ロータリースパッタリングカソード、及びロータリースパッタリングカソードを備えた成膜装置
【課題】スパッタリングによるターゲットの消耗を抑えつつ、ターゲット表面に付着する付着物の除去を行うことが可能なロータリースパッタリングカソード、およびロータリースパッタリングカソードを備えた成膜装置を提供すること。
【解決手段】ターゲット２１の外表面に付着した付着物を加熱して昇華させて除去する除去手段５１、又は、付着物を機械的に除去する除去手段を備える構成とする。これにより、従前のような付着物除去のためのスパッタリングを不要とする。付着物を加熱して昇華させる除去手段としては、例えばフィラメント５１を用い、付着物を機械的に除去する除去手段としては、例えばブラシ５３を用いることができる。これにより、ターゲットの消耗を抑えつつ、付着物を取り除くことができる。
【解決手段】ターゲット２１の外表面に付着した付着物を加熱して昇華させて除去する除去手段５１、又は、付着物を機械的に除去する除去手段を備える構成とする。これにより、従前のような付着物除去のためのスパッタリングを不要とする。付着物を加熱して昇華させる除去手段としては、例えばフィラメント５１を用い、付着物を機械的に除去する除去手段としては、例えばブラシ５３を用いることができる。これにより、ターゲットの消耗を抑えつつ、付着物を取り除くことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒状の成膜材料であるターゲットを有するロータリースパッタリングカソード、及びロータリースパッタリングカソードを備えた成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような分野の技術として、円筒型の成膜材料であるターゲットを回転軸線回りに回転させながら成膜を行うためのスパッタリング法が知られている（例えば、特許文献１）。この特許文献１に記載のスパッタリング法では、ターゲットのまわりの空間を複数に分割するように、かつ、ターゲット表面が回転しながら複数の空間に順々に現れるように、仕切板を円筒軸に平行に備えた状態で、複数の空間に異なったガスを導入して同時に放電を行っている。このように特許文献１のスパッタリング法では、複数の空間で同時に放電を行うことで、プラズマに入る直前または出た直後のターゲット表面に堆積した反応生成物の除去を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２６３２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の特許文献１に記載された従来技術では、ターゲット表面に堆積した反応生成物を除去するために、複数個所で同時に放電してスパッタリングを行うため、このスパッタリングによって、ターゲットの消耗が早くなるという問題が生じることになる。そのため、スパッタリングによるターゲットの消耗を抑えつつ、ターゲット表面に付着する付着物の除去を行うことが求められている。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決することを目的としており、スパッタリングによるターゲットの消耗を抑えつつ、ターゲット表面に付着する付着物の除去を行うことが可能なロータリースパッタリングカソード、およびロータリースパッタリングカソードを備えた成膜装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係るロータリースパッタリングカソードは、筒状の成膜材料であるターゲットを回転軸線回りに回転させてスパッタするためのロータリースパッタリングカソードであって、ターゲットの外表面に付着した付着物を加熱して昇華させて除去する除去手段を備えることを特徴としている。また、上記課題を解決するため、本発明に係る成膜装置は、基板に成膜材料を成膜する成膜装置であって、基板が導入されるチャンバーと、チャンバー内に設置され、筒状の成膜材料であるターゲットを回転軸線回りに回転させてスパッタするためのロータリースパッタリングカソードと、を備え、ロータリースパッタリングカソードは、ターゲットの外表面に付着した付着物を加熱して昇華させて除去する除去手段を有することを特徴としている。
【０００７】
このようなロータリースパッタリングカソード及びこれを備えた成膜装置によれば、ターゲットの外表面に付着した付着物を加熱して昇華させて除去する除去手段を備えているため、スパッタリングを用いないで、付着物を除去することが可能である。これにより、スパッタリングによるターゲットの消耗を抑えつつ、ターゲット表面に付着する付着物の除去を行うことができる。また、ターゲット表面に付着する付着物を取り除くことで、成膜速度の低下を抑制することができる。なお、付着物を加熱して昇華させて除去する除去手段としては、電力が供給されて発熱するフィラメント（発熱体）が挙げられる。
【０００８】
また、除去手段は、ターゲットの外表面と対向して配置され、ターゲットの回転方向の異なる位置に複数配置されていることが好適である。このように、ターゲットの回転方向に複数の除去手段を備える構成であると、前段の除去手段で除去できず、ターゲット表面に付着したままの残存付着物を、後段の除去手段で除去することができる。成膜速度の低下を確実に抑制することができる。
【０００９】
また、ターゲットは、当該ターゲットの回転軸線方向に所定の長さを有し、除去手段は、回転軸線方向に複数配置されていることが好ましい。このように、ターゲットの回転軸線方向である長手方向に沿って、除去手段が複数配置されていると、ターゲットの長手方向の位置に応じて、除去手段の作動状況を変化させることができる。例えば、ターゲットの長手方向の位置に応じて、ターゲットの消耗度合いが異なる場合には、ターゲットと除去手段との距離を変化させてもよい。また、ターゲットの長手方向の位置に応じて、付着物の付着量が異なる場合には、除去手段による発熱量を変化させてもよい。
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明に係るロータリースパッタリングカソードは、筒状の成膜材料であるターゲットを回転軸線回りに回転させてスパッタするためのロータリースパッタリングカソードであって、ターゲットの外表面に付着した付着物を機械的に除去する除去手段を備えることを特徴としている。また、上記課題を解決するため、本発明に係る成膜装置は、基板に成膜材料を成膜する成膜装置であって、基板が導入されるチャンバーと、チャンバー内に設置され、筒状の成膜材料であるターゲットを有するロータリースパッタリングカソードと、を備え、ロータリースパッタリングカソードは、ターゲットの外表面に付着した付着物を機械的に除去する除去手段を有することを特徴としている。
【００１１】
このようなロータリースパッタリングカソード及びこれを備えた成膜装置によれば、ターゲットの外表面に付着した付着物を機械的に除去する除去手段を備えているため、スパッタリングを用いないで、付着物を除去することが可能である。これにより、スパッタリングによるターゲットの消耗を抑えつつ、ターゲット表面に付着する付着物の除去を行うことができる。また、ターゲット表面に付着する付着物を取り除くことで、成膜速度の低下を抑制することができる。なお、付着物を機械的に除去する除去手段としては、例えばブラシや、ヘラなどが挙げられ、付着物に力学的な作用を及ぼすことで、付着物を除去するものであれば、その他の構成でもよい。
【００１２】
また、ターゲットは、当該ターゲットの回転軸線方向に所定の長さを有し、除去手段は、回転軸線方向に沿って延在し、回転軸線方向に対して傾斜して配置されている構成が挙げられる。このように、ターゲットの回転軸線方向である長手方向に沿って、除去手段が延在し、ターゲットの外側に向かって下方へ傾斜して配置されていると、ターゲットの回転に伴って付着物が除去手段によって除去され、付着物が除去手段に沿って下方へ移動することになる。そのため、除去された付着物が、ターゲットの外側の端部に集められる。
【００１３】
また、除去手段の長手方向の端部であり下方側の一端部の直下には、除去手段によって除去された付着物を収容する付着物受け皿が設けられていることが好適である。このように、傾斜して配置された除去手段の下方側の一端部の直下に、付着物を収容する付着物受け皿が設けられていると、除去手段に沿って下方へ移動した付着物を付着物受け皿で回収することができる。その結果、除去された付着物を効率的に集めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るロータリースパッタリングカソード、およびロータリースパッタリングカソードを備えた成膜装置によれば、スパッタリングによるターゲットの消耗を抑えつつ、ターゲット表面に付着する付着物の除去を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る成膜装置を示す概略断面構成図である。
【図２】図１中のロータリーカソードの横断面図である。
【図３】図１中のロータリーカソードの縦断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るロータリーカソードの横断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るロータリーカソードの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明によるロータリースパッタリングカソードおよび成膜基板の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１７】
（成膜装置）
図１は、本発明の実施形態に係る成膜装置を示す概略断面構成図である。図１に示す成膜装置１０は、スパッタリング法による成膜を行う装置であり、真空中でプラズマを発生させて、プラズマ中のプラスイオンを成膜材料（Ｉｎターゲット）に衝突させることで金属原子をはじき出し、基板上に付着させて成膜を行うものである。本実施形態の成膜装置１０は、ＣＩＧＳ太陽電池を製造するスパッタ装置として利用することができる。
【００１８】
成膜装置１０は、成膜処理が行われる成膜室（真空チャンバー）１１を備え、この成膜室１１の入口側に基板仕込室（排気室）１２が連結され、成膜室１１の出口側に基板取出室（ベント室）１３が連結されている。基板仕込室１２は、大気圧下にある基板を装置内に取り込み、室内を真空とするためのチャンバーである。基板取出室１３は、真空中にある基板を大気圧環境下へ取り出すためのチャンバーである。
【００１９】
以下、基板仕込室１２、成膜室１１、基板取出室１３を区別しない場合には、チャンバー１１〜１３と記すこともある。これらのチャンバー１１〜１３は、真空容器によって構成され、チャンバー１１〜１３の出入口には、ゲートバルブＧＶが設けられている。ゲートバルブＧＶは、真空環境と大気圧環境とを隔てるための比較的大きな弁体を備えたバルブである。ゲートバルブＧＶの両側の圧力が等しいときにゲートバルブＧＶを開放することで隣接するチャンバー１１〜１３を連通させ、基板２を通過させる。
【００２０】
また、各チャンバー１１〜１３内には、基板２を搬送するための基板搬送ローラ１４が設置されていると共に、基板２を加熱するためのヒータ１５が設置されている。ヒータ１５は、基板温度が例えば５０℃〜３５０℃の範囲で一定となるように加熱する。
【００２１】
さらに、排気室１２およびベント室１３には、ドライポンプ１６が接続され、チャンバー１１〜１３には、ＴＭＰ（ターボ分子ポンプ）１７が接続されている。ドライポンプ１６は、大気圧から１０Ｐａまでの排気をするための粘性流領域で使用されるポンプであり、ＴＭＰ１７は、１０Ｐａ以下の排気をするための分子流領域で使用されるポンプである。
【００２２】
また、成膜装置１０は、成膜室１１内にスパッタリングターゲット２１を保持するロータリースパッタリングカソード（以下、「ロータリーカソード」という）４１を有する。スパッタリングターゲットであるＩｎターゲット２１は、成膜室１１上部に配置され、基板２の搬送方向に沿って複数配置されている。これらのＩｎターゲット２１は、ＤＣ電源２３に電気的に接続されている。ＤＣ電源２３は、直流電力を供給する電源である。なお、ロータリーカソード４１については後述する。
【００２３】
また、成膜装置１０は、成膜室１１内にアルゴンガスを供給するアルゴンガス供給装置３０を備えている。アルゴンガス供給装置３０は、成膜室１１内へのアルゴンガス導入量を調節するマスフローコントローラ３２、成膜室１１に接続されてガスを導入するガス供給経路３３を備えている。アルゴンガス導入量を調整するマスフローコントローラ３２には、アルゴンガスを供給するアルゴンガスボンベ３６が接続されている。アルゴンガス導入量を調節する流量調節器として、サーマルバルブ式、電磁弁式、ピエゾバルブ式の流量調整器を用いることができる。
【００２４】
（ロータリーカソード）
図２は、ロータリーカソードの横断面図であり、図３は、ロータリーカソードの縦断面図である。ロータリーカソード４１は、成膜材料であるＩｎターゲット２１、Ｉｎターゲット２１の表面に磁場を形成するためのマグネット４２、Ｉｎターゲット２１を回転可能に支持する支持部４３、Ｉｎターゲット２１を回転駆動させるための駆動部４４、及びＩｎターゲット２１を収容する筐体４５を備えている。ロータリーカソード４１は、Ｉｎターゲット２１の周面において、その周方向に磁気回路がＩｎターゲット２１に対して相対的に移動するマグネトロンスパッタリングカソードとして機能するものである。
【００２５】
Ｉｎターゲット２１は、円筒型のスパッタリングターゲットであり、所定の長さを有している。Ｉｎターゲット２１は、基板搬送方向Ｙと交差する方向Ｘに延在している。マグネット４２は、中央の磁石４２ａの両側に極性の異なる磁石４２ｂが配置されている。マグネット４２は、Ｉｎターゲット２１の周面に磁場を形成するものである。マグネット４２の磁極４２ａ，４２ｂ間に形成された磁力線によって放電プラズマＰが捕捉され、捕捉された放電プラズマ（マグネトロン放電プラズマ）は、エロージョン領域を形成する。また、Ｉｎターゲット２１の内部には、Ｉｎターゲット２１を冷却するための冷却手段（不図示）が設けられている。
【００２６】
支持部４３は、Ｉｎターゲット２１の長手方向Ｙの両側からＩｎターゲット２１を支持するものである。支持部４３は、例えば、筐体４５に保持された軸受けを有し、Ｉｎターゲット２１を回転可能に支持する。駆動部４４は、Ｉｎターゲット２１に回転駆動力を付与するものであり、駆動源として例えば電動モーターを用いることができる。支持部４３は、筐体４５を介して成膜室１１のチャンバー壁（例えば天板）１１ａに固定されている。Ｉｎターゲット２１の両端部を支持する一対の支持部４３のうち、一方は、駆動部４４を介して、筐体４５に支持され、他方は、筐体４５の側壁４５ｄに直接支持されている。
【００２７】
筐体４５は、例えば、箱型を成し、Ｉｎターゲット２１を収容するものである。筐体４５は、Ｉｎターゲット２１の上部側の覆う天板４５ａ、Ｉｎターゲット２１の下部側を覆う底板４５ｂ、Ｉｎターゲット２１の図示Ｙ方向の両側を覆う側壁４５ｃ，４５ｃ、Ｉｎターゲット２１の長手方向Ｘの両端部を外側から覆う側壁４５ｄ，４５ｄを備えている。筐体４５の底板４５ｂには、Ｉｎターゲット２１の長手方向Ｘに沿って開口部４５ｅが形成されている。Ｉｎターゲット２１の下部側の周面は、開口部を通じ基板２に対して露出されている。
【００２８】
また、筐体４５の天板４５ａのＩｎターゲット２１に対向する面には、昇華した付着物を保持するための処理が施されている。そして、筐体４５は、成膜室１１のチャンバー壁１１ａに固定されている。例えば、筐体４５の天板４５ａが、チャンバー壁１１ａに固定されている。
【００２９】
ここで、本実施形態のロータリーカソード４１は、Ｉｎターゲット２１の外周面に付着する付着物を加熱して昇華させて除去する除去手段５１を備えている。除去手段５１としては、電力が供給されて発熱するフィラメントを用いることができる。フィラメント５１は、Ｉｎターゲット２１の周面（外表面）と対向して配置され、Ｉｎターゲット２１の回転方向Ｒの異なる位置に複数配置されている。本実施形態では、２本のフィラメント５１が、Ｉｎターゲット２１の回転方向Ｒにおいて配置されている。例えば、１本目のフィラメント５１は、Ｉｎターゲット２１の真上に配置され、２本目のフィラメント５１は、Ｉｎターゲット２１の回転方向Ｒにおいて、１本目のフィラメント５１よりも、回転角度で、３０度程度後方に配置されている。
【００３０】
フィラメント５１とＩｎターゲット２１の外表面との距離は、１〜５０ｍｍ程度とすることが好ましい。また、フィラメント５１は、Ｉｎターゲット２１の長手方向Ｘに沿って延在し、筐体４５に支持されている。フィラメント５１は、Ｉｎターゲット２１の長手方向Ｘの全長にわたって配置されている。フィラメント５１は、例えば、成膜室１１のチャンバー壁１１ａ上に配置されたフィラメント電源５２から電力が供給されて発熱する。発熱時におけるフィラメント５１の温度は、例えば１０００℃〜３０００℃度程度である。フィラメント５１の温度は、ターゲットとの距離、付着物の融点又は昇華点によって調整することが好ましい。
【００３１】
（成膜装置の動作）
次に、成膜装置１０の動作について説明する。本実施形態に係る成膜装置１０を用いた成膜基板の製造方法では、成膜材料であるＩｎターゲットを用いてスパッタリング法により、基板２上に透明導電膜を成膜する成膜工程を行う。この成膜工程は、成膜装置１０の成膜室１１で実施される。
【００３２】
まず、成膜工程の前処理として、ドライポンプ１６及びＴＭＰ１７を用いて、成膜室１１内の排気を行い真空状態とする。成膜室１１内の圧力は、例えば、５×１０−４Ｐａ以下とすることが好ましい。
【００３３】
次に、各ヒータ１５をＯＮ状態として、その後各チャンバー１１〜１３内に導入される基板２の温度が５０℃〜３５０℃の範囲内で一定となるように、ヒータ１５における設定値を安定させる。
【００３４】
成膜室１１内の圧力が所望の真空圧力（５×１０−４Ｐａ以下）であることが確認された後に、アルゴンガス供給装置３０のマスフローコントローラ３２を駆動して、成膜室１１内へのアルゴンガスの供給を開始する。マスフローコントローラ３１，３２は、成膜室１１内の圧力を０．１Ｐａ〜１Ｐａの範囲内で任意の値に維持する。
【００３５】
その後、ＤＣ電源２３をＯＮ状態として、成膜室１１内にプラズマを発生させる。このとき、Ｉｎターゲット２１は、回転方向Ｒに回転している。
【００３６】
成膜室１１内のプラズマ放電が開始されると、Ｉｎターゲット２１のスパッタリングが始まる。このとき、ＤＣ電源２３は、Ｉｎターゲット２１に対する電力密度を、１Ｗ／ｃｍ２〜４０Ｗ／ｃｍ２の範囲内の任意の値に維持するように制御する。
【００３７】
ここで、成膜装置１０では、スパッタリングの際に、フィラメント５１が通電されて発熱している。フィラメント５１は、例えば、１０００℃〜３０００℃度程度に維持されている。
【００３８】
Ｉｎターゲット２１をスパッタリングする際には、Ｉｎターゲット２１の外表面に副生生成物（ノジュール）が発生する。この副生生成物がＩｎターゲット２１の外表面に付着する付着物を形成する。この付着物は、例えば、黒色であり、Ｉｎターゲット２１の外表面に比較的に弱い密着力で付着している。また、この付着物の熱伝導率は、比較的小さいものと考えられている。
【００３９】
このような本実施形態のロータリーカソード４１及びこれを備えた成膜装置１０によれば、フィラメント５１によって、Ｉｎターゲット２１の外表面に付着した付着物を加熱して昇華させることができる。これにより、Ｉｎターゲット２１の外表面に付着した付着物を取り除くことができる。そのため、従前のように付着物を取り除くためのスパッタリングを実行する必要がなくなり、付着物を取り除きながらもターゲットの消耗を抑えることができる。また、Ｉｎターゲット２１の外表面に付着する付着物を除去することで、成膜速度の低下を抑制することができる。
【００４０】
また、本実施形態のロータリーカソード４１及び成膜装置１０によれば、ターゲット表面の付着物を装置の稼働中に除去することができるため、ターゲット表面の付着物除去のためのメンテナンス作業を軽減することができる。成膜装置１０を停止させて、成膜室１１の真空を破壊して清掃する必要がなくなる。従って、成膜装置１０の連続運転を可能とし、生産効率の向上を図ることができる。また、ターゲット表面の付着物が除去された状態で、スパッタリング成膜を実行することができるため、付着物が付いたままでスパッタリング成膜を実行する場合と比較して、成膜のための消費電力の増加を抑えることができる。また、ターゲット表面の付着物が除去された状態で、スパッタリング成膜が実行されるため、ロット間のばらつきを抑えることができる。
【００４１】
また、フィラメント５１は、Ｉｎターゲット２１の外表面と対向して配置され、Ｉｎターゲット２１の回転方向Ｒの異なる位置に複数配置されているため、回転方向Ｒにおいて複数個所で付着物を除去することができる。例えば、前段のフィラメント５１で除去できず、ターゲット表面に付着したままの残存付着物を、後段のフィラメント５１の加熱により除去することができる。その結果、付着物を確実に取り除くことができ、成膜速度の低下を一層抑制することができる。
【００４２】
また、Ｉｎターゲット２１は、回転軸線方向Ｘに所定の長さを有し、フィラメント５１は、回転軸線方向Ｘに複数配置されている構成でもよい。このように、Ｉｎターゲット２１の回転軸線方向Ｘである長手方向に沿って、複数のフィラメント５１が配置されていると、Ｉｎターゲット２１の長手方向の位置に応じて、フィラメント５１の作動状況を変化させることができる。例えば、Ｉｎターゲット２１の長手方向の位置に応じて、Ｉｎターゲット２１の消耗度合いが異なる場合には、Ｉｎターゲット２１とフィラメント５１との距離を変化させてもよい。また、Ｉｎターゲット２１の長手方向の位置に応じて、付着物の付着量が異なる場合には、フィラメント５１への供給電力を変えることで、フィラメント５１の発熱量を変化させてもよい。
【００４３】
また、本実施形態のロータリーカソード４１及び成膜装置１０は、Ｉｎターゲット２１を収容する筐体４５を備えているため、フィラメント５１によって加熱され昇華された付着物を、筐体４５に付着させて剥がれないようにすることができる。筐体４５を備えていない構成であると、昇華して除去された付着物が、成膜室１１の内壁面に付着することになり、成膜室１１内が汚れることになり、さらに清掃が困難であるという問題が生じる。本実施形態では、昇華された付着物を付着させることが可能な筐体４５を備えているため、成膜室１１内の汚染を防止し、メンテナンス作業を容易にすることができる。筐体４５に付着する付着物が増えた場合には、筐体４５を取り替えることで、メンテナンス作業の簡素化を図ることができる。
【００４４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るロータリーカソード及びそれを備えた成膜装置について説明する。図１に示す成膜装置１０の主要な装置構成は、第１及び第２実施形態で共通である。図４は、本発明の第２実施形態に係るロータリーカソードの横断面図であり、図５は、本発明の第２実施形態に係るロータリーカソードの縦断面図である。なお、第１実施形態と同様の説明は省略する。
【００４５】
図４及び図５に示す第２実施形態のロータリーカソード４１が、図２及び図３に示す第１実施形態のロータリーカソード４１と違う点は、付着物を加熱して昇華させて除去する除去手段５１に代えて、付着物を機械的に除去する除去手段５３を備える点である。第２実施形態に係る成膜装置１０は、Ｉｎターゲット２１の外表面に付着した付着物を機械的に除去する除去手段５３を有するロータリーカソード４１を備えている。なお、「機械的に除去する」とは、「付着物と接触して（力学的に）付着物を取り除くことを意味している。」
【００４６】
除去手段５３としては、付着物と接触して力学的に付着物を取り除くブラシを用いることができる。ブラシ５３は、Ｉｎターゲット２１の周面（外表面）と対向して配置され、ブラシ５３の毛先が、Ｉｎターゲット２１の周面と接触するように配置されている。ブラシ５３は、例えば、Ｉｎターゲット２１の回転により下降する側の周面と対向して配置されている。なお、ブラシ５３は、Ｉｎターゲット２１の回転により上昇する側の周面と対向して配置されている構成でもよい。また、ブラシ５３は、Ｉｎターゲット２１の上部側の周面と対向して配置されている構成でもよい。
【００４７】
また、ブラシ５３は、Ｉｎターゲット２１の長手方向Ｘに沿って延在し、筐体４５に支持されている。ブラシ５３は、Ｉｎターゲット２１の長手方向Ｘの全長にわたって配置されている。また、ブラシ５３は、図５に示すように、Ｉｎターゲット２１の長手方向Ｘ（回転軸線方向）に対して傾斜して配置されている。例えば、図示右側の端部（一端部）５３ａが、図示左側の端部５３ｂと比較して下側となるように配置されている。なお、ブラシ５３のＸ方向の中央部が、最も高い位置に配置され、Ｘ方向の両端部５３ａ，５３ｂが最も低い位置に配置されるように、傾斜させてもよい。
【００４８】
ブラシ５３の長手方向の端部であり下方側の一端部の直下には、ブラシ５３によって除去された付着物を収容する付着物受け皿５４が設けられている。付着物受け皿５４は、ブラシ５３の端部５３ａから落下する付着物を回収可能な構成であればよい。ブラシ５３の端部５３ａ及びＩｎターゲット２１のＸ方向の端部は、基板２の幅方向Ｘの端部よりも外側に配置され、同様に、付着物受け皿５４も基板２の幅方向Ｘの端部よりも外側に配置されている。付着物受け皿５４は、筐体４５の側壁４５ｄ又は底板４５ｂに固定されている。このように付着物受け皿５４は、筐体４５に固定されていると、筐体４５と一体として、付着物受け皿５４を取外し又は取付けを行うことができる。
【００４９】
このようなロータリーカソード４１及びこれを備える成膜装置１０によれば、Ｉｎターゲット２１の外表面に付着した付着物が、Ｉｎターゲット２１の回転に伴ってブラシ５３と接触する。付着物は、ブラシ５３と接触してＩｎターゲット２１の外表面より剥がれることになる。ブラシ５３がＩｎターゲット２１の長手方向に対して傾斜して配置されているため、剥がれた付着物が下方へ移動し、ブラシ５３の一端部５３ａ側へ収集されて付着物受け皿５４に回収される。
【００５０】
このように構成された第２実施形態のロータリーカソード４１及びこれを備える成膜装置１０は、ブラシ５３によって、Ｉｎターゲット２１の外表面に付着した付着物を機械的に力を作用させて除去することができる。そのため、従前のように付着物を取り除くためのスパッタリングを実行する必要がなくなり、付着物を取り除きながらもターゲットの消耗を抑えることができる。また、Ｉｎターゲット２１の外表面に付着する付着物を除去することで、成膜速度の低下を抑制することができる。
【００５１】
第２実施形態のロータリーカソード４１及び成膜装置１０では、ターゲット表面の付着物を装置の稼働中に除去することができるため、ターゲット表面の付着物除去のためのメンテナンス作業を軽減することができる。成膜装置１０を停止させて、成膜室１１の真空を破壊して清掃する必要がなくなる。従って、成膜装置１０の連続運転を可能とし、生産効率の向上を図ることができる。また、ターゲット表面の付着物が除去された状態で、スパッタリング成膜を実行することができるため、付着物が付いたままでスパッタリング成膜を実行する場合と比較して、成膜のための消費電力の増加を抑えることができる。また、ターゲット表面の付着物が除去された状態で、スパッタリング成膜が実行されるため、ロット間のばらつきを抑えることができる。
【００５２】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、Ｉｎターゲット２１を用いてスパッタリング成膜を実施しているが、ターゲットはＩｎ（インジウム）に限定されず、例えば、ＩＴＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯ、Ｚｎ、Ｓｎなどその他のターゲットを用いる構成でもよい。
【００５３】
また、成膜装置１０によって成膜されて製造される成膜基板は、ＣＩＧＳ太陽電池に使用されるものに限定されず、その他の太陽電池、タッチパネル、液晶ディスプレイなどに適用される基板でもよい。
【００５４】
また、上記の実施形態では、昇華した付着物を付着させることが可能な筐体４５を備える構成としているが、筐体に限らず、他の手段を採用することで、昇華した付着物を付着させてもよい。例えば、Ｉｎターゲット２１の上方に、昇華した付着物を付着させるためのコールドトラップ（捕集体）を備える構成としてもよい。
【００５５】
また、上記の第１実施形態では、付着物を加熱して昇華させる除去手段として、フィラメント５１を例示しているが、除去手段は、これに限定されず、例えば、ランプヒーターなどその他の加熱手段を備える構成としてもよい。また、上記実施形態では、付着物を加熱して昇華させる除去手段が、ターゲットの回転方向Ｒの異なる位置に複数配置されている構成としているが、回転方向Ｒに１つの除去手段が配置されている構成でもよく、３つ以上の除去手段が配置されている構成でもよい。
【００５６】
また、上記の第２実施形態では、付着物を機械的に除去する除去手段として、ブラシ５３を例示しているが、除去手段は、これに限定されず、例えば、へらなど、可撓性を有し付着物に適度な力を付与することで、ターゲット表面の付着物を剥離させる除去手段を備える構成でもよい。また、ターゲットの硬さを考慮して、ターゲットよりも軟らかい材質の除去手段を採用することで、ターゲットに傷が付くことを防止する。
【００５７】
また、上記の第２実施形態では、ブラシ５３が、Ｉｎターゲット２１の長手方向Ｘに対して傾斜して配置されている構成が開示されているが、ブラシ５３が、Ｉｎターゲット２１の長手方向Ｘに対して傾斜していない構成でもよい。また、例えば２本のブラシ５３が、Ｉｎターゲット２１の長手方向Ｘにおいて、中央側が端部側よりも下方に配置されるように傾斜して配置されている構成でもよい。例えば、一対のブラシ５３がＶ字状に配置され、一対のブラシ５３間の隙間に対応する位置に付着物受け皿５４が配置されている構成でもよい。
【００５８】
また、ロータリーカソード及びこれを備えた成膜装置は、付着物を加熱して昇華させる除去手段と、付着物を機械的に除去する除去手段との両方を備える構成でもよい。
【００５９】
また、除去手段の位置を調整する位置調整機構を備える構成とし、ターゲット表面と除去手段との距離を変更可能な構成としてもよい。これにより、ターゲットの消耗度合いに応じて、除去手段の位置を変えることができ、確実に付着物を除去することが可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１０…成膜装置（スパッタリング装置）、１１…成膜室、１２…基板仕込室、１３…基板取出室、１４…基板搬送ローラ、１５…ヒータ、１６…ロータリポンプ、１７…ＴＭＰ、２１…Ｉｎターゲット（スパッタリングターゲット、成膜材料）、２３…ＤＣ電源、３０…アルゴンガス供給装置、３２…マスフローコントローラ、３３…ガス供給経路、４１…ロータリースパッタリングカソード、４５…筐体、５１…フィラメント（除去手段）、５３…ブラシ（除去手段）、５４…受け皿。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒状の成膜材料であるターゲットを有するロータリースパッタリングカソード、及びロータリースパッタリングカソードを備えた成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような分野の技術として、円筒型の成膜材料であるターゲットを回転軸線回りに回転させながら成膜を行うためのスパッタリング法が知られている（例えば、特許文献１）。この特許文献１に記載のスパッタリング法では、ターゲットのまわりの空間を複数に分割するように、かつ、ターゲット表面が回転しながら複数の空間に順々に現れるように、仕切板を円筒軸に平行に備えた状態で、複数の空間に異なったガスを導入して同時に放電を行っている。このように特許文献１のスパッタリング法では、複数の空間で同時に放電を行うことで、プラズマに入る直前または出た直後のターゲット表面に堆積した反応生成物の除去を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２６３２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の特許文献１に記載された従来技術では、ターゲット表面に堆積した反応生成物を除去するために、複数個所で同時に放電してスパッタリングを行うため、このスパッタリングによって、ターゲットの消耗が早くなるという問題が生じることになる。そのため、スパッタリングによるターゲットの消耗を抑えつつ、ターゲット表面に付着する付着物の除去を行うことが求められている。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決することを目的としており、スパッタリングによるターゲットの消耗を抑えつつ、ターゲット表面に付着する付着物の除去を行うことが可能なロータリースパッタリングカソード、およびロータリースパッタリングカソードを備えた成膜装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係るロータリースパッタリングカソードは、筒状の成膜材料であるターゲットを回転軸線回りに回転させてスパッタするためのロータリースパッタリングカソードであって、ターゲットの外表面に付着した付着物を加熱して昇華させて除去する除去手段を備えることを特徴としている。また、上記課題を解決するため、本発明に係る成膜装置は、基板に成膜材料を成膜する成膜装置であって、基板が導入されるチャンバーと、チャンバー内に設置され、筒状の成膜材料であるターゲットを回転軸線回りに回転させてスパッタするためのロータリースパッタリングカソードと、を備え、ロータリースパッタリングカソードは、ターゲットの外表面に付着した付着物を加熱して昇華させて除去する除去手段を有することを特徴としている。
【０００７】
このようなロータリースパッタリングカソード及びこれを備えた成膜装置によれば、ターゲットの外表面に付着した付着物を加熱して昇華させて除去する除去手段を備えているため、スパッタリングを用いないで、付着物を除去することが可能である。これにより、スパッタリングによるターゲットの消耗を抑えつつ、ターゲット表面に付着する付着物の除去を行うことができる。また、ターゲット表面に付着する付着物を取り除くことで、成膜速度の低下を抑制することができる。なお、付着物を加熱して昇華させて除去する除去手段としては、電力が供給されて発熱するフィラメント（発熱体）が挙げられる。
【０００８】
また、除去手段は、ターゲットの外表面と対向して配置され、ターゲットの回転方向の異なる位置に複数配置されていることが好適である。このように、ターゲットの回転方向に複数の除去手段を備える構成であると、前段の除去手段で除去できず、ターゲット表面に付着したままの残存付着物を、後段の除去手段で除去することができる。成膜速度の低下を確実に抑制することができる。
【０００９】
また、ターゲットは、当該ターゲットの回転軸線方向に所定の長さを有し、除去手段は、回転軸線方向に複数配置されていることが好ましい。このように、ターゲットの回転軸線方向である長手方向に沿って、除去手段が複数配置されていると、ターゲットの長手方向の位置に応じて、除去手段の作動状況を変化させることができる。例えば、ターゲットの長手方向の位置に応じて、ターゲットの消耗度合いが異なる場合には、ターゲットと除去手段との距離を変化させてもよい。また、ターゲットの長手方向の位置に応じて、付着物の付着量が異なる場合には、除去手段による発熱量を変化させてもよい。
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明に係るロータリースパッタリングカソードは、筒状の成膜材料であるターゲットを回転軸線回りに回転させてスパッタするためのロータリースパッタリングカソードであって、ターゲットの外表面に付着した付着物を機械的に除去する除去手段を備えることを特徴としている。また、上記課題を解決するため、本発明に係る成膜装置は、基板に成膜材料を成膜する成膜装置であって、基板が導入されるチャンバーと、チャンバー内に設置され、筒状の成膜材料であるターゲットを有するロータリースパッタリングカソードと、を備え、ロータリースパッタリングカソードは、ターゲットの外表面に付着した付着物を機械的に除去する除去手段を有することを特徴としている。
【００１１】
このようなロータリースパッタリングカソード及びこれを備えた成膜装置によれば、ターゲットの外表面に付着した付着物を機械的に除去する除去手段を備えているため、スパッタリングを用いないで、付着物を除去することが可能である。これにより、スパッタリングによるターゲットの消耗を抑えつつ、ターゲット表面に付着する付着物の除去を行うことができる。また、ターゲット表面に付着する付着物を取り除くことで、成膜速度の低下を抑制することができる。なお、付着物を機械的に除去する除去手段としては、例えばブラシや、ヘラなどが挙げられ、付着物に力学的な作用を及ぼすことで、付着物を除去するものであれば、その他の構成でもよい。
【００１２】
また、ターゲットは、当該ターゲットの回転軸線方向に所定の長さを有し、除去手段は、回転軸線方向に沿って延在し、回転軸線方向に対して傾斜して配置されている構成が挙げられる。このように、ターゲットの回転軸線方向である長手方向に沿って、除去手段が延在し、ターゲットの外側に向かって下方へ傾斜して配置されていると、ターゲットの回転に伴って付着物が除去手段によって除去され、付着物が除去手段に沿って下方へ移動することになる。そのため、除去された付着物が、ターゲットの外側の端部に集められる。
【００１３】
また、除去手段の長手方向の端部であり下方側の一端部の直下には、除去手段によって除去された付着物を収容する付着物受け皿が設けられていることが好適である。このように、傾斜して配置された除去手段の下方側の一端部の直下に、付着物を収容する付着物受け皿が設けられていると、除去手段に沿って下方へ移動した付着物を付着物受け皿で回収することができる。その結果、除去された付着物を効率的に集めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るロータリースパッタリングカソード、およびロータリースパッタリングカソードを備えた成膜装置によれば、スパッタリングによるターゲットの消耗を抑えつつ、ターゲット表面に付着する付着物の除去を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る成膜装置を示す概略断面構成図である。
【図２】図１中のロータリーカソードの横断面図である。
【図３】図１中のロータリーカソードの縦断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るロータリーカソードの横断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るロータリーカソードの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明によるロータリースパッタリングカソードおよび成膜基板の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１７】
（成膜装置）
図１は、本発明の実施形態に係る成膜装置を示す概略断面構成図である。図１に示す成膜装置１０は、スパッタリング法による成膜を行う装置であり、真空中でプラズマを発生させて、プラズマ中のプラスイオンを成膜材料（Ｉｎターゲット）に衝突させることで金属原子をはじき出し、基板上に付着させて成膜を行うものである。本実施形態の成膜装置１０は、ＣＩＧＳ太陽電池を製造するスパッタ装置として利用することができる。
【００１８】
成膜装置１０は、成膜処理が行われる成膜室（真空チャンバー）１１を備え、この成膜室１１の入口側に基板仕込室（排気室）１２が連結され、成膜室１１の出口側に基板取出室（ベント室）１３が連結されている。基板仕込室１２は、大気圧下にある基板を装置内に取り込み、室内を真空とするためのチャンバーである。基板取出室１３は、真空中にある基板を大気圧環境下へ取り出すためのチャンバーである。
【００１９】
以下、基板仕込室１２、成膜室１１、基板取出室１３を区別しない場合には、チャンバー１１〜１３と記すこともある。これらのチャンバー１１〜１３は、真空容器によって構成され、チャンバー１１〜１３の出入口には、ゲートバルブＧＶが設けられている。ゲートバルブＧＶは、真空環境と大気圧環境とを隔てるための比較的大きな弁体を備えたバルブである。ゲートバルブＧＶの両側の圧力が等しいときにゲートバルブＧＶを開放することで隣接するチャンバー１１〜１３を連通させ、基板２を通過させる。
【００２０】
また、各チャンバー１１〜１３内には、基板２を搬送するための基板搬送ローラ１４が設置されていると共に、基板２を加熱するためのヒータ１５が設置されている。ヒータ１５は、基板温度が例えば５０℃〜３５０℃の範囲で一定となるように加熱する。
【００２１】
さらに、排気室１２およびベント室１３には、ドライポンプ１６が接続され、チャンバー１１〜１３には、ＴＭＰ（ターボ分子ポンプ）１７が接続されている。ドライポンプ１６は、大気圧から１０Ｐａまでの排気をするための粘性流領域で使用されるポンプであり、ＴＭＰ１７は、１０Ｐａ以下の排気をするための分子流領域で使用されるポンプである。
【００２２】
また、成膜装置１０は、成膜室１１内にスパッタリングターゲット２１を保持するロータリースパッタリングカソード（以下、「ロータリーカソード」という）４１を有する。スパッタリングターゲットであるＩｎターゲット２１は、成膜室１１上部に配置され、基板２の搬送方向に沿って複数配置されている。これらのＩｎターゲット２１は、ＤＣ電源２３に電気的に接続されている。ＤＣ電源２３は、直流電力を供給する電源である。なお、ロータリーカソード４１については後述する。
【００２３】
また、成膜装置１０は、成膜室１１内にアルゴンガスを供給するアルゴンガス供給装置３０を備えている。アルゴンガス供給装置３０は、成膜室１１内へのアルゴンガス導入量を調節するマスフローコントローラ３２、成膜室１１に接続されてガスを導入するガス供給経路３３を備えている。アルゴンガス導入量を調整するマスフローコントローラ３２には、アルゴンガスを供給するアルゴンガスボンベ３６が接続されている。アルゴンガス導入量を調節する流量調節器として、サーマルバルブ式、電磁弁式、ピエゾバルブ式の流量調整器を用いることができる。
【００２４】
（ロータリーカソード）
図２は、ロータリーカソードの横断面図であり、図３は、ロータリーカソードの縦断面図である。ロータリーカソード４１は、成膜材料であるＩｎターゲット２１、Ｉｎターゲット２１の表面に磁場を形成するためのマグネット４２、Ｉｎターゲット２１を回転可能に支持する支持部４３、Ｉｎターゲット２１を回転駆動させるための駆動部４４、及びＩｎターゲット２１を収容する筐体４５を備えている。ロータリーカソード４１は、Ｉｎターゲット２１の周面において、その周方向に磁気回路がＩｎターゲット２１に対して相対的に移動するマグネトロンスパッタリングカソードとして機能するものである。
【００２５】
Ｉｎターゲット２１は、円筒型のスパッタリングターゲットであり、所定の長さを有している。Ｉｎターゲット２１は、基板搬送方向Ｙと交差する方向Ｘに延在している。マグネット４２は、中央の磁石４２ａの両側に極性の異なる磁石４２ｂが配置されている。マグネット４２は、Ｉｎターゲット２１の周面に磁場を形成するものである。マグネット４２の磁極４２ａ，４２ｂ間に形成された磁力線によって放電プラズマＰが捕捉され、捕捉された放電プラズマ（マグネトロン放電プラズマ）は、エロージョン領域を形成する。また、Ｉｎターゲット２１の内部には、Ｉｎターゲット２１を冷却するための冷却手段（不図示）が設けられている。
【００２６】
支持部４３は、Ｉｎターゲット２１の長手方向Ｙの両側からＩｎターゲット２１を支持するものである。支持部４３は、例えば、筐体４５に保持された軸受けを有し、Ｉｎターゲット２１を回転可能に支持する。駆動部４４は、Ｉｎターゲット２１に回転駆動力を付与するものであり、駆動源として例えば電動モーターを用いることができる。支持部４３は、筐体４５を介して成膜室１１のチャンバー壁（例えば天板）１１ａに固定されている。Ｉｎターゲット２１の両端部を支持する一対の支持部４３のうち、一方は、駆動部４４を介して、筐体４５に支持され、他方は、筐体４５の側壁４５ｄに直接支持されている。
【００２７】
筐体４５は、例えば、箱型を成し、Ｉｎターゲット２１を収容するものである。筐体４５は、Ｉｎターゲット２１の上部側の覆う天板４５ａ、Ｉｎターゲット２１の下部側を覆う底板４５ｂ、Ｉｎターゲット２１の図示Ｙ方向の両側を覆う側壁４５ｃ，４５ｃ、Ｉｎターゲット２１の長手方向Ｘの両端部を外側から覆う側壁４５ｄ，４５ｄを備えている。筐体４５の底板４５ｂには、Ｉｎターゲット２１の長手方向Ｘに沿って開口部４５ｅが形成されている。Ｉｎターゲット２１の下部側の周面は、開口部を通じ基板２に対して露出されている。
【００２８】
また、筐体４５の天板４５ａのＩｎターゲット２１に対向する面には、昇華した付着物を保持するための処理が施されている。そして、筐体４５は、成膜室１１のチャンバー壁１１ａに固定されている。例えば、筐体４５の天板４５ａが、チャンバー壁１１ａに固定されている。
【００２９】
ここで、本実施形態のロータリーカソード４１は、Ｉｎターゲット２１の外周面に付着する付着物を加熱して昇華させて除去する除去手段５１を備えている。除去手段５１としては、電力が供給されて発熱するフィラメントを用いることができる。フィラメント５１は、Ｉｎターゲット２１の周面（外表面）と対向して配置され、Ｉｎターゲット２１の回転方向Ｒの異なる位置に複数配置されている。本実施形態では、２本のフィラメント５１が、Ｉｎターゲット２１の回転方向Ｒにおいて配置されている。例えば、１本目のフィラメント５１は、Ｉｎターゲット２１の真上に配置され、２本目のフィラメント５１は、Ｉｎターゲット２１の回転方向Ｒにおいて、１本目のフィラメント５１よりも、回転角度で、３０度程度後方に配置されている。
【００３０】
フィラメント５１とＩｎターゲット２１の外表面との距離は、１〜５０ｍｍ程度とすることが好ましい。また、フィラメント５１は、Ｉｎターゲット２１の長手方向Ｘに沿って延在し、筐体４５に支持されている。フィラメント５１は、Ｉｎターゲット２１の長手方向Ｘの全長にわたって配置されている。フィラメント５１は、例えば、成膜室１１のチャンバー壁１１ａ上に配置されたフィラメント電源５２から電力が供給されて発熱する。発熱時におけるフィラメント５１の温度は、例えば１０００℃〜３０００℃度程度である。フィラメント５１の温度は、ターゲットとの距離、付着物の融点又は昇華点によって調整することが好ましい。
【００３１】
（成膜装置の動作）
次に、成膜装置１０の動作について説明する。本実施形態に係る成膜装置１０を用いた成膜基板の製造方法では、成膜材料であるＩｎターゲットを用いてスパッタリング法により、基板２上に透明導電膜を成膜する成膜工程を行う。この成膜工程は、成膜装置１０の成膜室１１で実施される。
【００３２】
まず、成膜工程の前処理として、ドライポンプ１６及びＴＭＰ１７を用いて、成膜室１１内の排気を行い真空状態とする。成膜室１１内の圧力は、例えば、５×１０−４Ｐａ以下とすることが好ましい。
【００３３】
次に、各ヒータ１５をＯＮ状態として、その後各チャンバー１１〜１３内に導入される基板２の温度が５０℃〜３５０℃の範囲内で一定となるように、ヒータ１５における設定値を安定させる。
【００３４】
成膜室１１内の圧力が所望の真空圧力（５×１０−４Ｐａ以下）であることが確認された後に、アルゴンガス供給装置３０のマスフローコントローラ３２を駆動して、成膜室１１内へのアルゴンガスの供給を開始する。マスフローコントローラ３１，３２は、成膜室１１内の圧力を０．１Ｐａ〜１Ｐａの範囲内で任意の値に維持する。
【００３５】
その後、ＤＣ電源２３をＯＮ状態として、成膜室１１内にプラズマを発生させる。このとき、Ｉｎターゲット２１は、回転方向Ｒに回転している。
【００３６】
成膜室１１内のプラズマ放電が開始されると、Ｉｎターゲット２１のスパッタリングが始まる。このとき、ＤＣ電源２３は、Ｉｎターゲット２１に対する電力密度を、１Ｗ／ｃｍ２〜４０Ｗ／ｃｍ２の範囲内の任意の値に維持するように制御する。
【００３７】
ここで、成膜装置１０では、スパッタリングの際に、フィラメント５１が通電されて発熱している。フィラメント５１は、例えば、１０００℃〜３０００℃度程度に維持されている。
【００３８】
Ｉｎターゲット２１をスパッタリングする際には、Ｉｎターゲット２１の外表面に副生生成物（ノジュール）が発生する。この副生生成物がＩｎターゲット２１の外表面に付着する付着物を形成する。この付着物は、例えば、黒色であり、Ｉｎターゲット２１の外表面に比較的に弱い密着力で付着している。また、この付着物の熱伝導率は、比較的小さいものと考えられている。
【００３９】
このような本実施形態のロータリーカソード４１及びこれを備えた成膜装置１０によれば、フィラメント５１によって、Ｉｎターゲット２１の外表面に付着した付着物を加熱して昇華させることができる。これにより、Ｉｎターゲット２１の外表面に付着した付着物を取り除くことができる。そのため、従前のように付着物を取り除くためのスパッタリングを実行する必要がなくなり、付着物を取り除きながらもターゲットの消耗を抑えることができる。また、Ｉｎターゲット２１の外表面に付着する付着物を除去することで、成膜速度の低下を抑制することができる。
【００４０】
また、本実施形態のロータリーカソード４１及び成膜装置１０によれば、ターゲット表面の付着物を装置の稼働中に除去することができるため、ターゲット表面の付着物除去のためのメンテナンス作業を軽減することができる。成膜装置１０を停止させて、成膜室１１の真空を破壊して清掃する必要がなくなる。従って、成膜装置１０の連続運転を可能とし、生産効率の向上を図ることができる。また、ターゲット表面の付着物が除去された状態で、スパッタリング成膜を実行することができるため、付着物が付いたままでスパッタリング成膜を実行する場合と比較して、成膜のための消費電力の増加を抑えることができる。また、ターゲット表面の付着物が除去された状態で、スパッタリング成膜が実行されるため、ロット間のばらつきを抑えることができる。
【００４１】
また、フィラメント５１は、Ｉｎターゲット２１の外表面と対向して配置され、Ｉｎターゲット２１の回転方向Ｒの異なる位置に複数配置されているため、回転方向Ｒにおいて複数個所で付着物を除去することができる。例えば、前段のフィラメント５１で除去できず、ターゲット表面に付着したままの残存付着物を、後段のフィラメント５１の加熱により除去することができる。その結果、付着物を確実に取り除くことができ、成膜速度の低下を一層抑制することができる。
【００４２】
また、Ｉｎターゲット２１は、回転軸線方向Ｘに所定の長さを有し、フィラメント５１は、回転軸線方向Ｘに複数配置されている構成でもよい。このように、Ｉｎターゲット２１の回転軸線方向Ｘである長手方向に沿って、複数のフィラメント５１が配置されていると、Ｉｎターゲット２１の長手方向の位置に応じて、フィラメント５１の作動状況を変化させることができる。例えば、Ｉｎターゲット２１の長手方向の位置に応じて、Ｉｎターゲット２１の消耗度合いが異なる場合には、Ｉｎターゲット２１とフィラメント５１との距離を変化させてもよい。また、Ｉｎターゲット２１の長手方向の位置に応じて、付着物の付着量が異なる場合には、フィラメント５１への供給電力を変えることで、フィラメント５１の発熱量を変化させてもよい。
【００４３】
また、本実施形態のロータリーカソード４１及び成膜装置１０は、Ｉｎターゲット２１を収容する筐体４５を備えているため、フィラメント５１によって加熱され昇華された付着物を、筐体４５に付着させて剥がれないようにすることができる。筐体４５を備えていない構成であると、昇華して除去された付着物が、成膜室１１の内壁面に付着することになり、成膜室１１内が汚れることになり、さらに清掃が困難であるという問題が生じる。本実施形態では、昇華された付着物を付着させることが可能な筐体４５を備えているため、成膜室１１内の汚染を防止し、メンテナンス作業を容易にすることができる。筐体４５に付着する付着物が増えた場合には、筐体４５を取り替えることで、メンテナンス作業の簡素化を図ることができる。
【００４４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るロータリーカソード及びそれを備えた成膜装置について説明する。図１に示す成膜装置１０の主要な装置構成は、第１及び第２実施形態で共通である。図４は、本発明の第２実施形態に係るロータリーカソードの横断面図であり、図５は、本発明の第２実施形態に係るロータリーカソードの縦断面図である。なお、第１実施形態と同様の説明は省略する。
【００４５】
図４及び図５に示す第２実施形態のロータリーカソード４１が、図２及び図３に示す第１実施形態のロータリーカソード４１と違う点は、付着物を加熱して昇華させて除去する除去手段５１に代えて、付着物を機械的に除去する除去手段５３を備える点である。第２実施形態に係る成膜装置１０は、Ｉｎターゲット２１の外表面に付着した付着物を機械的に除去する除去手段５３を有するロータリーカソード４１を備えている。なお、「機械的に除去する」とは、「付着物と接触して（力学的に）付着物を取り除くことを意味している。」
【００４６】
除去手段５３としては、付着物と接触して力学的に付着物を取り除くブラシを用いることができる。ブラシ５３は、Ｉｎターゲット２１の周面（外表面）と対向して配置され、ブラシ５３の毛先が、Ｉｎターゲット２１の周面と接触するように配置されている。ブラシ５３は、例えば、Ｉｎターゲット２１の回転により下降する側の周面と対向して配置されている。なお、ブラシ５３は、Ｉｎターゲット２１の回転により上昇する側の周面と対向して配置されている構成でもよい。また、ブラシ５３は、Ｉｎターゲット２１の上部側の周面と対向して配置されている構成でもよい。
【００４７】
また、ブラシ５３は、Ｉｎターゲット２１の長手方向Ｘに沿って延在し、筐体４５に支持されている。ブラシ５３は、Ｉｎターゲット２１の長手方向Ｘの全長にわたって配置されている。また、ブラシ５３は、図５に示すように、Ｉｎターゲット２１の長手方向Ｘ（回転軸線方向）に対して傾斜して配置されている。例えば、図示右側の端部（一端部）５３ａが、図示左側の端部５３ｂと比較して下側となるように配置されている。なお、ブラシ５３のＸ方向の中央部が、最も高い位置に配置され、Ｘ方向の両端部５３ａ，５３ｂが最も低い位置に配置されるように、傾斜させてもよい。
【００４８】
ブラシ５３の長手方向の端部であり下方側の一端部の直下には、ブラシ５３によって除去された付着物を収容する付着物受け皿５４が設けられている。付着物受け皿５４は、ブラシ５３の端部５３ａから落下する付着物を回収可能な構成であればよい。ブラシ５３の端部５３ａ及びＩｎターゲット２１のＸ方向の端部は、基板２の幅方向Ｘの端部よりも外側に配置され、同様に、付着物受け皿５４も基板２の幅方向Ｘの端部よりも外側に配置されている。付着物受け皿５４は、筐体４５の側壁４５ｄ又は底板４５ｂに固定されている。このように付着物受け皿５４は、筐体４５に固定されていると、筐体４５と一体として、付着物受け皿５４を取外し又は取付けを行うことができる。
【００４９】
このようなロータリーカソード４１及びこれを備える成膜装置１０によれば、Ｉｎターゲット２１の外表面に付着した付着物が、Ｉｎターゲット２１の回転に伴ってブラシ５３と接触する。付着物は、ブラシ５３と接触してＩｎターゲット２１の外表面より剥がれることになる。ブラシ５３がＩｎターゲット２１の長手方向に対して傾斜して配置されているため、剥がれた付着物が下方へ移動し、ブラシ５３の一端部５３ａ側へ収集されて付着物受け皿５４に回収される。
【００５０】
このように構成された第２実施形態のロータリーカソード４１及びこれを備える成膜装置１０は、ブラシ５３によって、Ｉｎターゲット２１の外表面に付着した付着物を機械的に力を作用させて除去することができる。そのため、従前のように付着物を取り除くためのスパッタリングを実行する必要がなくなり、付着物を取り除きながらもターゲットの消耗を抑えることができる。また、Ｉｎターゲット２１の外表面に付着する付着物を除去することで、成膜速度の低下を抑制することができる。
【００５１】
第２実施形態のロータリーカソード４１及び成膜装置１０では、ターゲット表面の付着物を装置の稼働中に除去することができるため、ターゲット表面の付着物除去のためのメンテナンス作業を軽減することができる。成膜装置１０を停止させて、成膜室１１の真空を破壊して清掃する必要がなくなる。従って、成膜装置１０の連続運転を可能とし、生産効率の向上を図ることができる。また、ターゲット表面の付着物が除去された状態で、スパッタリング成膜を実行することができるため、付着物が付いたままでスパッタリング成膜を実行する場合と比較して、成膜のための消費電力の増加を抑えることができる。また、ターゲット表面の付着物が除去された状態で、スパッタリング成膜が実行されるため、ロット間のばらつきを抑えることができる。
【００５２】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、Ｉｎターゲット２１を用いてスパッタリング成膜を実施しているが、ターゲットはＩｎ（インジウム）に限定されず、例えば、ＩＴＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯ、Ｚｎ、Ｓｎなどその他のターゲットを用いる構成でもよい。
【００５３】
また、成膜装置１０によって成膜されて製造される成膜基板は、ＣＩＧＳ太陽電池に使用されるものに限定されず、その他の太陽電池、タッチパネル、液晶ディスプレイなどに適用される基板でもよい。
【００５４】
また、上記の実施形態では、昇華した付着物を付着させることが可能な筐体４５を備える構成としているが、筐体に限らず、他の手段を採用することで、昇華した付着物を付着させてもよい。例えば、Ｉｎターゲット２１の上方に、昇華した付着物を付着させるためのコールドトラップ（捕集体）を備える構成としてもよい。
【００５５】
また、上記の第１実施形態では、付着物を加熱して昇華させる除去手段として、フィラメント５１を例示しているが、除去手段は、これに限定されず、例えば、ランプヒーターなどその他の加熱手段を備える構成としてもよい。また、上記実施形態では、付着物を加熱して昇華させる除去手段が、ターゲットの回転方向Ｒの異なる位置に複数配置されている構成としているが、回転方向Ｒに１つの除去手段が配置されている構成でもよく、３つ以上の除去手段が配置されている構成でもよい。
【００５６】
また、上記の第２実施形態では、付着物を機械的に除去する除去手段として、ブラシ５３を例示しているが、除去手段は、これに限定されず、例えば、へらなど、可撓性を有し付着物に適度な力を付与することで、ターゲット表面の付着物を剥離させる除去手段を備える構成でもよい。また、ターゲットの硬さを考慮して、ターゲットよりも軟らかい材質の除去手段を採用することで、ターゲットに傷が付くことを防止する。
【００５７】
また、上記の第２実施形態では、ブラシ５３が、Ｉｎターゲット２１の長手方向Ｘに対して傾斜して配置されている構成が開示されているが、ブラシ５３が、Ｉｎターゲット２１の長手方向Ｘに対して傾斜していない構成でもよい。また、例えば２本のブラシ５３が、Ｉｎターゲット２１の長手方向Ｘにおいて、中央側が端部側よりも下方に配置されるように傾斜して配置されている構成でもよい。例えば、一対のブラシ５３がＶ字状に配置され、一対のブラシ５３間の隙間に対応する位置に付着物受け皿５４が配置されている構成でもよい。
【００５８】
また、ロータリーカソード及びこれを備えた成膜装置は、付着物を加熱して昇華させる除去手段と、付着物を機械的に除去する除去手段との両方を備える構成でもよい。
【００５９】
また、除去手段の位置を調整する位置調整機構を備える構成とし、ターゲット表面と除去手段との距離を変更可能な構成としてもよい。これにより、ターゲットの消耗度合いに応じて、除去手段の位置を変えることができ、確実に付着物を除去することが可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１０…成膜装置（スパッタリング装置）、１１…成膜室、１２…基板仕込室、１３…基板取出室、１４…基板搬送ローラ、１５…ヒータ、１６…ロータリポンプ、１７…ＴＭＰ、２１…Ｉｎターゲット（スパッタリングターゲット、成膜材料）、２３…ＤＣ電源、３０…アルゴンガス供給装置、３２…マスフローコントローラ、３３…ガス供給経路、４１…ロータリースパッタリングカソード、４５…筐体、５１…フィラメント（除去手段）、５３…ブラシ（除去手段）、５４…受け皿。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の成膜材料であるターゲットを回転軸線回りに回転させてスパッタするためのロータリースパッタリングカソードであって、
前記ターゲットの外表面に付着した付着物を加熱して昇華させて除去する除去手段を備えることを特徴とするロータリースパッタリングカソード。
【請求項２】
前記除去手段は、前記ターゲットの外表面と対向して配置され、前記ターゲットの回転方向の異なる位置に複数配置されていることを特徴とする請求項１に記載のロータリースパッタリングカソード。
【請求項３】
前記ターゲットは、当該ターゲットの回転軸線方向に所定の長さを有し、
前記除去手段は、前記回転軸線方向に複数配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のロータリースパッタリングカソード。
【請求項４】
筒状の成膜材料であるターゲットを回転軸線回りに回転させてスパッタするためのロータリースパッタリングカソードであって、
前記ターゲットの外表面に付着した付着物を機械的に除去する除去手段を備えることを特徴とするロータリースパッタリングカソード。
【請求項５】
前記ターゲットは、当該ターゲットの回転軸線方向に所定の長さを有し、
前記除去手段は、前記回転軸線方向に沿って延在し、前記回転軸線方向に対して傾斜して配置されていることを特徴とする請求項４に記載のロータリースパッタリングカソード。
【請求項６】
前記除去手段の長手方向の端部であり下方側の一端部の直下には、前記除去手段によって除去された前記付着物を収容する付着物受け皿が設けられていることを特徴とする請求項５に記載のロータリースパッタリングカソード。
【請求項７】
基板に成膜材料を成膜する成膜装置であって、
前記基板が導入されるチャンバーと、
前記チャンバー内に設置され、筒状の前記成膜材料であるターゲットを回転軸線回りに回転させてスパッタするためのロータリースパッタリングカソードと、を備え、
前記ロータリースパッタリングカソードは、前記ターゲットの外表面に付着した付着物を加熱して昇華させて除去する除去手段を有することを特徴とする成膜装置。
【請求項８】
前記除去手段は、前記ターゲットの外表面と対向して配置され、前記ターゲットの回転方向に複数配置されていることを特徴とする請求項７に記載の成膜装置。
【請求項９】
前記ターゲットは、当該ターゲットの回転軸線方向に所定の長さを有し、
前記除去手段は、前記回転軸線方向に複数配置されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の成膜装置。
【請求項１０】
基板に成膜材料を成膜する成膜装置であって、
前記基板が導入されるチャンバーと、
前記チャンバー内に設置され、筒状の前記成膜材料であるターゲットを回転軸線回りに回転させてスパッタするためのロータリースパッタリングカソードと、を備え、
前記ロータリースパッタリングカソードは、前記ターゲットの外表面に付着した付着物を機械的に除去する除去手段を有することを特徴とする成膜装置。
【請求項１１】
前記ターゲットは、当該ターゲットの回転軸線方向に所定の長さを有し、
前記除去手段は、前記回転軸線方向に沿って延在し、前記回転軸線方向に対して下方へ傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の成膜装置。
【請求項１２】
前記除去手段の長手方向の端部であり下方側の一端部の直下には、前記除去手段によって除去された前記付着物を収容する付着物受け皿が設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の成膜装置。
【請求項１】
筒状の成膜材料であるターゲットを回転軸線回りに回転させてスパッタするためのロータリースパッタリングカソードであって、
前記ターゲットの外表面に付着した付着物を加熱して昇華させて除去する除去手段を備えることを特徴とするロータリースパッタリングカソード。
【請求項２】
前記除去手段は、前記ターゲットの外表面と対向して配置され、前記ターゲットの回転方向の異なる位置に複数配置されていることを特徴とする請求項１に記載のロータリースパッタリングカソード。
【請求項３】
前記ターゲットは、当該ターゲットの回転軸線方向に所定の長さを有し、
前記除去手段は、前記回転軸線方向に複数配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のロータリースパッタリングカソード。
【請求項４】
筒状の成膜材料であるターゲットを回転軸線回りに回転させてスパッタするためのロータリースパッタリングカソードであって、
前記ターゲットの外表面に付着した付着物を機械的に除去する除去手段を備えることを特徴とするロータリースパッタリングカソード。
【請求項５】
前記ターゲットは、当該ターゲットの回転軸線方向に所定の長さを有し、
前記除去手段は、前記回転軸線方向に沿って延在し、前記回転軸線方向に対して傾斜して配置されていることを特徴とする請求項４に記載のロータリースパッタリングカソード。
【請求項６】
前記除去手段の長手方向の端部であり下方側の一端部の直下には、前記除去手段によって除去された前記付着物を収容する付着物受け皿が設けられていることを特徴とする請求項５に記載のロータリースパッタリングカソード。
【請求項７】
基板に成膜材料を成膜する成膜装置であって、
前記基板が導入されるチャンバーと、
前記チャンバー内に設置され、筒状の前記成膜材料であるターゲットを回転軸線回りに回転させてスパッタするためのロータリースパッタリングカソードと、を備え、
前記ロータリースパッタリングカソードは、前記ターゲットの外表面に付着した付着物を加熱して昇華させて除去する除去手段を有することを特徴とする成膜装置。
【請求項８】
前記除去手段は、前記ターゲットの外表面と対向して配置され、前記ターゲットの回転方向に複数配置されていることを特徴とする請求項７に記載の成膜装置。
【請求項９】
前記ターゲットは、当該ターゲットの回転軸線方向に所定の長さを有し、
前記除去手段は、前記回転軸線方向に複数配置されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の成膜装置。
【請求項１０】
基板に成膜材料を成膜する成膜装置であって、
前記基板が導入されるチャンバーと、
前記チャンバー内に設置され、筒状の前記成膜材料であるターゲットを回転軸線回りに回転させてスパッタするためのロータリースパッタリングカソードと、を備え、
前記ロータリースパッタリングカソードは、前記ターゲットの外表面に付着した付着物を機械的に除去する除去手段を有することを特徴とする成膜装置。
【請求項１１】
前記ターゲットは、当該ターゲットの回転軸線方向に所定の長さを有し、
前記除去手段は、前記回転軸線方向に沿って延在し、前記回転軸線方向に対して下方へ傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の成膜装置。
【請求項１２】
前記除去手段の長手方向の端部であり下方側の一端部の直下には、前記除去手段によって除去された前記付着物を収容する付着物受け皿が設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の成膜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２５５１９９（Ｐ２０１２−２５５１９９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３０３０１（Ｐ２０１１−１３０３０１）
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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