JPH02216819A - 分離弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体デバイスの大量生産に利用される分離弁
に関する。より詳細には、本発明はパ、テ処理ではなく
、連続処理によるアモルファス半導体デバイスの製造に
おける分離弁に関する。

規制的な格子構造を特徴とする結晶質材料は、従来、信
頼性の高い半導体デバイスを製造する上で不可欠なもの
であると考えられてきた。有利な特性を有する太陽電池
、スイッチ等はこのような材料により製造■れているが
、半導体製造に結晶質材料を使用すると、その処理にか
なりのコストがかかる。単結晶シリコン等は高価で且つ
多くの時間を要する方法でなければ製造できない。チョ
ラクルスキー法等の結晶製造法では、インゴットを成長
させた後に薄く切断してウェハにしなければ々らない。

従って、この技術は本来、バッチ処理方式によるもので
ある。

最近では、アモルファス半導体材料からデバイスを製造
する分野での開発が進み、その結果、製造コストを著し
く低減できるまでになった。

特に、パネルを形成するために多数のデバイスを製造し
なければならない太陽電池の場合、処理を経済的に行な
えるか否かの影響は非常に大きい。結晶質材料の代わシ
にアモルファス材料により半導体デバイスを製造できる
ことは、たとえば、オプシンスキーとイズ（Ｏｖｓｈｉ
ｎｓｋｙ　ａｎｄＩｚｕ　）の米国特許第４２１７３７
４号「結晶質半導体と同等のアモルファス半導体」に記
載されている。種々の導電率をもつ層を連続的にグロー
放電下で族１着すると共に不純物を導入することにより
製造されるシリコン太陽電池と、その製造法がオプシン
スキーとマダ７　（Ｏｖｓｈｌｎｓｋｙａｎｄ　Ｍａｄ
ａｎ　）の米国特許出願第８８７３５３号「結晶質半導
体と同等のアモルファス半導体」（出願日：１９７８年
３月１６日、現在の米国特許第４２２６８９８号）に記
載″されている。

以上２つの先行技術は、ア・モルファス半導体技術の代
表的なものとして、本明細書に参考として含まれている
。

アモルファスデバイスが製造可能となったことで、結晶
質デバイスの製造に伴なう本質的な欠点が明らかになっ
た。結晶の成長が前述のように「パッチ１式であること
の他に、インゴットを切断して利用しうる複数のウエノ
１の形にする際に、細心の注意を払って成長させた材料
のかなりの量が失なわれることである。その後も表面の
仕上げ処理に大きな労力を必要とする場合が多い。

一般に、アモルファスデバイスはパ、°チ法により製造
される。結晶質デバイスの場合と同様に、このような製
造法では高価な装置がむだに遊んでいる「無駄な時間」
が生じるため、太陽電池等のアモルファスデバイスの経
済的価値が損なわれる。近年、連続的な処理によりアモ
ルファス半導体を製造できるようにするための努力が続
けられている。

本発明の目的は、グロー放電チェンバの内部を大気およ
び他の反応体から分離する弁を設けることにより、アモ
ルファス半導体デバイスを製造する連続的なシステムを
実現するために必要な要素を提供することである。この
ため本発明は、チェンバ内に設けた入口開口と、出口開
口に一対のこのような弁が取付けられ、基板はこれらの
細孔を通りて連続的に前進する。多弁はウェブ状材料が
通るスリット状の細孔を有する。細孔内の不活性ガスを
チェンバ内の不活性反応ガスおよびプラズマの圧力より
幾分大きい圧力に維持して、非反応性ガスの層を形成す
る手段が設けられている。

次に、図面を参照し七本発明の一実施例を詳細に説明す
る。添付図面において、同様の部分は同じ番号により示
す。第１Ａ図は、本発明を含む装置の部分側面図である
。この図はある意味において、アそルファス半導体材料
の層を可撓性フィルム基板ｒｏＫ形成させるための「組
立てライン」を示している。第１’　Ａ図を通して端面
図で示されているフィルム基板１０は連続するウェブ状
材料シートから成シ、その幅は工ないし４フイート（約
３０．５〜１２２　ｃｍ　）であるのが好ましい。本発
明は実際には多数のアモルファス半導体材料層を蒸着す
ることを目的としているので、第１Ａ図は完全に半導体
デバイスを処理する間の中途の工程を示すものである。

デバイスとして完成させるにはさらに他の素子が必要で
あシ、それらの素子は特定の処理法により付着させなけ
ればならない。このような処理は、フィルム基板１０（
ロール状）を供給部分１４のリール１２にセットする前
およびフィルム基板１０が巻取シ部分１８のリール１６
に（複数のアモルファス半導体材料層が蒸着された）ロ
ールとして巻取られた後に行なえば良い。

本発明に従って太陽電池を製造する場合には、フィルム
基板１０として可撓性の金属箔または金属表面を付けた
箔を・利用する。デバイスの構成によっては、アモルフ
ァス半導体を蒸着する前に、薄い酸化物絶縁層および／
または一連のペース接点を形成することが必要になる場
合もある。従って、本明細書においては、「フィルム基
板」という用語は「可撓性フィルム」のみならず、前述
のような予備処理によりフィルムに素子が付加されたも
のをも含む。太陽電池の処理における予備工程および仕
上げ工程はイズ、カネラおよびオプシンスキーの特許出
願に記載されている。

フィルム基板１０は、第１Ａ図の装置を通りて供給リー
ル１２から巻取りリール１６へほぼ反時計方向に巻取ら
れ、その際、付加的に中間アイドラリールＪ　Ｏｔ　Ｊ
　２　ｔ　２４および２６により案内される。フィルム
基板１０はこれらのアイドラリール°が限定する進路を
通る間に、チェンバ２Ｂ、３０および３２を通過する。

これらのチェンバにおいて、Ｐ型、真性およびＮ型のア
モルファス半導体材料層の蒸着が厳密な制御の下で行な
われる。口承したような装置の好ましい実施例はアモル
ファスシリコンのＰＩＮ太陽電池を連続的に製造チるた
めＧものであり、以下の説明もこれに基いているが、不
純物および反応ガスの他の成分、・供給部分１４と巻取
り部分１６との間のチェンバの順序等の変敗が変われば
、これに対応して横断面図の配置Ｏ変わシ、製造される
デバイスも設計し直さなければならない。従って、本発
明の連続的な方法により様々のデバイスを製造すること
ができる。その場合には他の構成要素および蒸着手順を
用いるが、これは本発明の範囲内に含まれるものと考え
る。

真性（材料）蒸着チェンバ３０は、Ｐ型層蒸９着チェン
バ２８またはＮｌ１層蒸着チェンバ３２よりかなシ長い
。この連続蒸着法では、７°イルム基板１０が供°給リ
ール１２から巻取シリール１６へ、実質的に一定の速度
で進むことが必要である。Ｎ型層、真性層、Ｐｇ層が前
進するフィルム基板１０の様々な部分に連続的に蒸着さ
れるので、任意のチエツバで費される時間の関数であ′
る層の厚さはチェンバの、相対的長さを決定する大きな
要素である。

第１Ａ図の装置によル児本として製造されるデバイスは
、一般に、真性層と不純物を添加した層との間に１０：
１から３０：１の範囲の層厚比を生じる。これらの比に
よれば、真性チェンバの長さは約１６７４−）　（４ｍ
　８９　ｃｍ　）、Ｐ型チェンバおよびＮ型チェンバの
長さは約２．５フィート＊＋−邊−４となる。ｔた、異
なる相対的寸法を有する他のデバイスを製造するには、
チェンバの長さをこれに合わせなければならない。

デバイスのマスク処理が必要であれば、７．イルム基板
１０がチェンバ２Ｂ　、３０および３２を通る間に１各
々複数の条片（たとえば°、＠１インチ（２，５°４３
））ｔ”含むベルト状マスク３４゜３６および３８をフ
ィルム基板１０の幅全体にわたって対応する条片領域に
当てれば良い。第１Ａ図の装置の部分断面平面図である
第１Ｂ図に、マスクを構成する条片３９を示す。各マス
ク３４．３６および３８は夫々、一対のローラ３４’、
　３６’および３８′の間で循辣する。対のローラ３４
’、３６’および３８′は各々独立して駆動されるか、
またはフィルム基板１０を装置を通して駆動するリール
からリールへの前進機構に連動させるかのいずれかとす
れば良い。いずれの場合も、マスクと前進するフィルム
基板ＩＱとの間に適切な同期状態が維持されるので、蒸
着層は確実に正しく整合される。

マスク３４．：４６および３８と正しく重ね合わせるた
めに、前進するフィルム基板１０の内部で適切な大きな
張力を維持しなければならない。しかしながら、張力が
過剰または不十分、であるとウェブ基板の位置決め、ま
たは進行が適正でなくなり、その結果、フィルム基板・
１０またはその上に°蒸着された材料が損傷するため、
張力の大きさを慎重に調整しなければならない。

供給リール１２に係合するサー？制御モータ駆動装置が
フィルム基板１０全体の張力を制御する。巻取シリール
ト６に係合するモータ駆動装置４０は連続調節すること
ができ、フィルム基板を最適の速度で前進させる。

マスク５４．３６およ゛び３８と、前進するフィルム基
板１０とはごく近接して接触していることが望ましい。

第１Ａ囚の装置により製造されるような通常のＰＩＮ太
陽電池においては、Ｐ型層と８１１層がごく薄く、条片
の周囲の（マスクとフィルム基板の分離による）濃れは
ほとんどないように確実に保証されている。真性層は比
較的厚いので、真性層の蒸着の間には、フィルム基板１
０とマスク３６とを互いに密着させておくことがきわめ
て大切である。第１Ａ図に示すように、真性層の蒸着は
水平に向いたチェンバ３０において行なわれる。ただし
、チェンバ３０内での水平方向の蒸着が不可欠であるわ
けではなく、所望の任意の立位をとっても良い。

フィルム基板１０はチェンバ３０を通、遇するときに自
然にたるむが、これも水平であるので、チェンバ３０を
通して長さに沿っである程度の変位が生じる。フィル・
ム基板１０が１６フイー）　（４ｍ　８９　ｃｍ　）の
チェンバ３０内を進むにつれて、いインチ（１，５８ｃ
１ｎ）程度のたるみが生じることがわかっている。

第１Ａ図に示すように、複数対のピンチローラ４２が前
進するフィルム基板１０の縁部案内およびウェブ引張部
材として働く。ピンチローラ４２は不可欠なものではな
い。使用する場合には、フィルム基板１０の自然のたる
みにこだわる必要はなく、適切な密着マスク処理を行な
うためにフィルム基板とマスク３６の位置をより確実に
調節できるようにする。

フィルム基板１０が前進する際に通るテエン１４２１１
．３０および３２は各々、フィルム基板１０の一方の側
に複数の水晶赤外線ラングを保持するホルダー４４を有
し、フィルム基板１０の他方の側に（プラズマを発生す
る）陰極４６を有する。不活性反応ガス社陰極を通って
各々のチェンバ内に入る。陰極は、フィルム基板１０の
表面において均一なガス圧力を維持する手段を付加的に
含む。分離弁４８は各々の蒸着チェンバの入口と出口に
配置される。これらの弁は各々のチェンバの不活性反応
ガス環境を汚染することなく連続するフィルム基板とマ
スクをチェンバからチェンバへ通過させるものであるが
、後により詳細に説明する。各々のチェンバに関連する
制御手段（第１Ａ図に社図示せず）は、特に第３Ａ図お
よび第３Ｂ図を参照して説明する。

第２Ａ図から第２Ｃ図は、本発明において本発明に従っ
て使用される分離弁の一実施例の詳細図である。分離弁
は前進するフィルム基板１０を各チェンバに出入シさせ
ると共に、同時に、各チェンバのガス環境を他のチェン
バから分離する不活性ガスの壁を提供する。特に、Ｐ屋
またはＮ型蒸着チェンバ内に存在する不純物ガスにより
真性蒸着チーエンパが汚染されるのを妨げる働きをし、
これは高性能デバイスの製造には不可欠な要素である。

第２Ａ図は分離弁の正面図である。分離弁は一対の整列
するマニホルド５０　ｔ　６　Ｊかう形成される。接合
されると、７ランジ５４がマニホルド５０．５２を取囲
岑、分離弁が完成する。

分離弁には複数の穴５６があシ、チェンバの前壁または
後壁のいずれかにボルト、リペ、ト等により分離弁を取
付けることができる。下方マニホルド５２の接合面に溝
５８が形成されている。溝５８は中央の位置にあって、
マニホルドｓｏ、５２が接合されたときに分離弁内の中
央に位置するスリット６０または細孔を形成する。

スリット６０はチェンバの壁と、装置の他の部分とを連
通して、連続的に動いているフィルム基板１０（および
マスクを使用する場合にはマスク）を出入りできるよう
にする。

第２Ｂ図は第２Ａ図の線２Ｂ−２Ｂに沿った側°横断面
図である。第２Ｂ図を見ると、フ・イルム基板の通過を
助けるためにスリット６０が広がっている、すなわち斜
めになっていることがわかる。フィルム基板１０がスリ
ットロ０を通過する際に害を受けたり、劣化したりしな
いようにさらに保護するために、スリット６０の対向す
る（頂部と底部の）表面にはテフロン等の潤滑剤がコー
ティングされている。適切な保護テフロン層は噴霧によ
り付着させた後に、摂氏６００度に加熱して形成すれば
良い。第１Ａ図および第１Ｂ図の装置においては、フィ
ルム基板１０はスリ、！−ｇｏを通過したとき活性表面
を下に向けている。この向きの場合、分離弁４８は、前
進するフィルム基板クエプがスリ。

゛トロ０の底で溝５ｓｔ１ｃ接触するのではなく、そな
くともスリットロ０の幅と同じ長さだけ延びている溝６
６とを連通ずる。この構成は、分離弁４８の平面図であ
る第２Ｃ図から最も容易に見て取ることができる。スリ
ットロ０の幅は点線６８から点線７０までの距離により
限定される。円筒形の溝６６の半分は上方マニホルド５
０内に形成され、残りの半分は下方マニホルド５２内に
形成されている。この溝６６は両端で、ガス入口通路６
２およびガス出口通路２２と連通ずる。前述のように、
〃ス入ロ通路６２は不活性ガス源６４と連通してシシ、
ガス出口通路７２は真空ポンプ７ｉに連結されている。

不活性ガス源６４および真空Ｉンゾ７４Ｆ１相互に作用
して、円筒形の溝６６内部のアルゴン等の不活性ガスの
流れを蒸着チェンバ内の圧力より幾分大きい圧力に維持
する。このようＫして分離弁の内部にガスの層が形成さ
れ、反応ガスの相互汚染と共に１より重要である不純物
ガスの真性蒸着チェンバ内への侵入を防ぐ。このような
不純物ガスはたとえ微量でも真性材料の質を低下させ、
太陽電池の性能を悪くする。

分離弁４８の第１の目的はチェンバの内部を隔離するこ
とであるが、チェンバ内の大量の不活性ガスが蒸着過程
を妨げることがある。このため、円筒形の°溝６６内部
のがス圧力はチェンバのガス圧力（約Ｉ　Ｔｏｒｒ　）
よりはんのわずか高い値に維持される。不活性ガスがチ
ェンバ内へ逃げるのを妨げる力は、スリットロ０の狭い
部分（第２Ｂ図に最も良・く示されている）が長くなる
につれて大きくなる。従って、スリットロ０の横断面は
円筒形の溝６６からチェンバ内部へ逃げる不活性ガスの
量をできる限り少なくできるように設計する。

第３Ａ図は蒸着チェンバ７６の一部横断面で示した側面
図である。チェンバ内部ではグロー放電分解過程のため
環境が制御維持されておシ、その結果、プラズマとフィ
ルム基板の平衡状態が保たれている。蒸着チェンバは、
前壁および後壁８２および８４と、側壁８６および８８
とにリペ、トまたはその他の方法により固定された頂壁
および底壁７８および８０により限定される。すべての
壁は、チェンバ内へ導入される様々なガスと反応しない
金属または合金から形負早 成されているのが好ましい。反応ガスの分離により発生
するｔラズマは陰極ｙｏ（陰極の電位はＲＦ電源１００
により調整されて、陰極９Ｑとアースされたフィルム基
板１０との間に必要な電界を生じさせる）と、移動する
フィルム基板１０との間に閉込められるので、アモルフ
ァス材料がチェンバの壁面に付着することは本質的にな
い。

スリット分離弁９２および９４は夫々、蒸着チェンバ７
６の前壁８２と後壁８４に配置される。前述のように、
これらの分離弁はフィルム基板１０およびオフセットマ
スク９６を構成する複数の条片（使用する場合）が蒸着
チェノ・マフ６内を通過できるようにするためのもので
ある。

フィルム基板１０が蒸着チェンバ７６内を通る間、蒸着
過程は連続的に厳密に制御される。

すなわち、製造過程に不可欠な変数と製造の結果得られ
る製品とが連続的に監視され、様々な修正制御装置にフ
ィードバックされる。蒸着チェンバ７６は、膜厚を含む
、様々な製造過程ノヤラメータを制御する装置を完全な
形で具備しているという点で理想的である。第１Ａ図の
真性チェンバ３０は、たとえば、真性アモルファスシリ
コン層の膜厚を検出する手段を含む。前述のように、真
性層はＰ型またはＮ型不純物を導入した層の約１０ない
し３０倍の厚さを有する。

不純物を導入した層は相対的に薄いが、これらの層の厚
さの検出および測定を行なっても良い。

反応ガスはＳｉＦ４またはシラン等のシリコン化合物と
、結晶質シリコンにきわめて良く似た電気的特性を有す
る材料の層を形成するためにエネルギーギヤラグ内の局
部的状態の密度を低下させるように作用するフッ素また
は水素等の少なくとも１つの変質元素とを含むべきでｓ
ｂ、様々な反応ガスは反応ガス処理装置９８により蒸着
チェンバ７６内へ導入される。反応ガス処理装置９８は
適切な反応ガス供給源と、蒸着チェンバ７６の内部から
消耗された、または反応しなかったガスを排出する手段
とを含む。さらに、反応ガス処理装置９８は反応ガスを
再利用するための洗浄手段等を含むのが好ましい。

反応ガス処理装置９８は陰極９０に連結される。後で論
じるように、陰極９０は独特のバフル手段を含んでいる
ため、電界により誘起される均一なプラズマを形成する
等電位表面を提供する他に、フィルム基板の表面全体に
わたって反応ガスの均一な流れを生じさぜ且つ消耗した
ガスを均一に排除させる。ガスの流れが均一であれば、
均一の電気的、光学的特性を有するアモルファス材料を
フィルム基板の表面全体に確実に蒸着することができる
。フィルム基板１０は本明細書に記載されているような
装置を通して一定の電位、たとえばアース電位に維持し
て、フィルム基板と陰極９０との間に適切な電界を形成
するようにすべきである。

蒸着チェンバ７６内に検出器１０２を配置する。検出器
１０２は前進するフィルム基板に隣接した保持プラケッ
トにより支持された光学的高温計または熱電対である。

検出器１０２は、波長が５ミクロンの放射線に応答しう
るもので、チー１回路１０４に結合される。サーゲ回路
１０４はラングホルダー１０８内に保持された複数の水
晶赤外線ランｆ１０６を制御する。蒸着チェンバ７６内
の加熱領域から恒温領域へ、すなわち入口から出口へ進
むにつれてラングの間隔が広くなる。このパターンは第
１近似では、フィルム基板が蒸着チェンバ１４に入った
ときに基板を約摂氏３００度の所望の温度まで比較的早
く加熱でき、また、その後も、グラズマに当てるときに
最良の蒸着を行ガうためにこの温度を維持できるもので
ある。赤外線検出器１０２は約５ミクロンの波長でピー
ク感度となるように選択されている。これは、この波長
が摂氏３００度で最大放射線量が得られるピークに当た
るためである。サー？回路１０４は摂氏３００度の放射
線・やターンを利用してエラー信号を発生する。サーゲ
回路１０４は次にこのエラー信号を電流に変換して、ラ
ングホルダー１０８内の水晶赤外線ラング１０６の強さ
を調整する。

第３Ｂ図は、第３Ａ図の線３Ｂ−３Ｂに石りた蒸着チェ
ンバ７６の横断面図である。蒸着チェンバ内に放射ビー
ムエネルギー源１１０が配置されていることがわかる。

ζこから発生するエネルギーはフィルム基板１０から反
射した後、光学軸１１２に沿りて゛光学的検出器１１４
に投射される。光学的検出器１１４は、放射ビームエネ
ルギー源１１０が６色光を放射する場合には焦点合せ光
学系およびモ゛ノクロメータを含んでいても良い。また
は、放射ビームエネルギー源１１０をレーザーにして、
検出器１１４がレーデ−エネルギー検出器とすることも
可能であろう。

本発明の装置においては、フィルム基板１０上に蒸着さ
れる層の厚さを検出するために１放射ビームエネルギー
源１１０と検出器１１４の組合せを利用している。第３
Ｂ図には放射ビームエネルギー源と検出器の組合せが一
対しか示されていないが、本発明で、検出器／放射ビー
ムエネルギー源の組合せを複数用いても良いことは第３
Ａ図から明らかである。各検出器１１４は厚さ制御回路
１１６−に接続される。厚さ制御回路１１６は検出器の
出力を受信し、その信号を適切な増幅器、波形分析器等
を介して処理した後、帰環回路またはサーブ制御回路に
印加する。この帰環またはサーブ制御回路は基準厚さイ
ンジケータに対して動作する。基準厚さは、フィルム基
板１０の進′路に沿り★放射ビームエネルギー源／検出
器の組合せの特定の位置の関数である。厚さ制御回路１
１６が適切なプログラムを組込まれたマイクロプロセッ
サを含／、でいても全く同じである。いずれの場合も、
厚さ制御回路１１６は、検出器１１４０段または位置に
適していない厚さが検出されたときに、ＲＦ電力および
／またはウェブの速度および／またはガスの流れを制御
する弁を変化させる信号を取出す。これらの変数の制御
状態は制御回路１１６；電源Ｊ００（ＲＦ電力制御）；
中間アイドラリール２ｏ　、２６の駆動装置（ウェブ速
度制御）；反応ガス処理装置９８（弁の動作）の多重出
力により指示される。

検出器１１４の出力は付加的に記録装置１１８に印加さ
れる。記録装置１１８は出力を解読して厚さのヒストグ
ラムを作成する適切な回路を含む。そのため、フィルム
基板の一部が使用不可能である場合に１．その部分の位
置を容易に見つけ出して、最終製品から分割除去するこ
とができる。厚さ検出システムにおいてレーデ−光線で
はなく、白色光が利用される場合、光学的検出器および
関連する制御回路は薄膜干渉作用の原理を基礎とするこ
とができる。白色光源からのエネルギーがフィルム基板
ｌＯ等の表面から反射するとき、光を反射した層の厚さ
は反射ビームの波長の関数としての強さと入射ビームの
強さとを比較することＫより測定することができる。蒸
着膜の厚さは次の式により計算される。

ただし、 ｄ：層の厚さ Ｎ：波長λ、からλ２へ変化する強さの類似する極値の
数 λ１．λ２：選択した強さの極値における波長ｎ、ｐｎ
２　：層材料の屈折率 θ：波長λ、およびλ２における入射角この式は通常の
入射の場合には正確に当てはまる。

所望の厚さに応じである基準が厚さ制御回路１１６に印
加される。厚さ制御回路１１６内の回路装置は、測定さ
れた反射率ス（クトルを利用しうるエラー信号に変換す
る。厚さ制御回路１１６はＲＦ電源１１ｏ１中間アイド
ラリール駆動装置２Ｑおよび２６、並びに反応ガス処理
装置９８のうちのいずれか１つ、またはこれらすべてに
修正信号を印加することにょシ、エラー信号を連続的に
ゼロに近づけようとする。この上うにエラー信号に応答
して制御信号を発生させるのに適したサーメ制御回路の
詳細および設計は従来通りであると考えられ、必要な構
成および素子に関しては電子工学および電気機械技術の
分野で良く知られている。

レーザー等の単色の光を用いる場合、厚さ制御回路１１
６は反射極値の変化（反射光の強さのピークおよび最低
値）の数をカウントするように校正される。周知のよう
に、強さの変化の数は所定の厚さに対応する。従って、
チェンバ内に配列された各々の検出器は蒸着「組立てラ
イン」に沿った位置に従って、異なる強さの反射光を検
出するよりにナベきである。このようにすれば、強さの
変化は、白色光を使用する場合に干渉色のあらかじめ選
択しておいた厚さと模様がエラー信号の発生基準を提供
するのと全く同様に、厚さ制御回路１１６０基準入力と
して作用する。いずれの場合も、厚さ制御回路１１６は
エラー信号に応答して適切な制御信号を提供する機能を
果たす。

第４Ａ図から第４Ｆ図は本発明の陰極９０に関するもの
である。陰極９０は２つの機能、すなわち（１）　　グ
ロー放電の電極としての機能と、（２）　　新鮮な反応
ガスの流れを！、７．ｅマ領域へ導き、消耗した反応ガ
スをプラズマ領域から排出して均一で、一定の圧力のグ
ロー放電を維持する導管としての機能との双方を果たす
。陰極９０は、ＲＦ電源１００に電気接続された頂部電
極板１１９を含む。頂部電極板１１９には複数のガス入
口開口１２０か均等に配列されている。ガス入口開口１
２０は、均一の流れの新鮮な反応ガスをフィルム基板１
０（これはグロー放電過程の陽極として働く）の表面に
与える。

ガス入口開口の間に、均一な間隔をおいて消耗された反
応ガスを収集する複数の排気口１２２が配置されている
。排気口１２２は反応ｆス処理装置９８の真空手段と連
通し、フィルム基板と陰極との間の領域から消耗した反
応ガスを均一に排除する。ステンレス鋼製であるのが好
ましいスクリーン１２４が各々の排気口に関連して設け
られ、排気口１２２に複数の均一な間隔の開口を形成す
ることにより放出ガスの流れをより均一にする。スクリ
ーン１２４はまた、固体汚染物質の収集にも有用である
。

スクリーン１２４は一対のステンレス鋼製リング１２６
および１２８の間に保持される。絶縁性座金１３０がス
クリーン１２４を取巻いて、リング１２６および１２８
の間を電気的に絶縁している。スクリーン１２４と、下
方のリング１２８は図面に示すように、後に説明するバ
ブル部材にアースされる。スクリーンがアースされてい
るので、ポンプ排出領域は陰極９０の電極板１１９と前
進するフィルム基板１０との間の活性プラズマ領域から
隔離される。これらの領域をアースすることにより、消
耗された反応ガスは暗い空間を通って排出さ九るため、
プラズマの発生は電極板１１９とフィルム基板１０との
間の領域に限られる。

セラミック紙絶縁体１３４等の絶縁体が頂部電極板１１
９に隣接して配置される。複数の開口１３６を通りてガ
スが流れる。開口１３６は、電ａ板１１９のガス入口開
口１２０および排気口１２２の双方と関連している。頂
部電極板１１９０下方にガス分配チェンバ１３７および
１３８が配置される。ガス分配チェンバ１３７および１
３８は、頂部、中央および下方のバブル板１４０．１４
′２および１４４により夫々境界を限定され且つ形成さ
れている。バブル板は第４Ｃ図、第４Ｄ図および第４ｉ
図に夫々平面図で示されている。これＧ３枚の板を同時
に見ると、各々のバフル板が排気口１２２の横断面と等
しい横断面を有し且つ組立てられたとき、電極板１１９
の排気口１２２と一列に並ぶように配置された複数の穴
１４６を備えていることがわかる。一方、ガス入口開口
として働く複数の穴１４８が３枚のバブル板１，４０，
１４２および１４４を通じて様々な模様で配置されてい
ることも観察できる。このようにバフル板相互間で故意
にずれを生じさせたのは、ガス分配チェンバ１３６．１
３８に与えられる流入ガスがｆス入ロ１５０からフィル
ム基板１０ｔで等しい距離を進むように保証して、フィ
ルム基板１．０の表面の反応ガス、の圧力を均等にする
ためである。

反応ガスは、反応ガス処理装置９８と連通するガス人口
１５０を介して装置内に入る。ドーナツ形チェンバ１５
２は反応ガスを受入れて、下方バブル板１４４０入口穴
１４８を介して最終的に下方ガス分配チェンバ１３８内
へ通す。

このようにして、反応ガスは下方′ガス分配チェンバに
入シ、十分な圧力が°゛生じて、続いて（中央バブル板
１４２の均等な間隔で配置された入口穴を介して）上方
ガス分配チェンバ１３６内への反応ガスの流れが起こる
まで、下方ガス分配チェンバ１３８内に充満する。反応
ガスは、再び均一な圧力が生じて、その結果、（頂部電
極板１１９の穴を介して）反応ガスが陰極９０とフィル
ム基板１０との間の領域へ流れるまで、上方ガス分配チ
ェンバ１３６内にとどまる。プラズマは、（電極１１０
とフィルム基板１０との間に印加される）電界と反応ガ
スとの相互作用により前記領域内に限って発生する。

グロー放電分解過程の間に反応ガスの一部は消耗される
か、または使用されない。陰極９０には、この消耗し、
たガスを均一に排出する手段が設けられているので、フ
ィルム基板の表面領域全体にわたってプラズマの化学的
性質は均一に維持される。セラミック等から成る円筒形
の電気絶縁性ガス出口ポート１５４は、プラズマ領域か
ら排気口１２２を介して真′空チェンバ１５６内へ通じ
る消耗ガス通路を延びている。

ガス出口ポート１５４はバフル板１４０　、１４２およ
び１４４のガス射出穴１４６と一列に整列されている。

真空チェンバ１５６は排気？−ト１５８を介して反応ガ
ス処理装置９８の真空手段すなわちポング手段と連通ず
る。排気４−ト１５８の上方には、排気口１２２から排
気４−ト１５８までの排気ガス流路を均等化し且つ排気
過程の結果として生じる表面圧力差を最小限に抑えるた
めのバフル１６０が設けられている。

本発明による陰極９０を利用することにより、均一の電
気的特性を有する極めて均一なアモルファス材料層がフ
ィルム基板上に蒸着され゛るという効果がある°。全て
の反応ガスがガス人口１５０から頂部電極板１１９のガ
ス入口開口１２０までの同じ距離を進むようにしたこと
、および消耗したガスがプラズマ領域から排気？−ト１
５８までの実質的に均一な距離を進むことにより、フィ
ルム基板１００表面において均一の圧力と、プラズマの
均一な化学的性質が確保される。さらに、このように圧
力とプラズマの化学的性質が均一であるために、実質上
、層を均一に蒸着でき且つ蒸着層の光導電性および暗導
電性等の電気的特性が均一になる。このような均一性は
、先行技術による側方に間隔をとって配置されたマニホ
ルドを用いて面積の大きいフィルム基板に反応ガスを与
えた場合には得られないことが判明し工いる。

陰極の別の実施例を第４Ｆ図に横断面で示す。

陰極１６２は、消耗ガス用チェンバ１６４が付加されて
いる点で第４Ａ図の陰極と異なっている。さらに、ガス
出口ポート１６６は、先の実施例では真空チェンバ１５
６を具備していた領域を介して延在するように示されて
いる。本実施例においては、流入する反応ガスの流路を
均等化するために用いられていたガス分配チェンバ１３
６および１３８の場合と同様に小チエ／・パを形成する
ために一列に並んでいない穴を有するチェンバの内部に
複数のバブルを設けることにより、均等な流路を得てい
息。

動作中、チェンバ２８．３０および３２内のプラズマ領
域において同時に蒸着が行なわれる。

チェンバのプラズマ領域の間で、反応ガスの付着分子は
チェンバの分離弁の開口と関連するガスの層によりフィ
ルム基板１０から取除かれる。

チェンバ内部において、電気的にアースされたフィルム
基板１０はフィルム基板とチェンバの陰極とにより境界
を限定されているプラズマ領域を一度通って前進する。

陰極は全体として第４Ａ図から第４Ｆ図に図示したモジ
ュールと同一のモジュールを複数個用いて構成しても良
く、この場合には、モジュールを合わせたときの表面積
ｔ！相対的に大きくなる。このように表面積が相対的に
広いと、しばしば蒸着を複雑にする工、ジ効果が低減す
るので、蒸着層を均一にする上で有利である。

フィルム基板１０がプラズマ領域を通って前進するにつ
れて、新規な陰極の電極を具備する頂上表面を介して、
新鮮な反応ガスの均一な流れがフィルム基板に向けられ
る。反応ガスは蒸着すべき合金（ＳｉＦ２等）の１つ以
上の元素または化合物と、１つ以上の変質元素（感光剤
および不純物を含んでいても良い）とを含み、陰極とフ
ィルム基板との間に印加される電界によりミ離してプラ
ズマを形成する。

プラズマからフィルム基板１０上に起こる半導体材料の
蒸着速度は、多数の変数の関数である。各々の変数は装
置を通して厳密に調整制御される。前述のように、フィ
ルム基板の温度は摂氏２００度ないし３００度に維持さ
れるが、多数の製造過程変数を監視、制御するために層
の厚さを監視する。さらに、「低電力」、「低周波数」
のプラズマが一般的にすぐれた性能特性をもつ合金を蒸
着すふのに有効である。プラズマによる層蒸着技術はま
だ新しく、十分には理解されていないが、欠陥の最も少
ない蒸着構造を形成するには、運動エネルギーの小さい
蒸着分子を低電力環境の下に維持するのが好都合である
。

発明者は、本発明による装置において使用するための多
数の低電力（プラズマ発生に際して、１ワツト／ｃＩｎ
２ではなく約０．１ワツト／ｃ１！１２を必要とする）
技術を開発した。これらの技術により、一般に、蒸着さ
れる層の特性は向上し且つ厚さおよび化学的、構造的な
組成が均一となるような蒸着を行なうことができる。

高周波数電界（一般に、ス・母ツタリングや、先行技術
のグロー放電蒸着法に用いられている１　３．５６　ｈ
Ｈｚ電界等）Ｋ関連する共振現象は、プラズマ内部で電
子の振動を誘起すると考えられる。このような共振は、
電子が陰極とフィルム基板との間の間隙を飛行してフィ
ルム基板の付近で反応ガスを電離させるのを妨げるもの
である。

低電力、低周波数の蒸着プラズマを発生させるのが望ま
しいことは、発明者により実験調査されている。プラズ
マを１３．５６　ｍＨｚで発生すせたとき、著しく不均
一なプラズマ色が観察されたが、これはグラズζ゛領域
内部の化学的性質の均一性が欠如してい右ことを示すも
のであることがわかった。プラズマ色が不均一であるの
は、種類の異なる反応ガスが異なる点で励起す′るため
であると考えられる。１３．５６ＴＩＨ１の高周波数に
おいては、ガス入口に近接する点のプラズマが青色であ
るのに対し、ガス出口に近い点のプラズマの色は赤味が
かつていることが観察された。青色領域では、赤色領域
より速い蒸着速度が観察された。これに対し、７５　ｋ
Ｈｚの電界と相互作用する反応ガスにより形成されるプ
ラズマは均一な色を有し、従って、比較的均−な厚さの
アモルファス材料層を蒸着することがわかった。約５０
　ｋＨｚないし約２００　ｋＨｚの範囲の周波数の電界
により発生されるプラズマからはきわめて均一な組成の
層を得ることができる。

プラズマおよび層が均一であることに加えて、１３．５
６　ｍＨｚで蒸着されたシリコン材料が内部引張応力を
特かするのに対して、より低い周波数で蒸着されたもの
は内部応力が小さいことが観察された。引張応力により
蒸瘤層が剥離する場合が生じると考えられる゛が、これ
は過去において観察されている。このように１層の構造
と蒸着力は低周波数、低電力蒸着技術により向上する。

反応ガスの混合体の中に希釈剤として大量の不活性ガス
、たとえばＡｒ　％　Ｎｅ　％　Ｈｅ等を導入すると、
比較的高い周波数の１３．５６　ｍＨｚでも、きわめて
有利な７オトルミネセンスおよび光導電性を示す真性シ
リコンの蒸着をより良好に行なえる。よプ詳細には、ア
ルコ９ンと、５ＩＦ４およびＨ２の混合ガス（通例とな
っている比は４ないし９：１である）とを同量ずつ使用
したとき、有利な結果が得られた。こζで、プラズマの
エネルギープロフィール逼不活性ガスの混入にょシ著し
く変化するという理論（肇立っ。蒸着ガスと種々のエネ
ルギー状態の電離した不活性ガスとの相互作用により１
所望の蒸着に都合の良い種類のプラズマを容易に形成す
ることができるであろう。従うて、不活性ガスは、高品
質のアモルファスＳｉ合金を有効に蒸着するのに必要な
エネルギーおよび種類めプロフィールをもつプラズマを
形成するための一種の中間エネルセー緩衝器として働く
。（「アモルファス」という用語は、広範囲にわたシネ
定構造を有する合金または材料を指すが、短いまたは中
間的な秩序圧しい構造を有していても良く、また時には
ある種の結晶質構造を含んでいても良い。）仁のように
、チェンバ内部でのグロー放電／プラズマ蒸着過程を大
気を含む望ましくない反応物質（大気に限定されるので
はない）から隔離するのに４！ｒＫ適する弁が半導体処
理技術に導入されたことが明らかである。デバイス「組
立て２イン」に沿りて多数の蒸着チェンバが連続して配
列され、個々のチェンバが様々の化学的組成を有する層
を蒸着するために利用される場合に、この分離弁は特に
有用である。このよう々場合に変質元素を混合すると、
得られるデバイスの有用性が低下す・ることかある。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図および第１ｉ３図は本語明に係る連続的層蒸着
装置の側断面図および平断面図；第２Ａ図から第２Ｃ図
は夫々、各チェンバめ入口および出口において不活性ガ
スの分離層を提供する本発明に°係るスリット弁の正面
図、横断面図そして平面図； β 第３Ａ図および第３え図は本発明による蒸着チェンバの
側面図および横断面図；そして第４Ａ図および第４Ｂ図
は本発明に係る陰極の平面図および横断面図であり、第
４Ｃ図から第４Ｅ図は陰極の内部バブル板の平面図、・
第４Ｆ図は陰極の別の実施例である。 １０・・・フィルム基板、２８・・・Ｐ型層蒸着チェン
バ、３０・・・真性層蒸着チェンバ、３２・・・−Ｎｆ
ｆ１層蒸着チエンバ°、４８・・・分離弁、５８・・・
溝、６０・・・スリット、６４・・・不活性ガス源、６
６・・・円筒形溝、７４・・・真空デンゾ、２６・・・
蒸着チェンバ、９２．９４・・・スリット分離弁。 ＦＩＧ、２Ａ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板材料を通過させるための入口開口および出口開
   口を有するチェンバの内部を分離するための装置であっ
   て、 ａ）前記入口開口にある第１弁と； ｂ）前記出口開口にある第２弁で； ｃ）前記弁の各々が前記基板材料を通過させるための細
   孔を有するものと、 ｄ）各細孔の内部の不活性ガスを前記チェンバ内の圧力
   より大きい圧力に維持することにより、前記チェンバの
   入口開口および出口開口に不活性ガスの層を形成する手
   段とを具備する分離弁。 ２、前記第１弁および前記第２弁の内部で不活性ガスを
   維持する前記手段が ａ）不活性ガス源と； ｂ）前記弁内の通路で、前記通路が前記不活性ガス源と
   前記細孔とを連通するものとを含む特許請求の範囲第１
   項に記載の分離弁。 ３、前記通路が前記開口の内部を前記弁に接続する特許
   請求の範囲第２項に記載の分離弁。 ４、ａ）前記弁内の、前記通路が前記細孔と交差する位
   置にある内部円筒形溝で； ｂ）前記円筒形溝は前記細孔の幅だけ延在しているもの
   をさらに含む特許請求の範囲第３項に記載の分離弁。 ５、ａ）前記円筒形溝の一端に係合する入口通路と； ｂ）前記円筒形溝の他端に係合する出口通路と；ｃ）前
   記入口通路に係合して、不活性ガスを前記入口通路内へ
   導入するポンプと； ｄ）前記出口通路に係合して、前記円筒形溝内の前記不
   活性ガスの圧力を調整する真空手段とをさらに含む特許
   請求の範囲第４項に記載の分離弁。 ６、前記細孔が水平方向のスリットから成る特許請求の
   範囲第４項に記載の分離弁。 ７、前記スリットの横断面が一端で斜面となっている特
   許請求の範囲第５項に記載の分離弁。 ８、前記スリットの内側に潤滑剤が塗布されている特許
   請求の範囲第６項に記載の分離弁。 ９、ａ）貫通する細孔を有する本体と； ｂ）前記細孔を通して不活性ガスを所定の圧力に維持す
   る手段とを具備する分離弁。 １０、前記弁内で不活性ガスを維持する前記手段が、 ａ）不活性ガス源と； ｂ）前記弁内の通路で、前記通路は前記不活性ガス源を
   前記細孔と接続するものとを含む特許請求の範囲第９項
   に記載の分離弁。 １１、前記通路が前記細孔の内部を前記弁に接続する特
   許請求の範囲第１０項に記載の分離弁。 １２、ａ）前記弁内の、前記通路が前記細孔と交差する
   位置にある内部円筒形溝で； ｂ）前記円筒形溝が前記細孔の幅だけ延在しているもの
   をさらに含む特許請求の範囲第１１項に記載の分離弁。 １３、ａ）前記円筒形溝の一端に係合する入口通路と； ｂ）前記円筒形溝の他端に係合する出口通路と；ｃ）前
   記入口通路に係合して、前記入口通路内へ不活性ガスを
   導入するポンプと； ｄ）前記出口通路に係合して、前記円筒形溝内の前記不
   活性ガスの圧力を調整する真空手段とをさらに含む特許
   請求の範囲第１２項に記載の分離弁。 １４、前記細孔が水平方向のスリットから成る特許請求
   の範囲第１３項に記載の分離弁。 １５、前記スリットの横断面が一端で斜面となっている
   特許請求の範囲第１４項に記載の分離弁。