JPH06349745A

JPH06349745A - ロール・ツー・ロール型マイクロ波プラズマｃｖｄ装置

Info

Publication number: JPH06349745A
Application number: JP14027693A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Echizen; 裕越前; Yasushi Fujioka; 靖藤岡; Akira Sakai; 明酒井; Tatsuyuki Aoike; 達行青池; Toshihito Yoshino; 豪人吉野; Hideichiro Sugiyama; 秀一郎杉山; Masahiro Kanai; 正博金井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-06-11
Filing date: 1993-06-11
Publication date: 1994-12-22
Anticipated expiration: 2015-08-28
Also published as: JP3080515B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】安定な放電を維持しながら、大面積にわたっ
て高品位且つ均質な半導体膜を、高速で形成可能なロー
ル・ツー・ロール型マイクロ波プラズマＣＶＤ装置を提
供する。【構成】真空容器に内蔵された角柱状の成膜室１０２
を備えるロール・ツー・ロール型マイクロ波プラズマＣ
ＶＤ装置であって、成膜室に向かって方形導波管１０
４、円形導波管１０５、誘電体円板の順に取り付けられ
たマイクロ波アプリケーター１０３と、該アプリケータ
と成膜室の１側面との間に設けられ、誘電体円板の成膜
室側の面上に、その端部がほぼ密着し且つ方形導波管の
長辺側の面に平行に配置された複数の金属板と、成膜室
の上蓋を構成する帯状基板と、成膜室の底面または側面
に列状に設けられたガスノズルと、成膜室の側面または
底面に列状に設けられた排気孔と、から構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロール・ツー・ロール
型マイクロ波プラズマＣＶＤ装置に係わる。特に、グロ
ー放電でアモルファス・シリコン系（以下「ａ−Ｓｉ：
Ｈ系」と略記）あるいはアモルファス・シリコン合金系
等の非単結晶系半導体膜からなる光起電力素子の製造装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマＣＶＤ装置においては、近年の
半導体素子の高性能化・低価格化への要求から、所望の
性能に必要な膜質の半導体膜を高速成膜し、同時に安定
放電を維持しながら大面積にわたって成膜することで生
産性・歩留りを上げることが要請されている。

【０００３】高速成膜の観点から、最近注目されている
のがマイクロ波を用いたプラズマＣＶＤ技術である。マ
イクロ波は、ＲＦよりも周波数が高いため、プラズマの
電子密度を高めることが可能となり、プラズマを効率良
く発生・持続させることができる。

【０００４】また、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置は、
従来のＲＦプラズマＣＶＤ装置と比較して低圧（１０^-4
Ｔｏｒｒ台まで）でのプラズマ発生が可能である。特
に、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜を成膜する場合、膜特性の低下の原
因となる活性種のポリマー化を防ぎ、高品質の半導体膜
が得られる。それに加えて、原料ガスの分解効率が高い
ためポリシラン等の粉末の発生を抑えるとともに、高速
成膜が可能である。

【０００５】従来のマイクロ波プラズマ処理装置は、特
公昭５４−０３３４３号公報及び特公昭５４−０３３４
４号公報に記載されているように、マグネトロン、導波
管、原料ガス導入管、放電管或いは成膜室及び真空ポン
プ等により概ね構成されている。この構成のプラズマＣ
ＶＤ装置では、原料ガス導入管を通して所定量の原料ガ
スを放電管内部に導入し、真空ポンプで放電管の圧力を
一定に保ちながら導波管及び放電管壁を通過させてマイ
クロ波電力を原料ガスに投入し、プラズマを発生させ
る。しかし、このような従来の装置には、マイクロ波電
力が最大となる放電管壁にプラズマが接触し、放電管を
破損させるという問題がある。

【０００６】また、従来のマイクロ波プラズマＣＶＤ装
置の別の例として、特公昭６３−６７３３２号公報及び
特公昭６２−４３３３５号公報に記載された、いわゆる
ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマ付着装置を
挙げることができる。このＥＣＲ装置においては、マイ
クロ波導入窓を備えた円筒空胴共振器の周囲に電磁石を
同芯に配置し、数ｍＴｏｒｒの圧力で高速プラズマ処理
を行う。このプラズマ中の電子は、磁場によるサイクロ
トロン運動をするため前記従来例よりもかなり低い圧力
で動作が可能である。しかし、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜等の半導
体膜を長時間成膜すると、放電が断続的になったり放電
が停止したりする問題がある。

【０００７】次に、安定放電の観点から、上記のような
マイクロ波プラズマＣＶＤ装置のマイクロ波導入窓上に
成膜するのを防止する（以下、「防着」と称す）方法が
特開平３−１１０７９８号公報、特開平３−１２２２７
３号公報において提案されている。これらの提案によ
り、マイクロ波電界を金属等のマイクロ波反射部材で垂
直に分割し、その分割部におけるプラズマの発生を抑制
し、その結果、成膜室内のプラズマとマイクロ波導入窓
との距離を拡大させて防着効果を得ることができる。そ
して、前記放電管を用いたり、ＥＣＲプラズマＣＶＤ付
着装置を用いたりした場合の問題を回避することができ
る。

【０００８】図１９及び図２０は、上記の特開平３−１
１０７９８号公報で提案された防着構造体を示す図であ
り、同一構造体を異なる方向から見た図である。これら
の図において、防着構造体はマイクロ波電界１８０１を
垂直に分割する多数の紡錘形に配置された略円筒面の一
部をなすフィン１７０２で構成され、マイクロ波導入窓
がプラズマに接触する部分に配置される。

【０００９】これらの防着手段を有するマイクロ波プラ
ズマＣＶＤ装置においては、特に円形導波管と紡錘形に
配置されたフィンを用いた場合、フィン上に堆積するａ
−Ｓｉ：Ｈ等の半導体膜中の応力により略円筒面を保つ
ことができなくなる。その結果フィンの一部がマイクロ
波でスパッタされ、マイクロ波導入窓上にフィンの材質
が付着してマイクロ波の反射電力を増大させ、同時に基
板上に形成される半導体膜中にもフィンの材質が混入し
て電気特性を劣化させるという問題がある。

【００１０】また、他の防着構造としては、特開昭６３
−７２８７１号公報において提案されたように、ミラー
磁場でプラズマ中の荷電粒子を閉じ込めることにより、
マイクロ波導入窓上への成膜を回避するものである。し
かし、このような防着手段を有するマイクロ波プラズマ
ＣＶＤ装置においては、プラズマ中で生成した化学的な
活性種は磁場によらずに拡散する。一方、プラズマに磁
場をかけると、磁場の分布による電子密度の分布を生
じ、均一で均質な成膜ができないという問題がある。

【００１１】さらに、別の防着手段としては、特開昭６
２−８０２７５号公報において提案されているように、
マイクロ波導入窓の表面に非堆積性のガスを吹付け、成
膜用原料ガスの濃度を低下させて窓表面での成膜速度を
低下させるものがある。

【００１２】しかしながら、成膜用の原料ガスの濃度を
低下させマイクロ波導入窓波の成膜を防ぐためには、大
量の非成膜性ガスをマイクロ波導入窓に吹付ける必要が
ある。例えばマイクロ波導入窓に問題が起こる平均時間
を１０倍以上に延長するには、上記非成膜性ガスの流量
は成膜用の原料ガスの流量の１０倍以上とする必要があ
り、それに応じて排気管の大口径化と真空ポンプの能力
の大幅な増大を必要とする。さらに、このような非成膜
性ガスの成膜室への流入は、成膜室内部における均質か
つ均一な半導体膜の形成を阻害するという別の問題も含
んでいる。

【００１３】一方、大面積成膜の要請に対しては、従来
のＲＦプラズマＣＶＤ装置に関するロール・ツー・ロー
ル（ＲｏｌｌｔｏＲｏｌｌ）方式を採用した提案が
米国特許第４，４００，４０９号明細書に開示されてい
る。この提案によれば、所望の幅で十分に長いフレキシ
ブルな帯状基板が複数のＲＦグロー放電領域を順次貫通
するように、該帯状基板の長手方向に連続的に搬送さ
れ、各ＲＦグロー放電領域において必要な導電型の半導
体層を堆積形成することによって、半導体接合を有する
半導体素子を連続形成できるとされている。また、各半
導体層形成時に用いるドーピングガスが隣接するＲＦグ
ロー放電領域へ拡散するのを防止するためガスゲートを
設けている。このように、ＲＦプラズマＣＶＤ法では、
波長の長いＲＦ（約数十ｍ）を用いるため、大面積成膜
が可能となり、半導体素子の連続形成に適した方式であ
ると言える。

【００１４】しかし、従来のロール・ツー・ロール方式
のＲＦプラズマＣＶＤ装置においては、成膜速度が数Å
／ｓｅｃと低く、生産性を上げるためには装置自体を長
大化するしか方法がない。ところが、装置を長大化する
と、加熱・冷却・真空排気等の各準備工程に要する時間
が増大し、成膜工程時間の全工程に対する比率、即ち生
産性が低下し、製造コストを増大させるという問題があ
る。

【００１５】以上述べたように、高速成膜に対しては、
マイクロ波プラズマＣＶＤ装置が適しているが安定放
電、大面積成膜に問題がある。一方、ＲＦプラズマＣＶ
Ｄ装置は大面積成膜に対しては適するが、高速成膜性に
問題がある。

【００１６】そこでこれらの３点、即ち、高速成膜、安
定放電、大面積成膜の総てを満足させる方法として、マ
イクロ波の漏れ導波管を利用した方法が、米国特許第
３，８１４，９８３号明細書において提案された。この
提案によれば、移動する帯状基板に対して傾斜させた２
つの漏れ導波管を、それぞれの電力分布が互いに相殺し
て均一になるように逆の傾きで並設配置し、また漏れ導
波管間のマイクロ波のクロストークを回避するように帯
状基板の搬送方向にずらして配置することが開示されて
いる。

【００１７】しかし、従来のマイクロ波の漏れ導波管を
用いた装置においては、マイクロ波の電界が均一となる
ことは考えられているが、原料ガスの濃度分布やプラズ
マ密度分布については全く考慮されておらず、均一の厚
さで均質な大面積成膜ができないという問題がある。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うな従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、
マイクロ波プラズマＣＶＤ装置において、防着によって
プラズマを安定的に長時間維持して連続的に半導体素子
を生産することが可能な大量生産用の成膜装置を提供す
ることを目的としている。

【００１９】また、本発明の他の目的は、安定な放電を
維持しながら、大面積にわたって高品位且つ均質な半導
体膜が得られるマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を提供す
ることにある。

【００２０】さらに、本発明の目的は、放電開始が容易
でマイクロ波電力を損失なく成膜室に投入できる装置を
提供することにある。

【００２１】本発明の更なる目的は、保守等の作業性に
優れ、その結果生産性を向上できる装置を提供すること
である。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は、従来のプラズ
マＣＶＤ装置における上述の問題点を解決し、前記本発
明の目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、完成した
ものである。即ち、本発明のロール・ツー・ロール型マ
イクロ波プラズマＣＶＤ装置は、真空容器に内蔵された
角柱状の成膜室を備えるロール・ツー・ロール型マイク
ロ波プラズマＣＶＤ装置であって、前記成膜室に向かっ
て方形導波管、円形導波管、誘電体円板の順に取り付け
られたマイクロ波アプリケーターと、該アプリケーター
と前記成膜室の１側面との間に設けられ、前記誘電体円
板の前記成膜室側の面上に、その端部がほぼ密着し且つ
前記方形導波管の長辺側の面に平行に配置された複数の
金属板と、前記成膜室の上蓋を構成する帯状基板と、前
記成膜室の底面または側面に列状に設けられたガスノズ
ルと、成膜室の側面または底面に列状に設けられた排気
孔と、から少なくとも構成されることを特徴とする。

【００２３】さらに、前記誘電体円板は、厚さの電気長
がマイクロ波の波長の概略半分で、直径の異なる少なく
とも２種の円板から構成され、大径の円板の前記成膜室
とは反対側の面上に小径円板を点対称に２個配置したこ
とを特徴とする。

【００２４】

【作用及び実施態様例】マイクロ波プラズマＣＶＤ装置
を、前記成膜室に向かって方形導波管、円形導波管、誘
電体円板の順に取り付けられたマイクロ波アプリケータ
ーと、該アプリケーターと前記成膜室の１側面との間に
設けられ、前記誘電体円板の前記成膜室側の面上に、そ
の端部がほぼ密着し且つ前記方形導波管の長辺側の面に
平行に配置された複数の金属板と、前記成膜室の上蓋を
構成する帯状基板と、前記成膜室の底面または側面に列
状に設けられたガスノズルと、成膜室の側面または底面
に列状に設けられた排気孔と、で少なくとも構成するこ
とにより、長時間に亘って安定した成膜が可能となる。

【００２５】また、前記誘電体円板を、厚さの電気長が
マイクロ波の波長の概略半分で、直径の異なる少なくと
も２種の円板で構成し、大径の円板の前記成膜室とは反
対側の面上に小径円板を点対称に２個配置することによ
り、放電開始が容易となり、同時にマイクロ波電力を反
射損失なく成膜室に投入することができる。その結果、
低パワーのマイクロ波電源を用いることができ設備コス
トを大幅に削減できる。次に本発明のマイクロ波プラ
ズマＣＶＤ装置の構成を図を参照して説明する。

【００２６】図１は、本発明の装置の主たる成膜室を説
明する模式的破断透視図である。ここでは内部を理解し
やすくするため、所定の位置からずらしたり、破断した
りして描いた部分がある。

【００２７】図１において１００は防着構造付反応炉、
１０１は帯状基板、１０２は成膜室１０３はマイクロ波
アプリケーター、１０４は方形導波管、１０５は円形導
波管、１０６はＰＦ窓、１０７はマイクロ波導入用開
口、１０８は電磁シールド（ＥＭＩシールド）、１０９
はバイアス電圧印加電極（以下バイアス電極と略記）、
１１０は直流安定化電源、１１１はガス導入パイプ、１
１２はガス導入口、１１３はガス溜り、１１４はガス吹
出板、１１５はガス・ノズル、１１６はガス排気口、１
１７はマイクロ波漏洩防止板、１１８は防着板、１１９
は圧力測定孔である。上記部品は、概ねビスやボルトで
固定されている。

【００２８】最初に、アプリケーターと成膜室の間に設
けられる複数の金属板からなるＰＦ窓について説明す
る。ここで、ＰＦ窓とは、プラズマ・フリー窓の略称で
あり、防着構造体である。

【００２９】図９は、ＰＦ窓とアプリケーターとの配置
を示す分解図（ａ）及び断面図（ｂ）である。図９にお
いて、誘電体円板は、大径円板（以降、円形誘電体窓と
いう）９０１と小径円板（以降、ビーズという）９０２
とから構成されている。９０３はＰＦ窓、９０４はフィ
ン、９０５はプレート、９０６は真空シール面、９０７
は外筒、９０８は内筒、９０９は変換フランジ付方形導
波管である。ここで、図１と共通の部品は同一部番とし
た。

【００３０】図９において、ＰＦ窓９０３は多数の平行
な金属板、即ちフィン９０４で構成され、フィン９０４
の配置は方形導波管９０９の長辺側の面に平行に配設さ
れる。また、フィンの材質は、例えば１ｍｍ厚のステン
レスとする。特にマイクロ波の進行方向に対してフィン
９０４が傾いたり、フィンの強度が膜応力よりも弱い
と、前記従来例のようにスパッタされることになるの
で、フィンの材質は重要である。また、ＰＦ窓９０３は
円形誘電体窓９０１とプラズマ（不図示）の間で、かつ
全部のフィンの端部が円形誘電体窓９０１にほぼ密着す
るように設置され、該円形誘電体窓９０１に「防着」作
用を及ぼす。この密着は、フィン端部から円形誘電体窓
間で０〜３ｍｍである。この防着作用は、フィンとフィ
ンの間隔が狭く、排気コンダクタンスが小さいほど顕著
となる。

【００３１】なお、本発明の場合排気コンダクタンスを
小さくできれば、金属製の平行フィンの代用として、多
数の柱状構造をもつ誘電体でも良い。

【００３２】一方、ＰＦ窓９０３のもう１つの作用は、
円形誘電体窓９０１を介してマイクロ波電力を成膜室１
０２（図１参照）に投入することである。このとき、成
膜室１０２に投入したマイクロ波電力、原料ガス、プラ
ズマ等が外部にそのまま漏洩しないよう、マイクロ波導
入用開口１０７の外側に相当するＰＦ窓９０３の端面
は、プレート９０５で覆われている。

【００３３】図９において、アプリケーター１０３は、
円形誘電体窓９０１、ビーズ９０２、外筒９０７、内筒
９０８、変換フランジ付方形導波管９０９及びガスケッ
トの６点で構成される。特に、円形導波管１０５は、外
筒９０７と内筒９０８よりなる２重構造である。そし
て、図９（ｂ）が示すように、外筒９０７の先端には、
内側に張出す段付部が設けられ、該段付部には、方形導
波管側から外筒９０７の内部に挿入される円形誘電体窓
９０１が突当てられている。この突当てられた円形誘電
体窓９０１の外周にＯリングまたはヘリコフレックス等
のガスケットを配置する。そして、該ガスケットのみを
外筒９０７の内部にはめ込まれた内筒９０８の先端リン
グ部で押し潰して、内筒先端リング部・外筒段付部・円
形誘電体窓外周の３者で真空シール面９０６を形成す
る。そして、この内筒９０８と外筒９０７の間隙には、
冷却水を流すことが好ましい。

【００３４】さらにアプリケーターには稜線が明確に出
ないようできるだけ平坦化するか、ゆるい曲面とする。
何故なら、長時間成膜すると、稜線部に付着した半導体
膜が剥離して基板上の半導体膜に混入するので、これを
防ぐための方策である。例えば、前記外筒の９０７の先
端部と円形誘電体窓９０１の表面とは段差ができるが、
この段差を円形誘電体窓９０１の形状自体に段差をもた
せて見かけ上なくしておく。そして、内筒９０８には、
変換フランジ付方形導波管９０９が締結されている。ま
た、このアプリケーター１０３は、マイクロ波導入用開
口１０７を介して、フィン９０４及び電磁シールド（Ｅ
ＭＩシールド）１０８と密着させる。

【００３５】次に、本発明のマイクロ波プラズマＣＶＤ
装置により、長時間にわたり安定した成膜が可能になる
ことを確認した実験について説明する。

【００３６】（実験１）図１及び図４に示したマイクロ
波プラズマＣＶＤ装置を用いて、バイアス電極に直流バ
イアス電圧Ｖ_Bを印加し、スパークが発生しない限界値
Ｖ_BMAXを調べた。

【００３７】図４は従来のマイクロ波プラズマＣＶＤ装
置であり、図１で示す防着構造付反応炉１００から２つ
のＰＦ窓１０６を取り除き、その結果できたスペースを
対向するアプリケーター１０３の距離を短縮して埋め合
せたものである。図４において、４００は反応炉、４０
１は円形誘電体窓であり、図１と同一部品は同一部番と
した。

【００３８】Ｖ_BMAX測定の結果は、図１の装置ではＶ
_BMAX＝１２０（Ｖ）、図４ではＶ_BMAX＝８０（Ｖ）であ
った。

【００３９】次に、この限界電圧Ｖ_BMAXを印加し、他の
成膜条件は表９に示した成膜条件で連続５時間の成膜を
実施してＰＦ窓の防着効果を調べた。そして、直流バイ
アス電流（Ａ）とマイクロ波実効電力（＝（入射電力）
−（反射電力））（Ｗ）、成膜室圧力（ｍＴｏｒｒ）を
記録した。なお、ここでのマイクロ波実効電力は、２個
の対向するマイクロ波アプリケーターの平均電力値とし
た。また５時間の成膜中、マッチング素子には全く手を
触れず、マグネトロンから一定のマイクロ波電力を成膜
室に投入して変化を観察した。即ち、成膜室内部の状況
変化が、直流バイアス電流、マイクロ波電力の変化とし
て認められるようにした。以上の実験を図１の装置２台
（＝ＰＦ窓有）及び図４の装置１台（ＰＦ窓無）につい
て行い、その結果を表１及び図１５に示す。

【００４０】

【表１】

【００４１】バイアス電流値は、時間とともに漸減す
るが、ＰＦ窓が無い方の変化が大きい。マイクロ波実効電力は微増する。これは反射電力が僅
かに減るためである。この場合もＰＦ窓が無い方が変化
が大きい。圧力は微増するが、ＰＦ窓の有無による大小関係は判
定できない。

【００４２】図１５のバイアス電流の変化率を３０分毎
に示したのが、図１６である。図１６から明らかなよう
に、ＰＦ窓が無い方は変化率が非常に大きくなることが
分かる。

【００４３】マイクロ波実効電力の変化は、チューナー
で修正することができるが、これは見かけの電力Ｐ₁で
あり、実際にプラズマに投入される電力Ｐ₂は、Ｐ₂＝
Ｐ₁−Ｐ₀（Ｐ₀はマイクロ波導入窓で吸収される電
力）であるため、Ｐ₀は小さい方が良い。マイクロ波実
効電力の変化が小さい方がＰ₀が小さいので、ＰＦ窓が
ある方が確実に有利であるのが分かる。

【００４４】（実験２）次に、ＰＦ窓に対するガス流の
方向、及びＰＦ窓のフィンの間隔と長時間成膜安定性と
の関係についての実験を行った。実験に用いた装置は、
図１からバイアス電極１０９とガス吹出板１１４を除去
し、ガス導入パイプ１１１を成膜室１０２内部に突出さ
せたものである。そして２個のアプリケーター１０３の
一方の円形誘電体窓１０６にＰＦ窓を密着させた。即
ち、２個のアプリケーターと１個のＰＦ窓とを備えた構
造とした。このＰＦ窓は、フィンが水平となる方向に設
置されている。ＰＦ窓が密着する円形誘電体窓を「窓
Ａ」、ＰＦ窓のない円形誘電体窓を「窓Ｂ」と名付け
る。そして、バイアス電圧は印加せず、他の成膜条件は
表９の成膜条件とし、２分間ａ−Ｓｉ膜の成膜を行って
円形誘電体窓上のａ−Ｓｉ膜の付着状態を観察した。成
膜後の円形誘電体窓の写真を図１７に示す。写真と条件
の関係を表２に示す。

【００４５】

【表２】表２のＰＦ窓は、いずれもプラズマを見込む立体角を同
一としている。図１７の（写真１）〜（写真３）が示す
ように、窓Ｂに関してはいずれも円形誘電体窓の全面に
ａ−Ｓｉ膜が付着しているのが目視ではっきりと認めら
れた。一方、窓Ａに関しては、ａ−Ｓｉ膜の付着は少な
く、その付着量は（写真３）が最も少なく、（写真
１）、（写真２）の順に増加した。

【００４６】図８は、この関係を定量化するため、ＰＦ
窓のフィン上にガラス基板を置き、このガラス基板上に
堆積したａ−Ｓｉの膜厚を測定したものである。図８の
曲線Ｌ（写真１に対応）と曲線Ｎ（写真３に対応）の比
較により、ピッチが狭いほど窓Ａ上への防着効果が高く
なることが分かった。また曲線ＬとＭ（写真２に対応）
との比較により、ガス流が円形誘電体窓に平行に流す方
が防着効果は高いことが分かった。

【００４７】次に、以上の結果に基づいて、フィンピッ
チ３ｍｍ、フィン長６０ｍｍとしたＰＦ窓を２個取り付
けた図１の装置を用いて、表９の成膜条件で１０時間成
膜を持続させた。但し、ガス流は上向きとした。この場
合のＰＦ窓の窓Ａに対する防着効果を図１８の写真に示
す。

【００４８】図１８では、１０時間の成膜にもかかわら
ず、ａ−Ｓｉ膜が全く付着しない領域（すなわち、フィ
ンが密着する部分）が認められた。また、放電状態も
（実験１）と同様極めて安定していた。以上の実験から
明らかなように、本発明により安定した放電が持続し得
ることが分かる。

【００４９】続いて、誘電体円板を、円形誘電体窓及び
ビーズで構成した時の効果を説明する。誘電体円板にお
いて、マイクロ波の反射が打消されるのは、その厚さの
実効電気長がλ／２（λ：マイクロ波の波長）であるこ
とは公知である。この条件を維持しながら、誘電体円板
を少なくとも大小２種の部品で構成し、大径部品（即
ち、円形誘電体窓）をλ／２より若干薄く製作する。そ
してその不足分を２個の小径部品（ビーズ）で補う。こ
のビーズの作用によりその部分の電界は集中し、放電開
始が容易になる。

【００５０】図９において、ビーズ９０２は、円形誘電
体窓９０１のＰＦ窓９０３とは反対側の面上に点対称に
２個円形導波管内壁に周囲が接触するように取付られ
る。その取付け方向は、２個のビーズを結ぶ線分が方形
導波管の短辺と平行になるようにする。

【００５１】ビーズの取付には、耐熱無機接着剤（例え
ば東亜合成化学（株）製のアロン・セラミック）、両面
テープ、ポリイミド粘着テープ等を使えば良い。

【００５２】ビーズの寸法としては、例えば円形誘電体
窓の径がφ９８ｍｍの場合、直径がφ２０〜φ３０ｍ
ｍ、高さが１５〜３０ｍｍとすれば良いが、さらに具体
的な寸法は採用する誘電体の誘電率に依存する。例え
ば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波では波長λ＝１２２．
４ｍｍであり、ε＝１０のアルミナ・セラミックスを採
用した場合、円形誘電体窓の厚さが１９ｍｍならばビー
ズの寸法を外径φ２０ｍｍ、厚さ２０ｍｍ程度にすれば
良い。

【００５３】実効電気長という用語を用いたのは、使用
するマイクロ波モードに応じて電界密度が変わるため、
その電界密度分布を平均化して電気長を決める必要があ
るためである。従って、予めいくつかの寸法の大小部品
を製作し、最適な組合せを実験的に決めるのが好まし
い。

【００５４】次に、上記の効果を確認した実験を以下に
示す。

【００５５】（実験３）上記寸法の誘電体窓及びビーズ
を図１及び図２の装置にぞれぞれ適用し、表９の成膜条
件で放電させた。ここで図１の装置の場合、２つのマイ
クロ波発振機が同時に発振するように外部から同期信号
を与えた。また図２の装置の場合、パワー・ディバイダ
ーを用い、その分配比を５：５に固定して６つのアプリ
ケーターから同時放電させた。また、比較のため、ビー
ズを用いず円形誘電体窓だけを用いた場合の放電実験を
行った。そのときの放電開始電力（進行波電力）の値を
表３にまとめた。

【００５６】

【表３】表３から明らかなように、誘電体円板を大径の円形誘電
体窓と小径のビーズとで構成することにより、放電開始
電力を下げられることが分かる。

【００５７】尚、上記以外のビーズの配置も許される
が、その場合は前記円形誘電体窓及びビーズの寸法を適
宜調整する。

【００５８】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより詳細に説
明するが、本発明がこれら実施例に限定されることはな
い。

【００５９】（実施例１）図１に、本発明の第１の実施
例を示す。図１において、１００は防着構造付反応炉、
１０１は帯状基板、１０２は角柱状成膜室、１０３はア
プリケーター、１０４は方形導波管、１０５は円形導波
管、１０６はＰＦ窓、１０７はマイクロ波導入用開口、
１０８はＥＭＩシールド、１０９はバイアス電極、１１
０は直流安定化電源、１１１はガス導入パイプ、１１２
はガス導入口、１１３はガス溜り、１１４はガス吹出
板、１１５はガス・ノズル、１１６はガス排気口、１１
７はマイクロ波漏洩防止板、１１８は防着板、１１９は
圧力測定孔である。

【００６０】本実施例において、アプリケータ１０３に
マイクロ波電力を導入する２台のマイクロ波発振機（不
図示）は、連続発振でリップル率３％未満のもので、
２．４５ＧＨｚ（ギガヘルツ）のマイクロ波を発振す
る。この２台のマイクロ波発振機には、それぞれ適宜導
波管を介在させて、発振機側からアイソレーター、方向
性結合器（電力計）、チューナー、アプリケーター１０
３の順に接続されている。そして、マイクロ波電力は前
記電力計を監視しながら各マイクロ波発振機から各アプ
リケーター１０３を通って成膜室１０２の両側から投入
される。

【００６１】本実施例において、アプリケーター１０３
を構成する円形導波管１０５の内径は、大略方形導波管
１０４の外接円となるように選ばれている。例えば、円
形導波管の内径をφ９８〜φ１０１ｍｍ、方形導波管の
内寸を９６×２７ｍｍまたは１０９．２×５４．６ｍ
ｍ、７２×３４ｍｍとすれば良い。２つのアプリケータ
ー１０３は対向して配置させ、互いの回転軸（以下、Ｘ
軸とする）が一致するように配置する。ここでＸ軸は、
帯状基板１０１とほぼ平行である。そしてＸ軸の帯状基
板への射影は、帯状基板の搬送方向（以下、Ｙ軸とす
る）とほぼ直交する。さらにＸ軸は、角柱状成膜室１０
２の側壁と平行である。

【００６２】また、このアプリケーター１０３を構成す
る方形導波管１０４において、マイクロ波は、方形ＴＥ
₁₀（＝Ｈ₁₀）モードで伝搬し、同じく円形導波管１０５
において、円形ＴＥ₁₁（＝Ｈ₁₁）モードで伝搬する。さ
らに、ビーズ９０２及び円形誘電体窓９０１中でのモー
ドは、ビーズの配置によって変化し高次モードを含んだ
複雑なものとなる。

【００６３】一方、偏波面に関しては、方形導波管１０
４、円形導波管１０５ではいずれも直線偏波であるが、
ビーズ９０２の配置に応じて偏波面が回転した楕円偏波
と直線偏波とが部分的に合成された複雑な様相を呈す
る。

【００６４】アプリケーター１０３に内蔵される円形誘
電体窓９０１（図９参照）は、マイクロ波導入と真空封
止の２つの機能を有する。このマイクロ波導入による円
形誘電体窓の熱劣化（ヒビ割れ、破壊）を防止するた
め、均一に冷却されることが好ましい。具体的には、円
形誘電体窓の大気側の面に冷却空気を吹き付けて直接冷
却しても良いし、内筒９０８と外筒９０７との間に水、
フレオン等の冷媒を流してアプリケーター１０３を冷却
し、円形誘電体窓とアプリケーターとの熱伝導で間接的
に冷却しても良い。

【００６５】この円形誘電体窓９０１がプラズマに曝さ
れる場合、その材質としては、熱衝撃破壊係数＝大、
熱膨張率＝小、マイクロ波電力の吸収（ε_rｔａｎ
δ）＝小、機械的強度＝大、イオン再結合係数＝
小、プラズマへの耐久性がある、φ１００ｍｍ以上
の製作が可能、比較的安価、等の条件を満足しなけれ
ばならず、特に、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜を形成する場合には、
熱伝導率が良好という条件が追加される。ところが、
前記ＰＦ窓１０６を具備すれば、プラズマに曝されなく
なるので、上記条件のうち、、、を満足すれば
良い。また、ビーズの材質選択条件は、のみを満足
すれば良い。具体的な材質としては、例えばＡｌ
₂Ｏ₃、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＺｒＯ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、Ｂ
Ｎ等のファイン・セラミックスや石英が挙げられる。

【００６６】また、円形誘電体窓９０１は１枚構成で
も、本出願人が提案したような密着した２枚構成でも良
い（特開昭６３−１４５７８１号公報)。

【００６７】また、対向する２つのＰＦ窓１０６のフィ
ンの取付方向は、互いに直交している。しかしながら本
発明では、ビーズの偏波面への作用により、ＰＦ窓のフ
ィンの取付方向が互いに平行な場合でさえも、対向する
アプリケーターを介してマイクロ波が漏洩する量は僅か
なので無視できる。

【００６８】本実施例において、アプリケーター１０
３、１０４とＰＦ窓１０６とが接触するマイクロ波導入
開口１０７では、復元力を持つリン青銅製のスパイラル
・ワイヤーをＥＭＩシールド１０８とし、両者を電気的
に密着させる。

【００６９】本実施例では、前記Ｘ軸上にＴ字形の棒状
構造であるバイアス電極１０９を配置する。このときバ
イアス電極１０９端部と円形誘電体窓９０１との距離は
１０〜５５ｍｍが好ましい。距離が３０ｍｍの場合のバ
イアス電極主要部の寸法は、φ１２ｍｍ×長さ４２０ｍ
ｍである。

【００７０】このバイアス電極１０９は成膜室１０２の
底面を貫通し、電気的に該底面と絶縁されている。ま
た、このバイアス電極１０９には、不図示の真空容器の
外部で直流安定化電源１１０または高周波電源を接続す
る。特に、成膜室１０２を貫通する部分では、同軸とな
るよう金属スリーブを設け、該金属スリーブとバイアス
電極１０９とを絶縁し、異常放電を防止する。成膜室１
０２の外部で、かつ真空容器の内部に相当する位置で
は、必要に応じて同軸にしたり、銅箔で引き廻したりし
てＥＭＩシールドを設ける。

【００７１】このバイアス電極１０９にバイアス電圧を
印加することにより、成膜中の帯状基板１０１に引きつ
けられるイオンのエネルギーを制御する。そしてそのイ
オン量は、バイアス電流で監視する。

【００７２】このバイアス電極１０９の材質は、グロー
放電状態で使用する場合に堆積膜を汚染しないものであ
れば何でも良い。例えば、ＳＵＳ、Ｎｉ等が好適であ
る。

【００７３】図１において、帯状基板１０１はマイクロ
波の反射体であって、直方体状の成膜室１０２の上蓋を
構成している。ここで、前記帯状基板１０１の幅は、成
膜室１０２のＸ軸方向の長さよりも小さいため、成膜室
１０２の端部にはマイクロ波及びプラズマ漏洩を妨げる
マイクロ波漏洩防止板１１７が設置されている。このマ
イクロ波漏洩防止板１１７の機能は、成膜室内の圧力
を高め、放電生起を容易にする、プラズマの漏洩を防
ぎ、放電を安定させる、マイクロ波の漏洩を防ぎ、安
全性を確保する、ことである。

【００７４】本実施例において、角柱状の成膜室１０２
のサイズは、２２０ｍｍ（Ｄ）×１４０ｍｍ（Ｈ）×４
８０ｍｍ（Ｗ）であって、４００ｍｍ幅の帯状基板１０
１に対応できる。

【００７５】この帯状基板の幅方向に均一な成膜を行う
ため、ガス流及びバイアス電圧の印加が均一になるよう
構成されている。

【００７６】この成膜室１０２に原料ガスを均一に導入
する手段として、ガス導入パイプ１１１、ガス導入口１
１２、ガス吹出板１１４、ガス・ノズル１１５を備えて
いる。ガスの流れとしては、ガス・ノズル１１５で上向
きに吹出された原料ガスが不図示の真空ポンプの作用に
より成膜室１０２の側壁である多孔板上のガス排気口１
１６を介して成膜室１０２の外部に排出される。また、
ガス排気口１１６から真空ポンプまでの間に、排気コン
ダクタンス可変機構（不図示）が設置されている。

【００７７】本実施例において、帯状基板１０１は、図
３に示す搬送機構で搬送される。特に、搬送ローラー
（図３の３３６〜３４６参照）は帯状基板１０１の非成
膜面（図では上面）のみに接触させる。具体的には、米
国特許第４，４８５，１２５号公報で提案されたものと
同様に、強磁性体（例えばＳＵＳ４３０等のフェライト
系ステンレス）の帯状基板１０１の上面にマグネット・
ローラーを密着させ、その磁力で帯状基板１０１をカテ
ナリー（懸垂線）状に吊り下げる。この場合、最小の張
力で搬送可能となる。

【００７８】この帯状基板の吊下げ形状は、張力を強く
して帯状基板や搬送ローラーが変形したり、後述するス
テアリング機構が働かなくなる限界値以内であれば、カ
ージオイドの一部でも、最速降下線でも、円弧でも良
い。

【００７９】また、マグネット・ローラーには、内部に
永久磁石が複数個組み込まれている。該永久磁石は、帯
状基板の温度に比べてキューリー点が高くかつ強磁性体
の帯状基板を貫通した磁力線がプラズマに影響しない程
度の磁力を有する。

【００８０】図１において、防着板１１８は成膜室１０
２の両側、即ち、成膜室１０２に帯状基板１０１が入る
直前及び帯状基板１０１が成膜室１０２から出た直後に
配置される。尚、図１では入る直前の方のみを図示し
た。この防着板１１８の作用は、成膜室１０２以外の周
辺領域において、帯状基板１０１上に堆積膜を形成させ
ないことである。実際には、ガス排気口１１６から排出
されたガスに含まれる僅かなラジカルにより成膜室１０
２の外部においても帯状基板１０１上に堆積膜が形成さ
れる。この堆積膜は膜厚としてはかなり薄いが、後述す
るロール・ツー・ロール型成膜装置で多層膜を形成する
場合、電気特性を左右する界面に相当する部分であり、
精密な膜質の制御が必要である。従って、膜質の制御が
困難な成膜室１０２外部で堆積膜が形成されるのを防止
する必要がある。防着板１１８は、このような機能を有
する部品である。従って、このような機能を有する限
り、防着板１１８の形状は制約がない。例えば、図１の
ように平板でも良いし、曲面でも折り曲げられた板でも
良い。特に、放電時の圧力１０ｍＴｏｒｒ未満で高速成
膜のため１．５ｓｌｍ以上のガスを流す場合には、排気
コンダクタンスが大きい必要があるので、防着板１１８
の形状は、平板が好ましい。防着板の寸法は、成膜条件
やガス排気口１１６、排気開口２１１（図２参照）等の
寸法に依存するので適宜調整する。

【００８１】本実施例において、１１９は圧力測定孔で
あり、該孔はパイプを介して真性半導体層形成容器３５
２（図３参照）を貫通して絶対圧力計と接続されてい
る。

【００８２】（実施例２）図２に本発明の第２の実施例
を示す。図２は、図１で示す成膜室１０２を搬送方向に
３個隣接させて並べたものである。理解を容易にするた
め、帯状基板１０１と成膜室２０３の一部を破断して描
いてある。また、図１と同一の部品は同一部番とした。

【００８３】図２において、２００は防着構造付反応
炉、２０１〜２０３は成膜室、２０４、２０５はＰＦ
窓、２０６、２０７はフィン、２０８はパンチング・ボ
ード、２０９は防着板、２１０はバイアス給電線、２１
１は排気開口、２１２は落下防止板である。

【００８４】本実施例において、成膜室内部のガス流は
帯状基板の搬送方向にあるいはその逆方向にのみ形成
し、帯状基板の幅方向にガス密度分布ができないように
する。即ち、ガス導入パイプ１１１を介して成膜室２０
１〜２０３に導入された原料ガスは、パンチング・ボー
ド２０８を通り、真空容器の底面でかつ成膜室２０１〜
２０３の真下を避けて搬送方向に対称に２個設けられた
排気口２１１を抜け、各々の排気口に接続されたゲート
バルブ（不図示）を介して排気量２１．５（Ｔｏｒｒ・
リットル／ｓｅｃ）すなわち１７００ｓｃｃｍ相当の油
拡散ポンプ（例えばバリアン社製ＨＳ−３２）の２系統
で排出される。

【００８５】このような排気開口２１１の配置により、
長時間に亘って成膜室２０１〜２０３に付着した堆積膜
が自然に剥離した場合でも、その剥離粉末が油拡散ポン
プに取り込まれるのを回避できる。特に、真空容器を冷
却し大気開放して付着した堆積膜に水分が吸着すると、
この堆積膜ははじけるように剥離する。その飛散距離は
１．５ｍにも及ぶ場合があり、この場合には上記の排気
開口の配置上の工夫のみならず、落下防止板２１２をそ
れぞれの排気開口に設けるのが効果的である。

【００８６】具体的には、パンチング・ボード２０８の
位置から排気開口２１１が直接見えないように落下防止
板２１２の配置・寸法を決めれば良い。図２の場合は、
落下防止板２１２を水平から約３０°の傾きをもつよう
に取付けた。このように対処することで、長時間に亘る
成膜を行っても油拡散ポンプのオイル中に前記剥離粉末
が取り込まれなくなり、装置の稼働率を大幅にアップす
ることができる。しかし、前記のような堆積膜が飛散剥
離するのを防止するため、該成膜室２０１〜２０３は帯
状基板１０１交換時でも冷却・大気開放を行わないこと
が望ましい。これについては後述するウェブ・ゲートを
用いることで可能となる。

【００８７】本実施例において、成膜室２０１〜２０３
の下側には、３本のガス導入パイプ１１１と３本のバイ
アス給電線２１０とが配設される。そして、各ガス導入
パイプ１１１と各バイアス給電線２１０の一端は各成膜
室２０１〜２０３に接続され、他端は真空容器を貫通し
て不図示のガスボンベ及びバイアス印加電源に接続され
ている。

【００８８】また、本実施例において、６個のアプリケ
ーター１０３には、方形導波管１０４を適宜介在させ
て、チューナー、方向性結合器（電力計）、アイソレー
ター、パワー・ディバイダー、方向性結合器（電力
計）、アイソレーター、マイクロ波発振機（いずれも不
図示）が、この順に接続されている。

【００８９】該パワー・ディバイダーは、２．４５ＧＨ
ｚの周波数のマイクロ波を１つの導波管入口から取り込
み２つの導波管出口Ａ、Ｂにマイクロ波電力を分配する
可変分配器である。このパワー・ディバイダーの分配性
能は、導波管入口Ａ、Ｂに無反射終端をダミー・ロード
として接続した場合、導波管出口Ａへの分配電力：導波管出口Ｂへの分配電力
＝１０：０，５：５，０：１０のいずれの分配比に対しても、損失なく所望の電力分配
が可能である。しかしながら、プラズマＣＶＤ装置にお
いては、導波管出口ＡまたはＢを通って負荷から反射電
力がパワー・ディバイダーに戻り分配比が狂ってしまう
場合がある。このような事態を回避するため、パワー・
ディバイダーの導波管出口Ａ及びＢにはそれぞれアイソ
レーターを接続し安定した分配比で作動させることが望
ましい。そして、１つのパワー・ディバイダーを対向す
る１組のアプリケーター１０３に接続することが放電開
始の簡便さ、及び膜質の精密制御という２つの観点で望
ましい。

【００９０】以下にパワー・ディバイダーによる放電開
始の簡便さについて説明する。前記油拡散ポンプ排気系
において、原料ガスにＳｉＨ₄やＧｅＨ₄等の水素化合
物ガスを使用し、グロー放電で該水素化合物ガスを水素
ガスとそれ以外とに解離させる場合に最も効果的であ
る。前述の油拡散ポンプでは、水素化合物ガスよりも水
素ガスの方が２倍以上排気速度が大きいことを本発明者
は確認した。更に上記ＳｉＨ_４やＧｅＨ_４を解離させる
と成膜室の圧力が低下することを本発明者は確認した。

【００９１】従って、パワー・ディバイダーを使わずに
６個のアプリケーターから順次マイクロ波電力を投入し
てグロー放電させると、成膜室の圧力低下のため、順次
グロー放電しにくくなり、終まいには放電しなくなる。
つまり、グロー放電させるには、６個の対向するアプリ
ケーター１０３から同時にマイクロ波電力を投入し、グ
ロー放電を生起させた方が簡便である。しかしながら、
対向するアプリケーター１０３が別々のマイクロ波発振
機に接続されていると、同時放電が困難な場合が多い。
この場合は、本発明の接続方法により１つのマイクロ波
発振機のマイクロ波電力をパワー・ディバイダーで２等
分ないし６等分して成膜室に投入することによって、同
時放電を容易に生起させることができる。

【００９２】次に、パワー・ディバイダーによる大面積
成膜の膜質の精密制御について説明する。

【００９３】幅が３００ｍｍを超えるような帯状基板上
に大面積成膜をマイクロ波グロー放電で行う場合、図１
のように帯状基板の幅の両端からアプリケーター１０３
を対向配置させることが望ましい。本発明の装置では、
このアプリケーターは、発振管としてマグネトロンを採
用したマイクロ波発振機に接続されている。このマグネ
トロンは、個体間で中心周波数が±３０ＭＨｚの範囲で
分布している。また、同一のマグネトロンでもその出力
電力によって周波数特性が５０ＭＨｚ程度変動するとい
う性質をもつ。従って、２つの異なるマイクロ波発振機
から同一の出力電力で成膜室にマイクロ波を投入する場
合でも、その周波数は最大６０ＭＨｚ異なる場合があ
り、また反射電力が異なれば実効電力を一定にするため
進行波電力、すなわち出力電力を変化させることにな
り、さらに周波数の変動幅を拡大することになる。従っ
て、たとえ見かけ上の実効電力を同じ値にしても、その
周波数の差により水素化合物ガスの解離に変化を及ぼ
し、帯状基板１０１上に形成される堆積膜の電気特性に
微妙な影響を与えることになる。このような事態を回避
し、簡単な構成で膜質を精密制御するには、上記のパワ
ー・ディバイダーを前述のように接続することが好まし
い。

【００９４】さらに、パワー・ディバイダーを次のよう
に使用すると、他の使用法に比べて、マイクロ波発振機
の出力定格を下げ、装置コストを低減させることができ
る。これは、例えば、表９に示した条件では原料ガスの
放電開始電力が放電維持電力の４倍以上であることに着
目したものである。即ち、最初に成膜室に原料ガスを流
した状態で、最大出力１．５ｋＷのマイクロ波発振機か
らのマイクロ波実効電力１．２５ｋＷに対して、パワー
・ディバイダーの分配比を、導波管出口Ａへの分配電力：導波管出口Ｂへの分配電力
＝１０：０とし、導波管出口Ａに接続されているアプリケーター１
０３からのマイクロ波電力により、該アプリケーターの
近傍でグロー放電を生起させる。次に、前記分配比を
２：８として、前記グロー放電を維持しながら、対向す
るアプリケーター１０３近傍でも新たなグロー放電を生
起させた。その次に、マイクロ波実効電力１．０ｋＷに
対して分配比を５：５として対向する２つのアプリケー
ター近傍で、同じ電子密度・電子温度のプラズマを形成
する。そして膜厚及び膜質の均一な堆積膜が製造でき
る。

【００９５】因みに、表９の成膜条件での放電開始電力
は１つのアプリケーター当り、１．０ｋＷ、放電維持電
力は０．２５ｋＷであった。即ち、２つの対向するアプ
リケーターからマイクロ波電力を同時に投入してグロー
放電させる場合、２．０ｋＷ以上のマイクロ波電力を出
力できるマイクロ波発振機が必要である。それに対し
て、上記の使用法によれば、１．２５ｋＷ以上のマイク
ロ波電力を出力できるマイクロ波発振機で代用できるこ
とになり、装置コストを低減できる。

【００９６】従って、図２において上記のようにパワー
・ディバイダーを配置すれば、放電開始の簡便さと膜質
の精密制御とが可能になる。

【００９７】（実施例３）本発明の第３の実施例を図３
に示す。図３は、本発明のロール・ツー・ロール型プラ
ズマＣＶＤ装置３００を示す模式的概略図である。以
下、ｉ型半導体層をｉ層、ドープ半導体層をドープ層と
略記する。

【００９８】図３において、３０１は基板送出し容器、
３０２は第１ドープ層形成容器、３０３は第２ドープ層
形成容器、３０４は基板巻取容器、３０５〜３０９は温
度制御機構、３１０〜３１３はガスゲート、３１４〜３
２０は真空計、３２１〜３２７はガス導入管、３２８〜
３３２はガス排気口、３３３は繰出しボビン、３３４は
帯状基板、３３５は巻取りボビン、３３６〜３４６は搬
送ローラー、３４７、３４８は高周波発振機、３４９〜
３５１は成膜室、３５２はｉ層形成容器である。

【００９９】図３のロール・ツー・ロール型プラズマＣ
ＶＤ装置３００は、概ね成膜室、原料ガス導入手段、ガ
ス分離手段、排気手段、搬送手段、電力投入手段、基板
温度調整手段で構成されている。そして、このロール・
ツー・ロール型プラズマＣＶＤ装置３００は、ｐｉｎ型
の光起電力素子のシングル・セルの半導体薄膜を形成で
きる。

【０１００】まず、成膜室３５０は、図２で示した防着
構造に反応炉２００と同じ構造である。また、成膜室３
４９、３５１は図５で示すＲＦプラズマＣＶＤ反応炉５
００と同じ構造である。これらの成膜室３４９〜３５１
では、内部の圧力を真空計３１４〜３２０で監視する。

【０１０１】成膜室３４９、３５１に導入される高周波
電力の周波数１３．５６ＭＨｚまたは１００ｋＨｚのも
のが用いられる。ここで高周波電源３４７、３４８は上
記周波数に限定されるものではなく、５０ｋＨｚ〜１０
ＧＨｚまでいずれのものでも良い。但し、上記周波数以
外のものを用いる場合は、成膜条件は適宜調整が必要で
ある。特に、５０ＭＨｚ以上の周波数を選択する場合、
圧力は５〜２０ｍＴｏｒｒが望ましい。

【０１０２】また、図１及び図２で説明した成膜室３５
０に導入するマイクロ波も、周波数がマイクロ波帯で連
続発振の低リップル型のものであれば特に制約されな
い。

【０１０３】本実施例では、ウェブ・ゲートを使用し
た。ウェブ・ゲートとは、帯状基板を上下からエラスト
マーで挟み込んで真空封止する角形開口のゲート・バル
ブに類似した機構である。このウェブ・ゲートは、帯状
基板の交換や成膜室の保守のために有用である。

【０１０４】特に、図１４のトリプル型光起電力素子を
製造する９個の成膜室を有する装置のように、多数の成
膜室を具備しその保守のタイミングが時間的にズレる場
合に、大気開放して装置の稼働率を下げるのを防止する
効果がある。具体的に述べると、大気開放するには、帯
状基板冷却、乾燥窒素導入、大気開放という手続を必要
とする。一方、再度成膜するには、真空引き、原料ガス
導入、帯状基板加熱及び予備成膜という別の手続きを必
要とし、結局のところこれら一連の手続きの実施には、
５〜６時間を要してしまう。これらの一連の手続きが、
成膜室毎に異なるタイミングで実行することになると、
連続的な一貫生産は望めず、その結果、生産の歩留りが
低下してしまう。

【０１０５】このウェブ・ゲートの寸法は、帯状基板の
幅より広い開口をもつ構造で、帯状基板を通過させ易け
れば良い。

【０１０６】このウェブ・ゲートは、帯状基板の厚さが
０．３ｍｍ以下であれば通常のフッ素ゴムをエラストマ
ーとして使用することで、低い漏洩量で真空封止でき
る。また、該エラストマーはフッ素ゴムに限定されるわ
けではないが、弾力性があって漏洩量が低いこと、帯状
基板端部で損傷しないこと、ウェブ・ゲートの繰り返し
開閉に対して漏洩量が増大しないことという条件を満足
する必要がある。

【０１０７】このウェブ・ゲートの配置は、図３のガス
ゲート３１０、３１３に隣接させる位置に一対、また、
ガスゲート３１１、３１２に隣接させる位置に一対設け
ることが望ましい。即ち前者は帯状基板のロールの交換
のための配置であり、後者はｉ層形成容器内部の保守の
ための配置である。ここで、第１ドープ層形成容器及び
第２ドープ層形成容器では成膜速度が低く、ｉ層形成容
器３５２の成膜速度が速いため、ｉ層形成容器３５２の
保守の頻度を上げ、同時に生産の歩留りの低下を抑える
ことができるようにした。

【０１０８】図３において、帯状基板３３４はその一端
を巻取りボビン３３５に固定され、巻取りボビン３３５
を基板巻取容器３０４の外部から駆動することによって
搬送される。帯状基板３３４の張力は、繰出しボビン３
３３に搬送方向と逆向きの力を作用させて発生させる。
その手段としては、基板送り出し容器３０１の外部から
クラッチを介して作用させれば良い。クラッチとして
は、パウダー・クラッチが好ましい。

【０１０９】次に、図５を用いてガスゲート及び温度制
御機構を説明する。図５は、図３の第１及び第２ドープ
層形成容器３０２、３０３の内部を説明する模式的断面
図である。図５において、５００はドープ層形成容器、
５０１は高周波電極、５０２は帯状基板、５０３はガス
導入管、５０４はガスヒーター、５０５はランプ・ヒー
ター、５０６はガス吹出口、５０７は排気口、５０８は
マグネット・ローラー、５０９はガスゲート、５１０は
ゲ−トガス導入管、５１１は帯状基板搬送方向、５１２
は成膜室、５１３は分離通路、５１４は熱電対、５１５
はゲートローラー、５１６はゲートガス排気口である。

【０１１０】ドープ層形成容器５００内の高周波電極５
０１には、図３で説明した通り、周波数１３．５６ＭＨ
ｚまたは１００ｋＨｚの高周波電源３４７が電気的に接
続され、高周波電力が供給される。また、原料ガスは、
ガス導入管５０３を通り、ガスヒーター５０４の下を図
の右方向に流れ、次にガスヒーター５０４の上を図の左
方向に流れ原料ガスは予熱される。そしてガス吹出口５
０６より出て高周波電極５０１と帯状基板５０２とで囲
まれた成膜室５１２を図の右方向に流れ、成膜室５１２
の右端より下方に流れて排気口５０７を介して真空ポン
プでドープ層形成容器５００の外部に排出される。

【０１１１】図５において、帯状基板５０２はガスゲー
ト５０９を通りマグネット・ローラー５０８の磁力で引
きつけられて吊下げられ、成膜室５１２を通り、再びマ
グネット・ローラー５０８で吊下げられ、ガスゲート５
０９を通るように取付られている。そして、この帯状基
板５０２は図３に示した搬送機構で搬送方向５１１に搬
送される。

【０１１２】本実施例において、ガスゲートは、ガス分
離機能と帯状基板の通路としての機能とを兼備する。こ
こでガス分離機能は、隣接する形成容器をスリット状の
分離通路によって接続し、該分離通路に分離用ガス（ゲ
ートガス）を流して原料ガスと衝突させ、原料ガスの拡
散長を短縮させることで達成される。

【０１１３】ガスゲート５０９の分離通路５１３には帯
状基板５０２が通されており、円周上に複数の溝を有し
永久磁石を内蔵するゲートローラー５１５に帯状基板５
０２の上面は密着し、帯状基板５０２の下面は非接触と
なって搬送される。また、分離通路５１３には、帯状基
板５０２の上下よりゲートガス導入管５１０を介して、
分離用ガスが導入されている。ここで、ゲートガスの流
量は、導入管の隣接する形成容器の圧力差、ガスゲート
の内寸法、分離用ガスと原料ガスの相互拡散係数、相互
拡散の許容値及び最大ガス排気量等を勘案して設計する
ことが望ましい。ゲートガスとしては、Ａｒ、Ｈｅ、Ｈ
₂等を使用する。前記ゲートガス導入管５１０から導入
されたゲートガスは、分離通路５１３を通って両側に隣
接する形成容器に流れ、特にドープ層形成容器に流れ込
んだゲートガスは、成膜室５１２の下部に設けられたゲ
ートガス排気口５１６に流入し、成膜室５１２への混入
を回避している。

【０１１４】図５において、ガス分離の性能を向上させ
るには、ガスゲート５０９の内寸法、即ち分離通路５１
３の寸法が帯状基板の厚さ方向にはできるだけ狭く、搬
送方向には長いことが望ましい。一方、この寸法は、帯
状基板の搬送中に半導体膜形成面が分離通路の内壁下面
に、接触して傷がつないようにするため、帯状基板の厚
さ方向に広く、搬送方向に短いことが望ましい。この２
点を勘案して、分離通路の寸法は帯状基板の厚さ方向に
約０．３〜５ｍｍ、搬送方向に約２００〜７００ｍｍ、
幅方向に帯状基板の幅＋２０ｍｍ程度の範囲に設定され
ている。具体的には、図３の成膜室３４９、３５０、３
５１の圧力が、それぞれ１Ｔｏｒｒ、６×１０^-3Ｔｏｒ
ｒ、１Ｔｏｒｒの場合、最も圧力が低い成膜室３５０で
はｉ層を形成するためドープ層からの相互拡散の許容値
は厳しく、分離通路の寸法は厚さ方向では約０．３〜３
ｍｍ、搬送方向では約３００〜７００ｍｍの範囲に設定
される。一方、圧力差がほとんどない基板送り出し容器
３０１と第１ドープ層形成容器３０２との間や、第２ド
ープ層形成容器３０３と基板巻取容器３０４の間に配設
されるガスゲートでは、分離通路の寸法は厚さ方向では
約１〜５ｍｍ、搬送方向では約２００〜５００ｍｍの範
囲に設定される。

【０１１５】図５において、ガスゲート５０９を通過し
た帯状基板５０２は、ゲートガスで冷却されるので、成
膜室５１２に入る以前にランプヒーター５０５で所望の
温度まで加熱される。この場合、帯状基板５０２の温度
は、熱電対５１４でモニターされる。温度検知手段とし
ては、熱電対以外に例えば放射温度計を用いても良い。

【０１１６】また、成膜室５１２内部においても、帯状
基板５０２の上面からの放射で帯状基板の温度が下が
り、プラズマからの熱で帯状基板の温度が上がる。帯状
基板５０２からの放射熱量は、帯状基板５０２の表面性
と成膜室５１２の滞留時間に依存し、帯状基板５０２へ
のプラズマからの熱量は成膜条件と成膜室５１２の滞留
時間に依存する。さらに、成膜室５１２の通過位置によ
って帯状基板５０２の温度はさまざまに変化するので、
成膜室５１２におけるランプヒーター５０５は、成膜室
５１２の出口に近いほどランプ密度を下げたり、別途冷
却手段を設けたりして適宜帯状基板５０２の温度調整を
行えば良い。

【０１１７】図３において、搬送中の帯状基板３３４が
搬送方向に直交する方向にズレるのを修正し、巻取りボ
ビン３３５に帯状基板３３４の端部が揃って巻取られる
ようにする。本発明では、基板巻取容器３０４の内部に
横ズレ検知機構と横ズレ修正のためのステアリング機構
とを備えている。

【０１１８】図６〜図７は横ズレ検知機構とステアリン
グ機構の一例を示す見取図である。これらの図におい
て、理解を容易にするため、帯状基板３３４の一部を破
断して描いた。

【０１１９】図６において、６０１は横ズレ検知機構、
６０２は回転機構、６０３はローラー、６０４は搬送方
向、６０５は軸受、６０６は搬送速度検知用エンコーダ
ーである。

【０１２０】帯状基板３３４はローラー６０３でその搬
送方向６０４を上方に曲げられる。また、ローラー６０
３は、軸受６０５を介して回転機構６０２により水平面
内で回転自在となり、この３者でステアリング機構を構
成する。この回転機構６０２は不図示の減速器を介して
モーター（不図示）に接続されており、前記基板巻取容
器３０４の外部から制御できるようになっている。

【０１２１】帯状基板３３４が図の左側にズレた場合の
ステアリングの機能について説明する。まず、予めロー
ラー６０３の左右に加わる張力が同一で、かつ帯状基板
３３４が巻取りボビン３３５に整列巻きされるように、
巻取りボビン３３５、回転機構６０２及び軸受６０５の
位置を調整する。そしてその位置を横ズレ検知機構６０
１の横ズレ量＝０、回転機構６０２の回転角θ＝０°と
する。次に帯状基板が左側にズレた場合、横ズレ検知機
構６０１でズレ量を検知する。さらに搬送方向６０４に
対してローラー６０３の右側が奥へ、ローラー６０３の
左側が手前となるよう回転機構６０２を回転させる。こ
の回転に応じて、張力はローラー６０３の右側で強ま
り、左側で弱まる。その結果帯状基板３３４は張力の強
いローラー６０３の右側方向への徐々に戻るようにな
る。最終的に横ズレ量＝０のとき、回転角θ＝０°とな
るようにする。以上の動作を総て滑らかに行うため、フ
ィードバック機構を設け、横ズレ量と回転角とを随時比
較し調整することが望ましい。

【０１２２】図６において、横ズレ検知機構６０１は、
帯状基板３３４の幅方向の少なくとも一端に配置され
る。該横ズレ検知機構６０１は基板巻取容器３０４の内
部にあって、ローラー６０３と可及的に接近させること
が望ましい。しかしながら、止むを得ずローラー６０３
と横ズレ検知機構とを離して配置する場合には、離れる
ことによる敏感度の低下及び応答の遅れに対して、ソフ
トウェア上で補償すれば良い。このような構成により、
搬送速度検知用エンコーダー６０６で測定して、１ｍ／
分以上の搬送速度で帯状基板を高速搬送する場合に、高
速応答が得られる。

【０１２３】図７は、図６に比べて軸受６０５の回転軸
をローラー６０３の回転軸から大きく離したものであ
る。図７において、７０１はプレート、７０２は回転
軸、７０３は継手付スライド機構、７０４はキャスタ
ー、７０５は軸受移動方向である。

【０１２４】軸受６０５はプレート７０１上に固定さ
れ、このプレート７０１は回転軸７０２の回りに回転自
在となっている。そして軸受６０５は継手付スライド機
構７０３で駆動され、円弧状の軸受移動方向７０５に沿
って動かされる。このとき動きを容易にするため、プレ
ート７０１の下端には複数のキャスター７０４が設けら
れプレート７０１を支えている。このような構成をとる
ことで５０ｋｇｆ／ｍｍ ²以上の張力で帯状基板を搬送
する場合、張力に負けずにローラー６０３を駆動するこ
とができる。

【０１２５】次に、図３のロール・ツー・ロール型プラ
ズマＣＶＤ装置３００を用いた光起電力素子の作製方法
を工程順に説明する。

【０１２６】（工程１）所定の洗浄を完了した帯状基板
の取付繰出しボビン３３３に巻付けられた帯状基板を所定の位
置に取付け、繰出しボビン３３３を繰出しながら、ガス
ゲート３１０、第１ドープ層形成容器、ガスゲート３１
１、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置、ガスゲート３１
２、第２ドープ層形成容器３０３、ガスゲート３１３の
各上蓋を総て開き、この順に帯状基板を通す。そして、
巻取りボビン３３５に帯状基板の端部を固定して、巻取
りボビン３３５で帯状基板が巻き取れるよう準備する。
このとき、搬送ローラー３３６〜３４６は総て、帯状基
板の非成膜面に接触していることを確認する。

【０１２７】（工程２）大気中の帯状基板の搬送、搬送
確認および搬送停止帯状基板の取付けが完了したら、大気中において、巻取
りボビン回転機構（不図示）および支持搬送ローラー駆
動機構（不図示）などの帯状基板駆動手段で連続的に支
障なく帯状基板を搬送するか否かを確認する。ここで、
帯状基板駆動手段は、前進機能と後進機能とを兼備する
ことが望ましく、また、帯状基板繰出し量の表示器を具
備することが望ましい。

【０１２８】帯状基板を支障なく搬送できることが確認
されたのち、帯状基板繰出し量の表示器をモニターしな
がら、帯状基板を初期設定位置まで戻して、その位置で
停止させる。

【０１２９】（工程３）帯状基板及び搬送手段を内蔵し
た真空容器の排気帯状基板及び搬送手段を内蔵した各真空容器の上蓋を閉
じ、各真空ポンプで各真空容器内の排気を行う。特に、
成膜室３５０については、ロータリーポンプおよびメカ
ニカル・ブースター・ポンプで１０^-3Ｔｏｒｒ付近まで
粗引した後、油拡散ポンプで本引するという手順で成膜
室内部の圧力が６×１０^-6Ｔｏｒｒに達するまで連続的
に排気する。

【０１３０】（工程４）原料ガスの成膜室への導入ガスボンベ（不図示）からステンレス製のパイプ（不図
示）を介してガスの混合およびガス流量の精密制御を行
うミキシングパネル（不図示）にガスを導き、ミキシン
グパネル内のマスフローコントローラー（不図示）で所
定の流量に制御された原料ガスをガス導入管３２１〜３
２３を介して成膜室３４９〜３５１へ導入する。このと
き成膜室３４９〜３５１の圧力が所定の値になるよう
に、真空ポンプの排気能力および排気管の排気コンダク
タンスを予め選択しておく。

【０１３１】（工程５）帯状基板の温度制御原料ガスを流しながら、温度制御機構（不図示）で帯状
基板を所定の温度にする。ここで、ＲＦを用いたプラズ
マＣＶＤ装置に比べてマイクロ波プラズマＣＶＤ装置で
は、電子密度および電子温度がともに高いためプラズマ
からの熱で帯状基板の温度が上昇しやすい。また、温度
制御機構を作動させない状態では投入するマイクロ波電
力に応じて、帯状基板の平衡温度が決まる。たとえば、
表４の条件の場合の平衡温度は表５に示す通りである。

【０１３２】

【表４】

【０１３３】

【表５】表５に示す平衡温度と比べて所望の温度が異なる場合
は、前記温度制御機構を作動させて所定値に管理でき
る。

【０１３４】従って、帯状基板の材質及び表面処理法、
成膜室の大きさ、ガス流量、ガス混合比、成膜室の圧
力、バイアス電圧、マイクロ波、電力等の条件が異なる
場合も、同様に平衡温度を測定し温度制御機構の性能を
最適化すれば帯状基板の温度を所定値に管理できる。

【０１３５】（工程６）高周波による放電（成膜工程そ
の１）ＲＦ電源またはマイクロ波電源から高周波を発振させ、
胴軸ケーブルまたは導波管を介して成膜室３４９〜３５
１内にＲＦ電力またはマイクロ波電力を投入する。そし
て、成膜室３４９〜３５１内部に導入された原料ガスを
該電力で電離する。その結果生ずるラジカルの作用で帯
状基板の成膜室３４９〜３５１の各内部に相当する部位
に、均一な堆積膜を形成する。ＲＦ電力、マイクロ波電
力いずれの場合も、電離後の状態で反射電力が入射電力
の２０％以下となるようチューナーで調整する。

【０１３６】また、成膜室３５０の内部構造は図２の通
りであり、３本のバイアス電極１０９に、直流バイアス
電圧を印加する。

【０１３７】（工程７）帯状基板の搬送（成膜工程その
２）前記（工程６）での放電で生ずるプラズマ発光及びバイ
アス電流が安定な状態に達した後、帯状基板上に連続的
に堆積膜を形成するため帯状基板を搬送する。その搬送
速度は、所望の堆積膜の膜厚、堆積速度及び成膜室内の
滞留時間で決定する。例えば、所望の堆積膜の膜厚が２
０００Å、堆積速度が１００Å／ｓｅｃの場合、前記滞
留時間ｔは、ｔ＝２０００Å÷１００（Å／ｓｅｃ）＝２０（ｓｅ
ｃ）となる。従って、図１に示す搬送方向の幅２００ｍｍの
放電炉１個で成膜する場合、搬送速度Ｖ₁は、Ｖ₁＝２００（ｍｍ）÷２０（ｓｅｃ）＝１０（ｍｍ／
ｓｅｃ）＝０．６（ｍ／ｍｉｎ）となる。

【０１３８】一方、図２に示す前記幅２００ｍｍの放電
炉３個で成膜する場合、搬送速度Ｖ ₂は、同様の計算
で、Ｖ₂＝３０（ｍｍ／ｓｅｃ）＝１．８（ｍ／ｍｉｎ）となる。逆に膜厚を減らしたい場合は、放電炉の幅を狭
く設計するか、放電炉に絞りを設けて実効的な開口幅を
狭くすれば良い。勿論、成膜速度を遅くしても良いし、
滞留時間を短縮しても良い。いずれにしても、所望の膜
質が得られるように、膜厚・堆積速度・放電炉の幅・滞
留時間等を適宜選択すれば良い。

【０１３９】（工程８）帯状基板の冷却および搬送停止前述のように帯状基板を搬送しながら連続的に堆積膜を
形成し、繰出しボビンに巻付けられた帯状基板の残量が
ほとんど無くなったら、帯状基板の搬送、高周波放電お
よび温度制御を停止する。ここで、繰出しボビンに巻付
けられた帯状基板の残量検知手段としては、前述した帯
状基板の繰出し長表示器や繰出しボビンの外径検知など
を用いればよい。また、成膜が完了した帯状基板を大気
中に取出すためには、予め帯状基板を冷却しなければな
らない。この冷却による堆積膜の剥離を防止するために
は、徐冷することが望ましく、高周波放電を止めたのち
も暫く原料ガスを流しておく。

【０１４０】（工程９）原料ガスの導入停止原料ガスを５分程度流したのち、原料ガスの導入を停止
して、不活性（Ｈｅ）ガスを２００ｓｃｃｍ程度の流量
で流す。帯状基板の表面温度が７０℃程度になったとこ
ろで不活性ガスの導入を停止したのち、残留ガスを排気
して成膜室の圧力が２×１０^-5Ｔｏｒｒに達するまで排
気を続ける。

【０１４１】（工程１０）真空容器の窒素リーク成膜室３４９〜３５１の圧力を２×１０^-5Ｔｏｒｒから
大気圧に戻すために、乾燥窒素を成膜室３４９〜３５１
に導入し、成膜室３４９〜３５１の圧力が大気圧になっ
たことをブルドン管式圧力計（不図示）で確認したの
ち、真空容器３０２、３０３、１００の蓋を開け、成膜
が完了した帯状基板を大気中に取出す。

【０１４２】（工程１１）帯状基板の取出し帯状基板の取出し方法は、概ね次の２通りである。

【０１４３】（ａ）１ロール分の帯状基板をすべて巻取
りボビンに巻取り、繰出しボビンを空にしたのち、巻取
りボビンと繰出しボビンとを取出す。

【０１４４】（ｂ）繰出しボビン３３５にまだ残留があ
るときには、帯状基板を繰出しボビン近くで切断し、繰
出しボビンを別の帯状基板が巻かれている繰出しボビン
と交換して、新規の帯状基板の端部と、切断され残され
た帯状基板の切断部とを接合する。そして、この接合線
が巻取りボビン近傍にくるまで新規の帯状基板を搬送し
たのち、再びこの接合線で帯状基板を切断する。切断
後、成膜後の帯状基板が巻取られた巻取りボビンを取出
し、別の巻取りボビンを取付ける。

【０１４５】この２通りの取出し方法のいずれがよいか
は、装置の長さや成膜室の数によるため、適宜選択する
ことが望ましい。

【０１４６】以上の手順に従い、大面積の光起電力素子
を安定して形成することが可能となる。

【０１４７】（実施例４）実施例３では、各部品は概ね
ビスやボルトで締結されていたが、本実施例では、成膜
速度が高く成膜室内部の清掃を最も頻繁に行う必要があ
るｉ層を形成する防着構造付反応炉２００（図２参照）
のユニット化について説明する。他の部分は図３と同じ
である。

【０１４８】図１０は、本発明の第４の実施例を示すも
ので、ユニット化されたｉ層反応炉の分解図である。こ
の図では内容を理解しやすいように対称な構造は一部省
略した。

【０１４９】図１０において、１０００は防着構造付反
応炉、１００１は底板ユニット、１００２は仕切り板ユ
ニット、１００３は側面パネル、１００４はバイアス電
極貫通口、１００５はバイアス給電管、１００６はバイ
アス電極、１００７は突起部、１００８はロック機構で
ある。図１と共通の部品は同一部番とした。

【０１５０】底板ユニット１００１は溝型鋼と似た直交
する３平面で概ね構成される。特に対向する側面パネル
１００３上には、マイクロ波電力を投入できるＰＦ窓２
０４、２０５が固定されている。また、底板ユニット１
００１の底面には、ガス溜り１１３が３個形成され、該
底面の裏側にはガス導入パイプ１１１が３本固定されて
いる。さらに底板ユニット１００１の底面には、バイア
ス電極貫通口１００４が３個設けられ、該底面の裏側に
おいてバイアス給電管１００５が固定されている。

【０１５１】仕切板ユニット１００２は、溝型鋼を３個
横に連結したものと類似の形状である。仕切板ユニット
１００２の底面には、多数のガスノズル１１５が設けら
れ、一方側面には多数のガス排気口１１６を有するパン
チングボードが固定されている。そしてこの仕切板ユニ
ット１００２は、底板ユニット１００１上にワンタッチ
のロック機構１００８で４箇所固定されており、ワンタ
ッチで着脱可能となっている。特に、長時間成膜する場
合、プラズマからの熱分布や付着した半導体膜の応力等
で仕切板ユニット１００２が変形し、原料ガスがノズル
１１５以外から噴出しないよう、仕切板ユニット１００
２の底面の板厚・材質を決定する。例えば材質としてア
ルミニウムを使用する場合、この厚さは１５ｍｍ以上が
好ましい。

【０１５２】バイアス電極１００６はワンタッチで着脱
できるよう、突起部１００７を設けてある。そしてこの
バイアス電極１００６は、仕切板ユニット１００２、底
板ユニットで１００１を貫通し、底板ユニット１００１
に固定されたバイアス給電管１００５に挿入される。

【０１５３】また、このバイアス電極１００６は、バイ
アス給電管１００５内部に設けられた突当て面（不図
示）で上下方向の位置再現性が確保されている。さらに
また、バイアス給電管１００５内部に設けられた板バネ
（不図示）構造が前記突起部１００７と接触し、その結
果、電気的な損失を回避している。

【０１５４】図１０のような構成で原料ガスを流すと、
ガスは、まずガス導入パイプ１１１、ガス導入口１１２
を介してガス溜り１１３に送り込まれ、次いでガスノズ
ル１１５を介して成膜室２０１〜２０３内を通り最後に
ガス排気口１１６を介して防着構造付反応炉１０００の
外部に排出される。即ち、図１０の斜線入り矢印のよう
な経路でガス流が形成される。そしてパンチング・ボー
ドの孔径及び開口率を適宜選べば、緩やかに電気特性・
光学・応力特性等が変化するデバイス（例えば、それぞ
れグレーディド・バンドギャップ、グレーディド・イン
デックス、応力緩和構造等）が製造できる。

【０１５５】また、上記のようにユニット化したこと
で、非常に作業性が向上し、装置の稼働率を向上させる
ことが可能になった。

【０１５６】（実施例５）本実施例は、実施例３、４の
ように緩やかに特性が変化するデバイスの製造ではな
く、境界が明確な部分の層形成を可能とする装置であ
り、ガスの流し方に特徴がある。

【０１５７】図１１は、本発明の第５の実施例を示す反
応炉の分解図である。この図では内容を理解しやすいよ
うに対称な構造は一部省略した。

【０１５８】図１１において、１１００は防着構造付反
応炉、１１０１は底板ユニット、１１０２は仕切板ユニ
ット、１１０３はガス導入口、１１０４は櫛状ガスノズ
ル、１１０５はガス排気口、１１０６は開口、１１０７
はガス排気口、１１０８は中空仕切板、１１０９はガス
ノズル、１１１０は蓋である。図１、図１０と共通の部
品は同一部番とした。

【０１５９】底板ユニット１１０１は、溝型鋼と似た直
交する３平面で概ね構成される。特に対向する側面パネ
ル１００３上には、マイクロ波電力を投入できるＰＦ窓
２０４、２０５が固定されている。また、底板ユニット
１１０１の底面には、バイアス電極貫通口１００４が３
個設けられ、裏側にバイアス給電管１００５が固定され
ている。

【０１６０】さらに底板ユニット１１０１の底面には、
ガス導入口１１０３及び櫛状ガスノズル１１０４及びガ
ス排気口１１０５が設けられ、該底面の裏側にはガス導
入パイプ１１１が３本固定されている。

【０１６１】仕切板ユニット１１０２は溝型鋼を３個横
に連結したものと類似の形である。仕切板ユニット１１
０２の底面中央部（成膜室２０２対応）には、櫛状ガス
ノズル１１０４が挿入できる開口１１０６及びガス排気
口１１０７が設けられている。仕切板ユニット１０２の
最も外側の側面には、図１０と同様なガス排気口１１６
を有するパンチングボードが固定されている。それ以外
の側面である２枚の中空仕切板１１０８はマイクロ波電
力が透過できず、原料ガスが導入できる中空構造体であ
る。そして２枚の中空仕切板１１０８の両側面のうち、
成膜室２０１及び２０３の壁面を構成する面には、中空
部（不図示）まで貫通するように３列の多数のガスノズ
ル１１０９が設けられている。そして、３列のうち１例
からのみガスが噴出するよう、他の２列のガスノズル１
１０９上にはそれぞれ蓋１１１０が取付けられている。

【０１６２】この３列の上段・中段・下段のガスノズル
１１０９は、製造するデバイスに応じて適宜選択され
る。そしてこの中空仕切板１１０８の中空部は、ガス導
入口１１０３と接続され、ガス導入パイプ１１１を介し
て該中空部を通り成膜室２０１、２０３に原料ガスが導
入される。一方、成膜室２０２には、ガス導入パイプ１
１１を介して櫛状ガスノズル１１０４から原料ガスが導
入される。

【０１６３】仕切板ユニット１１０２は底板ユニット１
１０１上にワンタッチのロック機構（不図示）で４箇所
固定されており、ワンタッチで着脱可能となっている。
仕切板ユニット１１０２の板厚・材質の決め方は実施例
４と同様である。

【０１６４】図１１のような構成で原料ガスを流すと、
図１１の斜線入り矢印のような経路でガス流が形成され
る。即ち、成膜室２０１、２０３にガスノズル１１０９
を介して水平方向に導入された原料ガスは、ガスノズル
１１０９に対向するガス排気口１１６から防着構造付反
応炉１１００外部に排出される。また、成膜室２０２に
櫛状ガスノズル１１０４を介して上方に導入された原料
ガスは、帯状基板にぶつかって反転し、下方にあるガス
排気口１１０７、１１０５から防着構造付反応炉１１０
０外部に排出される。

【０１６５】本実施例の装置は、光起電力素子のｐ層／
ｉ層界面及びｉ層／ｎ層界面のバッファ層を形成するの
に好適である。この場合、成膜室２０１、２０３上には
絞りを設け、開口率を調整できる構造とすることが望ま
しい。

【０１６６】（実施例６）本実施例は、実施例３で示し
た図３の装置において、マイクロ波プラズマＣＶＤ法を
実施するｉ層形成容器３５２の両側にバッファｉ層とし
てＲＦプラズマＣＶＤ法を行うｉ層形成容器をガスゲー
トを介して接続したものである。即ち、真空容器の配列
は左から順に表６のようになる。

【０１６７】

【表６】尚、バッファｉ層形成容器では圧力０．３〜２．５Ｔｏ
ｒｒ、ＲＦ電力１〜５Ｗ程度でＳｉ₂Ｈ₆ガスとＨ₂ガ
スとを分解させ、低い成膜速度でごく薄い良質の界面膜
を形成する。

【０１６８】（実施例７）本実施例では、実施例６のバ
ッファｉ層形成容器（２）と第２ドープ層形成容器との
間に、ガスゲートを介して水素プラズマ処理容器を接続
する。この水素プラズマは７５ｋＨｚの低周波電源を用
いて、圧力１〜３Ｔｏｒｒ、３０〜３００Ｗの電力でＨ
₂ガスを分解する。尚、この水素プラズマ処理では薄膜
は形成されない。また、電極形状は棒状でその外径はφ
５〜φ８ｍｍである。

【０１６９】（実施例８）本実施例では、実施例７の基
板送り出し容器・基板巻取り容器以外の形成容器をガス
ゲートを介在させて２セット直列で連結し、その両側に
もとの基板送り出し容器・基板巻取り容器を復元してタ
ンデム・セルを作れるようにしたものである。即ち、真
空容器の配列は左から順に表７のようになる。

【０１７０】

【表７】（実施例９）本実施例では、実施例７の基板送り出し容
器・基板巻取容器以外の形成容器をガスゲートを介在さ
せた３セット直列で連結し、その両側に元の基板送り出
し容器・基板巻取り容器を復元して、トリプル・セルを
作れるようにしたものである。

【０１７１】（実施例１０）本実施例では、実施例９の
形成容器の配列からトップセルの６つの形成容器のうち
２つのバッファｉ層形成容器を除去したものである。即
ち、ボトム・セルとミドル・セルを合せた形成容器が表
７で示される実施例８の形成容器の配列と同一であっ
て、トップ・セルの形成容器が実施例７の形成容器の配
列と同一である。

【０１７２】以下、本発明のロール・ツー・ロール型マ
イクロ波プラズマＣＶＤ装置を用いての具体的製造例を
示すが、本発明はこれらの製造例によって限定されるも
のではない。

【０１７３】（実施例１１）図３に示すロール・ツー・
ロール型マイクロ波プラズマＣＶＤ装置３００の成膜室
３５０の１つを用いて、コーニング社製７０５９ガラス
上及びＳｉ（シリコン）ウエハー上にａ−Ｓｉ：Ｈ膜を
形成した。ここでマイクロ波電力投入手段は図２のもの
を使った。その寸法諸元は表８の通りである。

【０１７４】

【表８】この７０５９ガラスとＳｉウエハーは、いずれも１イン
チ角の溝を持つＡｌ（アルミニウム）ホルダー上にセッ
トされる。Ａｌホルダーには外部制御可能なスライド式
のシャッターが具備される。このＡｌホルダーは帯状基
板の代用として成膜室３５０の上蓋として載置される。
そして、次の（手順）でａ−Ｓｉ：Ｈ膜を形成する。（手順１）シャッターを閉じ、成膜室３５０でプラズマ
が生起されても７０５９ガラス及びＳｉウエハー上にａ
−Ｓｉ：Ｈ膜が形成されないよう準備する。（手順２）表９の成膜条件通りのプラズマを形成し、放
電安定後２分程度待つ。（手順３）放電安定後シャッターをスライドさせ、７０
５９ガラス及びＳｉウエハーをプラズマに曝す。（手順４）約１μｍの厚さのａ−Ｓｉ：Ｈ膜が形成され
た時点でマイクロ波電力の投入を停止する。（手順５）自然冷却後、成膜室３５０を大気開放し、７
０５９ガラス及びＳｉウエハーを取出して以下の評価を
する。その結果を表１０の（初期）に記す。

【０１７５】

【表９】

【０１７６】

【表１０】なお、表１０において、σ_p、σ_dはそれぞれ光照射時の
導電率及び暗導電率、ημτは、キャリアの輸送を示す
量子効率、移動度、寿命の積を表す。

【０１７７】次に、同じ装置を用いて、（手順２）の２
分を１０時間に変える以外は全く同一の作業を行って、
膜質を評価した。その結果を表１０の（１０時間後）に
記す。表１０が示すように、本発明のＣＶＤ装置により
長時間、高品質の膜質を安定して得られることが確認さ
れた。

【０１７８】（実施例１２）本実施例においては、図１
２の模式断面図に示す層構成のｐｉｎ型光起電力素子を
図３に示す装置を用いて作製した。

【０１７９】該光起電力素子は、基板１２０１上に下部
電極に１２０２、ｎ型半導体層１２０３、ｉ型半導体層
１２０４、ｐ型半導体層１２０５、（以下図３と同様に
「ｎ層」１２０３、「ｉ層」１２０４、「ｐ層」１２０
５と略記する）、透明電極１２０６及び集電電極１２０
７をこの順に堆積形成した光起電力素子１２００であ
る。なお、本光起電力素子では透明電極１２０６の側よ
り光の入射が行われることを前提としている。

【０１８０】まず、十分に脱脂、洗浄を行ったＳＵＳ４
３０製帯状基板を連続スパッタ装置にセットし、Ａｇ
（９９．９９％）電極をターゲットとして用いて１００
０ ÅのＡｇ薄膜を、また連続してＺｎＯ（９９．９９
９％）電極をターゲットとして用いて約２μｍのＺｎＯ
薄膜をスパッタ蒸着し、下部電極１２０２を形成した。

【０１８１】ひき続き、該下部電極１２０２の形成され
た帯状基板を図３に示したロール・ツー・ロール型プラ
ズマＣＶＤ装置３００の基板送り出し容器３０１中の繰
出しボビン３３３にセットし、下部電極１２０２を下側
に向けた状態で第１ドープ層形成容器３０２、ｉ層形成
容器３５２、第２ドープ層形成容器３０３を介して、基
板巻取り容器３０４中の巻取ボビン３３５にその端部を
巻きつけ、たるまないように張力を調整した。

【０１８２】また、第１ドープ層形成容器３０２及び第
２ドープ層形成容器３０３においては、ｎ型ａ−Ｓｉ：
Ｈ膜、ｐ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ：Ｆ膜を形成した。前記（工
程１）〜（工程１１）の手順に従い、表１１に示す成膜
条件で放電を生起させた。放電安定後に帯状基板を搬送
速度１２７ｃｍ／ｍｉｎ（＝５０ｉｎｃｈ／ｍｉｎ）で
搬送し、連続してｎ、ｉ、ｐ型半導体層を積層形成し
た。帯状基板３３４の全長約３００ｍに亘って半導体層
を形成するのが完了したら、装置の運転を停止する。そ
して帯状基板３３４を徐冷した後、大気中に取り出し
た。その中から約１０時間後（完了直前の付近）の光起
電力素子を選び連続モジュール装置で、３５ｃｍ×７０
ｃｍの太陽電池モジュールを作製した。

【０１８３】

【表１１】（比較例１）本実施例では、実施例１２で使用した装置
のＰＦ窓２０４を取り除き、それ以外は表１１で示す成
膜条件で半導体膜を形成した。即ち、図２で示す防着構
造付反応炉２００を、図４で示す反応炉４００を３個隣
接させたもので代用した。そして同様の手順で３５ｃｍ
×７０ｃｍの太陽電池モジュールを作製した。

【０１８４】前述の実施例１２、比較例１で作製した太
陽電池モジュールのうち、成膜初期のサンプルと１０時
間連続成膜後のサンプルについてＡＭ１．５（１００ｍ
Ｗ／ｃｍ²）光照射下で、光電変換効率を測定し、その
結果を表１２に示す。

【０１８５】

【表１２】表１２から明らかな通り、１０時間連続成膜後における
光電変換効率の低下はＰＦ窓２０４の効果でかなり抑制
され、帯状基板上の位置によらず全般的に高い光電変換
効率が得られた。また、下限値の変化量は、成膜初期と
１０時間連続成膜後の光電変換効率の差を表す。この値
が小さいほど安定した製造ができることを示す。

【０１８６】なお、表１２は、１０時間同一の成膜条件
で製造したサンプルに関する結果であるが、５時間を超
えた後ＲＦバイアス電力を１０００Ｗとすることによ
り、成膜初期のサンプルに近い８．０％以上の変換効率
を有するサンプルが得られた。従って、上記ＰＦ窓と時
系列的に予め設定された複数の成膜条件とを組合わせれ
ば更に変換効率の向上が期待できる。

【０１８７】（実施例１３）本実施例においては、図１
３の模式断面図で示す層構成のｐｉｎｐｉｎ型光起電力
素子、いわゆるタンデム型光起電力素子１３００を表７
に構成を示した装置を用いて作製した。ここで、トップ
・セル１３０２とボトム・セル１３０１の光学バンドギ
ャップＥｇは異なるものとした。

【０１８８】図１３において、１３０３、１３０６はｎ
層、１３０４、１３０７はｉ層、１３０５、１３０８は
ｐ層である。なお、図１２と共通の層は、同一部番とし
た。そして本起電力素子では、透明電極１２０６側より
光の入射が行われることを前提としている。

【０１８９】また、該光起電力素子の作製手順は、実施
例１２と同様に行い、（ｎ層、ｉ層、ｐ層）までの一連
の部分を２回くり返した。そして連続モジュール装置
で、３５ｃｍ×７０ｃｍの太陽電池モジュールを作製し
た。ここで、（工程１）〜（工程１１）で用いた成膜条
件を表１３及び表１４に記す。

【０１９０】

【表１３】実施例１３で作製した太陽電池モジュールをＡＭ−１．
５（１００ｍＷ／ｃｍ ²）光照射下で光電変換効率を測
定した結果、約９．３％であった。

【０１９１】

【表１４】なお、表１４には図２または図１０のようなガスの流れ
を形成する場合の原料ガスの流量を表記した。一方、図
１１のようなガスの流れを形成する場合には、Ｈ₂＝０
ｓｃｃｍの所を６００ｓｃｃｍとすれば良い。

【０１９２】

【実施例１４】本実施例において、図１４の模式断面図
で示す層構成のｐｉｎｐｉｎ型光起電力素子、いわゆる
トリプル型光起電力素子１４００を実施例９に示した装
置を用いて作製した。ここで、ボトム・セル１４０１と
ミドル・セル１４０２はほぼ同じ光学バンドギャップで
トップ・セル１４０３とは異なるものとした。

【０１９３】図１４において、１４０４、１４０７、１
４１０はｎ層、１４０５、１４０８、１４１１はｉ層、
１４０６、１４０９、１４１２はｐ層である。尚、図１
２と共通の層は、同一部番とした。そして、本起電力素
子では、透明電極１２０６側より光の入射が行われるこ
とを前提としている。

【０１９４】また、該光起電力素子の作製手順は、実施
例１３と同様にして、（ｎ層、ｉ層、ｐ層）までの一連
の部分を合計３回くり返した。そして連続モジュール装
置で、３５ｃｍ×７０ｃｍの太陽電池モジュールを作製
した。この作製手順中で用いた成膜条件を表１５、表１
６に記す。

【０１９５】

【表１５】

【表１６】

【０１９６】本実施例で作製した太陽電池モジュールを
ＡＭ−１．５（１００ｍＷ／ｃｍ²）光照射下で光電変
換効率を測定した結果、約１０％であった。

【０１９７】また、実施例１４において使用した装置の
代わりに、実施例１０の装置を使用して同様に太陽電池
モジュールの光電変換効率を測定した結果、約１０％で
あった。従って、トリプル・セルを作る場合には、トッ
プ・セルにおける２つのバッファｉ層及び水素プラズマ
処理は必ずしも必要とは言えないことが分かった。

【０１９８】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明のロール
・ツー・ロール型マイクロ波プラズマＣＶＤ装置によ
り、長時間安定した成膜が可能となり、また、大面積に
わたって均一かつ均質な半導体膜を得ることができる。
さらに、放電開始が比較的容易で、同時に保守作業性に
優れて高生産性のロール・ツー・ロール型マイクロ波プ
ラズマＣＶＤ装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のロール・ツー・ロール型マイクロ波プ
ラズマＣＶＤ装置の一部を示す破断透視図である。

【図２】本発明のロール・ツー・ロール型マイクロ波プ
ラズマＣＶＤ装置の一部を示すの破断透視図である。

【図３】本発明のロール・ツー・ロール型プラズマＣＶ
Ｄ装置を示すの概略図である。

【図４】従来の装置を示す概略図である。

【図５】図３の一部であるドープ層形成容器を示す概略
断面図である。

【図６】帯状基板の横ズレ修正機構を示す概略図であ
る。

【図７】帯状基板の横ズレ修正機構を示す概略図であ
る。

【図８】ＰＦ窓のフィン上に付着したａ−Ｓｉ：Ｈ膜の
膜厚分布を示すグラフである。

【図９】ＰＦ窓とアプリケーターの配置を示す概略図で
ある。

【図１０】ユニット化された反応炉を示す概略分解図で
ある。

【図１１】ユニット化された反応炉を示す概略分解図で
ある。

【図１２】光起電力素子の構造を示す模式断面図であ
る。

【図１３】光起電力素子の構造を示す模式断面図であ
る。

【図１４】光起電力素子の構造を示す模式断面図であ
る。

【図１５】バイアス電流、マイクロ波電力及び圧力の時
間変化を示すグラフである。

【図１６】バイアス電流の変化率の時間変化を示すグラ
フである。

【図１７】円形誘電体窓へのａ−Ｓｉの付着状態を示す
写真である。

【図１８】円形誘電体窓へのａ−Ｓｉの付着状態を示す
写真である。

【図１９】従来の防着構造体を示す概略図である。

【図２０】従来の防着構造体中のマイクロ波電界を示す
図である。

【符号の説明】

１００防着構造付反応炉、１０１帯状基板、１０２成膜室、１０３マイクロ波アプリケーター、１０４方形導波管、１０５円形導波管、１０６ＰＦ窓、１０７マイクロ波導入用開口、１０８ＥＭＩシールド、１０９バイアス電極、１１０直流安定化電源、１１１ガス導入パイプ、１１２ガス導入口、１１３ガス溜り、１１４ガス吹出板、１１５ガス・ノズル、１１６ガス排気口、１１７マイクロ波漏洩防止板、１１８防着板、１１９圧力測定孔、２００防着構造付反応炉、２０１〜２０３成膜室、２０４、２０５ＰＦ窓、２０６、２０７フィン、２０８パンチング・ボード、２０９防着板、２１０バイアス給電線、２１１排気開口、２１２落下防止板、３０１基板送出し容器、３０２第１ドープ層形成容器、３０３第２ドープ層形成容器、３０４基板巻取容器、３０５〜３０９温度制御機構、３１０〜３１３ガスゲート、３１４〜３２０真空計、３２１〜３２７ガス導入管、３２８〜３３２ガス排気口、３３３繰出しボビン、３３４帯状基板、３３５巻取りボビン、３３６〜３４６搬送ローラー、３４７、３４８高周波発振機、３４９〜３５１成膜室、３５２ｉ層形成容器、５００ドープ層形成容器、５０１高周波電極、５０２帯状基板、５０３ガス導入管、５０４ガスヒーター、５０５ランプ・ヒーター、５０６ガス吹出口、５０７排気口、５０８マグネット・ローラー、５０９ガスゲート、５１０ゲートガス導入管、５１１帯状基板搬送方向、５１２成膜室、５１３分離通路、５１４熱電対、５１５ゲートローラー、５１６ゲートガス排気口、６０１横ズレ検知機構、６０２回転機構、６０３ローラー、６０４搬送方向、６０５軸受、６０６搬送速度検知用エンコーダー、７０１プレート、７０２回転軸、７０３継手付スライド機構、７０４キャスター、７０５軸受移動方向、９０１大径円板（円形誘電体窓）、９０２小径円板（ビーズ）、９０３ＰＦ窓、９０４フィン、９０５プレート、９０６真空シール面、９０７外筒、９０８内筒、９０９変換フランジ付方形導波管、１０００防着構造付反応炉、１００１底板ユニット、１００２仕切り板ユニット、１００３側面パネル、１００４バイアス電極貫通口、１００５バイアス給電管、１００６バイアス電極、１００７突起部、１００８ロック機構、１１００防着構造付反応炉、１１０１底板ユニット、１１０２仕切板ユニット、１１０３ガス導入口、１１０４櫛状ガスノズル、１１０５ガス排気口、１１０６開口、１１０７ガス排気口、１１０８中空仕切板、１１０９ガスノズル、１１１０蓋、１２００光起電力素子、１２０１基板、１２０２下部電極、１２０３ｎ型半導体層、１２０４ｉ型半導体層、１２０５ｐ型半導体層、１２０６透明電極、１２０７集電電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者青池達行東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者吉野豪人東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者杉山秀一郎東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者金井正博東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器に内蔵された角柱状の成膜室を
備えるロール・ツー・ロール型マイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ装置であって、前記成膜室に向かって方形導波管、円
形導波管、誘電体円板の順に取り付けられたマイクロ波
アプリケーターと、該アプリケーターと前記成膜室の１
側面との間に設けられ、前記誘電体円板の前記成膜室側
の面上に、その端部がほぼ密着し且つ前記方形導波管の
長辺側の面に平行に配置された複数の金属板と、前記成
膜室の上蓋を構成する帯状基板と、前記成膜室の底面ま
たは側面に列状に設けられたガスノズルと、成膜室の側
面または底面に列状に設けられた排気孔と、から少なく
とも構成されることを特徴とするロール・ツー・ロール
型マイクロ波プラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】前記誘電体円板は、厚さの電気長がマイ
クロ波の波長の概略半分で、直径の異なる少なくとも２
種の円板から構成され、大径の円板の前記成膜室とは反
対側の面上に小径円板を点対称に２個配置したことを特
徴とする請求項１に記載のロール・ツー・ロール型マイ
クロ波プラズマＣＶＤ装置。