器11射出之感測光透射玻璃隔板21，通過空心部23a，並且通過防黏玻璃27照射至成膜室2內。
成膜室2中漂浮著成膜材料，若在如玻璃隔板21或防黏玻璃27之類的透明構件上附著並堆積成膜材料，則感測光的透射狀態惡化，導致無法檢測有無托盤5。該成膜裝置1中，藉由在玻璃隔板21的前方設置防黏玻璃27，抑制成膜材料向玻璃隔板21之堆積，但是這時，成膜材料向防黏玻璃27之附著或堆積產生同樣的問題。因此，期望抑制成膜材料向防黏玻璃27的堆積之手段。尤其在成膜裝置1中作為成膜材料使用之硒，具有較厚地附著於防黏玻璃27等之性質，並且，附著時光的透射度亦較低，因此容易阻礙光在防黏玻璃27中的透射。因此，使用硒作為成膜材料時，抑制堆積之必要性尤其高。
因此，成膜裝置1的視口13具備有用於加熱防黏玻璃27之加熱器(加熱部、堆積抑制手段)31。加熱器31捲繞在筒狀部23的前端側的側面的周圍。並且，藉由從供電部33向加熱器31供電，加熱筒狀部23來間接地加熱防黏玻璃27。加熱器31是以包圍筒狀部23側面與防黏玻璃27的方式設置，因此加熱器31的熱有效地傳遞至防黏玻璃27。並且，筒狀部23為SUS製，這亦成為提高傳熱效率之主因。再者，以包圍加熱器31的周圍的方式設置有反射來自加熱器31的放射熱之反射板35，其進一步提高向防黏玻璃27之傳熱效率。
根據該結構，防黏玻璃27被加熱，因此附著於防黏玻璃27之成膜材料藉由防黏玻璃27的熱而昇華(蒸發)。並且，想要附著於防黏玻璃27之成膜材料亦在附著後昇華，因此，成膜材料向防黏玻璃27之附著本身被抑制。因此，能夠抑制成膜材料向防黏玻璃27之堆積，並能夠抑制因堆積之成膜材料引起之感測光的透射狀態惡化。其結果，能夠確保移動式感測器11的檢測功能，可準確地控制工件W的傳送。再者，為了得到該種作用效果，考慮硒的蒸發溫度(120℃)，防黏玻璃27的加熱溫度設為約150℃。並且，使用其他成膜材料時，考慮其成膜材料的蒸發溫度來適當設定防黏玻璃27的加熱溫度即可。
並且，由於加熱器31、筒狀部23及防黏玻璃27設置於比壁3a更靠成膜室2的內部之側的位置，因此在視口13中真空密封成膜室2之結構亦不會變得複雜，能夠抑制組件件數的增加。
在此，作為用於確保感測光的透射狀態的其他結構，亦可想到省略防黏玻璃27，設置加熱玻璃隔板21之加熱手段之結構。但是，由於玻璃隔板21為從大氣密封真空的成膜室2之玻璃，因此透過O型圈21a來安裝。因此，採用加熱玻璃隔板21之結構時，為了避免因O型圈21a的熱劣化引起之密封功能的劣化，需要採用由熱劣化較少的材質構成之特殊的O型圈21a。若採用該種特殊的O型圈21a，則能夠直接加熱玻璃隔板21來抑制成膜材料向玻璃隔板21之附著，並能夠省略防黏玻璃27或其周圍的構成要件來減少組件件數。
相對於此，上述之成膜裝置1設為如下結構，為了不設置如上述之特殊的O型圈，將防黏玻璃27設置在玻璃隔板21的前方，在防黏玻璃27與玻璃隔板21之間形成成膜材料稀薄的空間(空心部23a)之後，加熱防黏玻璃27。由於防黏玻璃27不是壓力互不相同之空間彼此的隔板且不需要O型圈，因此即使加熱防黏玻璃27亦不會發生如O型圈劣化之類的問題。
以上說明之成膜裝置1作為較佳的一應用例，例如在CIGS太陽能電池的CIGS發電層的成膜中使用。第4圖中示出CIGS太陽能電池的一例。如該圖所示般，CIGS太陽能電池70以在鈉鈣玻璃71上依次成膜並層疊Mo背面電極72、CIGS發電層73、緩衝層74及透明導電膜75而成。Mo背面電極72藉由濺射法成膜，CIGS發電層73藉由硒化法或多元蒸鍍法成膜，緩衝層74藉由濺射法成膜，透明導電膜75藉由RPD法、濺射法或CVD法成膜。其中，CIGS發電層73的成膜利用多元蒸鍍法藉由成膜裝置1進行。
再者，除了利用成膜裝置1之方法之外，作為一般的其他多元蒸鍍法還有無需傳送工件而使之靜止來進行之靜止成膜法。如第5圖所示般，靜止成膜方法，在成膜裝置51的成膜室52內設置實施掩模之工件W來進行。例如，在成膜室52內，在工件W的上方依次配置溫度感測器53及加熱器54，在工件W的下方依次配置具有開口部56a之開口板56及擋板58。並且，在擋板的下方配置第1～第n蒸鍍源60a、60b、60c、……。在生成硒蒸鍍膜時，第1～第n蒸鍍源(成膜材料)適用銅、銦、鎵及硒。由於多元蒸鍍法為公知的方法，因此省略更詳細的說明。
(第2實施方式)
第6圖及第7圖所示之成膜裝置201具備有視口213來代替上述成膜裝置1中的視口13。以下，在成膜裝置201中，對與前述的成膜裝置1相同或相等的構成部份附加相同元件符號來省略重複之說明。
視口213具有貫穿腔室3的壁3a之防黏管251。光軸A通過防黏管251的空心部251a。防黏管251的後端部的正後方設置有防黏玻璃(透射部)227。再者，視口213具備有設置在防黏管251的後方之SUS製筒狀部(筒狀部)223。防黏玻璃227在筒狀部223的前端部嵌入於空心部223a。並且，在筒狀部223的後方設置玻璃隔板221，其玻璃隔板221的後方設置有移動式感測器11。根據以上視口213的結構，從移動式感測器11射出之感測光透射玻璃隔板221，並通過筒狀部223的空心部223a，透射防黏玻璃227，並通過防黏管251的空心部251a照射至成膜室2的內部。再者，與成膜裝置1(第1圖)相同，在與壁3a對向之壁3d上設置有位於光軸A上之視口13’及受光部17，但省略其圖示。
並且，由於在該成膜裝置201中，防黏管251的空心部251a暴露在成膜室2內的成膜材料中，因此，成膜材料附著在空心部251a的內壁面。因此，運用定期更換防黏管251的方式，以免附著堆積於空心部251a之成膜材料遮擋感測光。
再者，視口213具備有用於加熱防黏玻璃227之加熱器(加熱部、堆積抑制手段)231。加熱器231捲繞在筒狀部223的前端側的側面的周圍。並且，藉由從供電部233向加熱器231供電，加熱筒狀部223來間接地加熱防黏玻璃227。由於加熱器231是以包圍筒狀部223側面與防黏玻璃227的方式設置，因此加熱器231的熱有效地傳遞至防黏玻璃227。並且，筒狀部223為SUS製，這亦成為提高傳熱效率之主因。再者，以包圍加熱器231的周圍的方式設置有反射來自加熱器231的放射熱之反射板235，其進一步提高向防黏玻璃227之傳熱效率。
並且，該種視口213的結構中，由於筒狀部223、防黏玻璃227及加熱器231設置在成膜室2的外部，因此用以容納該等之真空殼體部253會從壁3a向外側突出而設置。玻璃隔板221透過O型圈221a安裝於真空殼體部253的後端部，從大氣密封真空的成膜室2。為了抑制因加熱器231的熱引起之O型圈221a的劣化，並為了冷卻真空殼體253的後端部，使冷卻水流動之冷卻水路253a設置在真空殼體部253的後端部。
成膜裝置201中，由加熱器231加熱防黏玻璃227，藉此發揮與前述的成膜裝置1相同之作用效果。亦即，能夠抑制感測光的透射狀態惡化，並能夠確保移動式感測器11的檢測功能，可準確地控制工件W的傳送。並且，採用將筒狀部223、防黏玻璃227及加熱器231設置在比壁3a更靠成膜室2的外部之側的結構，因此能夠節省成膜室2的內部空間。再者，在已有的成膜裝置追加視口時，即使成膜室2的內部沒有額外空間之情況下亦能夠在壁3a的外側安裝視口213的上述各要件。
(第3實施方式)
第8圖及第9圖所示之成膜裝置301具備有視口313來代替上述成膜裝置1中的視口13。以下，在成膜裝置301中，對與前述的成膜裝置1、201相同或相等的構成部份附加相同元件符號而省略重複之說明。
視口313具備有設置在玻璃隔板21的前方之防黏管(筒體)351。光軸A通過防黏管351的空心部351a。防黏管351的後端側插入於形成在壁3a之貫穿孔3b。在防黏管351的長邊方向中央部裝卸自如地安裝有防黏玻璃(第2透射部)327。例如，在防黏管351形成有使與YZ平面平行之板狀防黏玻璃327從上方插入之狹縫，在該狹縫中能夠拔插防黏玻璃327之結構。防黏玻璃327是以將防黏管351的空心部351a分割成前後的方式插入，並配置成橫切光軸A。來自移動式感測器11之感測光透射玻璃隔板21，並通過貫穿孔3b。再者，感測光在通過防黏管351的空心部351a時透射防黏玻璃327而照射至成膜室2內。再者，與成膜裝置1(第1圖)相同，與壁3a對向之壁3d設置有位於光軸A上之視口13’及受光部17，但省略其圖示。
根據該結構，在玻璃隔板(透射部)21的前方設置防黏管351，且在該防黏管351的空心部351a存在防黏玻璃(堆積抑制手段)327，因此玻璃隔板21是從成膜材料漂浮之成膜室2的空間隔開。因此，在成膜室2中漂浮之成膜材料很難到達玻璃隔板21。因此，能夠抑制成膜材料向玻璃隔板21之堆積，並抑制因堆積於玻璃隔板21之成膜材料引起之感測光的透射狀態惡化。這時，成膜材料比較容易與防黏玻璃327接觸，即使成膜材料堆積在該防黏玻璃327的情況下亦能夠輕鬆地裝卸並更換防黏玻璃327，且能夠恢復感測光的透射狀態。並且，藉由定期更換防黏玻璃327，能夠良好地維持感測光在防黏玻璃327中的透射狀態。其結果，能夠確保移動式感測器11的檢測功能，可準確地控制工件W的傳送。
本發明不限定於上述之第1～第3實施方式。例如，在第1及第2實施方式中，為了加熱防黏玻璃27、227可利用高頻加熱器。並且，亦可以在防黏玻璃27、227中內置的加熱器來直接加熱。並且，作為抑制成膜材料的附著或堆積之手段，不限於防黏玻璃27、227的加熱，亦可使防黏玻璃27、227帶電。並且，第1～第3實施方式中，為了間接地檢測有無工件W,而檢測有無托盤5，但是亦可對工件W照射感測光來直接檢測有無工件W。並且，第1～第3實施方式中，使用透射型感測器作為檢測手段，但亦可使用反射型感測器。並且，第1～第3實施方式中，在利用多元蒸鍍法(MSD)之成膜裝置中應用了本發明，但亦可應用於利用其他成膜法(例如電漿成膜法、濺射法)之成膜裝置中。
1、201、301．．．成膜裝置
2．．．成膜室
3．．．腔室
3a．．．壁
5．．．托盤
7．．．傳送裝置(傳送手段)
11．．．移動式感測器(檢測手段)
13、213、313．．．視口(窗部)
21．．．玻璃隔板
23、223．．．筒狀部
23a、223a．．．筒狀部的空心部
27、227．．．防黏玻璃(透射部)
31、231、331．．．加熱器(加熱部、堆積抑制構件)
327．．．防黏玻璃(第2透射部)
351．．．筒體
351a．．．筒體的空心部
W．．．工件(被成膜材料)
第1圖係從側方觀察本發明的第1實施方式之成膜裝置之截面圖。
第2圖係從上方觀察第1圖的成膜裝置之截面圖。
第3圖係說明第1圖的成膜裝置中進行之多元蒸鍍法之圖。
第4圖係具備CIGS發電層之CIGS太陽能電池的截面圖。
第5圖係進行基於靜止成膜方法之多元蒸鍍法之成膜裝置的截面圖。
第6圖係從側方觀察本發明的第2實施方式之成膜裝置之截面圖。
第7圖係從上方觀察第6圖的成膜裝置之截面圖。
第8圖係從側方觀察本發明的第3實施方式之成膜裝置之截面圖。
第9圖係從上方觀察第8圖的成膜裝置之截面圖。
1．．．成膜裝置
17．．．受光部
13’．．．視口
A．．．光軸
3d．．．壁
W．．．工件
5．．．托盤
2．．．成膜室
5a．．．遮光部
7．．．傳送裝置
27．．．防黏玻璃
31．．．加熱器
23b．．．連通孔
35．．．反射板
3．．．腔室
13．．．視口
21a．．．O型圈
11．．．移動式感測器
21．．．玻璃隔板
3a．．．壁
23．．．筒狀部
23a．．．空心部

Claims (8)

  1. 一種成膜裝置，其在被成膜材料上將成膜材料成膜，其特徵為，具備有：成膜室，容納前述被成膜材料並進行成膜處理；傳送手段，設置在前述成膜室的內部，傳送前述被成膜材料；窗部，設置在劃分前述成膜室之壁部上且具有透射光之透射部，可實現從前述成膜室的外部向內部之投射；檢測手段，設置在前述成膜室的外部，使感測光透射前述窗部的前述透射部來投射而檢測前述成膜室的內部有無前述被成膜材料；及堆積抑制手段，抑制前述成膜材料向前述透射部之堆積，前述堆積抑制手段使附著於前述透射部之成膜材料蒸發，並且抑制前述成膜材料向前述透射部之附著。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之成膜裝置，其中，前述堆積抑制手段具備有加熱前述透射部之加熱部。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之成膜裝置，其中，前述加熱部設置在比前述壁部更靠前述成膜室的內部之側。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之成膜裝置，其中，前述窗部具備筒狀部，前述筒狀部設置在比前述壁部更靠前述成膜室的內部之側，並且使前述感測光通過空心部， 前述筒狀部的前述空心部設置有前述透射部，前述加熱部是以包圍前述筒狀部的前述端部的側面與前述透射部的方式設置。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之成膜裝置，其中，前述加熱部設置在比前述壁部更靠前述成膜室的外部之側。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之成膜裝置，其中，前述窗部具備筒狀部，前述筒狀部設置在比前述壁部更靠前述成膜室的外部之側，並且使前述感測光通過空心部，前述筒狀部的前述空心部設置有前述透射部，前述加熱部是以包圍前述筒狀部的前述端部的側面與前述透射部的方式設置。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之成膜裝置，其中，前述窗部具備：筒體，設置在比前述透射部更靠前述成膜室的內部之側並具有使前述感測光通過之空心部；及第2透射部，設置在前述空心部內，透射前述感測光，前述透射部藉由前述筒體和前述第2透射部來從前述成膜材料漂浮之空間隔開，前述第2透射部相對於前述筒體裝卸自如地設置。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之成膜裝置，其中，前述成膜材料為硒。
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