JP2002033283A

JP2002033283A - コンビナトリアルデバイス作製装置

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Publication number: JP2002033283A
Application number: JP2000213274A
Authority: JP
Inventors: Hideomi Koinuma; 秀臣鯉沼; Nobuyuki Matsuki; 伸行松木
Original assignee: Japan Science and Technology Corp
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2000-07-13
Filing date: 2000-07-13
Publication date: 2002-01-31
Anticipated expiration: 2020-07-13
Also published as: JP3879093B2

Abstract

(57)【要約】【課題】成膜した薄膜を大気に晒すことなく、多種類
の薄膜を、その機能に応じた形状に形成しつつ積層して
デバイスを作製できるコンビナトリアルデバイス作製装
置を提供する。【解決手段】ドープドアモルファスシリコン膜、窒化
シリコン絶縁膜を形成するＣＶＤ装置１と、ノンドープ
アモルファスシリコン膜を形成するＣＶＤ装置３とパル
スレーザ堆積装置５と、ホルダ位置調節装置６，７と、
搬送マニピュレータ８，９と、基板ホルダ及び複数のマ
スクホルダを備え、ホルダ位置調節装置６，７と搬送マ
ニピュレータ８，９によって、基板ホルダと複数のマス
クホルダを位置合わせして組み合わせ、この組み合わせ
たホルダを搬送マニピュレータ８，９によって搬送し、
マスクホルダにセットした各種のマスクによって各種の
薄膜をマスク成膜して積層し、デバイスを作製する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多種類の薄膜を大
気に晒すことなく、かつ、その機能に応じた形状・構造
に積層して成膜し得るコンビナトリアルデバイス作製装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】複数の種類の薄膜を積層して形成される
電子デバイスには、例えば、薄膜トランジスタ、アモル
ファス太陽電池等がある。これらの電子デバイスを構成
するそれぞれの薄膜は、材料が異なり、また、デバイス
動作を担う機能に応じて形状が異なる。このため、従来
のこの種のデバイスの作製工程は、薄膜毎に、専用の成
膜装置で成膜した後、成膜装置より取り出し、フォトリ
ソグラフィによってパターンニングし、次の成膜装置で
次の薄膜を成膜するといった工程を繰り返して形成して
いた。このような工程は、次の薄膜を積層する前に、形
成された薄膜表面を空気に晒すので、薄膜表面が改質さ
れ、積層した薄膜間の界面が設計とは異なるものとな
り、形成したデバイス特性は設計値とは異なると言った
問題があった。特に、薄膜トランジスタやアモルファス
太陽電池においては、膜界面の表面準位がその特性に重
要な影響を与えるため、この問題を避けるために従来は
クリーンルーム等の大がかりな設備を必要とした。

【０００３】また、この様なデバイスの成膜条件や素子
構造を決める開発段階においては、膜厚、膜組成などが
異なる多種類の試料を作成し、これらの試料の特性を測
定して成膜条件や素子構造を決めることが必要である
が、作製工程で使用する成膜装置が真空装置であるた
め、真空排気に長時間を要し、かつ、一回の真空引きで
１種類の膜厚条件または成膜条件しか実施できず、デバ
イスの成膜条件や素子構造を決定するために、多大の時
間、労力及びエネルギを必要としていた。

【０００４】本発明は、上記の従来法の解決すべき課題
に鑑み、成膜した薄膜を大気に晒すことなく、多種類の
薄膜を、その機能に応じた形状に形成しつつ積層して、
デバイスを作製し得る装置、すなわち、コンビナトリア
ルデバイス作製装置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】上記課題を解決するた
め、この発明のコンビナトリアルデバイス作製装置は、
相互に接続した複数の成膜装置と、基板を保持する基板
ホルダと、マスクを保持し、上記基板ホルダと互いに位
置合わせして組み合わされる複数のマスクホルダと、上
記基板ホルダまたはマスクホルダを保持し、かつ、この
基板ホルダまたはマスクホルダの位置を調整するホルダ
位置調整装置と、上記基板ホルダまたはマスクホルダを
保持し、かつ、この基板ホルダまたはマスクホルダを上
記成膜装置間で搬送する搬送マニピュレータとを備え、
上記基板ホルダとマスクホルダを、上記ホルダ位置調整
装置と上記搬送マニピュレータとで位置合わせして組み
合わせ、上記搬送マニピュレータで搬送し、上記成膜装
置で上記基板にマスク成膜し、上記操作を繰り返すこと
によって、成膜した薄膜表面を大気に晒すことなく多種
類の薄膜をその機能に応じた形状に形成しつつ積層して
デバイスを作製することを特徴としている。

【０００６】上記複数の成膜装置は、互いにゲートバル
ブを介して接続した、ドープトアモルファスシリコン
層、窒化シリコン絶縁層を形成するプラズマＣＶＤ装置
と、ノンドープアモルファスシリコン層を形成するプラ
ズマＣＶＤ装置と、電極層を形成するパルスレーザ堆積
装置である。上記基板ホルダは、位置合わせ用のピンと
位置合わせ用の嵌合リングを有し、複数のマスクホルダ
は、位置合わせ用のピンに嵌合する嵌合穴と嵌合リング
に嵌合する嵌合リング溝を有し、ピンと嵌合リングを、
嵌合穴と嵌合リング溝にそれぞれ嵌合することにより、
複数のマスクパターンのマスクパターン合わせを行うこ
とができる。

【０００７】上記搬送マニピュレータは、好ましくは、
基板ホルダまたはマスクホルダを保持するチャックと、
このチャックに基板ホルダまたはマスクホルダを保持し
て成膜装置間を搬送するために必要な長さのロッドを有
している。上記基板ホルダ及び複数のマスクホルダは、
好ましくは、搬送マニピュレータのチャックが嵌合する
嵌合溝を有する。上記ホルダ位置調整装置は、好ましく
は、基板ホルダまたはマスクホルダを安定に載置するた
めの嵌合溝を有する可動サセプタと、この可動サセプタ
を上下左右に移動及び水平面内で回転する調整ロッドを
有し、この調整ロッドと搬送マニピュレータを操作し、
可動サセプタと搬送マニピュレータのチャックとの相対
位置を調整することによって、可動サセプタとチャック
との間で基板ホルダまたはマスクホルダを受け渡し、可
動サセプタに載置したマスクホルダと搬送マニピュレー
タに保持した基板ホルダを位置合わせして組み合わせる
ことができる。

【０００８】また、ホルダ位置調整装置は、基板ホルダ
またはマスクホルダを安定に載置するための嵌合溝を有
する可動サセプタと、この可動サセプタを載置するため
の固定サセプタと、可動サセプタを上下左右に移動及び
水平面内で回転する調整ロッドと、この調整ロッドの下
端に設けたヒータブロックと、可動サセプタを固定サセ
プタに載置した状態で、調整ロッドをさらに下降できる
余動機構とを有し、調整ロッドと搬送マニピュレータを
操作し、可動サセプタと搬送マニピュレータとの相対位
置を調整することによって、可動サセプタと搬送マニピ
ュレータとの間で基板ホルダまたはマスクホルダを受け
渡し、可動サセプタに載置したマスクホルダと搬送マニ
ピュレータに保持した基板ホルダを位置合わせして組み
合わせ、余動機構により可動サセプタに載置した基板ホ
ルダにヒータブロックを密着させて、基板ホルダを加熱
することができる。

【０００９】上記基板ホルダは、好ましくは、基板ホル
ダ・リングとヒートシンクとから構成され、ヒートシン
クは、基板ホルダ・リングからはみ出して、かつ、ヒー
トシンクと点接触で固定され、ヒータブロックから熱量
を受け取り、かつ、受け取った熱量を基板ホルダ・リン
グに散逸しにくい。上記余動機構は、可動サセプタに固
定したガイドロッドと、このガイドロッドにガイド可能
に取り付けたガイド盤と、ガイドロッド上端に固設した
ガイドストッパを有し、ガイド盤を調整ロッドに固設し
て構成されるのが好ましい。さらに、可動サセプタ及び
固定サセプタは、好ましくは、基板ホルダをプラズマＣ
ＶＤ装置のプラズマに、または、パルスレーザ堆積装置
の蒸着原子に晒すための開口を有し、固定サセプタはプ
ラズマＣＶＤ装置のアノードを兼ねる。また、マスクホ
ルダは、基板ホルダの位置合わせ用のピンに嵌合する嵌
合穴を複数有し、これらの嵌合穴を成膜毎に順次ずらし
て上記ピンと嵌合させることによって、分割成膜するよ
うにすれば好ましい。

【００１０】以上の構成による本発明のコンビナトリア
ルデバイス作製装置によれば、成膜した薄膜を大気に晒
すことなく、多種類の薄膜を、その機能に応じた形状に
形成しつつ積層して、電子デバイスを作製することがで
きる

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の好適
な実施の形態を説明する。図１はこの発明のコンビナト
リアルデバイス作製装置の構成を示す平面図である。本
装置は、各種の成膜装置を互いに接続して構成されてい
る。すなわち、Ｐ・ＣＶＤ装置（プラズマＣＶＤ装置）
１にゲートバルブ２を介してＰ・ＣＶＤ装置３と、Ｐ・
ＣＶＤ装置１とＰ・ＣＶＤ装置３とが成す方向に直角な
方向にゲートバルブ４を介してＰＬＤ装置（パルスレー
ザ堆積装置）５が接続されている。さらに、各成膜装置
は、それぞれホルダ位置調節装置６，７を具備してい
る。また、Ｐ・ＣＶＤ装置１には、ＰＬＤ装置５とＰ・
ＣＶＤ装置１とを結ぶ方向にホルダ搬送用の搬送マニピ
ュレータ８が接続され、また、Ｐ・ＣＶＤ装置３には、
Ｐ・ＣＶＤ装置１とＰ・ＣＶＤ装置３とを結ぶ方向にホ
ルダ搬送用の搬送マニピュレータ９が接続されている。
また、Ｐ・ＣＶＤ装置１には、基板ホルダ及びマスクホ
ルダを出し入れするための挿入ゲート１０が設けられて
いる。なお、上記のＰ・ＣＶＤ装置１，３及びＰＬＤ装
置５はそれぞれ真空ポンプ、ガス導入孔、真空ゲージま
たは各種のバルブ等を有しているが、これらは通常の真
空装置と同じであるので、図示を省略する。

【００１２】図２は本装置の各成膜装置１，３，５で行
う成膜方法を模式的に示したものである。図２におい
て、Ｐ・ＣＶＤ装置１は、ＳｉＨ₄（シラン）、Ｂ₂Ｈ
₆（ジボラン）、ＰＨ₃（フォスフィン）及びＮＨ
₃（アンモニア）等のガスを用いたプラズマＣＶＤによ
り、ドープド・アモルファスシリコン膜及びシリコン窒
化膜を成膜する。Ｐ・ＣＶＤ装置３は、ＳｉＨ₄（シラ
ン）を用いたプラズマＣＶＤによりアモルファスシリコ
ン膜を成膜する。ＰＬＤ装置５は、電極材料である金属
等のターゲットチップにレーザ光を照射して金属薄膜を
成膜する。

【００１３】次に、本装置に用いる基板ホルダ及びマス
クホルダの構成を図３〜図６に基づいて説明する。図３
は、基板ホルダの構成を示しており、図３（ａ）は、基
板ホルダを構成する要素の一つであるヒートシンク２１
の平面図及び側面図を示している。ヒートシンク２１
は、ガラス基板等の基板を挟んで保持するための基板留
め具２２を有している。図３（ｂ）は、基板ホルダ・リ
ング２３の上面図及び側面図を示している。基板ホルダ
・リング２３は、円筒２４と、この円筒２４の円筒断面
に平行に固定された上下２つのリング状の鍔２５，２６
と、この下側の鍔２６に円筒２４の側壁に沿って垂直方
向に固定した位置合わせピン２７とにより構成されてい
る。円筒２４の鍔２６より下のリング部分は、後述のマ
スクホルダと嵌合するための嵌合リング２８である。

【００１４】図３（ｃ）は、基板ホルダ２９の組立図で
あり、ヒートシンク２１は、ヒートシンク２１に設けた
ネジ穴３０及び基板ホルダ・リング２３の円筒２４に設
けたネジ穴３１を介し、ネジ３２によって基板ホルダ・
リング２３に点接触で固定される。これにより、後述の
ヒータブロックから供給される熱量が基板ホルダ・リン
グ２３に逃げ難くなり、ヒートシンク２１の昇温が容易
に、かつ、ヒートシンク２１の温度分布が均一になる。

【００１５】図４はマスクホルダの構成を示している。
図４（ａ）はマスクホルダ４０の平面図あり、図４
（ｂ）はＡ−Ａ’断面図、図４（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図
である。マスクホルダ４０は、円筒４１の円筒断面に平
行にリング状の上下２枚の鍔４２，４３を有し、上側の
鍔４２には、上記の位置合わせピン２７と嵌合する位置
合わせ穴４４と上記嵌合リング２８と嵌合する嵌合溝４
５を有している。さらに、マスクホルダ４０は、マスク
を固定するための固定台４６を有している。

【００１６】図５は、マスクホルダ４０にマスク５０を
取り付けた状態を示しており、マスク５０は、マスク５
０の取付穴５１とマスク固定台４６に設けたネジ穴４７
を介し、ネジ５２によってマスクホルダ４０に固定され
る。

【００１７】次に基板ホルダ２９とマスクホルダ４０の
位置合わせ機構について説明する。図６は基板ホルダ２
９とマスクホルダ４０を位置合わせして組み合わせた状
態を示しており、図６（ａ）は斜視図、図６（ｂ）はＡ
−Ａ’断面図、図６（ｃ）はＢ−Ｂ’断面図である。図
６に示すように、基板ホルダ２９とマスクホルダ４０の
位置合わせは、基板ホルダ２９の嵌合リング２８及び位
置合わせピン２７を、マスクホルダ４０の嵌合溝４５及
び位置合わせ穴４４にそれぞれ嵌合させておこなう。し
たがって、デバイス作製に使用する複数のマスクのパタ
ーンが、マスク５０のマスク取付穴５１を基準として、
作製するデバイスに関し同一の位置関係を保って形成さ
れていれば、これらのマスクの内のある特定のマスクに
よって形成した基板６１上の薄膜パターンに別のマスク
のパターンを正確に位置合わせすることができる。

【００１８】本装置における成膜工程は、最初に、挿入
ゲート１０を介して、基板６１をセットした基板ホルダ
２９と、デバイス作製に必要な一連のマスクの内、最初
に必要なマスク５０をセットしたマスクホルダ４０とを
位置合わせし、組み合わせて本装置内に収納すると共
に、最初に必要なマスク以外の他の一連のマスク５０を
セットした複数のマスクホルダ４０を本装置内に同時に
収納する。つぎに、組み合わせた基板ホルダ２９とマス
クホルダ４０がセットされている成膜装置で、基板６１
に第１の薄膜を成膜し、すなわち第１の薄膜をマスク成
膜し、さらに、このマスク成膜した第１の薄膜上に第２
の薄膜をマスク成膜する際に、本装置内で、真空を保持
したまま、後述のホルダ位置調整装置と搬送マニピュレ
ータを使用して、基板ホルダ２９に他のマスクを保持し
た他のマスクホルダ４０を位置合わせして組み合わせ、
次の成膜装置に搬送し、第２の薄膜をマスク成膜する。
順次、上記工程を繰り返し、デバイスを構成するそれぞ
れの薄膜をそれぞれの薄膜の機能に応じた形状に形成し
ながら積層して、デバイスを作製する。

【００１９】次に、ホルダ位置調整装置の構成を図７〜
図１１に基づいて説明する。図７はホルダ位置調整装置
６の構成を説明するための、Ｐ・ＣＶＤ１またはＰ・Ｃ
ＶＤ３の断面図であり、図８はホルダ位置調整装置６の
構成を示す斜視図である。ホルダ位置調整装置６は、基
板ホルダ２９、マスクホルダ４０または組み合わせた基
板ホルダ２９とマスクホルダ４０を載置するための可動
サセプタ７１と、この可動サセプタ７１を上下左右に移
動し、または垂直軸の回りに回転するための調整ロッド
７２と、可動サセプタ７１を載置するための固定サセプ
タ７３とからなる。固定サセプタ７３は、成膜中のプラ
ズマに基板６１を晒すための開口と可動サセプタ７１を
安定に載置するためのリング状の溝７４を有するリング
状の円盤であり、四隅に設けた取付ロッド７５によっ
て、真空槽の上面７６に固定されている。

【００２０】可動サセプタ７１は、成膜中のプラズマに
基板６１を晒すための開口と、基板ホルダ２９，マスク
ホルダ４０または組み合わせた基板ホルダ２９とマスク
ホルダ４０を安定に載置するためのリング状の溝７７を
有するリング状の円盤であり、四隅に設けたガイドロッ
ド７８によって、ガイド円盤７９にガイド穴８０を介し
てガイド可能に接続されている。

【００２１】ガイド円盤７９は調整ロッド７２に固着さ
れている。調整ロッド７２の下端には基板をヒートシン
ク２１を介して加熱するための円盤状のヒータブロック
８１が固定されている。ガイドロッド７８の上端には、
ガイドストッパ８２が固着されており、調整ロッド７２
を上方に移動したときに、ガイド円盤７９がこれらのガ
イドストッパ８２に係留し、可動サセプタ７１をつり下
げて上方に移動できる。調整ロッド７２は、真空槽の上
面７６と、例えばオーリングを介して結合しており、真
空を保持したまま上下左右移動及び軸の回りの回転がで
きる。このような構成のホルダ位置調整装置６によれ
ば、調整ロッド７２を上方に移動することによって、可
動サセプタ７１をつり下げながら上昇させることがで
き、また、調整ロッド７２を下方に移動することによっ
て、可動サセプタ７１を固定サセプタ７３に載置するこ
とができる。また、さらに調整ロッド７２を下方に移動
することによって、調整ロッド７２は、可動サセプタ７
１を固定サセプタ７３に載置したまま、円盤７９とガイ
ドロッド７８にガイドされてさらに下降できる、すなわ
ち、ホルダ位置調整装置６は、調整ロッド７２が可動サ
セプタ７１を固定サセプタ７３に載置する位置を越えて
下降できるという余動機構を備えている。この余動機構
により、固定サセプタ７３に載置された可動サセプタ７
１に組み合わせて載置された基板ホルダ２９及びマスク
ホルダ４０の基板ホルダ２９の上面にヒータブロック８
１を密着させることができ、基板ホルダ２９を加熱する
ことができる。

【００２２】なお、調整ロッド７２を下方に徐々に移動
し、可動サセプタ７１が固定サセプタ７３に載置された
ときの、ヒータブロック８１の下面と可動サセプタ７１
のリング状の溝７４の上面との距離は、組み合わせた基
板ホルダ２９とマスクホルダ４０の厚さよりも十分大き
く構成されており、後述のマスクホルダ交換時に、組み
合わせた基板ホルダ２９とマスクホルダ４０を可動サセ
プタに載置できるようにしている。

【００２３】なお、図７において、８４はＰ・ＣＶＤ装
置１または２のカソードであり、固定サセプタ７３はＰ
・ＣＶＤ装置１または２のアノードを兼ねている。ま
た、８３はオーリングである。その他のプラズマＣＶＤ
装置に必要な各種のゲートバルブ、ガス導入孔等は一般
のプラズマＣＶＤ装置と同等なので図示していない。な
お、図８においては、ガイドロッド７８の上端がガイド
円盤７９より突き出た状態にあり、かつ、可動サセプタ
７１が宙に浮いた状態を表示しているが、ホルダ位置調
整装置６の構成を示すための図示であり、実際の動作状
況を示すものではない。なお、実際の調整ロッド７２の
上下左右移動及び回転機構は図示していないが、Ｘ，
Ｙ，Ｚ軸及びＺ軸の回りの回転が可能な精密マニピュレ
ータが調整ロッド７２に接続してあり、この精密マニピ
ュレータで行う。

【００２４】図９は、ＰＬＤ装置３のホルダ位置調整装
置７の構成を示す断面図である。本実施の形態において
は、ＰＬＤ装置３のホルダ位置調整装置７は、可動サセ
プタ７１と、この可動サセプタ７１に固定したロッド７
５と、このロッド７５をアーム９０を介して調整ロッド
７２に固着して構成されている。ＰＬＤ装置３の基板加
熱装置９１は、ヒータランプ９２とヒータランプ９２の
光を集光する放物面形状を有する反射鏡９３とで構成さ
れるので、ホルダ位置調整装置７は、ホルダ位置調整装
置６と較べ、より簡単な構成になる。なお、図９におい
て、９４は回転可能に支持された、レーザ光を照射する
ターゲットチップ９４である。なお、その他のパルスレ
ーザ堆積装置に必要な各種のゲートバルブ、レーザ光線
導入窓等は一般のパルスレーザ堆積装置と同等なので図
示していない。

【００２５】次に、搬送マニピュレータ８，９の構成を
説明する。図１０は搬送マニピュレータ８，９の先端部
分の構成を示している。搬送マニピュレータ８，９は搬
送ロッド１００を有し、搬送ロッド１００の先端部分に
はチャック１０１を有しており、このチャック１０１
は、基板ホルダ２９の鍔２５の下面と鍔２６の上面と、
鍔２５の下面と鍔２６の上面とに挟まれた基板ホルダ２
９の外側壁部分とで構成されるリング状のチャック溝１
０２、または、マスクホルダ４０の鍔４２の下面と鍔４
３の上面と、鍔４２の下面と鍔４３の上面とに挟まれた
マスクホルダ４０の外側壁部分とで構成されるリング状
のチャック溝１０２に嵌合させ、基板ホルダ２９、マス
クホルダ４０、または、組み合わせた基板ホルダ２９と
マスクホルダ４０を搬送する。

【００２６】図１１は、搬送マニピュレータ８，９の全
体の構成を示している。搬送マニピュレータ８，９は、
真空を保持するマニピュレータ格納槽１１０に格納さ
れ、格納した状態では、搬送マニピュレータ８，９のチ
ャック１０１は、Ｐ・ＣＶＤ装置１，３側の格納槽１１
０である格納領域１１１に格納される。搬送マニピュレ
ータ８，９の移動は、ロッド１００に取り付けられた磁
石１１２に磁気結合している移動磁石リング１１３を、
格納槽１１０の外壁に沿って移動することによって行
う。

【００２７】搬送マニピュレータ８のロッド１００の長
さは、Ｐ・ＣＶＤ装置１を通過し、ＰＬＤ装置５のホル
ダ位置調整装置７に基板ホルダ２９を載置することがで
きる長さである。搬送マニピュレータ９のロッド１００
の長さは、Ｐ・ＣＶＤ装置３を通過し、Ｐ・ＣＶＤ装置
１のホルダ位置調整装置６に基板ホルダ２９を載置でき
る長さである。なお、図１１は、搬送マニピュレータ８
のチャック１０１が、基板ホルダ２９を保持して格納領
域１１１に格納されている状態から、移動磁石リング１
１３を操作して、ロッド１００を移動し、基板ホルダ２
９をＰ・ＣＶＤ装置１のホルダ位置調整装置６に搬送し
た状態を示している。この際、Ｐ・ＣＶＤ装置３のホル
ダ位置調整装置６の可動サセプタ７１は、搬送マニピュ
レータ８の通過の障害にならないように、調整ロッド７
２を操作して上方に移動する。なお、図１１において、
１１４はボールベアリングである。

【００２８】次に、ホルダ位置調整装置６と搬送マニピ
ュレータ８，９を使用したマスク交換方法を図１２及び
図１３に基づいて説明する。図１２はマスクホルダをホ
ルダ位置調整装置６に載置する方法を示している。図１
２（ａ）は、例えば、Ｐ・ＣＶＤ装置１で第１の成膜が
終わり、組み合わせた基板ホルダとマスクホルダを搬送
マニピュレータ９により、他の場所、例えば、Ｐ・ＣＶ
Ｄ装置３のホルダ位置調整装置６、あるいは、搬送マニ
ピュレータ９の格納領域１１１に移動して、Ｐ・ＣＶＤ
装置１のホルダ位置調整装置６の可動サセプタ７１上を
空にし、マニピュレータ８が、新たなマスクホルダ４０
をＰ・ＣＶＤ装置１のホルダ位置調整装置６に搬送して
きた状態を示している。この際、ホルダ位置調整装置６
は、調整ロッド７２を操作して、チャック１０１に装着
したマスクホルダ４０がホルダ位置調整装置６と接触し
ない位置に移動する。

【００２９】図１２（ｂ）は、調整ロッド７２を上方へ
移動し、可動サセプタ７１のリング状溝７７とチャック
１０１に装着したマスクホルダ４０の鍔４３を嵌合させ
た状態を表している。リング状溝７７とマスクホルダ４
０の鍔４３が嵌合しているので、マニピュレータ８を図
において右方向に移動することによって、マスクホルダ
４０を可動サセプタ７１に載置することができる。図１
２（ｃ）は、調整ロッド７２を下方に移動し、マスクホ
ルダ４０を載置した可動サセプタ７１を固定サセプタ７
３に載置した状態を示している。なお、マスクホルダ４
０を可動サセプタ７１から取り出すには、上記の手順を
逆に行う。

【００３０】図１３は、基板ホルダ２９と新たなマスク
ホルダ４０の位置合わせ方法を示している。図１３
（ａ）は、例えばＰ・ＣＶＤ装置１で第１の成膜が終わ
り、新たなマスクホルダ４０を可動サセプタ７１に載置
し（図１２（ｃ）の状態）、他の場所に退避させていた
基板ホルダ２９を搬送マニピュレータ９により、ホルダ
位置調整装置６に搬送してきた状態を示している。この
際、位置合わせピン２７の先端が軽くマスクホルダ４０
の鍔４２の上面に接触する程度に、調整ロッド７２を上
方に移動し、調整ロッド７２の垂直軸の回りの回転によ
り、あるいは、調整ロッドの水平面内の移動も加え、マ
スクホルダ４０の鍔４２に設けられた位置合わせ穴４４
に位置合わせピン２７を位置合わせする。図１３（ｂ）
は、基板ホルダ２９とマスクホルダ４０の位置合わせが
完了し、調整ロッド７２を上昇させて、基板ホルダ２９
とマスクホルダ４０を嵌合させた状態を示している。図
１３（ｃ）は、調整ロッド７２を下降させ、可動サセプ
タ７１が固定サセプタ７３に載置されると共に、調整ロ
ッド７２の先端に設けられている円盤状のヒータブロッ
ク８１が基板ホルダ２９の上面に密着するようにした状
態を示している。これにより、マスクホルダ４０の交換
が完了し、かつ、ヒータブロック８１が基板ホルダ２９
を有効に加熱し、次の成膜を行うことができる。なお、
可動サセプタ７１に載置された、組み合わされた基板ホ
ルダ２９とマスクホルダ４０から、基板ホルダ２９ある
いはマスクホルダ４０を取り出すには、上記手順を逆に
行う。また、可動サセプタ７１に載置された、組み合わ
された基板ホルダ２９とマスクホルダ４０を組み合わせ
た状態で搬送するには、図１３（ｃ）に示した状態か
ら、調整ロッド７２を上昇させ、マスクホルダ４０のチ
ャック溝１０２の高さをチャック１０１の高さに調整し
てから、チャック１０１をチャック溝１０２に嵌合さ
せ、嵌合した状態で調整ロッド７２を下降させて、マス
クホルダ４０を可動サセプタ７１の溝７４から外して搬
送する。

【００３１】次に、ホルダ位置調整装置６，７と搬送マ
ニピュレータ８，９を使用した、分割成膜方法について
説明する。ある特定の薄膜を成膜する場合に、基板内で
膜厚を変えて形成したい場合がある。例えば、他の薄膜
の成膜条件は同一で、特定の薄膜の膜厚を変えて特性の
変化を知りたい場合等である。このような場合、例えば
図１４に示す４分割マスクを、図４に示したような、位
置合わせ穴４４を鍔４２上に等間隔に４個有するマスク
ホルダ４０に装着し、このマスクホルダ４０と基板ホル
ダ２９を組み合わせて成膜し、成膜後、マスクホルダ４
０と基板ホルダ２９を図１３（ａ）に示すように配置し
て、調整ロッド７２を９０度回転して、マスクホルダ４
０の次の嵌合穴４４に位置合わせして組み合わせ、再
び、異なった条件で成膜する。以下、順次、上記工程を
繰り返すことによって、成膜条件の異なる４種類の特定
の薄膜を同一基板上に形成することができる。

【００３２】以上説明したように、本装置を用いれば、
多種類の薄膜を、その機能に応じた形状に形成しつつ積
層してデバイスを作製できるから、成膜した薄膜を大気
に晒すことなく、また、フォトリソ工程を必要とせず
に、例えば薄膜トランジスタや薄膜太陽電池等の電子デ
バイスを形成することができる。また、１回の真空引き
で、成膜条件の異なる複数のデバイスを作製することが
できる。

【００３３】つぎに、本発明のコンビナトリアルデバイ
ス装置を使用したデバイス作製の実施例を説明する。本
実施例はアモルファスシリコン太陽電池を作製する例を
示している。この、アモルファスシリコン太陽電池は、
ガラス／透明導電膜／ｎ型アモルファスＳｉ層／ｉ層
（アモルファスＳｉ層）／ｐ型アモルファスＳｉ層／Ａ
ｌ裏面電極構造を有している（図１４（ｂ））。

【００３４】以下にアモルファスシリコン太陽電池の作
製工程を説明する。Ｐ・ＣＶＤ装置１への基板導入：・ＩＴＯ（Indium tin oxide）およびＺｎＯ（酸化亜
鉛）付きガラス基板６１をアセトン・エタノール・純水
で洗浄する。・基板ホルダ２９に基板６１をセットする。・マスクホルダ４０にはマスクを装着せず（マスクホル
ダＡとする。）、そのまま基板ホルダ支持治具として使
用する。・マスクホルダ４０に４分割マスク１４０を装着する
（図１４（ａ）、マスクホルダＢとする。）。・マスクホルダ４０に電極形成用マスクを装着する（マ
スクホルダＣとする。）。

【００３５】・マスクホルダＣを搬送マニピュレータ８
を使用して、ＰＬＤ装置３の可動サセプタ７１に載置し
ておく。・マスクホルダＡと基板ホルダ２９を重ね合わせてＰ・
ＣＶＤ装置ｌに導入し、搬送マニピュレータ８で保持し
ておく。・マスクホルダＢをＰ・ＣＶＤ装置ｌの中に導入し、可
動サセプタ７１上に載置する。・Ｐ・ＣＶＤ装置ｌをロータリポンプ及び複合分子ポン
プにて真空排気する。・１時間ほど排気し、Ｐ・ＣＶＤ装置ｌの真空度が１０
^-7Ｔｏｒｒ台に到達したら、ゲートバルブ２を開けてマ
スクホルダＢを搬送マニピュレータ９でＰ・ＣＶＤ装置
３に搬送し、Ｐ・ＣＶＤ装置３の可動サセプタ７１上に
載せる。ゲートバルブ２を閉める。・前述の重ね合わせたマスクホルダＡと基板ホルダ２９
を搬送マニピュレータ９からＰ・ＣＶＤ装置ｌの可動サ
セプタ７１に載せ替えた後、調整ロッド７２を下げてい
って、調整ロッド７２のヒータブロック８１と可動サセ
プタ７１の間にマスクホルダ４０と基板ホルダ２９が挟
み込まれる状態にする。このようにして基板ホルダ２９
とヒータブロック８１を密着させ、熱接触を確立する。・Ｐ・ＣＶＤ装置ｌのヒータブロック８１の温度を１５
０℃にセットし、基板６１及び真空槽内のベーキングを
開始する。この状態を６時間程度保持する。

【００３６】アモルファスＳｉｎ層の堆積：・Ｐ・ＣＶＤ装置ｌのヒータブロック８１の温度を２５
０℃にセットし、昇温まで１５分程度待つ。・ＰＨ₃流量を５ｓｃｃｍ（ｃｍ³／ｍｉｎ）、ＳｉＨ
₄流量を１０ｓｃｃｍに設定し、Ｐ・ＣＶＤ装置１内に
導入する。排気バルブの開閉量を調節して（作動排気）
チャンバ内圧を１００ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ）にす
る。・カソード電極に１３．５６ＭＨｚ（国際電波法で定め
られた工業用周波数）、６５ｍＷ／ｃｍ²の高周波を印
加してプラズマを発生させる。７０秒間堆積後、高周波
をＯＦＦにして成膜を停止する。

【００３７】・ＰＨ₃およびＳｉＨ₄の導入を停止し、
排気バルブを全開にする。Ｐ・ＣＶＤ装置ｌ内が１０^-7
Ｔｏｒｒ台の超高真空に到達したらゲートバルブ２を開
けて、基板ホルダ２９をＰ・ＣＶＤ装置ｌからＰ・ＣＶ
Ｄ装置２に移す。その際、基板ホルダ２９のみを搬送マ
ニピュレータ９で受け取る。・基板ホルダ２９をＰ・ＣＶＤ装置３内に搬送し、マス
クホルダＢの上に重ねる。その後、ヒータブロック８１
を下げていって、ヒータブロック８１と可動サセプタ７
１の間に基板ホルダ２９とマスクホルダＢが挟み込まれ
る状態にする。・ゲートバルブ２を閉める。・Ｐ・ＣＶＤ装置３のヒータブロック８１を２５０℃に
設定する。

【００３８】ｉ層の堆積（膜厚を４種類変化させる）：・ＳｉＨ₄流量を１０ｓｃｃｍ（ｃｍ³／ｍｉｎ）に設
定し、Ｐ・ＣＶＤ装置３内に導入する。排気バルブの開
閉量を調節して（作動排気）、チャンバ内圧を１００ｍ
Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ）にする。・カソード電極に１３．５６ＭＨｚ，６５ｍＷ／ｃｍ²
の高周波を印加してプラズマを発生させる。・３０分間堆積後、高周波をＯＦＦにして成膜を停止す
る。・搬送マニピュレータ９により基板ホルダ２９を受け取
り、格納領域１１１に格納する。

【００３９】・調整ロッド７２を９０°回転させる。搬
送マニピュレータ９を再びＰ・ＣＶＤ装置３内に搬入
し、基板ホルダ２９をマスクホルダＢの上に重ねる。・調整ロッド７２を下げていって、基板ホルダ２９とマ
スクホルダＢが、ヒータブロック８１と可動サセプタ７
１の間に挟み込まれる状態にする。・以上の工程を繰り返して、４５分，６０分および７５
分間それぞれ基板６１上の異なる位置に、異なる膜厚の
ｉ層（アモルファスＳｉ層）を堆積する。・ＳｉＨ₄の導入を停止し、排気バルブを全開する。Ｐ
・ＣＶＤ装置３内が１０^-7Ｔｏｒｒ台の超高真空に到達
したらゲートバルブ２を開けて、基板ホルダ２９のみを
搬送マニピュレータ９によってＰ・ＣＶＤ装置３からＰ
・ＣＶＤ装置１に移す。・基板ホルダ２９をＰ・ＣＶＤ装置１内に搬送し、マス
クホルダＡの上に重ねる。その後ヒータブロック８１を
下げていって、基板ホルダ２９とマスクホルダＡが、ヒ
ータブロック８１と可動サセプタ７１の間に挟み込まれ
る状態にする。・ゲートバルブ２を閉める。

【００４０】ｐ層の堆積：・Ｐ・ＣＶＤ装置１のヒータブロック８１を２５０℃に
セットし、昇温まで１５分程度待つ。・Ｂ₂Ｈ₆の流量を５ｓｃｃｍ（ｃｍ³／ｍｉｎ）、Ｓ
ｉＨ₄流量を１０ｓｃｃｍに設定し、Ｐ・ＣＶＤ装置１
内に導入する。排気バルブの開閉量を調節して（作動排
気）、チャンバ内圧を１００ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐ
ａ）にする。・カソード電極に１３．５６ＭＨｚ、６５ｍＷ／ｃｍ²
の高周波を印加してプラズマを発生させる。・７０秒間堆積後、高周波をＯＦＦにして成膜を停止す
る。

【００４１】反応ガス配管内の純アルゴン（Ａｒ）によ
る洗浄：・ＳｉＨ₄配管にＡｒを１kgｆ／ｃｍ²封入し、Ｐ・Ｃ
ＶＤ装置３を用いて高真空まで排気し、再びＡｒを封入
する。これを３回繰り返す。その後、マスフローコント
ローラを２０ｓｃｃｍに設定してＡｒを１５分間流す。・Ｂ₂Ｈ₆とＰＨ₃配管については、Ｐ・ＣＶＤ装置１
を用いて上記と同様の洗浄を行う。

【００４２】裏面電極形成：・搬送マニピュレータ８を使用し、基板ホルダ２９をＰ
ＬＤ装置５のマスクホルダＣに位置合わせして重ねる。・裏面電極をパルスレーザ蒸着することにより完成す
る。

【００４３】実験結果：図１５は、本発明のコンビナト
リアルデバイス作製装置で作製したｎｉｐ型太陽電池の
電圧・電流特性を示している。ｉ層膜厚に対する太陽電
池特性の明瞭な依存性が見られている。特に、Ｆｉｌｌ
ｆａｃｔｏｒ（曲線因子）に関して、ｎｉｐ構造の場
合にはｉ層を２５００Å程度まで薄くしないと６０％程
度の良好なＦｉｌｌｆａｃｔｏｒを得ることができな
いことが分かった。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本装置を用いれ
ば、成膜した薄膜を大気に晒すことなく、多種類の薄膜
を、その機能に応じた形状に形成しつつ積層してデバイ
スを作製でき、フォトリソ工程を必要とせずに、例えば
薄膜トランジスタや薄膜太陽電池等の電子デバイスを形
成することができる。また、１回の真空引きで、成膜条
件の異なる複数のデバイスを作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置の
構成を示す平面図である。

【図２】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置の
各成膜装置で行う成膜方法を模式的に示した図である。

【図３】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置の
基板ホルダの構成を示した図である。

【図４】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置の
マスクホルダの構成を示した図である。

【図５】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置の
マスクホルダへのマスクの取り付け構造を示す図であ
る。

【図６】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置の
基板ホルダとマスクホルダの結合構造を示す図である。

【図７】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置の
ホルダ位置調整装置の構成を示す断面図である。

【図８】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置の
ホルダ位置調整装置の構成を示す斜視図である。

【図９】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置の
ＰＬＤ装置のホルダ位置調整装置の構成を示す断面図で
ある。

【図１０】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置
の搬送マニピュレータの先端部分の構成を示す図であ
る。

【図１１】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置
の搬送マニピュレータの全体の構成を示す図である。

【図１２】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置
のマスクホルダをホルダ位置調整装置に載置する方法を
示す図である。

【図１３】本発明のコンビナトリアルデバイス作製装置
の基板ホルダとマスクホルダの位置合わせ方法を示す図
である。

【図１４】本実施例で使用する４分割マスクと、これを
用いて作製する薄膜太陽電池の構造を示す図である。

【図１５】本実施例で作製した薄膜太陽電池の特性を示
す図である。

【符号の説明】

１プラズマＣＶＤ装置２ゲートバルブ３プラズマＣＶＤ装置４ゲートバルブ５ＰＬＤ装置６ホルダ位置調節装置７ホルダ位置調節装置８搬送マニピュレータ９搬送マニピュレータ１０挿入ゲート２１ヒートシンク２２基板留め具２３基板ホルダ・リング２４円筒２５鍔２６鍔２７位置合わせピン２８嵌合リング２９基板ホルダ３０ネジ穴３１ネジ穴３２ネジ４０マスクホルダ４１円筒４２鍔４３鍔４４位置合わせ穴４５嵌合リング溝４６マスク取付台４７ネジ穴５０マスク５１マスク取付穴５２ネジ６１基板７１可動サセプタ７２調整ロッド７３固定サセプタ７４溝７５取付ロッド７６真空槽の上面７７溝７８ガイドロッド７９ガイド円盤８０ガイド穴８１ヒータブロック８２ガイドストッパ８３オーリング８４カソード９０アーム９１ヒータ装置９２ヒータランプ９３反射鏡９４ターゲットチップ１００ロッド１０１チャック１０２チャック溝１１０格納槽１１１格納領域１１２磁石１１３移動磁石リング１１４ボールベアリング１４０４分割マスク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２３Ｃ 16/44 Ｃ２３Ｃ 16/44 Ｆ 16/458 16/458 Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｚ 21/31 21/31 Ｃ 21/68 21/68 ＡＦターム(参考） 4K029 AA09 AA24 BA01 BB02 BB03 BC03 BD02 DB20 HA02 HA03 HA04 JA02 JA05 KA01 KA09 4K030 AA06 AA07 AA08 AA13 AA20 BA29 BA30 BA40 BB12 BB14 CA06 CA17 DA05 FA01 FA03 GA07 GA08 GA12 HA02 HA03 KA22 LA04 5F031 CA02 CA07 DA13 FA01 FA04 5F045 AA08 AB04 AB33 AC01 AC19 AD06 AE19 AF06 AF07 BB08 CA13 DA52 DQ10 DQ17 EH13 EN05 EN10 HA24 5F103 AA01 DD28 HH04 LL04 PP18 RR01 RR08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】相互に接続した複数の成膜装置と、基板を保持する基板ホルダと、マスクを保持し、上記基板ホルダと互いに位置合わせし
て組み合わされる複数のマスクホルダと、上記基板ホルダまたはマスクホルダを保持し、かつ、こ
の基板ホルダまたはマスクホルダの位置を調整するホル
ダ位置調整装置と、上記基板ホルダまたはマスクホルダを保持し、かつ、こ
の基板ホルダまたはマスクホルダを上記成膜装置間で搬
送する搬送マニピュレータとを備え、上記基板ホルダとマスクホルダを、上記ホルダ位置調整
装置と上記搬送マニピュレータとで位置合わせして組み
合わせ、上記搬送マニピュレータで搬送し、上記成膜装
置で上記基板にマスク成膜し、上記操作を繰り返すこと
によって、成膜した薄膜表面を大気に晒すことなく多種
類の薄膜をその機能に応じた形状に形成しつつ積層して
デバイスを作製することを特徴とする、コンビナトリア
ルデバイス作製装置。
【請求項２】前記複数の成膜装置は、互いにゲートバ
ルブを介して接続した、ドープドアモルファスシリコン
層及び窒化シリコン絶縁層を形成するプラズマＣＶＤ装
置と、ノンドープアモルファスシリコン層を形成するプ
ラズマＣＶＤ装置と、電極層を形成するパルスレーザ堆
積装置であることを特徴とする、請求項１に記載のコン
ビナトリアルデバイス作製装置。
【請求項３】前記基板ホルダは、位置合わせ用のピン
及び位置合わせ用の嵌合リングを有し、前記複数のマス
クホルダは、上記位置合わせ用のピンに嵌合する嵌合穴
及び上記嵌合リングに嵌合する嵌合リング溝とを備え、上記ピンと上記嵌合リングを、上記嵌合穴と嵌合リング
溝にそれぞれ嵌合することにより、複数のマスクパター
ンのマスクパターン合わせを行うことを特徴とする、請
求項１に記載のコンビナトリアルデバイス作製装置。
【請求項４】前記搬送マニピュレータは、前記基板ホ
ルダまたは前記マスクホルダを保持するチャックと、前
記成膜装置間で上記基板ホルダまたは上記マスクホルダ
を搬送するのに十分な長さのロッドを備えることを特徴
とする、請求項１に記載のコンビナトリアルデバイス作
製装置。
【請求項５】前記基板ホルダ及び前記複数のマスクホ
ルダは、前記搬送マニピュレータのチャックが嵌合する
嵌合溝を備えることを特徴とする、請求項１に記載のコ
ンビナトリアルデバイス作製装置。
【請求項６】前記ホルダ位置調整装置は、前記基板ホ
ルダまたは前記マスクホルダを安定に載置するための嵌
合溝を備える可動サセプタと、この可動サセプタを上下
左右に移動及び水平面内で回転させる調整ロッドとを備
え、この調整ロッドと前記搬送マニピュレータを操作し、上
記可動サセプタと上記搬送マニピュレータのチャックと
の相対位置を調整することによって、上記基板ホルダま
たは上記マスクホルダを上記可動サセプタと上記搬送マ
ニピュレータのチャックとの間で受け渡し、かつ、上記
可動サセプタに載置したマスクホルダと上記搬送マニピ
ュレータに保持した基板ホルダを位置合わせして組み合
わせることを特徴とする、請求項１に記載のコンビナト
リアルデバイス作製装置。
【請求項７】前記ホルダ位置調整装置は、前記基板ホ
ルダまたは前記マスクホルダを安定に載置するための嵌
合溝を有する可動サセプタと、この可動サセプタを載置
するための固定サセプタと、上記可動サセプタを上下左
右に移動及び水平面内で回転させる調整ロッドと、この
調整ロッドの下端に設けたヒータブロックと、上記可動
サセプタを上記固定サセプタに載置した状態で、上記調
整ロッドをさらに下降できる余動機構とを備え、上記調整ロッドと前記搬送マニピュレータを操作し、上
記可動サセプタと上記搬送マニピュレータのチャックと
の相対位置を調整することによって、上記可動サセプタ
と上記搬送マニピュレータのチャックとの間で上記基板
ホルダまたは上記マスクホルダを受け渡し、上記可動サ
セプタに載置した上記マスクホルダと上記搬送マニピュ
レータに保持した上記基板ホルダを位置合わせして組み
合わせ、さらに、上記余動機構により、上記固定サセプ
タに載置した上記基板ホルダに上記ヒータブロックを密
着させて、基板ホルダを加熱することを特徴とする、請
求項１に記載のコンビナトリアルデバイス作製装置。
【請求項８】前記基板ホルダは、基板ホルダ・リング
とヒートシンクとから構成され、上記ヒートシンクは、
上記基板ホルダ・リングからはみ出して、かつ、上記ヒ
ートシンクと点接触で固定され、前記ヒータブロックか
ら熱量を受け取り、かつ、受け取った熱量を上記基板ホ
ルダ・リングに散逸し難くしたことを特徴とする、請求
項１に記載のコンビナトリアルデバイス作製装置。
【請求項９】前記余動機構は、前記可動サセプタに固
定したガイドロッドと、このガイドロッドにガイド可能
に取り付けたガイド盤と、上記ガイドロッド上端に固設
したガイドストッパとを備え、上記ガイド盤を前記調整
ロッドに固設して構成されることを特徴とする、請求項
１に記載のコンビナトリアルデバイス作製装置。
【請求項１０】前記可動サセプタ及び前記固定サセプ
タは、前記基板ホルダを前記プラズマＣＶＤ装置のプラ
ズマに又は前記パルスレーザ堆積装置の蒸着原子に晒す
ための開口を備え、上記固定サセプタは、上記プラズマ
ＣＶＤ装置のアノードを兼ねることを特徴とする、請求
項１に記載のコンビナトリアルデバイス作製装置。
【請求項１１】前記マスクホルダは、前記基板ホルダ
の位置合わせ用のピンに嵌合する前記嵌合穴を複数有
し、これらの嵌合穴を成膜毎に順次ずらして上記ピンと
嵌合させることによって、分割成膜することを特徴とす
る、請求項１に記載のコンビナトリアルデバイス作製装
置。