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Description

本発明は、粒状基板の表面に膜を形成する成膜装置及び成膜方法に関する。
基板の表面に膜を形成するために、プラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）法などの方法が使用されている。基板が球体形状などの粒状基板である場合、基板の上方からデポダウン形式で成膜を行う方法では、粒状基板の一定の上面のみしか膜が形成されない。粒状基板の表面全体に薄膜を形成する方法として、球体を転動させながら球体表面に硬質カーボン膜を成膜する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平９−２２８０２７号公報
例えば太陽電池の製造製造において、表面全体で均一に反射防止膜が形成された粒状基板を、粒状基板間で膜厚のばらつきを小さく製造することが求められている。
上記要求に応えるために、本発明は、粒状基板の表面全体で均一に膜を形成でき、且つ膜厚分布の差が小さい成膜装置及び成膜方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、（イ）成膜処理対象の粒状基板が搭載される主面を有するトレイと、（ロ）粒状基板が主面上で転動するように主面を水平に維持したままでトレイを一定期間振動させた後、主面上に搭載されたすべての粒状基板に膜が形成される所定の位置にトレイを停止させる転動機構と、（ハ）停止したトレイの主面上で静止した粒状基板の露出した表面に薄膜を形成する薄膜形成機構とを備える成膜装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、（イ）トレイの主面上に成膜処理対象の粒状基板を搭載するステップと、（ロ）粒状基板が主面上で転動するように、主面を水平に維持したままでトレイを振動させるステップと、（ハ）主面上に搭載されたすべての粒状基板に膜が形成される所定の位置にトレイを停止させた後に、主面上で静止した粒状基板の露出した表面に薄膜を形成するステップとを含み、トレイを振動させるステップと薄膜を形成するステップとを含む成膜工程を複数回繰り返す成膜方法が提供される。
本発明によれば、粒状基板の表面全体で均一に膜を形成でき、且つ膜厚分布の差が小さい成膜装置及び成膜方法を提供できる。
本発明の実施形態に係る成膜装置の構成を示す模式図である。 粒状基板の形状の例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る成膜装置を高周波プラズマＣＶＤ装置として構成した例を示す模式図である。 比較例の成膜装置により形成される粒状基板の成膜対象領域を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る成膜装置により形成される粒状基板の成膜対象領域を示す模式図である。 比較例の成膜方法による成膜エリアを示す模式図である。
図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
本発明の実施形態に係る成膜装置１は、粒状基板の表面に膜を形成する成膜装置である。成膜装置１は、図１に示すように、成膜処理対象の粒状基板５０が搭載される主面１１を有するトレイ１０と、粒状基板５０が主面１１上で転動するようにトレイ１０を一定期間振動させた後、所定の位置にトレイ１０を停止させる転動機構２０と、停止したトレイ１０の主面１１上で静止した粒状基板５０の露出した表面に薄膜を形成する薄膜形成機構３０とを備える。図１に示した成膜装置１では、制御装置４０が、粒状基板５０を搭載したトレイ１０を一定期間振動させた後で所定の位置に停止させるように転動機構２０を制御し、且つ、停止したトレイ１０上で静止した粒状基板５０の表面に薄膜を形成するように薄膜形成機構３０を制御する。ここで、トレイ１０が停止する所定の位置とは、トレイ１０の主面１１上に搭載されたすべての粒状基板５０に膜が形成される位置である。
薄膜形成機構３０が、粒状基板５０に膜が形成される成膜エリア３１０をトレイ１０の上方に形成する。形成された成膜エリア３１０に粒状基板５０を曝すことにより、粒状基板５０の露出した表面に膜が形成される。成膜エリア３１０が形成される範囲は薄膜形成機構３０の構造に依存する。
粒状基板５０は、例えば結晶シリコン系太陽電池に使用されるシリコン（Ｓｉ）基板であり、粒径は１〜数ｍｍ程度である。粒状基板５０が太陽電池用基板である場合、図１に示した成膜装置１によって、例えば窒化シリコン（ＳｉＮx）からなる反射防止膜などが形成される。
成膜装置１の成膜処理対象である粒状基板５０の形状は、例えば図１に示すような球形状、図２に示すＤカット形状、或いは立方体形状などの多面体形状などである。「Ｄカット形状」は、全体として略球体であるが平坦な面を有する形状である。また、粒状基板５０が、真球体以外の例えば楕円体である場合や表面に凹凸がある場合にも、本発明の実施形態が適用される。粒状基板５０は、転動機構２０がトレイ１０を振動させることによって主面１１上で転動する形状の基板である。そして、主面１１上で静止した粒状基板５０の表面の露出した領域に、薄膜が形成される。
トレイ１０には、例えばカーボン、ステンレス鋼、アルミニウム、セラミックなどが採用可能である。また、トレイ１０は例えば平板形状であり、平面である主面１１上を粒状基板５０が容易に転動する。
図３に、成膜装置１を高周波プラズマＣＶＤ装置として構成した例を示す。図３に示した成膜装置１においては、チャンバー３１内のトレイ１０の主面１１上に処理対象の粒状基板５０を搭載する。排気装置３２によりチャンバー３１内を減圧して所定のガス圧にした後、導入口３３から原料ガス３００をチャンバー３１内に導入する。接地されたトレイ１０と電極３４間に高周波電源３５から高周波電力を供給することにより、チャンバー３１内の原料ガス３００がプラズマ化される。
図３に示した高周波プラズマＣＶＤ装置では、トレイ１０の主面１１の周囲でプラズマが形成された領域が成膜エリア３１０である。形成されたプラズマに粒状基板５０を曝すことにより、粒状基板５０の露出した表面に膜が形成される。具体的には、制御装置４０によって転動機構２０と高周波電源３５が制御され、粒状基板５０の表面に薄膜が形成される。即ち、転動機構２０が、粒状基板５０を搭載したトレイ１０を一定期間振動させた後に停止させる。そして、薄膜形成機構３０が、停止したトレイ１０上で静止した粒状基板５０の表面に薄膜を形成する。
なお、トレイ１０はヒータ３６の上に配置される。これにより、成膜工程中の粒状基板５０の温度を任意に設定できる。
図３は、転動機構２０としてスラスト構成を採用した例を示している。即ち、スラスト構成を有する支持棒２１がチャンバー３１内部に挿入されている。トレイ１０は支持棒２１にチャッキングされている。支持棒２１を動作させることにより、トレイ１０が摺動動作する。
なお、摺動動作以外のトレイ１０の動作により、主面１１上の粒状基板５０を転動させてもよいことはもちろんである。例えば、主面１１と垂直方向にトレイ１０を細かく振動させることによって、粒状基板５０を転動させてもよい。
なお、高周波プラズマＣＶＤ装置以外の、例えば他の方式で粒状基板５０の表面に膜を成長させるＣＶＤ装置や、粒状基板５０の表面に膜を堆積させるスパッタ装置などの、半導体製造プロセスに使用される成膜装置として成膜装置１を構成することができる。
図１に示した成膜装置１を用いて粒状基板５０の表面に成膜する方法の例を、以下に説明する。
先ず、トレイ１０の主面１１上に処理対象の粒状基板５０を搭載する。
次いで、転動機構２０によって、例えば主面１１と平行方向に、トレイ１０を素早くスライドさせる。このとき、トレイ１０を一往復乃至数往復させる。これにより、粒状基板５０は主面１１上で転動する。トレイ１０の移動速度は、主面１１上で粒状基板５０が転動するように、粒状基板５０の形状や粒径などを考慮して適宜設定される。
トレイ１０の往復運動を停止させると、主面１１上で粒状基板５０は様々な姿勢で静止する。この状態で、デポダウン形式により粒状基板５０の露出した表面に、薄膜形成機構３０により膜を形成する。
一定時間成膜した後、薄膜形成機構３０による膜の形成を中断し、転動機構２０によってトレイ１０を再度振動させる。これにより、表面の少なくとも一部に膜が形成された粒状基板５０を主面１１上で転動させる。その後、トレイ１０の振動を停止させると、前回とは異なる姿勢で粒状基板５０が主面１１上で静止する。この状態で、粒状基板５０の新たに露出した表面に膜を形成する。
上記のトレイ１０を振動させるステップと粒状基板５０の表面に薄膜を形成するステップとを含む成膜工程を複数回繰り返すことにより、粒状基板５０の表面全体に均一に膜が形成される。
例えば、粒状基板５０の表面に形成する膜の所望の膜厚が８０ｎｍであるときに、１回の成膜工程によって数ｎｍの膜が形成される場合には、成膜工程を２０〜３０回程度繰り返す。
他の成膜装置によってトレイ１０上で粒状基板５０と転動させないで成膜した場合には、図４に破線で示すように、粒状基板５０の上面のみが成膜対象領域である。このため、粒状基板５０の全面に膜を形成することができない。一方、トレイ１０上で粒状基板５０を転動させることによって、図５に破線で示したように、粒状基板５０の表面全体を成膜対象領域とすることができる。
更に、実施形態の成膜装置１を用いてトレイ１０が停止した状態で粒状基板５０の表面に薄膜を形成することにより、トレイ１０を振動させながら粒状基板５０の表面に成膜する場合と比べて、粒状基板５０間の膜厚ばらつきを向上することができる。
例えば、図３に示したように成膜装置１を高周波プラズマＣＶＤ装置として構成した場合には、成膜エリア３１０は電極３４の直下に形成される。このため、トレイ１０を摺動させた場合に、図６に示すようにトレイ１０の主面１１の外周に近い領域に配置された粒状基板５０は、成膜エリア３１０の外側に出る状態になる。この場合、成膜エリア３１０の外側にある粒状基板５０の表面に膜は形成されない。一方、トレイ１０の主面１１の中央領域に配置された粒状基板５０には、常に膜が形成される。その結果、トレイ１０に搭載された複数の粒状基板５０に膜厚の差が生じる。
これに対し、トレイ１０を停止させてから粒状基板５０に薄膜を形成する場合には、常にすべての粒状基板５０が成膜エリア３１０内にある状態で成膜工程を行うことができる。例えば、すべての粒状基板５０が成膜エリア３１０内にあるように、複数の粒状基板５０をトレイ１０に搭載する。この状態でトレイ１０を一往復摺動させることにより、転動した粒状基板５０はすべて成膜エリア３１０内に戻る。これにより、粒状基板５０の表面に形成される膜の膜厚分布を小さくすることができる。
以上に説明したように、本発明の実施形態に係る成膜装置１によれば、トレイ１０を振動させる毎に主面１１上で粒状基板５０が転動し、粒状基板５０の表面の異なる領域が主面１１上で露出する。そして、成膜エリア３１０内で静止した粒状基板５０の露出した面に薄膜を形成する工程を繰り返すことによって、粒状基板５０の表面全体で均一に膜を形成できる。更に、粒状基板５０間の膜厚ばらつきを低減できる。
成膜装置１を用いた成膜方法は、Ｄカット形状の粒状基板５０の表面全体に均一に膜を形成するために有効である。近年、集光効率の高い太陽電池としてＤカット形状のＳｉ基板の研究が進められており、太陽電池の反射防止膜を形成する場合になどに成膜装置１は有望である。
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
本発明の成膜装置及び成膜方法は、粒状基板の表面全体で均一に且つ膜厚分布の差を無く製造する用途に利用可能である。

Claims (8)

  1. 成膜処理対象の粒状基板が搭載される主面を有するトレイと、
    前記粒状基板が前記主面上で転動するように前記主面を水平に維持したままで前記トレイを一定期間振動させた後、前記主面上に搭載されたすべての前記粒状基板に膜が形成される所定の位置に前記トレイを停止させる転動機構と、
    停止した前記トレイの前記主面上で静止した前記粒状基板の露出した表面に薄膜を形成する薄膜形成機構と
    を備えることを特徴とする成膜装置。
  2. 前記薄膜形成機構が、前記トレイの前記主面上において前記薄膜の原料ガスをプラズマ化して、前記粒状基板の前記表面に前記薄膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
  3. 前記粒状基板がシリコン基板であることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
  4. 前記粒状基板上に形成される薄膜が太陽電池の反射防止膜であることを特徴とする請求項３に記載の成膜装置。
  5. トレイの主面上に成膜処理対象の粒状基板を搭載するステップと、
    前記粒状基板が前記主面上で転動するように、前記主面を水平に維持したままで前記トレイを振動させるステップと、
    前記主面上に搭載されたすべての前記粒状基板に膜が形成される所定の位置に前記トレイを停止させた後に、前記主面上で静止した前記粒状基板の露出した表面に薄膜を形成するステップと
    を含み、前記トレイを振動させるステップと前記薄膜を形成するステップとを含む成膜工程を複数回繰り返すことを特徴とする成膜方法。
  6. 前記薄膜を形成するステップが、前記トレイの前記主面上において前記薄膜の原料ガスをプラズマ化して、前記粒状基板の前記表面に前記薄膜を形成することを特徴とする請求項５に記載の成膜方法。
  7. 前記粒状基板がシリコン基板であることを特徴とする請求項５に記載の成膜方法。
  8. 前記粒状基板上に形成される薄膜が太陽電池の反射防止膜であることを特徴とする請求項７に記載の成膜方法。
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