DE3781748T2

DE3781748T2 - Beschichtungssystem, bestehend aus mehreren kammern.

Info

Publication number: DE3781748T2
Application number: DE8787305519T
Authority: DE
Inventors: Richard L C O Minneso Jacobson; Frank R C O Minnesota Jeffrey
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1986-06-23
Filing date: 1987-06-22
Publication date: 1993-04-01
Anticipated expiration: 2007-06-23
Also published as: JPS634059A; IL82673A0; CN1020045C; KR960001033B1; CN87104355A; EP0258966B1; DE3781748D1; EP0258966A3; KR880001037A; EP0258966A2; IN170025B

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auftragen aufeinanderfolgender Dünnschichtüberzüge auf eine Materialbahn unter einem Vakuum und nach einem Gegenstand eine verbesserte Vorrichtung mit einer Mehrzahl von Auftragekammern, die in einer einzigen Hochvakuumkammer angeordnet sind und zum auf Auftragen aufeinanderfolgender, unterschiedlicher Dünnschichtüberzüge dienen.
Auf Grund eines vom US-Energieministerium erteilten Subkontrakts No. ZB-4-03056-2 ist die Regierung der Vereinigten Staaten von Amerika im Besitz von Rechten an dieser Erfindung.

Stand der Technik

Es sind eine Anzahl von Anwendungen von Verfahren zum Auftragen von Dünnschichtüberzügen bekannt, die mindestens zwei Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung aufweisen. Insbesondere bei der Herstellung von Photoelementen besteht ein Bedürfnis nach der wirtschaftlichen Herstellung von mehrschichtigen Dünnschichtüberzügen mit hohem Wirkungsgrad. Dieses Bedürfnis ist noch stärker, wenn die elektrischen Eigenschaften der einzelnen Schichten und ihre Lichtempfindlichkeit gesteuert werden müssen.
Aus der US-PS 3 294 670 (Charschan u.a.) ist eine kontunuierlich arbeitende Vakuumbehandlungsvorrichtung bekannt, die eine Mehrzahl von an den Enden offenen und miteinander verbundenen Kammern besitzt, wobei einzelne Kammern offene Teile eines Kanals umgeben und Behandlungsatmosphären enthalten, denen in dem Kanal befindliches Material ausgesetzt wird. In dieser Vorrichtung sind mit der Mehrzahl der Kammern Mittel zum Aufrechterhalten eines vorherbestimmten Unterdruckes in den Kammern verbunden. Angeblich ist die Vorrichtung besonders zum Auftragen von dünnen Tantalschichten geeignet, wie sie bei der Herstellung von elektronischen Schaltungen verwendet werden, und führt die durch die Auftragevorrichtung gewährleistete, gesteuerte Oxidation zu reproduzierbaren elektrischen Eigenschaften.
Aus der US-PS 3 805 736 (Foehring u.a.) ist eine Vorrichtung zum Durchführen von Stoffaustauschreaktionen in einer Reaktionskammer bekannt, in der durch eine laminare Strömung ein Transport mit begrenzter Diffusion und eine Isolierung zwischen Behandlungsschritten erzielt werden. Die Auftragevorrichtung besitzt eine Einrichtung, die in einer Auftragekammer eine Damptransportzone bildet und einen ersten Dampfdiffusor aufweist, der sich in der Längsrichtung quer durch die Dampftransportzone erstreckt und zur Abgabe eines ersten gasformigen Stoffes in einer laminaren Strömung geeignet ist, die zu einer Substratoberfläche im wesentlichen parallel und zu der Bewegungsbahn des Substrats im wesentlichen rechtwinklig ist, ferner eine diesem ersten Dampfdiffusor gegenüberliegende Abzugseinrichtung und mindestens einen benachbarten weiteren Dampfdiffusor. Die Dampftransportzonen stehen miteinander in vollkommen offener Verbindung und sind infolge der laminaren Strömung im Verfahren im wesentlichen seriell voneinander isoliert.
Aus der US-PS 3 965 163 (Wakefield) ist zum Erzeugen von Silicium in Halbleiterqualität aus Silicium niedrigerer Qualität ein Verfahren bekannt, in einer zweiten Reaktionskammer über einer n-Schicht durch Diffusion in diese Schicht eine p-Schicht gebildet wird.
Aus der US- PS 4 015 558 (Small u.a.) ist eine Mehrschicht-Aufdampfvorrichtung bekannt, die eine Mehrzahl von hintereinander angeordneten Auftragekammern besitzt. Die Austrittskammer und die Eintrittskammer sind einander zugeordnet und an einander entgegengesetzten Enden mit Ventilen versehen die zum dichten Abschließen der Auftragekammern und zum Unterbrechen der Verbindung mit der Auftragekammer dienen. Ferner ist den Auftragekammern je eine Einrichtung zum Erzeugen eines Vakuums in der Kammer zugeordnet.
Aus der US-PS 4 400 409 (Matatsu Izu u.a.) ist zum Herstellen einer photovoltaischen Platte ein Verfahren bekannt, in dem aus einer Materialb hn aus einem flexiblen Substratmaterial mit einem oder mehreren darauf vorgesehenen Elektronenbildebereichen eine Rolle gebildet wird, diese Substratrolle im wesentlichen kontinuierlich in einen teilevakuierten Raum abgewickelt wird, der mindestens einen Siliciumauftragebereich enthält und in dem über dem einen oder über mindestens einigen der mehreren Elektrodenbildebereiche mindestens zwei dünne, flexible Siliciumschichten einander entgegengesetzter Leitfähigkeitstypen (p bzw. n) aufgetragen werden. Dabei bildet eine oder bilden mehrere dieser dünnen Schichten einen photovoltaisch wirksamen Verarmungsbereich. Das Substrat bildet eine im wesentlichen kontinuierliche Materialbahn. Jede der dünnen Siliciumschichten wird in einem eigenen Glimmentladungsbereich gebildet, durch die die Materialbahn bewegt wird. Infolgedessen ist das Auftrageverfahren im wesentlichen kontinuierlich. Nach Izu u.a. ist bei Verwendung einer Mehrzahl von Auftragekammern an jede ein Isolierkanal angeschlossen und soll das von jeder Kammer abgezogene Abgas zum Isolieren der Kammern voneinander genügen. Dabei kann jedoch in jeden Kanal ein inertes Trägergas eingeleitet werden, damit von der auf der einen oder anderen Seite des Kanals befindlichen Kammer kommende Gase aus dem Kanal herausgeblasen werden. In der Spalte 13, Z1. 14-17, ist angedeutet, daß "es auch möglich ist, lale Auftragebereiche der Kammern in einer einzigen Kammer voneinander isoliert anzuordnen". Es ist jedoch nicht angegeben, wie dies durchgeführt werden könnte und welche Vorteile dadurch erzielt werden könnten.
Aus der US-PS 4 438 723 (Cannella u.a.) sind ein Mehrkammer-Auftragesystem und eine Isoliereinrichtung bekannt. Dabei sind eine erste und eine zweite Kammer durch einen Schlitz miteinander verbunden und ist eine Einrichtung zum Erzeugen einer Gasströmung aus dem Schlitz in die erste Kammer in einer solchen Menge pro Zeiteinzeit vorgesehen, daß das Konzentrationsverhältnis eines in der ersten Kammer befindlichen Elements zu einem in der zweiten Kammer befindlichen Element mindestens 10&sup4; beträgt.
Zum Unterschied von dem vorstehend erörterten Stand der Technik schafft die Erfindung eine einheitliche Vakuumkammer, in der eine Mehrzahl von diskreten Auftragekammern angeordnet sind, die Leitfähigkeitsbegrenzungsschlitze besitzen. Durch eine einzige Vakuumpumpe wird ein genügend niedriger Druck zum gleichzeitigen Auftragen von Material in jeder der Kammern ohne eine erkennbare Diffusion eines Prozeßgases aus einer Kammer in andere Kammern erzeugt.
Daher besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Schaffung eines Mehrschicht-Vakuumauftragesystems, das weniger kompliziert ist als bekannte Vakuumauftragesysteme und daher mit weniger Ausfallzeiten betrieben werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Mehrkammer-Vakuumauftragesystems, das weniger kompliziert und daher wirtschaftlicher herstellbar und betreibbar ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht ferner in der Schaffung eines Mehrkammer-Vakuumauftragesystems, in dem eine bessere Isolierung zwischen den Auftragekammern erzielt werden kann.

Angabe der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine neuartige Vorrichtung mit einer großen Vakuumkammer, in der eine Mehrzahl von Auftragekammern angeordnet ist. In jeder Kammer wird ein Gas oder ein vorherbestimmtes Gasgemisch eingeleitet, aus dem durch eine Glimmentladung auf eine sich bewegende Materialbahn ein Dünnschichtüberzug aufgetragen wird. Jede Auftragekammer ist von der anderen isoliert, aber die Kammern sind so ausgebildet, daß eine Materialbahn kontinuierlich durch die Kammern hindurchbewegt werden kann und die Überzüge auf diese Materialbahn aufgetragen werden können, ohne daß erkennbare Gasmengen aus einer Auftragekammer in eine andere der Kammern diffundieren.
Die Vorrichtung besitzt eine große Vakuumkammer, in der eine Einrichtung zum Abstützen einer Vorratsrolle der zu überziehenden Materialbahn, ferner vorzugsweise eine Materialbahnreinigungskammer, sowie eine Mehrzahl von Auftragekammern, ein Antrieb für die Materialbahn und eine Aufwickelwalze zum Wiederaufwickeln der überzogenen Materialbahn vorgesehen sind.
Jede Auftragekammer ist mit einer Platte versehen, die auf einer Fläche mit einer Materialbahnführungsfläche versehen ist. Dieser Platte liegt eine allgemein rechteckige Kammer gegenüber, die Seitenwände, einander entgegengesetzte Endwände und eine Bodenwand besitzt. Die Bodenwand ist mit einer Elektrode versehen, durch die hindurch das Prozeßgas diffundiert, das in dem in der Kammer durchgeführten Auftrageverfahren verwendet wird. Die Elektrode und die Platte sind über geeignete elektrische Anschlüsse so geschaltet, daß in der Kammer die Glimmentladung für das Auftragen erfolgt. Die Platte ist in geringem Abstand von den Seitenwänden angeordnet, und jede der Endwände ist mit einem vertieften Bereich ausgebildet, dessen Länge etwas größer ist als die Breite der Materialbahn, so daß ein Eintrittsschlitz und ein Austrittsschlitz gebildet werden, durch die die auf der Führungsfläche der Platte geführte Materialbahn in die Kammer ein- und aus ihr heraustritt. Jede Endwand ist mit einem einstellbaren Schieber zum Verändern der Breite des Schlitzes versehen. Diese Einstellung ist jedoch nur erforderlich, wenn die Dünnschichtüberzüge in den Kammern auf verschiedene Bahnmaterialien aufgetragen werden sollen.
Es ist eine Einrichtung zum anfänglichen Evakuieren der einzigen äußeren Vakuumkammer vorgesehen. Danach wird in der äußeren Kammer ein Teilvakuum von etwa 53 mbar aufrechterhalten, während Gas in die Behandlungskammern strömt.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine große Kammer evakuiert, in der eine Rolle aus nichtüberzogenem Bahnmaterial, z.B. einem polymeren Bahnmaterial, angeordnet ist, und wird das Bahnmaterial von der Vorratsrolle durch eine Bahnreinigungskammer bewegt, in der ein Gas, wie Wasserstoff, eingeleitet und eine Glimmentladung erzeugt wird. Die Materialbahn wird durch eine erste Auftragekammer bewegt, in der auf der Materialbahn ein Dünnschichtüberzug aufgetragen wird; dann wird die Materialbahn kontinuierlich in eine zweite Auftragekammer bewegt, in der ein zweiter Dünnschichtüberzug aufgetragen wird, und danach durch weitere Auftragekammern, und die überzogene Materialbahn wird dann aufgewickelt. Während die Materialbahn durch die Auftragekammern bewegt und darin der Einwirkung von Wärme und eines elektrischen Potentials unterworfen wird, wird ein Prozeßgas in die Auftragekammern eingeleitet und wird in den Auftragekammern ein hoherer Druck aufrechterhalten als in der die Auftragekammer umgebenden großen Kammer.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

An Hand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt
Figur 1 schematisch in Draufsicht ein Mehrkammer- Austragesystem und dessen Layout,
Figur 2 in einem schematischen Längsschnitt die eine Mehrzahl von Auftragekammern enthaltende Vakuumkammer,
Figur 3 im Längsschnitt eine der Auftragekammern,
Figur 4 in Draufsicht eine Auftragekammer, von der eine Seite entfernt ist, und
Figur 5 in einer Stirnansicht die Auftragekammer nach Figur 3.

Ausführliche Beschreibung

Die Erfindung findet Anwendung insbesondere auf das Auftragen von drei diskreten Dünnschichtüberzügen auf ein flexibles Substrat oder eine flexible Materialbahn. Die beschriebene Vorrichtung ist für das diskrete, durch Glimmentladungen bewirkte Auftragen von hydriertem amorphem Silicium auf ein metallisiertes Polyimidsubstrat bei der Herstellung von Photoelementen verwendet worden.
Von einer in einer großen Vakuumkammer 20 drehbar gelagerten Vorratsrolle 15 wird eine Materialbahn 14 abgezogen, die um eine Losrolle 21 herum und durch eine Bahnreinigungskammer 22 und eine Mehrzahl von Auftragekammern 23, 24 und 25 gefuhrt wird. Nach der Auftragekammer 25 wird die Materialbahn um eine zweite Losrolle 26 herumgeführt und wird die mittels einer Bahnantriebsrolle 28 zu einer angetriebenen Aufwickelrolle 30 gefördert. In die Auftragekammern 23, 24 und 25 werden verschiedene Prozeßgase kontinuierlich eingeleitet. Der Dünnschichtüberzug wird durch eine Glimmentladung mindestens eines Elements des Prozeßgases unter der Einwirkung von Wärme und eines elektrischen Wechsel- oder Gleichpotentials auf die Materialbahn aufgetragen.
Nachstehend wird erläutert, wie die Auftragekammern so ausgebildet sind, daß sich die Materialbahn kontinuierlich aus einer Kammer in eine andere Kammer derart bewegen kann, daß die Rückdiffusion von Gas aus einer benachbarten Auftragekammer minimal ist. Infolgedessen können die drei Dünnschichtüberzüge auf die Materialbahn während eines einzigen Durchganges von der Vorratsrolle zu der Aufwickelrolle aufgetragen werden.
Gemäß der Figur 1 ist die große Vakuumkammer 20 in einem Bereich angeordnet und durch eine Turbomolekularpumpe 32 über ein Rohr 31 mit einer mechanischen Pumpe 33 verbunden, die zum anfänglichen Auspumpen der großen Vakuumkammer 20 dient, nachdem die Bahnvorratsrolle darin angeordnet worden ist. Ein geeigneter Pumpensatz mit einer Hochvakuum- Turbomolekularpumpe unter der Bezeichnung TMP450 und einer mechanischen Pumpe D30A ist von der Leybold-Heraeus in 5700 Mellon Road, Export, Pennxylvania, erhältlich. Dieser Pumpensatz dient dann zum Evakuieren der Kammer und zum Entfernen von Gasen, die während des Erhitzens der Auftragekammern in diesen erzeugt worden sind. Mit dieser Pumpe wird ein Basisdruck von etwa 1,33 x 10&supmin;&sup6; bar oder weniger erzielt. Mit der Vakuumkammer 20 ist eine Prozeßpumpe 35 verbunden, die zum Pumpen einer gesteuerten Gasmenge während des Auftrageverfahrens dient. Diese Pumpe ist eine Hochvolumenpumpe, die 300 l/s aus der Kammer abpumpt. Eine derartige Pumpe ist von der Firma Leybold-Heraeus in Form eines Pumpensatzes aus einem Rootsgebläse WA 1000 und einer mechanischen Pumpe DK 200 erhältlich. Bei Prozeßgasmengen von etwa 350 Normkubikzentimetern pro Minute (Ncm³/min) hält diese Pumpe Drücke von etwa 53 mbar aufrecht. Die Gase werden hinter einer Wand 4ß der Vakuumkammer gespeichert und durch Rohre in die Auftragekammern eingeleitet. Die Gase sind in Zylindern enthalten, die in einem Schrank 41 gelagert sind. Jeder Zylinder ist mit einem Druckregelventil und einer mit Inertgas betriebenen Spüleinrichtung versehen, die mit einem oder mehreren Ventilen verbunden ist, die zu einem Gasmengenregler führen. Die Gasmengenregler eines oder mehrerer der Zylinder sind mit einer Gasmischkammer verbunden, von der das Gas einer der Auftragekammern zugeführt wird. Die der Mischkammer pro Zeiteinheit zugeführte Gasmenge kann mit einer Genauigkeit von etwa 1% auf einem gegebenen Sollwert gehalten werden. Die Mengenregler und die Mischkammern sind in einem Schrank 45 angeordnet. Die Prozeßgase werden in Rohren den Behandlungskammern 22, 23, 24 und 25 zugeführt.
Die elektronischen Steuerinstrumente sind in einem dem Auftragesystem benachbarten Schrank 46 angeordnet und überwachen die Glimmentladungsleistungen, die Plattentemperaturen, die Unterdrücke, die Gasmengen und die Geschwindigkeit und Zugspannung der Materialbahn.
Gemäß der Figur 2 wird die Vakuumkammer 20 von einer Grundplatte 50 begrenzt, die mit einer rechteckigen Vertiefung ausgebildet ist, in der ein O-Ring 51 zum Herstellen einer Abdichtung am unteren Rand eines großen rechteckigen Deckels 52 angeordnet ist, der aus einer Aluminiumlegierung besteht und eine solche Wandstärke hat, daß er den ihn beaufschlagenden Drücken gewachsen ist.
In der vom Deckel 52 und der Grundplatte 50 begrenzten Vakuumkammer ist ein Rahmen 55 angeordnet, in dem die Vorratsrolle 15, die Losrollen 21 und 26, die Antriebsrolle 28 und die Aufwickelrolle 30 drehbar gelagert sind. Auf dem Rahmen 55 sind ferner die Bahnreinigungskammer 22 und die Auftragekammern 23, 24 und 25 abgestützt. Alle Rohrleitungen für die Pumpen sind mit der Grundplatte 50 verbunden. Die Rohre 44 für das Prozeßgas durchsetzen die Grundplatte 50 und führen zu den verschiedenen Behandlungskammern. Die Materialbahn 14 wird unter Zugspannung durch einen mit der Vorratsrolle 15 verbundenen Bremsmotor und einen an der Aufwickelrolle 30 vorgesehenen Aufwickelmotor gehalten: Die Antriebsrolle 28 bestimmt die Bahngeschwindigkeit.
Da alle Auftragekammern im wesentlichen gleich ausgebildet sind, sei nun die in den Figuren 3, 4 und 5 gezeigte Auftragekammer 24 ausführlich beschrieben. Diese Auftragekammer ist so ausgebildet, daß die Materialbahn 14 durch das Innere der Kammer hindurchtreten und dann mit einem darauf aufgetragenen Dünnschichtüberzug aus der Kammer austreten kann. Die Auftragekammer besitzt eine Platte 60 mit einer von einer Fläche dersleben vorstehenden Bahnführungsfläche 61, die in der Kammer angeordnet ist, und ist mit einer Mehrzahl von Öffnungen versehen, in denen Heizpatronen 62 angeordnet sind. Die Platte 60 ist allgemein rechteckig, und die Fläche 61 ist über ihre Länge schwach konturiert, so daß sie eine glatte Fläche zum Aufrechterhalten einer satten Berührung mit der Materialbahn 14 bildet. Die Platte 60 ist auf der oberen Fläche von zwei einander gegenüberliegenden Seitenwänden 65 angeordnet, die sich von der Grundplatte 66 aufwärts erstrecken. Die Grundplatte 66 ist ferner mit einander gegenüberliegenden Endwänden 67 und 68 versehen, die die Auftragekammer auf ihren beiden anderen Seiten begrenzen. In der Grundplatte 66 sind weitere Heizpatronen 70 angeordnet. Oberhalb der Grundplatte 66 befindet sich eine Quarzplatte 71, die die Oberfläche der Grundplatte 66 innerhalb der Auftragekammer bedeckt. Durch eine in der Grundplatte 66 allgemein zentral angeordnete Öffnung erstreckt sich ein gegenüber der Grundplatte in geeigneter Weise isoliertes Kontaktstück für eine rechteckige Elektrode 75, die mit einer Mehrzahl von Öffnungen 76 ausgebildet ist. Das von der Mischkammer durch das Rohr 44 kommende Gas wird zwischen der Elektrode und der Quarzplatte 71 in die Auftragekammer eingeleitet und diffundiert durch die Öffnungen 76 in die Auftragekammer, um auf der Materialbahn 14 den Überzug zu bilden. Von der Elektrode 75 führt eine Zuleitung 77 zu einer Wechsel- oder Gleichspannungsquelle, so daß in der Auftragekammer ein Glimmentladungsplasma erzeugt wird, das ein Abscheiden der gebildeten neutralen Radikale und der gebildeten Ionen auf der freiliegenden Fläche der Materialbahn 14 bewirkt.
Im Bereich der Endwände 67 und 68 sind Schieber 80 und 81 vorgesehen, die gegenüber vorstehenden Befestigungsplatten 66a und 66b verstellbar sind, die an den Enden der Grundplatte 66 ausgebildet sind. Die Schieber 80 und 81 sind zu der Bahnführungsfläche 61 der Platte 60 hin und von ihr weg bewegbar und begrenzen Leitfähigkeitsbegrenzungsschlitze 84 und 85, die die Eintritts- und die Austrittsöffnungen der Auftragekemmer für die Materialbahn 14 bilden. Auf den Endwänden 67 und 68 sind Abstandhalter 87, 88, 89 und 99 vorgesehen, die um den Umfang der Kammer herum symmetrisch verteilt sind und die die Oberfläche der Platte im Abstand von etwa 0,20 mm über den Wänden der Auftragekammer halten, damit Gas aus dem Innern der Auftragekammer austreten kann. Diese von den Abstandhaltern begrenzten Austrittsschlitze sind wichtig, damit feine Teilchen, die gewöhnlich beim Auftrageprozeß gebildet werden, dort austreten und sich nicht in den Leitfähigkeitsbegrenzungsschlitzen 84 und 85 ablagern können, durch die die sich bewegende Materialbahn hindurchtreten muß. Im Betrieb gestatten die Heizpatronen eine Veränderung der Betriebstemperaturen in einem weiten Bereich, weil die optimalen Temperaturen von den aufzutragenden Materialien und den hinsichtlich der Grenzen für die Substrattemperatur abhängig sind. Typische Betriebstemperaturen für das Auftragen von amorphen Siliciumschichten liegen zwischen etwa 200 und etwa 300ºC.
Die Abstandhalter halten die Platte im Abstand von 0,15 mm von den Wänden der Kammern 22, 23 und 25.
Zum Herstellen dünner Schichten aus amorphem Silicium enthält das Prozeßgas gewöhnlich ein Trägergas, wie Wasserstoff oder Helium, sowie Silan (SiH&sub4;) oder Silan (SiH&sub4;) und geeignete Dotiergase, wie Diboran (B&sub2;H&sub6;) oder Phosphin (PH&sub3;). Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen von PIN- oder NIP-Photoelementen aus amorphem Silicium wird die p-Schicht gewöhnlich mit Diboran mit einer Konzentration von etwa 1 Gew.-% dotiert und die n-Schicht mit Phosphin mit einer ähnlichen Konzentration. Da die Eigenleitungsschicht (i-Schicht) im allgemeinen undotiert bleibt oder höchstens mit viel niedrigeren Konzentrationen dotiert wird, muß eine Diffusion des Diborans bzw. Phosphins in die i-Kammer verhindert werden, die zum Auftragen der Eigenleitungsschicht dient. Ferner sind die Auftragekammern so ausgebildet, daß eine Diffusion des dotierstoffhaltigen Gases für die p-Schicht in die zum Bilden der n-Schicht dienende Kammer und umgekehrt verhindert wird, weil die Dotierstoffe einander kompensieren würden.
Im Betrieb werden die Gasmengen ohne weiteres durch die Massenstromregler gesteuert, die auf die Gase bei ihrem Einleiten in die Kammern einwirken. Diese Massenstromregler werden so eingestellt, daß der Druck in jeder der Auftragekammern etwa 1,33 bar beträgt.
Durch Tests wurde festgestellt, ob eine erkennbare Gasdiffusion stattfindet, die eine Kreuzverunreinigung von in einander benachbarten Auftragekammern gebildeten Überzügen bewirkt. Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben:

BEISPIEL 1

Mit Hilfe der Mehrkammer-Auftragevorrichtung 20 wurden zum Bewerten des Grades der mit dieser Vorrichtung erzielten Isolierung zehn Sätze zu je drei Proben mit je gleichzeitig aufgetragenen dünnen Schichten aus amorphem Silicium hergestellt. Ein Substrat 14 aus Polyimid wurde schrittweise durch die drei Auftragekammern 23, 24 und 25 bewegt, nachdem in diesen Kammern gleichzeitig je eine einzige Schicht aus amorphem Silicium aufgetragen wroden war. Auf diese Weise wurden somit 30 Probekörper erhalten. In dem ersten, sechsten und zehnten Versuch der Reihe wurden keine Dotierstoffe zugesetzt. Die dazwischenliegenden Proben wurden mit Bor und mit Phosphor in verschiedenen Konzentrationen dotiert, indem bei dem ersten und dem dritten Probekörper jeder Dreiergruppe B&sub2;H&sub6; bzw. PH&sub3; zugesetzt wurden. Dann wurden für alle Dünnschichtproben (durch Messen der elektrischen Leitfähigkeit bei verschiedenen Temperaturen nach genormten Testverfahren) die Aktivierungsenergie und (durch Messen bei Zimmertemperatur unter bekannten Testbedingungen) die Hell- und Dunkelleitfähigkeit bestimmt. Zum Auftragen der amorphen Siliciumschichten in der p-Kammer 23 und der n-Kammer 25 (in die Bor und Phosphor als Dotierstoffe eingeleitet wurden) wurden Leitfähigkeitsbegrenzungsschlitze 84 und 85 mit einer Breite von etwa 125 Mikrometern verwendet. In der zum Auftragen von nichtdotiertem, eigenleitenden amophem Silicium dienenden i-Kammer 24 wurde ein Leitfähigkeitsbegrenzungsschlitz mit einer Breite von etwa 175 Mikrometern verwendet. Die Plattentemperatur betrug in der p-Kammer etwa 200ºC und in der i-Kammer und der n-Kammer etwa 250ºC: In der Vakuumkammer wurde ein Druck von etwa 0,035 bar und in jeder der Auftragekammern wurde ein Druck von etwa 1,33 bar aufrechterhalten. In der p- und der n-Kammer wurde mit einer HF-Leistung von etwa 10 W und in der i-Kammer mit einer HF-Leistung von etwa 20 W gearbeitet. In einer Auftragezeit von etwa 30 min wurde eine Schicht mit einer Dicke von etwa 500 nm gebildet. In allen Fällen war das Trägergas Wasserstoff mit einer Silankonzentration von etwa 10%. Die Gasmengen betrugen in der p-Kammer etwa 50 Ncm³/min. In der nachstehenden Folgetabelle sind die Zusammensetzungen der Gase angegeben, die zum Herstellen der verschiedenen Dünnschicht-Probekörper aus amorphem Silicium verwendet wurden. Versuchsfolgentabelle Versuch Nr. p-Kammer i-Kammer n-Kammer

CODE

I = 10% SiH&sub4; in H&sub2;, kein Zusatz von Dotierstoff
B* = 10% SiH&sub4; in H&sub2;, 1% B&sub2;H&sub6; in SiH&sub4; ohne Anlegen von HF
B&sub1; = 10% SiH&sub4; in H&sub2;, 1% B&sub2;H&sub6;
B&sub2; = 10% SiH&sub4; in H&sub2;, 2% B&sub2;H&sub6;
P&sub1; = 10% SiH&sub4; in H&sub2;, 1% PH&sub3; in SiH&sub4;
P&sub2; = 10% SiH&sub4; in H&sub2;, 1,7% PH&sub3; in SiH&sub4;
Für jeden der 30 Probekörper sind nachstehend die gemessene Aktivierungsenergie, die Dunkelleitfähigkeit und die Helleitfähigkeit aufgelistet. p-Kammer i-Kammer n-Kammer Versuch Nr. Dunkelleitfähigkeit (Ohm-cm)&supmin;¹ Helleitfähigkeit (Ohm-cm)&supmin;¹
Aus der Tabelle geht hervor, daß die Aktivierungsenergie und die elektrische Leitfähigkeit der in der i-Kammer aufgetragenen Schichten relativ konstant, aber bei den zur gleichen Zeit in der p- und der n-Kammer aufgetragenen Schichten von Versuch zu Versuch unterschiedlich waren. Das heißt, daß die Wirkungen der in die p- und die n-Kammer eingebrachten Doteirstoffe deutlich erkennbar waren, die Dotierstoffe aber auf die i-Schichten keinen feststellbaren Einfluß hatten. Daraus muß geschlossen werden, daß die Kreuzverunreinigung zwischen den einander benachbarten Auftragekammern so gering war, daß sie nicht festgestellt werden konnte.
Man könnte zum Herstellen von Photoelementen auch andere flexible Substrate verwenden. Zu diesen Substraten gebören nichtrostender Stahl, Aluminium, sowie andere polymere Materialbahnen mit hohen Einfriertemperaturen. Bei der Verwendung von Metallsubstraten können andere Materialbahnführungen erforderlich sein. Ferner könnte die Auftragevorrichtung weitere Kammern zum Erzeugen von Tandem-Photoelementen aufweisen oder könnten Kammern hinzugefügt werden, wenn eine Metallisierung eines polymeren Substrats erwünscht ist.
Vorstehend wurde eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung und Abänderung derselben beschrieben. Es versteht sich, daß im Rahmen des in den beigefügten Patentansprüchen angegebenen Umfanges der Erfindung weitere Abänderungen vorgenommen und andere Materialien verwendet werden können.

Claims

1. Vakuum-Auftragevorrichtung zum Auftragen einer Mehrzahl von Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung auf ein Substrat, wobei die Vorrichtung umfaßt:

eine erste Vakuumkammer (20), die so ausgebildet ist, daß sie einer Druckdifferenz von 1 Atmosphäre gewachsen ist.

einer Mehrzahl von Auftragekammern (23, 24, 25), die in der Vakuumkammer angeordnet sind, gekennzeichnet durch das Merkmal, daß jede der Auftragekammern eine Grundplatte (66) und Wandmittel (65, 67, 68) aufweist, die einen offenen rechteckigen Bereich begrenzen, ferner eine Platte (60), die so ausgebildet ist, daß sie passend auf den oberen Rändern der Wandmittel sitzt, und zwei einander gegenüberliegenden Wänden (67, 68) zugeordnete Begrenzungsmittel (80, 81), die einen Eintritts- und einen Austrittsschlitz begrenzen, durch die hindurch eine Substraten in die Kammer eintreten und aus ihr heraustreten kann, sowie

eine der Vakuumkammer zugeordnete Pumpeinrichtung (32, 33, 35) zum Evakuieren der Vakuumkammer und der ihr zugeordneten Auftragekammern.

2. Vakuum-Auftragevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Kammer auf eine derartige Bahn eine Schicht aus einem Material unterschiedlicher Zusammensetzung aufgetragen wird und daß jede Kammer Glimmentladungsmittel zum Auftragen jeder Schicht enthält.

3. Vakuum-Auftragevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumkammer umfaßt:

Mittel zum Abstützen einer Rolle (15) des Substrats in der Vakuumkammer,

Aufwickelmittel (30) zum Aufwickeln des überragenden Substrats in der Vakuumkammer,

Mittel (21, 61, 26) zum Führen des Substrats durch jede der Auftragekammern,

Mittel (44) zum Einleiten von Gas in jede der Auftragekammern,

Mittel (70) zum Heizen der genannten Kammern,

Mittel (75) zum Entwickeln eines elektrischen Potentials in den Auftragekammern zwecks Erzeugung eines Plasmas zum Auftragen mindestens eines Elements des Gases auf das Substrat,

Mittel (28) zum stetigen Vorwärtsbewegen des Substrats von der Vorratsrolle zu der Aufwickelrolle, und,

daß die mit der Vakuumkammer verbundene Pumpeinrichtung (35) geeignet ist, in der Vakuumkammer einen Druck aufrechtzuerhalten, der niedriger ist als der Druck in eine andere der Auftragekammern beschränkt wird.

4. Vakuum-Auftragevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Führen des Substrates eine Platte (60) besitzen, die sich von dem Eintrittsschlitz zu dem Austrittsschlitz erstrecken und die eine glatte konturierte Fläche (61) zur satten Anlage an dem Substrat während dessen Bewegung durch die Auftragekammer hat.

5. Vakuum-Auftragevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Auftragekammern eine Quarzplatte (71) besitzt, die innerhalb der Seitenwände und Stirnwände auf der Grundplatte (66) angeordnet ist, daß die Mittel zum Entwickeln des elektrischen Potential eine der Quarzplatte (71) benachbarte Elektrode (75) besitzen, die gegenüber der Grundplatte (68) isoliert ist, sowie Mittel zum Einleiten des Gases im Bereich der Elektrode, und daß die Platte mit den Stirnwänden unter Begrenzung des Eintritts- und des Austrittsschlitzes zusammenwirkt und oberhalb der Seitenwände angeordnet ist, um einen Austritt von beim Auftragevorgang gebildeten, feinen Teilchen zu ermöglichen.

6. Verfahren zum Auftragen dünner Überzeugen auf ein Substrat, mit folgenden Schritten:

es wird eine große Kammer (20) evakuiert, in der eine Rolle (15) aus Bahnmaterial angeordnet worden ist;

das Bahnmaterial wird von der Vorratsrolle durch eine Mehrzahl von Auftragekammern (23, 24, 25) vorwärtsbewegt, und es werden darauf Elemente in Gegenwart einer Glimmentladung aufgetragen, die infolge des Einleitens von Prozeßgas in die Auftragekammern unter einem Druck erzeugt wird, der höher ist als der Druck in der großen Kammer;

dadurch gekennzeichnet, daß das Bahnmaterial zuerst in Gegenwart einer Glimmentladung durch eine Bahnreiningungskammer hindurch vorwärtsbewegt wird, die in der großen evakuierten Kammer angeordnet ist, und daß das Bahnmaterial durch die Mehrzahl von Auftragekammern hindurch vorwärtsbewegt wird, von denen jede in der großen evakuierten Kammer angeordnet ist und in denen jeweils in Gegenwart einer Glimmentladung ein Überzog aus Elementen eines Prozeßgases unter einem Druck aufgetragen wird, der höher ist als der Druck in der großen Kammer;

das mit den Überzeugen versehen Bahnmaterial wird auf eine in der großen Kammer angeordnete Aufwickelrolle (30) aufgewickelt, und in der großen Kammer wird eine Atmosphäre unter einem Druck aufrechterhalten, der niedriger ist als der Druck in den Auftragekammern, so daß die Diffusion von Prozeßgas aus einer Auftragekammern in eine andere Auftragekammer während der Bewegung des Bahnmaterials eingeschränkt wird.