JP2009267261A - 薄膜製造装置、薄膜製造方法、薄膜太陽電池製造装置及び薄膜太陽電池製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】不所望の不純物の混入を抑制することができる薄膜製造装置を提供する。
【解決手段】本発明の薄膜製造装置は、真空容器１１と、真空容器１１内に設けられた高周波アンテナ１３と、真空容器１１内に高周波アンテナ１３から離間して設けられた基板保持部１９と、高周波アンテナ１３の近傍に設けられたプラズマ生成ガス供給口１４と、プラズマ生成ガス供給口１４と基板Ｓの間に設けられた主原料ガス供給口１５と、プラズマ生成ガス供給口１４と基板Ｓの間であって主原料ガス供給口１５と基板Ｓの間に設けられたドーピングガス供給口１６、１７とを備える。ドーピングガス供給口１６、１７が最も基板Ｓに近い位置にあることにより、ドーピングガスがアンテナ側に逆流することを防ぐことができるため、ドーピング原子がアンテナ等に付着することを防ぐことができる。そのため、不所望のドーピング材料が不純物として薄膜に混入することが抑えられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ドーピング原子がドープされた半導体の薄膜を含む薄膜を積層したものの製造装置及び製造方法、並びにそれらを用いた薄膜太陽電池の製造装置及び薄膜太陽電池の製造方法に関する。

太陽電池の１種として真性半導体層（i層）をp型半導体層（p層）とn型半導体層（n層）で挟んだpin型薄膜太陽電池がある。近年、太陽電池の需要の増加に伴いバルクのシリコン結晶を入手しにくくなってきたため、バルクシリコン結晶を使用する必要がないという点でpin型薄膜太陽電池の注目度が増している。

pin型薄膜太陽電池は、初期の頃にはp層、i層及びn層を同一のチャンバ内で順に成膜することにより作製されていた。特許文献１には、ホウ素原子がドープされたアモルファスシリコンカーバイドから成るp層と、アモルファスシリコンから成るi層と、リン原子がドープされたアモルファスシリコンから成るn層から成るpin型薄膜太陽電池の各層を同一のチャンバ内で成膜することが記載されている。各層は、薄膜の原料となる原料ガスとプラズマを生成するための水素ガスを混合してチャンバ内に供給し、グロー放電により水素ガスからプラズマを生成し、プラズマによって原料ガスを分解し、分解した原料を基板に堆積させることにより作製される。原料ガスは、p層の成膜時にはシラン(SiH₄)ガス、メタン(CH₄)ガス及びジボラン(B₂H₆)ガスの混合ガスが、i層の成膜時にはシランガスが、n層の成膜時にはシランガス、フォスフィン(PH₃)ガスの混合ガスが、それぞれ用いられる。

しかし、この装置では１つの層を作製した後にチャンバ内に残った原料ガスを完全に除去することが難しいため、作製されたpin型薄膜太陽電池の各層に他の層の原料が混入するおそれがある。特に、p層にドープされるべきドーピング原子（ドナー原子）がi層やn層に混入したり、n層にドープされるべきドーピング原子（アクセプタ原子）がp層やi層に混入したりすると、各層は所定の電気的特性を持たなくなってしまう。

特許文献２及び３には、p層、i層及びn層を別々のチャンバ内で成膜する太陽電池の製造装置が記載されている。このうち特許文献２に記載の装置では、p層形成チャンバ、i層形成チャンバ及びn層形成チャンバが直線状に配置されている。一方、特許文献３に記載の装置では、内部に基板搬送装置が配置されたセンター真空チャンバの周囲に、p層形成チャンバ、i層形成チャンバ及びn層形成チャンバが配置されている。このようにp層、i層及びn層を別々のチャンバ内で成膜すれば、作製されたpin型薄膜太陽電池の各層に他の層の原料が混入することを防ぐことができる。

しかし、これら特許文献２及び３に記載の装置はチャンバが３室以上必要になるため、チャンバが１室のみの場合よりもコストが高くなる。また、チャンバ間で基板を搬送する際に一旦基板の温度を下げ、搬送後に再度基板の温度を上げるため、エネルギー及び時間のロスが大きくなる。更に、基板の移動中に不所望の不純物が各層に混入するおそれがある。そのうえ、搬送装置は機械的機構を有するため故障が生じやすい、という欠点もある。

このような問題は薄膜太陽電池を製造する際に限らず、トランジスタやダイオード等、ドーピング原子がドープされた薄膜を有する物を製造する際にも同様に生じる。

特開昭57-095677号公報（第3頁右上欄20行目〜左下欄13行目、図1） 特開2004-221427号公報（[0039]、図1） 特開平08-236795号公報（[0013]〜[0027]、図1）

本発明が解決しようとする課題は、pin型薄膜太陽電池のようにドーピング原子がドープされた薄膜を有する物を製造するための装置及び方法であって、不所望の不純物が薄膜に混入することなく所定の電気的特性を持つ薄膜を作製することができ、且つコストが低い薄膜製造装置及び方法を提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明に係る薄膜製造装置は、薄膜を基板の表面に製造する装置であって、
a) 真空容器と、
b) 前記真空容器内に設けられた高周波アンテナと、
c) 前記真空容器内に前記高周波アンテナから離間して設けられた、前記基板を保持する基板保持部と、
d) 前記高周波アンテナの近傍に設けられたプラズマ生成ガス供給口と、
e) 前記プラズマ生成ガス供給口と同じ位置又は前記プラズマ生成ガス供給口と前記基板の間に設けられた主原料ガス供給口と、
f) 前記プラズマ生成ガス供給口と前記基板の間であって、前記主原料ガス供給口と同じ位置又は前記主原料ガス供給口と前記基板の間に設けられたドーピングガス供給口と、
を備えることを特徴とする。

この装置では、薄膜の電気的特性を最も左右するドーピング原子を有するガス（ドーピングガス）は、複数のガス供給口のうち最も基板に近いガス供給口から真空容器内に供給される。これにより、大流量のプラズマ生成ガスがアンテナ近傍から基板へ向かう流れが形成されるため、この装置では流れの下流域で導入したドーピングガスがアンテナ近傍に逆流することがほとんどない。そのため、ドーピングガスの成分が真空容器の内壁や高周波アンテナの表面などに付着したりすることがほとんどなく、また、複数の種類の薄膜を同一の真空容器内で作製しても、残留したドーピング原子が所定の薄膜以外の薄膜に混入することがほとんどない。また、ドーピングガスが基板近傍に導入されるため、プラズマで分解生成されたドーピング元素を含む活性種は２次反応を受けることなく基板に堆積する。そのため、２次反応による膜質の低下を防ぐことができる。未分解のドーピングガスは、プラズマ生成ガスの流れにより、基板近傍から反応室外へ排出される。更に、複数の種類の薄膜の積層体を同一の真空容器で作製することで、基板を真空容器間で搬送する必要がなくなるため、時間及びエネルギーのロスが生じず、また、故障の要因を少なくすることができる。

前記主原料ガス供給口と前記プラズマ生成ガス供給口は同一のガス供給口とすることができる。これにより、装置の構成を簡素化することができる。特に、作製する各薄膜の主原料が全て同じである場合には、主原料が他の薄膜の不純物にはならないため、このような構成をとることが有効である。

ドーピングガス供給口は主原料ガス供給口とは別に設けることが望ましい。この場合、ドーピングガスの拡散を防ぐために、ドーピングガス供給口は主原料ガス供給口よりも基板台寄りに設ける。なお、ドーピングガスの切り替え時に供給口付近に僅かに残るドーピングガスを十分にパージすることができる場合には、主原料ガスとドーピングガスを同一のガス供給口から供給することもできる。

また、前記ドーピングガス供給口は、異なる２種以上のドーピングガスに対してそれぞれ設けることができる。これにより、薄膜毎に異なるドーピングガスを使用する際に、不所望のドーピング材料が混入することをより防ぐことができる。

本発明の薄膜製造装置は、前記ドーピングガス供給口と前記基板保持部の間に、前記基板保持部に向かうプラズマを遮蔽した状態及び開放した状態を切り替え可能な遮蔽手段を備えることができる。この装置を用いて、まず遮蔽状態でプラズマの生成を開始し、その後、プラズマの状態が安定してから遮蔽手段を開放することにより、薄膜の品質を向上させることができる。

また、本発明の薄膜製造装置は、前記高周波アンテナを前記真空容器内で移動させるアンテナ移動手段を備えることができる。このアンテナ移動手段を用いて、前記高周波アンテナを前記真空容器内で移動させつつ前記高周波アンテナに高周波電流を流すことにより、プラズマの密度分布を制御することができる。

本発明により、ドーピングガスがアンテナ側に逆流することを防止し、ドーピングガスの分解物が基板以外の場所に付着するのを防止することができるため、薄膜の電気的特性を最も左右するドーピング原子がアンテナ等のプラズマ生成空間あるいはその近傍の真空容器内に付着することを防ぐことができる。そのため、複数の種類の薄膜を同一の真空容器内で作製しても、残留したドーピング原子が不所望の不純物として所定の薄膜以外の薄膜に混入することがほとんどなく、所定の電気的特性を持つ薄膜を作製することができる。更に、複数の種類の薄膜の積層体を同一の真空容器で作製することができることにより、基板を真空容器間で搬送する必要がなくなるため、時間及びエネルギーのロスを防ぐことができると共に、故障の要因を少なくすることができる。

以下、本発明に係る薄膜製造装置及び方法の実施例を、薄膜太陽電池の製造装置及び方法を例として説明する。

図１〜図３を用いて、本発明の第１実施例に係る太陽電池製造装置１０及び太陽電池製造方法を説明する。図１は太陽電池の製造時にこの太陽電池製造装置１０内に（後述のように起立した状態で）配置される基板Ｓに垂直な縦断面の図であり、図２は基板Ｓに平行な縦断面の図であり、図３は上面図である。

太陽電池製造装置１０は、真空ポンプ（図示せず）により内部を真空にすることが可能な真空容器１１と、真空容器１１の上下から真空容器１１内に突出するように設けられた４個のアンテナ支持部１２と、各アンテナ支持部１２に４個ずつ取り付けられた高周波アンテナ１３を有する。アンテナ支持部１２は薄い直方体形状をなしており、内部は空洞となっている。高周波アンテナ１３は真空容器１１内に１６個、縦・横共にほぼ等間隔に配置される。各高周波アンテナ１３は線状の導体を「コ」の字状に曲げた矩形の平面状アンテナであり、同一平面に配置されている。また、各アンテナ支持部１２に対応して、インピーダンス整合器１８２を介して高周波電源１８１が１個ずつ設けられている。高周波アンテナ１３は、それらが取り付けられているアンテナ支持部１２に対応した高周波電源１８１に並列に接続されている。更に、高周波アンテナ１３を挟んで、高周波アンテナ１３の平面に平行に１対（２個）、基板Ｓを起立した状態で取り付ける基板台（基板保持部）１９が設けられている。基板台１９は、薄膜製造時の基板Ｓの温度を調節するためのヒータ（図示せず）を有する。

真空容器１１内には、プラズマ生成ガス供給管１４１、主原料ガス供給管１５１、p型ドーピングガス供給管１６１、n型ドーピングガス供給管１７１の４種類のガス供給管が設けられている。このうちプラズマ生成ガス供給管１４１は、真空容器１１の壁、アンテナ支持部１２の内部及びアンテナ支持部１２の壁を通って、真空容器１１の内部の高周波アンテナ１３付近に開口端が達するように設けられている。この開口端がプラズマ生成ガス供給口１４となる。一方、主原料ガス供給管１５１、p型ドーピングガス供給管１６１、n型ドーピングガス供給管１７１はいずれも、真空容器１１の壁を通って真空容器１１内に延びており、真空容器１１内では管壁に孔が多数設けられている。この孔が主原料ガス供給管１５１では主原料ガス供給口１５、p型ドーピングガス供給管１６１ではp型ドーピングガス供給口１６、n型ドーピングガス供給管１７１ではn型ドーピングガス供給口１７となる。

主原料ガス供給口１５はプラズマ生成ガス供給管１４１と基板Ｓの間に配置されており、p型ドーピングガス供給口１６及びn型ドーピングガス供給管１７１はプラズマ生成ガス供給管１４１と基板Ｓの間、且つ主原料ガス供給口１５と基板Ｓの間に配置されている。p型ドーピングガス供給口１６はn型ドーピングガス供給口１７よりも基板Ｓから遠い側に設けられている。

言い換えれば、ここまでに述べた４種類のガス供給口は、基板Ｓに近い方からn型ドーピングガス供給口１７、p型ドーピングガス供給口１６、主原料ガス供給口１５、プラズマ生成ガス供給口１４の順に配置されていることになる。

なお、図１にはp型ドーピングガス供給口１６よりもn型ドーピングガス供給口１７の方が基板Ｓに近くなるように設けられた例を示したが、n型ドーピングガス供給口１７よりもp型ドーピングガス供給口１６の方が基板Ｓに近くなるようにしてもよいし、p型ドーピングガス供給口１６とn型ドーピングガス供給口１７を基板Ｓから同じ距離だけ離れるように配置してもよい。更には、p型ドーピングガス供給口（管）とn型ドーピングガス供給口（管）を共用してもよい。

太陽電池製造装置１０の動作を説明する。ここでは、図４(a)に示すように、シリコンに微量のホウ素がドープされたp型半導体から成るp層９１、シリコンから成るi層９２及びシリコンに微量のリンがドープされたn型半導体から成るn層９３が積層され、この積層体を第１電極９４及び透明電極９５で挟んたpin型薄膜太陽電池を製造する場合を例として説明する。

まず、基板Ｓを２個の基板台１９に１枚ずつ取り付けた後、真空容器１１の内部を真空にする。なお、基板Ｓには、通常の蒸着法によって予め表面に第１電極９４が形成されたものを用いる。次に、プラズマ生成ガス供給口１４から水素ガスを、主原料ガス供給口１５からシランガスを、p型ドーピングガス供給口１６からジボランガスを、それぞれ真空容器１１内に供給しつつ、高周波アンテナ１３に周波数13.56MHzの高周波電流を流す。これにより、水素ガスがプラズマ化し、生成された水素プラズマが真空容器１１内に拡散する。そして、水素プラズマによってシラン及びジボランが分解され、それによってシランから生成されたシリコン及びジボランから生成されたホウ素が基板Ｓの表面に堆積することにより、p層９１が形成される。その際、この工程で使用された各ガス供給口のうちp型ドーピングガス供給口１６が最も基板台１９に近い位置にあることにより、ジボランが分解して生成されたホウ素がすぐに基板Ｓに到達するため、ホウ素が真空容器１１内に拡散することを抑制することができる。

このようにp層９１を作製した後、真空容器１１内に残ったガスを真空ポンプによって排出する。それと共に、次の工程でジボランガスが真空容器１１内に漏出しないように、p型ドーピングガス供給管１６１内に残ったジボランガスも管の外に排出することが望ましい。その際、p型ドーピングガス供給管１６１の内面に吸着したガスを真空容器１１外へ排出するため、He, Ar等の不活性ガス、あるいはH₂ガスをp型ドーピングガス供給管１６１内に一定時間流すことが望ましい。

次に、プラズマ生成ガス供給口１４から水素ガスを、主原料ガス供給口１５からシランガスを、それぞれ真空容器１１内に供給しつつ、高周波アンテナ１３に高周波電流を流す。これにより、p層９１の作製時と同様にプラズマが作用し、p層９１の表面にi層９２が形成される。その後、真空容器１１内に残ったガスを真空ポンプによって排出する。

次に、プラズマ生成ガス供給口１４から水素ガスを、主原料ガス供給口１５からシランガスを、n型ドーピングガス供給口１７からフォスフィンガスを、それぞれ真空容器１１内に供給しつつ、高周波アンテナ１３に周波数13.56MHzの高周波電流を流す。これにより、p層９１の作製時と同様にプラズマが作用し、i層９２の表面にn層９３が形成される。その際、この工程で使用された各ガス供給口のうちn型ドーピングガス供給口１７が最も基板台１９に近い位置にあるため、p層９１の場合と同様の理由により、リンが真空容器１１内に拡散することを抑制することができる。

n層９２を作製した後、真空容器１１内に残ったガスを真空ポンプによって排出する。それと共にn型ドーピングガス供給管１７１内に残ったジボランガスも管の外に排出することが望ましい。その際、n型ドーピングガス供給管１７１の内面に吸着したガスを真空容器１１外へ排出するため、He, Ar等の不活性ガス、あるいはH₂ガスをn型ドーピングガス供給管１７１内に一定時間流すことが望ましい。その後、n層９３の表面に透明電極９５を通常の方法で作製することにより、pin型薄膜太陽電池が完成する。

p層９１、i層９２、n層９３を作製した後に更に、上記と同様の方法により第２のp層９１２、第２のi層９２２及び第２のn層９３２を積層させることにより、タンデム型の薄膜太陽電池を作製することもできる（図４(b)）。このタンデム型の薄膜太陽電池では、第１のi層９２にはアモルファスシリコンを形成し、第２のi層９２２には微結晶シリコンを形成することが望ましい。その理由は以下の通りである。アモルファスシリコンは可視光のうち短波長側の領域の光のエネルギーを吸収するのに対して、微結晶シリコンは可視光のうち長波長側の領域から赤外領域にかけての光のエネルギーを吸収する。従って、両者を組み合わせたタンデム型薄膜太陽電池は、アモルファス又は微結晶のいずれか一方のみを用いた場合よりも広い波長帯の光のエネルギーを吸収することができる。

本発明の太陽電池製造装置１０では、プラズマ生成ガスとしてH₂ガスを用い、H₂ガスとシランガスの流量比を調節することにより、作製される薄膜の結晶性を制御することができる。特に、シリコン薄膜を作製する場合には、アモルファスから多結晶までの広い範囲に亘って結晶性を制御することができる。例えば図２に示された４個の高周波電源から投入される電力をいずれも2kWとし、シランガスの流量を400sccm、水素ガスの流量を600sccmとして成膜した場合には全面がアモルファスシリコンから成るSi膜が得られたのに対して、同じ投入電力でシランガスの流量を75sccm、水素ガスの流量を750sccmとして成膜した場合にはほとんどアモルファス相のない微結晶Siの膜が得られた。また結晶化の割合は、入力する高周波電力の大きさにも依存する。一般に入力する高周波電力が大きいほど結晶化しやすい。このように、同一の太陽電池製造装置１０を用いて、アモルファスシリコンから成る第１のi層９２と、微結晶シリコンから成る第２のi層９２２の双方を作製することができる。

なお、ここまではp層９１、i層９２、n層９３の順に作製する場合を例に説明したが、n層９３、i層９２、p層９１の順に作製することもできる。また、主原料及びドーピング材料は上記のものには限定されない。例えば主原料ガスとしてシランに加えてメタンを用いることにより、シリコンカーバイドから成るi層並びにそれにドーピング材料がドープされたp層及びn層を作製することができる。

図５に、本発明の第２実施例に係る太陽電池製造装置２０の基板Ｓに垂直な縦断面図を示す。ここでは、第１実施例の太陽電池製造装置１０と同じ構成要素については、第１実施例と同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施例の太陽電池製造装置２０は、太陽電池製造装置１０と同様の真空容器１１、アンテナ支持部１２及び高周波アンテナ１３及び基板台１９を有する。この太陽電池製造装置２０は、第１ガス供給管２４１と第２ガス供給管２５１の２種類のガス供給管を有する。第１ガス供給口２４は、真空容器１１の外から真空容器１１の壁及びアンテナ支持部１２の内部を通過し、更にアンテナ支持部１２の壁を通過して第１ガス供給口（開口端）２４が真空容器１１の内部に達するように設けられている。第２ガス供給管２５１は、真空容器１１の外から真空容器１１の壁を通過して真空容器１１内に延びており、真空容器１１内では第２ガス供給管２５１の壁に多数の第２ガス供給口（孔）２７が設けられている。第２ガス供給口２７は第１ガス供給口２４よりも基板Ｓに近い位置、即ち第１ガス供給口２４と基板Ｓの間に設けられている。

この太陽電池製造装置２０では、プラズマ生成ガス及び主原料ガスは、両者が混合された状態で第１ガス供給口２４から真空容器１１内に供給される。一方、ドーピングガスは、その種類に関わらず第２ガス供給口２７から真空容器１１内に供給される。即ち、p層のドーピングガスもn層のドーピングガスも第２ガス供給口２７から供給される。このようにプラズマ生成ガスと主原料ガスの供給口、及び複数のドーピングガスの供給口を共用することにより、装置の構成を単純化することができる。

本実施例の太陽電池製造装置２０の動作は、上記のガス供給方法を除いて、基本的には第１実施例の太陽電池製造装置１０の動作と同様である。

太陽電池製造装置２０において、第１ガス供給口２４からプラズマ生成ガスのみを、第２ガス供給口から主原料ガス（ドーピングを行わない時）又は主原料ガスとドーピングガスの混合ガス（ドーピングを行う時）を、それぞれ供給するようにしてもよい。

図６に、本発明の第３実施例に係る太陽電池製造装置３０の基板Ｓに垂直な縦断面図を示す。第１実施例の太陽電池製造装置１０と同じ構成要素については、第１実施例と同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

本実施例の太陽電池製造装置３０は、第１実施例の太陽電池製造装置１０のn型ドーピングガス供給口１７と基板台１９の間に遮蔽手段３１を設けたものである。遮蔽手段３１は、図６に示すように遮蔽膜３１１を輪にして１対のローラ３１３に掛けたものである。基板台１９及び基板Ｓは遮蔽膜３１１の輪の内側に配置される。遮蔽膜３１１の一部には、図７(a)に示すように窓３１２が設けられている。ローラ３１３を回転させることにより、遮蔽膜３１１の窓３１２が基板Ｓに向かい合う開放状態（図７(a)）及び遮蔽膜３１１（窓３１２がない部分）が基板Ｓに向かい合う遮蔽状態（図７(b)）を切り替えることができる。

本実施例の太陽電池製造装置３０を用いてp層、i層及びn層を成膜する方法を説明する。まず、遮蔽手段３１を遮蔽状態にしたうえで、プラズマ生成ガス供給口１４、主原料ガス供給口及びp型ドーピングガス供給口１６から所定のガス（例えば第１実施例で用いたガス）を供給し、高周波アンテナ１３に高周波電流を流すことにより、真空容器１１内にプラズマを生成する。この段階では基板Ｓの表面が遮蔽手段により遮蔽されているため、基板Ｓの表面には薄膜原料は堆積しない。所定の時間が経過してプラズマが安定化した後、遮蔽手段３１を開放状態に切り替える。これにより、安定した状態で基板Ｓの表面にp層の薄膜原料が堆積する。p層が形成された後、真空容器１１内に残ったガスを真空ポンプによって排出する。また、遮蔽手段３１を遮蔽状態に戻す。その後、p層と同様の方法により、i層及びn層を作製する。

なお、遮蔽状態においては遮蔽膜３１１に薄膜原料の付着物が生成されるが、この付着物は開放状態では基板台１９の裏側に位置するため成膜に影響を及ぼすことはほとんどない。

図８及び図９に、本発明の第４実施例に係る太陽電池製造装置４０を示す。太陽電池製造装置４０には、真空容器４１内に、縦方向に長い四角柱状のアンテナ支持部４２が１個設けられている。また、真空容器４１内には、上から見て４個の基板Ｓが正方形状にアンテナ支持部４２を取り囲んで配置されるように、基板台４９が４個設けられている。

アンテナ支持部４２は、縦方向に関しては真空容器４１内のほぼ全体に亘って設けられており、横方向に関しては真空容器４１内の中央付近に配置されている。アンテナ支持部４２には四角柱の４つの側面にそれぞれ、高周波アンテナ４３が複数個ずつ設けられていると共に、プラズマ生成ガス供給口４４が複数個ずつ設けられている。プラズマ生成ガス供給口４４には、真空容器４１外部からアンテナ支持部４２内を通っているプラズマ生成ガス供給管４４１が接続されている。また、アンテナ支持部４２は、図示せぬ駆動手段により、四角柱の柱方向の軸の周りに±45°の範囲で回動させることができる。

高周波アンテナ４３と各基板台４９の間には、基板台１個あたり２本、合計８本の主原料ガス供給管４５１が設けられている。主原料ガス供給管４５１には第１〜第３実施例の主原料ガス供給管１５１と同様に管壁に孔、即ち主原料ガス供給口４５が多数設けられている。同様に、高周波アンテナ４３と各基板台４９の間に、p型ドーピングガス供給口４６が多数設けられたp型ドーピングガス供給管４６１が８本、及びn型ドーピングガス供給口４７が多数設けられたn型ドーピングガス供給管４７１が８本、それぞれ配置されている。これらの管は、高周波アンテナ４３から近い順に主原料ガス供給管４５１、p型ドーピングガス供給管４６１、n型ドーピングガス供給管４７１の順に配置されている。

本実施例の太陽電池製造装置４０の動作は、基本的には第１実施例の太陽電池製造装置１０と同様であるが、プラズマを生成している間に、アンテナ支持部４２を上記軸の周りに±45°の範囲内で回動させる点が太陽電池製造装置１０と異なる。プラズマの密度は高周波アンテナに近づくほど高くなるため、このようにアンテナ支持部４２を回動させて高周波アンテナ４３を移動させることにより、真空容器４１内のプラズマの分布を均一に近づけることができる。

以上、第１〜第４の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。例えば、真空容器内に配置される基板台の数は第１〜第４実施例で例示した２個又は４個には限られない。例えば基板を六角形状や八角形状に配置するように基板台を６個あるいは８個用いることもできるし、基板台を１個のみ用いることもできる。基板台は基板を起立した状態で取り付けるものを例として説明したが、それ以外の向きで基板を取り付ける基板台を用いてもよい。高周波アンテナは第１〜第４実施例で例示した矩形の平面状アンテナには限られず、例えば半円形やＵ字形の平面状アンテナや、更には立体的な形状のアンテナであってもよい。また、第３及び第４の実施例において、第２の実施例と同様にプラズマ生成ガス供給口と主原料ガス供給口、あるいは主原料ガス供給口とドーピングガス供給口を共用してもよい。

本発明の第１実施例に係る太陽電池製造装置１０の基板Ｓに垂直な縦断面図。 第１実施例の太陽電池製造装置１０の基板Ｓに平行な縦断面図。 第１実施例の太陽電池製造装置１０の上面図。 本発明により製造される薄膜太陽電池の例を示す断面図。 本発明の第２実施例に係る太陽電池製造装置２０の基板Ｓに垂直な縦断面図。 本発明の第３実施例に係る太陽電池製造装置３０の基板Ｓに垂直な縦断面図。 遮蔽手段３１の一例を示す、基板Ｓに平行な側面の図。 本発明の第４実施例に係る太陽電池製造装置４０の上面図。 本発明の第４実施例に係る太陽電池製造装置４０の側面図。

符号の説明

１０、２０、３０、４０…太陽電池製造装置
１１、４１…真空容器
１２、４２…アンテナ支持部
１３、４３…高周波アンテナ
１４、４４…プラズマ生成ガス供給口
１４１、４４１…プラズマ生成ガス供給管
１５、４５…主原料ガス供給口
１５１、４５１…主原料ガス供給管
１６、４６…p型ドーピングガス供給口
１６１、４６１…p型ドーピングガス供給管
１７、４７…n型ドーピングガス供給口
１７１、４７１…n型ドーピングガス供給管
１８１…高周波電源
１８２…インピーダンス整合器
１９、４９…基板台
２４…第１ガス供給口
２４１…第１ガス供給管
２７…第２ガス供給口
２７１…第２ガス供給管
３１…遮蔽手段
９１、９１２…p層
９２、９２２…i層
９３、９３２…n層
９４…第１電極
９５…透明電極

Claims (18)

1. 基板の表面に薄膜を製造する装置であって、
   a) 真空容器と、
   b) 前記真空容器内に設けられた高周波アンテナと、
   c) 前記真空容器内に前記高周波アンテナから離間して設けられた、前記基板を保持する基板保持部と、
   d) 前記高周波アンテナの近傍に設けられたプラズマ生成ガス供給口と、
   e) 前記プラズマ生成ガス供給口と同じ位置又は前記プラズマ生成ガス供給口と前記基板の間に設けられた主原料ガス供給口と、
   f) 前記プラズマ生成ガス供給口と前記基板の間であって、前記主原料ガス供給口と同じ位置又は前記主原料ガス供給口と前記基板の間に設けられたドーピングガス供給口と、
   を備えることを特徴とする薄膜製造装置。
2. 前記主原料ガス供給口と前記プラズマ生成ガス供給口が同一のガス供給口から成ることを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造装置。
3. 前記ドーピングガス供給口が前記主原料ガス供給口と前記基板の間に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜製造装置。
4. 前記ドーピングガス供給口が、異なる２種以上のドーピングガスに対してそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の薄膜製造装置。
5. 前記ドーピングガス供給口と前記基板の間に、該基板の表面に向かうプラズマを遮蔽した状態及び開放した状態を切り替え可能な遮蔽手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の薄膜製造装置。
6. 前記基板保持部が前記高周波アンテナを取り囲むように複数の基板を保持することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の薄膜製造装置。
7. 前記高周波アンテナを前記真空容器内で移動させるアンテナ移動手段を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の薄膜製造装置。
8. 前記主原料ガスが、薄膜太陽電池のp型半導体層、真性半導体層及びn型半導体層の主原料のガスであり、前記ドーピングガスが前記n型半導体層及び前記p型半導体層のドーピング原子を有するガスであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の薄膜製造装置を用いた薄膜太陽電池製造装置。
9. 前記p型半導体層、前記真性半導体層及び前記n型半導体層の全てを同一の真空容器内で製造することを特徴とする請求項８に記載の薄膜太陽電池製造装置。
10. 真空容器の中に高周波アンテナを配置すると共に、前記高周波アンテナから離間して基板を配置し、
    前記高周波アンテナの近傍に前記プラズマ生成ガスを、前記プラズマ生成ガスの供給位置と同じ位置又は前記プラズマ生成ガスの供給位置と前記基板の間に主原料ガスを、前記プラズマ生成ガスの供給位置と前記基板の間であって前記主原料ガス供給位置と同じ位置又は前記主原料ガス供給位置と前記基板の間にドーピングガスを、それぞれ供給しつつ、前記高周波アンテナに高周波電流を流す、
    ことを特徴とする薄膜製造方法。
11. 前記主原料ガスと前記プラズマ生成ガスを同一のガス供給口から供給することを特徴とする請求項１０に記載の薄膜製造方法。
12. 前記ドーピングガスを前記主原料ガス供給位置と前記基板の間に供給することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の薄膜製造方法。
13. 前記ドーピングガスを異なる２種以上のドーピングガスに対してそれぞれ設けられたドーピングガス供給口から供給することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の薄膜製造方法。
14. 前記ドーピングガスの供給位置と前記基板の間を遮蔽手段により遮蔽した状態で該遮蔽手段と前記高周波アンテナの間にプラズマを生成した後に前記遮蔽手段を開放することを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載の薄膜製造方法。
15. 前記基板を、前記高周波アンテナを取り囲むように複数配置することを特徴とする請求項１０〜１４のいずれかに記載の薄膜製造方法。
16. 前記高周波アンテナを前記真空容器内で移動させつつ前記高周波アンテナに高周波電流を流すことを特徴とする請求項１０〜１５のいずれかに記載の薄膜製造方法。
17. 前記主原料ガスが、薄膜太陽電池のp型半導体層、真性半導体層及びn型半導体層の主原料のガスであり、前記ドーピングガスが前記n型半導体層及び前記p型半導体層のドーピング原子を有するガスであることを特徴とする、請求項１０〜１６のいずれかに記載の薄膜製造方法を用いた薄膜太陽電池製造方法。
18. 前記p型半導体層、前記真性半導体層及び前記n型半導体層の全てを同一の真空容器内で製造することを特徴とする請求項１７に記載の薄膜太陽電池製造方法。

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