專利名稱：真空成膜裝置和真空成膜方法以及太陽電池材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及真空成膜裝置和真空成膜方法以及太陽電池材料。
背景技術(shù)：
作為加熱基板并在其表面上使薄膜成膜的真空成膜裝置，已知有采用分類為化學氣相成長(CVD)法的技術(shù)的減壓CVD裝置以及等離子體(plasma)CVD裝置等，還有分類為采用物理氣相成長(PVD)法的技術(shù)的蒸鍍裝置、濺鍍裝置以及離子化蒸鍍裝置等。
其中，在使用CVD法的裝置中，在將基板加熱至規(guī)定溫度后，通過在保持著真空的成膜腔室內(nèi)保持基板，并將含有構(gòu)成薄膜材料的元素的原料氣體供給至基板上，而且通過由氣相以及基板表面上的化學反應(yīng)進行的化學氣相成長，從而在基板上形成所要求的薄膜。在該CVD法中，與PVD法相比，成膜的基板的溫度大多與膜特性具有更緊密的關(guān)系，而且，大多要求在更高溫度下的反應(yīng)。因此，在CVD法中，重要的是使基板溫度均勻且快速地升溫。
在CVD法中，關(guān)于等離子體CVD法，近年來，作為其工業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域，向大量的大面積基板上進行成膜的重要性逐漸增加。其中，向玻璃基板上的成膜也在應(yīng)用領(lǐng)域中也占有重要的位置。玻璃基板，當基板溫度的面內(nèi)分布不均勻時容易破損，對具有這樣特質(zhì)的大面積的基板進行低成本的快速升溫則需要高難度的技術(shù)。
為此，由于現(xiàn)有的真空成膜裝置通常只能處理一塊或二塊基板，故效率低下；另一方面，要在該裝置中同時處理3塊以上的基板時，存在使裝置極其大型化的問題。
作為以往提出的這種真空成膜裝置，例如特開2001-187332號所示，一邊將閘閥夾裝于以下所述的各部件中，一邊將加熱基板至成膜溫度以上的加熱腔室、加載鎖定(load lock)腔室、在基板的表面作成規(guī)定薄膜的成膜腔室以上述順序進行氣密連接，在加熱腔室中通過強制對流來加熱基板，通過由送風機循環(huán)供給通過熱源的氣體，將高溫氣體供給基板以對基板進行加熱。
另外，如特許第3211356號所示，作為直列(inline)式等離子體CVD裝置，連續(xù)地配置有對基板進行預熱的大氣加熱爐、在真空中對從大氣加熱爐輸送的基板加熱到規(guī)定溫度的加載(load)室、在基板表面上進行膜形成的反應(yīng)室、進行基板的冷卻的卸載室。
根據(jù)上述特開2001-187332號公報，不使裝置大型化就可同時處理多塊大面積的基板，故可大幅提高在基板上形成薄膜的作業(yè)的生產(chǎn)性。
然而，在前述特開2001-187332號公報中，不易以均勻的溫度對整個基板進行短時間的加熱。即，在特開2001-187332號公報中，通過使加熱的高溫氣體在基板間流動而強制對流，從而對基板進行加熱，使高溫氣體成為與基板的面平行的層流而流動。盡管通過這種層流進行加熱，可在基板溫度的升溫結(jié)束的時刻在面方向上獲得大致均勻的溫度，但在升溫過程中大多發(fā)生很大的溫度不均勻現(xiàn)象。在層流加熱的升溫過程中，在流動的上游側(cè)，流過被加熱體的跟前的氣體的所帶的熱量傳遞給被加熱體，對被加熱體進行加熱，同時氣體被冷卻。該冷卻后的氣體仍作為層流沿著被加熱體流至下游側(cè)，但在此移動中奪走流過離開被加熱體的位置的高溫氣體的熱量(補給熱量)，而被再次加熱。這樣，再次加熱的氣體使下游側(cè)的被加熱體的溫度上升。由于這樣的原因，被加熱體的跟前的氣體的溫度隨著靠近下游而緩緩降低。為此，當被加熱體是像玻璃那樣相對于溫度梯度顯脆的材質(zhì)時，有可能在升溫途中由于熱應(yīng)變而造成破損。
如上所述，在層流加熱中，從離開被加熱體的位置上的氣體向被加熱體跟前的氣體進行的熱傳導起了很大的作用。但是，由于向與層流中的氣流成直角的方向進行的傳熱控制擴散，故其熱傳導的速度較慢。作為其結(jié)果，表現(xiàn)出在被加熱體的下游側(cè)的升溫速度進一步變慢的趨勢。
還有，在使寬幅的(狹縫狀)高溫氣體沿基板流動來進行加熱時，容易產(chǎn)生橫向上的氣體流量的不平衡，出現(xiàn)這種氣體流量的不平衡時，則存在會使被加熱體整體升溫至所要求的溫度所需的時間延長的問題，而且，當升溫過程中溫度梯度顯著時，存在由于熱應(yīng)變而造成被加熱體產(chǎn)生破損的問題。
另一方面，在上述特許號第3211356號公報中，為在真空中將基板加熱至規(guī)定的溫度，則備有燈加熱器利用輻射加熱進行加熱，但存在加熱效率低下使得加熱需要很長時間的問題。進而，因為基板的移動通過不銹鋼鏈式輸送機來進行，故同時對多個基板進行加熱較為困難，基本上只能一塊塊地進行加熱，因而存在生產(chǎn)性非常低的問題。
而且，在上述特開2001-187332號公報中，由于在大氣壓下進行加熱，故可使用產(chǎn)生單位熱量所需的成本低且產(chǎn)生單位熱量生成的二氧化碳發(fā)生量較小的煤氣或燈油等作為熱源，但在特許第3211356號公報中，由于是在真空中的加熱而不得不使用電能，可以說是環(huán)境負荷較大的加熱方法。
另外，在通過如特許第3211356號公報所示的燈加熱器進行加熱時，使用由高溫熱源發(fā)出的高能量密度的近紅外線。這樣使用高能量密度的熱源時，在由于場所不同而使被加熱體的熱容量有較大差異的情況下，可能在升溫結(jié)束時發(fā)生較大面方向上的溫度分布不均的現(xiàn)象。例如，在支承被加熱體的保持器的熱容量較小，而被加熱體的熱容量較大的情況下，當使被加熱體上升至所希望的溫度時，可能會引起保持器的溫度異常上升。還有，可知一般對于近紅外線的輻射率或反射率，隨著物質(zhì)的種類或表面狀態(tài)會有較大的差異。因此，當在被加熱體自身的面內(nèi)或被加熱體與保持器之間產(chǎn)生相對于紅外線的表面性狀的不同或變化時，不能指望得到均勻的、再現(xiàn)性良好的加熱。
本發(fā)明目的在于，基于上述實際情況，使作為基板上真空成膜時的前處理而進行的基板加熱達到短時間且高效率地加熱，并且在升溫途中以及加熱結(jié)束后成為均勻的面溫度，還可同時對多個基板進行加熱而提高太陽電池材料等的生產(chǎn)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為一種真空成膜裝置，其將由基板加熱裝置進行加熱的基板導入成膜腔室中進行成膜，其特征在于，上述基板加熱裝置具有加熱室；扁平形狀的板式噴嘴，其以與搬入到該加熱室的基板的面具有所需的間隔的方式配置于加熱室中，并備有氣體導入口；加熱氣體導入裝置，其將加熱氣體導入到該板式噴嘴的氣體導入口中；在上述板式噴嘴的與基板對置的面板上，備有通過加熱氣體的碰撞射流而對基板進行加熱的多個氣體噴出口。
因而，根據(jù)本發(fā)明，通過形成于板式噴嘴上的氣體噴出口，將加熱氣體導出，通過碰撞射流(噴流)而對基板進行加熱，故可提高加熱效率，縮短基板的加熱時間。
一般，不存在碰撞的對象物時，射流的流動狀態(tài)從氣體噴出口附近起可分為等速核區(qū)域、遷移區(qū)域以及發(fā)展區(qū)域。通過將作為加熱對象的基板置放于不同區(qū)域使熱傳導率變化，但通過將基板配置至離遷移區(qū)域近的發(fā)展區(qū)域，可獲得較大的熱傳導率。相反，將基板配置在距氣體噴出口較遠的距離時，不能獲得較大的熱傳導率。射流的流動狀態(tài)還與板式噴嘴的氣體噴出口的大小有關(guān)。這里所謂的氣體噴出口指將加熱氣體向基板噴出的開口部。
氣體噴出口的開口部形狀可根據(jù)方形或圓形等設(shè)計要素來選擇其形狀，但將其噴出口的代表性尺寸設(shè)為B時，優(yōu)選的是，該B與氣體噴出口的相互間隔(距離)H之間具有H/B＜20的關(guān)系。所謂代表性尺寸B，例如當選擇正方形的開口時表示正方形的一邊長度，當選擇圓形的開口時表示該圓的直徑。更一般的說，確定控制氣體噴出口的流動的雷諾數(shù)時所采用的尺寸即為代表性尺寸。
通過將H/B比設(shè)為20以下可獲得工業(yè)上充分大的加熱速度。
在通過碰撞射流的加熱中，進行以氣體噴出口正面的滯流點為中心的局部加熱。局部的入熱，通過基板的橫向上的熱移動而被緩和，基板整體溫度上升，并且進行基板的勻熱化。對于玻璃那樣在當局部的溫度上升較為劇烈時便破損之類的材料，在通過碰撞射流進行加熱時要充分考慮到這一點。若玻璃的厚度充分厚，則玻璃的面內(nèi)的熱傳導變大，故會使玻璃面內(nèi)溫度分布不均程度變小，而且，即使氣體噴出口的數(shù)目增加，其不均性也會變小。
為防止玻璃破損，當上述基板是厚度為t的玻璃、上述玻璃噴出口相互間距離設(shè)為r時，優(yōu)選的是，具有r/t＜20的關(guān)系。
進而，也可以在上述板式噴嘴的兩側(cè)的面板上備有玻璃噴出部，以與板式噴嘴的兩側(cè)的面板對置的方式配置基板。而且，夾著上述基板地配置的板式噴嘴也可以在使由于各板式噴嘴內(nèi)發(fā)生的壓力梯度造成氣體噴出量的不均勻相互抵消的位置上備有氣體導入口。另外，上述板式噴嘴也可是以在其相互間配置有基板的方式呈梳齒狀地設(shè)置多個而成的梳齒噴嘴。還有，也可以是上述基板由臺車支承并輸送，通過上述臺車將從上述板式噴嘴噴出的加熱氣體導入至上述加熱氣體導入裝置中。
由于配置成夾著基板的板式噴嘴，在使由于各板式噴嘴內(nèi)發(fā)生的壓力梯度造成氣體噴出量的不均相互抵消的位置上備有氣體導入口，故能以更均勻的面溫度加熱基板。
由于通過臺車使加熱基板后的加熱氣體在加熱氣體導入裝置中進行循環(huán)，因此加熱氣體的流動穩(wěn)定，基板的加熱也穩(wěn)定。
本發(fā)明的另外的方案為真空成膜方法將基板加熱裝置與成膜室連結(jié)地配置，將基板搬入基板加熱裝置，從配置于與基板的面具有所需間隔的板式噴嘴的面板上的氣體噴出口中噴出加熱氣體，通過射流加熱來加熱基板，將基板加熱到均勻溫度后，將該基板搬入成膜室中進行成膜。
上述成膜的方法也可以是等離子體CVD法。
本發(fā)明的另外的方案為通過上述方法制造的太陽電池材料。
因此，根據(jù)本發(fā)明，通過形成于板式噴嘴上的氣體噴出口，導入加熱氣體，并通過碰撞射流來加熱基板，故可提高加熱效率、縮短基板的加熱時間。
因此，可高效地制造太陽電池材料。


圖1是表示本發(fā)明的真空成膜裝置的整體配置構(gòu)成的概略俯視圖。
圖2是表示本發(fā)明的真空成膜裝置中的基板加熱裝置的一例的主剖視圖。
圖3是表示是臺車的側(cè)視圖。
圖4是表示臺車和軌道的一部分的立體圖。
圖5是將圖2中的板式噴嘴的一部分放大表示的剖視圖。
圖6是表示用以說明形成于板式噴嘴的面板上的氣體噴出口的立體圖。
圖7是表示通過板式噴嘴來加熱基板的其他實施例的局部剖視圖。
圖8是表示通過板式噴嘴來加熱基板的又一實施例的局部剖視圖。
圖9是在相互相反一側(cè)的端部上形成夾著基板而配置的板式噴嘴的氣體導入口時的剖面俯視圖。
圖10是表示對通過本發(fā)明的碰撞射流來加熱基板的情況與以往通過層流來進行加熱的情況作比較的線圖，對于經(jīng)過時間和基板溫度變化之間的關(guān)系進行比較。
具體實施例方式
以下參照附圖對本發(fā)明的實施例進行說明。
圖1是表示作為本發(fā)明的真空成膜裝置的一實施例的等離子體CVD裝置的整體配置構(gòu)成的概略俯視圖，該等離子體CVD裝置備有基板安裝部1、具有板式噴嘴(plate nozzle)33的基板加熱裝置3、具有均熱器4以及減壓裝置5的加載鎖定(road lock)室6、電感耦合型電極7、減壓裝置8、具有原料氣體供給裝置9以及溫度調(diào)節(jié)裝置10的成膜室11、具有外氣導入口2以及減壓裝置12的卸載鎖定室13、基板取出部14。標記15a、15b、15c、15d、15e指能保持氣密且可開閉的閘閥，16指可鉛直地支承多個基板17而移動的臺車。
對支承于臺車16的基板17進行成膜作業(yè)如下所述地進行。在基板安裝部1中將基板17鉛直地支承于臺車16上。在圖1的實施例中，將6塊基板17支承于臺車16上。
支承基板17的臺車16，打開閘閥15a進入基板加熱裝置3，繼而關(guān)閉閘閥15a后，通過板式噴嘴33的作用將基板17均勻地加熱至規(guī)定溫度。
其次，打開閘閥15b，將臺車16移動至加載鎖定室6，繼而關(guān)閉閘閥15b后，通過減壓裝置5將加載鎖定室6內(nèi)部減壓至與成膜室11相同的負壓，通過均熱器4將上述基板17的溫度維持在上述規(guī)定溫度。
其后，打開閘閥15c將基板17運入成膜室11中，繼而關(guān)閉閘閥15c后，在通過減壓裝置8保持為規(guī)定負壓的狀態(tài)下，通過溫度調(diào)節(jié)裝置10將上述基板17的溫度維持在上述規(guī)定溫度，同時通過原料氣體供給裝置9供給原料氣體，利用電感耦合型電極7的作用而在基板17上形成硅膜。
當基板17的成膜結(jié)束時，打開閘閥15d，將基板17搬出到卸載鎖定室13中。此時，預先通過減壓裝置12將卸載鎖定室13內(nèi)部減壓至與上述成膜室11相同的負壓，將基板17搬出卸載鎖定室13后，關(guān)閉閘閥15d。
然后，打開外氣引導口2，在將卸載鎖定室13升壓至大氣壓后，打開閘閥15e將臺車16導出到外部。再者，將臺車16移動到基板取出部14，將支承于臺車16上的已成膜的基板17卸下。
根據(jù)如圖1所示的真空成膜裝置，由于可大致連續(xù)地實施對基板17的加熱和在加熱后的基板17上形成硅膜，故可提高生產(chǎn)性，并且，由于可將多個基板17支承于臺車16上并同時地進行加熱以及硅膜的形成，故可進一步實現(xiàn)效率的提高。
以下，對在上述圖1的等離子體CVD裝置中、用以將基板17短時間加熱至規(guī)定溫度并達到均勻面溫度的基板加熱裝置3進行詳細說明。
首先，在對基板加熱裝置3進行說明之前，先對臺車16進行說明。如圖2至圖4所示，臺車16備有矩形形狀的支承臺20，該支承臺20可通過車輪19在設(shè)置于構(gòu)成基板加熱裝置3的加熱室23的內(nèi)定部的軌道18a、18b上行進，在該支承臺20的行進方向前后的邊上，以所需間隔在左右方向上分別使5根支承柱21、21′對置并鉛直地固定設(shè)置。在圖4中的最左側(cè)的前后支承柱21、21′的右側(cè)面和自左側(cè)起第2個前后支柱21、21′的左側(cè)面上，分別通過支承件22支承基板17，使得2塊基板17對置地配置。而且，也在第3個和第4個前后支承柱21、21′的右側(cè)面以及第5個和第6個前后支柱21、21′的左側(cè)面上，與上述同樣地使2塊基板17對置地對其支承。由此，將成對置的3對(6塊)基板17鉛直配置于臺車16上。
在上述支承臺20的下表面上設(shè)置有沿前后方向延伸的齒條24，具有與該齒條24嚙合的小齒輪35的軸26，貫通加熱室23并與外部的驅(qū)動裝置27連結(jié)。因而，通過對驅(qū)動裝置27進行驅(qū)動而使上述小齒輪25轉(zhuǎn)動，從而可通過齒條24使上述臺車16沿軌道18a、18b行進。此時，上述軌道18a、18b因為圖1的閘閥15a、15b、15c、15d、15e的設(shè)置而被切斷，因而，上述驅(qū)動裝置27及小齒輪25分別與加載鎖定室6、成膜室11、卸載鎖定室13對應(yīng)地設(shè)置，臺車16備有多個車輪19以越過上述軌道18a、18b的切斷部分而行進。
在上述加熱室23的內(nèi)部，如圖2所示，設(shè)置有上部分隔板28，其將上述臺車16的上部隔開；和側(cè)部分隔板29，其將臺車16的行進方向一側(cè)(右側(cè))隔開；另外，將側(cè)部分隔板29的上端固定于上部分隔板28上，下端延伸至支承臺20的附近。進而，右側(cè)的軌道18b，具有如圖4所示將梯子橫立的形狀，并形成氣體流通用的開口30。并且，在上述臺車16的支承基板17的支承臺20上，形成可使在基板17間流下的加熱氣體向下方流下的氣體通路36。由此，在上述加熱室23的內(nèi)部，形成將臺車16上的基板17間、臺車16的下部、側(cè)部分隔板29的右側(cè)下部、上部分隔板28的右側(cè)上部等連通起來的氣體循環(huán)流路31，由此構(gòu)成加熱氣體導入裝置32的一部分。
在上述分隔板28的下部，在與對置地支承于臺車16上的基板17的中間相對應(yīng)的位置上，固定有板式噴嘴33的上端，該板式噴嘴33與基板17平行且具有面積比基板17更大的矩形扁平形狀，在板式噴嘴33的上端形成氣體導入口34，該氣體導入口34將上部分隔板28上側(cè)的氣體循環(huán)流路31與板式噴嘴33的內(nèi)部連通。因此，上述板式噴嘴33呈現(xiàn)為其上部形成氣體導入口34的扁平袋狀結(jié)構(gòu)。在圖2中，與3組對置的基板17間對應(yīng)地設(shè)置3個噴嘴33，其相對于上部分隔板28呈梳齒狀。
在具有上述扁平袋狀的板式噴嘴33的與基板17對置的面板33a上，如圖2、圖5、圖6所示，通過形成相對于基板17的面將加熱氣體鉛直噴出并進行碰撞的多個氣體噴出口35而構(gòu)成氣體噴出部A。該氣體噴出部A的氣體噴出口35的配置排列，只要使基板17的溫度分布在實用上均勻即可，因此可成為如分量狀或鋸齒狀的有規(guī)則排列，也可不規(guī)則配置以成一定的面密度。
上述加熱氣體導入裝置32，在上述氣體循環(huán)流路31的上下中間位置設(shè)置有隔壁37，在形成于該隔壁37上的開口部上設(shè)置有由驅(qū)動裝置38旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的循環(huán)扇39，進而，在上述氣體循環(huán)流路31中、隔壁37與備有上述開口30的軌道18b之間設(shè)置有加熱氣體用的氣體加熱器40。如圖2所示的氣體加熱器40，通過上述循環(huán)扇39將傳熱管41配置在下側(cè)的氣體循環(huán)流路31中，通過調(diào)節(jié)閥42將高溫流體供給該傳熱管41，通過熱交換使氣體得到加熱。而且，除使用上述傳熱管41加熱氣體的方法外，也可以通過將燃燒筒設(shè)置于氣體循環(huán)流路31中，并使燃料在燃燒筒中燃燒而對氣體進行加熱，在這種情況下，通過上述調(diào)節(jié)閥42調(diào)節(jié)燃料流量。另外，將高溫用過濾器43設(shè)置于比上部分隔板28更靠上部的位置上。
還有，備有溫度檢測器44以檢測上述加熱室23內(nèi)的氣體溫度，優(yōu)選的是檢測上部分隔板28的正上方的氣體溫度，并備有溫度調(diào)節(jié)器45，其輸入由該溫度檢測器44檢測到的溫度，并對上述調(diào)節(jié)閥42進行調(diào)節(jié)以使該檢測溫度保持為規(guī)定的定值，從而調(diào)節(jié)由氣體加熱器40對氣體的加熱。
在圖2、圖5中表示下述的情況在板式噴嘴33的兩側(cè)的面板33a上備有由氣體噴出口35形成的氣體噴出部A，并且與該氣體噴出部A對置地配置基板17，由此只對基板17的一方的面進行加熱；然而，如圖7所示，也可以通過只在板式噴嘴33的一側(cè)的面板33a上備有氣體噴出部A，只對基板17的一方的面進行加熱。另一方面，如圖8所示，也可以在板式噴嘴33的兩側(cè)的面板33a上備有氣體噴出部A，通過由氣體噴出口35噴射加熱氣體而對同時對基板17的雙面進行加熱。
還有，如圖9的剖面俯視圖所示，優(yōu)選的是，在以夾著上述基板17的方式而配置并在與基板17對置的面上備有氣體噴出部A的板式噴嘴3中，在使由于各板式噴嘴33內(nèi)產(chǎn)生的壓力梯度造成氣體噴出量的不均勻可相互抵消的位置上備有氣體導入口34。即，夾著上述基板17的板式噴嘴33上所配置的氣體導入口34也可以形成為位于相互相反的兩側(cè)(上下相反側(cè)或左右相反側(cè))的端部。在圖9中，在一方(左側(cè))的板式噴嘴33中、在紙面的上部配置有氣體導入口34，而在另一方(右側(cè))的板式噴嘴33中、在紙面的下側(cè)配置有氣體導入口34。因此，從一方的氣體導入口34導入一方的板式噴嘴33的氣體與從另一方的氣體導入口34導入另一方的板式噴嘴33的氣體，沿相互相反的方向?qū)χ玫亓鲃?，并從各氣體噴出口35中噴出。
以下，對上述實施例的作用進行說明。
在圖2的構(gòu)成中，通過驅(qū)動裝置38驅(qū)動循環(huán)扇39，使氣體循環(huán)流路31中的氣體由下向上流動，并且將高溫流體供給氣體加熱器40的傳熱管41而對氣體進行加熱。在氣體加熱器40中被加熱的高溫氣體，通過循環(huán)扇39送入高溫用過濾器40中進行清潔，然后，從氣體導入口34導入各板式噴嘴33中，從形成于板式噴嘴33的面板33a上的氣體噴出部A的多個氣體噴出口35中以鉛直碰撞基板17的面的方式而噴出。由此對基板17進行加熱。
勁吹基板17而對其加熱后的加熱氣體，在對置的基板17之間向下流動，通過支承臺20的氣體通路36向下方流動，經(jīng)軌道18b的開口30被再次導入氣體加熱器40。
此時，將設(shè)置于上部分隔板28的上部的溫度檢測器44的檢測氣體溫度輸入的溫度調(diào)節(jié)器45，通過調(diào)節(jié)閥42調(diào)節(jié)高溫流體的流量，對導入板式噴嘴33的加熱氣體的溫度進行控制，使其始終保持為規(guī)定的定值。由此使基板17始終被可靠地加熱至目標規(guī)定溫度。另外，除調(diào)節(jié)供給上述氣體加熱器40的高溫流體的流量的方式外，還可以調(diào)節(jié)由循環(huán)扇39送入的加熱氣體的循環(huán)量，從而調(diào)節(jié)基板17的加熱溫度。
如圖5、圖7及圖8所示，板式噴嘴33通過氣體噴出部A的各氣體噴出口35以鉛直碰撞基板17的面的方式而噴出加熱氣體，故通過由加熱氣體的碰撞產(chǎn)生的碰撞射流可高效地對基板17進行加熱。
圖10是表示對在如圖5、圖7及圖8所示將加熱氣體鉛直噴出以碰撞基板17的面而通過碰撞射流來加熱基板的情況(實線表示)、與如上述特開2001-187332號公報中所揭示的以往實施例所示通過與平行于基板的沿面流(層流)的加熱氣體來加熱基板的情況(虛線)兩種情況下的經(jīng)過時間與基板17的溫度變化之間的關(guān)系進行比較的圖。在圖10中，對在使用相同加熱氣體流量加熱至目標溫度范圍的情況下的基板17的溫度變化進行定性表示。
從圖10中可知，通過層流的加熱(虛線)達到目標溫度范圍所需的時間比通過本發(fā)明的碰撞射流進行加熱(實線)的時間更長。因而，在通過層流進行加熱時，要想縮短加熱時間時，需要大幅增大加熱氣體的供給量，這樣將增加運行成本。而且，這樣使大量加熱氣體沿著基板17流動時，存在這樣的問題要調(diào)整使得基板17的寬度方向的流量變得均勻?qū)⒏щy，為此更容易發(fā)生基板17的面溫度不均的問題。
如上所述，通過設(shè)置于板式噴嘴33的面板33a上的氣體噴出部A的氣體噴出口35，將加熱氣體以鉛直碰撞基板17的面的方式噴出，通過碰撞射流來對基板17進行加熱，故可短時間且高效率地對基板17進行加熱。
進而，由于備于上述面板33a上的氣體噴出部A的氣體噴出口35以可在面方向上對基板17進行均勻加熱的配置形成，故可對基板17的平面溫度進行精度高且均勻的加熱。
在本發(fā)明的實施例中，將氣體噴出口35設(shè)為圓形。而且，作為實驗的核心條件，將其直徑B設(shè)定為3mm、將面板33a與基板17的間隔H設(shè)定為30mm。使直徑B一定，使間隔H在15mm～150mm的范圍內(nèi)進行變化，測定基板17的升溫速度。其結(jié)果是，在15mm～20mm范圍內(nèi)，其升溫速度幾乎沒有變化，但在15mm～30mm之間，升溫速度暫時上升，并達最大值；其后，當30mm以上的間隔時，升溫速度便下降。至間隔60mm時，升溫速度將下降至最大值的60％左右。將氣體噴出口35的直徑設(shè)為2mm進行同樣的實驗時，其間隔達40mm以上時，升溫速度下降更為劇烈。
一般，在利用碰撞射流的加熱中，由于熱傳導率根據(jù)間隔H、直徑B或流速等進行復雜的變化，故可以說不能統(tǒng)一描述熱傳導率。但是，根據(jù)此實驗可知，在加上工業(yè)上可應(yīng)用的流速等條件的情況下，當將H/B比保持在20以下時，可高速地使基板17升溫。
還有，在本實施例中，將氣體噴出口35的間距r設(shè)為35mm，排列為正方形的格子狀，將厚度4mm的玻璃作為基板17使用來進行實驗。測定氣體噴射口35正面的滯流點與離氣體噴射口35最遠的位置的溫度差。在實驗的核心條件下進行加熱時，升溫過程中該各點的最大溫度差為30℃。從經(jīng)驗上可知，當玻璃基板的面內(nèi)溫度差超過50℃時，破損的概率會增加。在本實施例中，幾乎不用擔心會破損。但是，例如當將氣體噴出口35的間距擴大為60mm以上時，玻璃面內(nèi)的溫度差會造成玻璃基板的破損。而且，當玻璃基板的厚度變薄至2mm左右以下時，可推定由于玻璃基板的面內(nèi)的熱移動變慢，還是會造成破損。
另一方面，從呈袋形狀的板式噴嘴33上端的氣體導入口34導入板式噴嘴33中的加熱氣體，由于上部和下部的壓力變化，相對于從上部的氣體噴出口35噴出的加熱氣體量來說，從下部氣體噴出口35噴出的加熱氣體量減少，為此要考慮到基板17的加熱溫度上下發(fā)生偏差的可能性。但是，可判明實際上溫度的偏差幾乎不會發(fā)生。即，為使上部的氣體噴出口35的氣體噴出量與下部的氣體噴出口35的氣體噴出量幾乎相同，有效的方法是使板式噴嘴33的上游側(cè)與下游側(cè)的壓力差盡量小，為此，通過將板式噴嘴33的空間容量設(shè)計得較大，從而可使上游的氣體噴出量與下游的氣體噴出量大致等量而使溫度的偏差幾乎不發(fā)生。
另一方面，如圖9所示，若有以下構(gòu)成夾著基板17而配置的板式噴嘴33的氣體導入口34形成于相互相反側(cè)的端部，則使板式噴嘴33內(nèi)部的壓力變化變?yōu)橄嗷シ聪蚨窒?，由此使從夾著基板17而設(shè)置的左右板式噴嘴33中噴出的加熱氣體的噴出量之和在長度方向(在圖9中為上下方向)上均等，因而可以均勻溫度對基板進行加熱。
如上所述，將通過基板加熱裝置3加熱為規(guī)定溫度且均勻的平面溫度的基板17搬入圖1的加載鎖定室6，利用均熱器4維持其溫度，之后將基板17搬入成膜室11中進行硅膜的形成，但此時通過設(shè)置于成膜室11中的溫度調(diào)節(jié)裝置10，將基板17維持在上述規(guī)定溫度。為此，由于在將基板17保持為均勻面溫度的狀態(tài)下進行硅膜的形成，故在基板17上可形成品質(zhì)良好的硅膜。
因此，根據(jù)上述的真空成膜裝置，可以高效地生產(chǎn)高品質(zhì)的太陽電池材料。
此外，本發(fā)明并不只限定于上述實施例，不用說也可適用于需要對除等離子體CVD裝置以外的濺鍍裝置、蒸鍍裝置、以及離子化蒸鍍裝置等的基板進行加熱的真空成膜裝置，在不超出本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，當然可進行各種變更，例如對板式噴嘴的形狀進行各種變更、加熱氣體導入裝置也可采用除上述實施例以外的構(gòu)成等。
工業(yè)實用性可短時間而高效率地進行作為基板上進行真空成膜時的前處理所進行的基板的加熱，進而在升溫過程中以及加熱結(jié)束后可獲得均勻的面溫度，并且可同時對多塊基板進行加熱，因此，可高效地生產(chǎn)高品質(zhì)的太陽電池材料等產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種真空成膜裝置，其將由基板加熱裝置加熱了的基板導入成膜室中進行成膜，其特征在于，上述基板加熱裝置具有加熱室；扁平形狀的板式噴嘴，其以與搬入到該加熱室的基板的面具有所需的間隔的方式配置于加熱室中，并備有氣體導入口；加熱氣體導入裝置，其將加熱氣體導入到該板式噴嘴的氣體導入口中；在上述板式噴嘴的與基板對置的面板上，備有通過加熱氣體的碰撞射流而對基板進行加熱的多個氣體噴出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空成膜裝置，其特征在于將上述氣體噴出口的代表性尺寸設(shè)為B時，該B與上述所需的間隔H之間具有H/B＜20的關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空成膜裝置，其特征在于當設(shè)上述基板是厚度為t的玻璃、上述氣體噴出口相互間距離為r時，具有r/t＜20的關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空成膜裝置，其特征在于將上述氣體噴出口的代表性尺寸設(shè)為B時，該B與上述所需的間隔H之間具有H/B＜20的關(guān)系；當設(shè)上述基板是厚度為t的玻璃、上述氣體噴出口相互間距離為r時，具有r/t＜20的關(guān)系。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空成膜裝置，其特征在于在上述板式噴嘴的兩側(cè)的面板上備有氣體噴出口，并以與板式噴嘴的兩側(cè)的面板對置的方式配置基板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空成膜裝置，其特征在于夾著上述基板地配置的板式噴嘴，在使氣體噴出量的不均勻相互抵消的位置上備有氣體導入口，該氣體噴出量的不均勻是由于各板式噴嘴內(nèi)發(fā)生的壓力梯度而產(chǎn)生的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空成膜裝置，其特征在于上述板式噴嘴是以在其相互間配置有基板的方式呈梳齒狀地設(shè)置多個而成的梳齒噴嘴。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空成膜裝置，其特征在于上述基板由臺車支承并輸送，通過上述臺車將從上述板式噴嘴噴出的加熱氣體導入至上述加熱氣體導入裝置中。
9.一種真空成膜方法，其特征在于基板加熱裝置與成膜室連結(jié)地配置，將基板搬入基板加熱裝置，從配置于與基板的面具有所需間隔的板式噴嘴的面板上的氣體噴出口中噴出加熱氣體，通過碰撞射流來加熱基板，將基板加熱到均勻溫度后，將該基板向成膜室搬入以進行成膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的真空成膜方法，其特征在于上述成膜的方法為等離子體CVD法。
11.一種根據(jù)權(quán)利要求9所述的真空成膜方法而制造的太陽電池材料。
12.一種根據(jù)權(quán)利要求10所述的真空成膜方法而制造的太陽電池材料。
全文摘要
一種真空成膜裝置，其將由基板加熱裝置(3)進行加熱的基板(17)導入成膜室(11)進行成膜，其中，基板加熱裝置(3)具有加熱室(23)；扁平形狀的板式噴嘴(33)，其以與搬入于該加熱室(23)的基板(17)的面保持所要求的間隔的方式配置于加熱室(23)中，并形成氣體導入口(34)；加熱氣體導入裝置(32)，其將加熱氣體導入該板式噴嘴(33)的氣體導入口(34)中；另外，其在上述板式噴嘴(33)中的與基板(17)對置的面板(33a)上備有通過加熱氣體的碰撞射流而對基板(17)進行加熱的多個氣體噴出口(35)。
文檔編號H01L31/04GK1781183SQ200480011828
公開日2006年5月31日 申請日期2004年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月2日
發(fā)明者山崎秀作, 長谷川敬晃, 水野昌幸 申請人:石川島播磨重工業(yè)株式會社