JP2012221987A

JP2012221987A - 基板カート、薄膜形成装置および太陽電池製造用薄膜形成装置

Info

Publication number: JP2012221987A
Application number: JP2011082810A
Authority: JP
Inventors: Tatsuhiro Taguchi; 竜大田口; Masahisa Azuma; 正久東; Atsufumi Ogishi; 厚文大岸; Daisuke Oka; 大輔岡
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2011-04-04
Filing date: 2011-04-04
Publication date: 2012-11-12

Abstract

【課題】薄膜を形成する際、基板カートに堆積する生成物を洗浄する処理のサイクル期間を長くして、作業効率の向上を図る。
【解決手段】基板カートＫは、多数の太陽電池搭載部４１が形成された複数のトレイＴを有する。各トレイＴの周囲における角部には、位置決め用のピン３３が立設されている。複数のトレイＴは、連結板３１、締結部材３２により一体化されている。基板カートＫにおける表面には、太陽電池搭載部４１を除いて、ブラスト処理が施されている。
【選択図】図２

Description

この発明は、薄膜形成装置に用いる基板カート、薄膜形成装置および太陽電池製造用薄膜形成装置に関する。

ＣＶＤ装置、スパッタ装置または蒸着装置によりワークに薄膜を形成する際、ワーク搬送用の基板カート上にワークを搭載し、真空、高温のプロセスチャンバに搬送して成膜する。
この場合、ワーク上に形成される生成物は、ワークから露出している基板カートの表面上にも堆積する。基板カートは、繰り返し使用されるため、基板カート上に堆積される生成物の量は次第に多くなり、温度変化や搬送時の振動等により、剥離または落下する。剥離または落下した生成物をパーティクルということもあるが、パーティクルがワーク上または他の基板カート上に付着し、ワークの性能を劣化する異物となったり、成膜不良の原因となったりする。このため、基板カートに成膜する生成物の堆積量を監視し、所定量を超えた時点で洗浄処理を行なう。しかし、洗浄処理は、基板カートの再組立、ベーキング、プレコーティング等を行う必要がある場合もあり、大変な時間と費用がかかる。

この対応として、下記の化学気相成長装置が知られている。トレイにワークとほぼ同面積のウエハヒータ機構を設け、このウエハヒータ機構の下に、これよりも大きい面積のトレイヒータ機構を設ける。そして、トレイヒータ機構を薄膜が成膜されない低い温度に加熱し、ウエハヒータ機構を成膜可能な高い温度に加熱する（例えば、特許文献１参照）。このようにすれば、トレイヒータ機構のワーク未載置部分への薄膜の形成または異物の付着を低減することができると記載されている。

特開平５−０２９３０３号公報

特許文献１に記載された化学気相成長装置ではヒータ機構を２つ必要とするので、装置が高価となる。また、ヒータ機構上に他のヒータ機構を配置するので温度管理が難しい、という課題がある。

本発明の発明者は、鋭意検討の結果、従来、結合力が弱くブラスト処理に不向きであると思われていたカーボン材料であっても、表面粗さを所定の範囲内になるように制御することによって、表面の磨耗を低減しつつ、堆積された生成物の剥離を抑制できることを見出した。
つまり、この発明の薄膜形成装置に用いる基板カートは、カーボンからなる少なくとも１枚のトレイを有し、表面にブラスト処理が施されていることを特徴とする。
ブラスト処理が施された表面の表面粗さはＲａ５〜６０μｍであることが望ましい。
ブラスト処理が施された表面にワーク搭載部が形成され、ワーク搭載部にはブラスト処理が施されていないものとすることができる。
複数のトレイと、複数のトレイを連結する連結部材とを有する基板カートとすることが望ましい。
前記表面に空気抜き用の溝が形成されたものとすることができる。
上記基板カートを備えた薄膜形成装置とすることができる。
上記基板カートを備えた太陽電池製造用薄膜装置とすることができる。

この発明によれば、基板カートの表面にブラスト処理が施されているため、基板カート表面に堆積された生成物は、アンカー効果により剥離し難くなる。このため、洗浄処理のサイクル期間を長いものとすることができ、維持費用の低減を図ることが可能となる。

本発明の基板カートが用いられる薄膜形成装置の一実施形態としてのプラズマＣＶＤ装置の断面図。本発明の薄膜形成装置に用いる基板カートの一実施形態の平面図。図３に図示された基板カートを構成する１つのトレイの拡大平面図。

以下、本発明の薄膜形成装置に用いる基板カートの一実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の基板カートが用いられた薄膜形成装置の一実施形態としてのプラズマＣＶＤ装置の断面図を示す。
この実施形態におけるプラズマＣＶＤ装置１００は、ロード／アンロード室を兼ねる真空予備加熱室１０と真空処理室２０を有する。外部ステーション７０は、プラズマＣＶＤ装置１００とは別体のものとして配置されている。真空予備加熱室１０内には、基板搬送装置１１、１３が上下２段に配置されるとともに、基板搬送装置１１、１３の上方にランプヒータ１５が設置されている。ランプヒータ１５は、ヒータ駆動部（図示せず）により駆動される。

真空予備加熱室１０には、排気系１０ａとガス導入系１０ｂが設けられ、大気開放と真空密閉とを切り換え可能に構成されており、シリコン基板等の太陽電池用基板（ワーク）Ｗの加熱処理を行う。基板搬送装置１１、１３は、それぞれ、フレームに複数のローラが回転可能に軸支された構造を有する。基板搬送装置１１、１３は、それぞれ、フレームの端部または中間部を支持する支持軸（図示せず）により、時計方向回りおよび反時計方向回りに揺動可能に構成されている。基板搬送装置１１、１３上には、太陽電池用基板Ｗが搭載された基板カートＫが載置される。

基板搬送装置１１、１３は、それぞれ、基板搬送装置駆動部（図示せず）によって駆動される。基板搬送装置駆動部は、図示しないモータを駆動して、基板搬送装置１１を揺動し、水平状態、傾斜状態に保持する。また、ローラＲを回転させて、太陽電池用基板Ｗが搭載された基板カートＫを搬送する。同様に、基板搬送装置駆動部４４は、図示しないモータを駆動して、基板搬送装置１３を揺動し、水平状態、傾斜状態に保持する。また、ローラＲを回転させて、太陽電池用基板Ｗが搭載された基板カートＫを搬送する。

真空処理室２０内には、基板搬送装置２１とＲＦ電極２２と、シーズヒータ２３が設置されている。ＲＦ電極２２は、プラズマ放電制御部（図示せず）に接続されている。真空処理室２０には、排気系２０ａとガス導入系２０ｂが配管接続されており、所定のガス圧力下での処理、例えば、プラズマＣＶＤ、エッチング、スパッタリング等の処理を行う。なお、排気系２０ａ、ガス導入系２０ｂの設置位置は模式的に示している。基板搬送装置２１は、フレームに複数のローラＲが回転可能に軸支されたローラ付フレームが、幅方向（図面の奥行き方向）に一対配置された構造を有する。基板搬送装置２１は、それぞれ、フレームの端部または中間部を支持する支持軸（図示せず）により、時計方向回りおよび反時計方向回りに揺動可能に構成されている。シーズヒータ２３は、一対の搬送機構の幅方向（図面の奥行き方向）において、搬送機構の幅の内側に配置されている。

基板搬送装置２１は、基板搬送装置駆動部（図示せず）によって駆動される。基板搬送装置駆動部は、図示しないモータを駆動して、基板搬送装置２１を揺動し、水平状態、傾斜状態に保持する。また、ローラＲを回転させて、太陽電池用基板Ｗが搭載された基板カートＫを搬送する。

真空予備加熱室１０には、外部ステーション７０側に面してゲートＧ１が設けられており、真空予備加熱室１０と真空処理室２０の境界には、ゲートＧ２が設けられている。ゲートＧ１は、太陽電池用基板Ｗを基板カートＫと共にプラズマＣＶＤ装置１００の外部に搬出入する際に開放され、搬出入以外のときには閉じて真空予備加熱室１０を密閉している。ゲートＧ２は、太陽電池用基板Ｗを基板カートＫと共に真空予備加熱室１０と真空処理室２０との間で般出入する際に開放され、それ以外の時は閉じている。

外部ステーション７０には、基板搬送装置７１が備えられており、処理前の太陽電池用基板Ｗを保持してプラズマＣＶＤ装置１００へ供給し、また、処理済の太陽電池用基板ＷをプラズマＣＶＤ装置１００から受け取って図示しないストッカに収納する。基板搬送装置７１は、実線で記載された上部位置と、点線で記載された下部位置に移動可能に構成されている。

基板搬送装置７１は、基板搬送装置駆動部（図示せず）によって駆動される。基板搬送装置駆動部は、図示しないモータを駆動して、基板搬送装置７１を、水平状態に保持したまま上下に移動する。また、ローラＲを回転させて、太陽電池用基板Ｗが搭載された基板カートＫを搬送する。

プラズマＣＶＤ装置１００は、マイクロコンピュータを有する制御部を有しており、マイクロコンピュータに組み込まれたプログラムにより、ヒータ駆動部、プラズマ放電部、基板搬送装置駆動部の駆動を制御する。また、真空予備加熱室１０に接続された排気系１０ａ、ガス導入系１０ｂ、真空処理室２０に接続された排気系２０ａ、ガス導入系２０ｂの各導入系に設けられた流量調整弁の開閉を制御して、チャンバへのガスの流出入量を調整する。さらに、ランプヒータ１５およびシーズヒータ２３の温度を制御して太陽電池用基板Ｗの成膜温度を監視する。

太陽電池基板Ｗの搬送について説明する。
先ず、基板搬送装置７１が、基板カートＫが載置された状態で、外部ステーション７０の上段側に配置される。
この状態において、真空吸着搬送機等の図示しない搬送機により、未処理の太陽電池用基板Ｗが基板カートＫ上に搭載される。ここで、「未処理」とは、この後、真空処理部２０においてなされる処理がなされていない、という意味であり、何らの処理もなされていないということではない。換言すれば、「処理前」という意味である。

基板カートＫは、カーボンにより形成されており、太陽電池用基板Ｗに対し遥かに大きい面積を有する。ゲートＧ１を開放し、基板搬送装置７１のローラＲ、および真空予備加熱室１０内の基板搬送装置１１のローラを回転させることにより、基板カートＫは太陽電池用基板Ｗと共に矢印Ｘ₁方向に移動して真空予備加熱室１０内の基板搬送装置１１上に搬送される。真空予備加熱室１１内において太陽電池用基板Ｗの予備加熱がなされ、予備加熱が完了すると、ゲートＧ２を開放し、基板搬送装置１１および真空処理装置２０内の基板搬送装置２１をＸ₂方向と平行に傾斜させる。基板搬送装置１１のローラＲおよび真空処理室２０内の基板搬送装置２１のローラＲを回転させることにより、基板カートＫは太陽電池用基板Ｗ共に矢印Ｘ₂方向に移動して真空処理室２０内の基板搬送装置２１上に搬送される。

基板搬送装置２１を水平にし、この状態で太陽電池用基板Ｗに処理を行う。所定の処理が完了したら、ゲートＧ２を開放し、基板搬送装置２１および真空予備加熱室１０内の基板搬送装置１３をＸ₃方向と平行に傾斜させる。基板搬送装置２１のローラＲおよび真空予備加熱室１０内の基板搬送装置１３のローラＲを回転させることにより、基板カートＫを処理済の太陽電池用基板Ｗ共に矢印Ｘ₃方向に移動して真空予備加熱室１０内の基板搬送装置１３上に搬送する。

外部ステーション７０内では、基板搬送装置７１は、基板カートＫを未処理の太陽電池用基板Ｗと共に基板搬送装置１１に搬送した後、点線で示す如く、下段側に移動される。
基板搬送装置１３を水平にし、ゲートＧ１を開放する。基板搬送装置１３のローラＲおよび基板搬送装置７１のローラＲを回転させることにより、基板カートＫは処理済の太陽電池用基板Ｗ共に矢印Ｘ₄方向に移動して基板搬送装置７１上に搬送される。

そして、基板搬送装置７１を上部側に移動して、基板カートＫ上の処理済の太陽電池用基板Ｗを真空吸着搬送機等の図示しない搬送機により、図示しないストッカに収納する。この後、未処理の太陽電池用基板Ｗを基板搬送装置７１上の基板カートＫ上に搭載し、以下、同様な搬送を繰り返す。

上記において、上述した基板カートＫおよび太陽電池用基板Ｗの搬送は、処理済の太陽電池用基板Ｗを外部ステーション７０から搬出後に、未処理の太陽電池用基板Ｗを外部ステーション７０に搬入する、というシリアルな制御ではない。真空処理室２０内において、太陽電池用基板Ｗに処理を行っている間に、処理済の太陽電池用基板Ｗを搬出し、次の太陽電池用基板Ｗを搬入して、真空予備加熱１０内に搬入しておく、というパラレルな制御が行われる。

真空処理室２０において、太陽電池用基板Ｗに反射防止膜を形成する場合について説明する。
シリコン基板の受光面側にｎ型拡散領域が形成された太陽電池用基板Ｗを外部ステーション７０に搬入し、上述した搬送を経て、真空処理室２０内に搬入する。
排気系２０ａの調整弁を開放し、真空引きを行って、真空処理室２０のチャンバ内が所定の圧力、例えば、５〜１０Ｐａ程度になったら排気系２０ａを閉じる。次に、ガス導入系２０ｂの調整弁を開放し、流量を調整しながら、Ｎ₂ガス、Ｏ₂ガス、ＳｉＨ₃等のプロセスガスを導入する。

シーズヒータ２３により、太陽電池用基板Ｗの温度を４５０℃程度に維持した状態で、プラズマを発生し、ガス導入系２０ｂよりＳｉＨ₄ガスを導入して太陽電池用基板Ｗの受光面側のｎ型拡散領域上に反射防止膜としての窒化シリコン膜を成膜する。窒化シリコン膜はＨ₂を含有し、このＨ₂がシリコン基板の主面のダングリングボンドに結合するため、欠陥密度を小さくし発光寿命を長くする効果を有する。

図２は、基板カートＫを拡大した平面図である。
基板カートＫは、複数のトレイＴとこれらのトレイＴを連結する連結板３１を備えている。また、基板カートＫは、締結部材３２およびセラミックからなるピン３３を備えている。トレイＴは、図２では、４個図示されているが、これよりも多くてもよいし少なくてもよい。トレイＴは１個でもよく、その場合には、連結板３１は不要となる。しかし、トレイＴは脆弱なため、補強板が必要となる場合もある。本実施形態においては、このようにトレイＴが１個の場合、補強板が用いられている場合でも、用いられていない場合でも、基板カートＫと定義する。
各トレイＴは、長尺形状を有し、隣接するトレイＴと長手側の側面を密着させた状態で、長手側と直交する側の相対向する一対の側縁において、連結板３１により固定され一体化されている。

連結板３１は、例えば、ステンレス等の強度の大きい薄い板状を有し、各トレイＴの隣接するもの同士を、長手方向の側面を密着して配置した状態で、４個のトレイＴの並び方向における全長とほぼ同じ長さを有している。換言すれば、連結板３１の長さは、各トレイＴの長手方向に直交する方向において、４個のトレイＴの合計の長さとほぼ同一である。
４個のトレイＴは、トレイＴと連結板３１に共締め用の貫通穴を形成し、締結部材３２により連結板３１にトレイＴを共締めすることにより一体化されている。

各トレイＴには、多数の太陽電池用基板Ｗが搭載される基板（ワーク）搭載部４１が形成されている。
ピン３３は、太陽電池用基板Ｗの位置決め用としての機能を有する。基板（ワーク）搭載部４１に搭載された太陽電池用基板Ｗが、例えば、点線で示すように回転しても、ピン３３により回転が規制され、位置決めがなされる。
基板搭載部４１を除いて、トレイＴの表面には、ブラスト処理が施されている。

図３は、１個のトレイＴの一部の拡大平面図である。この図は、連結板３１を取り外し、単体とした状態を示している。
トレイＴは、カーボンにより形成されており、厚さは、例えば、５〜１０ｍｍである。
上述した如く、トレイＴの表面には、太陽電池用基板Ｗが搭載される複数の基板搭載部４１が形成されている。基板搭載部４１の外周における角部付近には、位置決めピン挿入用孔４２が形成されている。

トレイＴの長手方向に直交する方向の側縁には、連結板３１に共締めするための貫通穴４４が形成されている。
また、トレイＴの表面には、空気抜き用の溝４５が形成されている。空気抜き用の溝４５は、各基板搭載部４１のほぼ中央に位置し、ほぼ正方形の形状とされた中央部と、トレイＴの長手方向と平行に中央部の一辺の長さとほぼ同じ長さに延出され、中央部に連通する中間部と、中央部と中間部の両側に形成され、長手方向に配列された各中間部を連通する一対の連通部４５とを有する。
空気抜き用の溝４５は、太陽電池用基板Ｗが基板搭載部４１から取り外される際、割れる事無く円滑に取り外せる様、トレイＴの表面と太陽電池用基板Ｗとの間に介在される空気を逃がす機能を有する。

トレイＴの連結板３１が組み付けられる側縁は、連結板配置部４６とされている。
トレイＴは、基板搭載部４１、空気抜き用の溝４５、連結板配置部４６、位置決めピン挿入用孔４２の側面および貫通穴４４の側面を除いて、表面に微細な凹凸が形成された凹凸処理部４０を有する。
凹凸処理部４０は、例えば、アルミナ粉末等により、ブラスト処理を行って形成されたもので、その表面粗さはＲａ５〜６０μｍである。

太陽電池用基板Ｗに窒化シリコン膜等の薄膜を形成する際、基板搭載部４１から露出したトレイＴの表面にも薄膜の組成材料である生成物が堆積する。しかし、トレイＴの表面は凹凸処理部４０とされているため、アンカー効果により、この凹凸処理部４０に堆積した生成物は大変剥離しにくいものとなる。これにより、基板カートＫに堆積した生成物の洗浄処理を行うサイクル期間を長いものとすることができ、維持費用の低減を図ることが可能となる。

基板カートＫは、面積が大きいため、一度でブラスト処理を行うことができない。このため、図３に図示されるように、基板カートＫを分解し、単体のトレイＴとした状態でブラスト処理を行う。ブラスト処理を行う際には、基板搭載部４１、空気抜き用の溝４５および連結板配置部４６上にマスクを設けておく。また、位置決めピン挿入用孔４２、貫通穴４４には、ピン状の治具を差し込んでおく。

このようにすることにより、図２に図示されるような、基板搭載部４１除くほぼ全表面にブラスト処理が施された基板カートＫが構成される。但し、図２においては、空気抜き用の溝４５は図示を省略されている。

以上の通り、本実施形態においては、基板カートＫの表面にブラスト処理を行ったので、ワークから露出している表面部分に薄膜成膜時の生成物が堆積しても、表面に形成された凹凸によるアンカー効果により、生成物が剥離し難いものとすることができる。このため、基板カートＫに堆積した生成物の洗浄処理のサイクル期間を長くすることができ、洗浄処理に伴う手間を低減し、生産効率の向上を図ることが可能となる。特に、本実施形態の如く、基板カートＫが複数のトレイＴを組み付けて一体化されている場合には、洗浄処理の際、基板カートＫの分解、組み付けなども必要となるので、この洗浄処理のサイクル期間を長期化するメリットは大きい。

上記実施形態では、基板カートＫを構成する、連結板３１の表面、締結部材３２およびピン３３の頭部にもブラスト処理が施されているので、この部分に付着した生成物の剥離も抑えることができる。

上記実施形態では、基板搭載部４１には、ブラスト処理が施されていないので、基板搭載部４１に搭載されるワークが密着させることができる。

なお、上記一実施の形態では、基板カートＫは、複数のトレイＴを有するものであったが、上述した如く、本発明の薄膜形成装置に用いる基板カートＫは、トレイＴが１つの場合を含むものである。

上記一実施の形態では、基板カートＫを分解した後、トレイＴ、連結板３１等、個々の部材にブラスト処理を行う場合で説明した。しかし、ブラスト処理装置が十分に大きく、基板カートＫを全体にブラスト処理を施すことが可能であれば、基板カートＫを組み立てた状態でブラスト処理を行ってもよい。

上記一実施の形態では、プラズマＣＶＤ装置により太陽電池基板Ｗに薄膜を形成する場合で説明した。しかし、太陽電池基板Ｗに薄膜を形成する場合に限られるものではなく、他の半導体装置または半導体装置以外の回路基板、あるいは回路基板以外の基板等、他のワークに薄膜を形成する際の基板カートＫとして用いることができる。また、プラズマＣＶＤ装置に限らず、スパッタ装置または蒸着装置等、他の装置により薄膜を形成する場合にも適用することができる。

その他、本発明の薄膜形成装置に用いる基板カートは、発明の趣旨の範囲において、種々、変形することが可能であり、要は、カーボンからなる少なくとも１枚のトレイを有し、表面にブラスト処理が施されているものであればよい。

１０真空予備加熱室
１１、１３、２１、７１基板搬送装置
２０真空処理室
３１連結板
３２締結部材
３３ピン
４０凹凸処理部
４１太陽電池搭載部
４２位置決めピン挿入用孔
４４貫通穴
Ｋ基板カート
Ｔトレイ
Ｗ太陽電池用基板（ワーク）

Claims

カーボンからなる少なくとも１枚のトレイを有し、表面にブラスト処理が施されていることを特徴とする薄膜形成装置に用いる基板カート。
請求項１に記載の薄膜形成装置に用いる基板カートにおいて、前記ブラスト処理が施された表面の表面粗さはＲａ５〜６０μｍであることを特徴とする薄膜形成装置に用いる基板カート。
請求項１または２に記載の薄膜形成装置に用いる基板カートにおいて、前記ブラスト処理が施された表面にワーク搭載部が形成され、前記ワーク搭載部にはブラスト処理が施されていないことを特徴とする薄膜形成装置に用いる基板カート。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の薄膜形成装置に用いる基板カートにおいて、複数の前記トレイと、前記複数のトレイを連結する連結部材とを有することを特徴とする薄膜形成装置に用いる基板カート。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の薄膜形成装置に用いる基板カートにおいて、前記表面に空気抜き用の溝が形成されていることを特徴とする薄膜形成装置に用いる基板カート。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板カートを備えていることを特徴とする薄膜形成装置。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板カートを備えていることを特徴とする太陽電池製造用薄膜形成装置。