JP2012049251A - 太陽電池の製造装置および太陽電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池を製造する際の真空予備加熱において、太陽電池用基板の温度が上昇して特性が低下することを防止する。
【解決手段】真空予備加熱室１０に、太陽電池用基板ＷおよびトレイＴを収納し、チャンバ内を減圧する。チャンバ内圧力を一旦、真空雰囲気にした後、真空雰囲気より高く大気圧よりも低い圧力にする。この雰囲気中で、ランプヒータ１５による加熱を開始する。チャンバ内の圧力が高いため、太陽電池用基板Ｗから熱伝導によりチャンバ内に放射される熱量が増大し、図２に図示されるように太陽電池用基板Ｗの温度上昇を抑制することができる。
【選択図】図２

Description

この発明は、太陽電池の製造装置および太陽電池の製造方法に関する。

太陽電池を製造する場合、一般的には下記の方法で行っている。シリコン基板の受光面側にｎ型不純物拡散層を形成し、この上面に反射防止膜およびｎ型電極を形成する。シリコン基板の反対面側にｐ型不純物層を形成し、その上面にｐ型電極を形成する。シリコン基板として、単結晶シリコン基板を用いる場合と、ガラス基板上に成膜した多結晶シリコン基板を用いる場合がある。反射防止膜は、光電変換効率を向上する上でも重要である。
反射防止膜を、窒化シリコン膜により形成する場合もある。窒化シリコン膜を形成する場合、たとえば温度を２００℃以上５００℃以下で、圧力が１０Ｐａ以上２００Ｐａ以下としてプラズマＣＶＤ法により形成する方法が知られている。（例えば、特許文献１の第４４段落参照）。

太陽電池の製造において、シリコン基板の処理は所定の温度内で行う必要がある。製造の処理中にシリコン基板の温度が処理温度を超えて上昇すると光電変換効率等の特性が低下する場合がある。したがって、プラズマＣＶＤ装置での基板処理においても、シリコン基板の温度が所定の温度以上とならないように、温度制御を行っている。

また、特許文献１には記載されていないが、太陽電池の製造処理は、通常、シリコン基板を搬送トレイ上に載置した状態で行う場合がある。搬送トレイはシリコン基板に比して、遥かに重量が大きく、従って熱容量も大きい。このため、シリコン基板を所定の温度に管理する場合、搬送トレイの温度も所定の温度に加熱することが望ましい。

特開２００６−７３８９７号公報

ここで、熱容量の大きな搬送トレイと、搬送トレイと比較して熱容量の小さなシリコン基板とを同時に加熱する際、同じ熱源からの加熱であっても熱容量の差で搬送トレイよりもシリコン基板の昇温速度は速いので、シリコン基板の温度が所定の温度範囲を超えてしまい、シリコン基板の特性に影響を与え、光電変換効率を低下させる場合がある。

この発明の太陽電池の製造装置は、太陽電池用基板および太陽電池用基板が搭載されるトレイを収納し、ランプヒータにより加熱する予備加熱室と、予備加熱室内で加熱された太陽電池用基板およびトレイを収納し、真空雰囲気中で太陽電池用基板に処理を行う真空処理室と、予備加熱室内におけるトレイの温度を検出する温度検出器と、予備加熱室内の圧力を、真空処理室内の真空雰囲気よりも高く大気圧よりも低い加熱処理圧力に設定する第１の手段と、加熱処理圧力に保持した状態でランプヒータによる加熱を開始する第２の手段と、トレイを所定温度範囲に保持する第３の手段と、予備加熱室内の圧力を減圧して予備加熱室から真空処理室に搬送する第４の手段とを有する制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、この発明の太陽電池の製造方法は、予備加熱室に、太陽電池用基板および前記太陽電池用基板が搭載されるトレイを収納する工程と、予備加熱室内の圧力を、真空雰囲気よりも高く大気圧よりも低い加熱処理圧力に設定する工程と、加熱処理圧力に保持した状態で、かつ、トレイが所定の温度に維持されるように監視しながら、ランプヒータにより太陽電池用基板およびトレイを加熱する工程と、予備加熱室を真空雰囲気に減圧して太陽電池基板およびトレイを真空処理室に搬送する工程と、真空処理室において、真空雰囲気で太陽電池用基板に処理を行う工程とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、加熱処理圧力を真空雰囲気より高くした状態で加熱を行うので、太陽電池基板からの放熱量が増大し、太陽電池基板の温度上昇を抑制することができる。

本発明における太陽電池の製造装置の一実施形態を模式的に示す全体構成図。 本発明における太陽電池の製造装置において、チャンバ内圧力を真空処理雰囲気より高くした場合における太陽電池基板の温度上昇特性を示す図。 本発明と対比するための従来の太陽電池の製造装置に関するものであり、チャンバ内圧力を真空雰囲気とした場合における太陽電池の温度上昇特性を示す図。 図２、図３で示した、２つの温度曲線Ａ、Ｂが測定された太陽電池基板ＳＡ、ＳＢの位置を示す図。 従来の加熱方法で加熱した太陽電池基板と、本発明の加熱方法で加熱した太陽電池基板とで、キャリアライフタイムを比較した図。 本発明の太陽電池の製造方法の実施形態１を示し、真空予備加熱室における加熱処理の処理フロー図。 本発明の太陽電池の製造方法の実施形態２を示し、真空予備加熱室における加熱処理の処理フロー図。 本発明の太陽電池の製造方法の実施形態３を示し、真空予備加熱室における加熱処理の処理フロー図。

―――実施形態１―――
（太陽電池製造装置の全体構成）
以下、本発明の太陽電池の製造装置および太陽電池の製造方法について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明における太陽電池の製造装置の一実施形態を模式的に示す全体構成図である。
この実施形態における太陽電池製造装置１００は、ロード／アンロード室を兼ねる真空予備加熱室１０と真空処理室２０を有する。外部ステーション７０は、太陽電池製造装置１００とは別体のものとして配置されている。真空予備加熱室１０内には、基板搬送装置１１、１３が上下２段に配置されるとともに、基板搬送装置１１、１３の上方にランプヒータ１５が設置されている。ランプヒータ１５は、ヒータ制御部４１により制御される。

真空予備加熱室１０の一部には開口部が形成され、この開口部を覆って内面側に透明部材１６が外部から密封するように設けられている。透明部材１６に対向する外部には放射温度計（温度検出器）１７が取り付けられている。ヒータ制御部４１は、放射温度計１７から送出される搬送トレイの温度に基づいて、ＰＩＤ制御によりランプヒータ１５の温度を制御する。

真空予備加熱室１０には、排気系１０ａとガス導入系１０ｂが配管接続され、大気開放と真空密閉とを切り換え可能に構成されており、シリコン基板等の太陽電池用基板Ｗの加熱処理を行う。基板搬送装置１１、１３は、それぞれ、フレームに複数のローラが回転可能に軸支された構造を有する。基板搬送装置１１、１３は、それぞれ、フレームの端部または中間部を支持する支持軸（図示せず）により、時計方向回りおよび反時計方向回りに揺動可能に構成されている。基板搬送装置１１、１３上には、太陽電池用基板Ｗが搭載された状態でトレイＴが載置される。

基板搬送装置１１、１３は、それぞれ、基板搬送装置駆動部４３、４４によって駆動される。基板搬送装置駆動部４３は、図示しないモータを駆動して、基板搬送装置１１を揺動し、水平状態、傾斜状態に保持する。また、ローラを回転させて、太陽電池用基板Ｗが搭載されたトレイＴを、ローラ上で移送する。同様に、基板搬送装置駆動部４４は、図示しないモータを駆動して、基板搬送装置１３を揺動し、水平状態、傾斜状態に保持する。また、ローラを回転させて、太陽電池用基板Ｗが搭載されたトレイＴを、ローラ上で移送する。

真空処理室２０内には、基板搬送装置２１とＲＦ電極２２と、シーズヒータ２３が設置されている。ＲＦ電極２２は、プラズマ放電制御部４２に接続されている。真空処理室２０には、排気系２０ａとガス導入系２０ｂが配管接続されており、所定のガス圧力下での処理、例えば、プラズマＣＶＤ、エッチング、スパッタリング等の処理を行う。基板搬送装置２１は、フレームに複数のローラが回転可能に軸支された搬送機構が、幅方向における左右に一対、配置された構造を有する。基板搬送装置２１は、それぞれ、フレームの端部または中間部を支持する支持軸（図示せず）により、時計方向回りおよび反時計方向回りに揺動可能に構成されている。シーズヒータ２３は、一対の搬送機構の幅方向における内側に配置されている。

基板搬送装置２１は、基板搬送装置駆動部４５によって駆動される。基板搬送装置駆動部４５は、図示しないモータを駆動して、基板搬送装置２１を揺動し、水平状態、傾斜状態に保持する。また、ローラを回転させて、太陽電池用基板Ｗが搭載されたトレイＴを、ローラ上で移送する。

真空予備加熱室１０には、外部ステーション７０側に面してゲートＧ１が設けられ、真空予備加熱室１０と真空処理室２０の境界には、ゲートＧ２が設けられている。ゲートＧ１は、太陽電池用基板Ｗを搬送トレイと共に太陽電池製造装置１００の外部に搬出入する際に開放され、搬出入以外のときには閉じて真空予備加熱室１０を密閉している。ゲートＧ２は、太陽電池用基板Ｗを搬送トレイと共に真空予備加熱室１０と真空処理室２０との間で般出入する際に開放され、それ以外の時は閉じている。

外部ステーション７０には、基板搬送装置７１が備えられており、処理前の太陽電池用基板Ｗを保持して太陽電池製造装置１００へ供給し、また、処理済の太陽電池用基板Ｗを太陽電池製造装置１００から受け取って図示しないストッカに収納する。基板搬送装置７１は、実線で記載された上部位置と、点線で記載された下部位置に移動可能に構成されている。

基板搬送装置７１は、基板搬送装置駆動部４６によって駆動される。基板搬送装置駆動部４６は、図示しないモータを駆動して、基板搬送装置７１を、水平状態に保持したまま上下に移動する。また、ローラを回転させて、太陽電池用基板Ｗが搭載されたトレイＴを、ローラ上で移送する。

５０は、ヒータ制御部４１、プラズマ放電部４２、基板搬送装置駆動部４３〜４６に接続された制御部である。制御部５０は真空予備加熱室１０に接続された排気系１０ａ、ガス導入系１０ｂ、真空処理室２０に接続された排気系２０ａ、ガス導入系２０ｂの各導入
系に設けられた流量調整弁（図示せず）に接続され、この流量調整弁の開閉を制御して、チャンバから／またはチャンバ内へのガスの流出入量を調整する。また、制御部５０は、放射温度計１７から送出されるトレイＴの温度の検出値に基づいて、ヒータ制御部４１を介してランプヒータ１５の温度、すなわち、発熱量を制御する。

（太陽電池用基板の搬送）
太陽電池基板Ｗの搬送について説明する。
先ず、基板搬送装置駆動部４６により駆動されて、基板搬送装置７１が、トレイＴが載置された状態で、外部ステーション７０の上段側に配置される。
この状態において、真空吸着搬送機等の図示しない搬送機により、未処理の太陽電池用基板ＷがトレイＴ上に搭載される。ここで、未処理の太陽電池用基板Ｗとは、この後、真空処理部２０においてなされる処理がなされていない、というものであり、何らの処理もなされていないということではない。換言すれば、「処理前の」という意味合いである。

トレイＴは、例えば、カーボンにより形成されており、太陽電池用基板Ｗに対し遥かに大きい重量、および熱容量を有するものである。
ゲートＧ１を開放し、基板搬送装置７１のローラ、および真空予備加熱室１０内の基板搬送装置１１のローラを回転させることにより、トレイＴは太陽電池用基板Ｗと共に矢印ｘ_１方向に移動して真空予備加熱室１０内の基板搬送装置１１上に搬送される。太陽電池用基板Ｗの予備加熱が完了すると、ゲートＧ２を開放し、基板搬送装置１１、および真空処理装置２０内の基板搬送装置２１をｘ_２方向と平行に傾斜させる。基板搬送装置１１のローラ、および真空処理室２０内の基板搬送装置２１のローラを回転させることにより、トレイＴは太陽電池用基板Ｗ共に矢印ｘ_２方向に移動して真空処理室２０内の基板搬送装置２１上に搬送される。

基板搬送装置２１を水平にし、この状態で太陽電池用基板Ｗに処理を行う。所定の処理が完了したら、ゲートＧ２を開放し、基板搬送装置２１、および真空予備加熱室１０内の基板搬送装置３１をｘ_３方向と平行に傾斜させる。基板搬送装置２１のローラ、および真空予備加熱室１０内の基板搬送装置１３のローラを回転させることにより、トレイＴは処理済の太陽電池用基板Ｗ共に矢印ｘ_３方向に移動して真空予備加熱室１０内の基板搬送装置１３上に搬送される。

外部ステーション７０内の基板搬送装置７１は、トレイＴを未処理の太陽電池用基板Ｗと共に基板搬送装置１１に搬送した後、点線で示す如く、下段側に移動する。
基板搬送装置１３を水平にし、ゲートＧ１を開放する。基板搬送装置１３のローラ、および基板搬送装置７１のローラを回転させることにより、トレイＴは処理済の太陽電池用基板Ｗ共に矢印ｘ_４方向に移動して基板搬送装置７１上に搬送される。

そして、基板搬送装置７１を上部側に移動して、トレイＴ上の処理済の太陽電池用基板Ｗを真空吸着搬送機等の図示しない搬送機により、図示しないストッカに収納する。この後、未処理の太陽電池用基板Ｗを基板搬送装置７１上のトレイＴ上に搭載し、以下、同様な搬送を繰り返す。

上記において、各基板搬送装置１１、１３、２１、７１の傾動、ローラの回転・停止等の制御は対応する基板搬送装置駆動部４３、４４、４５、４６により行われる。また、上述したトレイＴおよび太陽電池用基板Ｗの搬送は、処理済の太陽電池用基板Ｗを外部ステーション７０から搬出後に、未処理の太陽電池用基板Ｗを外部ステーション７０に搬入する、というシリアルな制御ではない。真空処理室２０内において、太陽電池用基板Ｗに処理を行っている間に、処理済の太陽電池用基板Ｗを搬出し、次の太陽電池用基板Ｗを搬入して、真空予備加熱１０内に搬入しておく、というパラレルな制御が行われる。

（真空予備加熱室内における処理）
次に、真空予備加熱室１０内における処理について説明する。
真空予備加熱室１０内に、トレイＴと共に太陽電池用基板Ｗが搬入されると、ゲートＧ１を閉じ、チャンバ内が外部から密封される。
排気系１０ａの調整弁を制御してチャンバ内を、後述する真空処理室２０内における処理圧力と同等の真空雰囲気にする。この場合のチャンバ内の圧力は、例えば、２〜１０Ｐａ程度とすれば十分である。

そして、次に、ガス導入系１０ｂの調整弁を制御して、不活性ガス、例えばＮ_２を導入してチャンバ内を１００〜５００００Ｐａにする。この場合、チャンバ内を、一旦、真空雰囲気にしているので、チャンバ内には殆ど不活性ガスのみが導入されており、大気中に含有される酸素、炭素等の他の成分は、実質的に含まれていない。従って、大気中に含まれる成分によって半導体材料である太陽電池用基板Ｗが有害な影響を受けることを防止することができる。

チャンバ内が所定の圧力に達した時点で、制御部５０からヒータ制御部４１に指令してヒータ制御部４１によりランプヒータ１５を駆動し、トレイＴおよび太陽電池用基板Ｗの加熱を開始する。
ランプヒータ１５が放熱を開始すると、ランプヒータ１５からの赤外線が照射されるこことにより、太陽電池用基板ＷおよびトレイＴの温度が上昇する。
トレイＴの温度は、真空予備加熱室１０の外部に設置された放射温度計１７で検出される。

太陽電池用基板Ｗがシリコン基板等の半導体材料で形成されている場合、ランプヒータ１５から放射される赤外線は、大部分が半導体材料を透過してトレイＴに吸収され、一部が半導体材料に吸収される。
搬送トレイはシリコン基板に比して、はるかに質量が大きく、従って熱容量も大きい。このため、シリコン基板を所定の温度に管理する場合、搬送トレイの温度も所定の温度に加熱することが望ましい。ここで、熱容量の大きな搬送トレイと、搬送トレイと比較して熱容量の小さなシリコン基板とを同時に加熱する際、同じランプヒータでの加熱であっても熱容量の差で搬送トレイよりもシリコン基板の昇温速度は速く、シリコン基板の温度が所定の温度範囲を超えてしまい、光電変換効率に悪影響を与える場合がある。

従来では、真空予備加熱室１０内を真空処理装置２０内における真空度と同程度の真空雰囲気とした状態で、トレイＴと太陽電池用基板Ｗを加熱していた。このため、太陽電池用基板Ｗに蓄積された熱量は、後述の試験結果に示されるように、トレイＴおよびチャンバ内に放出される量が非常に少なくなることで、太陽電池用基板Ｗの温度が許容温度範囲以上に上昇していた。

これに対し、本発明においては、真空予備加熱室１０内を、一旦、真空雰囲気とした後、それよりも高い圧力に戻した状態としてから、ランプヒータ１５による加熱を開始する。このため、太陽電池用基板Ｗに蓄積された熱量は、トレイＴ、及びチャンバ内に不活性ガスを媒体として放出される量が多くなることで、太陽電池用基板Ｗの温度が許容範囲以上に上昇することを抑制することができる。

図２は、真空予備加熱室１０内の圧力（チャンバ内圧力）が１０００Ｐａの場合の太陽電池用基板ＷとトレイＴの温度上昇特性を示す図である。また、図３は、比較のため、従来の方法による太陽電池用基板ＷとトレイＴの温度上昇特性を示す図であり、真空チャンバ内の圧力が５Ｐａの場合である。
図２および図３において、実線Ａ、Ｂはそれぞれ太陽電池用基板Ｗの温度変化を示し、点線がトレイＴの温度変化を示す。実線Ａは、図４に示すようにトレイ上に複数枚戴置されている太陽電池基板の内、外側にある太陽電池基板ＳＡで測定した温度であり、実線Ｂはトレイ中央部に戴置された太陽電池基板ＳＢで測定した温度である。

図２に図示されている如く、チャンバ内圧力Ｐが１０００Ｐａの場合には、太陽電池用基板Ｗは、目標とする加熱温度４５０℃に対し、トレイ外側に戴置された太陽電池基板ＳＡでは最高温度が４８０℃、中央部の太陽電池ＳＢでは最高温度が５０９℃であった。これに対し、図３に図示されているチャンバ内圧力が５Ｐａの場合には、目標とする加熱温度４５０℃に対し、最高温度が太陽電池ＳＡで６１２℃、太陽電池ＳＢで６３７℃に達した。どちらの場合も、太陽電池用基板Ｗが最高温度に達する時点では、トレイＴの温度は、目標温度４５０℃には達していない。

図２および図３に示された太陽電池用基板Ｗの温度上昇特性から、本発明では、太陽電池用基板Ｗの温度上昇を抑制することが確認される。また、トレイ上に戴置した太陽電池基板でトレイ外側および中央部の太陽電池基板でほぼ同様の温度加熱特性を示している。したがって、本発明によれば、太陽電池基板の過度の加熱が抑えられ、光電変換効率の低下を防止し、従来よりも光電変換効率の高い太陽電池を実現する、という効果を奏する。さらに、トレイ全面に渡ってほぼ均等な加熱が実現され、太陽電池基板の均等な処理がトレイ全面に渡って行うことが可能となっている。

本発明による太陽電池基板の加熱方法による、実際の太陽電池基板での効果を図５に示す。
図５は太陽電池基板のＰＮ接合部におけるキャリアライフタイムを、従来の加熱方法で加熱した太陽電池基板と、本発明の加熱方法で加熱した太陽電池基板とで比較したものである。本発明の加熱方法で加熱した太陽電池基板でのキャリアライフタイムが、従来の加熱方法を用いた太陽電池基板に比べ大幅に延長されていることがわかる。この延長されたキャリアライフタイムは、太陽電池基板の発電効率を改善する効果をもたらす。

なお、太陽電池基板Ｗの温度は、トレイＴの温度と共に上昇するが、ランプヒータ１５からの放射を停止すると、急速に、トレイＴの温度まで下降する。このため、トレイＴの目標設定温度を４５０℃よりも低い温度、例えば、４００℃に設定した場合、太陽電池基板Ｗの到達最高温度を下げることはできる。しかし、ランプヒータ１５による加熱処理が終了し、ランプヒータ１５がオフすると、太陽電池基板Ｗの温度が急速にトレイＴの温度である、４００℃に下がってしまい、次の真空処理室２０における処理を行うことができなくなる。

（太陽電池の製造方法）
＜実施形態１＞
図６は、本発明の太陽電池の製造方法の一実施形態としての処理フロー図である。この処理フロー図は、真空予備加熱室における加熱処理に関するものであり、太陽電池の製造装置全体の処理フローを示すものではない。
真空予備加熱室２０における太陽電池用基板Ｗの加熱処理は、ステップＳ１で、ゲートＧ１を開放して真空予備加熱室１０のチャンバ内を大気圧にする。
次に、ステップＳ２で、太陽電池用基板ＷをトレイＴと共に、外部ステーション７０内の基板搬送装置７１から真空予備加熱室１０内の基板搬送装置１１上に搬送する。搬送する際の処理は、上述した通りであるので、ここでは説明を省略する。次に、ゲートＧ１を閉じ、真空予備加熱室１９を外部から密封する。

ステップＳ３で、真空予備加熱室１０の排気系１０ａの調整弁を制御して、真空予備加熱室を真空引きし、減圧する。
この処理は、真空予備加熱室１０内の圧力を図示しない圧力検出器により監視しながら、チャンバ内圧力Ｐが所定の圧力（ここでは５Ｐａとする）に達するまで継続する。

ステップＳ４において、真空予備加熱室１０内の圧力Ｐが５Ｐａ以下に低下したことが検出されたら、ステップＳ５に進み、排気系１０ａの調整弁を閉じて真空予備加熱室１０の減圧を停止する。

ステップＳ６において、ガス導入系１０ｂの調整弁を開放し、Ｎ_２等の不活性ガスの導入を行う。不活性ガスの導入は、チャンバ内が加熱処理圧力に達するまで継続する。加熱処理圧力は、加熱処理を行うときの圧力であり、ここでは、真空予備加熱室１０内の圧力Ｐが１０００±α（Ｐａ）であるとして説明する。αは目標圧力１０００Ｐａに対する許容圧力であり、例えば、１００Ｐａ程度である。
ステップＳ５で、真空予備加熱室１０内の圧力Ｐが１０００±α（Ｐａ）となるまで、Ｎ_２等の不活性ガスが真空予備加熱室１０内に供給されたら、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、ヒータ制御部４１によりランプヒータ１５をＯｎにして発熱させ、太陽電池用基板ＷおよびトレイＴの加熱を開始する。太陽電池用基板ＷおよびトレイＴの加熱が開始されると、放射温度計１７から、所定時間間隔で、トレイＴの温度を測定し、その検出値が制御部５０に送出される。

そして、ステップＳ８において、制御部５０は、放射温度計１７から送出されるトレイＴの温度情報に基づいて、ＰＩＤ制御によりトレイＴの温度が所定温度範囲に維持されるように、ランプヒータ１５の温度を制御しながら加熱を継続する。ここでは、所定温度範囲を４５０±β（℃）とする。

トレイＴの温度が所定温度範囲４５０±β（℃）であることが検出されたら、ステップＳ９で、所定温度範囲に所定時間、保持されたか否か判断する。これは、トレイＴの温度が所定温度範囲に到達した時点では、太陽電池用基板Ｗは、まだ温度が上昇中であり、全体が確実に所定温度範囲になるようにするためである。

ステップＳ９において、所定時間経過していたと判断されると、ステップＳ１０に進む。
ステップＳ１０では、チャンバ内圧力Ｐを、真空処理室２０と同じ真空雰囲気、例えば、５Ｐａにするとともに加熱を停止する。なお、本明細書においては、真空雰囲気とは、真空処理室２０内において、太陽電池用基板Ｗに処理を行う真空度と同じ程度の真空度を意味する。従って、具体的に何Ｐａ以下というような限界値がある訳ではない。
そして、ステップＳ１１において、ゲートＧ２を開放し、トレイＴと共に太陽電池用基板Ｗを真空予備加熱室１０から真空処理室１０に搬送し、加熱処理を終了する。

真空処理室２０における処理について、簡単に説明する。
真空処理室２０では、例えば、太陽電池用基板Ｗに反射防止膜を形成する。
シリコン基板の受光面側にｎ型拡散領域が形成された太陽電池用基板Ｗを外部ステーション７０に搬入し、上述した搬送を経て、真空処理室２０内に搬入する。排気系２０ａの調整弁を開放し、真空引きを行って、真空処理室２０のチャンバ内が所定の圧力、例えば、５〜１０Ｐａ程度になったら排気系２０ａを閉じる。次に、ガス導入系２０ｂの調整弁を開放し、流量を調整しながら、Ｎ_２ガス、Ｏ_２ガス、ＳｉＨ_４等のプロセスガスを導入する。

シーズヒータ２３により、太陽電池用基板Ｗの温度を４５０℃程度に維持した状態で、プラズマを発生し、ガス導入系２０ｂよりＳｉＨ_４ガスを導入して太陽電池用基板Ｗの受光面側のｎ型拡散領域上に反射防止膜としての窒化シリコン膜を成膜する。窒化シリコン膜は水素を含有し、この水素がシリコン基板の主面のダングリングボンドに結合するため、欠陥密度を小さくし、シリコン基板におけるキャリアライフを長くする効果を有する。

上記した本発明の実施形態１によれば下記の効果を奏する。
（１）予備加熱室１０内を、真空雰囲気より高い気圧である加熱処理圧力にした状態でランプヒータ１５による熱線を照射してトレイＴおよび太陽電池用基板Ｗの加熱処理を行う。このため、熱伝導により太陽電池用基板ＷからトレイＴおよびチャンバ内に拡散される熱量が大きくなり、太陽電池用基板Ｗの温度上昇を抑制することができる。これより、製造される太陽電池の光電変換効率を向上することができる。
（２）予備加熱室１０内を、真空雰囲気より高い気圧であるが、大気圧よりも低い圧力である状態でランプヒータ１５による熱線を照射してトレイＴおよび太陽電池用基板Ｗの加熱処理を行う。大気圧では、ランプヒータ１５から放射される熱線を吸収したトレイＴおよび太陽電池用基板Ｗからチャンバ内に熱伝導により伝導される熱量が大き過ぎて、装置本体の構成部材を劣化あるいは損傷させる。しかし、本発明の実施形態によれば、このようなことを防止することができる。

（３）予備加熱室１０内を、真空雰囲気より高い気圧である加熱処理圧力にする前に、例えば、２〜１０Ｐａの真空雰囲気にし、不活性ガスを導入して加熱処理圧力にする。このため、大気中に含まれる酸素、炭素等の成分の作用に起因する太陽電池用基板の特性の低下を防止することができる。
（４）太陽電池用基板Ｗの温度を検出するのではなく、トレイＴの温度を検出して加熱の制御を行うようにしている。太陽電池用基板Ｗは、赤外線を透過するので放射温度計による温度の検出が困難である。また、トレイＴは移動するので、固定されて用いられる熱電対を温度検出器として用いるのは困難である。よって、トレイＴの温度を検出して加熱の制御を行う方法により、生産性を向上する効果がある。

＜実施形態２＞
図７は、本発明の太陽電池の製造方法の実施形態２としての処理フロー図である。図６と同様、この処理フロー図も、真空予備加熱室における予備加熱処理に関するものであり、太陽電池の製造装置全体の処理フローを示すものではない。
なお、図７における処理フロー図においては、図６と同一のステップについては、同一の参照番号が付されている。

図７に示された製造方法が図６に示された製造方法と相違する点は、図６におけるステップＳ４〜ステップＳ６に示す処理に代えて、ステップＳ２１とステップＳ５の処理を行うようにした点である。
従って、実施形態２に関しては、主に、ステップＳ２１とステップＳ５における処理について説明する。

図６のステップＳ１〜Ｓ３に示すように、ゲートＧ１を開放して真空予備加熱室１０のチャンバ内を大気圧にして、太陽電池用基板ＷをトレイＴ上に載置した状態で、外部ステーション７０から真空予備加熱室１０内に搬入し、真空予備加熱室１０内を減圧する。

ステップＳ３の次に、ステップＳ２１で、真空予備加熱室１０内の圧力Ｐが１０００±α（Ｐａ）に低下したか否かが判断される。ステップＳ２１において、真空予備加熱室１０内の圧力Ｐが１０００±α（Ｐａ）に低下したと判断されれば、ステップＳ５に進む。

実施形態２においては、ステップＳ６おける不活性ガスの導入が行われない。このためステップＳ２１では、真空予備加熱室１０内の圧力Ｐは、大気の組成のガスの圧力を検出し、この圧力が減圧されて１０００±α（Ｐａ）に低下したことを判断する。

すなわち、実施形態２では、太陽電池用基板ＷをトレイＴ上に載置した状態で、真空予備加熱室１０内に搬入し、真空予備加熱室１０内の減圧を行う場合、実施形態１の如く、一旦、真空雰囲気にして、この後不活性ガスを導入することなく、直接、大気を加熱処理圧力にまで減圧するようにしたものである。
したがって、実施形態２では、一旦真空雰囲気にする工程がないことで、予備加熱全体の工程が短縮されている。

＜実施形態３＞
図８は、本発明の太陽電池の製造方法の実施形態３としての処理フロー図である。図６、図７と同様、この処理フロー図も、真空予備加熱室における予備加熱処理に関するものであり、太陽電池の製造装置全体の処理フローを示すものではない。
なお、図８における処理フロー図においては、図６、図７と同一のステップで、かつステップの実施順が変更されていないものについては、同一の参照番号が付されている。

図８に示された製造方法が図６、図７に示された製造方法と相違する点は、図６におけるステップＳ４〜ステップＳ７、および図７におけるステップＳ２１に示す処理に代えて、ステップＳ３１〜ステップＳ３６に示す処理を行うようにした点である。
従って、実施形態３に関しては、主に、ステップＳ３１〜ステップＳ３６における処理について説明する。

図６、図７のステップＳ１〜Ｓ３と同様に、ゲートＧ１を開放して真空予備加熱室１０のチャンバ内を大気圧にして、太陽電池用基板ＷをトレイＴ上に載置した状態で、外部ステーション７０から真空予備加熱室１０内に搬入し、真空予備加熱室１０内を減圧する。

ステップＳ３の次に、ステップＳ３１で、真空予備加熱室１０内の圧力Ｐが１０００＋α（Ｐａ）以下に低下したか否かが判断される。ステップＳ３１において、真空予備加熱室１０内の圧力Ｐが１０００＋α（Ｐａ）以下に低下したと判断されれば、ステップＳ３２に進む。なおこの際αは上記の実施形態１、２の場合と同等である。

ステップＳ３２では、ヒータ制御部４１によりランプヒータ１５をＯｎにして発熱させ、太陽電池用基板ＷおよびトレイＴの加熱を開始する。
なおこのステップＳ３２では図６、および図７のステップＳ７と同様に加熱を開始するが、真空予備加熱室１０の減圧が継続されている。この処理は、真空予備加熱室１０内の圧力を図示しない圧力検出器により監視しながら、チャンバ内圧力Ｐが所定の圧力（ここでは５Ｐａとする）に達するまで継続する。

ステップＳ３３において、真空予備加熱室１０内の圧力Ｐが５Ｐａ以下に低下したことが検出されたら、ステップ３４に進む。
ステップＳ３４では、排気系１０ａの調整弁を閉じ、真空予備加熱室１０の減圧を停止する。

ステップＳ３５では、ガス導入系１０ｂの調整弁を開放し、Ｎ_２等の不活性ガスの導入を行う。このステップは図６のステップＳ６と同様に、不活性ガスの導入を行うが、ステップＳ３５では真空予備加熱室１０での加熱既に開始されている（ステップＳ３２）。

ステップＳ３６では、図６のステップＳ８と同様に、制御部５０は、放射温度計１７から送出されるトレイＴの温度情報に基づいて、ＰＩＤ制御によりトレイＴの温度が所定温度範囲４５０±β（℃）に維持されるように、ランプヒータ１５の温度を制御しながら加熱を継続する。

なお、図２、図３を参照して説明したように、真空予備加熱室１０の加熱を開始してから、トレイＴの温度が所定温度範囲４５０±β（℃）に安定するまで５００秒以上の時間がかかる。実施形態３では、実施形態２に比べ、図７においてステップＳ３２の加熱開始から、ステップＳ３６のトレイ温度制御まで、３つのステップＳ３３〜Ｓ３５が追加されているが、これら３つのステップ実施に必要な時間は通常５０秒程度以下である。
従って、実施形態１あるいは実施形態２に比べ、実施形態３では、真空予備加熱室１０の加熱を、真空予備加熱室１０の圧力を１０００±αに調整する前から開始することで、真空予備加熱室１０での全行程に必要な時間を短縮することができる。

実施形態２ではランプヒータがＯｎになっている間全部が、またおよび実施形態３では目安として、図８のステップ３３で真空予備加熱室１０の圧力Ｐが５Ｐａ以下になる程度までの間、酸素を含んだ大気を減圧した雰囲気で加熱が行われている。
したがって、実施形態２および実施形態３は大気中の含まれる酸素等の成分によって半導体材料である太陽電池基板Ｗ（図１参照）が有害な影響を受けないプロセスにおいて、製造工程を短縮することができる。

従って、実施形態２、実施形態３による場合においても、実施形態１による場合の効果（１）、（２）および（４）を奏する。施形態２による場合においては、実施形態１による場合の効果（３）を奏するものではないが、真空雰囲気までの減圧を行うものではないから、生産効率を向上するという効果を奏する。
実施形態１、実施形態２、実施形態３のいずれを用いるかは、信頼性と生産効率の両面を考慮して決定すればよい。

なお、上記各実施形態においては、真空処理室２０において、太陽電池の反射防止膜を形成する場合で説明したが、この発明は、この工程に限定されるものではなく、ＰＥＣＶＤ処理で太陽電池を製造する際の他の工程に対しても適用することが可能である。

また、トレイＴの温度検出器として、放射温度計を用いた場合で説明したが、熱電対など、他の温度センサを用いることができる。
その他、本発明の太陽電池の製造装置は、発明の趣旨の範囲において、種々、変形することが可能であり、要は、太陽電池用基板および太陽電池用基板が搭載されるトレイを収納し、ランプヒータにより加熱する予備加熱室と、予備加熱室内で加熱された太陽電池用基板およびトレイを収納し、真空雰囲気中で太陽電池用基板に処理を行う真空処理室と、予備加熱室内におけるトレイの温度を検出する温度検出器と、予備加熱室内の圧力を、真空処理室内の真空雰囲気よりも高く大気圧よりも低い加熱処理圧力に設定する第１の手段と、加熱処理圧力に保持した状態でランプヒータによる加熱を開始する第２の手段と、トレイを所定温度範囲に保持する第３の手段と、予備加熱室内の圧力を減圧して予備加熱室から真空処理室に搬送する第４の手段とを有する制御手段と、を備えるものであればよい。

また、この発明の太陽電池の製造方法は、予備加熱室に、太陽電池用基板および前記太陽電池用基板が搭載されるトレイを収納する工程と、予備加熱室内の圧力を、真空雰囲気よりも高く大気圧よりも低い加熱処理圧力に設定する工程と、加熱処理圧力に保持した状態で、かつ、トレイが所定の温度に維持されるように監視しながら、ランプヒータにより太陽電池用基板およびトレイを加熱する工程と、予備加熱室を真空雰囲気に減圧して太陽電池基板およびトレイを真空処理室に搬送する工程と、真空処理室において、真空雰囲気で太陽電池用基板に処理を行う工程とを備えるものであればよい。

上述したごとく、本発明は、ランプヒータ１５から放射された赤外線が、シリコン基板などの半導体基板を透過するため、トレイＴからの熱伝導により、半導体基板の温度がトレイＴよりも高温になる作用を緩和するようにしたことを趣旨とする。しかして、太陽電池用基板としてのシリコン基板は、集積回路が形成された半導体装置の製造に用いられるシリコン基板と同一のものである。従って、この発明は、集積回路が形成される半導体装置の製造装置および半導体装置の製造方法として適用することが可能である。

すなわち、本発明は、下記に示す半導体装置の製造装置および半導体装置の製造方法を含んでいる。
（１）半導体基板および半導体基板が搭載されるトレイを収納し、ランプヒータにより加熱する予備加熱室と、予備加熱室内で加熱された半導体基板およびトレイを収納し、真空雰囲気中で半導体基板に処理を行う真空処理室と、予備加熱室内におけるトレイの温度を検出する温度検出器と、予備加熱室内の圧力を、真空処理室内の真空雰囲気よりも高く大気圧よりも低い加熱処理圧力に設定する第１の手段と、加熱処理圧力に保持した状態で前記ランプヒータによる加熱を開始する第２の手段と、トレイを所定温度範囲に保持する第3の手段と、予備加熱室内の圧力を減圧して予備加熱室から真空処理室に搬送する第４の手段とを有する制御手段と、を備える半導体装置の製造装置。

（２）予備加熱室に、半導体基板および半導体基板が搭載されるトレイを収納する工程と、予備加熱室内の圧力を、真空雰囲気よりも高く大気圧よりも低い加熱処理用圧力に設定する工程と、加熱処理圧力に保持した状態で、かつ、トレイが所定の温度に維持されるように監視しながら、ランプヒータにより半導体基板およびトレイを加熱する工程と、予備加熱室を真空雰囲気に減圧して半導体基板および前記トレイを真空処理室に搬送する工程と、真空処理室において、真空雰囲気で半導体基板に処理を行う工程とを備える半導体装置の製造方法。

１０ 真空予備加熱室
１１、１３、２１、７１ 基板搬送装置
１５ ランプヒータ
２０ 真空処理室
２２ ＲＦ電極
４１ ヒータ制御部
４２ プラズマ放電制御部
４３〜４６ 基板搬送装置駆動部
Ｔ トレイ
Ｗ 太陽電池用基板

Claims (9)

1. 太陽電池用基板および太陽電池用基板が搭載されるトレイを収納し、ランプヒータにより加熱する予備加熱室と、
   前記予備加熱室内で加熱された太陽電池用基板およびトレイを収納し、真空雰囲気中で太陽電池用基板に処理を行う真空処理室と、
   前記予備加熱室内におけるトレイの温度を検出する温度検出器と、
   前記予備加熱室内の圧力を、前記真空処理室内の真空雰囲気よりも高く大気圧よりも低い加熱処理圧力に設定する第１の手段と、前記加熱処理圧力に保持した状態で前記ランプヒータによる加熱を開始する第２の手段と、トレイを所定温度範囲に保持する第３の手段と、前記予備加熱室内の圧力を減圧して前記予備加熱室から前記真空処理室に搬送する第４の手段とを有する制御手段と、を備えることを特徴とする太陽電池の製造装置。
2. 請求項１に記載された太陽電池の製造装置において、前記制御手段は、前記予備加熱室内の圧力を、前記真空処理室内の真空雰囲気よりも高い前記加熱処理圧力に設定する前に、前記加熱処理圧力よりも低い圧力にする第５の手段を有することを特徴とする太陽電池の製造装置。
3. 請求項２に記載された太陽電池の製造装置において、前記制御手段が、前記第５の手段を用いて、前記予備加熱室内の圧力を、前記真空処理室内の真空雰囲気よりも高い前記加熱処理圧力に設定する前に、前記加熱処理圧力よりも低い圧力にしたのち、前記予備加熱室に不活性ガスを導入して、前記真空処理室内の真空雰囲気よりも高い前記加熱処理圧力に設定する第６の手段を有することを特徴とする太陽電池の製造装置。
4. 請求項１乃至３に記載された太陽電池の製造装置において、前記加熱処理圧力は１００〜５００００Ｐａであることを特徴とする太陽電池の製造装置。
5. 予備加熱室に、太陽電池用基板および前記太陽電池用基板が搭載されるトレイを収納する工程と、
   前記予備加熱室内の圧力を、真空雰囲気よりも高く大気圧よりも低い加熱処理用圧力に設定する工程と、
   前記加熱処理圧力に保持した状態で、かつ、前記トレイが所定の温度に維持されるように監視しながら、ランプヒータにより前記太陽電池用基板および前記トレイを加熱する工程と、
   前記予備加熱室を真空雰囲気に減圧して前記太陽電池基板および前記トレイを真空処理室に搬送する工程と、
   前記真空処理室において、真空雰囲気で前記太陽電池用基板に処理を行う工程とを備えることを特徴とする太陽電池の製造方法。
6. 請求項５に記載の太陽電池の製造方法において、前記予備加熱室内の圧力を、真空雰囲気よりも高く大気圧よりも低い加熱処理用圧力に設定する工程の前に、前記予備加熱室内の圧力を、加熱処理用圧力よりも低い圧力にする工程を有することを特徴とする太陽電池の製造方法。
7. 請求項６に記載された太陽電池の製造方法において、前記予備加熱室内の圧力を、前記真空処理室内の真空雰囲気よりも高い前記加熱処理圧力に設定する工程の前に、前記加熱処理圧力よりも低い圧力にしたのち、前記予備加熱室に不活性ガスを導入して、前記真空処理室内の真空雰囲気よりも高い前記加熱処理圧力に設定する工程を有することを特徴とする太陽電池の製造方法。
8. 請求項５乃至７に記載の太陽電池の製造方法において、前記加熱処理圧力は１００〜５００００Ｐａであることを特徴とする太陽電池の製造方法。
9. 請求項５乃至８のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法において、前記真空処理室内で前記太陽電池用基板に反射防止膜を形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。
   

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