JP2501510B2 - 薄膜コ―ティング及びその形成法 - Google Patents
薄膜コ―ティング及びその形成法Info
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Classifications
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- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/08—Oxides
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- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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- C23C14/568—Transferring the substrates through a series of coating stations
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L31/02—Details
- H01L31/0216—Coatings
- H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/02167—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
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Description
【０００１】
【関連出願のクロス・リファレンス】本出願は、１９８
８年２月８日に提出した出願第１５４，１７７号から発
明者スコベイほか（Ｓｃｏｂｅｙ，Ｓｅｄｄｏｎ，Ｓｅ
ｅｓｅｒ，Ａｕｓｔｉｎ，ＬｅＦｅｂｖｒｅ）に対して
１９８９年７月２５日に発行されたマグネトロンスパッ
タリング装置及び方法と称される、共通に譲渡された米
国特許証第４，８５１，０９５号の継続出願であり、現
在放棄されている１９８９年７月３０日に提出した共通
に譲渡された米国特許出願第３７４，４８４号の継続出
願であり、現在放棄されている１９９０年３月５日に提
出した共通に譲渡された米国特許出願第４９０，５３５
号の継続出願である１９９０年１０月２６日に提出した
共通に譲渡された米国特許出願第６０４，３６２号の一
部継続出願であり、それらが参照される。
８年２月８日に提出した出願第１５４，１７７号から発
明者スコベイほか（Ｓｃｏｂｅｙ，Ｓｅｄｄｏｎ，Ｓｅ
ｅｓｅｒ，Ａｕｓｔｉｎ，ＬｅＦｅｂｖｒｅ）に対して
１９８９年７月２５日に発行されたマグネトロンスパッ
タリング装置及び方法と称される、共通に譲渡された米
国特許証第４，８５１，０９５号の継続出願であり、現
在放棄されている１９８９年７月３０日に提出した共通
に譲渡された米国特許出願第３７４，４８４号の継続出
願であり、現在放棄されている１９９０年３月５日に提
出した共通に譲渡された米国特許出願第４９０，５３５
号の継続出願である１９９０年１０月２６日に提出した
共通に譲渡された米国特許出願第６０４，３６２号の一
部継続出願であり、それらが参照される。
【０００２】
【発明の背景】ａ．発明の分野本発明は薄膜コーティン
グ及びそのようなコーティングを製造する物理蒸着法に
関する。より特定的には、本発明はまた光学デテクター
上に形成され、及び（又は）それを含む保護薄膜光学コ
ーティング、並びにそのようなコーティングを製造する
方法に関する。なおより特定的には、本発明はまた太陽
電池、そのような電池に対する保護薄膜光学コーティン
グ、並びにそのようなコーティングを形成する方法に関
する。
グ及びそのようなコーティングを製造する物理蒸着法に
関する。より特定的には、本発明はまた光学デテクター
上に形成され、及び（又は）それを含む保護薄膜光学コ
ーティング、並びにそのようなコーティングを製造する
方法に関する。なおより特定的には、本発明はまた太陽
電池、そのような電池に対する保護薄膜光学コーティン
グ、並びにそのようなコーティングを形成する方法に関
する。
【０００３】本発明に関して使用される「光学」コーテ
ィング（又はカバー）という語は反射、透過、吸収又は
界面における電磁エネルギーの散乱に影響を及ぼすコー
ティングを意味する。
ィング（又はカバー）という語は反射、透過、吸収又は
界面における電磁エネルギーの散乱に影響を及ぼすコー
ティングを意味する。
【０００４】
【関連技術の現状】（１）太陽電池構造の概要 典型的な太陽電池は図１中に略示される。（例示電池１
０は一定比で示されず；相対的次元は観察を容易にする
ために変えられている。また種々の普通の成分、例えば
アレイ中の関連電池に対する電気接続は平明にするため
に省略されている。）典型的な電池１０は、前面上に形
成された導体１３及び選択された波長範囲の太陽放射線
を電流及び電力に変換するための関連する表面隣接ｐｎ
接合（図示なし）をもつ半導体材料〔単結晶ケイ素、多
結晶ケイ素（ポリシリコン）、無定形ケイ素、ＧａＡｓ
（ヒ化ガリウム）など〕の基板１１を含む。電流は、前
面側導体１３に接続された母線１４により、及び基板の
背面上に形成された導体コーティング１２によりアレイ
中の他の電池に、最後に電池（類）により運転される装
置及び（又は）貯蔵電池に伝導される。反射防止（Ａ
Ｒ）コーティング１５が基板１１の前面上に形成され
る。基板１１は保護ガラスカバー１８によりカバーさ
れ、それは接着剤層１６により基板（又はこのように基
板の前面上のＡＲコーティング）に結合される。ＡＲコ
ーティング１５は接着剤層１６に対し光学的に適合され
る。
０は一定比で示されず；相対的次元は観察を容易にする
ために変えられている。また種々の普通の成分、例えば
アレイ中の関連電池に対する電気接続は平明にするため
に省略されている。）典型的な電池１０は、前面上に形
成された導体１３及び選択された波長範囲の太陽放射線
を電流及び電力に変換するための関連する表面隣接ｐｎ
接合（図示なし）をもつ半導体材料〔単結晶ケイ素、多
結晶ケイ素（ポリシリコン）、無定形ケイ素、ＧａＡｓ
（ヒ化ガリウム）など〕の基板１１を含む。電流は、前
面側導体１３に接続された母線１４により、及び基板の
背面上に形成された導体コーティング１２によりアレイ
中の他の電池に、最後に電池（類）により運転される装
置及び（又は）貯蔵電池に伝導される。反射防止（Ａ
Ｒ）コーティング１５が基板１１の前面上に形成され
る。基板１１は保護ガラスカバー１８によりカバーさ
れ、それは接着剤層１６により基板（又はこのように基
板の前面上のＡＲコーティング）に結合される。ＡＲコ
ーティング１５は接着剤層１６に対し光学的に適合され
る。
【０００５】場合により、いわゆる「ブルー」紫外（Ｕ
Ｖ）レフレクターコーティング１７をカバーガラス１８
の背面上に形成してＵＶ放射線から接着剤を保護するこ
とができる。カバー１８の外側前面上に形成された随意
層（類）１９はフッ化マグネシウムのような材料の単純
ＡＲコーティング；ＵＶレフレクターコーティング；静
電気放出のための伝導性コーティングなど又はそのよう
なコーティングの組合せを含む。
Ｖ）レフレクターコーティング１７をカバーガラス１８
の背面上に形成してＵＶ放射線から接着剤を保護するこ
とができる。カバー１８の外側前面上に形成された随意
層（類）１９はフッ化マグネシウムのような材料の単純
ＡＲコーティング；ＵＶレフレクターコーティング；静
電気放出のための伝導性コーティングなど又はそのよう
なコーティングの組合せを含む。
【０００６】これらのコーティングに対する典型的な厚
さ値は：単純ＡＲ、ミクロンの端数例えば０．１ミクロ
ン；ブルーＵＶレフレクター、１ミクロンに等しいか又
はそれ未満；接着剤、０．００２〜０．００３インチ
（５０〜７５ミクロン）、である。適当なカバー材には
種々の無定形ガラス及び溶融シリカが含まれる。ガラス
及び溶融シリカに対する典型的な厚さの範囲はそれぞれ
約０．００３〜約０．０１２インチ及び約０．００５約
０．０４０インチである。有用な厚さ範囲はカバーが取
扱いに耐えることができる要件（カバー及び電池はコー
ティング及びサイジングの間に繰返し取扱われる）及び
放射率、並びにラディエーションハードネスに対する要
求により決定される。殊に、非常に厚いカバーはヴァン
アレン帯を横切る宇宙船上の電池に対してである。
さ値は：単純ＡＲ、ミクロンの端数例えば０．１ミクロ
ン；ブルーＵＶレフレクター、１ミクロンに等しいか又
はそれ未満；接着剤、０．００２〜０．００３インチ
（５０〜７５ミクロン）、である。適当なカバー材には
種々の無定形ガラス及び溶融シリカが含まれる。ガラス
及び溶融シリカに対する典型的な厚さの範囲はそれぞれ
約０．００３〜約０．０１２インチ及び約０．００５約
０．０４０インチである。有用な厚さ範囲はカバーが取
扱いに耐えることができる要件（カバー及び電池はコー
ティング及びサイジングの間に繰返し取扱われる）及び
放射率、並びにラディエーションハードネスに対する要
求により決定される。殊に、非常に厚いカバーはヴァン
アレン帯を横切る宇宙船上の電池に対してである。
【０００７】（２）太陽電池設計の考察 我々の考察は主に宇宙用途、すなわち、宇宙船例えば衛
星、シャトル及び宇宙ステーション上に支持されるも
の、に使用される太陽電池であり、臨界的カバー及び接
着剤が強調される。そのような用途は、第１にカバーが
例えば電池を宇宙中の環境により攻撃させるピンホール
のないことを特徴とする優れた保全性をもつことが必要
である。第２にカバー、接着剤及び他の成分が、他のし
ばしば相反する太陽電池に対する厳しい要件と矛盾しな
い最も軽い可能な重要であるように選択され、構築され
る。他の要件にはカバーが十分なラジエーションハード
ネスを与え、また高い熱放射率をもつ二重の要件が含ま
れる。第５に、カバーが関心の放射線波長範囲にわたっ
て高い光学透過率をもたねばならない。我々の主関心は
約２８０〜約７００〜１１００ｎｍ（ナノメートル）の
太陽放射スペクトルの短波長部分である。この範囲にわ
たる高い透過率は高いエネルギー、短波長放射線がｐｎ
接合における電気エネルギーへの変換に有効であり、熱
発生に消耗されないことを保証する。第６に、電池は例
えば、電気パラメーターに例えば開コレクタ電圧、短絡
電流及び充填因子により測定して、加工工程により劣化
されてはならない。２つのさらに密接に関連する要件
は、電池が−１９６〜＋１７５℃の標準温度試験サイク
ルにより示される熱極限間の熱サイクリングに耐える能
力；並びにカバー及び基板が密接に適合した熱膨張率を
もち、電池により経験される温度エクスカーション間の
そり及び破損を回避する要件である。
星、シャトル及び宇宙ステーション上に支持されるも
の、に使用される太陽電池であり、臨界的カバー及び接
着剤が強調される。そのような用途は、第１にカバーが
例えば電池を宇宙中の環境により攻撃させるピンホール
のないことを特徴とする優れた保全性をもつことが必要
である。第２にカバー、接着剤及び他の成分が、他のし
ばしば相反する太陽電池に対する厳しい要件と矛盾しな
い最も軽い可能な重要であるように選択され、構築され
る。他の要件にはカバーが十分なラジエーションハード
ネスを与え、また高い熱放射率をもつ二重の要件が含ま
れる。第５に、カバーが関心の放射線波長範囲にわたっ
て高い光学透過率をもたねばならない。我々の主関心は
約２８０〜約７００〜１１００ｎｍ（ナノメートル）の
太陽放射スペクトルの短波長部分である。この範囲にわ
たる高い透過率は高いエネルギー、短波長放射線がｐｎ
接合における電気エネルギーへの変換に有効であり、熱
発生に消耗されないことを保証する。第６に、電池は例
えば、電気パラメーターに例えば開コレクタ電圧、短絡
電流及び充填因子により測定して、加工工程により劣化
されてはならない。２つのさらに密接に関連する要件
は、電池が−１９６〜＋１７５℃の標準温度試験サイク
ルにより示される熱極限間の熱サイクリングに耐える能
力；並びにカバー及び基板が密接に適合した熱膨張率を
もち、電池により経験される温度エクスカーション間の
そり及び破損を回避する要件である。
【０００８】典型的には、ガラスカバー１８を基板１１
に装備し、シールするために使用される接着剤は、それ
が高温で、及びＵＶ放射線により最も劣化されやすい点
で電池保全性及び熱耐久性に影響を及ぼす最も重大な成
分である。従って、接着剤結合ガラスカバーの使用を排
除し、代りにカバーとして薄膜コーティングを使用する
ことが望ましい。残念ながら、過去において、薄膜コー
ティングの上記組合せの目的を満たす能力のないこと
が、そのようなコーティングを太陽電池カバーとして用
いることを排除した。とりわけ、薄膜技術は、（１）必
要とされる非常に厚い薄膜（例えば、適当なラジエーシ
ョンハードネスのための少くとも１０〜５０ミクロンの
厚さが要求されることができる）中の不適当な応力制御
及び過度の応力；（２）基板に対する不適当な接着力；
（３）不適当な膜；及び（４）定尺性（ｓｃａｌａｂｉ
ｌｉｔｙ）のないこと、の問題のためにこの用途に良好
に使用されなかった。そのような比較的厚い薄膜は制御
されない、許容されない応力及び関連するそり及び破損
に特徴がある。問題は宇宙用途に限定されず、一般に応
力効果は光学薄膜の有効な厚さを制限する。
に装備し、シールするために使用される接着剤は、それ
が高温で、及びＵＶ放射線により最も劣化されやすい点
で電池保全性及び熱耐久性に影響を及ぼす最も重大な成
分である。従って、接着剤結合ガラスカバーの使用を排
除し、代りにカバーとして薄膜コーティングを使用する
ことが望ましい。残念ながら、過去において、薄膜コー
ティングの上記組合せの目的を満たす能力のないこと
が、そのようなコーティングを太陽電池カバーとして用
いることを排除した。とりわけ、薄膜技術は、（１）必
要とされる非常に厚い薄膜（例えば、適当なラジエーシ
ョンハードネスのための少くとも１０〜５０ミクロンの
厚さが要求されることができる）中の不適当な応力制御
及び過度の応力；（２）基板に対する不適当な接着力；
（３）不適当な膜；及び（４）定尺性（ｓｃａｌａｂｉ
ｌｉｔｙ）のないこと、の問題のためにこの用途に良好
に使用されなかった。そのような比較的厚い薄膜は制御
されない、許容されない応力及び関連するそり及び破損
に特徴がある。問題は宇宙用途に限定されず、一般に応
力効果は光学薄膜の有効な厚さを制限する。
【０００９】
【発明の概要】１観点において、上記目的を達成する本
発明は、酸化物がコーティングに圧縮力特性を与える少
くとも１つの第１物質及びコーティングに引張力特性を
与える少くとも１つの第２物質である少くとも２種の物
質を基板上に同時に付着させ、酸化してその上に薄膜コ
ーティングを形成し；コーティング中の応力をその形成
の間モニターし；モニターされた応力に応答して前記物
質の相対付着量を調整してコーティング中の応力を制御
することを含む基板上にコーティングを形成する物理蒸
着法で具体化される。
発明は、酸化物がコーティングに圧縮力特性を与える少
くとも１つの第１物質及びコーティングに引張力特性を
与える少くとも１つの第２物質である少くとも２種の物
質を基板上に同時に付着させ、酸化してその上に薄膜コ
ーティングを形成し；コーティング中の応力をその形成
の間モニターし；モニターされた応力に応答して前記物
質の相対付着量を調整してコーティング中の応力を制御
することを含む基板上にコーティングを形成する物理蒸
着法で具体化される。
【００１０】他の観点において、本発明は、基板を上に
装備するように適合させたドラム装置を備え、ドラム装
置を回転して基板を周囲の作業ステーションを通して回
転させ、ドラムの周囲に隣接する蒸着装置を用いて、酸
化物が引張力特性を基板に与える少くとも１つの第１物
質及び酸化物が圧縮力特性を基板に与える少くとも１つ
の第２物質を基板上に付着させ、両物質を、それを付着
させながら酸化し、ドラム上に装備された片持ばりレフ
レクタービームを含む片持ばり応力測定装置（ｓｔｒｅ
ｓｓｏｍｅｔｅｒ）を用いてコーティングの応力レベル
を、それを形成させながら現場でモニターし、モニター
された応力に応答して基板上に付着する物質の相対量を
制御してコーティング中の応力を制御することを含む、
基板上にコーティングを形成する方法で具体化される。
装備するように適合させたドラム装置を備え、ドラム装
置を回転して基板を周囲の作業ステーションを通して回
転させ、ドラムの周囲に隣接する蒸着装置を用いて、酸
化物が引張力特性を基板に与える少くとも１つの第１物
質及び酸化物が圧縮力特性を基板に与える少くとも１つ
の第２物質を基板上に付着させ、両物質を、それを付着
させながら酸化し、ドラム上に装備された片持ばりレフ
レクタービームを含む片持ばり応力測定装置（ｓｔｒｅ
ｓｓｏｍｅｔｅｒ）を用いてコーティングの応力レベル
を、それを形成させながら現場でモニターし、モニター
された応力に応答して基板上に付着する物質の相対量を
制御してコーティング中の応力を制御することを含む、
基板上にコーティングを形成する方法で具体化される。
【００１１】もう１つの装置の観点において、本発明
は、基板上に少くとも２種の物質を同時に付着させ、物
質を酸化してその上に薄膜コーティングを形成する装置
であり、圧縮特性をコーティングに与える物質を蒸着さ
せる少くとも１つの第１装置及び引張力特性をコーティ
ングに与える物質を蒸着させる少くとも１つの第２装置
を含む装置、コーティング中の応力レベルをその形成の
間モニターする装置、及び蒸着装置の運転を制御し、そ
れにより前記物質の相対付着量を制御してコーティング
中の応力を制御するモニターされた応力レベルに応答す
る装置を含む、基板上に光学コーティングを形成する装
置で具体化される。より特定的な観点において、装置は
基板を上に装備し、基板を周囲の作業ステーションを通
して回転するように適合させたドラム装置及びドラムの
周囲に隣接して配置された少くとも１対の蒸着装置を含
む。蒸着装置の１つはコーティングに引張力特性を与え
る物質を基板上に付着させるために適合される。第２の
装置はコーティングに圧縮力特性を与える物質を基板上
に同時に付着させるのに適合される。片持ばり応力測定
装置が装置中に組込まれ、付着膜の応力を、それを形成
させながら現場でモニターするためにドラム上に装備さ
れた片持ばりレフレクタービームを含む。
は、基板上に少くとも２種の物質を同時に付着させ、物
質を酸化してその上に薄膜コーティングを形成する装置
であり、圧縮特性をコーティングに与える物質を蒸着さ
せる少くとも１つの第１装置及び引張力特性をコーティ
ングに与える物質を蒸着させる少くとも１つの第２装置
を含む装置、コーティング中の応力レベルをその形成の
間モニターする装置、及び蒸着装置の運転を制御し、そ
れにより前記物質の相対付着量を制御してコーティング
中の応力を制御するモニターされた応力レベルに応答す
る装置を含む、基板上に光学コーティングを形成する装
置で具体化される。より特定的な観点において、装置は
基板を上に装備し、基板を周囲の作業ステーションを通
して回転するように適合させたドラム装置及びドラムの
周囲に隣接して配置された少くとも１対の蒸着装置を含
む。蒸着装置の１つはコーティングに引張力特性を与え
る物質を基板上に付着させるために適合される。第２の
装置はコーティングに圧縮力特性を与える物質を基板上
に同時に付着させるのに適合される。片持ばり応力測定
装置が装置中に組込まれ、付着膜の応力を、それを形成
させながら現場でモニターするためにドラム上に装備さ
れた片持ばりレフレクタービームを含む。
【００１２】コーティングは保護カバー又はコーティン
グ、光学コーティング又はカバー、及び保護光学コーテ
ィング又はカバーであることができる。デテクター又は
太陽電池上の保護光学カバーの形成に現在好ましい装置
及び方法において、物質はケイ素及びアルミニウムであ
る。
グ、光学コーティング又はカバー、及び保護光学コーテ
ィング又はカバーであることができる。デテクター又は
太陽電池上の保護光学カバーの形成に現在好ましい装置
及び方法において、物質はケイ素及びアルミニウムであ
る。
【００１３】本発明の上記及び他の観点は図面に関連し
て説明される。
て説明される。
【００１４】
【好ましい態様の詳細な説明】ａ．概説 上記のように、本発明は基板例えば太陽電池及びデテク
ターに対する保護光学カバーとしての薄膜コーティング
の形成及びその使用に関する。保護光学カバーは異なる
応力特性を与え、熱及び光学的に太陽電池を相容性であ
る２種又はそれ以上の光学的に相容性の成分例えばケイ
素及びアルミニウムから形成される。付着の間付着薄膜
コーティングの応力が現場でモニターされ、付着膜の組
成が実時間で応答的に調製され、所望の応力特性を与え
る。薄膜コーティングが基板例えば太陽電池又は光学デ
テクターに対する保護光学カバーとして付着される１つ
の典型的な態様において、組成は膜の厚さを横切る近似
的に０の純応力を与えるように調整される。すなわち、
膜は圧縮性でも引張性でもない。容易に明らかなよう
に、我々の方法を用いて応力はまた、膜厚さを横切って
一定の圧縮又は引張値に維持し、あるいは望むように変
えることができる。
ターに対する保護光学カバーとしての薄膜コーティング
の形成及びその使用に関する。保護光学カバーは異なる
応力特性を与え、熱及び光学的に太陽電池を相容性であ
る２種又はそれ以上の光学的に相容性の成分例えばケイ
素及びアルミニウムから形成される。付着の間付着薄膜
コーティングの応力が現場でモニターされ、付着膜の組
成が実時間で応答的に調製され、所望の応力特性を与え
る。薄膜コーティングが基板例えば太陽電池又は光学デ
テクターに対する保護光学カバーとして付着される１つ
の典型的な態様において、組成は膜の厚さを横切る近似
的に０の純応力を与えるように調整される。すなわち、
膜は圧縮性でも引張性でもない。容易に明らかなよう
に、我々の方法を用いて応力はまた、膜厚さを横切って
一定の圧縮又は引張値に維持し、あるいは望むように変
えることができる。
【００１５】我々の装置及び方法は参照した第４，８５
１，０９５号特許中に開示された装置及び方法の改変で
あり、太陽電池カバーの前記の多くの相反する要件を特
異的に満たし、太陽電池カバーとしての薄膜コーティン
グの使用に関連する問題、すなわち応力制御接着力、均
一性及び定尺性の問題を排除する。
１，０９５号特許中に開示された装置及び方法の改変で
あり、太陽電池カバーの前記の多くの相反する要件を特
異的に満たし、太陽電池カバーとしての薄膜コーティン
グの使用に関連する問題、すなわち応力制御接着力、均
一性及び定尺性の問題を排除する。
【００１６】ｂ．好ましい真空蒸着装置 図３は本発明を実施する真空処理室装置３０を示す。装
置は引用し参照した第４，８５１，０９５号特許中に開
示された装置の変形である。例示装置３０は適当な壁、
天井及び床により規定され、真空処理室を形成する囲い
３１を含む（囲い及び真空処理室はともに３１で示され
る）。囲いはその中にドラム３４を回転可能に装備し、
それはドラムの外周上に装備された基板１０を周囲の作
業ステーション４０を通して輸送する経路３６Ｐに沿っ
て駆動軸３６により回転される。特定的には、基板は作
業ステーション４０の選択されたもの（類）における処
理帯域を通して輸送される。これらには蒸着装置３７及
び３８（例えば参照した第４，８５１，０９５号特許中
に記載された型の線形マグネトロンスパッタ装置）によ
り与えられる周囲蒸着帯域、並びに反応装置３９例えば
酸化装置（例えば参照した第４，８５１，０９５号特許
中に記載された型の逆線形マグネトロンイオン源装置）
により与えられる１つ又はそれ以上の周囲反応帯域が含
まれる。装置３０はまたハードウェア例えば適当な真空
ポンプ装置３２を含む、図４。真空装置はシロポンプ
（ｃｙｒｏｐｕｍｐ）（あるいは他の適当な真空ポンプ
又はポンプの組合せ）を含み、それは室を排気し、圧力
を下げるために口３３により室３１中へ連通する。この
及び他の標準ハードウェアは当業者により容易に供給さ
れよう。
置は引用し参照した第４，８５１，０９５号特許中に開
示された装置の変形である。例示装置３０は適当な壁、
天井及び床により規定され、真空処理室を形成する囲い
３１を含む（囲い及び真空処理室はともに３１で示され
る）。囲いはその中にドラム３４を回転可能に装備し、
それはドラムの外周上に装備された基板１０を周囲の作
業ステーション４０を通して輸送する経路３６Ｐに沿っ
て駆動軸３６により回転される。特定的には、基板は作
業ステーション４０の選択されたもの（類）における処
理帯域を通して輸送される。これらには蒸着装置３７及
び３８（例えば参照した第４，８５１，０９５号特許中
に記載された型の線形マグネトロンスパッタ装置）によ
り与えられる周囲蒸着帯域、並びに反応装置３９例えば
酸化装置（例えば参照した第４，８５１，０９５号特許
中に記載された型の逆線形マグネトロンイオン源装置）
により与えられる１つ又はそれ以上の周囲反応帯域が含
まれる。装置３０はまたハードウェア例えば適当な真空
ポンプ装置３２を含む、図４。真空装置はシロポンプ
（ｃｙｒｏｐｕｍｐ）（あるいは他の適当な真空ポンプ
又はポンプの組合せ）を含み、それは室を排気し、圧力
を下げるために口３３により室３１中へ連通する。この
及び他の標準ハードウェアは当業者により容易に供給さ
れよう。
【００１７】図３の単純回転運動法の多くの態様及び変
形は参照した第４，８５１，０９５号特許中に開示され
ている。例えば基板１０はドラム又はケージ３４上に装
備しドラムの内周に沿って間隔を置いた作業ステーショ
ンの方へ内部へ向けて面させることができる。
形は参照した第４，８５１，０９５号特許中に開示され
ている。例えば基板１０はドラム又はケージ３４上に装
備しドラムの内周に沿って間隔を置いた作業ステーショ
ンの方へ内部へ向けて面させることができる。
【００１８】さらに図３及び４について説明すると、例
示した好ましい装置及び方法において、蒸着装置３７は
物質例えばケイ素の蒸着に使用され、一方装置３８は異
なる物質例えばアルミニウムを蒸着し、反応装置３９は
酸素を蒸着物質と化学的に反応させて蒸着金属を酸化物
に転化させるために使用される。（参照数字３７〜３９
は処理ステーション及びステーションにおける装置の両
方を示す。）従って、ドラム３４を回転し、スパッタリ
ング及び反応ステーション３７、３８及び３９を選択的
に運転することにより、金属、混合物及びその合金、並
びに（又は）金属の酸化物、それらの混合物及び合金の
層を実質的に任意所望の組合せで選択的に基板上に形成
できる。詳しくは、物質例えばアルミニウム及びケイ素
酸化物の態様電池板カバーが、ドラム３４を回転し、ス
パッタリングターゲット３７及び３８、並びに酸化装置
３９を同時に運転することにより形成される。酸化装置
例えばステーション装置３９におけるものは、蒸着ステ
ーション３７及び３８に使用されるものに類似する線形
マグネトロンカソードを、アルゴンの代りに酸素を用い
ることにより使用することができ；あるいは反応性イオ
ン化プラズマを発生できる他のイオン源例えばイオンガ
ン又は後記する逆線形マグネトロンイオン源、あるいは
所要反応性ＤＣ又はＲＦプラズマを発生する他の装置を
使用できることが認められよう。
示した好ましい装置及び方法において、蒸着装置３７は
物質例えばケイ素の蒸着に使用され、一方装置３８は異
なる物質例えばアルミニウムを蒸着し、反応装置３９は
酸素を蒸着物質と化学的に反応させて蒸着金属を酸化物
に転化させるために使用される。（参照数字３７〜３９
は処理ステーション及びステーションにおける装置の両
方を示す。）従って、ドラム３４を回転し、スパッタリ
ング及び反応ステーション３７、３８及び３９を選択的
に運転することにより、金属、混合物及びその合金、並
びに（又は）金属の酸化物、それらの混合物及び合金の
層を実質的に任意所望の組合せで選択的に基板上に形成
できる。詳しくは、物質例えばアルミニウム及びケイ素
酸化物の態様電池板カバーが、ドラム３４を回転し、ス
パッタリングターゲット３７及び３８、並びに酸化装置
３９を同時に運転することにより形成される。酸化装置
例えばステーション装置３９におけるものは、蒸着ステ
ーション３７及び３８に使用されるものに類似する線形
マグネトロンカソードを、アルゴンの代りに酸素を用い
ることにより使用することができ；あるいは反応性イオ
ン化プラズマを発生できる他のイオン源例えばイオンガ
ン又は後記する逆線形マグネトロンイオン源、あるいは
所要反応性ＤＣ又はＲＦプラズマを発生する他の装置を
使用できることが認められよう。
【００１９】ｃ．片持ばり応力測定装置 図４及び図５は真空蒸着装置３０中に組込まれた片持ば
り応力測定装置を略示する。応力測定装置は、片持ばり
４１及び１対の静止反射目標４２及び４３を含み、薄膜
コーティング、例えばカバー６８（図６）中の応力を、
それが形成される際にモニターし、薄膜コーティングに
引張及び圧縮特性を与える膜成分の相対量を、付着薄膜
コーティングの厚さを横切る所望の応力プロフィルを達
成するために自動的に制御する。典型的な物質には、酸
化物が圧縮力をコーティングに与えるケイ素、及び酸化
物が引張コーティングを形成するアルミニウムが含まれ
る。応力測定装置には、ガラス又はケイ素のような材料
のたわみ性片持ばり４１が含まれ、それはその上端でド
ラム３４に固定して装備されている。基板６０（図６）
上にコーティングを蒸着する間、蒸着コーティング中の
純引張又は圧縮力が片持ばり４１をドラム３４に関して
半径方向に、反対方向に偏位させる。１対の静止反射目
標４２及び４３が片持ばりの下端近く、その両側にドラ
ムに固定装備されている。レーザー４４が真空囲い３１
の外部に装備されている。入射レーザービーム４６はド
ラムを回転しながら適当な光学素子（図示なし）により
のぞき窓、即ちサイトガラス４５を通して片持ばり４１
並びに目標４２及び４３上に焦点を合わされ、従って反
射レーザー光４７がグリッド又はターゲット４８に向か
わされる。好ましくは、ターゲットを横切る反射レーザ
ー光４７の偏位移動が、信号をコンピュータ５２に対す
る入力として適用する装置、例えば光ダイオードアレイ
５１により偏位距離に関する情報を含む電気信号に変換
される。コンピュータはスパッタ蒸着装置３７のケイ素
ターゲット及びスパッタ蒸着装置３８のアルミニウムタ
ーゲットに対する電力を、応答してかつ選択的に変え、
付着膜中の応力を選択された一定又は変動値に維持す
る。
り応力測定装置を略示する。応力測定装置は、片持ばり
４１及び１対の静止反射目標４２及び４３を含み、薄膜
コーティング、例えばカバー６８（図６）中の応力を、
それが形成される際にモニターし、薄膜コーティングに
引張及び圧縮特性を与える膜成分の相対量を、付着薄膜
コーティングの厚さを横切る所望の応力プロフィルを達
成するために自動的に制御する。典型的な物質には、酸
化物が圧縮力をコーティングに与えるケイ素、及び酸化
物が引張コーティングを形成するアルミニウムが含まれ
る。応力測定装置には、ガラス又はケイ素のような材料
のたわみ性片持ばり４１が含まれ、それはその上端でド
ラム３４に固定して装備されている。基板６０（図６）
上にコーティングを蒸着する間、蒸着コーティング中の
純引張又は圧縮力が片持ばり４１をドラム３４に関して
半径方向に、反対方向に偏位させる。１対の静止反射目
標４２及び４３が片持ばりの下端近く、その両側にドラ
ムに固定装備されている。レーザー４４が真空囲い３１
の外部に装備されている。入射レーザービーム４６はド
ラムを回転しながら適当な光学素子（図示なし）により
のぞき窓、即ちサイトガラス４５を通して片持ばり４１
並びに目標４２及び４３上に焦点を合わされ、従って反
射レーザー光４７がグリッド又はターゲット４８に向か
わされる。好ましくは、ターゲットを横切る反射レーザ
ー光４７の偏位移動が、信号をコンピュータ５２に対す
る入力として適用する装置、例えば光ダイオードアレイ
５１により偏位距離に関する情報を含む電気信号に変換
される。コンピュータはスパッタ蒸着装置３７のケイ素
ターゲット及びスパッタ蒸着装置３８のアルミニウムタ
ーゲットに対する電力を、応答してかつ選択的に変え、
付着膜中の応力を選択された一定又は変動値に維持す
る。
【００２０】この配置において、２つの目標４２及び４
３から反射されたレーザービーム４７はビームトレース
により横切られる直線をターゲット又はグリッド４８を
横切ってトレースする。このベース直線は片持ばりのゼ
ロ偏位、従って片持ばり上のゼロ純応力に相当するレー
ザービームトレースのゼロ点を確立する。付着膜中の純
圧縮力に基づく経路４９（図５）に沿う片持ばり４１の
半径方向偏位はレーザービームを１方向に偏位させる。
逆に、純引張応力は片持ばりを反対方向に半径方向に偏
位し、それによりまたレーザービームを反対に偏位させ
る。コーティング中の所望の純ゼロ応力レベルを、それ
を形成しながら維持するためにコンピュータ５２はター
ゲットに供給される電力を制御して付着膜の組成を調整
する。例えば、膜成分がケイ素（圧縮性）及びアルミニ
ウム（引張性）である場合、ビーム偏位が純圧縮応力を
示すと電力がアルミニウムターゲットに対して増加さ
れ、コーティング中のアルミニウムの割合を高め、従っ
てコーティング中の引張力成分をゼロ純応力を得るに足
るだけ高める。この電力増加は、典型的には純蒸着速度
及びコーティング形成速度もまた高める。あるいは、全
蒸着速度が高すぎるか又は高すぎるであろう場合に、電
力がケイ素ターゲットに対して低下され、圧縮力成分及
びコーティング形成速度を低下させる。もちろん、応力
及び蒸着速度制御はアルミニウムターゲットに対する電
力の増加及びケイ素ターゲットに対する電力の低下の両
方により達成することができる。逆に、ビーム偏位が引
張応力を示す場合には電力がケイ素ターゲットに対して
増加されるか又はアルミニウムターゲットに対して低下
され、あるいはその両方が行なわれる。
３から反射されたレーザービーム４７はビームトレース
により横切られる直線をターゲット又はグリッド４８を
横切ってトレースする。このベース直線は片持ばりのゼ
ロ偏位、従って片持ばり上のゼロ純応力に相当するレー
ザービームトレースのゼロ点を確立する。付着膜中の純
圧縮力に基づく経路４９（図５）に沿う片持ばり４１の
半径方向偏位はレーザービームを１方向に偏位させる。
逆に、純引張応力は片持ばりを反対方向に半径方向に偏
位し、それによりまたレーザービームを反対に偏位させ
る。コーティング中の所望の純ゼロ応力レベルを、それ
を形成しながら維持するためにコンピュータ５２はター
ゲットに供給される電力を制御して付着膜の組成を調整
する。例えば、膜成分がケイ素（圧縮性）及びアルミニ
ウム（引張性）である場合、ビーム偏位が純圧縮応力を
示すと電力がアルミニウムターゲットに対して増加さ
れ、コーティング中のアルミニウムの割合を高め、従っ
てコーティング中の引張力成分をゼロ純応力を得るに足
るだけ高める。この電力増加は、典型的には純蒸着速度
及びコーティング形成速度もまた高める。あるいは、全
蒸着速度が高すぎるか又は高すぎるであろう場合に、電
力がケイ素ターゲットに対して低下され、圧縮力成分及
びコーティング形成速度を低下させる。もちろん、応力
及び蒸着速度制御はアルミニウムターゲットに対する電
力の増加及びケイ素ターゲットに対する電力の低下の両
方により達成することができる。逆に、ビーム偏位が引
張応力を示す場合には電力がケイ素ターゲットに対して
増加されるか又はアルミニウムターゲットに対して低下
され、あるいはその両方が行なわれる。
【００２１】ｄ．典型的にカバーした太陽電池 図６は上記装置及び方法を用いて形成した一体カバー６
８をもつ太陽電池６０を略示する。カバーされた太陽電
池６０はケイ素基板６１、相対面接着層６２、前面側コ
ンタクト６３及び母線６４、ＡＲコーティング６５、一
体薄膜カバー６８並びにＡＲコーティング６９を含む。
カバー６８に加えて、種々のコーティング例えば６５及
び６９は装置３０を用いて形成できる。また前に言及し
たように、コーティングは導体フィルター及びその他の
機能に役立つ金属、酸化物、混合物などの多層堆積であ
ることができる。例えばコーティング６９は伝導性コー
ティング又は伝導性ＡＲコーティングを含むことができ
る。
８をもつ太陽電池６０を略示する。カバーされた太陽電
池６０はケイ素基板６１、相対面接着層６２、前面側コ
ンタクト６３及び母線６４、ＡＲコーティング６５、一
体薄膜カバー６８並びにＡＲコーティング６９を含む。
カバー６８に加えて、種々のコーティング例えば６５及
び６９は装置３０を用いて形成できる。また前に言及し
たように、コーティングは導体フィルター及びその他の
機能に役立つ金属、酸化物、混合物などの多層堆積であ
ることができる。例えばコーティング６９は伝導性コー
ティング又は伝導性ＡＲコーティングを含むことができ
る。
【００２２】ｅ．実施例 組成ＡｌｘＳｉｙＯｚの一体薄膜カバーを図３〜５中に
示される単回転装置及び表１中に総括されるパラメータ
ーを用いてケイ素太陽電池基板上に形成した。装置は約
６０ｒｐｍで回転する直径２８インチのドラム、隔離板
中の幅５インチの孔及び幅５インチのターゲットを用い
た。ケイ素及びアルミニウムターゲットは線形マグネト
ロンカソードスパッタ蒸着装置３７及び３８中に用い、
ケイ素及びアルミニウム物質を同時にスパッタ蒸着し
た。線形マグネトロンイオン源装置３９は蒸着装置と同
時に運転し、コーティングを、それを付着させながらＡ
ｌｘＳｉｙＯｚに酸化した。片持ばり４１は平坦ガラス
片、近似的に３インチ長×０．００８インチ厚さ×０．
２５インチ幅、であった。片持ばり応力測定装置を組合
せ同時蒸着及び酸化操作中運転してコーティング応力を
０に維持した。プロセス温度は約５５℃であり、それは
非常に低く、太陽電池に対する温度による損傷を排除す
る。生じた太陽電池カバーは求めたゼロ純応力、優れた
カバー対基板接着、並びに優れた基板対基板及び運転対
運転均一性（１％）を特徴とした。さらに、操作は電力
及びガス流量並びにターゲット高さの適切な調整により
易定尺性である。
示される単回転装置及び表１中に総括されるパラメータ
ーを用いてケイ素太陽電池基板上に形成した。装置は約
６０ｒｐｍで回転する直径２８インチのドラム、隔離板
中の幅５インチの孔及び幅５インチのターゲットを用い
た。ケイ素及びアルミニウムターゲットは線形マグネト
ロンカソードスパッタ蒸着装置３７及び３８中に用い、
ケイ素及びアルミニウム物質を同時にスパッタ蒸着し
た。線形マグネトロンイオン源装置３９は蒸着装置と同
時に運転し、コーティングを、それを付着させながらＡ
ｌｘＳｉｙＯｚに酸化した。片持ばり４１は平坦ガラス
片、近似的に３インチ長×０．００８インチ厚さ×０．
２５インチ幅、であった。片持ばり応力測定装置を組合
せ同時蒸着及び酸化操作中運転してコーティング応力を
０に維持した。プロセス温度は約５５℃であり、それは
非常に低く、太陽電池に対する温度による損傷を排除す
る。生じた太陽電池カバーは求めたゼロ純応力、優れた
カバー対基板接着、並びに優れた基板対基板及び運転対
運転均一性（１％）を特徴とした。さらに、操作は電力
及びガス流量並びにターゲット高さの適切な調整により
易定尺性である。
【００２３】 表１ 基板 ： ケイ素太陽電池 回転運動 ： 単純 物質１ ： ＡｌｘＳｉｙＯｚを形成するケイ素 物質２ ： ＡｌｘＳｉｙＯｚを形成するアルミニウム Ｃ．Ｒ．１ ： ７０Ａ／Ｓ Ｃ．Ｒ．２ ： ９０Ａ／Ｓ 物質１ガス ： アルゴン ４００ ｓｃｃｍ 物質２ガス ： アルゴン ４００ ｓｃｃｍ 物質１電力 ： ２〜３．５ＫＷ 物質２電力 ： ２〜３．５ＫＷ アルゴンスパッタ圧： ２．５ミクロン イオン源運転 ： ４ａｍｐ；１００〜１２０ ｓｃｃｍ Ｏ２ 運転後焼付け ： なし
【００２４】本発明の好ましい態様及び代替態様を記載
したので、当業者は特許請求の範囲内にある本発明の拡
張及び改変を行なうであろうことが理解されるであろ
う。
したので、当業者は特許請求の範囲内にある本発明の拡
張及び改変を行なうであろうことが理解されるであろ
う。
【図１】従来技術のガラスカバーした太陽電池の断面図
である。
である。
【図２】図１のガラスカバーした太陽電池の平面図であ
る。
る。
【図３】本発明の蒸着装置の好ましい態様の簡易略斜視
図である。
図である。
【図４】図３の装置の簡易略水平断面図である。
【図５】ドラム上の片持ばりの装備を示す図３の装置の
部分斜視図である。
部分斜視図である。
【図６】本発明を具体化する一体カバー太陽電池の断面
図である。
図である。
１０・・・太陽電池 １１・・・基板 １２・・・導体コーティング １３・・・導体 １４・・・母線 １５・・・反射防止（ＡＲ）コーティング １６・・・接着剤層 １７・・・ＵＶレフレクターコーティング １８・・・保護ガラスカバー １９・・・随意層 ３２・・・真空ポンプ装置 ３４・・・ドラム ３７、３８・・・蒸着装置 ３９・・・反応装置 ４０・・・作業ステーション ４１・・・片持ばり ４２、４３・・・静止反射目標 ４４・・・レーザー ５１・・・光ダイオードアレイ ５２・・・コンピュータ ６０・・・太陽電池 ６１・・・基板 ６２・・・接着層 ６３・・・コンタクト ６４・・・母線 ６５、６９・・・ＡＲコーティング ６８・・・薄膜カバー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート イー クリンガー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94928 ローナート パーク サークル ドライヴ 376 (72)発明者 ジョン ピー レーハン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94515 カリストーガ ワプー アベニ ュー 105 (56)参考文献 特開 平２−162788（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−273205（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−265（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−15379（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】 基板上にコーティングを形成する方法で
あって、その上に該基板を装備するのに適合させたドラ
ム装置を装備し、該ドラム装置を回転して該基板を周囲
の作業ステーションを通して回転させ、該ドラムの周囲
に隣接する蒸着装置を用いて、引張力特性を該基板に与
える少なくとも１つの第１物質及び圧縮力特性を該基板
に与える少なくとも１つの第２物質を該基板上に付着さ
せ、物質を、それを付着させながら酸化し、該ドラム上
に装備された片持ばりレフレクタービームを含む片持ば
り応力測定装置を用いてコーティングの応力レベルを、
それを形成させながらその場でモニターし、モニターさ
れた応力に応答して該基板上に付着する圧縮及び引張性
物質の量を制御してコーティング中の応力を制御するこ
とを含む方法。 - 【請求項２】 基板上にコーティングを形成する物理蒸
着装置であって、その上に該基板を装備し、該基板を周
囲作業ステーションを通して回転するのに適合させたド
ラム装置、該ドラムの周囲に隣接して配置された少なく
とも一対の蒸着装置であって、該蒸着装置の少なくとも
１つの第一装置は、コーティングに引張力特性を与える
物質を該基板上に付着させるように適合され、少なくと
も１つの第二装置は、コーティングに圧縮力特性を与え
る物質を該基板上に同時に付着させるように適合された
装置、該ドラムの周囲に配置され、物質を、それらを付
着させながら酸化する少なくとも１つの反応装置、付着
膜の応力を、それを形成させながらその場でモニターす
るために該ドラム上に装備された片持ばりレフレクター
ビームを含む片持ばり応力測定装置、及び該基板上に付
着する圧縮及び引張性物質の量を制御し、それによりコ
ーティング応力を制御するモニターされた応力レベルに
応答する装置、を含む装置。
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