(57)【要約】【課題】薄膜太陽電池等の製造に用いられる両面放電型のプラズマＣＶＤ装置において、同時に搬入搬出される２枚の基板に、安定して均一な堆積膜を形成することが可能、即ち、両側のプラズマをアンバランス無く、均一に生成することが可能な高周波プラズマ発生用電源、該電源を用いたプラズマＣＶＤ装置及び方法を提供すること。【解決手段】両面放電型のプラズマ源に、互いに独立の関係にある２つの高周波電源の出力を供給することにより、両側のプラズマをアンバランス無く、均一に生成することを可能とする。該２つの高周波電源として、パルス変調型電源及びそれぞれに中心周波数の異なるバンドパスフイルターを有する２周波数型電源を用いることを特徴とする。【選択図】図１
2007231424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、放電用の第１電極と、この第１電極の両面側にそれぞれに対向して配置された第２電極及び第３電極と、該第１電極と第２電極間に高周波電力を供給する第１の高周波電源と、該第１電極と第３電極間に高周波電力を供給する第２の高周波電源と、プラズマ処理すべき第１の基板を該第１電極と第２電極間に配置させ、かつ、プラズマ処理すべき第２の基板を該第１電極と第３電極間に配置させる基板保持手段とを具備し、該第１電極と第２電極間に生成されるプラズマ及び該第１電極と第３電極間に生成されるプラズマを利用して該第１及び第２の基板の表面に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置に用いられるプラズマ発生用電源装置において、前記第１の高周波電源及び第２の高周波電源が、互いに独立の関係にある高周波電力を発生する高周波電源であることを特徴とするプラズマ発生用電源装置。
【請求項２】
前記第１の高周波電源と第２の高周波電源は、それぞれの出力がパルス変調され、時間的に交互に動作する高周波電源であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ発生用電源装置。
【請求項３】
前記第１の高周波電源と第２の高周波電源が、それぞれ任意の同期信号に同期した任意のパルス変調が可能で、かつ、該パルス変調のデユーテイ比即ちパルス幅Ｈｗと周期Ｔ０の比Ｈｗ／Ｔ０を５０％以下に設定可能な高周波電源であることを特徴とする請求項２記載のプラズマ発生用電源装置。
【請求項４】
前記第１の高周波電源及び第２の高周波電源から出力される高周波電力の周波数が、互いに異なる値の周波数であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ発生用電源装置。
【請求項５】
前記第１高周波電源及び第２高周波電源と前記電極を接続する線路に、それぞれ、該電源から供給される電力のそれぞれの周波数成分のみを通過させる機能をもつバンドパスフイルター回路を配置させたことを特徴とする請求項４記載のプラズマ発生用電源装置。
【請求項６】
排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、放電用の第１電極と、この第１電極の両面側にそれぞれに対向して配置された第２電極及び第３電極と、該第１電極と第２電極間に高周波電力を供給する第１の高周波電源と、該第１電極と第３電極間に高周波電力を供給する第２の高周波電源と、プラズマ処理すべき第１の基板を該第１電極と第２電極間に配置させ、かつ、プラズマ処理すべき第２の基板を該第１電極と第３電極間に配置させる基板保持手段とを具備し、該第１電極と第２電極間に生成されるプラズマ及び該第１電極と第３電極間に生成されるプラズマを利用して該第１及び第２の基板の表面に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置において、前記第１及び第２の高周波電源が請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の高周波電源により構成されていることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項７】
排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、放電用の第１電極と、この第１電極の両面側にそれぞれに対向して配置された第２電極及び第３電極と、該第１電極と第２電極間に高周波電力を供給する第１の高周波電源と、該第１電極と第３電極間に高周波電力を供給する第２の高周波電源と、プラズマ処理すべき第１の基板を該第１電極と第２電極間に配置させ、かつ、プラズマ処理すべき第２の基板を該第１電極と第３電極間に配置させる基板保持手段とを具備し、該第１電極と第２電極間に生成されるプラズマ及び該第１電極と第３電極間に生成されるプラズマを利用して該第１及び第２の基板の表面に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ法において、前記第１及び第２の高周波電源を請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の高周波電源によって構成し、堆積膜を形成することを特徴とするプラズマＣＶＤ法。
【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基板の表面に所定の堆積膜を形成するプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ法に関する。特に、本発明は、アモルファスシリコン薄膜太陽電池、及びアモルファスシリコンと微結晶シリコンを含む結晶質シリコンのタンデム型薄膜太陽電池等の製造に用いられるプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマを用いて基板の表面に各種の膜を堆積し、各種電子デバイスを製作することは、ＬＣＤ（液晶デイスプレー）用ＴＦＴ（薄膜トランジスター）、アモルファスＳｉ系太陽電池、薄膜結晶質Ｓｉ系太陽電池、複写機用感光体、および各種情報記録デバイス等の分野において既に実用化されている。また、ダイヤモンド薄膜および立方晶ボロンナイトライド（Ｃ−ＢＮ）等の超硬質膜製造分野においても実用化が進みつつある。
【０００３】
しかしながら、特に薄膜太陽電池の分野においては、製品の低コスト化を図る生産技術が充分に完成されておらず、依然として、その本格的実用化普及に必要な低コスト化が社会的ニーズとして強く求められている。その為に、生産性向上に関する開発研究が、鋭意行われている状況にある。
【０００４】
上記低コスト化及びそれを実現するための生産性向上に関する技術分野には、量産性向上技術として、プラズマＣＶＤ装置全体の配置構成、即ちインライン型、マルチチャンバー型あるいは並列配置型等に見られるように製膜室の配置の改善に論点をおいたもの、基板面積の増大や製膜速度の改善に論点をおいたもの、及び製膜室内に設置可能な基板の枚数を１枚から複数枚へ増加させることに論点をおいたもの等がある。
ここで、生産性向上を図る上での最も効果的、かつ基本的な技術は、基板の大面積化や製膜速度向上に関する技術と、製膜室に同時に設置可能な基板の枚数（基板の同時処理枚数）の増大に関する技術である。
なお、特に、基板の同時処理枚数の増大化技術は、生産性を確実に向上できるという効果がる。即ち、具体的には、製膜室に基板を１枚だけ配置して堆積膜を製造する場合に比べ、基板を同時に２枚配置して堆積膜を製造する場合は、生産性は、確実に２倍に向上するという効果がある。
【０００５】
製膜室内に同時に設置する基板の枚数を１枚から２枚へ増加させる技術に関する代表例に、特許文献１及び特許文献２がある。
特許文献１に記載の解決しようとする課題は概略次のとおりである。生産性を向上するために、製膜室内で２枚の基板を同時に製膜できる従来の両面放電型のプラズマＣＶＤ装置において、一方の放電領域である第１の電極と第２の電極間の放電と、他方の放電領域である第１の電極と第２の電極間の放電にアンバランスが生じることがある。そのアンバランスの原因は、基板搬送機構の部材である第２の電極と第３の電極が非対称に配置されることにある。その結果、該放電のアンバランスを解消することができず、両面での均等な製膜が困難であった。
特許文献１に記載の上記課題を解決する為の手段は概略次のとおりである。電力を印加する第１電極と、この第１電極の両面にそれぞれ対向して設けられた接地第２電極との間でプラズマを発生して、接地第２電極上に配置した基板表面に薄膜を形成する両面放電型プラズマＣＶＤ装置において、該第１電極が、１）
接地金属平板と、２）該接地金属平板の両面に絶縁スペーサを挟んで平行配置した電力印加用金属平板とから成り、３）各電力印加用金属平板にはそれぞれ別個の電源から電力を供給することを特徴とする。
なお、特許文献１では、両面放電のアンバランスの原因として放電用の電極の位置の非対称性を指摘しているが、それ以外の原因について何も言及されていないし、何も示唆されていない。
特許文献２に記載の解決しようとする課題は概略次のとおりである。通常のプラズマＣＶＤ装置において、一対の電極を構成する一方の電極である非接地電極と製膜室の壁との間に製膜に寄与しない無効なプラズマが発生する。そのため、放電電力にロスが生じるという課題がある。
特許文献２に記載の上記課題を解決する為の手段は概略次のとおりである。生成プラズマにより、反応ガスを分解反応させて基板上に製膜するプラズマＣＶＤ装置において、反応容器と、この反応容器内の中央部に配置された、電極カバーで囲まれたラダー電極と、前記反応容器内で前記ラダー電極を介して向かい合う位置に配置された、前記ラダー電極側に基板を支持・加熱するヒータ源と、前記ラダー電極と前記基板間に反応性ガスを供給するガス供給機構と、前記ラダー電極に電気的に接続された高周波電源とを具備することを特徴とする。
また、生成プラズマにより、反応ガスを分解反応させて基板上に製膜するプラズマＣＶＤ装置において、反応容器と、この反応容器内の中央部に配置された、ガス供給機能と電極機能とを備えたラダー電極装置と、前記反応容器内で前記ラダー電極を介して向かい合う位置に配置された、前記ラダー電極側に基板を支持・加熱するヒータ源と、前記ラダー電極装置に反応性ガスを供給するガス供給機構と、前記ラダー電極装置に電気的に接続された高周波電源とを具備することを特徴とする。
なお、特許文献２では、両面放電のアンバランスの発生及び該アンバランスに起因する製膜の不均一性について、何も言及されていないし、何も示唆されていない。
【０００６】
【特許文献１】特開平０５−２８３３４３（第１−４図）
【特許文献２】特開２００２−１２１６７７（第１図、第３図、第５図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
最近、エネルギー資源問題や地球環境問題に対応した新エネルギー源として実用化普及の加速化が期待されている薄膜シリコン系太陽電池の分野では、これまで以上により一層の生産コストの低減が社会的ニーズとして強く求められている。
そのために、アモルファスシリコン太陽電池及びアモルファスシリコンと結晶質系シリコンを用いたタンデム型太陽電池については、その生産性向上による低コスト化に関する開発研究が、依然として活発に行われている。
【０００８】
しかしながら、従来技術では、以下に述べるような課題が依然として存在し、その解決が望まれている。
アモルファスシリコンシングル型太陽電池、及びアモルファスシリコンと結晶質系シリコンを用いたタンデム型太陽電池の生産性は、次に示すキーファクターの積の形で表される。即ち、
生産性＝「基板の同時処理枚数」ｘ「基板面積（均一性）」ｘ「製膜速度」ｘ「膜質」ｘ「再現性」ｘ「基板搬送速度」ｘ「装置稼動率」ｘ「製品歩留まり」等
上記生産性のキーファクターにおいて、「基板面積（均一性）」ｘ「製膜速度」ｘ「膜質」ｘ「再現性」の改善については、電源周波数を従来の１３．５６ＭＨｚに代えて、ＶＨＦ帯域（３０〜３００ＭＨｚ）の周波数を採用する方式が試みられている。
また、「基板搬送速度」ｘ「装置稼動率」の改善については、従来のインライン型及びマルチチャンバー型から、並列配置型を採用する方式が試みられている。
しかしながら、「基板の同時処理枚数」を１枚から複数枚に増大させるための技術改善については、ブレークスルーのための解決策の発掘を目指した試行錯誤的な研究開発が行われているものの、依然として未解決の課題である。そのため、アモルファスシリコンシングル型太陽電池、及びアモルファスシリコンと結晶質系シリコンを用いたタンデム型太陽電池等の生産現場では、基板の同時処理枚数が１枚のプラズマＣＶＤ装置が採用されている。
【０００９】
特許文献１には、両面の放電領域を接地された金属板で仕切りことを特徴とする、次に示す両面放電のプラズマＣＶＤ装置を提案している。
プラズマＣＶＤ装置における第１電極は、接地金属平板を挟んで両側に２枚の電力印加用金属平板が絶縁スペーサを介して取り付けられ、各電力印加用金属平板は、別個の電源に接続される。したがって、それぞれ一つの電源からは、一方の電力印加用金属平板にのみ電力が供給される。接地金属平板は２枚の電力印加用金属平板相互の間での容量結合を遮断する働きをしている。即ち、一方の電力印加用金属平板に投入された電力はこの接地金属平板の存在により互いに電気的な干渉を受けることが無くなる。その結果、各電源の電力を調整することでそれぞれの電源に接続された片側のみの放電が制御できることになる。
しかしながら、その仕切りの構造は、基板搬送手段が移動するための空間が有るものとなっている。そのため、上記接地金属平板は上記２枚の電力印加用金属平板相互の間での容量結合を遮断する働きを有しておらず、その結果として、その空間を介して、両面の放電領域は繋がった形になっている。即ち、上記放電領域を上記接地された金属板で完全に仕切る機能はないので、両方のプラズマは連成し、互いに干渉し合うことになる。その結果、アンバランス無く、均一に安定して生成することは不可能である。
なお、上記２枚の電力印加用金属平板に挟まれる接地金属平板を基板搬送手段が移動するための空間を無くした形で設置した場合は、両面放電方式ではなく、単に、１枚の基板を搬送する基板搬送手段を有する１つの製膜室を隣り合わせて設置した装置となり、両面放電のプラズマＣＶＤ装置とは異なる通常の構造の装置となる。その場合は生産性向上のメリットがないことは言うまでもない。
また、特許文献１には、両面放電のアンバランスの原因として放電用の電極の位置の非対称性を指摘しているが、それ以外の原因について何も言及されていないし、何も示唆されていない。
特許文献２に記載の技術では、両面の放電領域の間に接地された仕切り金属板が無い構成であるので、両方のプラズマは連成し、互いに干渉し合うので、アンバランス無く、均一に安定して生成することは不可能である。
また、特許文献２には、両面放電のアンバランスの発生及び該アンバランスに起因する製膜の不均一性について、何も言及されていないし、何も示唆されていない。
以上で明らかのように、特許文献１及び特許文献２に記載の技術及びそれら特許文献に記載の知見では、薄膜太陽電池の低コスト化に必要な生産技術である両面放電型のプラズマＣＶＤ装置技術の改善は、依然として、解決が困難であることを示している。
【００１０】
本発明者は、最近、上記両面放電型のプラズマＣＶＤ装置におけるプラズマのアンバランス及びプラズマ生成の制御性の困難性に関する本質的原因あるいは課題は、次に示す問題に関係しているということを発見した。
特許文献１において指摘されている基板搬送系の位置の不確定あるいは再現性不足に起因する接地電極と非接地電極で構成される放電空間の容量のアンバランス発生という問題は、該基板搬送系の位置決め精度及び再現性を高めることで、容易に解決できる。
本発明者が発見した本質的原因あるいは課題は、次に示す問題である。
第１に、従来の両面放電型のプラズマＣＶＤ装置及び方法においては、その２つのプラズマの干渉を、本質的に、遮断することはできないという問題がある。
従来の両面放電型のプラズマＣＶＤ装置は、図６に示すように、基板搬送手段が移動するための空間Ｑ３を有するので、その空間Ｑ３を介して、両面にある２つのプラズマ領域Ｑ１、Ｑ２は電気的に結合する。即ち、プラズマ領域Ｑ１、Ｑ２間には容量結合が存在するという問題がある。そのため、両面にある２つのプラズマ領域Ｑ１、Ｑ２の容量結合を、本質的に、遮断することはできないという問題がある。
第２に、高周波電源及び整合器からなる電力供給系に起因する問題がある。従来の高周波プラズマ生成に用いられる高周波電力供給系は、図７に示すように、発振器と、増幅器と、進行波検出器及び反射波検出器が付属した方向性結合器から成る高周波電源と、その高周波電源と負荷であるプラズマのインピーダンスを整合させるための整合器とから構成され、該増幅器の出力を該整合器を介して、電極へ供給するが、その際、その整合器にノイズ電波が混入すると、反射波との識別ができないという問題がある。
具体的に説明すると、次の通りである。図７に示す従来の両面放電型プラズマＣＶＤ装置の高周波電力供給系において、発振器の出力を増幅器で増幅し、整合器を介して、プラズマ生成用電極に供給する。そして、増幅器に付属した進行波Ｂの検出器及び反射波Ｂの検出器を見ながら、整合器を調整することにより、反射波Ｂを抑制（反射波Ｂを進行波Ｂの電力の１〜１０％程度に調整）している。しかしながら、この方法では、整合器の下流側の反射波Ａがその整合器へ戻ってきた場合、それについての有無を判別できない。即ち、図７において、進行波Ｂ及び反射波Ｂの検出はできるが、整合器の下流側の進行波Ａ及び反射波Ａの検出はできない。
また、該整合器の下流側から、他方のプラズマ（ここでは、隣のプラズマという）に供給された別の電源から供給された電力の漏洩波が混入してきた場合、該整合器及び該反射波Ｂ検出器は、その有無を判別できない。
即ち、従来の両面放電型の高周波プラズマ生成用の高周波電源装置においては、上記隣のプラズマに供給された別の電源からの電力の漏洩波の影響を受けた状態で、目的とするプラズマ生成に必要な電力を供給及びその制御を行っている。
したがって、両面放電型の高周波プラズマ生成用の高周波電源装置は、基板搬送手段が移動するための空間Ｑ３を介して混入する隣のプラズマからの漏洩波の影響によるインピーダンス整合の不安定及び再現性不足という問題がある。
この問題は、両面放電型の一方のプラズマ生成において、他方のプラズマ生成用高周波電力供給系から混入する漏洩波により、安定したプラズマの制御は出来ないということを意味している。
以上説明したように、従来技術では、上記第１及び第２の問題が有る為に、両面放電型のプラズマＣＶＤ装置における両側のプラズマをアンバランス無く、均一に生成することは不可能であった。そのため、両面の製膜室に同時に２枚の基板を設置して、その２枚の基板に、安定して均一な堆積膜を形成することは不可能であった。
即ち、従来の両面放電型の高周波プラズマＣＶＤ装置においては、生産性向上のキーファクターの一つである基板の同時処理枚数を、従来の１枚から２枚へ倍増することにより、生産性を２倍に向上さることが困難であるという課題がある。
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、両面放電型のプラズマＣＶＤ装置において、両側のプラズマをアンバランス無く、均一に生成するプラズマ発生用電源装置、該電源装置により構成されたプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係わるプラズマ発生用電源装置は、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、放電用の第１電極と、この第１電極の両面側にそれぞれに対向して配置された第２電極及び第３電極と、該第１電極と第２電極間に高周波電力を供給する第１の高周波電源と、該第１電極と第３電極間に高周波電力を供給する第２の高周波電源と、プラズマ処理すべき第１の基板を該第１電極と第２電極間に配置させ、かつ、プラズマ処理すべき第２の基板を該第１電極と第３電極間に配置させる基板保持手段とを具備し、該第１電極と第２電極間に生成されるプラズマ及び該第１電極と第３電極間に生成されるプラズマを利用して該第１及び第２の基板の表面に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置に用いられるプラズマ発生用電源装置において、前記第１の高周波電源及び第２の高周波電源が、互いに独立の関係にある高周波電力を発生する高周波電源であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係わるプラズマ発生用電源装置においては、前記第１の高周波電源と第２の高周波電源は、それぞれの出力がパルス変調され、時間的に交互に動作する高周波電源であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係わるプラズマ発生用電源装置においては、前記第１の高周波電源と第２の高周波電源が、それぞれ任意の同期信号に同期した任意のパルス変調が可能で、かつ、該パルス変調のデユーテイ比即ちパルス幅Ｈｗと周期Ｔ０の比Ｈｗ／Ｔ０を５０％以下に設定可能な高周波電源であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係わるプラズマ発生用電源装置においては、前記第１の高周波電源及び第２の高周波電源から出力される高周波電力の周波数が、互いに異なる値の周波数であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係わるプラズマ発生用電源装置においては、前記第１高周波電源及び第２高周波電源と前記電極を接続する線路に、それぞれ、該電源から供給される電力のそれぞれの周波数成分のみを通過させる機能をもつバンドパスフイルター回路を配置させたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係わるプラズマＣＶＤ装置は、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、放電用の第１電極と、この第１電極の両面側にそれぞれに対向して配置された第２電極及び第３電極と、該第１電極と第２電極間に高周波電力を供給する第１の高周波電源と、該第１電極と第３電極間に高周波電力を供給する第２の高周波電源と、プラズマ処理すべき第１の基板を該第１電極と第２電極間に配置させ、かつ、プラズマ処理すべき第２の基板を該第１電極と第３電極間に配置させる基板保持手段とを具備し、該第１電極と第２電極間に生成されるプラズマ及び該第１電極と第３電極間に生成されるプラズマを利用して該第１及び第２の基板の表面に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置において、前記第１及び第２の高周波電源が請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の高周波電源により構成されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係わるプラズマＣＶＤ法は、排気系を備えた真空容器と、この真空容器内に放電用ガスを供給する放電用ガス供給系と、放電用の第１電極と、この第１電極の両面側にそれぞれに対向して配置された第２電極及び第３電極と、該第１電極と第２電極間に高周波電力を供給する第１の高周波電源と、該第１電極と第３電極間に高周波電力を供給する第２の高周波電源と、プラズマ処理すべき第１の基板を該第１電極と第２電極間に配置させ、かつ、プラズマ処理すべき第２の基板を該第１電極と第３電極間に配置させる基板保持手段とを具備し、該第１電極と第２電極間に生成されるプラズマ及び該第１電極と第３電極間に生成されるプラズマを利用して該第１及び第２の基板の表面に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ法において、前記第１及び第２の高周波電源を請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の高周波電源によって構成し、堆積膜を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、両面放電型のプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ法において、従来不可能であったアンバランスなしの両面放電及び均一で、再現性のある堆積膜の形成が可能である。即ち、両方のプラズマで安定して形成することができるので、従来の１枚の基板製膜方式に代えて２枚の基板製膜方式が実用化できる。
このことは、アモルファスＳｉシングル型太陽電池、アモルファスと結晶質シリコン型タンデム太陽電池、ＬＣＤ（液晶デイスプレー）用ＴＦＴ（薄膜トランジスター）、複写機用感光体、および各種情報記録デバイス等の産業分野において、生産性向上技術としての応用が可能となる。
特に薄膜シリコン系太陽電池製造分野での応用では、次のキーファクターの積の形で表される生産性が約２倍へ増大することが可能である。即ち、生産性＝「基板の同時処理枚数」ｘ「基板面積（均一性）」ｘ「製膜速度」ｘ「膜質」ｘ「再現性」ｘ「基板搬送速度」ｘ「装置稼動率」ｘ「製品歩留まり」等において、「基板の同時処理枚数」が従来の１枚から２枚へ増大することが可能である。
したがって、薄膜シリコン系太陽電池産業での生産ライン用プラズマＣＶＤ装置の両面放電方式への応用において、生産性向上および製品コストの低減に関する貢献度は著しく大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の一形態に係わるプラズマ発生用電源装置、該電源装置により構成されたプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ法について、図面を参照して説明する。
なお、以下の説明では、プラズマ発生用電源装置、該電源装置により構成されたプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ法の一例として、太陽電池を製作する際に必要なアモルファスシリコン系薄膜を製作する装置及び方法が記載されているが、本願の発明対象が下記の例の装置及び方法に限定されるものではない。
【００２１】
（実施例１）
本発明に関する実施例１のプラズマ発生用電源装置、該電源装置により構成されたプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ法について、図１ないし図３を参照して説明する。
【００２２】
図１は実施例１に係わるプラズマ発生用電源装置及び該電源装置により構成されたプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図、図２は図１図示のプラズマ発生用電源装置におけるパルス変調信号の概念図、図３は図１図示のプラズマ発生用電源装置におけるパルス変調された信号の概念図である。
【００２３】
先ず、装置の構成を説明する。図１において、符番１は真空容器である。この真空容器１には、図示しない真空ポンプと排気管２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ及び図示しない原料ガス供給装置と原料ガス供給管３ａ、３ｂが配置されている。
符番４ａ及び４ｂは、第１の電極及び第３の電極で、それぞれ、絶縁物６ａ及び６ｂで絶縁支持されており、非接地の電極である。第１及び第３の電極４ａ、４ｂのサイズは任意で良いが、ここでは、それぞれ、例えば、長さ５０ｃｍｘ幅３０ｃｍｘ厚み５ｍｍ（材質：ＳＵＳ材）である。
該第１及び第３の電極４ａ、４ｂにはそれぞれ、原料ガスが通過する孔１０ａ、１０ｂが多数個配置されている。
孔１０ａ、１０ｂは、後述するように、それぞれ、原料ガス供給管３ａ、３ｂより供給された原料ガス、例えばシランガス（ＳｉＨ４）が一対の電極４ａ、５ａ及び４ｂ、５ｂの間で、プラズマ化された原料ガス、例えばシランガス（ＳｉＨ４）のプラズマ及びその中にある電気的に中性の化学的活性種及びラデイカル種等を均一に排気及び拡散する機能を有している。
符番５ａ及び５ｂは第２の電極及び第４の電極で、それぞれ、真空容器１に固定されている。第２及び第４の電極５ａ、５ｂのサイズは任意で良いが、ここでは、それぞれ、例えば、長さ５０ｃｍｘ幅３０ｃｍｘ厚み５ｍｍ（材質：ＳＵＳ材）である。
該第２及び第４の電極５ａ、５ｂには、それぞれ、原料ガスが通過する孔１１ａ、１１ｂが多数個配置されている。この孔１１ａ、１１ｂは、それぞれ、原料ガス供給管３ａ、３ｂより供給される原料ガス、例えばシランガス（ＳｉＨ４）を、整流して、前記一対の電極４ａ、５ａ及び４ｂ、５ｂの間に均一に供給する機能を有している。
符番７は基板搬送手段本体で、後述の第１及び第２の基板支持板８ａ、８ｂと組み合わせて用いることにより、後述の第１及び第２の基板９ａ、９ｂを搬入して、所定の位置に設置する。そして、第１及び第２の基板９ａ、９ｂに膜が堆積された後、搬出する。
符番８ａ、８ｂは、第１及び第２の基板支持板で、それぞれ、基板の搬入、搬出の際及び後述のプラズマで堆積膜を形成する際に、基板を固着している。
なお、該基板搬送手段本体７と第１及び第２の基板支持板８ａ、８ｂは、基板９ａ、９ｂを所定の位置に再現性良く、設置できる機能を有する。
符番９ａ、ｂは、第１及び第２の基板で、それぞれの表面に、目的とする膜が後述の要領により堆積される。
符番１０ａ、１０ｂは、第１及び第２の孔で、それぞれ、原料ガス供給管３ａ、３ｂより供給された原料ガス、例えばシランガス（ＳｉＨ４）が一対の電極４ａ、５ａ及び４ｂ、５ｂの間で、プラズマ化された原料ガス、例えばシランガス（ＳｉＨ４）のプラズマ及びその中にある電気的に中性の化学的活性種及びラデイカル種等を均一に排気及び拡散する。
符番１１ａ、１１ｂは、第３及び第４の孔で、それぞれ、原料ガス供給管３ａ、３ｂより供給される原料ガス、例えばシランガス（ＳｉＨ４）を、整流して、前記一対の電極４ａ、５ａ及び４ｂ、５ｂの間に均一に供給する。
符番１２ａ、１２ｂは、基板温度制御ヒータで、それぞれ、基板９ａ、９ｂを所定の一定温度に加熱、保持する。
【００２４】
なお、真空容器１内の圧力は、図示しない圧力計によりモニターされ、図示しない圧力調整弁により自動的に所定の値に調整、設定される。
本実施例の場合は、原料ガスが流量２００ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍ程度の場合、圧力０．０１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ（１．３３Ｐａ〜１３３０Ｐａ）程度に調整できる。真空容器１の真空到達圧力は２〜３Ｅ−７Ｔｏｒｒ（２．６６〜３．９９Ｅ−５Ｐａ）程度である。
【００２５】
符番１５は発信器で、周波数は任意で良いが、例えば、１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の正弦波信号を発生する。なお、該発振器１５の出力は２分岐されて、その一方は、後述の第１のスイッチ１８ａを介して、第１の増幅器１９ａに伝送され、他方は、後述の第２のスイッチ１８ｂを介して、第２の増幅器１９ｂに伝送される。
符番１６はパルス発生器で、任意のパルス幅で、且つ任意の繰り返し数を設定可能であり、その出力は、後述の第１及び第２の遅延回路１７ａ、１７ｂを介して後述の第１及び第２のスイッチ１８ａ、１８ｂの制御信号として用いられる。なお、ここでは、パルス繰り返し数を５００Ｈｚ〜１０ＫＨｚの範囲に、且つデユーテイ比即ちパルス幅Ｈｗとパルス繰り返し周期Ｔ０の比Ｈｗ／Ｔ０を５０％以下に設定できる装置を用いる。
符番１７ａ、１７ｂは、第１及び第２の遅延回路で、それぞれ、パルス発生器１６の出力パルスを任意の時間だけ、遅延させることができるもので、その遅延時間を設定することが可能で、例えば、１〜５００μ秒の範囲で任意の値で遅延する機能を有する。
符番１８ａ、１８ｂは、第１及び第２のスイッチで、それぞれ、第１及び第２の遅延回路１７ａ、１７ｂを介して伝送されるパルス電圧信号に応じて、スイッチがＯＮ、ＯＦＦする装置である。
第１及び第２のスイッチ１８ａ、１８ｂは、それぞれ、その下流にある後述の第１及び第２の増幅器１９ａ、１９ｂへ、パルス変調された高周波信号を伝送するが、そのパルス変調された高周波信号について、具体的には、図２及び図３を参照して説明する。
第１及び第２のスイッチ１８ａ、１８ｂは、それぞれ、図２図示のパルス状の電圧波形Ｖ１（ｔ）及びＶ２（ｔ）で、ＯＮ、ＯＦＦされる。図２において、Ｔ０は、パルス幅Ｈｗのパルス信号の繰り返し周期で、例えば、１／５００Ｈｚ〜１／１０ＫＨｚの範囲で、任意に設定可能である。また、Ｔａは、第１のスイッチ１８ａをＯＮ、ＯＦＦするパルス信号の立ち上がり時刻と、第２のスイッチ１８ｂをＯＮ、ＯＦＦするパルス信号の立ち上がり時刻の間隔（遅れ時間）を示す。Ｔａの値は、第１及び第２の遅延回路１７ａ、１７ｂを用い、時間軸で見て、Ｖ１（ｔ）とＶ２（ｔ）が重なり合わずに、交互になるように設定する。
Ｖ１（ｔ）及びＶ２（ｔ）を図２図示のように設定すると、第１及び第２のスイッチ１８ａ、１８ｂを通過する発振器１５の出力は、図３図示のＷ１（ｔ）及びＷ２（ｔ）のようになる。即ち、後述の第１及び第２の増幅器１９ａ、１９ｂに伝送される信号は、パルス幅Ｈｗ、繰り返し周波数１／Ｔ０、該２つの信号の立ち上がり時刻の間隔（遅れ時間）Ｔａで特徴付けされるパルス変調された正弦波信号である。
なお、Ｔａの値は、上記第１及び第２の遅延回路１７ａ、１７ｂを用いて、デユーテイ比即ちパルス幅Ｈｗとパルス繰り返し周期Ｔ０の比Ｈｗ／Ｔ０で５０％以下において、任意に設定される。
【００２６】
符番１９ａ、１９ｂは、第１及び第２の増幅器である。第１の増幅器１９ａは、第１のスイッチ１８ａを介して伝送された発振器１５の出力を増幅して、後述の第１の整合器２０ａに伝送する。第２の増幅器１９ｂは、第２のスイッチ１８ｂを介して伝送された発振器１５の出力を増幅して、後述の第２の整合器２０ｂに伝送する。
なお、該第１及び第２の増幅器１９ａ、１９ｂには、それぞれ、出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターが付属している。また、該反射波による電力増幅器本体の電気回路を防護するためのアイソレータが付属されている。
符番２０ａ、２０ｂは第１及び第２の整合器であり、それぞれ、該整合器の下流側に接続される第１電極４ａと第３電極５ａ、及び第２電極４ｂと第４電極５ｂでプラズマを生成するための電力を供給する際に、インピーダンスの整合を取る機能を有する。
符番２１ａ、２１ｂは第１及び第２の電流導入端子で、それぞれ、第１の整合器２０ａと後述の第１の給電点２２ａ、及び第２の整合器２０ｂと後述の第２の給電点２２ｂを同軸ケーブルを介して接続する。
符番２２ａ、２２ｂは第１及び第２の給電点で、それぞれ、第１及び第２の整合器２０ａ、２０ｂを介して第１及び第２の増幅器１９ａ、１９ｂから供給される電力を第１電極４ａ及び第２電極４ｂに供給する。
【００２７】
なお、ここでは、上記発振器１５、パルス発生器１６、第１及び第２の遅延回路１７ａ、１７ｂ、第１及び第２のスイッチ１８ａ、１８ｂ、第１及び第２の増幅器１９ａ、１９ｂ、第１及び第２の整合器２０ａ、２０ｂから構成される装置を、実施例１のプラズマ発生用電源装置と呼ぶ。
また、上記発振器１５、パルス発生器１６、第１の遅延回路１７ａ、第１のスイッチ１８ａ、第１の増幅器１９ａ、第１の整合器２０ａから構成される装置を、実施例１のプラズマ発生用電源装置の第１の電力供給系と呼ぶ。
そして、上記発振器１５、パルス発振器１６、第２の遅延回路１７ｂ、第２のスイッチ１８ｂ、第２の増幅器１９ｂ、第２の整合器２０ｂから構成される装置を、実施例１のプラズマ発生用電源装置の第２の電力供給系と呼ぶ。
【００２８】
次に、上記構成のプラズマＣＶＤ装置を用いて、プラズマＣＶＤによる薄膜太陽電池用アモルファスシリコン膜を製造する場合の方法を説明する。
先ず、図１図示のプラズマＣＶＤ装置において、基板搬送手段本体７と第１及び第２の基板支持板８ａ、８ｂを用いて、基板９ａ、９ｂを所定の位置に設定する。基板は、サイズが長さ５０ｃｍｘ幅３０ｃｍｘ厚み４ｍｍの太陽電池用透明電極付のガラス板である。
次に、図示しない真空ポンプを稼動させ、真空容器１内の不純物ガス等を除去した後、原料ガス供給管３ａ、３ｂからＳｉＨ４ガスを、例えば３００ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。なお、基板温度制御ヒータ１２ａ、１２ｂを用いることにより、基板温度は所定温度に一様に、例えば目標温度の値±５〜１０℃で設定できる。
そして、上記実施例１のプラズマ発生用電源装置の第１の電力供給系を構成する各装置を次のように動作させる。発振器１５の周波数を１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲、例えば３０ＭＨｚに設定する。パルス発生器１６は、繰り返し周波数を５００Ｈｚ〜１０ＫＨｚの範囲、例えば２ｋＨｚ、パルス幅Ｈｗを例えば２００μ秒、第１の増幅器１９ａの出力を５００Ｗ〜２ｋＷ、例えば７００Ｗとする。
なお、電流導入端子２１ａと第１の給電点２２ａ間は真空用同軸ケーブルを用いるのが異常放電防止上好ましい。そして、該真空用同軸ケーブルと給電点２２ａの接続部を高純度アルミナの絶縁材で囲うのが、異常放電防止上好ましい。
他方、上記実施例１のプラズマ発生用電源装置の第２の電力供給系を構成する各装置を次のように設定する。発振器１５は、第１の電力供給系と共用であるので、その周波数は上記３０ＭＨｚである。パルス発生器１６は、第１の電力供給系と共用であるので、上記繰り返し周波数：２ｋＨｚ及びパルス幅Ｈｗ：２００μ秒である。第２の遅延回路１７ｂを用いて、図２図示のＴａの値を２５０μ秒とする。
この場合、図２図示のＶ１（ｔ）とＶ２（ｔ）のように、２つのパルス電圧トレインが時間的に交互になるように、設定することが必要である。その設定に、第２の遅延回路１７ｂと第１の遅延回路１７ａの両方を用いても良い。
第２の増幅器１９ａの出力を５００Ｗ〜２ｋＷの範囲、例えば７００Ｗとする。
なお、上記の給電点２２ａへの電力供給と同様に、電流導入端子２１ｂと第２の給電点２２ｂ間は真空用同軸ケーブルを用いるのが異常放電防止上好ましい。そして、該真空用同軸ケーブルと給電点２２ｂの接続部を高純度アルミナの絶縁材で囲うのが、異常放電防止上好ましい。
【００２９】
上記の要領で、図１図示のプラズマＣＶＤ装置を構成する各装置の動作条件を設定すると、第１の電極４ａと第３の電極５ａの間、及び第１の電極４ａと第１の基板支持板８ａの間に導入されたＳｉＨ４ガスはプラズマ化される。
ここで、第１の電極４ａと第３の電極５ａの間、及び第１の電極４ａと第１の基板支持板８ａの間に生成されるプラズマを、実施例１の第１のプラズマと呼ぶ。
実施例１の第１のプラズマが生成されると、そのプラズマ中に存在するＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ等の化学的活性種が拡散現象により拡散し、基板９ａの表面に吸着し、アモルファスＳｉ膜が堆積する。
同様に、第２の電極４ｂと第４の電極５ｂの間、及び第２の電極４ｂと第２の基板支持板８ｂの間に導入されたＳｉＨ４ガスはプラズマ化される。
ここで、第２の電極４ｂと第４の電極５ｂの間、及び第２の電極４ｂと第２の基板支持板８ｂの間に生成されるプラズマを、実施例１の第２のプラズマと呼ぶ。
実施例１の第２のプラズマが生成されると、そのプラズマ中に存在するＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ等の化学的活性種が拡散現象により拡散し、基板９ｂの表面に吸着し、アモルファスＳｉ膜が堆積する。
【００３０】
ここで、実施例１の第１のプラズマと第２のプラズマが生成される時間帯に着目する。
実施例１の第１のプラズマは、図３に示すパルス変調された正弦波Ｗ１（ｔ）の信号が第１の増幅器１９ａで増幅され、第１の整合器２０ａ、第１の電流端子２１ａ及び第１の給電点２２ａを介して供給された電力により生成されるので、該プラズマの生成される時間帯は、パルス幅Ｈｗ＝２００μ秒、繰り返し周期Ｔ０＝５００μ秒のパルス状の限られた時間帯である。
他方、実施例１の第２のプラズマは、図３に示すパルス変調された正弦波Ｗ２（ｔ）の信号が第１の増幅器１９ｂで増幅され、第２の整合器２０ｂ、第２の電流端子２１ｂ及び第２の給電点２２ｂを介して供給された電力により生成されるので、該プラズマの生成される時間帯は、繰り返し周期Ｔ０＝５００μ秒、パルス幅Ｈｗ＝２００μ秒、パルス立ち上がり時刻Ｔａ＝２５０μ秒のパルス状の限られた時間帯である。
なお、このパルス変調された正弦波Ｗ２（ｔ）は、パルス変調された正弦波Ｗ１（ｔ）の立ち下がり時刻から５０μ秒（Ｔａ―Ｈｗ＝２５０μ秒―２００μ秒）遅れて立ち上がるパルス変調された正弦波である。
【００３１】
その結果、実施例１の第１のプラズマと第２のプラズマは、同じ時間帯ではなく、交互にずれた時間帯に生成することができる。即ち、この２つのプラズマを生成する電力は、互いに独立の関係にあり、互いに干渉することが不可能の関係にある。
このことは、従来の両面型のプラズマＣＶＤ装置での問題、即ち、基板搬送手段が移動するための空間Ｑ３を介して混入する隣のプラズマからの漏洩波の影響によるインピーダンス整合の不安定及び再現性不足という問題を防止可能であることを示している。
【００３２】
ところで、基板９ａ、９ｂの表面に堆積するアモルファスＳｉ膜の製膜速度は、原料ガスの供給量、圧力及び基板温度が一定であれば、それぞれの電力の強さに依存する。また、作製されるアモルファスＳｉ膜の膜質は、原料ガスの供給量、ＳｉＨ４希釈ガスとして混入するＨ２ガスの供給量、圧力、基板温度及び電源の周波数及びその電力の強さ等に依存する。
したがって、太陽電池製造に応用する場合は、上記原料ガスの供給量、ＳｉＨ４希釈ガスとして混入するＨ２ガスの供給量、圧力、基板温度及び電源の周波数及びその電力の強さ等をパラメータに、それぞれの最適値を選定する予備製膜試験が必要である。
その予備製膜試験においても、また、太陽電池製造への応用においても、該パラメータと得られる膜の製膜速度及び膜質の関係を示すデータは、再現性が成立することが必要で、かつ、極めて重要である。
【００３３】
本実施例で示す図１図示のプラズマＣＶＤ装置では、上記実施例１の第１のプラズマと、上記実施例１の第２のプラズマは、時間的に交互に生成されるので、互いに影響されることが無い。
即ち、２枚の基板８ａ、８ｂは、上記種々のパラメータのみに依存した形で、再現性良く製膜ができる。
このことは、従来の両面放電型のプラズマＣＶＤ装置で問題であった他方のプラズマを生成する電力の影響（漏洩波の問題）を受けることなく、安定したプラズマの生成ができるということを意味している。
【００３４】
本実施例では、電極サイズが長さ５０ｃｍｘ幅３０ｃｍｘ厚み５ｍｍであり、給電点が１点であるので、基板サイズ長さ５０ｃｍｘ幅３０ｃｍ程度に制約されるが、電極サイズを大きくして、給電点の位置及び個数を増加するなど、大面積化への対応の工夫をすれば基板サイズの拡大は可能であるということは当然のことである。
【００３５】
また、ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜シリコンのタンデム型太陽電池等の製造では、両面放電型のプラズマＣＶＤ装置で基板２枚に再現性良く製膜することが、生産性向上のため、強く求められている。本実施例によれば、上記発振器１５、パルス発生器１６、第１及び第２の遅延回路１７ａ、１７ｂ、第１及び第２のスイッチ１８ａ、１８ｂ、第１及び第２の増幅器１９ａ、１９ｂ、第１及び第２の整合器２０ａ、２０ｂから構成されるプラズマ発生用電源装置を用いることで、両面放電型のプラズマＣＶＤ装置で基板２枚に再現性の良い製膜が可能である。
このことは、薄膜シリコン太陽電池製造分野での生産性向上および低コスト化に係わる工業的価値が著しく大きいことを意味している。
【００３６】
（実施例２）
本発明に関する実施例２のプラズマ発生用電源装置、該電源装置により構成されたプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ法について、図４を参照して説明する。
図４は実施例２に係わるプラズマ発生用電源装置及び該電源装置により構成されたプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図である。
本装置は、互いに異なる周波数の高周波電力を供給できる２出力の電源と、該２つの出力のそれぞれに接続される２つのバンドパスフイルターと、２つの整合器から構成されるということを特徴とする。
【００３７】
先ず、装置の構成を説明する。ただし、実施例１に示した部材と同じ部材は、同符号を付して説明を省略する。
図４において、符番１３ａ、１３ｂは第１及び第２の発振器で、それぞれ、周波数は任意で良いが、例えば、１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯域）の正弦波信号を発生する。この信号は、それぞれに、第１及び第２の増幅器１９ａ、１９ｂで電力増幅された後、後述の第１及び第２のバンドパスフイルター１４ａ、１４ｂ、第１及び第２の整合器２０ａ、２０ｂ、及び電流導入端子２１ａ、２１ｂ、及び同軸ケーブルを介して、給電点２２ａ、２２ｂに給電される。
符番１４ａ、１４ｂは、第１及び第２のバンドパスフイルターで、周波数１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚにおいて、予め設定する任意の周波数のみの電力を通過させる機能を有する。ただし、例えば、３０ＭＨｚと３３ＭＨｚ、あるいは、６０ＭＨｚと６５ＭＨｚのように、予め、周波数を選定し、それに対応できる第１及び第２のバンドパスフイルターを設計し、製造しておくことが必要である。
【００３８】
なお、ここでは、上記発振器１３ａ、１３ｂ、第１及び第２の増幅器１９ａ、１９ｂ、第１及び第２のバンドパスフイルター１４ａ、１４ｂ、第１及び第２の整合器２０ａ、２０ｂから構成される装置を、実施例２のプラズマ発生用電源装置と呼ぶ。
また、上記発振器１３ａ、第１の増幅器１９ａ、第１のバンドパスフイルター１４ａ、第１の整合器２０ａから構成される装置を、実施例２のプラズマ発生用電源装置の第１の電力供給系と呼ぶ。
そして、上記発振器１３ｂ、第２の増幅器１９ｂ、第２のバンドパスフイルター１４ｂ、第２の整合器２０ｂからから構成される装置を、実施例２のプラズマ発生用電源装置の第２の電力供給系と呼ぶ。
【００３９】
次に、上記構成のプラズマＣＶＤ装置を用いて、プラズマＣＶＤによる薄膜太陽電池用アモルファスシリコン膜を製造する場合の方法を説明する。
先ず、図４図示のプラズマＣＶＤ装置において、基板搬送手段本体７と第１及び第２の基板支持板８ａ、８ｂを用いて、基板９ａ、９ｂを所定の位置に設定する。基板は、例えば、サイズが長さ５０ｃｍｘ幅３０ｃｍｘ厚み４ｍｍの太陽電池用透明電極付のガラス板である。
次に、図示しない真空ポンプを稼動させ、真空容器１内の不純物ガス等を除去した後、原料ガス供給管３ａ、３ｂからＳｉＨ４ガスを、例えば３００ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。なお、基板温度制御ヒータ１２ａ、１２ｂを用いることにより、基板温度は所定温度に一様に、例えば目標温度の値±５〜１０℃で設定できる。
【００４０】
そして、上記プラズマ発生用電源装置の第１の電力供給系を構成する各装置を次のように動作させる。
実施例２のプラズマ発生用電源装置の第１の電力供給系において、第１の発振器１３ａの周波数を１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲、例えば３０ＭＨｚに設定する。第１の増幅器１９ａの出力を５００Ｗ〜２ｋＷ、例えば７００Ｗとする。第１のバンドパスフイルターは、予め用意した中心周波数３０ＭＨｚ対応のバンドパスフイルターを用いる。
第１の整合器２０ａは、出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターを見ながら、反射波がゼロあるいはほとんどゼロになるように、調整する。なお、一般的には、反射波の強さを出力値の数％以下に抑えることができる。
第１の電流導入端子２１ａと第１の給電点２２ａ間は真空用同軸ケーブルを用いるのが異常放電防止上好ましい。そして、該真空用同軸ケーブルと給電点２２ａの接続部を高純度アルミナの絶縁材で囲うのが、異常放電防止上好ましい。
【００４１】
他方、実施例２のプラズマ発生用電源装置の第２の電力供給系において、第２の発振器１３ｂの周波数を１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲、例えば３３ＭＨｚに設定する。第２の増幅器１９ｂの出力を５００Ｗ〜２ｋＷ、例えば７００Ｗとする。第２のバンドパスフイルターは、予め用意した中心周波数３３ＭＨｚ対応のバンドパスフイルターを用いる。
第２の整合器２０ａは、出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターを見ながら、反射波がゼロあるいはほとんどゼロになるように、調整する。なお、一般的には、反射波の強さを出力値の数％以下に抑えることができる。
第２の電流導入端子２１ｂと第２の給電点２２ｂ間は真空用同軸ケーブルを用いるのが異常放電防止上好ましい。そして、該真空用同軸ケーブルと給電点２２ｂの接続部を高純度アルミナの絶縁材で囲うのが、異常放電防止上好ましい。
【００４２】
上記の要領で、図４図示のプラズマＣＶＤ装置の構成する各装置の動作条件を設定すると、第１の電極４ａと第３の電極５ａの間、及び第１の電極４ａと第１の基板支持板８ａの間に導入されたＳｉＨ４ガスはプラズマ化される。
ここで、第１の電極４ａと第３の電極５ａの間、及び第１の電極４ａと第１の基板支持板８ａの間に生成されるプラズマを、実施例２の第１のプラズマと呼ぶ。
実施例２の第１のプラズマが生成されると、そのプラズマ中に存在するＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ等の化学的活性種が拡散現象により拡散し、基板９ａの表面に吸着し、アモルファスＳｉ膜が堆積する。
同様に、第２の電極４ｂと第４の電極５ｂの間、及び第２の電極４ｂと第２の基板支持板８ｂの間に導入されたＳｉＨ４ガスはプラズマ化される。
ここで、第２の電極４ｂと第４の電極５ｂの間、及び第２の電極４ｂと第２の基板支持板８ｂの間に生成されるプラズマを、実施例２の第２のプラズマと呼ぶ。
実施例２の第２のプラズマが生成されると、そのプラズマ中に存在するＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ等の化学的活性種が拡散現象により拡散し、基板９ｂの表面に吸着し、アモルファスＳｉ膜が堆積する。
【００４３】
ここで、実施例２の第１のプラズマを生成するための実施例２の第１の電力供給系と、実施例２の第２のプラズマを生成するための実施例２の第２の電力供給系の電磁波干渉に着目する。
実施例２の第１のプラズマは、実施例２の第１の電力供給系から供給された電力で生成されるが、その生成において、第１の増幅器と第１の整合器の間に中心周波数３０ＭＨｚのバンドパスフイルターが設置されている。即ち、第１の増幅器と第１の整合器の間は周波数３０ＭＨｚ以外の周波数成分の電力は遮断されて通過できない。そのため、第１の増幅器に、実施例２の第２のプラズマ生成用の第２の電力供給系が発する周波数３３ＭＨｚの電磁波が、実施例２の第１の電力供給系から供給された電力の反射波に混入して戻ることは出来ない。
なお、実施例２の第１の電力供給系の電力を、第１の給電点２２ａに給電するに際し、第１の増幅器に付属している出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターを見ながら、反射波がゼロあるいはほとんどゼロになるように、第１の整合器２０ａを調整するので、該反射波のモニターに対して第２のプラズマ生成用の実施例２の第２の電力供給系が発する電力が影響ないということは、実施例２の第１の電力供給系に対する影響はないということを意味する。
その結果、実施例２の第１の電力供給系による第１のプラズマ生成に際し第２のプラズマ生成用の実施例２の第２の電力供給系の影響を抑えることが可能である。
同様に、第２のプラズマは、実施例２の第２の電力供給系から供給された電力で生成されるが、その生成において、第２の増幅器と第２の整合器の間に中心周波数３３ＭＨｚのバンドパスフイルターが設置されている。即ち、第２の増幅器と第２の整合器の間は周波数３３ＭＨｚ以外の周波数成分の電力は遮断されて通過できない。そのため、第２の増幅器に、第１のプラズマ生成用の実施例２の第１の電力供給系が発する周波数３０ＭＨｚの電磁波が、実施例２の第２の電力供給系から供給された電力の反射波に混入して戻ることは出来ない。
なお、実施例２の第２の電力供給系の電力を、第２の給電点２２ｂに給電するに際し、第２の増幅器に付属している出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターを見ながら、反射波がゼロあるいはほとんどゼロになるように、第２の整合器２０ｂを調整するので、該反射波のモニターに対して第１のプラズマ生成用の実施例２の第１の電力供給系が発する電力が影響ないということは、実施例２の第２の電力供給系に対する影響はないということを意味する。
その結果、実施例２の第２の電力供給系による第２のプラズマ生成に際し、第１のプラズマ生成用の実施例２の第１の電力供給系の影響を抑えることが可能である。
このことは、従来の両面型のプラズマＣＶＤ装置での問題、即ち、基板搬送手段が移動するための空間Ｑ３を介して混入する隣のプラズマからの漏洩波の影響によるインピーダンス整合の不安定及び再現性不足という問題を防止可能であるということを示している。
【００４４】
ところで、基板９ａ、９ｂの表面に堆積するアモルファスＳｉ膜の製膜速度は、原料ガスの供給量、圧力及び基板温度が一定であれば、それぞれの電力の強さに依存する。また、作製されるアモルファスＳｉ膜の膜質は、原料ガスの供給量、ＳｉＨ４希釈ガスとして混入するＨ２ガスの供給量、圧力、基板温度及び電源の周波数及びその電力の強さ等に依存する。
したがって、太陽電池製造に応用する場合は、上記原料ガスの供給量、ＳｉＨ４希釈ガスとして混入するＨ２ガスの供給量、圧力、基板温度及び電源の周波数及びその電力の強さ等をパラメータに、それぞれの最適値を選定する予備製膜試験が必要である。
その予備製膜試験においても、また、太陽電池製造への応用においても、該パラメータと得られる膜の製膜速度及び膜質の関係を示すデータは、再現性が成立することが必要で、かつ、極めて重要である。
【００４５】
本実施例で示す図４図示のプラズマＣＶＤ装置では、第１の電極４ａと第３の電極５ａの間及び第１の電極４ａと第３の基板支持板８ａの間に生成されるプラズマと、第２の電極４ｂと第４の電極５ｂの間及び第２の電極４ｂと第２の基板支持板８ｂの間に生成されるプラズマは、互いに影響を与えることなく生成される。即ち、２枚の基板８ａ、８ｂは、上記種々のパラメータのみに依存した形で、再現性良く製膜ができる。
このことは、従来の両面放電型のプラズマＣＶＤ装置で問題であった他方のプラズマ生成電力の影響（漏洩波の問題）を受けることなく、安定したプラズマの生成ができるということを意味している。
【００４６】
本実施例では、電極サイズが長さ５０ｃｍｘ幅３０ｃｍｘ厚み５ｍｍであり、給電点が１点であるので、基板サイズ長さ５０ｃｍｘ幅３０ｃｍ程度に制約されるが、電極サイズを大きくして、給電点の位置及び個数を増加するなど、大面積化への対応の工夫をすれば基板サイズの拡大は可能であるということは当然のことである。
【００４７】
また、ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜シリコンのタンデム型太陽電池等の製造では、両面放電型のプラズマＣＶＤ装置で基板２枚に再現性良く製膜することが、生産性向上のため、強く求められている。本実施例によれば、上記発振器１３ａ、１３ｂ、第１及び第２の増幅器１９ａ、１９ｂ、第１及び第２のバンドパスフイルター１４ａ、１４ｂ、第１及び第２の整合器２０ａ、２０ｂから構成されるプラズマ発生用電源装置を用いることで、両面放電型のプラズマＣＶＤ装置で基板２枚に再現性の良い製膜が可能である。
このことは、薄膜シリコン太陽電池製造分野での生産性向上および低コスト化に係わる工業的価値が著しく大きいことを意味している。
【００４８】
（実施例３）
本発明に関する実施例３のプラズマ発生用電源装置、該電源装置により構成されたプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ法について、図５を参照して説明する。
図５は実施例３に係わるプラズマ発生用電源装置及び該電源装置により構成されたプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図である。
本装置は、互いに異なる周波数の高周波電力を供給できる２出力の電源と、２つの整合器から構成されるということを特徴とする。
【００４９】
実施例３の装置は、実施例２の装置即ち図４図示の装置から第１及び第２のバンドパスフイルターを取り除いた構成になっている。その構成部材は、実施例１及び実施例２に示した部材と同じ部材であるので、同符号を付して説明を省略する。
【００５０】
なお、ここでは、発振器１３ａ、１３ｂ、第１及び第２の増幅器１９ａ、１９ｂ、第１及び第２の整合器２０ａ、２０ｂから構成される装置を、実施例３のプラズマ発生用電源装置と呼ぶ。
また、上記発振器１３ａ、第１の増幅器１９ａ、第１の整合器２０ａから構成される装置を、実施例３のプラズマ発生用電源装置の第１の電力供給系と呼ぶ。
そして、上記発振器１３ｂ、第２の増幅器１９ｂ、第２の整合器２０ｂからから構成される装置を、実施例３のプラズマ発生用電源装置の第２の電力供給系と呼ぶ。
【００５１】
図５図示のプラズマＣＶＤ装置を用いて、プラズマＣＶＤによる薄膜太陽電池用アモルファスシリコン膜を製造する場合の方法を説明する。
先ず、図５図示のプラズマＣＶＤ装置において、基板搬送手段本体７と第１及び第２の基板支持板８ａ、８ｂを用いて、基板９ａ、９ｂを所定の位置に設定する。基板は、例えば、サイズが長さ５０ｃｍｘ幅３０ｃｍｘ厚み４ｍｍの太陽電池用透明電極付のガラス板である。
次に、図示しない真空ポンプを稼動させ、真空容器１内の不純物ガス等を除去した後、原料ガス供給管３ａ、３ｂからＳｉＨ４ガスを、例えば３００ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｔｏｒｒ（６６．５Ｐａ）で供給しつつ、基板温度は８０〜３５０℃の範囲、例えば１８０℃に保持する。なお、基板温度制御ヒータ１２ａ、１２ｂを用いることにより、基板温度は所定温度に一様に、例えば目標温度の値±５〜１０℃で設定できる。
【００５２】
そして、上記プラズマ発生用電源装置の実施例３の第１の電力供給系を構成する各装置を次のように動作させる。
プラズマ発生用電源装置の第１の電力供給系において、第１の発振器１３ａの周波数を１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲、例えば６０ＭＨｚに設定する。第１の増幅器１９ａの出力を５００Ｗ〜２ｋＷ、例えば７００Ｗとする。
第１の整合器２０ａは、出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターを見ながら、反射波がゼロあるいはほとんどゼロになるように、調整する。なお、一般的には、反射波の強さを出力値の数％以下に抑えることができる。
第１の電流導入端子２１ａと第１の給電点２２ａ間は真空用同軸ケーブルを用いるのが異常放電防止上好ましい。そして、該真空用同軸ケーブルと給電点２２ａの接続部を高純度アルミナの絶縁材で囲うのが、異常放電防止上好ましい。
【００５３】
他方、プラズマ発生用電源装置の実施例３の第２の電力供給系において、第２の発振器１３ｂの周波数を１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲、例えば６５ＭＨｚに設定する。第２の増幅器１９ｂの出力を５００Ｗ〜２ｋＷ、例えば７００Ｗとする。
第２の整合器２０ａは、出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターを見ながら、反射波がゼロあるいはほとんどゼロになるように、調整する。なお、一般的には、反射波の強さを出力値の数％以下に抑えることができる。
第２の電流導入端子２１ｂと第２の給電点２２ｂ間は真空用同軸ケーブルを用いるのが異常放電防止上好ましい。そして、該真空用同軸ケーブルと給電点２２ｂの接続部を高純度アルミナの絶縁材で囲うのが、異常放電防止上好ましい。
【００５４】
上記の要領で、図５図示のプラズマＣＶＤ装置の構成する各装置の動作条件を設定すると、第１の電極４ａと第３の電極５ａの間、及び第１の電極４ａと第１の基板支持板８ａの間に導入されたＳｉＨ４ガスはプラズマ化される。
ここで、第１の電極４ａと第３の電極５ａの間、及び第１の電極４ａと第１の基板支持板８ａの間に生成されるプラズマを、実施例３の第１のプラズマと呼ぶ。
実施例３の第１のプラズマが生成されると、そのプラズマ中に存在するＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ等の化学的活性種が拡散現象により拡散し、基板９ａの表面に吸着し、アモルファスＳｉ膜が堆積する。
同様に、第２の電極４ｂと第４の電極５ｂの間、及び第２の電極４ｂと第２の基板支持板８ｂの間に導入されたＳｉＨ４ガスはプラズマ化される。
ここで、第２の電極４ｂと第４の電極５ｂの間、及び第２の電極４ｂと第２の基板支持板８ｂの間に生成されるプラズマを、実施例３の第２のプラズマと呼ぶ。
実施例３の第２のプラズマが生成されると、そのプラズマ中に存在するＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ等の化学的活性種が拡散現象により拡散し、基板９ｂの表面に吸着し、アモルファスＳｉ膜が堆積する。
【００５５】
ここで、実施例３の第１のプラズマを生成するための第１の電力供給系と、実施例３の第２のプラズマを生成するための第２の電力供給系の電磁波干渉に着目する。
実施例３において、第１のプラズマは、実施例３の第１の電力供給系から供給された電力で生成されるが、その生成において、該電力の周波数は６０ＭＨｚであり、第１の整合器は、該６０ＭＨｚの成分の電力について、整合を取る。即ち、第１の増幅器と第１の整合器の間は６０ＭＨｚ以外の周波数成分の電力は、インピーダンスが大きくて、実質的には遮断される。
そのため、第１の増幅器に、第２のプラズマ生成用の実施例３の第２の電力供給系が発する周波数６５ＭＨｚの電磁波が、実施例３の第１の電力供給系から供給された電力の反射波に混入して戻ることは出来ない。
なお、実施例３の第１の電力供給系の電力を、第１の給電点２２ａに給電するに際し、第１の増幅器に付属している出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターを見ながら、反射波がゼロあるいはほとんどゼロになるように、第１の整合器２０ａを調整するので、該反射波のモニターに対して第２のプラズマ生成用の実施例３の第２の電力供給系が発する電力が影響ないということは、第１の電力供給系に対する影響はないということを意味する。
その結果、実施例３の第１の電力供給系による第１のプラズマ生成に際し、第２のプラズマ生成用の実施例３の第２の電力供給系の影響を抑えることが可能である。
【００５６】
同様に、実施例３において、第２のプラズマは、実施例３の第２の電力供給系から供給された電力で生成されるが、その生成において、該電力の周波数は６５ＭＨｚであり、第２の整合器は、該６５ＭＨｚの成分の電力について、整合を取る。即ち、第２の増幅器と第２の整合器の間は６５ＭＨｚ以外の周波数成分の電力は、インピーダンスが大きくて、実質的には遮断される。即ち、第２の増幅器と第２の整合器の間は６５ＭＨｚ以外の周波数成分の電力は遮断されて通過できない。
そのため、第２の増幅器に、第１のプラズマ生成用の実施例３の第１の電力供給系が発する周波数６０ＭＨｚの電磁波が、実施例３の第２の電力供給系から供給された電力の反射波に混入して戻ることは出来ない。
なお、実施例３の第２の電力供給系の電力を、第２の給電点２２ｂに給電するに際し、第２の増幅器に付属している出力値（進行波）のモニター及び下流側から反射して戻ってくる反射波のモニターを見ながら、反射波がゼロあるいはほとんどゼロになるように、第２の整合器２０ｂを調整するので、該反射波のモニターに対して第１のプラズマ生成用の実施例３の第１の電力供給系が発する電力が影響ないということは、実施例３の第２の電力供給系に対する影響はないということを意味する。
その結果、実施例３の第２の電力供給系による第２のプラズマ生成に際し、第１のプラズマ生成用の実施例３の第１の電力供給系の影響を抑えることが可能である。
このことは、従来の両面型のプラズマＣＶＤ装置での問題、即ち、基板搬送手段が移動するための空間Ｑ３を介して混入する隣のプラズマからの漏洩波の影響によるインピーダンス整合の不安定及び再現性不足という問題を防止可能であるということを示している。
【００５７】
ところで、基板９ａ、９ｂの表面に堆積するアモルファスＳｉ膜の製膜速度は、原料ガスの供給量、圧力及び基板温度が一定であれば、それぞれの電力の強さに依存する。また、作製されるアモルファスＳｉ膜の膜質は、原料ガスの供給量、ＳｉＨ４希釈ガスとして混入するＨ２ガスの供給量、圧力、基板温度及び電源の周波数及びその電力の強さ等に依存する。
したがって、太陽電池製造に応用する場合は、上記原料ガスの供給量、ＳｉＨ４希釈ガスとして混入するＨ２ガスの供給量、圧力、基板温度及び電源の周波数及びその電力の強さ等をパラメータに、それぞれの最適値を選定する予備製膜試験が必要である。
その予備製膜試験においても、また、太陽電池製造への応用においても、該パラメータと得られる膜の製膜速度及び膜質の関係を示すデータは、再現性が成立することが必要で、かつ、極めて重要である。
【００５８】
本実施例で示す図５図示のプラズマＣＶＤ装置では、第１の電極４ａと第３の電極５ａの間及び第１の電極４ａと第３の基板支持板８ａの間に生成されるプラズマと、第２の電極４ｂと第４の電極５ｂの間及び第２の電極４ｂと第２の基板支持板８ｂの間に生成されるプラズマは、互いに影響を与えることなく生成される。即ち、２枚の基板８ａ、８ｂは、上記種々のパラメータのみに依存した形で、再現性良く製膜ができる。
このことは、従来の両面放電型のプラズマＣＶＤ装置で問題であった他方のプラズマ生成電力の影響（漏洩波の問題）を受けることなく、安定したプラズマの生成ができるということを意味している。
【００５９】
本実施例では、電極サイズが長さ５０ｃｍｘ幅３０ｃｍｘ厚み５ｍｍであり、給電点が１点であるので、基板サイズ長さ５０ｃｍｘ幅３０ｃｍ程度に制約されるが、電極サイズを大きくして、給電点の位置及び個数を増加するなど、大面積化への対応の工夫をすれば基板サイズの拡大は可能であるということは当然のことである。
【００６０】
また、ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜シリコンのタンデム型太陽電池等の製造では、両面放電型のプラズマＣＶＤ装置で基板２枚に再現性良く製膜することが、生産性向上のため、強く求められている。本実施例によれば、上記発振器１３ａ、１３ｂ、第１及び第２の増幅器１９ａ、１９ｂ、第１及び第２の整合器２０ａ、２０ｂから構成されるプラズマ発生用電源装置を用いることで、両面放電型のプラズマＣＶＤ装置で基板２枚に再現性の良い製膜が可能である。
このことは、薄膜シリコン太陽電池製造分野での生産性向上および低コスト化に係わる工業的価値が著しく大きいことを意味している。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図１は実施例１に係わるプラズマ発生用電源装置及び該電源装置により構成されたプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図。
【図２】図２は図１図示のプラズマ発生用電源装置におけるパルス変調信号の概念図。
【図３】図３は図１図示のプラズマ発生用電源装置におけるパルス変調された信号の概念図。
【図４】図４は実施例２に係わるプラズマ発生用電源装置及び該電源装置により構成されたプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図。
【図５】図５は実施例３に係わるプラズマ発生用電源装置及び該電源装置により構成されたプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図。
【図６】従来の両面放電型のプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図。
【図７】高周波プラズマＣＶＤ装置用電源装置の動作を示す概略図。
【符号の説明】
【００６２】
１・・・真空容器、
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ・・・排気管、
４ａ、４ｂ・・・第１及び第３の電極、
５ａ、５ｂ・・・第２及び第４の電極
６ａ、６ｂ・・・絶縁材、
７・・・基板搬送手段本体、
８ａ、８ｂ・・・第１及び第２の基板支持板、
９ａ、９ｂ・・・第１及び第２の基板、
１０ａ、１０ｂ・・・孔、
１１ａ、１１ｂ・・・孔、
１２ａ、１２ｂ・・・第１及び第２の基板温度制御ヒータ、
１３ａ、１３ｂ・・・第１及び第２の発振器、
１４ａ、１４ｂ・・・第１及び第２のバンドパスフイルター、
１５・・・発振器、
１６・・・パルス発生器、
１７ａ、１７ｂ・・・第１及び第２の遅延回路、
１８ａ、１８ｂ・・・第１及び第２のスイッチ、
１９ａ、１９ｂ・・・第１及び第２の増幅器、
２０ａ、２０ｂ・・・第１及び第２の整合器、
２１ａ、２１ｂ・・・第１及び第２の電流導入端子、
２２ａ、２２ｂ・・・第１及び第２の給電点。
【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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