JP2008274334A - 反射防止膜成膜装置及び反射防止膜製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】反射防止膜を成膜する際の安全性を高めると共に、基板に対する水素パッシベーションを効果的に行って生産性も向上する。
【解決手段】太陽電池用の反射防止膜を成膜する成膜装置１において、成膜室９内にプラズマビームＰｂ２を供給し、酸化珪素からなるタブレットＭを昇華させて反射防止膜を成膜する。更に、水素イオン発生ガスを成膜室９内に導入し、アークプラズマ環境で水素イオンを生成し、その水素イオンでダングリングボンドを終端する。この成膜装置１では、酸化珪素からなるタブレットＭを用いているため、モノシランガスに比べて安全性は極めて高い。さらに、加熱ヒータ２６による加熱によって水素パッシベーションが促進される。その結果として、基板Ｗに対する水素パッシベーションを効果的に行いながら生産性も向上できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、基板上に太陽電池用の反射防止膜を成膜する反射防止膜成膜装置及び反射防止膜製造方法に関する。

太陽電池は、太陽光を効率良く吸収するために、通常、太陽電池の受光面を反射防止膜で被覆している。反射防止膜を生成する装置及び方法として、例えば、化学蒸着（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）によってシリコン基板に反射防止膜となる窒化シリコン膜を生成する装置及び方法が知られている（非特許文献１参照）。この種の装置では、原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ_４）ガスとアンモニア（ＮＨ_３）ガスとを用いている。モノシランガスは、高周波（１５０ｋＨｚ〜４００ｋＨｚ）により生成されるプラズマによって分解、ラジカル化され、シリコン基板上に堆積して窒化シリコン膜となる。シリコン基板では、界面または粒界面にシリコンの未結合電子対（ダングリングボンド）があり、光起電力の低下を招く虞がある。そこで、上記装置及び方法では、基板を４５０°Ｃにまで加熱し、モノシランガスを分解する際に生じる水素イオンでダングリングボンドを終端する水素パッシベーションを行っていた。

生地 望，「太陽電池向け製造装置の最新動向」，株式会社島津製作所，２００６年７月１３日，ｐ．１１８−ｐ．１２７

しかしながら、従来の装置では、毒性及び発火性のあるモノシランガスを利用して反射防止膜を成膜していたため、取り扱いに過度の注意を要し、作業性が悪かった。特に、モノシランガスを用いたＣＶＤによる成膜方法では、モノシランガスの分解効率が悪いために水素パッシベーション及び成膜の高速化を図り難く、生産性の向上を図り難かった。

本発明は、以上の課題を解決することを目的としており、反射防止膜を成膜する際の安全性を高めると共に、基板に対する水素パッシベーションを効果的に行いながら生産性も向上できる反射防止膜成膜装置及び反射防止膜製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、基板上に太陽電池用の反射防止膜を成膜する反射防止膜成膜装置において、基板が搬入される成膜室と、成膜室内にプラズマビームを供給するプラズマビーム発生源と、酸化珪素からなる成膜材料を保持すると共に、プラズビームを導いて成膜材料を加熱する成膜用陽極部と、プラズマビームによって水素イオンに分解可能な水素イオン発生ガスを成膜室内に導入する気体導入部と、基板中のダングリングボンドを水素イオンで終端するために、成膜室内で基板を加熱する加熱手段と、を備えることを特徴とする。

この反射防止膜成膜装置によれば、成膜用陽極部で保持された成膜材料が加熱されて昇華し、さらに、昇華した成膜材料が成膜室内でイオン化し、基板に付着堆積して反射防止膜が成膜される。反射防止膜成膜装置では、成膜材料は酸化珪素からなるため、モノシランガスに比べて安全性は極めて高く、特に、昇華効率が高いために高速化に適している。さらに、反射防止膜成膜装置では、気体導入部から成膜室内に水素イオン発生ガスが導入され、水素イオン発生ガスの少なくとも一部は水素イオンに分解される。水素イオンは、基板に到達すると基板内のダンクリングボンドを終端する。基板は加熱手段によって加熱されているために、水素イオンによる水素パッシベーションが促進される。その結果として、基板に対する水素パッシベーションを効果的に行いながら生産性も向上できる。

さらに、成膜室は、成膜用陽極部が設けられた成膜処理部と、成膜処理部よりも基板の搬送経路の上流側に設けられた水素プラズマ処理部と、を有し、プラズマビーム発生源は、成膜処理部に設けられた第１のプラズマガンと、水素プラズマ処理部に設けられた第２のプラズマガンと、を有し、気体導入部は、成膜処理部に水素イオン発生ガスを導入する第１の導入部と、水素プラズマ処理部に水素イオン発生ガスを導入する第２の導入部と、を有し、水素プラズマ処理部には、第２のプラズマガンからから照射されたプラズマビームを導いて、水素イオンを含む水素プラズマを生成する水素プラズマ用陽極部が設けられ、加熱手段は、成膜処理部内及び水素プラズマ処理部内で基板を加熱すると好適である。

上記構成によれば、成膜処理部での処理よりも前に、水素プラズマ処理部での処理が行われる。水素プラズマ処理部では、水素イオンを含む水素プラズマが生成され、水素イオンは水素プラズマ用陽極部の作用を受けて加速されながら基板に到達する。基板に到達した水素イオンはダングリングボンドを終端し、加熱手段による加熱によって終端が促進される。その後、成膜処理部では、反射防止膜の成膜が行わる。更に、成膜処理部で生成される水素イオンは、成膜用陽極部の作用を受けて加速されながら基板に到達し、ダングリングボンドを更に終端する。水素プラズマ処理部では、基板に反射防止膜が成膜されていないため、水素イオンは、基板に直接到達してダングリングボンドを終端し易い。したがって、水素パッシベーションのための基板への加熱温度を低く抑えることができる。その結果として、加熱温度の上昇に起因した搬送機器類の熱変形などを低減でき、さらに、基板に対する予備加熱や冷却のための時間を短縮化できて生産性を向上させることが可能になる。

さらに、成膜処理部と水素プラズマ処理部との境界の一部は、仕切壁によって区画されていると好適である。成膜処理部と水素プラズマ処理部との各プラズマ環境を維持させ易くなり、水素パッシベーションの効果を高めながら、成膜材料を効果的にイオン化して成膜効率を向上させ易くなる。

さらに、水素プラズマ用陽極部の電位を、成膜用陽極部の電位とは独立して設定する電位設定手段を更に備えると好適である。この構成によれば、成膜用陽極部の電位を成膜に適した電位に設定し、水素プラズマ用陽極部の電位を、水素イオンが基板に到達するのに有効な電位に設定でき、成膜効率を低下させることなく、水素パッシベーションの効果を高めることが容易になる。

さらに、電位設定手段は、成膜用陽極部の電位を水素プラズマ用陽極部の電位よりも高く設定すると好適である。水素イオンは、水素プラズマ用陽極部によって加速されながら基板に到達するため、水素プラズマ用陽極部の電位が高い方が水素イオンは基板に到達し易くなる。一方で、成膜用陽極部の電位は、成膜に適した電位にする必要があるため、水素プラズマ用陽極部の電位を成膜用陽極部の電位よりも高めることで、成膜効率を低下させることなく、より多くの水素イオンを基板に到達させることができ、水素パッシベーションの効果を高めることが容易になる。

また、基板上に太陽電池用の反射防止膜を成膜する反射防止膜製造方法において、基板が搬入される成膜室内で、酸化珪素からなる成膜材料を保持する成膜用陽極部にプラズマビームを照射して成膜材料を昇華させ、昇華した成膜材料によって基板上に反射防止膜を成膜すると共に、プラズマビームによって水素イオンに分解可能な水素イオン発生ガスを成膜室内に導入し、成膜室内で基板を加熱して、基板中のダングリングボンドを水素イオンで終端することを特徴とする。

この反射防止膜製造方法では、成膜材料として酸化珪素を用いているため、モノシランガスを利用する場合に比べて安全性は極めて高く、特に、反応速度が速いために高速化に適している。さらに、反射防止膜製造方法では、成膜室内に水素イオン発生ガスが導入され、水素イオン発生ガスの少なくとも一部はプラズマビームによって水素イオンに分解され、加熱手段による加熱によって水素イオンによるダンクリングボンドの終端は促進され、水素パッシベーションは促進される。その結果として、基板に対する水素パッシベーションを効果的に行いながら生産性も向上できる。

さらに、基板上に反射防止膜を成膜する前に、成膜室内に水素ガスを導入すると共に、成膜室内にプラズマビームを供給して水素イオンを含む水素プラズマを生成し、基板を加熱して、基板中のダングリングボンドを水素イオンで終端すると好適である。基板に反射防止膜が成膜される前に、水素イオンによるダングリングボンドの終端が行われるため、基板への水素パッシベーションを効果的に行うことができる。

本発明によれば、反射防止膜を成膜する際の安全性を高めると共に、基板に対する水素パッシベーションを効果的に行いながら生産性も向上できる。

以下、本発明に係る反射防止膜製造装置の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る反射防止膜製造装置の概略を示す断面図である。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

反射防止膜製造装置（以下「成膜装置」という）１は、太陽電池用のシリコン基板Ｗに、ＲＰＤ（反応性プラズマ蒸着）法によりＳｉＯｘＮｙ膜の反射防止膜を成膜する装置である。

図１に示されるように、成膜装置１は、シリコン基板Ｗが導入される筐体３を備え、筐体３はシリコン基板Ｗの搬送順序に沿ってロードロック室５、前段バッファ室７、成膜室９、後段バッファ室１１、アンロードロック室１３が設けられており、ロードロック室５、前段バッファ室７、成膜室９、後段バッファ室１１、アンロードロック室１３はそれぞれ開閉可能なゲート１５によって区画されている。シリコン基板Ｗは、搬送トレイ（不図示）に保持された状態で、所定の搬送経路Ｒに沿って順番に搬送される。

ロードロック室５及び前段バッファ室７の天井と底板には、前段加熱ヒータ１９が取り付けられており、搬送中のシリコン基板Ｗは２００°Ｃ〜４００°Ｃ程度にまで加熱される。所例の温度まで加熱されたシリコン基板Ｗは、成膜室９に搬入される。また、後段バッファ室１１の天井と底板には、水冷板２１が設置されている。成膜室９で反射防止膜Ｆが成膜された後のシリコン基板Ｗは、後段バッファ室１１で輻射により徐々に冷却される。その後シリコン基板Ｗは、調圧の後にアンロードロック室１３を経て成膜装置１外に搬出される。

成膜室９は、シリコン基板Ｗが搬入される入口側に設けられた水素プラズマ処理室（水素プラズマ部）２３と、シリコン基板Ｗが搬出される出口側に設けられた成膜処理室（成膜処理部）２５とを有する。成膜室９の上部には、シリコン基板Ｗの搬送経路Ｒが設けられており、搬送経路Ｒの上流側には水素プラズマ処理室２３が配置され、下流側には成膜処理室２５が配置されている。水素プラズマ処理室２３の天井には上流側加熱ヒータ２４（加熱手段）が設置され、成膜処理室２５の天井には下流側加熱ヒータ２６（加熱手段）が設置されている。さらに、水素プラズマ処理室２３と成膜処理室２５とは、シリコン基板Ｗの搬送方向に沿った成膜室９の中央で分かれ、その境界には、シリコン基板Ｗの搬送経路Ｒを空けるようにして仕切壁３１が立設している。

図２に示されるように、水素プラズマ処理室２３には、室内にプラズマビームＰｂ１を供給する水素プラズマ用プラズマガン（第２のプラズマガン）３３と、水素プラズマ処理室２３の下部に配置されてプラズマビームＰｂ１を導く陽極３５と、が設けられている。

水素プラズマ用プラズマガン３３は、圧力勾配型のプラズマガンであり、水素プラズマ処理室２３の側壁に設けられた筒状部２３ａに固定されている。水素プラズマ用プラズマガン３３は、第１中間電極３３ａ及び第２中間電極３３ｂからなる中間電極３３ｃと、陰極管３３ｄが固定されたカソードフランジ３３ｆとを備え、中間電極３３ｃとカソードフランジ３３ｆとの間には、陰極管３３ｄを包囲するガラス管３３ｇが配置されている。水素プラズマ用プラズマガン３３には、ガラス管３３ｇ内にアルゴンガスまたは水素ガスを導入するキャリアガス導入部３３ｈが設けられている。

第２中間電極３３ｂは環状であり、水素プラズマ処理室２３の筒状部２３ａにシールカラーを介して固定されている。第２中間電極３３ｂの後側には、シールカラーを介して環状の第１中間電極３３ａが同心状に重ねて固定されている。第２中間電極３３ｂには、空芯コイル３３ｊが内蔵されており、第１中間電極３３ａには、磁極軸が陰極管３３ｄの中心線に平行になるように永久磁石３３ｋが内蔵されている。空芯コイル３３ｊや永久磁石３３ｋは、プラズマビームＰｂ１を収束させる。なお、水素プラズマ処理室２３の筒状部２３ａの周囲には、発生したプラズマビームＰｂ１を水素プラズマ処理室２３内に導くステアリングコイル３３ｍが設けられている。

水素プラズマ用プラズマガン３３の動作は、ガン駆動装置３３ｎによって制御されている。ガン駆動装置３３ｎにより、陰極管３３ｄへの給電をオン・オフしたり、陰極管３３ｄへの印加電圧を調整したりでき、さらに第１中間電極３３ａ、第２中間電極３３ｂ、空芯コイル３３ｊまたはステアリングコイル３３ｍへの給電を調整することができる。ガン駆動装置３３ｎによって、水素プラズマ処理室２３内に供給されるプラズマビームＰｂ１の強度や分布状態が制御されている。

陽極３５は、プラズマビームＰｂ１を下方に導く主陽極部（水素プラズマ用陽極部）３５ａと、主陽極部３５ａの周囲に配置された環状の補助陽極部３５ｂと、を備えている。主陽極部３５ａは、電気的な絶縁物を介して水素プラズマ処理室２３の下部に固定されている。補助陽極部３５ｂは、導電性材料からなる環状容器３５ｃを備えている。環状容器３５ｃ内には、フェライト等で形成された環状永久磁石３５ｄと、環状永久磁石３５ｄと同心に積層されたコイル３５ｆとが収容されている。主陽極部３５ａと補助陽極部３５ｂとは第１の電源装置（電位設定手段）３７に通電可能に接続されている。第１の電源装置３７は、主陽極部３５ａ及び補助陽極部３５ｂの印加電圧を調整可能であり、主陽極部３５ａの電位を所定の電位に設定すると共に、補助陽極部３５ｂの電位を調節する。

補助陽極部３５ｂのコイル３５ｆは、電磁石を構成し、第１の電源装置３７から給電されて、環状永久磁石３５ｄにより発生する中心側の磁界と同じ向きになるように付加的磁界を形成する。環状永久磁石３５ｄ及びコイル３５ｆは、プラズマビームコントローラとして機能し、主陽極部３５ａの直上方にカスプ状磁場を形成する。

また、成膜装置１には、水素ガスを水素プラズマ処理室２３内に供給する第１のガス供給手段４１が設けられている。第１のガス供給手段４１は、水素プラズマ処理室２３の側壁に設けられた水素導入部（第１の導入部）２３ｃに配管を介して接続されている。水素ガスはプラズマビームＰｂ１の照射によってプラズマ化して水素イオンに分解可能である。そこで、水素導入部２３ｃは、水素ガスを水素イオン発生ガスとして水素プラズマ処理室２３内に導入している。

水素プラズマ用プラズマガン３３でのアーク放電によって生じたプラズマビームＰｂ１は、水素プラズマ処理室２３内に供給され、陽極３５に照射される。水素プラズマ処理室２３内には、水素導入部２３ｃから水素ガスが導入されている。水素ガスは、プラズマビームＰｂ１の照射によって水素イオンを含む水素プラズマとなる。

主陽極部３５ａは、第１の電源装置３７によって所定の電位に設定されており、搬送経路Ｒに沿って移動するシリコン基板Ｗは、搬送トレイなどを介して接地（アース）されている。正イオンである水素イオンは、主陽極部３５ａによって加速されながらシリコン基板Ｗに到達し、シリコン基板Ｗに達した水素イオンは、シリコン基板Ｗの界面Ｓ１に生じるダングリングボンドＢと結合（終端）し、ダングリングボンドの密度を低下させる。水素イオンによるダングリングボンドＢの終端を水素パッシベーションという。

水素プラズマ処理室２３の上部には、シリコン基板Ｗを加熱する上流側加熱ヒータ２４が設けられている。上流側加熱ヒータ２４によってシリコン基板Ｗを２００°Ｃ〜４００°Ｃ程度まで加熱することで、シリコン基板Ｗ内の界面Ｓ１に生じるダングリングボンドの終端を促進し、水素パッシベーションを促進する。

図３に示されるように、成膜処理室２５には、室内にプラズマビームＰｂ２を供給する成膜用プラズマガン（第１のプラズマガン）４３と、成膜処理室２５の下部に配置されてプラズマビームＰｂ２を導く陽極としてのハース４５と、が設けられている。なお、成膜用プラズマガン４３と水素プラズマ処理室２３に設けられた水素プラズマ用プラズマガン３５とによってプラズマビーム発生源１０が構成される。

成膜用プラズマガン４３は、圧力勾配型のプラズマガンであり、成膜処理室２５の側壁に設けられた筒状部２５ａに固定されている。成膜用プラズマガン４３は、第１中間電極４３ａ及び第２中間電極４３ｂからなる中間電極４３ｃと、陰極管４３ｄが固定されたカソードフランジ４３ｆとを備え、中間電極４３ｃとカソードフランジ４３ｆとの間には、陰極管４３ｄを包囲するガラス管４３ｇが配置されている。成膜用プラズマガン４３には、ガラス管４３ｇ内にアルゴンガスを導入するキャリアガス導入部４３ｈ設けられている。

第２中間電極４３ｂは環状であり、成膜処理室２５の筒状部２５ａにシールカラーを介して固定されている。第２中間電極４３ｂの後側には、シールカラーを介して環状の第１中間電極４３ａが同心状に重ねて固定されている。第２中間電極４３ｂには、空芯コイル４３ｊが内蔵されており、第１中間電極４３ａには、磁極軸が陰極管４３ｄの中心線に平行になるように永久磁石４３ｋが内蔵されている。空芯コイル４３ｊや永久磁石４３ｋは、プラズマビームＰｂ２を収束させる。なお、成膜処理室２５の筒状部２５ａの周囲には、発生したプラズマビームＰｂ２を成膜処理室２５内に導くステアリングコイル４３ｍが設けられている。

成膜用プラズマガン４３の動作は、ガン駆動装置４３ｎによって制御されている。ガン駆動装置４３ｎにより、陰極管４３ｄへの給電をオン・オフしたり、陰極管４３ｄへの印加電圧を調整したりでき、さらに第１中間電極４３ａ、第２中間電極４３ｂ、空芯コイル４３ｊまたはステアリングコイル４３ｍへの給電を調整することができる。ガン駆動装置４３ｎによって、成膜処理室２５内に供給されるプラズマビームＰｂ２の強度や分布状態が制御されている。

ハース４５は、プラズマビームＰｂ２を下方に導く主陽極である主ハース部（成膜用陽極部）４５ａと、主ハース部４５ａの周囲に配置された環状の補助陽極である補助ハース部４５ｂと、を備えている。

主ハース部４５ａは、電気的な絶縁物を介して成膜処理室２５の下部に固定されている。主ハース部４５ａは、図２に示されるように、冷却用のキャビティＣａを備えるベース部４５ｃと、ベース部４５ｃの上に固定される円筒状のガイド部４５ｄとを備えている。ベース部４５ｃ及びガイド部４５ｄ内にはＳｉＯなどの酸化珪素からなるＳｉＯタブレット（成膜材料）Ｍが保持されている。ＳｉＯタブレットＭは、装填装置４７によって上昇され、昇華による不足分が適宜に補われる。

補助ハース部４５ｂは、導電性材料からなる環状容器４５ｆを備えている。環状容器４５ｆ内には、フェライト等で形成された環状永久磁石４５ｇと、環状永久磁石４５ｇと同心に積層されたコイル４５ｈとが収容されている。

主ハース部４５ａ及び補助ハース部４５ｂは、第２の電源装置４９に通電可能に接続されている。第２の電源装置４９は、主ハース部４５ａ及び補助ハース部４５ｂの印加電圧を調整可能であり、主ハース部４５ａの電位を所定の電位に設定すると共に、補助ハース部４５ｂの電位を調節する。

補助ハース部４５ｂのコイル４５ｈは、電磁石を構成し、第２の電源装置４９から給電されて、環状永久磁石４５ｇにより発生する中心側の磁界と同じ向きになるように付加的磁界を形成する。環状永久磁石４５ｇ及びコイル４５ｈは、プラズマビームコントローラとして機能し、主ハース部４５ａの直上方にカスプ状磁場を形成する。

成膜装置１は、水素ガスと窒素ガスとを成膜処理室２５に供給する第２のガス供給手段５１を備えている。第２のガス供給手段５１は、成膜処理室２５に設けられた水素導入部（第２の導入部）２５ｃに配管を介して接続されており、さらに、成膜処理室２５に設けられた窒素導入部２５ｄに配管を介して接続されている。水素導入部２５ｃは、第２のガス供給手段５１から供給された水素ガスを、水素イオン発生ガスとして成膜処理室２５に導入し、窒素導入部２５ｄは、反応ガスとして窒素ガスを成膜処理室２５に導入する。水素導入部２５ｃと水素プラズマ処理室２３の水素導入部２３ｃとは気体導入部５２を構成する。なお、第２のガス供給手段５１は、水素イオン発生ガス及び反応ガスとしてアンモニア（ＮＨ_３）ガスを供給するようにしてもよい。

成膜用プラズマガン４３でのアーク放電によって生じたプラズマビームＰｂ２は、成膜処理室２５内に供給され、主ハース部４５ａに入射し、主ハース部４５ａに保持されているＳｉＯタブレットＭを加熱する。ＳｉＯタブレットＭの上端部は、加熱によって昇華し、ここから酸化シリコン、シリコン等の蒸発粒子が出射する。この蒸発粒子は、プラズマビームＰｂ２によってイオン化され、活性度の高い状態となってシリコン基板Ｗに入射する。シリコン基板Ｗに堆積した酸化シリコンやシリコンは、成膜処理室２５内に供給された窒素ガスと反応し、シリコン基板Ｗ上に反射防止膜ＦとしてのＳｉＯｘＮｙ膜を形成する。成膜処理室２５の上部には、下流側加熱ヒータ２６が設けられており、シリコン基板Ｗを加熱することで、シリコン基板Ｗ上に形成されるＳｉＯｘＮｙ膜を緻密で均一なものとすることができる。

さらに、成膜処理室２５には、水素ガスが供給されている。水素ガスは、プラズマビームＰｂ２に照射されて水素イオンを含む水素プラズマになる。正イオンである水素イオンは、主ハース部４５ａによって加速されながらシリコン基板Ｗに到達し、シリコン基板Ｗに達した水素イオンは、シリコン基板Ｗの界面Ｓ１に生じるダングリングボンドＢを終端する。さらに、下流側加熱ヒータ２６によるシリコン基板Ｗの加熱により、水素イオンによるダングリングボンドＢの終端は促進される。

次に、成膜装置１を利用してシリコン基板Ｗに太陽電池用の反射防止膜を成膜する反射防止膜製造方法について説明する。

反射防止膜を形成する前のシリコン基板Ｗは、ｐ型シリコン基板層、ｎ型拡散層を有する。ｎ型拡散層の表面に反射防止膜を成膜するために、シリコン基板Ｗは成膜装置１に搬入される。シリコン基板Ｗは、まず、搬送手段によってロードロック室５内に搬入される。

ロードロック室５では、シリコン基板Ｗを受け入れる前に、前後のゲート１５を閉じ、窒素ベントによって大気圧に調整される。その後、入口側のゲート１５が開き、搬送トレイ（図示せず）と一緒にシリコン基板Ｗがロードロック室５内に搬入される。ロードロック室５内にシリコン基板Ｗが搬入されると、入口側のゲート１５は閉じ、ドライポンプによって真空引きされ、アルゴンガスまたは水素ガスによって成膜圧力程度に調整される。さらに、前段加熱ヒータ１９により、搬送中のシリコン基板Ｗは加熱される。

その後、ロードロック室５の出口側のゲート１５が開き、搬送トレイ（図示せず）と一緒にシリコン基板Ｗが前段バッファ室７に搬入される。前段バッファ室７でも、前段加熱ヒータ１９によってシリコン基板Ｗは加熱され、シリコン基板Ｗは、成膜室９に到着するまでに２００°Ｃ〜４００°Ｃ程度になる。その後、成膜室９の入口側のゲート１５が開き、シリコン基板Ｗは搬送トレイと一緒に成膜室９の水素プラズマ処理室２３内に搬入される。水素プラズマ処理室２３では、後工程の成膜処理の前において、水素パッシベーション処理が行われる。以下、詳しく説明する。

水素プラズマ処理室２３には、水素プラズマ用プラズマガン３３によってプラズマビームＰｂ１が供給されている。主陽極部３５ａの近傍には、カスプ状の磁場が形成されており、プラズマビームＰｂ１は、カスプ状の磁場に導かれて主陽極部３５ａに入射する。水素プラズマ処理室２３には、水素ガスが導入されており、水素ガスは、カスプ状の磁場に導かれたプラズマビームＰｂ１によって効率よく分解され、高密度で安定した水素プラズマを形成する。水素プラズマに含まれる水素イオンは、下方に配置された主陽極部３５ａによって加速されてシリコン基板Ｗに打ち込まれる。

図４（ａ）に示されるように、シリコン基板Ｗが単結晶シリコンからなる場合、シリコン基板Ｗの界面Ｓ１にはダングリングボンドＢが存在する。また、図４（ｂ）に示されるように、シリコン基板Ｗが多結晶シリコンからなる場合には、界面Ｓ１の他に粒界面Ｓ２にもダングリングボンドＢが存在する。ダングリングボンドの密度が高いとキャリアと再結合し易くなり、キャリア寿命の低下を招き、光起電効率の低下を誘発する。

水素プラズマ処理室２３内で生じた水素イオンは、シリコン基板Ｗに打ち込まれると、ダングリングボンドを終端し、ダングリングボンドの密度を低下させる。水素イオンによるダングリングボンドＢの終端、すなわち、水素パッシベーションによってダングリングボンドＢによるキャリアの再結合作用が抑制され、キャリア寿命が延びることで光起電効率が向上する。

図２に示されるように、シリコン基板Ｗは、水素プラズマ処理室２３を横断する間、上流側加熱ヒータ２４によって加熱され、２００°Ｃ〜４００°Ｃの温度範囲に保たれる。その結果として、水素イオンによるダングリングボンドＢの終端は促進され、ダングリングボンドＢの密度を低下させるのに有効であり、水素パッシベーションの効果を高めることができる。

また、主陽極部３５ａには、シリコン基板Ｗへの水素イオンの打ち込みを効果的に行えるように予め所定の電位が設定されている。例えば、シリコン基板Ｗが多結晶シリコンの場合には、ダングリングボンドＢがシリコン基板Ｗ内の粒界面Ｓ２にまで生じる。そのため、多結晶シリコンの場合には、単結晶シリコンの場合に比べて主陽極部３５ａの設定電位を上げるようにし、水素イオンの運動エネルギーを高めて粒界面Ｓ２のダングリングボンドＢを効果的に終端できるようする。

また、第１の電源装置３７は、成膜処理室２５の主ハース部４５ａの電位を設定する第２の電源装置４９とは独立して主陽極部３５ａの電位を設定可能である。その結果として、第２の電源装置４９では、主ハース部４５ａの電位を成膜に適した電位に設定すると共に、第２の第１の電源装置３７では、水素イオンをシリコン基板Ｗに打ち込むのに有効な電位に設定でき、成膜効率を低下させることなく、水素パッシベーションの効果を高めることが容易になる。

特に、本実施形態では、第１の電源装置３７は、成膜処理室２５の主ハース部４５ａの電位よりも高くなるように主陽極部３５ａの電位を設定している。主ハース部４５ａの電位は、成膜に適した電位にする必要があるため、主陽極部３５ａの電位を主ハース部４５ａの電位よりも高めることで、成膜効率を低下させることなく、より多くの水素イオンをシリコン基板Ｗに打ち込むことができ、水素パッシベーションの効果を高めることが容易になる。

水素プラズマ処理室２３を経たシリコン基板Ｗは、成膜処理室２５に搬入される。成膜処理室２５では、反射防止膜の成膜処理が行われる。成膜処理では、主ハース部４５ａにプラズマビームｐｂ２を照射してＳｉＯタブレットＭを昇華させ、昇華した蒸発粒子によって成膜すると共に、水素パッシベーション処理を行う。以下、詳しく説明する。

成膜処理室２５には、成膜用プラズマガン４３からプラズマビームＰｂ２が供給されている。主ハース部４５ａの近傍には、カスプ状の磁場が形成されており、プラズマビームＰｂ２は、カスプ状の磁場に導かれて主ハース部４５ａに入射する。カスプ状の磁場により、安定した高密度のプラズマが形成される。主ハース部４５ａには、ＳｉＯタブレットＭが供給されており、ＳｉＯタブレットＭは、主ハース部４５ａを介してプラズマビームＰｂ２によって加熱され、昇華する。昇華した蒸発粒子は、水素ガス及び窒素ガスなどと一緒に高密度プラズマによって分解、イオン化される。イオン化した蒸発粒子は、上方のシリコン基板Ｗに付着堆積し、さらに窒素ガスと反応して反射防止膜Ｆを形成する。

さらに、水素イオンは、主ハース部４５ａによって加速されながら上昇し、成膜中であるシリコン基板Ｗに打ち込まれる。その結果として、水素イオンは、シリコン基板Ｗ中のダングリングボンドＢを終端したり、ＳｉＯｘＮｙ膜中にＳｉ−Ｈ結合として残留したりする。特に、シリコン基板Ｗは、成膜及び水素パッシベーションのために加熱されており、この加熱によって成膜の品質向上と水素パッシベーションの促進とを両立できる。なお、Ｓｉ−Ｈ結合で残留した水素によって、太陽電池の電極形成の際の加熱などにより、更なる水素パッシベーション作用を期待できる。

成膜処理室２５での成膜が完了したシリコン基板Ｗは、成膜室９の出口部から搬出され、後段バッファ室１１に搬入される。シリコン基板Ｗは、後段バッファ室１１内で徐々に冷却される。後段バッファ室１１を経たシリコン基板Ｗは、調圧の後、アンロードロック室１３を経て成膜装置１外に搬出される。

以上の成膜装置１及び反射防止膜製造方法では、成膜処理室２５内に水素ガスまたはアンモニアガスが導入され、プラズマビームＰｂ２によって水素イオンが生成される。水素イオンは、正イオンであり、主ハース部４５ａの作用によって加速されてシリコン基板Ｗに打ち込まれ、シリコン基板Ｗ内のダンクリングボンドＢを終端する。シリコン基板Ｗは下流側加熱ヒータ２６によって加熱されているために、水素イオンによる水素パッシベーションが促進される。その結果として、シリコン基板Ｗに対する水素パッシベーションを効果的に行いながら生産性も向上できる。

さらに、成膜装置１では、成膜処理室２５と水素プラズマ処理室２３との境界の一部は、仕切壁３１によって区画されている。その結果として、成膜処理室２５と水素プラズマ処理室２３との各プラズマ環境を維持させ易くなり、水素パッシベーションの効果を高めながら、ＳｉＯタブレットＭ（成膜材料）を効果的にイオン化して成膜効率を向上させ易くなる。

さらに、成膜装置１では、成膜材料として酸化珪素からなるＳｉＯタブレットＭを用いているため、モノシランガスに比べて安全性は極めて高く、特に、昇華効率が高いために高速化に適している。特に、モノシランガスを利用する従来の成膜装置（非特許文献１）では、ガス供給装置とその除害装置、ガス検知装置やインターロック設備などの特別な装置を備える必要があって設備コストアップを招来し易い。これに対し、成膜装置１では、そのような付帯設備が少なくて済み、設備コストを抑えることできる。

さらに、従来装置では、ダングリングボンドの終端のためにシリコン基板を４５０°Ｃ以上にも上げる必要がある。これに対して、成膜装置１では、成膜処理よりも前に、水素プラズマ室２３で水素プラズマ処理を行っており、水素イオンを直接的にシリコン基板Ｗに打ち込むことができるために、水素パッシベーションのためにシリコン基板Ｗを加熱する温度を２００°Ｃ〜４００°Ｃ程度にまで下げることができる。その結果として、成膜装置１は、加熱温度の上昇に起因した搬送トレイの熱変形などによるトラブルの発生を抑えることができる。さらに、メンテナンスのために成膜装置１や搬送トレイを冷却する時間、起動時の予備加熱のため時間などを短縮でき、成膜装置１の稼働率を上げて生産性を向上させることができる。

さらに、成膜装置１の成膜処理室２５では、ＳｉＯタブレットＭを用いてＲＰＤ法によって反射防止膜Ｆを成膜するため、反応効率が高くて成膜時間が短い。その結果として、成膜装置１の成膜速度は、例えば、ダイナミックレート（シリコン基板Ｗが１分間に１ｍ進む間の成膜速度）において１００ｎｍ ｍ／ｓｅｃである。これは、装置のスループット（単位時間当りの処理能力）としては、２０００枚／時に相当する。これに対して、従来装置では、１台当たりの生産能力は３００枚〜４００枚／時程度にしかならない。一般に、多結晶シリコン基板を利用した太陽電池製造ラインでは、製産する太陽電池の発電量を基準にして１０ＭＷ〜２９０ＭＷ／年の発電量を確保できる量の製産が求められるが、従来装置では、この量を確保するために２台以上必要であるのに対し、成膜装置１では１台で足り、設備コストを抑えるのにも有効である。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。

上記実施形態では、成膜処理室２５にも水素イオン発生ガスとして水素イオンやアンモニアガスを導入したが、成膜処理室２５には、水素イオン発生ガスを導入せず、水素プラズマ処理室２３にのみ導入し、水素プラズマ処理室２３でのみ水素イオンによるダングリングボンドの終端を行わせるようにしてもよい。また、水素イオン生成ガスとして水素ガスやアンモニアガスを導入したが、その他の水素元素が含有するガスを導入するようにしてもよい。

本発明の実施形態に係る成膜装置の概略を示す断面図である。 成膜室の水素プラズマ処理室の概略を示す図である。 成膜室の成膜処理室の概略を示す図である。 シリコン基板の内部を模式的に示す図であり、（ａ）は単結晶構造のシリコン基板を示す図であり、（ｂ）は多結晶構造のシリコン基板を示す図である。

符号の説明

１…成膜装置（反射防止膜成膜装置）、９…成膜室、１０…プラズマビーム発生源、２３…水素プラズマ処理室（水素プラズマ処理部）、２３ｃ…水素導入部（第１の導入部）、２４…上流側加熱ヒータ（加熱手段）、２５…成膜処理室（成膜処理部）、２５ｃ…水素導入部（第２の導入部）、２６…下流側加熱ヒータ（加熱手段）、３１…仕切壁、３３…水素プラズマ用プラズマガン（第２のプラズマガン）、３５ａ…主陽極部（水素プラズマ用陽極部）、３７…第１の電源装置（電位設定手段）、４３…成膜用プラズマガン（第１のプラズマガン）、４５ａ…主ハース部（成膜用陽極部）、５２…気体導入部、Ｍ…ＳｉＯタブレット（成膜材料）、Ｆ…反射防止膜、Ｗ…シリコンシリコン基板（基板）。

Claims (7)

1. 基板上に太陽電池用の反射防止膜を成膜する反射防止膜成膜装置において、
   前記基板が搬入される成膜室と、
   前記成膜室内にプラズマビームを供給するプラズマビーム発生源と、
   酸化珪素からなる成膜材料を保持すると共に、前記プラズビームを導いて前記成膜材料を加熱する成膜用陽極部と、
   前記プラズマビームによって水素イオンに分解可能な水素イオン発生ガスを前記成膜室内に導入する気体導入部と、
   前記基板中のダングリングボンドを前記水素イオンで終端するために、前記成膜室内で前記基板を加熱する加熱手段と、
   を備えることを特徴とする反射防止膜成膜装置。
2. 前記成膜室は、
   前記成膜用陽極部が設けられた成膜処理部と、前記成膜処理部よりも前記基板の搬送経路の上流側に設けられた水素プラズマ処理部と、を有し、
   前記プラズマビーム発生源は、
   前記成膜処理部に設けられた第１のプラズマガンと、前記水素プラズマ処理部に設けられた第２のプラズマガンと、を有し、
   前記気体導入部は、
   前記成膜処理部に前記水素イオン発生ガスを導入する第１の導入部と、前記水素プラズマ処理部に前記水素イオン発生ガスを導入する第２の導入部と、を有し、
   前記水素プラズマ処理部には、前記第２のプラズマガンからから照射されたプラズマビームを導いて、水素イオンを含む水素プラズマを生成する水素プラズマ用陽極部が設けられ、
   前記加熱手段は、前記成膜処理部内及び前記水素プラズマ処理部内で前記基板を加熱することを特徴とする請求項１記載の反射防止膜成膜装置。
3. 前記成膜処理部と前記水素プラズマ処理部との境界の一部は、仕切壁によって区画されていることを特徴とする請求項２記載の反射防止膜成膜装置。
4. 前記水素プラズマ用陽極部の電位を、前記成膜用陽極部の電位とは独立して設定する電位設定手段を更に備えたことを特徴とする請求項２または３記載の反射防止膜成膜装置。
5. 前記電位設定手段は、前記成膜用陽極部の電位を前記水素プラズマ用陽極部の電位よりも高く設定することを特徴とする請求項４記載の反射防止膜成膜装置。
6. 基板上に太陽電池用の反射防止膜を成膜する反射防止膜製造方法において、
   基板が搬入される成膜室内で、酸化珪素からなる成膜材料を保持する成膜用陽極部にプラズマビームを照射して前記成膜材料を昇華させ、昇華した前記成膜材料によって前記基板上に前記反射防止膜を成膜すると共に、
   前記プラズマビームによって水素イオンに分解可能な水素イオン発生ガスを前記成膜室内に導入し、前記成膜室内で前記基板を加熱して、前記基板中のダングリングボンドを前記水素イオンで終端することを特徴とする反射防止膜製造方法。
7. 前記基板上に前記反射防止膜を成膜する前に、
   前記成膜室内に水素ガスを導入すると共に、前記成膜室内にプラズマビームを供給して水素イオンを含む水素プラズマを生成し、前記基板を加熱して、前記基板中のダングリングボンドを前記水素イオンで終端することを特徴とする請求項６記載の反射防止膜製造方法。

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