JP2008306141A

JP2008306141A - Ｃｖｄ装置

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Publication number: JP2008306141A
Application number: JP2007154450A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Suzuki; 正康鈴木
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2007-06-11
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2008-12-18
Anticipated expiration: 2027-06-11
Also published as: JP5067709B2

Abstract

【課題】ＣＶＤ薄膜形成工程の後工程において、膜質の変質を低減し、また、水素パッシベーションの効果を向上させる。
【解決手段】ＣＶＤ薄膜形成工程から連続的に基板電極を焼成温度以上に予め加熱することによって、ＣＶＤ薄膜形成工程の後工程における薄膜の変質を低減すると同時に、基板の粒界および界面、薄膜内部に残る未結合の水素基の反応を促進し、水素終端率を向上させ、これによって形成される太陽電池の発電効率を向上させる。一形態では、多結晶太陽電池のＳｉＮ（窒化シリコン）反射膜を形成するＣＶＤ装置において、真空チャンバ内に、ＣＶＤによるＳｉＮ薄膜の形成によって、多結晶シリコン基板上にしてＳｉＮ反射膜（窒化シリコン反射膜）を形成するＣＶＤ室と、ＳｉＮ薄膜を形成した後に、ＣＶＤのプロセス温度に維持、又はＣＶＤ温度のプロセス温度以上に加熱する加熱室を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＶＤ装置に関する。

基板上に成膜を行って薄膜等を製造する成膜装置が知られている。このような成膜装置として、プラズマＣＶＤ装置があり、太陽電池用薄膜、感光ドラム、液晶ディスプレイ等に用いられるＴＦＴアレイ等の種々のＦＰＤ，半導体製造に使用されている。

インライン式のプラズマＣＶＤ装置では、ロード室、反応室、アンロード室を備え、サセプタに載置された基板をこれらロード室、反応室、およびアンロード室に順に移動させながら処理を施すことで薄膜形成を行っている。ロード室にはランプヒータ等が設けられ、基板をサセプタに載せた状態で加熱して真空チャンバ内に搬入、さらに反応室内に搬入する。反応室では、薄膜材料を構成する元素からなる一種又は複数種の化学物ガスを導入しながら、高周波電極によるグロー放電で発生されたプラズマによって基板上に薄膜を形成する。薄膜が形成された基板は、アンロード室から搬出される。

このようなプラズマＣＶＤ装置において、基板を所定温度まで加熱させる昇温時間を短縮し、かつ装置を小型化するために、基板を予備加熱する大気加熱炉と、大気加熱炉から搬出された基板を真空中で所定温度まで加熱するロード室と、基板表面に膜形成を行う反応室と、基板の冷却を行うアンロード室とを連続して配置した構成が提案されている（特許文献１参照）。

図１４（ａ）は上記した構成例を説明するための図である。図１４（ａ）の構成例では、大気側に加熱室を備え、真空チャンバ内に取込加熱室、ＣＶＤ室、取出室を備える。

また、図１４（ｂ）は大気側の加熱室を廃し、真空チャンバ内の取込室の後に加熱室を備える構成例である。

この構成のプラズマＣＶＤ装置によれば、基板をロード室に導入する前にある程度まで予備的に加熱することで、基板の加熱温度条件が高く、また、ロード室での基板の加熱時間が短時間の場合であっても、基板を所定温度まで十分に加熱することができる。

多結晶シリコン太陽電池の反射防止膜を形成するＣＶＤ装置では、太陽電池表面での光の入射損を低減させるために、表面反射を抑制するシリコン窒化膜が形成されている。この薄膜形成工程では、光反射防止のための薄膜形成と同時に多結晶シリコンの水素パッシベーション効果が確認されている。この水素パッシベーションによれば、結晶内部のダングリングボンドを水素で終端し、また、粒界の不純物を水素終端することで太陽電池の発電効率を上げる効果があることが知られている（非特許文献１）。

多結晶シリコン太陽電池の反射防止膜形成用ＣＶＤ装置では、主に水素パッシベーションが効果的に行われるようにＣＶＤプロセス温度を設定している。このときの基板温度は、４００℃から５００℃が水素パッシベーションに好適であるとされている。

一方、多結晶シリコン太陽電池の製造工程では、反射防止膜の形成工程の後に、ファイヤースルーと呼ばれる基板電極の焼成工程が必要である。この焼成工程の加熱温度は、５５０℃〜８５０℃であり、ＣＶＤプロセス時の加熱温度よりも高熱で処理される。

なお、ファイヤースルーの焼成工程では、裏面電極をスクリーン印刷して焼成する工程と、受光面電極をスクリーン印刷して焼成する工程を含んでいる。
特許第３２１１２５６号太陽電池"、濱川佳弘著コロナ社 76,77頁 4.3多結晶シリコン太陽電池の高効率化技術

ＣＶＤプロセスによって形成した薄膜は、時間の経過やその後に加熱履歴によって変質する場合がある。この変質は、薄膜の屈折率や基板の水素パッシベーションに影響を与える場合がある。

例えば、前記図１４（ａ）、（ｂ）で示した構成では、取り出し室において基板温度が急激に降下するし、大きな温度変化が生じる。図１５、図１６はこの構成における温度変化を示している。何れの構成例においても、ＣＶＤ室内で保持されたプロセス温度から温度が急激に降下する。

この温度低下を防ぐ構成として、図１４（ｃ）に示すように、取り出し室の下流大気側に加熱室を付加する構成が考えられる。しかしながら、この構成は取り出し室での温度降下を大気側の加熱室で補うため、図１７に示すように、良好な温度効率が得られないという問題がある。

そこで、本発明は上記課題を解決して、ＣＶＤ薄膜形成工程の後工程において、膜質の変質を低減することを目的とし、また、水素パッシベーションの効果を向上させることを目的とする。

本発明は、ＣＶＤ薄膜形成工程から連続的に基板電極を焼成温度以上に予め加熱することによって、ＣＶＤ薄膜形成工程の後工程における薄膜の変質を低減すると同時に、基板の粒界および界面、薄膜内部に残る未結合の水素基の反応を促進し、水素終端率を向上させ、これによって形成される太陽電池の発電効率を向上させる。

また、本発明は、加熱処理中に熱伝導率の良い水素ガスを導入することによって、加熱効率を向上させ、処理時間を短縮するとともに、加熱装置の簡略化を図る。

また、基板を加熱すると、この加熱によって基板の粒界および界面および薄膜内部に残る未結合の水素基が基板の外部に放出され、水素パッシベーション効果が低減する。本発明は、加熱室の水素分圧を上げることによって、この加熱による水素パッシベーション効果の低減を防ぐ。

また、本発明は、大気ベントと加熱工程とを同時に行うことによって、総合的な処理時間を短縮し、生産効率を向上させる。

また、本発明は、処理済みの基板の高温加熱を大気側で行う構成としてもよい。この構成によれば、従来装置の真空チャンバの出口への加熱機構の付加によって構成することができるため、従来装置の変更を最小限とすることができ、また、付加する加熱機構は大気中でよいため、装置を簡略化することができる。

また、本発明は、高温加熱した基板を大気側に取り出す際に、高温のトレイを予め冷却することによって、後工程への基板の搬送を容易とすることができる。

本発明のＣＶＤ装置は上記した各態様とするために、第１の形態では、多結晶太陽電池のＳｉＮ（窒化シリコン）反射膜を形成するＣＶＤ装置において、真空チャンバ内に、ＣＶＤによるＳｉＮ薄膜の形成によって、多結晶シリコン基板上にしてＳｉＮ反射膜（窒化シリコン反射膜）を形成するＣＶＤ室と、ＳｉＮ薄膜を形成した後に、ＣＶＤのプロセス温度に維持、又はＣＶＤ温度のプロセス温度以上に加熱する加熱室を備える構成とする。

また、第２形態では、多結晶太陽電池のＳｉＮ（窒化シリコン）反射膜を形成するＣＶＤ装置において、真空チャンバ内に、ＣＶＤによるＳｉＮ薄膜の形成によって、多結晶シリコン基板上にしてＳｉＮ反射膜（窒化シリコン反射膜）を形成するＣＶＤ室と、ＳｉＮ薄膜を形成した後に、ＣＶＤのプロセス温度に維持、又はＣＶＤ温度のプロセス温度以上への加熱と、基板の取り出しとを行う加熱取出室を備える。

上記した第１の形態の加熱室、および第２の形態の加熱取出室は、ＣＶＤ薄膜形成工程から連続的に基板電極を焼成温度以上に予め加熱し、ＣＶＤ薄膜形成工程の後工程における薄膜の変質を低減する。

また、第１，２の形態において、加熱室又は加熱取出室は、加熱処理中に水素ガスの導入を自在とする構成とする。

加熱処理中における水素ガスの導入は、水素ガスの良好な熱伝導率によって加熱効率を向上させて処理時間を短縮する。また、加熱室の水素分圧を上げることによって、この加熱による水素パッシベーション効果の低減を防ぐ。水素パッシベーションは、基板の粒界および界面、薄膜内部に残る未結合の水素基の反応を促進し、水素終端率を向上させ、これによって形成される太陽電池の発電効率を向上させる。

また、本発明は第３の形態は、加熱取出室の大気側に、ＣＶＤ温度のプロセス温度以上への加熱を自在とする加熱室を備えてもよい。この構成によって、大気ベントと加熱工程とを同時に行い、これにより総合的な処理時間を短縮し、生産効率を向上させる。また、この加熱室の付加を、処理済みの基板の高温加熱を大気側で行う構成としてもよい。この構成は、従来装置をわずかに変更することで可能であり、また、付加する加熱機構は大気中でよいため簡易な装置とすることができる。

本発明の第４の形態は、真空チャンバ内に、基板およびこの基板を搭載する基板トレイを冷却する冷却機構を有する冷却室を備える。この冷却室は、高温加熱した基板を大気側に取り出す際に、高温のトレイを予め冷却することによって、後工程への基板の搬送を容易とする。

本発明によれば、ＣＶＤ薄膜形成工程の後工程において、膜質の変質を低減することができる。また、水素パッシベーションの効果を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の第１の形態の概略を説明するための図であり、図２〜図７は本発明の第１の形態の概略を説明するための図であり、図８〜図１０は本発明の第３の形態の概略を説明するための図であり、図１１〜図１３は本発明の第４の形態の概略を説明するための図である。

はじめに、本発明の第１の形態について図１を用いて説明する。なお、図１はインライン式のＣＶＤ装置の構成例を示している。

図１において、本発明のＣＶＤ装置は、多結晶太陽電池のＳｉＮ（窒化シリコン）反射膜を形成するＣＶＤ装置において、真空チャンバ１０内に、トレイ（レセプタ）上に載置された基板を取り込む取込室１１、取り込んだ基板を加熱する加熱室１２、基板にＣＶＤによるＳｉＮ薄膜の形成によって、多結晶シリコン基板上にしてＳｉＮ反射膜（窒化シリコン反射膜）を形成するＣＶＤ室１３，１４、ＳｉＮ薄膜を形成した後に、ＣＶＤのプロセス温度に維持、又はＣＶＤ温度のプロセス温度以上に加熱する加熱室１５、基板を大気側に取り出す取出室１６をインライン状に配列し、基板を連続処理する。

ここで、本発明のＣＶＤ装置は、加熱室１５によって、薄膜形成後の基板をプロセス温度、あるいはプロセス温度以上に加熱するとともに、水素ガスを導入する。

この加熱室１５による加熱によって、基板電極を焼成温度以上に予め加熱し、ＣＶＤ薄膜形成工程の後工程における薄膜の変質を低減する。また、水素ガスを導入することによって、水素ガスの良好な熱伝導率による加熱効率の向上を図り、加熱室の水素分圧を上げることによって、加熱による水素パッシベーション効果の低減を防ぐ。

次に、本発明の第２の形態について図２〜図７を用いて説明する。なお、図２は第２の形態の第１構成例を示し、図３〜図５は第２の形態の第２構成例を示し、図６，図７は第２の形態の第３構成例を示している。

第１の形態は加熱室と取出室とを個別に備える構成であるのに対して、第２の形態は加熱室と取出室とを一つの加熱取出室で兼ねる構成である。

図２に示す第２の形態の第１構成例では、多結晶太陽電池のＳｉＮ（窒化シリコン）反射膜を形成するＣＶＤ装置において、真空チャンバ２０内に、トレイ（レセプタ）上に載置された基板を取り込む取込室２１、取り込んだ基板を加熱する加熱室２２、基板にＣＶＤによるＳｉＮ薄膜の形成によって、多結晶シリコン基板上にしてＳｉＮ反射膜（窒化シリコン反射膜）を形成するＣＶＤ室２３，２４、ＳｉＮ薄膜を形成した後に、ＣＶＤのプロセス温度に維持、又はＣＶＤ温度のプロセス温度以上に加熱するとともに、加熱した基板を大気側に取り出す加熱取出室２５をインライン状に配列し、基板を連続処理する。

ここで、本発明のＣＶＤ装置は、加熱取出室２５において、前記した第１の形態と同様に、薄膜形成後の基板をプロセス温度、あるいはプロセス温度以上に加熱するとともに、水素ガスを導入することで、第１の形態と同様の効果を奏する。

加熱取出室２５は、加熱室と取出室とを一室とすることで、ＣＶＤ装置を小型化することができる。

図３に示す第２の形態の第２構成例では、図２に示す第１構成例において、取込室２１に代えて加熱機能を兼ね備えた取込加熱室２６とするとともに、この取込加熱室２６の上流側の大気側に加熱室２７を備える。

また、図４に示す第２の形態の第２構成例は、クラスター型の構成例である。このクラスター型の構成例では、中央の真空チャンバ２０の外周に、取込加熱室２６，ＣＶＤ室２３，２４，加熱取出室２５を配置する構成である。なお、このクラスター型の構成例において、取込加熱室２６に基板の取り出し機能を持たせることで取込取出加熱室を構成することによって、加熱取出室２５を省いた構成としてもよい。

図５は、第２の形態の第２構成例による加熱プロセスにおける温度の時間変化を示している。第２の形態の第２構成例によれば、加熱室２２によって基板およびトレイを加熱した後、加熱取出室２５でさらに加熱してＣＶＤ室２３，２４におけるＣＶＤプロセス温度（図では５００℃）とし、ＣＶＤプロセス処理の後、加熱取出室２５でさらに加熱して真空チャンバ外に搬出する。この加熱取出室２５では、後工程に要する温度、あるいは加熱取出室２５から取り出した後の温度低下を加味した温度に加熱する。

図６に示す第２の形態の第３構成例では、図２に示す第１構成例において、取込室２１に代えて加熱機能を兼ね備えた取込加熱室２６とする。

また、図７に示す第２の形態の第３構成例は、クラスター型の構成例である。図７（ａ）に示すクラスター型の構成例は、中央の真空チャンバ２０の外周に、取込加熱室２６、ＣＶＤ室、２３，２４、加熱取出室２５を配置する構成であり、図７（ｂ）に示すクラスター型の構成例では、中央の真空チャンバ２０の外周に、取込加熱室２６、ＣＶＤ室、２３，２４、取込取出加熱室２８を配置する構成である。この取込取出加熱室２８は、取込加熱室２６に基板の取り出し機能を持たせたものであり、これによって、加熱取出室２５を省くことができる。

次に、本発明の第３の形態について図８〜図１０を用いて説明する。

第３の形態は、第１、２の形態において、真空チャンバの基板取出室の大気側に加熱室を付加し、真空チャンバから取り出した基板およびトレイを加熱して温度低下を防ぐ構成である。

図８に示す第３の形態の構成例では、多結晶太陽電池のＳｉＮ（窒化シリコン）反射膜を形成するＣＶＤ装置において、真空チャンバ３０内に、トレイ（レセプタ）上に載置された基板を取り込む取込室３１、取り込んだ基板を加熱する加熱室３２、基板にＣＶＤによるＳｉＮ薄膜の形成によって、多結晶シリコン基板上にしてＳｉＮ反射膜（窒化シリコン反射膜）を形成するＣＶＤ室３３，３４、ＳｉＮ薄膜を形成した後に、ＣＶＤのプロセス温度に維持、又はＣＶＤ温度のプロセス温度以上に加熱するとともに、加熱した基板を大気側に取り出す加熱取出室３５をインライン状に配列し基板を連続処理する構成とするとともに、さらに、大気側に加熱室２６を付加する。

ここで、本発明のＣＶＤ装置は、加熱取出室３５において、前記した第１、２の形態と同様に、薄膜形成後の基板をプロセス温度、あるいはプロセス温度以上に加熱するとともに、水素ガスを導入することで、第１、２の形態と同様の効果を奏する。

また、図９に示す第３の形態の構成例は、クラスター型の構成例である。このクラスター型の構成例では、中央の真空チャンバ３０の外周に、取込加熱室３１，加熱室３２，ＣＶＤ室３３，３４，加熱取出室３５を配置し、さらに大気側に加熱室３６を備える構成である。

図１０は、第３の形態の構成例による加熱プロセスにおける温度の時間変化を示している。第３の形態の構成例によれば、取込加熱室３１で取り込んだ基板およびトレイを加熱した後、さらに加熱室３２で加熱してＣＶＤ室３３，３４におけるＣＶＤプロセス温度（図では５００℃）とし、ＣＶＤプロセス処理の後、加熱取出室３５で加熱して真空チャンバ外に搬出し、加熱室３６でさらに加熱する。この加熱取出室３５および加熱室３６では、後工程に要する温度、あるいは加熱室３６から取り出した後の温度低下を加味した温度に加熱する。

次に、本発明の第４の形態について図１１〜図１３を用いて説明する。

第４の形態は、第１、２の形態において、真空チャンバの基板取出室の大気側に冷却室を付加し、真空チャンバから取り出した基板およびトレイを冷却し、後工程への基板の搬送を容易とする構成である。

図１１に示す第４の形態の構成例では、多結晶太陽電池のＳｉＮ（窒化シリコン）反射膜を形成するＣＶＤ装置において、真空チャンバ４０内に、トレイ（レセプタ）上に載置された基板を取り込む取込加熱室４１、取り込んだ基板を加熱する加熱室４２、基板にＣＶＤによるＳｉＮ薄膜の形成によって、多結晶シリコン基板上にしてＳｉＮ反射膜（窒化シリコン反射膜）を形成するＣＶＤ室４３，４４、ＳｉＮ薄膜を形成した後に、ＣＶＤのプロセス温度に維持、又はＣＶＤ温度のプロセス温度以上に加熱するとともに、加熱した基板を大気側に取り出す加熱室４５をインライン状に配列し基板を連続処理する構成とするとともに、さらに、冷却取出室４６を備える。

ここで、本発明のＣＶＤ装置は、加熱取出室４５において、前記した第１、２の形態と同様に、薄膜形成後の基板をプロセス温度、あるいはプロセス温度以上に加熱するとともに、水素ガスを導入することで、第１、２の形態と同様の効果を奏する。

また、図１２に示す第４の形態の構成例は、クラスター型の構成例である。このクラスター型の構成例では、中央の真空チャンバ４０の外周に、取込加熱室４１，加熱室４２，ＣＶＤ室４３，４４，加熱室４５を配置し、さらに冷却取出室４６を備える構成である。

図１３は、第４の形態の構成例による加熱プロセスにおける温度の時間変化を示している。第４の形態の構成例によれば、取込加熱室４１で取り込んだ基板およびトレイを加熱した後、さらに加熱室４２で加熱してＣＶＤ室４３，４４におけるＣＶＤプロセス温度（図では５００℃）とし、ＣＶＤプロセス処理の後、焼成し（例えば８５０℃）、冷却取出室４６から搬出する。

冷却取出室４６は、加熱室４５で高温に加熱された基板およびトレイを冷却することで、真空チャンバから取り出した後の後工程への搬送を容易とする。

本発明は、太陽電池用薄膜に限らず、基板上に異なる膜厚を生成する成膜処理に適用することができる。

本発明の第１の形態の概略を説明するための図である。本発明の第２の形態の第１構成例を示す図である。本発明の第２の形態の第２構成例を示す図である。本発明の第２の形態のクラスター型の第２構成例を示す図である。本発明の第２の形態の第２構成例による加熱プロセスにおける温度の時間変化を示す図である。本発明の第２の形態の第３構成例を示す図である。本発明の第２の形態のクラスター型の第３構成例を示す図である。本発明の第３の形態の概略を説明するための図である。本発明の第３の形態のクラスター型の構成例を示す図である。本発明の第３の形態の構成例による加熱プロセスにおける温度の時間変化を示す図である。本発明の第４の形態の概略を説明するための図である。本発明の第４の形態のクラスター型の構成例を示す図である。本発明の第４の形態の構成例による加熱プロセスにおける温度の時間変化を示す図である。従来のＣＶＤ装置の構成例を説明するための図である。従来のＣＶＤ装置の温度変化を説明するための図である。従来のＣＶＤ装置の温度変化を説明するための図である。従来のＣＶＤ装置の温度変化を説明するための図である。

符号の説明

１０…真空チャンバ、１１…取込室、１２…加熱室、１３，１４…ＣＶＤ室、１５…加熱室、１６…取出室、２０…真空チャンバ、２１…取込室、２２…加熱室、２３，２４…ＣＶＤ室、２５…加熱取出室、２６…取込加熱室、２７…加熱室、３０…真空チャンバ、３１…取込加熱室、３２…加熱室、３３，３４…ＣＶＤ室、３５…加熱取出室、３６…加熱室、４０…真空チャンバ、４１…取込加熱室、４２…加熱室、４３，４４…ＣＶＤ室、４５…加熱室、４６…冷却取出室。

Claims

多結晶太陽電池のＳｉＮ（窒化シリコン）反射膜を形成するＣＶＤ装置において、
真空チャンバ内に、
ＣＶＤによるＳｉＮ薄膜の形成によって、多結晶シリコン基板上にしてＳｉＮ反射膜（窒化シリコン反射膜）を形成するＣＶＤ室と、
前記ＳｉＮ薄膜を形成した後に、ＣＶＤのプロセス温度に維持、又はＣＶＤ温度のプロセス温度以上に加熱する加熱室を備えることを特徴とする、ＣＶＤ装置。
多結晶太陽電池のＳｉＮ（窒化シリコン）反射膜を形成するＣＶＤ装置において、
真空チャンバ内に、
ＣＶＤによるＳｉＮ薄膜の形成によって、多結晶シリコン基板上にしてＳｉＮ反射膜（窒化シリコン反射膜）を形成するＣＶＤ室と、
前記ＳｉＮ薄膜を形成した後に、ＣＶＤのプロセス温度に維持、又はＣＶＤ温度のプロセス温度以上への加熱と、基板の取り出しとを行う加熱取出室を備えることを特徴とする、ＣＶＤ装置。
前記加熱室又は加熱取出室は、加熱処理中に水素ガスの導入を自在とすることを特徴とする、請求項１又は２に記載のＣＶＤ装置。
前記加熱取出室は、当該加熱取出室の大気側に、ＣＶＤ温度のプロセス温度以上への加熱を自在とする加熱室を備えることを特徴とする、請求項２又は３に記載のＣＶＤ装置。
前記加熱取出室は、基板の取り出すためのベント動作と加熱処理とを同時に行うことを特徴とする、請求項２から請求項４の何れかに記載のＣＶＤ装置。
前記真空チャンバ内に、前記基板および当該基板を搭載する基板トレイを冷却する冷却機構を有する冷却室を備えることを特徴とする、請求項１から３の何れかに記載のＣＶＤ装置。