JP2006278777A

JP2006278777A - 薄膜製造装置及び薄膜製造方法

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Publication number: JP2006278777A
Application number: JP2005096296A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Kawamura; 啓介川村; Hiroshi Mashima; 浩真島; Yoshiaki Takeuchi; 良昭竹内; Kenji Tagashira; 田頭　　健二; Masahiro Sakaki; 正裕榊
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2025-03-29
Also published as: JP4519695B2

Abstract

【課題】
薄膜製造の生産性を向上ことが可能な薄膜製造装置を提供する。
【解決手段】
薄膜製造装置は、第１整合器１３と、第１給電伝送路１２と、放電電極３と、対向電極２とを具備する。第１整合器１３は、出力側のインピーダンスを整合可能で、供給された第１電力を送電する。第１給電伝送路１２は、一端を第１整合器１３に接続され、その第１電力の送電を媒介する。放電電極３は、第１給電伝送路１２の他端に接続され、その第１電力を受電する。対向電極２は、放電電極３に対向する。第１給電伝送路１２の特性インピーダンスは２０Ω以上、３０Ω以下である。第１給電伝送路１３は熱媒体を通す第１熱媒体供給管２０を備え、放電電極３はその熱媒体を通す熱媒体流通管２５を備える。第１整合器１３は、第１熱媒体供給管２０へその第１熱媒体を供給する第１熱媒体供給部１７を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、薄膜製造装置及び薄膜製造方法に関する。

アモルファス太陽電池や微結晶太陽電池、ＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などで用いる薄膜を製造する薄膜製造装置では、生産効率の向上等の面から基板の大面積化が進められている。そのような大面積基板（例示：１ｍ×１ｍ以上）の製膜を行う場合、高周波プラズマを用いる方法が有用である（例えば、特開２００２−３２２５６３号公報）。その場合、製膜時やセルフクリーニング時に、高周波の大電力を用いる必要がある。

高周波の大電力を放電電極へ給電する場合、給電伝送路としてフレキシブルケーブルがある。フレキシブルケーブルは、曲げることができるように内部の絶縁体が複数の小さな絶縁体に分割されている。フレキシブルケーブルの曲げの状態に応じて絶縁体同士の間の空間が変動するので、同じフレキシブルケーブルを用いているにもかかわらず、曲げの状態に応じて特性インピーダンスが変動することになる。そのため、給電時に損失が発生し、給電伝送路が不必要に加熱される恐れがある。その場合、給電伝送路における電気特性の変化や物理的な損傷が多発し、製膜時の膜厚分布の悪化やセルフクリーニング時間増加、生産機停止などの生産性の低下につながる。給電伝送路の昇温を抑え、高周波の大電力を安定的に給電できる薄膜製造装置が望まれる。

また、大電力で高周波のプラズマにより放電電極の温度が上昇するため、対向電極上の基板がその影響を受けて基板温度が上昇したり、基板温度分布が大きくなる恐れがある。その場合、基板反りが発生し、基板反りが小さくなるまでの待ち時間が必要となり、生産性の低下につながる。放電電極の温度を安定化し、放電電極に対向する基板の温度を安定化することができる薄膜製造装置が望まれる。

特開２００２−３２２５６３号公報

従って、本発明の目的は、大面積の基板を用いる場合でも、生産性を低下することなく太陽電池を製造することが可能な薄膜製造装置及び薄膜製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、高周波の大電力を安定的に給電できる薄膜製造装置及び薄膜製造方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、高周波の大電力でも電気特性が変化したり物理的に損傷することのない給電構造を有する薄膜製造装置及び薄膜製造方法を提供することにある。

本発明の別の目的は、基板の温度分布を安定化させ、所望の製膜を実行可能な薄膜製造装置及び薄膜製造方法を提供することにある。

本発明の更に別の目的は、放電電極の温度を安定化して、基板への影響を抑制することができる薄膜製造装置及び薄膜製造方法を提供することにある。

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。

従って、上記課題を解決するために、本発明の薄膜製造装置は、第１整合器（１３）と、第１給電伝送路（１２）と、放電電極（３）と、対向電極（２）とを具備する。第１整合器（１３）は、出力側のインピーダンスを整合可能で、供給された第１電力を送電する。第１給電伝送路（１２）は、一端を第１整合器（１３）に接続され、その第１電力の送電を媒介する。放電電極（３）は、第１給電伝送路（１２）の他端に接続され、その第１電力を受電する。対向電極（２）は、放電電極（３）に対向する。第１給電伝送路（１２）の特性インピーダンスは２０Ω以上３００Ω以下である。
本発明では、第１給電伝送路のインピーダンスを上記値に調整することで、成膜速度を同じになるようにした場合、投入電力を小さく抑えることができる。また、製膜された薄膜の膜厚分布を小さく抑えることができる。

上記の薄膜製造装置において、第１給電伝送路（１２）は、第１外部導体（２３）と、第１絶縁体（２２）と、第１内部導体（２１）とを備える。第１外部導体（２３）は、硬い管状である。第１絶縁体（２２）は、第１外部導体（２３）の内周面から離れて、第１外部導体（２３）の内部に管状に設けられている。第１内部導体（２１）は、第１絶縁体（２２）の内周面から離れて、第１絶縁体（２２）の内部に設けられている。第１外部導体（２３）と第１絶縁体（２２）との間隔、および、第１絶縁体（２２）と第１内部導体（２１）との間隔は、いずれも０．１ｍｍ以上、１ｍｍ以下である。

上記の薄膜製造装置において、第１給電伝送路（１３）は、熱媒体を通す第１熱媒体供給管（２０）を備える。放電電極（３）は、その熱媒体を通す熱媒体流通管（２５）を備える。第１整合器（１３）は、第１熱媒体供給管（２０）へその第１熱媒体を供給する第１熱媒体供給部（１７）を備える。

上記の薄膜製造装置において、第１給電伝送路（１２）は、第１外部導体（２３）と、第１絶縁体（２２）と、第１内部導体（２１）とを備える。第１外部導体（２３）は、硬い管状である。第１絶縁体（２２）は、第１外部導体（２３）の内周面から離れて、第１外部導体（２３）の内部に管状に設けられている。第１内部導体（２１）は、第１絶縁体（２２）の内周面から離れて、第１絶縁体（２２）の内部に設けられている。第１熱媒体供給管（２０）は、第１内部導体（２１）の内部に設けられている。

上記の薄膜製造装置は、出力側のインピーダンスを整合可能で、供給された第２電力を送電する第２整合器（１３）と、一端を第２整合器（１３）に接続され、その第２電力の送電を媒介する第２給電伝送路（１２）とを更に具備する。放電電極（３）は、第２給電伝送路（１２）の他端に接続され、その第１電力を受電する。第２給電伝送路（１２）の特性インピーダンスは２０Ω以上３００Ω以下である。

上記の薄膜製造装置において、第２給電伝送路（１２）は、第２外部導体（２３）と、第２絶縁体（２２）と、第２内部導体（２１）とを備える。第２外部導体（２３）は、硬い管状である。第２絶縁体（２２）は、第２外部導体（２３）の内周面から離れて、第２外部導体（２３）の内部に管状に設けられている。第２内部導体（２１）は、第２絶縁体（２２）の内周面から離れて、第２絶縁体（２２）の内部に設けられている。第２外部導体（２３）と第２絶縁体（２２）との間隔、および、第２絶縁体（２２）と第２内部導体（２１）との間隔は、いずれも０．１ｍｍ以上、１ｍｍ以下である。

上記の薄膜製造装置において、第２給電伝送路（１３）は、その熱媒体を通す第２熱媒体供給管（２０）を備える。第２整合器（１３）は、第２熱媒体供給管（２０）からその熱媒体を受け取る第２熱媒体供給部（１７）を備える。

上記の薄膜製造装置において、第２給電伝送路（１２）は、第２外部導体（２３）と、第２絶縁体（２２）と、第２内部導体（２１）とを備える。第２外部導体（２３）は、硬い管状である。第２絶縁体（２２）は、第２外部導体（２３）の内周面から離れて、第２外部導体（２３）の内部に管状に設けられている。第２内部導体（２１）は、第２絶縁体（２２）の内周面から離れて、第２絶縁体（２２）の内部に設けられている。第２熱媒体供給管（２０）は、第２内部導体（２１）の内部に設けられている。

上記の薄膜製造装置において、温度センサ（Ｔ１〜Ｔ３）と、熱媒体供給装置（４８）とを更に具備する。温度センサ（Ｔ１〜Ｔ３）は、放電電極（３）の温度を測定する。熱媒体供給装置（４８）は、温度センサ（Ｔ１〜Ｔ３）の測定結果に基づいて、温度を制御されたその熱媒体を第１熱媒体供給部（１７）へ供給し、第２熱媒体供給部（１７）から受け取る。

従って、上記課題を解決するために、本発明の薄膜製造装置は、第１整合器（１３）と、第１給電伝送路（１２）と、放電電極（３）と、対向電極（２）とを具備する。第１整合器（１３）は、出力側のインピーダンスを整合可能で、供給された第１電力を送電する。第１給電伝送路（１２）は、一端を第１整合器（１３）に接続され、その第１電力の送電を媒介する。放電電極（３）は、第１給電伝送路（１２）の他端に接続され、その第１電力を受電する。対向電極（２）は、放電電極（３）に対向する。第１給電伝送路（１３）は、熱媒体を通す第１熱媒体供給管（２０）を備える。放電電極（３）は、その熱媒体を通す熱媒体流通管（２５）を備える。第１整合器（１３）は、熱媒体供給管（２０）へその熱媒体を供給する第１熱媒体供給部（１７）を備える。
熱媒体を放電電極（３）へ供給するので、放電電極（３）の温度変化を抑えることができる。それにより、対向する基板８の温度に悪影響を与えないようにすることができる。同時に、第１給電伝送路（１２）にも熱媒体が流れるので、第１給電伝送路（１２）の昇温を抑え、その損傷を防止することができる。

上記の薄膜製造装置は、第２整合器（１３）と、第２給電伝送路（１２）とを更に具備する。第２整合器（１３）は、出力側のインピーダンスを整合可能で、供給された第２電力を送電する。第２給電伝送路（１２）は、一端を第２整合器（１３）に接続され、その第２電力の送電を媒介する。放電電極（３）は、第２給電伝送路（１２）の他端に接続され、その第２電力を受電する。第２給電伝送路（１３）は、その熱媒体を通す第２熱媒体供給管（２０）を備える。第２整合器（１３）は、第２熱媒体供給管（２０）からその熱媒体を受け取る第２熱媒体供給部（１７）を備える。

上記の薄膜製造装置において、
第２給電伝送路（１２）は、第２外部導体（２３）と、第２絶縁体（２２）と、第２内部導体（２１）とを備える。第２外部導体（２３）は、硬い管状である。第２絶縁体（２２）は、第２外部導体（２３）の内周面から離れて、第２外部導体（２３）の内部に管状に設けられている。第２内部導体（２１）は、第２絶縁体（２２）の内周面から離れて、第２絶縁体（２２）の内部に設けられている。第２熱媒体供給管（２０）は、第２内部導体（２１）の内部に設けられている。

従って、上記課題を解決するために、本発明の薄膜製造方法は、（ａ）放電電極（３）と基板（８）が保持された対向電極（２）との間に原料ガスを供給するステップと、（ｂ）第１整合器（１３）の出力側のインピーダンスの整合をとり、その出力側に接続された第１給電伝送路（１２）を介して放電電極（３）へ第１電力を供給するステップと、（ｃ）第１給電伝送路（１２）の内部に設けられた第１管（２０）を介して、放電電極（３）の内部に設けられた第２管（２５）へ熱媒体を供給するステップと具備する。

上記の薄膜製造方法において、（ｃ）ステップは、（ｃ１）放電電極（３）の温度を計測するステップと、（ｃ２）その計測結果に基づいて、その熱媒体の温度およびその熱媒体の流量のうちの少なくとも一方を制御して、第１管（２０）へ供給するステップとを備える。

本発明により、給電構造の電気特性が変化したり物理的に損傷することなく、高周波の大電力を安定的に給電できる。放電電極の温度を安定化して基板への影響を抑制し、基板の温度分布を安定化させ、所望の製膜を実行できる。そして、薄膜製造の生産性を向上できる。

以下、本発明の薄膜製造装置の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
まず、本発明の薄膜製造装置の実施の形態の構成について説明する。図１は、本発明の薄膜製造装置の実施の形態の構成を示す概念図である。薄膜製造装置の側面から見た図である。薄膜製造装置１は、製膜室６、対向電極２、均熱板５、均熱板移動機構１１、保持部３６、高真空排気用ポンプ３１、弁３２、弁３４、低真空排気用ポンプ３５、放電電極３、防着板４、支持部７、高周波給電伝送路１２、整合器１３、台３５を具備する。なお、図中に矢印１００でＸＹＺ方向を示す。本図において、ガス供給に関する構成は省略している。

製膜室６は、その内部で基板に膜を製膜する。製膜室６は、台１５上に保持されている。製膜室６は、製膜室本体６ｂと製膜室用蓋６ａとを備える。製膜室本体６ｂは、図中ＡＡで示される線の右側の部分である。製膜室用蓋６ａは、左側の部分である。製膜室本体６ｂと製膜室用蓋６ａとは、基板８に製膜を行うとき（以下、「製膜時」ともいう）には、一体となり真空容器を形成する。ＡＡで示される面は、例えばＯリングでシールされる。

対向電極２は、基板８を保持可能な保持手段（図示されず）を有する金属製の板である。対向電極２は、製膜時、放電電極３に対向する電極（例示：接地側）となる。対向電極２は、一方の面を均熱板５の表面に密接するように保持されている。そして、製膜時に他方の面を基板８の表面と密接する。均熱板５及び基板８と密接することで、均熱板５と基板８との間の熱交換を容易に行い、基板８全体を均一な温度にすることができる。

均熱板５は、全体が概ね均一な温度を有し、接触している対向電極２の温度を均一化する機能を有する。熱伝導性の良い材料で製造されている。板状の部材（例示：対向電極２）の表面が均熱板５の表面に接触したとき、均熱板５が熱の経路となり、その部材の温度分布を緩和することができる。

均熱板移動機構１１は、駆動部１１ａと支持部１１ｂとを含む。駆動部１１ａは、製膜室本体６ｂの側面（図１の右側）の外側に設けられている。支持部１１ｂは、駆動部１１ａと結合し、シール手段（図示されず）を介して製膜室６の内部へ延びる。均熱板５及び対向電極２を製膜室６の側面（図１の右側）に対して略平行となるように保持する。

駆動部１１ａの駆動により、支持部１１ｂが製膜室本体６ｂの側面（図１の右側）に垂直な方向に、製膜室６内に出入りする。製膜時、支持部１１ｂが製膜室６へ入り、均熱板５、対向電極２及び基板８を、放電電極３へ近づける。

保持部３６は、製膜室本体６ｂをＺ方向（鉛直方向）に対してθ＝７°〜１２°傾けて台１５上部に保持する。より好ましくは約１０°傾ける。それにより、対向電極２の基板８に接する表面が、Ｚ方向に対して７°〜１２°上に向くようする。上述のように基板８を垂直から僅かに傾けることは、基板８の自重を利用して少ない手間で基板８を保持することが出来て好ましい。

高真空排気用ポンプ３１は、製膜室６内の気体を排気する高真空排気用の真空ポンプである。弁３２は、高真空排気用ポンプ３１と製膜室６との経路を開閉する。低真空排気用ポンプ３５は、製膜室６内の気体を排気する粗引き排気用の真空ポンプである。弁３４は、低真空排気用ポンプ３５と製膜室６との経路を開閉する。

整合器１３（上側及び下側のうちの一方を整合器１３ａ、他方を整合器１３ｂ）は、出力側のインピーダンスを整合可能である。図示されない高周波電源から高周波給電伝送路１４（整合器１３ａに接続する方を高周波給電伝送路１４ａ、整合器１３ｂに接続する方を高周波給電伝送路１４ｂ）を介して高周波電力を供給され、高周波給電伝送路１２を介して放電電極３へ送電する。

整合器１３は、更に、例えば、熱媒体供給装置（後述）から熱媒体供給管１５ｂ（整合器１３ｂに接続する方）を介して熱媒体を供給され、高周波給電伝送路１２ｂ（後述）を介して放電電極３（給電点５４がわ）へ供給する。そして、放電電極３（給電点５３側）から高周波給電伝送路１２ａ（後述）を介して熱媒体を受け取り、熱媒体供給管１５ａを介して熱媒体供給装置へ送出する。この場合、下側の整合器１３ｂから上側の整合器１３ａへ向って熱媒体を流すことが好ましい。滞留箇所や未到達の箇所が発生することなく、熱媒体を放電電極３内に行き渡らせることができる。

高周波給電伝送路１２（整合器１３ａに接続する方を高周波給電伝送路１２ａ、整合器１３ｂに接続する方を高周波給電伝送路１２ｂ）は、一方を放電電極３に、他方を整合器１３に、それぞれ電気的に接続されている。整合器１３から供給される高周波電力を放電電極３へ供給する。

放電電極３は、複数の板状に分割され形成されている。高周波給電伝送路１２ａが接続された給電点５３と、高周波給電伝送路１２ｂが接続された給電点５４とから、それぞれ高周波電力を受電する。製膜時、対向電極２（例示：接地側）に対向する電極（例示：高周波電力投入側）となる。放電電極３と対向電極２との間の放電で発生するプラズマにより基板８に膜が製膜される。

支持部７は、製膜室用蓋６ａの側面（図１の左側）から内側へ垂直に延びている。防着板４に結合し、放電電極３における対向電極２と反対側の空間を覆うように防着板４を保持する。それと共に、放電電極３と絶縁的に結合し、製膜室６の側面（図１の左側）に対して略平行となるように放電電極３を保持する。

防着板４は、接地されプラズマの広がる範囲を抑えることにより、膜が製膜される範囲を制限する。図１の場合、製膜室６の内側における防着板４の後ろ側（基板８と反対の側）の壁に膜が製膜されないようにしている。

台３７は、上面に保持部３６を介して製膜室６（製膜室本体６ｂ）を保持している。内部に低真空排気用ポンプ３５を含む領域を有する。なお、台１５は無くてもよく、その場合、保持部３６は、例えば部屋の底面上に設ける。低真空排気用ポンプ３５は、例えば製膜室６の移動の妨げにならない製膜室６の側方に設ける。

図２は、本発明の薄膜製造装置の第１の実施の形態の構成の一部を示す部分斜視図である。放電電極３は、複数の板状に分割され、本実施の形態では８個の放電電極３ａ〜３ｈを備える。放電電極３ａ〜３ｈの各々に対して、整合器１３ａ、高周波給電伝送路１４ａ、高周波給電伝送路１２ａ、熱媒体供給管１５ａ及び原料ガス配管１６ａが給電点５３側にそれぞれ設けられ、整合器１３ｂ、高周波給電伝送路１４ｂ、高周波給電伝送路１２ｂ、熱媒体供給管１５ｂ及び原料ガス配管１６ｂが給電点５４側にそれぞれ設けられている。ただし、図２では、放電電極３ａに関する整合器１３、高周波給電伝送路１４、高周波給電伝送路１２、熱媒体供給管１５及び原料ガス配管１６についてのみ示している。

放電電極３ａ〜３ｈの各々は、給電点５３近傍に原料ガス配管１６ａが接続され、原料ガス配管１６ａから原料ガスを供給される。同様に、給電点５４近傍に原料ガス配管１６ｂが接続され、原料ガス配管１６ｂから原料ガスを供給される。放電電極３ａ〜３ｈの各々は、供給された原料ガスを、図中の矢印に示す方向へその表面から放出する。

図３は、本発明の薄膜製造装置の実施の形態における放電電極３に関する構成を示す図２のＢＢ断面図及び放電電極３ａの上面図である。放電電極３は、原料ガス流通管７１と、原料ガス拡散部７３と、原料ガス分散部７４と、熱媒体流通管２５とを含む。

原料ガス流通管７１は、放電電極３の長手方向に伸び、一端を原料ガス配管１６ａに、他端を原料ガス配管１６ｂに接続されている。原料ガスが流通する管状の空間を有する。原料ガス拡散部７３は、原料ガス流通管７１と放電電極３の表面との間に、原料ガス流通管７１と略平行に設けられている。原料ガス流通管７１を流通する原料ガスが、放電電極３の表面へ向って拡散する空間を有する。原料ガス分散部７４は、放電電極３の長手方向に伸び、放電電極３の表面に設けられた板状の部材である。原料ガス拡散部７３を拡散した原料ガスが通過する複数の穴を有する。原料ガスは、原料ガス流通管７１を流通しながら、原料ガス拡散部７３の内部へ拡散する。そして、原料ガス分散部７４へ達した原料ガスは、複数の穴を介してプラズマの生成される空間へ供給される。

熱媒体流通管２５は、放電電極３の長手方向に伸びるように設けられ、一端を熱媒体供給管１５ａに、他端を熱媒体供給管１５ｂに接続されている。熱媒体が流通する管状の空間を有する。熱媒体は、放電電極３と熱交換することにより、放電電極３を所定の温度に制御することができる。ここでは、２本の熱媒体流通管２５を示しているが、一本でも３本以上でも良い。

図４は、本発明の薄膜製造装置の実施の形態における高周波電力の供給に関する構成を示す概略ブロック図である。薄膜製造装置１は、更に、電源部６０を具備する。電源部６０は、ＲＦアンプ（高周波電源Ａ）６２、ＲＦアンプ（高周波電源Ｂ）６３、高周波（ＲＦ）発振器６４、高周波（ＲＦ）発振器６５、切り替えスイッチ６６、ファンクションジェネレータ６７を備える。

高周波（ＲＦ）発振器６４は、例えば６０ＭＨｚの高周波（ＲＦ）を発振してＲＦアンプ６２と切り替えスイッチ６６とへ送信する。その際、内部に有するフェーズシフターを用いて、いずれかの高周波を位相変調する。高周波（ＲＦ）発振器６５は、例えば５８．５ＭＨｚの高周波（ＲＦ）を発振して、切り替えスイッチ６６へ送信する。その際、その周波数を例えば５８．５ＭＨｚから５９．９ＭＨｚ、あるいは６０．１ＭＨｚから６１．５ＭＨｚのように変動させる。切り替えスイッチ６６は、高周波発振器６４、６５からの高周波を受け、これらを切り替えてＲＦアンプ６３に供給する。ファンクションジェネレータ６７は、切り替えスイッチ６６による高周波発振器６４、６５からの高周波の切り替えに際し、これらの高周波の時間割合、すなわちデューティ比を変化させる。ＲＦアンプ６２及びＲＦアンプ６３は、供給された高周波を増幅して出力することにより、高周波電源として機能する。

高周波発振器６４は、例えば６０ＭＨｚの高周波を発振してこれをＲＦアンプ６２、切り替えスイッチ６６に送り、高周波発振器６５は例えば５８．５ＭＨｚの高周波を発振して切り替えスイッチ６６に送る。そしてこの切り替えスイッチ６６は、高周波発振器６４から送られてきた６０ＭＨｚと高周波発振器６５から送られてきた５８．５ＭＨｚの高周波とを一定サイクルで切り替え、ＲＦアンプ６３に送る。そのためＲＦアンプ６２は、６０ＭＨｚの高周波を給電点５３に給電し、ＲＦアンプ６３は、一定サイクルで切り替わる６０ＭＨｚと５８．５ＭＨｚの高周波を給電点５４に給電する。

切り替えスイッチ６６は、高周波発振器６４から送られてきた６０ＭＨｚの高周波と高周波発振器６５から送られてきた５８．５ＭＨｚの高周波との切り替えを、ファンクションジェネレータ１７からの信号で変化させる。ファンクションジェネレータ１７は、ガス圧やガス種などのガス条件に対応した信号により、高周波の切り替えの時間割合すなわちデューティ比を変化させる。高周波発振器６４は、フェーズシフターにより、ＲＦアンプ６２及び切り替えスイッチ６６のいずれかに一方へ送る高周波を、他方へ送る高周波とは位相をずらせられるようにしてある。高周波発振器６５は、その発振周波数を例えば５８．５ＭＨｚから５９．９ＭＨｚ、あるいは６０．１ＭＨｚから６１．５ＭＨｚのように変動可能に構成してある。

この動作の詳細は、特開２００２−３２２５６３号公報のとおりである。この構成及び動作により、放電電極３での定在波等で生じるプラズマ発生状況の不均一などを防止し、大面積でのプラズマ発生状況をより均一とすることができる。

図５は、本発明の薄膜製造装置の実施の形態における整合器と高周波給電伝送路と放電電極との関係を示す図である。高周波給電伝送路１２は、外部導体２３と、絶縁体２２と、内部導体２１と、熱媒体供給管２０とを備える。詳細は後述する。

整合器１３は、熱媒体供給部１７と、整合部１８とを備える。熱媒体供給部１７は、熱媒体供給管１５から熱媒体を供給される。供給された熱媒体を高周波給電伝送路１２の熱媒体供給管２０を介して、放電電極３（熱媒体流通管２５）へ供給する。又は、放電電極３（熱媒体流通管２５）から高周波給電伝送路１２の熱媒体供給管２０を介して熱媒体を受け取る。受け取った熱媒体を熱媒体供給管１５へ送出する。熱媒体供給管１５と高周波給電伝送路１２との接続部（熱媒体供給部１７）が製膜室６の外側にあるので、仮に接続部から熱媒体が漏れたとしても、製膜室６を汚すことがない。

整合部１８は、出力側（放電電極３側）の特性インピーダンスを調整して所望の値とする。それと共に、高周波給電伝送路１４を介して電力を供給され、高周波給電伝送路１２を介して放電電極３へ電力を供給する。放電電極３は、供給された電力により対向電極２との間Ｐにプラズマを形成する。

図６は、本発明の薄膜製造装置の実施の形態における高周波給電伝送路の断面を示す図である。高周波給電伝送路１２は、外部導体２３と、絶縁体２２と、内部導体２１と、熱媒体供給管２０とを備える。
外部導体２３は、フレキシブルでない硬い管状の導体である。例えば、円筒状の金属（例示：銅）である。絶縁体２２は、外部導体２３の内周面から離れて、外部導体２３の内部に管状に設けられている。例えば、円筒状の外部導体２３の内側に設けられた円筒状の絶縁体（例示：アルミナ）である。内部導体２１は、絶縁体２２の内周面から離れて、絶縁体２２の内部に管状に設けられている。例えば、円筒状の絶縁体２２の内側に設けられた円筒状の金属（例示：銅）である。熱媒体供給管２０は、内部導体２１の内部に設けられている。例えば、円筒状の内部導体２１の内側に設けられた円筒状の金属（例示：ステンレス）である。内部導体２１自身でも良い。

高周波電力による高周波電流は、外部導体２３の内側、及び、内部導体２１の外側を流れる。その際、高周波電力により放電が発生しないように、外部導体２３と絶縁体２２との隙間ｄ１、及び、絶縁体２２と内部導体２１との隙間ｄ２は、０．１ｍｍ以上、１ｍｍ以下であることが好ましい。また、電力の大きさに合わせて抵抗損が少なくなるように材質及び線径を決定する。線形は例えば３０ｍｍφである。

フレキシブルケーブルは、曲げの状態に応じて特性インピーダンスが変動する場合がある。しかし、本願発明における高周波給電伝送路１２は、外部導体２３が硬い管状の導体であるため、フレキシブルケーブルのように曲がることがなく、ケーブルの形がほとんど変形することが無く概ね一体である。そのため、特性インピーダンスのような電気的特性を一定に保つことができる。それにより、適切な特性を有する高周波給電伝送路１２を用いれば、高周波電力の給電を安定的に行うことが可能となる。

図７は、本発明の薄膜製造装置における特性インピーダンスと諸特性との関係を示すグラフである。
この図は、高周波給電伝送路１２の特性インピーダンスと製造された薄膜の膜厚分布との関係を示すグラフである。縦軸は、製造された薄膜の膜厚分布を示す。膜厚分布０％は、膜厚分布が無い状態を示す。横軸は、高周波給電伝送路１２の特性インピーダンスを示す。膜厚分布は小さいことが好ましい。この図において、膜厚分布２５％以下を許容範囲とすると、特性インピーダンスは２０Ω以上であることが好ましい。それより多きければ、膜厚分布はほぼ一定となる。

また、特性インピーダンスは、内部導体２１と外部導体２３との直径の比で決まる。ここで、外部導体２３及び熱媒体供給管２５の直径を固定して、特性インピーダンスを大きくする、すなわち、内部導体２１の直径を小さくすると、内部導体２１の厚みが非常に薄くなる。そのため、内部導体２１の発熱が大きくなる、内部導体２１が破損する、などの恐れが出てくる。そのようなことから、特性インピーダンスの上限は、３００Ω以下が好ましい。

以上のことから、特性インピーダンスは、２０Ω以上３００Ω以下が好ましい。更に下限については、膜厚分布２０％以下となる２２Ω以上がより好ましい。更に上限については発熱がより少ない２００Ω以下がより好ましい。

高周波給電伝送路１２の電気長（図５におけるＳの部分の電気長、高周波給電伝送路１２で使用する材料の比誘電率により変わる）は、インピーダンス整合理論である１／４・λ波長変換回路を適用しているが、この波長以外でも電気的特性が大きく変化することなく給電することができる。

本発明における高周波給電伝送路１２は形状が安定し電気的な特性が安定している。したがって、高周波給電伝送路１２内部で異常なプラズマが発生することや、電力損失による高周波給電伝送路１２の発熱でケーブルが損傷することのような生産性の低下につながる問題がなくなる。それにより、安定して連続的に製膜を行う運用が可能となる。また、製膜に必要な投入電力を小さく抑えて製膜することが可能となり、且つプラズマ制御が容易となり、膜厚分布を向上することが可能となる。

図８は、本発明の薄膜製造装置における放電電極の温度を安定化する機構に関わる構成を示す図である。放電電極の温度を安定化する機構は、放電電極３、温度センサＴ１〜Ｔ３、熱媒体供給装置４８を備える。

放電電極３は、内部に熱媒体を流通する熱媒体流通管２５を備える。
温度センサＴ１〜Ｔ３は、放電電極３における所定の位置の温度を計測する。例えば、放電電極３ａにおける給電点５４付近、放電電極３ａの中心付近、及び給電点５３付近の３箇所である。他の放電電極３（３ｂ〜３ｈ）も同様である。ただし、放電電極３ａ〜３ｈの各々における更に多くの箇所を計測するように温度センサを増やしても良い。その場合、温度制御がより精度良くできる。温度センサＴ１〜Ｔ３は、例えば熱電対である。温度の計測結果は、熱媒体供給装置４８の制御に用いられる。

熱媒体供給装置４８は、熱媒体供給管１５ｂ、整合器１３ｂの熱媒体供給部１７、及び高周波給電伝送路１２ｂの熱媒体供給管２０を介して、温度を制御された熱媒体を放電電極３の熱媒体流通管２８へ供給する。また、熱媒体流通管２８から高周波給電伝送路１２ａの熱媒体供給管２０、整合器１３ａの熱媒体供給部１７、及び熱媒体供給管１５ａを介して送出される熱媒体を所定の温度に昇温又は降温し、熱媒体供給管１５ｂへ送出する。熱媒体供給装置４８は、製膜室６の外側に設けられている。それにより、熱媒体が製膜室６に漏れ出す可能性を低くできるとともに、温度を調整する方法の自由度を高めることができる。熱媒体供給装置４８は、温度制御装置５０、送液ポンプ４６、温度調節装置４４を含む。

温度調節装置４４は、温度制御装置５０の制御により、内部に有する加熱装置（図示されず）及び冷却装置（図示されず）を用いて、熱媒体供給管１５ａから供給される熱媒体を所定の温度に昇温又は降温し、熱媒体供給管１５ｂへ送出する。送液ポンプ４６は、熱媒体供給管１５ｂを流れる熱媒体の流量を調整する。温度制御装置５０は、温度センサＴ１〜Ｔ３の計測温度と設定値との温度差に基づいて、温度センサＴ１〜Ｔ３の温度が所望の温度になるように温度調節装置４４及び送液ポンプ４６を制御する。制御方法は、例えば、計測温度と設定値との差に基づくＰＩＤ制御である。熱媒体は、ガルテンに例示される。

本発明では放電電極の温度を安定化する機構を有しているので、放電電極３の温度上昇を抑制でき、その温度を安定化することができる。それにより、基板８の温度上昇、基板８の面内温度分布を最小化することができる。従って、面内温度分布に伴う基板８の反り等の発生がなくなる。そして、反りの回復に必要な待ち時間がなくなり、生産性を向上することが可能となる。また、放電電極３の温度安定化は、膜の性能面からも有効である。このような膜を用いた太陽電池では、電池性能を向上することができる。

本発明では、熱媒体を流す熱媒体用の配管（２０）を薄膜製造装置に別途設ける必要がなく、高周波給電と熱媒体供給とを同一構造で同時に実現できる。放電電極３用の熱媒体を、高周波給電伝送路１２の同軸直管内に通すので、結果的に高周波給電伝送路１２の温度安定化が可能となり、より安定な大電力給電が可能となる。熱媒体供給管１５を高周波給電伝送路１２に接続する接続部が大気側にある。そのため、熱媒体（ガルデン）の真空チャンバ内へのリークの可能性がなくなり、メンテナンス時の安全性が大幅に向上する。

次に、本発明の薄膜製造方法について説明する。ここでは、上記に示した薄膜製造装置を用いてシリコン薄膜の製膜を行う場合を説明する。
（１）薄膜製造装置の対向電極２に基板８をセットし、製膜室６を所定の真空度（例示：１０^−６Ｐａ）にする。
（２）放電電極３の表面（原料ガス分散部７４）の複数の穴から、放電電極３と基板８との間に原料ガスを供給する。原料ガスは、例えば、ＳｉＨ_４＋Ｈ_２である。
（３）整合器１３の出力側のインピーダンスの整合をとりながら、出力側に接続された高周波給電伝送路１２を介して放電電極３へ所定の高周波電力を供給する。これにより、放電電極３と対向電極２との間に原料ガスのプラズマが発生し、基板８上にシリコン薄膜が製膜される。
（４）製膜時に、高周波給電伝送路１２の内部に設けられた熱媒体供給管２０を介して、放電電極３の内部に設けられた熱媒体流通管２５へ熱媒体を流通させる。それにより、放電電極３の温度を制御する。
このとき、
（４−１）放電電極３の温度を温度センサＴ１〜Ｔ３で計測する。
（４−２）温度センサＴ１〜Ｔ３の計測結果に基づいて、熱媒体の温度の制御（温度調節装置４４）および熱媒体の流量の制御（送液ポンプ４６）のうちの少なくとも一方を実行して、その熱媒体を熱媒体供給管１５へ供給する。

ただし、ステップ（４）は、製膜が行われている間、継続的に実行することが好ましい。また、ステップ（４）は、ステップ（２）や（３）の前から実施していることがより好ましい。その場合、基板８の温度制御がより容易かつ正確になる。

本発明では、温度制御された放電電極３を用いているので、基板８の反りが抑制され、反りの回復時間が不要となる。それにより、生産効率を向上できる。加えて、放電電極３の温度安定化により、膜の性能を向上することができる。それにより、その膜を用いた太陽電池の電池性能を向上することができる。

図１は、本発明の薄膜製造装置の実施の形態の構成を示す概念図である。図２は、本発明の薄膜製造装置の第１の実施の形態の構成の一部を示す部分斜視図である。図３は、本発明の薄膜製造装置の実施の形態における放電電極３に関する構成を示す図２のＢＢ断面図及び放電電極３ａの上面図である。図４は、本発明の薄膜製造装置の実施の形態における高周波電力の供給に関する構成を示す概略ブロック図である。図５は、本発明の薄膜製造装置の実施の形態における整合器と高周波給電伝送路と放電電極との関係を示す図である。図６は、本発明の薄膜製造装置の実施の形態における高周波給電伝送路の断面を示す図である。図７は、本発明の薄膜製造装置における特性インピーダンスと諸特性との関係を示すグラフである。図８は、本発明の薄膜製造装置における放電電極の温度を安定化する機構に関わる構成を示す図である。

符号の説明

１薄膜製造装置
２対向電極
３（３ａ〜３ｈ）放電電極
４防着板
５均熱板
６製膜室
６ａ製膜室用蓋
６ｂ製膜室本体
７支持部
１０温度制御装置
１１均熱板移動機構
１１ａ駆動部
１１ｂ支持部
１２、１２ａ、１２ｂ高周波給電伝送路
１３、１３ａ、１３ｂ整合器
１４、１４ａ、１４ｂ高周波給電伝送路熱
１５、１５ａ、１５ｂ媒体供給管
１６、１６ａ、１６ｂ原料ガス配管
１７熱媒体供給部
１８整合部
２０熱媒体供給管
２１内部導体
２２絶縁体
２３外部導体
２５熱媒体流通管
３０、３３配管
３１高真空排気用ポンプ
３２、３４弁
３５低真空排気用ポンプ
３６保持部
３７台
４４温度調節装置
４６送液ポンプ
４８熱媒体供給装置
５０温度制御装置
６０電源部
６２ＲＦアンプ（高周波電源Ａ）
６３ＲＦアンプ（高周波電源Ｂ）
６４高周波（ＲＦ）発振器
６５高周波（ＲＦ）発振器
６６切り替えスイッチ
６７ファンクションジェネレータ
７１放電電極原料ガス流通管
７３原料ガス拡散部
７４原料ガス分散部

Claims

出力側のインピーダンスを整合可能で、供給された第１電力を送電する第１整合器と、
一端を前記第１整合器に接続され、前記第１電力の送電を媒介する第１給電伝送路と、
前記第１給電伝送路の他端に接続され、前記第１電力を受電する放電電極と、
前記放電電極に対向する対向電極と
を具備し、
前記第１給電伝送路の特性インピーダンスは２０Ω以上３００Ω以下である
薄膜製造装置。
請求項１に記載の薄膜製造装置において、
前記第１給電伝送路は、
硬い管状の第１外部導体と、
前記第１外部導体の内周面から離れて、前記第１外部導体の内部に管状に設けられた第１絶縁体と、
前記第１絶縁体の内周面から離れて、前記第１絶縁体の内部に設けられた第１内部導体と
を備え、
前記第１外部導体と前記第１絶縁体との間隔、および、前記第１絶縁体と前記第１内部導体との間隔は、いずれも０．１ｍｍ以上、１ｍｍ以下である
薄膜製造装置。
請求項１に記載の薄膜製造装置において、
前記第１給電伝送路は、熱媒体を通す第１熱媒体供給管を備え、
前記放電電極は、前記熱媒体を通す熱媒体流通管を備え、
前記第１整合器は、第１熱媒体供給管へ前記第１熱媒体を供給する第１熱媒体供給部を備える
薄膜製造装置。
請求項３に記載の薄膜製造装置において、
前記第１給電伝送路は、
硬い管状の第１外部導体と、
前記第１外部導体の内周面から離れて、前記第１外部導体の内部に管状に設けられた第１絶縁体と、
前記第１絶縁体の内周面から離れて、前記第１絶縁体の内部に設けられた第１内部導体と
を備え、
前記第１熱媒体供給管は、前記第１内部導体の内部に設けられている
薄膜製造装置。
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の薄膜製造装置において、
出力側のインピーダンスを整合可能で、供給された第２電力を送電する第２整合器と、
一端を前記第２整合器に接続され、前記第２電力の送電を媒介する第２給電伝送路と
を更に具備し、
前記放電電極は、前記第２給電伝送路の他端に接続され、前記第１電力を受電し、
前記第２給電伝送路の特性インピーダンスは２０Ω以上３００Ω以下である
薄膜製造装置。
請求項５に記載の薄膜製造装置において、
前記第２給電伝送路は、
硬い管状の第２外部導体と、
前記第２外部導体の内周面から離れて、前記第２外部導体の内部に管状に設けられた第２絶縁体と、
前記第２絶縁体の内周面から離れて、前記第２絶縁体の内部に設けられた第２内部導体と
を備え、
前記第２外部導体と前記第２絶縁体との間隔、および、前記第２絶縁体と前記第２内部導体との間隔は、いずれも０．１ｍｍ以上、１ｍｍ以下である
薄膜製造装置。
請求項５に記載の薄膜製造装置において、
前記第２給電伝送路は、前記熱媒体を通す第２熱媒体供給管を備え、
前記第２整合器は、第２熱媒体供給管から前記熱媒体を受け取る第２熱媒体供給部を備える
薄膜製造装置。
請求項７に記載の薄膜製造装置において、
前記第２給電伝送路は、
硬い管状の第２外部導体と、
前記第２外部導体の内周面から離れて、前記第２外部導体の内部に管状に設けられた第２絶縁体と、
前記第２絶縁体の内周面から離れて、前記第２絶縁体の内部に設けられた第２内部導体と
を備え、
前記第２熱媒体供給管は、前記第２内部導体の内部に設けられている
薄膜製造装置。
請求項７又は８に記載の薄膜製造装置において、
前記放電電極の温度を測定する温度センサと、
前記温度センサの測定結果に基づいて、温度を制御された前記熱媒体を前記第１熱媒体供給部へ供給し、前記第２熱媒体供給部から受け取る熱媒体供給装置と
を更に具備する
薄膜製造装置。
出力側のインピーダンスを整合可能で、供給された第１電力を送電する第１整合器と、
一端を前記第１整合器に接続され、前記第１電力の送電を媒介する第１給電伝送路と、
前記第１給電伝送路の他端に接続され、前記第１電力を受電する放電電極と、
前記放電電極に対向する対向電極と
を具備し、
前記第１給電伝送路は、熱媒体を通す第１熱媒体供給管を備え、
前記放電電極は、前記熱媒体を通す熱媒体流通管を備え、
前記第１整合器は、前記熱媒体供給管へ前記熱媒体を供給する第１熱媒体供給部を備える
薄膜製造装置。
請求項１０に記載の薄膜製造装置において、
前記第１給電伝送路は、
硬い管状の第１外部導体と、
前記第１外部導体の内周面から離れて、前記第１外部導体の内部に管状に設けられた第１絶縁体と、
前記第１絶縁体の内周面から離れて、前記第１絶縁体の内部に設けられた第１内部導体と
を備え、
前記第１熱媒体供給管は、前記第１内部導体の内部に設けられている
薄膜製造装置。
請求項１０又は１１に記載の薄膜製造装置において、
出力側のインピーダンスを整合可能で、供給された第２電力を送電する第２整合器と、
一端を前記第２整合器に接続され、前記第２電力の送電を媒介する第２給電伝送路と
を更に具備し、
前記放電電極は、前記第２給電伝送路の他端に接続され、前記第２電力を受電し、
前記第２給電伝送路は、前記熱媒体を通す第２熱媒体供給管を備え、
前記第２整合器は、前記第２熱媒体供給管から前記熱媒体を受け取る第２熱媒体供給部を備える
薄膜製造装置。
請求項１２に記載の薄膜製造装置において、
前記第２給電伝送路は、
硬い管状の第２外部導体と、
前記第２外部導体の内周面から離れて、前記第２外部導体の内部に管状に設けられた第２絶縁体と、
前記第２絶縁体の内周面から離れて、前記第２絶縁体の内部に設けられた第２内部導体と
を備え、
前記第２熱媒体供給管は、前記第２内部導体の内部に設けられている
薄膜製造装置。
請求項１２又は１３に記載の薄膜製造装置において、
前記放電電極の温度を測定する温度センサと、
前記温度センサの測定結果に基づいて、温度を制御された前記熱媒体を前記第１熱媒体供給部へ供給し、前記第２熱媒体供給部から受け取る熱媒体供給装置と
を更に具備する
薄膜製造装置。
（ａ）放電電極と基板が保持された対向電極との間に原料ガスを供給するステップと、
（ｂ）第１整合器の出力側のインピーダンスの整合をとり、前記出力側に接続された第１給電伝送路を介して前記放電電極へ第１電力を供給するステップと、
（ｃ）前記第１給電伝送路の内部に設けられた第１管を介して、前記放電電極の内部に設けられた第２管へ熱媒体を供給するステップと
を具備する
薄膜製造方法。
請求項１５に記載の薄膜製造方法において、
前記（ｃ）ステップは、
（ｃ１）前記放電電極の温度を計測するステップと、
（ｃ２）前記計測結果に基づいて、前記熱媒体の温度および前記熱媒体の流量のうちの少なくとも一方を制御して、前記第１管へ供給するステップと
を備える
薄膜製造方法。