JP2010153412A - ロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基体が非磁性体である場合に当該基体を搬送しながら成膜でき、当該基体に損傷を与えず、長いゲート面間長を要さずにガス分離機能を十分に持つことができるロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置１を提供する。
【解決手段】ゲート５の内部に３本のロール１１ａ等を配置して略Ｕ字形の基体１８の搬送経路を設けた。中央部ロール１１ｂの径は他のロールの径より太い。基体１８は３本のロール１１ａ等のロール面に掛けられている。容器１３内に、３本のロール１１ａ等の各円周面及び略Ｕ字形の搬送経路に沿う基体１８の搬送経路に相当するゲート隙間を極小の隙間とするように、ゲート隙間形成部材１０ａ等を配設した。パージ・ガスはガス・パージ導入部材１２ａ等の吹出し口１６等からロール面に向い吹出される。中央部ロール１１ｂの回転軸は容器１３の穴を連通し端部シール体１５を介してロール支持体１４により両端を支持されている。
【選択図】図１（Ａ）

Description

本発明は、複数の成膜室間を連通する改良されたガス・ゲートを介して長尺基体を成膜室から次の成膜室へ連続的に送給し、当該基体の一面に半導体素子を形成するロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置に関し、特に、長尺基体上に機能性堆積膜、例えば光起電力素子等のアモルファス半導体膜を連続的に形成するロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置に関する。

近年、アモルファス半導体デバイス、特にアモルファス・シリコン（amorphous silicon ： 以下、「ａ−Ｓｉ」と略す。）からなる太陽電池、画像入力用センサー、電子写真用感光体等が実用に供され、量産化が行なわれるようになってきた。こうしたａ−Ｓｉ膜は一般に減圧下における化学堆積法（Chemical Vapor Deposition ： 以下、「ＣＶＤ法」と略す。）、スパッタリング法、真空蒸着法等を用いて作成されており、特にＣＶＤ法がその特性の良好な事から広く採用されている。現在、ａ−Ｓｉ太陽電池を作成する際の量産装置としては、ロール・ツー・ロール方式の生産装置が、その量産性、フレキシビリティー等の面で優れた装置として実用化されている。以下、ロール・ツー・ロール方式の生産装置を用いた場合における太陽電池作成の例を取り挙げて、その概略を述べる（特許文献１参照。以下、適宜引用する。）。

ロール・ツー・ロール方式の生産装置は、ロール状にボビンに巻かれたａ−Ｓｉ膜形成用の長尺基体をボビンから連続的に送り出し、太陽電池を構成する少なくともｎ型ａ−Ｓｉ層、ｉ型ａ−Ｓｉ層、ｐ型ａ−Ｓｉ層等を含む層からなる複数の層を各々別個の反応容器である成膜室内で形成するものである。各々の成膜室間において減圧状態を維持しながら、長尺基体が複数の成膜室間で移動することを可能にし、かつ各々の成膜室内に供給される、例えばｎ型ａ−Ｓｉ層、ｐ型ａ−Ｓｉ層等の原料となるガスが相互に拡散、混入する事を防止する機能を有する連結部材を具備している。この連結部材は一般的に「ガス・ゲート」あるいは単に「ゲート」と呼称されている。以下では「ゲート」の方の用語を用いる。

図２は、ロール・ツー・ロール方式によるａ−Ｓｉ太陽電池等の半導体素子の生産装置を示す模式図である。図２において、符号２０１はａ−Ｓｉ膜を堆積する長尺基体（以下、単に「基体」と略す。）であり、通常、変形可能な導電性基体、例えばステンレス、アルミニウム等の薄板あるいは非導電性薄板に導電性薄膜等をコーティングした部材が用いられる。基体２０１は円形のボビン２１１に巻きつけられ、送り出し室２１０内に据えつけられる。送り出し室２１０内に設置されたボビン２１１から送り出された基体２０１は、ゲート２２０、ｎ型ａ−Ｓｉ成膜室２３０、ゲート２４０、ｉ型ａ−Ｓｉ成膜室２５０、ゲート２６０、ｐ型ａ−Ｓｉ成膜室２７０、ゲート２８０を通過し、巻き取り室２９０内に設置された巻き取りボビン２９１に巻き取られる。

続いて図２において、符号２３０ａ、２５０ａ、２７０ａはカソード電極であり、各々高周波電源２３０ｂ、２５０ｂ、２７０ｂより電力を印加され、接地された基体２０１との間でグロー放電が生起される。符号２０２ａ〜２０５ａは各々ａ−Ｓｉ膜形成の原料となるガスが充填された原料ガス・ボンベであり、原料ガス・ボンベ２０２ａにはＳｉＨ_４ガス、原料ガス・ボンベ２０３ａにはＨ_２ガス、原料ガス・ボンベ２０４ａにはＰＨ_３ガス、原料ガス・ボンベ２０５ａにはＢ_２Ｈ_６ガスが充填されている。各々のガスは開閉バルブ２０２ｂ〜２０５ｂおよび減圧器２０２ｃ〜２０５ｃを通ってガス混合器２３０ｃ、２５０ｃ、２７０ｃへ導かれる。ガス混合器２３０ｃ〜２７０ｃにおいて所望の流量および混合比とされた原料ガスは、各々ガス導入ライン２３０ｄ、２５０ｄ、２７０ｄを通って各成膜室内２３０、２５０、２７０へ噴出する。成膜室２３０、２５０、２７０内に導入されたガスは、排気速度の可変な排気装置２１０ｅ、２３０ｅ、２５０ｅ、２７０ｅ、２９０ｅにより、各室内での圧力を所望のものとするように調整されながら排気され、不図示の排ガス処理装置へ導かれる。符号２３０ｆ、２５０ｆ、２７０ｆは各々基板加熱用ヒーターであり、各々電源２３０ｇ、２５０ｇ、２７０ｇより電力が供給される。

続いて図２において、符号２４１、２６１はゲートの開口断面積を調節する部品であり、ガス流路を狭くして、各成膜室２３０等間同士でのガスの相互拡散を減少させている。さらにゲート２４０、２６０には各々ガス導入ロ２４２、２６２より、ａ−Ｓｉ膜形成に悪影響を与えないガス、例えばＡｒ、Ｈ_２、Ｈｅ等のガスがボンベ２０６から減圧器２０７、流量調節器２０８、２０９を通って各々供給され、各成膜室２３０等内の原料ガスの相互拡散をさらに抑えている。送り出し室２１０より送り出された基体２０１は、等速度で各成膜室２３０等内を進み、その表面にｎ型、ｉ型、ｐ型ａ−Ｓｉ膜を形成されて最終的に巻き取り室２９０に入る。まず、ｎ型ａ−Ｓｉ成膜室２３０内では基体２０１はヒーター２３０ｆにより加熱され、所望の温度にされる。ガス混合器２３０ｃによりｎ型ａ−Ｓｉ膜の原料になるＳｉＨ_４、Ｈ_２、ＰＨ_３等のガスが各々最適の流量で混合され、成膜室２３０に導入される。同時に高周波電力が高周波電源２３０ｂからカソード２３０ａへ与えられ、基体２０１との間にグロー放電を生起せしめ、基体２０１の表面にｎ型ａ−Ｓｉ膜が形成される。次に、基体２０１はゲート２４０内を進み、ｉ型ａ−Ｓｉ成膜室２５０内に入る。ｉ型ａ−Ｓｉ成膜室２５０内では上述と同様に最適流量に設定されたＳｉＨ_４、Ｈ_２ガスに最適パワーを与え、上記ｎ型ａ−Ｓｉ膜上に所望のｉ型ａ−Ｓｉ膜を形成する。以下同様に、基体２０１はゲート２６０、ｐ型ａ−Ｓｉ成膜室２７０を経て巻き取り室２９０内のボビン２９１に巻き取られる。以上のようにして、基体を次々とｎ型、ｉ型、ｐ型成膜室を通過させてゆく結果、ロール・ツー・ロール方式によるａ−Ｓｉ太陽電池等の半導体素子の生産装置では極めて高いスループットが得られる。一方、こうしたロール・ツー・ロール方式によるａ−Ｓｉ太陽電池等の半導体素子の生産装置の場合において問題となるのが、ゲート２４０等の性能及び構造である。高い効率の太陽電池を作成するためには不純物の混入が微少である良質なａ−Ｓｉ膜を形成することが必要である。基体２０１をスムーズにゲート２４０等内を通過させるためには、ゲート２４０等に対して広い断面積と、しっかりした基体支持機構とが要求されるが、一方で不純物の混入を防ぐためには、狭いゲート断面積と、長いゲート寸法（ゲート面間長）とが必要とされる。さらに、ゲート２４０等内には基体２０１上のａ−Ｓｉ膜が形成された面に接触することなく基体２０１を支持し、搬送する機構が必要である。

図３は、以上の要求を満たすために従来考案されてきたゲートの例を示す。図３において、符号３０１は堆積膜形成用の導電性基体、３０２はゲート、３０３は成膜室、３０４はゲート間口断面調節部材、３０５はゲート用パージ・ガスの噴出ロ、３０６は基体３０１を接触させながら移動させるための接触面であり、摩擦抵抗の少ない材質で構成されている。符号３１０は基板吸着用マグネットである。図３に示される構成のゲート３０２において、基体３０１は磁性体で構成されており、基板吸着用マグネット３１０により基体３０１の裏面（ａ−Ｓｉ膜の堆積していない面であり、図３においては上面）が接触面３０６に接触する。以下、このタイプのゲート３０２を「スライド・タイプ」と略記する。この時、ゲート開口断面調整部材３０４は基体３０１に触れない最小の幅まで狭められ、コンダクタンスを減少し、複数の成膜室３０３間同士での成膜ガスの拡散、流入を防ぐよう設計される。さらに、パージ・ガス噴出口３０５よりＡｒ、Ｈｅ、Ｈ_２等の成膜に悪影響を与えないガスがゲート３０２内に導入される。これらのガスはゲート３０２内に侵入してくる成膜室３０３内の成膜用ガスを各々の成膜室３０３へ押し戻す働きをし、ガスの拡散、混入を一層減少させるためのものである。

上述した図３に示される構成のゲート３０２においては、基体３０１と接触面３０６とが広範囲に接触しており、かつガスの通過する断面積が極めて微少であるため、ガスの分離性に優れる（即ち、拡散、混入が少ない）という利点がある。しかし、逆に基体３０１と接触面３０６とが擦れながら移動するため、時には擦れた面に損傷が発生したり、微細な凸凹が生じる場合がある。このように基体３０１に損傷が発生すると、損傷箇所においては、堆積したａ−Ｓｉ膜にクラックが入ったり、ピン・ホールが発生し、ａ−Ｓｉ太陽電池としての機能が著しく損なわれる結果となる。さらに、損傷箇所上に重ねてａ−Ｓｉ膜を堆積する時にも、損傷箇所を核としてａ−Ｓｉ膜の異常成長が発生し、やはりａ−Ｓｉ太陽電池としての機能を果たすことが不可能となる。その結果、ロール・ツー・ロール方式によるａ−Ｓｉ太陽電池等の半導体素子の生産装置全体での収率を低下させ、スループットが減少し、完成したａ−Ｓｉ太陽電池のコスト高を招くことになるという問題があった。

以上のような従来のゲート３０２に対し、図４に示されるような基体への損傷を与えることが無く、搬送性に優れ、かつガス分離機能を充分に持つゲートが提案されている（特許文献１参照）。図４に示されるように、ゲート１０１はゲート１０１内部に長尺基体１０２の搬送方向に沿って搬送ベルト１１２を装着した複数のローラー１１１を回転自在に配設し、長尺基体１０２が長尺基体１０２の他面を搬送ベルト１１２に当接した状態で搬送ベルト１１２と共にゲート１０１内を移動して成膜室１０３間を搬送する。

特許第２６６５２７０号公報

上述した従来のゲート３０２等はマグネット３１０等の磁気力により基体３０１等の裏面を固定体もしくは可動体等の壁体に接触させながら搬送する方式であるため、基体３０１等が磁性体であることが条件となる。従って、基体が例えばフィルム等の非磁性体である場合に当該基体を搬送しながら成膜することは困難であるという問題があった。加えて、上述した従来のゲート３０２等は基体の裏面を固定体もしくは可動体等の壁体に接触させながら搬送するため、非磁性体の基体に損傷を与える恐れが高いという問題があった。さらに、上述した従来のゲート３０２等はガス分離機能を十分に持たせるため、長いゲート寸法（ゲート面間長）を必要とするという問題があった。

そこで、本発明の目的は、上記問題を解決するためになされたものであり、基体が例えばフィルム等の非磁性体である場合に当該基体を搬送しながら成膜することができると共に、非磁性体の基体に損傷を与えることがなく、長いゲート寸法（ゲート面間長）を要さずにガス分離機能を十分に持つことができるロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置を提供することにある。

この発明のロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置は、複数の成膜室間を連通するガス・ゲートを介して基体を成膜室から次の成膜室へ送給し、該基体の一面に半導体素子を形成するロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置において、前記ガス・ゲートの内部に略Ｕ字形の前記基体の搬送経路を設けるべく配置された入口側ロール、中央部ロール及び出口側ロールであって、該中央部ロールの径は該入口側ロール及び該出口側ロールより太いものと、前記搬送経路を極小の隙間とするべく前記ガス・ゲートの内部に配設されたガス・ゲート隙間形成部材と、前記ガス・ゲート上部及び下部から前記ガス・ゲート隙間形成部材を通って設置された、前記中央部ロールのロール面へ前記成膜室からの混入ガスを押し戻すパージ・ガスを吹出すガス・パージ導入部材とを備え、前記基体は、前記各ロールのロール面に当接した状態で各ロールの回転により前記搬送経路を介して前記ガス・ゲート内を移動して成膜室間を搬送されることを特徴とする。

ここで、この発明のロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置において、前記各ロールの回転軸は前記基体の幅方向に設けられた前記ガス・ゲートの容器の穴を連通し、ロール端面からの不純物の混入を抑える端部シール体を介して該ガス・ゲートの容器の外側でロール支持体により両端を支持されたものとすることができる。

ここで、この発明のロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置において、前記ロール保持体に前記成膜室からの混入ガスを押し戻すパージ・ガスの導入経路を設けることができる。

ここで、この発明のロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置において、前記ロール支持体は前記中央部ロールの端面に対して可動とすることができる。

ここで、この発明のロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置において、前記ガス・パージ導入部材は前記中央部ロールのロール面に対して可動とすることができる。

ここで、この発明のロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置において、前記基体は非磁性体を含むことができる。

本発明のロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置は、複数の成膜室間を連通するゲートを介して基体を成膜室から次の成膜室へ送給し、基体の一面に半導体素子を形成する。基体としては非磁性体を含むことができ、例えば耐熱性が高いフィルムを用いることが好適である。ゲートの内部に略Ｕ字形の基体の搬送経路を設けるため、各々入口側ロール、中央部ロールおよび出口側ロールを配置した。中央部ロールの径は入口側ロールおよび出口側ロールの径より太い。基体は３本のロールのロール面に掛けられており、基体面と３本のロール面とに発生するグリップ力によりしっかりと支持されている。このため、基体としては非磁性体を含むことができ、例えば耐熱性が高いフィルムを用いることができる。加えて、中央部ロールの径が入口側ロールおよび出口側ロールの径より太いため、同一の径の場合よりグリップ力が強くなるため、基体ずれ、基体振れを少なくすることができ、安定した搬送を確保することができる。ゲートの容器内に、３本のロールの各円周面およびＵ字に酷似した略Ｕ字形の搬送経路に沿う基体の搬送経路に相当するゲート隙間を極小の隙間とするように、ゲート隙間形成部材が配設されている。これらのゲート隙間形成部材によりゲートの容器内の空間が埋められて、Ｕ字に酷似した搬送経路が形成される。このため、従来技術のように基体の裏面を固定体もしくは可動体等の壁体に接触させながら搬送しなくても済むため、非磁性体の基体に損傷を与えることがない。搬送経路に沿い、ゲート隙間形成部材による壁体と３本のロールとにより極小の搬送隙間を形成できるため、狭いゲート断面積の調整は３本のロールの径と壁体の形状による機械加工精度とにより確保可能である。３本のロールの円周に沿って搬送経路を形成することができ、曲線状のゲートを作製できるため、従来の長いゲート寸法（ゲート面間長）と比較してゲート面間長を短くすることができる。

ガス分離性能を向上させるパージ・ガスは、ゲート隙間形成部材中間にガス・パージ吹出し経路を形成したガス・パージ導入部材（上部および下部）の各吹出し口から中央部ロールのロール面に向い対向位置から吹出される。その後、パージ・ガスはゲート隙間を経て成膜室に到達して、成膜室側から混入しようとする成膜ガスを押し戻すことができる。中央部ロールの回転軸は、基体の幅方向に設けられたゲートの容器の穴を連通し、中央部ロールの端面の隙間からの不純物の混入を抑える端部シール体を介してゲートの容器の外側でロール支持体により両端を支持されている。ゲート内の真空を保持するため、端部シール体はシール材を介して容器に固定されている。同様に、ロール支持体もゲート内の真空を保持するため、シール材を介して端部シール体に固定され、中央部ロールの取付け垂直度を確保している。ロール保持体の真空シールは円筒シール式であるため、ロール保持体をロールの軸段付き部に押し当ることができる。加えて、中央部ロールを容器の穴を連通して取付けることにより、中央部ロールの端面の隙間を狭い断面積に設計することができる。ロール保持体に成膜室からの混入ガスを押し戻すパージ・ガスの導入経路が設けられている。ガス・パージの導入経路を形成しておき、中央部ロールの両端面からパージ・ガスを導入することにより、ガス分離性能に係わるガス・パージの流れ分布の均一性が向上する。

以上より、本発明のロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置によれば、基体が例えばフィルム等の非磁性体である場合に当該基体を搬送しながら成膜することができると共に、非磁性体の基体に損傷を与えることがなく、長いゲート寸法（ゲート面間長）を要さずにガス分離機能を十分に持つことができるロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置１を提供することができるという効果がある。

以下、各実施例について図面を参照して詳細に説明する。

図１（Ａ）は、本発明の実施例１におけるロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置１（一部のみ示す。）のガス・ゲート（以下、「ゲート」と略す。）５の断面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。図１（Ａ）に示されるように、ロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置１では複数の成膜室２０等間を連通するゲート５を介して基体１８を成膜室２０から次の成膜室２１へ送給し、基体１８の一面に半導体素子を形成する。成膜室２０は上述した従来技術における成膜室１０３、２３０、３０３等と同様である。図１（Ａ）において、符号１１ａ、１１ｂおよび１１ｃは、ゲート５の内部に英語のＵ文字に酷似する略Ｕ字形の基体１８の搬送経路を設けるために配置された各々入口側ロール、中央部ロールおよび出口側ロールである。図１（Ａ）に示されるように、略Ｕ字形の搬送経路はＵ文字の上部左右がやや横へ伸び、Ｕ文字の首部分がやや括れた形状となっている。中央部ロール１１ｂの径は入口側ロール１１ａおよび出口側ロール１１ｃの径より太い。図１（Ａ）の略Ｕ字形の搬送経路に示されるように、基体１８は３本のロール（入口側ロール１１ａ、中央部ロール１１ｂおよび出口側ロール１１ｃ）のロール面に掛けられており、基体１８の面と３本のロール１１ａ等の面とに発生するグリップ力によりしっかりと支持されている。このため、基体１８として非磁性体を含めることができ、例えば耐熱性が高いフィルムを用いることができる。加えて、中央部ロール１１ｂの径が入口側ロール１１ａおよび出口側ロール１１ｃの径より太いため、同一の径の場合よりグリップ力が強くなり、基体１８のずれ、基体１８の振れを少なくすることができ、安定した搬送を確保することができる。３本のロール１１ａ等の回転軸は回転支持機構（図１（Ｂ）参照）により両端を支持および固定されており、各ロール１１ａ、１１ｂおよび１１ｃが各々矢印Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃで示される方向へ回転する構造となっている。基体１８は、３本の各ロール１１ａ等のロール面に当接した状態で３本の各ロール１１ａ等の上記回転により搬送経路を介してゲート５内を図１（Ａ）では左側から右側へ移動し、成膜室２０および２１間を搬送される。

図１（Ａ）に示されるように、ゲート５の容器１３内に、３本のロール１１ａ等の各円周面および略Ｕ字形の搬送経路に沿う基体１８の搬送経路に相当するゲート隙間を極小の隙間とするように、ゲート隙間形成部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが配設されている。これらのゲート隙間形成部材１０ａ等によりゲート５の容器１３内の空間が埋められて、Ｕ字に酷似した搬送経路が形成される。このため、従来技術のように基体の裏面を固定体もしくは可動体等の壁体に接触させながら搬送しなくても済むため、非磁性体の基体１８に損傷を与えることがない。搬送経路に沿い、ゲート隙間形成部材１０ａ等による壁体と３本のロール１１ａ等とにより極小の搬送隙間を形成できるため、狭いゲート断面積の調整は３本のロール１１ａ等の径と壁体の形状による機械加工精度とにより確保可能である。以上のように３本のロール１１ａ等の円周に沿って搬送経路を形成することができ、曲線状のゲートを作製できるため、従来の長いゲート寸法（ゲート面間長）と比較してゲート面間長を短くすることができる。

図１（Ａ）に示されるように、ガス分離性能を向上させるパージ・ガスは、ゲート５内の真空を仕切る扉１９を介して次のように導入される。導入されるパージ・ガスは、左右のゲート隙間形成部材１０ｂの中間および左右のゲート隙間形成部材１０ｄの中間にガス・パージ吹出し経路を形成した各ガス・パージ導入部材１２ａおよび１２ｂの各吹出し口１６および１７から中央部ロール１１ｂのロール面に向い対向位置から吹出される。その後、パージ・ガスはゲート隙間を経て成膜室２１等に到達して、成膜室２０等側から混入しようとする成膜ガスを押し戻す。以上のように、ガス・パージ導入部材１２ａおよび１２ｂはゲート５の上部および下部からゲート隙間形成部材１０ｂ等を通って設置され、中央部ロール１１ｂのロール面へ成膜室２０等からの混入ガスを押し戻すパージ・ガスを吹出している。ガス・パージの流れ分布を良くするために、ガス・パージ導入部材１２ａ、１２ｂの吹出し口は基体１８の幅方向（図１（Ａ）では紙面に垂直方向）に複数の吹出し口を有するように形成されている。

次に、図１（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である図１（Ｂ）を用いて説明する。図１（Ｂ）で図１（Ａ）と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため説明は省略する。図１（Ｂ）に示されるように、中央部ロール１１ｂの回転軸は、基体１８の幅方向に設けられたゲート５の容器１３の穴を連通し、中央部ロール１１ｂの端面の隙間からの不純物の混入を抑える端部シール体１５を介してゲートの容器１３の外側でロール支持体１４により両端を支持されている。中央部ロール１１ｂの端面とは容器１３の穴を連通した中央部ロール１１ｂの軸段付き部９の外周面である。中央部ロール１１ｂの端面の隙間とは、図１（Ｂ）に点線で囲んで示される隙間イ（軸段付き部９の左右側面下側。右のみ示す。以下同様）、隙間ロ（軸段付き部９の左右の経路）、隙間ハ（軸段付き部９の上面とロール支持体１４の端面との間）が挙げられる。ゲート５内の真空を保持するため、端部シール体１５はシール材を介して容器１３に固定されている。同様に、ロール支持体１４もゲート５内の真空を保持するため、シール材を介して端部シール体１５に固定され、中央部ロール１１ｂの取付け垂直度を確保している。不純物は中央部ロール１１ｂの円周面（図１（Ａ）参照）からだけでなく、図１（Ｂ）に示される中央部ロール１１ｂの端面の隙間からも混入するため、中央部ロール１１ｂの端面の隙間を極小に抑える必要がある。ロール保持体１４の真空シールは円筒シール式であるため、ロール保持体１４をロール１１ｂの軸段付き部９に押し当ることができる。加えて、中央部ロール１１ｂを容器１３の穴を連通して取付けることにより、中央部ロール１１ｂの端面の隙間イ、ロおよびハを狭い断面積に設計することができる。以上、中央部ロール１１ｂ、端部シール体１５およびロール支持体１４の構造と取付けとについて説明した。他の入口側ロール１１ａおよび出口側ロール１１ｃも中央部ロール１１ｂと同様の構造で取付けられている。

図１（Ｂ）に示されるように、ロール保持体１４に成膜室２０等からの混入ガスを押し戻すパージ・ガスの導入経路Ｐが設けられている。ガス・パージの導入経路Ｐを形成しておき、中央部ロール１１ｂの両端面から矢印Ｑで示されるようにパージ・ガスを導入することにより、ガス分離性能に係わるガス・パージの流れ分布の均一性が向上する。

図１（Ｃ）は図１（Ｂ）における点線で囲まれた部分ニの拡大図を示す。図１（Ｃ）で図１（Ａ）、（Ｂ）と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため説明は省略する。図１（Ｃ）に示されるように、ゲート隙間形成部材１０ｃと基体１８との間には空隙が存在している。図１（Ｂ）に示されるガス・パージの導入経路Ｐから矢印Ｑで示されるように導入されたパージ・ガスは、中央部ロール１１ｂの端面の隙間ハ、ロ、イを通り、図１（Ｃ）で示される空隙を通って、図１（Ａ）に示されるゲート５の容器１３内のゲート隙間へと流れる。この結果、ガス・パージの導入経路Ｐから導入されたパージ・ガスによっても成膜室２０等からの混入ガスを押し戻すことができる。

以上のように、本発明の実施例１のロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置１は、複数の成膜室２０等間を連通するゲート５を介して基体１８を成膜室２０から次の成膜室２１へ送給し、基体１８の一面に半導体素子を形成する。基体１８としては非磁性体を含むことができ、例えば耐熱性が高いフィルムを用いることが好適である。ゲート５の内部に略Ｕ字形の基体１８の搬送経路を設けるため、各々入口側ロール１１ａ、中央部ロール１１ｂおよび出口側ロール１１ｃを配置した。中央部ロール１１ｂの径は入口側ロール１１ａおよび出口側ロール１１ｃの径より太い。基体１８は３本のロール１１ａ等のロール面に掛けられており、基体１８の面と３本のロール１１ａ等の面とに発生するグリップ力によりしっかりと支持されている。このため、基体１８として非磁性体を含めることができ、例えば耐熱性が高いフィルムを用いることができる。加えて、中央部ロール１１ｂの径が入口側ロール１１ａおよび出口側ロール１１ｃの径より太いため、同一の径の場合よりグリップ力が強くなり、基体１８のずれ、基体１１８の振れを少なくすることができ、安定した搬送を確保することができる。３本のロール１１ａ等の回転軸は回転支持機構（不図示）により両端を支持および固定されており、各ロール１１ａ、１１ｂおよび１１ｃが各々矢印Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃで示される方向へ回転する構造となっている。基体１８は、３本の各ロール１１ａ等のロール面に当接した状態で３本の各ロール１１ａ等の上記回転により搬送経路を介してゲート５内を移動し、成膜室２０および２１間を搬送される。ゲート５の容器１３内に、３本のロール１１ａ等の各円周面および略Ｕ字形の搬送経路に沿う基体１８の搬送経路に相当するゲート隙間を極小の隙間とするように、ゲート隙間形成部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが配設されている。これらのゲート隙間形成部材１０ａ等によりゲート５の容器１３内の空間が埋められて、Ｕ字に酷似した搬送経路が形成される。このため、従来技術のように基体の裏面を固定体もしくは可動体等の壁体に接触させながら搬送しなくても済むため、非磁性体の基体１８に損傷を与えることがない。搬送経路に沿い、ゲート隙間形成部材１０ａ等による壁体と３本のロール１１ａ等とにより極小の搬送隙間を形成できるため、狭いゲート断面積の調整は３本のロール１１ａ等の径と壁体の形状による機械加工精度とにより確保可能である。３本のロール１１ａ等の円周に沿って搬送経路を形成することができ、曲線状のゲートを作製できるため、従来の長いゲート寸法（ゲート面間長）と比較してゲート面間長を短くすることができる。ガス分離性能を向上させるパージ・ガスは、左右のゲート隙間形成部材１０ｂの中間および左右のゲート隙間形成部材１０ｄの中間にガス・パージ吹出し経路を形成した各ガス・パージ導入部材１２ａおよび１２ｂの各吹出し口１６および１７から中央部ロール１１ｂのロール面に向い対向位置から吹出される。その後、パージ・ガスはゲート隙間を経て成膜室２１等に到達して、成膜室２０等側から混入しようとする成膜ガスを押し戻す。ガス・パージの流れ分布を良くするために、ガス・パージ導入部材１２ａ、１２ｂの吹出し口は基体１８の幅方向に複数の吹出し口を有するように形成されている。

中央部ロール１１ｂの回転軸は、基体１８の幅方向に設けられたゲート５の容器１３の穴を連通し、中央部ロール１１ｂの端面の隙間からの不純物の混入を抑える端部シール体１５を介してゲートの容器１３の外側でロール支持体１４により両端を支持されている。ゲート５内の真空を保持するため、端部シール体１５はシール材を介して容器１３に固定されている。同様に、ロール支持体１４もゲート５内の真空を保持するため、シール材を介して端部シール体１５に固定され、中央部ロール１１ｂの取付け垂直度を確保している。ロール保持体１４の真空シールは円筒シール式であるため、ロール保持体１４をロール１１ｂの軸段付き部９に押し当ることができる。加えて、中央部ロール１１ｂを容器１３の穴を連通して取付けることにより、中央部ロール１１ｂの端面の隙間イ、ロおよびハを狭い断面積に設計することができる。ロール保持体１４に成膜室２０等からの混入ガスを押し戻すパージ・ガスの導入経路Ｐが設けられている。ガス・パージの導入経路Ｐを形成しておき、中央部ロール１１ｂの両端面から矢印Ｑで示されるようにパージ・ガスを導入することにより、ガス分離性能に係わるガス・パージの流れ分布の均一性が向上する。

以上より、本発明の実施例１のロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置１によれば、基体１８が例えばフィルム等の非磁性体である場合に当該基体を搬送しながら成膜することができると共に、非磁性体の基体１８に損傷を与えることがなく、長いゲート寸法（ゲート面間長）を要さずにガス分離機能を十分に持つことができるロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置１を提供することができる。

図１（Ｄ）は、本発明の実施例２における中央部ロール１１ｂとガス・パージ導入部材１２ａおよび１２ｂの各吹出し口１６および１７との間の拡大図を示す。図１（Ｄ）で図１（Ａ）と同じ符号を付した箇所は同じ要素を示すため説明は省略する。説明の都合上、図１（Ｄ）では基体１８、ゲート隙間形成部材１０ｂ、１０ｃ等の表示は省略されている。ガス分離性能は細長いゲート隙間の任意の一部分を極小に設定し調節することにより向上する。そこで、図１（Ｄ）に示されるように、ガス・パージ導入部材１２ａおよび１２ｂを中央部ロール１１ｂのロール面に対して可動とする機構（不図示）を設けることにより、ゲート隙間を調整することができる。より詳しくは、図１（Ｄ）に示されるように、ガス・パージ導入部材１２ａを矢印ＡＲ３方向に可動とすることができ、ガス・パージ導入部材１２ｂを矢印ＡＲ４方向に可動とすることができるような機構を設ける。このとき、ゲート隙間Ｇｃの調整はやや難しいが、ゲート隙間ＧａおよびＧｂは各々ガス・パージ導入部材１２ａおよび１２ｂを動かすことにより調整することができる。以上と同様に、図１（Ｂ）に示されるロール支持体１４を矢印ＡＲ１、ＡＲ２方向に可動とすることができるような機構を設けることにより、中央部ロール１１ｂの端面の隙間ハの調整を行うことができる。

以上より、本発明の実施例２によれば、ガス・パージ導入部材１２ａおよび１２ｂを中央部ロール１１ｂのロール面に対して可動とする機構を設けることにより、ゲート隙間を調整することができる。詳しくは、ゲート隙間ＧａおよびＧｂは各々ガス・パージ導入部材１２ａおよび１２ｂを動かすことにより調整することができる。以上と同様に、図１（Ｂ）に示されるロール支持体１４を矢印ＡＲ１、ＡＲ２方向に可動とすることができるような機構を設けることにより、中央部ロール１１ｂの端面の隙間ハの調整を行うことができる。この結果、実施例１の効果に加えてさらにガス分離性能を向上させることができる。

本発明の活用例として、薄膜光電変換素子の形成に好適に用いることができ、一般に、可僥性基板上に複数層が形成される薄膜素子の製造に広く用いることができる。さらに、プラズマＣＶＤ装置に加え、プラズマエッチング装置などが適用対象として挙げられる。

本発明の実施例１におけるロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置１（一部のみ示す。）のガス・ゲート５の断面図である。 図１（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。 図１（Ｂ）における点線で囲まれた部分ニの拡大図である。 本発明の実施例２における中央部ロール１１ｂとガス・パージ導入部材１２ａおよび１２ｂの各吹出し口１６および１７との間の拡大図である。 ロール・ツー・ロール方式によるａ−Ｓｉ太陽電池等の半導体素子の生産装置を示す模式図である。 諸要求を満たすために従来考案されてきたゲートの例を示す図である。 基体への損傷を与えることが無く、搬送性に優れ、かつガス分離機能を充分に持つような提案されたゲートを示す図である。

符号の説明

１ ロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置、 ５、１０１、２２０、２４０、２６０、２８０ ガス・ゲート（ゲート）、 ９ 軸段付き部、 １０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ ゲート隙間形成部材、 １１ａ 入口側ロール、 １１ｂ 中央部ロール、 １１ｃ 出口側ロール、 １２ａ、１２ｂ ガス・パージ導入部材、 １３ 容器、 １４ ロール支持体、 １５ 端部シール体、 １６、１７ 吹出し口、 １８、１０２、２０１ 長尺基体（基体）、 １９ 扉、 ２０ ２１、１０３、２３０、２５０、２７０、３０３ 成膜室、 １１２ 搬送ベルト、 １１１ ローラー、 ２０２ａ、２０３ａ、２０４ａ、２０５ａ 原料ガス・ボンベ、 ２０２ｂ、２０３ｂ、２０４ｂ、２０５ｂ 開閉バルブ、 ２０２ｃ、２０３ｃ、２０４ｃ、２０５ｃ、２０７ 減圧器、 ２０６ ボンベ、 ２０８、２０９ 流量調節器、 ２１０ 送り出し室、 ２１０ｅ、２３０ｅ、２５０ｅ、２７０ｅ、２９０ｅ 排気装置、 ２１１、２９１ ボビン、 ２３０ａ、２５０ａ、２７０ａ カソード電極、 ２３０ｂ、２５０ｂ、２７０ｂ 高周波電源、 ２３０ｃ、２５０ｃ、２７０ｃ ガス混合器、 ２３０ｄ、２５０ｄ、２７０ｄ ガス導入ライン、 ２３０ｆ、２５０ｆ、２７０ｆ 基板加熱用ヒーター、 ２３０ｇ、２５０ｇ、２７０ｇ 電源、 ２４１、２６１ ゲート開口断面積調節部品、 ２４２、２６２ ガス導入ロ、 ２９０ 巻き取り室、 ３０１ 堆積膜形成用の導電性基体、 ３０２ ゲート、 ３０４ ゲート間口断面調節部材、 ３０５ ゲート用パージ・ガスの噴出ロ、 ３０６ 接触面、 ３１０ 基板吸着用マグネット。

Claims (6)

1. 複数の成膜室間を連通するガス・ゲートを介して基体を成膜室から次の成膜室へ送給し、該基体の一面に半導体素子を形成するロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置において、
   前記ガス・ゲートの内部に略Ｕ字形の前記基体の搬送経路を設けるべく配置された入口側ロール、中央部ロール及び出口側ロールであって、該中央部ロールの径は該入口側ロール及び該出口側ロールより太いものと、
   前記搬送経路を極小の隙間とするべく前記ガス・ゲートの内部に配設されたガス・ゲート隙間形成部材と、
   前記ガス・ゲート上部及び下部から前記ガス・ゲート隙間形成部材を通って設置された、前記中央部ロールのロール面へ前記成膜室からの混入ガスを押し戻すパージ・ガスを吹出すガス・パージ導入部材とを備え、
   前記基体は、前記各ロールのロール面に当接した状態で各ロールの回転により前記搬送経路を介して前記ガス・ゲート内を移動して成膜室間を搬送されることを特徴とするロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置。
2. 請求項１記載のロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置において、前記各ロールの回転軸は前記基体の幅方向に設けられた前記ガス・ゲートの容器の穴を連通し、ロール端面からの不純物の混入を抑える端部シール体を介して該ガス・ゲートの容器の外側でロール支持体により両端を支持されたことを特徴とするロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置。
3. 請求項２記載のロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置において、前記ロール保持体に前記成膜室からの混入ガスを押し戻すパージ・ガスの導入経路を設けたことを特徴とするロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置。
4. 請求項３記載のロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置において、前記ロール支持体は前記中央部ロールの端面に対して可動であることを特徴とするロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置。
5. 請求項２乃至４のいずれかに記載のロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置において、前記ガス・パージ導入部材は前記中央部ロールのロール面に対して可動であることを特徴とするロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置において、前記基体は非磁性体を含むことを特徴とするロール・ツー・ロール方式半導体素子生産装置。
   

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