WO2015053392A1 - スパッタ装置およびスパッタ装置のメンテナンス方法 - Google Patents

スパッタ装置およびスパッタ装置のメンテナンス方法 Download PDF

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target
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cathodes
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智剛 梨木
明 濱田
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日東電工株式会社
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    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C23C14/562—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks for coating elongated substrates

Definitions

  • the present invention relates to a sputtering apparatus that includes a plurality of targets and a cathode and forms a thin film on the surface of a long film substrate, and a maintenance method for such a sputtering apparatus.
  • Sputtering is widely used as a method for forming a thin film on the surface of a long film substrate.
  • a film forming roll and a target are opposed to each other with a predetermined interval.
  • a sputtering gas such as low-pressure argon gas
  • a film-forming roll wound with a long film substrate is set to an anode potential
  • a target is set to a cathode potential.
  • a voltage is applied between the film forming roll and the target to generate plasma of sputtering gas between the film forming roll and the target.
  • Sputtering gas ions in the plasma collide with the target, and the constituent material of the target is knocked out.
  • the knocked target constituent material is deposited on the surface of the long film substrate to form a thin film.
  • the long film base fed from the supply roll is wound slightly around the film forming roll (can roll), and the film forming roll is rotated to continuously run the long film base. Then, a film is formed on a portion of the long film base that faces the target.
  • the long film base material after film formation is wound up on a storage roll.
  • the target is supported by screwing the cathode.
  • the target and cathode are at the same potential. Since the target and the cathode are a set, they are indicated as target / cathode.
  • When replacing the target remove the screw and separate the target and cathode.
  • the target is consumed. When the target is depleted, it must be replaced with a new target. Also, contaminants such as target constituents adhere to the cathode. When the cathode is severely contaminated, abnormal discharge occurs or impurities are mixed into the thin film. Therefore, the cathode must be cleaned before contamination becomes severe. It is desirable to separate the target and the cathode when cleaning the cathode.
  • the target In the case of a small sputter device, the target can be easily replaced manually. Also, the cathode can be easily cleaned.
  • the current sputtering apparatus for long film bases has a width of the long film base of about 1.6 m, and thus the target / cathode weighs several hundred kg. Since targets and cathodes cannot be handled by human power, cranes and lifts must be used when replacing targets.
  • the target faces the film forming roll with a narrow space. Therefore, it is difficult to remove the screw and replace the target at a position where the target faces the film forming roll.
  • the target / cathode is first placed on a maintenance carriage and taken out of the vacuum chamber. Next, remove the old target set screw on the maintenance carriage, remove the old target, and clean the cathode contamination. Then screw the new target. Thereafter, using the maintenance carriage, the target / cathode is returned to a predetermined position in the vacuum chamber and fixed.
  • the maintenance methods previously performed are not efficient and it is dangerous to replace a large and heavy target / cathode with a maintenance cart.
  • a sputtering apparatus in which a large number of targets / cathodes are installed so as to surround the film forming roll, the operations of extracting the target / cathode, removing the old target, cleaning the cathode, attaching a new target, and returning the target / cathode are completed. If performed one by one, the maintenance takes a very long time, and the operating rate of the sputtering apparatus is greatly reduced.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 10-36967
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-60936
  • a part of the wall of the vacuum chamber is made an openable / closable wall, and the target / cathode is fixed to the openable wall.
  • the openable wall is moved in parallel with the central axis of the film forming roll, the target / cathode is taken out from the vacuum chamber while being fixed to the openable wall. So replace the target and clean the cathode contamination.
  • the openable wall is moved to the original position, and the target / cathode is returned to a predetermined position (position surrounding the film forming roll) in the vacuum chamber.
  • a predetermined position position surrounding the film forming roll
  • the openable wall is moved to the original position, and the target / cathode is returned to a predetermined position (position surrounding the film forming roll) in the vacuum chamber.
  • a predetermined position position surrounding the film forming roll
  • the object of the present invention is that in the maintenance of the target / cathode (target replacement, cathode cleaning), all the targets / cathodes can be taken out and returned together, and (1) maintenance is simultaneously performed by two or more persons. (2) Eliminate the height (stepladder) work, and (3) Replace all targets in an upward state that will not fall even if the screws are removed.
  • the purpose of working with two or more people is to shorten the working time.
  • the purpose of eliminating the stepladder work is to prevent danger and shorten the work time.
  • the purpose of exchanging all the targets in an upward state is to prevent danger and shorten the working time.
  • the maintenance time can be shortened, the operating rate of an expensive sputtering apparatus can be increased, the cost can be reduced, and the production amount can be increased.
  • the sputtering apparatus of the present invention includes the following. Vacuum chamber. A film forming roll provided in a vacuum chamber. A target facing the film forming roll. Cathode that supports the target. Cathode trolley that supports the target and cathode. A cathode rotation mechanism that is provided on a cathode carriage and supports the target and the cathode so as to be rotatable about the longitudinal direction of the target as a rotation axis. A cathode slide mechanism that is provided on the cathode carriage and supports the height of the cathode rotation mechanism in a changeable manner. Guide parts that support and guide the cathode carriage in a movable manner. The guide component is typically a rail or a groove.
  • the cathode rotating mechanism includes an angle sensor.
  • the cathode slide mechanism includes a distance sensor.
  • the maintenance method of the sputtering apparatus of the present invention includes the following steps. (A) A step of moving the cathode carriage and taking out the target and the cathode supported by the cathode carriage from the vacuum chamber. (B) A step of operating the cathode rotation mechanism to rotate the target and the cathode so that the target faces upward. (C) A step of operating the cathode slide mechanism to move the target at a high place and the cathode to a low place.
  • (D) A step of removing the target from the cathode and attaching a new target to the cathode.
  • (E) A step of operating the cathode slide mechanism to move the new target and the cathode back to the original height.
  • (F) A step of operating the cathode rotation mechanism to rotate the new target and the cathode to return them to their original directions.
  • (G) A step of moving the cathode carriage in the reverse direction to return the new target and cathode supported by the cathode carriage into the vacuum chamber.
  • the following effects can be obtained by the sputtering apparatus and the maintenance method of the sputtering apparatus of the present invention.
  • Front view and side view of the sputtering apparatus of the present invention (during non-maintenance) Front view and side view of the sputtering apparatus of the present invention (during maintenance) Front view and side view of target / cathode maintenance mechanism of sputtering apparatus of the present invention (when target / cathode rotates) Front view and side view of target / cathode maintenance mechanism of sputtering apparatus of the present invention (when target / cathode is moved)
  • FIG. 1 is a front view and a side view of an example of the sputtering apparatus 10 of the present invention at the time of performing sputtering (during non-maintenance).
  • a supply roll 12, a guide roll 13, a film forming roll 14, a guide roll 13, and a storage roll 15 are provided in a vacuum chamber 11.
  • the long film base 16 is drawn out from the supply roll 12, guided by the guide roll 13, wound slightly around the film forming roll 14, guided again by the guide roll 13, and wound up and stored in the storage roll 15. .
  • the target 17 is supported by screws on the cathode 18.
  • the target 17 and the cathode 18 are at the same potential.
  • each target 17 is opposed to the film-forming roll 14 at a predetermined distance. is doing.
  • the surface of each target 17 is parallel to the tangential direction of the film forming roll 14.
  • a sputtered thin film adheres to the long film substrate 16 continuously running on the film forming roll 14 at a position facing the target 17.
  • the number of targets 17 / cathodes 18 is not particularly limited.
  • Each target 17 / cathode 18 is cantilevered by a cathode carriage 19.
  • An airtight lid 20 is provided at the end of the target 17 / cathode 18.
  • the cathode carriage 19 has a plurality of wheels 21.
  • the wheel 21 is placed on a rail 23 provided on the cathode carriage base 22.
  • the rail 23 is laid in a direction parallel to the central axis of the film forming roll 14.
  • the cathode carriage 19 moves in a direction parallel to the central axis of the film forming roll 14 when the target 17 / cathode 18 is taken out from the vacuum chamber 11 and returned.
  • the target 17 / cathode 18 is supported by the cathode rotating mechanism 24 except for the upward target 17 / cathode 18 (the lowermost target 17 / cathode 18 in FIG. 1) during sputtering.
  • the target 17 / cathode 18 facing upward at the time of sputtering does not need to be changed during maintenance, and therefore does not need to be supported by the cathode rotating mechanism 24.
  • the cathode rotation mechanism 24 is, for example, a motor-driven reduction gear unit with an angle sensor. After taking out the target 17 / cathode 18 from the vacuum chamber 11, the target 17 / cathode 18 is rotated by the cathode rotating mechanism 24 so that the target 17 faces upward.
  • the target 17 / cathode 18 is rotated to return the target 17 / cathode 18 to the original angle (an angle at which the surface of the target 17 is tangential to the film forming roll 14). Since the target 17 / cathode 18 must be accurately returned to its original angle, an angle sensor is used.
  • the target 17 / cathode 18 (the upper two in FIG. 1) that cannot be operated unless the operator gets on the stepladder is supported by the cathode slide mechanism 25 with the cathode rotation mechanism 24.
  • the height refers to the height at which work must be performed on a stepladder, for example, a height of approximately 150 cm or more from the floor.
  • the cathode slide mechanism 25 is, for example, a motor-driven ball screw linear guide with a distance sensor. At the time of maintenance, the target 17 / cathode 18 at a high place is moved to a low place where an operator can work on the floor by the cathode slide mechanism 25.
  • the low place means a height at which an operator can work without standing on a stepladder (standing on the floor), for example, a height of less than about 150 cm from the floor.
  • the long film substrate 16 used in the sputtering apparatus 10 of the present invention homopolymers such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyamide, polyvinyl chloride, polycarbonate, polystyrene, polypropylene, and polyethylene are generally used. A transparent film made of coalescence is used.
  • the long film substrate 16 may be a single layer film or a laminated film. The thickness of the long film substrate 16 is not particularly limited, but is usually 6 ⁇ m to 250 ⁇ m.
  • a voltage is applied between the film-forming roll 14 and the target 17 in a sputtering gas such as low-pressure argon gas, with the film-forming roll 14 at the anode potential and the target 17 / cathode 18 at the cathode potential.
  • a sputtering gas such as low-pressure argon gas
  • plasma of sputtering gas is generated between the long film base 16 and the target 17.
  • Sputtering gas ions in the plasma collide with the target 17, and constituent materials of the target 17 are knocked out.
  • the constituent material of the target 17 struck out is deposited on the long film base material 16 to form a thin film.
  • a thin film of indium-tin-oxide ( ⁇ ⁇ ITO) is widely used as a transparent conductive film.
  • the material of the target 17 used in the sputtering apparatus 10 of the present invention is not particularly limited.
  • FIG. 2 shows, as a first stage of maintenance of the target 17 / cathode 18, after the vacuum chamber 11 is brought to atmospheric pressure, the cathode carriage 19 is moved in a direction parallel to the central axis 14a of the film forming roll 14, and the target 17 / cathode is moved. They are a front view and a side view when 18 is taken out of the vacuum chamber 11. Since all the targets 17 / cathodes 18 are collectively taken out from the vacuum chamber 11 by the movement of the cathode carriage 19, work efficiency is high and danger is low.
  • the angle and position of the target 17 / cathode 18 are the same as when the target 17 / cathode 18 was around the film forming roll 14. Therefore, if the set screw of the target 17 is removed, the target 17 falls from the cathode 18 and is very dangerous. Therefore, in the stage of FIG. 2, the replacement work of the target 17 is not performed.
  • the take-out port is immediately hermetically sealed with a temporary lid, the vacuum chamber 11 is evacuated, and the vacuum chamber 11 is kept in vacuum during maintenance. This is to avoid contamination (contamination) and difficult-to-exhaust substances (especially moisture) in the vacuum chamber 11.
  • FIG. 3 is a front view and a side view when the cathode rotating mechanism 24 is operated to rotate the target 17 / cathode 18 and all the targets face upward as the second stage of maintenance of the target 17 / cathode 18.
  • the rotation angle is measured by the angle sensor and stored. The stored rotation angle is required when the direction (angle) of the target 17 / cathode 18 is restored. Since all the targets 17 have already faced upward in the stage of FIG. 3, the targets 17 do not fall from the cathode 18 even if the screws are removed.
  • the high target 17 / cathode 18 (the upper two targets 17 / cathode 18 in FIG. 3) cannot be operated unless an operator steps on the stepladder. Replacing the target 17 at a high place and cleaning the cathode 18 is inefficient and dangerous. Therefore, it is desirable not to perform the maintenance work yet at the stage of FIG.
  • FIG. 4 shows a third stage of maintenance of the target 17 / cathode 18 by operating the cathode slide mechanism 25 to move the target 17 / cathode 18 in the high place downward, so that the height of the target 17 / cathode 18 in the low place is almost the same. It is the front view and side view when it is taken. At this time, the moving distance is measured by the distance sensor and stored. The memorized movement distance is required when the target 17 / cathode 18 at a high place is returned to the original height.
  • the cathode rotating mechanism 24 and the cathode slide mechanism 25 can be simultaneously operated to move to a low place while changing the direction of the target 17 / cathode 18 at the high place upward.
  • the time can be shortened compared to performing rotation and movement in series.
  • the cathode slide mechanism 25 is operated to move the target 17 / cathode 18 at a high position downward, and then the cathode rotating mechanism 24 is operated to rotate the target 17 / cathode 18 so that all targets are directed upward. Good.
  • the actual maintenance of the target 17 / cathode 18 is performed.
  • the screw that holds the target 17 to the cathode 18 is removed. Since the target 17 faces upward, it does not fall even if the screw is removed. Therefore, it is not necessary to attach a fall prevention jig for the target 17.
  • the old target 17 is removed. Since the target 17 is heavy, a crane or a lift is used. Since there is a wide working area around the target 17 / cathode 18, cranes and lifts are easy to use and less dangerous.
  • the cathode 18 is cleaned. Since the cathodes 18 are arranged in a plane, there is little possibility that dust generated when the cathode 18 is cleaned adheres to other cathodes 18.
  • a new target 17 is placed on the cathode 18 and screwed. Also at this time, since the target 17 faces upward, it is not necessary to attach a fall prevention jig, and the efficiency of screwing is good. Thus, the actual maintenance of the target 17 / cathode 18 is completed. As shown in FIG. 4, since there is a wide working area around each target 17 / cathode 18, a large number of workers can perform maintenance on all targets 17 / cathode 18 at the same time. As shown in FIG. 4, in the case of five targets 17 / cathodes 18, when several workers perform maintenance simultaneously using the maintenance method of the present invention, one worker can use the maintenance method previously performed. The maintenance time is about 1/10 as compared with the case of maintaining the target 17 / cathode 18 one by one.
  • the target 17 / cathode 18 moved from the high place to the low place for maintenance is moved to the original height by operating the cathode slide mechanism 25.
  • the moving distance is measured by the distance sensor, and is adjusted to the previously stored value and accurately returned to the original height. Thereby, the position of the target 17 / cathode 18 becomes the position shown in FIG.
  • the target 17 / cathode 18 rotated upward for maintenance is rotated by operating the cathode rotating mechanism 24 and returned to the original direction.
  • the rotation angle is measured by the angle sensor, and is adjusted to the previously stored value and accurately returned to the original direction (angle).
  • the direction of the target 17 / cathode 18 becomes the direction shown in FIG.
  • the vacuum chamber 11 is brought to atmospheric pressure, the temporary lid is removed, and the cathode carriage 19 is moved in the direction opposite to that when the target 17 / cathode 18 is taken out to return the target 17 / cathode 18 into the vacuum chamber 11. .
  • the outlet of the target 17 / cathode 18 is hermetically sealed by the hermetic lid 20. As a result, the position of the target 17 / cathode 18 becomes the position shown in FIG. 1, and sputtering can be performed after evacuation.
  • the sputtering apparatus of the present invention includes a plurality of targets / cathodes and is used for forming various types of thin films on the surface of a long film substrate.
  • the maintenance of the target / cathode is easy.
  • the sputtering apparatus maintenance method of the present invention since the target / cathode maintenance time is short, the operating rate of the sputtering apparatus can be increased.

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Abstract

　【課題】スパッタ装置のターゲット交換、カソード清掃において、二人以上で同時に作業ができるようにすること、高所作業をなくすこと、ターゲットを上向きの状態で交換すること。　【解決手段】カソード台車１９を移動して、ターゲット１７およびカソード１８を真空槽１１外に取り出す。カソード回転機構２４を稼働して、ターゲット１７が上向きになるように、ターゲット１７およびカソード１８を回転させる。カソードスライド機構２５を稼働して、高所のターゲット１７およびカソード１８を低所に移動させる。古いターゲット１７をカソード１８から外し、新しいターゲット１７をカソード１８に取り付ける。ターゲット１７およびカソード１８を元の高さに戻す。ターゲット１７およびカソード１８を元の方向に戻す。ターゲット１７およびカソード１８を真空槽１１内に戻す。

Description

スパッタ装置およびスパッタ装置のメンテナンス方法
　本発明は、複数のターゲットおよびカソードを備え、長尺フィルム基材の表面に薄膜を形成するスパッタ装置、およびそのようなスパッタ装置のメンテナンス方法に関する。
　長尺フィルム基材の表面に薄膜を形成する方法としてスパッタ法が広く用いられている。長尺フィルム基材のスパッタ装置においては、成膜ロールとターゲットは所定の間隔を隔てて対向している。低圧アルゴンガスなどのスパッタガス中で、長尺フィルム基材を巻き付けた成膜ロールをアノード電位とし、ターゲットをカソード電位とする。成膜ロールとターゲットの間に電圧を印加して、成膜ロールとターゲットの間にスパッタガスのプラズマを生成させる。プラズマ中のスパッタガスイオンがターゲットに衝突し、ターゲットの構成物質が叩き出される。叩き出されたターゲットの構成物質が長尺フィルム基材の表面に堆積し薄膜となる。
　長尺フィルム基材の場合、長尺フィルム基材全体に一度にスパッタ膜を成膜することは不可能である。そこで、供給ロールから繰り出された長尺フィルム基材を成膜ロール（キャンロール）に一周弱巻き付け、成膜ロールを回転させて長尺フィルム基材を連続的に走行させる。そして長尺フィルム基材の、ターゲットと対向する部分に成膜を行なう。成膜の終わった長尺フィルム基材は収納ロールに巻き取られる。
　一般に、ターゲットはカソードにネジ止め支持されている。ターゲットとカソードは同電位である。ターゲットとカソードは組（セット）になっているので、ターゲット／カソードと表示することにする。ターゲットを交換するときはネジを外して、ターゲットとカソードを分離する。薄膜形成を進めるに従いターゲットは消耗する。ターゲットが所定量消耗したら、新しいターゲットに交換しなければならない。またカソードにはターゲットの構成物質などの汚染物質が付着する。カソードの汚染がひどくなると、異常放電が発生したり、薄膜に不純物が混合したりする。そのため、汚染がひどくなる前にカソードの清掃を行なわなければならない。カソードの清掃の際もターゲットとカソードを分離することが望ましい。
　小型のスパッタ装置の場合、ターゲットは人力で容易に交換できる。またカソードの清掃も容易である。しかし、現在の長尺フィルム基材のスパッタ装置は、長尺フィルム基材の幅が１．６ｍ程度あるため、ターゲット／カソードの重さが数百ｋｇもある。ターゲットやカソードは人力では到底扱えないので、ターゲット交換の際にはクレーンやリフトを使用しなければならない。
　ターゲットは成膜ロールと狭い間隔を隔てて対向している。そのため、ターゲットが成膜ロールと対向した位置で、ネジを外してターゲットを交換することは困難である。以前から行なわれていたメンテナンス方法では、まずターゲット／カソードをメンテナンス用台車に載せて真空槽から取り出す。次にメンテナンス用台車上で古いターゲットの止めネジを外し、古いターゲットを除き、カソードの汚染を清掃する。次に新しいターゲットをネジ止めする。その後、メンテナンス用台車を用いて、ターゲット／カソードを真空槽内の所定の位置に戻して固定する。
　上記の以前から行なわれていたメンテナンス方法では作業の能率が悪い上、大きくて重いターゲット／カソードをメンテナンス用台車へ載せ換えることは危険である。特に成膜ロールを取り囲むように多数のターゲット／カソードが設置されたスパッタ装置では、ターゲット／カソードを抜き出し、古いターゲットを外し、カソードを清掃し、新しいターゲットを取り付け、ターゲット／カソードを戻す作業を一本ずつ行なうと、メンテナンスに非常に長時間かかり、スパッタ装置の稼働率が大きく低下する。
　上記の問題に対して、既に色々な工夫が行なわれている。例えば特許文献１（特開平１０－３６９６７）および特許文献２（特開２００２－６０９３６）では、真空槽の壁の一部を開閉可能な可開壁とし、ターゲット／カソードを可開壁に固定する。可開壁を成膜ロールの中心軸と平行に移動させると、ターゲット／カソードは可開壁に固定されたまま、真空槽から取り出される。そこでターゲットを交換し、カソードの汚染を清掃する。その後、可開壁を元の位置に移動させて、ターゲット／カソードを、真空槽内の所定の位置（成膜ロールを取り囲む位置）に戻す。このメンテナンス方法によれば、ターゲット／カソードをメンテナンス用台車へ載せ換える必要がないため、ターゲット／カソードの取り出しと元の位置に戻す作業の効率が良い。また作業の危険も少ない。
　あるいは特許文献３（特開２００６－３２２０５５）では、真空槽の壁の一部を開閉可能な可開壁とし、ターゲット／カソードを可開壁にヒンジを介して固定する。可開壁を成膜ロールの中心軸と平行に移動させると、ターゲット／カソードは可開壁に固定されたまま、真空槽から取り出される。次にヒンジを利用して、ターゲット／カソードを可開壁に対して直角方向に開くと、作業領域が広くなる。そこでターゲットを交換し、カソードの汚染を清掃する。その後、ターゲット／カソードを元の角度に戻してから、可開壁を元の位置に移動させて、ターゲット／カソードを真空槽内の所定の位置（成膜ロールを取り囲む位置）に戻す。このメンテナンス方法によれば、メンテナンス用台車へ載せ換える必要がない上、作業領域が広くなるので、複数のターゲットの交換やカソードの清掃を二人以上で同時に実施することができる。
特開平１０－３６９６７号公報 特開２００２－６０９３６号公報 特開２００６－３２２０５５号公報
　特許文献１および特許文献２のメンテナンス方法では、メンテナンス用台車へ載せ換える必要はない。また一括して全部のターゲット／カソードを抜き出し、かつ、戻すことができる。そのため以前から行なわれていたメンテナンス方法より効率が良い。また、メンテナンス用台車へ載せ換える際の危険がない。しかし抜き出したターゲット／カソードは成膜ロールを取り囲んでいた配置のままである。そのため作業者は、脚立に乗って成膜ロールのあった空間に入り込み、ターゲットの交換とカソードの清掃を行なわなければならない。成膜ロールのあった空間に二人以上の作業者が入り込むのは難しいので、二人以上の作業者が同時に作業を進めることは難しい。そのため以前から行なわれていた方法よりは効率が良いが、作業時間を大幅に短縮することは難しい。また脚立に乗った作業は危険である。
　特許文献１および特許文献２のメンテナンス方法では、抜き出したターゲット／カソードは成膜ロールを取り囲んでいた配置のままであるから、ターゲットによっては横向き、あるいは下向きである。ターゲットが横向き、あるいは下向きの場合、ターゲットをカソードに止めているネジを外すと、ターゲットが落下して非常に危険である。そのためネジを外す前に、ターゲットの落下防止治具を取付ける等の準備作業が必要である。これはメンテナンス作業の能率を低下させる。
　特許文献３のメンテナンス方法では、ターゲット／カソードを可開壁に対して直角方向に開くと、作業領域が広くなる。作業領域が広いため、複数のターゲットの交換やカソードの清掃を二人以上で同時に実施できる。そのため特許文献１および特許文献２の方法より能率が良く、メンテナンス作業時間を短縮できる。しかしターゲット／カソードを直角方向に開いても、高所にあるターゲット／カソードの高さは変わらないから、脚立に乗って作業をしなければならない。脚立に乗った作業は危険である。
　また特許文献３の方法で、ヒンジを利用して、ターゲット／カソードを可開壁に対して直角方向に開いても、カソードに対するターゲットの上下の向きは変わらない。つまり開く前のターゲットが横向き（下向き）のときは、開いた後のターゲットの方向も横向き（下向き）である。その状態でターゲットをカソードにとめているネジを外すと、ターゲットが落下して非常に危険である。そのためネジを外す前に、ターゲットの落下防止治具を取付ける等の準備作業が必要である。従ってターゲットの交換の能率は、特許文献１および特許文献２の方法とそれほど変わらない。
　本発明の目的は、ターゲット／カソードのメンテナンス（ターゲット交換、カソード清掃）において、一括して全部のターゲット／カソードを取り出し、かつ、戻すことができることに加えて、（１）二人以上で同時にメンテナンス作業ができるようにすること、（２）高所（脚立）作業をなくすこと、（３）全部のターゲットを、ネジを外しても落下しない、上向きの状態で交換することである。二人以上で同時に作業する目的は作業時間を短縮するためである。脚立作業をなくす目的は、危険防止と作業時間を短縮するためである。全部のターゲットを上向きの状態で交換する目的は、危険防止と作業時間を短縮するためである。本発明によって、メンテナンス時間を短縮することができ、高価なスパッタ装置の稼働率を高めてコストダウンを行なうと共に、生産量を増やすことができる。
（１）本発明のスパッタ装置は次のものを備える。真空槽。真空槽内に備えられた成膜ロール。成膜ロールと対向するターゲット。ターゲットを支持するカソード。ターゲットおよびカソードを支持するカソード台車。カソード台車に設けられた、ターゲットおよびカソードをターゲットの長手方向を回転軸として回転可能に支持するカソード回転機構。カソード台車に設けられた、カソード回転機構の高さを変更可能に支持するカソードスライド機構。カソード台車を移動可能に支持案内する案内部品。案内部品は代表的にはレールあるいは溝である。
（２）本発明のスパッタ装置においては、カソード回転機構が、角度センサーを備える。
（３）本発明のスパッタ装置においては、カソードスライド機構が、距離センサーを備える。
（４）本発明の、スパッタ装置のメンテナンス方法は次の工程を含む。
（ａ）カソード台車を移動して、カソード台車に支持されたターゲットおよびカソードを真空槽外に取り出す工程。
（ｂ）カソード回転機構を稼働して、ターゲットが上向きになるように、ターゲットおよびカソードを回転させる工程。
（ｃ）カソードスライド機構を稼働して、高所のターゲットおよびカソードを低所に移動させる工程。
（ｄ）ターゲットをカソードから外し、新規ターゲットをカソードに取り付ける工程。
（ｅ）カソードスライド機構を稼働して、新規ターゲットおよびカソードを移動させて元の高さに戻す工程。
（ｆ）カソード回転機構を稼働して、新規ターゲットおよびカソードを回転させて元の方向に戻す工程。
（ｇ）カソード台車を逆方向に移動して、カソード台車に支持された新規ターゲットおよびカソードを真空槽内に戻す工程。
　本発明のスパッタ装置およびスパッタ装置のメンテナンス方法により次の効果が得られる。
（１）全ターゲット／カソードがカソード台車に支持されているため、カソード台車を移動させることにより、一括して全部のターゲット／カソードを取り出し、かつ、戻すことができる。
（２）カソード台車を移動して、カソード台車に支持されたターゲットおよびカソードを真空槽外に取り出し、カソードスライド機構を稼働して、高所のターゲットおよびカソードを低所に移動させることにより、ターゲットおよびカソードが広い面積に展開されるので、二人以上で同時にメンテナンス作業ができる。
（３）カソードスライド機構を稼働して、高所のターゲットおよびカソードを低所に移動させることにより、脚立作業をなくすことができる（床上で作業をすることができる）。
（４）カソード回転機構を稼働して、ターゲットが上向きになるように、ターゲットおよびカソードを回転させることにより、全部のターゲットを上向きの状態で交換することができる。
（５）上記の作用効果を総合してメンテナンス時間を短縮することにより、高価なスパッタ装置の稼働率を高めてコストダウンを行なうと共に、生産量を増やすことができる。
本発明のスパッタ装置の正面図と側面図（非メンテナンス時） 本発明のスパッタ装置の正面図と側面図（メンテナンス時） 本発明のスパッタ装置のターゲット／カソードのメンテナンス機構の正面図と側面図（ターゲット／カソードの回転時） 本発明のスパッタ装置のターゲット／カソードのメンテナンス機構の正面図と側面図（ターゲット／カソードの移動時）
　図１は本発明のスパッタ装置１０の一例の、スパッタ実行時（非メンテナンス時）の正面図と側面図である。本発明のスパッタ装置１０では、真空槽１１内に供給ロール１２、ガイドロール１３、成膜ロール１４、ガイドロール１３、収納ロール１５が備えられる。長尺フィルム基材１６は、供給ロール１２から繰り出され、ガイドロール１３によりガイドされ、成膜ロール１４に一周弱巻き付けられ、再びガイドロール１３によりガイドされ、収納ロール１５に巻き取られ収納される。ターゲット１７はカソード１８にネジ止め支持されている。ターゲット１７とカソード１８は同電位である。ターゲット１７／カソード１８は複数本あり（図１では５本）、ターゲット１７／カソード１８は成膜ロール１４を取り囲む位置に設置され、各ターゲット１７は所定の距離を隔てて成膜ロール１４に対向している。各ターゲット１７の表面は成膜ロール１４の接線方向と平行である。成膜ロール１４上を連続的に走行する長尺フィルム基材１６には、ターゲット１７と対向する位置で、スパッタ薄膜が付着する。ターゲット１７／カソード１８の本数は、特に限定されない。
　各ターゲット１７／カソード１８はカソード台車１９に片持ち支持されている。ターゲット１７／カソード１８の端には気密蓋２０が設けられている。ターゲット１７／カソード１８を真空槽１１内に収納したとき、ターゲット１７／カソード１８の取り出し口は気密蓋２０で気密封止される。カソード台車１９は複数の車輪２１を有する。車輪２１はカソード台車基台２２に設けられたレール２３に載っている。レール２３は成膜ロール１４の中心軸と平行方向に敷設される。カソード台車１９は、ターゲット１７／カソード１８を真空槽１１から取り出す際および戻す際に、成膜ロール１４の中心軸と平行方向に移動する。
　スパッタ時に上向きのターゲット１７／カソード１８（図１では一番下のターゲット１７／カソード１８）を除き、ターゲット１７／カソード１８はカソード回転機構２４に支持されている。スパッタ時に上向きのターゲット１７／カソード１８は、メンテナンス時に方向を変える必要がないため、カソード回転機構２４で支持する必要がない。カソード回転機構２４は、例えば角度センサー付きのモーター駆動減速歯車ユニットである。真空槽１１からターゲット１７／カソード１８を取り出した後、カソード回転機構２４により、ターゲット１７が上向きになるように、ターゲット１７／カソード１８を回転させる。ターゲット１７交換後には、ターゲット１７／カソード１８を回転させて、ターゲット１７／カソード１８を元の角度（ターゲット１７の表面が成膜ロール１４の接線方向となる角度）に戻す。ターゲット１７／カソード１８は正確に元の角度に戻さなければならないため、角度センサーを用いる。
　作業者が脚立に乗らなければ作業できないような高所にあるターゲット１７／カソード１８（図１では上方の２本）は、カソード回転機構２４がカソードスライド機構２５に支持されている。高所とは、脚立に乗って作業をしなければならない高さをいい、例えば床から概略１５０ｃｍ以上の高さをいう。カソードスライド機構２５は、例えば距離センサー付きのモーター駆動ボールネジリニアガイドである。メンテナンス時には、高所にあるターゲット１７／カソード１８を、カソードスライド機構２５により、作業者が床上で作業できる低所に移動させる。低所とは、作業者が脚立に乗らないでも（床面に立って）作業のできる高さをいい、例えば床から概略１５０ｃｍ未満の高さをいう。ターゲット１７交換後、ターゲット１７／カソード１８を元の高さに戻す。ターゲット１７／カソード１８は正確に元の高さに戻さなければならないため、距離センサーを用いる。
　本発明のスパッタ装置１０で用いられる長尺フィルム基材１６としては、一般的に、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの単独重合体や共重合体からなる透明フィルムが用いられる。長尺フィルム基材１６は、単層フィルムでもよく、積層フィルムでもよい。長尺フィルム基材１６の厚さは特に限定されないが、通常、６μｍ～２５０μｍである。
　本発明のスパッタ装置１０では、低圧アルゴンガスなどのスパッタガス中で、成膜ロール１４をアノード電位とし、ターゲット１７／カソード１８をカソード電位として、成膜ロール１４とターゲット１７の間に電圧を印加する。これにより長尺フィルム基材１６とターゲット１７の間にスパッタガスのプラズマを生成させる。プラズマ中のスパッタガスイオンがターゲット１７に衝突し、ターゲット１７の構成物質が叩き出される。叩き出されたターゲット１７の構成物質が長尺フィルム基材１６上に堆積し、薄膜となる。
　例えば透明導電膜として、インジウム－スズ酸化物（Indium-Tin-Oxide : ITO）の薄膜が広く使用されている。しかし本発明のスパッタ装置１０で用いられるターゲット１７の材料は特に限定されるものではない。
　図２はターゲット１７／カソード１８のメンテナンスの第一段階として、真空槽１１を大気圧にした後、カソード台車１９を成膜ロール１４の中心軸１４ａと平行方向に移動させて、ターゲット１７／カソード１８を真空槽１１の外に取り出したときの正面図と側面図である。全てのターゲット１７／カソード１８が、カソード台車１９の移動により、一括して真空槽１１から取り出されるので、作業能率がよく、危険も少ない。カソード回転機構２４およびカソードスライド機構２５はまだ稼働していないため、ターゲット１７／カソード１８の角度および位置は、ターゲット１７／カソード１８が成膜ロール１４の周囲にあったときと同じである。従ってターゲット１７の止めネジを外すとターゲット１７はカソード１８から落下し非常に危険である。そのため図２の段階では、ターゲット１７の交換作業をしない。図示しないが、ターゲット１７／カソード１８の取り出し後、取り出し口を速やかに仮の蓋で気密封止し、真空槽１１を真空排気して、メンテナンス中も真空槽１１を真空保管することが望ましい。これは真空槽１１内に汚染物質（コンタミネーション）や排気困難物質（特に水分）が付着することを避けるためである。
　図３はターゲット１７／カソード１８のメンテナンスの第二段階として、カソード回転機構２４を稼働させてターゲット１７／カソード１８を回転させ、全てのターゲットを上向きにしたときの正面図と側面図である。このとき角度センサーにより回転角度を測定して、記憶させておく。記憶された回転角度はターゲット１７／カソード１８の方向（角度）を元に戻す時に必要となる。図３の段階で、既に全てのターゲット１７は上を向いているので、ネジを外してもターゲット１７はカソード１８から落下しない。しかし高所のターゲット１７／カソード１８（図３の上方の２つのターゲット１７／カソード１８）は、作業者が脚立に乗らなければ作業ができない。高所のターゲット１７を交換したり、カソード１８を清掃したりすることは能率が悪い上、危険である。従って図３の段階ではメンテナンス作業をまだ実施しないのが望ましい。
　図４はターゲット１７／カソード１８のメンテナンスの第三段階として、カソードスライド機構２５を稼働させて高所のターゲット１７／カソード１８を下方に移動させ、低所のターゲット１７／カソード１８とほぼ同じ高さにしたときの正面図と側面図である。このとき距離センサーにより移動距離を測定して、記憶させておく。記憶した移動距離は高所のターゲット１７／カソード１８を元の高さに戻す時に必要となる。カソード回転機構２４とカソードスライド機構２５を同時に稼働させて、高所のターゲット１７／カソード１８の方向を上向きに変えながら、低所に移動することも可能である。そのようにすると回転と移動をシリーズに実施するよりも、時間を短縮することができる。ターゲット１７／カソード１８の方向と高さを戻すときも同様である。またカソードスライド機構２５を稼働させて高所のターゲット１７／カソード１８を下方に移動させた後、カソード回転機構２４を稼働させてターゲット１７／カソード１８を回転させ、全てのターゲットを上向きにしてもよい。
　図４の段階で、ターゲット１７／カソード１８の実際のメンテナンスを実施する。まずターゲット１７をカソード１８に止めているネジを外す。ターゲット１７は上を向いているので、ネジを外しても落下しない。そのためターゲット１７の落下防止治具を取り付ける必要はない。次に古いターゲット１７を除く。ターゲット１７は重いのでクレーンあるいはリフトを用いる。ターゲット１７／カソード１８の周囲に広い作業領域があるので、クレーンやリフトが利用しやすく、危険も少ない。次にカソード１８の清掃を実施する。カソード１８が平面的に並んでいるため、カソード１８の清掃をしたときに発生したゴミが、他のカソード１８に付着するおそれは少ない。次に新しいターゲット１７をカソード１８に載せ、ネジ止めする。このときもターゲット１７が上を向いているので落下防止治具を取り付ける必要はなく、ネジ止めの能率がよい。以上でターゲット１７／カソード１８の実際のメンテナンスは終了する。図４に示すように、各ターゲット１７／カソード１８の周囲に広い作業領域があるので、多数の作業者が同時に全ターゲット１７／カソード１８のメンテナンスを実施することができる。図４のように、ターゲット１７／カソード１８が５本の場合、本発明のメンテナンス方法で数人の作業者が同時にメンテナンスを行なうと、以前から行なわれていたメンテナンス方法で、一人の作業者がターゲット１７／カソード１８を１本ずつメンテナンスする場合と比べて、メンテナンス時間が約１／１０になる。
　ターゲット１７／カソード１８の実際のメンテナンスが完了したら、メンテナンスのために高所から低所に移動させたターゲット１７／カソード１８を、カソードスライド機構２５を稼働させて、元の高さに移動させる。このとき移動距離を距離センサーで測定して、先に記憶しておいた値に合わせ、正確に元の高さに戻す。これにより、ターゲット１７／カソード１８の位置は図３に示す位置になる。
　次に、メンテナンスのために上向きに回転させたターゲット１７／カソード１８を、カソード回転機構２４を稼働させて回転させ、元の方向に戻す。このとき回転角度を角度センサーで測定して、先に記憶しておいた値に合わせ、正確に元の方向（角度）に戻す。これにより、ターゲット１７／カソード１８の方向は図２に示す方向になる。
　最後に、真空槽１１を大気圧にして仮の蓋を外し、カソード台車１９を、ターゲット１７／カソード１８を取り出すときと逆方向に移動させて、ターゲット１７／カソード１８を真空槽１１内に戻す。ターゲット１７／カソード１８の取り出し口は気密蓋２０により気密封止される。これにより、ターゲット１７／カソード１８の位置は図１に示す位置になり、真空引きの後、スパッタの実施が可能となる。
　本発明のスパッタ装置は複数のターゲット／カソードを備え、長尺フィルム基材の表面に、多種類の薄膜を形成する用途に用いられる。本発明のスパッタ装置は、ターゲット／カソードのメンテナンスが容易である。本発明のスパッタ装置のメンテナンス方法は、ターゲット／カソードのメンテナンス時間が短いので、スパッタ装置の稼働率を高くすることができる。

Claims (4)

  1. 　真空槽と、
    　前記真空槽内に備えられた成膜ロールと、
    　前記成膜ロールと対向するターゲットと、
    　前記ターゲットを支持するカソードと、
    　前記ターゲットおよびカソードを支持するカソード台車と、
    　前記カソード台車に設けられた、前記ターゲットおよびカソードを前記ターゲットの長手方向を回転軸として回転可能に支持するカソード回転機構と、
    　前記カソード台車に設けられた、前記カソード回転機構の高さを変更可能に支持するカソードスライド機構と、
    　前記カソード台車を移動可能に支持案内する案内部品を備えたスパッタ装置。
  2. 　前記カソード回転機構が、角度センサーを備えた請求項１に記載のスパッタ装置。
  3. 　前記カソードスライド機構が、距離センサーを備えた請求項１または２に記載のスパッタ装置。
  4. 　カソード台車を移動して、前記カソード台車に支持されたターゲットおよびカソードを真空槽外に取り出す工程と、
    　カソード回転機構を稼働して、前記ターゲットが上向きになるように、前記ターゲットおよび前記カソードを回転させる工程と、
    　カソードスライド機構を稼働して、高所の前記ターゲットおよび前記カソードを、低所に移動させる工程と、
    　前記ターゲットを前記カソードから外し、前記ターゲットとは異なる新規ターゲットを前記カソードに取り付ける工程と、
    　前記カソードスライド機構を稼働して、前記新規ターゲットおよび前記カソードを移動させて元の高さに戻す工程と、
    　前記カソード回転機構を稼働して、前記新規ターゲットおよび前記カソードを回転させて元の方向に戻す工程と、
    　前記カソード台車を逆方向に移動して、前記カソード台車に支持された前記新規ターゲットおよび前記カソードを前記真空槽内に戻す工程を含む、スパッタ装置のメンテナンス方法。
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