JP5417963B2 - 成膜装置および成膜方法ならびに成膜装置の設計方法及び成膜装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は成膜装置および成膜方法ならびに成膜装置の設計方法及び成膜装置の製造方法に関し、特に、並列搬送される薄膜光電変換素子の製造方法に適用して好適な成膜装置に関するものである。

薄膜光電変換素子を生産性よく製造する方法として、長尺の高分子材料あるいはステンレス鋼などの金属からなる可撓性基板上に、ａ−Ｓｉを主材料とした光電変換層を含む各層を形成する方法がある。ここで、長尺の可撓性基板上に複数の層を成膜する方式として、各成膜室内を移動する可撓性基板上に成膜するロールツーロール方式と、成膜室内で停止させた可撓性基板上に成膜した後、成膜の終わった可撓性基板部分を成膜室外へ送り出すステッピングロール方式とがある。

従来のこの種の成膜装置では、可撓性基板面を水平にして搬送が行われるが、装置の設置スペースを節減するために、可撓性基板面を鉛直にして搬送する方法が提案されている。さらに、一つの薄膜光電変換素子製造装置での成膜効率を上げるために、複数の可撓性基板を並行して搬送し、それぞれの可撓性基板面上に成膜することも知られている（特許文献１）。

ここで、複数の可撓性基板を並行して搬送し、それぞれの可撓性基板面上に成膜する方法では、各可撓性基板面上でプラズマを発生させる電圧印加電極も並行して配置され、これらの電圧印加電極間で干渉が発生する。このため、特許文献１には、電圧印加電極間で発生する干渉を低減するために、各電圧印加電極の背面及び側面をシールドブロックにて覆い、そのシールドブロックをねじにて枠体と結合する方法が開示されている。

特開２００５−２５６１００号公報

しかしながら、シールドブロックをねじにて枠体と結合する方法では、シールドブロックと枠体とが面接触するため、インダクタンスが減少するものの、シールドブロックの大型化によってコスト高になり、また有効成膜領域が減少するという問題があった。
そこで、本発明の目的は、シールドブロックの小型化によるコストの低減、及び有効成膜領域の拡大が可能な成膜装置および成膜方法ならびに成膜装置の設計方法及び成膜装置の製造方法を提供することである。

上述した課題を解決するために、請求項１記載の成膜装置によれば、成膜室内でプラズマを発生させる電圧印加電極と、前記電圧印加電極の背面に配置された金属製支持枠と、前記電圧印加電極の前方に突き出すようにして前記電圧印加電極の周囲に配置され、可撓性基板に押し付けられることにより前記成膜室を形成する枠体と、前記金属製支持枠とで前記電圧印加電極の背面及び側面を覆うとともに、前記枠体の外周面を覆うようにして前記金属製支持枠と枠体とを電気的に接続する金属板とを備え、前記金属板によって、前記金属製支持枠と前記枠体との間のインダクタンス成分が最適値に調整されていることを特徴とする。

また、請求項２記載の成膜装置によれば、前記金属板は、前記金属製支持枠と前記枠体とをねじを介さないで電気的に接続していることを特徴とする。また、請求項３記載の成膜方法によれば、壁体にて外界と隔離された成膜用真空室に可撓性基板を搬送する工程と、電圧印加電極の前方に突き出すように前記電圧印加電極の周囲に配置された枠体と接地電極との間に前記可撓性基板の成膜面を挟み込むことにより、前記成膜用真空室内に成膜室を形成する工程と、前記電圧印加電極の背面を金属製支持枠にてシールドするとともに、前記枠体の外周面を覆うように配置された金属板を介して前記金属製支持枠と前記枠体とを電気的に接続しながら、前記金属板によって、前記金属製支持枠と前記枠体との間のインダクタンス成分が最適値に調整され、前記電圧印加電極に高周波電力を給電することにより、前記成膜室内にプラズマを発生させ、前記可撓性基板の成膜面に成膜を行う工程とを備えることを特徴とする。

また、請求項４に記載の成膜装置の設計方法によれば、成膜室内でプラズマを発生させる電圧印加電極と、前記電圧印加電極の背面に配置された金属製支持枠と、前記電圧印加電極の前方に突き出すようにして前記電圧印加電極の周囲に配置され、可撓性基板に押し付けられることにより前記成膜室を形成する枠体と、前記金属製支持枠とで前記電圧印加電極の背面及び側面を覆うとともに、前記枠体の外周面を覆うようにして前記金属製支持枠と枠体とを電気的に接続する金属板とを備える成膜装置の設計方法であって、成膜装置における成膜条件に基づいて前記金属支持枠と枠体との間のインダクタンス成分の最適値を演算し、その最適値を実現できる前記金属板の設計値を選択することを特徴とする。
そして、請求項５に記載の成膜装置の製造方法は、成膜室内でプラズマを発生させる電圧印加電極と、前記電圧印加電極の背面に配置された金属製支持枠と、前記電圧印加電極の前方に突き出すようにして前記電圧印加電極の周囲に配置され、可撓性基板に押し付けられることにより前記成膜室を形成する枠体と、前記金属製支持枠とで前記電圧印加電極の背面及び側面を覆うとともに、前記枠体の外周面を覆うようにして前記金属製支持枠と枠体とを電気的に接続する金属板とを備える成膜装置の製造方法であって、成膜装置における成膜条件に基づいて前記金属支持枠と枠体との間のインダクタンス成分の最適値を演算し、その最適値を実現できる前記金属板の設計値を選択する設計方法で選択された前記金属板の設計値に基づいてその金属板を製造する工程と、その製造された金属板を組み込む工程と、を備えたことを特徴とする。

以上説明したように、請求項１、３に係る発明によれば、電圧印加電極の背面を金属製支持枠にてシールドしつつ、電圧印加電極の側面を金属板にてシールドすることができ、電圧印加電極間で発生する干渉を低減するために、電圧印加電極の背面及び側面を金属製支持枠にて一体的に覆う必要がなくなることから、金属製支持枠の小型化によるコストの低減、及び有効成膜領域の拡大を図ることができる。

また、請求項２に係る発明によれば、金属製支持枠と枠体との間に発生するインダクタンス成分を容易に低減することが可能となる。
そして、請求項４、５に係る発明によれば、請求項１〜３に好適な成膜装置を設計し、製造することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す平面断面図である。 図１の成膜装置の成膜室の部分をより詳細に示す平面断面図である。 図１の成膜装置の成膜室の部分をより詳細に示す縦断面図である。 図１の成膜装置の成膜室端部をより詳細に示す縦断面図である。 図１の成膜装置の給電線の接続部分の等価回路を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係る成膜装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す平面断面図である。
図１において、成膜装置には、送り室４、成膜用真空室１０および巻き取り室５が設けられている。そして、送り室４内には二つの搬入ロール２が収容されるとともに、巻き取り室５には、二つの搬出ロール３が収容されている。ここで、成膜用真空室１０には、内部を外気と隔離する壁体７がそれぞれ設けられ、成膜用真空室１０内には、電圧印加電極８および接地電極９がそれぞれ設けられている。ここで、電圧印加電極８は、各可撓性基板１に対してそれぞれ一つずつ備えられ、電圧印加電極８に対して接地電極９がそれぞれ対向配置されている。なお、可撓性基板１としては、例えば、ポリイミドフィルムまたはポリエチレンフィルムなどを用いることができる。

また、各成膜用真空室１０の壁体７の外側には、接地電極９をそれぞれ駆動するアクチュエータ１３が設けられている。ここで、電圧印加電極８は蓋状で、電圧印加電極８の端部に金属製支持枠がそれぞれ設けられている。そして、アクチュエータ１３は、接地電極９をそれぞれ駆動し、電圧印加電極８の端部を金属製支持枠を介して可撓性基板１に押し付けることにより、気密に保つことのできる成膜室６をそれぞれ形成することができる。

また、電圧印加電極８の背面側は、絶縁材料よりなる排気ブロック１１を介してそれぞれ連結され、１対の成膜室６に対して共通に一つの真空排気口１２がそれぞれ備えられている。そして、排気ブロック１１は、シール材を介して電圧印加電極８とそれぞれ密着し、排気ブロック１１にそれぞれ開けられた真空排気口１２を介して排気系に接続されることで、各成膜室６を一括して成膜圧力に保つことができる。

図２は、図１の成膜装置の成膜室の部分をより詳細に示す平面断面図、図３は、図１の成膜装置の成膜室の部分をより詳細に示す縦断面図である。
図２および図３において、並行して搬送される２列の可撓性基板１の間には、排気ブロック１１を介して結合された２つの電圧印加電極８が配置され、さらにそれぞれの可撓性基板１が挟み込まれるようにして接地電極９が電圧印加電極８にそれぞれ対向配置されている。また、各電圧印加電極８の背面を覆うように金属製支持枠２１が配置され、この金属製支持枠２１に導電性の枠体２２がねじ２３を介して導電的に結合されている。さらに、各電圧印加電極８の側面には、金属製支持枠２１とで電圧印加電極８の背面及び側面を覆うとともに、枠体２２の外周面を覆うようにして金属製支持枠２１と枠体２２とを電気的に接続する金属板２７が配置されている。

そして、接地電位に固定された壁体７に金属製支持枠２１を接続することにより、枠体２２を接地することができ、これら接地電位に固定された金属製支持枠２１、金属板２７および枠体２２にて電圧印加電極８を囲むことで、他の成膜室６の電圧印加電極８の印加電圧に起因するノイズを遮蔽することができる。

また、図３に示すように、各電圧印加電極８に高周波電力を供給する高周波電源２５が設けられるとともに、成膜装置の上部にはインピーダンス整合器２４が設置されている。そして、高周波電源２５から供給された高周波電力を電圧印加電極８に給電するために、絶縁体によって覆われた導体からなる給電線２６が設けられ、これらの給電線２６は隣接して並列配置されている。そして、給電線２６の一端には、インピーダンス整合器２４を介して高周波電源２５がそれぞれ接続されるとともに、給電線２６の他端には、金属製支持枠２１を貫通するようにして電圧印加電極８の上端部がそれぞれ接続されている。

そして、送り室４から引き出された２列分の可撓性基板１を成膜用真空室１０に並行して搬送し、可撓性基板１を一旦停止させて成膜室６を形成してから、可撓性基板１の成膜面上にプラズマＣＶＤにて成膜を行い、可撓性基板１を解放して巻き取り室５に搬送することで、スッテピングロール方式にて成膜を行うことができる。
すなわち、搬入ロール２から引き出された可撓性基板１は成膜用真空室１０に搬送され、電圧印加電極８と接地電極９との間に保持された状態で一旦停止される。そして、電圧印加電極８と接地電極９との間に可撓性基板１が保持されると、アクチュエータ１３は、接地電極９を駆動することにより、枠体２２の端面に可撓性基板１を密着させ、成膜室６を形成する。

そして、成膜用真空室１０内に成膜室６が形成されると、真空排気口１２を介して各成膜室６内を排気しながら、ａ−Ｓｉ系の薄膜を形成するための反応ガスを各成膜室６内に導入する。そして、各高周波電源２５から出力された高周波電圧をインピーダンス整合器２４にてインピーダンスマッチングをとった後、各給電線２６を介して電圧印加電極８にそれぞれ印加することにより、各成膜室６内にプラズマを発生させ、プラズマＣＶＤにて各成膜室６内の可撓性基板１の面上にａ−Ｓｉ系の薄膜をそれぞれ形成する。

そして、可撓性基板１の面上の成膜が終了した後、アクチュエータ２４にて接地電極９を数十ｍｍだけ移動させることにより、接地電極９に抑えられていた可撓性基板１を解放し、可撓性基板１を搬送しながら、巻き取り室５内の搬出ロール３にて巻き取ることができる。
図４は、図１の成膜装置の成膜室端部をより詳細に示す縦断面図である。

図４において、電圧印加電極８の背面を覆うように金属製支持枠２１が配置されるとともに、電圧印加電極８の前方に突き出すようにして電圧印加電極８の周囲に枠体２２が配置されている。そして、この金属製支持枠２１に導電性の枠体２２がねじ２３を介して導電的に結合されるとともに、電圧印加電極８の端部は枠体２２に結合されている。また、電圧印加電極８に対して可撓性基板１が挟み込まれるようにして接地電極９が対向配置されている。そして、金属製支持枠２１と枠体２２とは、枠体２２の外周面を覆うように配置された金属板２７にて電気的に接続されている。なお、金属板２７は、例えば、銅などの板金で構成することができ、枠体２２の外周面全体に渡って配置することができる。

そして、電圧印加電極８の背面を金属製支持枠２１にてシールドするとともに、枠体２２の外周面を覆うように配置された金属板２７を介して金属製支持枠２１と枠体２２とを電気的に接続しながら、給電線２６を介して電圧印加電極８に高周波電力を給電することにより、成膜室６内にプラズマを発生させ、可撓性基板１の成膜面に成膜を行うことができる。

ここで、金属製支持枠２１と枠体２２とを金属板２７にて電気的に接続することにより、電圧印加電極８の背面を金属製支持枠２１にてシールドしつつ、電圧印加電極８の側面を金属板２７にてシールドすることができ、電圧印加電極８間で発生する干渉を低減するために、電圧印加電極８の背面及び側面を金属製支持枠２１にて一体的に覆う必要がなくなることから、金属製支持枠２１の小型化によるコストの低減、及び有効成膜領域の拡大を図ることができる。

図５は、図１の成膜装置の給電線の接続部分の等価回路を示す図である。
図５において、高周波に対しては給電線２６の等価回路はインダクタＬ１で表すことができ、電圧印加電極８の等価回路は抵抗ＲとキャパシタＣ２の並列接続で表すことができ、ねじ２３の等価回路はインダクタＬ２で表すことができる。このため、給電線２６の接続部分の等価回路は、高周波電源２５、インピーダンス整合器２４、給電線２６のインダクタＬ１、電圧印加電極８の抵抗ＲとキャパシタＣ２の並列回路およびねじ２３のインダクタＬ２の直列接続で表すことができる。

ここで、金属板２７がない場合、金属製支持枠２１と枠体２２間では、ねじ２３を介して電流が流れるため、ねじ２３のインダクタ成分にてインピーダンス整合器の出力点の電圧Ｖｐｐが大きくなる。これに対して、金属製支持枠２１と枠体２２とを金属板２７にて電気的に接続することにより、金属製支持枠２１と枠体２２間では、金属板２７を介して電流を流すことができ、金属製支持枠２１と枠体２２との間に発生するインダクタンス成分を低減することが可能となることから、インピーダンス整合器２４の出力点の電圧Ｖｐｐを下げることができる。

さらに、金属板２７を工夫することで、金属製支持枠２１と枠体２２との間に発生するインダクタンスを任意の値に調整することが可能となる。即ち、金属板２７の材質自体を変更することにより、或いは、材質表面にメッキなどを施すことにより、上記インダクタンスを調整することができる。また、金属板２７の長さを調整することでも、上記インダクタンスは調整可能である。即ち、金属板２７自体の寸法を変えることでインダクタンスを調整することもできるし、高周波は表皮効果により金属板２７の表面しか通らないためその金属板２７の表面を荒らすことで実質的に電気回路としての長さを変えることもできる。なお、金属板２７自体の寸法を変える場合、金属板２７の成膜室６側の接続位置は変えにくいから、金属板２７の寸法が長くなれば電気回路としての長さも長くなるし、表面を荒らした場合には表面に形成される凹凸の段差が大きいほど、また、凹凸の回数が多いほど、電気回路としての距離は長くなる。

このようなインダクタンス調整機能を利用して、本発明に係る成膜装置を設計することが好ましい。
即ち、新たな成膜装置の設計時に、既に決まっている成膜条件に基づいて図５に示した等価回路におけるインダクタＬ２の最適値を演算し、その最適値を実現できる金属板２７の設計値を選択する。金属板２７の設計値を選択するとは、要するに、その材質や寸法や表面粗さなどを決めるということである。

そして、金属板２７の設計値が選択されたら、その選択された設計値の金属板２７が得られるように成膜装置を製造することで、成膜条件におけるインダクタＬ２が最適値に調整された成膜装置を得ることができる。

１ 可搬性基板
２ 搬入ロール
３ 搬出ロール
４ 送り室
５ 巻き取り室
６ 成膜室
７ 壁体
８ 電圧印加電極
９ 接地電極
１０ 成膜用真空室
１１ 排気ブロック
１２ 真空排気口
１３ アクチュエータ
２１ 金属製支持枠
２２ 枠体
２３ ねじ
２４ インピーダンス整合器
２５ 高周波電源
２６ 給電線
２７ 金属板

Claims (5)

1. 成膜室内でプラズマを発生させる電圧印加電極と、
   前記電圧印加電極の背面に配置された金属製支持枠と、
   前記電圧印加電極の前方に突き出すようにして前記電圧印加電極の周囲に配置され、可撓性基板に押し付けられることにより前記成膜室を形成する枠体と、
   前記金属製支持枠とで前記電圧印加電極の背面及び側面を覆うとともに、前記枠体の外周面を覆うようにして前記金属製支持枠と枠体とを電気的に接続する金属板とを備え、
   前記金属板によって、前記金属製支持枠と前記枠体との間のインダクタンス成分が最適値に調整されていることを特徴とする成膜装置。
2. 前記金属板は、前記金属製支持枠と前記枠体とをねじを介さないで電気的に接続していることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
3. 壁体にて外界と隔離された成膜用真空室に可撓性基板を搬送する工程と、
   電圧印加電極の前方に突き出すように前記電圧印加電極の周囲に配置された枠体と接地電極との間に前記可撓性基板の成膜面を挟み込むことにより、前記成膜用真空室内に成膜室を形成する工程と、
   前記電圧印加電極の背面を金属製支持枠にてシールドするとともに、前記枠体の外周面を覆うように配置された金属板を介して前記金属製支持枠と前記枠体とを電気的に接続しながら、前記金属板によって、前記金属製支持枠と前記枠体との間のインダクタンス成分が最適値に調整され、前記電圧印加電極に高周波電力を給電することにより、前記成膜室内にプラズマを発生させ、前記可撓性基板の成膜面に成膜を行う工程とを備えることを特徴とする成膜方法。
4. 成膜室内でプラズマを発生させる電圧印加電極と、
   前記電圧印加電極の背面に配置された金属製支持枠と、
   前記電圧印加電極の前方に突き出すようにして前記電圧印加電極の周囲に配置され、可撓性基板に押し付けられることにより前記成膜室を形成する枠体と、
   前記金属製支持枠とで前記電圧印加電極の背面及び側面を覆うとともに、前記枠体の外周面を覆うようにして前記金属製支持枠と枠体とを電気的に接続する金属板とを備える成膜装置の設計方法であって、成膜装置における成膜条件に基づいて前記金属支持枠と枠体との間のインダクタンス成分の最適値を演算し、その最適値を実現できる前記金属板の設計値を選択することを特徴とする成膜装置の設計方法。
5. 成膜室内でプラズマを発生させる電圧印加電極と、
   前記電圧印加電極の背面に配置された金属製支持枠と、
   前記電圧印加電極の前方に突き出すようにして前記電圧印加電極の周囲に配置され、可撓性基板に押し付けられることにより前記成膜室を形成する枠体と、
   前記金属製支持枠とで前記電圧印加電極の背面及び側面を覆うとともに、前記枠体の外周面を覆うようにして前記金属製支持枠と枠体とを電気的に接続する金属板とを備える成膜装置の製造方法であって、成膜装置における成膜条件に基づいて前記金属支持枠と枠体との間のインダクタンス成分の最適値を演算し、その最適値を実現できる前記金属板の設計値を選択する設計方法で選択された前記金属板の設計値に基づいてその金属板を製造する工程と、その製造された金属板を組み込む工程と、を備えたことを特徴とする成膜装置の製造方法。

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