JP3879093B2 - Combinatorial device manufacturing equipment - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多種類の薄膜を大気に晒すことなく、かつ、その機能に応じた形状・構造に積層して成膜し得るコンビナトリアルデバイス作製装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
複数の種類の薄膜を積層して形成される電子デバイスには、例えば、薄膜トランジスタ、アモルファス太陽電池等がある。これらの電子デバイスを構成するそれぞれの薄膜は、材料が異なり、また、デバイス動作を担う機能に応じて形状が異なる。このため、従来のこの種のデバイスの作製工程は、薄膜毎に、専用の成膜装置で成膜した後、成膜装置より取り出し、フォトリソグラフィによってパターンニングし、次の成膜装置で次の薄膜を成膜するといった工程を繰り返して形成していた。
このような工程は、次の薄膜を積層する前に、形成された薄膜表面を空気に晒すので、薄膜表面が改質され、積層した薄膜間の界面が設計とは異なるものとなり、形成したデバイス特性は設計値とは異なると言った問題があった。特に、薄膜トランジスタやアモルファス太陽電池においては、膜界面の表面準位がその特性に重要な影響を与えるため、この問題を避けるために従来はクリーンルーム等の大がかりな設備を必要とした。
【0003】
また、この様なデバイスの成膜条件や素子構造を決める開発段階においては、膜厚、膜組成などが異なる多種類の試料を作成し、これらの試料の特性を測定して成膜条件や素子構造を決めることが必要であるが、作製工程で使用する成膜装置が真空装置であるため、真空排気に長時間を要し、かつ、一回の真空引きで1種類の膜厚条件または成膜条件しか実施できず、デバイスの成膜条件や素子構造を決定するために、多大の時間、労力及びエネルギを必要としていた。
【0004】
本発明は、上記の従来法の解決すべき課題に鑑み、成膜した薄膜を大気に晒すことなく、多種類の薄膜を、その機能に応じた形状に形成しつつ積層して、デバイスを作製し得る装置、すなわち、コンビナトリアルデバイス作製装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明のコンビナトリアルデバイス作製装置は、相互に接続した複数の成膜装置と、基板ホルダまたはマスクホルダを保持し、かつ、該基板ホルダまたはマスクホルダをこれらの成膜装置間で搬送する搬送マニピュレータと、上記成膜装置毎に設けられ、上記基板ホルダまたはマスクホルダを保持し、かつ、該基板ホルダまたはマスクホルダの位置を調整するホルダ位置調節装置とを備え、上記複数の成膜装置による成膜に際し、上記搬送マニピュレータの移動と、上記ホルダー位置調整装置による位置調節とにより、所望の基板を保持した上記基板ホルダと所望のマスクを保持した上記マスクホルダとを位置合わせして組み合わせ、上記各成膜装置で上記基板にマスク成膜を行うことで、上記成膜毎の薄膜表面を大気に晒すことなく、多種類の薄膜をその機能に応じた形状に形成しつつ積層してデバイスを作製することを特徴とする。
【0006】
上記複数の成膜装置は、互いにゲートバルブを介して接続した、プラズマCVD装置及び/又はパルスレーザ堆積装置であってもよい。
上記基板ホルダは、基板ホルダ・リングと、基板を取り付けるヒートシンクとから構成され、上記基板ホルダ・リングは、位置合わせ用のピン及び位置合わせ用の嵌合リングを有し、上記マスクホルダは、位置合わせ用のピンに嵌合する嵌合穴及び嵌合リングに嵌合する嵌合リング溝とを備え、基板ホルダのピンと嵌合リングを、マスクホルダの嵌合穴と嵌合リング溝にそれぞれ嵌合することにより、複数のマスクパターンのマスクパターン合わせを行うことができる。
また、マスクホルダは、基板ホルダの位置合わせ用のピンに嵌合する嵌合穴を複数有し、これらの嵌合穴を成膜毎に順次ずらしてピンと嵌合させることによって、分割成膜することができる。
【0007】
上記ヒートシンクは、前記基板ホルダ・リングと点接触で固定され、上記ヒートシンクから上記基板ホルダ・リングに散逸する熱量を小さくして基板の温度分布が均一になるようにするのが好ましい。
また、搬送マニピュレータは、基板ホルダまたはマスクホルダを保持するチャックと、複数の成膜装置間で基板ホルダまたはマスクホルダを搬送するのに十分な長さのロッドを備え、基板ホルダ及びマスクホルダは、チャックが嵌合する嵌合溝を備えている。
【0008】
上記ホルダ位置調整装置は、好ましくは、基板ホルダまたはマスクホルダを安定に載置するための嵌合溝を有する可動サセプタと、可動サセプタを上下動、左右移動及び水平面内で回転させる調整ロッドとを備え、調整ロッドの上下動により、可動サセプタと搬送マニピュレータとの相対位置を調整して基板ホルダまたはマスクホルダを受け渡し、調整ロッドの左右移動及び水平面内の回転によって基板ホルダとマスクホルダとの位置合わせを行う。
さらに好ましくは、ホルダ位置調整装置は、基板ホルダまたはマスクホルダを安定に載置するための嵌合溝を有する可動サセプタと、この可動サセプタを載置するための固定サセプタと、可動サセプタを上下動、左右移動及び水平面内で回転させる調整ロッドと、調整ロッドの下端に設けたヒータブロックと、可動サセプタを固定サセプタに載置した状態で、調整ロッドをさらに下降できる余動機構とを備え、調整ロッドの上下動により、可動サセプタと搬送マニピュレータとの相対位置を調整して基板ホルダまたはマスクホルダを受け渡し、調整ロッドの左右移動及び水平面内の回転によって基板ホルダとマスクホルダとの位置合わせを行い、さらに、余動機構により、固定サセプタに載置した基板ホルダにヒータブロックを密着させて基板ホルダを加熱する。
【0009】
上記余動機構は、好ましくは、可動サセプタに固定したガイドロッドと、このガイドロッドにガイド可能に取り付けたガイド盤と、上記ガイドロッド上端に固設したガイドストッパとを備え、ガイド盤を調整ロッドに固設して構成され、調整ロッドを上昇させた際に可動サセプタを吊り下げ保持すると共に、可動サセプタが固定サセプタに載置された状態から、調整ロッドをさらに下げることができる。
さらに、可動サセプタは、好ましくは、基板ホルダをプラズマCVD装置のプラズマに、または、パルスレーザ堆積装置の蒸着原子に晒すための開口を備え、固定サセプタはプラズマCVD装置のアノード電極を兼ねる。
【0010】
以上の構成による本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置によれば、成膜した薄膜を大気に晒すことなく、多種類の薄膜を、その機能に応じた形状に形成しつつ積層して、電子デバイスを作製することができる
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の好適な実施の形態を説明する。
図1はこの発明のコンビナトリアルデバイス作製装置の構成を示す平面図である。本装置は、各種の成膜装置を互いに接続して構成されている。すなわち、P・CVD装置(プラズマCVD装置)1にゲートバルブ2を介してP・CVD装置3と、P・CVD装置1とP・CVD装置3とが成す方向に直角な方向にゲートバルブ4を介してPLD装置(パルスレーザ堆積装置)5が接続されている。さらに、各成膜装置は、それぞれホルダ位置調節装置6,7を具備している。また、P・CVD装置1には、PLD装置5とP・CVD装置1とを結ぶ方向にホルダ搬送用の搬送マニピュレータ8が接続され、また、P・CVD装置3には、P・CVD装置1とP・CVD装置3とを結ぶ方向にホルダ搬送用の搬送マニピュレータ9が接続されている。また、P・CVD装置1には、基板ホルダ及びマスクホルダを出し入れするための挿入ゲート10が設けられている。
なお、上記のP・CVD装置1,3及びPLD装置5はそれぞれ真空ポンプ、ガス導入孔、真空ゲージまたは各種のバルブ等を有しているが、これらは通常の真空装置と同じであるので、図示を省略する。
【0012】
図2は本装置の各成膜装置1,3,5で行う成膜方法を模式的に示したものである。図2において、P・CVD装置1は、SiH4 (シラン)、B2 H6 (ジボラン)、PH3 (フォスフィン)及びNH3 (アンモニア)等のガスを用いたプラズマCVDにより、ドープド・アモルファスシリコン膜及びシリコン窒化膜を成膜する。
P・CVD装置3は、SiH4 (シラン)を用いたプラズマCVDによりアモルファスシリコン膜を成膜する。
PLD装置5は、電極材料である金属等のターゲットチップにレーザ光を照射して金属薄膜を成膜する。
【0013】
次に、本装置に用いる基板ホルダ及びマスクホルダの構成を図3〜図6に基づいて説明する。
図3は、基板ホルダの構成を示しており、図3(a)は、基板ホルダを構成する要素の一つであるヒートシンク21の平面図及び側面図を示している。
ヒートシンク21は、ガラス基板等の基板を挟んで保持するための基板留め具22を有している。
図3(b)は、基板ホルダ・リング23の上面図及び側面図を示している。
基板ホルダ・リング23は、円筒24と、この円筒24の円筒断面に平行に固定された上下2つのリング状の鍔25,26と、この下側の鍔26に円筒24の側壁に沿って垂直方向に固定した位置合わせピン27とにより構成されている。円筒24の鍔26より下のリング部分は、後述のマスクホルダと嵌合するための嵌合リング28である。
【0014】
図3(c)は、基板ホルダ29の組立図であり、ヒートシンク21は、ヒートシンク21に設けたネジ穴30及び基板ホルダ・リング23の円筒24に設けたネジ穴31を介し、ネジ32によって基板ホルダ・リング23に点接触で固定される。これにより、後述のヒータブロックから供給される熱量が基板ホルダ・リング23に逃げ難くなり、ヒートシンク21の昇温が容易に、かつ、ヒートシンク21の温度分布が均一になる。
【0015】
図4はマスクホルダの構成を示している。
図4(a)はマスクホルダ40の平面図あり、図4(b)はA−A’断面図、図4(c)はB−B’断面図である。
マスクホルダ40は、円筒41の円筒断面に平行にリング状の上下2枚の鍔42,43を有し、上側の鍔42には、上記の位置合わせピン27と嵌合する位置合わせ穴44と上記嵌合リング28と嵌合する嵌合溝45を有している。さらに、マスクホルダ40は、マスクを固定するための固定台46を有している。
【0016】
図5は、マスクホルダ40にマスク50を取り付けた状態を示しており、マスク50は、マスク50の取付穴51とマスク固定台46に設けたネジ穴47を介し、ネジ52によってマスクホルダ40に固定される。
【0017】
次に基板ホルダ29とマスクホルダ40の位置合わせ機構について説明する。
図6は基板ホルダ29とマスクホルダ40を位置合わせして組み合わせた状態を示しており、図6(a)は斜視図、図6(b)はA−A’断面図、図6(c)はB−B’断面図である。
図6に示すように、基板ホルダ29とマスクホルダ40の位置合わせは、基板ホルダ29の嵌合リング28及び位置合わせピン27を、マスクホルダ40の嵌合溝45及び位置合わせ穴44にそれぞれ嵌合させておこなう。したがって、デバイス作製に使用する複数のマスクのパターンが、マスク50のマスク取付穴51を基準として、作製するデバイスに関し同一の位置関係を保って形成されていれば、これらのマスクの内のある特定のマスクによって形成した基板61上の薄膜パターンに別のマスクのパターンを正確に位置合わせすることができる。
【0018】
本装置における成膜工程は、最初に、挿入ゲート10を介して、基板61をセットした基板ホルダ29と、デバイス作製に必要な一連のマスクの内、最初に必要なマスク50をセットしたマスクホルダ40とを位置合わせし、組み合わせて本装置内に収納すると共に、最初に必要なマスク以外の他の一連のマスク50をセットした複数のマスクホルダ40を本装置内に同時に収納する。つぎに、組み合わせた基板ホルダ29とマスクホルダ40がセットされている成膜装置で、基板61に第1の薄膜を成膜し、すなわち第1の薄膜をマスク成膜し、さらに、このマスク成膜した第1の薄膜上に第2の薄膜をマスク成膜する際に、本装置内で、真空を保持したまま、後述のホルダ位置調整装置と搬送マニピュレータを使用して、基板ホルダ29に他のマスクを保持した他のマスクホルダ40を位置合わせして組み合わせ、次の成膜装置に搬送し、第2の薄膜をマスク成膜する。
順次、上記工程を繰り返し、デバイスを構成するそれぞれの薄膜をそれぞれの薄膜の機能に応じた形状に形成しながら積層して、デバイスを作製する。
【0019】
次に、ホルダ位置調整装置の構成を図7〜図11に基づいて説明する。
図7はホルダ位置調整装置6の構成を説明するための、P・CVD1またはP・CVD3の断面図であり、図8はホルダ位置調整装置6の構成を示す斜視図である。
ホルダ位置調整装置6は、基板ホルダ29、マスクホルダ40または組み合わせた基板ホルダ29とマスクホルダ40を載置するための可動サセプタ71と、この可動サセプタ71を上下左右に移動し、または垂直軸の回りに回転するための調整ロッド72と、可動サセプタ71を載置するための固定サセプタ73とからなる。
固定サセプタ73は、成膜中のプラズマに基板61を晒すための開口と可動サセプタ71を安定に載置するためのリング状の溝74を有するリング状の円盤であり、四隅に設けた取付ロッド75によって、真空槽の上面76に固定されている。
【0020】
可動サセプタ71は、成膜中のプラズマに基板61を晒すための開口と、基板ホルダ29,マスクホルダ40または組み合わせた基板ホルダ29とマスクホルダ40を安定に載置するためのリング状の溝77を有するリング状の円盤であり、四隅に設けたガイドロッド78によって、ガイド円盤79にガイド穴80を介してガイド可能に接続されている。
【0021】
ガイド円盤79は調整ロッド72に固着されている。
調整ロッド72の下端には基板をヒートシンク21を介して加熱するための円盤状のヒータブロック81が固定されている。
ガイドロッド78の上端には、ガイドストッパ82が固着されており、調整ロッド72を上方に移動したときに、ガイド円盤79がこれらのガイドストッパ82に係留し、可動サセプタ71をつり下げて上方に移動できる。
調整ロッド72は、真空槽の上面76と、例えばオーリングを介して結合しており、真空を保持したまま上下左右移動及び軸の回りの回転ができる。
このような構成のホルダ位置調整装置6によれば、調整ロッド72を上方に移動することによって、可動サセプタ71をつり下げながら上昇させることができ、また、調整ロッド72を下方に移動することによって、可動サセプタ71を固定サセプタ73に載置することができる。
また、さらに調整ロッド72を下方に移動することによって、調整ロッド72は、可動サセプタ71を固定サセプタ73に載置したまま、円盤79とガイドロッド78にガイドされてさらに下降できる、すなわち、ホルダ位置調整装置6は、調整ロッド72が可動サセプタ71を固定サセプタ73に載置する位置を越えて下降できるという余動機構を備えている。この余動機構により、固定サセプタ73に載置された可動サセプタ71に組み合わせて載置された基板ホルダ29及びマスクホルダ40の基板ホルダ29の上面にヒータブロック81を密着させることができ、基板ホルダ29を加熱することができる。
【0022】
なお、調整ロッド72を下方に徐々に移動し、可動サセプタ71が固定サセプタ73に載置されたときの、ヒータブロック81の下面と可動サセプタ71のリング状の溝74の上面との距離は、組み合わせた基板ホルダ29とマスクホルダ40の厚さよりも十分大きく構成されており、後述のマスクホルダ交換時に、組み合わせた基板ホルダ29とマスクホルダ40を可動サセプタに載置できるようにしている。
【0023】
なお、図7において、84はP・CVD装置1または2のカソードであり、固定サセプタ73はP・CVD装置1または2のアノードを兼ねている。また、83はオーリングである。その他のプラズマCVD装置に必要な各種のゲートバルブ、ガス導入孔等は一般のプラズマCVD装置と同等なので図示していない。
なお、図8においては、ガイドロッド78の上端がガイド円盤79より突き出た状態にあり、かつ、可動サセプタ71が宙に浮いた状態を表示しているが、ホルダ位置調整装置6の構成を示すための図示であり、実際の動作状況を示すものではない。
なお、実際の調整ロッド72の上下左右移動及び回転機構は図示していないが、X,Y,Z軸及びZ軸の回りの回転が可能な精密マニピュレータが調整ロッド72に接続してあり、この精密マニピュレータで行う。
【0024】
図9は、PLD装置3のホルダ位置調整装置7の構成を示す断面図である。
本実施の形態においては、PLD装置3のホルダ位置調整装置7は、可動サセプタ71と、この可動サセプタ71に固定したロッド75と、このロッド75をアーム90を介して調整ロッド72に固着して構成されている。PLD装置3の基板加熱装置91は、ヒータランプ92とヒータランプ92の光を集光する放物面形状を有する反射鏡93とで構成されるので、ホルダ位置調整装置7は、ホルダ位置調整装置6と較べ、より簡単な構成になる。
なお、図9において、94は回転可能に支持された、レーザ光を照射するターゲットチップ94である。
なお、その他のパルスレーザ堆積装置に必要な各種のゲートバルブ、レーザ光線導入窓等は一般のパルスレーザ堆積装置と同等なので図示していない。
【0025】
次に、搬送マニピュレータ8,9の構成を説明する。
図10は搬送マニピュレータ8,9の先端部分の構成を示している。搬送マニピュレータ8,9は搬送ロッド100を有し、搬送ロッド100の先端部分にはチャック101を有しており、このチャック101は、基板ホルダ29の鍔25の下面と鍔26の上面と、鍔25の下面と鍔26の上面とに挟まれた基板ホルダ29の外側壁部分とで構成されるリング状のチャック溝102、または、マスクホルダ40の鍔42の下面と鍔43の上面と、鍔42の下面と鍔43の上面とに挟まれたマスクホルダ40の外側壁部分とで構成されるリング状のチャック溝102に嵌合させ、基板ホルダ29、マスクホルダ40、または、組み合わせた基板ホルダ29とマスクホルダ40を搬送する。
【0026】
図11は、搬送マニピュレータ8,9の全体の構成を示している。
搬送マニピュレータ8,9は、真空を保持するマニピュレータ格納槽110に格納され、格納した状態では、搬送マニピュレータ8,9のチャック101は、P・CVD装置1,3側の格納槽110である格納領域111に格納される。搬送マニピュレータ8,9の移動は、ロッド100に取り付けられた磁石112に磁気結合している移動磁石リング113を、格納槽110の外壁に沿って移動することによって行う。
【0027】
搬送マニピュレータ8のロッド100の長さは、P・CVD装置1を通過し、PLD装置5のホルダ位置調整装置7に基板ホルダ29を載置することができる長さである。
搬送マニピュレータ9のロッド100の長さは、P・CVD装置3を通過し、P・CVD装置1のホルダ位置調整装置6に基板ホルダ29を載置できる長さである。
なお、図11は、搬送マニピュレータ8のチャック101が、基板ホルダ29を保持して格納領域111に格納されている状態から、移動磁石リング113を操作して、ロッド100を移動し、基板ホルダ29をP・CVD装置1のホルダ位置調整装置6に搬送した状態を示している。この際、P・CVD装置3のホルダ位置調整装置6の可動サセプタ71は、搬送マニピュレータ8の通過の障害にならないように、調整ロッド72を操作して上方に移動する。
なお、図11において、114はボールベアリングである。
【0028】
次に、ホルダ位置調整装置6と搬送マニピュレータ8,9を使用したマスク交換方法を図12及び図13に基づいて説明する。
図12はマスクホルダをホルダ位置調整装置6に載置する方法を示している。図12(a)は、例えば、P・CVD装置1で第1の成膜が終わり、組み合わせた基板ホルダとマスクホルダを搬送マニピュレータ9により、他の場所、例えば、P・CVD装置3のホルダ位置調整装置6、あるいは、搬送マニピュレータ9の格納領域111に移動して、P・CVD装置1のホルダ位置調整装置6の可動サセプタ71上を空にし、マニピュレータ8が、新たなマスクホルダ40をP・CVD装置1のホルダ位置調整装置6に搬送してきた状態を示している。この際、ホルダ位置調整装置6は、調整ロッド72を操作して、チャック101に装着したマスクホルダ40がホルダ位置調整装置6と接触しない位置に移動する。
【0029】
図12(b)は、調整ロッド72を上方へ移動し、可動サセプタ71のリング状溝77とチャック101に装着したマスクホルダ40の鍔43を嵌合させた状態を表している。リング状溝77とマスクホルダ40の鍔43が嵌合しているので、マニピュレータ8を図において右方向に移動することによって、マスクホルダ40を可動サセプタ71に載置することができる。
図12(c)は、調整ロッド72を下方に移動し、マスクホルダ40を載置した可動サセプタ71を固定サセプタ73に載置した状態を示している。
なお、マスクホルダ40を可動サセプタ71から取り出すには、上記の手順を逆に行う。
【0030】
図13は、基板ホルダ29と新たなマスクホルダ40の位置合わせ方法を示している。
図13(a)は、例えばP・CVD装置1で第1の成膜が終わり、新たなマスクホルダ40を可動サセプタ71に載置し(図12(c)の状態)、他の場所に退避させていた基板ホルダ29を搬送マニピュレータ9により、ホルダ位置調整装置6に搬送してきた状態を示している。この際、位置合わせピン27の先端が軽くマスクホルダ40の鍔42の上面に接触する程度に、調整ロッド72を上方に移動し、調整ロッド72の垂直軸の回りの回転により、あるいは、調整ロッドの水平面内の移動も加え、マスクホルダ40の鍔42に設けられた位置合わせ穴44に位置合わせピン27を位置合わせする。
図13(b)は、基板ホルダ29とマスクホルダ40の位置合わせが完了し、調整ロッド72を上昇させて、基板ホルダ29とマスクホルダ40を嵌合させた状態を示している。
図13(c)は、調整ロッド72を下降させ、可動サセプタ71が固定サセプタ73に載置されると共に、調整ロッド72の先端に設けられている円盤状のヒータブロック81が基板ホルダ29の上面に密着するようにした状態を示している。これにより、マスクホルダ40の交換が完了し、かつ、ヒータブロック81が基板ホルダ29を有効に加熱し、次の成膜を行うことができる。
なお、可動サセプタ71に載置された、組み合わされた基板ホルダ29とマスクホルダ40から、基板ホルダ29あるいはマスクホルダ40を取り出すには、上記手順を逆に行う。
また、可動サセプタ71に載置された、組み合わされた基板ホルダ29とマスクホルダ40を組み合わせた状態で搬送するには、図13(c)に示した状態から、調整ロッド72を上昇させ、マスクホルダ40のチャック溝102の高さをチャック101の高さに調整してから、チャック101をチャック溝102に嵌合させ、嵌合した状態で調整ロッド72を下降させて、マスクホルダ40を可動サセプタ71の溝74から外して搬送する。
【0031】
次に、ホルダ位置調整装置6,7と搬送マニピュレータ8,9を使用した、分割成膜方法について説明する。
ある特定の薄膜を成膜する場合に、基板内で膜厚を変えて形成したい場合がある。例えば、他の薄膜の成膜条件は同一で、特定の薄膜の膜厚を変えて特性の変化を知りたい場合等である。
このような場合、例えば図14に示す4分割マスクを、図4に示したような、位置合わせ穴44を鍔42上に等間隔に4個有するマスクホルダ40に装着し、このマスクホルダ40と基板ホルダ29を組み合わせて成膜し、成膜後、マスクホルダ40と基板ホルダ29を図13(a)に示すように配置して、調整ロッド72を90度回転して、マスクホルダ40の次の嵌合穴44に位置合わせして組み合わせ、再び、異なった条件で成膜する。以下、順次、上記工程を繰り返すことによって、成膜条件の異なる4種類の特定の薄膜を同一基板上に形成することができる。
【0032】
以上説明したように、本装置を用いれば、多種類の薄膜を、その機能に応じた形状に形成しつつ積層してデバイスを作製できるから、成膜した薄膜を大気に晒すことなく、また、フォトリソ工程を必要とせずに、例えば薄膜トランジスタや薄膜太陽電池等の電子デバイスを形成することができる。また、1回の真空引きで、成膜条件の異なる複数のデバイスを作製することができる。
【0033】
つぎに、本発明のコンビナトリアルデバイス装置を使用したデバイス作製の実施例を説明する。
本実施例はアモルファスシリコン太陽電池を作製する例を示している。
この、アモルファスシリコン太陽電池は、ガラス/透明導電膜/n型アモルファスSi層/i層(アモルファスSi層)/p型アモルファスSi層/Al裏面電極構造を有している(図14(b))。
【0034】
以下にアモルファスシリコン太陽電池の作製工程を説明する。
P・CVD装置1への基板導入:
・ITO(Indium tin oxide)およびZnO(酸化亜鉛)付きガラス基板61をアセトン・エタノール・純水で洗浄する。
・基板ホルダ29に基板61をセットする。
・マスクホルダ40にはマスクを装着せず(マスクホルダAとする。)、そのまま基板ホルダ支持治具として使用する。
・マスクホルダ40に4分割マスク140を装着する(図14(a)、マスクホルダBとする。)。
・マスクホルダ40に電極形成用マスクを装着する(マスクホルダCとする。)。
【0035】
・マスクホルダCを搬送マニピュレータ8を使用して、PLD装置3の可動サセプタ71に載置しておく。
・マスクホルダAと基板ホルダ29を重ね合わせてP・CVD装置lに導入し、搬送マニピュレータ8で保持しておく。
・マスクホルダBをP・CVD装置lの中に導入し、可動サセプタ71上に載置する。
・P・CVD装置lをロータリポンプ及び複合分子ポンプにて真空排気する。
・1時間ほど排気し、P・CVD装置lの真空度が10-7Torr台に到達したら、ゲートバルブ2を開けてマスクホルダBを搬送マニピュレータ9でP・CVD装置3に搬送し、P・CVD装置3の可動サセプタ71上に載せる。ゲートバルブ2を閉める。
・前述の重ね合わせたマスクホルダAと基板ホルダ29を搬送マニピュレータ9からP・CVD装置lの可動サセプタ71に載せ替えた後、調整ロッド72を下げていって、調整ロッド72のヒータブロック81と可動サセプタ71の間にマスクホルダ40と基板ホルダ29が挟み込まれる状態にする。このようにして基板ホルダ29とヒータブロック81を密着させ、熱接触を確立する。
・P・CVD装置lのヒータブロック81の温度を150℃にセットし、基板61及び真空槽内のベーキングを開始する。この状態を6時間程度保持する。
【0036】
アモルファスSin層の堆積:
・P・CVD装置lのヒータブロック81の温度を250℃にセットし、昇温まで15分程度待つ。
・PH3 流量を5sccm(cm3 /min)、SiH4 流量を10sccmに設定し、P・CVD装置1内に導入する。排気バルブの開閉量を調節して(作動排気)チャンバ内圧を100mTorr(13.3Pa)にする。
・カソード電極に13.56MHz(国際電波法で定められた工業用周波数)、65mW/cm2 の高周波を印加してプラズマを発生させる。70秒間堆積後、高周波をOFFにして成膜を停止する。
【0037】
・PH3 およびSiH4 の導入を停止し、排気バルブを全開にする。P・CVD装置l内が10-7Torr台の超高真空に到達したらゲートバルブ2を開けて、基板ホルダ29をP・CVD装置lからP・CVD装置2に移す。その際、基板ホルダ29のみを搬送マニピュレータ9で受け取る。
・基板ホルダ29をP・CVD装置3内に搬送し、マスクホルダBの上に重ねる。その後、ヒータブロック81を下げていって、ヒータブロック81と可動サセプタ71の間に基板ホルダ29とマスクホルダBが挟み込まれる状態にする。
・ゲートバルブ2を閉める。
・P・CVD装置3のヒータブロック81を250℃に設定する。
【0038】
i層の堆積(膜厚を4種類変化させる):
・SiH4 流量を10sccm(cm3 /min)に設定し、P・CVD装置3内に導入する。排気バルブの開閉量を調節して(作動排気)、チャンバ内圧を100mTorr (13.3Pa)にする。
・カソード電極に13.56MHz,65mW/cm2 の高周波を印加してプラズマを発生させる。
・30分間堆積後、高周波をOFFにして成膜を停止する。
・搬送マニピュレータ9により基板ホルダ29を受け取り、格納領域111に格納する。
【0039】
・調整ロッド72を90°回転させる。搬送マニピュレータ9を再びP・CVD装置3内に搬入し、基板ホルダ29をマスクホルダBの上に重ねる。
・調整ロッド72を下げていって、基板ホルダ29とマスクホルダBが、ヒータブロック81と可動サセプタ71の間に挟み込まれる状態にする。
・以上の工程を繰り返して、45分,60分および75分間それぞれ基板61上の異なる位置に、異なる膜厚のi層(アモルファスSi層)を堆積する。
・SiH4 の導入を停止し、排気バルブを全開する。P・CVD装置3内が10-7Torr台の超高真空に到達したらゲートバルブ2を開けて、基板ホルダ29のみを搬送マニピュレータ9によってP・CVD装置3からP・CVD装置1に移す。
・基板ホルダ29をP・CVD装置1内に搬送し、マスクホルダAの上に重ねる。その後ヒータブロック81を下げていって、基板ホルダ29とマスクホルダAが、ヒータブロック81と可動サセプタ71の間に挟み込まれる状態にする。
・ゲートバルブ2を閉める。
【0040】
p層の堆積:
・P・CVD装置1のヒータブロック81を250℃にセットし、昇温まで15分程度待つ。
・B2 H6 の流量を5sccm(cm3 /min)、SiH4 流量を10sccmに設定し、P・CVD装置1内に導入する。排気バルブの開閉量を調節して(作動排気)、チャンバ内圧を100mTorr(13.3Pa)にする。
・カソード電極に13.56MHz、65mW/cm2 の高周波を印加してプラズマを発生させる。
・70秒間堆積後、高周波をOFFにして成膜を停止する。
【0041】
反応ガス配管内の純アルゴン(Ar)による洗浄:
・SiH4 配管にArを1kgf/cm2 封入し、P・CVD装置3を用いて高真空まで排気し、再びArを封入する。これを3回繰り返す。その後、マスフローコントローラを20sccmに設定してArを15分間流す。
・B2 H6 とPH3 配管については、P・CVD装置1を用いて上記と同様の洗浄を行う。
【0042】
裏面電極形成:
・搬送マニピュレータ8を使用し、基板ホルダ29をPLD装置5のマスクホルダCに位置合わせして重ねる。
・裏面電極をパルスレーザ蒸着することにより完成する。
【0043】
実験結果:
図15は、本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置で作製したnip型太陽電池の電圧・電流特性を示している。i層膜厚に対する太陽電池特性の明瞭な依存性が見られている。特に、Fill factor(曲線因子)に関して、nip構造の場合にはi層を2500Å程度まで薄くしないと60%程度の良好なFill factorを得ることができないことが分かった。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように、本装置を用いれば、成膜した薄膜を大気に晒すことなく、多種類の薄膜を、その機能に応じた形状に形成しつつ積層してデバイスを作製でき、フォトリソ工程を必要とせずに、例えば薄膜トランジスタや薄膜太陽電池等の電子デバイスを形成することができる。また、1回の真空引きで、成膜条件の異なる複数のデバイスを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置の構成を示す平面図である。
【図2】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置の各成膜装置で行う成膜方法を模式的に示した図である。
【図3】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置の基板ホルダの構成を示した図である。
【図4】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置のマスクホルダの構成を示した図である。
【図5】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置のマスクホルダへのマスクの取り付け構造を示す図である。
【図6】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置の基板ホルダとマスクホルダの結合構造を示す図である。
【図7】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置のホルダ位置調整装置の構成を示す断面図である。
【図8】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置のホルダ位置調整装置の構成を示す斜視図である。
【図9】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置のPLD装置のホルダ位置調整装置の構成を示す断面図である。
【図10】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置の搬送マニピュレータの先端部分の構成を示す図である。
【図11】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置の搬送マニピュレータの全体の構成を示す図である。
【図12】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置のマスクホルダをホルダ位置調整装置に載置する方法を示す図である。
【図13】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置の基板ホルダとマスクホルダの位置合わせ方法を示す図である。
【図14】本実施例で使用する4分割マスクと、これを用いて作製する薄膜太陽電池の構造を示す図である。
【図15】本実施例で作製した薄膜太陽電池の特性を示す図である。
【符号の説明】
1 プラズマCVD装置
2 ゲートバルブ
3 プラズマCVD装置
4 ゲートバルブ
5 PLD装置
6 ホルダ位置調節装置
7 ホルダ位置調節装置
8 搬送マニピュレータ
9 搬送マニピュレータ
10 挿入ゲート
21 ヒートシンク
22 基板留め具
23 基板ホルダ・リング
24 円筒
25 鍔
26 鍔
27 位置合わせピン
28 嵌合リング
29 基板ホルダ
30 ネジ穴
31 ネジ穴
32 ネジ
40 マスクホルダ
41 円筒
42 鍔
43 鍔
44 位置合わせ穴
45 嵌合リング溝
46 マスク取付台
47 ネジ穴
50 マスク
51 マスク取付穴
52 ネジ
61 基板
71 可動サセプタ
72 調整ロッド
73 固定サセプタ
74 溝
75 取付ロッド
76 真空槽の上面
77 溝
78 ガイドロッド
79 ガイド円盤
80 ガイド穴
81 ヒータブロック
82 ガイドストッパ
83 オーリング
84 カソード
90 アーム
91 ヒータ装置
92 ヒータランプ
93 反射鏡
94 ターゲットチップ
100 ロッド
101 チャック
102 チャック溝
110 格納槽
111 格納領域
112 磁石
113 移動磁石リング
114 ボールベアリング
140 4分割マスク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for manufacturing a combinatorial device capable of forming a film by laminating various types of thin films in the shape and structure according to their functions without exposing them to the atmosphere.
[0002]
[Prior art]
Examples of electronic devices formed by laminating a plurality of types of thin films include thin film transistors and amorphous solar cells. Each thin film constituting these electronic devices is made of a different material and has a different shape depending on the function responsible for the device operation. For this reason, the conventional manufacturing process of this type of device is to form each thin film with a dedicated film forming apparatus, take out the film from the film forming apparatus, pattern it by photolithography, and then perform the next process with the next film forming apparatus. The process of forming a thin film was repeated.
Such a process exposes the formed thin film surface to air before laminating the next thin film, so the surface of the thin film is modified, and the interface between the laminated thin films is different from the design. There was a problem that the characteristics were different from the design values. In particular, in thin film transistors and amorphous solar cells, the surface level at the film interface has an important influence on the characteristics, and thus large equipment such as a clean room has been conventionally required to avoid this problem.
[0003]
In the development stage of determining the film formation conditions and element structure of such devices, many types of samples with different film thicknesses and film compositions are prepared, and the characteristics of these samples are measured to determine the film formation conditions and the element. Although it is necessary to determine the structure, since the film forming apparatus used in the manufacturing process is a vacuum apparatus, it takes a long time for evacuation, and one type of film thickness condition or formation is achieved by one evacuation. Only film conditions can be implemented, and much time, labor and energy are required to determine the film formation conditions and element structure of the device.
[0004]
In view of the problems to be solved by the conventional method described above, the present invention produces a device by laminating various types of thin films into shapes corresponding to their functions without exposing the formed thin films to the atmosphere. An object of the present invention is to provide an apparatus that can perform the above-described process, that is, a combinatorial device manufacturing apparatus.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a combinatorial device manufacturing apparatus of the present invention holds a plurality of film forming apparatuses connected to each other, a substrate holder or a mask holder, and uses the substrate holder or the mask holder for these film forming apparatuses. A plurality of transfer manipulators for transferring between each of the film forming apparatuses, a holder position adjusting device for holding the substrate holder or the mask holder, and adjusting the position of the substrate holder or the mask holder. When the film is formed by the film forming apparatus, the substrate holder holding the desired substrate and the mask holder holding the desired mask are aligned by moving the transfer manipulator and adjusting the position by the holder position adjusting apparatus. Combined with each other, and the film forming apparatus performs mask film formation on the substrate, whereby the surface of the thin film for each film formation. Without exposure to the atmosphereManyIt is characterized in that a device is manufactured by laminating various types of thin films in a shape corresponding to the function.
[0006]
The plurality of film forming apparatuses are connected to each other through a gate valve.And / orPulsed laser depositionIn placeThere may be.
The substrate holder is composed of a substrate holder ring and a heat sink to which the substrate is attached. The substrate holder ring has an alignment pin and an alignment fitting ring, and the mask holder is positioned It is equipped with a fitting hole that fits into the alignment pin and a fitting ring groove that fits into the fitting ring, and the pin and fitting ring of the substrate holder are fitted into the fitting hole and fitting ring groove of the mask holder, respectively. By combining, mask pattern alignment of a plurality of mask patterns can be performed.
In addition, the mask holder has a plurality of fitting holes to be fitted to the alignment pins of the substrate holder, and these filming holes are sequentially shifted for each film formation to be fitted with the pins, thereby forming the divided film. be able to.
[0007]
the abovePreferably, the heat sink is fixed to the substrate holder ring by point contact, and the amount of heat dissipated from the heat sink to the substrate holder ring is reduced so that the temperature distribution of the substrate becomes uniform.
Also,The transfer manipulator includes a chuck for holding a substrate holder or a mask holder,Enough to transport the substrate holder or mask holder between multiple film deposition systemsThe length of the rodPrepared,The substrate holder and the mask holder are provided with a fitting groove into which the chuck is fitted.
[0008]
Preferably, the holder position adjusting device includes a movable susceptor having a fitting groove for stably placing the substrate holder or the mask holder, and an adjustment rod for moving the movable susceptor up and down, moving left and right, and rotating in a horizontal plane. The adjustment rod moves up and down to adjust the relative position of the movable susceptor and the transfer manipulator to deliver the substrate holder or mask holder, and the substrate holder and mask holder are aligned by moving the adjustment rod left and right and rotating in the horizontal plane. I do.
More preferably,The holder position adjusting device includes a movable susceptor having a fitting groove for stably placing a substrate holder or a mask holder, a fixed susceptor for placing the movable susceptor, and moving the movable susceptor up and down.Movement,An adjustment rod that moves left and right and rotates in a horizontal plane, a heater block provided at the lower end of the adjustment rod, and an after-movement mechanism that can further lower the adjustment rod while the movable susceptor is placed on the fixed susceptorPreparation,By moving the adjustment rod up and down,Movable susceptor and transfer manipulatorWithAdjust relative positiondo itSubstrate holder or mask holderDadelivery,The substrate holder and the mask holder are aligned by moving the adjustment rod left and right and rotating in a horizontal plane, andThe heater block is brought into close contact with the substrate holder placed on the fixed susceptor by the after-movement mechanism to heat the substrate holder.
[0009]
The after-motion mechanism isPreferably,A guide rod fixed to the movable susceptor, a guide panel attached to the guide rod so as to be capable of guiding, and a guide stopper fixed to the upper end of the guide rod.PreparationThe guide panel is fixed to the adjustment rod.The movable susceptor is suspended and held when the adjustment rod is raised, and the adjustment rod can be further lowered from the state where the movable susceptor is mounted on the fixed susceptor..
In addition, a movable susceptorIsPreferably, an opening is provided for exposing the substrate holder to the plasma of the plasma CVD apparatus or the vapor deposition atoms of the pulse laser deposition apparatus, and the fixed susceptor also serves as the anode electrode of the plasma CVD apparatus.
[0010]
According to the combinatorial device manufacturing apparatus of the present invention configured as described above, an electronic device is manufactured by laminating various types of thin films in a shape corresponding to the function without exposing the formed thin films to the atmosphere. can do
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a combinatorial device manufacturing apparatus according to the present invention. This apparatus is configured by connecting various film forming apparatuses to each other. In other words, the P • CVD apparatus 3 is connected to the P • CVD apparatus (plasma CVD apparatus) 1 via the
In addition, although said P *
[0012]
FIG. 2 schematically shows a film forming method performed by each of the
P / CVD equipment 3 is SiHFourAn amorphous silicon film is formed by plasma CVD using (silane).
The
[0013]
Next, the structure of the substrate holder and mask holder used in this apparatus will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 shows the configuration of the substrate holder, and FIG. 3A shows a plan view and a side view of the
The
FIG. 3B shows a top view and a side view of the
The
[0014]
FIG. 3C is an assembly diagram of the
[0015]
FIG. 4 shows the configuration of the mask holder.
4A is a plan view of the
The
[0016]
FIG. 5 shows a state in which the
[0017]
Next, an alignment mechanism between the
FIG. 6 shows a state in which the
As shown in FIG. 6, the alignment of the
[0018]
The film forming process in this apparatus includes a
The above steps are sequentially repeated, and each thin film constituting the device is laminated while being formed into a shape corresponding to the function of each thin film, thereby producing a device.
[0019]
Next, the configuration of the holder position adjusting device will be described with reference to FIGS.
FIG. 7 is a cross-sectional view of P •
The holder
The fixed
[0020]
The
[0021]
The
A disc-shaped
A
The
According to the holder
Further, by further moving the
[0022]
The distance between the lower surface of the
[0023]
In FIG. 7, 84 is the cathode of the P •
8 shows a state in which the upper end of the
Although the
[0024]
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of the holder
In the present embodiment, the holder
In FIG. 9,
Various gate valves, laser beam introduction windows, and the like necessary for other pulse laser deposition apparatuses are not shown because they are the same as those of a general pulse laser deposition apparatus.
[0025]
Next, the configuration of the
FIG. 10 shows the configuration of the tip portions of the
[0026]
FIG. 11 shows the overall configuration of the
The
[0027]
The length of the
The length of the
In FIG. 11, from the state where the
In FIG. 11, 114 is a ball bearing.
[0028]
Next, a mask replacement method using the holder
FIG. 12 shows a method for placing the mask holder on the holder
[0029]
FIG. 12B shows a state in which the
FIG. 12C shows a state where the
In order to take out the
[0030]
FIG. 13 shows a method for aligning the
In FIG. 13A, for example, the first film formation is completed in the P •
FIG. 13B shows a state in which the alignment of the
In FIG. 13C, the
In order to take out the
In order to transport the combined
[0031]
Next, a split film forming method using the holder
When a specific thin film is formed, it may be desired to change the film thickness within the substrate. For example, the film formation conditions of other thin films are the same, and it is desired to change the film thickness of a specific thin film to know the change in characteristics.
In such a case, for example, the four-divided mask shown in FIG. 14 is attached to the
[0032]
As described above, if this device is used, a device can be produced by laminating various types of thin films in a shape corresponding to the function thereof, so that the formed thin film is not exposed to the atmosphere. For example, an electronic device such as a thin film transistor or a thin film solar cell can be formed without requiring a photolithography process. In addition, a plurality of devices having different film formation conditions can be manufactured by one evacuation.
[0033]
Next, examples of device fabrication using the combinatorial device device of the present invention will be described.
In this example, an amorphous silicon solar cell is manufactured.
This amorphous silicon solar cell has a glass / transparent conductive film / n-type amorphous Si layer / i layer (amorphous Si layer) / p-type amorphous Si layer / Al back electrode structure (FIG. 14B). .
[0034]
The production process of the amorphous silicon solar cell will be described below.
Introducing the substrate into the P / CVD apparatus 1:
The
The
A mask is not attached to the mask holder 40 (referred to as mask holder A), and is used as it is as a substrate holder support jig.
A four-divided
A mask for electrode formation is mounted on the mask holder 40 (referred to as mask holder C).
[0035]
The mask holder C is placed on the
The mask holder A and the
The mask holder B is introduced into the P •
-P.CVD apparatus l is evacuated with a rotary pump and a complex molecular pump.
・ Exhaust for about 1 hour and the degree of vacuum of the P • CVD apparatus l is 10-7When reaching the Torr platform, the
After the superposed mask holder A and
The temperature of the
[0036]
Amorphous Sin layer deposition:
Set the temperature of the
・ PHThreeThe flow rate is 5 sccm (cmThree/ Min), SiHFourThe flow rate is set to 10 sccm and introduced into the P •
・ 13.56MHz (industrial frequency defined by International Radio Law), 65mW / cm for cathode electrode2The plasma is generated by applying a high frequency of. After 70 seconds of deposition, the high frequency is turned off to stop the film formation.
[0037]
・ PHThreeAnd SiHFourIs stopped and the exhaust valve is fully opened. 10 in P / CVD equipment-7When the ultra high vacuum of the Torr level is reached, the
The
・
Set the
[0038]
i-layer deposition (changes the thickness of the four layers):
・ SiHFourThe flow rate is 10 sccm (cmThree/ Min) and introduced into the P • CVD apparatus 3. The opening / closing amount of the exhaust valve is adjusted (working exhaust), and the chamber internal pressure is set to 100 mTorr (13.3 Pa).
・ 13.56MHz, 65mW / cm on the cathode electrode2The plasma is generated by applying a high frequency of.
・ After deposition for 30 minutes, turn off the high frequency to stop the film formation.
The
[0039]
・ Rotate the
The
The above steps are repeated to deposit i layers (amorphous Si layers) having different film thicknesses at different positions on the
・ SiHFourIs stopped and the exhaust valve is fully opened. 10 in the P / CVD apparatus 3-7When the ultra high vacuum of the Torr level is reached, the
The
・
[0040]
p-layer deposition:
Set the
・ B2H6The flow rate of 5 sccm (cmThree/ Min), SiHFourThe flow rate is set to 10 sccm and introduced into the P •
・ 13.56MHz, 65mW / cm on the cathode electrode2The plasma is generated by applying a high frequency of.
・ After deposition for 70 seconds, turn off the high frequency to stop film formation.
[0041]
Cleaning with pure argon (Ar) in the reaction gas piping:
・ SiHFour1kgf / cm of Ar for piping2Enclose, evacuate to high vacuum using the P • CVD apparatus 3, and enclose Ar again. Repeat three times. Thereafter, the mass flow controller is set to 20 sccm and Ar is allowed to flow for 15 minutes.
・ B2H6And PHThreeThe piping is cleaned in the same manner as described above using the P •
[0042]
Back electrode formation:
Using the
-Completed by pulsed laser deposition of the back electrode.
[0043]
Experimental result:
FIG. 15 shows voltage / current characteristics of a nip type solar cell manufactured by the combinatorial device manufacturing apparatus of the present invention. A clear dependence of solar cell characteristics on the i-layer thickness is seen. In particular, regarding the fill factor (fill factor), it has been found that in the case of the nip structure, a satisfactory fill factor of about 60% cannot be obtained unless the i layer is thinned to about 2500 mm.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, with this apparatus, it is possible to produce a device by laminating various types of thin films into shapes corresponding to their functions without exposing the formed thin films to the atmosphere. For example, an electronic device such as a thin film transistor or a thin film solar cell can be formed without necessity. In addition, a plurality of devices having different film formation conditions can be manufactured by one evacuation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a combinatorial device manufacturing apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing a film forming method performed by each film forming apparatus of the combinatorial device manufacturing apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a substrate holder of the combinatorial device manufacturing apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a mask holder of a combinatorial device manufacturing apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a view showing a structure for attaching a mask to a mask holder of the combinatorial device manufacturing apparatus of the present invention.
FIG. 6 is a view showing a coupling structure of a substrate holder and a mask holder of the combinatorial device manufacturing apparatus of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration of a holder position adjusting device of the combinatorial device manufacturing apparatus of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view showing a configuration of a holder position adjusting device of the combinatorial device manufacturing apparatus of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration of a holder position adjusting device of a PLD device of the combinatorial device manufacturing device of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a tip portion of a transfer manipulator of the combinatorial device manufacturing apparatus according to the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing an overall configuration of a transfer manipulator of a combinatorial device manufacturing apparatus according to the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a method of placing the mask holder of the combinatorial device manufacturing apparatus of the present invention on the holder position adjusting apparatus.
FIG. 13 is a view showing a method for aligning a substrate holder and a mask holder in the combinatorial device manufacturing apparatus of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing a four-divided mask used in this example and the structure of a thin-film solar cell manufactured using the mask.
FIG. 15 is a graph showing characteristics of a thin film solar cell manufactured in this example.
[Explanation of symbols]
1 Plasma CVD equipment
2 Gate valve
3 Plasma CVD equipment
4 Gate valve
5 PLD equipment
6 Holder position adjustment device
7 Holder position adjustment device
8 Transport manipulator
9 Transport manipulator
10 Insertion gate
21 heat sink
22 Board fasteners
23 Substrate holder ring
24 cylinder
25 鍔
26 鍔
27 Alignment pin
28 Mating ring
29 Substrate holder
30 Screw holes
31 Screw holes
32 screws
40 Mask holder
41 cylinder
42 鍔
43 鍔
44 Alignment hole
45 Fitting ring groove
46 Mask mount
47 Screw holes
50 mask
51 Mask mounting hole
52 screws
61 substrates
71 Movable susceptor
72 Adjustment rod
73 Fixed susceptor
74 Groove
75 Mounting rod
76 Top of vacuum chamber
77 Groove
78 Guide rod
79 Guide disk
80 guide hole
81 Heater block
82 Guide stopper
83 O-ring
84 Cathode
90 arms
91 Heater device
92 Heater lamp
93 Reflector
94 Target chip
100 rods
101 chuck
102 chuck groove
110 Containment tank
111 Storage area
112 magnet
113 Moving magnet ring
114 ball bearing
140 4 masks
Claims (9)
基板ホルダまたはマスクホルダを保持し、かつ、該基板ホルダまたはマスクホルダをこれらの成膜装置間で搬送する搬送マニピュレータと、
上記成膜装置毎に設けられ、上記基板ホルダまたはマスクホルダを保持し、かつ、該基板ホルダまたはマスクホルダの位置を調整するホルダ位置調節装置と、を備え、
上記複数の成膜装置による成膜に際し、上記搬送マニピュレータの移動と、上記ホルダー位置調整装置による位置調節とにより、所望の基板を保持した上記基板ホルダと所望のマスクを保持した上記マスクホルダとを位置合わせして組み合わせ、上記各成膜装置で上記基板にマスク成膜を行うことで、
上記成膜毎の薄膜表面を大気に晒すことなく、多種類の薄膜をその機能に応じた形状に形成しつつ積層してデバイスを作製することを特徴とする、コンビナトリアルデバイス作製装置。A plurality of film forming apparatuses connected to each other;
A transport manipulator that holds the substrate holder or the mask holder and transports the substrate holder or the mask holder between these film forming apparatuses;
A holder position adjusting device that is provided for each film forming apparatus, holds the substrate holder or the mask holder, and adjusts the position of the substrate holder or the mask holder;
During film formation by the plurality of film forming apparatuses, the substrate holder holding the desired substrate and the mask holder holding the desired mask are moved by moving the transfer manipulator and adjusting the position by the holder position adjusting apparatus. By aligning and combining, and performing the mask film formation on the substrate with each of the film formation apparatuses,
A combinatorial device manufacturing apparatus characterized in that a device is manufactured by laminating various types of thin films into shapes corresponding to their functions without exposing the surface of each thin film to the atmosphere.
前記マスクホルダは、上記位置合わせ用のピンに嵌合する嵌合穴及び嵌合リングに嵌合する嵌合リング溝とを備え、
上記基板ホルダのピンと上記嵌合リングを、上記マスクホルダの嵌合穴と嵌合リング溝にそれぞれ嵌合することにより、複数のマスクパターンのマスクパターン合わせを行うことを特徴とする、請求項1に記載のコンビナトリアルデバイス作製装置。The substrate holder is composed of a substrate holder ring and a heat sink to which the substrate is attached, and the substrate holder ring has an alignment pin and an alignment fitting ring,
The mask holder includes a fitting hole that fits into the positioning pin and a fitting ring groove that fits into the fitting ring,
The mask pattern alignment of a plurality of mask patterns is performed by fitting the pin of the substrate holder and the fitting ring into the fitting hole and the fitting ring groove of the mask holder, respectively. The combinatorial device manufacturing apparatus described in 1.
この調整ロッドの上下動により、上記可動サセプタと前記搬送マニピュレータとの相対位置を調整して上記基板ホルダまたは上記マスクホルダを受け渡し、上記調整ロッドの左右移動及び水平面内の回転によって上記基板ホルダと上記マスクホルダとを位置合わせすることを特徴とする、請求項1に記載のコンビナトリアルデバイス作製装置。The holder position adjusting device includes a movable susceptor having a fitting groove for stably placing the substrate holder or the mask holder, and an adjustment rod for moving the movable susceptor up and down, moving left and right, and rotating in a horizontal plane. Prepared,
By the vertical movement of the adjustment rod, the relative position between the movable susceptor and the transfer manipulator is adjusted, and the substrate holder or the mask holder is transferred. The combinatorial device manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the mask holder is aligned.
さらに、上記余動機構により、上記固定サセプタに載置した上記基板ホルダに上記ヒータブロックを密着させて基板ホルダを加熱することを特徴とする、請求項1に記載のコンビナトリアルデバイス作製装置。The holder position adjusting device includes a movable susceptor having a fitting groove for stably placing the substrate holder or the mask holder, a fixed susceptor for placing the movable susceptor, and moving the movable susceptor up and down. An adjustment rod that moves left and right and rotates in a horizontal plane; a heater block provided at the lower end of the adjustment rod; And adjusting the relative position between the movable susceptor and the transfer manipulator by moving the adjustment rod up and down to deliver the substrate holder or the mask holder, and moving the adjustment rod to the left and right and rotating it in a horizontal plane. Align the holder with the mask holder,
2. The combinatorial device manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the heater block is brought into close contact with the substrate holder placed on the fixed susceptor and the substrate holder is heated by the after-movement mechanism.
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