JPH07300674A - 薄膜形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基体が真空槽とともにアースに接続されてい
るロール・ツー・ロール型スパッタリング装置において
も、プラズマエッチングと薄膜形成を連続して行うこと
が可能な薄膜形成装置を提供する。 【構成】 真空槽内の配置が、真空槽と同電位にある基
体と、基体に対向して配置されたターゲットを支持する
電極と、基体とターゲットを支持する電極間に高電圧を
印加する手段とを有する薄膜形成装置において、基体に
対向して配置されたエッチング用電極と、エッチング用
電極とターゲットを支持する電極間に配置された隔壁
と、基体に対してエッチング用電極を陽極にする高電圧
印加手段と、高電圧印加手段により発生する電界に対し
て直交する磁界を、基体上に発生する磁気発生手段とを
有する。

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、磁気記録媒
体、太陽電池、液晶ディスプレイ等の製造における成膜
工程で使用される薄膜形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記の利用分野における薄膜形成
装置としては、図５に示されるようなロール・ツー・ロ
ール型スパッタリング装置が知られている。本装置の概
略について、図５を参照して以下に説明する。真空槽５
０５の内部には、基体であるところのロール基板５０４
と、これと対向した位置に薄膜形成用電極５０３が配置
されており、薄膜形成用電極５０３は、ターゲット５０
３ａと、これを支持するバッキングプレート５０３ｂか
ら構成されている。薄膜形成用電極５０３には、電源５
０３ｓが接続されており、アース５０５ｅが接続された
ロール基板５０４および真空槽５０５とは、絶縁体５０
５ｎで電気的に絶縁されている。ロール基板５０４は、
送り出しロール５０４ａより引き出されて、薄膜形成用
電極５０３上を通過し、巻き取りロール５０４ｂへ引き
込まれる。

【０００３】ロール・ツー・ロール型スパッタリング装
置の特徴は、ロール基板５０４を用いることで、ターゲ
ット５０３ａの面積より大きい基板に薄膜を形成するこ
とが可能な点と、ロール基板搬送方向にターゲットを並
べることで、多重膜の連続形成が簡単に実現できる点で
ある。本装置の成膜手順について、図５を参照して以下
に説明する。まず真空槽５０５内を排気した後、真空槽
５０５に不活性ガスを導入して所定の圧力とする。その
後、薄膜形成用電極５０３が、ロール基板５０４に対し
て陰極になるように、電源５０３ｓにて直流電圧もしく
は高周波電圧を印加すると、ロール基板５０４とターゲ
ット５０３ａの間に放電が起こり、不活性ガスがイオン
化してプラズマが発生する。そして、プラズマ中の陽イ
オンがターゲット５０３ａに加速衝突することで、ター
ゲット５０３ａから原子あるいは分子が放出され、これ
がロール基板５０４の表面上に付着して薄膜が形成され
る。

【０００４】薄膜形成時には、薄膜中への不純物混入に
細心の注意をはらう必要がある。特に、微小量の元素注
入を行うことで、電気的特性を制御する半導体薄膜形成
においては、不純物の混入が、電気的特性を不安定化さ
せる原因となる。従って、薄膜が形成される基体である
ところのロール基板５０４には、その表面が十分洗浄さ
れたものを用いる必要がある。一般に、基体の洗浄方法
としては、圧縮空気や圧縮水流を吹きつける方法、有機
溶剤や酸またはアルカリなどの溶剤でエッチングする方
法、プラズマでエッチングする方法などがある。特に、
プラズマでエッチングする方法は、他の方法と比較し
て、次の２点が優位である。第１には、基板の材質に依
存せず表面処理が可能な点があげられる。第２には、他
のエッチング方法と異なり、真空中で表面処理をする方
法である点があげられる。すなわち、薄膜形成と同一の
真空槽内にて表面処理が可能であるため、エッチング後
薄膜形成前には、基体表面が大気に曝されず、基体表面
の汚染をかなり低く抑えることが可能となる。

【０００５】従来、プラズマエッチングを行い、その直
後に薄膜形成を行う装置としては、図６に示されるよう
なバッチ型スパッタリング装置が使われてきた。本装置
の概略について、図６を参照して以下に説明する。真空
槽６０５の内部には、基板電極６０４と、これと対向し
た位置に薄膜形成用電極６０３が配置されている。バッ
チ基板６０４ａが取りつけ可能な基板電極６０４は、ア
ース６０５ｅが接続された真空槽６０５からは絶縁体６
０５ｎで電気的に絶縁されており、プラズマエッチング
用の電源６０４ｓ、もしくはアース６０４ｅが接続でき
るようになっている。一方、薄膜形成用電極６０３は、
ターゲット６０３ａと、これを支持するバッキングプレ
ート６０３ｂから構成されており、アース６０５ｅが接
続された真空槽６０５からは絶縁体６０５ｎで電気的に
絶縁されており、薄膜形成用の電源６０３ｓ、もしくは
アース６０３ｅが接続できるようになっている。

【０００６】本装置の成膜手順について、図６を参照し
て以下に説明する。まず第１プロセスとして、プラズマ
エッチングを行う。真空槽６０５内を排気した後、真空
槽６０５に不活性ガスを導入して所定の圧力とする。基
板電極６０４は電源６０４ｓと接続し、薄膜形成用電極
６０３はアース６０３ｅと接続させる。基板電極６０４
が、薄膜形成用電極６０３に対して陰極になるように、
電源６０４ｓにて直流電圧もしくは高周波電圧を印加す
ると、バッチ基板６０４ａとターゲット６０３ａの間に
放電が起こり、プラズマ中の陽イオンがバッチ基板６０
４ａに加速衝突することで、バッチ基板６０４ａの表面
がエッチングされる。

【０００７】続いて第２プロセスとして、薄膜形成を行
う。各電極の接続は、第１プロセスの逆とする。すなわ
ち、基板電極６０４はアース６０４ｅと接続し、薄膜形
成用電極６０３は電源６０３ｓと接続させる。薄膜形成
用電極６０３が、基板電極６０４に対して陰極になるよ
うに、電源６０３ｓにて直流電圧もしくは高周波電圧を
印加する。これにより、バッチ基板６０４ａとターゲッ
ト６０３ａの間に放電が起こり、プラズマ中の陽イオン
がターゲット６０３ａに加速衝突することで、ターゲッ
ト６０３ａの表面がスパッタリングされ、ターゲット６
０３ａの対抗面に設置してあるバッチ基板６０４ａの表
面に所定の薄膜が形成される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ロール・ツー・ロール
型スパッタリング装置では、送り出しロールおよび巻き
取りロールが、図５のように回転軸５０４ｃで支持され
ており、ロール基板の搬送は、回転軸５０４ｃをギアボ
ックス５０４ｇを通じて、モーター５０４ｍで回転する
ことで行う。前述した図６記載のバッチ型スパッタリン
グ装置と同様なプラズマエッチングを行うためには、ロ
ール基板５０４が陰極となるからロール基板５０４をア
ース５０５ｅと接続された真空槽５０５より絶縁する必
要がある。これには回転軸５０４ｃの一部もしくは全部
に絶縁体を用いなくてはならない。

【０００９】しかしながら、回転軸５０４ｃに絶縁体を
用いることは、機械的強度および電気的強度に問題が生
じる。例えば、ロール基板５０４に厚さ０．１ｍｍ、幅
５０ｃｍ、長さ５００ｍのステンレス材料を用いた場
合、その質量は２００ｋｇに達する。この場合、中心軸
５０４ｃは一体物の金属棒が最も望ましく、一部とはい
え絶縁体を用いることは、機械的強度を弱める。また、
回転軸５０４ｃの一部に絶縁体を用いることは、プラズ
マエッチング時のロール基板５０４への高電圧印加時
に、絶縁体部分が高電圧による絶縁破壊をうけ、回転軸
５０４ｃが破壊される危険性もある。

【００１０】以上のように、ロール・ツー・ロール型ス
パッタリング装置においては、機械的強度および電気的
強度を鑑みた場合、回転軸５０４ｃは金属製にすること
が望ましい。この場合、ロール基板は真空槽と同電位に
なるため、プラズマエッチングをするためには、次のよ
うな電気的接続を行う。前述したバッチ型スパッタリン
グ装置の場合のように、基板側に電源を接続して、基板
側を陰極にする構成ではなく、基板に対向する電極に直
流正電圧を印加して、基板側を陰極にする構成が必要で
ある。

【００１１】しかしながら、この構成の場合には、ロー
ル基板および真空槽内部全体が陰極になっているため、
放電は真空槽内の全空間で発生し、基板表面がエッチン
グされると同時に、真空槽内部もスパッタリングされる
という問題点がある。また、ロール・ツー・ロール型薄
膜形成装置の利点を生かし、プラズマエッチング用の陽
極と薄膜形成用の陰極をロール搬送方向に連続して配置
し、プラズマエッチングと薄膜形成を連続して行った場
合、それぞれの電極が形成するプラズマが互いに干渉し
てしまい、正常なプラズマエッチングおよび薄膜形成が
できないという問題点もある。

【００１２】本発明は、上記の問題点を鑑みて、基体が
真空槽とともにアースに接続されているロール・ツー・
ロール型スパッタリング装置においても、プラズマエッ
チングと薄膜形成を連続して行うことが可能な薄膜形成
装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜形成装置
は、真空槽内の配置が、該真空槽と同電位にある基体
と、該基体に対向して配置されたターゲットを支持する
電極と、該基体と該ターゲットを支持する電極間に高電
圧を印加する手段とを有する薄膜形成装置において、該
基体に対向して配置されたエッチング用電極と、該エッ
チング用電極と該ターゲットを支持する電極間に配置さ
れた隔壁と、該基体に対して該エッチング用電極を陽極
にする高電圧印加手段と、該高電圧印加手段により発生
する電界に対して直交する磁界を、該基体上に発生する
磁気発生手段とを有することを特徴とする。

【００１４】特に、前記磁気発生手段は、次の２法のい
ずれであってもよい。第１方法は、前記磁石が、前記エ
ッチング用電極に対する前記基体の背面に位置し、該基
体の表面において、水平方向磁場の最大値を結んだ尾根
線が、閉ループを形成する配置である。第２方法は、前
記磁石が、前記基体の両脇に位置し、該基体の表面にお
いて、水平方向の磁場を形成する配置である。

【００１５】

【作用】本発明では、薄膜形成装置において、エッチン
グ用電極とターゲットを支持する電極間に隔壁を設けた
ことにより、それぞれの電極が形成するプラズマは、空
間的に分離することができる。従って、それぞれの電極
が形成するプラズマの干渉問題は解決でき、正常なプラ
ズマエッチングおよび薄膜形成が可能となる。

【００１６】また、本発明では、基体に対してエッチン
グ用電極を陽極にする高電圧印加手段を設けたことによ
り、基体とエッチング用電極との間で放電が可能とな
り、基体に電気的絶縁を確保しなくてもよくなる。従っ
て、基体側電極は、基板を支持する部材の一部及び全部
に絶縁体を用いる必要がなく、部材全体を金属で形成で
きることから、基体の重量を増すことが可能となる。

【００１７】さらに、本発明では、上記の高電圧印加手
段により発生する電界に対して直交する磁界を、基体上
に発生する磁気発生手段を設けたことにより、プラズマ
を基板近傍の空間に高密度に分布させることができる。
従って、プラズマ中の陽イオンは効率よく基体に加速衝
突することができ、基体表面の高速エッチング処理が実
現できる。

【００１８】特に、上記の磁石が、エッチング用電極に
対する基体の背面に位置し、基体の表面において、水平
方向磁場の最大値を結んだ尾根線が、閉ループを形成す
る配置の場合（第１方法）は、基体近傍の各磁石に挟ま
れた部分に対応する空間に、特にプラズマが高密度に分
布し、エッチングが促進される。また、同様の効果は、
磁石が、基体の両脇に位置し、基体の表面において、水
平方向の磁場を形成する配置の場合（第２方法）でも得
られる。特に、基体であるところのロール基板が磁性体
であるとき、第１方法の磁石配置では、磁石がロール基
板を吸い寄せ、ロール基板の搬送に影警を与えるのに対
して、第２方法の磁石配置では、搬送に対する影響が少
ないという利点がある。

【００１９】従って、本発明の薄膜形成装置を用いれ
ば、基体を、エッチング用電極上、続いて薄膜形成用電
極直上に搬送することができることから、プラズマエッ
チングの直後に薄膜形成が可能となる。この結果、不純
物の混入が少なく、付着力の強い薄膜が作製できる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図１〜図４を
参照して説明する。 （実施例１）図１は、実施例１に係る薄膜形成装置の概
略構成図である。本装置は、ロール基板を搬送しつつ、
このロール基板上に薄膜を形成するロール・ツー・ロー
ル型スパッタリング装置であり、以下にその構成を説明
する。

【００２１】真空槽１０５の内部には、送り出しロール
１０４ａおよび巻き取りロール１０４ｂが、それぞれ矢
印方向に回転できるよう回転軸１０４ｃで支持されてい
る。送り出しロール１０４ａには、ロール基板１０４と
して厚み０．１ｍｍ、幅５０ｃｍ、長さ５００ｍのステ
ンレスが巻かれ、ロール基板１０４の一端は巻き取りロ
ール１０４ｂに結合されている。ロール基板１０４の搬
送は、送り出しロール１０４ａおよび巻き取りロール１
０４ｂを、それぞれ矢印方向に回転させることで、図中
右方向へ行われる。このロール基板１０４に用いられる
ステンレス板には、例えば有機溶剤あるいはアルカリ溶
剤で、表面の油脂が除去されたものが使用される。

【００２２】また、真空槽１０５内部の、ロール基板１
０４に対向する部位には、エッチング電極１０１として
アルミ製の板が配置されており、ロール基板１０４とエ
ッチング電極１０１の間隔は６０ｍｍとなっている。エ
ッチング電極１０１には、真空槽１０５内部にプラズマ
を発生させるための高電圧印加手段としての電源１０１
ｓが接続されている。この電源１０１ｓはエッチング電
極１０１にロール基板１０４に対して正の電圧をかける
ためのものであり、最大４ｋＷの電力を供給できるもの
である。

【００２３】ロール基板のエッチング用電極１０１に対
する背面には、磁石ユニット１０２が配置されている。
磁石ユニット１０２は、高電圧印加手段により発生する
電界に対して直交する磁界を発生するものであり、図１
に示すように、エッチング電極１０１側から見た場合、
中心の磁石と、これを取り囲む磁石から構成されてい
る。図中に示すような磁力線を形成するため、中心の磁
石と周囲の磁石のエッチング電極１０１側の磁極は、互
いに逆になるよう配置されている。ロール基板１０４表
面で、ロール基板に水平な方向の磁場強度を測定したと
ころ、最大２００ｇａｕｓｓであった。

【００２４】このエッチング用電極１０１と隔壁１０６
を挟み、基板搬送方向に薄膜形成用電極１０３が配置さ
れる。隔壁は厚さ５ｍｍのアルミ製の板であり、ロール
基板１０４を接触しないように搬送するため、約２ｃｍ
の隙間を設けてある。薄膜形成用電極１０３もエッチン
グ電極１０１と同様に、ロール基板１０４に対向する部
位に配置され、ロール基板１０４と薄膜形成用電極１０
３の間隔は６０ｍｍとなっている。薄膜形成用電極１０
３は、アルミ製のバッキングプレート１０３ｂと、この
上に導電性を保ち支持されたターゲット１０３ａが配置
されており、ターゲット１０３ａには、後述される表１
に従って、純度９９．９９％の銀および純度９９．９９
％のアルミを用いた。バッキングプレート１０３ｂのタ
ーゲット１０３ａに対する背面は、冷却水が循環してお
り、スパッタリング時における薄膜形成用電極１０３の
異常加熱を避ける構造になっている。薄膜形成用電極１
０３には、真空槽１０５内部にプラズマを発生させるた
めの高電圧印加手段としての電源１０３ｓが接続されて
いる。この電源１０３ｓは薄膜形成用電極ｌ０３にロー
ル基板１０４に対して負の電圧をかけるためのものであ
り、最大４ｋＷの電力を供給できるものである。

【００２５】次に、本実施例の成膜手順について説明す
る。真空槽１０５内部を、圧力が１０^-4Ｐａになるまで
排気した後、真空槽１０５内部にＡｒガスを１５０ｃｍ
³／ｍｉｎの流量で供給して、その圧力が０．５Ｐａに
なるように調整する。次に、エッチング用電極１０１が
ロール基板１０４に対して陽極になるように接続して、
電源１０１ｓから４ｋＷの電力を供給する。これによっ
て、ロール基板１０４とエッチング用電極１０１との間
に放電が起こり、プラズマが発生する。このときプラズ
マは、基板のエッチング用電極１０１に対する背面に配
置された各磁石による磁界によって、基板近傍の各磁石
に挟まれた部分に対応する空間に高密度に分布している
ので、プラズマ中の陽イオンは基板に効率よく加速衝突
し、基板表面のエッチングは高速で処理できる。本実施
例のエッチングの深さは、ロール基板ｌ０４表面での水
平磁場が２００ｇａｕｓｓの場所に対向する図中右方向
に５０ｃｍ／ｍｉｎで一様に搬送されるロール基板１０
４上で１０００Åであった。

【００２６】これと同時に、基板搬送用電極１０３がロ
ール基板１０４に対して陰極になるように接続して、電
源１０３ｓから１ｋＷの電力を供給する。これによっ
て、ロール基板１０４と薄膜形成用電極１０３との間に
放電が起こり、プラズマが発生する。この時、プラズマ
中の陽イオンは、ターゲットに加速衝突することで、タ
ーゲットからはそのターゲットを構成する原子あるいは
分子が放出され、これが対向面に位置するロール基板１
０４の表面上に付着することで薄膜が形成される。

【００２７】上記の薄膜形成は、送り出しロール１０４
ａおよび巻き取りロール１０４ｂを矢印方向に回転させ
て、ロール基板１０４を図中右方向に５０ｃｍ／ｍｉｎ
の速度での搬送しながら行う。この搬送の様子をロール
基板１０４のある一点に注目して見てみると、送り出し
ロール１０４ａより引き出され、エッチング用電極１０
１上を通過し、隔壁１０６を通り抜け、基板搬送用電極
１０３上を通過して、巻き取りロール１０４ｂに引き込
まれる動きをする。このとき、ロール基板１０４のある
一点は、エッチング用電極１０１上でエッチングされ、
続いて基板搬送用電極１０３上で薄膜が形成される。し
たがって、所望の長さに相当するだけ搬送を行えば、所
望の長さのロール基板にプラズマエッチングを施し、そ
の直後に薄膜を形成することができる。

【００２８】上記の薄膜形成手順で作製された銀薄膜付
きロール基板およびアルミ薄膜付きロール基板と、上記
手順のうちプラズマエッチング処理を省いた銀薄膜付き
ロール基板およびアルミ薄膜付きロール基板において、
薄膜の付着力を比較した。薄膜の付着力評価は、カッタ
ーナイフで薄膜に縦横に傷をいれて、薄膜を２ｍｍ×２
ｍｍの格子に分割し、この上に粘着テープを貼り、引き
剥すことにより行った。その評価結果を表１に示す。プ
ラズマエッチング処理をしなかったステンレス基板上で
は、アルミ薄膜は剥がれず、銀薄膜のみ剥がれた。一
方、プラズマエッチング処理を１０００Åしたステンレ
ス基板上（Ｎｏ．７，８）では、銀薄膜もアルミ薄膜と
同等の付着力を得ることができた。

【００２９】

【表１】 また、プラズマエッチングを１０００Å行い、銀薄膜を
１０００Å形成した基板上（Ｎｏ．７，８）では、８０
℃８０％の温湿度環境下に、１０００時間放置し、改め
て上述した剥離試験を行ったが、膜剥れはなかった。

【００３０】次に、上記のＮｏ．７，８の条件で作製し
たロール基板から、５ｃｍ角の大きさの試料を切り出
し、この上にｐｉｎ型アモルファスシリコン光起電力素
子をグロー放電分解法にて作製した。その成膜手順を、
以下にしめす。 第１工程：上記の５ｃｍ角試料を、市販の容量結合型高
周波ＣＶＤ装置（アルバック社製ＣＨＪ−３０３０）に
セットした。排気ポンプにて、反応容器の排気管を介し
て、荒引き、高真空引き操作を行った。この時、基板の
表面温度は２５０℃となるよう、温度制御機構により制
御した。十分に排気が行われた時点で、ガス導入管より
ＳｉＨ₄３００ｓｃｃｍ、ＳｉＦ₄４ｓｃｃｍ、ＰＨ₃／
Ｈ₂（１％Ｈ₂希釈）５５ｓｃｃｍ、Ｈ₂４０ｓｃｃｍを
導入し、スロットルバルブの開度を調整して、反応容器
の内圧を１Ｔｏｒｒに保持した。圧力が安定したところ
で、直ちに高周波電源より２００Ｗの電力を投入し、プ
ラズマは５分間持続させた。これにより２００Åのｎ型
アモルファスシリコン層を、１０００Åの銀薄膜が付着
済の基板上に作製した。

【００３１】第２工程：反応容器内を再び排気をした
後、今度はガス導入管よりＳｉＨ₄３００ｓｃｃｍ、Ｓ
ｉＦ₄４ｓｃｃｍ、Ｈ₂４０ｓｃｃｍを導入し、スロット
ルバルブの開度を調整して、反応容器の内圧を１Ｔｏｒ
ｒに保持し、圧力が安定したところで、直ちに高周波電
源より１５０Ｗの電力を投入し、プラズマは４０分間持
続させた。これにより４０００Åのｉ型アモルファスシ
リコン層を、ｎ型アモルファスシリコン層上に作製し
た。

【００３２】第３工程：反応容器内を再び排気をした
後、今度はガス導入管よりＳｉＨ₄５０ｓｃｃｍ、ＢＦ₃
／Ｈ₂（１％Ｈ₂希釈）５０ｓｃｃｍ、Ｈ₂５００ｓｃｃ
ｍを導入し、スロットルバルブの開度を調整して、反応
容器の内圧を１Ｔｏｒｒに保持した。圧力が安定したと
ころで、直ちに高周波電源より３００Ｗの電力を投入
し、プラズマは２分間持続させた。これにより１００Å
のｐ型微結晶（μｃ）シリコン層を、ｉ型アモルファス
シリコン層上に作製した。

【００３３】第４工程：第３工程を完了した試料に、抵
抗加熱真空蒸着装置にて、６５０ÅのＩＴＯを堆積し、
透明電極を作製した。 第５工程：第４工程を完了した試料に、Ａｇペーストを
スクリーン印刷して、幅３００μｍの集電電極を作製
し、薄膜半導体太陽電池を完成した。この方法で１０枚
の試料を作製し、ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ³）光
照射下にて光電変換特性を評価した。その結果、光電変
換効率は平均で９．０±０．２％が得られた。またこれ
らの太陽電池を、温度８０℃湿度８０％の環境下に１０
００時間放置したが、変換効率は平均で８．７±０．５
％とほとんど低下が認められなかった。またステンレス
基板からの膜の剥離も認められなかった。

【００３４】（実施例２）図２は、実施例２に係る薄膜
形成装置の概略構成図である。本装置は、ステンレス製
ロール基板を搬送しつつ、このロール基板上に薄膜を形
成するロール・ツー・ロール型スパッタリング装置であ
り、以下にその構成を説明する。図２は、実施例２に係
る薄膜形成装置の概略構成図である。本例では、装置構
成上で、実施例１が１つの薄膜形成用電極のみ有するの
に対し、２つの薄膜形成用電極を同時に有する点が異な
る。すなわち、ターゲット２０７ａ、バッキングプレー
ト２０７ｂ、電源２０７ｓから構成される薄膜形成用電
極２０７が、追加して配置されている。図２において、
図１と同一構成要素には、下一桁とこれに続くアルファ
ベットが同じである番号を記してある。

【００３５】次に、本実施例の成膜手順について説明す
る。本実施例では、実施例１がプラズマエッチング（深
さ１０００Å）を施したロール基板上に銀（１０００
Å）を堆積するのに加えて、さらに酸化亜鉛（１０００
Å）を堆積する点が異なる。この目的のために、図２に
おけるターゲット２０３ａに純度９９．９９％の銀、タ
ーゲット２０７ａに純度９９．９９％の酸化亜鉛を用
い、実施例１の薄膜作製工程に加え、電源２０７ｓに４
ｋｗの電力を供給することで、プラズマエッチング、銀
薄膜堆積、酸化亜鉛薄膜堆積を連続して行った。

【００３６】上記の薄膜形成手順で作製された銀及び酸
化亜鉛薄膜付きロール基板について、実施例１と同じ剥
離試験を行ったが、ロール基板からの銀薄膜の剥離は認
められなかった。酸化亜鉛薄膜を積層した場合にも、ロ
ール基板とアルミ薄膜の付着力と同等の付着力が得られ
た。次にこの銀薄膜、酸化亜鉛薄膜の順で堆積したロー
ル基板から、５ｃｍ角の大きさの試料を１０枚切り出
し、この上に実施例１と同じ工程でｐｉｎアモルファス
シリコン薄膜太陽電池を作製した。続いて、ＡＭ１．５
（１００ｍＷ／ｃｍ³）光照射下にて光電変換特性を評
価した。その結果、光電変換効率は平均で９．５±０．
２％が得られた。またこれらの太陽電池を、温度８０℃
湿度８０％の環境下に１０００時間放置したが、変換効
率は平均で９．２±０．５％とほとんど低下が認められ
なかった。またステンレス基板からの膜の剥離も認めら
れなかった。

【００３７】（実施例３）図３は、実施例３に係る薄膜
形成装置の概略構成図である。本装置は、ロール基板を
搬送しつつ、このロール基板上に薄膜を形成するロール
・ツー・ロール型である点は、実施例１と同じである。
しかし、本例では、実施例１の薄膜形成装置がスパッタ
リングによって薄膜形成したのに対して、気相反応法に
よって薄膜を形成しようとする点が異なる。

【００３８】第１の実施例と異なり、形成すべき薄膜材
料がターゲットではなく、反応ガスとして供給されるた
め、薄膜形成用電極３０３にターゲットおよびバッキン
グプレートがない。また反応ガスの拡散を防ぐため、反
応室はガスゲートで仕切られている。ロール基板はガス
ゲートをくぐり反応室に搬送され、反応室からガスゲー
トをくぐり搬送される。ガスゲートは、常に不活性ガス
で反応室に対して高圧に保たれ、反応ガスがプラズマエ
ッチング室、ロール巻き取り室に流出するのを防ぐ役割
を果たす。

【００３９】次に、本実施例の成膜手順について説明す
る。排気ポンプにて、送り出し室、プラズマエッチング
室、反応室ｎ、反応室ｉ、反応室ｐ、巻き取り室を高真
空に保ち、ロール基板３０４の表面温度が２５０℃とな
るように、図３の中では明示していない加熱手段にて温
度制御を行う。プラズマエッチング室には、Ａｒガスを
プラズマエッチング室内が２ｍＴｏｒｒになるように導
入し、エッチング用電極３０１がロール基板３０４に対
して陽極になるように高圧電源３０１ｓにて４ｋｗの電
力を印加することによって、実施例１と同じプラズマエ
ッチングをロール基板３０４に施す。反応室ｎには、Ｓ
ｉＨ₄３００ｓｃｃｍ、ＳｉＦ₄４ｓｃｃｍ、ＰＨ₃／Ｈ₂
（１％Ｈ₂希釈）５５ｓｃｃｍ、Ｈ₂４０ｓｃｃｍを反応
室内が１Ｔｏｒｒになるように導入し、薄膜形成用電源
３０３に高圧電源３０３ｓにて２００ｗの電力を印加す
ることで、ｎ型アモルファスシリコン層を堆積する。反
応室ｉには、ＳｉＨ₄３００ｓｃｃｍ、ＳｉＦ₄４ｓｃｃ
ｍ、Ｈ₂４０ｓｃｃｍを反応室内が１Ｔｏｒｒになるよ
うに導入し、薄膜形成用電源３０３に高圧電源３０３ｓ
にて１５０ｗの電力を印加することで、ｉ型アモルファ
スシリコン層を堆積する。反応室ｐには、ＳｉＨ₄５０
ｓｃｃｍ、ＢＦ₃／Ｈ₂（１％Ｈ₂希釈）５０ｓｃｃｍ、
Ｈ₂５００ｓｃｃｍを反応室内が１Ｔｏｒｒになるよう
に導入し、薄膜形成用電源３０３に高圧電源３０３ｓに
て２００ｗの電力を印加することで、ｐ型微結晶（μ
ｃ）シリコン層を堆積する。

【００４０】上述の状態を保ったプラズマエッチング
室、反応室ｎ、反応室ｉ、反応室ｐの各室内を、５０ｃ
ｍ／ｍｉｎにてロール基板３０４を搬送することで、ロ
ール基板３０４のある一点では、プラズマエッチングを
１０００Å施され、ｎ型アモルファスシリコン層２００
Å、ｉ型アモルファスシリコン層４０００Å、ｐ型微結
晶（μｃ）シリコン層１００Åが堆積される。

【００４１】上記薄膜堆積手段にて作製されたｐｉｎ型
アモルファスシリコン薄膜付きロール基板について、実
施例１と同じ剥離試験を行ったが、ロール基板からのア
モルファスシリコン薄膜の剥離は認められなかった。次
にこのｐｉｎ型アモルファスシリコン薄膜付きロール基
板に対して、透明電極として抵抗加熱真空蒸着装置にて
６５０ÅのＩＴＯ膜を堆積し、Ａｇペーストをスクリー
ン印刷して幅３００μｍの集電電極を形成して、ｐｉｎ
型アモルファスシリコン薄膜太陽電池とした。ここから
５ｃｍ角の大きさの試料を１０枚切り出し、ＡＭ１．５
（１００ｍＷ／ｃｍ³）光照射下にて光電変換特性を評
価した。その結果、光電変換効率は平均で８．５±０．
３％が得られた。またこれらの太陽電池を、温度８０℃
湿度８０％の環境下に１０００時間放置したが、変換効
率は平均で８．２±０．６％とほとんど低下が認められ
なかった。またステンレス基板からの膜の剥離も認めら
れなかった。

【００４２】（実施例４）図４は、実施例４に係る薄膜
形成装置の概略構成図である。本装置は、ロール基板を
搬送しつつ、このロール基板上に薄膜を形成するロール
・ツー・ロール型である点は、実施例１と同じである。
しかし、本例と実施例１では、磁石ユニットの構成が異
なる。本例では、磁石ユニット４０２は、ロール基板４
０４の両脇にＮ極４０２ａとＳ極４０２ｂが相対し、ロ
ール基板４０４上に高電圧印加手段により発生する電界
に対して直交する磁界を発生する。ロール基板が磁性体
である場合、実施例１で示した薄膜形成装置の磁石の配
置では、磁石がロール基板を吸い寄せ、ロール基板の搬
送に影響を与える可能性がある。しかし、本例では、、
基板の両脇に磁石が配置されている為、基板搬送に対す
る影響は少ない。なお、図４において、図１と同一構成
要素には、下一桁とこれに続くアルファベットが同じで
ある番号を記してある。

【００４３】次に、本実施例の成膜手順について説明す
る。まず、真空槽４０５内では、基板の両脇に配置され
ている磁石により、ロール基板４０４表面で、ロール基
板に水平な方向の磁場が発生している。この磁場強度
は、最大１５０ｇａｕｓｓであった。この真空槽４０５
内をアルゴン圧２．０ｍＴｏｒｒで保ち、プラズマを形
成するため、エッチング用電極４０１がロール基板４０
４に対して陽極になるように接続して、電源４０１ｓか
ら４ｋＷの電力を供給する。これによって、ロール基板
４０４とエッチング用電極４０１との間に放電が起こ
り、プラズマが発生する。このときプラズマは、磁石ユ
ニット４０２により、基板両脇の磁石に挟まれた空間に
高密度に分布しているので、プラズマ中の陽イオンは基
板に効率よく加速衝突し、基板表面のエッチングは高速
で処理できる。この時のエッチングの深さ速度は、ロー
ル基板４０４表面での水平磁場が１５０ｇａｕｓｓの場
所に対向する図中右方向に５０ｃｍ／ｍｉｎで一様に搬
送されるロール基板４０４上で１０００Åであった。ま
た、薄膜形成用電極４０３にはロール基板４０４に対し
て陰極になるように電源４０３ｓで直流１ｋＷを印加し
た。このとき速度５０ｃｍ／ｍｉｎでロール基板を搬送
することで、ロール基板上に、１０００Åの銀薄膜が作
製できる。

【００４４】上記薄膜形成手順で作製された銀薄膜付き
ロール基板について、実施例１と同じ剥離試験を行った
が、ロール基板からの銀薄膜の剥離は認められなかっ
た。次に、１０００Åの銀薄膜を作製したロール基板か
ら、５ｃｍ角の大きさの試料を切り出し、この上にｐｉ
ｎ型アモルファスシリコン光起電力素子をグロー放電分
解法にて作製した。その後、実施例１と同じ薄膜作製工
程を行い、薄膜半導体太陽電池を完成した。

【００４５】この方法で１０枚の試料を作製し、ＡＭ
１．５（１００ｍＷ／ｃｍ³）光照射下にて光電変換特
性を評価した。その結果、光電変換効率は平均で９．５
±０．２％が得られた。またこれらの太陽電池を、温度
８０℃湿度８０％の環境下に１０００時間放置したが、
変換効率は平均で９．２±０．５％とほとんど低下が認
められなかった。またステンレス基板からの膜の剥離も
認められなかった。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る本
発明によれば、ロール基板に対して陽極であるエッチン
グ用電極を設けることにより、ロール・ツー・ロール型
薄膜形成装置において、薄膜形成と同時に基板表面のプ
ラズマエッチングを行うことができる薄膜形成装置が得
られる。本装置を用いれば、ロール・ツー・ロール型薄
膜形成装置の高生産性を損なわずに、バッチ型薄膜形成
装置と同等の薄膜付着力を高めるプラズマエッチング処
理が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、実施例１に係る薄膜形成装置の概略構
成図である。

【図２】図２は、実施例２に係る薄膜形成装置の概略構
成図である。

【図３】図３は、実施例３に係る薄膜形成装置の概略構
成図である。

【図４】図４は、実施例４に係る薄膜形成装置の概略構
成図である。

【図５】図５は、従来例に係るロール・ツー・ロール型
薄膜形成装置の概略構成図である。

【図６】図６は、従来例に係るプラズマエッチングが可
能なバッチ型薄膜形成装置の概略構成図である。

【符号の説明】

１０１，２０１，３０１，４０１
エッチング用電極 １０１ｓ，２０１ｓ，３０１ｓ，４０１ｓ
直流電源 １０Зｓ，５０３ｓ，６０３ｓ，６０４ｓ，２０３ｓ，
２０７ｓ，３０３ｓ，４０３ｓ
電源 １０２，２０２，３０２，４０２
磁石ユニット ｌ０２ａ，２０２ａ
磁石（外側） １０２ｂ，２０２ｂ
磁石（中心） ４０２ａ，４０２ｂ
磁石 １０２ｎ，１０５ｎ，５０５ｎ，６０５ｎ，２０２ｎ，
２０５ｎ，３０５ｎ，４０２ｎ，４０５ｎ
絶縁体 １０３，５０３，６０３，２０３，２０７，３０З，４
０３薄膜形成用電極 １０３ａ，５０３ａ，６０３ａ，２０３ａ，２０７ａ，
４０３ａターゲット １０３ｂ，５０３ｂ，６０３ｂ，２０３ｂ，２０７ｂ，
４０３ｂバッキングプレート １０４，５０４，２０４，３０４，４０４
ロール基板 １０４ａ，５０４ａ，２０４ａ，３０４ａ，４０４ａ
送り出しロール １０４ｂ，５０４ｂ，２０４ｂ，３０４ｂ，４０４ｂ
巻き取りロール １０４ｅ，１０５ｅ，５０４ｅ，５０５ｅ，６０３ｅ，
６０４ｅ，６０５ｅ，２０４ｅ，２０５ｅ，３０４ｅ，
３０５ｅ，４０４ｅ，４０５ｅ アース １０５，５０５，６０５，２０５，３０５，４０５
真空槽 １０６，２０６，４０６
隔壁 ６０４
基板電極 ６０４ａ
バッチ基板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空槽内の配置が、該真空槽と同電位に
   ある基体と、該基体に対向して配置されたターゲットを
   支持する電極と、該基体と該ターゲットを支持する電極
   間に高電圧を印加する手段とを有する薄膜形成装置にお
   いて、該基体に対向して配置されたエッチング用電極
   と、該エッチング用電極と該ターゲットを支持する電極
   間に配置された隔壁と、該基体に対して該エッチング用
   電極を陽極にする高電圧印加手段と、該高電圧印加手段
   により発生する電界に対して直交する磁界を、該基体上
   に発生する磁気発生手段とを有することを特徴とする薄
   膜形成装置。
2. 【請求項２】 前記磁気発生手段は、前記エッチング用
   電極に対して前記基体の背面に設けられた磁石からな
   り、該磁石が、該基体の表面において、水平方向磁場の
   最大値を結んだ尾根線が、閉ループを形成するように配
   置されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装
   置。
3. 【請求項３】 前記磁気発生手段は、前記基体の両脇に
   設けられた磁石からなり、該磁石が、該基体の表面にお
   いて、水平方向の磁場を形成するように配置されること
   を特徴とする請求項１に記載の薄膜形成装置。