(57)【要約】【課題】膜質の安定した微結晶シリコン膜を歩留まり良く形成可能な微結晶シリコン膜の製造装置および微結晶シリコン膜の製造方法を得ること。【解決手段】透光性を有する被処理基板２が基板ステージ１上に保持され、前記被処理基板の被製膜面に向けて原料ガスを供給した状態で前記原料ガスのプラズマ６を発生させて前記プラズマ６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微結晶シリコン膜７の製膜を行う製膜室Ｒと、前記微結晶シリコン膜７の結晶化率を、前記被処理基板２における前記被製膜面と反対側からラマン分光法により前記基板ステージ１および前記被処理基板２を通して測定する測定手段と、を備える。【選択図】図１
2010272767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有する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原料ガスを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微結晶シリコン膜の製膜を行う製膜室と、
前記微結晶シリコン膜の結晶化率を、前記被処理基板における前記被製膜面と反対側からラマン分光法により前記基板ステージおよび前記被処理基板を通して測定する測定手段と、
を備えることを特徴とする微結晶シリコン膜の製造装置。
【請求項２】
前記基板ステージの前記被処理基板側に設けられ、前記微結晶シリコン膜の結晶化率をモニタリングするためのラマン分光評価用の窓部と、
ラマン分光評価用のレーザ光を前記窓部および前記被処理基板を通して前記微結晶シリコン膜に照射するラマンレーザ光源と、
前記レーザ光が前記微結晶シリコン膜に照射されて発生したラマン散乱光を前記被処理基板および前記窓部を通して測定する分光器と、
前記分光器で測定した前記ラマン散乱光に基づいて前記微結晶シリコン膜の結晶化率を演算する演算手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の微結晶シリコン膜の製造装置。
【請求項３】
前記微結晶シリコン膜の製膜中に、前記演算手段で得られた前記微結晶シリコン膜の結晶化率に基づいて前記原料ガスの供給量を自動的に制御する供給量制御手段を備えること、
を特徴とする請求項２に記載の微結晶シリコン膜の製造装置。
【請求項４】
前記窓部を前記基板ステージの複数の測定箇所に備え、前記微結晶シリコン膜の複数箇所における前記結晶化率を測定すること、
を特徴とする請求項３に記載の微結晶シリコン膜の製造装置。
【請求項５】
前記供給量制御手段が、前記測定箇所に対応した領域毎に独立して前記原料ガスの供給量を自動的に制御すること、
を特徴とする請求項４に記載の微結晶シリコン膜の製造装置。
【請求項６】
前記微結晶シリコン膜の製膜中に、前記演算手段で得られた前記微結晶シリコン膜の結晶化率に基づいて前記プラズマを発生させるための印加電力を自動的に制御する印加電力制御手段を備えること、
を特徴とする請求項２に記載の微結晶シリコン膜の製造装置。
【請求項７】
前記窓部を前記基板ステージの複数の測定箇所に備え、前記微結晶シリコン膜の複数箇所における前記結晶化率を測定すること、
を特徴とする請求項６に記載の微結晶シリコン膜の製造装置。
【請求項８】
前記印加電力制御手段が、前記測定箇所に対応した領域毎に独立して前記印加電力を自動的に制御すること、
を特徴とする請求項７に記載の微結晶シリコン膜の製造装置。
【請求項９】
透光性を有する被処理基板の被製膜面に向けて原料ガスを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前記被処理基板上に微結晶シリコン膜を製膜する第１工程と、
前記微結晶シリコン膜の結晶化率を、前記被処理基板における前記被製膜面と反対側からラマン分光法により前記基板ステージおよび前記被処理基板を通して測定する第２工程と、
を含むことを特徴とする微結晶シリコン膜の製造方法。
【請求項１０】
前記微結晶シリコン膜の製膜中に、前記微結晶シリコン膜の結晶化率に基づいて前記原料ガスの供給量を自動的に制御すること、
を特徴とする請求項９に記載の微結晶シリコン膜の製造方法。
【請求項１１】
前記微結晶シリコン膜の複数箇所における前記結晶化率を測定し、前記測定箇所に対応した領域毎に独立して前記原料ガスの供給量を自動的に制御すること、
を特徴とする請求項１０に記載の微結晶シリコン膜の製造方法。
【請求項１２】
前記微結晶シリコン膜の製膜中に、前記微結晶シリコン膜の結晶化率に基づいて前記プラズマを発生させるための印加電力を自動的に制御すること、
を特徴とする請求項９に記載の微結晶シリコン膜の製造方法。
【請求項１３】
前記微結晶シリコン膜の複数箇所における前記結晶化率を測定し、前記測定箇所に対応した領域毎に独立して前記印加電力を自動的に制御すること、
を特徴とする請求項１２に記載の微結晶シリコン膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微結晶シリコン膜の製造装置および微結晶シリコン膜の製造方法に関する。
【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、各セルは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】
微結晶シリコンセルでは、発電層のｉ型膜としては適度に結晶化した膜を適用するのが望ましいとされている。通常、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）法で形成されることが多く、その結晶化率は、原料ガスの流量比（Ｈ２／ＳｉＨ４）と、製膜時に印加する高周波電力と、により大きく変化することが報告されている。実際、多くの研究機関、企業では、これらの製膜パラメータを調整・最適化することで、目標とする結晶化率の微結晶シリコン膜を実現しようとしている。
【０００４】
プラズマＣＶＤ法により微結晶シリコン膜を一定条件下で成長させた場合、まず、製膜初期に低結晶のアモルファス層が１００ｎｍ程度の厚さで基板上に形成され（ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒ）、その上から結晶化率の高い膜が序々に成長する挙動が確認されている。通常、このようなｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒは膜中の欠陥密度が高く、太陽電池の発電層に適用した場合には、光照射で発生したキャリア（電子、正孔）をトラップし、発電電流を損失させることが懸念される。
【０００５】
このため、従来のｉ型微結晶シリコン製膜では、結晶化率が高くなる条件で初期層を１００ｎｍ程度製膜した後、通常条件でバルク部（〜２μｍ）を形成する二段階プロセスの適用によりｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒの形成を抑制するといった製膜方法の検討がなされている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００６】
また、ｉ型微結晶シリコンの製膜中に、成膜室内におけるラジカル種（ＳｉＨｘ、Ｈ）の密度をｉｎ−ｓｉｔｕで測定し（成膜室の内壁に設けられた観察窓からラジカル種の発光強度を分光器で測定）、製膜開始から終了までの間、ラジカル密度が一定となるように製膜条件（ＳｉＨ４、Ｈ２供給量、印加電力）にフィードバックをかけるような製膜方法、製膜装置を実現することで、ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒの形成を抑制する検討がなされている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２１２１９７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】A.H.M.Smets,  T.Matsui,  and  M.Kondo,「High-rate  depositionof  microcrystalline  silicon  p-i-n  solar  cell  in  the  high  pressure  depletion  regime」,  JOURNAL  OF  APPLIED  PHYSICS  104,  034508(2008)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の非特許文献１における微結晶シリコンの製造方法では、初期層の製膜条件が製膜前に固定されており、プロセス中にフィードバックがかからないために膜質が安定せず、作製した太陽電池の特性がロット間でばらつくという問題があった。
【００１０】
また、上記の特許文献１における薄膜製造装置では、製膜室の内壁にラジカル発光強度をモニタリングするための観察窓が設けられており、製膜中に窓表面に膜堆積が進んで窓が曇り、発光強度を正確に計測できなくなるという問題があった。ラジカル密度を正確に測定できなくなると、製膜条件のフィードバックの自動制御を適切に行うことができなくなる。また、窓表面にパージガス（不活性ガス）を流すことで膜堆積の抑制を図ろうとしても、窓の曇りを完全に防ぐことは不可能である。
【００１１】
通常、薄膜太陽電池セルは、一辺が１メートル以上の大面積ガラス基板上に形成される。上記の非特許文献１、特許文献１における製膜装置、製膜方法で作製した微結晶シリコン膜では、このような大面積ガラス基板上の面内で均一に製膜初期のｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒ形成の抑制を実現することは不可能である。基板面内で製膜初期層の結晶化率がばらついた場合は、作製した太陽電池セルの発電効率も基板面内でばらつき、製品の歩留まり低下に直結することが懸念される。
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、膜質の安定した微結晶シリコン膜を歩留まり良く形成可能な微結晶シリコン膜の製造装置および微結晶シリコン膜の製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる微結晶シリコン膜の製造装置は、透光性を有する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原料ガスを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微結晶シリコン膜の製膜を行う製膜室と、前記微結晶シリコン膜の結晶化率を、前記被処理基板における前記被製膜面と反対側からラマン分光法により前記基板ステージおよび前記被処理基板を通して測定する測定手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、膜厚方向において結晶化率が略均一な、膜質の安定した微結晶シリコン膜を歩留まり良く形成することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる微結晶シリコン膜の製造装置の成膜室内部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１にかかる微結晶シリコン膜の製造装置で作製した微結晶シリコン膜のラマン散乱スペクトルの一例を示す特性図である。
【図３】図３は、従来の微結晶シリコン膜の製造装置により作製した微結晶シリコン膜の断面ＴＥＭ（Transmission  Electron  Microscope）画像の一例を示す図である。
【図４】図４は、従来の微結晶シリコン膜の製造装置により作製した微結晶シリコン膜の結晶化率の膜厚方向に対するプロファイルの一例を示す特性図である。
【図５】図５は、微結晶シリコン膜の結晶化率と、製膜時におけるシランガスと水素ガスとのガス供給量比γ（Ｈ２／ＳｉＨ４）と、の関係を示す特性図である。
【図６】図６は、微結晶シリコン膜の結晶化率と、製膜時に印加する高周波電力と、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１にかかる微結晶シリコン膜の製造装置による微結晶シリコン膜の成膜時におけるプロセス経過時間に対するガス供給量のプロファイルの一例を示す特性図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態１にかかる微結晶シリコン膜の製造装置で作製した微結晶シリコン膜の結晶化率のプロセス経過時間に対するプロファイルの一例を示す特性図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態２にかかる微結晶シリコン膜の製造装置の断面構造を示す模式図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態２にかかる微結晶シリコン膜の製造装置による微結晶シリコン膜の成膜時におけるプロセス経過時間に対する印加高周波電力のプロファイルの一例を示す特性図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態２にかかる微結晶シリコン膜の製造装置で作製した微結晶シリコン膜の結晶化率のプロセス経過時間に対するプロファイルの一例を示す特性図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態２にかかる微結晶シリコン膜の製造装置により作製した微結晶シリコン膜の断面ＴＥＭ画像の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態２にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いて形成した発電層を有するモジュールの薄膜太陽電池セル（微結晶シリコンセル）の電気特性（電圧―電流特性）の一例を示す特性図である。
【図１４−１】図１４−１は、本発明の実施の形態２にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いて形成した発電層を有するモジュールの概略構成を示す平面図である。
【図１４−２】図１４−２は、本発明の実施の形態２にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いて形成した発電層を有する薄膜太陽電池セル（微結晶シリコンセル）の断面構造を説明するための要部断断面図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態３にかかる微結晶シリコン膜の製造装置の構造を示す模式図である。
【図１６】図１６は、従来の微結晶シリコン膜の製造装置を用いて作製したｉ型微結晶シリコン膜の結晶化率の測定値の面内分布を示す特性図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態３にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いて作製したｉ型微結晶シリコン膜の結晶化率の測定値の面内分布を示す特性図である。
【図１８】図１８は、従来の微結晶シリコン膜の製造装置を用いて発電層を作製した薄膜太陽電池セルの発電効率の面内分布を示す特性図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態３にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いて発電層を作製した薄膜太陽電池セルの発電効率の面内分布を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明にかかる微結晶シリコン膜の製造装置および微結晶シリコン膜の製造方法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。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる微結晶シリコン膜の製造装置の成膜室内部の構造を説明するための模式図である。図１では、微結晶シリコン膜の製造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。実施の形態１にかかる微結晶シリコン膜の製造装置は、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。
【００１８】
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。
【００１９】
また、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。該シャワーヘッド４には、製膜室Ｒ内に原料ガス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には、シランガス（ＳｉＨ４）供給用マスフロー１６、水素ガス（Ｈ２）供給用マスフロー１７が接続されており、コントローラ１８がシランガス（ＳｉＨ４）供給用マスフロー１６および水素ガス（Ｈ２）供給用マスフロー１７を自動制御して製膜室Ｒ内への原料ガスの供給量を制御する。すなわち、コントローラ１８は、原料ガスの供給量制御手段として機能する。各マスフローは、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。なお、製膜室Ｒは、図示しない排気部により製膜室Ｒ内を真空引きできるようになっている。
【００２０】
シャワーヘッド４には電源線１９を介して電源５が接続されており、電源５からシャワーヘッド４に高周波電力が印加されることにより透光性絶縁基板２とシャワーヘッド４との間にプラズマ６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はプラズマ６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７が成長する。
【００２１】
基板ステージ１における上面側（透光性絶縁基板２を保持する側）の内部には孔８が複数箇所に設けられており、この孔８の内部にはラマン分光のレーザ照射用およびラマン散乱光受光用のレンズ９が設置されている。レンズ９には、光ファイバー線１１を介してラマンレーザ光源１０が接続されている。ラマンレーザ光源１０は、ラマン分光用のレーザ光１４を出射する。ラマンレーザ光源１０から出射されたレーザ光１４は、光ファイバー線１１を介してレンズ９に入射され、孔８の上部に設けられたラマン分光評価用のモニタ窓１２を通過して透光性絶縁基板２の裏側（下面側）から微結晶シリコン膜７に照射される。
【００２２】
また、モニタ窓１２では、レーザ光１４が微結晶シリコン膜７に照射されて発生したラマン散乱光１５がレーザ光１４と逆向きに通過し、レンズ９、光ファイバー線１１を通って、分光器１３に入射する。
【００２３】
つぎに、実施の形態１にかかる微結晶シリコン膜の製造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、基板ステージ１上に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を保持した後、排気部（図示せず）により製膜室Ｒの排気を行い、製膜室Ｒ内を真空状態にする。
【００２４】
つぎに、ガス供給用配管３を通じてシランガス（ＳｉＨ４）供給用マスフロー１６、水素ガス（Ｈ２）供給用マスフロー１７から製膜室Ｒの内部にシランガス（ＳｉＨ４）、水素ガス（Ｈ２）の原料ガスを送りこみ、該原料ガスをシャワーヘッド４を介して基板ステージ１の上部領域、すなわち基板ステージ１上の透光性絶縁基板２の上面に分散供給する。製膜室Ｒ内への原料ガスの供給量は、コントローラ１８がシランガス（ＳｉＨ４）供給用マスフロー１６および水素ガス（Ｈ２）供給用マスフロー１７を自動制御することにより制御される。
【００２５】
シャワーヘッド４には電源５から高周波電力が印加され、これにより基板ステージ１（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６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はプラズマ６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７が成長する。
【００２６】
そして、本実施の形態では、上記のようにして微結晶シリコン膜７の成膜を開始した後、成膜中に微結晶シリコン膜７のラマン分光評価を実施する。すなわち、ラマン分光用のラマンレーザ光源１０からレーザ光１４を出射すると、該レーザ光１４は光ファイバー線１１を介してレンズ９に入射され、孔８の上部に設けられたモニタ窓１２を通過して透光性絶縁基板２の裏側（下面側）から微結晶シリコン膜７に照射される。
【００２７】
ここで、レーザ光１４が微結晶シリコン膜７に照射されて発生したラマン散乱光１５は、モニタ窓１２からレンズ９、光ファイバー線１１を通って分光器１３にて受光され、図２に示すようなラマンスペクトルが得られる。図２は、実施の形態１にかかる微結晶シリコン膜の製造装置で作製した微結晶シリコン膜７のラマン散乱スペクトルの一例を示す特性図である。
【００２８】
図２において、結晶シリコン成分に起因したラマンスペクトルのピークが波長５２０ｃｍ−１に（Ｉ５２０）、アモルファスシリコンに起因した成分が波長４８０ｃｍ−１付近に（Ｉ４８０）各々現れており、これらのラマンピーク強度比Ｉ５２０／Ｉ４８０を結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０と定義する。ここで、分光器１３はコントローラ１８を介して、シランガス（ＳｉＨ４）供給用マスフロー１６、水素ガス（Ｈ２）供給用マスフロー１７と接続されている。コントローラ１８は、分光器１３で読み取った微結晶シリコン膜７のラマン散乱スペクトルに基づいて微結晶シリコン膜７の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０を演算してモニタリングし、分光器１３で読み取った結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の測定値が目標とする値に近づくように、シランガス（ＳｉＨ４）供給用マスフロー１６および水素ガス（Ｈ２）供給用マスフロー１７を自動制御して成膜処理時に原料ガスの供給量にフィードバックをかける。すなわち、実施の形態１にかかる微結晶シリコン膜の製造装置では、成膜中に製膜パラメータである原料ガス供給量を自動制御で調整する。これにより、製膜初期層の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０を増加させることができ、ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒを形成せずに、膜厚方向に結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０が均一な微結晶シリコン膜を形成することができる。
【００２９】
図３は、従来の微結晶シリコン膜の製造装置によりガラス基板２１上に作製した微結晶シリコン膜２３（膜厚：〜２μｍ）の断面ＴＥＭ（Transmission  Electron  Microscope）画像の一例を示す図である。図３からわかるように、微結晶シリコン膜２３とガラス基板２１との間に５００ｎｍ程度の薄いアモルファスシリコン層２２（ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒ）が形成されている。すなわち、製膜初期にｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒが形成されている。
【００３０】
図４は、従来の微結晶シリコン膜の製造装置により作製した微結晶シリコン膜の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の膜厚方向に対するプロファイルの一例を示す特性図である。図４では、製膜時間を変化させることにより微結晶シリコン膜の膜厚を変化させてガラス基板上に作製した膜厚５０ｎｍ〜１０００ｎｍの微結晶シリコン膜の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の変化を示している。
【００３１】
図４より、膜厚５０ｎｍ〜４００ｎｍの膜では、結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０が１．０以下のアモルファス膜となっていることが分かる。また、図４より、結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０は膜厚４００ｎｍ近傍から単調に増加する挙動を示しており、膜成長に伴って結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０が増加していることが分かる。すなわち、結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０は、ガラス基板上から膜厚方向に大きくなっていることがわかる。
【００３２】
図５は、微結晶シリコン膜の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０と、製膜時におけるシランガス（ＳｉＨ４）と水素ガス（Ｈ２）とのガス供給量比γ（Ｈ２／ＳｉＨ４）と、の関係を示す特性図である。図５では、原料のシランガス（ＳｉＨ４）と水素ガス（Ｈ２）とのガス供給量比γ（Ｈ２／ＳｉＨ４）を３０〜８０の範囲で変化させて作製した微結晶シリコン膜の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０を示している。図６は、微結晶シリコン膜の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０と、製膜時に印加する高周波電力と、の関係を示す特性図である。図６では、微結晶シリコン膜の成膜時におけるプラズマに印加する高周波電力Ｐを１２０Ｗ〜３００Ｗの範囲で変化させて作製した微結晶シリコン膜の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の挙動を示している。
【００３３】
図５、図６に示されるように、ガス供給量比γと高周波電力Ｐの増加に伴い、結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０は単調に増加する挙動を示しており、微結晶シリコン膜の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０が、製膜パラメータのガス供給量比γと高周波電力Ｐとを変化させることで調整可能なことが分かる。
【００３４】
図７は、実施の形態１にかかる微結晶シリコン膜の製造装置による微結晶シリコン膜の成膜時におけるプロセス経過時間に対するガス供給量（シランガス（ＳｉＨ４）および水素ガス（Ｈ２）の供給量）のプロファイルの一例を示す特性図である。この例では、製膜開始からｔ０（ｓｅｃ）経過後、微結晶シリコン膜７の裏面でのラマン分光測定により分光器１３で読み取った結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の測定値をもとにコントローラ１８がシランガス（ＳｉＨ４）供給用マスフロー１６および水素ガス（Ｈ２）供給用マスフロー１７を自動制御して、自動的にシランガス（ＳｉＨ４）の供給量を増やし、水素ガス（Ｈ２）の供給量を減らす制御が行われ、作製される膜の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の増加調整が図られている。
【００３５】
図８は、実施の形態１にかかる微結晶シリコン膜の製造装置で作製した微結晶シリコン膜７の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０のプロセス経過時間に対するプロファイルの一例を示す特性図である。また、図８に従来の微結晶シリコン膜の製造装置で作製した微結晶シリコン膜の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０のプロセス経過時間に対するプロファイルの一例を併せて示す。図８において、プロットＸは実施の形態１にかかる微結晶シリコン膜の製造装置で作製した微結晶シリコン膜７の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０のファイルを示しており、実線Ｙは従来の微結晶シリコン膜の製造装置で作製した微結晶シリコン膜の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０のプロファイルを示している。
【００３６】
図８より、実施の形態１にかかる微結晶シリコン膜の製造装置で作製した微結晶シリコン膜７は、製膜初期から結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０が高く、且つ、プロセスの時間経過に伴って、膜厚方向において結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０が略均一な微結晶シリコン膜が作製できていることが分かる。
【００３７】
一方、従来の微結晶シリコン膜の製造装置による成膜では、製膜初期は結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０が低い微結晶シリコン膜が形成され、その後、プロセス時間の経過に伴って徐々に結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０が上昇している。すなわち、従来の微結晶シリコン膜の製造装置では、膜厚方向において結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０が低い膜から高い膜に変化した、膜厚方向において結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の分布の大きい微結晶シリコン膜が作製されていることが分かる。
【００３８】
上述した実施の形態１にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いて膜厚２μｍの微結晶シリコン薄膜を実際に作製したところ、透光性絶縁基板２の表面近傍から微結晶シリコン膜７の表面までの結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の膜厚方向の変化率を１％以下（基板近傍：〜３．９０、膜表面：〜４．０５、目標値：４．００）に抑えることができた。これは従来の微結晶シリコン膜の製造装置で製膜した場合における微結晶シリコン膜の膜厚方向の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の変化（基板近傍：〜０．４０、膜表面：〜４．０５）に比べて約１０倍も低く抑えられている。
【００３９】
また、実施の形態１にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いて１００枚の透光性絶縁基板２に対して連続製膜を行ったところ、受光されるラマン散乱光１５の強度には、ほとんど変化（減衰）は見られなかった。すなわち、１００枚の透光性絶縁基板２に対して連続製膜を実施してもモニタ窓１２への膜付着に起因するモニタリング不良は生じておらず、高精度なフィードバックによる自動制御を行うことができた。
【００４０】
上述したように、実施の形態１にかかる微結晶シリコン膜の製造装置においては、透光性絶縁基板２上に形成される微結晶シリコン膜の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０をｉｎ−ｓｉｔｕでラマン分光測定してモニタリングし、評価するための構成を有する。このような構成を備えることにより、製膜中に、基板ステージ１上に載置された透光性絶縁基板２の裏面側からレーザ光１４を照射して微結晶シリコン膜７の裏面で発生したラマン散乱光１５を測定し（ラマン分光法）、成長する微結晶シリコン膜７の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０を透光性絶縁基板２越しにモニタリングすることができる。ラマン分光法を用いることにより、透光性絶縁基板２越しであっても膜厚１００ｎｍ以下の微結晶シリコン膜７の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０を正確に評価することができる。
【００４１】
そして、成長する微結晶シリコン膜７（≦１００ｎｍ）の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０をモニタリングし、得られた結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の情報を元に、結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０が目標値になるように製膜条件にフィードバックをかけて製膜パラメータ（原料ガスの供給量）を自動制御で調整する。これにより、製膜初期層の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０を増加させることができ、ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒを形成せずに、膜厚方向において結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０が略均一な微結晶シリコン膜を形成することができる。
【００４２】
また、実施の形態１にかかる微結晶シリコン膜の製造装置においては、ラマン散乱光１５が通過するモニタ窓１２が透光性絶縁基板２の裏面側に位置しているため、原料ガスが飛来して膜堆積されることがない。したがって、従来の微結晶シリコン膜の製造装置のように成膜中に製膜条件のフィードバックの自動制御の精度が低下することなく、製膜条件のフィードバックの自動制御を適切に行うことができ、膜厚方向における結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０が略均一な微結晶シリコン膜を歩留まり良く形成することができる。
【００４３】
したがって、実施の形態１にかかる微結晶シリコン膜の製造装置によれば、膜厚方向において結晶化率が略均一な、膜質の安定した微結晶シリコン膜を歩留まり良く形成することができる。
【００４４】
また、実施の形態１にかかる微結晶シリコン膜の製造方法においては、透光性絶縁基板２上に形成される微結晶シリコン膜７の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０をｉｎ−ｓｉｔｕで透光性絶縁基板２の裏面側からラマン分光測定してモニタリングし、得られた結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の情報を元に、結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０が目標値になるように製膜条件にフィードバックをかけて製膜パラメータ（原料ガスの供給量）を自動制御で調整する。これにより、製膜初期層の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０を増加させることができ、ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒを形成せずに、膜厚方向において結晶化率が略均一な微結晶シリコン膜を歩留まり良く形成することができる。
【００４５】
実施の形態２．
図９は、実施の形態２にかかる微結晶シリコン膜の製造装置の断面構造を示す模式図である。図９では、微結晶シリコン膜の製造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。実施の形態２にかかる微結晶シリコン膜の製造装置は、図１に示した実施の形態１にかかる微結晶シリコン膜の製造装置において、コントローラ１８が電源５と接続された構成となっている。本構成により、分光器１３で読み取った結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の測定値に基づいて電源５を自動制御して、プラズマに印加する高周波電力についてもフィードバックをかけることができる。すなわち、コントローラ１８は、印加電力制御手段としても機能する。
【００４６】
図１０は、実施の形態２にかかる微結晶シリコン膜の製造装置による微結晶シリコン膜の成膜時における、プロセス経過時間に対するプラズマに印加する印加高周波電力のプロファイルの一例を示す特性図である。図１０に示す例では、製膜開始直後から、ラマン分光測定による分光器１３における結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の測定値に基づいてコントローラ１８が電源５を自動制御することにより、プラズマに印加する高周波電力が自動的に高い値に設定され、作製される膜の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の増加調整が図られている。また、図１０に示す例では、製膜開始からｔ０（ｓｅｃ）経過後、分光器１３における結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の測定値が目標値をオーバー（達成）した時点で、プラズマに印加する高周波電力を低減させる調整が図られている。
【００４７】
図１１は、実施の形態２にかかる微結晶シリコン膜の製造装置で作製した微結晶シリコン膜７の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０のプロセス経過時間に対するプロファイルの一例を示す特性図である。ここでは、図７で示したガス供給量（シランガス（ＳｉＨ４）および水素ガス（Ｈ２）の供給量）の調整と、図１０で示した印加高周波電力の調整と、を同時に行って微結晶シリコン膜の成膜を行っている。
【００４８】
図１１より、実施の形態２にかかる微結晶シリコン膜の製造装置で作製した微結晶シリコン膜７は、製膜初期から結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０がほぼ一定となっている。図８に示した実施の形態２にかかる微結晶シリコン膜の製造装置で作製した微結晶シリコン膜７と比較して、製膜初期（０（ｓｅｃ）〜ｔ０（ｓｅｃ））における結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０は、より目標値に近く、製膜時間に対して、より一定になっていることが分かる。すなわち、膜厚方向において結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０がより目標値に近く、且つ略均一な微結晶シリコン膜が作製できていることが分かる。
【００４９】
図１２は、実施の形態２にかかる微結晶シリコン膜の製造装置によりガラス基板２１上に作製した微結晶シリコン膜２４（膜厚：〜２μｍ）の断面ＴＥＭ画像の一例を示す図である。図１２からわかるように、微結晶シリコン膜２４とガラス基板２１との間には、図３に示したようなｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒは見られず、ガラス基板２１の直上から微結晶シリコン膜２４が成長していることが分かる。すなわち、製膜初期において、ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒが形成されていないことが分かる。
【００５０】
図１３は、実施の形態２にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いて形成した発電層（ｉ型微結晶シリコン膜）を有する薄膜太陽電池モジュール（以下、モジュールと呼ぶ）３１の薄膜太陽電池セル（微結晶シリコンセル）Ｃ（実施例）の電気特性（電圧―電流特性：ＩＶ特性）を示す特性図である。図１４−１は、モジュール３１の概略構成を示す平面図である。図１４−２は、薄膜太陽電池セル（微結晶シリコンセル）Ｃの断面構造を説明するための図であり、図１４−１の線分Ａ−Ａ’方向における要部断断面図である。
【００５１】
図１４−１、図１４−２に示すように、実施例にかかるモジュール３１は、透光性絶縁基板３２上に形成された短冊状（矩形状）の薄膜太陽電池セル（微結晶シリコンセル）Ｃを複数備え、隣接する薄膜太陽電池セル（微結晶シリコンセル）Ｃが電気的に直列に接続された構造を有する。薄膜太陽電池セル（微結晶シリコンセル）Ｃは、透光性絶縁基板３２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３３と、光電変換層３７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３８と、が順次積層された構造を有する。
【００５２】
光電変換層３７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１４−２に示すように透明電極層３３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）３４、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）３５、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）３６を備えている。ここで、ｉ型微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）３５は、実施の形態２にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いて形成された微結晶シリコン膜からなる。
【００５３】
このようなモジュール３１は例えば以下のようにして製造される。まず、透光性絶縁基板３２の上に第１の電極層である透明電極層３３を形成する。この透明電極層３３は、透光性絶縁基板３２の表面に達する開口部が形成されるように、透光性絶縁基板３２の裏面側（透明電極層３３が形成されていない側）よりレーザースクライブを行うことによりパターニングされる。
【００５４】
続いて、Ｐ型微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）３４、ｉ型微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）３５、ｎ型微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）３６をこの順で堆積させて、ｐ−ｉ−ｎ接合を有する光電変換層３７を形成する。ここで、ｉ型微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）３５の形成においては、実施の形態２にかかる微結晶シリコン膜の製造装置により製膜を実施する。光電変換層３７は、透明電極層３３の表面に達する開口部が形成されるように、透光性絶縁基板３２の裏面側よりレーザースクライブを行なうことによりパターニングされる。
【００５５】
引き続き、第２の電極層である裏面電極層３８を形成する。裏面電極層３８は、光電変換層３７と共に透明電極層３３の表面に達する開口部が形成されるように、透光性絶縁基板３２の裏面側よりレーザースクライブを行なうことにより、複数の薄膜太陽電池セル（微結晶シリコンセル）Ｃにセル化される。
【００５６】
また、比較例として、従来の微結晶シリコン膜の製造装置を用いて発電層（ｉ型微結晶シリコン膜）を作製したモジュール３１の薄膜太陽電池セル（微結晶シリコンセル）Ｃの電気特性（電圧―電流特性：ＩＶ特性）を図１３に併せて示す。なお、比較例の薄膜太陽電池セルＣ（モジュール３１）は、従来の微結晶シリコン膜の製造装置を用いて発電層（ｉ型微結晶シリコン膜）を作製したこと以外は、実施例の薄膜太陽電池セルＣ（モジュール３１）と同じ構成を有する。
【００５７】
図１３において、実線Ｚは、実施の形態２にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いて発電層（ｉ型微結晶シリコン膜）を作製したモジュール３１（実施例）の薄膜太陽電池セル（微結晶シリコンセル）ＣのＩＶ特性を示しており、点線Ｗは従来の微結晶シリコン膜の製造装置を用いて発電層（ｉ型微結晶シリコン膜）を作製したモジュール３１（比較例）の薄膜太陽電池セル（微結晶シリコンセル）ＣのＩＶ特性を示している。
【００５８】
図１３から明らかなように、実施の形態２にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いて発電層（ｉ型微結晶シリコン膜）を作製した薄膜太陽電池セル（微結晶シリコンセル）Ｃ（実施例）の方が短絡電流密度および開放端電圧が増大している。
【００５９】
また、実施例および比較例の薄膜太陽電池セル（微結晶シリコンセル）Ｃの発電効率（％）、短絡電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）、開放端電圧（Ｖ）および曲線因子を表１に示す。
【００６０】
【表１】
2010272767.tif 000003
【００６１】
表１の結果より、実施の形態２にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いて発電層（ｉ型微結晶シリコン膜）を作製することにより、短絡電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）および開放端電圧（Ｖ）についてはいずれの特性も１０％近く向上しており、結果として発電効率は約１．３％増加している。このように、実施の形態２にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いて作製した結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０が略均一な発電層（ｉ型微結晶シリコン膜）は、微結晶シリコン薄膜太陽電池において発電効率を向上させる効果があることが分かる。
【００６２】
上述したように、実施の形態２にかかる微結晶シリコン膜の製造装置においては、実施の形態１にかかる微結晶シリコン膜の製造装置と同様に、透光性絶縁基板２上に形成される微結晶シリコン膜の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０をｉｎ−ｓｉｔｕでラマン分光測定してモニタリングし、評価するための構成を有する。このような構成を備えることにより、製膜中に、基板ステージ１上に載置された透光性絶縁基板２の裏面側からレーザ光１４を照射して微結晶シリコン膜７の裏面で発生したラマン散乱光１５を測定し（ラマン分光法）、成長する微結晶シリコン膜７の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０を透光性絶縁基板２越しにモニタリングすることができる。ラマン分光法を用いることにより、透光性絶縁基板２越しであっても膜厚１００ｎｍ以下の微結晶シリコン膜７の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０を正確に評価することができる。
【００６３】
そして、成長する微結晶シリコン膜７（≦１００ｎｍ）の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０をモニタリングし、得られた結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の情報を元に、結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０が目標値になるように製膜条件にフィードバックをかけて製膜パラメータ（原料ガスの供給量およびシャワーヘッド４に印加する高周波電力）を自動制御で調整する。これにより、製膜初期層の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０を増加させることができ、ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒを形成せずに、膜厚方向において結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０が略均一な微結晶シリコン膜を形成することができる。
【００６４】
また、実施の形態２にかかる微結晶シリコン膜の製造装置においては、実施の形態１にかかる微結晶シリコン膜の製造装置と同様にモニタ窓１２が透光性絶縁基板２の裏面側に位置しているため、成膜中に製膜条件のフィードバックの自動制御の精度が低下することなく、製膜条件のフィードバックの自動制御を適切に行うことができる。
【００６５】
したがって、実施の形態２にかかる微結晶シリコン膜の製造装置によれば、膜厚方向において結晶化率が略均一な、膜質の安定した微結晶シリコン膜を歩留まり良く形成することができ、膜厚方向における結晶化率が略均一な微結晶シリコン膜を歩留まり良く形成することができる。
【００６６】
また、実施の形態２にかかる微結晶シリコン膜の製造方法においては、透光性絶縁基板２上に形成される微結晶シリコン膜７の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０をｉｎ−ｓｉｔｕで透光性絶縁基板２の裏面側からラマン分光測定してモニタリングし、得られた結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の情報を元に、結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０が目標値になるように製膜条件にフィードバックをかけて製膜パラメータ（原料ガスの供給量およびシャワーヘッド４に印加する高周波電力）を自動制御で調整する。これにより、製膜初期層の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０を増加させることができ、ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒを形成せずに、膜厚方向において結晶化率が略均一な微結晶シリコン膜を歩留まり良く形成することができる。
【００６７】
実施の形態３．
図１５は、実施の形態３にかかる微結晶シリコン膜の製造装置の構造を示す模式図である。図１５では、基板ステージ１とシャワーヘッド４については上面図を示している。図１５に示すように、実施の形態３にかかる微結晶シリコン膜の製造装置では、微結晶シリコン膜の成膜時に結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０を測定するモニタリングポイント（モニタリングポイントＰａ〜Ｐｉ）が、基板ステージ１の面内方向において９箇所に設けられた構成とされている。なお、ここでは、モニタリングポイントを９箇所としているが、モニタリングポイント数はこれに限定されるものではない。
【００６８】
各モニタリングポイントＰａ〜Ｐｉにおいては、それぞれ基板ステージ１における上面側（透光性絶縁基板２を保持する側）の内部に孔８（８ａ〜８ｉ）が設けられている。また、孔８（８ａ〜８ｉ）の内部にはそれぞれ各孔８（８ａ〜８ｉ）に対応するモニタ窓１２（図示せず）およびレンズ９（図示せず）が設置されている。レンズ９には、それぞれ対応する引き出し線２７ａ〜２７ｉが接続されている。
【００６９】
ラマンレーザ光源１０から出射されたレーザ光１４は、光ファイバー線１１を介して分岐ファイバー線２８を通って引き出し線２７ａ〜２７ｉに入射される。そして、レーザ光１４は引き出し線２７ａ〜２７ｉからレンズ９に入射され、孔８（８ａ〜８ｉ）の上部に設けられたモニタ窓１２（１２ａ〜１２ｉ）を通過して透光性絶縁基板２の裏側（下面側）から微結晶シリコン膜７に照射される。
【００７０】
ここで、分岐ファイバー線２８は引き出し線２７ａ〜２７ｉに対して瞬時に切り替わって接続される構成となっており、引き出し線２７ａはモニタリングポイントＰａの孔８ａに、引き出し線２７ｂはモニタリングポイントＰｂの孔８ｂに、引き出し線２７ｃはモニタリングポイントＰｃの孔８ｃに、引き出し線２７ｄはモニタリングポイントＰｄの孔８ｄに、引き出し線２７ｅはモニタリングポイントＰｅの孔８ｅに、引き出し線２７ｆはモニタリングポイントＰｆの孔８ｆに、引き出し線２７ｇはモニタリングポイントＰｇの孔８ｇに、引き出し線２７ｈはモニタリングポイントＰｈの孔８ｈに、引き出し線２７ｉはモニタリングポイントＰｉの孔８ｉに、それぞれ接続されている。
【００７１】
レーザ光１４が微結晶シリコン膜７に照射されて発生したラマン散乱光１５は、レーザ光１４と逆向きに、モニタ窓１２（１２ａ〜１２ｉ）からレンズ９、引き出し線２７ａ〜２７ｉ、光ファイバー線１１を通って、分光器１３にて受光され、図２に示したようなラマンスペクトルが得られる。
【００７２】
分光器１３はコントローラ１８を介して、シランガス（ＳｉＨ４）供給用マスフロー１６、水素ガス（Ｈ２）供給用マスフロー１７と接続されている。コントローラ１８は、分光器１３で検出された９箇所のモニタリングポイントＰａ〜Ｐｉにおけるラマンスペクトルの情報から、微結晶シリコン膜７の面内方向における９箇所の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０を略同時にモニタリングし、分光器１３で読み取った結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の測定値が目標とする値に近づくように、コントローラ１８がシランガス（ＳｉＨ４）供給用マスフロー１６および水素ガス（Ｈ２）供給用マスフロー１７を自動制御して成膜処理時に原料ガスの供給量にフィードバックをかける。
【００７３】
すなわち、実施の形態１にかかる微結晶シリコン膜の製造装置と同様に、成膜中に製膜パラメータである原料ガス供給量を自動制御で調整する。これにより、製膜初期層の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０を増加させることができ、ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒを形成せずに、膜厚方向に結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０が均一な微結晶シリコン膜を形成することができる。
【００７４】
ここで、実施の形態３にかかる微結晶シリコン膜の製造装置では、図１５に示すようにシランガス（ＳｉＨ４）供給用マスフロー１６および水素ガス（Ｈ２）供給用マスフロー１７が、各モニタリングポイント（モニタリングポイントＰａ〜Ｐｉ）に対応してそれぞれ９個設けられている（シランガス（ＳｉＨ４）供給用マスフロー１６ａ〜１６ｉ、水素ガス（Ｈ２）供給用マスフロー１７ａ〜１７ｉ）。また、シャワーヘッド４は、各モニタリングポイント（モニタリングポイントＰａ〜Ｐｉ）に対応してそれぞれ９つの領域（シャワーヘッド領域４ａ〜４ｉ）に分割されている。また、シランガス（ＳｉＨ４）供給用マスフロー１６（１６ａ〜１６ｉ）および水素ガス（Ｈ２）供給用マスフロー１７（１７ａ〜１７ｉ）は、それぞれ対応するガス供給用配管３（３ａ〜３ｉ）を介して、対応するシャワーヘッド領域４ａ〜４ｉに接続されている。
【００７５】
そして、コントローラ１８は、各モニタリングポイント（モニタリングポイントＰａ〜Ｐｉ）で測定された結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０が目標値に近づくようにシランガス（ＳｉＨ４）供給用マスフロー１６ａ〜１６ｉおよび水素ガス（Ｈ２）供給用マスフロー１７ａ〜１７ｉを個別に独立して制御して、シャワーヘッド領域４ａ〜４ｉからの透光性絶縁基板２への「ガス供給量」を個別に調整することが可能である。
【００７６】
また、図１５に示すように実施の形態３にかかる微結晶シリコン膜の製造装置では、各モニタリングポイント（モニタリングポイントＰａ〜Ｐｉ）に対応して９個の電源５（電源５ａ〜５ｉ）が設けられており、それぞれ電源線１９（１９ａ〜１９ｉ）を介して対応するシャワーヘッド領域４ａ〜４ｉに接続されている。
【００７７】
そして、コントローラ１８は、各モニタリングポイント（モニタリングポイントＰａ〜Ｐｉ）で測定された結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０が目標値に近づくように電源５ａ〜５ｉを個別に独立して制御して、「シャワーヘッド領域４ａ〜４ｉへ印加する高周波電力」を個別に調整することが可能である。
【００７８】
このように、実施の形態３にかかる微結晶シリコン膜の製造装置では、結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０のモニタリング機構が基板ステージ１上の９箇所に設けられており、各モニタリングポイントに対応する形でシャワーヘッド４が複数領域に分割されている。そして、各モニタリングポイントで測定された結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の値が目標値に近づくように、対応するシャワーヘッド領域からの「ガス供給量」および「シャワーヘッド領域へ印加する高周波電力」を個別に調整することが可能である。これにより、膜厚方向における結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０が略均一な微結晶シリコン膜を歩留まり良く形成することができる。
【００７９】
図１６は、従来の微結晶シリコン膜の製造装置を用いて１００ｍｍ角サイズの基板上に膜厚２μｍで作製したｉ型微結晶シリコン膜の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の測定値の面内分布を示す特性図である。図１７は、実施の形態３にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いて膜厚２μｍで作製したｉ型微結晶シリコン膜の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の測定値の面内分布を示す特性図である。ここで、結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０は、１００ｍｍ角サイズの基板上に作製したｉ型微結晶シリコン膜の面内６４箇所（縦と横８×８箇所）をラマン分光法で測定したラマンピーク強度比Ｉ５２０／Ｉ４８０の値である。
【００８０】
図１７より、実施の形態３にかかる微結晶シリコン膜の製造装置で作製したｉ型微結晶シリコン膜では、結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０が４％〜４．３％の範囲内に入っており、結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の面内分布としては±１．５％が得られていることが分かる。これに対して、図１６においては、基板ステージ１（透光性絶縁基板２）の周辺部で結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の低い領域が存在しており、結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の面内分布は±７．５％であり、実施の形態３にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いて形成したｉ型微結晶シリコン膜に比べて約５倍劣っている。これは、従来の微結晶シリコン膜の製造装置では水素（Ｈ２）がシャワーヘッドから基板表面に対して略均一に供給されるため、基板ステージの端部において、結晶化反応を促進させる水素（Ｈ）ラジカルの供給が不十分になるためである。
【００８１】
しかしながら、実施の形態３にかかる微結晶シリコン膜の製造装置では、透光性絶縁基板２の表面への水素ガス（Ｈ２）の供給量を領域毎に個別に独立して制御することが可能であり、基板ステージ１の端部においても水素（Ｈ）ラジカルを十分に供給することが可能である。これにより、結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の面内分布を従来に比べて約５倍改善することができている。
【００８２】
図１８は、従来の微結晶シリコン膜の製造装置を用いてｉ型微結晶シリコン膜（発電層）を作製した薄膜太陽電池セル（微結晶シリコンセル）の発電効率の面内分布を示す特性図である。図１９は、実施の形態３にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いてｉ型微結晶シリコン膜（発電層）を作製した薄膜太陽電池セル（微結晶シリコンセル）の発電効率の面内分布を示す特性図である。ここでは１００ｍｍ角サイズの透光性絶縁基板上に計６４個の薄膜太陽電池セル（微結晶シリコンセル）を作製し、これらの発電効率（％）の測定結果の面内分布を表示している。なお、外周に位置する薄膜太陽電池セル（微結晶シリコンセル）は電極の接続に使用するため、実質の測定セルの個数は４９個である。
【００８３】
図１９より、透光性絶縁基板上の４９個の薄膜太陽電池セル（微結晶シリコンセル）において、発電効率（％）は全て７％〜７．４％の範囲内に入っており、面内分布としては±１．１％が得られていることが分かる。一方、図１８においては、発電効率（％）は透光性絶縁基板の中央部で高く、周辺に近づくほど徐々に減少する面内分布を示しており、これは図１６で示した結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の偏り（面内分布）を反映している。図１８における発電効率の面内分布は±４．６％であり、実施の形態３によるセルの面内分布に比べて約４倍劣っている。すなわち、実施の形態３にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いてｉ型微結晶シリコン膜（発電層）を形成して薄膜太陽電池セル（微結晶シリコンセル）を作製することにより、発電効率の面内分布を従来に比べて約４倍向上させることができる。
【００８４】
以上のように、実施の形態３にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いて微結晶シリコン膜を形成した場合には、微結晶シリコン膜の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の面内分布を、従来に比べて略均一に調整することが可能となる。そして、実施の形態３にかかる微結晶シリコン膜の製造装置を用いてｉ型微結晶シリコン膜（発電層）を形成して薄膜太陽電池セル（微結晶シリコンセル）を作製した場合には、発電効率の面内分布を従来に比べて向上させるとともに略均一に調整することができる。すなわち、従来に比べて、より高い発電効率を、より良好な面内分布で実現した薄膜太陽電池セル（微結晶シリコンセル）を得ることができる。
【００８５】
上述したように、実施の形態３にかかる微結晶シリコン膜の製造装置においては、実施の形態１にかかる微結晶シリコン膜の製造装置と同様に、透光性絶縁基板２上に形成される微結晶シリコン膜の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０をｉｎ−ｓｉｔｕでラマン分光測定してモニタリングし、評価するための構成を有する。このような構成を備えることにより、製膜中に、基板ステージ１上に載置された透光性絶縁基板２の裏面側からレーザ光１４を照射して微結晶シリコン膜７の裏面で発生したラマン散乱光１５を測定し（ラマン分光法）、成長する微結晶シリコン膜７の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０を透光性絶縁基板２越しにモニタリングすることができる。ラマン分光法を用いることにより、透光性絶縁基板２越しであっても膜厚１００ｎｍ以下の微結晶シリコン膜７の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０を正確に評価することができる。
【００８６】
そして、成長する微結晶シリコン膜７（≦１００ｎｍ）の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０をモニタリングし、得られた結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の情報を元に、結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０が目標値になるように製膜条件にフィードバックをかけて製膜パラメータ（原料ガスの供給量およびシャワーヘッド４に印加する高周波電力）を自動制御で調整する。これにより、製膜初期層の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０を増加させることができ、ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒを形成せずに、膜厚方向において結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０が略均一な微結晶シリコン膜を形成することができる。
【００８７】
さらに、実施の形態３にかかる微結晶シリコン膜の製造装置においては、結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０のモニタリング機構が基板ステージ１上の複数箇所に設けられ、各モニタリングポイントで測定された結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の値が目標値に近づくように、対応するシャワーヘッド領域からの「ガス供給量」および「シャワーヘッド領域へ印加する高周波電力」を個別に調整する。これにより、膜厚方向における結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０が略均一な微結晶シリコン膜を歩留まり良く形成することができる。
【００８８】
また、実施の形態３にかかる微結晶シリコン膜の製造装置においては、実施の形態１にかかる微結晶シリコン膜の製造装置と同様にモニタ窓１２が透光性絶縁基板２の裏面側に位置しているため、成膜中に製膜条件のフィードバックの自動制御の精度が低下することなく、製膜条件のフィードバックの自動制御を適切に行うことができ、膜厚方向における結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０が略均一な微結晶シリコン膜を歩留まり良く形成することができる。
【００８９】
したがって、実施の形態３にかかる微結晶シリコン膜の製造装置によれば、良好な面内分布を維持しつつ、膜厚方向において結晶化率が略均一な、膜質の安定した微結晶シリコン膜を歩留まり良く形成することができる。
【００９０】
また、実施の形態３にかかる微結晶シリコン膜の製造方法においては、透光性絶縁基板２上に形成される微結晶シリコン膜７の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０をｉｎ−ｓｉｔｕで透光性絶縁基板２の裏面側からラマン分光測定してモニタリングし、得られた結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の情報を元に、結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０が目標値になるように製膜条件にフィードバックをかけて製膜パラメータ（原料ガスの供給量およびシャワーヘッド４に印加する高周波電力）を自動制御で調整する。これにより、製膜初期層の結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０を増加させることができ、ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ  ｌａｙｅｒを形成せずに、膜厚方向において結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０が略均一な微結晶シリコン膜を歩留まり良く形成することができる。
【００９１】
さらに、実施の形態３にかかる微結晶シリコン膜の製造方法においては、微結晶シリコン膜７の複数箇所（モニタリングポイント）において結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０をモニタリングし、各モニタリングポイントで測定された結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０の値が目標値に近づくように、対応するシャワーヘッド領域からの「ガス供給量」および「シャワーヘッド領域へ印加する高周波電力」を個別に調整する。これにより、良好な面内分布を維持しつつ、膜厚方向における結晶化率Ｉ５２０／Ｉ４８０がより均一な微結晶シリコン膜を歩留まり良く形成することができる。
【００９２】
また、上述した実施の形態にかかる微結晶シリコン膜の製造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。
【００９３】
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。また、上記においては、微結晶シリコン膜７の結晶化率に基づいて製膜パラメータを自動で制御する場合について説明したが、状況に応じて手動で制御することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
以上のように、本発明にかかる微結晶シリコン膜の製造装置および微結晶シリコン膜の製造方法は、膜厚方向における膜質が安定した微結晶シリコン膜の製造に有用であり、特に、微結晶シリコン薄膜太陽電池の製造に適している。
【符号の説明】
【００９５】
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
４ａ〜４ｉ  シャワーヘッド領域
５  電源
５ａ〜５ｉ  電源
６  プラズマ
７  微結晶シリコン膜
８  孔
８ａ〜８ｉ  孔
９  レンズ
１０  ラマンレーザ光源
１１  光ファイバー線
１２  モニタ窓
１３  分光器
１４  レーザ光
１５  ラマン散乱光
１６  シランガス（ＳｉＨ４）供給用マスフロー
１６ａ〜１６ｉ  シランガス（ＳｉＨ４）供給用マスフロー
１７  供給用マスフロー
１７ａ〜１７ｉ  水素ガス（Ｈ２）供給用マスフロー
１８  コントローラ
１９  電源線
１９ａ〜１９ｉ  電源線
２１  ガラス基板
２２  アモルファスシリコン層
２３  微結晶シリコン膜
２４  微結晶シリコン膜
２７ａ〜２７ｉ  引き出し線
２８  分岐ファイバー線
３１  モジュール
３２  透光性絶縁基板
３３  透明電極層
３４  ｐ型微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）
３５  ｉ型微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）
３６  ｎ型微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ膜）
３７  光電変換層
３８  裏面電極層
Ｐａ〜Ｐｉ  モニタリングポイント
Ｒ  製膜室
【図１】
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【図２】
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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１３】
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【図１４−１】
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【図１４−２】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図３】
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【図１１】
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【図１２】
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