JP2008078355A - 薄膜製造装置及び太陽電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】整合器での電力の損失をより小さくし、放電電極へ投入される電力をより大きくする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、対向電極５、放電電極３、給電線１２、１４、整合器１３、第１温度センサ、制御部４０を具備する。対向電極５は接地されている。放電電極３は表側を対向電極５に対向する。給電線１２、１４は高周波電源６０から供給される高周波電力を放電電極３に供給する。整合器１３は給電線１２、１４の途中に接続され放電電極３のインピーダンスを調整する。第１温度センサは、整合器１３に関する温度を計測する。制御部４０は、第１温度センサで計測される温度に基づいて、放電電極３に対する給電効率及び整合器１３での電力損失の少なくとも一方を算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、薄膜製造装置及び太陽電池の製造方法に関し、特にプラズマを用いて処理を行う薄膜製造装置及び太陽電池の製造方法に関する。

アモルファスシリコン太陽電池や微結晶シリコン太陽電池、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）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）での製膜を行う場合、高周波プラズマを用いる方法が有用である。高周波プラズマを用いる場合、単なる平行平板型の製膜装置ではなく、梯子型電極を用いた製膜方法が有効である。そのよう製膜方法の従来技術として、例えば、特開２００２−３２２５６３号公報がある。放電電極を用いた薄膜製造装置では、放電電極と対向電極との間にガスを供給し、両電極間で当該ガスの高周波プラズマを発生させる。それにより、対向電極にセットされた基板上に所望の膜が形成される。

微結晶シリコン太陽電池を含む多接合型（タンデム型）シリコン太陽電池のコストダウンのためには、発電層である微結晶シリコンｉ層が数μｍとアモルファスシリコンｉ層の５〜１０倍の膜厚と厚いため、微結晶シリコンｉ層を高速で製膜することが有効である。高速製膜のためには、例えば、製膜時に放電電極に供給する電力を大きくする方法が考えられる。そのような大電力の供給には、高周波電源から放電電極までの伝送路上での給電損失を出来るだけ小さくすることが重要である。

図１は、従来の薄膜製造装置の構成を示す概略側面図である。薄膜製造装置は、製膜室１０２、放電電極１０３、対向電極１０５、防着板１０４、高周波給電伝送路１１２、１１４、整合器１１３、高周波電源１６０を具備する。なお、本図において、ガスの供給・排気に関する構成は省略している。放電電極１０３は、梯子状に設けられた複数の開口部から放電電極１０３と対向電極１０５との間に製膜ガスを放出する。そして、高周波電源１６０が高周波給電伝送路１１４、整合器１１３及び高周波給電伝送路１１２を介して放電電極１０３に高周波電力を供給することにより、製膜ガスのプラズマが生成される。これにより、対向電極１０５上の基板１０８に所望の膜が製膜される（例えば、特許文献１参照）。

一般に、上記伝送路上に設けられる整合器１１３は、高周波電源１６０に向う反射電力（反射波）１７１を最小にするように放電電極３のインピーダンスを調整する。このとき、整合器１１３は、整合器本体での損失を考慮せずに調整を行っている。すなわち、整合器１１３における高周波電力の損失の大きさは不明である。したがって、高周波電源１６０から供給される高周波電力（進行波）１７０のうち、反射電力（反射波）１７１と給電ケーブル損失（主に高周波給電伝送路１１２、１１４での損失）を除いた電力が、全て放電電極１０３に供給されているか否かは不明である。整合器での電力の損失量を把握することが可能な技術が望まれる。整合器での電力の損失を最小にし、放電電極へ投入される電力を最大にすることが可能な技術が求められている。そして、給電効率を高め高速製膜を可能とする技術が望まれる。

関連する技術として特開２００５−１５０２６０号公報にプラズマＣＶＤ装置の給電システム及び給電方法が開示されている。このプラズマＣＶＤ装置の給電システムは、高周波電源と、高周波電源に接続された電力分配部と、電力分配部に接続された制御部とを備える。電力分配部は、入力部と、複数の出力部と、監視部とを備える。高周波電源は、高周波電力を入力部に供給する。電力分配部は、供給された高周波電力を複数の出力部に分配する。監視部は、高周波電力が複数の出力部に不均一に分配されたことを知らせる第一信号を制御部に出力する。前記電力分配部の有する複数の分配器の各々はバランス抵抗を備えていても良い。その場合、前記監視部は、複数の前記バランス抵抗の温度をそれぞれ監視する複数の温度スイッチを備える。前記複数の温度スイッチの各々は、対応する前記バランス抵抗の温度が所定の値を超えた場合、前記第一信号を前記制御部に出力する。

特開２００２−３２２５６３号公報 特開２００５−１５０２６０号公報

本発明の目的は、整合器での電力の損失量を把握することが可能な薄膜製造装置及び太陽電池の製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、整合器での電力の損失をより小さくし、放電電極へ投入される電力をより大きくすることが可能な薄膜製造装置及び太陽電池の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、整合器での電力の損失を最小にし、放電電極へ投入される電力をより大きくし、所望の膜をより高速に製膜することが可能な薄膜製造装置及び太陽電池の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、整合器での電力の損失を最小にし、放電電極へ投入される電力をより大きくし、所望の膜をより均一に製膜することが可能な薄膜製造装置及び太陽電池の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。

本発明の薄膜製造装置は、対向電極（５）と、放電電極（３）と、給電線（１２、１４）と、整合器（１３）と、第１温度センサ（３３〜３６）と、制御部（４０）とを具備する。対向電極（５）は、接地されている。放電電極（３）は、表側を対向電極（５）に対向する。給電線（１２、１４）は、高周波電源（６０）から供給される高周波電力を放電電極（３）に供給する。整合器（１３）は、給電線（１２、１４）の途中に接続され、放電電極（３）のインピーダンスを調整する。第１温度センサ（３３〜３６）は、整合器（１３）に関する温度を計測する。制御部（４０）は、第１温度センサ（３３〜３６）で計測される温度に基づいて、放電電極（３）に対する給電効率及び整合器（１３）での電力損失の少なくとも一方を算出する。
本発明では、第１温度センサ（３３〜３６）で計測される整合器（１３）に関する温度（例示：整合器（１３）を冷却する冷却水の温度）の変化により、制御部（４０）が整合器（１３）で発生する熱エネルギーを算出する。整合器（１３）で発生する熱エネルギーは、整合器（１３）で消費される高周波電力、すなわち高周波電力の電力損失に相当する。したがって、制御部（４０）は、上記温度の変化により、整合器（１３）での電力損失を算出することが出来る。ここで、供給される高周波電力（設定値）、及び給電ケーブルによる損失（薄膜製造装置での等価回路から理論計算値）から、放電電極（３）に供給される電極到達電力は、（高周波電力）−（整合器（１３）での電力損失）−（給電ケーブルによる損失）で算出できる。したがって、給電効率として、（電極到達電力）／（高周波電力）×１００％として算出できる。
すなわち、本発明では、整合器（１３）での電力損失を把握することが出来る。それにより、例えば、当該電力損失を低減するように、整合器（１３）内や放電電極（３）、給電線等に対して電気素子（例示：インダクタ、コンデンサ）等の付加、削除、転換を行うことが出来る。その結果、整合器（１３）について、高周波電源への反射波を低減するだけでなく、その電力損失を低減し、給電効率の低減やコスト削減を図ることが可能となる。

上記の薄膜製造装置において、放電電極（３）に関する温度を計測する第２温度センサ（３１、３２）を更に具備することが好ましい。制御部（４０）は、第１温度センサ（３３〜３６）及び第２温度センサ（３１、３２）で計測される温度に基づいて、給電効率を算出することが好ましい。
本発明では、第２温度センサ（３１、３２）で計測される放電電極（３）に関する温度（例示：放電電極（３）を冷却する熱媒体の温度）の変化により、制御部（４０）が放電電極（３）で発生する熱エネルギーを算出する。放電電極（３）で発生する熱エネルギーは、放電電極（３）で消費される高周波電力、すなわち電極到達電力に相当する。したがって、制御部（４０）は、上記温度の変化により、実測値として電極到達電力を算出することが出来る。それにより、より正確に給電効率を算出できる。これにより、整合器での電力の損失をより小さくし、放電電極へ投入される電力をより大きくすることができる。

上記の薄膜製造装置において、放電電極（３）は、内部を冷却する第２熱媒体を供給する第２配管（１５）を備えることが好ましい。第２温度センサ（３１、３２）は、第２配管（１５）における放電電極（３）の出口近傍での第２熱媒体の温度を計測することが好ましい。
本発明では、第２温度センサ（３１、３２）で計測される放電電極（３）に関する温度としては、放電電極（３）の内部を冷却する第２熱媒体を用いることが出来る。それにより、電極到達電力を容易に算出することが出来る。それにより、より正確に給電効率を算出できる。これにより、整合器での電力の損失をより小さくし、放電電極へ投入される電力をより大きくすることができる。

上記の薄膜製造装置において、整合器（１３）は、内部を冷却する第１冷却水を供給する第１配管（１６）を備えることが好ましい。第１温度センサ（３３〜３６）は、第１配管（１６）における整合器（１３）の出口近傍での冷却水の温度を計測することが好ましい。
本発明では、第１温度センサ（３３〜３６）で計測される整合器（１３）に関する温度としては、整合器（１３）の内部（例示：内部のインダクタ）を冷却する第１冷却水を用いることが出来る。それにより、整合器（１３）での損失電力を容易に算出することが出来る。それにより、より正確に給電効率を算出できる。これにより、整合器での電力の損失をより小さくし、放電電極へ投入される電力をより大きくすることができる。

上記の薄膜製造装置において、放電電極（３）の裏側に接続され、放電電極（３）の放電を調整するように設けられた第１放電調整部（６）を更に具備することが好ましい。第１放電調整部（６）は、給電効率が高くなるように、又は電力損失が低くなるように設定されていることが好ましい。
本発明では、整合器（１３）での損失電力及び給電効率を算出できるので、それらの値を用いて、少なくとも第１放電調整部（６）を取り付ける前に比較して、給電効率がより高くになるように（より好ましくは、８０％以上）、又は電力損失がより低くなるように第１放電調整部（６）を設定することが出来る。それにより、整合器での電力の損失をより小さくし、放電電極へ投入される電力をより大きくすることができる。

上記の薄膜製造装置において、給電線（１２、１４）における放電電極（３）と整合器（１３）との間に並列に接続され、放電電極（３）のインピーダンスを調整する第２放電調整部（５０）を更に具備することが好ましい。制御部（４０）は、給電効率が高くなるように、又は電力損失が低くなるように第２放電調整部（５０）を調整することが好ましい。
本発明により、整合器（１３）での損失電力及び給電効率を算出できるので、それらの値を用いて、少なくとも第１放電調整部（６）を取り付ける前に比較して、給電効率がより高くになるように（より好ましくは、８０％以上）、又は電力損失が低くなるように第２放電調整部（５０）を調整することで、放電電極（３）のインピーダンスを調整することが出来る。それにより、整合器での電力の損失をより小さくし、放電電極へ投入される電力をより大きくすることができる。

上記の薄膜製造装置において、放電電極（３）は、複数ある。整合器（１３）は、複数の放電電極の各々に対応して複数設けられていることが好ましい。制御部（４０）は、複数の放電電極（３）の各々に対する給電効率が互いに等しくなるように、又は複数の整合器（１３）の各々での電力損失が互いに等しくなるように第２放電調整部（５０）を調整することが好ましい。
本発明では、複数の放電電極（３）の各々に対する給電効率が互いに等しくなるように、又は複数の整合器（１３）の各々での電力損失が互いに等しくなるように第２放電調整部（５０）を調整するので、大面積基板に製膜するとき、複数の放電電極（３）を用いる場合でも、各放電電極（３）での放電状況を等しくすることが出来る。それにより、大面積基板上により均一な膜を製膜することが出来る。

上記の薄膜製造装置において、給電線（１２）は、放電電極（３）の一端側に第１電力を供給する第１給電線（１２ａ）と、放電電極（３）の他端側に第２電力を供給する第２給電線（１２ｂ）とを備えることが好ましい。第１給電線（１２ａ）と第２給電線（１２ｂ）とを電気的に接続するループ伝送路（７）をさらに具備することが好ましい。
本発明では、ループ伝送路（７）を有しているので、放電電極（３）の両端からの反射波をループ伝送路（７）へ導き、相殺することが出来る。それにより、整合器（１３）に対する反射波を低減することができる。

本発明は、薄膜製造装置を用いた太陽電池の製造方法である。ここで、薄膜製造装置は、接地された対向電極（５）と、表側を対向電極（５）に対向する放電電極（３）と、高周波電源（６０）から供給される高周波電力を放電電極（３）に供給する給電線（１２、１４）と、給電線（１２、１４）の途中に接続され、放電電極（３）のインピーダンスを調整する整合器（１３）と、整合器（１３）に関する温度を計測する第１温度センサ（３３〜３６）と、放電電極（３）に関する温度を計測する第２温度センサ（３１、３２）と、第１温度センサ（３３〜３５）及び第２温度センサ（３１、３２）で計測される温度に基づいて放電電極（３）に対する給電効率及び整合器（１３）での電力損失の少なくとも一方を算出する制御部（４０）とを具備する。太陽電池の製造方法は、（ａ）対向電極に基板を保持する工程と、（ｂ）製膜用のガスを導入する工程と、（ｃ）給電線を介して放電電極に高周波電力を供給して、基板上に太陽電池用の薄膜を形成する工程と、（ｄ）第１温度センサ（３３〜３６）及び第２温度センサ（３１、３２）で計測される温度に基づいて、給電効率及び電力損失の少なくとも一方を算出する工程とを具備する。

上記の太陽電池の製造方法において、放電電極（３）は、複数ある。整合器（１３）は、複数の放電電極の各々に対応して複数設けられていることが好ましい。（ｄ）ステップは、（ｄ１）複数の放電電極（３）の各々に対する給電効率が互いに等しくなるように、又は複数の整合器（１３）の各々での電力損失が互いに等しくなるように第２放電調整部（５０）を制御部（４０）で調整する工程を備えることが好ましい。

本発明により、整合器での電力の損失量を把握し、整合器での電力の損失をより小さくし、放電電極へ投入される電力をより大きくすることが可能となる。そして、膜厚分布や膜質分布の発生を抑制することが可能となる。

以下、本発明の薄膜製造装置及び太陽電池の製造方法の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
本発明の薄膜製造装置の第１の実施の形態の構成について説明する。図２は、本発明の薄膜製造装置の実施の形態の構成を示す概略側面図である。薄膜製造装置１は、製膜室２、放電電極３、防着板４、対向電極５、アースバー６、ループ伝送路７、高周波給電伝送路１２、１４、整合器１３、制御装置４０、スタブ５０、高周波電源６０を具備する。図中に矢印でＸＹＺ方向を示す。なお、本図において、ガス供給・排気に関する構成は省略している。

製膜室２は、真空容器であり、その内部で基板８に膜が製膜される。接地用配線により接地されている。対向電極５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５は、製膜時、放電電極３に対向する電極（例示：接地側）となる。製膜室２を介して接地されている。

放電電極３は、梯子状の電極である。複数の梯子電極を有していても良い。放電電極３は、一方の端部の給電点５３ａに高周波給電伝送路１２ａが、他方の端部の給電点５３ｂに高周波給電伝送路１２ｂがそれぞれ接続されている。製膜又はクリーニング時、高周波給電伝送路１２ａと給電点５３ａ、及び、高周波給電伝送路１２ｂと給電点５３ｂを介して、高周波電力を供給される。

また、放電電極３は、その裏側の給電点５３ａ近傍及び給電点５３ｂ近傍にそれぞれガス供給管（図示されず、後述）が接続されている。製膜又はクリーニング時、ガス供給管を介して、ガス（製膜の場合には原料ガス、クリーニングの場合にはクリーニングガス）を供給される。供給されたガスは放電電極中のガス流路を経由して、梯子状に設けられた複数の開口孔から対向電極５へ向って放出される。

このように、放電電極３に高周波電力及びガスが供給されることにより、対向電極２（例示：接地側）とそれに対向する電極（例示：高周波電力投入側）としての放電電極３との間にプラズマ（プラズマ領域）が発生する。このプラズマにより、製膜時には基板８に膜が製膜され、クリーニング時には製膜室２内がクリーニングされる。

防着板４は、接地されている。それにより、プラズマの広がる範囲を抑えて、膜が製膜される範囲を制限する。図２の場合、製膜室２における防着板４の後ろ側（基板８と反対の側）の内壁に膜が製膜されないようにしている。

アースバー６は、放電電極３の裏側に接続され、放電電極３の放電を調整し、より均一化するように設けられている。アースバー６は、接地部材６ａと、複数の接続部材６ｂとを備える。接地部材６ａは、放電電極３の裏側の面に略平行に設けられた、略棒状の導電体である。両端を防着板４に接続され、防着板４を介して接地されている。接続部材６ｂは、放電電極３と接地部材６ａとの間に接続された、略棒状の導電体である。放電電極３と接地部材６ａとに略垂直、かつ互いに並列に接続されている。これら複数の接続部材６ｂは、それぞれ放電電極３に対して等間隔に配置されているが、本発明はその例に限定されるものではない。接地部材６ａ及び接続部材６ｂは、放電に磁気的な影響を与えず、クリーニングガスに対して耐食性を有する必要があることから、非磁性の耐食性金属であることが好ましい。例えば、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６製の棒である。

アースバー６は、放電電極３に対する高周波電力の給電効率が高くなるように、又は整合器１３における電力損失が低くなるように設定されている。すなわち、アースバー６の接続部材６ｂは、その給電効率が高くなるような、又はその電力損失が低くなるような放電電極３の裏側の位置、数、長さ及び材質で接続されている。接続部材６ｂを放電電極３の裏側の適切な位置に、適切な数、長さ及び材質で接続、配置することにより、放電電極３の放電状態を調整し、プラズマ領域をより均一化できる。また、放電電極３に高周波電力が印加されているとき、放電電極３における電圧定在波分布を制御することができる。これにより、放電電極３に大電力の高周波電力を入射しようとする場合でも、放電電極３の給電点５３における高周波電力の反射を抑制し、高周波電力の跳ね返りによる高周波電源６０の故障を未然に防止できる。また、これにより、生成されるプラズマ密度を均一化させるために変動させていた高周波電力の電圧位相変動幅（後述）を小さくすることが出来る。そして、電極における高周波電力の電圧位相制御が容易になる。そして、大面積基板に対しても、その製膜速度を向上させることが出来る他、生成された膜厚の均一化が実現できる。

ここで、給電効率が高くなる、又は電力損失が低くなるというのは、少なくともアースバー６を有しない場合と比較して、給電効率が高くなる、又は、電力損失が低くなるということである。特に、高周波電力の給電効率が高いとは、少なくともアースバー６を取り付ける前に比較して、給電効率がより高くになる状態であることが好ましい。より好ましくは、８０％以上である。薄膜製造装置１では、初期コスト・ランニングコストの両観点から電力効率（給電効率）は重要なファクタとなる。図９は、高周波電源６０の電源容量と発生可能なプラズマ電力との関係を示すグラフである。縦軸は高周波電源６０の発生可能なプラズマ電力、横軸は高周波電源６０の装置の電源容量である。丸印は１００の電力効率、四角印は９０％の電力効率、三角印は８０％の電力効率をそれぞれ示す。ただし、プラズマ電力と電源容量は、所定の値で規格化されている。ここで、太陽電池用の薄膜として、必要な製膜速度を得るのに必要なプラズマ電力は４〜５（規格値）である。ここで、電源容量はステップ状に大きくなるので、４〜５（規格値）の範囲については、給電効率８０〜１００％の範囲では電源容量は最低の４でよく（破線Ａ部）、給電効率に関係なくイニシャルコストは変わらない。すなわち、８０％以上の電力効率により、コストを低減することができる。

高周波電源６０（高周波給電伝送路１４ａに接続する方を高周波電源６０ａ、高周波給電伝送路１４ｂに接続する方を高周波電源６０ｂ）は、高周波給電伝送路１４、整合器１３及び高周波給電伝送路１２を介して、放電電極３へ高周波電力を供給する。高周波電源１２ａ及び１２ｂの出力する高周波電力うち、一方の周波数及び位相を一定とし、他方の位相を変調させる。これにより、給電点５３ａと５３ｂとの間に発生する定在波を、給電点５３ａと５３ｂとの間で振動させて、基板８上に製膜される膜の均一性を向上させる。この動作及び効果の詳細は、特開２００２−３２２５６３号公報のとおりである。

整合器１３（高周波給電伝送路１４ａに接続する方を整合器１３ａ、高周波給電伝送路１４ｂに接続する方を整合器１３ｂ）は、出力側のインピーダンスを整合（調整）する。そして、高周波電源６０から高周波給電伝送路１４を介して高周波電力を供給され、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）を介して放電電極３へ送電する。

高周波給電伝送路１２（給電点５３ａに接続する方を高周波給電伝送路１２ａ、給電点５３ｂに接続する方を高周波給電伝送路１２ｂ）は、外部から製膜室２内に伸び、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。その外側を製膜室２の壁面との間でＯリング等を用いて真空シールをする。

ループ伝送路７は、製膜室２の外において、高周波給電伝送路１２ａ上の接続点Ａと高周波給電伝送路１２ｂ上の接続点Ｂとを接続している。接続点Ａと接続点Ｂの位置は、それぞれ高周波給電伝送路１２ａ及び高周波給電伝送路１２ｂ上の任意位置で良い。ループ伝送路７は、高周波電源６０から出力される高周波電力の波長の整数倍の長さを有する。ただし、ループ伝送路７と接続点Ａ及び接続点Ｂとの間に、それぞれインダクタンス成分としてのインダクタ９（接続点Ａ側はインダクタ９ａ、接続点Ｂ側はインダクタ９ｂ）を接続していても良い。図２はその例を示している。更に、インダクタ９の替わり、又はインダクタ９と直列／並列にキャパシタンス成分としてのコンデンサ（図示されず）を接続していても良い。

放電電極３の給電点５３ａ及び５３ｂで反射される高周波電力のみを引き込むように、当該ループ伝送路７に備えられるインダクタ９ａ、９ｂのインダクタンスの容量、あるいはコンデンサのキャパシタンスの容量を設定する。これにより構成される閉ループ経路（ループ伝送路７−インダクタ９ａ−高周波給電伝送路１２ａ−放電電極３−高周波給電伝送路１２ｂ−インダクタ９ｂ−ループ伝送路７）により、放電電極３で反射された高周波電力のみを、高周波電源６０に戻さずに当該ループ伝送路７に導入させることが出来る。そして、接続点Ａ及びＢのそれぞれから導入されてきた反射電力同士を、ループ伝送路７において相殺させて反射電力を最小化することが出来る。これにより、放電電極３におけるプラズマ発生効率（放電電極３に対する給電効率）を向上させ、基板８上における製膜速度を向上させると共に、高周波電源６０の故障を未然に防止することができる。加えて、整合器１３に戻る反射波が低減されるので、整合器１３での給電損失を低減することができる。

スタブ５０（高周波給電伝送路１２ａ上はスタブ５０ａ、高周波給電伝送路１２ｂ上はスタブ５０ｂ）は、高周波給電伝送路１２上の任意位置に、高周波給電伝送路１２と並列に接続されている。スタブ５０には、インダクタ、可変コンデンサ、任意のインピーダンスを形成することができるインダクタと可変コンデンサと同軸ケーブルの組み合わせ等が適用される。スタブ５０の伝送線路に接続されていない端部は接地される。

スタブ５０のインピーダンスの値及び位置は、制御装置４０（後述）により制御される。例えば、スタブ５０が、可変コンデンサの場合（図２）、そのキャパシタンスの容量が制御装置４０により適宜変更される。

スタブ５０の接続位置、接続するスタブ５０のインダクタのインダクタンスの容量又はコンデンサのキャパシタンスの容量を最適化することにより、放電電極３における高周波電力の電圧位相変調特性を調整し、プラズマ密度が均一となる電圧位相変調角度の最小化、および放電電極３端部における反射電力の最小化を実現することが出来る。加えて、放電電極３のインピーダンスを調整できるので、整合器１３へ戻る反射波が低減され、整合器１３での損失を低減することができる。

制御装置４０は、整合器１３に関する温度（後述）、及び整合器１３に関する温度（後述）と放電電極３に関する温度（後述）の少なくとも一方に基づいて、放電電極３に対する給電効率及び整合器１３での電力損失の少なくとも一方を算出する（後述）。そして、制御装置４０は、その給電効率が高くなるように、又はその電力損失が低くなるようにスタブ５０を調整する。

図３は、本発明の薄膜製造装置の実施の形態の構成の一部を示す部分斜視図である。図中に矢印でＸＹＺ方向を示す。本実施の形態では８個の梯子状電極としての放電電極３−１〜３−８を備える。ただし、梯子状電極の数は、この数に限定されるものではなく、高周波を均一に給電してプラズマを均一化できることと、製作が容易であることから適切な数を選定できる。また放電電極３を１個の梯子状電極で構成しても良い。

放電電極３−１〜３−８の各々は、互いに略平行にＸ方向へ伸びる二本の横電極３Ａと、二本の横電極３Ａの間に設けられ、互いに略平行にＹ方向（Ｘ方向へ垂直）へ伸びる複数の縦電極３Ｂとを備える。横電極３Ａと縦電極３Ｂ内部にはガスが流通可能な流路（図示されず）が設けられている。縦電極３Ｂの表面には行列状に並んだ複数の開口孔（図示されず）が設けられている。そして、ガス供給管１６から供給されて流路を流れてきたガスは、その開口孔から図中の矢印に示す方向、すなわち基板８（対向電極５）の方向へ放出される。

放電電極３−１〜３−８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５３ａ側にそれぞれ設けられている。一方、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５３ｂ側にそれぞれ設けられている。アースバー６は、放電電極３の裏側に、放電電極３と略平行に伸び、接続部材（図示されず）で放電電極３に接続されている。ただし、図３では、放電電極３ａに関する構成についてのみ示している。

薄膜製造装置１は、図２に加えて、更に、図３に示すように熱媒体供給管１５及び原料ガス配管１６を具備している。

熱媒体供給管１５（例示：熱媒体供給管１５ｂ）は、熱媒体供給装置（後述）から冷却用の熱媒体（以下、「熱媒体」という）を供給され、整合器１３（例示：整合器１３ｂ）及び高周波給電伝送路１２（例示：高周波給電伝送路１２ｂ）を介して放電電極３（例示：給電点５３ｂ側）へ供給する。その後、熱媒体供給管１５（例示：熱媒体供給管１５ａ）は、放電電極３（給電点５３ａ側）から高周波給電伝送路１２（例示：高周波給電伝送路１２ａ）及び整合器１３（例示：整合器１３ａ）を介して熱媒体を受け取り、制御装置４０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。

熱媒体供給管１５から熱媒体を放電電極３へ流すことにより、放電電極３が放電により発熱したとき、その熱を奪い、放電電極３を所望の温度に保つことが出来る。また、そのとき奪う熱エネルギーの大きさから、放電電極３における電極到達電力の大きさを見積もることが出来る。

ガス供給管１６（給電点５３ａ側がガス供給管１６ａ、給電点５３ｂ側がガス供給管１６ｂ）は、製膜又はクリーニング時、ガス供給装置（図示されず）からガス（製膜の場合には原料ガス、クリーニングの場合にはクリーニングガス）を供給される。そして、そのガスを放電電極３へ送出する。そのガスは、放電電極３のガス流路を経由して、放電電極３に設けられた複数の開口孔から対向電極５へ向って放出される。

図４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。この図では、放電電極３の一方の給電点５３付近を示しているが、他方の給電点５３付近も同様である。

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（例示：整合器１３ｂ内）は、熱媒体供給管１５（例示：熱媒体供給管１５ｂ）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（例示：高周波給電伝送路１２ｂ）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。熱媒体流通管２５は、放電電極３の横電極３Ａ及び縦電極３Ｂ内で、ガス流路と概ね平行に設けられている。また、熱媒体供給部１７（例示：整合器１３ａ）は、放電電極３（熱媒体流通管２５）から高周波給電伝送路１２（例示：高周波給電伝送路１２ａ）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（例示：熱媒体供給管１５ａ）へ送出する。熱媒体が放電電極３の横電極３Ａ及び縦電極３Ｂ内の流路を通過することにより、放電電極３の放電により発生する熱を奪い、放電電極３を所望の温度に保つことが出来る。また、そのとき奪う熱エネルギーの大きさから、放電電極３における電極到達電力の大きさを見積もることが出来る。

整合部１８は、制御装置４０の制御に基づいて、高周波電源１２側への反射波を出来るだけ小さくするように出力側（放電電極３側）のインピーダンスを調整する。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。整合部１８は、可変コンデンサ２６、２７、インダクタ２８を備える。

可変コンデンサ２６は、高周波給電伝送路１４側に、高周波給電伝送路に対して並列に接続されている。可変コンデンサ２７は、高周波給電伝送路１２側に、高周波給電伝送路に対して直列に接続されている。可変コンデンサ２６、２７は、制御装置４０からの指令により、そのキャパシタンスの容量を変更する。

インダクタ２８は、高周波給電伝送路１４と可変コンデンサ２７との間に、高周波給電伝送路に対して直列に接続されている。インダクタ２８は、例えば、らせん状に形成された導体（例示：銅）製のパイプである。当該パイプは、冷却水供給管１９（整合器１３ａに接続される方を冷却水供給管１９ａ、整合器１３ｂに接続される方を冷却水供給管１９ｂ）に接続されている。インダクタ２８を冷却するための冷却水が内部を流通する。それにより、インダクタ２８は、制御装置４０からの指令により、高周波給電伝送路の接続位置を変えることで、そのインダクタンスの容量を変更する。冷却水がインダクタ２８内の流路を通過することにより、インダクタ２８の発熱による熱を奪い、インダクタ２８を所望の温度に保つことが出来る。また、そのとき奪う熱エネルギーの大きさから、整合器１３における給電損失の大きさを見積もることが出来る。

ここで、可変コンデンサ２６、２７は、インダクタ２８の近傍に設けられているので、発熱があっても、その熱は熱勾配により冷却されたインダクタ２８へ流入する。したがって、インダクタ２８での発熱による熱エネルギーを見積もることで、概ね整合器１３での給電損失とすることが出来る。

なお、ここではインダクタ２８のみを冷却しているが、本発明がこれに限定されるものではなく、可変コンデンサ２６、２７を水冷するようにしても良い。

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導体（例示：銅）製の円筒である。絶縁体２２は、外部導体２３の内周面から離れて、外部導体２３の内部に設けられた絶縁体（例示：アルミナ）製の円筒である。内部導体２１は、絶縁体２２の内周面から離れて、絶縁体２２の内部に設けられた金属（例示：銅）製の円筒である。熱媒体供給管２０は、内部導体２１の内部に設けらた金属（例示：ステンレス）製の円筒である。熱媒体供給管２０＝内部導体２１でも良い。線形は例えば３０ｍｍφである。

この高周波給電伝送路１２は、外部導体２３が硬い管状の導体であるため、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５は、本発明の薄膜製造装置における放電電極の温度の安定化に関わる構成を示す図である。薄膜製造装置は、放電電極の温度の安定化に関わる構成として、放電電極３及び制御装置４０に加えて、更に、温度センサ３０、３１、３２、を備える。

放電電極３は、既述のように内部に熱媒体を流通する熱媒体流通管２５を備えている。
温度センサ３０は、放電電極３の温度を計測する。例えば、放電電極３−１における中心部付近の１箇所である。これにより、放電電極３上の温度を計測することが出来る。

温度センサ３１、３２は、放電電極３近傍における放電電極３用の熱媒体の温度を計測する。例えば、温度センサ３１は、整合器１３ｂ中、又は放電電極３−１の給電点５３ｂ直前での放電電極３用の熱媒体の温度を計測する。一方、温度センサ３２は、整合器１３ａ中、又は給電点５３ａ直後での熱媒体の温度を計測する。すなわち、熱媒体供給管１５、２０、熱媒体供給部１７のいずれかにおいて熱媒体の温度を計測する。温度センサ３１、３２で計測された温度差に基づいて、熱媒体が放電電極３−１の熱媒体流通管２５を流れる間に上昇した温度を計測することが出来る。なお、熱媒体流通管２５に供給される熱媒体の温度が予め設定されている場合には、入口側（整合器１３ｂ側）の温度センサ３１は無くても良い。

他の放電電極３（３−２〜３−８）も同様である。ただし、放電電極３−１〜３−８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。温度センサ３０〜３２は、例えば熱電対である。温度の計測結果は、制御装置４０の行う制御に用いられる。

制御装置４０は、処理部４１と、温度調節部４２と、送液ポンプ４３とを備える。
送液ポンプ４３は、処理部４１の制御に基づいて、内部に有するポンプ機能（図示されず）を用いて、熱媒体が所定の流量で流れるように熱媒体供給管１５ｂに熱媒体を吐出する。それにより、熱媒体は、熱媒体供給管１５ｂ、整合器１３ｂの熱媒体供給部１７、高周波給電伝送路１２ｂの熱媒体供給管２０、放電電極３の熱媒体流通管２５、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、熱媒体供給管１５ａ、及び温度調節部４２の経路を循環する。

温度調節部４２は、処理部４１の制御に基づいて、内部に有する冷却装置（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降温する。そして、熱媒体供給管１５ｂへ送出する。

処理部４１は、温度センサ３０の計測温度と設定温度（既知）との温度差に基づいて、温度センサ３０の温度が所望の温度になるように、温度調節部４２において熱媒体の温度を制御し、及び送液ポンプ４３において熱媒体の流量を制御する。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。

処理部４１は、更に、温度センサ３１の計測温度又は温度調節部４２から送出される熱媒体の温度（既知）と、温度センサ３２の計測温度との差に基づいて、熱媒体が放電電極３−１の熱媒体流通管２５を流れる間に上昇した温度を計測することが出来る。その温度（温度差）と、熱媒体の流量（既知）と、熱媒体の比熱（既知）とにより、放電電極３において放電で消費された熱エネルギーを見積もることが出来る。加えて、温度センサ３１の計測温度と、製膜圧力でのガスの比熱（既知）と、ガスの流量（既知）とにより、放電電極３においてガスの加熱で使用された熱エネルギー（ガスの顕熱）を見積もることが出来る。以上から、放電で消費された熱エネルギーとガスの加熱で使用された熱エネルギー（ガスの顕熱）とにより、放電電極３において消費された熱エネルギーを算出することが出来る。

上記のように算出された熱エネルギーは、高周波電源６０から出力された高周波電力のうち、放電電極３に到達した高周波電力が変換されたものと考えることが出来る。したがって、放電電極３に到達した高周波電力としての電極到達電力は、上記放電で消費された熱エネルギーとガスの加熱で使用された熱エネルギー（ガスの顕熱）との和として算出することが出来る。

図６は、本発明の薄膜製造装置における整合器での給電損失の計測に関わる構成を示す図である。薄膜製造装置は、整合器での給電損失の計測に関わる構成として、整合器１３及び制御装置４０に加えて、温度センサ３３〜３６、を備える。

整合器１３は、既述のように内部に冷却水を流通するインダクタ２８を備える。
温度センサ３３〜３６は、整合器１３又はその近傍におけるインダクタ２８用の冷却水の温度を計測する。例えば、温度センサ３３、３５は、整合器１３の直前、又は整合器１３中のインダクタ２８の直前でのインダクタ２８用の冷却水温度を計測する。一方、温度センサ３４、３６は、インダクタ２８の直後、又は、整合器１３の直後でのインダクタ２８用の冷却水温度を計測する。すなわち、冷却水供給管１９において冷却水の温度を計測する。温度センサ３３、３４で計測された温度差により、冷却水が整合器１３ｂのインダクタ２８を流れる間に上昇した温度を計測することが出来る。同様に、温度センサ３５、３６で計測された温度差により、冷却水が整合器１３ａのインダクタ２８を流れる間に上昇した温度を計測することが出来る。なお、インダクタ２８に供給される冷却水の温度が予め設定されている場合には、入口側（インダクタ２８の直前近傍）の温度センサ３３、３５は無くても良い。

これは、放電電極３−１〜３−８について共通である。ただし、放電電極３−１〜３−８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。温度センサ３３〜３６は、例えば熱電対である。温度の計測結果は、制御装置４０の行う制御に用いられる。

制御装置４０は、更に、温度調節部４４と、送液ポンプ４５とを備える。
送液ポンプ４５（冷却水供給管１９ａに接続される方は送液ポンプ４５ａ、冷却水供給管１９ｂに接続される方は送液ポンプ４５ｂ）は、処理部４１の制御に基づいて、内部に有するポンプ機能（図示されず）を用いて、冷却水が所定の流量で流れるように冷却水供給管１９に冷却水を送出する。それにより、冷却水は、冷却水供給管１９（１９ａ、１９ｂ）、整合器１３（１３ａ、１３ｂ）のインダクタ２８、及び温度調節部４４（４４ａ、４４ｂ）の経路を循環する。

温度調節部４４（冷却水供給管１９ａに接続される方は温度調節部４４ａ、冷却水供給管１９ｂに接続される方は温度調節部４４ｂ）は、処理部４１の制御に基づいて、内部に有する冷却装置（図示されず）を用いて、冷却水供給管１９から供給される冷却水を所定の温度に降温する。そして、冷却水供給管１９へ送出する。

処理部４１は、温度センサ３４、３６の計測温度と設定温度（既知）との温度差に基づいて、温度センサ３４、３６の温度が所望の温度以下になるように、温度調節部４４において冷却水の温度を制御し、及び送液ポンプ４５において冷却水の流量を制御する。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。冷却水は、他の冷却用の熱媒体であっても良い。

処理部４１は、温度センサ３３の計測温度又は温度調節部４４ｂから送出される冷却水の温度（既知）と、温度センサ３４の計測温度との差に基づいて、冷却水が整合器１３ｂのインダクタ２８を流れる間に上昇した温度を計測することが出来る。その温度（温度差）と、冷却水の流量（既知）と、冷却水の比熱（既知）とにより、整合器１３ｂにおいて消費された熱エネルギーを見積もることが出来る。同様に、温度センサ３５の計測温度又は温度調節部４４ａから送出される冷却水の温度（既知）と、温度センサ３６の計測温度との差に基づいて、冷却水が整合器１３ａのインダクタ２８を流れる間に上昇した温度を計測することが出来る。その温度と、冷却水の流量（既知）と、冷却水の比熱（既知）とにより、整合器１３ａにおいて消費された熱エネルギーを見積もることが出来る。以上から、整合器１３ａでの熱エネルギーと整合器１３ｂで熱エネルギーとにより、両整合器１３において消費された熱エネルギーを算出することが出来る。

上記のように算出された熱エネルギーは、高周波電源６０から出力された高周波電力のうち、両整合器１３を通過するとき高周波電力が変換されたものと考えることが出来る。したがって、整合器１３で消費された高周波電力としての整合器損失は、上記両整合器１３において消費された熱エネルギーとして算出することが出来る。

このように、本発明の薄膜製造装置では、図５及び図６に記載された構成を用いることで、高周波電源６０ａ及び高周波電源６０ｂから出力された高周波電力のうち、放電電極３に到達した高周波電力としての電極到達電力、及び整合器１３ａ、１３ｂで消費された高周波電力としての整合器損失を算出することが出来る。なお、整合器損失は、整合器１３ａ、１３ｂのそれぞれについて算出することも可能である。

処理部４１は、更に、上記結果に基づいて、放電電極３に対する給電効率及び整合器１３での整合器損失の少なくとも一方を算出する。ここで、例えば、（放電電極３に対する給電効率）＝（電極到達電力）／（高周波電源６０ａ、６０ｂの供給する高周波電力）×１００％である。整合器１３での整合器損失は、上述の通りである。

そして、処理部４１は、その給電効率が高くなるように５０ｂ、５０ａを調整する信号を出力する。又は整合器１３ｂでの整合器損失が低くなるようにスタブ５０ｂを調整する信号を出力し、整合器１３ａでの整合器損失が低くなるようにスタブ５０ａを調整する信号を出力する。

処理部４１は、そのとき、同時に、放電電極３−１〜３−８の全てにおいて整合器１３ａの整合損失が概ね等しくなるよう、且つ、放電電極３−１〜３−８の全てにおいて整合器１３ｂでの整合器損失が概ね等しくなるように、放電電極３−１〜３−８の各々においてスタブ５０ａ、５０ｂのインピーダンスを調整する。これにより、大面積基板に対する製膜において、給電効率を高めながら、膜厚分布をより均一にすることが出来る。

図７は、高周波電源６０からプラズマ７０までの電力消費に関わる構成を示す概念図である。高周波電力を供給する機器は、高周波電源６０（６０ａ、６０ｂ）である。一方、高周波電力を消費する機器は、各給電ケーブル、整合器１３（１３ａ、１３ｂ）及び放電電極３である。

給電ケーブルとしては、高周波給電伝送路１２（１２ａ、１２ｂ）、高周波給電伝送路１４（１４ａ、１４ｂ）、ループ伝送路７、インダクタ（コンデンサ）９（９ａ、９ｂ）、スタブ５０（５０ａ、５０ｂ）、アースバー６（６ａ、６ｂ）が挙げられる。高周波電力の供給時に、その一部がこれら給電ケーブル上で反射波やジュール熱等の形で失われる。この損失分を、以下、給電ケーブル損失ともいう。その給電ケーブル損失は、図２の構成の電気回路に対して従来知られた理論計算に基づいて算出することが出来る。

整合器１３は、高周波電力の供給時に、既述のように高周波電源６０への反射波をできるだけ小さくするように放電電極３側のインピーダンスを調整する。そのとき、高周波電力の一部が可変コンデンサ２６、２７及びインダクタ２８上でジュール熱等の形で失われる。その熱は、主にインダクタ２８を加熱する。したがって、インダクタ２８を流れる冷却水の温度変化に基づいてその熱の大きさを見積もることが出来る。すなわち、冷却水の温度変化（温度センサ３３〜３６）、流量（送液ポンプ４５での流量）及び比熱（冷却水で特定）に基づいて、インダクタ２８で発生した（冷却水で奪った）熱エネルギーを算出することが出来る。これが、上述の整合器損失である。

放電電極３は、供給された高周波電力により対向電極５との間にプラズマ７０を形成する。この高周波電力は、放電電極３の加熱及びプラズマの加熱に使用される。したがって、放電電極３の加熱分は、放電電極３を流れる熱媒体の温度変化に基づいてその熱の大きさを見積もることが出来る。すなわち、熱媒体の温度変化（温度センサ３１、３２）、流量（送液ポンプ４３での流量）及び比熱（熱媒体で特定）に基づいて、その熱エネルギーを算出することが出来る。また、プラズマの加熱分については、ガスの種類、流量及び圧力に基づいて、ガスの顕熱として理論的に計算できる。これが上述の電極到達電力である。

図８は、高周波電源６０からプラズマ７０までの電力消費の実測値を示している。ここでは、高周波電源６０の出力を１００％とし、それを損失又は消費する事項として、整合器損失（冷却水吸熱量）、給電ケーブル損失（反射電力等）及び電極到達電力（プラズマによる消費）を示している。

ここで例示する実験例１〜実験例６は、放電電極３のインピーダンス、及びインダクタ２８のインダクタンスの容量を変化させたときの電力損失・消費の割合を示している。ただし、整合器損失、給電ケーブル損失及び電極到達電力の値は、高周波電源の出力値（ｋＷ）で規格化している。また、整合器損失は、インダクタ２８を流れる冷却水の温度変化に基づいて上記の方法で算出したものである。電極到達電力は、放電電極３を流れる熱媒体の温度変化及び放電電極３の温度に基づいて上記の方法で算出したものである。給電ケーブル損失は、図２の電気回路から理論計算により算出したものである。

これらの実験例では、アースバー６の接続部材６ｂの特性（位置、数、長さ及び材質）や位置を変更して放電電極３での放電に変化を与えること、及び、インダクタ２８のターン数を変更してインダクタ２８のインダクタンスの容量に変化を与えることで、条件を変更している。なお、スタブ５０ａは接続点Ａ、スタブ５０ｂは接続点Ｂにそれぞれ接続され、その値は最適に値に制御されている。

実験例１及び実験例２は、インダクタ２８のインダクタンスの容量は同じであるが、アースバー６の接続部材６ｂの特性を変化させた場合である。放電電極３での放電の状況が変化に対応して、給電ケーブル損失には大きな変化はないが、整合器損失及び電極到達電力に大きな変化が見られる。これは、整合器１３内のインダクタ２８に流れる電流が変化し、インダクタ２８の抵抗成分によって生じるジュール損失（Ｒ×Ｉ^２）が変化したためと考えられる。この場合、電極到達電力は３割程度の差が見られ、明らかに実験例１のアースバー６の特性が好ましいことが分かる。

実験例３及び実験例４は、アースバー６の接続部材６ｂの特性は同じであるが、インダクタ２８のインダクタンスの容量を変化させた場合である。整合器１３の特性の変化に対応して、給電ケーブル損失には大きな変化はないが、整合器損失及び電極到達電力に大きな変化が見られる。これは、整合器１３内のインダクタ２８に流れる電流Ｉが変化し、インダクタ２８の抵抗成分によって生じるジュール損失（Ｒ×Ｉ^２）が変化したためと考えられる。この場合、電極到達電力は５割程度の差が見られ、明らかに実験例３のインダクタ２８のインダクタンスの容量が好ましいことが分かる。

なお、インダクタ２８以外の部分にインダクタ、コンデンサ、抵抗等を挿入して給電効率が低減できるように調整することもできる。

また、高周波電力の出力値と、上記方法で算出された整合器損失、給電ケーブル損失及び電極到達電力の合計（いずれも、高周波電源の出力値（ｋＷ）で規格化された値）とは、概ね一致していることが分かる。

このように、本発明の薄膜製造装置は、整合器１３及び放電電極３において高周波電力を消費（損失を含む）する割合を把握することが可能となる。これにより、整合器１３の特性やアースバー６、スタブ５０などの各電気回路素子の特性を決定するとき、従来考慮されていなかった整合器１３での整合器損失を考慮して行うことが出来る。それにより、整合器１３で整合器損失として無駄に消費される可能性があった高周波電力をより有効に放電電極３へ供給することが可能となる。したがって、給電効率を向上させ、所望の膜を高速に製膜することが可能となる。

次に、図２〜図７を参照して、本発明の太陽電池の製造方法の実施の形態について説明する。ここでは、上記に示した薄膜製造装置１を用いて、シリコン系薄膜の太陽電池を製造する場合を説明する。

ただし、シリコン系とは、シリコン（Ｓｉ）やシリコンカーバイド（ＳｉＣ）やシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を含む。ここでは、シリコン系薄膜として、微結晶シリコン又はアモルファスシリコンを例とする。

（１）ガラスのような透光性の基板２０を薄膜製造装置１へ導入し、対向電極５にセットする。基板８は、例えば、１．４ｍ×１．１ｍ、板厚４ｍｍのソーダフロートガラスである。基板８の表面には酸化錫膜を主成分とする透明導電膜を約５００ｎｍから８００ｎｍの膜厚となるよう熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で形成されている。多接合型（タンデム型）太陽電池において微結晶シリコン層をボトム電池層として製膜する際は、基板８には透明導電膜とアモルファスシリコン太陽電池層（ｐ層、ｉ層、ｎ層）が形成されている。その後、製膜室２を所定の真空度（例示：１０−６Ｐａ）にする。対向電極５の温度は、例えば２００℃で一定となるように基板加熱装置（図示されず）で温度制御されている。基板２０−放電電極３間距離は、２ｍｍから１５ｍｍが例示され、例えば、５ｍｍである。

（２）製膜用のガスを、ガス供給管１６、放電電極３内部の流路（図示されず）及び開口孔（図示されず）を介して放電電極３と基板８との間に供給する。微結晶シリコン薄膜又はアモルファスシリコン薄膜を形成する場合、ガスは、例えば、Ｈ_２＋ＳｉＨ_４（ＳｉＨ_４分圧：２〜２０％）である。ただし、ｐ層やｎ層を形成する場合には、更にドーパントを加えたガスとする。製膜圧力の範囲は、例えば、微結晶シリコン薄膜を形成する場合、８００〜１８００Ｐａであり、アモルファスシリコン薄膜を形成する場合、２００〜６００Ｐａである。

（３）アースバー６やインダクタ９は、予め理論的、実験的、経験的に適切な構成に設定されている。例えば、図８の実験例３の場合の構成である。これにより、後述のスタブ５０で調整において、調整すべき範囲が限定されるので、より適切な制御が出来る。
高周波電源６０は、高周波給電伝送路１４、整合器１３、高周波給電伝送路１２及び給電点５３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５との間に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。このとき、整合器１３ａ、１３ｂは、それぞれ高周波電源６０ａ、６０ｂへの反射波が最小となるように、その出力側のインピーダンスが制御装置４０により適宜調整（整合）される。例えば、可変コンデンサ１６、２７のキャパシタンスの容量を変更する。

製膜時に、制御装置４０は、温度センサ３０の計測温度に基づいて、放電電極３を所望の温度になるように熱媒体の温度及び流量を制御する。また、温度センサ３４、３６の計測温度に基づいて、整合器１３のインダクタ２８が所望の温度以下になるように冷却水の温度及び流量を制御する。更に、温度センサ３０〜３２の計測温度に基づいて、放電電極３における電極到達電力を算出する。加えて、温度センサ３３〜３６の計測温度に基づいて、整合器１３における整合器損失を算出する。更に、算出された電極到達電力及び整合器損失と、理論計算で求まる給電ケーブル損失とから、給電効率を求めても良い。ただし、（給電効率）＝（電極到達電力）／（電極到達電力＋整合器損失（１３ａ、１３ｂ）＋給電ケーブル損失）×１００％である。

制御装置４０は、給電効率が最大、又は整合器損失（１３ａ、１３ｂ）が最小になるように、スタブ５０ａ、５０ｂのインピーダンスを調整する。例えば、スタブ５０ａ、５０ｂのコンデンサのキャパシタンスの容量を変更する。このとき、同時に、同時に、放電電極３−１〜３−８の全てにおいて整合器１３ａの整合損失が概ね等しくなるよう、且つ、放電電極３−１〜３−８の全てにおいて整合器１３ｂでの整合器損失が概ね等しくなるように、放電電極３−１〜３−８の各々においてスタブ５０ａ、５０ｂのインピーダンスを調整する。これにより、大面積基板に対する製膜において、給電効率を高めながら、膜厚分布をより均一にすることが出来る。

微結晶シリコン薄膜を形成する場合、高周波電力、基板温度及び膜厚は、例えば、１Ｗ／ｃｍ^２、２００℃及び１．５μｍから３μｍである。アモルファスシリコン薄膜を形成する場合、高周波電力、基板温度及び膜厚は、例えば、０．２Ｗ／ｃｍ^２、２００℃及び約３００ｎｍである。

（４）ｐ層シリコン薄膜、ｉ層シリコン薄膜、及びｎ層シリコン薄膜のそれぞれについて、上記の（１）から（３）を繰り返す。
（５）その後、ｎ層上に銀やアルミニウムによる裏面導電膜をスパッタリング装置で形成して、太陽電池が製造される。

なお、ｐ層シリコン薄膜、ｉ層シリコン薄膜、及びｎ層シリコン薄膜をそれぞれ異なる製膜室２で形成しても良い。更には異なる薄膜製造装置で形成しても良い。また、必要に応じて各層の間に他の薄膜を形成しても良い。そのような他の膜や透明導電膜、裏面導電膜については、本発明の薄膜製造装置用いなくても良い。また、特に記載していないが、太陽電池として直列集積構造するために、途中工程にＹＡＧレーザーなどを用いた膜のエッチング工程を実施する。

上記の太陽電池の製造方法では、アモルファスシリコン太陽電池、又は微結晶シリコン太陽電池を一つ製造する例を示している。しかし、本発明がこの例に限定されるものではなく、アモルファスシリコン太陽電池と微結晶シリコン太陽電池とを各１層〜複数層に積層させた多接合型太陽電池のような他の種類の薄膜太陽電池にも同様に適用可能である。

従来は、整合器１３での整合器損失を知る手段が無かったため、高周波電源の反射電力が最小となるように整合器１３での調整を行うのみであり、成り行きの給電効率になっていた。そのため、高周波電力の給電回路（高周波給電伝送路１２、１４、整合器１３、ループ伝送路７等）や電極（放電電極３、アースバー６等）の変更（改良）に伴って給電効率が変化していたが、それを確認出来なかった。しかし、本発明では、整合器損失及び電極到達電力を把握することが出来るので、給電回路や電極を改良するとき、給電効率の良し悪しを正確に判定することが出来る。

また、本発明において、例えば、スタブ５０のスタブ容量を調整することで整合器損失を調整し、損失低減分の電力を負荷側（プラズマ）へ給電できる。これにより、効率的な高速製膜を達成することが出来る。そして、初期コストを低減する（高周波電源６０の電源容量を小さくする）ことが出来ると共に、ランニングコスト（電力）を低減する（電力量を抑制する）ことも可能となる。すなわち、給電効率の良い、低コスト製膜が可能な薄膜製造装置を得ることが出来る。

図１は、従来の薄膜製造装置の構成を示す概略側面図である。 図２は、本発明の薄膜製造装置の実施の形態の構成を示す概略側面図である。 図３は、本発明の薄膜製造装置の実施の形態の構成の一部を示す部分斜視図である。 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５は、本発明の薄膜製造装置における放電電極の温度の安定化に関わる構成を示す図である。 図６は、本発明の薄膜製造装置における整合器での給電損失の計測に関わる構成を示す図である。 図７は、高周波電源からプラズマまでの電力消費に関わる構成を示す概念図である。 図８は、高周波電源からプラズマまでの電力消費の実測値を示している。 図９は、高周波電源６０の電源容量と発生可能なプラズマ電力との関係を示すグラフである。

符号の説明

１、１０１ 薄膜製造装置
２、１０２ 製膜室
３（３ａ〜３ｈ）、１０３ 放電電極
４、１０４ 防着板
５、１０５ 対向電極
６ アースバー
６ａ 接地部材
６ｂ 接続部材
７ ループ伝送路
８、１０８ 基板
１２（ａ、ｂ）、１４（ａ、ｂ）、１１２（ａ、ｂ）、１１４（ａ、ｂ） 高周波給電伝送路
１３（ａ、ｂ）、１１３（ａ、ｂ） 整合器
１５（ａ、ｂ） 熱媒体供給管
１６（ａ、ｂ） ガス供給管
１７ 熱媒体供給部
１８ 整合部
１９ 冷却水供給管
２０ 熱媒体供給管
２１ 内部導体
２２ 絶縁体
２３ 外部導体
２６、２７ 可変コンデンサ
２８ インダクタ
３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６ 温度センサ
４０ 制御装置
４１ 処理部
４２ 温度調節部
４３ 送液ポンプ
４４（ａ、ｂ） 温度調節部
４５（ａ、ｂ） 送液ポンプ
５０ スタブ
５３（ａ、ｂ） 給電点
６０（ａ、ｂ）、１６０（ａ、ｂ） 高周波電源
７０ プラズマ領域

Claims (10)

1. 接地された対向電極と、
   表側を前記対向電極に対向する放電電極と、
   高周波電源から供給される高周波電力を前記放電電極に供給する給電線と、
   前記給電線の途中に接続され、前記放電電極のインピーダンスを調整する整合器と、
   前記整合器に関する温度を計測する第１温度センサと、
   前記第１温度センサで計測される温度に基づいて、前記放電電極に対する給電効率及び前記整合器での電力損失の少なくとも一方を算出する制御部と
   を具備する
   薄膜製造装置。
2. 請求項１に記載の薄膜製造装置において、
   前記放電電極に関する温度を計測する第２温度センサを更に具備し、
   前記制御部は、前記第１温度センサ及び前記第２温度センサで計測される温度に基づいて、前記給電効率を算出する
   薄膜製造装置。
3. 請求項２に記載の薄膜製造装置において、
   前記放電電極は、内部を冷却する第２熱媒体を供給する第２配管を備え、
   前記第２温度センサは、前記第２配管における前記放電電極の出口近傍での前記第２熱媒体の温度を計測する
   薄膜製造装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の薄膜製造装置において、
   前記整合器は、内部を冷却する第１冷却水を供給する第１配管を備え、
   前記第１温度センサは、前記第１配管における前記整合器の出口近傍での前記冷却水の温度を計測する
   薄膜製造装置。
5. 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、
   前記放電電極の裏側に接続され、前記放電電極の放電を調整するように設けられた第１放電調整部を更に具備し、
   前記第１放電調整部は、前記給電効率が高くなるように、又は前記電力損失が低くなるように設定されている
   薄膜製造装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の薄膜製造装置において、
   前記給電線における前記放電電極と前記整合器との間に並列に接続され、前記放電電極のインピーダンスを調整する第２放電調整部を更に具備し、
   前記制御部は、前記給電効率が高くなるように、又は前記電力損失が低くなるように前記第２放電調整部を調整する
   薄膜製造装置。
7. 請求項６に記載の薄膜製造装置において、
   前記放電電極は、複数あり、
   前記整合器は、前記複数の放電電極の各々に対応して複数設けられ、
   前記制御部は、前記複数の放電電極の各々に対する給電効率が互いに等しくなるように、又は前記複数の整合器の各々での電力損失が互いに等しくなるように前記第２放電調整部を調整する
   薄膜製造装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の薄膜製造装置において、
   前記給電線は、
   前記放電電極の一端側に第１電力を供給する第１給電線と、
   前記放電電極の他端側に第２電力を供給する第２給電線と
   を備え、
   前記第１給電線と前記第２給電線とを電気的に接続するループ伝送路をさらに具備する
   薄膜製造装置。
9. 薄膜製造装置を用いた太陽電池の製造方法であって、
   ここで、前記薄膜製造装置は、
   接地された対向電極と、
   表側を前記対向電極に対向する放電電極と、
   高周波電源から供給される高周波電力を前記放電電極に供給する給電線と、
   前記給電線の途中に接続され、前記放電電極のインピーダンスを調整する整合器と、
   前記整合器に関する温度を計測する第１温度センサと、
   前記放電電極に関する温度を計測する第２温度センサと、
   前記第１温度センサ及び前記第２温度センサで計測される温度に基づいて、前記放電電極に対する給電効率及び前記整合器での電力損失の少なくとも一方を算出する制御部と
   を具備し、
   前記太陽電池の製造方法は、
   （ａ）前記対向電極に基板を保持する工程と、
   （ｂ）製膜用の前記ガスを導入する工程と、
   （ｃ）前記給電線を介して前記放電電極に前記高周波電力を供給して、前記基板上に太陽電池用の薄膜を形成する工程と、
   （ｄ）前記第１温度センサ及び前記第２温度センサで計測される温度に基づいて、前記給電効率及び前記電力損失の少なくとも一方を算出する工程と
   を具備する
   太陽電池の製造方法。
10. 請求項９に記載の太陽電池の製造方法において、
    前記放電電極は、複数あり、
    前記整合器は、前記複数の放電電極の各々に対応して複数設けられ、
    前記（ｄ）ステップは、
    （ｄ１）前記複数の放電電極の各々に対する給電効率が互いに等しくなるように、又は前記複数の整合器の各々での電力損失が互いに等しくなるように前記第２放電調整部を前記制御部で調整する工程を備える
    太陽電池の製造方法。

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