(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の原料ガスが導入され、その第１の原料ガスを用いて基材上に第１の薄膜が形成される第１成膜室と、前記第１の原料ガスと異なる組成をもつ第２の原料ガスが導入され、その第２の原料ガスを用いて前記基材上に第２の薄膜が形成される第２成膜室と、前記第１成膜室と第２成膜室との間に設けられ、各成膜室に対して連通する状態と遮断される状態とに切換えられる基材搬送室とを備えた成膜装置において、前記両成膜室に共通して用いられるガスまたは当該両成膜室での成膜に影響を与えないガスからなる掃気用ガスを用いて基材搬送室内を掃気することにより、各成膜室での異種の原料ガスの混入に起因する汚染を防ぐことを特徴とする成膜装置での汚染防止方法。
【請求項２】
請求項１記載の成膜装置での汚染防止方法において、前記第１成膜室及び第２成膜室の双方に導入されるキャリアガスを用いて前記基材搬送室内を掃気することを特徴とする成膜装置での汚染防止方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の成膜装置での汚染防止方法において、前記第１成膜室から前記基材搬送室への基材搬入時、前記基材搬送室から第２成膜室への基材搬出時の少なくとも一方を含む期間内に前記基材搬送室内の掃気をすることを特徴とする成膜装置での汚染防止方法。
【請求項４】
請求項３記載の成膜装置での汚染防止方法において、前記基材搬送室内に第１成膜室、第２成膜室のいずれか一方の成膜室から他方の成膜室に向かう掃気用ガスの流れを形成しながら当該他方の成膜室と基材搬送室との間を連通して両室間での基材の移送を行うことを特徴とする成膜装置での汚染防止方法。
【請求項５】
請求項３または４記載の成膜装置での汚染防止方法において、前記第１成膜室、第２成膜室のいずれか一方は真性半導体からなる薄膜を形成するための真性半導体成膜室、他方は不純物半導体からなる薄膜を形成するための不純物半導体成膜室であり、前記基材搬送室内では前記真性半導体成膜室から不純物半導体成膜室へ向かう方向の掃気用ガス流を形成するようにして当該基材搬送室内の掃気をすることを特徴とする成膜装置での汚染防止方法。
【請求項６】
第１の原料ガスが導入され、その第１の原料ガスを用いて基材上に第１の薄膜が形成される第１成膜室と、前記第１成膜室に導入される原料ガスと異なる組成をもつ第２の原料ガスが導入され、その第２の原料ガスを用いて前記基材上に第２の薄膜が形成される第２成膜室と、前記第１成膜室と第２成膜室との間に設けられ、各成膜室に対して連通する状態と遮断される状態とに切換えられる基材搬送室とを備えるとともに、前記基材搬送室内に掃気用ガスを通して当該基材搬送室内を掃気する掃気手段が設けられていることを特徴とする成膜装置。
【請求項７】
請求項６記載の成膜装置において、前記第１成膜室、第２成膜室のいずれか一方は真性半導体からなる薄膜を形成するための真性半導体成膜室、他方は不純物半導体からなる薄膜を形成するための不純物半導体成膜室であり、前記掃気手段は前記基材搬送室内に前記真性半導体成膜室から不純物半導体成膜室へ向かう方向の掃気用ガス流を形成するように構成されていることを特徴とする成膜装置。
【請求項８】
請求項７記載の成膜装置において、前記真性半導体成膜室として、ｉ型半導体からなる薄膜を形成するためのｉ層成膜室を備え、前記不純物半導体成膜室として、ｐ型半導体からなる薄膜を形成するためのｐ層成膜室及びｎ型半導体からなる薄膜を形成するためのｎ層成膜室を備え、前記ｐ層成膜室とｉ層成膜室との間に第１基材搬送室が設けられ、前記ｉ層成膜室と前記ｎ層成膜室との間に第２基材搬送室が設けられ、前記ｐ層成膜室、ｉ層成膜室、ｎ層成膜室の順に基材が搬送されるように構成されるとともに、前記第１基材搬送室には当該基材搬送室内に前記ｉ層成膜室から前記ｐ層成膜室に向かう方向の掃気用ガス流を形成する掃気手段が設けられ、前記第２基材搬送室には当該基材搬送室内に前記ｉ層成膜室から前記ｎ層成膜室に向かう方向の掃気用ガス流を形成する掃気手段が設けられていることを特徴とする成膜装置。
【請求項９】
第１の原料ガスが導入され、その第１の原料ガスを用いて基材上に第１の薄膜が形成される第１成膜室と、前記第１の原料ガスと異なる組成をもつ第２の原料ガスが導入され、その第２の原料ガスを用いて前記基材上に第２の薄膜が形成される第２成膜室と、前記第１成膜室と第２成膜室との間に設けられ、各成膜室に対して連通する状態と遮断される状態とに切換えられる基材搬送室とを備えるとともに、前記基材搬送室に、当該基材搬送室内に掃気用ガスを供給するための給気口と、当該基材搬送室内のガスを排気するための排気口とが設けられていることを特徴とする成膜装置。
【請求項１０】
請求項９記載の成膜装置において、前記給気口に、この給気口を通じて前記両成膜室に共通して用いられるガスまたは当該両成膜室での成膜に影響を与えないガスからなる掃気用ガスを基材搬送室内に供給するガス供給手段が接続され、前記排気口にこの排気口を通じて前記基材搬送室内のガスを排気するためのポンプが接続されていることを特徴とする成膜装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の成膜装置において、前記ガス供給手段は、前記基材搬送室と前記第１成膜室及び第２成膜室とに両成膜室で使用されるキャリアガスを供給するものであることを特徴とする成膜装置。
【請求項１２】
請求項１０または１１記載の成膜装置において、前記基材搬送室内の圧力を検出する圧力検出手段と、その検出された圧力を目標圧力に調節するための圧力調節手段とを備えたことを特徴とする成膜装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の成膜装置において、前記圧力調節手段は、前記排気口から排気されるガスの流量を変化させる流量調整部と、前記圧力検出手段により検出された圧力を目標圧力に近付けるように流量調整部を操作する演算制御部とを含むことを特徴とする成膜装置。
【請求項１４】
請求項９〜１３のいずれかに記載の成膜装置において、前記第１成膜室、第２成膜室のいずれか一方は真性半導体からなる薄膜を形成するための真性半導体成膜室、他方は不純物半導体からなる薄膜を形成するための不純物半導体成膜室であり、前記給気口が前記排気口よりも真性半導体成膜室に近い位置に設けられていることを特徴とする成膜装置。
【請求項１５】
請求項１４記載の成膜装置において、前記真性半導体成膜室として、ｉ型半導体からなる薄膜を形成するためのｉ層成膜室を備え、前記不純物半導体成膜室として、ｐ型半導体からなる薄膜を形成するためのｐ層成膜室及びｎ型半導体からなる薄膜を形成するためのｎ層成膜室を備え、前記ｐ層成膜室とｉ層成膜室との間に第１基材搬送室が設けられ、前記ｉ層成膜室と前記ｎ層成膜室との間に第２基材搬送室が設けられ、前記ｐ層成膜室、ｉ層成膜室、ｎ層成膜室の順に基材が搬送されるように構成されるとともに、各基材搬送室において前記排気口よりもｉ層成膜室に近い位置に前記給気口が設けられていることを特徴とする成膜装置。
【請求項１６】
請求項６〜１５のいずれかに記載の成膜装置において、前記成膜室として、前記基材の成膜面に対向する円筒面を有してこの円筒面の中心軸回りに回転する回転電極を具備するプラズマＣＶＤ装置が収容されているものを含むことを特徴とする成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマＣＶＤ等を用いて共通の基材に複数種の薄膜を形成する成膜装置及び成膜装置での汚染防止方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種分野において、共通の基材に複数種の半導体薄膜を形成するための技術開発が進められている。例えば薄膜太陽電池の場合、ガラス基板等からなる基材上に、例えばＳｎＯ2からなる透明電極と、アモルファス半導体薄膜と、Ａｇ等からなる金属電極とが順に積層されるとともに、前記アモルファス半導体薄膜として、ｐ型アモルファスシリコン薄膜（以下「ｐ層」と称する。）、ｉ型アモルファスシリコン（真性アモルファスシリコン）薄膜（以下「ｉ層」と称する。）、及びｎ型アモルファスシリコン薄膜（以下「ｎ層」と称する。）を順に積層した、いわゆるpin型半導体薄膜が一般に用いられるため、前記各薄膜を順に形成するための設備が必要になる。
【０００３】
従来、かかる設備として、例えば特開２０００−０３５７９８号公報に示されるような成膜装置が知られている。この装置は、ｐ層を形成するためのｐ層成膜室、ｉ層を形成するためのｉ層成膜室、およびｎ層を形成するためのｎ層成膜室が順に並べて配置されるとともに、ｐ層成膜室とｉ層成膜室との間、ｉ層成膜室とｎ層成膜室との間にそれぞれ基板搬送室が設けられ、基板が前記ｐ層成膜室→基板搬送室→ｉ層成膜室→基板搬送室→ｎ層成膜室の順に搬送されることにより、当該基板上にｐ層、ｉ層、ｎ層が順に重ねて形成されるようにしたものである。
【０００４】
ここで、前記各成膜室内及び基板搬送室内は、例えばポンプによる真空引きによって排気されるようになっており、かかる排気によって、隣接する成膜室同士の間で原料ガスが混じることによるコンタミネーション（汚染）が防がれるようになっている。例えば、ｐ層成膜室内に導入されるアクセプタ不純物が誤ってｉ層成膜室内に侵入すると、このｉ層成膜室で形成されるｉ層の純度が著しく低下することになるが、前記公報に示される装置では、ｐ層成膜室での成膜終了後、当該成膜室内及び次の基板搬送室内が排気されてから基板搬送が行われるので、ｐ層成膜室内で用いられたアクセプタ不純物がｉ層成膜室内に侵入することが確実に防止される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来装置では、各成膜室での成膜が終了する度に当該成膜室内とこれに隣接する基板搬送室内、さらには次の成膜室内を真空引きしなければならず、しかも、次の成膜室内に基板を搬入した後、当該成膜室内を所定の運転圧力まで昇圧させなければならない。従って、前記真空引き及び昇圧のために時間を費やさなければならず、その分サイクルタイムは長くなる。
【０００６】
特に近年は、比較的大気圧に近い運転圧力で高速成膜を行う手段として、前記公報にも示されるような回転電極を用いたプラズマＣＶＤ装置の開発が進められているが、前記のように成膜後に一旦成膜室及び基板搬送室内を排気する工程が入ると前記回転電極型プラズマＣＶＤ装置のメリットを十分に活かすことができない。
【０００７】
また、成膜後に成膜室内を排気すると、当該成膜に寄与せず成膜室内に残存した未反応のガスまで同成膜室内から除去されてしまうので、原料ガスのロスが多くなるという不都合もある。
【０００８】
以上のような不都合は、太陽電池の製造に限らず、使用原料ガスの異なる複数種の膜を積層する場合に広く発生し得る課題である。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑み、各成膜室内の真空引きを不要にしてサイクルタイムの短縮を図りながら、異種の原料ガスの混入に起因する汚染（コンタミネーション）を確実に防止することができる方法及び成膜装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する手段として、本発明は、第１の原料ガスが導入され、その第１の原料ガスを用いて基材上に第１の薄膜が形成される第１成膜室と、前記第１の原料ガスと異なる組成をもつ第２の原料ガスが導入され、その第２の原料ガスを用いて前記基材上に第２の薄膜が形成される第２成膜室と、前記第１成膜室と第２成膜室との間に設けられ、各成膜室に対して連通する状態と遮断される状態とに切換えられる基材搬送室とを備えた成膜装置において、前記両成膜室に共通して用いられるガスまたは当該両成膜室での成膜に影響を与えないガスからなる掃気用ガスを用いて基材搬送室内を掃気することにより、各成膜室での異種の原料ガスの混入に起因する汚染を防ぐものである。
【００１１】
この構成では、掃気ガスによる掃気、すなわち、基板搬送室内に掃気用ガスを通して同搬送室内から汚染の要因となるガスを追い出すことにより、当該汚染を防ぐようにしているので、従来のように成膜室内及び基板搬送室内を真空引きする方法と異なり、基本的に各成膜室内で大きな圧力操作（真空引き及びその後の昇圧操作）を行う必要がなく、その分サイクルタイムを短縮できる。特に、前記成膜室として、前記基材の成膜面に対向する円筒面を有してこの円筒面の中心軸回りに回転する回転電極を具備するプラズマＣＶＤ装置が収容されているものを含む装置においては、当該回転電極を用いたプラズマＣＶＤ装置によるメリット、すなわち、大気圧に近い運転圧力で高速成膜ができるというメリットを最大限に活かすことが可能となる。
【００１２】
また、成膜後に成膜室内に残存している原料ガスは次の成膜にそのまま活用できるので、原料ガスの消費量も削減できる。
【００１３】
前記掃気用ガスは、各成膜室での成膜に悪影響を及ぼさないものであればよい。例えば前記第１成膜室及び第２成膜室の双方に導入されるキャリアガスを用いれば、成膜装置全体において使用するガスの種類を減らすことにより当該装置の構成をより簡素化できる。
【００１４】
前記掃気のタイミングは、汚染を有効に防止できる範囲で適宜設定すればよい。例えば、成膜室と基材搬送室との間で基材を移送する工程と、掃気工程とを完全に分けて行うようにしてもよいし、前記第１成膜室から前記基材搬送室への基材搬入時、前記基材搬送室から第２成膜室への基材搬出時の少なくとも一方を含む期間内に前記基材搬送室内の掃気をするようにしてもよい。後者の場合には、基材移送と掃気とを同時並行で行うことにより、サイクルタイムをより短縮できる。そして、この場合でも、前記掃気用ガスの流れ方向の設定により、汚染をより確実に防止することが可能である。
【００１５】
例えば、前記基材搬送室内に第１成膜室、第２成膜室のいずれか一方の成膜室から他方の成膜室に向かう掃気用ガスの流れを形成しながら当該他方の成膜室と基材搬送室との間を連通して両室間での基材の移送を行うようにすれば、そのガス流れを利用して、前記成膜室から基材搬送室へ汚染の要因となる原料ガスが侵入するのを積極的に防ぐことができる。
【００１６】
また、前記第１成膜室、第２成膜室のいずれか一方は真性半導体からなる薄膜を形成するための真性半導体成膜室、他方は不純物半導体からなる薄膜を形成するための不純物半導体成膜室である場合、前記基材搬送室内では前記真性半導体成膜室から不純物半導体成膜室へ向かう方向の掃気用ガス流を形成するようにして当該基材搬送室内の掃気をすれば、前記掃気用ガスの流れにより、不純物半導体成膜室で使用される不純物ガスが基材搬送室側に流れ込むのを阻止することができ、これにより、当該不純物ガスが真性半導体成膜室内に侵入することに起因する汚染をより確実に防止することができる。
【００１７】
前記掃気手段を備えた成膜装置においては、前記基材搬送室内に前記真性半導体成膜室から不純物半導体成膜室へ向かう方向の掃気用ガス流を形成するように当該掃気手段を構成すればよい。
【００１８】
例えば、前記真性半導体成膜室として、ｉ型半導体からなる薄膜を形成するためのｉ層成膜室を備え、前記不純物半導体成膜室として、ｐ型半導体からなる薄膜を形成するためのｐ層成膜室及びｎ型半導体からなる薄膜を形成するためのｎ層成膜室を備え、前記ｐ層成膜室とｉ層成膜室との間に第１基材搬送室が設けられ、前記ｉ層成膜室と前記ｎ層成膜室との間に第２基材搬送室が設けられ、前記ｐ層成膜室、ｉ層成膜室、ｎ層成膜室の順に基材が搬送されるように構成された装置、すなわち、ｐｉｎ成膜を行う装置においては、前記第１基材搬送室に当該基材搬送室内に前記ｉ層成膜室から前記ｐ層成膜室に向かう方向の掃気用ガス流を形成する掃気手段を設け、前記第２基材搬送室には当該基材搬送室内に前記ｉ層成膜室から前記ｎ層成膜室に向かう方向の掃気用ガス流を形成する掃気手段を設けるようにすればよい。
【００１９】
前記掃気を行う装置としては、第１の原料ガスが導入され、その第１の原料ガスを用いて基材上に第１の薄膜が形成される第１成膜室と、前記第１の原料ガスと異なる組成をもつ第２の原料ガスが導入され、その第２の原料ガスを用いて前記基材上に第２の薄膜が形成される第２成膜室と、前記第１成膜室と第２成膜室との間に設けられ、各成膜室に対して連通する状態と遮断される状態とに切換えられる基材搬送室とを備えるとともに、前記基材搬送室に、当該基材搬送室内に掃気用ガスを供給するための給気口と、当該基材搬送室内のガスを排気するための排気口とが設けられているものが、好適である。
【００２０】
この装置において、前記給気口に、この給気口を通じて前記両成膜室に共通して用いられるガスまたは当該両成膜室での成膜に影響を与えないガスからなる掃気用ガスを基材搬送室内に供給するガス供給手段を接続し、前記排気口にこの排気口を通じて前記基材搬送室内のガスを排気するためのポンプを接続することにより、当該基材搬送室内に掃気用ガスを流す掃気手段を構築することができる。
【００２１】
ここで、前記ガス供給手段は、前記基材搬送室と前記第１成膜室及び第２成膜室とに両成膜室で使用されるキャリアガスを供給するものが、より好ましい。この構成によれば、簡素な構成で各成膜室へのキャリアガスの供給と基材搬送室内の掃気の双方を行うことができる。
【００２２】
さらに、前記基材搬送室内の圧力を検出する圧力検出手段と、その検出された圧力を目標圧力に調節するための圧力調節手段とを備えるようにすれば、前記掃気用ガスを利用して基材搬送室内を目標圧力に自動調節することが可能となり、当該目標圧力として例えば隣接する成膜室の運転圧力と等しい圧力を設定することにより、当該成膜室と基材搬送室との間での基材の移送をより円滑にすることができる。
【００２３】
ここで、前記圧力調節手段としては、前記排気口から排気されるガスの流量を変化させる流量調整部と、前記圧力検出手段により検出された圧力を目標圧力に近付けるように流量調整部を操作する演算制御部とを含むものが好適である。
【００２４】
この成膜装置において、前記第１成膜室、第２成膜室のいずれか一方は真性半導体からなる薄膜を形成するための真性半導体成膜室、他方は不純物半導体からなる薄膜を形成するための不純物半導体成膜室である場合には、前記給気口が前記排気口よりも真性半導体成膜室に近い位置に設けられている構成とすることにより、前記基材搬送室内に前記真性半導体成膜室から不純物半導体成膜室へ向かう方向の掃気用ガス流を形成することが可能であり、かかる向きのガス流によって、不純物半導体成膜室から真正半導体成膜室への不純物ガスの侵入をより確実に防ぐことが可能になる。
【００２５】
例えば、前記真性半導体成膜室として、ｉ型半導体からなる薄膜を形成するためのｉ層成膜室を備え、前記不純物半導体成膜室として、ｐ型半導体からなる薄膜を形成するためのｐ層成膜室及びｎ型半導体からなる薄膜を形成するためのｎ層成膜室を備え、前記ｐ層成膜室とｉ層成膜室との間に第１基材搬送室が設けられ、前記ｉ層成膜室と前記ｎ層成膜室との間に第２基材搬送室が設けられ、前記ｐ層成膜室、ｉ層成膜室、ｎ層成膜室の順に基材が搬送されるように構成された成膜装置、すなわち、ｐｉｎ成膜を行う装置においては、各基材搬送室において前記排気口よりもｉ層成膜室に近い位置に前記給気口が設けられている構成とすればよい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１に示す成膜装置は、アモルファスシリコン半導体を利用したｐｉｎ構造をもつ太陽電池を製造するためのものであり、例えばガラス基板からなる基材１４上にｐ層（ｐ型アモルファスシリコン薄膜からなる層）を形成するためのｐ層成膜室１０Ｐと、そのｐ層の上にｉ層（真性アモルファスシリコン薄膜からなる層）を形成するためのｉ層成膜室１０Ｉと、そのｉ層の上にｎ層（ｎ型アモルファスシリコン薄膜からなる層）を形成するためのｎ層成膜室１０Ｎとが順に並べて設置されている。
【００２８】
前記各成膜室１０Ｐ，１０Ｉ，１０Ｎ内には、それぞれ前記各層を形成するためのプラズマＣＶＤ装置が収容されている。その具体的構成を図２及び図３に示す。ただし、これら図２及び図３では、前記各成膜室１０Ｐ，１０Ｉ，１０Ｎを総称して成膜室１０としている。
【００２９】
図示の成膜室１０は、内部が密閉され、その底部にテーブル１１が設置されている。このテーブル１１上には基材搬送台１２が設けられ、この基材搬送台１２は後述の回転電極１８の回転中心軸と直交する方向（図２では左右方向）にスライド駆動されるようになっている。この基材搬送台１２は、基材１４を上方に露出させた状態で保持しながらスライド駆動される。従って、この基材搬送台１２及び前記テーブル１１によって、基材１４を走査する送り手段が構成されている。
【００３０】
回転電極１８は、前記基材搬送台１２のすぐ上方に設けられている。その高さ位置は、回転電極１８の周面と基材１４との間にプラズマＣＶＤを実行するのに適した隙間（例えば0.1mm〜１mm）が保たれるように設定されている。
【００３１】
回転電極１８は、中空で略円柱形状の電極本体を有し、その中心部を軸方向に回転軸１６が貫通している。この回転軸１６の両端は、成膜室１０内に設けられた一対の軸受台１３によって回転可能に支持されている。回転軸１６の一端は、成膜室１０に固定されたモータ７３（図３）の出力軸にカップリング７４を介して連結され、このモータ７３の作動によって回転電極１８全体が高速で回転駆動されるようになっている。
【００３２】
前記回転軸１６は、電気接続部材１７及び成膜室外側の共振器１９を介して高周波電源１５に接続されている。そして、この高周波電源１５から前記共振器１９及び電気接続部材１７を通じて回転電極１８に成膜用の高周波電圧が印加されるようになっている。なお、この電源には直流電源を使用することも可能である。
【００３３】
このようなプラズマＣＶＤ装置において、モータ７３の作動により回転電極１８を回転させながら、前記回転電極１８に高周波電力（直流電力でもよい）を印加して当該回転電極１８と基材１４との間にプラズマを発生させながら、適当な原料ガス（例えばｉ層成膜室１０ＩではＳｉＨ4等）及びキャリアガス（例えばＨｅ）を成膜室１０内に導入すると、これらのガスは前記回転電極１８の高速回転によって当該回転電極１８と基材１４との間に巻き込まれ、プラズマ２２に導かれて化学反応を起こす。これと同時に、基材１４が基材搬送台１２とともに回転電極１８の回転軸方向と直交する方向に走査されることにより、基材１４上に所定の薄膜が形成されることになる。
【００３４】
各成膜室１０Ｐ，１０Ｉ，１０Ｎには、図１に示すようなキャリアガスボンベ２０からキャリアガス供給ライン２１を通じて適宜キャリアガスが供給されるとともに、図略の反応ガスボンベから反応ガス供給ラインを通じて各成膜室に共通して使用される反応ガス（例えばＳｉＨ4とＨ2の混合ガス）が適宜供給される。これに加え、ｐ層成膜室１０Ｐに対してはアクセプタガス（例えばＢ2Ｈ6）が適宜供給される一方、ｎ層成膜室１０Ｎに対してはドナーガス（例えばＰＨ3）が適宜供給されるように構成されている。
【００３５】
すなわち、ｉ層成膜室１０Ｉにおいては、前記共通反応ガスがそのまま原料ガスを構成し、ｐ層成膜室１０Ｐにおいては、前記共通反応ガスとアクセプタガスとで原料ガスが構成され、ｎ層成膜室１０Ｎにおいては、前記共通反応ガスとドナーガスとで原料ガスが構成される。
【００３６】
前記ｐ層成膜室１０Ｐとｉ層成膜室１０Ｉとの間には第１基材搬送室（第１基材搬送室）３０Ａが設けられ、ｉ層成膜室１０Ｉとｎ層成膜室１０Ｎとの間には第２基材搬送室３０Ｂが設けられている。さらに、ｐ層成膜室１０Ｐの基材搬入口、ｐ層成膜室１０Ｐと第１基材搬送室３０Ａとの間、第１基材搬送室３０Ａとｉ層成膜室１０Ｉとの間、ｉ層成膜室１０Ｉと第２基材搬送室３０Ｂとの間、第２基材搬送室３０Ｂとｎ層成膜室１０Ｎとの間、及びｎ層成膜室１０Ｎの搬出口には、それぞれゲートバルブ２２，２３，２４，２５，２６，２７が設けられている。これらのゲートバルブ２２〜２７は空気圧により開閉駆動され、その配設位置で基材の搬送路を連通状態と遮断状態とに切換える。
【００３７】
さらに、この装置の特徴として、各基材搬送室３０Ａ，３０Ｂには、給気口３２、排気口３４、及び圧力計（圧力検出手段）３６が設けられている。給気口３２は、基材搬送室３０Ａ，３０Ｂのいずれにおいてもｉ層成膜室１０Ｉ寄りの位置に設けられ、排気口３４は、第１基材搬送室３０Ａにおいてはｐ層成膜室１０Ｐ寄りの位置に、第２基材搬送室３０Ｂにおいてはｎ層成膜室１０Ｎ寄りの位置に、それぞれ設けられている。
【００３８】
前記各給気口３２は、入口バルブ３２Ｖ及び絞り弁３２Ｆを介して前記キャリアガス供給ライン２１に接続されている。換言すれば、前記各給気口３２には、キャリアガスボンベ２０及びキャリアガス供給ライン２１を含むキャリアガス供給手段がそれぞれ接続されている。前記入口バルブ３２Ｖは、空気圧により開閉作動し、絞り弁３２Ｆはキャリアガスの供給流量を一定に保持する機能をもつ。
【００３９】
一方、各排気口３４は、出口バルブ３４Ｖ、流量調整弁（流量調整部）３４Ｆ、及び排気用ポンプ３８を介して図略の排気ラインに接続されている。前記出口バルブ３４Ｖは、空気圧により開閉作動し、流量調整弁３４Ｆは電気信号の入力によって排気流量を変化させる。
【００４０】
圧力計３６は、各基材搬送室３０Ａ，３０Ｂ内の圧力を検出するものであり、その検出信号はコンピュータを含む演算制御装置４０に入力される。この演算制御装置４０は、次のような制御動作を行う。
【００４１】
Ａ）前記各バルブ（ゲートバルブや開閉バルブ）を駆動するための空気圧回路に設けられた電磁弁に制御信号を出力することにより、各バルブの開閉動作を予め定められた順序に従ってシーケンス制御する。
【００４２】
Ｂ）後述の掃気時（入口バルブ３２Ｖ及び出口バルブ３４Ｖの双方を開弁する時）においては、流量調整弁３４Ｆに制御信号を入力することにより、圧力計３６の検出する圧力を予め定められた目標圧力（各成膜室における運転圧力と同等の圧力）に近付けるように排気流量をフィードバック制御する。
【００４３】
次に、この演算制御装置４０の行うシーケンス制御による成膜手順を次の表１及び表２も併せて参照しながら説明する。なお、表１はｐ層成膜開始からｉ層成膜までの工程、表２はｉ層成膜からｎ層成膜終了までの工程をそれぞれ示している。
【表１】
0004763922.tif 000002
【表２】
0004763922.tif 000003
【００４４】
１）ｐ層成膜
ゲートバルブ２２を開き、図略の基材導入室からｐ層成膜室１０Ｐ内に基材１４を搬入する。搬入後にゲートバルブ２２を閉じて同室１０Ｐ内を密閉し、反応ガス（例えばＳｉＨ4とＨ2との混合ガス）、アクセプタガス（例えばＢ2Ｈ6）、及びキャリアガス（例えばＨｅ）を導入して室内を所定の圧力（例えば200Torr）にするとともに、回転電極１８に高周波電圧を印加して基材１４との間にプラズマを発生させる。このプラズマで前記ガスは化学反応を起こし、その結果、基材１４上にｐ型アモルファスシリコン薄膜（ｐ層）が形成される。
【００４５】
２）ｐ層成膜室１０Ｐから第１基材搬送室３０Ａへの基材搬入
ゲートバルブ２３を開き、ｐ層成膜後の基材１４をｐ層成膜室１０Ｐ内から第１基材搬送室３０Ａ内に搬入した後、前記ゲートバルブ２３を閉じて第１基材搬送室３０Ａ内を両成膜室１０Ｐ，１０Ｉから遮断する。この基材搬入の際、ｐ層成膜室１０Ｐ内に残存するアクセプタガス（ｐ型不純物ガス）が第１基材搬送室３０Ａ内に侵入するおそれが高いので、当該不純物ガスが次のｉ層成膜室１０Ｉ内に侵入しないように下記の掃気工程を行う。
【００４６】
３）掃気工程
まず、入口バルブ３２Ｖを開いてキャリアガスを給気口３２から第１基材搬送室３０Ａ内に導入し、次いで出口バルブ３４Ｖを開いて排気口３４から室内の排気を行う。このようなキャリアガスの導入と排気とが同時に行われることにより、第１基材搬送室３０Ａ内には前記給気口３２から排気口３４へ至るキャリアガスの流れ（すなわちｉ層成膜室１０Ｉからｐ層成膜室１０Ｐへ向かう方向のキャリアガスの流れ）が形成され、このキャリアガスの流れによって第１基材搬送室３０Ａ内が掃気される（すなわち不純物ガスの除去が行われる）。さらに、この掃気工程中に圧力計３６によって室内圧力を検出し、当該検出圧力を目標圧力に保つように流量調整弁３４Ｖでの排気流量を制御する。
【００４７】
このような掃気工程を十分に行ってから（すなわち掃気工程を完了してから）、次の基材搬出工程に移行してもよいのであるが、この実施の形態では、サイクルタイムの短縮を図るため、前記掃気工程の途中で同工程と並行して次の基材搬出工程に移行する。
【００４８】
４）第１基材搬送室３０Ａからｉ層成膜室１０Ｉへの基材搬出
ゲートバルブ２４を開き、第１基材搬送室３０Ａ内の基材１４をｉ層成膜室１０Ｉ内へ搬出する。この基材搬出の際、掃気工程の途中であって仮に微量のアクセプタガスが第１基材搬送室３０Ａ内に存在していたとしても、上述のように、第１基材搬送室３０Ａ内ではｉ層成膜室１０Ｉ側からｐ層成膜室１０Ｐ側に向かうキャリアガスの流れが形成されているので、前記アクセプタガスがｉ層成膜室１０Ｉ側に侵入することが確実に防がれ、当該アクセプタガスの混入による汚染（コンタミネーション）は確実に防止される。また、従来のように基材搬送室内を排気して汚染防止をするのではなく、前記掃気工程によって汚染防止を行っており、しかもこの実施の形態では当該掃気工程中における基材搬送室内圧力を目標圧力（ｉ層成膜室１０Ｉでの運転圧力と同等の圧力）に保つようにしているので、ｉ層成膜室１０Ｉ内を圧力操作する必要がなく、第１基材搬送室３０Ａ内の基材１４をそのまま円滑にｉ層成膜室１０Ｉ内へ搬出することができる。
【００４９】
５）ｉ層成膜
ゲートバルブ２４を閉じ、ｉ層成膜室１０Ｉ内を密閉する。そして、同成膜室１０Ｉ内に反応ガス（例えばＳｉＨ4とＨ2との混合ガス）及びキャリアガス（例えばＨｅ）を導入し、かつ、回転電極１８に高周波電圧を印加することにより、ｐ層成膜と同様にして、ｐ層上に重ねてｉ層成膜を行う。その際、上述のように、ｐ層成膜室１０Ｐで使用されるアクセプタガス（不純物ガス）がｉ層成膜室１０Ｉ内に侵入することが確実に防止されているので、この工程では極めて純度の高いｉ層（真性アモルファスシリコン薄膜からなる層）を形成することができる。
【００５０】
６）ｉ層成膜室１０Ｉから第２基材搬送室３０Ｂへの基材搬入
ゲートバルブ２５を開き、ｉ層成膜後の基材１４をｉ層成膜室１０Ｉ内から第２基材搬送室３０Ｂ内に搬入した後、前記ゲートバルブ２５を閉じて第２基材搬送室３０Ｂ内を両成膜室１０Ｐ，１０Ｉから遮断する。その後、次の掃気工程を開始し、続けてｎ層成膜室１０Ｎへの基材搬出工程を行う。
【００５１】
７）掃気工程
前述の「３）掃気工程」と全く同様にして第２基材搬送室３０Ｂに対するキャリアガスの導入と排気とを同時に行い、給気口３２から排気口３４へ至るキャリアガスの流れを形成する。この第２基材搬送室３０Ｂにおいても、給気口３２は排気口３４よりもｉ層成膜室１０Ｉに近い位置に設けられているので、前記キャリアガスはｉ層成膜室１０Ｉからｎ層成膜室１０Ｎへ向かう方向に流れることになる。さらに、この掃気工程中に圧力計３６によって室内圧力を検出し、当該検出圧力を目標圧力（ｎ層成膜室１０Ｉにおける運転圧力と同等の圧力）に保つように流量調整弁３４Ｖでの排気流量を制御する。
【００５２】
８）第２基材搬送室３０Ｂからｎ層成膜室１０Ｎへの基材搬出
前記掃気中にゲートバルブ２６を開き、第２基材搬送室３０Ｂ内の基材１４をｎ層成膜室１０Ｎ内へ搬出する。このとき、第２基材搬送室３０Ｂ内には前記ｎ層成膜室１０Ｎに向かう方向のキャリアガスの流れが形成されているので、仮にｎ層成膜室１０Ｎ内にドナーガス（ｎ型不純物ガス）が存在したとしても当該不純物ガスが第２基材搬送室３０Ｂ内に侵入することが阻止され、従って当該ドナーガスがｉ層成膜室１０Ｉに侵入することによる汚染（コンタミネーション）が確実に防止される。また、ここでも、前記掃気工程中に基材搬送室内圧力を目標圧力（ｎ層成膜室１０Ｎでの運転圧力と同等の圧力）に保つ制御が行われているので、ｎ層成膜室１０Ｎ内を圧力操作する必要がなく、第２基材搬送室３０Ｂ内の基材１４をそのまま円滑にｎ層成膜室１０Ｎ内へ搬出することができる。
【００５３】
９）ｎ層成膜
ゲートバルブ２６を閉じてｎ層成膜室１０Ｎ内を密閉し、反応ガス（例えばＳｉＨ4とＨ2との混合ガス）、ドナーガス（例えばＰＨ3）、及びキャリアガス（例えばＨｅ）を導入して室内を所定の圧力（例えば200Torr）にするとともに、回転電極１８に高周波電圧を印加して基材１４との間にプラズマを発生させる。このプラズマで前記ガスは化学反応を起こし、その結果、基材１４上にｎ型アモルファスシリコン薄膜（ｎ層）が形成される。
【００５４】
以上、ｐｉｎ成膜を行う装置について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、図４に示すようにｐ層成膜室１０Ｐ及びｎ層成膜室１０Ｎのみを備え、その間に基材搬送室３０が介設されたｐｎ成膜装置にも、本発明を有効に適用することができる。
【００５５】
この装置においても、ｐ層成膜室１０Ｐから基材搬送室３０内に基材１４を搬入した後、掃気工程を行うことにより、ｐ層成膜室１０Ｐから基材搬送室３０内に侵入したアクセプタガスを基材搬送室３０から除去することができ、このアクセプタガスがｎ層成膜室１０Ｎ側に侵入することによる汚染（コンタミネーション）を防止することができる。また、図示のように給気口３２を排気口３４よりもｐ層成膜室１０Ｐに近い位置に設け、ｐ層成膜室１０Ｐからｎ層成膜室１０Ｎに向かう方向のキャリアガスの流れを形成するようにして、当該ガス流れを形成しながらゲートバルブ２６を開いて基材搬送室１０Ｎ内に基材１４を搬出するようにすれば、当該基材搬出時にｎ層成膜室１０Ｎ内のドナーガスが基材搬送室３０側に侵入するのを防ぐことができるため、その分、当該基材搬出後の基材搬送室３０内の掃気時間を短縮でき、あるいは当該掃気を省略することが可能であり、これによってサイクルタイムの更なる短縮を図ることが可能となる。
【００５６】
逆に、ｎ層成膜室１０Ｎからｐ層成膜室１０Ｐへ向かう掃気用ガス流を形成する場合には、そのガス流形成と平行してゲートバルブ２３を開き、ｐ層成膜室１０Ｐから基材搬送室３０内への基材搬入を行うようにすればよい。
【００５７】
その他、本発明は次のような実施の形態をとることも可能である。
【００５８】
▲１▼  各成膜室で成膜する半導体薄膜としては、前記アモルファスシリコン薄膜に限らず、例えば水素化アモルファスシリコン薄膜、ＳｉＣ薄膜（ｐ層用）、ＳｉＧｅ薄膜（ｉ層用）などの他の半導体薄膜であってもよい。
【００５９】
▲２▼  前記実施形態では、ｐ層→ｉ層→ｎ層の順に成膜を行うものを示したが、要求される膜構造によっては、ｎ層→ｉ層→ｐ層の順に成膜を行うようにしてもよい。また、pin成膜を複数層重ねたタンデム型の膜形成にも応用することができる。
【００６０】
▲３▼  本発明では、回転電極を用いたプラズマＣＶＤ以外の手段、例えば平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用いた成膜装置や、磁場中でサイクロトロン運動している電子にその運動周期に共鳴する変動電場（電磁波）を印加することでプラズマの発生、維持を行うＥＣＲ（electron cycrotron resonance）プラズマＣＶＤ装置、アルゴンガスを高周波誘導コイルによってプラズマ化するＩＣＰ（Inductive Coupled Plasma）ＣＶＤ装置などの適用が可能である。また、プラズマＣＶＤ装置を具備した成膜室に加え、他の手法による成膜（例えばスパッタリングやクリーニング）を行う成膜室を適宜付加することも自由である。
【００６１】
ただし、図示のような回転電極１８を用いたプラズマＣＶＤ装置では、大気圧に近い運転圧力で高速成膜を実現できる利点があり、しかも、本発明の適用によって当該利点を最大限に活かすことが可能となる。
【００６２】
▲４▼  掃気用ガスとしては前記のようなキャリアガスに限らず、汚染の原因とならない（すなわち成膜に無害の）ガスを適宜選定すればよい。具体的には、前記ヘリウム、アルゴン、窒素、キセノン、ネオン、空気、酸素、６フッ化硫黄、水素などを含むガス群の中から適当なものを任意選定して使用することが可能である。
【００６３】
▲５▼  表１及び表２の例では、第１基材搬送室３０Ａの掃気工程中に同室３０Ａからｉ層成膜室１０Ｉへの基材搬出をし、また、第２基材搬送室３０Ｂの掃気工程中に同室３０Ｂからｎ層成膜室１０Ｎへの基材搬出をするようにしているが、例えば第１基材搬送室３０Ａの掃気工程中にｐ層成膜室１０Ｐから第１基材搬送室３０Ａへの基材搬入を行うようにしたり、第２基材搬送室３０Ｂの掃気工程中にｉ層成膜室１０Ｉから第２基材搬送室３０Ｂへの基材搬入を行うようにしても、掃気用ガスの流れを利用して汚染防止を図りながらサイクルタイムの短縮を図ることが可能である。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように本発明は、第１成膜室から基材搬送室を通じて第２成膜室へ基材を搬送するにあたり、前記基材搬送室内を適当な掃気用ガスで掃気することにより、各成膜室に異種の原料ガスが混入するのを防ぐようにしたものであるので、各成膜室内の真空引きを不要にしてサイクルタイムの短縮を図りながら、異種の原料ガスの混入に起因する汚染（コンタミネーション）を確実に防止することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる成膜装置であってｐｉｎ成膜を行う装置の例を示す全体構成図である。
【図２】前記成膜装置における各成膜室内の構成を示す断面正面図である。
【図３】前記各成膜室内の構成を示す断面側面図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる成膜装置であってｐｎ成膜を行う装置の例を示す全体構成図である。
【符号の説明】
１０Ｐ  ｐ層成膜室
１０Ｉ  ｉ層成膜室
１０Ｎ  ｎ層成膜室
１４  基材
１８  回転電極
２０  キャリアガスボンベ（キャリアガス供給手段を構成）
２１  キャリアガス供給ライン（キャリアガス供給手段を構成）
２２〜２７  ゲートバルブ
３０  基材搬送室
３０Ａ  第１基材搬送室
３０Ｂ  第２基材搬送室
３２  給気口
３４  排気口
３４Ｆ  流量調整弁（流量調整部）
３６  圧力計（圧力検出手段）
３８  排気用ポンプ
４０  演算制御装置（演算制御部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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