(57)【要約】      （修正有）【課題】膜厚および膜質の面内分布に優れた高品質な薄膜を歩留まり良く製膜可能なプラズマＣＶＤ装置を提供する。【解決手段】製膜室Ｒ内において被処理基板２が基板ステージ１上に保持され、前記被処理基板２の被製膜面に向けてシャワーヘッド４から原料ガス８を分散供給した状態で前記原料ガス８のプラズマ５を発生させて前記プラズマ５により前記原料ガス８を分解して前記被製膜面に堆積させることで薄膜を製膜するプラズマＣＶＤ装置であって、前記シャワーヘッド４は、前記基板ステージ１と対向する面に設けられて前記被製膜面に向けて原料ガス８を分散供給するガス供給部１０と、前記基板ステージ１と対向する面の前記ガス供給部１０の外周部であって前記被処理基板の面内方向における前記被処理基板の外周端部位置よりも外方の位置に、前記基板ステージ１の方向に突出した遮蔽部７と、を備える。【選択図】図１
2010283092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製膜室内において被処理基板が基板ステージ上に保持され、前記被処理基板の被製膜面に向けてシャワーヘッドから原料ガスを分散供給した状態で前記原料ガスのプラズマを発生させて前記プラズマにより前記原料ガスを分解して前記被製膜面に堆積させることで薄膜を製膜するプラズマＣＶＤ装置であって、
前記シャワーヘッドは、
前記基板ステージと対向する面に設けられて前記被製膜面に向けて原料ガスを分散供給するガス供給部と、
前記基板ステージと対向する面の前記ガス供給部の外周部であって前記被処理基板の面内方向における前記被処理基板の外周端部位置よりも外方の位置に、前記基板ステージの方向に突出した遮蔽部と、
を備えること、
を特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記遮蔽部は、前記遮蔽部の内側面から外側面に通じるガス排気口を備え、前記ガス供給部から分散供給された原料ガスを前記製膜室の外部に排気可能であること、
を特徴とする請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】
前記ガス排気口が、前記遮蔽部の複数個所に設けられていること、
を特徴とする請求項２に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項４】
前記被製膜面から前記ガス排気口までの距離ｚの、前記被製膜面から前記ガス供給部の表面までの距離ｖに対する比（ｚ／ｖ）が０．２以下であること、
を特徴とする請求項２に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】
前記ガス排気口の直径ｗの、前記被製膜面から前記ガス供給部の表面までの距離ｖに対する比（ｗ／ｖ）が０．２以下であること、
を特徴とする請求項２に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項６】
前記遮蔽部における前記基板ステージ側の面と前記被製膜面との距離が可変であること、
を特徴とする請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項７】
前記遮蔽部における前記基板ステージ側の面と前記被製膜面との距離を前記被処理基板の厚さより小さく設定した状態で前記薄膜を製膜すること、
を特徴とする請求項６に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項８】
前記シャワーヘッドを通して前記製膜室内に導入されて前記製膜室内をクリーニングするクリーニングガスを排気するためのガス排気口を前記製膜室の側面における前記遮蔽部よりも前記基板ステージ側に備え、
前記ガス排気口と前記基板ステージの側面とが対向する位置に前記基板ステージを配置した状態で前記クリーニングガスを排気すること、
を特徴とする請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項９】
前記薄膜が、微結晶シリコン膜であること、
を特徴とする請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマＣＶＤ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から薄膜太陽電池では、太陽光スペクトルを幅広く有効利用すべく、バンドギャップの異なる材料からなる複数の光電気変換層（半導体層）を透光性絶縁基板上に積層したタンデム構造が採用されている。特にシリコン系の薄膜太陽電池の場合は、半導体層としてアモルファスシリコンセルと微結晶シリコンセルとを積層した構造とされることが多い。ここで、各光電気変換層（半導体層）はｐ型膜、ｉ型膜、ｎ型膜を重ねた構造となっており、ｉ型膜は発電層、ｐ型膜とｎ型膜は内蔵電界を形成するための層である。
【０００３】
微結晶シリコンはアモルファスシリコンに比べて光吸収係数が低いため、太陽電池の発電層（ｉ型層）に適用する場合には、２μｍ〜３μｍ規模の厚い膜厚が必要とされる。一般に、薄膜太陽電池に適用する微結晶シリコン膜は、原料にシランガス（ＳｉＨ４）と水素ガス（Ｈ２）とを用いたプラズマ化学気相成長（ＰＥ−ＣＶＤ）法で大面積ガラス基板（１．４ｍ×１．１ｍ）の上に形成されるが、２μｍ〜３μｍもの厚膜を製膜した際には、プラズマＣＶＤ装置内における、（１）基板の側面部、（２）反応室の内壁（側面・底面部）、（３）シャワーヘッドの側面部、（４）基板ステージの裏面部、等へも膜厚が１μｍを超える規模の厚膜付着が生じる。
【０００４】
このような厚膜では剥離が生じやすく、上記（１）〜（４）に付着した膜は製膜プロセス終了後に剥離してガラス基板上に落下し、異物（パーテクル）として微結晶シリコン膜上に残存することが予想される。このようなパーテクルが付着した微結晶シリコン膜を用いて太陽電池を作製した場合は、基板上の多くの部分で特性劣化が顕著に起こり、歩留まり低下を引き起こすことが懸念される。このため、従来のプラズマＣＶＤ装置では、上記（１）〜（４）の部位に対してパージガス（不活性ガス）を流しながら製膜プロセスを行うことを検討し、上記（１）〜（４）の部位への膜付着の低減を図っている。
【０００５】
このような不要な膜の影響を防止する技術として、例えば特許文献１では、製膜プロセス中に基板の側面に向かってパージガスを吹き付ける構成を有するプラズマＣＶＤ装置が提案されている。また、特許文献２では、チャンバ内の各部分にパージガスを流すプラズマＣＶＤ装置が提案されている。また、特許文献３では、基板ステージと電極（シャワーヘッド）の間にシール材を挟んでガスの流入を抑制している。同時に、シャワーヘッドのガス噴出穴の周辺に、取り囲むように排気口を設けて、原料ガスが反応室内の余計な箇所に回り込むことを抑制するプラズマＣＶＤ装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−５４１３７号公報
【特許文献２】特開平９−８２６５３号公報
【特許文献３】特開平７−０３７８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載のプラズマＣＶＤ装置では、製膜プロセス中に基板の側面に向かってパージガスを吹き付けるため、パージガスが気相中の製膜前駆体の挙動に影響を与え、基板周辺部で膜厚および膜質の面内分布が不均一になる、という問題があった。また、上記特許文献２に記載のプラズマＣＶＤ装置では、チャンバ内の各部分にパージガスを流すだけなので、不要な膜付着の抑制が不十分であり、製膜後のクリーニングで除去しきれなかった付着膜が蓄積し、剥離して基板上に付着する、という問題があった。
【０００８】
また、上記特許文献３に記載のプラズマＣＶＤ装置では、シャワーヘッドのガス噴出穴の周辺に排気口が設けられているため、噴出直後に原料ガスがほとんど排気されてしまい、基板周辺部において膜厚が局所的に薄くなり、面内分布が不均一になる、という問題があった。また、微結晶シリコン膜を作製する際に、水素ガスと原料ガスとの比率に不均一性が生じて結晶化率の面内分布の不均一を生じさせる、という問題があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、膜厚および膜質の面内分布に優れた高品質な薄膜を歩留まり良く製膜可能なプラズマＣＶＤ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるプラズマＣＶＤ装置は、製膜室内において被処理基板が基板ステージ上に保持され、前記被処理基板の被製膜面に向けてシャワーヘッドから原料ガスを分散供給した状態で前記原料ガスのプラズマを発生させて前記プラズマにより前記原料ガスを分解して前記被製膜面に堆積させることで薄膜を製膜するプラズマＣＶＤ装置であって、前記シャワーヘッドは、前記基板ステージと対向する面に設けられて前記被製膜面に向けて原料ガスを分散供給するガス供給部と、前記基板ステージと対向する面の前記ガス供給部の外周部であって前記被処理基板の面内方向における前記被処理基板の外周端部位置よりも外方の位置に、前記基板ステージの方向に突出した遮蔽部と、を備えること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、被処理基板の側面およびプラズマＣＶＤ装置内における不要な膜付着を低減させることができ、膜厚および膜質の面内分布に優れた高品質な薄膜を歩留まり良く製膜することが可能である、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置の構造を説明するための模式図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置のシャワーヘッドの構造を説明するための断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置のシャワーヘッドの構造を説明するための平面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置における透光性絶縁基板とシャワーヘッドとの近傍を拡大して示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置において、距離ｙを２ｍｍに固定し、距離ｘを１．０ｍｍ〜７０ｍｍの範囲で変化させて微結晶シリコン膜の製膜を行った場合の距離ｘ（ｍｍ）とパーテクル数（個）との関係を示す特性図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置において、距離ｘを２０ｍｍに固定し、距離ｙを１．０ｍｍ〜８．０ｍｍの範囲で変化させて微結晶シリコン膜の製膜を行った場合の距離ｙ（ｍｍ）とパーテクル数（個）との関係を示す特性図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置において、距離ｚを変化させて微結晶シリコン膜の製膜を行った場合のｚ／ｖと、微結晶シリコン膜の膜厚および結晶化率の面内分布（％）と、の関係を示す特性図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置において、直径ｗを変化させて微結晶シリコン膜の製膜を行った場合のｗ／ｖと、微結晶シリコン膜の膜厚および結晶化率の面内分布と、関係を示す特性図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置で微結晶シリコン膜を製膜した後における製膜室の内部の構造を説明するための模式図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置で微結晶シリコン膜を製膜した後におけるクリーニング時の製膜室の内部の構造を説明するための模式図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置において、距離ｙを２ｍｍに固定し、距離ｘを１．０ｍｍ〜６０ｍｍの範囲で変化させて発電層（ｉ型層膜）を作製した微結晶シリコン薄膜太陽電池セルにおける距離ｘ（ｍｍ）と歩留まり（％）との関係を示す特性図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置において、距離ｘを２０ｍｍに固定し、距離ｙを１．０〜８．０ｍｍの範囲で変化させて発電層（ｉ型層膜）を作製した微結晶シリコン薄膜太陽電池セルにおける距離ｙ（ｍｍ）と歩留まり（％）との関係を示す特性図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置を用いて発電層（ｉ型層膜）を形成した微結晶シリコン薄膜太陽電池セルの構造を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかるプラズマＣＶＤ装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。
【００１４】
実施の形態
図１は、本発明の実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置の構造を説明するための模式図である。図１では、プラズマＣＶＤ装置により微結晶シリコン膜を製膜している状態を示している。図２は、本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置のシャワーヘッド４の構造を説明するための断面図である。図３は、本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置のシャワーヘッド４の構造を説明するための平面図であり、図２において下方から見た平面図である。本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置は、薄膜太陽電池セル（微結晶シリコンセル）のｉ型微結晶シリコン膜（発電層）の形成に用いることが可能である。以下では、本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置により微結晶シリコン膜を形成する場合について説明する。
【００１５】
図１に示すように、略直方体形状を有する製膜室Ｒの内部には、被処理基板である透光性絶縁基板２を保持する保持部材である基板ステージ１が設置されている。基板ステージ１は、接地されている。基板ステージ１上には、被製膜面が水平且つ上向きとなるように透光性絶縁基板２が保持される。
【００１６】
また、図１に示すように製膜室Ｒの上面部には、原料ガスを基板ステージ１の上部領域に分散供給するためのシャワーヘッド４が設けられている。シャワーヘッド４は、図１および図２に示すように、該シャワーヘッド４の下面（基板ステージ１と対向する側の主面）のほぼ全面にわたって設けられて被製膜面に向けて原料ガス８としてシランガス（ＳｉＨ４）、水素ガス（Ｈ２）を分散供給するガス供給部１０と、基板ステージ１と対向する面におけるガス供給部１０の外周部であって透光性絶縁基板２の面内方向における透光性絶縁基板２の外周端部位置よりも外方の位置において基板ステージ１の方向に突出した遮蔽部７と、を備える。ガス供給部１０には、ほぼ全面にわたってシャワーヘッド穴１０ａが設けられており、該シャワーヘッド穴１０ａから原料ガスを噴出することにより、原料ガスを分散供給する。
【００１７】
シャワーヘッド４には、ガス供給部１０に原料ガス８を送り込むためのガス供給用配管３が接続されている。ガス供給用配管３は、図示しない例えばガスボンベ等のガス供給源に接続されている。また、製膜室Ｒは、排気部（図示せず）により製膜室Ｒ内を真空引き可能とされている。
【００１８】
また、シャワーヘッド４には電源１５が接続されている。電源１５からシャワーヘッド４に高周波電力が印加することにより、シャワーヘッド４と基板ステージ１との間に高周波電力が印加されて透光性絶縁基板２とシャワーヘッド４との間にプラズマ５が生成される。シャワーヘッド４から分散された原料ガス８はプラズマ５で分解されて製膜前駆体が生成され、これが透光性絶縁基板２上に堆積して透光性絶縁基板２の上面に微結晶シリコン膜６が成長する。また、シャワーヘッド４には、製膜室内Ｒに導入されて製膜室Ｒ内をクリーニングするクリーニングガスを製膜室Ｒ内に送り込むためのクリーニングガス供給用配管１３が接続されている。クリーニングガス供給用配管１３は、図示しない例えばガスボンベ等のガス供給源に接続されている。
【００１９】
また、図１〜図３に示すようにシャワーヘッド４の外周部には、ガス供給部１０を囲うように遮蔽部７が設けられている。ここで、遮蔽部７は、シャワーヘッド４に対向して位置する基板ステージ１の方向に突出しており、基板ステージ１の方向に迫り出した構造となっている。このように、遮蔽部７を基板ステージ１の方向に迫り出した構造とすることにより、シャワーヘッド穴１０ａから噴出された原料ガス８、およびプラズマ５により生成された製膜前駆体が、基板ステージ１の外周側および透光性絶縁基板２の外周側から基板ステージ１の側面近傍および透光性絶縁基板２の側面近傍まで飛来しにくい構成とされている。すなわち、原料ガス８および製膜前駆体が、透光性絶縁基板２の側面部、製膜室Ｒの内壁（側面・底面部）、シャワーヘッド４の側面部、基板ステージ１の裏面部、等へ回り込むことが抑制されている。なお、ここでは、ガス供給部１０の全周を囲うように遮蔽部７が設けられているが、遮蔽部７はガス供給部１０の外周部において部分的に設けられてもよい。
【００２０】
さらに、図１〜図３に示すように、遮蔽部７の側面部には、略円形の断面を有するとともに該遮蔽部７の内側面から外側面に通じる原料ガス排気口９を複数箇所に備える。なお、ここでは、原料ガス排気口９の断面形状を略円形状としているが、原料ガス排気口９の断面形状はこれに限定されない。原料ガス排気口９は、図示しない排気手段に接続されている。このような原料ガス排気口９を備えることにより、シャワーヘッド穴１０ａから噴出されて製膜に寄与することなく基板ステージ１の側面近傍に飛来した原料ガス１１（シランガス（ＳｉＨ４）、水素ガス（Ｈ２））、およびプラズマ５により生成された製膜前駆体を、透光性絶縁基板２の側面に到達する前に該原料ガス排気口９を通して製膜室Ｒの外部に排気可能とされている。すなわち、原料ガス８および製膜前駆体のうち、製膜に寄与することなく基板ステージ１の側面近傍に飛来した原料ガス１１および製膜前駆体が、透光性絶縁基板２の側面部、製膜室Ｒの内壁（側面部・底面部）、シャワーヘッド４の側面部、基板ステージ１の側面部・裏面部、等のクリーニングしにくい部分へ回り込む前に製膜室Ｒ外へ排気される。
【００２１】
ここで、原料ガス排気口９からは、製膜に寄与することなく基板ステージ１の側面近傍に飛来した原料ガス１１および製膜前駆体が排出されるため、従来のプラズマＣＶＤ装置のように噴出直後に原料ガスがほとんど排気されてしまい、基板周辺部において膜厚が局所的に薄くなり膜厚の不均一が発生することや、結晶化率の不均一が生じることがない。したがって、膜質および結晶化率の面内分布に優れた製膜が可能である。
【００２２】
したがって、本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置によれば、上述した遮蔽部７および原料ガス排気口９を備えることにより、原料ガス８および製膜前駆体が透光性絶縁基板２の側面部、製膜室Ｒの内壁（側面部・底面部）、シャワーヘッド４の側面部、基板ステージ１の側面部・裏面部、等のクリーニングしにくい部分へ付着することを抑制することができる。
【００２３】
製膜室Ｒにおけるシャワーヘッド４の下方には、クリーニングガスを排気するためのクリーニングガス排気口１２が設けられており、図示しない排気手段に接続されている。クリーニングガス排気口１２は、製膜室Ｒの側面における遮蔽部７よりも基板ステージ１側（下側）に設けられており、クリーニングガス排気口１２と基板ステージ１の側面とが対向する位置に基板ステージ１を配置した状態でクリーニングガスを排気する。このクリーニングガス排気口１２には、開閉バルブ１４が設けられており、製膜時には該開閉バルブ１４を閉じることにより閉状態とされる。
【００２４】
つぎに、本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置による微結晶シリコン膜の製膜処理について説明する。微結晶シリコン膜の製膜処理を行うには、まず排気部（図示せず）により製膜室Ｒ内の排気を行い、製膜室Ｒ内を真空状態にする。つぎに、ガス供給用配管３からシャワーヘッド４のガス供給部１０を介して、シランガス等の原料ガス８を基板ステージ１の上部領域に分散供給する。
【００２５】
そして、上記のような状態において電源１５によりシャワーヘッド４に高周波電力を印加してシャワーヘッド４と基板ステージ１との間に電界が発生させると、プラズマ発生領域、すなわち透光性絶縁基板２とシャワーヘッド４とが対向する領域において原料ガス８が励起されてプラズマ５が発生し、原料ガス８はプラズマ５により分解される。これにより製膜前駆体が生成され、この製膜前駆体が透光性絶縁基板２上に堆積して微結晶シリコン膜６が成長する。
【００２６】
ここで、図１に示すように微結晶シリコン膜６を製膜している間は、原料ガス８および製膜前駆体が、基板ステージ１の外周側および透光性絶縁基板２の外周側から基板ステージ１の側面近傍および透光性絶縁基板２の側面近傍まで飛来することを遮蔽部７が抑制する。また、製膜に寄与することなく基板ステージ１の側面近傍に飛来した原料ガス１１および製膜前駆体は、透光性絶縁基板２の側面に到達する前に原料ガス排気口９を通して製膜室Ｒの外部に排気される。以上の処理により、膜厚および膜質の面内分布の少ない（良好な）高品質な微結晶シリコン膜６が形成される。
【００２７】
図４は、本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置における透光性絶縁基板２とシャワーヘッド４との近傍を拡大して示す図である。図４に示すように遮蔽部７の内側面と透光性絶縁基板２の外周端部（側面）との間の距離を距離ｘ（ｍｍ）、遮蔽部７の下面（基板ステージ１と対向する側の主面）と基板ステージ１の上面（遮蔽部７と対向する側の面）との間の距離を距離ｙ（ｍｍ）とし、距離ｘと距離ｙとを変化させて微結晶シリコン膜６を２μｍの膜厚で製膜した場合の膜表面に存在するパーテクル数を測定した。ここで、透光性絶縁基板２は、１００ｍｍ角サイズ、厚さは４ｍｍであり、パーテクルとして粒径０．２μｍ以上の異物数をカウントしている。なお、図４に示すように原料ガス排気口９の下端と透光性絶縁基板２の表面（被製膜面）との間の距離をｚ（ｍｍ）とし、原料ガス排気口９の直径ｗと透光性絶縁基板２の表面（被製膜面）からシャワーヘッド４までの距離ｖとを各々、ｚ／ｖ＝０．２、ｗ／ｖ＝０．２となるように固定した。
【００２８】
図５は、本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置において、距離ｙを２ｍｍに固定し、距離ｘを１．０ｍｍ〜７０ｍｍの範囲で変化させて１００ｍｍ角サイズの透光性絶縁基板２上に微結晶シリコン膜６の製膜を行った場合の距離ｘ（ｍｍ）とパーテクル数（個）との関係を示す特性図である。図６は、本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置において、距離ｘを２０ｍｍに固定し、距離ｙを１．０ｍｍ〜８．０ｍｍの範囲で変化させて１００ｍｍ角サイズの透光性絶縁基板２上に微結晶シリコン膜６の製膜を行った場合の距離ｙ（ｍｍ）とパーテクル数（個）との関係を示す特性図である。
【００２９】
図５において、距離ｘを１５ｍｍよりも増加させると、パーテクル数は単調に増加する傾向を示しており、距離ｘ＞５０ｍｍの範囲において約５００個で飽和している。また、図６においても、距離ｙを増加させた場合にパーテクル数は増加している。特に、距離ｙが透光性絶縁基板２の厚みｔ＝４ｍｍよりも大きい場合に、パーテクル数は急激に増加する傾向を示している。
【００３０】
以上のことより、シャワーヘッド４の外周部に遮蔽部７を設けた構成とし、距離ｘおよび距離ｙを調整することで、透光性絶縁基板２の側面部等への膜付着が抑制され、パーテクル数を従来のプラズマＣＶＤ装置（距離ｘ＞２０ｍｍ、距離ｙ＞５ｍｍ）で成膜した場合よりも低く抑えることが可能なことが分かる。
【００３１】
実際に、図５に示す例では、距離ｘ＜１０ｍｍの場合にパーテクル数は１０個以下となっている。また、図６に示す例では、距離ｙ＜１ｍｍの場合にパーテクル数は１０個以下となっている。これに対して、従来のプラズマＣＶＤ装置（距離ｘ＞２０ｍｍ、距離ｙ＞５ｍｍ）により製膜を行った場合ではパーテクル数は５００〜１０００個である。したがって、本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置においては、パーテクル数を従来のプラズマＣＶＤ装置の０．００１倍以下にまで低下させることができている。また、図５および図６に示す例では、従来プラズマＣＶＤ装置による製膜において見られた透光性絶縁基板２の側面からの膜剥がれは全く認められなかった。
【００３２】
また、本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置を用いて、図５および図６に示す例と同様の条件で４００枚の繰り返し製膜を行った後でも、観察されるパーテクル数は常に１０個以下を維持していた。４００枚の連続製膜処理後に、製膜室Ｒの内部を観察したところ、製膜室Ｒの内壁（側面部・底面部）、シャワーヘッド４の側面部、基板ステージ１の側面部・裏面部の各表面への膜付着は殆ど見られなかった。
【００３３】
図７は、本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置において、原料ガス排気口９の下端と透光性絶縁基板２の表面（被製膜面）との間の距離ｚを変化させて１００ｍｍ角サイズの透光性絶縁基板２上に微結晶シリコン膜６の製膜を行った場合のｚ／ｖと、微結晶シリコン膜６の膜厚および結晶化率の面内分布（％）と、の関係を示す特性図である。図７では、透光性絶縁基板２の表面（被製膜面）からシャワーヘッド４までの距離ｖを固定して、ｚ／ｖを横軸として面内分布（％）を表記している。また、距離ｘは２０ｍｍに、距離ｙは２ｍｍに固定している。なお、本実施の形態における面内分布は、面内での膜厚、結晶化率の最大値（Ｍａｘ）と最小値（Ｍｉｎ）で、計算式：（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）／（Ｍａｘ＋Ｍｉｎ）×１００によりパーセントで定義している。
【００３４】
図７において、ｚ／ｖが増加するにつれて、すなわち原料ガス排気口９の下端と透光性絶縁基板２の表面（被製膜面）との間の距離ｚが大きくなるにつれて、微結晶シリコン膜６の膜厚の面内分布が増大（劣化）している。これは、距離ｚが大きくなるほど、シャワーヘッド４の周辺部のシャワーヘッド穴１０ａから噴出した原料ガス８が透光性絶縁基板２に到達する前に必要以上に大量に排気され、透光性絶縁基板２の周辺部の膜厚が中央部に比べて薄くなるためである。
【００３５】
図７において、微結晶シリコン膜６の結晶化率の面内分布も、ｚ／ｖが増加するにつれて、すなわち原料ガス排気口９の下端と透光性絶縁基板２の表面（被製膜面）との間の距離ｚが大きくなるにつれて、増大（劣化）している。これは、シャワーヘッド４の周辺部のシャワーヘッド穴１０ａから噴出された水素ガスが透光性絶縁基板２に到達する前に必要以上に大量に排気され、透光性絶縁基板２の周辺部の結晶化率が中央部に比べて低くなるためである。
【００３６】
このように、ｚ／ｖの数値、すなわち原料ガス排気口９の下端と透光性絶縁基板２の表面（被製膜面）との間の距離ｚには最適値が存在しており、図７においては、ｚ／ｖが０．１〜０．２の範囲にある場合が、微結晶シリコン膜６の膜厚の面内分布と結晶化率の面内分布とがより良好となっている。なお、上述したｚ／ｖを０．１〜０．７の範囲で変化させた条件での微結晶シリコン膜６の製膜において、パーテクル数は、いずれも１０個以下であった。これにより、距離ｘと距離ｙとが最適化されていれば、ｚ／ｖの数値、すなわち排気口の位置ｚがパーテクル数に及ぼす影響はほとんどないことが確認されている。
【００３７】
図８は、本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置において、原料ガス排気口９の直径ｗを変化させて１００ｍｍ角サイズの透光性絶縁基板２上に微結晶シリコン膜６の製膜を行った場合のｗ／ｖと、微結晶シリコン膜６の膜厚および結晶化率の面内分布と、関係を示す特性図である。図８では、透光性絶縁基板２の表面（被製膜面）からシャワーヘッド４までの距離ｖを固定して、ｗ／ｖを横軸として面内分布を表記している。また、距離ｘは２０ｍｍに、距離ｙは２ｍｍに固定している。
【００３８】
図８において、ｗ／ｖが増加するにつれて、すなわち原料ガス排気口９の直径ｗが大きくなるにつれて、微結晶シリコン膜６の膜厚の面内分布および結晶化率の面内分布が増大（劣化）している。これは、原料ガス排気口９の直径ｗが大きくなるほど製膜室Ｒ内の排気能力が増大し、シャワーヘッド４の周辺部のシャワーヘッド穴１０ａから噴出した原料ガス８が、透光性絶縁基板２に到達する前に必要以上に大量に排気されるためである。
【００３９】
図８において、ｗ／ｖが０．１〜０．２の範囲にある場合、微結晶シリコン膜６の膜厚の面内分布および結晶化率の面内分布は最も低くなっている。なお、上述のｗ／ｖを０．１〜０．７の範囲で変化させた条件での微結晶シリコン膜６の製膜において、パーテクル数は、いずれも１０個以下であった。これにより、距離ｘと距離ｙとが最適化されていれば、ｗ／ｖの値、すなわち原料ガス排気口９の直径ｗがパーテクル数に及ぼす影響はほとんどないことが確認されている。
【００４０】
図９は、本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置で微結晶シリコン膜６を製膜した後における製膜室Ｒの内部の構造を説明するための模式図である。微結晶シリコン膜６の製膜後、基板ステージ１は製膜時よりも下方向に移動し、透光性絶縁基板２は製膜室Ｒ外に搬送されている。図９に示すように、微結晶シリコン膜６の製膜後には、シャワーヘッド４と遮蔽部７との表面、および基板ステージ１の側面の一部に余分な付着膜１６が付着している。
【００４１】
図１０は、本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置で微結晶シリコン膜６を製膜した後におけるクリーニング時の製膜室Ｒの内部の構造を説明するための模式図である。製膜室Ｒの内部をクリーニングする際には、クリーニングガス１７がクリーニングガス供給用配管１３、シャワーヘッド４を介して製膜室Ｒ内部に供給される。このとき、図１０に示すように開閉バルブ１４を開けることによりクリーニングガス排気口１２は開状態とされ、クリーニングガスはクリーニングガス排気口１２から排気される。
【００４２】
また、シャワーヘッド４と基板ステージ１との間に高周波電力が印加されてクリーニングガスのプラズマが生成され、該プラズマにより製膜室Ｒ内がクリーニングされる。ここで、本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置ではシャワーヘッド４の外周部に遮蔽部７が設けられていることにより、製膜時における製膜前駆体の移動範囲が基板ステージ１よりも上の領域に限定されるため、基板ステージ１の裏面および製膜室Ｒの底面への余分な膜付着がほとんど生じない。この効果により、製膜枚数を重ねても、クリーニングガスが回り込みにくい箇所への膜付着が抑制されるため、パーテクルの発生数を低減させることが可能となる。
【００４３】
次に、上述した本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置を用いて、発電層（ｉ型層膜）として微結晶シリコン膜の製膜を行って微結晶シリコン薄膜太陽電池セルを作製した場合について説明する。以下では、本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置を用いて、距離ｘと距離ｙとを変化させて発電層（ｉ型層膜）として微結晶シリコン膜の製膜を行い、１００ｍｍ角サイズの基板上に６４個の微結晶シリコン薄膜太陽電池セル（５ｍｍ角サイズ）２１を作製した場合について説明する。
【００４４】
図１１は、本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置において、距離ｙを２ｍｍに固定し、距離ｘを１．０ｍｍ〜６０ｍｍの範囲で変化させて１００ｍｍ角サイズの基板上に発電層（ｉ型層膜）を作製した微結晶シリコン薄膜太陽電池セル２１における距離ｘ（ｍｍ）と歩留まり（％）との関係を示す特性図である。図１２は、本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置において、距離ｘを２０ｍｍに固定し、距離ｙを１．０〜８．０ｍｍの範囲で変化させて１００ｍｍ角サイズの基板上に発電層（ｉ型層膜）を作製した微結晶シリコン薄膜太陽電池セル２１における距離ｙ（ｍｍ）と歩留まり（％）との関係を示す特性図である。
【００４５】
図１３は、本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置を用いて発電層（ｉ型層膜）を形成した微結晶シリコン薄膜太陽電池セル２１の構造を示す要部断面図である。微結晶シリコン薄膜太陽電池セル２１は、透光性絶縁基板２２上に、透明導電膜からなる第１の電極層である透明電極層２３と、光電変換層２７と、光を反射する導電膜からなる第２の電極層である裏面電極層２８と、が順次積層された構造を有する。
【００４６】
また、光電変換層２７は、ｐｉｎ接合を有する微晶質シリコン膜からなる光電変換層であり、図１３に示すように透明電極層２３側から第１導電型半導体層であるｐ型微晶質半導体層としてのｐ型微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）２４、第２導電型半導体層であるｉ型微晶質半導体層としてのｉ型微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）２５、第３導電型半導体層であるｎ型微晶質半導体層としてのｎ型微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）２６を備えている。ここで、ｉ型微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）２５は、本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置を用いて形成されている。
【００４７】
以上のような微結晶シリコン薄膜太陽電池セル２１に対して、ソーラーシミュレーターを用いてそれぞれ、ＡＭ（エア・マス）１．５の疑似太陽光を透光性絶縁基板２２側から入射して電圧−電流特性を測定し、短絡電流密度、開放端電圧、曲線因子および発電効率を評価した。ここでは、全セル数である６４個に対する、曲線因子が０．７０を上回った微結晶シリコン薄膜太陽電池セル２１の個数の割合を「歩留まり（％）」と定義した。
【００４８】
図１１において、距離ｘが大きくなるにつれて歩留まりは単調に低下しており、この傾向は図５で示したパーテクル数の傾向と一致している。そして、図１１においては距離ｘが２０ｍｍ以下の場合に歩留まり９０％程度以上が得られており、余分な膜付着の抑制効果が得られていることが分かる。
【００４９】
また、図１２において、距離ｙが大きくなるにつれて歩留まりは単調に低下しており、この傾向は図６で示したパーテクル数の傾向と一致している。そして、図１２においては距離ｙが２ｍｍ以下の場合に歩留まり９０％程度以上が得られており、余分な膜付着の抑制効果が得られていることが分かる。
【００５０】
したがって、本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置において、距離ｘ≦２０ｍｍ、距離ｙ≦２ｍｍの条件で、発電層（ｉ型層膜）として微結晶シリコン膜の製膜を行うことにより、良好な特性を有する微結晶シリコン薄膜太陽電池セル２１を高い歩留まりで実現できる。これは、従来の製造装置（距離ｘ＞２０ｍｍ、距離ｙ＞５ｍｍ）を用いて微結晶シリコン太陽電池セルを作製した場合（歩留まり約７０％）に比べて、歩留まりは約１．３〜１．４倍増大している。
【００５１】
以上のように、本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置を用いて微結晶シリコン太陽電池セルを作製した場合には、従来のプラズマＣＶＤ装置を用いて作製した場合と比べて、より高い歩留まりを実現可能であることが分かる。
【００５２】
上述したように、本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置においては、シャワーヘッド４の外周部に、基板ステージ１の方向に迫り出した遮蔽部７を備える。これにより、シャワーヘッド穴１０ａから噴出された原料ガス８、およびプラズマ５により生成された製膜前駆体が、基板ステージ１の外周側および透光性絶縁基板２の外周側から透光性絶縁基板２の側面近傍まで飛来しにくい構成とされている。すなわち、原料ガス８および製膜前駆体が、透光性絶縁基板２の側面部、製膜室Ｒの内壁（側面部・底面部）、シャワーヘッド４の側面部、基板ステージ１の側面部・裏面部、等のクリーニングしにくい部分へ回り込むことが抑制されている。
【００５３】
また、本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置においては、シャワーヘッド穴１０ａから噴出されて基板ステージ１の側面近傍に飛来した原料ガスを排気するための原料ガス排気口９がシャワーヘッド４の側面部に設けられている。これにより、製膜に寄与することなく基板ステージ１の側面近傍に飛来した原料ガス１１および製膜前駆体は、透光性絶縁基板２の側面に到達する前に、効果的に製膜室Ｒ外へ排気される。すなわち、原料ガス８および製膜前駆体のうち、製膜に寄与することなく基板ステージ１の側面近傍に飛来した原料ガス１１および製膜前駆体が、透光性絶縁基板２の側面部、製膜室Ｒの内壁（側面部・底面部）、シャワーヘッド４の側面部、基板ステージ１の側面部・裏面部、等のクリーニングしにくい部分へ回り込むことが抑制されている。
【００５４】
したがって、本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置によれば、遮蔽部７および原料ガス排気口９を備えることにより、原料ガス８および製膜前駆体が基板ステージ１の側面および透光性絶縁基板２の側面まで飛来することを抑制し、また透光性絶縁基板２の側面部、製膜室Ｒの内壁（側面部・底面部）、シャワーヘッド４の側面部、基板ステージ１の側面部・裏面部、等のクリーニングしにくい部分へ付着することを抑制することができ、透光性絶縁基板２やプラズマＣＶＤ装置内における不要な膜付着を低減させることが可能となる。これにより、膜厚および膜質の面内分布に優れた高品質な薄膜を歩留まり良く製膜することが可能である。
【００５５】
また、本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置を用いることにより、薄膜太陽電池の量産で一般に使用される大面積ガラス基板（１．１×１．４メートル）上においても、良好な発電効率を良好な面内分布で実現できることが見込まれる。
【００５６】
なお、上記においては、光電変換層を一層のみ有するシングルセル型の薄膜太陽電池を例に説明したが、本発明は光電変換層が複数層積層されたタンデム型の薄膜太陽電池にも適用できる。この場合、光電変換層（発電層）の積層数が多いほど、本発明の効果が顕著となる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上のように、本発明にかかるプラズマＣＶＤ装置は、膜厚および膜質の面内分布に優れた高品質な薄膜の製膜に有用であり、特に、薄膜太陽電池の製造に適している。
【符号の説明】
【００５８】
１  基板ステージ
２  透光性絶縁基板
３  ガス供給用配管
４  シャワーヘッド
５  プラズマ
６  微結晶シリコン膜
７  遮蔽部
８  原料ガス
９  原料ガス排気口
１０  ガス供給部
１０ａ  シャワーヘッド穴
１１  製膜に寄与することなく基板ステージの側面近傍に飛来した原料ガス
１２  クリーニングガス排気口
１３  クリーニングガス供給用配管
１４  開閉バルブ
１５  電源
１６  付着膜
１７  クリーニングガス
１８  プラズマ
２１  微結晶シリコン薄膜太陽電池セル
２２  透光性絶縁基板
２３  透明電極層
２４  ｐ型微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）
２５  ｉ型微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）
２６  ｎ型微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）
２７  光電変換層
２８  裏面電極層
Ｒ  製膜室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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