(57)【要約】【課題】使用する長尺基板の種類によらず、膜物性を簡便に測定するために有利なロール・ツー・ロール方式を用いた成膜装置を提供する。【解決手段】長尺基板に膜を形成する成膜装置は、成膜ユニットと、前記長尺基板を搬送する搬送ユニットと、検査基板を前記長尺基板の上に供給する供給部と、前記成膜ユニットにより膜が形成された前記検査基板を前記長尺基板の上から回収する回収部と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺基板に膜を形成する成膜装置において、
成膜ユニットと、
前記長尺基板を搬送する搬送ユニットと、
検査基板を前記長尺基板の上に供給する供給部と、
前記成膜ユニットにより膜が形成された前記検査基板を前記長尺基板の上から回収する回収部と、を有することを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記長尺基板は、導電性基板である、ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
複数の前記成膜ユニットを有している、ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記複数の成膜ユニットのうち選択された１つの成膜ユニットによって前記検査基板に膜が形成されるように前記複数の成膜ユニットが制御される、ことを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記搬送ユニットは、ロール・ツー・ロール方式で前記長尺基板を搬送するように構成され、前記回収部は、自重により落下した前記検査基板を回収する、ことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長尺基板に膜を形成する成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スパッタリングや蒸着などにより薄膜を形成する場合には、形成された膜の品質を管理するために、薄膜シート抵抗などの膜物性を測定することが行われている（例えば、特許文献１）。特許文献１には、金属薄膜を形成した基板を真空容器内から取り出した後、基板のシート抵抗を測定することが記載されている。また、特許文献１には、シート抵抗モニタ用基板を基板ホルダ上に基板と一緒に取り付けて膜を形成した後、モニタ基板の抵抗を測定することが記載されている。
【０００３】
一方、太陽電池や二次電池、機能フィルムなどの製造にもスパッタリング、蒸着などにより膜を形成する成膜装置は利用されており、生産性を向上させるため処理基板として長尺基板を用いる場合も多い。長尺基板の処理には、一般的にロール・ツー・ロールと呼ばれる方式が採用される。これは、長尺基板をロールから巻き出して伸張させ、必要な処理を行い、再びロールに巻き取るという操作を単一装置の中で実施する方式である。また、長尺基板はウェブとも呼ばれ、その材料や厚さは用途ごとに様々である。
【０００４】
長尺基板に膜を形成する処理を施す場合は、巻き出し、巻き取り操作を真空容器内部にて行わなければならず、さらに通常は巻き取ってロール状になっている長尺基板の伸張時の長さは用途により異なるが、１０００ｍ以上に達する場合もあり、１回の処理時間は非常に長い。従って、特許文献１に記載されたような方法は、ロール・ツー・ロール方式を用いた成膜装置には適用することができない。
【０００５】
ロール・ツー・ロール方式を用いた成膜装置でシート抵抗を測定する方法として、真空容器内でフィルム基板のシート抵抗を測定することが知られている（例えば、特許文献２の第１図）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３０２８４４号公報
【特許文献２】特開平１−２８３３５７号公報（第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に記載されたような方法では、複数の成膜ユニットを用いて多層膜を形成する場合には、多層膜全体の物性を測定することになり、特定の膜の物性を測定することができない。
【０００８】
また、形成される膜が一層であっても、ウェブ材料がステンレスやアルミニウム、銅などの導電性基板であった場合には，スパッタリングにより付着させた材料のシート抵抗を測定することができない。すなわち、シート抵抗の測定は、ウェブ材料とその上に形成された膜とからなる部材に電流を流して該部材の２点間における電位差により測定することができるが、ウェブ材料が導電性の材料の場合には、測定のための電流はウェブ材料と成膜ユニットにより形成した膜の両方を通過することになり、形成した膜の２点間における電位差は得られないからである。
【０００９】
本発明は、使用する長尺基板の種類によらず、膜物性を簡便に測定するために有利なロール・ツー・ロール方式を用い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】
【００１０】
本発明の１つの側面は、長尺基板に膜を形成する成膜装置において、成膜ユニットと、前記長尺基板を搬送する搬送ユニットと、検査基板を前記長尺基板の上に供給する供給部と、前記成膜ユニットにより膜が形成された前記検査基板を前記長尺基板の上から回収する回収部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、使用する長尺基板の種類によらず、膜物性を簡便に測定するために有利なロール・ツー・ロール方式を用いた成膜装置が提供される。
【００１２】
あるいは、本発明によれば、生産を止めることなく任意の膜形成状態の検査を行うことができる。
【００１３】
あるいは、本発明は、長尺基板に対して多層膜を積層する場合であっても、特定の層の膜形成性能を検査するために有利である。
【００１４】
あるいは、本発明は、従来困難であった導電素材ウェブに対して膜を形成する場合であっても、シート抵抗などの膜特性を検査するために有利である。
【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の側面概略模式図である。
【図２】基板供給部の模式図である。
【図３】基板回収部の模式図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る成膜装置の側面概略模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本願発明の実施形態について説明する。図１は本願発明の実施形態に係る成膜装置全体の側面概略模式図である。図２は基板投入部分の側面模式図であり、図３は基板回収部分の側面模式図である。
【００１７】
以下、図１乃至図３を参照して本発明に係る成膜装置の一態様について説明する。図１乃至図３において、各部の構成や大きさ、配置や数量などは本発明を限定することを意図したものではない。以下で説明する成膜装置は、本発明に係る成膜装置の理解を容易にするための例に過ぎず、この例は本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更および変形することができる。
【００１８】
真空容器１は、長尺基板であるウェブ５をロールから巻き出すための巻き出し機構を有する真空容器である。真空容器２は、スパッタリングなどにより膜を形成する成膜ユニットを有する真空容器である。真空容器３は、検査基板を回収する基板回収部を有する真空容器である。真空容器４は、ウェブ５をロールに巻き取るための巻き取り機構を有する真空容器である。
【００１９】
各真空容器１、２、３、４には、ウェブを搬送するための開口部と、ウェブを搬送するための搬送ユニットとしてのローラが設けられている。隣接する真空容器の開口部を通してウェブが搬送される。真空容器１には、真空容器１内に検査基板１８を供給する機構を有する基板供給部７が設けられている。
【００２０】
基板供給部７は、成膜処理を受ける前のウェブ５が通過する位置に検査基板１８を供給できるように真空容器１に接続されている。より具体的には、基板供給部７は、前記位置においてウェブ５の上に検査基板１８を供給するように構成されている。真空容器３には、検査基板を回収するための機構を有する基板回収部１１が設けられている。真空容器３には、第一のローラ９と第一のローラ９の下方に設けられた第二のローラ１０とが配設されている。
【００２１】
各真空容器には不図示の排気機構が接続されており、真空容器内を大気圧力から真空へと真空容器内部の圧力を変化させることができる。同様に、各真空容器には不図示のガス供給機構が接続されており、空気、または窒素などの不活性ガスを用いて真空容器内部を大気圧力と同圧に復元できる。
【００２２】
成膜ユニットを有する真空容器２にはターゲット８が設置されており、ターゲット８は不図示の絶縁部品によって真空容器２とは電気的に絶縁され、不図示の電源と接続されている。ターゲット８の近傍でウェブ５に膜が形成される。プロセス条件や形成すべき積層膜に応じてターゲット８の数や種類は増減することができる。
【００２３】
スパッタリングを行う真空容器２には、真空容器２内の圧力を大気圧力に戻すためのガス供給機構とは別に、スパッタリングを行うための不活性ガスを真空容器２に供給するための不図示のガスラインが接続されている。
【００２４】
真空容器１、２、３、４の搬送機構としてのローラ群とローラ９、１０とは不図示のフレームにより精度よく固定設置され、滑らかに回転ができ、ウェブ５を搬送できる。ローラの種類や役目に応じて適宜不図示の駆動機構が連結されており、ローラは回転駆動されうる。
【００２５】
また、ウェブ５の張力を不図示の張力センサーにより管理しつつ、ウェブ５の巻き出し、巻き取りを行うことにより、ウェブ５の搬送トラブルを防止しつつスパッタリング時におけるウェブ５の姿勢を適正に維持することができる。ウェブ５は、該駆動機構によって回転駆動されるローラにより、ウェブの進行方向１００に搬送される。
【００２６】
基板供給部７の一態様を図２を用いて説明する。図２において、図１と同一符号は図１と同一部分または相当部分を示す。検査基板供給部７は、真空容器１２と、真空容器１２の大気側に設けられた第一の仕切り弁１５と、真空容器１２の真空容器１側に設けられた第二の仕切り弁１６とを有する。第一の仕切り弁１５と第二の仕切り弁１６とを有することにより、真空容器１の圧力状態に関係なく真空容器７内部の圧力を大気圧力、真空へと変更できる。
【００２７】
圧力の変更は不図示の排気機構とガス供給機構を用いて行うことができる。第一の仕切り弁１５と第二の仕切り弁１６は、検査基板１８を通過させるために十分な開口を開閉することができる。
【００２８】
検査基板１８としては、検査基板回収後に膜の物性を測定するために適した基板を用いることができる。例えば、膜物性としてシート抵抗を測定する場合には、ガラス基板などの非導電性の基板を検査基板１８として用いることができる。検査基板１８の供給可能枚数は、１枚でも複数枚でもよく、特別な制限はないが、図２に示すようにカセット１７に複数の検査基板１８を搭載したものを第一の仕切り弁１５を通して真空容器１２の内部に設置する方法が、真空容器１２の内部への検査基板１８の搬入を短時間で行うために有利である。
【００２９】
真空容器１２内には、検査基板１８を真空容器１内に投入させるためのハンド１３とハンド駆動部１４とを具備する検査基板搬送機構が配置されている。ハンド駆動部１４は、検査基板の取り出し方向１０１と検査基板投入方向１０２へハンド１３を駆動することができ、カセット１７から検査基板１８を取り出し、検査基板１８をウェブ５の表面近傍へ接近させ、ウェブ５の至近距離から検査基板１８を投下することができる。
【００３０】
次に、検査基板を成膜装置内への投入する方法について説明する。本例では、成膜装置の真空容器１に検査基板１８を投入する。検査基板１８の投入は、真空容器１２の内部圧力が真空かつ、成膜装置がスパッタリング可能な状態であるときに行う。第二の仕切り弁１６を開放し、検査基板１８がハンド１３によって把持された状態で、ハンド駆動部１４が検査基板投入方向１０２へハンド１３を駆動し、ウェブ５の表面近傍でハンド１３による検査基板１８の把持を解除し、検査基板１８をウェブ５上に落下させる。
【００３１】
ウェブ５表面へは検査基板１８は、非常に短距離ではあるが、自由落下するため、検査基板１８の角部は鋭利でない形状であることが好ましい。
【００３２】
落下した検査基板１８はウェブ５の進行方向１００に沿ってスパッタリング処理工程の実施位置へと至る。
【００３３】
スパッタリング処理は、検査基板１８の到達にあわせて、検査したい材料が検査基板１８の上に形成されるように制御されうる。たとえば、複数の材料を積層スパッタリングによってウェブ５上に積層させている場合などでは、個々の材料の検査をする必要がある場合もあり、この場合には、各検査基板１８には、検査したい材料のみが形成される。
【００３４】
図１の基板回収部１１の一態様を図３を用いて説明する。図中、図１と同一符号は図１と同一部分または相当部分を示す。基板回収部１１は、真空容器１９と、真空容器１９における真空容器３内の位置に設けられた第三の仕切り弁２０と、真空容器１９における大気側の位置に設けられた第四の仕切り弁２１とを有する。真空容器１９内には、基板を回収するための基板回収トレイ２２が設けられている。
【００３５】
次に、スパッタリング処理が終了した検査基板１８を回収する方法について説明する。基板回収部１１の上方でウェブ５を第一のローラ９に巻きつかせることにより、ウェブ５の進行方向が変更される。第一のローラ９に到達する前において、ウェブ５は進行方向１００にしたがって水平移動していたため、検査基板１８がウェブ５上に存在し続けられたが、第一のローラ９を通過後、検査基板１８は基板落下方向１０３に自重により落下する。落下先では、真空容器１９が第三の仕切り弁２０を開口した状態で、検査基板１８の落下を待っている。
【００３６】
検査基板１８の落下する距離は最小にとどめることが望ましいが、落下時のダメージを吸収するために、第一の回収トレイ２２の表面はエラストマー等の弾性を持つ材料を適切な厚さで配置することが望ましい。
【００３７】
真空容器１９内には複数の検査基板１８を回収させるために、第二の回収トレイ２３、第三の回収トレイ２４のように複数のトレイを設置してもよい。複数の検査基板１８を回収する場合は、第一の回収トレイ２２、第二の回収トレイ２３、第三の回収トレイ２４を駆動する不図示の移動機構を搭載し、回収を受け持つトレイのみを検査基板１８の落下位置に移動させる必要がある。
【００３８】
検査基板１８を基板回収トレイ２２にて回収する動作が完了したら、第三の仕切り弁２０を閉鎖し、真空容器１９内部を不図示のガス供給機構により、空気または窒素等の不活性ガスにより、大気圧力と同圧に変更の後、第四の仕切り弁２１を開放し、検査基板１８を取り出す。取り出した基板は、シート抵抗など膜物性が任意の測定ユニットで測定される。
【００３９】
本態様の装置によれば、成膜処理を中断させることなく、形成された膜の物性を測定することができる。また、長尺基板としてアルミニウム、銅などの導電性基板を用いても、シート抵抗を測定することができる。
【００４０】
本発明に係る成膜装置の他の態様を図４を用いて説明する。本態様は、複数の成膜ユニットを有することを除いて基本的に第一の実施形態と同じであり、図中の符号は図１と同一部品または相当部品である。本態様によれば、３層積層膜を積層可能であり、検査基板を用いて各層の層の物性を測定することができる。
【００４１】
図４を用いて、積層される複数の膜の任意の膜についての測定方法を説明する。長尺基板への成膜処理は連続しておこなうため、通常は第一の成膜処理２５での膜の形成後はそのまま第二の成膜処理２６、第三の成膜処理２７を経て、複数の膜が積層される。各真空容器２０１、２０２、２０３には、各々ターゲット８１、８２、８３が設置されている。この状態で検査基板投入部７より検査基板１８を投入しても任意の単膜のみの形成はできない。
【００４２】
そのため、不図示の制御装置によって、任意の単膜を形成できる選択機構を用い、検査基板１８投入のタイミングと同期して各機能を制御する必要がある。以下に第三の成膜処理２７において単膜を検査基板１８の上に形成させ、取り出す具体的な方法を記す。
【００４３】
まず、不図示の制御装置によって、第三の成膜処理２７を検査するための指示を基板投入部７に与える。基板投入部７は、検査基板１８をウェブ５上に投下する。この際、ウェブの進行方向１００に沿って検査基板１８は進行して行き、やがて第一の成膜処理２５に達する。
【００４４】
制御装置は、ウェブ５の進行を不図示の搬送制御部にて、例えば、ウェブ５の搬送速度に基づいて管理し、これにより検査基板１８が第一の成膜処理２５に到達することを判断できる。より具体的には、制御装置は、検査基板１８の投下位置から第一の成膜処理２５の開始位置までの距離を記憶しており、搬送速度と、投下後の経過時間とに基づいて検査基板１８が第一の成膜処理２５に到達することを判断することができる。
【００４５】
第一の成膜処理２５に検査基板１８が達する前に、第一の成膜処理２５に設置されたターゲット８０への電力供給を停止する。つまり、成膜処理を停止する。
【００４６】
検査基板１８が第一の成膜処理２５がなされる領域をウェブの進行方向１００に沿って通過したら、再び第一の成膜処理２５に設置されたターゲット８０への電力供給を開始し、膜の形成を再開する。検査基板１８の通過は、前述の装置制御部分の速度管理と第一の成膜処理２５から判断できるため、特別な監視は不要である。ただし、更なる確実性を求めるために、センサーを用いて、検査基板１８の通過管理をしても構わない。
【００４７】
同様にして、第二の成膜処理２６がなされる領域も、検査基板１８は膜が形成されることなく通過できる。
【００４８】
第三の成膜処理２７に検査基板１８が到達したら、そのまま膜の形成をおこなう。これによって、第三の成膜処理２７がなされる領域においてのみ膜が形成された検査基板１８が作成される。この後、図３の説明どおり、基板回収部１１を使い、検査基板１８を回収する。
【００４９】
上記方法では、ウェブ５の表面のうち検査基板１８が乗った部分は、成膜処理２５乃至２７がなされる領域では、複数の膜の形成がされなくなるため、その部分については完成製品とはならなくなる。よって、少々のスループットの低下とウェブ５の無駄が生じる。
【００５０】
しかしながら、検査のためにウェブ５を検査用ウェブに付け替えて検査した場合には、スループットは遙かに低下するし、検査用ウェブが必要になる。すなわち、ウェブ５の付け替え時は、製品が製造されない。同様に、検査用に付け替えたウェブを取り外す際も、製品が製造されない。
【００５１】
上記は１台の成膜装置に対して、検査基板１８の投入、回収を各々１箇所として説明したが、各成膜処理室に専用の基板投入、基板回収を配置してもよい。この場合は、基板回収機構にロボットハンド等を追加する必要があるが、製品と成せない部分は検査基板１８近傍だけとなり、有利になる。
【００５２】
なお、上記の例は、成膜ユニットがスパッタリングユニットである場合の例であるが、成膜ユニットとして、スパッタリングユニットに限られるものではなく、CVDユニットなどであってもよい。
【００５３】
ロール・ツー・ロール方式の成膜装置は、ロール単位での成膜処理を想定しており、トラブルなどの原因が無い限りその処理を中断しないが、本発明によれば、生産を停止させることなく、任意の成膜処理の検査を実施することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2012136774.tif 000006