JP2011060891A - Method of controlling composition of multi-source deposit thin film, and manufacturing apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To adjust a composition ratio of two or more materials at high precision to form a thin film such as CIGS film. <P>SOLUTION: According to a method of controlling the composition of a multi-source deposit thin film, a first material (Se) supplied in a chamber 11 is kept in a heated state in a film forming process. In the same film forming process, the composition ratio of two or more materials (Ga, In) supplied in the chamber 11 is detected based on a change in an oscillation frequency from a deposit on a vibrator 25 placed in the chamber 11 to control the composition ratio. In a different film forming process, the composition ratio of two or more materials (Ga, In, Cu) supplied in the chamber 11 in multiple steps is controlled by detecting the film thickness of a deposit on a measuring board 33 placed in the chamber 11 through light interference with the thin film. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、多源蒸着薄膜の組成制御方法および製造装置に関し、特に、太陽電池において光吸収層として機能するCIGS膜の形成に適した多源蒸着薄膜の組成制御方法および製造装置に関する。   The present invention relates to a composition control method and a manufacturing apparatus for a multi-source vapor deposition thin film, and more particularly to a composition control method and a production apparatus for a multi-source vapor deposition thin film suitable for forming a CIGS film functioning as a light absorption layer in a solar cell.

太陽電池は、光吸収膜を有する。
光吸収膜は、太陽光を吸収し、光起電力効果により電荷を発生する。
太陽電池は、この電荷を光吸収膜から取り出し、電力として出力する。
太陽電池の光吸収膜には、シリコン系材料、または非シリコン系材料を用いる。
シリコン系材料には、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンなどがある。
非シリコン系材料には、たとえばGaAs、CIS(CuInSe)、CIGS(Cu(In,Ga)Se)、有機系材料などがある。
CIGS膜は、特許文献1に開示されている。
The solar cell has a light absorption film.
The light absorption film absorbs sunlight and generates electric charges due to the photovoltaic effect.
The solar cell extracts this charge from the light absorption film and outputs it as electric power.
A silicon-based material or a non-silicon-based material is used for the light absorption film of the solar cell.
Examples of the silicon-based material include single crystal silicon, polycrystalline silicon, and amorphous silicon.
Non-silicon materials include, for example, GaAs, CIS (CuInSe 2 ), CIGS (Cu (In, Ga) Se 2 ), and organic materials.
The CIGS film is disclosed in Patent Document 1.

特開平8−222750号公報JP-A-8-222750

CIGS膜は、銅(Cu:カッパー)、インジウム(In)、ガリウム(Ga)及びセレン(Se)の四元素を含む層である。
そして、CIGS膜では、銅、インジウム、ガリウム、およびセレンの組成比率を調整することにより、光吸収率(発電効率)を向上できる。
また、CIGS膜では、組成比率により、CIGS膜のバンドギャップ(Eg)を調整できる。
そのため、CIGS膜の製造にあたっては、CIGS膜の組成比率を最適化する必要がある。
The CIGS film is a layer containing four elements of copper (Cu: copper), indium (In), gallium (Ga), and selenium (Se).
In the CIGS film, the light absorption rate (power generation efficiency) can be improved by adjusting the composition ratio of copper, indium, gallium, and selenium.
In the CIGS film, the band gap (Eg) of the CIGS film can be adjusted by the composition ratio.
Therefore, in manufacturing the CIGS film, it is necessary to optimize the composition ratio of the CIGS film.

このようにCIGS膜などの2以上の物質による薄膜では、2以上の物質の組成比率を高精度に調整して、薄膜を形成する方法および装置が求められている。   As described above, there is a demand for a method and an apparatus for forming a thin film by adjusting the composition ratio of two or more substances with high accuracy in a thin film made of two or more substances such as a CIGS film.

本発明の第1の観点の多源蒸着薄膜の組成制御方法は、チャンバ内に収容した基板に対して、第1物質および少なくとも3物質を供給することにより、前記基板に少なくとも4物質による薄膜を蒸着させる多源蒸着薄膜の組成制御方法である。
そして、この組成制御方法は、前記チャンバ内に前記第1物質を供給し、且つ前記チャンバ内を前記第1物質が前記基板に付着しない温度に加熱した状態において、前記少なくとも3成分の物質のうちの、同じ成膜工程において前記チャンバ内へ供給される2以上の物質の組成比率を、前記チャンバ内に配設された振動子の付着物による発振周波数の変化に基づいて検出することにより制御し、前記少なくとも3成分の物質のうちの、異なる成膜工程において多段的に前記チャンバ内へ供給される2以上の物質の組成比率を、前記チャンバ内に配設された計測板の付着物の膜厚を光の薄膜干渉により検出することにより制御する。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a composition of a multi-source vapor deposition thin film by supplying a first substance and at least three substances to a substrate housed in a chamber, thereby forming a thin film of at least four substances on the substrate. This is a method for controlling the composition of a multi-source deposited thin film to be deposited.
In the composition control method, the first substance is supplied into the chamber, and the chamber is heated to a temperature at which the first substance does not adhere to the substrate. The composition ratio of two or more substances supplied into the chamber in the same film forming step is controlled by detecting the change in the oscillation frequency due to the deposit of the vibrator disposed in the chamber. The composition ratio of two or more substances, which are supplied into the chamber in multiple stages in different film forming steps among the at least three component substances, is determined as a deposit film on the measuring plate disposed in the chamber. The thickness is controlled by detecting by thin film interference of light.

好適には、前記第1物質は、加熱された前記温度において前記チャンバ内で飽和しない物質であってもよい。   Preferably, the first material may be a material that does not saturate in the chamber at the heated temperature.

好適には、前記第1物質は、セレン、硫黄、ヒ素、またはリンであってもよい。   Suitably, the first material may be selenium, sulfur, arsenic, or phosphorus.

好適には、前記第1物質は、セレンであり、前記少なくとも3物質は、インジウム、ガリウム、および銅であり、前記基板に蒸着される薄膜は、太陽光を吸収して発電するCIGS膜であってもよい。   Preferably, the first material is selenium, the at least three materials are indium, gallium, and copper, and the thin film deposited on the substrate is a CIGS film that generates power by absorbing sunlight. May be.

本発明の第1の観点の多源蒸着薄膜の製造装置は、第1物質、第2物質、第3物質および第4物質を含む、少なくとも4成分の物質を含む薄膜が形成される基板を収容するチャンバと、前記チャンバへ前記第1物質を供給する第1供給部と、前記チャンバへ前記第2物質を供給する第2供給部と、前記第2物質と同じ成膜工程において前記チャンバへ前記第3物質を供給する第3供給部と、前記第2物質および前記第3物質とは異なる成膜工程において前記チャンバへ前記第4物質を供給する第4供給部と、前記チャンバ内に配設された振動子を有し、前記振動子に付着物が付着することによる前記振動子の発振周波数の変化に基づいて、前記振動子に付着する付着物の量を検出する付着量検出部と、前記チャンバ内に配設された計測板を有し、前記計測板に付着した付着物の膜厚を光の薄膜干渉により検出する膜厚検出部と、前記チャンバ内を加熱するヒータとを有する。
そして、この製造装置は、前記チャンバ内に前記第1物質を供給し、前記ヒータにより前記チャンバ内を前記第1物質が前記基板に付着しない温度に加熱し、前記第2物質および前記第3物質を1物質ずつ順番に前記チャンバ内へ供給した場合において前記付着量検出部により検出される付着量に基づいて、前記第2物質と前記第3物質の組成比率が制御される。
また、この製造装置は、前記チャンバ内に前記第1物質を供給し、前記ヒータにより前記チャンバ内を前記第1物質が前記基板に付着しない温度に加熱し、前記第2物質および前記第3物質を前記チャンバ内へ供給した場合において前記膜厚検出部により検出される膜厚と、前記第4物質を前記チャンバ内へ供給した場合において前記膜厚検出部により検出される膜厚とに基づいて、前記第2物質および前記第3物質に対する前記第4物質の組成比率が制御される。
An apparatus for producing a multi-source vapor deposition thin film according to a first aspect of the present invention accommodates a substrate on which a thin film containing at least four component substances including a first substance, a second substance, a third substance, and a fourth substance is formed. A first supply unit that supplies the first material to the chamber, a second supply unit that supplies the second material to the chamber, and the chamber in the same film formation process as the second material. A third supply unit configured to supply a third substance; a fourth supply unit configured to supply the fourth substance to the chamber in a film forming process different from the second substance and the third substance; and disposed in the chamber. An attached amount detection unit that detects the amount of attached matter that adheres to the vibrator based on a change in the oscillation frequency of the vibrator due to attached matter attached to the vibrator; Has a measuring plate disposed in the chamber. Has a thickness detector for detecting a thickness of the deposits adhering to the measurement plate by a thin film interference of light, and a heater for heating the chamber.
The manufacturing apparatus supplies the first substance into the chamber, and heats the chamber to a temperature at which the first substance does not adhere to the substrate by the heater. The second substance and the third substance Are sequentially supplied into the chamber, the composition ratio of the second substance and the third substance is controlled based on the adhesion amount detected by the adhesion amount detection unit.
Further, the manufacturing apparatus supplies the first substance into the chamber, and heats the chamber to a temperature at which the first substance does not adhere to the substrate by the heater, and the second substance and the third substance. On the basis of the film thickness detected by the film thickness detection unit when supplied into the chamber and the film thickness detected by the film thickness detection unit when supplying the fourth substance into the chamber. The composition ratio of the fourth substance to the second substance and the third substance is controlled.

好適には、製造装置は、前記第1供給部、前記第2供給部、前記第3供給部、前記第4供給部、前記ヒータを制御し、以下の制御を実行する制御部を有してもよい。
すなわち、前記制御部は、前記第1供給部から前記チャンバ内へ前記第1物質を供給した状態で、前記ヒータにより前記チャンバ内を前記第1物質が前記基板に付着しない加熱温度に加熱する。
また、制御部は、前記加熱温度以上の温度において前記第2供給部から前記第2物質を供給して、前記付着量検出部により前記第2物質に基づく付着物の付着量を検出させる。
また、制御部は、前記加熱温度以上の温度において前記第3供給部から前記第3物質を供給して、前記付着量検出部により前記第3物質に基づく付着物の付着量を検出させる。
また、制御部は、前記付着量検出部により検出される前記第2物質に基づく付着物の付着量と、前記第3物質に基づく付着物の付着量とに基づいて、前記第2物質と前記第3物質とが所定の組成比率となるように、前記第2物質の供給レートおよび前記第3物質の供給レートを変更し、変更した前記供給レートにより前記第2物質および前記第3物質を同時に供給して前記基板に薄膜を形成する。
Preferably, the manufacturing apparatus includes a control unit that controls the first supply unit, the second supply unit, the third supply unit, the fourth supply unit, and the heater, and executes the following control. Also good.
That is, the control unit heats the chamber to a heating temperature at which the first substance does not adhere to the substrate by the heater while the first substance is supplied from the first supply unit into the chamber.
In addition, the control unit supplies the second substance from the second supply unit at a temperature equal to or higher than the heating temperature, and causes the adhesion amount detection unit to detect the adhesion amount of the deposit based on the second substance.
In addition, the control unit supplies the third substance from the third supply unit at a temperature equal to or higher than the heating temperature, and causes the adhesion amount detection unit to detect the adhesion amount of the deposit based on the third substance.
Further, the control unit is configured to determine the second substance and the adhesion based on the adhesion amount of the deposit based on the second substance detected by the adhesion amount detection unit and the adhesion amount of the deposit based on the third substance. The supply rate of the second substance and the supply rate of the third substance are changed so that the third substance has a predetermined composition ratio, and the second substance and the third substance are simultaneously changed by the changed supply rate. Supply a thin film on the substrate.

好適には、前記制御部は、以下の制御を実行してもよい。
すなわち、制御部は、前記第1供給部から前記チャンバ内へ前記第1物質を供給した状態で、前記ヒータにより前記チャンバ内を前記第1物質が前記基板に付着しない加熱温度に加熱する。
また、制御部は、前記加熱温度以上の温度において前記第2供給部および前記第3供給部から前記第2物質および前記第3物質を同時に供給して、前記基板に前記第2物質および前記第3物質による膜を蒸着させる。
また、制御部は、前記加熱温度以上の温度において前記第4供給部から前記第4物質を供給して、前記基板に前記第4物質による膜を蒸着させる。
また、制御部は、前記第2物質および前記第3物質による膜を前記基板に蒸着させる期間において前記膜厚検出部により検出される付着物の膜厚と、前記第4物質よる膜を前記基板に蒸着させる期間において前記膜厚検出部により検出される付着物の膜厚とに基づいて、前記第2物質および前記第3物質に対する前記第4物質の組成比率を制御する。
Suitably, the said control part may perform the following control.
That is, the control unit heats the chamber to a heating temperature at which the first material does not adhere to the substrate with the heater while the first material is supplied from the first supply unit into the chamber.
The controller may simultaneously supply the second substance and the third substance from the second supply part and the third supply part at a temperature equal to or higher than the heating temperature, so that the second substance and the second substance are supplied to the substrate. A film of three substances is deposited.
In addition, the control unit supplies the fourth substance from the fourth supply unit at a temperature equal to or higher than the heating temperature, and deposits a film of the fourth substance on the substrate.
In addition, the control unit is configured to set the film thickness of the deposit detected by the film thickness detection unit and the film of the fourth material to the substrate during a period in which the film of the second material and the third material is deposited on the substrate. The composition ratio of the fourth substance to the second substance and the third substance is controlled based on the film thickness of the deposit detected by the film thickness detector during the deposition period.

好適には、前記第1物質は、セレンであり、前記第2物質は、インジウムであり、前記第3物質は、ガリウムであり、前記第4物質は、銅であり、前記基板に蒸着される薄膜は、太陽光を吸収して発電するCIGS膜であってもよい。   Preferably, the first material is selenium, the second material is indium, the third material is gallium, and the fourth material is copper, and is deposited on the substrate. The thin film may be a CIGS film that generates power by absorbing sunlight.

本発明では、CIGS膜などの2以上の物質による薄膜を、2以上の物質の組成比率を高精度に調整して形成できる。   In the present invention, a thin film made of two or more substances such as a CIGS film can be formed by adjusting the composition ratio of the two or more substances with high accuracy.

図1は、本発明の実施形態に係る薄膜形成装置の全体図である。FIG. 1 is an overall view of a thin film forming apparatus according to an embodiment of the present invention. 図2は、太陽電池パネルの一例の模式的な部分断面図である。FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view of an example of a solar cell panel. 図3は、図1の光学膜厚計の一例の模式的な構成図である。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an example of the optical film thickness meter of FIG. 図4は、図1の光学膜厚計の膜厚測定原理の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the film thickness measurement principle of the optical film thickness meter of FIG. 図5は、図1の水晶膜厚計の一例の模式的な構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an example of the quartz film thickness meter of FIG. 図6は、図1の水晶膜厚計の膜厚測定原理の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of the film thickness measurement principle of the quartz film thickness meter of FIG. 図7は、図1の制御部の一例のコンピュータ装置である。FIG. 7 shows a computer apparatus as an example of the control unit shown in FIG. 図8は、図1の光学膜厚計および水晶膜厚計の出力特性の比較図である。FIG. 8 is a comparison diagram of output characteristics of the optical film thickness meter and the crystal film thickness meter of FIG. 図9は、図1の薄膜形成装置による薄膜製造処理の一例の全体的なフローチャートである。FIG. 9 is an overall flowchart of an example of a thin film manufacturing process by the thin film forming apparatus of FIG. 図10は、図9の三段階法での薄膜製造処理の全体のタイムチャートである。FIG. 10 is a time chart of the entire thin film manufacturing process by the three-stage method of FIG. 図11は、図10中の期間Aを拡大したタイムチャートである。FIG. 11 is a time chart in which the period A in FIG. 10 is enlarged.

以下、本発明の実施の形態を図面に関連付けて説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る薄膜形成装置1の全体図である。
図1の薄膜形成装置1は、太陽電池パネル100の基板101に、CIGS膜による光吸収層103を形成する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall view of a thin film forming apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
The thin film forming apparatus 1 in FIG. 1 forms a light absorption layer 103 made of a CIGS film on a substrate 101 of a solar cell panel 100.

図2は、CIGS膜による光吸収層103を有する太陽電池パネル100の一例の模式的な部分断面図である。
図2の太陽電池パネル100は、基板101上に、裏面電極102、CIGS膜による光吸収層103、第1バッファ層104、第2バッファ層105、透明電極106、および反射保護膜107が順番に積層されたサブストレート構造を有する。
また、裏面電極102および透明電極106には、取り出し電極108,109が積層される。
なお、太陽電池パネル100には、第1バッファ層104を持たないものもある。
FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view of an example of the solar cell panel 100 having the light absorption layer 103 made of a CIGS film.
In the solar cell panel 100 of FIG. 2, a back electrode 102, a light absorption layer 103 using a CIGS film, a first buffer layer 104, a second buffer layer 105, a transparent electrode 106, and a reflection protective film 107 are sequentially formed on a substrate 101. It has a laminated substrate structure.
Further, extraction electrodes 108 and 109 are laminated on the back electrode 102 and the transparent electrode 106.
Note that some solar cell panels 100 do not have the first buffer layer 104.

基板101には、ソ−ダライムガラスなどが用いられる。基板101は、硬くても、柔らかくてもよい。   For the substrate 101, soda lime glass or the like is used. The substrate 101 may be hard or soft.

裏面電極102には、モリブデン(Mo)などが用いられる。
モリブデンは、たとえばスパッタ法によりソ−ダライムガラスの一面に形成される。
裏面電極102は、たとえば0.5〜2.0マイクロメートル程度の膜厚に形成すればよい。
For the back electrode 102, molybdenum (Mo) or the like is used.
Molybdenum is formed on one surface of soda lime glass by sputtering, for example.
The back electrode 102 may be formed to a thickness of about 0.5 to 2.0 micrometers, for example.

CIGS膜による光吸収層103は、太陽光を吸収し、光電変換効果により電荷を発生する。なお、光吸収層103には、CIGS膜以外にも、CIS膜などがある。
CIGS膜などは、カルコパイライト型化合物の一種である。
光吸収層103は、たとえば0.5〜5.0マイクロメートルの厚さに形成すればよい。
CIGS膜による光吸収層103は、Cu、In、Ga及びSeの四元素を含む。
CIGS膜は、Cu(In1−x,Ga)Seと表記される。
そして、CIGS膜は、CIS膜のインジウム(In)の一部をガリウム(Ga)に置換した組成を有する。
The light absorption layer 103 made of a CIGS film absorbs sunlight and generates electric charges due to a photoelectric conversion effect. The light absorption layer 103 includes a CIS film in addition to the CIGS film.
The CIGS film is a kind of chalcopyrite type compound.
What is necessary is just to form the light absorption layer 103 in the thickness of 0.5-5.0 micrometers, for example.
The light absorption layer 103 by the CIGS film contains four elements of Cu, In, Ga, and Se.
CIGS film, Cu (In 1-x, Ga x) is denoted as Se 2.
The CIGS film has a composition in which a part of indium (In) in the CIS film is replaced with gallium (Ga).

CIGS膜では、光吸収率(発電効率)を向上させ、エネルギーギャップEgを最適化するために、銅(カッパ)、インジウム、ガリウム、セレンの組成比率を最適化することが重要である。
また、CIGS膜は、従来の光吸収膜より薄い膜厚とすることができることから、その特徴を生かすために均一な厚さで薄く形成することが重要である。
CIGS膜は、一般的に2〜4マイクロメートルの厚さに形成される。
In the CIGS film, it is important to optimize the composition ratio of copper (kappa), indium, gallium, and selenium in order to improve the light absorption rate (power generation efficiency) and optimize the energy gap Eg.
In addition, since the CIGS film can be made thinner than the conventional light absorption film, it is important to form the CIGS film with a uniform thickness in order to take advantage of the characteristics.
The CIGS film is generally formed to a thickness of 2 to 4 micrometers.

CIGS膜の製造方法には、セレン化法、四元素同時蒸着法、三段階法などがある。
これらの方法では、裏面電極102が形成された基板101(以下、単に基板101という。)にCIGS膜を形成する。
セレン化法では、基板101上にプレカーサーとなるCIG(Cu(In,Ga))膜をスパッタリング法などにより形成する。また、セレン化法では、セレン化水素(HSe)雰囲気中でCIG膜を熱処理する。これにより、CIGS膜が形成される。
四元素同時蒸着法では、基板101を真空チャンバ11に収容する。そして、四元素同時蒸着法では、真空チャンバ11内にCu、In、Ga及びSeの四元素を別々の蒸着源から同時に蒸着させる。これにより、CIGS膜が形成される。
三段階法では、基板101を真空チャンバ11に収容する。そして、三段階法では、まずIn、Ga及びSeを蒸着させる。次に、Cu及びSeを蒸着させる。次に、In、Ga及びSeを蒸着させる。これにより、銅、インジウム、ガリウムおよびセレンを組成成分として有するCIGS膜が形成される。
四元素同時蒸着法、三段階法などの多元蒸着法では、毒性ガスとなるセレン化水素を使用しない。
CIGS film manufacturing methods include a selenization method, a four-element co-evaporation method, and a three-step method.
In these methods, a CIGS film is formed on the substrate 101 (hereinafter simply referred to as the substrate 101) on which the back electrode 102 is formed.
In the selenization method, a CIG (Cu (In, Ga)) film serving as a precursor is formed on the substrate 101 by a sputtering method or the like. In the selenization method, the CIG film is heat-treated in a hydrogen selenide (H 2 Se) atmosphere. Thereby, a CIGS film is formed.
In the four element simultaneous vapor deposition method, the substrate 101 is accommodated in the vacuum chamber 11. In the four-element simultaneous vapor deposition method, four elements of Cu, In, Ga and Se are vapor-deposited simultaneously from different vapor deposition sources in the vacuum chamber 11. Thereby, a CIGS film is formed.
In the three-stage method, the substrate 101 is accommodated in the vacuum chamber 11. In the three-stage method, first, In, Ga, and Se are deposited. Next, Cu and Se are vapor-deposited. Next, In, Ga, and Se are deposited. As a result, a CIGS film having copper, indium, gallium and selenium as composition components is formed.
Hydrogen selenide, which is a toxic gas, is not used in multi-source deposition methods such as the four-element simultaneous deposition method and the three-stage method.

第1バッファ層104には、硫化カドミウム(CdS)などが用いられる。
CdS層は、CBD法などの化学析出法により光吸収層103上に形成される。
第1バッファ層104は、たとえば数10ナノメートル程度の厚さに形成すればよい。
For the first buffer layer 104, cadmium sulfide (CdS) or the like is used.
The CdS layer is formed on the light absorption layer 103 by a chemical precipitation method such as a CBD method.
The first buffer layer 104 may be formed to a thickness of about several tens of nanometers, for example.

第2バッファ層105には、酸化亜鉛(ZnO)などが用いられる。
ZnO層は、蒸着法などによりCdS層上に形成される。
第2バッファ層105は、たとえば数10ナノメートル〜0.5マイクロメートル程度の厚さに形成すればよい。
For the second buffer layer 105, zinc oxide (ZnO) or the like is used.
The ZnO layer is formed on the CdS layer by an evaporation method or the like.
The second buffer layer 105 may be formed to a thickness of about several tens of nanometers to 0.5 micrometers, for example.

透明電極106には、酸化亜鉛(ZnO)にアルミナ(Al)を添加したAZO、酸化インジウムスズ(ITO)などが用いられる。
透明電極106は、スパッタ法、CVD法などにより第1バッファ層104上に形成される。
透明電極106は、たとえば0.1〜2.0マイクロメートル程度の厚さに形成すればよい。
As the transparent electrode 106, AZO obtained by adding alumina (Al 2 O 3 ) to zinc oxide (ZnO), indium tin oxide (ITO), or the like is used.
The transparent electrode 106 is formed on the first buffer layer 104 by sputtering, CVD, or the like.
The transparent electrode 106 may be formed to a thickness of about 0.1 to 2.0 micrometers, for example.

取り出し電極108,109には、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)などが用いられる。
取り出し電極108,109は、真空蒸着法、スクリーン印刷法、メッキ法などにより形成される。
For the extraction electrodes 108 and 109, nickel (Ni), aluminum (Al), or the like is used.
The extraction electrodes 108 and 109 are formed by a vacuum deposition method, a screen printing method, a plating method, or the like.

反射保護膜107には、たとえばフッ化マグネシウム(MgF)などが用いられる。 For the reflection protective film 107, for example, magnesium fluoride (MgF 2 ) is used.

図1の薄膜形成装置1は、図2の基板101(裏面電極102が形成された基板101)などに、CIGS膜による光吸収層103を形成する。
図1の薄膜形成装置1は、チャンバ11、モータ12、回転板13、ポンプ14、ヒータ15、第1蒸着源16、第2蒸着源17、第3蒸着源18、第4蒸着源19、光学膜厚計(OMS)20、水晶膜厚計(QCM)21、制御部(CTRL)22を有する。
また、チャンバ11内には、温度センサ23、プローブヘッド24、水晶振動子25が配置される。
The thin film forming apparatus 1 in FIG. 1 forms a light absorption layer 103 by a CIGS film on the substrate 101 in FIG. 2 (the substrate 101 on which the back electrode 102 is formed) or the like.
1 includes a chamber 11, a motor 12, a rotating plate 13, a pump 14, a heater 15, a first vapor deposition source 16, a second vapor deposition source 17, a third vapor deposition source 18, a fourth vapor deposition source 19, and an optical device. It has a film thickness meter (OMS) 20, a crystal film thickness meter (QCM) 21, and a control unit (CTRL) 22.
In the chamber 11, a temperature sensor 23, a probe head 24, and a crystal resonator 25 are disposed.

チャンバ11は、ハウジング11a内に、内部空間11bを有する。
また、チャンバ11は、内部空間11bに基板101を出し入れするための図示しない開閉扉を有する。
The chamber 11 has an internal space 11b in the housing 11a.
The chamber 11 has an opening / closing door (not shown) for taking the substrate 101 into and out of the internal space 11b.

モータ12は、たとえばチャンバ11のハウジング11aの上部に取り付けられる。
そして、モータ12の回転軸12aは、ハウジング11aを貫通し、内部空間11b内に突出する。
モータ12の回転軸12aの下端に回転板13が取り付けられる。
この回転板13に、図2の基板101が取り付けられる。
そして、モータ12は制御部22に接続される。
モータ12は、制御部22から駆動信号が入力されると、回転板13を回転させる。
The motor 12 is attached to the upper part of the housing 11a of the chamber 11, for example.
And the rotating shaft 12a of the motor 12 penetrates the housing 11a, and protrudes in the internal space 11b.
A rotating plate 13 is attached to the lower end of the rotating shaft 12 a of the motor 12.
The substrate 101 of FIG. 2 is attached to the rotating plate 13.
The motor 12 is connected to the control unit 22.
The motor 12 rotates the rotating plate 13 when a drive signal is input from the control unit 22.

ポンプ14は、たとえばチャンバ11のハウジング11aの図1の左面に取り付けられる。
そして、ポンプ14は制御部22に接続される。
ポンプ14は、制御部22から駆動信号が入力されると、内部空間11bから空気を排出する。
これにより、チャンバ11内は、減圧され、略真空状態になる。
The pump 14 is attached to the left surface of the housing 11a of the chamber 11 in FIG.
The pump 14 is connected to the control unit 22.
When the drive signal is input from the control unit 22, the pump 14 discharges air from the internal space 11b.
Thereby, the inside of the chamber 11 is depressurized and is in a substantially vacuum state.

ヒータ15は、ハウジング11aの内面上部に取り付けられる。
ヒータ15は、たとえばチャンバ11内の雰囲気および基板101を600度程度まで加熱できるものがよい。
そして、ヒータ15は制御部22に接続される。ヒータ15は、制御部22から駆動信号が入力されると、内部空間11bを加熱する。
これにより、チャンバ11内の温度が上昇する。チャンバ11内および基板101は、加熱される。
また、ヒータ15による加熱を終了すると、チャンバ11内の温度は、ゆっくりと降下する。チャンバ11内および基板101は、冷却される。
The heater 15 is attached to the upper part of the inner surface of the housing 11a.
For example, the heater 15 is preferably capable of heating the atmosphere in the chamber 11 and the substrate 101 to about 600 degrees.
The heater 15 is connected to the control unit 22. The heater 15 heats the internal space 11b when a drive signal is input from the control unit 22.
Thereby, the temperature in the chamber 11 rises. The chamber 11 and the substrate 101 are heated.
Further, when the heating by the heater 15 is finished, the temperature in the chamber 11 slowly drops. The chamber 11 and the substrate 101 are cooled.

温度センサ23は、ハウジング11a内に配設される。
温度センサ23は、回転板13と同じ高さに取り付けられる。
これにより、温度センサ23は、回転板13に取り付けられる基板101の温度を検出できる。
The temperature sensor 23 is disposed in the housing 11a.
The temperature sensor 23 is attached at the same height as the rotating plate 13.
Thereby, the temperature sensor 23 can detect the temperature of the substrate 101 attached to the rotating plate 13.

第1蒸着源16は、第1るつぼ16aと、第1ヒータ16bと、第1シャッタ16cとを有する。
第1るつぼ16a内には、セレンが収容される。
第1るつぼ16a内のセレンは、第1ヒータ16bの加熱により蒸発(気化)する。
第1るつぼ16aから蒸発したセレンは、チャンバ11内に拡散する。
これにより、第1蒸着源16からチャンバ11内へ、蒸発したセレンが供給される。
第1シャッタ16cは、第1るつぼ16aの開口を閉じる。
これにより、第1るつぼ16aからチャンバ11内へのセレンの蒸発が停止する。
そして、第1蒸着源16には、制御部からの駆動信号が入力される。この駆動信号により、第1シャッタ16cが開閉制御され、第1ヒータ16bによるセレンの加熱温度が制御される。
セレンは、加熱温度に応じたレートで、第1蒸着源16からチャンバ11内へ蒸発する。これにより、セレンの単位時間当たりの蒸発量(供給量)、すなわち供給レートが制御される。
なお、本実施形態では、後述するようにCIGS膜の形成期間の全体においてセレンを蒸発させている。この場合、第1シャッタ16cは、CIGS膜の形成期間の全体において開状態に制御される。
The first vapor deposition source 16 includes a first crucible 16a, a first heater 16b, and a first shutter 16c.
Selenium is accommodated in the first crucible 16a.
The selenium in the first crucible 16a evaporates (vaporizes) by the heating of the first heater 16b.
The selenium evaporated from the first crucible 16a diffuses into the chamber 11.
Thereby, evaporated selenium is supplied from the first vapor deposition source 16 into the chamber 11.
The first shutter 16c closes the opening of the first crucible 16a.
Thereby, evaporation of selenium from the first crucible 16a into the chamber 11 is stopped.
The first vapor deposition source 16 receives a drive signal from the control unit. By this drive signal, the first shutter 16c is controlled to open and close, and the selenium heating temperature by the first heater 16b is controlled.
Selenium evaporates from the first vapor deposition source 16 into the chamber 11 at a rate corresponding to the heating temperature. Thereby, the evaporation amount (supply amount) per unit time of selenium, that is, the supply rate is controlled.
In this embodiment, as will be described later, selenium is evaporated during the entire CIGS film formation period. In this case, the first shutter 16c is controlled to be in an open state throughout the CIGS film formation period.

第2蒸着源17は、第2るつぼ17aと、第2ヒータ17bと、第2シャッタ17cとを有する。
第2るつぼ17a内には、インジウムが収容される。
第2るつぼ17a内のインジウムは、第2ヒータ17bの加熱により蒸発(気化)する。
第2るつぼ17aから蒸発したインジウムは、チャンバ11内に拡散する。
これにより、第2蒸着源17からチャンバ11内へ、蒸発したインジウムが供給される。
第2シャッタ17cは、第2るつぼ17aの開口を閉じる。
これにより、第2るつぼ17aからチャンバ11内へのインジウムの蒸発が停止する。
そして、第2蒸着源17には、制御部からの駆動信号が入力される。この駆動信号により、第2シャッタ17cが開閉制御され、第2ヒータ17bによるインジウムの加熱温度が制御される。
インジウムは、加熱温度に応じたレートで、第2蒸着源17からチャンバ11内へ蒸発する。これにより、インジウムの単位時間当たりの蒸発量(供給量)、すなわち供給レートが制御される。
The second vapor deposition source 17 includes a second crucible 17a, a second heater 17b, and a second shutter 17c.
Indium is accommodated in the second crucible 17a.
The indium in the second crucible 17a evaporates (vaporizes) by the heating of the second heater 17b.
Indium evaporated from the second crucible 17 a diffuses into the chamber 11.
Thereby, evaporated indium is supplied from the second vapor deposition source 17 into the chamber 11.
The second shutter 17c closes the opening of the second crucible 17a.
Thereby, the evaporation of indium from the second crucible 17a into the chamber 11 is stopped.
A driving signal from the control unit is input to the second vapor deposition source 17. By this drive signal, the second shutter 17c is controlled to open and close, and the heating temperature of indium by the second heater 17b is controlled.
Indium evaporates from the second vapor deposition source 17 into the chamber 11 at a rate corresponding to the heating temperature. Thereby, the evaporation amount (supply amount) per unit time of indium, that is, the supply rate is controlled.

第3蒸着源18は、第3るつぼ18aと、第3ヒータ18bと、第3シャッタ18cとを有する。
第3るつぼ18a内には、ガリウムが収容される。
第3るつぼ18a内のガリウムは、第3ヒータ18bの加熱により蒸発(気化)する。
第3るつぼ18aから蒸発したガリウムは、チャンバ11内に拡散する。
これにより、第3蒸着源18からチャンバ11内へ、蒸発したガリウムが供給される。
第3シャッタ18cは、第3るつぼ18aの開口を閉じる。
これにより、第3るつぼ18aからチャンバ11内へのガリウムの蒸発が停止する。
そして、第3蒸着源18には、制御部からの駆動信号が入力される。この駆動信号により、第3シャッタ18cが開閉制御され、第3ヒータ18bによるガリウムの加熱温度が制御される。
ガリウムは、加熱温度に応じたレートで、第3蒸着源18からチャンバ11内へ蒸発する。これにより、ガリウムの単位時間当たりの蒸発量(供給量)、すなわち供給レートが制御される。
The third vapor deposition source 18 includes a third crucible 18a, a third heater 18b, and a third shutter 18c.
Gallium is accommodated in the third crucible 18a.
Gallium in the third crucible 18a evaporates (vaporizes) by the heating of the third heater 18b.
The gallium evaporated from the third crucible 18 a diffuses into the chamber 11.
Thereby, evaporated gallium is supplied from the third vapor deposition source 18 into the chamber 11.
The third shutter 18c closes the opening of the third crucible 18a.
Thereby, the evaporation of gallium from the third crucible 18a into the chamber 11 is stopped.
A driving signal from the control unit is input to the third vapor deposition source 18. By this drive signal, the third shutter 18c is controlled to be opened and closed, and the heating temperature of gallium by the third heater 18b is controlled.
Gallium evaporates from the third vapor deposition source 18 into the chamber 11 at a rate corresponding to the heating temperature. Thereby, the evaporation amount (supply amount) per unit time of gallium, that is, the supply rate is controlled.

第4蒸着源19は、第4るつぼ19aと、第4ヒータ19bと、第4シャッタ19cとを有する。
第4るつぼ19a内には、銅が収容される。
第4るつぼ19a内の銅は、第4ヒータ19bの加熱により蒸発(気化)する。
第4るつぼ19aから蒸発した銅は、チャンバ11内に拡散する。
これにより、第3蒸着源18からチャンバ11内へ、蒸発した銅が供給される。
第4シャッタ19cは、第4るつぼ19aの開口を閉じる。
これにより、第4るつぼ19aからチャンバ11内への銅の蒸発が停止する。
そして、第4蒸着源19には、制御部からの駆動信号が入力される。この駆動信号により、第4シャッタ19cが開閉制御され、第4ヒータ19bによる銅の加熱温度が制御される。
銅は、加熱温度に応じたレートで、第4蒸着源19からチャンバ11内へ蒸発する。これにより、銅の単位時間当たりの蒸発量(供給量)、すなわち供給レートが制御される。
The fourth vapor deposition source 19 includes a fourth crucible 19a, a fourth heater 19b, and a fourth shutter 19c.
Copper is accommodated in the fourth crucible 19a.
Copper in the fourth crucible 19a evaporates (vaporizes) by the heating of the fourth heater 19b.
Copper evaporated from the fourth crucible 19 a diffuses into the chamber 11.
Thereby, evaporated copper is supplied from the third vapor deposition source 18 into the chamber 11.
The fourth shutter 19c closes the opening of the fourth crucible 19a.
Thereby, the evaporation of copper from the fourth crucible 19a into the chamber 11 is stopped.
The fourth vapor deposition source 19 receives a drive signal from the control unit. By this drive signal, the fourth shutter 19c is controlled to open and close, and the heating temperature of copper by the fourth heater 19b is controlled.
Copper evaporates from the fourth vapor deposition source 19 into the chamber 11 at a rate corresponding to the heating temperature. Thereby, the evaporation amount (supply amount) per unit time of copper, that is, the supply rate is controlled.

図3は、図1の光学膜厚計20の一例の模式的な構成図である。
図3の光学膜厚計20は、ハロゲンランプ31、入力光ファイバ32、プローブヘッド24、出力光ファイバ34、分光器35、受光部36を有する。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an example of the optical film thickness meter 20 of FIG.
The optical film thickness meter 20 of FIG. 3 includes a halogen lamp 31, an input optical fiber 32, a probe head 24, an output optical fiber 34, a spectroscope 35, and a light receiving unit 36.

プローブヘッド24は、計測板33を有する。
プローブヘッド24は、チャンバ11内に配設される。
プローブヘッド24は、たとえば回転板13の中心に近い位置に配設される。
計測板33には、たとえばインジウムとセレンとの化合物、ガリウムとセレンとの化合物、銅とセレンとの化合物などが付着する。
この付着物38により、計測板33の表面に付着膜が成長する。
The probe head 24 has a measurement plate 33.
The probe head 24 is disposed in the chamber 11.
The probe head 24 is disposed, for example, at a position close to the center of the rotating plate 13.
For example, a compound of indium and selenium, a compound of gallium and selenium, a compound of copper and selenium, and the like adhere to the measurement plate 33.
An adhesion film grows on the surface of the measurement plate 33 due to the deposit 38.

ハロゲンランプ31は、白色光を出力する。
白色光は、複数の波長の光成分が重畳された光である。
白色光を出力するハロゲンランプ31を使用することで、CIGS膜の形成期間中に、光源の波長を切り替える必要が無くなる。
入力光ファイバ32の一端は、ハロゲンランプ31に対向する。他端は、計測板33についての付着膜の形成面と対向する。
そして、入力光ファイバ32は、ハロゲンランプ31の白色光をプローブヘッド24へ伝達する。
これにより、白色光が、計測板33、および計測板33に付着した付着膜へ照射される。
出力光ファイバ34の一端は、計測板33についての付着膜の形成面と対向する。他端は、分光器35に接続される。
そして、出力光ファイバ34は、付着膜および計測板33から反射された光を、分光器35へ伝達する。
The halogen lamp 31 outputs white light.
White light is light on which light components having a plurality of wavelengths are superimposed.
By using the halogen lamp 31 that outputs white light, it is not necessary to switch the wavelength of the light source during the CIGS film formation period.
One end of the input optical fiber 32 faces the halogen lamp 31. The other end faces the surface on which the adhesion film is formed on the measurement plate 33.
The input optical fiber 32 transmits the white light from the halogen lamp 31 to the probe head 24.
Thereby, white light is irradiated onto the measurement plate 33 and the attached film attached to the measurement plate 33.
One end of the output optical fiber 34 faces the surface on which the adhesion film is formed on the measurement plate 33. The other end is connected to the spectroscope 35.
The output optical fiber 34 transmits the light reflected from the adhesion film and the measurement plate 33 to the spectroscope 35.

分光器35は、たとえばプリズムを有し、出力光ファイバ34から入力される光を波長成分毎に分光する。分光器35は、強度を測定する波長成分を抽出する。
受光部36は、分光器35により抽出された波長成分の光を受光するセンサである。
受光部36は、受光した波長成分の強度を検出する。この強度は、付着物38の膜厚と、波長とに応じて変化する。
また、受光部36は、制御部22に接続され、検出した受光強度の情報を含む信号を制御部22へ出力する。
The spectroscope 35 has a prism, for example, and separates the light input from the output optical fiber 34 for each wavelength component. The spectroscope 35 extracts a wavelength component for measuring the intensity.
The light receiving unit 36 is a sensor that receives light having a wavelength component extracted by the spectroscope 35.
The light receiving unit 36 detects the intensity of the received wavelength component. This intensity varies depending on the film thickness of the deposit 38 and the wavelength.
The light receiving unit 36 is connected to the control unit 22 and outputs a signal including information on the detected light reception intensity to the control unit 22.

図4(A)は、計測板33および付着物38への光の入射および反射の状態の説明図である。
図4(A)に示すように、付着物38が付着した計測板33に対して斜め上方から白色光が入射すると、付着物38の表面において光の一部が反射される。
また、付着物38内に入射した光は、付着物38内で多重反射する。
多重反射された光の一部は、付着物38の表面を透過する。
このため、出力光ファイバ34には、付着物38の表面において入射時に反射された光成分と、付着物内38で多重反射された光成分の一部とが入射する。
そして、付着物38の表面において入射時に反射された光成分と、付着物38内で多重反射された光成分の一部とは、波長と光路長差とに応じた位相差を生じる。
これにより、出力光ファイバ34に入射する光は、波長毎に強くなったり、弱くなったりする。
FIG. 4A is an explanatory diagram of the state of incidence and reflection of light on the measurement plate 33 and the deposit 38.
As shown in FIG. 4A, when white light is incident obliquely from above on the measurement plate 33 to which the attached matter 38 is attached, a part of the light is reflected on the surface of the attached matter 38.
Further, the light incident on the deposit 38 is subjected to multiple reflection in the deposit 38.
Part of the multiple reflected light passes through the surface of the deposit 38.
For this reason, the light component reflected at the time of incidence on the surface of the deposit 38 and a part of the light component multiple-reflected by the deposit 38 enter the output optical fiber 34.
Then, a light component reflected at the time of incidence on the surface of the attached matter 38 and a part of the light component reflected multiple times in the attached matter 38 cause a phase difference corresponding to the wavelength and the optical path length difference.
Thereby, the light incident on the output optical fiber 34 becomes stronger or weaker for each wavelength.

また、光路長差は、付着物38の膜厚により決まる。
このため、出力光ファイバ34を通じて分光器35に入射する光は、たとえば図4(B)に示すように、光の波長毎に異なる強度の波長スペクトル(強度分布)を持つ。
また、分光器35に入射する光の波長スペクトルは、図4(B)から(D)に示すように、付着物38の付着量に応じて異なる。
図4(B)から(D)は、計測板33の付着物38の付着量に応じた光スペクトルの説明図である。横軸は、波長である。縦軸は、強度である。
波長スペクトルは、計測板33の付着量が多くなると、図4(B)の波長スペクトルから、図4(D)の波長スペクトルに変化する。
Further, the optical path length difference is determined by the thickness of the deposit 38.
For this reason, the light incident on the spectroscope 35 through the output optical fiber 34 has a wavelength spectrum (intensity distribution) having a different intensity for each wavelength of light as shown in FIG. 4B, for example.
In addition, the wavelength spectrum of the light incident on the spectroscope 35 varies depending on the amount of deposit 38, as shown in FIGS.
4B to 4D are explanatory diagrams of an optical spectrum corresponding to the amount of deposit 38 on the measurement plate 33. The horizontal axis is the wavelength. The vertical axis is intensity.
The wavelength spectrum changes from the wavelength spectrum of FIG. 4 (B) to the wavelength spectrum of FIG. 4 (D) when the adhesion amount of the measurement plate 33 increases.

そして、分光器35は、この付着量に応じて異なる波長スペクトルを有する反射光を、波長成分毎に分光し、所定の波長成分を抽出する。
受光部36は、抽出された波長成分の光の強度を検出する。
制御部22は、受光部36により検出された光の強度に基づいて、計測板33の付着物38の膜厚を特定する。
Then, the spectroscope 35 separates the reflected light having a different wavelength spectrum according to the adhesion amount for each wavelength component, and extracts a predetermined wavelength component.
The light receiving unit 36 detects the intensity of the extracted wavelength component light.
The control unit 22 specifies the film thickness of the deposit 38 on the measurement plate 33 based on the light intensity detected by the light receiving unit 36.

図5は、図1の水晶膜厚計21の一例の模式的な構成図である。
図5の水晶膜厚計21は、水晶振動子25、発信回路41、カウンタ42、変換部(CVT)43を有する。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an example of the quartz film thickness meter 21 of FIG.
The crystal film thickness meter 21 in FIG. 5 includes a crystal resonator 25, a transmission circuit 41, a counter 42, and a conversion unit (CVT) 43.

水晶振動子25は、発信回路41に接続される。水晶振動子25は、発信回路41から供給される電力により、発信する。
水晶振動子25の発信周波数は、安定しており、一般的に8桁オーダ程度の精度を有する。
水晶振動子25は、チャンバ11内に配設される。
水晶振動子25は、たとえば回転板13の中心に近い位置において、プローブヘッド24と並べて配設される。
チャンバ11内に配設される水晶振動子25には、たとえばインジウムとセレンとの化合物、ガリウムとセレンとの化合物、銅とセレンとの化合物などが付着する。
The crystal resonator 25 is connected to the transmission circuit 41. The crystal unit 25 transmits by the power supplied from the transmission circuit 41.
The oscillation frequency of the crystal unit 25 is stable and generally has an accuracy of the order of 8 digits.
The crystal resonator 25 is disposed in the chamber 11.
The crystal unit 25 is arranged side by side with the probe head 24 at a position close to the center of the rotating plate 13, for example.
For example, a compound of indium and selenium, a compound of gallium and selenium, a compound of copper and selenium, or the like adheres to the crystal unit 25 disposed in the chamber 11.

図6は、図5の水晶振動子25の付着物44の付着量に応じた周波数特性の説明図である。
横軸は、周波数である。縦軸は、水晶振動子25のコンダクタンスである。
そして、図6中にf1、f2、f3として例示するように、水晶振動子25の発振周波数は、付着物44の付着量に応じて変化する。
具体的には、水晶振動子25の発信周波数は、付着物44の付着量が多くなると低くなる。
FIG. 6 is an explanatory diagram of the frequency characteristics corresponding to the amount of deposit 44 of the crystal resonator 25 of FIG.
The horizontal axis is frequency. The vertical axis represents the conductance of the crystal unit 25.
Then, as exemplified by f1, f2, and f3 in FIG. 6, the oscillation frequency of the crystal resonator 25 changes according to the amount of the deposit 44 attached.
Specifically, the transmission frequency of the crystal unit 25 decreases as the amount of deposit 44 increases.

発信回路41は、カウンタ42に接続される。
発信回路41は、水晶振動子25に電力を供給し、水晶振動子25が発生した振動信号を増幅してカウンタ42へ出力する。
カウンタ42は、単位時間毎に、発信回路41から入力される振動信号の周期をカウントする。
カウンタ42は、変換部43に接続され、カウント値を変換部43へ出力する。
変換部43は、カウント値を、図6の周波数変化特性のデータに基づいて、水晶振動子25に付着した付着物44の膜厚値へ換算する。
変換部43は、図1の制御部22に接続され、換算した水晶振動子25の付着物44の膜厚値を含む信号を制御部22へ出力する。
水晶振動子25の発振周波数が安定しているため、制御部22へ出力される膜厚値は高い精度を有する。
The transmission circuit 41 is connected to the counter 42.
The transmission circuit 41 supplies power to the crystal unit 25, amplifies the vibration signal generated by the crystal unit 25, and outputs the amplified signal to the counter 42.
The counter 42 counts the period of the vibration signal input from the transmission circuit 41 every unit time.
The counter 42 is connected to the conversion unit 43 and outputs the count value to the conversion unit 43.
The conversion unit 43 converts the count value into the film thickness value of the deposit 44 attached to the crystal unit 25 based on the frequency change characteristic data of FIG.
The conversion unit 43 is connected to the control unit 22 in FIG. 1, and outputs a signal including the converted film thickness value of the deposit 44 of the crystal resonator 25 to the control unit 22.
Since the oscillation frequency of the crystal unit 25 is stable, the film thickness value output to the control unit 22 has high accuracy.

図7は、図1の制御部22の一例のコンピュータ装置50である。
図7のコンピュータ装置50は、CPU(Central Processing Unit)51、メモリ(MEM)52、操作部(KEY)53、表示部(DISP)54、入出力ポート(I/O)55、およびこれらを接続するシステムバス56を有する。
FIG. 7 shows a computer apparatus 50 as an example of the control unit 22 of FIG.
7 includes a CPU (Central Processing Unit) 51, a memory (MEM) 52, an operation unit (KEY) 53, a display unit (DISP) 54, an input / output port (I / O) 55, and a connection between them. System bus 56.

メモリ52は、後述する図9に示す薄膜製造処理のフローチャートを実行するためのプログラムなどを記憶する。
CPU51は、メモリ52からプログラムを読み込んで実行する。
これにより、CPU51は、薄膜形成装置1の制御部22として機能する。
そして、薄膜形成装置1の制御部22としてのCPU51は、たとえば操作部53から、形成するCIGS膜(光吸収層103)の膜厚、組成比率などが入力されると、薄膜製造処理を開始する。
薄膜製造処理中、CPU51は、後述する図10または図11に示す測定データを表示部54に表示する。
The memory 52 stores a program for executing a flowchart of a thin film manufacturing process shown in FIG. 9 to be described later.
The CPU 51 reads a program from the memory 52 and executes it.
Thereby, the CPU 51 functions as the control unit 22 of the thin film forming apparatus 1.
And CPU51 as the control part 22 of the thin film formation apparatus 1 will start a thin film manufacturing process, if the film thickness, composition ratio, etc. of the CIGS film (light absorption layer 103) to form are input from the operation part 53, for example. .
During the thin film manufacturing process, the CPU 51 displays measurement data shown in FIG. 10 or FIG.

入出力ポート55は、ポンプ14、ヒータ15、モータ12、第1蒸着源16、第2蒸着源17、第3蒸着源18、第4蒸着源19に接続される。
制御部22は、これらの機器へ制御信号を出力する。
また、入出力ポート55は、温度センサ23、光学膜厚計20、水晶膜厚計21に接続される。
そして、制御部22は、温度センサ23により検出されるチャンバ11内および基板101の温度、光学膜厚計20により検出される計測板33の付着物38の膜厚、水晶膜厚計21により検出される水晶振動子25の付着物44の膜厚に基づいて、基板101上に所望の膜厚および所望の組成比率のCIGS膜を形成する制御を実行する。
The input / output port 55 is connected to the pump 14, the heater 15, the motor 12, the first vapor deposition source 16, the second vapor deposition source 17, the third vapor deposition source 18, and the fourth vapor deposition source 19.
The control unit 22 outputs a control signal to these devices.
The input / output port 55 is connected to the temperature sensor 23, the optical film thickness meter 20, and the crystal film thickness meter 21.
Then, the control unit 22 detects the temperature of the chamber 11 and the substrate 101 detected by the temperature sensor 23, the film thickness of the deposit 38 on the measurement plate 33 detected by the optical film thickness meter 20, and the crystal film thickness meter 21. Based on the film thickness of the deposit 44 of the quartz crystal resonator 25, control is performed to form a CIGS film having a desired film thickness and a desired composition ratio on the substrate 101.

図8は、光学膜厚計(OMS)20の出力特性と、水晶膜厚計(QCM)21の出力特性との比較図である。
図8の上段は、チャンバ11内にセレンとメタル(銅またはインジウムまたはガリウム)が存在する場合の出力特性である。
図8の下段は、チャンバ11内にセレンのみが存在する場合の出力特性である。
図8の出力特性は、チャンバ11内の温度が約200度以上の場合の出力特性である。
FIG. 8 is a comparison diagram between the output characteristics of the optical film thickness meter (OMS) 20 and the output characteristics of the crystal film thickness meter (QCM) 21.
The upper stage of FIG. 8 shows output characteristics when selenium and metal (copper, indium, or gallium) are present in the chamber 11.
The lower part of FIG. 8 shows the output characteristics when only selenium is present in the chamber 11.
The output characteristics of FIG. 8 are output characteristics when the temperature in the chamber 11 is about 200 degrees or more.

チャンバ11内の温度がたとえば常温である場合、チャンバ11内に蒸発したセレンは、光学膜厚計20の計測板33または水晶膜厚計21の水晶振動子25に付着できる。
しかしながら、チャンバ11内の温度が約200度以上である場合、真空チャンバ11内のセレンは、光学膜厚計20の計測板33または水晶膜厚計21の水晶振動子25に付着したとたんに蒸発する。
すなわち、セレンは、基板101などに蒸着して成長できない。
このため、約200度以上では、チャンバ11内の光学膜厚計20の計測板33には、付着物38が成長しない。
付着物38が成長しないと、計測板33において光の薄膜干渉が生じない。
その結果、約200度以上のチャンバ11内にセレンのみが存在する場合、図8の下段に示すように、水晶膜厚計21ではチャンバ11内のセレンの量を計測できるが、光学膜厚計20によりチャンバ11内のセレンの量を計測できない。
When the temperature in the chamber 11 is, for example, normal temperature, the selenium evaporated in the chamber 11 can adhere to the measurement plate 33 of the optical film thickness meter 20 or the crystal resonator 25 of the crystal film thickness meter 21.
However, when the temperature in the chamber 11 is about 200 ° C. or more, the selenium in the vacuum chamber 11 is immediately attached to the measurement plate 33 of the optical film thickness meter 20 or the crystal resonator 25 of the crystal film thickness meter 21. Evaporate.
That is, selenium cannot be deposited and grown on the substrate 101 or the like.
For this reason, at about 200 degrees or more, the deposit 38 does not grow on the measurement plate 33 of the optical film thickness meter 20 in the chamber 11.
If the deposit 38 does not grow, light thin film interference does not occur on the measurement plate 33.
As a result, when only selenium is present in the chamber 11 of about 200 degrees or more, the quartz film thickness meter 21 can measure the amount of selenium in the chamber 11 as shown in the lower part of FIG. 20 cannot measure the amount of selenium in the chamber 11.

また、チャンバ11内にセレンとメタルとを蒸発すると、チャンバ11内において、セレンとメタルとの化合物が化合される。
この化合物は、チャンバ11内が約200度以上であっても、光学膜厚計20の計測板33または水晶膜厚計21の水晶振動子25に付着する。
また、光学膜厚計20の計測板33において、付着物38が成長する。
このため、約200度以上のチャンバ11内にセレンとメタルが存在する場合、計測板33では付着物38が成長する。そして、図8の上段に示すように、光学膜厚計20により、基板101に成長した付着物38の膜厚を計測できる。
そして、約200度以上のチャンバ11内にセレンとメタルが存在する場合、水晶膜厚計21および光学膜厚計20によりチャンバ11内の付着物38,44の量、供給量などを計測できる。
When selenium and metal are evaporated in the chamber 11, a compound of selenium and metal is combined in the chamber 11.
This compound adheres to the measurement plate 33 of the optical film thickness meter 20 or the crystal resonator 25 of the crystal film thickness meter 21 even when the inside of the chamber 11 is about 200 degrees or more.
Further, the deposit 38 grows on the measurement plate 33 of the optical film thickness meter 20.
For this reason, when selenium and metal exist in the chamber 11 of about 200 degrees or more, the deposit 38 grows on the measurement plate 33. Then, as shown in the upper part of FIG. 8, the film thickness of the deposit 38 grown on the substrate 101 can be measured by the optical film thickness meter 20.
When selenium and metal are present in the chamber 11 at about 200 degrees or more, the amount of deposits 38 and 44 in the chamber 11 and the supply amount can be measured by the crystal film thickness meter 21 and the optical film thickness meter 20.

制御部22は、このような出力特性を有する水晶膜厚計21と光学膜厚計20とを好適に組み合わせて利用することにより、基板101に成長させるCIGS膜の組成比率を高精度に制御する。また、制御部22は、基板101に成長させるCIGS膜の膜厚を高精度に制御する。   The controller 22 controls the composition ratio of the CIGS film grown on the substrate 101 with high accuracy by using the quartz film thickness meter 21 and the optical film thickness meter 20 having such output characteristics in a suitable combination. . The control unit 22 controls the thickness of the CIGS film grown on the substrate 101 with high accuracy.

次に、図1の薄膜形成装置1による薄膜製造方法を説明する。
以下の製造方法の説明では、図2の基板101(裏面電極102が形成された基板101)に、CIGS膜(光吸収層103)を、所望の膜厚および所望の組成比率により形成する場合を例に説明する。
Next, a thin film manufacturing method using the thin film forming apparatus 1 of FIG. 1 will be described.
In the following description of the manufacturing method, a case where a CIGS film (light absorption layer 103) is formed with a desired film thickness and a desired composition ratio on the substrate 101 (the substrate 101 on which the back electrode 102 is formed) in FIG. Explained as an example.

図9は、図1の薄膜形成装置1の制御部22が実行する薄膜製造処理の一例の全体的なフローチャートである。図9は、三段階法をベースにした薄膜製造処理の例である。
図9の薄膜製造処理は、たとえば図1の制御部22により実行される。
なお、図9の薄膜製造処理は、制御部22に対する手動操作に基づいて実行されてもよい。
FIG. 9 is an overall flowchart of an example of a thin film manufacturing process executed by the control unit 22 of the thin film forming apparatus 1 of FIG. FIG. 9 is an example of a thin film manufacturing process based on the three-stage method.
The thin film manufacturing process of FIG. 9 is executed by, for example, the control unit 22 of FIG.
Note that the thin film manufacturing process of FIG. 9 may be executed based on a manual operation on the control unit 22.

図10は、図9の三段階法による薄膜製造処理の全体のタイムチャートである。横軸は、時間(秒単位)である。縦軸は、温度である。
図10の特性曲線C1(Temp)は、温度センサ23により検出されるチャンバ11内の基板101の温度の特性曲線である。
また、図10には、説明のために、光学膜厚計20の出力特性の特性曲線C1(OMS)と、水晶膜厚計21の出力特性の特性曲線C2(QCM)とも図示されている。
FIG. 10 is a time chart of the entire thin film manufacturing process by the three-stage method of FIG. The horizontal axis is time (in seconds). The vertical axis is temperature.
A characteristic curve C <b> 1 (Temp) in FIG. 10 is a temperature characteristic curve of the substrate 101 in the chamber 11 detected by the temperature sensor 23.
For the sake of explanation, FIG. 10 also shows a characteristic curve C1 (OMS) of the output characteristic of the optical film thickness meter 20 and a characteristic curve C2 (QCM) of the output characteristic of the crystal film thickness meter 21.

そして、図10に示すように、図1の薄膜形成装置1による三段階法では、チャンバ11内を所定の温度(200度以上)までに加熱する加熱期間の後に、三段階法によるCIGS膜の製造期間となる。
三段階法によるCIGS膜の製造期間は、インジウム、ガリウムおよびセレンによる薄膜を形成する第1期間T1と、銅およびセレンによる薄膜を形成する第2期間T2と、インジウム、ガリウムおよびセレンによる薄膜を形成する第3期間T3からなる。
As shown in FIG. 10, in the three-stage method using the thin film forming apparatus 1 of FIG. 1, after the heating period in which the inside of the chamber 11 is heated to a predetermined temperature (200 ° C. or more), It becomes a production period.
The CIGS film manufacturing period by the three-stage method includes a first period T1 for forming a thin film made of indium, gallium and selenium, a second period T2 for forming a thin film made of copper and selenium, and a thin film made of indium, gallium and selenium. The third period T3.

そして、図10に示すように、第1期間T1から第3期間T3において、光学膜厚計20の検出値は、複数回のピーク値をとる。
具体的には、図10では、光学膜厚計20の検出値は、第1期間T1においてP1からP8までの8回のピークをとる。第2期間T2ではP9からP12までの4回のピークをとる。第3期間T3では、P13からP14までの2回のピークをとる。
この第1期間T1のピーク数と第3期間T3のピーク数との和のピーク数に対する、第2期間T2のピーク数が、インジウムおよびガリウムに対する銅の組成比率となる。
光学膜厚計20は、このピークを検出する度に、光学膜厚計20の動作状態、たとえば検出に用いる波長などを切り替える。
また、三段階法によるCIGS膜の製造期間の後には、アニーリングおよび冷却期間となる。
As shown in FIG. 10, in the first period T1 to the third period T3, the detection value of the optical film thickness meter 20 takes a plurality of peak values.
Specifically, in FIG. 10, the detected value of the optical film thickness meter 20 has eight peaks from P1 to P8 in the first period T1. In the second period T2, four peaks from P9 to P12 are obtained. In the third period T3, there are two peaks from P13 to P14.
The number of peaks in the second period T2 with respect to the number of peaks in the sum of the number of peaks in the first period T1 and the number of peaks in the third period T3 is the composition ratio of copper to indium and gallium.
Each time the optical film thickness meter 20 detects this peak, the optical film thickness meter 20 switches the operating state of the optical film thickness meter 20, for example, the wavelength used for detection.
Further, after the manufacturing period of the CIGS film by the three-stage method, there are an annealing and cooling period.

図11は、図10の薄膜製造処理中の期間Aを拡大したタイムチャートである。
図11の横軸は、時間である。図11左側の縦軸は、光学膜厚計20の出力値である。この出力値は、パーセント表示である。図11右側の縦軸は、水晶膜厚計21の出力値である。この出力値は、レート(A/s)表示である。
図11には、光学膜厚計20の出力特性の特性曲線C1(OMS)と、水晶膜厚計21の出力特性の特性曲線C2(QCM)とが図示されている。
FIG. 11 is a time chart in which the period A during the thin film manufacturing process of FIG. 10 is enlarged.
The horizontal axis in FIG. 11 is time. The vertical axis on the left side of FIG. 11 is the output value of the optical film thickness meter 20. This output value is expressed as a percentage. The vertical axis on the right side of FIG. 11 is the output value of the quartz film thickness meter 21. This output value is a rate (A / s) display.
FIG. 11 shows an output characteristic characteristic curve C1 (OMS) of the optical film thickness meter 20 and an output characteristic characteristic curve C2 (QCM) of the quartz film thickness meter 21.

図10の期間Aは、加熱工程の後の期間である。また、期間Aは、第1工程においてインジウム、ガリウムおよびセレンによる薄膜形成を開始する前の期間である。
そして、図11には、第1工程で光学膜厚計20が1回目のピークP1をとるまでの期間が図示されている。
A period A in FIG. 10 is a period after the heating step. The period A is a period before starting the thin film formation with indium, gallium and selenium in the first step.
FIG. 11 shows a period until the optical film thickness meter 20 takes the first peak P1 in the first step.

水晶膜厚計21の検出値は、第1期間T1中に、ベースレートL1から形成時レートL2に変化する。ベースレートL1は、チャンバ11内にセレンのみが蒸発した雰囲気での検出値レベルである。形成時レートL2は、チャンバ11内にインジウム、ガリウムおよびセレンが蒸発した雰囲気での検出値レベルである。   The detected value of the quartz film thickness meter 21 changes from the base rate L1 to the formation rate L2 during the first period T1. The base rate L1 is a detection value level in an atmosphere in which only selenium is evaporated in the chamber 11. The formation rate L2 is a detection value level in an atmosphere in which indium, gallium, and selenium are evaporated in the chamber 11.

また、水晶膜厚計21の検出値は、ベースレートL1の期間中に、複数の矩形波形を有する。図11では、低い矩形波形と、高い矩形波形とが交互に現れている。   Further, the detection value of the quartz film thickness meter 21 has a plurality of rectangular waveforms during the period of the base rate L1. In FIG. 11, the low rectangular waveform and the high rectangular waveform appear alternately.

ベースレートL1からの突出量が低い矩形波形は、セレンの雰囲気中に、第3蒸着源18の第3シャッタ18cのみを開いて、ガリウムのみを所定の供給レートR(Ga)で蒸発させたことによる矩形波形である。
セレンの雰囲気中にガリウムを蒸発させると、ガリウムとセレンとの化合物(GaSe)が生成され、基板101、計測板33、および水晶振動子25に付着する。
このため、この供給レートR(Ga)で供給されたガリウムの化合物が水晶振動子25に付着し、水晶振動子25の発振周波数が変化し、水晶膜厚計21の出力に、低い矩形波形が現れる。
そして、図11中の右端の低い矩形波形においてハッチングにより示すように、このベースレートL1から突出した低い矩形波形の高さ(相対レート)が、所定の供給レートR(Ga)によりチャンバ11内へ供給されたガリウムの供給量に対応する。
In the rectangular waveform having a low protrusion amount from the base rate L1, only the third shutter 18c of the third vapor deposition source 18 is opened in the selenium atmosphere, and only gallium is evaporated at a predetermined supply rate R (Ga). Is a rectangular waveform.
When gallium is evaporated in the selenium atmosphere, a compound of gallium and selenium (Ga 2 Se 3 ) is generated and adheres to the substrate 101, the measurement plate 33, and the crystal unit 25.
For this reason, the gallium compound supplied at the supply rate R (Ga) adheres to the crystal unit 25, the oscillation frequency of the crystal unit 25 changes, and a low rectangular waveform appears at the output of the crystal film thickness meter 21. appear.
Then, as indicated by hatching in the lower rectangular waveform at the right end in FIG. 11, the height (relative rate) of the lower rectangular waveform protruding from the base rate L1 enters the chamber 11 at a predetermined supply rate R (Ga). Corresponds to the supplied amount of gallium.

ベースレートL1からの突出量が高い矩形波形は、セレンの雰囲気中に、第2蒸着源17の第2シャッタ17cのみを開いて、インジウムのみを所定の供給レートR(In)で蒸発させたことによる矩形波形である。
セレンの雰囲気中にインジウムを蒸発させると、インジウムとセレンとの化合物(InSe)が生成され、基板101、計測板33、および水晶振動子25に付着する。
このため、この供給レートR(In)で供給されたガリウムの化合物が水晶振動子25に付着し、水晶振動子25の発振周波数が変化し、水晶膜厚計21の出力に、高い矩形波形が現れる。
そして、図11中の右端の高い矩形波形においてハッチングにより示すように、このベースレートL1から突出した高い矩形波形の高さ(相対レート)が、所定の供給レートR(In)によりチャンバ11内へ供給されたインジウムの供給量に対応する。
In the rectangular waveform having a high protrusion amount from the base rate L1, only the second shutter 17c of the second vapor deposition source 17 was opened in the selenium atmosphere, and only indium was evaporated at a predetermined supply rate R (In). Is a rectangular waveform.
When indium is evaporated in the selenium atmosphere, a compound of indium and selenium (In 2 Se 3 ) is generated and adheres to the substrate 101, the measurement plate 33, and the crystal unit 25.
For this reason, the gallium compound supplied at the supply rate R (In) adheres to the crystal unit 25, the oscillation frequency of the crystal unit 25 changes, and a high rectangular waveform appears at the output of the crystal film thickness meter 21. appear.
Then, as shown by hatching in the high rectangular waveform at the right end in FIG. 11, the height (relative rate) of the high rectangular waveform protruding from the base rate L1 enters the chamber 11 at a predetermined supply rate R (In). This corresponds to the supplied amount of indium.

このようにベースレートL1期間中に、インジウムとガリウムとを交互に間欠的にチャンバ11内へ供給し、水晶膜厚計21を用いて化合物の付着量を測定することにより、第1工程の環境下においてチャンバ11内へ供給されるインジウムの供給量とガリウムの供給量とを高精度に計測することができる。
また、図11の高い矩形波形の高さと、低い矩形波形の高さとの高さ比により、インジウムとガリウムとの組成比率を高精度に調整することが可能となる。
In this way, during the base rate L1, indium and gallium are alternately and intermittently supplied into the chamber 11, and the amount of the deposited compound is measured using the quartz film thickness meter 21, thereby enabling the environment of the first step. Below, the supply amount of indium and the supply amount of gallium supplied into the chamber 11 can be measured with high accuracy.
Further, the composition ratio of indium and gallium can be adjusted with high accuracy by the height ratio between the height of the high rectangular waveform and the height of the low rectangular waveform in FIG.

図9に示すように、基板101にCIGS膜を形成する場合、制御部22には、CIGS薄膜の組成比率、膜厚などが操作部53から入力される(ステップST1)。
これにより、制御部22は、薄膜製造処理を開始する。
As shown in FIG. 9, when a CIGS film is formed on the substrate 101, the composition ratio, film thickness, and the like of the CIGS thin film are input to the control unit 22 from the operation unit 53 (step ST1).
Thereby, the control part 22 starts a thin film manufacturing process.

薄膜製造処理を開始すると、制御部22は、入力された組成比率および膜厚に基づいて、三段階法の各工程でのパラメータを決定する(ステップST2)。
第1工程でのパラメータには、インジウムの供給レート、ガリウムの供給レート、光学膜厚計20の検出ピーク数がある。
第2工程でのパラメータには、光学膜厚計20の検出ピーク数がある。
第3工程でのパラメータには、インジウムの供給レート、ガリウムの供給レート、光学膜厚計20の検出ピーク数がある。
When the thin film manufacturing process is started, the control unit 22 determines parameters in each step of the three-stage method based on the input composition ratio and film thickness (step ST2).
The parameters in the first step include indium supply rate, gallium supply rate, and the number of detection peaks of the optical film thickness meter 20.
The parameter in the second step includes the number of detection peaks of the optical film thickness meter 20.
The parameters in the third step include indium supply rate, gallium supply rate, and the number of detection peaks of the optical film thickness meter 20.

これらのパラメータは、たとえば以下のようにして決定すればよい。
計測板33に成長する膜厚は、基板101に成長する膜厚と略同じである。
また、光学膜厚計20が検出可能な出力ピークレベル(計測板33での膜厚)も予め判っている。
そのため、たとえば基板101に形成するCIGS膜のトータルの膜厚から、各工程での光学膜厚計20により検出するピーク数が決定される。
制御部22は、三段階法の各工程における光学膜厚計20の検出ピーク数を決定する。これにより、インジウムおよびガリウムを供給する第1工程および第3工程の総検出ピーク数に対する、銅を供給する第2工程による供給ピーク数が決まる。
図10は、インジウムおよびガリウム供給時の総検出ピーク数が10(=8+2)であり、銅供給時の検出ピーク数が4である場合の例である。この場合、インジウムおよびガリウムに対する銅の組成比率は、4/10となる。
These parameters may be determined as follows, for example.
The film thickness grown on the measurement plate 33 is substantially the same as the film thickness grown on the substrate 101.
The output peak level (film thickness on the measurement plate 33) that can be detected by the optical film thickness meter 20 is also known in advance.
Therefore, for example, the number of peaks detected by the optical film thickness meter 20 in each process is determined from the total film thickness of the CIGS film formed on the substrate 101.
The controller 22 determines the number of detected peaks of the optical film thickness meter 20 in each step of the three-stage method. Thereby, the supply peak number by the 2nd process which supplies copper with respect to the total detection peak number of the 1st process and 3rd process which supplies indium and gallium is determined.
FIG. 10 shows an example in which the total number of detected peaks when supplying indium and gallium is 10 (= 8 + 2) and the number of detected peaks when supplying copper is four. In this case, the composition ratio of copper to indium and gallium is 4/10.

また、制御部22は、CIGS膜の組成比率から、各工程での各成分の総供給量を決定する。また、制御部22は、各工程での各成分の供給レートを決める。これにより、インジウムの供給レートおよびガリウムの供給レートが決定される。
また、制御部22は、各成分の供給レートから、第1蒸着源16、第2蒸着源17、第3蒸着源18、および第4蒸着源19の加熱温度を決定する。
以上の演算処理により、制御部22は、第1工程、第2工程および第3工程での制御パラメータ(制御目標値)を決定する。
Moreover, the control part 22 determines the total supply amount of each component in each process from the composition ratio of a CIGS film | membrane. Moreover, the control part 22 determines the supply rate of each component in each process. Thereby, the supply rate of indium and the supply rate of gallium are determined.
Further, the controller 22 determines the heating temperatures of the first vapor deposition source 16, the second vapor deposition source 17, the third vapor deposition source 18, and the fourth vapor deposition source 19 from the supply rate of each component.
Through the above arithmetic processing, the control unit 22 determines control parameters (control target values) in the first step, the second step, and the third step.

ステップST2で制御目標値を決定した後、制御部22は、実際の制御を開始する。
制御部22は、モータ12を駆動し、回転板13および基板101を回転させる。また、制御部22は、ポンプ14に駆動信号を出力し、チャンバ11内を減圧する。また、制御部22は、ヒータ15に駆動信号を出力し、チャンバ11内を加熱する(ステップST3)。これにより、チャンバ11内の温度は、図10の加熱期間に示す温度まで加熱される。図10では約300度に加熱されている。
また、制御部22は、第1蒸着源16、第2蒸着源17、第3蒸着源18、および第4蒸着源19をそれぞれの加熱温度に加熱する。
After determining the control target value in step ST2, the control unit 22 starts actual control.
The control unit 22 drives the motor 12 to rotate the rotating plate 13 and the substrate 101. Further, the control unit 22 outputs a drive signal to the pump 14 to depressurize the chamber 11. Moreover, the control part 22 outputs a drive signal to the heater 15, and heats the inside of the chamber 11 (step ST3). Thereby, the temperature in the chamber 11 is heated to the temperature shown in the heating period of FIG. In FIG. 10, it is heated to about 300 degrees.
Moreover, the control part 22 heats the 1st vapor deposition source 16, the 2nd vapor deposition source 17, the 3rd vapor deposition source 18, and the 4th vapor deposition source 19 to each heating temperature.

加熱工程が終わると、制御部22は、第1工程を開始する。
なお、この加熱工程の終了時点の温度は200度以上であるため、チャンバ11内に蒸発したセレンは、飽和蒸気圧とならない。
第1工程では、まず、制御部22は、実際のガリウムの供給量とインジウムの供給量とが、所望のガリウムの供給量とインジウムの供給量となるように、インジウムの供給レートおよびガリウムの供給レートを調整する。
具体的には、制御部22は、第3蒸着源18の第3シャッタ18cを開閉する(ステップST4)。
これにより、ガリウムが、加熱温度に応じた供給レートにより、チャンバ11内へ供給される。
その後、制御部22は、水晶膜厚計21の出力を取得する(ステップST5)。
この時の水晶膜厚計21の出力値は、図11での最初の低い矩形波形となる。
続いて、制御部22は、第2蒸着源17の第2シャッタ17cを開閉する(ステップST6)。
これにより、インジウムが、加熱温度に応じた供給レートにより、チャンバ11内へ供給される。
その後、制御部22は、水晶膜厚計21の出力を取得する(ステップST7)。
この時の水晶膜厚計21の出力値は、図11での最初の高い矩形波形となる。
制御部22は、水晶膜厚計21により検出した図11の最初の組の低い矩形波形の高さと、高い矩形波形の高さとから、実際に蒸発したガリウムの供給量、インジウムの供給量、およびこれらの比率を演算する(ステップST8)。
また、制御部22は、測定に基づく比率および供給量が、ステップST1で入力された各成分の組成比率に応対するものであるか否かを判断する(ステップST9)。
When the heating process ends, the control unit 22 starts the first process.
Since the temperature at the end of this heating step is 200 ° C. or more, the selenium evaporated in the chamber 11 does not reach a saturated vapor pressure.
In the first step, first, the control unit 22 supplies the indium supply rate and the gallium supply so that the actual gallium supply amount and the indium supply amount become the desired gallium supply amount and the indium supply amount. Adjust the rate.
Specifically, the control unit 22 opens and closes the third shutter 18c of the third vapor deposition source 18 (step ST4).
Thereby, gallium is supplied into the chamber 11 at a supply rate corresponding to the heating temperature.
Thereafter, the control unit 22 acquires the output of the quartz film thickness meter 21 (step ST5).
At this time, the output value of the quartz film thickness meter 21 is the first low rectangular waveform in FIG.
Subsequently, the control unit 22 opens and closes the second shutter 17c of the second vapor deposition source 17 (step ST6).
Thereby, indium is supplied into the chamber 11 at a supply rate corresponding to the heating temperature.
Then, the control part 22 acquires the output of the quartz film thickness meter 21 (step ST7).
The output value of the quartz crystal thickness meter 21 at this time is the first high rectangular waveform in FIG.
From the height of the first rectangular waveform in FIG. 11 detected by the quartz film thickness meter 21 and the height of the high rectangular waveform, the control unit 22 actually supplies evaporated gallium, supplied indium, and These ratios are calculated (step ST8).
Further, the control unit 22 determines whether or not the ratio and the supply amount based on the measurement correspond to the composition ratio of each component input in step ST1 (step ST9).

そして、測定した比率が組成比率に対応するものでない場合、制御部22は、インジウムの供給レートおよびガリウムの供給レートを調整する(ステップST10)。
具体的には、制御部22は、第2蒸着源17の温度および第3蒸着源18の温度を調整する。
たとえばインジウムの供給レートに対するガリウムの供給レートが高い場合、制御部22は、第2蒸着源17の第2ヒータ17bの温度を上げる。または、制御部22は、第3蒸着源18の第3ヒータ18bの温度を下げる。
制御部22は、ステップST9において所望の組成比率に対応する供給比率が得られるまで、ステップST4〜ST10の調整処理を繰り返す。
この調整処理により、図11のベースレート期間では、水晶膜厚計21は、高い矩形波形と低い矩形波形とを交互に検出する。
図11は、ベースレート期間において以上の調整処理を8回繰り返している。
If the measured ratio does not correspond to the composition ratio, the control unit 22 adjusts the indium supply rate and the gallium supply rate (step ST10).
Specifically, the control unit 22 adjusts the temperature of the second vapor deposition source 17 and the temperature of the third vapor deposition source 18.
For example, when the supply rate of gallium is higher than the supply rate of indium, the control unit 22 raises the temperature of the second heater 17b of the second evaporation source 17. Alternatively, the control unit 22 decreases the temperature of the third heater 18 b of the third vapor deposition source 18.
The controller 22 repeats the adjustment process of steps ST4 to ST10 until a supply ratio corresponding to a desired composition ratio is obtained in step ST9.
With this adjustment process, the quartz film thickness meter 21 detects a high rectangular waveform and a low rectangular waveform alternately during the base rate period of FIG.
In FIG. 11, the above adjustment process is repeated eight times during the base rate period.

ステップST4〜ST10の蒸着源の加熱温度の調整処理により、インジウムとガリウムとの組成比率に適合した所望のインジウムの供給レートとガリウムの供給レートとが得られると、制御部22は、基板101に第1膜を形成する処理を開始する(ステップST11)。
制御部22は、第2蒸着源17の第2シャッタ17cを開き、第3蒸着源18の第3シャッタ18cを開く(ステップST12)。これにより、インジウムおよびガリウムが、それらの組成比率に応じた供給レートにより供給される。
これにより、水晶膜厚計21の出力は、図11に示すように、ベースレートL1から形成時レートL2に変化する。
また、制御部22は、光学膜厚計20の出力を取得する(ステップST13)。
そして、制御部22は、光学膜厚計20の出力値がピーク値を示したか否かを判断する(ステップST14)。
計測板33には、基板101と同様に付着膜が成長する。
光学膜厚計20の出力値は、計測板33に成長する付着物38の膜厚に応じて上昇する。
そして、インジウムおよびガリウムの供給を開始してから時間が経過すると、光学膜厚計20の出力値がピーク値を示す。
When a desired indium supply rate and a gallium supply rate suitable for the composition ratio of indium and gallium are obtained by adjusting the heating temperature of the vapor deposition source in steps ST4 to ST10, the control unit 22 applies the substrate 101 to the substrate 101. The process for forming the first film is started (step ST11).
The controller 22 opens the second shutter 17c of the second vapor deposition source 17, and opens the third shutter 18c of the third vapor deposition source 18 (step ST12). Thereby, indium and gallium are supplied at a supply rate according to their composition ratio.
As a result, the output of the quartz film thickness meter 21 changes from the base rate L1 to the formation rate L2 as shown in FIG.
Moreover, the control part 22 acquires the output of the optical film thickness meter 20 (step ST13).
And the control part 22 judges whether the output value of the optical film thickness meter 20 showed the peak value (step ST14).
An adhesion film grows on the measurement plate 33 in the same manner as the substrate 101.
The output value of the optical film thickness meter 20 increases according to the film thickness of the deposit 38 that grows on the measurement plate 33.
And when time passes after supply of indium and gallium starts, the output value of the optical film thickness meter 20 shows a peak value.

なお、この光学膜厚計20の出力ピーク値は、計測板33に成長する付着物38の膜厚の組成に応じても変化する。この場合では、インジウムとセレンの化合物と、ガリウムとセレンの化合物との組成比率に応じても変化する。これらの物質の屈折率などの特性が異なるためである。
このため、制御部22は、ステップST14において、出力ピーク値が所望の組成比率の値であるか否かを確認してもよい。また、制御部22は、出力ピーク値が所望の組成比率の値でない場合には、出力ピーク値が所望の組成比率に近づくように、インジウムの供給レートと、ガリウムの供給レートとを調整してもよい。
The output peak value of the optical film thickness meter 20 also varies depending on the film thickness composition of the deposit 38 that grows on the measurement plate 33. In this case, it varies depending on the composition ratio of the compound of indium and selenium and the compound of gallium and selenium. This is because these materials have different characteristics such as refractive index.
For this reason, the control part 22 may confirm whether an output peak value is a value of a desired composition ratio in step ST14. Further, when the output peak value is not the desired composition ratio, the control unit 22 adjusts the indium supply rate and the gallium supply rate so that the output peak value approaches the desired composition ratio. Also good.

制御部22は、光学膜厚計20の出力値がピーク値を示すと、検出したピーク数をカウントし、このカウント値が第1工程でのピーク数と一致するか否かを判断する(ステップST15)。
制御部22は、所定数のピークをカウントするまで、ステップST12〜ST15を繰り返す。
そして、制御部22は、図10に示すようにP1からP8までの8回のピーク数をカウントすると、第1工程を終了する。
制御部22は、第2シャッタ17cおよび第3シャッタ18cを閉じる。
これにより、基板101には、インジウムとセレンとの化合物と、ガリウムとセレンとの化合物とによる第1膜が所望の膜厚および組成比率により形成される。
When the output value of the optical film thickness meter 20 shows a peak value, the control unit 22 counts the number of detected peaks, and determines whether or not this count value matches the number of peaks in the first step (Step S22). ST15).
The control unit 22 repeats steps ST12 to ST15 until a predetermined number of peaks are counted.
And the control part 22 will complete | finish a 1st process, if the peak number of 8 times from P1 to P8 is counted as shown in FIG.
The control unit 22 closes the second shutter 17c and the third shutter 18c.
As a result, a first film made of a compound of indium and selenium and a compound of gallium and selenium is formed on the substrate 101 with a desired film thickness and composition ratio.

第1工程を終了すると、制御部22は、第2工程を開始する(ステップST16)。
第2工程では、制御部22は、第4蒸着源19を開く。
これにより、銅がチャンバ11内へ供給される。
また、制御部22は、図10に示すように、ヒータ15による加熱を開始する。
これにより、チャンバ11内の温度がゆっくりと上昇し始める。
また、制御部22は、光学膜厚計20の出力を取得する。
そして、制御部22は、光学膜厚計20の出力値がピーク値を示したか否かを判断する。
When the first step is finished, the control unit 22 starts the second step (step ST16).
In the second step, the control unit 22 opens the fourth vapor deposition source 19.
Thereby, copper is supplied into the chamber 11.
Moreover, the control part 22 starts the heating by the heater 15, as shown in FIG.
Thereby, the temperature in the chamber 11 begins to rise slowly.
Further, the control unit 22 acquires the output of the optical film thickness meter 20.
And the control part 22 judges whether the output value of the optical film thickness meter 20 showed the peak value.

計測板33には、基板101と同様に付着膜が成長する。
光学膜厚計20の出力値は、計測板33に成長する付着物38の膜厚に応じて上昇する。
そして、銅の供給を開始してから時間が経過すると、光学膜厚計20の出力値がピーク値を示す。
制御部22は、光学膜厚計20の出力値がピーク値を示すと、検出したピーク数をカウントし、このカウント値が第2工程でのピーク数と一致するか否かを判断する。
そして、制御部22は、図10に示すように、P9からP12までの8回のピーク数をカウントすると、第2工程を終了する。制御部22は、第4蒸着源19を閉じる。
これにより、第1膜の上には、銅とセレンとの化合物による第2膜が所望の膜厚および組成比率により形成される。
An adhesion film grows on the measurement plate 33 in the same manner as the substrate 101.
The output value of the optical film thickness meter 20 increases according to the film thickness of the deposit 38 that grows on the measurement plate 33.
And when time passes after supply of copper starts, the output value of the optical film thickness meter 20 shows a peak value.
When the output value of the optical film thickness meter 20 shows a peak value, the control unit 22 counts the number of detected peaks, and determines whether or not this count value matches the number of peaks in the second step.
And the control part 22 will complete | finish a 2nd process, if the peak number of 8 times from P9 to P12 is counted, as shown in FIG. The control unit 22 closes the fourth vapor deposition source 19.
Thereby, a second film made of a compound of copper and selenium is formed on the first film with a desired film thickness and composition ratio.

第2工程を終了すると、制御部22は、第3工程を開始する(ステップST17)。
第3工程では、制御部22は、第2蒸着源17の第2シャッタ17cおよび第3蒸着源18の第3シャッタ18cを開く。これにより、インジウムおよびガリウムが、第1工程で調整した供給レートにより供給される。
また、制御部22は、光学膜厚計20の出力を取得する。
そして、制御部22は、光学膜厚計20の出力値がピーク値を示したか否かを判断する。
計測板33には、基板101と同様に付着膜が成長する。
When the second step is finished, the control unit 22 starts the third step (step ST17).
In the third step, the controller 22 opens the second shutter 17 c of the second vapor deposition source 17 and the third shutter 18 c of the third vapor deposition source 18. Thereby, indium and gallium are supplied at the supply rate adjusted in the first step.
Further, the control unit 22 acquires the output of the optical film thickness meter 20.
And the control part 22 judges whether the output value of the optical film thickness meter 20 showed the peak value.
An adhesion film grows on the measurement plate 33 in the same manner as the substrate 101.

光学膜厚計20の出力値は、計測板33に成長する付着物38の膜厚に応じて上昇する。
そして、インジウムおよびガリウムの供給を開始してから時間が経過すると、光学膜厚計20の出力値がピーク値を示す。
制御部22は、光学膜厚計20の出力値がピーク値を示すと、検出したピーク数をカウントし、このカウント値が第3工程でのピーク数と一致するか否かを判断する。
そして、制御部22は、図10に示すように、P13からP14までの2回のピーク数をカウントすると、第3工程を終了する。
制御部22は、第2シャッタ17cおよび第3シャッタ18cを閉じる。
これにより、第2膜上には、インジウムとセレンとの化合物と、ガリウムとセレンとの化合物とによる第3膜が所望の膜厚および組成比率により形成される。
The output value of the optical film thickness meter 20 increases according to the film thickness of the deposit 38 that grows on the measurement plate 33.
And when time passes after supply of indium and gallium starts, the output value of the optical film thickness meter 20 shows a peak value.
When the output value of the optical film thickness meter 20 indicates a peak value, the control unit 22 counts the number of detected peaks, and determines whether or not this count value matches the number of peaks in the third step.
And the control part 22 will complete | finish a 3rd process, if the number of peaks of 2 times from P13 to P14 is counted, as shown in FIG.
The control unit 22 closes the second shutter 17c and the third shutter 18c.
Thereby, a third film made of a compound of indium and selenium and a compound of gallium and selenium is formed on the second film with a desired film thickness and composition ratio.

第3工程を終了すると、制御部22は、アニーリングおよび冷却処理を実行する(ステップST18,ST19)。
アニーリングおよび冷却処理において、制御部22は、ヒータ15による加熱を継続する。
チャンバ11内の温度が約550度に達すると、制御部22は、ヒータ15による加熱を終了する。
その後、制御部22は、自然冷却を実行する。
これにより、チャンバ11内の温度は、200度程度まで低下する。
制御部22は、チャンバ11内の温度が200度以下になる前に、冷却処理を終了する。
制御部22は、モータ12を停止する。
そして、冷却処理が終了すると、チャンバ11内から基板101が取り出される。
When the third step is finished, the control unit 22 performs annealing and cooling processing (steps ST18 and ST19).
In the annealing and cooling process, the control unit 22 continues heating by the heater 15.
When the temperature in the chamber 11 reaches about 550 degrees, the control unit 22 ends the heating by the heater 15.
Thereafter, the control unit 22 performs natural cooling.
Thereby, the temperature in the chamber 11 falls to about 200 degrees.
The controller 22 ends the cooling process before the temperature in the chamber 11 becomes 200 degrees or less.
The control unit 22 stops the motor 12.
When the cooling process is completed, the substrate 101 is taken out from the chamber 11.

以上の薄膜製造処理により、本実施形態では、基板101上にCIGS膜を形成する。
また、本実施形態では、三段階法の第1工程の最初において水晶膜厚計21を用いて、インジウムの実際の供給量、ガリウムの実際の供給量およびこれらの比率が目標値となるように調整する。
これにより、本実施形態で基板101に形成したCIGS膜での組成比率は、制御部22に設定した組成比率と高精度で一致する。
In the present embodiment, a CIGS film is formed on the substrate 101 by the above thin film manufacturing process.
In the present embodiment, the crystal thickness meter 21 is used at the beginning of the first step of the three-stage method so that the actual supply amount of indium, the actual supply amount of gallium, and the ratio thereof become target values. adjust.
Thereby, the composition ratio in the CIGS film formed on the substrate 101 in this embodiment coincides with the composition ratio set in the control unit 22 with high accuracy.

また、本実施形態では、三段階法の第1工程から第3工程の全工程において、光学膜厚計20により計測板33に形成される膜厚を検出し、検出したピーク数により、各工程で形成する膜厚を制御する。
これにより、本実施形態で基板101に形成したCIGS膜の膜厚は、制御部22に設定した膜厚と高精度で一致する。
In the present embodiment, the film thickness formed on the measurement plate 33 is detected by the optical film thickness meter 20 in all the steps from the first step to the third step of the three-stage method, and each step is performed according to the detected number of peaks. The film thickness to be formed is controlled.
Thereby, the film thickness of the CIGS film formed on the substrate 101 in this embodiment coincides with the film thickness set in the control unit 22 with high accuracy.

そして、本実施形態では、光学膜厚計20のモニタ波長により、たとえば銅とセレンとの化合物の膜厚を1ナノメートル精度で制御できる。
また、本実施形態では、光学膜厚計20と水晶膜厚計21との組み合わせにより、CIGS膜でのCu/(In+Ga), Ca/(In+Ga)組成比率を1/1000のオーダで制御できる。
In this embodiment, for example, the film thickness of the compound of copper and selenium can be controlled with 1 nanometer accuracy by the monitor wavelength of the optical film thickness meter 20.
In the present embodiment, the combination of the optical film thickness meter 20 and the quartz film thickness meter 21 can control the Cu / (In + Ga), Ca / (In + Ga) composition ratio in the CIGS film on the order of 1/1000.

これに対して、たとえば従来の三段階法または四源同時蒸着法では、光学膜厚計20を用いた膜厚制御や、時間制御が一般的である。
これら従来の方法では、CIGS膜の組成比率を高精度に制御することができない。
また、時間制御では、CIGS膜の膜厚も高精度に制御することができない。
On the other hand, for example, in the conventional three-stage method or four-source simultaneous vapor deposition method, film thickness control using the optical film thickness meter 20 and time control are common.
These conventional methods cannot control the composition ratio of the CIGS film with high accuracy.
In addition, with the time control, the thickness of the CIGS film cannot be controlled with high accuracy.

以上の実施形態は、本発明の好適な実施形態の例であるが、本発明は、これに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形または変更が可能である。   The above embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to this, and various modifications or changes can be made without departing from the scope of the invention.

たとえば上記実施形態では、図10に示すように三段階法によりCIGS膜(光吸収層103)を形成している。
この他にも例えば、四源同時蒸着法によりCIGS膜(光吸収層103)を形成してもよい。
この場合、制御部22は、加熱後の四元同時蒸着工程の最初において、ガリウムの供給レート、インジウムの供給レート、および銅の供給レートを所望の組成比率に応じて調整し、その調整した供給レートにより四元同時供給すればよい。
For example, in the above embodiment, the CIGS film (light absorption layer 103) is formed by a three-stage method as shown in FIG.
In addition, for example, a CIGS film (light absorption layer 103) may be formed by a four-source simultaneous vapor deposition method.
In this case, the controller 22 adjusts the supply rate of gallium, the supply rate of indium, and the supply rate of copper according to a desired composition ratio at the beginning of the quaternary co-evaporation process after heating, and the adjusted supply The quaternary supply may be performed at a rate.

上記実施形態の薄膜形成装置1は、図1に示すようにチャンバ11内でCIGS膜(光吸収層103)を形成している。図1の薄膜形成装置1は、バッチ式である。
この他にも例えば、本発明は、連続プロセスによりCIGS膜(光吸収層103)を形成する薄膜形成装置1にも適用できる。
たとえば連続プロセスの薄膜形成装置1によりCIGS膜の形成を開始する際に、ガリウムの供給レート、インジウムの供給レート、および銅の供給レートを調整すればよい。
The thin film forming apparatus 1 of the above embodiment forms a CIGS film (light absorption layer 103) in the chamber 11 as shown in FIG. The thin film forming apparatus 1 in FIG. 1 is a batch type.
In addition, for example, the present invention can be applied to the thin film forming apparatus 1 that forms the CIGS film (light absorption layer 103) by a continuous process.
For example, when the CIGS film formation is started by the continuous process thin film forming apparatus 1, the gallium supply rate, the indium supply rate, and the copper supply rate may be adjusted.

上記実施形態では、薄膜としてCIGS膜(光吸収層103)を形成している。
この他にも例えば、本発明の薄膜形成装置1および方法は、CIS膜またはCIG膜を形成する場合などにも適用することができる。
また、メタルの供給前にチャンバ内に蒸発させる物質は、セレンの他にも、硫黄、ヒ素、リンなどであってもよい。
これらのメタルの供給前にチャンバ内に蒸発させる物質が飽和蒸気圧とならない温度に加熱した状態で、チャンバ11内にメタルを供給することにより、メタルとの化合物などを生成し、化合物などによる薄膜を基板に成長させることができる。
In the above-described embodiment, the CIGS film (light absorption layer 103) is formed as a thin film.
In addition to this, for example, the thin film forming apparatus 1 and the method of the present invention can be applied to the case of forming a CIS film or a CIG film.
In addition to selenium, sulfur, arsenic, phosphorus, or the like may be used as a substance to be evaporated in the chamber before supplying the metal.
By supplying the metal into the chamber 11 in a state where the substance to be evaporated in the chamber is heated to a temperature at which the saturated vapor pressure is not reached before supplying the metal, a compound with the metal is generated, and a thin film made of the compound or the like Can be grown on the substrate.

1…薄膜形成装置(多源蒸着薄膜の製造装置)、11…チャンバ、15…ヒータ、16…第1蒸着源(第1供給部)、16c…第1シャッタ、17…第2蒸着源(第2供給部)、17c…第2シャッタ、18…第3蒸着源(第3供給部)、18c…第3シャッタ、19…第4蒸着源(第4供給部)、19c…第4シャッタ、20…光学膜厚計(膜厚検出部)、21…水晶膜厚計(付着量検出部)、22…制御部、25…水晶振動子(振動子)、33…計測板、101…基板、103…光吸収層(CIGS層)、T1…第1期間(第1工程の期間)、T2…第2期間(第2工程の期間)、T3…第3期間(第3工程の期間)、T(In)…第1測定期間(第1測定工程の期間)、T(Ga)…第2測定期間(第2測定工程の期間) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Thin film formation apparatus (manufacturing apparatus of a multi-source vapor deposition thin film), 11 ... Chamber, 15 ... Heater, 16 ... 1st vapor deposition source (1st supply part), 16c ... 1st shutter, 17 ... 2nd vapor deposition source (1st 2 supply part), 17c ... 2nd shutter, 18 ... 3rd vapor deposition source (3rd supply part), 18c ... 3rd shutter, 19 ... 4th vapor deposition source (4th supply part), 19c ... 4th shutter, 20 ... Optical film thickness meter (film thickness detection unit), 21 ... Quartz film thickness meter (adhesion amount detection unit), 22 ... Control unit, 25 ... Crystal resonator (vibrator), 33 ... Measurement plate, 101 ... Substrate, 103 ... light absorption layer (CIGS layer), T1 ... first period (first process period), T2 ... second period (second process period), T3 ... third period (third process period), T ( In) ... first measurement period (period of the first measurement process), T (Ga) ... second measurement period (period of the second measurement process)

Claims (8)

チャンバ内に収容した基板に対して、第1物質および少なくとも3物質を供給することにより、前記基板に少なくとも4物質による薄膜を蒸着させる多源蒸着薄膜の組成制御方法であって、
前記チャンバ内に前記第1物質を供給し、且つ前記チャンバ内を前記第1物質が前記基板に付着しない温度に加熱した状態において、
前記少なくとも3成分の物質のうちの、同じ成膜工程において前記チャンバ内へ供給される2以上の物質の組成比率を、前記チャンバ内に配設された振動子の付着物による発振周波数の変化に基づいて検出することにより制御し、
前記少なくとも3成分の物質のうちの、異なる成膜工程において多段的に前記チャンバ内へ供給される2以上の物質の組成比率を、前記チャンバ内に配設された計測板の付着物の膜厚を光の薄膜干渉により検出することにより制御する
多源蒸着薄膜の組成制御方法。
A method of controlling composition of a multi-source vapor deposition thin film by depositing a thin film of at least four substances on the substrate by supplying a first substance and at least three substances to a substrate housed in a chamber,
In the state where the first substance is supplied into the chamber and the inside of the chamber is heated to a temperature at which the first substance does not adhere to the substrate.
Among the at least three component substances, the composition ratio of two or more substances supplied into the chamber in the same film forming step is changed to a change in oscillation frequency due to an adhering substance of a vibrator disposed in the chamber. Control by detecting based on
Among the at least three component substances, the composition ratio of two or more substances supplied into the chamber in different stages in different film forming steps is used to determine the film thickness of the deposit on the measuring plate disposed in the chamber. The composition control method of the multi-source vapor deposition thin film is controlled by detecting light by thin film interference of light.
前記第1物質は、
加熱された前記温度において前記チャンバ内で飽和しない物質である
請求項1記載の多源蒸着薄膜の組成制御方法。
The first substance is
The composition control method for a multi-source deposited thin film according to claim 1, wherein the material is not saturated in the chamber at the heated temperature.
前記第1物質は、
セレン、硫黄、ヒ素、またはリンである
請求項2記載の多源蒸着薄膜の組成制御方法。
The first substance is
The composition control method for a multi-source vapor deposition thin film according to claim 2, wherein the composition is selenium, sulfur, arsenic, or phosphorus.
前記第1物質は、セレンであり、
前記少なくとも3物質は、インジウム、ガリウム、および銅であり、
前記基板に蒸着される薄膜は、太陽光を吸収して発電するCIGS膜である
請求項1記載の多源蒸着薄膜の組成制御方法。
The first substance is selenium;
The at least three materials are indium, gallium, and copper;
The composition control method of a multi-source vapor deposition thin film according to claim 1, wherein the thin film deposited on the substrate is a CIGS film that generates power by absorbing sunlight.
第1物質、第2物質、第3物質および第4物質を含む、少なくとも4成分の物質を含む薄膜が形成される基板を収容するチャンバと、
前記チャンバへ前記第1物質を供給する第1供給部と、
前記チャンバへ前記第2物質を供給する第2供給部と、
前記第2物質と同じ成膜工程において前記チャンバへ前記第3物質を供給する第3供給部と、
前記第2物質および前記第3物質とは異なる成膜工程において前記チャンバへ前記第4物質を供給する第4供給部と、
前記チャンバ内に配設された振動子を有し、前記振動子に付着物が付着することによる前記振動子の発振周波数の変化に基づいて、前記振動子に付着する付着物の量を検出する付着量検出部と、
前記チャンバ内に配設された計測板を有し、前記計測板に付着した付着物の膜厚を光の薄膜干渉により検出する膜厚検出部と、
前記チャンバ内を加熱するヒータと
を有し、
前記チャンバ内に前記第1物質を供給し、前記ヒータにより前記チャンバ内を前記第1物質が前記基板に付着しない温度に加熱し、前記第2物質および前記第3物質を1物質ずつ順番に前記チャンバ内へ供給した場合において前記付着量検出部により検出される付着量に基づいて、前記第2物質と前記第3物質の組成比率が制御され、
前記チャンバ内に前記第1物質を供給し、前記ヒータにより前記チャンバ内を前記第1物質が前記基板に付着しない温度に加熱し、前記第2物質および前記第3物質を前記チャンバ内へ供給した場合において前記膜厚検出部により検出される膜厚と、前記第4物質を前記チャンバ内へ供給した場合において前記膜厚検出部により検出される膜厚とに基づいて、前記第2物質および前記第3物質に対する前記第4物質の組成比率が制御される
多源蒸着薄膜の製造装置。
A chamber containing a substrate on which a thin film including at least four component substances including a first substance, a second substance, a third substance, and a fourth substance is formed;
A first supply unit for supplying the first substance to the chamber;
A second supply unit for supplying the second substance to the chamber;
A third supply unit for supplying the third substance to the chamber in the same film forming step as the second substance;
A fourth supply unit for supplying the fourth substance to the chamber in a film forming process different from the second substance and the third substance;
The vibrator has a vibrator disposed in the chamber, and detects the amount of deposits attached to the vibrator based on a change in the oscillation frequency of the vibrator caused by the deposits attached to the vibrator. An adhesion amount detection unit;
A film thickness detector that includes a measurement plate disposed in the chamber, and detects a film thickness of an adhering substance attached to the measurement plate by light thin film interference;
A heater for heating the inside of the chamber,
The first material is supplied into the chamber, the chamber is heated to a temperature at which the first material does not adhere to the substrate by the heater, and the second material and the third material are sequentially added to the chamber. The composition ratio of the second substance and the third substance is controlled based on the adhesion amount detected by the adhesion amount detection unit when supplied into the chamber,
The first substance is supplied into the chamber, the inside of the chamber is heated to a temperature at which the first substance does not adhere to the substrate by the heater, and the second substance and the third substance are supplied into the chamber. In this case, based on the film thickness detected by the film thickness detector and the film thickness detected by the film thickness detector when the fourth substance is supplied into the chamber, the second substance and the An apparatus for producing a multi-source vapor deposition thin film in which a composition ratio of the fourth substance to a third substance is controlled.
前記多源蒸着薄膜の製造装置は、
前記第1供給部、前記第2供給部、前記第3供給部、前記第4供給部、前記ヒータを制御する制御部を有し、
前記制御部は、
前記第1供給部から前記チャンバ内へ前記第1物質を供給した状態で、前記ヒータにより前記チャンバ内を前記第1物質が前記基板に付着しない加熱温度に加熱し、
前記加熱温度以上の温度において前記第2供給部から前記第2物質を供給して、前記付着量検出部により前記第2物質に基づく付着物の付着量を検出させ、
前記加熱温度以上の温度において前記第3供給部から前記第3物質を供給して、前記付着量検出部により前記第3物質に基づく付着物の付着量を検出させ、
前記付着量検出部により検出される前記第2物質に基づく付着物の付着量と、前記第3物質に基づく付着物の付着量とに基づいて、前記第2物質と前記第3物質とが所定の組成比率となるように、前記第2物質の供給レートおよび前記第3物質の供給レートを変更し、
変更した前記供給レートにより前記第2物質および前記第3物質を同時に供給して前記基板に薄膜を形成する
請求項5記載の多源蒸着薄膜の製造装置。
The multi-source vapor deposition thin film manufacturing apparatus comprises:
A control unit for controlling the first supply unit, the second supply unit, the third supply unit, the fourth supply unit, and the heater;
The controller is
With the first substance supplied from the first supply unit into the chamber, the heater heats the chamber to a heating temperature at which the first substance does not adhere to the substrate,
Supplying the second substance from the second supply unit at a temperature equal to or higher than the heating temperature, and causing the adhesion amount detection unit to detect the adhesion amount of the deposit based on the second substance;
Supplying the third substance from the third supply unit at a temperature equal to or higher than the heating temperature, and causing the adhesion amount detection unit to detect an adhesion amount of the deposit based on the third substance;
Based on the adhesion amount of the deposit based on the second substance detected by the adhesion amount detection unit and the adhesion amount of the deposit based on the third substance, the second substance and the third substance are predetermined. The supply rate of the second substance and the supply rate of the third substance are changed so that the composition ratio becomes
The apparatus for producing a multi-source vapor deposition thin film according to claim 5, wherein the second material and the third material are simultaneously supplied at the changed supply rate to form a thin film on the substrate.
前記制御部は、
前記第1供給部から前記チャンバ内へ前記第1物質を供給した状態で、前記ヒータにより前記チャンバ内を前記第1物質が前記基板に付着しない加熱温度に加熱し、
前記加熱温度以上の温度において前記第2供給部および前記第3供給部から前記第2物質および前記第3物質を同時に供給して、前記基板に前記第2物質および前記第3物質による膜を蒸着させ、
前記加熱温度以上の温度において前記第4供給部から前記第4物質を供給して、前記基板に前記第4物質による膜を蒸着させ、
前記第2物質および前記第3物質による膜を前記基板に蒸着させる期間において前記膜厚検出部により検出される付着物の膜厚と、前記第4物質よる膜を前記基板に蒸着させる期間において前記膜厚検出部により検出される付着物の膜厚とに基づいて、前記第2物質および前記第3物質に対する前記第4物質の組成比率を制御する
請求項6記載の多源蒸着薄膜の製造装置。
The controller is
With the first substance supplied from the first supply unit into the chamber, the heater heats the chamber to a heating temperature at which the first substance does not adhere to the substrate,
The second material and the third material are simultaneously supplied from the second supply unit and the third supply unit at a temperature equal to or higher than the heating temperature, and a film made of the second material and the third material is deposited on the substrate. Let
Supplying the fourth substance from the fourth supply unit at a temperature equal to or higher than the heating temperature, and depositing a film of the fourth substance on the substrate;
The film thickness of the deposit detected by the film thickness detector during the period in which the film of the second substance and the third substance is deposited on the substrate, and the period in which the film of the fourth substance is deposited on the substrate. The apparatus for producing a multi-source vapor deposition thin film according to claim 6, wherein the composition ratio of the fourth substance to the second substance and the third substance is controlled based on the film thickness of the deposit detected by the film thickness detector. .
前記第1物質は、セレンであり、
前記第2物質は、インジウムであり、
前記第3物質は、ガリウムであり、
前記第4物質は、銅であり、
前記基板に蒸着される薄膜は、太陽光を吸収して発電するCIGS膜である
請求項5から7のいずれか一項記載の多源蒸着薄膜の製造装置。
The first substance is selenium;
The second material is indium;
The third substance is gallium;
The fourth material is copper;
The apparatus for producing a multi-source vapor deposition thin film according to any one of claims 5 to 7, wherein the thin film deposited on the substrate is a CIGS film that generates power by absorbing sunlight.
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