JP2009272506A - 薄膜製造装置、太陽電池製造装置、薄膜製造方法及び太陽電池製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薄膜積層体の各層が他の層の材料で汚染されることを防ぐことができる薄膜製造装置を提供する。
【解決手段】容量結合方式でプラズマを生成する容量結合プラズマ成膜室１１と、誘導結合方式でプラズマを生成する誘導結合プラズマ成膜室１２と、容量結合プラズマ成膜室１１と誘導結合プラズマ成膜室１２の間で基板Ｓを搬送する基板搬送手段１５２を内部に備える基板搬送室１５と、基板搬送室１５内の圧力を切り替える搬送時圧力切り替え手段（圧力調整ガス供給口１４４及び排気装置１５５）を備える。ここで、基板搬送室１５内の圧力は、容量結合プラズマ成膜室１１と基板搬送室１５の間で基板を搬出入する際には容量結合プラズマ生成時の圧力に近い値に設定し、誘導結合プラズマ成膜室１２と基板搬送室１５の間で基板を搬出入する際には誘導結合プラズマ生成時の圧力に近い値に設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の薄膜が積層された薄膜積層体を製造するための装置に関する。この装置は薄膜太陽電池の製造に好適に用いることができるものである。

太陽電池の一種に、p型半導体層（p層）、真性半導体層（i層）及びn型半導体層（n層）がこの順で積層された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が入手困難となってきたため、バルクシリコン結晶を使用する必要のない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作製することにより作製されていた（特許文献１参照）。しかし、この方法ではp層、i層、n層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には、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層作製チャンバ、i層作製チャンバ及びn層作製チャンバが配置された太陽電池の製造装置が記載されている。この装置では、p層（又はn層）作製チャンバにおいて基板上にp層（n層）を作製し、次に基板をi層作製チャンバに移送したうえでp層（n層）の上にi層を形成し、最後に基板をn層（最初にn層を作製した場合にはp層）作製チャンバに移送したうえでi層の上にn層（p層）を作製する。

特許文献３には、p層及びn層は容量結合型プラズマ生成装置を用いて作製し、i層は誘導結合型プラズマ生成装置を用いて作製することが記載されている。容量結合型プラズマ生成装置と誘導結合型プラズマ生成装置を使い分ける理由は次の通りである。
p層及びn層は不純物がドープされることによりi層よりも格子欠陥が生じやすい。格子欠陥は電子を散乱させるため、エネルギーが損失する原因となる。そこで、pin型太陽電池では全体として格子欠陥が少なくなるように、p層及びn層はできるだけ薄く（数nm〜数十nm）する一方、i層は十分に厚く（数百nm〜数千nm）する。ここでi層の厚みは、光のエネルギーを十分に吸収するために必要な大きさに定められる。
誘導結合型プラズマ生成装置を用いると、容量結合型プラズマ生成装置を用いた場合よりも速い速度で薄膜を作製することができる。しかし、誘導結合型プラズマ生成装置は容量結合型プラズマ生成装置よりも高価である。そこで、厚みが大きいi層は速い速度で成膜するために誘導結合型プラズマ生成装置を用いて作製し、厚みが小さいp層及びn層はコストを抑えるために容量結合型プラズマ生成装置を用いて作製するのが一般的である。

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） 特開平08-236795号公報（[0013]〜[0027]、図1） 特開2001-291882号公報（[0048]）

特許文献３に記載のように誘導結合型プラズマ生成装置と容量結合型プラズマ生成装置を組み合わせて用いると、以下の問題が生じる。誘導結合型プラズマ生成装置では0.1Pa〜10Pa程度の圧力下でプラズマを生成するのに対して、容量結合型プラズマ生成装置では数十Pa〜数百Paの圧力下でプラズマを生成する。そのため、p層又はn層を作製するためのチャンバとi層を作製するためのチャンバの間で基板を移送する際に、p層又はn層作製チャンバからi層作製チャンバにガスが流入する。このガスの影響により、p層又はn層にドープする不純物原子によりi層が汚染される。

ここまではpin型薄膜太陽電池を製造する場合を例に説明したが、トランジスタや発光ダイオード等を作製する場合にも同様の問題が生じる。

本発明が解決しようとする課題は、誘導結合型プラズマ生成装置と容量結合型プラズマ生成装置を組み合わせて用いるものであって、薄膜積層体の各層が他の層の材料で汚染されることを防ぐことができる薄膜製造装置、太陽電池製造装置、及び薄膜製造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、基板上に薄膜の積層体を作製する装置であって、
a) 容量結合方式のプラズマ生成手段を内部に備え、容量結合プラズマ生成時の圧力を維持するように閉鎖可能な第１の開口部を備える容量結合プラズマ成膜室と、
b) 誘導結合方式のプラズマ生成手段を内部に備え、誘導結合プラズマ生成時の圧力を維持するように閉鎖可能な第２の開口部を備える誘導結合プラズマ成膜室と、
c) 前記第１開口部を通して前記容量結合プラズマ成膜室と連通すると共に前記第２開口部を通して前記誘導結合プラズマ成膜室と連通し、前記容量結合プラズマ成膜室と前記誘導結合プラズマ成膜室の間で前記基板を搬送する基板搬送手段を内部に備える基板搬送室と、
d) 前記基板搬送室内の圧力を、前記容量結合プラズマ生成時圧力と同じか又は該容量結合プラズマ生成時圧力よりも第１の所定値だけ高い第１の搬送室圧力と、前記誘導結合プラズマ生成時圧力と同じか又は該誘導結合プラズマ生成時圧力よりも第２の所定値だけ高い第２の搬送室圧力のいずれかに切り替える搬送室圧力切り替え手段と、
を備えることを特徴とする。

前記第１の所定値が大きくなる（即ち基板搬送室内の圧力と容量結合プラズマ生成時圧力の差が大きくなる）と、成膜ガスが容量結合プラズマ成膜室から基板搬送室に侵入することをより確実に防ぐことができるという利益と、基板搬送室内のガスが大量に容量結合プラズマ成膜室に流入することから成膜前に容量結合プラズマ成膜室内のガスを成膜ガスに置換するために要する時間が長くなるという不利益が生じる。第１の所定値は上記利益と不利益を勘案して適宜定める。第２の所定値についても同様である。

本発明に係る薄膜製造装置の動作を説明する。これらの装置では、少なくとも第１の薄膜と第２の薄膜の２層（３層以上も可）が積層した薄膜積層体が基板上に作製される。以下、簡単のため、第１薄膜を作製した後に、第１薄膜の表面に第２薄膜を作製する場合を例として説明する。
まず、容量結合プラズマ成膜室で基板上に第１薄膜が作製される。第１薄膜の作製後、基板搬送室内の圧力が第１の搬送室圧力に設定される。この圧力の状態で第１開口部が開放され、基板が容量結合プラズマ成膜室から第１開口部を通って基板搬送室に移送される。次に、基板搬送室内の圧力が第１の搬送室圧力から第２の搬送室圧力に切り替えられる。その状態で第２開口部が開放され、基板が基板搬送室から第２開口部を通って誘導結合プラズマ成膜室内に移送される。そして、誘導結合プラズマ成膜室で第１薄膜上に第２薄膜が作製されることにより、第１薄膜と第２薄膜の積層体が得られる。
上記と同様の方法により、誘導結合プラズマ成膜室において第２薄膜を作製した後に、容量結合プラズマ成膜室において第２薄膜上に第１薄膜を作製することもできる。

本発明に係る薄膜製造装置は、容量結合プラズマ成膜室と基板搬送室の間で基板を搬送する際に基板搬送室内の圧力を容量結合プラズマ成膜室内の圧力と同じかそれよりも所定値だけ高い第１の搬送室圧力に設定するため、容量結合プラズマ成膜室から基板搬送室に成膜ガスが移動することを抑制することができる。同様に、誘導結合プラズマ成膜室と基板搬送室の間で基板を搬送する際にも、誘導結合プラズマ成膜室から基板搬送室に成膜ガスが移動することを抑制することができる。そのため、各層が他の層の材料で汚染されることを防ぐことができる。

本発明に係る薄膜製造装置において、前記第１開口部及び／又は前記第２開口部の近傍に、前記容量結合プラズマ成膜室及び／又は誘導結合プラズマ成膜室と前記基板搬送室の間のガスの移動を遮断するための遮断ガスを供給する遮断ガス供給手段を備えることができる。これにより、基板搬送室と容量結合プラズマ成膜室の間、又は誘導結合プラズマ成膜室の間のガスの移動を一層抑制することができる。

遮断ガスには、薄膜の材料と反応しないという点で、希ガス又は窒素ガスなどの不活性ガスを好適に用いることができる。また、誘導結合プラズマ成膜室及び容量結合プラズマ成膜室ではプラズマを生成するためにプラズマ生成ガス（例えば水素ガス）が用いられるが、プラズマ生成ガスには薄膜に不純物として混入しないものが用いられるため、遮断ガスにもプラズマ生成ガスと同じガスを好適に用いることができる。このように遮断ガスとプラズマ生成ガスに同じガスを用いると、ガス源を共通化することができるため装置構成を簡素化することができる。

前記容量結合プラズマ成膜室を少なくとも２室、前記誘導結合プラズマ成膜室を少なくとも１室備え、
２室の前記容量結合プラズマ成膜室の一方がp型半導体薄膜の成膜室であって他方がn型半導体薄膜の成膜室であり、
１室の前記誘導結合プラズマ成膜室が真性（i型）半導体薄膜の成膜室である、
薄膜製造装置は太陽電池製造装置として好適に用いることができる。

本発明に係る薄膜製造方法の第１の態様のものは、少なくとも第１層と第２層を有する薄膜の積層体を基板上に作製する方法であって、
a) 第１の成膜室内において、第１の成膜室圧力下で容量結合方式のプラズマ生成手段を用いて第１層の材料を前記基板上に堆積させることにより第１層を作製する工程と、
b) 前記基板を前記第１成膜室から搬送室を通して第２の成膜室に移送する工程であって、前記搬送室内の圧力を前記第１成膜室圧力と同じか又は前記第１成膜室圧力よりも第１の所定値だけ高い第１の搬送室圧力下で前記第１成膜室から搬送室に移送した後、該搬送室内の圧力を後記第２成膜室圧力と同じか又は後記第２成膜室圧力よりも第２の所定値だけ高い第２の搬送室圧力に変化させ、該基板を前記第２成膜室に移送する工程と、
c) 前記第２成膜室内において、第２の成膜室圧力下で誘導結合方式のプラズマ生成手段を用いて第２層の材料を前記第１層上に堆積させることにより第２層を作製する工程と、
を有することを特徴とする。

本発明に係る薄膜製造方法の第２の態様のものは、少なくとも第１層と第２層を有する薄膜の積層体を基板上に作製する方法であって、
a) 第１の成膜室内において、第１の成膜室圧力下で誘導結合方式のプラズマ生成手段を用いて第１層の材料を前記基板上に堆積させることにより第１層を作製する工程と、
b) 前記基板を前記第１成膜室から搬送室を通して第２の成膜室に移送する工程であって、前記搬送室内の圧力を前記第１成膜室圧力と同じか又は前記第１成膜室圧力よりも第１の所定値だけ高い第１の搬送室圧力下で前記第１成膜室から搬送室に移送した後、該搬送室内の圧力を後記第２成膜室圧力と同じか又は後記第２成膜室圧力よりも第２の所定値だけ高い第２の搬送室圧力に変化させ、該基板を前記第２成膜室に移送する工程と、
c) 前記第２成膜室内において、第２の成膜室圧力下で容量結合方式のプラズマ生成手段を用いて第２層の材料を前記第１層上に堆積させることにより第２層を作製する工程と、
を有することを特徴とする。

本発明に係る太陽電池製造方法は、基板上に少なくとも、p型半導体又はn型半導体の薄膜から成る第１層と、真性半導体の薄膜から成る第２層と、前記第１層がp型半導体である場合にはn型半導体から成り、前記第１層がn型半導体である場合にはp型半導体から成る第３層と、を積層した太陽電池を製造する方法であって、
a) 第１の成膜室内において、第１の成膜室圧力下で容量結合方式のプラズマ生成手段を用いて第１層の材料を前記基板上に堆積させることにより前記第１層を作製する工程と、
b) 前記基板を前記第１成膜室から搬送室を通して第２の成膜室に移送する工程であって、前記基板を前記第１成膜室圧力と同じか又は前記第１成膜室圧力よりも第１の所定値だけ高い第１の搬送室圧力下で前記第１成膜室から搬送室に移送した後、該搬送室内の圧力を後記第２成膜室圧力と同じか又は後記第２成膜室圧力よりも第２の所定値だけ高い第２の搬送室圧力に変化させ、該基板を前記第２成膜室に移送する工程と、
c) 前記第２成膜室内において、第２の成膜室圧力下で誘導結合方式のプラズマ生成手段を用いて第２層の材料を前記第１層上に堆積させることにより第２層を作製する工程と、
d) 前記基板を前記第２の搬送室圧力下で前記第２成膜室から前記搬送室に移送した後、該搬送室内の圧力を後記第３成膜室圧力と同じか又は後記第３成膜室圧力よりも第３の所定値だけ高い第３の搬送室圧力に変化させ、該基板を第３の成膜室に移送する工程と、
e) 前記第３成膜室内において、第３の成膜室圧力下で容量結合方式のプラズマ生成手段を用いて第３層の材料を前記第２層上に堆積させることにより第３層を作製する工程と、
を有することを特徴とする

上記第１及び第２の太陽電池製造方法において、第１成膜室圧力及び第３成膜室圧力は上記容量結合プラズマ生成時圧力に対応し、第２成膜室圧力は上記誘導結合プラズマ生成時圧力に対応する。

なお、本願では便宜上、「基板上」、「第１層上」等のように「上」という語を用いるが、この語は装置の使用時又は薄膜若しくは太陽電池の製造時における基板や薄膜等の向きを限定するものではない。例えば、基板や第１層等における薄膜形成面を横向きや下向きなど、上向き以外にした場合も本発明の範囲内に含まれる。

本発明により、容量結合型プラズマ生成装置と誘導結合型プラズマ生成装置を組み合わせて用いることで、薄膜積層体を作製する際に薄膜積層体の各層が他の層の材料で汚染されることを防ぐことができる。これにより、太陽電池などの薄膜積層体を高品質で高速且つ低コストで作製することができる。

本発明の実施例として、図１を用いて、太陽電池製造装置及び太陽電池製造方法の一実施例を説明する。
この太陽電池製造装置及び方法は図２(a)に示すpin型薄膜太陽電池２０を製造するためのものである。pin型薄膜太陽電池２０は、ガラス等から成る透明基板Ｓ上に設けられており、p型半導体薄膜（p層）２１、真性半導体薄膜（i層）２２及びn型半導体薄膜（n層）２３がこの順で積層され、これら３層の積層体を下部透明電極２４と上部電極２５で挟んだ構成を有する。p層２１はシリコンに微量のホウ素がドープされたp型半導体から成り、i層２２は単体のシリコン（真性半導体）から成り、n層２３は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。p層２１及びn層２３の厚みは数nmであるのに対して、i層２２の厚みはp層２１及びn層２３よりも十分に厚く、約600nmである。

本実施例の太陽電池製造装置１０は、p型半導体薄膜成膜室（p層成膜室）１１、真性半導体薄膜成膜室（i層成膜室）１２、n型半導体薄膜成膜室（n層成膜室）１３、基板搬出入室１４及び基板搬送室１５を有する。

p層成膜室１１は、第１真空容器１１１、第１基板台兼下部電極１１２、第１上部電極１１３、第１ガス供給口１１４、第１排気装置１１５及び第１開口部１１６を有する。
第１基板台兼下部電極１１２は第１真空容器１１１内に設けられ、基板Ｓを載置すると共に第１上部電極１１３との間に高周波電圧を印加するための接地電極としての役割を有する。また、第１基板台兼下部電極１１２は基板Ｓを加熱するためのヒータ及び加熱時の温度を測定するための熱電対を内蔵している。第１上部電極１１３は第１基板台兼下部電極１１２に向かい合うように第１真空容器１１１内に設けられている。第１上部電極１１３はインピーダンス整合器１１７を介して高周波電源１１８に接続されている。第１ガス供給口１１４は第１上部電極１１３を通過して第１上部電極１１３の下面に達する管の開口部であり、p層２１の原料ガス及び上記高周波電圧が印加されることによりプラズマ化するプラズマ生成ガスを供給するためのものである。これら第１基板台兼下部電極１１２、第１上部電極１１３及び第１ガス供給口１１４により容量結合プラズマ生成手段が構成される。
第１排気装置１１５は第１真空容器１１１内を真空にするための真空ポンプから成る。
第１開口部１１６は開放及び気密な閉鎖が可能なゲートを有し、p層成膜室１１と基板搬送室１５を連通させる。また、第１開口部１１６の内壁には、遮断ガスを第１開口部１１６近傍に噴出させる遮断ガス供給ノズル（遮断ガス供給手段）１１９が設けられている。遮断ガス供給ノズル１１９から遮断ガスを噴出させると、第１開口部１１６にエアカーテンが形成される。これにより、第１開口部１１６の開口時にp層成膜室１１内の気体と基板搬送室１５内の気体の間が混じり合うことを防ぐことができる。

i層成膜室１２は、第２真空容器１２１、第２基板台１２２、高周波アンテナ１２３、第２ガス供給口１２４、第２排気装置１２５及び第２開口部１２６を有する。
第２基板台１２２は基板Ｓを載置するためのものであると共に、基板Ｓを所定の温度に加熱するためのヒータ及び熱電対を有する。但し、第１基板台兼下部電極１１２や第３基板台兼下部電極１３２とは異なり、第２基板台１２２は電極としての役割は有しない。
高周波アンテナ１２３は、第２真空容器１２１内に高周波電磁界を生成するためのものである。高周波アンテナ１２３は、第２真空容器１２１の上壁から第２真空容器１２１内に突出するように設けられたアンテナ保持部１２３１に複数個取り付けられている。各高周波アンテナは、第２真空容器１２１上壁側から見てＵ字形の形状を有する。これら複数の高周波アンテナ１２３はインピーダンス整合器１２７を介して高周波電源１２８に並列に接続されている。第２ガス供給口１２４は第２基板台１２２の上面の近傍に設けられており、i層２２の原料ガスとプラズマ生成ガスを第２真空容器１２１内に供給するためのものである。これら高周波アンテナ１２３及び第２ガス供給口１２４により誘導結合プラズマ生成手段が構成される。
第２排気装置１２５及び第２開口部１２６は第１排気装置１１５及び第１開口部１１６と同様の構成を有する。

n層成膜室１３は、第３真空容器１３１、第３基板台兼下部電極１３２、第３上部電極１３３、第３ガス供給口１３４、第３排気装置１３５、及び第３開口部１３６を有する。これらn層成膜室１３の各構成要素はp層成膜室１１の上記各構成要素と同様の構成を有する。

基板搬出入室１４は、第４真空容器１４１、第４基板台１４２、及び第４真空容器１４１内を真空にするための第４排気装置１４５を有する。第４真空容器１４１には、基板搬出入室１４と基板搬送室１５を連通させる基板搬送室側開口部１４６１と、基板搬出入室１４と外部を連通させる外部側開口部１４６２が設けられている。基板搬送室側開口部１４６１と外部側開口部１４６２にはそれぞれ開放及び気密な閉鎖が可能なゲートが設けられている。

基板搬送室１５は直方体状の第５真空容器１５１、第５真空容器１５１の直方体の長手方向の一端に設けられた圧力調整ガス供給口１５４、及び前記長手方向の他端に設けられた第５排気装置１５５を有する。第５真空容器１５１内の圧力は、圧力調整ガス供給口１５４から圧力調整ガスを供給することにより上昇（真空度を低下）させ、第５排気装置１５５により低下（真空度を上昇）させることにより調整することができる。
基板搬送室１５には、第５排気装置１５５に近い側からi層成膜室１２、n層成膜室１３、p層成膜室１１、基板搬出入室１４の順に、前記直方体の長手方向に並列に接続されている。ここでi層成膜室１２を第５排気装置１５５に最も近い位置に配置した理由は、各成膜室のうちi層成膜室１２内において最も低い圧力（高い真空度）で作業（i層２２の成膜）を行う必要があることから、基板搬送室１５とi層成膜室１２との間で基板Ｓの搬出入を行う際に基板搬送室１５内の圧力を最も低く（真空度を最も高く）する必要があるためである。
第５真空容器１５１内には、基板搬送装置１５２が設けられている。基板搬送装置１５２は、板状のベース部１５２１と、ベース部の下面に設けられた、基板Ｓを把持及び開放可能な基板把持具１５２２と、ベース部１５２１を第５真空容器１５１の直方体の長手方向（縦方向）に移動させる縦移動手段と、ベース部１５２１を横方向に移動させる横移動手段を有する。基板搬送装置１５２は縦移動手段によりベース部１５２１を３室の成膜室又は基板搬出入室１４のいずれか１室の真横に移動させ、次に横移動手段によりベース部１５２１を横方向に移動させて前記１室内に入れ、基板把持具１５２２により基板を把持／開放した後に、横移動手段によりベース部１５２１を前記１室から出すことにより、基板Ｓを前記１室から搬出／前記１室に搬入する。

本実施例では、p層２１の原料ガスにはシランとジボランの混合ガスを、i層２２の原料ガスにはシランを、n層２３の原料ガスにはシランとフォスフィンの混合ガスを、それぞれ用いる。プラズマ生成ガスには、いずれの成膜室においても水素ガスを用いる。また、遮断ガス及び圧力調整ガスにも水素ガスを用いる。このように遮断ガス及び圧力調整ガスにプラズマ生成ガスと同じガスを用いることにより、ガス源を共通化することができるため装置構成を簡素化することができる。

本実施例の太陽電池製造装置１０を用いてpin型薄膜太陽電池２０を製造する方法を説明する。まず、基板搬出入室１４の外部側開口部１４６２を開放し、公知の搬送ロボットを用いて第４基板台１４２に基板Ｓを載置する。次に外部側開口部１４６２を閉鎖したうえで、第４排気装置１４５により基板搬出入室１４内の圧力を0.1Pa〜10Paまで下げる。それと共に、第５排気装置１５５により基板搬送室１５内を基板搬出入室１４内と同じか、基板搬出入室１４内よりも（基板搬出入室１４内との圧力差がおおむね20%以内の範囲内で）やや高い圧力まで下げる。次に、基板搬出入室１４の基板搬送室側開口部１４６１を開放する。そして、基板搬送装置１５２のベース部１５２１を基板搬出入室１４内に入れ、第４基板台１４２上の基板Ｓを基板把持具１５２２により把持したうえで、ベース部１５２１を基板搬出入室１４から出すことにより、基板Ｓを基板搬出入室１４から基板搬送室１５に移動させる。その後、基板搬送室側開口部１４６１を閉鎖する。

次に、基板搬送装置１５２が有する縦移動手段により基板Ｓをp層成膜室１１の直近の位置に移動させる。それと並行して、以下のようにp層成膜室１１内及び基板搬送室１５内の圧力を調整する。
p層成膜室１１内は、第１排気装置１１５により真空引きしたうえで、第１ガス供給口１１４から水素ガスを供給することにより、所定値（例えば20〜500Pa）まで圧力を上昇（真空度を低下）させる。一方、基板搬送室１５内は、第５排気装置１５５により真空引きしたうえで、圧力調整ガス供給口１５４から水素ガスを供給することにより、p層成膜室１１と同じ又はそれよりもやや（p層成膜室１１内との圧力差がおおむね20%以内の範囲内で）高い第１の搬送室圧力まで基板搬送室１５内の圧力を上昇（真空度を低下）させる。

次に、遮断ガス供給ノズル１１９から水素ガスを噴出させつつ第１開口部１１６を開放する。そして、ベース部１５２１をp層成膜室１１内に入れ、基板把持具１５２２から基板Ｓを開放することにより、基板Ｓをp層成膜室１１の第１基板台兼下部電極１１２上に載置する。その後、第１開口部１１６を閉鎖すると共に遮断ガス供給ノズル１１９からの水素ガスの噴出を停止する。

そして、第１ガス供給口１１４から水素ガス（プラズマ生成ガス）並びにシランガス及びジボランガス（原料ガス）を供給しつつ、高周波電源１１８により第１基板台兼下部電極１１２と第１上部電極１１３の間に高周波電圧を印加する。これにより、容量結合方式でプラズマを生成して原料ガスを分解させ、分解した原料を基板Ｓ上に堆積させることにより、p層２１を成膜する。成膜中には、第１基板台兼下部電極１１２が有するヒータにより、基板Ｓを所定の温度に加熱する。

p層２１の成膜後、第１ガス供給口１１４からのガスの供給を停止し、第１開口部１１６を開放する。そして、遮断ガス供給ノズル１１９から水素ガスを噴出させつつ、基板搬出入室１４から基板搬送室１５への移動時と同様の方法により、基板Ｓをp層成膜室１１から基板搬送室１５に移動させる。

次に、縦移動手段により基板Ｓをi層成膜室１２の直近の位置に移動させる。それと並行して、第２排気装置１２５及び第２ガス供給口１２４によりi層成膜室１２内の圧力を誘導結合プラズマ生成時圧力である0.1〜10Paの間の所定値にすると共に、第５排気装置１５５により基板搬送室１５内の圧力を誘導結合プラズマ生成時と同じ又はそれよりもやや（i層成膜室１２内との圧力差がおおむね20%以内の範囲内で）高い第２搬送室圧力まで低く（真空度を高く）する。次に、遮断ガス供給ノズル１３９から水素ガスを噴出させつつ第２開口部１２６を開放し、基板搬送装置１５２により基板Ｓを第２基板台１２２の上に載置する。次に、遮断ガス供給ノズル１３９からの水素ガスの供給を停止すると共に第２開口部１２６を閉鎖する。そして、第２ガス供給口１２４から水素ガス（プラズマ生成ガス）及びシランガス（原料ガス）を供給しつつ、高周波電源１２８から高周波アンテナ１２３に高周波電力を投入する。これにより、誘導結合方式でプラズマを生成して原料ガスを分解させ、分解した原料を基板Ｓ上に堆積させることにより、i層２２を成膜する。成膜中は、第２基板台が有するヒータにより、基板Ｓを所定の温度に加熱する。

i層２２の成膜後、第２ガス供給口１２４からのガスの供給を停止し、ｉ層成膜室１２の圧力を搬送時の所定値にした後、第２開口部１２６を開放する。その際の基板搬送室１５内の圧力は第２搬送室圧力のままとする。そして、遮断ガス供給ノズル１２９から水素ガスを噴出させつつ、基板Ｓをi層成膜室１２から基板搬送室１５に移動させる。

次に、縦移動手段により基板Ｓをn層成膜室１３の直近の位置に移動させ、それと並行して、p層成膜室１１への基板Ｓの搬入時と同様の方法により、n層成膜室１３内の圧力を搬送時の所定値とすると共に、基板搬送室１５内の圧力をn層成膜室１３内の圧力と同じかそれよりもやや（n層成膜室１３内との圧力差がおおむね20%以内の範囲内で）高い第３搬送室圧力に設定する。そして、基板Ｓを第３基板台兼下部電極１３２上に載置する。その後、原料ガスにシランガスとホスフィンガスを用い、p層２１の成膜時と同様の方法により、容量結合方式で生成したプラズマを用いてn層２３を成膜する。

n層２３の成膜後、n層成膜室１３内及び基板搬送室１５内の圧力を維持したままで、基板搬送装置１５２を用いて基板Ｓをn層成膜室１３から基板搬送室１５に移動させる。そして、基板搬出入室１４内及び基板搬送室１５内を真空引きしたうえで、基板Ｓを基板搬送室１５から基板搬出入室１４に移動させる。最後に、基板搬出入室１４を大気圧にした後に、基板Ｓを基板搬出入室１４から取り出す。

ここまで本発明の一実施例を説明したが、本発明はこの実施例には限定されない。例えば、上記実施例では遮断ガスや圧力調整ガスにプラズマ生成ガスと同じ水素ガスを用いたが、その代わりに窒素ガスや希ガスなどの不活性ガスを用いてもよい。基板搬送時の圧力は、上記実施例では開口部が開放される成膜室の圧力と同じかそれよりもわずかに高い値に設定したが、上述の本発明の範囲内で他の値に設定することもできる。例えば基板搬送時の各成膜室の圧力をそれぞれの成膜室における成膜時の圧力と同じ値に設定すれば、圧力の調整が単純化され、太陽電池の作製速度が向上する。

また、上記実施例ではp層２１、i層２２、n層２３の順に形成する例を示したが、この逆の順に形成することもできる。更に、図２(b)に示すように第１のp層２１１、第１のi層２２１、第１のn層２３１、第２のp層２１２、第２のi層２２２、第２のn層２３２の順に積層したタンデム型の薄膜太陽電池についても、p層成膜室１１、i層成膜室１２及びn層成膜室１３において２回ずつ成膜を行うことにより作製することができる。ここで、第１のi層２２１と第２のi層２２２の一方をアモルファスシリコン、他方を多結晶シリコンとすれば、両者が異なる波長帯の光のエネルギーを吸収するため、光のエネルギーの利用効率を高めることができる。

ここまでは太陽電池を製造する場合を例に説明したが、本発明は太陽電池の製造と同様の方法でダイオードやトランジスタ等の半導体素子の製造にも適用することができる。

本発明に係る太陽電池製造装置（薄膜製造装置）の一実施例を示す概略構成図。 本実施例の太陽電池製造装置により作製されるpin型薄膜太陽電池(a)及びタンデム型太陽電池(b)の一例を示す縦断面図。

符号の説明

１０…太陽電池製造装置
１１…p層成膜室
１１１…第１真空容器
１１２…第１基板台兼下部電極
１１３…第１上部電極
１１４…第１ガス供給口
１１５…第１排気装置
１１６…第１開口部
１１７、１２７、１３７…インピーダンス整合器
１１８、１２８、１３８…高周波電源
１１９、１２９、１３９…遮断ガス供給ノズル
１２…i層成膜室
１２１…第２真空容器
１２２…第２基板台
１２３…高周波アンテナ
１２３１…アンテナ保持部
１２４…第２ガス供給口
１２５…第２排気装置
１２６…第２開口部
１３…n層成膜室
１３１…第３真空容器
１３２…第３基板台兼下部電極
１３３…第３上部電極
１３４…第３ガス供給口
１３５…第３排気装置
１３６…第３開口部
１４…基板搬出入室
１４１…第４真空容器
１４２…第４基板台
１４５…第４排気装置
１４６１…基板搬送室側開口部
１４６２…外部側開口部
１５…基板搬送室
１５１…第５真空容器
１５２…基板搬送装置
１５２１…ベース部
１５２２…基板把持具
１５４…圧力調整ガス供給口
１５５…第５排気装置
２０…pin型薄膜太陽電池
２１、２１１、２１２…p層
２２、２２１、２２２…i層
２３、２３１、２３２…n層
２４…下部透明電極
２５…上部電極
Ｓ…透明基板

Claims (9)

1. 基板上に薄膜の積層体を作製する装置であって、
   a) 容量結合方式のプラズマ生成手段を内部に備え、容量結合プラズマ生成時の圧力を維持するように閉鎖可能な第１の開口部を備える容量結合プラズマ成膜室と、
   b) 誘導結合方式のプラズマ生成手段を内部に備え、誘導結合プラズマ生成時の圧力を維持するように閉鎖可能な第２の開口部を備える誘導結合プラズマ成膜室と、
   c) 前記第１開口部を通して前記容量結合プラズマ成膜室と連通すると共に前記第２開口部を通して前記誘導結合プラズマ成膜室と連通し、前記容量結合プラズマ成膜室と前記誘導結合プラズマ成膜室の間で前記基板を搬送する基板搬送手段を内部に備える基板搬送室と、
   d) 前記基板搬送室内の圧力を、前記容量結合プラズマ生成時圧力と同じか又は該容量結合プラズマ生成時圧力よりも第１の所定値だけ高い第１の搬送室圧力と、前記誘導結合プラズマ生成時圧力と同じか又は該誘導結合プラズマ生成時圧力よりも第２の所定値だけ高い第２の搬送室圧力のいずれかに切り替える搬送室圧力切り替え手段と、
   を備えることを特徴とする薄膜製造装置。
2. 前記搬送室圧力切り替え手段が前記基板搬送室内の気体を排気する排気装置と前記基板搬送室内に気体を供給する圧力調整ガス供給口を有し、前記誘導結合プラズマ成膜室が前記容量結合プラズマ成膜室よりも前記排気装置に近い位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造装置。
3. 前記第１開口部及び／又は前記第２開口部の近傍に、前記容量結合プラズマ成膜室及び／又は誘導結合プラズマ成膜室と前記基板搬送室の間のガスの移動を遮断するための遮断ガスを供給する遮断ガス供給手段を備え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. 前記遮断ガスが不活性ガスであることを特徴とする請求項３に記載の薄膜製造装置。
5. 前記遮断ガスが、前記容量結合プラズマ成膜室及び前記誘導結合プラズマ成膜室においてプラズマを生成するために用いられるプラズマ生成ガスと同じガスであることを特徴とする請求項３に記載の薄膜製造装置。
6. 前記容量結合プラズマ成膜室を少なくとも２室、前記誘導結合プラズマ成膜室を少なくとも１室備え、
   ２室の前記容量結合プラズマ成膜室の一方がp型半導体薄膜の成膜室であって他方がn型半導体薄膜の成膜室であり、
   １室の前記誘導結合プラズマ成膜室が真性半導体薄膜の成膜室である、
   ことを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の薄膜製造装置を用いた太陽電池製造装置。
7. 少なくとも第１層と第２層を有する薄膜の積層体を基板上に作製する方法であって、
   a) 第１の成膜室内において、第１の成膜室圧力下で容量結合方式のプラズマ生成手段を用いて第１層の材料を前記基板上に堆積させることにより第１層を作製する工程と、
   b) 前記基板を前記第１成膜室から搬送室を通して第２の成膜室に移送する工程であって、前記搬送室内の圧力を前記第１成膜室圧力と同じか又は前記第１成膜室圧力よりも第１の所定値だけ高い第１の搬送室圧力下で前記第１成膜室から搬送室に移送した後、該搬送室内の圧力を後記第２成膜室圧力と同じか又は後記第２成膜室圧力よりも第２の所定値だけ高い第２の搬送室圧力に変化させ、該基板を前記第２成膜室に移送する工程と、
   c) 前記第２成膜室内において、第２の成膜室圧力下で誘導結合方式のプラズマ生成手段を用いて第２層の材料を前記第１層上に堆積させることにより第２層を作製する工程と、
   を有することを特徴とする薄膜製造方法。
8. 少なくとも第１層と第２層を有する薄膜の積層体を基板上に作製する方法であって、
   a) 第１の成膜室内において、第１の成膜室圧力下で誘導結合方式のプラズマ生成手段を用いて第１層の材料を前記基板上に堆積させることにより第１層を作製する工程と、
   b) 前記基板を前記第１成膜室から搬送室を通して第２の成膜室に移送する工程であって、前記搬送室内の圧力を前記第１成膜室圧力と同じか又は前記第１成膜室圧力よりも第１の所定値だけ高い第１の搬送室圧力下で前記第１成膜室から搬送室に移送した後、該搬送室内の圧力を後記第２成膜室圧力と同じか又は後記第２成膜室圧力よりも第２の所定値だけ高い第２の搬送室圧力に変化させ、該基板を前記第２成膜室に移送する工程と、
   c) 前記第２成膜室内において、第２の成膜室圧力下で容量結合方式のプラズマ生成手段を用いて第２層の材料を前記第１層上に堆積させることにより第２層を作製する工程と、
   を有することを特徴とする薄膜製造方法。
9. 基板上に少なくとも、p型半導体又はn型半導体の薄膜から成る第１層と、真性半導体の薄膜から成る第２層と、前記第１層がp型半導体である場合にはn型半導体から成り、前記第１層がn型半導体である場合にはp型半導体から成る第３層と、を積層した太陽電池を製造する方法であって、
   a) 第１の成膜室内において、第１の成膜室圧力下で容量結合方式のプラズマ生成手段を用いて第１層の材料を前記基板上に堆積させることにより前記第１層を作製する工程と、
   b) 前記基板を前記第１成膜室から搬送室を通して第２の成膜室に移送する工程であって、前記基板を前記第１成膜室圧力と同じか又は前記第１成膜室圧力よりも第１の所定値だけ高い第１の搬送室圧力下で前記第１成膜室から搬送室に移送した後、該搬送室内の圧力を後記第２成膜室圧力と同じか又は後記第２成膜室圧力よりも第２の所定値だけ高い第２の搬送室圧力に変化させ、該基板を前記第２成膜室に移送する工程と、
   c) 前記第２成膜室内において、第２の成膜室圧力下で誘導結合方式のプラズマ生成手段を用いて第２層の材料を前記第１層上に堆積させることにより第２層を作製する工程と、
   d) 前記基板を前記第２の搬送室圧力下で前記第２成膜室から前記搬送室に移送した後、該搬送室内の圧力を後記第３成膜室圧力と同じか又は後記第３成膜室圧力よりも第３の所定値だけ高い第３の搬送室圧力に変化させ、該基板を第３の成膜室に移送する工程と、
   e) 前記第３成膜室内において、第３の成膜室圧力下で容量結合方式のプラズマ生成手段を用いて第３層の材料を前記第２層上に堆積させることにより第３層を作製する工程と、
   を有することを特徴とする太陽電池製造方法。

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