(57)【要約】      （修正有）【課題】基板を流れる電流の局所集中を抑制し、基板端部の電流密度の上昇を緩和するとともに、基板に発生する熱による焼損などの不具合を防ぎ、安定した特性を有する薄膜を成膜することが可能なプラズマＣＶＤ装置を提供する。【解決手段】原料ガスが導入される反応容器１内に２つの電極を対向して配置し、２つの電極の一方に高周波電力を供給することによってプラズマを生成し、原料ガスを分解して２つの電極の間に搬送されてくる導電性を有する基板の表面に薄膜を形成するようにしたプラズマＣＶＤ装置において、２つの電極の外側に位置する基板搬送方向の両側には、基板と接触して基板に流れる電流を反応容器１に流すための経路を兼ねる搬送ロール６が設置されているとともに、搬送ロール６は、基板の幅方向に３つに分割されて配置されている。【選択図】図２
2010209378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスが導入される反応容器内に２つの電極を対向して配置し、前記２つの電極の一方に高周波電力を供給することによってプラズマを生成し、前記原料ガスを分解して前記２つの電極の間に搬送されてくる導電性を有する基板の表面に薄膜を形成するようにしたプラズマＣＶＤ装置において、
前記２つの電極の外側に位置する基板搬送方向の両側には、前記基板と接触して前記基板に流れる電流を前記反応容器に流すための経路を兼ねる搬送ロールが設置されているとともに、前記搬送ロールは、前記基板の幅方向に少なくとも２つ以上に分割されて配置されていることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記搬送ロールを構成する分割ロールの間には、前記反応容器に取付ける軸受支持部が設けられ、前記分割ロールは、前記軸受支持部を介して前記反応容器に回転自在に支持されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを利用して、基板の表面に薄膜を形成するようにしたプラズマＣＶＤ装置に係り、詳しくは、導電性を有する基板を搬送するための搬送ロールが導電性を有し、反応容器側への電気的接続を確保する搬送ロールの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池の製造などを行う場合において、現在用いられている技術の一つの例として、１０ＭＨｚ以上の周波数帯域の高周波電力を使用する容量結合型のプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方式がある。
この容量結合型のプラズマＣＶＤ装置においては、反応容器内の基板に対向して配置される２つの平行平板型の電極間に電圧を印加するとともに原料ガスを流すことによってプラズマを生成し、このプラズマを利用して原料ガスを分解、反応させることにより一対の電極の片側、もしくは両側に設置した基板の表面に薄膜を形成している。
【０００３】
かかるプラズマＣＶＤ装置として、例えば、図５及び図６に示すようなステップ成膜装置（特許文献１）と、図７〜図９に示すような連続成膜装置（ロール・ツー・ロール成膜装置）とがある。
【０００４】
ステップ成膜装置は、基板を固定して成膜し、しかる後に基板の非成膜部を電極間に移動させてバッチ処理を行うものである。図５及び図６に示すステップ成膜装置１００では、送り室１１１に収納された２つの巻き出しロール１０２から可撓性基板１０１が基板面を鉛直にしてそれぞれ引き出され、予備真空室１１２を経て成膜用真空室１１３に入る。この成膜用真空室１１３内では、１つの電圧印加電極１２１の外側に２つの接地電極１２２がそれぞれ対向配置されており、両電極の間に搬送された基板１０１は成膜室１０５で一旦停止されて成膜が行われる。成膜終了後、アクチュエータ１２４が作動し、各基板１０１は、巻き取り室１１４に収納された２つの巻き取りロール１０３に巻き取られる。
【０００５】
成膜用真空室１１３は壁体１１５によって外部と区切られており、図６（ａ）に示す成膜時には、搬送ロール１０４に挟まれた各基板１０１の外側に接地電極１２２がそれぞれ密着し、さらにその内側に成膜室壁１５１のシール材１５２が密着することにより気密状態の成膜室１０５が形成される。電圧印加電極１２１と接地電極１２２との間に電圧が印加されるとプラズマ１０６が生じ、接地電極１２２に内蔵されたヒータ１２３により加熱された各基板１０１の表面上には、原料ガスの分解による薄膜が形成される。成膜終了後、各基板１０１を搬送する際には、各搬送ロール１０４及び各接地電極１２２をアクチュエータ１２４で矢印Ａの方向に移動させる。図６（ｂ）は、この移動が行われた状態にある。このようにして、各基板１０１を成膜室壁１５１及び接地電極１２２に接触させないで矢印Ｂの方向に搬送することが可能となる。
【０００６】
一方、図７〜図９に示すプラズマＣＶＤ装置の連続成膜装置２００において、反応容器２０１の内部に形成された反応室２０２には、外部の高周波電源２０３から整合回路ユニット２０４の整合回路２０４ａを介して高周波電力が供給される高周波電極（ＲＦ電極）２０５と、該高周波電極２０５と対向する位置に接地電極２０６が配置されている。この接地電極２０６内には、搬送ロール２０７によって搬送されてくる基板２０８を加熱するヒータが内蔵されている。また、反応容器２０１の両側側壁には、基板２０８を通過させるための開口部２０１ａが設けられている。
【０００７】
次に、図７〜図９に示される連続成膜装置２００を用いて基板２０８に薄膜を形成する手順を説明する。
先ず、図示しない搬送機構及び搬送ロール２０７により基板２０８を反応容器２０１内に連続的に搬送し、接地電極２０６に密着させるとともに、接地電極２０６内のヒータによって基板２０８を所望の温度に加熱する。
次いで、高周波電極２０５と基板２０８との間の放電空間に、図示しないガス導入ラインから薄膜原料となる原料ガスを導入し、矢印Ａで示すように、高周波電源２０３により整合回路ユニット２０４の整合回路２０４ａを介して高周波電極２０５に電圧を印加し、当該放電空間にプラズマ２０９を発生させる。すると、原料ガスがプラズマ化して分解、反応するため、基板２０８上に所望の薄膜が形成されることになる。なお、図９において、矢印Ｂは接地電極２０６へ向かう変位電流を示し、矢印Ｃは接地電極２０６から反応容器２０１へ抜ける電流を示し、矢印Ｄはアース電流を示している。
【０００８】
ところで、近年更なる生産効率の向上、生産コスト及び販売価格低減の要請により、図５及び図６に示すようなステップ成膜装置１００から、図７〜図９に示すような連続成膜装置２００に向かう傾向にある。
しかしながら、連続成膜装置２００においては、成膜する基板２０８が金属の薄板である場合や、絶縁物の表面に導体で鍍金されたフィルムなどを基板とする場合に、電極２０５，２０６間を流れる電流のほかに、図９の矢印Ｅに示すように、基板２０８を伝って、他の反応室や電極部と干渉する迷走電流が流れてしまう事態が発生する。
このような条件下では、望まない箇所におけるアークの発生や、基板２０８への成膜状態が変化したり、最悪の場合は複数の電極で電力の投入が不可能となったりして、仕様を満たす製品の製造が困難になるという問題を有している。また、予期せぬ箇所での感電、漏電といったことも起こる可能性がある。
【０００９】
これを防止するには、何らかの手段によりプラズマ２０９を発生させる電極２０５，２０６の近傍において、基板２０８を流れる電流を反応容器２０１の本体側に流すための構造が必要になる。その一例として、例えば、搬送ロール２０７を通じた電流経路が考えられる。
搬送ロールと本体側との電気的な接続を確保する構造の一例として、導電性を有する軸受を介する方法が考えられ、その構造等には、特許文献２、特許文献３などの技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−２５６１００号公報
【特許文献２】特開２００８−８４５２号公報
【特許文献３】特開２００６−２５１６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、１０ＭＨｚ以上の帯域の高周波数においては、表皮効果や近接効果などの作用によって電流が基板の表面や端部に集中する傾向があり、単純に電気的な接続を確保するだけでは、局所的に電流密度が高くなる点が発生し、その点で基板が熱によって焼損したり、成膜品質が低下したりするなどの問題も有している。
また近年、上述した要請から、プラズマＣＶＤ方式による太陽電池その他の機能性薄膜成膜装置は、連続搬送成膜化のみならず、成膜面積が大面積化される傾向にある。
さらに、同様の目的から基板の幅広化も進み、現在では約１ｍ幅を有する基板への成膜が行われている。この場合、１ｍ幅の大面積を有する基板への成膜を行うため、投入される電力も大きくなり、必然的に基板を流れる迷走電流も大きくなる。このような大面積・大電力で動作させることにより、基板上の電流に分布も発生する。特に、搬送ロール近辺において、それが顕著であることが判明した。
こうした電流の局所的な集中により、基板に成膜された半導体セルが劣化したり、基板が熱によって焼損したりして、該当部分を切り落とさざるを得ない。その結果、部品コストの上昇、良品率の低下、作業手順の増加などを招いていた。
【００１２】
図１０は、搬送ロール２０７が片側で１本の場合における基板電流の流れを概念的に示している。
図１０に示すように、基板２０８の搬送方向に流れる電流Ｆは一様な電流となっており、電流密度は平均的である。ところが、搬送ロール２０７と接触することにより、搬送ロール２０７の軸方向に電流が向きを変え、図１０においては、基板２０８⇒搬送ロール２０７⇒軸２０７ａ⇒反応容器２０１の本体のルートで電流経路が形成され、基板２０８の表面上（搬送ロール２０７と基板２０８との接触面上）を上下に流れる電流が上下方向で順々に足し合わされるため、基板２０８の上下端部（図１０中のＸ部）において電流密度が上昇し、この電流と基板２０８の抵抗分によって生じるジュール熱に起因する基板２０８の温度上昇が基板２０８の耐熱温度を超えると、その箇所で基板２０８の熱による焼損などが発生することになる。
【００１３】
なお、このような電流が流れる基板と搬送ロールとの間の接触部における電流の挙動、ないしは、局所的に集中する電流密度の平均化の対策などを検討した例は、現在まで、存在していないようである。
【００１４】
本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板を流れる電流の局所集中を抑制し、基板端部の電流密度の上昇を緩和するとともに、基板に発生する熱による焼損などの不具合を防ぎ、安定した特性を有する薄膜を成膜することが可能なプラズマＣＶＤ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、原料ガスが導入される反応容器内に２つの電極を対向して配置し、前記２つの電極の一方に高周波電力を供給することによってプラズマを生成し、前記原料ガスを分解して前記２つの電極の間に搬送されてくる導電性を有する基板の表面に薄膜を形成するようにしたプラズマＣＶＤ装置において、前記２つの電極の外側に位置する基板搬送方向の両側には、前記基板と接触して前記基板に流れる電流を前記反応容器に流すための経路を兼ねる搬送ロールが設置されているとともに、前記搬送ロールは、前記基板の幅方向に少なくとも２つ以上に分割されて配置されている。
【００１６】
また、本発明において、前記搬送ロールを構成する分割ロールの間には、前記反応容器に取付ける軸受支持部が設けられ、前記分割ロールは、前記軸受支持部を介して前記反応容器に回転自在に支持されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
上述の如く、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置は、原料ガスが導入される反応容器内に２つの電極を対向して配置し、前記２つの電極の一方に高周波電力を供給することによってプラズマを生成し、前記原料ガスを分解して前記２つの電極の間に搬送されてくる導電性を有する基板の表面に薄膜を形成するようにしたものであって、前記２つの電極の外側に位置する基板搬送方向の両側には、前記基板と接触して前記基板に流れる電流を前記反応容器に流すための経路を兼ねる搬送ロールが設置されているとともに、前記搬送ロールは、前記基板の幅方向に少なくとも２つ以上に分割されて配置されているので、基板から搬送ロールを経て反応容器の本体へ向かう電流経路の数を増加させることができる。
【００１８】
これにより、基板の搬送方向へ流れる電流の局所集中を抑制することが可能となり、基板端部の電流密度の上昇を緩和できるとともに、基板の耐熱温度を超えることによって発生する熱による焼損などの不具合を防ぐことができる。したがって、本発明のプラズマＣＶＤ装置によれば、低コストで安定した特性を有する薄膜を成膜することが可能となり、要求される仕様を満たす薄膜太陽電池などの製品を製造することができる。
【００１９】
また、本発明は、前記プラズマＣＶＤ装置において、前記搬送ロールを構成する分割ロールの間には、前記反応容器に取付ける軸受支持部が設けられ、前記分割ロールは、前記軸受支持部を介して前記反応容器に回転自在に支持されているので、分割ロールを確実に支持することが可能であり、搬送ロールが分割されていても基板を円滑に搬送することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置の構成を示すものであり、搬送ロールを３分割した場合の概念的断面図である。
【図２】図１におけるプラズマＣＶＤ装置の概念的平面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置において、搬送ロールの分割によって電流密度の上昇を緩和できる理由を概念的に説明する平面図である。
【図４】搬送ロールの分割数による計算値を、非分割の場合を１００％としたときの値を示す線図である。
【図５】従来のステップ成膜装置の全体構成を示す概念図である。
【図６】従来のステップ成膜装置を示すものであり、（ａ）は成膜時の概念図、（ｂ）は基板搬送時の概念図である。
【図７】搬送ロールを分割しない従来のプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概念的断面図である。
【図８】図７におけるプラズマＣＶＤ装置の概念的平面図である。
【図９】従来の連続成膜装置において、高周波電流の流れを示す概念図である。
【図１０】従来のプラズマＣＶＤ装置において、搬送ロールに電流を流す際に基板端部で電流密度が上昇する原因を概念的に説明する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置について、その実施形態に基づき詳細に説明する。
【００２２】
図１は搬送ロールを３分割した場合の本発明の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置の構成の一例を示す概念的断面図、図２は本実施形態のプラズマＣＶＤ装置を示す概念的平面図、図３は本実施形態のプラズマＣＶＤ装置において、搬送ロールの分割によって電流密度の上昇を緩和できる理由を概念的に説明する平面図、図４は搬送ロールの分割数による電流密度の計算値を非分割の場合を１００％としたときの値を示す線図である。
【００２３】
図１〜図３に示す本実施形態のプラズマＣＶＤ装置は連続成膜装置であり、反応容器１の内部に形成された反応室２には、外部の高周波電源３から図示しない整合回路ユニットの整合回路を介して高周波電力（ＲＦ電力）が矢印Ａで示すように供給される高周波電極（ＲＦ電極）４と、該高周波電極４と対向する位置に接地電極５が配置されている。この接地電極５内には、一対の搬送ロール６によって搬送されてくるフィルム基板７を加熱するヒータが内蔵されている。そして、反応容器１の両側側壁には、搬送されるフィルム基板７を通過させるための開口部１ａが設けられている。
【００２４】
一対の搬送ロール６は、導電性を有するフィルム基板７を挟持して搬送するものであり、反応容器１の反応室２内において、２つの電極である高周波電極４及び接地電極５の外側に位置するフィルム基板７の搬送方向（矢印Ｚ方向）の両側に対称的に配置されている。
このため、搬送ロール６は、フィルム基板７の搬送方向と直交する幅方向に沿って配置され、フィルム基板７と接触して電気的に接続されており、矢印Ｇで示すように、基板接触部から反応容器１へ向かって電流が流れて抜ける経路を兼ねるように構成されている。
【００２５】
なお、図１において、矢印Ｂは接地電極５へ向かう変位電流を示し、矢印Ｃは接地電極５から反応容器１へ抜ける電流を示し、矢印Ｄはアース電流を示している。
【００２６】
一対の搬送ロール６は、フィルム基板７の幅方向に少なくとも２つ以上に分割されて配置されている。本実施形態の搬送ロール６は、例えば、１ｍ幅のフィルム基板７に対して３分割されており、幅方向両側の分割ロール６ａと幅方向中間の分割ロール６ｂとによって構成されている。
【００２７】
これら分割ロール６ａ，６ｂは、反応容器１に固定された軸８及び軸受支持部材（軸受支持部）９を介してそれぞれ回転可能に設けられ、フィルム基板７と接触する高さ位置に設置されており、フィルム基板７と反応容器１との間の電気的接続が確保され、接地電位が与えられている。実際には、搬送ロール６にフィルム基板７が巻き付くため、搬送ロール６を介して反応容器１への電気的接続が確保されることになる。
【００２８】
軸８は、各分割ロール６ａ，６ｂの両端面の中心から外方にそれぞれ突出して設けられており、外側に位置する分割ロール６ａの軸８の一端は、反応容器１の側壁に回転自在に取付けられて支持され、当該軸８の他端は、軸受支持部材９の先端部に回転自在に支持されている。また、中間に位置する分割ロール６ｂの軸８の両端は、軸受支持部材９の先端部にそれぞれ回転自在に支持されている。
【００２９】
一方、軸受支持部材９は、隣接する分割ロール６ａ，６ｂの間にそれぞれ設けられ、分割ロール６ａ，６ｂの軸方向と直交する方向に延在して配置されている。このため、軸受支持部材９の幅は、分割ロール６ａ，６ｂの間に配置することが可能であり、かつ分割ロール６ａ，６ｂの軸８を支持することが可能な大きさの板状体に形成されている。しかも、各軸受支持部材９の基端部は、反応容器１の側壁に固定されている。
このため、反応容器１とは、高周波電極４及び接地電極５、軸８、搬送ロール６の分割ロール６ａ，６ｂ、軸受支持部材９の順で電気的に接続されるように構成されている。
【００３０】
搬送ロール６の分割ロール６ａ，６ｂ、軸８及び軸受支持部材９は、導電性を有する金属などの材料で形成されている。導電性を有する材料としては、一般的な金属のほか、特殊なものとしては導電性ポリマー、フェライト粉末を練り込んだフェライトゴムマットなどがあり、それらの材料の中でいずれを採用するかは使用条件などによって決定する。
【００３１】
次に、本発明の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置での成膜時の作用について、その概略を説明する。
成膜時には、基板面を垂直に保持しながら、図示しない搬送機構や搬送ロール６によってフィルム基板７を開口部１ａより反応容器１の反応室２内に連続的に搬送し、接地電極５に密着させるとともに、接地電極５内のヒータによってフィルム基板７を所望の温度に加熱する。
【００３２】
次いで、高周波電極４とフィルム基板７との間の放電空間に、図示しないガス導入ラインから薄膜原料となる原料ガスを導入し、矢印Ａで示すように、高周波電源３により高周波電極４に電圧を印加し、当該放電空間にプラズマ１０を発生させる。すると、原料ガスがプラズマ化して分解、反応するため、フィルム基板７上に所望の薄膜が形成されることになる。
【００３３】
また、図３を用いて、搬送ロール６がフィルム基板７の幅方向に３分割された場合における基板電流の流れを説明する。
図３で模式的に示すように、フィルム基板７の搬送方向（矢印Ｚ方向）に流れる電流Ｆは一様な電流となっており、電流密度は平均的である。
【００３４】
一方、搬送ロール６とフィルム基板７との接触部においては、非分割ロールと同様、搬送ロール６の軸方向（フィルム基板７の上下方向）に電流の向きが急変することには変りがない。
しかし、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置では、搬送ロール６を構成する３つの分割ロール６ａ，６ｂ間の軸受支持部材９が反応容器１に電気的に接続されているため、接地電位を与える反応容器１への接続部分が、基板上下端部の２箇所から、分割ロール６ａ，６ｂ間の軸受支持部材９によって４箇所に増加している。
【００３５】
すなわち、図３の矢印Ｆ１で示すように、電流Ｆがフィルム基板７⇒搬送ロール６の分割ロール６ａ，６ｂ⇒軸８⇒軸受支持部材９⇒反応容器１へ向かう電流経路が増加することになる。
したがって、フィルム基板７の表面上（搬送ロール６とフィルム基板７との接触面上）を上下に流れる電流が上下方向で順々に足し合わされたとしても、フィルム基板７の上下端部（図１０中のＸ部参照）において電流密度が上昇することはなく、フィルム基板７の端部における電流密度の上昇を緩和することが可能となる。これにより、この電流とフィルム基板７の抵抗分にて生じるジュール熱に起因するフィルム基板７の温度上昇がフィルム基板７の耐熱温度を超えることはなくなり、フィルム基板７の熱による焼損などの不具合の発生を防げる。
【００３６】
このように本発明の実施形態によれば、搬送ロール６がフィルム基板７の幅方向に３分割されて配置されているので、分割ロール６ａ，６ｂ間の軸受支持部材９によってフィルム基板７の搬送方向に沿って流れる電流の反応容器１へ向かう電流経路を軸受支持部材９によって増加させることが可能となり、フィルム基板７の両端部における最大電流密度を非分割ロールに比して大幅に低減させることができる。
【００３７】
図４は、このような本実施形態の効果を定量的なデータで示している。すなわち、図４は、非分割ロールにおける基板電流の最大値を１００％としたときの、電流最大値の比率（％）を、ロール分割数を変数にしてまとめたグラフである。
これによれば、２分割では非分割に対して約１５％低減、３分割では非分割に対して約２８％低減、４分割では非分割に対して約３２％低減されることが分かる。
【００３８】
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の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及び変更が可能である。
【００３９】
例えば、既述の実施の形態では、搬送ロール６の分割数を３分割としているが、必要な分割数は、許容される電流の最大値によって決定され、２分割もしくは５分割以上となる場合もある。
【符号の説明】
【００４０】
１  反応容器
１ａ  開口部
２  反応室
３  高周波電源
４  高周波電極
５  接地電極
６    搬送ロール
６ａ，６ｂ  分割ロール
７  フィルム基板
８  軸
９  軸受支持部材（軸受支持部）
１０  プラズマ
【図１】
2010209378.tif 000003
【図２】
2010209378.tif 000004
【図３】
2010209378.tif 000005
【図４】
2010209378.tif 000006
【図５】
2010209378.tif 000007
【図６】
2010209378.tif 000008
【図７】
2010209378.tif 000009
【図８】
2010209378.tif 000010
【図９】
2010209378.tif 000011
【図１０】
2010209378.tif 000012