(57)【要約】【課題】  プラズマ中のナノクラスタの特性を計測することができ、それに基づいて良好な太陽電池を製造することが可能なナノクラスター計測装置及び太陽電池製造装置を提供する。【解決手段】  レーザ２とレーザ調整部４＋６と計測部１２と制御部１０とを具備するナノクラスター計測装置を用いる。レーザ２は、レーザ光を照射する。レーザ調整部４＋６は、プラズマの所望の領域にそのレーザ光が照射されるように、そのレーザ光を調整する。計測部１２は、そのプラズマに基づいて予め設定された一つ又は複数の波長範囲の各々において、そのレーザ光がその領域に照射されたときその領域の全部又は一部から発せられる発光の強度を計測する。制御部１０は、その一つ又は複数の波長範囲の各々におけるその発光の強度に基づいて、その領域における粒子状物質の特性を求める。【選択図】      図１
2005069768.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を照射するレーザと、
プラズマの所望の領域に前記レーザ光が照射されるように、前記レーザ光を調整するレーザ調整部と、
前記プラズマに基づいて予め設定された一つ又は複数の波長範囲の各々において、前記レーザ光が前記領域に照射されたとき前記領域の全部又は一部から発せられる発光の強度を計測する計測部と、
前記一つ又は複数の波長範囲の各々における前記発光の強度に基づいて、前記領域における粒子状物質の特性を求める制御部と
を具備する
ナノクラスター計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載のナノクラスター計測装置において、
前記粒子状物質の特性は、前記粒子状物質の粒径及び数密度である
ナノクラスター計測装置。
【請求項３】
請求項２に記載のナノクラスター計測装置において、
前記発光は、ミー散乱光及びＬＩＩ（Ｌａｓｅｒ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｉｎｃａｎｄｅｎｓｃｅｎｃｅ）光を含み、
前記制御部は、前記ミー散乱光の強度ＩＭ、及び、ＬＩＩ光の強度ＩＬに基づいて、下記の二式により前記粒子状物質の粒径ｄ及び数密度ｎを求め、
ＩＭ＝α・ｄ６・ｎ
ＩＬ＝β・ｄ３・ｎ
前記α及び前記βは係数である
ナノクラスター計測装置。
【請求項４】
請求項３に記載のナノクラスター計測装置において、
前記プラズマは、シランガスを含むガスを放電させて生成される
ナノクラスター計測装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のナノクラスター計測装置において、
前記レーザ調整部は、
前記レーザ光を反射するミラーと、
反射された前記レーザ光が前記プラズマの前記領域に照射されるように前記ミラーの向きを変更するミラー駆動部と
を備え、
前記計測部は、
前記発光の測定を行う発光測定部と、
前記発光測定部を前記発光の方向へ向ける測定用駆動部と
を備える
ナノクラスター計測装置。
【請求項６】
請求項５に記載のナノクラスター計測装置において、
前記レーザ調整部は、
前記レーザ光を二次元方向に広げるレーザ拡張部を更に備える
ナノクラスター計測装置。
【請求項７】
請求項６に記載のナノクラスター計測装置において、
前記計測部は、前記発光の二次元画像を所定の期間に所定の回数計測し、
前記制御部は、計測された前記回数分の前記二次元画像に基づいて、ＰＩＶ（Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｉｍａｇｅ  Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ）の手法により、前記粒子状物質の流れの流速及び方向を算出する
ナノクラスター計測装置。
【請求項８】
容器と、
前記容器内に設けられ、基板を所定の位置に保持する保持部と、
前記容器内に設けられ、前記基板に対向する位置に設けられた対向電極と、
前記容器に接続され、前記容器内に所望のガスを供給するガス供給部と、
前記容器に接続され、前記容器内の気体を排気する排気部と、
前記対向電極に電気的に接続され、前記容器内に前記ガスが供給されたとき、前記基板と前記対向電極との間に薄膜製造用の前記ガスのプラズマを発生させるように電力を供給する電力供給部と、
前記プラズマにおける粒子状物質の特性を求める請求項１乃至７のいずれか一項に記載のナノクラスター計測装置と
を具備する
太陽電池製造装置。
【請求項９】
請求項８に記載の太陽電池製造装置において、
前記薄膜製造時に、所望の薄膜を得るように前記ガス供給部と前記排気部と前記電力供給部を制御する製膜制御部を更に具備し、
前記ナノクラスター計測装置は、前記薄膜製造時の前記プラズマにおける前記粒子状物質の特性の分布を求め、
前記製膜制御部は、前記粒子状物質の特性の分布に基づいて、前記薄膜の膜質を均質にするように前記制御を行う
太陽電池製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノクラスター計測装置に関し、特に、プラズマ中に発生するナノクラスターの特性を計測するナノクラスター計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマＣＶＤ法により形成される非晶質シリコンを主材料とした太陽電池は、薄膜で材料コストが低い、大面積化が容易等の特徴を有する。すなわち、低コストの太陽電池として近年注目されている。ただし、非晶質シリコンの膜中の欠陥密度が大きい場合、その膜を用いた太陽電池は、光により劣化するという問題がある。そのため、光劣化の問題を解決することが課題となっている。
【０００３】
非晶質シリコン中の欠陥は、製膜中に発生するナノサイズの微粒子（粒子状物質）（本明細書中、「ナノクラスタ」ともいう）が原因の一つと考えられている。このため、ナノクラスタの発生を抑制するための様々な手法が提案されている。
【０００４】
一方、太陽電池は、生産効率や製品適用性などの観点から、１ｍ×１ｍ程度の大型のものが生産される傾向にある。このような大型太陽電池の生産においては、基板全域で膜質が均一であることが重要である。そのためには、製膜中のプラズマの状態が基板全域で均一であることが望ましい。そのようなプラズマを得るためには、製膜中のプラズマにおけるナノクラスタを計測し、その分布を求めることが必要である。
【０００５】
製膜中のプラズマ空間のナノクラスタを計測する手段として、現状ではレーザを用いた散乱法による方法が行われている（例：非特許文献１参照）。ただし、これらはいずれも小型の装置を対象としたものである。大型の太陽電池に用いる非晶質シリコンの製膜において、そのプラズマ中のナノクラスタを計測することが可能な技術が望まれている。
【０００６】
【非特許文献１】白谷  正治ほか、「フォトカウンティングレーザー散乱法によるプラズマ中の微粒子計測」、応用物理、社団法人応用物理学会、１９９９年４月、第６８巻、第５号、ｐ．５５３−５５４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の目的は、プラズマの状態を計測することが可能なナノクラスター計測装置を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、プラズマ中のナノクラスタの特性を計測することが可能なナノクラスター計測装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の更に他の目的は、プラズマが広範囲に存在していても、プラズマ中の任意の位置におけるナノクラスタの特徴を計測することが可能なナノクラスター計測装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の別の目的は、プラズマ中のナノクラスタの分布を求めることが可能なナノクラスター計測装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の更に別の目的は、プラズマ中のナノクラスタの特性を計測し、それに基づいて良好な太陽電池を製造することが可能な太陽電池製造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】
以下に、発明を実施するための最良の形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１３】
従って、上記課題を解決するために、本発明のナノクラスター計測装置は、レーザ（２）とレーザ調整部（４＋６（５））と計測部（１２）と制御部（１０）とを具備する。レーザ（２）は、レーザ光を照射する。レーザ調整部（４＋６（５））は、プラズマの所望の領域にそのレーザ光が照射されるように、そのレーザ光を調整する。計測部（１２）は、そのプラズマに基づいて予め設定された一つ又は複数の波長範囲の各々において、そのレーザ光がその領域に照射されたときその領域の全部又は一部から発せられる発光の強度を計測する。制御部（１０）は、その一つ又は複数の波長範囲の各々におけるその発光の強度に基づいて、その領域における粒子状物質の特性を求める。
【００１４】
上記のナノクラスター計測装置において、その粒子状物質の特性は、その粒子状物質の粒径（ｄ）及び数密度（ｎ）である。
【００１５】
上記のナノクラスター計測装置において、その発光は、ミー散乱光及びＬＩＩ（Ｌａｓｅｒ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｉｎｃａｎｄｅｎｓｃｅｎｃｅ）光を含む。制御部（１０）は、そのミー散乱光の強度ＩＭ、及び、ＬＩＩ光の強度ＩＬに基づいて、下記の二式によりその粒子状物質の粒径ｄ及び数密度ｎを求める。
ＩＭ＝α・ｄ６・ｎ
ＩＬ＝β・ｄ３・ｎ
ただし、そのα及びそのβは係数である。
【００１６】
上記のナノクラスター計測装置において、そのプラズマは、シランガスを含むガスを放電させて生成される。
【００１７】
上記のナノクラスター計測装置において、レーザ調整部（４＋６（５））は、そのレーザ光を反射するミラー（４）と、反射されたそのレーザ光がそのプラズマのその領域に照射されるようにそのミラーの向きを変更するミラー駆動部（図示されず）とを備える。計測部（１２）は、その発光の測定を行う発光測定部（１２）と、発光測定部（１２）をその発光の方向へ向ける測定用駆動部（図示されず）とを備える。
【００１８】
上記のナノクラスター計測装置において、レーザ調整部（４＋５）は、そのレーザ光を二次元方向に広げるレーザ拡張部を更に備える。
【００１９】
上記のナノクラスター計測装置において、計測部（１２）は、その発光の二次元画像を所定の期間に所定の回数計測する。制御部（１０）は、計測されたその回数分のその二次元画像に基づいて、ＰＩＶ（Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｉｍａｇｅ  Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ）の手法により、その粒子状物質の流れの流速及び方向を算出する。
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明の太陽電池製造装置は、容器（２０）と保持部（３２）と対向電極（２８）とガス供給部（３４）と排気部（３８）と電力供給部（３６）とナノクラスター計測装置（１）とを具備する。保持部（３２）は、容器（２０）内に設けられ、基板（２６）を所定の位置に保持する。対向電極（２８）は、容器（２０）内に設けられ、基板（２６）に対向する位置に設けられる。ガス供給部（３４）は、容器（２０）に接続され、容器（２０）内に所望のガスを供給する。排気部（３８）は、容器（２０）に接続され、容器（２０）内の気体を排気する。電力供給部（３６）は、対向電極（２８）に電気的に接続され、容器（２０）内にそのガスが供給されたとき、基板（２６）と対向電極（２８）との間に薄膜製造用のそのガスのプラズマを発生させるように電力を供給する。ナノクラスター計測装置（１）は、そのプラズマにおける粒子状物質の特性を求める上記の装置である。
【００２１】
上記の太陽電池製造装置において、その薄膜製造時に、所望の薄膜を得るようにガス供給部（３４）と排気部（３８）と電力供給部（３６）を制御する製膜制御部（１０）を更に具備する。ナノクラスター計測装置（１）は、その薄膜製造時のそのプラズマにおけるその粒子状物質の特性の分布を求める。製膜制御部（１０）は、その粒子状物質の特性の分布に基づいて、その薄膜の膜質を均質にするようにその制御を行う。
【発明の効果】
【００２２】
本発明により、プラズマ中のナノクラスタの特性を計測することができ、それに基づいて良好な太陽電池を製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明のナノクラスター計測装置を太陽電池製造装置に適用した場合の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
【００２４】
（第１の実施の形態）
まず、本発明のナノクラスター計測装置を太陽電池製造装置に適用した場合の第１の実施の形態の構成について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明のナノクラスター計測装置を太陽電池製造装置に適用した場合の第１の実施の形態の構成を示す斜透視図である。太陽電池製造装置３０は、ナノクラスター計測装置１と、チャンバ２０、保持部３２、対向電極２８、ガス供給部３４、電力供給部３６、排気部３８を具備する。
【００２５】
排気部３８は、チャンバ２０に接続され、チャンバ２０内のガスを排気し、又は真空度を所定の値に維持する。ガス供給部３４は、チャンバ２０内に製膜用のガスを供給する。本実施例では、ガスはシランガス及び水素ガスを所定の割合で混合した混合ガスである。電力供給部３６は、チャンバ２０内の対向電極２８にＲＦ電力を供給する。
【００２６】
チャンバ２０内には、保持部３２と、対向電極２８と、受光用窓２４と、観察用窓２２とが設けられている。保持部３２は、対向電極２８に対向する電極と、大型のガラス製の基板２６をチャンバ２０内に固定的に保持する治具とを含む。このとき、基板２６は、保持部３２を介して電気的に接地に接続する。対向電極２８は、保持部３２に保持された基板２６と対向する位置に概ね平行に設けられる。それは、特許第２９８９２７９号公報のラダー電極に例示される。そして、電力供給部３６からＲＦ電力を供給され、基板２６との間にプラズマを形成する。
【００２７】
受光用窓２４は、チャンバ２０の裏面側の下側の端部に設けられ、外部からレーザ光をチャンバ２０内に導入する。観察用窓２２は、チャンバ２０の側面側の上側の端部に設けられ、チャンバ２０内の発光を観察可能である。これらの窓は、レーザ光及び発光に対する吸収が出来るだけ少ない材料のものを用いる。
受光用窓２４及び観察用窓２２は、本発明に関わる計測を行うことが可能なレーザ光と観測する発光との関係が満足されれば、チャンバ２０の他の側面に設けていても良い。
【００２８】
ナノクラスター計測装置１は、レーザ２と、レーザ調整部としてのレンズ部４及びミラー部６と、計測部としての発光測定部１２と、制御部１０と、レーザビームストッパ８とを具備する。
【００２９】
レーザ２は、プラズマに照射されるレーザ光を照射する。そのレーザ光は、そのプラズマ中の微粒子の温度を４０００Ｋ〜５０００Ｋに上昇させ、ＬＩＩ（Ｌａｓｅｒ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｉｎｃａｎｄｅｎｓｃｅｎｃｅ）輻射光を発生させることが可能である。波長３５５ｎｍのＹＡＧレーザに例示される。
【００３０】
レンズ部４は、１つ又は複数のレンズを備える。レーザ光の拡散（発散）を抑える。それと共に、レーザ光がプラズマ中の所望の領域で焦点を結ぶように調整する。図中、１つのレンズしか示していないが、複数のレンズを含む光学系を用いることができる。
【００３１】
ミラー部６は、レンズ部４を通過したレーザ光を所望の方向へ反射する１つ又は複数のミラーを備える。図中、１つのミラーしか示していないが、複数のミラーを組み合わせた光学系を用いることができる。そして、計測対象のプラズマにおける所望の領域へ向けて、レンズ部４を通過したレーザ光をミラーが反射するようにミラーの位置及び角度を調整するミラー駆動部（図示されず）を備える。このようなミラー駆動部としては、ミラーを回転及び移動するトラバース機構が例示される。
【００３２】
レーザビームストッパ部８は、レーザ光がチャンバ２０内に散乱しないように、ミラー部６から到達したレーザ光を減衰するレーザビームストッパを備える。そして、レーザ光の方向に対応した位置及び角度へレーザビームストッパを移動させるためのストッパ駆動部（図示されず）を備える。このようなストッパ駆動部としては、レーザビームストッパ８を回転及び移動するトラバース機構が例示される。駆動は、ｄ１方向の移動及び、レーザビームストッパ部８の水平軸Ｍ１についてＰ１に示すように回転（図２参照）させる。これにより、レーザビームストッパ部８をレーザ光の方向へ向ける。
【００３３】
発光測定部１２は、レーザ光がプラズマの所望の領域に照射されたとき、その領域から発せられる発光を計測する。ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）や光電子増倍管に例示される。すなわち、予め設定された一つ又は複数の波長範囲の各々における発光の強度を計測する。そして、レーザ光がプラズマにおける所望の領域に照射されたとき、そのプラズマのその領域の全部又は一部から発せられる発光を計測するように、発光測定部１２をその発光の方向へ向ける測定用駆動部（図示されず）を備える。このような測定用駆動部としては、発光測定部１２を回転及び移動するトラバース機構が例示される。駆動は、発光測定部１２の水平軸Ｌ１及び垂直軸Ｌ２について、Ｓ１及びＳ２に示すように回転させる。これにより、発光測定部１２を発光の方向へ向ける。
【００３４】
制御部１０は、レンズ部４、ミラー部６、レーザービームストッパ８及び発光測定部１２の動作を制御する。そして、発光測定部１２で計測された発光の強度と、発光の波長範囲とに基づいて、プラズマ中に存在するナノクラスタ（粒子状物質）の特性（例示：粒径、濃度、それらのプラズマ中の分布）を求める。また、ナノクラスタ（粒子状物質）の特性（分布）に基づいて、より均質な太陽電池用薄膜を得るように太陽電池製造装置３０のガス供給部３４、電力供給部３６及び排気部３８を制御する。この場合、例えば、制御部１０に予め格納されたテーブル（例示：ナノクラスタの状態及び分布の変化と、プラズマを制御する各パラメータの変化との関係を示すテーブル）に基づいて、各構成を制御する。ただし、ガス供給部３４、電力供給部３６及び排気部３８を制御する機能は、太陽電池製造装置３０において別の制御部を設けて行っても良い。テーブルは、予め行った実験のデータに基づいて作成されている。
【００３５】
制御部１０におけるナノクラスタの状態の判定は以下のようにして行う。
レーザ光による発光は、ミー散乱光及びＬＩＩ（Ｌａｓｅｒ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｉｎｃａｎｄｅｎｓｃｅｎｃｅ）散乱光を含んでいる。
ミー散乱光は、レーザ光をナノクラスタのような微粒子に照射したとき、その微粒子から発せられる散乱光である。このミー散乱光の強度は、粒子径、数密度及びレーザ光に対する角度の関数である。そして、２方向以上からミー散乱光を計測することにより粒子径を求めることができる。しかし、太陽電池用の膜を製膜する場合、プラズマを計測する方向が制限され、２方向から同時にミー散乱光を計測できない。レーザ光に対する角度を固定した場合、ミー散乱光の強度は次式で表現される。
ＩＭ＝α・ｄ６・ｎ          （１）
ここで、ＩＭ：ミー散乱光の強度、α：係数（固定された角度やプラズマ生成条件、装置条件により実験的に決定）、ｄ：粒子状物質（ナノクラスタ）の粒径、ｎ：数密度である。
一方、ＬＩＩ（輻射）光は、レーザ光を照射されたナノクラスタのような微粒子が４０００Ｋ〜５０００Ｋに上昇したときに発する輻射光である。このＬＩＩ光の強度は、微粒子の体積と数密度の積すなわち濃度に比例する。ＬＩＩ光では、発光を計測し、濃度を求めることができる。しかし、ＬＩＩ光だけでは、粒径を求めることが出来ない。ＬＩＩ光の強度は次式で表現される。
ＩＬ＝β・ｄ３・ｎ            （２）
ここで、ＩＬ：ＬＩＩ（輻射）光の強度、β：係数（プラズマ生成条件、装置条件により実験的に決定）である。
すなわち、（１）式及び（２）式を連立させて解けば、相対的にｄ及びｎを算出することができる。
【００３６】
ここで、レーザ２のレーザ光の波長を３５５ｎｍとし、シランガス（ＳｉＨ４ガス）及び水素ガス（Ｈ２ガス）のプラズマ中に生成する微粒子（ナノクラスタ、粒子状物質）を計測する場合、ミー散乱光及びＬＩＩ光を計測する波長範囲は、以下のようになる。
ミー散乱光の波長範囲は、レーザ光の波長の近傍になる。ここでは、レーザ光の波長は概ね３５５ｎｍ近傍である。従って、ミー散乱光のための波長範囲は、３５５±５ｎｍとなる。
また、ＬＩＩ光の波長範囲は、レーザ光の波長よりも長い波長になる。加えて、ノイズとなるシラン系のプラズマ（Ｓｉｘ−Ｈｙ、ｘ、ｙ≧１、整数）の発光の波長である４００〜４３０ｎｍ、水素系のプラズマ（Ｈｚ、ｚ≧１、整数）の発光の波長である５８０ｎｍ以上を避けた波長になる。すなわち、ＬＩＩ光のための波長範囲は、概ね４４０〜５７０ｎｍとなる。
【００３７】
図４を参照して、発光測定部１２について更に説明する。
図４は、発光測定部の構成を示す概念図である。発光測定部１２は、レンズ部３１、ハーフミラー３３、フィルタ３５、フィルタ３７、発光測定部本体１２ａ、発光測定部本体１２ｂを備える。
ナノクラスタを含むプラズマ（ＰＳ１、ＰＳ２）にレーザ光を照射することにより発生する発光（Ｒ１，Ｒ２）には、レーザ光と同じ波長のミー散乱光と、レーザ光より波長の長いＬＩＩ光が混在している。従って、ハーフミラー３３で発光を２つに分ける。そして、一方の発光を、ミー散乱光の波長範囲のみを透過させるフィルタ３５に通して、発光測定部本体１２ａとしてのＣＣＤカメラにミー散乱光を計測させる。同様に、他方の発光を、ＬＩＩ光の波長範囲のみを透過させるフィルタ３７に通して、発光測定部本体１２ｂとしてのＣＣＤカメラにＬＩＩ光を計測させる。このような発光測定部１２により正確に各光を計測することができる。それにより、より正確に、相対的なｄ及びｎを算出することができる。
【００３８】
次に、本発明のナノクラスター計測装置を太陽電池製造装置に適用した場合の第１の実施の形態の動作について、図１を参照して説明する。
【００３９】
基板２６は、チャンバ２０の保持部３２にセッティングされ、保持される。その後、チャンバ２０内のガスが排気部３８により排気される。所望の真空度に達した段階で、ガス供給部３４からシランガス及び水素ガスが所定の割合、且つ所定の流量で対向電極２８と基板２６との間に供給される。チャンバ２０の真空度は、排気部３８により所望の製膜圧力に維持される。所望の電力が、電力供給部３６によりチャンバ２０内の対向電極２８に供給される（基板２６は接地されている）。それにより、対向電極２８と基板２６との間にシランガス及び水素ガスを含む混合ガスのプラズマが形成される。そして、太陽電池用の薄膜が基板２６上に形成される。
【００４０】
波長３５５ｎｍのレーザ光は、レーザ２から照射され、レンズ部４及び受光用窓２４を介してミラー部６に達する。そして、レーザ光は、制御部１０からの制御により予め設定された方向へレーザ光を反射するように回転（移動）したミラー部６により、レーザ光Ｂ１として反射される。このとき、レーザ光Ｂ１は、予め設定された領域（位置）ＰＳ１で焦点を結ぶ（光束が最小となる）ようにレンズ部４で調整されている。レーザ光Ｂ１は、基板２６と対向電極２８との間に形成されたプラズマ中を進む。そして、プラズマ中の微粒子（ナノクラスタ、粒子状物質）に吸収、散乱されながらレーザビームストッパ部８へ達する。レーザビームストッパ部８で減衰する。
【００４１】
一方、レーザ光Ｂ１を吸収、散乱した領域ＰＳ１の微粒子（ナノクラスタ、粒子状物質）から発せられる発光のうち、観察用窓２２の方向に進む発光Ｒ１は、観察用窓２２、レンズ部３１、ハーフミラー３３、フィルタ３５又はフィルタ３７を介して、発光測定部本体１２ａ又は発光測定部本体１２ｂに達する。発光測定部１２は、制御部１０からの制御により領域ＰＳ１からの発光Ｒ１を受光するように回転（移動）している。
【００４２】
フィルタ３５によりミー散乱光の波長範囲の３５５±５ｎｍに絞られた発光は、発光測定部１２ａにより受光される。そして、その発光の強度である第１光強度が、発光測定部１２ａにより制御部１０へ出力される。一方、ＬＩＩ散乱光の波長範囲のね４４０〜５７０ｎｍに絞られた発光は、発光測定部１２ｂにより受光される。そして、その発光の強度である第２光強度が、発光測定部１２ｂにより制御部１０へ出力される。制御部１０は、第１光強度＝ミー散乱光の強度ＩＭ、第２光強度＝ＬＩＩ散乱光の強度ＩＬとして、前述の式（１）及び式（２）で相対的なｄ及びｎを算出する。
【００４３】
このような、領域ＰＳ１での測定を、全プラズマ空間における予め設定された箇所で行う。例えば、１ｍ×１ｍの基板２６に対応する領域のうち、縦３箇所×横３箇所の合計９箇所（必要に応じて更に細かく分けた箇所）で、相対的なｄ及びｎを算出する。それにより、太陽電池薄膜の製造時のナノクラスタ（粒子状物質）の特性分布を把握することができる。そして、その分布に基づいて、より均質な太陽電池用薄膜を得るように太陽電池製造装置３０のガス供給部３４、電力供給部３６及び排気部３８を制御することができる。
【００４４】
この場合、例えば、制御部１０は、プラズマを制御する各パラメータを変化させた場合のナノクラスタの状態及びその分布の変化を示すテーブルに基づいて、ガス供給部３４、電力供給部３６及び排気部３８を制御する。各パラメータとしては、供給される電力、供給されるガス組成及び流量及び排気速度が例示される。
【００４５】
本実施例により、レンズ部４によるレーザ光の焦点位置、発光測定部１２の向き（計測するプラズマの領域）、レーザビームストッパ部８を制御部１０により協調して制御することにより、レーザ光Ｂ１上のすべての領域について、上記計測を行うことが出来る。それにより、ナノクラスタ（微粒子、粒子状物質）の相対的なｄ及びｎを算出することができる。
【００４６】
更に、本実施例により、太陽電池用の薄膜を製膜時に、劣化に影響を及ぼすナノクラスタの状況を把握することができる。それにより、太陽電池用の薄膜を製膜時に、製膜条件を適切に微調整することが出来、均質な太陽電池用の薄膜を得ることが可能となる。従って、太陽電池薄膜の製造の歩留まりが向上し、生産コストを低下させることが可能となる。
【００４７】
上記実施例では、図１中、ミラー部６は、基板２６に近い側で、レーザ光をレーザ光Ｂ１のように反射する。しかし、更に、ミラー駆動部により、ミラー部６を、ｘ方向にｄ１に示すように移動することができる。これにより、基板２６と対向電極２８との間に形成されるプラズマの厚み方向（ｘ方向）の各領域についてもレーザ光を照射することができる。
例えば、図１に示すように、ミラー部６は、制御部１０の制御でｄ１に示すように移動してミラー部６ａの位置に移動することができる。この位置では、ミラー部６ａは、レーザ光Ｂ１よりも対向電極２８よりに、レーザ光をレーザ光Ｂ１ａのように反射する。その際、レーザ光Ｂ１ａは、同様にｄ１に示すように移動したレーザービームストッパ部８ａで減衰される。また、レーザ光Ｂ１ａによる発光は、発光測定部１２が制御部１０からの制御により回転（移動）することにより、発光測定部１２により受光される。これにより、基板２６と対向電極２８との間に形成されるプラズマの厚み方向（ｘ方向）の各領域についてもプラズマの状態（微粒子の粒径、数密度）を計測することが可能となる。
【００４８】
上記実施例では、図１中、ミラー部６は、基板２６の対角線方向で、レーザ光をレーザ光Ｂ１のように反射する。しかし、更に、ミラー駆動部により、ミラー部６を、回転してレーザ光をプラズマ全体に走査しながら照射することができる。これと、上記の厚み方向の移動を併せると、基板２６と対向電極２８との間に形成されるプラズマの全領域についてレーザ光を照射することができる。
例えば、図２に示すように、ミラー部６は、制御部１０の制御で回転することにより、レーザ光Ｂ１をレーザ光Ｂ１ｂやレーザ光Ｂ１ｃのように照射することができる。この途中の領域も同様である。その際、レーザ光Ｂ１ｂ及びレーザ光Ｂ１ｃは、それぞれ、同様に図に示すように移動（回転）したレーザービームストッパ部８ｂ及びレーザービームストッパ部８ｃで減衰される。また、レーザ光Ｂ１ｂ及びレーザ光Ｂ１ｃによる発光は、発光測定部１２が制御部１０からの制御により回転（移動）することにより、発光測定部１２により受光される。これにより、基板２６と対向電極２８との間に形成されるプラズマの全領域についてプラズマの状態（微粒子の粒径、数密度）を計測することが可能となる。
【００４９】
すなわち、レンズ部４によるレーザ光の焦点位置、ミラー部６によるレーザ光の反射位置及び反射方向、発光測定部１２の向き（計測するプラズマの領域）、レーザビームストッパ部８の位置を制御部１０により協調して制御することにより、レーザ光Ｂ１〜レーザ光Ｂ１ａ〜レーザ光Ｂ１ｂ〜レーザ光Ｂ１ｃ上のすべての領域（プラズマの全領域）について、上記計測を行うことが出来る。それにより、ナノクラスタ（微粒子、粒子状物質）の相対的なｄ及びｎを算出することができる。
【００５０】
図１〜図２において、レンズ部４及びミラー部６は、それぞれ、チャンバ２０の外及び中にある。しかし、特に支障がない限り、両方とも中に設置しても良いし、両方とも外に設置しても良い。
【００５１】
（第２の実施の形態）
まず、本発明のナノクラスター計測装置を太陽電池製造装置に適用した場合の第２の実施の形態の構成について、添付図面を参照して説明する。図３は、本発明のナノクラスター計測装置を太陽電池製造装置に適用した場合の第２の実施の形態の構成を示す斜透視図である。太陽電池製造装置３０は、ナノクラスター計測装置１ａと、チャンバ２０、保持部３２、対向電極２８、ガス供給部３４、電力供給部３６、排気部３８を具備する。
【００５２】
チャンバ２０、保持部３２、対向電極２８、ガス供給部３４、電力供給部３６、排気部３８は、第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００５３】
ナノクラスター計測装置１は、レーザ２と、レーザ調整部としてのレンズ部４及びレーザ光変形部５と、計測部としての発光測定部１２と、制御部１０と、レーザビームストッパ部９とを具備する。
【００５４】
レーザ２及びレンズ部４は、第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００５５】
レーザ光変形部５は、レンズ部４を通過したレーザ光を所望の方向へ反射する１つ又は複数のミラーと、所望の大きさを有する二次元のシート状にレーザ光を拡大する１つ又は複数のレンズとを備える。図中、１つのミラー５−１と二つのレンズ５−２及び５−３しか示していないが、複数のミラー及び更に他の複数のレンズを組み合わせた光学系を用いることもできる。そして、レンズ部４を通過したレーザ光を計測対象のプラズマにおける所望の二次元の領域へ向けてミラーが反射し、且つ、所望の大きさのシート状にレンズが拡大するように、ミラー及びレンズの位置及び角度を調整する光学系駆動部（図示されず）を備える。このような光学系駆動部としては、ミラー及びレンズを回転及び移動するトラバース機構が例示される。
【００５６】
レーザビームストッパ部９は、シート状のレーザ光がチャンバ２０内に散乱しないように、レーザ光変形部５から到達したレーザ光を減衰するレーザビームストッパを備える。そして、レーザ光の方向に対応した位置及び角度へレーザビームストッパを移動させるためのストッパ駆動部（図示されず）を備える。このようなストッパ駆動部としては、レーザビームストッパを回転及び移動するトラバース機構が例示される。駆動は、ｄ２及びｄ３方向の移動及び、レーザビームストッパ部９の水平軸Ｍ１についてＰ１に示すように回転させる。これにより、レーザビームストッパ部９をレーザ光の方向へ向ける。
【００５７】
発光測定部１２は、レーザ光がプラズマに照射されたとき、そのプラズマから発せられる二次元の領域からの発光を計測する。発光測定部１２は、２次元の領域を計測可能なＣＣＤに例示される。すなわち、予め設定された一つ又は複数の波長範囲の各々における二次元の領域からの発光の強度を計測する。そして、レーザ光がプラズマにおける所望の二次元の領域に照射されたとき、そのプラズマの二次元の領域の全部又は一部から発せられる発光を計測するように、発光測定部１２をその発光の方向へ向ける測定用駆動部（図示されず）を備える。このような測定用駆動部としては、発光測定部１２を回転及び移動するトラバース機構が例示される。駆動は、発光測定部１２の水平軸Ｌ１及び垂直軸Ｌ２について、Ｓ１及びＳ２に示すように回転させる。これにより、発光測定部１２を発光の方向へ向ける。
【００５８】
図４に示される発光測定部１２については、二次元の領域からの発光を計測する（一度に計測する面積が広がる）以外は第１の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。
【００５９】
制御部１０は、レンズ部４、レーザ光変形部５、レーザービームストッパ部９及び発光測定部１２の動作を制御する。そして、発光測定部１２で計測された発光の強度と、発光の波長範囲とに基づいて、プラズマ中に存在するナノクラスタ（粒子状物質）の特性（分布）を求める。また、ナノクラスタ（粒子状物質）の特性（分布）に基づいて、より均質な太陽電池用薄膜を得るように太陽電池製造装置３０のガス供給部３４、電力供給部３６及び排気部３８を制御する。この場合、例えば、制御部１０に予め格納されたテーブル（例示：ナノクラスタの状態及び分布の変化と、プラズマを制御する各パラメータの変化との関係を示すテーブル）に基づいて、各構成を制御する。ただし、ガス供給部３４、電力供給部３６及び排気部３８を制御する機能は、太陽電池製造装置３０において別の制御部を設けて行っても良い。テーブルは、予め行った実験のデータに基づいて作成されている。
【００６０】
制御部１０におけるナノクラスタの状態の判定は以下のようにして行う。
まず、計測された二次元の領域における各部の発光強度に基づいて、第１の実施の形態と同様の方法により、二次元の領域における各部での粒子径ｄ、数密度ｎの相対値を求める。これにより、二次元の領域における粒子径、数密度を一度に求めることができる。すなわち、二次元の領域における粒子径、数密度の分布を求めることが可能となる。
【００６１】
次に、このような二次元の領域における粒子径、数密度の分布を短時間に複数回計測する。すなわち、二次元の領域における粒子径、数密度の分布の時間変化を測定する。そして、それらのデータに基づいて、従来知られたＰＩＶ（Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ  Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ）法を用いて、プラズマ空間におけるナノクラスタの流れの流速及び方向を求めることができる。
【００６２】
ＰＩＶ法としては、計測された時間ごとの数密度分布（可視画像の輝度分布に対応）間の類似度を、数密度分布間の差分や相関関係を用いて評価し、これらの移動から流速等を求めることができる相関法が好ましい。相関法としては、自己相関法、パターン相関法、輝度差累積法が例示される。
【００６３】
更に、発光測定部１２の計測する発光の波長範囲をシラン系のプラズマ（Ｓｉｘ−Ｈｙ、ｘ、ｙ≧１、整数）の発光の波長である４００〜４３０ｎｍとし、計測された時間ごとの発光強度の分布そのもの（可視画像の輝度分布に対応）を用いれば、プラズマ空間におけるシラン系のラジカルや反応種の流れの流速及び方向を求めることができる。
【００６４】
次に、本発明のナノクラスター計測装置を太陽電池製造装置に適用した場合の第２の実施の形態の動作について、図３を参照して説明する。
【００６５】
基板２６は、チャンバ２０の保持部３２にセッティングされ、保持される。その後、チャンバ２０内のガスが排気部３８により排気される。所望の真空度に達した段階で、ガス供給部３４からシランガス及び水素ガスが所定の割合で、所定の流量で対向電極２８と基板２６との間に供給される。チャンバ２０の真空度は、排気部３８により所望の製膜圧力に維持される。所望の電力が、電力供給部３６によりチャンバ２０内の対向電極２８に供給される（基板２６は接地されている）。それにより、対向電極２８と基板２６との間にシランガス及び水素ガスを含む混合ガスのプラズマが形成される。
【００６６】
波長３５５ｎｍのレーザ光は、レーザ２から照射され、レンズ部４、レーザ光変形部５及び受光用窓２４ａを介してチャンバ２０に達する。このとき、レーザ光は、制御部１０で制御されたレーザ光変形部５のミラー及びレンズにより、予め設定された方向へ設定された大きさのシート状となる。そして、レーザ光Ｂ２として出力される。レーザ光Ｂ２は、基板２６と対向電極２８との間に形成されたプラズマ中を進む。そして、プラズマ中の微粒子（ナノクラスタ、粒子状物質）に吸収、散乱されながらレーザビームストッパ部９へ達する。レーザビームストッパ部９で減衰する。
【００６７】
一方、レーザ光Ｂ２を吸収、散乱した二次元の領域ＰＳ２の微粒子（ナノクラスタ、粒子状物質）から発せられる発光のうち、観察用窓２２の方向に進む発光Ｒ２は、観察用窓２２、レンズ部３１、ハーフミラー３３、フィルタ３５又はフィルタ３７を介して、発光測定部本体１２ａ又は発光測定部本体１２ｂに達する。発光測定部１２は、制御部１０からの制御により領域ＰＳ２からの発光Ｒ２を受光するように回転（移動）している。
【００６８】
フィルタ３５によりミー散乱光の波長範囲の３５５±５ｎｍに絞られた発光は、発光測定部１２ａにより受光される。そして、その二次元の領域ＰＳ２の発光の強度（発光強度の分布）である第３光強度が、発光測定部１２ａにより制御部１０へ出力される。一方、ＬＩＩ光の波長範囲の４４０〜５７０ｎｍに絞られた発光は、発光測定部１２ｂにより受光される。そして、その二次元の領域ＰＳ２の発光の強度（発光強度の分布）である第４光強度が、発光測定部１２ｂにより制御部１０へ出力される。制御部１０は、第１光強度＝ミー散乱光の強度ＩＭ、第２光強度＝ＬＩＩ光の強度ＩＬとして、前述の式（１）及び（２）で、相対的なｄ及びｎを算出する。
【００６９】
次に、このような二次元の領域における粒子径、数密度の分布について、短時間に複数回計測した結果に基づいて、制御部１０は、従来知られたＰＩＶ法を用いて、プラズマ空間におけるナノクラスタの流れの流速及び方向を求める。
【００７０】
発光測定部１２の向き（計測するプラズマのの二次元領域）を制御部１０により制御することにより、レーザ光Ｂ２上のすべての領域について、上記計測及び相対的なｄ及びｎ、及びナノクラスタの流れの流速及び方向を算出することができる。
【００７１】
上記実施例では、図中、レーザ光変形部５は、基板２６の対角線方向に、レーザ光をレーザ光Ｂ２のように出力する。しかし、更に、光学系駆動部により、レーザ光変形部５を、回転してレーザ光をプラズマ全体に走査しながら照射することができる。すなわち、基板２６と対向電極２８との間に形成されるプラズマの全領域についてレーザ光を照射することができる。
例えば、図３に示すように、レーザ光変形部５は、制御部１０の制御で回転することにより、レーザ光Ｂ２をレーザ光Ｂ２ｂやレーザ光Ｂ２ｃのように照射することができる。この途中の領域も同様である。その際、レーザ光Ｂ２ｂ及びレーザ光Ｂ２ｃは、それぞれ、同様に図に示すように移動（回転）したレーザービームストッパ部９ｂ及びレーザービームストッパ部９ｃで減衰される。また、レーザ光Ｂ２ｂ及びレーザ光Ｂ２ｃによる発光は、発光測定部１２が制御部１０からの制御により回転（移動）することにより、発光測定部１２により受光される。これにより、基板２６と対向電極２８との間に形成されるプラズマの全領域についてプラズマの状態（微粒子の粒径、数密度、ナノクラスタの流れの流速及び方向）を計測することが可能となる。
【００７２】
すなわち、レーザ光変形部５によるレーザ光の反射位置及び反射方向、発光測定部１２の向き（計測するプラズマの領域）を制御部１０により協調して制御することにより、レーザ光Ｂ２〜レーザ光Ｂ２ｂ〜レーザ光Ｂ２ｃ上のすべての領域（プラズマの全領域）について、上記計測を行うことが出来る。それにより、ナノクラスタ（微粒子、粒子状物質）の相対的なｄ及びｎを算出することができる。更に、ナノクラスタの流れの流速及び方向を算出することができる。
【００７３】
このような、領域ＰＳ２での測定を、全プラズマ空間において行う。そして、全プラズマ空間で、相対的なｄ及びｎを算出する。それにより、太陽電池薄膜の製造時のナノクラスタ（粒子状物質）の特性分布を把握することができる。そして、その分布に基づいて、より均質な太陽電池用薄膜を得るように太陽電池製造装置３０のガス供給部３４、電力供給部３６及び排気部３８を制御することができる。
【００７４】
この場合も、例えば、制御部１０は、プラズマを制御する各パラメータを変化させた場合のナノクラスタの状態及びその分布の変化を示すテーブルに基づいて、ガス供給部３４、電力供給部３６及び排気部３８を制御する。各パラメータとしては、供給される電力、供給されるガス組成及び流量及び排気速度が例示される。
【００７５】
本実施例においても、太陽電池用の薄膜を製膜時に、劣化に影響を及ぼすナノクラスタの状況を把握することができる。それにより、太陽電池用の薄膜を製膜時に、製膜条件を適切に微調整することが出来、均質な太陽電池用の薄膜を得ることが可能となる。従って、太陽電池薄膜の製造の歩留まりが向上し、生産コストを低下させることが可能となる。
【００７６】
図３におけるレンズ部４及びレーザ光変形部５は、それぞれ、チャンバ２０の外にある。しかし、特に支障がない限り、レーザ光変形部５が中、あるいは、両方とも中にあっても良い。
【００７７】
上記各実施の形態において、チャンバ２０の中におけるレーザ光及び発光の光路上のもの、例えば、受光用窓２４、観察用窓２２、及び、チャンバ２０内に設置された場合のレンズ部４及びミラー部６は、その光路上の部位に膜や微粒子が堆積する場合が考えられる。それについては、例えば、測定時に開くシャッターを用いて対応することができる。又は、膜や微粒子が堆積する部位を適当な電位にすることにより、膜や微粒子が堆積し難くして対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】図１は、本発明のナノクラスター計測装置を太陽電池製造装置に適用した場合の第１の実施の形態の構成を示す斜透視図である。
【図２】図２は、本発明のナノクラスター計測装置を太陽電池製造装置に適用した場合の第１の実施の形態の構成を示す斜透視図である。
【図３】図３は、本発明のナノクラスター計測装置を太陽電池製造装置に適用した場合の第２の実施の形態の構成を示す斜透視図である。
【図４】図４は、発光測定部の構成を示す概念図である。
【符号の説明】
【００７９】
１    ナノクラスター計測装置
２    レーザ
４    レンズ部
５    レーザ光変形部
５−１    ミラー
５−２、５−３    レンズ
６    ミラー部
８、９レーザビームストッパ部
１０    制御部
１２    発光測定部
２０    チャンバ
２２    観察用窓
２４    受光用窓
２６    基板
２８    対向電極
３０    太陽電池製造装置
３２    保持部
３４    ガス供給部
３６    電力供給部
３８    排気装置
【図１】
2005069768.tif 000003
【図２】
2005069768.tif 000004
【図３】
2005069768.tif 000005
【図４】
2005069768.tif 000006