(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの真空槽からなる共通室と、前記共通室の内部に設けられた可撓性基板の搬送系と、前記可撓性基板に薄膜を形成するために設けられた少なくとも一つのプラズマＣＶＤ室を含む複数の成膜室と、前記プラズマＣＶＤ室に開閉弁Ａを介して接続されたガス供給系と、前記プラズマＣＶＤ室に開閉弁Ｂを介して接続されたプラズマＣＶＤ室用真空排気系と、前記共通室に開閉弁Ｃを介して接続された共通室用真空排気系と、前記プラズマＣＶＤ室と開閉弁Ｂとの間に設けた圧力制御弁とを備え、さらに、前記ガス供給系と開閉弁Ａとの間と、前記開閉弁ＢとプラズマＣＶＤ室用真空排気系との間に接続して設けられ、開閉弁Ｄを有するガス供給分岐配管を備えた薄膜製造装置を用いて、薄膜を製造する方法において、前記可撓性基板への第１ステップの成膜終了後、ガスの供給を一旦停止してプラズマＣＶＤ室内のガスを所定圧力まで排気した後、可撓性基板を次のステップに搬送開始時点でガス供給を開始して前記プラズマＣＶＤ室用真空排気系に予備的に流し、可撓性基板の搬送終了後にプラズマＣＶＤ室を封止し、ガス供給をプラズマＣＶＤ室用真空排気系からプラズマＣＶＤ室へ切り換えて成膜を行うことを特徴とする薄膜製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の薄膜製造方法において、前記ガス供給系は、複数のガスを供給する系としたことを特徴とする薄膜製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の薄膜製造方法において、前記薄膜は、薄膜太陽電池用の薄膜であることを特徴とする薄膜製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、薄膜太陽電池，半導体，感光体などの薄膜形成に用いられる薄膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、上記薄膜太陽電池は周知のように、金属電極層やアモルファスシリコンを主材料とした光電変換層や透明電極層などを含む多層薄膜からなる薄膜光電変換素子などを長尺の高分子材料あるいはステンレス鋼などの金属からなる可撓性基板上に形成しておき、後で裁断して個別化する量産性に優れた製造方法を採用している。
【０００３】
長尺の可撓性基板上への複数層の成膜方法としては、各成膜室内を連続移動しながら成膜するロールツーロール方式と、成膜室毎に停止させて成膜した後、成膜の終わった基板部分を成膜室外へ送り出すステッピングロール方式とがある。
【０００４】
ステッピングロール方式の成膜装置は薄膜光電変換素子製造に用いることができ、成膜室ではスパッタ成膜またはプラズマＣＶＤ成膜が行われる。このステッピングロール方式を採用した成膜装置は、通常のロールツーロール成膜に比べ以下の点が優れている。
【０００５】
（１）隣接する成膜室とのガス相互拡散がない。
【０００６】
（２）装置がコンパクトである。
【０００７】
ステッピングロール方式成膜装置に関する従来技術は、特開平６−２９１３４９号公報、特開平７−６９５３号公報、特開平７−２２１０２５号公報、特開平８−２５０４３１号公報、特開平８−２９３４９１号公報、特開平９−６３９７０号公報、特願平１０−３６８７８２号などに記載されている。
【０００８】
図２に、共通真空室内に成膜室を複数有するステッピングロール成膜方式の従来の製造方法に関わる薄膜製造装置例の側面断面図を示し、図３に前記特開平８−２５０４３１号公報に記載された成膜室の概略構造の一例を示す。先に成膜室の概略構造について、以下に説明する。
【０００９】
図３（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、成膜室の開放時および封止時の概略断面図を示す。断続的に搬送されてくる可撓性基板１の上下に函状の下部成膜部室壁体２１と上部成膜部室壁体２２とを対向配置し、成膜室の封止時には、下部成膜部室壁体２１と上部成膜部室壁体２２からなる独立した処理空間を構成するようになっている。この例においては、下部成膜部室壁体２１は電源４０に接続された高周波電極３１を備え、上部成膜部室壁体２２は、ヒータ３３を内蔵した接地電極３２を備える。
【００１０】
成膜時には、図３（ｂ）に示すように、上部成膜部室壁体２２が下降し、接地電極３２が基板１を抑えて下部成膜部室壁体２１の開口側端面に取付けられたシール部材５０に接触させる。これにより、下部成膜部室壁体２１と基板１とから、排気管６１に連通する気密に密閉された成膜空間６０を形成する。上記のような成膜室において、例えば、プラズマ化学気相成長（以下、ＣＶＤという。）により成膜する場合、高周波電極３１へ高周波電圧を印加することにより、プラズマを成膜空間６０に発生させ、図示しない導入管から導入された原料ガスを分解して基板１上に膜を形成することができる。なお、高周波電極３１は、図３には図示しないが、原料ガスを成膜空間６０に導入するために、電極は、ガス導入口と、シャワー電極としての格子状金属板を備える構成が採用される。図２におけるプラズマＣＶＤ室８４の左上の電極は、上記シャワー電極のイメージで図示している。
【００１１】
次に、ステッピングロール成膜方式の従来の薄膜製造装置に関して、図２により、以下に説明する。基板１は基板搬送系の一部であるコア８２から巻き出されコア８３に巻き取られる間に、いくつかの成膜室で成膜される。共通室８１は複数の成膜室を内部に収めている。薄膜太陽電池の場合、成膜室は、アモルファスシリコンを形成するプラズマＣＶＤ室８４と透明電極や金属電極を形成するスパッタ室８５とからなる。プラズマＣＶＤ室８４は、成膜時に原料ガスの圧力制御を行うようになっており、メカニカルブースターポンプ９１とドライポンプ９２の組み合わせで構成されたプラズマＣＶＤ室用真空排気系に、圧力制御弁１０３、開閉弁Ｂ１０１を介して接続されている。
【００１２】
また、ガス供給系は、ガス供給バルブ７２、７４とマスフロー７３、および、図示しないガスボンベとからなる。ガス供給系は、開閉弁Ａ７０を介してプラズマＣＶＤ室８４に接続されている。ガス供給バルブ７２、７４、マスフロー７３、および、ガスボンベは、当該プラズマＣＶＤ室８４に必要なガスの種類分用意されている。
【００１３】
スパッタ室８５は圧力制御弁１０６、開閉弁Ｂ１０４を介してスパッタ室用真空排気系としてのクライオポンプ９５に接続されている。共通室８１は開閉弁Ｃ１０５を介してターボ分子ポンプ９６、ドライポンプ９７の組み合わせからなる高真空の共通室用真空排気系に接続されている。また、ガス供給系は、プラズマＣＶＤ室８４と同様に、図示しないガス供給バルブ、マスフロー、ガスボンベから構成されている。
【００１４】
なお、プラズマＣＶＤ室８４ならびに共通室８１のポンプの後段には図示しない配管によりガスの除害装置が接続されている。
【００１５】
上記装置により、薄膜太陽電池の場合、前段の複数のプラズマＣＶＤ室８４において光電変換層が形成され、次のスパッタ室８５において透明電極層が形成され、最終段のスパッタ室８５において金属電極層（裏面の接続電極層）が形成される。
【００１６】
次に、従来の製造方法について説明する。説明の便宜上、プラズマＣＶＤ室８４を中心に説明するが、スパッタ室８５もこの発明に関わる操作は実質的に同様である。プラズマＣＶＤ室８４においては、プラズマＣＶＤ室開放−基板の１フレーム移動−プラズマＣＶＤ室封止−原料ガス導入−圧力制御−放電開始−放電終了−原料ガス停止−ガス引き−プラズマＣＶＤ室開放からなる操作が繰り返される。
【００１７】
以下に、従来のステッピングロール方式のプラズマＣＶＤによる成膜方法の詳細を上記操作手順にしたがって述べる。
【００１８】
まず最初に、プラズマＣＶＤ室開放の状態で成膜する可撓性基板１を成膜位置に移動する。この状態では、成膜する圧力に制御する排気系とプラズマＣＶＤ室を接続する開閉弁Ｂ１０１は閉じており、成膜する圧力に制御するための圧力制御弁１０３、１０６は開いている。その他の開閉弁Ｂ１０４および開閉弁Ｃ１０５は開いた状態で共通室８１の高真空排気を行っている。また、プラズマＣＶＤ室８４の開閉弁Ａ７０およびガス供給バルブ７２、７４は閉じている。（基板の１フレーム移動）
次に、プラズマＣＶＤ室８４を封止する。（プラズマＣＶＤ室封止）
その後、開閉弁Ａ７０およびガス供給バルブ７２、７４を開け、マスフロー７３で成膜原料ガスを流量制御して導入し、圧力が２Paに上昇してから開閉弁Ｂ１０１を開け、メカニカルブースターポンプ９１、ドライポンプ９２で真空排気する。（原料ガス導入）
さらに約３０秒経過後、ガスの流れ、混合比が安定した段階で圧力制御弁１０３により成膜する圧力に制御する。圧力制御開始から圧力制御完了まで約１５秒を要する。即ち、ガス混合比安定および圧力制御完了まで約４５秒を要する。（圧力制御）
真性アモルファスシリコンを成膜する際には、SiH4を主原料ガスとし、これにH2、あるいは、He、あるいは、Ar等の希釈ガスを加えた混合ガスを用いる。ｐ型、あるいは、ｎ型のアモルファスシリコンを形成する際には、これらにB2H6、あるいは、PH3を加え、さらに所望の光学的バンドギャップを得るためにCO2、あるいは、CH4を加えた混合ガスを用いる。なお、スパッタにおいては、例えば、ArとO2の混合ガスが使用される。
【００１９】
次に、図示しない高周波電源、または、直流電源により接地電極と高周波電極の間に電圧を印加して放電させ、成膜を行う。（放電開始）
規定時間の放電終了後、電圧印加を停止し成膜を終了する。（放電終了）
次に、ガス供給バルブ７２、７４を閉じて成膜原料ガスの供給を停止する。（原料ガス停止）
圧力制御弁１０３での圧力制御を停止しガスの真空排気を行う。（ガス引き）
プラズマＣＶＤ室８４では圧力が２Pa以下になった段階で、開閉弁Ａ７０を閉じた後、開閉弁Ｂ１０１を閉じ、プラズマＣＶＤ室８４を開放する。（プラズマＣＶＤ室開放）
その後、可撓性基板１を次の成膜位置に送り、以下必要なステップの成膜を続けて行う。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、ステッピングロール方式でプラズマＣＶＤ成膜を行う場合、プラズマＣＶＤ室開放−基板１フレーム移動−プラズマＣＶＤ室封止−原料ガス導入−圧力制御−放電開始−放電終了−原料ガス停止−ガス引き−プラズマＣＶＤ室開放からなる操作が繰り返される。これら操作のうち、成膜開始−放電終了の間以外は、成膜に寄与しない無駄な時間（以下、成膜外時間という。）である。従来の製造方法では、これら成膜外時間は、プラズマＣＶＤ室開放に、約２秒、基板の１フレーム移動に約３０秒、プラズマＣＶＤ室封止に約２秒、原料ガス導入に約１秒、ガス混合比安定・圧力制御に約４５秒、ガス引きに約１０秒の合計約９０秒かかっていた。一方、成膜開始−放電終了の成膜時間は、約２４０秒である。１ステップにかかる時間は、約３３０秒であり、成膜外時間の割合は、約２７％であった。生産性を上げるためには、１ステップにかかる時間（タクトタイム）を短縮、すなわち、成膜外時間を短くするか、成膜速度を上げて成膜時間を短くする必要がある。
【００２１】
この発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、この発明の課題は、成膜に寄与しない無駄な時間を短縮し、生産性の向上を図った薄膜製造方法を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を達成するため、この発明はまず、一つの真空槽からなる共通室と、前記共通室の内部に設けられた可撓性基板の搬送系と、前記可撓性基板に薄膜を形成するために設けられた少なくとも一つのプラズマＣＶＤ室を含む複数の成膜室と、前記プラズマＣＶＤ室に開閉弁Ａを介して接続されたガス供給系と、前記プラズマＣＶＤ室に開閉弁Ｂを介して接続されたプラズマＣＶＤ室用真空排気系と、前記共通室に開閉弁Ｃを介して接続された共通室用真空排気系と、前記プラズマＣＶＤ室と開閉弁Ｂとの間に設けた圧力制御弁とを備え、さらに、前記ガス供給系と開閉弁Ａとの間と、前記開閉弁ＢとプラズマＣＶＤ室用真空排気系との間に接続して設けられ、開閉弁Ｄを有するガス供給分岐配管を備えた薄膜製造装置を用いて、薄膜を製造する方法において、前記可撓性基板への第１ステップの成膜終了後、ガスの供給を一旦停止してプラズマＣＶＤ室内のガスを所定圧力まで排気した後、可撓性基板を次のステップに搬送開始時点でガス供給を開始して前記プラズマＣＶＤ室用真空排気系に予備的に流し、可撓性基板の搬送終了後にプラズマＣＶＤ室を封止し、ガス供給をプラズマＣＶＤ室用真空排気系からプラズマＣＶＤ室へ切り換えて成膜を行うこととする（請求項１）。
【００２３】
上記発明の好適な実施態様として、請求項１に記載の薄膜製造方法において、前記ガス供給系は、複数のガスを供給する系とする（請求項２）。
【００２４】
また、請求項１または２に記載の薄膜製造方法において、前記薄膜は、薄膜太陽電池用の薄膜とする（請求項３）。
【００２５】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態について以下に述べる。
【００２６】
図１に、この発明の薄膜製造方法を実施するための薄膜製造装置に関わる実施例の側面断面図を示す。図１において図２の装置における部材と同一の部材には、同一番号を付して説明を省略する。図１と図２の相違点は、図１においては、ガス供給系（ガス供給バルブ７２、７４、マスフロー７３）と開閉弁Ａ７０との間と、開閉弁Ｂ１０１とプラズマＣＶＤ室用真空排気系（メカニカルブースターポンプ９１およびドライポンプ９２）との間に、開閉弁Ｄ７１を有するガス供給分岐配管１００を接続した点である。上記装置を用いた製造方法の実施例について、以下に説明する。
【００２７】
（製造方法の実施例）
図１に示す薄膜製造装置により、アモルファスシリコンの膜形成を行った。以下に、その実施例を述べる。
【００２８】
大気中でコア８２に巻かれた可撓性基板１は、プラズマＣＶＤ室８４、スパッタ室８５の間を通され、コア８３に取り付けられた。
【００２９】
次に、共通室８１の真空引きを行うために、開閉弁Ｃ１０５を開け、ドライポンプ９７を起動した。共通室８１の圧力が１０Paになった時点で、ターボ分子ポンプ９６を起動し、6×10-3Pa以下の圧力になるまで真空引きを行った。
【００３０】
次に、例えば特願平１１−１７９４５５号に、同一発明者により提案されている工程、即ち、可撓性基板上に薄膜光電変換素子を形成する前に，成膜室にガスを導入して予め成膜室を加熱する工程と、正規に薄膜光電変換素子を成膜する前に，製造開始時にコア８２から巻き出された先頭部分の基板上に薄膜光電変換素子の予備的成膜を施す予備成膜工程を行った。これらの工程は、製造開始当初から、変換効率の高い太陽電池の製造を可能とし、製品の歩留りの向上を図ることを目的としている。
【００３１】
次に、プラズマＣＶＤ室開放の状態で成膜する可撓性基板１を成膜位置に移動する。この状態では、成膜する圧力に制御するプラズマＣＶＤ室用真空排気系とプラズマＣＶＤ室８４を接続する開閉弁Ｂ１０１は閉じており、成膜する圧力に制御する圧力制御弁１０３、１０６は開いている。開閉弁Ｂ１０４、および開閉弁Ｃ１０５は開いた状態で共通室８１の高真空排気を行っている。また、プラズマＣＶＤ室８４の開閉弁Ａ７０およびガス供給バルブ７２、７４は閉じている。
【００３２】
次に、プラズマＣＶＤ室８４を封止した。
【００３３】
その後、開閉弁Ａ７０およびガス供給バルブ７２、７４を開け、マスフロー７３で成膜原料ガスを流量制御して導入し、圧力が２Paに上昇してから開閉弁Ｂ１０１を開け、メカニカルブースターポンプ９１、ドライポンプ９２で真空排気した。この時、開閉弁Ｄ７１は閉じた状態である。さらに３０秒経過後、ガスの流れが安定した段階で圧力制御弁１０３により成膜する圧力に制御した。
【００３４】
真性アモルファスシリコンを成膜する際には、SiH4を主原料ガスとし、これにH2、あるいは、He、あるいは、Ar等の希釈ガスを加えた混合ガスを用いた。ｐ型、あるいは、ｎ型のアモルファスシリコンを形成する際には、これらにB2H6、あるいは、PH3を加え、さらに所望の光学的バンドギャップを得るためにCO2、あるいは、CH4を加えた混合ガスを用いた。
【００３５】
次に、図示しない高周波電源、または、直流電源により接地電極と高周波電極の間に電圧を印加して放電させ、成膜を行った。そして、規定時間の放電終了後、電圧印加をやめ成膜を終了した（第１ステップの成膜終了）。
【００３６】
次に、ガス供給バルブ７２、７４を閉じて成膜原料ガスの供給をやめ、圧力制御弁１０３、１０６での圧力制御をやめガスの真空排気をした。プラズマＣＶＤ室８４では圧力が２Pa以下になった段階で、開閉弁Ａ７０を閉じ、次に開閉弁Ｂ１０１を閉じた。
【００３７】
その後、以下の２つの工程（Ａ），（Ｂ）を並行して行った。
【００３８】
（Ａ）成膜室を開放し、可撓性基板１を次の成膜位置に送った。
【００３９】
（Ｂ）開閉弁Ｄ７１を開け、続いてガス供給バルブ７２、７４を開けてマスフロー７３で成膜原料ガスを流量制御した。
【００４０】
次に、プラズマＣＶＤ室８４を封止した。そして、開閉弁Ａ７０を開け、続いて開閉弁Ｄ７１を閉じた。圧力が２Paに上昇してから開閉弁Ｂ１０１を開け、メカニカルブースターポンプ９１、ドライポンプ９２で真空排気した。直ちに圧力制御弁１０３により成膜する圧力に圧力制御を開始した。圧力制御完了後、放電を開始し、規定時間の放電終了後、電圧印加をやめ成膜を終了した。
【００４１】
以下必要なステップの成膜を続けた。
【００４２】
上記実施例では、２ステップ目以降では、基板１フレーム移動中に原料ガスがプラズマＣＶＤ室用真空排気系に流れ続けているので、基板搬送中にガス混合比の安定化が図れる。このため、従来に比べ成膜外時間を約３０秒短縮することができた。つまり、成膜外時間約６０秒、成膜時間約２４０秒で、１ステップにかかる時間は、約３００秒であり、成膜外時間の割合は、約２０％であった。タクトタイムは、従来の約３３０秒からこの実施例では約３００秒に短縮された。この結果、生産性が約１０％向上した。
【００４３】
【発明の効果】
上記のように、この発明によれば、一つの真空槽からなる共通室と、前記共通室の内部に設けられた可撓性基板の搬送系と、前記可撓性基板に薄膜を形成するために設けられた少なくとも一つのプラズマＣＶＤ室を含む複数の成膜室と、前記プラズマＣＶＤ室に開閉弁Ａを介して接続されたガス供給系と、前記プラズマＣＶＤ室に開閉弁Ｂを介して接続されたプラズマＣＶＤ室用真空排気系と、前記共通室に開閉弁Ｃを介して接続された共通室用真空排気系と、前記プラズマＣＶＤ室と開閉弁Ｂとの間に設けた圧力制御弁とを備え、さらに、前記ガス供給系と開閉弁Ａとの間と、前記開閉弁ＢとプラズマＣＶＤ室用真空排気系との間に接続して設けられ、開閉弁Ｄを有するガス供給分岐配管を備えた薄膜製造装置を用いて、薄膜を製造する方法において、前記可撓性基板への第１ステップの成膜終了後、ガスの供給を一旦停止してプラズマＣＶＤ室内のガスを所定圧力まで排気した後、可撓性基板を次のステップに搬送開始時点でガス供給を開始して前記プラズマＣＶＤ室用真空排気系に予備的に流し、可撓性基板の搬送終了後にプラズマＣＶＤ室を封止し、ガス供給をプラズマＣＶＤ室用真空排気系からプラズマＣＶＤ室へ切り換えて成膜を行うことにより、ガス混合比を安定させることを基板の移動時間中に行うことができ、成膜外時間を短縮でき、その結果、生産性が向上する。
【００４４】
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明に関わる薄膜製造装置の実施例の側面断面図
【図２】  従来の製造方法に関わる薄膜製造装置の一例の側面断面図
【図３】  図２における成膜室の概略構成の一例を示す図
【符号の説明】
１：可撓性基板、７０：開閉弁Ａ、７１：開閉弁Ｄ、７２，７４：ガス供給バルブ、７３：マスフロー、８１：共通室、８２，８３：コア、８４：プラズマＣＶＤ室、８５：スパッタ室、９１：メカニカルブースターポンプ、９２：ドライポンプ、９５：クライオポンプ、９６：ターボ分子ポンプ、９７：ドライポンプ、１００：ガス供給分岐配管、１０１，１０４：開閉弁Ｂ、１０３，１０６：圧力制御弁、１０５：開閉弁Ｃ。
【図１】
0003640376.tif 000002
【図２】
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【図３】
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