(57)【要約】      （修正有）【課題】表面に付着した不要な膜を除去するブラスト処理を繰り返し行っても、ガス流通孔の開口周縁部の変形が小さく、ガス流通孔の開口面積が確保され、長期間連続して使用することが可能であるとともに、原料ガスの分散効果及び流量増大が図れ、低コスト化が実現可能な高周波電極板及びプラズマＣＶＤ装置を提供する。【解決手段】基板の表面に薄膜を形成する成膜室内に配置され、基板の表面に原料ガスを供給するためのガス流通孔６が設けられている高周波電極のシャワー電極板３において、ガス流通孔のブラスト処理面側に位置する開口周縁部が傾斜面状に形成され、傾斜角度が２０°〜３０°、かつ、傾斜深さを、０．１ｍｍ以上、シャワー電極板の板厚の半分未満とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
製膜室内に接地電極と高周波電極とが対向配置されたプラズマＣＶＤ装置であって、
前記高周波電極は、前記成膜を行うためのガスを溜めるガス溜り部と、該ガス溜り部に溜まったガスを前記接地電極側に向けてガスを導出する複数の孔を有するシャワー電極板とからなり、
前記複数の孔は、少なくともガス導出側に、ガスの導出方向に向かって広がる傾斜部を有することを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】
シャワー電極板に形成した複数の孔のガス溜り部側及びガスの導出側各々に傾斜加工の傾斜角度が２０°〜３０°、かつ、傾斜深さが、０．１ｍｍ以上、シャワー電極板の板厚の半分未満であることを特長とする請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平行平板電極間に電圧を印加してプラズマを発生させる容量結合型のプラズマＣＶＤ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜太陽電池は、薄型で軽量、かつ製造コストが安価であり、大面積化が容易であることなどから、太陽光を利用して電力を発生させる太陽電池の主流となると考えられ、電力供給用以外に、建物の屋根や窓などに取付けて利用される業務用、一般住宅用にも需要が広がって来ている。  
【０００３】
このような薄膜太陽電池の製造方法としては、各成膜室内を連続的に移動する基板上に連続的に層を成膜するロールツーロール方式と、各成膜室内で同時に停止させた基板上に成膜し、その後、成膜が終了した基板部分を次の成膜室へ送り出すステッピングロール方式とがある。
【０００４】
図４は、共通真空室内に複数の成膜室を有し、鉛直にして搬送される基板の一面上に薄膜を形成するようにしたステッピングロール成膜方式の成膜装置を示す概略構成図である。図５は図４における成膜室の詳細を示す概略構成図であり、（Ａ）は基板搬送時、（Ｂ）は成膜時を示している。
【０００５】
図４に示す成膜装置は、長尺の可撓性基板５１を巻いた巻出しロール５２が収容される巻出し室５３と、可撓性基板５１を巻取る巻取りロール５４が収容される巻取り室５５と、これら巻出し室５３と巻取り室５５との間で可撓性基板５１の搬送方向に沿って配置され、可撓性基板５１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の成膜室５６とを備えている。
【０００６】
このような成膜装置において、可撓性基板５１は、巻出し室５３内の巻出しロール５２から巻出され、巻取り室５５の巻取りロール５４に巻き取られる間に、複数の成膜室５６で成膜されるように構成されている。
各成膜室５６内には、図５に示すように、プラズマＣＶＤ法（プラズマ化学気相成長法）で可撓性基板５１に薄膜を形成するために、高電圧の高周波を印加する高周波電極としての平行平板のカソード電極（高周波電極）５７とアノード電極（接地電極）５８とが互いに間隔を置いて対向して配置されている。カソード電極５７には、高周波電源５９及びガス供給管６０が接続されており、ガス供給管６０に導入された原料ガスが、多数のガス流通孔を有するカソード電極５７の表面から成膜室５６内の可撓性基板５１へシャワー状に供給されるようになっている。多数のガス流通孔を有するカソード電極５７の表面部分を、シャワー電極板と呼ぶ。アノード電極（接地電極）５８には、可撓性基板５１を加熱するためのヒータ５８ａが内蔵されている。
【０００７】
成膜室５６は、断続的に搬送されて来る可撓性基板５１の上下に対向して配置され、ボックス形状を形成する上部壁体６１と下部壁体６２とを備えている。そして、成膜時には、図５（Ｂ）に示すように、上部壁体６１が下降し、アノード電極５８が搬入された可撓性基板５１を押さえ、下部壁体６２の開口側端部のシール部材６３に接触する。これにより、下部壁体６２と可撓性基板５１とから、排気管６４に連通する気密に密閉された成膜空間６５が形成される。この状態で、カソード電極５７へ高周波電圧を印加することにより、プラズマを成膜空間６５に発生させ、ガス供給管６０に導入された原料ガスを分解して可撓性基板５１の表面に薄膜が形成され、成膜が行われることになる。
【０００８】
ところで、上記のカソード電極５７を用いたプラズマＣＶＤ法の成膜装置では、成膜時において、成膜材料からなる膜が可撓性基板５１上だけでなく、成膜室５６内のシャワー電極板等の構成部品の表面にも付着して、堆積することになる。この付着堆積した膜は、成膜工程中に膜厚分布不良が発生したり、剥離・脱落し、パーティクル、ダストとなり、要求される薄膜の特性が損なわれるという問題を有している。
【０００９】
そのため、従来において、薄膜の品質維持の観点やメンテナンス周期を長くしようとする観点から、定期的にカソード電極５７のシャワー電極板をプラズマＣＶＤ装置から取外し、表面をクリーニングしている。薄膜を除去する安価な方法として、珪砂等のような非金属粒や金属粒を高速度で噴きつけるブラスト処理が一般的に知られている。特許文献１にブラスト処理方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−２４３１５５号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５０５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、ブラスト処理によってシャワー電極板の基板側表面の薄膜を除去する際に、シャワー電極板と珪砂等のような非金属粒や金属粒との摩擦熱によりシャワー電極板に反りが発生する。この反りを修正するためには薄膜が堆積しないガス溜り部側も同様にブラスト処理する必要があった。
【００１２】
上記のブラスト処理を装置のメンテナンス毎に重ねて行うことにより、シャワー電極板の複数の孔のガス溜り部側及びガスの導出側各々の出口が潰れ、ガス導入口径が面内で不均一となり、その結果、ガス流れが不均一になり、膜厚分布が悪化するという問題があった。
【００１３】
また、特許文献２には、シャワー電極板の基板側に導出する複数の孔のガス溜り部側及びガスの導出側各々に傾斜加工を施すことにより、ブラスト処理をしてもガス導入口径が変化しない構造が開示されている。しかし、ブラスト処理を繰り返し行うことにより、傾斜加工形状によっては、ガス導入口径またはガス導出口径が不均一となる問題があった。
【００１４】
本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、表面に付着した不要な膜を除去するブラスト処理を繰り返し行った場合でも、ガス流通孔の開口周縁部の変形が小さく、ガス流通孔の開口面積が確保され、長期間連続して使用することが可能であるとともに、原料ガスの分散効果及び流量増大が図れ、低コスト化が実現可能なシャワー電極板及びプラズマＣＶＤ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、基板の表面に薄膜を形成する成膜室内に配置され、前記基板の表面に原料ガスを供給するためのガス流通孔が設けられているシャワー電極板において、前記ガス流通孔のブラスト処理面側に位置する開口周縁部が傾斜面状に形成されている。
【００１６】
また、本発明において、前記ガス流通孔の表裏両面に臨む開口周縁部が、それぞれ傾斜面状に形成されている。これら傾斜面部は、２０°〜３０°の角度であり、ガス流通孔の直径よりも大きな寸法で、直線的に表裏面へ向かってそれぞれ徐々に拡がる断面台形形状に形成されている。
また、傾斜深さは０．１ｍｍ以上、シャワー電極板の板厚の半分未満である。
【発明の効果】
【００１７】
上述の如く、本発明に係るシャワー電極板は、基板の表面に薄膜を形成する成膜室内に配置され、前記基板の表面に原料ガスを供給するためのガス流通孔が設けられているものであって、前記ガス流通孔のブラスト処理面側に位置する開口周縁部が傾斜面状に形成されているので、クリーニング時にブラスト処理を繰り返し行っても、ガス流通孔の開口周縁部の変形を小さく抑えることができ、ガス流通孔の開口面積を確保した状態でブラスト処理後に問題なく再使用できるとともに、その表面に付着した不要な膜を確実に除去することができ、長期間の連続使用も可能となる。    また、本発明のシャワー電極板が、高周波電圧を印加する平行平板のカソード電極として用いられている場合には、高品質な薄膜を成膜することが可能となり、優れた生産効率のプラズマＣＶＤ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の高周波電極の一例を示す断面図である。
【図２】図１のシャワー電極板のＡ部を拡大して示す断面図である。
【図３】従来のシャワー電極板を拡大して示した断面図である。
【図４】従来のステッピングロール方式の一般的な薄膜装置の一例を示す概略構成図である。
【図５】図４に示す一般的な薄膜装置の成膜室の詳細を示すものであって、（Ａ）は基板搬送時、（Ｂ）は成膜時を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係るシャワー電極板及びプラズマＣＶＤ装置について、図面を参照しながら、その実施形態に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係る高周波電極の断面図、図２は図１のシャワー電極板のＡ部の拡大断面図である。
図１に示す本発明の実施形態に係る高周波電極１は、プラズマＣＶＤ法によって可撓性基板の表面に薄膜を成膜すべく、プラズマＣＶＤ装置において、高周波電圧を印加する平行平板のカソード電極として用いられるものである。
【００２０】
このようなプラズマＣＶＤ装置は、例えば、ステッピングロール方式で成膜を行うように構成されている。すなわち、本発明の実施形態に係る高周波電極１が適用されるプラズマＣＶＤ装置は、図示しないが、例えば一端側から他端側へ向かって順に、巻出し室、複数の成膜室、及び巻取り室が形成されており、巻出し室の巻出しロールから巻出された可撓性基板は、各成膜室に入り、該成膜室で一旦停止されてそれぞれ表面への成膜が行われた後、巻取り室の巻取りロールに巻取られるように構成されている。そのため、各成膜室内には、本実施形態のカソード電極（高周波電極）と、図示しないアノード電極（接地電極）とが互いに間隔を置いて対向して配置されており、成膜時には、アノード電極が可撓性基板を押さえ、成膜空間を形成した状態で、高周波電極１へ高周波電圧を印加することによりプラズマを発生させ、供給された原料ガス（例えば、シラン及び水素などのＳｉ化合物ガス）を分解して可撓性基板の表面に薄膜が形成され、成膜が行われるようになっている。
【００２１】
本発明の実施形態の高周波電極１は、図１に示すように、原料ガスＧが導かれるガス分散空間形成部２と、該ガス分散空間形成部２の原料ガスＧを表面から流出させるシャワー電極板３とを備えており、定期的にプラズマＣＶＤ装置から取外され、表面に付着した不要な膜がブラスト処理によって除去され、清浄化されるようになっている。
【００２２】
ガス分散空間形成部２は、一方側に開口部を有する断面略コ字状に形成されており、その凹部内側には、供給された原料ガスＧを均一に分散させるガス分散空間４が設けられている。また、ガス分散空間形成部２の他方側には、原料ガスＧをガス分散空間４に導くガス供給管５が設けられており、該ガス供給管５の先端はガス分散空間４に連通され、該ガス供給管５の基端は図示しないガス供給源に接続されている。なお、高周波電極１は、図５に示す従来例と同様、図示しない高周波電源に接続されている。
【００２３】
シャワー電極板３は、図１及び図２に示すように、ガス分散空間４内の原料ガスＧをシャワー状に流出すべく、多数の小孔のガス流通孔６を有する平面視で四角形状の平板を用いて形成されており、これらガス流通孔６は、例えば、隣接する小孔列が間に位置するようなパターン（任意のパターンが可能）で貫通して配設されている。
【００２４】
本発明の実施形態のガス流通孔６は、ブラスト処理面側に位置する開口周縁部が一般的な機械加工法で傾斜面状に形成され、傾斜面部６ａとなっている。しかも、本実施形態のシャワー電極板３では、ブラスト処理面が表裏両面であるため、表裏両面に臨む開口周縁部がそれぞれ傾斜面部６ａとなっている。また、これら傾斜面部６ａは、２０°〜３０°の傾斜角度θを有しており、ガス流通孔６の直径よりも大きな寸法で、直線的に表裏面へ向かってそれぞれ徐々に拡がる断面台形形状に形成されている。また、傾斜深さＬは０．１ｍｍ以上、シャワー電極板の板厚の半分である。傾斜深さが０．１ｍｍより短い場合、傾斜をつけた効果が無い。逆に、シャワー電極板の板厚の半分以上の傾斜深さの場合、ガス流通孔周りの厚さが薄い部分の面積が広くなり、ブラスト処理の繰り返しにより、薄い部分に反りが発生する場合がある。また、ガス導入口とガス排出口の両方を加工する場合、高周波電極板の厚さの半分が、限界値となる。
【００２５】
また、高周波電極は、成膜面積が１ｍ2を超えるような場合は、例えば４分割にするなどしてシャワー電極板表面に付着した生成膜を除去する等のメンテナンス性を向上させている。
【実施例】
【００２６】
[実施例１]
高周波電極を形成するシャワー電極板は、アルミやステンレス等の金属の板厚５ｍｍの平板を使用し、ねじ固定で脱着可能な構造である。シャワー電極板には、ガス導入用として、Φ０．５ｍｍ〜Φ２．０ｍｍの複数の孔が等間隔で加工されている。その孔のガス導入・導出口の傾斜角度が３０°となるように加工した。傾斜深さは１ｍｍとした。また、シャワー電極板表面にはプラズマによって生成された膜が付着し成膜途中で簡単に離脱しないように表面を数μｍ〜数十μｍの凸凹をブラスト処理で予め形成した。
【００２７】
[実施例２]
シャワー電極板に、ガス導入用として、Φ０．５ｍｍ〜Φ２．０ｍｍの複数の孔を等間隔で加工し、その孔のガス導入・導出口の傾斜角度は２０°とした。他の条件は、実施例１と同じ条件とした。
[比較例１]
シャワー電極板に、ガス導入用として、Φ０．５ｍｍ〜Φ２．０ｍｍの複数の孔を等間隔で加工し、その孔のガス導入・導出口の傾斜角度は６０°とした。他の条件は、実施例１と同じ条件とした。
【００２８】
[比較例２]
シャワー電極板に、Φ０．５ｍｍ〜Φ２．０ｍｍの複数の孔を等間隔で加工し、ガス導入・導出口の傾斜加工は行わなかった。この時の傾斜角度は０°である。他の条件は、実施例１と同じ条件とした。
【００２９】
表１に、ブラスト前のガス導出口の孔径を１．０とし、従来構造と本発明のブラスト前後の孔形状の変化を示す。ブラスト処理には、アルミナ粒子を用いた。
【００３０】
[表１]  ブラスト前後の孔径の変化
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【００３１】
比較例１と比較例２では、ブラスト回数が増すごとに孔の入り口部分が潰れ、孔径が細くなっていることがわかる。比較例１の傾斜角度６０°加工を施した孔形状は、ブラスト回数が１０回以上になると孔径が狭くなる傾向が見られたが、実施例１の傾斜角度３０°加工と、実施例２の傾斜角度２０°を施した孔径は、ブラスト回数を増した場合であっても、ブラスト前の径を保っていた。
【００３２】
表１は、シャワー電極板の基板側表面（ガス導出口側）のみを示したが、ガス溜り部側も同様の結果であった。
次に、傾斜深さの実施例を述べる。
【００３３】
[実施例３]
高周波電極を形成するシャワー電極板は、アルミやステンレス等の金属の板厚７ｍｍの平板を使用し、ねじ固定で脱着可能な構造である。シャワー電極板には、ガス導入用として、Φ０．５ｍｍ〜Φ２．０ｍｍの複数の孔が等間隔で加工されている。その孔のガス導入・導出口の傾斜角度が３０°となるように加工した。傾斜深さは２ｍｍとした。また、シャワー電極板表面にはプラズマによって生成された膜が付着し成膜途中で簡単に離脱しないように表面を数μｍ〜数十μｍの凸凹をブラスト処理で予め形成した。
【００３４】
[比較例３]
シャワー電極板に、ガス導入用として、Φ０．５ｍｍ〜Φ２．０ｍｍの複数の孔を等間隔で加工し、その孔のガス導入・導出口の傾斜角度は３０°、傾斜深さは０．０６ｍｍとした。他の条件は、実施例３と同じ条件とした。
【００３５】
[比較例４]
シャワー電極板に、ガス導入用として、Φ０．５ｍｍ〜Φ２．０ｍｍの複数の孔を等間隔で加工し、その孔のガス導入・導出口の傾斜角度は３０°、傾斜深さは３．５ｍｍとした。他の条件は、実施例３と同じ条件とした。
【００３６】
表２に、ブラスト処理を５０回実施した後のガス導出口の孔径の変化と、シャワー電極板の反りの状態を目視観察した結果を示す。孔形状の変化は、ブラスト前の孔径を１．０とし、ブラスト処理５０回後の孔径の割合で示す。ブラスト処理には、アルミナ粒子を用いた。
【００３７】
[表２]  ブラスト前後の孔径の変化と反りの状態
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【００３８】
実施例３では、孔径の変化も無く、ブラスト処理の繰り返しによる反りの発生も無かった。比較例３では、反りの発生は見られなかったが、孔径が２０％狭くなるという結果であった。比較例４は、孔径の変化は見られなかったが、ブラスト処理の繰り返しによるそりの発生が見られた。  
【００３９】
表１は、シャワー電極板の基板側表面（ガス導出口側）のみを示したが、ガス溜り部側も同様の結果であった。
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の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。
【００４０】
例えば、既述の実施形態では、シャワー電極板３の表裏両面に臨むガス流通孔６の開口周縁部がそれぞれ傾斜面部６ａとなっているが、ブラスト処理面が片側の面である場合は、片側の表面に臨むガス流通孔６の開口周縁部のみが傾斜面部６ａとなっていてもよい。また、既述の実施形態ではステッピングロール方式のプラズマＣＶＤ装置としたが、ロールツーロール方式のプラズマＣＶＤ装置としてもよい。さらに、既述の実施形態では、シャワー電極板がプラズマＣＶＤ装置に適用されているが、熱ＣＶＤ装置等に適用されてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１  高周波電極
２  ガス分散空間形成部
３  シャワー電極板
４  ガス分散空間
５  ガス供給管
６  ガス流通孔
６ａ  傾斜面部
Ｇ  原料ガス
５１  可撓性基板
５２  巻出しロール
５３  巻出し室
５４  巻取りロール
５５  巻取り室
５６  成膜室
５７  カソード電極（高周波電極）
５８  アノード電極（接地電極）
５９  高周波電源５９
６０  ガス供給管
５８ａ  ヒータ
６１  上部壁体
６２  下部壁体
６３  シール部材
６４  排気管６４
６５  成膜空間
【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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