JP5445903B2

JP5445903B2 - 薄膜形成装置

Info

Publication number: JP5445903B2
Application number: JP2009029647A
Authority: JP
Inventors: 祐二塚原; 俊二森
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2009-02-12
Filing date: 2009-02-12
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2029-02-12
Also published as: JP2010185105A

Description

本発明は、成膜室内に配置した接地電極と高周波電極との間でプラズマ放電を発生させることにより基板上に薄膜太陽電池や半導体等で用いられる薄膜を形成するように構成された薄膜形成装置に関する。

薄膜太陽電池は、薄型・軽量であるとともに、低コストで且つ大面積化も容易であるため、今後の太陽電池の主流になると考えられている。薄膜太陽電池は、その内部に各種薄膜を積層しており、通常、これらの薄膜は、薄膜形成装置（例えば、ＣＶＤ装置）を用いて形成される。

現在、薄膜形成装置としては、ロールツーロール方式又はステッピングロール方式がある。両方式とも複数のロールからなる搬送手段を備えており、ロールツーロール方式は、各成膜室内を連続的に移動する基板上に連続的に薄膜を成膜する方式であり、ステッピングロール方式は、各成膜室内で同時に停止させた基板上に薄膜を成膜し、成膜の終わった部分を次の成膜室へ送り出す方式である。
このうち、ステッピングロール方式の薄膜形成装置は、隣接する成膜室間のガス相互拡散を防止できるため、各薄膜の特性が安定して得られる点で優れている。

図３は、従来のステッピングロール方式の薄膜形成装置１を示した図である。
図３に示すように、薄膜形成装置１は、基板２を挟むように配置された２つの箱形状の成膜室壁体３Ａ，３Ｂからなる成膜室３と、一方の成膜室壁体３Ａに配置された高周波電極４と、他方の成膜室壁体３Ｂに配置された接地電極５とを備えている。

図３に示すように、高周波電極４は、内部に反応ガスを導入するように中空形状で形成されており、電圧を印加するために高周波電源６に接続されている。
また、高周波電極４が配置される成膜室壁体３Ａは、矩形枠構造のブロック部７と、ブロック部７に対して基板２側に配置されたチャンバ部８と、チャンバ部８に対して基板２側に配置された枠体（フレーム）９とを備え、高周波電極４は、チャンバ部７の内部に配設されている。さらに、枠体９は、高周波電極４の外周囲を囲むように配置され、ボルト１０（図４参照）でチャンバ部８上に固定されている。ここで、ボルト１０は、ブロック部７まで届くような長さで形成されており、枠体９に流れた電流をブロック部７へ逃がすようになっている。
この薄膜形成装置１では、高周波電極４を介して反応ガスを成膜室３内に導入するとともに高周波電極４に電圧を印加した状態で高周波電極４と接地電極５との間にプラズマ放電を行うことにより基板２上に薄膜が形成されるようになっている。

一方、特許文献１にも同様に、２つの成膜室枠体１０ａ，１０ｂからなる成膜室１を備えた薄膜形成装置が開示されている。
特許文献１の薄膜形成装置では、一方の成膜室枠体１０ａに接地電極３を配置するとともに、成膜室枠体１０ｂに高周波電源に接続された高周波電極４を配置している。これにより、特許文献１の薄膜形成装置は、高周波電極４と接地電極３との間にプラズマ放電を発生させることにより基板上に薄膜を形成するようになっている。

特開２００８−１０６３０４号公報

図４は、図３の薄膜形成装置１における成膜室壁体３Ａを上方（基板２側）から見た平面図である。
従来の薄膜形成装置１において高周波電極４に電圧を印加した場合、電流は基板２上において電位の低い方へ向かって流れるので、矢印Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈに示すように、電流は電位の低い枠体９に向かって流れることになる。そして、枠体９に向かって流れた電流は、ボルト１０を介してブロック部７へ流れることになる。

ここで、従来の薄膜形成装置１では、電流は、電位の低い枠体９に対して最短距離で流れると考えられるため、特に矢印Ａ，Ｂ，Ｅ，Ｆの部分に多くの電流が流れる。このように、基板２上において電流が矢印Ａ，Ｂ，Ｅ，Ｆの部分に集中すると、基板２上の電流が不均一になるので、基板２の膜厚が均一に形成されない可能性があった。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、高周波電極に電圧を印加した場合において、基板上の電流が不均一になるのを防止することが可能な薄膜形成装置を提供することである。

上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明の実施態様によれば、基板を挟むように配置された２つの箱形状の成膜室壁体からなる成膜室と、一方の成膜室壁体に配置されるとともに高周波電源に接続された高周波電極と、他方の成膜室壁体に配置されるとともに前記高周波電極と対向するように配置された接地電極とを備え、反応ガスを前記成膜室内に導入するとともに前記高周波電極に電圧を印加した状態で前記高周波電極と前記接地電極との間にプラズマ放電を行うことにより前記基板上に薄膜を形成するように構成された薄膜形成装置において、前記一方の成膜室壁体が、ブロック部と、該ブロック部に対して基板側に配置されたチャンバ部と、該チャンバ部に対して基板側に配置された枠体とを備え、前記チャンバ部は、前記高周波電極を内部に有しており、前記枠体は、前記高周波電極の外周囲を囲んでおり、前記枠体と前記ブロック部とが導電部材で接続されている。

また、本発明の別の実施態様によれば、前記導電部材の枠体側の端部が、前記枠体の側面にネジで固定され、前記導電部材のブロック部側の端部が、前記ブロック部の側面にネジで固定されている。

また、本発明の別の実施態様によれば、前記導電部材の前記枠体側の端部の上端が、前記高周波電極側に延出するように形成され、この延出部が、弾性を有するように湾曲して形成されている。

上述の如く、本発明に係る薄膜形成装置によれば、基板を挟むように配置された２つの箱形状の成膜室壁体からなる成膜室と、一方の成膜室壁体に配置されるとともに高周波電源に接続された高周波電極と、他方の成膜室壁体に配置されるとともに前記高周波電極と対向するように配置された接地電極とを備え、反応ガスを前記成膜室内に導入するとともに前記高周波電極に電圧を印加した状態で前記高周波電極と前記接地電極との間にプラズマ放電を行うことにより前記基板上に薄膜を形成するように構成された薄膜形成装置において、前記一方の成膜室壁体が、箱形状のブロック部と、該ブロック部上に配置されたチャンバ部と、該チャンバ部上に配置された枠体とを備え、前記チャンバ部は、前記高周波電極を内部に有しており、前記枠体は、前記高周波電極の外周囲を囲んでおり、前記枠体と前記ブロック部とが導電部材で接続されているので、高周波電極に電圧を印加した場合、電流が電位の低い枠体へ向かって流れると、電流が導電部材を通ってブロック部へ逃がされることになる。このように、枠体上のボルト等だけでなく、導電部材でも電流を逃がすことができるので、基板から枠体に向かって電流が流れるときに、ボルト等に向かう部分に電流が集中せず、基板上に流れる電流を均一にすることができる。これにより、基板上の薄膜の膜厚分布を均一に保つことができる。

また、本発明に係る薄膜形成装置によれば、前記導電部材の枠体側の端部が、前記枠体の側面にネジで固定され、前記導電部材のブロック部側の端部が、前記ブロック部の側面にネジで固定されているので、導電部材の枠体側の端部が枠体に確実に接触するとともに導電部材のブロック側の端部もブロック部に確実に接触することになる。これにより、枠体に向かって流れた電流をより確実に導電部材に流すことができる。

また、本発明に係る薄膜形成装置によれば、前記導電部材の前記枠体側の端部の上端が、前記高周波電極側に延出するように形成され、この延出部が、弾性を有するように湾曲して形成されているので、薄膜形成装置を繰り返し使用した場合、熱によって導電部材に伸びが生じたとしても、延出部の弾性により導電部材と枠体との接触状態が保持されることになり、その結果、枠体に向かって流れた電流をより確実に導電部材に流すことができる。

本発明の実施形態に係る薄膜形成装置を示した断面図である。図１の薄膜形成装置の一方の成膜室枠体を上方から見た平面図である。従来の薄膜形成装置を示した断面図である。図３の薄膜形成装置の一方の成膜室枠体を上方から見た平面図である。

以下、本発明の実施形態に係る薄膜形成装置を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る薄膜形成装置１の断面図であり、図２は、図１の薄膜形成装置の一方の成膜室枠体を上方から見た平面図である。なお、図１及び図２において，図３に示した従来の構成と同じものについては同じ番号を付している。

図１に示すように、本実施形態の薄膜形成装置１は、断続的に搬送されてくる基板２上に薄膜を形成する装置であり、成膜処理を行うための成膜室３を備えている。成膜室３は、基板２の一方の表面側に配置された第１の成膜室壁体３Ａと、基板２を挟んで第１の成膜室壁体３Ａと対向するように配置された第２の成膜室壁体３Ｂとを備えている。

図１に示すように、成膜室３の第１の成膜室壁体３Ａの内側には、中空形状の高周波電極４が配設されており、高周波電極４は、電圧を印加するために高周波電源６に接続されている。一方、成膜室３の第２の成膜室壁体３Ｂの内側には、基板２を挟んで高周波電極４と対向するように接地電極５が配設されている。

図１及び図２に示すように、高周波電極４が配置される第１の成膜室壁体３Ａは、矩形枠構造のブロック部７と、ブロック部７に対して基板２側に配置されたチャンバ部８と、チャンバ部８に対して基板２側に配置された枠体（フレーム）９とを備えている。ここで、高周波電極４は、チャンバ部８の内部に配設されており、枠体９は、高周波電極４の外周囲を囲むようにチャンバ部８上に配置されている。

図１に示すように、チャンバ部８と枠体９との間には、絶縁体１１が配置されており、チャンバ部８と枠体９との間が電気的に絶縁されるようになっている。一方、ブロック部７とチャンバ部８との間にも、スペーサ１２が配置されており、ブロック部７とチャンバ部８とが電気的に絶縁されるようになっている。

図１及び図２に示すように、枠体９は、複数のボルト１０でチャンバ部８に固定されており、このボルト１０は、チャンバ部８を通ってブロック部７まで到達するような長さで形成されている。ここで、ボルト１０のネジ部１０ａとチャンバ部８との間には、筒状の絶縁体（図示せず）が配置されており、チャンバ部８と枠体９との間の絶縁状態及びブロック部７とチャンバ部８との間の絶縁状態が保持されるようになっている。

図１に示すように、本実施形態では、枠体９の長辺部９ａとブロック部７とが、銅で形成された導電板材１３で接続されている。また、図１には図示されていないが、枠体９の長辺部９ｂとブロック部７も同様に、銅で形成された導電板材で接続されている。なお、以下では、枠体９の長辺部９ａ側の導電板材１３を例として説明する。

図１及び図２に示すように、導電板材１３は、枠体９の長辺部９ａにわたる長さを有しており、チャンバ部８と接触しないようにチャンバ部８に対して反対側に矩形に延出して形成されている。
また、導電板材１３の枠体側端部１４は、ネジ１５により枠体９の外側側面９ｃに固定され、導電板材１３のブロック部側端部１６は、ネジ１７によりブロック部７の外側側面７ａに固定されている。

さらに、図１及び図２に示すように、導電板材１３の枠体側端部１４の上端は、高周波電極部４へ向かって延びる延出部１８を有している。この延出部１８は、枠体９の長辺部９ａにわたる長さを有するとともに、くし歯形状に形成されている。また、この延出部１８は、弾性を有するように枠体９の上面９ｄに向かって湾曲して形成されおり、延出部１８は、弾性を保ちながら枠体９の上面９ｄに接触している。
なお、ここでは、枠体９の長辺部９ａ側の導電板材１３を例として説明したが、図２に示すように、枠体９の長辺部９ｂ側の導電板材も延出部１８を有するような同様の構成になっている。

次に、本実施形態の薄膜形成装置１において、高周波電極４に電圧を印加した際の電流の流れについて説明する。
薄膜形成装置１において高周波電極４に電圧を印加した場合、電流は電位の低い方へ向かって流れるので、電流は電位の低い枠体９に向かって流れることになる。この際、電流は、電位の低い枠体９に対して最短距離で流れると考えられるため、例えば、枠体９の長辺部９ａ，９ｂに向かって電流が流れることになる。ここで、本実施形態では、枠体９の長辺部９ａ，９ｂとブロック部７とが導電板材１３で接続されているので、枠体９の長辺部９ａ，９ｂに流れてきた電流が導電板材１３を通ってブロック部７へ流れることになる。
以上により、電流が枠体９の長辺部９ａ，９ｂに流れた場合でも導電部材１３により電流をブロック部７へ逃がすことができる。

このように、本実施形態の薄膜形成装置１によれば、第１の成膜室壁体３Ａが、箱形状のブロック部７と、ブロック部７上に配置されたチャンバ部８と、チャンバ部８上に配置された枠体９とを備え、チャンバ部８は、高周波電極４を内部に有しており、枠体９は、高周波電極４の外周囲を囲んでおり、枠体９の長辺部９ａ，９ｂとブロック部７とが導電部材１３で接続されているので、高周波電極４に電圧を印加した場合、電流が電位の低い枠体９へ向かって流れると、電流が導電板材１３によってブロック部７へ逃がされることになる。このように、枠体９上のボルト１０だけでなく、導電部材１３でも電流を逃がすことができるので、基板２から枠体９に向かって電流が流れるときに、ボルト１０に向かう部分に電流が集中せず、基板２上に流れる電流を均一にすることができる。これにより、基板２上の薄膜の膜厚分布を均一に保つことができる。

また、本実施形態の薄膜形成装置１によれば、導電板材１３の枠体側端部１４が、枠体９の側面９ａにネジ１５で固定され、導電板材１３のブロック部側端部１６が、ブロック部７の側面７ａにネジ１７で固定されているので、導電板材１３の枠体側端部１４が枠体９に確実に接触するとともに導電板材１３のブロック側端部１６もブロック部７に確実に接触することになる。これにより、枠体９に向かって流れた電流をより確実に導電板材１３に流すことができる。

また、本実施形態の薄膜形成装置１によれば、導電板材１３の枠体側端部１４の上端が、高周波電極４側に延出するように形成され、延出部１８が、弾性を有するように湾曲して形成されているので、薄膜形成装置１を繰り返し使用して、熱により導電板材１３の延出部１８に伸びが生じたとしても、延出部１８の弾性により導電板材１３と枠体９の長辺部９ａとの接触状態が保持されることになり、その結果、枠体９に向かって流れた電流をより確実に導電板材１３に流すことができる。

以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものでなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。

上述の実施形態では、図１に示すように薄膜形成装置１を横置きにした構成となっているが、この構成に限定されず、薄膜形成装置１を縦置きにした構成としてもよい。なお、この場合、チャンバ部８や枠体９はブロック部７に対して前面側（基板２側）に配置されることになる。

上述の実施形態では、導電板材１３を銅により形成しているが、他の導電性を有する金属としてもよい。

上述の実施形態では、ブロック部７は矩形枠構造で形成されているが、この構造に限定されず、チャンバ部を支持するとともに成膜室３の壁を形成するようになっていればよく、他の形状又は構造としてもよい。

１薄膜形成装置
２基板
３成膜室
３Ａ，３Ｂ成膜室壁体
４高周波電極
５接地電極
６高周波電源
７ブロック部
８チャンバ部
９枠体
９ａ，９ｂ枠体の長辺部
９ｃ枠体の側面
９ｄ枠体の上面
１０ボルト
１０ａボルトのネジ部
１１絶縁体
１２スペーサ
１３導電板材
１４導電板材の枠体側端部
１５，１７ネジ
１６導電板材のブロック部側端部
１８導電板材の延出部

Claims

基板を挟むように配置された２つの箱形状の成膜室壁体からなる成膜室と、一方の成膜室壁体に配置されるとともに高周波電源に接続された高周波電極と、他方の成膜室壁体に配置されるとともに前記高周波電極と対向するように配置された接地電極とを備え、反応ガスを前記成膜室内に導入するとともに前記高周波電極に電圧を印加した状態で前記高周波電極と前記接地電極との間にプラズマ放電を行うことにより前記基板上に薄膜を形成するように構成された薄膜形成装置において、
前記一方の成膜室壁体が、ブロック部と、該ブロック部に対して基板側に配置されたチャンバ部と、該チャンバ部に対して基板側に配置された枠体とを備え、
前記チャンバ部は、前記高周波電極を内部に有しており、
前記チャンバ部と前記枠体、及び前記ブロック部と前記チャンバ部との間が電気的に絶縁される場合に、前記基板から前記枠体に向かって流れる電流がブロック部へ逃げることができるように、前記枠体は、前記高周波電極の外周囲を囲んでおり、前記枠体と前記ブロック部とが導電部材で接続されていることを特徴とする薄膜形成装置。
前記導電部材の枠体側の端部が、前記枠体の側面にネジで固定され、前記導電部材のブロック部側の端部が、前記ブロック部の側面にネジで固定されていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置。
前記導電部材の前記枠体側の端部の上端が、前記高周波電極側に延出するように形成され、この延出部が、弾性を有するように湾曲して形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜形成装置。