JP4745920B2 - 放電電極、薄膜製造装置、及び太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Description
0<S/(2wL)<1
を満たしている。
まず、本発明の薄膜製造装置の第1の実施形態の構成について説明する。図4は、本発明の薄膜製造装置の第1の実施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。
5<{π(D/2)2}/{π(d/2)2×N}
を満たすように決定される。ここで、Dはパイプ本体42の内径D、Nは一本のパイプ本体42に設けられたノズル孔42cの数Nである。式(1)は、パイプ本体42の流路断面積S1が、一本のパイプ本体42に設けられたノズル孔42cの総噴出し面積S2の5倍よりも大きいことを表している。
流量分布=(流量の最大値−流量の最小値)/2/流量の平均値
で定義される。流量分布は、断面積比S1/S2が減少すると増加し、断面積比S1/S2が5を越えて減少すると流量分布が急激に増加する。したがって、断面積比S1/S2を5より大きくすることは重要である。断面積比S1/S2が5より大きい場合には、流量分布が5%未満に抑制される。これは、断面積比S1/S2が大きい場合には、ガス流通路41aの中心軸S41に沿うガスの圧力分布が均一になり、複数のノズル孔42cから均一にガスが噴出されるためである。
0<{π(d/2)2×N}/{π(D/2)2}<1/5
のように表すことも可能である。
2wL>π(d/2)2
を満たすように決定される。ここで、dはノズル孔42cのノズル径d、LはノズルピッチLである。式(2)は、一つのノズル孔42cに対応しているパイプ外側面42bと電極内側面39の間の隙間空間の流路断面積(2wL)が、一つのノズル孔42cの噴出し面積Sよりも大きいことを表している。式(2)が満たされる場合には、ノズル孔42cを噴き出したガスは、パイプ外側面42bと電極内側面39との隙間空間をガス拡散路37へと移動する過程でノズル孔42cの噴出し流速よりも流速が小さくなり、多孔物体40から噴き出されるガスのX方向に沿う分布が均一になる。
0<{π(d/2)2}/(2wL)<1
のように表すことも可能である。
流量分布=(流量の最大値−流量の最小値)/2/流量の平均値
で定義される。図11においては、比が大きいほど、流量分布が大きい。比が25%より小さい場合には、流量分布が5%未満に抑制される。
(2)製膜用のガスを、原料ガス配管16a、ガス流通路32、凹部31、ガス流通路41a、ノズル孔42c、パイプ外側面42bと電極内側面39の間の隙間空間、ガス拡散路37、開口部38、多孔物体40(複数の孔40a)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、H2+SiH4(SiH4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、ガス噴出し孔40aを介して供給され、隙間空間22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へ所定の高周波電力を供給する。これにより、放電電極3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/cm2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/cm2及び200℃と約300nmである。
(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を介して、放電電極3の内部に設けられた熱媒体流通路34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35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35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。
次に、本発明の薄膜製造装置の第2の実施形態の構成について説明する。本実施の形態では、放電電極3の構成が第1の実施形態と異なっている。
次に、本発明の薄膜製造装置の第3の実施形態の構成について説明する。本実施の形態では、放電電極3の構成が第1の実施形態、及び第2の実施形態と異なっている。
2…対向電極
3(3a〜3h)…放電電極
4…防着板
5…均熱板
6…製膜室
7…支持部
8…基板
11…均熱板保持構造
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)…熱媒体供給管
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…横構造
21(21a、21a’、21b)…縦構造
22…隙間空間
30…ヘッダ
31…凹部
31a…底面
31b…側壁面
31c…環状溝
31d…キー溝
32…ガス流通路
33…基部
34、34’、80…熱媒体流通路
35…電極本体
35a、35b…端部
36…ガスパイプ収容空間
37…ガス拡散路
38…開口部
39…電極内側面
39a…電極内側面第1部分
39b…電極内側面第2部分
40、40’…多孔物体
40a、40a’…ガス噴出し孔
41…ガスパイプ
41a…ガス流通路
42…パイプ本体
42a…パイプ内側面
42b…パイプ外側面
42c…ノズル孔
43…管端部
43a…環状溝
44…スペーサ
44a…キー溝
45…キー
46…電極本体第1部分
47…電極本体第2部分
48…ボルト
49…Oリング
50…アイマーク
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
71…電極本体
72、75…開口部
73、78…取付部
74…ガス拡散路
76…ガスブロック
77…ガス流通路
79…ノズル孔
103…放電電極
108…基板
121a、121b…電極
131…ガス流通路
132、137…ガス噴出し孔
134…ガス拡散路
S36、S41…中心軸
Claims (19)
- 互いに略平行に第1方向に延びる2本の横構造と、
前記2本の横構造の間に設けられ、互いに略平行に前記第1方向に略垂直な第2方向へ延びる複数の縦構造と
を具備し、
前記複数の縦構造の各々は、
第1端部を一方の前記横構造に、前記第1端部の反対側の第2端部を他方の前記横構造に接続された電極本体と、
前記電極本体の内部に設けられたガスパイプ収容空間に配置されたガスパイプと、
多孔物体と
を備え、
前記電極本体は、基板が保持される対向電極に向かって開口する第1開口部と、前記ガスパイプ収容空間及び前記第1開口部の間に設けられて前記ガスパイプ収容空間と前記第1開口部を連絡するガス拡散路とを備え、
前記第1開口部は、前記多孔物体により閉じられ、
前記ガスパイプは、前記ガスパイプのパイプ内側面からパイプ外側面に貫通したノズル孔群を備え、
前記ガスパイプと、前記ガスパイプ収容空間と、前記ガス拡散路と、前記第1開口部とは、前記第2方向に延びており、
前記電極本体は、前記ガスパイプ収容空間に面し、且つ、前記パイプ外側面と対向した電極内側面を備え、
前記ノズル孔群は、前記第2方向に沿って前記ガスパイプに配設されている
放電電極。 - 前記ノズル孔群は、前記電極内側面を向いている
請求項1に記載の放電電極。 - 前記ノズル孔群は、ノズルピッチLで前記第2方向に沿って配設され、
前記パイプ外側面と前記電極内側面との隙間距離wと、前記ノズル孔群の一つのノズル孔の噴出し面積Sとは、式:
0<S/(2wL)<1
を満たす
請求項2に記載の放電電極。 - 前記電極内側面と前記パイプ外側面との間に配置されたスペーサを具備する
請求項2又は3に記載の放電電極。 - 前記ガスパイプ収容空間は第1中心軸を有し、
前記ガスパイプは第2中心軸を有し、
前記スペーサは、前記第1中心軸と前記第2中心軸との前記第1中心軸に垂直なずれが、前記第1中心軸と前記第2中心軸とが重なっているときの前記パイプ外側面と前記電極内側面との隙間距離w1の25パーセントを越える前に、前記電極内側面に当接するように前記パイプ外側面に設けられている
請求項4に記載の放電電極。 - 前記ガスパイプ収容空間は第1中心軸を有し、
前記ガスパイプは第2中心軸を有し、
前記スペーサは、前記第1中心軸と前記第2中心軸との前記第1中心軸に垂直なずれが、前記第1中心軸と前記第2中心軸とが重なっているときの前記パイプ外側面と前記電極内側面との隙間距離w1の25パーセントを越える前に、前記パイプ外側面に当接するように前記電極内側面に設けられている
請求項4に記載の放電電極。 - 前記ガスパイプの流路断面積S1と1本の前記ガスパイプに設けられた前記ノズル孔群の総噴出し面積S2との比S2/S1は、0より大きく1/5より小さい
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の放電電極。 - 前記ガスパイプ及び前記電極本体の材質は、アルミニウム材である
請求項1乃至7のいずれか1項に記載の放電電極。 - 前記電極本体の材質はアルミニウム材であり、
前記ガスパイプの材質は非磁性のステンレス鋼である
請求項1乃至7のいずれか1項に記載の放電電極。 - 前記一方の横構造は、前記第1方向に延びるヘッダを備え
前記ガスパイプは、前記第1端部において前記ガスパイプ収容空間から突き出す管端部を備え、
前記ヘッダは、凹部と、前記凹部と連絡したガス流通路とを備え、
前記ヘッダは、前記管端部が前記凹部に挿入されるように、前記第1端部に着脱可能に取り付けられ、
前記ガスパイプは、前記管端部及び前記凹部を介して前記ガス流通路と連絡する
請求項1乃至9のいずれか1項に記載の放電電極。 - 前記凹部は、底面と、環状溝が設けられた側壁面とを備え、
前記環状溝には、前記凹部と前記管端部の間をシールするOリングが配置され、
前記底面と前記環状溝との前記管端部が前記凹部に挿入される方向に距離が設けられていることを特徴とする
請求項10に記載の放電電極。 - 前記管端部にキーが設けられ、
前記キーと嵌合するキー溝が前記凹部に設けられていることを特徴とする
請求項10又は11に記載の放電電極。 - 前記電極本体は、第1部分と、前記第1部分との間に前記内部空間を挟むように前記第1部分に着脱可能に取り付けられる第2部分とを備え、
前記第1部分は、前記第1開口部と、前記ガス拡散路と、前記電極内側面の前記ガス拡散路側の部分とを備え、
前記第2部分は、前記電極内側面の前記ガス拡散路とは反対側の部分を備える
請求項1乃至9のいずれか1項に記載の放電電極。 - 前記電極内側面と前記パイプ外側面との間に配置されたスペーサを具備し、
前記スペーサは前記ガスパイプ外側面に設けられ、
前記電極内側面にキーが設けられ、
前記キーと嵌合するキー溝が前記スペーサに設けられた
請求項1又は2に記載の放電電極。 - 前記ガスパイプ外側面には、前記ノズル孔群の位置を示すアイマークが設けられた
請求項1乃至14のいずれか1項に記載の放電電極。 - 前記ガスパイプは四角筒管である
請求項1乃至15のいずれか1項に記載の放電電極。 - 互いに略平行に第1方向に延びる2本の横構造と、
前記2本の横構造の間に設けられ、互いに略平行に前記第1方向に略垂直な第2方向へ延びる複数の縦構造と
を具備し、
前記複数の縦構造の各々は、
一方の端部を一方の前記横構造に、他方の端部を他方の前記横構造に接続され、前記第2方向へ延びる電極本体と、
一方の端部を前記一方の前記横構造に、他方の端部を前記他方の前記横構造に接続され、前記第2方向へ延びるガスブロックと、
多孔物体と
を備え、
前記電極本体は、基板が保持される対向電極に向かって開口する第1開口部と、前記第1開口部の反対側に配置された第1取付部と、前記第1開口部及び前記第1取付部の間に設けられて前記第1開口部と連絡するガス拡散路と、前記ガス拡散路が前記第1取付部において開口した第2開口部とを備え、
前記第1開口部と、前記第1取付部と、前記ガス拡散路と、前記第2開口部とは、前記第2方向に延びており、
前記第1開口部は前記多孔物体により閉じられ、
前記ガスブロックは、前記ガスブロックの内部に設けられたガス流通路と、第2取付部と、前記ガス流通路と前記第2取付部の間に設けられて前記ガス流通路と連絡するとともに前記第2取付部において開口したノズル孔群とを備え、
前記ガス流通路と、前記第2取付部とは、前記第2方向に延びており、
前記ノズル孔群は、前記第2方向に沿って前記ガスブロックに配設され、
前記ガスブロックは、前記第1取付部及び前記第2取付部が嵌合するように、且つ、前記ノズル孔群が前記ガス拡散路と連絡するように、前記電極本体に着脱可能に取り付けられた
放電電極。 - 製膜室と、
前記製膜室に設けられ、請求項1乃至17のいずれか1項に記載の放電電極と、
前記製膜室に設けられ、前記放電電極に対向する対向電極とを具備する
薄膜製造装置。 - 薄膜製造装置を用いた太陽電池の製造方法であって、
前記薄膜製造装置は、
製膜室と、
前記製膜室に設けられ、請求項1乃至17のいずれか1項に記載の放電電極と、
前記製膜室に設けられ、前記放電電極に対向する対向電極と
を備え、
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)前記ガスパイプと、前記ノズル孔群と、前記ガス拡散路と、前記多孔物体とを介して前記製膜室に製膜用のガスを導入する工程と、
(c)前記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電力を印加して、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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