(57)【要約】【課題】特性の良好な薄膜を効率よく成膜可能なスパッタリング成膜装置及び太陽電池製造装置を提供する。【解決手段】反応室２１内に、成膜対象となる基板１０と、基板１０に対向して配置されたカソード電極となるターゲット２３と、基板１０とターゲット２３との間に配置されたアノード電極２４とを備えたスパッタリング成膜装置において、アノード電極２４が、櫛歯状をなし、該櫛歯状の隙間部分が成膜面に対して投影されるように配置されているスパッタリング成膜装置を備えた太陽電池製造装置。【選択図】図１
2012107303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応室内に、成膜対象となる基板と、この基板に対向して配置されたカソード電極のターゲットと、前記基板と前記ターゲットとの間に配置されたアノード電極とを備えたスパッタリング成膜装置において、
前記アノード電極が、櫛歯状をなし、該櫛歯状の隙間部分が成膜面に対して投影されるように配置されていることを特徴とするスパッタリング成膜装置。
【請求項２】
前記スパッタリング成膜装置が、マグネトロンスパッタリング成膜装置である請求項１に記載のスパッタリング成膜装置。
【請求項３】
前記ターゲットの前記アノード電極と反対側に磁場発生手段を有し、前記アノード電極と前記磁場発生手段とを、前記基板面と平行に往復移動させる移動台が設けられている請求項１又は２に記載のスパッタリング成膜装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のスパッタリング成膜装置を備えた太陽電池製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパッタリング成膜装置及び太陽電池製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜形成技術のひとつであるスパッタリング法は、金属薄膜、透明導電膜、半導体膜などの形成に広く利用されている。スパッタリング法は、真空引きされた反応室内にアルゴンガス、ヘリウムガス、ネオンガス、窒素ガスなどを導入し、基板とターゲット間に直流高電圧を印加してイオン化した原子（Ａｒ原子など）をターゲットに衝突させ、弾き飛ばされたターゲット構成原子（スパッタ粒子）を基板に付着させて薄膜を成膜する方法である。また、スパッタリング法の一つとして、マグネトロンスパッタリング法がある。マグネトロンスパッタリング法は、ターゲットの表面に磁界を発生させてスパッタリングする方法である。磁界による電子の補足効果によりプラズマ密度が高まり、スパッタリング速度を大きくすることができる。
【０００３】
図４は、従来より用いられているスパッタリング装置の概略構成図である。このスパッタリング装置は、反応室１内に、成膜対象となる基板２を設置する基板ホルダ３が配置されている。また、基板ホルダ３に設置される基板２に対向してカソード電極となるターゲット５が配置され、基板２とターゲット５との間にアノード電極４が配置されている。そして、ターゲット５の裏面に磁界発生手段６が配置されている。
【０００４】
スパッタリング装置のアノード電極４には、図５に示すように、一対の棒状のアノードバー４ａを、連結シャフト４ｂを介して連結してなるものが広く用いられている。
【０００５】
また、特許文献１、２には、アノード電極を、メッシュ状にしたスパッタリング成膜装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−１２１６５３号公報
【特許文献２】特開平５−２０９２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
スパッタリング成膜装置において、アノード電極を、ターゲットと基板との間に配置することで、アノード電極とターゲット間でのプラズマ放電が安定し、更には、成膜中に基板がプラズマに曝され難くなるので、特性の良好な薄膜を形成できる。しかしながら、ターゲットからのスパッタ粒子の一部がアノード電極によって遮られてしまうので、ターゲットのロスが増えたり、成膜時間が嵩み、成膜効率が劣る問題があった。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、特性の良好な薄膜を効率よく成膜可能なスパッタリング成膜装置及び太陽電池製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するに当たり、本発明のスパッタリング成膜装置は、反応室内に、成膜対象となる基板と、この基板に対向して配置されたカソード電極となるターゲットと、前記基板と前記ターゲットとの間に配置されたアノード電極とを備えたスパッタリング成膜装置において、前記アノード電極が、櫛歯状をなし、該櫛歯状の隙間部分が成膜面に対して投影されるように配置されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明のスパッタリング成膜装置は、マグネトロンスパッタリング成膜装置であることが好ましい。
【００１１】
本発明のスパッタリング成膜装置は、前記ターゲットの前記アノード電極と反対側に磁場発生手段を有し、前記アノード電極と前記磁場発生手段とを、前記基板面と平行に往復移動させる移動台が設けられていることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の太陽電池製造装置は、上記スパッタリング成膜装置を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、反応室内に、成膜対象となる基板と、該基板に対向して配置されたカソード電極となるターゲットと、該基板とターゲットとの間に配置されたアノード電極とを備えたスパッタリング成膜装置において、アノード電極が櫛歯状をなし、該櫛歯状の隙間部分が成膜面に対して投影されるように反応室に配置されているので、ターゲットからのスパッタ粒子が、アノード電極に遮られることなく、櫛歯状の間隙部分を通って成膜面まで到達できる。このため、ターゲットのロスが少なくなり、短時間で膜質の良好な薄膜を成膜できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のスパッタリング成膜装置を備えた太陽電池製造装置の概略図である。
【図２】本発明のスパッタリング成膜装置の概略図である。
【図３】本発明のスパッタリング成膜装置のアノード電極の概略図である。
【図４】従来のスパッタリング成膜装置の概略図である。
【図５】同スパッタリング成膜装置のアノード電極の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明において、「成膜対象となる基板」としては、特に限定は無く、従来公知のものを用いることができる。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリサルフォン（ＰＳＦ）等の材質から構成される可撓性基板、ガラス基板、ステンレス基板などが挙げられる。基板の種類としては、可撓性基板が好ましい。可撓性基板を用いることで、ロールトゥロール方式での成膜が可能となり、生産性よく成膜することができる。以下、基板材料として可撓性基板を用いた場合を例に挙げて説明する。
【００１６】
図１は、本発明のスパッタリング成膜装置を備えた太陽電池製造装置の一実施形態を表わす概略図である。
【００１７】
図１に示すように、この太陽電池製造装置は、基板１０を巻取った巻出しロール１１が収容される巻出し室１２と、基板１０を巻取る巻取りロール１３が収容される巻取り室１４と、巻出し室１２と巻取り室１４との間で基板１０の搬送方向（図中の矢印方向）に沿って配置されるスパッタリング成膜装置２０とで主に構成される。
【００１８】
巻出し室１２及び巻取り室１４には、基板１０をガイドしつつ、基板１０にかかる張力を均一にするためのガイドローラ１５，１６が、それぞれ複数個（本実施形態では２個）設けられている。
【００１９】
スパッタリング成膜装置２０は、ガス導入口２１ａと排気口２１ｂとが形成された反応室２１内に、基板１０を設置する基板ホルダ２２が配置されている。また、基板ホルダ２２に対向してカソード電極となるターゲット２３が配置され、基板１０とターゲット２３との間にアノード電極２４が配置されている。すなわち、基板ホルダ２２から所定間隔をおいて、アノード電極２４、ターゲット２３の順にそれぞれ配置されている。
【００２０】
図２，３を併せて参照すると、このアノード電極２４は、櫛歯状に加工された一対のアノードバー２４ａ、２４ａからなり、それぞれのアノードバー２４ａの端部どうしが連結シャフト２４ｂを介して接合して一体化している。一対のアノードバー２４ａ，２４ａからは、それぞれ対向して複数の櫛歯２４ｃが所定間隔Ｌで突き合わせられるように突設されている。そして、図示しない可動手段によって、後述する磁場発生装置２５と同期して、アノード電極２４が、基板１０と平行に往復移動可能とされている。
【００２１】
アノードバー２４ａの櫛歯２４ｃは、長さ１０ｍｍ以上で、５〜１０ｍｍ間隔で形成されていることが好ましい。櫛歯２４ｃの長さは、２０〜４０ｍｍがより好ましい。櫛歯２４ｃの長さが１０ｍｍ未満であると、アノード電極として不十分であり、またマグネットの磁界内に入らないように長さを設計することが必要である。また、櫛歯２４ｃの間隔が５ｍｍ未満であると、スパッタ粒子がアノード電極２４で遮られてしまうことがあり、１０ｍｍを超えると、アノード電極として不十分である。
【００２２】
各アノードバー２４ａの櫛歯２４ｃどうしの間隔Ｌは、櫛歯がマグネットの磁界内に入らないよう設計される。
【００２３】
アノード電極２４の平面方向から見た全体の面積に占める空隙部の面積の割合（以下、「空隙率」という）は、４０％以上が好ましい。空隙率が４０％未満であると、十分な効果が得られない。
【００２４】
ターゲット２３の基板１０と反対側には、磁場発生装置２５が配置されている。
【００２５】
磁場発生装置２５は、支持板２６上に、所定間隔をおいて第１のマグネット２７ａと第２のマグネット２７ｂとが交互に配置され、第１のマグネット２７ａと第２のマグネット２７ｂとのターゲット２３に面した側がそれぞれ逆極性となっている。この実施形態では、第１のマグネット２７ａのターゲット２３側の磁極がＮ極をなし、第２のマグネット２７ｂのターゲット２３側の磁極がＳ極をなすように配置されている。そして、可動手段２８によって、アノード電極２４ｃと磁場発生装置２５とが、同期してターゲット２３と平行に往復移動可能とされている。
【００２６】
次に、この太陽電池製造装置を用いて、基板１０表面に成膜する際の作動について説明する。
【００２７】
基板１０を巻出しロール１１から引き出してスパッタリング成膜装置２０に導く。
スパッタリング成膜装置２０では、反応室２１内を真空引きした後、ガス導入口２１ａから、アルゴンガス、ヘリウムガス、ネオンガス、窒素ガス等のスパッタリングガスを導入し、反応室２１内を一定のガス圧力に調整する。反応室２１内のガス圧力は、０．０１〜５Ｐａが好ましい。反応室２１内のガス圧力が安定した段階で、アノード電極２４を接地した状態で、ターゲット２３にマイナスの直流電圧又は高周波電圧を印加する。一方、第１のマグネット２７ａからターゲット２３を介して第２のマグネット２７ｂに至る磁界が発生しており、ターゲット２３の表面側に円弧状の磁界が形成される。そして、アノード電極２４とターゲット２３との間でプラズマが発生する。これにより、スパッタリングガスがイオン化し、イオン化した原子がターゲット２３に衝突し、弾き飛ばされたターゲット構成原子（スパッタ粒子）が、アノード電極２４の櫛歯状の間隙部分を通って基板１０に付着して薄膜が形成される。また、プラズマは、アノード電極２４とターゲット２３との間で発生しているので、基板１０は直接プラズマに曝されないので、膜質の良好な薄膜を形成できる。
【００２８】
スパッタリング中、可動手段２８によって、アノード電極２４及び磁場発生装置２５を、連動して水平方向に往復移動させる。これにより、ターゲット２３ができるだけ均一に侵食されると共に、基板１０に均一な薄膜が形成される。
【００２９】
こうして、基板１０の表面に所定膜厚の薄膜を形成した後、成膜工程を終了して巻取りロール１３で巻き取る。
【００３０】
このスパッタリング成膜装置は、アノード電極２４が複数の櫛歯２４ｃを有し、該櫛歯２４ｃの隙間部分が成膜面に対して投影される（アノード電極２４を平面方向から見た時、間隙部分から成膜面が見える）ように反応室に配置されているので、ターゲット２３からのスパッタ粒子がアノード電極２４によって遮られ難く、櫛歯２４ｃの間隙部分を通って成膜面まで到達する。このため、ターゲットのロスが少なくなり、短時間で膜質の良好な薄膜を成膜できる。また、アノード電極２４のスパッタ粒子による汚染を抑制できるので、メンテナンスコストを低減できる。
【実施例】
【００３１】
以下、実施例及び比較例を用いて本発明の効果を説明する。なお、以下の実施例及び比較例では、スパッタリングガスとして、Ａｒを、基板として可撓性プラスチックフィルムを、ターゲットとしてＩＴＯを用いた。
【００３２】
（実施例１）
図１に示す太陽電池製造装置を用いて基板１０に薄膜を形成した。なお、アノード電極２４として、図３に示すように、長さ３０ｍｍの櫛歯２４ｃが、５ｍｍ間隔で形成されているアノードバー２４ａを、アノードバー２４ａどうしの櫛歯２４ｃの突き合わせの間隔Ｌが、１５０ｍｍとなるように連結シャフト２４ｂで連結してなるもの（空隙率５０％）を用いた。
巻出しロール１１及び巻き取りロール１３を作動させ、基板１０の成膜面を反応室２１内に配置し、反応室２１内を真空引きした後、スパッタリングガスを供給し、ガス圧力を０．７Ｐａとした。そして、ターゲットに２００Ｖの直流電圧を印加してプラズマを発生させ、基板の表面にターゲット構成原子を付着させて５分間スパッタリングを行った。基板表面には、厚さ１００ｎｍの均一な薄膜が形成されていた。
【００３３】
（実施例２）
実施例１において、アノード電極２４として、長さ３０ｍｍの櫛歯２４ｃが、５ｍｍ間隔で形成されているアノードバー２４ａを、アノードバーどうしの櫛歯２４ｃの突き合わせの間隔Ｌが、１５０ｍｍとなるように連結シャフトで連結してなるもの（空隙率５０％）を用いた以外は、実施例１と同様にして２分間スパッタリングを行った。基板表面には、厚さ６０ｎｍの均一な薄膜が形成されていた。
【００３４】
（比較例１）
実施例１において、図５に示すように、アノード電極４として、長さ１５００ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚み２ｍｍの板状のアノードバー４ａを、アノードバー４ａどうしの間隔が、１５０ｍｍとなるように連結シャフトで連結してなるものを用いた以外は、実施例１と同様にして５分間スパッタリングを行った。基板表面には、厚さ５０ｎｍの薄膜が形成されていた。
【符号の説明】
【００３５】
１０：基板
１１：巻出しロール
１２：巻出し室
１３：巻取りロール
１４：巻取り室
１５，１６：ガイドローラ
２０：スパッタリング成膜装置
２１：反応室
２１ａ：ガス導入口
２１ｂ：排気口
２２：基板ホルダ
２３：ターゲット
２４：アノード電極
２４ａ：アノードバー
２４ｂ：連結シャフト
２５：磁場発生装置
２６：支持板
２７ａ、２７ｂ：マグネット
２８：可動手段
【図１】
2012107303.tif 000003
【図２】
2012107303.tif 000004
【図３】
2012107303.tif 000005
【図４】
2012107303.tif 000006
【図５】
2012107303.tif 000007