(57)【要約】【課題】電極を大面積化しても、電極の中心部と電極の周辺部とでプラズマ生成空間におけるガスの組成が異なることを抑制できるようにする。【解決手段】成膜室１００は、第１電極１２０及び第２電極１４０を有している。第１電極１２０には高周波が入力される。第２電極１４０は、第１電極１２０に対向して配置され、孔を有するフレキシブル基板１０が接する。第２電極１４０には、排気孔が形成されている。排気孔は、フレキシブル基板１０の孔を介して第１電極１２０及び第２電極１４０の間のプラズマ生成空間を排気する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波が入力される第１電極と、
前記第１電極に対向して配置され、孔を有する基板が接する第２電極と、
前記第２電極に形成され、前記基板の前記孔を介して前記第１電極及び前記第２電極の間のプラズマ生成空間を排気する排気孔と、
を備える成膜装置。
【請求項２】
請求項１に記載の成膜装置において、
前記第１電極に設けられ、前記プラズマ生成空間にプロセスガスを供給するガス供給孔を備える成膜装置。
【請求項３】
請求項２に記載の成膜装置において、
前記第１電極に垂直な方向から見た場合に、前記排気孔と前記ガス供給孔は、中心が互いにずれている成膜装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の成膜装置において、
前記第１電極の外縁に設けられ、前記第２電極に向けて突出した絶縁部材を備える成膜装置。
【請求項５】
高周波が入力される第１電極と、
前記第１電極に対向して配置され、基板が接する第２電極と、
を有する成膜装置を用いて前記基板に成膜処理を行う成膜方法であって、
前記基板に孔を設け、
前記第２電極に排気孔を設け、前記基板の前記孔を介して前記第１電極及び前記第２電極の間のプラズマ生成空間を排気する成膜方法。
【請求項６】
請求項５に記載の成膜方法において、
前記第１電極に設けられたガス供給孔を介して、前記プラズマ生成空間にプロセスガスを供給する成膜方法。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の成膜方法において、
前記基板は、薄膜太陽電池の基板であり、かつ前記孔を複数有しており、
前記薄膜太陽電池は、前記基板の一面に設けられた複数の光電変換素子を有し、
前記複数の光電変換素子は、前記基板の反対面に設けられた接続用導電膜と、前記複数の孔に設けられた導電膜とを介して、直列に接続している成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いて成膜処理を行う成膜装置及び成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池発電装置は、クリーンなエネルギー源であるため、近年注目されている。太陽電池発電装置の製造には、プラズマＣＶＤ法が用いられている。プラズマＣＶＤ装置の一つに、平行平板型の電極を有するプラズマ処理装置がある。このプラズマ処理装置は、互いに対向する２枚の平板型の電極を処理室内に配置し、少なくとも一方の電極に高周波を印加することにより、２枚の電極の間の空間にプラズマを発生させるものである。
【０００３】
例えば特許文献１には、放電側の電極に複数の孔を形成し、この孔からプロセスガスを電極間の空間に供給することが記載されている。特許文献１において、放電側の電極は、一定の隙間を設けながら複数並んで設けられている。そしてこの隙間からプラズマ生成空間は排気される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−５３６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
太陽電池の製造効率を上げるためには、電極を大面積化することが好ましい。しかし電極を大面積化すると、プラズマ生成前にプラズマ生成空間のガス組成の分布を均一にしていても、プラズマ生成中に、電極の中心部と電極の周辺部とでプラズマ生成空間のガスの組成が異なってくる。このため、成膜された膜の質や厚さに分布が生じてしまう。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電極を大面積化しても、電極の中心部と電極の周辺部とでプラズマ生成空間においてプラズマ生成中にガスの組成が異なることを抑制できる成膜装置及び成膜方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、高周波が入力される第１電極と、
前記第１電極に対向して配置され、孔を有する基板が接する第２電極と、
前記第２電極に形成され、前記基板の前記孔を介して前記第１電極及び前記第２電極の間のプラズマ生成空間を排気する排気孔と、
を備える成膜装置が提供される。
【０００８】
本発明によれば、高周波が入力される第１電極と、
前記第１電極に対向して配置され、基板が接する第２電極と、
を有する成膜装置を用いて前記基板に成膜処理を行う成膜方法であって、
前記基板に孔を設け、
前記第２電極に排気孔を設け、前記基板の前記孔を介して前記第１電極及び前記第２電極の間のプラズマ生成空間を排気する成膜方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電極を大面積化しても、電極の中心部と電極の周辺部とでプラズマ生成空間においてプラズマ生成中にガスの組成が異なることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る成膜装置の構成を示す図である。
【図２】第１電極及び第２電極の構造を示す断面図である。
【図３】第１電極をプラズマ生成空間側から見た平面図である。
【図４】第２電極をプラズマ生成空間側から見た平面図である。
【図５】（ａ）はフレキシブル基板に形成される薄膜太陽電池の構成を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´断面図である。
【図６】第２の実施形態に係る成膜装置の構成を示す断面図である。
【図７】実施例及び比較例それぞれに対して、結晶化度の面内分布を調べた結果を示すグラフである。
【図８】パーティクルであるＳｉ粉の量を、実施例及び比較例それぞれで調べた結果を示すグラフである。
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る成膜装置の構成を示す図である。この成膜装置は、フレキシブル基板１０に薄膜太陽電池の光電変換層を成膜する装置であり、複数の成膜室１００、基板送出部１０４、及び基板巻取部１０６を備えている。成膜室１００は、第１電極１２０及び第２電極１４０を有している。第１電極１２０には高周波が入力される。第２電極１４０は、第１電極１２０に対向して配置され、孔を有するフレキシブル基板１０が接する。第２電極１４０には、排気孔が形成されている。排気孔は、フレキシブル基板１０の孔を介して第１電極１２０及び第２電極１４０の間のプラズマ生成空間を排気する。以下、詳細に説明する。
【００１３】
基板送出部１０４は、送り室１０３に配置されている。基板送出部１０４は、ロール状に巻かれたフレキシブル基板１０を保持しており、成膜室１００にフレキシブル基板１０を送り出す。フレキシブル基板１０は、ポリイミドやポリアミドなどの絶縁性の基材の上に導電性の層を設けた基板である。複数の成膜室１００はそれぞれフレキシブル基板１０に成膜処理を行う。具体的には、最初の成膜室１００は第１導電型（例えばｎ型）の微結晶シリコン層を成膜し、次の成膜室１００は真性型の微結晶シリコン層（ｉ型微結晶シリコン層）を成膜し、更にその次の成膜室は第２導電型（例えばｐ型）の微結晶シリコン層を成膜する。基板巻取部１０６は、巻き取り室１０５に配置されており、各成膜室１００で成膜処理されたフレキシブル基板１０をロール状に巻き取る。
【００１４】
各成膜室１００は、隣の成膜室１００、送り室１０３、又は巻き取り室１０５と、仕切部材１０２によって仕切られている。仕切部材１０２には開口部１０２ａが設けられている。フレキシブル基板１０は、開口部１０２ａを介して送り室１０３から巻き取り室１０５まで送られる。
【００１５】
複数の成膜室１００は、それぞれ第１電極１２０及び第２電極１４０を備える。第１電極１２０は高周波電源２００に接続されており、第２電極１４０は接地されている。第２電極１４０はヒータ（図示せず）を内蔵しており、フレキシブル基板１０を加熱する。
【００１６】
第１電極１２０は、第１電極１２０と第２電極１４０の間のプラズマ生成空間にプロセスガスを供給するシャワーヘッドとなっている。プロセスガスは、第１電極１２０の支持軸１３５を介して第１電極１２０に供給される。供給されるガスには、例えばＳｉＨ４などのシリコン含有ガス及び水素が含まれる。
【００１７】
第２電極１４０は、フレキシブル基板１０と接する面に排気孔を有している。排気孔は、フレキシブル基板１０に設けられた孔を介してプラズマ生成空間を排気するために設けられている。排気孔に吸気された排気ガスは、第２電極１４０の支持軸１５５を介して、成膜装置の外部に排気される。
【００１８】
なお、成膜装置は、第２電極１４０以外に設けられた排気口（図示せず）を有している。この排気口は、成膜装置の中の予備排気として成膜室内を高真空状態にするため、または、真空度を維持するために設けられている。
【００１９】
図２は、第１電極１２０及び第２電極１４０の構造を示す断面図である。第１電極１２０は、中空部１２２及び複数のガス供給孔１２４を有している。複数のガス供給孔１２４は第１電極１２０のうちフレキシブル基板１０に対向する面に設けられており、プラズマ生成空間と中空部１２２を繋いでいる。中空部１２２には、支持軸１３５を介してプロセスガスが供給される。中空部１２２に供給されたプロセスガスは、ガス供給孔１２４を介してプラズマ生成空間に放出される。
【００２０】
第２電極１４０は、中空部１４４及び複数の排気孔１４２を有している。複数の排気孔１４２は第２電極１４０のうちフレキシブル基板１０に接する面に設けられており、フレキシブル基板１０に設けられた孔１２を介して、プラズマ生成空間と中空部１４４を繋いでいる。プラズマ生成空間に存在しているガスやパーティクルは、孔１２及び排気孔１４２を介して、排気ガスとして中空部１４４に排気される。中空部１４４に排気された排気ガスは、支持軸１５５を介して成膜装置の外部に排気される。
【００２１】
なお、第１電極１２０と第２電極１４０の間隔ｄは、例えば１０ｍｍ以下となっている。また第１電極１２０と第２電極１４０の平面形状は互いに等しく、例えば一辺が１ｍ以上の正方形又は長方形である。
【００２２】
図３は、第１電極１２０をプラズマ生成空間側から見た平面図である。図３においては、説明のため、第２電極１４０の排気孔１４２の位置も重ねて示している。またガス供給孔１２４と排気孔１４２のレイアウトは、図２とは異なっている。本図に示す例において、第１電極１２０には、略全面にガス供給孔１２４がマトリクス状に設けられている。ガス供給孔１２４の配置間隔ｐ１は、図中縦方向及び横方向の何れも等間隔であるのが好ましい。本図に示す例では、ガス供給孔１２４の配置間隔ｐ１は、図中縦方向及び横方向の何れも同じ間隔である。ガス供給孔１２４の配置間隔ｐ１は、第１電極１２０と第２電極１４０の間隔ｄ以下であるのが好ましい。
【００２３】
ガス供給孔１２４の直径は、例えば０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である。ガス供給孔１２４の直径を０．１ｍｍ未満にすると、第１電極１２０への付着物により、ガス供給孔１２４が塞がってしまう可能性が出てくる。ガス供給孔１２４の直径を１ｍｍ超にすると、フレキシブル基板１０のうちガス供給孔１２４と対向する部分に成膜された膜の膜質や厚さが、他の部分に成膜された膜の膜質や厚さと異なる可能性が出てくる。
【００２４】
また第１電極１２０に垂直な方向から見た場合に、ガス供給孔１２４と排気孔１４２は、中心が互いにずれている。本図に示す例では、ガス供給孔１２４と排気孔１４２は、何れの部分においても重なっていない。すなわちガス供給孔１２４と排気孔１４２は互いに対向していない。
【００２５】
図４は、第２電極１４０をプラズマ生成空間側から見た平面図である。図４においては、説明のため、フレキシブル基板１０も重ねて示している。本図及び図３に示す例において、第２電極１４０には、略全面に排気孔１４２がマトリクス状に設けられている。排気孔１４２の配置間隔は、図中縦方向及び横方向の何れも等間隔であるのが好ましい。排気孔１４２の配置間隔は、第１電極１２０と第２電極１４０の間隔ｄ以下であるのが好ましい。図３及び図４に示す例では、排気孔１４２の配置間隔は、図中縦方向及び横方向の何れも同じ間隔であり、かつ、ガス供給孔１２４の配置間隔に等しい。そして排気孔１４２は、図中縦横に並んでいる４つのガス供給孔１２４を頂点とする正方形の中心に位置している。また排気孔１４２は、第２電極１４０の外周部にも設けられている。これらの排気孔１４２は、フレキシブル基板１０の孔１２と重なっている。
【００２６】
なお、排気孔１４２の配置間隔は、ガス供給孔１２４の配置間隔より広くても良い。
【００２７】
排気孔１４２の直径は、例えば０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である。排気孔１４２の直径を０．１ｍｍ未満にすると、第２電極１４０への付着物により、排気孔１４２が塞がってしまう可能性が出てくる。
【００２８】
孔１２の数は、排気孔１４２の数より少ない。そして複数の排気孔１４２のうち、一部の排気孔１４２は、それぞれフレキシブル基板１０の孔１２と重なっているが、残りの排気孔１４２は、孔１２と重なっていない。孔１２と重なっている排気孔１４２は、プラズマ生成空間内を排気する排気孔として機能し、孔１２と重なっていない排気孔１４２は、フレキシブル基板１０を第２電極１４０に吸着するチャックとして機能する。本図に示す例では、排気孔１４２は、一つ置きに孔１２と重なっている。なお、孔１２の直径は、例えば０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下である。
【００２９】
図５（ａ）は、フレキシブル基板１０に形成される薄膜太陽電池の構成を示す平面図である。この薄膜太陽電池は、ＳＣＡＦ（Series-Connection through Apertures formed on Film）と呼ばれる構造を有している。フレキシブル基板１０の一面には、複数の光電変換素子２０が形成されている。複数の光電変換素子２０は、フレキシブル基板１０の反対面に設けられた接続用導電膜４０と、複数の孔１２（１２ａ，１２ｂ）に設けられた導電膜とを介して、直列に接続している。なお、孔１２の位置は、説明のため、図４に示した位置とは異ならせている。
【００３０】
図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ´断面図である。フレキシブル基板１０の一面には、下部電極層２２、光電変換層２４、及び上部電極層２６を、この順に積層されている。下部電極層２２、光電変換層２４、及び上部電極層２６により、光電変換素子２０が形成されている。またフレキシブル基板１０の反対面には、導電層４２，４４がこの順に積層されている。導電層４２，４４により、接続用導電膜４０が形成されている。
【００３１】
各膜は、以下の順序で形成されている。まず、フレキシブル基板１０の一面に下部電極層２２を形成し、かつフレキシブル基板１０の反対面に導電層４２を形成する。このとき、下部電極層２２と導電層４２は、孔１２ａの側壁にも形成されるため、互いに導通する。なお孔１２ｂには、例えばマスクを用いることにより下部電極層２２と導電層４２が形成されないようにする。
【００３２】
次いで、下部電極層２２上に光電変換層２４を形成する。光電変換層２４は、図１〜図４に示した成膜装置を用いて形成される。成膜時の成膜室１００の圧力は、例えば４８０Ｐａ以上３２００Ｐａ以下である。また第１電極１２０に入力される高周波電力は、例えば０．０５Ｗ／ｃｍ２以上１．５Ｗ／ｃｍ２以下である。このとき、光電変換層２４は、孔１２ａの側壁上に位置する下部電極層２２と導電層４２の上、及び孔１２ｂの側壁の上にも形成される。
【００３３】
次いで、光電変換層２４上に、上部電極層２６を形成する。このとき、フレキシブル基板１０の外縁に位置する孔１２ａ及びその周囲には、例えばマスク膜を設けたり、選択的に除去することにより、上部電極層２６を形成しない。なお、孔１２のうち、フレキシブル基板１０の中心側に位置する孔１２ｂの側壁では、光電変換層２４上に上部電極層２６が形成される。
【００３４】
次いで、導電層４２の上に導電層４４を形成する。このとき、導電層４４は、孔１２ａの側壁上に位置する光電変換層２４の上、及び孔１２ｂの側壁上に位置する上部電極層２６の上にも形成される。
【００３５】
そして、フレキシブル基板１０の一面側に分離溝２８を形成し、下部電極層２２、光電変換層２４、及び上部電極層２６の積層膜を、複数の光電変換素子２０に分離する。また、フレキシブル基板１０の裏面側に分離溝４６を形成し、導電層４２，４４の積層膜を複数の接続用導電膜４０に分離する。このようにして、複数の光電変換素子２０が直列に接続した構造が形成される。
【００３６】
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。本実施形態によれば、フレキシブル基板１０に孔１２を設け、かつ第２電極１４０に排気孔１４２を設けている。そして排気孔１４２は、孔１２を介してプラズマ生成空間を排気している。このため、排気孔１４２のレイアウトを調節することにより、第２電極１４０の中心部と周辺部とでプラズマ生成空間においてプラズマ生成中にガスの組成が異なることを抑制できる。従って、成膜される膜の膜質に分布が生じることを抑制できる。
【００３７】
また第１電極１２０に垂直な方向から見た場合に、ガス供給孔１２４と排気孔１４２は、中心が互いにずれている。このため、ガス供給孔１２４からプラズマ生成空間に供給されたプロセスガスが未反応のまま排気孔１４２から排気されることを抑制できる。この効果は、ガス供給孔１２４と排気孔１４２は互いに対向していない場合に、特に顕著になる。
【００３８】
また、プラズマ生成空間に生成するパーティクルの排気効率を向上させることができるため、成膜室１００の内壁にパーティクルが溜まることが抑制される。従って、成膜装置のメンテナンス性が向上する。
【００３９】
また、フレキシブル基板１０に設けられた孔１２は、フレキシブル基板１０に形成された光電変換素子を直列に接続するために用いられる。このため、フレキシブル基板１０に孔１２を設けることによって問題は生じない。
【００４０】
（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に係る成膜装置の構成を示す断面図であり、第１の実施形態における図２に相当している。この成膜装置は、第１電極１２０の外縁に絶縁部材１２６を備える点を除いて、第１の実施形態に係る成膜装置と同様の構成である。
【００４１】
絶縁部材１２６は、第１電極１２０の外縁に沿って設けられており、第１電極１２０の表面から第２電極１４０に向けて突出している。絶縁部材１２６の先端は、フレキシブル基板１０が第２電極１４０に接した状態において、フレキシブル基板１０に略接する位置であるのが好ましい。
【００４２】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第１電極１２０と第２電極１４０の外縁側からプロセスガスが廃棄されることを抑制できるため、第１電極１２０及び第２電極１４０の中心部と周辺部とでプラズマ生成空間におけるガスの組成が異なることをさらに抑制できる。
【００４３】
また、プラズマ生成空間を閉空間に近づけることができるため、プラズマ生成空間の外にパーティクルが流出することを抑制できる。従って、成膜室１００の内壁にパーティクルが付着することをさらに抑制でいる。
【００４４】
また、フレキシブル基板１０に絶縁部材１２６の先端が接するようにした場合、第１電極１２０と第２電極１４０の平行度を向上させることができる。
【００４５】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【００４６】
（実施例）
第１の実施形態に係る成膜装置を用いて、フレキシブル基板１０にシリコン膜を成膜した。また比較例として、第２電極１４０に排気孔１４２を設けていない成膜装置を用いて、フレキシブル基板１０にシリコン膜を成膜した。
【００４７】
図７は、実施例及び比較例それぞれに対して、結晶化度の面内分布を調べた結果を示している。結晶化度は、シリコン膜のラマン散乱光を測定し、結晶シリコンに起因したラマン散乱光（５２０ｃｍ−１）のピーク強度を、アモルファスシリコンに起因したラマン散乱光（４８０ｃｍ−１）で規格化した値（Ｉ（５２０ｃｍ−１）／Ｉ（４８０ｃｍ−１））である。図７から、実施例に係るシリコン膜は、比較例にかかるシリコン膜に対して、結晶化度の面内分布が小さいことがわかった。
【００４８】
図８は、パーティクルであるＳｉ粉の量を、実施例及び比較例それぞれで調べた結果を示している。このグラフから、実施例においては比較例に対してＳｉ粉の量を約４０％減らせることが分かった。
【００４９】
以上のことから、第１の実施形態に係る成膜装置を用いることにより、成膜される膜の膜質に分布が生じることが抑制でき、かつ、パーティクルの生成量が少なくなることが示された。
【符号の説明】
【００５０】
１０   フレキシブル基板
１２   孔
１２ａ   孔
１２ｂ   孔
２０   光電変換素子
２２   下部電極層
２４   光電変換層
２６   上部電極層
２８   分離溝
４０   接続用導電膜
４２   導電層
４４   導電層
４６   分離溝
１００   成膜室
１０２   仕切部材
１０２ａ  開口部
１０３   送り室
１０４   基板送出部
１０５   巻き取り室
１０６   基板巻取部
１２０   第１電極
１２２   中空部
１２４   ガス供給孔
１２６   絶縁部材
１３５   支持軸
１４０   第２電極
１４２   排気孔
１４４   中空部
１５５   支持軸
２００   高周波電源
【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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