(57)【要約】【課題】ドーパント濃度を精度よく検出でき、製品管理能力が高い薄膜製造装置を提供すること。【解決手段】この薄膜製造装置１は、フィルム基板１０の搬送方向の上流側から下流側に向けて設けられ、減圧条件下でフィルム基板１０上に薄膜を形成する第１成膜室１３ａ〜第３成膜室１３ｃと、第１成膜室１３ａ〜第３成膜室１３ｃの下流側に隣接して設けられた第１サンプリング室１４ａ及び第２サンプリング室１４ｂとを備える。第１サンプリング室１４ａには、第１成膜室１３ａで第１薄膜層４１が形成されたフィルム基板１０が搬入され、減圧条件下でフィルム基板１０から試料を採取する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルム基板の搬送方向の上流側から下流側に掛けて複数設けられ、それぞれ減圧条件下で前記フィルム基板上に薄膜を形成する成膜室と、
前記成膜室の下流側に隣接して設けられたサンプリング室と、を備え、
前記サンプリング室は、当該サンプリング室に対応する前記成膜室から搬入される薄膜が形成されたフィルム基板から減圧条件下で試料を採取するサンプリング機構を備えることを特徴とする薄膜製造装置。
【請求項２】
前記サンプリング機構は、打抜穴を有し前記サンプリング室内に配置されたダイと、前記サンプリング室内の前記打抜穴に対向する位置に設けられ前記ダイに載置された前記フィルム基板を打抜くパンチ刃と、を備えることを特徴とする請求項１記載の薄膜製造装置。
【請求項３】
前記サンプリング室は、開口端と空洞部とを有し、前記開口端側から一部が前記サンプリング室内に挿入されて前記開口端が前記打抜穴に対向配置され、前記開口端の他端側が前記サンプリング室外に配置された取出し部と、
前記取出し部内において、前記サンプリング機構によって採取された試料を保持する保持位置より前記開口端側に設けられた第１のバルブと、
前記第１のバルブとの間で前記サンプル保持位置を挟んで試料取出し室を形成する第２のバルブと、
前記第１のバルブと前記第２のバルブとの間に設けられ、前記試料取出し室内の空気を排出する排気手段と、を備え、
前記第１のバルブは、前記試料を取込み可能に開くと共に、前記サンプリング室の雰囲気を気密維持可能に閉じることを特徴とする請求項１または請求項２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、フレキシブル性を有するフィルム基板などに薄膜を形成する薄膜製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機トランジスタ、有機ＥＬディスプレイ、薄膜太陽電池などの分野でフィルム基板への薄膜の成膜やデバイス形成により得られる薄膜デバイスが注目を集めている。フィルム基板を用いた薄膜デバイスは、薄型で軽量であり、高いフレキシブル性を有することから、大面積化が容易になると共に、製造コストを低減でき、量産化の点で有利となる。
【０００３】
フィルム基板を用いた薄膜デバイスは、フィルム基板上にナノオーダーの薄膜を積層し、それぞれの薄膜層に所望の電子デバイス特性に応じて微量の不純物（ドーパント）を注入して製造される。フィルム基板を用いた薄膜デバイスの一例としては、ステッピングロール方式により製造される薄膜太陽電池が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
かかる薄膜太陽電池は、ロール・ツー・ロール方式で１０以上の成膜室にフィルム基板を搬送して連続的に成膜する薄膜製造装置で製造される。薄膜製造装置の各成膜室は、それぞれ異なる条件での成膜及び微量ドーパントの注入ができるように構成されている。特許文献１記載の薄膜太陽電池は、ガラス基板上に一層ずつ成膜層を積層する従来のガラス基板型太陽電池と比較し、連続生産による大量生産が可能であり、幅５０センチ、長さ１キロメートル〜２キロメートルの大面積の薄膜太陽電池が製造されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３１８４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、薄膜デバイスは、製膜された薄膜層の膜厚、組成、膜構造（結合状態、結晶構造）、微量ドーパント濃度などにより、電子デバイス特性が変化する。このため、電子デバイス特性が安定した薄膜デバイスの量産化のためには、薄膜製造装置における製品管理が重要となる。特に、薄膜デバイスの各薄膜層のドーパント濃度は、薄膜デバイスの電子デバイス特性を左右する主因子の一つであり、薄膜製造装置においては、各薄膜層への設計規格内の微量ドーパント注入の成否が薄膜デバイスの製品管理上重要となる。
【０００７】
一般的に薄膜デバイスの各薄膜層の微量ドーパント濃度の検出には、数ｋｅＶの細束一次イオンビームを試料表面に照射し、スパッタ現象に伴い放出される試料の二次イオンを質量分析（ＭＳ）するＳＩＭＳ（Secondary  Ion  Mass  Spectrometry：２次イオン質量分析法）が用いられている。薄膜デバイスは、このＳＩＭＳにより、ｐｐｍ〜ｐｐｂのオーダーで各薄膜層の微量ドーパントの各元素の濃度が測定されている。
【０００８】
しかしながら、複数の薄膜層が積層された薄膜デバイスでは、高ドーパント濃度の薄膜層と低ドーパント濃度の薄膜層とが積層されている場合、高ドーパント濃度の薄膜層の分析値が低ドーパント濃度の薄膜層の分析値に影響し、低ドーパント濃度の薄膜層のドーパント濃度を正確に測定できない問題があった。
【０００９】
一方、複数の薄膜層を積層する薄膜製造装置では、各薄膜層の成膜条件をフィルム基板上に単層膜を形成する条件で個別に検討し、所望のドーパント濃度が得られる成膜条件を組み合わせて薄膜デバイスを製造することも検討されている。しかしながら、複数の薄膜層を積層する場合において、単層膜単位で求めた成膜条件を積層膜の各薄膜層にそれぞれ適用したのでは、製造される薄膜デバイスの各薄膜層を必ずしも適切なドーパント濃度に制御できず、薄膜デバイスの製品管理が困難であった。
【００１０】
また、通常薄膜製造装置では、減圧条件、高温下でナノオーダーの薄膜層を成膜する。このため、薄膜製造装置内を常温常圧に戻した場合、大気開放に伴う微量の酸素による薄膜層の劣化、及び温度変化によるドーパントの拡散により、薄膜層のドーパント濃度に濃度勾配が発生し、ドーパント濃度を正確に測定することが困難であった。
【００１１】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、ドーパント濃度を精度よく検出でき、製品管理能力が高い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】
【００１２】
本発明の薄膜製造装置は、フィルム基板の搬送方向の上流側から下流側に掛けて複数設けられ、それぞれ減圧条件下で前記フィルム基板上に薄膜を形成する成膜室と、前記成膜室の下流側に隣接して設けられたサンプリング室とを備え、前記サンプリング室は、当該サンプリング室に対応する前記成膜室から搬入されるフィルム基板から減圧条件下で試料を採取するサンプリング機構を備えることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、薄膜デバイスの各薄膜層のドーパント濃度を所望の成膜工程ごとに検出できるので、薄膜層間のドーパント濃度差による分析値への影響が低減され、各薄膜層のドーパント濃度を精度よく検出することができる。また、実際の薄膜製造装置における各薄膜層の成膜条件と同一条件で形成される薄膜層のドーパント濃度を検出できるので、各薄膜層の成膜条件を正確かつ容易に調整することができる。さらに、減圧条件下でフィルム基板上に形成された薄膜を、大気開放することなくフィルム基板から試料として採取できるので、大気開放に伴うフィルム基板の薄膜層の劣化を抑制でき、製品管理能力が高い薄膜製造装置を実現することができる。
【００１４】
また本発明は、上記薄膜製造装置において、前記サンプリング機構は、打抜穴を有し前記サンプリング室内に配置されたダイと、前記サンプリング室内の前記打抜穴に対向する位置に設けられ前記ダイに載置された前記フィルム基板を打抜くパンチ刃と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、フィルム基板の打抜き加工により、分析試料を容易に採取することができる。また、フィルム基板からの試料の採取に伴う粉塵の発生を抑制できる。
【００１６】
また本発明は、上記薄膜製造装置において、前記サンプリング室は、開口端と空洞部とを有し、前記開口端側から一部が前記サンプリング室内に挿入されて前記開口端が前記打抜穴に対向配置され、前記開口端の他端側が前記サンプリング室外に配置された取出し部と、前記取出し部内において、前記サンプリング機構によって採取された試料を保持する保持位置より前記開口端側に設けられた第１のバルブと、前記第１のバルブとの間で前記サンプル保持位置を挟んで試料取出し室を形成する第２のバルブと、前記第１のバルブと前記第２のバルブとの間に設けられ、前記試料取出し室内の空気を排出する排気手段と、を備え、前記第１のバルブは、前記試料を取込み可能に開くと共に、前記サンプリング室の雰囲気を気密維持可能に閉じることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、サンプリング室で採取した試料を試料取出し室へ取り込み、第１のバルブを閉じてから試料を取出すことができ、これによりサンプリング室内を大気開放することなく試料を取り出すことができる。また、サンプリング室を大気開放することなく試料を取り出すことができるので、フィルム基板の製造を止めることなく試料を分析でき、作業効率を改善できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ドーパント濃度を精度よく検出でき、製品管理能力が高い薄膜製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係る薄膜製造装置の概略図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る薄膜製造装置のサンプリング機構の概略図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る薄膜製造装置に用いられるパンチ刃の模式図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る薄膜製造装置を用いた薄膜デバイス製造工程を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る薄膜製造装置を用いて製造した薄膜デバイスの第１薄膜層及び第２薄膜層のＳＩＭＳ分析値を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る薄膜製造装置を用いて製造した薄膜デバイスの第１薄膜層のＳＩＭＳ分析値を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る薄膜製造装置の他の例を示す概略図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る薄膜製造装置のサンプリング機構の他の例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係るステッピングロール方式の薄膜製造装置の概略図である。本実施の形態に係る薄膜製造装置１では、ロール・ツー・ロール方式でフィルム基板１０を上流側から下流側へ搬送して薄膜デバイスが製造される。また、薄膜製造装置１は、内部が隔壁によって複数の部屋に区切られ、密閉可能に構成されている。
【００２１】
図１に示すように、本実施の形態に係る薄膜製造装置１は、フィルム基板１０を送り出す巻出し室１１と、巻出し室１１から送り出されるフィルム基板１０を巻き取る巻取り室１２とを備える。巻出し室１１と巻取り室１２との間には、フィルム基板１０の搬送方向の上流側から下流側に向けて、フィルム基板１０上に薄膜を成膜する第１成膜室１３ａ、第２成膜室１３ｂ及び第３成膜室１３ｃが順に設けられている。第１成膜室１３ａと第２成膜室１３ｂとの間には、第１サンプリング室１４ａが設けられ、第２成膜室１３ｂと第３成膜室１３ｃとの間には、第２サンプリング室１４ｂが設けられている。複数設けられた成膜室のうち、他の薄膜層を積層前に分析するため、成膜を行う各成膜室に対してサンプリング室をそれぞれ設置している。尚、図１では、最終段となる第３成膜室１３ｃの下流側にはサンプリング室が設けられていない。
【００２２】
巻出し室１１内には、薄膜形成前のフィルム基板１０を巻出す巻出しロール１５と、巻出しロール１５から巻出しされたフィルム基板１０を搬送する搬送ロール１６と、が設けられている。巻出しロール１５は、フィルム基板１０の搬送方向に合わせてその回転軸が水平になるように巻出し室１１内に設置される。搬送ロール１６は、巻出しロール１５と回転軸が平行になるように設置され、フィルム基板１０を下面から支持して第１成膜室１３ａへ搬送する。巻出し室１１の内壁には、真空ポンプなどの排気手段が接続される真空ライン１７ａが設けられ、巻出し室１１内を減圧可能に構成されている。
【００２３】
巻取り室１２内には、フィルム基板１０を搬送する搬送ロール１８と、フィルム基板１０を巻き取る巻取りロール１９と、が設けられている。搬送ロール１８は、回転軸が水平に設置され、最終段に位置する第３成膜室１３ｃから搬送されるフィルム基板１０を下面から支持して巻取りロール１９へ搬送する。巻取りロール１９は、搬送ロール１８から搬送されるフィルム基板１０を巻取りできるように、巻出しロール１５と同様に回転軸が水平に設置される。巻取り室１２の内壁には、真空ポンプなどの排気手段が接続される真空ライン１７ｂが設けられ、巻取り室１２内を減圧可能に構成されている。
【００２４】
本実施の形態では、巻出し室１１から送り出されたフィルム基板１０を巻取り室１２に向けて複数の成膜室１３ａ〜１３ｃ及びサンプリング室１４ａ、１４ｂを介して搬送する。そのため、巻取り室１２内には、巻取りロール１９を回転させるモータと、巻取りロール１９を一定の速度で回転させる減速機と、を備える駆動機構（不図示）が設けられ、この駆動機構によりフィルム基板１０を一定の速度で搬送するように構成されている。また、巻取り室１２内には、フィルム基板１０上の任意の成膜位置に薄膜デバイスを形成するため、フィルム基板１０の搬送を任意の位置で停止できるように、巻取りロール１９を停止させる制御機構（不図示）が設けられている。尚、薄膜製造装置１には、駆動機構に対応してフィルム基板１０が一定の張力を保持した状態で引き出されるように、巻出し室１１に巻出しロール１５に一定の制動を加える機構を設けてもよい。
【００２５】
第１成膜室１３ａには、高電圧電極２０ａ及び接地電極２１ａが設けられている。高電圧電極２０ａは、フィルム基板１０の上面に対向する位置に設けられ、接地電極２１ａがフィルム基板１０の下面に対向する位置に設けられている。この高電圧電極２０ａ及び接地電極２１ａにより、フィルム基板１０の上面にスパッタリング、真空蒸着などにより任意の組成の薄膜の成膜及びドーパントの注入ができるように構成されている。第１成膜室１３ａの内壁には、真空ライン１７ｃが設けられ、第１成膜室１３ａ内を減圧可能に構成されている。
【００２６】
第１サンプリング室１４ａには、フィルム基板１０を載置するダイと、フィルム基板１０から試料を採取するパンチ刃と、を備えるサンプリング機構２２ａが設けられている。本実施の形態では、このサンプリング機構２２ａにより、第１成膜室１３ａで薄膜が成膜されたフィルム基板１０から試料を採取できるように構成されている。第１サンプリング室１４ａの内壁には、真空ライン１７ｄが設けられ、第１サンプリング室１４ａ内を任意の減圧度に減圧可能に構成されている。
【００２７】
第２成膜室１３ｂ、第３成膜室１３ｃは、第１成膜室１３ａと同様に構成されている。第２の成膜室１３ｂには、高電圧電極２０ｂ及び接地電極２１ｂが設けられ、第２成膜室１３ｂの内壁には、真空ライン１７ｅが設けられている。第３の成膜室１３ｃには、高電圧電極２０ｃ及び接地電極２１ｃが設けられ、第３成膜室１３ｃの内壁には、真空ライン１７ｇが設けられている。尚、本実施の形態では、第２成膜室１３ｂでは、第１成膜室１３ａよりドーパント濃度が高い薄膜が成膜される。
【００２８】
第２サンプリング室１４ｂは、第１サンプリング室１４ａと同様にサンプリング機構２２ｂが設けられ、第１成膜室１３ａ及び第２成膜室１３ｂで薄膜が成膜されたフィルム基板１０から試料を採取できるように構成されている。第２サンプリング室１４ｂの内壁には、真空ライン１７ｆが設けられている。
【００２９】
薄膜製造装置１の巻出し室１１、第１成膜室１３ａ〜第３成膜室１３ｃ、第１サンプリング室１４ａ、第２サンプリング室１４ｂ及び巻取り室１２の間には、それぞれ隔壁２３ａ〜隔壁２３ｆが設けられている。隔壁２３ａ〜隔壁２３ｆには、それぞれ連通孔が設けられ、この連通孔にフィルム基板１０を挿通することにより、フィルム基板１０を巻出し室１１から巻取り室１２へ搬送可能に構成されている。
【００３０】
本実施の形態では、各真空ライン１７ａ〜１７ｇに用いられる排気手段は、薄膜製造装置１内を減圧できる排気手段であれば特に限定されず、真空ポンプ、エゼクターなど各種排気手段を用いることができる。また、同一の排気手段を用いても異なる排気手段を混合して用いてもよい。
【００３１】
次に、図２を参照して、本実施の形態に係る薄膜製造装置１の第１サンプリング室１４ａ及び第２サンプリング室１４ｂについて詳細に説明する。尚、以下の説明では、第１サンプリング室１４ａを例に説明するが、第２サンプリング室１４ｂも第１サンプリング室１４ａと同様に構成されている。
【００３２】
図２に示すように、第１サンプリング室１４ａには、サンプリング機構２２ａが設けられている。このサンプリング機構２２ａは、第１サンプリング室１４ａ内において、フィルム基板１０の下面側に配置されるダイ２４と、フィルム基板１０の上面側に設けられるパンチ刃２５と、を備える。ダイ２４は水平に配置され、その主面上にフィルム基板１０を載置可能に構成されている。ダイ２４の主面には、当該主面と直交する方向に貫通する打抜穴２６が形成され、フィルム基板１０の上面側の打抜穴２６に対向する位置にパンチ刃２５が設けられている。
【００３３】
本実施の形態では、サンプリング機構２２ａによるフィルム基板１０からの試料採取時に薄膜が形成されたフィルム基板１０をダイ２４上へ載置する。フィルム基板１０のダイ２４への載置は、例えば、図示しない駆動機構により、ダイ２４を上側に移動させてフィルム基板１０と接触させて行われる。尚、フィルム基板１０のダイ２４への載置は、巻出しロール１５と巻取りロール１９との間に張架されるフィルム基板１０の張力を調整して、フィルム基板１０とダイ２４が接触するようにしてもよい。
【００３４】
パンチ刃２５は、フィルム基板１０の上面側にフィルム基板１０との間に所定の間隔を空けて配置され、フィルム基板１０をパンチングできるように、上下方向に駆動可能に構成されている。また、パンチ刃２５は、フィルム基板１０の搬送時には、第１サンプリング室１４ａ内のフィルム基板１０の上面側に退避できるように構成されている。
【００３５】
ここで、図３を参照して、パンチ刃２５について説明する。図３に示すように、パンチ刃２５は、たとえば直径６ｍｍの円筒形状に形成され、縦断面視において、高さ方向に３ｍｍの切り欠きを有する半円弧状形状に形成されている。尚、パンチ刃２５の形状は、フィルム基板１０の打抜き加工ができるものであれば、特に限定されず種々の形状のものを用いることができる。例えば、縦断面視において、Ｕ字型形状、Ｖ字型形状、横断面視において、円形、楕円形、矩形、三角形、多角形状などのパンチ刃２５を用いることができる。これらの中でもフィルム基板１０の打抜き性及びフィルム基板１０の打抜き加工に伴う粉塵の発生を抑制する観点から、本実施の形態では、縦断面しにおいて半円弧形状、横断面視において略円筒形状のパンチ刃２５を用いる。
【００３６】
再び図２を参照して、試料取出し部２７について説明する。第１サンプリング室１４ａには、円筒形状に形成され、一端が開口された試料取出し部２７がダイ２４の下側に設けられている。試料取出し部２７は、開口端側が第１サンプリング室１４ａ内に挿入されてダイ２４の打抜穴２６に対応する位置に配置され、他端側が第１サンプリング室１４ａ外に配置される。
【００３７】
試料取出し部２７の空洞部内には、試料保持部２８が設けられている。試料保持部２８とダイ２４側の開口端との間には、第１ゲートバルブ２９が設けられ、この第１ゲートバルブ２９との間で試料保持部２８を挟むように第２ゲートバルブ３０が設けられている。試料取出し部２７には、真空ライン１７ｈが接続され、試料取出し部２７内を減圧可能に構成されている。尚、真空ライン１７ｈは、真空ライン１７ａ〜１７ｇと同様に構成され、同一の排気手段に接続されていても異なる排気手段に接続されていてもよい。
【００３８】
次に、図１〜図４を参照して、本実施の形態に係る薄膜製造装置１の動作について説明する。図１に示すように、まず、フィルム基板１０が巻き付けられた巻出しロール１５を巻出し室１１に設置し、フィルム基板１０を巻出しロール１５〜巻取りロール１９間に設置する。次いで、薄膜製造装置１全体を真空ライン１７ａ〜１７ｇにより減圧して真空状態にする。この状態で、巻き取りロール１９を駆動してフィルム基板１０を巻出しロール１５から第１成膜室１３ａに搬送する。
【００３９】
第１成膜室１３ａに搬送されたフィルム基板１０は、フィルム基板１０の成膜位置に合わせて搬送が停止される（図４（ａ））。次に、スパッタリングにより、フィルム基板１０上に第１薄膜層４１を成膜する。まず、高電圧電極２０ａへ高周波電圧を印加することにより、プラズマを第１成膜室１３ａに発生させる。次いで、導入管（不図示）から導入された原料ガスを分解してフィルム基板１０の表面に第１薄膜層４１を成膜する（図４（ｂ））。
【００４０】
次に、減圧状態を維持したままフィルム基板１０を第１サンプリング室１４ａに搬送する。次いで、図２に示すように、フィルム基板１０をダイ２４の上に載置する。次に、試料取出し部２７内を真空ライン１７ｈにより減圧し、真空状態としてから第１ゲートバルブ２９を開ける。
【００４１】
次に、パンチ刃２５により、フィルム基板１０のサンプリング位置をパンチングする（図４（ｃ））。パンチングにより打ち抜かれたフィルム基板１０（分析試料Ａ）は、ダイ２４の打抜穴２６を介して試料保持部２８へ落下する。次いで、第１ゲートバルブ２９及び真空ライン１７ｈを閉じた後、第２ゲートバルブ３０を開放して試料保持部２８内を大気圧に戻して分析試料Ａを取り出す。
【００４２】
次に、第１ゲートバルブ２９を閉じてフィルム基板１０を第２成膜室１３ｂに搬送する。次いで、フィルム基板１０上の成膜部位に応じた位置でフィルム基板１０の搬送を停止する。次に、フィルム基板１０上にスパッタリングにより第２薄膜層４２を成膜する（図４（ｄ））。
【００４３】
次に、減圧状態を維持したままフィルム基板１０を第２サンプリング室１４ｂに搬送する。次いで、図２に示すように、フィルム基板１０をダイ２４の上に載置する。次に、試料取出し部２７内を真空ライン１７ｈにより減圧し、真空状態としてから第１ゲートバルブ２９を開ける。
【００４４】
次に、パンチ刃２５により、フィルム基板１０のサンプリング位置をパンチングする（図４（ｅ））。パンチングにより打ち抜かれたフィルム基板１０（分析試料Ｂ）は、ダイ２４の打抜穴２６を介して試料保持部２８へ落下する。次いで、第１ゲートバルブ２９及び真空ライン１７ｈを閉じた後、第２ゲートバルブ３０を開放して試料保持部２８内を大気圧に戻して分析試料Ｂを取り出す。
【００４５】
以上の工程により、第１薄膜層４１のみが成膜された分析試料Ａと第１薄膜層４１及び第２薄膜層４２が積層された分析試料Ｂとがそれぞれ減圧条件下で採取される。ここで、得られた分析試料Ａには、フィルム基板１０上に第１薄膜層４１のみが成膜されているので、第１成膜室１３ａの成膜条件で形成される第１薄膜層４１のドーパント濃度を検出することができる。また、分析試料Ｂは、後述する第３薄膜層４３の成膜前に採取されるので、第３薄膜層４３のドーパント濃度に影響されずに第２成膜室１３ｂの成膜条件で形成される第２薄膜層４２のドーパント濃度を検出することができる。
【００４６】
次に、第１ゲートバルブ２９を閉止してフィルム基板１０を第３成膜室１３ｃに搬送し、フィルム基板１０上の成膜部位に応じた位置でフィルム基板１０の搬送を停止する。次いで、フィルム基板１０上の成膜部位に応じた位置でフィルム基板１０の搬送を停止する。
【００４７】
次に、フィルム基板１０上にスパッタリングにより第３薄膜層４３を成膜する（図４（ｆ））。次いで、減圧状態を維持したままフィルム基板１０を巻取り室１２に搬送する。巻取り室１２に搬送されたフィルム基板１０は、巻取りロール１９により巻取りされる。
【００４８】
次に、巻取り室１２内に乾燥空気を導入して大気開放する。最後に、巻出しロール１５と巻き取りロール１９との間の張力を解放し、巻出し室１１内、及び巻取り室１２内でフィルム基板１０を切断して薄膜デバイスを取り出す。
【００４９】
尚、本実施の形態においては、フィルム基板１０からの試料採取は、フィルム基板１０に形成される薄膜デバイス周辺部のサンプリングスペース（テスト用スペース）を設けて行う。サンプリングスペースを設けることにより、薄膜デバイスの性能へ影響を与えることなく分析試料を採取できる。
【００５０】
次に、図５、図６を参照して上述した薄膜製造工程において採取された分析試料Ａ及び分析試料ＢのＳＩＭＳ分析による分析値について説明する。尚、本実施の形態においては、第１薄膜層４１のドーパント濃度を５．０Ｅ＋１６に設定し、第２薄膜層４２のドーパント濃度を５．０Ｅ＋２０に設定した。
【００５１】
図５は、分析試料ＢのＳＩＭＳ分析値を示す図である。図５の縦軸は、ドーパントとしての質量数１１のホウ素濃度、横軸は表面からの深さを示したものである。ここで示しているホウ素濃度は、濃度が既知の試料から濃度換算した値である。横軸の試料深さ０から１２までの範囲Ｒ１は、ドーパント濃度の高い第２薄膜層４２の分析値を示し、試料深さ１２から１６までの範囲Ｒ２がドーパント濃度の低い第１薄膜層４１の分析値を示している。また、試料深さが１６より大きい範囲Ｒ３は、フィルム基板１０の分析値に相当する。図５の実線は、上述した薄膜デバイスの第１薄膜層４１及び第２薄膜層４２のドーパント濃度の設計値を示し、図５の点線が分析試料Ｂの分析値を示している。
【００５２】
図５に示すように、分析試料Ｂは、ドーパント濃度が高い第２薄膜層４２に相当する範囲Ｒ１では、設計値通りのドーパント濃度が得られている。一方、ドーパント濃度の低い第１薄膜層４１に相当する範囲Ｒ２では、第２薄膜層４２のドーパント濃度に影響され、設計値よりドーパント濃度の分析値が高くなる。この結果から、ドーパント濃度が低い第１薄膜層４１の上にドーパント濃度が高い第２薄膜層４２を積層した状態で分析した場合、ドーパント濃度が薄い第１薄膜層４１のドーパント濃度を正確に評価できないことが分かる。
【００５３】
尚、図５では、試料深さ１５〜１７の領域で分析値が１．０Ｅ＋１７〜２．０Ｅ＋１７の範囲で不安定となっている。この範囲は、薄膜層とフィルム基板の界面に相当し、母材成分が変化する領域であり（薄膜層の母材：シリコン、フィルム基板の母材：炭素等）母材成分により２次イオン発生効率が大きく変化する(ＳＩＭＳ分析では、マトリックス効果という)。このように、ＳＩＭＳ分析では、界面付近での濃度の変動は、本来の濃度を反映しないことがあるため、ここでは議論しない。
【００５４】
図６は、分析試料ＡのＳＩＭＳ分析値を示す図である。図６の縦軸は及び横軸は、図５と同様に、ドーパント濃度及び試料深さを示し、横軸の試料深さ０〜３の範囲Ｒ４が第１薄膜層４１の分析値を示している。横軸の試料深さ３より大きい範囲Ｒ５は、フィルム基板１０の分析値に相当する。
【００５５】
図６に示すように、分析試料Ａは、第１薄膜層４１のドーパント濃度を示す範囲Ｒ４でドーパント濃度値が約５．０Ｅ＋１６で安定していることが分かる。この結果から、第１薄膜層４１の分析値が、ドーパント濃度の設計値と一致することが分かる。尚、図６に示す例においては、範囲Ｒ４とＲ５の界面では、ドーパント濃度が極端に高くなっている。これは、第１薄膜層４１の最表面及びフィルム基板１０界面による影響のもので、安定した２次イオンが発生していないためである。
【００５６】
尚、本実施の形態においては、第３薄膜層４３のドーパント濃度は、薄膜デバイスの最上層に形成されるので、薄膜製造装置１から取り出した後の薄膜デバイスのＳＩＭＳ分析により、検出することができる。
【００５７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、減圧条件下でフィルム基板１０上から第１薄膜層４１のみが形成された分析試料Ａ及び第１薄膜層４１及び第２薄膜層４２が形成された分析試料Ｂを採取し、それぞれを個別に分析することにより、第１薄膜層４１及び第２薄膜層４２のドーパント濃度を正確に検出することができる。このため、第１成膜室１３ａの成膜条件で第１薄膜層４１に注入されるドーパント濃度と第２成膜室１３ｂの成膜条件で第２薄膜層４２に注入されるドーパント濃度とをそれぞれ検出できる。また、第３薄膜層４３のドーパント濃度は薄膜デバイスの製品分析により検出されるので、第３成膜室１３ｃの成膜条件で注入されるドーパント濃度を測定することができる。このように、薄膜層間のドーパント濃度差に影響されることなく個別に第１薄膜層４１〜第３薄膜層４３のドーパント濃度を測定できるので、第１成膜室１３ａ〜第３成膜室１３ｃの成膜条件により、それぞれの第１薄膜層４１〜第３薄膜層４３に注入されるドーパント濃度を管理することができ、製品管理能力が高い薄膜製造装置が実現できる。
【００５８】
また、本実施の形態によれば、減圧条件下でフィルム基板１０上から分析試料Ａ及び分析試料Ｂを採取することができるので、第１薄膜層４１及び第２薄膜層４２の膜表面の酸化、大気中の不純物の堆積などが発生することなく、第１薄膜層４１〜第３薄膜層４３のドーパント濃度を正確に分析することができる。
【００５９】
尚、本実施の形態では、第１薄膜層４１〜第３薄膜層４３の成膜時の薄膜製造装置１内の減圧度は、１３３Ｐａより小さいことが好ましい。薄膜製造装置１内の減圧度を１３３Ｐａ以下にすることにより、第１薄膜層４１〜第３薄膜層４３の成膜を好適に行うことができる。
【００６０】
また、試料取出し部２７の減圧度を第１サンプリング室１４ａ、第２サンプリング室１４ｂ内より相対的に高くすることが好ましい。試料取出し部２７の減圧度を第１サンプリング室１４ａ、第２サンプリング室１４ｂより高くすることにより、試料採取時の酸素及び粉塵の混入を抑制できる。
【００６１】
さらに、フィルム基板１０を上流側から下流側に搬送し、第１サンプリング室１４ａ、第２サンプリング室１４ｂで順次試料を採取する実施の形態について説明したが、第１サンプリング室１４ａ及び／又は第２サンプリング室１４ｂで採取したサンプルの分析結果に応じて、再度第１成膜室１３ａまたは第２成膜室１３ｂで薄膜の成膜またはドーパントの注入を行ってもよい。この場合、第１の成膜室１３ａまたは第２成膜室１３ｂでの薄膜の成膜またはドーパントの注入が不良であった際に、再度薄膜の成膜又はドーパントの注入を行うことができるので、より確実に薄膜デバイスの製品管理を行うことができる。
【００６２】
尚、上述した実施の形態においては、フィルム基板の面が水平になるように搬送する薄膜製造装置１について説明したが、フィルム基板の面が垂直に搬送される薄膜製造装置においても適用することができる。図７、図８を参照して、フィルム基板の面を水平面に対して垂直に搬送する薄膜製造装置２について、図１に示した薄膜製造装置１との相違点を中心に説明する。図７は、フィルム基板の面を水平面に対して垂直に搬送する場合の薄膜製造装置２の水平面から見た概略図である。
【００６３】
図７に示すように、この薄膜製造装置２は、巻出し室７１の巻出しロール７２及び巻取り室７３の巻取りロール７４の回転軸が水平面に対して垂直に配置される。巻出し室７１と巻取り室７３との間には、第１成膜室７５ａ〜第３成膜室７５ｃが設けられ、各成膜室７５ａ〜７５ｃの間には、第１サンプリング室７６ａ、第２サンプリング室７６ｂが設けられている。各成膜室７５ａ〜７５ｃ及び第１サンプリング室７６ａ、第２サンプリング室７６ｂの間には、それぞれ隔壁７７ａ〜隔壁７７ｆが設けられている。隔壁７７ａ〜隔壁７７ｆには、それぞれ連通孔が設けられ、この連通孔にフィルム基板７８を挿通することにより、フィルム基板７８を巻出し室７１から巻取り室７２へ搬送可能に構成されている。巻出し室７１、巻取り室７３、各成膜室７５ａ〜７５ｃ及び各サンプリング室７６ａ、７６ｂの内壁には、真空ライン７９ａ〜７９ｇが設けられている。
【００６４】
巻出し室７１の搬送ロール８０及び巻取り室７３の搬送ロール８１は、フィルム基板７８に対して紙面手前側に配置され、フィルム基板７８を一方の面側から支持し、フィルム基板７８の面が水平面に対して垂直になるように搬送する。
【００６５】
各成膜室７５ａ〜７５ｃには、フィルム基板７８に対して紙面奥側のフィルム基板７８に対向する位置に高電圧電極８２ａ〜８２ｃが配置され、紙面手前側のフィルム基板７８の対向する位置に接地電極８３ａ〜８３ｃが配置されている。サンプリング室７６ａ、７６ｂには、サンプリング機構８４ａ、８４ｂが設けられている。
【００６６】
次に、図８を参照して、薄膜製造装置２の第１サンプリング室７６ａのサンプリング機構８４ａについて説明する。尚、第２サンプリング室７６ｂのサンプリング機構８４ｂも第１サンプリング室７６ａのサンプリング機構８４ａと同様に構成されている。
【００６７】
図８に示すように、薄膜製造装置２のサンプリング機構８４ａは、第１サンプリング室７６ａ内において、フィルム基板７８の一方の面側に垂直に配置されるダイ８５と、フィルム基板７８の他方の面側に配置されるフィルム支持機構８６とを備える。ダイ８５の主面には、当該主面と直交する方向に貫通する打抜穴８７が形成され、フィルム基板７８の他方の面側の打抜穴８７に対向する位置にパンチ刃８８が設けられている。フィルム支持機構８６は、フィルム基板７８の搬送方向において、パンチ刃８８の上流側及び下流側のそれぞれに配置され、パンチ刃８８による試料採取時にフィルム基板７８をダイ８５とフィルム支持機構８６との間で挟圧できるように構成されている。
【００６８】
パンチ刃８８は、フィルム基板７８の他方の面側にフィルム基板７８との間に所定の間隔をあけて配置され、フィルム基板７８をパンチングできるように、水平方向に駆動可能に構成されている。このようにして、薄膜製造装置２においては、フィルム基板７８を垂直搬送した場合においても重量方向に対するフィルム基板７８の撓みを抑制し、フィルム基板７８を水平方向に打ち抜き可能に構成されている。
【００６９】
次に、試料取出し部８９について説明する。試料取出し部８９は、一端が開口された円筒形状に形成され、第１サンプリング室７６ａの側壁に設けられている。試料取出し部８９は、開口端側が第１サンプリング室７６ａ内に挿入されてダイ８５の打抜穴８７に対応する位置に配置され、他端側が第１サンプリング室７６ａ外に配置されている。
【００７０】
試料取出し部８９の空洞部内には、試料保持部９０が設けられている。試料保持部９０とダイ８５側の開口端との間には、第１ゲートバルブ９１が設けられ、この第１ゲートバルブ９１との間で試料保持部９０を挟むように第２ゲートバルブ９２が設けられている。試料取出し部８９には、真空ライン７９ｈが接続され、試料取出し部８９内を減圧可能に構成されている。その他の構成、及び試料採取時の動作については、薄膜製造装置１と同様のため、説明を省略する。このように、本実施の形態に係る薄膜製造装置２では、フィルム基板７８の面が垂直になるように構成した場合においてもフィルム基板７８の撓みを抑制でき、薄膜製造装置１と同様に試料採取を行うことができる。
【００７１】
本発明は上記実施の形態に限定されず種々変更して実施することが可能である。また、上記実施の形態で説明した数値、寸法、材質については特に制限はない。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、例えば、フレキシブル型の薄膜太陽電池、または、その他の各種の薄膜デバイスに適用可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１、２  薄膜製造装置
１０、７８  フィルム基板
１１、７１  巻出し室
１２、７３  巻取り室
１３ａ、７５ａ  第１成膜室
１３ｂ、７５ｂ  第２成膜室
１３ｃ、７５ｃ  第３成膜室
１４ａ、７６ａ  第１サンプリング室
１４ｂ、７６ｂ  第２サンプリング室
１５、７２  巻き出しロール
１６、１８、８０、８１  搬送ロール
１７ａ〜１７ｈ、７９ａ〜７９ｈ  真空ライン
１９、７４  巻き取りロール
２０ａ〜２０ｃ、８２ａ〜８２ｃ  高電圧電極
２１ａ〜２１ｃ、８３ａ〜８３ｃ  接地電極
２２ａ、２２ｂ、８４ａ、８４ｂ  サンプリング機構
２３ａ〜２３ｆ、７７ａ〜７７ｆ  隔壁
２４、８５  ダイ
２５、８８  パンチ刃
２６、８７  打抜穴
２７、８９  試料取出し部
２８、９０  試料保持部
２９、９１  第１ゲートバルブ
３０、９２  第２ゲートバルブ
４１  第１薄膜層
４２  第２薄膜層
４３  第３薄膜層
８６  フィルム支持機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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