成膜装置
【課題】排気手段への成膜材料の混入を抑制し、排気手段の性能の低下を回避することが可能な成膜装置を提供する。
【解決手段】排気手段に通じる排気口１２３ｂに成膜材料を捕捉する捕捉手段１０を備える構成とする。捕捉手段によって成膜材料を捕捉して、成膜材料の排気手段への進入を抑制する。これにより、排気手段の性能の低下を防止する。また、排気手段の交換、清掃などのメンテナンス周期を延長することが可能であるため、運転停止期間を削減して、成膜装置の生産能力を向上させることもできる。
【解決手段】排気手段に通じる排気口１２３ｂに成膜材料を捕捉する捕捉手段１０を備える構成とする。捕捉手段によって成膜材料を捕捉して、成膜材料の排気手段への進入を抑制する。これにより、排気手段の性能の低下を防止する。また、排気手段の交換、清掃などのメンテナンス周期を延長することが可能であるため、運転停止期間を削減して、成膜装置の生産能力を向上させることもできる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、真空チャンバー内で基板の処理などを行う成膜装置は、チャンバー内に設置された成膜材料を基板上に蒸着させることで成膜を行っている。近年、ＣＩＧＳ（銅インジウムガリウムジセレン化合物）系太陽電池用発電層の成膜において、セレンの真空蒸着法が適用されている（例えば、特許文献１参照）。成膜装置のチャンバーには、真空ポンプ（排気手段）が接続されている。チャンバー内は、真空ポンプによって排気され所定の圧力に維持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００７−５２７１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、従来技術に係る蒸着法では、蒸着源から蒸発した成膜材料が、基板の成膜面以外に付着してしまう。成膜材料が排気手段に混入し、排気手段の性能が低下した場合には、性能を回復させるためのメンテナンス作業が必要となる。そのため、成膜材料の排気手段への混入を抑制する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ために成されたものであり、排気手段への成膜材料の混入を抑制し、排気手段の性能の低下を回避することが可能な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】
本発明による成膜装置は、被成膜物に成膜材料を成膜する成膜装置であって、内部の気体を排気するための排気口が形成されたチャンバーと、排気口に接続されチャンバー内の気体を排気する排気手段と、排気口に設けられ成膜材料を捕捉する捕捉手段と、を備えること特徴としている。
【０００７】
このような成膜装置によれば、排気手段に通じる排気口に成膜材料を捕捉する捕捉手段を備え、捕捉手段によって成膜材料（例えばセレン）を捕捉することができるため、成膜材料の排気手段への進入を抑制することができる。これにより、排気手段の性能の低下を防止することができる。また、排気手段の交換、清掃などのメンテナンス周期を延長することが可能となる。また、運転停止期間を削減することで、成膜装置の生産能力を向上させることもできる。なお、排気口に設けられているとは、チャンバーを構成する壁体の開口部に設置されている場合、壁体の開口部よりもチャンバー内側に設置されている場合、壁体の開口部よりもチャンバー外側に設置されている場合を含む。
【０００８】
ここで、捕捉手段は、排気口を覆うように設置されたメッシュ部材と、冷媒が通過する冷却通路を有すると共にメッシュ部材を支持する支持部材と、冷却通路に冷媒を供給する冷媒供給手段と、を備えることを特徴としている。このように、冷却通路を有する支持部材によって、捕捉手段であるメッシュ部材を支持する構成であるため、メッシュ部材を冷却することで、成膜材料を冷却してメッシュ部材に付着させることができる。なお、冷媒として冷却水を用いることができる。例えば、成膜装置が設置された工場内の工業用水を用いることで、既設の成膜装置に対して大きな改良を施すことなく、堆積材料の付着を回避することができる。
【０００９】
また、支持部材は、メッシュ部材を着脱自在に支持する構成であることが好ましい。メッシュ部材が、支持部材に対して着脱自在であるため、メッシュ部材の取替え作業を効率的に行うことができる。メッシュ部材の取替え作業の迅速化を図り、取替え作業のための運転停止時間の短縮を図ることができる。取外したメッシュ部材を清掃して、再度、取り付けて使用してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、排気手段への成膜材料の混入を抑制し、排気手段の性能の低下を回避することが可能な成膜装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る成膜装置を示す概略側面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る成膜装置の概略断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る成膜装置の捕捉手段を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る成膜装置の捕捉手段を示す平面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る成膜装置の捕捉手段を示す概略断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る成膜装置の捕捉手段を示す概略断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る成膜装置の捕捉手段を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係る成膜装置について図面を参照して説明する。なお、「上」、「下」等の方向を示す語は、図面に示される状態に基づいており、便宜的なものである。
【００１３】
（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側面図である。図１に示す成膜装置１００は、被成膜物である基板（例えばガラス基板）に対して成膜等の処理を施すためのものである。成膜装置１００は、セレンの真空蒸着法（セレン化法）を用いて、基板上に薄膜層を形成可能な装置である。
【００１４】
成膜装置１００は、例えばＣＩＧＳ系の太陽電池の製造に適用可能なものである。ＣＩＧＳ系の太陽電池は、ガラス基板上に、裏面電極層、ＣＩＧＳ層（発電層）、バッファ層、透明電極層が順に積層されて構成されている。ガラス基板は、ナトリウム（Ｎａ）を含むソーダガラスを用いることができる。ＣＩＧＳ層は、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、セレン（Ｓｅ）を含む半導体からなる発電層である。
【００１５】
成膜装置１００は、複数の真空チャンバー（真空容器）１２１〜１２５を備えている。真空チャンバーのサイズは、長さ２ｍ程度、幅２ｍ程度、高さ３００ｍｍ程度とされている。本実施形態の成膜装置１００では、例えば１８個の真空チャンバーを備える構成とされ、連続する複数の真空チャンバー１２１〜１２５の全長は２０ｍ程度である。なお、図１では、複数の真空チャンバーのうちの一部を図示し、その他の真空チャンバーの図示を省略している。
【００１６】
各真空チャンバー１２１〜１２５には、内部の気体を排気するための排気口１２３ｂ（図５〜図７参照）が形成されている。排気口１２３ｂは、チャンバー１２１〜１２５のチャンバー壁１２３ａ（例えば底板）に設けられている。この排気口１２３ｂには、真空チャンバー１２１〜１２５内の圧力を適切な状態に維持する真空ポンプ２が接続されている。真空ポンプ２は、真空チャンバー１２１〜１２５内の気体を排気する排気手段として機能する。真空ポンプ２は、真空チャンバ１２１〜１２５外に張り出す短管４を介して１２１〜１２５に接続されている。また、各真空チャンバー１２１〜１２５には、チャンバー１２１〜１２５内の圧力を監視するための真空計１が複数（例えば２個）設置されている。真空計１は、チャンバー１２１〜１２５外に張り出す連通配管３を介してチャンバー１２１〜１２５に接続されている。
【００１７】
成膜装置１００では、複数の真空チャンバー１２１〜１２５として、ロードロックチャンバー１２１、バッファチャンバー１２２、成膜チャンバー（成膜室）１２３、バッファチャンバー１２４、ロードロックチャンバー１２５を備えている。これらの真空チャンバー１２１〜１２５は、この順に並んで配置されている。真空チャンバー１２１〜１２５の基板搬送方向の両端部には基板の出入口が設けられ、この出入口には開閉ゲート１３１〜１３６が設けられている。なお、開閉ゲートは、隣接する真空チャンバー間の全てに設置されていない構成でもよい。例えば、複数の真空チャンバーのうち、最初の真空チャンバーの入口側と、最後の真空チャンバーの出口側とにのみ設置されている構成でもよい。真空環境と大気圧環境との縁切り箇所に開閉ゲートが設けられている構成でもよい。
【００１８】
また、成膜装置１００には、図２に示すように、基板１０１を搬送するための搬送装置１０２が設けられている。搬送装置１０２は例えば公知のローラー１０２ａとこのローラー１０２ａを回転させる駆動機構（不図示）とから構成されている。そして、基板１０１は、搬送装置１０２によって搬送され、チャンバー内を順次通過する。
【００１９】
ロードロックチャンバー１２１は、入口側に設けられた開閉ゲート１３１を開放することで、大気開放され、処理される基板１０１が導入されるチャンバーである。本実施形態の成膜装置１００は、１個のロードロックチャンバー１２１を備えている。ロードロックチャンバー１２１の出口側は、開閉ゲート１３２を介して、バッファチャンバー１２２の入口側に接続されている。成膜装置１００の運転中において、開閉ゲート１３２は開放状態とされ、隣接する真空チャンバー同士は連通された状態となる。
【００２０】
バッファチャンバー１２２は、ロードロックチャンバー１２１を通過した基板１０１が導入される中間チャンバーである。本実施形態の成膜装置１００は、５個のバッファチャンバー１２２を備えている。バッファチャンバー１２２の出口側は、開閉ゲート１３３を介して、成膜チャンバー１２３の入口側に接続されている。成膜装置１００の運転中において、開閉ゲート１３３は開放状態とされ、隣接する真空チャンバー同士は連通された状態となる。また、バッファチャンバー１２２には、基板１０１を加熱するためのヒータ（不図示）が設けられている。このヒーターは、基板１０１の上下両面を加熱すべく、上下方向の両側に各々設置されている。バッファチャンバー１２２では、基板温度が例えば４００℃程度になるように加熱される。
【００２１】
成膜チャンバー１２３は、バッファチャンバー２２を通過した基板１０１が導入され、基板１０１に薄膜層を成膜する処理チャンバーである。本実施形態の成膜装置１００は、６個の成膜チャンバー１２３を備えている。成膜チャンバー１２３の出口側は、開閉ゲート１３４を介して、バッファチャンバー１２４の入口側に接続されている。成膜装置１００の運転中において、開閉ゲート１３４は開放状態とされ、隣接する真空チャンバー同士は連通された状態となる。成膜チャンバー１２３には、成膜材料を蒸発させるプロセス装置１０４が設置されている。プロセス装置１０４内には、成膜材料（不図示）が設置されている。プロセス装置１０４内に所定のガスが供給され、電圧を印加することで、成膜材料が蒸発し、チャンバー１２３内が蒸発した成膜材料が供給される。
【００２２】
また、成膜チャンバー１２３には、基板１０１を加熱するためのヒータ（不図示）が設けられている。このヒーターは、基板１０１の上下両面を加熱すべく、上下方向の両側に各々設置されている。成膜チャンバー１２３では、基板温度が例えば６００℃以上（７００℃〜８００℃程度）に維持されている。
【００２３】
バッファチャンバー１２４は、成膜チャンバー１２３と連通され、成膜チャンバー１２３によって成膜された基板１０１が導入される中間チャンバーである。本実施形態の成膜装置１００は、５個のバッファチャンバー１２４を備えている。バッファチャンバー１２４の出口側は、開閉ゲート１３５を介して、ロードロックチャンバー１２５の入口側に接続されている。成膜装置１００の運転中において、開閉ゲート１３５は開放状態とされ、隣接する真空チャンバー同士は連通された状態となる。また、バッファチャンバー１２４には、基板１０１を冷却するための冷却板（不図示）が設けられている。この冷却板は、基板１０１の上下両面を冷却すべく、上下方向の両側に各々設置されている。バッファチャンバー１２４では、基板温度が例えば４００℃程度になるように冷却される。
【００２４】
ロードロックチャンバー１２５は、バッファチャンバー１２４を通過した基板１０１が導入されるチャンバーである。本実施形態の成膜装置１００は、１個のロードロックチャンバー１２５を備えている。ロードロックチャンバー１２５の出口側には、開閉ゲート３６が設けられ、開閉ゲート３６を開放することで、ロードロックチャンバー１２５が大気開放される。
【００２５】
セレン化法による成膜を実行する場合には、例えば１０枚程度のトレイを連続的に流しながら、トレイ上の基板１０１に成膜処理を連続的に施す。従って、真空チャンバー間のゲートは、成膜装置１００の運転中において、常に開けたままの状態となっている。そのため、ゲートが開放状態であることによって、成膜チャンバー１２３のほか、成膜チャンバー１２３に隣接する真空チャンバーを始めとして複数の真空チャンバーの全域において、成膜材料が付着する。
【００２６】
ここで、成膜装置１００は、成膜材料であるセレンを捕捉する捕捉手段１０を備えている。図３は、捕捉手段を示す斜視図である。図４は、捕捉手段を示す平面図である。図５は、捕捉手段を示す概略断面図である。捕捉手段１０は、セレンを付着させるためのメッシュ部材１１,１２、メッシュ部材１１,１２を支持する支持部材１３を備えている。捕捉手段１０は、真空チャンバー１２１〜１２５の排気口１２３ｂに設置されている。
【００２７】
メッシュ部材１１，１２は、網状を成し、例えば、ステンレスによって形成されている。メッシュ部材１１,１２は、排気口１２３ｂを覆うように配置されている。具体的には、支持部材１３の開口部１３ａを覆うように配置されている。
【００２８】
支持部材１３は、例えば筒状を成し、真空ポンプ２へ連絡する排気通路を形成している。支持部材１３は、短管４を介して、真空ポンプ２に接続されている。なお、支持部材１３は、その他の形状でもよく、単に、メッシュ部材１１，１２を支持可能な形状であればよい。また、真空ポンプ２は、短管４を介さずに、チャンバー１２１〜１２３に接続されていてもよい。
【００２９】
本実施形態では、１つの排気口１２３ｂに対して、複数のメッシュ部材１１,１２を備えている。メッシュ部材１１は、支持部材１３の上端部に配置され、メッシュ部材１２は、支持部材１３の下端部に配置されている。
【００３０】
支持部材１３の上端部には、メッシュ部材１１を支持するボルト部材１４が設置され、支持部材１３の下端部には、メッシュ部材１２を支持するつば部１５が形成されている。
【００３１】
ボルト部材１４は、支持部材１３の上端部から上方に張り出すように設置されている。ボルト部材１４が、メッシュ部材１１の開口に挿通されることで、メッシュ部材１１が支持部材１３に取り付けられている。メッシュ部材１１は、支持部材１３の上端部に載置されているだけでもよく、ボルトナットによって固定されていてもよい。メッシュ部材１１は、その他の固定部材によって、固定されていてもよい。メッシュ部材１１は、支持部材１２の端面に形成された段差部に嵌められている構成でもよい。
【００３２】
つば部１５は、支持部材１３の下端部において、内方に張り出すように形成されている。つば部１５は、例えば、平板状のリング部材によって形成することができる。メッシュ部材１２は、支持部材１３内に嵌められて、つば部１５の上側の面に載置されている。メッシュ部材１２は、その他の構成の支持部材１３に支持されていてもよい。ボルトナットを用いて、メッシュ部材１２を固定してもよく、クランプ部材を用いて、メッシュ部材１２を支持部材１３に固定してもよい。
【００３３】
また、支持部材１３には、冷却通路（ウォータージャケット）１６が形成されている。冷却通路１６は、例えば、支持部材１３の筒状の側壁内において、周方向に連続している。
【００３４】
また、成膜装置１００は、図４に示すように、支持部材１３内の冷却通路１６に冷却水を供給する冷却水供給手段（冷媒供給手段）１７を備えている。冷却水供給手段１７は、冷却通路１６内に冷却水を供給する冷却水供給配管１８と、冷却通路１６内の冷却水を排水する排水管１９とを有する。冷却水供給配管１８は、各チャンバー１２１〜１２５の捕捉手段１０の冷却水供給配管を集合する集合管（ヘッダー）２０に接続されている。排水管１９は、各チャンバー１２１〜１２５の捕捉手段１０の排水管１９を集合する集合管（ヘッダー）２１に接続されている。ヘッダー２０，２１間の圧力差を利用して、冷却水を流通させる。例えば、昇圧ポンプを用いて冷却水を昇圧して、昇圧された冷却水をヘッダー２０に供給してもよい。
【００３５】
ヘッダー２０は、例えば、成膜装置１００が設置されている工場の工業用水配管に接続されている。工業用水は、ヘッダー２０に供給されて冷却水として使用されている。ヘッダー２１は、工場の排水配管に接続され、回収された冷却水は工場外へ排出される。なお、ヘッダー２１を通じて回収された冷却水を冷却し、再使用してもよい。
【００３６】
冷却通路１６に導入される冷媒としては、例えば２０℃程度の水を用いることができる。支持部材１３内の冷却通路１６内の温度は、運転中（成膜中）において、１００℃以下であり、例えば７０℃〜８０℃程度である。
【００３７】
成膜装置１００では、運転中において冷却水供給手段１７によって冷却通路１６内に冷却水が供給される。冷却水は、冷却通路１６内を流れて支持部材１３の外表面を冷却し、メッシュ部材１１,１２を冷却する。そして、気体中のセレンは、メッシュ部材１１，１２によって冷却されて、メッシュ部材１１，１２に付着する。これにより、セレンを捕集し、セレンの真空ポンプ２内への進入を抑制することができる。そして、成膜装置１００の運転時間が経過してメッシュ部材１１,１２にセレンがある程度堆積したら、メッシュ部材１１，１２を取り替える。
【００３８】
このような本実施形態の成膜装置１００によれば、真空ポンプ２に通じる排気口１２３ｂにセレンを捕捉する捕捉手段１０を備え、捕捉手段１０によってセレンを捕捉することができるため、セレンの真空ポンプ２への進入を抑制することができる。これにより、真空ポンプ２の性能の低下を防止することができる。また、真空ポンプ２の交換、清掃などのメンテナンス周期を延長することが可能となる。また、運転停止期間を削減することで運転時間を増やし、成膜装置１００の生産能力を向上させることもできる。真空ポンプ２の交換の頻度を減少させることが可能であるため、ランニングコスト、メンテナンスコストを削減することが可能となる。
【００３９】
また、成膜装置１００は、捕捉手段１０であるメッシュ部材１１，１２と、冷媒が通過する冷却通路１６を有すると共にメッシュ部材１１，１２を支持する支持部材１３と、冷却通路１６に冷媒を供給する冷媒供給手段１７と、を備えている。このように、冷却通路を有する支持部材によって、捕捉手段であるメッシュ部材１１，１２を支持する構成であるため、メッシュ部材１１，１２を冷却することで、セレンを冷却してメッシュ部材１１，１２に付着させることができる。また、成膜装置１００が設置された工場内の工業用水を用いることで、既設の成膜装置１００に対して大きな改良を施すことなく、堆積材料の付着を回避することができる。
【００４０】
また、メッシュ部材１１，１２は、支持部材１３に対して着脱自在であるため、メッシュ部材１１，１２の取替え作業を効率的に行うことができる。メッシュ部材１１，１２の取替え作業の迅速化を図り、取替え作業のための運転停止時間の短縮を図ることができる。なお、取外したメッシュ部材１１，１２は、清掃後、再使用してもよい。
【００４１】
なお、捕捉手段１０が排気口に設けられているとは、チャンバーを構成する壁体の開口内に捕捉手段１０が配置されている場合、チャンバーの壁体の開口部よりもチャンバー内側に捕捉手段１０が設置されている場合、チャンバーの壁体の開口部よりもチャンバー外側に捕捉手段１０が設定されている場合を含む。
【００４２】
図６は、本発明の第２実施形態に係る成膜装置の捕捉手段を示す概略断面図である。図６に示す捕捉手段１０Ｂが、図５に示す捕捉手段１０と違う点は、排気口１２３ｂよりも内側に配置されている点である。このように、捕捉手段１０Ｂを排気口１２３ｂよりも内側に配置してもよい。
【００４３】
図７は、本発明の第３実施形態に係る成膜装置の捕捉手段を示す概略断面図である。図７に示す捕捉手段１０Ｃが、図５に示す捕捉手段１０と違う点は、排気口１２３ｂよりも外側に配置されている点である。このように、捕捉手段１０Ｃを排気口１２３ｂよりも内側に配置してもよい。
【００４４】
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、捕捉手段１０として、メッシュ部材１１，１２を備える構成としているが、メッシュ部材１１，１２以外の物に、成膜材料を捕集する構成としてもよい。例えば、冷媒が流通する冷却管を、排気口に配置して、冷却管に成膜材料を付着させてもよい。その他の伝熱部材を配置して、成膜材料を付着させてもよい。また、メッシュ部材１１，１２は、気体の流れ方向に対して、傾斜して配置されていてもよい。また、捕捉手段１０は、メッシュ部材１１，１２の何れか一方を有する構成でもよい。また、３つ以上のメッシュ部材を有するものでもよい。
【００４５】
また、冷却通路１６を有する支持部材１３を備える構成としているが、例えば、支持部材１３の内面側や、外面側に冷却管を設置して、支持部材１３を冷却してもよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、メッシュ部材１１，１２が支持部材１３に対して着脱自在な構成とされているが、メッシュ部材１１，１２を支持部材１３と一体的に形成してもよい。
【００４７】
また、成膜装置１００は、セレン化法に限定されず、その他の成膜法を用いるものでもよい。成膜材料は、セレンに限定されず、その他の成膜材料でもよい。また、成膜装置１００は、基板１０１以外の被成膜物に成膜材料を成膜するものでもよい。
【００４８】
また、上記実施形態では、全ての真空チャンバー１２１〜１２５に対して、真空ポンプ２及び捕捉手段１０が設置されているが、例えば、複数の真空チャンバー１２１〜１２５に対して、1つの真空ポンプ２及び捕捉手段１０を備える構成としてもよい。また、1つの真空チャンバー１２１〜１２５に対して、複数の真空ポンプ２及び捕捉手段１０を備える構成としてもよい。
【００４９】
また、排気口の位置は、真空チャンバー１２１〜１２５の底板１２３ａに形成されているものに限定されず、天板（天蓋）、その他の側壁に形成されていてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
２…真空ポンプ（排気手段）、１０…捕捉手段、１１，１２…メッシュ部材、１３…支持部材、１４…ボルト、１６…冷却通路、１７…冷却水供給手段（冷媒供給手段）、１００…成膜装置、１２１…ロードロックチャンバー（真空容器）、１２２…バッファチャンバー（真空容器）、１２３…成膜チャンバー（成膜室、真空容器）、１２４…バッファチャンバー（真空容器）、１２５…ロードロックチャンバー（真空容器）、１３１〜１３６…開閉ゲート。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、真空チャンバー内で基板の処理などを行う成膜装置は、チャンバー内に設置された成膜材料を基板上に蒸着させることで成膜を行っている。近年、ＣＩＧＳ（銅インジウムガリウムジセレン化合物）系太陽電池用発電層の成膜において、セレンの真空蒸着法が適用されている（例えば、特許文献１参照）。成膜装置のチャンバーには、真空ポンプ（排気手段）が接続されている。チャンバー内は、真空ポンプによって排気され所定の圧力に維持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００７−５２７１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、従来技術に係る蒸着法では、蒸着源から蒸発した成膜材料が、基板の成膜面以外に付着してしまう。成膜材料が排気手段に混入し、排気手段の性能が低下した場合には、性能を回復させるためのメンテナンス作業が必要となる。そのため、成膜材料の排気手段への混入を抑制する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ために成されたものであり、排気手段への成膜材料の混入を抑制し、排気手段の性能の低下を回避することが可能な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】
本発明による成膜装置は、被成膜物に成膜材料を成膜する成膜装置であって、内部の気体を排気するための排気口が形成されたチャンバーと、排気口に接続されチャンバー内の気体を排気する排気手段と、排気口に設けられ成膜材料を捕捉する捕捉手段と、を備えること特徴としている。
【０００７】
このような成膜装置によれば、排気手段に通じる排気口に成膜材料を捕捉する捕捉手段を備え、捕捉手段によって成膜材料（例えばセレン）を捕捉することができるため、成膜材料の排気手段への進入を抑制することができる。これにより、排気手段の性能の低下を防止することができる。また、排気手段の交換、清掃などのメンテナンス周期を延長することが可能となる。また、運転停止期間を削減することで、成膜装置の生産能力を向上させることもできる。なお、排気口に設けられているとは、チャンバーを構成する壁体の開口部に設置されている場合、壁体の開口部よりもチャンバー内側に設置されている場合、壁体の開口部よりもチャンバー外側に設置されている場合を含む。
【０００８】
ここで、捕捉手段は、排気口を覆うように設置されたメッシュ部材と、冷媒が通過する冷却通路を有すると共にメッシュ部材を支持する支持部材と、冷却通路に冷媒を供給する冷媒供給手段と、を備えることを特徴としている。このように、冷却通路を有する支持部材によって、捕捉手段であるメッシュ部材を支持する構成であるため、メッシュ部材を冷却することで、成膜材料を冷却してメッシュ部材に付着させることができる。なお、冷媒として冷却水を用いることができる。例えば、成膜装置が設置された工場内の工業用水を用いることで、既設の成膜装置に対して大きな改良を施すことなく、堆積材料の付着を回避することができる。
【０００９】
また、支持部材は、メッシュ部材を着脱自在に支持する構成であることが好ましい。メッシュ部材が、支持部材に対して着脱自在であるため、メッシュ部材の取替え作業を効率的に行うことができる。メッシュ部材の取替え作業の迅速化を図り、取替え作業のための運転停止時間の短縮を図ることができる。取外したメッシュ部材を清掃して、再度、取り付けて使用してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、排気手段への成膜材料の混入を抑制し、排気手段の性能の低下を回避することが可能な成膜装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る成膜装置を示す概略側面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る成膜装置の概略断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る成膜装置の捕捉手段を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る成膜装置の捕捉手段を示す平面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る成膜装置の捕捉手段を示す概略断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る成膜装置の捕捉手段を示す概略断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る成膜装置の捕捉手段を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係る成膜装置について図面を参照して説明する。なお、「上」、「下」等の方向を示す語は、図面に示される状態に基づいており、便宜的なものである。
【００１３】
（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側面図である。図１に示す成膜装置１００は、被成膜物である基板（例えばガラス基板）に対して成膜等の処理を施すためのものである。成膜装置１００は、セレンの真空蒸着法（セレン化法）を用いて、基板上に薄膜層を形成可能な装置である。
【００１４】
成膜装置１００は、例えばＣＩＧＳ系の太陽電池の製造に適用可能なものである。ＣＩＧＳ系の太陽電池は、ガラス基板上に、裏面電極層、ＣＩＧＳ層（発電層）、バッファ層、透明電極層が順に積層されて構成されている。ガラス基板は、ナトリウム（Ｎａ）を含むソーダガラスを用いることができる。ＣＩＧＳ層は、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、セレン（Ｓｅ）を含む半導体からなる発電層である。
【００１５】
成膜装置１００は、複数の真空チャンバー（真空容器）１２１〜１２５を備えている。真空チャンバーのサイズは、長さ２ｍ程度、幅２ｍ程度、高さ３００ｍｍ程度とされている。本実施形態の成膜装置１００では、例えば１８個の真空チャンバーを備える構成とされ、連続する複数の真空チャンバー１２１〜１２５の全長は２０ｍ程度である。なお、図１では、複数の真空チャンバーのうちの一部を図示し、その他の真空チャンバーの図示を省略している。
【００１６】
各真空チャンバー１２１〜１２５には、内部の気体を排気するための排気口１２３ｂ（図５〜図７参照）が形成されている。排気口１２３ｂは、チャンバー１２１〜１２５のチャンバー壁１２３ａ（例えば底板）に設けられている。この排気口１２３ｂには、真空チャンバー１２１〜１２５内の圧力を適切な状態に維持する真空ポンプ２が接続されている。真空ポンプ２は、真空チャンバー１２１〜１２５内の気体を排気する排気手段として機能する。真空ポンプ２は、真空チャンバ１２１〜１２５外に張り出す短管４を介して１２１〜１２５に接続されている。また、各真空チャンバー１２１〜１２５には、チャンバー１２１〜１２５内の圧力を監視するための真空計１が複数（例えば２個）設置されている。真空計１は、チャンバー１２１〜１２５外に張り出す連通配管３を介してチャンバー１２１〜１２５に接続されている。
【００１７】
成膜装置１００では、複数の真空チャンバー１２１〜１２５として、ロードロックチャンバー１２１、バッファチャンバー１２２、成膜チャンバー（成膜室）１２３、バッファチャンバー１２４、ロードロックチャンバー１２５を備えている。これらの真空チャンバー１２１〜１２５は、この順に並んで配置されている。真空チャンバー１２１〜１２５の基板搬送方向の両端部には基板の出入口が設けられ、この出入口には開閉ゲート１３１〜１３６が設けられている。なお、開閉ゲートは、隣接する真空チャンバー間の全てに設置されていない構成でもよい。例えば、複数の真空チャンバーのうち、最初の真空チャンバーの入口側と、最後の真空チャンバーの出口側とにのみ設置されている構成でもよい。真空環境と大気圧環境との縁切り箇所に開閉ゲートが設けられている構成でもよい。
【００１８】
また、成膜装置１００には、図２に示すように、基板１０１を搬送するための搬送装置１０２が設けられている。搬送装置１０２は例えば公知のローラー１０２ａとこのローラー１０２ａを回転させる駆動機構（不図示）とから構成されている。そして、基板１０１は、搬送装置１０２によって搬送され、チャンバー内を順次通過する。
【００１９】
ロードロックチャンバー１２１は、入口側に設けられた開閉ゲート１３１を開放することで、大気開放され、処理される基板１０１が導入されるチャンバーである。本実施形態の成膜装置１００は、１個のロードロックチャンバー１２１を備えている。ロードロックチャンバー１２１の出口側は、開閉ゲート１３２を介して、バッファチャンバー１２２の入口側に接続されている。成膜装置１００の運転中において、開閉ゲート１３２は開放状態とされ、隣接する真空チャンバー同士は連通された状態となる。
【００２０】
バッファチャンバー１２２は、ロードロックチャンバー１２１を通過した基板１０１が導入される中間チャンバーである。本実施形態の成膜装置１００は、５個のバッファチャンバー１２２を備えている。バッファチャンバー１２２の出口側は、開閉ゲート１３３を介して、成膜チャンバー１２３の入口側に接続されている。成膜装置１００の運転中において、開閉ゲート１３３は開放状態とされ、隣接する真空チャンバー同士は連通された状態となる。また、バッファチャンバー１２２には、基板１０１を加熱するためのヒータ（不図示）が設けられている。このヒーターは、基板１０１の上下両面を加熱すべく、上下方向の両側に各々設置されている。バッファチャンバー１２２では、基板温度が例えば４００℃程度になるように加熱される。
【００２１】
成膜チャンバー１２３は、バッファチャンバー２２を通過した基板１０１が導入され、基板１０１に薄膜層を成膜する処理チャンバーである。本実施形態の成膜装置１００は、６個の成膜チャンバー１２３を備えている。成膜チャンバー１２３の出口側は、開閉ゲート１３４を介して、バッファチャンバー１２４の入口側に接続されている。成膜装置１００の運転中において、開閉ゲート１３４は開放状態とされ、隣接する真空チャンバー同士は連通された状態となる。成膜チャンバー１２３には、成膜材料を蒸発させるプロセス装置１０４が設置されている。プロセス装置１０４内には、成膜材料（不図示）が設置されている。プロセス装置１０４内に所定のガスが供給され、電圧を印加することで、成膜材料が蒸発し、チャンバー１２３内が蒸発した成膜材料が供給される。
【００２２】
また、成膜チャンバー１２３には、基板１０１を加熱するためのヒータ（不図示）が設けられている。このヒーターは、基板１０１の上下両面を加熱すべく、上下方向の両側に各々設置されている。成膜チャンバー１２３では、基板温度が例えば６００℃以上（７００℃〜８００℃程度）に維持されている。
【００２３】
バッファチャンバー１２４は、成膜チャンバー１２３と連通され、成膜チャンバー１２３によって成膜された基板１０１が導入される中間チャンバーである。本実施形態の成膜装置１００は、５個のバッファチャンバー１２４を備えている。バッファチャンバー１２４の出口側は、開閉ゲート１３５を介して、ロードロックチャンバー１２５の入口側に接続されている。成膜装置１００の運転中において、開閉ゲート１３５は開放状態とされ、隣接する真空チャンバー同士は連通された状態となる。また、バッファチャンバー１２４には、基板１０１を冷却するための冷却板（不図示）が設けられている。この冷却板は、基板１０１の上下両面を冷却すべく、上下方向の両側に各々設置されている。バッファチャンバー１２４では、基板温度が例えば４００℃程度になるように冷却される。
【００２４】
ロードロックチャンバー１２５は、バッファチャンバー１２４を通過した基板１０１が導入されるチャンバーである。本実施形態の成膜装置１００は、１個のロードロックチャンバー１２５を備えている。ロードロックチャンバー１２５の出口側には、開閉ゲート３６が設けられ、開閉ゲート３６を開放することで、ロードロックチャンバー１２５が大気開放される。
【００２５】
セレン化法による成膜を実行する場合には、例えば１０枚程度のトレイを連続的に流しながら、トレイ上の基板１０１に成膜処理を連続的に施す。従って、真空チャンバー間のゲートは、成膜装置１００の運転中において、常に開けたままの状態となっている。そのため、ゲートが開放状態であることによって、成膜チャンバー１２３のほか、成膜チャンバー１２３に隣接する真空チャンバーを始めとして複数の真空チャンバーの全域において、成膜材料が付着する。
【００２６】
ここで、成膜装置１００は、成膜材料であるセレンを捕捉する捕捉手段１０を備えている。図３は、捕捉手段を示す斜視図である。図４は、捕捉手段を示す平面図である。図５は、捕捉手段を示す概略断面図である。捕捉手段１０は、セレンを付着させるためのメッシュ部材１１,１２、メッシュ部材１１,１２を支持する支持部材１３を備えている。捕捉手段１０は、真空チャンバー１２１〜１２５の排気口１２３ｂに設置されている。
【００２７】
メッシュ部材１１，１２は、網状を成し、例えば、ステンレスによって形成されている。メッシュ部材１１,１２は、排気口１２３ｂを覆うように配置されている。具体的には、支持部材１３の開口部１３ａを覆うように配置されている。
【００２８】
支持部材１３は、例えば筒状を成し、真空ポンプ２へ連絡する排気通路を形成している。支持部材１３は、短管４を介して、真空ポンプ２に接続されている。なお、支持部材１３は、その他の形状でもよく、単に、メッシュ部材１１，１２を支持可能な形状であればよい。また、真空ポンプ２は、短管４を介さずに、チャンバー１２１〜１２３に接続されていてもよい。
【００２９】
本実施形態では、１つの排気口１２３ｂに対して、複数のメッシュ部材１１,１２を備えている。メッシュ部材１１は、支持部材１３の上端部に配置され、メッシュ部材１２は、支持部材１３の下端部に配置されている。
【００３０】
支持部材１３の上端部には、メッシュ部材１１を支持するボルト部材１４が設置され、支持部材１３の下端部には、メッシュ部材１２を支持するつば部１５が形成されている。
【００３１】
ボルト部材１４は、支持部材１３の上端部から上方に張り出すように設置されている。ボルト部材１４が、メッシュ部材１１の開口に挿通されることで、メッシュ部材１１が支持部材１３に取り付けられている。メッシュ部材１１は、支持部材１３の上端部に載置されているだけでもよく、ボルトナットによって固定されていてもよい。メッシュ部材１１は、その他の固定部材によって、固定されていてもよい。メッシュ部材１１は、支持部材１２の端面に形成された段差部に嵌められている構成でもよい。
【００３２】
つば部１５は、支持部材１３の下端部において、内方に張り出すように形成されている。つば部１５は、例えば、平板状のリング部材によって形成することができる。メッシュ部材１２は、支持部材１３内に嵌められて、つば部１５の上側の面に載置されている。メッシュ部材１２は、その他の構成の支持部材１３に支持されていてもよい。ボルトナットを用いて、メッシュ部材１２を固定してもよく、クランプ部材を用いて、メッシュ部材１２を支持部材１３に固定してもよい。
【００３３】
また、支持部材１３には、冷却通路（ウォータージャケット）１６が形成されている。冷却通路１６は、例えば、支持部材１３の筒状の側壁内において、周方向に連続している。
【００３４】
また、成膜装置１００は、図４に示すように、支持部材１３内の冷却通路１６に冷却水を供給する冷却水供給手段（冷媒供給手段）１７を備えている。冷却水供給手段１７は、冷却通路１６内に冷却水を供給する冷却水供給配管１８と、冷却通路１６内の冷却水を排水する排水管１９とを有する。冷却水供給配管１８は、各チャンバー１２１〜１２５の捕捉手段１０の冷却水供給配管を集合する集合管（ヘッダー）２０に接続されている。排水管１９は、各チャンバー１２１〜１２５の捕捉手段１０の排水管１９を集合する集合管（ヘッダー）２１に接続されている。ヘッダー２０，２１間の圧力差を利用して、冷却水を流通させる。例えば、昇圧ポンプを用いて冷却水を昇圧して、昇圧された冷却水をヘッダー２０に供給してもよい。
【００３５】
ヘッダー２０は、例えば、成膜装置１００が設置されている工場の工業用水配管に接続されている。工業用水は、ヘッダー２０に供給されて冷却水として使用されている。ヘッダー２１は、工場の排水配管に接続され、回収された冷却水は工場外へ排出される。なお、ヘッダー２１を通じて回収された冷却水を冷却し、再使用してもよい。
【００３６】
冷却通路１６に導入される冷媒としては、例えば２０℃程度の水を用いることができる。支持部材１３内の冷却通路１６内の温度は、運転中（成膜中）において、１００℃以下であり、例えば７０℃〜８０℃程度である。
【００３７】
成膜装置１００では、運転中において冷却水供給手段１７によって冷却通路１６内に冷却水が供給される。冷却水は、冷却通路１６内を流れて支持部材１３の外表面を冷却し、メッシュ部材１１,１２を冷却する。そして、気体中のセレンは、メッシュ部材１１，１２によって冷却されて、メッシュ部材１１，１２に付着する。これにより、セレンを捕集し、セレンの真空ポンプ２内への進入を抑制することができる。そして、成膜装置１００の運転時間が経過してメッシュ部材１１,１２にセレンがある程度堆積したら、メッシュ部材１１，１２を取り替える。
【００３８】
このような本実施形態の成膜装置１００によれば、真空ポンプ２に通じる排気口１２３ｂにセレンを捕捉する捕捉手段１０を備え、捕捉手段１０によってセレンを捕捉することができるため、セレンの真空ポンプ２への進入を抑制することができる。これにより、真空ポンプ２の性能の低下を防止することができる。また、真空ポンプ２の交換、清掃などのメンテナンス周期を延長することが可能となる。また、運転停止期間を削減することで運転時間を増やし、成膜装置１００の生産能力を向上させることもできる。真空ポンプ２の交換の頻度を減少させることが可能であるため、ランニングコスト、メンテナンスコストを削減することが可能となる。
【００３９】
また、成膜装置１００は、捕捉手段１０であるメッシュ部材１１，１２と、冷媒が通過する冷却通路１６を有すると共にメッシュ部材１１，１２を支持する支持部材１３と、冷却通路１６に冷媒を供給する冷媒供給手段１７と、を備えている。このように、冷却通路を有する支持部材によって、捕捉手段であるメッシュ部材１１，１２を支持する構成であるため、メッシュ部材１１，１２を冷却することで、セレンを冷却してメッシュ部材１１，１２に付着させることができる。また、成膜装置１００が設置された工場内の工業用水を用いることで、既設の成膜装置１００に対して大きな改良を施すことなく、堆積材料の付着を回避することができる。
【００４０】
また、メッシュ部材１１，１２は、支持部材１３に対して着脱自在であるため、メッシュ部材１１，１２の取替え作業を効率的に行うことができる。メッシュ部材１１，１２の取替え作業の迅速化を図り、取替え作業のための運転停止時間の短縮を図ることができる。なお、取外したメッシュ部材１１，１２は、清掃後、再使用してもよい。
【００４１】
なお、捕捉手段１０が排気口に設けられているとは、チャンバーを構成する壁体の開口内に捕捉手段１０が配置されている場合、チャンバーの壁体の開口部よりもチャンバー内側に捕捉手段１０が設置されている場合、チャンバーの壁体の開口部よりもチャンバー外側に捕捉手段１０が設定されている場合を含む。
【００４２】
図６は、本発明の第２実施形態に係る成膜装置の捕捉手段を示す概略断面図である。図６に示す捕捉手段１０Ｂが、図５に示す捕捉手段１０と違う点は、排気口１２３ｂよりも内側に配置されている点である。このように、捕捉手段１０Ｂを排気口１２３ｂよりも内側に配置してもよい。
【００４３】
図７は、本発明の第３実施形態に係る成膜装置の捕捉手段を示す概略断面図である。図７に示す捕捉手段１０Ｃが、図５に示す捕捉手段１０と違う点は、排気口１２３ｂよりも外側に配置されている点である。このように、捕捉手段１０Ｃを排気口１２３ｂよりも内側に配置してもよい。
【００４４】
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、捕捉手段１０として、メッシュ部材１１，１２を備える構成としているが、メッシュ部材１１，１２以外の物に、成膜材料を捕集する構成としてもよい。例えば、冷媒が流通する冷却管を、排気口に配置して、冷却管に成膜材料を付着させてもよい。その他の伝熱部材を配置して、成膜材料を付着させてもよい。また、メッシュ部材１１，１２は、気体の流れ方向に対して、傾斜して配置されていてもよい。また、捕捉手段１０は、メッシュ部材１１，１２の何れか一方を有する構成でもよい。また、３つ以上のメッシュ部材を有するものでもよい。
【００４５】
また、冷却通路１６を有する支持部材１３を備える構成としているが、例えば、支持部材１３の内面側や、外面側に冷却管を設置して、支持部材１３を冷却してもよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、メッシュ部材１１，１２が支持部材１３に対して着脱自在な構成とされているが、メッシュ部材１１，１２を支持部材１３と一体的に形成してもよい。
【００４７】
また、成膜装置１００は、セレン化法に限定されず、その他の成膜法を用いるものでもよい。成膜材料は、セレンに限定されず、その他の成膜材料でもよい。また、成膜装置１００は、基板１０１以外の被成膜物に成膜材料を成膜するものでもよい。
【００４８】
また、上記実施形態では、全ての真空チャンバー１２１〜１２５に対して、真空ポンプ２及び捕捉手段１０が設置されているが、例えば、複数の真空チャンバー１２１〜１２５に対して、1つの真空ポンプ２及び捕捉手段１０を備える構成としてもよい。また、1つの真空チャンバー１２１〜１２５に対して、複数の真空ポンプ２及び捕捉手段１０を備える構成としてもよい。
【００４９】
また、排気口の位置は、真空チャンバー１２１〜１２５の底板１２３ａに形成されているものに限定されず、天板（天蓋）、その他の側壁に形成されていてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
２…真空ポンプ（排気手段）、１０…捕捉手段、１１，１２…メッシュ部材、１３…支持部材、１４…ボルト、１６…冷却通路、１７…冷却水供給手段（冷媒供給手段）、１００…成膜装置、１２１…ロードロックチャンバー（真空容器）、１２２…バッファチャンバー（真空容器）、１２３…成膜チャンバー（成膜室、真空容器）、１２４…バッファチャンバー（真空容器）、１２５…ロードロックチャンバー（真空容器）、１３１〜１３６…開閉ゲート。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被成膜物に成膜材料を成膜する成膜装置であって、
内部の気体を排気するための排気口が形成されたチャンバーと、
前記排気口に接続され前記チャンバー内の気体を排気する排気手段と、
前記排気口に設けられ前記成膜材料であるセレンを捕捉する捕捉手段と、を備えることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記捕捉手段は、前記排気口を覆うように設置されたメッシュ部材と
冷媒が通過する冷却通路を有すると共に前記メッシュ部材を支持する支持部材と、
前記冷却通路に冷媒を供給する冷媒供給手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記支持部材は、前記メッシュ部材を着脱自在に支持することを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項１】
被成膜物に成膜材料を成膜する成膜装置であって、
内部の気体を排気するための排気口が形成されたチャンバーと、
前記排気口に接続され前記チャンバー内の気体を排気する排気手段と、
前記排気口に設けられ前記成膜材料であるセレンを捕捉する捕捉手段と、を備えることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記捕捉手段は、前記排気口を覆うように設置されたメッシュ部材と
冷媒が通過する冷却通路を有すると共に前記メッシュ部材を支持する支持部材と、
前記冷却通路に冷媒を供給する冷媒供給手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記支持部材は、前記メッシュ部材を着脱自在に支持することを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−７１１０（Ｐ２０１３−７１１０Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４１８１８（Ｐ２０１１−１４１８１８）
【出願日】平成２３年６月２７日（２０１１．６．２７）
【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２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２７日（２０１１．６．２７）
【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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