JPH06260419A - 機能性堆積膜の連続的形成装置および形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ロール・ツー・ロール方式の堆積膜形成装置
に、帯状基板の移動を間欠的に行なう手段、帯状基板停
止時に密着する温度制御部材および帯状基板と温度制御
部材との間欠的密着を行なう手段を配設し、機能性堆積
膜形成を連続的に行なう。 【効果】 本発明の装置および方法により、低圧下で堆
積膜形成時の帯状基板温度を高精度に制御しながら、多
様な形状の堆積膜空間中で、多様な形状の帯状基板上
に、均一な堆積膜を連続的に形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、機能性堆積膜を大面積
に亘って連続的に形成する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、全世界的に電力需要が急激に増大
し、そうした需要を賄うべく電力生産が活発化するに及
んで環境汚染の問題が深刻化してきている。

【０００３】因に、火力発電に代替する発電方式として
期待され、既に実用期に入ってきている原子力発電にお
いては、チェルノブイリ原子力発電所事故に代表される
ように重大な放射能汚染が人体に被害を与えると共に自
然環境を侵す事態が発生し、原子力発電所の新設を禁止
する法令を定めた国さえ出てきている。

【０００４】また、火力発電にしても増大する電力需要
を賄う上から石炭、石油に代表される化石燃料の使用量
は増加の一途をたどり、それにつれて排出される二酸化
炭素の量が増大し、大気中の二酸化炭素等の温室効果ガ
ス濃度を上昇させ、地球温暖化現象を招き、地球の年平
均気温は確実に上昇の一途をたどっており、ＩＥＡ（In
ternational Energy Agency ）では２００５年までに二
酸化炭素の排出量を２０％削減することを提言してい
る。

【０００５】こうした背景のある一方、開発途上国にお
ける人口増加、そして、それに伴う電力需要の増大は必
至であり、先進諸国における今後更なる生活様式のエレ
クトロニクス化の促進による人口一人当たりの電力消費
量の増大と相まって、電力供給問題は地球規模で検討さ
れなければならない状況になってきている。

【０００６】こうした状況下で、太陽光を利用する太陽
電池による発電方式は、前述した放射能汚染や地球温暖
化等の問題を起こすことがなく、また、太陽光は地球上
いたるところに降り注いでいるためエネルギー源の偏在
が少なく、さらには、複雑な大型の設備を必要とせず比
較的高い発電効率が得られる等、今後の電力需要の増大
に対しても、地球破壊を引き起こすことなく対応できる
クリーンな発電方式として注目を集め、実用化に向けて
様々な研究開発がなされている。

【０００７】ところで、太陽電池を用いる発電方式につ
いては、それを電力需要を賄うものとして確立させるた
めには、使用する太陽電池が、十分に高い光電変換効率
を有し、特性安定性が優れたものであり、かつ大量生産
し得るものであることが基本的に要求される。

【０００８】因に、一般的な家庭において必要な電力を
全て賄うには、１世帯当たり３ｋＷ程度の出力の太陽電
池が必要とされるが、その太陽電池の光電変換効率が例
えば１０％程度であるとすると、必要な出力を得るため
の前記太陽電池の面積は３０ｍ² 程度となる。そして、
例えば１０万世帯の家庭において必要な電力を供給する
には３，０００，０００ｍ² といった大面積の太陽電池
が必要になる。

【０００９】こうしたことから、容易に入手できるシラ
ン等の気体状の原料ガスを使用し、これをグロー放電分
解して、ガラスや金属シート等の比較的安価な基板上に
アモルファスシリコン等の半導体薄膜を堆積させること
により作製できる太陽電池が、量産性に富み、単結晶シ
リコン等を用いて作製される太陽電池に比較して低コス
トで生産できる可能性があるとして注目され、その生産
方法、生産装置について各種の提案がなされている。

【００１０】因に、米国特許第４，０００，４０９号に
は、ロール・ツー・ロール（ Rollto Roll ）方式を採
用した連続プラズマＣＶＤ装置が開示されている。その
記載によれば、この装置に複数のグロー放電領域を設
け、所望の幅の十分に長い可撓性の基板を、該基板が前
記各グロー放電領域を順次貫通する経路に沿って配置
し、前記各グロー放電領域において必要とされる導電型
の半導体層を堆積形成しつつ、前記基板をその長手方向
に連続的に搬送せしめることによって、半導体接合を有
する大面積の素子を連続的に形成することができるとさ
れている。こうしたことから、このロール・ツー・ロー
ル方式は大面積の半導体素子の量産に適する方法といえ
よう。

【００１１】ところで、このようなロール・ツー・ロー
ル方式の装置において、その表面に半導体薄膜を形成す
る帯状基板は、その表面上に半導体薄膜が形成される間
にも連続的に搬送されているため、搬送されながら半導
体薄膜形成に適した温度に温度制御が行なわれることに
なる。

【００１２】従来、ロール・ツー・ロール方式の堆積膜
形成装置における帯状基板の温度制御手段としては以下
のようなものが知られている。

【００１３】米国特許第４，３８９，９７０号には、帯
状基板の裏面側に配設された棒状のランプヒーターが開
示されている。

【００１４】該温度制御手段では、帯状基板の裏面側に
複数の棒状ランプヒーターが配設されることにより、長
手方向に連続搬送される帯状基板は裏面から輻射および
ガスの対流によって非接触で加熱される。

【００１５】また、特開昭６２−２５９４２７号明細書
には、帯状基板の裏面に密着して回転する加熱キャンが
開示されている。

【００１６】該温度制御手段では、温度制御がなされた
加熱キャンが可撓性基板に密着しながら回転することに
より、長手方向に連続搬送される帯状基板は接触による
熱伝導で温度制御される。

【００１７】一方、マイクロ波を用いたプラズマプロセ
スが最近注目されている。

【００１８】マイクロ波は周波数が高いため従来のラジ
オ周波数の高周波を用いた場合よりもエネルギー密度を
高めることが可能であり、プラズマを効率よく発生さ
せ、維持させることに適している。

【００１９】例えば、特開平３−３０４１９号明細書に
は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法を用いたロール・ツー
・ロール方式の堆積膜形成方法および装置が開示されて
いるが、その記載によると、マイクロ波によってプラズ
マを生起させることにより低圧下でも堆積膜の形成が可
能になり、堆積膜の膜特性低下の原因となる活性種のポ
リマライゼーションを防ぎ高品質の堆積膜が得られるば
かりでなく、プラズマ中でのポリシラン等の粉末の発生
を抑え、かつ、堆積速度の飛躍的向上が図れるとされて
いる。

【００２０】なお、該明細書には帯状基板を加熱および
／または冷却する温度制御手段を備えるとの記載がある
が、温度制御手段の構造に関して詳細な説明はなされて
いない。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このマイク
ロ波プラズマＣＶＤ法を用いた堆積膜形成装置に従来の
ランプヒーターによる温度制御手段を用いた場合には、
堆積膜の高品質化を図るため堆積膜形成時の圧力を低下
させていくと、温度制御性が著しく低下するという問題
点があった。

【００２２】すなわち、ランプヒーターによる温度制御
手段では、帯状基板と棒状ランプヒーターとが非接触で
あるため、圧力を低下させるにつれてランプヒーターか
ら帯状基板への熱の移動は、ガスの対流によるものが減
少し、殆どが輻射によるものとなる。ところが、一般的
に帯状基板の表面は堆積する薄膜にピンホール等の欠陥
を生じないように平滑に製作されており、電極の金属で
金属光沢がある場合も多く、輻射熱の吸収効率（放射
率）がかなり低い。これらの原因により、堆積膜形成時
の圧力が低下するにつれてランプヒーターの加熱効率は
著しく低下することになる。

【００２３】また、この低圧化に伴う加熱効率の低下
を、ランプヒーターの出力増大で補う方法が考えられ
る。しかしながら、ランプヒーターの出力をある一定以
上とするとランプヒーター表面の温度が堆積膜の原料ガ
スの熱分解温度以上に上昇し、ランプヒーター表面に熱
ＣＶＤ膜が付着して光を遮るようになるという問題点が
ある。一方、ランプヒーターの数の増加で補う場合、堆
積膜形成室の長さにより、配設できるランプヒーター数
が限定される。さらに、帯状基板に輻射熱の吸収効率の
高い材料を使用する、あるいは帯状基板裏面に黒色塗装
等の加工を施すことにより輻射熱の吸収効率を向上させ
る方法も考えられるが、これらには帯状基板が輻射熱の
吸収効率の高い材料に限定される、あるいは加熱された
加工面から不純物ガスを発生し易い等の問題点がある。

【００２４】また、従来の加熱キャンによる温度制御手
段を用いた場合には、温度制御が熱伝導によるため低圧
化に伴う温度制御性の低下は殆どないものの、回転する
加熱キャンに帯状基板を密着させる必要があるため、堆
積膜形成時の帯状基板の表面形状は凸型の円筒外形ある
いはそれに類する形状に限定され、堆積膜形成時の帯状
基板の表面形状が特開平３−３０４１９号明細書に示さ
れた凹型の円筒内面形、あるいは平面である場合には適
用することができず、堆積膜形成空間の形状や帯状基板
の可撓性も限定されるという問題点があった。

【００２５】ところで、大面積薄膜半導体は前述した太
陽電池用の用途の他にも、液晶ディスプレーの画素を駆
動するための薄膜トランジスタや密着型イメージセンサ
ー用の光電変換素子等にも用いられており、これらの大
面積デバイス用の堆積膜の高品質、高速形成の実現のた
めにも、上述した低圧化に伴う温度制御性の低下という
問題点を解決した新規なロール・ツー・ロール方式の連
続的形成装置の早期提供が望まれている。

【００２６】本発明は、上述のような従来のロール・ツ
ー・ロール方式の堆積膜形成装置における問題点を解決
するためになされたもので、その目的は、低圧下におい
ても堆積膜形成時の帯状基板の温度を高精度に制御可能
な、機能性堆積膜の連続的形成装置および形成方法を提
供することにある。

【００２７】本発明の他の目的は、低圧時の帯状基板の
温度制御性を向上させつつ、帯状基板の材質を輻射熱の
吸収率が高いものに限定することなく、多様な帯状基板
上への堆積膜の形成を実現する、機能性堆積膜の連続的
形成装置および形成方法を提供することにある。

【００２８】本発明のさらなる目的は、低圧時の帯状基
板の温度制御性を向上させつつ、堆積膜形成時の帯状基
板形状を凸型の円筒外形あるいはそれに類する形状に限
定することなく、多様な帯状基板および堆積膜形成空間
の形状のもとでの堆積膜の形成を実現する、機能性堆積
膜の連続的形成装置および形成方法を提供することにあ
る。

【００２９】本発明のさらに別の目的は、低圧時の帯状
基板の温度制御性を向上させつつ、帯状基板の成膜面お
よびその裏面に擦り傷をつけることなく、形成した薄膜
デバイスの高い歩留まり率を実現する、機能性堆積膜の
連続的形成装置および形成方法を提供することにある。

【００３０】

【課題を解決するための手段】本発明は、（１）帯状基
板をその長手方向に間欠的に移動させる間欠的移動手
段、（２）帯状基板の成膜面の裏面側に配設され、温度
制御された温度制御部材および（３）帯状基板と温度制
御部材とを、その帯状基板の停止時に密着させ移動時に
分離させる間欠的密着手段を有する、機能性堆積膜の連
続的形成装置およびその装置を用いる形成方法を提供す
る。

【００３１】本発明の装置はロール・ツー・ロール方式
の堆積膜形成装置であり、帯状基板を移動、停止、移
動、停止、…と間欠的に移動させ、基板の停止時には基
板と温度制御がなされた温度制御部材とを密着させて熱
伝導による安定した温度制御を行ない、移動時には分離
するという形で、滑らかな移動を実現する。

【００３２】本発明の装置において、帯状基板の間欠的
移動の１回の移動距離は、堆積膜の形成空間の帯状基板
長手方向の長さに対して十分短いことが望ましい。

【００３３】堆積膜の形成空間の帯状基板長手方向の長
さをＬｄ（ｍｍ）、帯状基板の１回の移動距離をＬ（ｍ
ｍ）とすると、Ｌ＞Ｌｄの場合には帯状基板上に膜堆積
の行なわれない領域が生じ、Ｌ≦Ｌｄの場合でも、Ｌが
Ｌｄよりも十分に短くない場合には形成される堆積膜の
膜厚分布の幅が大きくなる。したがって、膜厚の均一な
堆積膜を得るにはＬはＬｄより十分短いことが望まし
く、ＬはＬｄに対して好ましくは１／２以下、より好ま
しくは１／１０以下、最適には１／２０以下である。

【００３４】例えば、Ｌｄ＝３０ｃｍ、Ｌ＝２０ｃｍの
場合、帯状基板が堆積膜の形成空間に停止する回数は１
回または２回となり、１回停止した領域と２回停止した
領域とでは約２倍の膜厚差を生じるが、Ｌ＝１ｃｍとＬ
ｄに対して十分短くした場合には、帯状基板が堆積膜の
形成空間に停止する回数は３０回または３１回となり、
形成される堆積膜の膜厚差は約３％まで低減され、ほぼ
均一な膜厚分布が得られる。

【００３５】堆積膜の膜厚分布の均一化のために１回の
移動距離を短くした場合、帯状基板の間欠的移動の移動
−停止の１周期の時間は、それに比例して短くする必要
がある。堆積膜を所望の一定の膜厚で成膜するために
は、帯状基板が堆積膜形成空間を通過する時間を一定に
する必要がある。そのため、１回の移動距離を短くすれ
ば、移動−停止の１周期の時間もそれに比例して短くし
なければならない。また、帯状基板の温度制御性を向上
させるには、帯状基板への温度制御部材の密着を長時間
にすることが望ましいことから、停止−移動の１周期に
おける移動時間の割合は、好ましくは１／２以下、より
好ましくは１／５以下、最適には１／１０以下とする。

【００３６】したがって、帯状基板の移動手段として
は、小刻みに素早く移動・停止させることができる応答
速度の高いものが好ましい。具体的にこのような移動を
実現する手段としては、帯状基板を搬送するボビンおよ
び／またはローラーを間欠的に回転駆動するステッピン
グモーター、サーボモーター、クラッチを介した連続回
転モーター等が挙げられる。

【００３７】次に、帯状基板と温度制御部材との間欠的
密着は、帯状基板のみの変位、温度制御部材のみの変位
あるいは帯状基板と温度制御部材両方の変位のいずれに
よっても実現できるが、変位を素早く行なって帯状基板
と温度制御部材とをより長時間密着させ、さらに、変位
により生じる応力で帯状基板上に形成された堆積膜にダ
メージを与えないようにするために、変位の距離は、移
動時に帯状基板と温度制御部材が擦れない範囲で短いこ
とが望ましく、好ましくは１０ｍｍ以下、より好ましく
は５ｍｍ以下、最適には２ｍｍ以下である。

【００３８】間欠的密着手段は、前述と同様の理由で、
小刻みで素早い変位を可能にする応答速度の高いものが
好ましい。具体的には、機械的に変位させる電磁ソレノ
イド、油圧シリンダー、空気圧シリンダー、リニアモー
タ−、カム等、変位する帯状基板および／または温度制
御部材が磁性体の場合に磁力で変位させる電磁石等が挙
げられる。

【００３９】次に、温度制御部材の帯状基板と密着する
表面の形状は、高い熱伝導性を実現するために、帯状基
板の裏面形状が平面であれば平面に、曲面であれば曲面
に、すなわち帯状基板の裏面形状に対応した形状である
ことが望ましく、その材料は、密着による変形や摩耗が
少なく、熱伝導率の高いものが望ましい。

【００４０】さらに、温度制御部材の制御温度は、堆積
膜形成時の帯状基板の最適温度あるいはそれに近い温度
に設定することが望ましく、熱分解による温度制御部材
上への膜の付着を防ぐため原料ガスの分解温度以下とす
ることが望ましい。また、帯状基板の密着による温度制
御部材の温度変化を防ぐため、温度制御部材の熱容量は
密着する帯状基板の熱容量と比較して十分に大きく設定
することが望ましい。

【００４１】最後に、帯状基板の材質としては、堆積膜
形成に適した温度において変形、歪みが少なく、所望の
強度を有し、また表面が導電性を有するものであること
が好ましく、具体的には（１）ステンレススチール、ア
ルミニウムおよびその合金、鉄およびその合金、銅およ
びその合金等の金属の薄板およびその複合体、および／
またはＳｉＯ₂ ，Ｓｉ₃ Ｎ₄ ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＡｌＮ等の
絶縁物にスパッタ法、蒸着法等によりコーティング処理
を施したもの、あるいは（２）ポリアミド、ポリイミ
ド、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、エポ
キシ等の耐熱性樹脂製シートまたはこれらとガラスファ
イバー、カーボンファイバー、ホウ素ファイバー、金属
繊維等との複合体の表面に、金属単体、合金、透明導電
性酸化物等の層をメッキ、スパッタ、蒸着、塗布等の方
法で形成して導電性処理したものが挙げられる。

【００４２】また、帯状基板を磁力により変位させる場
合には、帯状基板は磁性体である必要があり、マルテン
サイト型およびフェライト型のステンレススチール、鉄
およびその複合体等がその材質として挙げられる。

【００４３】

【作用】以下、図面を参照しながら本発明の装置をさら
に詳細に説明する。

【００４４】図１および図２は本発明の機能性堆積膜の
連続的形成装置の一例を示す模式的断面図であり、図１
は帯状基板停止時の状態を、図２は帯状基板移動時の状
態を示している。

【００４５】図１および図２において、磁性体からなる
帯状基板１０１は、送り出し用ボビン１０２から巻き出
され、成膜室１０４内の堆積膜形成室１０５を通過し、
巻き取り用ボビン１０３に巻き取られるようになってい
る。ボビン１０２，１０３には、それぞれステッピング
モータ−１０６，１０７が接続され、間欠的移動制御回
路１０８からの信号によって帯状基板１０１を間欠的に
移動するようになっている。なお、成膜室１０４内には
帯状基板１０１を裏面から支持する支持ローラー１１５
が配設されている。成膜室１０４内の帯状基板１０１の
裏面側には、温度制御部材１０９が帯状基板１０１の裏
面に密着可能に配設され、温度制御装置１１０によって
温度制御されている。温度制御部材１０９の内部には電
磁石１１１が組み込まれ、間欠的移動制御回路１０８か
らの信号によって、間欠的に磁力を発生するようになっ
ている。

【００４６】なお、堆積膜形成室１０５には、堆積膜の
原料ガスを導入するためのガス導入管１１２、真空排気
を行なうための排気管１１３、プラズマを生起するマイ
クロ波を導入するためのマイクロ波導入窓１１４が設け
られている。

【００４７】次に、この機能性堆積膜の連続的形成装置
による堆積膜の形成方法について説明する。

【００４８】まず、成膜室１０４を貫通するように、送
り出しボビン１０２から巻き取りボビン１０３まで、帯
状基板１０１を張り渡し、間欠的移動制御回路１０８か
らの制御信号によって、送り出しボビンおよび巻き取り
ボビンを間欠的に微小角回転させ、帯状基板１０１を間
欠的に停止、移動、…と移動させる。

【００４９】また、帯状基板の裏面側から僅かに離れて
配設された温度制御部材１０９を、温度制御装置１１０
によって所定の温度に制御しながら、帯状基板１０１の
停止に同期した間欠的移動制御回路１０８からの信号で
電磁石１１１に磁力を発生させて磁性体の帯状基板１０
１を変位させる。これにより帯状基板の停止時に同期し
て帯状基板と温度制御部材とが間欠的に密着される。

【００５０】これにより、帯状基板１０１は長手方向に
停止、移動、…と間欠的に移動しながら、停止時には図
１に示したように厚さ方向に変位して温度制御部材１０
９と密着し、移動時には図２に示したように温度制御部
材１０９から離れるという動作を繰り返す。

【００５１】次に、不図示の真空排気装置によって成膜
室１０４を排気管１１３を通して排気する。所定の真空
度に到達したら、排気を続けつつガス導入管１１２から
堆積膜の原料ガスを導入し、堆積膜形成室１０５の内部
に一定の圧力の原料ガス雰囲気を形成する。続いて、マ
イクロ波導入窓から不図示のマイクロ波電源から供給さ
れたマイクロ波電力を堆積膜形成室１０５内に導入し、
プラズマを発生させる。

【００５２】これにより、堆積膜形成室内の原料ガスが
分解され、間欠的に移動する帯状基板１０１の表面上に
堆積膜が形成される。

【００５３】このとき、帯状基板１０１の温度制御は、
長手方向への移動が停止している状態で、温度制御部材
１０９からの熱伝導によって行なわれるため、堆積膜の
形成が低圧下で行なわれても高い温度制御性が維持され
る。さらに、帯状基板１０１の移動は、温度制御部材１
０９から離れた状態で行なわれるので、移動時に帯状基
板の裏面が擦れて傷つくことがない。

【００５４】次に、図３および図４に示した本発明の機
能性堆積膜の連続的形成装置について説明する。

【００５５】図３および図４に示した装置は、図１に示
した装置をガスゲートを介して３台連結した装置構成
で、３層の機能性堆積膜の連続的形成を可能にしたもの
である。これらの図は同一の装置の異なる状態を示して
おり、図３は帯状基板停止時の状態を、図４は帯状基板
移動時の状態を示している。

【００５６】なお、図４の３０１〜３２４と図３の２０
１〜２２４はそれぞれ同一のものを示している。図３に
おいて、帯状基板２０１は、送り出し室２２０の送り出
しボビン２０２から送り出され、ｎ型層成膜室２２１、
ｉ型層成膜室２２２、ｐ型層成膜室２２３を通過し、巻
き取り室２２４の巻き取りボビン２０３に巻き取られ
る。その間、帯状基板はボビンに接続され、間欠的移動
制御回路２０８により制御されたステッピングモーター
２０６，２０７により間欠的に移動されながら、その表
面にｎ，ｉ，ｐの３層の機能性堆積膜、例えばｎｉｐ構
造の光起電力素子が形成される。

【００５７】２２１〜２２３の各成膜室には堆積膜形成
室２０５、温度制御部材２０９、温度制御装置２１０、
電磁石２１１、ガス導入管２１２、排気管２１３、マイ
クロ波導入窓２１４、支持ローラー２１５が設けられ、
マイクロ波ＣＶＤ法による膜堆積が行なわれる。２２０
〜２２４の各真空室はガスゲート２１６によって接続さ
れており、ガスゲート２１６には分離用ガス導入管２１
７から分離用のガスが導入され、隣り合う成膜室の原料
ガスの混入を阻止する。

【００５８】２２１〜２２３の各成膜室の電磁石２１１
は、全て間欠的移動制御回路２０８に接続されており、
帯状基板２０１の間欠的移動の停止時には全て同時に磁
力を発生し、帯状基板２０１を図３に示したように各成
膜室の温度制御部材２０９に同時に密着させ、帯状基板
２０１の移動開始時には全て同時に磁力の発生を止め、
帯状基板２０１を図４に示したように各成膜室の温度制
御部材２０９から同時に離す。

【００５９】また、本発明の他の装置例を図５，６，７
および図８に示す。図５，６および図７，８は図１およ
び２に示した装置の間欠的密着手段を、電磁石を用いて
磁性体からなる帯状基板を変位させる方式から、機械的
に帯状基板または温度制御部材を変位させる方式に変え
たものであり、図５および６では帯状基板を、図７およ
び８では温度制御部材を変位させる。図中４０１〜４１
５，５０１〜５１５は図１および２における１０１〜１
１５にそれぞれ対応している。

【００６０】図５および６において間欠的密着手段は電
磁ソレノイド４２０、ばね４２１、変位アーム４２２お
よび変位ローラー４２３から構成される。

【００６１】変位ローラー４２３は、電磁ソレノイド４
２０およびばね４２１により駆動される変位アーム４２
２の先端に配設され、間欠的移動制御回路４０８からの
信号でその位置を帯状基板の厚さ方向に変位される。

【００６２】間欠的移動制御回路からの信号がないと
き、変位アーム４２２はばね４２１に押され、変位ロー
ラー４２３を帯状基板４０１の裏面に押し当て、帯状基
板４０１を温度制御部材４０９から離して回転支持す
る。

【００６３】間欠的移動制御回路からの信号があると
き、変位アーム４２２は電磁ソレノイド４２０に引か
れ、変位ローラー４２３を帯状基板４０１の裏面から離
し、張り渡された帯状基板４０１の裏面と温度制御部材
４０９とを密着させる。

【００６４】図７および８において間欠的密着手段は電
磁ソレノイド５２０、ばね５２１、変位ア−ム５２２か
ら構成される。

【００６５】変位ア−ム５２２は電磁ソレノイド５２０
および５２１により駆動され、先端に接続した温度制御
部材５０９を間欠的移動制御回路５０８からの信号で帯
状基板の厚さ方向に変位させる。

【００６６】間欠的移動制御回路からの信号がないと
き、変位アーム５２２はばね５２１に押され、温度制御
部材５０９を帯状基板５０１の裏面に押し当てて密着さ
せる。

【００６７】間欠的移動制御回路からの信号があると
き、変位ア−ム５２２は電磁ソレノイド５２０に引か
れ、温度制御部材５０９を帯状基板５０１の裏面から分
離させる。したがって図７および８に示した装置と図
１，２および図５，６に示した装置とでは間欠的密着手
段を制御する信号を出すタイミングは逆になる。

【００６８】また、本発明のさらに他の装置例を図９お
よび１０に示す。図９および１０に示した装置は図１お
よび２に示した装置と同様の電磁石を用いた間欠的密着
手段および温度制御部材を５組備えていて、堆積膜形成
時の帯状基板の形状を平面形から円筒形に変えたもので
あり、図中６０１〜６１５は図１および２における１０
１〜１１５に対応している。

【００６９】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれらの実施例によって何等限定される
ものではない。

【００７０】（実施例１）図３に示した本発明の装置を
用い、以下の操作によって帯状基板上にｎ，ｉ，ｐ型の
アモルファスシリコン膜を連続的に形成した。

【００７１】まず、幅３０ｃｍ、長さ１２０ｍ、厚さ
０．１３ｍｍで、表面が鏡面加工され、磁性体のＳＵＳ
４３０からなる帯状ステンレス基板２０１を、送り出し
室２２０の送り出しボビン２０２から巻き出し、ガスゲ
ート２１６で接続された２２１〜２２３の３つの成膜室
を通過させて、巻き取り室２２４の巻き取りボビン２０
３に巻き取られるようにセットした。次に、送り出しボ
ビン２０２および巻き取りボビン２０３に接続されたス
テッピングモーター２０６，２０７を、間欠的移動制御
回路２０８からの制御信号により間欠的に回転させ、帯
状基板２０１をその長手方向に間欠的に移動させた。間
欠的移動は１周期が１秒で、そのうち停止が０．９秒、
移動が０．１秒であり、１回の移動距離は１ｃｍであっ
た。なお、帯状基板には長手方向に不図示張力調整機構
により適度な張力を加え、帯状基板が、磁力をかけたと
きには厚さ方向に僅かに変位可能なように、磁力をかけ
ないときには温度制御部材から離れて弛まずに張られる
ようにした。

【００７２】続いて、各室をそれぞれの排気管２１３で
十分に排気した後、各成膜室にガス導入管２１２から各
々の成膜ガスを導入し、排気量を調整して各成膜室を所
定の圧力に調節した。各成膜室の温度制御部材２０９を
温度制御装置２１０により所定の温度に制御しながら、
間欠的移動制御回路２０８からの制御信号により電磁石
２１１を間欠的に励磁し、帯状基板２０１の長手方向の
間欠的移動の停止に同期させて帯状基板２０１を変位さ
せ、温度制御部材２０９に間欠的に密着させた。なお、
帯状基板移動時の帯状基板と温度制御部材との距離は２
ｍｍで、帯状基板と温度制御部材との密着時間は１回に
つき０．９秒であった。

【００７３】以上のように成膜ガス雰囲気中で帯状基板
を間欠的に移動させながら、各堆積膜形成室２０５の壁
面のマイクロ波導入窓２１４から、不図示のマイクロ波
電源から供給された２．４５ＧＨｚのマイクロ波電力を
導入し、堆積膜形成室２０５内にプラズマ放電を生起
し、帯状基板表面に１００ｍにわたり、ｎ，ｉ，ｐ型の
アモルファスシリコン膜を連続的に形成した。各成膜室
での堆積膜形成条件を表１に示す。なお、熱電対によっ
て各堆積膜形成室から出た直後の帯状基板の温度を裏面
から測定したところ、１００ｍの堆積膜形成の間、帯状
基板は所定の温度±３℃以内に高精度に温度制御されて
いた。

【００７４】

【表１】 上記方法で得られたアモルファスシリコン膜の堆積され
た帯状基板を装置から取り出し、１ｍごとに９ｃｍ×３
０ｃｍの大きさに切り出し、シングルチャンバーの真空
蒸着装置に入れ、真空蒸着法により表２に示す条件でＩ
ＴＯ透明導電膜を積層し、図１２の模式的断面図に示す
光起電力素子を１００個作製した。

【００７５】

【表２】 図１２において８０１は基板、８０２はｎ型層、８０３
はｉ型層、８０４はｐ型層、８０５は透明導電膜であ
る。

【００７６】得られた光起電力素子にＡＭ１．５、１０
０ｍＷ／ｃｍ² の疑似太陽光を照射し、光電変換効率を
測定した。その値を、帯状基板を非連続的にｎ，ｉ，ｐ
層用の各成膜室ごとに停止させ、温度制御部材を密着さ
せて十分な時間加熱してからｎ，ｉ，ｐの各層を所定時
間堆積させて形成した、作製時に十分に温度制御がなさ
れた光起電力素子（標準素子）の値と比較したところ同
等であり、本実施例の方法で作製した素子の光電変換効
率が良好であることがわかった。また、堆積膜形成後の
帯状基板裏面を観察したところ擦り傷は全く認められ
ず、作製した１００個の光起電力素子のうちショートに
よる不良は１個であり、９９％の高い歩留まり率を示し
た。

【００７７】（比較例１）図１１に示した装置を用い、
図３に示した装置の各成膜室の帯状基板の温度制御機構
を棒状ランプヒーターに変えた以外は実施例１と同様に
して、帯状基板上に１００ｍにわたってｎ，ｉ，ｐ型ア
モルファスシリコン膜を連続的に形成し、１００個の光
起電力素子を作製した。このとき、帯状基板の長手方向
への移動は実施例１と同様に１周期１秒で、そのうち停
止は０．９秒、移動０．１秒であり、１回の移動距離は
１ｃｍであり、帯状基板の厚さ方向への変位は行なわな
かった。用いたランプヒーターの構造は図１１に示した
通りで、帯状基板７０１の裏面側の離れた位置に棒状の
ランプヒーター７２０を配設し、帯状基板の裏面温度を
熱電対７２２でモニターしながら温度制御装置７１０に
よりランプヒーター７２０の出力を調節して帯状基板を
所定温度に制御した。

【００７８】堆積膜形成中、はじめの３０ｍの帯状基板
上には表１に示した所定の温度で堆積膜を形成すること
ができたが、それ以降の７０ｍにはｉ型層成膜室におい
て所定の温度以下にしか加熱することができなかった。
得られた光起電力素子の光電変換効率を測定したとこ
ろ、ショートした素子は１個で、他の９９個の素子の光
電変換効率は、実施例１のショートしていない９９個の
素子の平均光電変換効率を１とした相対値で１〜０．５
を示し、平均で０．６と低かった。また、堆積膜形成後
の各ランプヒーターの表面を観察したところ膜の付着が
認められ、特にｉ型層形成用成膜室のランプヒーター表
面にはシリコン膜が厚く付着していた。

【００７９】（比較例２）図３に示した装置の電磁石を
励磁したままの状態に保ち、堆積膜形成時に帯状基板と
温度制御部材とが密着し続けるようにした以外は、実施
例１と同様にして帯状基板上に１００ｍにわたってｎ，
ｉ，ｐ型アモルファスシリコン膜を連続的に形成し、１
００個の光起電力素子を作製した。このとき、帯状基板
の長手方向への移動は実施例１と同様に１周期１秒で、
そのうち停止は０．９秒、移動は０．１秒であり、１回
の移動距離は１ｃｍであった。

【００８０】得られた光起電力素子の光電変換効率を測
定したところ、ショートしていない素子は、実施例１の
ショートしていない９９個の素子の平均光電変換効率と
同等の効率を示したが、堆積膜形成後の帯状基板裏面に
は擦り傷が多く、６５個の素子がショートし、３５％と
低い歩留まり率を示した。

【００８１】（実施例２）図５および６に示したよう
な、間欠的密着手段が帯状基板を機械的に変位させるも
のである装置を図３のように配列して、実施例１と同様
にして、帯状基板上に１００ｍにわたってｎ，ｉ，ｐ型
アモルファスシリコン膜を連続的に形成し、１００個の
光起電力素子を作製した。このとき、帯状基板の長手方
向への移動は１周期０．６秒で、そのうち停止は０．５
秒、移動は０．１秒であり、１回の移動距離は０．６ｃ
ｍであった。用いた間欠的密着手段は図５および６に示
した通りで、帯状基板はその移動時に、電磁ソレノイド
による変位アームの変位によって温度制御部材から１ｍ
ｍ離した。

【００８２】なお、熱電対によって各堆積膜形成室から
出た直後の帯状基板の温度を裏面から測定したところ、
１００ｍの堆積膜形成の間、帯状基板は所定の温度±３
℃以内に高精度の温度制御されていた。

【００８３】得られた光起電力素子にＡＭ１．５、１０
０ｍＷ／ｃｍ² の疑似太陽光を照射し、光電変換効率を
測定したところ、その値は前記標準素子の値と同等であ
り、本実施例の方法で作製した素子の光電変換効率が良
好であることがわかった。また、堆積膜形成後の帯状基
板裏面を観察したところ擦り傷は全く認められず、作製
した１００個の光起電力素子のうちショートによる不良
は１個であり、９９％の高い歩留まり率を示した。

【００８４】（実施例３）図７および８に示したよう
な、間欠的密着手段が温度制御部材を機械的に変位させ
るものである装置を図３のように配列して、帯状基板の
材質を磁性体でないＳＵＳ３４０に変えた以外は実施例
１と同様にして、帯状基板上に１００ｍにわたってｎ．
ｉ．ｐ型アモルファスシリコン膜を連続的に形成し、１
００個の光起電力素子を作製した。このとき、帯状基板
の長手方向への移動は１周期２秒で、そのうち停止は
１．５秒、移動は０．５秒であり、１回の移動距離は２
ｃｍであった。用いた間欠的密着手段は図７および８に
示した通りで、帯状基板の移動時に電磁ソレノイドによ
り変位アームを変位させ、温度制御部材を帯状基板から
２ｍｍ離した。

【００８５】なお、熱電対によって各堆積膜形成室から
出た直後の帯状基板の温度を裏面から測定したところ、
１００ｍの堆積膜形成の間、帯状基板は所定の温度±３
℃以内に高精度に温度制御されていた。

【００８６】得られた光起電力素子にＡＭ１．５、１０
０ｍＷ／ｃｍ² の疑似太陽光を照射し、光電変換効率を
測定したところ、その値は前記標準素子の値と同等であ
り、本実施例の方法で作製した素子の光電変換効率が良
好であることがわかった。

【００８７】また、堆積膜形成後の帯状基板裏面を観察
したところ擦り傷は全く認められず、作製した１００個
に光起電力素子のうちショートによる不良は２個であ
り、９８％の高い歩留まり率を示した。

【００８８】（実施例４）図９および１０に示したよう
な、堆積膜形成時における帯状基板の表面形状が円筒内
面形状である装置を用い、実施例１と同様にして、帯状
基板上に１００ｍにわたってｎ，ｉ，ｐ型アモルファス
シリコン膜を連続的に形成し、１００個の光起電力素子
を作製した。このとき、帯状基板の長手方向への移動は
１周期１秒で、そのうち停止は０．９秒、移動は０．１
秒であり、１回の移動距離は１ｃｍと、実施例１と同様
であった。用いた間欠的密着手段は図９および１０に示
した通りで、Ω型の帯状基板に沿わせて温度制御部材を
５個配設し、移動時には温度制御部材から１ｍｍ離れて
いる帯状基板を、長手方向の移動停止時に電磁石により
１ｍｍ変位させて温度制御部材と密着させた。なお、熱
電対によって各堆積膜形成室から出た直後の帯状基板の
温度を裏面から測定したところ、１００ｍの堆積膜形成
の間、帯状基板は所定の温度±３℃以内に高精度に温度
制御されていた。

【００８９】得られた光起電力素子にＡＭ１．５、１０
０ｍＷ／ｃｍ² の疑似太陽光を照射し、光電変換効率を
測定したところ、その値は前記標準素子の値と同等であ
り、本実施例の方法で作製した素子の光電変換効率が良
好であることがわかった。

【００９０】また、堆積膜形成後の帯状基板裏面を観察
したところ擦り傷は全く認められず、作製した１００個
に光起電力素子のうちショートによる不良は１個であ
り、９９％の高い歩留まり率を示した。

【００９１】

【発明の効果】本発明の装置および方法によれば、大面
積の堆積膜を連続的に形成可能なロール・ツー・ロール
方式の堆積膜形成装置で、低圧下においても堆積膜形成
時の帯状基板の温度を高精度に制御することができる。

【００９２】また、本発明の装置および方法によれば、
低圧時の帯状基板の温度制御性を向上させつつ、帯状基
板の材質を輻射熱の吸収率が高いものに限定することな
く、多様な帯状基板上に堆積膜を形成することができ
る。

【００９３】また、本発明の装置および方法によれば、
低圧時の帯状基板の温度制御性を向上させつつ、堆積形
成時の帯状基板の表面形状を凸型の円筒外形あるいはそ
れに類する形状に限定することなく、多様な帯状基板の
形状、堆積膜形成空間形状のもとで堆積膜を形成するこ
とができる。

【００９４】さらに、本発明の装置および方法によれ
ば、低圧時の帯状基板の温度制御性を向上させつつ、帯
状基板の表面および裏面に擦り傷をつけることなく、形
成した薄膜デバイスの高い歩留まり率を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の機能性堆積膜連続形成装置の１例の基
板停止時の模式的断面図である。

【図２】図１の装置の基板移動時の模式的断面図であ
る。

【図３】直線状連結した本発明の機能性堆積膜連続形成
装置の基板停止時の模式的断面図である。

【図４】図３の装置の基板移動時の模式的断面図であ
る。

【図５】本発明の機能性堆積膜連続形成装置の１例の基
板停止時の模式的断面図である。

【図６】図５の装置の基板移動時の模式的断面図であ
る。

【図７】本発明の機能性堆積膜連続形成装置の１例の基
板停止時の模式的断面図である。

【図８】図７の装置の基板移動時の模式的断面図であ
る。

【図９】円環状連結した本発明の機能性堆積膜連続形成
装置の基板停止時の模式的断面図である。

【図１０】図９の装置の基板移動時の模式的断面図であ
る。

【図１１】従来の機能性堆積膜連続的形成装置の１例の
模式的断面図である。

【図１２】本発明の装置により作成される光起電力素子
の模式的断面図である。

【符号の説明】

１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７
０１ 帯状基板 １０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２，７
０２ 送り出しボビン １０３，２０３，３０３，４０３，５０３，６０３，７
０３ 巻き取りボビン １０４，２０４，３０４，４０４，５０４，６０４，７
０４ 成膜室 １０５，２０５，３０５，４０５，５０５，６０５，７
０５ 堆積膜形成室 １０６，２０６，３０６，４０６，５０６，６０６，７
０６，１０７，２０７，３０７，４０７，５０７，６０
７，７０７ ステッピングモーター １０８，２０８，３０８，４０８，５０８，６０８，７
０８ 間欠的移動制御回路 １０９，２０９，３０９，４０９，５０９，６０９
温度制御部材 １１０，２１０，３１０，４１０，５１０，６１０，７
１０ 温度制御装置 １１１，２１１，３１１，６１１ 電磁石 １１２，２１２，３１２，４１２，５１２，６１２，７
１２ ガス導入管 １１３，２１３，３１３，４１３，５１３，６１３，７
１３ 排気管 １１４，２１４，３１４，４１４，５１４，６１４，７
１４ マイクロ波導入窓 １１５，２１５，３１５，４１５，５１５，６１５，７
１５ 支持ローラー ２１６，３１６ ガスゲート ２１７，３１７ 分離用ガス導入管 ２２０，３２０ 送り出し室 ２２１，３２１ ｎ型層成膜室 ２２２，３２２ ｉ型層成膜室 ２２３，３２３ ｐ型層成膜室 ２２４，３２４ 巻き取り室 ４２０，５２０ 電磁ソレノイド ４２１，５２１ ばね ４２２，５２２ 変位アーム ４２３ 変位ローラー ７２０ 棒状ランプヒーター ７２１ 反射板 ７２２ 熱電対 ８０１ 基板 ８０２ ｎ型層 ８０３ ｉ型層 ８０４ ｐ型層 ８０５ 透明電極

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動する帯状基板上に成膜する機能性堆
   積膜の連続的形成装置において、（１）帯状基板を該帯
   状基板の長手方向に間欠的に移動させる間欠的移動手
   段、（２）該帯状基板の成膜面の裏面側に配設され、温
   度制御された温度制御部材および（３）該帯状基板と該
   温度制御部材とを、該帯状基板の停止時に密着させ移動
   時に分離させる間欠的密着手段を有することを特徴とす
   る機能性堆積膜の連続的形成装置。
2. 【請求項２】 帯状基板の間欠的移動の１回の移動距離
   が、堆積膜形成空間の該基板長手方向の長さの１／２以
   下である、請求項１に記載の機能性堆積膜の連続的形成
   装置。
3. 【請求項３】 温度制御部材と帯状基板との間の距離
   が、１０ｍｍ以下である、請求項１または２に記載の機
   能性堆積膜の連続的形成装置。
4. 【請求項４】 間欠的密着手段が、帯状基板の動きに対
   応して作動するよう制御された、電磁ソレノイド、油圧
   シリンダー、空気圧シリンダー、リニアモーター、カム
   等の機械的密着手段あるいは磁力可変磁石である、請求
   項１，２または３に記載の機能性堆積膜の連続的形成装
   置。
5. 【請求項５】 請求項１，２，３または４に記載の装置
   を用いる機能性堆積膜の連続的形成方法。
6. 【請求項６】 帯状基板の間欠的移動の１周期中、移動
   時間の割合を１／２以下とする、請求項５に記載の機能
   性堆積膜の連続的形成方法。