スパッタリング装置及びスパッタリング方法
【課題】仕込み室と真空成膜室との間のゲートバルブ、若しくは、真空成膜室と取り出し室と間のゲートバルブを開放しても真空成膜室内のスパッタリング条件を変動させることがないスパッタリング装置を提供する。
【解決手段】スパッタリング装置は、仕込み室５と真空成膜室４と取り出し室６がゲートバルブＧＶ７，ＧＶ８を介して一列に連結され、仕込み室５と真空成膜室４と取り出し室６の間で基板２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅを連続して搬送可能な搬送装置を備えている。仕込み室５と真空成膜室４との間のゲートバルブ、若しくは、真空成膜室４と取り出し室６と間のゲートバルブを開放して基板を搬送する際、真空成膜室４の圧力を変動させないように、仕込み室５若しくは取り出し室６の圧力が調整される。
【解決手段】スパッタリング装置は、仕込み室５と真空成膜室４と取り出し室６がゲートバルブＧＶ７，ＧＶ８を介して一列に連結され、仕込み室５と真空成膜室４と取り出し室６の間で基板２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅを連続して搬送可能な搬送装置を備えている。仕込み室５と真空成膜室４との間のゲートバルブ、若しくは、真空成膜室４と取り出し室６と間のゲートバルブを開放して基板を搬送する際、真空成膜室４の圧力を変動させないように、仕込み室５若しくは取り出し室６の圧力が調整される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種半導体デバイス、磁気デバイス、電子部品、光学部品等の成膜に使用するスパッタリング装置及びスパッタリング方法に係り、特に、搬入室と真空処理室とを備えるスパッタリング装置及びスパッタリング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
平面形状を有する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・配線の形成に用いられている。近年、ＦＰＤパネルの大型化に伴いより大面積の基板上への薄膜形成に適したスパッタリング装置が望まれている。
【０００３】
大型の基板のスパッタリング成膜に適した成膜装置の一つとして、真空容器内を連続して次々に搬送される基板に対して真空容器内の所定位置に固定されたカソードを用いてスパッタ成膜するインライン型スパッタリング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。インライン型スパッタリング装置を用いることで、スループット及び膜質に対する２つの相反する要求を満足させることができる。
【０００４】
図１０に従来のインライン型スパッタリング装置の代表的な構成を示す。従来のインライン型スパッタリング装置においては、排気系の排気速度と導入されるプロセスガスの流量とからスパッタ圧力（基板とカソード付近の圧力）が決定される。ここで、排気速度は、真空成膜室などの真空容器に連結されているターボ分子ポンプ（以下、ＴＭＰとする）やクライオポンプの排気速度と、それらの真空ポンプの吸気側に配置されたコンダクタンスバルブの開放量とにより決定される。また、真空成膜室に導入されるプロセスガスの流量は、マスフローコントローラー（以下、ＭＦＣとする）により制御される流量から決定される。
【０００５】
図１０に示した従来のインライン型スパッタリング装置では、カソードの前面に次々に搬送される基板に対して連続的に成膜するために、成膜を行う真空成膜室の上流側には仕込み室が配置されている。仕込み室内には、成膜前の基板がさらに上流側から送られて、所定の真空状態になるまで格納される。仕込み室と真空成膜室の間にはゲートバルブ（以下、ＧＶとする）が配置され、仕込み室の圧力が真空成膜室とほぼ同一になるまでＧＶを解放しないことで真空成膜室のスパッタ圧力が変動しないように構成されている。圧力の制御は、仕込み室と真空成膜室のそれぞれに接続された排気系のコンダクタンスバルブの開放量（排気速度）と、仕込み室に接続されたＭＦＣによるプロセスガスの流量制御により調整される。同様に、真空成膜室で処理された基板が搬送される取り出し室についても、成膜ゾーンのスパッタ圧力が変動しないように取り出し室の圧力は調整されている。
【０００６】
しかしながら、同じ真空成膜室内であっても圧力は完全に均一というわけではなく、一般的には真空ポンプが接続された位置から離れるに従い圧力が徐々に増加する圧力勾配を有している（図１１参照）。このため、仕込み室内の圧力は、真空成膜室とのＧＶ付近の圧力と等しくなるように調整される必要があり、真空成膜室内の所定位置での圧力測定値に係数（定数）を乗じて算出した値に設定されている。これは、真空成膜室と取り出し室との間についても同様である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１３２７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような圧力調整方法では、真空成膜室内のシールド交換などによる微妙なコンダクタンス変動が発生した場合に生じる圧力変動に対処できないという問題があった。また、高いスループットを確保するためには、真空成膜室で成膜処理を行いながら仕込み室と真空成膜室の間のＧＶを開動作して次の基板を真空成膜室内に搬入する必要がある。このため、真空成膜室内の圧力分布が変動し、仕込み室と真空成膜室とのＧＶ付近とは異なる圧力に調整されるおそれがあった。この問題は、真空成膜室と取り出し室の間についても同様に起こり得る。
【０００９】
さらに、真空成膜室内の圧力の変動に連動して真空成膜室内のＭＦＣが動作し、成膜条件の重要な条件であるカソード近傍のプロセスガス流量が変動するおそれがあった。特に、Ｏ２（酸素ガス）やＮ２（窒素ガス）などのプロセスガスを添加したリアクティブスパッタプロセスでは、膜質が変化するという不都合が生じるおそれがあった。
【００１０】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、仕込み室と真空成膜室との間のゲートバルブＧＶ、若しくは、真空成膜室と取り出し室と間のゲートバルブＧＶを開放しても真空成膜室内のスパッタリング条件を変動させることがないスパッタリング装置を提供することにある。本発明の他の目的は、良好な膜質及び高い歩留まりで成膜処理ができるスパッタリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るスパッタリング装置は、第１圧力測定手段及び第１ガス導入手段を備えた真空排気可能な仕込み室と、仕込み室と第１ゲートバルブを介して連結され、第２圧力測定手段及びスパッタリングカソードを備えた真空排気可能な真空成膜室と、仕込み室と真空成膜室の間で基板を搬送可能な搬送装置と、を備えたスパッタリング装置であって、第１ゲートバルブを開放するときは、真空成膜室内の圧力を変動させないように、仕込み室の圧力を調整することを特徴とすることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るスパッタリング装置は、第１圧力測定手段及び第１ガス導入手段を備えた真空排気可能な仕込み室と、仕込み室と第１ゲートバルブを介して連結され、第２圧力測定手段及びスパッタリングカソードを備えた真空排気可能な真空成膜室と、真空成膜室と第２ゲートバルブを介して連結され、第３圧力測定手段及び第３ガス導入手段を備えた真空排気可能な取り出し室と、仕込み室と真空成膜室と取り出し室の間で基板を搬送可能な搬送装置と、を備えたスパッタリング装置であって、第１ゲートバルブを開放するときは、真空成膜室内の圧力を変動させないように、仕込み室の圧力を調整し、第２ゲートバルブを開放するときは、真空成膜室内の圧力を変動させないように、取り出し室の圧力を調整することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係るスパッタリング方法は、第１圧力測定手段及び第１ガス導入手段を備えた真空排気可能な仕込み室と、仕込み室と第１ゲートバルブを介して連結され、第２圧力測定手段及び第２ガス導入手段を備えた真空排気可能な真空成膜室と、仕込み室と真空成膜室の間で基板を搬送可能な搬送装置と、を備えたスパッタリング装置を用いたスパッタリング処理方法であって、基板を前記仕込み室内に搬入する基板搬入工程と、基板搬入工程の後に、仕込み室内を真空排気する真空排気工程と、真空排気工程の後に、仕込み室内の圧力が真空成膜室の圧力との差分に応じて仕込み室内にガスを導入する第１ガス導入工程と、
第１ガス導入工程の後に、第１ゲートバルブを開ける第１ゲートバルブ開工程と、第１ゲートバルブ開工程の後に、基板を真空成膜室に搬送する基板送り出し工程と、基板送り出し工程の後に、第１ゲートバルブを閉める第１ゲートバルブ閉工程と、を備え、第１ガス導入工程は、第１ゲートバルブ閉工程を終えるまで継続されることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るスパッタリング方法は、第２圧力測定手段及び第２ガス導入手段を備えた真空排気可能な真空成膜室と、真空成膜室と第２ゲートバルブを介して連結され、第３圧力測定手段及び第３ガス導入手段を備えた真空排気可能な取り出し室と、真空成膜室と取り出し室の間で基板を搬送可能な第２搬送装置と、を備えたスパッタリング手段を用いたスパッタリング処理方法であって、取り出し室内を真空排気する真空排気工程と、真空排気工程の後に、取り出し室内の圧力が真空成膜室の圧力と差分に応じて取り出し室内にガスを導入する第２ガス導入工程と、第２ガス導入工程の後に、第２ゲートバルブを開ける第２ゲートバルブ開工程と、第２ゲートバルブ開工程の後に、基板を取り出し室内に搬送する基板搬入工程と、基板搬入工程の後に、第２ゲートバルブを閉める第２ゲートバルブ閉工程と、を備え、第２ガス導入工程は、第２ゲートバルブ閉工程を終えるまで継続されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、多数の基板を順次スパッタ成膜するインライン型スパッタリング装置において、成膜される基板周辺の圧力をカソード近傍のガス流量や排気コンダクタンスを変えることなしに一定の圧力に保持することができる。また、上流側のゲートバルブＧＶや下流側のゲートバルブＧＶの開閉動作や基板の搬送状態位置によるスパッタリング圧力の変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るスパッタリング装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るスパッタリング装置のシステム構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る仕込み室５での作業工程図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る仕込み室でのガス圧制御のフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る取り出し室での作業工程図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る取り出し室でのガス圧制御のフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るスパッタリング装置の概略構成図である。
【図８】代表的なＳｉ薄膜系太陽電池の断面模式図である。
【図９】代表的なＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ（ＣＩＧＳ）系化合物太陽電池の断面模式図である。
【図１０】従来のスパッタリング装置の概略構成図である。
【図１１】従来のスパッタリング装置内のガス圧分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。以下に説明する部材、配置等は本発明を具体化した一例であって、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変できることは勿論である。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るスパッタリング装置の構成を示す概略図である。
本実施形態に係るスパッタリング装置Ｓは真空成膜室４と仕込み室５と取り出し室６などの真空容器を主要な構成要素として有しており、搬送機構によって上流から下流に向かって搬送される多数の基板２を連続的に処理（基板連続移動成膜方式）するインライン型スパッタ装置である。
【００１９】
真空成膜室４は、スパッタリングターゲット１（１ａ，１ｂ，１ｃ）と、基板２（２ａ，２ｂなど）を水平方向に搬送する搬送装置としての搬送機構（不図示）と、排気系１１ｂと、ガス導入機構１３ｂと、真空圧力計１４ｂとを有して構成されている。
【００２０】
スパッタリングターゲット１は、真空処理室４内の上側に設置されたスパッタリングカソードに固着されている。具体的には、スパッタリングカソードの下面側のバッキングプレートにボンディングにより固定されている。スパッタリングカソードには、スパッタリングターゲット１の表面上に磁場を発生させる磁石ユニット（不図示）が設けられている。磁石ユニットとしては固定式永久磁石、揺動式磁石ユニット、電磁石などの公知の磁石ユニットを任意に用いることができる。
【００２１】
なお、本実施形態においては、３つのスパッタリングカソードが真空処理室４内の上側に設置されており、それぞれのスパッタリングカソードにパッタリングターゲット１ａ、１ｂ、１ｃがボンディングされている。また、スパッタリングカソードの周囲を取り囲むように防着板３が設けられており、搬送機構により搬送される基板２がターゲット１の前方（下方）に位置するときにスパッタされた粒子が基板２に堆積されるように構成されている。
【００２２】
搬送機構は、スパッタリングカソードの下方側に配設され、真空容器内側に配設されたコロ機構と、このコロの上を移送されるトレイなどから構成されている。搬送機構は、上流側から搬送されてきた基板２を仕込み室５と真空成膜室４と取り出し室６を経て下流側にスムーズに搬送することができるように構成されている。なお、搬送機構としてはコロ搬送機構の他にも公知の任意の機構を用いた移動成膜方法を適用することができることはもちろんである。また本明細書中では、真空成膜室と取り出し室の間で基板を搬送可能な搬送装置を第２搬送装置と便宜上呼ぶことがある。
【００２３】
真空成膜室４の排気系１１ｂは、ドライポンプやターボ分子ポンプ（以下、ＴＭＰとする）若しくはクライオポンプなどの真空ポンプと、開放量を調整できるコンダクタンスバルブ１２ｂとを有して構成されており、真空ポンプはコンダクタンスバルブ１２ｂを介して真空成膜室４に接続されている。排気系１１ｂにより真空成膜室４内が真空排気され、処理条件に従って２００Ｐａ〜２×１０−５Ｐａ の所定圧力に保持される。
【００２４】
真空成膜室４のガス導入機構１３ｂ（第２ガス導入手段）は、プロセスガスの供給を行うＭＦＣ１６ｂを有して構成されている。ＭＦＣ１６ｂによるガス供給量やタイミングは、コントローラＣＴによって制御されている。
真空圧力計１４ｂ（第２圧力測定手段）は、公知のものを用いることができ、真空成膜室４内の任意の位置に設置され、後述する自動圧力調整器（以下、ＡＰＣ１５ａ，１５ｂとする）に測定値を出力している。本実施形態において真空圧力計１４ｂは、キャパシタンスゲージやクリスタルゲージ、ピラニゲージ、若しくは電離真空計（例えばＢ−Ａゲージ）などから構成されており、スパッタ物質の付着を避けるために防着板３の外側に配置されている。なお、仕込み室５と取り出し室６に接続されている排気系１１ａ，１１ｃ、ガス導入機構１３ａ，１３ｃ、真空圧力計１４ａ，１４ｃは真空成膜室４に接続されているものと同様の構成であるため説明を省略する。
【００２５】
ここで、図２に示したシステム構成図に基づいて、真空成膜室４内の圧力制御方法について説明する。
真空成膜室４内の圧力制御は、成膜ゾーン内の圧力と、Ａｒ（アルゴンガス）、Ｏ２（酸素ガス）、Ｎ２（窒素ガス）のそれぞれの分圧が、成膜条件（スパッタ圧力）に一致するように、コンダクタンスバルブ１２ｂの開放量とＭＦＣからのガス導入量が制御される。ガス導入量は、真空圧力計１４ｂからの測定値に基づいてコントローラＣＴによって決定される。なお、成膜ゾーンとはスパッタリングターゲット１ａ，１ｂ，１ｃの下方の領域とする。
【００２６】
具体的には、コンダクタンスバルブ１２ｂの開放量とＭＦＣ１６ｂの流量はコントローラＣＴによって制御されており、例えば、高真空排気時など、高い排気速度が必要な場合にはコンダクタンスバルブ１２ｂの開放量が最大になるように制御されるとともにＭＦＣ１６ｂからのガス供給は停止される。
【００２７】
また、スパッタリング処理中は、導入されるガスの流量は予め決められた範囲に制御される一方、コンダクタンスバルブ１２ｂの開放量を固定（若しくは微調整）することによって成膜ゾーンを一定のスパッタ圧力に調整している。なお、本実施形態においてはＡｒ（アルゴンガス）、Ｏ２（酸素ガス）、Ｎ２（窒素ガス）などのプロセスガスが複数のＭＦＣ１６ｂによってそれぞれ供給されるように構成されており、複数のＭＦＣ１６ｂはコントローラＣＴによってそれぞれ制御されている。
【００２８】
仕込み室５は、ゲートバルブＧＶ７（第１ゲートバルブ）を介して真空成膜室４と連結されており、搬送機構により基板２を真空処理室４に送り出すことができる。仕込み室５の上流側には基板２を外部から搬入するためのドアバルブＧＶ９が設けられている。仕込み室５にも、真空成膜室４と同様に、ガス導入機構１３ａ（第１ガス導入手段）、排気系１１ａ、真空圧力計１４ａ（第１圧力測定手段）が取り付けられている。
【００２９】
次に、仕込み室５の圧力制御方法について説明する。
仕込み室５内の圧力制御は、真空成膜室４内の成膜ゾーン内のスパッタ圧力に影響を及ぼさないように行われる。具体的には、コンダクタンスバルブ１２ａの開放量又はＭＦＣ１６ａからのガス導入量を制御するＡＰＣ１５ａを備えており、仕込み室５内の真空圧力計１４ａ（第１圧力測定手段）と真空成膜室４内の真空圧力計１４ｂ（第２圧力測定手段）からの信号がＡＰＣ１５ａに入力される。これらの信号に基づいてＡＰＣ１５ａ内で、最適なコンダクタンスバルブ１２ａの開放量又はＭＦＣ１６ａからのガス導入量が算出され、コンダクタンスバルブ１２ａとＭＦＣ１６ａがそれぞれ制御される。なお、本実施形態においては、コンダクタンスバルブ１２ａの開放量とＭＦＣ１６ａからのガス導入量のいずれか一方を制御する構成としているが、両方を制御する構成でもよいことはもちろんである。
【００３０】
取り出し室６は、ゲートバルブＧＶ８（第２ゲートバルブ）を介して真空成膜室４と連結されており、搬送機構（第２搬送装置）により真空処理室４で処理された基板２を、外部に取り出すために一時的に保管する。ゲートバルブＧＶ８の下流側には基板２を系外に取り出すためのドアバルブＧＶ１０が設けられている。取り出し室６にも、真空成膜室４と同様に、ガス導入機構１３ｃ（第３ガス導入手段）、排気系１１ｃ、真空圧力計１４ｃ（第３圧力測定手段）が取り付けられている。
【００３１】
取り出し室６の圧力制御方法について説明する。
取り出し室６内の圧力制御も仕込み室５内の圧力制御と同様に、真空成膜室４内の成膜ゾーン内のスパッタ圧力に影響しないように制御される。具体的には、取り出し室６内の真空圧力計１４ｃ（第３圧力測定手段）と真空成膜室４内の真空圧力計１４ｂ（第２圧力測定手段）とＭＦＣ１６ｃから出力された信号がＡＰＣ１５ｂに入力される。これらの信号に基づいてＡＰＣ１５ｂ内で、最適なコンダクタンスバルブ１２ｃの開放量又はＭＦＣ１６ｃからのガス導入量が算出され、コンダクタンスバルブ１２ｃとＭＦＣ１６ｃが制御される。なお、コンダクタンスバルブ１２ｃの開放量とＭＦＣ１６ｃからのガス導入量の両方を制御する構成でもよいことはもちろんである。
【００３２】
ここで、仕込み室５での作業工程（図３）と仕込み室でのガス圧制御のフローチャート（図４）について説明する。
まず、図３に仕込み室５での作業工程図を示す。図３に基づいて任意の１つの基板２について仕込み室５での処理の流れを説明すると以下のようなものとなる。
仕込み室５を系外と同じ圧力にしてドアバルブＧＶ９を開け（ベント工程ＰＬ０１、ドアバルブ開動作ＰＬ０２）、そこに、基板２を搬送機構により上流側から搬送する。基板２はドアバルブＧＶ９を通過して仕込み室５内に搬入される（基板搬入工程ＰＬ０３）。ドアバルブＧＶ９を閉じた後（ドアバルブ閉動作ＰＬ０４）、仕込み室５内を真空排気（粗引き工程ＰＬ０５）した後に、真空成膜室の圧力との差分に応じてガスを導入（ガス導入工程（第１ガス導入工程）ＰＬ０７）する。すなわち、仕込み室５内の圧力が調整（粗引き工程ＰＬ０５〜ガス導入工程ＰＬ０７）される。その後、ゲートバルブＧＶ７が開放され（ゲートバルブ開動作ＰＬ０８又はゲートバルブ開工程、第１ゲートバルブ開工程）、基板２は真空処理室４内に搬送され（基板送り出し工程ＰＬ０９）、ゲートバルブＧＶ７が閉じられる（ゲートバルブ閉動作ＰＬ１０又はゲートバルブ閉工程、第１ゲートバルブ閉工程）。なお、ゲートバルブＧＶ７開放中にも、仕込み室５と真空成膜室４のガス圧力を等しくする必要があるため、ガス導入工程ＰＬ０７はゲートバルブ閉動作ＰＬ１０まで継続される。もちろん、ガス導入工程ＰＬ０７により仕込み室５の圧力が目標圧力よりも高くなったときは一次的に仕込み室５に導入しているガス流量を減らすか、または、コンダクタンスバルブの開放量を大きくし、調圧を行う。
【００３３】
次に、多数の基板２を連続処理する場合には、上述した１つの基板２を処理する場合とは装置の制御に違いが生じる。
すなわち、基板２が多数存在し、上流から下流に向けて絶え間なく搬送されると基板２がターゲット１前方を間断なく移動することになる。基板処理速度（スループット）の向上のために、基板２に成膜処理を施しながら上流側から基板２を搬入し、若しくは、成膜処理済みの基板２を下流側に搬出される搬送制御が行われる。すなわち、成膜処理中にゲートバルブＧＶ７若しくはゲートバルブＧＶ８の開動作が行われることになる。
【００３４】
また、仕込み室５の調圧（粗引き工程ＰＬ０５〜プロセスガス導入工程ＰＬ０７）にある程度の時間を要するため、仕込み室５内の調圧中は基板２の移動を一時的に停止する搬送制御を行うことで仕込み室５の小型化を図っている。このため、仕込み室５と真空成膜室４の間のゲートバルブＧＶ７が開放（ゲートバルブ開動作ＰＬ０８）された際に、真空成膜室４を既に通過している先行する基板２（第２基板）との間隔が開いていることになる。そこで、仕込み室内５から搬送された下流側の基板２（第１基板）は、先行する基板２（第２基板）の搬送速度よりも早い送り速度で送られる搬送工程（追いつき工程）を行うことによってスパッタリング装置１のスループット低下を防いでいる。具体的には、追いつき工程は、下流側の基板２と先行する基板２との間隔が所定間隔となるまで下流側の基板２の搬送速度だけを増加させる工程である。
【００３５】
図４に仕込み室でのガス圧制御のフローチャートを示す。図４はプロセスガス導入工程（ガス導入工程）におけるガス圧制御のフローチャートである。
この図４に基づいて、ゲートバルブＧＶ７が開く前後の動作（プロセスガス導入工程ＰＬ０７〜ゲートバルブ閉動作ＰＬ１０）を説明する。
上流側から基板２を仕込み室５に搬入（基板搬入工程ＰＬ０３、ドアバルブ閉動作ＰＬ０４）した後、仕込み室５内は真空排気（粗引き工程ＰＬ０５、高真空排気工程ＰＬ０６）されている。この後にガス導入工程ＰＬ０７（第１ガス導入工程）が行われる。
【００３６】
仕込み室５の中にガスを導入する際、所定の圧力に到達させる制御方法として公知の制御方法（ＰＩＤ制御方法）を用いている。ＰＩＤ制御に必要な入力値は２つあり、目標値ＳＶと現在値ＰＶである。ＰＩＤ演算結果から得られる出力値は操作量ＭＶの一つである。ＧＶ７が開く直前までの工程では、目標値ＳＶ＝真空処理室４内の圧力×係数ｋ１、現在値ＰＶ＝仕込み室５内の圧力、目標値ＭＶ＝仕込み室のＭＦＣ流量となる（Ｓｔｅｐ００２）。なお、ＰＩＤ制御回路はＡＰＣ１５ａに備えられている。
【００３７】
ここで、真空処理室４内の圧力とは真空圧力計１４ｂの読み取り値であり、ＰＩＤ演算を開始する直前の値でもいいし、ＰＩＤ演算中も真空圧力計１４ｂの読み取り値を与え続けてもよい。係数ｋ１とは補正係数であり、真空圧力計１４ｂの読み取り値からゲートバルブＧＶ７の地点までの圧力勾配が考慮されている。係数ｋ１は真空成膜室４の内部構造に依存し、特に排気装置１１ｂの取り付け位置に大きく依存する。真空圧力計１４ｂの読み取り値に場所による誤差を補正するための係数ｋ１を掛け合わせた数値が仕込み室５の目標値ＳＶとなる。
【００３８】
上記のＰＩＤ演算の結果出力された操作量ＭＶに応じてＭＦＣ１６ａからプロセスガス導入量が調整される（Ｓｔｅｐ００３）。ＳＶ＝ＰＶの条件は、±ｂ％内にｃ秒間静定（例えば、±１％内に１秒間静定）等の成立条件を入れて、所定の圧力に達したと判断する（Ｓｔｅｐ００４）。
【００３９】
所定の圧力に達したと判断されると（Ｓｔｅｐ００４：Ｙｅｓ）、ゲートバルブＧＶ７開動作に移行するが、ここで、ＰＩＤ演算に入力する目標値ＳＶと現在値ＰＶを変更する（Ｓｔｅｐ００５）。目標値ＳＶには真空成膜室４内の真空圧力計１４ｂの読み取り値を瞬間的にサンプリングした値を固定する。現在値ＰＶには現状の真空圧力計１４ａの読み取り値を入力する。この入力値変更した後、直ちにゲートバルブＧＶ７の開動作に入る（Ｓｔｅｐ００６）。
【００４０】
ここで、ゲートバルブＧＶ７を開いた時に真空圧力計１４ａの値が、ゲートバルブＧＶ７が開く直前の値と差が開いてくれば（Ｓｔｅｐ００８：Ｎｏ）、ＰＩＤ演算が実行される。すなわち、出力された操作量ＭＶに応じてＭＦＣ１６ａの流量を変化させ、真空圧力計１４ａ（現在値ＰＶ）と目標値ＳＶが一定になるように制御される（Ｓｔｅｐ００７）。
【００４１】
ゲートバルブＧＶ７が開いた後、所定のタイミングで仕込み室５内の基板２が真空成膜室４内へ送り出される（基板送り出し工程）。送り出し工程として、基板２（第１基板２ａ）をゲートバルブＧＶ７から真空成膜室４へ送り出す搬送制御のみならず、先行している基板２（第２基板２ｂ）との間隔をつめるために、先行している基板２ｂよりも速い速度で搬送する制御（追いつき工程）も行われる。
【００４２】
基板２の送り出し工程中に真空圧力計１４ａの測定値が変動した場合には、ＰＩＤ制御によりＭＦＣ１６ａの流量が調節され、真空圧力計１４ａ（現在値ＰＶ）と目標値ＳＶが一定になるように制御される。従って、ゲートバルブＧＶ７が開いている間は、常時この圧力制御が継続していることになる。送り出し工程完了の後、ゲートバルブＧＶ７は閉動作（Ｓｔｅｐ００９）となる。ゲートバルブＧＶ７が閉動作完了の後、仕込み室５内に供給していたガスを止め、ガス導入工程ＰＬ７は完了する（Ｓｔｅｐ０１０）。
【００４３】
次に、取り出し室６での作業工程（図５）と取り出し室でのガス圧制御のフローチャート（図６）について説明する。
図５に基づいて任意の１つの基板２について取り出し室６での処理の流れを説明すると以下のようなものとなる。
まず、ゲートバルブＧＶ８を閉じて（ゲートバルブ閉動作Ｐｕ１０）、取り出し室６内を下流側の圧力に調整（ベント工程Ｐｕ０１）した後に、ドアバルブＧＶ１０を開けて（ドアバルブ開動作Ｐｕ０２）先行している基板２をドアバルブＧＶ１０から下流側（系外）に搬送する（基板搬出工程Ｐｕ０３）。その後、ドアバルブＧＶ１０を閉めて（ドアバルブ閉動作Ｐｕ０４）取り出し室６の圧力が再び真空処理室４と同じ圧力になるように、真空成膜室４の圧力と差分に応じて取り出し室６内にガスを導入する（粗引き工程Ｐｕ０５：真空排気工程〜ガス導入工程Ｐｕ０７：第２ガス導入工程）。
【００４４】
そして、ゲートバルブＧＶ８を開けて（ゲートバルブ開動作Ｐｕ０８又はゲートバルブ開工程、第２ゲートバルブ開工程）、真空処理室４内で成膜処理された基板２を、ゲートバルブＧＶ８を介して取り出し室６内に搬入する（基板搬入工程Ｐｕ０９）。なお、ゲートバルブＧＶ８開放中にも、取り出し室６と真空成膜室４のガス圧力を等しくする必要があるため、ガス導入工程Ｐｕ０７はゲートバルブ閉動作Ｐｕ１０（ゲートバルブ閉工程、第２ゲートバルブ閉工程）まで継続される。もちろん、ガス導入工程Ｐｕ０７により取り出し室６の圧力が目標圧力よりも高くなったときは一次的に取り出し室６に導入しているガス流量を減らすか、または、コンダクタンスバルブの開放量を大きくし、調圧を行う。
【００４５】
図６に仕込み室でのガス圧制御のフローチャートを示す。図６はプロセスガス導入工程（ガス導入工程）におけるガス圧制御のフローチャートであり、ゲートバルブＧＶ８が開く前後の動作（ガス導入工程Ｐｕ０７〜ゲートバルブ閉動作Ｐｕ１０）を図示している。上流側から基板２を系外に搬出（基板搬出工程Ｐｕ０３、ドアバルブ閉動作Ｐｕ０４）した後、取り出し室６は真空排気（粗引き工程Ｐｕ０５、高真空排気工程Ｐｕ０６）されている。この後にガス導入工程Ｐｕ０７が行われる。
【００４６】
ガス導入工程Ｐｕ０７〜ゲートバルブ閉動作Ｐｕ１０までのガス圧制御方法は、図４にて説明したガス圧制御方法とほぼ同様であるため異なる部分のみ説明する。取り出し室６内のガス圧はＡＰＣ１５ｂに備えられたＰＩＤ制御回路により制御される。その際、目標値ＳＶ＝真空処理室４内の圧力×係数ｋ２、現在値ＰＶ＝取り出し室６内の圧力、目標値ＭＶ＝取り出し室のＭＦＣ流量である（Ｓｔｅｐ１０２）。
【００４７】
係数ｋ２とは補正係数であり、真空圧力計１４ｂの読み取り値からゲートバルブＧＶ８の地点までの圧力勾配が考慮されている。係数ｋ２は係数ｋ１と同じく真空成膜室４の内部構造に依存し、特に排気装置１１ｂの取り付け位置に大きく依存する。
【００４８】
取り出し室６の下流側のゲートバルブＧＶ８から排出された基板２は系外に出てしまうことになるため、本実施形態においては基板搬出工程Ｐｕ０３や基板搬入工程Ｐｕ０９では、先行している基板２（２ｂ）との間隔をつめるための追いつき工程は行われない。しかし、取り出し室６の下流側にも制御可能な搬送装置が連結されている場合には追いつき工程を行う構成とすることができる。
【００４９】
基板２の基板搬入工程Ｐｕ０９中に真空圧力計１４ｃの測定値が変動した場合には、ＰＩＤ制御によりＭＦＣ１６ｃの流量が調節され、真空圧力計１４ｃ（現在値ＰＶ）と目標値ＳＶが一定になるように制御される。従って、ゲートバルブＧＶ８が開いている間は、常時この圧力制御が継続していることになる。基板搬入工程Ｐｕ０９完了の後、ＧＶ８は閉動作（Ｓｔｅｐ１０９）となる。ゲートバルブＧＶ８が閉動作完了の後、取り出し室６内に供給していたガスを止め、ガス導入工程は完了する（Ｓｔｅｐ１１０）。
【００５０】
なお、図４と図６で記述したＰＩＤ制御に必要なパラメータである、比例定数、積分定数、微分定数は、事前に、ＰＩＤ制御ユニットによる、自動取得機能によって求められた数値や、限界感度法などにより、手動操作によって求められた定数を使い、最適な制御がなされていることを前提としている。なお、上述した本実施形態においては、操作量ＭＶでＭＦＣ１６ａ，１６ｃからのガス流量を調整しているが、コンダクタンスバルブ１２ａ，１２ｃの開放量を調整する制御方法であってもよい。
【００５１】
また、ガス導入工程ＰＬ０７とガス導入工程Ｐｕ０７とが同時に行われるタイミングを有するように構成されてもよい。すなわち、基板２を仕込み室５から真空処理室４に搬送するためにゲートバルブＧＶ７を開けている状態（図３のＰＬ０７〜ＰＬ１０）と、
基板２の一つ前を搬送されている基板（先行する基板）を真空処理室４から取り出し室６に搬送するためにゲートバルブＧＶ８を開けている状態（図５のＰｕ０７〜Ｐｕ１０）とが、重なる時間があってもよいものとする。スループットの向上を図ることができる。
【００５２】
（第２の実施形態）
図７に、第２の実施形態に係るスパッタリング装置の概略構成図であり、５室から構成されるスパッタリング装置Ｓ２の構成を示したものである。
第１の実施形態に係るスパッタリング装置Ｓの仕込み室５の機能を２つに分け、仕込み室５の上流側にサブロードロック室２１を設けている。同様に、取り出し室６も機能を２つに分け、取り出し室６の下流側にサブアンロードロック室２２を設けている。この場合、仕込み室５や取り出し室６はベント工程がなく、大気圧まで戻ることがないため高真空状態に維持されるので、大気成分のガスコンタミネーションを軽減ができ、スループットの向上を図ることができる。
【００５３】
図１及び図２に示したスパッタリング装置Ｓ，Ｓ２は、上方にスパッタリングターゲット1、下方に基板２という構成を有しているが、ターゲット１を下方、基板２を上方に配置したデポジションアップの構成であっても本発明を適用可能なことはもちろんである。また、ターゲット１を鉛直方向に設置し、基板２をトレイなどに搭載して立てた状態のまま搬送するサイドデポジションの方法にも適用することができる。さらに、カソード構成においては、ＤＣスパッタ法、ＤＣパルス法、ＲＦスッパタ法、デュアルカソードのＭＦスパッタ法など各種のスパッタ法を用いることができる。
【実施例１】
【００５４】
本発明に係るスパッタリング装置Ｓ１，Ｓ２は、スパッタ成膜中の圧力変動を効果的に抑制させることができるが、以下に、スパッタリング装置Ｓ１を成膜処理に適用した場合の実施例１，２について記載する。
【００５５】
図８は代表的なＳｉ薄膜系太陽電池の断面模式図である。符号１０１はガラス基板、符号１０２はＴＣＯ層，符号１０３はｐｉｎ層、符号１０４は裏面電極であるＡＺＯ層、符号１０５は裏面電極であるＡｇ層、符号１０６は裏面電極であるＴｉ層である。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、本発明のスパッタリング装置Ｓ１を用いて成膜される工程は、窓層である透明導電膜のＡｌドープＺｎＯ（以降ＡＺＯと略記する）と裏面電極であるＡＺＯ＋Ａｇ＋Ｔｉの３層積層膜である。
【００５６】
窓層がＡＺＯのように単層膜の場合は、第１の実施形態で示したようなスパッタリング装置Ｓ１の構成で成膜処理が可能であり、ターゲット１ａ，１ｂ，１ｃには任意のターゲットを用いてもよいし、３つ全てＡＺＯターゲットとしてもよい。また、裏面電極のように多層膜である場合にもスパッタリング装置Ｓ１の構成で成膜処理が可能であり、この場合ターゲット１ａ，１ｂ，１ｃとしてそれぞれＡＺＯ、Ａｇ、Ｔｉを用いると好適である。
【００５７】
スパッタリング装置Ｓ１を用いることによって、基板２を真空成膜室４に搬入若しくは真空成膜室４から搬出する際に、仕込み室５と取り出し室６のゲートバルブＧＶ７，ＧＶ８を開閉操作してもスパッタ圧力の変動を効果的に軽減することができる。そのため、成膜処理される基板２毎のスパッタリング条件の変動を防ぐことができ、高い歩留まりを確保することができる。
【実施例２】
【００５８】
図９は、代表的なＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ（以降ＣＩＧＳとする）系化合物太陽電池の断面模式図である。符号１１１は基板２としてのガラス又はステンレス等のフィルム、符号１１２は裏面電極であるＭｏ層、符号１１３は起電部であるＣＩＧＳ化合物層、符号１１４は例えばＣｄＳよりなるバッファ層、符号１１５は窓層であるＡＺＯ層である。
【００５９】
この太陽電池の製造方法の一例を説明する。基板上に裏面電極であるＭｏをスパッタリング法で成膜した後に光吸収層を形成する。光吸収層は、ＣａＧａ合金＋Ｉｎの２層積層の後、Ｈ２Ｓｅのガス雰囲気中で高温アニールを施して得た多結晶化合物である。バッファ層としてのＣｄＳは、ケミカルバスデポジション方式（以降ＣＢＤと略記する）で成膜する。最後に窓層であるＡＺＯをスパッタリング法で成膜する。このうちスパッタリング法で成膜する工程に適用する場合、例えば窓層はＡＺＯ単層膜であるが、ＺｎＯ＋ＡＺＯなどの二層積層膜を形成してもよい。その場合はスパッタリング装置Ｓ１ような構成の装置で製造可能であり、ターゲット１ａにＺｎＯ、ターゲット１ｃにＡＺＯを用いるとよい。単層のＭｏ層１１２についてもスパッタリング装置Ｓ１で成膜可能であり、ターゲット１ａ，１ｂ，１ｃとして任意のターゲットを用い、若しくは全てＭｏターゲットとして成膜工程を行うことができる。
【００６０】
スパッタリング装置Ｓ１を用いることによって、基板２を真空成膜室４に搬入若しくは真空成膜室４から搬出する際に、仕込み室５と取り出し室６のゲートバルブＧＶ７，ＧＶ８を開閉操作してもスパッタ圧力の変動を効果的に軽減することができる。そのため、成膜処理される基板２毎のスパッタリング条件の変動を防ぐことができ、高い歩留まりを確保することができる。
【００６１】
実施例として上述した以外にもスパッタリング装置Ｓ１は、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工程に適用することができる。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（有機ＥＬディスプレイ）等を挙げることができる。
【符号の説明】
【００６２】
Ｓ，Ｓ２ スパッタリング装置
ＧＶ７，ＧＶ８ ゲートバルブ
ＧＶ９，ＧＶ１０ ドアバルブ
ＣＴ コントローラ
１，１ａ，１ｂ，１ｃ ターゲット
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ 基板
３ 防着板
４ 真空成膜室
５ 仕込み室
６ 取り出し室
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 排気装置
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ コンダクタンスバルブ
１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ ガス導入機構
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ ＭＦＣ
１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ 真空圧力計
１５ａ，１５ｂ ＡＰＣ
２１ サブロードロック室
２２ サブアンロードロック室
１０１ ガラス基板
１０２ ＴＣＯ層
１０３ ｐｉｎ層
１０４，１１５ ＡＺＯ層
１０５ Ａｇ層
１０６ Ｔｉ層
１１１ フィルム
１１２ Ｍｏ層
１１３ ＣＩＧＳ化合物層
１１４ バッファ層
【技術分野】
【０００１】
本発明は各種半導体デバイス、磁気デバイス、電子部品、光学部品等の成膜に使用するスパッタリング装置及びスパッタリング方法に係り、特に、搬入室と真空処理室とを備えるスパッタリング装置及びスパッタリング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
平面形状を有する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・配線の形成に用いられている。近年、ＦＰＤパネルの大型化に伴いより大面積の基板上への薄膜形成に適したスパッタリング装置が望まれている。
【０００３】
大型の基板のスパッタリング成膜に適した成膜装置の一つとして、真空容器内を連続して次々に搬送される基板に対して真空容器内の所定位置に固定されたカソードを用いてスパッタ成膜するインライン型スパッタリング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。インライン型スパッタリング装置を用いることで、スループット及び膜質に対する２つの相反する要求を満足させることができる。
【０００４】
図１０に従来のインライン型スパッタリング装置の代表的な構成を示す。従来のインライン型スパッタリング装置においては、排気系の排気速度と導入されるプロセスガスの流量とからスパッタ圧力（基板とカソード付近の圧力）が決定される。ここで、排気速度は、真空成膜室などの真空容器に連結されているターボ分子ポンプ（以下、ＴＭＰとする）やクライオポンプの排気速度と、それらの真空ポンプの吸気側に配置されたコンダクタンスバルブの開放量とにより決定される。また、真空成膜室に導入されるプロセスガスの流量は、マスフローコントローラー（以下、ＭＦＣとする）により制御される流量から決定される。
【０００５】
図１０に示した従来のインライン型スパッタリング装置では、カソードの前面に次々に搬送される基板に対して連続的に成膜するために、成膜を行う真空成膜室の上流側には仕込み室が配置されている。仕込み室内には、成膜前の基板がさらに上流側から送られて、所定の真空状態になるまで格納される。仕込み室と真空成膜室の間にはゲートバルブ（以下、ＧＶとする）が配置され、仕込み室の圧力が真空成膜室とほぼ同一になるまでＧＶを解放しないことで真空成膜室のスパッタ圧力が変動しないように構成されている。圧力の制御は、仕込み室と真空成膜室のそれぞれに接続された排気系のコンダクタンスバルブの開放量（排気速度）と、仕込み室に接続されたＭＦＣによるプロセスガスの流量制御により調整される。同様に、真空成膜室で処理された基板が搬送される取り出し室についても、成膜ゾーンのスパッタ圧力が変動しないように取り出し室の圧力は調整されている。
【０００６】
しかしながら、同じ真空成膜室内であっても圧力は完全に均一というわけではなく、一般的には真空ポンプが接続された位置から離れるに従い圧力が徐々に増加する圧力勾配を有している（図１１参照）。このため、仕込み室内の圧力は、真空成膜室とのＧＶ付近の圧力と等しくなるように調整される必要があり、真空成膜室内の所定位置での圧力測定値に係数（定数）を乗じて算出した値に設定されている。これは、真空成膜室と取り出し室との間についても同様である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１３２７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような圧力調整方法では、真空成膜室内のシールド交換などによる微妙なコンダクタンス変動が発生した場合に生じる圧力変動に対処できないという問題があった。また、高いスループットを確保するためには、真空成膜室で成膜処理を行いながら仕込み室と真空成膜室の間のＧＶを開動作して次の基板を真空成膜室内に搬入する必要がある。このため、真空成膜室内の圧力分布が変動し、仕込み室と真空成膜室とのＧＶ付近とは異なる圧力に調整されるおそれがあった。この問題は、真空成膜室と取り出し室の間についても同様に起こり得る。
【０００９】
さらに、真空成膜室内の圧力の変動に連動して真空成膜室内のＭＦＣが動作し、成膜条件の重要な条件であるカソード近傍のプロセスガス流量が変動するおそれがあった。特に、Ｏ２（酸素ガス）やＮ２（窒素ガス）などのプロセスガスを添加したリアクティブスパッタプロセスでは、膜質が変化するという不都合が生じるおそれがあった。
【００１０】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、仕込み室と真空成膜室との間のゲートバルブＧＶ、若しくは、真空成膜室と取り出し室と間のゲートバルブＧＶを開放しても真空成膜室内のスパッタリング条件を変動させることがないスパッタリング装置を提供することにある。本発明の他の目的は、良好な膜質及び高い歩留まりで成膜処理ができるスパッタリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るスパッタリング装置は、第１圧力測定手段及び第１ガス導入手段を備えた真空排気可能な仕込み室と、仕込み室と第１ゲートバルブを介して連結され、第２圧力測定手段及びスパッタリングカソードを備えた真空排気可能な真空成膜室と、仕込み室と真空成膜室の間で基板を搬送可能な搬送装置と、を備えたスパッタリング装置であって、第１ゲートバルブを開放するときは、真空成膜室内の圧力を変動させないように、仕込み室の圧力を調整することを特徴とすることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るスパッタリング装置は、第１圧力測定手段及び第１ガス導入手段を備えた真空排気可能な仕込み室と、仕込み室と第１ゲートバルブを介して連結され、第２圧力測定手段及びスパッタリングカソードを備えた真空排気可能な真空成膜室と、真空成膜室と第２ゲートバルブを介して連結され、第３圧力測定手段及び第３ガス導入手段を備えた真空排気可能な取り出し室と、仕込み室と真空成膜室と取り出し室の間で基板を搬送可能な搬送装置と、を備えたスパッタリング装置であって、第１ゲートバルブを開放するときは、真空成膜室内の圧力を変動させないように、仕込み室の圧力を調整し、第２ゲートバルブを開放するときは、真空成膜室内の圧力を変動させないように、取り出し室の圧力を調整することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係るスパッタリング方法は、第１圧力測定手段及び第１ガス導入手段を備えた真空排気可能な仕込み室と、仕込み室と第１ゲートバルブを介して連結され、第２圧力測定手段及び第２ガス導入手段を備えた真空排気可能な真空成膜室と、仕込み室と真空成膜室の間で基板を搬送可能な搬送装置と、を備えたスパッタリング装置を用いたスパッタリング処理方法であって、基板を前記仕込み室内に搬入する基板搬入工程と、基板搬入工程の後に、仕込み室内を真空排気する真空排気工程と、真空排気工程の後に、仕込み室内の圧力が真空成膜室の圧力との差分に応じて仕込み室内にガスを導入する第１ガス導入工程と、
第１ガス導入工程の後に、第１ゲートバルブを開ける第１ゲートバルブ開工程と、第１ゲートバルブ開工程の後に、基板を真空成膜室に搬送する基板送り出し工程と、基板送り出し工程の後に、第１ゲートバルブを閉める第１ゲートバルブ閉工程と、を備え、第１ガス導入工程は、第１ゲートバルブ閉工程を終えるまで継続されることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るスパッタリング方法は、第２圧力測定手段及び第２ガス導入手段を備えた真空排気可能な真空成膜室と、真空成膜室と第２ゲートバルブを介して連結され、第３圧力測定手段及び第３ガス導入手段を備えた真空排気可能な取り出し室と、真空成膜室と取り出し室の間で基板を搬送可能な第２搬送装置と、を備えたスパッタリング手段を用いたスパッタリング処理方法であって、取り出し室内を真空排気する真空排気工程と、真空排気工程の後に、取り出し室内の圧力が真空成膜室の圧力と差分に応じて取り出し室内にガスを導入する第２ガス導入工程と、第２ガス導入工程の後に、第２ゲートバルブを開ける第２ゲートバルブ開工程と、第２ゲートバルブ開工程の後に、基板を取り出し室内に搬送する基板搬入工程と、基板搬入工程の後に、第２ゲートバルブを閉める第２ゲートバルブ閉工程と、を備え、第２ガス導入工程は、第２ゲートバルブ閉工程を終えるまで継続されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、多数の基板を順次スパッタ成膜するインライン型スパッタリング装置において、成膜される基板周辺の圧力をカソード近傍のガス流量や排気コンダクタンスを変えることなしに一定の圧力に保持することができる。また、上流側のゲートバルブＧＶや下流側のゲートバルブＧＶの開閉動作や基板の搬送状態位置によるスパッタリング圧力の変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るスパッタリング装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るスパッタリング装置のシステム構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る仕込み室５での作業工程図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る仕込み室でのガス圧制御のフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る取り出し室での作業工程図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る取り出し室でのガス圧制御のフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るスパッタリング装置の概略構成図である。
【図８】代表的なＳｉ薄膜系太陽電池の断面模式図である。
【図９】代表的なＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ（ＣＩＧＳ）系化合物太陽電池の断面模式図である。
【図１０】従来のスパッタリング装置の概略構成図である。
【図１１】従来のスパッタリング装置内のガス圧分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。以下に説明する部材、配置等は本発明を具体化した一例であって、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変できることは勿論である。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るスパッタリング装置の構成を示す概略図である。
本実施形態に係るスパッタリング装置Ｓは真空成膜室４と仕込み室５と取り出し室６などの真空容器を主要な構成要素として有しており、搬送機構によって上流から下流に向かって搬送される多数の基板２を連続的に処理（基板連続移動成膜方式）するインライン型スパッタ装置である。
【００１９】
真空成膜室４は、スパッタリングターゲット１（１ａ，１ｂ，１ｃ）と、基板２（２ａ，２ｂなど）を水平方向に搬送する搬送装置としての搬送機構（不図示）と、排気系１１ｂと、ガス導入機構１３ｂと、真空圧力計１４ｂとを有して構成されている。
【００２０】
スパッタリングターゲット１は、真空処理室４内の上側に設置されたスパッタリングカソードに固着されている。具体的には、スパッタリングカソードの下面側のバッキングプレートにボンディングにより固定されている。スパッタリングカソードには、スパッタリングターゲット１の表面上に磁場を発生させる磁石ユニット（不図示）が設けられている。磁石ユニットとしては固定式永久磁石、揺動式磁石ユニット、電磁石などの公知の磁石ユニットを任意に用いることができる。
【００２１】
なお、本実施形態においては、３つのスパッタリングカソードが真空処理室４内の上側に設置されており、それぞれのスパッタリングカソードにパッタリングターゲット１ａ、１ｂ、１ｃがボンディングされている。また、スパッタリングカソードの周囲を取り囲むように防着板３が設けられており、搬送機構により搬送される基板２がターゲット１の前方（下方）に位置するときにスパッタされた粒子が基板２に堆積されるように構成されている。
【００２２】
搬送機構は、スパッタリングカソードの下方側に配設され、真空容器内側に配設されたコロ機構と、このコロの上を移送されるトレイなどから構成されている。搬送機構は、上流側から搬送されてきた基板２を仕込み室５と真空成膜室４と取り出し室６を経て下流側にスムーズに搬送することができるように構成されている。なお、搬送機構としてはコロ搬送機構の他にも公知の任意の機構を用いた移動成膜方法を適用することができることはもちろんである。また本明細書中では、真空成膜室と取り出し室の間で基板を搬送可能な搬送装置を第２搬送装置と便宜上呼ぶことがある。
【００２３】
真空成膜室４の排気系１１ｂは、ドライポンプやターボ分子ポンプ（以下、ＴＭＰとする）若しくはクライオポンプなどの真空ポンプと、開放量を調整できるコンダクタンスバルブ１２ｂとを有して構成されており、真空ポンプはコンダクタンスバルブ１２ｂを介して真空成膜室４に接続されている。排気系１１ｂにより真空成膜室４内が真空排気され、処理条件に従って２００Ｐａ〜２×１０−５Ｐａ の所定圧力に保持される。
【００２４】
真空成膜室４のガス導入機構１３ｂ（第２ガス導入手段）は、プロセスガスの供給を行うＭＦＣ１６ｂを有して構成されている。ＭＦＣ１６ｂによるガス供給量やタイミングは、コントローラＣＴによって制御されている。
真空圧力計１４ｂ（第２圧力測定手段）は、公知のものを用いることができ、真空成膜室４内の任意の位置に設置され、後述する自動圧力調整器（以下、ＡＰＣ１５ａ，１５ｂとする）に測定値を出力している。本実施形態において真空圧力計１４ｂは、キャパシタンスゲージやクリスタルゲージ、ピラニゲージ、若しくは電離真空計（例えばＢ−Ａゲージ）などから構成されており、スパッタ物質の付着を避けるために防着板３の外側に配置されている。なお、仕込み室５と取り出し室６に接続されている排気系１１ａ，１１ｃ、ガス導入機構１３ａ，１３ｃ、真空圧力計１４ａ，１４ｃは真空成膜室４に接続されているものと同様の構成であるため説明を省略する。
【００２５】
ここで、図２に示したシステム構成図に基づいて、真空成膜室４内の圧力制御方法について説明する。
真空成膜室４内の圧力制御は、成膜ゾーン内の圧力と、Ａｒ（アルゴンガス）、Ｏ２（酸素ガス）、Ｎ２（窒素ガス）のそれぞれの分圧が、成膜条件（スパッタ圧力）に一致するように、コンダクタンスバルブ１２ｂの開放量とＭＦＣからのガス導入量が制御される。ガス導入量は、真空圧力計１４ｂからの測定値に基づいてコントローラＣＴによって決定される。なお、成膜ゾーンとはスパッタリングターゲット１ａ，１ｂ，１ｃの下方の領域とする。
【００２６】
具体的には、コンダクタンスバルブ１２ｂの開放量とＭＦＣ１６ｂの流量はコントローラＣＴによって制御されており、例えば、高真空排気時など、高い排気速度が必要な場合にはコンダクタンスバルブ１２ｂの開放量が最大になるように制御されるとともにＭＦＣ１６ｂからのガス供給は停止される。
【００２７】
また、スパッタリング処理中は、導入されるガスの流量は予め決められた範囲に制御される一方、コンダクタンスバルブ１２ｂの開放量を固定（若しくは微調整）することによって成膜ゾーンを一定のスパッタ圧力に調整している。なお、本実施形態においてはＡｒ（アルゴンガス）、Ｏ２（酸素ガス）、Ｎ２（窒素ガス）などのプロセスガスが複数のＭＦＣ１６ｂによってそれぞれ供給されるように構成されており、複数のＭＦＣ１６ｂはコントローラＣＴによってそれぞれ制御されている。
【００２８】
仕込み室５は、ゲートバルブＧＶ７（第１ゲートバルブ）を介して真空成膜室４と連結されており、搬送機構により基板２を真空処理室４に送り出すことができる。仕込み室５の上流側には基板２を外部から搬入するためのドアバルブＧＶ９が設けられている。仕込み室５にも、真空成膜室４と同様に、ガス導入機構１３ａ（第１ガス導入手段）、排気系１１ａ、真空圧力計１４ａ（第１圧力測定手段）が取り付けられている。
【００２９】
次に、仕込み室５の圧力制御方法について説明する。
仕込み室５内の圧力制御は、真空成膜室４内の成膜ゾーン内のスパッタ圧力に影響を及ぼさないように行われる。具体的には、コンダクタンスバルブ１２ａの開放量又はＭＦＣ１６ａからのガス導入量を制御するＡＰＣ１５ａを備えており、仕込み室５内の真空圧力計１４ａ（第１圧力測定手段）と真空成膜室４内の真空圧力計１４ｂ（第２圧力測定手段）からの信号がＡＰＣ１５ａに入力される。これらの信号に基づいてＡＰＣ１５ａ内で、最適なコンダクタンスバルブ１２ａの開放量又はＭＦＣ１６ａからのガス導入量が算出され、コンダクタンスバルブ１２ａとＭＦＣ１６ａがそれぞれ制御される。なお、本実施形態においては、コンダクタンスバルブ１２ａの開放量とＭＦＣ１６ａからのガス導入量のいずれか一方を制御する構成としているが、両方を制御する構成でもよいことはもちろんである。
【００３０】
取り出し室６は、ゲートバルブＧＶ８（第２ゲートバルブ）を介して真空成膜室４と連結されており、搬送機構（第２搬送装置）により真空処理室４で処理された基板２を、外部に取り出すために一時的に保管する。ゲートバルブＧＶ８の下流側には基板２を系外に取り出すためのドアバルブＧＶ１０が設けられている。取り出し室６にも、真空成膜室４と同様に、ガス導入機構１３ｃ（第３ガス導入手段）、排気系１１ｃ、真空圧力計１４ｃ（第３圧力測定手段）が取り付けられている。
【００３１】
取り出し室６の圧力制御方法について説明する。
取り出し室６内の圧力制御も仕込み室５内の圧力制御と同様に、真空成膜室４内の成膜ゾーン内のスパッタ圧力に影響しないように制御される。具体的には、取り出し室６内の真空圧力計１４ｃ（第３圧力測定手段）と真空成膜室４内の真空圧力計１４ｂ（第２圧力測定手段）とＭＦＣ１６ｃから出力された信号がＡＰＣ１５ｂに入力される。これらの信号に基づいてＡＰＣ１５ｂ内で、最適なコンダクタンスバルブ１２ｃの開放量又はＭＦＣ１６ｃからのガス導入量が算出され、コンダクタンスバルブ１２ｃとＭＦＣ１６ｃが制御される。なお、コンダクタンスバルブ１２ｃの開放量とＭＦＣ１６ｃからのガス導入量の両方を制御する構成でもよいことはもちろんである。
【００３２】
ここで、仕込み室５での作業工程（図３）と仕込み室でのガス圧制御のフローチャート（図４）について説明する。
まず、図３に仕込み室５での作業工程図を示す。図３に基づいて任意の１つの基板２について仕込み室５での処理の流れを説明すると以下のようなものとなる。
仕込み室５を系外と同じ圧力にしてドアバルブＧＶ９を開け（ベント工程ＰＬ０１、ドアバルブ開動作ＰＬ０２）、そこに、基板２を搬送機構により上流側から搬送する。基板２はドアバルブＧＶ９を通過して仕込み室５内に搬入される（基板搬入工程ＰＬ０３）。ドアバルブＧＶ９を閉じた後（ドアバルブ閉動作ＰＬ０４）、仕込み室５内を真空排気（粗引き工程ＰＬ０５）した後に、真空成膜室の圧力との差分に応じてガスを導入（ガス導入工程（第１ガス導入工程）ＰＬ０７）する。すなわち、仕込み室５内の圧力が調整（粗引き工程ＰＬ０５〜ガス導入工程ＰＬ０７）される。その後、ゲートバルブＧＶ７が開放され（ゲートバルブ開動作ＰＬ０８又はゲートバルブ開工程、第１ゲートバルブ開工程）、基板２は真空処理室４内に搬送され（基板送り出し工程ＰＬ０９）、ゲートバルブＧＶ７が閉じられる（ゲートバルブ閉動作ＰＬ１０又はゲートバルブ閉工程、第１ゲートバルブ閉工程）。なお、ゲートバルブＧＶ７開放中にも、仕込み室５と真空成膜室４のガス圧力を等しくする必要があるため、ガス導入工程ＰＬ０７はゲートバルブ閉動作ＰＬ１０まで継続される。もちろん、ガス導入工程ＰＬ０７により仕込み室５の圧力が目標圧力よりも高くなったときは一次的に仕込み室５に導入しているガス流量を減らすか、または、コンダクタンスバルブの開放量を大きくし、調圧を行う。
【００３３】
次に、多数の基板２を連続処理する場合には、上述した１つの基板２を処理する場合とは装置の制御に違いが生じる。
すなわち、基板２が多数存在し、上流から下流に向けて絶え間なく搬送されると基板２がターゲット１前方を間断なく移動することになる。基板処理速度（スループット）の向上のために、基板２に成膜処理を施しながら上流側から基板２を搬入し、若しくは、成膜処理済みの基板２を下流側に搬出される搬送制御が行われる。すなわち、成膜処理中にゲートバルブＧＶ７若しくはゲートバルブＧＶ８の開動作が行われることになる。
【００３４】
また、仕込み室５の調圧（粗引き工程ＰＬ０５〜プロセスガス導入工程ＰＬ０７）にある程度の時間を要するため、仕込み室５内の調圧中は基板２の移動を一時的に停止する搬送制御を行うことで仕込み室５の小型化を図っている。このため、仕込み室５と真空成膜室４の間のゲートバルブＧＶ７が開放（ゲートバルブ開動作ＰＬ０８）された際に、真空成膜室４を既に通過している先行する基板２（第２基板）との間隔が開いていることになる。そこで、仕込み室内５から搬送された下流側の基板２（第１基板）は、先行する基板２（第２基板）の搬送速度よりも早い送り速度で送られる搬送工程（追いつき工程）を行うことによってスパッタリング装置１のスループット低下を防いでいる。具体的には、追いつき工程は、下流側の基板２と先行する基板２との間隔が所定間隔となるまで下流側の基板２の搬送速度だけを増加させる工程である。
【００３５】
図４に仕込み室でのガス圧制御のフローチャートを示す。図４はプロセスガス導入工程（ガス導入工程）におけるガス圧制御のフローチャートである。
この図４に基づいて、ゲートバルブＧＶ７が開く前後の動作（プロセスガス導入工程ＰＬ０７〜ゲートバルブ閉動作ＰＬ１０）を説明する。
上流側から基板２を仕込み室５に搬入（基板搬入工程ＰＬ０３、ドアバルブ閉動作ＰＬ０４）した後、仕込み室５内は真空排気（粗引き工程ＰＬ０５、高真空排気工程ＰＬ０６）されている。この後にガス導入工程ＰＬ０７（第１ガス導入工程）が行われる。
【００３６】
仕込み室５の中にガスを導入する際、所定の圧力に到達させる制御方法として公知の制御方法（ＰＩＤ制御方法）を用いている。ＰＩＤ制御に必要な入力値は２つあり、目標値ＳＶと現在値ＰＶである。ＰＩＤ演算結果から得られる出力値は操作量ＭＶの一つである。ＧＶ７が開く直前までの工程では、目標値ＳＶ＝真空処理室４内の圧力×係数ｋ１、現在値ＰＶ＝仕込み室５内の圧力、目標値ＭＶ＝仕込み室のＭＦＣ流量となる（Ｓｔｅｐ００２）。なお、ＰＩＤ制御回路はＡＰＣ１５ａに備えられている。
【００３７】
ここで、真空処理室４内の圧力とは真空圧力計１４ｂの読み取り値であり、ＰＩＤ演算を開始する直前の値でもいいし、ＰＩＤ演算中も真空圧力計１４ｂの読み取り値を与え続けてもよい。係数ｋ１とは補正係数であり、真空圧力計１４ｂの読み取り値からゲートバルブＧＶ７の地点までの圧力勾配が考慮されている。係数ｋ１は真空成膜室４の内部構造に依存し、特に排気装置１１ｂの取り付け位置に大きく依存する。真空圧力計１４ｂの読み取り値に場所による誤差を補正するための係数ｋ１を掛け合わせた数値が仕込み室５の目標値ＳＶとなる。
【００３８】
上記のＰＩＤ演算の結果出力された操作量ＭＶに応じてＭＦＣ１６ａからプロセスガス導入量が調整される（Ｓｔｅｐ００３）。ＳＶ＝ＰＶの条件は、±ｂ％内にｃ秒間静定（例えば、±１％内に１秒間静定）等の成立条件を入れて、所定の圧力に達したと判断する（Ｓｔｅｐ００４）。
【００３９】
所定の圧力に達したと判断されると（Ｓｔｅｐ００４：Ｙｅｓ）、ゲートバルブＧＶ７開動作に移行するが、ここで、ＰＩＤ演算に入力する目標値ＳＶと現在値ＰＶを変更する（Ｓｔｅｐ００５）。目標値ＳＶには真空成膜室４内の真空圧力計１４ｂの読み取り値を瞬間的にサンプリングした値を固定する。現在値ＰＶには現状の真空圧力計１４ａの読み取り値を入力する。この入力値変更した後、直ちにゲートバルブＧＶ７の開動作に入る（Ｓｔｅｐ００６）。
【００４０】
ここで、ゲートバルブＧＶ７を開いた時に真空圧力計１４ａの値が、ゲートバルブＧＶ７が開く直前の値と差が開いてくれば（Ｓｔｅｐ００８：Ｎｏ）、ＰＩＤ演算が実行される。すなわち、出力された操作量ＭＶに応じてＭＦＣ１６ａの流量を変化させ、真空圧力計１４ａ（現在値ＰＶ）と目標値ＳＶが一定になるように制御される（Ｓｔｅｐ００７）。
【００４１】
ゲートバルブＧＶ７が開いた後、所定のタイミングで仕込み室５内の基板２が真空成膜室４内へ送り出される（基板送り出し工程）。送り出し工程として、基板２（第１基板２ａ）をゲートバルブＧＶ７から真空成膜室４へ送り出す搬送制御のみならず、先行している基板２（第２基板２ｂ）との間隔をつめるために、先行している基板２ｂよりも速い速度で搬送する制御（追いつき工程）も行われる。
【００４２】
基板２の送り出し工程中に真空圧力計１４ａの測定値が変動した場合には、ＰＩＤ制御によりＭＦＣ１６ａの流量が調節され、真空圧力計１４ａ（現在値ＰＶ）と目標値ＳＶが一定になるように制御される。従って、ゲートバルブＧＶ７が開いている間は、常時この圧力制御が継続していることになる。送り出し工程完了の後、ゲートバルブＧＶ７は閉動作（Ｓｔｅｐ００９）となる。ゲートバルブＧＶ７が閉動作完了の後、仕込み室５内に供給していたガスを止め、ガス導入工程ＰＬ７は完了する（Ｓｔｅｐ０１０）。
【００４３】
次に、取り出し室６での作業工程（図５）と取り出し室でのガス圧制御のフローチャート（図６）について説明する。
図５に基づいて任意の１つの基板２について取り出し室６での処理の流れを説明すると以下のようなものとなる。
まず、ゲートバルブＧＶ８を閉じて（ゲートバルブ閉動作Ｐｕ１０）、取り出し室６内を下流側の圧力に調整（ベント工程Ｐｕ０１）した後に、ドアバルブＧＶ１０を開けて（ドアバルブ開動作Ｐｕ０２）先行している基板２をドアバルブＧＶ１０から下流側（系外）に搬送する（基板搬出工程Ｐｕ０３）。その後、ドアバルブＧＶ１０を閉めて（ドアバルブ閉動作Ｐｕ０４）取り出し室６の圧力が再び真空処理室４と同じ圧力になるように、真空成膜室４の圧力と差分に応じて取り出し室６内にガスを導入する（粗引き工程Ｐｕ０５：真空排気工程〜ガス導入工程Ｐｕ０７：第２ガス導入工程）。
【００４４】
そして、ゲートバルブＧＶ８を開けて（ゲートバルブ開動作Ｐｕ０８又はゲートバルブ開工程、第２ゲートバルブ開工程）、真空処理室４内で成膜処理された基板２を、ゲートバルブＧＶ８を介して取り出し室６内に搬入する（基板搬入工程Ｐｕ０９）。なお、ゲートバルブＧＶ８開放中にも、取り出し室６と真空成膜室４のガス圧力を等しくする必要があるため、ガス導入工程Ｐｕ０７はゲートバルブ閉動作Ｐｕ１０（ゲートバルブ閉工程、第２ゲートバルブ閉工程）まで継続される。もちろん、ガス導入工程Ｐｕ０７により取り出し室６の圧力が目標圧力よりも高くなったときは一次的に取り出し室６に導入しているガス流量を減らすか、または、コンダクタンスバルブの開放量を大きくし、調圧を行う。
【００４５】
図６に仕込み室でのガス圧制御のフローチャートを示す。図６はプロセスガス導入工程（ガス導入工程）におけるガス圧制御のフローチャートであり、ゲートバルブＧＶ８が開く前後の動作（ガス導入工程Ｐｕ０７〜ゲートバルブ閉動作Ｐｕ１０）を図示している。上流側から基板２を系外に搬出（基板搬出工程Ｐｕ０３、ドアバルブ閉動作Ｐｕ０４）した後、取り出し室６は真空排気（粗引き工程Ｐｕ０５、高真空排気工程Ｐｕ０６）されている。この後にガス導入工程Ｐｕ０７が行われる。
【００４６】
ガス導入工程Ｐｕ０７〜ゲートバルブ閉動作Ｐｕ１０までのガス圧制御方法は、図４にて説明したガス圧制御方法とほぼ同様であるため異なる部分のみ説明する。取り出し室６内のガス圧はＡＰＣ１５ｂに備えられたＰＩＤ制御回路により制御される。その際、目標値ＳＶ＝真空処理室４内の圧力×係数ｋ２、現在値ＰＶ＝取り出し室６内の圧力、目標値ＭＶ＝取り出し室のＭＦＣ流量である（Ｓｔｅｐ１０２）。
【００４７】
係数ｋ２とは補正係数であり、真空圧力計１４ｂの読み取り値からゲートバルブＧＶ８の地点までの圧力勾配が考慮されている。係数ｋ２は係数ｋ１と同じく真空成膜室４の内部構造に依存し、特に排気装置１１ｂの取り付け位置に大きく依存する。
【００４８】
取り出し室６の下流側のゲートバルブＧＶ８から排出された基板２は系外に出てしまうことになるため、本実施形態においては基板搬出工程Ｐｕ０３や基板搬入工程Ｐｕ０９では、先行している基板２（２ｂ）との間隔をつめるための追いつき工程は行われない。しかし、取り出し室６の下流側にも制御可能な搬送装置が連結されている場合には追いつき工程を行う構成とすることができる。
【００４９】
基板２の基板搬入工程Ｐｕ０９中に真空圧力計１４ｃの測定値が変動した場合には、ＰＩＤ制御によりＭＦＣ１６ｃの流量が調節され、真空圧力計１４ｃ（現在値ＰＶ）と目標値ＳＶが一定になるように制御される。従って、ゲートバルブＧＶ８が開いている間は、常時この圧力制御が継続していることになる。基板搬入工程Ｐｕ０９完了の後、ＧＶ８は閉動作（Ｓｔｅｐ１０９）となる。ゲートバルブＧＶ８が閉動作完了の後、取り出し室６内に供給していたガスを止め、ガス導入工程は完了する（Ｓｔｅｐ１１０）。
【００５０】
なお、図４と図６で記述したＰＩＤ制御に必要なパラメータである、比例定数、積分定数、微分定数は、事前に、ＰＩＤ制御ユニットによる、自動取得機能によって求められた数値や、限界感度法などにより、手動操作によって求められた定数を使い、最適な制御がなされていることを前提としている。なお、上述した本実施形態においては、操作量ＭＶでＭＦＣ１６ａ，１６ｃからのガス流量を調整しているが、コンダクタンスバルブ１２ａ，１２ｃの開放量を調整する制御方法であってもよい。
【００５１】
また、ガス導入工程ＰＬ０７とガス導入工程Ｐｕ０７とが同時に行われるタイミングを有するように構成されてもよい。すなわち、基板２を仕込み室５から真空処理室４に搬送するためにゲートバルブＧＶ７を開けている状態（図３のＰＬ０７〜ＰＬ１０）と、
基板２の一つ前を搬送されている基板（先行する基板）を真空処理室４から取り出し室６に搬送するためにゲートバルブＧＶ８を開けている状態（図５のＰｕ０７〜Ｐｕ１０）とが、重なる時間があってもよいものとする。スループットの向上を図ることができる。
【００５２】
（第２の実施形態）
図７に、第２の実施形態に係るスパッタリング装置の概略構成図であり、５室から構成されるスパッタリング装置Ｓ２の構成を示したものである。
第１の実施形態に係るスパッタリング装置Ｓの仕込み室５の機能を２つに分け、仕込み室５の上流側にサブロードロック室２１を設けている。同様に、取り出し室６も機能を２つに分け、取り出し室６の下流側にサブアンロードロック室２２を設けている。この場合、仕込み室５や取り出し室６はベント工程がなく、大気圧まで戻ることがないため高真空状態に維持されるので、大気成分のガスコンタミネーションを軽減ができ、スループットの向上を図ることができる。
【００５３】
図１及び図２に示したスパッタリング装置Ｓ，Ｓ２は、上方にスパッタリングターゲット1、下方に基板２という構成を有しているが、ターゲット１を下方、基板２を上方に配置したデポジションアップの構成であっても本発明を適用可能なことはもちろんである。また、ターゲット１を鉛直方向に設置し、基板２をトレイなどに搭載して立てた状態のまま搬送するサイドデポジションの方法にも適用することができる。さらに、カソード構成においては、ＤＣスパッタ法、ＤＣパルス法、ＲＦスッパタ法、デュアルカソードのＭＦスパッタ法など各種のスパッタ法を用いることができる。
【実施例１】
【００５４】
本発明に係るスパッタリング装置Ｓ１，Ｓ２は、スパッタ成膜中の圧力変動を効果的に抑制させることができるが、以下に、スパッタリング装置Ｓ１を成膜処理に適用した場合の実施例１，２について記載する。
【００５５】
図８は代表的なＳｉ薄膜系太陽電池の断面模式図である。符号１０１はガラス基板、符号１０２はＴＣＯ層，符号１０３はｐｉｎ層、符号１０４は裏面電極であるＡＺＯ層、符号１０５は裏面電極であるＡｇ層、符号１０６は裏面電極であるＴｉ層である。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、本発明のスパッタリング装置Ｓ１を用いて成膜される工程は、窓層である透明導電膜のＡｌドープＺｎＯ（以降ＡＺＯと略記する）と裏面電極であるＡＺＯ＋Ａｇ＋Ｔｉの３層積層膜である。
【００５６】
窓層がＡＺＯのように単層膜の場合は、第１の実施形態で示したようなスパッタリング装置Ｓ１の構成で成膜処理が可能であり、ターゲット１ａ，１ｂ，１ｃには任意のターゲットを用いてもよいし、３つ全てＡＺＯターゲットとしてもよい。また、裏面電極のように多層膜である場合にもスパッタリング装置Ｓ１の構成で成膜処理が可能であり、この場合ターゲット１ａ，１ｂ，１ｃとしてそれぞれＡＺＯ、Ａｇ、Ｔｉを用いると好適である。
【００５７】
スパッタリング装置Ｓ１を用いることによって、基板２を真空成膜室４に搬入若しくは真空成膜室４から搬出する際に、仕込み室５と取り出し室６のゲートバルブＧＶ７，ＧＶ８を開閉操作してもスパッタ圧力の変動を効果的に軽減することができる。そのため、成膜処理される基板２毎のスパッタリング条件の変動を防ぐことができ、高い歩留まりを確保することができる。
【実施例２】
【００５８】
図９は、代表的なＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｓｅ（以降ＣＩＧＳとする）系化合物太陽電池の断面模式図である。符号１１１は基板２としてのガラス又はステンレス等のフィルム、符号１１２は裏面電極であるＭｏ層、符号１１３は起電部であるＣＩＧＳ化合物層、符号１１４は例えばＣｄＳよりなるバッファ層、符号１１５は窓層であるＡＺＯ層である。
【００５９】
この太陽電池の製造方法の一例を説明する。基板上に裏面電極であるＭｏをスパッタリング法で成膜した後に光吸収層を形成する。光吸収層は、ＣａＧａ合金＋Ｉｎの２層積層の後、Ｈ２Ｓｅのガス雰囲気中で高温アニールを施して得た多結晶化合物である。バッファ層としてのＣｄＳは、ケミカルバスデポジション方式（以降ＣＢＤと略記する）で成膜する。最後に窓層であるＡＺＯをスパッタリング法で成膜する。このうちスパッタリング法で成膜する工程に適用する場合、例えば窓層はＡＺＯ単層膜であるが、ＺｎＯ＋ＡＺＯなどの二層積層膜を形成してもよい。その場合はスパッタリング装置Ｓ１ような構成の装置で製造可能であり、ターゲット１ａにＺｎＯ、ターゲット１ｃにＡＺＯを用いるとよい。単層のＭｏ層１１２についてもスパッタリング装置Ｓ１で成膜可能であり、ターゲット１ａ，１ｂ，１ｃとして任意のターゲットを用い、若しくは全てＭｏターゲットとして成膜工程を行うことができる。
【００６０】
スパッタリング装置Ｓ１を用いることによって、基板２を真空成膜室４に搬入若しくは真空成膜室４から搬出する際に、仕込み室５と取り出し室６のゲートバルブＧＶ７，ＧＶ８を開閉操作してもスパッタ圧力の変動を効果的に軽減することができる。そのため、成膜処理される基板２毎のスパッタリング条件の変動を防ぐことができ、高い歩留まりを確保することができる。
【００６１】
実施例として上述した以外にもスパッタリング装置Ｓ１は、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工程に適用することができる。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（有機ＥＬディスプレイ）等を挙げることができる。
【符号の説明】
【００６２】
Ｓ，Ｓ２ スパッタリング装置
ＧＶ７，ＧＶ８ ゲートバルブ
ＧＶ９，ＧＶ１０ ドアバルブ
ＣＴ コントローラ
１，１ａ，１ｂ，１ｃ ターゲット
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ 基板
３ 防着板
４ 真空成膜室
５ 仕込み室
６ 取り出し室
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 排気装置
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ コンダクタンスバルブ
１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ ガス導入機構
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ ＭＦＣ
１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ 真空圧力計
１５ａ，１５ｂ ＡＰＣ
２１ サブロードロック室
２２ サブアンロードロック室
１０１ ガラス基板
１０２ ＴＣＯ層
１０３ ｐｉｎ層
１０４，１１５ ＡＺＯ層
１０５ Ａｇ層
１０６ Ｔｉ層
１１１ フィルム
１１２ Ｍｏ層
１１３ ＣＩＧＳ化合物層
１１４ バッファ層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１圧力測定手段及び第１ガス導入手段を備えた真空排気可能な仕込み室と、
前記仕込み室と第１ゲートバルブを介して連結され、第２圧力測定手段及びスパッタリングカソードを備えた真空排気可能な真空成膜室と、
前記仕込み室と前記真空成膜室の間で基板を搬送可能な搬送装置と、を備えたスパッタリング装置であって、
前記第１ゲートバルブを開放するときは、前記真空成膜室内の圧力を変動させないように、前記仕込み室の圧力を調整することを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】
第１圧力測定手段及び第１ガス導入手段を備えた真空排気可能な仕込み室と、
前記仕込み室と第１ゲートバルブを介して連結され、第２圧力測定手段及びスパッタリングカソードを備えた真空排気可能な真空成膜室と、
前記真空成膜室と第２ゲートバルブを介して連結され、第３圧力測定手段及び第３ガス導入手段を備えた真空排気可能な取り出し室と、
前記仕込み室と前記真空成膜室と前記取り出し室の間で基板を搬送可能な搬送装置と、を備えたスパッタリング装置であって、
前記第１ゲートバルブを開放するときは、前記真空成膜室内の圧力を変動させないように、前記仕込み室の圧力を調整し、
前記第２ゲートバルブを開放するときは、前記真空成膜室内の圧力を変動させないように、
前記取り出し室の圧力を調整することを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項３】
前記第１ゲートバルブが開放されている間に、前記真空成膜室の圧力を変動させないように前記仕込み室の圧力を調整するとともに、前記仕込み室から送り出した第１基板と前記第１基板の直前を先行する第２基板との間隔が所定間隔となるまで前記第１基板の搬送速度だけを増加させる追いつき工程が行われ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】
第１圧力測定手段及び第１ガス導入手段を備えた真空排気可能な仕込み室と、
前記仕込み室と第１ゲートバルブを介して連結され、第２圧力測定手段及び第２ガス導入手段を備えた真空排気可能な真空成膜室と、
前記仕込み室と前記真空成膜室の間で基板を搬送可能な搬送装置と、を備えたスパッタリング装置を用いたスパッタリング処理方法であって、
前記基板を前記仕込み室内に搬入する基板搬入工程と、
前記基板搬入工程の後に、前記仕込み室内を真空排気する真空排気工程と、
前記真空排気工程の後に、前記仕込み室内の圧力が前記真空成膜室の圧力との差分に応じて前記仕込み室内にガスを導入する第１ガス導入工程と、
前記第１ガス導入工程の後に、前記第１ゲートバルブを開ける第１ゲートバルブ開工程と、
前記第１ゲートバルブ開工程の後に、前記基板を前記真空成膜室に搬送する基板送り出し工程と、
前記基板送り出し工程の後に、前記第１ゲートバルブを閉める第１ゲートバルブ閉工程と、を備え、
前記第１ガス導入工程は、前記第１ゲートバルブ閉工程を終えるまで継続されることを特徴とするスパッタリング方法。
【請求項５】
前記真空成膜室と第２ゲートバルブを介して連結され、第３圧力測定手段及び第３ガス導入手段を備えた真空排気可能な取り出し室をさらに備え、
前記搬送装置は、前記仕込み室と前記真空成膜室と前記取り出し室の間で基板を搬送可能であるスパッタリング装置を用いることを特徴とする請求項４に記載のスパッタリング方法。
【請求項６】
前記仕込み室から送り出した第１基板と前記第１基板の直前を先行する第２基板との間隔が所定間隔となるまで前記第１基板の搬送速度だけを増加させる追いつき工程をさらに有することを特徴とする請求項４又は５に記載のスパッタリング方法。
【請求項７】
第２圧力測定手段及び第２ガス導入手段を備えた真空排気可能な真空成膜室と、
前記真空成膜室と第２ゲートバルブを介して連結され、第３圧力測定手段及び第３ガス導入手段を備えた真空排気可能な取り出し室と、
前記真空成膜室と前記取り出し室の間で基板を搬送可能な第２搬送装置と、を備えたスパッタリング手段を用いたスパッタリング処理方法であって、
前記取り出し室内を真空排気する真空排気工程と、
前記真空排気工程の後に、前記取り出し室内の圧力が前記真空成膜室の圧力と差分に応じて前記取り出し室内にガスを導入する第２ガス導入工程と、
前記第２ガス導入工程の後に、前記第２ゲートバルブを開ける第２ゲートバルブ開工程と、
前記第２ゲートバルブ開工程の後に、前記基板を前記取り出し室内に搬送する基板搬入工程と、
前記基板搬入工程の後に、前記第２ゲートバルブを閉める第２ゲートバルブ閉工程と、を備え、
前記第２ガス導入工程は、前記第２ゲートバルブ閉工程を終えるまで継続されることを特徴とするスパッタリング方法。
【請求項８】
前記真空成膜室と第１ゲートバルブを介して連結され、第１圧力測定手段及び第１ガス導入手段を備えた仕込み室をさらに備え、
前記第２搬送装置は、前記仕込み室と前記真空成膜室と前記取り出し室の間で基板を搬送可能であるスパッタリング装置を用いることを特徴とする請求項７に記載のスパッタリング方法
【請求項９】
前記第１ガス導入工程及び前記第２ガス導入工程が同時に行われるタイミングを有することを特徴とする請求項６又は８に記載のスパッタリング方法。
【請求項１】
第１圧力測定手段及び第１ガス導入手段を備えた真空排気可能な仕込み室と、
前記仕込み室と第１ゲートバルブを介して連結され、第２圧力測定手段及びスパッタリングカソードを備えた真空排気可能な真空成膜室と、
前記仕込み室と前記真空成膜室の間で基板を搬送可能な搬送装置と、を備えたスパッタリング装置であって、
前記第１ゲートバルブを開放するときは、前記真空成膜室内の圧力を変動させないように、前記仕込み室の圧力を調整することを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項２】
第１圧力測定手段及び第１ガス導入手段を備えた真空排気可能な仕込み室と、
前記仕込み室と第１ゲートバルブを介して連結され、第２圧力測定手段及びスパッタリングカソードを備えた真空排気可能な真空成膜室と、
前記真空成膜室と第２ゲートバルブを介して連結され、第３圧力測定手段及び第３ガス導入手段を備えた真空排気可能な取り出し室と、
前記仕込み室と前記真空成膜室と前記取り出し室の間で基板を搬送可能な搬送装置と、を備えたスパッタリング装置であって、
前記第１ゲートバルブを開放するときは、前記真空成膜室内の圧力を変動させないように、前記仕込み室の圧力を調整し、
前記第２ゲートバルブを開放するときは、前記真空成膜室内の圧力を変動させないように、
前記取り出し室の圧力を調整することを特徴とするスパッタリング装置。
【請求項３】
前記第１ゲートバルブが開放されている間に、前記真空成膜室の圧力を変動させないように前記仕込み室の圧力を調整するとともに、前記仕込み室から送り出した第１基板と前記第１基板の直前を先行する第２基板との間隔が所定間隔となるまで前記第１基板の搬送速度だけを増加させる追いつき工程が行われ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】
第１圧力測定手段及び第１ガス導入手段を備えた真空排気可能な仕込み室と、
前記仕込み室と第１ゲートバルブを介して連結され、第２圧力測定手段及び第２ガス導入手段を備えた真空排気可能な真空成膜室と、
前記仕込み室と前記真空成膜室の間で基板を搬送可能な搬送装置と、を備えたスパッタリング装置を用いたスパッタリング処理方法であって、
前記基板を前記仕込み室内に搬入する基板搬入工程と、
前記基板搬入工程の後に、前記仕込み室内を真空排気する真空排気工程と、
前記真空排気工程の後に、前記仕込み室内の圧力が前記真空成膜室の圧力との差分に応じて前記仕込み室内にガスを導入する第１ガス導入工程と、
前記第１ガス導入工程の後に、前記第１ゲートバルブを開ける第１ゲートバルブ開工程と、
前記第１ゲートバルブ開工程の後に、前記基板を前記真空成膜室に搬送する基板送り出し工程と、
前記基板送り出し工程の後に、前記第１ゲートバルブを閉める第１ゲートバルブ閉工程と、を備え、
前記第１ガス導入工程は、前記第１ゲートバルブ閉工程を終えるまで継続されることを特徴とするスパッタリング方法。
【請求項５】
前記真空成膜室と第２ゲートバルブを介して連結され、第３圧力測定手段及び第３ガス導入手段を備えた真空排気可能な取り出し室をさらに備え、
前記搬送装置は、前記仕込み室と前記真空成膜室と前記取り出し室の間で基板を搬送可能であるスパッタリング装置を用いることを特徴とする請求項４に記載のスパッタリング方法。
【請求項６】
前記仕込み室から送り出した第１基板と前記第１基板の直前を先行する第２基板との間隔が所定間隔となるまで前記第１基板の搬送速度だけを増加させる追いつき工程をさらに有することを特徴とする請求項４又は５に記載のスパッタリング方法。
【請求項７】
第２圧力測定手段及び第２ガス導入手段を備えた真空排気可能な真空成膜室と、
前記真空成膜室と第２ゲートバルブを介して連結され、第３圧力測定手段及び第３ガス導入手段を備えた真空排気可能な取り出し室と、
前記真空成膜室と前記取り出し室の間で基板を搬送可能な第２搬送装置と、を備えたスパッタリング手段を用いたスパッタリング処理方法であって、
前記取り出し室内を真空排気する真空排気工程と、
前記真空排気工程の後に、前記取り出し室内の圧力が前記真空成膜室の圧力と差分に応じて前記取り出し室内にガスを導入する第２ガス導入工程と、
前記第２ガス導入工程の後に、前記第２ゲートバルブを開ける第２ゲートバルブ開工程と、
前記第２ゲートバルブ開工程の後に、前記基板を前記取り出し室内に搬送する基板搬入工程と、
前記基板搬入工程の後に、前記第２ゲートバルブを閉める第２ゲートバルブ閉工程と、を備え、
前記第２ガス導入工程は、前記第２ゲートバルブ閉工程を終えるまで継続されることを特徴とするスパッタリング方法。
【請求項８】
前記真空成膜室と第１ゲートバルブを介して連結され、第１圧力測定手段及び第１ガス導入手段を備えた仕込み室をさらに備え、
前記第２搬送装置は、前記仕込み室と前記真空成膜室と前記取り出し室の間で基板を搬送可能であるスパッタリング装置を用いることを特徴とする請求項７に記載のスパッタリング方法
【請求項９】
前記第１ガス導入工程及び前記第２ガス導入工程が同時に行われるタイミングを有することを特徴とする請求項６又は８に記載のスパッタリング方法。
【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２０１１−１４４４５０（Ｐ２０１１−１４４４５０Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７２０９７（Ｐ２０１０−２７２０９７）
【出願日】平成２２年１２月７日（２０１０．１２．７）
【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２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月７日（２０１０．１２．７）
【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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