JPH05247655A

JPH05247655A - 堆積膜形成装置

Info

Publication number: JPH05247655A
Application number: JP8128291A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Sano; 政史佐野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-03-22
Filing date: 1991-03-22
Publication date: 1993-09-24
Anticipated expiration: 2014-06-21
Also published as: JP2907403B2

Abstract

(57)【要約】【目的】プラズマＣＶＤ法による堆積膜形成装置にお
いて、連続して移動する帯状の基体上に大面積にわたっ
て均一に、かつ膜厚方向への組成の変化を容易に制御で
き、より良質の機能性堆積膜を再現性よく量産すること
のできるようにする。【構成】連続して移動する基体１０３とプラズマ形成
用の電極１０５ａとによって区切られた膜形成空間１０
４ａ内に、原料ガスの流れを制御するための仕切板１１
６を基体１０３の移動方向に対し交差する方向に設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体デバイス、画像入
力用インラインセンサー、撮像デバイス、電子写真用感
光体などの用途に有用な機能性堆積膜を基体上に形成す
る堆積膜形成装置に関し、特に、光起電力素子などの大
面積の薄膜からなる半導体素子を長尺の帯状の基体に連
続して形成するための堆積膜形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、機能性堆積膜、ことに半導体薄膜
を形成する場合、機能性堆積膜に要求される電気的ある
いは物理的特性や用途に応じて、相応の成膜方法と成膜
装置が用いられていた。例えば、光起電力素子などに用
いられるアモルファスシリコン膜などの機能性堆積膜の
形成には、真空蒸着法、プラズマＣＶＤ法、反応性スパ
ッタリング法、イオンプレーティング法、光ＣＶＤ法な
どが適用されており、一般的にはプラズマＣＶＤ法が広
く用いられ企業化されている。

【０００３】しかしながら、これらの方法で形成された
機能性堆積膜は、電気的・光学的特性、繰り返し使用時
における疲労特性、使用環境特性、あるいは均一性・再
現性を含めた生産性・量産性などの点でさらに総合的な
特性の向上を図る余地がある。電気的・光学的特性、光
導電特性あるいは機械的特性のそれぞれを十分満足でき
る機能性堆積膜を得るためには、現状ではプラズマＣＶ
Ｄ法を用いることが最良の方法とされている。また、機
能性堆積膜の用途によっては、大面積化、膜厚の均一化
とともになお一層の膜品質の向上を図りながら、しかも
成膜速度を速くしつつ再現性のある量産を行なう必要が
あり、プラズマＣＶＤ法においてもこれらのことが今後
改善すべき課題であるという指摘がなされている。

【０００４】プラズマＣＶＤ法における上述のような課
題を解決するための手段の１つとして、米国特許第４４
７９４５５号明細書には、ロール・ツー・ロール（Ｒｏ
ｌｌｔｏＲｏｌｌ）方法において、長手方向に連続的
に搬送される基体に対し原料ガスの流れの向きが基体の
搬送方向と反平行になるようにすることにより、なお一
層均質な半導体膜を堆積させることのできるシステムが
開示されており、このシステムによれば光起電力素子製
造時の無駄が削減されかつ製造された光起電力素子の効
率が向上するとされている。また、米国特許第４６０８
９４３号明細書には、ロール・ツー・ロール方法によっ
て連続的に移動している基体上に堆積膜を形成する場合
において、堆積膜の膜厚方向に関して堆積膜中に特定元
素の濃度勾配をもたせるために、基体に対向するカソー
ド電極に前記特定元素の原料ガスを放出するための多数
のガス放出孔を設け、このガス放出孔から放出させる原
料ガスの流量をガス放出孔の基体搬送方向の位置に応じ
て変化させる方法および装置が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したカソード電極
に多数のガス放出孔を設けたプラズマＣＶＤ装置では、
一つの成膜空間に対して多数のガス導入部を設けること
になるため、膜厚方向への組成の変化の制御が複雑にな
りやすくさらに堆積膜を形成するときの条件の再現性に
乏しいという問題点がある。

【０００６】本発明の目的は、連続して移動する帯状の
基体上に大面積にわたって均一に、かつ膜厚方向への組
成の変化を容易に制御でき、より良質の機能性堆積膜を
再現性よく量産することのできる堆積膜形成装置を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、真空容器と、該真空容器内において帯状の
基体をその長手方向に連続して搬送する搬送手段と、前
記真空容器内に設けられ境界の少なくとも一部が前記帯
状の基体によって構成され、原料ガスとプラズマ形成エ
ネルギーとが導入される膜形成空間とを有し、該膜形成
空間にプラズマを形成することによって前記帯状の基体
の表面に堆積膜を形成する堆積膜形成装置において、前
記膜形成空間の内部に、前記原料ガスの流れを制御する
ための仕切板を、前記帯状の基体の搬送方向に交差する
方向に設けたことを特徴とする。

【０００８】前記プラズマ形成エネルギーとして高周波
電力を用い、前記膜形成空間に高周波プラズマを形成す
るようにするとよい。また、膜形成空間に原料ガスを供
給するための導入部を仕切板の両側にそれぞれ設けるよ
うにしてもよい。

【０００９】

【作用】膜形成空間の内部に、原料ガスの流れを制御す
るための仕切板を帯状の基体の搬送方向に対し概ね垂直
になるように設けているので、仕切板の両側で原料ガス
の濃度、圧力に差が生じ、一方、帯状の基体は仕切板を
またがるように連続的に移動しているから、帯状の基体
上に堆積する膜には膜厚方向の組成の変化が生じる。ま
た、仕切板によって膜形成空間が仕切られることとなる
ので、仕切られた空間内での原料ガスの分布が均一にな
り、帯状の基体の幅方向には堆積膜がより均一に形成さ
れることになる。

【００１０】また、膜形成空間に原料ガスを供給するた
めの導入部を仕切板の両側にそれぞれ設けると、それぞ
れの導入部から膜形成空間に導入されるガスの種類や流
量が異なる場合に、仕切板の両側での異なるガスの分割
がより有効に行われるので、帯状の基体上に堆積する膜
の膜厚方向の組成の変化がより急峻なものとなる。

【００１１】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１２】（実施例１）図１は本発明の一実施例の堆
積膜形成装置の構造を示す概略断面図である。図中の矢
印は、ガスの流れを模式的に示したものである。

【００１３】この堆積膜形成装置は、２個の内部容器１
０２ａ、１０２ｂを内部に有する真空容器１０１からな
る。真空容器１０１には、各内部容器１０２ａ、１０２
ｂにそれぞれ対応し図示しない排気ポンプに他端が接続
された２本の排気管１１１ａ、１１１ｂが接続されてい
る。各排気管１１１ａ、１１１ｂの途中には、それぞれ
真空計１１０ａ、１１０ｂが設けられている。

【００１４】堆積膜が形成される帯状の基体１０３は、
真空容器１０１の外側にある送りロール１１４から供給
され、真空容器１０１の図示左側の側壁に取り付けられ
たガスゲート１１３ａを通って真空容器１０１内に導入
され、真空容器１０１の図示右側の側壁に取り付けられ
たガスゲート１１３ｂを通って真空容器１０１の外側に
ある巻取りロール１１５に巻取られるようになってい
る。図示しない駆動モータで巻取りロール１１５を回転
駆動することにより、基体１０３は送りロール１１４か
ら連続的に真空容器１０１内に供給され、真空容器１０
１内を基体１０３の長手方向に沿って連続的に移動し、
巻取りロール１１５に巻取られることになる。すなわ
ち、基体１０３は図示左側から右側方向へ連続的に搬送
されることとなる。各ガスゲート１１３ａ、１１３ｂ
は、真空を破らずに基体１０３を連続的に真空容器１０
１内に搬送しかつゲートガスを導入できる構造となって
おり、この真空容器１０１を他の真空容器と接続すると
きの連結部ともなるものである。また、送りロール１１
４、巻取りロール１１５は、各ガスゲート１１３ａ、１
１３ｂにそれぞれ接続された不図示の真空室内に格納さ
れ、基体１０３が大気に曝されることのないようになっ
ている。

【００１５】各内部容器１０２ａ、１０２ｂは、それぞ
れ一面が開口部となった中空の直方体形状であり、前記
開口部が基体１０３に近接して対向するように設けられ
ている。各内部容器１０２ａ、１０２ｂには、各排気管
１１１ａ、１１１ｂの真空容器１０１側の取り付け部に
対向して排気用の開口がそれぞれ設けられ、また該開口
から前記取り付け部に向かう開管状の突起１１７ａ、１
１７ｂがそれぞれ設けられている。前記開口には調整板
１０８ａ、１０８ｂがそれぞれ取り付けられている。前
記突起１１７ａ、１１７ｂの先端部および各排気管１１
１ａ、１１１ｂの前記取り付け部にもそれぞれ調整板１
０９ａ、１０９ｂが取り付けられている。これら各調整
板１０８ａ、１０８ｂ、１０９ａ、１０９ｂは、排気コ
ンダクタンスを調整し、膜形成空間１０２ａ、１０２ｂ
の内外に差圧を発生させるために開口部の面積を変化で
きる部材、例えばスリット状あるいは絞り状の部材であ
り、その開口部の面積をを変えることにより前記差圧を
適宜選択できることになる。

【００１６】また、各内部容器１０２ａ、１０２ｂに
は、原料ガスを加熱するためのガスヒーター１０６ａ、
１０６ｂ、プラズマ放電を発生するための電極１０５
ａ、１０５ｂがそれぞれ設けられている。ガスヒーター
１０６ａ、１０６ｂは、原料ガスを加熱してポリシラン
などの発生を防止するとともに、電極１０５ａ、１０５
ｂを加熱して該電極１０５ａ、１０５ｂの表面に吸着さ
れている残留空気や水分を除去する働きを有する。

【００１７】各電極１０５ａ、１０５ｂはそれぞれ平板
状の形状であり、いくつかに分割された形状でもよく、
基体１０３に対向してこれに平行になるように設けられ
ている。各電極１０５ａ、１０５ｂは、真空容器１０１
の外部に設けられた２個の高周波電源１１２ａ、１１２
ｂの一端に、図示しないマッチングボックスを介してそ
れぞれ電気的に接続されている。各高周波電源１１２
ａ、１１２ｂの他端は接地されている。このように電極
１０５ａ、１０５ｂを配置したことにより、真空容器１
０１内を排気し、所定の原料ガスを導入し、各高周波電
源１１２ａ、１１２ｂから高周波電力を前記電極１０５
ａ、１０５ｂに印加したとき、前記電極１０５ａ、１０
５ｂと基体１０３とではさまれた空間でプラズマ放電が
生起することとなり、前記空間がそれぞれ膜形成空間１
０４ａ、１０４ｂとなる。すなわち、各内部容器１０２
ａ、１０２ｂに対応してそれぞれ膜形成空間１０４ａ、
１０４ｂが形成されることになる。

【００１８】図示左側の内部容器１０２ａに形成された
膜形成空間１０４ａには、この膜形成空間１０４ａにお
ける原料ガスの流れをを制御するための長方形の仕切板
１１６が設けられている。仕切板１１６は、基体１０３
の搬送方向に交差する方向に、前記左側の内部容器１０
２ａの電極１０５ａに取り付けられている。仕切板１１
６の高さは、基体１０３と前記電極１０５ａとの間隔よ
りも若干小さく、したがって仕切板１１６の上辺と基体
１０３との間には隙間が形成されることになる。また、
仕切板１１６の横幅は少なくとも基体１０３の横幅より
も大きく、仕切板１１６が前記膜形成空間１０４ａを仕
切るようになっている。仕切板１１６は、導電性、非導
電性のいずれであってもよいが、非導電性のものが好ま
しく、例えば石英、アルミナセラミックス、窒化アルミ
ニウムなどが挙げられる。

【００１９】前記膜形成空間１０４ａにおいて、仕切板
１１６を基体１０３の搬送方向に関しどこに設けるか
は、基体１０３上に堆積させようとする膜の膜厚方向へ
の組成の変化に応じて適宜定められる。図示しないアク
チュエーターなどからなる移動手段を用い、外部からの
操作によって、仕切板１１６を図示太矢印方向に移動で
きるようにしてもよい。

【００２０】さらに真空容器１０１の外部に設けられた
ガスボンべなどのガス供給源から原料ガスを各内部容器
１０２ａ、１０２ｂの内部にそれぞれ供給するための第
１、第２のガス供給管１０７ａ、１０７ｂが、真空容器
１０１の壁を貫通しそれぞれの内部容器１０２ａ、１０
２ｂに取り付けられている。原料ガスは各ガス供給管１
０７ａ、１０７ｂから対応する内部容器１０２ａ、１０
２ｂに供給され、各ガスヒーター１０６ａ、１０６ｂで
加熱され、そして各膜形成空間１０４ａ、１０４ｂへ導
入され、そののち突起１１７ａ、１１７ｂ、排気管１１
１ａ、１１１ｂを経て排気されることになる。この場
合、左側の内部容器１０２ａに取り付けられた第１のガ
ス供給管１０７ａから導入された原料ガスは、前記左側
の内部容器１０２ａの膜形成空間１０４ａに仕切板１１
６で仕切られた一方の側から導入されることなる。そこ
で、前記膜形成空間１０４ａの仕切板１１６で仕切られ
た他方の側に原料ガスを直接供給するための第３のガス
供給管１０７ｃが設けられている。第３のガス供給管１
０７ｃは真空容器１０１の壁を貫通して設けられてい
る。これら３本のガス供給管１０７ａ、１０７ｂ、１０
７ｃは、原料ガスのほか、基体１０３の加熱用のガスや
真空容器１０１を洗浄するためのガスを真空容器１０１
内に導入するときにも用いられる。

【００２１】真空容器１０１内の基体１０３の裏面側
（各内部容器１０２ａ、１０２ｂに対向しない側）に
は、基体１０３を加熱するための輻射熱を発生する一群
のランプヒーター１１８が設けられている。

【００２２】次にこの堆積膜形成装置の動作について説
明する。

【００２３】まず、図示しない排気ポンプにより真空容
器１０１内を排気し、前記排気ポンプを作動させなが
ら、各ガス供給管１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃより真
空容器１０１内にそれぞれ所定の原料ガスを導入する。
また、各ガスヒーター１０５ａ、１０５ｂ、ランプヒー
ター１１８を作動させ、図示しない駆動モーターにより
巻取りロール１１５を回転駆動して帯状の基体１０３を
連続的に移動させる。このようにすることにより、真空
容器１０１内を連続的に移動する基体１０３は加熱さ
れ、第１、第２のガス供給管１０７ａ、１０７ｂから膜
形成空間１０４ａ、１０４ｂに導入される原料ガスも加
熱される。

【００２４】この状態で、各高周波電源１１２ａ、１１
２ｂにより各電極１０５ａ、１０５ｂに高周波電力をそ
れぞれ印加すると、各膜形成空間１０４ａ、１０４ｂで
高周波放電が発生してプラズマが生成し、該プラズマの
作用によって原料ガスが分解し、連続的に移動している
基体１０３に表面に堆積膜が形成される。ここで図示左
側の内部容器１０２ａに形成された膜形成空間１０４ａ
に注目すると、この膜形成空間１０４ａには仕切板１１
６が存在するため、第１のガス供給管１０７ａから供給
された原料ガスは仕切板１１６によって仕切られた前記
膜形成空間１０４ａのうちの右側の空間にまず導入さ
れ、主として該空間において分解されて基体１０３に堆
積することとなる。第３のガス供給管１０７ｃから導入
された原料ガスは仕切板１１６の左側の空間にのみ導入
され、この空間で分解して基体１０３上に堆積すること
となる。

【００２５】基体１０３は、図示左側から右側方向へ連
続的に搬送されているから、まず仕切板１１６の左側の
部分で堆積膜の形成をうけ、続いて仕切板１１６の右側
の部分で堆積膜の形成をうけることになる。第１および
第３のガス供給管１０７ａ、１０７ｃとから導入される
原料ガスの種類と流量を調整することにより、仕切板１
１６をはさんだ両側において基体１０３上に堆積する膜
の組成が異なることになるから、結局、基体１０３に堆
積する膜の膜厚方向に組成が変化するようになる。仕切
板１１６をまたがる原料ガスの混合の度合が少なけれ
ば、それだけ上述した組成の膜厚方向への変化は急峻な
ものとなる。

【００２６】また仕切板１１６を設けているので、前記
膜形成空間１０４ａにおける圧力の分布は、仕切板１１
６のところで急激に変化しその他のところではほとんど
変化しないような分布となり、また仕切板１１６が基体
１０３の幅方向に延びているので、基体１０３の横方向
への原料ガスの分布がより均一になり、基体１０３に堆
積する膜の幅方向の均一性が向上し、膜質も良好なもの
となる。

【００２７】以上の説明では、前記膜形成空間１０４ａ
の仕切板１１６で仕切られた図示左側の空間に直接原料
ガスを導入する第３のガス供給管１０７ｃを設けている
が、このガス供給管１０７ｃを設けなくても仕切板１１
６の両側でガスの濃度、圧力などが異なるため、基体１
０３上に膜厚方向に組成が変化した堆積膜を良好に形成
することができる。

【００２８】（実施例２）図２は、上述した堆積膜形成
装置における真空容器１０１の両側にさらに堆積膜形成
のための真空容器をそれぞれカスケードに接続した、光
起電力素子などを容易に作成しうる堆積膜形成装置の構
造を示す概略断面図である。

【００２９】３基の真空容器２０１〜２０３がそれぞれ
ガスゲート２０４、２０５を介して直列に接続されてい
る。帯状の基体２１１は、第１の真空容器２０１の内部
に設けられた送りロール２１２から繰り出され、第１の
ガスゲート２０４、第２の真空容器２０２、第２のガス
ゲート２０５を順次通って、第３の真空容器２０３の内
部に設けられた巻取りロール２１３に巻取られるように
なっている。図示しない駆動手段により巻取りロール２
１３を図示矢印方向に回転駆動すると、基体２１１は、
送りロール２１２から繰り出され、連続的に搬送される
ことになる。基体２１１の上にｐｉｎ接合を有するアモ
ルファス光起電力素子を形成する場合、第１の真空容器
２０１はｎ型半導体層を、第２の真空容器２０２はｉ型
半導体層を、第３の真空容器２０３はｐ型半導体層をそ
れぞれ形成するための成膜室となる。

【００３０】第１の真空容器２０１は、送りロール２１
２が収納される真空室２１４と一体的に設けられ、送り
ロール２１２から繰り出される基体２１１に対向するよ
うに設けられた内部容器２２１、内部容器に原料ガスを
供給するためのガス供給管２２２、ガスを加熱するため
内部容器２２１に設けられたガスヒータ２２３、図示し
ない高周波電源に接続され内部容器２２１に設けられた
電極２２４、基体２１１をはさんで内部容器２２１に対
向して設けられ基体２１１を加熱するランプヒータ２２
５を有している。内部容器２２１の構成は、上述の実施
例１における右側の内部容器１０２ｂと同じである。ま
た、真空容器２０１には、他端が図示しない排気ポンプ
に接続された排気管２２６の一端が接続されている。

【００３１】第１の真空容器２０１と第２の真空容器２
０２を接続する第１のガスゲート２０４には、ゲートガ
スを導入するためのゲートガス導入管２０６が接続され
ている。第２の真空容器２０２の構成は、上述の実施例
１における真空容器１０１と同一である。また、第２の
真空容器２０２と第３の真空容器２０３とを接続する第
２のガスゲート２０５には、ゲートガスを導入するため
のゲートガス導入管２０７が接続されている。第３の真
空容器２０３は、巻取りロール２１３を収納する真空室
２１５と一体的に設けられ、第１の真空容器２０１と鏡
像の関係を有する構造となっている。各真空室２１４、
２１５には、図示しない排気ポンプに接続された排気管
２１６がそれぞれ接続されている。

【００３２】次に、この堆積膜形成装置の動作について
説明する。

【００３３】まず、各真空容器２０１〜２０３と各真空
室２１４、２１５を排気し、各ガスゲート２０４、２０
５のゲートガス導入管２０６、２０７から、各真空容器
２０１〜２０３内の原料ガスが隣接する真空容器内に流
入するのを防ぐためのゲートガスを導入する。続いて、
各真空容器２０１〜２０３に所定の原料ガスを供給しつ
つ、図示しない駆動手段によって巻取りロール２１３を
回転駆動し、帯状の基体２１１を連続的にその長手方向
に搬送する。この状態で各真空容器２０１〜２０３内で
プラズマ放電を生起させることにより、基体２１１の上
に堆積膜が形成される。このとき基体２１１が第１の真
空容器２０１から第３の真空容器２０３に向かう方向に
連続的に搬送されているので、基体２１１の表面には、
基体２１１の本体側から、第１の真空容器２０１での堆
積層、第２の真空容器２０２での堆積層、第３の真空容
器２０３での堆積層が順次積層されることになる。

【００３４】特に、第２の真空容器２０２に上述の実施
例１での真空容器１０１と同じものを使用しているの
で、基体２１１上に第２の真空容器２０２で堆積する膜
において、その膜厚方向に組成が良好に変化し、また基
体２１１の幅方向への膜の均一性がより一層向上する。
したがって、この堆積膜形成装置をｐｉｎ型接合を有す
るアモルファス光起電力素子の作成に利用すると、ｉ型
半導体層に膜厚方向の組成の変化を持たせることが可能
になるとともにｉ型半導体層の膜質が向上する。アモル
ファス光起電力素子の特性が概ねｉ型半導体層の特性で
定まることが知られているから、この堆積膜形成装置に
よって、より優れたアモルファス光起電力素子が得られ
ることになる。

【００３５】次に、上述の各実施例に示した堆積膜形成
装置を用いて実際に堆積膜を形成した結果について、比
較例を参照しながら説明する。

【００３６】（実験例１）図１に示した実施例１の堆積
膜形成装置を用い、帯状の基体１０３上にアモルファス
シリコンゲルマニウム膜を成膜した。基体１０３として
はステンレス（SUS430BA，幅１２cm×長さ５０m×厚さ
０.２mm）を用い、真空容器１０１の排気ポンプとし
て、ロータリーポンプとメカニカルブースターポンプと
ターボ分子ポンプ（島津製作所製TMP-150）を用いた。
また、各内部容器１０２ａ、１０２ｂの排気用の開口に
取り付けられた調整板１０８ａ、１０８ｂと、突起１１
７ａ、１１７ｂの先端部および各排気管１１１ａ、１１
１ｂの前記取り付け部に取り付けられた調整板１０９
ａ、１０９の開口比が１：１８になるようにした。ま
た、図示左側の内部容器１０２ａに形成された膜形成空
間１０４ａを排気側（図示左側）からみて１：２に分割
するところに、仕切板１１６を配置するようにした。

【００３７】まず、送りロール１１４、巻取りロール１
１５をそれぞれ格納している不図示の２個の真空室と真
空容器１０１とをロータリーポンプで荒引きし、続いて
メカニカルブースターポンプにより、圧力が約１０^-3To
rrになるまで排気した。ランプヒータ１１８により基体
の表面温度を３００℃に保持し、また各ガスヒーター１
０６ａ、１０６ｂを３３０℃に保ち、次にターボ分子ポ
ンプにて２×１０^-5Torr以下まで排気した。

【００３８】真空度が２×１０^-5Torr以下になったら、
不図示のガスボンベから不図示のマスフローコントロー
ラーを介して、４００sccmのＨ₂ガスをパージガスとし
て第１、第２のガス供給管１０７ａ、１０７ｂと前記２
個の真空室に設けられた不図示の導管とから導入し、各
真空計１１０ａ、１１０ｂの示度が１.０Torrとなるよ
うにそれぞれの排気管１１１ａ、１１２ｂに取り付けら
れた不図示のバタフライバルブを調整しつつ、ターボ分
子ポンプで２時間排気した。

【００３９】その後、不図示のガスボンベからマスフロ
ーコントローラー（不図示）を介して、第１、第２ガス
供給管１０７ａ、１０７ｂより表１に示す条件でＳｉ₂
Ｈ₆、ＧｅＨ₄、Ｈ₂の各ガスを導入し、各真空計１１０
ａ、１１０ｂの示度が１.０Torrになるようメカニカル
ブースターポンプの回転数を調整した。まず、０.５時
間にわたって上記ガスを流し、そののちガスを流したま
ま各高周波電源１１２ａ、１１２ｂより１３.５６MHzの
表１に示す実効値の高周波電力を各電極１０５ａ、１０
５ｂにそれぞれ印加し、各膜形成空間１０４ａ、１０４
ｂでプラズマ放電を生起させ、基体１０３上に長さ４０
ｍにわたって堆積膜を形成した。このとき、基体１０３
の搬送速度は１４cm／minであった。

【００４０】

【表１】

【００４１】堆積膜形成後、冷却させてから基体１０３
を取り出し、基体１０３の長手方向および幅方向につい
て、膜厚計（東京エレクトロン社製アルファステップ
１００）を用いて堆積膜の膜厚分布を測定した。その結
果、膜厚のばらつきは２.５％以内に納まっており、ま
た堆積速度を計算したところ平均８Å／ｓであった。次
に、堆積膜の形成された基体１０３の一部を任意に３５
ヶ所切り出し、２次イオン質量計（ＳＩＭＳ）（ＣＡＭ
ＥＣＡ社製 imf-3f）を用い、堆積膜の深さ方向の組成
分析を行った。その結果、任意の膜厚の点でのゲルマニ
ウム含有量のばらつきは、切り出した３５個のサンプル
について±３％以内に納まっていた。

【００４２】（比較例１）上述の実験例１において仕切
板１１６を取り除いた他は同様にして、基体上に堆積膜
を形成した。その後、実験例１と同様にして、ゲルマニ
ウム含有量の深さ方向の分布を調べたところ、任意の膜
厚の点でのゲルマニウム含有量のばらつきは±６％であ
った。

【００４３】以上の実験例１と比較例１を比較すると、
本発明の堆積膜形成装置を使用することにより、連続的
に移動する帯状の基体上に堆積膜を形成する場合に、膜
厚方向への組成の変化を正確に制御できることがわかっ
た。このことは、例えばアモルファス光起電力素子の作
成において、バンドギャップ調整剤を所望のとおり再現
性よく分布できることを示す。

【００４４】（実験例２）図２に示す実施例２の堆積膜
形成装置を用い、基体上にｐｉｎ型接合が設けられ、傾
斜型のバンドギャッププロファイルを有する太陽電池シ
ングルセルを作成した。基体２１１として、上述の実験
例と同様のものを使用した。

【００４５】基体２１１を搬送速度１５cm／minで連続
的に搬送しながら、基体２１１上に、第１の真空容器２
０１でｎ型半導体層を、第２の真空容器２０２でｉ型半
導体層を、第３の真空容器でｐ型半導体層を順次堆積さ
せた。このとき、各真空容器２０１〜２０３間での原料
ガスの混合を防ぐため、各ゲートガス導入管２０６、２
０７よりＡｒガス、Ｈ₂ガスをそれぞれ３００sccm、３
５０sccm導入した。ｎ型半導体層とｐ型半導体層の堆積
の条件は表２に示すとおりであり、また、ｉ型半導体層
の堆積の条件は上述の実験例１で表１により示したもの
と同じにした。また、その他の動作も実験例１と同様で
ある。

【００４６】

【表２】

【００４７】このようにして作成したアモルファスシリ
コンゲルマニウム太陽電池に、ＡＭ値が１.５、光強度
が１００mＷ／cm²の疑似太陽光を照射し、このアモルフ
ァスシリコンゲルマニウム太陽電池の任意の４０ヶ所に
おいて光電変換効率を測定したところ、光電変換効率の
ばらつきは±４％以内におさまっていた。

【００４８】（比較例２）上述の実験例２において第２
の真空容器２０２内の膜形成空間に設けられた仕切板を
取外し、他は実験例２と同様にして、傾斜型バンドギャ
ッププロファイルを有する太陽電池シングルセルを作成
した。その後、実験例２と同様にして、作成した太陽電
池シングルセルの光電変換効率を測定したところ、光電
変換効率のばらつきは±８％であった。

【００４９】実験例２と比較例２とを比較すると、膜形
成空間に仕切板を設けることにより、光電変換効率のば
らつきが半減した。以上の結果より、本発明の堆積膜形
成装置を使用することによって、連続的に移動する帯状
の基体上に太陽電池を作成するときに、大面積にわたっ
て再現性よく良好な太陽電池が得られることがわかっ
た。

【００５０】（実験例３）上述の実験例２で使用した堆
積膜形成装置では第２の真空容器２０２には１枚の仕切
板が使用されていたが、仕切板を２枚にし、他は実験例
２と同様にして傾斜型バンドギャッププロファイルを有
する太陽電池シングルセルを作成した。

【００５１】ここで、本実験例における仕切板の配置の
詳細について説明する。実験例２における第２の真空容
器２０２は、図１により上述の実施例１において説明し
た真空容器１０１と同じ構成であるので、該真空容器１
０１によって２枚の仕切板の配置を説明する。

【００５２】真空容器１０１において、仕切板１１６は
図示左側の内部容器１０２ａに形成される膜形成空間１
０４ａを排気側から１：２に内分する位置に設けられて
いる。本実験例は、前記膜形成空間１０４ａを排気側か
ら２：１に内分する点に、前記仕切板１１６と同様の構
成の第２の仕切板をさらに設けたものである。この結
果、前記膜形成空間１０４ａは、これら２枚の仕切板に
よって、基体１０３の搬送方向に沿ってほぼ３等分され
たことになる。

【００５３】実験例２と同様にして、作成された太陽電
池の任意の３５ヶ所について光電変換効率を測定したと
ころ、光電変換効率のばらつきは±３％以内におさまっ
ていた。またＦ.Ｆ.（曲線因子）が、実験例２の太陽電
池に比べ約２％ほど向上していた。

【００５４】以上の結果より、本発明の堆積膜形成装置
において、膜形成空間に設ける仕切板の枚数を増やすこ
とによって、大面積にわたってより再現性よく、また特
性がより優れた太陽電池が得られることがわかった。

【００５５】（実験例４）実施例２の堆積膜形成装置を
用い、第２の真空容器２０２の仕切板の設けられた膜形
成空間の前記仕切板より排気側にもガス供給管により原
料ガスを導入しながら、実験例２と同様にして傾斜型バ
ンドギャッププロファイルを有する太陽電池シングルセ
ルを作成した。上述のように第２の真空容器２０２は実
施例１での真空容器１０１と同じ構成であるので、図１
により説明する。

【００５６】真空容器１０１の図示左側の内部容器１０
２ａに形成された膜形成空間１０４ａには、該膜形成空
間１０４ａに設けられた仕切板１１６よりも排気側にガ
スを導入するための第３のガス供給管１０７ｃが取り付
けられている。このガス供給管１０７ｃから、Ｓｉ
₂Ｈ₆、Ｈ₂ガスを前記膜形成空間１０４ａに導入した。
このときの太陽電池シングルセルの形成条件をまとめる
と、表３に示すもののようになる。

【００５７】

【表３】

【００５８】このように作成した太陽電池について、実
験例２と同様にして任意の３５ヶ所について光電変換効
率を測定した。その結果、光電変換効率のばらつきは±
３.５％以内におさまっていた。また、上述の比較例２
による太陽電池と比較すると、Ｆ.Ｆ.（曲線因子）およ
びＶ_oc（開放電圧）がそれぞれ１.５％ずつ向上した。

【００５９】以上の結果より、本発明の堆積膜形成装置
において仕切板より排気側の膜形成空間にも原料ガスを
導入することによって、大面積にわたってより再現性よ
く、また特性がより優れた太陽電池が得られることがわ
かった。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、膜形成空
間の内部に原料ガスの流れを制御するための仕切板を帯
状の基体の搬送方向に対し交差する方向に設けることに
より、仕切板の両側で原料ガスの濃度、圧力に差が生
じ、帯状の基体上に堆積する膜の膜厚方向の組成の変化
を容易にかつ良好に制御することができ、また、仕切板
によって膜形成空間が仕切られることとなるので、帯状
の基体の幅方向には堆積膜が大面積にわたって均一に形
成され、より良質の機能性堆積膜を再現性よく量産でき
るようになるという効果がある。特に、膜厚方向にバン
ドギャップが連続的に変化する良質の半導体薄膜を量産
性よく作成するのに適しているという効果がある。ま
た、仕切板で区切られた両側の膜形成空間にそれぞれ原
料ガスの導入部を設けることにより、仕切板の両側での
原料ガスの分割がより有効に行われるので、堆積膜の膜
厚方向の組成の変化をより急峻なものにすることがで
き、膜厚方向への組成の制御を容易かつ正確に行えるよ
うになるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の堆積膜形成装置の構造を示
す概略断面図である。

【図２】本発明の別の実施例の堆積膜形成装置の構造を
示す概略断面図である。

【符号の説明】

１０１、２０１〜２０３真空容器１０２ａ、１０２ｂ、２２１内部容器１０３、２１１基体１０４ａ、１０４ｂ膜形成空間１０５ａ、１０５ｂ、２２４電極１０６ａ、１０６ｂ、２２３ガスヒーター１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、２２２ガス供給
管１０８ａ、１０８ｂ、１０９ａ、１０９ｂ調整板１１０ａ、１１０ｂ真空計１１１ａ、１１１ｂ、２１６、２２６排気管１１２ａ、１１２ｂ高周波電源１１３ａ、１１３ｂ、２０４、２０５ガスゲー
ト１１４、２１２送りロール１１５、２１３巻取りロール１１６仕切板１１７ａ、１１７ｂ突起１１８、２２５ランプヒーター２０６、２０７ゲートガス導入管２１４、２１５真空室

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器と、該真空容器内において帯状
の基体をその長手方向に連続して搬送する搬送手段と、
前記真空容器内に設けられ境界の少なくとも一部が前記
帯状の基体によって構成され原料ガスとプラズマ形成エ
ネルギーとが導入される膜形成空間とを有し、該膜形成
空間にプラズマを形成することによって前記帯状の基体
の表面に堆積膜を形成する堆積膜形成装置において、前記膜形成空間の内部に、前記原料ガスの流れを制御す
るための仕切板を、前記帯状の基体の搬送方向に対し交
差する方向に設けたことを特徴とする堆積膜形成装置。
【請求項２】仕切板を帯状の基体の搬送方向と平行方
向に往復移動するための移動手段を有する請求項１記載
の堆積膜形成装置。
【請求項３】プラズマ形成エネルギーが高周波電力で
ある請求項１または２記載の堆積膜形成装置。
【請求項４】膜形成空間に原料ガスを供給するための
導入部が、仕切板の両側にそれぞれ設けられている請求
項１、２または３記載の堆積膜形成装置。