(57)【要約】【課題】  高周波電極と給電線との間の電磁気的な干渉を弱くする、もしくは除去することができるプラズマＣＶＤ装置を提供する。【解決手段】  外部から電力が供給される１つ以上の高周波電極４と、真空容器１の外部に配設された電力供給手段（機構７）と高周波電極４とを接続する１つ以上の給電線３とを有し、高周波電極４と給電線３との接触部は高周波電極４の中央付近であり、かつ、給電線３は直線状ではなく、真空容器１内において任意の形状をしており、電力が供給される高周波電極４に対して非対称な構造をしているプラズマＣＶＤ装置１０ａにおいて、給電線３と高周波電極４との間の電磁気的な干渉を弱くする、もしくは除去するシールド１２ａを真空容器１内に配置する。【選択図】        図１
2006261363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と、前記真空容器の内部に配置された第１の電極及び第２の電極と、前記第１及び第２の電極のうちの一方の電極に真空容器の外部から電力を供給する機構と、前記第１及び第２の電極のうちの他方の電極に真空容器の外部から電力を供給し、もしくは接地電位に接続する機構とを備え、前記第１の電極と前記第２の電極との間にガスを流して、印加した電力によってプラズマを形成し、このプラズマを利用して製膜或いはエッチングを行うようにしたプラズマ処理装置であって、外部から電力が供給される１つ以上の高周波電極と、前記真空容器の外部に配設された電力供給手段と前記高周波電極とを接続する１つ以上の給電線とを有し、前記高周波電極と前記給電線との接触部は前記高周波電極の中央付近であり、かつ、前記給電線は直線状ではなく、前記真空容器内において任意の形状をしており、電力が供給される前記高周波電極に対して非対称な構造をしているプラズマ処理装置において、前記給電線と前記高周波電極との間の電磁気的な干渉を弱くする、もしくは除去するシールドを前記真空容器内に配置したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記給電線と前記高周波電極との間に板状，放物線状，もしくは網状の金属シールドを挿入配置し、前記金属シールドの両端を接地電位部に接触させたことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
板状，もしくは網状でかつ筒状の金属シールドにより前記給電線を囲い、かつ、前記給電線と前記シールドとを接触させずに設置し、前記金属シールドの両端を接地電位部に接触させたことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記金属シールドの厚さを、使用する電源周波数における表皮効果の進入深さ以上の厚さに設定したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
板状，放物線状，網状，もしくは筒状の金属シールドを複数設置し、かつ、各々の金属シールドを互いに接触させないように設置し、前記給電線と前記高周波電極との間の電磁気的な干渉を弱くする、もしくは除去するようにしたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記給電線と前記高周波電極との間に挿入配置される前記シールドを前記高周波電極の中心部に対して点対称となるように配置したことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記給電線が製膜もしくはエッチングを行う前記真空容器の内部に設置されており、前記給電線と前記高周波電極との間の電磁気的な干渉を弱くする、もしくは除去する作用に加えて、前記シールドと前記高周波電極、及び前記シールドと前記給電線との間の距離を、前記第１及び第２の電極間の距離に対して十分小さくし、前記シールドにアースシールドの作用を付与することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記給電線が製膜もしくはエッチングを行う前記真空容器の内部に設置されており、前記給電線と前記高周波電極との間の電磁気的な干渉を弱くする、もしくは除去する作用に加えて、前記シールドと前記給電線との間の距離を、前記第１及び第２の電極間の距離に対して十分小さくし、前記シールドにアースシールドの作用を付与すると共に、前記高周波電極の周囲にアースシールドを付設することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記給電線と前記高周波電極との間に磁気シールドを前記シールドとして挿入配置したことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記給電線と前記高周波電極との間に電波吸収体を前記シールドとして挿入配置したことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
真空容器内に電力を印加する機構を有する第１の電極、及び、電力の供給もしくは接地電位に接続する機構を有する第２の電極の組を、前記真空容器内に２つ以上有し、各電極の組には、外部電源、及び、この外部電源と電力が印加される前記第１の電極としての高周波電極とを接続する給電線がそれぞれ備えられ、前記給電線と前記高周波電極との接触部は、それぞれ、前記高周波電極の中央付近であり、かつ、前記給電線は直線状ではなく、前記真空容器内においてそれぞれ任意の形状をしているプラズマ処理装置において、前記給電線と前記高周波電極との間、並びに、各々の給電線の間における電磁気的な干渉を弱くする、もしくは除去するシールドを前記真空容器内に配置したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１２】
真空容器内に電力を印加する機構を有する第１の電極、及び、電力の供給もしくは接地電位に接続する機構を有する第２の電極の組を、前記真空容器内に２つ以上有し、各電極の組には、外部電源、及び、この外部電源と電力が印加される前記第１の電極としての高周波電極とを接続する給電線が、前記第１の電極と第２の電極の組数と同じ数若しくはその組数よりも少ない数だけ設置され、これらの複数の給電線のうちの少なくとも１つは複数の第１の電極に接続されており、前記給電線と前記高周波電極との接触部は、それぞれ、前記高周波電極の中央付近であり、かつ、前記給電線は直線状ではなく、前記真空容器内においてそれぞれ任意の形状をしているプラズマ処理装置において、前記給電線と前記高周波電極との間、並びに、各々の給電線の間における電磁気的な干渉を弱くする、もしくは除去するシールドを前記真空容器内に配置したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記高周波電極と前記給電線との間、並びに、各々の給電線の間に板状、放物線状，もしくは網状の金属シールドを挿入し、前記金属シールドの両端を接地電位部に接触させたことを特徴とする請求項１１又は１２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
板状，もしくは網状でかつ筒状の金属シールドにより前記給電線を囲い、かつ、前記給電線と前記金属シールドとを接触させずに設置し、前記金属シールドの両端を接地電位部に接触させたことを特徴とする請求項１１又は１２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記シールドの厚さを、使用する電源周波数における表皮効果の進入深さ以上の厚さに設定したことを特徴とする請求項１１乃至１４の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】
板状，放物線状，網状，もしくは筒状の金属シールドを複数設置し、かつ、各々の金属シールドは互いに接触させないようにして設置し、前記給電線と前記高周波電極との間、並びに、各々の給電線の間における電磁気的な干渉を弱くする、もしくは除去するようにしたことを特徴とする請求項１１乃至１５の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記給電線と前記高周波電極との間、及び、各々の給電線の間にそれぞれ挿入配置される前記シールドを前記高周波電極の中心部に対して点対称となるように配置したことを特徴とする請求項１１乃至１６の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１８】
前記各々の給電線が製膜もしくはエッチングを行う前記真空容器の内部に設置されており、前記給電線と前記高周波電極との間の電磁気的な干渉を弱くする、もしくは除去する作用に加えて、前記シールドと前記高周波電極、及び前記シールドと前記給電線との間の距離を、前記第１及び第２の電極間の距離に対して十分小さくし、前記シールドにアースシールドの作用を付与することを特徴とする請求項１１乃至１７の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１９】
前記各々の給電線が製膜もしくはエッチングを行う前記真空容器の内部に設置されており、前記給電線と前記高周波電極との間の電磁気的な干渉を弱くする、もしくは除去する作用に加えて、前記シールドと前記給電線との間の距離を、前記第１及び第２の電極間の距離に対して十分小さくし、前記シールドにアースシールドの作用を付与すると共に、前記高周波電極の周囲にアースシールドを付設することを特徴とする請求項１１乃至１７の何れか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２０】
前記給電線と前記高周波電極との間、並びに、前記各々の給電線の間に磁気シールドを前記シールドとして挿入配置したことを特徴とする請求項１１又は１２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２１】
前記給電線と前記高周波電極との間、並びに、前記各々の給電線の間に電波吸収体を前記シールドとして挿入配置したことを特徴とする請求項１１又は１２に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを利用して薄膜堆積（薄膜形成）やエッチング等の処理を行うプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマを利用した薄膜形成（堆積膜形成）やエッチングは、従来まで多くの技術分野で適用されている。その装置構成としては、例えば容量結合型の平行平板プラズマＣＶＤ装置もしくはエッチング装置等が挙げられる。真空容器内に流すガスを、例えばＳｉＨ4に代表される製膜ガスとすれば薄膜が堆積され、例えばＣＦ4に代表されるエッチングガスとすればエッチングが行われる。ここでは、ＳｉＨ4を主体としたガスによって基板上にＳｉ系薄膜を形成するプラズマＣＶＤ法によって、薄膜太陽電池を製造する例を挙げることとする。
【０００３】
図１７は、従来の容量結合型の平行平板プラズマＣＶＤ装置（プラズマ処理装置の一種）の模式図である。この装置にあっては、真空容器１の内部に、高周波電源２から給電線３を通して高周波電力が供給される高周波電極４と、この高周波電極４に対向する接地電極５とが配置されている。真空容器１と給電線３とは、電気的に互いに絶縁されている。なお、接地電極５は、必ずしも接地電位である必要はなく、目的に応じて直流、もしくは高周波電力の印加が可能な機構が設けられても良い。また、接地電極５の上には、被処理体としての基板６を設置するための機構（図示せず）が配設されており、接地電極５内には基板６を加熱するための加熱機構（図示せず）が配設されている。基板６の設置位置は、真空容器１内の任意の場所、例えば高周波電極４上でも良く、加熱機構の有無、もしくは加熱機構の設置場所も限定されるものではない。
【０００４】
給電線３と高周波電極４との接触部位は、高周波電極４の中心部である場合が多く、かつ、給電線３と高周波電極４とは垂直に接触される場合が多い。この場合、高周波電極４から見て給電線３は対称な配置となっており、外部から真空容器１内に電力を供給する機構７（高周波電源２を含む）が真空容器１に対して図１７の側部位置に配置される。しかし、給電線３と高周波電極４との配置関係は、これに限定されるものではなく、例えば図１８に示すような配置関係、或いは図１９に示すような配置関係であっても良い。なお、図１８に示す例では、給電線３と高周波電極４との接触部位が、高周波電極４の中心部ではなく、高周波電極４の周縁部となされている。また、図１９に示す例では、給電線３と高周波電極４との接触部位は、高周波電極４の中心部であるが、外部から真空容器１内に電力を供給する機構７が真空容器１に対して図１９の上部位置に配置され、外部から真空容器１内に電力を供給する機構７と高周波電極４とを互いに繋げる給電線３は、直線状でなく、Ｌ状の形状となり、高周波電極４から見て非対称な配置となされている。
【０００５】
一方、給電線３と高周波電極４との接触部位は、完全に高周波電極４の中心部である必要はなく、必要に応じて接触部位をその中心部からずらしても良い。このような構成は、例えば装置レイアウト等の問題で、外部から真空容器１内に電力を供給する機構７を図１７に示すような位置に配置するような構成を採れない場合すなわち給電線３の形状をＬ字状にしなければならない場合等に、採用する必要がある。
【０００６】
また、真空容器１の内部には、一組の高周波電極４と接地電極５しか設置できないわけでなく、複数の高周波電極４及び複数の接地電極５を設置することができる。図２０には、そのような一例が示されている。図２０に示す例では、真空容器１の内部には、高周波電極及び接地電極の組が２組設置されており、各々の高周波電極４ａ，４ｂに対して配置された高周波電源２ａ，２ｂにより、それぞれ独立に電力を印加することが可能な構成となされている。すなわち、図２０に示す装置の場合には、真空容器１内に、高周波電源２ａ，２ｂから給電線３ａ，３ｂを通して高周波電力がそれぞれ供給される高周波電極４ａ，４ｂと、これらの高周波電極４ａ，４ｂにそれぞれ対向する接地電極５ａ，５ｂが配置されている。このような構成を採ることにより、高周波電極４及び接地電極５の組が一組しかない場合に比べ、処理能力を２倍にすることができる。ここで、高周波電源は、各々の高周波電極４ａ，４ｂに対してそれぞれ用意する必要は必ずしもなく、図２１に示すように、一つの高周波電源２から２つの高周波電極４ａ，４ｂへ電力を印加する機構としても良い。また、接地電極５ａ，５ｂは必ずしも接地電位である必要はなく、目的に応じて直流、もしくは高周波電力の印加が可能な機構を有しても良い。
【０００７】
また、接地電極５ａ，５ｂの上には、基板６ａ，６ｂを設置する機構（図示せず）が備えられており、接地電極５ａ，５ｂ内には基板６ａ，６ｂを加熱する加熱機構（図示せず）が備えられている。給電線３ａ、３ｂが高周波電極４ａ，４ｂの中心部近傍で接触配置される場合には、給電線３ａ，３ｂの形状は、構成上の制約により、図１７に示すような直線状の形状にすることができない。図２０に示す例では、図１９に示す例の場合と同様にＬ状の形状となされている。給電線３ａ，３ｂの形状は、外部から真空容器１内に電力を供給する機構７ａ，７ｂを設置する箇所、並びに、給電線３ａ，３ｂと高周波電極４ａ，４ｂとの接触位置で決まるが、高周波電力を用いる場合には、給電線３ａ，３ｂは分布定数線路の様相を呈し、給電線３ａ，３ｂの長さに応じてパワーロス等の不具合が発生するので、両端の接触部を最短に近い距離で結ぶ形状が好ましい。しかし、給電線３ａ，３ｂの形状は、これに限定されるものではない。
【０００８】
給電線の材質としては銀や銅等、抵抗率の低い金属が選択されることが多く、その形状は線状，板状，或いは円柱状のものが選択されることが多い。電源として高周波電力を用いる場合、給電線には高周波電力が印加される。そのため、給電線には高周波電極と同様、時間的に変位する電位が生じ、給電線からの電磁波放射等により周囲に様々な影響を与える。例えば給電線が、プラズマが印加される反応室内に存在する場合には、給電線の周囲にも反応ガスで満たされており、給電線と適当な距離だけ離れた部位に接地電位を有する反応室壁体（真空容器１の壁体）等があると、給電線と反応室壁体との間で放電が生じる。その結果、パワーのロスやプラズマが生じた領域近傍における薄膜の付着やエッチングが生じる等の不具合が生じる。
【０００９】
この対策としては、例えば図２２に示すようにアースシールド８を高周波電力が印加される部位の近傍に設置し、給電線３及び高周波電極４と接地電位を有するアースシールド８との間の距離を、正規に放電を行う際の高周波電極４と接地電極５との間の距離（電極間距離）と比較して放電しにくい距離、例えば電極間距離の１／４倍程度、好ましくは１／１０倍程度とすることによって、放電を抑制する等の対策が挙げられる。その他、放電抑制手段としては、例えば特開昭６３−１２０１６３号に記載されているように、外部が接地シールドされた給電線を用い、その給電線の内部導体を高電圧印加電極に、外部導体を接地電極にそれぞれ最短で接続することにより、給電線と反応室壁体との間における放電等に起因するパワーロス等を防ぐような対策が提案されている。
【００１０】
上述のようなプラズマＣＶＤ装置（薄膜製造装置）を用いて薄膜を形成する手順を図１７を用いて説明すると、次の通りである。まず、真空容器１内を図示しない排気機構で或る程度の真空まで真空引きを行ない、その後に必要に応じて基板６を加熱するヒーターによって基板６の加熱を行う。真空引き直後の場合、真空容器１の内壁面や基板６の表面等に水分等が吸着している場合が多く、これらの不純物が十分に脱ガスされない状態で薄膜形成を行うと、膜中に大量の不純物が含まれてしまい、膜質の低下につながる。そこで、真空容器１内の脱ガスを促進する目的のために、薄膜形成前に図示しないガス導入ラインからガスを導入し、図示しない圧力制御器と図示しない製膜ガス排気ラインによって真空容器１内を一定の圧力に保持したまま真空容器１内の加熱（ベーキング）を行う。ベーキング中に流すガスは、Ｈ2等の熱伝導性が比較的良いガス、Ｈｅ，Ａｒ等の不活性ガス、或いは製膜を行う際に流す製膜ガス等を採用する。また、ベーキング中の基板温度（基板６の温度）は、実際に製膜を行う時の基板温度よりも高めに設定する場合がある。これは、製膜時の基板温度よりも高めに設定することにより脱ガスを促進し、製膜時における脱ガス量を低減するためである。脱ガス後に、基板温度を製膜する際の基板温度に設定し、場合によっては数種類の製膜ガスを適当な流量比で混合した混合ガスを真空容器１内に流して適当な圧力で保持した後に、高周波電極４に電力を印加し、高周波電極４と接地電極５との間にプラズマを発生させて基板６上に薄膜形成を行う。例えば種々の製膜条件で基板上に多層膜を形成し、薄膜太陽電池等を製造する。
【特許文献１】特開昭６３−１２０１６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記のような従来のプラズマＣＶＤ装置において高周波電極４に高周波電力を印加した場合には、高周波電極４上には電力導入部から導入された入力波と高周波電極４の周縁部で反射して帰ってきた反射波との重ね合わせにより定在波が生じる。ここで、電源周波数の高周波数化や装置スケールの増大等により、装置サイズが高周波電源の波長に対して同程度になってくると、高周波電極４上で電位の分布が激しくなる。高周波電極４上における電位分布はプラズマの均一性に影響し、プラズマの均一性は薄膜の膜厚均一性やエッチング均一性等に影響するので、高周波電極４上の電位分布が激しくなると膜厚均一性やエッチング均一性は悪化する傾向にある。このため、図１８に示すプラズマＣＶＤ装置のように高周波電極４の周縁部から電力を供給（導入）する装置にあっては、電力導入部と反対の位置にある高周波電極４の周縁部との距離が長く、そのため高周波電極４上の電位分布が悪くなるという問題があった。その一方、給電線３と高周波電極４との接触部位を高周波電極４の中心部近傍とした場合には、高周波電力導入部と高周波電極周縁部との距離は、高周波電極周縁部から電力を導入する場合と比べて短くなるため、高周波電極４上における電位分布は緩和される傾向にある。しかし、図１９に示すように給電線３を装置レイアウトとの関係等でＬ状にした場合や、図２０に示すように給電線３の形状を構造上の制約によりＬ状にしなければならない場合等、高周波電極４に対して給電線３が非対称の構造となっている場合には、給電線３から発生した電磁波が給電線３と高周波電極４との間の空間を通って高周波電極４上の電位分布に干渉し、その結果、プラズマ分布が乱れるという問題がある。
【００１２】
また、特開昭６３−１２０１６３号に記載されている構造では、真空容器の壁体から電極板の周縁部と同じ高さの部分までの領域をシールドすることは可能であるが、電極板の周辺部と同じ高さの部位から高周波電極との接合部までの間の領域はシールドすることができない。このため、高周波電源と給電線とが高周波電極の中央部近傍で接続され、かつ、給電線の形状が直線状でなく、真空容器内で任意の形状をしているような非対称な構造をしているプラズマＣＶＤ装置に対しては、特開昭６３−１２０１６３号に記載されている構造では問題を解決する手段となりえない。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記問題を解決するためには、高周波電極と給電線との間の電磁気的な干渉を弱くする、もしくは除去する必要がある。そのために、本発明では、給電線と高周波電極との間の電磁気的な干渉を弱くする、もしくは除去するシールドを真空容器内に配置するようにしている。本発明の好ましい実施形態では、例えば電極板と給電線の間に板状，放物線状，もしくは網状の金属製のシールド（金属シールド）を挿入し、その金属シールドの両端を接地電位部に接触させる。ここで、金属板がアースシールドに代表されるように片側接地の場合には、電源周波数がＲＦ帯やＶＨＦ帯近傍まで高くなってくると、給電線から伝播した電磁波が、金属板がアンテナのような役割を果たして金属板に入り、金属板から金属板起因の電磁波が放射されるようになり、結局金属板を通して高周波電極上の電位分布に影響が出るようになる。なお、金属板の代わりに電波吸収体や磁気シールド体を挿入した場合、必ずしも両端を接地電位の部位と接触させる必要はない。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、真空容器の外部における電力供給手段と電力が印加される高周波電極とを結ぶ給電線において、給電線と高周波電極との接触部は高周波電極の中央付近であり、かつ、給電線は直線状ではなく、真空容器内において任意の形状をしており、電力が供給される高周波電極に対して給電線が非対称な構造をしているプラズマ処理装置において、給電線と高周波電極との間の電磁気的な干渉を弱くする、もしくは除去するシールドを配置したことにより、良好な膜厚均一性並びに太陽電池特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置について図１〜図１４を参照して説明する。なお、図１〜図１６おいて、図１７〜図２２と同様の部分には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１６】
実施例１
図１及び図２は、アモルファスＳｉ（以下、ａ-Ｓｉと略記）や微結晶Ｓｉ（以下、μｃ-Ｓｉと略記）等のＳｉ系薄膜を基板上に堆積させることにより薄膜Ｓｉ系太陽電池を製造する容量結合型の平行平板プラズマＣＶＤ装置１０ａを示している。本装置１０ａと図１９に示された従来の装置との構成上の相違は、シールド１２ａ（シールド構造）を具備しているか否かにある。なお、図１は、プラズマＣＶＤ装置１０ａを側面から見た図であり、図２は、給電線３，高周波電極４，及びシールド１２ａとの位置関係を、接地電極５側から見た図である。
【００１７】
ここで、具体的な装置構成について述べると、高周波電極４及び接地電極５のサイズがそれぞれ１ｍ×１ｍに設定され、周波数１３〜２７ＭＨzの間で可変の高周波電源２が高周波電極４に給電線３を介して接続されると共に、接地電極５が接地されている。高周波電源２の真空容器１への導入口すなわち給電線３の挿通口１３は、図１において上部すなわち真空容器１の上壁１ａに設けられ、給電線３がＬ状に形成されている。給電線３と高周波電極４との間には、銅製の、板状でＬ状のシールド（金属シールド板）１２ａが挿入配置されており、シールド１２ａの一方の端部が図１において上側の真空容器１の上壁１ａに結合されると共に、シールド１２ａの他方の端部が図１において右側の真空容器１の側壁１ｂ（接地電位の部位）に結合されている。なお、シールド１２ａは、金属ではなく、電波吸収体や磁気シールド体であっても良く、電波吸収体や磁気シールド体を用いる場合には、必ずしもその両端を接地電位の部位と接触させる必要はない。
【００１８】
また、シールド１２ａにおいて、給電線３と交差する部位には、給電線３が通る穴１４が形成されており、給電線３とシールド１２ａとが互いに接触しない構造となっている。一方、シールド１２ａの挿入位置は、給電線３と高周波電極４との間の中間地点とし、給電線３とシールド１２ａとの間、並びに、高周波電極４とシールド１２ａとの間の距離が、それぞれ電極間距離（高周波電極４と接地電極５との間の距離）の１／４程度に設定されている。なお、シールド１２ａは、必ずしも銅である必要はなく、他の金属でも良く、或いは非金属製の材質の両面に金属を蒸着法等の手段でコーティングしたものであっても良い。しかし、金属コーティングを施したシールドの場合には、適用する電源周波数における電磁波の表皮効果による進入深さ以上の金属膜厚を有していることが好ましい。また、シールド１２ａの形状は、板状の他に網状や放物線状のものを採用しても良い。網状のシールドを採用する場合には、電磁波が漏れ出さないようにその開口率に注意を払う必要がある。
【００１９】
給電線３と高周波電極４との接続は、高周波電極４内の電位分布並びにプラズマ分布の均一性を得るために意図的に複数の給電ポイントを設ける場合や、独立した複数の給電線３を、複数の給電ポイントで１つの高周波電極４に接続させても良く、高周波電極４の形状は平板の他に例えば梯子状のものを用いても良い。この場合、上述したシールド１２ａをそれぞれの給電線３と高周波電極４との間に挿入配置することが好ましい。また、接地電極５は、必ずしも接地電位とする必要はなく、高周波電力や直流電力等の電力供給手段が備えられていても良い。この場合も、給電線３が高周波電極４に対して非対称な構造である場合には、給電線３と接地電極４との間にシールド１２ａを挿入することが好ましい。
【００２０】
真空容器１内へのガスの導入は、高周波電極４をシャワー電極の形状にして、高周波電極４側からガスが吹き出る形式としたが、これに限定するものではない。
【００２１】
製膜装置全体の構成としては、図２３に示すようなステッピングロール方式で製膜を行うことができる構成となされている。その具体的な構成は、可撓性基板の巻き出し用アンワインダー室２０と、可撓性基板に金属電極層，光電変換層，及び透明電極層などの薄膜を形成するために設けられた複数個の独立した処理空間としてなる製膜室２１と、巻き取りワインダー室２３とを備え、基板６はコア２４から巻き出されコア２５に巻き取られる間に、複数の製膜室２１で製膜されるように構成されている。光電変換層の各層の製膜方法としては、プラズマＣＶＤ法が一般的であるが、例えばスパッタ法，蒸着法，Ｃａt-ＣＶＤ法，光ＣＶＤ法等で製膜を行うことも可能である。共通室２６は、複数の製膜室２１を内部に収めている。また、基板６としては、ポリイミド系，ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）系，ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）系，ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）系，又はアラミド系フィルム等の耐熱性プラスチック基板がある。その他、ステンレス基板等もあり、可撓性基板に限らなければ、ガラス基板等も使われる。光電変換素子としては、基板上にｎ層，ｉ層，ｐ層の順に製膜を行い、ｐ層の上に透明電極としてＩＴＯを製膜した、ｎｉｐ型シングルセルが作製される。また、上述した光電変換素子の他に、光電変換層となるｉ層のみを基板上に製膜したｉ層単層膜のサンプルが作製される。製膜に際しての電源周波数は、例えば、ｐ層及びｎ層が１３ＭＨz、ｉ層が２７ＭＨzである。
【００２２】
次に、具体的な太陽電池形成方法について述べる。
【００２３】
ＳＣＡＦ構造（特願平５−２２０８７０参照）と呼ばれる直列構造を有した発電領域面積１ｍ2のｐｉｎ型ａ-Ｓｉシングルセルの作製を行った。図２４に裏面（太陽電池の反対側面）に電極を有する太陽電池の平面図を示す。図２５は裏面に電極を有する太陽電池の製造工程順を示す、図２４におけるＸ−Ｘ線断面であり、図２５（ａ）は接続孔ｈ１を示す図、図２５（ｂ）は第１電極層３０ａ及び第２電極層３０ｂの製膜状態を示す図、図２５（ｃ）は集電孔ｈ２を示す図、図２５（ｄ）は光電変換層３１の製膜状態を示す図、図２５（ｅ）は第３電極層３０ｃの製膜状態を示す図、図２５（ｆ）は第４電極層３０ｄの製膜状態を示す図、図２５（ｇ）は切断部３２を示す図である。なお、図２５では分布符号と工程符号を同一としてある。
【００２４】
太陽電池の作製に際しては、まず、プラスチック基板３３の所定位置に複数個の接続孔ｈ１を開ける（図２５（ａ）参照）。接続孔ｈ１の直径は、１ｍｍのオーダーである。次に、基板３３の上に、第１電極層３４ａ（この面を表面とする）、それと反対側である裏面に第２電極層３４ｂを順次製膜する。第１電極層３４ａと第２電極層３４ｂの製膜順序は逆であっても良い。このとき、接続孔ｈ１の内面で第１電極層３４ａと第２電極層３４ｂとが重なり、互いに導通する（図２５（ｂ）参照）。これらの電極層３４ａ，３４ｂとしては、Ａｇを数百ｎｍの厚さにスパッタにより形成する。次に、再び複数個の集電孔ｈ２を基板３３に開孔した（図２５（ｃ）参照）。
【００２５】
次に、光電変換層３１を製膜する（図２５（ｄ）参照）。この工程で、前述した準備を行った製膜装置（図２３参照）を使用する。なお、ｉ層としてはａ-Ｓｉ膜を形成する。ｉ層単層膜における製膜速度の測定ポイントとしては、有効製膜領域の左下から右上までの対角線上の計１１点を測定する。シングルセル作製時には、この１１点の製膜速度の平均値を用いて設計膜厚が３００ｎｍとなるように製膜時間を調節する。
【００２６】
光電変換層３１の上に第３電極層３０ｃとして透明電極層を形成する（図２５（ｄ）参照）。透明電極層としてＩＴＯ，ＳｎＯ2，ＺｎＯなどの酸化物導電層を用いるのが一般的である。透明電極膜形成時には、接続孔ｈ１の周辺部をマスクなどで覆うなどして始めに形成した接続孔ｈ１部分には膜が形成されないようにする（図２５（ｅ）参照）。次に、裏面に金属膜などの低抵抗導電膜から成る第４電極層３０ｄを製膜する（図２５（ｆ）参照）。この工程により、集電孔ｈ２の内面で第３電極層３０ｃと第４電極層３０ｄとが重なり、互いに導通させることができる。以上の製膜工程の終了後、基板両面の積層を所定の形状に切断し、ユニットセルの多段直列接続からなる太陽電池を形成する（図２５（ｇ）参照）。図２５（ｇ）では、太陽電池が光照射され発電している時に同じ電位となる電極層に同じハッチングを施してある。ユニットセルＵnは、集電孔ｈ２のみを有するように、切断部１ｇにより切断されており、集電孔ｈ２においてのみ第３電極層３０ｃと裏面側の第４電極層３０ｄと接続されている。従って、任意のユニットセルＵnに隣接しあう裏面電極Ｅｎ-１，nと裏面電極Ｅn，n+１（図２４参照）とは、Ｅn-１，n−Ｕn−Ｅn、n+１なる直列接続をなし、所定の多段直列接続された太陽電池を形成することができる。その後、逆バイアス印加処理、及びモジュール化工程を経てサンプル作製を終了する。
【００２７】
サンプル作製後、光劣化後のセル特性を測定するため、サンプルを１ＳＵＮ、ＡＭ１．５の光を発するソーラーシミュレーターに投入し、約３００時間光に曝した。その後、サンプルを取り出し、白色光下（１ＳＵＮ、ＡＭ１．５）でのＩＶ特性を測定した。測定したデータは温度補正で２５℃相当の値に補正した。
【００２８】
図３は、図１９に示す構成をした装置と、図１に示す構成をした装置とで作製したｉ層の膜厚分布を示している。図３のグラフの横軸は、膜厚の測定ポイントに対応し、１が左下、６が中央部、１１が右上に対応している。図３のグラフの縦軸は、膜厚を示しており、１１点の最大膜厚が１となるように相対膜厚で表現した。図３から、シールド１２ａがある場合の方が膜厚均一性が良いことが分かる。
【００２９】
また、図４は、太陽電池の特性を示している。図４のグラフの縦軸は、安定化効率の相対値を示しており、シールド１２ａなしの場合の特性が１となるように規格化してある。図４から、シールド１２ａがある場合の方が特性が良いことが分かる。この原因としては、主に図３に示す膜厚均一性の違いに起因しているものと考えられる。
【００３０】
実施例２
図５は、本発明の第２の実施形態を示すものであって、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１０ｂでは、図１のプラズマＣＶＤ装置１０ａに用いられたシールド（金属シールド板）１２ａの代わりに、図５に示す如く給電線３を囲ってその周囲を覆う円筒状のシールド１２ｂが取付けられている。なお、円筒状のシールド１２ｂは、給電線３の中心部を中心として同軸状に配置され、給電線３と接触しないように構成されている。
【００３１】
このようなプラズマＣＶＤ装置１０ｂを用いて、実施例１の場合と同様にｉ層膜厚均一性と太陽電池特性を評価したところ、実施例１とほぼ同程度のｉ層膜厚均一性と太陽電池特性を得ることができた。しかし、製膜速度は、図１に示す構造で製膜した場合と比べて若干低下した。これは、給電線３の周囲を円筒状のシールド１２ｂで囲うことによって給電線３とシールド１２ｂとの間の干渉が大きくなり、若干のパワーロスが生じたことに起因すると考えられる。
【００３２】
実施例３
図６は、本発明の第３の実施形態を示すものであって、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１０ｃでは、図１のプラズマＣＶＤ装置１０ａに用いられたシールド１２ａと同様の形状のものが、給電線３と高周波電極４との間に２つ挿入配置されている。この場合、給電線３側のシールド（シールド板）１２ｃと給電線３との間の距離、並びに、高周波電極４側のシールド（シールド板）１２ｄと高周波電極４との間の距離は、同じ距離に設定されている。
【００３３】
このような構成のプラズマＣＶＤ装置１０ｃを用いて、実施例１と同様の方法でｉ層膜厚均一性及び太陽電池特性を評価した。図７にｉ層膜厚均一性の結果を示し、図８に太陽電池特性の結果を示す。図７及び図８は、それぞれ、図３及び図４に本例の場合の結果を併せて載せたものである。図７及び図８から分かるように、プラズマＣＶＤ装置１０ｃにより作製したｉ層の膜厚均一性は、実施例１の装置１０ａの場合よりも良好であり、また太陽電池特性も若干良好であった。これは、シールド１２ｃ，１２ｄを２つ挿入配置することにより、給電線３から高周波電極４への干渉が図１の場合と比べてさらに低くなった結果、ｉ層の膜厚均一性が良くなり、それに起因して太陽電池特性が良くなったものと考えられる。
【００３４】
実施例４
図９は、本発明の第４の実施形態を示すものであって、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１０ｄでは、図１の装置１０ａ内に挿入配置したシールド１２ａの代わりに、図９に示す構造のシールド（シールド板）１２ｅが挿入配置されている。給電線３，高周波電極４，及びシールド１２ｅの配置関係を接地電極５側から見たものを図１０に示す。本装置１０ｄにあっては、図９において上側から真空容器１内に導入された給電線３が高周波電極４に対して高周波電極４の中心部近傍で接触されており、シールド１２ｅの形状がＬ状でなく、直線状になっており、かつ、図９における上側及び下側の両端が真空容器１の上壁１ａ及び下壁１ｃにそれぞれ接触結合されている。また、シールド１２ｅは、高周波電極４の中心点を通る直線α（図１０参照）に対して対称となっている。ここではシールド１２ｅの構成が線対称となっているが、任意の給電線の形状に対してシールドを挿入する場合には、高周波電極４の中心部に対して点対称となるようにシールドを配置することが好ましい。
【００３５】
このような装置１０ｄを用いて、実施例１と同様の方法でｉ層膜厚均一性と太陽電池特性を評価した。図１１にｉ層膜厚均一性の結果を示し、図１２に太陽電池特性の結果を示す。図１１及び図１２は、それぞれ、図７及び図８に本例の場合の結果を併せて載せたものである。図１１及び図１２から分かるように、本装置１０ｄで作製したｉ層の膜厚均一性は、実施例３の装置１０ｃの場合とほぼ同程度の膜厚均一性を得ることができ、それに対応して太陽電池特性も実施例３の装置１０ｃの場合とほぼ同程度の特性を得ることができた。これは、シールド１２ｅを高周波電極４の中心部に対して、対称となるようにシールド板を配置した結果、給電線３から伝播してシールド１２ｅに入った電磁波が高周波電源２に対して図９において上側の領域だけでなく図９において下側の領域にも作用し、高周波電極４に対して給電線３起源の電磁波が対称に作用するようになった結果、高周波電極４内の電位分布が前記装置１０ａの場合と比較して良好になったことに起因すると考えられる。
【００３６】
実施例５
図１３は、本発明の第５の実施形態を示すものであって、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１０ｅでは、図９に示す構造に加えて、高周波電極４の周囲にアースシールド１５が真空容器１の内部の製膜室に配置されている。給電線３と高周波電極４との間に挿入配置されたシールド１２ｅと、高周波電極４の周囲に配置されたアースシールド１５とは、互いに電気的に接続されている。そして、給電線３及び高周波電極４とアースシールド１５との間の距離を高周波電極４と接地電極５との間の距離（電極間距離）の１／４程度に設定されており、これによりアースシールドの作用が付与されている。実験の結果は、ｉ層膜厚均一性及び太陽電池特性共に実施例４の場合とほぼ同程度であった。しかし、本例の製膜室の方が、実施例４の場合と比べて製膜速度が若干向上し、かつ製膜室内に付着した生成物（パウダー）の量が少なかった。これは、高周波電力を高周波電極４に印加する部位の周囲をアースシールド１５で覆うことによって、正規に放電が生じる高周波電極４と接地電極５との間以外の箇所で放電が生じることを抑えたことに起因するものと考えられる。なお、発生するパウダーの量を抑えることにより、装置メンテナンス性の向上を図ることができる。
【００３７】
実施例６
図１４は、本発明の第６の実施形態を示すものであって、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１０ｆでは、製膜室内（真空容器１の内部）に高周波電極４と接地電極５との組が２組入れられた構造となされている。具体的には、本装置１０ｆにあっては、図１３に示す構造の給電線３，高周波電極４，及び接地電極３の組が２つ配設され、各組にはアースシールド１５ａ，１５ｂが組み込まれると共に、給電線３ａ，３ｂの間にシールド（シールド板）１２ｆが挿入配置されている。シールド１２ｆは、その両端が接地電位を有する真空容器１と接触している。シールド１２ｆの材質は、銅製の板材から成るものであるが、高周波電極４と給電線３との間に挿入配置されるシールド１２ｃ，１２ｄ，１２ｅと同様に銅以外のものであっても良く、金属以外の材質の両面に金属を薄くコーティングしたものであっても良い。この場合、金属層の厚みは、使用する電源周波数における、表皮効果による電磁波の進入深さ以上としてあることが好ましい。また、シールド１２ｆの形状は、板状の他に網状や放物線状のものを採用しても良い。網状を採用する場合には、電磁波が漏れ出さないようにその開口率に注意を払う必要がある。また、両給電線３ａ，３ｂ間の干渉を少なくするために、シールド１２ｆを給電線３ａ，３ｂの間に複数枚挿入しても良い。各給電線３ａ，３ｂとシールド１２ｆとの間の距離は、アースシールドの役割を付すために、他のアースシールド部と高周波電位部との間の距離と同じに設定されている。
【００３８】
このような構成のプラズマＣＶＤ装置１０ｆにおいて、各接地電極５ａ，５ｂ上に基板６ａ，６ｂをそれぞれ置き、同時にサンプルを作製した。作製した２つのサンプルを評価したところ、ｉ層膜厚均一性及び太陽電池特性は、２つのサンプルとも実施例３〜５で得られた結果とほぼ同程度の結果が得られた。
【００３９】
実施例７
図１５及び図１６は、本発明の第７の実施形態をそれぞれ示すものであって、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１０ｇ，１０ｈでは、給電線３が１本で逆Ｔ字状となっており、この給電線３が２つの高周波電極４ａ，４ｂに接続されている。そして、図１５に示すプラズマＣＶＤ装置１０ｇには、図１４に示す例の場合と同様に一対のアースシールド１５ａ，１５ｂ及び一対のシールド１２ｅ，１２ｅが設けられ、図１６に示すプラズマＣＶＤ装置１０ｈには、一対のアースシールド１５ａ，１５ｂと、真空容器１の上壁１ａ及び下壁１ｃ間に架設されて給電線３を取り囲むように配置されたシールド１２ｇが設けられている。
【００４０】
このような構成のプラズマＣＶＤ装置１０ｇ，１０ｈを用い、上記実施例１〜６の場合における各電源の投入電力と比較して約２倍の電力を投入して実験を行ったところ、ｉ層膜厚均一性及び製膜速度、並びに、太陽電池特性は、上記実施例３〜６で得られた結果とほぼ同程度の結果が得られた。図１５及び図１６に示すような構成を採用することにより、例えば図１４に示すプラズマＣＶＤ装置１０ｆの場合と比較して外部電源の個数が半分で済み、装置製造コストの低減を図ることができる。
【００４１】
以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、既述の実施形態では、真空容器１内に高周波電極及び接地電極の組を１つ又は２つ設けるようにしたが、３組以上を真空容器１内に設けて、給電線をその組数と同じ数若しくはその組数よりも少ない数だけ設置し、これらの複数の給電線のうちの少なくとも１つを複数の高周波電極に接続するようにしても良い。また、既述の実施形態では、プラズマＣＶＤ装置について述べたが、本発明は、プラズマエッチング装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置（薄膜製造装置）の側面図である。
【図２】図１のプラズマＣＶＤ装置の正面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を用いて製造された太陽電池のｉ層膜厚均一性の評価を示すグラフである。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を用いて製造された太陽電池特性の評価を示すグラフである。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の側面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の側面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を用いて製造された太陽電池のｉ層膜厚均一性の評価を示すグラフである。
【図８】本発明の第３の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を用いて製造された太陽電池特性の評価を示すグラフである。
【図９】本発明の第４の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の側面図である。
【図１０】図９のプラズマＣＶＤ装置の正面図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を用いて製造された太陽電池のｉ層膜厚均一性の評価を示すグラフである。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を用いて製造された太陽電池特性の評価を示すグラフである。
【図１３】本発明の第５の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の側面図である。
【図１４】本発明の第６の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の側面図である。
【図１５】本発明の第７の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の側面図である。
【図１６】本発明の第７の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の変形例を示す側面図である。
【図１７】従来のプラズマＣＶＤ装置の側面図である。
【図１８】別の従来のプラズマＣＶＤ装置の側面図である。
【図１９】さらに別の従来のプラズマＣＶＤ装置の側面図である。
【図２０】さらに別の従来のプラズマＣＶＤ装置の側面図である。
【図２１】さらに別の従来のプラズマＣＶＤ装置の側面図である。
【図２２】さらに別の従来のプラズマＣＶＤ装置の側面図である。
【図２３】光電変換層を製膜するプラズマＣＶＤ装置の概略図である。
【図２４】従来のＳＣＡＦ型薄膜太陽電池の概略図である。
【図２５】従来のＳＣＡＦ型薄膜太陽電池における製造工程の概略図である
【符号の説明】
【００４３】
１  真空容器
１ａ  上壁
１ｂ  側壁
１ｃ  下壁
２  高周波電源
３，３ａ，３ｂ  給電線
４，４ａ，４ｂ  高周波電極
５，５ａ，５ｂ  接地電極
６，６ａ，６ｂ  基板
１０ａ〜１０ｈ  プラズマＣＶＤ装置
１２ａ〜１２ｇ  シールド
１５，１５ａ，１５ｂ  アースシールド
【図１】
2006261363.tif 000003
【図２】
2006261363.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2006261363.tif 000007
【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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【図１４】
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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２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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