JP3651977B2 - ロール・ツー・ロール成膜装置及びその成膜方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光起電力素子、各種センサー等の機能性堆積膜を作製するロール・ツー・ロール成膜装置及びその方法の改良に関する。
更に詳しくは、ロール・ツー・ロール成膜のメンテナンス時間を短縮し、装置稼働率を向上させる為の装置及びその方法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、太陽光を利用する太陽電池による発電方式は、放射能汚染や地球温暖化等の問題を惹起することはなく、また、太陽光は地球上至るところに降り注いでいるためエネルギー源の偏在が少なく、さらには、複雑で大型の設備を必要とせずに比較的高い発電効力が得られる等、今後の電力需要の増大に対しても、環境破壊を引き起こすことなく対応できるクリーンな発電方式として注目を集め、実用化に向けて様々な研究開発がなされている。
ところで、太陽電池を用いる発電方式については、それを電力需要を賄うものとして確立させるためには、使用する太陽電池が、光電変換効率が十分に高く、特性安定性に優れたものであり、且つ大量生産し得るものであることが基本的に要求される。
こうしたことから、容易に入手できるシラン等の気体状の原料ガスを使用し、これをグロー放電分解して、ガラスや金属シート等の比較的安価な基板上にアモルファスシリコン（以降「ａ−Ｓｉ」と略記する）等の半導体膜を堆積させることにより作製できる太陽電池が量産性に富み、単結晶シリコン等を用いて作製される太陽電池に比較して低コストで生産ができる可能性があるとして注目され、その基本層構成、製造方法等について各種の提案がなされている。
【０００３】
そうした各種提案されている製造方法のなかでも最近注目されているのが、マイクロ波を用いたプラズマプロセスである。
マイクロ波は周波数帯が短いため従来のＲＦを用いた場合よりもエネルギー密度を高めることが可能であり、プラズマを効率良く発生させ、持続させることに適している。
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体上に薄膜を堆積形成させる方法が開示されており、この方法による場合には、低圧下でのプロセスにより成膜することができることから、膜特性の低下の原因となる活性種のポリマリゼーションが防げ、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抑え且つ、成膜速度の飛躍的向上が図れるとされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、マイクロ波プラズマでは成膜速度の飛躍的向上が望めるものの、マイクロ波を成膜チャンバー内に導入するにはマイクロ波電源、アイソレーター、導波管、アルセラ窓を利用したマイクロ波アプリケーター手段等が必要とされ、要する費用が従来のＲＦ法のそれに比して高価である。
従って例えばａ−Ｓｉ太陽電池の製造にあたっては膜厚が厚く高スループットを要求される光起電力層（ｉ 型ａ−Ｓｉ層）の作製にマイクロ波を、それ以外の層、すなわちｎ型ａ−Ｓｉ層およびｐ型ａ−Ｓｉ層の作成にはＲＦ法を用いる。いわゆるハイブリッド方式が提案されている。
【０００５】
一方、別の量産化へのアプローチとして米国特許第４，４００，４０９号明細書には、ロール・ツー・ロール（Ｒｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌ）方式を採用した連続プラズマＣＶＤ装置が開示されている。
この装置によれば、複数のグロー放電領域を設け、所望の幅の十分に長い可撓性の基板を、該基板が前記各グロー放電領域を順次貫通する経路に沿って配置し、前記各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、前記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。
なお、該明細書においては、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にはガスゲートが用いられている。具体的には、前記各グロー放電領域同志を、スリット状の分離通路によって相互に分離し、さらに該分離通路に例えばＡｒ、Ｈ2等の掃気用ガスの流れを形成させる手段が採用されている。
こうしたことからこのロール・ツー・ロール方式は、半導体素子の量産に適する方式であると言えよう。
【０００６】
以上の事態を踏まえれば、量産に適しているといわれるマイクロ波およびＲＦハイブリッド方式とロール・ツー・ロール生産方法を合理的に組み合わせれば更にスループットの大きい量産方法となる。
しかし、こうした理想的とも思われる量産方式においても以下に記す問題が明らかになってきた。
堆積膜形成の前駆体である活性種は粉体あるいは膜となって目的とする基体以外の成膜室の各部所に堆積する。
このような基体以外の部所に堆積した膜はある限度以上の厚さとなると下地からはがれ始める。はがれた膜片のあるものは基体に付着し堆積膜に欠陥箇所を発生させる。こうした事態を防ぐために、通常はある成膜回数なり、トータルの成膜時間等の区切りごとに成膜室を清掃する必要があった。
しかし粉体あるいは膜の清掃には実際かなりの時間を必要とする。
例えば膜落としにヤスリ、ブラシ等を使用すると時間と労力を要し、かつ、手の届きにくい細かい部分は清掃困難であった。また、粉体の場合、発火の危険性もある。
従って通常は成膜室内の容易にはずせる部分のみをはずして、エッチングあるいはブラスト処理等により再生して使用するという方法がとられる。
この方法にしろ個々の部品の脱着、組み立て、エッチング等の処理に時間を要し、装置稼動率を低下させていた。
ロール・ツー・ロール方式を利用している場合に更に問題となるのが、メンテナンス時の帯状基体の取り扱いである。これは以下の事情による。
帯状基体のボビン１巻き分の成膜が終わった時に、通常、帯状基体を装置から完全に抜いてしまうということは行われない。
通常は、新たな帯状基体を新規に全成膜室、全ガスゲートを通すのはガスゲードギャップの狭さ（通常１ｍｍ 乃至１０ｍｍ ）からいって困難なので、前回成膜した分の帯状基体の後端部に新規帯状基体の先端部を接着あるいは溶接等の手段によりはりつけ、前回分の帯状基体の後端部で新規帯状基体の先端部を引っ張って装置中を通してしまう方法が良く用いられる。
つまり帯状基体はチャンバー内から無くなることがなく、常時、成膜チャンバーに接するように存在するので、成膜室のメンテナンスの防げになる。
あるいは帯状基体が存在する為に取り出したい部品が取り出せないという事実が発生する。
図７にこうした状況を表す模式図を示す。図７において７０１は真空チャンバー、７０２はガスゲート、７０３は帯状基体、７０４は上蓋、７０５は成膜チャンバーである。
図から明らかな通り成膜チャンバーを構成する部品は帯状基体７０３が障害となり容易に取り出せない。また、帯状基体７０３の下部の清掃が困難である。
つまりバッチ式成膜装置であれば基体を取り出した後にメンテナンス作業を行えば良かったものが、ロール・ツー・ロール方式では基体が連続長尺のまま残されるのでメインイナンスが困難になっていた。
【０００７】
そこで、本発明は以上述べてきた従来のロール・ツー・ロール成膜における問題点を解決し、基体以外の場所に堆積した粉体および膜の清掃に時間を要することなく、メンテナンス性およびその稼動率を向上させたロール・ツー・ロール成膜装置およびその方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、成膜チャンバーを前記真空チャンバーの外へ引き出してこの真空チャンバーから取り外しできるように構成することにより、メインテンス性および装置の稼動率を向上させたたものである。
すなわち、成膜チャンバーをその内部に有すると同時にガスゲートを介して連結された複数の真空チャンバーで構成され、帯状基体を成膜チャンバーの側壁の１つとするようにし前記連結された複数の真空チャンバーの長手方向に移動させながら前記帯状基体上に連続的に成膜するロール・ツー・ロール成膜装置において、前記成膜チャンバーが前記真空チャンバーの外へ引き出され該真空チャンバーに対して取り外し可能に構成されていることを特徴ととしている。
本発明においては、前記成膜チャンバーは、真空チャンバーの１面を形成し該真空チャンバーから着脱可能なフランジを、該真空チャンバーから外すことにより前記真空チャンバーの外へ引き出される。
その際、前記フランジは、該フランジに設けられ前記真空チャンバー内の方向に延びた支持機構により前記成膜チャンバーを脱着可能に支持し、該支持機構をガイド機構により案内して前記成膜チャンバーを前記真空チャンバーの外へ引き出すように構成することができる。
また、前記成膜チャンバーは、該成膜チャンバーに成膜用ガスを供給する為のガス供給部とＯリングを持つジョイントによって連結され、このガス供給部は、前記真空チャンバー内であって該真空チャンバー内に前記成膜チャンバーを設置した状態において該成膜チャンバーの外側の位置に設けられる。
さらに、前記成膜チャンバーを、該成膜チャンバー側に設けられている電力導入用導波菅が前記真空チャンバーのフランジ側に設けられている前記導波菅への電力を導入するためのアプリケータに対して連結用クランプを介して連結するように構成し、本発明はこれらの構成によりワンタッチで成膜チャンバーを真空チャンバーの外に引き出すように構成することができる。
そして、本発明のこのような装置を用いれば、１回乃至数回の成膜工程が終了後、前記真空チャンバーの外へ引き出され該真空チャンバーから取り外された成膜チャンバーを清掃の済んだ新規の成膜チャンバーと交換して成膜することが可能となる。
また、本発明は、成膜チャンバーにマイクロ波を導入して成膜する場合だけでなく、ＲＦ電力を導入して成膜する場合においても有効である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に基づき、本発明の内容を詳細に説明する。
本発明は、以上のように１回乃至数回の成膜工程が終了後、前記成膜チャンバーを真空チャンバーの外へ引き出し、その真空チャンバーから取り外しできるように構成したものであるから、成膜チャンバーを交換するだけでその清掃に時間を要することがなく、メンテナンス性及び装置の稼働率を飛躍的に向上させることができる。
以下、図に基づいて本発明の内容を具体的に説明する。
図１乃至図３に本発明のロール・ツー・ロール成膜装置を構成するマイクロ波を利用した成膜チャンバーおよび真空チャンバーの典型例を表わす模式図を示す。図１はその側面図でありメンテナンス時に成膜チャンバーを真空チャンバーのフランジごと引き出した状態を示す模式図である。
図２は成膜チャンバーが真空チャンバー内に設置された状態を表す側面図であり実際の成膜時と同じ配置である。
図３はその上面図であり、図１と同じくメンテナンス時の状態を示している。以下、これらの図面を参照しながら説明をする。
図１において、１０１は内部を減圧状態にする為の真空チャンバー、１０２は真空チャンバーの１面を形成する脱着可能なフランジであり、本図においてはフランジが外されて引き出された状態を示している。
１０３はフランジに固定され、真空チャンバー内部側に向かって延びたブラケットであり、成膜チャンバー１０４がその上に脱着自在に設置可能であり、内部にガス導入機構を有する（不図示、図２にて説明）プレート１０５を支えている。またプレート１０５はブラケット１０６によっても支えられいている。ブラケット１０６は内部にローラーを有しており、レール１０７上を移動可能である。
一方、真空フランジ１０２の大気側は搬送ガイド機構１０８に連結されており、成膜チャンバーを真空チャンバーに対して手行で滑らかに引き出せる構造となっている。
１０９ａ、１０９ｂは各々マイクロ波を真空チャンバー内に導入する為のマイクロ波アプリケーター手段であり、大気側は不図示のマイクロ波導波管につながっており同じく不図示のマイクロ波電源よりマイクロ波電力が供給される。
１１０ａ、１１０ｂは各々真空チャンバーと成膜チャンバーを連結し、マイクロ波をアプリケーターより成膜チャンバー内へ導入するためのマイクロ波導波路である。導波路１１０ａ、１１０ｂとアプリケーター１０９ａ、１０９ｂは各々クランプ１１１ａ、１１１ｂによって連結、固定される。
１１２は真空チャンバー１０１を形成する上蓋であり、蝶番１１３を支点として開閉できる。
上蓋には基板加熱の為の赤外線ランプヒーター１１４が設置されており、基体１１５を加熱する。
また、成膜チャンバー１０４は導波路１１０ａ、１１０ｂと共に図の斜線の部分が一体となって容易に脱着可能に設計される。
成膜チャンバーの側壁は成膜チャンバー内に導入された成膜ガスの排気通路となり、かつマイクロ波を成膜チャンバー内に閉じこめるための多孔板（パンチィングメタル）１１６で形成される。
導波路１１０ａ、１１０ｂは好ましくは、いわゆるＰＦ（Ｐｌａｓｍａ−ｆｒｅｅ）窓と呼ばれる形式で作製されることが望ましい。ＰＦ窓は多数の厚さ１ｍｍ程度の金属フィンを数ｍｍ間隔をおいて積み重ねて構成したものであり、マイクロ波の振動方向とのマッチングを取ることにより、その空隙中をマイクロ波はロスなく進行するが、プラズマは空隙中で減衰するというものである。
これにより、プラズマによるアプリケーターの異常加熱を防止する。
尚、図１の１１０ａではＰＦ窓のフィンの様子を簡単に示している。
【００１０】
次に図２について説明する。図２において、２０１は内部を真空にするための真空チャンバー、２３１は真空チャンバーの上蓋であり、本図においては内部を減圧状態とするために閉じられている。
２４１は真空チャンバーを形成する脱着可能なフランジであり、本図においては内部を減圧状態とするために、フランジはＯリングを介して真空チャンバー２０１に密着するよう固定されている。
真空チャンバー底面にはバルブ２０２及び不図示のディフュージョンポンプ等の真空ポンプが連結されていて、真空チャンバー内を減圧とすることが可能である。２０４は図１の説明の際に述べたように成膜チャンバー２３６、２３７の引き出し用の一連のガイド機構であり、成膜チャンバー２３６、２３７を乗せるためのプレート２０５をガイド機構２０４上に有する。
又プレート２０５には成膜用ガス導入パイプ２０６が接続されている。ガス導入パイプ２０６の他端はＯリング２０７を有するジョイント２０８となっており、真空チャンバー側に固定された接続スリーブ２０９内に差し込まれている。また、接続スリーブへはガス導入フランジ２１０を通って不図示のガス供給装置より成膜用ガスが導入される。
ジョイント２０８とスリーブ２０９の接続はＯリング２０７によりシールされているので、不図示のガス供給装置からガス導入フランジ２１０に導入されたガスは漏れなくプレート２０５内に達する。
プレート２０５は内部に空洞を有しており、パイプ２０６からプレート内部の空洞へ導入されたガスはプレート他端に設けられた穴から成膜チャンバー底板を貫通したガス放出穴を通って成膜チャンバーに放出される。
一方、上蓋２３１にはブラケット２３２を介して赤外線ランプヒーター２３３が設置されている。
そして堆積膜形成用の基体２３４に接するように設けられた温度センサー２３５からの信号により制御された電力がランプヒーターに与えられることにより基体を所望の温度まで加熱する。
次に２３６は成膜チャンバーを構成する壁であり、底板２３７に固定されている。底板２３７はプレート２０５上におかれており、必要に応じてネジ、クランプ等によって両者を密着、固定する。
２４２はマイクロ波導波路であり、クランプ２４３によってアプリケーター２４４に固定されている。
【００１１】
次に図３について説明する。図３はメンテナンス時を想定して成膜チャンバーを引き出した状態の上面図である。
第３図において、３０１は真空チヤンバーである。３０２は、ガイド機構３０３によりスライドして手前に引き出したプレートであり、その上に成膜チャンバー３０４が乗っている。
成膜チャンバー３０４の両サイドは既に説明した通りパンチングプレートになっていて、ガス放出穴３０６から放出された成膜用ガスはパンチングメタルを通過して成膜チャンバー外に出る。
その後、ガス排出口３０７に接続された不図示の真空パイプにより系外に排気される。
尚、３０８は粗引き用の排気口であり、大気圧に近い状態から引き始める時にのみ使用する。
【００１２】
次に、以上説明した本発明のロール・ツー・ロール成膜装置を利用して、実際に行う成膜工程およびメインテナス工程について述べる。説明は主に図１を用いて行う。
１回の成膜工程が終了後、充分系内をパージし、冷却した後に排気バルブを閉じＮ2、Ａr等の不活性ガスを系内に導入して真空チャンバー内を大気圧とする。
チャンバー内が大気圧となった後、フランジ１０２を真空チャンバー１０１に固定しているボルト等の治具を取り外す。
続いて上蓋１１２を開け、マイクロ波導波路１１０をアプリケーター１０９に固定しているクランプ１１１を取り外す。
しかる後に、フランジ１０２を成膜チャンバー１０４等からなる部品とともにレール１０７、ガイド機構１０８等を利用して引き出し、成膜チャンバーが真空チャンバー外に出るようにする。
次に成膜チャンバー１０４をプレート１０５に固定しているネジ等の固定治具を外す。
この状態になったならば、成膜チャンバー１０４はマイクロ波導路と共にカセット状に容易に取り外すことができる。
取り外した成膜チャンバーの代わりに、改めて清掃の済んだ新規の成膜チャンバーをプレート１０５上に固定する。
取り外した成膜チャンバーは新たに設置した成膜チャンバーを再び取り外す時までの間に清掃して再生しておけば良い。
好ましくは、数台の成膜チャンバーを用意することによりローテーションしながら使えるようになる。
新しい成膜チャンバーを設置したならば、成膜チャンバーを真空チャンバー内まで移動する。その後、フランジ１０２を真空チャンバー１０１に、ネジ等を使って固定し、真空シールをする。
続いてクランプ１１１により導波路１１０とアプリケーター１０９を連結し、フタ１１２を閉じ真空シールをする。
真空チャンバーの全箇所が真空シールされた後、図３の３０８に示す粗引き排気口に接続されたバルブを開けて系内を減圧する。
真空チャンバー内が充分な減圧状態となったならば、粗引きを止め、続いて排気口３０７を開ける。
引き続き、図２におけるガス導入フランジに不図示のガス供給手段よりＨｅ、Ａｒ等の不活性ガスを供給する。
供給されたガスは図２におけるパイプ２０６、プレート２０５等を通って成膜空間に出て、引き続きパンチングボードを通過して排気口に向かって排気される。この状態で不図示の電力供給手段よりランプヒーターに電力が供給され基体の加熱を開始する。
充分に温度が平衡に達し、かつ、チャンバー内の残留ガスが実用上充分に抜けるまで、通常は少なくとも３０分、必要に応じて数時間以上この状態で加熱、焼き出しを行う。
加熱が終了したならば、引き続いて成膜を行う。成膜を行うにはまず、Ｈｅ、Ａｒ等の加熱に利用したガスの供給を止める。
次に、少なくともＳｉＨ4、ＧｅＨ4等の成膜用原料ガスと、必要に応じて添加されるＨ2、Ｈｅ、Ａｒ等の希釈ガス、あるいは、ＰＨ3、ＢＦ3、Ｂ2Ｈ6等のドーピングガスが不図示のガス供給装置により所望の流量に調整されて供給される。こうした成膜ガスはガス放出穴から成膜チャンバー内に出ると同時にパンチングメタルを通じて排気されるので、流量と排気速度の関係等により圧力が定まるが、好ましくは１〜１００ｍｔｏｒｒ程度に調整されるのが良い。
この状態にして不図示のマイクロ波電源によりマイクロ波電力を図１のアプリケーター１０９、導波路１１０を通じて成膜チヤンバー内に投入すると成膜チャンバー内でマイクロ波放電プラズマが生起し、希望する堆積膜の形成が開始する。所望する膜厚の堆積膜が得られたら、マイクロ波電力の供給を止め、成膜を停止する。
引き続いてランプヒーターへの電力供給を止め、系内を冷却する。以降、工程の頭に戻って繰り返す。
【００１３】
以上工程を説明してきたが、本発明においては、成膜ガスを真空チャンバーから、成膜チャンバーへ供給するパイプ２０６の一端がＯリング２０７を持つジョイント２０８となっており、スリーブ２０９に挿入されいている為に、成膜チャンバーを真空チャンバー外へ引き出す、あるいは逆に真空チャンバー内に戻す際に何らパイプを分解したり、組み立てたりする必要がない。
成膜チャンバーの引き出しあるいは押し込みに応じて、自動的に外れ、あるいは組み込まれるものであり、従って作業性を極めて向上させることができる。
導波路２４４についても同様であり、従来は通常の導波管を使用して多数のボルト・ナットでアプリケーターおよび成膜チャンバーに固定していたために、極めて時間がかかり、メンテナンス性が悪かったものが、本発明ではクランプによりワンタッチで外せるようになった。
また、従来のマイクロ波成膜装置であれば、真空チャンバー内に固定されていた個々の部品を取り出して清掃再生した後に再組み立てしなければならなかったため、メンテナンスに多大な時間を要したのに対し、本発明では以上説明したように、真空チャンバー内に脱着可能な成膜チャンバーを設ける二重構造とし、かつ真空チャンバーと成膜チャンバーを連結する箇所をワンタッチで外し、組み立てられるようにしたため、極めて迅速にメンテナンスが終了するようになった。
【００１４】
次に本発明の成膜装置であってＲＦ方式を利用した成膜装置について述べる。図４は本発明のロール・ツー・ロール成膜装置を構成するＲＦを利用した成膜チャンバーおよび真空チャンバーの典型例を表わす模式図である。
図４において４０１は真空チャンバー、４０２は真空チャンバーの１面を為すフランジであり、内部にステー４０３が設けられており、ステー４０３上には成膜チャンバー４０４が脱着可能に置かれている。成膜用ガス導入パイプは、マイクロ波法の時と同じくＯリングを介して真空チャンバー側のパイプと成膜チャンバー側のパイプを連結するジョイント４０５で構成されている。
成膜用ガスはこのジョイントを通して導入され、ガス放出穴より成膜チャンバー内に吹き出す。
フランジ４０２は既述のマイクロ波方式の場合と同様のガイド機構（ここでは不図示とする）を有しており、滑らかに脱着可能である。実際の成膜工程は下記の数項目を除いて基本的に既述のマイクロ波方式の場合と変わるところがないので略す。
マイクロ波方式の場合との相違点は、プラズマ励起手段がＲＦ（通常１３．５６ＭＨｚ帯等の高周波が広く用いられる）であるので、アプリケーター手段ではなく、有電極放電となり、カソードと基板間で放電を励起すること、成膜時の圧力が０．１〜１０ｔｏｒｒ前後であるため、通常はメカニカル・ブースター・ポンプ等の排気手段が用いられることなどである。
ＲＦ方式を利用した成膜装置においても、本発明によれば既述したマイクロ波方式の場合と同様にメンテナンスとしては成膜チャンバーの交換を必要とするだけであり、装置稼動率は飛躍的に向上し、本発明の効果は大なるものである。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明を実施例により詳しく説明するが、本発明は実施例により何ら制限されるものではない。
［実施例１］
本発明のロール・ツー・ロール成膜装置を利用して、ａ−ＳｉＧｅ層をｉ層（光電変換層）に用いたａ−ＳｉＧｉ単層（シングル）セル太陽電池を作製する例を取り挙げて述べる。
ロール・ツー・ロール成膜装置は、ロール状に巻かれたボビンからａ−ＳｉＧｅ膜形成用の帯状基体を連続的に送り出して太陽電池を構成する少なくともｎ型ａ−Ｓｉ層、ｉ型ａ−ＳｉＧｅ層、ｐ型ａ−Ｓｉ層等を含む層からなる複数の層を各々別個の反応容器である成膜室内で形成するものであるが、各々の成膜空間においては減圧状態を維持しながら、基体の複数の成膜室間での移動を可能にし、かつ各々の成膜室内に供給される、例えばｎ型ａ−Ｓｉ層、ｐ型ａ−Ｓｉ層等の原料となるガスが相互に拡散、混入することを防止する機能を有する連結部材（一般的に「ガス・ゲート」あるいは単に「ゲート」と呼称される。）を具備している。
図５は、本発明のａ−ＳｉＧｅ太陽電池のロール・ツー・ロール成膜装置を示す模式図であり、堆積膜厚の厚く、ハイ・スループットの要求されるｉ型ａ−ＳｉＧｅ層をμω方式で作成し、又、堆積膜厚が薄く、ｉ型ａ−ＳｉＧｅ層ほどのハイ・スリープットを要求されないｎ型およびｐ型のａ−Ｓｉ層をＲＦ方式で作成している。
【００１６】
図５において、５０１はａ−Ｓｉ膜を堆積する帯状基体であり、本実施例においてはステンレス製である。帯状基体５０１は円形のボビン５１１に巻つけられ、送り出し室５１０内に据えつけられる。送り出し室５１０内に設置されたボビンから送り出された帯状基体５０１は、ガス・ゲート（以降、単に“ゲート”と記す）５２０、ｎ型ａ−Ｓｉ成膜室を内部に有する真空チャンバー５３０、ゲート５４０、ｉ型ａ−ＳｉＧｅ成膜室を内部に有する真空チャンバー５５０、ゲート５６０、Ｐ型ａ−Ｓｉ成膜室を内部に有する真空チャンバー５７０、ゲート５８０を通過し、巻き取り室５９０内に設置された巻き取りボビン５９１に巻き取られる。
５３０ａ、５７０ａは各々ＲＦ電源であり、５３０ｂ、５７０ｂは各々ＲＦ放電を励起するためのカソード電極であり各々ｎ型ａ−Ｓｉ層、ｐ型ａ−Ｓｉ層を堆積する為の電力が供給される。
５５０ａはマイクロ波を放電空間に放射する為の誘電体窓からなるアプリケータであり、誘電体窓に垂直方向に設置された矩形導波管５５０ｂを通して不図示のマイクロ波電源より電力を印加され、ｉ型ａ−ＳｉＧｅ成膜室内の放電空間でグロー放電が生起される。
５０２ａ〜５０６ａは各々堆積膜形成の原料となるガスが充填されており、５０２ａはＳｉＨ４ガス、５０３ａはＧｅＨ４ガス、５０４ａはＨ２ガス、５０５ａはＰＨ３ガス、５０６ａはＢ２Ｈ６ガスが充填されている。
各々のガスは開閉バルブ５０２ｂ〜５０６ｂ及び減圧器５０２ｃ〜５０６ｃを通ってガス混合器５３０ｃ、５５０ｃ、５７０ｃに導かれる。ガス混合器５３０ｃ〜５７０ｃで所望の流量、及び混合比とされた原料ガスは、ガス導入ライン５３０ｄ、５５０ｄ、５７０ｄを通って各成膜室内に噴出する。成膜室内に導入されたガスは、油拡散ポンプ、メカニカル・ブースター・ポンプ及びロータリー・ポンプ等からなる排気装置５１０ｅ、５３０ｅ、５５０ｅ、５７０ｅ、５９０ｅにより、各室内での圧力を所望のものとするように調整されながら排気され、不図示の排ガス処理装置へ導かれる。又、５３０ｆ、５５０ｆ、５７０ｆは各々基板加熱用赤外線ランプヒーターであり、各々電源５３０ｇ、５５０ｇ、５７０ｇより電力が供給される。
５４１、５６１はゲートの開口断面積を調節する部品であり、ガス流路を狭くして、各成膜室間同志でのガスの相互拡散を減少させている。さらにゲートにはガス導入口５４２、５６２より、膜形成に悪影響を与えないガス、例えばＨ２、Ｈｅ等のガスがボンベ５０７ａから減圧器５０７ｂ、流量調節器５０７ｃ、５０７ｄを通って供給され、各成膜室内の原料ガスの相互拡散を更に抑えている。
送り出し室５１０より送り出された帯状基体５０１は、次々と各成膜室内を進み、その表面にｎ型ａ−Ｓｉ膜、ｉ型ａ−ＳｉＧｅ膜、ｐ型ａ−Ｓｉ膜を形成されて最終的に巻き取り室５９０に入る。
まず、ｎ型ａ−Ｓｉ成膜室を内部に有する真空チャンバ５３０内では帯状基体５０１は赤外線ランプヒータ５３０ｆにより加熱され、所望の温度にされる。又、ガス混合器５３０ｃによりｎ型ａ−Ｓｉ膜の原料になるＳｉＨ４、Ｈ２、ＰＨ３等のガスが各々最適の流量で混合され、成膜室内に導入される。同時にＲＦ電力がＲＦ電源５３０ａよりカソード５３０ｂに与えられ、成膜空間内にグロー放電を生起せしめ、帯状基体５０１の表面にｎ型ａ−Ｓｉ膜を形成する。
次に、帯状基体５０１はゲート５４０内を進み、ｉ型ａ−ＳｉＧｅ成膜室を内部に有する真空チャンバー５５０内に入る。５５０内では先述と同様に最適流量に設定されたＳｉＨ４、ＧｅＨ４、Ｈ２ガスに最適パワーを与え、前記ｎ型ａ−Ｓｉ膜上に所望のｉ型ａ−ＳｉＧｅ膜を形成する。以下同様に、帯状基体５０１はゲート５６０、ｐ型ａ−Ｓｉ成膜室を内部に有する真空チャンバー５７０を経て巻き取り室５９０内のボビン５９１に巻き取られる。
ここで真空チャンバー５３０、５５０、５７０には各々本発明の特徴であるところの取りはずし可能なフランジ５３１、５５１、５７１が設けられている。
このフランジには既に説明した通りの、内部に脱着可能な成膜チャンバーを支えるためのステーガイド機構等が設けられている。
成膜工程の更に細かい手順に関しては前述の説明の通りなので略す。
目的とする帯状基体以外の個所に堆積した膜がはがれ始める前に成膜作業を中止し、系内をパージした後、排気バルブを閉じてＮ２で系内を大気圧にした。
その後フランジ５３１、５５１、５７１を引き出し、各々の成膜室を新な清掃済の予備のものと交換した。引き続き、改めて系内を真空に引き、再び成膜を開始した。
この際に必要としたメンテナンス時間を従来のものと比較する。
従来は、
リーク ２０分
部品取りはずし ３０分
部品再生（ブラスト処理、エッチング等） １時間
部品乾燥 １時間
部品取り付け ４０分
真空引き ２０分
の計３時間５０分を要していたものが、
本発明においては
リーク ２０分、
部品交換 ２０分
真空引き ２０分
の１時間で済むようになり装置稼働率を飛躍的に向上することができた。
【００１７】
［実施例２］
本発明のロール・ツー・ロール成膜装置を利用してトリプル・セル太陽電池を作製する装置の例を取り挙げて述べる。
太陽電池の構成はボトム・セルにマイクロ波法で作製するａ−ＳｉＧｅ、ミドル・セルにマイクロ波法で作製するａ−ＳｉＧｅ、トップ・セルにＲＦ法で作製するａ−Ｓｉの光電変換層を用いており、又、その他の層はすべてＲＦ法で作製している。図６に、こうした太陽電池を作製する本発明の成膜装置の典型例の模式図を示す。
図６において６０１は帯状基体である。帯状基体は幅３５０ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍのＳＵＳ４３０製であり既に前工程にて洗浄と下地処理が行われている。下地処理は具体的には反射増大により光利用効率を向上させる為の金属のコーティング等を含んでいるが詳しくは表１に記す。
こうした帯状基体は、送り出し室６０２に設置された送り出しボビン６０３から各成膜室に繰り出される。
全成膜室を通過して成膜を終えた基体は巻き取り室６０４内に設置された巻き取りボビン６０５に巻き取られる。６１１より６２３は各々内部に成膜室を有する真空チャンバーであり、送り出し室６０２、巻き取り室６０４と共にすべてのチャンバーが図の如く帯状基体の通過可能なガス・ゲートで連結されている。
又、チャンバーの数が増え装置の全長が拡大するのに伴って帯状基体の重力による垂れ下がりが無視できなくなるので予め全チャンバーの配置がカテナリー状となるように設置してある。
今回は不図示とするが各真空チャンバーのフランジは本発明の特徴であるところの成膜室を伴ってフランジが外せる構造となっている。
【００１８】
以下に各チャンバー内に設置された成膜室の機能を記す。
６１１；ボトムセルｎ層成膜用ＲＦ成膜室
６１２；ボトムセルｎ／ｉ拡散防止層成膜用ＲＦ成膜室
６１３；ボトムセルｉ層成膜用マイクロ波成膜室
６１４；ボトムセルｉ／ｐ拡散防止層成膜用ＲＦ成膜室
６１５；ボトムセルｐ層成膜用ＲＦ成膜室
６１６；ミドルセルｎ層成膜用ＲＦ成膜室
６１７；ミドルセルｎ／ｉ拡散防止層成膜用ＲＦ成膜室
６１８；ミドルセルｉ層成膜用マイクロ波成膜室
６１９；ミドルセルｉ／ｐ拡散防止層成膜用ＲＦ成膜室
６２０；ミドルセルｐ層成膜用ＲＦ成膜室
６２１；トップセルｎ層成膜用ＲＦ成膜室
６２２；トップセルｉ層成膜用ＲＦ成膜室
６２３；トップセルｐ層成膜用ＲＦ成膜室
このような本発明の成膜装置を利用してトリプル・セル太陽電池を作製するがその具体的な手順は既に実施例１及び詳細な説明の項に記したのでここでは省略する。
また、その詳細な成膜条件については表１に示しておく。
尚、帯状基体の搬送速度は５００ｍｍ／ｍｉｎとした。
１ボビン分の帯状基体が巻き取りボビンに巻き取られ、ボビンの交換の必要が生じたごとに（以降１成膜サイクルと呼ぶ）成膜を一旦中止し、全チャンバーをパージ、冷却、リークしてメンテナンスを行った。
膜厚が必要とされ成膜速度の速いマイクロ波を利用したｉ層成膜室６１３、６１８の交換は１成膜サイクルごとに行い、他の成膜室の交換は５成膜サイクルごとに行った。
このようにして計１０成膜サイクルを行った。得られた１０成膜サイクル１０分、すなわち１０ロール分の太陽電池原反より１ロールにつき３ケの１ｃｍ角サンプルを切り出し、透明電極（ＩＴＯ）、集電電極（Ａｌ）を蒸着し、ＡＭ１光のもとで太陽電池変換効率を評価した。
３０枚のサンプルの特性評価結果は変換効率１０．５８ないし１０．７５％内に収まっていた。
メンテナンスはいずれも真空チャンバーをリーク後成膜室を交換するのみであるため極めて迅速に終了することができ、従来に比して稼働率が飛躍的に向上した。
【００１９】
【表１】
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、以上のように成膜チャンバーを真空チャンバーの外へ引き出し、この成膜チャンバーを真空チャンバーから取り外しできるように構成したものであるから、成膜チャンバーを真空チャンバーの外へ引き出し取り外すという簡単な作業により、成膜チャンバーを交換するだけで、粉体あるいは膜の清掃に時間を要することがなく、メンテナンス性が向上すると共に、装置の稼働率を飛躍的に向上することができ、ひいては製品のコストダウンを図ることができる。
また、本発明においては成膜チャンバーを、この成膜用ガスを供給する為のガス供給部とＯリングを持つジョイントによって連結するように構成することにより、成膜チャンバーを真空チャンバー外へ引き出し、あるいは逆に真空チャンバー内に戻す際に、これらの引き出しあるいは押し込みに応じて、自動的にそれらを連結することができ、作業性を向上させることができる。
さらに、前記成膜チャンバーを、該成膜チャンバー側に設けられている電力導入用導波菅が前記真空チャンバーのフランジ側に設けられている前記導波菅への電力を導入するためのアプリケータに対して、連結用クランプを介して連結するように構成することによって、ワンタッチで成膜チャンバーを真空チャンバーの外に引き出すことができ、そのメンテナンス性を一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のロールツーロール成膜装置を構成するマイクロ波を利用した成膜チャンバーおよび真空チャンバーにおけるメンテナンス時の状態を示す側面図である。
【図２】本発明のロールツーロール成膜装置を構成するマイクロ波を利用した成膜チャンバーおよび真空チャンバーにおける実際の成膜時と同じ配置状態を示す側面図である。
【図３】本発明のロールツーロール成膜装置を構成するマイクロ波を利用した成膜チャンバーおよび真空チャンバーにおけるメンテンンス時の状態を示す上面図である。
【図４】本発明のロール・ツー・ロール成膜装置を構成するＲＦを利用した成膜チャンバーおよび真空チャンバーを表す模式図である。
【図５】本発明のロール・ツー・ロール・シングルセル太陽電池成膜装置を示す模式図である。
【図６】本発明のロール・ツー・ロール・トリプルセル太陽電池成膜装置を示す模式図である。
【図７】従来のロール・ツー・ロール成膜装置を構成する成膜チャンバーおよび真空チャンバーを表す模式図である。
【符号の説明】
１０１ 真空チャンバー
１０２ 前フランジ
１０３ ブラッケット
１０４ 成膜チャンバー
１０５ プレート
１０６ ブラケット
１０７ レール
１０８ 搬送ガイド機構
１０９ａ，ｂ マイクロ波アプリケーター
１１０ａ，ｂ マイクロ波導波路
１１１ａ，ｂ 連結用クランプ
１１２ 上蓋
１１３ 蝶番
１１４ 赤外線ランプヒーター
１１５ 基体
１１６ パンチングメタル
２０１ 真空チャンバー
２０２ ゲートバルブ
２０４ ガイド機構
２０５ プレート
２０６ ガス導入パイプ
２０７ Ｏリング
２０８ ジョイント
２０９ 接続スリーブ
２１０ ガス導入フランジ
２３１ 上蓋
２３２ ブラケット
２３３ 赤外線ランプヒーター
２３４ 基体
２３５ 温度センサー
２３６ 壁板
２３７ 底板
２４１ 前フランジ
２４２ マイクロ波導波路
２４３ 連結用クランプ
２４４ マイクロ波アプリケーター
３０１ 真空チャンバー
３０２ プレート
３０３ 搬送ガイド機構
３０４ 成膜チャンバー
３０５ パンチングメタル
３０６ ガス放出穴
３０７ ガス排気口
３０８ 粗引き用ガス排気口
４０１ 真空チャンバー
４０２ 前フランジ
４０３ ステー
４０４ 成膜チャンバー
４０５ ジョイント
５０１ 帯状基体
５１１，５９１ 基体を巻きつけるボビン
５１０ 基体の送り出し室
５３０ ｎ型ａ−Ｓｉ成膜室を内部に有する真空チャンバー
５５０ ｉ型ａ−ＳｉＧｅ成膜室を内部に有する真空チャンバー
５７０ ｐ型ａ−Ｓｉ成膜室を内部に有する真空チャンバー
５９０ 基体の巻き取り室
５２０，５４０，５６０，５８０ ゲート
５３０ａ，５７０ａ ＲＦ電源
５５０ａ マイクロ波アプリケーター
５３０ｂ，５７０ｂ カソード電極
５５０ｂ 導波管
５０２ａ ＳｉＨ４ガス・ボンベ
５０３ａ ＧｅＨ４ガス・ボンベ
５０４ａ Ｈ２ガス・ボンベ
５０５ａ ＰＨ３ガス・ボンベ
５０６ａ Ｂ２Ｈ６ガス・ボンベ
５０２ｂ〜５０６ｂ ガスボンベの開閉バルブ
５０２ｃ〜５０６ｃ 減圧器
５３０ｃ，５５０ｃ，５７０ｃ ガス混合器
５３０ｄ，５５０ｄ，５７０ｄ ガス導入ライン
５１０ｅ，５３０ｅ，５５０ｅ，５７０ｅ，５９０ｅ 排気ポンプ
５３０ｆ，５５０ｆ，５７０ｆ 基体加熱用ヒーター
５３０ｇ，５５０ｇ，５７０ｇ 基体加熱用ヒーターの電源
５０７ａ ゲート用パージ・ガス・ボンベ
５０７ｂ 減圧器
５０７ｃ，５０７ｄ ガス流量調節器
５４１，５６１ ギャップ調整部品
５４２，５６２ ゲートガス導入口
５３１，５５１，５７１ 脱着可能な前フランジ
６０１ 帯状基体
６０２ 送り出し室
６０３ 送り出しボビン
６０４ 巻き取り室
６０５ 巻き取りボビン
６１１ ボトムセルｎ層成膜用ＲＦ成膜室
６１２ ボトムセルｎ／ｉ拡散防止層成膜用ＲＦ成膜室
６１３ ボトムセルｉ層成膜用マイクロ波成膜室
６１４ ボトムセルｉ／ｐ拡散防止層成膜用ＲＦ成膜室
６１５ ボトムセルｐ層成膜用ＲＦ成膜室
６１６ ミドルセルｎ層成膜用ＲＦ成膜室
６１７ ミドルセルｎ／ｉ拡散防止層成膜用ＲＦ成膜室
６１８ ミドルセルｉ層成膜用マイクロ波成膜室
６１９ ミドルセルｉ／ｐ拡散防止層成膜用ＲＦ成膜室
６２０ ミドルセルｐ層成膜用ＲＦ成膜室
６２１ ミドルセルｎ層成膜用ＲＦ成膜室
６２２ ミドルセルｉ層成膜用ＲＦ成膜室
６２３ トップセルｐ層成膜用ＲＦ成膜室
７０１ 真空チャンバー
７０２ ガスゲート
７０３ 帯状基体
７０４ 上蓋
７０５ 成膜チャンバー
【発明の属する技術分野】
本発明は光起電力素子、各種センサー等の機能性堆積膜を作製するロール・ツー・ロール成膜装置及びその方法の改良に関する。
更に詳しくは、ロール・ツー・ロール成膜のメンテナンス時間を短縮し、装置稼働率を向上させる為の装置及びその方法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、太陽光を利用する太陽電池による発電方式は、放射能汚染や地球温暖化等の問題を惹起することはなく、また、太陽光は地球上至るところに降り注いでいるためエネルギー源の偏在が少なく、さらには、複雑で大型の設備を必要とせずに比較的高い発電効力が得られる等、今後の電力需要の増大に対しても、環境破壊を引き起こすことなく対応できるクリーンな発電方式として注目を集め、実用化に向けて様々な研究開発がなされている。
ところで、太陽電池を用いる発電方式については、それを電力需要を賄うものとして確立させるためには、使用する太陽電池が、光電変換効率が十分に高く、特性安定性に優れたものであり、且つ大量生産し得るものであることが基本的に要求される。
こうしたことから、容易に入手できるシラン等の気体状の原料ガスを使用し、これをグロー放電分解して、ガラスや金属シート等の比較的安価な基板上にアモルファスシリコン（以降「ａ−Ｓｉ」と略記する）等の半導体膜を堆積させることにより作製できる太陽電池が量産性に富み、単結晶シリコン等を用いて作製される太陽電池に比較して低コストで生産ができる可能性があるとして注目され、その基本層構成、製造方法等について各種の提案がなされている。
【０００３】
そうした各種提案されている製造方法のなかでも最近注目されているのが、マイクロ波を用いたプラズマプロセスである。
マイクロ波は周波数帯が短いため従来のＲＦを用いた場合よりもエネルギー密度を高めることが可能であり、プラズマを効率良く発生させ、持続させることに適している。
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体上に薄膜を堆積形成させる方法が開示されており、この方法による場合には、低圧下でのプロセスにより成膜することができることから、膜特性の低下の原因となる活性種のポリマリゼーションが防げ、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抑え且つ、成膜速度の飛躍的向上が図れるとされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、マイクロ波プラズマでは成膜速度の飛躍的向上が望めるものの、マイクロ波を成膜チャンバー内に導入するにはマイクロ波電源、アイソレーター、導波管、アルセラ窓を利用したマイクロ波アプリケーター手段等が必要とされ、要する費用が従来のＲＦ法のそれに比して高価である。
従って例えばａ−Ｓｉ太陽電池の製造にあたっては膜厚が厚く高スループットを要求される光起電力層（ｉ 型ａ−Ｓｉ層）の作製にマイクロ波を、それ以外の層、すなわちｎ型ａ−Ｓｉ層およびｐ型ａ−Ｓｉ層の作成にはＲＦ法を用いる。いわゆるハイブリッド方式が提案されている。
【０００５】
一方、別の量産化へのアプローチとして米国特許第４，４００，４０９号明細書には、ロール・ツー・ロール（Ｒｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌ）方式を採用した連続プラズマＣＶＤ装置が開示されている。
この装置によれば、複数のグロー放電領域を設け、所望の幅の十分に長い可撓性の基板を、該基板が前記各グロー放電領域を順次貫通する経路に沿って配置し、前記各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、前記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。
なお、該明細書においては、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にはガスゲートが用いられている。具体的には、前記各グロー放電領域同志を、スリット状の分離通路によって相互に分離し、さらに該分離通路に例えばＡｒ、Ｈ2等の掃気用ガスの流れを形成させる手段が採用されている。
こうしたことからこのロール・ツー・ロール方式は、半導体素子の量産に適する方式であると言えよう。
【０００６】
以上の事態を踏まえれば、量産に適しているといわれるマイクロ波およびＲＦハイブリッド方式とロール・ツー・ロール生産方法を合理的に組み合わせれば更にスループットの大きい量産方法となる。
しかし、こうした理想的とも思われる量産方式においても以下に記す問題が明らかになってきた。
堆積膜形成の前駆体である活性種は粉体あるいは膜となって目的とする基体以外の成膜室の各部所に堆積する。
このような基体以外の部所に堆積した膜はある限度以上の厚さとなると下地からはがれ始める。はがれた膜片のあるものは基体に付着し堆積膜に欠陥箇所を発生させる。こうした事態を防ぐために、通常はある成膜回数なり、トータルの成膜時間等の区切りごとに成膜室を清掃する必要があった。
しかし粉体あるいは膜の清掃には実際かなりの時間を必要とする。
例えば膜落としにヤスリ、ブラシ等を使用すると時間と労力を要し、かつ、手の届きにくい細かい部分は清掃困難であった。また、粉体の場合、発火の危険性もある。
従って通常は成膜室内の容易にはずせる部分のみをはずして、エッチングあるいはブラスト処理等により再生して使用するという方法がとられる。
この方法にしろ個々の部品の脱着、組み立て、エッチング等の処理に時間を要し、装置稼動率を低下させていた。
ロール・ツー・ロール方式を利用している場合に更に問題となるのが、メンテナンス時の帯状基体の取り扱いである。これは以下の事情による。
帯状基体のボビン１巻き分の成膜が終わった時に、通常、帯状基体を装置から完全に抜いてしまうということは行われない。
通常は、新たな帯状基体を新規に全成膜室、全ガスゲートを通すのはガスゲードギャップの狭さ（通常１ｍｍ 乃至１０ｍｍ ）からいって困難なので、前回成膜した分の帯状基体の後端部に新規帯状基体の先端部を接着あるいは溶接等の手段によりはりつけ、前回分の帯状基体の後端部で新規帯状基体の先端部を引っ張って装置中を通してしまう方法が良く用いられる。
つまり帯状基体はチャンバー内から無くなることがなく、常時、成膜チャンバーに接するように存在するので、成膜室のメンテナンスの防げになる。
あるいは帯状基体が存在する為に取り出したい部品が取り出せないという事実が発生する。
図７にこうした状況を表す模式図を示す。図７において７０１は真空チャンバー、７０２はガスゲート、７０３は帯状基体、７０４は上蓋、７０５は成膜チャンバーである。
図から明らかな通り成膜チャンバーを構成する部品は帯状基体７０３が障害となり容易に取り出せない。また、帯状基体７０３の下部の清掃が困難である。
つまりバッチ式成膜装置であれば基体を取り出した後にメンテナンス作業を行えば良かったものが、ロール・ツー・ロール方式では基体が連続長尺のまま残されるのでメインイナンスが困難になっていた。
【０００７】
そこで、本発明は以上述べてきた従来のロール・ツー・ロール成膜における問題点を解決し、基体以外の場所に堆積した粉体および膜の清掃に時間を要することなく、メンテナンス性およびその稼動率を向上させたロール・ツー・ロール成膜装置およびその方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、成膜チャンバーを前記真空チャンバーの外へ引き出してこの真空チャンバーから取り外しできるように構成することにより、メインテンス性および装置の稼動率を向上させたたものである。
すなわち、成膜チャンバーをその内部に有すると同時にガスゲートを介して連結された複数の真空チャンバーで構成され、帯状基体を成膜チャンバーの側壁の１つとするようにし前記連結された複数の真空チャンバーの長手方向に移動させながら前記帯状基体上に連続的に成膜するロール・ツー・ロール成膜装置において、前記成膜チャンバーが前記真空チャンバーの外へ引き出され該真空チャンバーに対して取り外し可能に構成されていることを特徴ととしている。
本発明においては、前記成膜チャンバーは、真空チャンバーの１面を形成し該真空チャンバーから着脱可能なフランジを、該真空チャンバーから外すことにより前記真空チャンバーの外へ引き出される。
その際、前記フランジは、該フランジに設けられ前記真空チャンバー内の方向に延びた支持機構により前記成膜チャンバーを脱着可能に支持し、該支持機構をガイド機構により案内して前記成膜チャンバーを前記真空チャンバーの外へ引き出すように構成することができる。
また、前記成膜チャンバーは、該成膜チャンバーに成膜用ガスを供給する為のガス供給部とＯリングを持つジョイントによって連結され、このガス供給部は、前記真空チャンバー内であって該真空チャンバー内に前記成膜チャンバーを設置した状態において該成膜チャンバーの外側の位置に設けられる。
さらに、前記成膜チャンバーを、該成膜チャンバー側に設けられている電力導入用導波菅が前記真空チャンバーのフランジ側に設けられている前記導波菅への電力を導入するためのアプリケータに対して連結用クランプを介して連結するように構成し、本発明はこれらの構成によりワンタッチで成膜チャンバーを真空チャンバーの外に引き出すように構成することができる。
そして、本発明のこのような装置を用いれば、１回乃至数回の成膜工程が終了後、前記真空チャンバーの外へ引き出され該真空チャンバーから取り外された成膜チャンバーを清掃の済んだ新規の成膜チャンバーと交換して成膜することが可能となる。
また、本発明は、成膜チャンバーにマイクロ波を導入して成膜する場合だけでなく、ＲＦ電力を導入して成膜する場合においても有効である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に基づき、本発明の内容を詳細に説明する。
本発明は、以上のように１回乃至数回の成膜工程が終了後、前記成膜チャンバーを真空チャンバーの外へ引き出し、その真空チャンバーから取り外しできるように構成したものであるから、成膜チャンバーを交換するだけでその清掃に時間を要することがなく、メンテナンス性及び装置の稼働率を飛躍的に向上させることができる。
以下、図に基づいて本発明の内容を具体的に説明する。
図１乃至図３に本発明のロール・ツー・ロール成膜装置を構成するマイクロ波を利用した成膜チャンバーおよび真空チャンバーの典型例を表わす模式図を示す。図１はその側面図でありメンテナンス時に成膜チャンバーを真空チャンバーのフランジごと引き出した状態を示す模式図である。
図２は成膜チャンバーが真空チャンバー内に設置された状態を表す側面図であり実際の成膜時と同じ配置である。
図３はその上面図であり、図１と同じくメンテナンス時の状態を示している。以下、これらの図面を参照しながら説明をする。
図１において、１０１は内部を減圧状態にする為の真空チャンバー、１０２は真空チャンバーの１面を形成する脱着可能なフランジであり、本図においてはフランジが外されて引き出された状態を示している。
１０３はフランジに固定され、真空チャンバー内部側に向かって延びたブラケットであり、成膜チャンバー１０４がその上に脱着自在に設置可能であり、内部にガス導入機構を有する（不図示、図２にて説明）プレート１０５を支えている。またプレート１０５はブラケット１０６によっても支えられいている。ブラケット１０６は内部にローラーを有しており、レール１０７上を移動可能である。
一方、真空フランジ１０２の大気側は搬送ガイド機構１０８に連結されており、成膜チャンバーを真空チャンバーに対して手行で滑らかに引き出せる構造となっている。
１０９ａ、１０９ｂは各々マイクロ波を真空チャンバー内に導入する為のマイクロ波アプリケーター手段であり、大気側は不図示のマイクロ波導波管につながっており同じく不図示のマイクロ波電源よりマイクロ波電力が供給される。
１１０ａ、１１０ｂは各々真空チャンバーと成膜チャンバーを連結し、マイクロ波をアプリケーターより成膜チャンバー内へ導入するためのマイクロ波導波路である。導波路１１０ａ、１１０ｂとアプリケーター１０９ａ、１０９ｂは各々クランプ１１１ａ、１１１ｂによって連結、固定される。
１１２は真空チャンバー１０１を形成する上蓋であり、蝶番１１３を支点として開閉できる。
上蓋には基板加熱の為の赤外線ランプヒーター１１４が設置されており、基体１１５を加熱する。
また、成膜チャンバー１０４は導波路１１０ａ、１１０ｂと共に図の斜線の部分が一体となって容易に脱着可能に設計される。
成膜チャンバーの側壁は成膜チャンバー内に導入された成膜ガスの排気通路となり、かつマイクロ波を成膜チャンバー内に閉じこめるための多孔板（パンチィングメタル）１１６で形成される。
導波路１１０ａ、１１０ｂは好ましくは、いわゆるＰＦ（Ｐｌａｓｍａ−ｆｒｅｅ）窓と呼ばれる形式で作製されることが望ましい。ＰＦ窓は多数の厚さ１ｍｍ程度の金属フィンを数ｍｍ間隔をおいて積み重ねて構成したものであり、マイクロ波の振動方向とのマッチングを取ることにより、その空隙中をマイクロ波はロスなく進行するが、プラズマは空隙中で減衰するというものである。
これにより、プラズマによるアプリケーターの異常加熱を防止する。
尚、図１の１１０ａではＰＦ窓のフィンの様子を簡単に示している。
【００１０】
次に図２について説明する。図２において、２０１は内部を真空にするための真空チャンバー、２３１は真空チャンバーの上蓋であり、本図においては内部を減圧状態とするために閉じられている。
２４１は真空チャンバーを形成する脱着可能なフランジであり、本図においては内部を減圧状態とするために、フランジはＯリングを介して真空チャンバー２０１に密着するよう固定されている。
真空チャンバー底面にはバルブ２０２及び不図示のディフュージョンポンプ等の真空ポンプが連結されていて、真空チャンバー内を減圧とすることが可能である。２０４は図１の説明の際に述べたように成膜チャンバー２３６、２３７の引き出し用の一連のガイド機構であり、成膜チャンバー２３６、２３７を乗せるためのプレート２０５をガイド機構２０４上に有する。
又プレート２０５には成膜用ガス導入パイプ２０６が接続されている。ガス導入パイプ２０６の他端はＯリング２０７を有するジョイント２０８となっており、真空チャンバー側に固定された接続スリーブ２０９内に差し込まれている。また、接続スリーブへはガス導入フランジ２１０を通って不図示のガス供給装置より成膜用ガスが導入される。
ジョイント２０８とスリーブ２０９の接続はＯリング２０７によりシールされているので、不図示のガス供給装置からガス導入フランジ２１０に導入されたガスは漏れなくプレート２０５内に達する。
プレート２０５は内部に空洞を有しており、パイプ２０６からプレート内部の空洞へ導入されたガスはプレート他端に設けられた穴から成膜チャンバー底板を貫通したガス放出穴を通って成膜チャンバーに放出される。
一方、上蓋２３１にはブラケット２３２を介して赤外線ランプヒーター２３３が設置されている。
そして堆積膜形成用の基体２３４に接するように設けられた温度センサー２３５からの信号により制御された電力がランプヒーターに与えられることにより基体を所望の温度まで加熱する。
次に２３６は成膜チャンバーを構成する壁であり、底板２３７に固定されている。底板２３７はプレート２０５上におかれており、必要に応じてネジ、クランプ等によって両者を密着、固定する。
２４２はマイクロ波導波路であり、クランプ２４３によってアプリケーター２４４に固定されている。
【００１１】
次に図３について説明する。図３はメンテナンス時を想定して成膜チャンバーを引き出した状態の上面図である。
第３図において、３０１は真空チヤンバーである。３０２は、ガイド機構３０３によりスライドして手前に引き出したプレートであり、その上に成膜チャンバー３０４が乗っている。
成膜チャンバー３０４の両サイドは既に説明した通りパンチングプレートになっていて、ガス放出穴３０６から放出された成膜用ガスはパンチングメタルを通過して成膜チャンバー外に出る。
その後、ガス排出口３０７に接続された不図示の真空パイプにより系外に排気される。
尚、３０８は粗引き用の排気口であり、大気圧に近い状態から引き始める時にのみ使用する。
【００１２】
次に、以上説明した本発明のロール・ツー・ロール成膜装置を利用して、実際に行う成膜工程およびメインテナス工程について述べる。説明は主に図１を用いて行う。
１回の成膜工程が終了後、充分系内をパージし、冷却した後に排気バルブを閉じＮ2、Ａr等の不活性ガスを系内に導入して真空チャンバー内を大気圧とする。
チャンバー内が大気圧となった後、フランジ１０２を真空チャンバー１０１に固定しているボルト等の治具を取り外す。
続いて上蓋１１２を開け、マイクロ波導波路１１０をアプリケーター１０９に固定しているクランプ１１１を取り外す。
しかる後に、フランジ１０２を成膜チャンバー１０４等からなる部品とともにレール１０７、ガイド機構１０８等を利用して引き出し、成膜チャンバーが真空チャンバー外に出るようにする。
次に成膜チャンバー１０４をプレート１０５に固定しているネジ等の固定治具を外す。
この状態になったならば、成膜チャンバー１０４はマイクロ波導路と共にカセット状に容易に取り外すことができる。
取り外した成膜チャンバーの代わりに、改めて清掃の済んだ新規の成膜チャンバーをプレート１０５上に固定する。
取り外した成膜チャンバーは新たに設置した成膜チャンバーを再び取り外す時までの間に清掃して再生しておけば良い。
好ましくは、数台の成膜チャンバーを用意することによりローテーションしながら使えるようになる。
新しい成膜チャンバーを設置したならば、成膜チャンバーを真空チャンバー内まで移動する。その後、フランジ１０２を真空チャンバー１０１に、ネジ等を使って固定し、真空シールをする。
続いてクランプ１１１により導波路１１０とアプリケーター１０９を連結し、フタ１１２を閉じ真空シールをする。
真空チャンバーの全箇所が真空シールされた後、図３の３０８に示す粗引き排気口に接続されたバルブを開けて系内を減圧する。
真空チャンバー内が充分な減圧状態となったならば、粗引きを止め、続いて排気口３０７を開ける。
引き続き、図２におけるガス導入フランジに不図示のガス供給手段よりＨｅ、Ａｒ等の不活性ガスを供給する。
供給されたガスは図２におけるパイプ２０６、プレート２０５等を通って成膜空間に出て、引き続きパンチングボードを通過して排気口に向かって排気される。この状態で不図示の電力供給手段よりランプヒーターに電力が供給され基体の加熱を開始する。
充分に温度が平衡に達し、かつ、チャンバー内の残留ガスが実用上充分に抜けるまで、通常は少なくとも３０分、必要に応じて数時間以上この状態で加熱、焼き出しを行う。
加熱が終了したならば、引き続いて成膜を行う。成膜を行うにはまず、Ｈｅ、Ａｒ等の加熱に利用したガスの供給を止める。
次に、少なくともＳｉＨ4、ＧｅＨ4等の成膜用原料ガスと、必要に応じて添加されるＨ2、Ｈｅ、Ａｒ等の希釈ガス、あるいは、ＰＨ3、ＢＦ3、Ｂ2Ｈ6等のドーピングガスが不図示のガス供給装置により所望の流量に調整されて供給される。こうした成膜ガスはガス放出穴から成膜チャンバー内に出ると同時にパンチングメタルを通じて排気されるので、流量と排気速度の関係等により圧力が定まるが、好ましくは１〜１００ｍｔｏｒｒ程度に調整されるのが良い。
この状態にして不図示のマイクロ波電源によりマイクロ波電力を図１のアプリケーター１０９、導波路１１０を通じて成膜チヤンバー内に投入すると成膜チャンバー内でマイクロ波放電プラズマが生起し、希望する堆積膜の形成が開始する。所望する膜厚の堆積膜が得られたら、マイクロ波電力の供給を止め、成膜を停止する。
引き続いてランプヒーターへの電力供給を止め、系内を冷却する。以降、工程の頭に戻って繰り返す。
【００１３】
以上工程を説明してきたが、本発明においては、成膜ガスを真空チャンバーから、成膜チャンバーへ供給するパイプ２０６の一端がＯリング２０７を持つジョイント２０８となっており、スリーブ２０９に挿入されいている為に、成膜チャンバーを真空チャンバー外へ引き出す、あるいは逆に真空チャンバー内に戻す際に何らパイプを分解したり、組み立てたりする必要がない。
成膜チャンバーの引き出しあるいは押し込みに応じて、自動的に外れ、あるいは組み込まれるものであり、従って作業性を極めて向上させることができる。
導波路２４４についても同様であり、従来は通常の導波管を使用して多数のボルト・ナットでアプリケーターおよび成膜チャンバーに固定していたために、極めて時間がかかり、メンテナンス性が悪かったものが、本発明ではクランプによりワンタッチで外せるようになった。
また、従来のマイクロ波成膜装置であれば、真空チャンバー内に固定されていた個々の部品を取り出して清掃再生した後に再組み立てしなければならなかったため、メンテナンスに多大な時間を要したのに対し、本発明では以上説明したように、真空チャンバー内に脱着可能な成膜チャンバーを設ける二重構造とし、かつ真空チャンバーと成膜チャンバーを連結する箇所をワンタッチで外し、組み立てられるようにしたため、極めて迅速にメンテナンスが終了するようになった。
【００１４】
次に本発明の成膜装置であってＲＦ方式を利用した成膜装置について述べる。図４は本発明のロール・ツー・ロール成膜装置を構成するＲＦを利用した成膜チャンバーおよび真空チャンバーの典型例を表わす模式図である。
図４において４０１は真空チャンバー、４０２は真空チャンバーの１面を為すフランジであり、内部にステー４０３が設けられており、ステー４０３上には成膜チャンバー４０４が脱着可能に置かれている。成膜用ガス導入パイプは、マイクロ波法の時と同じくＯリングを介して真空チャンバー側のパイプと成膜チャンバー側のパイプを連結するジョイント４０５で構成されている。
成膜用ガスはこのジョイントを通して導入され、ガス放出穴より成膜チャンバー内に吹き出す。
フランジ４０２は既述のマイクロ波方式の場合と同様のガイド機構（ここでは不図示とする）を有しており、滑らかに脱着可能である。実際の成膜工程は下記の数項目を除いて基本的に既述のマイクロ波方式の場合と変わるところがないので略す。
マイクロ波方式の場合との相違点は、プラズマ励起手段がＲＦ（通常１３．５６ＭＨｚ帯等の高周波が広く用いられる）であるので、アプリケーター手段ではなく、有電極放電となり、カソードと基板間で放電を励起すること、成膜時の圧力が０．１〜１０ｔｏｒｒ前後であるため、通常はメカニカル・ブースター・ポンプ等の排気手段が用いられることなどである。
ＲＦ方式を利用した成膜装置においても、本発明によれば既述したマイクロ波方式の場合と同様にメンテナンスとしては成膜チャンバーの交換を必要とするだけであり、装置稼動率は飛躍的に向上し、本発明の効果は大なるものである。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明を実施例により詳しく説明するが、本発明は実施例により何ら制限されるものではない。
［実施例１］
本発明のロール・ツー・ロール成膜装置を利用して、ａ−ＳｉＧｅ層をｉ層（光電変換層）に用いたａ−ＳｉＧｉ単層（シングル）セル太陽電池を作製する例を取り挙げて述べる。
ロール・ツー・ロール成膜装置は、ロール状に巻かれたボビンからａ−ＳｉＧｅ膜形成用の帯状基体を連続的に送り出して太陽電池を構成する少なくともｎ型ａ−Ｓｉ層、ｉ型ａ−ＳｉＧｅ層、ｐ型ａ−Ｓｉ層等を含む層からなる複数の層を各々別個の反応容器である成膜室内で形成するものであるが、各々の成膜空間においては減圧状態を維持しながら、基体の複数の成膜室間での移動を可能にし、かつ各々の成膜室内に供給される、例えばｎ型ａ−Ｓｉ層、ｐ型ａ−Ｓｉ層等の原料となるガスが相互に拡散、混入することを防止する機能を有する連結部材（一般的に「ガス・ゲート」あるいは単に「ゲート」と呼称される。）を具備している。
図５は、本発明のａ−ＳｉＧｅ太陽電池のロール・ツー・ロール成膜装置を示す模式図であり、堆積膜厚の厚く、ハイ・スループットの要求されるｉ型ａ−ＳｉＧｅ層をμω方式で作成し、又、堆積膜厚が薄く、ｉ型ａ−ＳｉＧｅ層ほどのハイ・スリープットを要求されないｎ型およびｐ型のａ−Ｓｉ層をＲＦ方式で作成している。
【００１６】
図５において、５０１はａ−Ｓｉ膜を堆積する帯状基体であり、本実施例においてはステンレス製である。帯状基体５０１は円形のボビン５１１に巻つけられ、送り出し室５１０内に据えつけられる。送り出し室５１０内に設置されたボビンから送り出された帯状基体５０１は、ガス・ゲート（以降、単に“ゲート”と記す）５２０、ｎ型ａ−Ｓｉ成膜室を内部に有する真空チャンバー５３０、ゲート５４０、ｉ型ａ−ＳｉＧｅ成膜室を内部に有する真空チャンバー５５０、ゲート５６０、Ｐ型ａ−Ｓｉ成膜室を内部に有する真空チャンバー５７０、ゲート５８０を通過し、巻き取り室５９０内に設置された巻き取りボビン５９１に巻き取られる。
５３０ａ、５７０ａは各々ＲＦ電源であり、５３０ｂ、５７０ｂは各々ＲＦ放電を励起するためのカソード電極であり各々ｎ型ａ−Ｓｉ層、ｐ型ａ−Ｓｉ層を堆積する為の電力が供給される。
５５０ａはマイクロ波を放電空間に放射する為の誘電体窓からなるアプリケータであり、誘電体窓に垂直方向に設置された矩形導波管５５０ｂを通して不図示のマイクロ波電源より電力を印加され、ｉ型ａ−ＳｉＧｅ成膜室内の放電空間でグロー放電が生起される。
５０２ａ〜５０６ａは各々堆積膜形成の原料となるガスが充填されており、５０２ａはＳｉＨ４ガス、５０３ａはＧｅＨ４ガス、５０４ａはＨ２ガス、５０５ａはＰＨ３ガス、５０６ａはＢ２Ｈ６ガスが充填されている。
各々のガスは開閉バルブ５０２ｂ〜５０６ｂ及び減圧器５０２ｃ〜５０６ｃを通ってガス混合器５３０ｃ、５５０ｃ、５７０ｃに導かれる。ガス混合器５３０ｃ〜５７０ｃで所望の流量、及び混合比とされた原料ガスは、ガス導入ライン５３０ｄ、５５０ｄ、５７０ｄを通って各成膜室内に噴出する。成膜室内に導入されたガスは、油拡散ポンプ、メカニカル・ブースター・ポンプ及びロータリー・ポンプ等からなる排気装置５１０ｅ、５３０ｅ、５５０ｅ、５７０ｅ、５９０ｅにより、各室内での圧力を所望のものとするように調整されながら排気され、不図示の排ガス処理装置へ導かれる。又、５３０ｆ、５５０ｆ、５７０ｆは各々基板加熱用赤外線ランプヒーターであり、各々電源５３０ｇ、５５０ｇ、５７０ｇより電力が供給される。
５４１、５６１はゲートの開口断面積を調節する部品であり、ガス流路を狭くして、各成膜室間同志でのガスの相互拡散を減少させている。さらにゲートにはガス導入口５４２、５６２より、膜形成に悪影響を与えないガス、例えばＨ２、Ｈｅ等のガスがボンベ５０７ａから減圧器５０７ｂ、流量調節器５０７ｃ、５０７ｄを通って供給され、各成膜室内の原料ガスの相互拡散を更に抑えている。
送り出し室５１０より送り出された帯状基体５０１は、次々と各成膜室内を進み、その表面にｎ型ａ−Ｓｉ膜、ｉ型ａ−ＳｉＧｅ膜、ｐ型ａ−Ｓｉ膜を形成されて最終的に巻き取り室５９０に入る。
まず、ｎ型ａ−Ｓｉ成膜室を内部に有する真空チャンバ５３０内では帯状基体５０１は赤外線ランプヒータ５３０ｆにより加熱され、所望の温度にされる。又、ガス混合器５３０ｃによりｎ型ａ−Ｓｉ膜の原料になるＳｉＨ４、Ｈ２、ＰＨ３等のガスが各々最適の流量で混合され、成膜室内に導入される。同時にＲＦ電力がＲＦ電源５３０ａよりカソード５３０ｂに与えられ、成膜空間内にグロー放電を生起せしめ、帯状基体５０１の表面にｎ型ａ−Ｓｉ膜を形成する。
次に、帯状基体５０１はゲート５４０内を進み、ｉ型ａ−ＳｉＧｅ成膜室を内部に有する真空チャンバー５５０内に入る。５５０内では先述と同様に最適流量に設定されたＳｉＨ４、ＧｅＨ４、Ｈ２ガスに最適パワーを与え、前記ｎ型ａ−Ｓｉ膜上に所望のｉ型ａ−ＳｉＧｅ膜を形成する。以下同様に、帯状基体５０１はゲート５６０、ｐ型ａ−Ｓｉ成膜室を内部に有する真空チャンバー５７０を経て巻き取り室５９０内のボビン５９１に巻き取られる。
ここで真空チャンバー５３０、５５０、５７０には各々本発明の特徴であるところの取りはずし可能なフランジ５３１、５５１、５７１が設けられている。
このフランジには既に説明した通りの、内部に脱着可能な成膜チャンバーを支えるためのステーガイド機構等が設けられている。
成膜工程の更に細かい手順に関しては前述の説明の通りなので略す。
目的とする帯状基体以外の個所に堆積した膜がはがれ始める前に成膜作業を中止し、系内をパージした後、排気バルブを閉じてＮ２で系内を大気圧にした。
その後フランジ５３１、５５１、５７１を引き出し、各々の成膜室を新な清掃済の予備のものと交換した。引き続き、改めて系内を真空に引き、再び成膜を開始した。
この際に必要としたメンテナンス時間を従来のものと比較する。
従来は、
リーク ２０分
部品取りはずし ３０分
部品再生（ブラスト処理、エッチング等） １時間
部品乾燥 １時間
部品取り付け ４０分
真空引き ２０分
の計３時間５０分を要していたものが、
本発明においては
リーク ２０分、
部品交換 ２０分
真空引き ２０分
の１時間で済むようになり装置稼働率を飛躍的に向上することができた。
【００１７】
［実施例２］
本発明のロール・ツー・ロール成膜装置を利用してトリプル・セル太陽電池を作製する装置の例を取り挙げて述べる。
太陽電池の構成はボトム・セルにマイクロ波法で作製するａ−ＳｉＧｅ、ミドル・セルにマイクロ波法で作製するａ−ＳｉＧｅ、トップ・セルにＲＦ法で作製するａ−Ｓｉの光電変換層を用いており、又、その他の層はすべてＲＦ法で作製している。図６に、こうした太陽電池を作製する本発明の成膜装置の典型例の模式図を示す。
図６において６０１は帯状基体である。帯状基体は幅３５０ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍのＳＵＳ４３０製であり既に前工程にて洗浄と下地処理が行われている。下地処理は具体的には反射増大により光利用効率を向上させる為の金属のコーティング等を含んでいるが詳しくは表１に記す。
こうした帯状基体は、送り出し室６０２に設置された送り出しボビン６０３から各成膜室に繰り出される。
全成膜室を通過して成膜を終えた基体は巻き取り室６０４内に設置された巻き取りボビン６０５に巻き取られる。６１１より６２３は各々内部に成膜室を有する真空チャンバーであり、送り出し室６０２、巻き取り室６０４と共にすべてのチャンバーが図の如く帯状基体の通過可能なガス・ゲートで連結されている。
又、チャンバーの数が増え装置の全長が拡大するのに伴って帯状基体の重力による垂れ下がりが無視できなくなるので予め全チャンバーの配置がカテナリー状となるように設置してある。
今回は不図示とするが各真空チャンバーのフランジは本発明の特徴であるところの成膜室を伴ってフランジが外せる構造となっている。
【００１８】
以下に各チャンバー内に設置された成膜室の機能を記す。
６１１；ボトムセルｎ層成膜用ＲＦ成膜室
６１２；ボトムセルｎ／ｉ拡散防止層成膜用ＲＦ成膜室
６１３；ボトムセルｉ層成膜用マイクロ波成膜室
６１４；ボトムセルｉ／ｐ拡散防止層成膜用ＲＦ成膜室
６１５；ボトムセルｐ層成膜用ＲＦ成膜室
６１６；ミドルセルｎ層成膜用ＲＦ成膜室
６１７；ミドルセルｎ／ｉ拡散防止層成膜用ＲＦ成膜室
６１８；ミドルセルｉ層成膜用マイクロ波成膜室
６１９；ミドルセルｉ／ｐ拡散防止層成膜用ＲＦ成膜室
６２０；ミドルセルｐ層成膜用ＲＦ成膜室
６２１；トップセルｎ層成膜用ＲＦ成膜室
６２２；トップセルｉ層成膜用ＲＦ成膜室
６２３；トップセルｐ層成膜用ＲＦ成膜室
このような本発明の成膜装置を利用してトリプル・セル太陽電池を作製するがその具体的な手順は既に実施例１及び詳細な説明の項に記したのでここでは省略する。
また、その詳細な成膜条件については表１に示しておく。
尚、帯状基体の搬送速度は５００ｍｍ／ｍｉｎとした。
１ボビン分の帯状基体が巻き取りボビンに巻き取られ、ボビンの交換の必要が生じたごとに（以降１成膜サイクルと呼ぶ）成膜を一旦中止し、全チャンバーをパージ、冷却、リークしてメンテナンスを行った。
膜厚が必要とされ成膜速度の速いマイクロ波を利用したｉ層成膜室６１３、６１８の交換は１成膜サイクルごとに行い、他の成膜室の交換は５成膜サイクルごとに行った。
このようにして計１０成膜サイクルを行った。得られた１０成膜サイクル１０分、すなわち１０ロール分の太陽電池原反より１ロールにつき３ケの１ｃｍ角サンプルを切り出し、透明電極（ＩＴＯ）、集電電極（Ａｌ）を蒸着し、ＡＭ１光のもとで太陽電池変換効率を評価した。
３０枚のサンプルの特性評価結果は変換効率１０．５８ないし１０．７５％内に収まっていた。
メンテナンスはいずれも真空チャンバーをリーク後成膜室を交換するのみであるため極めて迅速に終了することができ、従来に比して稼働率が飛躍的に向上した。
【００１９】
【表１】
【発明の効果】
本発明は、以上のように成膜チャンバーを真空チャンバーの外へ引き出し、この成膜チャンバーを真空チャンバーから取り外しできるように構成したものであるから、成膜チャンバーを真空チャンバーの外へ引き出し取り外すという簡単な作業により、成膜チャンバーを交換するだけで、粉体あるいは膜の清掃に時間を要することがなく、メンテナンス性が向上すると共に、装置の稼働率を飛躍的に向上することができ、ひいては製品のコストダウンを図ることができる。
また、本発明においては成膜チャンバーを、この成膜用ガスを供給する為のガス供給部とＯリングを持つジョイントによって連結するように構成することにより、成膜チャンバーを真空チャンバー外へ引き出し、あるいは逆に真空チャンバー内に戻す際に、これらの引き出しあるいは押し込みに応じて、自動的にそれらを連結することができ、作業性を向上させることができる。
さらに、前記成膜チャンバーを、該成膜チャンバー側に設けられている電力導入用導波菅が前記真空チャンバーのフランジ側に設けられている前記導波菅への電力を導入するためのアプリケータに対して、連結用クランプを介して連結するように構成することによって、ワンタッチで成膜チャンバーを真空チャンバーの外に引き出すことができ、そのメンテナンス性を一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のロールツーロール成膜装置を構成するマイクロ波を利用した成膜チャンバーおよび真空チャンバーにおけるメンテナンス時の状態を示す側面図である。
【図２】本発明のロールツーロール成膜装置を構成するマイクロ波を利用した成膜チャンバーおよび真空チャンバーにおける実際の成膜時と同じ配置状態を示す側面図である。
【図３】本発明のロールツーロール成膜装置を構成するマイクロ波を利用した成膜チャンバーおよび真空チャンバーにおけるメンテンンス時の状態を示す上面図である。
【図４】本発明のロール・ツー・ロール成膜装置を構成するＲＦを利用した成膜チャンバーおよび真空チャンバーを表す模式図である。
【図５】本発明のロール・ツー・ロール・シングルセル太陽電池成膜装置を示す模式図である。
【図６】本発明のロール・ツー・ロール・トリプルセル太陽電池成膜装置を示す模式図である。
【図７】従来のロール・ツー・ロール成膜装置を構成する成膜チャンバーおよび真空チャンバーを表す模式図である。
【符号の説明】
１０１ 真空チャンバー
１０２ 前フランジ
１０３ ブラッケット
１０４ 成膜チャンバー
１０５ プレート
１０６ ブラケット
１０７ レール
１０８ 搬送ガイド機構
１０９ａ，ｂ マイクロ波アプリケーター
１１０ａ，ｂ マイクロ波導波路
１１１ａ，ｂ 連結用クランプ
１１２ 上蓋
１１３ 蝶番
１１４ 赤外線ランプヒーター
１１５ 基体
１１６ パンチングメタル
２０１ 真空チャンバー
２０２ ゲートバルブ
２０４ ガイド機構
２０５ プレート
２０６ ガス導入パイプ
２０７ Ｏリング
２０８ ジョイント
２０９ 接続スリーブ
２１０ ガス導入フランジ
２３１ 上蓋
２３２ ブラケット
２３３ 赤外線ランプヒーター
２３４ 基体
２３５ 温度センサー
２３６ 壁板
２３７ 底板
２４１ 前フランジ
２４２ マイクロ波導波路
２４３ 連結用クランプ
２４４ マイクロ波アプリケーター
３０１ 真空チャンバー
３０２ プレート
３０３ 搬送ガイド機構
３０４ 成膜チャンバー
３０５ パンチングメタル
３０６ ガス放出穴
３０７ ガス排気口
３０８ 粗引き用ガス排気口
４０１ 真空チャンバー
４０２ 前フランジ
４０３ ステー
４０４ 成膜チャンバー
４０５ ジョイント
５０１ 帯状基体
５１１，５９１ 基体を巻きつけるボビン
５１０ 基体の送り出し室
５３０ ｎ型ａ−Ｓｉ成膜室を内部に有する真空チャンバー
５５０ ｉ型ａ−ＳｉＧｅ成膜室を内部に有する真空チャンバー
５７０ ｐ型ａ−Ｓｉ成膜室を内部に有する真空チャンバー
５９０ 基体の巻き取り室
５２０，５４０，５６０，５８０ ゲート
５３０ａ，５７０ａ ＲＦ電源
５５０ａ マイクロ波アプリケーター
５３０ｂ，５７０ｂ カソード電極
５５０ｂ 導波管
５０２ａ ＳｉＨ４ガス・ボンベ
５０３ａ ＧｅＨ４ガス・ボンベ
５０４ａ Ｈ２ガス・ボンベ
５０５ａ ＰＨ３ガス・ボンベ
５０６ａ Ｂ２Ｈ６ガス・ボンベ
５０２ｂ〜５０６ｂ ガスボンベの開閉バルブ
５０２ｃ〜５０６ｃ 減圧器
５３０ｃ，５５０ｃ，５７０ｃ ガス混合器
５３０ｄ，５５０ｄ，５７０ｄ ガス導入ライン
５１０ｅ，５３０ｅ，５５０ｅ，５７０ｅ，５９０ｅ 排気ポンプ
５３０ｆ，５５０ｆ，５７０ｆ 基体加熱用ヒーター
５３０ｇ，５５０ｇ，５７０ｇ 基体加熱用ヒーターの電源
５０７ａ ゲート用パージ・ガス・ボンベ
５０７ｂ 減圧器
５０７ｃ，５０７ｄ ガス流量調節器
５４１，５６１ ギャップ調整部品
５４２，５６２ ゲートガス導入口
５３１，５５１，５７１ 脱着可能な前フランジ
６０１ 帯状基体
６０２ 送り出し室
６０３ 送り出しボビン
６０４ 巻き取り室
６０５ 巻き取りボビン
６１１ ボトムセルｎ層成膜用ＲＦ成膜室
６１２ ボトムセルｎ／ｉ拡散防止層成膜用ＲＦ成膜室
６１３ ボトムセルｉ層成膜用マイクロ波成膜室
６１４ ボトムセルｉ／ｐ拡散防止層成膜用ＲＦ成膜室
６１５ ボトムセルｐ層成膜用ＲＦ成膜室
６１６ ミドルセルｎ層成膜用ＲＦ成膜室
６１７ ミドルセルｎ／ｉ拡散防止層成膜用ＲＦ成膜室
６１８ ミドルセルｉ層成膜用マイクロ波成膜室
６１９ ミドルセルｉ／ｐ拡散防止層成膜用ＲＦ成膜室
６２０ ミドルセルｐ層成膜用ＲＦ成膜室
６２１ ミドルセルｎ層成膜用ＲＦ成膜室
６２２ ミドルセルｉ層成膜用ＲＦ成膜室
６２３ トップセルｐ層成膜用ＲＦ成膜室
７０１ 真空チャンバー
７０２ ガスゲート
７０３ 帯状基体
７０４ 上蓋
７０５ 成膜チャンバー
Claims (9)
- 成膜チャンバーをその内部に有すると同時にガスゲートを介して連結された複数の真空チャンバーで構成され、帯状基体を成膜チャンバーの側壁の１つとするようにし前記連結された複数の真空チャンバーの長手方向に移動させながら前記帯状基体上に連続的に成膜するロール・ツー・ロール成膜装置において、前記成膜チャンバーが前記真空チャンバーの外へ引き出され該真空チャンバーに対して取り外し可能に構成されていることを特徴とするロール・ツー・ロール成膜装置。
- 前記成膜チャンバーは、前記真空チャンバーの１面を形成し該真空チャンバーから着脱可能なフランジを、該真空チャンバーから外すことにより前記真空チャンバーの外へ引き出されることを特徴とする請求項１に記載のロール・ツー・ロール成膜装置。
- 前記フランジは、該フランジに設けられ前記真空チャンバー内の方向に延びた支持機構により前記成膜チャンバーを脱着可能に支持し、該支持機構をガイド機構により案内して前記成膜チャンバーを前記真空チャンバーの外へ引き出すことを特徴とする請求項２に記載のロール・ツー・ロール成膜装置。
- 前記成膜チャンバーは、該成膜チャンバーに成膜用ガスを供給する為のガス供給部とＯリングを持つジョイントを介して連結されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のロール・ツー・ロール成膜装置。
- 前記ガス供給部は、前記真空チャンバー内であって該真空チャンバー内に前記成膜チャンバーを設置した状態において該成膜チャンバーの外側の位置に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のロール・ツー・ロール成膜装置。
- 前記成膜チャンバーは、該成膜チャンバー側に設けられている電力導入用導波菅が前記真空チャンバーのフランジ側に設けられている前記導波菅への電力を導入するためのアプリケータに対してワンタッチで外すことのできる連結用クランプを介して連結されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のロール・ツー・ロール成膜装置。
- 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の装置を用いたロール・ツー・ロール成膜方法において、１回乃至数回の成膜工程の終了後、前記真空チャンバーの外へ引き出され該真空チャンバーから取り外された成膜チャンバーを、清掃の済んだ新規の成膜チャンバーと交換して成膜することを特徴とするロール・ツー・ロール成膜方法。
- 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の装置を用いたロール・ツー・ロール成膜方法において、成膜チャンバーにマイクロ波を導入して成膜することを特徴とするロール・ツー・ロール成膜方法。
- 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の装置を用いたロール・ツー・ロール成膜方法において、成膜チャンバーにＲＦ電力を導入して成膜することを特徴とするロール・ツー・ロール成膜方法。
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