JP2012094763A - 製膜装置および製膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放電電極内に特別な加熱機構を保有してない放電電極の温度制御が可能な製膜装置および製膜方法を提供する。
【解決手段】基板３０に製膜するためのプラズマを生成する放電電極５と、放電電極５の温度を計測する電極温度計測手段と、基板３０を表面で保持する基板テーブルと、放電電極５、電極温度計測手段、および基板テーブルと、を有する製膜室１と、製膜室１内の圧力を計測する製膜室圧力計測手段と、製膜室１に気体を導入する気体導入手段と、製膜室１内を所定の圧力となるように気体を排気する気体排気手段８と、放電電極５の温度に基づいて、気体導入手段と気体排気手段８との少なくとも１つの作動状況の変化を繰り返す間欠動作を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、製膜装置に関し、特に、プラズマを用いて基板に処理を行う製膜装置に関する。

一般に、図１４に示すように、複数の製膜処理室１０２と、ローダ１０３、ロード室１０４及びアンロード室１０５を有する製膜装置１０１が知られている。このような製膜装置１０１において、被処理対象の基板１０６は、ローダ１０３によりロード室１０４へと搬入される。

ロード室１０４に搬入された基板１０６は、ロード室１０４内に設けられている基板予熱ヒーター（図示せず）によって予熱されて複数の製膜処理室１０２のうちのいずれかに基板搬送装置（図示せず）により搬入されて、製膜処理が行われる。製膜処理室１０２での製膜処理が終了した基板１０６は、別の製膜処理室１０２へと基板搬送装置により搬入されて別の製膜処理が行われる。このようにして、複数の製膜処理室１０２のうちのいくつかに搬入されて製膜処理が終了した基板１０６は、アンロード室１０５から製膜装置１０１外へ搬出される。

上述するような製膜装置１０１において、各製膜処理室１０２における製膜処理は、真空度が数１０Ｐａ〜数１００Ｐａの粗引き真空排気状態であって室温より高い温度のもとで行われる。基板１０６が投入されていない製膜処理室１０２は、基板１０６が投入されると基板温度が早く調整されて、安定した製膜処理が行えるようにプラズマ発生用放電電極（図示せず）にヒーターを組み込んだり、熱媒体を循環させてプラズマ発生用放電電極の温度変化が少なくなるように維持して高真空排気状態で待機している（例えば、特許文献１および特許文献２）。

また、製膜処置室１０２内の温度を維持するために、ロット待ちなどの生産条件により製膜処理までの待機時間が長く発生した場合に製膜処理室１０２内の圧力を上昇させて基板加熱ヒータからの伝熱を促進させることが開示されている（例えば、特許文献３および特許文献４）。

特開昭６３−２５９０８１号公報 特開２００７−１０３６３５号公報 特許第３７０６５１０号公報 特開２００７−１１００４５号公報

しかし、非晶質シリコン光電変換層を形成するに当たり、プラズマＣＶＤ装置を図１４に示す製膜装置１０１で構成した場合、非晶質シリコン薄膜からなるｐ層用の製膜処理室１０２ａ、１０２ｂは、プラズマ発生用放電電極に投入するＲＦパワーを大きくせずに製膜処理を行うため（例えば、１３．５６ＭＨｚ、１ｋＷ／ｍ^２）、放電電極は放電中の温度上昇も少ないことから、特別に熱媒体を循環して温度維持させていない。そのため、ロット待ちなどの生産条件により非晶質シリコン薄膜からなるｐ層の製膜処理間に長い待機時間が発生した際には、ｐ層を製膜するための製膜処理室１０２ａ、１０２ｂ内の放電電極の温度が変化（低下）して、そのまま製膜処理を再開した場合に膜質変動の要因になるという問題があった。

また、製膜装置１０１を構成しているロード室１０４の基板予熱ヒーター故障で加熱不良により基板１０６の温度が低い状態でｐ層用製膜処理室１０２ａ、１０２ｂに搬入した場合には、図１５に示すように、通常の製膜処理の伝熱状態と異なり放電電極１０７から搬入した基板１０６への伝熱量が増加する（点線の矢印で示す）。そのため、放電電極１０７の温度が低下してしまい、製膜処理に膜質変動の要因になるという問題があった。

このような放電電極１０７の温度低下を防止するために、たとえば、基板１０６が設置される基板テーブル１０８の設定温度を上昇させる手法がある。しかし、放電電極１０７の温度状態を監視しながら、基板テーブル１０８の温度上昇作業を手動で行っていることから、基板テーブル１０８の温度が上昇しすぎた場合には、基板テーブル１０８の冷却時間が必要となるなど運転員による手動調整作業が煩雑であり、かつ、運転員の高度な判断が必要となるために運用の支障となっていた。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、放電電極内に特別な加熱機構を保有してない放電電極の温度制御が可能な製膜装置および製膜方法を提供する。

上記課題を解決するために、本発明の製膜装置によれば、基板に製膜するためのプラズマを生成する放電電極と、前記放電電極の温度を計測する電極温度計測手段と、前記基板を表面で保持する基板テーブルと、前記放電電極、前記電極温度計測手段、および前記基板テーブルと、を有する製膜室と、該製膜室内の圧力を計測する製膜室圧力計測手段と、前記製膜室に気体を導入する気体導入手段と、前記製膜室内を所定の圧力となるように前記気体を排気する気体排気手段と、前記放電電極の温度に基づいて、前記気体導入手段と前記気体排気手段との少なくとも１つの作動状況の変化を繰り返す間欠動作を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

電極温度計測手段が計測する放電電極の温度に基づいて、製膜室内に気体を導入する気体導入手段と気体を排気する気体排気手段の少なくとも１つの作動状況を繰り返す間欠動作を制御する制御手段を備えることとした。これにより、製膜室内の熱伝導率を間欠動作により制御することが可能となる。したがって、基板テーブルから放電電極への伝熱を過剰にならないよう適切に制御することができ、放電電極温度の急激な上昇を抑制し、放電電極の温度を所定範囲内に維持する制御をすることができる。

また、制御手段により放電電極の温度に基づいて製膜室内に気体を導入して放電電極の温度を制御するため、放電電極温度が低下した場合であっても放電電極の温度回復までの時間を低減することができる。

さらに、制御手段によって放電電極の温度を制御するため、放電電極の温度回復作業の煩雑さを低減して、運転員の負担を軽減することができる。

本発明の製膜装置によれば、前記放電電極の温度が第１所定温度未満になった場合には、前記制御手段が前記気体導入手段の作動状況として第１の所定流量を開始し、前記気体排気手段の作動状況を変化させて前記製膜室内を第１の圧力とし、前記放電電極の温度が前記第１所定温度以上になった後に、第２所定温度未満までは、前記気体導入手段の作動状況は、前記第１の所定流量と、該第１の所定流量よりも少ない第２の所定流量とを繰り返す間欠制御と、前記気体排気手段の作動状況は、前記製膜室内を前記第１の圧力と該第１の圧力より高真空である第２の圧力とを前記間欠制御に合わせて繰り返し、前記制御手段により所定の時間配分で繰り返すことを特徴とする。

放電電極の温度が第１所定温度未満になった場合に、制御手段により気体導入手段を作動開始させることとした。そのため、製膜室内に気体を導入して、製膜室内の圧力を第１の圧力へ上昇させることができる。したがって、基板テーブルから放電電極への伝熱を向上して、放電電極の温度を第１所定温度まで上昇させることができる。
また、放電電極の温度が第１所定温度以上になった後に、第２所定温度未満までは、制御手段により気体導入手段の作動状況を第１の所定流量と、第１の所定流量より少ない第２の所定流量とを繰り返す間欠制御を行なう。また、伴わせて、製膜室内を第１の圧力と、第１の圧力より高真空である第２の圧力とを繰り返すよう気体排気手段の作動状況の変化を間欠制御と所定の時間配分とで繰り返すようにした。そのため、基板テーブルから放電電極への伝熱を過剰にならないよう適切に制御することができ、放電電極の温度を所定範囲内に維持する制御をすることができる。
なお、第１所定温度とは、製膜の膜質に変動を生じさせない放電電極の所定温度の許容範囲の下限値であり、例えば、基板テーブル温度が１６５℃以上１７０℃未満において、放電電極の所定温度が１３０℃の場合、第１所定温度は１２５℃が好ましい。
また、第２所定温度とは、放電電極の所定温度の許容範囲の上限値であり、例えば、基板テーブル温度が１６５℃以上１７０℃未満において、放電電極の所定温度が１３０℃の場合、１３５℃が好ましい。

本発明の製膜装置によれば、前記放電電極の温度が第１所定温度未満になった場合には、前記制御手段が前記気体導入手段の作動状況として第１の所定流量を開始し、前記気体排気手段の作動状況を変化させて前記製膜室内を第１の圧力とし、前記放電電極の温度が前記第１所定温度以上になった後に、第２所定温度未満までは、前記気体導入手段の作動状況は、前記第１の所定流量を開始し、前記気体排気手段の作動状況は、前記製膜室内を前記第１の圧力と該第１の圧力より高真空である第２の圧力とを繰り返す間欠制御を前記制御手段により所定の時間配分で繰り返すことを行うことを特徴とする。

放電電極の温度が第１所定温度以上第２所定温度未満になった場合には、制御手段により気体導入手段の作動状況は、第１の所定流量を開始するとともに、気体排気手段の作動状況は、製膜室内を第１の圧力と第１の圧力より高真空である第２の圧力とを繰り返す間欠制御を、所定の時間配分で繰り返すようにした。そのため、基板テーブルから放電電極への伝熱を過剰にならないよう適切に制御することができ、オーバーシュートによる放電電極温度の急激な上昇を抑制することができる。したがって、基板テーブルから放電電極への伝熱を制御して、放電電極の温度を所定温度の許容範囲内に維持することができる。また、気体導入手段の作動は一定流量であり間欠ではないため、気体導入手段の制御は簡易化が可能となる。

本発明の製膜装置によれば、前記気体は、水素および窒素であり、前記放電電極の温度が第１所定温度未満になった場合には、前記制御手段が前記気体導入手段の作動状況として水素の第１の所定流量を開始し、前記気体排気手段の作動状況を変化させて、前記製膜室内を第１の圧力とし、前記放電電極の温度が前記第１所定温度以上になった後に、第２所定温度未満までは、前記気体導入手段の作動状況は、水素と窒素とを交互に導入することを繰り返し、前記気体排気手段の作動状況を変化させて、前記製膜室内を前記第１の圧力とし、前記制御手段により所定の時間配分で繰り返すことを行うことを特徴とする。

熱伝導率の高い水素（０．２Ｗ／ｍＫ）と熱伝導率のやや低い窒素（０．０２Ｗ／ｍＫ）とを交互に製膜室内に導入することとした。これにより、製膜室内の圧力変化を緩やかにすることができる。そのため、製膜室内に設けられている熱容量の小さな部品の急激な温度変化を防止しつつ、放電電極温度の低下やオーバーシュートによる放電電極温度の急激な上昇を抑制することができる。したがって、放電電極の温度を所定温度の許容範囲内に維持するとともに、製膜室内の構成部品の急な温度変化による損傷を抑制して製膜装置の運用の信頼性を向上させることができることができる。

本発明の製膜装置によれば、前記間欠制御の所定の時間配分は、事前の試験により決めることを特徴とする。

気体導入手段の作動を、第１の所定流量と第１の所定流量より少ない第２の所定流量とを繰り返す間欠制御を行なう。また、気体排気手段の作動を、製膜室内を第１の圧力と第１の圧力より高真空である第２の圧力とを繰り返す間欠制御を行なう。このとき、制御手段により繰り返される所定の時間配分は、製膜装置の事前試験により決定するようにした。このため、製膜室の固体差による熱伝導の違いを調整できるので、製膜装置の運用の信頼性を向上させることができることができる。

本発明の製膜装置によれば、前記放電電極の温度が第２所定温度以上第３所定温度未満になった場合には、前記気体導入手段の作動状況は、前記第２の所定流量とし、前記気体排気手段の作動状況を変化させて、前記製膜室内を前記第２の圧力とし、前記制御手段により前記気体排気手段の運転を行うことを特徴とする。

放電電極の温度が第２所定温度以上第３所定温度未満になった場合には、制御手段により気体導入手段を第２の所定流量とし、気体排気手段の作動状況を変化させ製膜室内を第２の圧力とした。そのため、製膜室内を高真空状態にして、基板テーブルから放電電極への伝熱を低減することができる。したがって、放電電極温度の過昇温を防止することができる。
なお、第３所定温度とは、放電電極の所定温度が１３０℃の場合、例えば１４０℃が好ましい。

本発明の製膜装置によれば、前記制御装置は、タイマーを有し、前記製膜室に前記基板が搬入されるまでの待ち時間を検出して、検出された前記待ち時間が所定の時間よりも長い場合には、前記気体導入手段または／および前記気体排気手段を制御することを特徴とする。

製膜室に基板が搬入されるまでの待ち時間に応じて気体導入手段または／および気体排気手段の動作開始を制御することとした。そのため、待ち時間が所定の時間よりも長くなり放電電極の温度が低下し始めた場合であっても、放電電極の温度低下を抑制し、放電電極温度が所定温度にまで回復する時間を低減することができる。したがって、製膜装置の処理能力の負担を低減することができる。
なお、ここで所定の時間とは、製膜装置の特性にもよるが、３分以上２０分以内が好ましい。

本発明の製膜方法によれば、基板に製膜するためのプラズマを生成する放電電極と、基板を表面で保持する基板テーブルと、前記製膜室内の圧力を計測する製膜室圧力計測手段と、前記製膜室に気体を導入する気体導入手段と、前記製膜室内を所定の圧力となるように前記気体を排気する気体排気手段と、を有する製膜室に、前記放電電極の温度に基づいて、前記気体導入手段と前記気体排気手段との少なくとも１つの作動状況の変化を繰り返す間欠動作を制御することを特徴とする。

電極温度計測手段が計測する放電電極の温度に基づいて、製膜室に気体を所定時間で間欠に導入する気体導入手段を制御する制御手段を備えることとした。これとともに、製膜室内の圧力を所定時間で間欠な変化を繰り返すよう制御する。この所定時間を適切に選定することで、製膜室内の熱伝導率を適宜に選定して制御することが可能となる。したがって、基板テーブルから放電電極への伝熱を制御して、放電電極の温度を制御することができる。

また、制御手段により放電電極の温度に基づいて製膜室に気体を導入して放電電極の温度を制御するため、放電電極温度が低下した場合であっても放電電極の温度回復までの時間を低減することができる。

さらに、制御手段によって放電電極の温度を制御するため、放電電極の温度回復作業の煩雑さを低減して、運転員の負担を軽減することができる。

第１実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の製膜処理室の概略を説明する概略構成図である。 図１に示したプラズマＣＶＤ装置によって製膜される電池特性と、放電電極温度との関係を示すグラフである。 放電電極温度が１２５℃未満の場合における、圧力２５０Ｐａの昇温運転状況を示すグラフである。 Ｈ_２の熱伝達率と圧力との関係を示すグラフである。 図１に示したプラズマＣＶＤ装置による間欠昇温運転を示す模擬図である。 放電電極温度が１２５℃以上１３５℃未満の場合における、圧力２５０Ｐａの昇温運転状況を示すグラフである。 第２実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置による間欠昇温運転を示す模擬図である。 第３実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置による間欠昇温運転を示す模擬図である。 各実施形態の薄膜太陽電池モジュールの構成を説明する模式図である。 各実施形態の薄膜太陽電池モジュールの製造工程を説明する模式図の一部である。 各実施形態の薄膜太陽電池モジュールの製造工程を説明する模式図の一部である。 各実施形態の薄膜太陽電池モジュールの製造工程を説明する模式図の一部である。 各実施形態の薄膜太陽電池モジュールの製造工程を説明する模式図の一部である。 従来のプラズマＣＶＤ装置の概略構成図である。 図１４に示した製膜室の内部構成を示す概略図である。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置および製膜方法について図１から図６を参照して説明する。
図１は、本実施形態のタンデム型シリコン系の薄膜太陽電池モジュールの非晶質シリコン薄膜からなるｐ層（光入射側にある第１セル層のｐ層）用の製膜に用いるプラズマＣＶＤ装置製膜処理室の概略構成を示し、プラズマＣＶＤ装置製膜処理室の側面から見た図である。

非晶質シリコン薄膜からなるｐ層用の製膜に用いるプラズマＣＶＤ装置（製膜装置）の製膜処理室１は、真空容器である製膜室２と、導電性の平板である対向電極３と、対向電極３の温度を維持し均一化する均熱板１１と、均熱板１１及び対向電極３を保持する均熱板保持機構４と、対向電極３との間でプラズマを発生する放電電極５と、プラズマ発生範囲を制限する防着板６と、防着板６を支持する支持部７、高周波電力を放電電極５に供給する高周波給電伝送路２２及び整合器２３と、製膜室２内に雰囲気ガスであるＨ_２(気体)を導入する気体導入装置（気体導入手段）と、製膜室２内の雰囲気ガスを排気する高真空排気部（気体排気手段）８及び低真空排気部９と、製膜室２を保持する台１０と、放電電極５の温度を計測する放電電極用熱電対（電極温度計測手段）と、製膜室２内の圧力を計測する製膜室用圧力計（製膜室圧力計測手段）と、放電電極５の温度に基づいて気体導入装置を制御する製膜室制御装置（制御手段）と、を具備している。

ここで、Ｘ方向は、図１の左右方向であり、Ｙ方向は、図１の紙面に対して垂直方向である。また、製膜室２は、台１０上に鉛直方向Ｚから角度αだけ傾けて保持される。傾きの角度αはＺ方向（鉛直方向）に対して７°から１２°までの範囲内の所定角度である。この鉛直方向Ｚから角度αだけ傾けたＹ方向と垂直の方向をＺ’方向とする。

製膜室２は、真空容器であり、その内部で基板３０に微結晶シリコン膜など製膜する。製膜室２は、台１０上でＺ’方向、すなわち鉛直方向Ｚに対してα＝７°〜１２°の所定の角度を傾けて保持されている。このため、対向電極３の基板３０の製膜処理面の法線が、水平方向（Ｘ方向）に対して７°〜１２°上に向く。基板３０を鉛直方向Ｚから僅かに傾けることは、プラズマＣＶＤ装置の設置スペースの増加を抑えながら基板３０の自重を利用して少ない手間で基板３０を保持し、更に基板３０と対向電極３の密着性を向上して基板３０の温度分布と電位分布を均一化することが出来て好ましい。
本実施形態では、基板３０は、面積が１ｍ^２を越える大型の基板として、ガラス基板（例えば１．４ｍ×１．１ｍ×板厚：３．０ｍｍ〜４．５ｍｍ）が例示される。

対向電極３は、基板３０を保持可能な保持手段（図示されず）を有する非磁性材料の導電性の板である。セルフクリーニングを行う場合は耐フッ素ラジカル性からニッケル合金やアルミやアルミ合金の使用が望ましい。対向電極３は、放電電極５に対向する電極（例示：接地側）となる。対向電極３は、一方の面を均熱板１１の表面に密接し、製膜時に他方の面を基板３０の表面と密接して基板テーブルとなる。均熱板１１は、内部に温度制御された均熱板用熱媒体を循環したり、または温度制御されたヒーターを組み込むことで、自身の温度を制御して、全体が概ね均一な温度を有し、接触している対向電極３の温度を所定温度に均一化する機能を有する。

均熱板用熱媒体は、非導電性媒体であり、水素やヘリウムなどの高熱伝導性ガス、フッ素系不活性液体、不活性オイル、及び純水等が使用でき、中でも１５０℃〜２５０℃の範囲でも圧力が上がらずに制御が容易であることから、フッ素系不活性液体（例えば商品名：ガルデン、Ｆ０５など）の使用が好適である。

均熱板保持機構４は、基板テーブル及び対向電極３を製膜室２の側面（図１の右側）に対して略平行となるように保持する。基板テーブル（対向電極３）及び基板３０は、基板３０の搬入搬出時は、基板３０の移動が可能なように放電電極５との距離が広がっているのに対し、製膜時は、放電電極５へと近づける。それにより、基板３０と放電電極５との距離ｄは、例えば、３ｍｍ〜３０ｍｍとすることができる。

放電電極５は、二本の横電極の間に設けられた各棒状の縦電極を略平行に組み合わせて構成され、更に複数の電極単位に分割構成しても良い。放電電極５を分割構成する場合は、好ましくは給電点の数に合わせて分割形成する。高周波給電伝送路２２ａ、２２ｂを接続する給電点２５、２６とから、それぞれ高周波電力を供給して、放電電極５と対向電極３との間に原料ガスのプラズマを発生させ基板３０に膜を製膜する。

防着板６は、共通電位に接地された状態で保持されていて、プラズマの広がる範囲を抑えて、膜が製膜される範囲を制限する。支持部７は、放電電極５を防着板６と製膜室２の側面（図１の左側）に対して略平行となるように絶縁的に保持する。防着板６は、放電電極５における対向電極３と反対側の空間を覆うように支持部７で保持されている。支持部７は、製膜室２の側面（図１における左側の側面）内側へ延びて、防着板６を製膜室２の側面に対して略平行に保持できるようと結合されている。

整合器２３ａ、２３ｂは、出力側のインピーダンスを整合し、図示されない高周波電源から高周波給電伝送路２４ａ、２４ｂを介して高周波給電伝送路２２ａ、２２ｂを介して高周波電力を放電電極５へ送電する。

高周波給電伝送路２４ａと高周波給電伝送路２４ｂへ出力する高周波電力うち、一方の周波数及び位相を一定とし他方の周波数を僅かにずらし位相を変調させてもよい。この電圧位相制御により、給電点２５と給電点２６との間に発生する定在波を、給電点２５と給電点２６との間で振動させて、プラズマを均一化し基板３０上に製膜される膜の均一性を向上させるので好ましい。

支持部７は、製膜室２の側面（図１における左側の側面）から内側へ垂直に延びている部材である。支持部７は防着板６と結合され、放電電極５における対向電極３と反対側の空間を覆うように防着板６を保持している。それと共に、支持部７は放電電極５と絶縁的に結合され、放電電極５を製膜室２の側面（図１における左側の側面）に対して略平行に保持している。

高真空排気部８は、粗引き排気された製膜室２内の気体をさらに排気して、製膜室２内を高真空とする高真空排気用の真空ポンプである。弁１２は、高真空排気部８と製膜室２との経路を開閉する弁である。
低真空排気部９は、初めに製膜室２内の気体を排気して、製膜室２内を低真空とする粗引き排気用の真空ポンプである。製膜時における製膜排出ガスも低真空排気部９から排気される。弁１３は、低真空排気部９と製膜室２との経路を開閉する。

台１０は、上面に配置された保持部１４を介して製膜室２を保持するものである。台１０の内部には低真空排気部９が配置される領域が形成されている。低真空排気部９は必ずしも台１０の内部にある必要は無く、製膜室２側に設けてもよいし高真空排気部８と同様に製膜室２の上部から排気してもよい。

気体導入装置（図示せず）は、製膜室２に対する導入ガスライン（図示せず）に設けられており、製膜室２にＨ_２ガスやＮ_２ガスやＳｉＨ_４など製膜材料ガスを導入する。気体導入装置は、製膜室制御装置（図示せず）に接続されており、製膜室制御装置からの信号によって製膜室２に導入されるＨ_２やＮ_２などの導入量を制御する。

放電電極用熱電対（図示せず）は、放電電極５の温度を計測するものである。放電電極用熱電対は、放電電極５の中央部に設けられている。放電電極用熱電対は、製膜室制御装置に接続されており、放電電極用熱電対が計測した温度データは製膜室制御装置に送信される。

製膜室用圧力計（図示せず）は、製膜室２内の圧力を計測するものである。製膜室用圧力計は、製膜室制御装置に接続されており、製膜室用圧力計が計測した圧力データは製膜室制御装置に送信される。

製膜室制御装置は、製膜室２に設けられている高真空排気部８、低真空排気部９および気体導入装置の動作や基板テーブル（基板テーブル一方の面を均熱板１１の表面に密接し、製膜時に他方の面を基板３０の表面と密接して対向電極３となる）に導かれる均熱板用熱媒体の温度を制御する。製膜室制御装置は、製膜室用圧力計および放電電極用熱電対からの圧力データと温度データとに基づいて高真空排気部８、低真空排気部９および気体導入装置の動作や基板テーブルに導かれる均熱板用熱媒体の温度を制御している。

上述するように、第１セル層の非晶質シリコン薄膜からなるｐ層を製膜するためのプラズマＣＶＤ装置の製膜室２内にロード室（図示せず）から基板３０が搬入される際に、製膜処理に待機時間が発生することがある。この場合には、待機時間の発生により、放電電極温度が約５℃／Ｈｒから１０℃／Ｈｒ低下してしまうことが分かった。

また、ロード室に設けられている基板予熱ヒーター（図示せず）による基板３０の予熱不良が発生した場合には、ロード室から製膜室２内に搬入された基板３０に製膜処理を行う際に放電電極温度が約３℃／Ｈｒから５℃／Ｈｒの割合で低下してしまうことも分かった。

このように、放電電極温度が低下したプラズマＣＶＤ装置によって製膜される第１セル層の非晶質シリコンｐ層の影響について、図２を用いて説明する。
図２の縦軸には、放電電極温度を１３０℃の平均を１．０とした場合の曲線因子（Ｆ．Ｆ）を示し、横軸には、第１セル層の非晶質シリコンｐ層を製膜する際の放電電極５の温度を示している。

図２に示すように、放電電極５の温度が１３０℃よりも低くなるにつれて曲線因子が低下していることが分かる。そのため、放電電極温度が１３０℃よりも低い場合には、製膜される膜質変動の要因となることが判明した。

また、第１セル層の非晶質シリコンｐ層は、図２に示すように、放電電極温度が１３５℃程度で曲線因子（Ｆ．Ｆ）が飽和する。放電電極温度が１３５℃以上に上昇した場合には、第１セル層の非晶質シリコンｐ層の製膜処理の際の基板３０の表面温度が高くなる。これにより、第１セル層の非晶質シリコンｐ層のハンドギャップが低下して、第１セル層の非晶質シリコンｐ層から非晶質シリコンｉ層への入射光量が低減する傾向となり、発電電流が低下するという弊害を生じることが判明した。

上述した理由により、製膜膜質管理のために重要な第１セル層の非晶質シリコンｐ層用のプラズマＣＶＤ装置の放電電極５の好適な所定温度とし１３０℃を選定した場合には、放電電極温度としては、１２５℃（第１所定温度）以上１３５℃（第２所定温度）未満の温度が好ましいことが本発明者らにより判明した。
また、放電電極温度を１３０℃の許容範囲内である１２５℃以上１３５℃未満にする場合には、基板テーブルの所定温度が１６５℃から１７０℃までの間であることが好適であることも判明した。

そこで、本実施形態におけるプラズマＣＶＤ装置の製膜処理室１では、以下のように放電電極温度を制御することとした。
まず、製膜処理の待機時間が発生した基板３０をロード室から第１セル層の非晶質シリコンｐ層を製膜する製膜室２内に搬入して、基板３０を基板テーブルに搭載する。基板３０が搭載された基板テーブルを製膜位置に移動する。

ここで、図３には、放電電極温度が第１所定温度である１２５℃未満の場合における放電電極温度、均熱板用熱媒体の入口および出口温度、均熱板の時間経過に伴う温度変化が示されている。
図３の縦軸は温度を示し、横軸は時間経過を示し、横軸の補助線は２０分毎の時間を示している。また、図３中の四角印は均熱板用熱媒体の入口温度を示し、バツ印は均熱板用熱媒体の出口温度を示し、＊印は均熱板の温度を示し、丸印は放電電極温度を示している。

製膜処理の待機時間が発生する等して温度が低下した基板３０を製膜室２に搬入して製膜処理を行った際には、放電電極５の温度が低下する。この事象を模擬できるように、図３に示すように、均熱板用熱媒体の入口温度および出口温度、均熱板１１の温度を一時的に低下させて、放電電極温度も図３中の（１）に示すように１２５℃未満に低下した状況を再現している。図３の（１）では、均熱板用熱媒体の入口温度を１４０℃に変更した後、基板テーブル（対向電極３）に密着する均熱板１１の温度は約２０分で約１４０℃に落ち着き、その後に放電電極５の温度が徐々に低下する。放電電極温度の温度低下の割合は、２℃／Ｈｒであった。

そこで、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置の製膜処理室１では、放電電極５の好適な所定温度を１３０℃に選定しているので、放電電極用熱電対によって測定される放電電極温度が１２５℃未満になった際には、製膜室制御装置が製膜室２へと３ＳＬＭのＨ_２を導入するように気体導入装置を制御することとした。これによって、気体導入装置から導入ガスラインを経て製膜室２へとＨ_２が導入される。また、製膜室２内へのＨ_２の導入と共に、均熱板１１内を循環する均熱板用熱媒体の温度を１７５℃に温度制御することとした。なお、この際、低真空排気部９の作動により、製膜室２内の圧力を第１の圧力として２５０Ｐａになるよう弁１３の開度の制御を開始する。

製膜室２内にＨ_２が導入されることによって、製膜室２内の圧力が２５０Ｐａに上昇する。製膜室２内の圧力が上昇するため、熱源である均熱板１１に接している基板テーブルから放電電極５へと熱が伝達される。図３には、（５）の時点で均熱板用熱媒体の入口温度を１７５℃に変更し、製膜室２内にＨ_２が導入されて昇温が開始されて、放電電極温度が（２）に示すように０．１３℃／分（約８℃／Ｈｒ）の割合で温度回復することが示されている。このとき、基板テーブルを製膜位置に移動するほうが、基板テーブルと放電電極５との距離が短縮されて、伝達が促進されるのでさらに好ましい。

この放電電極温度の回復の割合は、製膜処理の待機時間発生による放電電極温度の温度低下割合である約２℃／Ｈｒ（上述の均熱板温度低下の模擬試験時の放電電極温度の低下割合）を相殺して放電電極温度を上昇させうるが、ここで、放電電極温度の回復がオーバーシュートすることによって放電電極温度が上昇し過ぎないようにする必要がある。

図４には、Ｈ_２の熱伝達率と圧力との関係を示すグラフが示されている。
図４の縦軸は、ガス熱伝導率を示し、横軸は、ガス圧力を示している。
上述したように製膜室２内の圧力を２５０Ｐａに上昇させるとして説明したが、製膜室２内の圧力は、製膜室２内にＨ_２を導入することにより放電電極温度が上昇しオーバーシュートを抑制する範囲であれば良い。
そのため、図４に示すように、ガス圧力が十分高い（１００００Ｐａ）時の熱伝導率に対して５０％から７０％の間のガス熱伝導が可能な１００Ｐａから５００Ｐａの範囲を選定して、熱伝導率が高すぎないようにすることが好ましい。

また、製膜室２へ導入されるＨ_２の流量については、３ＳＬＭとして説明したが、製膜レシピでのＨ_２の流量、または、製膜レシピでのＨ_２の流量の５０％から１００％の範囲の流量とすることが好ましい。このようなＨ_２の流量にすることにより、製膜開始時の製膜室２内の温度雰囲気に近い状態を創出して、製膜条件へ影響が及ぶことを防止することができる。

次に、放電電極温度が１２５℃（第１所定温度）以上１３５℃（第２所定温度）未満になった際の放電電極温度の制御について、図５および図６を用いて説明する。図５には、間欠昇温運転の模擬図が示されており、図６には、放電電極温度が１２５℃以上１３５℃未満の場合の間欠昇温運転状況が示されている。図６において、縦軸は温度を示し、横軸は時間経過を示し、横軸の補助線は２０分毎の時間を示している。

製膜処理に多少の待機時間の発生や、製膜室２へ搬入する基板温度低下などによる放電電極温度の低下に対して、前述した図３に示したように昇温が開始され放電電極温度が１２５℃以上１３５℃未満になった場合には、基板テーブルを製膜位置に移動した後、製膜室制御装置によって製膜室２内へと第１の所定流量として３ＳＬＭのＨ_２を約５分間導入して、製膜室２内の圧力を第１の圧力として２５０Ｐａにするように気体導入装置を制御することとした。また、製膜室２内へのＨ_２の導入と共に、均熱板１１内を循環する均熱板用熱媒体の温度が１７５℃になるように温度制御を行うこととした。なお、製膜室２内へＨ_２を導入する際には、低真空排気部９は作動により、製膜室２内の圧力を第１の圧力である２５０Ｐａになるよう弁１３の開度の制御をしている。

図５に示すように、製膜室制御装置は、気体導入装置を制御して製膜室２内へ約５分間Ｈ_２の導入を行う。その後、製膜室制御装置は、約３分間Ｈ_２の導入を第１の所定流量として０ＳＬＭ（停止）すると共に、第２の圧力として第１の圧力より高真空であり、たとえば１Ｐａ以下の高真空状態なるよう高真空排気部８の弁１２を操作して製膜室２内を排気して製膜室２内を高真空状態にする。製膜室制御装置は、このように、所定の期間配分として製膜室２内へのＨ_２の５分間の導入と、製膜室２内の３分間の排気と、を繰り返して行う間欠昇温運転の制御（間欠制御）を行う。

図５のようなＨ_２の導入と排気との間欠昇温運転を行うことによって、放電電極温度は、図３（３）に示すように、０．０４５℃／分（約３℃／Ｈｒ）の割合で温度回復する。０．０４５℃／分（約３℃／Ｈｒ）の割合で放電電極温度を温度回復させることによって、製膜処理の待機時間発生等による放電電極温度の温度低下割合である約２℃／Ｈｒ（前述の均熱板温度低下の模擬試験時の放電電極温度の低下割合）を相殺し、かつ、放電電極温度の回復がオーバーシュートすることによって放電電極温度が上昇し過ぎないようにすることができる。

このような間欠昇温運転を行うことによって、図６に示すように、放電電極温度を所定温度である１３０℃に漸近させて製膜処理をすることができる。

なお、間欠昇温運転は、非晶質シリコンｐ層の製膜条件およびプラズマＣＶＤ装置の製膜処理室１に依存性が高い。そのため、間欠昇温運転の所定の期間配分の間隔比（Ｄｕｔｙ比）としては、ここでは、５分間のＨ_２導入と３分間の排気として説明したが、最適間隔比としては、放電電極温度の温度上昇を簡易に行うことが可能であり、かつ、オーバーシュートしない条件が望ましく、放電電極温度が昇温して静定した際に所定温度である１３０℃になるように事前の試験により選定されることが好ましい。

次に、放電電極温度が１３５℃（第２所定温度）以上１４０℃（第３所定温度）未満になった際の放電電極温度の制御について説明する。
放電電極５の温度が１３５℃以上へと上昇すると、第１セル層９１の非晶質シリコン薄膜からなるｐ層の膜質が変化しバンドギャップが低下して、ｐ層からｉ層へ入射する光量が低下するため、発電電流の低下を生じる。このため放電電極５の温度は、１３５℃未満とすることが好ましい。
製膜室制御装置は、放電電極用熱電対によって測定された放電電極温度が１３５℃以上１４０℃未満の場合には、高真空排気部８の弁１２を操作して製膜室２内を排気して高真空状態にする。この際、気体導入装置から製膜室２内にＨ_２は導入されない。製膜室２内を高真空状態に維持したまま、放電電極温度が１３５℃以下になるまで待機する。このように、高真空状態のまま放電電極温度が低下するまで待機することによって、放電電極温度の過昇温を防止することができる。

次に、放電電極温度が１４０℃（第３所定温度）以上になった際の放電電極温度の制御について説明する。
製膜室制御装置は、放電電極用熱電対によって測定された放電電極温度が１４０℃以上になった場合には、均熱板１１内を循環している均熱板用熱媒体の循環流量を低減するか、熱媒体設定温度を１７５℃にするための温度制御を変更する。これによって、熱源である均熱板１１に接している基板テーブルからの熱伝達を抑制して放電電極温度の過昇温を防止することができる。

以上述べたように、本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の製膜処理装置１および製膜方法によれば、以下の効果を奏する。
放電電極用熱電対（電極温度計測手段）が計測する放電電極５の温度に基づいて、製膜室２にＨ_２（気体）を導入する気体導入装置（気体導入手段）を制御する製膜室制御装置（制御手段）を備えることとした。これにより、製膜室２内の圧力を制御して、均熱板１１に接している基板テーブルから放電電極５への熱伝導率を制御することが可能となる。したがって、放電電極５の温度を制御することができる。

また、製膜室制御装置（図示せず）が放電電極５の温度に基づいて製膜室２内に熱伝導率の高いＨ_２を導入して放電電極５の温度を制御するため、放電電極温度が低下した場合であっても放電電極５の温度回復までの時間を低減することができる。

さらに、製膜室制御装置によって放電電極５の温度を制御するため、放電電極５の温度回復作業の煩雑さを低減して運転員の負担を軽減することができる。

放電電極５の温度が１２５℃（第１所定温度）未満になった場合に、製膜室制御装置により気体導入装置（図示せず）の作動を開始することとした。そのため、製膜室２内にＨ_２を導入して、製膜室２内の圧力を上昇させることができる。したがって、均熱板１１に接している基板テーブルから放電電極５への伝熱を制御して、放電電極５の温度を１３０℃（所定温度）まで上昇させることができる。

放電電極５の温度が１２５℃以上１３５℃（第２所定温度）未満になった場合には、製膜室制御装置により気体導入装置の作動変化（第１の所定流量と第２の所定流量）と、真空排気部（気体排気手段）８の作動変化（第１の圧力と第２の圧力）を所定の時間配分で繰り返す間欠昇温運転による制御（間欠制御）を行うこととした。そのため、所定の時間配分を適切に設定することで、製膜室２内に搬入された温度低下のある基板３０による放電電極温度の低下やロット待ち時間による放電電極温度の低下に対して、オーバーシュートによる放電電極温度の急激な上昇を抑制しながら、放電電極温度を上昇することができる。したがって、均熱板１１に接している基板テーブルから放電電極５への伝熱を制御して、放電電極５の温度を１３０℃の許容範囲である１２５℃以上１３５℃未満内に維持することができる。

放電電極５の温度が１３５℃以上１４０℃（第３所定温度）未満になった場合には、製膜室制御装置により高真空排気部８の弁１２を開にすることとした。そのため、製膜室２内を高真空状態にすることができる。したがって、放電電極温度の過昇温を防止することができる。

〔第２実施形態〕
本実施形態は、第１実施形態と基本的に同様であるが、第１実施形態とは、間欠昇温運転の制御の際に製膜室内に雰囲気ガスとして水素と窒素とが交互に導入される点で異なっている。よって、本実施形態においては、この異なっている部分を説明し、その他の重複する構成要素、製膜方法については、同一の符号を付してその重複した説明を省略する。

図７には、本実施形態の間欠昇温運転の模擬図が示されている。
製膜室制御装置（制御手段）は、放電電極用熱電対（電極温度計測手段）によって測定された放電電極温度が１２５℃以上（第１所定温度）１３５℃（第２所定温度）未満の場合には、気体導入装置（気体導入手段）を制御して製膜室内へ第１の所定流量として３ＳＬＭのＨ_２（気体）を約５分間導入して製膜室内の圧力を第１の圧力である２５０Ｐａにした後に、Ｈ_２の導入を第２の所定流量として０ＳＬＭ（停止）して、Ｎ_２（気体）を第１の所定流量として３ＳＬＭの約３分間導入する。このように、製膜室制御装置は、所定の製膜室へのＨ_２の導入を５分間とＮ_２の３分間の導入とを繰り返して、図７に示すように製膜室内の圧力が２５０Ｐａでほほ一定（圧力変化を緩やかにした）の所定の時間配分で間欠昇温運転の制御（間欠制御）を行う。

このように、熱伝達率の高いＨ_２（０．２Ｗ／ｍＫ）と、Ｈ_２に比べて熱伝達率のやや低いＮ_２（０．０２Ｗ／ｍＫ）とを交互に製膜室内に導入することによって間欠の効果を図ることができる。

以上述べたように、本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置（製膜装置）および製膜方法によれば、以下の効果を奏する。
熱伝導率の高いＨ_２（０．２Ｗ／ｍＫ）と熱伝導率のやや低いＮ_２（０．０２Ｗ／ｍＫ）とを交互に製膜室内に導入することとした。これにより、製膜室内の圧力変化をほぼ一定（緩やか）にすることができる。そのため、所定の時間配分を適切に設定することで、製膜室内に設けられている熱容量の小さな部品の急激な温度変化による破損を防止しつつ、放電電極温度の低下に対して、オーバーシュートによる放電電極温度の急激な上昇を抑制しながら、放電電極温度を上昇することができる。したがって、放電電極温度を所定温度である１３０℃の許容範囲内（１２５℃（第１所定温度）以上１３５℃（第２所定温度）未満）に維持するとともに、部品の損傷を抑制してプラズマＣＶＤ装置（製膜装置）の運用の信頼性を向上させることができることができる。

〔第３実施形態〕
本実施形態は、第１実施形態と基本的に同様であるが、第１実施形態とは、低真空排気部の作動を行う際には、気体導入装置の運転を継続して行う点で異なっている。よって、本実施形態においては、この異なっている部分を説明し、その他の重複する構成要素、製膜方法については、同一の符号を付してその重複した説明を省略する。

図８には、本実施形態の間欠昇温運転の模擬図が示されている。
製膜室制御装置（制御手段）は、放電電極用熱電対（電極温度計測手段）によって測定された放電電極温度が１２５℃（第１所定温度）以上１３５℃（第２所定温度）未満の場合には、図８に示すように、製膜室制御装置が製膜室へと第１の所定流量として３ＳＬＭのＨ_２（気体）を連続的に導入し続けるように気体導入装置（気体導入手段）の運転が行われる。気体導入装置の運転を開始して製膜室内へ３ＳＬＭのＨ_２を約５分間導入している間は、製膜室制御装置によって低真空排気部（気体排気手段）９の作動により、製膜室内の圧力を第１の圧力である２５０Ｐａになるよう弁１３（図１参照）の開度の制御を行なう。次に、Ｈ_２を導入し続けながら製膜室制御装置が低真空排気部９の作動を変更して製膜室内の圧力が第１の圧力（２５０Ｐａ）よりも真空度が高い第２の圧力として、たとえば１０Ｐａまで減圧するよう弁１３の開度の制御を行なう。低真空排気部９は、作動開始から約３分後に製膜室制御装置によってその作動が変更され、再び第１の圧力である２５０Ｐａになるよう弁１３の開度の制御をする。

このように、製膜室制御装置は、図８に示すように、低真空排気部９の作動で弁１３の開度の制御を第１の圧力（２５０Ｐａ）と第２の圧力（１０Ｐａ）との間で、所定の時間配分で間欠昇温運転の制御（間欠制御）を繰り返し、その間、気体導入装置から製膜室内に３ＳＬＭのＨ_２を連続的に導入する。低真空排気部９を作動させて製膜室内を排気している間も気体導入装置から製膜室内にＨ_２を連続的に導入することによって、製膜室内の圧力変化を緩やかにすることができる。

以上述べたように、本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置（製膜装置）の製膜処理室および製膜方法によれば、以下の効果を奏する。
低真空排気部（気体排気手段）９の運転とともに気体導入装置（気体導入手段）の作動を開始して、製膜室内を排気中であっても製膜室内にＨ_２（気体）を導入することとした。そのため、製膜室内の圧力変化を緩やかにすることができる。これにより、所定の時間配分を適切に設定することで、製膜室内の熱容量の小さな部品の急激な温度変化を防止しながら、放電電極温度を上昇することができる。したがって、部品の損傷を抑制してプラズマＣＶＤ装置（製膜装置）運用の信頼性を向上させることができる。

〔第４実施形態〕
本実施形態は、第１実施形態と基本的に同様であるが、第１実施形態とは、製膜室制御装置がタイマーを備え、基板が製膜室に搬入される待ち時間に応じて高真空排気部または／および気体導入装置を制御する点で異なっている。よって、本実施形態においては、この異なっている部分を説明し、その他の重複する構成要素、製膜方法については、同一の符号を付してその重複した説明を省略する。

製膜室制御装置（制御手段）は、その内部にタイマーを備えている。製膜室制御装置内に設けられているタイマーは、製膜室に基板が搬入されるまでの待ち時間を検出する。製膜室制御装置は、タイマーが検出した待ち時間が製膜室制御装置に設定されている所定の時間よりも長い場合には、放電電極用熱電対（電極温度計測手段）によって計測された放電電極の温度に応じて前述した第１実施形態のように高真空排気部（気体排気手段）または／および気体導入装置（気体導入手段）の動作を制御する。

所定の時間は例えば３分としても良い。これにより、基板がロード室から搬出された後、製膜室に搬入されて非晶質シリコン薄膜からなるｐ層の製膜処理が行われるまでの時間が３分以上になった場合に、放電電極温度が低下することを抑制することができる。

なお、本発明者らによると、製膜処理の待機時間が３分以上の場合に放電電極の温度が低下する割合が３℃以内であり、予熱低下温度の割合が０．１５℃／分であることが観測から分かった。そのため、製膜室制御装置に設定されている所定の時間としては、３分以上２０分以内であれば良いことが判明した。

以上述べたように、本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置（製膜装置）の製膜処理室および製膜方法によれば、以下の効果を奏する。
製膜室に基板が搬入されるまでの待ち時間に応じて気体導入装置（気体導入手段）または／および高真空排気部（気体排気手段）を制御することとした。そのため、製膜処理までの待ち時間が３分（所定の時間）よりも長くなり基板の温度が低下して放電電極の温度が低下した場合であっても、放電電極温度が１３０℃（所定温度）にまで回復する時間を低減することができる。したがって、プラズマＣＶＤ装置（製膜装置）の製膜処理室の処理能力の負担を低減することができる。

〔第５実施形態〕
上述した各実施形態のプラズマＣＶＤ装置および製膜方法は、以下に説明する太陽電池の製造工程に好適に用いられる。
図９は、各実施形態のプラズマＣＶＤ装置および製膜方法によって製膜されるタンデム型シリコン系の薄膜太陽電池モジュールの構成を説明する模式図である。図１０から図１１は、各実施形態のプラズマＣＶＤ装置および製膜方法によって製膜されるタンデム型シリコン系の薄膜太陽電池モジュールの製造工程を説明する模式図である。

各実施形態で説明した第１セル層９１（非晶質シリコン系）のｐ層製膜を実施したタンデム型シリコン系の薄膜太陽電池モジュールは、図９に示すように、光電変換層３１を形成したタンデム型シリコン系の薄膜太陽電池モジュールとなり、図示しない接着充填シート（ＥＶＡ）とバックシート（ＰＥＴ／ＡＬ／ＰＥＴ構造）で密閉処理を施し、薄膜太陽電池モジュールの周囲に図示しないガスケットを介して、アルミフレーム枠（図示せず）が取付けられる。

光電変換装置３２は、基板３０、透明電極層３３、光電変換層３１としての第１セル層９１（非晶質シリコン系）及び第２セル層９２（結晶シリコン系）、中間コンタクト層９３、及び裏面電極層３４を備えている。なお、ここで、シリコン系とは、シリコン（Ｓｉ）やシリコンカーバイト（ＳｉＣ）やシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を含む総称である。また、結晶質シリコン系とは、非晶質シリコン系以外のシリコン系を意味するものであり、微結晶シリコンや多結晶シリコンも含まれる。

（１）図１０（ａ）：
基板３０としてソーダフロートガラス基板（例えば１．４ｍ×１．１ｍ×板厚：３．０ｍｍ〜４．５ｍｍ）を使用する。基板３０端面は、熱応力や衝撃などによる破損防止にコーナー面取りやＲ面取り加工されていることが望ましい。

（２）図１０（ｂ）：
透明電極層３３として酸化錫膜（ＳｎＯ_２）を主成分とする透明電極膜を膜厚約５００ｎｍ〜８００ｎｍ、熱ＣＶＤ装置（図示せず）にて約５００℃で製膜処理する。この際、透明電極膜の表面は、適当な凹凸のあるテクスチャー膜（図示せず）を形成しても良い。アルカリバリア膜は、酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２）を約５０ｎｍ〜１５０ｎｍ、熱ＣＤＶ装置にて約５００℃で製膜（図示せず）を形成しても良い。

（３）図１０（ｃ）：
その後、基板３０をＸ−Ｙテーブル（図示せず）に設置して、ＹＡＧレーザーの第１高調波（１０６４ｎｍ）を、図の矢印に示すように、透明電極膜の膜面側から照射する。加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極膜を発電セルの直列接続方向に対して垂直な方向へ、基板３０とレーザー光を相対移動して、溝４０を形成するように幅約６ｍｍから１５ｍｍの所定幅の短冊状にレーザーエッチングする。

（４）図１０（ｄ）：
第１セル層９１として、非晶質シリコン薄膜からなるｐ層を図１に示したプラズマＣＶＤ装置（製膜装置）により製膜し、その後、ｉ層及びｎ層をプラズマＣＶＤ装置により製膜する。ＳｉＨ_４ガス及びＨ_２ガスを主原料にして、減圧雰囲気：３０Ｐａ以上１０００Ｐａ以下、基板温度：約２００℃にて、透明電極層３３上に太陽光の入射する側から非晶質シリコンｐ層、非晶質シリコンｉ層、非晶質シリコンｎ層の順で製膜する。非晶質シリコンｐ層は、非晶質のＢドープシリコンを主とし、膜厚１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｉ層は、膜厚２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｎ層は、非晶質シリコンに微結晶シリコンを含有するＰドープシリコンを主とし、膜厚３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｐ層と非晶質シリコンｉ層の間には、界面特性の向上のためにバッファー層を設けても良い。

次に、第１セル層９１の上に、プラズマＣＶＤ装置により、減圧雰囲気：３０００Ｐａ以下、基板温度：約２００℃、プラズマ発生周波数：４０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下にて、第２セル層９２としての結晶質シリコンｐ層、結晶質シリコンｉ層、及び、結晶質シリコンｎ層を順次製膜する。結晶質シリコンｐ層は、Ｂドープした微結晶シリコンを主とし、膜厚１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。結晶質シリコンｉ層は、微結晶シリコンを主とし、膜厚は１．２μｍ以上３．０μｍ以下である。結晶質シリコンｎ層は、Ｐドープした微結晶シリコンを主とし、膜厚２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。結晶質シリコンｎ層は、アモルファスｎ層であっても良い。

微結晶シリコンを主とするｉ層膜をプラズマＣＶＤ法で形成するにあたり、プラズマ放電電極と基板３０の表面との距離ｄは、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下にすることが好ましい。３ｍｍより小さい場合、大型基板３０に対応する製膜室内の各構成機器精度から距離ｄを一定に保つことが難しくなるとともに、近過ぎて放電が不安定になる恐れがある。１０ｍｍより大きい場合、十分な製膜速度（１ｎｍ／ｓ以上）を得難くなるとともに、プラズマの均一性が低下しイオン衝撃により膜質が低下する。

第１セル層９１と第２セル層９２との間に、接触性を改善するとともに電流整合性を取るために半反射膜となる中間コンタクト層９３を設ける。中間コンタクト層９３として、膜厚：２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のＺｎＯ（ＧａまたはＡＬドープＺｎＯ）膜を、ターゲット：ＧａドープＺｎＯ焼結体を用いてスパッタリング装置（図示せず）により製膜する。また、中間コンタクト層９３を設けない場合もある。

（５）図１０（ｅ）
基板３０をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、図の矢印に示すように、光電変換層３１の膜面側から照射する。パルス発振：１０ｋＨｚから２０ｋＨｚとして、加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極層３３のレーザーエッチングラインの約１００μｍから１５０μｍの横側を、溝４１を形成するようにレーザーエッチングする。またこのレーザーは基板３０側から照射しても良く、この場合は、光電変換層３１の非晶質シリコン系の第１セル層９１で吸収されたエネルギーにより発生する高い蒸気圧を利用して光電変換層３１をエッチングできるので、更に安定したレーザーエッチング加工を行うことが可能となる。レーザーエッチングラインの位置は、前工程でのエッチングラインと交差しないように位置決め交差を考慮して選定する。

（６）図１１（ａ）
裏面電極層３４としてＡｇ膜／Ｔｉ膜を、スパッタリング装置により、減圧雰囲気、製膜温度：１５０℃から２００℃にて製膜する。本実施形態では、Ａｇ膜：１５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、これを保護するものとして防食効果の高いＴｉ膜：１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下を、この順に積層する。あるいは、裏面電極層３４を２５ｎｍから１００ｎｍの膜厚を有するＡｇ膜と、１５ｎｍから５００ｎｍの膜厚を有するＡｌ膜との積層構造としても良い。また、６００ｎｍ以上の長波長側反射光が必要なものにおいては、約１００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の膜厚を有するＣｕ膜と、約５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の膜厚を有するＴｉ膜との積層構造としても良い。結晶質シリコンｎ層と裏面電極層３４との接触抵抗低減と光反射向上を目的に、光電変換層３１と裏面電極層３４との間に、スパッタリング装置により、膜厚：５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のＺｎＯ（ＧａまたはＡＬドープＺｎＯ）膜を製膜して設けても良い。

（７）図１１（ｂ）
基板３０をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、図の矢印に示すように、基板３０側から照射する。レーザー光が光電変換層３１で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層３４が爆裂して除去される。パルス発振：１ｋＨｚ以上５０ｋＨｚ以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極層３３のレーザーエッチングラインの２５０μｍから４００μｍの横側を、溝４２を形成するようにレーザーエッチングする。

（８）図１１（ｃ）と図１２（ａ）
発電領域を区分して、基板３０端周辺の膜端部においてレーザーエッチングによる直列接続部分が短絡し易い影響を除去する。基板３０をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、基板３０側から照射する。レーザー光が透明電極層３３と光電変換層３１で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層３４が爆裂して、裏面電極層３４／光電変換層３１／透明電極層３３が除去される。パルス発振：１ｋＨｚ以上５０ｋＨｚ以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、基板３０の端部から５ｎｍから２０ｍｍの位置を、図１１（ｃ）に示すように、Ｘ方向絶縁溝４６を形成するようにレーザーエッチングする。なお、図１１（ｃ）では、光電変換層３１が直列に接続された方向に切断したＸ方向断面図となっているため、本来であれば絶縁溝４６位置には、裏面電極層３４／光電変換層３１／透明電極層３３の膜研磨除去をした周囲膜除去領域４４相当領域がある状態（図１２（ａ）参照）が表れるべきであるが、基板３０の端部への加工の説明の便宜上、この位置にＹ方向断面を表して形成された絶縁溝をＸ方向絶縁溝４６として説明する。このとき、Ｙ方向絶縁溝は、後工程で基板３０の周囲膜除去領域４４の膜面研磨除去処理を行うので設ける必要がない。

絶縁溝４６は、基板３０の端より５ｎｍから１５ｍｍの位置にてエッチングを終了させることにより薄膜太陽電池パネル端部からの薄膜太陽電池モジュール内部へ外部から水分浸入の抑制に、有効な効果を呈するので好ましい。

尚、以上までの工程におけるレーザー光は、ＹＡＧレーザーとしているが、ＹＶＯ４レーザーやファイバーレーザーなどが同様に使用できるものがある。

（９）図１２（（ａ）：太陽電池膜面側から見た図、（ｂ）：受光面の基板側から見た図）
後工程のＥＶＡ等を介したバックシート６４（図１３参照）との健全な接着・シール面を確保するために、基板３０周辺（周囲膜除去領域４４）の積層膜は、段差があるとともに剥離し易いため、この膜を除去して周囲膜除去領域４４を形成する。基板３０の端から５〜２０ｍｍで基板３０の全周囲にわたり膜を除去するにあたり、Ｘ方向は、前述の図１１（ｃ）の工程で設けた絶縁溝４６よりも基板３０端側において、Ｙ方向は、基板３０端側部付近の溝４０よりも基板３０端側において、裏面電極層３４／光電変換層３１／透明電極層３３を、砥石研磨やブラスト研磨などを用いて除去を行う。研磨屑や砥粒は、基板３０を洗浄処理して除去する。

（１０）図１３（ａ）および図１３（ｂ）
直列に並んだ一方端の太陽電池発電セル６５（図１２参照）の裏面電極層３４（図１１参照）と、他方端部の太陽電池発電セル６５に接続した集電用セルの裏面電極層３４とから銅箔を用いて集電して薄膜太陽電池パネル５１裏側の端子箱６３（図１３（ａ）参照）の部分から電力が取出せるように処理する。集電用銅箔は、各部との短絡を防止するために銅箔幅より広い絶縁シートを配置する。
集電用銅箔などが所定位置に配置された後に、薄膜太陽電池モジュール６２（図１２参照）の全体を覆い、基板３０からはみ出さないようにＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）等による接着充填材シート（図示せず）を配置する。
接着充填材シートの上に、防水効果の高いバックシート６４を設置する。バックシート６４は、本実施形態では防水防湿効果が高いようにＰＥＴシート／ＡＬ箔／ＰＥＴシートの３層構造よりなる。
バックシート６４の端子箱６３の取付け部分には、開口貫通窓を設けて集電用銅箔を取出す。この開口貫通窓部分では、バックシート６４と裏面電極層３４との間に絶縁体を複数層設置して外部からの水分などの浸入を抑制する。
バックシート６４までを所定位置に配置したものを、ラミネータ装置（図示せず）により減圧雰囲気で内部の脱気を行い約１５０〜１６０℃でプレスしながら、接着充填材シート（ＥＶＡ）を架橋させて密着し、密封処理をする。
なお、接着充填材シートは、ＥＶＡに限定されるものではなく、ＰＶＢ(ポリビニルブチラール)など類似の機能を保有する接着充填剤を利用することが可能である。この場合は、圧着する手順、温度や時間など条件を適正化して処理を行う。

（１１）図１３（ａ）
薄膜太陽電池モジュール６２（図１２参照）の裏側に端子箱６３を接着剤で取付ける。
（１２）図１３（ｂ）
銅箔と端子箱６３の出力ケーブルとをハンダ等で接続し、端子箱６３の内部を封止剤（ポッティング剤）で充填して密閉する。これで薄膜太陽電池パネル５１（図１３（ｃ）参照）が完成する。
（１３）図１３（ｃ）
図１３（ｂ）までの工程で形成された薄膜太陽電池パネル５１について発電検査ならびに、所定の性能試験を行う。発電検査は、ＡＭ１．５、全天日射基準太陽光（１０００Ｗ／ｍ^２）のソーラシミュレータを用いて行う。なお、発電検査は、薄膜太陽電池モジュール６２が完全に完成した後に行っても良いし、アルミフレーム枠を取り付ける前に行っても良く、特に限定するものではない。
（１４）図１３（ｄ）
発電検査（図１３（ｃ））に前後して、外観検査をはじめ所定の性能検査を行う。

上記の実施形態では、太陽電池としてタンデム型シリコン系太陽電池について説明したが、本発明は、この例に限定されるものではない。例えば、アモルファスシリコン太陽電池、微結晶シリコンをはじめとする結晶質シリコン太陽電池、シリコンゲルマニウム太陽電池、また、上記の各太陽電池から適宜選択して多接合したトリプル型太陽電池などの他の種類の薄膜太陽電池にも同様に適用可能である。

また、本実施形態において、プラズマＣＶＤ装置は、一辺が１ｍを越える大面積な基板３０に対して、アモルファス太陽電池や結晶質太陽電池や液晶ディスプレイ用ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などに用いられる非晶質シリコン、微結晶シリコンなどの結晶質シリコン、窒化シリコン等からなる膜の製膜処理を行うことが可能な大型にも同様に適用可能である。

１ プラズマＣＶＤ装置（製膜装置）の製膜処理室（製膜室）
２ 製膜室
５ 放電電極
８ 高真空排気部（気体排気手段）
３０ 基板

Claims (8)

1. 基板に製膜するためのプラズマを生成する放電電極と、
   前記放電電極の温度を計測する電極温度計測手段と、
   前記基板を表面で保持する基板テーブルと、
   前記放電電極、前記電極温度計測手段、および前記基板テーブルと、を有する製膜室と、
   該製膜室内の圧力を計測する製膜室圧力計測手段と、
   前記製膜室に気体を導入する気体導入手段と、
   前記製膜室内を所定の圧力となるように前記気体を排気する気体排気手段と、
   前記放電電極の温度に基づいて、前記気体導入手段と前記気体排気手段との少なくとも１つの作動状況の変化を繰り返す間欠動作を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする製膜装置。
2. 前記放電電極の温度が第１所定温度未満になった場合には、
   前記制御手段が前記気体導入手段の作動状況として第１の所定流量を開始し、
   前記気体排気手段の作動状況を変化させて前記製膜室内を第１の圧力とし、
   前記放電電極の温度が前記第１所定温度以上になった後に、第２所定温度未満までは、
   前記気体導入手段の作動状況は、前記第１の所定流量と、該第１の所定流量よりも少ない第２の所定流量とを繰り返す間欠制御と、
   前記気体排気手段の作動状況は、前記製膜室内を前記第１の圧力と該第１の圧力より高真空である第２の圧力とを前記間欠制御に合わせて繰り返し、
   前記制御手段により所定の時間配分で繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の製膜装置。
3. 前記放電電極の温度が第１所定温度未満になった場合には、
   前記制御手段が前記気体導入手段の作動状況として第１の所定流量を開始し、
   前記気体排気手段の作動状況を変化させて前記製膜室内を第１の圧力とし、
   前記放電電極の温度が前記第１所定温度以上になった後に、第２所定温度未満までは、
   前記気体導入手段の作動状況は、前記第１の所定流量を開始し、
   前記気体排気手段の作動状況は、前記製膜室内を前記第１の圧力と該第１の圧力より高真空である第２の圧力とを繰り返す間欠制御を前記制御手段により所定の時間配分で繰り返すことを行うことを特徴とする請求項１に記載の製膜装置。
4. 前記気体は、水素および窒素であり、
   前記放電電極の温度が第１所定温度未満になった場合には、
   前記制御手段が前記気体導入手段の作動状況として水素の第１の所定流量を開始し、
   前記気体排気手段の作動状況を変化させて、前記製膜室内を第１の圧力とし、
   前記放電電極の温度が前記第１所定温度以上になった後に、第２所定温度未満までは、
   前記気体導入手段の作動状況は、水素と窒素とを交互に導入することを繰り返し、
   前記気体排気手段の作動状況を変化させて、前記製膜室内を前記第１の圧力とし、
   前記制御手段により所定の時間配分で繰り返すことを行うことを特徴とする請求項１に記載の製膜装置。
5. 前記間欠制御の所定の時間配分は、事前の試験により決めることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の製膜装置。
6. 前記放電電極の温度が前記第２所定温度以上第３所定温度未満になった場合には、
   前記気体導入手段の作動状況は、前記第２の所定流量とし、
   前記気体排気手段の作動状況を変化させて、前記製膜室内を前記第２の圧力とし、
   前記制御手段により前記気体排気手段の運転を行うことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の製膜装置。
7. 前記制御装置は、タイマーを有し、前記製膜室に前記基板が搬入されるまでの待ち時間を検出して、検出された前記待ち時間が所定の時間よりも長い場合には、前記気体導入手段または／および前記気体排気手段を制御することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の製膜装置。
8. 基板に製膜するためのプラズマを生成する放電電極と、 基板を表面で保持する基板テーブルと、 前記製膜室内の圧力を計測する製膜室圧力計測手段と、
   前記製膜室に気体を導入する気体導入手段と、
   前記製膜室内を所定の圧力となるように前記気体を排気する気体排気手段と、
   を有する製膜室に、
   前記放電電極の温度に基づいて、前記気体導入手段と前記気体排気手段との少なくとも１つの作動状況の変化を繰り返す間欠動作を制御することを特徴とする製膜方法。

Images