多元素同時レートモニターシステム、多元素同時レートモニター方法、成膜装置及び成膜方法
【課題】ＣＩＧＳなどの多元素膜を真空蒸着する際に多元素膜の組成を一定に制御する。
【解決手段】光透過性の第１の窓１０ａと第２の窓１０ｂを有する成膜チャンバー１０内における多元素膜の成膜対象の基板１４と多元素膜形成用の複数個の蒸着源（１３ａ〜１３ｄ）の間の空間に、第１の窓から所定の波長域の連続光を入射する光源１６と、第２の窓から開口部と基板の間の空間を通過した連続光を受光して２次元的に分光して、２次元画像信号を得る分光部１７と、２次元画像信号を画像処理して原子吸光スペクトルを得て多元素膜を構成する各元素の原子のレートをモニターする信号処理部１８を有する構成とする。
【解決手段】光透過性の第１の窓１０ａと第２の窓１０ｂを有する成膜チャンバー１０内における多元素膜の成膜対象の基板１４と多元素膜形成用の複数個の蒸着源（１３ａ〜１３ｄ）の間の空間に、第１の窓から所定の波長域の連続光を入射する光源１６と、第２の窓から開口部と基板の間の空間を通過した連続光を受光して２次元的に分光して、２次元画像信号を得る分光部１７と、２次元画像信号を画像処理して原子吸光スペクトルを得て多元素膜を構成する各元素の原子のレートをモニターする信号処理部１８を有する構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多元素同時レートモニターシステム、多元素同時レートモニター方法、成膜装置及び成膜方法に関し、特に、太陽電池を構成するＣＩＧＳ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２）膜を形成するための多元素同時レートモニターシステム及び多元素同時レートモニター方法と、それを用いた成膜装置及び成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光を吸収して光起電力効果により電力を得る太陽電池を構成する光吸収膜は、一般に、シリコン系材料と非シリコン系材料に大別される。
シリコン系材料としては、例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン及びアモルファスシリコンなどが知られている。
一方、非シリコン系材料としては、例えば、ＧａＡｓ、ＣＩＳ（ＣｕＩｎＳｅ２）、ＣＩＧＳ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２）及び有機系材料などが知られている。
【０００３】
ＣＩＧＳ膜は、例えば、ＣＩＳ膜のＩｎの一部をＧａに置換した組成であり、Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘ，Ｇａｘ）Ｓｅ２と表記される。
ＣＩＧＳ膜は、光吸収率及び発電効率が高く、従来の光吸収膜より薄膜化することが可能であり、また、組成によって光吸収波長領域を制御できるという利点があり、将来的に量産化が期待されている。
ＣＩＧＳ膜としては、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２の組成は太陽電池の発電効率に大きく影響することが知られている。
【０００４】
ＣＩＧＳ膜の形成方法としては、例えばセレン化法が知られている。セレン化法では、例えば、スパッタリング法などによりプレカーサーとなるＣＩＧ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ））膜を形成し、ＣＩＧ膜をＨ２Ｓｅ雰囲気中で熱処理してＣＩＧ膜をセレン化し、ＣＩＧＳ膜を得る。
また、１つの真空チャンバー内でＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅの四元素を別々の蒸着源からそれぞれ真空蒸着させる四元素同時蒸着法も知られている。
【０００５】
上記のセレン化法は、Ｈ２Ｓｅの取り扱いが難しいので、大量及び大面積成膜を実現するのは困難である。
【０００６】
一方、四元同時蒸着法は、Ｈ２Ｓｅを取り扱わないで済むが、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２の組成、換言すればＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅの各元素の成膜速度を同時に制御することが難しいという課題がある。
【０００７】
特にＣＩＧＳ膜の形成においては、Ｃｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ）あるいはＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）などの組成比が太陽電池の発電効率に大きく影響するので、ＣＩＧＳ膜の組成の制御が重要である。
例えば、ＣＩＧＳ膜を連続的に真空蒸着させるような場合、水晶膜厚計などを用いるとその部分での成膜がなされないので連続蒸着とならず、水晶膜厚計などを用いることができない。このため、連続的に真空蒸着する場合、組成を制御することがさらに困難となっていた。
【０００８】
ＣＩＧＳ系材料を用いた太陽電池としては、例えば特許文献１などに記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−２２２７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
解決しようとする課題は、ＣＩＧＳ膜などの多元素膜を連続的に真空蒸着する際に、多元素膜の組成を一定に制御することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の多元素同時レートモニターシステムは、光透過性の第１の窓と第２の窓を有する成膜チャンバー内における多元素膜の成膜対象の基板と多元素膜形成用の複数個の蒸着源の間の空間に、前記第１の窓から所定の波長域の連続光を入射する光源と、前記第２の窓から前記開口部と前記基板の間の空間を通過した前記連続光を受光して２次元的に分光して、２次元画像信号を得る分光部と、前記２次元画像信号を画像処理して原子吸光スペクトルを得て前記多元素膜を構成する各元素の原子のレートをモニターする信号処理部とを有する。
【００１２】
上記の本発明の多元素同時レートモニターシステムは、光源と、分光部と信号処理部を有する。
光源は、光透過性の第１の窓と第２の窓を有する成膜チャンバー内における多元素膜の成膜対象の基板と多元素膜形成用の複数個の蒸着源の間の空間に、第１の窓から所定の波長域の連続光を入射する。
分光部は、第２の窓から開口部と基板の間の空間を通過した連続光を受光して２次元的に分光して、２次元画像信号を得る。
信号処理部は、２次元画像信号を画像処理して原子吸光スペクトルを得て多元素膜を構成する各元素の原子のレートをモニターする。
【００１３】
上記の本発明の多元素同時レートモニターシステムは、好適には、前記分光部が、前記連続光を受光して１次元的に分光するプリズムと、前記１次元的に分光された光を２次元的に分光する回折格子を有する。
【００１４】
上記の本発明の多元素同時レートモニターシステムは、好適には、前記分光部が、前記固体撮像素子により前記２次元的に分光された前記連続光を受光面で受光し、２次元的画像信号を生成する固体撮像素子を有し、前記各元素に対応する原子吸光を分離可能な分解能を有する。
【００１５】
上記の本発明の多元素同時レートモニターシステムは、好適には、前記信号処理部が、原子による吸収のない点を選択してバックグラウンドの較正を行う。
【００１６】
上記の本発明の多元素同時レートモニターシステムは、好適には、前記信号処理部が、前記原子吸光スペクトルから信号処理を行って前記蒸着源を制御する制御信号を出力する。
【００１７】
また、本発明の成膜装置は、光透過性の第１の窓と第２の窓を有し、内部が所定の圧力に減圧される成膜チャンバーと、前記成膜チャンバー内に設けられ、内部に真空蒸着材料が収容され、所定の温度への加熱時に気化する前記真空蒸着材料を開口部から噴き出す多元素膜形成用の複数個の蒸着源と、蒸着対象である基板を前記開口部に対向するように保持して第１の方向に搬送する基板保持搬送部と、前記第１の窓から前記開口部と前記基板の間の空間に所定の波長域の連続光を入射する光源と、前記第２の窓から前記開口部と前記基板の間の空間を通過した前記連続光を受光して２次元的に分光して、２次元画像信号を得る分光部と、前記２次元画像信号を画像処理して原子吸光スペクトルを得て前記多元素膜を構成する各元素の原子のレートをモニターする信号処理部とを有し、前記蒸着源からの前記真空蒸着材料から多元素膜を前記第１の方向に搬送される前記基板上に連続蒸着する。
【００１８】
上記の本発明の成膜装置は、光透過性の第１の窓と第２の窓を有し、内部が所定の圧力に減圧される成膜チャンバーと、前記成膜チャンバー内に設けられ、内部に真空蒸着材料が収容され、所定の温度への加熱時に気化する前記真空蒸着材料を開口部から噴き出す多元素膜形成用の複数個の蒸着源と、蒸着対象である基板を前記開口部に対向するように保持して第１の方向に搬送する基板保持搬送部と、前記第１の窓から前記開口部と前記基板の間の空間に所定の波長域の連続光を入射する光源と、前記第２の窓から前記開口部と前記基板の間の空間を通過した前記連続光を受光して２次元的に分光して、２次元画像信号を得る分光部と、前記２次元画像信号を画像処理して原子吸光スペクトルを得て前記多元素膜を構成する各元素の原子のレートをモニターする信号処理部とを有し、前記蒸着源からの前記真空蒸着材料から多元素膜を前記第１の方向に搬送される前記基板上に連続蒸着する。
【００１９】
上記の本発明の成膜装置は、光透過性の第１の窓と第２の窓を有し、内部が所定の圧力に減圧される成膜チャンバー内に、内部に真空蒸着材料が収容され、所定の温度への加熱時に気化する真空蒸着材料を開口部から噴き出す多元素膜形成用の複数個の蒸着源が設けられている。
また、蒸着対象である基板を開口部に対向するように保持して第１の方向に搬送する基板保持搬送部が設けられている。
また、第１の窓から開口部と基板の間の空間に所定の波長域の連続光を入射する光源が設けられ、第２の窓から開口部と基板の間の空間を通過した連続光を受光して２次元的に分光して、２次元画像信号を得る分光部が設けられている。
また、２次元画像信号を画像処理して原子吸光スペクトルを得て前記多元素膜を構成する各元素の原子のレートをモニターする信号処理部が設けられている。
上記の構成により、蒸着源からの真空蒸着材料から多元素膜を第１の方向に搬送される基板上に連続蒸着する。
【００２０】
上記の本発明の成膜装置は、好適には、前記分光部が、前記連続光を受光して１次元的に分光するプリズムと、前記１次元的に分光された光を２次元的に分光する回折格子を有する。
【００２１】
上記の本発明の成膜装置は、好適には、前記分光部が、前記固体撮像素子により前記２次元的に分光された前記連続光を受光面で受光し、２次元的画像信号を生成する固体撮像素子を有し、前記各元素に対応する原子吸光を分離可能な分解能を有する。
【００２２】
上記の本発明の成膜装置は、好適には、前記信号処理部が、原子による吸収のない点を選択してバックグラウンドの較正を行う。
【００２３】
上記の本発明の成膜装置は、好適には、前記信号処理部が、前記原子吸光スペクトルから信号処理を行って前記蒸着源を制御する制御信号を出力する。
【００２４】
上記の本発明の成膜装置は、好適には、前記蒸着源としてＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅの各蒸着源を有し、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２膜を蒸着する。
【００２５】
また、本発明の多元素同時レートモニター方法は、光透過性の第１の窓と第２の窓を有する成膜チャンバー内における多元素膜の成膜対象の基板と多元素膜形成用の複数個の蒸着源の間の空間に、光源からの所定の波長域の連続光を前記第１の窓から入射する工程と、前記第２の窓から前記開口部と前記基板の間の空間を通過した前記連続光を分光部により受光して２次元的に分光して、２次元画像信号を得る工程と、前記２次元画像信号を信号処理部により画像処理して原子吸光スペクトルを得て前記多元素膜を構成する各元素の原子のレートをモニターする工程とを有する。
【００２６】
上記の本発明の多元素同時レートモニター方法は、光透過性の第１の窓と第２の窓を有する成膜チャンバー内における多元素膜の成膜対象の基板と多元素膜形成用の複数個の蒸着源の間の空間に、光源からの所定の波長域の連続光を第１の窓から入射する。
次に、第２の窓から開口部と基板の間の空間を通過した連続光を分光部により受光して２次元的に分光して、２次元画像信号を得る。
次に、２次元画像信号を信号処理部により画像処理して原子吸光スペクトルを得て多元素膜を構成する各元素の原子のレートをモニターする。
【００２７】
上記の本発明の多元素同時レートモニター方法は、好適には、前記分光部としてプリズムと回折格子を有する分光部を用い、前記２次元画像信号を得る工程において、前記プリズムにより前記連続光を受光して１次元的に分光し、前記回折格子により前記１次元的に分光された光を２次元的に分光する。
【００２８】
上記の本発明の多元素同時レートモニター方法は、好適には、前記分光部として受光面を有する固体撮像素子を有する分光部を用い、前記２次元画像信号を得る工程において、前記受光面で前記２次元的に分光された前記連続光を受光し、２次元的画像信号を生成し、前記各元素に対応する原子吸光を分離する。
【００２９】
上記の本発明の多元素同時レートモニター方法は、好適には、前記原子吸光スペクトルを得る工程において、前記信号処理部が、原子による吸収のない点を選択してバックグラウンドの較正を行う。
【００３０】
上記の本発明の多元素同時レートモニター方法は、好適には、前記原子吸光スペクトルを得る工程の後に、前記信号処理部が前記原子吸光スペクトルから信号処理を行って前記蒸着源を制御する制御信号を出力する工程をさらに有する。
【００３１】
また、本発明の成膜方法は、光透過性の第１の窓と第２の窓を有し、内部が所定の圧力に減圧される成膜チャンバー内に設けられた、開口部を有する多元素膜形成用の複数個の蒸着源の内部に、所定の温度への加熱時に気化して前記開口部から噴き出す真空蒸着材料を収容する工程と、前記成膜チャンバーの内部を所定の圧力に減圧する工程と、前記蒸着源を所定の温度に加熱して前記真空蒸着材料を気化させ、前記開口部から噴き出させる工程と、蒸着対象である基板を前記開口部に対向するように保持して第１の方向に搬送する工程と、光源からの所定の波長域の連続光を前記第１の窓から前記開口部と前記基板の間の空間に入射する工程と、前記第２の窓から前記開口部と前記基板の間の空間を通過した前記連続光を分光部により受光して２次元的に分光して、２次元画像信号を得る工程と、前記２次元画像信号を信号処理部で画像処理して原子吸光スペクトルを得て前記多元素膜を構成する各元素の原子のレートをモニターする工程とを有し、前記蒸着源からの前記真空蒸着材料から多元素膜を前記第１の方向に搬送される前記基板上に連続蒸着する。
【００３２】
上記の本発明の成膜方法は、まず、光透過性の第１の窓と第２の窓を有し、内部が所定の圧力に減圧される成膜チャンバー内に設けられた、開口部を有する多元素膜形成用の複数個の蒸着源の内部に、所定の温度への加熱時に気化して開口部から噴き出す真空蒸着材料を収容する。
次に、成膜チャンバーの内部を所定の圧力に減圧し、蒸着源を所定の温度に加熱して真空蒸着材料を気化させ、開口部から噴き出させる。さらに、蒸着対象である基板を開口部に対向するように保持して第１の方向に搬送する。
このとき、光源からの所定の波長域の連続光を第１の窓から開口部と基板の間の空間に入射し、第２の窓から開口部と基板の間の空間を通過した連続光を分光部により受光して２次元的に分光して、２次元画像信号を得る。さらに、２次元画像信号を信号処理部で画像処理して原子吸光スペクトルを得て多元素膜を構成する各元素の原子のレートをモニターする。
上記により、蒸着源からの真空蒸着材料から多元素膜を第１の方向に搬送される基板上に連続蒸着する。
【００３３】
上記の本発明の成膜方法は、好適には、前記分光部としてプリズムと回折格子を有する分光部を用い、前記２次元画像信号を得る工程において、前記プリズムにより前記連続光を受光して１次元的に分光し、前記回折格子により前記１次元的に分光された光を２次元的に分光する。
【００３４】
上記の本発明の成膜方法は、好適には、前記分光部として受光面を有する固体撮像素子を有する分光部を用い、前記２次元画像信号を得る工程において、前記受光面で前記２次元的に分光された前記連続光を受光し、２次元的画像信号を生成し、前記各元素に対応する原子吸光を分離する。
【００３５】
上記の本発明の成膜方法は、好適には、前記原子吸光スペクトルを得る工程において、前記信号処理部が、原子による吸収のない点を選択してバックグラウンドの較正を行う。
【００３６】
上記の本発明の成膜方法は、好適には、前記原子吸光スペクトルを得る工程の後に、前記信号処理部が前記原子吸光スペクトルから信号処理を行って前記蒸着源を制御する制御信号を出力する工程をさらに有する。
【００３７】
上記の本発明の成膜方法は、好適には、前記蒸着源としてＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅの各蒸着源を設けて、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２膜を蒸着する。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の多元素同時レートモニターシステムによれば、ＣＩＧＳ膜などの多元素膜を連続的に真空蒸着する際に、多元素のレートを同時にモニターでき、これによって多元素膜の組成を一定に制御することができる。
【００３９】
本発明の成膜装置によれば、ＣＩＧＳ膜などの多元素膜を連続的に真空蒸着する際に、多元素膜の組成を一定に制御することができる。
【００４０】
本発明の多元素同時レートモニター方法によれば、ＣＩＧＳ膜などの多元素膜を連続的に真空蒸着する際に、多元素のレートを同時にモニターでき、これによって多元素膜の組成を一定に制御することができる。
【００４１】
本発明の成膜方法によれば、ＣＩＧＳ膜などの多元素膜を連続的に真空蒸着する際に、多元素膜の組成を一定に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は本発明の第１実施形態に係る真空蒸着装置の模式構成図である。
【図２】図２は本発明の第１実施形態に係る真空蒸着装置における分光部及び信号処理部の模式構成図である。
【図３】図３（ａ）は本発明の第１実施形態に係る真空蒸着装置において測定される蒸着源を加熱しないときのスペクトルの模式図であり、図３（ｂ）は蒸着源を加熱して蒸着処理を行っているときのスペクトルの模式図である。
【図４】図４は本発明の第１実施形態に係る真空蒸着装置の蒸着源の斜視図である。
【図５】図５（ａ）は図４中のＸ−Ｘ’における模式断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の変形例である。
【図６】図６（ａ）は本発明の第１実施形態に係る真空蒸着装置の蒸着源のタンク部、中間ノズル及びトップノズルの等価回路図であり、図６（ｂ）及び図６（ｃ）はタンク部の等価回路図である。
【図７】図７は本発明の第２実施形態に係る太陽電池パネルの模式断面図である。
【図８】図８は実施例１に係る原子吸光スペクトルの時間変化を示すグラフである。
【図９】図９は実施例２に係る原子吸光強度と成膜速度の関係を示すグラフであり、真空蒸着装置で連続成膜するときの較正曲線となるグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下に、本発明の多元素同時レートモニターシステム、多元素同時レートモニター方法及びそれを用いた成膜装置並びに成膜方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００４４】
＜第１実施形態＞
［真空蒸着装置の構成］
本実施形態は、太陽電池パネルを構成するＣＩＧＳ膜などの多元素膜を真空蒸着するための成膜装置に用いられる多元素同時レートモニターシステム、多元素同時レートモニター方法、並びにそれを用いた成膜装置である真空蒸着装置及び成膜方法であり、ＣＩＧＳ膜などの多元素膜である光吸収膜の製造装置に適用できる。
【００４５】
図１は、本実施形態に係る真空蒸着装置の模式構成図である。
例えば、成膜チャンバー１０に、排気管１１及び真空ポンプ１２が接続されており、内部が所定の圧力に減圧可能となっている。真空蒸着による成膜時における成膜チャンバー１０内の背圧は、例えば１０−３〜１０−４Ｐａ程度である。
【００４６】
例えば、真空チャンバー１０の内部に、蒸着源（ルツボ）が設けられている。本実施形態では、多元素膜形成用の複数個の蒸着源（１３ａ〜１３ｄ）が設けられており、光吸収膜であるＣＩＧＳ膜を形成する場合には、例えばそれぞれＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅの各蒸着源とする。
【００４７】
蒸着源（１３ａ〜１３ｄ）は、例えば、内部に真空蒸着材料が収容され、所定の温度へ加熱されたときに気化する真空蒸着材料を気化して蒸着源に設けられた後述の開口部から噴き出すことができる。
【００４８】
例えば、成膜チャンバー１０内において、蒸着対象である基板１４を蒸着源の開口部に対向するように保持して第１の方向に搬送する基板保持搬送部が設けられている。
基板１４は、例えばポリマーなどからなる可撓性基板であり、ロール状に保持可能である。この場合、基板保持搬送部は、巻き出しロール１５ａ、巻き取りロール１５ｂ、第１搬送ロール１５ｃ，第２搬送ロール１５ｄにより実現できる。
あるいは、保持搬送部が連続搬送可能に設けられていれば、青板ガラスなどのガラス基板なども適用可能である。
【００４９】
蒸着源から気化した真空蒸着材料を噴き出しながら、第１の方向に基板が搬送されることにより、蒸着源からの真空蒸着材料を第１の方向に搬送される基板上に連続蒸着することができる。
【００５０】
本実施形態の真空蒸着装置においては、例えば、成膜チャンバー１０には、所定の位置に光透過性の第１の窓１０ａと第２の窓１０ｂが設けられている。第１の窓１０ａと第２の窓１０ｂは、後述の原子吸光スペクトル測定のための光に対して光学的に透明である材料であれば良く、例えば石英などから構成される。
【００５１】
また、本実施形態の真空蒸着装置は、例えば、光源１６、分光部１７及び信号処理部１８を有する。
光源１６は、第１の窓１０ａから蒸着源（１３ａ〜１３ｄ）の開口部と基板１４の間の空間に所定の波長域の連続光を入射するように設けられている。連続光は、原子吸光スペクトル測定のために用いられる。
【００５２】
原子吸光スペクトルにおいて、例えば、Ｃｕは３２４．８ｎｍ、Ｉｎは３０３．９ｎｍ、Ｇａ２９４．４ｎｍ、Ｓｅは１９６．０ｎｍに吸収を持つ。従って、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅを蒸着させる場合には、上記の波長をカバーする領域の連続光を出射できる光源を用いる。
連続光の光源１６としては、例えばキセノンランプを用いることができる。キセノンランプは、例えば１８５ｎｍ〜２０００ｎｍの波長領域の連続光を出射できる。
【００５３】
図２は本実施形態の真空蒸着装置における分光部１７及び信号処理部１８の模式構成図である。
分光部１７は、第２の窓１０ｂから蒸着源（１３ａ〜１３ｄ）の開口部と基板１４の間の空間を通過した連続光ＬＴを受光して２次元的に分光して、２次元画像信号ＳＳを得る。
分光部１７は、石英などの窓部材２０及びレンズ２１、プリズム２２、回折格子２３及び固体撮像素子２４などを有する。プリズム２２は、連続光を受光して１次元的に分光する。回折格子２３は、プリズム２２によって１次元的に分光された光の光軸をずらして２次元的に分光する。即ち、分光部１７は、いわゆるエシェル分光器に相当する。エシェル分光器は、例えば２ｐｍまで分解能があり、各元素に対応する原子吸光を分離可能な分解能を有しており、原子吸光を精密に測定することができる。
【００５４】
また、分光部１７は受光面２４ａを有する固体撮像素子２４を有し、２次元的に分光された連続光ＬＴを受光面２４ａで受光し、２次元画像信号ＳＳを生成する。
固体撮像装置としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサあるいはＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Silicon transistor）イメージセンサなどを用いることができる。固体撮像装置としては、上記の高い分解能を有するエシェル分光器により各元素に対応する原子吸光を分離して２次元画像信号ＳＳを生成できるように、高い画素数及び／または分解能を有するものとする。
上記の構成の分光部１７により、第２の窓１０ｂから蒸着源（１３ａ〜１３ｄ）の開口部と基板１４の間の空間を通過した連続光ＬＴを受光して２次元的に分光して、２次元画像信号ＳＳを得ることができる。
【００５５】
信号処理部１８は、２次元画像信号ＳＳを画像処理して原子吸光スペクトルを得る。
図３（ａ）は、蒸着源を加熱しないときのスペクトルであり、即ち、光源１６の光をそのまま分光したスペクトルの模式図である。図３（ｂ）は蒸着源を加熱して蒸着処理を行っているときのスペクトルの模式図である。蒸着源から蒸発して噴き出された原子による原子吸光がスペクトル上にディップ状のピークとなって出現する。図３（ｂ）においては、４元素に対応して４本の原子吸光のピーク（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）がある場合を示している。
【００５６】
上記で求められた原子吸光スペクトルにおいて、各元素に対応する原子吸光値から、光の照射領域の各元素の濃度、即ち各元素のレートを求めることができる。
上記の光源、分光部及び信号処理部から、成膜チャンバーにおける多元素のレートを同時にモニターできる多元素同時レートモニターシステムが構成されている。
【００５７】
上記で得られたレートを各元素の成膜速度に換算できる。例えば、各元素に対する原子吸光値と成膜速度の関係を示す較正曲線を予め準備しておくことで、製造時の原子吸光値から各元素の成膜速度を直接算出することができる。
各元素の成膜速度から、真空蒸着によって成膜される多元素膜の組成比が得られる。
【００５８】
上記の原子吸光スペクトルにおいて、原子による吸収のない点ＰＣＢを適当に選択してバックグラウンドの較正を行うことができる。
連続光源を用いているので、吸収のない点ＰＣＢは適宜選択することができる。
【００５９】
従来方法での真空蒸着装置内の気体の原子吸光係数を求めるには、目的元素の輝線スペクトルを放出する中空陰極ランプ（ＨＣＬ：Hollow Cathode Lamp）を各元素に対して用いる必要があり、さらにバックグラウンドの較正用の光源も必要であった。
本実施形態においては、連続光の光源と２次元的に分光して面で受光するＣＣＤなどの固体撮像素子を有するエシェル分光器を組み合わせることで、多元素の原子吸光係数を波長スキャンすることなく同時に測定することができる。
【００６０】
また、例えば、信号処理部１８が、原子吸光スペクトルから信号処理を行って、蒸着源を制御する制御信号ＣＳを出力する。
例えば、成膜しようとする組成からずれてしまっている場合に、蒸着源の加熱温度を調節することで、目的とする組成に修正して成膜することができる。
【００６１】
図４は、本実施形態に係る蒸着源の斜視図である。ここでは、蒸着源の外部を被覆する断熱部とともに図示している。
図５（ａ）は図４中のＸ−Ｘ’における模式断面図である。
蒸着源１３は、例えば、内部に真空蒸着材料が収容されるタンク部３０と、タンク部３０上に配置され、第２の方向に延伸して所定の幅で開口するスリット状の第１開口部Ａを有するノズル部（３１，３２）を有する。第２の方向は、例えば、基板の搬送方向である第１の方向に直交する方向である。また、上述の蒸着源（１３ａ〜１３ｄ）の開口部は、上記の第１開口部Ａに相当する。
本実施形態においては、例えば、ノズル部は中間ノズル３１とトップノズル３２から構成されている。中間ノズル３１はタンク部３０の開口を一旦狭めた後に再び開口幅を広げ、トップノズルが中間ノズルの開口幅を再び狭めるような構成となっている。
【００６２】
また、例えば、少なくとも第１開口部Ａを露出させる第２開口部Ｂを有して、タンク部３０及びノズル部（３１，３２）の外壁を覆うように、断熱部３４が形成されている。
【００６３】
上記の構成の蒸着源は、タンク部３０とノズル部（３１，３２）が所定の温度へ加熱されたときに気化する真空蒸着材料が第１開口部Ａから噴き出すことができる。
【００６４】
タンク部３０、中間ノズル３１及びトップノズル３２は、例えば通電により自身が発熱する材料からなる。例えば、それぞれ冷間静水圧プレス（ＣＩＰ：Cold Isostatic Pressing）により形成されたカーボン（以下ＣＩＰカーボンとも称する）から構成される。
通電により自身が発熱する材料からなるタンク部３０、中間ノズル３１及びトップノズル３２は、熱伝導によらず真空蒸着材料を加熱して溶融できるので、タンク部３０、中間ノズル３１及びトップノズル３２を通電させる電力により真空蒸着材料の気化を制御でき、成膜処理を安定化させることができる。
【００６５】
真空蒸着材料を気化させて第１開口部Ａから噴き出すために、例えば、タンク部３０が第１の温度へ、中間ノズル３１及びトップノズル３２からなるノズル部が第１の温度より高い第２の温度へ加熱される。第１の温度及び第２の温度は、真空蒸着材料の融点及び蒸気圧などに応じて適宜選択され、例えば、第２の温度は、第１の温度より１０〜１００℃程度高く設定される。
【００６６】
上記のように蒸着源を構成するタンク部とノズル部に温度勾配が設定されていることから、ＣＩＧＳ膜などの多元素膜を真空蒸着する際に、蒸着源のノズル近傍での原料の固化を抑制することができる。これにより、多元素膜の組成を一定に制御することができる。
特に、Ｃｕは気化させるために１４００℃以上に加熱する必要があるが、ノズル近傍で冷却されてノズルに固化しやすい。本実施形態では、タンク部とノズル部に温度勾配によりノズル部での冷却を抑制し、安定した真空蒸着を実現できる。
【００６７】
タンク部３０の内部には、必要に応じて、内部タンク３３が設けられる。あるいは、タンク部の内壁を被覆する被覆膜が形成されている。内部タンク３３は、例えば接続部３５などによりノズル部の中間ノズル３１に接続して設けられる。
内部タンク３３あるいは被覆膜は、例えば、焼結ＢＮ（焼結された窒化ホウ素）、ＰＢＮ（ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法による熱分解で形成された窒化ホウ素）、Ｍｏ、ＣＩＰカーボンなどで構成される。
上記の内部タンク３３あるいは被覆膜の材料は、コスト、寿命、内部タンクの大きさ、加工性、真空蒸着材料との反応性及び相性の各特性から適宜選択される。
上記の内部タンク３３あるいは被覆膜の材料の各特性を表１にまとめて示す。表１中、◎は特に好ましく、○は好ましく、×は好ましくなく、△は○と×の間の評価である。
【００６８】
【表１】
【００６９】
例えばＣｕの蒸着源の場合、内部タンク３３としてはＣｕとの反応性が低いＰＢＮあるいはＭｏなどからなるものを用いるのが好ましい。あるいは、タンク部３０の内壁をＰＢＮあるいはＭｏなどからなる被覆膜で被覆すれば、内部タンク３３は不要となる。
【００７０】
また、例えば、第１開口部Ａの部分のノズル部（トップノズル３２）が断熱部３４の外壁表面と同一の面まで突出して形成されていることが好ましい。
ノズル部（トップノズル３２）が断熱部３４から露出していることで、真空蒸着材料の蒸気のノズル部近傍での冷却を抑制してノズル部から噴き出すことができる。
【００７１】
図５（ｂ）は、図５（ａ）に対して、タンク部３０の底部３０ａが厚く形成された変形例である。
【００７２】
通電により自身が発熱する材料からなるタンク部３０、中間ノズル３１及びトップノズル３２は、それぞれ電気抵抗素子として捉えることができる。
図６（ａ）は、タンク部３０、中間ノズル３１及びトップノズル３２を、それぞれ電気抵抗素子とした場合の等価回路図である。
例えば、中間ノズル３１とトップノズル３２を並列に接続することができる。
【００７３】
図５（ｂ）は、図５（ａ）の構成に対してタンク部３０の底部３０ａが厚く形成されており、これは、図５（ａ）の構成に対してタンク部の底部及び側部の各部分の断面積比が変更されたことに相当する。電気抵抗素子としては、断面積が大きいほど抵抗値が下がるため、上記のようにタンク部３０の底部３０ａを厚くすることでタンク部３０のトータルの電気抵抗値を低減することができる。
例えば、タンク部３０の底部と側部の各部分の断面積比を変更することで、図６（ｂ）あるいは図６（ｃ）に示す回路構成とすることができ、タンク部３０全体の抵抗値を調節することができる。
【００７４】
断熱部３４に設けられる第２開口部Ｂは、蒸着源からみると放熱部となる。このため、第２開口部Ｂの面積はタンク部３０及びノズル部（３１，３２）の温度の保持に大きな影響を与える。
タンク部を第１の温度に、ノズル部を第２の温度に保持するように、タンク部及びノズル部の断面積と第２開口部Ｂの面積の比率及びタンク部とノズル部に通電される電流の大きさが設定される。
例えば、タンク部及びノズル部の断面積：第２開口部Ｂの面積が、３：１〜４：１となるように設定される。
【００７５】
第１開口部Ａは第２の方向に延伸して所定の幅で開口するスリット状の形状であり、蒸着源は上記の第２の方向に延伸した形状のリニア（線形）蒸着源となっている。
例えば、幅Ｗは２００ｍｍ、高さＨは２００ｍｍ、長さＬは１ｍである。
【００７６】
一方で、図１に示すように、成膜チャンバー１０内において、蒸着対象である基板１４は、蒸着源（１３ａ〜１３ｄ）の開口部に対向するように保持して第１の方向に搬送される。
【００７７】
上記のような第２の方向に延伸するスリット状の開口部を有するリニア蒸着源に対して、第２の方向と直行する第１の方向に基板が搬送されることにより、蒸着源からの真空蒸着材料を第１の方向に搬送される基板上に連続蒸着することができる。
【００７８】
本実施形態の真空蒸着装置は、例えば蒸着源を複数個有し、多元素膜を真空蒸着することができる。
例えば蒸着源としてＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅの各蒸着源を有し、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２膜を蒸着することができる。
【００７９】
本実施形態の真空蒸着装置によれば、成膜チャンバー内の蒸着源と基板の間の空間を通過した光の原子吸光スペクトルを測定しながら成膜できるので、ＣＩＧＳ膜などの多元素膜を連続的に真空蒸着する際に、多元素膜の組成を一定に制御することができる。
【００８０】
また、本実施形態の真空蒸着装置は太陽電池パネルの光吸収膜の製造装置に適用でき、成膜チャンバー内の蒸着源と基板の間の空間を通過した光の原子吸光スペクトルを測定しながら成膜できるので、ＣＩＧＳ膜などの多元素膜からなる光吸収膜を連続的に真空蒸着する際に、多元素膜の組成を一定に制御することができる。
【００８１】
［真空蒸着方法］
次に、本実施形態に係る多元素同時レートモニター方法及び成膜方法について、図１，２，４及び５を参照して説明する。
本実施形態に係る多元素同時レートモニター方法及び成膜方法は、上述の本実施形態に係る真空蒸着装置を用いて行う。
まず、例えば、光透過性の第１の窓１０ａと第２の窓１０ｂを有し、内部が所定の圧力に減圧される成膜チャンバー１０内に設けられた蒸着源（１３ａ〜１３ｄ）に真空蒸着材料を収容する。
【００８２】
ここで、蒸着源（１３ａ〜１３ｄ）は、例えば、タンク部３０と、タンク部３０上に配置され、第２の方向に延伸して所定の幅で開口するスリット状の第１開口部Ａを有するノズル部（中間ノズル３１及びトップノズル３２）を有する構成である。この場合、上記の真空蒸着材料は、タンク部３０内に収容する。また、例えば、少なくとも第１開口部Ａを露出させる第２開口部Ｂを有してタンク部３０とノズル部（中間ノズル３１及びトップノズル３２）の外壁を覆うように断熱部３４が設けられている。蒸着源（１３ａ〜１３ｄ）のタンク部３０に収容された真空蒸着材料は、例えば、タンク部３０及びノズル部（中間ノズル３１及びトップノズル３２）が所定の温度へ加熱されたときに気化して、第１開口部Ａから噴き出す構成である。
【００８３】
次に、例えば、成膜チャンバー１０の内部を所定の圧力に減圧する。
【００８４】
次に、例えば、タンク部３０を第１の温度に、ノズル部（中間ノズル３１及びトップノズル３２）を第１の温度より高い第２の温度に加熱して真空蒸着材料を気化させ、第１開口部Ａから噴き出させる。
【００８５】
次に、蒸着対象である基板１４を第１開口部Ａに対向するように保持して第２の方向と直交する第１の方向に搬送する。
【００８６】
ここで、例えば、光源１６からの所定の波長域の連続光ＬＴを第１の窓１０ａから第１開口部Ａと基板１４の間の空間に入射する。
次に、例えば、第２の窓１０ｂから第１開口部Ａと基板１４の間の空間を通過した連続光ＬＴを分光部１７により受光して２次元的に分光して、２次元画像信号を得る。
次に、例えば、２次元画像信号を信号処理部で画像処理して原子吸光スペクトルを得て、多元素膜を構成する各元素の原子のレートをモニターする。
【００８７】
上記のようにして、蒸着源からの真空蒸着材料を第１の方向に搬送される基板１４上に連続蒸着する。
【００８８】
また、上記において、好ましくは、分光部１７として、プリズム２２と回折格子２３を有する分光部を用いる。このとき、２次元画像信号を得る工程において、プリズム２２により連続光ＬＴを受光して１次元的に分光し、回折格子２２により１次元的に分光された光を２次元的に分光する。
【００８９】
また、好ましくは、分光部１７として、受光面２４ａを有する固体撮像素子２４を有する分光部を用いる。このとき、２次元画像信号を得る工程において、受光面２４ａで２次元的に分光された連続光ＬＴを受光し、２次元的画像信号ＳＳを生成し、各元素に対応する原子吸光を分離する。
【００９０】
また、上記において、好ましくは、原子吸光スペクトルを得る工程において、信号処理部が、原子による吸収のない点を選択してバックグラウンドの較正を行う。
【００９１】
また、好ましくは、原子吸光スペクトルを得る工程の後に、信号処理部１８が原子吸光スペクトルから信号処理を行って蒸着源を制御する制御信号ＣＳを出力する。
【００９２】
また、上記において、好ましくは、蒸着源を複数個設けて、多元素膜を真空蒸着する。
例えば、蒸着源としてＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅの各蒸着源を設けて、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２膜を蒸着することができる。
【００９３】
上記において、好ましくは、タンク部３０とノズル部（中間ノズル３１及びトップノズル３２）として、冷間静水圧プレスにより形成されたカーボンから構成されており、通電により自身が発熱するタンク部とノズル部を用いる。
【００９４】
また、上記において、好ましくは、タンク部３０として、内部に内部タンク３３が設けられたタンク部３０、または、タンク部３０の内壁を被覆する被覆膜が形成されているタンク部３０を用いる。
【００９５】
また、上記において、好ましくは、ノズル部（中間ノズル３１及びトップノズル３２）として、第１開口部Ａの部分のノズル部（トップノズル３２）が断熱部３４の外壁表面と同一の面まで突出して形成されたノズル部を用いる。
さらに、タンク部３０の第１の温度とノズル部（中間ノズル３１及びトップノズル３２）の第２の温度を保持するように、タンク部３０及びノズル部（中間ノズル３１及びトップノズル３２）の断面積と第２開口部Ｂの面積の比率を設定したタンク部とノズル部を用い、タンク部３０とノズル部（中間ノズル３１及びトップノズル３２）を加熱する工程において、タンク部３０とノズル部（中間ノズル３１及びトップノズル３２）に通電する電流の大きさを設定する。
【００９６】
本実施形態の多元素同時レートモニター方法及び成膜方法によれば、成膜チャンバー内の蒸着源と基板の間の空間を通過した光の原子吸光スペクトルを測定しながら成膜できるので、ＣＩＧＳ膜などの多元素膜を連続的に真空蒸着する際に、多元素のレートを同時にモニターでき、これによって多元素膜の組成を一定に制御することができる。
【００９７】
＜第２実施形態＞
本実施形態は、ＣＩＧＳ膜を有する太陽電池パネルである。ＣＩＧＳ膜は、第１実施形態の真空蒸着装置及び方法により形成される。
図７は、本実施形態に係る太陽電池パネルの模式断面図である。
例えば、ポリマーなどからなる可撓性基板あるいは青板ガラスなどのガラス基板からなる基板１上に、例えば０．５〜２．０μｍ程度の膜厚のＭｏからなる裏面電極２が形成されている。
【００９８】
裏面電極２の一部を除く上層に、例えば０．５〜５．０μｍ程度の膜厚のＣＩＧＳ膜などの光吸収膜３、数１０ｎｍ程度の膜厚のＣｄＳなどからなる第１バッファ層４、数１０ｎｍ〜０．５μｍ程度の膜厚のＺｎＯなどからなる第２バッファ層５、０．１〜２．０μｍ程度の膜厚のＺｎＯ：ＡｌあるいはＩＴＯ（酸化インジウムスズ）などからなる光透過性の表面電極６が積層されている。
表面電極６の一部を除く上面に、ＭｇＦ２などからなる反射防止膜７が形成されている。
【００９９】
表面電極６の反射防止膜７が形成されている領域を除く上層に、Ａｌなどからなる表面取り出し電極８が形成されている。
また、裏面電極２の光吸収膜３より上層の膜が積層されている領域を除く上層に、Ａｌなどからなる裏面取り出し電極９が形成されている。
上記のようにして、太陽電池パネルが構成されている。
【０１００】
上記の太陽電池パネルは、光吸収膜が太陽光を吸収して光起電力効果によりキャリアを生成する。得られたキャリアを上記の各層を経て表面取り出し電極８及び裏面取り出し電極９から取り出すことで、電極として利用することができる。
【０１０１】
上記の太陽電離パネルを構成する光吸収膜３であるＣＩＧＳ膜は、第１実施形態に係る真空蒸着装置を用いて製造することができる。
【０１０２】
＜実施例１＞
上記の第１実施形態に従って、基板上にＣｕの１元素を真空蒸着で成膜したときの原子吸光スペクトルを測定した。
【０１０３】
結果を図８に示す。図８のＸ軸は波長に相当する画素番号であり、Ｙ軸は光信号の強度であり、Ｚ軸は時間である。即ち、原子吸光スペクトルの時間変化を示している。
図８に見られるように、スペクトル上にＣｕの吸収のするピークＰ（ディップ）が観測された。
ピークＰの大きさから、成膜チャンバー内の蒸着源と基板の間の空間におけるＣｕの濃度を求めることができ、これを各元素の成膜速度に換算できる。
【０１０４】
上記のように、本実施例によれば、成膜チャンバー内の蒸着源と基板の間の空間を通過した光の原子吸光スペクトルを測定しながら成膜できるので、Ｃｕ膜を安定に制御して成膜することができた。
【０１０５】
＜実施例２＞
上記の第１実施形態に従って、基板上にＣｕの１元素を真空蒸着で成膜したときの原子吸光スペクトルのピーク強度に対応する原子吸光強度を測定し、そのときに実際に成膜された膜から成膜速度を測定した。
【０１０６】
結果を図９に示す。図９の縦軸は原子吸光強度の相対値であり、原子吸光スペクトルのピーク強度に対応する。横軸は成膜速度の相対値である。
図９では、２回の異なる実験であるａ（◆）とｂ（◇）を重ねて表示している。
原子吸光強度と成膜速度に明確な相関関係が存在し、２回の実験での再現性も高い。これにより、これを較正曲線として用い、製造時のＣｕの原子吸光値からＣｕの成膜速度を直接算出することができる。
同様にして、Ｉｎ，Ｇａ，Ｓｅについても較正曲線を予め準備しておくことで、製造時の原子吸光値から各元素の成膜速度を直接算出することができる。
【０１０７】
上記のように、本実施例によれば、成膜チャンバー内の蒸着源と基板の間の空間を通過した光の原子吸光スペクトルを測定して成膜速度を検知しながら成膜でき、Ｃｕ膜を安定に制御して成膜することができた。
【０１０８】
本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、光源はキセノンランプ以外の連続光源を用いることが可能である。分光部としてもプリズム及び回折格子の他に種々の光学素子を有する分光器を採用できる。
信号処理部から蒸着源への制御信号によるフィードバックは必ずしも行わなくてよい。
また、基板は可撓性基板だけでなく、ガラス基板などにも対応できる。
また、太陽電池パネルの光吸収膜だけでなく、種々の組成膜、特に多元素膜の製造に適用できる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１０９】
１…基板
２…裏面電極
３…光吸収膜
４…第１バッファ膜
５…第２バッファ膜
６…表面電極
７…反射防止膜
８…表面取り出し電極
９…裏面取り出し電極
１０…成膜チャンバー
１０ａ…第１の窓
１０ｂ…第２の窓
１１…排気管
１２…真空ポンプ
１３，１３ａ〜１３ｄ…蒸着源
１４…基板
１５ａ…巻き出しロール
１５ｂ…巻き取りロール
１５ｃ，１５ｄ…ロール
１６…光源
１７…分光部
１８…信号処理部
２０…窓部材
２１…レンズ
２２…プリズム
２３…回折格子
２４…固体撮像素子
２４ａ…受光面
３０…タンク部
３１…中間ノズル
３２…トップノズル
３３…内部タンク
３４…断熱部
３５…接続部
Ａ…第１開口部
Ｂ…第２開口部
ＣＳ…制御信号
ＬＴ…連続光
Ｐ…ピーク
ＰＣＢ…吸収のない点
ＳＳ…２次元画像信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は多元素同時レートモニターシステム、多元素同時レートモニター方法、成膜装置及び成膜方法に関し、特に、太陽電池を構成するＣＩＧＳ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２）膜を形成するための多元素同時レートモニターシステム及び多元素同時レートモニター方法と、それを用いた成膜装置及び成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光を吸収して光起電力効果により電力を得る太陽電池を構成する光吸収膜は、一般に、シリコン系材料と非シリコン系材料に大別される。
シリコン系材料としては、例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン及びアモルファスシリコンなどが知られている。
一方、非シリコン系材料としては、例えば、ＧａＡｓ、ＣＩＳ（ＣｕＩｎＳｅ２）、ＣＩＧＳ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２）及び有機系材料などが知られている。
【０００３】
ＣＩＧＳ膜は、例えば、ＣＩＳ膜のＩｎの一部をＧａに置換した組成であり、Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘ，Ｇａｘ）Ｓｅ２と表記される。
ＣＩＧＳ膜は、光吸収率及び発電効率が高く、従来の光吸収膜より薄膜化することが可能であり、また、組成によって光吸収波長領域を制御できるという利点があり、将来的に量産化が期待されている。
ＣＩＧＳ膜としては、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２の組成は太陽電池の発電効率に大きく影響することが知られている。
【０００４】
ＣＩＧＳ膜の形成方法としては、例えばセレン化法が知られている。セレン化法では、例えば、スパッタリング法などによりプレカーサーとなるＣＩＧ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ））膜を形成し、ＣＩＧ膜をＨ２Ｓｅ雰囲気中で熱処理してＣＩＧ膜をセレン化し、ＣＩＧＳ膜を得る。
また、１つの真空チャンバー内でＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅの四元素を別々の蒸着源からそれぞれ真空蒸着させる四元素同時蒸着法も知られている。
【０００５】
上記のセレン化法は、Ｈ２Ｓｅの取り扱いが難しいので、大量及び大面積成膜を実現するのは困難である。
【０００６】
一方、四元同時蒸着法は、Ｈ２Ｓｅを取り扱わないで済むが、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２の組成、換言すればＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅの各元素の成膜速度を同時に制御することが難しいという課題がある。
【０００７】
特にＣＩＧＳ膜の形成においては、Ｃｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ）あるいはＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）などの組成比が太陽電池の発電効率に大きく影響するので、ＣＩＧＳ膜の組成の制御が重要である。
例えば、ＣＩＧＳ膜を連続的に真空蒸着させるような場合、水晶膜厚計などを用いるとその部分での成膜がなされないので連続蒸着とならず、水晶膜厚計などを用いることができない。このため、連続的に真空蒸着する場合、組成を制御することがさらに困難となっていた。
【０００８】
ＣＩＧＳ系材料を用いた太陽電池としては、例えば特許文献１などに記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−２２２７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
解決しようとする課題は、ＣＩＧＳ膜などの多元素膜を連続的に真空蒸着する際に、多元素膜の組成を一定に制御することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の多元素同時レートモニターシステムは、光透過性の第１の窓と第２の窓を有する成膜チャンバー内における多元素膜の成膜対象の基板と多元素膜形成用の複数個の蒸着源の間の空間に、前記第１の窓から所定の波長域の連続光を入射する光源と、前記第２の窓から前記開口部と前記基板の間の空間を通過した前記連続光を受光して２次元的に分光して、２次元画像信号を得る分光部と、前記２次元画像信号を画像処理して原子吸光スペクトルを得て前記多元素膜を構成する各元素の原子のレートをモニターする信号処理部とを有する。
【００１２】
上記の本発明の多元素同時レートモニターシステムは、光源と、分光部と信号処理部を有する。
光源は、光透過性の第１の窓と第２の窓を有する成膜チャンバー内における多元素膜の成膜対象の基板と多元素膜形成用の複数個の蒸着源の間の空間に、第１の窓から所定の波長域の連続光を入射する。
分光部は、第２の窓から開口部と基板の間の空間を通過した連続光を受光して２次元的に分光して、２次元画像信号を得る。
信号処理部は、２次元画像信号を画像処理して原子吸光スペクトルを得て多元素膜を構成する各元素の原子のレートをモニターする。
【００１３】
上記の本発明の多元素同時レートモニターシステムは、好適には、前記分光部が、前記連続光を受光して１次元的に分光するプリズムと、前記１次元的に分光された光を２次元的に分光する回折格子を有する。
【００１４】
上記の本発明の多元素同時レートモニターシステムは、好適には、前記分光部が、前記固体撮像素子により前記２次元的に分光された前記連続光を受光面で受光し、２次元的画像信号を生成する固体撮像素子を有し、前記各元素に対応する原子吸光を分離可能な分解能を有する。
【００１５】
上記の本発明の多元素同時レートモニターシステムは、好適には、前記信号処理部が、原子による吸収のない点を選択してバックグラウンドの較正を行う。
【００１６】
上記の本発明の多元素同時レートモニターシステムは、好適には、前記信号処理部が、前記原子吸光スペクトルから信号処理を行って前記蒸着源を制御する制御信号を出力する。
【００１７】
また、本発明の成膜装置は、光透過性の第１の窓と第２の窓を有し、内部が所定の圧力に減圧される成膜チャンバーと、前記成膜チャンバー内に設けられ、内部に真空蒸着材料が収容され、所定の温度への加熱時に気化する前記真空蒸着材料を開口部から噴き出す多元素膜形成用の複数個の蒸着源と、蒸着対象である基板を前記開口部に対向するように保持して第１の方向に搬送する基板保持搬送部と、前記第１の窓から前記開口部と前記基板の間の空間に所定の波長域の連続光を入射する光源と、前記第２の窓から前記開口部と前記基板の間の空間を通過した前記連続光を受光して２次元的に分光して、２次元画像信号を得る分光部と、前記２次元画像信号を画像処理して原子吸光スペクトルを得て前記多元素膜を構成する各元素の原子のレートをモニターする信号処理部とを有し、前記蒸着源からの前記真空蒸着材料から多元素膜を前記第１の方向に搬送される前記基板上に連続蒸着する。
【００１８】
上記の本発明の成膜装置は、光透過性の第１の窓と第２の窓を有し、内部が所定の圧力に減圧される成膜チャンバーと、前記成膜チャンバー内に設けられ、内部に真空蒸着材料が収容され、所定の温度への加熱時に気化する前記真空蒸着材料を開口部から噴き出す多元素膜形成用の複数個の蒸着源と、蒸着対象である基板を前記開口部に対向するように保持して第１の方向に搬送する基板保持搬送部と、前記第１の窓から前記開口部と前記基板の間の空間に所定の波長域の連続光を入射する光源と、前記第２の窓から前記開口部と前記基板の間の空間を通過した前記連続光を受光して２次元的に分光して、２次元画像信号を得る分光部と、前記２次元画像信号を画像処理して原子吸光スペクトルを得て前記多元素膜を構成する各元素の原子のレートをモニターする信号処理部とを有し、前記蒸着源からの前記真空蒸着材料から多元素膜を前記第１の方向に搬送される前記基板上に連続蒸着する。
【００１９】
上記の本発明の成膜装置は、光透過性の第１の窓と第２の窓を有し、内部が所定の圧力に減圧される成膜チャンバー内に、内部に真空蒸着材料が収容され、所定の温度への加熱時に気化する真空蒸着材料を開口部から噴き出す多元素膜形成用の複数個の蒸着源が設けられている。
また、蒸着対象である基板を開口部に対向するように保持して第１の方向に搬送する基板保持搬送部が設けられている。
また、第１の窓から開口部と基板の間の空間に所定の波長域の連続光を入射する光源が設けられ、第２の窓から開口部と基板の間の空間を通過した連続光を受光して２次元的に分光して、２次元画像信号を得る分光部が設けられている。
また、２次元画像信号を画像処理して原子吸光スペクトルを得て前記多元素膜を構成する各元素の原子のレートをモニターする信号処理部が設けられている。
上記の構成により、蒸着源からの真空蒸着材料から多元素膜を第１の方向に搬送される基板上に連続蒸着する。
【００２０】
上記の本発明の成膜装置は、好適には、前記分光部が、前記連続光を受光して１次元的に分光するプリズムと、前記１次元的に分光された光を２次元的に分光する回折格子を有する。
【００２１】
上記の本発明の成膜装置は、好適には、前記分光部が、前記固体撮像素子により前記２次元的に分光された前記連続光を受光面で受光し、２次元的画像信号を生成する固体撮像素子を有し、前記各元素に対応する原子吸光を分離可能な分解能を有する。
【００２２】
上記の本発明の成膜装置は、好適には、前記信号処理部が、原子による吸収のない点を選択してバックグラウンドの較正を行う。
【００２３】
上記の本発明の成膜装置は、好適には、前記信号処理部が、前記原子吸光スペクトルから信号処理を行って前記蒸着源を制御する制御信号を出力する。
【００２４】
上記の本発明の成膜装置は、好適には、前記蒸着源としてＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅの各蒸着源を有し、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２膜を蒸着する。
【００２５】
また、本発明の多元素同時レートモニター方法は、光透過性の第１の窓と第２の窓を有する成膜チャンバー内における多元素膜の成膜対象の基板と多元素膜形成用の複数個の蒸着源の間の空間に、光源からの所定の波長域の連続光を前記第１の窓から入射する工程と、前記第２の窓から前記開口部と前記基板の間の空間を通過した前記連続光を分光部により受光して２次元的に分光して、２次元画像信号を得る工程と、前記２次元画像信号を信号処理部により画像処理して原子吸光スペクトルを得て前記多元素膜を構成する各元素の原子のレートをモニターする工程とを有する。
【００２６】
上記の本発明の多元素同時レートモニター方法は、光透過性の第１の窓と第２の窓を有する成膜チャンバー内における多元素膜の成膜対象の基板と多元素膜形成用の複数個の蒸着源の間の空間に、光源からの所定の波長域の連続光を第１の窓から入射する。
次に、第２の窓から開口部と基板の間の空間を通過した連続光を分光部により受光して２次元的に分光して、２次元画像信号を得る。
次に、２次元画像信号を信号処理部により画像処理して原子吸光スペクトルを得て多元素膜を構成する各元素の原子のレートをモニターする。
【００２７】
上記の本発明の多元素同時レートモニター方法は、好適には、前記分光部としてプリズムと回折格子を有する分光部を用い、前記２次元画像信号を得る工程において、前記プリズムにより前記連続光を受光して１次元的に分光し、前記回折格子により前記１次元的に分光された光を２次元的に分光する。
【００２８】
上記の本発明の多元素同時レートモニター方法は、好適には、前記分光部として受光面を有する固体撮像素子を有する分光部を用い、前記２次元画像信号を得る工程において、前記受光面で前記２次元的に分光された前記連続光を受光し、２次元的画像信号を生成し、前記各元素に対応する原子吸光を分離する。
【００２９】
上記の本発明の多元素同時レートモニター方法は、好適には、前記原子吸光スペクトルを得る工程において、前記信号処理部が、原子による吸収のない点を選択してバックグラウンドの較正を行う。
【００３０】
上記の本発明の多元素同時レートモニター方法は、好適には、前記原子吸光スペクトルを得る工程の後に、前記信号処理部が前記原子吸光スペクトルから信号処理を行って前記蒸着源を制御する制御信号を出力する工程をさらに有する。
【００３１】
また、本発明の成膜方法は、光透過性の第１の窓と第２の窓を有し、内部が所定の圧力に減圧される成膜チャンバー内に設けられた、開口部を有する多元素膜形成用の複数個の蒸着源の内部に、所定の温度への加熱時に気化して前記開口部から噴き出す真空蒸着材料を収容する工程と、前記成膜チャンバーの内部を所定の圧力に減圧する工程と、前記蒸着源を所定の温度に加熱して前記真空蒸着材料を気化させ、前記開口部から噴き出させる工程と、蒸着対象である基板を前記開口部に対向するように保持して第１の方向に搬送する工程と、光源からの所定の波長域の連続光を前記第１の窓から前記開口部と前記基板の間の空間に入射する工程と、前記第２の窓から前記開口部と前記基板の間の空間を通過した前記連続光を分光部により受光して２次元的に分光して、２次元画像信号を得る工程と、前記２次元画像信号を信号処理部で画像処理して原子吸光スペクトルを得て前記多元素膜を構成する各元素の原子のレートをモニターする工程とを有し、前記蒸着源からの前記真空蒸着材料から多元素膜を前記第１の方向に搬送される前記基板上に連続蒸着する。
【００３２】
上記の本発明の成膜方法は、まず、光透過性の第１の窓と第２の窓を有し、内部が所定の圧力に減圧される成膜チャンバー内に設けられた、開口部を有する多元素膜形成用の複数個の蒸着源の内部に、所定の温度への加熱時に気化して開口部から噴き出す真空蒸着材料を収容する。
次に、成膜チャンバーの内部を所定の圧力に減圧し、蒸着源を所定の温度に加熱して真空蒸着材料を気化させ、開口部から噴き出させる。さらに、蒸着対象である基板を開口部に対向するように保持して第１の方向に搬送する。
このとき、光源からの所定の波長域の連続光を第１の窓から開口部と基板の間の空間に入射し、第２の窓から開口部と基板の間の空間を通過した連続光を分光部により受光して２次元的に分光して、２次元画像信号を得る。さらに、２次元画像信号を信号処理部で画像処理して原子吸光スペクトルを得て多元素膜を構成する各元素の原子のレートをモニターする。
上記により、蒸着源からの真空蒸着材料から多元素膜を第１の方向に搬送される基板上に連続蒸着する。
【００３３】
上記の本発明の成膜方法は、好適には、前記分光部としてプリズムと回折格子を有する分光部を用い、前記２次元画像信号を得る工程において、前記プリズムにより前記連続光を受光して１次元的に分光し、前記回折格子により前記１次元的に分光された光を２次元的に分光する。
【００３４】
上記の本発明の成膜方法は、好適には、前記分光部として受光面を有する固体撮像素子を有する分光部を用い、前記２次元画像信号を得る工程において、前記受光面で前記２次元的に分光された前記連続光を受光し、２次元的画像信号を生成し、前記各元素に対応する原子吸光を分離する。
【００３５】
上記の本発明の成膜方法は、好適には、前記原子吸光スペクトルを得る工程において、前記信号処理部が、原子による吸収のない点を選択してバックグラウンドの較正を行う。
【００３６】
上記の本発明の成膜方法は、好適には、前記原子吸光スペクトルを得る工程の後に、前記信号処理部が前記原子吸光スペクトルから信号処理を行って前記蒸着源を制御する制御信号を出力する工程をさらに有する。
【００３７】
上記の本発明の成膜方法は、好適には、前記蒸着源としてＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅの各蒸着源を設けて、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２膜を蒸着する。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の多元素同時レートモニターシステムによれば、ＣＩＧＳ膜などの多元素膜を連続的に真空蒸着する際に、多元素のレートを同時にモニターでき、これによって多元素膜の組成を一定に制御することができる。
【００３９】
本発明の成膜装置によれば、ＣＩＧＳ膜などの多元素膜を連続的に真空蒸着する際に、多元素膜の組成を一定に制御することができる。
【００４０】
本発明の多元素同時レートモニター方法によれば、ＣＩＧＳ膜などの多元素膜を連続的に真空蒸着する際に、多元素のレートを同時にモニターでき、これによって多元素膜の組成を一定に制御することができる。
【００４１】
本発明の成膜方法によれば、ＣＩＧＳ膜などの多元素膜を連続的に真空蒸着する際に、多元素膜の組成を一定に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は本発明の第１実施形態に係る真空蒸着装置の模式構成図である。
【図２】図２は本発明の第１実施形態に係る真空蒸着装置における分光部及び信号処理部の模式構成図である。
【図３】図３（ａ）は本発明の第１実施形態に係る真空蒸着装置において測定される蒸着源を加熱しないときのスペクトルの模式図であり、図３（ｂ）は蒸着源を加熱して蒸着処理を行っているときのスペクトルの模式図である。
【図４】図４は本発明の第１実施形態に係る真空蒸着装置の蒸着源の斜視図である。
【図５】図５（ａ）は図４中のＸ−Ｘ’における模式断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の変形例である。
【図６】図６（ａ）は本発明の第１実施形態に係る真空蒸着装置の蒸着源のタンク部、中間ノズル及びトップノズルの等価回路図であり、図６（ｂ）及び図６（ｃ）はタンク部の等価回路図である。
【図７】図７は本発明の第２実施形態に係る太陽電池パネルの模式断面図である。
【図８】図８は実施例１に係る原子吸光スペクトルの時間変化を示すグラフである。
【図９】図９は実施例２に係る原子吸光強度と成膜速度の関係を示すグラフであり、真空蒸着装置で連続成膜するときの較正曲線となるグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下に、本発明の多元素同時レートモニターシステム、多元素同時レートモニター方法及びそれを用いた成膜装置並びに成膜方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００４４】
＜第１実施形態＞
［真空蒸着装置の構成］
本実施形態は、太陽電池パネルを構成するＣＩＧＳ膜などの多元素膜を真空蒸着するための成膜装置に用いられる多元素同時レートモニターシステム、多元素同時レートモニター方法、並びにそれを用いた成膜装置である真空蒸着装置及び成膜方法であり、ＣＩＧＳ膜などの多元素膜である光吸収膜の製造装置に適用できる。
【００４５】
図１は、本実施形態に係る真空蒸着装置の模式構成図である。
例えば、成膜チャンバー１０に、排気管１１及び真空ポンプ１２が接続されており、内部が所定の圧力に減圧可能となっている。真空蒸着による成膜時における成膜チャンバー１０内の背圧は、例えば１０−３〜１０−４Ｐａ程度である。
【００４６】
例えば、真空チャンバー１０の内部に、蒸着源（ルツボ）が設けられている。本実施形態では、多元素膜形成用の複数個の蒸着源（１３ａ〜１３ｄ）が設けられており、光吸収膜であるＣＩＧＳ膜を形成する場合には、例えばそれぞれＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅの各蒸着源とする。
【００４７】
蒸着源（１３ａ〜１３ｄ）は、例えば、内部に真空蒸着材料が収容され、所定の温度へ加熱されたときに気化する真空蒸着材料を気化して蒸着源に設けられた後述の開口部から噴き出すことができる。
【００４８】
例えば、成膜チャンバー１０内において、蒸着対象である基板１４を蒸着源の開口部に対向するように保持して第１の方向に搬送する基板保持搬送部が設けられている。
基板１４は、例えばポリマーなどからなる可撓性基板であり、ロール状に保持可能である。この場合、基板保持搬送部は、巻き出しロール１５ａ、巻き取りロール１５ｂ、第１搬送ロール１５ｃ，第２搬送ロール１５ｄにより実現できる。
あるいは、保持搬送部が連続搬送可能に設けられていれば、青板ガラスなどのガラス基板なども適用可能である。
【００４９】
蒸着源から気化した真空蒸着材料を噴き出しながら、第１の方向に基板が搬送されることにより、蒸着源からの真空蒸着材料を第１の方向に搬送される基板上に連続蒸着することができる。
【００５０】
本実施形態の真空蒸着装置においては、例えば、成膜チャンバー１０には、所定の位置に光透過性の第１の窓１０ａと第２の窓１０ｂが設けられている。第１の窓１０ａと第２の窓１０ｂは、後述の原子吸光スペクトル測定のための光に対して光学的に透明である材料であれば良く、例えば石英などから構成される。
【００５１】
また、本実施形態の真空蒸着装置は、例えば、光源１６、分光部１７及び信号処理部１８を有する。
光源１６は、第１の窓１０ａから蒸着源（１３ａ〜１３ｄ）の開口部と基板１４の間の空間に所定の波長域の連続光を入射するように設けられている。連続光は、原子吸光スペクトル測定のために用いられる。
【００５２】
原子吸光スペクトルにおいて、例えば、Ｃｕは３２４．８ｎｍ、Ｉｎは３０３．９ｎｍ、Ｇａ２９４．４ｎｍ、Ｓｅは１９６．０ｎｍに吸収を持つ。従って、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅを蒸着させる場合には、上記の波長をカバーする領域の連続光を出射できる光源を用いる。
連続光の光源１６としては、例えばキセノンランプを用いることができる。キセノンランプは、例えば１８５ｎｍ〜２０００ｎｍの波長領域の連続光を出射できる。
【００５３】
図２は本実施形態の真空蒸着装置における分光部１７及び信号処理部１８の模式構成図である。
分光部１７は、第２の窓１０ｂから蒸着源（１３ａ〜１３ｄ）の開口部と基板１４の間の空間を通過した連続光ＬＴを受光して２次元的に分光して、２次元画像信号ＳＳを得る。
分光部１７は、石英などの窓部材２０及びレンズ２１、プリズム２２、回折格子２３及び固体撮像素子２４などを有する。プリズム２２は、連続光を受光して１次元的に分光する。回折格子２３は、プリズム２２によって１次元的に分光された光の光軸をずらして２次元的に分光する。即ち、分光部１７は、いわゆるエシェル分光器に相当する。エシェル分光器は、例えば２ｐｍまで分解能があり、各元素に対応する原子吸光を分離可能な分解能を有しており、原子吸光を精密に測定することができる。
【００５４】
また、分光部１７は受光面２４ａを有する固体撮像素子２４を有し、２次元的に分光された連続光ＬＴを受光面２４ａで受光し、２次元画像信号ＳＳを生成する。
固体撮像装置としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサあるいはＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Silicon transistor）イメージセンサなどを用いることができる。固体撮像装置としては、上記の高い分解能を有するエシェル分光器により各元素に対応する原子吸光を分離して２次元画像信号ＳＳを生成できるように、高い画素数及び／または分解能を有するものとする。
上記の構成の分光部１７により、第２の窓１０ｂから蒸着源（１３ａ〜１３ｄ）の開口部と基板１４の間の空間を通過した連続光ＬＴを受光して２次元的に分光して、２次元画像信号ＳＳを得ることができる。
【００５５】
信号処理部１８は、２次元画像信号ＳＳを画像処理して原子吸光スペクトルを得る。
図３（ａ）は、蒸着源を加熱しないときのスペクトルであり、即ち、光源１６の光をそのまま分光したスペクトルの模式図である。図３（ｂ）は蒸着源を加熱して蒸着処理を行っているときのスペクトルの模式図である。蒸着源から蒸発して噴き出された原子による原子吸光がスペクトル上にディップ状のピークとなって出現する。図３（ｂ）においては、４元素に対応して４本の原子吸光のピーク（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）がある場合を示している。
【００５６】
上記で求められた原子吸光スペクトルにおいて、各元素に対応する原子吸光値から、光の照射領域の各元素の濃度、即ち各元素のレートを求めることができる。
上記の光源、分光部及び信号処理部から、成膜チャンバーにおける多元素のレートを同時にモニターできる多元素同時レートモニターシステムが構成されている。
【００５７】
上記で得られたレートを各元素の成膜速度に換算できる。例えば、各元素に対する原子吸光値と成膜速度の関係を示す較正曲線を予め準備しておくことで、製造時の原子吸光値から各元素の成膜速度を直接算出することができる。
各元素の成膜速度から、真空蒸着によって成膜される多元素膜の組成比が得られる。
【００５８】
上記の原子吸光スペクトルにおいて、原子による吸収のない点ＰＣＢを適当に選択してバックグラウンドの較正を行うことができる。
連続光源を用いているので、吸収のない点ＰＣＢは適宜選択することができる。
【００５９】
従来方法での真空蒸着装置内の気体の原子吸光係数を求めるには、目的元素の輝線スペクトルを放出する中空陰極ランプ（ＨＣＬ：Hollow Cathode Lamp）を各元素に対して用いる必要があり、さらにバックグラウンドの較正用の光源も必要であった。
本実施形態においては、連続光の光源と２次元的に分光して面で受光するＣＣＤなどの固体撮像素子を有するエシェル分光器を組み合わせることで、多元素の原子吸光係数を波長スキャンすることなく同時に測定することができる。
【００６０】
また、例えば、信号処理部１８が、原子吸光スペクトルから信号処理を行って、蒸着源を制御する制御信号ＣＳを出力する。
例えば、成膜しようとする組成からずれてしまっている場合に、蒸着源の加熱温度を調節することで、目的とする組成に修正して成膜することができる。
【００６１】
図４は、本実施形態に係る蒸着源の斜視図である。ここでは、蒸着源の外部を被覆する断熱部とともに図示している。
図５（ａ）は図４中のＸ−Ｘ’における模式断面図である。
蒸着源１３は、例えば、内部に真空蒸着材料が収容されるタンク部３０と、タンク部３０上に配置され、第２の方向に延伸して所定の幅で開口するスリット状の第１開口部Ａを有するノズル部（３１，３２）を有する。第２の方向は、例えば、基板の搬送方向である第１の方向に直交する方向である。また、上述の蒸着源（１３ａ〜１３ｄ）の開口部は、上記の第１開口部Ａに相当する。
本実施形態においては、例えば、ノズル部は中間ノズル３１とトップノズル３２から構成されている。中間ノズル３１はタンク部３０の開口を一旦狭めた後に再び開口幅を広げ、トップノズルが中間ノズルの開口幅を再び狭めるような構成となっている。
【００６２】
また、例えば、少なくとも第１開口部Ａを露出させる第２開口部Ｂを有して、タンク部３０及びノズル部（３１，３２）の外壁を覆うように、断熱部３４が形成されている。
【００６３】
上記の構成の蒸着源は、タンク部３０とノズル部（３１，３２）が所定の温度へ加熱されたときに気化する真空蒸着材料が第１開口部Ａから噴き出すことができる。
【００６４】
タンク部３０、中間ノズル３１及びトップノズル３２は、例えば通電により自身が発熱する材料からなる。例えば、それぞれ冷間静水圧プレス（ＣＩＰ：Cold Isostatic Pressing）により形成されたカーボン（以下ＣＩＰカーボンとも称する）から構成される。
通電により自身が発熱する材料からなるタンク部３０、中間ノズル３１及びトップノズル３２は、熱伝導によらず真空蒸着材料を加熱して溶融できるので、タンク部３０、中間ノズル３１及びトップノズル３２を通電させる電力により真空蒸着材料の気化を制御でき、成膜処理を安定化させることができる。
【００６５】
真空蒸着材料を気化させて第１開口部Ａから噴き出すために、例えば、タンク部３０が第１の温度へ、中間ノズル３１及びトップノズル３２からなるノズル部が第１の温度より高い第２の温度へ加熱される。第１の温度及び第２の温度は、真空蒸着材料の融点及び蒸気圧などに応じて適宜選択され、例えば、第２の温度は、第１の温度より１０〜１００℃程度高く設定される。
【００６６】
上記のように蒸着源を構成するタンク部とノズル部に温度勾配が設定されていることから、ＣＩＧＳ膜などの多元素膜を真空蒸着する際に、蒸着源のノズル近傍での原料の固化を抑制することができる。これにより、多元素膜の組成を一定に制御することができる。
特に、Ｃｕは気化させるために１４００℃以上に加熱する必要があるが、ノズル近傍で冷却されてノズルに固化しやすい。本実施形態では、タンク部とノズル部に温度勾配によりノズル部での冷却を抑制し、安定した真空蒸着を実現できる。
【００６７】
タンク部３０の内部には、必要に応じて、内部タンク３３が設けられる。あるいは、タンク部の内壁を被覆する被覆膜が形成されている。内部タンク３３は、例えば接続部３５などによりノズル部の中間ノズル３１に接続して設けられる。
内部タンク３３あるいは被覆膜は、例えば、焼結ＢＮ（焼結された窒化ホウ素）、ＰＢＮ（ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法による熱分解で形成された窒化ホウ素）、Ｍｏ、ＣＩＰカーボンなどで構成される。
上記の内部タンク３３あるいは被覆膜の材料は、コスト、寿命、内部タンクの大きさ、加工性、真空蒸着材料との反応性及び相性の各特性から適宜選択される。
上記の内部タンク３３あるいは被覆膜の材料の各特性を表１にまとめて示す。表１中、◎は特に好ましく、○は好ましく、×は好ましくなく、△は○と×の間の評価である。
【００６８】
【表１】
【００６９】
例えばＣｕの蒸着源の場合、内部タンク３３としてはＣｕとの反応性が低いＰＢＮあるいはＭｏなどからなるものを用いるのが好ましい。あるいは、タンク部３０の内壁をＰＢＮあるいはＭｏなどからなる被覆膜で被覆すれば、内部タンク３３は不要となる。
【００７０】
また、例えば、第１開口部Ａの部分のノズル部（トップノズル３２）が断熱部３４の外壁表面と同一の面まで突出して形成されていることが好ましい。
ノズル部（トップノズル３２）が断熱部３４から露出していることで、真空蒸着材料の蒸気のノズル部近傍での冷却を抑制してノズル部から噴き出すことができる。
【００７１】
図５（ｂ）は、図５（ａ）に対して、タンク部３０の底部３０ａが厚く形成された変形例である。
【００７２】
通電により自身が発熱する材料からなるタンク部３０、中間ノズル３１及びトップノズル３２は、それぞれ電気抵抗素子として捉えることができる。
図６（ａ）は、タンク部３０、中間ノズル３１及びトップノズル３２を、それぞれ電気抵抗素子とした場合の等価回路図である。
例えば、中間ノズル３１とトップノズル３２を並列に接続することができる。
【００７３】
図５（ｂ）は、図５（ａ）の構成に対してタンク部３０の底部３０ａが厚く形成されており、これは、図５（ａ）の構成に対してタンク部の底部及び側部の各部分の断面積比が変更されたことに相当する。電気抵抗素子としては、断面積が大きいほど抵抗値が下がるため、上記のようにタンク部３０の底部３０ａを厚くすることでタンク部３０のトータルの電気抵抗値を低減することができる。
例えば、タンク部３０の底部と側部の各部分の断面積比を変更することで、図６（ｂ）あるいは図６（ｃ）に示す回路構成とすることができ、タンク部３０全体の抵抗値を調節することができる。
【００７４】
断熱部３４に設けられる第２開口部Ｂは、蒸着源からみると放熱部となる。このため、第２開口部Ｂの面積はタンク部３０及びノズル部（３１，３２）の温度の保持に大きな影響を与える。
タンク部を第１の温度に、ノズル部を第２の温度に保持するように、タンク部及びノズル部の断面積と第２開口部Ｂの面積の比率及びタンク部とノズル部に通電される電流の大きさが設定される。
例えば、タンク部及びノズル部の断面積：第２開口部Ｂの面積が、３：１〜４：１となるように設定される。
【００７５】
第１開口部Ａは第２の方向に延伸して所定の幅で開口するスリット状の形状であり、蒸着源は上記の第２の方向に延伸した形状のリニア（線形）蒸着源となっている。
例えば、幅Ｗは２００ｍｍ、高さＨは２００ｍｍ、長さＬは１ｍである。
【００７６】
一方で、図１に示すように、成膜チャンバー１０内において、蒸着対象である基板１４は、蒸着源（１３ａ〜１３ｄ）の開口部に対向するように保持して第１の方向に搬送される。
【００７７】
上記のような第２の方向に延伸するスリット状の開口部を有するリニア蒸着源に対して、第２の方向と直行する第１の方向に基板が搬送されることにより、蒸着源からの真空蒸着材料を第１の方向に搬送される基板上に連続蒸着することができる。
【００７８】
本実施形態の真空蒸着装置は、例えば蒸着源を複数個有し、多元素膜を真空蒸着することができる。
例えば蒸着源としてＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅの各蒸着源を有し、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２膜を蒸着することができる。
【００７９】
本実施形態の真空蒸着装置によれば、成膜チャンバー内の蒸着源と基板の間の空間を通過した光の原子吸光スペクトルを測定しながら成膜できるので、ＣＩＧＳ膜などの多元素膜を連続的に真空蒸着する際に、多元素膜の組成を一定に制御することができる。
【００８０】
また、本実施形態の真空蒸着装置は太陽電池パネルの光吸収膜の製造装置に適用でき、成膜チャンバー内の蒸着源と基板の間の空間を通過した光の原子吸光スペクトルを測定しながら成膜できるので、ＣＩＧＳ膜などの多元素膜からなる光吸収膜を連続的に真空蒸着する際に、多元素膜の組成を一定に制御することができる。
【００８１】
［真空蒸着方法］
次に、本実施形態に係る多元素同時レートモニター方法及び成膜方法について、図１，２，４及び５を参照して説明する。
本実施形態に係る多元素同時レートモニター方法及び成膜方法は、上述の本実施形態に係る真空蒸着装置を用いて行う。
まず、例えば、光透過性の第１の窓１０ａと第２の窓１０ｂを有し、内部が所定の圧力に減圧される成膜チャンバー１０内に設けられた蒸着源（１３ａ〜１３ｄ）に真空蒸着材料を収容する。
【００８２】
ここで、蒸着源（１３ａ〜１３ｄ）は、例えば、タンク部３０と、タンク部３０上に配置され、第２の方向に延伸して所定の幅で開口するスリット状の第１開口部Ａを有するノズル部（中間ノズル３１及びトップノズル３２）を有する構成である。この場合、上記の真空蒸着材料は、タンク部３０内に収容する。また、例えば、少なくとも第１開口部Ａを露出させる第２開口部Ｂを有してタンク部３０とノズル部（中間ノズル３１及びトップノズル３２）の外壁を覆うように断熱部３４が設けられている。蒸着源（１３ａ〜１３ｄ）のタンク部３０に収容された真空蒸着材料は、例えば、タンク部３０及びノズル部（中間ノズル３１及びトップノズル３２）が所定の温度へ加熱されたときに気化して、第１開口部Ａから噴き出す構成である。
【００８３】
次に、例えば、成膜チャンバー１０の内部を所定の圧力に減圧する。
【００８４】
次に、例えば、タンク部３０を第１の温度に、ノズル部（中間ノズル３１及びトップノズル３２）を第１の温度より高い第２の温度に加熱して真空蒸着材料を気化させ、第１開口部Ａから噴き出させる。
【００８５】
次に、蒸着対象である基板１４を第１開口部Ａに対向するように保持して第２の方向と直交する第１の方向に搬送する。
【００８６】
ここで、例えば、光源１６からの所定の波長域の連続光ＬＴを第１の窓１０ａから第１開口部Ａと基板１４の間の空間に入射する。
次に、例えば、第２の窓１０ｂから第１開口部Ａと基板１４の間の空間を通過した連続光ＬＴを分光部１７により受光して２次元的に分光して、２次元画像信号を得る。
次に、例えば、２次元画像信号を信号処理部で画像処理して原子吸光スペクトルを得て、多元素膜を構成する各元素の原子のレートをモニターする。
【００８７】
上記のようにして、蒸着源からの真空蒸着材料を第１の方向に搬送される基板１４上に連続蒸着する。
【００８８】
また、上記において、好ましくは、分光部１７として、プリズム２２と回折格子２３を有する分光部を用いる。このとき、２次元画像信号を得る工程において、プリズム２２により連続光ＬＴを受光して１次元的に分光し、回折格子２２により１次元的に分光された光を２次元的に分光する。
【００８９】
また、好ましくは、分光部１７として、受光面２４ａを有する固体撮像素子２４を有する分光部を用いる。このとき、２次元画像信号を得る工程において、受光面２４ａで２次元的に分光された連続光ＬＴを受光し、２次元的画像信号ＳＳを生成し、各元素に対応する原子吸光を分離する。
【００９０】
また、上記において、好ましくは、原子吸光スペクトルを得る工程において、信号処理部が、原子による吸収のない点を選択してバックグラウンドの較正を行う。
【００９１】
また、好ましくは、原子吸光スペクトルを得る工程の後に、信号処理部１８が原子吸光スペクトルから信号処理を行って蒸着源を制御する制御信号ＣＳを出力する。
【００９２】
また、上記において、好ましくは、蒸着源を複数個設けて、多元素膜を真空蒸着する。
例えば、蒸着源としてＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅの各蒸着源を設けて、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２膜を蒸着することができる。
【００９３】
上記において、好ましくは、タンク部３０とノズル部（中間ノズル３１及びトップノズル３２）として、冷間静水圧プレスにより形成されたカーボンから構成されており、通電により自身が発熱するタンク部とノズル部を用いる。
【００９４】
また、上記において、好ましくは、タンク部３０として、内部に内部タンク３３が設けられたタンク部３０、または、タンク部３０の内壁を被覆する被覆膜が形成されているタンク部３０を用いる。
【００９５】
また、上記において、好ましくは、ノズル部（中間ノズル３１及びトップノズル３２）として、第１開口部Ａの部分のノズル部（トップノズル３２）が断熱部３４の外壁表面と同一の面まで突出して形成されたノズル部を用いる。
さらに、タンク部３０の第１の温度とノズル部（中間ノズル３１及びトップノズル３２）の第２の温度を保持するように、タンク部３０及びノズル部（中間ノズル３１及びトップノズル３２）の断面積と第２開口部Ｂの面積の比率を設定したタンク部とノズル部を用い、タンク部３０とノズル部（中間ノズル３１及びトップノズル３２）を加熱する工程において、タンク部３０とノズル部（中間ノズル３１及びトップノズル３２）に通電する電流の大きさを設定する。
【００９６】
本実施形態の多元素同時レートモニター方法及び成膜方法によれば、成膜チャンバー内の蒸着源と基板の間の空間を通過した光の原子吸光スペクトルを測定しながら成膜できるので、ＣＩＧＳ膜などの多元素膜を連続的に真空蒸着する際に、多元素のレートを同時にモニターでき、これによって多元素膜の組成を一定に制御することができる。
【００９７】
＜第２実施形態＞
本実施形態は、ＣＩＧＳ膜を有する太陽電池パネルである。ＣＩＧＳ膜は、第１実施形態の真空蒸着装置及び方法により形成される。
図７は、本実施形態に係る太陽電池パネルの模式断面図である。
例えば、ポリマーなどからなる可撓性基板あるいは青板ガラスなどのガラス基板からなる基板１上に、例えば０．５〜２．０μｍ程度の膜厚のＭｏからなる裏面電極２が形成されている。
【００９８】
裏面電極２の一部を除く上層に、例えば０．５〜５．０μｍ程度の膜厚のＣＩＧＳ膜などの光吸収膜３、数１０ｎｍ程度の膜厚のＣｄＳなどからなる第１バッファ層４、数１０ｎｍ〜０．５μｍ程度の膜厚のＺｎＯなどからなる第２バッファ層５、０．１〜２．０μｍ程度の膜厚のＺｎＯ：ＡｌあるいはＩＴＯ（酸化インジウムスズ）などからなる光透過性の表面電極６が積層されている。
表面電極６の一部を除く上面に、ＭｇＦ２などからなる反射防止膜７が形成されている。
【００９９】
表面電極６の反射防止膜７が形成されている領域を除く上層に、Ａｌなどからなる表面取り出し電極８が形成されている。
また、裏面電極２の光吸収膜３より上層の膜が積層されている領域を除く上層に、Ａｌなどからなる裏面取り出し電極９が形成されている。
上記のようにして、太陽電池パネルが構成されている。
【０１００】
上記の太陽電池パネルは、光吸収膜が太陽光を吸収して光起電力効果によりキャリアを生成する。得られたキャリアを上記の各層を経て表面取り出し電極８及び裏面取り出し電極９から取り出すことで、電極として利用することができる。
【０１０１】
上記の太陽電離パネルを構成する光吸収膜３であるＣＩＧＳ膜は、第１実施形態に係る真空蒸着装置を用いて製造することができる。
【０１０２】
＜実施例１＞
上記の第１実施形態に従って、基板上にＣｕの１元素を真空蒸着で成膜したときの原子吸光スペクトルを測定した。
【０１０３】
結果を図８に示す。図８のＸ軸は波長に相当する画素番号であり、Ｙ軸は光信号の強度であり、Ｚ軸は時間である。即ち、原子吸光スペクトルの時間変化を示している。
図８に見られるように、スペクトル上にＣｕの吸収のするピークＰ（ディップ）が観測された。
ピークＰの大きさから、成膜チャンバー内の蒸着源と基板の間の空間におけるＣｕの濃度を求めることができ、これを各元素の成膜速度に換算できる。
【０１０４】
上記のように、本実施例によれば、成膜チャンバー内の蒸着源と基板の間の空間を通過した光の原子吸光スペクトルを測定しながら成膜できるので、Ｃｕ膜を安定に制御して成膜することができた。
【０１０５】
＜実施例２＞
上記の第１実施形態に従って、基板上にＣｕの１元素を真空蒸着で成膜したときの原子吸光スペクトルのピーク強度に対応する原子吸光強度を測定し、そのときに実際に成膜された膜から成膜速度を測定した。
【０１０６】
結果を図９に示す。図９の縦軸は原子吸光強度の相対値であり、原子吸光スペクトルのピーク強度に対応する。横軸は成膜速度の相対値である。
図９では、２回の異なる実験であるａ（◆）とｂ（◇）を重ねて表示している。
原子吸光強度と成膜速度に明確な相関関係が存在し、２回の実験での再現性も高い。これにより、これを較正曲線として用い、製造時のＣｕの原子吸光値からＣｕの成膜速度を直接算出することができる。
同様にして、Ｉｎ，Ｇａ，Ｓｅについても較正曲線を予め準備しておくことで、製造時の原子吸光値から各元素の成膜速度を直接算出することができる。
【０１０７】
上記のように、本実施例によれば、成膜チャンバー内の蒸着源と基板の間の空間を通過した光の原子吸光スペクトルを測定して成膜速度を検知しながら成膜でき、Ｃｕ膜を安定に制御して成膜することができた。
【０１０８】
本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、光源はキセノンランプ以外の連続光源を用いることが可能である。分光部としてもプリズム及び回折格子の他に種々の光学素子を有する分光器を採用できる。
信号処理部から蒸着源への制御信号によるフィードバックは必ずしも行わなくてよい。
また、基板は可撓性基板だけでなく、ガラス基板などにも対応できる。
また、太陽電池パネルの光吸収膜だけでなく、種々の組成膜、特に多元素膜の製造に適用できる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１０９】
１…基板
２…裏面電極
３…光吸収膜
４…第１バッファ膜
５…第２バッファ膜
６…表面電極
７…反射防止膜
８…表面取り出し電極
９…裏面取り出し電極
１０…成膜チャンバー
１０ａ…第１の窓
１０ｂ…第２の窓
１１…排気管
１２…真空ポンプ
１３，１３ａ〜１３ｄ…蒸着源
１４…基板
１５ａ…巻き出しロール
１５ｂ…巻き取りロール
１５ｃ，１５ｄ…ロール
１６…光源
１７…分光部
１８…信号処理部
２０…窓部材
２１…レンズ
２２…プリズム
２３…回折格子
２４…固体撮像素子
２４ａ…受光面
３０…タンク部
３１…中間ノズル
３２…トップノズル
３３…内部タンク
３４…断熱部
３５…接続部
Ａ…第１開口部
Ｂ…第２開口部
ＣＳ…制御信号
ＬＴ…連続光
Ｐ…ピーク
ＰＣＢ…吸収のない点
ＳＳ…２次元画像信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性の第１の窓と第２の窓を有する成膜チャンバー内における多元素膜の成膜対象の基板と多元素膜形成用の複数個の蒸着源の間の空間に、前記第１の窓から所定の波長域の連続光を入射する光源と、
前記第２の窓から前記開口部と前記基板の間の空間を通過した前記連続光を受光して２次元的に分光して、２次元画像信号を得る分光部と、
前記２次元画像信号を画像処理して原子吸光スペクトルを得て前記多元素膜を構成する各元素の原子のレートをモニターする信号処理部と
を有する多元素同時レートモニターシステム。
【請求項２】
前記分光部が、前記連続光を受光して１次元的に分光するプリズムと、前記１次元的に分光された光を２次元的に分光する回折格子を有する
請求項１に記載の多元素同時レートモニターシステム。
【請求項３】
前記分光部が、前記固体撮像素子により前記２次元的に分光された前記連続光を受光面で受光し、２次元的画像信号を生成する固体撮像素子を有し、前記各元素に対応する原子吸光を分離可能な分解能を有する
請求項１または２に記載の多元素同時レートモニターシステム。
【請求項４】
前記信号処理部が、原子による吸収のない点を選択してバックグラウンドの較正を行う
請求項１〜３のいずれかに記載の多元素同時レートモニターシステム。
【請求項５】
前記信号処理部が、前記原子吸光スペクトルから信号処理を行って前記蒸着源を制御する制御信号を出力する
請求項１〜４のいずれかに記載の多元素同時レートモニターシステム。
【請求項６】
光透過性の第１の窓と第２の窓を有し、内部が所定の圧力に減圧される成膜チャンバーと、
前記成膜チャンバー内に設けられ、内部に真空蒸着材料が収容され、所定の温度への加熱時に気化する前記真空蒸着材料を開口部から噴き出す多元素膜形成用の複数個の蒸着源と、
蒸着対象である基板を前記開口部に対向するように保持して第１の方向に搬送する基板保持搬送部と、
前記第１の窓から前記開口部と前記基板の間の空間に所定の波長域の連続光を入射する光源と、
前記第２の窓から前記開口部と前記基板の間の空間を通過した前記連続光を受光して２次元的に分光して、２次元画像信号を得る分光部と、
前記２次元画像信号を画像処理して原子吸光スペクトルを得て前記多元素膜を構成する各元素の原子のレートをモニターする信号処理部と
を有し、
前記蒸着源からの前記真空蒸着材料から多元素膜を前記第１の方向に搬送される前記基板上に連続蒸着する
成膜装置。
【請求項７】
前記分光部が、前記連続光を受光して１次元的に分光するプリズムと、前記１次元的に分光された光を２次元的に分光する回折格子を有する
請求項６に記載の成膜装置。
【請求項８】
前記分光部が、前記固体撮像素子により前記２次元的に分光された前記連続光を受光面で受光し、２次元的画像信号を生成する固体撮像素子を有し、前記各元素に対応する原子吸光を分離可能な分解能を有する
請求項６または７に記載の成膜装置。
【請求項９】
前記信号処理部が、原子による吸収のない点を選択してバックグラウンドの較正を行う
請求項６〜８のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項１０】
前記信号処理部が、前記原子吸光スペクトルから信号処理を行って前記蒸着源を制御する制御信号を出力する
請求項６〜９のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項１１】
前記蒸着源としてＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅの各蒸着源を有し、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２膜を蒸着する
請求項６〜１０のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項１２】
光透過性の第１の窓と第２の窓を有する成膜チャンバー内における多元素膜の成膜対象の基板と多元素膜形成用の複数個の蒸着源の間の空間に、光源からの所定の波長域の連続光を前記第１の窓から入射する工程と、
前記第２の窓から前記開口部と前記基板の間の空間を通過した前記連続光を分光部により受光して２次元的に分光して、２次元画像信号を得る工程と、
前記２次元画像信号を信号処理部により画像処理して原子吸光スペクトルを得て前記多元素膜を構成する各元素の原子のレートをモニターする工程と
を有する多元素同時レートモニター方法。
【請求項１３】
前記分光部としてプリズムと回折格子を有する分光部を用い、
前記２次元画像信号を得る工程において、前記プリズムにより前記連続光を受光して１次元的に分光し、前記回折格子により前記１次元的に分光された光を２次元的に分光する
請求項１２に記載の多元素同時レートモニター方法。
【請求項１４】
前記分光部として受光面を有する固体撮像素子を有する分光部を用い、
前記２次元画像信号を得る工程において、前記受光面で前記２次元的に分光された前記連続光を受光し、２次元的画像信号を生成し、前記各元素に対応する原子吸光を分離する
請求項１２または１３に記載の多元素同時レートモニター方法。
【請求項１５】
前記原子吸光スペクトルを得る工程において、前記信号処理部が、原子による吸収のない点を選択してバックグラウンドの較正を行う
請求項１２〜１４のいずれかに記載の多元素同時レートモニター方法。
【請求項１６】
前記原子吸光スペクトルを得る工程の後に、前記信号処理部が前記原子吸光スペクトルから信号処理を行って前記蒸着源を制御する制御信号を出力する工程をさらに有する
請求項１２〜１５のいずれかに記載の多元素同時レートモニター方法。
【請求項１７】
光透過性の第１の窓と第２の窓を有し、内部が所定の圧力に減圧される成膜チャンバー内に設けられた、開口部を有する多元素膜形成用の複数個の蒸着源の内部に、所定の温度への加熱時に気化して前記開口部から噴き出す真空蒸着材料を収容する工程と、
前記成膜チャンバーの内部を所定の圧力に減圧する工程と、
前記蒸着源を所定の温度に加熱して前記真空蒸着材料を気化させ、前記開口部から噴き出させる工程と、
蒸着対象である基板を前記開口部に対向するように保持して第１の方向に搬送する工程と、
光源からの所定の波長域の連続光を前記第１の窓から前記開口部と前記基板の間の空間に入射する工程と、
前記第２の窓から前記開口部と前記基板の間の空間を通過した前記連続光を分光部により受光して２次元的に分光して、２次元画像信号を得る工程と、
前記２次元画像信号を信号処理部で画像処理して原子吸光スペクトルを得て前記多元素膜を構成する各元素の原子のレートをモニターする工程と
を有し、
前記蒸着源からの前記真空蒸着材料から多元素膜を前記第１の方向に搬送される前記基板上に連続蒸着する
成膜方法。
【請求項１８】
前記分光部としてプリズムと回折格子を有する分光部を用い、
前記２次元画像信号を得る工程において、前記プリズムにより前記連続光を受光して１次元的に分光し、前記回折格子により前記１次元的に分光された光を２次元的に分光する
請求項１７に記載の成膜方法。
【請求項１９】
前記分光部として受光面を有する固体撮像素子を有する分光部を用い、
前記２次元画像信号を得る工程において、前記受光面で前記２次元的に分光された前記連続光を受光し、２次元的画像信号を生成し、前記各元素に対応する原子吸光を分離する
請求項１７または１８に記載の成膜方法。
【請求項２０】
前記原子吸光スペクトルを得る工程において、前記信号処理部が、原子による吸収のない点を選択してバックグラウンドの較正を行う
請求項１７〜１９のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項２１】
前記原子吸光スペクトルを得る工程の後に、前記信号処理部が前記原子吸光スペクトルから信号処理を行って前記蒸着源を制御する制御信号を出力する工程をさらに有する
請求項１７〜２０のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項２２】
前記蒸着源としてＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅの各蒸着源を設けて、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２膜を蒸着する
請求項１７〜２１のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項１】
光透過性の第１の窓と第２の窓を有する成膜チャンバー内における多元素膜の成膜対象の基板と多元素膜形成用の複数個の蒸着源の間の空間に、前記第１の窓から所定の波長域の連続光を入射する光源と、
前記第２の窓から前記開口部と前記基板の間の空間を通過した前記連続光を受光して２次元的に分光して、２次元画像信号を得る分光部と、
前記２次元画像信号を画像処理して原子吸光スペクトルを得て前記多元素膜を構成する各元素の原子のレートをモニターする信号処理部と
を有する多元素同時レートモニターシステム。
【請求項２】
前記分光部が、前記連続光を受光して１次元的に分光するプリズムと、前記１次元的に分光された光を２次元的に分光する回折格子を有する
請求項１に記載の多元素同時レートモニターシステム。
【請求項３】
前記分光部が、前記固体撮像素子により前記２次元的に分光された前記連続光を受光面で受光し、２次元的画像信号を生成する固体撮像素子を有し、前記各元素に対応する原子吸光を分離可能な分解能を有する
請求項１または２に記載の多元素同時レートモニターシステム。
【請求項４】
前記信号処理部が、原子による吸収のない点を選択してバックグラウンドの較正を行う
請求項１〜３のいずれかに記載の多元素同時レートモニターシステム。
【請求項５】
前記信号処理部が、前記原子吸光スペクトルから信号処理を行って前記蒸着源を制御する制御信号を出力する
請求項１〜４のいずれかに記載の多元素同時レートモニターシステム。
【請求項６】
光透過性の第１の窓と第２の窓を有し、内部が所定の圧力に減圧される成膜チャンバーと、
前記成膜チャンバー内に設けられ、内部に真空蒸着材料が収容され、所定の温度への加熱時に気化する前記真空蒸着材料を開口部から噴き出す多元素膜形成用の複数個の蒸着源と、
蒸着対象である基板を前記開口部に対向するように保持して第１の方向に搬送する基板保持搬送部と、
前記第１の窓から前記開口部と前記基板の間の空間に所定の波長域の連続光を入射する光源と、
前記第２の窓から前記開口部と前記基板の間の空間を通過した前記連続光を受光して２次元的に分光して、２次元画像信号を得る分光部と、
前記２次元画像信号を画像処理して原子吸光スペクトルを得て前記多元素膜を構成する各元素の原子のレートをモニターする信号処理部と
を有し、
前記蒸着源からの前記真空蒸着材料から多元素膜を前記第１の方向に搬送される前記基板上に連続蒸着する
成膜装置。
【請求項７】
前記分光部が、前記連続光を受光して１次元的に分光するプリズムと、前記１次元的に分光された光を２次元的に分光する回折格子を有する
請求項６に記載の成膜装置。
【請求項８】
前記分光部が、前記固体撮像素子により前記２次元的に分光された前記連続光を受光面で受光し、２次元的画像信号を生成する固体撮像素子を有し、前記各元素に対応する原子吸光を分離可能な分解能を有する
請求項６または７に記載の成膜装置。
【請求項９】
前記信号処理部が、原子による吸収のない点を選択してバックグラウンドの較正を行う
請求項６〜８のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項１０】
前記信号処理部が、前記原子吸光スペクトルから信号処理を行って前記蒸着源を制御する制御信号を出力する
請求項６〜９のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項１１】
前記蒸着源としてＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅの各蒸着源を有し、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２膜を蒸着する
請求項６〜１０のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項１２】
光透過性の第１の窓と第２の窓を有する成膜チャンバー内における多元素膜の成膜対象の基板と多元素膜形成用の複数個の蒸着源の間の空間に、光源からの所定の波長域の連続光を前記第１の窓から入射する工程と、
前記第２の窓から前記開口部と前記基板の間の空間を通過した前記連続光を分光部により受光して２次元的に分光して、２次元画像信号を得る工程と、
前記２次元画像信号を信号処理部により画像処理して原子吸光スペクトルを得て前記多元素膜を構成する各元素の原子のレートをモニターする工程と
を有する多元素同時レートモニター方法。
【請求項１３】
前記分光部としてプリズムと回折格子を有する分光部を用い、
前記２次元画像信号を得る工程において、前記プリズムにより前記連続光を受光して１次元的に分光し、前記回折格子により前記１次元的に分光された光を２次元的に分光する
請求項１２に記載の多元素同時レートモニター方法。
【請求項１４】
前記分光部として受光面を有する固体撮像素子を有する分光部を用い、
前記２次元画像信号を得る工程において、前記受光面で前記２次元的に分光された前記連続光を受光し、２次元的画像信号を生成し、前記各元素に対応する原子吸光を分離する
請求項１２または１３に記載の多元素同時レートモニター方法。
【請求項１５】
前記原子吸光スペクトルを得る工程において、前記信号処理部が、原子による吸収のない点を選択してバックグラウンドの較正を行う
請求項１２〜１４のいずれかに記載の多元素同時レートモニター方法。
【請求項１６】
前記原子吸光スペクトルを得る工程の後に、前記信号処理部が前記原子吸光スペクトルから信号処理を行って前記蒸着源を制御する制御信号を出力する工程をさらに有する
請求項１２〜１５のいずれかに記載の多元素同時レートモニター方法。
【請求項１７】
光透過性の第１の窓と第２の窓を有し、内部が所定の圧力に減圧される成膜チャンバー内に設けられた、開口部を有する多元素膜形成用の複数個の蒸着源の内部に、所定の温度への加熱時に気化して前記開口部から噴き出す真空蒸着材料を収容する工程と、
前記成膜チャンバーの内部を所定の圧力に減圧する工程と、
前記蒸着源を所定の温度に加熱して前記真空蒸着材料を気化させ、前記開口部から噴き出させる工程と、
蒸着対象である基板を前記開口部に対向するように保持して第１の方向に搬送する工程と、
光源からの所定の波長域の連続光を前記第１の窓から前記開口部と前記基板の間の空間に入射する工程と、
前記第２の窓から前記開口部と前記基板の間の空間を通過した前記連続光を分光部により受光して２次元的に分光して、２次元画像信号を得る工程と、
前記２次元画像信号を信号処理部で画像処理して原子吸光スペクトルを得て前記多元素膜を構成する各元素の原子のレートをモニターする工程と
を有し、
前記蒸着源からの前記真空蒸着材料から多元素膜を前記第１の方向に搬送される前記基板上に連続蒸着する
成膜方法。
【請求項１８】
前記分光部としてプリズムと回折格子を有する分光部を用い、
前記２次元画像信号を得る工程において、前記プリズムにより前記連続光を受光して１次元的に分光し、前記回折格子により前記１次元的に分光された光を２次元的に分光する
請求項１７に記載の成膜方法。
【請求項１９】
前記分光部として受光面を有する固体撮像素子を有する分光部を用い、
前記２次元画像信号を得る工程において、前記受光面で前記２次元的に分光された前記連続光を受光し、２次元的画像信号を生成し、前記各元素に対応する原子吸光を分離する
請求項１７または１８に記載の成膜方法。
【請求項２０】
前記原子吸光スペクトルを得る工程において、前記信号処理部が、原子による吸収のない点を選択してバックグラウンドの較正を行う
請求項１７〜１９のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項２１】
前記原子吸光スペクトルを得る工程の後に、前記信号処理部が前記原子吸光スペクトルから信号処理を行って前記蒸着源を制御する制御信号を出力する工程をさらに有する
請求項１７〜２０のいずれかに記載の成膜方法。
【請求項２２】
前記蒸着源としてＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅの各蒸着源を設けて、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２膜を蒸着する
請求項１７〜２１のいずれかに記載の成膜方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−６０８６６（Ｐ２０１１−６０８６６Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０６４５２（Ｐ２００９−２０６４５２）
【出願日】平成２１年９月７日（２００９．９．７）
【出願人】（３０００７５７５１）株式会社オプトラン (15)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月７日（２００９．９．７）
【出願人】（３０００７５７５１）株式会社オプトラン (15)
【Ｆターム（参考）】
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