(57)【要約】【課題】基板の均一な急速昇温を可能にする製膜装置を提供する。【解決手段】垂直面に対して若干傾斜させて真空容器１内に配設した電極３と、この電極３に相対向するよう真空容器１内で基板５を保持する電極４と、この電極４の裏面側に配設したヒータ７とを有し、ヒータカバーとしても機能する前記電極４を介して前記ヒータ７で基板５を加熱するように構成した製膜装置において、前記基板５の熱分布が均一になるよう電極３の裏面に熱伝導率が高い材料であるアルミヨュウムで形成した均熱板１１を当接させた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直面に対して若干傾斜させて真空容器内に配設した一方の電極と、この一方の電極に相対向するよう同様に若干傾斜させて前記真空容器内で基板を保持する他方の電極と、この他方の電極の反基板側である裏面側に配設したヒータとを有し、ヒータカバーとしても機能する前記他方の電極を介して前記ヒータで前記基板を加熱するとともに、前記真空容器内に原料ガスを供給しつつ前記両電極間に高周波電圧を印加して両電極間に原料ガスプラズマを形成することにより前記基板上に所定の製膜を行う製膜装置において、
前記基板の熱分布が均一になるよう他方の電極の裏面に熱伝導率が高い材料で形成した均熱板を当接させて構成したことを特徴とする製膜装置。
【請求項２】
垂直面に対して若干傾斜させて真空容器内に配設した一方の電極と、この一方の電極に相対向するよう同様に若干傾斜させて前記真空容器内で基板を保持する他方の電極と、この他方の電極の反基板側である裏面側に配設したヒータとを有し、ヒータカバーとしても機能する前記他方の電極を介して前記ヒータで前記基板を加熱するとともに、前記真空容器内に原料ガスを供給しつつ前記両電極間に高周波電圧を印加して両電極間に原料ガスプラズマを形成することにより前記基板上に所定の製膜を行う製膜装置において、
前記基板の熱分布が均一になるよう他方の電極の裏面に熱伝導率が高い材料で形成した均熱板を当接させるとともに、
前記ヒータの加熱による前記基板の反りを規制するよう、前記基板の少なくとも４隅に、この基板の表面側から基板を押える押え棒を設けたことを特徴とする製膜装置。
【請求項３】
〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載する製膜装置において、
他方の電極と均熱板との間に、さらに熱膨張係数がより前記他方の電極に近い材料で形成したパンチングメタル等の多孔質部材を介在させたことを特徴とする製膜装置。
【請求項４】
〔請求項１〕乃至〔請求項３〕に記載する何れか一つの製膜装置において、
均熱板をアルミ板で形成したことを特徴とする製膜装置。
【請求項５】
〔請求項１〕乃至〔請求項４〕に記載する何れか一つの製膜装置において、
製膜工程に先立つ基板の加熱工程において、真空容器内に分子量が小さいガスを供給し、このガスが均熱板と他方の電極との間、又は均熱板と多孔質部材及び多孔質部材と他方の電極間との間に充填された状態でヒータによる基板の加熱を行うように構成したことを特徴とする製膜装置。
【請求項６】
〔請求項５〕に記載する製膜装置において、
ガスは水素ガスとしたことを特徴とする製膜装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は製膜装置に関し、特に大型のガラス基板に太陽電池のための製膜を行うプラズマＣＶＤ装置に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池の作製工程においては、基板上にアモルファスシリコン膜を形成する工程があり、このアモルファスシリコン膜は、通常プラズマＣＶＤ装置を用いて製膜している。
【０００３】
従来技術に係るこの種のプラズマＣＶＤ装置の一例を図３に示す。同図に示すように、当該プラズマＣＶＤ装置は、真空容器１内に相対向して配設するとともに高周波電源２に接続した電極３、４を有している。ここで、両電極３、４は、垂直面に対して若干傾斜させて真空容器１内に配設してある。
【０００４】
また、真空容器１内には、この場合の原料ガスであるシランガス（ＳｉＨ４）を供給するとともに、両電極３、４間に高周波（例えば１３．５６ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ）電力を印加するように構成してある。このことにより、電極３、４間に原料ガスである主としてシランガス（ＳｉＨ４）のプラズマを形成し、このとき生成する原料ガスのラジカル（主としてＳｉＨ３  ラジカル  ）を利用して基板５上にＳｉ膜を形成する。
【０００５】
ここで、当該プラズマＣＶＤ装置においては一方の電極３が原料ガスの供給手段としての機能も有する。すなわち、電極３は、外部から供給される原料ガスが流入する中空部を有するとともに、他方の電極４と相対向する面に形成した多数の孔３ａを有しており、この孔３ａを介して電極３、４間に原料ガスを供給するようになっている。
【０００６】
他方の電極４はその表面に基板５を載置するとともに、この基板５の電極４との密着性を良好に保持するため、基板５の周辺部に当接してこれを電極４側に押圧する押え板６を有している。この押え板６は通常導電部材で形成してある。
【０００７】
ヒータ７は、基板５を加熱する。電極４を介して基板５を所定の温度に保持することにより基板５上の膜の形成を容易、且つ良質なものとするためである。ここで、ヒータ７は電極４の裏面側に相対向して配設してある。したがって、電極４はプラズマに対するヒータカバーとしても機能する。なお、図中、８は真空容器１内を真空に引く真空ポンプである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
太陽電池製造に関して稼動率向上を行うためには、連続製膜を行うことが必要不可欠である。連続製膜を行うに当たっては、各層（Ｐ層、Ｉ層、ｎ層）の製膜に対して、基板５の温度をその層の製膜温度に急速に制御する必要がある。ちなみに、Ｐ層、Ｉ層及びｎ層を製膜する場合の基板５の温度は、例えば１５０°Ｃ、２００°Ｃ、１７０°Ｃである。したがって、この例の場合には、Ｐ層の製膜後、Ｉ層を製膜する際には、基板５の温度を１５０°Ｃから２００°Ｃに昇温する必要がある。前述の如く連続製膜により太陽電池製造に関する稼動率向上を実現するには、前記昇温を、例えば１２０秒程度の短時間で行う必要がある。すなわち、基板５の急速昇温を実現する必要がある。一方、発電効率の向上を図るベく、製膜の膜厚の均一化及び膜質の均質化等の観点からは、基板５の温度分布を均一にすることが肝要である。すなわち、温度分布が均一になるような急速昇温を実現することが肝要である。
【０００９】
さらに、上述の如く従来技術に係るプラズマＣＶＤ装置では、基板５を、その周辺（四辺）部に当接してこれを電極４側に押え板６で押圧している。当該プラズマ処理装置において製膜後の基板５は、その周辺部の所定範囲（例えば端面から１５ｍｍ程度の範囲）は切り落としているため、この切り落とし部分を押え板６で押さえるのは何の問題もないと考えられていたが、このように基板５を押え板６で押さえることによってその近傍部分の膜質に悪影響が及んでいることが判明した。そこで、加熱時の基板５の反りを防止するためのその拘束構造を工夫する必要もある。
【００１０】
本発明は、上記従来技術に鑑み、基板の均一な昇温を可能にするとともに、この場合の基板の反りを有効に防止し得る製膜装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は次の点を特徴とする。
【００１２】
１）  垂直面に対して若干傾斜させて真空容器内に配設した一方の電極と、この一方の電極に相対向するよう同様に若干傾斜させて前記真空容器内で基板を保持する他方の電極と、この他方の電極の反基板側である裏面側に配設したヒータとを有し、ヒータカバーとしても機能する前記他方の電極を介して前記ヒータで前記基板を加熱するとともに、前記真空容器内に原料ガスを供給しつつ前記両電極間に高周波電圧を印加して両電極間に原料ガスプラズマを形成することにより前記基板上に所定の製膜を行う製膜装置において、
前記基板の熱分布が均一になるよう他方の電極の裏面に熱伝導率が高い材料で形成した均熱板を当接させて構成したこと。
【００１３】
２）  垂直面に対して若干傾斜させて真空容器内に配設した一方の電極と、この一方の電極に相対向するよう同様に若干傾斜させて前記真空容器内で基板を保持する他方の電極と、この他方の電極の反基板側である裏面側に配設したヒータとを有し、ヒータカバーとしても機能する前記他方の電極を介して前記ヒータで前記基板を加熱するとともに、前記真空容器内に原料ガスを供給しつつ前記両電極間に高周波電圧を印加して両電極間に原料ガスプラズマを形成することにより前記基板上に所定の製膜を行う製膜装置において、
前記基板の熱分布が均一になるよう他方の電極の裏面に熱伝導率が高い材料で形成した均熱板を当接させるとともに、
前記ヒータの加熱による前記基板の反りを規制するよう、前記基板の少なくとも４隅に、この基板の表面側から基板を押える押え棒を設けたこと。
【００１４】
３）  上記１）又は２）に記載する製膜装置において、
他方の電極と均熱板との間に、さらに熱膨張係数がより前記他方の電極に近い材料で形成したパンチングメタル等の多孔質部材を介在させたこと。
【００１５】
４）  上記１）乃至３）に記載する何れか一つの製膜装置において、
均熱板をアルミ板で形成したこと。
【００１６】
５）  上記１）乃至４）に記載する何れか一つの製膜装置において、
製膜工程に先立つ基板の加熱工程において、真空容器内に分子量が小さいガスを供給し、このガスが均熱板と他方の電極との間、又は均熱板と多孔質部材及び多孔質部材と他方の電極間との間に充填された状態でヒータによる基板の加熱を行うように構成したこと。
【００１７】
６）  上記５）に記載する製膜装置において、
ガスは水素ガスとしたこと。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１９】
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態に係る製膜装置であるプラズマＣＶＤ装置を示す構成図である。同図に示すように、本形態に係るプラズマＣＶＤ装置は、図３に示すプラズマＣＶＤ装置を改良したもので、多くの構成を共通にする。
【００２０】
すなわち、当該プラズマＣＶＤ装置は、垂直面に対して若干傾斜させて真空容器１内に配設した一方の電極３と、この電極３に相対向するよう同様に若干傾斜させて真空容器１内で基板５を保持する他方の電極４と、この電極４の裏面側に配設したヒータ７とを有している。
【００２１】
そして、ヒータカバーとしても機能する前記電極４を介してヒータ７で基板５を加熱するとともに、真空容器１内に原料ガス（例えば（ＳｉＨ４））を供給しつつ前記両電極３、４間に高周波電圧を印加して両電極３、４間に原料ガスプラズマを形成することにより基板５上に所定の製膜を行う。ここで、電極４は通常ステンレス（ＳＵＳ）を材料として形成している。
【００２２】
さらに、本形態に係るプラズマＣＶＤ装置は、熱伝導率が高い材料で形成した均熱板１１を有する。この均熱板１１は、ＳＵＳで形成した電極（ヒータカバー）４よりも数段熱伝導率が良好なアルミニュウム板で形成してあり、ヒータ７と相対向するよう電極４の裏面に固着してある。かくして基板５は均熱板１１及びヒータカバーを兼用する電極４を介してヒータ７で加熱・昇温される。
【００２３】
支持枠１２は、電極４の周囲に配設した枠体で、端面を介して当接する基板５を支持するものである。本形態の場合、図３に示す従来技術に係るプラズマＣＶＤ装置の押え板６と異なり、基板５の外周部を押さえることなく支持するだけの構造となっている。
【００２４】
押え棒１３は、ヒータ７の加熱による基板５の反りを規制するよう、前記基板５の４隅でこの基板５を表面側から押えるように配設したものである。本形態に係る押え棒１３はコ字状の部材で、その基端部が支持枠１２の端部４箇所にそれぞれ回動可能に支持してある。すなわち、押え棒１３は支持枠１２の表面に垂直な軸（図示せず。）回りに回動可能に構成してあり、電極４に基板５を載置する際には、前記軸回りに回動して基板５と干渉しないよう退避し、基板５を支持枠１２で支持した後に、反対方向に回動して図１に示す状態となり、その先端部の端面が基板５の４隅と相対向する位置に占位するように構成してある。
【００２５】
また、本形態に係るプラズマＣＶＤ装置においては、製膜工程に先立つ基板５の加熱工程において、真空容器１内に電極３の孔３ａを介して水素ガスを供給し、この水素ガスが均熱板１１と電極４との間の間隙に充填されるように構成してある。ここで、製膜工程に先立つ基板５の加熱工程とは、例えばＰ層の製膜後、Ｉ層を製膜する際には、基板５の温度を１５０°Ｃから２００°Ｃに昇温する必要があるが、この様に原料ガスプラスマを形成して各層の製膜を行う際に保持しなければならない基板温度を確保するための前処理としての昇温工程をいう。ちなみに、太陽電池製造に関して稼動率向上を達成すべく連続製膜を行うに当たっては、基板５の温度を特定の層の製膜温度に急速に昇温することが肝要である。
【００２６】
かかる本形態においてはヒータ７の発熱により均熱板１１及び電極４を介して基板５が昇温される。ここで、均熱板１１は熱伝導率が高いアルミニュウム板で形成してあるので、電極４を均一に昇温するとともに基板５を均一に昇温する。したがって、基板５の各部の温度分布は均一になり、しかも所定の温度迄短時間で昇温される。
【００２７】
この際、真空容器１内に電極３の孔３ａを介して水素ガスを供給すれば、ヒータ７と均熱板１１との間に水素ガスが充填されるばかりでなく、均熱板１１と電極４との間の間隙にも充填される。水素ガスは、熱伝導率が良好なガスであるので、ヒータ７の熱は水素ガスを介して効率良く伝達され、その分速やかに基板５を昇温することができる。
【００２８】
また、このように急速昇温した場合、基板５の電極４に接している部分である裏面と、逆の面である表面との間で温度差を発生し、この温度差に起因する熱膨張量の違いにより裏面側が表面側に比べて距離が長くなるので、裏面側が凸となるような反りを発生する。すなわち、基板５の周辺部が電極３側に跳ね上がろうとする。この跳ね上がりによる変形は、この変形に伴い基板５が押え棒１３の先端面に当接した時点で規制され、それ以上の変形は防止される。すなわち、本形態では基板５の４隅を押え棒１３で押え込むことにより急速昇温に伴う基板５の変形を防止し得る。
【００２９】
かくして、本形態によれば、反りを防止しつつ基板５を所定の温度まで急速に昇温することができる。
【００３０】
＜第２の実施の形態＞
図２は本発明の第２の実施の形態に係る製膜装置であるプラズマＣＶＤ装置を示す構成図である。同図に示すように、本形態に係るプラズマＣＶＤ装置は、図１に示すプラズマＣＶＤ装置における電極４と均熱板１１との間に、さらに熱膨張係数がより電極４に近い材料で形成したパンチングメタル等の多孔質部材１４を介在させたものである。その他の構成は、図１に示す第１の実施の形態と同様である。そこで、同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００３１】
本形態に係るプラズマＣＶＤ装置は多孔質部材１４を有するので、この多孔質部材１４が電極４と均熱板１１との熱膨張係数の違いを吸収して電極４の熱変形を防止する。すなわち、電極４は通常ＳＵＳで形成するのに対し、均熱板１１はそれよりも熱伝導率が飛躍的に高く、熱膨張係数も大きいアルミニュウムで形成しているので、両者を直接張り合わせた場合には、電極４が熱変形する虞があるが、例えばＳＵＳで形成したパンチングメタルを電極４と均熱板１１との間に介在させることにより、多孔質部材１４が熱膨張率の違いに起因する熱変形を緩和して電極４の平面度を良好に保持する。
【００３２】
一方、押え棒１３は基板５の４隅で最小限の面積で相対向しているので、その存在が製膜に対する影響を可及的に小さくすることができる。
【００３３】
なお、上記実施の形態では均熱板１１をアルミニュウム板で形成したが、これに限定するものではない。熱伝導率が高いものであれば他の部材でも良い。例えば銅板で形成することもできる。また、伝熱効率を向上させるために真空容器１内に供給するガスも、水素ガスに限定する必要はない。分子量が小さいガスであれば、十分この種の実用に供し得る。ちなみに、窒素ガス程度までの分子量であれば利用し得る。ただ、水素ガスが最も分子量が小さくその分伝熱効率に優れるものである。さらに、ヒートカバーを兼用する電極４自体を熱伝導率が高いアルミニュウム等の材料で形成しても良い。
【００３４】
さらに、均熱板１１のみでも十分な均熱効果及び昇温効果が得られる場合には製膜工程に先立つ昇温工程での水素ガス等の供給は不要な場合もある。
【００３５】
また、抑え棒１３は、上記実施の形態のものに限る必要はない。要は、基板５の周辺部が電極３側に反ることによる変形を抑制し得るものとなっており、同時に基板５の表面に形成する製膜への影響を可及的に小さくし得る構造のものであれば、支持枠１２で支持する必要もない。
【００３６】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに具体的に説明した通り、〔請求項１〕に記載する発明は、垂直面に対して若干傾斜させて真空容器内に配設した一方の電極と、この一方の電極に相対向するよう同様に若干傾斜させて前記真空容器内で基板を保持する他方の電極と、この他方の電極の反基板側である裏面側に配設したヒータとを有し、ヒータカバーとしても機能する前記他方の電極を介して前記ヒータで前記基板を加熱するとともに、前記真空容器内に原料ガスを供給しつつ前記両電極間に高周波電圧を印加して両電極間に原料ガスプラズマを形成することにより前記基板上に所定の製膜を行う製膜装置において、前記基板の熱分布が均一になるよう他方の電極の裏面に熱伝導率が高い材料で形成した均熱板を当接させて構成したので、
ヒータの発熱により均熱板が先ず均一に加熱される結果、電極も均一に加熱される。かくして、基板の表面温度分布が均一に保持される。
この結果、本発明によれば、製膜工程に先立つ基板の昇温による温度分布を均一にして膜厚及び膜質が均一な所望の製膜を実施することができる。
【００３７】
〔請求項２〕に記載する発明は、垂直面に対して若干傾斜させて真空容器内に配設した一方の電極と、この一方の電極に相対向するよう同様に若干傾斜させて前記真空容器内で基板を保持する他方の電極と、この他方の電極の反基板側である裏面側に配設したヒータとを有し、ヒータカバーとしても機能する前記他方の電極を介して前記ヒータで前記基板を加熱するとともに、前記真空容器内に原料ガスを供給しつつ前記両電極間に高周波電圧を印加して両電極間に原料ガスプラズマを形成することにより前記基板上に所定の製膜を行う製膜装置において、前記基板の熱分布が均一になるよう他方の電極の裏面に熱伝導率が高い材料で形成した均熱板を当接させるとともに、前記ヒータの加熱による前記基板の反りを規制するよう、前記基板の少なくとも４隅に、この基板の表面側から基板を押える押え棒を設けたので、
基板を急速昇温した場合、基板の裏面と、表面との間で温度差を発生し、この温度差に起因する熱膨張量の違いにより裏面側が表面側に比べて距離が長くなる結果発生する裏面側が凸となるような反りを押えこむことができる。すなわち、基板の周辺部が一方の電極側に跳ね上がろうとするが、この跳ね上がりによる変形を、押え棒先端面に当接した時点で規制して、それ以上の変形を防止する。
この結果、本発明によれば、〔請求項１〕に記載する発明と同様の効果に加え、基板の４隅を押え棒で押え込むことにより急速昇温に伴う基板の変形を防止し得るという効果も奏する。
【００３８】
〔請求項３〕に記載する発明は、〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載する製膜装置において、他方の電極と均熱板との間に、さらに熱膨張係数がより前記他方の電極に近い材料で形成したパンチングメタル等の多孔質部材を介在させたので、
多孔質部材が電極（ヒータカバー）と均熱板との熱膨張係数の違いを吸収して前記電極（ヒータカバー）の熱変形を防止する。すなわち、電極（ヒータカバー）に対し熱膨係数が格段に大きい材料で均熱板を形成しているので、両者を直接張り合わせた場合には、電極（ヒータカバー）が熱変形する虞があるが、例えば本発明の如く多孔質部材を電極（ヒータカバー）と均熱板との間に介在させることにより、多孔質部材が熱膨張率の違いに起因する熱変形を緩和して電極（ヒータカバー）の変形を防止するという効果を奏する。
【００３９】
〔請求項４〕に記載する発明は、〔請求項１〕乃至〔請求項３〕に記載する何れか一つの製膜装置において、均熱板をアルミ板で形成したので、
〔請求項１〕乃至〔請求項３〕の作用・効果を良好に得ることができる。
【００４０】
〔請求項５〕に記載する発明は、〔請求項１〕乃至〔請求項４〕に記載する何れか一つの製膜装置において、製膜工程に先立つ基板の加熱工程において、真空容器内に分子量が小さいガスを供給し、このガスが均熱板と他方の電極との間、又は均熱板と多孔質部材及び多孔質部材と他方の電極間との間に充填された状態でヒータによる基板の加熱を行うように構成したので、
良好な熱伝導性能を有するガスを介してもヒータの発熱を均熱板及び電極（ヒータカバー）に伝達することができる。
この結果、本発明によれば、さらに良好な基板の昇温特性を得ることができる。
【００４１】
〔請求項６〕に記載する発明は、〔請求項５〕に記載する製膜装置において、ガスは水素ガスとしたので、
〔請求項６〕の作用・効果を良好に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る製膜装置であるプラズマＣＶＤ装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る製膜装置であるプラズマＣＶＤ装置を示す概略構成図である。
【図３】従来技術に係るプラズマＣＶＤ装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１        真空容器
２        高周波電源
３        電極
４        電極
５        基板
７        ヒータ
１１        均熱板
１２        支持枠
１３        押え棒
１４        多孔質部材
【図１】
2004319863.tif 000003
【図２】
2004319863.tif 000004
【図３】
2004319863.tif 000005