スパッタリング装置、それを用いた太陽電池及び画像表示装置の製造方法
【課題】第一ターゲット１７ａ及び第二ターゲット１７ｂが、それぞれ基板６及び他のターゲットに対して斜めに対向して配置され、基板６を搬送経路１５に沿って搬送しながら成膜する連続方式のスパッタリング装置において、高品質の膜が得られるようにすると共に、粒子のチャンバー３内拡散を防止できるようにする。
【解決手段】第一ターゲット１７ａと第二ターゲット１７ｂとの間の空間の搬送経路１５側への延長領域を挟んで、搬送経路１５と、第一ターゲット１７ａ及び第二ターゲット１７ｂとの間に、少なくとも基板６の搬送方向に対向するシールド１９ａ，１９ｂを設ける。
【解決手段】第一ターゲット１７ａと第二ターゲット１７ｂとの間の空間の搬送経路１５側への延長領域を挟んで、搬送経路１５と、第一ターゲット１７ａ及び第二ターゲット１７ｂとの間に、少なくとも基板６の搬送方向に対向するシールド１９ａ，１９ｂを設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば各種半導体デバイス、磁気デバイス、電子部品、光学部品などの製造に使用されるスパッタリング装置、それを用いた太陽電池及び画像表示装置の製造方法に関するに関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタリングは、Ａｒ（アルゴン）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）等の希ガス中でプラズマを生成し、前記希ガスのイオンをターゲットに衝突させてターゲット物質をはじき出すことにより、基板にターゲット物質を薄膜として堆積させる薄膜形成方法である。現状は、スパッタガスとしてはアルゴンガスが多く用いられている。そこで本明細書においては、スパッタがスとしてはＡｒを用いて説明しているが、他の希ガスを用いるスパッタリング装置にも適用できるのは言うまでもない。また、マグネトロンスパッタリングは、基板上の成膜速度を向上するため、ターゲットの裏側にマグネット装置を設けてターゲット表面近傍に所要の磁場を生成し、プラズマの密度を高くするようにしたものである。
【０００３】
平面形状のターゲットを備えたスパッタリング装置は、主に、半導体、電子部品の製造に用いられる。特に、電子部品の中でも、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）では、矩形のマグネトロン方式のスパッタリングカソードを備えたスパッタリング装置が電極や配線の形成に用いられている。ＦＰＤとしては、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等を挙げることができる。近年、このＦＰＤの大型化に伴い、スパッタリング装置でも大面積の基板上に薄膜を堆積する要求が高まってきている。
【０００４】
大型基板をスパッタリング成膜する方式としては、大きく分けて二通りある。
【０００５】
第一は、基板を静止させた状態のまま、大型ターゲットや分割されたターゲットをスパッタリングして、該スパッタリングされたターゲットから飛来するスパッタ粒子を基板の成膜面に付着させて、基板上に膜を形成するバッチ方式である。
【０００６】
第二は、成膜する基板を搬送しながら、搬送方向の横断方向に長手方向を向けた細長いターゲットをスパッタリングして、ターゲットから飛来するスパッタ粒子を基板の成膜面に付着させて、基板上に膜を形成する連続方式である。この細長いターゲットは矩形であったり、円筒型であったりする。
【０００７】
いずれの方式においても、基板に対して正面にターゲットを配置するため、成膜速度は速いものの、基板や生成中の膜はプラズマの輻射熱の影響を直接受ける。また、この構造の場合、高エネルギーを持ったイオンがターゲットをたたいて、そのエネルギーによって飛び出したターゲット粒子が基板面へ入射すると共に、それ以外の反跳中性粒子などが基板に衝突し膜へのダメージを引き起こす。
【０００８】
そこで、従来、特許文献１に示されるような斜め対向ターゲット方式のスパッタリング装置が提案されている。すなわち、複数のターゲットが、それぞれ基板及び他のターゲットに対して斜めに対向して配置されたスパッタリング装置が知られている。この斜め対向ターゲット方式のスパッタリング装置は、ターゲット面の法線に対して傾いた方向に飛び出す粒子数が多いことを利用して成膜速度を向上させようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１−１０８３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来の斜め対向ターゲット方式のスパッタリング装置は、前記バッチ方式に用いられているものであり、連続方式に用いた場合、次のような問題がある。
【００１１】
すなわち、連続方式の場合、基板を搬送しながら成膜が行われることから、基板がターゲットの直上に至る前やターゲットの直上を過ぎた後も、基板に粒子が飛来して付着し、膜質が低下する原因となる。また、ターゲットの傾斜角度によっては、膜のダメージを引き起こす、高エネルギー粒子や、反跳中性粒子の侵入を防ぎきれず、やはり膜質が低下する原因となる。
【００１２】
加えて、粒子が基板とターゲットの間からチャンバー内に拡散し、メンテナンス時間、メンテナンスコストを増大させてしまう。これら粒子は、チャンバー壁やその他の真空に面している部位に付着し、それらが何らかの理由により剥がれ、基板上に辿りつくことがある。そうすると、それらが次工程においてマスクとなり、当該部分に次工程での成膜不良やエッチング不良を引き起こす原因となる。
【００１３】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、複数のターゲットが、それぞれ基板及び他のターゲットに対して斜めに対向して配置された連続方式のスパッタリング装置において、高品質の膜が得られるようにすると共に、粒子のチャンバー内拡散を防止できるようにすることを目的とする。また、太陽電池及び画像表示装置の品質を高めることができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記目的のために、排気装置が接続されたスパッタチャンバー内に、基板を搬送する搬送経路が設けられていると共に、該搬送経路に対し、基板の搬送方向前方に向かって斜めに対向する第一ターゲットを保持する第一カソードと、前記基板の搬送方向後方に向かって斜めに対向する第二ターゲットを保持する第二カソードとが斜めに向き合って配置されており、該第一ターゲットと第二ターゲットとの間の空間の前記搬送経路側への延長領域を挟んで、前記搬送経路と、前記第一のカソード及び第二のカソードとの間に、前記基板の搬送方向に対向するシールドが設けられていることを特徴とするスパッタリング装置を提供するものである。
【００１５】
また、本発明は、上記スパッタリング装置を使用して成膜する工程を有することを特徴とする太陽電池又は画像表示装置の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のスパッタリング装置は、第一ターゲットと第二ターゲットとの間の空間の搬送経路側への延長領域を挟んで、搬送経路と、前記第一ターゲット及び第二ターゲットとの間に、少なくとも前記基板の搬送方向に対向するシールドが設けられている。このため、上記延長領域外へ飛び出して基板に衝突し、膜の品質を低下させる原因となる粒子をシールドに積極的に付着させることができる。このため、高品質の膜を堆積させることができる。
【００１７】
また、基板とターゲットの間がシールドで遮蔽されているので、粒子がこの基板とターゲットの間からチャンバー内に拡散することを防止することができる。したがって、チャンバー壁やその他の真空に面している部位への粒子の付着によるメンテナンス時間及びコストの増大を防止することができる。同時に、この付着粒子が剥離して基板に付着することによる次工程での成膜不良やエッチング不良を防止することもできる。
【００１８】
更に、本発明の太陽電池又は画像表示装置の製造方法によれば、本発明のスパッタリング装置を用いて高品質の膜を成膜できるので、製造される太陽電池又は画像表示装置の品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るスパッタリング装置の全体構成を示す側面断面模式図である。
【図２】図１におけるスパッタチャンバー部分の拡大図である。
【図３】磁石ユニットを示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図４】スパッタチャンバーの第２の例を示す断面模式図である。
【図５】スパッタチャンバーの第３の例を示す断面模式図である。
【図６】スパッタチャンバーの第４の例を示す断面模式図である。
【図７】スパッタチャンバーの第５の例を示す断面模式図である。
【図８】スパッタチャンバーの第６の例を示す断面模式図である。
【図９】スパッタチャンバーの第７の例を示す断面模式図である。
【図１０】Ｓｉ薄膜系太陽電池の代表的な模式図である。
【図１１】Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ系化合物太陽電池の代表的な模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の代表的な実施の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、以下に述べる各図において、同一の符号は実質的に同一の部材を示す。
【００２１】
まず、図１乃至図３に基づいて本発明に係るスパッタリング装置の一例を説明する。
【００２２】
図１は本発明に係るスパッタリング装置の全体構成を示す側面断面模式図、図２は図１におけるスパッタチャンバー部分の拡大図、図３は磁石ユニットを示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【００２３】
図１に示されるように、本例のスパッタリング装置は連続式の装置で、図中右側から順次、ロードロック室１、サブロードロック室２、スパッタチャンバー３、サブアンロードロック室４、アンロードロック室５が連なったものとなっている。
【００２４】
基板６はトレイ７に搭載され、ロードロック室１の外端側に設けられた搬入ドアバルブ８を開いてロードロック室１に搬入される。トレイ７に搭載された基板６をロードロック室１に搬入後、搬入ドアバルブ８を閉じ、ロードロック室１に接続された排気装置９で、ロードロック室１内を２０Ｐａ程度まで粗引きする。トレイ７は内側が開口した額縁状をなし、この開口部分を介して基板６に膜が形成される。
【００２５】
上記粗引き後、ロードロック室１とサブロードロック室２間のゲートバルブ１０を開き、トレイ７に搭載された基板６をサブロードロック室２へ搬送する。トレイ７に搭載された基板６をサブロードロック室２に搬入後、ゲートバルブ１０を閉じ、サブロードロック室２に接続された排気装置１１で、サブロードロック室２内を高真空に排気する。排気装置１１としては、クライオポンプやＴＭＰ（ターボモレキュラポンプ）などが用いられる。
【００２６】
スパッタチャンバー３には、クライオポンプやＴＭＰ（ターボモレキュラポンプ）などの排気装置１２が接続されており、スパッタチャンバー３内はこの排気装置１２により高真空に排気可能となっている。予めスパッタチャンバー３内を高真空（２×１０Ｐａ〜２×１０-5Ｐａ）に排気しておき、上記サブロードロック室２内の排気後、サブロードロック室２とスパッタチャンバー３間のゲートバルブ１３を開き、トレイ７に搭載された基板６をスパッタチャンバー３内に搬送する。スパッタチャンバー３内には、例えばガイドローラ１４などにより、ロードロック室１及びサブロードロック室２から、サブアンロードロック室４及びアンロードロック室５に連なる搬送経路１５が設けられている。トレイ７に搭載された基板６は、スパッタチャンバー３内の搬送経路１５に沿って一定の送り速度で搬送される。そして、このスパッタチャンバー３内での搬送途中で、第一カソード１６ａに保持された第一ターゲット１７ａと、第二カソード１６ｂに保持された第二ターゲット１７ｂを用いたスパッタにより、基板６に成膜される。
【００２７】
なお、１８ａ，１８ｂは磁石ユニット、１９ａ，１９ｂ，２０はシールド、２１ａは第一直流電源、２１ｂは第二直流電源、２２ａ〜２２ｃはガス供給源、２３ａ〜２３ｃはガス供給部である。
【００２８】
基板６は搬送されながら成膜され、基板６がシールド１９ａ，１９ｂ間を通過し終わった後、トレイ７に搭載された基板６は、スパッタチャンバー３とサブアンロードロック室４間のゲートバルブ２４を通して、サブアンロードロック室４に引き込まれる。サブアンロードロック室４は、接続されている排気装置２５により、予め高真空に排気されている。
【００２９】
トレイ７に搭載された基板６がサブアンロードロック室４に搬送された後、ゲートバルブ２４は閉じられ、サブアンロードロック室４とアンロードロック室５間のゲートバルブ２６が開けられる。アンロードロック室５内は、排気装置２７により、予め粗引きしておくことが好ましい。
【００３０】
トレイ７に搭載された基板６はゲートバルブ２６を通して、アンロードロック室５に搬送され、その後直ちにゲートバルブ２６は閉じられ、アンロードロック室５はベントされ、大気圧に戻される。アンロードロック室５内が大気圧に戻されると、アンロードロック室５の外端側に設けられた搬出ドアバルブ２８が開き、トレイ７に搭載された基板６は真空系の外へ搬送される。大気下ではトレイ７から基板６が外され所望の成膜が完了する。
【００３１】
さらに図２及び図３に基づいてスパッタチャンバー３について説明する。
【００３２】
スパッタチャンバー３内は、排気装置１２により、２×１０Ｐａ〜２×１０-5Ｐａ程度に真空引き可能となっている。この真空度はそれぞれのプロセスにより最適な真空度に調整される。
【００３３】
本例においては、スパッタチャンバー３の上部に基板６の搬送経路１５が設けられており、下部に、第一カソード１６ａに保持された平板状の第一ターゲット１７ａと、第二カソード１６ｂに保持された平板状の第二ターゲット１７ｂが設けられている。第一カソード１６ａと第二カソード１６ｂは、搬送経路１５の横断方向が長辺方向となった長方形をなしている。第一ターゲット１７ａと第二ターゲット１７ｂも、第一カソード１６ａ及び第二カソード１６ｂと同様の長方形となっている。
【００３４】
第一カソード１６ａは、搬送経路１５に対して、基板６の搬送方向前方に向かって斜めに対向しており、第二カソード１６ｂは、搬送経路１５に対して、基板６の搬送方向後方に向かって斜めに対向している。また、第一カソード１６ａと第二カソード１６ｂは、斜めに向き合って配置されている。
【００３５】
上記搬送経路１５と、第一カソード１６ａ及び第二カソード１６ｂとの間に、第一ターゲット１７ａと第二ターゲット１７ｂとの間の空間の第一カソード１６ａ及び第二カソード１６ｂから搬送経路１５側への延長領域を挟んで、板状のシールド１９ａ，１９ｂが設けられている。シールド１９ａ，１９ｂは、基板６の搬送方向に対向して設けられている。シールド１９ａ，１９ｂを設けることにより、このシールド１９ａ，１９ｂで挟まれた領域外への粒子の飛び出しを抑制することができる。シールド１９ａ、シールド１９ｂの搬送経路１５側の端部は、上記領域外への粒子の飛び出しを効果的に抑制するために、図２中に破線の矢印で示すように、対向側に位置する第二ターゲット１７ｂ又は第一ターゲット１７ａの搬送経路１５側の端に立てた垂線がそれぞれシールド１９ａ、シールド１９ｂと交差する点を越えて存在することが好ましい。
【００３６】
本例の装置においては、第一ターゲット１７ａ及び第二ターゲット１７ｂの下側に、山形のシールド２０が設けられている。このシールド２０は必須の部材ではないが、これを設けておくと、スパッタチャンバー３の下部壁面への粒子の付着を抑制できるので好ましい。
【００３７】
第一カソード１６ａ及び第二カソード１６ｂの裏側には、第一ターゲット１７ａ及び第二ターゲット１７ｂの表面にそれぞれ閉じたループ状の磁界を発生させ、マグネトロン現象を発現できる磁石ユニット１８ａ，１８ｂ設けられている。この磁石ユニット１８ａ，１８ｂは、搬送経路１５の横断方向が長辺方向となった長方形をなしており、図３にも示されるように、ヨーク２９の中央に設けられた中心磁石３０の周囲を外周磁石３１で囲んだ構成となっている。中心磁石３０と外周磁石３１は逆極性となっており、しかも磁石ユニット１８ａ，１８ｂは短辺方向にスライド移動可能となっている。成膜処理中、磁石ユニット１８ａ，１８ｂを短辺方向に往復スライド移動させると、第一カソード１６ａ及び第二カソード１６ｂの全表面に均一に磁界を作用させることができる。そして、第一カソード１６ａ及び第二カソード１６ｂの全面が均一にスパッタされる結果、ターゲットを均一に消費できると共に、基板６に堆積される膜厚をより均一にすることができる。
【００３８】
第一ターゲット１７ａと第二ターゲット１７ｂとの間の空間の搬送経路１５側への延長領域を挟むシールド１９ａ，１９ｂの背面側（シールド１９ａ，１９ｂ同士の対向面とは反対側）には、それぞれガス供給部２３ａ，２３ｂが設けられている。また、第一ターゲット１７ａ及び第二ターゲット１７ｂの下側に設けられたシールド２０の背面側にもガス供給部２３ｃが設けられている。ガス供給部２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、それぞれガス供給源２２ａ，２２ｂ，２２ｃから、スパッタガス（Ａｒガス）や成膜用の反応性ガスがマスフローコントローラーを介して供給されるものとなっている。このガス供給部２３ａ，２３ｂ，２３ｃをシールド１９ａ，１９ｂ，２０の背面側に設けておくと、スパッタ粒子や、スパッタ粒子と反応性ガスとの反応生成物がガス供給部２３ａ，２３ｂ，２３ｃに堆積してしまうことを防止することができる。
【００３９】
なお、本発明においては、第一ターゲット１７ａと第二ターゲット１７ｂとの間の空間又は当該空間の搬送経路１５側への延長領域に露出しているシールド１９ａ，１９ｂ，２０の面を前面、その反対面を背面とする。
【００４０】
第一カソード１６ａ及び第二カソード１６ｂには、それぞれ直流電源２１ａ，２１ｂが接続されている。また、スパッタチャンバー３及びシールド１９ａ，１９ｂ，２０は接地されている。第一カソード１６ａと第二カソード１６ｂが陰極、スパッタチャンバー３のチャンバー壁及びシールド１９ａ，１９ｂ，２０が陽極を構成するものとなっている。
【００４１】
上述のスパッタチャンバー３の作動は、ガス供給部２３ａ，２３ｂ，２３ｃから必要なガスを供給しつつ、直流電源２１ａ，２１ｂから第一カソード１６ａ及び第二カソード１６ｂに直流電圧を供給することで行われる。ガスと直流電圧の供給により第一ターゲット１７ａ及び第二ターゲット１７ｂからスパッタ粒子を生成させ、主にシールド１９ａ，１９ｂ，２０と、第一ターゲット１７ａ及び第二ターゲット１７ｂとで囲まれた領域内を飛翔させることで成膜を行うことができる。この時、前記のように、磁石ユニット１８ａ，１８ｂを短辺方向に往復スライド移動させると、均一な膜を基板６に堆積させることができる。
【００４２】
以下、スパッタチャンバー３の他の例について説明する。
【００４３】
図４はスパッタチャンバー３の第２の例を示す断面模式図で、基本的には図２に示されるスパッタチャンバー３と同様であるが、シールド１９ａ，１９ｂが相違している。図２のシールド１９ａ，１９ｂは１枚の板材で構成されているが、本例におけるシールド１９ａ，１９ｂは、相対向して設けられた中央板部３２と、中央板部３２の端部に設けられた端板部３３とで構成されている。端板部３３は、中央板部３２の搬送経路１５側の端部と、第一ターゲット１７ａ及び第二ターゲット１７ｂ側の端部とに、それぞれ中央板部３２と交差する方向に取り付けられている。このような端板部３３を設けると、スパッタ粒子が、シールド１９ａ，１９ｂ，２０と、第一ターゲット１７ａ及び第二ターゲット１７ｂとで囲まれた領域外へ飛び出すのをより防止しやすくなる。
【００４４】
図５はスパッタチャンバー３の第３の例を示す断面模式図で、基本的には図２に示されるスパッタチャンバー３と同様であるが、やはりシールド１９ａ，１９ｂが相違している。本例におけるシールド１９ａ，１９ｂは、搬送経路１５に垂直な面に傾斜をもっている複数の板状の部材から構成されおり、且つ第一ターゲット１７ａと第二ターゲット１７ｂとの間の空間側から、シールド１９ａ，１９ｂ面の中心を結んで形成される面に垂直な方向から見たときに、シールド１９ａ，１９ｂに対して反対側の面が見通せないブラインド状をなしている。このようなブラインド状のシールド１９ａ，１９ｂとすると、シールド１９ａ，１９ｂ内外のガスの流れを良好な状態に維持しつつ、スパッタ粒子が流出しにくくすることができる。言い換えると、シールド１９ａ，１９ｂは、対向するシールド１９ａ，１９ｂの内側から見たときに外側に凸状に、即ちくの字状に突き出ている形状をしている。
【００４５】
図６はスパッタチャンバー３の第４の例を示す断面模式図で、基本的には図２に示されるスパッタチャンバー３と同様であるが、やはりシールド１９ａ，１９ｂが相違している。本例におけるシールド１９ａ，１９ｂは、搬送経路１５側の端部と、第一ターゲット１７ａ又は第二ターゲット１７ｂ側の端部とが前面側に凹状に折られたくの字形をなしている。このようなシールド１９ａ，１９ｂとすると、膜の品質を低下させる原因となる粒子を補足しやすくなる。
【００４６】
図７はスパッタチャンバー３の第５の例を示す断面模式図で、基本的には図２に示されるスパッタチャンバー３と同様であるが、やはりシールド１９ａ，１９ｂが相違している。本例におけるシールド１９ａ，１９ｂは、間隔を開けて表裏面方向に並列した複数の板部材３４で構成されている。各板部材３４が開孔３５を有する。そして、第一ターゲット１７ａと第二ターゲット１７ｂとの間の空間側の板部材に垂直な方向から複数の板部材３４を見たときに、シールド１９ａ，１９ｂに対して反対側の面が見通せない状態となっている。例えば、隣接する板部材の開口３５の位置が、表裏方行に重なり合うことなくずれているような状態になっている。このような構成により、シールド１９ａ，１９ｂ内外のガスの流れを妨げることなく、粒子の飛び出しを防止することができる。
【００４７】
図８はスパッタチャンバー３の第６の例を示す断面模式図で、基本的には図２に示されるスパッタチャンバー３と同様であるが、カソード１６ａ，１６ｂに交流電源３６が接続されている点が相違している。本発明におけるスパッタリングは、前述したように直流電圧の印加で行ってもよいが、本例のように交流電圧の印加で行うこともできる。交流電源３６の周波数は、１０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚであることが好ましく、形成する膜の種類や質に応じて周波数や波形形状は調整される。
【００４８】
図９はスパッタチャンバー３の第７の例を示す断面模式図で、基本的には図２に示されるスパッタチャンバー３と同様である。相違点は、第一ターゲット１７ａを保持する第一カソード１６ａと、第二ターゲット１７ｂを保持する第二カソード１６ｂと、シールド１９ａ，１９ｂとを備えたカソードユニットが、搬送経路１５に沿って複数設けられている点である。複数のカソードユニットを設けることにより、成膜速度を向上させることができる。
【００４９】
以上の例においては、スパッタチャンバー３の上部に搬送経路１５、下部にカソードユニットが設けられているが、スパッタチャンバー３の上部にカソードユニット、下部に搬送経路１５を設けた構成とすることもできる。また、カソードユニットと搬送経路を上下方向ではなく横方向に配置し、トレイ７に搭載された基板６を立てた状態で搬送しながら成膜するサイドデポジションの構成をとることもできる。さらには、シールド１９ａ，１９ｂは、基板６の搬送方向の前後にだけ設けるのではなく、第一ターゲット１７ａと第二ターゲット１７ｂとの間の空間の搬送経路１５側への延長領域を囲んで設けることが好ましい。第一ターゲット１７ａと第二ターゲット１７ｂとの間の空間の搬送経路１５側への延長領域を囲んでシールド１９ａ，１９ｂを設けると、粒子の飛び出しをより確実に抑制することができる。
【００５０】
本発明の装置は、粒子のチャンバー内拡散を防止できるため、低ダメージで成膜可能であると共に、メンテナンスコストも低減することができる。以下に、本装置を成膜に適用した場合の例について記載する。
【００５１】
図１０はＳｉ薄膜系太陽電池の代表的な模式図である。１０１はガラス基板、１０２は窓層である表面側透明導電膜層，１０３はｐｉｎ層、１０４は裏面側透明導電膜層１０４ａ、Ａｇ層１０４ｂ及びＴｉ層１０４ｃからなる裏面電極である。ここで、ｐｉｎ層は、ｐ型、ｉ型、ｎ型の３層からなり、プラズマＣＶＤ法などにより作製することが可能である。この太陽電池の場合、本発明のスパッタ装置を使用して成膜できるのは、表面側透明導電膜層１０２であるＡｌドープＺｎＯ層（以降ＡＺＯ層と略記する）と、裏面電極１０４を構成する裏面側透明導電膜層１０４ａであるＡＺＯ層とＡｇ層１０４ｂとＴｉ層１０４ｃの３層積層膜である。表面側透明導電膜１０２がＡＺＯのように単層膜の場合は、前述の第６の例で示したような構成で実現可能である。ＡＺＯ膜は、ターゲットに対向して配置されていると、ターゲットから高エネルギー粒子が飛来し、その影響で特性が悪化するが、本発明の装置を用いることにより、ＡＺＯ膜自体へのダメージを軽減される効果が期待できる。また、裏面電極１０４のように多層膜である場合には前述の第７の例で示したような構成で実現可能であり、この場合カソードユニットとしては３組必要となる。本発明の装置を用いる効果としては、１層目のＡＺＯを成膜する際に前述のように自分自身のダメージばかりでなく、前工程で処理された下地に該当するｐｉｎ層の最上層であるｎ型Ｓｉ膜へのダメージも回避することが可能となる。
【００５２】
図１１はＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ（以降ＣＩＧＳと略記する）系化合物太陽電池の代表的な模式図である。１１１はガラス又はステンレス若しくは合成樹脂フィルム等の基板、１１２は裏面電極であるＭｏ層、１１３は起電部であるＣＩＧＳ化合物層、１１４は例えばＣｄＳよりなるルバッファ層、１１５は窓層であるＺｎＯとＡＺＯの２層構造層である。この太陽電池の製造方法の一例を挙げると、基板１１１上に裏面電極であるＭｏ層１１２をスパッタ法で成膜する。ＣＩＧＳ化合物層１１３は、ＣａＧａ合金とＩｎの２層積層を作製後、Ｈ2Ｓｅのガス雰囲気中で高温アニールを施し、多結晶化合物を得ることで形成する。バッファ層１１４としてＣｄｓをケミカルバスデポジション方式で成膜する。最後に窓層である２層構造層１１５を構成するＺｎＯとＡＺＯをスパッタ法で成膜する。このうちスパッタ法で成膜する工程に本発明の装置を適用する場合、例えば窓層は多層膜であるので前述の第７の例で示したような装置構成で実現可能であり、単層のＭｏ層１１２は前述の第６の例で示したような装置構成で実現可能である。本発明の装置を用いる効果としてはＺｎＯとＡＺＯの２層構造層１１５を成膜するときに下地に該当するバッファ層１１４へのダメージを軽減する効果が期待できる。また、ＺｎＯとＡＺＯの２層構造層１１５の成膜時にも前述のように自分自身へのダメージを回避することが可能となる。
【００５３】
その他にも、インライン装置で装置生産するような、大表示面積の画像表示装置の生産にも適している。大表示面積の画像表示装置としては、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機蛍光ディスプレイ（例えば有機ＥＬディスプレイ）等を挙げることができる。本発明の装置を用いる効果は、これらの生産中に下地層又はその層自身へのダメージを低減することができることである。
【符号の説明】
【００５４】
１：ロードロック室、２：サブロードロック室、３：スパッタチャンバー、４：サブアンロードロック室、５：アンロードロック室、６：基板、７：トレイ、８：搬入ドアバルブ、９：排気装置、１０：ゲートバルブ、１１：排気装置、１２：排気装置、１３：ゲートバルブ、１４：ガイドローラ、１５：搬送経路、１６ａ：第一カソード、１６ｂ：第二カソード、１７ａ：第一ターゲット、１７ｂ：第二ターゲット、１８ａ：磁石ユニット、１８ｂ、磁石ユニット、１９ａ：シールド、１９ｂ：シールド、２０：シールド、２１ａ：第一直流電源、２１ｂ：第二直流電源、２２ａ：ガス供給源、２２ｂ：ガス供給源、２２ｃ：ガス供給源、２３ａ：ガス供給部、２３ｂ：ガス供給部、２３ｃ：ガス供給部、２４：ゲートバルブ、２５：排気装置、２６：ゲートバルブ、２７：排気装置、２８：搬出ドアバルブ、２９：ヨーク、３０：中心磁石、３１：外周磁石、３２：中央板部、３３：端板部、３４：板部材、３５：開孔、３６：交流電源、１０１：ガラス基板、１０２：表面側透明導電膜層、１０３：ｐｉｎ層、１０４：裏面電極、１０４ａ：裏面側透明導電膜層、１０４ｂ：Ａｇ層、１０４ｃ：Ｔｉ層、１１１：基板、１１２：Ｍｏ層、１１３：ＣＩＧＳ化合物層、１１４：バッファ層、１１５：２層構造層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば各種半導体デバイス、磁気デバイス、電子部品、光学部品などの製造に使用されるスパッタリング装置、それを用いた太陽電池及び画像表示装置の製造方法に関するに関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタリングは、Ａｒ（アルゴン）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）等の希ガス中でプラズマを生成し、前記希ガスのイオンをターゲットに衝突させてターゲット物質をはじき出すことにより、基板にターゲット物質を薄膜として堆積させる薄膜形成方法である。現状は、スパッタガスとしてはアルゴンガスが多く用いられている。そこで本明細書においては、スパッタがスとしてはＡｒを用いて説明しているが、他の希ガスを用いるスパッタリング装置にも適用できるのは言うまでもない。また、マグネトロンスパッタリングは、基板上の成膜速度を向上するため、ターゲットの裏側にマグネット装置を設けてターゲット表面近傍に所要の磁場を生成し、プラズマの密度を高くするようにしたものである。
【０００３】
平面形状のターゲットを備えたスパッタリング装置は、主に、半導体、電子部品の製造に用いられる。特に、電子部品の中でも、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）では、矩形のマグネトロン方式のスパッタリングカソードを備えたスパッタリング装置が電極や配線の形成に用いられている。ＦＰＤとしては、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等を挙げることができる。近年、このＦＰＤの大型化に伴い、スパッタリング装置でも大面積の基板上に薄膜を堆積する要求が高まってきている。
【０００４】
大型基板をスパッタリング成膜する方式としては、大きく分けて二通りある。
【０００５】
第一は、基板を静止させた状態のまま、大型ターゲットや分割されたターゲットをスパッタリングして、該スパッタリングされたターゲットから飛来するスパッタ粒子を基板の成膜面に付着させて、基板上に膜を形成するバッチ方式である。
【０００６】
第二は、成膜する基板を搬送しながら、搬送方向の横断方向に長手方向を向けた細長いターゲットをスパッタリングして、ターゲットから飛来するスパッタ粒子を基板の成膜面に付着させて、基板上に膜を形成する連続方式である。この細長いターゲットは矩形であったり、円筒型であったりする。
【０００７】
いずれの方式においても、基板に対して正面にターゲットを配置するため、成膜速度は速いものの、基板や生成中の膜はプラズマの輻射熱の影響を直接受ける。また、この構造の場合、高エネルギーを持ったイオンがターゲットをたたいて、そのエネルギーによって飛び出したターゲット粒子が基板面へ入射すると共に、それ以外の反跳中性粒子などが基板に衝突し膜へのダメージを引き起こす。
【０００８】
そこで、従来、特許文献１に示されるような斜め対向ターゲット方式のスパッタリング装置が提案されている。すなわち、複数のターゲットが、それぞれ基板及び他のターゲットに対して斜めに対向して配置されたスパッタリング装置が知られている。この斜め対向ターゲット方式のスパッタリング装置は、ターゲット面の法線に対して傾いた方向に飛び出す粒子数が多いことを利用して成膜速度を向上させようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１−１０８３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来の斜め対向ターゲット方式のスパッタリング装置は、前記バッチ方式に用いられているものであり、連続方式に用いた場合、次のような問題がある。
【００１１】
すなわち、連続方式の場合、基板を搬送しながら成膜が行われることから、基板がターゲットの直上に至る前やターゲットの直上を過ぎた後も、基板に粒子が飛来して付着し、膜質が低下する原因となる。また、ターゲットの傾斜角度によっては、膜のダメージを引き起こす、高エネルギー粒子や、反跳中性粒子の侵入を防ぎきれず、やはり膜質が低下する原因となる。
【００１２】
加えて、粒子が基板とターゲットの間からチャンバー内に拡散し、メンテナンス時間、メンテナンスコストを増大させてしまう。これら粒子は、チャンバー壁やその他の真空に面している部位に付着し、それらが何らかの理由により剥がれ、基板上に辿りつくことがある。そうすると、それらが次工程においてマスクとなり、当該部分に次工程での成膜不良やエッチング不良を引き起こす原因となる。
【００１３】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、複数のターゲットが、それぞれ基板及び他のターゲットに対して斜めに対向して配置された連続方式のスパッタリング装置において、高品質の膜が得られるようにすると共に、粒子のチャンバー内拡散を防止できるようにすることを目的とする。また、太陽電池及び画像表示装置の品質を高めることができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記目的のために、排気装置が接続されたスパッタチャンバー内に、基板を搬送する搬送経路が設けられていると共に、該搬送経路に対し、基板の搬送方向前方に向かって斜めに対向する第一ターゲットを保持する第一カソードと、前記基板の搬送方向後方に向かって斜めに対向する第二ターゲットを保持する第二カソードとが斜めに向き合って配置されており、該第一ターゲットと第二ターゲットとの間の空間の前記搬送経路側への延長領域を挟んで、前記搬送経路と、前記第一のカソード及び第二のカソードとの間に、前記基板の搬送方向に対向するシールドが設けられていることを特徴とするスパッタリング装置を提供するものである。
【００１５】
また、本発明は、上記スパッタリング装置を使用して成膜する工程を有することを特徴とする太陽電池又は画像表示装置の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のスパッタリング装置は、第一ターゲットと第二ターゲットとの間の空間の搬送経路側への延長領域を挟んで、搬送経路と、前記第一ターゲット及び第二ターゲットとの間に、少なくとも前記基板の搬送方向に対向するシールドが設けられている。このため、上記延長領域外へ飛び出して基板に衝突し、膜の品質を低下させる原因となる粒子をシールドに積極的に付着させることができる。このため、高品質の膜を堆積させることができる。
【００１７】
また、基板とターゲットの間がシールドで遮蔽されているので、粒子がこの基板とターゲットの間からチャンバー内に拡散することを防止することができる。したがって、チャンバー壁やその他の真空に面している部位への粒子の付着によるメンテナンス時間及びコストの増大を防止することができる。同時に、この付着粒子が剥離して基板に付着することによる次工程での成膜不良やエッチング不良を防止することもできる。
【００１８】
更に、本発明の太陽電池又は画像表示装置の製造方法によれば、本発明のスパッタリング装置を用いて高品質の膜を成膜できるので、製造される太陽電池又は画像表示装置の品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るスパッタリング装置の全体構成を示す側面断面模式図である。
【図２】図１におけるスパッタチャンバー部分の拡大図である。
【図３】磁石ユニットを示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図４】スパッタチャンバーの第２の例を示す断面模式図である。
【図５】スパッタチャンバーの第３の例を示す断面模式図である。
【図６】スパッタチャンバーの第４の例を示す断面模式図である。
【図７】スパッタチャンバーの第５の例を示す断面模式図である。
【図８】スパッタチャンバーの第６の例を示す断面模式図である。
【図９】スパッタチャンバーの第７の例を示す断面模式図である。
【図１０】Ｓｉ薄膜系太陽電池の代表的な模式図である。
【図１１】Ｃｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ系化合物太陽電池の代表的な模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の代表的な実施の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、以下に述べる各図において、同一の符号は実質的に同一の部材を示す。
【００２１】
まず、図１乃至図３に基づいて本発明に係るスパッタリング装置の一例を説明する。
【００２２】
図１は本発明に係るスパッタリング装置の全体構成を示す側面断面模式図、図２は図１におけるスパッタチャンバー部分の拡大図、図３は磁石ユニットを示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【００２３】
図１に示されるように、本例のスパッタリング装置は連続式の装置で、図中右側から順次、ロードロック室１、サブロードロック室２、スパッタチャンバー３、サブアンロードロック室４、アンロードロック室５が連なったものとなっている。
【００２４】
基板６はトレイ７に搭載され、ロードロック室１の外端側に設けられた搬入ドアバルブ８を開いてロードロック室１に搬入される。トレイ７に搭載された基板６をロードロック室１に搬入後、搬入ドアバルブ８を閉じ、ロードロック室１に接続された排気装置９で、ロードロック室１内を２０Ｐａ程度まで粗引きする。トレイ７は内側が開口した額縁状をなし、この開口部分を介して基板６に膜が形成される。
【００２５】
上記粗引き後、ロードロック室１とサブロードロック室２間のゲートバルブ１０を開き、トレイ７に搭載された基板６をサブロードロック室２へ搬送する。トレイ７に搭載された基板６をサブロードロック室２に搬入後、ゲートバルブ１０を閉じ、サブロードロック室２に接続された排気装置１１で、サブロードロック室２内を高真空に排気する。排気装置１１としては、クライオポンプやＴＭＰ（ターボモレキュラポンプ）などが用いられる。
【００２６】
スパッタチャンバー３には、クライオポンプやＴＭＰ（ターボモレキュラポンプ）などの排気装置１２が接続されており、スパッタチャンバー３内はこの排気装置１２により高真空に排気可能となっている。予めスパッタチャンバー３内を高真空（２×１０Ｐａ〜２×１０-5Ｐａ）に排気しておき、上記サブロードロック室２内の排気後、サブロードロック室２とスパッタチャンバー３間のゲートバルブ１３を開き、トレイ７に搭載された基板６をスパッタチャンバー３内に搬送する。スパッタチャンバー３内には、例えばガイドローラ１４などにより、ロードロック室１及びサブロードロック室２から、サブアンロードロック室４及びアンロードロック室５に連なる搬送経路１５が設けられている。トレイ７に搭載された基板６は、スパッタチャンバー３内の搬送経路１５に沿って一定の送り速度で搬送される。そして、このスパッタチャンバー３内での搬送途中で、第一カソード１６ａに保持された第一ターゲット１７ａと、第二カソード１６ｂに保持された第二ターゲット１７ｂを用いたスパッタにより、基板６に成膜される。
【００２７】
なお、１８ａ，１８ｂは磁石ユニット、１９ａ，１９ｂ，２０はシールド、２１ａは第一直流電源、２１ｂは第二直流電源、２２ａ〜２２ｃはガス供給源、２３ａ〜２３ｃはガス供給部である。
【００２８】
基板６は搬送されながら成膜され、基板６がシールド１９ａ，１９ｂ間を通過し終わった後、トレイ７に搭載された基板６は、スパッタチャンバー３とサブアンロードロック室４間のゲートバルブ２４を通して、サブアンロードロック室４に引き込まれる。サブアンロードロック室４は、接続されている排気装置２５により、予め高真空に排気されている。
【００２９】
トレイ７に搭載された基板６がサブアンロードロック室４に搬送された後、ゲートバルブ２４は閉じられ、サブアンロードロック室４とアンロードロック室５間のゲートバルブ２６が開けられる。アンロードロック室５内は、排気装置２７により、予め粗引きしておくことが好ましい。
【００３０】
トレイ７に搭載された基板６はゲートバルブ２６を通して、アンロードロック室５に搬送され、その後直ちにゲートバルブ２６は閉じられ、アンロードロック室５はベントされ、大気圧に戻される。アンロードロック室５内が大気圧に戻されると、アンロードロック室５の外端側に設けられた搬出ドアバルブ２８が開き、トレイ７に搭載された基板６は真空系の外へ搬送される。大気下ではトレイ７から基板６が外され所望の成膜が完了する。
【００３１】
さらに図２及び図３に基づいてスパッタチャンバー３について説明する。
【００３２】
スパッタチャンバー３内は、排気装置１２により、２×１０Ｐａ〜２×１０-5Ｐａ程度に真空引き可能となっている。この真空度はそれぞれのプロセスにより最適な真空度に調整される。
【００３３】
本例においては、スパッタチャンバー３の上部に基板６の搬送経路１５が設けられており、下部に、第一カソード１６ａに保持された平板状の第一ターゲット１７ａと、第二カソード１６ｂに保持された平板状の第二ターゲット１７ｂが設けられている。第一カソード１６ａと第二カソード１６ｂは、搬送経路１５の横断方向が長辺方向となった長方形をなしている。第一ターゲット１７ａと第二ターゲット１７ｂも、第一カソード１６ａ及び第二カソード１６ｂと同様の長方形となっている。
【００３４】
第一カソード１６ａは、搬送経路１５に対して、基板６の搬送方向前方に向かって斜めに対向しており、第二カソード１６ｂは、搬送経路１５に対して、基板６の搬送方向後方に向かって斜めに対向している。また、第一カソード１６ａと第二カソード１６ｂは、斜めに向き合って配置されている。
【００３５】
上記搬送経路１５と、第一カソード１６ａ及び第二カソード１６ｂとの間に、第一ターゲット１７ａと第二ターゲット１７ｂとの間の空間の第一カソード１６ａ及び第二カソード１６ｂから搬送経路１５側への延長領域を挟んで、板状のシールド１９ａ，１９ｂが設けられている。シールド１９ａ，１９ｂは、基板６の搬送方向に対向して設けられている。シールド１９ａ，１９ｂを設けることにより、このシールド１９ａ，１９ｂで挟まれた領域外への粒子の飛び出しを抑制することができる。シールド１９ａ、シールド１９ｂの搬送経路１５側の端部は、上記領域外への粒子の飛び出しを効果的に抑制するために、図２中に破線の矢印で示すように、対向側に位置する第二ターゲット１７ｂ又は第一ターゲット１７ａの搬送経路１５側の端に立てた垂線がそれぞれシールド１９ａ、シールド１９ｂと交差する点を越えて存在することが好ましい。
【００３６】
本例の装置においては、第一ターゲット１７ａ及び第二ターゲット１７ｂの下側に、山形のシールド２０が設けられている。このシールド２０は必須の部材ではないが、これを設けておくと、スパッタチャンバー３の下部壁面への粒子の付着を抑制できるので好ましい。
【００３７】
第一カソード１６ａ及び第二カソード１６ｂの裏側には、第一ターゲット１７ａ及び第二ターゲット１７ｂの表面にそれぞれ閉じたループ状の磁界を発生させ、マグネトロン現象を発現できる磁石ユニット１８ａ，１８ｂ設けられている。この磁石ユニット１８ａ，１８ｂは、搬送経路１５の横断方向が長辺方向となった長方形をなしており、図３にも示されるように、ヨーク２９の中央に設けられた中心磁石３０の周囲を外周磁石３１で囲んだ構成となっている。中心磁石３０と外周磁石３１は逆極性となっており、しかも磁石ユニット１８ａ，１８ｂは短辺方向にスライド移動可能となっている。成膜処理中、磁石ユニット１８ａ，１８ｂを短辺方向に往復スライド移動させると、第一カソード１６ａ及び第二カソード１６ｂの全表面に均一に磁界を作用させることができる。そして、第一カソード１６ａ及び第二カソード１６ｂの全面が均一にスパッタされる結果、ターゲットを均一に消費できると共に、基板６に堆積される膜厚をより均一にすることができる。
【００３８】
第一ターゲット１７ａと第二ターゲット１７ｂとの間の空間の搬送経路１５側への延長領域を挟むシールド１９ａ，１９ｂの背面側（シールド１９ａ，１９ｂ同士の対向面とは反対側）には、それぞれガス供給部２３ａ，２３ｂが設けられている。また、第一ターゲット１７ａ及び第二ターゲット１７ｂの下側に設けられたシールド２０の背面側にもガス供給部２３ｃが設けられている。ガス供給部２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、それぞれガス供給源２２ａ，２２ｂ，２２ｃから、スパッタガス（Ａｒガス）や成膜用の反応性ガスがマスフローコントローラーを介して供給されるものとなっている。このガス供給部２３ａ，２３ｂ，２３ｃをシールド１９ａ，１９ｂ，２０の背面側に設けておくと、スパッタ粒子や、スパッタ粒子と反応性ガスとの反応生成物がガス供給部２３ａ，２３ｂ，２３ｃに堆積してしまうことを防止することができる。
【００３９】
なお、本発明においては、第一ターゲット１７ａと第二ターゲット１７ｂとの間の空間又は当該空間の搬送経路１５側への延長領域に露出しているシールド１９ａ，１９ｂ，２０の面を前面、その反対面を背面とする。
【００４０】
第一カソード１６ａ及び第二カソード１６ｂには、それぞれ直流電源２１ａ，２１ｂが接続されている。また、スパッタチャンバー３及びシールド１９ａ，１９ｂ，２０は接地されている。第一カソード１６ａと第二カソード１６ｂが陰極、スパッタチャンバー３のチャンバー壁及びシールド１９ａ，１９ｂ，２０が陽極を構成するものとなっている。
【００４１】
上述のスパッタチャンバー３の作動は、ガス供給部２３ａ，２３ｂ，２３ｃから必要なガスを供給しつつ、直流電源２１ａ，２１ｂから第一カソード１６ａ及び第二カソード１６ｂに直流電圧を供給することで行われる。ガスと直流電圧の供給により第一ターゲット１７ａ及び第二ターゲット１７ｂからスパッタ粒子を生成させ、主にシールド１９ａ，１９ｂ，２０と、第一ターゲット１７ａ及び第二ターゲット１７ｂとで囲まれた領域内を飛翔させることで成膜を行うことができる。この時、前記のように、磁石ユニット１８ａ，１８ｂを短辺方向に往復スライド移動させると、均一な膜を基板６に堆積させることができる。
【００４２】
以下、スパッタチャンバー３の他の例について説明する。
【００４３】
図４はスパッタチャンバー３の第２の例を示す断面模式図で、基本的には図２に示されるスパッタチャンバー３と同様であるが、シールド１９ａ，１９ｂが相違している。図２のシールド１９ａ，１９ｂは１枚の板材で構成されているが、本例におけるシールド１９ａ，１９ｂは、相対向して設けられた中央板部３２と、中央板部３２の端部に設けられた端板部３３とで構成されている。端板部３３は、中央板部３２の搬送経路１５側の端部と、第一ターゲット１７ａ及び第二ターゲット１７ｂ側の端部とに、それぞれ中央板部３２と交差する方向に取り付けられている。このような端板部３３を設けると、スパッタ粒子が、シールド１９ａ，１９ｂ，２０と、第一ターゲット１７ａ及び第二ターゲット１７ｂとで囲まれた領域外へ飛び出すのをより防止しやすくなる。
【００４４】
図５はスパッタチャンバー３の第３の例を示す断面模式図で、基本的には図２に示されるスパッタチャンバー３と同様であるが、やはりシールド１９ａ，１９ｂが相違している。本例におけるシールド１９ａ，１９ｂは、搬送経路１５に垂直な面に傾斜をもっている複数の板状の部材から構成されおり、且つ第一ターゲット１７ａと第二ターゲット１７ｂとの間の空間側から、シールド１９ａ，１９ｂ面の中心を結んで形成される面に垂直な方向から見たときに、シールド１９ａ，１９ｂに対して反対側の面が見通せないブラインド状をなしている。このようなブラインド状のシールド１９ａ，１９ｂとすると、シールド１９ａ，１９ｂ内外のガスの流れを良好な状態に維持しつつ、スパッタ粒子が流出しにくくすることができる。言い換えると、シールド１９ａ，１９ｂは、対向するシールド１９ａ，１９ｂの内側から見たときに外側に凸状に、即ちくの字状に突き出ている形状をしている。
【００４５】
図６はスパッタチャンバー３の第４の例を示す断面模式図で、基本的には図２に示されるスパッタチャンバー３と同様であるが、やはりシールド１９ａ，１９ｂが相違している。本例におけるシールド１９ａ，１９ｂは、搬送経路１５側の端部と、第一ターゲット１７ａ又は第二ターゲット１７ｂ側の端部とが前面側に凹状に折られたくの字形をなしている。このようなシールド１９ａ，１９ｂとすると、膜の品質を低下させる原因となる粒子を補足しやすくなる。
【００４６】
図７はスパッタチャンバー３の第５の例を示す断面模式図で、基本的には図２に示されるスパッタチャンバー３と同様であるが、やはりシールド１９ａ，１９ｂが相違している。本例におけるシールド１９ａ，１９ｂは、間隔を開けて表裏面方向に並列した複数の板部材３４で構成されている。各板部材３４が開孔３５を有する。そして、第一ターゲット１７ａと第二ターゲット１７ｂとの間の空間側の板部材に垂直な方向から複数の板部材３４を見たときに、シールド１９ａ，１９ｂに対して反対側の面が見通せない状態となっている。例えば、隣接する板部材の開口３５の位置が、表裏方行に重なり合うことなくずれているような状態になっている。このような構成により、シールド１９ａ，１９ｂ内外のガスの流れを妨げることなく、粒子の飛び出しを防止することができる。
【００４７】
図８はスパッタチャンバー３の第６の例を示す断面模式図で、基本的には図２に示されるスパッタチャンバー３と同様であるが、カソード１６ａ，１６ｂに交流電源３６が接続されている点が相違している。本発明におけるスパッタリングは、前述したように直流電圧の印加で行ってもよいが、本例のように交流電圧の印加で行うこともできる。交流電源３６の周波数は、１０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚであることが好ましく、形成する膜の種類や質に応じて周波数や波形形状は調整される。
【００４８】
図９はスパッタチャンバー３の第７の例を示す断面模式図で、基本的には図２に示されるスパッタチャンバー３と同様である。相違点は、第一ターゲット１７ａを保持する第一カソード１６ａと、第二ターゲット１７ｂを保持する第二カソード１６ｂと、シールド１９ａ，１９ｂとを備えたカソードユニットが、搬送経路１５に沿って複数設けられている点である。複数のカソードユニットを設けることにより、成膜速度を向上させることができる。
【００４９】
以上の例においては、スパッタチャンバー３の上部に搬送経路１５、下部にカソードユニットが設けられているが、スパッタチャンバー３の上部にカソードユニット、下部に搬送経路１５を設けた構成とすることもできる。また、カソードユニットと搬送経路を上下方向ではなく横方向に配置し、トレイ７に搭載された基板６を立てた状態で搬送しながら成膜するサイドデポジションの構成をとることもできる。さらには、シールド１９ａ，１９ｂは、基板６の搬送方向の前後にだけ設けるのではなく、第一ターゲット１７ａと第二ターゲット１７ｂとの間の空間の搬送経路１５側への延長領域を囲んで設けることが好ましい。第一ターゲット１７ａと第二ターゲット１７ｂとの間の空間の搬送経路１５側への延長領域を囲んでシールド１９ａ，１９ｂを設けると、粒子の飛び出しをより確実に抑制することができる。
【００５０】
本発明の装置は、粒子のチャンバー内拡散を防止できるため、低ダメージで成膜可能であると共に、メンテナンスコストも低減することができる。以下に、本装置を成膜に適用した場合の例について記載する。
【００５１】
図１０はＳｉ薄膜系太陽電池の代表的な模式図である。１０１はガラス基板、１０２は窓層である表面側透明導電膜層，１０３はｐｉｎ層、１０４は裏面側透明導電膜層１０４ａ、Ａｇ層１０４ｂ及びＴｉ層１０４ｃからなる裏面電極である。ここで、ｐｉｎ層は、ｐ型、ｉ型、ｎ型の３層からなり、プラズマＣＶＤ法などにより作製することが可能である。この太陽電池の場合、本発明のスパッタ装置を使用して成膜できるのは、表面側透明導電膜層１０２であるＡｌドープＺｎＯ層（以降ＡＺＯ層と略記する）と、裏面電極１０４を構成する裏面側透明導電膜層１０４ａであるＡＺＯ層とＡｇ層１０４ｂとＴｉ層１０４ｃの３層積層膜である。表面側透明導電膜１０２がＡＺＯのように単層膜の場合は、前述の第６の例で示したような構成で実現可能である。ＡＺＯ膜は、ターゲットに対向して配置されていると、ターゲットから高エネルギー粒子が飛来し、その影響で特性が悪化するが、本発明の装置を用いることにより、ＡＺＯ膜自体へのダメージを軽減される効果が期待できる。また、裏面電極１０４のように多層膜である場合には前述の第７の例で示したような構成で実現可能であり、この場合カソードユニットとしては３組必要となる。本発明の装置を用いる効果としては、１層目のＡＺＯを成膜する際に前述のように自分自身のダメージばかりでなく、前工程で処理された下地に該当するｐｉｎ層の最上層であるｎ型Ｓｉ膜へのダメージも回避することが可能となる。
【００５２】
図１１はＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ（以降ＣＩＧＳと略記する）系化合物太陽電池の代表的な模式図である。１１１はガラス又はステンレス若しくは合成樹脂フィルム等の基板、１１２は裏面電極であるＭｏ層、１１３は起電部であるＣＩＧＳ化合物層、１１４は例えばＣｄＳよりなるルバッファ層、１１５は窓層であるＺｎＯとＡＺＯの２層構造層である。この太陽電池の製造方法の一例を挙げると、基板１１１上に裏面電極であるＭｏ層１１２をスパッタ法で成膜する。ＣＩＧＳ化合物層１１３は、ＣａＧａ合金とＩｎの２層積層を作製後、Ｈ2Ｓｅのガス雰囲気中で高温アニールを施し、多結晶化合物を得ることで形成する。バッファ層１１４としてＣｄｓをケミカルバスデポジション方式で成膜する。最後に窓層である２層構造層１１５を構成するＺｎＯとＡＺＯをスパッタ法で成膜する。このうちスパッタ法で成膜する工程に本発明の装置を適用する場合、例えば窓層は多層膜であるので前述の第７の例で示したような装置構成で実現可能であり、単層のＭｏ層１１２は前述の第６の例で示したような装置構成で実現可能である。本発明の装置を用いる効果としてはＺｎＯとＡＺＯの２層構造層１１５を成膜するときに下地に該当するバッファ層１１４へのダメージを軽減する効果が期待できる。また、ＺｎＯとＡＺＯの２層構造層１１５の成膜時にも前述のように自分自身へのダメージを回避することが可能となる。
【００５３】
その他にも、インライン装置で装置生産するような、大表示面積の画像表示装置の生産にも適している。大表示面積の画像表示装置としては、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機蛍光ディスプレイ（例えば有機ＥＬディスプレイ）等を挙げることができる。本発明の装置を用いる効果は、これらの生産中に下地層又はその層自身へのダメージを低減することができることである。
【符号の説明】
【００５４】
１：ロードロック室、２：サブロードロック室、３：スパッタチャンバー、４：サブアンロードロック室、５：アンロードロック室、６：基板、７：トレイ、８：搬入ドアバルブ、９：排気装置、１０：ゲートバルブ、１１：排気装置、１２：排気装置、１３：ゲートバルブ、１４：ガイドローラ、１５：搬送経路、１６ａ：第一カソード、１６ｂ：第二カソード、１７ａ：第一ターゲット、１７ｂ：第二ターゲット、１８ａ：磁石ユニット、１８ｂ、磁石ユニット、１９ａ：シールド、１９ｂ：シールド、２０：シールド、２１ａ：第一直流電源、２１ｂ：第二直流電源、２２ａ：ガス供給源、２２ｂ：ガス供給源、２２ｃ：ガス供給源、２３ａ：ガス供給部、２３ｂ：ガス供給部、２３ｃ：ガス供給部、２４：ゲートバルブ、２５：排気装置、２６：ゲートバルブ、２７：排気装置、２８：搬出ドアバルブ、２９：ヨーク、３０：中心磁石、３１：外周磁石、３２：中央板部、３３：端板部、３４：板部材、３５：開孔、３６：交流電源、１０１：ガラス基板、１０２：表面側透明導電膜層、１０３：ｐｉｎ層、１０４：裏面電極、１０４ａ：裏面側透明導電膜層、１０４ｂ：Ａｇ層、１０４ｃ：Ｔｉ層、１１１：基板、１１２：Ｍｏ層、１１３：ＣＩＧＳ化合物層、１１４：バッファ層、１１５：２層構造層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気装置が接続されたスパッタチャンバー内に、基板を搬送する搬送経路が設けられていると共に、該搬送経路に対し、基板の搬送方向前方に向かって斜めに対向する第一ターゲットを保持する第一カソードと、前記基板の搬送方向後方に向かって斜めに対向する第二ターゲットを保持する第二カソードとが斜めに向き合って配置されており、該第一ターゲットと第二ターゲットとの間の空間の前記搬送経路側への延長領域を挟んで、前記搬送経路と、前記第一カソード及び第二カソードとの間に、前記基板の搬送方向に対向するシールドが設けられていることを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】
前記第一ターゲットを保持する第一カソードと、前記第二ターゲットを保持する第二カソードと、前記シールドとを備えたカソードユニットが、前記搬送経路に沿って複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
前記第一ターゲット及び第二ターゲットの表面にそれぞれ閉じたループ状の磁界を発生させる磁石ユニットが前記第一カソード及び第二カソードの裏側にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
前記磁石ユニットが、前記搬送経路の横断方向が長辺方向となった長方形をなすと共に、中心磁石の周りを該中心磁石と逆極性の外周磁石で囲んだ構成を有し、しかも短辺方向にスライド移動可能であることを特徴とする請求項３に記載のスパッタリング装置。
【請求項５】
ガス供給部が、前記シールドの背面側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項６】
前記シールドが、相対向して設けられた中央板部と、該中央板部の前記搬送経路側の端部及び前記第一ターゲット及び第二ターゲット側の端部にそれぞれ前記中央板部と交差する方向に取り付けられた端板部とで構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項７】
前記シールドは、搬送経路に垂直な面に傾斜をもっている複数の板状の部材から構成されおり、且つ前記第一ターゲットと第二ターゲットとの間の空間側から、前記シールド面の中心を結んで形成される面に垂直な方向から見たときに、前記シールドに対して反対側の面が見通せないことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
【請求項８】
前記シールドが、前記対向するシールドの内側から見たときに、外側に凸状に折られたくの字形であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項９】
前記シールドが、間隔を開けて表裏面方向に並列した複数の板部材で構成されており、各板部材が開孔を有すると共に、前記第一ターゲットと第二ターゲットとの間の空間側の板部材に垂直な方向から前記複数の板部材を見たときに、シールドに対して反対の空間が見通せないことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項１０】
前記シールドの前記搬送経路側の端部は、前記第一ターゲット又は第二ターゲットの搬送経路側の端に立てた垂線がシールドと交差する点を越えて存在することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
【請求項１１】
前記シールドが、前記第一ターゲットと第二ターゲットとの間の空間の前記搬送経路側への延長領域を囲んで設けられていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項１２】
前記斜めに向き合う第一カソードと第二カソードに交流電源が接続されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項１３】
前記第一カソードと第二カソードに直流電源が接続されており、前記第一カソードと第二カソードが陰極、スパッタチャンバーのチャンバー壁及びシールドが陽極を構成していることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３項のいずれか一項に記載のスパッタリング装置を使用して成膜する工程を有することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項１５】
請求項１乃至１３項のいずれか一項に記載のスパッタリング装置を使用して成膜する工程を有することを特徴とする画像表示装置の製造方法。
【請求項１】
排気装置が接続されたスパッタチャンバー内に、基板を搬送する搬送経路が設けられていると共に、該搬送経路に対し、基板の搬送方向前方に向かって斜めに対向する第一ターゲットを保持する第一カソードと、前記基板の搬送方向後方に向かって斜めに対向する第二ターゲットを保持する第二カソードとが斜めに向き合って配置されており、該第一ターゲットと第二ターゲットとの間の空間の前記搬送経路側への延長領域を挟んで、前記搬送経路と、前記第一カソード及び第二カソードとの間に、前記基板の搬送方向に対向するシールドが設けられていることを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】
前記第一ターゲットを保持する第一カソードと、前記第二ターゲットを保持する第二カソードと、前記シールドとを備えたカソードユニットが、前記搬送経路に沿って複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載のスパッタリング装置。
【請求項３】
前記第一ターゲット及び第二ターゲットの表面にそれぞれ閉じたループ状の磁界を発生させる磁石ユニットが前記第一カソード及び第二カソードの裏側にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のスパッタリング装置。
【請求項４】
前記磁石ユニットが、前記搬送経路の横断方向が長辺方向となった長方形をなすと共に、中心磁石の周りを該中心磁石と逆極性の外周磁石で囲んだ構成を有し、しかも短辺方向にスライド移動可能であることを特徴とする請求項３に記載のスパッタリング装置。
【請求項５】
ガス供給部が、前記シールドの背面側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項６】
前記シールドが、相対向して設けられた中央板部と、該中央板部の前記搬送経路側の端部及び前記第一ターゲット及び第二ターゲット側の端部にそれぞれ前記中央板部と交差する方向に取り付けられた端板部とで構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項７】
前記シールドは、搬送経路に垂直な面に傾斜をもっている複数の板状の部材から構成されおり、且つ前記第一ターゲットと第二ターゲットとの間の空間側から、前記シールド面の中心を結んで形成される面に垂直な方向から見たときに、前記シールドに対して反対側の面が見通せないことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
【請求項８】
前記シールドが、前記対向するシールドの内側から見たときに、外側に凸状に折られたくの字形であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項９】
前記シールドが、間隔を開けて表裏面方向に並列した複数の板部材で構成されており、各板部材が開孔を有すると共に、前記第一ターゲットと第二ターゲットとの間の空間側の板部材に垂直な方向から前記複数の板部材を見たときに、シールドに対して反対の空間が見通せないことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項１０】
前記シールドの前記搬送経路側の端部は、前記第一ターゲット又は第二ターゲットの搬送経路側の端に立てた垂線がシールドと交差する点を越えて存在することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のスパッタリング装置。
【請求項１１】
前記シールドが、前記第一ターゲットと第二ターゲットとの間の空間の前記搬送経路側への延長領域を囲んで設けられていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項１２】
前記斜めに向き合う第一カソードと第二カソードに交流電源が接続されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項１３】
前記第一カソードと第二カソードに直流電源が接続されており、前記第一カソードと第二カソードが陰極、スパッタチャンバーのチャンバー壁及びシールドが陽極を構成していることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のスパッタリング装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３項のいずれか一項に記載のスパッタリング装置を使用して成膜する工程を有することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項１５】
請求項１乃至１３項のいずれか一項に記載のスパッタリング装置を使用して成膜する工程を有することを特徴とする画像表示装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１５６５（Ｐ２０１０−１５６５Ａ）
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１１７４４（Ｐ２００９−１１１７４４）
【出願日】平成２１年５月１日（２００９．５．１）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１日（２００９．５．１）
【出願人】（０００２２７２９４）キヤノンアネルバ株式会社 (564)
【Ｆターム（参考）】
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