JP2006104548A

JP2006104548A - 堆積膜製造装置における基体支持方法および基体支持装置

Info

Publication number: JP2006104548A
Application number: JP2004295788A
Authority: JP
Inventors: Kenji Shishido; 健志宍戸
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-10-08
Filing date: 2004-10-08
Publication date: 2006-04-20

Abstract

【課題】ロール・ツー・ロール方式の堆積膜製造装置において、基体の接地電位を確保し、基体のゆがみを矯正しながらも、打痕や傷等が発生しない基体支持方法を提供する。
【解決手段】基体１００の堆積膜が形成されない側の面を磁石１１２で吸引することにより、基体１００を減圧可能な外部容器内に設けられた内部容器の天板１１１₁に密着させて支持する。磁石１１２は、一方の磁石のＮ極と他方の磁石のＳ極とが互いに隣接するように配置された複数の磁石によって構成し、Ｎ極とＳ極との界面１１３の方向と基体の搬送方向とが垂直にならないように配置する。
【選択図】図３

Description

本発明は、減圧可能な外部容器と前記外部容器内に設けられた内部容器とを有し、ロール・ツー・ロール方式により、磁性材料からなる長尺の基体をその長手方向に連続的に搬送させて前記内部容器を通過させ、前記基体の一方の面上に堆積膜を形成する堆積膜製造装置において、特に前記内部容器に対する基体の支持方法および基体支持装置に関する発明である。

近年、アモルファスシリコン（以下、「ａ−Ｓｉ」と略す）などのアモルファス半導体からなる各種デバイス、例えば、太陽電池、画像入力センサー、電子写真用感光体などが実用に供され、量産化されるようになった。これらデバイスで使用されるａ−Ｓｉ堆積膜は、一般的に減圧下における気相からの化学堆積法（ＣＶＤ法）、スパッタリング法などによって基体上に形成されるが、グロー放電プラズマを用いたプラズマＣＶＤ法が堆積膜の特性が良好であって、量産性に優れることから広く使用されている。また、太陽電池などの大面積のａ−Ｓｉ堆積膜を形成する場合には、ロール・ツー・ロール方式による堆積膜製造装置が、量産性に優れフレキシビリティを有することから実用化されている。

以下、ロール・ツー・ロール方式の堆積膜製造装置について、その模式図である図１を用いて説明する。

この堆積膜形成装置は、プラズマＣＶＤ法により堆積膜を形成するものであって、減圧可能な８個の外部容器１０１₁〜１０１₈が直列接続された構成であり、この直列接続の一方の末端（図示左側）にある外部容器１０１₁の内部には送り出し室１０２が設けられ、他方の末端（図示右側）にある外部容器１０１₈の内部には巻き取り室１０３が設けられ、さらに直列接続されている中間の６つの外部容器１０１₂〜１０１₇には、堆積膜を形成するための内部容器１０４がそれぞれ設けられている。直列接続の両端の各外部容器１０１₁，１０１₈と各内部容器１０４には、それぞれ排気管１０５を介して真空ポンプなどの排気手段（不図示）が接続されており、この排気手段を作動させることにより外部容器１０１₁，１０１₈及び内部容器１０４がそれぞれ排気され、直列接続の中間６個の外部容器１０１₂〜１０１₇がそれぞれ排気されるようになっている。

帯状の長尺基体１００は、ステンレスなどの可撓性と導電性及び磁性を有する材料からなり、各外部容器１０１₁〜１０１₈を順次通過するように、送り出し室１０２に設けられた送り出し用のボビン１０６から送り出され、各内部容器１０４を通って、巻き取り室１０３内に設けられ接地された巻き取り用のボビン１０７に巻き取られるようになっている。巻き取り用のボビン１０７が接地されているので、基体１００も接地されていることになる。また、巻き取り用のボビン１０７は不図示のモーターが接続され、基体１００を送り出し室１０２から巻き取り室１０３に向けて搬送できるようになっており、ステアリングローラー１１４によって基体の蛇行等が無いよう調整している。

各内部容器１０４には、当該内部容器１０４を通過する基体１００に対向するように、カソード１０８がそれぞれ設けられ、各カソード１０８は、一端が接地された高周波電源１０９の他端にそれぞれ接続されている。また、内部容器１０４には、それぞれガス導入管１１０の一端が引き込まれている。さらに、直列接続の中間の６個の外部容器１０１₂〜１０１₇のそれぞれには、直流電源（不図示）にそれぞれ接続されたヒーター１１１が内部容器１０４に対向するように設けられ、基体１００を裏面（カソード１０８に対向しない側の面）から加熱するようになっている。

各ガス導入管１１０の他端は、各ガス導入管１１０に対応させて設けられたガス混合器（不図示）のそれぞれに接続されている。各ガス混合器は、所定の組成の原料ガスを調整するためのものであって、例えばＳｉＨ₄、Ｈ₂、ＰＨ₃、等を貯蔵したガスボンベに減圧器、開閉バルブを介して接続されている。

外部容器１０１₁〜１０１₈の接続部には、それぞれガスゲート１１２が設けられている。このガスゲート１１２は、堆積膜の形成に悪影響を与えないガス、例えばＡｒ、Ｈ₂、Ｈｅ、などのガスをゲートガスとして供給することにより、外部容器１０１₁〜１０１₈のうち隣接するものにおいて、内部容器１０４に供給される原料ガス相互の混合を防止するためのものであって、ガスゲート１１２の開口面積を制御する断面積調整部材（不図示）とゲートガスを供給するためのゲートガス供給管（不図示）が設けられている。

次に、この堆積膜製造装置の動作について、基体１００上にアモルファスシリコン太陽電池を形成する場合について説明する。

まず、基体１００を送り出し用のボビン１０６に巻きつけて堆積膜製造装置に装着し、基体１００を送り出し用のボビン１０６から巻き取り用のボビン１０７まで張りわたす。不図示の排気手段を作動させて、各外部容器外部容器１０１₁〜１０１₈、各内部容器１０４を排気する。次に各ガスゲート１１２にはゲートガスを供給し、外部容器１０１₂に設けられている内部容器１０４にはｎ型ａ−Ｓｉ膜を形成するための原料ガス（ＰＨ₃＋ＳｉＨ₄＋Ｈ₂）、直列接続の中間の４つの外部容器１０１₃〜１０１₆に設けられている内部容器１０４にはｉ型ａ−Ｓｉ膜を形成するための原料ガス（ＳｉＨ₄＋Ｈ₂）、外部容器１０１₇に設けられている内部容器１０４にはｐ型ａ−Ｓｉ膜を形成するための原料ガス（Ｂ₂Ｈ₆＋ＳｉＨ₄＋Ｈ₂）を供給し、各カソード１０８に高周波電力を印加し、さらに基体１００を送り出し室１０２から巻き取り室１０３に向けて、一定速度で連続的に搬送させる。この時、不図示の排気手段の排気速度を調整し、各外部容器１０１₁〜１０１₈、各内部容器１０４の圧力が、所定の値になるようにする。また、各ヒーター１１１に通電し、連続的に搬送されている基体１００が、所定の温度に過熱されるようにする。

このようにすることにより、各内部容器１０４の内部において、接地された基体１００とカソード１０８との間に高周波グロー放電が生起、プラズマが発生すし、原料ガスがプラズマにより分解され、基体１００の表面に堆積膜が形成される。この場合、６個の内部容器１０４のそれぞれを順次通過するように基体１００が連続的に搬送されているので、基体１００の表面には、ｎ型ａ−Ｓｉ膜、ｉ型ａ−Ｓｉ膜、ｐ型ａ−Ｓｉ膜が順次形成され、ｐｉｎ接合を有するアモルファスシリコン太陽電池が基体１００の上に形成されることになる。ロール・ツー・ロール方式の堆積膜製造装置では、上述のように基体１００を連続的に搬送しながら堆積膜を形成するので、極めて高いスループットを得ることができる。

上述したようなロール・ツー・ロール方式の堆積膜製造装置においては、プラズマ安定性の向上、特性均一性の向上のためには、基体の接地電位の確保、基体のゆがみ抑制が不可欠であり、特許文献１には基体と成膜室天板を線接触、または面接触させる方法が開示されており、また特許文献２には、基体の横幅方向の端部を磁石で吸引する方法が開示されている。

しかし、磁力により基体を吸引した場合、天板と基体の間での摩擦が発生するため、基体または天板の削れ粉が発生し、削れ粉が磁性を有する場合には磁石に吸着される。ある程度の塊になると削り粉は磁石から離れるが、磁石と接触している間にある程度磁化されているため基体に付着し、基体と共に搬送される。基体に付着した削れ粉はボビンに巻きつけられる際に基体と一緒に巻き込まれてしまうため、打痕や傷の原因となっていた。

一方、基体に付着した異物に対しては、例えば特許文献３に開示されているように除塵機構を設ける技術が従来から知られているが、上記削れ粉のような磁化して基体に吸着している場合には必ずしも充分除去できない場合がある。また、基体に付着した磁性体を除去する方法として特許文献４等に開示されているように、基体の上下方向から付着している磁性体と同極性の磁力を作用させる技術が知られている。しかしこの場合、磁性粉体に作用させる磁石の配置が基体の上下に必要になるため、例えば基体の一方の面を堆積膜形成面とするプラズマ処理装置等には、堆積膜形成面側に一方の磁石を単純に設けることができないか、または装置構成が複雑になるため、コスト上昇をまねく。

特開２０００−１６０３４５号公報特開平４−３４２１１７号公報特開平６−２６０６６８号公報特開平１１−２２１６１１号公報

そこで本発明は、基体の接地電位を確保し、基体のゆがみを矯正しながらも、打痕や傷等が発生しない基体支持方法および基体支持装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、次のように構成したことを特徴とする。
すなわち本発明は、減圧可能な外部容器と前記外部容器内に設けられた内部容器とを有し、ロール・ツー・ロール方式により、磁性材料からなる長尺の基体をその長手方向に連続的に搬送させて前記内部容器を通過させ、前記基体の一方の面上に堆積膜を形成する堆積膜製造装置における基体支持方法において、
前記基体の前記堆積膜が形成されない側の面を磁石で吸引することにより、前記基体を前記内部容器の天板と接触させながら搬送させ、前記磁石は一方の磁石のＮ極と他方の磁石のＳ極とが互いに隣接するように配置された複数の磁石により構成され、前記一方の磁石のＮ極と他方の磁石のＳ極との界面の方向と前記基体の搬送方向とが垂直にならないように配置することを特徴とする。
上記本発明の基体支持方法においては、前記一方の磁石のＮ極と他方のＳ極との界面の方向と前記基体の搬送方向との成す角度θが０°≦θ≦４５°であることが好ましい。また、前記一方の磁石のＮ極と他方のＳ極との界面の方向と前記基体の搬送方向とが実質的に平行であることが特に好ましい。

また、本発明は、減圧可能な外部容器と前記外部容器内に設けられた内部容器とを有し、ロール・ツー・ロール方式により、磁性材料からなる長尺の基体をその長手方向に連続的に搬送させて前記内部容器を通過させ、前記基体の一方の面上に堆積膜を形成する堆積膜製造装置における基体支持装置において、
前記基体の前記堆積膜が形成されない側の面を前記内部容器の天板に接触させる手段を有し、該手段は、一方の磁石のＮ極と他方の磁石のＳ極との界面の方向と前記基体の搬送方向とが垂直にならないように互いに隣接して配置された複数の磁石により構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、堆積膜が形成されない側の面を磁石で吸引することにより、基体を内部容器の天板に密着させ、磁石はＮ極とＳ極の界面と基体の搬送方向とが垂直にならないようにすることによって、基体に打痕や傷が発生するのを抑制でき、堆積膜形成における歩留まりを改善することができる。

以下、本発明について実施形態を挙げて説明する。図２は図１に示したような堆積膜製造装置において、本発明の基体支持方法を用いた一実施例の模式図、図３は図２中のＡ部を真上から見た拡大図である。図２、図３中、図１の装置と同じ部材には同じ符号を付し、説明を省略する。

天板１１１₁は、図１のヒーター１１１の底板も兼ねているステンレス製の板である。そして、ヒーター１１１は、この天板１１１₁の上に配置された磁石１１２の間にパイプヒーターを通し、その上から底板のないステンレス製の箱をかぶせた構造となっている。

磁石１１２は厚さが３ｍｍ、縦２０ｍｍ、横１９ｍｍのサマリウムコバルト磁石である。磁力によって基体を吸引するためには、ある程度強力な磁力が必要であり、装置内での磁石を設置する空間を考えた場合には小型化も考慮しなくてはならない。本発明においては、磁石の配置は特に重要である。小型で磁力の強い磁石にするためには、Ｎ極とＳ極とが互いに隣接するように配置することが有効であるため、磁石１１２は図３に示す通り、Ｓ極とＮ極を細かく張り合わせた構造となっている。

また、図１、図２、図３に示す矢印は基体の搬送方向、図３に示す界面１１３はＮ極とＳ極の界面であり、図３では基体の搬送方向１１５と界面の方向１１４の成す角度がθである。磁石１１２は図２に示すような位置に配置し、基体全体を吸引し天板と接触させ接地電位を確保し、基体のゆがみを矯正した。

本発明においては、磁石１１２を、界面の方向１１４と基体の搬送方向１１５とが垂直（つまり角度θが９０°）にならないように配置する。このように配置することによる作用を本発明者は以下のように考えている。

先述したように、天板と基体の摩擦により削り粉が発生し、この粉は磁石のＮ極とＳ極の界面にトラップされる。このため角度θが９０°の場合には、削り粉は基体と共に排出されにくいために磁石面上に留まり続け、ある程度磁化されて塊となって基体に付着し、巻き取り用ボビンに基体と一緒に巻き込まれるために打痕や傷の原因となる。しかしθ＜９０°の場合には、削り粉が塊になる前に基体の搬送に伴い摩擦によって磁石面上から排出され易くなるため、打痕や傷の発生が減少するものと考えている。このため、θは０°≦θ≦４５°である事がより好ましく、界面の方向１１４と基体の搬送方向１１５とが実質的に平行である事（θ≒０°）が特に好ましい。実際には一旦増加した打痕数が減少しないことから、塊は基体のみならずステアリングローラー等に再付着しているものと考えられる。また実際の成膜では、θが９０°である場合と比較して０°である方が膜特性が安定していたが、この原因は天板と基体の間の削り粉が順次排出される事で天板への密着性が向上し、基体の温度の応答性が向上したためと考えている。

次に、図１に示したロール・ツー・ロール方式の堆積膜製造装置を用い、図２に示すような位置に磁石を配置した本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。

堆積膜形成条件は、ＳｉＨ₄を１００ｓｃｃｍ、Ｈ₂を１０００ｓｃｃｍ混合した原料ガスをガス導入部１１０より導入し、内部容器１０４の圧力を１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）、基体の温度を２５０℃に保持して、１３．５６ＭＨｚ、２００ＷのＲＦ高周波をカソード１０８に印加した。不図示の排気手段として、ロータリーポンプとメカニカルブースターポンプを用いた。排気管１０５として、縦２０ｍｍ×横２００ｍｍの角柱状の配管を十分に清掃して用いた。

磁石１１２を設置する場所、数は変えず、界面の方向１１４と基体の搬送方向１１５との成す角度θを変化させた場合の堆積膜形成時間毎の歩留まり（％）を表１に示した。

角度θが０°の時には、堆積膜形成時間が１５０時間経過しても歩留まり８５％を保っているが、９０°においては１５０時間後には４０％にまで下がっている。また、９０°においては５０時間後から打痕が目立ちはじめ、一旦増えてからは打痕数が減少することはなかった。歩留まりが落ちた主な原因としては打痕、傷であるが、膜特性も９０°と比較すると０°の方が安定していた。

一般的なロール・ツー・ロール方式の堆積膜製造装置の模式図である。堆積膜製造装置において、本発明の基体支持方法を用いた一実施例の模式図である。図２中のＡ部を真上から見た拡大図である。

符号の説明

１００基体
１０１₁〜１０１₈ 外部容器
１０２送り出し室
１０３巻き取り室
１０４内部容器
１０５排気管
１０６送り出し用ボビン
１０７巻き取り用ボビン
１０８カソード
１０９高周波電源
１１０ガス導入管
１１１ヒーター
１１１₁ 天板
１１２磁石
１１３磁石の界面
１１４磁石の界面の方向
１１５基体の搬送方向

Claims

減圧可能な外部容器と前記外部容器内に設けられた内部容器とを有し、ロール・ツー・ロール方式により、磁性材料からなる長尺の基体をその長手方向に連続的に搬送させて前記内部容器を通過させ、前記基体の一方の面上に堆積膜を形成する堆積膜製造装置における基体支持方法において、
前記基体の前記堆積膜が形成されない側の面を磁石で吸引することにより、前記基体を前記内部容器の天板と接触させながら搬送させ、前記磁石は一方の磁石のＮ極と他方の磁石のＳ極とが互いに隣接するように配置された複数の磁石により構成され、前記一方の磁石のＮ極と他方の磁石のＳ極との界面の方向と前記基体の搬送方向とが垂直にならないように配置することを特徴とする基体支持方法。
前記一方の磁石のＮ極と他方のＳ極との界面の方向と前記基体の搬送方向との成す角度θが０°≦θ≦４５°であることを特徴とする請求項１に記載の基体支持方法。
前記一方の磁石のＮ極と他方のＳ極との界面の方向と前記基体の搬送方向とが実質的に平行であることを特徴とする請求項１に記載の基体支持方法。
減圧可能な外部容器と前記外部容器内に設けられた内部容器とを有し、ロール・ツー・ロール方式により、磁性材料からなる長尺の基体をその長手方向に連続的に搬送させて前記内部容器を通過させ、前記基体の一方の面上に堆積膜を形成する堆積膜製造装置における基体支持装置において、
前記基体の前記堆積膜が形成されない側の面を前記内部容器の天板に接触させる手段を有し、該手段は、一方の磁石のＮ極と他方の磁石のＳ極との界面の方向と前記基体の搬送方向とが垂直にならないように互いに隣接して配置された複数の磁石により構成されていることを特徴とする基体支持装置。