JP3073675B2 - 半導体薄膜製造装置用トレイ - Google Patents

半導体薄膜製造装置用トレイ

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JP3073675B2 JP07241225A JP24122595A JP3073675B2 JP 3073675 B2 JP3073675 B2 JP 3073675B2 JP 07241225 A JP07241225 A JP 07241225A JP 24122595 A JP24122595 A JP 24122595A JP 3073675 B2 JP3073675 B2 JP 3073675B2
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朗 寺川
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、太陽電池などに
用いられる非晶質シリコン(以下、a−Siと略記す
る。)などの半導体薄膜を製造する装置に用いられるト
レイに関し、特に基板周囲のトレイに付着した薄膜のク
リーニングに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、クリーンなエネルギーとして、太
陽光発電が注目されている。その中でも特にa−Si太
陽電池は、低コスト化に有望であることから、研究開発
が積極的に進められている。
【0003】a−Si薄膜は、通常プラズマCVD法を
用いて基板上に形成される。この薄膜を製造する半導体
薄膜の製造装置は、一般に図7に示すように構成されて
いる。
【0004】この装置は、仕込室1、反応室2、3、4
及び取り出し室5の各真空チャンバを備え、各真空チャ
ンバーには、それぞれ真空ポンプ11、12、13、1
4、15及び基板を加熱する基板加熱ヒータ21、2
2、23、24が設けられている。そして、反応室2、
3、4には、原料ガスを導入するガス導入系32、3
3、34とRFパワー等のガス分解系42、43、44
が設けられている。さらに、図示はしないが、基板を保
持するトレイ7を搬送する機構と、チャンバ間にはトレ
イ7の通過できるスリットとそのスリットをふさぐこと
ができるシャッタが具備されている。
【0005】この製造装置を用いて、a−Si薄膜を形
成する手順を次に説明する。
【0006】まず、基板6をトレイ7にセットしたもの
を、大気圧にした仕込室1に挿入し、真空ポンプ11で
真空引きする。そして、基板加熱ヒータ21で基板を加
熱しながら高真空に達すると、真空状態のまま基板6の
セットされたトレイ7が反応室2に搬送される。反応室
2では原料ガス導入系32より反応室2に導入されたS
iH4 等の原料ガスを、ガス分解系42により分解し、
基板6上にa−Si薄膜を形成する。このように、反応
室2、反応室3及び反応室4にて順次所望の導電型のa
−Si薄膜を形成した後、取り出し室5を大気圧にして
トレイ7とともに基板6が取り出される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した製
造装置においては、反応室でのa−Si薄膜形成時に基
板6周囲のトレイ7等にもa−Si薄膜が付着する。こ
のトレイ7に付着した薄膜は、反応室でa−Si薄膜を
形成する際に剥離し、基板表面に取り込まれ、膜中の欠
陥の発生やセル間の電極間のリークを発生させるなど問
題があった。
【0008】このため、トレイ7に付着した薄膜を定期
的にクリーニングする必要があった。従来、このトレイ
7のクリーニング方法としては、フッ酸などを用いた化
学的な方法や、サンドブラッシュ法などの物理的な方法
がある。
【0009】また、トレイ7の余分な薄膜が付着する部
分に予め多層のフィルムを設けておき、成膜後に最表面
のフィルムを剥がし、クリーニングを行う方法なども知
られている。
【0010】しかしながら、フッ酸は非常に毒性が強い
こと、またサンドブラッシュ法では薄膜自体に毒性があ
った場合の処理が困難であるなどの問題があった。
【0011】更に、余分な薄膜の付着したフィルムを剥
がす方法については、フィルム同士を付着する物質から
の脱ガスやコストがかかるなどの問題があった。
【0012】この発明は、上述した従来の問題点を解消
するためになされたものにして、トレイに付着した薄膜
を容易にクリーニングすることができ、歩留まりを向上
させることができる半導体薄膜の製造装置に用いられる
トレイを提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】この発明は、保持した基
板上に反応室で半導体薄膜が形成される半導体薄膜製造
装置用トレイであって、前記トレイは駆動電極を備えた
圧電体で構成され、前記駆動電極に交流電圧が印加され
ることにより、トレイに付着した半導体薄膜が除去され
ることを特徴とする。
【0014】上記トレイの材質はPZT(チタンジルコ
ン酸鉛)等に代表される圧電セラミックスであり、厚み
は0.5mm〜5mm程度が好ましい。
【0015】また、駆動電極としては、銀等の金属や、
ITO、酸化亜鉛等の導電性酸化物などが用いられる。
【0016】この発明によれば、トレイの駆動電極に交
流電圧を印加することにより、薄膜の付着したトレイ自
体に局所的な伸縮もしくは歪みを伴う振動が生じ、その
表面に付着した薄膜が剥離する。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
1ないし図4に従い説明する。図1は、この発明の特徴
とするトレイを示す平面図、図2は図1のB−C線断面
図、図3は図1のB−D線断面図、図4は駆動電極の結
線状態を示す図である。
【0018】この実施の形態におけるトレイは、図7に
示したa−Si薄膜を製造する半導体薄膜の製造装置に
用いられるものである。
【0019】この実施の形態にかかるトレイ7は、10
0×100mmの基板上にa−Si薄膜を形成する場合
に用いられるものであり、中央部に基板が収納される1
00×100mmの矩形孔部71とこの孔部71を囲む
ようにして幅50mmの枠体73とからなる。矩形孔部
71の4隅には基板を支持するための平面形状が三角形
の段部72が設けられている。従って、このトレイ7の
外周は200×200mmである。
【0020】この発明では、このトレイ7をPZTセラ
ミックからなる圧電材料で構成し、枠体73のセル形成
面とは反対側の面にスクリーン印刷法により、銀等の金
属からなる駆動電極74a(74b)を同心状に設けて
いる。
【0021】トレイ7の厚み(t1)は、この実施例で
は、4mmとし、電極74a(74b)の厚み(t2)
は0.5mmとした。そして、トレイ7の孔部71の端
から電極74までの距離(a)は1mm、電極74の幅
は1mm、電極74a、74b間の間隔は1mmとし
た。また、段部72の長さは3.5mm、厚さ(t2)
は2mm(t1/2)とした。
【0022】これらの各サイズは、それぞれ、0<a<
10mm、0<b<10mm、0<c<10mmの範囲
で本発明の効果が確認できた。また、段部72の厚み
(t2)に関しては特に制限はない。
【0023】上記トレイ7の電極74a(74b)が形
成されていない面をセル形成面とし、表面にSnO2
形成したガラス基板上に図7に示す装置を用いて、RF
プラズマCVD法によりa−Si太陽電池を作成した。
この太陽電池の標準的な形成条件を表1に示す。これら
太陽電池の光吸収層(i層)の膜厚は3000オングス
トロームである。
【0024】
【表1】
【0025】トレイ7をクリーニングせずに、セルを作
り続けた際の作製回数と剥離したa−Si片密度及びセ
ルの歩留まりを図5及び図6に示す。剥離の度合いはR
FプラズマCVD法によりa−Si薄膜を形成後に製造
装置より取り出したトレイ7を成膜面が下向きになるよ
うに水平に保ち、その下5cmの位置にトレイ7に平行
に方眼紙を置き、トレイ7の中心付近の1cm2以内に
30分以内に落ちたa−Si膜片の数を目視で測定し、
剥離片密度とした。セルの歩留まりは特性が標準的なセ
ル特性の90%を下回ったセルを除いた割合で算出し
た。
【0026】図5に示すように、剥離片密度は10回形
成後より増え始め、30回を越える辺りでほぼ飽和し
た。セルの歩留まりは図6に示すように、10回形成後
より増え始め、30回を越える辺りでほぼ飽和した。こ
の歩留まりを下げているのは主にセルの両電極間のリー
ク成分であり、剥離片が大きく影響していると考えられ
る。剥離片の関与するリークのメカニズムは、基板を仕
込む際に剥離片が基板表面に吸着し、半導体層形成後且
つ裏面電極形成前に剥がれることでセルの両電極がショ
ートもしくはリークすると考えられる。
【0027】そこで、この実施の形態の例においては、
トレイ7のクリーニングをセルの歩留まりが下がり始め
る20回形成後に行った。前述したように、トレイ7の
材料として、PZTセラミックスを用いているので、ク
リーニングに先立って分極の向きを揃えるポーリングと
呼ばれる操作を施した。PZTセラミックスは200℃
程度に加熱すると、自発分極が消え、圧電性も失われ
る。そのため、クリーニングを行う直前に自発分極の方
向を備える必要がある。この処理がポーリングである。
【0028】今回の実験では、図中Xの電極74aを正
極とし、Yの電極74bを負極として、空気中で表2に
示す条件にてポーリングを行った。
【0029】
【表2】
【0030】電圧はトレイ7を加熱し始めた直後より室
温近くまで温度が下がるまで印加し続けた。トレイ7に
流れた電流は0.05A以下であり、電圧はほぼ設定通
りトレイ7に加わった。
【0031】このポーリング処理が終わった後、図4に
示すように、Xの電極74a、Yの電極74bに交流電
極を印加すると、X−Y間が伸縮するように、即ち図中
の矢印方向に振動が発生する。この実施例では、60H
z、50Vの交流電圧を用いたところ、トレイ7に付着
していたa−Si膜が5分程度でほぼ剥離し、クリーニ
ング効果が確認できた。
【0032】更に、このトレイ7を用いてクリーニング
効果を調べたところ、2V付近からa−Si膜の剥離が
始まった。また、交流電圧の周波数を変化させた場合で
は1Hz〜1GHzの範囲で効果が認められた。原理的
には自発分極を発振させることが可能なTHzオーダー
まで効果が期待できる。
【0033】このクリーニングされたトレイ7を用いて
図7に示す装置により、太陽電池を作製したところ、歩
留まりはほぼ100%ととなり、クリーニング後も初期
と同じ状態で使用できることを確認している。
【0034】また、トレイの駆動電極としてITOやZ
nO等の導電性酸化物を用いた場合も全く同じ効果を得
ることができる。
【0035】更に、このトレイ7は、太陽電池の作製の
みに留まらず、トレイ7上に基板を保持して、この基板
上に薄膜を形成するものに対して適用することができ、
薄膜トランジスタ(TFT)の製造などトレイをクリー
ニングする必要のある半導体薄膜の製造装置に適用する
ことができる。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、トレイの駆動電極に印加された交流電圧により薄膜
の付着したトレイ自体に局所的な伸縮もしくは歪みを伴
う振動が生じ、その表面に付着した薄膜が剥離する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の特徴とするトレイを示す平面図であ
る。
【図2】図1のB−C線断面図である。
【図3】図1のB−D線断面図である。
【図4】駆動電極の結線状態を示す図である。
【図5】トレイをクリーニングせずに、セルを作り続け
た際の作製回数と剥離したa−Si片密度との関係を示
す図である。
【図6】トレイをクリーニングせずに、セルを作り続け
た際の作製回数とセルの歩留まりとの関係を示す図であ
る。
【図7】半導体薄膜の製造装置を示す概略構成図であ
る。
【符号の説明】
1 仕込室 2、3、4 反応室 5 取り出し室 6 基板 7 トレイ 11、12、13、14、15 真空ポンプ 21、22、23、24 基板加熱ヒータ 32、33、34 原料ガス導入系 42、43、44 ガス分解系 74a、74b 駆動電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−27011(JP,A) 特開 昭62−165320(JP,A) 特開 昭59−10224(JP,A) 特開 平7−161639(JP,A) 特開 平4−365349(JP,A) 特開 平6−196416(JP,A) 特開 平8−236456(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 C23C 16/50 H01L 31/04

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 保持した基板上に反応室で半導体薄膜が
    形成される半導体薄膜製造装置用トレイであって、前記
    トレイは駆動電極を備えた圧電体で構成され、前記駆動
    電極に交流電圧が印加されることにより、トレイに付着
    した半導体薄膜が除去されることを特徴とする半導体薄
    膜製造装置用トレイ。
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