JP4326419B2

JP4326419B2 - プラズマ処理装置及び太陽電池の製造方法

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Publication number: JP4326419B2
Application number: JP2004212167A
Authority: JP
Inventors: 俊哉渡辺; 英男山越; 宏次佐竹; 俊明茂中; 要治中野; 良昭竹内; 松平野田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2004-07-20
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2024-07-20
Also published as: JP2006032800A

Description

本発明は、プラズマを用いて、例えば、エッチング、スパッタリング、又はＣＶＤ（化学気相成長）等の種々の処理を被処理基板に施すプラズマ処理装置に係り、特に、大面積の基板を処理するのに適したプラズマ処理装置に関するものである。

従来、半導体や電子部品における薄膜形成やエッチング等は、プラズマを用いて行われることが多く、特に、太陽電池等の薄膜形成には、プラズマ処理の代表例であるＣＶＤ手法を用いたプラズマＣＶＤ装置等が利用されている。
プラズマＣＶＤ手法とは、電磁波等のエネルギーを電子を介して、ガスを電離、解離することにより、反応ガスを化学的に活性なラジカルとし、さらに、ラジカルが基板等に堆積することにより、基板上に薄膜を形成させる手法をいう。

このＣＶＤ手法を用いたプラズマＣＶＤ装置の放電電極への給電方法としては、例えば特許文献１に開示されたものがある。
この特許文献１には、単一の放電電極に対して複数の給電点を介して異なる周波数の高周波を給電する際に、複数の高周波電源から発振される発振周波数を２０〜２００ＭＨｚの範囲とし、かつ複数の高周波電源間の発振周波数の差を各高周波電源の発振周波数の２０％以内として変調波成分を生じさせ、これにより単一の放電電極に生じる電圧分布の包絡線成分を単一の放電電極に沿って変位させ、単一の放電電極内に生じる電圧分布における定在波の発生を抑制する放電電極への給電方法が開示されている。この給電方法によれば、大面積の成膜及びエッチング処理等に高高周波（ＶＨＦ）を用いて１ｍ×１ｍをも越えるような非常に大きな基板や薄膜の表面に対して均一な処理を行うことができ、プラズマＣＶＤ成膜等においては、高高周波であるにもかかわらず、広範囲にわたりプラズマ密度を均一化できるとされる。
特許３３７７７７３号公報（段落［００５７］〜［００７８］、及び図１）

近年、太陽電池の生産性の向上及び生産コストの大幅な低減を効果的に実現させるために、被処理基板の大面積化、処理速度の向上等が求められている。
特に、本発明のプラズマ処理装置では、おおよそ３ｍ角（３ｍ×３ｍ）クラスという従来と比較して非常に大きな被処理基板を処理対象としているため、放電電極等を長尺化するなどして均一な薄膜を形成する成膜処理が問題となる。被処理基板の大面積化と処理速度の向上で成膜が不均一になる主な原因としては、
（１）放電電極の長尺化に伴って給電点から給電した高周波が減衰するので、位相を変化させても給電点から遠い位置におけるプラズマ発生量が減少して長尺方向で不均一になること、
（２）放電電極の大面積化により平板電極における電圧分布の均一化が困難になるため、プラズマ発生量も不均一になること、
（３）放電電極や被処理基板等の熱変形により電極間隔が変化すると、電極間隔の差に応じて電圧も変動するので、電圧分布を均一に保つことが困難になってプラズマ発生量も不均一になること、
（４）処理速度の向上にこうかのある周波数の高周波化と成膜ガス圧の増加は、放電電極内の給電点から給電した高周波の減衰のさらなる増加と、定在波波長のさらなる短縮を引き起こすこと、
が考えられる。

このような背景から、大面積化した被処理基板の対象面に均一な成膜を施して成膜処理の品質を向上させることができ、しかも、太陽電池等プラズマＣＶＤ処理品の生産性向上やコスト低減を実現可能なプラズマ処理装置の開発が望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、特に大面積化した被処理基板に対するプラズマ処理の成膜品質を向上させることにより、太陽電池等プラズマＣＶＤ処理品の生産性を向上させるとともに生産コストの大幅な低減を可能にするプラズマ処理装置を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明の請求項１に係るプラズマ処理装置は、内部圧力を調整可能に設けられたチャンバーと、該チャンバー内に被処理基板を保持するように設けられ、接地されている基板電極と、前記チャンバー内に前記基板電極に対向して間隔を空けて設けられ、高周波電源の給電を受けて放電する長尺の対向電極と、を備えたプラズマ処理装置において、前記対向電極は、該対向電極の長尺方向に前記被処理基板の幅よりも長い寸法にわたって連続する放電電極を備え、前記放電電極の長尺方向に複数の給電点を設け、各給電点に給電するそれぞれの伝送線路の長さＬを、前記高周波電源周波数と伝送線路の構造とで決まる当該伝送線路の高周波電力の波長をλとしたとき、
Ｌ＝ｎλ／２（ｎは正の整数、ｎ≠０）
で表される略同一長さに設定するとともに、前記複数の給電点は、位相の異なる複数の給電系統に分割され、かつ、隣接する各給電点が互いに異なる前記給電系統に接続されていることを特徴とするものである。

このようなプラズマ処理装置によれば、放電電極の長尺方向に複数の給電点を設け、各給電点に給電するそれぞれのケーブル等伝送線線路の長さＬを、高周波電源周波数と伝送線路の構造で決まる当該伝送線路内の高周波電力の波長をλとしたとき、
Ｌ＝ｎλ／２（ｎは正の整数、ｎ≠０）
で表される略同一長さに設定するとともに、複数の給電点は、位相の異なる複数の給電系統に分割され、かつ、互いに隣接する各給電点の位相が異なるように配置されているので、各給電系統では、同位相の高周波電力が略同じ伝送線路長さ（Ｌ＝ｎλ／２）を通って給電点に給電されるため、給電点の負荷が異なっても同じ位相のまま給電することができる。また、隣接する各給電点に給電される高周波電源は、伝送線路長さの設定により各系統毎に異なる位相が維持されるため、放電電極内において進行波となる。

本発明の参考例に係るプラズマ処理装置は、内部圧力を調整可能に設けられたチャンバーと、該チャンバー内に被処理基板を保持するように設けられ、接地されている基板電極と、前記チャンバー内に前記基板電極に対向して間隔を空けて設けられ、高周波電源の給電を受けて放電する長尺対向電極と、を備えたプラズマ処理装置において、前記長尺対向電極の長尺方向と略直交する方向に前記被処理基板を搬送し、当該被処理基板へのプラズマ処理を連続的に行うことを特徴とするものである。

このようなプラズマ処理装置によれば、長尺対向電極の長尺方向に略直交する方向に被処理基板を搬送し、当該被処理基板へのプラズマ処理を連続的に行うようにしたので、大面積の処理基板に対して均一な成膜を施す成膜処理が可能となる。

本発明の請求項２に係るプラズマ処理装置は、内部圧力を調整可能に設けられたチャンバーと、該チャンバー内に被処理基板を保持するように設けられ、接地されている基板電極と、前記チャンバー内に前記基板電極に対向して間隔を空けて設けられ、高周波電源の給電を受けて放電する長尺の対向電極と、を備えたプラズマ処理装置において、前記対向電極は、該対向電極の長尺方向に前記被処理基板の幅よりも長い寸法にわたって連続する放電電極を備え、前記放電電極の長尺方向に複数の給電点を設け、該放電電極に長尺方向へ延在して貫通するスリットを設けたことを特徴とするものである。

このようなプラズマ処理装置によれば、放電電極の長尺方向に複数の給電点を設け、該放電電極に長尺方向へ延在して貫通するスリットを設けたので、表皮効果により給電点から被処理基板側へ回り込む電流が抑制されないため、インピーダンスの低下により電圧分布を均一にすることができる。

請求項２に記載のプラズマ処理装置において、前記放電電極は、前記基板電極に対して反対側となる背面に、該放電電極の短辺方向に延在して前記スリットの長尺方向を分断する仕切部材が設けられ、前記仕切部材には、前記給電点が設けられていることが好ましく、これにより、給電点周辺の背面側で不要放電により形成されたプラズマがスリットを通って被処理基板側に悪影響を及ぼすことを防止できる。

本発明の請求項４に係るプラズマ処理装置は、内部圧力を調整可能に設けられたチャンバーと、該チャンバー内に被処理基板を保持するように設けられ、接地されている基板電極と、前記チャンバー内に前記基板電極に対向して間隔を空けて設けられ、高周波電源の給電を受けて放電する長尺の対向電極と、を備えたプラズマ処理装置において、前記対向電極は、該対向電極の長尺方向に前記被処理基板の幅よりも長い寸法にわたって連続する放電電極を備え、前記放電電極の長尺方向に複数の給電点を設けるとともに、各給電点には、前記基板電極と前記対向電極との間の電極間距離を検出して所定値に補正する電極間隔制御手段が設けられていることを特徴とするものである。

このようなプラズマ処理装置によれば、放電電極の長尺方向に複数の給電点を設けるとともに、各給電点には、基板電極と対向電極との間の電極間距離を検出して所定値に補正する電極間隔制御手段が設けられているので、熱変形等により電極間隔が変化すると、電極間各制御手段がこれを検出して自動的に補正し、電極間隔の差に応じて変動する電圧分布を均一に保つことができる。

前記のプラズマ処理装置は、太陽電池を構成する薄膜を形成するのに好適である。
前記太陽電池としては、例えば、ｐ型シリコン層、ｎ型シリコン層及びｉ型シリコン層からなるｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造の多結晶シリコン層を少なくとも１層有する太陽電池、ｐ型シリコン層、ｎ型シリコン層及びｉ型シリコン層からなるｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層を少なくとも１層有する太陽電池、ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造の多結晶シリコン層と、ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層とを積層して２層構造としたいわゆるタンデム型の太陽電池、ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層、ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造の多結晶シリコン層、ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造の別の多結晶シリコン層を積層して３層構造としたいわゆるトリプル型の太陽電池が挙げられる。

上述した本発明のプラズマ処理装置によれば、電極の長尺化により給電点からの給電距離が長くなることに伴う高周波の減衰、放電電極の大面積化に伴う電圧分布の不均一、電極間隔の変化に伴う電圧変動など、被処理基板の大面積化に伴って成膜を不均一にする原因を解決し、３ｍ角（３ｍ×３ｍ）クラスという従来と比較して非常に大きな被処理基板（処理対象）に対し、長尺化した放電電極を用いて均一な薄膜を形成する成膜処理が可能となる。従って、大面積化した被処理基板の対象面に均一な成膜を施して成膜処理の品質を向上させることができるようになり、例えば太陽電池の生産性向上及び生産コストの大幅な低減に顕著な効果を奏する。

以下、本発明に係るプラズマ処理装置の一実施形態を図面に基づいて説明するが、ここでは、プラズマ処理装置の一例として、プラズマＣＶＤ装置（プラズマ薄膜形成装置）について説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置（プラズマ処理装置）の構成を示す模式断面図、図２は、図１に示したチャンバー１０の要部を拡大して示す斜視図である。
プラズマＣＶＤ装置１について、図１を参照して説明する。チャンバー１０には、基板電極３と、この基板電極３を搬送方向へ移動させる複数のローラ（基板搬送手段）７と、対向電極装置２０とが設けられている。また、チャンバー１０には、図示しない真空ポンプと、原料ガス供給源と、例えば６０ＭＨｚの高高周波電源とが接続されている。高高周波電源としては、１３．５６ＭＨｚ〜２００ＭＨｚの間で適当な周波数のものが適宜選択される。

基板電極３は、複数のローラ７により矢印５で示す搬送方向へ移動させられる。この基板電極３は、ローラ７を介して電気的に接地されている。
対向電極装置２０は、チャンバー１０の搬送方向（矢印５）に対して略中央部に設置されており、その長手方向（図２に矢印６で示す方向）が搬送方向と直交又は略直交するように設けられている。

続いて、対向電極装置２０の構成について、図３及び図４に基づいて詳述する。
図３に示す模式構成図の構成例では、対向電極装置２０が長尺の対向電極２１を備えている。この対向電極２１は、図４に示すように、大型化した被処理基板１１の幅Ｗよりも長い寸法を有しており、おおむね３ｍを越える細長い長尺の平板状部材とされる。また、対向電極２１は、放電電極２２の放電面２２ａを残して、絶縁体２３で周囲を被覆された構成とされる。なお、基板電極３へのリターンパスを確実にするため、放電電極２２と基板電極３とを互い違いの櫛状とするのが好ましい。
放電電極２２は、長手方向の同一直線上に等ピッチで配置された４つの給電点２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを備えており、それぞれが同一長さのケーブル２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄにより後述する給電系統と接続されている。なお、以下の説明では、４つの給電点及び４本のケーブルを特定しない場合には、給電点２４またはケーブル２５と呼ぶことにする。なおまた、本実施形態では伝送線路にケーブル２５を用いているが、同軸管やストリップラインなどの他の伝送手段を用いてもよい。

対向電極装置２０の給電系統は、上述した４つの給電点２４に高周波電源２６から給電するため、高周波電源２６の後流側で２系統に分割されている。
一方の給電系統Ｅ１は、アンプ２７と、整合器２８と、位相・電圧検波器２９とが直列に接続されており、位相・電圧検波器２９の後流で２本のケーブル２５ａ、２５ｃに分かれてそれぞれ給電点２４ａ、２４ｃに接続される。
もう一方の給電系統Ｅ２は、フェーズシフタ３０を介してアンプ２７に接続され、以下整合器２８及び位相・電圧検波器２９が直列に接続されている。そして、位相・電圧検波器２９の後流で２本のケーブル２５ｂ、２５ｄに分かれ、それぞれが給電点２４ｂ、２４ｄに接続される。また、真空となるチャンバー１０内の配線を行うケーブル２５については、インピーダンスの変化を防止するため、大気側と直結した固定の配線とすることが好ましい。なお、対向電極装置２０の対向電極２１は、チャンバー１０の外側から取り外しが可能な構成とすればよい。

上述したアンプ２９及びフェーズシフタ３０は、それそれコントローラ３１の制御を受けて動作するよう破線で示す信号線により接続されている。同様に、位相・電圧検波器２９では、後述するケーブル２５の長さＬの位置で給電の位相・電圧検波を行い、コントローラ３１により位相・電圧をフィードバック制御する。なお、このようなフィードバック制御の位相・電圧検波は、給電点２４の直近で行ってもよい。
また、４つの給電点２４には、電極間隔微調整機構３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄがそれぞれ設けられている。これらの電極間隔微調整機構３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄもまた、破線で示す信号線によりコントローラ３１に接続されている。なお、以下の説明では、４つの電極間隔微調整機構を特定しない場合には、電極間隔微調整機構３２と呼ぶことにする。

そして、内部圧力を調整可能に設けられたチャンバー１０と、チャンバー１０内に被処理基板１１を保持するように設けられ、接地されている基板電極３と、チャンバー１０内に基板電極３と対向して間隔を空けて設けられ、高周波電源２６の給電を受けて放電する対向電極２１とを備えたプラズマ処理装置（プラズマＣＶＤ装置）において、本発明では対向電極２１の長尺方向に４カ所の給電点２４を設け、各給電点２４に給電するそれぞれのケーブル２５の長さＬを、以下に説明するようにして定める。

すなわち、高周波電源２６の波長をλとしたとき、４本のケーブル長さＬは、下記の数式で表される長さに設定する。
Ｌ＝ｎλ／２（ｎは正の整数、ｎ≠０）
従って、ケーブル２５の長さＬは、４本全てが高周波電源２６の波長λの半分の長さであるλ／２をｎ倍した同一長さ又は略同一長さに設定される。ここで、ｎは１以上の整数（ｎ＝１，２，３・・・）である。

また、４カ所の給電点２４は、位相の異なる複数の二つの給電系統Ｅ１，Ｅ２に分割され、かつ、互いに隣接する各給電点２４の位相が異なるように配置されている。
すなわち、上述した給電系統Ｅ２にはコントローラ３０の制御を受けるフェーズシフタ３０が設けられており、このフェーズシフタ３０を通過することで高周波電源の位相がずらされるので、同一の高周波電源２６から給電される二つの給電系統Ｅ１，Ｅ２は互いに異なる位相となる。また、長尺方向に並べた４カ所の給電点２４は、紙面左側から順に、フェーズシフタ３０を通過しない電源系統Ｅ１の給電点２４ａ、フェーズシフタ３０を通過した電源系統Ｅ２の給電点２４ｂ、フェーズシフタ３０を通過しない電源系統Ｅ１の給電点２４ｃ及びフェーズシフタ３０を通過した電源系統Ｅ２の給電点２４ｄとなるため、隣接する給電点２４の位相は互いに異なったものとなる。

このような構成とすれば、各給電系統Ｅ１，Ｅ２では、同位相の高周波電源が同じケーブル長さＬを通って給電点２４に給電されるため、給電点２４の負荷が異なっても同じ位相のまま給電することができる。そして、隣接する各給電点２４に給電される高周波電源２６は、高周波電源の波長λに基づいて定めたケーブル長さＬの設定により、各電源系統Ｅ１，Ｅ２毎に異なる位相が維持されるため、隣接する給電点２４どうしの位相も確実に異なるものとなる。このため、対向電極２１内においては、複数の給電点２４からそれぞれ給電された高周波電源２６が進行波となるので、給電距離が短くなったことにより高周波の減衰が解消されることとが協働して、長尺方向におけるプラズマＰの発生量の不均一を解消することができる。従って、大面積化した被処理基板１１に対し、均一な薄膜を形成することが可能になる。
なお、給電点２４の間隔及び数については、高周波電源２６の周波数や電極構造等の影響を受ける減衰を考慮して適宜決定すればよい。

ところで、上述したプラズマ処理装置においては、対向電極２１の長尺方向に４カ所の給電点２４を設けるとともに、例えば図４に示すように、対向電極２１に対し長尺方向へ延在して貫通するスリット４０を設けてある。図示の例では、対向電極２１を構成する放電電極２２の短辺方向を４分割するようにして、３本のスリット４０が厚さ方向に貫通して設けられている。
また、上述したスリット４０は、給電点２４及びその近傍を避けて設けられている。換言すれば、スリット４０は給電点２４及びその周辺部において仕切部材４１により分断され、結果として長手方向に３分割されたものとなる。

このようなスリット４０を設けた放電電極２２においては、表皮効果により各給電点２４から被処理基板１１側へ回り込む電流が抑制されるようなことはないため、インピーダンスの低下と、電流経路の短縮により電極表面上の電圧分布を均一にすることができる。すなわち、スリット４０のない平板状の放電電極では、電流が電極表面の短辺幅に沿った距離を流れて裏面側へ回り込むこととなるが、スリット４０を設けた場合には、図４（ｂ）に破線ｅで示すように、電流が裏面側へ回り込むための距離を大幅に短縮することができるので、インピーダンスの低下と、電流経路の短縮により放電電極２２の表面上で電力の減衰と定在波の発生が抑制され、電圧分布が均一化される。

また、仕切部材４１によりスリット４０の長尺方向を給電点２４及びその周辺で分断したことにより、給電点２４周辺の背面側（対向電極２１の上面側）で不要放電により形成されたプラズマが、スリット４０を通って被処理基板１１側（対向電極２１の下面側）に流入することがないので、不要放電により形成されたプラズマが悪影響を及ぼして不均一な成膜になることを防止できる。
従って、スリット４０及び仕切部材４１を設けたことにより、長尺方向におけるプラズマ発生量の不均一を解消し、大面積化した被処理基板１１に対し、均一な薄膜を形成することが可能になる。

次に、各給電点２４に設けた電極間隔微調整機構３２について説明する。この電極間隔微調整機構３２は、基板電極３と対向電極２２との間の電極間距離を検出し、所定値に補正するための電極間隔制御手段である。
この電極間隔微調整機構３２は、通電等による電極の熱変形や被処理基板１１側の熱変形等に起因して電極間距離が変動した場合、この変化を検出して所定の値に補正する機能を有している。

具体的に説明すると、プラズマ処理装置においては、高周波電源２６の位相情報等に基づき予め定まる電極間距離（電極間隔）を設定して成膜処理を行うが、成膜処理中にはこの電極間距離をセンサで検出して所定値に維持されているか否かを監視する。
この監視を行う手段としては、例えば位相・電圧検波２９の情報を利用することができる。すなわち、位相・電圧検波２９で検出した電圧値が所定値より高くなると、電極間隔が所定値より小さくなって接近したものと判断できるので、この変化を検出した給電点２４の電極間隔微調整機構３２の動作により所定の電極間隔まで広げて補正する。このような電極間隔の補正は、例えばピエゾ素子や流体圧力シリンダ等のアクチュエータにより、いずれか一方の電極を移動させればよい。また、電極間隔微調整機構３２による電極間距離の補正は、コントローラ３１により行われる。
なお、電極間距離を監視する手段は、上述した位相・電圧検波２９の情報以外にも、例えばレーザ距離計等を使用することができる。

このような電極間隔微調整機構３２を備えたプラズマ処理装置は、熱変形等により電極間隔が変化しても電極間隔微調整機構３２がこれを検出して自動的に補正し、電極間隔の差に応じて変動する放電電極２２の電圧分布を均一に保つことができる。このため、電圧分布の不均一に起因して生じるプラズマ発生量の不均一を解消し、大面積化した被処理基板１１に対して均一な薄膜を形成することが可能になる。

図５は、原料ガス（成膜ガス）供給構造の一例を示す模式断面図である。この構成例の放電電極２２は、複数並んだスリット４０の間に、被処理基板１１側に開口する下向きの非貫通溝４２を備えている。非貫通溝４２の奥部には、同貫通溝の領域に原料ガスの供給を可能とするガス供給孔４３が設けられている。なお、図中の符号Ｐはプラズマを示している。
このような構成により、プラズマ発生用の原料ガスは、図示しないガス供給ラインからチャンバー１０内のガス供給孔４３に導入される。そして、ガス供給孔４３から流出して電極間でプラズマＰを発生させた後、プラズマとともに生成されたガス類はスリット４０を通り抜けて被処理基板１１から離れる方向へ流出し、最終的にはチャンバー１０の所定位置に設けられたガス排気管１０ａを通して外部へ排気される。

以上の説明では、コスト低減を狙って高周波電源２６を共用し、複数の給電系統に分割する構成を採用したが、各給電点２４毎に独立した給電系統を設けてもよい。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第二実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置１′について、図６を参照して説明する。
本実施形態は、太陽電池用発電層となるシリコン膜の成膜を行うものであり、成膜を行うチャンバー１０が複数直列に配置されている点で前述した第１の実施形態のものとは異なっている。その他の構成要素については、前述した第１の実施形態のものと同じであるので、第１の実施形態と同じ部材には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図６は、本発明の第２の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置１′の構成を示す模式断面図である。
本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置１′は、ゲートバルブ５０を介して連結される複数のチャンバー１０を備えている。
これらチャンバー１０は、形成する薄膜に対応してそれぞれ設けられるものであり、例えば、太陽電池を構成するｐｉｎ構造のシリコン層を形成する場合には、ｐ型シリコン層、ｉ型シリコン層、ｎ型シリコン層を形成するそれぞれのチャンバー１０が設けられることとなる。
チャンバー１０間に設けられたゲートバルブ５０には、例えば、チャンバー１０間で互いに原料ガスの混入を抑えるために不活性ガスを噴射するゲートガス導入部等が備えられている。

チャンバー１０には、第１の実施形態と同様に、対向電極装置２０が、その長手方向が被処理基板１１の図中に矢印５で示す搬送方向と直交するように設けられている。
また、被処理基板１１の下方には、対向電極装置２０に対して対向配置されたローラ７が設けられている。このローラ７は、チャンバー１０内で被処理基板１１を所定速度で搬送方向に移動させることができる。
被処理基板１１は、３ｍ×３ｍの大きさで、基板電極３上に配置され、ローラ７下部のヒータにより所定の温度、例えば１６０℃に加熱されている。被処理基板１１は基板電極３と一体となってローラ７上を移動する。

次に、上記構成からなるプラズマＣＶＤ装置１′により被処理基板１１上に薄膜を形成する処理工程について、簡単に説明する。
まず、例えばガラスの表面に透明電極が形成された被処理基板１１が配された基板電極３をｐ室チャンバー１０内に配置してｐ型シリコン層を成膜する。次いで、被処理基板１１をｉ室チャンバー１０に移動させてｉ型シリコン層を成膜する。次いで、被処理基板１１をｎ室チャンバー１０に移動させてｎ型シリコン層を成膜する。
その後、この被処理基板１１は、プラズマＣＶＤ装置１′から取り出され、さらに、第２透明電極及び裏面電極が順次形成されることにより、太陽電池が製造される。

前述の各室での成膜工程は略同一であるので、代表してｉ室での成膜工程について説明する。
ｐ室チャンバー１０でｐ型シリコン層が成膜された被処理基板１１は、ｉ室チャンバー１０内に配置される。そして、真空排気装置(図示略)によってｉ室チャンバー１０内を図示しない真空ポンプによって真空排気させ、例えば１ｋＰａまで減圧する。
次いで、チャンバー１０内に成膜ガス供給源から成膜ガスとしてシラン（ＳｉＨ_４）ガス１００ｓｃｃｍと水素（Ｈ_２）ガス１ｋｓｃｃｍを送り込むとともに６０ＭＨｚの高高周波電力を供給することで、対向電極装置２０と被処理基板１１との間に成膜プラズマを発生させる。
３台の対向電極装置２０で発生された成膜プラズマは、対向電極装置２０と対向した状態で所定の速さで搬送される被処理基板１１にそれぞれ連続的に作用し、結果的に、被処理基板１１全面に多結晶ｉ型シリコン層薄膜が形成される。

この条件で形成された多結晶ｉ型シリコン層は、全領域でシリコン膜厚が±１０％、膜質を示す結晶性（ラマン分光による結晶シリコンのピーク強度Ｉｃとアモルファスシリコンのピーク強度Ｉａの比のＩｃ／Ｉａで評価）Ｉｃ／Ｉａは３〜５と良好な膜厚及び膜質均一性を有している。

次に、アモルファスシリコンの成膜に関しても、成膜ガスとして、シラン（ＳｉＨ_４）ガス１００ｓｃｃｍと水素（Ｈ_２）ガス２００ｓｃｃｍを供給し、チャンバー内圧力を２００Ｐａに調整し、基板電極１１を移動させながら基板全面にアモルファスｉ型シリコン層薄膜を形成する。この条件で形成されたアモルファスｉ型シリコン層は、均一性としては、全領域でシリコン膜厚が±１０％、水素含有量が１４〜１６％と良好な膜厚及び膜質均一性を有している。

なお、ｐ室では、ｉ室での成膜ガスに適正なｐ型不純物ガス（例えばＢ_２Ｈ_６等）を加えることによって、ｐ型結晶性シリコン層またはｐ型アモルファスシリコン層を成膜することができる。
また、ｎ室では、ｉ室での成膜ガスに適正なｎ型不純物ガス（例えばＰＨ_３等）を加えることで、ｎ型結晶性シリコン層またはｎ型アモルファスシリコン層を成膜することができる。

このように、ｐ室、ｉ室及びｎ室のチャンバー１０を備えた本実施形態では、ガラス/透明電極上に、ｐ型アモルファスシリコン／ｉ型アモルファスシリコン／ｎ型アモルファスシリコン及び裏面電極を積層したアモルファスシリコン太陽電池、ガラス／透明電極上に、ｐ型結晶性シリコン／ｉ型結晶性シリコン／ｎ型結晶性シリコン及び裏面電極を積層した結晶性シリコン太陽電池を製造できる。
このような太陽電池は、透明絶縁性基板側から太陽光のような光を入射させてｐｉｎ構造の多結晶シリコン層或いはアモルファスシリコン層で光電変換させることにより起電される。

なお、ｐ室チャンバー１０及びｎ室チャンバー１０では対向電極装置２０が１台であるのに対して、ｉ型シリコン層のチャンバー１０では、対向電極装置２０が３台設けられている。これは、ｉ型シリコン層の膜厚が、他のシリコン層に比べて厚いためである。このように、形成する膜厚等に応じて、複数の対向電極装置２０を設けることも可能である。

なお、第二実施形態では、ｐ層、ｉ層、ｎ層をそれぞれ形成するチャンバー１０を３個設けた場合について説明したが、例えば、これらのチャンバー１０をさらに反復して設けて６個とし、それぞれの成膜ガスを導入することにより、ｐｉｎ構造の多結晶シリコン層と、ｐｉｎ構造のアモルファスシリコン層とを積層して２層構造としたタンデム構成の太陽電池を作成することが可能となる。
さらに、チャンバー１０をさらに反復して設けて９個とすることにより、ｐｉｎ構造のアモルファスシリコン層、ｐｉｎ構造の多結晶シリコン層、ｐｉｎ構造の別の多結晶シリコン層を積層して３層構造としたトリプル構成の太陽電池を作成することも可能となる。
また、図６では、ｐ層、ｉ層、ｎ層の順に薄膜を形成する場合について述べたが、これに限定されることなく、ｎ層、ｉ層、ｐ層の順に薄膜を形成してもよい。つまり、形成する薄膜に応じて、成膜ガス等を調整することにより、種々の薄膜を形成することが可能となる。

上述した本発明のプラズマ処理装置によれば、対向電極２１及び放電電極２２の長尺化により給電点２４からの給電距離が長くなることに伴う高周波の減衰、放電電極２２の大面積化に伴う電圧分布の不均一、放電電極２２及び基板電極３間の電極間隔が変化することに伴う電圧変動など、被処理基板１１の大面積化に伴って成膜を不均一にする原因を解決し、３ｍ角クラスという従来と比較して非常に大きな被処理基板１１に対し、長尺化した放電電極２２を用いて均一な薄膜を形成する成膜処理が可能となる。従って、大面積化した被処理基板１１の対象面に均一な成膜を施して成膜処理の品質を向上させることができるようになり、太陽電池等の成膜製品を大型化することで、生産性の向上や生産コストの低減が可能になる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば液晶ディスプレイや半導体素子の形成等、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

本発明の第１の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の構成を示す模式断面図である。図１に示したチャンバーの要部を拡大して示した斜視図である。対向電極装置の構成例として図２のＡ−Ａ断面を示す模式図である。図３の対向電極装置を示す図で、（ａ）は概略構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。原料ガス供給構造の一例を示す模式断面図である。本発明の第２の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の模式断面図である。

符号の説明

１、１′ プラズマＣＶＤ装置（プラズマ処理装置）
３基板電極
５搬送方向
７ローラ
１０チャンバー
１１被処理基板
２０対向電極装置
２１対向電極
２２放電電極
２４給電点
２５ケーブル
２６高周波電源
２９位相・前圧検波器
３０フェーズシフタ
３１コントローラ
３２電極間隔微調整機構（電極間隔制御手段）
４０スリット
４１仕切部材
５０ゲートバルブ

Claims

内部圧力を調整可能に設けられたチャンバーと、
該チャンバー内に被処理基板を保持するように設けられ、接地されている基板電極と、
前記チャンバー内に前記基板電極に対向して間隔を空けて設けられ、高周波電源の給電を受けて放電する長尺の対向電極と、
を備えたプラズマ処理装置において、
前記対向電極は、該対向電極の長尺方向に前記被処理基板の幅よりも長い寸法にわたって連続する放電電極を備え、
前記放電電極の長尺方向に複数の給電点を設け、各給電点に給電するそれぞれの伝送線路の長さＬを、前記高周波電源周波数と伝送線路の構造とで決まる当該伝送線路の高周波電力の波長をλとしたとき、
Ｌ＝ｎλ／２（ｎは正の整数、ｎ≠０）
で表される略同一長さに設定するとともに、
前記複数の給電点は、位相の異なる複数の給電系統に分割され、かつ、隣接する各給電点が互いに異なる前記給電系統に接続されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
内部圧力を調整可能に設けられたチャンバーと、
該チャンバー内に被処理基板を保持するように設けられ、接地されている基板電極と、
前記チャンバー内に前記基板電極に対向して間隔を空けて設けられ、高周波電源の給電を受けて放電する長尺の対向電極と、
を備えたプラズマ処理装置において、
前記対向電極は、該対向電極の長尺方向に前記被処理基板の幅よりも長い寸法にわたって連続する放電電極を備え、
前記放電電極の長尺方向に複数の給電点を設け、該放電電極に長尺方向へ延在して貫通するスリットを設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
前記放電電極は、前記基板電極に対して反対側となる背面に、該放電電極の短辺方向に延在して前記スリットの長尺方向を分断する仕切部材が設けられ、
前記仕切部材には、前記給電点が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
内部圧力を調整可能に設けられたチャンバーと、
該チャンバー内に被処理基板を保持するように設けられ、接地されている基板電極と、
前記チャンバー内に前記基板電極に対向して間隔を空けて設けられ、高周波電源の給電を受けて放電する長尺の対向電極と、
を備えたプラズマ処理装置において、
前記対向電極は、該対向電極の長尺方向に前記被処理基板の幅よりも長い寸法にわたって連続する放電電極を備え、
前記放電電極の長尺方向に複数の給電点を設けるとともに、各給電点には、前記基板電極と前記対向電極との間の電極間距離を検出して所定値に補正する電極間隔制御手段が設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
請求項１から請求項４のいずれかに記載のプラズマ処理装置を用いた太陽電池の製造方法。