(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に接続した複数の成膜装置と、
基板ホルダまたはマスクホルダを保持し、かつ、該基板ホルダまたはマスクホルダをこれらの成膜装置間で搬送する搬送マニピュレータと、
上記成膜装置毎に設けられ、上記基板ホルダまたはマスクホルダを保持し、かつ、該基板ホルダまたはマスクホルダの位置を調整するホルダ位置調節装置と、を備え、
上記複数の成膜装置による成膜に際し、上記搬送マニピュレータの移動と、上記ホルダー位置調整装置による位置調節とにより、所望の基板を保持した上記基板ホルダと所望のマスクを保持した上記マスクホルダとを位置合わせして組み合わせ、上記各成膜装置で上記基板にマスク成膜を行うことで、
上記成膜毎の薄膜表面を大気に晒すことなく、多種類の薄膜をその機能に応じた形状に形成しつつ積層してデバイスを作製することを特徴とする、コンビナトリアルデバイス作製装置。
【請求項２】
前記複数の成膜装置は、互いにゲートバルブを介して接続した、プラズマＣＶＤ装置及び／又はパルスレーザ堆積装置であることを特徴とする、請求項１に記載のコンビナトリアルデバイス作製装置。
【請求項３】
前記基板ホルダは、基板ホルダ・リングと、基板を取り付けるヒートシンクとから構成され、上記基板ホルダ・リングは、位置合わせ用のピン及び位置合わせ用の嵌合リングを有し、
前記マスクホルダは、上記位置合わせ用のピンに嵌合する嵌合穴及び嵌合リングに嵌合する嵌合リング溝とを備え、
上記基板ホルダのピンと上記嵌合リングを、上記マスクホルダの嵌合穴と嵌合リング溝にそれぞれ嵌合することにより、複数のマスクパターンのマスクパターン合わせを行うことを特徴とする、請求項１に記載のコンビナトリアルデバイス作製装置。
【請求項４】
前記マスクホルダは、前記基板ホルダの位置合わせ用のピンに嵌合する前記嵌合穴を複数有し、これらの嵌合穴を成膜毎に順次ずらして上記ピンと嵌合させることによって、分割成膜することを特徴とする、請求項３に記載のコンビナトリアルデバイス作製装置。
【請求項５】
前記ヒートシンクは、前記基板ホルダ・リングと点接触で固定され、上記ヒートシンクから上記基板ホルダ・リングに散逸する熱量を小さくして基板の温度分布が均一になるようにしたことを特徴とする、請求項３に記載のコンビナトリアルデバイス作製装置。
【請求項６】
前記ホルダ位置調整装置は、前記基板ホルダまたは前記マスクホルダを安定に載置するための嵌合溝を備える可動サセプタと、この可動サセプタを上下動、左右移動及び水平面内で回転させる調整ロッドとを備え、
この調整ロッドの上下動により、上記可動サセプタと前記搬送マニピュレータとの相対位置を調整して上記基板ホルダまたは上記マスクホルダを受け渡し、上記調整ロッドの左右移動及び水平面内の回転によって上記基板ホルダと上記マスクホルダとを位置合わせすることを特徴とする、請求項１に記載のコンビナトリアルデバイス作製装置。
【請求項７】
前記ホルダ位置調整装置は、前記基板ホルダまたは前記マスクホルダを安定に載置するための嵌合溝を有する可動サセプタと、この可動サセプタを載置するための固定サセプタと、上記可動サセプタを上下動、左右移動及び水平面内で回転させる調整ロッドと、この調整ロッドの下端に設けたヒータブロックと、上記可動サセプタを上記固定サセプタに載置した状態で、上記調整ロッドをさらに下降できる余動機構とを備え、  上記調整ロッドの上下動により、上記可動サセプタと前記搬送マニピュレータとの相対位置を調整して上記基板ホルダまたは上記マスクホルダを受け渡し、上記調整ロッドの左右移動及び水平面内の回転によって上記基板ホルダと上記マスクホルダとの位置合わせを行い、
さらに、上記余動機構により、上記固定サセプタに載置した上記基板ホルダに上記ヒータブロックを密着させて基板ホルダを加熱することを特徴とする、請求項１に記載のコンビナトリアルデバイス作製装置。
【請求項８】
前記余動機構は、前記可動サセプタに固定したガイドロッドと、このガイドロッドにガイド可能に取り付けたガイド盤と、上記ガイドロッド上端に固設したガイドストッパとを備え、上記ガイド盤を前記調整ロッドに固設して構成され、上記調整ロッドを上昇させた際に上記可動サセプタを吊り下げ保持すると共に、上記可動サセプタが前記固定サセプタに載置された状態から、上記調整ロッドをさらに下げることができることを特徴とする、請求項７に記載のコンビナトリアルデバイス作製装置。
【請求項９】
前記可動サセプタは、前記基板ホルダをプラズマＣＶＤ装置のプラズマに又はパルスレーザ堆積装置の蒸着原子に晒すための開口を備え、  前記固定サセプタは、上記プラズマＣＶＤ装置のアノード電極を兼ねることを特徴とする、請求項７に記載のコンビナトリアルデバイス作製装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多種類の薄膜を大気に晒すことなく、かつ、その機能に応じた形状・構造に積層して成膜し得るコンビナトリアルデバイス作製装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の種類の薄膜を積層して形成される電子デバイスには、例えば、薄膜トランジスタ、アモルファス太陽電池等がある。これらの電子デバイスを構成するそれぞれの薄膜は、材料が異なり、また、デバイス動作を担う機能に応じて形状が異なる。このため、従来のこの種のデバイスの作製工程は、薄膜毎に、専用の成膜装置で成膜した後、成膜装置より取り出し、フォトリソグラフィによってパターンニングし、次の成膜装置で次の薄膜を成膜するといった工程を繰り返して形成していた。
このような工程は、次の薄膜を積層する前に、形成された薄膜表面を空気に晒すので、薄膜表面が改質され、積層した薄膜間の界面が設計とは異なるものとなり、形成したデバイス特性は設計値とは異なると言った問題があった。特に、薄膜トランジスタやアモルファス太陽電池においては、膜界面の表面準位がその特性に重要な影響を与えるため、この問題を避けるために従来はクリーンルーム等の大がかりな設備を必要とした。
【０００３】
また、この様なデバイスの成膜条件や素子構造を決める開発段階においては、膜厚、膜組成などが異なる多種類の試料を作成し、これらの試料の特性を測定して成膜条件や素子構造を決めることが必要であるが、作製工程で使用する成膜装置が真空装置であるため、真空排気に長時間を要し、かつ、一回の真空引きで１種類の膜厚条件または成膜条件しか実施できず、デバイスの成膜条件や素子構造を決定するために、多大の時間、労力及びエネルギを必要としていた。
【０００４】
本発明は、上記の従来法の解決すべき課題に鑑み、成膜した薄膜を大気に晒すことなく、多種類の薄膜を、その機能に応じた形状に形成しつつ積層して、デバイスを作製し得る装置、すなわち、コンビナトリアルデバイス作製装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明のコンビナトリアルデバイス作製装置は、相互に接続した複数の成膜装置と、基板ホルダまたはマスクホルダを保持し、かつ、該基板ホルダまたはマスクホルダをこれらの成膜装置間で搬送する搬送マニピュレータと、上記成膜装置毎に設けられ、上記基板ホルダまたはマスクホルダを保持し、かつ、該基板ホルダまたはマスクホルダの位置を調整するホルダ位置調節装置とを備え、上記複数の成膜装置による成膜に際し、上記搬送マニピュレータの移動と、上記ホルダー位置調整装置による位置調節とにより、所望の基板を保持した上記基板ホルダと所望のマスクを保持した上記マスクホルダとを位置合わせして組み合わせ、上記各成膜装置で上記基板にマスク成膜を行うことで、上記成膜毎の薄膜表面を大気に晒すことなく、多種類の薄膜をその機能に応じた形状に形成しつつ積層してデバイスを作製することを特徴とする。
【０００６】
上記複数の成膜装置は、互いにゲートバルブを介して接続した、プラズマＣＶＤ装置及び／又はパルスレーザ堆積装置であってもよい。
上記基板ホルダは、基板ホルダ・リングと、基板を取り付けるヒートシンクとから構成され、上記基板ホルダ・リングは、位置合わせ用のピン及び位置合わせ用の嵌合リングを有し、上記マスクホルダは、位置合わせ用のピンに嵌合する嵌合穴及び嵌合リングに嵌合する嵌合リング溝とを備え、基板ホルダのピンと嵌合リングを、マスクホルダの嵌合穴と嵌合リング溝にそれぞれ嵌合することにより、複数のマスクパターンのマスクパターン合わせを行うことができる。
また、マスクホルダは、基板ホルダの位置合わせ用のピンに嵌合する嵌合穴を複数有し、これらの嵌合穴を成膜毎に順次ずらしてピンと嵌合させることによって、分割成膜することができる。
【０００７】
上記ヒートシンクは、前記基板ホルダ・リングと点接触で固定され、上記ヒートシンクから上記基板ホルダ・リングに散逸する熱量を小さくして基板の温度分布が均一になるようにするのが好ましい。
また、搬送マニピュレータは、基板ホルダまたはマスクホルダを保持するチャックと、複数の成膜装置間で基板ホルダまたはマスクホルダを搬送するのに十分な長さのロッドを備え、基板ホルダ及びマスクホルダは、チャックが嵌合する嵌合溝を備えている。
【０００８】
上記ホルダ位置調整装置は、好ましくは、基板ホルダまたはマスクホルダを安定に載置するための嵌合溝を有する可動サセプタと、可動サセプタを上下動、左右移動及び水平面内で回転させる調整ロッドとを備え、調整ロッドの上下動により、可動サセプタと搬送マニピュレータとの相対位置を調整して基板ホルダまたはマスクホルダを受け渡し、調整ロッドの左右移動及び水平面内の回転によって基板ホルダとマスクホルダとの位置合わせを行う。
さらに好ましくは、ホルダ位置調整装置は、基板ホルダまたはマスクホルダを安定に載置するための嵌合溝を有する可動サセプタと、この可動サセプタを載置するための固定サセプタと、可動サセプタを上下動、左右移動及び水平面内で回転させる調整ロッドと、調整ロッドの下端に設けたヒータブロックと、可動サセプタを固定サセプタに載置した状態で、調整ロッドをさらに下降できる余動機構とを備え、調整ロッドの上下動により、可動サセプタと搬送マニピュレータとの相対位置を調整して基板ホルダまたはマスクホルダを受け渡し、調整ロッドの左右移動及び水平面内の回転によって基板ホルダとマスクホルダとの位置合わせを行い、さらに、余動機構により、固定サセプタに載置した基板ホルダにヒータブロックを密着させて基板ホルダを加熱する。
【０００９】
上記余動機構は、好ましくは、可動サセプタに固定したガイドロッドと、このガイドロッドにガイド可能に取り付けたガイド盤と、上記ガイドロッド上端に固設したガイドストッパとを備え、ガイド盤を調整ロッドに固設して構成され、調整ロッドを上昇させた際に可動サセプタを吊り下げ保持すると共に、可動サセプタが固定サセプタに載置された状態から、調整ロッドをさらに下げることができる。
さらに、可動サセプタは、好ましくは、基板ホルダをプラズマＣＶＤ装置のプラズマに、または、パルスレーザ堆積装置の蒸着原子に晒すための開口を備え、固定サセプタはプラズマＣＶＤ装置のアノード電極を兼ねる。
【００１０】
以上の構成による本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置によれば、成膜した薄膜を大気に晒すことなく、多種類の薄膜を、その機能に応じた形状に形成しつつ積層して、電子デバイスを作製することができる
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の好適な実施の形態を説明する。
図１はこの発明のコンビナトリアルデバイス作製装置の構成を示す平面図である。本装置は、各種の成膜装置を互いに接続して構成されている。すなわち、Ｐ・ＣＶＤ装置（プラズマＣＶＤ装置）１にゲートバルブ２を介してＰ・ＣＶＤ装置３と、Ｐ・ＣＶＤ装置１とＰ・ＣＶＤ装置３とが成す方向に直角な方向にゲートバルブ４を介してＰＬＤ装置（パルスレーザ堆積装置）５が接続されている。さらに、各成膜装置は、それぞれホルダ位置調節装置６，７を具備している。また、Ｐ・ＣＶＤ装置１には、ＰＬＤ装置５とＰ・ＣＶＤ装置１とを結ぶ方向にホルダ搬送用の搬送マニピュレータ８が接続され、また、Ｐ・ＣＶＤ装置３には、Ｐ・ＣＶＤ装置１とＰ・ＣＶＤ装置３とを結ぶ方向にホルダ搬送用の搬送マニピュレータ９が接続されている。また、Ｐ・ＣＶＤ装置１には、基板ホルダ及びマスクホルダを出し入れするための挿入ゲート１０が設けられている。
なお、上記のＰ・ＣＶＤ装置１，３及びＰＬＤ装置５はそれぞれ真空ポンプ、ガス導入孔、真空ゲージまたは各種のバルブ等を有しているが、これらは通常の真空装置と同じであるので、図示を省略する。
【００１２】
図２は本装置の各成膜装置１，３，５で行う成膜方法を模式的に示したものである。図２において、Ｐ・ＣＶＤ装置１は、ＳｉＨ4 （シラン）、Ｂ2 Ｈ6 （ジボラン）、ＰＨ3 （フォスフィン）及びＮＨ3 （アンモニア）等のガスを用いたプラズマＣＶＤにより、ドープド・アモルファスシリコン膜及びシリコン窒化膜を成膜する。
Ｐ・ＣＶＤ装置３は、ＳｉＨ4 （シラン）を用いたプラズマＣＶＤによりアモルファスシリコン膜を成膜する。
ＰＬＤ装置５は、電極材料である金属等のターゲットチップにレーザ光を照射して金属薄膜を成膜する。
【００１３】
次に、本装置に用いる基板ホルダ及びマスクホルダの構成を図３〜図６に基づいて説明する。
図３は、基板ホルダの構成を示しており、図３（ａ）は、基板ホルダを構成する要素の一つであるヒートシンク２１の平面図及び側面図を示している。
ヒートシンク２１は、ガラス基板等の基板を挟んで保持するための基板留め具２２を有している。
図３（ｂ）は、基板ホルダ・リング２３の上面図及び側面図を示している。
基板ホルダ・リング２３は、円筒２４と、この円筒２４の円筒断面に平行に固定された上下２つのリング状の鍔２５，２６と、この下側の鍔２６に円筒２４の側壁に沿って垂直方向に固定した位置合わせピン２７とにより構成されている。円筒２４の鍔２６より下のリング部分は、後述のマスクホルダと嵌合するための嵌合リング２８である。
【００１４】
図３（ｃ）は、基板ホルダ２９の組立図であり、ヒートシンク２１は、ヒートシンク２１に設けたネジ穴３０及び基板ホルダ・リング２３の円筒２４に設けたネジ穴３１を介し、ネジ３２によって基板ホルダ・リング２３に点接触で固定される。これにより、後述のヒータブロックから供給される熱量が基板ホルダ・リング２３に逃げ難くなり、ヒートシンク２１の昇温が容易に、かつ、ヒートシンク２１の温度分布が均一になる。
【００１５】
図４はマスクホルダの構成を示している。
図４（ａ）はマスクホルダ４０の平面図あり、図４（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、図４（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図である。
マスクホルダ４０は、円筒４１の円筒断面に平行にリング状の上下２枚の鍔４２，４３を有し、上側の鍔４２には、上記の位置合わせピン２７と嵌合する位置合わせ穴４４と上記嵌合リング２８と嵌合する嵌合溝４５を有している。さらに、マスクホルダ４０は、マスクを固定するための固定台４６を有している。
【００１６】
図５は、マスクホルダ４０にマスク５０を取り付けた状態を示しており、マスク５０は、マスク５０の取付穴５１とマスク固定台４６に設けたネジ穴４７を介し、ネジ５２によってマスクホルダ４０に固定される。
【００１７】
次に基板ホルダ２９とマスクホルダ４０の位置合わせ機構について説明する。
図６は基板ホルダ２９とマスクホルダ４０を位置合わせして組み合わせた状態を示しており、図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、図６（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図である。
図６に示すように、基板ホルダ２９とマスクホルダ４０の位置合わせは、基板ホルダ２９の嵌合リング２８及び位置合わせピン２７を、マスクホルダ４０の嵌合溝４５及び位置合わせ穴４４にそれぞれ嵌合させておこなう。したがって、デバイス作製に使用する複数のマスクのパターンが、マスク５０のマスク取付穴５１を基準として、作製するデバイスに関し同一の位置関係を保って形成されていれば、これらのマスクの内のある特定のマスクによって形成した基板６１上の薄膜パターンに別のマスクのパターンを正確に位置合わせすることができる。
【００１８】
本装置における成膜工程は、最初に、挿入ゲート１０を介して、基板６１をセットした基板ホルダ２９と、デバイス作製に必要な一連のマスクの内、最初に必要なマスク５０をセットしたマスクホルダ４０とを位置合わせし、組み合わせて本装置内に収納すると共に、最初に必要なマスク以外の他の一連のマスク５０をセットした複数のマスクホルダ４０を本装置内に同時に収納する。つぎに、組み合わせた基板ホルダ２９とマスクホルダ４０がセットされている成膜装置で、基板６１に第１の薄膜を成膜し、すなわち第１の薄膜をマスク成膜し、さらに、このマスク成膜した第１の薄膜上に第２の薄膜をマスク成膜する際に、本装置内で、真空を保持したまま、後述のホルダ位置調整装置と搬送マニピュレータを使用して、基板ホルダ２９に他のマスクを保持した他のマスクホルダ４０を位置合わせして組み合わせ、次の成膜装置に搬送し、第２の薄膜をマスク成膜する。
順次、上記工程を繰り返し、デバイスを構成するそれぞれの薄膜をそれぞれの薄膜の機能に応じた形状に形成しながら積層して、デバイスを作製する。
【００１９】
次に、ホルダ位置調整装置の構成を図７〜図１１に基づいて説明する。
図７はホルダ位置調整装置６の構成を説明するための、Ｐ・ＣＶＤ１またはＰ・ＣＶＤ３の断面図であり、図８はホルダ位置調整装置６の構成を示す斜視図である。
ホルダ位置調整装置６は、基板ホルダ２９、マスクホルダ４０または組み合わせた基板ホルダ２９とマスクホルダ４０を載置するための可動サセプタ７１と、この可動サセプタ７１を上下左右に移動し、または垂直軸の回りに回転するための調整ロッド７２と、可動サセプタ７１を載置するための固定サセプタ７３とからなる。
固定サセプタ７３は、成膜中のプラズマに基板６１を晒すための開口と可動サセプタ７１を安定に載置するためのリング状の溝７４を有するリング状の円盤であり、四隅に設けた取付ロッド７５によって、真空槽の上面７６に固定されている。
【００２０】
可動サセプタ７１は、成膜中のプラズマに基板６１を晒すための開口と、基板ホルダ２９，マスクホルダ４０または組み合わせた基板ホルダ２９とマスクホルダ４０を安定に載置するためのリング状の溝７７を有するリング状の円盤であり、四隅に設けたガイドロッド７８によって、ガイド円盤７９にガイド穴８０を介してガイド可能に接続されている。
【００２１】
ガイド円盤７９は調整ロッド７２に固着されている。
調整ロッド７２の下端には基板をヒートシンク２１を介して加熱するための円盤状のヒータブロック８１が固定されている。
ガイドロッド７８の上端には、ガイドストッパ８２が固着されており、調整ロッド７２を上方に移動したときに、ガイド円盤７９がこれらのガイドストッパ８２に係留し、可動サセプタ７１をつり下げて上方に移動できる。
調整ロッド７２は、真空槽の上面７６と、例えばオーリングを介して結合しており、真空を保持したまま上下左右移動及び軸の回りの回転ができる。
このような構成のホルダ位置調整装置６によれば、調整ロッド７２を上方に移動することによって、可動サセプタ７１をつり下げながら上昇させることができ、また、調整ロッド７２を下方に移動することによって、可動サセプタ７１を固定サセプタ７３に載置することができる。
また、さらに調整ロッド７２を下方に移動することによって、調整ロッド７２は、可動サセプタ７１を固定サセプタ７３に載置したまま、円盤７９とガイドロッド７８にガイドされてさらに下降できる、すなわち、ホルダ位置調整装置６は、調整ロッド７２が可動サセプタ７１を固定サセプタ７３に載置する位置を越えて下降できるという余動機構を備えている。この余動機構により、固定サセプタ７３に載置された可動サセプタ７１に組み合わせて載置された基板ホルダ２９及びマスクホルダ４０の基板ホルダ２９の上面にヒータブロック８１を密着させることができ、基板ホルダ２９を加熱することができる。
【００２２】
なお、調整ロッド７２を下方に徐々に移動し、可動サセプタ７１が固定サセプタ７３に載置されたときの、ヒータブロック８１の下面と可動サセプタ７１のリング状の溝７４の上面との距離は、組み合わせた基板ホルダ２９とマスクホルダ４０の厚さよりも十分大きく構成されており、後述のマスクホルダ交換時に、組み合わせた基板ホルダ２９とマスクホルダ４０を可動サセプタに載置できるようにしている。
【００２３】
なお、図７において、８４はＰ・ＣＶＤ装置１または２のカソードであり、固定サセプタ７３はＰ・ＣＶＤ装置１または２のアノードを兼ねている。また、８３はオーリングである。その他のプラズマＣＶＤ装置に必要な各種のゲートバルブ、ガス導入孔等は一般のプラズマＣＶＤ装置と同等なので図示していない。
なお、図８においては、ガイドロッド７８の上端がガイド円盤７９より突き出た状態にあり、かつ、可動サセプタ７１が宙に浮いた状態を表示しているが、ホルダ位置調整装置６の構成を示すための図示であり、実際の動作状況を示すものではない。
なお、実際の調整ロッド７２の上下左右移動及び回転機構は図示していないが、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸及びＺ軸の回りの回転が可能な精密マニピュレータが調整ロッド７２に接続してあり、この精密マニピュレータで行う。
【００２４】
図９は、ＰＬＤ装置３のホルダ位置調整装置７の構成を示す断面図である。
本実施の形態においては、ＰＬＤ装置３のホルダ位置調整装置７は、可動サセプタ７１と、この可動サセプタ７１に固定したロッド７５と、このロッド７５をアーム９０を介して調整ロッド７２に固着して構成されている。ＰＬＤ装置３の基板加熱装置９１は、ヒータランプ９２とヒータランプ９２の光を集光する放物面形状を有する反射鏡９３とで構成されるので、ホルダ位置調整装置７は、ホルダ位置調整装置６と較べ、より簡単な構成になる。
なお、図９において、９４は回転可能に支持された、レーザ光を照射するターゲットチップ９４である。
なお、その他のパルスレーザ堆積装置に必要な各種のゲートバルブ、レーザ光線導入窓等は一般のパルスレーザ堆積装置と同等なので図示していない。
【００２５】
次に、搬送マニピュレータ８，９の構成を説明する。
図１０は搬送マニピュレータ８，９の先端部分の構成を示している。搬送マニピュレータ８，９は搬送ロッド１００を有し、搬送ロッド１００の先端部分にはチャック１０１を有しており、このチャック１０１は、基板ホルダ２９の鍔２５の下面と鍔２６の上面と、鍔２５の下面と鍔２６の上面とに挟まれた基板ホルダ２９の外側壁部分とで構成されるリング状のチャック溝１０２、または、マスクホルダ４０の鍔４２の下面と鍔４３の上面と、鍔４２の下面と鍔４３の上面とに挟まれたマスクホルダ４０の外側壁部分とで構成されるリング状のチャック溝１０２に嵌合させ、基板ホルダ２９、マスクホルダ４０、または、組み合わせた基板ホルダ２９とマスクホルダ４０を搬送する。
【００２６】
図１１は、搬送マニピュレータ８，９の全体の構成を示している。
搬送マニピュレータ８，９は、真空を保持するマニピュレータ格納槽１１０に格納され、格納した状態では、搬送マニピュレータ８，９のチャック１０１は、Ｐ・ＣＶＤ装置１，３側の格納槽１１０である格納領域１１１に格納される。搬送マニピュレータ８，９の移動は、ロッド１００に取り付けられた磁石１１２に磁気結合している移動磁石リング１１３を、格納槽１１０の外壁に沿って移動することによって行う。
【００２７】
搬送マニピュレータ８のロッド１００の長さは、Ｐ・ＣＶＤ装置１を通過し、ＰＬＤ装置５のホルダ位置調整装置７に基板ホルダ２９を載置することができる長さである。
搬送マニピュレータ９のロッド１００の長さは、Ｐ・ＣＶＤ装置３を通過し、Ｐ・ＣＶＤ装置１のホルダ位置調整装置６に基板ホルダ２９を載置できる長さである。
なお、図１１は、搬送マニピュレータ８のチャック１０１が、基板ホルダ２９を保持して格納領域１１１に格納されている状態から、移動磁石リング１１３を操作して、ロッド１００を移動し、基板ホルダ２９をＰ・ＣＶＤ装置１のホルダ位置調整装置６に搬送した状態を示している。この際、Ｐ・ＣＶＤ装置３のホルダ位置調整装置６の可動サセプタ７１は、搬送マニピュレータ８の通過の障害にならないように、調整ロッド７２を操作して上方に移動する。
なお、図１１において、１１４はボールベアリングである。
【００２８】
次に、ホルダ位置調整装置６と搬送マニピュレータ８，９を使用したマスク交換方法を図１２及び図１３に基づいて説明する。
図１２はマスクホルダをホルダ位置調整装置６に載置する方法を示している。図１２（ａ）は、例えば、Ｐ・ＣＶＤ装置１で第１の成膜が終わり、組み合わせた基板ホルダとマスクホルダを搬送マニピュレータ９により、他の場所、例えば、Ｐ・ＣＶＤ装置３のホルダ位置調整装置６、あるいは、搬送マニピュレータ９の格納領域１１１に移動して、Ｐ・ＣＶＤ装置１のホルダ位置調整装置６の可動サセプタ７１上を空にし、マニピュレータ８が、新たなマスクホルダ４０をＰ・ＣＶＤ装置１のホルダ位置調整装置６に搬送してきた状態を示している。この際、ホルダ位置調整装置６は、調整ロッド７２を操作して、チャック１０１に装着したマスクホルダ４０がホルダ位置調整装置６と接触しない位置に移動する。
【００２９】
図１２（ｂ）は、調整ロッド７２を上方へ移動し、可動サセプタ７１のリング状溝７７とチャック１０１に装着したマスクホルダ４０の鍔４３を嵌合させた状態を表している。リング状溝７７とマスクホルダ４０の鍔４３が嵌合しているので、マニピュレータ８を図において右方向に移動することによって、マスクホルダ４０を可動サセプタ７１に載置することができる。
図１２（ｃ）は、調整ロッド７２を下方に移動し、マスクホルダ４０を載置した可動サセプタ７１を固定サセプタ７３に載置した状態を示している。
なお、マスクホルダ４０を可動サセプタ７１から取り出すには、上記の手順を逆に行う。
【００３０】
図１３は、基板ホルダ２９と新たなマスクホルダ４０の位置合わせ方法を示している。
図１３（ａ）は、例えばＰ・ＣＶＤ装置１で第１の成膜が終わり、新たなマスクホルダ４０を可動サセプタ７１に載置し（図１２（ｃ）の状態）、他の場所に退避させていた基板ホルダ２９を搬送マニピュレータ９により、ホルダ位置調整装置６に搬送してきた状態を示している。この際、位置合わせピン２７の先端が軽くマスクホルダ４０の鍔４２の上面に接触する程度に、調整ロッド７２を上方に移動し、調整ロッド７２の垂直軸の回りの回転により、あるいは、調整ロッドの水平面内の移動も加え、マスクホルダ４０の鍔４２に設けられた位置合わせ穴４４に位置合わせピン２７を位置合わせする。
図１３（ｂ）は、基板ホルダ２９とマスクホルダ４０の位置合わせが完了し、調整ロッド７２を上昇させて、基板ホルダ２９とマスクホルダ４０を嵌合させた状態を示している。
図１３（ｃ）は、調整ロッド７２を下降させ、可動サセプタ７１が固定サセプタ７３に載置されると共に、調整ロッド７２の先端に設けられている円盤状のヒータブロック８１が基板ホルダ２９の上面に密着するようにした状態を示している。これにより、マスクホルダ４０の交換が完了し、かつ、ヒータブロック８１が基板ホルダ２９を有効に加熱し、次の成膜を行うことができる。
なお、可動サセプタ７１に載置された、組み合わされた基板ホルダ２９とマスクホルダ４０から、基板ホルダ２９あるいはマスクホルダ４０を取り出すには、上記手順を逆に行う。
また、可動サセプタ７１に載置された、組み合わされた基板ホルダ２９とマスクホルダ４０を組み合わせた状態で搬送するには、図１３（ｃ）に示した状態から、調整ロッド７２を上昇させ、マスクホルダ４０のチャック溝１０２の高さをチャック１０１の高さに調整してから、チャック１０１をチャック溝１０２に嵌合させ、嵌合した状態で調整ロッド７２を下降させて、マスクホルダ４０を可動サセプタ７１の溝７４から外して搬送する。
【００３１】
次に、ホルダ位置調整装置６，７と搬送マニピュレータ８，９を使用した、分割成膜方法について説明する。
ある特定の薄膜を成膜する場合に、基板内で膜厚を変えて形成したい場合がある。例えば、他の薄膜の成膜条件は同一で、特定の薄膜の膜厚を変えて特性の変化を知りたい場合等である。
このような場合、例えば図１４に示す４分割マスクを、図４に示したような、位置合わせ穴４４を鍔４２上に等間隔に４個有するマスクホルダ４０に装着し、このマスクホルダ４０と基板ホルダ２９を組み合わせて成膜し、成膜後、マスクホルダ４０と基板ホルダ２９を図１３（ａ）に示すように配置して、調整ロッド７２を９０度回転して、マスクホルダ４０の次の嵌合穴４４に位置合わせして組み合わせ、再び、異なった条件で成膜する。以下、順次、上記工程を繰り返すことによって、成膜条件の異なる４種類の特定の薄膜を同一基板上に形成することができる。
【００３２】
以上説明したように、本装置を用いれば、多種類の薄膜を、その機能に応じた形状に形成しつつ積層してデバイスを作製できるから、成膜した薄膜を大気に晒すことなく、また、フォトリソ工程を必要とせずに、例えば薄膜トランジスタや薄膜太陽電池等の電子デバイスを形成することができる。また、１回の真空引きで、成膜条件の異なる複数のデバイスを作製することができる。
【００３３】
つぎに、本発明のコンビナトリアルデバイス装置を使用したデバイス作製の実施例を説明する。
本実施例はアモルファスシリコン太陽電池を作製する例を示している。
この、アモルファスシリコン太陽電池は、ガラス／透明導電膜／ｎ型アモルファスＳｉ層／ｉ層（アモルファスＳｉ層）／ｐ型アモルファスＳｉ層／Ａｌ裏面電極構造を有している（図１４（ｂ））。
【００３４】
以下にアモルファスシリコン太陽電池の作製工程を説明する。
Ｐ・ＣＶＤ装置１への基板導入：
・ＩＴＯ（Indium tin oxide）およびＺｎＯ（酸化亜鉛）付きガラス基板６１をアセトン・エタノール・純水で洗浄する。
・基板ホルダ２９に基板６１をセットする。
・マスクホルダ４０にはマスクを装着せず（マスクホルダＡとする。）、そのまま基板ホルダ支持治具として使用する。
・マスクホルダ４０に４分割マスク１４０を装着する（図１４（ａ）、マスクホルダＢとする。）。
・マスクホルダ４０に電極形成用マスクを装着する（マスクホルダＣとする。）。
【００３５】
・マスクホルダＣを搬送マニピュレータ８を使用して、ＰＬＤ装置３の可動サセプタ７１に載置しておく。
・マスクホルダＡと基板ホルダ２９を重ね合わせてＰ・ＣＶＤ装置ｌに導入し、搬送マニピュレータ８で保持しておく。
・マスクホルダＢをＰ・ＣＶＤ装置ｌの中に導入し、可動サセプタ７１上に載置する。
・Ｐ・ＣＶＤ装置ｌをロータリポンプ及び複合分子ポンプにて真空排気する。
・１時間ほど排気し、Ｐ・ＣＶＤ装置ｌの真空度が１０-7Ｔｏｒｒ台に到達したら、ゲートバルブ２を開けてマスクホルダＢを搬送マニピュレータ９でＰ・ＣＶＤ装置３に搬送し、Ｐ・ＣＶＤ装置３の可動サセプタ７１上に載せる。ゲートバルブ２を閉める。
・前述の重ね合わせたマスクホルダＡと基板ホルダ２９を搬送マニピュレータ９からＰ・ＣＶＤ装置ｌの可動サセプタ７１に載せ替えた後、調整ロッド７２を下げていって、調整ロッド７２のヒータブロック８１と可動サセプタ７１の間にマスクホルダ４０と基板ホルダ２９が挟み込まれる状態にする。このようにして基板ホルダ２９とヒータブロック８１を密着させ、熱接触を確立する。
・Ｐ・ＣＶＤ装置ｌのヒータブロック８１の温度を１５０℃にセットし、基板６１及び真空槽内のベーキングを開始する。この状態を６時間程度保持する。
【００３６】
アモルファスＳｉｎ層の堆積：
・Ｐ・ＣＶＤ装置ｌのヒータブロック８１の温度を２５０℃にセットし、昇温まで１５分程度待つ。
・ＰＨ3 流量を５ｓｃｃｍ（ｃｍ3 ／ｍｉｎ）、ＳｉＨ4 流量を１０ｓｃｃｍに設定し、Ｐ・ＣＶＤ装置１内に導入する。排気バルブの開閉量を調節して（作動排気）チャンバ内圧を１００ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ）にする。
・カソード電極に１３．５６ＭＨｚ（国際電波法で定められた工業用周波数）、６５ｍＷ／ｃｍ2 の高周波を印加してプラズマを発生させる。７０秒間堆積後、高周波をＯＦＦにして成膜を停止する。
【００３７】
・ＰＨ3 およびＳｉＨ4 の導入を停止し、排気バルブを全開にする。Ｐ・ＣＶＤ装置ｌ内が１０-7Ｔｏｒｒ台の超高真空に到達したらゲートバルブ２を開けて、基板ホルダ２９をＰ・ＣＶＤ装置ｌからＰ・ＣＶＤ装置２に移す。その際、基板ホルダ２９のみを搬送マニピュレータ９で受け取る。
・基板ホルダ２９をＰ・ＣＶＤ装置３内に搬送し、マスクホルダＢの上に重ねる。その後、ヒータブロック８１を下げていって、ヒータブロック８１と可動サセプタ７１の間に基板ホルダ２９とマスクホルダＢが挟み込まれる状態にする。
・ゲートバルブ２を閉める。
・Ｐ・ＣＶＤ装置３のヒータブロック８１を２５０℃に設定する。
【００３８】
ｉ層の堆積（膜厚を４種類変化させる）：
・ＳｉＨ4 流量を１０ｓｃｃｍ（ｃｍ3 ／ｍｉｎ）に設定し、Ｐ・ＣＶＤ装置３内に導入する。排気バルブの開閉量を調節して（作動排気）、チャンバ内圧を１００ｍＴｏｒｒ  （１３．３Ｐａ）にする。
・カソード電極に１３．５６ＭＨｚ，６５ｍＷ／ｃｍ2 の高周波を印加してプラズマを発生させる。
・３０分間堆積後、高周波をＯＦＦにして成膜を停止する。
・搬送マニピュレータ９により基板ホルダ２９を受け取り、格納領域１１１に格納する。
【００３９】
・調整ロッド７２を９０°回転させる。搬送マニピュレータ９を再びＰ・ＣＶＤ装置３内に搬入し、基板ホルダ２９をマスクホルダＢの上に重ねる。
・調整ロッド７２を下げていって、基板ホルダ２９とマスクホルダＢが、ヒータブロック８１と可動サセプタ７１の間に挟み込まれる状態にする。
・以上の工程を繰り返して、４５分，６０分および７５分間それぞれ基板６１上の異なる位置に、異なる膜厚のｉ層（アモルファスＳｉ層）を堆積する。
・ＳｉＨ4 の導入を停止し、排気バルブを全開する。Ｐ・ＣＶＤ装置３内が１０-7Ｔｏｒｒ台の超高真空に到達したらゲートバルブ２を開けて、基板ホルダ２９のみを搬送マニピュレータ９によってＰ・ＣＶＤ装置３からＰ・ＣＶＤ装置１に移す。
・基板ホルダ２９をＰ・ＣＶＤ装置１内に搬送し、マスクホルダＡの上に重ねる。その後ヒータブロック８１を下げていって、基板ホルダ２９とマスクホルダＡが、ヒータブロック８１と可動サセプタ７１の間に挟み込まれる状態にする。
・ゲートバルブ２を閉める。
【００４０】
ｐ層の堆積：
・Ｐ・ＣＶＤ装置１のヒータブロック８１を２５０℃にセットし、昇温まで１５分程度待つ。
・Ｂ2 Ｈ6 の流量を５ｓｃｃｍ（ｃｍ3 ／ｍｉｎ）、ＳｉＨ4 流量を１０ｓｃｃｍに設定し、Ｐ・ＣＶＤ装置１内に導入する。排気バルブの開閉量を調節して（作動排気）、チャンバ内圧を１００ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ）にする。
・カソード電極に１３．５６ＭＨｚ、６５ｍＷ／ｃｍ2 の高周波を印加してプラズマを発生させる。
・７０秒間堆積後、高周波をＯＦＦにして成膜を停止する。
【００４１】
反応ガス配管内の純アルゴン（Ａｒ）による洗浄：
・ＳｉＨ4 配管にＡｒを１kgｆ／ｃｍ2 封入し、Ｐ・ＣＶＤ装置３を用いて高真空まで排気し、再びＡｒを封入する。これを３回繰り返す。その後、マスフローコントローラを２０ｓｃｃｍに設定してＡｒを１５分間流す。
・Ｂ2 Ｈ6 とＰＨ3 配管については、Ｐ・ＣＶＤ装置１を用いて上記と同様の洗浄を行う。
【００４２】
裏面電極形成：
・搬送マニピュレータ８を使用し、基板ホルダ２９をＰＬＤ装置５のマスクホルダＣに位置合わせして重ねる。
・裏面電極をパルスレーザ蒸着することにより完成する。
【００４３】
実験結果：
図１５は、本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置で作製したｎｉｐ型太陽電池の電圧・電流特性を示している。ｉ層膜厚に対する太陽電池特性の明瞭な依存性が見られている。特に、Ｆｉｌｌ  ｆａｃｔｏｒ（曲線因子）に関して、ｎｉｐ構造の場合にはｉ層を２５００Å程度まで薄くしないと６０％程度の良好なＦｉｌｌ  ｆａｃｔｏｒを得ることができないことが分かった。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本装置を用いれば、成膜した薄膜を大気に晒すことなく、多種類の薄膜を、その機能に応じた形状に形成しつつ積層してデバイスを作製でき、フォトリソ工程を必要とせずに、例えば薄膜トランジスタや薄膜太陽電池等の電子デバイスを形成することができる。また、１回の真空引きで、成膜条件の異なる複数のデバイスを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置の構成を示す平面図である。
【図２】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置の各成膜装置で行う成膜方法を模式的に示した図である。
【図３】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置の基板ホルダの構成を示した図である。
【図４】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置のマスクホルダの構成を示した図である。
【図５】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置のマスクホルダへのマスクの取り付け構造を示す図である。
【図６】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置の基板ホルダとマスクホルダの結合構造を示す図である。
【図７】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置のホルダ位置調整装置の構成を示す断面図である。
【図８】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置のホルダ位置調整装置の構成を示す斜視図である。
【図９】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置のＰＬＤ装置のホルダ位置調整装置の構成を示す断面図である。
【図１０】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置の搬送マニピュレータの先端部分の構成を示す図である。
【図１１】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置の搬送マニピュレータの全体の構成を示す図である。
【図１２】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置のマスクホルダをホルダ位置調整装置に載置する方法を示す図である。
【図１３】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置の基板ホルダとマスクホルダの位置合わせ方法を示す図である。
【図１４】本実施例で使用する４分割マスクと、これを用いて作製する薄膜太陽電池の構造を示す図である。
【図１５】本実施例で作製した薄膜太陽電池の特性を示す図である。
【符号の説明】
１      プラズマＣＶＤ装置
２      ゲートバルブ
３      プラズマＣＶＤ装置
４      ゲートバルブ
５      ＰＬＤ装置
６      ホルダ位置調節装置
７      ホルダ位置調節装置
８      搬送マニピュレータ
９      搬送マニピュレータ
１０    挿入ゲート
２１    ヒートシンク
２２    基板留め具
２３    基板ホルダ・リング
２４    円筒
２５    鍔
２６    鍔
２７    位置合わせピン
２８    嵌合リング
２９    基板ホルダ
３０    ネジ穴
３１    ネジ穴
３２    ネジ
４０    マスクホルダ
４１    円筒
４２    鍔
４３    鍔
４４    位置合わせ穴
４５    嵌合リング溝
４６    マスク取付台
４７    ネジ穴
５０    マスク
５１    マスク取付穴
５２    ネジ
６１    基板
７１    可動サセプタ
７２    調整ロッド
７３    固定サセプタ
７４    溝
７５    取付ロッド
７６    真空槽の上面
７７    溝
７８    ガイドロッド
７９    ガイド円盤
８０    ガイド穴
８１    ヒータブロック
８２    ガイドストッパ
８３    オーリング
８４    カソード
９０    アーム
９１    ヒータ装置
９２    ヒータランプ
９３    反射鏡
９４    ターゲットチップ
１００  ロッド
１０１  チャック
１０２  チャック溝
１１０  格納槽
１１１  格納領域
１１２  磁石
１１３  移動磁石リング
１１４  ボールベアリング
１４０  ４分割マスク
【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】
0003879093.tif 000008
【図８】
0003879093.tif 000009
【図９】
0003879093.tif 000010
【図１０】
0003879093.tif 000011
【図１１】
0003879093.tif 000012
【図１２】
0003879093.tif 000013
【図１３】
0003879093.tif 000014
【図１４】
0003879093.tif 000015
【図１５】
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