JP2002076394A - 薄膜半導体の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接地電極へのＣＶＤ生成付着物の除去・清掃
を容易にしてメンテナンス性の向上を図り、稼働率の向
上を図った薄膜半導体の製造装置を提供する。 【解決手段】 反応室としての真空槽８１と、圧力制御
を兼ねるガス排気系８８と、フィルム基板の一側に対向
して配設された高周波電極と、他側に配設された接地電
極と、フィルム基板加熱用のヒータと、接地電極と高周
波電極との間を巻だしロールから巻取りロールまでフィ
ルム基板を搬送するための搬送手段とを備えた薄膜半導
体の製造装置において、ヒータを円筒状の加熱ロール８
４となし、接地電極を、加熱ロールと所定の間隙をもっ
て同心円筒状に配設し、かつ巻だしロール８２と巻取り
ロール８３との間に配設してフィルム基板を搬送するた
めの円筒状のサセプターロール８５となし、さらに高周
波電極としてのＲＦ電極８７を、サセプターロールと対
向して切欠き同心円筒状に配設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、フィルム基板に
非晶質シリコンや微結晶シリコンゲルマニウム等の薄膜
を形成して薄膜光電変換素子や薄膜トランジスタなどの
薄膜半導体を形成するための製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、環境保護の立場から、クリーンな
エネルギーの研究開発が進められている。中でも、太陽
電池はその資源（太陽光）が無限であること、無公害で
あることから注目を集めている。

【０００３】薄膜太陽電池は、薄型で軽量、製造コスト
の安さ、大面積化が容易であることなどから、今後の太
陽電池の主流となると考えられる。

【０００４】従来の薄膜太陽電池はガラス基板を用いて
いたが、軽量化、施工性、量産性においてプラスチック
フィルムおよび金属フィルムを用いたフレキシブルタイ
プの太陽電池の研究開発がすすめられている。このフレ
キシブル性を生かし、ロールツーロール方式やステッピ
ングロール方式の製造方法により大量生産が可能となっ
た。

【０００５】図６は、前記薄膜太陽電池の構成を簡略化
して斜視図で示したものである。図６において、基板６
１の表面に形成した単位光電変換素子６２および基板６
１の裏面に形成した接続電極層６３は、それぞれ複数の
単位ユニットに完全に分離され、それぞれの分離位置を
ずらして形成されている。このため、素子６２のアモル
ファス半導体部分である光電変換層６５で発生した電流
は、まず透明電極層６６に集められ、次に該透明電極層
領域に形成された集電孔６７を介して背面の接続電極層
６３に通じ、さらに該接続電極層領域で素子の透明電極
層領域の外側に形成された直列接続用の接続孔６８を介
して上記素子と隣り合う素子の透明電極層領域の外側に
延びている下電極層６４に達し、両素子の直列接続が行
われている。

【０００６】上記薄膜太陽電池の簡略化した製造工程を
図７（a）から（g）に示す。プラスチックフィルム７１
を基板として（工程（a））、これに接続孔７８を形成
し（工程（b））、基板の両面に第１電極層（下電極）
７４および第３電極層（接続電極の一部）７３を形成
（工程（c））した後、接続孔７８と所定の距離離れた
位置に集電孔７７を形成する（工程（d））。工程（c）
と工程（d）との間に、第１電極層（下電極）７４を所
定の形状にレーザ加工して、下電極をパターニングする
工程があるが、ここではこの工程の図を省略している。

【０００７】次に、第１電極層７４の上に、光電変換層
となる半導体層７５および第２電極層である透明電極層
７６を順次形成するとともに（工程（e）および工程
（f））、第３電極層７３の上に第４電極層（接続電極
層）７９を形成する（工程（g））。この後、レーザビ
ームを用いて、基板７１の両側の薄膜を分離加工して図
６に示すような直列接続構造を形成する。

【０００８】前記光電変換層や透明電極層などの薄膜
は、プラズマ放電によって形成される。このプラズマ放
電による膜形成は、上記薄膜太陽電池以外に薄膜トラン
ジスタなどにも適用され、また、上記非晶質シリコン薄
膜以外に、非晶質シリコンゲルマニウムや微結晶シリコ
ンゲルマニウム膜，微結晶ゲルマニウム膜の形成等にも
適用される。

【０００９】上記プラズマ放電によって形成する薄膜
は、例えば下記のような装置により形成される。図４
は、a-Si 薄膜太陽電池をプラズマ放電によって形成す
る場合の成膜室の概略構造の一例を示し、特開平８−２
５０４３１号公報に記載された構造の一例を示す。図４
（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、成膜室の開放時および封止
時の概略断面図を示す。

【００１０】図４（ａ）に示すように、断続的に搬送さ
れてくる可撓性基板１０の上下に函状の下部成膜部室壁
体３４と上部成膜部室壁体３５とを対向配置し、成膜室
の封止時には、下部成膜部室と上部成膜部室からなる独
立した処理空間を構成するようになっている。この例に
おいては、下部成膜部室は電源４０に接続された高周波
電極３１を備え、上部成膜部室は、ヒータ３３を内蔵し
た接地電極３２を備える。

【００１１】成膜時には、図４（ｂ）に示すように、上
部成膜部室壁体３５が下降し、接地電極３２が基板１０
を抑えて下部成膜部室壁体２１の開口側端面に取付けら
れたシール部材５０に接触させる。これにより、下部成
膜部室壁体３４と基板１０とから、排気管３６に連通す
る気密に密閉された成膜空間６０を形成する。上記のよ
うな成膜室において、高周波電極３１へ高周波電圧を印
加することにより、プラズマを成膜空間６０に発生さ
せ、図示しない導入管から導入された原料ガスを分解し
て基板１０上に膜を形成することができる。

【００１２】図５は、上記とは異なる成膜装置であっ
て、同一出願により特願平１１−６０２７４号において
提案された装置の概略構成を示す。図５に示す成膜装置
は、真空に保持可能な反応室１と、前記反応室へ薄膜に
応じた反応ガスを供給するガス供給系２と、前記反応室
の圧力を制御しながらガスを排気する排気系３と、ほぼ
鉛直に配置された複数の高周波電極（以下、ＲＦ電極と
もいう）４と、この高周波電極４と対向する位置に配置
され、フィルム基板加熱用のヒータを組み込んだ複数の
接地電極５と、前記接地電極５と高周波電極４との間を
前記両電極の主面と略平行にフィルム基板を進行させ，
かつフィルム基板に所定の張力をかけるための後述する
各種ロールからなる搬送手段と、フィルム基板巻出し用
アンワインダー室１４と、フィルム基板巻取り用ワイン
ダー室１７とから成る。反応室１とアンワインダー室１
４および反応室１とワインダー室１７とをそれぞれ接続
してフィルム基板を送通するために連通口１１が設けら
れる。

【００１３】前記搬送手段は、上部搬送ロール６とその
保護手段７，下部搬送ロール８とその保護手段９，水平
に配置した巻だしロール１２，巻だし用駆動ロール１
３，巻取りロール１５，同駆動ロール１６などを含む。

【００１４】フィルム基板１０はアンワインダー室１４
からワインダー室１７へと搬送され、その間に反応室１
の内部で薄膜半導体を形成する。一旦巻き取り、一層の
製膜を終了した後、次工程で別の原料ガスを供給し、逆
搬送して、異なった半導体膜をフィルム上に形成するこ
とが可能である。この例では、電極数が多くなる場合
や、フィルム基板が長い場合に、搬送送りを両方向に繰
返し行うことになるため、フィルム基板の巻取り位置が
重要となる。そこで、そのような場合には、図中の１
９、２０に示すＥＰＣ（エッジポジションコントロー
ラ）により、フィルム基板の位置補正を行う。また、図
中の２１、２２は、クリーニングロール機構であり、薄
膜半導体を形成する面と逆のフィルム面をクリーニング
する機能を有する。この機能により、複数回装置で搬送
を行っても、接地電極との摩擦によって発生したダスト
がロールへ巻き込まれることが無く、薄膜半導体形成面
への影響が無く、欠陥発生が少ない。さらにこの例にお
いては、フィルム基板に所定の張力を与えるために、ダ
ンサーロール２３を反応室の入口付近に設ける。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述のよう
な薄膜太陽電池をプラズマ放電によって形成する従来の
製造装置においては、下記のような問題があった。

【００１６】図６に示すように、前述の薄膜太陽電池
は、複数個の集電孔６７および接続孔６８があり、図７
（ｅ）や図７（ｆ）に示すように、前記の孔を含めて、
光電変換層となる半導体層７５および第２電極層である
透明電極層７６を順次形成する場合に、フィルム基板加
熱用のヒータを組み込んだ接地電極が、ＣＶＤ生成物に
よって汚れる問題がある。通常は、この生成物を、品質
上の適宜のタイミングで除去・清掃するが、前述の装置
の場合、比較的限られた空間に接地電極が存在し、着脱
構造にもなっていないために、清掃作業が容易ではな
く、これが製造装置の稼働率を低下させる一因となって
いた。

【００１７】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、本発明の課題は、接地電極へ
のＣＶＤ生成付着物の除去・清掃を容易にしてメンテナ
ンス性の向上を図り、もって装置稼働率の向上を図った
薄膜半導体の製造装置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、この発明においては、フィルム基板の表面に薄膜半
導体を形成するための反応室と、前記反応室へ薄膜に応
じた反応ガスを供給するガス供給手段と、前記反応室の
圧力を制御しながらガスを排気する排気手段と、前記反
応室内にフィルム基板の一側に対向して配設された高周
波電極と、他側に配設された接地電極と、前記フィルム
基板加熱用のヒータと、前記接地電極と高周波電極との
間を巻だしロールから巻取りロールまでフィルム基板を
搬送するための搬送手段とを備えた薄膜半導体の製造装
置において、前記ヒータを円筒状の加熱ロールとなし、
前記接地電極を、前記加熱ロールと所定の間隙をもって
同心円筒状に配設し、かつ前記巻だしロールと巻取りロ
ールとの間に配設してフィルム基板を搬送するための円
筒状のサセプターロールとなし、さらに前記高周波電極
を、前記サセプターロールと対向して切欠き同心円筒状
に配設したものとする（請求項１の発明）。

【００１９】上記構成によれば、ＣＶＤ生成物は、サセ
プターロールに付着することとなるが、このサセプター
ロールは、搬送ロールを兼ね回転可能であるため、ＣＶ
Ｄ生成物を比較的広い空間であって清掃し易い場所で除
去することが可能となり、ＣＶＤ生成付着物の除去・清
掃作業が容易となる。

【００２０】また、前記請求項１の発明の実施態様とし
て、下記の請求項２または３の発明のように、サセプタ
ーロールを加熱ロールから着脱可能にすれば、前記除去
・清掃作業は、さらに容易となる。即ち、請求項１に記
載の薄膜半導体の製造装置において、前記サセプターロ
ールは、所定の間隙を保持するためのスペーサを介して
加熱ロールに着脱可能に固定したものとする（請求項２
の発明）か、もしくは、請求項２に記載の薄膜半導体の
製造装置において、前記スペーサを加熱ロールの円筒軸
の両端部に設け、前記サセプターロールを軸方向に押圧
して着脱可能に固定したものとする（請求項３の発
明）。

【００２１】さらに、前記請求項２または３に記載の薄
膜半導体の製造装置において、前記スペーサは、機械応
力または熱応力吸収用の弾性部材を備えたものとするこ
と（請求項４の発明）により、部材間の寸法誤差や熱膨
張率の相違に基づく機械的応力が緩和できる。

【００２２】また、請求項５の発明のように、前記請求
項１ないし４のいずれかに記載の薄膜半導体の製造装置
において、前記加熱ロールとサセプターロールとの間隙
は、２ｍｍ〜３０ｍｍとすることにより、加熱ロールの
熱をサセプターロールに均一かつ効率よく伝達でき、薄
膜半導体の成膜品質の向上を図ることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】図面に基づき、本発明の実施の形
態について以下に述べる。

【００２４】図１は、本発明の薄膜半導体の製造装置の
実施例の概略構成図である。図１に示す装置は、ドライ
ポンプ、メカニカラウブースタポンプ及び圧力制御弁な
どを備えたガス排気系８８を備える反応室としての真空
槽８１の内部に、巻だしロール８２から送り出したフィ
ルム基板８９を加熱ロール８４により支持されたサセプ
タロール８５に巻き付け、対向するRF電極（高周波電
極）８７の支持部から、反応ガスを供給し、これをプラ
ズマに分解して非晶質シリコン系膜又は微結晶膜をフィ
ルム基板上に形成し、これを巻取りロール８３で巻き取
るように構成されている。

【００２５】反応ガスは、主としてシラン、ジシランなど
の原料ガスと、これを希釈する水素などの希釈ガスとか
らなる。加熱ロール８４の熱は、輻射、伝導、対流によ
ってサセプタロール８５に伝達されるが、希釈ガスの水
素は熱伝導率が高いので、加熱ロールの熱を有効に、サセ
プタロールへ伝えることが可能となる。そのため、加熱ロ
ールの均熱性が悪くてその表面温度分布が±15℃の場合
でも、サセプタロールの表面温度分布は±10℃以内とす
ることが可能となり、均熱性の向上が図れる。

【００２６】サセプタロールの材料としては、比較的熱
伝導率の高いＡ1や、耐薬品性の高いステンレススティー
ルなどが好適である。また、均熱の点からは、加熱ロー
ルとサセプターロールとの間隙は、２ｍｍ〜３０ｍｍと
するのがよい。

【００２７】上記実施例において、加熱ロールとサセプ
ターロールとは着脱可能としなくとも、サセプターロー
ルへの付着物は、サセプターロールの回転によって、比
較的容易にクリーニングが可能である。しかしながら、
加熱ロールとサセプターロールとを着脱可能とし、サセ
プターロールを加熱ロールから取り外すことが可能な構
造とすれば、クリーニングが一層容易となる。図２およ
び図３は、上記着脱を可能とした構成の実施例を示す。

【００２８】図２は、サセプタロールの加熱ロールへの
着脱可能な取付方法の一例の断面図を示す。この実施例
においては、加熱ロールは上下動可能な、ピン状の保持
スペーサ９１を備える。この保持スペーサ９１は、加熱
ロールを支点としてネジおよびバネなどにより間隙を調
整するための図示しない微小調節機構を備える。保持ス
ペーサ９１の個数は、ロールの直径や長さに依存する。

【００２９】図３は、図２とは異なる取付方法の一例の
断面図を示す。この実施例では、サセプタロール８５は、
加熱ロール８４の端部に備えた端部保持スペーサ９２に
より、軸方向に押圧され着脱可能に加熱ロールに固定さ
れる。端部保持スペーサ９２は、テーパを備え、サセプタ
ロール８５を加熱ロール８４と同心円の位置に固定する
ことが可能である。

【００３０】サセプタロール８５と加熱ロール８４の材
質が異なり、加熱ロールが高温となって、熱歪の発生が
問題となる場合には、端部保持スペーサは、バネや耐熱
性のクッション材により、熱応力を吸収するように構成
することができる。

【００３１】

【発明の効果】前述のように、この発明によれば、フィ
ルム基板の表面に薄膜半導体を形成するための反応室
と、前記反応室へ薄膜に応じた反応ガスを供給するガス
供給手段と、前記反応室の圧力を制御しながらガスを排
気する排気手段と、前記反応室内にフィルム基板の一側
に対向して配設された高周波電極と、他側に配設された
接地電極と、前記フィルム基板加熱用のヒータと、前記
接地電極と高周波電極との間を巻だしロールから巻取り
ロールまでフィルム基板を搬送するための搬送手段とを
備えた薄膜半導体の製造装置において、前記ヒータを円
筒状の加熱ロールとなし、前記接地電極を、前記加熱ロ
ールと所定の間隙をもって同心円筒状に配設し、かつ前
記巻だしロールと巻取りロールとの間に配設してフィル
ム基板を搬送するための円筒状のサセプターロールとな
し、さらに前記高周波電極を、前記サセプターロールと
対向して切欠き同心円筒状に配設したものとすることに
より、サセプターロールに付着したＣＶＤ生成物の除去
・清掃作業が極めて容易となり、メンテナンス性が向上
して、薄膜半導体製造装置の稼働率の向上を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の薄膜半導体の製造装置の実施例の概
略構成図

【図２】図１とは異なる構成のサセプターロール部の部
分断面図

【図３】図２とは異なる構成のサセプターロール部の部
分断面図

【図４】従来の成膜室の概略構造の一例を示す図

【図５】図４とは異なる従来の成膜装置の一例を示す図

【図６】薄膜太陽電池の概略構成の斜視図

【図７】薄膜太陽電池の製造工程の概略を示す図

【符号の説明】

８１：真空槽、８２：巻だしロール、８３：巻取りロー
ル、８４：加熱ロール、８５：サセプタロール、８７：
RF電極（高周波電極）、８８：ガス排気系、８９：フィ
ルム基板、９１：保持スペーサ、９２：端部保持スペー
サ。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K030 AA06 AA17 BA30 CA12 DA06 FA03 GA05 JA03 KA16 KA23 5F045 AA08 AB04 AC01 AF07 BB10 CA13 DP23 EB06 EH04 EH13 EK07 EK08 EM02 5F051 AA04 AA05 BA14 CA15 CA23 CA24 EA16 GA05

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フィルム基板の表面に薄膜半導体を形成
   するための反応室と、前記反応室へ薄膜に応じた反応ガ
   スを供給するガス供給手段と、前記反応室の圧力を制御
   しながらガスを排気する排気手段と、前記反応室内にフ
   ィルム基板の一側に対向して配設された高周波電極と、
   他側に配設された接地電極と、前記フィルム基板加熱用
   のヒータと、前記接地電極と高周波電極との間を巻だし
   ロールから巻取りロールまでフィルム基板を搬送するた
   めの搬送手段とを備えた薄膜半導体の製造装置におい
   て、前記ヒータを円筒状の加熱ロールとなし、前記接地
   電極を、前記加熱ロールと所定の間隙をもって同心円筒
   状に配設し、かつ前記巻だしロールと巻取りロールとの
   間に配設してフィルム基板を搬送するための円筒状のサ
   セプターロールとなし、さらに前記高周波電極を、前記
   サセプターロールと対向して切欠き同心円筒状に配設し
   たことを特徴とする薄膜半導体の製造装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の薄膜半導体の製造装置
   において、前記サセプターロールは、所定の間隙を保持
   するためのスペーサを介して加熱ロールに着脱可能に固
   定したことを特徴とする薄膜半導体の製造装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の薄膜半導体の製造装置
   において、前記スペーサを加熱ロールの円筒軸の両端部
   に設け、前記サセプターロールを軸方向に押圧して着脱
   可能に固定したことを特徴とする薄膜半導体の製造装
   置。
4. 【請求項４】 請求項２または３に記載の薄膜半導体の
   製造装置において、前記スペーサは、機械応力または熱
   応力吸収用の弾性部材を備えたことを特徴とする薄膜半
   導体の製造装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の薄
   膜半導体の製造装置において、前記加熱ロールとサセプ
   ターロールとの間隙は、２ｍｍ〜３０ｍｍとしたことを
   特徴とする薄膜半導体の製造装置。