JPH09181007A - Semiconductor device manufacturing equipment - Google Patents
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- JPH09181007A JPH09181007A JP7350565A JP35056595A JPH09181007A JP H09181007 A JPH09181007 A JP H09181007A JP 7350565 A JP7350565 A JP 7350565A JP 35056595 A JP35056595 A JP 35056595A JP H09181007 A JPH09181007 A JP H09181007A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明の課題は、帯状基体を傷つけることなく
温度モニターして温度制御を行い、正確な温度制御が可
能で、生産性の高い半導体素子の製造装置を提供するこ
とにある。
【解決手段】本発明は、上記課題を解決するめために、
帯状基体を長手方向に連続的に移動させながら、放射加
熱ヒータを備えた複数の成膜室を通過させ、該各成膜室
によって該帯状基体の表面上に各々独立して積層薄膜素
子を連続して形成する半導体素子の製造装置において、
前記放射加熱ヒーターは前記帯状基体と非接触の温度測
定手段を有する温度制御装置によって温度制御されるこ
とを特徴とするものであり、例えば、前記温度制御手段
として、帯状基体から放射される熱をモニターし、該帯
状基体の基体温度を制御するための熱電対を、放射加熱
ヒータと帯状基体との中空に設置して構成したものであ
る。
(57) Abstract: An object of the present invention is to provide a highly productive semiconductor device manufacturing apparatus capable of performing accurate temperature control by performing temperature control by monitoring the temperature without damaging the strip-shaped substrate. Especially. In order to solve the above problems, the present invention provides:
While continuously moving the strip-shaped substrate in the longitudinal direction, the strip-shaped substrate is passed through a plurality of film-forming chambers equipped with radiant heaters, and the stacked thin-film elements are continuously formed on the surface of the strip-shaped substrate by each film-forming chamber. In the manufacturing device of the semiconductor element formed by
The radiant heating heater is characterized in that the temperature is controlled by a temperature control device having a temperature measuring means which is in non-contact with the strip-shaped substrate. For example, the temperature control means controls the heat emitted from the strip-shaped substrate. A thermocouple for monitoring and controlling the temperature of the strip-shaped substrate is installed in the hollow between the radiant heater and the strip-shaped substrate.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子の製造
装置に関し、特に、光起電力素子等の積層薄膜素子を帯
状基体上に連続して形成できる装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device manufacturing apparatus, and more particularly to an apparatus capable of continuously forming laminated thin film elements such as photovoltaic elements on a strip-shaped substrate.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、帯状基体の表面上に、薄膜を連続
して形成する半導体素子の製造装置としては、例えばロ
ール・ツー・ロール(Roll to Roll)方式
を採用した連続プラズマCVD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、複数のグロー放電領域を設け、
所望の幅で充分に長い帯状の基体を、前記グロー放電領
域を順次貫通する経路に沿って前記帯状基体の長手方向
に連続的に搬送せしめることによって、半導体接合を有
する素子を連続形成することが出来ると記載されてい
る。また、上記の製造装置では、各半導体層形成時に用
いる成膜ガスやドーパントガスが他のグロー放電領域へ
拡散、混入するのを防止するために、各成膜空間の間に
ガスゲート室が設けてある。具体的には、前記各グロー
放電領域をスリット状の分離通路によって分離し、更に
該分離通路に、例えば、Ar、H2等の分離用ガスの流
れを形成させる。または、分離通路に排気手段を設け
て、隣り合う成膜室から流れ込むガスを排気する手段が
採用されている。また、帯状基体の加熱温度を制御する
ための熱電対を前記帯状基体に接触させてモニターし、
制御していた。2. Description of the Related Art Conventionally, as a semiconductor device manufacturing apparatus for continuously forming a thin film on the surface of a belt-shaped substrate, for example, a manufacturing method by a continuous plasma CVD method employing a roll-to-roll method. A device is disclosed in U.S. Pat. No. 4,400,409. In this manufacturing apparatus, a plurality of glow discharge regions are provided,
By continuously transporting a belt-shaped substrate having a desired width and sufficiently long in the longitudinal direction of the belt-shaped substrate along a path that sequentially penetrates the glow discharge region, an element having a semiconductor junction can be continuously formed. It is stated that it can be done. Further, in the above-described manufacturing apparatus, a gas gate chamber is provided between each film forming space in order to prevent the film forming gas or the dopant gas used in forming each semiconductor layer from diffusing into and mixing with other glow discharge regions. is there. Specifically, each glow discharge region is separated by a slit-shaped separation passage, and a flow of a separation gas such as Ar or H2 is formed in the separation passage. Alternatively, a means for providing an exhaust means in the separation passage to exhaust gas flowing from the adjacent film forming chambers is adopted. Further, a thermocouple for controlling the heating temperature of the strip-shaped substrate is brought into contact with the strip-shaped substrate to monitor,
Had control.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ロール・ツー・ロール方式を採用した製造装置には次の
ような問題がある。 (1)温度制御のため帯状基体に熱電対を接触させてい
るために、該帯状基体の裏面の長手方向に傷が発生し、
表面の半導体素子の生存率が低下する原因の一つとなっ
ていた。 (2)温度制御のため帯状基体に熱電対を押え込む形状
で接触させているため、成膜中に該帯状基体との摩擦に
よって該熱電対が断線し、温度制御が不可能となる事が
あった。 (3)帯状基体がテンションのON、OFF等で逆走し
た時に、押え込んでいる熱電対の形が変形し温度制御の
再現性に影響をおよぼしていた。 (4)基体の搬送により、熱電対の押え込み圧が変動
し、そのたびに温度表示も変動するので放射加熱ヒータ
ーの出力が不安定になっていた。However, the manufacturing apparatus adopting the above-mentioned roll-to-roll system has the following problems. (1) Since a thermocouple is brought into contact with the strip-shaped substrate for temperature control, scratches are generated in the longitudinal direction on the back surface of the strip-shaped substrate,
This has been one of the causes of the decrease in the survival rate of semiconductor devices on the surface. (2) Since the thermocouple is pressed into contact with the strip-shaped substrate for temperature control, the thermocouple may break due to friction with the strip-shaped substrate during film formation, making temperature control impossible. there were. (3) When the strip-shaped substrate runs in reverse due to ON / OFF of tension, the shape of the thermocouple being pressed in is deformed, which affects the reproducibility of temperature control. (4) The pressing pressure of the thermocouple fluctuates due to the conveyance of the substrate, and the temperature display fluctuates each time, so the output of the radiant heating heater becomes unstable.
【0004】そこで、本発明は、上記従来技術の課題を
解決し、帯状基体を傷つけることなく温度モニターして
温度制御を行い、正確な温度制御が可能で、生産性の高
い半導体素子の製造装置を提供するようにしたものであ
る。Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, performs temperature control by monitoring the temperature without damaging the band-shaped substrate, and enables accurate temperature control, and a highly productive semiconductor device manufacturing apparatus. Is provided.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明の導体素子の製造
装置は、上記課題を解決するために、帯状基体を長手方
向に連続的に移動させながら、放射加熱ヒーターを備え
た複数の成膜室を通過させ、該各成膜室によって該帯状
基体の表面上に各々独立して積層薄膜素子を連続して形
成する半導体素子の製造装置において、前記放射加熱ヒ
ーターは前記帯状基体と非接触の温度測定手段を有する
温度制御装置によって温度制御されることを特徴とする
ものである。そして、本発明の前記温度測定手段は、帯
状基体から放射される熱をモニターし、該帯状基体の基
体温度を制御するための熱電対を、放射加熱ヒーターと
帯状基体との中空に設置して構成することができる。ま
た、本発明においては、前記熱電対には、前記放射加熱
ヒーターからの輻射熱の影響を抑えるカバーを設けるよ
うにしてもよく、また、その位置を固定する治具を設け
るようにしてもよい。In order to solve the above-mentioned problems, the conductor element manufacturing apparatus of the present invention comprises a plurality of film formations provided with radiant heaters while continuously moving the strip-shaped substrate in the longitudinal direction. In the apparatus for manufacturing a semiconductor element, which passes through a chamber and continuously forms laminated thin film elements independently on the surface of the strip-shaped substrate by the film forming chambers, the radiant heater is not in contact with the strip-shaped substrate. It is characterized in that the temperature is controlled by a temperature control device having a temperature measuring means. The temperature measuring means of the present invention monitors the heat radiated from the strip-shaped substrate, and installs a thermocouple for controlling the substrate temperature of the strip-shaped substrate in the hollow between the radiant heating heater and the strip-shaped substrate. Can be configured. Further, in the present invention, the thermocouple may be provided with a cover for suppressing the influence of radiant heat from the radiant heater, or may be provided with a jig for fixing its position.
【0006】[0006]
【発明の実施の形態】本発明は、上記したように複数の
成膜空間を構成する各成膜室内において帯状基体に熱電
対を接触させずに温度をモニターし、基体温度を制御す
るものであるから、該帯状基体に傷をつけることがな
く、再現性の良い安定した制御が可能となり、半導体素
子の生存率を高めることができる。また、放射加熱ヒー
ターからの輻射熱の影響を抑えるカバーや、その位置を
固定する治具を設けるようにすることにより、より正確
な温度制御やセッテイング等の時間短縮によって、稼働
率の向上を図ることができる。本発明における帯状基体
としては、半導体膜作製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く、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及びその複合体、
及びそれらの表面に異種材質の金属薄膜及び/またはS
iO2、Si3N4、AlN等の絶縁性薄膜をスパッタ
法、蒸着法、鍍金法等により表面コーテイング処理をお
こなったものがあげられる。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、またこれらとガラスファイバー、カー
ボンファイバー、ホウ素ファイバー、金属繊維等との複
合体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。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention controls the substrate temperature by monitoring the temperature without contacting the thermocouple with the belt-shaped substrate in each film forming chamber forming a plurality of film forming spaces as described above. Therefore, it is possible to perform stable control with good reproducibility without damaging the strip-shaped substrate, and it is possible to increase the survival rate of the semiconductor element. In addition, by providing a cover that suppresses the influence of radiant heat from the radiant heater and a jig that fixes the position, more accurate temperature control and shortening the time for setting, etc., aiming to improve the operating rate. You can The strip-shaped substrate in the present invention is preferably one that has little deformation and distortion at the temperature required for producing a semiconductor film, has desired strength, and has conductivity, and specifically, stainless steel. , Thin plates of metal such as aluminum and its alloys, iron and its alloys, copper and its alloys, and composites thereof,
And a thin metal film of different materials and / or S on their surface
There may be mentioned those obtained by subjecting an insulating thin film of iO2, Si3N4, AlN or the like to a surface coating treatment by a sputtering method, a vapor deposition method, a plating method or the like. In addition, polyimide, polyamide, polyethylene terephthalate, heat-resistant resinous sheet of epoxy or the like, or a metal simple substance or alloy on the surface of a composite of these, glass fiber, carbon fiber, boron fiber, metal fiber, etc., and transparent conductive oxidation The thing (TCO) etc. which performed electroconductivity processing by methods, such as sputtering, vapor deposition, plating, and coating, are mentioned.
【0007】また、前記帯状基体の厚さとしては前記搬
送手段による搬送時に作製される湾曲形状が維持される
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好ましい。具体的に
は、好ましくは、0.01mm〜1mm、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。前記帯状基体の幅については、特に
制限されることはなく、半導体膜作製手段、あるいはそ
の容器等のサイズによって決定される。前記帯状基体の
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っても良く、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。Further, the thickness of the belt-shaped substrate is within a range in which the curved shape produced at the time of carrying by the carrying means can be maintained and the strength can be maintained. The thinner one is preferable. Specifically, it is preferably 0.01 mm to 1 mm, most preferably 0.
It is desirable that the thickness is 05 mm to 0.5 mm, but when a thin plate made of metal or the like is used, the desired strength can be easily obtained even if the thickness is relatively thin. The width of the strip-shaped substrate is not particularly limited and is determined by the size of the semiconductor film forming means or the container thereof. The length of the belt-shaped substrate is not particularly limited, and may be such a length that it can be wound into a roll, and a long one is further lengthened by welding or the like. Is also good.
【0008】本発明の薄膜を連続して形成する半導体素
子の製造装置としては、例えば図1に示したロール・ツ
ー・ロール型の装置があげられる。半導体素子として
は、例えばLSIに代表される集積回路、半導体レーザ
ーに代表される各種センサー、および太陽電池に代表さ
れる各種光起電力素子があげられる。特に、本発明の製
造装置は、大面積な受光部を必要とする太陽電池に適用
することが好ましい。太陽電池とは例えば図6に示した
層構成、すなわち帯状部材からなる基体601の表面上
に、n型半導体層602、i型半導体層603、p型半
導体層604、ITO透明導電性膜605という各層を
順次積み上げた層構成からなる発電素子である。As a semiconductor device manufacturing apparatus for continuously forming the thin film of the present invention, for example, there is a roll-to-roll type apparatus shown in FIG. Examples of semiconductor elements include integrated circuits typified by LSIs, various sensors typified by semiconductor lasers, and various photovoltaic elements typified by solar cells. Particularly, the manufacturing apparatus of the present invention is preferably applied to a solar cell that requires a large-area light receiving section. The solar cell is, for example, a layer structure shown in FIG. 6, that is, an n-type semiconductor layer 602, an i-type semiconductor layer 603, a p-type semiconductor layer 604, and an ITO transparent conductive film 605 on the surface of a base body 601 made of a band-shaped member. It is a power generation element having a layered structure in which each layer is sequentially stacked.
【0009】以下、薄膜を連続して形成する半導体素子
の製造装置の構成について、図1に基づき説明する。図
1において、101、102、103はマイクロ波プラ
ズマCVD法による成膜室、104、105は帯状基体
の供給室および巻き取り室である。それぞれの成膜室は
ガスゲート106によって接続されている。107は帯
状基体であり、供給室から巻き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構造の太陽電池用半導体膜が形成
される。101〜103の各成膜室には基体を加熱する
放射加熱ヒーター108、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ガス導入管1
09、排気手段(図示せず)により成膜室を排気する排
気管110が設けられ堆積膜の形成がおこなわれる11
3は成膜領域調整板、114は圧力計、115および1
16は供給室および巻き取り室の排気をおこなう排気管
である。The structure of a semiconductor device manufacturing apparatus for continuously forming thin films will be described below with reference to FIG. In FIG. 1, 101, 102, and 103 are film forming chambers by a microwave plasma CVD method, and 104 and 105 are a supply chamber and a winding chamber for a strip-shaped substrate. The film forming chambers are connected by a gas gate 106. Reference numeral 107 denotes a belt-shaped substrate, which passes through three film forming chambers before being transported from the supply chamber to the winding chamber, and has a three-layer functional deposited film on the surface thereof, for example, a pin-structure semiconductor film for solar cell. Is formed. In each of the film forming chambers 101 to 103, a radiant heater 108 for heating the substrate, and a gas introducing pipe 1 for introducing a film forming gas supplied from a gas supply means (not shown) into the film forming chambers
09, an exhaust pipe 110 for exhausting the film forming chamber by an exhaust means (not shown) is provided to form a deposited film 11
3 is a film formation region adjusting plate, 114 is a pressure gauge, and 115 and 1.
Reference numeral 16 is an exhaust pipe for exhausting the supply chamber and the winding chamber.
【0010】図1に示した成膜室101の中には、図3
に示した直方体形状の成膜空間が設けられている。この
成膜空間は、成膜容器301と帯状基体302で形成さ
れている。成膜空間内には、マイクロ波エネルギーを導
入するためのアプリケーター303が取り付けられてい
る。このアプリケーター303は、導波管(図示せず)
にてマイクロ波電源(図示せず)と接続されている。ま
た、成膜容器の底面には、原料ガスを導入するためのガ
ス導入部304が取り付けられており、原料ガスを放出
するための多数のガス放出孔が、帯状基体に対向して配
置されている。このガス導入部304はガス供給設備
(図示せず)に接続されている。アプリケーターの対向
側の側壁、即ち成膜容器301の手前側の側壁には、排
気パンチングボード305が取り付けられ、マイクロ波
エネルギーを成膜空間内に閉じ込めるとともに、排気管
(図示せず)に接続されている。尚、図1における成膜
室102、103も上記と同様の構成となっている。
尚、図1ではマイクロ波プラズマCVD法での成膜室の
み説明しているが、この他にRF、VHF等の低、高周
波プラズマCVD法による成膜室を採用しても同様な効
果が得られる。The film forming chamber 101 shown in FIG.
The rectangular parallelepiped film forming space shown in FIG. This film forming space is formed by a film forming container 301 and a strip-shaped substrate 302. An applicator 303 for introducing microwave energy is attached in the film formation space. This applicator 303 is a waveguide (not shown)
Is connected to a microwave power source (not shown). Further, a gas introduction part 304 for introducing the source gas is attached to the bottom surface of the film forming container, and a large number of gas emission holes for releasing the source gas are arranged so as to face the strip-shaped substrate. There is. The gas introduction unit 304 is connected to a gas supply facility (not shown). An exhaust punching board 305 is attached to the side wall on the opposite side of the applicator, that is, the side wall on the front side of the film forming container 301, and confines microwave energy in the film forming space and is connected to an exhaust pipe (not shown). ing. The film forming chambers 102 and 103 in FIG. 1 also have the same configuration as above.
Although FIG. 1 illustrates only the film forming chamber by the microwave plasma CVD method, the same effect can be obtained by using a film forming chamber by low or high frequency plasma CVD method such as RF or VHF. To be
【0011】ここで、複数の成膜空間としては、例えば
前記帯状基体が最初に投入されて減圧処理が行われる仕
込み室、搬送されてくる前記帯状基体を適当な温度まで
上昇させる加熱室、搬送されてくる前記帯状基体の表面
上に適当な薄膜を形成する成膜室、搬送されてくる前記
帯状基体を適当な温度まで下降させる冷却室、成膜が完
了した前記帯状基体を大気圧下にもどす取り出し室があ
げられる。特に、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。
この時、各成膜室の間に後述するガスゲート室を設けて
隣り合う成膜室の影響を防止する手段も用いられる。Here, the plurality of film forming spaces are, for example, a charging chamber in which the strip-shaped substrate is first charged and a decompression process is performed, a heating chamber for raising the transported strip-shaped substrate to an appropriate temperature, and a transporting chamber. A film forming chamber for forming an appropriate thin film on the surface of the strip-shaped substrate that is received, a cooling chamber for lowering the conveyed strip-shaped substrate to an appropriate temperature, and the strip-shaped substrate for which film formation has been completed under atmospheric pressure. There is a take-out room for returning. In particular, a plurality of film forming chambers may be continuously provided to form a plurality of thin films of different materials.
At this time, a means for preventing the influence of adjacent film forming chambers by providing a gas gate chamber described below between the film forming chambers is also used.
【0012】本発明における帯状基体が複数の成膜室の
中を帯状基体の長手方向に連続的に搬送される手段とし
ては、例えば図1に示したロール・ツー・ロール方式の
手段があげられる。この方式では、供給室104に配置
されたドラムに巻かれた帯状基体は、複数の成膜空間内
を通して、巻き取り室105に設けたロール形状の巻き
取り装置にて移動させられる。前記帯状基体が、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。この時の搬送速度は、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〜2000mm/minである。As a means for continuously transporting the strip-shaped substrate in a plurality of film forming chambers in the longitudinal direction of the strip-shaped substrate in the present invention, there is, for example, the roll-to-roll system shown in FIG. . In this system, the strip-shaped substrate wound on the drum arranged in the supply chamber 104 is moved by the roll-shaped winding device provided in the winding chamber 105 through the plurality of film formation spaces. It is important that the strip-shaped substrate is transported at a constant speed through the plurality of film-forming spaces without causing wrinkles, twists, warps, etc. in its surface. The transport speed at this time is appropriately selected depending on the film forming conditions (film thickness of semiconductor film, forming speed, etc.), but is preferably 200 mm / min to 2000 mm / min.
【0013】また、ここでのガスゲート室とは、前記帯
状基体の供給室および巻き取り室と成膜室とを分離独立
させ、かつ、前記帯状基体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真空容器である。また、異
なる材質の薄膜を複数層形成する場合には、隣り合う成
膜室を分離独立させるためにも設けられる。ガスゲート
室としては、例えば図2(図1[106]の拡大断面
図)の構成からなるものがあげられる。開口断面調節部
材201は帯状基体202の上下に平板状に設置され、
帯状基体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
室でのガスの拡散、混入を防ぐ目的から、例えば1〜5
mmの幅に設定するのが好ましい。開口断面調節部材2
01の材質は、熱変形や摩耗の少ないアルミナ等のセラ
ミックス、石英等のガラス、またはこれらの複合材等に
より、基本的には平板状に構成される。しかし基体裏面
のガスの流れを安定させるために、基体長手方向に溝等
を設けていても良い。Further, the gas gate chamber here means that the supply chamber and the winding chamber for the strip-shaped substrate are separated and independent from each other, and the strip-shaped substrate is continuously conveyed through them. This is a vacuum container provided for the purpose of Further, when a plurality of thin films made of different materials are formed, they are also provided to separate adjacent film forming chambers. As the gas gate chamber, for example, one having the configuration of FIG. 2 (enlarged sectional view of FIG. 1 [106]) can be mentioned. The opening cross-section adjusting member 201 is installed above and below the strip-shaped base 202 in a flat plate shape,
A predetermined gap is provided between the strip-shaped substrate and the deposition surface. This gap is, for example, 1 to 5 for the purpose of reducing the conductance and preventing the diffusion and mixing of the gas in each film forming chamber.
It is preferable to set the width to mm. Opening cross section adjusting member 2
The material of 01 is basically formed in a flat plate shape by ceramics such as alumina, which is less likely to be thermally deformed or worn, glass such as quartz, or a composite material thereof. However, in order to stabilize the gas flow on the back surface of the substrate, a groove or the like may be provided in the longitudinal direction of the substrate.
【0014】更に、ガスゲート室内は、分離用ガス導入
管203から分離用ガスが導入され、ガスゲート室内に
侵入する成膜室の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、N
e、Kr、Xe、Rn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。ゲートガスの流量は、
ガスゲート室全体のコンダクタンス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、ゲートガスはガスゲートの
中央部から両サイドの真空容器側へ流れ、両サイドの真
空容器間での相互のガス拡散を最小限に抑えることがで
きる。Further, the gas gate chamber is constructed so that the separation gas is introduced from the separation gas introduction pipe 203 and the film forming gas in the film forming chamber which enters the gas gate chamber is pushed back. As the separation gas, for example, Ar, He, N
Examples thereof include rare gases such as e, Kr, Xe, and Rn, or diluent gas for forming a semiconductor film, such as H2. The gate gas flow rate is
Although it is appropriately determined by the conductance of the entire gas gate chamber, for example, if a point at which the pressure is maximized is provided approximately in the center of the gas gate, the gate gas flows from the center of the gas gate to the vacuum container side on both sides, Mutual gas diffusion between the vacuum containers can be minimized.
【0015】[0015]
【実施例】以下本発明の実施例を、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1の半導体素子の製造装置を用いて、以
下に示す操作によって帯状基体の表面上に、pin型ア
モルファスシリコン太陽電池を作製した。まず、帯状基
体107を、供給室104から巻き出されガスゲート室
106により接続された3つの成膜室101〜103を
通過して、巻き取り室105に巻き取られる様にセット
した。帯状基体107としては、幅30cm、長さ50
m、厚さ0.2mmのSUS430BAを使用した。
尚、ガスゲート室106のスリット高さは全て10mm
とした。次に、前記帯状基体供給室、巻き取り室、およ
び各成膜室を排気管110、115、116を通して排
気装置(図示せず)により10-6Torr台まで十分に
排気した後、引き続き排気しながら各成膜室ヘガス導入
管109よりそれぞれの成膜ガスを導入し、圧力計11
4を確認しつつ排気量を調節して各成膜室を所定の圧力
に調整した。ガスゲート106のスリットには分離用ガ
スとしてH2を上下ガス導入管112から各300sc
cm導入した。放射加熱ヒーター108で帯状基体10
7の裏面から所定の温度で加熱し、マイクロ波導波管1
11からマイクロ波電力を導入して各成膜室内にグロー
放電を生起し、帯状基体を一定速度で搬送して帯状基体
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。この時の本発明における帯状基体の温度のモ
ニター方法を図4を用いて以下に説明する。図4は図1
における成膜室の拡大図である。401は成膜容器、4
02はガスゲート、403は帯状基体である。404は
マイクロ波電力を供給する導波管、405は成膜ガスを
成膜室に導入するガス導入管、406は排気管、407
は圧力計である。また、408は成膜領域調整板であ
り、開口部分において堆積膜が形成される。409〜4
12は基板加熱ヒーター部であり、409、411は温
度制御装置、410、412は放射加熱ヒーターであ
る。マイクロ波を印加した堆積膜形成時に温度制御装置
を直下の熱電対413、414により制御して加熱をお
こなった。ここで制御用熱電対の取り付け方法について
説明する。従来熱電対は、帯状基体に接触させて前記帯
状基体の温度をモニターしていたが、帯状基体の搬送に
よる摩擦で、帯状基体の裏面の長手方向に傷が発生した
り、成膜中に摩擦によって熱電対の先端が削れて断線し
制御不可能な状態となる事があった。そこで、図5に示
すような熱電対の設置をおこなった。帯状基体501と
接触しない様に、放射加熱ヒータ502と帯状基体50
1の中空に熱電対503がくるように設置した。この設
置方法により、上記の熱電対における問題点を解決し実
験をおこなった。尚、各成膜室での基板加熱設定温度
は、n、i、p層それぞれ、250℃、300℃、15
0℃とした。上記の方法で得られたアモルファスシリコ
ン膜を堆積した帯状基体をロール・ツー・ロール装置か
ら取り出し、10cm×10cmの大きさに切り離し、
シングルチャンバーの真空蒸着装置に入れ、真空蒸着法
によりITO透明導電性膜を積層し、図6の模式断面図
に示す太陽電池を作製した。図6において601は基
体、602はn型層、603はi型層、604はp型
層、605はITO透明導電性膜である。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 7, but the present invention is not limited to these examples. Example 1 A pin type amorphous silicon solar cell was produced on the surface of a strip-shaped substrate by the following operation using the semiconductor device manufacturing apparatus shown in FIG. First, the strip-shaped substrate 107 was set so as to be unwound from the supply chamber 104, passed through the three film forming chambers 101 to 103 connected by the gas gate chamber 106, and wound into the winding chamber 105. The band-shaped substrate 107 has a width of 30 cm and a length of 50.
m, 0.2 mm thick SUS430BA was used.
The height of the slits in the gas gate chamber 106 is 10 mm.
And Next, the strip-shaped substrate supply chamber, the winding chamber, and the film-forming chambers are exhausted to the 10 −6 Torr level through an exhaust pipe 110, 115, 116 by an exhaust device (not shown), and then exhausted. While introducing each film forming gas into each film forming chamber through the gas introducing pipe 109, the pressure gauge 11
While confirming No. 4, the exhaust amount was adjusted to adjust each film forming chamber to a predetermined pressure. In the slit of the gas gate 106, H 2 as a separating gas is introduced from the upper and lower gas introducing pipes 112 at 300 sc each.
cm. The radiant heater 108 is used to form the strip-shaped substrate 10.
The microwave waveguide 1 is heated from the rear surface of 7 at a predetermined temperature.
Microwave power was introduced from 11 to generate glow discharge in each film forming chamber, and the strip-shaped substrate was transported at a constant speed to continuously form an n, i, p-type amorphous silicon film on the strip-shaped substrate. A method of monitoring the temperature of the strip-shaped substrate in the present invention at this time will be described below with reference to FIG. 4 is shown in FIG.
3 is an enlarged view of the film forming chamber in FIG. 401 is a film forming container, 4
Reference numeral 02 is a gas gate, and 403 is a belt-shaped substrate. Reference numeral 404 is a waveguide for supplying microwave power, 405 is a gas introducing pipe for introducing a film forming gas into the film forming chamber, 406 is an exhaust pipe, and 407.
Is a pressure gauge. Further, reference numeral 408 is a film formation region adjusting plate, and a deposited film is formed in the opening portion. 409-4
Reference numeral 12 is a substrate heating heater unit, 409 and 411 are temperature control devices, and 410 and 412 are radiant heating heaters. When the deposited film was formed by applying microwaves, heating was performed by controlling the temperature control device with thermocouples 413 and 414 directly below. Here, a method for mounting the control thermocouple will be described. Conventionally, a thermocouple has been in contact with a strip-shaped substrate to monitor the temperature of the strip-shaped substrate.However, the friction caused by the transportation of the strip-shaped substrate may cause scratches in the longitudinal direction of the back surface of the strip-shaped substrate, or friction during film formation. Due to this, the tip of the thermocouple was scraped and the wire was broken, which could lead to an uncontrollable state. Therefore, a thermocouple as shown in FIG. 5 was installed. The radiant heater 502 and the strip-shaped substrate 50 are arranged so as not to come into contact with the strip-shaped substrate 501.
The thermocouple 503 was installed in the hollow of No. 1. By this installation method, the problems in the above thermocouple were solved and experiments were conducted. The substrate heating set temperatures in the film forming chambers are 250 ° C., 300 ° C. and 15 ° C. for n, i and p layers, respectively.
It was set to 0 ° C. The band-shaped substrate on which the amorphous silicon film obtained by the above method is deposited is taken out from the roll-to-roll apparatus and cut into a size of 10 cm × 10 cm,
It was placed in a single chamber vacuum vapor deposition apparatus, and an ITO transparent conductive film was laminated by a vacuum vapor deposition method to fabricate a solar cell shown in the schematic sectional view of FIG. In FIG. 6, 601 is a substrate, 602 is an n-type layer, 603 is an i-type layer, 604 is a p-type layer, and 605 is an ITO transparent conductive film.
【0016】(比較例1)本比較例1では、マイクロ波
電力を印加した堆積膜形成時における帯状基体の加熱方
法は、図4における温度制御装置を直下の前記帯状基体
に接触させた熱電対により制御して加熱をおこなった。
他の点は実施例1と同様とした。以上の実験から、次に
示す結果が得られた。 (1)実施例1および比較例1で、同処方(同じマイク
ロ波電力)にて作製した太陽電池では、特性および生存
率共に、実施例1における太陽電池の方が良好であっ
た。従来は温度制御用の熱電対を帯状基体に接触させて
いたために、帯状基体の裏面の長手方向に傷が発生し、
その傷が基体表面に構成された半導体層に影響して生存
率を低下させ、その結果太陽電池の特性も低下させてい
たものと考えられるが、本発明における熱電対の設置方
法により帯状基体裏面の傷が無くなり、特性および生存
率の面で優れた太陽電池の作製が可能となった。ここで
の生存率とは、開放電圧が0.5V以上を示した1cm
角の太陽電池10個に対する割合のことである。 (2)比較例1では、成膜途中に熱電対の先端が削れて
断線し温度制御が不可能な状態になることがあったが、
実施例1では熱電対を接触させずに中空に設置している
ので、そのようなトラブルは生じなかった。 (3)比較例1では、基体の搬送により熱電対の押え込
み圧が変動し、そのたびにモニターしている温度が10
%程度ふれていたが、実施例1では、そのようなふれ
は、ほとんど見られなかった。(Comparative Example 1) In Comparative Example 1, the method of heating the strip-shaped substrate at the time of forming the deposited film by applying the microwave power is the thermocouple in which the temperature control device in FIG. 4 is brought into contact with the strip-shaped substrate immediately below. The heating was carried out by controlling.
The other points were the same as in Example 1. From the above experiment, the following results were obtained. (1) In the solar cells manufactured with the same formulation (same microwave power) in Example 1 and Comparative Example 1, the solar cell in Example 1 was better in both characteristics and survival rate. Conventionally, since a thermocouple for temperature control was brought into contact with the strip-shaped substrate, scratches were generated in the longitudinal direction on the back surface of the strip-shaped substrate,
It is considered that the scratches affected the semiconductor layer formed on the surface of the substrate to reduce the survival rate, and as a result, the characteristics of the solar cell were also reduced. It was possible to fabricate a solar cell excellent in characteristics and survival rate. The survival rate here is 1 cm when the open circuit voltage is 0.5 V or more.
It is the ratio of the corners to 10 solar cells. (2) In Comparative Example 1, the tip of the thermocouple was scraped during film formation and the wire was sometimes broken, which made the temperature control impossible.
In Example 1, since the thermocouple was installed in the hollow without contacting it, such a trouble did not occur. (3) In Comparative Example 1, the pressing pressure of the thermocouple fluctuates as the substrate is transported, and the temperature monitored each time is 10
%, But in Example 1, such a run was hardly seen.
【0017】[実施例2]本実施例2では、実施例1に
おいて中空に設置した熱電対に、放射加熱ヒーターから
の影響を抑え熱電対の位置を決めるために、図7に示す
ように、カバー701で熱電対702を覆い、かつ位置
を決めるために位置固定治具703で熱電対702の位
置を固定した。このカバー701を用いた図1の半導体
素子の製造装置を用いて、帯状基体の表面上にpin型
アモルファスシリコン太陽電池を作製した。他の点は実
施例1と同様とした。その結果次に示す結果が得られ
た。 (1)上記のカバー、あるいは位置固定治具を設けるこ
とで、放射加熱ヒーターからの影響を抑えられるほか、
熱電対の位置が決まっているのでセッティング時に熱電
対の位置のチェックや調整の必要がない。よってこのセ
ッティング時間の省略、およびこれにより成膜室内を大
気圧に曝す時間が短くなったため、その後の成膜室内を
真空度10-6Torr台まで排気する時間が従来と比
べ、30分以上短縮可能となった。尚、上記の実施例で
はマイクロ波放電を用いて成膜をおこなっているが、R
F、VHF等の低、高周波放電を用いた場合でも同様の
良好な結果が得られた。[Embodiment 2] In Embodiment 2, in order to determine the position of the thermocouple in the hollow thermocouple in Embodiment 1 in order to suppress the influence from the radiant heating heater, as shown in FIG. The cover 701 covered the thermocouple 702, and the position fixing jig 703 fixed the position of the thermocouple 702 to determine the position. A pin-type amorphous silicon solar cell was manufactured on the surface of the belt-shaped substrate by using the semiconductor device manufacturing apparatus of FIG. 1 using this cover 701. The other points were the same as in Example 1. As a result, the following results were obtained. (1) By providing the above cover or the position fixing jig, the influence from the radiant heater can be suppressed,
Since the thermocouple position is fixed, there is no need to check or adjust the thermocouple position during setting. Therefore, this setting time was omitted, and the time to expose the film formation chamber to atmospheric pressure was shortened by this, and the time to evacuate the film formation chamber to the vacuum degree of 10 -6 Torr after that was shortened by 30 minutes or more compared with the conventional method. It has become possible. In addition, although the film formation is performed by using the microwave discharge in the above embodiment,
Similar good results were obtained even when low or high frequency discharge such as F or VHF was used.
【0018】[0018]
【発明の効果】本発明は、以上のように帯状基体の基体
温度を測定するための手段を、帯状基体に非接触の熱電
対で構成することにより、帯状基体を傷つけることなく
加熱制御することが可能となり、また熱電対の断線によ
るトラブルも防止することができ、生存率が高く、良好
な特性を持った太陽電池等の半導体素子の生産が可能と
なる。また、熱電対にカバー、あるいは位置固定治具を
設けることにより、メンテナンス時間を一層短縮するこ
とが可能となり、稼働率の高い半導体素子の製造装置が
得られる。According to the present invention, the means for measuring the substrate temperature of the strip-shaped substrate as described above is constituted by a thermocouple which is not in contact with the strip-shaped substrate, so that the strip-shaped substrate can be heated without being damaged. In addition, it is possible to prevent troubles due to disconnection of the thermocouple, and it is possible to produce a semiconductor element such as a solar cell having a high survival rate and good characteristics. Further, by providing the thermocouple with the cover or the position fixing jig, the maintenance time can be further shortened, and the semiconductor device manufacturing apparatus having a high operating rate can be obtained.
【図1】実施例1に係る半導体素子の製造装置の概略図
である。FIG. 1 is a schematic diagram of a semiconductor device manufacturing apparatus according to a first embodiment.
【図2】実施例1に係るガスゲート室を示す概略図であ
る。FIG. 2 is a schematic view showing a gas gate chamber according to the first embodiment.
【図3】実施例1に係る半導体素子の製造装置の成膜空
間の構成を示した概略図である。FIG. 3 is a schematic view showing a configuration of a film forming space of the semiconductor device manufacturing apparatus according to the first embodiment.
【図4】実施例1に係る半導体素子の製造装置の成膜室
の構成を示した概略図である。FIG. 4 is a schematic view showing a configuration of a film forming chamber of the semiconductor device manufacturing apparatus according to the first embodiment.
【図5】実施例1に係る半導体素子の製造装置におけ
る、熱電対の設置構成を示した概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a thermocouple installation configuration in the semiconductor device manufacturing apparatus according to the first embodiment.
【図6】実施例1に係る太陽電池の層構成を示す模式断
面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the layer structure of the solar cell according to Example 1.
【図7】実施例2に係る熱電対のカバーおよび位置固定
治具の構成を示した概略図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing the configurations of a thermocouple cover and a position fixing jig according to a second embodiment.
101、102、103:成膜室 104:供給室 105:巻き取り室 106、402:ガスゲート室 107、202、302、403、501:帯状基体 108、410、412、502:放射加熱ヒーター 109、112:ガス導入管 110、115、116、406:排気管 111、404:マイクロ波導波管 113、408:成膜領域調整板 114、407:圧力計 201:開口断面調節部材 203:分離用ガス導入管 301、401:成膜容器 303:アプリケーター 304、405:ガス導入部 305:排気パンチングボード 409、411:温度制御装置 413、414、503:熱電対 601:基体 602:n型半導体層 603:i型半導体層 604:p型半導体層 605:ITO透明導電性膜 701:カバー 703:位置固定治具 101, 102, 103: Film forming chamber 104: Supply chamber 105: Winding chamber 106, 402: Gas gate chamber 107, 202, 302, 403, 501: Strip substrate 108, 410, 412, 502: Radiant heating heater 109, 112 : Gas introduction pipe 110, 115, 116, 406: Exhaust pipe 111, 404: Microwave waveguide 113, 408: Film formation region adjusting plate 114, 407: Pressure gauge 201: Opening cross-section adjusting member 203: Separation gas introduction pipe 301, 401: Film forming container 303: Applicator 304, 405: Gas introduction part 305: Exhaust punching board 409, 411: Temperature control device 413, 414, 503: Thermocouple 601: Substrate 602: n-type semiconductor layer 603: i-type Semiconductor layer 604: p-type semiconductor layer 605: ITO transparent conductive film 701: cover 703: Position fixture
Claims (4)
ながら、放射加熱ヒーターを備えた複数の成膜室を通過
させ、該各成膜室によって該帯状基体の表面上に各々独
立して積層薄膜素子を連続して形成する半導体素子の製
造装置において、前記放射加熱ヒーターは前記帯状基体
と非接触の温度測定手段を有する温度制御装置によって
温度制御されることを特徴とする半導体素子の製造装
置。1. A belt-shaped substrate is continuously moved in the longitudinal direction while passing through a plurality of film-forming chambers equipped with a radiant heater, and each of the film-forming chambers independently forms a film on the surface of the belt-shaped substrate. In a semiconductor device manufacturing apparatus for continuously forming laminated thin film elements, the radiant heater is temperature controlled by a temperature controller having a temperature measuring means that is not in contact with the belt-shaped substrate. apparatus.
される熱をモニターし、該帯状基体の基体温度を制御す
るための熱電対を、放射加熱ヒーターと帯状基体との中
空に設置して構成されていることを特徴とする請求項1
に記載の半導体素子の製造装置。2. The temperature measuring means monitors heat radiated from the strip-shaped substrate, and a thermocouple for controlling the substrate temperature of the strip-shaped substrate is installed in the hollow between the radiant heater and the strip-shaped substrate. It is comprised, It is characterized by the above-mentioned.
An apparatus for manufacturing a semiconductor element according to 1.
からの輻射熱の影響を抑えるカバーが設けられているこ
とを特徴とする請求項2に記載の半導体素子の製造装
置。3. The apparatus for manufacturing a semiconductor element according to claim 2, wherein the thermocouple is provided with a cover for suppressing an influence of radiant heat from the radiant heater.
具が設けられていることを特徴とする請求項2または請
求項3に記載の半導体素子の製造装置。4. The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 2, wherein the thermocouple is provided with a jig for fixing its position.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7350565A JPH09181007A (en) | 1995-12-22 | 1995-12-22 | Semiconductor device manufacturing equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7350565A JPH09181007A (en) | 1995-12-22 | 1995-12-22 | Semiconductor device manufacturing equipment |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09181007A true JPH09181007A (en) | 1997-07-11 |
Family
ID=18411362
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7350565A Pending JPH09181007A (en) | 1995-12-22 | 1995-12-22 | Semiconductor device manufacturing equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09181007A (en) |
-
1995
- 1995-12-22 JP JP7350565A patent/JPH09181007A/en active Pending
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