JP4592576B2 - 放電電極、薄膜製造装置及び太陽電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、放電電極、薄膜製造装置及び太陽電池の製造方法に関し、特にプラズマを用いて基板や製膜済みの基板に処理を行う放電電極、薄膜製造装置及び太陽電池の製造方法に関する。

アモルファスシリコン太陽電池や微結晶シリコン太陽電池、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などで用いる薄膜を製造する薄膜製造装置では、生産効率の向上等の面から基板の大面積化が進められている。そのような大面積基板（例示：１ｍ×１ｍ以上）の製膜を行う場合、高周波プラズマを用いる方法が有用である。高周波プラズマを用いる場合、単なる平行平板型の製膜装置ではなく、梯子型電極を用いた製膜方法が有効である。例えば、特開２００２−３２２５６３号公報に梯子型電極を用いた従来技術が開示されている。

微結晶層を含む多接合型（タンデム型）太陽電池のコストダウンのためには、発電層である微結晶ｉ層が数μｍとアモルファスシリコンｉ層の５〜１０倍の膜厚と厚いため、ｉ層を高速で製膜することが有効である。高速製膜のためには、例えば、基板−電極間距離を狭くし、製膜圧力を高くする方法が考えられる。一方、高速製膜に加えて、大面積基板の全面に高品質な発電層を形成すること、すなわち、膜厚（膜質）分布を均一化することも重要である。膜厚分布を均一にするためには、放電電極と対向電極との間に形成される高周波プラズマの密度を均一にする必要がある。

しかし、基板の大面積化に対応して放電電極及び対向電極も大面積になってきており、高周波プラズマの密度に分布が発生しやすい状況になってきている。例えば、各電極の長さが高周波プラズマを発生させるための電力の波長と同程度となるため、定在波の影響が顕著になり、分布の均一化が困難となる。加えて、基板−電極間距離も狭くなっていることから、放電電極及び対向電極のセッティングによっては、高周波プラズマの密度に分布が発生し、膜厚分布が不均一になることも考えられる。そのような場合、放電電極及び対向電極のセッティングの変更や、放電電極及び対向電極の設計変更が必要となり、時間と労力が掛かり、コストアップの原因となる。放電電極と対向電極との間に形成される高周波プラズマの密度を容易に均一にする技術が望まれる。不均一の発生している部分の高周波プラズマの密度を改善し、高周波プラズマの密度を全体的に均一にすることが可能な技術が望まれる。大面積基板上に、高速で膜厚（膜質）分布の均一な膜を製膜する技術が望まれている。

関連する技術として特開２０００−２０８５０１号公報に、プラズマ処理装置用電極が開示されている。このプラズマ処理装置用電極は、ラダー型プラズマ電極である。ただし、プラズマ処理装置用電極は、基板をセットした加熱用ヒータと、前記基板側にガスを供給するガス供給器との間に配置され、通過するガスにプラズマエネルギを与えてガスを分解・反応させる。ラダー型プラズマ電極は、複数の第１のリブ状板とこれら第１のリブ状板を挟むように両隅に配置される第２のリブ状板とを横方向に等ピッチで立てた状態で配置されている。第１のリブ状板は上端・下端から中心にかけて徐々に幅を増加させた上下対称の形状をなしている。左右の第２のリブ状板は第１のリブ状板の上下端部の幅と同じ幅を有し、かつ左右の第２のリブ状板から中心部の第１のリブ状板にかけて第１のリブ状板の中央の幅を徐々に増加させている（又は丸棒にリブ板を付けるか，断面積が不均一な丸棒を用いて面積を変えている）。

特開２００３−３１８１１８号公報に、放電処理装置及び放電処理方法が開示されている。この放電処理装置は、大気圧又は大気圧近傍の圧力下において、対向する第１及び第２の電極間に電界を形成し、前記第１及び第２の電極間の反応性ガスをプラズマ状態とし、前記第１の電極に対して設置された基材を前記プラズマ状態の反応性ガスに曝すことにより、前記基材上に薄膜を形成する。前記第１及び第２の電極の少なくとも一方には誘電体が設けられ、前記第１及び第２の電極の間の空間における静電容量分布のバラツキを補正する補正手段を設けている。すなわち、基板の形状に応じて、基板と電極との間の距離を局所的に変更するようにした電極について記載されている。

特開２００２−３２２５６３号公報 特開２０００−２０８５０１号公報 特開２００３−３１８１１８号公報

本発明の目的は、放電電極と対向電極との間に形成される高周波プラズマの密度を容易に均一にすることが可能な放電電極、薄膜製造装置及び太陽電池の製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、不均一の発生している部分の高周波プラズマの密度を改善し、高周波プラズマの密度を全体的に均一にすることが可能な放電電極、薄膜製造装置及び太陽電池の製造方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、大面積基板上に、高速で膜厚（膜質）分布の均一な膜を製膜することが可能な放電電極、薄膜製造装置及び太陽電池の製造方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、微結晶層を含む多接合型太陽電池の発電層である微結晶ｉ層を大面積基板上に、高速で膜厚（膜質）分布の均一に製膜することが可能な放電電極、薄膜製造装置及び太陽電池の製造方法を提供することにある。

以下に、発明を実施するための最良の形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明の放電電極は、放電電極（３）と放電電極（３）に対向する対向電極（２）とを備える薄膜製造装置用の放電電極（３）である。放電電極（３）は、互いに略平行に第１方向へ伸びる二本の横電極（２０）と、二本の横電極（２０）の間に設けられ、互いに略平行に第１方向に略垂直な第２方向へ伸びる複数の縦電極（２１）とを具備する。複数の縦電極（２１）及び二本の横電極（２０）のうちの少なくとも一方は、放電電極（３）と対向電極（２）との間で高周波電力により供給ガスのプラズマ（１０）が形成されるとき、プラズマ（１０）の密度の分布を均一化するように複数の縦電極（２１）の形態が設定される。
本発明において、放電電極（３）と対向電極（２）との間で高周波電力によるプラズマ（１０）を形成する場合、複数の縦電極（２１）でのおよその電圧Ｖは、Ｖ＝（ｄ／ε）（ｑ／Ｓ）（ただし、ｑ：電極上の電荷、Ｓ：電極面積、ｄ：電極間距離、ε：プラズマ（１０）の誘電率）で表される。すなわち、電荷密度（ｑ／Ｓ）を直接制御するか、又は、電極面積（Ｓ）を制御して電荷密度（ｑ／Ｓ）を変更することで、電圧Ｖを調整することができ、それにより、プラズマを制御することが出来る。このような電荷密度や電極面積の制御は、複数の縦電極（２１）の形態を適切に設定することで行うことが出来る。例えば、プラズマ密度の高い部分は、電圧Ｖを下げる（プラズマ密度を下げる）ように、電荷密度を下げる、又は、電極面積を大きくする。プラズマ密度の低い部分は、電圧Ｖを上げる（プラズマ密度を上げる）ように、電荷密度を上げる、又は、電極面積を小さくする。本発明の放電電極を製膜に用いることで、こうしてプラズマの密度を均一化し、高速で膜厚（膜質）分布の均一な膜を製膜することが出来る。ここで、複数の縦電極（２１）の形態とは、複数の縦電極（２１）の配置パターン（例示：並べ方、間隔の取り方）や、縦電極（２１）の形状、及び形状の異なる複数の縦電極（２１）の配置パターンを含む。

上記の放電電極において、複数の縦電極（２１）及び二本の横電極（２０）のうちの少なくとも一方は、隣り合う電極同士の間隔（Ｉ）が、プラズマ（１０）の密度の分布を均一化するように、設定されていることが好ましい。
本発明において、例えば、複数の縦電極（２１）の各々同士の間隔を変更し、例えば、プラズマ密度が高い箇所は縦電極（２１）の間隔を広げ、プラズマ密度が低い箇所は縦電極（２１）の間隔を狭くすることで、縦電極（２１）同士の電気的な干渉を変化させることで、各縦電極（２１）上の電荷密度ｎを変更させることが出来、それによりプラズマの密度の分布を均一化することが出来る。横電極（２０）についても同様である。

上記の放電電極において、複数の縦電極（２１）における隣り合う電極同士の間隔（Ｉ）は、横電極（２０）と平行な方向に沿って周期的に変わることが好ましい。
本発明において、周期的な間隔の変化は、高周波電力の使用に対して周期的に発生しやすいプラズマの密度の分布を相殺し、緩和することが出来る。

上記の放電電極において、複数の縦電極（２１）及び二本の横電極（２０）のうちの少なくとも一方は、電極の幅（W）が、プラズマ（１０）の密度の分布を均一化するように、設定されていることが好ましい。
本発明において、複数の縦電極（２１）の幅を変更して電極面積を変更し、例えば、プラズマ密度が高い箇所の縦電極（２１）の幅を大きくして電極面積を大きくし、プラズマ密度が低い箇所の縦電極（２１）の幅を小さくして電極面積を小さくすることで、各縦電極（２１）上の電荷密度ｎを変更させることが出来、それによりプラズマの密度の分布を均一化することが出来る。

上記の放電電極において、複数の縦電極（２１）における電極の幅（W）は、横電極（２０）と平行な方向に沿って周期的に変わることが好ましい。
本発明において、周期的な幅の変化は、高周波電力の使用に対して周期的に発生しやすいプラズマの密度の分布を相殺し、緩和することが出来る。

上記の放電電極において、複数の縦電極（２１）及び二本の横電極（２０）のうちの少なくとも一方は、電極の幅（W）における長さ方向の分布が、プラズマ（１０）の密度の分布を均一化するように、設けられることが好ましい。
本発明において、複数の縦電極（２１）の局所的な幅を変更して電極面積を変更し、例えば、プラズマ密度が局所的に高い箇所に対応する縦電極（２１）の幅を局所的に大きくして電極面積を局所的に大きくし、プラズマ密度が低い箇所に対応する縦電極（２１）の幅を局所的に小さくして電極面積を局所的に小さくすることで、各縦電極（２１）上の電荷密度ｎを変更させることが出来、それによりプラズマの密度の分布を均一化することが出来る。

上記の放電電極において、複数の縦電極（２１）における電極の幅（W）の長さ方向の分布は、横電極（２０）と平行な方向に沿って周期的に変わることが好ましい。
本発明において、周期的な長さ方向の分布の変化は、高周波電力の使用に対して周期的に発生しやすいプラズマの密度の分布を相殺し、緩和することが出来る。

本発明の薄膜製造装置は、製膜室（６）と、製膜室（６）内に設けられた上記各項のいずれか一項に記載の放電電極（３）と、製膜室（６）内に設けられた放電電極（３）に対向する対向電極（２）とを具備する。放電電極（３）と対向電極（２）との間で高周波電力により供給ガスのプラズマ（１０）が形成される。
本発明において、複数の縦電極（２１）の形態を適切に設定することで、電圧Ｖを調整しプラズマを制御することが出来るので、プラズマの密度を均一化し、高速でも膜厚（膜質）分布の均一な膜を製膜することが出来る。

薄膜製造装置を用いた太陽電池の製造方法である。ここで、薄膜製造装置は、製膜室（６）と、製膜室（６）内に設けられた放電電極（３）と、製膜室（６）内に設けられ、放電電極（３）に対向する対向電極（２）とを具備する。放電電極は、互いに略平行に第１方向へ伸びる二本の横電極（２０）と、二本の横電極（２０）の間に設けられ、互いに略平行に第１方向に略垂直な第２方向へ伸びる複数の縦電極（２１）とを備える。複数の縦電極（２１）及び二本の横電極（２０）のうちの少なくとも一方は、放電電極（３）と対向電極（２）との間で高周波電力により供給ガスのプラズマ（１０）が形成されるとき、プラズマ（１０）の密度の分布を均一化するように複数の縦電極（２１）の形態が設定される。太陽電池の製造方法は、（ａ）対向電極（２）に基板（８）を保持する工程と、（ｂ）製膜室（６）内に供給ガスを導入する工程と、（ｃ）供給ガスを導入しながら、放電電極（３）と対向電極（２）との間に高周波電力を印加して、供給ガスのプラズマ（１０）を形成し、基板（８）上に太陽電池用の薄膜を形成する工程とを具備する。

上記の太陽電池の製造方法において、複数の縦電極（２１）及び二本の横電極（２０）のうちの少なくとも一方は、隣り合う電極同士の間隔（Ｉ）が、プラズマ（１０）の密度の分布を均一化するように、設定されていることが好ましい。

上記の太陽電池の製造方法において、複数の縦電極（２１）における隣り合う電極同士の間隔（Ｉ）は、横電極（２０）と平行な方向に沿って周期的に変わることが好ましい。

上記の太陽電池の製造方法において、複数の縦電極（２１）及び二本の横電極（２０）のうちの少なくとも一方は、電極の幅（W）が、プラズマ（１０）の密度の分布を均一化するように、設定されていることが好ましい。

上記の太陽電池の製造方法において、複数の縦電極（２１）における電極の幅（W）は、横電極（２０）と平行な方向に沿って周期的に変わることが好ましい。

上記の太陽電池の製造方法において、複数の縦電極（２１）及び二本の横電極（２０）のうちの少なくとも一方は、電極の幅（W）における長さ方向の分布が、プラズマ（１０）の密度の分布を均一化するように、設けられることが好ましい。

上記の太陽電池の製造方法において、複数の縦電極（２１）における電極の幅（W）における長さ方向の分布は、横電極（２０）と平行な方向に沿って周期的に変わることが好ましい。

本発明により、放電電極と対向電極との間に形成される高周波プラズマの密度を容易に均一にすることができる。不均一の発生している部分の高周波プラズマの密度を改善し、高周波プラズマの密度を全体的に均一にすることができる。そして、膜厚分布や膜質分布の発生を抑制しながら高速製膜により生産性を向上することが可能となる。

以下、本発明の放電電極、薄膜製造装置及び太陽電池の製造方法の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
まず、本発明の薄膜製造装置の第１の実施の形態の構成について説明する。図１は、本発明の薄膜製造装置の第１の実施の形態の構成を示す概略図である。薄膜製造装置１の側面から見た図である。薄膜製造装置１は、製膜室６、対向電極２、均熱板５、均熱板保持機構１１、放電電極３、防着板４、支持部７、高周波給電伝送路１２、整合器１３、高真空排気部１９、低真空排気部１７、台１８を具備する。なお、本図において、ガス供給に関する構成は省略している。

製膜室６は、真空容器であり、その内部で基板８に膜を製膜する。製膜室６は、台１８上に保持されている。高真空排気部１９は、製膜室６内の気体を排気する高真空排気用の真空ポンプと開閉弁とを含む。低真空排気部１７は、製膜室６内の気体と製膜時の未使用ガスを排気する粗引き排気用の真空ポンプと開閉弁とを含む。台１８は、製膜室６を保持している。内部に低真空排気部１７を含む。台１８は、製膜室６をｚ方向（鉛直方向）に対してθ＝７°〜１２°傾けて保持する。より好ましくは約１０°傾ける。それにより、対向電極２の基板８に接する表面が、ｚ方向に対して７°〜１２°上に向くようする。基板８を垂直から僅かに傾けることは、装置の設置スペースの増加を抑えながら基板８の自重を利用して少ない手間で基板８を保持し、更に基板８と対向電極２の密着性を向上して基板８の温度分布と電位分布を均一化することが出来て好ましい。

対向電極２は、基板８を保持可能な保持手段（図示されず）を有する導電性の板であり、非磁性材料で製作される。セルフクリーニングを行う場合は耐フッ素ラジカル性からニッケル合金やアルミ合金の使用が望ましい。対向電極２は、製膜時、放電電極３に対向する電極（例示：接地側）となる。対向電極２は、一方の面を均熱板５の表面に密接するように保持されている。そして、製膜時に他方の面を基板８の表面と密接する。均熱板５は、全体が概ね均一な温度を有し、接触している対向電極２の温度を均一化する機能を有する。均熱板５は、内部に温度制御された熱媒体を流したり、温度制御されたヒーターを組み込むことで、自身で温度を制御することも可能である。均熱板保持機構１１は、均熱板５及び対向電極２を製膜室６の側面（図１の右側）に対して略平行となるように保持する。そして、製膜時、均熱板５、対向電極２及び基板８を、放電電極３へ近づける。それにより、基板８と放電電極３との距離ｄは、例えば、３ｍｍ〜１０ｍｍとすることができる。

放電電極３は、複数の梯子型状の電極で、好ましくは給電点の数に合わせて分割され形成されている。導電性の板であり、非磁性材料で製作される。セルフクリーニングを行う場合は耐フッ素ラジカル性からニッケル合金やアルミ合金の使用が望ましい。高周波給電伝送路１２ａが接続された給電点５３と、高周波給電伝送路１２ｂが接続された給電点５４とから、それぞれ高周波電力を受電する。製膜時、対向電極２（例示：接地側）に対向する電極（例示：高周波電力投入側）となる。放電電極３と対向電極２との間の放電で発生する原料ガスのプラズマ１０により基板８に膜が製膜される。防着板４は、接地され、プラズマの広がる範囲を抑えることにより、膜が製膜される範囲を制限する。支持部７は、防着板４に結合し、放電電極３と絶縁的に結合し、防着板４と放電電極３を製膜室６の側面（図２の左側）に対して略平行となるように保持する。

整合器１３（１３ａ、１３ｂ）は、出力側のインピーダンスを整合可能である。図示されない高周波電源から高周波給電伝送路１４（１４ａ、１４ｂ）を介して高周波電力を供給され、高周波給電伝送路１２を介して放電電極３へ送電する。高周波給電伝送路１２（１２ａ、１２ｂ）は、一方を放電電極３に、他方を整合器１３に、それぞれ電気的に接続されている。整合器１３から供給される高周波電力を放電電極３へ供給する。放電電極３の温度調節が必要な場合に、高周波給電伝送路１２は、例えば、その円管の中心部分に設けられた細管を用いて熱媒体を通し、その周辺部を用いて電力を給電する。

整合器１３ｂは、更に、熱媒体供給装置（図示されず）から熱媒体供給管１５ｂを介して供給された熱媒体を、高周波給電伝送路１２ｂを介して放電電極３へ供給する。整合器１３ａは、放電電極３から高周波給電伝送路１２ａを介して熱媒体を受け取り、熱媒体供給管１５ａを介して熱媒体供給装置へ送出する。熱媒体の温度を熱媒体供給装置で制御することで、放電電極３の温度を所望の温度にすることが出来る。また、放電電極３の温度を所望の温度に制御して製膜室６内のヒートバランスを適切に保つことで、基板８の表裏温度差にともなうソリ変形を抑制することができる。

図２は、本発明の薄膜製造装置の第１の実施の形態の構成の一部を示す部分斜視図である。図中に矢印でＸＹＺ方向を示す。放電電極３は、梯子状の電極を備える。本実施の形態では８個の梯子状電極としての放電電極３ａ〜３ｈを備える。ただし、梯子状電極の数は、この数に限定されるものではなく、高周波を均一に給電してプラズマの密度を均一化できることと、製作が容易であることから適切な数を選定できる。また放電電極３を１個の梯子状電極で構成しても良い。放電電極３ａ〜３ｈの各々は、互いに略平行にＸ方向へ伸びる二本の横電極２０と、二本の横電極２０の間に設けられ、互いに略平行にＸ方向に略垂直なＹ方向へ伸びる複数の縦電極２１とを備える。ここでは、放電電極３ａ〜３ｈは、各横電極２０が隣り合う横電極２０と互いに接続されて一体となっている。

放電電極３ａ〜３ｈの各々に対して、整合器１３ａ、高周波給電伝送路１４ａ、高周波給電伝送路１２ａ、熱媒体供給管１５ａ及び原料ガス配管１６ａが給電点５３側にそれぞれ設けられ、整合器１３ｂ、高周波給電伝送路１４ｂ、高周波給電伝送路１２ｂ、熱媒体供給管１５ｂ及び原料ガス配管１６ｂが給電点５４側にそれぞれ設けられていて、製膜室６の壁面との間でＯリング等を用いて真空シールをする。ただし、図２では、放電電極３ａに関する整合器１３ａ、１３ｂ、高周波給電伝送路１４ａ、１４ｂ、高周波給電伝送路１２ａ、１２ｂ、熱媒体供給管１５ａ、１５ｂ及び原料ガス配管１６ａ、１６ｂについてのみ示している。

放電電極３ａ〜３ｈの各々は、給電点５３近傍に原料ガス配管１６ａが接続され、原料ガス配管１６ａから原料ガスが供給される。同様に、給電点５４近傍に原料ガス配管１６ｂが接続され、原料ガス配管１６ｂから原料ガスを供給される。放電電極３ａ〜３ｈの各々は、供給された原料ガスを、図中の矢印に示す方向、すなわち基板８の方向へその表面から放出する。

ただし、第１の実施の形態において８分割した放電電極３ａ〜３ｈへの電力供給を、８個に限定することはない。８個を超えるまたは８個未満（例示：１個）の整合器１３ａ及び高周波給電伝送路１４ａと整合器１３ｂ及び高周波給電伝送路１４ｂとの組みで行うことも可能である。その場合、その組の数に対応するように、放電電極３ａ〜３ｈを加減して組み分けする。

図３は、本発明の薄膜製造装置の第１の実施の形態における高周波電力の供給に関する構成を示す概略ブロック図である。薄膜製造装置１は、更に、電源部６０を具備する。電源部６０は、ＲＦアンプ（高周波電源Ａ）６２、ＲＦアンプ（高周波電源Ｂ）６３、高周波（ＲＦ）発振器６４、高周波（ＲＦ）発振器６５、切り替えスイッチ６６、ファンクションジェネレータ６７を備える。

高周波（ＲＦ）発振器６４は、例えば６０ＭＨｚの高周波（ＲＦ）を発振してＲＦアンプ６２と切り替えスイッチ６６とへ送信する。その際、内部に有するフェーズシフターを用いて、いずれかの高周波を位相変調する。高周波（ＲＦ）発振器６５は、例えば５８．５ＭＨｚの高周波（ＲＦ）を発振して、切り替えスイッチ６６へ送信する。その際、その周波数を例えば５８．５ＭＨｚから５９．９ＭＨｚ、あるいは６０．１ＭＨｚから６１．５ＭＨｚのように変動させる。切り替えスイッチ６６は、高周波発振器６４、６５からの高周波を受け、これらを一定サイクルで切り替えＲＦアンプ６３に供給する。ファンクションジェネレータ６７は、切り替えスイッチ６６による高周波発振器６４、６５からの高周波の切り替えに際し、これらの高周波の時間割合すなわちデューティ比を、ガス圧やガス種などのガス条件に対応した信号により変化させる。ＲＦアンプ６２は、６０ＭＨｚの高周波を増幅して高周波電力として給電点５３に給電し、ＲＦアンプ６３は、一定サイクルで切り替わる６０ＭＨｚと５８．５ＭＨｚの高周波を増幅して高周波電力として給電点５４に給電する。

ただし、放電電極３ａ〜３ｈは、それぞれ個別の８個の電源部６０から電力を供給されても良い。あるいは、放電電極３ａ〜３ｈは、８個を超えるまたは８個未満の電源部６０から供給されても良い。その場合、その電源部６０の数に対応するように、放電電極３ａ〜３ｈを加減して組み分けする。また、放電電極３を１個の梯子状電極で構成して、１個の電源部６０から電力を供給しても良い。ただし、給電点５３、５４は図２の場合と同様である。

この動作の詳細は、特開２００２−３２２５６３号公報のとおりである。この構成及び動作により、大面積でのプラズマ発生状況の均一化に効果がある。

なお、電源部６０は、例えば６０ＭＨｚや１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、上記のような位相変調の制御をせずに、同位相又は所定の位相差で給電点５３及び給電点５４の各々に供給しても良い。

図４は、本発明の放電電極の第１の実施の形態における縦電極の構成の一例を示す平面図及び断面図である。図４（ａ）は、図３のＢＢ断面のうちの放電電極３ａにおける縦電極２１ａを示す。図４（ｂ）は、図４（ａ）の縦電極２１ａのうちの一つをその図４（ａ）における下側から見た平面図を示す。図４（ｃ）は、図４（ａ）の縦電極２１ａうちの一つにおけるガスの流れを模式的に示す。放電電極３（３ａ）の複数の縦電極２１（２１ａ）の各々は、電極本体３０ａ、ガス流通路３１、ガス分散部３６、ガス拡散路３４、３５、複数のガス噴出し孔３２、及び熱媒体流通管３３を含む。ＸＹＺ方向は、図３の場合と同じである。

電極本体３０ａは、一方の端部を一方の横電極２０に、他方の端部を他方の横電極２０に接続されている。一方の横電極２０は高周波給電伝送路１２ａに、他方の横電極２０は高周波給電伝送路１２ｂに接続されている。なお、この図では、断面が矩形形状であるが、円形状でも楕円形状でも、多角形形状でも、それらの組合せでも良い。また、後述のように、隣り合う電極本体３０ａの太さや幅が不揃いである場合や、付属部品が接続されていても良い。

ガス流通路３１は、電極本体３０ａの内部において、電極本体３０ａの一方の端部から他方の端部までＹ方向へ伸びる管（空間）である。一端を原料ガス配管１６ａに、他端を原料ガス配管１６ｂに接続されている。その内部を製膜用のガスが流通可能である。ガス拡散路３４、３５は、電極本体３０ａの内部において、電極本体３０ａの一方の端部から他方の端部までＹ方向へ伸びる空間である。複数のガス噴出し孔３２は、適当な間隔で設けられた小孔であり、ガス流通路３１からガス拡散路３４、３５へ向って略均一にガスを噴出する。ガス分散部３６は、電極本体３０ａの対向電極２側の外表面において、電極本体３０ａの一方の端部から他方の端部までＹ方向へ伸びる板状体または多孔体である。貫通した複数の孔３７を有する。なお、ガス分散部３６を設けていなくても良い。

これらの構成により、ガス流通路３１のガスが、ガス噴出し孔３２を経て、ガス拡散路３４、３５においてＹ方向へ流通しながら＋Ｚ方向へも拡散し、ガス分散部３６の複数の孔３７を経て、対向電極２上の基板８へ達することが出来る。

電極本体３０ａやガス分散部３６は、非磁性材料で熱伝導性が良く、セルフクリーニング（反応性イオンエッチング）に実施時にフッ素耐性のある金属が好ましい。また、溶接が容易な金属であることがより好ましい。そのような金属の一つは、アルミ合金に例示される。

熱媒体流通管３３は、電極本体３０ａの内部において、Ｙ方向へ伸び、熱媒体が流通可能である。一端を熱媒体供給管１５ａに、他端を熱媒体供給管１５ｂに接続されている。
温度を制御された熱媒体を流通させることにより、電極本体３０ａを所望の温度に制御することが出来る。

次に、本発明におけるプラズマの密度の分布（膜厚分布）の発生を抑制する考え方及び本発明の放電電極についてより詳細に説明する。
図５は、従来の放電電極の構成の一例を示す平面図である。ここでは、放電電極３ａ〜３ｈの各横電極２０が隣り合う横電極２０と互いに接続されて一体となった放電電極３と同様の放電電極１０３を示している。放電電極１０３は、二本の横電極１２０と、二本の横電極１２０の間に設けられ、互いに略平行に、横電極１２０に略垂直な方向へ伸びる複数の縦電極１２１とを備える。二本の横電極１２０は、上記３ａ〜３ｈに対応して、それぞれ給電点１５３、１５４をそれぞれ８箇所有する。横電極１２０の長さはＬ１である。縦電極１２１は、長さＬ２、幅W_０で全て同一である。縦電極１２１同士の間隔はＩ_０で、全て一定である。放電電極１０３の実効的な面積Ｓ０は、Ｌ１×Ｌ２となる。このような従来の放電電極１０３は、高周波電力が各給電点１５３、及び各給電点１５４にそれぞれ供給され、対向電極２との間にプラズマを形成する。

図６は、従来の放電電極１０３で基板８上に形成された薄膜の膜厚分布の一例を示す概略図である。この図は、ある製膜条件及び放電電極１０３のセッティング条件により、基板８に製膜された薄膜の膜厚分布を示している。すなわち、放電電極１０３の領域Ａに対応する位置の膜厚が相対的に厚く、領域Ｂに対応する位置の膜厚が相対的に薄くなっている例を示している。ここで、一般に、プラズマの密度の分布は、膜厚の分布に対応しているとみなすことが出来る。すなわち、製膜時のプラズマの密度に分布があったことを示している。したがって、放電電極１０３を改良して、プラズマの密度の分布を改善する必要がある。

このようなプラズマの密度の分布（膜厚分布）の発生を抑制するための本発明の考え方について説明する。図７は、薄膜製造装置におけるプラズマ生成に関わる構成を示す概念図である。この考え方はプラズマの強さと電圧との関係に基づくものである。プラズマ１０を形成する放電電極３と対向電極２とは、平行平板コンデンサと考えることができる。ここで、両電極に蓄積される電荷をｑ［Ｃ］、両電極間に印加される電圧Ｖ［Ｖ］、容量Ｃ［Ｆ］とすれば、それらの関係は次式で与えられる。
ｑ＝ＣＶ …（１）
つまり、両電極内の電圧Ｖの分布がプラズマに影響すると考えられる。平行平板コンデンサとしての両電極の面積をＳ、電極間距離をｄ、プラズマ１０の誘電率をεとすれば、
容量Ｃ［Ｆ］は、次のようになる。
Ｃ＝εＳ／ｄ …（２）
（２）式を（１）式に代入すれば、以下の式が得られる。
ｑ＝ＣＶ＝（εＳ／ｄ）Ｖ …（３）
（３）式を変更すれば、以下の式が得られる。
Ｖ＝（ｄ／ε）（ｑ／Ｓ） …（４）

（４）式を参照すると、ｄ／εが一定とすれば、電圧Ｖ［Ｖ］は電荷密度ｎ＝ｑ／Ｓ［Ｃ／ｍ^２］に比例するといえる。したがって、電荷密度ｎを直接変更するか、又は、電極の面積Ｓを変更して電荷密度ｎを変更することで、電圧Ｖを調整することができる。このような電荷密度ｎの変更を、放電電極３の全体ではなく局所的に実行すると、結果として放電電極３上の電圧Ｖを局所的に変更することができる。すなわち、放電電極３の電荷密度ｎの分布を調整することができ、それにより、放電電極３の電圧Ｖの分布を均一に調整することが可能となる。その結果、放電電極と対向電極との間に形成される高周波プラズマの密度を均一にすることが可能となる。

本実施の形態では、上記考え方を本発明の梯子型の放電電極３に適用し、電荷密度ｎを直接変更することで、電圧Ｖを調整している。すなわち、複数の縦電極２１の各々同士の間隔を変更することで、縦電極２１同士の電気的な干渉を変化させて、各縦電極２１上の電荷密度ｎを変更させることが出来ると考えられる。

具体的には、プラズマ密度が高い、すなわち、電荷密度ｎが高いと考えられる領域に対応する放電電極３の縦電極２１について、電荷密度ｎが低くなるように縦電極２１の間隔を広げて疎になるようにする。一方、プラズマ密度が低い、すなわち、電荷密度ｎが低いと考えられる領域に対応する放電電極３の縦電極２１について、電荷密度ｎが高くなるように縦電極２１の間隔を狭くして密になるようにする。このように、放電電極３の複数の縦電極２１の内、プラズマ密度の高低に応じて、その場所に対応する縦電極２１を局所的にずらすことで、プラズマの密度を均一にすることが出来る。そのような縦電極２１の配置を有する放電電極を示しているのが図８である。

図８は、本発明の放電電極の第１の実施の形態における構成の一例を示す平面図である。ここでは、放電電極３ａ〜３ｈの各横電極２０が隣り合う横電極２０と互いに接続されて一体となった放電電極３−１を示している。放電電極３−１は、前述のように、二本の横電極２０と、二本の横電極２０の間に設けられ、互いに略平行に、横電極２０に略垂直な方向へ伸びる複数の縦電極２１とを備える。二本の横電極２０は、上記３ａ〜３ｈに対応して、それぞれ給電点５３、５４を８個有する。横電極２０の長さはＬ１である。縦電極２１の長さはＬ２、幅はW＝Ｗ_０である。ただし、放電電極３−１は、の密度を均一化するために、縦電極２１の位置をずらして、縦電極２１同士の間隔が場所により異なるようにしている。ここでは、例えば、図５の間隔Ｉ_０とは異なる５種類の間隔Ｉ_１１〜Ｉ_１５を用いている。ただし、大小関係は、Ｉ_１１＞Ｉ_１２＞Ｉ_１３（＝Ｉ_０）＞Ｉ_１４＞Ｉ_１５である。縦電極２１同士の間隔の変化は、周期的（…−Ｉ_１１−Ｉ_１２−Ｉ_１３−Ｉ_１４−Ｉ_１５−Ｉ_１４−Ｉ_１３−Ｉ_１２−Ｉ_１１−…）になっている。ただし、電荷密度の不均一な部分が一部であれば、その部分に対応する縦電極２１の間隔だけを変更すればよい。

図８の放電電極３−１は、図５の放電電極１０３を用いて図６に示すような薄膜の膜厚分布が発生した場合に対処するための構成の一例を示している。図６の薄膜は、放電電極１０３の領域Ａに対応する位置の膜厚がより厚くなっている、すなわち、より電荷密度（電圧）が高くなっていることを示していると考えられる。この場合、領域Ａの部分の電荷密度を低下させることができれば、膜厚分布をより均一にすることができる。図８の放電電極３−１は、領域Ａに対応する部分での縦電極２１の間隔が広く（Ｉ_１１、Ｉ_１２）、領域Ａ間の領域Ｂに対応する部分での縦電極２１の間隔が狭く（Ｉ_１４、Ｉ_１５）なっているので、縦電極２１の電荷密度の分布を、領域Ａで低く、領域Ａ間の領域Ｂで高くすることができる。それにより、基板８上に形成される薄膜の膜厚分布を一定にすることが出来る。この場合、横方向に間隔の疎密が出来ていることから、横方向の膜厚分布が大きい場合に特に有効である。

本発明の放電電極３−１を含む薄膜製造装置で製膜を行った場合のシミュレーションは、以下のような結果になった。ただし、高周波電力は、周波数６０ＭＨｚで位相変調なしとする。放電電極３−１は、大きさが約１．５ｍ×１．２ｍである。縦電極２１は直径１０ｍｍφの丸棒６０本である。間隔は、Ｉ_１１＝１．７Ｉ_０、Ｉ_１２＝１．３Ｉ_０、Ｉ_１３＝１．０Ｉ_０である。その結果、横方向の膜厚分布が、従来の場合（図５）と比較して２０％程度向上した。

また、高周波電力を放電電極３投入した場合、放電電極３内で定在波を形成し、電荷密度（電圧）の分布が周期的になる場合がある。その結果、図６に示すような膜厚分布を有する薄膜が形成されることが考えられる。そのような場合、図８に示すように縦電極２１を周期的に変化する間隔で並べることで、電荷密度（電圧）の周期的な分布を打ち消して、均一性の高い電荷密度（電圧）とすることが出来、より均一性の高いプラズマを得ることが可能となる。

次に、本発明の太陽電池の製造方法について説明する。ここでは、上記に示した放電電極及び薄膜製造装置を用いて、シリコン系薄膜の太陽電池を製造する場合を説明する。

ただし、シリコン系とは、シリコン（Ｓｉ）やシリコンカーバイド（ＳｉＣ）やシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を含む。ここでは、シリコン系薄膜として、微結晶シリコン又はアモルファスシリコンを例とする。

（１）ガラスのような透光性の基板８を薄膜製造装置１へ導入し、対向電極２にセットする。基板８は、例えば、１．４ｍ×１．１ｍ、板厚４ｍｍのソーダフロートガラスで、基板端面は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。基板８の表面には酸化錫膜を主成分とする透明導電膜を約５００ｎｍから８００ｎｍの膜厚となるよう熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で形成されている。多接合型（タンデム型）太陽電池において微結晶シリコン層をボトム電池層として製膜する際は、基板８には透明導電膜とアモルファスシリコン太陽電池層（ｐ層、i層、ｎ層）が形成されている。その後、製膜室６を所定の真空度（例示：１０^−６Ｐａ）にする。対向電極２の温度は、例えば２００℃で一定となるように均熱板５を温度制御されている。基板−電極間距離は、２ｍｍから１５ｍｍが例示され、例えば、５ｍｍである。
（２）製膜用のガスを、原料ガス配管１６ａ、ガス流通路３１、ガス噴出し孔３２、ガス拡散路３４、３５及びガス分散部３６（複数の孔３７）を介して放電電極３と基板８との間に供給する。微結晶シリコン薄膜又はアモルファスシリコン薄膜を形成する場合、ガスは、例えば、Ｈ_２＋ＳｉＨ_４（ＳｉＨ_４分圧：２〜２０％）である。ただし、ｐ層やｎ層を形成する場合には、更にドーパントを加えたガスとする。製膜圧力の範囲は、例えば、微結晶シリコン薄膜を形成する場合、８００〜１８００Ｐａであり、アモルファスシリコン薄膜を形成する場合、２００〜６００Ｐａである。ガスは、孔３７を介して供給され、隙間空間２９から排出される。
（３）整合器１３の出力側のインピーダンスの整合をとりながら、出力側に接続された高周波給電伝送路１２を介して放電電極３−１へ所定の高周波電力を供給する。これにより、放電電極３−１と対向電極２との間にガスのプラズマが発生し、基板８上にシリコン薄膜が製膜される。微結晶シリコン薄膜を形成する場合、高周波電力及び基板温度と膜厚は、例えば、１Ｗ／ｃｍ^２及び２００℃と１．５μｍから３μｍである。アモルファスシリコン薄膜を形成する場合、高周波電力及び基板温度と膜厚は、例えば、０．２Ｗ／ｃｍ^２及び２００℃と約３００ｎｍである。このとき、プラズマの密度を均一にするように縦電極２１の間隔を調整した図８の構成に例示される放電電極３−１を用いているので、図６の膜厚分布の原因となるような電荷分布を生じることは無い。したがって、プラズマ１０の密度を均一に形成することができ、膜厚分布の抑制された薄膜を形成することができる。
（４）製膜前から製膜終了まで、高周波給電伝送路１２の内部に設けられた熱媒体供給管１５を介して、放電電極３の内部に設けられた熱媒体流通管３３へ熱媒体を流通させる。
それにより、放電電極３の温度を制御する。電極本体３０ａの温度は、例えば５０℃から１８０℃の間の適切な温度に制御される。すなわち、電極本体３０ａの温度は、製膜時の基板加熱温度とプラズマ投入電力と製膜室６から排出される熱の熱バランスにおいて、基板８の表裏温度差により発生する基板ソリ変形が抑制されるように制御される。
（５）ｐ層シリコン薄膜、ｉ層シリコン薄膜、及びｎ層シリコン薄膜のそれぞれについて、上記の（１）から（４）を繰り返す。
（６）その後、ｎ層上に銀やアルミニウムによる裏面導電膜をスパッタリング装置で形成して、太陽電池が製造される。

なお、ｐ層シリコン薄膜、ｉ層シリコン薄膜、及びｎ層シリコン薄膜をそれぞれ異なる製膜室６で形成しても良い。更には異なる薄膜製造装置で形成しても良い。また、必要に応じて各層の間に他の薄膜を形成しても良い。そのような他の膜や透明導電膜、裏面導電膜については、本発明の薄膜製造装置用いなくても良い。また、特に記載していないが、太陽電池として直列集積構造するために、途中工程にＹＡＧレーザーなどを用いた膜のエッチング工程を実施する。

上記の太陽電池の製造方法では、アモルファスシリコン太陽電池、又は微結晶シリコン太陽電池を一つ製造する例を示している。しかし、本発明がこの例に限定されるものではなく、アモルファスシリコン太陽電池と微結晶シリコン太陽電池とを各１層〜複数層に積層させた多接合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、金属基板のような非透光性基板上に製造された、基板とは反対側から光が入射する型の太陽電池にも同様に適用可能である。

上記ｐ層シリコン薄膜、ｉ層シリコン薄膜、及びｎ層シリコン薄膜の例に限らず、太陽電池に関わる薄膜をプラズマＣＶＤ法で製膜する場合、本発明の放電電極を用いることが出来る。その場合にも、同様に均一性の高いプラズマを得ることができ、膜厚分布の小さい薄膜を得ることができる。

以上のように、本発明により、放電電極の縦電極の位置をずらして、その間隔を変更することで、各縦電極上の電荷密度を制御することができる。それにより、放電電極上の電圧分布を制御することが出来、放電電極と対向電極との間に形成される高周波プラズマの密度を均一にすることができる。すなわち、縦電極の位置をずらすという容易な方法で、不均一の発生している部分の高周波プラズマの密度を改善し、高周波プラズマの密度を全体的に均一にすることができる。そして、膜厚分布や膜質分布の発生を抑制しながら高速製膜により生産性を向上することが可能となる。

（第２の実施の形態）
本発明の薄膜製造装置の第２の実施の形態の構成について説明する。図１及び図２の薄膜製造装置の構成、図３の高周波電力の供給に関する構成、図４の縦電極の構成、プラズマの密度の分布（膜厚分布）の発生を抑制するための本発明の考え方については、第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。

本実施の形態では、上記考え方を本発明の梯子型の放電電極３に適用し、電極の面積Ｓを変更して電荷密度ｎを変更することで、電圧Ｖを調整している。すなわち、電極の面積Ｓは、二本の横電極２０及び複数の縦電極２１の対向電極２に面した面の面積に対応すると考えられる。そして、電荷密度ｎを局所的に変更すること、すなわち、電極の面積Ｓを局所的に変更する（増加又は減少させること）ことは、例えば、幅の小さい（細い）縦電極２１（面積Ｓの減少に対応）や、幅の広い（太い）縦電極２１（面積Ｓの増加に対応）を用いることに対応すると考えられる。

具体的には、プラズマ密度が高い、すなわち、電荷密度ｎが高いと考えられる領域に対応する放電電極３の縦電極２１について、電荷密度ｎが低くなるように縦電極２１の幅を大きくして面積Ｓを大きくするようにする。一方、プラズマ密度が低い、すなわち、電荷密度ｎが低いと考えられる領域に対応する放電電極３の縦電極２１について、電荷密度ｎが高くなるように縦電極２１の幅を小さくして面積Ｓを小さくするようにする。このように、放電電極３の複数の縦電極２１の内、プラズマ密度の高低に応じて、その場所に対応する縦電極２１の幅を変えることで、プラズマの密度を均一にすることが出来る。そのような縦電極２１の配置を有する放電電極を示しているのが図９である。

図９は、本発明の放電電極の第２の実施の形態における構成の一例を示す平面図である。ここでは、放電電極３ａ〜３ｈの各横電極２０が隣り合う横電極２０と互いに接続されて一体となった放電電極３−２を示している。放電電極３−２は、前述のように、二本の横電極２０と、二本の横電極２０の間に設けられ、互いに略平行に、横電極２０に略垂直な方向へ伸びる複数の縦電極２１とを備える。二本の横電極２０は、上記３ａ〜３ｈに対応して、それぞれ給電点５３、５４を８個有する。横電極２０の長さはＬ１である。各縦電極２１同士の間隔は、全てＩ_３（＝Ｉ_０）で一定である。ただし、放電電極３−２は、プラズマの密度を均一化するために、幅の異なる複数種類の縦電極２１を用いている。ここでは、例えば、縦電極２１は、幅の異なる縦電極２１ａ、縦電極２１ｂ及び縦電極２１ｃの三種類を用いている。ただし、縦電極２１ａは、長さＬ２であり幅Ｗ_３１である。縦電極２１ｂは、長さＬ２であり幅Ｗ_３２である。縦電極２１ｃは、長さＬ２であり幅Ｗ_３３である。大小関係は、Ｗ_３１＜Ｗ_３２（＝Ｗ_０）＜Ｗ_３３である。縦電極２１同士の幅の変化は、周期的（…−Ｗ_３１−Ｗ_３１−Ｗ_３１−Ｗ_３１−Ｗ_３２−Ｗ_３３−Ｗ_３３−Ｗ_３３−Ｗ_３２−…）になっている。ただし、電荷密度の不均一な部分が一部であれば、その部分に対応する縦電極２１の幅だけを変更すればよい。

図９の放電電極３−２は、図５の放電電極１０３を用いて図６に示すような薄膜の膜厚分布が発生した場合に対処するための構成の一例を示している。図６の薄膜は、放電電極１０３の領域Ａに対応する位置の膜厚がより厚くなっている、すなわち、より電荷密度（電圧）が高くなっていることを示していると考えられる。この場合、領域Ａの部分の電荷密度を低下させることができれば、膜厚分布をより均一にすることができる。図９の放電電極３−２は、領域Ａに対応する部分での縦電極２１の幅が大きく（Ｗ_３３）、領域Ａ間の領域Ｂに対応する部分での縦電極２１の幅が小さく（Ｗ_３１）なっているので、縦電極２１の電荷密度の分布を、領域Ａで低く、領域Ａ間の領域Ｂで高くすることが出来る。それにより、基板８上に形成される薄膜の膜厚分布を一定にすることが出来る。この場合、横方向に幅の大小が出来ていることから、横方向の膜厚分布が大きい場合に有効である。

本発明の放電電極３−２を含む薄膜製造装置で製膜を行った場合のシミュレーションは、以下のような結果になった。ただし、高周波電力は、周波数６０ＭＨｚで位相変調なしとする。放電電極３−２は、大きさが約１．５ｍ×１．２ｍである。縦電極２１は直径１０ｍｍφの丸棒６０本である。幅は、Ｗ_３１＝Ｗ_３２＝１．０Ｗ_０、Ｗ_３３＝１．５Ｗ_０である。その結果、横方向の膜厚分布が、従来の場合（図５）と比較して５％程度向上した。更に、縦方向の膜厚分布が、従来の場合（図５）と比較して２５％程度向上した。したがって、縦方向の膜厚分布が大きい場合にも有効である。

また、高周波電力を放電電極３投入した場合、放電電極３内で定在波を形成し、電荷密度（電圧）の分布が周期的になる場合がある。その結果、図６に示すような膜厚分布を有する薄膜が形成されることが考えられる。そのような場合、図９に示すように縦電極２１の幅を周期的に変化させて並べることで、電荷密度（電圧）の周期的な分布を打ち消して、均一性の高い電荷密度（電圧）とすることが出来、より均一性の高いプラズマを得ることが可能となる。

本発明の太陽電池の製造方法については、放電電極３−２を用いているほかは、第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。本実施の形態についても、第１の実施の形態と同様に、プラズマＣＶＤ法で製造する種々の薄膜、種々の太陽電池について適用することが可能である。

以上のように、本発明により、放電電極の縦電極の幅に変化を持たせることで、各縦電極上の電荷密度を制御することが出来る。それにより、放電電極上の電圧分布を制御することが出来、放電電極と対向電極との間に形成される高周波プラズマの密度を均一にすることができる。すなわち、幅の異なる縦電極を用いるという容易な方法で、不均一の発生している部分の高周波プラズマの密度を改善し、高周波プラズマの密度を全体的に均一にすることができる。そして、膜厚分布や膜質分布の発生を抑制しながら高速製膜により生産性を向上することが可能となる。

（第３の実施の形態）
本発明の薄膜製造装置の第３の実施の形態の構成について説明する。図１及び図２の薄膜製造装置の構成、図３の高周波電力の供給に関する構成、図４の縦電極の構成、プラズマの密度の分布（膜厚分布）の発生を抑制するための本発明の考え方については、第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。

本実施の形態では、上記考え方を本発明の梯子型の放電電極３に適用し、電極の面積Ｓを変更して電荷密度ｎを変更することで、電圧Ｖを調整している。すなわち、電極の面積Ｓは、二本の横電極２０及び複数の縦電極２１の対向電極２に面した面の面積に対応すると考えられる。そして、電荷密度ｎを局所的に変更すること、すなわち、電極の面積Ｓを局所的に変更する（増加又は減少させること）ことは、例えば、縦電極２１に導電性の部材を取り付ける（面積Ｓの増加に対応）ことや、縦電極２１から導電性の部材を取り外す（面積Ｓの減少に対応）ことに対応すると考えられる。

具体的には、プラズマ密度が高い、すなわち、電荷密度ｎが高いと考えられる領域に対応する放電電極３の縦電極２１について、電荷密度ｎが低くなるように縦電極２１に導電性部材を取り付けて面積Ｓを大きくするようにする。一方、プラズマ密度が低い、すなわち、電荷密度ｎが低いと考えられる領域に対応する放電電極３の縦電極２１について、電荷密度ｎが高くなるように縦電極２１の導電性部材を取り外して面積Ｓを小さくするようにする。このように、放電電極３の複数の縦電極２１の内、プラズマ密度の高低に応じて、その場所に対応する縦電極２１の導電性部材の取り付け状態を変えることで、プラズマの密度を均一にすることが出来る。そのような縦電極２１の配置を有する放電電極を示しているのが図１０である。

図１０（ａ）は、本発明の放電電極の第３の実施の形態における構成の一例を示す平面図である。ここでは、放電電極３ａ〜３ｈの各横電極２０が隣り合う横電極２０と互いに接続されて一体となった放電電極３−３を示している。放電電極３−３は、前述のように、二本の横電極２０と、二本の横電極２０の間に設けられ、互いに略平行に、横電極２０に略垂直な方向へ伸びる複数の縦電極２１とを備える。二本の横電極２０は、上記３ａ〜３ｈに対応して、それぞれ給電点５３、５４を８個有する。横電極２０の長さはＬ１である。ただし、放電電極３−３は、プラズマの密度を均一化するために、縦電極２１の一部に長さの異なる導電板２４を結合させた複数種類の縦電極２１を用いている。ここでは、例えば、縦電極２１は、長さの異なる導電板２４を結合した縦電極２１ｄ、縦電極２１ｅ、縦電極２１ｆ及び縦電極２１ｇの四種類を用いている。ただし、縦電極２１ｄは、長さＬ２であり幅Ｗ_２１であり導電板２４を有さない。縦電極２１ｅは、長さＬ２であり幅Ｗ_２３であり、長さ０．３Ｌ_２の導電板２４を有する。縦電極２１ｆは、長さＬ２であり幅Ｗ_２３であり、長さ０．５Ｌ_２の導電板２４を有する。縦電極２１ｇは、長さＬ２であり幅Ｗ_２３であり、長さ０．７Ｌ_２の導電板２４を有する。大小関係は、Ｗ_３１＜Ｗ_３２（＝Ｗ_０）＜Ｗ_３３である。縦電極２１の幅、及び、縦電極２１の間隔の変化は、周期的（幅：…−Ｗ_２１−Ｗ_２１−Ｗ_２１−Ｗ_２１−Ｗ_２３（長さ０．３Ｌ_２）−Ｗ_２３（長さ０．５Ｌ_２）−Ｗ_２３（長さ０．７Ｌ_２）−Ｗ_２３（長さ０．５Ｌ_２）−Ｗ_２３（長さ０．３Ｌ_２）−…、間隔：…−Ｉ_２１−Ｉ_２１−Ｉ_２１−Ｉ_２２（長さ０．３Ｌ_２）−（Ｉ_２３（長さ０．３Ｌ_２）、Ｉ_２２（長さ０．３Ｌ_２））−（Ｉ_２３（長さ０．６Ｌ_２）、Ｉ_２２（長さ０．１５Ｌ_２））−（Ｉ_２３（長さ０．６Ｌ_２）、Ｉ_２２（長さ０．１５Ｌ_２））−（Ｉ_２３（長さ０．３Ｌ_２）、Ｉ_２２（長さ０．３Ｌ_２））−Ｉ_２２（長さ０．３Ｌ_２）−…）になっている。ただし、電荷密度の不均一な部分が一部であれば、その部分に対応する縦電極２１の幅だけを変更すればよい。

図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の放電電極の一部を拡大した部分斜視図である。幅Ｗ_２１（＝Ｗ_０）の縦電極２１の片側に導電板２４を取り付けることで、幅をＷ_２２（＞Ｗ_２１）とすることができる。更に、幅Ｗ_２１の縦電極２１の両側に導電板２４を取り付けることで、幅Ｗ_２３（＞Ｗ_２２＞Ｗ_２１）とすることができる。それに伴い、図１０（ａ）に示すように、導電板２４が取り付けられていない縦電極２１同士の間隔はＩ_２１（＝Ｉ_０）である。一方の縦電極２１に金属板２４が取り付けられている場合、縦電極２１同士の間隔はＩ_２２（＜Ｉ_２１）である。両方の縦電極２１に導電板２４が取り付けられている場合、縦電極２１同士の間隔はＩ_２３（＜Ｉ_２２＜Ｉ_２１）である。導電板２４の幅Ｅ２は、例えば、縦電極２１の幅Ｗ_２１の１／２程度（＜０．５Ｉ_０）である。すなわち、Ｗ_２２＝１．５Ｗ_２１、Ｗ_２３＝２Ｗ_２１である。縦電極２１の長さＥ１は、図６の領域Ａの大きさに対応して自由に設定することができる。ここでは、例えば、縦電極２１は、導電板２４を有さない縦電極の長さＬ２の０．７倍（０．７Ｌ_２）、０．５倍（０．５Ｌ_２）、０．３倍（０．３Ｌ_２）を用いている。すなわち、縦電極２１の幅が一定ではなく、縦電極２１同士の間隔が一定ではない

導電板２４は、その材料としては、導電性を有していれば特に制限はない。例えば、縦電極２１と同じ材料（例示：ニッケル合金やアルミ合金）を用いることが出来る。その形状は、図１０（ｂ）に示すように、例えば、薄板形状である。ただし、プラズマ形成に悪影響を与えず、縦電極２１の幅を実効的に増やすことが出来るのであれば、その形状は問わない。それらは、例えばねじ止め等の方法で、容易に取り付け、取り外しをすることが出来る。また、図１０（ｃ）に示すように、縦電極２１の一部分を予め取り外し可能に設けていても良い。その場合、導電板２４の取り付け取り外しのほかに、その部分の取り付け、取り外しで、縦電極２１の幅を変更することが出来、より細かい調整が可能となる。さらに、縦電極２１がパイプの場合、局所的につぶして扁平にすることで、その幅を大きくすることも可能である。

図１０の放電電極３−３は、図５の放電電極１０３を用いて図６に示すような薄膜の膜厚分布が発生した場合に対処するための構成の一例を示している。図６の薄膜は、放電電極１０３の領域Ａに対応する位置の膜厚がより厚くなっている、すなわち、より電荷密度（電圧）が高くなっていることを示していると考えられる。この場合、領域Ａの部分の電荷密度を低下させることができれば、膜厚分布をより均一にすることができる。図１０の放電電極３−３は、領域Ａに対応する部分での縦電極２１に取り付けられた導電板２４の面積が大きいため、その縦電極２１の実効的な幅が大きくなっている（Ｗ_２３）。一方、領域Ａ間の領域Ｂに対応する部分での縦電極２１には導電板２４が取り付けられていないため、その縦電極２１の相対的な幅が小さくなっている（Ｗ_２１）。したがって、縦電極２１の電荷密度の分布を、領域Ａで低く、領域Ａ間の領域Ｂで高くすることが出来る。それにより、基板８上に形成される薄膜の膜厚分布を一定にすることが出来る。この場合、横方向に実効的な幅の大小だけでなく、縦方向の実効的な幅の大小も出来ていることから、縦横両方向の膜厚分布が大きい場合に有効に対応できる。

本実施の形態は、縦電極２１に導電板２４を取り付け、取り外すというように比較的容易に実施することが可能である。特に、局所的な厚膜部分に対応する縦電極２１の面積を局所的に変更することが出来るので、電荷密度（電圧）の微調整に特に有効である。例えば、中央のみが厚膜になっている場合、中央の縦電極２１の中央付近のみ導電板２４を取り付けることで、中央付近の面積のみを変更することが出来る。それにより、中央付近のみのプラズマ状態を変更することが出来、その結果、中央付近のみ膜厚を変更することが可能となる。

本発明の放電電極３−３を含む薄膜製造装置で製膜を行った場合のシミュレーションは、以下のような結果になった。ただし、高周波電力は、周波数６０ＭＨｚで位相変調なしとする。放電電極３−３は、大きさが約１．５ｍ×１．２ｍである。縦電極２１は直径１０ｍｍφの丸棒６０本である。ここでは、縦電極２１ｅを用いずに縦電極２１ｄと同じとする。その結果、横方向の膜厚分布が、従来の場合（図５）と比較して５％程度向上した。更に、縦方向の膜厚分布が、従来の場合（図５）と比較して３５％程度向上した。したがって、縦方向の膜厚分布が大きい場合にも有効である。

また、高周波電力を放電電極３投入した場合、放電電極３内で定在波を形成し、電荷密度（電圧）の分布が周期的になる場合がある。その結果、図６に示すような膜厚分布を有する薄膜が形成されることが考えられる。そのような場合、図１０に示すように縦電極２１の実効的な幅を横方向に加えて縦方向にも周期的に変化させて並べることで、電荷密度（電圧）の周期的な分布を打ち消して、均一性の高い電荷密度（電圧）とすることが出来、より均一性の高いプラズマを得ることが可能となる。

本発明の太陽電池の製造方法については、放電電極３−３を用いているほかは、第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。本実施の形態についても、第１の実施の形態と同様に、プラズマＣＶＤ方で製造する種々の薄膜、種々の太陽電池について適用することが可能である。

以上のように、本発明により、放電電極の縦電極の実効的な幅に変化を持たせることで、各縦電極上の電荷密度を制御することが出来る。それにより、放電電極上の電圧分布を制御することが出来、放電電極と対向電極との間に形成される高周波プラズマの密度を均一にすることができる。すなわち、実効的な幅が部分的に異なる縦電極を用いるという容易な方法で、不均一の発生している部分の高周波プラズマの密度を改善し、高周波プラズマの密度を全体的に均一にすることができる。そして、膜厚分布や膜質分布の発生を抑制しながら高速製膜により生産性を向上することが可能となる。

上記第１の実施の形態〜第３の実施の形態については個別に記載しているが、それぞれに記載された技術は、互いに矛盾の発生しない限り、その内の少なくとも二つを同時に用いることが可能である。すなわち、縦電極間隔の調整、縦電極の幅の調整、及び導電部材による縦電極の実効的な面積の調整の内の少なくとも二つを同時に用いることが可能であり、その場合も上述した効果を得ることが出来る。

また、上記第１の実施の形態〜第３の実施の形態については縦電極について記載しているが、それぞれに記載された技術は、互いに矛盾の発生しない限り、横電極に対しても、個別又はその内の少なくとも二つを同時に用いることが可能である。すなわち、横電極間隔の調整（基板の大きさ以下にならない範囲）、横電極の幅の調整、及び導電部材による横電極の実効的な面積の調整を、個別又はその内の少なくとも二つを同時に用いることが可能であり、その場合も上述した効果を得ることが出来る。

更に、上記第１の実施の形態〜第３の実施の形態に記載された技術は、縦電極及び横電極に対して同時に用いることも可能である。その場合、より詳細にプラズマ密度の分布を制御することができ、膜厚分布や膜質分布を抑制し、膜質を向上させることが可能となる。

図１は、本発明の薄膜製造装置の実施の形態の構成を示す概略図である。 図２は、本発明の薄膜製造装置の実施の形態の構成の一部を示す部分斜視図である。 図３は、本発明の薄膜製造装置の実施の形態における高周波電力の供給に関する構成を示す概略ブロック図である。 図４は、本発明の放電電極の実施の形態における縦電極の構成の一例を示す平面図及び断面図である。 図５は、従来の放電電極の構成の一例を示す平面図である。 図６は、従来の放電電極で基板上に形成された薄膜の膜厚分布の一例を示す概略図である。 図７は、薄膜製造装置におけるプラズマ生成に関わる構成を示す概念図である。 図８は、本発明の放電電極の第１の実施の形態における構成の一例を示す平面図である。 図９は、本発明の放電電極の第２の実施の形態における構成の一例を示す平面図である。 図１０は、本発明の放電電極の第３の実施の形態における構成の一例を示す平面図及び部分斜視図である。

符号の説明

１ 薄膜製造装置
２ 対向電極
３、３ａ〜３ｈ、３−１〜３−３ 放電電極
４ 防着板
５ 均熱板
６ 製膜室
７ 支持部
８ 基板
１０ プラズマ
１１ 均熱板保持機構
１２、１２ａ、１２ｂ 高周波給電伝送路
１３、１３ａ、１３ｂ 整合器
１４、１４ａ、１４ｂ 高周波給電伝送路
１５、１５ａ、１５ｂ 媒体供給管
１６、１６ａ、１６ｂ 原料ガス配管
１７ 低真空排気部
１８ 台
１９ 高真空排気部
２０ 横電極
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ 縦電極
２４ 金属板
３０、３０ａ 電極本体
３１ ガス流通路
３２ ガス噴出し孔
３４、３５ ガス拡散路
３３ 熱媒体流通路
３６ ガス分散部
３７ 孔
５３、５４ 給電点
６０ 電源部
６２ ＲＦアンプ（高周波電源Ａ）
６３ ＲＦアンプ（高周波電源Ｂ）
６４ 高周波（ＲＦ）発振器
６５ 高周波（ＲＦ）発振器
６６ 切り替えスイッチ
６７ ファンクションジェネレータ

Claims (7)

1. 放電電極と前記放電電極に対向する対向電極とを備える薄膜製造装置用の前記放電電極であって、
   前記放電電極は、
   互いに略平行に第１方向へ伸びる二本の横電極と、
   前記二本の横電極の間に設けられ、互いに略平行に前記第１方向に略垂直な第２方向へ伸びる複数の縦電極と
   を具備し、
   前記放電電極と前記対向電極との間で高周波電力により供給ガスのプラズマが形成されるとき、前記複数の縦電極及び前記二本の横電極のうちの少なくとも一方は、隣り合う電極同士の間隔が、前記プラズマの密度の分布を均一化するように設定され、
   前記複数の縦電極における前記隣り合う電極同士の間隔は、前記横電極と平行な方向に沿って周期的に変わる放電電極。
2. 放電電極と前記放電電極に対向する対向電極とを備える薄膜製造装置用の前記放電電極であって、
   前記放電電極は、
   互いに略平行に第１方向へ伸びる二本の横電極と、
   前記二本の横電極の間に設けられ、互いに略平行に前記第１方向に略垂直な第２方向へ伸びる複数の縦電極と
   を具備し、
   前記放電電極と前記対向電極との間で高周波電力により供給ガスのプラズマが形成されるとき、前記複数の縦電極及び前記二本の横電極のうちの少なくとも一方は、電極の幅が、前記プラズマの密度の分布を均一化するように設定され、
   前記複数の縦電極における前記電極の幅は、前記横電極と平行な方向に沿って周期的に変わる放電電極。
3. 放電電極と前記放電電極に対向する対向電極とを備える薄膜製造装置用の前記放電電極であって、
   前記放電電極は、
   互いに略平行に第１方向へ伸びる二本の横電極と、
   前記二本の横電極の間に設けられ、互いに略平行に前記第１方向に略垂直な第２方向へ伸びる複数の縦電極と
   を具備し、
   前記放電電極と前記対向電極との間で高周波電力により供給ガスのプラズマが形成されるとき、前記複数の縦電極及び前記二本の横電極のうちの少なくとも一方は、電極の幅における長さ方向の分布が、前記プラズマの密度の分布を均一化するように設けられ、
   前記複数の縦電極における前記電極の幅の長さ方向の分布は、前記横電極と平行な方向に沿って周期的に変わる放電電極。
4. 製膜室と、
   前記製膜室内に設けられ、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の放電電極と、
   前記製膜室内に設けられ、前記放電電極に対向する対向電極と
   を具備し、
   前記放電電極と前記対向電極との間で高周波電力により供給ガスのプラズマが形成される薄膜製造装置。
5. 薄膜製造装置を用いた太陽電池の製造方法であって、
   ここで、前記薄膜製造装置は、
   製膜室と、
   前記製膜室内に設けられた放電電極と、
   前記製膜室内に設けられ、前記放電電極に対向する対向電極と
   を具備し、
   前記放電電極は、
   互いに略平行に第１方向へ伸びる二本の横電極と、
   前記二本の横電極の間に設けられ、互いに略平行に前記第１方向に略垂直な第２方向へ伸びる複数の縦電極と
   を備え、
   前記放電電極と前記対向電極との間で高周波電力により供給ガスのプラズマが形成されるとき、前記複数の縦電極及び前記二本の横電極のうちの少なくとも一方は、隣り合う電極同士の間隔が、前記プラズマの密度の分布を均一化するように設定され、前記複数の縦電極における前記隣り合う電極同士の間隔は、前記横電極と平行な方向に沿って周期的に変わり、
   前記太陽電池の製造方法は、
   （ａ）前記対向電極に基板を保持する工程と、
   （ｂ）前記製膜室内に前記供給ガスを導入する工程と、
   （ｃ）前記供給ガスを導入しながら、前記放電電極と前記対向電極との間に前記高周波電力を印加して、前記供給ガスの前記プラズマを形成し、前記基板上に太陽電池用の薄膜を形成する工程と
   を具備する太陽電池の製造方法。
6. 薄膜製造装置を用いた太陽電池の製造方法であって、
   ここで、前記薄膜製造装置は、
   製膜室と、
   前記製膜室内に設けられた放電電極と、
   前記製膜室内に設けられ、前記放電電極に対向する対向電極と
   を具備し、
   前記放電電極は、
   互いに略平行に第１方向へ伸びる二本の横電極と、
   前記二本の横電極の間に設けられ、互いに略平行に前記第１方向に略垂直な第２方向へ伸びる複数の縦電極と
   を備え、
   前記放電電極と前記対向電極との間で高周波電力により供給ガスのプラズマが形成されるとき、前記複数の縦電極及び前記二本の横電極のうちの少なくとも一方は、電極の幅が、前記プラズマの密度の分布を均一化するように設定され、前記複数の縦電極における前記電極の幅は、前記横電極と平行な方向に沿って周期的に変わり、
   前記太陽電池の製造方法は、
   （ａ）前記対向電極に基板を保持する工程と、
   （ｂ）前記製膜室内に前記供給ガスを導入する工程と、
   （ｃ）前記供給ガスを導入しながら、前記放電電極と前記対向電極との間に前記高周波電力を印加して、前記供給ガスの前記プラズマを形成し、前記基板上に太陽電池用の薄膜を形成する工程と
   を具備する太陽電池の製造方法。
7. 薄膜製造装置を用いた太陽電池の製造方法であって、
   ここで、前記薄膜製造装置は、
   製膜室と、
   前記製膜室内に設けられた放電電極と、
   前記製膜室内に設けられ、前記放電電極に対向する対向電極と
   を具備し、
   前記放電電極は、
   互いに略平行に第１方向へ伸びる二本の横電極と、
   前記二本の横電極の間に設けられ、互いに略平行に前記第１方向に略垂直な第２方向へ伸びる複数の縦電極と
   を備え、
   前記放電電極と前記対向電極との間で高周波電力により供給ガスのプラズマが形成されるとき、前記複数の縦電極及び前記二本の横電極のうちの少なくとも一方は、電極の幅における長さ方向の分布が、前記プラズマの密度の分布を均一化するように設けられ、前記複数の縦電極における前記電極の幅の長さ方向の分布は、前記横電極と平行な方向に沿って周期的に変わり、
   前記太陽電池の製造方法は、
   （ａ）前記対向電極に基板を保持する工程と、
   （ｂ）前記製膜室内に前記供給ガスを導入する工程と、
   （ｃ）前記供給ガスを導入しながら、前記放電電極と前記対向電極との間に前記高周波電力を印加して、前記供給ガスの前記プラズマを形成し、前記基板上に太陽電池用の薄膜を形成する工程と
   を具備する太陽電池の製造方法。
   

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