JP2014523479A - In-line chemical vapor deposition method and system - Google Patents
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Abstract
デバイス作製のためのインライン式化学気相成長の方法及びシステムを開示する。本方法は、複数の堆積モジュールを備える堆積チャンバ内でウェブ基板または個別基板を輸送することを含む。第1の堆積モジュール、第2の堆積モジュール、及び第3の堆積モジュール内を通過する際に、前記基板上には、それぞれ、バッファ層、ウィンドウ層、及び透明導電層が堆積される。有利には、前記バッファ層、前記ウィンドウ層、及び前記透明導電層を生成するステップは、単一の堆積チャンバ内の共通的な真空環境の中でシーケンシャルに実行され、バッファ層を堆積するための従来の化学浴析出プロセスは用いられない。本方法は、二セレン化銅インジウムガリウムの太陽電池などの種々の太陽電池を含む、異なる種々のタイプのデバイスの製造に適している。 An in-line chemical vapor deposition method and system for device fabrication is disclosed. The method includes transporting a web substrate or individual substrates in a deposition chamber comprising a plurality of deposition modules. When passing through the first deposition module, the second deposition module, and the third deposition module, a buffer layer, a window layer, and a transparent conductive layer are deposited on the substrate, respectively. Advantageously, the steps of generating the buffer layer, the window layer, and the transparent conductive layer are performed sequentially in a common vacuum environment within a single deposition chamber to deposit the buffer layer. Conventional chemical bath deposition processes are not used. The method is suitable for the manufacture of various different types of devices, including various solar cells such as copper indium gallium diselenide solar cells.
Description
関連出願
本出願は、2010年4月26日出願の米国特許出願第12/767,112号、発明名称「インライン式化学気相成長システム」、の一部継続出願(continuation-in-part)である2011年6月9日出願の米国特許出願番号13/156,465号、発明名称「インライン式化学気相成長の方法及びシステム」、の出願日の利益を主張する。これら出願の全体は、参照により本出願に組み込まれる。
Related Applications This application is a continuation-in-part of US patent application Ser. No. 12 / 767,112, filed Apr. 26, 2010, entitled “Inline Chemical Vapor Deposition System”. Claims the benefit of the filing date of certain US patent application Ser. No. 13 / 156,465 filed Jun. 9, 2011, entitled “Inline Chemical Vapor Deposition Method and System”. The entirety of these applications is incorporated into this application by reference.
技術分野
本発明は、広く化学気相成長のためのシステム及び方法に関するものである。より詳細には、本発明は、ウェブ基板(web substrate)及び個別素子基板(discrete element substrate)をインライン処理するための化学気相成長システムに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates generally to systems and methods for chemical vapor deposition. More particularly, the present invention relates to a chemical vapor deposition system for in-line processing of web substrates and discrete element substrates.
化学気相成長(CVD、Chemical Vapor Deposition)は、半導体、誘電体、金属、及びその他の薄膜を、基板の表面上に堆積させるのに用いられるプロセスである。或る一般的なCVD手法では、それぞれが気相である一つ又は複数の前駆体分子が、基板を入れたプロセスチャンバ内に導入される。これらの前駆体ガスの基板表面における反応は、エネルギを加えることにより開始され、または強化される。例えば、エネルギは、当該表面の温度を増加させることにより、又は当該表面をプラズマ放電や紫外線(UV)照射源に暴露することにより加えることができる。 Chemical vapor deposition (CVD) is a process used to deposit semiconductors, dielectrics, metals, and other thin films on the surface of a substrate. In one common CVD technique, one or more precursor molecules, each in the gas phase, are introduced into a process chamber containing a substrate. The reaction of these precursor gases at the substrate surface is initiated or enhanced by applying energy. For example, energy can be applied by increasing the temperature of the surface or by exposing the surface to a plasma discharge or ultraviolet (UV) radiation source.
気相において発生するCVD反応により形成される薄膜の品質は、前駆体ガスフローの均一性に大きく依存する。基板表面付近のガスフローが不均一である場合には、薄膜の良好な均一性を得ることはできず、段差やビア(via)などの表面上の特徴物によりシャドーイング・アーチファクト(shadowing artifact)を発生させてしまうことがある。ウェハやその他の個別基板の大量処理、及びロール・トゥ・ロール式堆積システムにおけるウェブ基板の高速処理は、既知のCVDプロセス用システム及び方法では限界があり、歩留まりやその他の要因から、その稼働がコスト高になることが多い。 The quality of the thin film formed by the CVD reaction that occurs in the gas phase is highly dependent on the uniformity of the precursor gas flow. If the gas flow near the substrate surface is not uniform, good thin film uniformity cannot be obtained and shadowing artifacts due to surface features such as steps and vias. May occur. High-speed processing of wafers and other individual substrates, and high-speed processing of web substrates in roll-to-roll deposition systems are limited by known CVD process systems and methods, and can be used for yield and other factors. Often expensive.
原子層堆積(ALD、Atomic Layer Deposition)は、基板の表面に薄膜を堆積させるための、もう一つの技術である。ALDプロセスでは、第1の前駆体ガスフローを用いて基板表面と反応させ、単一層(monolayer)を生成する。第1の前駆体ガスフローを終了させた後、第2の前駆体ガスフローを用いて他の単一層を生成する。前駆体ガスを「パルシング(pulsing)」させる(パルス状に流す)この2段階シーケンスは、単一材料の薄膜が所望の厚さになるまで、何度も繰り返される。ALDプロセスの他の手法では、2つを超える前駆体ガスフローを順番に用いて薄膜が生成される。反応チャンバへの各前駆体ガスの導入に際しては、その前にパージガスの導入を行って、それ以前に導入されていた前駆体ガスを確実に除去するものとすることができる。これにより、不要な副生成物の堆積が低減又は防止される。ALDプロセスは、膜厚を良好に制御することができるが、基板表面に単一層を交互に生成するため時間を要し、スループットを大きく制限する。 Atomic layer deposition (ALD) is another technique for depositing a thin film on the surface of a substrate. In the ALD process, a first precursor gas flow is used to react with the substrate surface to produce a monolayer. After terminating the first precursor gas flow, another single layer is generated using the second precursor gas flow. This two-step sequence of “pulsing” the precursor gas (flowing in pulses) is repeated many times until the thin film of single material has the desired thickness. In other approaches of the ALD process, thin films are produced using sequentially more than two precursor gas flows. When each precursor gas is introduced into the reaction chamber, a purge gas may be introduced before the precursor gas to reliably remove the precursor gas introduced before that time. This reduces or prevents unnecessary by-product accumulation. The ALD process can control the film thickness satisfactorily, but it takes time to alternately generate a single layer on the substrate surface and greatly limits the throughput.
概要
一の態様では、本発明は、デバイスを作製するためのインライン式の化学気相成長の方法を特徴とする。本方法は、真空環境を持ち、且つ第1の堆積モジュールと第2の堆積モジュールと第3の堆積モジュールとを備える堆積チャンバ内で、基板を輸送するステップを含む。前記第1の堆積モジュール内での前記基板の輸送の間に、前記基板上にバッファ層が堆積される。前記第2の堆積モジュール内での前記基板の輸送の間に、前記バッファ層上にウィンドウ層が堆積される。前記第3の堆積モジュール内での前記基板の輸送の間に、前記ウィンドウ層上に透明導電層が堆積される。
Overview In one aspect, the invention features an in-line chemical vapor deposition method for fabricating a device. The method includes transporting a substrate in a deposition chamber having a vacuum environment and comprising a first deposition module, a second deposition module, and a third deposition module. During transport of the substrate in the first deposition module, a buffer layer is deposited on the substrate. A window layer is deposited on the buffer layer during transport of the substrate in the second deposition module. During the transport of the substrate in the third deposition module, a transparent conductive layer is deposited on the window layer.
他の態様では、本発明は、デバイスを作製するためのインライン式の化学気相成長の方法を特徴とする。本方法は、真空環境を持ち、且つ第1の堆積モジュールと第2の堆積モジュールと第3の堆積モジュールとを備える堆積チャンバ内で、金属層と吸収層を持つ基板を一定速度で輸送するステップを含む。各堆積モジュールは、第1の前駆体ポートと一対の第2の前駆体ポートと一対のポンピングポートとを有するマニフォールドを備えた、少なくとも一つの堆積ステーションを備える。前記第1の前駆体ポートは、前記第2の前駆体ポートの間に配され、前記第2の前駆体ポートの対は前記ポンピングポートの間に配されている。前記第1の前駆体ポートと前記第2の前駆体ポートの対は、それぞれ第1の前駆体ガスの供給源と第2の前駆体ガスの供給源に接続するよう構成されている。前記ポンピングポートは、前記第1及び第2の前駆体ガスを排気するための排出システムに接続するよう構成されている。本方法は、さらに、前記第1の堆積モジュール内での前記基板の輸送の間に、前記基板上にバッファ層を堆積させるステップと、前記第2の堆積モジュール内での前記基板の輸送の間に、前記バッファ層上にウィンドウ層を堆積させるステップと、前記第3の堆積モジュール内での前記基板の輸送の間に、前記ウィンドウ層上に透明導電層を堆積させるステップと、を含む。 In another aspect, the invention features an in-line chemical vapor deposition method for fabricating a device. The method includes transporting a substrate having a metal layer and an absorbing layer at a constant rate in a deposition chamber having a vacuum environment and comprising a first deposition module, a second deposition module, and a third deposition module. including. Each deposition module comprises at least one deposition station comprising a manifold having a first precursor port, a pair of second precursor ports, and a pair of pumping ports. The first precursor port is disposed between the second precursor ports, and the second precursor port pair is disposed between the pumping ports. The first precursor port and second precursor port pair are configured to connect to a first precursor gas source and a second precursor gas source, respectively. The pumping port is configured to connect to an exhaust system for exhausting the first and second precursor gases. The method further includes depositing a buffer layer on the substrate during transport of the substrate within the first deposition module and during transport of the substrate within the second deposition module. Depositing a window layer on the buffer layer and depositing a transparent conductive layer on the window layer during transport of the substrate in the third deposition module.
さらに他の態様では、本発明は、堆積チャンバと、連続輸送システムと、第1、第2、及び第3の堆積モジュールとを備えたインライン式化学気相成長システムを特徴とする。
前記連続輸送システムは、前記堆積チャンバ内を通る経路に沿って基板を輸送する。前記第1、第2、及びだ3の堆積モジュールは、前記堆積チャンバ内の経路上に配されている。第1の堆積モジュールは、前記基板の上にバッファ層を堆積するための少なくとも一つの堆積ステーションを備え、前記第2の堆積モジュールは、前記バッファ層の上にウィンドウ層を堆積するための少なくとも一つの堆積ステーションを備え、前記第3の堆積モジュールは、前記ウィンドウ層の上に透明導電層を堆積するための少なくとも一つの堆積ステーションを備える。前記各堆積モジュールは、マニフォールドを備えた少なくとも一つの堆積ステーションを備える。前記各マニフォールドは、第1の前駆体ポートと一対の第2の前駆体ポートと一対のポンピングポートとを有する。
前記第1の前駆体ポートは、前記第2の前駆体ポートの間に配され、前記第2の前駆体ポートの対は前記ポンピングポートの間に配されている。前記第1の前駆体ポートと前記第2の前駆体ポートの対は、それぞれ第1の前駆体ガスの供給源と第2の前駆体ガスの供給源に接続するよう構成されている。前記ポンピングポートは、前記第1及び第2の前駆体ガスを排気するための排出システムに接続するよう構成されている。
In yet another aspect, the invention features an in-line chemical vapor deposition system that includes a deposition chamber, a continuous transport system, and first, second, and third deposition modules.
The continuous transport system transports a substrate along a path through the deposition chamber. The first, second and third deposition modules are arranged on a path in the deposition chamber. The first deposition module comprises at least one deposition station for depositing a buffer layer on the substrate, and the second deposition module comprises at least one for depositing a window layer on the buffer layer. The third deposition module comprises at least one deposition station for depositing a transparent conductive layer on the window layer. Each deposition module comprises at least one deposition station with a manifold. Each manifold has a first precursor port, a pair of second precursor ports, and a pair of pumping ports.
The first precursor port is disposed between the second precursor ports, and the second precursor port pair is disposed between the pumping ports. The first precursor port and second precursor port pair are configured to connect to a first precursor gas source and a second precursor gas source, respectively. The pumping port is configured to connect to an exhaust system for exhausting the first and second precursor gases.
図面の簡単な説明
本発明の上述した利点及び更なる利点は、添付図面と共に以下の説明を参照することにより、より良く理解することができる。添付された種々の図面においては、同様の構成要素は同様の符号により示されている。明確さのため、各図においては、必ずしも全ての構成要素に符号を付してはいない。図面は、必ずしも縮尺どおりではなく、本発明の原理を図示することに重点が置かれている。
詳細な説明
本発明の方法のステップ(複数)は、任意の順序で実施しても有意な結果を得ることができ、また、特にことわりの無い限り、二つ又はそれ以上のステップを同時に実行することができる。さらに、本発明のシステム及び方法は、ここに記載した任意の実施形態を含むことができ、又は、ここに記載した実施形態の実施可能な態様での任意の組み合わせを含むものとすることができる。
DETAILED DESCRIPTION The step (s) of the method of the present invention can yield significant results when performed in any order and perform two or more steps simultaneously unless otherwise noted. be able to. Further, the systems and methods of the present invention can include any of the embodiments described herein, or can include any combination of the described embodiments in possible aspects.
ここに示す教示は、CVD、MOCVD、及びハライド気相エピタキシャル成長(HVPE、Halide Vapor Phase Epitaxy)プロセスなどの、反応性気相プロセス処理(reactive gas phase processing)のためのシステム及び方法に関するものである。半導体材料についての従来の反応性気相プロセス処理では、半導体ウェハは、反応チャンバ内のキャリヤに搭載される。このキャリヤに向かい合うように、ガス分配インジェクタが配される。通常、インジェクタは、複数のガス又は複数のガスの組み合わせ(コンビネーション、combination)を受け入れるガスインレット(ガス流入口)を含む。インジェクタは、ガス又はガスのコンビネーションを反応チャンバへ導く。インジェクタは、一般に、ウェハ表面での反応プロセス及びエピタキシャル成長の効率が最大となるよう、各ウェハ表面のできるだけ近くで前駆体ガスが反応するようなパターンに配置されたシャワーヘッド・デバイス(showerhead device)を備えている。 The teachings herein relate to systems and methods for reactive gas phase processing, such as CVD, MOCVD, and Halide Vapor Phase Epitaxy (HVPE) processes. In conventional reactive gas phase processing for semiconductor materials, a semiconductor wafer is mounted on a carrier in a reaction chamber. A gas distribution injector is arranged to face this carrier. In general, an injector includes a gas inlet that receives a plurality of gases or a combination of gases. The injector directs the gas or combination of gases to the reaction chamber. Injectors typically have a showerhead device arranged in a pattern in which the precursor gas reacts as close as possible to each wafer surface to maximize the efficiency of the reaction process and epitaxial growth on the wafer surface. I have.
ガス分配インジェクタには、CVDプロセスの際に層流状のガスフロー(laminar gas flow)(以下、「層流ガスフロー」ともいう)が供給されるようにシュラウド(shroud)を備えるものもある。一つ又は複数のキャリヤガスを用いて層流ガスフローの生成及び維持を支援することができる。キャリヤガスは、前駆体ガスとは反応せず、CVDプロセスに他の影響を与えることもない。典型的なガス分配インジェクタは、反応チャンバ内のウェハが処理される目標領域へ向けて、ガスインレットから前駆体ガスを導く。例えば、或るMOCVDプロセスでは、ガス分配インジェクタは、金属有機物及び水酸化物を含む前駆体ガスのコンビネーションを反応チャンバへ導く。水素や窒素などのキャリヤガス、又はアルゴンやヘリウムなどの不活性ガスが、インジェクタを介してチャンバ内へ導かれ、ウェハ位置での層流の維持を助ける。前駆体ガス(複数)は、チャンバ内で混ざり合い、反応して、ウェハ上に薄膜を形成する。 Some gas distribution injectors include a shroud so that a laminar gas flow (hereinafter also referred to as “laminar gas flow”) is supplied during the CVD process. One or more carrier gases can be used to assist in the generation and maintenance of laminar gas flow. The carrier gas does not react with the precursor gas and does not otherwise affect the CVD process. A typical gas distribution injector directs precursor gas from a gas inlet toward a target area where a wafer in the reaction chamber is processed. For example, in some MOCVD processes, a gas distribution injector directs a combination of precursor gases including metal organics and hydroxides to the reaction chamber. A carrier gas such as hydrogen or nitrogen or an inert gas such as argon or helium is directed through the injector into the chamber to help maintain laminar flow at the wafer location. The precursor gas (s) mix and react in the chamber to form a thin film on the wafer.
MOCVD及びHVPEのプロセスでは、ウェハは、通常、高温状態に維持され、前駆体ガスは、通常、反応チャンバ内に導入される際には、これより低い温度に保たれる。前駆体ガスの温度、従ってそれらのガスが反応に用いることのできるエネルギは、それらのガスがより温度の高いウェハを通過するにつれて増加する。 In MOCVD and HVPE processes, the wafer is typically maintained at an elevated temperature, and the precursor gas is typically kept at a lower temperature when introduced into the reaction chamber. The temperature of the precursor gases, and hence the energy they can use in the reaction, increases as they pass through the hotter wafer.
或る一般的なタイプのCVD反応チャンバは、ディスク形のウェハキャリヤを備えている。このキャリヤは、当該キャリヤの上面に一つ又は複数のウェハを保持するように配されたポケット又は構造特徴を有している。CVDプロセスの実行中は、キャリヤは、ウェハ支持面に対し垂直に延びる垂直軸周りに回転する。キャリヤの回転は、堆積される材料の均一性を改善する。回転中に、キャリヤの上方に設けられたフロー・インレット・エレメントから反応チャンバ内に前駆体ガスが導入される。流れるガスは、ウェハに向かって下方向へ、好ましくは層流状の押し出し流れ(laminar plug flow)として通過する。回転するキャリヤにガスが近づくにつれて、当該ガスは粘性抗力により上記軸周りの回転の中に引き込まれる。その結果、キャリヤ表面及びウェハに近い境界領域では、ガスは、軸周りに流れ、キャリヤの端部へ向かって外側方向へ流れる。ガスは、キャリヤの端部を通過すると、一つ又は複数の排気ポートへ向かって下方向へ流れる。通常、MOCVDプロセスは、異なる複数の前駆体ガスを連続して流しながら、場合によってはウェハを種々の異なる温度に設定しつつ実行され、それぞれ異なる組成を持つ複数の異なる層を堆積させて、デバイスを形成する。 One common type of CVD reaction chamber includes a disk-shaped wafer carrier. The carrier has pockets or structural features arranged to hold one or more wafers on the top surface of the carrier. During the CVD process, the carrier rotates about a vertical axis that extends perpendicular to the wafer support surface. The rotation of the carrier improves the uniformity of the deposited material. During rotation, precursor gas is introduced into the reaction chamber from a flow inlet element provided above the carrier. The flowing gas passes down towards the wafer, preferably as a laminar plug flow. As the gas approaches the rotating carrier, the gas is drawn into rotation about the axis by viscous drag. As a result, in the boundary area close to the carrier surface and the wafer, the gas flows around the axis and outwards towards the edge of the carrier. As the gas passes through the edge of the carrier, it flows downward toward one or more exhaust ports. Typically, the MOCVD process is performed while flowing different precursor gases in succession, possibly setting the wafer at various different temperatures, and depositing different layers, each having a different composition, Form.
MOCVD及びHVPEなどのCVDプロセスは、通常、処理能力に限界がある。CVDプロセス用の従来のシステム及び方法は、ウェハ及びその他の個別基板の大量処理や、冗長装置を用いないロール・トゥ・ロール方式の堆積システムでのウェブ基板の高速処理を行うには、充分でないことが多い。 CVD processes such as MOCVD and HVPE typically have limited throughput. Conventional systems and methods for CVD processes are not sufficient for high-volume processing of wafers and other individual substrates, and high speed processing of web substrates in roll-to-roll deposition systems that do not use redundant equipment. There are many cases.
本発明のシステム及び方法は、ウェブ基板及び個別基板のインライン式のCVD処理に適している。本システム及び方法は、特に、太陽電池やフラットパネルディスプレイの作製などにおける基板上に単一層を堆積する処理を、高い処理能力で行えるように適合される。例えば或る用途では、太陽電池を作製すべく基板上に酸化亜鉛が堆積される。また例えば他の用途では、フラットパネルディスプレイの作製プロセスの一部として、基板上に酸化インジウムスズ(indium tin oxide)が堆積される。ここで用いられているように、基板(あるいは基材、サブストレート)は、スーパーストレート(superstrate)、すなわち、入射光を受信するデバイスの第1層であるサポート層(支持層)とすることができる。本システムは、従来の堆積システムと比較して種々の利点を提供する。堆積される薄膜の品質が向上し、プロセス装置のコストが低減される。さらに、材料の利用効率がより良好であることに一部起因して、稼働コストがより低い。例えば、材料利用効率は、従来のスパッタリングシステムにおけるターゲット材料の利用効率よりも実質的に高い。 The system and method of the present invention is suitable for in-line CVD processing of web and individual substrates. The systems and methods are particularly adapted to perform high throughput processing to deposit a single layer on a substrate, such as in the fabrication of solar cells and flat panel displays. For example, in some applications, zinc oxide is deposited on a substrate to make a solar cell. Also, for example, in other applications, indium tin oxide is deposited on the substrate as part of the flat panel display fabrication process. As used herein, the substrate (or substrate, substrate) may be a superstrate, ie, a support layer (support layer) that is the first layer of a device that receives incident light. it can. The system provides various advantages compared to conventional deposition systems. The quality of the deposited thin film is improved and the cost of the process equipment is reduced. In addition, the operating costs are lower due in part to the better utilization efficiency of the materials. For example, material utilization efficiency is substantially higher than target material utilization efficiency in conventional sputtering systems.
図1は、本発明に従うインライン式CVDシステム10の一実施形態を示す図である。本インライン式CVDシステム10は、堆積チャンバ18内でウェブ基板14を連続的に輸送するためのウェブ輸送システムを備えている。ウェブ輸送システムは、送出ローラ22A及び受取ローラ22Bと、を含む。送出ローラ22Aは、処理対象であるウェブ基板14の供給源である。受取ローラ22Bは、堆積が完了した後にウェブ基板14を受け取って、当該ウェブ基板14をロールの形状に維持する。補助ローラ22Cは、送出ローラ22Aと受取ローラ22Bとの間の堆積チャンバ18内に配され、ウェブ基板14の移動経路を正確に制御する。ウェブ輸送システムは、ウェブ基板14を、当該経路に沿って実質的に一定の速度で輸送する。任意選択として、チャンバの壁を寄生堆積(parasitic deposition)のないクリーンな状態に維持するため、種々のチャンバ位置、又は払出チャンバ(payout chamber)20A内及び回収チャンバ(takeup chamber)20B内に、パージガスを導入することもできる。
FIG. 1 is a diagram illustrating one embodiment of an in-
本技術分野において知られているように、堆積チャンバ18は、低圧力(例えば、1torr LPCVDプロセスの場合)又は大気圧(例えば、APCVDプロセスの場合)に保たれる。堆積チャンバ18は、ウェブ基板14の経路に隣接して配された複数の堆積ステーション26を含む。例示した実施形態では、記載を明瞭とするため3つの堆積ステーション26のみを示しているが、当業者であれば、堆積ステーション26をこれと異なる数で設けることもできるものと理解するであろう。各堆積ステーション26は、前駆体ガス供給源28に接続されたマニフォールドを備える。各堆積ステーション26は、前駆体ガスがウェブ基板表面付近で反応して薄膜を堆積するように、上記マニフォールドとウェブ基板14の直近表面との間に前駆体ガスを層流状に供給する。或る実施形態では、上記層流内の一つ又は複数の前駆体ガスが、本技術分野において公知のようにプラズマCVD(PECVD、Plasma Enhanced CVD)プロセスに従うRF電源又はマイクロ波電源により励起される。
As is known in the art, the deposition chamber 18 is maintained at a low pressure (eg, for a 1 torr LPCVD process) or atmospheric pressure (eg, for an APCVD process). The deposition chamber 18 includes a plurality of deposition stations 26 disposed adjacent to the path of the
従来のMOCVD反応チャンバとは異なり、前駆体ガスは、垂直逆方向のフロー、すなわちコーティング対象である表面に向かって上へ流れるガスフローとして、基板14の下側に導入される。その結果、前駆体ガスを下方向フロー構成で用いた場合に発生し得る前駆体ガス反応の不要な副生成物による汚染や、堆積プロセスへのその他の影響は、発生しない。
Unlike a conventional MOCVD reaction chamber, the precursor gas is introduced to the underside of the
堆積チャンバ18は、CVDプロセスの実行中にウェブ基板14を加熱するためのヒータ(複数)を含む。例示した実施形態では、放射ヒータ(radiant heater)などの加熱モジュール24が、各堆積ステーション26の反対側に、ウェブ基板14に近接して配置されており、これにより、ウェブ基板14が所望のプロセス温度まで加熱される。他の代替の実施形態では、一つ又は複数のヒータが、ウェブ基板14と熱的に接触される。当業者であれば、他のタイプのヒータもウェブ基板14の加熱のために用いることができることを理解するであろう。
The deposition chamber 18 includes heaters for heating the
ウェブ基板14の輸送経路は、ウェブ基板14が受取ローラ22Bに到達する前に所望の厚さの材料の単一層が堆積されるよう、堆積ステーション26(複数)のマニフォールド(複数)を次々と通過するように構成されている。より具体的には、ウェブ基板14が第1の堆積ステーション26Aを通過するにつれて、当該ウェブ基板14の上に材料の薄膜が堆積される。続いて、当該ウェブ基板14は、第2の堆積ステーション26Bを通過した後、第3の堆積ステーション26Cを通過し、それぞれのステーションにおいて、当該材料の第2の薄膜及び第3の薄膜が堆積される。受取ローラ22Bに到達したときの、堆積した材料の層の厚さは、堆積ステーション26(複数)により堆積された個々の薄膜の厚さの和となる。ある実施形態では、最初に堆積された薄膜から最後に堆積された薄膜まで、一の堆積された薄膜と次に堆積された薄膜との間でこれら形成された薄膜の特性が異なるものとなるように、各堆積ステーション26における堆積温度若しくはガス気相組成、又は堆積温度及びガス気相組成の両者が、他の堆積ステーションにおけるものと異なっている。
The transport path of the
堆積チャンバ18は、形成される堆積層をCVDプロセス実行中にモニタするための、一つ又は複数の、その場観測用(in-situ)の測定デバイスを備えるものとすることができる。或る実施形態では、測定デバイスは、各堆積ステーション26の通過後の位置に配されて、堆積層の特性を明らかにする。 The deposition chamber 18 may comprise one or more in-situ measurement devices for monitoring the deposited layer that is formed during the CVD process. In some embodiments, a measurement device is placed at a location after each deposition station 26 to characterize the deposited layer.
図2Aは、一の実施形態に従う、一の堆積ステーション26のヒータ24とマニフォールド30との間を左方から右方へ通過するウェブ基板14を示す図である。各マニフォールド30は、第1の前駆体ガスの供給源に接続された前駆体ポート(ポート「A」)と、第2の前駆体ガスの供給源に接続された1対の前駆体ポート(ポート「B1」及び「B2」)を含む。これらの前駆体ガスポートは、2つのポンピングポート(「PUMP1」及び「PUMP2」)の間に配されている。これらのポンピングポートは、前駆体ガスを堆積チャンバ18から排気するための排出システムに接続されている。前駆体ガス供給源28は、堆積チャンバ18の近くに設けるものとすることもできるし、離れた位置に設けるものとすることもできる。CVDプロセス中に堆積させるべき材料は、前駆体ポートを他の前駆体ガス供給源28に接続することにより変更することができる。接続は、各マニフォールド30において手作業で行うものとすることができる。代替的に、遠隔操作のガス分配バルブにより、前駆体ガスの再構成を行うものとすることもできる。具体的な例として、一の前駆体ガスを亜鉛化合物とし、他の前駆体ガスを酸素とすることができる。この場合、堆積される層は、アルミニウム、ボロン、インジウム、フッ素、銀、ヒ素、アンチモン、リン、窒素、リチウム、マンガン、又はガリウムがドープ(添加)された酸化亜鉛材料で構成され、フラットパネルディスプレイ、発行ダイオード(LED、light-emitting diode)、有機LED(OLED、organic LED)及び太陽電池の製造に用いられる。バンドギャップと透過光波長のカットオフ特性とを制御するため、酸化亜鉛に種々の濃度のMg、Cd、Be、Te、S、その他の元素を混ぜ合わせて合金とすることができる。
FIG. 2A is a diagram illustrating the
CVDプロセス中には、ウェブ輸送システムは、ウェブ基板14の直近表面34が前駆体ポート及びポンピングポートと近接するように、堆積ステーション26上でウェブ基板14を移動させる。ここでは、ウェブ基板の当該近接する部分と堆積ステーションのポート(複数)との間の間隙は小さく、例えば、0.3cmから5cmの間である。望ましくは、この間隙は、0.5cmから1cmの間である。第1の前駆体ガスは、ポートAから上方向へ流れ、その後、実質的には層流となって表面34に沿って流れ、上記間隙部分をポンピングポートのそれぞれに向かって流れる。第2の前駆体ガスは、前駆体ポートB1から上方向へ向かって流れ、次に表面34に沿って左方向へ流れ、ポンピングポートPUMP1へ向かって流れる第1の前駆体ガスの部分と混ざり合う。同様に、前駆体ポートB2から上方向へ向かって流れる第2の前駆体ガスは、表面34に沿って右方向へ流れ、ポンピングポートPUMP2へ向かって流れる第1の前駆体ガスの部分と混ざり合う。
During the CVD process, the web transport system moves the
前駆体ガス(複数)は、ポンプポートPUMP(複数)を通って除去される前の共通フロー領域において、互いに混ざり合って反応する。したがって、各堆積ステーション26のマニフォールド30の上には、反応が発生して薄膜が形成される2つの領域が存在する。一般に、前駆体ガスの流速を増加させると堆積速度が増加する。ウェブ基板14は、CVDプロセス中にウェブ表面34の全体が各堆積ステーション26のこれら2つの領域を通過するように、連続的に移動する。
The precursor gas (s) mix and react with each other in the common flow region before being removed through the pump port PUMP (s). Thus, above the
有利には、前駆体ガス(複数)は、前駆体ガスの反応が表面34及びその近接領域に制限されるように、排気される前はウェブ基板14の表面の近傍に制限(confine)されて混ざり合う。したがって、堆積チャンバの他の領域での前駆体ガスの反応は防止され、不要な堆積及び汚染が回避される。
Advantageously, the precursor gas (s) are confined to the vicinity of the surface of the
本発明の他の実施形態に従うマニフォールド40の代替的な構成を、図2Bに示す。本構成では、第1のパージポート「PURGE1」がポートAとポートB1との間に設けられ、第2のパージポート「PURGE2」がポートAとポートB2との間に設けられている。また、2つの追加のパージポート「PURGE3」及び「PURGE4」が、ポンプポートを挟んで対向する側に設けられている。各パージポートは、前駆体ガスとは反応しないキャリヤガスを供給する。キャリヤガスは、前駆体ガスの均一な層流の形成と維持とを支援する。2つの前駆体ガスの間の反応は、図2Aについて上述した反応と同様に、混ざり合う領域内で発生する。
An alternative configuration of
図2Cは、本発明の更に他の実施形態に従うマニフォールド44の構成を示す図である。本構成では、一つのパージポート「PURGE」が、マニフォールド44の中央のポートとなっている。前駆体ガスポートA1とA2の第1のペアが、パージポートを囲んで配され、上記層流のための第1の前駆体ガスを供給する。前駆体ガスポートB1とB2の第2のペアは、パージポートと第1の前駆体ガスポートA1及びA2とを囲み、上記層流のための第2の前駆体ガスを供給する。 FIG. 2C is a diagram illustrating a configuration of a manifold 44 according to still another embodiment of the present invention. In this configuration, one purge port “PURGE” is the central port of the manifold 44. A first pair of precursor gas ports A1 and A2 is disposed around the purge port and supplies a first precursor gas for the laminar flow. A second pair of precursor gas ports B1 and B2 surrounds the purge port and the first precursor gas ports A1 and A2 and supplies a second precursor gas for the laminar flow.
図3Aは、本発明の一実施形態に従う、単一構造物として集積された図1に示す堆積ステーション26の、マニフォールドの模式図である。各マニフォールド30は、図2Aについて上述した構成と同様に構成されているが、隣接するマニフォールド30の隣接するポンプポートが結合して一つのポンプポートとなっている点が異なる。図3Bは、図3Aに示す前駆体ガスポートとポンプポートの上を通過するウェブ基板14を上方から見た図である。破線で描かれた矩形は、ウェブ基板14の下にあるポートの位置を示している。
FIG. 3A is a schematic diagram of a manifold of the deposition station 26 shown in FIG. 1 integrated as a single structure, according to one embodiment of the invention. Each manifold 30 is configured similarly to the configuration described above with reference to FIG. 2A, except that adjacent pump ports of
各前駆体ポートと各ポンプポートは、堆積層がウェブ基板14の端部へ広がるように、ウェブ基板14の幅Wよりも若干大きな長さLを持つ矩形形状を有している。各マニフォールド30には、左へ向かう層流内で2つの前駆体ガスが混ざり合う領域A+Bと、右へ向かう層流内で2つの前駆体ガスが混ざり合う第2の領域A+Bと、が存在する。ウェブ基板14が左から右方向へ移動するにつれて、混ざり合った前駆体ガスの各領域により堆積層が増加的(incrementally)に形成される。望ましくは、層流の混合領域内における前駆体ガス比率の変動が最小となるように、各前駆体ガスポートから出るガスの流量は当該ポートの長さLに沿って一定とする。これにより、堆積される層の不均一性が最小化される。
Each precursor port and each pump port has a rectangular shape having a length L slightly larger than the width W of the
図示の例では、各マニフォールド30は、「B−A−B」形式の前駆体ガスポートのシーケンス構成を有している。すなわち、前駆体ガスポートBが、一つの前駆体ガスポートAの両側に配されている。代替の実施形態では、一つ又は複数のマニフォールドは、「A−B−A」形式の前駆体ガスポート構成を有する。換言すれば、マニフォールドの少なくとも一つでは、ガスポート(複数)により与えられる前駆体ガスのシーケンスが「反転」している。 In the illustrated example, each manifold 30 has a sequence configuration of precursor gas ports of the “BAB” format. That is, the precursor gas port B is arranged on both sides of one precursor gas port A. In an alternative embodiment, the one or more manifolds have a precursor gas port configuration of the “ABA” format. In other words, in at least one of the manifolds, the sequence of precursor gases provided by the gas port (s) is “inverted”.
図4A及び図4Bは、それぞれ、集積化された堆積ステーションモジュール50の一実施形態の、上面斜視図及び底面斜視図である。図4Cは、モジュール50の断面図(cutaway view)である。モジュール50は、一つの構造体として集積された3つの堆積ステーショ26を含む。マニフォールドは、図3Aに示したものと同様の構成を有するが、各ポンプポート「PUMP」が、単一のスロットではなく、狭い間隔で配置された3つの幅の狭いスロットで構成されている点が異なる。
4A and 4B are a top perspective view and a bottom perspective view, respectively, of one embodiment of an integrated
各前駆体ガスポートA又はBは、それぞれ、モジュール50の底部にこれらポートの長さ方向に対し直交して設けられた一対のガスチャネル54A又は54Bから供給を受ける。モジュール50の底部に沿って設けられた一つのポンプ排気プレナム58が、一つのポンプポートの3つのスロットに対し、4つの位置のそれぞれにおいて接続されている。ポンプポートの狭幅のスロットにより、ポンプ排気プレナム58の外部と内部との間での気圧差が確実に維持される。その結果、スロットの長さ方向に沿って吸気が一様に行われることとなり、より良好な層流が実現される。
Each precursor gas port A or B is supplied from a pair of
図5は、本発明に従う他の実施形態であるインライン式CVDシステム80を示す図である。CVDシステム80は、個別基板92(複数)を堆積チャンバ84内で輸送する連続基板輸送システムを備える。例えば、個別基板92は、半導体ウェハなどの、ガラス又はウェハのシートとすることができる。CVDシステム80は、太陽電池やデバイスの製造において、半導体ウェハを処理するのに用いることができる。
FIG. 5 is a diagram showing an in-line CVD system 80 according to another embodiment of the present invention. The CVD system 80 includes a continuous substrate transport system that transports the
個別基板92は、大気圧下において基板輸送システムにロードされる。基板輸送システムは、複数のローラ88を含む。これらのローラ88は、各基板92の、他の基板92及びシステムコンポーネントに対する位置関係を所望の関係に維持しつつ、基板92がインライン式CVDシステム内を通過する際に、これら基板92を直接的に支持する。代替的に、それぞれが一つ又は複数の基板92を保持するキャリヤ(複数)を用いて、基板92を輸送するものとすることができる。当該キャリヤは、一つ又は複数の開口部を持ち、各開口部には、その周囲に連続して延在する縁部、又はピン形状に構成された縁部を有するのとすることができる。例えば、キャリヤは、一つ又は複数の「額縁(picture frame)」として構成され、当該額縁のそれぞれに1枚の基板92が重力により保持されるものとすることができる。基板92は、本分野において公知である一つ又は複数のロボットシステム又はその他の自動化されたメカニズムにより、ローラ88上に又はキャリヤ内に載置される。一の実施形態では、ローラ88は、基板92の輸送速度がインライン式CVDシステム内において一定となるように、同期的かつ連続的に運転される。他の一の実施形態では、ローラ88又はローラ88のグループが、独立に制御される。例えば、後述するロードロックチャンバ96内のローラ88は一の回転速度で連続的に又は間欠的に運転されるものとしつつ、堆積システム内のローラは異なる回転速度で運転されるものとすることができる。ロードロックチャンバ96内でのローラ88のグループ(複数)の位置、及び堆積ステーション24に隣接するグループ(複数)の位置は、ローラ88の次のグループへの「手渡し」がスムーズに且つ安定に行われるように、互いに対し狭い間隔で配置されている。他の実施形態では、連続基板輸送システムは、本分野において公知である他のメカニズムを用いて、インライン式CVDシステム全体における個別基板92(複数)の位置を制御する。例えば、連続基板輸送システムは、一つ又は複数の制御可能な送りねじ機構(lead screw mechanism)を含むものとすることができる。
望ましくは、堆積チャンバ84の壁は、チャンバ84内の種々の位置において導入されるパージガスにより、寄生堆積物が付着しない清浄な状態に維持される。パージガスは、CVDプロセスの実行中に、ローラ88を清浄に保つためにも用いることができる。
Desirably, the walls of the deposition chamber 84 are maintained in a clean state free of parasitic deposits by purge gases introduced at various locations within the chamber 84. The purge gas can also be used to keep the
個別基板92は、堆積チャンバ84に入る前に、第1のロードロックチャンバ(又はアイソレーションチャンバ)96Aを通過する。ロードロックチャンバ96Aは、ゲートバルブ98Aと協働して、個別基板92が基板供給メカニズムにロードされる際の大気圧状態と堆積チャンバ84の真空環境との間の圧力インタフェースを提供する。一の実施形態では、ロードロックチャンバ96Aは、大気圧より低く、堆積チャンバ84の真空レベルよりも高い圧力を維持する。他の一の実施形態では、ロードロックチャンバ96Aは、CVD処理中にポンプ・パージサイクル(a pump and purge cycle)を繰り返し実行できるように、パージガスの供給源と真空ポンプとに接続される。
The
基板供給メカニズムは、図1のウェブ基板14に関して上述したのと同様に、各基板92が複数の堆積ステーション26及びヒータ24に対し近接してシーケンシャルに進んでいくように、堆積チャンバ184内で個別基板92を輸送する。堆積ステーション26は、前駆体ガス供給源28に接続されたマニフォールドを備える。当該マニフォールドは、各マニフォールドと個別基板92との間に、少なくとも2つの前駆体ガスを層流状に供給するよう構成されている。したがって、これらの前駆体ガスは、反応して基板表面に層を堆積させる。任意選択として、前駆体ガスをRF電源を用いて励起して、本分野において公知のようにPECVDプロセスを可能とすることができる。個別基板92は、当該基板が最後の堆積ステーション26Cを通過するまでに所望の厚さの材料層が堆積されるように、堆積ステーション26(複数)をシーケンシャルに通過する。
The substrate supply mechanism is individually implemented within the deposition chamber 184 such that each
堆積層の完成後は、処理された基板92は、堆積チャンバ84を出て出力ロードロックチャンバ(又はアイソレーションチャンバ)96Bに入る。ロードロックチャンバ96Bとゲートバルブ98Bは、アンローディングステーションにおける大気圧状態と堆積チャンバ84の真空環境との間の圧力インタフェースを提供する。一の実施形態では、ロードロックチャンバ96Bは、大気圧と堆積チャンバ84の圧力との間の圧力で動作する。他の一の実施形態では、ロードロックチャンバ96Bは、CVDプロセス中にポンプ・パージサイクルを実行できるように、パージガスの供給源と真空ポンプとに接続される。個別基板92は、ロードロックチャンバ96Bを出た後は、アンローディングステーション(不図示)に運ばれ、本分野において公知である一つ又は複数のロボットシステム又はその他の自動化されたメカニズムにより、連続基板供給メカニズムから取り外される。
After completion of the deposited layer, the processed
上述したシステムの実施形態、及び本発明に従うインライン式CVDシステムの他の実施形態においては、前駆体ガス流量、基板の温度及び輸送速度、ポンプ排気速度、及び堆積チャンバ圧力などの、プロセスパラメータは、堆積される材料の厚さ及びその他の特性を規定すべく制御されるものとすることができる。本CVDシステムは、種々の用途に用いることができ、大量生産環境における単一層堆積に適している。 In the system embodiments described above, and in other embodiments of the in-line CVD system according to the present invention, process parameters such as precursor gas flow rate, substrate temperature and transport rate, pump pumping rate, and deposition chamber pressure are: It can be controlled to define the thickness and other characteristics of the deposited material. The present CVD system can be used for a variety of applications and is suitable for single layer deposition in mass production environments.
本教示の実施形態に従うインライン式CVD処理の方法は、図1または図5に示すシステムを用いて実行することができる。本方法は、第1の前駆体ガス(A)の第1のフローを基板(例えば、ウェブ基板14又は個別基板92)の表面に沿って第1の方向に供給するステップと、第1の前駆体ガス(A´)の第2のフローを前記基板の表面に沿って第2の方向に供給するステップと、を含む。第2の前駆体ガス(B)の第1のフローが、前記第1の前駆体ガス(A)の第1のフローと混ざり合うように、前記基板の表面に沿って前記第1の方向に供給される。第2の前駆体ガス(B´)の第2のフローが、前記第1の前駆体ガス(A´)の第2のフローと混ざり合うように、前記基板の表面に沿って前記第2の方向に供給される。基板は、当該基板の表面がまず前記第1及び第2の前駆体ガスの混合された第1のフロー(A及びB)に暴露された後、続いて前記第1及び第2の前駆体ガスの混合された第2のフロー(A´及びB´)に暴露されるように、前記第2の方向に向かって連続的に輸送される。
The method of in-line CVD processing according to embodiments of the present teachings can be performed using the system shown in FIG. 1 or FIG. The method includes supplying a first flow of a first precursor gas (A) in a first direction along a surface of a substrate (eg,
望ましくは、基板は、CVDプロセス中に一定速度で輸送される。いくつかの実施形態では、堆積プロセス中に基板が加熱される。他の実施形態では、本方法は、また、第1の方向に向かうキャリヤガスの第1のフローと、第2の方向へ向かうキャリヤガスの第2のフローとを供給することを含む。キャリヤガスは、前駆体ガスと反応しないガスで構成され、堆積層が形成される表面部分の全体にわたって前駆体ガスの一様な層流が維持されるのを支援する。 Desirably, the substrate is transported at a constant rate during the CVD process. In some embodiments, the substrate is heated during the deposition process. In other embodiments, the method also includes providing a first flow of carrier gas in a first direction and a second flow of carrier gas in a second direction. The carrier gas is comprised of a gas that does not react with the precursor gas and helps maintain a uniform laminar flow of the precursor gas over the entire surface portion where the deposited layer is formed.
材料が増加的に且つシーケンシャルに基板上に堆積される本発明のインライン式CVDの方法は、CVD処理されたウェブ基板の高い生産能力と、CVD処理された個別基板の大量生産を可能とする。各堆積ステーション26で堆積される薄膜の組成は、他の堆積ステーション26で堆積される薄膜と実質的に同一である。輸送速度、前駆体ガス流量、及び基板温度などの、種々のプロセスパラメータを制御して、所望の厚さの高品質な堆積層を得ることができる。 The in-line CVD method of the present invention in which material is incrementally and sequentially deposited on the substrate allows for high production capacity of CVD-processed web substrates and mass production of CVD-processed individual substrates. The composition of the thin film deposited at each deposition station 26 is substantially the same as the thin film deposited at the other deposition station 26. Various process parameters such as transport rate, precursor gas flow rate, and substrate temperature can be controlled to obtain a high quality deposited layer of the desired thickness.
本教示の実施形態に従うインライン式CVD処理の他の方法を実行して、図6に例示するデバイス構成を有する太陽電池などのデバイスを製造することができる。デバイス100は、基板104を含む。基板104は、個別基板又はフレキシブルウェブ基板とすることができる。例として、本個別基板は、ガラス基板又はウェハとすることができ、ウェブ基板は、ポリイミド又は金属の薄片(foil)とすることができる。デバイス100は、さらに、モリブデン層などの金属層108と、二セレン化銅インジウムガリウム(CIGS、copper indium gallium diselenide)などの吸収層112と、バッファ層(あるいは、接合パートナー(junction partner)層)116と、ウィンドウ層120と、透明導電層124と、を含む。例えば、バッファ層116は、硫化カドミウム(CdS)層、硫化亜鉛(ZnS)層、又は硫化インジウム(InS)層とすることができ、ウィンドウ層120は、真性(intrinsic)の酸化亜鉛(ZnO)層とすることができる。また、透明導電層124は、酸化インジウムスズ層、又は、アルミニウム添加酸化亜鉛(AZO)層、ボロン添加酸化亜鉛(BZO)層、若しくはガリウム添加酸化亜鉛(GZO)層などの不純物添加ZnO層とすることができる。
Other methods of in-line CVD processing according to embodiments of the present teachings can be performed to produce devices such as solar cells having the device configuration illustrated in FIG.
従来の技術を用いた場合、バッファ層116は、典型的には化学浴析出(CBD、chemical bath deposition)プロセスを用いて生成される薄膜層(例えば、50nm)であり、薄膜ZnO層120(例えば、50nm)と透明導電層124は、典型的にはCVDプロセスを用いて堆積される。より具体的には、製造中のデバイスは、典型的にはCBDプロセスから第1のCVDプロセスに送られ、その後、第2のCVDプロセスに送られる。このような手法は、CBD及び2つのCVDプロセスステップが独立に実行されるので、一般的には長い時間がかかる。
When using conventional techniques, the
本発明の原理に基づく、デバイスをインライン式で製造するためのCVD方法の実施形態によれば、バッファ層、ウィンドウ層、及び透明導電層を生成するプロセスステップは、堆積チャンバの共通の真空環境においてシーケンシャルに実行される。バッファ層のCBD堆積は不要であり、異なるチャンバ間の輸送を行うことなく、3つの個別の層が堆積される。したがって、異なるCVD堆積プロセスへ移行する際に行うべき大気圧への復帰を必要としない。 In accordance with an embodiment of a CVD method for manufacturing a device in-line based on the principles of the present invention, the process steps for generating a buffer layer, a window layer, and a transparent conductive layer are performed in a common vacuum environment of the deposition chamber. It is executed sequentially. CBD deposition of the buffer layer is not necessary and three separate layers are deposited without transporting between different chambers. Therefore, there is no need to return to atmospheric pressure to be performed when moving to a different CVD deposition process.
図7は、ウェブ基板14上に太陽電池デバイスを形成するための、インライン式CVDシステム128の一実施形態を示す図である。インライン式CVDシステム128は、図1に示すインライン式CVDシステム10に関連して上述したものと同様の構成要素を有している。ただし、材料の単一層の生成に用いられる堆積ステーション26のグループが、単一の堆積モジュール132として示されている。例えば、各堆積モジュール132は、図4A〜4Cに示すマニフォールドと同様の一つ又は複数のマニフォールドを有し、これらのマニフォールドは、材料の特定の層を形成するため、前駆体ガスモジュール136内の前駆体ガス供給源(複数)に接続されている。各堆積モジュール132が堆積する材料の層は、他の堆積モジュール132により堆積される材料の層とは異なっている。加熱モジュール140は、各堆積モジュール132内において、各マニフォールド又はマニフォールドの各グループとは反対の側から、ウェブ基板14に近接して配置されており、ウェブ基板14を所望のプロセス温度まで加熱する。
FIG. 7 is a diagram illustrating one embodiment of an in-
図示の例では、システム128は、図6に示すデバイス100と同様のデバイスを製造するように構成されている。より具体的には、第1の堆積モジュール132Aは、CdSバッファ層を堆積するよう構成され、第2の堆積モジュール132Bは、真性(intrinsic)のZnO層を堆積するよう構成され、第3の堆積モジュール132Cは、AZO層を堆積するよう構成されている。マニフォールドの数、マニフォールドへ流す前駆体ガスの流量、及びウェブ基板の温度は、各堆積モジュール132により堆積される各層が所望の厚さで実現されるように、堆積モジュール132間で異なるものとすることができる。例えば、CdSバッファ層及び真性ZnO層に比べてAZO層は実質的に大きな厚さを持つので、第3の堆積モジュール132Cは、最初の2つの堆積モジュール132A及び132Bよりも大きな長さを持つように図示されている(より数多くのマニフォールドがあることを表している)。
In the illustrated example,
システム128は、一つ又は複数の堆積モジュール132へ供給する前駆体ガスを変更することにより、及び、ウェブ輸送速度、基板温度、マニフォールドポンプ排気速度、及び堆積チャンバ圧力などの他のプロセスパラメータを変更することにより、異なる材料層を持つデバイス構造を製造できるように再構成することができる。具体的な例として、ZnS層又はInS層を堆積するよう構成された第1の堆積モジュール132Aと、GZO層又はBZO層を堆積するよう構成された第3の堆積モジュール132Cを用いて、他のCIGS太陽電池デバイスを製造することができる。システム128は、基板と裏面(モリブデン)接点との間のバリア層(例えば、SiO2又はAl2O3)などの他のデバイス層構造を作製するように構成することもできる。この構造をガラスプレート基板上に構成すると、当該ガラスからの無制御なナトリウムの漏出を防止することができる。その後に、バリア層の上部に、制御されたナトリウム添加が行われる。システム128は、また、アモルファスシリコン用の透明導電層として、フッ素化されたZnO又は酸化スズ(SnO2)を有する構成を作製するよう適合されるものとすることができる。
The
図8は、個別基板92上に太陽電池を作製するよう適合されたインライン式CVDシステム140を示す図である。インライン式CVDシステム140は、図5に示すインライン式CVDシステム80に関して上述したものと同様の構成要素を有するが、共通の材料を堆積させる堆積ステーション26の各グループが、一つの堆積モジュール132として示されている。システム140は、個別基板92に、図7に示すシステム128においてウェブ基板14上に堆積されるものと同様の3つの層が形成されるように構成されている。堆積ステーション132毎のマニフォールドの数、前駆体ガスの種類及び流量、基板温度、輸送速度、その他のプロセスパラメータは、異なる材料層と層厚とが得られるように選択されている。
FIG. 8 is a diagram illustrating an in-
有利には、図7のシステム128及び図8のシステム140では、一つの堆積チャンバ内で全てが行われる連続のCVD堆積プロセス(複数)により、デバイスを作製することができる。結果として、作製時間及び作製コストが、同様のデバイスの作製に用いられる従来の技術に比べて低減される。
Advantageously, in the
図9は、デバイスを作製するためのインライン式のCVDの方法200の一実施形態を示すフローチャートである。図6及び図8も参照し、方法200は、堆積チャンバ84内で基板92(図6に示す符号104)を一定速度で輸送すること(ステップ210)を含む。基板92は、図6に示す金属層108と吸収層112を含むものとすることができる。基板92上には、第1の堆積モジュール132Aを通過する間に、バッファ層116が堆積される(ステップ220)。ウィンドウ層120は、当該基板が次の堆積モジュール132Bを通過する間に、バッファ層116の上に堆積され(ステップ230)、透明導電層124は、当該基板92が第3の堆積モジュール132Cを通過する間に、ウィンドウ層120の上に堆積される(ステップ240)。バッファ層116、ウィンドウ層120、及び透明導電層124は、図7及び図8に示すインライン式CVDシステムを用いる製造に関連して上述したような、種々の材料のいずれかとすることができる。
FIG. 9 is a flowchart illustrating one embodiment of an in-
方法200は、図8のシステム140に従う個別基板92の処理に関連して説明されているが、本発明の原理に従ってデバイスを作製するインライン式CVD方法の他の実施形態もあり得ることが理解されるであろう。例えば、図9の方法200についての補足的な実施形態は、例えば図7のシステム128を用いて、ウェブ基板上にデバイスを作製することに関するものである。
Although the
具体的な実施形態に関連して本発明を示し及び説明したが、当業者であれば、添付の特許請求の範囲に記載された発明の思想及び範囲を逸脱しない範囲内において、形式及び細部についての種々の変更が可能であることを理解するであろう。 While the invention has been illustrated and described in connection with specific embodiments, those skilled in the art will understand the form and details without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood that various modifications of are possible.
Claims (34)
真空環境を持ち、且つ第1の堆積モジュールと、第2の堆積モジュールと、第3の堆積モジュールとを備える堆積チャンバ内で、基板を輸送するステップと、
前記第1の堆積モジュール内での前記基板の輸送の間に、前記基板上にバッファ層を堆積させるステップと、
前記第2の堆積モジュール内での前記基板の輸送の間に、前記バッファ層上にウィンドウ層を堆積させるステップと、
前記第3の堆積モジュール内での前記基板の輸送の間に、前記ウィンドウ層上に透明導電層を堆積させるステップと、
を有する方法。 An in-line chemical vapor deposition method for fabricating a device comprising:
Transporting the substrate in a deposition chamber having a vacuum environment and comprising a first deposition module, a second deposition module, and a third deposition module;
Depositing a buffer layer on the substrate during transport of the substrate in the first deposition module;
Depositing a window layer on the buffer layer during transport of the substrate in the second deposition module;
Depositing a transparent conductive layer on the window layer during transport of the substrate in the third deposition module;
Having a method.
を更に有する、請求項1に記載の方法。 In order to separate the first, second and third deposition module from each other, between the first deposition module and the second deposition module and between the second deposition module and the third deposition module. Flowing gas to and from the module,
The method of claim 1, further comprising:
堆積チャンバ内で、金属層と吸収層を持つ基板を一定速度で輸送するステップであって、
前記堆積チャンバは、真空環境を持ち、且つ第1の堆積モジュールと第2の堆積モジュールと第3の堆積モジュールとを備え、
前記堆積モジュールのそれぞれは、第1の前駆体ポートと一対の第2の前駆体ポートと一対のポンピングポートとを有するマニフォールドを備えた、少なくとも一つの堆積ステーションを備え、
前記第1の前駆体ポートは、前記第2の前駆体ポートの間に配され、前記第2の前駆体ポートの対は前記ポンピングポートの間に配され、
前記第1の前駆体ポートと前記第2の前駆体ポートの対は、それぞれ第1の前駆体ガスの供給源と第2の前駆体ガスの供給源に接続するよう構成され、
前記ポンピングポートは、前記第1及び第2の前駆体ガスを排気するための排出システムに接続するよう構成されている、
ステップと、
前記第1の堆積モジュール内での前記基板の輸送の間に、前記基板上にバッファ層を堆積させるステップと、
前記第2の堆積モジュール内での前記基板の輸送の間に、前記バッファ層上にウィンドウ層を堆積させるステップと、
前記第3の堆積モジュール内での前記基板の輸送の間に、前記ウィンドウ層上に透明導電層を堆積させるステップと、
を有する方法。 An in-line chemical vapor deposition method for fabricating a device comprising:
Transporting a substrate having a metal layer and an absorber layer at a constant rate within a deposition chamber, comprising:
The deposition chamber has a vacuum environment and includes a first deposition module, a second deposition module, and a third deposition module;
Each of the deposition modules comprises at least one deposition station comprising a manifold having a first precursor port, a pair of second precursor ports, and a pair of pumping ports;
The first precursor port is disposed between the second precursor ports and the second precursor port pair is disposed between the pumping ports;
The first precursor port and second precursor port pair are configured to connect to a first precursor gas source and a second precursor gas source, respectively;
The pumping port is configured to connect to an exhaust system for exhausting the first and second precursor gases;
Steps,
Depositing a buffer layer on the substrate during transport of the substrate in the first deposition module;
Depositing a window layer on the buffer layer during transport of the substrate in the second deposition module;
Depositing a transparent conductive layer on the window layer during transport of the substrate in the third deposition module;
Having a method.
堆積チャンバと、
堆積チャンバ内を通る経路に沿って基板を輸送する連続輸送システムと、
前記堆積チャンバ内の経路上に配され、前記基板の上にバッファ層を堆積するための少なくとも一つの堆積ステーションを備える第1の堆積モジュールと、
前記堆積チャンバ内の経路上に配され、前記バッファ層の上にウィンドウ層を堆積するための少なくとも一つの堆積ステーションを備える第2の堆積モジュールと、
前記堆積チャンバ内の経路上に配され、前記ウィンドウ層の上に透明導電層を堆積するための少なくとも一つの堆積ステーションを備える第3の堆積モジュールと、
を備え、
前記堆積モジュールのそれぞれは、第1の前駆体ポートと一対の第2の前駆体ポートと一対のポンピングポートとを有するマニフォールドを備えた、少なくとも一つの堆積ステーションを備え、
前記第1の前駆体ポートは、前記第2の前駆体ポートの間に配され、前記第2の前駆体ポートの対は前記ポンピングポートの間に配され、
前記第1の前駆体ポートと前記第2の前駆体ポートの対は、それぞれ第1の前駆体ガスの供給源と第2の前駆体ガスの供給源に接続されるよう構成され、
前記ポンピングポートは、前記第1及び第2の前駆体ガスを排気するための排出システムに接続するよう構成されている、
システム。 An in-line chemical vapor deposition system,
A deposition chamber;
A continuous transport system for transporting the substrate along a path through the deposition chamber;
A first deposition module disposed on a path in the deposition chamber and comprising at least one deposition station for depositing a buffer layer on the substrate;
A second deposition module disposed on a path in the deposition chamber and comprising at least one deposition station for depositing a window layer on the buffer layer;
A third deposition module disposed on a path in the deposition chamber and comprising at least one deposition station for depositing a transparent conductive layer on the window layer;
With
Each of the deposition modules comprises at least one deposition station comprising a manifold having a first precursor port, a pair of second precursor ports, and a pair of pumping ports;
The first precursor port is disposed between the second precursor ports and the second precursor port pair is disposed between the pumping ports;
The first precursor port and second precursor port pairs are configured to be connected to a source of a first precursor gas and a source of a second precursor gas, respectively;
The pumping port is configured to connect to an exhaust system for exhausting the first and second precursor gases;
system.
前記個別基板の少なくとも一つが、前記堆積モジュールのそれぞれの中で同時に輸送される、
請求項27に記載のインライン式化学気相成長システム。 The continuous transport system is configured to transport a plurality of individual substrates along a path through the deposition chamber;
At least one of the individual substrates is transported simultaneously in each of the deposition modules;
The in-line chemical vapor deposition system according to claim 27.
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