(57)【要約】      （修正有）【課題】均一の成膜を行い品質管理を図ることができる薄膜製造方法および薄膜製造装置を提供する。【解決手段】帯状の基板を収納する第１の基板収納手段１と第２の基板収納手段２との間に、前記第１の基板収納手段１と第２の基板収納手段２の一方から他方に向けて前記基板Ｓを送り出しながら前記基板Ｓの主面に複数種類の薄膜を選択的に形成する薄膜形成手段を配設し、前記薄膜の一層を形成する度に前記基板Ｓの送り出し方向を反転させると共に薄膜種類を変えて、前記複数種類の薄膜を前記主面に順次積層する薄膜製造方法において、前記帯状の基板Ｓに形成された薄膜を検出する検出部７Ａ，７Ｂを前記基板収納手段１，２に設け、該検出部７Ａ，７Ｂによって検出された薄膜の膜質を評価し、適切な電極間隔を演算する膜質評価演算部８を設け、この膜質評価演算部８の演算結果から電極間隔を電極間隔指令制御部９によって制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の基板の一端側を収納する第１の基板収納手段と前記帯状の基板の他端側を収納する第２の基板収納手段との間に、前記第１の基板収納手段と第２の基板収納手段の一方から他方に向けて前記基板を送り出しながら前記基板の主面に複数種類の薄膜の何れかを選択的に形成する薄膜形成手段を配設し、前記薄膜の一層を形成する度に前記基板の送り出し方向を反転させると共に薄膜種類を変えて、前記複数種類の薄膜を前記主面に順次積層する薄膜製造方法において、前記帯状の基板に形成された薄膜を検出する検出部を前記基板収納手段に設け、該検出部によって検出された薄膜の膜質を評価し、適切な電極間隔を演算する膜質評価演算部を設け、この膜質評価演算部の演算結果から電極間隔を電極間隔指令制御部によって制御することを特徴とする薄膜製造方法。
【請求項２】
前記膜質評価演算部の演算結果から前記薄膜形成手段の成膜室内の製膜ガス量および／または投入電力を制御し、薄膜を製膜することを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造方法。
【請求項３】
前記薄膜形成手段を構成する成膜室と、前記第１および第２の基板収納手段を構成する収納室との室間を仕切り弁で仕切り、収納室から巻き出され、または収納室に巻き取られる基板に仕切り弁を密着させながら基板を通過させることにより、前記第１および第２の収納室の気圧を真空に保持することを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜製造方法。
【請求項４】
帯状の基板の一端側を収納する第１の基板収納手段と、
前記帯状の基板の他端側を収納する第２の基板収納手段と、
前記第１の基板収納手段と第２の基板収納手段との間に、互いに対向する一対の電極を内蔵して配設され、前記第１の基板収納手段と第２の基板収納手段の一方から他方に向けて前記基板を送り出しながら前記電極間の放電によりプラズマ状態を形成し、前記基板の主面に複数種類の薄膜の何れかを選択的に形成する薄膜形成手段を備え、
前記薄膜の一層を形成する度に前記基板の送り出し方向を反転させると共に薄膜種類を変えて、前記複数種類の薄膜を前記主面に順次積層して形成するようにした薄膜製造装置において、
前記第１の基板収納手段と第２の基板収納手段のそれぞれに薄膜を検出する検出部を設け、これら検出部に一定間隔で近接するように帯状の基板を誘導する搬送路を設け、これら搬送路に配置した対をなすローラ間に搬送方向を変える検出ローラを配置し、前記検出部からの信号に基づいて膜質を評価するとともに、適切な電極間隔を演算する膜質評価演算部を設け、この膜質評価演算部からの信号に基づいて前記電極間隔を制御する電極間隔指令制御部を設けたことを特徴とする薄膜製造装置。
【請求項５】
前記電極相互間の距離を調整する電極移動機構を備えたことを特徴とする請求項４に記載の薄膜製造装置。
【請求項６】
前記薄膜形成手段を構成する成膜室と、前記第１および第２の基板収納手段を構成する収納室との室間を仕切る仕切り壁に仕切り弁を設け、収納室から巻き出され、または収納室に巻き取られる基板に仕切り弁を密着して、前記収納室の気圧を保持したことを特徴とする請求項４または５に記載の薄膜製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜質を評価して電極間隔を制御することができる薄膜製造方法および薄膜製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、非晶質（アモルファス）太陽電池の薄膜層を連続的に成膜する所謂、ＣＶＤ装置として図４に示すようなロール・ツー・ロール型プラズマＣＶＤ装置が知られている。このＣＶＤ装置は、左右にそれぞれロール仕込み室１０Ａおよびロール取り出し室１０Ｂを備え、ロール仕込み室１０Ａから送り出された基板Ｓに沿って、Ｎ型層、Ｉ型層、Ｐ型層の薄膜層を形成するための成膜室１１Ａ〜１１Ｃを配置して構成されている。
【０００３】
前記各成膜室１１Ａ〜１１Ｃには、接地電極３０Ａ及び高周波電極３０Ｂが配置され、これら電極間に形成される高周波電界により導入口３０Ｃから成膜室１１Ａ〜１１Ｃに導入された反応ガスを励起してプラズマ状態にする。反応が済んだ不要なガスは排気口３０Ｄから外部に排気される。各成膜室１１Ａ〜１１Ｃには、成膜する薄膜層の種類に応じて反応ガスが導入される。
【０００４】
この従来の装置を用いて、基板Ｓの主面に対して、Ｎ型層、Ｉ型層、Ｐ型層の薄膜層をこの順に積層させる場合、ロール仕込み室１０Ａに近い成膜室から順にＮ型層、Ｉ型層、Ｐ型層を成膜するための反応ガスを導入する。そして、ロール仕込み室１０Ａに収納された基板を送り出して、まず、Ｎ型の非晶質シリコン層を形成するための成膜室１１Ａを通過させる。Ｎ型層が成膜された基板領域は、続いてＩ型層を成膜するための成膜室１１Ｂに導かれて、先のＮ型層に積層してＩ型層が成膜される。このＮ型層とＩ型層が積層された基板領域は、続いてＰ型層を成膜するための成膜室１１Ｃに導かれて、先のＮ型層に積層してＰ型層が成膜される。以上により、Ｎ型層、Ｉ型層、Ｐ型層の各層が順次積層して成膜される。
【０００５】
しかしながら、この従来例による装置によれば、Ｎ型層、Ｉ型層、Ｐ型層の薄膜層を形成するために３室の成膜室を必要とするため、積層数に比例した数の成膜室を必要とする。このため、積層数が増加すると、装置が大型化するとともに、装置のコストの増加を招く。
このように、従来の太陽電池を形成する成膜は多室、分離での真空プロセスであって、単膜毎の薄膜評価をすることが困難であり、成膜条件に評価結果をフィードバックすることが出来ずに生産の安定性が低下し、歩留まりが低下する要因となり、対策が必要となっていた。
【０００６】
そこで、ロール基板を収納した第１のロール基板収納室と第２のロール基板収納室の間に１つの成膜室を配設し、帯状のロール基板の送り出し方向を反転させて、種類の異なる薄膜を成形するようにした先行技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００７】
しかしながら、この先行技術によると、ロール基板の送り出し方向を第１のロール基板収納室から送り出す場合と、第２のロール基板収納室から送り出す場合とで、同じ速度で同じ条件で送り出していた。このため、成膜室の条件によって膜質に斑が発生し、品質管理の低下を来たすことになっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２２５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
太陽電池の高効率化を図るため、光の長波長領域の吸収を広げる微結晶シリコン膜を用いた太陽電池の実用化が進んでいる。微結晶シリコン膜を用いた太陽電池は微結晶シリコン膜の膜厚が厚くなるほか、膜の積層数が多くなることから太陽電池を形成する膜の膜厚合計が従来の太陽電池に比べ約７倍必要となり、膜応力によって電極から膜が剥がれ、太陽電池の品質に影響する。このように太陽電池を製造する成膜装置の課題として電極のメンテナンスが挙げられる。電極メンテナンスは、通常、電極に付着する膜の膜厚が２００μｍであり、この値を目安に電極の交換、膜除去作業が行われ、この頻度によって稼働率が左右され、最終的に生産能力に影響する。このため、生産能力を上げる手段として多くの場合、電極数を増やしたり、拡大したりする。そのため、装置のフットプリントが大きくなるほか、装置コストが掛かる問題がある。また、稼働率を上げる技術としてドライクリーニングがある。ドライクリーニングは大気暴露せず、プラズマ中に反応ガスを導入し、エッチングして電極に付着した膜を除去する方法である。真空を維持しながら電極を継続して使用できる長所はあるが、ドライクリーニングに使用する反応ガスが安全から見て危険性が高いこと、環境の観点からは地球環境に対する負荷が大きく、この課題に対する予防付帯設備のコストが大きくなる問題がある。
本発明は、成膜室で成膜されたロール基板の膜質を検出し、この膜質を評価して成膜室の電極間隔を制御して均一の成膜を行い品質管理の向上を図ることができる薄膜製造方法および薄膜製造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】
本発明は、上記課題を解決するため、帯状の基板の一端側を収納する第１の基板収納手段と前記帯状の基板の他端側を収納する第２の基板収納手段との間に、前記第１の基板収納手段と第２の基板収納手段の一方から他方に向けて前記基板を送り出しながら前記基板の主面に複数種類の薄膜の何れかを選択的に形成する薄膜形成手段を配設し、前記薄膜の一層を形成する度に前記基板の送り出し方向を反転させると共に薄膜種類を変えて、前記複数種類の薄膜を前記主面に順次積層する薄膜製造方法において、前記帯状の基板に形成された薄膜を検出する検出部を前記基板収納手段に設け、該検出部によって検出された薄膜の膜質を評価し、適切な電極間隔を演算する膜質評価演算部を設け、この膜質評価演算部の演算結果から電極間隔を電極間隔指令制御部によって制御することにある。
また、本発明は、前記膜質評価演算部の演算結果から前記薄膜形成手段の成膜室内の製膜ガス量および／または投入電力を制御し、薄膜を製膜することにある。
本発明は、前記薄膜形成手段を構成する成膜室と、前記第１および第２の基板収納手段を構成する収納室との室間を仕切り弁で仕切り、収納室から巻き出され、または収納室に巻き取られる基板に仕切り弁を密着させながら基板を通過させることにより、前記第１および第２の収納室の気圧を真空に保持することにある。
さらに、本発明は、帯状の基板の一端側を収納する第１の基板収納手段と、
前記帯状の基板の他端側を収納する第２の基板収納手段と、
前記第１の基板収納手段と第２の基板収納手段との間に、互いに対向する一対の電極を内蔵して配設され、前記第１の基板収納手段と第２の基板収納手段の一方から他方に向けて前記基板を送り出しながら前記電極間の放電によりプラズマ状態を形成し、前記基板の主面に複数種類の薄膜の何れかを選択的に形成する薄膜形成手段を備え、前記薄膜の一層を形成する度に前記基板の送り出し方向を反転させると共に薄膜種類を変えて、前記複数種類の薄膜を前記主面に順次積層して形成するようにした薄膜製造装置において、前記第１の基板収納手段と第２の基板収納手段のそれぞれに薄膜を検出する検出部を設け、これら検出部に一定間隔で近接するように帯状の基板を誘導する搬送路を設け、これら搬送路に配置した対をなすローラ間に搬送方向を変える検出ローラを配置し、前記検出部からの信号に基づいて膜質を評価するとともに、適切な電極間隔を演算する膜質評価演算部を設け、この膜質評価演算部からの信号に基づいて前記電極間隔を制御する電極間隔指令制御部を設けたことにある。
またさらに、前記電極相互間の距離を調整する電極移動機構を備えたことにある。
また、前記薄膜形成手段を構成する成膜室と、前記第１および第２の基板収納手段を構成する収納室との室間を仕切る仕切り壁に仕切り弁を設け、収納室から巻き出され、または収納室に巻き取られる基板に仕切り弁を密着して、前記収納室の気圧を保持したことにある。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１によれば、帯状の基板に形成された薄膜を検出部によって検出し、この薄膜の膜質を評価することで、電極間隔を制御することができるので、製造効率の向上および歩留まりを向上することができる。
請求項２によれば、成膜室内の製膜ガス量および／または投入電力を制御して、薄膜を製膜するので、均一の成膜を製造することができ、品質管理の向上を図ることができる。
請求項３によれば、収納室の気圧を真空状態に保持することができる。
請求項４によれば、適切な電極間隔を膜質評価演算部で演算し、電極間隔指令制御部で電極間隔を制御しているので、均一の成膜を製造することができ、品質管理の向上を図ることができる。
請求項５によれば、電極移動機構により電極間の距離を調整できるので、電極間隔を容易に調整することができる。
請求項６によれば、第１および第２の基板収納手段を構成する収納室と成膜室との室間を仕切る仕切り壁に仕切り弁を設けたので、第１および第２の収納室の気圧を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による薄膜製造装置を示す概念図である。
【図２】ラマンピーク強度比と電極間距離の関係を示す図である。
【図３】本発明の他の実施の形態による薄膜製造装置を示す概念図である。
【図４】従来の複数の成膜室を有する薄膜製造装置を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
帯状の基板に形成された薄膜を検出する検出部を基板収納室に設け、該検出部によって検出された薄膜の膜質を評価し、適切な電極間隔を演算する膜質評価演算部を設け、この膜質評価演算部の演算結果から電極間隔を電極間隔指令制御部によって制御するものである。
【実施例１】
【００１４】
以下図示の実施例を参照しながら本発明を詳細に説明する。
図１は薄膜製造装置を示す概念図で、帯状の基板の一端側および他端側をそれぞれ収納するロール基板収納室１及び２（第１及び第２の基板形成手段）と、これらロール基板収納室１及び２の間に配設される成膜室３（薄膜形成手段）とを備えている。
【００１５】
前記ロール基板収納室１は、基板Ｓの一端側をロール状に巻き取って軸支するローラ１Ａと、該ローラ１Ａに巻かれた基板を外部にガイドするためのガイドローラ１Ｂを備えている。同様にロール基板収納室２は、基板Ｓの他端側をロール状に巻き取って軸支するローラ２Ａと、これを外部にガイドするためのガイドローラ２Ｂを備えている。
【００１６】
前記成膜室３は、ヒータを内蔵した共通設置電極３Ａと、ロール基板収納室１及び２の一方から他方に向けて送り出される基板Ｓを挟んで共通設置電極３Ａに対向するように配設された高周波電極３Ｂと、基板Ｓが前記共通設置電極３Ａの近傍に位置するようにガイドするガイドローラ３Ｃと、成膜室３の内部に反応ガスを導入するためのガス導入管３Ｄと、これを排気するための排気管３Ｅと、導入管３Ｄから導入された反応ガスをガイドして基板Ｓ以外への蒸着を防止する防着板３Ｆとから構成される。
【００１７】
前記成膜室３は、その内部にガス導入管３Ｄにより反応ガスが導入されると、この反応ガスを、共通設置電極３Ａに内蔵されたヒータにより加熱するとともに、高周波電極３Ｂと共通設置電極３Ａとの間の高周波電界により励起してプラズマ状態とする。そして、プラズマ状態となった反応ガスの各成分同士が反応して基板上に蒸着し、薄膜を成膜する。成膜される薄膜の種類は、導入される反応ガスの種類により定まる。高周波電極３Ｂには、電極を前後方向に移動する電極移動機構６が設けられ、共通設置電極３Ａに対する距離を調整可能に構成されている。
【００１８】
前記ロール基板収納室１には、ガイドローラ１Ｂとガイドローラ３Ｃとの間の基板Ｓの搬送路に１個の検出ローラ４Ａと、２個の補助ローラ４Ｂを本実施例では例として三角形状の頂点の位置に配置している。前記検出ローラ４Ａは、前記搬送路に沿って配置された２個の補助ローラ４Ｂの間に位置して基板Ｓの搬送方向を直交する方向に大きく突出して曲がるように配置されている。
【００１９】
また、同様に前記ロール基板収納室２には、ガイドローラ３Ｃとガイドローラ２Ｂとの間の基板Ｓの搬送路に１個の検出ローラ５Ａと、対をなす２個の補助ローラ５Ｂを本実施例では例として三角形状の頂点の位置に配置している。前記検出ローラ５Ａは、前記搬送路に沿って配置された対をなす２個の補助ローラ５Ｂの間に位置しており、基板Ｓの搬送方向を変えるように、基板Ｓの搬送方向に対して直交する方向に大きく突出して検出ローラ５Ａが配置されている。
【００２０】
前記ロール基板収納室２には、検出ローラ５Ａに対応して基板Ｓの主面に成膜した薄膜の良否を検知するモニター（検出部）７Ａが配置され、前記ロール基板収納室１には、検出ローラ４Ａに対応して基板Ｓの主面に成膜した薄膜の良否を検知するモニター（検出部）７Ｂが配置されている。
前記成膜室３は成膜時に粉状の反応生成物が多く発生し、モニター７Ａ、７Ｂのセンサー部を汚し、評価に影響する懸念があるため、室間を区切り、ロール基板収納室１にモニター７Ｂを、およびロール基板収納室２にモニター７Ａを配置している。
モニター７Ａ、７Ｂは真空内に直接、設置する場合とビューイングポートを介して大気側に設置する場合の両方がある。
基板Ｓは連続搬送の際、振動する懸念があり、この影響でモニター７Ａ、７Ｂの出力が変動することが想定されるため、測定は基板Ｓを検出ローラ４Ａ、検出ローラ５Ａに抱かした状態で行う。
【００２１】
前記モニター７Ａ，７Ｂには、膜質評価演算部８が接続され、モニター７Ａ，７Ｂから送られてきた出力に基づいて膜質を演算する。
【００２２】
膜質評価演算部８からの出力信号は、電極間隔指令制御部９に送られ、電極間隔指令制御部９によって電極（前後）移動機構６を作動させるものである。
【００２３】
次に、本発明の薄膜製造方法を説明する。
【００２４】
ローラ１Ａに巻かれた基板Ｓは共通接地電極３Ａと高周波電極３Ｂ間を通過して、薄膜を基板Ｓの主面に成膜する。
基板Ｓはローラ１Ａからローラ２Ａに連続搬送するため、基板Ｓの主面、搬送方向に連続的に成膜できる。
連続搬送の正転はローラ１Ａからローラ２Ａへ、逆転はローラ１Ａからローラ２Ａへの基板Ｓの送り出しをいう。
積層していく第１膜はロール基板収納室１からロール基板収納室２に基板Ｓを正転方向に連続搬送して成膜する。
成膜した第１膜の評価はローラ１Ａに巻き取る前に行い、単膜での評価を行う。
【００２５】
第２膜はロール基板収納室２からロール基板収納室１に基板Ｓを逆転方向に連続搬送して成膜する。
この際も評価するため、ローラ２Ａに巻き取る前に評価することで正転、逆転毎の膜評価が可能となり、積層段階毎の品質管理が行える。
本実施例のモニター７Ａ，７Ｂ位置は正転方向の場合はロール基板収納室２、逆転方向の場合はロール基板収納室１で行う。
【００２６】
本実施例の薄膜評価は微結晶シリコン膜を想定した薄膜製造装置であり、膜管理の一つの指針として、結晶化率がある。
微結晶シリコン膜は微小サイズの結晶とアモルファス領域とが混在した状態の薄膜である。
微結晶シリコン膜の結晶化率を評価する方法として、例えば、ラマン分光法によるラマンピーク強度比を用いた評価方法が知られている。太陽電池に用いられる微結晶シリコン膜の場合は要求される品質に応じて決定され、例えば、ラマンピーク強度比の計測値が、この適正範囲内であるか否かにより評価が行われる。
本実施の薄膜製造装置は単膜毎に薄膜評価が実施でき、ラマンピーク強度比を計測し、成膜条件にフィードバックすることで、製造効率と歩留まりを向上できる。
本実施例の膜質モニター７Ａ，７Ｂは検出方法としてラマン分光法を用いた。
【００２７】
図２にラマンピーク強度比と電極間距離の関係を示す。
ラマンピーク強度比は電極間距離を微調整することにより変化することが分かっている。
この特性から膜質モニター７Ａ，７Ｂによりラマンピーク強度比を評価し、その結果を基にラマンピーク強度比と電極間距離の関係から膜質評価演算部８で演算し、電極間隔指令制御部９によって電極間距離の現在量と比較して電極間距離の調整量を求め、その量を電極間隔指令として与え、電極（前後）移動機構６を可動して高周波電極３Ｂの位置を微調整してラマンピーク強度を管理値内の範囲に制御できる。
【００２８】
制御は例えば、電極間距離taで成膜したラマンピーク強度a、電極間距離tｂで成膜したラマンピーク強度bを求め、その間で制御しようとするラマンピーク強度にするための電極間距離を演算し、高周波電極３Ｂの現在位置と目標位置との移動量を電極（前後）移動機構６の位置制御部に与え、高周波電極３Ｂを目標位置に可動する。
この薄膜評価を数回繰返し、目標値の精度を高める。
【００２９】
この他にラマンピーク強度比は反応ガス量、成膜圧力、成膜温度によっても変化するため、評価結果をこれらの条件にフィードバックし、制御することも可能である。
薄膜のモニターはローラ１Ａ，２Ａに巻かれる長尺、例えば2200ｍの巻き始め、巻き終わりの10〜20ｍ程に成膜した部分で測定する。
太陽電池は積層毎に膜種が異なり、本実施例の薄膜製造装置は成膜室３を望む膜種に、成膜条件を整えるプレデポする必要があって、前記巻き始め、巻き終わりの10〜20ｍ程にこのプレデポを行う。
このプレデポ部分の薄膜を評価することにより、成膜準備と薄膜評価が同時に行える。
このような評価方法を用いて積層毎に微結晶シリコン膜の評価結果を成膜条件にフィードバックして成膜することができ、太陽電池の生産効率が向上する。
【実施例２】
【００３０】
図３は本発明の他の実施の形態の薄膜製造装置を示す概念図で、図１と同一部分は同符号を付して同一部分の説明は省略して示す。
帯状の基板Ｓの一端側および他端側をそれぞれ収納するロール基板収納室１及び２の間に配設される成膜室３（薄膜形成手段）のロール基板収納室１と成膜室３の間、及び成膜室３とロール基板収納室２との間をそれぞれ仕切る仕切り壁３０の基板通路３０ａ，３０ｂに、仕切り弁３１，３２をそれぞれ設置し、成膜室３を大気中に暴露しても、ロール基板収納室１及び２の真空状態が保持されるようにしている。
このため、成膜した基板Ｓをロール基板収納室１及び２に真空保持しながら、成膜室３を大気に戻し、電極のメンテナンスを行うことができる。電極のメンテナンスなしではロール基板長さとして数百ｍの成膜しかできず、ロール基板成膜の長所である基板交換の短縮を生かせないが、ロールを真空に保ち電極のメンテナンスができることにより、ロール基板長２２００ｍの成膜が可能になる。また、電極数の低減もでき、フットプリントの縮小にも効果がある。
【符号の説明】
【００３１】
１  ロール基板収納室（第１の基板収納手段）
２  ロール基板収納室（第２の基板収納手段）
３  成膜室（薄膜形成手段）
３Ａ  共通設置電極
３Ｂ  高周波電極
４Ａ  検出ローラ
４Ｂ  補助ローラ
５Ａ  検出ローラ
５Ｂ  補助ローラ
６  電極（前後）移動機構
７Ａ，７Ｂ  モニター（検出部）
８  膜質評価演算部
９  電極間隔指令制御部
３０  仕切り壁
３０ａ，３０ｂ  基板通路
３１，３２  仕切り弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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