(57)【要約】【課題】  プラズマＣＶＤ装置において、シールド部材の排気口の壁面に副生成物が局所的に堆積することを抑制し、長時間にわたり性能の安定した堆積膜を形成し得るようにする。【解決手段】  真空室内で、電力印加電極２０６と基板２０１との間の放電空間にプラズマを発生させて、真空室内に導入される原料ガスを分解し、基板上に堆積膜を形成させる堆積膜形成装置において、電力印加電極２０６の周囲の少なくとも一部にシールド部材２１５を有し、このシールド部材２１５が排気下流側方向に形状が変化しており、シールド部材と対向する壁面とで構成される排気経路の断面積が排気上流側から排気下流側に連続的に小さくなる領域を有することを特徴とする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空室内で、電力印加電極と、該電力印加電極に対向して配置された電極となりうる基板との間の放電空間にプラズマを発生させて、真空室内に導入される原料ガスを分解し、基板上に堆積膜を形成させる堆積膜形成装置において、
前記電力印加電極の周囲の少なくとも一部にシールド部材を有し、該シールド部材が排気下流側方向に形状が変化しており、前記シールド部材と対向する壁面とで構成される排気経路の断面積が排気上流側から排気下流側に連続的に小さくなる領域を有することを特徴とする堆積膜形成装置。
【請求項２】
前記シールド部材の厚みが変化していることを特徴とする請求項１に記載の堆積膜形成装置。
【請求項３】
前記シールド部材が、折り曲げ形状であることを特徴とする請求項１に記載の堆積膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に例えばシリコン系薄膜太陽電池等を形成するための堆積膜形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光起電力を利用した電子デバイスの代表的なものとしては、例えば太陽電池が知られている。太陽電池は、太陽エネルギーあるいはその他の光エネルギーを電気エネルギーに変換するものであり、クリーンなエネルギー源として、今後のエネルギー対策の一環として注目されている。
【０００３】
今後の新エネルギー対策の一環として重要視されている太陽電池において、低価格化、高性能化が当面の重大な研究、開発の課題となっている。これまで、低価格化や高性能化を実現させる太陽電池の１つとして微結晶シリコン薄膜太陽電池が検討されている。微結晶薄膜太陽電池はＣＶＤ装置により成膜されることにより、バルク成長による単結晶あるいは多結晶シリコンウエハを用いた結晶系太陽電池では難しい大面積化が容易に可能であり、薄膜化が可能であるため、原料ガスなどの倹約が可能であることが知られている。また、太陽光を効率よく吸収するために、太陽光のエネルギー分布に合わせる様に、光を吸収する波長帯域の異なる微結晶シリコン薄膜やアモルファスシリコン膜を光吸収層とし、各々堆積した積層型太陽電池など高効率太陽電池が検討されてきた。
【０００４】
また、太陽電池の量産性を向上させる方法として、特許文献１に開示されているようなロール・ツゥー・ロール（Ｒｏｌｌ  Ｔｏ  Ｒｏｌｌ）方式がある。この方式は、複数のシリコンを成膜する放電室と、それら放電室を接続しながらも放電室内の雰囲気を分離するために設けられたガスゲートを貫通する帯状基板で構成され、シリコンなどの機能性薄膜を帯状基板に連続的に堆積させ、順次巻き上げる方式であり、量産性に優れている。
【０００５】
これまで、性能的にはかなり高い変換効率のものが得られるようになってきたが、さらなる低価格化を達成する為には未だ改善の余地がある。その１つに、成膜速度が遅いことが挙げられる。成膜速度向上の対策としてはこれまでさまざまな高速成膜方法が検討されてきた。例えば、電力印加電極と電極となりうる基板との間の距離を縮めることによって、成膜速度を増加させることが可能であることが特許文献２に開示されている。また、電力印加電極と基板との間の距離よりも電力印加電極と開口調整板との間の距離を広く取ることにより原料ガスの流れにおける淀みや溜りなどの乱れが生じず、副生成物の発生を抑制され、良質な薄膜が堆積されることが可能であることが特許文献３に開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２３２４３号公報
【特許文献２】特公平５−５６８５０号公報
【特許文献３】特開２００１−２１４２７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、このような高速成膜方法を用いることで、太陽電池の価格は少しずつ低下してきているが、更なる低価格な太陽電池の作成を目指し、様々な方法が模索されている。
【０００８】
低価格化の１つの方法として上記で示したように更なる成膜速度の高速化が考えらる。その方法として、より大きな電力を電極に印加したり、放電空間の圧力を増加することで印加電力密度を増加させ、原料ガスの分解率を向上させる方法や、原料ガスを増加させることで、原料ガスの分解量を増加させる方法や、電力印加電極と基板との間の距離を縮めることで、放電空間を広げる方法などが考えられる。以下に図５を用いて説明する。
【０００９】
図５は一般的な平行平板容量結合型の堆積膜形成装置の断面図を模式的に示すものであり、直方体の真空容器５０２（但し、全体は図示されていない。）と該真空容器５０２の内部に設けられた放電室５０５と該放電室５０５に導入された帯状基板５０１とで構成されている。また原料ガス導入管５０７よりＳｉＨ4やＨ2などの原料ガスを導入し、電源５０４より電極５０６に電力を印加することで前記放電室５０５にプラズマを生起させ、前記帯状基板５０１に半導体膜を成膜する。前記放電室５０５内に残った残留ガスは板状部材（以後、開口調整板とする）５０９とシールド壁５１５の間から排気され、排気管５０８により外部へ排気される。また（Ａ）は排気口を形成するシールド壁の位置を示す。
【００１０】
しかしながら、この方法を用いて長時間成膜を行なうと、排気口を形成するシールド壁５１５の（Ａ）付近に副生成物が局所的に堆積され、排気能力の低下から、成膜条件が大きく変化し、堆積膜の性能が大きく低下するという新たな問題が発生した。
【００１１】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、開口調整板とシールド壁で形成する排気口を有する成膜装置において、特に上記シールド壁の（Ａ）付近に副生成物が局所的に堆積することを抑制し、長時間にわたり性能の安定した堆積膜を形成し得る堆積膜形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の目的を達成するために本発明は、真空室内で、電力印加電極と、該電力印加電極に対向して配置された電極となりうる基板との間の放電空間にプラズマを発生させて、真空室内に導入される原料ガスを分解し、基板上に堆積膜を形成させる堆積膜形成装置において、前記電力印加電極の周囲の少なくとも一部にシールド部材を有し、該シールド部材が排気下流側方向に形状が変化しており、前記シールド部材と対向する壁面とで構成される排気経路の断面積が排気上流側から排気下流側に連続的に小さくなる領域を有することを特徴とする。
また、前記シールド部材の厚みが変化していることを特徴とする。
さらに、前記シールド部材が、折り曲げ形状であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、シールド部材と対向する壁面とで構成される排気経路の断面積が排気上流側から排気下流側に連続的に小さくなる領域を有することで、長時間成膜を行なってもシールド部材の排気経路に面する領域に副生成物が局所的に堆積するのを抑制することができ、性能の安定した堆積膜を形成することができる。これにより、例えば太陽電池などの薄膜デバイスの量産性を高めることができ、低コスト化が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の堆積膜形成装置として、図１に示すような平行平板容量結合型の堆積膜形成装置の形態が挙げられる。図１は本発明の実施の形態による堆積膜形成装置の概略断面図を示している。この図で示す装置は、ガスゲート１０３で隣接する他の真空容器と結合された長方体の真空容器１０２と、該真空容器１０２の内部に設けられた放電室１０５と、ガスゲート１０３を貫通して放電室１０５に導入された帯状基板１０１とで構成される。ガスゲート１０３に、ゲートガス導入管１１７を介してＨ2やＨｅなどのガスを導入することで、隣り合う真空容器内の雰囲気ガスや圧力を分離することが可能である。
【００１５】
真空容器１０２の内部に設けられた放電室１０５は、該放電室の一面が開口部となった中空の直方体形状であり、前記開口部が帯状基板１０１に近接して設けられている。帯状基板１０１は、放電室１０５の中に導入された後、ランプヒーター１１３で加熱され、熱電対１１４を用いて温度調節される。放電中の帯状基板１０１の温度は１００℃から５００℃の範囲で温度調節される。放電室１０５内には、平行平板型の電力印加電極１０６が設けられており、不図示の高周波電源から電力を供給され、放電室内にてプラズマを生起させることができる。
【００１６】
なお、本明細書の中では、電力を印加する電極あるいは基板と対向した電極を電力印加電極と称しているが、この電力印加電極に、直流電力、５ｋＨｚから５００ｋＨｚまでの低周波、５００ｋＨｚから３０ＭＨｚまでの高周波あるいは３０ＭＨｚから５００ＭＨｚまでのＶＨＦなどの電力を印加することで、それぞれ、直流プラズマ、低周波プラズマ、高周波プラズマ、ＶＨＦプラズマを発生させることができ、ガスなどを分解し、半導体などの薄膜を基板に堆積させるものである。
【００１７】
原料ガスは不図示のガス供給源から、真空容器１０２の壁を貫通した原料ガス導入管１０７により放電室１０５内に導入され、ブロックヒーター１０９により加熱される。放電室１０５には原料ガスを排気するための排気管１０８が設けられており、原料ガスは帯状基板１０１の搬送方向（図の右から左）に対して平行に流れ、放電室１０５の電力印加電極１０６の上を流れた後、排気管１０８で放電室外、さらに真空容器外へと排気される。真空容器内のガスゲートガスや原料ガスの一部は排気管１０８の一部に設けられた放電室外部排気口１１０から排気される。
【００１８】
原料ガスとしては、ＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6、ＳｉＦ4等のシリコン原子を含有したガス化しうる化合物が挙げられる。合金系にする場合にはさらに、ＧｅＨ4やＣＨ4などのようにＧｅやＣを含有したガス化しうる化合物を原料ガスに添加することが望ましい。希釈ガスとしては、Ｈ2やＨｅなどが挙げられる。さらに窒素、酸素等を含有したガス化しうる化合物を原料ガスの希釈ガスとして添加してもよい。
【００１９】
放電室１０５内の電力印加電極１０６と帯状基板１０１の間で形成される放電空間は、たとえば前記電力印加電極と前記帯状基板との対向する面積が０．００５ｍ3〜０．３ｍ3の場合、放電空間の圧力は１００Ｐａから５０００Ｐａの範囲で使用する。
【００２０】
基板１０１は、基板支持具に装着したガラス基板などの透光性絶縁体に導電性薄膜を形成したものやステンレス基板などの非透光性導電体でもよい。また、コイルに巻いた帯状の長尺基板でもよく、高分子フィルムなどの可撓性絶縁体に導電性薄膜を形成したものでも、ステンレスなどの可撓性導電性基板を用いてもよい。
【００２１】
本発明においては、上記の例のような構成を有する堆積膜形成装置において、図５に示したようなシールド部材（シールド壁５１５）を電力印加電極の周囲の少なくとも一部に設けるにあたり、このシールド部材として排気下流側方向に形状を変化させたものを用いることで、シールド部材と対向する壁面（開口調整板の面）とで構成される排気経路の断面積が排気上流側から排気下流側に連続的に小さくなる領域を設ける。
【００２２】
本発明におけるシールド部材と開口調整板などの位置関係を模式的に表現した形態例を図２乃至図４に示す。
【００２３】
図２は、シールド部材（シールド壁２１５）として、開口調整板２０９に対向する面の途中部分に傾斜を付けて厚みを変化させたものを用い、この傾斜部分において排気経路の断面積が排気上流側から排気下流側に連続的に小さくなるようにした例である。
【００２４】
図３は、シールド部材（シールド壁３１５）として、開口調整板３０９に対向する面の上端部から傾斜を付けて厚みを変化させたものを用い、この傾斜部分において排気経路の断面積が排気上流側から排気下流側に連続的に小さくなるようにした例である。
【００２５】
図４は、シールド部材（シールド壁４１５）として、くの字状に折り曲げたものを用い、排気経路の断面積が排気上流側から排気下流側に連続的に小さくなるようにした例である。
【００２６】
本発明に係るシールド部材は、上記のような直線状の傾斜に限らず例えば曲線状の傾斜を付けることによって形状を変化させたものであっても良い。要するに、排気経路の断面積が排気上流側から排気下流側に連続的に小さくなる領域を設けることができるものであれば特に限定されるものではない。
【００２７】
本発明によれば、上記のようなシールド部材を用いて排気経路の断面積が排気上流側から排気下流側に連続的に小さくなる領域を設けることにより、シールド部材の排気経路に面する領域への副生成物の局部的な堆積を抑制することができる。これはシールド部材の排気経路に面する領域での残留ガスの排気速度の急激な低下を抑制でき、連続的に小さくなることで排気速度が増加したためと考えられる。このため排気口のスペースが常に十分確保されることで、カソード面上の残留ガスがとどこおりなく排気されるようになり、カソード面上の成膜状態を均一にすることができ、放電が安定することで、基板の膜質が向上する。また、シールド壁の形状が変化したことにより、開口調整板付近における放電空間のインピーダンスが変化したと考えられ、これによりカソード端の放電が安定したため、基板の膜質が向上する。
【実施例】
【００２８】
以下実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら制限されるものではない。
【００２９】
（実施例１）
図２に、本発明の実施例１として用いたシールド壁および基板、開口調整板などの模式的な断面図を示す。直方体の真空容器２０２（但し、全体は図示されていない。）と該真空容器２０２の内部に設けられた放電室２０５と該放電室２０５に導入された帯状基板２０１とで構成されている。また原料ガス導入管２０７よりＳｉＨ4やＨ2などの原料ガスを導入し、電源２０４より電力印加電極２０６に電力を印加することで該放電室２０５にプラズマを生起させ、該帯状基板２０１に半導体膜を成膜する。該放電室２０５内に残った残留ガスは開口調整板２０９とシールド壁２１５の間から排気され、排気管２０８により外部へ排気される。
【００３０】
本実施例では帯状基板２０１に垂直な面に対して５ｍｍ排気下流側で垂直な面に対して３０度の角度で、傾斜の長さを５０ｍｍで厚みを変化するシールド壁２１５を用いた。これによりシールド部材と開口調整板の対向する壁面で構成される排気経路の幅を５０ｍｍから２５ｍｍに狭めた。
【００３１】
放電室２０５内の電力印加電極２０６と帯状基板２０１の間で形成される放電空間は０．０３ｍ3に設置する。原料ガスのＳｉＨ4ガスとＳｉＦ4ガスとＨ2ガスの混合ガスをＳｉＨ4ガスとＨ2ガスの混合ガス比がＨ2／ＳｉＨ4＝２５、ＳｉＨ4ガスとＳｉＦ4ガスの混合ガス比がＳｉＦ4／ＳｉＨ4＝１．２５で放電室２０５内に流す。電力は周波数６０ＭＨｚの高周波電力を電力印加電極２０６に印加する。放電中の帯状基板の温度は２００℃で調整する。この条件のもとでプラズマを生起し、帯状基板２０１を静止したままシリコン薄膜を成膜した。
【００３２】
図６に本実施例によって成膜された帯状基板２０１上の膜状態の模写図を示す。図６に示すように、本実施例では、帯状基板２０１上に副生成物の堆積もなく、帯状基板２０１の幅方向（図の上下方向）で均一な膜厚分布６０１で成膜された。
【００３３】
（実施例２）
図３に、本発明の実施例２として用いたシールド壁および基板、開口調整板などの模式的な断面図を示す。直方体の真空容器３０２（但し、全体は図示されていない。）と該真空容器３０２の内部に設けられた放電室３０５と該放電室３０５に導入された帯状基板３０１とで構成されている。また原料ガス導入管３０７よりＳｉＨ4やＨ2などの原料ガスを導入し、電源３０４より電力印加電極３０６に電力を印加することで該放電室３０５にプラズマを生起させ、該帯状基板３０１に半導体膜を成膜する。該放電室３０５内に残った残留ガスは開口調整板３０９とシールド壁３１５の間から排気され、排気管３０８により外部へ排気される。
【００３４】
本実施例では帯状基板３０１に垂直な面に対して３０度の角度で、傾斜の長さを５０ｍｍで厚みを変化するシールド壁３１５を用いた。これによりシールド部材と開口調整板の対向する壁面で構成される排気経路の幅を５０ｍｍから２５ｍｍに狭めた。
【００３５】
そして、実施例１と同じ条件のもとでプラズマを生起し、帯状基板３０１を静止したままシリコン薄膜を成膜した。その結果、実施例１と同様、帯状基板３０１上に副生成物の堆積もなく、均一な膜厚分布で成膜された。
【００３６】
（実施例３）
図４に、本発明の実施例３として用いたシールド壁および基板、開口調整板などの模式的な断面図を示す。直方体の真空容器４０２（但し、全体は図示されていない。）と該真空容器４０２の内部に設けられた放電室４０５と該放電室４０５に導入された帯状基板４０１とで構成されている。また原料ガス導入管４０７よりＳｉＨ4やＨ2などの原料ガスを導入し、電源４０４より電力印加電極４０６に電力を印加することで該放電室４０５にプラズマを生起させ、該帯状基板４０１に半導体膜を成膜する。該放電室４０５内に残った残留ガスは開口調整板４０９とシールド壁４１５の間から排気され、排気管４０８により外部へ排気される。
【００３７】
本実施例では帯状基板４０１に垂直な面に対して３０度の角度で、傾斜の長さを５０ｍｍに折り曲げた厚さ３ｍｍのＳＵＳ３０４の板をシールド壁４１５として用いた。これによりシールド部材と開口調整板の対向する壁面で構成される排気経路の幅を５０ｍｍから２５ｍｍに狭めた。
【００３８】
そして、実施例１と同じ条件のもとでプラズマを生起し、帯状基板４０１を静止したままシリコン薄膜を成膜した。その結果、実施例１と同様、帯状基板４０１上に副生成物の堆積もなく、均一な膜厚分布で成膜された。
【００３９】
（比較例）
比較例として、図５に示すようにシールド部材と対向する開口調整板とで構成される排気経路の断面積が一定である従来のシールド壁５１５を用い、実施例１と同様に、帯状基板５０１にシリコン薄膜を形成した。
【００４０】
図７に本比較例によって成膜された帯状基板５０１上の膜状態の模写図を示す。図７に示すように、本比較例では、排気口部の近傍には、薄膜が堆積せずに、副生成物７０２が付着し、また不均一な膜厚分布７０１が積層された。これはシールド壁の（Ａ）付近に副生成物が局所的に堆積されたために、開口調整板とシールド壁で形成される排気口部が狭まり、カソード上の残留ガスの排気能力が低下したため、カソード上の放電が不安定になったためと考えられる。
【００４１】
図８は成膜時間に対する太陽電池の良品率について実施例１（実線）と比較例（破線）の比較を示したグラフである。ここで、実施例１で作成した成膜初期時の太陽電池の良品率を１と定義し、比較している。比較例では成膜時間が経過するにつれ、良品率が低下した。しかし実施例１では成膜時間が経過するにつれて低下する良品率を抑制する事が出来た。これはシールド壁の（Ａ）付近に局所的に堆積された副生成物が放電空間に浮遊し、成膜基板へ付着することが減少したためと考えられる。
【００４２】
図９は成膜時間に対する太陽電池の曲線因子について実施例１（実線）と比較例（破線）の比較を示したグラフである。ここで、実施例１で作成した成膜初期時の太陽電池の曲線因子を１と定義し、比較している。成膜初期の曲線因子の差があることから、アースシールド壁に傾斜を有することで開口調整板付近における放電空間のインピーダンスが変化したと考えられ、これによりカソード端の放電が安定したため、基板の膜質が向上したと考えられる。また比較例では成膜時間が経過するにつれ、曲線因子が低下した。しかし実施例１では成膜時間が経過するにつれて低下する曲線因子を抑制する事が出来た。これはシールド壁の（Ａ）付近に副生成物が局所的に堆積されなくなったため、残留ガスの排気能力が向上し、放電が安定したためと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態に係る堆積膜形成装置の基本的な構成を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の実施例１として用いたシールド壁および基板、開口調整板などの模式的な断面図である。
【図３】本発明の実施例２として用いたシールド壁および基板、開口調整板などの模式的な断面図である。
【図４】本発明の実施例３として用いたシールド壁および基板、開口調整板などの模式的な断面図である。
【図５】従来の堆積膜形成装置におけるシールド壁および基板、開口調整板などの模式的な断面図である。
【図６】本発明の実施例１で成膜された帯状基板上の膜状態の模写図である。
【図７】比較例で成膜された帯状基板上の膜状態の模写図である。
【図８】成膜時間に対する太陽電池の良品率について実施例１と比較例の比較を示したグラフである。
【図９】成膜時間に対する太陽電池の曲線因子について実施例１と比較例の比較を示したグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１：帯状基板
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２：真空容器
１０３：ガスゲート
１０５、２０５、３０５、４０５、５０５：放電室
１０６、２０６、３０６、４０６、５０６：電力印加電極
１０７、２０７、３０７、４０７、５０７：原料ガス導入管
１０８、２０８、３０８、４０８、５０８：排気管
１０９：ブロックヒーター
１１０：放電室外部排気口
１１３：ランプヒーター
１１４：熱電対
１１７：ゲートガス導入管
２０４、３０４、４０４、５０４：電源
２０９、３０９、４０９、５０９：開口調整板
２１５、３１５、４１５、５１５：シールド壁（シールド部材）
【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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