(57)【要約】      （修正有）【課題】予備成膜を含む基板の成膜に関する工程のリードタイムを短縮化して、生産効率を向上させることを可能とする薄膜形成方法を提供する。【解決手段】成膜室内に予備成膜を施した後に、成膜室内で基板を成膜するための薄膜形成方法であって、予備成膜の開始前に、成膜室内の温度を予備成膜温度Ｔ１に上げるステップと、前記予備成膜の実施中、成膜室内の温度を予備成膜温度Ｔ１より低くかつ成膜温度Ｔ２以上の温度範囲で温度プロファイルを前記予備成膜中通して一定値とならないように予備成膜を行うステップと、成膜室内の温度が成膜温度Ｔ２に達した後に、基板への成膜を開始するステップとを含む薄膜形成方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜室内に予備成膜を施した後に、前記成膜室内で基板を成膜するための薄膜形成方法であって、
前記予備成膜の開始前に、前記成膜室内の温度を予備成膜温度に上げるステップと、
前記予備成膜の実施中、前記成膜室内の温度を、前記予備成膜温度より低くかつ成膜温度以上の温度範囲で温度プロファイルを前記予備成膜中通して一定値とならないように予備成膜を行うステップと、
前記成膜室内の温度が前記成膜温度に達した後に、前記基板への成膜を開始するステップとを含む薄膜形成方法。
【請求項２】
成膜室内に予備成膜を施した後に、前記成膜室内で基板を成膜するための薄膜形成方法であって、
前記予備成膜の開始前に、前記成膜室内の温度を成膜温度以上の加熱温度に上げた後に、前記成膜室内の温度を前記加熱温度から下げ始めるステップと、
前記予備成膜の開始から終了までの間に、前記加熱温度より低くかつ成膜温度以上の温度範囲で予備成膜中の温度プロファイルを予備成膜中通して一定値とならないように予備成膜を行うステップと、
前記成膜室内の温度が前記成膜温度に達した後に、前記基板への成膜を開始するステップとを含む薄膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
成膜室内で予備成膜をした後に、その成膜室内で基板を成膜するための薄膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電変換層などの半導体膜を成膜した基板は、薄膜太陽電池などに代表的される工業製品に用いられている。この半導体膜を基板に成膜するためには、一般的に成膜装置が用いられる。この成膜装置は、その内部に設けられた成膜室内で基板を成膜するように構成されている。しかしながら、成膜室内には不純物が付着することがあり、このような不純物が、薄膜中に混入し、膜質を低下させるおそれがある。
【０００３】
そこで、成膜中の基板に、このような不純物の影響を与えないことを目的として、特許文献１には、基板の成膜開始前に成膜室内を予め被膜するための予備的な成膜（以下、「予備成膜」という）を行う方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−００７３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のような予備成膜の工程においては、予備成膜中における成膜室２内の予備成膜温度が、通常、基板を成膜中の成膜室２内の成膜温度よりも高く設定されている。そのため、予備成膜を一定の予備成膜温度で実施した後に、成膜室内の温度を予備成膜温度から成膜温度まで下げる必要がある。このことが、基板の成膜に関する工程のリードタイムを長くする要因となっており、その結果、生産効率が低下することとなる。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、予備成膜を含む基板の成膜に関する工程のリードタイムを短縮化して、生産効率を向上させることを可能とする薄膜形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
課題を解決するために本発明の薄膜形成方法は、成膜室内に予備成膜を施した後に、前記成膜室内で基板を成膜するための薄膜形成方法であって、前記予備成膜の開始前に、予備成膜温度に上げるステップと、前記予備成膜の実施中、前記予備成膜温度より低くかつ成膜温度以上の温度範囲で温度プロファイルを前記予備成膜中通して一定値とならないように予備成膜を行うステップと、前記成膜室内の温度が前記成膜温度に達した後に、前記基板への成膜を開始するステップとを含む。
【０００８】
また、課題を解決するために本発明の基板を成膜するための薄膜形成方法は、成膜室内に予備成膜を施した後に、前記成膜室内で基板を成膜するための薄膜形成方法であって、前記予備成膜の開始前に、前記成膜室内の温度を成膜温度以上の加熱温度に上げた後に、前記成膜室内の温度を前記加熱温度から下げ始めるステップと、前記予備成膜の開始から終了までの間に、前記加熱温度より低くかつ成膜温度以上の温度範囲で予備成膜中の温度プロファイルを予備成膜中通して一定値とならないように予備成膜を行うステップと、前記成膜室内の温度が前記成膜温度に達した後に、前記基板への成膜を開始するステップとを含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の薄膜形成方法によれば、以下の効果を得ることができる。本発明の基板を成膜するための薄膜形成方法は、成膜室内に予備成膜を施した後に、前記成膜室内で基板を成膜するための薄膜形成方法であって、前記予備成膜の開始前に、予備成膜温度に上げるステップと、前記予備成膜の実施中、前記予備成膜温度より低くかつ成膜温度以上の温度範囲で温度プロファイルを前記予備成膜中通して一定値とならないように予備成膜を行うステップと、前記成膜室内の温度が前記成膜温度に達した後に、前記基板への成膜を開始するステップとを含む。そのため、前記予備成膜の開始から終了までの間にも、前記成膜室の温度を前記予備成膜温度より低くすることによって、前記予備成膜の終了時には、前記成膜室の温度を前記予備成膜温度から前記成膜温度により近付けた状態とすることができる。従って、前記予備成膜終了後から前記成膜を開始できる前記成膜温度に達するまでの時間が短縮されることとなる。よって、生産効率を向上させることができる。
【００１０】
本発明の薄膜形成方法は、成膜室内に予備成膜を施した後に、前記成膜室内で基板を成膜するための薄膜形成方法であって、前記予備成膜の開始前に、前記成膜室内の温度を成膜温度以上の加熱温度に上げた後に、前記成膜室内の温度を前記加熱温度から下げ始めるステップと、前記予備成膜の開始から終了までの間に、前記予備成膜温度より低くかつ成膜温度以上の温度範囲で予備成膜中の温度プロファイルを予備成膜中通して一定値とならないように予備成膜を行うステップと、前記成膜室内の温度が前記成膜温度に達した後に、前記基板への成膜を開始するステップとを含む。そのため、前記予備成膜の終了までの間に、前記成膜室の温度を前記予備成膜温度より低くすることによって、前記予備成膜の終了時には、前記成膜室の温度を前記予備成膜温度から前記成膜温度により近付けた状態とすることができる。従って、前記予備成膜終了後から前記成膜を開始できる前記成膜温度に達するまでの時間が短縮されることとなる。よって、生産効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態における成膜装置を含む薄膜光電変換素子の製造装置の内部構造を概略的に表す平面図である。
【図２】本発明の第１実施形態において成膜室内の温度変化のグラフを表す図である。
【図３】本発明の第２実施形態において成膜室内の温度変化のグラフを表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態における薄膜形成方法について以下に説明する。図１は、本発明の第１実施形態における成膜装置１の内部構造を概略的に表す図である。成膜装置１には成膜室２が設けられており、成膜室２内には互いに対向する高電圧電極３と接地電極４とが設けられている。基板５は、高電圧電極３と接地電極４との間で、矢印Ａで示す搬送方向に沿って搬送される構成となっている。接地電極４内にはヒーター６が設けられており、このヒーター６による加熱を制御することによって、成膜室２内および基板５の温度を制御するように構成されている。また、成膜室２内を脱気して真空状態にすることを可能にする真空ポンプ７が成膜室２に接続されている。さらに、成膜室２内に伝熱媒体用ガスおよび成膜用ガスなどを供給可能に構成したガス供給管８が接続されている。
【００１３】
伝熱媒体用ガスは、ヒーター６から発せられる熱を成膜室２内全体に効率的に熱伝導するために導入されるガスである。伝熱媒体用ガスの一例としては、Ｈ２を主体とするＨ２ガスが挙げられる。成膜用ガスは、予備成膜工程では成膜室２内を成膜するため、かつ成膜工程では基板５を成膜するために導入されるガスである。成膜用ガスの一例として、Ｈ２とＳｉＨ４との混合ガスが挙げられる。
【００１４】
ここで、本発明の第１実施形態におけるヒーター６の温度および作動時間の制御について、図２の実線Ｂで示す温度プロファイルを参照しながら説明する。
（１）ヒーター６の加熱開始から時間ｔ１の間、成膜室２内の温度を予備成膜温度Ｔ１に安定させるまで、ヒーター６によって成膜室２内を加熱する。一例として、時間ｔ１が、ヒーター６によって成膜室２内の温度を予備成膜温度Ｔ１に安定させるまで必要な時間を予め求めたものであってもよい。また別の一例として、成膜室２内の温度が予備成膜温度Ｔ１に安定したことをセンサなどによって検知した後に、ヒーター６によって成膜室２を予備成膜温度Ｔ１に加熱することを停止するように制御がされてもよい。
（２）時間ｔ１の経過後、予備成膜工程に必要な時間ｔ２の間、成膜室２内の温度を成膜温度Ｔ２以上に維持しながら成膜温度Ｔ２に向けて下げるように、ヒーター６によって成膜室２内を加熱する。成膜室２内の温度を予備成膜温度Ｔ１から成膜温度Ｔ２に下げ始めるタイミングは、予備成膜を開始してから終了するまでの間であれば、任意のタイミングとしてよい。
（３）時間ｔ２の経過後、時間ｔ３の間、さらに成膜室２内の温度を下げて成膜室２内の温度を予備成膜温度Ｔ１より低くかつ成膜温度Ｔ２以上の温度を維持しながら、成膜温度Ｔ２に向けて下げるように、ヒーター６によって成膜室２内を加熱する。
【００１５】
本発明の第１実施形態における成膜装置１において、成膜開始前に行なわれる予備成膜工程などの薄膜形成方法について説明する。
（１）真空ポンプ７により成膜室２内を脱気して真空状態にし、ガス供給管８によって成膜室２内に伝熱媒体用ガスを供給する。伝熱媒体用ガスが成膜室２内に充填された状態で、ヒーター６によって時間ｔ１の間成膜室２内を加熱し、成膜室２内の温度を予備成膜温度Ｔ１に上げて、成膜室２内の温度を予備成膜温度Ｔ１に安定させる。
（２）時間ｔ１の経過後、真空ポンプ７によって成膜室２内の伝熱媒体用ガスを脱気し、かつガス供給管８から成膜室２内に成膜用ガスを供給する。成膜用ガスが成膜室２内に充填された状態で、予備成膜を実施する。具体的には、高電圧電極３と接地電極４との間に電圧を印加して、成膜室２内を成膜する。時間ｔ２の間、予備成膜を実施するとともに、成膜室２内の温度を予備成膜温度Ｔ１より低く、成膜温度Ｔ２以上の温度となるように維持しながら、成膜温度Ｔ２に向けて下げるようにヒーター６により成膜室２内を加熱する。
（３）時間ｔ２の経過後、真空ポンプ７によって成膜室２内の成膜用ガスを脱気し、かつガス供給管８から成膜室２内に伝熱媒体用ガスを供給する。伝熱媒体用ガスが成膜室２内に充填された状態で、時間ｔ３の間、成膜室２内の温度を成膜温度Ｔ２に安定させるようにヒーターにより成膜室２内を加熱する。
（４）時間ｔ３の経過後、真空ポンプ７によって成膜室２内の伝熱媒体用ガスを脱気し、かつガス供給管８から成膜室２内に成膜用ガスを供給する。成膜用ガスが成膜室２内に充填された状態で、成膜を開始する。具体的には、高電圧電極３と接地電極４との間に電圧を印加して、高電圧電極３と接地電極４との間に位置する基板２を成膜する。
【００１６】
以上のように本発明の第１実施形態によれば、予備成膜の開始から終了までの間にも、成膜室２内の温度を予備成膜温度Ｔ１から成膜温度Ｔ２まで下げることによって、予備成膜の終了時に成膜室２内の温度を予備成膜温度Ｔ１から成膜温度Ｔ２に近付けた状態とすることができる。従って、予備成膜終了後から成膜を開始できる成膜温度Ｔ２に達するまでの時間が短縮されることとなる。よって、生産効率を向上させることができる。
【００１７】
ここまで本発明の第１実施形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。
【００１８】
例えば、本発明の第１実施形態の変形例として、成膜室２内の温度が、予備成膜温度Ｔ１より低く成膜温度Ｔ２以上の温度範囲であるならば、途中で一定の温度Ｔ３(Ｔ２≦Ｔ３＜Ｔ１)に保持されてもよい。このため、予備成膜終了までに成膜温度Ｔ２に到達してもよく、この場合には、時間ｔ３を最小にすることができる。
【００１９】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態における薄膜形成方法について以下に説明する。第２実施形態では、第１実施形態と同様の成膜装置１を用いるものとする。第２実施形態は、第１実施形態とヒーター６の温度および作動時間の制御に関する温度プロファイルが異なる。
【００２０】
ここで、第２実施形態におけるヒーター６の温度および作動時間の制御について、図３の実線Ｃで示す温度プロファイルを参照しながら説明する。
（１）ヒーター６の加熱開始から時間ｔ１の間、成膜室２内の温度を成膜温度Ｔ２以上の温度に上げて、成膜温度Ｔ２以上の加熱温度Ｔ４に達した後に成膜温度Ｔ２に向けて下げるように、ヒーター６によって成膜室２内を加熱する。このとき、時間ｔ１の間は、成膜温度Ｔ２以上となるようにヒーターの温度または作動時間を制御する。
（２）時間ｔ１の経過後、予備成膜工程に必要な時間ｔ２の間、加熱温度Ｔ４より低くかつ成膜温度Ｔ２以上の温度範囲で予備成膜中の温度プロファイルを予備成膜中通して一定値とならないように、すなわち変化させながら、ヒーター６によって成膜室２内を加熱する。
（３）時間ｔ２の経過後、時間ｔ４の間、さらに成膜室２内の温度を下げて成膜室２内の温度を加熱温度Ｔ４より低くかつ成膜温度Ｔ２以上の温度を維持しながら、成膜温度Ｔ２に向けて下げるように、ヒーター６によって成膜室２内を加熱する。
【００２１】
本発明の第２実施形態における成膜装置１において、成膜開始前に行なわれる予備成膜工程などの薄膜形成方法について説明する。
（１）真空ポンプ７により成膜室２内を脱気して真空状態にし、ガス供給管８によって成膜室２内に伝熱媒体用ガスを供給する。伝熱媒体用ガスが成膜室２内に充填された状態で、ヒーター６によって時間ｔ１の間成膜室２内を加熱し、成膜室２内の温度を、成膜温度Ｔ２以上の加熱温度Ｔ４に上げた後に、成膜温度Ｔ２に向けて下げる。このとき、時間ｔ１の間は、成膜温度Ｔ２以上となるようにヒーターの温度または作動時間を制御する。
（２）時間ｔ１の経過後、真空ポンプ７によって成膜室２内の伝熱媒体用ガスを脱気し、かつガス供給管８から成膜室２内に成膜用ガスを供給する。成膜用ガスが成膜室２内に充填された状態で、予備成膜を実施する。具体的には、高電圧電極３と接地電極４との間に電圧を印加して、成膜室２内を成膜する。時間ｔ２の間、予備成膜を実施するとともに、予備成膜中に成膜室２内の温度を成膜温度Ｔ２に向けて下げるようにヒーター６により成膜室２内を加熱する。
（３）時間ｔ２の経過後、真空ポンプ７によって成膜室２内の成膜用ガスを脱気し、かつガス供給管８から成膜室２内に伝熱媒体用ガスを供給する。伝熱媒体用ガスが成膜室２内に充填された状態で、時間ｔ４の間、成膜温度Ｔ２に向けて降温するようにヒーターにより成膜室２内を加熱する。
（４）時間ｔ４の経過後、真空ポンプ７によって成膜室２内の伝熱媒体用ガスを脱気し、かつガス供給管８から成膜室２内に成膜用ガスを供給する。成膜用ガスが成膜室２内に充填された状態で、成膜を開始する。具体的には、高電圧電極３と接地電極４との間に電圧を印加して、高電圧電極３と接地電極４との間に位置する基板２を成膜する。
【００２２】
以上のように本発明の第２実施形態によれば、予備成膜の開始から成膜室２内の温度を、成膜温度Ｔ２より高い加熱温度Ｔ４から成膜温度Ｔ２まで下げることによって、予備成膜の終了時に成膜室２内の温度を加熱温度Ｔ４から成膜温度Ｔ２により近付けた状態とすることができる。従って、予備成膜終了後から成膜を開始できる成膜温度Ｔ２に達するまでの時間がさらに短縮されることとなる。よって、生産効率を向上させることができる。
【００２３】
ここまで本発明の第２実施形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。
【００２４】
例えば、本発明の第２実施形態の変形例として、成膜室２内の温度が、加熱温度Ｔ４より低く成膜温度Ｔ２以上の温度範囲であるならば、途中で一定の温度Ｔ５(Ｔ２≦Ｔ５＜Ｔ４)に保持されてもよい。このため、予備成膜終了までに成膜温度Ｔ２に到達してもよく、この場合には、時間ｔ４を最小にすることができる。
【００２５】
ここで、本発明の実施例１および実施例２と比較例との対比を行う。
［実施例１］
実施例１は、薄膜太陽電池の製造過程に用いられる本発明の第１実施形態における基板の成膜に関するものである。図２の実線Ｂで示すように、時間ｔ１の間、成膜室２内の温度を予備成膜温度Ｔ１まで上げて、成膜室２内の温度を予備成膜温度Ｔ１に安定させる。時間ｔ１の経過後、予備成膜を実施する時間ｔ２の間、成膜室２内の温度を成膜温度Ｔ２に向けて下げる。時間ｔ２の経過後、時間ｔ３の間、成膜室２内の温度をさらに成膜温度Ｔ２に向けて下げて、成膜室２内の温度を成膜温度Ｔ２に安定させる。時間ｔ３の経過後、成膜を開始する。
【００２６】
［実施例２］
実施例２は、薄膜太陽電池の製造過程に用いられる本発明の第２実施形態における基板の成膜に関するものである。図３の実線Ｃで示すように、時間ｔ１の間、成膜室２内の温度を成膜温度Ｔ２以上の加熱温度Ｔ４に上げて、加熱温度Ｔ４に達した後、予備成膜開始前に成膜温度Ｔ２に向けて下げはじめる。時間ｔ１の経過後、予備成膜を実施する時間ｔ２の間も、成膜室２内の温度を成膜温度Ｔ２に向けて下げ続ける。時間ｔ４の経過後、成膜を開始する。
【００２７】
［比較例］
比較例は、薄膜太陽電池の製造過程に用いられる基板の成膜に関するものである。図２および図３の実線Ｄで示すように、時間ｔ１の間、成膜室２内の温度を予備成膜温度Ｔ１まで上げて、成膜室２内の温度を予備成膜温度Ｔ１に安定させる。時間ｔ１の経過後、予備成膜を実施する時間ｔ２の間、成膜室２内の温度を予備成膜温度Ｔ１の一定値に維持する。時間ｔ２の経過後、図２においては時間ｔ３’の間または図３においては時間ｔ４’（＝ｔ３’）の間、成膜室２内の温度を成膜温度Ｔ２に向けて下げて、成膜室２内の温度を成膜温度Ｔ２に安定させる。時間ｔ３’または時間ｔ４’の経過後、成膜を開始する。
【００２８】
ここで、図２を用いて実施例１と比較例とを対比すると、実施例１は比較例に対して、予備成膜の終了後から成膜室２内の温度を成膜温度Ｔ２に安定させるまでの時間が、Δｔ３（＝ｔ３’−ｔ３）分短くなっている。よって、本発明の実施例１では、比較例に対して時間Δｔ３分（最大でΔｔ３＝ｔ３’）、成膜に関わる工程のリードタイムを短くできる。
【００２９】
実施例１と比較例との対比における予備成膜の効果について図２を参照しながら説明する。実施例１において、予備成膜の時間ｔ２と成膜温度Ｔ２と実線Ｂとによって囲まれる面積Ｓ１が大きいほど、予備成膜の効果が上がるが、時間ｔ３が長くなることとなる。一方で、面積Ｓ１が小さいほど、時間ｔ３が短くなることとなるが、予備成膜の効果が低くなる。この面積Ｓ１が、比較例における予備成膜の時間ｔ2と成膜温度Ｔ２と実線Ｄとによって囲まれる面積Ｓ１’の１／４以上である場合、実施例１の薄膜太陽電池は、比較例と同等の性能を有することが確認できた。なお、実際の量産過程においては、実線Ｂで示す温度プロファイルのバラツキおよびマージンなどを考慮すると、面積Ｓ１は、面積Ｓ１’の１／２以上となっていることがより好ましい。
【００３０】
さらに、図３を用いて実施例２と比較例とを対比すると、実施例２は比較例に対して、予備成膜の終了後から成膜室２内の温度を成膜温度Ｔ２に安定させるまでの時間が、Δｔ４（＝ｔ４’−ｔ４）分短くなっている。よって、本発明の実施例２では、比較例に対して時間Δｔ４分（最大でΔｔ４＝ｔ４’）、成膜に関わる工程のリードタイムを短くできる。
【００３１】
実施例２と比較例との対比における予備成膜の効果について図３を参照しながら説明する。なお、実施例２の加熱温度Ｔ４は、比較例１の予備成膜温度Ｔ１と異なる値とすることも可能であるが、図３においては、実施例２の加熱温度Ｔ４は、比較例１の予備成膜温度Ｔ１と等しいものとしている。実施例２において、図３に示した予備成膜の時間ｔ2と成膜温度Ｔ２と実線Ｃとによって囲まれる面積Ｓ２が、比較例における予備成膜の時間ｔ2と成膜温度Ｔ２と実線Ｄとによって囲まれる面積Ｓ２’ （＝Ｓ１’）の１／４以上である場合、実施例２の薄膜太陽電池は、比較例と同等の性能を有することが確認できた。なお、実際の量産過程においては、実線Ｃで示す温度プロファイルのバラツキおよびマージンなどを考慮すると、面積Ｓ２は、面積Ｓ２’の１／２以上となっていることがより好ましい。
【符号の説明】
【００３２】
１  成膜装置
２  成膜室
３  高電圧電極
４  接地電極
５  基板
６  ヒーター
７  真空ポンプ
８  ガス供給管
Ａ  矢印
Ｂ，Ｃ，Ｄ  温度プロファイル
Ｔ１  予備成膜温度
Ｔ２  成膜温度
Ｔ４  加熱温度
ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ３’，Δｔ３，ｔ４，ｔ４’，Δｔ４  時間
Ｓ１，Ｓ１’，Ｓ２，Ｓ２’  面積
【図１】
2010182769.tif 000003
【図２】
2010182769.tif 000004
【図３】
2010182769.tif 000005