JP2000260722A

JP2000260722A - 基板処理装置及び基板処理方法

Info

Publication number: JP2000260722A
Application number: JP2000000267A
Authority: JP
Inventors: Kouichirou Moriyama; 公一朗森山; Hirokazu Otoshi; 博和大利; Naoto Okada; 直人岡田; Sunao Yoshisato; 直芳里; Hirotsugu Shimoda; 寛嗣下田; Hiroyuki Ozaki; 裕之尾▲崎▼; Masahiro Kanai; 正博金井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-01-07
Filing date: 2000-01-05
Publication date: 2000-09-22
Anticipated expiration: 2020-01-05
Also published as: JP3754855B2

Abstract

(57)【要約】【課題】加熱手段の破損等の障害を伴うことなく、短時
間で昇温することができ、安価なコストで生産性が高
く、特性の良好な処理済み基板が得られる基板処理装置
及び基板処理方法を提供する。【解決手段】処理室と、該処理室内に設けられた処理空
間と、少なくとも該処理室内で基板を搬送する機構と、
該処理空間内で基板処理を行う機構と、該基板を加熱す
る機構と、を有する基板処理装置において、前記基板を
加熱する機構が、前記基板が前記処理空間内に搬入され
る前に該基板を加熱するランプヒータからなる予備加熱
手段と、前記基板の前記処理空間内に搬入された部分を
加熱するプレートヒータ又はシースヒータからなる本加
熱手段と、からなることを特徴とする基板処理装置、及
び、それを用いた基板処理方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板処理方法及び
基板処理装置に関する。本発明は、堆積膜形成装置、堆
積膜形成方法、プラズマ処理装置、プラズマ処理方法を
包含する。より具体的には、本願発明は、堆積膜連続形
成装置、堆積膜連続形成方法、プラズマＣＶＤ装置、プ
ラズマＣＶＤ法、スパッタリング装置、スパッタンリン
グ法、光起電力素子用の堆積膜形成装置、光起電力素子
用の堆積膜形成方法を包含する。

【従来の技術】従来、帯状基板の表面上に薄膜を連続し
て形成する機能性薄膜の製造装置としては、例えば、ロ
ール・ツー・ロール（ＲｏｌｌｔｏＲｏｌｌ）方式
を採用した連続堆積膜形成方法による製造装置が、米国
特許第４，４００，４０９号明細書に開示されている。
この製造装置では、複数の成膜空間を設け、所望の幅で
充分に長い帯状の基板を、前記成膜空間を順次貫通する
経路に沿って、帯状基板の長手方向に連続的に搬送せし
めることによって、半導体接合を有する素子等を連続形
成することができると記載されている。また、前記成膜
空間は減圧状態を保つ複数の成膜室内に設置されるが、
各薄膜層形成時に用いる成膜ガスやドーパントガスが他
の成膜空間へ拡散、混入するのを防止するために、各成
膜室の間にガスゲートが設けてある。ガスゲートとは、
各成膜室をスリット状の分離通路によって接続し、更に
該分離通路に、例えば、Ａｒ、Ｈ₂等の分離用ガスの流
れを形成させたものである。また、前記複数の成膜室に
は、成膜空間を構成する部材や帯状基板を所望の温度に
加熱して堆積膜を形成させるために、例えば成膜空間を
構成する部材にシースヒータを接触させて加熱したり、
連続して搬送される帯状基板を非接触で加熱するために
ランプヒータからの熱輻射で加熱する手段が設置されて
いる。特に、ランプヒータは容易に高温化、高密度化で
きて輻射エネルギー強度が大きく、帯状基板を短時間で
昇温することができるため、ロール・ツー・ロール方式
の装置構成の場合には装置の全長を短縮できるという利
点がある。これらの構成により、ロール・ツー・ロール
方式による堆積膜形成装置は、光起電力素子などの半導
体素子や機能性薄膜の量産に適するものとなっている。
しかし、特に光起電力素子を大量に普及させるために
は、さらなる光電変換効率、特性安定性や特性均一性の
向上、および製造コストの低減が望まれる。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】前述したように帯状基
板の加熱方法として、ランプヒータを用いたときには帯
状基板を短時間で昇温することができるため装置を小型
化できる利点があった。しかしながら、例えばプラズマ
ＣＶＤ装置の成膜室内において、石英管等に電熱線が封
入された構造のランプヒータを高温で作動させた場合、
成膜室内に存在する原料ガスが熱分解されてランプヒー
タ表面に膜が堆積してしまうことがある。その結果とし
てランプヒータの熱放射効率が低下するような場合は、
ランプヒータを定期的に清掃または交換する必要があ
る。さらに、ランプヒータが石英管で構成されているこ
とから機械的強度が弱く、清掃時に石英管が破損した
り、加熱動作中に堆積した膜との熱応力などによっても
破損することがあり、このような場合は装置を停止して
メンテナンスする必要があるため、特に生産装置では稼
働率の低下を招くことになる。また、成膜温度の均一性
という面において、成膜空間において帯状基板を複数の
ランプヒータで加熱した場合にはランプヒータに近接し
た部分と離れた部分では温度差が発生するため、搬送さ
れる帯状基板の温度が上下することにより、堆積膜の特
性を低下させる一因となっていた。また、帯状基板の予
備加熱および加熱方法として機械的強度が強いシースヒ
ータのみを用いた場合、シースヒータは比較的高温には
できないため、プラズマＣＶＤで要求される３００℃程
度の温度にまで帯状基板を加熱するためには長時間かか
り、装置の全長が増大してしまう。

【０００３】このような問題は堆積膜形成装置に限った
ものではない。例えばランプヒータの清掃時の破損の問
題やランプヒータを用いた場合の温度差の問題は、ラン
プヒータを用いた基板処理装置全てに共通するものであ
る。

【０００４】そこで、本発明はこのような問題を解決
し、加熱手段の破損等の障害を伴うことなく、短時間で
昇温することができ、安価なコストで生産性が高く、特
性の良好な処理済み基板が得られる基板処理装置及び基
板処理方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、処理室と、該
処理室内に設けられた処理空間と、少なくとも該処理室
内で基板を搬送する機構と、該処理空間内で基板処理を
行う機構と、該基板を加熱する機構と、を有する基板処
理装置において、前記基板を加熱する機構が、前記基板
が前記処理空間内に搬入される前に該基板を加熱するラ
ンプヒータからなる予備加熱手段と、前記基板の前記処
理空間内に搬入された部分を加熱するプレートヒータ又
はシースヒータからなる本加熱手段と、からなることを
特徴とする基板処理装置を提供する。また、本発明は、
処理室と、該処理室内に設けられた処理空間と、少なく
とも該処理室内で基板を搬送する機構と、該処理空間内
で基板処理を行う機構と、該基板を加熱する機構と、を
有する基板処理装置を用いた基板処理方法において、前
記基板が前記処理空間内に搬入される前に該基板をラン
プヒータからなる予備加熱手段によって加熱する工程
と、前記基板の前記処理空間内に搬入された部分をプレ
ートヒータ又はシースヒータからなる本加熱手段によっ
て加熱する工程を、少なくとも有することを特徴とする
基板処理方法を提供する。本発明の基板処理装置及び基
板処理方法において、予備加熱手段は処理室内に設けら
れ、処理室内で基板を加熱することが好ましい。また、
本加熱手段の基板と反対側には反射板を設けることが好
ましい。かかる反射板は、基板の搬送方向と垂直な方向
の基板と対向する領域に設け、基板中央部に対向する領
域には設けないことが好ましい。本加熱手段として、複
数のプレートヒータを設けることが好ましい。プレート
ヒータは基板の搬送方向に沿って複数設けることが好ま
しい。また、前記予備加熱手段によって前記基板が加熱
される領域の終端と前記本加熱手段によって前記基板が
加熱される領域の始端との間の前記基板の搬送方向の距
離を、前記予備加熱手段によって前記基板が加熱される
領域の前記基板の搬送方向の距離よりも短くすることが
好ましい。本発明の基板処理としては、プラズマ生起を
伴うものが好ましい。また、堆積膜形成を伴う基板処理
に本発明を適用するとランプヒータヘの膜堆積の問題も
解決できる点で効果的である。本発明は、プラズマＣＶ
Ｄ法、スパッタリング法による成膜処理装置及び成膜処
理方法に好適に適用できる。さらに、基板として帯状基
板を用い、帯状基板をその長手方向に搬送する場合に本
発明は好適に用いられる。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の好適な態様では、基板は
まず処理空間近傍以外に設けられている予備加熱手段に
よって加熱されるため、予備加熱手段における石英管等
を用いたランプヒータの破損等の障害を伴うことなく、
該基板を基板処理に必要とされる基板温度に近い温度ま
で急速に加熱することができ、このように予備加熱され
た基板を、引き続き搬送して、処理空間内においては金
属管に電熱線を電気的に絶縁して封入する等してなるシ
ースヒータもしくはシースヒータ等のヒータを金属プレ
ートに固定した構造のプレートヒータからなる本加熱手
段によって、均一的に安定した温度で加熱することが可
能となる。また、予備加熱手段の出口と本加熱手段の入
口との距離を、予備加熱手段の加熱領域の距離よりも短
く配置することにより、両者の加熱手段間にて基板温度
が低下することなく該基板が処理空間へ搬送されるた
め、安定した基板温度が得られ、特性の良好な処理済基
板を得ることができる。

【０００７】本発明の基板処理装置は、プラズマＣＶＤ
装置、熱ＣＶＤ装置、蒸着装置、スパッタリング装置、
気相エピタキシャル成長装置、等の成膜装置、エッチン
グ装置、ラミネーション装置、アニール装置、塗布装
置、を包含する。また、本発明の基板処理方法は、プラ
ズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、蒸着法、スパッタリング
法、気相エピタキシャル法、等の成膜法、エッチング
法、ラミネーション法、アニール法、塗布法、を包含す
る。

【０００８】なお、以下では、本発明の効果が大変良く
現れる基板処理の一例であるプラズマＣＶＤを例にとっ
て、本発明の基板処理装置の一例であるプラズマＣＶＤ
法を用いた堆積膜形成装置及び本発明の基板処理方法の
一例であるプラズマＣＶＤ法を用いた堆積膜形成法につ
いて説明する。以下では、本発明の装置における「処理
室」を「成膜室」、「処理空間」を「成膜空間」に言い
かえて説明する場合があるが、成膜以外の基板処理に本
発明を適用する場合には、以下の説明中の「成膜室」を
「処理室」に、「成膜空間」を「処理空間」に読みかえ
るべきである。

【０００９】以下に、本発明の実施の形態について、添
付図面を用いて説明する。本発明の基板処理装置の一例
である堆積膜連続形成装置としては、ロール・ツー・ロ
ール方式の装置があげられる。この装置では、帯状基板
が複数の成膜室の中を帯状基板の長手方向に連続的に搬
送されて、素子が形成される。前記装置の膜堆積方法と
しては、プラズマＣＶＤやスパッタ等が挙げられる。ま
た、薄膜素子としては、例えば半導体集積回路や各種半
導体センサー、太陽電池などの各種光起電力素子が挙げ
られる。特に、本発明の装置は、大面積な受光部を必要
とする太陽電池の製造に好適である。光起電力素子は、
例えば図７に示した層構成、すなわち帯状基板からなる
基板７００の表面上に、裏面反射層７０１、透明導電膜
７０２、ｎ型半導体層７０３、ｉ型半導体層７０４、ｐ
型半導体層７０５、透明導電膜７０６という各層を順次
堆積した層構成からなり、その上に集電電極７０７を形
成してある。

【００１０】次に、このような素子を形成することがで
きるロール・ツー・ロール方式の装置の模式的断面図を
図２に示す。図２において、２０１、２０２、２０３は
プラズマＣＶＤ法による成膜室、１００は帯状基板の送
出し室、２０４は巻取り室である。それぞれの成膜室は
ガスゲート２０６によって接続されている。１００は帯
状基板であり、送出し室から巻取り室に搬送されるまで
に３つの成膜室を通過して、その表面に三層の機能性堆
積膜、例えばｐｉｎ構造の光起電力層が形成される。２
０１〜２０３の各成膜室には、図１に示される各手段が
設けられ、プラズマＣＶＤ法による堆積膜の形成が行わ
れる。また、同様のロール・ツー・ロール方式の装置構
成を用いることによってスパッタリング法による堆積膜
の形成もおこなうことができる。図１において、１００
は帯状基板、１０１は成膜室、１０２はガスゲート、１
０３は分離用ガス導入管、１０４はマグネットローラ
ー、１０５は成膜空間、１０６はガス供給手段（図示せ
ず）から供給される成膜ガスを成膜室に導入する成膜ガ
ス導入管、１０７は排気手段（図示せず）によって成膜
室を排気するための排気管、１０８は成膜室内の圧力を
調整する排気調整バルブ、１０９は成膜室内の成膜ガス
にエネルギーを与えてプラズマ放電を生成する高周波電
力を供給する高周波電極、１１０は成膜空間を形成する
部材を加熱するウォールヒータ、１１１は熱電対、１１
２は成膜空間１０５の圧力を測定する圧力計、１１３は
予備加熱手段であるところのランプヒータユニット、１
１４は本加熱手段であるところのプレートヒータ、１１
５は反射板である。

【００１１】ロール・ツー・ロール方式の装置では、送
出し室２００に配置された送出しコア２０５に巻かれた
帯状基板１００は、複数の成膜空間内を通して、巻取り
室２０４に設けた巻取りコア２０８にコイル状に巻き付
けられて搬送させられる。巻き付けの際に、同時に合紙
２０７を巻き込むことで、帯状基板の成膜面を保護する
ことができる。前記合紙の材質としては、耐熱性樹脂で
あるポリイミド系、テフロン系およびグラスウールなど
が好適に用いられる。前記帯状基板が、一定速度で、そ
の面内にシワ、ねじれ、反りなどを生じることなく、前
記複数の成膜空間を搬送されることが大切である。帯状
基板が着磁性である場合、例えば、図１に示すような回
転可能な磁性体のマグネットローラー１０４を用いて帯
状基板１００を支持することによって、該帯状基板１０
０を所望の経路に沿って一定の形状に保って搬送するこ
とが可能となる。搬送速度は、成膜条件（半導体膜の膜
厚や形成速度など）によって、適宜選択されるが、好ま
しくは２００ｍｍ／ｍｉｎ〜５０００ｍｍ／ｍｉｎであ
る。成膜室を連続して複数個設けることにより、異なる
材質の薄膜を複数層形成する場合もあるが、この時には
図１（図２）のように各成膜室の間に後述するガスゲー
ト１０２（２０６）を設けて、隣合う成膜室の影響を防
止する手段が用いられる。ガスゲート１０２は、前記帯
状基板の送出し室および巻取り室と成膜室とを分離独立
させ、かつ、前記帯状基板をそれらの中を貫通させて連
続的に搬送する目的で設けたものである。ガスゲート１
０２は、スリット状の空間に帯状基板１００を貫通させ
た構造で、帯状基板の堆積面との間には、所定の間隙が
設けられている。この間隙は、コンダクタンスを小さく
し、各成膜室間でのガスの拡散、混入を防ぐ目的から、
例えば１〜５ｍｍの幅に設定するのが好ましい。更に、
ガスゲート内へは、分離用ガス導入管１０３から分離用
ガスが導入され、成膜室からガスゲート内に侵入する成
膜ガスを押し戻すような構成となっている。分離用ガス
としては、例えば、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒ
ｎ等の希ガスまたはＨ₂等の半導体膜作製用希釈ガスが
あげられる。分離用ガスの流量は、ガスゲート全体のコ
ンダクタンスなどによって適宜決定されるが、例えば、
ガスゲートのほぼ中央部に圧力の最大となるポイントを
設ければ、分離用ガスはガスゲートの中央部から両サイ
ドの成膜室側へ流れ、両サイドの成膜室間での相互のガ
ス拡散を最小限に抑えることができる。

【００１２】本発明において帯状基板は、堆積膜製作時
に必要とされる温度において変形、歪みが少なく、所望
の強度を有し、また、導電性を有するものであることが
好ましい。具体的にはステンレススチール、アルミニウ
ム及びその合金、鉄及びその合金、銅及びその合金等の
金属の薄板やその複合体、などが挙げられる。また、ポ
リイミド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、
エポキシ等の耐熱性樹脂性シートなどの表面に金属単体
または合金、及び透明導電性酸化物（ＴＣＯ）等をスパ
ッタ、蒸着、鍍金、塗布等の方法で導電性処理をおこな
ったものがあげられる。また、前記帯状基板の厚さとし
ては、前記搬送手段による搬送時に形成される経路およ
び形状が維持される強度を発揮する範囲内であれば、コ
スト、収納スペース等を考慮して可能な限り薄い方が望
ましい。具体的には、好ましくは０．０１ｍｍ〜１ｍ
ｍ、最適には０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍであることが望
ましいが、金属等の薄板を用いる場合、厚さを比較的薄
くしても所望の強度が得られやすい。前記帯状基板の幅
については、特に制限されることはなく、堆積膜作製手
段、あるいはその容器等のサイズによって決定される。
前記帯状基板の長さについては、特に制限されることは
なく、ロール状に巻きとられる程度の長さであれば良
く、長尺のものを溶接等によって更に長尺化したもので
あっても良い。

【００１３】次に、本発明の帯状基板の加熱手段につい
て、図１を用いて説明する。まず、帯状基板１００が送
出し室から搬送されて、ガスゲート１０２を通過した
後、成膜室１０１内に入るが、この時点では帯状基板は
およそ室温状態である。成膜空間１０５に入る前に、例
えばプラズマＣＶＤ法で必要とされる１５０℃〜６００
℃前後の温度にまで帯状基板を加熱する必要があるが、
成膜空間に入るまでの間にランプヒータユニット１１３
を用いて予備加熱することで帯状基板は前記温度にまで
急速に加熱される。ランプヒータユニット１１３の構造
を図３に示す。ランプヒータ３００としては石英管３０
１に電熱線３０２が封入された構造のものを好適に用い
ることができる。好ましくは、ランプヒータ３００を基
板搬送方向に複数並ベて反射板３０３にヒータ固定治具
３０４で固定してランプヒータユニット１１３を構成す
る。基板幅方向の温度均一性を向上させるために、ラン
プヒータ３００の長手方向と直交する方向に反射板３０
３を設置することが有効である。電熱線３０２に加える
電力とランプヒータ３００から輻射される熱量の応答が
速いため、ランプヒータ３００の温度制御方法として
は、例えば交流電力を用いる場合は電力を連続的に変化
させることができるサイリスタを用いた電力制御を行う
ことが望ましい。これによって帯状基板１００の長手方
向の温度が均一化できる。次に、帯状基板１００はラン
プヒータユニット１１３の加熱領域の外部へ搬送され、
ランプヒータユニット１１３とプレートヒータ１１４と
の間に運ばれるが、このとき帯状基板自身からの熱輻射
によって基板温度は低下する。この温度低下によって、
成膜空間１０５に搬送されたときに適正な基板温度が得
られない場合がある。これを防ぐために、帯状基板１０
０がランプヒータユニットの加熱領域を出てからプレー
トヒータの加熱領域に入るまでの距離を、ランプヒータ
ユニットの搬送方向の加熱領域に相当する距離よりも短
くし、適正な基板温度を得ることができる。また、分離
用ガス等による冷却を防ぐためには、ランプヒータは本
加熱手段と同じ成膜室に設けられている方がよい。

【００１４】次に、帯状基板１００が成膜空間１０５に
搬送されるが、基板温度は、プレートヒータ１１４から
の輻射熱や、基板周囲にある部材からの輻射熱、雰囲気
ガスによる熱伝導、プラズマからの熱伝導、基板表面反
応による熱の出入りによって決定される。また、搬送す
ることで帯状基板は一定の速度で移動しているため、成
膜空間を移動する間の基板温度が所望の分布となるよう
に、与える熱量分布の制御を精密に行う必要がある。望
ましい基板温度分布は、プラズマの生成方法や堆積膜の
層構成によって様々であるが、一般的には基板温度を一
定にするか、あるいは意図的に温度勾配を持たせる場合
がある。

【００１５】本発明では、成膜空間１０５における帯状
基板１００の加熱手段にはプレートヒータ１１４を用い
ている。本例のプレートヒータ１１４の構造を図４を用
いて説明する。金属管に電熱線が電気的に絶縁して封入
された構造のシースヒータ４００を金属プレート４０１
で両面から挟んだ構造であり、前記ユニットは成膜空間
にある帯状基板と対面する部分に配置される。金属プレ
ート４０１内部の熱伝導により前記プレート表面の温度
は均一化される。このため、搬送されている帯状基板は
一定の輻射熱を受けるために基板温度は安定し、この部
分の加熱手段として複数のランプヒータを用いた場合の
ように帯状基板１００の長手方向の基板温度にムラが生
じることはなくなる。シースヒータ４００に加える電力
とプレートヒータ１１４から輻射される熱量の応答が遅
いため、シースヒータ４００の温度制御方法としては、
シースヒータ４００の電力制御として簡便なＯＮ／ＯＦ
Ｆ制御を用いたとしても安定な基板温度を得ることがで
きる。例えば、電力制御に高価なサイリスタではなく安
価な固体リレーなどを用いて装置のコストを低減でき
る。プレートヒータ１１４の基板搬送方向に対する両端
部は中心部と比較して熱放散が大きいために、これを補
償する手段として、単一または複数の金属板を積層した
構造の反射板４０２を、帯状基板の幅方向両端部に対応
する部分（図中の斜線部）のみに設置することで、帯状
基板の幅方向の温度の均一性はさらに向上できる。

【００１６】なお、温度の均一性をさほど問題にしなく
てよい場合には、反射板を金属プレートに対向する面の
全面に設けたり、金属プレートをシースヒータの一方に
のみ設けたり、プレートヒータの代わりにシースヒータ
をそのまま設けたりしてもよい。また、シースヒータを
金属板に埋め込んだプレートヒー夕や、金属板の裏にラ
ンプヒータを設けたプレートヒータを設けてもよい（成
膜空間とランプヒータとの間に金属板を設けることでラ
ンプへの膜堆積が防げるからである）。以上述べた例
で、金属板は他の熱伝導率の高い材料からなる板で代用
することもできる。

【００１７】また、図５に示すように、成膜空間１０５
上に設置するプレートヒータ１１４を搬送方向に複数個
に分割し、熱電対１１１を用いてそれぞれを個別に温度
制御することによって、帯状基板の搬送方向の温度分布
を均一化することができる。あるいは基板温度を意図的
に温度勾配を持たせることが容易に実現でき、堆積膜の
素子としての特性向上を図ることができる。基板の幅方
向に温度勾配をもたせる場合には、基板の幅方向にプレ
ートヒータを分割すればよい。成膜空間においては、帯
状基板はすでに成膜温度付近にまで加熱されていること
と、帯状基板はプラズマからも熱量を受けるために、プ
レートヒータ１１４の温度は、成膜に必要な基板温度に
近い温度で充分であり、およそ１５０℃から４００℃の
範囲とすることが好ましい。この温度範囲においては原
料ガスの熱分解は促進されず、プレートヒータ１１４の
表面に堆積膜が付着することはないため、メンテナンス
する必要がなく装置の稼働率が低下することがなくな
る。また、プレートヒータ１１４は石英管を用いたラン
プヒータよりも機械的強度が強いため、破損の恐れが減
少して稼働率の低下が防止できる。

【００１８】

【実施例】以下に、本発明の実施例として、堆積膜形成
装置による光起電力素子の形成装置を、図１〜図７を参
照して説明するが、本発明はこれらの実施例によって何
ら限定されるものではない。［実施例１］図２に示したロール・ツー・ロール方式の
プラズマＣＶＤ装置を用い、以下の条件で帯状基板の表
面上に、ｐｉｎ型アモルファスシリコンの光起電力素子
を作製した。以下、図１〜図４を参照して説明する。帯
状基板１００としては、予め不図示のロール・ツー・ロ
ール方式のスパッタ式膜形成装置で帯状基板１００上に
裏面反射層としてアルミニウムの薄膜（厚さ０．１μ
ｍ）と、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の薄膜（厚さ１．０μｍ）
を堆積してある幅３５０ｍｍ、長さ３００ｍ、厚さ０．
２ｍｍのＳＵＳ４３０を使用した。

【００１９】本実施例では、成膜空間に入る前の帯状基
板の予備加熱手段として、図３に示す構造の、出力１ｋ
Ｗの石英管ランプヒータ×６本を内蔵するランプヒータ
ユニット１１３（加熱領域：基板幅方向５００ｍｍ×搬
送方向１５０ｍｍの中にランプヒータを等間隔に配置）
を設置し、成膜空間における帯状基板の加熱手段とし
て、図４に示す構造の、出力２ｋＷ、シース径φ１０ｍ
ｍ、長さ４ｍのシースヒータ×１本を用い、これを厚さ
５ｍｍのアルミニウム板２枚で挟み込んだプレートヒー
タ１１４（加熱領域：基板幅方向５００ｍｍ×搬送方向
９００ｍｍ）を設置した。搬送方向に対するランプヒー
タユニット加熱領域終端とプレートヒータ加熱領域始端
との距離は、５０ｍｍの間隔が開くようにそれぞれのヒ
ータを設置した。また、厚さ０．３ｍｍのステンレス板
５枚を１ｍｍの間隔をあけて重ねたフィン型の構造の反
射板２組（サイズ：基板幅方向１５０ｍｍ×搬送方向９
００ｍｍ）を、プレートヒータ１１３の帯状基板と対面
しない面で、かつ帯状基板幅方向の両端部に対応する部
分それぞれに設置した。ヒータの温度制御については、
ランプヒータは石英管の管面から５ｍｍ離れた位置に熱
電対１１１を設置し、シースヒータはシースの管面に熱
電対１１１を接触させて温度を測定し、印加電力にフィ
ードバックさせて温度を制御した。

【００２０】また、帯状基板の温度測定は、搬送される
基板にシース熱電対を一定の圧力で接触させて測定し、
帯状基板の幅方向中心部が所望の予備加熱温度、加熱温
度となるように各ヒータの温度制御を行った。成膜空間
における帯状基板の幅方向の温度分布を測定したとこ
ろ、５％以内のばらつきであり、幅方向に均一に加熱さ
れていることが判った。まず、帯状基板１００を、送出
し室２００から送出させて、ガスゲート１０２で接続さ
れた３つの成膜室２０１〜２０３を通過して、巻取り室
２０６で巻き取られるようにセットした。

【００２１】次に、各成膜室２０１〜２０３の各室に設
けられた図１に示す排気調整バルブ１０８を通して不図
示の排気手段により、これらの各室を１Ｔｏｒｒ台まで
排気した後、引き続き排気しながら成膜ガス導入管１０
６からＨｅガスをそれぞれ１００ｓｃｃｍづつ流し、排
気調整バルブ１０８を制御して、各成膜室２０１〜２０
３の圧力を図１に示す圧力計１１５で測定して１．０Ｔ
ｏｒｒに保った。さらに、ヒータ１１０、１１３、１１
４をそれぞれ３００℃に加熱して、この状態のまま５時
間ベーキングを行って不純物ガスを脱離させた。次に、
成膜ガス導入管１０６から流していたＨｅガスを停止
し、不図示のガス混合器から表１に示す組成の原料ガス
を、成膜ガス導入管１０６から各成膜室２０１〜２０３
へ導入した。各ガスゲートには分離用ガス導入管１０３
からＨ₂ガスをそれぞれ１０００ｓｃｃｍ流した。帯状
基板１００の搬送速度は１０００ｍｍ／ｍｉｎであっ
た。また、不図示の高周波発振器から各成膜室２０１〜
２０３内の高周波電極１０９に電力を印加して、成膜空
間１０５にプラズマ放電を生成し、帯状基板上にｎ，
ｉ，ｐ型のアモルファスシリコン膜を連続的に形成し
た。各成膜室の安定成膜時の作製条件を表１に示す。成
膜工程として連続的に膜形成を約５時間おこない、全長
３００ｍの帯状基板のうち、２５０ｍに半導体膜を形成
することができた。以後、半導体膜が得られた２５０ｍ
の部分を有効部分と呼ぶことにする。

【００２２】上記の手順で得られたアモルファスシリコ
ン膜を堆積した帯状基板を巻取り室２０４から取り出
し、不図示のスパッタ方式の膜形成装置でＩＴＯ透明導
電膜（膜厚８００Å）を形成した後、帯状基板１００を
不図示の切断機によって送り出しながら搬送方向に１０
０ｍｍごとに切断してサンプルとし、Ａｇのペーストを
スクリーン印刷することにより集電電極を形成して、図
７の模式断面図に示す光起電力素子を作製した。形成さ
れた光起電力素子の特性評価を、ＡＭ値１．５、エネル
ギー密度１００ｍＷ／ｃｍ²の擬似太陽光を照射したと
きの光電変換率ηを測定し、さらに各サンプルの光電変
換効率を平均することで評価をおこなった。その評価結
果を表２に示す。また、ヒータヘの膜付着状況を調べる
ために、前記と同じ全長３００ｍの帯状基板２０ロット
分を成膜したのち、各成膜室２０１〜２０３を大気に開
放して、成膜空間１０５において帯状基板１００を加熱
するプレートヒータ１１４への膜付着状況を観察した。

【００２３】（比較例１）比較例１では、図６に示すよ
うに、成膜空間１０５における帯状基板１００の加熱手
段として、出力２００Ｗの石英管ランプヒータ×１０本
を内蔵するランプヒータユニット１１３（加熱領域：基
板幅方向５００ｍｍ×搬送方向９００ｍｍの中にランプ
ヒータを等間隔に配置）を用いて、実施例１と同様の成
膜をおこなった。その他の成膜条件は表１と同様であ
る。成膜空間における帯状基板の幅方向の温度分布を、
実施例１と同じ方法で測定したところ、８％以内のばら
つきであり、実施例１よりも均一性は劣ることが判っ
た。評価方法は実施例１と同様で、評価結果を表２に示
す。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】表２に示すとおり、比較例１に対して、実施例１では光
電変換効率が向上した。また、帯状基板２０ロット分の
成膜を、実施例１、比較例１それぞれについて行った後
に加熱手段への膜堆積状況を観祭した結果、比較例１で
は原料ガスが熱分解されて石英管面にシリコン膜が堆積
したが、実施例１では膜堆積はなかった。このため、比
較例１では石英管に堆積した膜が剥がれて落下したり、
赤外線の透過を妨げていたためランプヒータ３００を交
換し、コストがかかった。実施例１ではそのようなこと
はなかったため、メンテナンスをする必要がなくなっ
た。

【００２６】［実施例２］実施例２では、図５に示すよ
うに、成膜空間における帯状基板の加熱手段として、出
力１ｋＷ、シース径φ１０ｍｍ、長さ２ｍのシースヒー
タ×１本を厚さ５ｍｍのアルミニウム板２枚で挟み込ん
だプレートヒータ１１４（加熱領域：基板幅方向５００
ｍｍ×搬送方向４５０ｍｍ）を、搬送方向に２台並列し
て設置して、実施例１と同様の成膜をおこなった。それ
ぞれのプレートヒータ１１４は、熱電対１１１を用いて
独立に温度制御ができ、成膜空間１０５の入口側におけ
る帯状基板の温度を加熱温度１、出口側の温度を加熱温
度２とした。このときの成膜条件を表３に示す。評価方
法は実施例１と同様で、評価結果を表４に示す。（比較例２）比較例２では、比較例１と同様の成膜を再
度おこなった。成膜条件は表１と同様である。評価方法
は実施例１と同様で、評価結果を表４に示す。

【００２７】

【表３】

【００２８】

【表４】以上の実験から、実施例２の光電変換効率は高くなり、
加熱温度２を加熱温度１よりも低く設定することで、成
膜時の帯状基板１００の基板温度はさらに最適化された
といえる。また、帯状基板２０ロット分の成膜を、実施
例２について行った後に成膜空間での帯状基板の加熱手
段への膜堆積状況を観察した結果、実施例２ではプレー
トヒータ１１４を用いたがこれの表面に膜堆積はなかっ
た。比較例２ではランプヒータユニット１１３を用いた
が石英管３０１の表面にシリコン膜が堆積し、その結果
として１３ロット目を成膜中に石英管３０１が破損する
トラブルが発生した。このため、装置を停止して成膜室
を大気に開放して、メンテナンスをおこなう必要が発生
したため、装置の稼働率が低下した。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
加熱手段の破損等の障害を伴うことなく短時間で昇温す
ることができ、安価なコストで生産性が高く、特性の良
好な処理済基板が得られる基板処理装置及び基板処理方
法、特に堆積膜連続形成装置および堆積膜連続形成方
法、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法により帯状基板の表
面上に光起電力素子などの堆積膜を連続的に形成する装
置またはその形成方法を実現することができる。すなわ
ち、本発明によると、基板を処理空間近傍以外に設けら
れている予備加熱手段によって加熱することができるた
め、予備加熱手段における石英管によるランプヒータに
破損等の障害を伴うことなく、該基板を処理に必要とさ
れる基板温度に近い温度まで短時間に加熱することがで
き、装置のメンテナンスの頻度を下げて稼働率を向上さ
せることで、安価な生産コストで生産性の高い基板処理
装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基板処理装置の一例の一部を示す模式
的な断面図である。

【図２】帯状基板を用いた基板処理装置の一例を示す模
式的な断面図である。

【図３】本発明で用いられる予備加熱手段の一例を示す
模式的な側面図及び模式的な上面図である。

【図４】本発明で用いられる本加熱手段の一例を示す模
式的な側面図及び模式的な上面図である。

【図５】本発明の基板処理装置の一例の一部を示す模式
的な断面図である。

【図６】従来の基板処理装置の一例の一部を示す模式的
な断面図である。

【図７】光起電力素子の層構成の一例を示す模式的な断
面図である。

【符号の説明】

１００：帯状基板１０１：成膜室１０２：ガスゲート１０３：分離用ガス導入管１０４：マグネットローラー１０５：成膜空間１０６：成膜ガス導入管１０７：排気管１０８：排気調整バルブ１０９：高周波電極１１０：ウォールヒータ１１１：熱電対１１２：圧力計１１３：ランプヒータユニット１１４：プレートヒータ１１５：反射板２００：送出し室２０１〜２０３：成膜室２０４：巻取り室２０５：送出しコア２０６：ガスゲート２０７：合紙２０８：巻取りコア３００：ランプヒータ３０１：石英管３０２：電熱線３０３：反射板３０４：ヒータ固定治具４００：シースヒータ４０１：金属プレート４０２：反射板７００：基板７０１：裏面反射層７０２：透明導電膜７０３：ｎ型層７０４：ｉ型層７０５：ｐ型層７０６：透明導電膜７０７：集電電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡田直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)発明者芳里直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)発明者下田寛嗣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)発明者尾▲崎▼ 裕之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】処理室と、該処理室内に設けられた処理空
間と、少なくとも該処理室内で基板を搬送する機構と、
該処理空間内で基板処理を行う機構と、該基板を加熱す
る機構と、を有する基板処理装置において、前記基板を
加熱する機構が、前記基板が前記処理空間内に搬入され
る前に該基板を加熱するランプヒータからなる予備加熱
手段と、前記基板の前記処理空間内に搬入された部分を
加熱するプレートヒータ又はシースヒータからなる本加
熱手段と、からなることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】前記予備加熱手段が前記処理室内で前記基
板を加熱する手段であることを特徴とする請求項１に記
載の基板処理装置。
【請求項３】前記本加熱手段の前記基板側と反対側に反
射板を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の
基板処理装置。
【請求項４】前記反射板は前記基板の搬送方向と垂直な
方向の基板端部に対向する領域に設けられ、基板中央部
に対向する領域には設けられていないことを特徴とする
請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項５】前記本加熱手段は複数のプレートヒータか
らなることを特徴とする請求項１乃至４に記載の基板処
理装置。
【請求項６】前記予備加熱手段によって前記基板が加熱
される領域の終端と前記本加熱手段によって前記基板が
加熱される領域の始端との間の前記基板の搬送方向の距
離が、前記予備加熱手段によって前記基板が加熱される
領域の前記基板の搬送方向の距離よりも短いことを特徴
とする請求項１乃至５に記載の基板処理装置。
【請求項７】前記基板処理を行う機構がプラズマ生起機
構を含むことを特徴とする請求項１乃至６に記載の基板
処理装置。
【請求項８】前記基板処理を行う機構が堆積膜形成を行
う機構であることを特徴とする請求項１乃至６に記載の
基板処理装置。
【請求項９】前記基板処理を行う機構がプラズマＣＶＤ
による成膜を行う機構であることを特徴とする請求項１
乃至６に記載の基板処理装置。
【請求項１０】前記基板処理を行う機構がスパッタリン
グによる成膜を行う機構であることを特徴とする請求項
１乃至６に記載の基板処理装置。
【請求項１１】処理室と、該処理室内に設けられた処理
空間と、少なくとも該処理室内で基板を搬送する機構
と、該処理空間内で基板処理を行う機構と、該基板を加
熱する機構と、を有する基板処理装置を用いた基板処理
方法において、前記基板が前記処理空間内に搬入される
前に該基板をランプヒータからなる予備加熱手段によっ
て加熱する工程と、前記基板の前記処理空間内に搬入さ
れた部分をプレートヒータ又はシースヒータからなる本
加熱手段によって加熱する工程を、少なくとも有するこ
とを特徴とする基板処理方法。
【請求項１２】前記予備加熱手段によって前記処理室内
で前記基板を加熱することを特徴とする請求項１１に記
載の基板処理方法。
【請求項１３】前記本加熱手段の前記基板と反対側に反
射板を設けて前記基板を加熱することを特徴とする請求
項１１又は１２に記載の基板処理方法。
【請求項１４】前記反射板を前記基板の搬送方向と垂直
な方向の基板端部に対向する領域に設け、基板中央部に
対向する領域には設けないことを特徴とする請求項１３
に記載の基板処理方法。
【請求項１５】前記本加熱手段として複数のプレートヒ
ータを設けることを特徴とする請求項１１乃至１４に記
載の基板処理方法。
【請求項１６】前記予備加熱手段によって前記基板が加
熱される領域の終端と前記本加熱手段によって前記基板
が加熱される領域の始端との間の前記基板の搬送方向の
距離を、前記予備加熱手段によって前記基板が加熱され
る領域の前記基板の搬送方向の距離よりも短くすること
を特徴とする請求項１１乃至１５に記載の基板処理方
法。
【請求項１７】前記基板処理がプラズマ生起を伴う処理
であることを特徴とする請求項１１乃至１６に記載の基
板処理方法。
【請求項１８】前記基板処理が堆積膜形成を含むことを
特徴とする請求項１１乃至１６に記載の基板処理方法。
【請求項１９】前記基板処理がプラズマＣＶＤによる成
膜を含むことを特徴とする請求項１１乃至１６に記載の
基板処理方法。
【請求項２０】前記基板処理がスパッタリングによる成
膜を含むことを特徴とする請求項１１乃至１６に記載の
基板処理方法。
【請求項２１】前記基板として帯状基板を用い、該帯状
基板をその長手方向に搬送することを特徴とする請求項
１１乃至１６に記載の基板処理方法。