多層膜形成方法及用于該方法的膜沉積裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術提供多層膜形成方法及膜沉積裝置，其抑制多層膜中的厚度波動，使產品質量穩定，且可降低與裝置和制造有關的成本。采用一種通過氣相化學反應在襯底的至少一個表面上用組分不同的原料氣體形成三個或更多個層的多層膜形成方法，該方法包括：準備膜沉積裝置的步驟；第一傳送及膜沉積步驟，在沿著傳送路徑以第一速度持續地傳送襯底的同時，向各膜沉積部同時供給第一和第二原料氣體，以及形成包括第一和第二層的多個疊層，以及第二傳送及膜沉積步驟，在第一傳送及膜沉積步驟之前或之后沿著傳送路徑以第二速度持續地傳送襯底的同時，向各膜沉積部供給第三原料氣體，以及形成第三層，其中第一和第二原料氣體的組分彼此基本相同。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及多層膜形成方法，更具體地涉及包括具有不同厚度的多個層的薄膜光伏轉換元件等的多層膜形成方法，并且涉及用于該方法的膜沉積裝置。2.相關技術作為薄膜光電轉換元件的制造方法，已知的方法有用非晶硅作為主要材料將包括光伏轉換層的多層膜形成在襯底上。雖然經常將諸如玻璃襯底的片狀襯底用作襯底，但還有時使用由塑料膜或金屬薄板形成的細長的、帶狀的柔性襯底。作為膜沉積裝置的配置，有這樣一種配置用安裝在公共腔中的機械手夾住襯底 (片狀襯底)，運送至置于其周邊的膜沉積腔，并進行膜沉積；或者有這樣一種直列式配置 多個膜沉積腔或膜沉積區沿著襯底(片狀襯底或細長襯底)的傳送路徑安裝，且在傳送襯底的同時進行膜沉積。盡管后面的直列式處理的自由度比前一類型的自由度低，但是該直列式處理是優選的，因為減少了傳送所需的時間。作為直列式膜沉積裝置，存在步進膜沉積類型和連續膜沉積類型兩種，在步進膜沉積類型中以預定步距間歇地傳送襯底，且當停止傳送時進行膜沉積；而在連續膜沉積類型中在以預定速度連續傳送襯底的同時進行膜沉積。在步進膜沉積型膜沉積裝置中，通過將膜沉積腔制成打開/關閉型或在膜沉積腔之間安裝閘門閥等(例如，如JP-A-11-145060中所示)來抑制膜沉積區之間氣體的混合， 且因為有可能分別控制各膜沉積區中的膜沉積時間，該類型適合于包括具有不同膜質量或厚度的多個層的多層膜形成。在日本專利No. 3，255，903中公開了在膜沉積腔之間安裝氣體閘。但是，存在的問題在于，安裝這些密封結構不僅帶來成本上升，而且必須根據要形成的層的數量來設置膜沉積腔，且裝置尺寸增大。另一方面，在連續膜沉積型膜沉積裝置中，因為不需要分別設定傳送時間和膜沉積時間，當沉積具有一致的膜質量和厚度的層時，可獲得高生產率。但是，在包括具有不同膜質量和厚度的多個層的多層膜形成的情況下，必需切換原料氣體且針對每一層進行膜沉積，且為了抑制雜質擴散，必需在切換氣體時執行與膜沉積步驟分離開的余氣排除步驟，如 JP-A-10-22518 和 JP-A-2000-183380 所述。此外，由于要形成的層的厚度取決于膜沉積時間，而膜沉積時間由傳送速度所確定，因此有必要根據各層的厚度(膜沉積時間)改變傳送速度。針對薄層以相對快的傳送速度進行膜沉積、而針對厚層以相對慢的傳送速度進行膜沉積是必要的。在該情況下，尤其在諸如薄膜光伏電池的包括具有不同膜質量和厚度的多個層的多層膜形成的情況下，有必要采用寬泛變化范圍的傳送速度，且裝置成本上升。雖然存在使馬達旋轉速度可變從而使傳送速度可變的各種速度控制方法，但是在諸多情況下，速度控制的精確度取決于馬達旋轉速度。因此，當傳送速度變化范圍增大時，傳送速度的控制精確度相應降低，厚度波動增大，且還存在產品特性劣化的風險。
技術實現思路
本專利技術已考慮了已知技術的上述各種問題，且目的在于提供多層膜形成方法及用于該方法的膜沉積裝置，其抑制包括具有不同厚度的多個層的多層膜中的厚度波動，且可使產品質量穩定并降低設備及制造成本。為了實現上述目的，專利技術者在仔細考慮后獲得了以下發現并設計了本專利技術。通常， 包括具有不同膜質量和厚度的多個層的多層膜由基本層和附加層來配置，基本層確定膜的功能而附加層(界面層等)根據需要添加在基本層之間，其中附加層通常比基本層薄，且一般情況下相鄰層之間的原料氣體的組分是類似的。雖然多層膜形成中的之前描述的問題是由這種膜質量或厚度的變化所引起的，a 在附加層中，多層膜的本征功能即使在相鄰層之間發生氣體相互擴散(假若其量極小)的情況下也不被破壞，以及b 歸因于膜沉積狀況均衡化的產品質量改善足以超過歸因于這種微量相互擴散的對于本征功能的影響。S卩，本專利技術的第一方面采用一種通過氣相化學反應在襯底的至少一個表面上用組分不同的原料氣體形成三個或更多個層的多層膜形成方法，該方法包括準備膜沉積裝置的步驟，該膜沉積裝置沿著襯底的傳送路徑至少具有第一和第二膜沉積部，且在傳送路徑的任一端處具有該襯底的供給/回收部；第一傳送及膜沉積步驟，在沿著傳送路徑以第一速度持續地傳送襯底的同時在傳送路徑上的不同膜沉積部中依次層疊不同層的工藝中，向第一和第二膜沉積部的每一個同時供給組分彼此相似的第一和第二原料氣體，以及形成包括第一和第二層的多個疊層，該第一和第二層的組分彼此相似；以及第二傳送及膜沉積步驟，在第一傳送及膜沉積步驟之前或之后沿著傳送路徑以第二速度持續地傳送襯底的同時，向第一和第二膜沉積部的每一個供給其組分與第一和第二原料氣體的組分不同的第三原料氣體，以及形成組分與所述第一和第二層的組分不同的第三層，其中第一和第二原料氣體的組分彼此基本相同。在根據本專利技術的第一方面的多層膜形成方法中，如上所述地，通過在第一傳送及膜沉積步驟中同時形成原料氣體組分彼此相似的疊層(包括第一和第二層的多個層)，多個層包括通過層疊在襯底而依次形成的第一和第二層，而在單獨的第二傳送及沉積步驟中形成原料組分與第一及第二層的原料組分不同的第三層，有可能減小第一速度(第一傳送及膜沉積步驟的傳送速度)與第二速度(第二傳送及膜沉積步驟的傳送速度)之差，即減小傳送速度變化范圍，且與每一傳送及膜沉積步驟的膜沉積時間和傳送速度相等，且第一層、第二層、第三層均分別沉積的情形相比，有可能降低裝置成本。另外，通過減小傳送速度變化范圍，改進傳送速度控制精確度，且有可能使諸如厚度或膜質量的產品質量項穩定。此外，不發生膜沉積裝置的尺寸變得過大的情形，這不同于在間歇步驟中饋送襯底并在每個停止時間段相繼沉積多個層的情形，并且另外，與分別沉積各層的情形相比，有可能減小傳送及膜沉積步驟的數目，減小在傳送及膜沉積步驟之間的氣體切換步驟的頻度，以及減小傳送路徑端部中的襯底供給/回收部的操作頻率，且另一優點為簡化制造工藝。根據以上前提，根據本專利技術的第一方面的多層膜形成方法中第三層的厚度大于包括第一層和第二層的多個層的合計厚度是有利的。考慮到通用性和制造成本，以相同規格配置安裝在第一和第二膜沉積部的每一個中進行氣相化學反應的成對電極是有利的，且在使用這種設備配置的情況下，通過使用第一和第二膜沉積部的每一個來沉積厚度大的第三層，有可能改善膜沉積處理效率(當電極面積為兩倍大時，傳送速度可變為兩倍快，且膜沉積時間可減半)。根據相同前提，在根據本專利技術的第一方面的多層膜形成方法中第三層的厚度是包括第一層和第二層的多個層的合計厚度的兩倍或更大是有利的，且形成第三層的第二傳送及膜沉積步驟可分多次來進行。即使在厚度差異大時也不需要擴展傳送速度變化范圍，且有可能實現具有穩定質量的膜沉積步驟。在該情況下，盡管傳送及膜沉積步驟的數目增加了第二傳送及膜沉積步驟分次進行的次數，但是不需要傳送及膜沉積步驟之間的氣體切換步驟，且制造工藝不會變得麻煩。在根據本專利技術的第一方面的多層膜形成方法中，假定這樣一種情形第一和第二原料氣體包括添加成分，該添加成分彼此成分相同但量不同，而第三原料氣體不包括該添加成分。替代地，假定這樣一種情形該第一和第二原料氣體的主氣體的濃度彼此不同，且只有距第三層較遠的原料氣體包括添加成分，而第三原料氣體不包括該添加成分。根據本專利技術的第一方面的多層膜形成方法可尤其優選在這樣一種情形下實現多層膜是具有p-i-n結結構的薄膜光伏轉換元件，其中第一和本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種通過氣相化學反應在襯底的至少一個表面上用組分不同的原料氣體形成三個或更多個層的多層膜形成方法，所述方法包括：準備膜沉積裝置的步驟，所述膜沉積裝置沿著所述襯底的傳送路徑至少具有第一和第二膜沉積部，且在所述傳送路徑的任一端處具有所述襯底的供給／回收部；第一傳送及膜沉積步驟，其中，在沿著所述傳送路徑以第一速度持續地傳送所述襯底的同時，向所述第一和第二膜沉積部的每一個同時供給組分彼此相似的第一和第二原料氣體，以及形成包括第一和第二層的多個疊層，所述第一和第二層的組分彼此相似；以及第二傳送及膜沉積步驟，其中，在所述第一傳送及膜沉積步驟之前或之后沿著所述傳送路徑以第二速度持續地傳送所述襯底的同時，向所述第一和第二膜沉積部供給其組分與所述第一和第二原料氣體的組分不同的第三原料氣體，以及形成組分與所述第一和第二層的組分不同的第三層，其中所述第一和第二原料氣體的組分彼此基本相同。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：和田雄人，
申請(專利權)人：富士電機株式會社，
類型：發明
國別省市：JP