JP4200413B2

JP4200413B2 - Thin film semiconductor manufacturing equipment

Info

Publication number: JP4200413B2
Application number: JP2001009262A
Authority: JP
Inventors: 吉田　　隆
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2001-01-17
Filing date: 2001-01-17
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2021-01-17
Also published as: JP2002212744A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、フィルム基板に非晶質シリコンや微結晶シリコンゲルマニウム等の薄膜を形成して薄膜光電変換素子や薄膜トランジスタなどの薄膜半導体を形成するための製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、環境保護の立場から、クリーンなエネルギーの研究開発が進められている。中でも、太陽電池はその資源（太陽光）が無限であること、無公害であることから注目を集めている。
【０００３】
同一基板上に形成された複数の太陽電池素子が、直列接続されてなる太陽電池（光電変換装置）の代表例は、薄膜太陽電池である。
【０００４】
薄膜太陽電池は、薄型で軽量、製造コストの安さ、大面積化が容易であることなどから、今後の太陽電池の主流となると考えられ、電力供給用以外に、建物の屋根や窓などにとりつけて利用される業務用，一般住宅用にも需要が広がってきている。
【０００５】
従来の薄膜太陽電池はガラス基板を用いているものが一般的であった。近年、軽量化、施工性、量産性においてプラスチックフィルムを用いたフレキシブルタイプの太陽電池の研究開発が進められ実用化されている。さらに、フレキシブルな金属材料に絶縁被覆したフィルム基板を用いたものも開発されている。このフレキシブル性を生かし、ロールツーロール方式やステッピングロール方式の製造方法により大量生産が可能となった。
【０００６】
上記薄膜太陽電池用の薄膜半導体としては、製造コストの観点から、特にシリコン系の非単結晶薄膜であるアモルファスシリコン(a-Si)が使用され、プラズマ放電によって薄膜形成がなされる。前記アモルファスシリコン(a-Si)やアモルファスシリコンゲルマニウム(a-SiGe)等の合金膜を、プラズマ放電によって形成した薄膜半導体デバイスは、単結晶シリコンデバイスと比較して、大面積に、低温で、安価に作成できることから、電力用の大面積薄膜太陽電池以外に、ディスプレイ用の薄膜トランジスタ(TFT)等への適用も期待されている。
【０００７】
上記プラズマ放電によって形成する薄膜は、例えば下記のような装置により形成される。図４は、a-Si 薄膜太陽電池をプラズマ放電によって形成する場合の成膜室の概略構造の一例を示し、特開平８−２５０４３１号公報に記載された構造の一例を示す。図４（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、成膜室の開放時および封止時の概略断面図を示す。
【０００８】
図４（ａ）に示すように、断続的に搬送されてくる可撓性基板１０の上下に函状の下部成膜部室壁体３４と上部成膜部室壁体３５とを対向配置し、成膜室の封止時には、下部成膜部室と上部成膜部室からなる独立した処理空間を構成するようになっている。この例においては、下部成膜部室は電源４０に接続された高周波電極３１を備え、上部成膜部室は、ヒータ３３を内蔵した接地電極３２を備える。
【０００９】
成膜時には、図４（ｂ）に示すように、上部成膜部室壁体３５が下降し、接地電極３２が基板１０を抑えて下部成膜部室壁体３４の開口側端面に取付けられたシール部材５０に接触させる。これにより、下部成膜部室壁体３４と基板１０とから、排気管３６に連通する気密に密閉された成膜空間６０を形成する。上記のような成膜室において、高周波電極３１へ高周波電圧を印加することにより、プラズマを成膜空間６０に発生させ、図示しない導入管から導入された原料ガスを分解して基板１０上に膜を形成することができる。
【００１０】
上記原料ガスとしては、半導体薄膜の種類によって異なるが、概ね、下記のようなガスの混合ガスが使用される。即ち、ＳｉＨ₄,ＧｅＨ₄,ＰＨ₄,ＰＨ₃,Ｂ₂Ｈ₆などで、これらのガスに水素が希釈ガスとして混合される。
【００１１】
上記図４に示した薄膜半導体製造装置は、電極が平板状のものであるが、スパッタリングやＣＶＤ蒸着装置として、電極を円筒状にしたものも知られている。
【００１２】
図５は、接地電極へのＣＶＤ生成付着物の除去・清掃の容易化を目的として、本願と同一出願人により提案された薄膜半導体の製造装置の構成の一例を示す（特願２０００−２５２７６９号参照）。
【００１３】
図５に示す装置は、ドライポンプ、メカニカラウブースタポンプ及び圧力制御弁などを備えたガス排気系８８を備える反応室としての真空槽８１の内部に、巻だしロール８２から送り出したフィルム基板８９を加熱ロール８４により支持されたサセプターロール８５に巻き付け、対向するRF電極（高周波電極）８７の支持部から、反応ガスを供給し、これをプラズマに分解して非晶質シリコン系膜又は微結晶膜をフィルム基板上に形成し、これを巻取りロール８３で巻き取るように構成されている。
【００１４】
加熱ロール８４の熱は、輻射、伝導、対流によってサセプターロール８５に伝達されるが、希釈ガスの水素は熱伝導率が高いので、加熱ロールの熱を有効に、サセプターロールへ伝えることが可能で、加熱ロールの均熱性が悪くてその表面温度分布が±15℃の場合でも、サセプターロールの表面温度分布は±10℃以内とすることが可能となり、均熱性の向上が図れる。
【００１５】
上記図５に示す装置によれば、サセプターロールへの付着物は、サセプターロールの回転によって、フィルム基板ないスペースを使用して比較的容易にクリーニングが可能である。しかしながら、加熱ロールとサセプターロールとを着脱可能とし、サセプターロールを加熱ロールから取り外すことが可能な構造とすれば、クリーニングが一層容易となる。上記着脱を可能とした構成についても、前記特願２０００−２５２７６９号に記載されている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述のような薄膜半導体を形成する従来の製造装置においては、下記のような問題があった。
【００１７】
図４および図５に示す従来の製造装置においては、反応室の放電空間以外の部分に、反応生成物が付着し、これが剥がれてフィルム基板に再付着し、薄膜欠陥を生ずる問題があった。
【００１８】
また、放電空間を形成する高周波電極ならびに接地電極もしくはサセプターロールにも、当然のことながら、反応生成物が付着するが、薄膜欠陥を防止するためには、適切な時期に、付着物の除去・清掃が必要である。しかしながら、従来装置においては、作業性が十分満足できる程度に容易ではなく、メンテナンス性の向上の要請がある。
【００１９】
さらに、特に、円筒状の電極の場合、接地電位（グランド電位）が安定せず、異常放電が発生する問題があった。
【００２０】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、本発明の課題は、反応室の放電空間以外の部分への反応生成物の付着を防止し、また、高周波電極ならびに接地電極への反応生成付着物の除去・清掃を容易にしてメンテナンス性の向上を図り、さらに、グランド電位の安定化による異常放電の発生防止を図った薄膜半導体の製造装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、この発明においては、真空槽内部に、フィルム基板の巻だしロールと巻取りロールを含むフィルム基板の搬送手段と、フィルム基板の一部を巻きつけてフィルム基板の表面に薄膜半導体を形成するために設けた，加熱手段を有する接地電極としてのドラムロールと、このドラムロールと対向して切欠き同心円筒状に配設した高周波電極とを有し、前記真空槽内部へ薄膜半導体に応じた反応ガスを供給するガス供給手段と、前記真空槽内部の圧力を制御しながらガスを排気するガス排気手段とを備える薄膜半導体の製造装置において、
前記真空槽内部を、前記ドラムロールの一部と高周波電極とを含む薄膜半導体を形成するための反応室と、前記ドラムロールの他部とフィルム基板の搬送手段とを含む非反応室とに区分けし、前記反応室と非反応室との間であって前記ドラムロールと真空槽内壁との間に、前記反応ガスの流動を抑制するためのシール手段を設け、かつ、前記ガス供給手段とガス排気手段とは、前記反応室に連通して設け、さらに、前記非反応室には、加圧することにより反応ガスの非反応室への流入を防止するための補助ガス供給手段を設けてなるものとする（請求項１の発明）。
【００２２】
上記構成によれば、非反応室への反応ガスの流動が抑制され、反応生成物が非反応室に付着することがなくなり、非反応室付着物による薄膜欠陥の問題が解消できる。
【００２３】
また、前記請求項１の発明の実施態様として、下記の請求項２ないし７の発明が好適である。即ち、請求項１の発明において、前記ドラムロールは、フィルム基板を巻きつけるための円筒状のサセプターロールと加熱ロールとからなり、前記サセプターロールは、所定の間隙を保持するためのスペーサを介して加熱ロールに着脱可能に固定するものとする（請求項２の発明）。これにより、接地電極としてのサセプターロールのメンテナンスが容易となる。
【００２４】
さらに、前記請求項２の発明において、前記サセプターロールの接地電位を保持するために、サセプターロールと接地された加熱ロールとの間を電気的に接続するグランド保持手段を、前記サセプターロールと加熱ロールとの間に設けるものとすること（請求項３の発明）により、接地電位が安定し、異常放電の発生を抑止できる。
【００２５】
さらにまた、前記請求項３の発明において、前記グランド保持手段は、機械応力または熱応力吸収用の弾性部材を備えるものとすること（請求項４の発明）により、部材間の寸法誤差や熱膨張率の相違に基づく機械的応力が緩和でき、かつ接地電位の安定化が図れる。
【００２６】
また、接地電位をさらに安定化するためには、請求項５の発明のように、前記請求項１ないし４のいずれかに記載の発明において、前記高周波電極は、その反ドラムロール側に、高周波電極に沿って切欠き同心円筒状に配設したアースシールドを備えるものとするのが好ましい。
【００２７】
さらに、高周波電極のメンテナンスを容易にする観点から、下記請求項６の発明が好ましい。即ち、請求項１ないし５のいずれかに記載の製造装置において、前記非反応室は、ドラムロール室と巻だしロール室および巻取りロール室の３つの室に区分してなり、巻だしロール室とドラムロール室との間ならびに巻取りロール室とドラムロール室との間のフィルム基板貫通部に、フィルム基板を介して気密にシール可能なシールゲート手段を設け、さらに、前記真空槽の反応室側に配設する高周波電極は、前記シールゲート手段により前記各室間をフィルム基板を介して気密にシールした状態で、前記高周波電極を真空槽から着脱可能に配設してなるものとする。
【００２８】
上記構成により、高周波電極のメンテナンスの容易性以外に、高周波電極のメンテナンス時に、巻だしロール室および巻取りロール室を真空に保持できるので、フィルム基板の品質保持の上で好ましく、また、メンテナンス完了後の再スタート時の真空排気時間が軽減される。
【００２９】
また、請求項６の発明において、シールゲート手段は、図４に示したシール機構と同様の構成が好ましく、下記請求項７の発明が好適である。即ち、請求項６に記載の製造装置において、前記シールゲート手段は、前記フィルム基板貫通部に、フィルム基板を挟んで一方側に、シール材を有する座を設け、他方側に、フィルム基板をシール材に向けて押圧可能な部材を設けてなるものとする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図面に基づき、本発明の実施の形態について以下に述べる。
【００３１】
図１ないし図３は、本発明の薄膜半導体の製造装置の実施例の概略構成図である。図１は装置の全体構成を示し、図２はシール手段の詳細を示し、図３はドラムロールの詳細を示す。
【００３２】
図１に示す装置は、真空槽１内部に、フィルム基板８９の巻だしロール８２と巻取りロール８３と、補助ロール７やタッチロール８等を含むフィルム基板の搬送手段と、フィルム基板８９の一部を巻きつけてフィルム基板の表面に薄膜半導体を形成するために設けた，加熱手段を有する接地電極としてのドラムロール８０と、このドラムロール８０と対向して切欠き同心円筒状に配設した高周波電極（ＲＦ電極）７０とを有し、ＲＦ電極の支持部を兼ねた反応ガスを供給するガス供給手段１３と、ガス排気手段１６とを備える。
【００３３】
また、真空槽１内部は、前記ドラムロール８０の一部と高周波電極７０とを含む反応室１１と、前記ドラムロール８０の他部とフィルム基板の搬送手段とを含む非反応室１２とに区分けされ、反応室と非反応室との間には、詳細を図２に示すシール手段９が、ドラムロールと真空槽内壁との間に設けられ、前記反応ガスの流動を抑制するように構成される。
【００３４】
さらに、ガス供給手段１３とガス排気手段１６とは、反応室１１に連通して設けられ、非反応室には、加圧することにより反応ガスの非反応室への流入を防止するための補助ガス供給手段１７が設けられる。
【００３５】
上記構成において、巻だしロール８２から送り出したフィルム基板８９は、加熱されたドラムロール８０に巻き付け、対向するＲＦ電極（高周波電極）７０の支持部を兼ねたガス供給手段１３から、反応ガスを供給し、これをプラズマに分解して非晶質シリコン系膜又は微結晶膜をフィルム基板上に形成し、これを巻取りロール８３で巻き取るように構成されている。
【００３６】
また、図１において、７２はアースシールドであり、これにより、接地電位を安定化する。さらに、前記非反応室１２は、ドラムロール室１２ａと巻だしロール室１２ｂおよび巻取りロール室１２ｃの３つの室に区分してなり、巻だしロール室１２ｂとドラムロール室１２ａとの間ならびに巻取りロール室１２ｃとドラムロール室１２ａとの間のフィルム基板貫通部には、フィルム基板８９を介して気密にシール可能なシールゲート手段６を設けてある。さらにまた、高周波電極７０は、前記シールゲート手段６により前記各室間をフィルム基板を介して気密にシールした状態で、高周波電極７０を真空槽１から着脱できるように、反応室の底面部に、シール装置１８を介して、蓋板１９を締め付け固定する構造とし、蓋板１９およびアースシールド７０と共に、高周波電極７０が着脱可能に組立てられている。１４は、分解組立て用の昇降装置である。なお、シールゲート手段６の構造は、前述の請求項７の発明の記載とおりで、図１には、フィルム基板貫通部に、フィルム基板を挟んで一方側にシール材を有する座２５のみを図示している。
【００３７】
次に、図２により、反応室と非反応室との間に設けるシール手段９について、さらに詳しく説明する。図２（ａ）は図１と同方向からみた部分断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の上面図を示す。
【００３８】
シール手段９は、図２に示すように、ロール軸端シール２１とロール軸方向シール２２とからなる。ドラムロール８０と真空槽１内壁との間は、ドラムロール８０の軸方向の両端部と真空槽内壁との間、ならびに軸方向の左右両サイドと真空槽内壁との間に隙間があり、上記隙間に応じてそれぞれ、ロール軸端シール２１とロール軸方向シール２２とを配設する。
【００３９】
ロール軸端シール２１は、ドラムロール８０の回転を妨げないように、また、ロール軸方向シール２２は、基板フィルム８９を損傷しないようにする必要があり、そのために、シール材を真空槽内壁から、ソフトに弾性体で付勢するように構成する。基板フィルム８９を損傷しないように安全に搬送するためには、完全な気密は望めないが、前記補助ガス供給手段１７から、例えば水素ガスを導入して、非反応室側の圧力を、反応室側と同等以上とすることにより、反応ガスが、反応室側から非反応室側側へ漏れるのを防止することができる。
【００４０】
次に、図３により、ドラムロールの構造の実施例を示す。図３に示すドラムロールは、前記特願２０００−２５２７６９号に記載した構成と同様に、フィルム基板を巻きつけるための円筒状のサセプターロール８５と加熱ロール８４とからなり、サセプターロール８５は、所定の間隙を保持するためのピン状の保持スペーサ９１を介して加熱ロール８４に着脱可能に固定される。
【００４１】
また、前記サセプターロール８５の接地電位を保持するために、サセプターロール８５と接地される加熱ロール８４との間を電気的に接続するグランド保持手段９２を複数個、サセプターロール８５と加熱ロール８４との間に設ける。グランド保持手段９２の材質は、アルミニウムまたはステンレススティールである。
【００４２】
前記保持スペーサ９１は、加熱ロール８４を支点としてネジおよびバネなどにより間隙を調整するための図示しない微小調節機構を備える。保持スペーサ９１の個数は、ロールの直径や長さに依存する。
【００４３】
なお、保持スペーサは、加熱ロール８４の端部に備えることもできる。サセプターロール８５と加熱ロール８４の材質が異なり、加熱ロールが高温となって、熱歪の発生が問題となる場合には、端部保持スペーサは、バネや耐熱性のクッション材により、熱応力を吸収するように構成することができる。さらに、前記グランド保持手段９３も、機械応力または熱応力吸収用の弾性部材を備えるように構成することが望ましい。また、図３において、９３は、必要に応じて設けるサセプターロール温度検出用の温度センサで、基板の巻きつけの妨げにならない部位に設けることができる。
【００４４】
【発明の効果】
前述のように、この発明によれば、真空槽内部を、ドラムロールの一部と高周波電極とを含む薄膜半導体を形成するための反応室と、ドラムロールの他部とフィルム基板の搬送手段とを含む非反応室とに区分けし、反応室と非反応室との間であって前記ドラムロールと真空槽内壁との間に、反応ガスの流動を抑制するためのシール手段を設け、かつ、ガス供給手段とガス排気手段とを、反応室に連通して設け、さらに、非反応室には、加圧することにより反応ガスの非反応室への流入を防止するための補助ガス供給手段を設けてなるものとすることにより、
非反応室への反応ガスの流動が抑制され、反応生成物が非反応室に付着することがなくなり、非反応室付着物による薄膜欠陥の問題が解消できる。
【００４５】
また、高周波電極は、その反ドラムロール側に、高周波電極に沿って切欠き同心円筒状に配設したアースシールドを備えるものとすることにより、さらに、ドラムロールをサセプターロールと加熱ロールとから構成した場合には、グランド保持手段を、サセプターロールと加熱ロールとの間に設けるものとすることにより、接地電位の安定化により、放電発生の問題が解消できる。
【００４６】
さらにまた、非反応室を、ドラムロール室と巻だしロール室および巻取りロール室の３つの室に区分してなり、巻だしロール室とドラムロール室との間ならびに巻取りロール室とドラムロール室との間のフィルム基板貫通部に、フィルム基板を介して気密にシール可能なシールゲート手段を設け、さらに、真空槽の反応室側に配設する高周波電極は、シールゲート手段により前記各室間をフィルム基板を介して気密にシールした状態で、高周波電極を真空槽から着脱可能に配設してなるものとすることにより、高周波電極のメンテナンス性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の薄膜半導体の製造装置の実施例の概略構成全体図
【図２】図１に示す製造装置の反応室と非反応室との間のシール手段の構成図
【図３】図１に示す製造装置のドラムロールの構成図
【図４】従来の成膜室の概略構造の一例を示す図
【図５】図４とは異なる従来の成膜装置の一例を示す図
【符号の説明】
１：真空槽、６：シールゲート手段、９：シール手段、１１：反応室、１２：非反応室、１２ａ：ドラムロール室、１２ｂ：巻だしロール室、１２ｃ：巻取りロール室、１３：ガス供給手段、１６：ガス排気手段、１７：補助ガス供給手段、２５：座、７０：高周波電極、７２：アースシールド、８０：ドラムロール、８２：巻だしロール、８３：巻取りロール、８４：加熱ロール、８５：サセプターロール、８９：フィルム基板、９１：保持スペーサ、９２：グランド保持手段。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a manufacturing apparatus for forming a thin film such as a thin film photoelectric conversion element or a thin film transistor by forming a thin film such as amorphous silicon or microcrystalline silicon germanium on a film substrate.
[0002]
[Prior art]
Currently, clean energy research and development is underway from the standpoint of environmental protection. Among them, solar cells are attracting attention because their resources (sunlight) are infinite and pollution-free.
[0003]
A typical example of a solar cell (photoelectric conversion device) in which a plurality of solar cell elements formed on the same substrate are connected in series is a thin film solar cell.
[0004]
Thin-film solar cells are expected to become the mainstream of solar cells in the future because they are thin and lightweight, inexpensive to manufacture, and easy to increase in area, and are attached to roofs and windows of buildings in addition to power supply. Demand is also expanding for commercial and general residential use.
[0005]
Conventional thin film solar cells generally use a glass substrate. In recent years, research and development of flexible solar cells using plastic films has been promoted and put into practical use in terms of weight reduction, workability, and mass productivity. Furthermore, the thing using the film substrate which carried out the insulation coating to the flexible metal material is also developed. Taking advantage of this flexibility, mass production became possible by a roll-to-roll method or a stepping roll method.
[0006]
As the thin film semiconductor for the thin film solar cell, amorphous silicon (a-Si) which is a silicon-based non-single crystal thin film is used from the viewpoint of manufacturing cost, and the thin film is formed by plasma discharge. Thin film semiconductor devices formed by plasma discharge of alloy films such as amorphous silicon (a-Si) and amorphous silicon germanium (a-SiGe) are larger in area, lower temperature, and less expensive than single crystal silicon devices. Therefore, in addition to large-area thin film solar cells for electric power, application to thin film transistors (TFTs) for displays is also expected.
[0007]
The thin film formed by the plasma discharge is formed by, for example, the following apparatus. FIG. 4 shows an example of a schematic structure of a film forming chamber when an a-Si thin film solar cell is formed by plasma discharge, and shows an example of the structure described in Japanese Patent Laid-Open No. 8-250431. 4A and 4B are schematic cross-sectional views when the film forming chamber is opened and sealed, respectively.
[0008]
As shown in FIG. 4 (a), a box-shaped lower film formation chamber wall 34 and an upper film formation chamber wall 35 are disposed opposite to each other on the upper and lower sides of the flexible substrate 10 that is intermittently conveyed. When the film chamber is sealed, an independent processing space composed of a lower film forming chamber and an upper film forming chamber is formed. In this example, the lower film forming chamber is provided with a high-frequency electrode 31 connected to a power source 40, and the upper film forming chamber is provided with a ground electrode 32 with a built-in heater 33.
[0009]
At the time of film formation, as shown in FIG. 4B, the upper film forming section chamber wall 35 is lowered, and the ground electrode 32 holds the substrate 10 and is attached to the opening side end surface of the lower film forming section chamber wall 34. The member 50 is brought into contact. As a result, an airtightly sealed film forming space 60 communicating with the exhaust pipe 36 is formed from the lower film forming part chamber wall 34 and the substrate 10. In the film forming chamber as described above, by applying a high frequency voltage to the high frequency electrode 31, plasma is generated in the film forming space 60, and a source gas introduced from an introduction pipe (not shown) is decomposed to form a film on the substrate 10. Can be formed.
[0010]
As the source gas, a mixed gas of the following gases is generally used, although it varies depending on the type of semiconductor thin film. That is, SiH ₄ , GeH ₄ , PH ₄ , PH ₃ , B ₂ H _{6 and the} like are mixed with hydrogen as a diluent gas.
[0011]
The thin film semiconductor manufacturing apparatus shown in FIG. 4 has a plate-like electrode. However, as a sputtering or CVD vapor deposition apparatus, a cylindrical electrode is also known.
[0012]
FIG. 5 shows an example of the configuration of a thin-film semiconductor manufacturing apparatus proposed by the same applicant as the present application for the purpose of facilitating removal and cleaning of deposits generated by CVD on the ground electrode (Japanese Patent Application No. 2000-252769). reference).
[0013]
The apparatus shown in FIG. 5 includes a film substrate 89 fed from a winding roll 82 inside a vacuum chamber 81 as a reaction chamber provided with a gas exhaust system 88 equipped with a dry pump, a mechanical pump booster pump, a pressure control valve, and the like. Wrapped around a susceptor roll 85 supported by a heating roll 84, a reactive gas is supplied from a supporting portion of an opposing RF electrode (high frequency electrode) 87, and this is decomposed into plasma to produce an amorphous silicon film or a microcrystalline film. Is formed on a film substrate, and is wound up by a winding roll 83.
[0014]
The heat of the heating roll 84 is transmitted to the susceptor roll 85 by radiation, conduction, and convection. However, since the dilution gas hydrogen has a high thermal conductivity, the heat of the heating roll can be effectively transferred to the susceptor roll. Even when the heating roll has poor heat uniformity and its surface temperature distribution is ± 15 ° C., the surface temperature distribution of the susceptor roll can be within ± 10 ° C., and the heat uniformity can be improved.
[0015]
According to the apparatus shown in FIG. 5, the deposit on the susceptor roll can be cleaned relatively easily by using the space without the film substrate by the rotation of the susceptor roll. However, if the heating roll and the susceptor roll are made detachable and the susceptor roll can be detached from the heating roll, cleaning becomes easier. The configuration that enables the attachment / detachment is also described in the Japanese Patent Application No. 2000-252769.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the conventional manufacturing apparatus for forming a thin film semiconductor as described above has the following problems.
[0017]
In the conventional manufacturing apparatus shown in FIGS. 4 and 5, the reaction product adheres to a portion other than the discharge space in the reaction chamber, and the reaction product peels off and reattaches to the film substrate, which causes a thin film defect.
[0018]
In addition, the reaction product is naturally attached to the high-frequency electrode and the ground electrode or susceptor roll forming the discharge space, but in order to prevent a thin film defect, removal of the attached matter should be performed at an appropriate time. Cleaning is necessary. However, the conventional apparatus is not easy to the extent that workability is sufficiently satisfactory, and there is a demand for improvement in maintainability.
[0019]
Furthermore, particularly in the case of a cylindrical electrode, the ground potential (ground potential) is not stable and abnormal discharge occurs.
[0020]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to prevent the reaction product from adhering to a portion other than the discharge space of the reaction chamber, An object of the present invention is to provide a thin film semiconductor manufacturing apparatus that facilitates removal and cleaning of reaction product deposits on a ground electrode to improve maintainability, and further prevents occurrence of abnormal discharge by stabilizing ground potential. .
[0021]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, in the present invention, a film substrate transport means including a film substrate winding roll and a winding roll is wound inside the vacuum chamber, and a part of the film substrate is wound around the surface of the film substrate. A drum roll as a ground electrode having a heating means provided for forming a thin film semiconductor, and a high-frequency electrode arranged concentrically in a notch facing the drum roll, In a thin film semiconductor manufacturing apparatus, comprising: a gas supply means for supplying a reaction gas corresponding to a thin film semiconductor; and a gas exhaust means for exhausting gas while controlling the pressure inside the vacuum chamber.
The inside of the vacuum chamber is divided into a reaction chamber for forming a thin film semiconductor including a part of the drum roll and a high-frequency electrode, and a non-reaction chamber including the other part of the drum roll and a means for transporting the film substrate. And a sealing means for suppressing the flow of the reaction gas between the reaction chamber and the non-reaction chamber and between the drum roll and the inner wall of the vacuum chamber, and the gas supply means and the gas The exhaust means is provided in communication with the reaction chamber, and the non-reaction chamber is provided with auxiliary gas supply means for preventing the reaction gas from flowing into the non-reaction chamber by pressurization. (Invention of claim 1)
[0022]
According to the above configuration, the flow of the reaction gas to the non-reaction chamber is suppressed, the reaction product does not adhere to the non-reaction chamber, and the problem of thin film defects due to the non-reaction chamber deposit can be solved.
[0023]
As embodiments of the invention of claim 1, the inventions of claims 2 to 7 below are suitable. That is, in the invention of claim 1, the drum roll is composed of a cylindrical susceptor roll and a heating roll for winding the film substrate, and the susceptor roll is interposed via a spacer for holding a predetermined gap. It shall fix to a heating roll so that attachment or detachment is possible (invention of Claim 2). This facilitates maintenance of the susceptor roll as the ground electrode.
[0024]
Further, in the invention of claim 2, in order to maintain the ground potential of the susceptor roll, a ground holding means for electrically connecting the susceptor roll and the grounded heating roll is provided, the susceptor roll and the heating roll. (3), the ground potential is stabilized and the occurrence of abnormal discharge can be suppressed.
[0025]
Furthermore, in the invention of claim 3, the ground holding means is provided with an elastic member for absorbing mechanical stress or thermal stress (invention of claim 4), so that a dimensional error between members and thermal expansion can be achieved. The mechanical stress based on the difference in rate can be alleviated and the ground potential can be stabilized.
[0026]
In order to further stabilize the ground potential, as in the invention of claim 5, in the invention of any one of claims 1 to 4, the high frequency electrode has a high frequency on the side opposite to the drum roll. It is preferable to provide a ground shield arranged in a concentric cylindrical shape by cutting along the electrodes.
[0027]
Furthermore, from the viewpoint of facilitating maintenance of the high-frequency electrode, the invention of claim 6 is preferable. That is, in the manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 5, the non-reaction chamber is divided into three chambers, a drum roll chamber, a winding roll chamber, and a winding roll chamber. A seal gate means that can be hermetically sealed through the film substrate between the film roll and the drum roll chamber and between the take-up roll chamber and the drum roll chamber, and further, a reaction chamber of the vacuum chamber The high-frequency electrode arranged on the side is formed by detachably attaching the high-frequency electrode from the vacuum chamber in a state where the chambers are hermetically sealed by the seal gate means via the film substrate.
[0028]
In addition to the ease of maintenance of the high-frequency electrode, the above configuration allows the winding roll chamber and the take-up roll chamber to be kept in vacuum during maintenance of the high-frequency electrode, which is preferable for maintaining the quality of the film substrate, and the maintenance is completed. The evacuation time at the subsequent restart is reduced.
[0029]
In the invention of claim 6, the seal gate means preferably has the same configuration as the seal mechanism shown in FIG. 4, and the invention of claim 7 below is preferred. That is, in the manufacturing apparatus according to claim 6, the seal gate means is provided with a seat having a sealing material on one side of the film substrate through the film substrate, and seals the film substrate on the other side. A member that can be pressed toward the material is provided.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0031]
1 to 3 are schematic configuration diagrams of an embodiment of a thin-film semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention. 1 shows the overall configuration of the apparatus, FIG. 2 shows details of the sealing means, and FIG. 3 shows details of the drum roll.
[0032]
The apparatus shown in FIG. 1 includes a film substrate transport means including an unwinding roll 82, a winding roll 83, an auxiliary roll 7, a touch roll 8, etc. A drum roll 80 serving as a ground electrode having a heating means provided to form a thin film semiconductor on the surface of the film substrate by winding the part, and a notch concentric cylinder disposed opposite the drum roll 80 It has a high-frequency electrode (RF electrode) 70, and includes a gas supply means 13 for supplying a reaction gas that also serves as a support portion for the RF electrode, and a gas exhaust means 16.
[0033]
The inside of the vacuum chamber 1 is divided into a reaction chamber 11 including a part of the drum roll 80 and the high-frequency electrode 70, and a non-reaction chamber 12 including the other part of the drum roll 80 and a film substrate transfer means. 2 is provided between the reaction chamber and the non-reaction chamber between the drum roll and the inner wall of the vacuum chamber, and is configured to suppress the flow of the reaction gas. The
[0034]
Further, the gas supply means 13 and the gas exhaust means 16 are provided in communication with the reaction chamber 11, and an auxiliary gas for preventing the reaction gas from flowing into the non-reaction chamber by pressurizing the non-reaction chamber. Supply means 17 are provided.
[0035]
In the above-described configuration, the film substrate 89 fed from the unwinding roll 82 is wound around the heated drum roll 80, and the reaction gas is supplied from the gas supply means 13 that also serves as a supporting portion for the opposing RF electrode (high frequency electrode) 70. Then, this is decomposed into plasma to form an amorphous silicon film or a microcrystalline film on the film substrate, and this is wound up by a winding roll 83.
[0036]
In FIG. 1, reference numeral 72 denotes an earth shield, which stabilizes the ground potential. Further, the non-reaction chamber 12 is divided into three chambers, a drum roll chamber 12a, an unwind roll chamber 12b, and a take-up roll chamber 12c, and between the unwind roll chamber 12b and the drum roll chamber 12a and the winding roll chamber 12a. A seal gate means 6 that can be hermetically sealed through a film substrate 89 is provided in a film substrate penetrating portion between the take-up roll chamber 12c and the drum roll chamber 12a. Furthermore, the high-frequency electrode 70 is attached to the bottom surface of the reaction chamber so that the high-frequency electrode 70 can be attached to and detached from the vacuum chamber 1 while the chambers are hermetically sealed by the seal gate means 6 via the film substrate. The lid plate 19 is fastened and fixed via the sealing device 18, and the high-frequency electrode 70 is detachably assembled together with the lid plate 19 and the earth shield 70. Reference numeral 14 denotes an elevating device for disassembly and assembly. The structure of the seal gate means 6 is as described in the above-mentioned invention of claim 7. FIG. 1 shows only the seat 25 having a seal material on one side of the film substrate through the film substrate through the film substrate. Show.
[0037]
Next, the sealing means 9 provided between the reaction chamber and the non-reaction chamber will be described in more detail with reference to FIG. 2A is a partial cross-sectional view seen from the same direction as FIG. 1, and FIG. 2B is a top view of FIG.
[0038]
As shown in FIG. 2, the seal means 9 includes a roll shaft end seal 21 and a roll axial direction seal 22. Between the drum roll 80 and the vacuum chamber 1 inner wall, there are gaps between both axial ends of the drum roll 80 and the vacuum chamber inner wall, and between the left and right sides in the axial direction and the vacuum chamber inner wall. A roll shaft end seal 21 and a roll axial direction seal 22 are disposed in accordance with the gap.
[0039]
The roll shaft end seal 21 does not hinder the rotation of the drum roll 80, and the roll axial direction seal 22 needs to prevent the substrate film 89 from being damaged. For this purpose, the seal material is removed from the inner wall of the vacuum chamber. It is configured to be urged by an elastic body softly. In order to safely transport the substrate film 89 without damaging it, complete airtightness cannot be expected. However, for example, hydrogen gas is introduced from the auxiliary gas supply means 17, and the pressure on the non-reaction chamber side is changed to the reaction chamber. By making it equal to or greater than that on the side, the reaction gas can be prevented from leaking from the reaction chamber side to the non-reaction chamber side.
[0040]
Next, FIG. 3 shows an embodiment of the structure of the drum roll. The drum roll shown in FIG. 3 includes a cylindrical susceptor roll 85 and a heating roll 84 for winding a film substrate, similarly to the configuration described in Japanese Patent Application No. 2000-252769. It is detachably fixed to the heating roll 84 via a pin-shaped holding spacer 91 for holding the gap.
[0041]
In order to maintain the ground potential of the susceptor roll 85, a plurality of ground holding means 92 for electrically connecting the susceptor roll 85 and the grounded heating roll 84, the susceptor roll 85 and the heating roll 84, Provide between. The material of the ground holding means 92 is aluminum or stainless steel.
[0042]
The holding spacer 91 includes a micro adjustment mechanism (not shown) for adjusting the gap with a screw, a spring or the like using the heating roll 84 as a fulcrum. The number of holding spacers 91 depends on the diameter and length of the roll.
[0043]
The holding spacer can also be provided at the end of the heating roll 84. When the materials of the susceptor roll 85 and the heating roll 84 are different and the heating roll becomes hot and the occurrence of thermal strain becomes a problem, the end holding spacer is subjected to thermal stress by a spring or a heat-resistant cushioning material. Can be configured to absorb. Furthermore, it is desirable that the ground holding means 93 is also provided with an elastic member for absorbing mechanical stress or thermal stress. Further, in FIG. 3, reference numeral 93 denotes a susceptor roll temperature detection temperature sensor provided as necessary, and can be provided at a site that does not hinder the winding of the substrate.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, inside the vacuum chamber, the reaction chamber for forming a thin film semiconductor including a part of the drum roll and the high-frequency electrode, the other part of the drum roll, and the film substrate conveying means, A sealing means for suppressing the flow of the reaction gas between the reaction chamber and the non-reaction chamber and between the drum roll and the inner wall of the vacuum chamber, and A gas supply means and a gas exhaust means are provided in communication with the reaction chamber, and an auxiliary gas supply means for preventing the reaction gas from flowing into the non-reaction chamber by pressurization is provided in the non-reaction chamber. By assuming that
The flow of the reaction gas to the non-reaction chamber is suppressed, the reaction product does not adhere to the non-reaction chamber, and the problem of thin film defects due to the non-reaction chamber deposit can be solved.
[0045]
Further, the high-frequency electrode is provided with a ground shield arranged in a concentric cylindrical shape along the high-frequency electrode on the side opposite to the drum roll, so that the drum roll further comprises a susceptor roll and a heating roll. In this case, by providing the ground holding means between the susceptor roll and the heating roll, the problem of occurrence of discharge can be solved by stabilizing the ground potential.
[0046]
Further, the non-reaction chamber is divided into three chambers, a drum roll chamber, a winding roll chamber, and a winding roll chamber, and between the winding roll chamber and the drum roll chamber and between the winding roll chamber and the drum roll. Seal gate means that can be hermetically sealed via the film substrate is provided in the film substrate penetrating portion between the chamber and the high-frequency electrode disposed on the reaction chamber side of the vacuum chamber. Maintainability of the high-frequency electrode is improved by arranging the high-frequency electrode so as to be detachable from the vacuum chamber in a state where the gap is hermetically sealed through the film substrate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic overall view of an embodiment of a thin film semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram of a sealing means between a reaction chamber and a non-reaction chamber of the manufacturing apparatus shown in FIG. FIG. 4 is a diagram showing an example of a schematic structure of a conventional film forming chamber. FIG. 5 is a diagram showing an example of a conventional film forming apparatus different from FIG. Explanation of]
1: vacuum chamber, 6: sealing gate means, 9: sealing means, 11: reaction chamber, 12: non-reaction chamber, 12a: drum roll chamber, 12b: winding roll chamber, 12c: winding roll chamber, 13: gas Supply means, 16: gas exhaust means, 17: auxiliary gas supply means, 25: seat, 70: high frequency electrode, 72: earth shield, 80: drum roll, 82: winding roll, 83: winding roll, 84: heating Roll, 85: susceptor roll, 89: film substrate, 91: holding spacer, 92: ground holding means.

Claims

In the vacuum chamber, a film substrate transport means including a film substrate winding roll and a winding roll, and a heating means provided for winding a part of the film substrate to form a thin film semiconductor on the surface of the film substrate. A gas supply for supplying a reaction gas corresponding to a thin film semiconductor into the vacuum chamber, and a drum roll as a ground electrode having a high frequency electrode arranged in a concentric cylindrical shape facing the drum roll. A thin-film semiconductor manufacturing apparatus comprising: means and gas exhaust means for exhausting gas while controlling the pressure inside the vacuum chamber;
The inside of the vacuum chamber is divided into a reaction chamber for forming a thin film semiconductor including a part of the drum roll and a high-frequency electrode, and a non-reaction chamber including the other part of the drum roll and a means for transporting the film substrate. And
A sealing means for suppressing the flow of the reaction gas is provided between the reaction chamber and the non-reaction chamber and between the drum roll and the inner wall of the vacuum chamber, and the gas supply means and the gas exhaust means Is provided in communication with the reaction chamber,
Furthermore, the non-reaction chamber is provided with auxiliary gas supply means for preventing inflow of the reaction gas into the non-reaction chamber by pressurization.

2. The manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the drum roll includes a cylindrical susceptor roll and a heating roll for winding the film substrate, and the susceptor roll is interposed with a spacer for maintaining a predetermined gap. A thin film semiconductor manufacturing apparatus, wherein the apparatus is detachably fixed to a heating roll.

3. The manufacturing apparatus according to claim 2, wherein a ground holding means for electrically connecting between the susceptor roll and the grounded heating roll in order to hold the ground potential of the susceptor roll, the susceptor roll and the heating roll. And a thin film semiconductor manufacturing apparatus.

4. The manufacturing apparatus according to claim 3, wherein the ground holding means includes an elastic member for absorbing mechanical stress or thermal stress.

5. The manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the high-frequency electrode includes a ground shield disposed in a concentric cylindrical shape along the high-frequency electrode on a side opposite to the drum roll. Thin film semiconductor manufacturing equipment.

6. The manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the non-reaction chamber is divided into three chambers, a drum roll chamber, a winding roll chamber, and a winding roll chamber. Seal gate means that can be hermetically sealed through the film substrate is provided between the roll chamber and between the take-up roll chamber and the drum roll chamber, and further on the reaction chamber side of the vacuum chamber. The high-frequency electrode to be disposed is formed by detachably disposing the high-frequency electrode from a vacuum chamber in a state where the chambers are hermetically sealed by the seal gate means via a film substrate. Semiconductor manufacturing equipment.

7. The manufacturing apparatus according to claim 6, wherein the seal gate means is provided with a seat having a sealing material on one side of the film substrate penetrating portion with the film substrate interposed therebetween, and the film substrate is used as the sealing material on the other side. An apparatus for manufacturing a thin film semiconductor, comprising a member that can be pressed toward the surface.