JP2012234950A - Silicon-based thin film production apparatus, photoelectric conversion device equipped with the same, silicon-based thin film production method and photoelectric conversion device manufacturing method using the same - Google Patents

Silicon-based thin film production apparatus, photoelectric conversion device equipped with the same, silicon-based thin film production method and photoelectric conversion device manufacturing method using the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon-based thin film production method and a silicon-based thin film production apparatus, which can produce a silicon-based thin film of cluster free or of a minimal cluster while inhibiting decrease in film production speed.SOLUTION: A silicon-based thin film production apparatus is an apparatus in which a material gas containing Si is supplied to the inside of a vacuum chamber in which a substrate 101 is housed and a high-frequency power is supplied to a discharge electrode 106 provided in a plasma generation part 103 to produce a silicon-based thin film on the substrate 101 by generating plasma of the material gas. The silicon-based thin film production apparatus comprises a cluster removal part 104 arranged between the substrate 101 and the discharge electrode 106. The cluster removal part 104 includes a plurality of openings in such a way that an opening ratio is 50% and over. The openings communicate the plasma generation part side and the substrate side. An opening width of the opening is not more than twice a mean free path of an Si nanocluster under a pressure in film production, and a length of the opening is not less than twice the opening width.

Description

本発明は、シリコン系薄膜の製膜装置及び製膜方法、並びに、光電変換装置の製造装置及び製造方法に関し、特に発電層としてシリコンを用いる薄膜シリコン系太陽電池に関する。   The present invention relates to a silicon-based thin film forming apparatus and film forming method, and a photoelectric conversion device manufacturing apparatus and manufacturing method, and more particularly to a thin-film silicon solar cell using silicon as a power generation layer.

プラズマを利用してシリコン系薄膜を製膜する際に、シランプラズマ中に発生するサイズが約10nm以下のSi微粒子(Siクラスター)がシリコン系薄膜の光劣化と密接に関係している可能性が示唆されている。詳細には、Siクラスターが膜中に取り込まれると、Si−Hx(x≧2)結合を作り、水素化アモルファスシリコン(以下、a−Si:H)の光劣化を誘起する。この問題を解決するために、クラスターフィルターによりクラスターを除去してシリコン系薄膜を製膜する方法が提案されている(特許文献1参照)。   When forming a silicon-based thin film using plasma, Si particles (Si clusters) generated in the silane plasma with a size of about 10 nm or less may be closely related to the photodegradation of the silicon-based thin film. Has been suggested. Specifically, when Si clusters are taken into the film, Si—Hx (x ≧ 2) bonds are formed, and photodegradation of hydrogenated amorphous silicon (hereinafter a-Si: H) is induced. In order to solve this problem, a method of forming a silicon-based thin film by removing clusters with a cluster filter has been proposed (see Patent Document 1).

図26に、特許文献1に記載のアモルファスシリコン系薄膜堆積装置を示す。該アモルファスシリコン系薄膜堆積装置では、基板101とメッシュ状の対向電極141とメッシュ状の高周波電極142とが対向配置されている。該アモルファスシリコン系薄膜堆積装置では、各電極表面にシランガスを垂直に流し、電極間にプラズマを発生させて、基板上にシリコン系薄膜を製膜する。基板101と対向電極141との間にはクラスター除去フィルター143が設置されている。Siクラスターのフィルターからの反射率0%であるため、Siクラスターはフィルター壁に衝突することで、プラズマ流中から除去される。これによって、プラズマ内に発生するSiラージクラスター145(径:1nm以上)が基板上に堆積されるシリコン系薄膜に混入することを防いでいる。   FIG. 26 shows an amorphous silicon-based thin film deposition apparatus described in Patent Document 1. In the amorphous silicon-based thin film deposition apparatus, a substrate 101, a mesh-like counter electrode 141, and a mesh-like high-frequency electrode 142 are arranged to face each other. In the amorphous silicon-based thin film deposition apparatus, a silane gas is allowed to flow vertically on the surface of each electrode to generate plasma between the electrodes, thereby forming a silicon-based thin film on the substrate. A cluster removal filter 143 is installed between the substrate 101 and the counter electrode 141. Since the reflectance of the Si cluster from the filter is 0%, the Si cluster is removed from the plasma flow by colliding with the filter wall. This prevents Si large clusters 145 (diameter: 1 nm or more) generated in the plasma from being mixed into the silicon-based thin film deposited on the substrate.

クラスター除去フィルターは、穴の開いたグリッド(薄板)144を2枚以上重ねた構造とされる。各グリッドは、隣接する他のグリッドと穴が重ならないように配置され、各グリッドの開口率は50%以下とされている。   The cluster removal filter has a structure in which two or more grids (thin plates) 144 with holes are stacked. Each grid is arranged so that holes do not overlap with other adjacent grids, and the aperture ratio of each grid is 50% or less.

国際公開第2006/022179号(段落[0025]〜[0027])International Publication No. 2006/022179 (paragraphs [0025] to [0027])

特許文献1に記載のクラスター除去フィルターは、グリッドを2枚以上重ねる必要があるため、大面積化が困難である。   Since the cluster removal filter described in Patent Document 1 requires two or more grids to be stacked, it is difficult to increase the area.

また、特許文献1に記載のクラスター除去フィルターを設置した場合、膜の基となるSiHラジカルは、基板側に配置されたグリッドで反射された後、電極側に配置されたグリッドで更に反射されてクラスター除去フィルター通過する。すなわち、SiHラジカルはフィルター通過の過程で、最低でも2回グリッドに衝突する。SiHラジカルのフィルターからの反射率は特許文献1によると約70%であるため、2回衝突によりフィルターを通過するSiHラジカルはほぼ半減する。また、グリッドを2枚以上重ねた際に他のグリッドと穴が重ならないようにするには、グリッドの開口率は50%より大きくできないことから、装置内への供給量に対して1/4以下のSiHラジカルしか製膜に関与しないこととなり、製膜速度が大幅に低下する。 In addition, when the cluster removal filter described in Patent Document 1 is installed, the SiH 3 radical that is the basis of the film is reflected by the grid arranged on the substrate side and then further reflected by the grid arranged on the electrode side. Pass through the cluster removal filter. That is, SiH 3 radicals collide with the grid at least twice in the process of passing through the filter. According to Patent Document 1, the reflectance of the SiH 3 radical from the filter is about 70%, so that the SiH 3 radical passing through the filter by the second collision is almost halved. Further, in order to prevent holes from overlapping other grids when two or more grids are stacked, the aperture ratio of the grids cannot be larger than 50%, so that the supply amount into the apparatus is ¼. Only the following SiH 3 radicals are involved in the film formation, and the film formation speed is greatly reduced.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、製膜速度の低下を抑制しながら、クラスターフリーもしくはクラスター極少したシリコン系薄膜を製膜できるシリコン系薄膜の製造方法及びシリコン系薄膜の製造装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and a method for producing a silicon-based thin film and a silicon-based thin film capable of forming a cluster-free or cluster-small silicon-based thin film while suppressing a decrease in the film-forming speed. It aims at providing the manufacturing apparatus of a thin film.

上記課題を解決するために、本発明は、基板が収容された真空容器内にSiを含む原料気体を供給し、プラズマ発生部に設けた放電電極に高周波電力を供給し、前記原料気体のプラズマを発生させて前記基板上にシリコン系薄膜を製膜するシリコン系薄膜の製膜装置であって、前記基板と前記放電電極との間にクラスター除去部が配置され、前記クラスター除去部は、開口率が50%以上となるよう複数の開口部を備え、前記開口部は前記プラズマ発生部側と前記基板側を連通させ、前記開口部の開口幅が、製膜時の圧力下でのSiナノクラスターの平均自由行程の2倍以下であり、前記開口部の長さが、前記開口幅の2倍以上であるシリコン系薄膜の製膜装置を提供する。   In order to solve the above-described problems, the present invention supplies a source gas containing Si into a vacuum vessel in which a substrate is accommodated, supplies high-frequency power to a discharge electrode provided in a plasma generation unit, and plasma of the source gas A silicon-based thin film forming apparatus for forming a silicon-based thin film on the substrate, wherein a cluster removing portion is disposed between the substrate and the discharge electrode, and the cluster removing portion is opened A plurality of openings so that the rate is 50% or more, the openings communicate with the plasma generation part side and the substrate side, and the opening width of the opening part is Si nanocrystals under pressure during film formation Provided is a silicon-based thin film forming apparatus in which the average free path of the cluster is not more than twice and the length of the opening is not less than twice the opening width.

上記発明によれば、クラスター除去部の開口部の長さ方向に側壁を構成する構造となる。このため開口率を50%以上とすることで、原料気体がクラスター除去部を通過しやすくなるため、製膜速度の低下を低減することができる。上記発明の製膜装置では、原料気体のプラズマ流が、開口部を経由して基板側へと供給される。クラスター除去部のプラズマ発生部側のプラズマ流にはラジカルやSiナノクラスターが含まれている。
Siナノクラスターは、開口部を通過する際に、直接開口部の側壁に衝突し、吸着する。あるいは、プラズマ流に含まれるラジカルなどに衝突して軌道転換させられ、開口部の側壁に衝突し、吸着する。開口の中央付近から開口部の長さ方向に沿った角度で開口部に入ったSiナノクラスターは、側壁から最も離れた位置を通ることになる。このような場合であっても、開口幅を平均自由行程の2倍以下とすることで、一度ラジカルに衝突したSiナノクラスターは、その後他のラジカルなどに衝突せずに開口部の側壁に衝突・吸着することが可能となる。また、開口部の長さを開口幅の2倍以上とすることで、ほとんどのSiナノクラスターを開口部の側壁に衝突させることができる。ラジカルも、開口部の側壁に衝突すると約30%が吸着されるが、上記構成とすることで、開口部を通過する際の衝突回数を1回とすることが可能となる。これにより、ラジカルは開口部を通過して基板表面に到達し易くなり、製膜速度の低下を抑制することができる。
According to the said invention, it becomes a structure which comprises a side wall in the length direction of the opening part of a cluster removal part. For this reason, by setting the aperture ratio to 50% or more, the raw material gas can easily pass through the cluster removal portion, so that a decrease in film forming speed can be reduced. In the film forming apparatus of the present invention, the plasma flow of the source gas is supplied to the substrate side via the opening. The plasma flow on the plasma generation part side of the cluster removal part contains radicals and Si nanoclusters.
When the Si nanocluster passes through the opening, it directly collides with the side wall of the opening and is adsorbed. Or, it collides with radicals etc. contained in the plasma flow to change its orbit, collides with the side wall of the opening, and is adsorbed. The Si nanoclusters that have entered the opening at an angle along the length of the opening from the vicinity of the center of the opening pass through the position farthest from the side wall. Even in such a case, by making the opening width less than twice the mean free path, the Si nanoclusters that once collided with the radical collide with the side wall of the opening without colliding with other radicals etc.・ Adsorption is possible. Moreover, most Si nanoclusters can be made to collide with the side wall of an opening part by making the length of an opening part into 2 times or more of opening width. About 30% of the radicals are also adsorbed when colliding with the side wall of the opening, but with the above configuration, the number of collisions when passing through the opening can be reduced to one. As a result, the radicals can easily reach the substrate surface through the opening, and a decrease in the film forming speed can be suppressed.

上記発明の一態様において、前記クラスター除去部がハニカム状または格子状の構造とされても良い。
上記発明の一態様によれば、クラスター除去部の開口率を高めることが可能となる。このため、さらにラジカルは開口部を通過して基板表面に到達し易くなり、製膜速度の低下をより抑制することができる。
In one embodiment of the present invention, the cluster removal portion may have a honeycomb-like or lattice-like structure.
According to one aspect of the present invention, it is possible to increase the aperture ratio of the cluster removal unit. For this reason, it becomes easier for radicals to pass through the opening and reach the substrate surface, thereby further suppressing a decrease in film forming speed.

上記発明の一態様において、前記クラスター除去部が、複数の板状部材が開口幅をあけ、基板の法線方向から見たときに、一開口部のプラズマ発生部側の開口と基板側の開口とが重ならないようブラインド状に並べられた構造とされ、前記開口幅が、製膜時の圧力でのSiナノクラスターの平均自由行程以下であり、前記開口部の長さが、前記開口幅の2倍以上であっても良い。   In one aspect of the invention described above, the cluster removal unit includes a plurality of plate-shaped members having an opening width and an opening on a plasma generation unit side and an opening on a substrate side when viewed from the normal direction of the substrate. And the opening width is equal to or less than the mean free path of the Si nanoclusters at the pressure during film formation, and the length of the opening is equal to the opening width. It may be twice or more.

上記発明の一態様によれば、隣り合う板状部材は開口幅をあけて配置され、且つ、開口部の長さを平均自由行程の2倍以上とすることで、ほとんどのSiナノクラスターを開口部の側壁に衝突させることができる。複数の板状部材は、基板に対して傾斜した状態で間隔をあけて並べられるため、プラズマ流に含まれるラジカルが板状部材(開口部の側壁)に2回以上衝突することになるが、開口部をさらに大きく取ることができるため、製膜速度の低下をより一層に抑制することができる。   According to one aspect of the invention, adjacent plate-like members are arranged with an opening width, and most of the Si nanoclusters are opened by making the length of the opening more than twice the mean free path. It can be made to collide with the side wall of the part. Since the plurality of plate-like members are arranged with an interval in an inclined state with respect to the substrate, radicals included in the plasma flow will collide with the plate-like member (side wall of the opening) two or more times. Since the opening can be made larger, it is possible to further suppress a decrease in the film forming speed.

上記発明の一態様において、前記プラズマ発生部が、前記放電電極に対向配置された対向電極を含み、前記クラスター除去部が導電性材料からなる前記対向電極であり、前記開口幅が、製膜時の圧力下でのSiナノクラスターの平均自由行程の2倍以下で、かつ製膜圧力範囲における下限値の圧力で該開口部に前記プラズマを発生させないサイズであっても良い。   1 aspect of the said invention WHEREIN: The said plasma generation part contains the counter electrode arrange | positioned facing the said discharge electrode, the said cluster removal part is the said counter electrode which consists of an electroconductive material, and the said opening width is at the time of film forming The size may be such that the plasma is not generated in the opening at a pressure lower than the average free path of the Si nanoclusters under a pressure of less than the lower limit in the film forming pressure range.

クラスター除去部が対向電極を兼ねることで、給電のアース電位が直接接続されるため、給電効率を高めることができる。その際、開口幅を上記範囲とすることで、開口部での放電を抑制することが可能となる。   Since the cluster removal unit also serves as the counter electrode, the ground potential for power feeding is directly connected, so that power feeding efficiency can be improved. At that time, by setting the opening width within the above range, it is possible to suppress discharge at the opening.

上記発明の一態様において、前記放電電極が複数の棒状電極から構成され、前記棒状電極間の少なくとも一つの隙間に、前記放電電極と前記対向電極との間の空間に前記原料気体を供給する供給機構と、前記空間中の気体を前記真空容器外へ排気する排気機構と、
を備えることが好ましい。
1 aspect of the said invention WHEREIN: The said discharge electrode is comprised from several rod-shaped electrode, The supply which supplies the said source gas to the space between the said discharge electrode and the said counter electrode to at least 1 clearance gap between the said rod-shaped electrodes A mechanism, and an exhaust mechanism for exhausting the gas in the space out of the vacuum vessel;
It is preferable to provide.

Siナノクラスターの動きは、原料気体の流れに影響されやすい。上記発明によれば、放電電極側に供給機構と排気機構とを備えるため、真空容器内に原料気体を供給する際にクラスター除去部、および基板方向へ流れるSiナノクラスターの量を減らすことができる。   The movement of the Si nanocluster is easily influenced by the flow of the source gas. According to the above invention, since the supply mechanism and the exhaust mechanism are provided on the discharge electrode side, it is possible to reduce the amount of Si nanoclusters flowing in the cluster removal unit and the substrate direction when supplying the raw material gas into the vacuum vessel. .

上記発明の一態様において、前記放電電極と前記対向電極とが絶縁材を介して保持されることが好ましい。   In one embodiment of the above invention, the discharge electrode and the counter electrode are preferably held via an insulating material.

対向電極は、開口率が50%以上であるが、絶縁材を介して放電電極と接続させることで、強度が補強される。これによって、基板の大型化に伴い対向電極が大面積化しても対向電極の変形を防止することが可能となる。   The counter electrode has an aperture ratio of 50% or more, but the strength is reinforced by being connected to the discharge electrode through an insulating material. This makes it possible to prevent deformation of the counter electrode even if the counter electrode has a large area as the substrate size increases.

上記発明の一態様において、前記真空容器内で前記基板を保持する基板保持部を備え、前記基板保持部及び前記放電電極が、自身の温度を調整する温度調整機構を有しても良い。   In one aspect of the invention described above, a substrate holding unit that holds the substrate in the vacuum vessel may be provided, and the substrate holding unit and the discharge electrode may have a temperature adjustment mechanism that adjusts its own temperature.

上記発明によれば、真空容器内の温度分布を小さくすることができる。そのため、開口率が50%以上のクラスター除去部の熱変形を抑制することが可能となる。   According to the said invention, the temperature distribution in a vacuum vessel can be made small. For this reason, it is possible to suppress thermal deformation of the cluster removal portion having an aperture ratio of 50% or more.

また、本発明は、上記に記載のシリコン系薄膜の製膜装置を備える光電変換装置を提供する。本発明によれば、クラスターフリーもしくはクラスターが極少したシリコン系薄膜を製膜することができるため、光電変換層の光劣化を抑制することが可能となる。   The present invention also provides a photoelectric conversion device comprising the silicon-based thin film forming apparatus described above. According to the present invention, it is possible to form a silicon-based thin film that is cluster-free or has very few clusters, so that it is possible to suppress photodegradation of the photoelectric conversion layer.

また、本発明は、基板が収容された真空容器内にSiを含む原料気体を供給し、プラズマ発生部に設けた放電電極に高周波電力を供給し、前記原料気体のプラズマを発生させて前記基板上にシリコン系薄膜を製膜するシリコン系薄膜の製膜方法であって、開口率が50%以上となるよう複数の開口部を備え、前記開口部が前記プラズマ発生部側と前記基板側を連通させ、前記開口部の開口幅が製膜時の圧力下でのSiナノクラスターの平均自由行程の2倍以下であり、前記開口部の長さが前記開口幅の2倍以上である
クラスター除去部を前記基板と前記放電電極との間に配置し、前記クラスター除去部の前記開口部を介して前記プラズマを基板側に供給するシリコン系薄膜の製膜方法を提供する。
Further, the present invention supplies a source gas containing Si into a vacuum container in which a substrate is accommodated, supplies high frequency power to a discharge electrode provided in a plasma generation unit, and generates plasma of the source gas to generate the substrate. A method for forming a silicon-based thin film on which a silicon-based thin film is formed, comprising a plurality of openings so that the aperture ratio is 50% or more, and the openings are formed on the plasma generation unit side and the substrate side. Cluster removal in which the opening width of the opening is less than twice the mean free path of Si nanoclusters under pressure during film formation, and the length of the opening is more than twice the opening width A method for forming a silicon-based thin film is provided in which a portion is disposed between the substrate and the discharge electrode, and the plasma is supplied to the substrate side through the opening of the cluster removal portion.

上記発明によれば、クラスター除去部の開口部の長さ方向に側壁を構成する構造となり、開口率を50%以上とすることで、原料気体がクラスター除去部を通過しやすくなるため、製膜速度の低下を低減することができる。上記発明の製膜装置では、原料気体のプラズマ流が、開口部を経由して基板側へと供給される。クラスター除去部のプラズマ発生部側のプラズマ流にはラジカルやSiナノクラスターが含まれている。
Siナノクラスターは、開口部を通過する際に、直接開口部の側壁に衝突し、吸着する。あるいは、プラズマ流に含まれるラジカルなどに衝突して軌道転換させられ、開口部の側壁に衝突し、吸着する。開口の中央付近から開口部の長さ方向に沿った角度で開口部に入ったSiナノクラスターは、側壁から最も離れた位置を通る。このような場合であっても、開口幅を平均自由行程の2倍以下とすることで、一度ラジカルに衝突したSiナノクラスターは、その後他のラジカルなどに衝突せずに開口部の側壁に衝突・吸着することが可能となる。また、開口部の長さを開口幅の2倍以上とすることで、ほとんどのSiナノクラスターを開口部の側壁に衝突させることができる。ラジカルも、開口部の側壁に衝突すると約30%が吸着されるが、上記構成とすることで、開口部を通過する際の衝突回数を1回とすることが可能となる。これにより、ラジカルは開口部を通過して基板表面に到達し易くなり、製膜速度の低下を抑制することができる。
According to the above invention, the side wall is formed in the length direction of the opening of the cluster removal portion, and the opening ratio is 50% or more, so that the source gas can easily pass through the cluster removal portion. The decrease in speed can be reduced. In the film forming apparatus of the present invention, the plasma flow of the source gas is supplied to the substrate side via the opening. The plasma flow on the plasma generation part side of the cluster removal part contains radicals and Si nanoclusters.
When the Si nanocluster passes through the opening, it directly collides with the side wall of the opening and is adsorbed. Or, it collides with radicals etc. contained in the plasma flow to change its orbit, collides with the side wall of the opening, and is adsorbed. Si nanoclusters entering the opening at an angle along the length direction of the opening from the vicinity of the center of the opening pass through a position farthest from the side wall. Even in such a case, by making the opening width less than twice the mean free path, the Si nanoclusters that once collided with the radical collide with the side wall of the opening without colliding with other radicals etc.・ Adsorption is possible. Moreover, most Si nanoclusters can be made to collide with the side wall of an opening part by making the length of an opening part into 2 times or more of opening width. About 30% of the radicals are also adsorbed when colliding with the side wall of the opening, but with the above configuration, the number of collisions when passing through the opening can be reduced to one. As a result, the radicals can easily reach the substrate surface through the opening, and a decrease in the film forming speed can be suppressed.

上記発明の一態様において、前記クラスター除去部をハニカム状または格子状の構造としても良い。
上記発明の一態様によれば、クラスター除去部の開口率を高めることが可能となる。
In one embodiment of the present invention, the cluster removal portion may have a honeycomb-like or lattice-like structure.
According to one aspect of the present invention, it is possible to increase the aperture ratio of the cluster removal unit.

上記発明の一態様において、前記クラスター除去部を、複数の板状部材が開口幅をあけ、基板の法線方向から見たときに、一開口部のプラズマ発生部側の開口と基板側の開口とが重ならないようブラインド状に並べられた構造とし、前記開口幅が、製膜時の圧力でのSiナノクラスターの平均自由行程以下とし、前記開口部の長さが、前記開口幅の2倍以上としても良い。   In one aspect of the invention, when the cluster removing portion is viewed from the normal direction of the substrate with a plurality of plate-shaped members having an opening width, the opening on the plasma generation portion side and the opening on the substrate side of the opening portion The opening width is equal to or less than the mean free path of the Si nanoclusters at the pressure during film formation, and the length of the opening is twice the opening width. It is good also as above.

上記発明の一態様によれば、隣り合う板状部材は開口幅をあけて配置され、且つ、開口部の長さを平均自由行程の2倍以上とすることで、ほとんどのSiナノクラスターを開口部の側壁に衝突させることができる。複数の板状部材は、基板に対して傾斜した状態で間隔をあけて並べられるため、プラズマ流に含まれるラジカルが板状部材(開口部の側壁)に2回以上衝突することになるが、開口部を大きく取ることができるため、さらに製膜速度の低下をより一層に抑制することができる。   According to one aspect of the invention, adjacent plate-like members are arranged with an opening width, and most of the Si nanoclusters are opened by making the length of the opening more than twice the mean free path. It can be made to collide with the side wall of the part. Since the plurality of plate-like members are arranged with an interval in an inclined state with respect to the substrate, radicals included in the plasma flow will collide with the plate-like member (side wall of the opening) two or more times. Since the opening can be made large, it is possible to further suppress a decrease in the film forming speed.

上記発明の一態様において、前記クラスター除去部を導電性材料からなる対向電極とし、前記開口幅を、製膜時の圧力下でのSiナノクラスターの平均自由行程の2倍以下で、かつ製膜圧力範囲における下限値の圧力で該開口部に前記プラズマを発生させないサイズとし、前記放電電極に前記対向電極を対向配置させて電極間にプラズマを発生させても良い。   1 aspect of the said invention WHEREIN: The said cluster removal part is made into the counter electrode which consists of an electroconductive material, The said opening width is 2 times or less of the mean free path | route of Si nanocluster under the pressure at the time of film formation, and film formation The size may be such that the plasma is not generated in the opening with the lower limit pressure in the pressure range, and the counter electrode may be disposed opposite the discharge electrode to generate plasma between the electrodes.

クラスター除去部が対向電極を兼ねることで、給電のアース電位が直接接続されるため、給電効率を高めることができる。その際、開口幅を上記範囲とすることで、開口部での放電を抑制することが可能となる。   Since the cluster removal unit also serves as the counter electrode, the ground potential for power feeding is directly connected, so that power feeding efficiency can be improved. At that time, by setting the opening width within the above range, it is possible to suppress discharge at the opening.

上記発明の一態様において、前記放電電極は複数の棒状電極から構成され、前記棒状電極間の少なくとも一つの隙間に設けた供給機構により前記放電電極と前記対向電極との間の空間に前記原料気体を供給する工程と、前記棒状電極間の少なくとも一つの隙間に設けた排気機構により前記空間から気体を排気する工程と、を備えても良い。   In one aspect of the invention, the discharge electrode is composed of a plurality of rod-shaped electrodes, and the source gas is introduced into a space between the discharge electrode and the counter electrode by a supply mechanism provided in at least one gap between the rod-shaped electrodes. And a step of exhausting gas from the space by an exhaust mechanism provided in at least one gap between the rod-shaped electrodes.

Siナノクラスターの動きは、原料気体の流れに影響されやすい。上記発明によれば、放電電極側に供給機構と排気機構とを備えるため、真空容器内に原料気体を供給する際にクラスター除去部、および基板方向へ流れるSiナノクラスターの量を減らすことができる。   The movement of the Si nanocluster is easily influenced by the flow of the source gas. According to the above invention, since the supply mechanism and the exhaust mechanism are provided on the discharge electrode side, it is possible to reduce the amount of Si nanoclusters flowing in the cluster removal unit and the substrate direction when supplying the raw material gas into the vacuum vessel. .

上記発明の一態様において、供給機構により前記放電電極と前記対向電極との間の空間に前記原料気体を供給する工程と、排気機構により前記空間から気体を排気する工程と、
を備え、前記放電電極と前記対向電極とを絶縁材を介して保持させることが好ましい。
In one aspect of the invention described above, a step of supplying the source gas to a space between the discharge electrode and the counter electrode by a supply mechanism, a step of exhausting the gas from the space by an exhaust mechanism,
It is preferable that the discharge electrode and the counter electrode are held via an insulating material.

対向電極は、開口率が50%以上であるが、絶縁材を介して放電電極と接続させることで、強度が補強される。これによって、基板の大型化に伴い対向電極が大面積化しても対向電極の変形を防止することが可能となる。   The counter electrode has an aperture ratio of 50% or more, but the strength is reinforced by being connected to the discharge electrode through an insulating material. This makes it possible to prevent deformation of the counter electrode even if the counter electrode has a large area as the substrate size increases.

上記発明の一態様において、基板保持部により前記基板を保持させ、前記基板保持部及び前記放電電極にそれぞれ温度調整機構を設け、自身の温度を調整しても良い。   In one embodiment of the present invention, the substrate may be held by a substrate holding portion, and a temperature adjustment mechanism may be provided in each of the substrate holding portion and the discharge electrode to adjust its own temperature.

上記発明によれば、真空容器内の温度分布を小さくすることができる。そのため、開口率が50%以上のクラスター除去部の熱変形を抑制することが可能となる。   According to the said invention, the temperature distribution in a vacuum vessel can be made small. For this reason, it is possible to suppress thermal deformation of the cluster removal portion having an aperture ratio of 50% or more.

また、本発明は上記に記載の製膜方法でシリコン系薄膜を製膜する光電変換装置の製造方法を提供する。本発明によれば、クラスターフリーもしくはクラスターが極少したシリコン系薄膜を製膜することができるため、光電変換層の光劣化を抑制することが可能となる。   Moreover, this invention provides the manufacturing method of the photoelectric conversion apparatus which forms a silicon-type thin film by the film forming method as described above. According to the present invention, it is possible to form a silicon-based thin film that is cluster-free or has very few clusters, so that it is possible to suppress photodegradation of the photoelectric conversion layer.

本発明によれば、製膜速度の低下を抑制しながら、クラスターフリーもしくはクラスターが極少したシリコン系薄膜を製膜することができる。   According to the present invention, it is possible to form a silicon-based thin film that is cluster-free or has very few clusters while suppressing a decrease in film formation speed.

第1実施形態に係る実施形態に係るシリコン系薄膜の製膜装置の概略図である。It is the schematic of the film-forming apparatus of the silicon-type thin film which concerns on embodiment which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係るハニカム状構造を有するクラスター除去部の斜視図である。It is a perspective view of the cluster removal part which has a honeycomb-like structure concerning a 1st embodiment. 第1実施形態に係るプラズマが開口部を通過する際のイメージ図である。It is an image figure at the time of the plasma which concerns on 1st Embodiment passes an opening part. 第2実施形態に係るブラインド状構造を有するクラスター除去部の断面図である。It is sectional drawing of the cluster removal part which has the blind-like structure which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る製膜装置の構成を例示する図である。It is a figure which illustrates the structure of the film forming apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る製膜装置の構成を例示する図である。It is a figure which illustrates the structure of the film forming apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係るプラズマ発生部の平面図である。It is a top view of the plasma generation part which concerns on 4th Embodiment. 図7に示すプラズマ発生部のx方向の断面図である。It is sectional drawing of the x direction of the plasma generation part shown in FIG. 図7に示すプラズマ発生部のy方向の断面図である。It is sectional drawing of the y direction of the plasma generation part shown in FIG. 変形例としてのプラズマ発生部のy方向の断面図である。It is sectional drawing of the y direction of the plasma generation part as a modification. 第4実施形態に係る供給機構及び排気機構を説明する図である。It is a figure explaining the supply mechanism and exhaust mechanism which concern on 4th Embodiment. 第4実施形態に係る供給機構の詳細を説明する図である。It is a figure explaining the detail of the supply mechanism which concerns on 4th Embodiment. 第5実施形態に係るプラズマ発生部の平面図である。It is a top view of the plasma generation part which concerns on 5th Embodiment. 図12に示すプラズマ発生部のx方向の断面図である。It is sectional drawing of the x direction of the plasma generation part shown in FIG. 図12に示すプラズマ発生部のy方向の断面図である。It is sectional drawing of the y direction of the plasma generation part shown in FIG. 変形例としてのプラズマ発生部のy方向の断面図である。It is sectional drawing of the y direction of the plasma generation part as a modification. 第6実施形態に係るシリコン系薄膜の製膜装置の断面概略図である。It is the cross-sectional schematic of the silicon-type thin film forming apparatus which concerns on 6th Embodiment. 第7実施形態に係る光電変換装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the photoelectric conversion apparatus which concerns on 7th Embodiment. 第7実施形態の太陽電池パネルの製造方法の実施の形態を示す概略図である。It is the schematic which shows embodiment of the manufacturing method of the solar cell panel of 7th Embodiment. 第7実施形態の太陽電池パネルの製造方法の実施の形態を示す概略図である。It is the schematic which shows embodiment of the manufacturing method of the solar cell panel of 7th Embodiment. 第7実施形態の太陽電池パネルの製造方法の実施の形態を示す概略図である。It is the schematic which shows embodiment of the manufacturing method of the solar cell panel of 7th Embodiment. 第7実施形態の太陽電池パネルの製造方法の実施の形態を示す概略図である。It is the schematic which shows embodiment of the manufacturing method of the solar cell panel of 7th Embodiment. 第7実施形態の太陽電池パネルの製造方法の実施の形態を示す概略図である。It is the schematic which shows embodiment of the manufacturing method of the solar cell panel of 7th Embodiment. 試験片1及び試験片2のESR測定の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the ESR measurement of the test piece 1 and the test piece 2. FIG. 試験片3及び試験片4の発電検査の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the electric power generation test of the test piece 3 and the test piece 4. FIG. 従来のアモルファスシリコン薄膜堆積装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the conventional amorphous silicon thin film deposition apparatus.

以下に、本発明に係るシリコン系薄膜の製膜装置及び製膜方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment of a silicon-based thin film deposition apparatus and method according to the present invention will be described with reference to the drawings.

〔第1実施形態〕
図1に、本実施形態に係るシリコン系薄膜の製膜装置の概略図を示す。製膜装置は、図示されない製膜室と、基板保持部102と、プラズマ発生部103と、クラスター除去部104と、を備えている。
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。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a schematic view of a silicon-based thin film forming apparatus according to this embodiment. The film forming apparatus includes a film forming chamber (not shown), a substrate holding unit 102, a plasma generating unit 103, and a cluster removing unit 104.
Here, the silicon-based is a generic name including silicon (Si), silicon carbide (SiC), and silicon germanium (SiGe).

製膜室は、真空容器であり、容器内外の圧力差に耐え得る構造とされている。例えば、ステンレス鋼(JIS規格におけるSUS材)、アルミニウム合金鋼、または一般構造用圧延材(JIS規格におけるSS材)などから形成され、リブ材などで補強された構成を用いることができる。製膜室には、製膜室内にSiを含む原料気体(以下、原料ガスと称する)を供給する供給機構と、製膜室内から気体を排気する排気機構とが備えられている。排気機構は、たとえば公知の真空ポンプ、圧力調整弁と真空排気配管等を用いることができる。製膜室内は排気機構により0.1kPaから10kPa程度の真空状態とされ得る。   The film forming chamber is a vacuum container and has a structure capable of withstanding a pressure difference between inside and outside the container. For example, a structure formed of stainless steel (SUS material in JIS standard), aluminum alloy steel, or general structural rolling material (SS material in JIS standard) and reinforced with a rib material or the like can be used. The film forming chamber is provided with a supply mechanism for supplying a source gas containing Si (hereinafter referred to as source gas) into the film forming chamber and an exhaust mechanism for exhausting the gas from the film forming chamber. As the exhaust mechanism, for example, a known vacuum pump, a pressure adjusting valve, a vacuum exhaust pipe, or the like can be used. The film forming chamber can be evacuated to about 0.1 kPa to 10 kPa by the exhaust mechanism.

基板保持部102は、製膜室内に配置され、その上面で基板を保持することができる。基板保持部102は、自身の温度を調整する温度調整機構を有する。本実施形態において、温度調整機構は、外部から温度制御可能な熱源(ヒータ)が基板保持部102に埋め込まれたものとされる。温度調整機構は、上記に限定されず、内部に温度制御された熱媒体を循環させる熱媒循環法であっても良い。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。
温度調整機構は、基板保持部102の上面全体を概ね均一な温度とし、且つ、上面で保持する基板の温度を所定温度に均一化する機能を有する。
The substrate holding unit 102 is disposed in the film forming chamber and can hold the substrate on its upper surface. The substrate holding unit 102 has a temperature adjustment mechanism that adjusts its own temperature. In the present embodiment, the temperature adjustment mechanism is such that a heat source (heater) whose temperature can be controlled from the outside is embedded in the substrate holder 102. The temperature adjustment mechanism is not limited to the above, and may be a heat medium circulation method in which a temperature-controlled heat medium is circulated inside. The heat medium is a non-conductive medium, and high heat conductive gas such as hydrogen and helium, fluorine-based inert liquid, inert oil, pure water, etc. can be used. Use of a fluorine-based inert liquid (for example, trade name: Galden, F05, etc.) is preferable because control is easy without going up.
The temperature adjustment mechanism has a function of setting the entire upper surface of the substrate holding unit 102 to a substantially uniform temperature and equalizing the temperature of the substrate held on the upper surface to a predetermined temperature.

プラズマ発生部103は、対向電極105、放電電極106、高周波電源107、整合器108から構成されている。対向電極105及び放電電極106は、製膜室内で互いに平行に対向配置されている。   The plasma generation unit 103 includes a counter electrode 105, a discharge electrode 106, a high frequency power source 107, and a matching unit 108. The counter electrode 105 and the discharge electrode 106 are arranged to face each other in parallel in the film forming chamber.

対向電極105は、導電性の平板からなり、接地部材に接続されている。対向電極105は、基板保持部102の上面と間隔をあけて平行に対向配置されている。
対向電極105は、例えば、SUS304等、または熱伝達率が格段に大きいアルミニウム系金属を用いることができる。対向電極105は、メッシュ状の構造とされ、複数の通気孔を備えている。通気孔の径は、2mm〜5mmとされると良い。対向電極105の開口率は60%〜80%とされると良い。対向電極105の板厚は、電極板の表裏温度差によるソリ量が小さくなるように、0.5mm以上で3mm以下とされると良い。そうすることで、製膜時の電極板の表裏温度差が発生し難くなるため、対向電極105の熱変形を抑制す、平面度を維持することが可能となる。対向電極105の板厚は薄いながらも構造的な取扱強度を確保するために、1mm以上で2mm以下が更に好ましい。
The counter electrode 105 is made of a conductive flat plate and is connected to a ground member. The counter electrode 105 is disposed to face the upper surface of the substrate holding unit 102 in parallel with a gap.
For the counter electrode 105, for example, SUS304 or the like, or an aluminum-based metal having a remarkably large heat transfer coefficient can be used. The counter electrode 105 has a mesh structure and includes a plurality of vent holes. The diameter of the air hole is preferably 2 mm to 5 mm. The aperture ratio of the counter electrode 105 is preferably 60% to 80%. The thickness of the counter electrode 105 is preferably 0.5 mm or more and 3 mm or less so that the warp amount due to the temperature difference between the front and back surfaces of the electrode plate is reduced. By doing so, it becomes difficult to generate a temperature difference between the front and back surfaces of the electrode plate during film formation, so that it is possible to maintain the flatness that suppresses thermal deformation of the counter electrode 105. In order to ensure structural handling strength even though the plate thickness of the counter electrode 105 is thin, it is more preferably 1 mm or more and 2 mm or less.

放電電極106は、導電性の平板からなり、対向電極105の上方(基板と反対側)に、対向電極105と間隔をあけて平行に対向配置されている。放電電極106には給電線109a,109bを介して整合器108及び高周波電源107が接続されている。製膜室内に原料ガスを供給した状態で、放電電極106に高周波電力を供給することで、放電電極106と対向電極105との間にプラズマを発生させることができる。放電電極106と対向電極105との間隔は、高周波電源107の周波数、基板の大きさなどに応じて適宜設定される。例えば、放電電極106と対向電極105との間隔は、10mm〜30mm程度の範囲に設定される。
放電電極106は、例えば、SUS304等の非磁性金属、または熱伝達率が格段に大きいために温度差による変形を生じにくいアルミニウムやアルミニウム合金系金属を用いることができる。
The discharge electrode 106 is made of a conductive flat plate, and is disposed above the counter electrode 105 (on the side opposite to the substrate) in parallel with the counter electrode 105 with a space therebetween. A matching unit 108 and a high frequency power source 107 are connected to the discharge electrode 106 through power supply lines 109a and 109b. Plasma can be generated between the discharge electrode 106 and the counter electrode 105 by supplying high-frequency power to the discharge electrode 106 in a state where the source gas is supplied into the film forming chamber. The interval between the discharge electrode 106 and the counter electrode 105 is appropriately set according to the frequency of the high-frequency power source 107, the size of the substrate, and the like. For example, the interval between the discharge electrode 106 and the counter electrode 105 is set to a range of about 10 mm to 30 mm.
For the discharge electrode 106, for example, a nonmagnetic metal such as SUS304, or aluminum or an aluminum alloy metal that hardly deforms due to a temperature difference due to a remarkably large heat transfer coefficient can be used.

整合器108は、出力側のインピーダンスを整合し、高周波電源107からの高周波電力を放電電極106へと送電する。   The matching unit 108 matches the impedance on the output side and transmits the high frequency power from the high frequency power source 107 to the discharge electrode 106.

クラスター除去部104は、製膜時に基板101の直上に位置するよう基板保持部102と対向電極105との間に互いに間隔をあけて配置されている。対向電極105とクラスター除去部104との間隔は、2mm〜10mmとすると良い。クラスター除去部104と基板101との間隔は、5mm〜20mmとすると良い。   The cluster removal unit 104 is disposed with a space between the substrate holding unit 102 and the counter electrode 105 so as to be positioned immediately above the substrate 101 during film formation. The distance between the counter electrode 105 and the cluster removal unit 104 is preferably 2 mm to 10 mm. The distance between the cluster removal unit 104 and the substrate 101 is preferably 5 mm to 20 mm.

クラスター除去部104は、プラズマ発生部により発生させたプラズマ流からSiナノクラスターを除去する機能を有する。クラスター除去部104は、対向電極105と同等またはそれ以上の大きさとされる。クラスター除去部104の材料は特に限定されないが、導電性材料からなることが好ましい。それによってクラスター除去部104が帯電し難くなる。また、クラスター除去部104は、正に帯電可能な材料からなっても良い。それによって、負に帯電したSiナノクラスターが壁面に吸着しやすくなる。クラスター除去部104は、例えば、SUS304等の非磁性金属、または熱伝達率が格段に大きいために温度差による変形を生じにくいアルミニウムやアルミニウム合金系金属を用いることができる。   The cluster removal unit 104 has a function of removing Si nanoclusters from the plasma flow generated by the plasma generation unit. The cluster removal unit 104 has a size equal to or larger than that of the counter electrode 105. Although the material of the cluster removal part 104 is not specifically limited, It is preferable to consist of an electroconductive material. This makes it difficult for the cluster removal unit 104 to be charged. The cluster removing unit 104 may be made of a positively chargeable material. Thereby, negatively charged Si nanoclusters are easily adsorbed on the wall surface. The cluster removal unit 104 may be made of, for example, a nonmagnetic metal such as SUS304, or aluminum or an aluminum alloy metal that is not easily deformed due to a temperature difference due to a remarkably large heat transfer coefficient.

クラスター除去部104は、対向電極105側から基板保持部102側へと連通する複数の開口部と開口部を構成する壁面を備えている。クラスター除去部104の開口率は50%以上とされる。クラスター除去部104は、ハニカム状または格子状の構造とされると良い。開口部の形状は適宜設定されると良い。クラスター除去部104は、ハニカム状構造とすることで、軽量で高強度となり変形しにくくすることができる。図2に、ハニカム状構造を有するクラスター除去部104を例示する。開口部の開口幅wは、製膜時の圧力でのSiナノクラスターの平均自由行程の2倍以下とされ、ハニカム状構造材の板厚以上とされる。「開口幅」は、開口の最大長を示し、開口形状が円形である場合には円の直径とされる。「開口幅」は、開口形状が多角形である場合には、対向する頂点同士を結ぶ長さとされる。開口部の長さlは、開口幅wの2倍以上とされる。「開口部の長さ」とは、一開口部を構成する壁面の対向電極105側端部から基板保持部102側端部までの長さを意味する。
ここで、開口部の開口幅wの絶対値をより小さく設定した場合に、その2倍以上とされる開口部の長さlの絶対値も短く設定されるが、開口幅w:開口部長さlで規定される開口部の立体角を考慮すると、開口部を構成する壁面に衝突せずに開口部を通り抜けるSiナノクラスターの数は極めて少なく、クラスター除去効果が十分に発揮される。
一方、開口部の長さは、製膜時の圧力でのSiHラジカルなどの製膜ラジカルの平均自由行程の2倍程度以下とすることが望ましい。このときラジカルが壁に2回ぶつかることになり、ラジカル数量が半減して製膜速度が凡そ半減することになり、実用的な製膜速度を得られなくなるためである。
本実施形態においてクラスター除去部104は、アルミニウム合金の薄板に複数の貫通孔が穿設されたパンチングメタルとする。その場合、開口幅wは貫通孔の径、開口部の長さは薄板の厚さとなる。
The cluster removal unit 104 includes a plurality of openings that communicate from the counter electrode 105 side to the substrate holding unit 102 side, and a wall surface that forms the opening. The aperture ratio of the cluster removal unit 104 is set to 50% or more. The cluster removal unit 104 may have a honeycomb or lattice structure. The shape of the opening may be set as appropriate. The cluster removing unit 104 has a honeycomb-like structure, so that it is lightweight and has high strength and can be hardly deformed. FIG. 2 illustrates a cluster removal unit 104 having a honeycomb structure. The opening width w of the opening is set to be equal to or less than twice the average free path of the Si nanoclusters at the pressure during film formation, and is equal to or more than the plate thickness of the honeycomb-shaped structural material. The “opening width” indicates the maximum length of the opening, and is the diameter of the circle when the opening shape is circular. The “opening width” is a length connecting vertices facing each other when the opening shape is a polygon. The length l of the opening is at least twice the opening width w. The “length of the opening” means the length from the end on the side of the counter electrode 105 to the end on the side of the substrate holding unit 102 of the wall surface constituting one opening.
Here, when the absolute value of the opening width w of the opening is set smaller, the absolute value of the length l of the opening that is set to be twice or more is also set short, but the opening width w is the opening length. Considering the solid angle of the opening defined by l, the number of Si nanoclusters passing through the opening without colliding with the wall surface constituting the opening is extremely small, and the cluster removal effect is sufficiently exhibited.
On the other hand, the length of the opening is desirably about twice or less the average free path of a film forming radical such as SiH 3 radical at the film forming pressure. This is because the radical hits the wall twice, the number of radicals is reduced by half, and the film forming speed is reduced by about half, so that a practical film forming speed cannot be obtained.
In this embodiment, the cluster removing unit 104 is a punching metal in which a plurality of through holes are formed in a thin aluminum alloy plate. In that case, the opening width w is the diameter of the through hole, and the length of the opening is the thickness of the thin plate.

次に、上記製膜装置を用いて、基板上にシリコン薄膜を製膜する方法を説明する。
まず、排気機構により空気を排気し、製膜室内を真空とした後、基板保持部102の上面に基板を載置する。次に、高周波電源107からの高周波電力を、整合器108を介して放電電極106へと供給するとともに、供給機構により原料ガスを製膜室内に供給する。原料ガスは、例えば、SiHガスなどを用いることができる。このとき、製膜室内が所望の真空状態に保たれるよう排気機構の排気量が制御される。
Next, a method for forming a silicon thin film on a substrate using the film forming apparatus will be described.
First, after the air is exhausted by the exhaust mechanism and the film forming chamber is evacuated, the substrate is placed on the upper surface of the substrate holder 102. Next, high-frequency power from the high-frequency power source 107 is supplied to the discharge electrode 106 through the matching unit 108, and a source gas is supplied into the film forming chamber by the supply mechanism. For example, SiH 4 gas can be used as the source gas. At this time, the exhaust amount of the exhaust mechanism is controlled so that the film forming chamber is maintained in a desired vacuum state.

高周波電力が供給されると、放電電極106と対向電極105との間にプラズマが発生する。高周波電力は大型の放電電極への均一なプラズマ形成を考慮すると、例えば10MHz〜100MHzが好適である。プラズマは、拡散によりクラスター除去部104の開口部を経由して対向電極105側から基板側へと移動する。プラズマにはSiH、SiH、SiHなどのラジカルが含まれており、このSiHラジカルが拡散現象により拡散し、基板表面に吸着することにより、アモルファスシリコン膜あるいは結晶質シリコン膜などのシリコン薄膜が形成される。なお、シリコン薄膜は、製膜条件の中のSiH、Hの流量比、圧力及び供給する高周波電力を適正化することにより選択的にアモルファスシリコン膜あるいは結晶質シリコン膜として製膜され得る。
なお、結晶質シリコン系とは、アモルファスシリコン系すなわち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、微結晶シリコン系や多結晶シリコン系も含まれる。
When high frequency power is supplied, plasma is generated between the discharge electrode 106 and the counter electrode 105. In consideration of uniform plasma formation on a large discharge electrode, the high frequency power is preferably 10 MHz to 100 MHz, for example. The plasma moves from the counter electrode 105 side to the substrate side through the opening of the cluster removal unit 104 by diffusion. The plasma contains radicals such as SiH 3 , SiH 2 , and SiH. The SiH 3 radicals are diffused by a diffusion phenomenon and adsorbed on the substrate surface, so that a silicon thin film such as an amorphous silicon film or a crystalline silicon film is obtained. Is formed. The silicon thin film can be selectively formed as an amorphous silicon film or a crystalline silicon film by optimizing the flow rate ratio of SiH 4 and H 2 in the film forming conditions, the pressure, and the high-frequency power to be supplied.
Note that the crystalline silicon system means an amorphous silicon system, that is, a silicon system other than the amorphous silicon system, and includes a microcrystalline silicon system and a polycrystalline silicon system.

図3に、プラズマがクラスター除去部104の開口部を通過する際のイメージ図を示す。プラズマ中には、SiHラジカルの他、SiHのガス分子110やSiナノクラスター111が含まれている。任意の見込み角で開口部に入射したSiナノクラスター111の一部は、直接開口部の内壁(壁面)に衝突して吸着される。また、Siナノクラスターの一部は、開口部内に存在するSiHのガス分子などに衝突し、軌道転換させられた後に、開口部の内壁に衝突して吸着される。開口幅wをSiナノクラスター111の平均自由行程の2倍以下、開口部の長さlを開口幅wの2倍以上とすることで、開口部の内壁面に沿った角度で入射したSiナノクラスター111であっても、高い確率で開口部の内壁に衝突させることが可能となる。これにより、プラズマ流に含まれる大部分のSiナノクラスター111を開口部の内壁に吸着させて除去することができる。また、SiHラジカルも開口部の内壁に衝突するが、クラスター除去部104を上記構成とすることで、SiHラジカルが内壁に多重衝突するのを低減させることが可能となる。また、クラスター除去部104は、1層構成とされるため、開口率を50%以上と大きくすることができ、製膜速度の低下を抑制することが可能となる。
なお、図1に示した製膜室内のプラズマ発生部103は、基板保持台102が水平方向に設置した形態で記載されているが、特に水平方向に限定されるものではなく、鉛直方向や、また鉛直方向や鉛直方向から5°〜15°傾斜させた方向でも良いことは言うまでもない。
FIG. 3 shows an image when the plasma passes through the opening of the cluster removal unit 104. In addition to SiH 3 radicals, SiH 4 gas molecules 110 and Si nanoclusters 111 are contained in the plasma. A part of the Si nanoclusters 111 incident on the opening at an arbitrary prospective angle collides directly with the inner wall (wall surface) of the opening and is adsorbed. Further, a part of the Si nanocluster collides with SiH 4 gas molecules existing in the opening and is orbitally changed, and then collides with the inner wall of the opening and is adsorbed. By making the opening width w less than twice the mean free path of the Si nanocluster 111 and making the length l of the opening more than twice the opening width w, Si nano-crystals incident at an angle along the inner wall surface of the opening Even the cluster 111 can collide with the inner wall of the opening with high probability. Thereby, most of the Si nanoclusters 111 contained in the plasma flow can be adsorbed on the inner wall of the opening and removed. Further, SiH 3 radicals also collide with the inner wall of the opening. However, by configuring the cluster removal unit 104 as described above, it is possible to reduce multiple collisions of SiH 3 radicals with the inner wall. In addition, since the cluster removal unit 104 has a single layer configuration, the aperture ratio can be increased to 50% or more, and a decrease in film forming speed can be suppressed.
The plasma generation unit 103 in the film forming chamber shown in FIG. 1 is described in a form in which the substrate holder 102 is installed in the horizontal direction, but is not particularly limited to the horizontal direction, Needless to say, the direction may be a vertical direction or a direction inclined by 5 ° to 15 ° from the vertical direction.

〔第2実施形態〕
本実施形態に係るシリコン系薄膜の製膜装置は、クラスター除去部がブラインド状とされる以外は、第1実施形態と同様の構成とされる。
クラスター除去部は、複数の板状部材が開口幅wをあけ、ブラインド状に並べられた構造とされる。図4に、ブラインド状構造を有するクラスター除去部114の断面図を例示する。図4に示すように、複数の板状部材115が基板保持部102(基板)に対して傾斜した状態で開口幅wをあけて互いに平行に並べられる。各板状部材115は、基板101の法線方向から見たときに、一開口部の対向電極105側の開口pと基板側の開口pとが重ならないように傾斜させる。開口部の開口幅wは、製膜時の圧力でのSiナノクラスター111の平均自由行程以下とされる。開口部の長さlは、開口幅wの2倍以上とされる。また一方、開口部の長さlは、製膜時の圧力での製膜ラジカルの平均自由行程の2倍程度以下とされることが好ましい。クラスター除去部104の開口率は50%以上とされる。
[Second Embodiment]
The silicon-based thin film deposition apparatus according to the present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except that the cluster removal unit is in a blind shape.
The cluster removal unit has a structure in which a plurality of plate-like members are arranged in a blind shape with an opening width w. FIG. 4 illustrates a cross-sectional view of the cluster removal unit 114 having a blind structure. As shown in FIG. 4, a plurality of plate-like members 115 are arranged in parallel with each other with an opening width w in a state inclined with respect to the substrate holding portion 102 (substrate). Each plate-like member 115 is inclined so that the opening p 1 on the counter electrode 105 side and the opening p 2 on the substrate side of one opening do not overlap when viewed from the normal direction of the substrate 101. The opening width w of the opening is set to be equal to or less than the mean free path of the Si nanocluster 111 at the pressure during film formation. The length l of the opening is at least twice the opening width w. On the other hand, the length l of the opening is preferably about twice or less the average free path of the film-forming radicals at the pressure during film formation. The aperture ratio of the cluster removal unit 104 is set to 50% or more.

本実施形態によれば、電極側から基板に垂直に見ても基板を直接見ることはできない。このため開口部を構成する壁面に衝突せずに開口部を通り抜けるSiナノクラスターを無くする、もしくは極めて少なくし、クラスター除去効果が十分に発揮される。また、開口部を上記構成とすることで、開口部を大きく取ることができるため、得られる製膜速度の低下抑制の効果が大きくなる。   According to this embodiment, the substrate cannot be seen directly even when viewed perpendicularly to the substrate from the electrode side. For this reason, the Si nanocluster which passes through the opening without colliding with the wall surface constituting the opening is eliminated or extremely reduced, and the cluster removal effect is sufficiently exhibited. Moreover, since an opening part can be taken large by making an opening part into the said structure, the effect of the fall suppression of the film forming speed obtained becomes large.

〔第3実施形態〕
本実施形態に係るシリコン系薄膜の製膜装置は、クラスター除去部が対向電極を兼ねる。特に説明がない限り、他の構成は第1実施形態と同様とされる。
クラスター除去部は、プラズマ発生部により発生させたプラズマ流からSiナノクラスターを除去する機能に加え、対向電極としての機能を有する。クラスター除去部は、導電性材料からなる。クラスター除去部は、放電電極側から基板保持部側へと連通する複数の開口部を備えている。クラスター除去部の開口率は50%以上とされる。クラスター除去部は、ハニカム状または格子状の構造とされると良い。開口部の形状は適宜設定されると良い。開口部の開口幅は、製膜時の圧力下でのSiナノクラスターの平均自由行程の2倍以下であり、さらに製膜圧力範囲における下限値の圧力で開口部にプラズマの放電を発生させないサイズである。開口部にプラズマの放電を発生させないためには、開口部の形状にも影響されるが、製膜圧力範囲における下限値の圧力での電子の平均自由行程の数倍以下とされ、実質的にはこの電子の平均自由行程の1倍〜5倍とすることが好ましい。開口部の長さは、開口幅の2倍以上とされる。上記構成とすることで、プラズマが開口部と通過する際の開口部での放電を抑制することができるとともに、開口部を構成する壁面に衝突せずに開口部を通り抜けるSiナノクラスターを無くする、もしくは極めて少なくし、クラスター除去効果が十分に発揮される。
[Third Embodiment]
In the silicon-based thin film deposition apparatus according to the present embodiment, the cluster removal unit also serves as the counter electrode. Unless otherwise specified, the other configurations are the same as those in the first embodiment.
The cluster removal unit has a function as a counter electrode in addition to the function of removing Si nanoclusters from the plasma flow generated by the plasma generation unit. The cluster removal portion is made of a conductive material. The cluster removal unit includes a plurality of openings that communicate from the discharge electrode side to the substrate holding unit side. The aperture ratio of the cluster removal portion is set to 50% or more. The cluster removal portion may have a honeycomb-like or lattice-like structure. The shape of the opening may be set as appropriate. The opening width of the opening is less than twice the mean free path of Si nanoclusters under the pressure during film formation, and the size that does not cause plasma discharge at the opening at the lower limit pressure in the film forming pressure range It is. In order not to generate plasma discharge in the opening, it is influenced by the shape of the opening, but it is not more than several times the mean free path of electrons at the lower limit pressure in the film forming pressure range, and is substantially Is preferably 1 to 5 times the mean free path of the electrons. The length of the opening is at least twice the opening width. With the above configuration, it is possible to suppress discharge at the opening when the plasma passes through the opening, and eliminate Si nanoclusters that pass through the opening without colliding with the wall surface forming the opening. Or very little, and the cluster removal effect is sufficiently exerted.

図5及び図6に、本実施形態に係る製膜装置の構成を例示する。クラスター除去部124は、製膜時に基板101の直上に位置するよう基板保持部102と放電電極106との間に互いに間隔をあけて配置されている。放電電極106とクラスター除去部124との間隔は、10mm〜30mmとすると良い。クラスター除去部124と基板101との間隔は、5mm〜20mmとすると良い。   5 and 6 illustrate the configuration of the film forming apparatus according to this embodiment. The cluster removal unit 124 is disposed with a space between the substrate holding unit 102 and the discharge electrode 106 so as to be positioned immediately above the substrate 101 during film formation. The interval between the discharge electrode 106 and the cluster removal unit 124 is preferably 10 mm to 30 mm. The distance between the cluster removal unit 124 and the substrate 101 is preferably 5 mm to 20 mm.

図5において、高周波電源107は電力供給線(同軸ケーブル)116を介して整合器に接続されている。高周波電源107からの高周波電力は大型の放電電極への均一なプラズマ形成を考慮すると、例えば10MHz〜100MHzが好適である。整合器は、電力供給線(同軸ケーブル)116を介して製膜室117に設けられた電流導入端子118に接続されている。同軸ケーブル116の芯線119は放電電極106へ、シールド線120は対向電極105を兼ねたクラスター除去部124へと接続されている。クラスター除去部124に直接電力給電系統のアースを接続することで、給電系統の芯線119とシールド線120間の電位の伝送を放電電極106までスムーズに導いて、給電効率を高めることができる。   In FIG. 5, the high frequency power source 107 is connected to a matching unit via a power supply line (coaxial cable) 116. The high frequency power from the high frequency power source 107 is preferably 10 MHz to 100 MHz, for example, in consideration of uniform plasma formation on a large discharge electrode. The matching unit is connected to a current introduction terminal 118 provided in the film forming chamber 117 via a power supply line (coaxial cable) 116. The core wire 119 of the coaxial cable 116 is connected to the discharge electrode 106, and the shield wire 120 is connected to the cluster removal unit 124 that also serves as the counter electrode 105. By connecting the ground of the power feeding system directly to the cluster removal unit 124, the potential transmission between the core wire 119 and the shield wire 120 of the feeding system can be smoothly guided to the discharge electrode 106, and the power feeding efficiency can be improved.

また、図6に示すように、対向電極を兼ねたクラスター除去部124は、同軸ケーブル116のシールド線120ではなく、製膜室117の壁面を経由して電力給電系統のアースへ接続されても良い。   In addition, as shown in FIG. 6, the cluster removing unit 124 that also serves as the counter electrode may be connected to the ground of the power feeding system via the wall surface of the film forming chamber 117 instead of the shield wire 120 of the coaxial cable 116. good.

また、同軸ケーブル116から放電電極106への高周波電力の供給は、バラン給電法によって行われても良い。バラン(Balun、平衡−不平衡変換器)とは、同軸ケーブル(不平衡モード)と2線フィーダー(平衡モード)の間などに設置して、平衡及び不平衡の状態にある伝送モードを変換する素子である。すなわち、同軸ケーブルから放電電極への高周波電力の供給は、不平衡及び平衡の状態にあるとしてバラン回路を設定し、伝送モードの違いを補正しても良い。   Further, the supply of high-frequency power from the coaxial cable 116 to the discharge electrode 106 may be performed by a balun power feeding method. A balun (balanced-unbalanced converter) is installed between a coaxial cable (unbalanced mode) and a two-wire feeder (balanced mode) to convert the transmission mode between balanced and unbalanced states. It is an element. That is, the balun circuit may be set to correct the difference in transmission mode by assuming that the supply of high-frequency power from the coaxial cable to the discharge electrode is in an unbalanced and balanced state.

〔第4実施形態〕
本実施形態に係るシリコン系薄膜の製膜装置は、プラズマ発生部が異なる以外、特に説明がない限り、第3実施形態と同様の構成とされる。図7に、本実施形態に係るプラズマ発生部を放電電極側から見た平面図を示す。図8に、本実施形態に係るプラズマ発生部の断面図を示す。
[Fourth Embodiment]
The silicon-based thin film deposition apparatus according to this embodiment has the same configuration as that of the third embodiment unless otherwise described, except that the plasma generation unit is different. FIG. 7 is a plan view of the plasma generation unit according to the present embodiment as viewed from the discharge electrode side. FIG. 8 shows a cross-sectional view of the plasma generating unit according to the present embodiment.

放電電極126は棒状部材が略平行に組み合わされたはしご型構造を有する。放電電極126は棒状部材の断面形状は製膜条件に合わせて適宜選定が可能であり、四角形、長四角形、台形、多角形、円形、楕円形などでもよく、特定するものではない。本実施形態において、放電電極126は、電流導入端子118の数に合わせて複数の電極単位に分割構成されている。放電電極126は給電線を介して対応する電流導入端子118にそれぞれ接続されている。各電流導入端子118には、それぞれ整合器108及び高周波電源107が接続されている。   The discharge electrode 126 has a ladder structure in which rod-shaped members are combined substantially in parallel. For the discharge electrode 126, the cross-sectional shape of the rod-shaped member can be appropriately selected according to the film forming conditions, and may be a quadrangle, a long quadrangle, a trapezoid, a polygon, a circle, an ellipse or the like, and is not specified. In the present embodiment, the discharge electrode 126 is divided into a plurality of electrode units according to the number of current introduction terminals 118. The discharge electrodes 126 are respectively connected to the corresponding current introduction terminals 118 through power supply lines. Each current introduction terminal 118 is connected to a matching unit 108 and a high-frequency power source 107.

対向電極は第3実施形態と同様の構成とされ、放電電極126の基板保持部側に対向配置されている。対向電力の両端部は給電系統のアースに接続されている。対向電極は、クラスター除去部124を兼ねている。対向電極124は、セラミックスなどの絶縁材からなる保持部材(フィルター保持用絶縁物)121により、放電電極126に物理的に接続されて保持されている。保持部材121は、対向電極124の任意の複数箇所に配置され、対向電極124を保持している。これにより、平面を保ちやすくなるため、開口率が高く、薄板からなる対向電極を兼ねたクラスター除去部124の熱変形を抑制することができる。   The counter electrode has the same configuration as that of the third embodiment, and is disposed opposite to the substrate holding part side of the discharge electrode 126. Both ends of the counter power are connected to the ground of the power feeding system. The counter electrode also serves as the cluster removal unit 124. The counter electrode 124 is physically connected to the discharge electrode 126 and held by a holding member (insulator for filter holding) 121 made of an insulating material such as ceramics. The holding member 121 is disposed at any plurality of locations of the counter electrode 124 and holds the counter electrode 124. Thereby, since it becomes easy to maintain a plane, the aperture ratio is high, and thermal deformation of the cluster removing unit 124 that also serves as a counter electrode made of a thin plate can be suppressed.

対向電極を兼ねたクラスター除去部124は、図9に示すように基板の大きさよりも少し大きなサイズで1枚構造とされる。また、対向電極を兼ねたクラスター除去部124は、図10に示すように分割された放電電極126と同等の大きさに分割された構造とされても良い。   As shown in FIG. 9, the cluster removing unit 124 that also serves as the counter electrode has a single structure having a size slightly larger than the size of the substrate. Further, the cluster removing unit 124 that also serves as the counter electrode may be divided into the same size as the divided discharge electrode 126 as shown in FIG.

図11に、本実施形態に係る製膜原料ガスの供給機構、及び製膜残留ガスの排気機構を説明する図を示す。本実施形態では、供給機構122及び排気機構123は、放電電極126の棒状部材同士の各隙間に交互に接続されている。排気機構123は、棒状部材同士の隙間から放電電極126と対向電極124との間の空間から製膜に寄与しなかった気体を製膜室外へと排気することができる。供給機構122は、棒状部材同士の隙間から放電電極126と対向電極124との間の空間に、原料ガスを供給することができる。図12に、本実施形態に係る供給機構の詳細を示す。本実施形態にかかる供給機構122は、放電電極126の棒状部材の長手方向に沿って延在するガス供給管とされる。ガス供給管は、内管127と外管128とから構成されている。内管127は、棒状部材同士の間に交互に接続されている。内管127は、基板101と反対側に複数の孔129が設けられている。複数の孔129は、ガス供給管の長手方向に沿って並んでいる。これによって、均等にガスを配分して噴出することができる。外管128は、内管127よりも大きな径を有し、基板101と対向する位置に、ガス供給管の長手方向に沿って延びるスリット130が形成されている。これによって、内管127の複数の孔129から噴出した噴流が直接に基板101へ噴き付けることを抑制し、基板101へ極力均一なガス流れを形成することができる。
供給機構を上記構成とすることで、基板101への噴流による局所的な膜分布を抑制することができる。
FIG. 11 is a view for explaining a film forming source gas supply mechanism and a film forming residual gas exhaust mechanism according to this embodiment. In the present embodiment, the supply mechanism 122 and the exhaust mechanism 123 are alternately connected to the gaps between the rod-shaped members of the discharge electrode 126. The exhaust mechanism 123 can exhaust gas that has not contributed to film formation from the space between the discharge electrode 126 and the counter electrode 124 to the outside of the film formation chamber from the gap between the rod-shaped members. The supply mechanism 122 can supply the source gas into the space between the discharge electrode 126 and the counter electrode 124 from the gap between the rod-shaped members. FIG. 12 shows details of the supply mechanism according to the present embodiment. The supply mechanism 122 according to the present embodiment is a gas supply tube that extends along the longitudinal direction of the rod-shaped member of the discharge electrode 126. The gas supply pipe is composed of an inner pipe 127 and an outer pipe 128. The inner pipe 127 is alternately connected between the rod-shaped members. The inner tube 127 is provided with a plurality of holes 129 on the side opposite to the substrate 101. The plurality of holes 129 are arranged along the longitudinal direction of the gas supply pipe. Thereby, gas can be equally distributed and ejected. The outer tube 128 has a larger diameter than the inner tube 127, and a slit 130 extending along the longitudinal direction of the gas supply tube is formed at a position facing the substrate 101. Accordingly, it is possible to suppress the jets ejected from the plurality of holes 129 of the inner tube 127 from directly spraying on the substrate 101, and to form a uniform gas flow on the substrate 101 as much as possible.
With the above-described configuration of the supply mechanism, local film distribution due to the jet flow to the substrate 101 can be suppressed.

〔第5実施形態〕
本実施形態に係るシリコン系薄膜の製膜装置は、プラズマ発生部が異なる以外、特に説明がない限り、第3実施形態と同様の構成とされる。図13に、本実施形態に係るプラズマ発生部を放電電極側から見た平面図を示す。図14に、本実施形態に係るプラズマ発生部の断面図を示す。
[Fifth Embodiment]
The silicon-based thin film deposition apparatus according to this embodiment has the same configuration as that of the third embodiment unless otherwise described, except that the plasma generation unit is different. FIG. 13 is a plan view of the plasma generation unit according to the present embodiment as viewed from the discharge electrode side. FIG. 14 shows a cross-sectional view of the plasma generating unit according to this embodiment.

放電電極126は棒状部材が略平行に組み合わされたはしご型構造を有する。本実施形態において、放電電極126は、放電電極126用の電流導入端子118の数に合わせて複数の電極単位に分割構成されている。放電電極126は、対応する電流導入端子118にそれぞれ接続されている。
対向電極124は第3実施形態と同様の構成とされ、放電電極の基板保持部側に対向配置されている。製膜室には、対向電極124用の電流導入端子131が設けられている。対向電極124は、対応する電流導入端子131にそれぞれ接続されている。
The discharge electrode 126 has a ladder structure in which rod-shaped members are combined substantially in parallel. In the present embodiment, the discharge electrode 126 is divided into a plurality of electrode units according to the number of current introduction terminals 118 for the discharge electrode 126. The discharge electrodes 126 are connected to the corresponding current introduction terminals 118, respectively.
The counter electrode 124 has the same configuration as that of the third embodiment, and is disposed opposite to the substrate holding portion side of the discharge electrode. A current introducing terminal 131 for the counter electrode 124 is provided in the film forming chamber. The counter electrode 124 is connected to the corresponding current introduction terminal 131.

放電電極126用の電流導入端子118、及び、対向電極124用の電流導入端子131は、対応する電極単位毎に1つのバラン回路132に接続されている。バラン回路132は、それぞれ給電線を介して整合器108及び高周波電源107が接続されている。   The current introduction terminal 118 for the discharge electrode 126 and the current introduction terminal 131 for the counter electrode 124 are connected to one balun circuit 132 for each corresponding electrode unit. The balun circuit 132 is connected to the matching unit 108 and the high-frequency power source 107 through power supply lines.

対向電極124は、クラスター除去部を兼ねている。対向電極124は、セラミックスなどの絶縁材からなる保持部材により、放電電極126に物理的に接続され保持されている。保持部材121は、対向電極124の任意の複数箇所に配置され、対向電極124を保持している。これにより、平面を保ちやすくなるため、開口率が高く、薄板からなる対向電極を兼ねたクラスター除去部124の熱変形を抑制することができる。   The counter electrode 124 also serves as a cluster removal unit. The counter electrode 124 is physically connected to and held by the discharge electrode 126 by a holding member made of an insulating material such as ceramics. The holding member 121 is disposed at any plurality of locations of the counter electrode 124 and holds the counter electrode 124. Thereby, since it becomes easy to maintain a plane, the aperture ratio is high, and thermal deformation of the cluster removing unit 124 that also serves as a counter electrode made of a thin plate can be suppressed.

対向電極を兼ねたクラスター除去部124は、図15に示すように基板の大きさに対応した1枚構造とされる。また、対向電極を兼ねたクラスター除去部124は、図16に示すように分割された放電電極126と同等の大きさに分割された構造とされても良い。   As shown in FIG. 15, the cluster removing unit 124 that also serves as a counter electrode has a single-sheet structure corresponding to the size of the substrate. Further, the cluster removing unit 124 that also serves as the counter electrode may be divided into the same size as the divided discharge electrode 126 as shown in FIG.

本実施形態において、供給機構及び排気機構は、第4実施形態と同様とする。   In the present embodiment, the supply mechanism and the exhaust mechanism are the same as those in the fourth embodiment.

〔第6実施形態〕
本実施形態に係るシリコン系薄膜の製膜装置は、放電電極が温度調整機構と供給機構とを備えること以外、特に説明がない限り、第4実施形態と同様の構成とされる。図17に、本実施形態に係るシリコン系薄膜の製膜装置の断面概略図を示す。
[Sixth Embodiment]
The silicon-based thin film deposition apparatus according to this embodiment has the same configuration as that of the fourth embodiment unless otherwise specified, except that the discharge electrode includes a temperature adjustment mechanism and a supply mechanism. FIG. 17 is a schematic cross-sectional view of a silicon-based thin film forming apparatus according to this embodiment.

放電電極136は、対向電極を兼ねたクラスター除去部124と間隔をあけて略平行に対向配置されている。放電電極136と対向電極124とは保持部材(絶縁材)121で物理的に接続され保持されている。保持部材121の配置は適宜設定される。
放電電極136は、棒状部材が略平行に組み合わされたはしご型構造を有する。各棒状部材同士の間には間隙が存在する。この間隙には、放電電極136と対向電極124との間の空間から気体を排気できるよう排気機構123が接続されている。
The discharge electrode 136 is disposed so as to face the cluster removal portion 124 that also serves as a counter electrode, in parallel with the gap. The discharge electrode 136 and the counter electrode 124 are physically connected and held by a holding member (insulating material) 121. The arrangement of the holding member 121 is appropriately set.
The discharge electrode 136 has a ladder structure in which rod-shaped members are combined substantially in parallel. There is a gap between the rod-shaped members. An exhaust mechanism 123 is connected to the gap so that gas can be exhausted from the space between the discharge electrode 136 and the counter electrode 124.

各棒状部材は、内部に供給機構133及び温度調整機構134を備えている。
供給機構133は、第4実施形態と同様に、内管と外管とから構成されるガス供給管とされる。ガス供給管は、棒状部材の長手方向に沿って延在し、棒状部材の断面中央部から対向電極124と離れる側に配置されている。内管の複数の孔は、対向電極124と反対側を向いて形成されている。外管のスリットは、対向電極124と対向する位置に形成されている。棒状部材の対向電極124と対向する面の断面中央部には、棒状部材の長手方向に沿って延在し、外管のスリットと連通する凹部が形成されている。
Each rod-like member includes a supply mechanism 133 and a temperature adjustment mechanism 134 inside.
The supply mechanism 133 is a gas supply pipe composed of an inner pipe and an outer pipe, as in the fourth embodiment. The gas supply pipe extends along the longitudinal direction of the rod-shaped member, and is disposed on the side away from the counter electrode 124 from the center of the cross-section of the rod-shaped member. The plurality of holes in the inner tube are formed facing the opposite side of the counter electrode 124. The slit of the outer tube is formed at a position facing the counter electrode 124. A concave portion that extends along the longitudinal direction of the rod-shaped member and communicates with the slit of the outer tube is formed at the center of the cross section of the surface of the rod-shaped member facing the counter electrode 124.

棒状部材に設けられる温度調整機構134は、放電電極136自身の温度を調整することができる機構であれば良い。温度調整機構134は、熱媒循環法であることが好ましいが、これに限定されず、外部から温度制御可能な熱源を埋め込んだものとしても良い。本実施形態では、棒状部材に設けられる温度調整機構(温度調節用媒体導入孔)134は、内部に温度制御された熱媒体を循環させる熱媒循環法を採用する。本実施形態では、基板保持部102にも、熱媒循環法の温度調整機構134が設けられている。   The temperature adjustment mechanism 134 provided in the rod-shaped member may be any mechanism that can adjust the temperature of the discharge electrode 136 itself. The temperature adjustment mechanism 134 is preferably a heat medium circulation method, but is not limited to this, and a heat source that can be temperature-controlled from the outside may be embedded. In the present embodiment, the temperature adjustment mechanism (temperature adjustment medium introduction hole) 134 provided in the rod-shaped member employs a heat medium circulation method in which a temperature-controlled heat medium is circulated therein. In the present embodiment, the substrate holding unit 102 is also provided with a temperature adjustment mechanism 134 of the heat medium circulation method.

棒状部材の内部には、熱媒循環路が形成されている。熱媒循環路は、棒状部材の断面中央部を挟むよう両側に、棒状部材の長手方向に沿って延在するよう配置されている。上記構成の熱媒循環路内に温度制御された熱媒を供給すると、棒状部材全体を概ね均一な温度とすることができる。熱媒循環路内に供給される熱媒体は、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、及び純水等を使用することができる。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。   A heat medium circulation path is formed inside the rod-shaped member. The heat medium circulation path is arranged on both sides so as to sandwich the central portion of the cross section of the rod-shaped member so as to extend along the longitudinal direction of the rod-shaped member. When a temperature-controlled heat medium is supplied into the heat medium circulation path having the above configuration, the entire rod-shaped member can be brought to a substantially uniform temperature. The heat medium supplied into the heat medium circuit is a non-conductive medium, and can use a highly heat conductive gas such as hydrogen or helium, a fluorine-based inert liquid, an inert oil, or pure water. . In particular, the use of a fluorine-based inert liquid (for example, trade name: Galden, F05, etc.) is preferable because the pressure does not increase even in the range of 150 ° C. to 250 ° C. and control is easy.

本実施形態によれば、放電電極136の温度調整機構134により放電電極136を所望の温度に制御することで、製膜室内のヒートバランスを適切に保つことが可能となる。これにより基板の表裏温度差、及び対向電極を兼ねたクラスター除去部124の表裏温度差に伴うそり変形を抑制することができる   According to this embodiment, by controlling the discharge electrode 136 to a desired temperature by the temperature adjustment mechanism 134 of the discharge electrode 136, it is possible to appropriately maintain the heat balance in the film forming chamber. As a result, it is possible to suppress warpage deformation due to the temperature difference between the front and back surfaces of the substrate and the temperature difference between the front and back surfaces of the cluster removal unit 124 that also serves as the counter electrode.

〔第7実施形態〕
本実施形態では、第1実施形態乃至第6実施形態のシリコン系薄膜の製膜装置を用いて製造した光電変換装置及びその製造方法を説明する。
[Seventh Embodiment]
In the present embodiment, a photoelectric conversion device manufactured using the silicon-based thin film forming apparatus according to the first to sixth embodiments and a manufacturing method thereof will be described.

まず、本発明の光電変換装置の製造方法により製造される光電変換装置の構成について説明する。
図18は、本発明の光電変換装置の製造方法により製造される光電変換装置の構成を示す概略図である。光電変換装置90は、シリコン系太陽電池であり、基板1、透明電極層2、太陽電池光電変換層3、及び裏面電極層4を具備する。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。
First, the structure of the photoelectric conversion device manufactured by the method for manufacturing a photoelectric conversion device of the present invention will be described.
FIG. 18 is a schematic diagram illustrating a configuration of a photoelectric conversion device manufactured by the method for manufacturing a photoelectric conversion device of the present invention. The photoelectric conversion device 90 is a silicon solar cell, and includes a substrate 1, a transparent electrode layer 2, a solar cell photoelectric conversion layer 3, and a back electrode layer 4. Here, the silicon-based is a generic name including silicon (Si), silicon carbide (SiC), and silicon germanium (SiGe).

次に、本実施形態の太陽電池パネルの製造方法の実施の形態について説明する。ここでは、基板1としてのガラス基板上に太陽電池光電変換層3として単層アモルファスシリコン薄膜太陽電池を用いた例について説明する。図19〜図23は、本発明の太陽電池パネルの製造方法の実施の形態を示す概略図である。   Next, an embodiment of a method for manufacturing a solar cell panel according to this embodiment will be described. Here, an example in which a single-layer amorphous silicon thin film solar cell is used as the solar cell photoelectric conversion layer 3 on a glass substrate as the substrate 1 will be described. FIGS. 19-23 is schematic which shows embodiment of the manufacturing method of the solar cell panel of this invention.

(1)図19(a)
本実施形態では、基板1は面積が1mを越える大型の基板として、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。
(1) FIG. 19 (a)
In this embodiment, the substrate 1 is a soda float glass substrate (for example, 1.4 m × 1.1 m × plate thickness: 3.0 mm to 4.5 mm) as a large substrate having an area exceeding 1 m 2 . The end face of the substrate is preferably subjected to corner chamfering or R chamfering to prevent damage due to thermal stress or impact.

(2)図19(b)
透明導電層2として酸化錫膜(SnO)を主成分とする透明電極膜を約500nm〜800nm、熱CVD装置にて約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が形成される。透明導電層2として、透明電極膜に加えて、基板1と透明電極膜との間にアルカリバリア膜(図示されず)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)を50nm〜150nm、熱CVD装置にて約500℃で製膜処理する。
(2) FIG. 19 (b)
A transparent electrode film mainly composed of a tin oxide film (SnO 2 ) is formed as a transparent conductive layer 2 at a temperature of about 500 nm to 800 nm at about 500 ° C. using a thermal CVD apparatus. At this time, a texture with appropriate irregularities is formed on the surface of the transparent electrode film. As the transparent conductive layer 2, in addition to the transparent electrode film, an alkali barrier film (not shown) may be formed between the substrate 1 and the transparent electrode film. As the alkali barrier film, a silicon oxide film (SiO 2 ) is formed at a temperature of about 500 ° C. in a thermal CVD apparatus at 50 nm to 150 nm.

(3)図19(c)
その後、基板1をX−Yテーブルに設置して、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5の直列接続方向に対して垂直な方向へ、基板1とレーザー光を相対移動して、溝10を形成するように幅約6mm〜15mmの所定幅の短冊状にレーザーエッチングする。
(3) FIG. 19 (c)
Thereafter, the substrate 1 is placed on an XY table, and the first harmonic (1064 nm) of the YAG laser is irradiated from the film surface side of the transparent electrode film as indicated by an arrow in the figure. The laser power is adjusted so as to be suitable for the processing speed, and the transparent electrode film is moved relative to the direction perpendicular to the series connection direction of the power generation cells 5 to move the substrate 1 and the laser beam to form the groove 10. Thus, laser etching is performed in a strip shape having a predetermined width of about 6 mm to 15 mm.

(4)図19(d)
第1実施形態乃至第6実施形態のクラスター除去部104を備えた製膜装置により、減圧雰囲気:30〜1000Pa、基板温度:約200℃にて光電変換層3としてのアモルファスシリコン薄膜からなるp層膜/i層膜/n層膜を順次製膜する。本実施形態における製膜装置は、プラズマCVD装置とされる。光電変換層3は、SiHガスとHガスとを主原料に、透明導電層2の上に製膜される。太陽光の入射する側からp層41、i層42、n層43がこの順で積層される。光電変換層3は本実施形態では、p層41:BドープしたアモルファスSiCを主とし膜厚10nm〜30nm、i層42:アモルファスSiを主とし膜厚200nm〜350nm、n層43:アモルファスSiに微結晶Siを含有するpドープしたSi層を主とし膜厚30nm〜50nmである。またp層膜とi層膜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。
(4) FIG. 19 (d)
A p-layer made of an amorphous silicon thin film as the photoelectric conversion layer 3 at a reduced pressure atmosphere: 30 to 1000 Pa and a substrate temperature: about 200 ° C. by the film forming apparatus including the cluster removing unit 104 of the first to sixth embodiments. A film / i-layer film / n-layer film is sequentially formed. The film forming apparatus in this embodiment is a plasma CVD apparatus. The photoelectric conversion layer 3 is formed on the transparent conductive layer 2 using SiH 4 gas and H 2 gas as main raw materials. A p-layer 41, an i-layer 42, and an n-layer 43 are laminated in this order from the sunlight incident side. In this embodiment, the photoelectric conversion layer 3 is composed of a p layer 41: B-doped amorphous SiC and a film thickness of 10 nm to 30 nm, an i layer 42: mainly amorphous Si, a film thickness of 200 nm to 350 nm, and an n layer 43: amorphous Si. The film thickness is 30 nm to 50 nm mainly composed of a p-doped Si layer containing microcrystalline Si. A buffer layer may be provided between the p layer film and the i layer film in order to improve the interface characteristics.

(5)図19(e) (5) FIG. 19 (e)

基板1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3の膜面側から照射する。パルス発振:10〜20kHz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、透明導電層2のレーザーエッチングラインの約100〜150μmの横側を、溝11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1側から照射しても良く、この場合は光電変換層3のアモルファスシリコン層で吸収されたエネルギーで発生する高い蒸気圧を利用して光電変換層3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公差を考慮して選定する。   The substrate 1 is placed on an XY table, and the second harmonic (532 nm) of the laser diode-pumped YAG laser is irradiated from the film surface side of the photoelectric conversion layer 3 as indicated by an arrow in the figure. Pulse oscillation: 10 to 20 kHz, the laser power is adjusted so as to be suitable for the processing speed, and laser etching is performed so that the groove 11 is formed on the lateral side of about 100 to 150 μm of the laser etching line of the transparent conductive layer 2. . Further, this laser may be irradiated from the substrate 1 side. In this case, the photoelectric conversion layer 3 can be etched by using a high vapor pressure generated by the energy absorbed by the amorphous silicon layer of the photoelectric conversion layer 3. A stable laser etching process can be performed. The position of the laser etching line is selected in consideration of positioning tolerances so as not to intersect with the etching line in the previous process.

(6)図20(a)
裏面電極層4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、約150〜200℃にて順次製膜する。裏面電極層4は本実施形態では、Ag膜:約150〜500nm、これを保護するものとして防食効果の高いTi膜:10〜20nmをこの順に積層する。あるいは約25nm〜100nmの膜厚を有するAg膜と、約15nm〜500nmの膜厚を有するAl膜との積層構造としても良い。また、タンデム型太陽電池など600nm以上の長波長側反射光が必要なものにおいては、約100nm〜450nmの膜厚を有するCu膜と、約5nm〜150nmの膜厚を有するTi膜との積層構造としても良い。
(6) FIG. 20 (a)
As the back electrode layer 4, an Ag film / Ti film is sequentially formed by a sputtering apparatus in a reduced pressure atmosphere at about 150 to 200 ° C. In this embodiment, the back electrode layer 4 is formed by stacking an Ag film: about 150 to 500 nm and a Ti film having a high anticorrosive effect: 10 to 20 nm in this order as a protective film. Alternatively, a laminated structure of an Ag film having a thickness of about 25 nm to 100 nm and an Al film having a thickness of about 15 nm to 500 nm may be used. In addition, in the case where a long wavelength side reflected light of 600 nm or more is required, such as a tandem solar cell, a laminated structure of a Cu film having a thickness of about 100 nm to 450 nm and a Ti film having a thickness of about 5 nm to 150 nm It is also good.

n層と裏面電極層4との接触抵抗低減と光反射向上を目的に、光電変換層3と裏面電極層4との間にZnO(GaまたはALドープZnO)膜を膜厚:50〜100nm、スパッタリング装置により製膜して設けても良い。   For the purpose of reducing the contact resistance between the n layer and the back electrode layer 4 and improving the light reflection, a ZnO (Ga or AL doped ZnO) film is formed between the photoelectric conversion layer 3 and the back electrode layer 4 to a thickness of 50 to 100 nm. A film may be formed by a sputtering apparatus.

(7)図20(b)
基板1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1側から照射する。レーザー光が光電変換層3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4が爆裂して除去される。パルス発振:1〜50kHz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、透明導電層2のレーザーエッチングラインの約250〜400μmの横側を、溝12を形成するようにレーザーエッチングする。
(7) FIG. 20 (b)
The substrate 1 is placed on an XY table, and the second harmonic (532 nm) of the laser diode-pumped YAG laser is irradiated from the substrate 1 side as indicated by the arrow in the figure. The laser light is absorbed by the photoelectric conversion layer 3, and the back electrode layer 4 is exploded and removed using the high gas vapor pressure generated at this time. Pulse oscillation: 1 to 50 kHz, the laser power is adjusted so as to be suitable for the processing speed, and laser etching is performed on the lateral side of about 250 to 400 μm of the laser etching line of the transparent conductive layer 2 so as to form the groove 12. .

(8)図20(c)と図21(a)
発電領域を区分して、基板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1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1側から照射する。レーザー光が透明導電層2と光電変換層3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4が爆裂して、裏面電極層4/光電変換層3/透明導電層2が除去される。パルス発振:1〜50kHz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1の端部から5〜20mmの位置を、図20(c)に示すように、X方向絶縁溝15を形成するようにレーザーエッチングする。なお、図20(c)では、光電変換層3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15位置には裏面電極層4/光電変換層3/透明導電層2の膜研磨除去をした周囲膜除去領域14相当領域がある状態(図21(a)参照)が表れるべきであるが、基板1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15として説明する。このとき、Y方向絶縁溝は後工程で基板1周囲膜除去領域の膜面研磨除去処理を行うので、設ける必要がない。
(8) FIG. 20 (c) and FIG. 21 (a)
The power generation region is divided to eliminate the influence that the serial connection portion due to laser etching is likely to be short-circuited at the film edge around the substrate edge. The substrate 1 is placed on an XY table, and the second harmonic (532 nm) of the laser diode pumped YAG laser is irradiated from the substrate 1 side. The laser light is absorbed by the transparent conductive layer 2 and the photoelectric conversion layer 3, and the back electrode layer 4 explodes using the high gas vapor pressure generated at this time, and the back electrode layer 4 / photoelectric conversion layer 3 / transparent conductive layer 2 is removed. Pulse oscillation: 1 to 50 kHz, the laser power is adjusted so as to be suitable for the processing speed, and the position of 5 to 20 mm from the end of the substrate 1 is set to the X-direction insulating groove 15 as shown in FIG. Laser etching to form In FIG. 20C, the photoelectric conversion layer 3 is a cross-sectional view in the X direction cut in the direction connected in series. Therefore, the back electrode layer 4 / photoelectric conversion is originally located at the position of the insulating groove 15. Although there should be a state corresponding to the peripheral film removal region 14 where the layer 3 / transparent conductive layer 2 has been removed by polishing (see FIG. 21A), it is convenient for the explanation of the processing to the end of the substrate 1. The insulating groove formed to represent the Y-direction cross section at this position will be described as the X-direction insulating groove 15. At this time, the Y-direction insulating groove does not need to be provided because the film surface polishing removal processing of the peripheral film removal region of the substrate 1 is performed in a later process.

絶縁溝15は基板1の端より5〜15mmの位置にてエッチングを終了させることにより、太陽電池パネル端部からの太陽電池モジュール6内部への外部からの水分浸入の抑制に、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。
The insulating groove 15 terminates the etching at a position of 5 to 15 mm from the end of the substrate 1, thereby having an effective effect in suppressing moisture intrusion from the outside into the solar cell module 6 from the end of the solar cell panel. This is preferable.
In addition, although the laser beam in the above process is made into a YAG laser, there exists what can use a YVO4 laser, a fiber laser, etc. similarly.

(9)図21(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24との健全な接着・シール面を確保するために、基板1周辺(周囲膜除去領域14)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14を形成する。基板1の端から5〜20mmで基板1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20(c)工程で設けた絶縁溝15よりも基板端側において、Y方向は基板端側部付近の溝10よりも基板端側において、裏面電極層4/光電変換層3/透明導電層2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1を洗浄処理して除去した。
(9) FIG. 21 (a: view from the solar cell film side, b: view from the substrate side of the light receiving surface)
Since the laminated film around the substrate 1 (peripheral film removal region 14) has a step and is easy to peel off in order to ensure a sound adhesion / seal surface with the back sheet 24 via EVA or the like in a later process, The film is removed to form a peripheral film removal region 14. When removing the film over the entire circumference of the substrate 1 at 5 to 20 mm from the end of the substrate 1, the X direction is closer to the substrate end than the insulating groove 15 provided in the step of FIG. The back electrode layer 4 / photoelectric conversion layer 3 / transparent conductive layer 2 is removed by using grinding stone polishing, blast polishing, or the like on the substrate end side with respect to the groove 10 near the side portion.
Polishing debris and abrasive grains were removed by cleaning the substrate 1.

(10)図21(a,b)
端子箱23の取付け部分はバックシート24に開口貫通窓を設けて集電板を取出す。この開口貫通窓部分には絶縁材を複数層で設置して外部からの湿分などの浸入を抑制する。
直列に並んだ一方端の太陽電池発電セル5の裏面電極層4と、他方端部の太陽電池発電セル5に接続した集電用セルの裏面電極層4を、銅箔を用いて集電して太陽電池パネル裏側の端子箱23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。
(10) FIG. 21 (a, b)
An attachment portion of the terminal box 23 is provided with an opening through window in the back sheet 24 to take out the current collector plate. Insulating materials are installed in a plurality of layers in the opening through window portion to suppress intrusion of moisture and the like from the outside.
The back electrode layer 4 of the solar power generation cell 5 at one end arranged in series and the back electrode layer 4 of the current collecting cell connected to the solar power generation cell 5 at the other end are collected using copper foil. Then, it is processed so that electric power can be taken out from the portion of the terminal box 23 on the back side of the solar cell panel. In order to prevent short circuit with each part, the copper foil for current collection arrange | positions an insulating sheet wider than copper foil width.

集電用銅箔などが所定位置に配置された後に、太陽電池モジュール6の全体を覆い、基板1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を配置する。   After the current collecting copper foil or the like is disposed at a predetermined position, an adhesive filler sheet made of EVA (ethylene vinyl acetate copolymer) or the like is disposed so as to cover the entire solar cell module 6 and not protrude from the substrate 1. .

接着充填材シートの上に、防水効果の高いバックシート24を設置する。バックシート24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。   A back sheet 24 having a high waterproofing effect is installed on the adhesive filler sheet. In this embodiment, the back sheet 24 has a three-layer structure of PET sheet / AL foil / PET sheet so that the waterproof and moisture proof effect is high.

バックシート24の端子箱23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24と裏面電極層4の間に絶縁材を複数層で設置して外部からの水分などの侵入を抑制する。
バックシート24までを所定位置に配置したものを、ラミネータ装置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。
An opening through window is provided at the attachment portion of the terminal box 23 of the back sheet 24 to take out the copper foil for current collection. In the opening through window portion, an insulating material is provided in a plurality of layers between the back sheet 24 and the back electrode layer 4 to suppress intrusion of moisture and the like from the outside.
The one with the back sheet 24 in place is degassed in a reduced pressure atmosphere with a laminator and pressed at about 150 to 160 ° C., and the adhesive filler sheet (EVA) is cross-linked and tightly sealed. Process.

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材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。   The adhesive filler sheet is not limited to EVA, and an adhesive filler having a similar function such as PVB (polyvinyl butyral) can be used. In this case, the processing is performed by optimizing the conditions such as the pressure bonding procedure, temperature and time.

(11)図22(a)
太陽電池モジュール6の裏側に端子箱23を接着剤で取付ける。
(11) FIG. 22 (a)
The terminal box 23 is attached to the back side of the solar cell module 6 with an adhesive.

(12)図22(b)
銅箔と端子箱23の出力ケーブルとをハンダ等で接続し、端子箱23の内部を封止剤(ポッティング剤)で充填して密閉する。
(12) FIG. 22 (b)
The copper foil and the output cable of the terminal box 23 are connected by solder or the like, and the inside of the terminal box 23 is filled with a sealing agent (potting agent) and sealed.

(13)図22(c)
図22(b)までの工程で形成された太陽電池パネル100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)のソーラシミュレータを用いて行う。なお、発電検査は、太陽電池パネル100が完全に完成した後に行ってもよいし、アルミフレーム枠の取り付け前に行ってもよく、特に限定するものではない。
(13) FIG. 22 (c)
A power generation inspection and a predetermined performance test are performed on the solar cell panel 100 formed through the steps up to FIG. The power generation inspection is performed using a solar simulator of AM1.5 and solar radiation standard sunlight (1000 W / m 2 ). The power generation inspection may be performed after the solar cell panel 100 is completely completed, or may be performed before the aluminum frame is attached, and is not particularly limited.

(14)図22(d)
発電検査(図22(c))に前後して、外観検査をはじめ所定の性能検査を行う。
(14) FIG. 22 (d)
Before and after the power generation inspection (FIG. 22C), a predetermined performance inspection is performed including an appearance inspection.

(15)図23
太陽電池モジュール6の周囲において、太陽電池モジュール6へ強度を付加するとともに、取付け座となるアルミフレーム枠を取り付ける。太陽電池モジュール6とアルミフレーム枠33L,33Sとの間にはゴム製のガスケット等を介して、弾力性を保持しながら確実に保持することが好ましい。
これで太陽電池パネル100が完成する。
(15) FIG.
Around the solar cell module 6, strength is added to the solar cell module 6 and an aluminum frame frame serving as a mounting seat is attached. It is preferable to securely hold the solar cell module 6 and the aluminum frame frames 33L and 33S through rubber gaskets or the like while maintaining elasticity.
Thus, the solar cell panel 100 is completed.

上記実施の形態では太陽電池として、単層アモルファスシリコン太陽電池を用いたもの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、太陽電池として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や、シリコンゲルマニウム太陽電池、また、アモルファスシリコン太陽電池と結晶質シリコン太陽電池やシリコンゲルマニウム太陽電池とを各1〜複数層に積層させた多接合型(タンデム型)太陽電池のような他の種類の薄膜太陽電池にも同様に適用可能である。
更に本発明は、金属基板などのような非透光性基板上に製造された、基板とは反対の側から光が入射するタイプの太陽電池にも同様に適用可能である。
In the above embodiment, a solar cell using a single layer amorphous silicon solar cell has been described. However, the present invention is not limited to this example.
For example, crystalline silicon solar cells including microcrystalline silicon as a solar cell, silicon germanium solar cells, and amorphous silicon solar cells and crystalline silicon solar cells or silicon germanium solar cells are laminated in one to a plurality of layers. The present invention can be similarly applied to other types of thin film solar cells such as a multi-junction type (tandem type) solar cell.
Furthermore, the present invention can be similarly applied to a solar cell manufactured on a non-light-transmitting substrate such as a metal substrate or the like, on which light is incident from the side opposite to the substrate.

(実施例)
第1実施形態の製膜装置を用いて、基板(30cm×40cm×板厚:2mm)上にアモルファスシリコン系薄膜を製膜した。
クラスター除去部104は、アルミニウム合金からなる(35cm×45cm×板厚:10mm)。クラスター除去部104は、六角形の開口部(開口幅:3mm)を複数有し、開口率は78%とした。クラスター除去部104は、基板の直上に5mmの間隔をあけて配置した。クラスター除去部104の上には、対向電極105及び放電電極106を、間隔をあけて配置した。クラスター除去部104と対向電極105との間は、20mmあけた。
(Example)
An amorphous silicon-based thin film was formed on a substrate (30 cm × 40 cm × plate thickness: 2 mm) using the film forming apparatus of the first embodiment.
The cluster removal unit 104 is made of an aluminum alloy (35 cm × 45 cm × plate thickness: 10 mm). The cluster removing unit 104 has a plurality of hexagonal openings (opening width: 3 mm), and the opening ratio is 78%. The cluster removal unit 104 was disposed immediately above the substrate with an interval of 5 mm. On the cluster removal part 104, the counter electrode 105 and the discharge electrode 106 were arrange | positioned at intervals. A space of 20 mm was provided between the cluster removal unit 104 and the counter electrode 105.

基板上に、アモルファスシリコン薄膜を以下の条件で製膜したものを試験片1とした。
製膜条件:
反応ガス:モノシランガス(SiH)(100%)
ガス流量:200sccm
圧力:5Pa
基板温度:200℃
電源周波数:60MHz
電力:0.08W/cm〜0.23W/cm
A test piece 1 was obtained by forming an amorphous silicon thin film on a substrate under the following conditions.
Film forming conditions:
Reaction gas: Monosilane gas (SiH 4 ) (100%)
Gas flow rate: 200sccm
Pressure: 5Pa
Substrate temperature: 200 ° C
Power supply frequency: 60 MHz
Electric power: 0.08 W / cm 2 to 0.23 W / cm 2

比較例として、クラスター除去部104を設けずに、基板上にアモルファスシリコン薄膜を製膜し、試験片2とした。製膜条件は、試験片1と同様とした。
各試験片に対して、光劣化の状況を確認できる評価条件として、48℃に保った状態で、各試験片に310時間、光を照射(AM1.5、125mW/cm)した。光照射初期及び光照射後の試験片について、電子スピン共鳴(ESR)法により欠陥密度を測定した。
As a comparative example, an amorphous silicon thin film was formed on a substrate without providing the cluster removal unit 104, and a test piece 2 was obtained. The film forming conditions were the same as those for the test piece 1.
Each test piece was irradiated with light (AM1.5, 125 mW / cm 2 ) for 310 hours while maintaining at 48 ° C. as an evaluation condition for confirming the state of light degradation. The defect density was measured by the electron spin resonance (ESR) method for the test pieces at the initial stage of light irradiation and after light irradiation.

図24に、ESR測定の結果を示す。同図において、横軸が製膜速度、横軸が欠陥密度である。試験片1及び試験片2では、いずれも製膜速度の上昇に伴い、欠陥密度も増大した。試験片1の製膜速度は、試験片2と比較して略50%程度しか減少しなかった。これによって、従来よりもクラスター除去部104を設けたことによる製膜速度が大きく低下することを抑制でき、実用レベルの製膜速度を得ることができることが確認された。
試験片1の光照射初期の欠陥密度と、試験片2の光照射初期の欠陥密度とは、略同じであった。試験片1の光照射後の欠陥密度は、1016個/ccレベルであった。一方、試験片2の光照射後の欠陥密度は、1017個/ccレベルであった。これにより、クラスター除去部104を設けることで、大幅にアモルファスシリコン薄膜の光劣化を抑制できることが確認された。
FIG. 24 shows the results of ESR measurement. In the figure, the horizontal axis represents the film forming speed and the horizontal axis represents the defect density. In both the test piece 1 and the test piece 2, the defect density increased as the film forming rate increased. The film forming speed of the test piece 1 was reduced only by about 50% as compared with the test piece 2. As a result, it was confirmed that the film forming speed due to the provision of the cluster removing unit 104 can be suppressed from being significantly lower than before, and a practical film forming speed can be obtained.
The defect density at the initial stage of light irradiation of the test piece 1 and the defect density at the initial stage of light irradiation of the test piece 2 were substantially the same. The defect density of the test piece 1 after light irradiation was 10 16 pieces / cc level. On the other hand, the defect density after light irradiation of the test piece 2 was 10 17 / cc level. Thereby, it was confirmed that the photodegradation of the amorphous silicon thin film can be significantly suppressed by providing the cluster removal unit 104.

次に、第1実施形態の製膜装置を用いてアモルファスシリコン薄膜を製膜した光電変換装置を製造し、試験片3とした。光電変換装置は、単層のアモルファスシリコン系の光電変換層を備えている。光電変換装置の他の構成は、第7実施形態に従って形成した。アモルファスシリコン薄膜のi層の膜厚は250nmとした。アモルファスシリコン薄膜の製膜条件は、製膜速度を0.5nm/sとした以外は、試験片1と同様とした。   Next, the photoelectric conversion apparatus which formed the amorphous silicon thin film into a film using the film forming apparatus of 1st Embodiment was manufactured, and it was set as the test piece 3. FIG. The photoelectric conversion device includes a single-layer amorphous silicon photoelectric conversion layer. The other structure of the photoelectric conversion device was formed according to the seventh embodiment. The film thickness of the i layer of the amorphous silicon thin film was 250 nm. The film forming conditions of the amorphous silicon thin film were the same as those of the test piece 1 except that the film forming speed was 0.5 nm / s.

比較例として、クラスター除去部104を設けずに、光電変換装置を製造し、試験片4とした。製造条件は、試験片3と同様とした。
各試験片を48℃に保った状態で、各試験片に310時間、光を照射(AM1.5、125mW/cm)した。光照射初期及び光照射後の試験片3,試験片4について、発電検査を行った。
As a comparative example, a photoelectric conversion device was manufactured without providing the cluster removal unit 104, and a test piece 4 was obtained. The manufacturing conditions were the same as those for the test piece 3.
Each test piece was irradiated with light (AM1.5, 125 mW / cm 2 ) for 310 hours while keeping each test piece at 48 ° C. The power generation inspection was performed on the test piece 3 and the test piece 4 after the initial light irradiation and after the light irradiation.

図25に、発電検査の結果を示す。同図において、横軸の紙面左側のバーが試験片4、横軸の紙面右側が試験片3、縦軸が変換効率である。試験片3及び試験片4では、いずれも光照射後の変換効率は、光照射初期よりも低下した。試験片3及び試験片4の光照射初期の変換効率は、それぞれ10.5%,10.7%となり、両者は略同じ値であった。試験片3の光照射後の変換効率は、9.8%であった。一方、試験片4の光照射後の変換効率は、7.1%であった。これにより、クラスター除去部104を設けることで、光劣化による変換効率の低下を大幅に抑制できることが確認された。   FIG. 25 shows the result of the power generation inspection. In the figure, the bar on the left side of the paper on the horizontal axis is the test piece 4, the right side of the paper on the horizontal axis is the test piece 3, and the vertical axis is the conversion efficiency. In both the test piece 3 and the test piece 4, the conversion efficiency after the light irradiation was lower than that in the initial stage of the light irradiation. The conversion efficiencies at the initial stage of light irradiation of the test piece 3 and the test piece 4 were 10.5% and 10.7%, respectively, and both were substantially the same value. The conversion efficiency of the test piece 3 after light irradiation was 9.8%. On the other hand, the conversion efficiency after light irradiation of the test piece 4 was 7.1%. Thus, it was confirmed that the reduction in conversion efficiency due to light degradation can be significantly suppressed by providing the cluster removal unit 104.

1,101 基板
2 透明電極層
3 光電変換層
4 裏面電極層
41 p層
42 i層
43 n層
102 基板保持部
103 プラズマ発生部
104 クラスター除去部
105 対向電極
106,126,136 放電電極
107 高周波電源
108 整合器
109a,109b 給電線
110 SiHのガス分子
111 Siナノクラスター
116 電力供給線(同軸ケーブル)
117 製膜室
118 電流導入端子
119 芯線
120 シールド線
121 保持部材(フィルター保持用絶縁物)
122 供給機構
123 排気機構
124 クラスター除去部(ナノクラスター除去フィルター兼電極)
127 内管
128 外管
129 孔
130 スリット
131 電流導入端子(対向電極用)
132 バラン回路
134 温度調整機構(温度調節用媒体導入孔)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 Substrate 2 Transparent electrode layer 3 Photoelectric conversion layer 4 Back surface electrode layer 41 P layer 42 i layer 43 n layer 102 Substrate holding part 103 Plasma generation part 104 Cluster removal part 105 Counter electrode 106, 126, 136 Discharge electrode 107 High frequency power supply 108 Matching units 109a and 109b Power supply line 110 SiH 4 gas molecule 111 Si nanocluster 116 Power supply line (coaxial cable)
117 Film forming chamber 118 Current introduction terminal 119 Core wire 120 Shield wire 121 Holding member (insulator for holding filter)
122 Supply Mechanism 123 Exhaust Mechanism 124 Cluster Removal Unit (Nanocluster Removal Filter / Electrode)
127 Inner tube 128 Outer tube 129 Hole 130 Slit 131 Current introduction terminal (for counter electrode)
132 Balun circuit 134 Temperature adjustment mechanism (Temperature adjustment medium introduction hole)

Claims (16)

基板が収容された真空容器内にSiを含む原料気体を供給し、プラズマ発生部に設けた放電電極に高周波電力を供給し、前記原料気体のプラズマを発生させて前記基板上にシリコン系薄膜を製膜するシリコン系薄膜の製膜装置であって、
前記基板と前記放電電極との間にクラスター除去部が配置され、
前記クラスター除去部は、開口率が50%以上となるよう複数の開口部を備え、
前記開口部は前記プラズマ発生部側と前記基板側を連通させ、
前記開口部の開口幅が、製膜時の圧力下でのSiナノクラスターの平均自由行程の2倍以下であり、
前記開口部の長さが、前記開口幅の2倍以上であるシリコン系薄膜の製膜装置。
A source gas containing Si is supplied into a vacuum container in which a substrate is housed, high-frequency power is supplied to a discharge electrode provided in a plasma generation unit, and plasma of the source gas is generated to form a silicon-based thin film on the substrate. A silicon-based thin film forming apparatus for forming a film,
A cluster removal unit is disposed between the substrate and the discharge electrode,
The cluster removal portion includes a plurality of openings so that the opening ratio is 50% or more,
The opening communicates the plasma generation unit side and the substrate side,
The opening width of the opening is not more than twice the mean free path of Si nanoclusters under pressure during film formation,
A silicon-based thin film forming apparatus in which the length of the opening is twice or more the opening width.
前記クラスター除去部がハニカム状または格子状の構造とされる請求項1に記載のシリコン系薄膜の製膜装置。   The silicon-based thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the cluster removal unit has a honeycomb-like or lattice-like structure. 前記クラスター除去部が、
複数の板状部材が開口幅をあけ、基板の法線方向から見たときに、一開口部のプラズマ発生部側の開口と基板側の開口とが重ならないようブラインド状に並べられた構造とされ、
前記開口幅が、製膜時の圧力でのSiナノクラスターの平均自由行程以下であり、
前記開口部の長さが、前記開口幅の2倍以上である請求項1に記載のシリコン系薄膜の製膜装置。
The cluster removing unit
A structure in which a plurality of plate-shaped members have an opening width and are arranged in a blind shape so that the opening on the plasma generation portion side of one opening portion and the opening on the substrate side do not overlap when viewed from the normal direction of the substrate And
The opening width is equal to or less than the mean free path of the Si nanoclusters at the pressure during film formation;
The silicon-based thin film forming apparatus according to claim 1, wherein a length of the opening is at least twice as large as the opening width.
前記プラズマ発生部が、前記放電電極に対向配置された対向電極を含み、
前記クラスター除去部が導電性材料からなる前記対向電極であり、
前記開口幅が、製膜時の圧力下でのSiナノクラスターの平均自由行程の2倍以下で、かつ製膜圧力範囲における下限値の圧力で該開口部に前記プラズマを発生させないサイズである請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のシリコン系薄膜の製膜装置。
The plasma generating unit includes a counter electrode disposed to face the discharge electrode;
The cluster removal portion is the counter electrode made of a conductive material;
The opening width is not more than twice the mean free path of Si nanoclusters under the pressure during film formation, and is a size that does not generate the plasma at the opening at a lower limit pressure in the film forming pressure range. The silicon-based thin film forming apparatus according to any one of claims 1 to 3.
前記放電電極が複数の棒状電極から構成され、前記棒状電極間の少なくとも一つの隙間に、
前記放電電極と前記対向電極との間の空間に前記原料気体を供給する供給機構と、
前記空間中の気体を前記真空容器外へ排気する排気機構と、
を備える請求項4に記載のシリコン系薄膜の製膜装置。
The discharge electrode is composed of a plurality of rod-shaped electrodes, and in at least one gap between the rod-shaped electrodes,
A supply mechanism for supplying the source gas to a space between the discharge electrode and the counter electrode;
An exhaust mechanism for exhausting the gas in the space out of the vacuum vessel;
A silicon-based thin film forming apparatus according to claim 4.
前記放電電極と前記対向電極とが絶縁材を介して保持される請求項4または請求項5に記載のシリコン系薄膜の製膜装置。   The silicon-based thin film deposition apparatus according to claim 4 or 5, wherein the discharge electrode and the counter electrode are held via an insulating material. 前記真空容器内で前記基板を保持する基板保持部を備え、
前記基板保持部及び前記放電電極が、自身の温度を調整する温度調整機構を有する請求項5または請求項6に記載のシリコン系薄膜の製膜装置。
A substrate holding unit for holding the substrate in the vacuum container;
The silicon-based thin film forming apparatus according to claim 5 or 6, wherein the substrate holding part and the discharge electrode have a temperature adjusting mechanism for adjusting their own temperatures.
請求項1乃至請求項7のいずれかに記載のシリコン系薄膜の製膜装置を備える光電変換装置の製造装置。   An apparatus for manufacturing a photoelectric conversion device, comprising the silicon-based thin film forming apparatus according to claim 1. 基板が収容された真空容器内にSiを含む原料気体を供給し、プラズマ発生部に設けた放電電極に高周波電力を供給し、前記原料気体のプラズマを発生させて前記基板上にシリコン系薄膜を製膜するシリコン系薄膜の製膜方法であって、
開口率が50%以上となるよう複数の開口部を備え、
前記開口部が前記プラズマ発生部側と前記基板側を連通させ、
前記開口部の開口幅が製膜時の圧力下でのSiナノクラスターの平均自由行程の2倍以下であり、
前記開口部の長さが前記開口幅の2倍以上であるクラスター除去部を前記基板と前記放電電極との間に配置し、
前記クラスター除去部の前記開口部を介して前記プラズマを基板側に供給するシリコン系薄膜の製膜方法。
A source gas containing Si is supplied into a vacuum container in which a substrate is housed, high-frequency power is supplied to a discharge electrode provided in a plasma generation unit, and plasma of the source gas is generated to form a silicon-based thin film on the substrate. A method for forming a silicon-based thin film to be formed,
Provided with a plurality of openings so that the aperture ratio is 50% or more,
The opening communicates the plasma generation unit side and the substrate side;
The opening width of the opening is not more than twice the mean free path of Si nanoclusters under pressure during film formation,
A cluster removal portion having a length of the opening that is twice or more the opening width is disposed between the substrate and the discharge electrode,
A method for forming a silicon-based thin film in which the plasma is supplied to the substrate side through the opening of the cluster removal unit.
前記クラスター除去部をハニカム状または格子状の構造とする請求項9に記載のシリコン系薄膜の製膜方法。   The method for forming a silicon-based thin film according to claim 9, wherein the cluster removal portion has a honeycomb-like or lattice-like structure. 前記クラスター除去部を、
複数の板状部材が開口幅をあけ、基板の法線方向から見たときに、一開口部のプラズマ発生部側の開口と基板側の開口とが重ならないようブラインド状に並べられた構造とし、
前記開口幅が、製膜時の圧力でのSiナノクラスターの平均自由行程以下とし、
前記開口部の長さが、前記開口幅の2倍以上とする請求項9に記載のシリコン系薄膜の製膜方法。
The cluster removal unit,
A plurality of plate-shaped members have openings that are arranged in a blind shape so that the opening on the plasma generation side of one opening and the opening on the substrate do not overlap when viewed from the normal direction of the substrate. ,
The opening width is equal to or less than the mean free path of Si nanoclusters at the pressure during film formation,
The method for forming a silicon-based thin film according to claim 9, wherein the length of the opening is at least twice the width of the opening.
前記クラスター除去部を導電性材料からなる対向電極とし、
前記開口幅を、製膜時の圧力下でのSiナノクラスターの平均自由行程の2倍以下で、かつ製膜圧力範囲における下限値の圧力で該開口部に前記プラズマを発生させないサイズとし、
前記放電電極に前記対向電極を対向配置させて電極間にプラズマを発生させる請求項9乃至請求項11のいずれかに記載のシリコン系薄膜の製膜方法。
The cluster removal portion is a counter electrode made of a conductive material,
The opening width is not more than twice the mean free path of Si nanoclusters under the pressure at the time of film formation, and a size that does not generate the plasma at the opening at a lower limit pressure in the film forming pressure range,
The method for forming a silicon-based thin film according to any one of claims 9 to 11, wherein plasma is generated between the electrodes by disposing the counter electrode to face the discharge electrode.
前記放電電極は複数の棒状電極から構成され、前記棒状電極間の少なくとも一つの隙間に設けた供給機構により前記放電電極と前記対向電極との間の空間に前記原料気体を供給する工程と、
前記棒状電極間の少なくとも一つの隙間に設けた排気機構により前記空間から気体を排気する工程と、
を備える請求項12に記載のシリコン系薄膜の製膜方法。
The discharge electrode is composed of a plurality of rod-shaped electrodes, and the source gas is supplied to a space between the discharge electrode and the counter electrode by a supply mechanism provided in at least one gap between the rod-shaped electrodes;
Exhausting gas from the space by an exhaust mechanism provided in at least one gap between the rod-shaped electrodes;
A method for forming a silicon-based thin film according to claim 12.
供給機構により前記放電電極と前記対向電極との間の空間に前記原料気体を供給する工程と、
排気機構により前記空間から気体を排気する工程と、
を備え、
前記放電電極と前記対向電極とを絶縁材を介して保持させる請求項12または請求項13に記載のシリコン系薄膜の製膜方法。
Supplying the source gas to the space between the discharge electrode and the counter electrode by a supply mechanism;
Exhausting gas from the space by an exhaust mechanism;
With
The method for forming a silicon-based thin film according to claim 12 or 13, wherein the discharge electrode and the counter electrode are held via an insulating material.
基板保持部により前記基板を保持させ、
前記基板保持部及び前記放電電極にそれぞれ温度調整機構を設け、自身の温度を調整する請求項12または請求項13に記載のシリコン系薄膜の製膜方法。
Holding the substrate by the substrate holder,
The method for forming a silicon-based thin film according to claim 12 or 13, wherein a temperature adjusting mechanism is provided for each of the substrate holding part and the discharge electrode to adjust its own temperature.
請求項9乃至請求項15のいずれかに記載のシリコン系薄膜の製膜方法でシリコン系薄膜を製膜する光電変換装置の製造方法。
The manufacturing method of the photoelectric conversion apparatus which forms a silicon-type thin film with the film-forming method of the silicon-type thin film in any one of Claim 9 thru | or 15.
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