JPH0822960A - プラズマ成膜装置及びプラズマ成膜方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】コンパクトな装置構成で、可撓性基板の幅方向
への撓みに起因するプラズマ放電電極との間隔変動を抑
制した成膜均一性が高い構成で、隣接する成膜室間の成
膜原料ガスの相互拡散を抑制した可撓性基板への連続プ
ラズマ成膜装置、及び、組成が異なる半導体層を積層形
成する場合に、膜成分の相互混入が少なく、かつ生産性
の高い、可撓性基板への連続プラズマ形成方法を提供す
ること。 【構成】上記目的は、真空室内に設置した可撓性基板を
屈曲させてほぼ筒状体を形成し、該筒状体と該筒状体の
両端面を塞ぐ一対の構造体とによって囲まれた実質的な
閉空間を形成し、該実質的閉空間内に分解成膜性ガスを
導入し、該空間内にプラズマ放電を生成させ、上記筒状
体内壁を形成する可撓性基板表面に膜成長を行わせるこ
とを特徴とするプラズマ成膜装置とすることによって達
成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ放電を利用し
て分解成膜性ガスを分解して基板の表面に薄膜を形成す
るプラズマ成膜装置及びプラズマ成膜方法に係り、特
に、薄膜半導体装置の大量生産に利用することのできる
プラズマ成膜装置及びプラズマ成膜方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】薄膜半導体装置の代表的なものとして、
水素化非晶質シリコンに代表される非晶質薄膜半導体を
発電層とする太陽電池がある。これは、プラズマ放電を
利用して、水素化シリコン化合物ガス等を分解して基板
の表面に薄膜を形成するいわゆるプラズマ化学蒸着によ
って作成するのが一般的で、大面積に亘って薄膜の形成
ができるという利点を有している。この太陽電池の基本
的ユニットの構成は、実質的に非ドープの半導体 i 層
を一導電型の半導体ドープ層及び反対導電型の半導体ド
ープ層で挟んだ p‐i‐n 構造または n‐i‐p 構造であ
り、実質的に非ドープの半導体 i 層が光吸収発電層と
して作用する。ここで、水素化非晶質シリコンに代表さ
れる非晶質薄膜半導体は、ボロン、リン等のドーパント
の微量の混入によってもギャップ内準位密度が急激に増
加して膜の電気的特性が低下するため、半導体 i 層は
可能な限りこれらドーパントの混入を抑制して形成する
必要がある。このため、ガラス基板等の剛性基板に非晶
質薄膜太陽電池を形成する場合には、p 層成膜室と i
層成膜室と n 層成膜室とをゲートバルブで分離し、各
層成膜後に原料ガスの供給を停止し、原料ガスを真空排
気した後、真空排気した次段の成膜室に基板を移動する
という構成を採っている。しかし、このようなバッチ処
理方式は、成膜の中断と原料ガスの真空排気プロセスと
を必要とするため、生産性という観点からは問題が大き
い。生産性という観点からは、各成膜室のプラズマ放電
は持続させ、長尺状の可撓性基板を連続的に各成膜室に
移動させて各層の積層を行う連続成膜方式が望ましく、
このようなプラズマ成膜装置としては特公平4‐32533号
公報記載の装置がある。

【０００３】この公知例では、長尺状の可撓性基板をほ
ぼ一直線状に移動させ、各成膜室を通過させる構成とな
っているが、この構成には次のような問題がある。まず
第一に、装置が長大となり、大きな装置設置面積を要す
るという欠点がある。この欠点は、特に非晶質薄膜太陽
電池の製造に用いる場合に重大となる。すなわち、非晶
質薄膜太陽電池の光吸収発電層は i 層であるが、太陽
光を十分吸収させて高い光電流を得るためには、i 層が
水素化非晶質シリコンの場合には、i 層膜厚を3500Å以
上とする必要があり、p 層、n 層が100Å程度であるの
に対して著しく厚く、成膜速度の差違をそれほど大きく
はできないため、必然的に、i 想成膜室部が長大になる
という問題がある。さらに、一層のみの p‐i‐n 構造
または n‐i‐p 構造からなる太陽電池では、i 層が水
素化非晶質シリコンの場合には、太陽光を十分吸収さ
せ、高い光電流を得るためには i 層膜厚を3500Å以上
とする必要があるが、水素化非晶質シリコン半導体膜は
光照射によってギャップ内準位密度が増大する性質があ
り、i 層膜厚が3500Å以上の場合にはこの劣化速度が特
に大きく、太陽電池の発電効率の経時的な低下が大きい
という問題がある。このため、実用的な太陽電池では、
特に光入射側の i 層膜厚を1500Å以下とし、p‐i‐n
構造 または n‐i‐p 構造を二層以上積層する構成が必
要となるが、二層積層する構成でも成膜室は６室必要で
あり、また、隣接する第一発電層のドープ層と第二発電
層のドープ層の成膜室間にドーパントの相互混入を抑制
するためのバッファ室を設ける必要があり、連続成膜装
置はさらに長大なものとなる。さらに、非晶質薄膜太陽
電池の光電変換効率を高めるためには、p‐i‐n 構造ま
たは n‐i‐p 構造を三層積層する構成とし、光入射後
段の発電層の i層を水素化非晶質シリコンゲルマニウム
合金による狭バンドギャップ膜とすることが望ましく、
この場合は成膜室は９室必要であり、また、バッファ室
が２室必要となるので、連続成膜装置は極めて長大なも
のとなる。さらに、水素化非晶質シリコンゲルマニウム
合金による狭バンドギャップ i 層はシリコンとゲルマ
ニウムとの組成比を変化させたプロファイルを形成する
ことが望ましく、この i層形成室はさらに分割すること
が望ましい。従って、従来構成の連続プラズマ成膜装置
では装置が極めて長大なものとなり、極めて大きな装置
設置面積を要するという問題点があった。

【０００４】また、第二に、長尺状の可撓性基板がほぼ
一直線状に移動する上記の連続プラズマ成膜装置の構成
では、可撓性基板が幅方向に撓みやすいという欠点があ
る。可撓性基板が幅方向に撓むと、プラズマ放電のため
の陰極と可撓性基板との間隔が変動し、幅方向の成膜の
均一性に問題が生じる。これに対処する方法として、特
公平3‐76595号に、可撓性基板を磁性体とし、磁石を用
いてこの撓みを補正する方法が開示されているが、この
ような補正方法では、可撓性基板が長さ方向に波状に撓
みやすく、また、可撓性基板の移動に対して大きな抵抗
を引き起こすという欠点がある。

【０００５】また、第三に、長尺状の可撓性基板がほぼ
一直線状に移動する上記の連続プラズマ成膜装置の構成
では、i 層成膜室へのドーパントガスの混入が起こりや
すく、i 層にドーパントが混入して、i 層の膜質を低下
させやすいという欠点がある。プラズマ成膜を持続させ
つつ長尺状の可撓性基板を連続的に移動させる構成で
は、成膜室間を完全に分離することは困難であり、各成
膜室はスリットを介してつなぐ必要があある。ここで、
プラズマ成膜時のガス圧は１Torr以下であり、ガス流の
挙動は層流域にはなく、拡散流の性質が大きい中間流域
にある。従って、i 層成膜室のガス圧を p 層成膜室や
n 層成膜室のガス圧より多少高めに設定しても、i 層成
膜室へのドーパントガスの混入を抑止することはできな
い。有効な対策は、成膜原料ガスを可能な限り成膜域に
閉じ込める構成とし、多段のスリットによって拡散流に
よる成膜原料ガスの相互拡散を抑制することであるが、
従来の構成はこの観点からみて不満足なものである。よ
り具体的に言えば、前記特公平4‐32533号公報記載の構
成では、成膜原料ガスは長尺状の可撓性基板の幅方向に
流出しやすい構成であるので、各成膜室内がほぼ一様な
ガス雰囲気となり、各成膜室間は一つのスリットによっ
て分離されているに過ぎない。従って、この連続プラズ
マ成膜装置の構成では、i 層成膜室へのドーパントガス
の混入が起こりやすく、i 層にドーパントが混入しやす
いという問題点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来技術の連続プラズマ成膜装置は基本的な大きな問題点
を有していた。本発明の目的は、上記従来技術の有して
いた課題を解決して、第一に、装置設置面積が小さいコ
ンパクトな装置構成で、可撓性基板の幅方向への撓みに
起因するプラズマ放電電極との間隔変動を抑制した成膜
均一性が高い構成の、また、隣接する成膜室間の成膜原
料ガスの相互拡散を抑制した、可撓性基板への連続プラ
ズマ成膜装置を提供すること、第二に、生産性が高く、
かつ、組成が異なる半導体層を積層形成する場合に、膜
組成の相互混入の少ない、特にドーパントの相互混入の
少ない、可撓性基板への連続プラズマ形成方法を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記第一の目的は、(1)
真空室内に設置した可撓性基板を屈曲させてほぼ筒状体
を形成し、該筒状体と該筒状体の両端面を塞ぐ一対の構
造体とによって囲まれた実質的な閉空間を形成し、該実
質的閉空間内に分解成膜性ガスを導入し、該空間内にプ
ラズマ放電を生成させ、上記筒状体の内壁を形成する可
撓性基板表面に膜成長を行わせる構成のプラズマ成膜装
置とすること、より具体的には、(2) 上記の可撓性基板
を長尺状の基板とし、その一部分を長さ方向に屈曲させ
て一対の円盤状体に巻きつけてほぼ円筒状の実質的な閉
空間を形成した可撓性基板とすること、さらに具体的に
は、(3) 上記の実質的な閉空間を形成する部分が複数個
存在し、該筒状閉空間形成部を上記可撓性基板が移動し
て、筒状閉空間の内壁をなす側の可撓性基板表面に膜を
積層させるプラズマ成膜装置とすること、より好ましく
は、(4) 上記真空室が分解成膜性ガスの相互拡散を阻害
するように複数の区画に区分されており、該区画内に上
記のプラズマ成膜を内部で行う実質的な筒状閉空間形成
部分が配置され、上記可撓性基板が複数の上記の実質的
な筒状閉空間形成部を移動し、上記筒状閉空間の内壁を
なす側の可撓性基板表面に異なる組成の膜を積層させる
構成のプラズマ成膜装置とすること、また、生産性の面
から、好ましくは、(5) 上記可撓性基板が長尺状の基板
であり、該基板が上記実質的な筒状閉空間形成部を連続
的に移動し、上記筒状閉空間の内壁をなす側の可撓性基
板表面に膜を積層させる構成のプラズマ成膜装置とする
こと、また、好ましくは、(6) 上記の実質的な筒状閉空
間形成部の内部に分解成膜性ガス導入機構及び排気孔を
有するプラズマ成膜装置とすること、さらに好ましく
は、(7) 上記の実質的な筒状閉空間形成部の内部に圧力
検知センサを有するとともに、上記排気孔に接続する排
気系に排気コンダクタンス制御機構を有するプラズマ成
膜装置とすること、またさらに好ましくは、(8) 上記の
実質的な筒状閉空間形成部内部に排気孔を有するととも
に、該形成部外部にも排気孔を有するプラズマ成膜装置
とすること、より具体的には、(9) 上記真空室が分解成
膜性ガスの相互拡散を阻害するように複数の区画に区分
されており、区分された各区画内の実質的な筒状閉空間
を形成する部分の内部と外部とに排気孔を有するプラズ
マ成膜装置とすること、また、より具体的には、(10)
上記可撓性基板が導電性基板であり、該基板を接地電位
とし、上記の実質的な筒状閉空間内部に棒状あるいは円
柱状の電極を設置して、該電極に高周波電力あるいはパ
ルス状電力を供給してプラズマ放電を生成させる構成の
プラズマ成膜装置とすること、また、好ましくは、(11)
上記の実質的な筒状閉空間形成部内部に設置した棒状
あるいは円柱状の電極に供給する電力が周波数１MHz以
上の高周波であるプラズマ成膜装置とすることによって
達成することができる。

【０００８】また、第二の目的は、(12) 上記の成膜装
置を用いて、水素化シリコン化合物を含有するガスをプ
ラズマ分解し、可撓性基板表面に水素化非晶質シリコン
あるいは水素化微結晶シリコン、または、ゲルマニウ
ム、炭素、酸素または窒素を含む非晶質あるいは微結晶
半導体膜を形成するプラズマ成膜方法とすること、ま
た、特に、(13) 上記可撓性基板の表面に、組成の異な
る半導体層を連続的に積層形成するプラズマ成膜方法と
すること、またさらに、(14) 上記可撓性基板の表面
に、ドーパントを含有する半導体層と実質的にドーパン
トを含有しない半導体層とを連続的に積層形成するプラ
ズマ成膜方法とすること、またあるいは、(15)上記可撓
性基板の表面に、一導電型のドーパントを含有する半導
体層と逆導電型のドーパントを含有する半導体層とを連
続的に積層形成するプラズマ成膜方法とすることによっ
て達成することができる。

【０００９】

【作用】本発明構成の装置及び方法とすることの作用・
効果は下記の通りである。 (1)真空室内に設置した可撓性基板を屈曲させてほぼ筒
状体を形成し、該筒状体と該筒状体の両端面を塞ぐ一対
の構造体とによって囲まれた実質的な閉空間を形成し、
該実質的閉空間内に分解成膜性ガスを導入し、該空間内
にプラズマ放電を生成させ、上記筒状体の内壁を形成す
る可撓性基板表面に膜成長を行わせる構成とすることに
よって、成膜装置の長さを約1/3に短縮することができ
る。これによって、装置の設置面積も約1/3に縮小でき
る。また、可撓性基板を屈曲させて筒状体を形成するこ
とは、可撓性基板の幅方向の剛性を高め、幅方向の撓み
を抑制する。これによって、プラズマ放電陰極との間隔
が安定し、成膜の均一性を高く維持することができる。
また、上記の構成では、分解成膜性ガスの可撓性基板の
幅方向への流出が抑制されており、分解成膜性ガスの成
膜域外への流出が抑制される。

【００１０】(2)上記可撓性基板が長尺状の基板であ
り、その一部分を長さ方向に屈曲させて一対の円盤状体
に巻きつけてほぼ円筒状の実質的な閉空間を形成した可
撓性基板とすることによって、生産性を高めることがで
き、また、上記の利点を活用することができる。なお、
上記の円盤状体には円柱状体も含み、さらに、一端が開
放された中空円柱状体も含む。また、一対の円盤状体は
支柱によって連結されていても良い。円盤状体の可撓性
基板の端部が接する部分をテーパー状とすれば、この方
向のシール性能は良好となる。また、該円盤状体の少な
くとも外周が長尺状可撓性基板の移動に同期して回転す
る構成としておくことによって、この部分のシール性能
を良好に維持することができる。

【００１１】(3)上記の実質的な閉空間を形成する部分
が複数個存在し、該筒状閉空間形成部を上記可撓性基板
が移動して、筒状閉空間の内壁をなす側の可撓性基板表
面に膜を積層させる構成とすることによって、異なる組
成の膜を積層する場合に望ましくない膜構成物の混入を
抑制することができる。これは、分解成膜性ガスの成膜
域外への流出が抑制される構成となっているためであ
り、分解成膜性ガスが隣の成膜域に拡散するのを抑止す
るスリット構造が少なくとも２段になるためである。

【００１２】(4)上記真空室が分解成膜性ガスの相互拡
散を阻害するように複数の区画に区分されており、該区
画内に上記のプラズマ成膜を内部で行う実質的な筒状閉
空間形成部分が配置され、上記可撓性基板が複数の上記
の実質的な筒状閉空間形成部を移動し、上記筒状閉空間
の内壁をなす側の可撓性基板表面に異なる組成の膜を積
層させる構成とすることによって、装置を長大化させる
ことなく、望ましくない膜構成物の混入をより一層抑制
することができる。これは、分解成膜性ガスが隣の成膜
域に拡散するのを抑止するスリット構造が少なくとも３
段になるためである。

【００１３】(5)上記可撓性基板が長尺状の基板であ
り、該基板が上記実質的な筒状閉空間形成部を連続的に
移動し、上記筒状閉空間の内壁をなす側の可撓性基板表
面に膜を積層させる構成とすることによって、生産性を
高めることができ、また、上記の利点を活用することが
できる。

【００１４】(6)上記の実質的な筒状閉空間形成部の内
部に分解成膜性ガス導入機構及び排気孔を有する構成と
することによって、分解成膜性ガスの分解成膜域外への
流出を効果的に抑制することができる。

【００１５】(7)上記の実質的な筒状閉空間形成部の内
部に圧力検知センサを有するとともに、上記排気孔に接
続する排気系に排気コンダクタンス制御機構を有する構
成とすることによって、プラズマ成膜条件の制御性を高
めることができる。

【００１６】(8)上記の実質的な筒状閉空間形成部内部
に排気孔を有するとともに、該形成部外部にも排気孔を
有する構成とすることによって、プラズマ成膜部から漏
洩したガスの他のプラズマ成膜部への拡散侵入を効果的
に抑制することができる。

【００１７】(9)上記真空室が分解成膜性ガスの相互拡
散を阻害するように複数の区画に区分されており、区分
された各区画内の実質的な筒状閉空間を形成する部分の
内部と外部とに排気孔を有する構成とすることによっ
て、一つのプラズマ成膜部から漏洩した分解成膜性ガス
が他のプラズマ成膜部に拡散侵入するのをさらに効果的
に抑制することができる。これは、中間排気部が少なく
とも２段となるためである。

【００１８】(10)上記可撓性基板が導電性基板であり、
該基板を接地電位とし、上記の実質的な筒状閉空間内部
に棒状あるいは円柱状の電極を設置して、該電極に高周
波電力あるいはパルス状電力を供給してプラズマ放電を
生成させる構成とすることによって、可撓性基板の長さ
方向に均一にプラズマ放電を形成することができる。可
撓性基板の幅方向のプラズマ放電領域を特定するために
は、棒状あるいは円柱状の電極の放電を起こしたくない
領域をアースシールドで覆うか、または、放電を起こし
たくない領域の棒状あるいは円柱状の電極の太さを太く
し、導電性基板との距離を狭める等の対策を行えば良
い。電極が同心円状に配置される上記の構成では、棒状
あるいは円柱状の電極が陰極となり、また棒状あるいは
円柱状の電極側の電界強度が強くなる構成なので、可撓
性基板の膜成長面への好ましくないイオンの入射が抑制
される利点も有している。この効果の重要性は、並行平
板型プラズマ成膜装置による水素化非晶質シリコン半導
体膜の形成で、基板が常に陽極側に配置されていること
から理解できる。なお、上記導電性基板は、接地電位と
することができれば、成膜面に絶縁層が形成されていて
も良い。ただし、プラズマ放電に周波数１MHz以上の高
周波を使用する場合には、高周波電力入力側の基板の幅
方向端部での電気的接続を確保することが望ましい。こ
れは、棒状あるいは円柱状の電極と導電性基板とによっ
て高周波に対する同軸線路を構成するためである。

【００１９】(11)上記の実質的な筒状閉空間形成部内部
に設置した棒状あるいは円柱状の電極に供給する電力を
周波数１MHz以上の高周波とすることは、原料ガスの分
解効率を高め、またプラズマ放電の制御性を高めるのに
有効である。特に、周波数が100MHz以上の高周波を用い
ると、原料ガスの分解効率を著しく高めることが可能に
なる。原料ガスの分解効率が高いと、原料ガスが殆どプ
ラズマ放電域で消費されるので、望ましくない原料ガス
の相互拡散の抑制につながる。なお、この場合、上記の
電極配置は、高周波に対する同軸線路を構成するので、
周方向の均一性の高いプラズマ放電を得ることができ
る。

【００２０】(12)以上に述べたように、本発明のプラズ
マ成膜装置は非晶質あるいは微結晶半導体膜を形成する
ために好適な装置であり、水素化シリコン化合物を含有
するガスをプラズマ分解し、可撓性基板表面に水素化非
晶質シリコンあるいは水素化微結晶シリコン、または、
ゲルマニウム、炭素、酸素または窒素を含む非晶質ある
いは微結晶半導体膜を形成するプラズマ成膜方法に適用
することによって、非晶質半導体装置の製造コストを低
減することができる。

【００２１】(13)特に、可撓性基板の表面に、組成の異
なる半導体層を連続的に積層形成する場合に、層構成元
素の望ましくない相互混入の少ない積層構成非晶質半導
体装置を低コストで製造することができる。

【００２２】(14)また、特に、可撓性基板の表面に、ド
ーパントを含有する半導体層と実質的にドーパントを含
有しない半導体層とを連続的に積層形成する場合に、実
質的にドーパントを含有しない半導体層にドーパントの
混入の少ない高性能の非晶質半導体装置を低コストで製
造することができる。

【００２３】(15)また、可撓性基板の表面に、一導電型
のドーパントを含有する半導体層と逆導電型のドーパン
トを含有する半導体層とを連続的に積層形成する場合
に、逆極性のドーパントの混入の少ない半導体層を連続
的に積層形成することができ、そのような構成の高性能
の非晶質半導体装置を低コストで製造することができ
る。

【００２４】

【実施例】以下、本発明のプラズマ成膜装置及び成膜方
法について、実施例によって具体的に説明する。

【００２５】

【実施例１】図１は本発明連続プラズマ成膜装置の一実
施例の概略構成を示す模式断面図で、この装置構成は p
‐i‐n 接合の非晶質シリコン太陽電池の製造を想定し
たものである。ここで、１は可撓性基板(ステンレス)で
あり、その一表面には絶縁層が形成してあり、また、そ
の表面に金属導電層を分割形成してある。この面が非晶
質シリコン太陽電池の形成面となるが、図１の場合、そ
の面は下方となる。

【００２６】この装置における基板の移動は下記のよう
に行われる。すなわち、ロール２に巻かれた可撓性基板
１はガイドロール３を介してスリット４を通り、n 層成
膜室５に送り込まれ、また、スリット６を通り、i 層成
膜室７に移動し、さらにスリット８を通り、p 層成膜室
９に移動し、スリット10を通って排出され、ガイドロー
ル11を介して巻き取りロール12に巻き取られる。ロール
収納室も含めてこれらの各室は真空排気されているが、
特にスリット６、８、10の近傍に排気孔を設けた構成と
してある。

【００２７】各層形成室内では、可撓性基板１はガイド
ロール12を介して一対の円盤状体(図示せず)に巻きつけ
られ、ほぼ筒状の形状体13を形成し、ガイドロール14を
介してスリットを通り、隣室に送り出される構成となっ
ている。ここで、可撓性基板１を巻きつける一対の円盤
状体は可撓性基板１の進行とともに回転する構成として
おく。また、筒状体13の内部には棒状あるいは円筒状の
中心電極15が設けてあり、可撓性基板１による筒状体13
との間隙部16でプラズマ放電を生成させる構成としてあ
る。従って、この間隙部がプラズマ放電部であり、ここ
に分解成膜性ガスを導入するが、均一性の観点からは、
分解成膜性ガスは中心電極15から可撓性基板１による筒
状体13の方向に放出させる構成としておくことが望まし
い。可撓性基板１による筒状体13で囲まれたプラズマ放
電部16の一端には専用排気孔(図示せず)を設け、また、
プラズマ放電部16の圧力をモニターするセンサ(図示せ
ず)を設置し、さらに、専用排気系には排気コンダクタ
ンスの制御機構(図示せず)を設けて反応圧力の制御を行
う構成としておくことが望ましい。また、可撓性基板１
による筒状体13の外部には、ランプヒータによる基板加
熱機構(図示せず)を設置する構成とし、基板を150℃〜3
00℃に加熱して成膜を行う。

【００２８】

【実施例２】本発明の構成は多室成膜装置の場合に限ら
ず、単室成膜装置の場合にも大きな利点を有しているた
め、プラズマ放電部の詳細な構成とその効果について、
図２に示す単室構成連続プラズマ成膜装置によって説明
する。なお、図の(a)は全体の構成を示し、(b)は(a)の
プラズマ放電部の A‐A'断面を示す。

【００２９】(a)において、１は可撓性基板であり、回
転円盤21に緊密に巻き付けられている。回転円盤21は固
定円盤20と噛み合わされ、回転円盤21と固定円盤20とに
よって端部円盤を形成し、円筒状に巻き付けられた可撓
性基板とによって、ほぼ密閉された放電空間を構成して
いる。このほぼ密閉された放電空間には、専用の排気孔
23及び圧力モニター端子24を設置しておく。また、排気
孔23に接続される排気ラインにには排気コンダクタンス
制御機構を設け、圧力モニターと組み合わせて、プラズ
マ放電部の反応圧力を制御する構成としてある。また、
上記円筒の中心軸部には中心電極15を絶縁体22を介して
固定してあり、成膜ガスは中心電極15から半径方向に供
給することによって成膜特性の高い均一性を得ることが
できる。

【００３０】可撓性基板１の接地接続はガイドロール1
2、14等を介して行うことが可能であるが、１MHz以上の
高周波を中心電極15に供給してプラズマ放電を生起させ
る場合には、可撓性基板１を巻きつける円盤状体20、21
を接地接続し、これとの電気的な接続を緊密にする構成
が望ましい。これは、高周波に対する同軸線路を形成さ
せるためである。ガイドロール12、14の作用によって、
可撓性基板１を一対の円盤状体に緊密に巻きつけること
が可能であり、可撓性基板１がステンレスの場合には、
端部のステンレスが露出していれば緊密な電気的接続が
得られる。可撓性基板がポリイミド等の絶縁体の場合に
は、可撓性基板１による筒状体13の外部にほぼ筒状に接
地電極を設置する必要があるが、そのような構成とする
ことは容易である。以上の構成は電界が中心電極15側に
集中する構成であり、好ましくないイオンの成膜面への
入射を抑制する作用も有する。中心電極15に供給する電
力は13.56MHzの高周波が一般的であるが、2.45MHzのマ
イクロ波であってもよい。これは、電極配置が同軸線路
を形成する構成となっているためである。また、パルス
状の電力であっても特に問題は生じない。ただし、原料
ガスの分解効率を高め、成膜域からの原料ガスの流出を
低減させるためには、マイクロ波の利用が望ましい。な
お、可撓性基板１は、円筒状に屈曲させることによって
幅方向の剛性が高くなり、中心電極15からの距離がほぼ
一様となって、プラズマ放電の均一性を確保することが
できる。

【００３１】以上の構成を分解成膜性ガスの閉じ込めと
いう観点から図１に戻って説明すると、プラズマ放電部
16から可撓性基板１の幅方向への分解成膜性ガスの流出
が抑制されており、プラズマ放電部16からの分解成膜性
ガスの流出は、ガイドロール12とガイドロール14との間
隙のみで起こる。この流出は、ガイドロール17を追加す
ることによって低減することができる。このガイドロー
ル17は可撓性基板１の端部のみに接し、成膜面には間隙
を保つ構造のロールである。ガイドロール17は可撓性基
板１の成膜面が相互に擦過するのを防止する作用も有し
ている。

【００３２】ところで、各成膜室間には分解成膜性ガス
の相互拡散を抑制するスリットが設けられているので、
各プラズマ放電成膜部間は少なくとも３段の分解成膜性
ガス相互拡散抑制機構で隔てられた構成となっている。
可撓性基板１がほぼ一直線状に移動する従来構成では、
対応する分解成膜性ガス相互拡散抑制機構は一段のみで
あるので、上記本発明の構成とすることによって、他の
プラズマ放電成膜部に供給された分解成膜性ガスの混入
が大幅に抑制されることになる。本実施例の構成は、前
述したように、p‐i‐n 構造の水素化非晶質シリコン太
陽電池の製造を想定したものであるが、n 層成膜部及び
p 層成膜部からの i 層成膜部へのドーパントの混入が
大幅に抑制され、光電変換効率の高い太陽電池を連続的
に製造することが可能となっている。

【００３３】なお、上記の例においては、p‐i‐n 構造
が一層のみの水素化非晶質シリコン太陽電池を製造する
場合の例について説明したが、p‐i‐n 構造を二層ある
いは三層積層した構造の積層型太陽電池を製造する場合
には、プラズマ放電成膜室を６室あるいは９室以上とす
る構成とすれば良い。このような積層型太陽電池を可撓
性基板１がほぼ一直線状に移動する従来構成の製造装置
で製造するためには、ドーパントの相互拡散を抑制する
ために、p 層成膜室と n 層成膜室との間に中間排気室
を設ける必要があったが、本発明の構成とすることによ
って、特にこのような中間排気室を設けることなく、ド
ーパントの相互拡散を抑制することができる。

【００３４】以上、本発明のプラズマ成膜装置及びプラ
ズマ成膜方法について、太陽電池の製造を例として説明
したが、本発明は、これに限定されるものではなく、薄
膜製造全般に適用することができる。

【００３５】

【発明の効果】以上述べてきたように、プラズマ成膜装
置及びプラズマ成膜方法を本発明構成の装置及び方法と
することによって、従来技術の有していた課題を解決し
て、第一に、装置設置面積が小さいコンパクトな装置構
成で、可撓性基板の幅方向への撓みに起因するプラズマ
放電電極との間隔変動を抑制した成膜均一性が高い構成
の、また、隣接する成膜室間の成膜原料ガスの相互拡散
を抑制した、可撓性基板への連続プラズマ成膜装置を提
供すること、第二に、生産性が高く、かつ、組成が異な
る半導体層を積層形成する場合に、膜組成の相互混入の
少ない、特にドーパントの相互混入の少ない、可撓性基
板への連続プラズマ形成方法を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多室構成連続プラズマ成膜装置の一実
施例の構成を示す模式断面図。

【図２】本発明の単室構成連続プラズマ成膜装置の一実
施例の構成を示す模式断面図。

【符号の説明】

１…基板、２、12…ロール、３、11…ガイドロール、
４、６、８、10…スリット、５… n 層成膜室、７… i
層成膜室、９… p 層成膜室、12、14…ガイドロール、1
3…基板筒状体、15…中心電極、16…プラズマ放電部、1
7…補助ガイドロール、18…真空室、19…真空室壁、20
…固定円盤、21…回転円盤、22…絶縁体、23…排気孔、
24…圧力モニター。

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空室内に設置した可撓性基板を屈曲させ
   てほぼ筒状体を形成し、該筒状体と該筒状体の両端面を
   塞ぐ一対の構造体とによって実質的な閉空間を形成する
   機構と、該実質的閉空間内に分解成膜性ガスを導入し、
   該空間内にプラズマ放電を生成させ、上記筒状体の内壁
   を形成する可撓性基板表面に膜成長を行わせる機構とか
   らなることを特徴とするプラズマ成膜装置。
2. 【請求項２】上記可撓性基板が長尺状の基板であり、そ
   の一部分を長さ方向に屈曲させて一対の円盤状体に巻き
   つけてほぼ円筒状の実質的な閉空間を形成した可撓性基
   板であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ成膜
   装置。
3. 【請求項３】上記実質的な閉空間を形成する部分が複数
   個存在し、該筒状閉空間形成部を上記可撓性基板が移動
   して、筒状閉空間の内壁をなす側の可撓性基板表面に膜
   を積層させる構成としたことを特徴とする請求項１、２
   の何れかに記載のプラズマ成膜装置。
4. 【請求項４】上記真空室が分解成膜性ガスの相互拡散を
   阻害するように複数の区画に区分されており、該区画内
   に上記のプラズマ成膜を内部で行う実質的な筒状閉空間
   形成部分が配置され、上記可撓性基板が複数の上記の実
   質的な筒状閉空間形成部を移動し、上記筒状閉空間の内
   壁をなす側の可撓性基板表面に異なる組成の膜を積層さ
   せる構成としたことを特徴とする請求項１〜３の何れか
   に記載のプラズマ成膜装置。
5. 【請求項５】上記可撓性基板が長尺状の基板であり、該
   基板が上記実質的な筒状閉空間形成部を連続的に移動
   し、上記筒状閉空間の内壁をなす側の可撓性基板表面に
   膜を積層させる構成としたことを特徴とする請求項３、
   ４の何れかに記載のプラズマ成膜装置。
6. 【請求項６】上記の実質的な筒状閉空間形成部の内部に
   分解成膜性ガス導入機構及び排気孔を有することを特徴
   とする請求項１〜５の何れかに記載のプラズマ成膜装
   置。
7. 【請求項７】上記の実質的な筒状閉空間形成部の内部に
   圧力検知センサを有するとともに、上記排気孔に接続す
   る排気系に排気コンダクタンス制御機構を有することを
   特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のプラズマ成膜
   装置。
8. 【請求項８】上記の実質的な筒状閉空間形成部内部に排
   気孔を有するとともに、該形成部外部にも排気孔を有す
   ることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のプラ
   ズマ成膜装置。
9. 【請求項９】上記真空室が分解成膜性ガスの相互拡散を
   阻害するように複数の区画に区分されており、区分され
   た各区画内の実質的な筒状閉空間を形成する部分の内部
   と外部とに排気孔を有することを特徴とする請求項４記
   載のプラズマ成膜装置。
10. 【請求項１０】上記可撓性基板が導電性基板であり、該
    基板を接地電位とし、上記の実質的な筒状閉空間内部に
    棒状あるいは円柱状の電極を設置して、該電極に高周波
    電力あるいはパルス状電力を供給してプラズマ放電を生
    成させる構成としたことを特徴とする請求項１〜９の何
    れかに記載のプラズマ成膜装置。
11. 【請求項１１】上記の実質的な筒状閉空間形成部内部に
    設置した棒状あるいは円柱状の電極に供給する電力が周
    波数１MHz以上の高周波であることを特徴とするプラズ
    マ成膜装置。
12. 【請求項１２】請求項１〜11の何れかに記載の成膜装置
    を用い、水素化シリコン化合物を含有するガスをプラズ
    マ分解し、可撓性基板表面に水素化非晶質シリコンある
    いは水素化微結晶シリコン、または、ゲルマニウム、炭
    素、酸素または窒素を含む非晶質あるいは微結晶の半導
    体膜を形成することを特徴とするプラズマ成膜方法。
13. 【請求項１３】上記可撓性基板の表面に、組成の異なる
    半導体層を連続的に積層形成することを特徴とする請求
    項12記載のプラズマ成膜方法。
14. 【請求項１４】上記可撓性基板の表面に、ドーパントを
    含有する半導体層と実質的にドーパントを含有しない半
    導体層とを連続的に積層形成することを特徴とする請求
    項12記載のプラズマ成膜方法。
15. 【請求項１５】上記可撓性基板の表面に、一導電型のド
    ーパントを含有する半導体層と逆導電型のドーパントを
    含有する半導体層とを連続的に積層形成することを特徴
    とする請求項12記載のプラズマ成膜方法。