(57)【要約】【課題】  長尺帯状部材が処理室内を通過する際に起こる変形を防止し、堆積膜形成時のプラズマ放電を安定させ堆積堆積膜の膜厚や特性の均一性を向上させる。【解決手段】  非処理基板として帯状部材を用い、複数個連結された該処理室内を、該基板を順次通過させながら処理を行う堆積膜形成装置において、該基板の平坦性保持力を高める塑性変形を与える加工を施す工程を有することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非処理基板として帯状部材を用い、複数個連結された該処理室内を、該基板を順次通過させながら処理を行う堆積膜形成方法において、該基板の平坦性保持力を高める塑性変形を与える加工を施す手段を有することを特徴とする堆積膜形成方法。
【請求項２】
前記塑性変形が、基板搬送方向と非平行に線状の凸凹状の加工であることを特徴とする請求項１に記載の堆積膜形成方法。
【請求項３】
前記塑性変形が、基板搬送方向と非平行に折り目状の加工であることを特徴とする請求項１に記載の堆積膜形成方法。
【請求項４】
前記塑性変形工程は、堆積膜形成工程前に加工が施されることを特徴とする請求項１に記載の堆積膜形成方法。
【請求項５】
帯状部材長手方向における前記塑性加工間の距離が、前記処理室の長さに対し同じかまたは短いことを特徴とする請求項１に記載の堆積膜形成方法。
【請求項６】
前記塑性変形工程は、高低差が少なくとも基板の厚さ以上となる塑性変形を基板に加える工程であることを特徴とする請求項１に記載の堆積膜形成方法。
【請求項７】
前記処理室における処理はプラズマ処理であり、プラズマを使った処理手段は少なくとも第１の電極と第２の電極との距離もしくは電極とターゲットとの距離が１５ｍｍ以下で処理を行うことを特徴とする請求項６に記載の堆積膜形成方法。
【請求項８】
非処理基板として帯状部材を用い、複数個連結された該処理室内を、該基板を順次通過させながら処理を行う堆積膜形成装置において、該基板の平坦性保持力を高める塑性変形を与える加工を施す手段を有することを特徴とする堆積膜形成装置。
【請求項９】
前記塑性変形が、基板搬送方向と非平行に線状の凸凹状の加工であることを特徴とする請求項８に記載の堆積膜形成装置。
【請求項１０】
前記塑性変形が、基板搬送方向と非平行に折り目状の加工であることを特徴とする請求項８に記載の堆積膜形成装置。
【請求項１１】
前記塑性変形加工手段は、少なくとも一つの堆積膜形成用の処理室よりも前に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の堆積膜形成装置。
【請求項１２】
帯状部材長手方向における前記塑性加工間の距離が、前記処理室の長さに対し同じかまたは短いことを特徴とする請求項８に記載の堆積膜形成装置。
【請求項１３】
前記塑性変形は、高低差が少なくとも基板の厚さ以上であることを特徴とする請求項８に記載の堆積膜形成装置。
【請求項１４】
前記処理室は内部に、プラズマを使った処理手段を有することを特徴とする請求項８に記載の堆積膜形成装置。
【請求項１５】
前記プラズマを使った処理手段は少なくとも第１の電極と第２の電極、又はターゲットを有し電極間距離もしくは電極−ターゲット間距離が１５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１４に記載の堆積膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマＣＶＤ法やマグネトロンスパッタ法等で帯状部材上に堆積膜を形成する際に、長尺帯状部材の変形を防止し堆積膜形成時のプラズマ放電を安定させ堆積堆積膜の膜厚や特性の均一性を向上させるための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非処理基板として帯状部材を使った堆積膜形成装置として、例えば特許文献１には、ロール・ツー・ロール（Ｒｏｌｌ  ｔｏ  Ｒｏｌｌ）方式を採用した連続プラズマＣＶＤ法が開示されている。この方法によれば、複数の処理室を連結し、基板としての長尺の帯状部材を複数の処理室を通過させ、各々の処理室において所望の材料ガスを導入しながらグロー放電を生起し、必要とされる導電型の半導体堆積膜を順次形成し、半導体接合を有する素子を連続形成することができるとされている。
【０００３】
また特許文献２では、半導体層成膜条件として材料ガスの希釈条件、成膜圧力条件を所定範囲内とし、さらにＣＶＤ反応室内に基板が設置された電極と相対向する電極との距離を８ｍｍ以上１５ｍｍ以下とすることでプラズマを電極間に効率よく閉じ込め堆積速度を向上させる手法が開示されている。
【０００４】
また、特許文献３では、多数の細かい凸凹を有する帯状基材に堆積膜を密着性良く形成する為の装置が開示されている。
【０００５】
また、特許文献４では、線状の凸凹を有する不透明基板へ形成された光起電力素子が開示されている。
【特許文献１】米国特許第４、４００、４０９号明細書
【特許文献２】特許第３０４６９６５号公報
【特許文献３】特開平９−１０４９６８号公報
【特許文献４】特開平９−２９３８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記帯状部材は通常ボビン等にロール上に巻かれた状態でハンドリングされるが、タクトを向上させるためには、帯状部材の厚さはできるだけ薄くし一巻あたりの巻き数増やしロール長を長くすることが望ましい。通常その厚さは１ｍｍ以下、望ましくは０．２ｍｍ以下とする場合が多い。しかしながら上記ロール・ツー・ロール型装置において長尺の帯状部材を設置する際、巻きだし側と巻取り側との間にて張力を与え帯状部材を長手方向へ引っ張っているものの、連結された各々の処理室における処理温度の違い等から部材長手方向における温度分布の違いが発生し、局所的に部材の膨張率が異なるために変形し部材を平坦な状態に維持することが困難であった。例えば図２に示すように、特に長手方向に平行な方向に波打ったしわ状の変形となって発生しやすく、長手方向の温度差が５０℃乃至２００℃程度ある場合で高低差の最大値が５ｍｍ程度になる場合もあり、これが原因で基板と放電電極との距離が部材幅方向にて不均一になりやすかった。さらに帯状部材を長手方向に一定速度にて搬送しながら成膜を行う場合、前記しわ状の変形が移動するに伴いしわ形状が時系列的に変化するため帯状部材が面垂直方向に振動し放電が不安定になる問題があった。これらのことは特に放電電極間距離を短くする、すなわち１５ｍｍ以下で堆積膜形成を行う場合、部材変形により部材変形の度合いが無視できなくなり、堆積膜成膜時において特に帯状部材幅方向における放電電極間距離を一定値に管理することが困難であった。
【０００７】
前記多数の細かい凸凹を有する帯状基材を使う手法では、多孔質状帯材や網目状帯材（布等）が使用されており、基板全面に渡りランダムに凸凹形状が形成されている系であるが故、基板の平坦性を高める形状とはいえず温度差等による変形を抑制することが困難であった。
【０００８】
前記線状の凸凹を有する不透明基板を使う手法では、該凸凹のピッチが０．５から２０μｍで非常に細かいことや、凸凹の粗さの高低差が最大で６００ｎｍ程度と非常に起伏が小さいものであるが故、基板の平坦性を高める形状とはいえず温度差等による変形を抑制することが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、従来技術における上述の諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、完成に至ったものである。
【００１０】
本発明の堆積膜形成方法においては、非処理基板として帯状部材を用い、複数個連結された該処理室内を、該基板を順次通過させながら処理を行う堆積膜形成方法において、該基板の平坦性保持力を高める塑性変形を与える加工を施す手段を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の堆積膜形成方法においては、前記塑性変形が、基板搬送方向と非平行に線状の凸凹状の加工であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の堆積膜形成方法においては、前記塑性変形が、基板搬送方向と非平行に折り目状の加工であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の堆積膜形成方法においては、前記塑性変形工程は、堆積膜形成工程前に加工が施されることを特徴とする。
【００１４】
本発明の堆積膜形成方法においては、帯状部材長手方向における前記塑性加工間の距離が、前記処理室の長さに対し同じかまたは短いことを特徴とする。
【００１５】
本発明の堆積膜形成方法においては、前記塑性変形工程は、高低差が少なくとも基板の厚さ以上となる塑性変形を基板に加える工程であることを特徴とする。
【００１６】
本発明の堆積膜形成方法においては、前記処理室における処理はプラズマ処理であり、プラズマを使った処理手段は少なくとも第１の電極と第２の電極との距離もしくは電極とターゲットとの距離が１５ｍｍ以下で処理を行うことを特徴とする。
【００１７】
本発明の堆積膜形成装置においては、非処理基板として帯状部材を用い、複数個連結された該処理室内を、該基板を順次通過させながら処理を行う堆積膜形成装置において、該基板の平坦性保持力を高める塑性変形を与える加工を施す手段を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明の堆積膜形成装置においては、前記塑性変形が、基板搬送方向と非平行に線状の凸凹状の加工であることを特徴とする。
【００１９】
本発明の堆積膜形成装置においては、前記塑性変形が、基板搬送方向と非平行に折り目状の加工であることを特徴とする。
【００２０】
本発明の堆積膜形成装置においては、前記塑性変形加工手段は、少なくとも一つの堆積膜形成用の処理室よりも前に設けられていることを特徴とする。
【００２１】
本発明の堆積膜形成装置においては、帯状部材長手方向における前記塑性加工間の距離が、前記処理室の長さに対し同じかまたは短いことを特徴とする。
【００２２】
本発明の堆積膜形成装置においては、前記塑性変形は、高低差が少なくとも基板の厚さ以上であることを特徴とする。
【００２３】
本発明の堆積膜形成装置においては、前記処理室は内部に、プラズマを使った処理手段を有することを特徴とする。
【００２４】
本発明の堆積膜形成装置においては、前記プラズマを使った処理手段は少なくとも第１の電極と第２の電極、又はターゲットを有し電極間距離もしくは電極−ターゲット間距離が１５ｍｍ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の方法および装置を用いることで、プラズマＣＶＤ法やマグネトロンスパッタ法等で帯状部材上に堆積膜を形成する際に、特に基板−電極間距離もしくは基板−ターゲット間距離が１５ｍｍ以下の構成において、厚さ１ｍｍ以下の比較的薄い長尺帯状部材が処理室内を通過する際に起こる変形を防止し、堆積膜形成時のプラズマ放電を安定させ堆積堆積膜の膜厚や特性の均一性を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明における帯状部材とは、ステンレスおよびその合金、アルミニウムおよびその合金、ポリイミド等の樹脂が考えられるが、厚さが１ｍｍ以下に圧延が可能もしくは形成が可能で、かつ１００℃以下の温度にて塑性変形可能であり、ボビン等にコイル状に重ねて巻きロールにすることが可能な材質であれば良く、特にこれらに限られたものではない。特に導電性を有する材質で帯状部材を構成した場合、プラズマ放電空間内において電力印加電極を第１の電極とすれば、前記帯状部材は対向電極として第２の電極としての機能も有する。
【００２７】
本発明における平坦性保持力を高める塑性変形とは、帯状部材が幅方向に波うってしわ状に変形してしまうことを抑制し部材の幅方向平坦性をより一層確保維持しうる塑性変形を意味しており、例えば図１に示すように断面がＶ字型形状の溝が部材幅方向に連続的に形成されている状態である。この塑性変形は、断面形状がＶ字型に限ったものではなく図４に示すような矩形型や図５に示すような円弧型であっても良い。また、図６に示すように幅方向にＳ次曲線を描きながら形成されていても良いし、図７に示すように幅方向に弓状に曲線を描きながら形成されていても良い。いずれにせよ帯状部材が幅方向にしわ状に変形することを抑制可能な保持力が生成されるよう幅方向に向かって連続的にほぼ同様の形状が線状に繋がった状態で形成されていれば良く、特に形状はこれらに限定されない。さらに前記塑性変形は、帯状部材幅方向全域に渡って変形を抑制させたい場合には、幅方向に連続的に繋がった線状長さが帯状部材幅長さだけ形成されることが望ましいが、幅方向の特定部分、例えば中心部分のみにおいて変形を抑制したい場合には、前記塑性変形は幅方向中心部分にのみ形成されても良く、すなわち前記線状長さも帯状部材幅長よりも短く形成されても良い。さらに前記塑性変形は、線状長さが帯状部材幅長よりも短い変形が、複数組み合わさった形状でもよいし、異なった線状長さの塑性変形を組み合わせた形状であっても良い。いずれにせよ、帯状部材の幅方向の中で変形を抑制したい部分にしわ状に変形することを抑制可能な保持力が生成されるような形状が形成されていれば良く、形状はとくにこれらに限られたものではない。
【００２８】
ロール・ツー・ロール方式プラズマＣＶＤ装置の送出し処理室内の状態を示すと例えば図１のようになる。ボビン１０２にコイル状に巻かれたロール状帯状部材１０１が、不図示の巻取り処理室ボビンとの間で所定値の張力を以って張られた状態でローラー１０３を介して図面右方向へ送出される様子を示している。同帯状部材はこの後成膜処理室を通過し堆積膜形成が行われる。ここでロール１０３は、あたり面スラスト方向に断面形状がＶ字型をした塑性変形形成治具１０５が備えられており、前期ローラーを通過する際に同形状が帯状部材に塑性変形を伴って転写されるように構成されている。一般的にロール・ツー・ロール方式の装置においては、その内部に上記ローラーのような部材が設置されている場合が多く、堆積膜形成を行う前すなわちローラーを通過する際に塑性変形を形成すればタクトに無駄がないので、別途装置にて予め塑性変形加工を施しておく手法に比べてスループットが極めて優れるといった利点がある。また塑性変形形成治具は、図１ではローラー円筒周部に１個設置しているが、周部に複数個設置しても良いし、その場合特に同一の形状である必要もない。例えば、Ｖ字型と円弧型のものを組み合わせても差し支えない。塑性変形形成治具の材質としては、ステンレス、アルミニウムまたはそれらの合金や樹脂材等が考えられるが、帯状部材に対し塑性変形を施すことが可能な硬さを有していれば特にこれらに限定されない。
【００２９】
本発明における塑性加工間の距離とは、線状塑性変形どうしの間隔（ピッチ）を指し、帯状部材が処理室を通過する際、少なくとも１つ以上の塑性変形部分が存在することが望ましい。したがって、適宜その距離は選定されれば良いが、最大で処理室の長さ同等となる。処理室塑性変形の変形度合い、すなわち凸凹の高低差としては、最低限使用する帯状部材厚さよりも大きな値を持つよう変形させることが望ましい。同部材厚さ以下の変形では、部材幅方向平坦性保持力を生起させることが困難である。また高低差は大きくなるほど同保持力は大きくなるが、その凸凹により処理室通過時の電極との距離差が大きくなってプラズマ放電の均一性を妨げてしまう。したがって使用する装置の基板−電極間距離等の違いに応じて必要な保持力が得られるよう最低限の高低差を調整または選定し塑性変形を施すことが望ましい。
【００３０】
本発明におけるプラズマを使った処理手段とは、プラズマＣＶＤ、マグネトロンスパッタ等の対向する電極を有するプラズマ放電処理プロセス全般を指しており、帯状部材等の比較的機械的強度が劣る薄い部材を基板として用い、同基板を処理するために放電空間を通過する際に同基板の変形が放電のちらつき、スパーク等の異常放電を引き起こすプラズマプロセスを含む。対向電極の電極間距離もしくは基板−ターゲット距離が短くなり１５ｍｍ以下の距離になってくると、上記帯状部材の変形がプラズマ放電均一性および安定性に与える影響が大きくなり、その結果波うった基板変形に対応して、堆積堆積膜の帯状部材幅方向膜厚分布の不均一性を生じてしまう。ところでプラズマの異常放電は、例えば放電生起時にセルフバイアスをモニタリングすることで検知が可能であり放電安定性確認の目安となる。
【実施例】
【００３１】
本発明のクリーニング方法に関し、以下に具体的に例を挙げて記述をするが、本発明の主旨はなんらこれらの記述に限定されるものではない。
【００３２】
図３に、ロール・ツー・ロール方式プラズマＣＶＤ装置の概念図を示す。長尺基板３０１は、送出し処理室３０３内に設置された送出しボビン３０２から、各々ガスゲート３６０〜３６５用いて連結されたｎ型半導体層形成処理室３１０、ｉ型半導体層１形成処理室３１１、ｉ型半導体層２形成処理室３１２、ｉ型半導体層３形成処理室３１３、ｐ型半導体層形成処理室３１４の順で経由し、不図示の搬送巻取り機構を備えた巻取り処理室３０５内に設置された巻取りボビン３０４へ巻きとられる。半導体形成処理室３１０〜３１４内部には、各々基板加熱と冷却とを兼ね備えた基板加熱兼冷却プレート３２０〜３２４が設置され、基板を所望の温度に制御可能である。半導体形成処理室３１０〜３１４内部には、各々加熱兼冷却機構付放電炉３３０〜３３４が設置されており、各々の放電炉にて所望の導電型の半導体層を形成可能である。半導体形成処理室３１０〜３１４には、各々不図示の材料ガス導入管から供給された混合ガスが各法電路内部を通った後、各々排気配管３４０〜３４４を経由し不図示の真空排気ポンプを使って排出される。本プラズマＣＶＤ成膜工程の一例として表１に示した条件にて、ＳＵＳ基板上に各堆積膜層を積層させたｐｉｎ型太陽電池を作成した。
【００３３】
【表１】
2005340361.tif 000003
【００３４】
（実施例１）
帯状部材の厚さを１ｍｍとし塑性変形パターンを、図１、図４乃至図７に示したように変えて、その他の条件は上述の太陽電池作成手順と同様にして、ｉ型半導体層１、２、３におけるセルフバイアス値の最大変化量、目視による放電ちらつき状況、得られた堆積膜の帯状部材幅方向膜厚むらを評価した。この時ｉ型半導体層放電炉の基板−電極間距離および長手方向放電炉長は、３箇所ともそれぞれ１５ｍｍおよび８００ｍｍとし、塑性変形高低差および線状ピッチ長は、それぞれ２ｍｍおよび６００ｍｍとした。また、比較のために帯状部材に塑性変形を施さない従来の手法でも同様の手順にて太陽電池を作成し評価した。その結果を表２に示す。
【００３５】
【表２】
2005340361.tif 000004
【００３６】
表２に示すように、帯状部材に塑性変形を施した試料１乃至５の結果は、塑性変形を施さなかった試料６の結果よりも優れていることがわかり、本発明の効果が実証された。
【００３７】
（実施例２）
帯状部材の塑性変形パターンを図１とし、帯状部材厚さおよび変形の高低差を変化させたこと以外は実施例１と同様の手法により太陽電池を作成し評価した。ただし、高低差は帯状部材厚さに対する比率とし、帯状部材の厚さが異なる場合も評価した。その結果を表３に示す。
【００３８】
【表３】
2005340361.tif 000005
【００３９】
表３に示すように、塑性変形高低差が１００％以上である試料９乃至１１、試料１４乃至１６、試料１９乃至２１の結果は、高低差が１００％に満たない試料の場合に比べ優れていることがわかり、本発明の効果が実証された。
【００４０】
（実施例３）
帯状部材の厚さを１ｍｍ、塑性変形パターンを図１とし、変形の線状ピッチ長を変化させたこと以外は実施例１と同様の手法により太陽電池を作成し評価した。この時ｉ型半導体層放電炉の基板−電極間距離および長手方向放電炉長は、３箇所ともそれぞれ１５ｍｍおよび８００ｍｍとした。その結果を表４に示す。
【００４１】
【表４】
2005340361.tif 000006
【００４２】
表４に示すように、帯状部材に施した塑性変形の線状ピッチが長手方向放電炉長以下である試料２２乃至２５において優れていることがわかり、本発明の効果が実証された。
【００４３】
（実施例４）
この時ｉ型半導体層放電炉の基板−電極間距離を変化させたこと以外は、実施例１と同様の条件および手法により太陽電池を作成し評価した。比較の為に塑性変形を施さない場合も行った。その結果を表５に示す。
【００４４】
【表５】
2005340361.tif 000007
【００４５】
表５に示すように、基板−電極間距離が２０ｍｍ以上の試料３４乃至３９では、塑性変形の有無に対し効果の優位差が明確ではない。その一方で、基板−電極間距離が１５ｍｍ以下の場合、塑性変形を施した試料２８、３０、３２では、塑性変形を施さない試料２９、３１、３３に比べて優れていることがわかり、本発明の効果が実証された。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明を説明する為の模式図である。
【図２】帯状部材の変形を示す模式図である。
【図３】ロール・ツー・ロール方式処理装置の模式図である。
【図４】本発明における塑性変形の他の例を示す模式図である。
【図５】本発明における塑性変形の他の例を示す模式図である。
【図６】本発明における塑性変形の他の例を示す模式図である。
【図７】本発明における塑性変形の他の例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０１  ロール状帯状部材
１０２  ボビン
１０３  ローラー
１０４  塑性変形
１０５  塑性変形形成治具
３０１  長尺基板
３０２  送出しボビン
３０３  送出し処理室
３０４  巻取りボビン
３０５  巻取り処理室
３１０  ｎ型半導体層形成処理室
３１１  ｉ型半導体層形成処理室
３１２  ｉ型半導体層形成処理室
３１３  ｉ型半導体層形成処理室
３１４  ｐ型半導体層形成処理室
３２０〜３２４  基板加熱兼冷却プレート
３３０〜３３４  加熱兼冷却機構付放電炉
３４０〜３４４  排気配管
３６０〜３６５  ガスゲート
【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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