JP2771363B2 - 機能性堆積膜の連続的製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大面積の機能性膜の連
続的製造装置に係わり、特に光起電力素子等の積層薄膜
素子に用いる薄膜を帯状基体上に連続的に形成する装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、基板上に光起電力素子等に用いる
機能性堆積膜を連続的に形成する方法として、各々の半
導体層形成用の独立した成膜室を設け、該成膜室にて各
々の半導体層の形成を行なう方法が提案されている。

【０００３】米国特許第４，４００，４０９号明細書に
は、ロール・ツー・ロール（Ｒｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌ
ｌ）方式を採用した連続プラズマＣＶＤ法が開示されて
いる。この方法によれば、複数のグロー放電領域におい
て必要とされる導電型の半導体層を堆積形成しつつ、基
板をその長手方向に連続的に搬送せしめることによっ
て、半導体接合を有する素子を連続形成することができ
るとされている。

【０００４】該方法において、各半導体層形成時に用い
るドーパントガスが他のグロー放電領域へ拡散、混入す
るのを防止するために、ガスゲートを設けている。

【０００５】具体的には、前記各グロー放電領域をスリ
ット状の分離通路によって分離し、さらに該分離通路に
例えば、Ａｒ、Ｈ₂ 等の分離用ガスの流れを形成させ
る。または、分離通路に排気手段を設けて隣り合う成膜
室から流れ込むガスを排気する手段が採用されている。
しかしながら、各成膜空間の圧力差が大きな場合には、
ガスゲートでのガス分離能力が低下し成膜ガスの混入が
生じやすくなるばかりでなく、圧力そのものを維持する
ことが不可能な場合があった。したがって、従来は隣り
合う成膜室の圧力をあわせて圧力差を生じないようにし
たり、ドーピング層成膜室の圧力を低く設定する方法が
とられたり、また、分離用ガスの流量を増加するなどと
いった方法がとられていた。さらには、自重で垂れ下が
る帯状基板の形状に合わせて成膜室を配置し、ガスゲー
ト部分での帯状基板の浮きやがたつきを抑え、スリット
を狭く長くしてコンダクタンスを下げるなどして対応し
ていた。

【０００６】一方、マイクロ波を用いたプラズマプロセ
スが近年注目されている。マイクロ波は、従来のＲＦ
（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を用いた場合に比
較して周波数が高いために、エネルギー密度を高めるこ
とが可能であり、プラズマを効率よく発生させ、持続さ
せることに適している。

【０００７】例えば、米国特許第４，５１７，２２３号
明細書及び同第４，５０４，５１８号明細書には、低圧
下でのマイクロ波グロー放電プラズマ内で小面積の基板
上に薄膜を堆積形成させる方法が開示されているが、マ
イクロ波によれば、ＲＦに比較して低圧下での放電が可
能で膜特性の低下の原因となる活性種のポリマリゼイシ
ョンを防ぎ、高品質の堆積膜が得られるばかりでなく、
プラズマ中でのポリシラン等の粉末の発生を押え、か
つ、堆積速度の飛躍的向上が図れるとされている。

【０００８】ところが、このマイクロ波プロセスを前記
ロール・ツー・ロール法の中に組み入れようとすると、
膜堆積に適した圧力範囲が異なるために、マイクロ波プ
ロセスを行なう成膜室とＲＦプラズマプロセスを行なう
成膜室とでは、一桁以上の圧力差を生じる。

【０００９】真空差圧シール装置としてはラビリンスシ
ール（ｌａｂｙｒｉｎｔｈ ｓｅａｌ）が一般に良く知
られている。ラビリンスシールは一般に絞り口と膨張室
とが連続した通路からなっており、絞り口直後の膨張に
よる増速分のエネルギーが膨張室内で熱エネルギーに変
換され、次段絞り口直前で近寄り速度が０になる（日本
機械学会編“機械工光便覧”Ａ５編ラビリンスシール通
路の流れ説明参照）原理を用いたものである。したがっ
て、ＲＦプラズマプロセスを行なう成膜室とマイクロ波
プラズマプロセスを行なう成膜室を前記ロール・ツー・
ロール法の中に組み入れる場合のように一桁以上の圧力
差が生じる際の差圧シール機構、すなわちそれぞれの成
膜室の圧力を維持する機構として前記ラビリンスシール
を用いることは有効的である。しかしながら、実際は、
隙間での流速は０とはならず、したがって圧力の高い成
膜室側から圧力の低い成膜室側に漏れが存在し、圧力の
低い成膜室の成膜に悪影響を及ぼすことがあった。

【００１０】一方、ガスゲートでガスの混入を防ぐに
は、ガスゲートのスリット部分のコンダクタンスを下げ
ればよく、スリット部分のコンダクタンスはスリット部
分の長さとスリット高さの逆数の自乗に比例して下が
る。スリット高さを狭めてコンダクタンスを下げようと
する場合、帯状基板を搬送する際、どうしても帯状基板
が、振動したり、波打ったりする。そのため、帯状基板
の膜堆積面をゲートの壁面に接触させずに搬送するには
スリット高さが、約３ｍｍ以上は必要であり、従ってス
リット高さを狭くすることには限界がある。

【００１１】また、スリット部分を長くしてコンダクタ
ンスを下げようとする場合、長さの一乗に比例してしか
コンダクタンスは下がらないので、ガスゲートが非常に
長くなり、装置が長大化してしまう。

【００１２】コンダクタンスを下げる以外にガスの混入
・拡散を防止する方法としては、スリット部分から成膜
室に流す分離用ガスの流量を増やす、あるいは成膜室か
らスリット部分に流入するガスを排気する量を増やす方
法が考えられるが、マイクロ波プラズマ法に適した低い
圧力を維持するために、巨大な排気装置が必要になり、
装置の巨大化と装置への投資額の増加を招くことにな
る。

【００１３】また、真空蒸着法、スパッタリング法等の
低圧で、膜堆積を行なうプロセスを一連のロール・ツー
・ロール方式の装置に組み入れようとする場合にも、マ
イクロ波プラズマ法を組み入れようとする場合と同様の
問題が生じる。

【００１４】例えば、太陽電池の製造で帯状基板上に背
面電極用の金属膜を真空蒸着法で形成するプロセスや光
入射側の電極の透明導電膜をスパッタリング法で形成す
るプロセスなどの１０^-6〜１０^-5Torrの低圧で行なうプ
ロセスとＲＦプラズマＣＶＤプロセスなど１０^-1〜１０
Torrで行なうプロセスとを、一連のロール・ツー・ロー
ル法に組み入れようとすると、従来の方法ではガスゲー
トからのガス流入量が多くなり過ぎ、通常の排気ポンプ
では、真空蒸着やスパッタリングを行なうための低圧に
まで成膜室を排気することが困難であり、また、ガスゲ
ートからのガス流入が各々の成膜に悪影響を及ぼすこと
があった。そこで従来は蒸着プロセス、ＲＦプラズマＣ
ＶＤプロセス、スパッタリングプロセスなど圧力の異な
る各プロセスごとにロール・ツー・ロール装置を設け、
帯状基板を各プロセスごとに取り替えながら膜を堆積せ
ねばならず、著しく生産性を低下させる原因となってい
た。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来のロール・ツー・ロール方式による機能性堆積膜の
連続的製造装置の問題点を解決した機能性堆積膜の連続
的製造装置を提供する事にある。即ち、ガスゲートを長
大にあるいは排気装置を巨大にすることなく、隣り合う
成膜室のガスの混入・拡散を防ぐことにより、成膜に適
した圧力が大きく異なる複数のプロセスを一連のロール
・ツー・ロール方式の装置に組み入れた生産性の高い機
能性堆積膜の連続的製造装置を提供する事を目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明による機能性堆積
膜の連続生産装置は、複数の成膜室をガスゲートによっ
て接続し、所望の幅で十分に長い帯状基体を前記各成膜
室を順次貫通する経路に沿って配置し、各成膜室領域に
おいて必要とされる機能性膜を堆積しつつ前記帯状基体
をその長手方向に連続的に搬送せしめることによって機
能性堆積膜を連続的に製造する装置において、前記ガス
ゲートが、ガスの導入口あるいは排気口を有し、スリッ
ト状の分離通路内に帯状基体とすきまを形成する複数の
絞り片と膨張室を設けたことを特徴としている。

【００１７】

【作用】本発明による機能性膜の製造装置は、複数の成
膜領域をガスゲートによって接続し、帯状基体を前記各
成膜室を順次貫通する経路にそって配置し、各成膜室に
おいて、所望の機能性膜を堆積形成しつつ前記帯状基体
をその長手方向に連続的に搬送せしめることによって機
能性堆積膜を連続的に製造する所謂ロール・ツー・ロー
ル方式の機能性堆積膜の連続的製造装置において、ガス
ゲートのスリット状の分離通路面に分離用ガス導入管よ
り基体の長手方向のどちらか一方側に、複数の絞り片と
膨張室を配置することにより、ガスゲートからの分離用
ガスの流れは、前記帯状基体と絞り片との間の絞り口直
後で、膨張による増速分のエネルギーが膨張室内で熱エ
ネルギーに変換され、次段絞り口直前で近寄り速度が減
少する作用により膨張室を有しない方向へ主流を形成す
ることとなり、ドーパントガスなどのように他の成膜室
での成膜に極めて悪影響を及ぼすガスの混入・拡散を最
小限にすることが出来、また、分離用ガスの流量を低く
おさえることができるものである。

【００１８】さらには、成膜に好適な圧力領域の異なる
成膜室の圧力を好適な条件を保ったまま互いのガスの混
入・拡散を最小限にすることが出来る。

【００１９】

【実施態様例】以下に実施態様例とともに、発明の構成
を図を参照して詳細に説明する。

【００２０】本発明において、前記ガスゲートによって
接続される成膜室内に配設される堆積膜形成手段として
は、ＲＦプラズマＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ
法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、光Ｃ
ＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、真空蒸
着法、電子ビーム蒸着法等の機能性堆積膜形成に用いら
れる各種手段が挙げられる。

【００２１】本発明の機能性堆積膜の連続的形成方法を
実施するについては適宣の装置を使用することができる
が、一例として図１に示す類の装置構成のものを挙げる
ことができる。

【００２２】図１において、１０１，１０２はＲＦプラ
ズマＣＶＤ法による成膜室、１０３はマイクロ波プラズ
マＣＶＤ法による成膜室、１０４，１０５は帯状基体の
供給室、巻き取り室である。それぞれの成膜室のチャン
バーは、ガスゲート１０６によって接続されている。１
０７は帯状基体であり、供給室から巻き取り室に搬送さ
れるまでに３つの成膜室を通過して、その表面に、三層
の機能性堆積膜、例えばＰＩＮ構造の太陽電池用半導体
膜が形成される。

【００２３】１０１〜１０３の各成膜室には基体を加熱
する加熱ヒーター１０９、不図示のガス供給手段から供
給される成膜ガスを成膜室に導入するガス導入管１１
０、不図示の排気手段により成膜室を排気する排気管１
１１、成膜室内の成膜ガスにエネルギーを与えて放電を
生起する、ＲＦ電力を供給する放電電極１１２、マイク
ロ波電力を供給する導波管１１３が設けられ、成膜室１
０１，１０２ではＲＦプラズマＣＶＤ法による膜堆積
が、成膜室１０３では、マイクロ波ＣＶＤ法による膜堆
積がそれぞれ行なわれる。ガスゲート１０６には分離用
ガス導入管１１４から分離用ガスが導入され、分離用ガ
ス導入管より基体の長手方向の一方に絞り片１０８と膨
張室１１７が配置され、分離用ガスの流れが、前記膨張
室側と逆の方向に主流を作り、隣り合う成膜室の成膜ガ
スの混入・拡散を阻止する。また、１１５は帯状基体１
０７の供給室１０４及び巻き取り室１０５の排気を行な
う排気管であり、１１６は各成膜室１０１，１０２，１
０３，帯状基体の供給室１０４及び巻き取り室１０５内
の圧力を計測するための圧力計である。

【００２４】また、本発明による機能性堆積膜の連続的
製造装置の別の例を図２に示す。図２に示した装置は、
基本的には図１に示した装置に更に２個の成膜室と２個
のガスゲートを加えたものであり、図中２０１〜２１３
で示されるものは図１における１０１〜１１３に対応し
ている。

【００２５】本装置では、ガスゲート２０６は、隣り合
う成膜室から流れ込む成膜ガスを排気管２１４から排気
する構造をとっている、したがって絞り片２０８と膨張
室２１７は図１と逆側に配置している。２１５は電子ビ
ーム蒸着法による堆積膜形成用の成膜室で排気管２１１
で排気された成膜室内で電子銃２１６から電子ビームを
るつぼ２１８に入った蒸発源２１９に照射して蒸発源を
蒸発させて帯状基体２０７の表面に膜を堆積させる。ま
た、２２０は真空蒸着による堆積膜形成用の成膜室で排
気管２１１で排気された成膜室内でるつぼ２２２に入っ
た蒸発源をフィラメント２２４で加熱して蒸発させ、帯
状基体２０７の表面に膜を堆積させる。該装置によれ
ば、帯状基体２０７の上に電子ビーム蒸着法、ＲＦプラ
ズマＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、ＲＦプラ
ズマＣＶＤ法、真空蒸着法によって５層の機能性堆積膜
を連続的に形成することができ、例えば、金属基体上に
電子ビーム蒸着法により光反射金属層を、ＲＦプラズマ
ＣＶＤ法によりｎ型半導体層を、マイクロ波プラズマＣ
ＶＤ法によりｉ型半導体層を、ＲＦプラズマＣＶＤ法に
よりｐ型半導体層を、真空蒸着法によりＩＴＯ透明導電
層を連続して積層し、太陽電池を形成することができ
る。尚、２２５は圧力計、２２６は排気管である。

【００２６】以下ガスゲートについての説明を加える。
本発明におけるガスゲートは、ガスゲートのスリット状
の分離通路に、分離用ガス導入管（もしくは排気管）よ
り基体の長手方向のどちらか一方に複数の絞り片と膨張
室を碁盤目状に配置する。

【００２７】膨張室の数及び寸法は、必要とする帯状基
体の幅さらには隣り合う成膜室間の圧力差の大きさなど
により異なるが、３次元ナビエ・ストークス方程式さら
には、３次元ボルツマン方程式を差分法などにより数値
的に解き決定することが可能であるが、通常、基体搬送
方向に３〜１０室程度で良く形状は立方空洞状のものあ
るいは、直方空洞状のもののどちらでもよい。

【００２８】図３は、本発明の製造装置のガスゲートの
一例を示す模式図である。スリット状の分離通路３０１
内に絞り片３０２と膨張室３０３が配置されている。帯
状基体３０４は裏面側よりマグネット３０５の磁石によ
り開口断面調節部材３０６に接触支持される。３０７
は、分離用ガス導入管である。

【００２９】本発明における開口断面調節部材として
は、成膜に適した温度に加熱された帯状基体と長時間接
触しても熱変形や摩耗の少ないものとしてアルミナ等の
セラミックス、石英等のガラス、或は、これらの複合材
等が挙げられる。また、開口断面調節部材の形状として
は、表面は基本的には平面形状であるが、基体裏面のガ
スの流れを安定化するために基体長手方向に溝を設けて
もよい。

【００３０】基体と開口断面調節部材との密着性を高め
基体に少々の波打ちや反りがあっても基体が、開口断面
調節部材から浮き上がりにくくするにはＳＵＳ４３０製
鋼等の強磁性体の帯状基体を使用することが効果的であ
る。

【００３１】マグネットの材質としては、使用時の温度
に耐えて磁力を十分に維持できること、使用時の温度上
昇によるガスの発生が少ないことなどを満足するものを
選択することが望ましく、例えば希土類強磁性体サマリ
ウムコバルトなどが挙げられる。

【００３２】図４は、図３に示す本発明の装置のガスゲ
ートの断面図、図５は、図３に示す本発明の装置のガス
ゲートにおいて、スリット状の分離通路５０１内に回転
自在のローラー５０８の円筒の表面が開口断面調節部材
５０６から僅かに出るように配置している一例を示す模
式図である。

【００３３】本発明におけるローラーは円筒形状が好ま
しく、ガスゲートのスリット状の分離通路の帯状基体の
裏面側に、その回転軸が帯状基体の搬送方向と垂直かつ
ガスゲート壁面とほぼ水平になる向きに、ローラー表面
がガスゲート壁面から僅かに（０．１〜５ｍｍ程度）出
る位置に配置するとよい。スリット状の分離通路の間隙
は通常１〜１０ｍｍ程度である。

【００３４】ローラーは、帯状基体を支持し、搬送を円
滑にしうる数だけ備えることが好ましい。従って、基体
の大きさ、重量、材質、及びガスゲートの構造等により
適宜設定するが、通常、搬送方向に５〜５０列／ｍ程度
配置すればよい。ローラーの径は特に規定されないが、
通常、５〜５０ｍｍ程度でよい。図６は図５に示す本発
明装置のガスゲートの断面図である。

【００３５】図３に示す本発明装置のガスゲートと図１
４に示す従来のガスゲートは絞り片と膨張室の有無以外
はほぼ同じ構造である。

【００３６】分離用ガスとしては、Ｈ₂、Ｈｅ、Ａｒな
どのガスが挙げられる。分離用ガスとしてのガス分離能
だけを考えるならば、衝突断面積が大きく平均自由行程
の小さなガスが望ましい。前記のガスの中では、成膜室
内でのグロー放電への影響を無視できる場合にＡｒが最
適である。成膜室内で形成される半導体薄膜中に含まれ
るＨ₂の量が多い場合にはＨ₂が最適である。また、成膜
室内でのグロー放電および成膜室内で形成される半導体
薄膜の双方に影響を与えたくない場合にはＨｅが最適で
ある。

【００３７】次に、本発明の機能性堆積膜連続装置のガ
スゲートの分離機能の性能評価の実験を行なったので、
その説明を行なう。

【００３８】（実験例１）図９は、本発明で使用したガ
スゲートのガス分離機能の性能を試験する試験装置の模
式図である。第１真空容器９０１および第２真空容器９
０２はそれぞれ図１に示した成膜室と同様の構成のもの
であり、各真空容器９０１，９０２の内部には、各ガス
導入口９０３，９０４からそれぞれ試験ガスが導入さ
れ、各試験ガスは各排気口９０５，９０６から排出され
る。各真空容器９０１，９０２は、ガスゲート９０７に
より連通され、ガスゲート９０７には２個のガス導入口
９０８ａ，９０８ｂから分離用ガスが供給される。ガス
ゲート９０７として図１４に示した従来のガスゲートお
よび図３に示した本発明装置のガスゲートをそれぞれ変
換して装着できるようになっている。

【００３９】第２真空容器９０２には質量分析器９０９
が取り付けられており、質量分析器９０９により第２真
空容器９０２の内部のガスの質量が分析される。また基
体９１０はガスゲート９０７を貫通して設置される。

【００４０】実験は次のように行なった。第１真空容器
９０１にＨｅガスを２００ｓｃｃｍ導入し圧力を０．７
５Torrに設定し第２真空容器９０２にＨ₂ガスを２００
ｓｃｃｍ導入し、圧力を０．００５Torrに設定した。ガ
スゲート９０７には分離用ガスＨ₂を流量を変化させて
供給する。このとき第１真空容器９０１から第２真空容
器９０２へ侵入してくるＨｅガスの量を質量分析器９０
９により測定したＨｅガスの信号強度との比（Ｈ₂／Ｈ
ｅ）として求めた実験結果を図１０に示す。尚本発明装
置のガスゲートの膨張室は、基体長手方向に４室としガ
ス導入口９０８より基体長手方向に低圧側つまり真空容
器９０２側に設置した。スリット高さは従来のガスゲー
トとともに３．５ｍｍとした。

【００４１】図１０に示すように、本発明のガスゲート
は圧力差の大きい場合のガス分離性に高い能力を有して
いるとともに、大きな圧力差のある真空容器を連通させ
る場合においてそれぞれの成膜室圧力を維持できる高い
能力を有していることがわかる。

【００４２】（実験例２）図９に示した実験装置を用
い、実験例１と同様にして、図３に示したスライドタイ
プのガスゲードと図５に示したローラタイプのガスゲー
トの比較を行なった。膨張室数はそれぞれ基体長手方向
に４室とし、スリット高さは３．５ｍｍとした。実験例
１と同様にして、第１真空容器９０１（圧力１．５Tor
r）から第２真空容器９０２（圧力０．００５Torr）に
侵入してくるＨｅガスの量を質量分析器９０９により測
定されたＨ₂ガスの信号強度との比（Ｈ₂ ／Ｈｅ）とし
て求めた実験結果を図１１に示す。

【００４３】図１１に示す通り本発明装置のスライドタ
イプのガスゲートとローラータイプにおけるガス分離機
能の性能及び成膜室間の差圧を維持する性能に顕著な差
は認められずどちらも同等の機能を有していることがわ
かる。

【００４４】（実験例３）ガスゲートを図３に示すよう
なタイプのものを用い、図９に示す実験装置において、
９０８をガス導入口としたときと、排気口としたときの
比較実験を行なった。実験は、実験例１及び実験例２と
同様にして、第１真空容器９０１にＨｅガスを２００ｓ
ｃｃｍ導入し圧力を１．０Torrに設定し、第２真空容器
９０２Ｈ₂ にガスを２００ｓｃｃｍ導入し、圧力を０．
００５Torrに設定した。ガスゲート９０７は、９０８を
ガス導入口としたときは分離用ガスとしてＨ₂ を３００
ｓｃｃｍ導入し、膨張室をガス導入口９０８より基体長
手方向に低圧側つまり真空容器９０２側に設置し、９０
８を排気口としたときは、膨張室をガス排気口９０８よ
り基体長手方向に高圧側つまり真空容器９０１側に設置
した。

【００４５】また、膨張室数、スリット高さは、それぞ
れ基体長手方向に４室、４．０ｍｍとした。実験の評価
方法は、実験例１及び２と同じ方法で行ないその実験結
果を表１に示す。

【００４６】

【表１】 表１に示す通り、本発明装置のガスゲートはゲートにガ
スを導入する場合と同等の性能をガスを排気する場合に
おいても有することがわかる。

【００４７】（実験例４）図９に示す実験装置において
用いるガスゲートとして、図３に示したタイプのものを
用い、膨張室数を変化したときの分離機能の性能の違い
について実験を行なった。実験方法及び評価方法の概略
は実験例１と同様であり、第１真空容器９０１にＨｅガ
スを２００ｓｃｃｍ導入し、圧力を１．０Torrに設定
し、第２真空容器９０２にＨ₂ガスを２００ｓｃｃｍ導
入し、圧力を０．００５Torrに設定した。ガスゲート９
０７はスリット高さを４．０ｍｍとしガス導入口９０８
より分離用ガスとしてＨ₂ を３００ｓｃｃｍ導入し、膨
張室をガス導入口９０８より基体長手方向に低圧側つま
り真空容器９０２側に設置し、膨張室数を変化したとき
のガス分離性について実験を行なった結果を図１２に示
す。図１２より膨張室数を増加させるに従ってガス分離
性能が向上していることがわかるが、膨張室数を増やし
ても（Ｈ₂ ／Ｈｅ）比はある値に漸近してゆき、分離性
能の関点から効率のよい膨張室数が存在することがわか
る。

【００４８】（実験例５）実験例１と同様に図９に示す
実験装置において、本発明のガスゲートの取り付け向き
について比較実験を行なった。実験は実験例１と同様に
第１真空容器９０１にＨｅガスを２００ｓｃｃｍ導入し
圧力を１．０Torrに設定し、第２真空容器９０２にＨ₂
ガスを２００ｓｃｃｍ導入し、圧力を０．００５Torrに
設定したガスゲート９０７はスリット高さを４．０ｍｍ
とし膨張室は基体長手方向に４室とし、ガス導入口９０
８より基体長手方向に低圧側つまり真空容器９０２側に
設置したものを順方向とし逆に、ガス導入口９０８より
基体長手方向に高圧側つまり真空容器９０１側に膨張室
を設置したものを逆方向とした。分離用ガスをＨ₂ とし
て、流量を変化させ順方向、逆方向それぞれについて
（Ｈ₂ ／Ｈｅ）比を求めた結果を図１３に示す。図１３
より本発明装置のガスゲートは、取り付け方向が存在
し、膨張室は基体長手方向に低圧側に設置した方が良い
ことが分かった。

【００４９】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれらの実施例によって何等限定される
ものではない。

【００５０】（実施例１）図１に示した装置を用い、本
発明の方法により、以下に示す操作によって帯状基体上
にｎ、ｉ、ｐのアモルファスシリコン膜を連続的に形成
した。幅３０ｃｍ、長さ５０ｍ、厚さ０．２ｍｍの帯状
ステンレス基体１０７を、供給室１０４から巻き出さ
れ、１０１〜１０３の三つの成膜室を通過して、巻き取
り室１０５で巻き取られるようにセットした。尚、各室
間を連絡するガスゲートのスリット高さはすべて３．５
ｍｍ、スリット部分の長さは４０ｃｍとした。

【００５１】次に各室の真空チャンバーをそれぞれの排
気管１１１，１１５で十分に排気した後、引続き排気し
ながら各成膜室へガス導入管１１０から、ぞれぞれの成
膜ガスを導入し、圧力計１１６を確認しつつ排気量を調
節して各成膜室を所定の圧力に調整した。ガスゲート１
０６のスリットには分離用ガスとしてＨ₂ を１００ｓｃ
ｃｍずつ流しておいた。

【００５２】ヒーター１０９で帯状基体１０７の裏面か
ら所定の温度で加熱し、放電電極１１２からＲＦ電力
を、導波管１１３からマイクロ波電力を導入して各成膜
室内にプラズマ放電を生起し、帯状基体を一定速度で搬
送して帯状基体上にｎ、ｉ、ｐ型のアモルファスシリコ
ン膜を連続的に形成した。各成膜室での作製条件を表２
に示す。

【００５３】

【表２】 上記方法で得られたアモルファスシリコン膜を堆積した
帯状基体をロール・ツー・ロール装置から取り出し、９
×３０ｃｍの大きさに切り離し、シングルチャンバーの
真空蒸着装置に入れ、真空蒸着法により表３に示す条件
でＩＴＯ透明導電膜を積層し、図７の模式断面図に示す
太陽電池を作製した。図７において、７０１は基体、７
０２はｎ型層、７０３はｉ型層、７０４はｐ型層、７０
５はＩＴＯ透明導電膜である。

【００５４】

【表３】 得られた太陽電池は、各成膜室をゲートで完全に分離す
る三室分離型の堆積膜形成装置で作製した太陽電池と同
等の、良好な光電変換効率を示した。また、膜厚方向の
不純物分布を二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用い
て測定したところｎ層のＰ原子、ｐ層のＢ原子のｉ層へ
の混入は認められず、成膜の圧力領域の大きく異なる隣
り合う成膜室の成膜ガスがガスゲートにより完全に分離
されていることが確認できた。

【００５５】また、ロール・ツー・ロール装置から取り
出した時、帯状基体のアモルファスシリコン膜堆積面に
は擦れ傷は全くなく、作製した太陽電池に傷による不良
は全く認められないかった。

【００５６】さらに５０ｍの帯状基体の成膜の間、一度
も基体搬送系の調整を行なわなかったが、帯状基体に変
形やしわは発生せず、堆積膜の剥離も認められなかっ
た。

【００５７】（実施例２）図２に示した装置を用い、本
発明の方法により以下のようにして帯状基体上にＡｇ光
反射層、ｎ、ｉ、ｐのアモルファスシリコン層、ＩＴＯ
透明導電層を連続的に形成した。

【００５８】幅３０ｃｍ、長さ１００ｍ、厚さ０．１５
ｍｍの帯状ステンレス基体を、供給室２０４から巻き出
され、ガスゲート２０６で接続された２１５、２０１、
２０２、２０３及び２２０の五つの成膜室を通過して、
巻き取り室２０５で巻き取られるようにセットした。
尚、各室間を連絡するガスゲートのスリット高さはすべ
て３．０ｍｍ、スリット部分の長さは３０ｃｍとした。

【００５９】成膜はまず、成膜室２１５で電子ビーム蒸
着法により、帯状基体上に約１０００ÅのＡｇからなる
光反射層を形成した。尚、電子銃には日本真空社製のＥ
ＧＬ−３５を用い、成膜室内圧力は１×１０^-5Torr、堆
積速度は３０Å／ｓとした。次に、Ａｇ光反射層が形成
された帯状基体は、成膜室２０１、２０３、２０２と通
過させることにより実施例１と同様にして帯状基体上に
ｎ、ｉ、ｐ型のアモルファスシリコン膜が連続的に形成
された。

【００６０】さらに成膜室２２０にて、酸素雰囲気中の
Ｉｎ−Ｓｎ合金を蒸着源として、真空蒸着法により実施
例１の表３に示す条件で前記帯状基体のアモルファスシ
リコン膜上にＩＴＯ透明導電膜を形成させた。最後に、
巻き取り室２０５にて帯状基体を巻き取った。

【００６１】以上のようにして機能性堆積膜を積層した
帯状基体をロール・ツー・ロール装置から取り出し、９
ｃｍ×３０ｃｍの大きさに切り離し、図８の模式断面図
に示す層構成の太陽電池を作製した。図８において、８
０１は基体、８０２はＡｇ光反射層、８０３はｎ型層、
８０４はｉ型層、８０５はｐ型層、８０６はＩＴＯ透明
導電膜である。

【００６２】得られた太陽電池は、Ａｇ光反射層をシン
グルチャンバーの電子ビーム蒸着装置で、ｎ、ｉ、ｐの
アモルファスシリコン膜を各成膜室をゲートで完全に分
離する三室分離型の堆積膜形成装置で、ＩＴＯ透明導電
膜をシングルチャンバーの真空蒸着装置で、それぞれの
成膜室内では本実施例と同じ作製条件で別々に堆積して
作製した太陽電池と同等の、良好な光電変換効率を示し
た。また、膜厚方向の不純物分布をＳＩＭＳを用いて測
定したところ、ｎ層のＰ原子のＡｇ層及びｉ層への、ｐ
層のＢ原子のｉ層及びＩＴＯ層への混入は認められず、
ガスゲートにより隣合う成膜室の成膜ガスが完全に分離
されていることが確認できた。

【００６３】また、ロール・ツー・ロール装置から取り
出した時、膜堆積面には擦れ傷は全くなく、作製した太
陽電池に傷による不良は全く認められなかった。

【００６４】さらに１００ｍの帯状基体の成膜の間、一
度も基体搬送系の調整を行なわなかったが、帯状基体に
変形やしわは発生せず、堆積膜の剥離も認められなかっ
た。（実施例３）ガスゲートを図５ローラータイプのも
のとした以外は実施例１と同様の方法により図７に示す
ような太陽電池を作製した。

【００６５】得られた太陽電池は、各成膜室をゲートで
完全に分離する三室分離型の堆積膜形成装置で作製した
太陽電池と同等の、良好な光電変換効率を示した。ま
た、膜厚方向の不純物分布をＳＩＭＳを用いて測定した
ことろ、ｎ層のＰ原子、ｐ層のＢ原子のｉ層への混入は
認められず、ガスゲートにより燐合う成膜室の成膜ガス
が完全に分離されていることが確認できた。

【００６６】また、ロール・ツー・ロール装置から取り
出した時、作製した太陽電池に傷による不良は全く認め
られなった。

【００６７】さらに５０ｍ帯状基体の成膜の間、一度も
基体搬送系の調整を行なわなかったが、帯状基体に変形
やしわは発生せず、堆積膜の剥離も認められなかった。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の機能性堆
積膜の連続的形成方法によればガスゲートを長大にある
いは、スリット幅を極端に狭べることなしに隣り合う成
膜室のガスの相互混入を防ぎ、成膜に適した圧力が大き
く異なる複数のプロセスを一連のロール・ツー・ロール
方式の装置に組み入れることができ、生産性の高い機能
性堆積膜の連続的形成装置を提供することができる。

【００６９】また、本発明によればガスゲートに流す分
離用のガスの主流方向を制御できるため分離用ガスの流
量を減少することが可能であり、したがって、成膜室で
の排気装置を巨大にする必要がないので、装置への投資
額を押えることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の機能性堆積膜の連続的製造装置の一例
を示す概略図である。

【図２】本発明の機能性堆積膜の連続的製造装置の別の
例を示す概略図である。

【図３】本発明におけるガスゲートの構造の一例を示す
概略図である。

【図４】図３に示すガスゲートの断面図である。（ａ）
はＡ−Ａ´断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ´断面図、（ｃ）は
Ｃ−Ｃ´断面図である。

【図５】本発明におけるガスゲートの構造の別の例を示
す概略図である。

【図６】図５に示すガスゲートの断面図である。（ａ）
はＡ−Ａ´断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ´断面図、（ｃ）は
Ｃ−Ｃ´断面図である。

【図７】本発明の実施例１で作製した太陽電池の層構成
を示す概略断面図である。

【図８】本発明の実施例２で作製した太陽電池の層構成
を示す概略断面図である。

【図９】本発明におけるガスゲート及び従来のガスゲー
トの性能の評価を行なうための試験装置の概略図であ
る。

【図１０】本発明におけるガスゲート及び従来のガスゲ
ートの性能を比較したグラフである。

【図１１】本発明におけるガスゲートのスライドタイプ
のものとローラータイプのものとの性能を比較したグラ
フである。

【図１２】本発明におけるガスゲートの膨張室数の違い
による性能の変化を示したグラフである。

【図１３】本発明のガスゲートの取り付け方向による性
能の違いを示したグラフである。

【図１４】従来のガスゲートの構造を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

１０１，１０２，１０３，２０１，２０２，２０３，２
１５，２２０ 成膜室 １０４，２０４ 帯状基体の供給室 １０５，２０５ 帯状基体の巻き取り室 １０６，２０６，９０７ ガスゲート １０７，２０７，３０４，４０４，５０４，６０４，９
１０，１４０４ 帯状基体 １０８，２０８，３０２，４０２，５０２，６０２ 絞
り片 １０９，２０９ 加熱ヒーター １１０，１１４，２１０，３０７，４０７，５０７，６
０７，９０３，９０４，９０８ ガス導入管 １１１，１１５，２１１，２１４，９０５，９０６ 排
気管 １１２，２１２ ＲＦ放電電極 １１３，２１３ マイクロ波導波管 １１６，２２５ 圧力計 １１７，３０３，４０３，５０３，６０３ 膨張室 ２１６ 電子銃 ２１８，２２２ るつぼ ２１９，２２３ 蒸発源 ３０１，４０１，５０１，６０１，１４０１ スリット
状分離通路 ３０５，４０５，５０５，６０５，１４０５ マグネッ
ト ３０６，４０６，５０６，６０６，１４０６ 断面開口
調節部材 ５０８，６０８ ローラー ７０１，８０１ 基体 ７０２，８０３ ｎ型層 ７０３，８０４ ｉ型層 ７０４，８０５ ｐ型層 ７０５，８０６ 透明導電層 ８０２ 光反射層 ９０１，９０２ 真空容器 ９０９ 質量分析器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金井 正博 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 酒井 明 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 藤岡 靖 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−162328（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−63723（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−15918（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−199571（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−23573（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 31/04 C23C 16/54

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯状基体を、その長手方向に連続的に搬
   送させながらスリット状の分離通路を有するガスゲート
   で接続された複数の成膜室を通過させ、前記帯状基体上
   に機能性堆積膜を連続的に形成する装置であって、前記
   ガスゲートが分離用ガスを導入あるいは排気するための
   口（導入・排気口）を有し、前記分離通路内に、導入・
   排気口よりも前記帯状基体の長手方向の前方または後方
   のどちらか一方側に帯状基体とすきまを形成する複数の
   絞り片と膨張室とを設けたことを特徴とする機能性堆積
   膜の連続的製造装置。