(57)【要約】【課題】  大型化された成膜槽に投入された実際の混合液の重量を測ることは、重量計の測定限界などにより測定することが困難になる場合があった。【解決手段】  第１開口部に第１ピストンが挿通されているとともに前記第１開口部よりも開口面積が小さい第２開口部に第２ピストンが挿通されている、前記第１ピストンと前記第２ピストンとの間に液体が封入されたシリンダーと、前記第１ピストンに搭載された成膜用槽と、該成膜用槽と切り離し可能に設けられている、成膜用溶液を前記成膜用槽内に供給する供給系機構と、前記成膜用槽と連動するように設けられている、前記成膜用溶液を前記成膜用槽内で循環させる循環系機構と、前記成膜用槽と切り離し可能に設けられている、前記成膜用溶液を前記成膜用槽内から排出する排出系機構とを具備すること。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１開口部に第１ピストンが挿通されているとともに前記第１開口部よりも開口面積が小さい第２開口部に第２ピストンが挿通されている、前記第１ピストンと前記第２ピストンとの間に液体が封入されたシリンダーと、
前記第１ピストンに搭載された成膜用槽と、
該成膜用槽と切り離し可能に設けられている、成膜用溶液を前記成膜用槽内に供給する供給系機構と、
前記成膜用槽と連動するように設けられている、前記成膜用溶液を前記成膜用槽内で循環させる循環系機構と、
前記成膜用槽と切り離し可能に設けられている、前記成膜用溶液を前記成膜用槽内から排出する排出系機構と
を具備することを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記循環系機構は、前記成膜用槽の上部からオーバーフローした前記成膜用溶液を前記成膜用槽の底部へ流入させることによって前記成膜用溶液を循環させる請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記成膜用槽は、内側に成膜用溶液を整流化するための整流板を有する請求項１または２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記供給系機構は、複数の溶液を撹拌して前記成膜用溶液を調合する拡散槽を具備し、該拡散槽から前記成膜用溶液を前記成膜用槽に供給する請求項１〜３のいずれかに記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
製造工程で使用する液体の量を管理する設備として、例えば、流量計を用いて洗浄槽における洗浄液の総排出量を直接測定して管理しているものや、重量計を用いて供給する液体の供給量を直接測定して管理しているものがある。
【０００３】
流量で管理する場合としては、例えば、循環型洗浄装置の洗浄品質を安定にしつつ洗浄液使用量の効率を高めることが難しいため、ポンプにより洗浄液が循環し、洗浄塔から洗浄液タンクへ排出された排出洗浄液の総量を測定する積算流量計と、積算流量計の測定結果に基づいて洗浄液タンクから洗浄塔へ送出する洗浄液の液量を制御する第１の制御部を備えた構造を有するものがある。
【０００４】
かかる構造の循環型洗浄装置によれば、洗浄容器内での洗浄液の液流が阻害された場合でも、排出洗浄液の積算された液量を測定するため、洗浄液を送出、あるいは、洗浄液の送出を停止するなどして、洗浄バッチ毎の排出洗浄液量を一定にできる。
【０００５】
これにより、実質的に被洗浄物に流れた洗浄液の総量を測定するため、洗浄のばらつきを低減できる。また、循環型であるため、実質的に被洗浄物に流れた洗浄液の総量を減少することなく洗浄液を繰り返し使用できるため、洗浄むらを抑制して洗浄品質を安定しつつ洗浄液を効率よく使用できることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また例えば、水性媒体中に合成樹脂粒子が分散してなるスラリーを濾過及び洗浄して略一定の含水率を有する合成樹脂粒子を効率良く得ることができる合成樹脂粒子の洗浄方法があり、この合成樹脂粒子の洗浄方法は、水性媒体中に合成樹脂粒子が分散してなるスラリーを一定量、濾過洗浄機に供給して濾過すると共に上記濾過洗浄機から排出される濾過排出液量を測定する工程と、この測定された濾過排出液量の総量が一定量に達した時点で、上記濾過洗浄機内に一定量の洗浄液を供給することにより上記スラリーの濾過によって得られた濾過ケーキを洗浄すると共に上記濾過洗浄機から排出される洗浄排出液量を測定する工程と、この測定された洗浄排出液の総量が一定量に達した時点で、上記濾過洗浄機による濾過ケーキの洗浄を停止する工程とからなることが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
重量で管理する場合としては、被測定物を供給するための供給部と、前記供給部から供給される被測定物を収容するための収容部と、前記収容部が載置された基板と、前記基板を下方から支持するとともに、前記収容部に供給された被測定物の重量により下方に沈み込む弾性部と、前記基板の下面に対し下方に所定距離離間して設けられ、前記収容部内に所定重量の被測定物が収容されると上方から押圧されてオン状態となるスイッチ部と、前記スイッチ部が押圧されてオン状態となると作動し、被測定物の供給を停止するように前記供給部を制御する秤量装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００８】
また例えば、特に重量を測定する手段として、気密容器に気体を密封したもの２個をＵ字管などの差圧計にパイプで連絡し、２つの容器内気体の圧力差を直接計測できるようにし、１つの容器に加える荷重を調節することにより、他の容器に荷重をかけている物体の総重量を測定する重量測定装置も知られている（例えば、特許文献４参照）。
【０００９】
一方、太陽電池素子の製造装置としてＣＢＤ（ケミカルバスデポジション）法を用いた成膜工程があり、成膜槽に複数の溶液を所定量となるように供給して成膜用溶液を調整し、この成膜用溶液に基板を浸漬することにより、半導体膜を成膜する成膜装置がある。
【００１０】
このＣＢＤ法を用いた成膜装置においては、成膜槽中の成膜用溶液の濃度や温度、攪拌速度等の条件を一定に管理して、半導体膜を同じ条件で成膜することが求められる。
【００１１】
成膜中における成膜槽内の成膜用溶液の液量が、蒸発や成膜による消費で減少すると、成膜用溶液の攪拌条件が変化することとなり、成膜される半導体膜の特性がばらつきやすくなる場合がある。
【００１２】
そのため、成膜工程において、成膜用溶液を随時補充して液量を一定にする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００９−１６０４８３号公報
【特許文献２】特開２００３−３４２３７７号公報
【特許文献３】特開平２００７−３３１８８号公報
【特許文献４】実公昭４０−００７３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ここで、特許文献１，２のように洗浄装置の洗浄槽への洗浄液の総排出量を直接測定して管理して量産する機構を、仮に成膜装置の成膜槽への成膜用溶液の供給量を管理量産する機構に転用しようとした場合、成膜用溶液が配管内部に滞留するなどの原因により、成膜中に使用される成膜用溶液の量が供給された量と異なってしまい、安定した品質の半導体膜を製造できない場合があった。
【００１５】
そこで、特許文献３，４のように重量を直接測定して管理量産する機構を、成膜装置の成膜槽への成膜用溶液の供給量（あるいは成膜中に使用される成膜用溶液の重量）を管理して量産する機構に転用しようとした場合では、成膜中および成膜用溶液を入れるときの振動や波の揺れにより、重量計の測定値が不安定となるため、測定誤差が大きくなる場合があることが本発明者らによってわかった。
【００１６】
また、重量を直接測定して太陽電池素子を大量生産しようとすれば、成膜用溶液の供給量（重量）を大型化された成膜槽で直接測定して管理することになるが、重量計の耐荷重性や測定限界などがあるため、直接測定することが困難になる場合があることが本発明者らによってわかった。
【００１７】
このように太陽電池素子の製造装置としてＣＢＤ法を用いた成膜装置においては、成膜用溶液の微妙な供給量の誤差が半導体膜の品質に影響するので、精度の高い制御が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題に鑑みて本発明の成膜装置は、第１開口部に第１ピストンが挿通されているとともに前記第１開口部よりも開口面積が小さい第２開口部に第２ピストンが挿通されている、前記第１ピストンと前記第２ピストンとの間に液体が封入されたシリンダーと、前記第１ピストンに搭載された成膜用槽と、該成膜用槽と切り離し可能に設けられている、成膜用溶液を前記成膜用槽内に供給する供給系機構と、前記成膜用槽と連動するように設け
られている、前記成膜用溶液を前記成膜用槽内で循環させる循環系機構と、前記成膜用槽と切り離し可能に設けられている、前記成膜用溶液を前記成膜用槽内から排出する排出系機構とを具備する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の成膜装置によれば、供給系機構と排出系機構は、成膜用槽と切り離し可能であることにより、成膜用溶液を入れる際に外部からの干渉を防止し、精度よく重量測定できる。
【００２０】
また、循環系機構は、成膜用槽と連動するように設けられていることにより、成膜中においても精度よく成膜用溶液の重量を直接測定して管理することができる。
【００２１】
また、シリンダー内の液体で振動や波の揺れが緩和されるので、成膜中でも成膜用溶液の重量を正確に測定して管理することができる。
【００２２】
また、耐荷重性や測定限界の点で成膜用溶液の重量を直接測定することができなくても、液体が封入されたシリンダーを介して間接的に重量を測定することができるので、耐荷重性や測定限界の問題も解消される。
【００２３】
これにより、例えば、太陽電池素子の製造装置において、ＣＢＤ法の成膜用溶液の微妙な供給量の制御が可能となり、大型の量産製造装置の提供が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の成膜装置の一実施形態の模式図である。
【図２】本発明の成膜装置の一実施形態における重量測定装置の原理を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本実施形態に係る成膜装置を用いて太陽電池素子の半導体層を形成する工程としては、例えば、湿式のＣＢＤ法を採用して、塩化インジウムとチオアセドアミドの水溶液を用いて（さらにｐＨ調整用として、アンモニア水や塩酸が併用される場合もある）、ＩｎＳ系等の半導体層を成膜している。例えば成膜用水溶液として、３塩化インジウム４水和物０．０１ｍｏｌ／リットルと、チオアセトアミド０．３０ｍｏｌ／リットルとの２液を１：１の割合で混合したものを用いる。
【００２６】
そして、この成膜用水溶液を用いたＣＢＤ法による半導体層の形成は、例えば下記の処理工程に従って行われる。
【００２７】
まず、第１段階として、室温Ｔ１で、成膜用水溶液中に太陽電池素子の光吸収層の面を浸して、成膜用水溶液を撹拌しながら、設定時間（例えば５−１０分間）のあいだその状態を保持する。成膜用水溶液の撹拌は、以後半導体層の成膜が終了するまで持続される。
【００２８】
第２段階として、成膜用水溶液中に光吸収層の面を浸した状態のままで、成膜用水溶液の温度を所定時間（例えば約１０分間）かけて設定温度Ｔ２（例えば６０℃程度）にまで上昇させる。
【００２９】
次いで、第３段階として、成膜用水溶液を設定温度Ｔ２に維持しながら、成膜用水溶液中に光吸収層の面を浸し続けて、昇温後所定時間（約４０分間）の経過を待ってから半導体層の成膜を終了するというものである。
【００３０】
以下、本発明の成膜装置の一実施形態について図１、図２を用いて説明する。
【００３１】
本実施形態は、第１開口部に第１ピストンが挿通されているとともに第１開口部よりも開口面積が小さい第２開口部に第２ピストンが挿通されており、第１ピストンと第２ピストンとの間に液体が封入されたシリンダーと、第１ピストンに搭載された成膜用槽と、成膜用槽と切り離し可能に設けられており、成膜用溶液を成膜用槽内に供給する供給系機構と、成膜用槽と連動するように設けられており、成膜用溶液を成膜用槽内で循環させる循環系機構と、成膜用槽と切り離し可能に設けられており、成膜用溶液を成膜用槽内から排出する排出系機構とを具備する。
【００３２】
（成膜装置の全体構造）
図１において、成膜装置１０の仕組みとしては、計量器１１に積載された溶液供給源１２は、その内部の成膜用溶液の基となる溶液の供給量が重量で管理されており、これら溶液は溶液供給源１２からポンプ１３ａによって供給配管１４ａを通り拡散槽８ａに供給される。
【００３３】
ここで、計量器１１に積載された溶液供給源１２としては、チオアセトアミド溶液、塩化インジウム溶液、塩酸等があり、それぞれ個別に拡散槽８ａに供給されるものであるが、図１においてはそれらの内から１つだけを図示している。
【００３４】
撹拌層８ａでは、バルブ１７ａを開けて、ポンプ１３ｂが起動することによって、成膜用溶液の基となる各溶液が循環配管１６ａを循環する。これにより、成膜用溶液の基となる各溶液が撹拌されて成膜用溶液となる。
【００３５】
そして、バルブ１７ｃを開けて、成膜用溶液を供給配管１４ｂを通して成膜用槽８ｂに供給する。
【００３６】
なお、古くなった成膜用溶液は、定期的にバルブ１７ｂを開けて排出配管１５ａを通してドレン１９に排出される。
【００３７】
成膜装置１０は、成膜用溶液を成膜用槽８ｂ内に供給する供給系機構が、成膜用槽８ｂと切り離し可能に設けられているとともに、成膜用溶液を成膜用槽８ｂ内から排出する排出系機構が、成膜用槽８ｂと切り離し可能に設けられている。
【００３８】
さらに、成膜用溶液を成膜用槽８ｂ内で循環させる循環系機構が、成膜用槽８ｂに設けられている。つまり、循環系機構は成膜用槽８ｂと一体となって連動するように設けられている。
【００３９】
（供給系機構）
成膜用槽８ｂの重量測定の際には、供給系機構と成膜用槽８ｂとは切り離される。あるいは、供給系機構と成膜用槽８ｂは、図１のように、供給系機構が常に成膜用槽８ｂと切り離された状態であってもよい。
【００４０】
このように供給系機構が成膜用槽８ｂと切り離し可能に設けられていることにより、供給系機構の成膜用槽８ｂへの物理的干渉を抑制し、成膜用槽８ｂへの振動を抑制しながら成膜用溶液を供給することができ、重量測定時の精度を高めることができる。
【００４１】
成膜用槽８ｂの重量測定の際には、成膜用槽８ｂを独立させることができるように、供給系機構の供給配管１４ｂを例えばフレキシブルホースとし、成膜用槽８ｂとフレキシブルホースとをアダプタージョイントなどの継ぎ手で連結しておけば、容易に取り外すこと
ができるので好ましい。
【００４２】
（排出系機構）
また、排出系機構も成膜用槽８ｂと切り離し可能に設けることで、排出系機構から成用槽８ｂへの物理的干渉を抑制することができる。
【００４３】
排出系機構は、定期的にバルブ１７ｄあるいはバルブ１７ｅを開けて、古い成膜用溶液を排出配管１５ｂあるいは１５ｃを通してドレン１９に排出するために設けられている。
【００４４】
成膜用槽８ｂの重量測定の際には、成膜用槽８ｂを独立させることができるように、排出系機構の排出配管１５ｂを例えばフレキシブルホースとし、成膜用槽８ｂとフレキシブルホースとをアダプタージョイントなどの継ぎ手で連結しておけば、容易に取り外すことができるので好ましい。
【００４５】
なお、図１において、排出配管１５ｂは重量測定装置１の裏側で成膜用槽８ｂと連結している。
【００４６】
（循環系機構）
また、循環系機構は、外部の配管等から独立した状態で成膜用槽８ｂと連動するように設けられており、これにより、成膜工程中においても、成膜用溶液の循環を行ないながら重量測定を同時に精度よく行なうことができるので、成膜工程中の重量管理により、成膜用槽８内の成膜用溶液の液量を精度よく管理することができる。その結果、成膜用溶液の循環速度等の成膜条件がばらつくのを低減できる。
【００４７】
さらに、この循環系機構は、成膜用槽８ｂから切り離し可能に設けられていてもよい。
【００４８】
これにより、成膜用溶液の交換の際に、成膜用槽８ｂから循環系機構を切り離せば、循環配管内に残った古い成膜用溶液の重量まで測定してしまうことなく、新しい成膜用溶液の重量を測定することができる。
【００４９】
なお、図１において、循環配管１６ｂは重量測定装置１の裏側で成膜用槽８ｂと連結している。
【００５０】
このように本実施形態の成膜装置１０によれば、成膜用槽８ｂを外部の配管から独立した状態（閉じた系）にすることができるので、成膜用溶液を成膜用槽８ｂへ入れて重量を測定する際に、外部の配管などの物理的干渉を受けることなく、成膜用溶液が入った成膜用槽８ｂの重量を正確に測定することができる。例えば、配管が成膜用槽８ｂにつながっていることで、成膜用槽８ｂが吊られた状態となり軽くなってしまったり、成膜用槽８ｂに配管自体の重量が加算されて重くなってしまうことで、不正確な測定値になってしまうという不具合がなくなる。
【００５１】
（重量測定装置）
成膜用槽８ｂは、図１の重量測定装置１の上に積載されており、成膜用槽８ｂに供給された成膜用溶液の重量は、この重量測定装置１で測定され管理される。
【００５２】
この状態で、この成膜用溶液によって成膜されるべき基板を成膜用槽８ｂ内に入れて成膜をすることで、安定した品質の半導体層を形成することができる。
【００５３】
重量測定装置１は、第２ピストン５での圧力を測定して、第１開口部４の面積と、第２開口部６の面積との比から換算して成膜用槽８ｂの重量を測定するものである。
【００５４】
すなわち図２に示すように、第１ピストン３を挿通した第１開口部４と、第２ピストン５を挿通した第２開口部６とで、圧力が均衡した状態でのシリンダー２内の液体７の圧力を圧力計９で測定するものである。
【００５５】
ここで圧力が均衡するとは、第１開口部４と、第２開口部６とにおける液面の高さが等しくなる状態のことであり、第１ピストン３を挿通した第１開口部４側には、圧力計９の測定限界以上の成膜用槽８ｂを載せても、第２ピストン５を挿通した第２開口部６側に圧力計９を連動させて圧力から重量を測定することができる。
【００５６】
具体的に例証すると、第１開口部４と第２開口部６との面積比率が１００：１の場合に、第２開口部６における圧力計９が１ｋｇを示せば、成膜用槽８ｂの重量は１００ｋｇとなることが分かる。
【００５７】
これにより、間接的に成膜用槽８ｂの重量を測定することが可能になるので、圧力計９自体の耐荷重性、測定限界の問題を解消することができる。
【００５８】
また、図２の液体７によって、成膜用槽８ｂからの振動や波の揺れが緩和されるので、重量測定を正確に行うことができる。
【００５９】
さらに、本実施形態においては、供給系機構は、複数の溶液を撹拌して成膜用溶液を調合する拡散槽を具備し、拡散槽から成膜用溶液を成膜用槽に供給してもよい。
【００６０】
これにより、成膜用槽８ｂと拡散槽８ａとが別々になり、成膜用槽８ｂ内で成膜用溶液を撹拌することがなくなるので、成膜用槽８ｂでの撹拌による振動を低減できる。
【００６１】
また、一定の組成比率の成膜用溶液を成膜用槽８ｂへ安定して供給することができるので、例えば、ＣＢＤ法においては、安定した特性の半導体膜を得ることができる。
【００６２】
この場合、各溶液供給源１２から拡散槽８ａへの各溶液の供給量は、通常の計量器１１で少量ずつ測定しながら成膜用溶液を調合すればよい。
【００６３】
よって成膜用槽８ｂで成膜用溶液を調合するための重量測定管理は不要になるが、成膜中に成膜用溶液が減少していくので、成膜中の成膜用溶液の重量測定管理は必要である。
【００６４】
さらに、本実施形態においては、循環系機構は、成膜用槽の上部からオーバーフローした成膜用溶液を成膜用槽の底部へ流入させることにより成膜用溶液を循環させてもよい。
【００６５】
循環系機構は、成膜用槽８ｂに設けられたポンプ１３ｃと循環配管１６ｂとを有する。つまり、成膜用溶液がポンプ１３ｃによって循環配管１６ｂを介して循環する。このような構成により、循環系機構は外部の配管等から独立した状態で成膜用槽８ｂと連動することとなる。
【００６６】
これにより、成膜用槽内の成膜用溶液の流れが上下方向になるので、成膜用槽の振動（横揺れ）を低減できる。
【００６７】
また、成膜中（循環系機構を作動中）でも成膜用槽８ｂを外部の配管から独立した状態（閉じた系）で管理することができるので、例えば、ＣＢＤ法において安定した特性の半導体膜を得ることができる。
【００６８】
さらに、本実施形態においては、成膜用槽はその内側に成膜用溶液を整流化するための整流板を有していてもよい。
【００６９】
ここで整流板２０は、複数の貫通孔が配置された板であり、成膜用溶液の流量の多いところ（流速が速いところ）では、板の主面に対して貫通孔の占める面積の割合が少なくなるように配置し、成膜用溶液の流量の少ないところ（流速が遅いところ）では、板の主面に対して貫通孔の占める面積の割合が多くなるように配置する。
【００７０】
これにより、成膜用溶液が成膜用槽８ｂ内部で偏った流れを起こさないように制御することができ成膜用槽８ｂの揺れや振動を低減できるので、成膜用槽８ｂ内の成膜用溶液を澱みなく均一に循環させることができるので、例えば、ＣＢＤ法においては、安定した特性の半導体膜を得ることができる。
【００７１】
また、成膜用溶液の乱流が起きないので、成膜用槽８ｂの揺れを少なくすることができ、成膜中においても成膜用槽８ｂに供給される成膜用溶液の正確な重量を測定することが可能となる。
【符号の説明】
【００７２】
１：重量測定装置
２：シリンダー
３：第１ピストン
４：第１開口部
５：第２ピストン
６：第２開口部
７：液体
８：槽
８ａ：拡散槽
８ｂ：成膜用槽
９：圧力計
１０：成膜装置
１１：計量器
１２：溶液供給源
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ：ポンプ
１４ａ、１４ｂ：供給配管
１５ａ、１５ｂ：排出配管
１６ａ、１６ｂ：循環配管
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅ：バルブ
１８：溶液拡散槽
１９：ドレン
２０：整流板
【図１】
2012134216.tif 000003
【図２】
2012134216.tif 000004