(57)【要約】【課題】基板上に成膜される膜の膜厚の均一性を向上する。【解決手段】基板２００を搬送経路に沿って搬送する搬送コンベアと、搬送経路中に位置する成膜室１００と、搬送経路に沿ってトンネル状に位置し、成膜室１００を通過する基板２００を取り囲んで加熱する加熱炉１２０とを備える。成膜室１００は、筐体１５０と、この筐体１５０内に成膜材料を微粒子化した成膜ガスを噴霧する噴霧機構と、筐体１５０の１つの側壁に位置して成膜ガスを排気するための排気口とを有する。筐体１５０は、成膜室１００を通過する基板２００と対向する開放部を加熱炉１２０内に有する。成膜ガスは、成膜室１００において、噴霧機構から開放部を通過して排気口に向けて流動する。開放部は、対向して通過する基板２００の搬送方向と直交する方向において、基板２００の幅に対して１．１５倍以上１．４倍以下の幅を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を搬送経路に沿って搬送する搬送手段と、
前記搬送経路中に位置する成膜室と、
前記搬送経路に沿ってトンネル状に位置し、前記成膜室を通過する前記基板を取り囲んで加熱する加熱炉と
を備え、
前記成膜室は、筐体と、該筐体内に成膜材料を微粒子化した成膜ガスを噴霧する噴霧機構と、前記筐体の１つの側壁に位置して前記成膜ガスを排気するための排気口とを有し、
前記筐体は、前記成膜室を通過する前記基板と対向する開放部を前記加熱炉内に有し、
前記成膜ガスは、前記成膜室において、前記噴霧機構から前記開放部を通過して前記排気口に向けて流動し、
前記開放部は、対向して通過する前記基板の搬送方向と直交する方向において、前記基板の幅に対して１．１５倍以上１．４倍以下の幅を有する、成膜装置。
【請求項２】
前記噴霧機構が複数のスプレーノズルからなり、
前記複数のスプレーノズルは、前記筐体内において、前記基板と対向して互いに間隔を置いて前記搬送方向と直交する方向に並んでいる、請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記成膜室は、前記噴霧機構から噴霧された前記成膜ガスを前記搬送方向と直交する方向における前記基板の端部に向かわせる送風機構をさらに有し、
前記開放部は、前記搬送方向と直交する方向において、前記基板の幅に対して１．１５倍以上１．２５倍以下の幅を有する、請求項１または２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記送風機構が圧縮空気を吐出するエアーノズルからなり、
前記エアーノズルは、前記複数のスプレーノズルのうちの両端に位置するスプレーノズルを取り囲むように複数配置されている、請求項３に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記噴霧機構は、前記成膜材料の溶液と圧縮空気との２流体を混合して噴霧する、請求項１から４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、成膜装置に関し、特に、微粒子化した成膜材料を堆積させて成膜する成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体、ディスプレイおよび太陽電池などの分野で、透明導電膜が広く利用されている。透明導電膜としては、ＳＴＯ（チタン酸ストロンチウム）およびＩＴＯ（Ｓｎドープ酸化インジウム）などの金属酸化物からなるものが主流である。透明導電膜は、一般的に、スパッタリング法、蒸着法、および、有機金属化合物を用いた有機金属化学気相成長法などを用いて成膜される。
【０００３】
スパッタリング法および蒸着法においては、真空プロセスで成膜するため、真空容器などの真空雰囲気を形成して維持する設備が必要となる。有機金属化学気相成長法においては、原料として用いる有機金属化合物が爆発性および毒性を有するため、機密性の高い設備が必要となる。このため、上記の成膜方法を行なうためには、高価な成膜装置が必要となる。
【０００４】
そこで、従来とは異なる成膜方法としてミスト法が提案されている。ミスト法は、原料金属を溶質として含む溶媒を霧化して基板上に噴霧することによって成膜する方法である。
【０００５】
ミスト法においては、大気圧で成膜することができるため、真空容器およびポンプ類などの製造設備が不要である。また、ミスト法においては有機金属化合物のような危険物質を用いないため、簡易な構成で安価な成膜装置を使用することができる。
【０００６】
複数のノズルを備える成膜装置を開示した先行文献として、特開２００６−２４９４９０号公報(特許公報１)がある。特許公報１に記載された成膜装置においては、エアロゾルを噴射する噴射口を１箇所有するノズルを複数本備えている。各ノズルは互いに所定の隙間を介して配列されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２４９４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ミスト法を用いて成膜する場合、基板の中央部と端部とにおいて付着するミストの量が不均一になりやすく、基板上に均一に成膜することが難しかった。
【０００９】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、基板上に成膜される膜の膜厚の均一性を向上できる成膜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】
【００１０】
本発明に基づく成膜装置は、基板を搬送経路に沿って搬送する搬送手段と、搬送経路中に位置する成膜室と、搬送経路に沿ってトンネル状に位置し、成膜室を通過する基板を取り囲んで加熱する加熱炉とを備える。成膜室は、筐体と、この筐体内に成膜材料を微粒子化した成膜ガスを噴霧する噴霧機構と、筐体の１つの側壁に位置して成膜ガスを排気するための排気口とを有する。筐体は、成膜室を通過する基板と対向する開放部を加熱炉内に有する。成膜ガスは、成膜室において、噴霧機構から開放部を通過して排気口に向けて流動する。開放部は、対向して通過する基板の搬送方向と直交する方向において、基板の幅に対して１．１５倍以上１．４倍以下の幅を有する。
【００１１】
本発明の一形態においては、噴霧機構が複数のスプレーノズルからなる。複数のスプレーノズルは、筐体内において、基板と対向して互いに間隔を置いて上記搬送方向と直交する方向に並んでいる。
【００１２】
本発明の一形態においては、成膜室は、噴霧機構から噴霧された成膜ガスを上記搬送方向と直交する方向における基板の端部に向かわせる送風機構をさらに有する。開放部は、上記搬送方向と直交する方向において、基板の幅に対して１．１５倍以上１．２５倍以下の幅を有する。
【００１３】
本発明の一形態においては、送風機構が圧縮空気を吐出するエアーノズルからなる。エアーノズルは、複数のスプレーノズルのうちの両端に位置するスプレーノズルを取り囲むように複数配置されている。
【００１４】
本発明の一形態においては、噴霧機構は、成膜材料の溶液と圧縮空気との２流体を混合して噴霧する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、基板上に成膜される膜の膜厚の均一性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態１に係る成膜装置の構成を示す側面図である。
【図２】同実施形態に係る成膜装置に含まれる成膜室の構成を示す断面図である。
【図３】図２の成膜室を矢印ＩＩＩ方向から見た図である。
【図４】同実施形態に係る成膜装置に用いたスプレーノズルの噴霧領域の外形を示す模式図である。
【図５】同実施形態に係るスプレーノズルの噴霧領域の長手方向における相対噴付強度を示すグラフである。
【図６】同実施形態に係るスプレーノズルの噴霧領域の短手方向における相対噴付強度を示すグラフである。
【図７】ピッチを１００ｍｍとして９つのスプレーノズルを各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合の噴霧領域の長手方向における比較噴付強度を示すグラフである。
【図８】ピッチを１２０ｍｍとして１４ヶのスプレーノズルを各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合の噴霧領域の長手方向における比較噴付強度を示すグラフである。
【図９】ピッチを１５０ｍｍとして６つのスプレーノズルを各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合の噴霧領域の長手方向における比較噴付強度を示すグラフである。
【図１０】同実施形態において各条件で成膜を行なった基板端部の電気抵抗値を検査した結果を示す表である。
【図１１】本発明の実施形態２に係る成膜装置においてスプレーノズルの周囲に設けられたエアーノズルをスプレーノズルの吐出口側からスプレーノズルの本体側に向かって見た図である。
【図１２】一列に配置された噴霧領域の長手方向における混合ミストの到達量の分布を示すグラフである。
【図１３】搬送方向に直交する方向における基板のシート抵抗値の分布を示すグラフである。
【図１４】本実施形態において各条件で成膜を行なった基板端部の電気抵抗値を検査した結果を示す表である。
【図１５】膜厚とシート抵抗値との関係を示すグラフである。
【図１６】膜厚と透過率との関係を示すグラフである。
【図１７】膜厚とヘイズ率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
まず、薄膜太陽電池などに用いられる透明導電膜の成膜に関して、膜厚が各種性能に与える影響について説明する。
【００１８】
図１５は、膜厚とシート抵抗値との関係を示すグラフである。図１６は、膜厚と透過率との関係を示すグラフである。図１７は、膜厚とヘイズ率との関係を示すグラフである。図１５においては、縦軸にシート抵抗値(Ω／□)、横軸に膜厚(ｎｍ)を示している。図１６においては、縦軸に透過率(％)、横軸に膜厚(ｎｍ)を示している。図１７においては、縦軸にヘイズ率(％)、横軸に膜厚(ｎｍ)を示している。なお、図１５〜１７においては、基板と透明導電膜との間にアルカリバリア層を設けた場合を実線で、アルカリバリア層を設けていない場合を点線で示している。
【００１９】
図１５に示すように、透明導電膜の膜厚が大きくなるに従ってシート抵抗値が小さくなっている。図１６に示すように、透明導電膜の膜厚が大きくなるに従って透過率が小さくなっている。図１７に示すように、透明導電膜の膜厚が大きくなるに従ってヘイズ率が大きくなっている。シート抵抗値においては、透明導電膜の膜厚が同一であってもアルカリバリア層の有無により差が認められた。
【００２０】
上記のように透明導電膜の膜厚は、薄膜太陽電池の性能に影響を及ぼす重要なファクターである。そのため、基板上に成膜される透明導電膜の膜厚は均一であることが望ましい。
【００２１】
以下、本発明の実施形態１に係る成膜装置について説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。本実施形態においては、薄膜太陽電池などに用いられる透明導電膜の成膜を例に説明するが、本発明は様々な膜の成膜に応用可能である。
【００２２】
(実施形態１)
図１は、本発明の実施形態１に係る成膜装置の構成を示す側面図である。図２は、本実施形態に係る成膜装置に含まれる成膜室の構成を示す断面図である。図３は、図２の成膜室を矢印ＩＩＩ方向から見た図である。
【００２３】
図１に示すように、本発明の実施形態１に係る成膜装置１０は、基板２００が投入される投入部１１と、基板２００が予熱される予熱部１２と、基板２００が成膜処理される成膜部１３と、基板２００が冷却される徐冷部１４と、基板２００が取り出される取出し部１５とを有している。
【００２４】
図１から３に示すように、成膜装置１０は、基板２００を搬送経路に沿って搬送する搬送手段である搬送コンベア１１０を備える。搬送コンベア１１０は、投入部１１、予熱部１２、成膜部１３、徐冷部１４および取出し部１５に亘って設けられている。
【００２５】
搬送コンベア１１０は、基板２００が載置される搬送ベルト１１１と、搬送ベルト１１１が巻き掛けられたプーリ１１２と、プーリ１１２を駆動させる駆動軸１１３と、駆動軸１１３に動力を付与する図示しないモータとから構成されている。搬送ベルト１１１は、耐熱性を有する金属または樹脂から形成されている。
【００２６】
基板２００は、搬送コンベア１１０により矢印１１４で示す方向に搬送される。すなわち、本実施形態に係る成膜装置１０においては、基板２００の搬送経路は平面視において直線状である。ただし、搬送経路は直線状に限られず、搬送経路が平面視において屈曲していてもよいし、曲線状であってもよい。
【００２７】
また、成膜装置１０は、搬送経路中に並ぶように位置する複数の成膜室１００(１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ)を備える。具体的には、基板２００の搬送方向の上流側から順に、成膜室１００ａ、成膜室１００ｂ、成膜室１００ｃ、成膜室１００ｄが設けられている。本実施形態においては、４つの成膜室１００(１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ)が設けられているが、１つ以上の成膜室１００が設けられていればよい。
【００２８】
さらに、成膜装置１０は、複数の成膜室１００のうち隣接する成膜室同士を繋ぐように搬送経路に沿ってトンネル状に位置し、複数の成膜室１００を順次通過する基板２００を取り囲んで加熱する加熱炉１２０を備える。図３に示すように、筐体１５０の下部が、加熱炉１２０に覆われている。
【００２９】
トンネル状の加熱炉１２０の上部に開口が設けられ、その開口内に筐体１５０が組み込まれている。加熱炉１２０は、４つの成膜室１００(１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ)に亘って設けられている。加熱炉１２０は、基板２００を予熱するために、基板２００の搬送方向の上流側に位置する成膜室１００ａより上流側から設けられている。すなわち、加熱炉１２０は、予熱部１２および成膜部１３に亘って設けられている。
【００３０】
基板２００は、搬送コンベア１１０により加熱炉１２０内を搬送されつつ加熱される。基板２００に成膜する際には、加熱炉１２０内は、ほぼ同一の温度、たとえば５５０℃に維持されている。
【００３１】
本実施形態に係る成膜室１００は、微粒子化した成膜材料１６０を基板２００上に堆積させて成膜する装置である。図２に示すように、成膜室１００は、筐体１５０と、筐体１５０内に成膜材料１６０を微粒子化した成膜ガスを噴霧する噴霧機構と、筐体１５０の１つの側壁に位置して成膜ガスを排気するための排気口１５２とを有している。
【００３２】
図１に示すように、排気口１５２には、接続管３１０の一端が接続されている。接続管３１０の他端は、排気された成膜ガスを無害化処理するガス処理手段である除害装置３００に接続されている。
【００３３】
図２に示すように、筐体１５０は、キャリアガス１７０が導入される導入口１５１を有している。また、筐体１５０は、筐体１５０内を３つの空間に分割する仕切壁１５４を有している。第１の空間は、噴霧機構の一部が配置される噴霧機構配置空間１５８である。第２の空間は、噴霧機構から成膜ガスが噴霧される成膜ガス噴霧空間１５９である。第３の空間は、排気口１５２と繋がっている排気空間１５３である。
【００３４】
筐体１５０は、成膜ガス噴霧空間１５９から成膜ガスを基板２００上に流動可能とする、基板２００と対向する開放部を有している。開放部は、筐体１５０の下部に形成されている。図１，３に示すように、開放部は、加熱炉１２０内に位置している。搬送コンベア１１０により搬送されている基板２００と筐体１５０の開放部との間には、所定の隙間が設けられている。
【００３５】
噴霧機構は、成膜材料１６０の溶液を貯留するタンク１４０と、タンク１４０内に圧縮空気を導入する図示しないコンプレッサーと、圧縮空気により加圧された成膜材料１６０の溶液が通過する通路１４１と、成膜材料１６０の溶液を微粒子化して成膜ガスとして噴霧するスプレーノズル１３０とから構成されている。筐体１５０には、スプレーノズル１３０の位置に対応して開口１５５が形成されている。
【００３６】
スプレーノズル１３０は、成膜材料１６０の溶液と圧縮空気との２流体を混合してミスト状に噴霧する２流体スプレーノズルである。ここで、ミストとは、平均粒子経が０．１μｍ以上１００μｍ以下の液滴が気体中に分散された状態のものをいう。ミストの平均粒子径は、液浸法によって算出された値とする。
【００３７】
ただし、噴霧機構はスプレーノズル１３０に限られず、超音波を用いてミスト状の成膜ガスを発生させるものでもよい。超音波振動子によってミスト状の成膜ガスを発生させる場合、スプレーノズル１３０によりミスト状の成膜ガスを発生させる場合に比べて、ミストの平均粒子径を均一にできるため、発生させたミスト同士が基板２００に到達する前に凝集することを抑制できる。
【００３８】
図３に示すように、複数のスプレーノズル１３０は、筐体１５０内において、基板２００と対向して互いに間隔を置いて基板２００の搬送方向と直交する方向に並んでいる。図３においては、ピッチＬpで３つのスプレーノズル１３０を配置しているが、スプレーノズル１３０の数は３つに限られず１つ以上であればよい。
【００３９】
設けられるスプレーノズル１３０の数は、基板２００の成膜処理の所望のタクトタイムを満たすために必要な単位時間当たりの成膜ガスの噴霧量、または、成膜処理を行なううえで必要な成膜速度に応じて適宜変更される。
【００４０】
スプレーノズル１３０の吐出口と基板２００の上面との間の距離Ｌhに対して加熱炉１２０の上端と基板２００との間の距離は１／４Ｌhに設定されている。また、基板２００の搬送方向と直交する方向において、基板２００の幅Ｌsに対して、筐体１５０の開放部の幅はＬｂに設定されている。スプレーノズル１３０から噴霧された成膜ガスは、筐体１５０内において開放部の幅Ｌｂ全体に拡散している。
【００４１】
なお、後述する導入口１５１から導入されるキャリアガス１７０の一部は、スプレーノズル１３０を冷却するためにスプレーノズル１３０に対して送られる。スプレーノズル１３０にキャリアガス１７０を送るために、スプレーノズル１３０の近傍に図示しない冷却ファンが配置されている。
【００４２】
スプレーノズル１３０は、冷却ファンにより空冷される。さらに、スプレーノズル１３０の近傍に、図示しない水冷用の冷却管が設けられている。冷却管内を冷却水が循環することによりスプレーノズル１３０が水冷される。
【００４３】
このように、スプレーノズル１３０の近傍を冷却することにより、スプレーノズル１３０から噴き付けられる前の成膜材料１６０の溶液が沸点以下の温度まで冷却される。より好ましくは、成膜材料１６０の溶液が室温程度まで冷却される。
【００４４】
この冷却により、成膜材料１６０の溶液中の溶媒がスプレーノズル１３０内において揮発することを抑制できるため、噴き付けられる成膜材料１６０の溶液の濃度を一定に保つことができる。また、スプレーノズル１３０内において成膜材料１６０の溶液中の溶媒が揮発することによる成膜材料１６０の固化を抑制できる。
【００４５】
その結果、一定の濃度の成膜材料１６０を用いて成膜できるため、基板２００上に成膜される膜の品質を安定させることができる。また、固化した成膜材料１６０によるスプレーノズル１３０の目詰まりを抑制することができる。
【００４６】
成膜材料１６０の溶液としては、亜鉛、スズ、インジウム、カドミウムおよびストロンチウムからなる群より選択される無機材料の塩化物を、溶媒に溶解させた溶液を用いることができる。溶媒としては、水、メタノール、エタノールおよびブタノールなどを用いることができる。このような成膜材料１６０の溶液としては、たとえば、酢酸亜鉛を含む水溶液、酸化インジウム錫を含む水溶液および酸化錫を含む水溶液などを用いることができる。
【００４７】
ただし、成膜材料１６０の溶液としてはこれに限られず、種々の溶液を用いることができる。成膜材料１６０の溶液の濃度は特に限定されないが、たとえば、０．１ｍｏｌ／Ｌ以上３ｍｏｌ／Ｌ以下の濃度である。
【００４８】
ここで、筐体１５０内におけるガスの流動経路について説明する。まず、導入口１５１から、たとえば圧縮空気からなるキャリアガス１７０が筐体１５０の成膜ガス噴霧空間１５９内に導入される。成膜ガス噴霧空間１５９内に導入されたキャリアガス１７０は、矢印１７１で示す向きに流動する。キャリアガス１７０としては、たとえば、窒素、酸素、水素およびこれらの混合ガスを用いることができる。
【００４９】
スプレーノズル１３０からミスト状の成膜ガスが、矢印１６１で示す向きに噴霧領域１６２中に噴霧される。ミスト状の成膜ガスとキャリアガス１７０とは、混合領域１８１において互いに混合されて混合ミストとなる。混合ミストは、矢印１８２で示す向きに流動して開放部に到達する。混合ミストは、開放部から基板２００の主面上に噴き付けられる。成膜ガスを含む混合ミストが基板２００上に噴き付けられる領域を、噴き付け領域Ｘと称する。
【００５０】
噴き付け領域Ｘに到達した混合ミストは、基板２００の主面に沿って流動する。具体的には、仕切壁１５４の一部であって基板２００の主面と対向している対向面と、基板２００の主面との間を矢印１８３で示す向きに混合ミストが流動する。混合ミストが矢印１８３で示す向きに流動する領域を、流路領域Ｙと称する。
【００５１】
流路領域Ｙを通過した混合ミストは、排気空間１５３内を矢印１８４で示す向きに流動する。このように混合ミストが基板の主面上から排気口１５２に向かう領域を、排気領域Ｚと称する。排気空間１５３内を通過して排気口１５２に到達した混合ミストは、除害装置３００により無害化されて排気ガス１８０として外部に放出される。なお、図２においては、除害装置３００を図示していない。
【００５２】
上記の噴き付け領域Ｘと流路領域Ｙと排気領域Ｚとから開放部が構成されている。成膜ガスは、複数の成膜室１００(１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ)の各々において、噴霧機構から開放部を通過して排気口１５２に向けて流動する。
【００５３】
なお、排気口１５２においては、導入口１５１から導入されるキャリアガス１７０の３倍〜１０倍程度大きな流量で混合ミストを排気している。ただし、導入されるキャリアガス１７０の流量および混合ミストの排気流量は適宜設定される。
【００５４】
図１に示すように、成膜室１００ａにおいて、矢印４００で示すように成膜ガスが流動する。成膜室１００ｂにおいて、矢印４１０で示すように成膜ガスが流動する。成膜室１００ｃにおいて、矢印４２０で示すように成膜ガスが流動する。成膜室１００ｄにおいて、矢印４３０で示すように成膜ガスが流動する。
【００５５】
上記のように成膜ガスが流動している状態で、開放部の近傍を基板２００が通過することにより、基板２００が成膜処理される。本実施形態の成膜装置１０においては、開放部の近傍を基板２００が通過するように搬送コンベア１１０が設けられている。
【００５６】
基板２００は、搬送コンベア１１０により、複数の成膜室１００(１００ａ，１００ｂ
，１００ｃ，１００ｄ)の各々において、噴き付け領域Ｘ、流路領域Ｙおよび排気領域Ｚ
を順に通過するように搬送される。基板２００は、噴き付け領域Ｘ、流路領域Ｙおよび排気領域Ｚを通過する間に、主面上に成膜材料１６０の微粒子が堆積することにより成膜される。
【００５７】
たとえば、基板２００には、アルカリバリア層としてＳｉＯ2膜、および、透明導電膜
としてＴＣＯ(Transparent Conductive Oxide)などの複数の膜が形成される。なお、アル
カリバリア層は、基板２００に含まれるアルカリ分によって太陽電池の性能低下を防止するためのものである。そのため、基板２００がアルカリ分を多く含まない材質からなる場合、アルカリバリア層を形成しなくてもよい。
【００５８】
このように基板２００上に異なる種類の膜を形成する場合は、複数の成膜室１００(１
００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ)において、種々の成膜ガスが用いられる。たと
えば、成膜室１００ａにおいてＳｉＯ2を成膜材料１６０とする成膜ガスを用い、成膜室
１００ｂにおいてＳｎＯ2を成膜材料１６０とする成膜ガスを用いる。
【００５９】
ＳｎＯ2からなる透明導電膜を形成する場合には、加熱炉１２０内の温度は、４５０℃以上６００℃以下であることが好ましく、５２０℃以上５８０℃以下であることがより好ましい。
【００６０】
加熱炉１２０内の温度が４５０℃未満である場合、基板２００上に付着した混合ミストの乾燥時間が長くなることにより成膜レートが著しく低下する。一方、加熱炉１２０内の温度が６００℃より高い場合、混合ミストの一部において基板２００上に到達する前に混合ミストに含まれる溶媒が揮発して成膜性能を失うことにより、基板２００上に到達する混合ミストの量が低下して成膜レートが著しく低下する。
【００６１】
また、スプレーノズル１３０の吐出圧力、キャリアガス１７０の流量および排気流量を適切に設定することにより、混合ミストを安定して基板２００の上面に到達させることができる。
【００６２】
上記の構成により発生した混合ミストにより基板２００上に均一な膜を形成するためには、混合ミストを基板２００上の全体に到達させる必要がある。
【００６３】
図４は、本実施形態に係る成膜装置に用いたスプレーノズルの噴霧領域の外形を示す模式図である。図４に示すように、スプレーノズル１３０の噴霧領域１６２は、スプレーノズル１３０の吐出口から距離Ｌh離れた地点において、楕円形状の外形を有している。
【００６４】
具体的には、長径の長さがＬW、短径の長さがＬTである楕円形状を有している。すなわち、噴霧領域１６２は、長径に平行な長手方向と、短径に平行な短手方向とを有している。図４中の０点は、長径と短径との交点であって、スプレーノズル１３０の中心の鉛直方向における直下の位置である。
【００６５】
図５は、本実施形態に係るスプレーノズルの噴霧領域の長手方向における相対噴付強度を示すグラフである。図６は、本実施形態に係るスプレーノズルの噴霧領域の短手方向における相対噴付強度を示すグラフである。
【００６６】
図５においては、縦軸に相対噴付強度(％)、横軸に噴霧領域の長手方向における０点からの位置(ｍｍ)を示している。図６においては、縦軸に相対噴付強度(％)、横軸に噴霧領域の短手方向における０点からの位置(ｍｍ)を示している。
【００６７】
図５に示すように、Ｌh＝３００ｍｍの地点においては、スプレーノズル１３０の噴霧領域１６２の長手方向における相対噴付強度は、０点から離れるに従って上昇して１００％になった後、さらに０点から離れるに従って下降して０％になっている。
【００６８】
図６に示すように、Ｌh＝３００ｍｍの地点においては、スプレーノズル１３０の噴霧領域１６２の短手方向における相対噴付強度は、０点において１００％であり、０点から離れるに従って下降して０％になっている。
【００６９】
このように、噴霧領域１６２内において、スプレーノズル１３０の中心の直下より端部の方が成膜ガスの噴付強度が弱くなる。この傾向は、複数のスプレーノズル１３０を設けた場合にも同様である。
【００７０】
図７は、ピッチを１００ｍｍとして９つのスプレーノズルを各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合の噴霧領域の長手方向における比較噴付強度を示すグラフである。図８は、ピッチを１２０ｍｍとして１４ヶのスプレーノズルを各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合の噴霧領域の長手方向における比較噴付強度を示すグラフである。図９は、ピッチを１５０ｍｍとして６つのスプレーノズルを各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合の噴霧領域の長手方向における比較噴付強度を示すグラフである。
【００７１】
図７〜９においては、縦軸に比較噴付強度(％)、横軸に、一列に配置された噴霧領域の長手方向における０点からの位置(ｍｍ)を示している。なお、比較噴付強度(％)は、上記の相対噴付強度が１００％のときの噴付強度を１００％として示している。
【００７２】
図７〜９に示すように、Ｌh＝３００ｍｍの地点においては、ピッチを１２０ｍｍとしてスプレーノズルを配置した場合に、噴霧領域の長手方向における比較噴付強度が比較的均一になっていた。ただし、複数のスプレーノズル１３０を各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置した場合、端部に配置されたスプレーノズル１３０の噴霧領域における成膜ガスの噴付強度が弱くなる。
【００７３】
このように、複数のスプレーノズル１３０を用いて大型の基板２００に成膜する場合、基板２００の端部において形成される膜の厚さが薄くなり所望の膜特性を得られにくい。
【００７４】
そこで、本実施形態の成膜装置１０においては、筐体１５０の開放部が、対向して通過する基板２００の搬送方向と直交する方向において、基板２００の幅に対して１．１５倍以上１．４倍以下の幅を有する。
【００７５】
具体的には、下記の条件で実験を行なった結果から上記の条件を求めた。搬送方向において１．４ｍの長さを有し、搬送方向と直交する方向において１ｍの幅を有する基板２００に対して成膜装置１０を用いて成膜した。
【００７６】
成膜材料１６０の溶液として、０．９ｍｏｌ／ＬのＳｎＣｌ4・５Ｈ2Ｏと、０．３ｍｏｌ／ＬのＮＨ4Ｆと、３０体積％のＨＣｌと、２．５体積％のメタノールとを含む水溶液を用いた。この水溶液の沸点は、約７０℃程度であった。
【００７７】
第１の条件では、ピッチＬpを１４０ｍｍとして８ヶのスプレーノズル１３０を各々の噴霧領域１６２の長手方向が一列になるように配置して、開放部の幅Ｌbを１１２０ｍｍとした。
【００７８】
第２の条件では、ピッチＬpを１４０ｍｍとして９ヶのスプレーノズル１３０を各々の噴霧領域１６２の長手方向が一列になるように配置して、開放部の幅Ｌbを１２６０ｍｍとした。
【００７９】
第３の条件では、ピッチＬpを１４０ｍｍとして１０ヶのスプレーノズル１３０を各々の噴霧領域１６２の長手方向が一列になるように配置して、開放部の幅Ｌbを１４００ｍｍとした。
【００８０】
第４の条件では、ピッチＬpを１２０ｍｍとして９ヶのスプレーノズル１３０を各々の噴霧領域１６２の長手方向が一列になるように配置して、開放部の幅Ｌbを１０８０ｍｍとした。
【００８１】
第５の条件では、ピッチＬpを１２０ｍｍとして１０ヶのスプレーノズル１３０を各々の噴霧領域１６２の長手方向が一列になるように配置して、開放部の幅Ｌbを１２００ｍｍとした。
【００８２】
第６の条件では、ピッチＬpを１２０ｍｍとして１１ヶのスプレーノズル１３０を各々の噴霧領域１６２の長手方向が一列になるように配置して、開放部の幅Ｌbを１３２０ｍｍとした。
【００８３】
第７の条件では、ピッチＬpを１００ｍｍとして１１ヶのスプレーノズル１３０を各々の噴霧領域１６２の長手方向が一列になるように配置して、開放部の幅Ｌbを１１００ｍｍとした。
【００８４】
第８の条件では、ピッチＬpを１００ｍｍとして１２ヶのスプレーノズル１３０を各々の噴霧領域１６２の長手方向が一列になるように配置して、開放部の幅Ｌbを１２００ｍｍとした。
【００８５】
第９の条件では、ピッチＬpを１００ｍｍとして１３ヶのスプレーノズル１３０を各々の噴霧領域１６２の長手方向が一列になるように配置して、開放部の幅Ｌbを１３００ｍｍとした。
【００８６】
図１０は、本実施形態において各条件で成膜を行なった基板端部の電気抵抗値を検査した結果を示す表である。図１０においては、測定された電気抵抗値が、太陽電池として用いられる透明導電膜の所定の電気抵抗値に対して小さければｇｏｏｄ、大きければｂａｄ、略同等であればａｃｃｅｐｔａｂｌｅと表記している。
【００８７】
図１０に示すように、開放部の幅Ｌbが、搬送方向と直交する方向における基板２００の幅に対して、１．１２倍である場合には搬送方向と直交する方向における基板２００の端部の電気抵抗値が所定値より大きかった。
【００８８】
開放部の幅Ｌbが、搬送方向と直交する方向における基板２００の幅に対して、１．２倍である場合には搬送方向と直交する方向における基板２００の端部の電気抵抗値が所定値と略同等もしくは小さかった。
【００８９】
開放部の幅Ｌbが、搬送方向と直交する方向における基板２００の幅に対して、１．２６倍である場合には搬送方向と直交する方向における基板２００の端部の電気抵抗値が所定値より小さかった。
【００９０】
ただし、開放部の幅Ｌbが大きくなりすぎると成膜装置１０が大型化して好ましくないため、開放部の幅Ｌbは、搬送方向と直交する方向における基板２００の幅に対して、１．４倍以下であることが好ましい。
【００９１】
上記の結果より、開放部の幅Ｌbが、搬送方向と直交する方向における基板２００の幅に対して１．１５倍以上１．４倍以下であれば、搬送方向と直交する方向における基板２００の端部の電気抵抗値が太陽電池用の透明導電膜として使用可能な電気抵抗値となると考えられる。これは、搬送方向と直交する方向において、基板２００上に略均一な膜厚で透明導電膜が形成されたためと考えられる。
【００９２】
このように、開放部の幅Ｌbを、搬送方向と直交する方向における基板２００の幅に対して１．１５倍以上１．４倍以下とすることにより、基板２００上の全体に略均一の膜厚の薄膜を成膜することができる。
【００９３】
以下、本発明の実施形態２に係る成膜装置について説明する。なお、本実施形態に係る成膜装置は、送風機構を備える点のみ実施形態１に係る成膜装置１０と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【００９４】
(実施形態２)
図１１は、本発明の実施形態２に係る成膜装置においてスプレーノズルの周囲に設けられたエアーノズルをスプレーノズルの吐出口側からスプレーノズルの本体側に向かって見た図である。
【００９５】
図１１に示すように、本発明の実施形態２に係る成膜装置においては、成膜室１００は、噴霧機構から噴霧された成膜ガスを基板２００の搬送方向と直交する方向における基板２００の端部に向かわせる送風機構をさらに有する。
【００９６】
本実施形態においては、送風機構は補完ガスとして圧縮空気を吐出するエアーノズル１９０からなる。ただし、送風機構は基板２００の端部に成膜ガスを向かわせることができればよく、たとえば、キャリアガスを吐出するノズルでもよい。
【００９７】
エアーノズル１９０は、各々の噴霧領域の長手方向が一列になるように配置された複数のスプレーノズル１３０のうちの両端に位置するスプレーノズル１３０を取り囲むように複数配置されている。そのため、両端に位置するスプレーノズル１３０から吐出されたミスト状の成膜ガスがエアーノズル１９０から基板２００の端部に向けて吐出された圧縮空気により加速されて送られる。
【００９８】
上記の第５の条件下において、エアーノズル１９０を設けた場合の効果を確認した。すなわち、ピッチＬpを１２０ｍｍとして１０ヶのスプレーノズル１３０を各々の噴霧領域１６２の長手方向が一列になるように配置して、開放部の幅Ｌbを１２００ｍｍとした。
【００９９】
図１２は、一列に配置された噴霧領域の長手方向における混合ミストの到達量の分布を示すグラフである。図１２においては、縦軸に基板２００上への混合ミストの到達量(ｃｃ／ｍｉｎ)、横軸に、１列に配置された噴霧領域の長手方向における中心からの位置(ｍｍ)を示している。
【０１００】
図１２に示すように、エアーノズル１９０から３０Ｌ／ｍｉｎまたは４０Ｌ／ｍｉｎの流量で圧縮空気を吐出させた場合、基板２００の端部に到達する混合ミストの量が増加していることが確認された。
【０１０１】
図１３は、搬送方向に直交する方向における基板のシート抵抗値の分布を示すグラフである。図１３においては、縦軸にシート抵抗値(Ω／□)、横軸に搬送方向に直交する方向における基板の中心からの位置(ｍｍ)を示している。また、補完ガス流量が３０Ｌ／ｍｉｎである場合を実線で、補完ガスを流していない場合を点線で示している。
【０１０２】
図１３に示すように、エアーノズル１９０を設けていない場合は、基板２００の端部におけるシート抵抗値が著しく増加している。これは、基板２００の端部に十分な膜厚の薄膜が形成されていないことによる。
【０１０３】
一方、補完ガスとしてエアーノズル１９０から圧縮空気を吐出させた場合は、基板２００の端部におけるシート抵抗値の増加が抑制されている。基板２００の全体において、太陽電池として使用可能な透明導電膜が均一な膜厚で形成されていることが確認された。
【０１０４】
上記の第１の条件から第９の条件においても同様の実験を行なった。図１４は、本実施形態において各条件で成膜を行なった基板端部の電気抵抗値を検査した結果を示す表である。図１４においては、測定された電気抵抗値が、太陽電池として用いられる透明導電膜の所定の電気抵抗値に対して小さければｇｏｏｄ、大きければｂａｄ、略同等であればａｃｃｅｐｔａｂｌｅと表記している。
【０１０５】
図１０に示すように、開放部の幅Ｌbが、搬送方向と直交する方向における基板２００の幅に対して、１．１倍である場合には搬送方向と直交する方向における基板２００の端部の電気抵抗値が所定値より大きかった。
【０１０６】
開放部の幅Ｌbが、搬送方向と直交する方向における基板２００の幅に対して、１．１２倍である場合には搬送方向と直交する方向における基板２００の端部の電気抵抗値が所定値と略同等であった。
【０１０７】
開放部の幅Ｌbが、搬送方向と直交する方向における基板２００の幅に対して、１．２倍である場合には搬送方向と直交する方向における基板２００の端部の電気抵抗値が所定値より小さかった。
【０１０８】
成膜装置の小型化の観点からは、開放部の幅Ｌbが、搬送方向と直交する方向における基板２００の幅に対して１．２５倍以下であることが好ましい。
【０１０９】
上記の結果より、開放部の幅Ｌbが、搬送方向と直交する方向における基板２００の幅に対して１．１５倍以上１．２５倍以下であれば、搬送方向と直交する方向における基板２００の端部の電気抵抗値が太陽電池用の透明導電膜として使用可能な電気抵抗値となる。
【０１１０】
このように本実施形態においては、開放部の幅Ｌbを、搬送方向と直交する方向における基板２００の幅に対して１．１５倍以上１．２５倍以下とすることにより、基板２００上の全体に略均一な膜厚の薄膜を成膜することができる。また、成膜室１００を小型化して成膜装置をコンパクトにすることができる。
【０１１１】
なお、本実施形態においては、エアーノズル１９０を両端に配置されたスプレーノズル１３０の周囲のみに配置したが、エアーノズル１９０の配置はこれに限られず、たとえば、全てのスプレーノズル１３０の周囲に配置してもよい。その場合、両端に配置されたスプレーノズル１３０の周囲に配置されたエアーノズル１９０の流量を他のエアーノズル１９０の流量より多くすることにより、基板２００上に均一な膜厚の薄膜を形成することができる。
【０１１２】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１１３】
１０  成膜装置、１１  投入部、１２  予熱部、１３  成膜部、１４  徐冷部、１５  取出し部、１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ  成膜室、１１０  搬送コンベア、１１１  搬送ベルト、１１２  プーリ、１１３  駆動軸、１２０  加熱炉、１３０  スプレーノズル、１４０  タンク、１４１  通路、１５０  筐体、１５１  導入口、１５２  排気口、１５３  排気空間、１５４  仕切壁、１５５  開口、１５８  噴霧機構配置空間、１５９  成膜ガス噴霧空間、１６０  成膜材料、１６２  噴霧領域、１７０  キャリアガス、１８０  排気ガス、１８１  混合領域、１９０  エアーノズル、２００  基板、３００  除害装置、３１０  接続管、Ｘ  噴き付け領域、Ｙ  流路領域、Ｚ  排気領域。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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