成膜装置および成膜方法
【課題】ロール式の成膜装置において、成膜むらが生じることなく均一に成膜することができる成膜装置および成膜方法を提供する。
【解決手段】成膜材料ガスを導入可能なチャンバ１１と、チャンバ１１内に配置され、シート状の基板１３を外周面５５上に配置して中心軸の回りを回転可能に形成された円筒状の基板配置電極２１と、基板配置電極２１の外周面５５から所定距離を置いて対向配置された対向電極２２と、を備えた成膜装置１０において、対向電極２２が接地されるとともに、基板配置電極２１に対して１００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下の低周波交流電圧を印加可能に構成されている。
【解決手段】成膜材料ガスを導入可能なチャンバ１１と、チャンバ１１内に配置され、シート状の基板１３を外周面５５上に配置して中心軸の回りを回転可能に形成された円筒状の基板配置電極２１と、基板配置電極２１の外周面５５から所定距離を置いて対向配置された対向電極２２と、を備えた成膜装置１０において、対向電極２２が接地されるとともに、基板配置電極２１に対して１００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下の低周波交流電圧を印加可能に構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置および成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、プラズマを用いて成膜材料ガスを分解し、基板上に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置が知られている。このプラズマＣＶＤ装置においては、プラズマを発生させるために、一対の放電電極が備えられており、基板側を接地電極とし、成膜材料ガス供給側を対向電極として電圧を印加することが一般的であった。
【０００３】
また、従来はガラス基板に薄膜を形成することが一般的であったが、近年、軽量化、量産性などを考慮して、樹脂フィルムなどを基板として用い、このフィルム状の基板に薄膜を形成する方法が知られている。このように、フィルム状の基板に薄膜を形成する製造装置として、特許文献１にはロール式の製造装置が記載されている。特許文献１に記載されたロール式の製造装置は、真空槽内をドラムロールの一部と高周波電極およびアースシールドとを含む反応室と、ドラムロールの他部とフィルム基板の搬送手段とを含む非反応室とに区分けし、反応室と非反応室との間であって前記ドラムロールと真空槽内壁との間に、反応ガスの流動を抑制するためのシール手段を設け、かつ、ガス供給手段とガス排気手段とを、反応室に連通して設け、さらに、非反応室には、加圧することにより反応ガスの非反応室への流入を防止するための補助ガス供給手段を設けたものである。
【特許文献１】特開２００２−２１２７４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述の特許文献１の製造装置など従来のプラズマＣＶＤ法を用いた成膜装置では、通常１３．５６ＭＨｚを発振周波数とする高周波電源を使用することが一般的である。また、プラズマＣＶＤ装置で量産に対応できる成膜速度を得るには、成膜空間の圧力を１００Ｐａ〜３００Ｐａにすることが多く、この圧力条件においては電圧が印加される対向電極と接地電極との間の電極間距離は、１５〜２５ｍｍ程度にすることが一般的である。しかしながら、ロール式の成膜装置において、対向電極と接地電極との間を１５〜２５ｍｍという短い距離で一定に保持することが困難であり、その結果、成膜むらが生じるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、ロール式の成膜装置において、成膜むらが生じることなく均一に成膜することができる成膜装置および成膜方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載した発明は、成膜材料ガスを導入可能なチャンバと、該チャンバ内に配置され、シート状の基板を外周面上に配置して中心軸の回りを回転可能に形成された円筒状の基板配置電極と、該基板配置電極の外周面から所定距離を置いて対向配置された対向電極と、を備えた成膜装置において、前記対向電極が接地されるとともに、前記基板配置電極に対して１００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下の低周波交流電圧を印加可能に構成されていることを特徴としている。
【０００７】
このように、円筒状の基板配置電極へ１００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下の低周波交流電圧を印加し、対向電極を接地電極とすることで、確実に基板配置電極近傍にプラズマ放電が張り付く現象が見られるため、基板近傍のみに成膜材料ガスの分解源であるプラズマを生成し、効率的に基板表面に成膜させることができる効果がある。
【０００８】
また、基板配置電極近傍のみにプラズマが生成されることにより、成膜材料が積極的に基板表面へ成膜されることとなる。つまり、従来のようにプラズマが基板配置電極と対向電極間の略全域に生成される場合と比較して、対向電極やチャンバ内壁への成膜材料の付着量を削減することができる。したがって、メンテナンス頻度を低減することができるため、基板の生産効率を向上することができる効果がある。
【０００９】
また、基板配置電極への印加電圧の周波数が１００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下と従来よりも低くなっているため、定在波による電極面内の電圧分布によるプラズマ不均一性の問題がなくなるとともに、プラズマを基板配置電極近傍のみに生成することができ、基板配置電極と対向電極との距離を長くすることができる。したがって、基板配置電極および対向電極の経年劣化による物理的な歪みや撓みに対する許容値も大きくなり、基板配置電極と対向電極との間の距離が多少ずれても、成膜に対する影響が小さくなる。結果として、基板に成膜むらが生じることなく均一に成膜することができる効果がある。
【００１０】
さらに、シート状の基板を用い、円筒状の基板配置電極の表面に沿うように配置したため、シート状の基板を移動させながら同時に成膜を施すことができる効果がある。なお、基板の移動と基板への成膜を交互に繰り返す方法を選択することもできる。
【００１１】
そして、基板配置電極を円筒状で回転可能に構成したため、シート状の基板に対して適正な張力を与えることにより基板面を基板配置電極の外周面に確実に当接させることができる。したがって、シート状の基板に成膜むらが生じることなく均一に成膜を施すことができる。
【００１２】
請求項２に記載した発明は、前記チャンバの外部から前記基板配置電極の外周面上へと前記基板を案内するとともに、前記基板配置電極の外周面上から前記チャンバの外部へと前記基板を案内するガイド機構を備えていることを特徴としている。
このように構成することで、チャンバ内にシート状の基板の供給部と成膜後の巻き取り部を設ける必要がなくなるため、チャンバを小型化することができる効果がある。また、チャンバ外にシート状の基板の供給部と成膜後の巻き取り部を設けることが可能になり、長尺の基板でも成膜することができる効果がある。
【００１３】
請求項３に記載した発明は、前記基板配置電極を所定速度で回転駆動する回転駆動手段を備えていることを特徴としている。
このように構成することで、シート状の基板を基板配置電極の外周面上に沿って確実に移動させることができるため、基板全体へ均一に成膜をすることができる効果がある。
【００１４】
請求項４に記載した発明は、前記基板配置電極の内部に、前記基板を加熱するヒータを備えていることを特徴としている。
このように構成することで、基板配置電極の外周面上に配置された基板を均一に加熱することができる。
【００１５】
請求項５に記載した発明は、前記対向電極が、前記成膜材料ガスを前記基板に向かって噴出可能なシャワープレートで構成されていることを特徴としている。
このように構成することで、成膜材料ガスを基板表面に向かって均一に噴出させることができるため、基板に均一に成膜をすることができる効果がある。また、基板表面以外の領域に成膜材料が付着することを抑制することができるため、メンテナンス頻度を低減することができる効果がある。
【００１６】
請求項６に記載した発明は、前記チャンバが、前記基板配置電極の少なくとも一部と前記対向電極とを含み前記基板に成膜を施す反応室と、前記基板が流通する非反応室と、を備え、該非反応室の圧力が、前記反応室の圧力より高い圧力に保持されていることを特徴としている。
このように構成することで、非反応室に成膜材料ガスが入り込むことを防止できるため、非反応室に位置している基板に成膜がなされることを防止することができる効果がある。したがって、反応室に位置している基板のみを成膜することができるため、シート状の基板の全面に亘って均一に成膜することができる効果がある。
【００１７】
請求項７に記載した発明は、成膜材料ガスを導入可能なチャンバと、該チャンバ内に配置され、シート状の基板を外周面上に配置して中心軸の回りを回転可能に形成された円筒状の基板配置電極と、該基板配置電極の外周面から所定距離を置いて対向配置された対向電極と、を備えた成膜装置を利用して、前記対向電極を接地するとともに、前記基板配置電極に対して１００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下の低周波交流電圧を印加し、前記基板配置電極を回転させつつ基板を所定速度で移動させながら、該基板に成膜することを特徴としている。
【００１８】
このように構成することで、円筒状の基板配置電極と基板との当接部に、お互いの摩擦などに起因する傷が生じることなく基板を移動させることができる。したがって、基板を常に移動させながら、同時に成膜を施すことができる効果がある。また、基板に適正な張力をかけることにより円筒状の基板配置電極の面上に確実に当接させることができるため、基板に成膜むらが生じることなく均一に成膜することができる効果がある。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、円筒状の基板配置電極へ１００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下の低周波交流電圧を印加し、対向電極を接地電極とすることで、基板配置電極近傍にプラズマ放電が張り付く現象が見られる。したがって、基板近傍のみに成膜材料ガスの分解源であるプラズマを生成し、効率的に基板表面に成膜させることができる。
【００２０】
また、基板配置電極への印加電圧の周波数が１００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下と従来よりも低くなっているため、定在波による電極面内の電圧分布によるプラズマ不均一性の問題がなくなるとともに、プラズマを基板配置電極近傍のみに生成することができ、基板配置電極と対向電極との距離を長くすることができる。したがって、基板配置電極および対向電極の経年劣化による物理的な歪みや撓みに対する許容値も大きくなり、基板配置電極と対向電極との間の距離が多少ずれても、成膜に対する影響が小さくなる。結果として、基板に成膜むらが生じることなく均一に成膜することができる効果がある。
【００２１】
さらに、基板配置電極を円筒状で回転可能に構成したため、シート状の基板に対して適正な張力を与えることにより基板面を基板配置電極の外周面上に確実に当接させることができる。したがって、シート状の基板に成膜むらが生じることなく均一に成膜を施すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本発明の実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００２３】
（成膜装置）
図１は、本実施形態における成膜装置の正面断面図であり、図２は、成膜装置の側面断面図である。
図１、図２に示すように、プラズマＣＶＤ法を実施する成膜装置１０は、例えばアルミニウムなどの導電材からなる真空チャンバ１１を有している。真空チャンバ１１は、シート状の基板１３に成膜を施すための反応室１５と、基板１３のガイド機構１６などが設けられた非反応室１７とで構成されている。
【００２４】
反応室１５には、基板１３を載置し、かつ、移動させるための回転ドラム２１の周方向の略半分が配置されている。回転ドラム２１は、略円筒形状に形成されている。つまり、回転ドラム２１の内部には中空部５１が形成されている。なお、回転ドラム２１は例えばアルミニウムなどの導電材で形成されている。
また、回転ドラム２１は、真空チャンバ１１に対して回転可能に保持されている。つまり、モータなどの回転駆動装置４３が、ベルトなどの動力伝達手段４４を介して回転ドラム２１に接続され、回転ドラム２１を所定速度で回転しうるように構成されている。
【００２５】
回転ドラム２１には、真空チャンバ１１の外部に設けられたＲＦ電源（低周波電源）４１が、図示しない金属ブラシなどにより電気的に接続されている。このように構成することで、回転ドラム２１が回転しても、常にＲＦ電源４１からの電圧を回転ドラム２１に印加することができる。つまり、基板配置電極が回転ドラム２１により構成されることとなる。
【００２６】
なお、回転ドラム２１の回転とともに、外周面上５５に配置された基板１３が所定速度で確実に移動することができるように、回転ドラム２１と基板１３との相対移動防止手段を設けてもよい。具体的には、回転ドラム２１の外周面５５上にスプロケットを形成し、そのスプロケットに係合する係合孔を基板１３に形成することで、基板１３が回転ドラム２１とともに移動することができるように構成してもよい。
【００２７】
回転ドラム２１の中空部５１には、略円柱形状のヒータ５２が設けられている。ヒータ５２の中心軸は、回転ドラム２１の中心軸と同軸上に配置されている。なお、ヒータ５２は真空チャンバ１１に固定され、ヒータ５２の外周面５３と回転ドラム２１の内周面５４との間には、隙間が形成されている。つまり、ヒータ５２からの輻射熱により回転ドラム２１が加熱され、回転ドラム２１から伝熱されることで基板１３を加熱することができるように構成されている。
【００２８】
ヒータ５２は、例えばアルミニウム合金などの導電材で形成されている。また、ヒータ５２は真空チャンバ１１と同様に接地電位に保持されている。なお、ヒータ５２は、その内部にヒータケーブル５７が内包されており、ヒータケーブル５７は真空チャンバ１１の外部にて図示しない電源と接続され、温度調節がなされるように構成されている。
【００２９】
回転ドラム２１の外周面５５から所定距離を置いて対向電極が配置されている。ここで、対向電極は、シャワープレート２２として構成されている。シャワープレート２２は、例えばアルミニウムなどの導電材で構成されている。反応室１５における、真空チャンバ１１の壁部２３の内壁は、シャワープレート２２から所定距離をあけるように形成されている。つまり、真空チャンバ１１の壁部２３とシャワープレート２２との間には、空間部２５が形成されている。また、真空チャンバ１１の壁部２３とシャワープレート２２との間には、導電材からなる接続部材２４が設けられている。つまり、真空チャンバ１１の壁部２３とシャワープレート２２とは接続部材２４を介して電気的に接続されている。
【００３０】
真空チャンバ１１の空間部２５にはガス導入管３１が接続されており、真空チャンバ１１の外部に設けられた成膜材料ガス供給部３２から空間部２５に成膜ガス（例えば、ＳｉＨ４）を供給するように構成されている。
【００３１】
シャワープレート２２には多数のガス噴出口２６が設けられており、空間部２５内に導入された成膜材料ガスが、ガス噴出口２６から真空チャンバ１１の反応室１５内に噴出されるように構成されている。また、ガス噴出口２６および空間部２５の形状により、基板１３の表面に成膜ガスを均一に噴出することができるように構成されている。
【００３２】
また、真空チャンバ１１の反応室１５には、排気管３３が接続されており、その先端には、真空ポンプ３４が設けられおり、真空チャンバ１１の反応室１５内を減圧状態にすることができるように構成されている。
【００３３】
さらに、真空チャンバ１１の反応室１５にはクリーニングガス導入管３７が接続されている。ガス導入管３７にはフッ素ガス供給部３８とラジカル源３９とが設けられており、フッ素ガス供給部３８から供給されたフッ素ガスをラジカル源３９で分解し、これによるフッ素ラジカルを、真空チャンバ１１の反応室１５内の成膜空間に供給するように構成されている。
【００３４】
そして、基板１３は、反応室１５内において回転ドラム２１の外周面５５に密着するように配置される。基板１３を回転ドラム２１の外周面５５上に配置すると、基板１３とシャワープレート２２とは互いに近接して平行に位置するように構成されている。
【００３５】
次に、非反応室１７には、シート状の基板１３を移送するためのローラで構成されたガイド機構１６が設けられている。ガイド機構１６は、図示しないロール室から移送されてきた基板１３を反応室１５へと導くための第一ガイドローラ１６ａと、反応室１５で成膜された基板をロール室へと送り出すための第二ガイドローラ１６ｂとで構成されている。なお、ガイド機構１６の構成はガイドローラを２つ用いた場合に限られず、基板１３を移送することができる構成であればよい。
【００３６】
また、非反応室１７には、ガス導入管６１が接続されている。ガス導入管６１にはアルゴンガスなどで構成されたガス供給部６２が設けられており、ガス供給部６２から供給されたガスを非反応室１７内に供給することで、成膜工程中、非反応室１７の圧力を反応室１５の圧力より高い圧力に保持することができるように構成されている。つまり、非反応室１７に成膜材料ガスが入り込むことを防止できるため、非反応室１７に位置している基板１３に成膜がなされることを防止することができる。
【００３７】
そして、非反応室１７における、反応室１５との境界部には、セラミックなどの絶縁材からなる絶縁部６５が設けられている。絶縁部６５により、反応室１５と非反応室１７との間は、基板１３が通過する部分以外は遮断されるように構成されている。つまり、交流電圧が印加される回転ドラム２１の非反応室１７側を絶縁部６５で覆うことにより、非反応室１７における異常放電の発生を防止することができる。
【００３８】
（作用）
次に、成膜装置１０を用いてシート状の基板１３に成膜を行う作用について説明する。
まず、図示しないロール室に準備されているシート状の基板１３のロールから基板１３を引き出す。基板１３を成膜装置１０内のガイド機構１６の第一ガイドローラ１６ａ、回転ドラム２１およびガイド機構１６の第二ガイドローラ１６ｂを介して成膜装置１０外へ引き出し、ロール室の巻き取り用のロールへ巻き付けて固定する。このとき、基板１３が回転ドラム２１の外周面５５に密着するように張力を調整する。
【００３９】
そして、ロール室の巻き取り用のロールに図示しない回転駆動装置が設けられ、回転ドラム２１の回転駆動装置４３と同じ回転速度で回転することにより、基板１３を所定速度で搬送する。
【００４０】
真空チャンバ１１内に基板１３をセットした後、真空ポンプ３４で真空チャンバ１１内を排気して、真空チャンバ１１内を減圧状態に保持する。その後、成膜材料ガス供給部３２より成膜材料ガスをガス導入管３１に導入し、成膜材料ガスを空間部２５に供給する。空間部２５に供給された成膜材料ガスは、シャワープレート２２のガス噴出口２６から真空チャンバ１１の反応室１５内の基板１３に噴出される。
【００４１】
ここで、真空チャンバ１１を接地電位に接続した状態、つまり、真空チャンバ１１と電気的に接続されているシャワープレート２２も接地電位に保持した状態で、ＲＦ電源４１を起動して回転ドラム２１に低周波交流電圧を印加する。
【００４２】
このように構成することで、回転ドラム２１が基板配置電極として機能するとともに、シャワープレート２２が対向電極（接地電極）として機能する。回転ドラム２１に印加する電圧は、１００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下としている。印加電圧の周波数が１００ｋＨｚより小さいと、放電電極間においてグロー放電が生成しにくくなるため好ましくない。一方、印加電圧の周波数が２ＭＨｚより大きいと、回転ドラム（基板配置電極）２１近傍にプラズマ放電が張り付く現象が起こりにくくなるため好ましくない。
【００４３】
図３は、本発明の原理を示す説明図であり、図３（ａ）は、印加電圧に１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加した場合を示すもの（従来法）、図３（ｂ）は、印加電圧に１００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下の低周波電圧を印加した場合を示すもの（本発明）である。
【００４４】
図３（ａ）に示すように、印加電極であるシャワープレート２２への印加電圧が高周波の場合は、基板配置電極である回転ドラム２１と対向電極であるシャワープレート２２間の略全領域でグロー放電が生成される。
【００４５】
つまり、このような高周波交流電圧をシャワープレート２２に印加することにより、シャワープレート２２のガス噴出口２６から噴出された成膜材料ガスは、シャワープレート２２をカソードとし、回転ドラム２１をアノードとする容量結合方式（ＣＣＰ方式）のグロー放電現象が発生し、これにより真空チャンバ１１の反応室１５内の回転ドラム２１およびシャワープレート２２間の略全領域において成膜材料ガスが活性化する。このため、グロー放電で分解されたラジカル種４０ａは基板１３の表面とシャワープレート２２の表面にそれぞれ略同量である５０％程度の堆積がなされる。
【００４６】
一方、図３（ｂ）に示すように、印加電極である回転ドラム２１への印加電圧を低周波にした場合は、回転ドラム２１近傍にグロー放電によるプラズマが偏在し、これにより、回転ドラム２１近傍にラジカル種４０ｂが張り付く現象が見られる。
【００４７】
つまり、このような低周波交流電圧を回転ドラム２１に印加することにより、シャワープレート２２のガス噴出口２６から噴出された成膜材料ガスは、回転ドラム（基板配置電極）２１をカソードとし、シャワープレート（対向電極）２２をアノードとする容量結合方式（ＣＣＰ方式）のグロー放電現象が発生し、これにより真空チャンバ１１の反応室１５内の回転ドラム２１およびシャワープレート２２間の空間において成膜材料ガスが活性化する。
【００４８】
そして、基板１３は真空チャンバ１１内のヒータ５２によって予め所定温度（２００〜４５０℃）に加熱されており、活性化した成膜材料ガスが基板１３表面に到達すると、加熱によってこの成膜材料ガスが反応し、基板１３表面に反応生成物が堆積する。また、放電安定性および成膜速度を考慮すると、成膜材料ガスを導入した状態で、真空チャンバ１１内の圧力を、１０Ｐａ〜５００Ｐａに設定することが好ましい。
【００４９】
このように、印加電極である回転ドラム（基板配置電極）２１への印加電圧を低周波交流電圧にすると、回転ドラム２１近傍にグロー放電によるプラズマが回転ドラム２１側に偏在するため、効率的に基板１３を成膜することができる。
【００５０】
ここで、本実施形態では、回転ドラム２１およびローラからなるガイド機構１６にてシート状の基板１３を移送させるため、基板１３を移送させながら成膜をすることができる。また、基板１３と当接する回転ドラム２１の外形が円形であるため、基板１３と回転ドラム２１との当接箇所には隙間が形成されることなく、確実に基板１３が回転ドラム２１の外周面５５に当接される。一方、例えば、平板からなる基板配置電極上に基板を移送させながら成膜すると、基板配置電極と基板との間に隙間が形成されるとともに、基板配置電極の周縁部において基板と基板配置電極とが擦れ合い、基板に傷などが形成される虞がある。したがって、基板１３を移送させながら成膜を同時に行う場合には、本実施形態のように回転ドラム２１を用いるとよい。
【００５１】
なお、反応室１５に基板１３の成膜していない面を位置させて基板１３の搬送を停止した後、基板１３に成膜を施し、成膜完了後に成膜された面を非反応室１７側へと搬送させ、基板１３の成膜していない面を反応室１５に位置させて成膜を行う方法を採用することもできる。
【００５２】
また、基板１３を搬送させるための搬送駆動力は、上述の実施形態の構成に限らず、ガイド機構１６に動力源を設ける場合や回転ドラム２１のみに動力源を設ける場合、図示しないロール室のみに動力源を設ける場合やそれらを組み合わせた場合が考えられるが、いずれの場合でも、基板１３を確実に搬送できる構成であればよい。
【００５３】
さらに、反応室１５で基板１３に成膜を行う際には、非反応室１７内に成膜材料ガスが流入しないように、非反応室１７を反応室１５に対して正圧状態に保持する。非反応室１７を正圧状態に保持するには、非反応室１７に接続されているガス供給部６２よりアルゴンなどのガスをガス導入管６１を介して非反応室１７内に供給する。このように構成することで、非反応室１７内に位置している基板１３には成膜されることがなくなり、基板１３には反応室１５内においてのみ成膜が施される。
【００５４】
そして、基板１３への成膜が何度か繰り返されると、真空チャンバ１１の内壁面などに成膜材料が付着するため、真空チャンバ１１内を定期的にクリーニングすることとなる。真空チャンバ１１内のクリーニングは、クリーニングガス導入管３７に設けられたフッ素ガス供給部３８からフッ素ガスをラジカル源３９に供給する。ラジカル源３９でフッ素ガスを分解し、これによるフッ素ラジカルを、真空チャンバ１１内の成膜空間に供給し、化学反応させることにより付着物を除去する。
【実施例】
【００５５】
（実施例１）
上記成膜装置１０により、シート状の基板へアモルファスシリコン膜を形成する場合について説明する。
基板配置電極へのＲＦ印加電圧は、４８００Ｗとした。また、成膜ガスとしては、ＳｉＨ４（モノシラン）を、流量３０ｓｌｍの条件で使用した。また、放電電極間の距離は５０ｍｍとした。
さらに、成膜温度を２００〜３００℃、印加電圧の周波数を１００ｋＨｚ〜２ＭＨｚとした。
【００５６】
本実施例において、原料ガスがＳｉＨ４のみを用いて放電した場合、印加電圧の周波数が２ＭＨｚを越えると、本発明の特徴である印加電極である基板配置電極側へのプラズマ貼り付き現象が見られなくなった。このため、周波数は２ＭＨｚ以下にする必要があると思われる。
一方、印加電圧の周波数を１００ｋＨｚより低くすると、電源パワーと放電負荷の整合が困難になり、放電現象が見られなくなった。
周波数１００ｋＨｚ〜２ＭＨｚの範囲で放電を行うと、アモルファスシリコン性能の目安である光照射時伝導度と非光照射時伝導度との比率は、略一定値を示した。この値は、印加電圧の周波数が高周波である１３．５６ＭＨｚの場合と、略同等の値であり、本実施例により本発明の効果を確認することができた。
【００５７】
なお、成膜温度が２００℃より低い場合は、アモルファスシリコンが不均一な膜になってしまい、評価することができなかった。
一方、成膜温度が２００℃以上の場合は、温度を高くするほど性能の向上が確認できたが、基板加熱機能の性能制限上、それ以上の温度での性能評価ができなかった。
【００５８】
（実施例２）
次に、ＰＩＮ型太陽電池を以下の手順で作成した。
基板表面温度を２００℃に制御した。
また、この基板上には、別の成膜装置を使用して透明導電膜としてＩＴＯ膜を成膜した。なお、ＩＴＯ膜のほかにＺｎＯ膜などその他の透明な酸化系導電膜を成膜してもよい。
【００５９】
本発明による方法により上述の基板上にモノシランおよびジボラン（Ｂ２Ｈ６）を用いてｐ層を成膜し、次にモノシランを用いてｉ層を成膜し、さらに、モノシランおよびホスフィン（ＰＨ３）を用いてｎ層を成膜積層した。
この場合、膜厚は、ｐ層２０ｎｍ、ｉ層３００ｎｍ、ｎ層５０ｎｍとした。
この成膜後、電極形成のため別の成膜装置を用いてアルミニウムからなるパターン電極を形成した。
このようにして製作したＰＩＮ型太陽電池デバイスに光照射したところ、電極間に電圧が発生し、太陽電池として機能することを確認した。
【００６０】
本実施形態によれば、成膜材料ガスを導入可能な真空チャンバ１１と、真空チャンバ１１内に配置され、シート状の基板１３を外周面５５上に配置して中心軸の回りを回転可能に形成された円筒状の回転ドラム（基板配置電極）２１と、回転ドラム２１の外周面５５から所定距離を置いて対向配置されたシャワープレート（対向電極）２２と、を備えた成膜装置１０において、シャワープレート２２が接地されるとともに、回転ドラム２１に対して１００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下の低周波交流電圧を印加可能に構成した。
【００６１】
このように、円筒状の回転ドラム（基板配置電極）２１へ１００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下の低周波交流電圧を印加し、シャワープレート（対向電極）２２を接地電極とすることで、確実に回転ドラム２１近傍にプラズマ放電が張り付く現象が見られるため、基板１３近傍のみに成膜材料ガスの分解源であるプラズマを生成し、効率的に基板表面に成膜させることができる。
【００６２】
また、回転ドラム２１近傍のみにプラズマが生成されることにより、成膜材料が積極的に基板１３表面へ成膜されることとなる。つまり、従来のようにプラズマが基板配置電極と対向電極間の略全域に生成される場合と比較して、対向電極やチャンバ内壁への成膜材料の付着量を削減することができる。したがって、メンテナンス頻度を低減することができるため、基板１３の生産効率を向上することができる。
【００６３】
また、回転ドラム２１への印加電圧の周波数が１００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下と従来よりも低くなっているため、定在波による電極面内の電圧分布によるプラズマ不均一性の問題がなくなるとともに、プラズマを回転ドラム２１近傍のみに生成することができ、回転ドラム２１とシャワープレート２２との距離を長くすることができる。したがって、回転ドラム２１およびシャワープレート２２の経年劣化による物理的な歪みや撓みに対する許容値も大きくなり、回転ドラム２１とシャワープレート２２との間の距離が多少ずれても、成膜に対する影響が小さくなる。結果として、基板１３に成膜むらが生じることなく均一に成膜することができる。
【００６４】
さらに、シート状の基板１３を用い、円筒状の回転ドラム２１の外周面５５に沿うように配置したため、シート状の基板１３を移動させながら同時に成膜を施すことができる。ここで、本実施形態のように基板配置電極を回転ドラム２１で構成すると、シート状の基板１３を搬送させながら、同時に成膜を行う際に、基板１３に基板配置電極と擦れ合うことに起因する傷の発生を防止することができるとともに、基板１３と基板配置電極との間に隙間が形成されることがないため、基板１３に均一に成膜を施すことができる。なお、基板１３と基板配置電極との相対移動を防止するための措置を施すとなお良い。また、基板１３の移動と基板１３への成膜を交互に繰り返す方法を選択することもできる。
【００６５】
そして、基板配置電極を円筒状で回転可能な回転ドラム２１で構成したため、シート状の基板１３に対して適正な張力を与えることにより基板１３を回転ドラム２１の外周面５５に確実に当接させることができる。したがって、シート状の基板１３に成膜むらが生じることなく均一に成膜を施すことができる。
【００６６】
また、真空チャンバ１１の外部から回転ドラム２１の外周面５５上へと基板１３を案内するとともに、回転ドラム２１の外周面５５上から真空チャンバ１１の外部へと基板１３を案内するガイド機構１６を備えた。
このように構成したため、真空チャンバ１１内にシート状の基板１３の供給部と成膜後の巻き取り部を設ける必要がなくなり、真空チャンバ１１を小型化することができる。また、真空チャンバ１１外にシート状の基板１３の供給部と成膜後の巻き取り部を設けることが可能になり、長尺の基板１３でも成膜することができる。
【００６７】
また、回転ドラム２１を所定速度で回転駆動する回転駆動装置４３を備えた。
このように構成したため、シート状の基板１３を回転ドラム２１の外周面５５上に沿って確実に移動させることができ、基板１３全体へ均一に成膜をすることができる。
【００６８】
また、回転ドラム２１の内部に、基板１３を加熱するヒータ５２を備えた。
このように構成したため、回転ドラム２１の外周面５５上に配置された基板１３を均一に加熱することができる。
【００６９】
また、対向電極を、成膜材料ガスを基板１３に向かって噴出可能なシャワープレート２２で構成した。
このように構成したため、成膜材料ガスを基板１３表面に向かって均一に噴出させることができ、基板１３に均一に成膜をすることができる。また、基板１３表面以外の領域に成膜材料が付着することを抑制することができるため、メンテナンス頻度を低減することができる。
【００７０】
さらに、真空チャンバ１１に、回転ドラム２１の周方向の略半分とシャワープレート２２とを含み基板１３に成膜を施す反応室１５と、基板１３を案内するガイド機構１６が設けられた非反応室１７と、を備え、非反応室１７の圧力が、反応室１５の圧力より高い圧力に保持されるようにした。
このように構成したため、非反応室１７に成膜材料ガスが入り込むことを防止でき、非反応室１７に位置している基板１３に成膜がなされることを防止することができる。したがって、反応室１５に位置している基板１３のみを成膜することができるため、シート状の基板１３の全面に亘って均一に成膜することができる。
【００７１】
尚、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な材料や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
【００７２】
例えば、本実施形態において、ヒータと真空チャンバとを電気的に接続して接地電極として機能するようにした場合の説明をしたが、ヒータと真空チャンバとを別個にそれぞれ接地して接地電極として機能するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施形態における成膜装置の概略構成図（正面断面図）である。
【図２】本発明の実施形態における成膜装置の概略構成図（側面断面図）である。
【図３】本発明と従来の成膜原理を示す説明図であり、（ａ）は従来例、（ｂ）は本発明の説明図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０…成膜装置 １１…真空チャンバ（チャンバ） １３…基板 １５…反応室 １６…搬送機構 １７…非反応室 ２１…回転ドラム（基板配置電極） ２２…シャワープレート（対向電極） ５２…ヒータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置および成膜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、プラズマを用いて成膜材料ガスを分解し、基板上に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置が知られている。このプラズマＣＶＤ装置においては、プラズマを発生させるために、一対の放電電極が備えられており、基板側を接地電極とし、成膜材料ガス供給側を対向電極として電圧を印加することが一般的であった。
【０００３】
また、従来はガラス基板に薄膜を形成することが一般的であったが、近年、軽量化、量産性などを考慮して、樹脂フィルムなどを基板として用い、このフィルム状の基板に薄膜を形成する方法が知られている。このように、フィルム状の基板に薄膜を形成する製造装置として、特許文献１にはロール式の製造装置が記載されている。特許文献１に記載されたロール式の製造装置は、真空槽内をドラムロールの一部と高周波電極およびアースシールドとを含む反応室と、ドラムロールの他部とフィルム基板の搬送手段とを含む非反応室とに区分けし、反応室と非反応室との間であって前記ドラムロールと真空槽内壁との間に、反応ガスの流動を抑制するためのシール手段を設け、かつ、ガス供給手段とガス排気手段とを、反応室に連通して設け、さらに、非反応室には、加圧することにより反応ガスの非反応室への流入を防止するための補助ガス供給手段を設けたものである。
【特許文献１】特開２００２−２１２７４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述の特許文献１の製造装置など従来のプラズマＣＶＤ法を用いた成膜装置では、通常１３．５６ＭＨｚを発振周波数とする高周波電源を使用することが一般的である。また、プラズマＣＶＤ装置で量産に対応できる成膜速度を得るには、成膜空間の圧力を１００Ｐａ〜３００Ｐａにすることが多く、この圧力条件においては電圧が印加される対向電極と接地電極との間の電極間距離は、１５〜２５ｍｍ程度にすることが一般的である。しかしながら、ロール式の成膜装置において、対向電極と接地電極との間を１５〜２５ｍｍという短い距離で一定に保持することが困難であり、その結果、成膜むらが生じるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、ロール式の成膜装置において、成膜むらが生じることなく均一に成膜することができる成膜装置および成膜方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載した発明は、成膜材料ガスを導入可能なチャンバと、該チャンバ内に配置され、シート状の基板を外周面上に配置して中心軸の回りを回転可能に形成された円筒状の基板配置電極と、該基板配置電極の外周面から所定距離を置いて対向配置された対向電極と、を備えた成膜装置において、前記対向電極が接地されるとともに、前記基板配置電極に対して１００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下の低周波交流電圧を印加可能に構成されていることを特徴としている。
【０００７】
このように、円筒状の基板配置電極へ１００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下の低周波交流電圧を印加し、対向電極を接地電極とすることで、確実に基板配置電極近傍にプラズマ放電が張り付く現象が見られるため、基板近傍のみに成膜材料ガスの分解源であるプラズマを生成し、効率的に基板表面に成膜させることができる効果がある。
【０００８】
また、基板配置電極近傍のみにプラズマが生成されることにより、成膜材料が積極的に基板表面へ成膜されることとなる。つまり、従来のようにプラズマが基板配置電極と対向電極間の略全域に生成される場合と比較して、対向電極やチャンバ内壁への成膜材料の付着量を削減することができる。したがって、メンテナンス頻度を低減することができるため、基板の生産効率を向上することができる効果がある。
【０００９】
また、基板配置電極への印加電圧の周波数が１００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下と従来よりも低くなっているため、定在波による電極面内の電圧分布によるプラズマ不均一性の問題がなくなるとともに、プラズマを基板配置電極近傍のみに生成することができ、基板配置電極と対向電極との距離を長くすることができる。したがって、基板配置電極および対向電極の経年劣化による物理的な歪みや撓みに対する許容値も大きくなり、基板配置電極と対向電極との間の距離が多少ずれても、成膜に対する影響が小さくなる。結果として、基板に成膜むらが生じることなく均一に成膜することができる効果がある。
【００１０】
さらに、シート状の基板を用い、円筒状の基板配置電極の表面に沿うように配置したため、シート状の基板を移動させながら同時に成膜を施すことができる効果がある。なお、基板の移動と基板への成膜を交互に繰り返す方法を選択することもできる。
【００１１】
そして、基板配置電極を円筒状で回転可能に構成したため、シート状の基板に対して適正な張力を与えることにより基板面を基板配置電極の外周面に確実に当接させることができる。したがって、シート状の基板に成膜むらが生じることなく均一に成膜を施すことができる。
【００１２】
請求項２に記載した発明は、前記チャンバの外部から前記基板配置電極の外周面上へと前記基板を案内するとともに、前記基板配置電極の外周面上から前記チャンバの外部へと前記基板を案内するガイド機構を備えていることを特徴としている。
このように構成することで、チャンバ内にシート状の基板の供給部と成膜後の巻き取り部を設ける必要がなくなるため、チャンバを小型化することができる効果がある。また、チャンバ外にシート状の基板の供給部と成膜後の巻き取り部を設けることが可能になり、長尺の基板でも成膜することができる効果がある。
【００１３】
請求項３に記載した発明は、前記基板配置電極を所定速度で回転駆動する回転駆動手段を備えていることを特徴としている。
このように構成することで、シート状の基板を基板配置電極の外周面上に沿って確実に移動させることができるため、基板全体へ均一に成膜をすることができる効果がある。
【００１４】
請求項４に記載した発明は、前記基板配置電極の内部に、前記基板を加熱するヒータを備えていることを特徴としている。
このように構成することで、基板配置電極の外周面上に配置された基板を均一に加熱することができる。
【００１５】
請求項５に記載した発明は、前記対向電極が、前記成膜材料ガスを前記基板に向かって噴出可能なシャワープレートで構成されていることを特徴としている。
このように構成することで、成膜材料ガスを基板表面に向かって均一に噴出させることができるため、基板に均一に成膜をすることができる効果がある。また、基板表面以外の領域に成膜材料が付着することを抑制することができるため、メンテナンス頻度を低減することができる効果がある。
【００１６】
請求項６に記載した発明は、前記チャンバが、前記基板配置電極の少なくとも一部と前記対向電極とを含み前記基板に成膜を施す反応室と、前記基板が流通する非反応室と、を備え、該非反応室の圧力が、前記反応室の圧力より高い圧力に保持されていることを特徴としている。
このように構成することで、非反応室に成膜材料ガスが入り込むことを防止できるため、非反応室に位置している基板に成膜がなされることを防止することができる効果がある。したがって、反応室に位置している基板のみを成膜することができるため、シート状の基板の全面に亘って均一に成膜することができる効果がある。
【００１７】
請求項７に記載した発明は、成膜材料ガスを導入可能なチャンバと、該チャンバ内に配置され、シート状の基板を外周面上に配置して中心軸の回りを回転可能に形成された円筒状の基板配置電極と、該基板配置電極の外周面から所定距離を置いて対向配置された対向電極と、を備えた成膜装置を利用して、前記対向電極を接地するとともに、前記基板配置電極に対して１００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下の低周波交流電圧を印加し、前記基板配置電極を回転させつつ基板を所定速度で移動させながら、該基板に成膜することを特徴としている。
【００１８】
このように構成することで、円筒状の基板配置電極と基板との当接部に、お互いの摩擦などに起因する傷が生じることなく基板を移動させることができる。したがって、基板を常に移動させながら、同時に成膜を施すことができる効果がある。また、基板に適正な張力をかけることにより円筒状の基板配置電極の面上に確実に当接させることができるため、基板に成膜むらが生じることなく均一に成膜することができる効果がある。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、円筒状の基板配置電極へ１００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下の低周波交流電圧を印加し、対向電極を接地電極とすることで、基板配置電極近傍にプラズマ放電が張り付く現象が見られる。したがって、基板近傍のみに成膜材料ガスの分解源であるプラズマを生成し、効率的に基板表面に成膜させることができる。
【００２０】
また、基板配置電極への印加電圧の周波数が１００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下と従来よりも低くなっているため、定在波による電極面内の電圧分布によるプラズマ不均一性の問題がなくなるとともに、プラズマを基板配置電極近傍のみに生成することができ、基板配置電極と対向電極との距離を長くすることができる。したがって、基板配置電極および対向電極の経年劣化による物理的な歪みや撓みに対する許容値も大きくなり、基板配置電極と対向電極との間の距離が多少ずれても、成膜に対する影響が小さくなる。結果として、基板に成膜むらが生じることなく均一に成膜することができる効果がある。
【００２１】
さらに、基板配置電極を円筒状で回転可能に構成したため、シート状の基板に対して適正な張力を与えることにより基板面を基板配置電極の外周面上に確実に当接させることができる。したがって、シート状の基板に成膜むらが生じることなく均一に成膜を施すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本発明の実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００２３】
（成膜装置）
図１は、本実施形態における成膜装置の正面断面図であり、図２は、成膜装置の側面断面図である。
図１、図２に示すように、プラズマＣＶＤ法を実施する成膜装置１０は、例えばアルミニウムなどの導電材からなる真空チャンバ１１を有している。真空チャンバ１１は、シート状の基板１３に成膜を施すための反応室１５と、基板１３のガイド機構１６などが設けられた非反応室１７とで構成されている。
【００２４】
反応室１５には、基板１３を載置し、かつ、移動させるための回転ドラム２１の周方向の略半分が配置されている。回転ドラム２１は、略円筒形状に形成されている。つまり、回転ドラム２１の内部には中空部５１が形成されている。なお、回転ドラム２１は例えばアルミニウムなどの導電材で形成されている。
また、回転ドラム２１は、真空チャンバ１１に対して回転可能に保持されている。つまり、モータなどの回転駆動装置４３が、ベルトなどの動力伝達手段４４を介して回転ドラム２１に接続され、回転ドラム２１を所定速度で回転しうるように構成されている。
【００２５】
回転ドラム２１には、真空チャンバ１１の外部に設けられたＲＦ電源（低周波電源）４１が、図示しない金属ブラシなどにより電気的に接続されている。このように構成することで、回転ドラム２１が回転しても、常にＲＦ電源４１からの電圧を回転ドラム２１に印加することができる。つまり、基板配置電極が回転ドラム２１により構成されることとなる。
【００２６】
なお、回転ドラム２１の回転とともに、外周面上５５に配置された基板１３が所定速度で確実に移動することができるように、回転ドラム２１と基板１３との相対移動防止手段を設けてもよい。具体的には、回転ドラム２１の外周面５５上にスプロケットを形成し、そのスプロケットに係合する係合孔を基板１３に形成することで、基板１３が回転ドラム２１とともに移動することができるように構成してもよい。
【００２７】
回転ドラム２１の中空部５１には、略円柱形状のヒータ５２が設けられている。ヒータ５２の中心軸は、回転ドラム２１の中心軸と同軸上に配置されている。なお、ヒータ５２は真空チャンバ１１に固定され、ヒータ５２の外周面５３と回転ドラム２１の内周面５４との間には、隙間が形成されている。つまり、ヒータ５２からの輻射熱により回転ドラム２１が加熱され、回転ドラム２１から伝熱されることで基板１３を加熱することができるように構成されている。
【００２８】
ヒータ５２は、例えばアルミニウム合金などの導電材で形成されている。また、ヒータ５２は真空チャンバ１１と同様に接地電位に保持されている。なお、ヒータ５２は、その内部にヒータケーブル５７が内包されており、ヒータケーブル５７は真空チャンバ１１の外部にて図示しない電源と接続され、温度調節がなされるように構成されている。
【００２９】
回転ドラム２１の外周面５５から所定距離を置いて対向電極が配置されている。ここで、対向電極は、シャワープレート２２として構成されている。シャワープレート２２は、例えばアルミニウムなどの導電材で構成されている。反応室１５における、真空チャンバ１１の壁部２３の内壁は、シャワープレート２２から所定距離をあけるように形成されている。つまり、真空チャンバ１１の壁部２３とシャワープレート２２との間には、空間部２５が形成されている。また、真空チャンバ１１の壁部２３とシャワープレート２２との間には、導電材からなる接続部材２４が設けられている。つまり、真空チャンバ１１の壁部２３とシャワープレート２２とは接続部材２４を介して電気的に接続されている。
【００３０】
真空チャンバ１１の空間部２５にはガス導入管３１が接続されており、真空チャンバ１１の外部に設けられた成膜材料ガス供給部３２から空間部２５に成膜ガス（例えば、ＳｉＨ４）を供給するように構成されている。
【００３１】
シャワープレート２２には多数のガス噴出口２６が設けられており、空間部２５内に導入された成膜材料ガスが、ガス噴出口２６から真空チャンバ１１の反応室１５内に噴出されるように構成されている。また、ガス噴出口２６および空間部２５の形状により、基板１３の表面に成膜ガスを均一に噴出することができるように構成されている。
【００３２】
また、真空チャンバ１１の反応室１５には、排気管３３が接続されており、その先端には、真空ポンプ３４が設けられおり、真空チャンバ１１の反応室１５内を減圧状態にすることができるように構成されている。
【００３３】
さらに、真空チャンバ１１の反応室１５にはクリーニングガス導入管３７が接続されている。ガス導入管３７にはフッ素ガス供給部３８とラジカル源３９とが設けられており、フッ素ガス供給部３８から供給されたフッ素ガスをラジカル源３９で分解し、これによるフッ素ラジカルを、真空チャンバ１１の反応室１５内の成膜空間に供給するように構成されている。
【００３４】
そして、基板１３は、反応室１５内において回転ドラム２１の外周面５５に密着するように配置される。基板１３を回転ドラム２１の外周面５５上に配置すると、基板１３とシャワープレート２２とは互いに近接して平行に位置するように構成されている。
【００３５】
次に、非反応室１７には、シート状の基板１３を移送するためのローラで構成されたガイド機構１６が設けられている。ガイド機構１６は、図示しないロール室から移送されてきた基板１３を反応室１５へと導くための第一ガイドローラ１６ａと、反応室１５で成膜された基板をロール室へと送り出すための第二ガイドローラ１６ｂとで構成されている。なお、ガイド機構１６の構成はガイドローラを２つ用いた場合に限られず、基板１３を移送することができる構成であればよい。
【００３６】
また、非反応室１７には、ガス導入管６１が接続されている。ガス導入管６１にはアルゴンガスなどで構成されたガス供給部６２が設けられており、ガス供給部６２から供給されたガスを非反応室１７内に供給することで、成膜工程中、非反応室１７の圧力を反応室１５の圧力より高い圧力に保持することができるように構成されている。つまり、非反応室１７に成膜材料ガスが入り込むことを防止できるため、非反応室１７に位置している基板１３に成膜がなされることを防止することができる。
【００３７】
そして、非反応室１７における、反応室１５との境界部には、セラミックなどの絶縁材からなる絶縁部６５が設けられている。絶縁部６５により、反応室１５と非反応室１７との間は、基板１３が通過する部分以外は遮断されるように構成されている。つまり、交流電圧が印加される回転ドラム２１の非反応室１７側を絶縁部６５で覆うことにより、非反応室１７における異常放電の発生を防止することができる。
【００３８】
（作用）
次に、成膜装置１０を用いてシート状の基板１３に成膜を行う作用について説明する。
まず、図示しないロール室に準備されているシート状の基板１３のロールから基板１３を引き出す。基板１３を成膜装置１０内のガイド機構１６の第一ガイドローラ１６ａ、回転ドラム２１およびガイド機構１６の第二ガイドローラ１６ｂを介して成膜装置１０外へ引き出し、ロール室の巻き取り用のロールへ巻き付けて固定する。このとき、基板１３が回転ドラム２１の外周面５５に密着するように張力を調整する。
【００３９】
そして、ロール室の巻き取り用のロールに図示しない回転駆動装置が設けられ、回転ドラム２１の回転駆動装置４３と同じ回転速度で回転することにより、基板１３を所定速度で搬送する。
【００４０】
真空チャンバ１１内に基板１３をセットした後、真空ポンプ３４で真空チャンバ１１内を排気して、真空チャンバ１１内を減圧状態に保持する。その後、成膜材料ガス供給部３２より成膜材料ガスをガス導入管３１に導入し、成膜材料ガスを空間部２５に供給する。空間部２５に供給された成膜材料ガスは、シャワープレート２２のガス噴出口２６から真空チャンバ１１の反応室１５内の基板１３に噴出される。
【００４１】
ここで、真空チャンバ１１を接地電位に接続した状態、つまり、真空チャンバ１１と電気的に接続されているシャワープレート２２も接地電位に保持した状態で、ＲＦ電源４１を起動して回転ドラム２１に低周波交流電圧を印加する。
【００４２】
このように構成することで、回転ドラム２１が基板配置電極として機能するとともに、シャワープレート２２が対向電極（接地電極）として機能する。回転ドラム２１に印加する電圧は、１００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下としている。印加電圧の周波数が１００ｋＨｚより小さいと、放電電極間においてグロー放電が生成しにくくなるため好ましくない。一方、印加電圧の周波数が２ＭＨｚより大きいと、回転ドラム（基板配置電極）２１近傍にプラズマ放電が張り付く現象が起こりにくくなるため好ましくない。
【００４３】
図３は、本発明の原理を示す説明図であり、図３（ａ）は、印加電圧に１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加した場合を示すもの（従来法）、図３（ｂ）は、印加電圧に１００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下の低周波電圧を印加した場合を示すもの（本発明）である。
【００４４】
図３（ａ）に示すように、印加電極であるシャワープレート２２への印加電圧が高周波の場合は、基板配置電極である回転ドラム２１と対向電極であるシャワープレート２２間の略全領域でグロー放電が生成される。
【００４５】
つまり、このような高周波交流電圧をシャワープレート２２に印加することにより、シャワープレート２２のガス噴出口２６から噴出された成膜材料ガスは、シャワープレート２２をカソードとし、回転ドラム２１をアノードとする容量結合方式（ＣＣＰ方式）のグロー放電現象が発生し、これにより真空チャンバ１１の反応室１５内の回転ドラム２１およびシャワープレート２２間の略全領域において成膜材料ガスが活性化する。このため、グロー放電で分解されたラジカル種４０ａは基板１３の表面とシャワープレート２２の表面にそれぞれ略同量である５０％程度の堆積がなされる。
【００４６】
一方、図３（ｂ）に示すように、印加電極である回転ドラム２１への印加電圧を低周波にした場合は、回転ドラム２１近傍にグロー放電によるプラズマが偏在し、これにより、回転ドラム２１近傍にラジカル種４０ｂが張り付く現象が見られる。
【００４７】
つまり、このような低周波交流電圧を回転ドラム２１に印加することにより、シャワープレート２２のガス噴出口２６から噴出された成膜材料ガスは、回転ドラム（基板配置電極）２１をカソードとし、シャワープレート（対向電極）２２をアノードとする容量結合方式（ＣＣＰ方式）のグロー放電現象が発生し、これにより真空チャンバ１１の反応室１５内の回転ドラム２１およびシャワープレート２２間の空間において成膜材料ガスが活性化する。
【００４８】
そして、基板１３は真空チャンバ１１内のヒータ５２によって予め所定温度（２００〜４５０℃）に加熱されており、活性化した成膜材料ガスが基板１３表面に到達すると、加熱によってこの成膜材料ガスが反応し、基板１３表面に反応生成物が堆積する。また、放電安定性および成膜速度を考慮すると、成膜材料ガスを導入した状態で、真空チャンバ１１内の圧力を、１０Ｐａ〜５００Ｐａに設定することが好ましい。
【００４９】
このように、印加電極である回転ドラム（基板配置電極）２１への印加電圧を低周波交流電圧にすると、回転ドラム２１近傍にグロー放電によるプラズマが回転ドラム２１側に偏在するため、効率的に基板１３を成膜することができる。
【００５０】
ここで、本実施形態では、回転ドラム２１およびローラからなるガイド機構１６にてシート状の基板１３を移送させるため、基板１３を移送させながら成膜をすることができる。また、基板１３と当接する回転ドラム２１の外形が円形であるため、基板１３と回転ドラム２１との当接箇所には隙間が形成されることなく、確実に基板１３が回転ドラム２１の外周面５５に当接される。一方、例えば、平板からなる基板配置電極上に基板を移送させながら成膜すると、基板配置電極と基板との間に隙間が形成されるとともに、基板配置電極の周縁部において基板と基板配置電極とが擦れ合い、基板に傷などが形成される虞がある。したがって、基板１３を移送させながら成膜を同時に行う場合には、本実施形態のように回転ドラム２１を用いるとよい。
【００５１】
なお、反応室１５に基板１３の成膜していない面を位置させて基板１３の搬送を停止した後、基板１３に成膜を施し、成膜完了後に成膜された面を非反応室１７側へと搬送させ、基板１３の成膜していない面を反応室１５に位置させて成膜を行う方法を採用することもできる。
【００５２】
また、基板１３を搬送させるための搬送駆動力は、上述の実施形態の構成に限らず、ガイド機構１６に動力源を設ける場合や回転ドラム２１のみに動力源を設ける場合、図示しないロール室のみに動力源を設ける場合やそれらを組み合わせた場合が考えられるが、いずれの場合でも、基板１３を確実に搬送できる構成であればよい。
【００５３】
さらに、反応室１５で基板１３に成膜を行う際には、非反応室１７内に成膜材料ガスが流入しないように、非反応室１７を反応室１５に対して正圧状態に保持する。非反応室１７を正圧状態に保持するには、非反応室１７に接続されているガス供給部６２よりアルゴンなどのガスをガス導入管６１を介して非反応室１７内に供給する。このように構成することで、非反応室１７内に位置している基板１３には成膜されることがなくなり、基板１３には反応室１５内においてのみ成膜が施される。
【００５４】
そして、基板１３への成膜が何度か繰り返されると、真空チャンバ１１の内壁面などに成膜材料が付着するため、真空チャンバ１１内を定期的にクリーニングすることとなる。真空チャンバ１１内のクリーニングは、クリーニングガス導入管３７に設けられたフッ素ガス供給部３８からフッ素ガスをラジカル源３９に供給する。ラジカル源３９でフッ素ガスを分解し、これによるフッ素ラジカルを、真空チャンバ１１内の成膜空間に供給し、化学反応させることにより付着物を除去する。
【実施例】
【００５５】
（実施例１）
上記成膜装置１０により、シート状の基板へアモルファスシリコン膜を形成する場合について説明する。
基板配置電極へのＲＦ印加電圧は、４８００Ｗとした。また、成膜ガスとしては、ＳｉＨ４（モノシラン）を、流量３０ｓｌｍの条件で使用した。また、放電電極間の距離は５０ｍｍとした。
さらに、成膜温度を２００〜３００℃、印加電圧の周波数を１００ｋＨｚ〜２ＭＨｚとした。
【００５６】
本実施例において、原料ガスがＳｉＨ４のみを用いて放電した場合、印加電圧の周波数が２ＭＨｚを越えると、本発明の特徴である印加電極である基板配置電極側へのプラズマ貼り付き現象が見られなくなった。このため、周波数は２ＭＨｚ以下にする必要があると思われる。
一方、印加電圧の周波数を１００ｋＨｚより低くすると、電源パワーと放電負荷の整合が困難になり、放電現象が見られなくなった。
周波数１００ｋＨｚ〜２ＭＨｚの範囲で放電を行うと、アモルファスシリコン性能の目安である光照射時伝導度と非光照射時伝導度との比率は、略一定値を示した。この値は、印加電圧の周波数が高周波である１３．５６ＭＨｚの場合と、略同等の値であり、本実施例により本発明の効果を確認することができた。
【００５７】
なお、成膜温度が２００℃より低い場合は、アモルファスシリコンが不均一な膜になってしまい、評価することができなかった。
一方、成膜温度が２００℃以上の場合は、温度を高くするほど性能の向上が確認できたが、基板加熱機能の性能制限上、それ以上の温度での性能評価ができなかった。
【００５８】
（実施例２）
次に、ＰＩＮ型太陽電池を以下の手順で作成した。
基板表面温度を２００℃に制御した。
また、この基板上には、別の成膜装置を使用して透明導電膜としてＩＴＯ膜を成膜した。なお、ＩＴＯ膜のほかにＺｎＯ膜などその他の透明な酸化系導電膜を成膜してもよい。
【００５９】
本発明による方法により上述の基板上にモノシランおよびジボラン（Ｂ２Ｈ６）を用いてｐ層を成膜し、次にモノシランを用いてｉ層を成膜し、さらに、モノシランおよびホスフィン（ＰＨ３）を用いてｎ層を成膜積層した。
この場合、膜厚は、ｐ層２０ｎｍ、ｉ層３００ｎｍ、ｎ層５０ｎｍとした。
この成膜後、電極形成のため別の成膜装置を用いてアルミニウムからなるパターン電極を形成した。
このようにして製作したＰＩＮ型太陽電池デバイスに光照射したところ、電極間に電圧が発生し、太陽電池として機能することを確認した。
【００６０】
本実施形態によれば、成膜材料ガスを導入可能な真空チャンバ１１と、真空チャンバ１１内に配置され、シート状の基板１３を外周面５５上に配置して中心軸の回りを回転可能に形成された円筒状の回転ドラム（基板配置電極）２１と、回転ドラム２１の外周面５５から所定距離を置いて対向配置されたシャワープレート（対向電極）２２と、を備えた成膜装置１０において、シャワープレート２２が接地されるとともに、回転ドラム２１に対して１００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下の低周波交流電圧を印加可能に構成した。
【００６１】
このように、円筒状の回転ドラム（基板配置電極）２１へ１００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下の低周波交流電圧を印加し、シャワープレート（対向電極）２２を接地電極とすることで、確実に回転ドラム２１近傍にプラズマ放電が張り付く現象が見られるため、基板１３近傍のみに成膜材料ガスの分解源であるプラズマを生成し、効率的に基板表面に成膜させることができる。
【００６２】
また、回転ドラム２１近傍のみにプラズマが生成されることにより、成膜材料が積極的に基板１３表面へ成膜されることとなる。つまり、従来のようにプラズマが基板配置電極と対向電極間の略全域に生成される場合と比較して、対向電極やチャンバ内壁への成膜材料の付着量を削減することができる。したがって、メンテナンス頻度を低減することができるため、基板１３の生産効率を向上することができる。
【００６３】
また、回転ドラム２１への印加電圧の周波数が１００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下と従来よりも低くなっているため、定在波による電極面内の電圧分布によるプラズマ不均一性の問題がなくなるとともに、プラズマを回転ドラム２１近傍のみに生成することができ、回転ドラム２１とシャワープレート２２との距離を長くすることができる。したがって、回転ドラム２１およびシャワープレート２２の経年劣化による物理的な歪みや撓みに対する許容値も大きくなり、回転ドラム２１とシャワープレート２２との間の距離が多少ずれても、成膜に対する影響が小さくなる。結果として、基板１３に成膜むらが生じることなく均一に成膜することができる。
【００６４】
さらに、シート状の基板１３を用い、円筒状の回転ドラム２１の外周面５５に沿うように配置したため、シート状の基板１３を移動させながら同時に成膜を施すことができる。ここで、本実施形態のように基板配置電極を回転ドラム２１で構成すると、シート状の基板１３を搬送させながら、同時に成膜を行う際に、基板１３に基板配置電極と擦れ合うことに起因する傷の発生を防止することができるとともに、基板１３と基板配置電極との間に隙間が形成されることがないため、基板１３に均一に成膜を施すことができる。なお、基板１３と基板配置電極との相対移動を防止するための措置を施すとなお良い。また、基板１３の移動と基板１３への成膜を交互に繰り返す方法を選択することもできる。
【００６５】
そして、基板配置電極を円筒状で回転可能な回転ドラム２１で構成したため、シート状の基板１３に対して適正な張力を与えることにより基板１３を回転ドラム２１の外周面５５に確実に当接させることができる。したがって、シート状の基板１３に成膜むらが生じることなく均一に成膜を施すことができる。
【００６６】
また、真空チャンバ１１の外部から回転ドラム２１の外周面５５上へと基板１３を案内するとともに、回転ドラム２１の外周面５５上から真空チャンバ１１の外部へと基板１３を案内するガイド機構１６を備えた。
このように構成したため、真空チャンバ１１内にシート状の基板１３の供給部と成膜後の巻き取り部を設ける必要がなくなり、真空チャンバ１１を小型化することができる。また、真空チャンバ１１外にシート状の基板１３の供給部と成膜後の巻き取り部を設けることが可能になり、長尺の基板１３でも成膜することができる。
【００６７】
また、回転ドラム２１を所定速度で回転駆動する回転駆動装置４３を備えた。
このように構成したため、シート状の基板１３を回転ドラム２１の外周面５５上に沿って確実に移動させることができ、基板１３全体へ均一に成膜をすることができる。
【００６８】
また、回転ドラム２１の内部に、基板１３を加熱するヒータ５２を備えた。
このように構成したため、回転ドラム２１の外周面５５上に配置された基板１３を均一に加熱することができる。
【００６９】
また、対向電極を、成膜材料ガスを基板１３に向かって噴出可能なシャワープレート２２で構成した。
このように構成したため、成膜材料ガスを基板１３表面に向かって均一に噴出させることができ、基板１３に均一に成膜をすることができる。また、基板１３表面以外の領域に成膜材料が付着することを抑制することができるため、メンテナンス頻度を低減することができる。
【００７０】
さらに、真空チャンバ１１に、回転ドラム２１の周方向の略半分とシャワープレート２２とを含み基板１３に成膜を施す反応室１５と、基板１３を案内するガイド機構１６が設けられた非反応室１７と、を備え、非反応室１７の圧力が、反応室１５の圧力より高い圧力に保持されるようにした。
このように構成したため、非反応室１７に成膜材料ガスが入り込むことを防止でき、非反応室１７に位置している基板１３に成膜がなされることを防止することができる。したがって、反応室１５に位置している基板１３のみを成膜することができるため、シート状の基板１３の全面に亘って均一に成膜することができる。
【００７１】
尚、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な材料や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
【００７２】
例えば、本実施形態において、ヒータと真空チャンバとを電気的に接続して接地電極として機能するようにした場合の説明をしたが、ヒータと真空チャンバとを別個にそれぞれ接地して接地電極として機能するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施形態における成膜装置の概略構成図（正面断面図）である。
【図２】本発明の実施形態における成膜装置の概略構成図（側面断面図）である。
【図３】本発明と従来の成膜原理を示す説明図であり、（ａ）は従来例、（ｂ）は本発明の説明図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０…成膜装置 １１…真空チャンバ（チャンバ） １３…基板 １５…反応室 １６…搬送機構 １７…非反応室 ２１…回転ドラム（基板配置電極） ２２…シャワープレート（対向電極） ５２…ヒータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜材料ガスを導入可能なチャンバと、
該チャンバ内に配置され、シート状の基板を外周面上に配置して中心軸の回りを回転可能に形成された円筒状の基板配置電極と、該基板配置電極の外周面から所定距離を置いて対向配置された対向電極と、を備えた成膜装置において、
前記対向電極が接地されるとともに、前記基板配置電極に対して１００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下の低周波交流電圧を印加可能に構成されていることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記チャンバの外部から前記基板配置電極の外周面上へと前記基板を案内するとともに、前記基板配置電極の外周面上から前記チャンバの外部へと前記基板を案内するガイド機構を備えていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記基板配置電極を所定速度で回転駆動する回転駆動手段を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記基板配置電極の内部に、前記基板を加熱するヒータを備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項５】
前記対向電極が、前記成膜材料ガスを前記基板に向かって噴出可能なシャワープレートで構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項６】
前記チャンバが、前記基板配置電極の少なくとも一部と前記対向電極とを含み前記基板に成膜を施す反応室と、前記基板が流通する非反応室と、を備え、
該非反応室の圧力が、前記反応室の圧力より高い圧力に保持されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項７】
成膜材料ガスを導入可能なチャンバと、
該チャンバ内に配置され、シート状の基板を外周面上に配置して中心軸の回りを回転可能に形成された円筒状の基板配置電極と、該基板配置電極の外周面から所定距離を置いて対向配置された対向電極と、を備えた成膜装置を利用して、
前記対向電極を接地するとともに、前記基板配置電極に対して１００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下の低周波交流電圧を印加し、
前記基板配置電極を回転させつつ基板を所定速度で移動させながら、該基板に成膜することを特徴とする成膜方法。
【請求項１】
成膜材料ガスを導入可能なチャンバと、
該チャンバ内に配置され、シート状の基板を外周面上に配置して中心軸の回りを回転可能に形成された円筒状の基板配置電極と、該基板配置電極の外周面から所定距離を置いて対向配置された対向電極と、を備えた成膜装置において、
前記対向電極が接地されるとともに、前記基板配置電極に対して１００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下の低周波交流電圧を印加可能に構成されていることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記チャンバの外部から前記基板配置電極の外周面上へと前記基板を案内するとともに、前記基板配置電極の外周面上から前記チャンバの外部へと前記基板を案内するガイド機構を備えていることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記基板配置電極を所定速度で回転駆動する回転駆動手段を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記基板配置電極の内部に、前記基板を加熱するヒータを備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項５】
前記対向電極が、前記成膜材料ガスを前記基板に向かって噴出可能なシャワープレートで構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項６】
前記チャンバが、前記基板配置電極の少なくとも一部と前記対向電極とを含み前記基板に成膜を施す反応室と、前記基板が流通する非反応室と、を備え、
該非反応室の圧力が、前記反応室の圧力より高い圧力に保持されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の成膜装置。
【請求項７】
成膜材料ガスを導入可能なチャンバと、
該チャンバ内に配置され、シート状の基板を外周面上に配置して中心軸の回りを回転可能に形成された円筒状の基板配置電極と、該基板配置電極の外周面から所定距離を置いて対向配置された対向電極と、を備えた成膜装置を利用して、
前記対向電極を接地するとともに、前記基板配置電極に対して１００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下の低周波交流電圧を印加し、
前記基板配置電極を回転させつつ基板を所定速度で移動させながら、該基板に成膜することを特徴とする成膜方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−２７４３１２（Ｐ２００８−２７４３１２Ａ）
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１１５４９６（Ｐ２００７−１１５４９６）
【出願日】平成１９年４月２５日（２００７．４．２５）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月２５日（２００７．４．２５）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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