JP2020002401A

JP2020002401A - 成膜・イオン照射システム、及び成膜・イオン照射方法

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Publication number: JP2020002401A
Application number: JP2018121006A
Authority: JP
Inventors: 尚久北見; Naohisa Kitami; 淳一野本; Junichi Nomoto; 酒見　俊之; Toshiyuki Sakami; 俊之酒見; 山本　哲也; Tetsuya Yamamoto; 哲也山本
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd; Kochi Prefectural PUC
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd; Kochi Prefectural PUC
Priority date: 2018-06-26
Filing date: 2018-06-26
Publication date: 2020-01-09
Anticipated expiration: 2038-06-26
Also published as: JP7246628B2

Abstract

【課題】イオン照射後の膜の品質を向上できる成膜・イオン照射システム、及び成膜・イオン照射方法を提供する。【解決手段】成膜・イオン照射システム１００は、成膜装置１１０の下流側にイオン照射装置１２０を備えている。イオン照射装置１２０は、成膜材料の膜１８にプラズマガン１０７のプラズマによって生成した負イオンを照射することで、成膜材料の膜１８に対してパターニングを行う。イオン照射装置１２０は、プラズマガン１０７を用いるため、低エネルギーの負イオンを生成することができる。このような低エネルギーの負イオンを成膜材料の膜１８に照射することで、パターニングの際の膜１８に対するダメージを低減することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、成膜・イオン照射システム、及び成膜・イオン照射方法に関する。

成膜対象物の表面に成膜材料の膜を成膜し、当該膜にイオンを注入するシステムとして、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。このシステムでは、成膜材料の表面に透明導電膜を成膜し、当該透明導電膜に酸素の陽イオンを注入することで、絶縁部をパターニングしている。

特開２０１４−１１５９８１号公報

ここで、上述のシステムにおいて、透明導電膜にイオンを注入するときには、陽イオンが透明導電膜に注入されている。陽イオンは高エネルギーの状態とする必要がある。従って、高エネルギーの陽イオンを透明導電膜に注入した場合に、透明導電膜が削られて薄くなる可能性がある。

そこで本発明は、イオン照射後の膜の品質を向上できる成膜・イオン照射システム、及び成膜・イオン照射方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る成膜・イオン照射システムは、第１のプラズマガンを備え、当該第１のプラズマガンのプラズマによって飛散させた成膜材料を成膜対象物に付着させて成膜材料の膜を形成する成膜装置と、記成膜装置の下流側に配置され、第２のプラズマガンを備え、成膜材料の膜に第２のプラズマガンのプラズマによって生成した負イオンを照射するイオン照射装置と、を備え、イオン照射装置は、負イオンを照射して成膜材料の膜に対してパターニングを行う。

本発明に係る成膜・イオン照射システムは、成膜装置の下流側にイオン照射装置を備えている。イオン照射装置は、成膜材料の膜に第２のプラズマガンのプラズマによって生成した負イオンを照射することで、成膜材料の膜に対してパターニングを行う。イオン照射装置は、プラズマガンを用いるため、低エネルギーの負イオンを生成することができる。このような低エネルギーの負イオンを成膜材料の膜に照射することで、パターニングの際の膜に対するダメージを低減することができる。以上より、イオン照射後の膜の品質を向上できる。

成膜・イオン照射システムにおいて、イオン照射装置は、第２のプラズマガンと対向する位置に設けられた電極を備え、第２のプラズマガンは、電極に向けてプラズマを出射してよい。この場合、例えばイオンプレーティング法による成膜装置などのように、プラズマを曲げる必要が無い。従って、装置の構成をシンプルにすることができ、且つ、プラズマの分布を均一にし易くなる。

本発明に係る成膜・イオン照射方法は、第１のプラズマガンのプラズマによって飛散させた成膜材料を成膜対象物に付着させて前記成膜材料の膜を形成する成膜工程と、成膜工程の後、成膜工程で形成された成膜材料の膜に、第２のプラズマガンのプラズマによって生成した負イオンを照射するイオン照射工程と、を備え、イオン照射工程では、負イオンを照射して成膜材料の膜に対してパターニングを行う。

本発明に係る成膜・イオン照射方法によれば、上述の成膜・イオン照射装置と同様の作用・効果を得ることができる。

本発明によれば、イオン照射後の膜の品質を向上できる成膜・イオン照射システム、及び成膜・イオン照射方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る成膜・イオン照射システムの構成を示す概略平面図である。図１に示す成膜装置の構成を示す概略断面図である。図１に示すイオン照射装置の構成を示す概略断面図である。本発明の実施形態に係る成膜・イオン照射方法を示すフローチャートである。成膜・イオン照射システムによる製造の対象物として例示される、バックコンタクト型太陽電池の構成を示す断面図である。成膜・イオン照射システムによる製造の対象物として例示される、タッチパネルの構成を示す断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態に係る成膜装置について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る成膜・イオン照射システムの構成について説明する。図１は、成膜・イオン照射システムの構成を示す概略平面図である。成膜・イオン照射システム１００は、第１の中継装置１０１と、成膜ライン１０２と、第２の中継装置１０３と、イオン照射ライン１０４と、を備えている。第１の中継装置１０１は、前処理がなされた成膜対象物を成膜対象物保持部材にセットし、且つ、イオン照射ライン１０４を通過してきた成膜対象物からマスクを取り外し、成膜対象物保持部材から取り出す機能を有する。第２の中継装置１０３は、成膜ライン１０２を通過してきた成膜対象物にマスクを搭載する機能を有する。

成膜ライン１０２は、成膜対象物に対して成膜材料を付着させることで成膜を行うためのラインである。成膜ライン１０２は、成膜装置１１０を備えている。また、成膜ライン１０２は、成膜装置１１０の上流側及び下流側に複数のチャンバー１１１を備える。これらのチャンバー１１１は、ロードロックチャンバー、バッファーチャンバー、アンロードロックチャンバーなどのチャンバーである。なお、成膜装置１１０は、プラズマガンのプラズマによって飛散させた成膜材料を成膜対象物に付着させて成膜材料の膜を形成する装置である。成膜装置１１０の構成についての詳細な説明は、後述する。

イオン照射ライン１０４は、成膜対象物に形成された成膜材料の膜に負イオンを照射するためのラインである。イオン照射ライン１０４は、イオン照射装置１２０を備えている。また、イオン照射ライン１０４は、イオン照射装置１２０の上流側及び下流側に複数のチャンバー１２１を備える。これらのチャンバー１２１は、ロードロックチャンバー、バッファーチャンバー、アンロードロックチャンバーなどのチャンバーである。なお、イオン照射装置１２０は、成膜材料の膜にプラズマガンのプラズマによって生成した負イオンを照射する装置である。イオン照射装置１２０の構成についての詳細な説明は、後述する。

次に、図２を参照して、成膜装置１１０の構成について詳細に説明する。図２は、成膜装置１１０の構成を示す概略断面図である。図２に示すように、成膜装置１１０は、いわゆるイオンプレーティング法に用いられるイオンプレーティング装置である。なお、説明の便宜上、図２には、ＸＹＺ座標系を示す。Ｙ軸方向は、後述する成膜対象物が搬送される方向である。Ｘ軸方向は、成膜対象物と後述するハース機構とが対向する位置である。Ｚ軸方向は、Ｙ軸方向とＸ軸方向とに直交する方向である。

成膜装置１１０は、成膜対象物１１の板厚方向がＸ軸方向となるように、成膜対象物１１を配置させた状態で、成膜対象物１１が真空チャンバー１０内に配置されて搬送される横型の成膜装置である。この場合には、Ｘ軸方向は鉛直方向且つ成膜対象物１１の板厚方向であり、Ｙ軸方向は水平方向であり、Ｚ軸方向は水平方向となる。なお、本発明の一実施形態に係る成膜装置は、成膜対象物の板厚方向が略水平方向となるように成膜対象物が真空チャンバー内に配置されて搬送されるいわゆる縦型の成膜装置であってもよい。この場合には、Ｘ軸及びＹ軸方向は水平方向であり、Ｚ軸方向は鉛直方向となる。以下、横型の成膜装置を例として説明する。

成膜装置１１０は、真空チャンバー１０、搬送機構３、成膜部１４を備えている。

真空チャンバー１０は、成膜対象物１１を収納し成膜処理を行う。真空チャンバー１０は、成膜材料Ｍａの膜が形成される成膜対象物１１を搬送するための搬送室１０ａと、成膜材料Ｍａを拡散させる成膜室１０ｂと、プラズマガン７からビーム状に照射されるプラズマＰを真空チャンバー１０に受け入れるプラズマ口１０ｃとを有している。搬送室１０ａ、成膜室１０ｂ、及びプラズマ口１０ｃは互いに連通している。搬送室１０ａは、所定の搬送方向（図中の矢印Ａ）に（Ｙ軸に）沿って設定されている。また、真空チャンバー１０は、導電性の材料からなり接地電位に接続されている。

成膜室１０ｂは、壁部１０Ｗとして、搬送方向（矢印Ａ）に沿った一対の側壁と、搬送方向（矢印Ａ）と交差する方向（Ｚ軸方向）に沿った一対の側壁１０ｈ，１０ｉと、Ｘ軸方向と交差して配置された底面壁１０ｊと、を有する。

搬送機構３は、成膜材料Ｍａと対向した状態で成膜対象物１１を保持する成膜対象物保持部材１６を搬送方向（矢印Ａ）に搬送する。例えば成膜対象物保持部材１６は、成膜対象物１１の外周縁を保持するトレイである。搬送機構３は、搬送室１０ａ内に設置された複数の搬送ローラ１５によって構成されている。搬送ローラ１５は、搬送方向（矢印Ａ）に沿って等間隔に配置され、成膜対象物保持部材１６を支持しつつ搬送方向（矢印Ａ）に搬送する。なお、成膜対象物１１は、例えばガラス基板やプラスチック基板などの板状部材が用いられる。

続いて、成膜部１４の構成について詳細に説明する。成膜部１４は、イオンプレーティング法により成膜材料Ｍａの粒子を成膜対象物１１に付着させる。成膜部１４は、プラズマガン（第１のプラズマガン）７と、ステアリングコイル５と、ハース機構２と、輪ハース６と、制御部５０と、回路部３４と、を有している。

プラズマガン７は、例えば圧力勾配型のプラズマガンである。プラズマガン７は、アーク放電によってプラズマを生成する。プラズマガン７の本体部分は、成膜室１０ｂの側壁に設けられたプラズマ口１０ｃを介して成膜室１０ｂに接続されている。プラズマガン７は、真空チャンバー１０内でプラズマＰを生成する。プラズマガン７において生成されたプラズマＰは、プラズマ口１０ｃから成膜室１０ｂ内へビーム状に出射される。これにより、成膜室１０ｂ内にプラズマＰが生成される。

プラズマガン７は、陰極６０により一端が閉塞されている。陰極６０とプラズマ口１０ｃとの間には、第１の中間電極（グリッド）６１と、第２の中間電極（グリッド）６２とが同心的に配置されている。第１の中間電極６１内にはプラズマＰを収束するための環状永久磁石６１ａが内蔵されている。第２の中間電極６２内にもプラズマＰを収束するため電磁石コイル６２ａが内蔵されている。

ステアリングコイル５は、プラズマガン７が装着されたプラズマ口１０ｃの周囲に設けられている。ステアリングコイル５は、プラズマＰを成膜室１０ｂ内に導く。ステアリングコイル５は、ステアリングコイル用の電源（不図示）により励磁される。

ハース機構２は、成膜材料Ｍａを保持する。ハース機構２は、真空チャンバー１０の成膜室１０ｂ内に設けられ、搬送機構３から見てＸ軸方向の負方向に配置されている。ハース機構２は、プラズマガン７から出射されたプラズマＰを成膜材料Ｍａに導く主陽極又はプラズマガン７から出射されたプラズマＰが導かれる主陽極である主ハース１７を有している。

主ハース１７は、成膜材料Ｍａが充填されたＸ軸方向の正方向に延びた筒状の充填部１７ａと、充填部１７ａから突出したフランジ部１７ｂとを有している。主ハース１７は、真空チャンバー１０が有する接地電位に対して正電位に保たれている。また、プラズマＰは負電位である。従って、主ハース１７は、プラズマＰを吸引する。このプラズマＰが入射する主ハース１７の充填部１７ａには、成膜材料Ｍａを充填するための貫通孔１７ｃが形成されている。そして、成膜材料Ｍａの先端部分が、この貫通孔１７ｃの一端において成膜室１０ｂに露出している。

成膜材料Ｍａには、導電材料や、絶縁材料が例示される。成膜材料Ｍａが絶縁性物質からなる場合、主ハース１７にプラズマＰが照射されると、プラズマＰからの電流によって主ハース１７が加熱され、成膜材料Ｍａの先端部分が蒸発又は昇華し、プラズマＰによりイオン化された成膜材料粒子（蒸発粒子）Ｍｂが成膜室１０ｂ内に拡散する。また、成膜材料Ｍａが導電性物質からなる場合、主ハース１７にプラズマＰが照射されると、プラズマＰが成膜材料Ｍａに直接入射し、成膜材料Ｍａの先端部分が加熱されて蒸発又は昇華し、プラズマＰによりイオン化された成膜材料粒子Ｍｂが成膜室１０ｂ内に拡散する。成膜室１０ｂ内に拡散した成膜材料粒子Ｍｂは、成膜室１０ｂのＸ軸正方向へ移動し、搬送室１０ａ内において成膜対象物１１の表面に付着する。なお、成膜材料Ｍａは、所定長さの円柱形状に成形された固体物であり、一度に複数の成膜材料Ｍａがハース機構２に充填される。そして、最先端側の成膜材料Ｍａの先端部分が主ハース１７の上端との所定の位置関係を保つように、成膜材料Ｍａの消費に応じて、成膜材料Ｍａがハース機構２のＸ負方向側から順次押し出される。成膜材料Ｍａは、用途に応じて適宜変更してよいが、例えば、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＩＷＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、Ｃｕなどの導電材料や、ＳｉＯＮ、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２などの絶縁材料が例示される。

輪ハース６は、プラズマＰを誘導するための電磁石を有する補助陽極である。輪ハース６は、成膜材料Ｍａを保持する主ハース１７の充填部１７ａの周囲に配置されている。輪ハース６は、環状のコイル９と環状の永久磁石部２０と環状の容器１２とを有し、コイル９及び永久磁石部２０は容器１２に収容されている。本実施形態では、搬送機構３から見てＸ負方向にコイル９、永久磁石部２０の順に設置されているが、Ｘ負方向に永久磁石部２０、コイル９の順に設置されていてもよい。輪ハース６は、コイル９に流れる電流の大きさに応じて、成膜材料Ｍａに入射するプラズマＰの向き、または、主ハース１７に入射するプラズマＰの向きを制御する。

制御部５０は、真空チャンバー１０の外部に配置されている。制御部５０は、回路部３４が有する切替部を切り替える切替制御部として機能する。この制御部５０による切替部の切り替えについては、以下、回路部３４の説明と併せて詳述する。

回路部３４は、可変電源８０と、第１の配線７１と、第２の配線７２と、抵抗器Ｒ１〜Ｒ４と、短絡スイッチＳＷ１，ＳＷ２と、を有している。

可変電源８０は、接地電位にある真空チャンバー１０を挟んで、負電圧をプラズマガン７の陰極６０に、正電圧をハース機構２の主ハース１７に印加する。これにより、可変電源８０は、プラズマガン７の陰極６０とハース機構２の主ハース１７との間に電位差を発生させる。

第１の配線７１は、プラズマガン７の陰極６０を、可変電源８０の負電位側と電気的に接続している。第２の配線７２は、ハース機構２の主ハース１７（陽極）を、可変電源８０の正電位側と電気的に接続している。

抵抗器Ｒ１は、一端がプラズマガン７の第１の中間電極６１と電気的に接続されていると共に、他端が第２の配線７２を介して可変電源８０と電気的に接続されている。すなわち、抵抗器Ｒ１は、第１の中間電極６１と可変電源８０との間において直列接続されている。

抵抗器Ｒ２は、一端がプラズマガン７の第２の中間電極６２と電気的に接続されていると共に、他端が第２の配線７２を介して可変電源８０と電気的に接続されている。すなわち、抵抗器Ｒ２は、第２の中間電極６２と可変電源８０との間において直列接続されている。

抵抗器Ｒ３は、一端が成膜室１０ｂの壁部１０Ｗと電気的に接続されていると共に、他端が第２の配線７２を介して可変電源８０と電気的に接続されている。すなわち、抵抗器Ｒ３は、成膜室１０ｂの壁部１０Ｗと可変電源８０との間において直列接続されている。

抵抗器Ｒ４は、一端が輪ハース６と電気的に接続されていると共に、他端が第２の配線７２を介して可変電源８０と電気的に接続されている。すなわち、抵抗器Ｒ４は、輪ハース６と可変電源８０との間において直列接続されている。

短絡スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、それぞれ前述の制御部５０からの指令信号を受信することにより、ＯＮ／ＯＦＦ状態に切り替えられる切替部である。

短絡スイッチＳＷ１は、抵抗器Ｒ２に並列接続されている。短絡スイッチＳＷ１は、短絡スイッチＳＷ１は、プラズマＰを生成して成膜材料Ｍａへ照射するときはＯＦＦ状態とされる。これにより、成膜処理モードにおいては、第２の中間電極６２と可変電源８０とが抵抗器Ｒ２を介して互いに電気的に接続されるので、第２の中間電極６２と可変電源８０との間には電流が流れにくい。その結果、プラズマガン７からのプラズマＰが真空チャンバー１０内に出射され、成膜材料Ｍａに入射する（図２参照）。制御部５０は、プラズマガン７からのプラズマＰを真空チャンバー１０内に出射することを中断する際に、短絡スイッチＳＷ１をＯＮとする。なお、成膜装置１１０では、短絡スイッチＳＷ１は省略されてよい。また、プラズマガン７からのプラズマＰを真空チャンバー１０内に出射する場合、第２の中間電極６２への電流を流れにくくする事に代えて、第１の中間電極６１への電流を流れにくくしてもよい。この場合、短絡スイッチＳＷ１は、第２の中間電極６２側に代えて、第１の中間電極６１側に接続される。

短絡スイッチＳＷ２は、抵抗器Ｒ４に並列接続されている。短絡スイッチＳＷ２は、例えば成膜処理モードになる前の成膜対象物１１の搬送前の状態であるスタンバイモードであるか成膜処理モードであるかに応じて、制御部５０によってＯＮ／ＯＦＦ状態が切り替えられる。短絡スイッチＳＷ２は、スタンバイモードではＯＮ状態とされる。これにより、輪ハース６と可変電源８０との間の電気的な接続が短絡するので、主ハース１７よりも輪ハース６に電流を流しやすくなり、成膜材料Ｍａの無駄な消費を防ぐことができる。

一方、短絡スイッチＳＷ２は、成膜処理モードではＯＦＦ状態とされる。これにより、輪ハース６と可変電源８０が抵抗器Ｒ４を介して電気的に接続されるので、輪ハース６よりも主ハース１７に電流を流しやすくなり、プラズマＰの出射方向を好適に成膜材料Ｍａに向けることができる。

次に、図３を参照して、イオン照射装置１２０の構成について詳細に説明する。図３は、イオン照射装置１２０の構成を示す概略断面図である。なお、説明の便宜上、図３には、図２と同趣旨のＸＹＺ座標系を示す。イオン照射装置１２０は、成膜装置１１０と同様に、成膜対象物１１の板厚方向がＸ軸方向となるように、成膜対象物１１を配置させた状態で、成膜対象物１１が真空チャンバー１０内に配置されて搬送される。

イオン照射装置１２０は、成膜対象物１１の板厚方向が鉛直方向となるように、成膜対象物１１を配置させた状態で搬送されるものとする。ただし、成膜対象物１１の板厚方向が水平方向となるように、成膜対象物１１が搬送されてもよい。

イオン照射装置１２０は、真空チャンバー１０、搬送機構３、負イオン照射部２４、及び磁場発生コイル３０を備えている。

イオン照射装置１２０の真空チャンバー１０は、成膜装置１１０の真空チャンバー１０と同趣旨の構成を有するため、説明を省略する。イオン照射装置１２０の搬送機構３は、成膜装置１１０の搬送機構３と同趣旨の構成を有するため、説明を省略する。なお、イオン照射装置１２０の搬送機構３で搬送される成膜対象物１１には、成膜装置１１０で成膜された成膜材料Ｍａの膜１８が形成されている。また、第２の中継装置１０３にて、成膜対象物１１に対してマスク１９がセットされ（図３参照）、成膜対象物１１は、当該状態にてイオン照射ライン１０４へ搬送される。従って、イオン照射装置１２０の成膜対象物保持部材１６には、成膜対象物１１との間にマスク１９が配置されている。マスク１９は、負イオンによって成膜対象物１１の膜１８に対してパターニングを行うための部材である。マスク１９には、負イオンを照射する膜１８の形状、位置、大きさに対応して貫通部が形成される。

続いて、負イオン照射部２４の構成について詳細に説明する。負イオン照射部２４は、プラズマガン（第２のプラズマガン）１０７と、電極８２と、原料ガス供給部４０と、制御部１５０と、回路部１４４と、を有している。負イオン照射部２４は、負イオンを生成する。また、負イオン照射部２４は、生成した負イオンＭＩを成膜対象物１１の膜１８に照射する（図５（ｂ）参照）。負イオンとして、酸素の負イオンが挙げられる。その他、負イオンとして、窒化物の負イオン、炭化物の負イオン、炭素の負イオン等が挙げられる。

プラズマガン１０７は、前述の成膜装置１１０が有するプラズマガン７と同様のものが用いられる。負イオン照射部２４のプラズマガン１０７は、成膜室１０ｂ内において間欠的にプラズマＰを生成する。具体的には、プラズマガン１０７は、後述の制御部１５０によって成膜室１０ｂ内において間欠的にプラズマＰを生成するように制御されている。この制御については、後述の制御部１５０の説明において詳述する。

電極８２は、プラズマガン１０７と対向する位置に設けられている。すなわち、電極８２は、真空チャンバー１０の側壁１０ｉ側の位置であり、且つ、プラズマ口１０ｃと対向する位置に設けられている。これにより、プラズマガン１０７は、電極８２に向けてプラズマを出射する。電極８２は、可変電源８０の正側に接続されている。

原料ガス供給部４０は、真空チャンバー１０の外部に配置されている。原料ガス供給部４０は、成膜室１０ｂの側壁（例えば、側壁１０ｈ）に設けられた原料ガス供給口４１を通し、真空チャンバー１０内へ負イオンの原料ガスを供給する。原料ガスは、生成する負イオンに対応するものが適用されるが、酸素の負イオンを生成する場合は酸素ガスが適用される。その他、窒化物の負イオンを生成する場合には、ＮＨ_３ガス、ＮＨ_２ガス等が、炭化物又は炭素の負イオンを生成する場合には、Ｃ_２Ｈ_２ガス、Ｃ_２Ｈ_４ガス、Ｃ_３Ｈ_６ガス、ＣＨ_４ガス等が用いられる。なお、原料ガス供給口４１の位置は特に限定されない。図３では、原料ガス供給口４１は、プラズマガン１０７よりも底面壁１０ｊ側に設けられている。

制御部１５０は、真空チャンバー１０の外部に配置されている。制御部１５０は、回路部３４が有する切替部を切り替える切替制御部として機能する。この制御部１５０による切替部の切り替えについては、以下、回路部１４４の説明と併せて詳述する。また、制御部１５０は、原料ガス供給部４０を制御する原料ガス供給制御部として機能する。また、制御部１５０は、磁場発生コイル３０による磁場の発生を制御するコイル制御部として機能する。なお、制御部１５０は、成膜装置１１０の制御部５０が兼用されてもよい。

回路部１４４は、可変電源８０と、第１の配線７１と、第２の配線７２と、抵抗器Ｒ１〜Ｒ３と、短絡スイッチＳＷ１と、を有している。回路部１４４は、主ハース１７及び輪ハース６に対して設けられる配線、抵抗器Ｒ４、及び短絡スイッチＳＷ２が省略されている点以外、成膜装置１１０の回路部３４と同趣旨の構造を有する。

負イオン照射部２４では、短絡スイッチＳＷ１は、プラズマガン１０７からのプラズマＰを真空チャンバー１０内で間欠的に生成するため、制御部１５０によってＯＮ／ＯＦＦ状態が所定間隔で切り替えられる。短絡スイッチＳＷ１がＯＮ状態に切り替えられると、第２の中間電極６２と可変電源８０との間の電気的な接続が短絡するので、第２の中間電極６２と可変電源８０との間に電流が流れる。すなわち、プラズマガン１０７に短絡電流が流れる。その結果、プラズマガン１０７からのプラズマＰが真空チャンバー１０内に出射されなくなる。

短絡スイッチＳＷ１がＯＦＦ状態に切り替えられると、第２の中間電極６２と可変電源８０とが抵抗器Ｒ２を介して互いに電気的に接続されるので、第２の中間電極６２と可変電源８０との間には電流が流れにくい。その結果、プラズマガン１０７からのプラズマＰが真空チャンバー１０内に出射される。そして、電極８２は可変電源８０の正側に接続されているため、正電位となる。また、プラズマＰは負電位である。従って、プラズマＰが電極８２に導かれる。このように、短絡スイッチＳＷ１のＯＮ／ＯＦＦ状態が制御部１５０によって所定間隔で切り替えられることにより、プラズマガン１０７からのプラズマＰが真空チャンバー１０内において間欠的に生成される。すなわち、短絡スイッチＳＷ１は、真空チャンバー１０内へのプラズマＰの供給と遮断とを切り替える切替部である。

なお、本実施形態では、プラズマガン１０７と電極８２とが対向する方向は、成膜対象物１１の搬送方向Ａと同じ方向となっている。従って、プラズマＰの照射方向は、成膜対象物１１の搬送方向Ａと略平行となる。ただし、プラズマＰの照射方向は特に限定されず、例えば、プラズマＰの照射方向が搬送方向Ａと略垂直、または交差してもよい。また、プラズマガン１０７の本数も特に限定されず、一つのイオン照射装置１２０が複数本のプラズマガン１０７を有していてもよい。その場合、全てのプラズマガン１０７が同じ方向にプラズマを出射しなくともよく、一のプラズマガン１０７と他のプラズマガン１０７が側壁１０ｈと側壁１０ｉとの間で互い違いになるように配置されてよい。

磁場発生コイル３０は、真空チャンバー１０内であって、成膜室１０ｂと搬送室１０ａとの間に設けられている。磁場発生コイル３０は、例えばプラズマガン１０７と搬送機構３との間に配置されている。より具体的には、磁場発生コイル３０は、成膜室１０ｂの搬送室１０ａ側の端部と、搬送室１０ａの成膜室１０ｂ側の端部とに介在するように位置している。磁場発生コイル３０は、互いに対向する一対のコイル３０ａ，３０ｂを有している。各コイル３０ａ，３０ｂは、例えば成膜室１０ｂから搬送室１０ａへ向かう方向（ハース機構２から搬送機構３へ向かう方向）に交差する方向で互いに対向している。

磁場発生コイル３０は、負イオン照射モードにおいて磁場発生コイル３０用の電源（不図示）により励磁される。磁場発生コイル３０は、負イオン照射モードにおいて励磁されることにより、成膜室１０ｂから搬送室１０ａへ向かう方向（ハース機構２から搬送機構３へ向かう方向）と交差する方向に伸びる磁力線を有する封止磁場Ｍを真空チャンバー１０内に形成する（図３参照）。磁場発生コイル３０は、このような封止磁場Ｍを発生させることにより、成膜室１０ｂ内の電子及び低電子温度のイオンが搬送室１０ａ内へ流入するのを抑制する。封止磁場Ｍが有する磁力線は、例えば成膜対象物１１の搬送方向（矢印Ａ）に略平行な方向に伸びる部分を有していてもよい。なお、磁場発生コイル３０用の電源のＯＮ／ＯＦＦ状態の切り替えは、制御部１５０によって制御されてよい。

次に、図４を参照して、成膜・イオン照射システム１００における処理方法について詳細に説明する。図４は、本実施形態に係る成膜・イオン照射方法を示すフローチャートである。また、ここでは、図５に示すような成膜対象物１１に対して成膜、及びイオン照射を行う場合を例にして説明を行う。図５では、成膜・イオン照射システム１００による製造の対象物として、バックコンタクト型太陽電池が例示されている。図４に示すフローチャートが実行される前段階において、図５に示す成膜対象物１１が準備される。なお、成膜・イオン照射システム１００による製造の対象物は、太陽電池に限定されない（他の例の詳細については、図６などを参照して後述する）。

図５に示すように、成膜対象物１１は、ｎ型単結晶シリコン基板である半導体基板１３１を有する。半導体基板１３１の第１の面１３１ａ（受光面）には、凹凸形状が形成されている。また、第１の面１３１ａには、誘電体膜１３６が設けられている。半導体基板１３１の第１の面１３１ａと反対側の第２の面１３１ｂ（裏面）には、第２の面１３１ｂに接するように、第１のｉ型非晶質半導体膜１３２、及び第２のｉ型非晶質半導体膜１３４とが設けられている。なお、半導体基板１３１としてｎ型のものを例示しているが、ｐ型のものを用いてもよい。

第１のｉ型非晶質半導体膜１３２上には、第１のｉ型非晶質半導体膜１３２に接するｐ型非晶質シリコン膜である第１導電型非晶質半導体膜１３３が設けられている。また、第２のｉ型非晶質半導体膜１３４上には、第２のｉ型非晶質半導体膜１３４に接するｎ型非晶質シリコン膜である第２導電型非晶質半導体膜１３５が設けられている。

第２のｉ型非晶質半導体膜１３４と第２導電型非晶質半導体膜１３５とによって、積層体１３８が構成される。また、第１のｉ型非晶質半導体膜１３２と第１導電型非晶質半導体膜１３３とによって積層体１３７が構成される。積層体１３８の端部は、積層体１３７の端部を覆っている。そのため、第１導電型非晶質半導体膜１３３と第２導電型非晶質半導体膜１３５との間には第２のｉ型非晶質半導体膜１３４の端部が位置している。第２のｉ型非晶質半導体膜１３４の端部は、第１導電型非晶質半導体膜１３３および第２導電型非晶質半導体膜１３５の両方と接している。これにより、第１導電型非晶質半導体膜１３３と第２導電型非晶質半導体膜１３５とは第２のｉ型非晶質半導体膜１３４によって分離されている。

本実施形態では、このような成膜対象物１１に対して、積層体１３７，１３８全体を覆う膜１８として、ＴＣＯの透明導電膜１３０が成膜される。この透明導電膜１３０は、後述の成膜工程において、成膜装置１１０にて形成される。また、透明導電膜１３０のうち、積層体１３７と積層体１３８とが重なる部分に負イオンＭＩが照射されることにより、高抵抗１３９のパターニング部２１が形成される。このパターニング部２１は、後述のイオン照射工程において、イオン照射装置１２０にて形成される。

次に、成膜・イオン照射の処理手順について、図４を参照して説明する。図４に示すように、まず、前述の成膜対象物１１は、成膜・イオン照射システム１００の成膜装置１１０内に搬送される。そして、成膜装置１１０にて、成膜対象物１１に成膜材料Ｍａの膜１８、すなわち透明導電膜１３０（図５（ｂ）参照）を形成する（Ｓ１：成膜工程）。このとき、成膜装置１１０の制御部５０によって短絡スイッチＳＷ１がＯＦＦ状態とされている。また、ステアリングコイル５が励磁されている。これにより、プラズマガン７によって成膜室１０ｂ内でプラズマＰが生成され、当該プラズマＰが主ハース１７に照射される（図２参照）。その結果、主ハース１７における成膜材料ＭａがプラズマＰによりイオン化されて成膜材料粒子Ｍｂとなり、成膜室１０ｂ内に拡散し、搬送室１０ａ内の成膜対象物１１の表面に付着する。このようにして、成膜対象物１１に成膜材料Ｍａの膜１８が形成され、成膜工程Ｓ１が終了する。

続いて、成膜対象物１１は、成膜装置１１０からイオン照射装置１２０へ搬送される。なお、このとき、第２の中継装置１０３にて、成膜対象物１１に対してマスク１９がセットされる（図３参照）。イオン照射装置１２０では、成膜工程Ｓ１で形成された膜１８に、プラズマを用いて生成した負イオンを照射する（Ｓ２：イオン照射工程）。以下、イオン照射工程Ｓ２について具体的に説明する。まず、原料ガス供給部４０によって、成膜室１０ｂ内に原料ガスが供給される（Ｓ２１：原料ガス供給工程）。

続いて、イオン照射装置１２０の制御部１５０によって、プラズマガン１０７からのプラズマＰを成膜室１０ｂ内で間欠的に生成するようにプラズマガン１０７が制御される（Ｓ２２：プラズマ生成工程）。例えば、制御部１５０によって、短絡スイッチＳＷ１のＯＮ／ＯＦＦ状態が所定間隔で切り替えられることにより、プラズマガン１０７からのプラズマＰが成膜室１０ｂ内で間欠的に生成される。

短絡スイッチＳＷ１がＯＮ状態とされているときは、プラズマガン１０７からのプラズマＰが成膜室１０ｂ内に出射されないので成膜室１０ｂ内におけるプラズマＰの電子温度が急激に低下する。このため、前述の原料ガス供給工程Ｓ２１において成膜室１０ｂ内に供給された原料ガスの粒子に、プラズマＰの電子が付着し易くなる。これにより、成膜室１０ｂ内には、負イオンが効率的に生成される。

続いて、制御部１５０によって、真空チャンバー１０内に封止磁場Ｍが形成される（Ｓ２３：封止磁場形成工程）。例えば、磁場発生コイル３０が励磁されることにより、真空チャンバー１０内で成膜室１０ｂと搬送室１０ａとの間に介在するように封止磁場Ｍが形成される（図３参照）。封止磁場Ｍは、成膜室１０ｂから搬送室１０ａへ向かう方向（ハース機構２から搬送機構３へ向かう方向）に交差する方向に伸びる磁力線を有している。なお、封止電場形成工程Ｓ２３は省略されてもよい。この場合、プラズマＰの生成を止めた後、所定時間（例えば２ｍｓｅｃ）経過した後に、成膜対象物１１にバイアス電圧をかけて成膜対象物１１に負イオンを照射する。このようにプラズマＰを止めてから所定時間が経過することで電子の多くが消失するため、電子の流入を抑制しつつ負イオンを成膜対象物１１に照射することが可能となる。

前述のプラズマ生成工程Ｓ２２において生成された成膜室１０ｂ内におけるプラズマＰの電子は、封止磁場形成工程Ｓ２３において形成された封止磁場Ｍの磁力線に阻害され、搬送室１０ａへの流入が抑制される。これにより、成膜室１０ｂ内の原料ガスの粒子に、プラズマＰの電子が付着し易くなり、より効率的に負イオンを生成することができる。

そして、プラズマ生成工程Ｓ２２において生成された負イオンが成膜室１０ｂのＸ軸正方向へ移動し、搬送室１０ａ内において、成膜処理によって成膜対象物１１に形成された膜１８の表面に付着する。このとき、成膜対象物１１の膜１８のうち、マスク１９で覆われた部分には負イオンＭＩは照射されず、マスク１９の貫通部１９ａから露出した部分のみに負イオンＭＩが照射される（図５（ｂ）参照）。なお、成膜対象物１１に正のバイアス電圧をかけることによって、より積極的に負イオンを成膜対象物１１に形成された膜の表面に付着させてもよい。以上のようにして、イオン照射工程Ｓ２が終了すると、図４に示す成膜方法が終了する。

次に、本実施形態に係る成膜・イオン照射システム１００、及び成膜・イオン照射方法の作用・効果について説明する。

成膜・イオン照射システム１００は、成膜装置１１０の下流側にイオン照射装置１２０を備えている。イオン照射装置１２０は、成膜材料の膜１８にプラズマガン１０７のプラズマによって生成した負イオンを照射することで、成膜材料の膜１８に対してパターニングを行う。イオン照射装置１２０は、プラズマガン１０７を用いるため、低エネルギーの負イオンを生成することができる。このような低エネルギーの負イオンを成膜材料の膜１８に照射することで、パターニングの際の膜１８に対するダメージを低減することができる。以上より、イオン照射後の膜の品質を向上できる。

例えば、陽イオンは数十ｋＶ程度のエネルギーを有するのに比して、実施形態に係るイオン照射装置１２０で生成される負イオンは数十Ｖ程度の低いエネルギーを有する。よって、低いエネルギーに係る負イオンを照射することで、陽イオンを照射する場合に比して、成膜対象物に対するダメージを低減できる。

また、本実施形態に係る成膜・イオン照射システム１００において、イオン照射装置１２０は、成膜装置１１０と同様にプラズマガン１０７を用いて負イオンを生成している。このように、イオン照射装置１２０は、成膜装置１１０が成膜を行う手段と同様の手段で負イオンを生成できるため、イオン照射装置１２０の装置構成は、成膜装置１１０の装置構成と類似したものとすることができる。従って、イオン照射装置１２０の装置としての信頼性は、既存のイオンプレーティング法による成膜装置１１０と同程度のものとして取り扱うことができる。また、導入時においても、イオン照射装置１２０の導入に係る負荷を低減することができる。

また、太陽電池やタッチパネルのパターニング方法の比較例として、エッチング法（ドライ又はウェット）、スクライブ法などの方法が挙げられる。エッチング法はレジスト膜形成、エッチング工程、及びレジスト除去工程など、工程が多くコストがかかる。スクライブ法は、膜を削り取る事によってパターニングを行う方法であるため、膜に対してダメージが付与される。これらに対し、本実施形態のイオン照射装置１２０を用いることで、容易に、且つ少ないダメージでパターニングを行うことができる。

また、成膜・イオン照射システム１００において、イオン照射装置１２０は、プラズマガン１０７と対向する位置に設けられた電極８２を備え、プラズマガン１０７は、電極８２に向けてプラズマを出射している。この場合、例えばイオンプレーティング法による成膜装置１１０のように、プラズマを曲げる必要が無い。従って、装置の構成をシンプルにすることができ、且つ、プラズマの分布を均一にし易くなる。

本実施形態に係る成膜・イオン照射方法は、プラズマガン７のプラズマによって飛散させた成膜材料を成膜対象物１１に付着させて成膜材料の膜１８を形成する成膜工程と、成膜工程の後、成膜工程で形成された成膜材料の膜１８に、プラズマガン１０７のプラズマによって生成した負イオンを照射するイオン照射工程と、を備える。イオン照射工程では、負イオンを照射して成膜材料の膜１８に対してパターニングを行う。

本実施形態に係る成膜・イオン照射方法によれば、上述の成膜・イオン照射システム１００と同様の作用・効果を得ることができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、成膜・イオン照射システム１００によって製造される対象物は、上述の実施形態における図５に示すような太陽電池に限定されない。例えば、成膜・イオン照射システム１００によって製造される対象物として、図６に示すようなタッチパネルが採用されてもよい。図６に示すタッチパネルでは、成膜対象物１１としての基板上に、成膜材料の膜１８として導電部１４０Ａが形成され、且つ、パターニング部２１として絶縁部１４０Ｂが形成されている。導電部１４０Ａは、矩形状の部分が、所定間隔で配列されている。絶縁部１４０Ｂは、導電部１４０Ａ以外の領域に形成されている。

更に、成膜・イオン照射システム１００によって製造される対象物として、ＬＥＤ、ＦＥＴ、タッチパネルなどが採用されてもよい。これらの製造の対象物に応じて、成膜材料が適宜選択される。また、製造の対象物に応じて、照射される負イオンの種類やパターニングの位置、形状、大きさ等が選択される。

７，１０７…プラズマガン、５０，１５０…制御部、８２…電極、１００…成膜・イオン照射システム、１１０…成膜装置、１２０…イオン照射装置。

Claims

第１のプラズマガンを備え、当該第１のプラズマガンのプラズマによって飛散させた成膜材料を成膜対象物に付着させて前記成膜材料の膜を形成する成膜装置と、
前記成膜装置の下流側に配置され、第２のプラズマガンを備え、前記成膜材料の膜に前記第２のプラズマガンのプラズマによって生成した負イオンを照射するイオン照射装置と、を備え、
前記イオン照射装置は、前記負イオンを照射して前記成膜材料の膜に対してパターニングを行う、成膜・イオン照射システム。
前記イオン照射装置は、前記第２のプラズマガンと対向する位置に設けられた電極を備え、
前記第２のプラズマガンは、前記電極に向けてプラズマを出射する、請求項１に記載の成膜・イオン照射システム。
第１のプラズマガンのプラズマによって飛散させた成膜材料を成膜対象物に付着させて前記成膜材料の膜を形成する成膜工程と、
前記成膜工程の後、前記成膜工程で形成された前記成膜材料の膜に、第２のプラズマガンのプラズマによって生成した負イオンを照射するイオン照射工程と、を備え、
前記イオン照射工程では、前記負イオンを照射して前記成膜材料の膜に対してパターニングを行う、成膜・イオン照射方法。