(57)【要約】【課題】製造時において要求される温度条件を緩和して低コスト・大面積での製造を容易とする。【解決手段】太陽電池の製造方法は、以下のステップを備える。半導体膜形成ステップは、マイクロ波を発生させるプラズマ処理装置を用い、被処理体の表面温度を４００℃以下に保った状態で被処理体の表面に半導体膜を積層する。絶縁体膜形成ステップは、被処理体の表面温度を４００℃以下に保った状態でシリコン膜上に絶縁体膜を積層する。半導体膜形成ステップ及び前記絶縁体膜形成ステップを交互に所定の回数繰り返すことにより多層膜からなる積層体を形成する。マスク形成ステップ及びエッチングステップでは、積層体上に形成されたドット状のマスクを用いて積層体をエッチングする。埋込ステップでは、該プラズマ処理装置を用い、被処理体の表面温度を４００℃以下に保った状態で溝部に絶縁体膜を堆積させる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
量子ドットアレイを有する太陽電池の製造方法であって、
処理空間を画成する処理容器と、被処理体を載置する載置台と、マイクロ波発生器と、前記マイクロ波発生器によって発生されるマイクロ波を放射するアンテナと、前記処理空間と前記アンテナとの間に設けられた誘電体窓と、ガスを供給するガス供給部と、を備えるプラズマ処理装置を用い、前記被処理体の表面温度を４００℃以下に保った状態で前記ガス供給部から絶縁体原料ガスを前記処理容器内へ供給し、マイクロ波により励起してプラズマを生成させ、前記被処理体の表面に絶縁体膜を積層する絶縁体膜形成ステップと、
前記プラズマ処理装置を用い、前記被処理体の表面温度を４００℃以下に保った状態で前記ガス供給部から半導体原料ガスを前記処理容器内へ供給し、マイクロ波により励起してプラズマを生成させ、前記絶縁体膜上に半導体膜を積層する半導体膜形成ステップと、
前記絶縁体膜形成ステップ及び前記半導体膜形成ステップを交互に所定の回数繰り返すことにより多層膜からなる積層体を形成する積層体形成ステップと、
前記積層体上に複数のドット状のマスクを形成するマスク形成ステップと、
前記マスクを用いて前記積層体をエッチングするエッチングステップと、
前記プラズマ処理装置を用い、前記被処理体の表面温度を４００℃以下に保った状態で前記ガス供給部から絶縁体原料ガスを前記処理容器内へ供給し、マイクロ波により励起してプラズマを生成させ、前記エッチングステップにより形成された溝部に絶縁体膜を堆積させる埋込ステップと、
を備える太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記半導体原料ガスは、シリコンを含有するガスである請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記絶縁体原料ガスは、シリコンを含有するガス及び酸化性ガスである請求項１又は２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記絶縁体膜形成ステップの後に、前記被処理体の表面温度を４００℃以下に保った状態で前記ガス供給部から酸化性ガス及び不活性ガスを前記処理容器内へ供給し、マイクロ波により励起してプラズマを生成させ、前記絶縁体膜をプラズマ処理する酸化ステップを更に備える請求項３に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記積層体形成ステップでは、前記絶縁体膜形成ステップ、前記酸化ステップ及び前記半導体膜形成ステップを所定の回数繰り返すことにより前記積層体を形成する請求項４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記絶縁体原料ガスは、シリコン及び炭素を含有するガスである請求項１又は２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記絶縁体原料ガスは、さらに不活性ガスを含有するガスである請求項１〜６の何れか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項８】
前記プラズマ処理装置は、前記載置台にバイアス印加用の高周波電力を印加する高周波電源を更に備え、
前記絶縁体膜形成ステップ、前記半導体膜形成ステップ又は前記埋込ステップにおけるプラズマ処理時において前記載置台にバイアス印加用の高周波電力を印加する請求項１〜７の何れか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項９】
前記マスクは、自己組織化する材料を用いてドット状に形成される請求項１〜８の何れか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
前記マスクは、タンパク質及び金属を含有する材料を用いて形成される請求項１〜９の何れか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１１】
前記マスクは、フェリチンを含有する材料を用いて形成される請求項１０に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１２】
前記マスクは、ナノプリント技術を用いてドット状に形成される請求項１〜８の何れか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１３】
前記被処理体は、ガラス基板である請求項１〜１２の何れか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
量子ドットアレイを有する太陽電池を製造するプラズマ処理装置であって、
処理空間を画成する処理容器と、
被処理体を載置する載置台と、
マイクロ波発生器と、
前記マイクロ波発生器によって発生されるマイクロ波を放射するアンテナと、
前記処理空間と前記アンテナとの間に設けられた誘電体窓と、
ガスを供給するガス供給部と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記被処理体の表面温度を４００℃以下に保った状態で、前記ガス供給部から絶縁体原料ガスを前記処理容器内へ供給し、マイクロ波により励起してプラズマを生成させ、前記被処理体の表面に絶縁体膜を積層し、さらに、前記ガス供給部から半導体原料ガスを前記処理容器内へ供給し、マイクロ波により励起してプラズマを生成させ、前記絶縁体膜上に半導体膜を積層し、前記絶縁体膜と前記半導体膜とが交互に積層された多層膜からなる積層体を形成し、
前記積層体上に形成された複数のドット状のマスクを用いて前記積層体をエッチングし、
前記被処理体の表面温度を４００℃以下に保った状態で前記ガス供給部から絶縁体原料ガスを前記処理容器内へ供給し、マイクロ波により励起してプラズマを生成させ、エッチングにより形成された溝部に絶縁体膜を堆積させる、
プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の種々の側面及び実施形態は、太陽電池の製造方法及びプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、量子ドットナノワイヤーアレイを備えた太陽電池の製造方法が記載されている。この太陽電池は、ｐ型半導体とｎ型半導体とを接合する接合部に、量子ドットが埋め込まれたナノワイヤーがアレイ状に配置されている。この構造によって電子及び正孔の伝導効率を向上させている。特許文献１記載の製造方法では、以下のステップで太陽電池を作成する。まず、ｐ型半導体層の上部に、媒質薄膜と半導体薄膜とを交互に所定回数繰り返して積層し、多層膜からなる複合積層体を作成する。そして、複合積層体上にマスクを形成する。その後、エッチングにより複合積層体を部分的にエッチングしてナノワイヤーを得る。その後、得られたナノワイヤー間の空間を半導体物質で埋める。ここで、半導体薄膜はＳｉ層であり、媒質薄膜はＳｉＯ２層又はＳｉＮ層であり、ＰＶＤ又はＣＶＤを用いて成膜される。また、エッチングは化学的湿式エッチング又はイオンビームエッチングにより行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１１−５３０８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の装置では、ＰＶＤ又はＣＶＤを用いて成膜しているため、結晶性の良い複合積層体を成膜するためには７５０℃以上に昇温する必要がある。このため、７５０℃以上の温度条件に耐えうる基板が必要となるので、基板コストが増大するおそれがあるとともに、基板サイズを大きくして生産性を向上させることが困難である。当技術分野においては、製造時において要求される温度条件をガラス基板が耐えうる温度まで緩和して、低コスト・大面積での製造を容易とする太陽電池の製造方法及びプラズマ処理装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一側面に係る太陽電池の製造方法は、量子ドットアレイを有する太陽電池の製造方法である。この製造方法は、絶縁体膜形成ステップ、半導体膜形成ステップ、積層体形成ステップ、マスク形成ステップ、エッチングステップ、エッチングステップ及び埋込ステップを備える。絶縁体膜形成ステップでは、プラズマ処理装置を用いる。該プラズマ処理装置は、処理容器、載置台、マイクロ波発生器、アンテナ、誘電体窓及びガス供給部を備える。処理容器は、処理空間を画成する。載置台は被処理体を載置する。アンテナは、マイクロ波発生器によって発生されるマイクロ波を放射する。誘電体窓は、処理空間とアンテナとの間に設けられる。ガス供給部は、ガスを供給する。絶縁体膜形成ステップでは、該プラズマ処理装置を用い、被処理体の表面温度を４００℃以下に保った状態でガス供給部から絶縁体原料ガスを処理容器内へ供給し、マイクロ波により励起してプラズマを生成させ、被処理体の表面に絶縁体膜を積層する。半導体膜形成ステップでは、該プラズマ処理装置を用い、被処理体の表面温度を４００℃以下に保った状態でガス供給部から半導体原料ガスを処理容器内へ供給し、マイクロ波により励起してプラズマを生成させ、絶縁体膜上に半導体膜を積層する。積層体形成ステップでは、絶縁体膜形成ステップ及び半導体膜形成ステップを交互に所定の回数繰り返すことにより多層膜からなる積層体を形成する。マスク形成ステップでは、積層体上に複数のドット状のマスクを形成する。エッチングステップでは、マスクを用いて積層体をエッチングする。埋込ステップでは、該プラズマ処理装置を用い、被処理体の表面温度を４００℃以下に保った状態でガス供給部から絶縁体原料ガスを処理容器内へ供給し、マイクロ波により励起してプラズマを生成させ、エッチングステップにより形成された溝部に絶縁体膜を堆積させる。
【０００６】
この製造方法では、太陽電池の量子ドットアレイを形成する際の成膜ステップ（絶縁体膜形成ステップ、半導体膜形成ステップ及び埋込ステップ）をマイクロ波により励起されたプラズマを用い、被処理体の表面温度を４００℃以下に保った状態で成膜する。通常の熱ＣＶＤ等のプラズマ処理装置であれば、結晶性の良い成膜に７５０℃以上の昇温が必要となるが、マイクロ波を用いることにより、４００℃以下で絶縁体膜と半導体膜とを交互に積層して結晶性の良い積層体を形成することが実現できる。このため、製造時において要求される温度条件をガラス基板が耐えうる温度まで緩和して、低コスト・大面積での製造を容易とすることが可能となる。
【０００７】
一実施形態では、半導体原料ガスは、シリコンを含有するガスであってもよい。これによりシリコンの量子ドットアレイを含有する太陽電池を形成することができる。
【０００８】
一実施形態では、絶縁体原料ガスは、シリコンを含有するガス及び酸化性ガスであってもよい。このように構成することで、量子ドットアレイの母体となる絶縁体をシリコン酸化物で形成することができる。
【０００９】
一実施形態では、絶縁体膜形成ステップの後に、被処理体の表面温度を４００℃以下に保った状態でガス供給部から酸化性ガス及び不活性ガスを処理容器内へ供給し、マイクロ波により励起してプラズマを生成させ、絶縁体膜をプラズマ処理する酸化ステップを更に備えてもよい。このように構成することで、結晶性の良いシリコン酸化物からなる絶縁体膜を形成することができる。
【００１０】
一実施形態では、積層体形成ステップでは、絶縁体膜形成ステップ、酸化ステップ及び半導体膜形成ステップを所定の回数繰り返すことにより積層体を形成してもよい。このように構成することで、結晶性の良いシリコン酸化物からなる絶縁体膜を用いて積層体を形成することができる。
【００１１】
一実施形態では、絶縁体原料ガスは、シリコン及び炭素を含有するガスであってもよい。このように構成することで、量子ドットアレイの母体となる絶縁体をＳｉＣで形成することができる。一実施形態では、絶縁体原料ガスは、さらに不活性ガスを含有するガスであってもよい。
【００１２】
一実施形態では、プラズマ処理装置は、載置台にバイアス印加用の高周波電力を印加する高周波電源を更に備え、絶縁体膜形成ステップ、半導体膜形成ステップ又は埋込ステップにおけるプラズマ処理時において載置台にバイアス印加用の高周波電力を印加してもよい。このように構成することで、半導体膜及び絶縁体膜を効率的に成膜することができる。
【００１３】
一実施形態では、マスクは、自己組織化する材料を用いてドット状に形成されてもよい。このように構成することで、規則的な量子ドットアレイを形成することができる。一実施形態では、マスクは、タンパク質及び金属を含有する材料を用いて形成されてもよい。一実施形態では、マスクは、フェリチンを含有する材料を用いて形成されてもよい。このように構成することで、タンパク質、例えばフェリチンの自己組織化の作用によって金属が規則配列するため、ドット状のマスクを効率的に形成することができる。
【００１４】
一実施形態では、被処理体は、ガラス基板であってもよい。ガラス基板を用いることにより、低コスト・大面積で製造することができる。
【００１５】
本発明の他の側面に係るプラズマ処理装置は、量子ドットアレイを有する太陽電池を製造するプラズマ処理装置である。この装置は、処理容器、載置台、マイクロ波発生器、アンテナ、誘電体窓、ガス供給部及び制御部を備える。処理容器は、処理空間を画成する。載置台は被処理体を載置する。アンテナは、マイクロ波発生器によって発生されるマイクロ波を放射する。誘電体窓は、処理空間とアンテナとの間に設けられる。ガス供給部は、ガスを供給する。制御部は、ガス供給部から絶縁体原料ガスを処理容器内へ供給し、マイクロ波により励起してプラズマを生成させ、被処理体の表面に絶縁体膜を積層し、さらに、被処理体の表面温度を４００℃以下に保った状態で、ガス供給部から半導体原料ガスを処理容器内へ供給し、マイクロ波により励起してプラズマを生成させ、絶縁体膜上に半導体膜を積層し、絶縁体膜と半導体膜とが交互に積層された多層膜からなる積層体を形成する。そして、制御部は、積層体上に形成された複数のドット状のマスクを用いて積層体をエッチングし、被処理体の表面温度を４００℃以下に保った状態でガス供給部から絶縁体原料ガスを処理容器内へ供給し、マイクロ波により励起してプラズマを生成させ、エッチングにより形成された溝部に絶縁体膜を堆積させる。
【００１６】
本発明の他の側面に係るプラズマ処理装置では、太陽電池の量子ドットアレイを形成する際の成膜をマイクロ波により励起されたプラズマを用い、被処理体の表面温度を４００℃以下に保った状態で成膜する。通常の熱ＣＶＤ等のプラズマ処理装置であれば、結晶性の良い成膜に７５０℃以上の昇温が必要となるが、マイクロ波を用いることにより、４００℃以下で絶縁体膜と半導体膜とを交互に積層して結晶性の良い積層体を形成することが実現できる。このため、製造時において要求される温度条件をガラス基板が耐えうる温度まで緩和して、低コスト・大面積での製造を容易とすることが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の種々の側面及び一実施形態によれば、製造時において要求される温度条件をガラス基板が耐えうる温度まで緩和して、低コスト・大面積での製造を容易とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一実施形態に係る製造方法で製造される太陽電池の一例を模式的に示す図である。
【図２】一実施形態に係るプラズマ処理装置を含むプラズマ処理システムを示す平面図である。
【図３】一実施形態に係るプラズマ処理装置を示す断面図である。
【図４】一実施形態に係るプラズマ処理装置の平面アンテナを示す図である。
【図５】一実施形態に係るプラズマ処理装置の制御部を説明する概要図である。
【図６】一実施形態に係るプラズマエッチング装置を示す断面図である。
【図７】一実施形態に係る製造方法のフロー図である。
【図８】一実施形態に係る製造方法を用いた太陽電池の製造工程を示す図である。
【図９】一実施形態に係る製造方法を用いた太陽電池の製造工程を示す図である。
【図１０】一実施形態に係る製造方法を用いた太陽電池の製造工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００２０】
図１は、一実施形態に係る製造方法で製造される太陽電池の断面図である。図１に示す太陽電池は、下から順に、裏面電極６６、基板６５、下部半導体層６４、接合部６３、上部半導体層６２及び表面電極６０を備えている。下部半導体層６４及び上部半導体層６２は、互いに異なる導電型を有する半導体からなる層である。例えば、下部半導体層６４はｎ型の導電型であり、上部半導体層６２はｐ型の導電型である。接合部６３は、下部半導体層６４及び上部半導体層６２に接触配置されている。すなわち、下部半導体層６４と上部半導体層６２とは接合部６３（絶縁体）を介してＰＮ接合されている。接合部６３は、絶縁体からなる母体６３ｂと、半導体からなる量子ドット６３ａを有する。量子ドット６３ａは、母体となる６３ｂ内部に三次元的に規則配列されている。これにより、伝導帯と価電子帯とのバンドギャップに中間バンドと称されるエネルギー準位を発生させ、複数のバンドギャップが存在した場合と同様の効果を発揮させることができる。よって、伝導帯と価電子帯とのバンドギャップを直接超えることができない長波長の太陽光Ｌであっても、中間バンドを利用してキャリアを生成することができるため、変換効率を向上することができる。
【００２１】
下部半導体層６４、上部半導体層６２及び量子ドット６３ａの材料としては、ＩＩＩ−Ｖ族又はＩＩ−ＶＩ族の半導体であれば特に限定されない。以下では一例としてシリコン（ポリシリコン）を例に説明する。なお、量子ドット６３ａの大きさとしては例えば数ナノメートル〜１０ナノメートル程度である。また、母体６３ｂの材料は、絶縁体であれば特に限定されない。以下では、ＳｉＯ２（シリコン酸化物）を中心に説明するが、ＳｉＣ又はＳｉＮ等であってもよい。
【００２２】
裏面電極６６及び表面電極６０は、光吸収により励起された電流を取り出すためのものである。表面電極６０は、略棒状の部材であって、太陽光Ｌを透過させるために、互いの間隔を空けて上部半導体層６２上に複数配置されている。なお、表面電極６０の間には、太陽光Ｌの反射を防止するための反射防止膜６１が配置されている。裏面電極６６及び表面電極６０として、例えばＡｇ等の金属が用いられる。また、反射防止膜６１として、酸化チタンや窒化シリコンが用いられる。また、基板６５は、４００℃以下の熱に耐えうる耐熱性を有する基板であり、例えばガラス基板である。
【００２３】
次に、図１に示す太陽電池の製造方法について説明する。まず、該太陽電池を製造するプラズマ処理システムについて説明する。図２は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を備えるプラズマ処理システムを概略的に示す平面図である。図２に示すプラズマ処理システム１００は、載置台１０２ａ〜１０２ｄ、収容容器１０４ａ〜１０４ｄ、ローダモジュールＬＭ、ロードロックチャンバＬＬ１，ＬＬ２、プロセスモジュールＰＭ１，ＰＭ２，ＰＭ３，及び、トランスファーチャンバ１１０を備えている。
【００２４】
載置台１０２ａ〜１０２ｄは、ローダモジュールＬＭの一縁に沿って配列されている。これら載置台１０２ａ〜１０２ｄの上には、収容容器１０４ａ〜１０４ｄがそれぞれ載置されている。収容容器１０４ａ〜１０４ｄ内には、被処理体Ｗが収容されている。
【００２５】
ローダモジュールＬＭ内には、搬送ロボットＲｂ１が設けられている。搬送ロボットＲｂ１は、収容容器１０４ａ〜１０４ｄの何れかに収容されている被処理体Ｗを取り出して、当該被処理体Ｗを、ロードロックチャンバＬＬ１又はＬＬ２に搬送する。
【００２６】
ロードロックチャンバＬＬ１及びＬＬ２は、ローダモジュールＬＭの別の一縁に沿って設けられており、予備減圧室を構成している。ロードロックチャンバＬＬ１及びＬＬ２は、トランスファーチャンバ１１０にゲートバルブを介してそれぞれ接続されている。
【００２７】
トランスファーチャンバ１１０は、減圧可能なチャンバであり、当該チャンバ内には別の搬送ロボットＲｂ２が設けられている。トランスファーチャンバ１１０には、プロセスモジュールＰＭ１〜ＰＭ３が対応のゲートバルブを介してそれぞれ接続されている。搬送ロボットＲｂ２は、ロードロックチャンバＬＬ１又はＬＬ２から被処理体Ｗを取り出して、プロセスモジュールＰＭ１、ＰＭ２、及びＰＭ３に順に搬送する。プラズマ処理システム１００のプロセスモジュールＰＭ１，ＰＭ２，ＰＭ３はそれぞれ、一実施形態のプラズマ処理装置、別のプラズマ処理装置等であり得る。例えば、平行平板型のプラズマエッチング装置、又は、ナノプリント技術を用いてエッチング用マスクを形成するマスク形成装置であり得る。
【００２８】
以下、プロセスモジュールＰＭ１として用いることができる一実施形態のプラズマ処理装置１０１について説明する。図３は、一実施形態に係るプラズマ処理装置１０１の断面図である。
【００２９】
プラズマ処理装置１０１は、複数のスロット状の孔を有する平面アンテナにて処理容器内にマイクロ波を導入してプラズマを発生させることにより、高密度かつ低電子温度のマイクロ波励起プラズマを発生させ得るマイクロ波プラズマ処理装置として構成されている。プラズマ処理装置１０１では、１×１０１０〜５×１０１２／ｃｍ３のプラズマ密度で、かつ０．７〜２ｅＶの低電子温度を有するプラズマによる処理が可能である。従って、プラズマ処理装置１０１は、各種半導体装置の製造過程においてプラズマＣＶＤによって結晶性珪素膜としてのポリシリコン膜又はシリコン化合物膜を成膜処理する目的で好適に利用できる。
【００３０】
プラズマ処理装置１０１は、主要な構成として、処理空間Ｓを画成する処理容器１と、処理容器１内にガスを供給するガス供給装置（ガス供給部）１８と、このガス供給装置１８に接続するガス導入部１４と、処理容器１内を減圧排気するための排気装置２４と、処理容器１の上部に設けられ、処理容器１内にマイクロ波を導入するマイクロ波導入装置２７と、これらプラズマ処理装置１０１の各構成部を制御する制御部５０と、を備えている。なお、ガス供給装置１８は、プラズマ処理装置１０１の構成部分には含めずに、外部のガス供給装置をガス導入部１４に接続して使用する構成としてもよい。
【００３１】
処理容器１は、接地された略円筒状の容器により形成されており、上部が開口している。なお、処理容器１は角筒形状の容器により形成してもよい。処理容器１は、アルミニウム等の材質からなる底壁１ａと側壁１ｂとを有している。
【００３２】
処理容器１の内部には、被処理体Ｗを水平に支持するための載置台２が設けられている。載置台２は、熱伝導性の高い材質例えばＡｌＮ等のセラミックスにより構成されている。この載置台２は、排気室１１の底部中央から上方に延びる円筒状の支持部材３により支持され、底部に固定さている。支持部材３は、例えばＡｌＮ等のセラミックスにより構成されている。
【００３３】
また、載置台２には、その外縁部をカバーし、被処理体Ｗをガイドするためのカバーリング４が設けられている。このカバーリング４は、例えば石英、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＮ等の材質で構成された環状部材である。載置台２の保護の観点から、カバーリング４は載置台２の全表面を覆うようにしてもよい。
【００３４】
また、載置台２には、温度調節機構としての抵抗加熱型のヒータ５が埋め込まれている。このヒータ５は、ヒータ電源５ａから給電されることにより載置台２を加熱して、その熱で被処理体Ｗを均一に加熱する。
【００３５】
また、載置台２には、熱電対（ＴＣ）６が配備されている。この熱電対６により、温度計測を行うことにより、被処理体Ｗの加熱温度を例えば室温から４００℃以下の範囲で制御可能となっている。
【００３６】
また、載置台２には、被処理体Ｗを支持して昇降させるためのウエハ支持ピン（図示せず）を有している。各ウエハ支持ピンは、載置台２の表面に対して突没可能に設けられている。
【００３７】
また、載置台２の表面側には電極７が埋設されている。この電極７は、ヒータ５と載置台２の表面との間に配置されている。この電極７に、給電線７ａによって、マッチングボックス（Ｍ．Ｂ．）８を介してバイアス印加用の高周波電源９が接続されている。電極７に高周波電源９より高周波電力を供給して、基板である被処理体Ｗに高周波バイアス（ＲＦバイアス）を印加できる構成となっている。つまり、電極７、給電線７ａ、マッチングボックス（Ｍ．Ｂ．）８及び高周波電源９は、バイアス印加手段を構成している。電極７の材質としては、載置台２の材質であるＡｌＮ等のセラミックスと同等の熱膨張係数を有する材質が好ましく、例えばモリブデン、タングステンなどの導電性材料を用いることが好ましい。電極７は、例えば網目状、格子状、渦巻き状等の形状に形成されている。電極７のサイズは、少なくとも被処理体Ｗと同等かそれより若干大きく（例えば、被処理体Ｗの直径よりも１〜５ｍｍ程度大きく）形成することが好ましい。
【００３８】
処理容器１の底壁１ａの略中央部には、円形の開口部１０が形成されている。底壁１ａにはこの開口部１０と連通し、下方に向けて突出する排気室１１が設けられている。この排気室１１には、排気管１２が接続されており、この排気管１２を介して排気装置２４に接続されている。
【００３９】
処理容器１を形成する側壁１ｂの上端には、処理容器１を開閉させる蓋体（リッド）としての機能を有する環状のプレート１３が配置されている。プレート１３の内周下部は、内側（処理容器内空間）へ向けて突出し、環状の支持部１３ａを形成している。
【００４０】
処理容器１の上方には、処理ガスを導入するガス導入部１４が配設されている。プレート１３には、第１のガス導入孔を有する第１のガス導入部１４ａが設けられている。また、処理容器１の側壁１ｂには、第２のガス導入孔を有する第２のガス導入部１４ｂが設けられている。つまり、第１のガス導入部１４ａおよび第２のガス導入部１４ｂは、上下２段に設けられ、ガス導入部１４を構成している。第１のガス導入部１４ａおよび第２のガス導入部１４ｂは成膜ガスやプラズマ励起用ガスを供給するガス供給装置１８に接続されている。なお、第１のガス導入部１４ａおよび第２のガス導入部１４ｂはノズル状またはシャワーヘッド状に設けてもよい。また、第１のガス導入部１４ａと第２のガス導入部１４ｂを単一のシャワーヘッドに設けてもよい。さらに、第１のガス導入部１４ａと第２のガス導入部１４ｂを共に処理容器１の側壁１ｂに設けてもよい。
【００４１】
また、処理容器１の側壁１ｂには、プラズマ処理装置１０１と、これに隣接する搬送室（図示せず）との間で、被処理体Ｗの搬入出を行うための搬入出口１６と、この搬入出口１６を開閉するゲートバルブ１７とが設けられている。
【００４２】
ガス供給装置１８は、成膜ガスなどを処理容器１内に供給するものであり、不活性ガス供給源１９ａ、水素ガス供給源１９ｂ、珪素化合物を含有する珪素化合物ガス（Ｓｉ化合物ガス）供給源１９ｃ、ドーパントガス供給源１９ｄ、水素ガス供給源１９ｅ、酸素ガス供給源１９ｆ、エッチングガス供給源１９ｇ及びマスク用ガス供給源１９ｈを有している。不活性ガス供給源１９ａ及び水素ガス供給源１９ｂ、は、ガスライン２０ａ，２０ｂ、及びガスライン２０ｆを介して第１のガス導入部１４ａに接続されている。また、珪素化合物ガス供給源１９ｃ、ドーパントガス供給源１９ｄ、水素ガス供給源１９ｅ、酸素ガス供給源１９ｆ、エッチングガス供給源１９ｇ及びマスク用ガス供給源１９ｈは、ガスライン２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ及びガスライン２０ｈを介して、第２のガス導入部１４ｂに接続されている。なお、ガス供給装置１８は、上記以外の図示しないガス供給源として、例えば処理容器１内をクリーニングするクリーニングガス供給源や、処理容器１内の雰囲気を置換する際に用いるパージガス供給源等を別に有していてもよい。また、第１のガス導入部１４ａ及び第２のガス導入部１４ｂの接続については、上述した態様に限定されることはなく、適宜接続先を変更してもよい。
【００４３】
ここで、太陽電池の接合部６３の量子ドット構造を形成するためのガスについて説明する。まず、半導体原料ガスの詳細を説明する。半導体原料ガスとしては例えばシリコンを含有するガスが用いられる。一実施形態では、成膜原料（半導体原料ガス）である珪素化合物ガスとして、分子中に含まれる珪素原子の数が２以上である珪素化合物のガス、より具体的には式ＳｉｎＨ２ｎ＋２（ここで、ｎは２以上の数を意味する）で表される珪素化合物のガスを用いる。この珪素化合物は、珪素原子と水素原子とからなる化合物であることが好ましく、例えばジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、トリシラン（Ｓｉ３Ｈ８）などを用いることができる。これらは２種以上を組み合わせて使用してもよい。
【００４４】
また、半導体原料ガスとしては、珪素化合物ガスのほかに、不活性ガス、水素ガス、ドーパントガス等を用いることができる。不活性ガスと水素ガスは、処理容器１内で生成するプラズマを安定して形成させる機能を奏するプラズマ形成用のガスであるため、これらを成膜ガス中に混合することが好ましい。
【００４５】
不活性ガスとしては、例えば希ガスを用いることができる。希ガスは、プラズマ励起用ガスとして安定したプラズマの生成に役立つものであり、例えばＡｒガス、Ｋｒガス、Ｘｅガス、Ｈｅガスなどを用いることができる。ドーパントガスとしては、ｎ型ポリシリコン膜を成膜する場合はＰＨ３、ＡｓＨ３等、ｐ型ポリシリコン膜を成膜する場合はＢ２Ｈ６等を例示できる。なお、Ａｒなどのプラズマ励起用の不活性ガスや水素ガスは任意のガスであり、必ずしも半導体原料ガスと同時に供給する必要はない。また、ドーパントガスも必要に応じて供給しなくてもよい。
【００４６】
次に、絶縁体原料ガスの詳細を説明する。絶縁体としてＳｉＯ２を形成する場合には、シリコンを含有するガス及び酸化性ガスを用いる。具体的には、絶縁体原料ガスは、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）ガス、ＡｒガスおよびＯ２ガスを含む混合ガスである。なお、処理容器内に供給する希ガスとして、Ａｒガスの他、Ｘｅガス、Ｋｒガス等を供給してもよい。さらに、これら複数種類の希ガスを用いてもよい。また、酸化性ガスは、酸素の他に、酸素元素を含むガスとしてオゾンガスや一酸化炭素ガス等を用いてもよい。さらにこれら複数種類の酸化性ガスを用いてもよい。このとき処理容器内に供給される酸素原子の個数がＳｉ原子数との関係で所定値となるように決定する。絶縁体としてＳｉＣを形成する場合には、シリコン及び炭素を含有するガスを用いる。具体的には、絶縁体原料ガスは、ＴＥＯＳガス又はＳｉｎＨ２ｎ＋２で表される珪素化合物のガス、及び、ＣＨ４ガスが用いられる。なお、Ａｒなどのプラズマ励起用の不活性ガスや水素ガスを任意に導入してもよい。
【００４７】
次に、マスク用ガスの詳細を説明する。このマスクは、エッチングにより量子ドットを形成する際に用いられるものである。絶縁体としてＳｉＯ２を形成する場合には、マスクの材料として例えばアモルファスカーボンが用いられ、絶縁体としてＳｉＣを形成する場合には、マスクの材料として例えばアモルファスカーボン又はＳｉＯ２が用いられる。アモルファスカーボンは、例えば、ＣｘＨｙ（ＣＨ４、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ３Ｈ６、Ｃ３Ｈ８又はＣ４Ｈ６等）の原料を選択して成膜される。また、マスクをドット状にするために、自己組織化材料を利用して自己整合プロセスで形成する。自己組織化（ＤＳＡ：Directed  Self  Assembly）とは、材料の物性や組成をコントロールし、形成するパターンの位置、寸法、形状制御を行う方法である。例えば、タンパク質（例えばフェリチン）が自立的に規則配列することが知られている。このため、ＳｉＯ２やアモルファスカーボンからなるマスクをドット状にするためのマスクとして、フェリチンと金属（例えばＦｅ）が含有された材料を用いてもよい。
【００４８】
次に、エッチングガスの詳細を説明する。アモルファスカーボンをプラズマエッチングしてドット状のマスクを形成する場合には、Ｏ２等が用いられる。また、ＳｉＯ２をプラズマエッチングする場合には、エッチングガスとして、ＨＢｒ／Ｃ４Ｆ８／Ａｒ混合ガスが用いられる。
【００４９】
上述したガスの供給は、ガス供給装置１８により制御される。なお、図中では、不活性ガス及び水素ガスは、ガス供給装置１８の不活性ガス供給源１９ａ及び水素ガス供給源１９ｂから、ガスライン２０ａ，２０ｂを介してガスライン２０ｆに合流した後第１のガス導入部１４ａに至り、第１のガス導入部１４ａから処理容器１内に導入される。一方、珪素化合物ガス、ドーパントガス、水素ガス、酸素ガス、エッチングガス及びマスク用ガスは、珪素化合物ガス供給源１９ｃ、ドーパントガス供給源１９ｄ、水素ガス供給源１９ｅ、酸素ガス供給源１９ｆ、エッチングガス供給源１９ｇ及びマスク用ガス供給源１９ｈから、それぞれガスライン２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ、２０ｈを介してガスライン２０ｘに合流した後、第２のガス導入部１４ｂに至り、第２のガス導入部１４ｂから処理容器１内に導入される。各ガス供給源に接続する各々のガスライン２０ａ〜２０ｈには、マスフローコントローラ２１ａ〜２１ｈおよびその前後の開閉バルブ２２ａ〜２２ｈが設けられている。このようなガス供給装置１８の構成により、供給されるガスの切替えや流量等の制御が出来るようになっている。
【００５０】
排気装置２４は、ターボ分子ポンプなどの高速真空ポンプを備えている。前記のように、排気装置２４は、排気管１２を介して処理容器１の排気室１１に接続されている。この排気装置２４を作動させることにより、処理容器１内のガスは、排気室１１内の空間１１ａへ均一に流れ、さらに空間１１ａから排気管１２を介して外部へ排気される。これにより、処理容器１内を、例えば０．１３３Ｐａまで高速に減圧することが可能となっている。
【００５１】
次に、マイクロ波導入装置２７の構成について説明する。マイクロ波導入装置２７は、主要な構成として、透過板（誘電体窓）２８、平面アンテナ３１、遅波材３３、カバー部材３４、導波管３７およびマイクロ波発生器３９を備えている。マイクロ波導入装置２７は、処理容器１内にマイクロ波を導入してプラズマを生成させるプラズマ生成手段である。
【００５２】
誘電体部材としての透過板２８は、プレート１３において内周側に張り出した支持部１３ａ上に配備されている。すなわち、処理空間Ｓと平面アンテナ３１との間に設けられている。透過板２８は、マイクロ波を透過する誘電体、例えば石英やＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等のセラミックスから構成されている。特にプラズマＣＶＤ装置として用いる場合、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等のセラミックスが好ましい。この透過板２８と支持部１３ａとの間は、シール部材２９を介して気密にシールされている。したがって、処理容器１の上部の開口はプレート１３を介して透過板２８によって塞がれ、処理容器１内が気密に保持される。
【００５３】
平面アンテナ３１は、透過板２８の上方において、載置台２と対向するように設けられている。平面アンテナ３１は、円板状をなしている。なお、平面アンテナ３１の形状は、円板状に限らず、例えば四角板状でもよい。この平面アンテナ３１は、プレート１３の上端に係止されている。
【００５４】
平面アンテナ３１は、例えば表面が金または銀メッキされた銅板、ニッケル板、ＳＵＳ板またはアルミニウム板から構成されている。平面アンテナ３１は、マイクロ波を放射する多数のスロット状のマイクロ波放射孔３２を有している。マイクロ波放射孔３２は、所定のパターンで平面アンテナ３１を貫通して形成されている。
【００５５】
個々のマイクロ波放射孔３２は、例えば図４に示すように、細長い長方形状（スロット状）をなし、隣接する２つのマイクロ波放射孔が対をなしている。そして、典型的には隣接するマイクロ波放射孔３２が「Ｌ」字状に配置されている。また、このように所定の形状（例えばＬ字状）に組み合わせて配置されたマイクロ波放射孔３２は、さらに全体として同心円状に配置されている。
【００５６】
マイクロ波放射孔３２の長さや配列間隔は、マイクロ波の波長（λｇ）に応じて決定される。例えば、マイクロ波放射孔３２の間隔は、λｇ／４からλｇとなるように配置される。図４においては、同心円状に形成された隣接するマイクロ波放射孔３２どうしの間隔をΔｒで示している。なお、マイクロ波放射孔３２の形状は、円形状、円弧状等の他の形状であってもよい。さらに、マイクロ波放射孔３２の配置形態は特に限定されず、同心円状のほか、例えば、螺旋状、放射状等に配置することもできる。
【００５７】
平面アンテナ３１の上面には、真空よりも大きい誘電率、例えば石英、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、樹脂等を有する遅波材３３が設けられている。この遅波材３３は、真空中ではマイクロ波の波長が長くなることから、マイクロ波の波長を短くしてプラズマを調整する機能を有している。
【００５８】
なお、平面アンテナ３１と透過板２８との間、また、遅波材３３と平面アンテナ３１との間は、それぞれ接触させても離間させてもよいが、接触させることが好ましい。
【００５９】
プレート１３の上部には、これら平面アンテナ３１および遅波材３３を覆うように、カバー部材３４が設けられている。カバー部材３４は、例えばアルミニウムやステンレス鋼等の金属材料によって形成されている。プレート１３とカバー部材３４とは、シール部材３５によりシールされている。カバー部材３４の内部には、冷却水流路３４ａが形成されている。この冷却水流路３４ａに冷却水を通流させることにより、カバー部材３４、遅波材３３、平面アンテナ３１および透過板２８を冷却できるようになっている。なお、カバー部材３４は接地されている。
【００６０】
カバー部材３４の上壁（天井部）の中央には、開口部３６が形成されており、この開口部３６には導波管３７が接続されている。導波管３７の他端側には、マッチング回路３８を介してマイクロ波を発生するマイクロ波発生器３９が接続されている。
【００６１】
導波管３７は、上記カバー部材３４の開口部３６から上方へ延出する断面円形状の同軸導波管３７ａと、この同軸導波管３７ａの上端部に接続された水平方向に延びる矩形導波管３７ｂとを有している。
【００６２】
同軸導波管３７ａの中心には内導体４１が延在している。この内導体４１は、その下端部において平面アンテナ３１の中心に接続固定されている。このような構造により、マイクロ波は、同軸導波管３７ａの内導体４１を介して平面アンテナ３１へ放射状に効率よく均一に伝播される。
【００６３】
以上のような構成のマイクロ波導入装置２７により、マイクロ波発生器３９で発生したマイクロ波が導波管３７を介して平面アンテナ３１へ伝搬され、さらに透過板２８を介して処理容器１内に導入されるようになっている。なお、マイクロ波の周波数としては、例えば２．４５ＧＨｚが好ましく用いられ、他に、８．３５ＧＨｚ、１．９８ＧＨｚ等を用いることもできる。
【００６４】
プラズマ処理装置１０１の各構成部は、制御部５０に接続されて制御される構成となっている。制御部５０は、コンピュータを有しており、例えば図５に示したように、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ５１と、このプロセスコントローラ５１に接続されたユーザーインターフェース５２および記憶部５３を備えている。プロセスコントローラ５１は、プラズマ処理装置１０１において、例えば温度、圧力、ガス流量、マイクロ波出力、バイアス印加用の高周波出力などのプロセス条件に関係する各構成部（例えば、ヒータ電源５ａ、高周波電源９、ガス供給装置１８、排気装置２４、マイクロ波発生器３９など）を統括して制御する制御手段である。
【００６５】
ユーザーインターフェース５２は、工程管理者がプラズマ処理装置１０１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置１０１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有している。また、記憶部５３には、プラズマ処理装置１０１で実行される各種処理をプロセスコントローラ５１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記録されたレシピが保存されている。
【００６６】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５２からの指示等にて任意のレシピを記憶部５３から呼び出してプロセスコントローラ５１に実行させることで、プロセスコントローラ５１の制御下、プラズマ処理装置１０１の処理容器１内で所望の処理が行われる。また、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤ、ブルーレイディスクなどに格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
【００６７】
なお、上述したプラズマ処理装置１０１は、成膜及びエッチングを同一装置で実行しているが、マスク形成やエッチング等については、図２に示す他のプロセスモジュールＰＭで実行してもよい。例えば、プロセスモジュールＰＭ２として、図６に示す平行平板型のプラズマエッチング装置を配置してエッチング処理を行ってもよい。図６に示すように、プラズマエッチング装置２１０は、下部２周波数の平行平板型（容量結合型）プラズマエッチング装置として構成されており、例えば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる円筒形の処理容器２１１を有している。処理容器２１１は、接地されている。
【００６８】
処理容器２１１内には、被処理体Ｗを載置する載置台２１２が設けられている。載置台２１２は、たとえばアルミニウムからなり、絶縁性の筒状保持部２１４を介して処理容器２１１の底から鉛直上方に延びる筒状支持部２１６に支持されている。載置台２１２の上面であって静電チャック２４０の周縁部には、エッチングの面内均一性を高めるために、例えばシリコンから構成されたフォーカスリング２１８が配置されている。
【００６９】
処理容器２１１の側壁と筒状支持部２１６との間には排気路２２０が形成されている。排気路２２０には環状のバッフル板２２２が取り付けられている。排気路２２０の底部には排気口２２４が設けられ、排気管２２６を介して排気装置２２８に接続されている。排気装置２２８は図示しない真空ポンプを有しており、処理容器２１１内の処理空間を所定の真空度まで減圧する。処理容器２１１の側壁には、被処理体Ｗの搬入出口を開閉する搬送用のゲートバルブ２３０が取り付けられている。
【００７０】
載置台２１２には、プラズマ生成用の第１高周波電源２３１及びプラズマ中のイオン引き込み用（バイアス用）の第２高周波電源２３２が整合器２３３及び整合器２３４を介してそれぞれ電気的に接続されている。
【００７１】
第１高周波電源２３１は、処理容器２１１内にてプラズマを生成するために適した周波数、例えば２７ＭＨｚ〜６０ＭＨｚの第１高周波電力を載置台２１２に印加する。第２高周波電源２３２は、載置台２１２上の被処理体Ｗにプラズマ中のイオンを引き込むのに適した低めの周波数、例えば３８０ＫＨｚ〜１ＭＨｚの第２高周波電力を載置台２１２に印加する。このようにして載置台２１２は下部電極としても機能する。処理容器２１１の天井部には、後述するシャワーヘッド２３８が接地電位の上部電極として設けられている。これにより、第１高周波電源２３１からの高周波電力は載置台２１２とシャワーヘッド２３８との間に容量的に印加される。
【００７２】
載置台２１２の上面には被処理体Ｗを静電吸着力で保持するための静電チャック２４０が設けられている。静電チャック２４０は導電膜からなる電極２４０ａを一対の膜の間に挟み込んだものである。電極２４０ａには直流電圧源２４２がスイッチ２４３を介して電気的に接続されている。静電チャック２４０は、直流電圧源２４２からの電圧により、クーロン力で被処理体Ｗを静電チャック２４０上に吸着保持する。
【００７３】
伝熱ガス供給源２５２は、Ｈｅガス等の伝熱ガスをガス供給ライン２５４に通して静電チャック２４０の上面と被処理体Ｗの裏面との間に供給する。
【００７４】
天井部のシャワーヘッド２３８は、多数のガス通気孔２５６ａを有する電極板２５６と、この電極板２５６を着脱可能に支持する電極支持体２５８とを有する。ガス供給源２６２は、ガス供給配管２６４を介してガス導入口２６０ａからシャワーヘッド２３８内にガスを供給し、多数のガス通気孔２５６ａから処理容器２１１内に導入される。
【００７５】
処理容器２１１の周囲には、環状または同心円状に延在する磁石２６６が配置され、磁力により処理容器２１１内のプラズマ生成空間にプラズマを閉じ込めるように機能する。
【００７６】
載置台２１２の内部には冷媒管２７０が設けられている。この冷媒管２７０には、チラーユニット２７１から配管２７２，２７３を介して所定温度の冷媒が循環供給される。また、静電チャック２４０の下側にはヒータ２７５が設けられている。ヒータ２７５には交流電源２４４から所望の交流電圧が印加される。かかる構成によれば、チラーユニット２７１による冷却とヒータ２７５による加熱によって被処理体Ｗを所望の温度に調整することができる。また、これらの温度制御は、制御装置２８０からの指令に基づき行われる。
【００７７】
制御装置２８０は、プラズマエッチング装置２１０に取り付けられた各部、たとえば排気装置２２８、交流電源２４４、直流電圧源２４２、静電チャック用のスイッチ２４３、第１高周波電源２３１、第２高周波電源２３２、整合器２３３，２３４、伝熱ガス供給源２５２、ガス供給源２６２及びチラーユニット２７１を制御する。なお、制御装置２８０は、図示しないホストコンピュータとも接続されている。
【００７８】
制御装置２８０は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ），ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）を有し、ＣＰＵは、図示しない記憶部に格納された各種レシピに従ってプラズマ処理を実行する。レシピが格納される記憶部は、例えば半導体メモリ、磁気ディスク、または光学ディスクなどを用いてＲＡＭ、ＲＯＭとして実現されうる。レシピは、記憶媒体に格納して提供され、図示しないドライバを介して記憶部に読み込まれるものであってもよく、また、図示しないネットワークからダウンロードされて記憶部に格納されるものであってもよい。また、上記各部の機能を実現するために、ＣＰＵに代えてＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）が用いられてもよい。なお、制御装置２８０の機能は、ソフトウエアを用いて動作することにより実現されてもよく、ハードウエアを用いて動作することにより実現されてもよし、ソフトウエアとハードウエアの両方を用いて実現されてもよい。
【００７９】
上記プラズマエッチング装置２１０において、エッチングを行なう際には、先ずゲートバルブ２３０を開口し、例えば、図２に示す搬送ロボットＲｂ２上に保持された被処理体Ｗを処理容器２１１内に搬入する。被処理体Ｗは、図示しないプッシャーピンにより保持され、プッシャーピンが降下することにより静電チャック２４０上に載置される。被処理体Ｗを搬入後、ゲートバルブ２３０が閉じられ、ガス供給源２６２からエッチングガスを所定の流量および流量比で処理容器２１１内に導入し、排気装置２２８により処理容器２１１内の圧力を設定値に減圧する。さらに、第２高周波電源２３２からバイアス用、第１高周波電源２３１からプラズマ生成用の所定のパワーの高周波電力を載置台２１２に供給する。また、直流電圧源２４２から電圧を静電チャック２４０の電極２４０ａに印加して、被処理体Ｗを静電チャック２４０上に固定し、伝熱ガス供給源２５２から静電チャック２４０の上面と被処理体Ｗの裏面との間に伝熱ガスとしてＨｅガスを供給する。シャワーヘッド２３８からシャワー状に導入されたエッチングガスは、第１高周波電源２３１からの高周波電力によりプラズマ化され、これにより、上部電極（シャワーヘッド２３８）と下部電極（載置台２１２）との間のプラズマ生成空間にてプラズマが生成され、プラズマによって被処理体Ｗの主面がエッチングされる。また、第２高周波電源２３２からの高周波電力により被処理体Ｗに向かってプラズマ中のイオンを引き込むことができる。
【００８０】
プラズマエッチング終了後、被処理体Ｗがプッシャーピンにより持ち上げられ保持され、ゲートバルブ２３０を開口する。そして、例えば、図２に示す搬送ロボットＲｂ２が処理容器２１１内に搬入されるとともに、プッシャーピンが下げられ被処理体Ｗが搬送ロボットＲｂ２上に保持される。次いで、搬送ロボットＲｂ２が処理容器２１１の外へ出ることにより、被処理体Ｗの搬出が完了する。
【００８１】
以下、上述したプラズマ処理装置１０１を用いた太陽電池の製造方法の一実施形態について説明する。図７は、一実施形態に係る製造方法を示すフロー図である。図７に示す制御処理は、制御部５０の記憶部５３にレシピとして保存されている。そして、プロセスコントローラ５１がそのレシピを読み出してプラズマ処理装置１０１の各構成部例えばガス供給装置１８、排気装置２４、マイクロ波発生器３９、ヒータ電源５ａ、高周波電源９などへ制御信号を送出することにより実行される。
【００８２】
なお、図７では図１に示す太陽電池の接合部６３の作成フローを詳細に示すものであり、他の構成要素の作成方法については省略している。すなわち、図７では、被処理体Ｗとして、基板６５上に下部半導体層６４が積層されたものが用いられる。また、一例として、量子ドット６３ａの材料としてポリシリコンを用い、母体６３ｂの材料としてシリコン酸化膜を用いた場合を説明する。また、一例としてエッチング処理についてはプラズマ処理装置１０１では実施せず、図６に示すプラズマエッチング装置２１０にて実施するものとする。また、必要に応じて図８及び図９を参照して説明する。図８及び図９では、下部半導体層６４が省略されている。
【００８３】
最初に、図７に示すように、シリコン酸化膜を下部半導体層６４上に形成する（工程Ｓ１０：絶縁体膜形成ステップ）。まず、ゲートバルブ１７を開にして搬入出口１６から被処理体Ｗを処理容器１内に搬入し、載置台２上に載置する。次に、処理容器１内を減圧排気しながら、プラズマ励起用のマイクロ波をマイクロ波発生器３９により発生させ、処理容器１内にマイクロ波を導入し、処理容器１内にマイクロ波プラズマを生成する。ここで、マイクロ波パワーとしては、例えば、３．５ｋＷが選択される。そして、被処理体ＷにプラズマＣＶＤ処理を行い、絶縁体膜６３Ｂを構成するシリコン酸化膜を形成する（図８の（Ａ）参照）。すなわち、ガス供給装置１８によって、シリコン化合物ガスとしてのＴＥＯＳガス、酸化性ガスとしての酸素ガスおよび希ガスとしてのアルゴンガスを処理容器１内に供給し、被処理体Ｗの表面温度を４００℃以下（例えば２２０℃）として、被処理体Ｗにシリコン酸化膜を形成する。ＴＥＯＳガスとＯ２ガスの有効流量比（Ｏ２ガス／ＴＥＯＳガス）は、５．０以上１０．０以下であり、Ａｒガスの分圧比は、７５％以上である。具体的な流量比率としては、ＴＥＯＳガスの流量を２０ｓｃｃｍ、Ａｒガスの流量を３９０ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスの流量を１１０ｓｃｃｍとする。この場合、ＴＥＯＳガスとＯ２ガスの有効流量比は、５．５であり、アルゴンガスの分圧比は、７５％である。なお、マイクロ波プラズマを生成する工程と、反応ガスを供給する工程とは、逆であってもよいし、同時であってもよい。すなわち、生成したマイクロ波プラズマにより反応ガスを用いて被処理体Ｗを処理する段階において、被処理体Ｗの表面温度を上記した所定の温度とすればよい。
【００８４】
なお、必要に応じて、シリコン酸化膜を形成した後、形成したシリコン酸化膜に対して、プラズマ処理を行ってもよい（酸化ステップ）。すなわち、シリコン酸化膜の成膜方法は、シリコン酸化膜を形成する工程の後に、形成したシリコン酸化膜のプラズマ処理を行う工程を含んでもよい。具体的には、上記した方法によりシリコン酸化膜を形成した後、引き続いて被処理体Ｗの表面温度を２２０℃に維持したまま、ＴＥＯＳガスの供給を停止する。ここで、処理容器１内に供給するアルゴンガスの流量を上げる。そして、形成されたシリコン酸化膜のプラズマ処理を行う。具体的には、アルゴンガスの流量を３９０ｓｃｃｍから３５００ｓｃｃｍとし、酸素ガスの流量については、そのまま１１０ｓｃｃｍとしてプラズマ処理を行う。すなわち、供給するアルゴンガスの流量を、シリコン酸化膜を形成する工程において供給するアルゴンガスの流量よりも多くしてプラズマ処理を行う。この場合、アルゴンガスの分圧比は、９７％である。そして、形成したシリコン酸化膜に対して、プラズマ処理を行う。ここで、プラズマ処理において、ラジカルによる酸化処理が行われる。この場合、シリコン酸化膜を形成する工程およびプラズマ処理を行う工程は、同じ処理容器内において行う。このようにして、シリコン酸化膜の成膜を行なう。
【００８５】
また、必要に応じて、プラズマＣＶＤ処理を行なっている間、載置台２の電極７に高周波電源９から所定の周波数および大きさの高周波電力を供給し、高周波バイアス電圧（以下、単に「ＲＦバイアス」と記すことがある）を被処理体Ｗに印加することもできる。プラズマ処理装置１０１では、プラズマの電子温度を低く維持できるので、ＲＦバイアスを印加しても膜へのダメージが少ない。また、適切な範囲でのＲＦバイアスの印加は、被処理体Ｗへ向けてプラズマ中のＳｉイオン等を引き込むことができるため、結晶化度を高め膜質を向上させるとともに、成膜レートをより一層向上させることができる。この場合、高周波電源９から供給される高周波電力の周波数は、例えば４００ｋＨｚ以上６０ＭＨｚ以下の範囲内が好ましく、４５０ｋＨｚ以上２０ＭＨｚ以下の範囲内がより好ましい。高周波電力は、被処理体Ｗの面積当たりの出力密度として例えば０．０１２Ｗ／ｃｍ２以上０．５８５Ｗ／ｃｍ２以下の範囲内で印加することが好ましく、０．０１２Ｗ／ｃｍ２以上０．２３４Ｗ／ｃｍ２以下の範囲内で印加することがより好ましい。また、高周波電力は１０Ｗ以上５００Ｗ以下の範囲内が好ましく、より好ましくは１０Ｗ以上２００Ｗ以下の範囲内から、上記出力密度になるように電極７に供給してＲＦバイアスを印加することができる。
【００８６】
次に、ポリシリコン膜をシリコン酸化膜上に形成する（工程Ｓ１２：半導体膜形成ステップ）。工程Ｓ１０と同様に、処理容器１内にマイクロ波プラズマを生成した状態で、ガス供給装置１８により、珪素化合物ガス、水素ガス及び／又は不活性ガス並びに必要によりドーパントガスを所定の流量でそれぞれ第１のガス導入部１４ａ及び第２のガス導入部１４ｂを介して処理容器１内に導入する。そして、処理容器１内を所定の圧力に調節する。そして、プラズマＣＶＤ処理を行い、絶縁体膜６３Ｂ上に、半導体膜６３Ａを構成するシリコン膜を形成する（図８の（Ａ）参照）。
【００８７】
ここで、プラズマＣＶＤ処理の条件（処理圧力、成膜ガス流量、成膜温度）について説明する。処理圧力は、０．１Ｐａ以上１０．６Ｐａ以下の範囲内が好ましく、０．１Ｐａ以上５．３Ｐａ以下の範囲内がより好ましい。処理圧力は低いほどよく、上記範囲の下限値０．１Ｐａは、装置上の制約（高真空度の限界）に基づき設定した値である。処理圧力が１０．６Ｐａを超えない範囲で実施することで、ポリシリコンの結晶化度を低下させることなく形成することができる。
【００８８】
また、合計の成膜ガス流量に対して、Ｓｉ２Ｈ６ガスなどの珪素化合物ガスの体積流量比率（珪素化合物ガス／合計成膜ガス流量の百分率）を０．５％以上１０％以下とすることが好ましく、１％以上５％以下とすることがより好ましく、１．２５％以上２．５％以下とすることが望ましい。珪素化合物ガスの体積流量比率が０．５％以下では十分な成膜レートが得られず、１０％を超えると膜質が低下するおそれがある。なお、珪素化合物ガスの流量は、１ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以上１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以下、好ましくは１ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以上２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以下の範囲内から上記流量比率になるように設定することができる。
【００８９】
また、成膜ガス中には、珪素化合物ガスとともに、水素を含むことが好ましい。水素は、結晶性珪素膜中の欠陥に入り込むことにより、結晶を修復させる作用がある。したがって、成膜ガス中に水素を添加することにより、結晶性珪素膜の結晶性を高め、膜質を向上させることができる。合計の成膜ガス流量に対して、水素ガスの体積流量比率（Ｈ２ガス／合計成膜ガス流量の百分率）を９０％以上９９．５％以下とすることが好ましく、９５％以上９９％以下とすることがより好ましく、９７．５％以上９８．７５％以下とすることが望ましい。なお、水素ガスの流量は、１０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以上１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以下、好ましくは５０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以上５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以下の範囲内から上記流量比率になるように設定することができる。
【００９０】
また、プラズマを安定して生成させるために、上記珪素化合物ガス及び水素ガスとともに、Ａｒなどの不活性ガスを添加することが好ましい。この場合、合計の成膜ガス流量に対して、不活性ガスの体積流量比率（例えばＡｒガス／合計成膜ガス流量の百分率）を１％以上１０％以下とすることが好ましく、１％以上５％以下とすることがより好ましい。なお、不活性ガスの流量は、２ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以上１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以下、好ましくは２ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以上５０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以下の範囲内から上記流量比率になるように設定することができる。
【００９１】
なお、水素ガスに替えて不活性ガスを用いる場合（つまり、珪素化合物と不活性ガスを用いる場合）は、不活性ガスの流量は、例えば１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以上１５００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）以下とすることが好ましい。また、載置台２の温度は、４００℃以下の範囲内に設定すればよい。
【００９２】
次に、マイクロ波発生器３９で発生させた所定周波数例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を、マッチング回路３８を介して導波管３７に導く。導波管３７に導かれたマイクロ波は、矩形導波管３７ｂおよび同軸導波管３７ａを順次通過し、内導体４１を介して平面アンテナ３１に供給される。つまり、マイクロ波は、同軸導波管３７ａ内を平面アンテナ３１に向けて伝搬していく。そして、マイクロ波は、平面アンテナ３１のスロット状のマイクロ波放射孔３２から透過板２８を介して処理容器１内における被処理体Ｗの上方空間に放射させられる。この際、マイクロ波出力を大きくするほど、成膜されるポリシリコン膜の結晶化度を高めることができるため、マイクロ波出力は、被処理体Ｗの面積あたりの出力密度として０．２５〜２．５６Ｗ／ｃｍ２の範囲内とすることが好ましく、マイクロ波出力は、例えば５００Ｗ〜５０００Ｗの範囲内から目的に応じて上記範囲内の出力密度になるように選択することができる。なお、マイクロ波出力の上限である５０００Ｗは装置上の制約により設定した値であり、可能であれば前記上限値を超えるマイクロ波出力を供給することができる。
【００９３】
平面アンテナ３１から透過板２８を経て処理容器１に放射されたマイクロ波により、処理容器１内で電磁界が形成され、珪素化合物ガス、水素ガス及び／又は不活性ガス、さらにドーパントガス（添加する場合）が、それぞれプラズマ化する。そして、プラズマ中で原料ガスの解離が効率的に進み、ＳｉｐＨｑ、ＳｉＨｑ（ここで、ｐ、ｑは任意の数を意味する。以下同様である。）などの活性種の反応によって、ポリシリコン膜が堆積される。
【００９４】
また、工程Ｓ１０と同様に、必要に応じて、プラズマＣＶＤ処理を行なっている間、載置台２の電極７に高周波電源９から所定の周波数および大きさの高周波電力を供給し、ＲＦバイアス電圧を被処理体Ｗに印加することもできる。プラズマ処理装置１０１では、プラズマの電子温度を低く維持できるので、ＲＦバイアスを印加しても膜へのダメージが少ない。また、適切な範囲でのＲＦバイアスの印加は、被処理体Ｗへ向けてプラズマ中のＳｉイオンを引き込むことができるため、結晶化度を高めポリシリコン膜の膜質を向上させるとともに、成膜レートをより一層向上させることができる。この場合、高周波電源９から供給される高周波電力の周波数は、例えば４００ｋＨｚ以上６０ＭＨｚ以下の範囲内が好ましく、４５０ｋＨｚ以上２０ＭＨｚ以下の範囲内がより好ましい。高周波電力は、被処理体Ｗの面積当たりの出力密度として例えば０．０１２Ｗ／ｃｍ２以上０．５８５Ｗ／ｃｍ２以下の範囲内で印加することが好ましく、０．０１２Ｗ／ｃｍ２以上０．２３４Ｗ／ｃｍ２以下の範囲内で印加することがより好ましい。また、高周波電力は１０Ｗ以上５００Ｗ以下の範囲内が好ましく、より好ましくは１０Ｗ以上２００Ｗ以下の範囲内から、上記出力密度になるように電極７に供給してＲＦバイアスを印加することができる。
【００９５】
次に、制御部５０は、絶縁体膜６３Ｂ及び半導体膜６３Ａが所定の目標周期だけ繰り返し積層されているかを判定する（工程Ｓ１４：積層体形成ステップ）。目標周期に到達していない場合には、Ｓ１０及びＳ１２の工程を繰り返し実行する。これにより、Ｓ１０及びＳ１２の工程が所定の回数繰り返され、絶縁体膜６３Ｂ及び半導体膜６３Ａが所定の目標周期だけ積層された多層膜からなる積層体を得る（図８の（Ａ）参照）。
【００９６】
工程Ｓ１４において、目標周期に到達したと判定した場合には、マスク形成工程に移行する（工程Ｓ１６：マスク形成ステップ）。この工程では、最初に、マスクとなる膜を成膜する。例えば、ＣｘＨｙの原料ガスを用いてアモルファスカーボン膜７３を積層体の上面に堆積させる（図８の（Ｂ）参照）。そして、アモルファスカーボン膜７３をエッチングしてマスクを形成する。すなわち、アモルファスカーボン膜７３をエッチングするために、マスクとして材料７４をアモルファスカーボン膜７３上に配置する（図８の（Ｃ）参照）。材料７４は、Ｆｅ金属又はＦｅ化合物がフェリチンの内部に含まれているナノ粒子７４である。このフェリチンの周囲には、特定の材料を認識するペプチドがさらに付与されている。このため、フェリチンは、規則的（例えば格子状）にアモルファスカーボン膜７３上に整列する。次に、加熱することでタンパク質を除去する（図８の（Ｄ）参照）。これにより、Ｆｅ金属粒子のドットのパターンがアモルファスカーボン膜７３上に形成される。その後、Ｏ２ガスによるプラズマエッチングにより、アモルファスカーボン膜７３がドット状にエッチングされる（図９の（Ｅ）参照）。その後、Ｆｅ金属粒子は例えばＨＣｌを用いたドライエッチング等により除去される（図９の（Ｆ）参照）。このようにして、アモルファスカーボンからなる複数のドット状のマスクが形成される。
【００９７】
次に、エッチング工程を行う（工程Ｓ１８：エッチングステップ）。エッチングは、例えば、図６に示す平行平板型のプラズマエッチング装置を用いて、以下の条件で行われる。圧力は、５０ｍＴｏｒｒ（６．６６６１Ｐａ）であり、第１高周波電力／第２高周波電力は、２０００／４５００Ｗ（２８３．１／６３６．９Ｗ／ｃｍ２）であり、第１高周波電力及び第２高周波電力は下部電極に重畳されて印加される。ガス種及びガス流量は、ＨＢｒ／Ｃ４Ｆ８／Ａｒ＝４９６／３０／１００ｓｃｃｍである。Ｃ４Ｆ８ガスは、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）をプラズマエッチングするために必要なエッチングガスである。シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）をプラズマエッチングするためのエッチングガスは、Ｃ４Ｆ８ガスに限られず、ＣＦ系ガスであればよい。ＨＢｒガスは、ポリシリコン膜をプラズマエッチングするために必要なエッチングガスである。なお、ポリシリコン膜をプラズマエッチングするためのエッチングガスは、臭化水素ＨＢｒガス等の臭素含有ガスに限られず、塩素含有ガス、ヨウ素含有ガスの少なくともいずれかからなるガスであればよい。なお、Ａｒガスは、供給する混合ガス中に含まれていなくてもよい。このエッチング工程を実行することで、ポリシリコンとシリコン酸化物とが交互に積層された鉛直方向に延びるワイヤーが形成される（図９の（Ｇ）参照）。
【００９８】
次に、埋込工程を行う（工程Ｓ２０：埋込ステップ）。工程Ｓ２０では、工程Ｓ１８でのエッチングにより形成された溝部にシリコン酸化物を堆積させて溝部７６を埋める。シリコン酸化物の成膜条件は、工程Ｓ１０と同一である。なお、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ ＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）でシリコン酸化膜を堆積してもよい。これにより、母体６３ｂの内部に規則的に配列された量子ドット６３ａが形成される（図９の（Ｈ）参照）。
【００９９】
以上で図７に示す制御処理を終了する。図７に示す制御処理を実行することにより、太陽電池の量子ドットアレイを形成する際の成膜ステップ（絶縁体膜形成ステップ、半導体膜形成ステップ及び埋込ステップ）をマイクロ波により励起されたプラズマを用い、被処理体Ｗの表面温度を４００℃以下に保った状態で成膜する。通常の熱ＣＶＤ等のプラズマ処理装置であれば、結晶性の良いシリコン膜の成膜に７５０℃以上の昇温が必要となるが、マイクロ波を用いることにより、４００℃以下で絶縁体膜６３Ｂと半導体膜６３Ａとを交互に積層して結晶性の良い積層体を形成することが実現できる。これは、マイクロ波により低電子温度のプラズマが励起されて、当該プラズマにより原料ガスに含まれるシリコンが活性化され、従って、高いイオンエネルギーによる成長阻害を低減して、ポリシリコンやシリコン酸化物を成長させることができるからである。このため、製造時において要求される温度条件をガラス基板が耐えうる温度まで緩和して、低コスト・大面積での製造を容易とすることが可能となる。
【０１００】
なお、上述した実施形態はプラズマ処理装置及び製造方法の一例を示すものであり、実施形態に係る装置及び方法を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【０１０１】
例えば、上述した実施形態では、基板６５として、ガラス基板を例に説明したが、４００℃以下の熱に耐えうる耐熱性を有する基板であれば何でもよく、Ｓｉ基板、ＬＣＤ基板、セラミック基板等にも本発明を適用することができる。
【０１０２】
また、上述した実施形態では、１つのマイクロ波発生器を用いる場合を説明したが、周波数の異なる複数のマイクロ波発生器を備え、それぞれ異なるマイクロ波発生器を用いてプラズマ処理をしてもよい。
【０１０３】
また、上述した実施形態では、シリコン酸化膜形成工程後にポリシリコン形成工程を実行しているが、その順番は逆でもよい。また、上述した実施形態では、同一の処理容器１を用いて成膜処理及びエッチング処理を真空一貫で行う場合を説明したが、エッチング処理等を他の処理容器で行ってもよい。また、図８では目標周期を４周期とする例を説明したが、周期数は幾つであってもよい。また、例えば１周期ごとにエッチング工程及び埋込工程を行って太陽電池の接合部６３を形成してもよい。
【０１０４】
また、上述した実施形態では、工程Ｓ１６（マスク形成工程）において、自己組織化材料を利用した自己整合プロセスにてマスクを形成する例を説明したが、マスク形成工程は上述した方法に限らない。例えば、ナノスケールの凹凸パターンを形成した金型を用いて金型の凹凸パターンを樹脂へ転写する、いわゆるナノプリント技術によってエッチング用マスクを形成してもよい。具体的には、図２のプロセスモジュールＰＭ３としてマスク形成装置（図示せず）を配置し、該マスク形成装置によってマスク形成工程を実行してもよい。このマスク形成工程の一例を図１０に示す。図１０の（Ａ）に示すように、表面に複数の微細なドット形状をもつ金型８９の表面及び積層体の表面に、熱硬化型の樹脂８８をそれぞれ塗布し、金型と積層体を押し当てる。これにより、金型８９の表面形状の反転形状が樹脂８８へ転写される。この状態で、熱を加えて樹脂８８を硬化させる。その後、図１０の（Ｂ）に示すように、樹脂８８を積層体に接合させた状態で樹脂８８を金型からはく離させる。次に、図１０（Ｃ）に示すように、積層体上の樹脂８８のうち、金型形状によらない不要樹脂部分８８ａをＯ２ガスによるプラズマエッチングにより除去し、樹脂８８からなる複数のドット状のマスクを得る。このように、ナノプリント技術を用いた場合であっても、複数のドット状のマスクを図８の（Ｆ）と同様に形成することができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１…処理容器、２…載置台、３…支持部材、５…ヒータ、９…高周波電源、１２…排気管、１４…ガス導入部、１４ａ…第１のガス導入部、１４ｂ…第２のガス導入部、１６…搬入出口、１７…ゲートバルブ、１８…ガス供給装置、１９ａ…不活性ガス供給源、１９ｂ…水素ガス供給源、１９ｃ…珪素化合物ガス（Ｓｉ化合物ガス）供給源、１９ｄ…ドーパントガス供給源、１９ｅ…水素ガス供給源、１９ｆ…酸素ガス供給源、１９ｇ…エッチングガス供給源、１９ｈ…マスク用ガス供給源、２４…排気装置、２７…マイクロ波導入装置、２８…透過板、２９…シール部材、３１…平面アンテナ、３２…マイクロ波放射孔、３７…導波管、３９…マイクロ波発生器、５０…制御部、１００…プラズマＣＶＤ装置、Ｗ…被処理体。
【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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【図９】
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【図１０】
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