JP5262501B2

JP5262501B2 - 基板処理装置及び基板処理方法

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Publication number: JP5262501B2
Application number: JP2008240575A
Authority: JP
Inventors: 雄人和田
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2008-09-19
Filing date: 2008-09-19
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2028-09-19
Also published as: JP2010070816A

Description

本発明は、可撓性基板の処理結果に面内分布が生じることを抑制できる基板処理装置及び基板処理方法に関する。

従来の太陽電池は、シリコン基板を用いて製造されていたが、近年は、シリコン薄膜を用いたシリコン薄膜太陽電池が開発されている。シリコン薄膜太陽電池は、使用するシリコンの量が少ないこと等から低コスト化が見込まれている。特に長尺の可撓性基板を用いてロールツーロールでシリコン薄膜太陽電池を形成する方法は、低コスト化の期待が高い。

シリコン薄膜太陽電池のシリコン層は、プラズマＣＶＤ法によって形成される。ロールツーロールでシリコン層を形成するための基板処理装置としては、例えば特許文献１に記載の装置、及び特許文献２に記載の装置がある。

特許文献１に記載の装置は、一つの共有真空容器の中に、可撓性基板を搬送する搬送系と、可撓性基板上に薄膜を成膜する１ないし複数の成膜室を有している。各成膜室は、可撓性基板を境界とする開口部を有する２つの成膜部室からなる。開口部にはシール部が設けられており、各シール部が可撓性基板を挟んで合致することにより、成膜質と共通真空容器との間が気密になる。

特許文献２に記載の装置は、反応室内に高周波印加電極及び接地電極を互いに対向するように配置したものである。そしてこの装置で処理されるフィルム基板は、各種ロールからなる搬送手段によって接地電極に面接触しながら搬送される。

一方、特許文献３によれば、良質なシリコン薄膜を形成するためには、プラズマＣＶＤにおける電極間距離を近くする必要がある。
特開１１−１４５０６０号公報特開２０００−２６０７１５号公報特開２０００−１０１１０７号公報

特許文献１及び２とは別の構造を有する基板処理装置として、可撓性基板を、搬送時には何れの電極からも離間させ、かつ処理時には接地電極に接するようにした装置が考えられる。このようにするためには、接地電極を移動させることが考えられる。しかし、接地電極を移動させるようにすると、高周波印加電極に対する接地電極の平行度が低下する可能性がある。この平行度が低下すると、可撓性基板の処理結果（たとえば成膜処理の場合は成膜した膜の膜質や厚さであり、エッチング処理の場合はエッチング量）に面内分布が生じてしまう。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、可撓性基板の処理結果に面内分布が生じること抑制できる基板処理装置及び基板処理方法を提供することにある。

本発明によれば、処理室と、
前記処理室内にプラズマを生成するために設けられ、互いに対向している第１電極及び第２電極からなる電極対を備え、
前記処理室内には、前記処理室の幅より長い長尺状の可撓性基板が搬送され、
前記第１電極及び前記第２電極より外側に設けられ、前記第１電極及び前記第２電極が対向する方向に移動することにより前記可撓性基板を前記第１電極に押し付ける押付部材を備える基板処理装置が提供される。

本発明によれば、処理室と、前記処理室内に設けられ、互いに対向している第１電極及び第２電極からなる電極対を備える基板処理装置を準備し、
前記処理室内に、前記処理室の幅より長い長尺状の可撓性基板を搬送し、
前記処理室に設けられていて前記第１電極及び前記第２電極より外側に配置された押付部材を移動することにより、前記可撓性基板を前記第１電極に押し付け、この状態で、前記第１電極及び前記第２電極の間で生じたプラズマにより前記可撓性基板を処理する基板処理方法が提供される。

本発明によれば、押し付け部材が可撓性基板を第１電極に押し付ける。従って、第１電極を移動させる場合と比較して、第２電極に対する第１電極の平行度の低下が抑制される。この結果、可撓性基板の処理結果に面内分布が生じることを抑制できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１は、第１の実施形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。この基板処理装置は、処理室１００、第１電極１１０及び第２電極１２０からなる電極対、及び押付部材（第１開閉部材１４２と第２開閉部材１４４）を備える。電極対は処理室１００内にプラズマを生成するために設けられている。そして第１電極１１０及び第２電極１２０は、互いに対向している。処理室１００内には、処理室１００の幅より長い長尺状の可撓性基板２００が搬送される。押付部材は、第１電極１１０及び第２電極１２０より外側に設けられており、第１電極１１０及び第２電極１２０が対向する方向に可撓性基板２００を第１電極１１０に押し付ける。

本図に示す例において、処理室１００には、可撓性基板２００を搬入するための搬入口１０２及び可撓性基板２００を搬出するための搬出口１０４が設けられている。搬入口１０２及び搬出口１０４は、第１電極１１０及び第２電極１２０を挟んで互いに対向している。そして可撓性基板２００は、ロールツーロールで処理室１００内に搬入及び搬出される。可撓性基板２００は、搬送されるときには第１電極１１０及び第２電極１２０の間に位置しており、第１電極１１０及び第２電極１２０の何れにも接していない。なお可撓性基板２００は、少なくとも表面が導電性を有していてもよい。具体的には、可撓性基板２００は全体が導電性を有していても良いし、ポリイミドやポリアミドなどの絶縁性の基材の上に導電性の層を設けたものであってもよい。

搬入口１０２には第１開閉部材１４２が設けられており、搬出口１０４には第２開閉部材１４４が設けられている。第１開閉部材１４２及び第２開閉部材１４４が開閉することにより、搬入口１０２及び搬出口１０４は開閉する。なお、第１開閉部材１４２及び第２開閉部材１４４が搬入口１０２及び搬出口１０４を閉じた状態において、第１開閉部材１４２及び第２開閉部材１４４の先端は第１電極１１０の表面より第２電極１２０に対して反対側に位置する。

第１電極１１０は処理室１００の壁と同電位すなわち接地電位になっている。また第１電極１１０は、可撓性基板２００を加熱するヒータを有している。第２電極１２０は高周波が印加される電極になっており、第１電極１１０に対向する面を除いて高周波シールド１３０に覆われている。また第２電極１２０はシャワーヘッドになっている。プロセスガスは第２電極１２０を介して処理室１００の内部に供給される。なお処理室１００の内部は、処理室１００の壁に設けられた排気口１０６から排気される。

図２は、図１に示した基板処理装置を用いて可撓性基板２００を処理するときの基板処理装置の状態を示す図である。基板処理装置が行う処理は、例えば可撓性基板２００に微結晶シリコン薄膜又はアモルファスシリコン薄膜などの半導体薄膜をプラズマＣＶＤ法により形成する方法であるが、可撓性基板２００に形成された膜をドライエッチングする処理であっても良い。

可撓性基板２００を処理するとき、第１開閉部材１４２及び第２開閉部材１４４が移動し、搬入口１０２及び搬出口１０４を塞ぐ。これにより、処理室１００の中は密閉される。上記したように、この状態において、第１開閉部材１４２及び第２開閉部材１４４の先端は第１電極１１０の表面より第２電極１２０に対して反対側に位置する。このため、可撓性基板２００は第１開閉部材１４２及び第２開閉部材１４４によって第１電極１１０の表面に押し付けられる。可撓性基板２００が第１電極１１０のヒータによって十分昇温した後、第２電極１２０からプロセスガスを処理室内に導入し、第２電極１２０に高周波を印加する。これにより、第１電極１１０と第２電極１２０の間の空間にはプラズマが生じ、このプラズマにより第１電極１１０の表面に接している可撓性基板２００が処理される。このとき、第１開閉部材１４２及び第２開閉部材１４４を介して可撓性基板２００の表面と処理室１００が導通するようにしてもよい。

可撓性基板２００の処理が終了すると、第１開閉部材１４２及び第２開閉部材１４４は移動し、搬入口１０２及び搬出口１０４を開く。この状態において、第１開閉部材１４２及び第２開閉部材１４４の先端は可撓性基板２００から離間するため、可撓性基板２００は、第１電極１１０の表面から離れる。そして可撓性基板２００を所定の長さほど移動させた後、上記した処理を繰り返す。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。可撓性基板２００は、基板処理装置によって処理されるとき、第１開閉部材１４２及び第２開閉部材１４４によって第１電極１１０に押し付けられる。このため、第１電極１１０を移動させなくても、可撓性基板２００を第１電極１１０の表面に押し付けることができる。従って、第２電極１２０に対する第１電極１１０の平行度が低下することは抑制され、可撓性基板２００の処理結果に面内分布が生じることは抑制される。

また、搬入口１０２に設けられた第１開閉部材１４２及び搬出口１０４に設けられた第２開閉部材１４４が、可撓性基板２００を第１電極１１０の表面に押し付けるための押付部材を兼ねているため、基板処理装置の製造コストを低くすることができる。

また、第１開閉部材１４２及び第２開閉部材１４４を介して可撓性基板２００の表面と処理室１００が導通するようにすると、可撓性基板２００の少なくとも表面が導電性を有しているとき、プラズマから可撓性基板２００にチャージした電荷や可撓性基板２００に流れた高周波を、第１開閉部材１４２及び第２開閉部材１４４を介して処理室１００に逃がすことができる。従って、可撓性基板２００の処理品質が低下することを抑制できる。

図３は、第２の実施形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。この基板処理装置は、第１開閉部材１４２及び第２開閉部材１４４それぞれに、処理室１００の内部に位置するように押付部材１５０を取り付けた点を除いて、第１の実施形態に係る基板処理装置と同様の構成である。押付部材１５０の先端は、例えば第１開閉部材１４２及び第２開閉部材１４４の先端と同じ位置にあるが、第１電極１１０の表面より第２電極１２０に対して反対側に位置していれば、これに限定されない。

押付部材１５０の先端はロールであっても良い。この場合、ロールは押付部材１５０の本体に回転可能に取り付けられるのが好ましい。押付部材１５０は、第１開閉部材１４２又は第２開閉部材１４４に電気的に接続されているのが好ましい。また押付部材１５０のロールは、樹脂などの絶縁性の材料から形成されていても良いし、金属などの導電性の材料から形成されていても良い。後者の場合、押付部材１５０を介して可撓性基板２００の表面を処理室１００の壁に導通させることができる。

本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、押付部材１５０を第１開閉部材１４２及び第２開閉部材１４４に取り付けたため、押付部材１５０を移動させる移動機構を新たに設ける必要がない。

また、押付部材１５０を介して可撓性基板２００の表面と処理室１００が導通するようにすると、可撓性基板２００の少なくとも表面が導電性を有しているとき、プラズマから可撓性基板２００にチャージした電荷や可撓性基板２００に流れた高周波を、押付部材１５０を介して処理室１００に逃がすことができる。従って、可撓性基板２００の処理品質が低下することを抑制できる。

なお本実施形態において、押付部材１５０を第１開閉部材１４２及び第２開閉部材１４４の双方に取り付けたが、第１開閉部材１４２及び第２開閉部材１４４のいずれか一方に押付部材１５０を取り付ければよい場合もある。

図４は、第３の実施形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。この基板処理装置は、押付部材１５０を第１開閉部材１４２及び第２開閉部材１４４から独立させ、図示しない駆動機構を介して第１開閉部材１４２及び第２開閉部材１４４から独立して移動できるようにした点を除いて、第２の実施形態と同様の構成である。上記した駆動機構は、図示しない制御部によって制御される。また押付部材１５０の少なくとも一部は、処理室１００に電気的に接続されている。

本実施形態によっても、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、押付部材１５０を第１開閉部材１４２及び第２開閉部材１４４から独立して移動させることができるため、押付部材１５０による可撓性基板２００の押込量を調節することができる。また、第１開閉部材１４２及び第２開閉部材１４４を閉じる前に可撓性基板２００を第１電極１１０に押し付けることができる。また、押付部材１５０は第１電極１１０と比較して大幅に軽くできるため、第１電極１１０を移動させて可撓性基板２００に押し付ける場合と比較して、駆動機構を大幅に小さくすることができる。

なお、第１〜第３の実施形態において、複数の処理室１００を設け、これら複数の処理室１００を共通の真空容器の中に配置してもよい。この場合は、複数の処理室１００それぞれごとに異なる処理が行われても良い。

図５は、第４の実施形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。この基板処理装置は、処理室１００の中に、第１電極１１０及び第２電極１２０からなる電極対が複数設けられている点、及び複数の第１電極１１０のうち可撓性基板２００が押し付けられる面が互いに略面一である点を除いて、第１の実施形態と同様の構成である。また図示しないが、複数の第１電極１１０相互間に押付部材１５０を設けても良い。

本実施形態では、第１電極１１０のうち可撓性基板２００が押し付けられる面が互いに略面一であるため、第１開閉部材１４２及び第２開閉部材１４４が移動すると、可撓性基板２００は複数の第１電極１１０の表面に押し付けられる。従って、本実施形態によっても第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、可撓性基板２００のうち一回の工程で処理できる面積が増大するため、基板処理装置における処理のスループットが向上する。

図６は、第５の実施形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。この基板処理装置は、以下の点を除いて第３の実施形態にかかる基板処理装置と同様の構成である。なお本図において、可撓性基板２００の搬入口及び搬出口、押付部材１５０を処理室１００に電気的に接続する手段、ならびに高周波電源は図示を省略している。

処理室１００の中には、第１電極１１０及び第２電極１２０からなる電極対が複数設けられている。複数の電極対は、各電極の表面に対して垂直な方向から見た場合に複数の電極対の少なくとも一部が重なるように設けられている。例えば複数の電極対は、全面が略重なっている。

そして、複数の電極対は、第１電極１１０及び第２電極１２０のうち図中上側に位置する電極が交互に入れ替わっている。このようにすると、一の電極対に属する第２電極１２０は、必ず一方側の隣に位置する電極対に属する第２電極１２０又は他方の隣に位置する電極対に属する第２電極１２０のいずれかと対向する。このようにすることで、可撓性基板２００の同一の面を処理することができる。

また、押付部材１５０は複数の電極対それぞれに対して設けられている。各電極対に設けられた押付部材１５０と処理室１００の間には、可撓性基板２００の進行方向を変えるために、ロール１６０が設けられている。ロール１６０が設けられることにより、可撓性基板２００を複数の電極対それぞれに通すことができる。

本実施形態によっても、第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、可撓性基板２００のうち一回の工程で処理できる面積が増大するため、基板処理装置における処理のスループットが向上する。また、複数の電極対は、鉛直方向から見た場合に複数の電極対の少なくとも一部が重なるように設けられているため、水平面におけるスペースを省略することができる。また、第１電極１１０を移動して可撓性基板２００を第１電極１１０の表面に押し付ける構造ではなく、押付部材１５０が可撓性基板２００を第１電極１１０の表面に押し付ける構造であるため、基板処理装置の構造が複雑にならない。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。上記した各実施形態において、基板処理装置の中における可撓性基板２００の向きは、水平方向であっても良いし、垂直方向であっても良い。例えば第５の実施形態において可撓性基板２００の向きを垂直方向にした場合、異物が可撓性基板２００に付着することを抑制できる。

（実施例）
第１の実施形態に示した処理室１００を複数有する基板処理装置を用いて、可撓性基板２００としてのポリイミド基板に、シングル構造の微結晶シリコン太陽電池を形成した（実施例１）。

具体的には、ポリイミド基板の両面に電極としての導電性薄膜を形成したものを、可撓性基板２００として用いた。また、第１電極１１０は一辺が２５０ｍｍの正方形とした。

そして、第１の処理室１００に可撓性基板２００を搬送し、可撓性基板２００に、厚さが３０ｎｍのｎ型の微結晶シリコン層を形成した。具体的な成膜条件は、基板温度を２５０℃、処理室１００内の圧力を１．５Ｔｏｒｒ（２００Ｐａ）、第２電極１２０に印加する高周波の周波数を１３．５６ＭＨｚとした。またプロセスガスには、シラン３ｓｃｃｍ、水素３００ｓｃｃｍ、及び水素で１０００ｐｐｍに希釈したホスフィン２０ｓｃｃｍを用いた。成膜速度は０．０３ｎｍ／秒であった。

次いで、可撓性基板２００の成膜部分を第２の処理室１００に搬送し、ｎ型の微結晶シリコン層上に、厚さが２μｍのｉ型の微結晶シリコン層を形成した。具体的な成膜条件は、基板温度を２００℃、処理室１００内の圧力を１０Ｔｏｒｒ（１３３３Ｐａ）、第２電極１２０に印加する高周波の周波数を１００ＭＨｚとした。またプロセスガスには、シラン２０ｓｃｃｍ、及び水素９００ｓｃｃｍを用いた。また第１電極１１０と第２電極１２０の距離は、３ｍｍ〜１５ｍｍの間とした。成膜速度は１．０ｎｍ／秒であった。

次いで、可撓性基板２００の成膜部分を第３の処理室１００に搬送し、ｉ型の微結晶シリコン層上に、厚さが２０ｎｍのｐ型の微結晶シリコン層を形成した。具体的な成膜条件は、基板温度を２００℃、処理室１００内の圧力を１．５Ｔｏｒｒ（２００Ｐａ）、第２電極１２０に印加する高周波の周波数を１３．５６ＭＨｚとした。またプロセスガスには、シラン３ｓｃｃｍ、水素３００ｓｃｃｍ、及び水素で１０００ｐｐｍに希釈したジボランを４０ｓｃｃｍほど用いた。成膜速度は０．０２ｎｍ／秒であった。

次いで、可撓性基板２００の成膜部分を第４の処理室１００に搬送し、ｐ型の微結晶シリコン層上に、厚さが７０μｍのＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜を形成した。このようにして太陽電池を形成した。

また、第２の実施形態に示した処理室１００を複数有する基板処理装置を用いて、シングル構造の微結晶シリコン太陽電池を形成した（実施例２）。製造条件は、実施例１と同じにした。また押付部材１５０の先端を樹脂製のロールにした。

また、第２の実施形態に示した処理室１００を複数有する基板処理装置を用いて、シングル構造の微結晶シリコン太陽電池を形成した（実施例３）。製造条件は、実施例２と同じにした。ただし押付部材１５０の先端をアルミ製のロールにして、押付部材１５０を介して可撓性基板２００に帯電した電荷が処理室１００の壁に流れるようにした。

また、第５の実施形態に示した基板処理装置を用いて、シングル構造の微結晶シリコン太陽電池を形成した（実施例４）。製造条件は、実施例１と同じにした。ただし押付部材１５０を介して可撓性基板２００に帯電した電荷が処理室１００の壁に流れるようにした。

また、第１電極１１０を移動させることにより第１電極１１０に可撓性基板２００を押し付けるようにした基板処理装置を準備し、この基板処理装置を用いてシングル構造の微結晶シリコン太陽電池を形成した（比較例）。製造条件は、実施例１と同じにした。

実施例１〜４及び比較例の結果を表１に示す。

実施例１〜４では、電極間平行度の精度が１０±０．５ｍｍであったのに対して、比較例では電極間平行度の精度が１０±１．５ｍｍであった。この結果、膜厚の面内分布は、実施例１〜４では±７．５％であったのに対して、比較例では±２８％と大きかった。そして、発電効率の面内分布は、実施例１〜４では±１０％であったのに対して、比較例では±２０％と大きかった。このように、実施例１〜４では、形成された膜の品質の面内ばらつきが、比較例に対して小さかった。

また、実施例３及び４では、安定放電領域が６〜２５Ｔｏｒｒ（８００Ｐａ〜３３３３Ｐａ）であったのに対して、実施例１及び２、並びに比較例では６〜１５Ｔｏｒｒ（８００Ｐａ〜２０００Ｐａ）であった。このように、押付部材１５０を介して可撓性基板２００の表面を処理室１００に導通するようにすると、安定放電領域が広がることが示された。

第１の実施形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。図１に示した基板処理装置を用いて可撓性基板２００を処理するときの基板処理装置の状態を示す図である。第２の実施形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。第３の実施形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。第４の実施形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。第５の実施形態に係る基板処理装置の構成を示す図である。

符号の説明

１００処理室
１０２搬入口
１０４搬出口
１０６排気口
１１０第１電極
１２０第２電極
１３０高周波シールド
１４２第１開閉部材
１４４第２開閉部材
１５０押付部材
１６０ロール
２００可撓性基板

Claims

処理室と、
前記処理室内にプラズマを生成するために設けられ、互いに対向している第１電極及び第２電極からなる電極対と、
前記第１電極及び前記第２電極より外側に設けられた押付部材と、
を備え、
前記処理室内には、前記処理室の幅より長い長尺状の可撓性基板が搬送され、
前記押付部材は、前記第１電極及び前記第２電極が互いに対向している方向に移動することにより、前記可撓性基板を前記第１電極に押し付ける基板処理装置。
請求項１に記載の基板処理装置において、
前記可撓性基板を前記処理室内に挿入及び搬出するために前記処理室に設けられており、前記電極対を挟んで互いに対向している挿入口及び搬出口と、
前記挿入口に設けられた第１開閉部材と、
前記搬出口に設けられた第２開閉部材と、
を備え、
前記押付部材は、前記第１開閉部材及び前記第２開閉部材である基板処理装置。
請求項１に記載の基板処理装置において、
前記可撓性基板を前記処理室内に挿入及び搬出するために前記処理室に設けられており、前記電極対を挟んで互いに対向している挿入口及び搬出口と、
前記挿入口に設けられた第１開閉部材と、
前記搬出口に設けられた第２開閉部材と、
を備え、
前記押付部材は、前記第１開閉部材及び前記第２開閉部材の少なくとも一方に取り付けられている基板処理装置。
請求項１に記載の基板処理装置において、
前記押付部材は、前記処理室の内部に設けられている基板処理装置。
請求項１〜４のいずれか一つに記載の基板処理装置において、前記電極対が複数設けられており、
前記複数の電極対は、前記第１電極のうち前記可撓性基板が押し付けられる面が互いに略面一である基板処理装置。
請求項４に記載の基板処理装置において、
前記電極対が複数設けられており、
前記押付部材は、前記複数の電極対それぞれごとに設けられている基板処理装置。
請求項６に記載の基板処理装置において、
前記複数の電極対は、鉛直方向から見た場合に少なくとも一部が重なるように配置されている基板処理装置。
請求項１〜７のいずれか一つに記載の基板処理装置において、
前記押付部材は前記処理室に電気的に接続している基板処理装置。
請求項８に記載の基板処理装置において、
前記可撓性基板は少なくとも表面が導電性を有する基板処理装置。
請求項１〜９のいずれか一つに記載の基板処理装置において、
前記処理室内で前記可撓性基板に対して成膜処理又はエッチング処理が行われる基板処理装置。
処理室と、前記処理室内に設けられ、互いに対向している第１電極及び第２電極からなる電極対を備える基板処理装置を準備し、
前記処理室内に、前記処理室の幅より長い長尺状の可撓性基板を搬送し、
前記処理室に設けられていて前記第１電極及び前記第２電極より外側に配置された押付部材を移動することにより、前記可撓性基板を前記第１電極に押し付け、この状態で、前記第１電極及び前記第２電極の間で生じたプラズマにより前記可撓性基板を処理する基板処理方法。