JP5517509B2 - 真空処理装置 - Google Patents
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Description
この問題により、a−Si太陽電池におけるアモルファスシリコン膜の製膜速度を上げることが難しいという問題があった。
このようにすることで、SiH2ラジカルが基板に拡散するまでに、SiH2ラジカルと母ガスとが反応し、Siナノクラスターがアモルファスシリコン膜に混入しにくくなる。
その結果、当該製造方法により製造されたアモルファスシングルセルにおいて、光劣化後の安定化効率が9.3%になるという極めて高い性能が実現されている。
これは、孔を多数開けた電極に60MHzの超高周波数を印加して孔部にホロー放電を起こさせる方法では、超高周波を用いるがために定在波の影響で電極上の電界が不均一になり、また均一な電界が出来たとしても多数の孔の中で安定して均一なホロー放電を維持することは非常に困難なためである。
本発明の真空処理装置は、互いに対向して配置され、間にプラズマを生成するリッジ電極を有するリッジ導波管からなる放電室と、前記リッジ電極に向かって前記プラズマの形成に用いられる母ガスを供給するガス供給部と、前記プラズマによる処理が施される基板を載置する基板支持台と、少なくとも前記放電室、前記ガス供給部および前記基板支持台を内部に収納する減圧容器と、前記減圧容器内部の圧力を低減させる排気部と、を有し、前記減圧容器には、前記排気部と連通する開口が設けられ、前記放電室が前記基板支持台と前記開口との間に挟まれ、前記放電室には、前記ガス供給部および前記排気部により、前記基板から遠ざかる方向への流れが形成されることを特徴とする。
その一方で、生成された寿命の長いラジカルは拡散により基板に向かって移動するため、基板に処理が施される。
そのため、基板に対して均一なプラズマを広い範囲に生成することができる。
さらに、プラズマの分布が不均一であっても、基板を移動させながらプラズマ処理を施すことにより、基板には均一なプラズマ処理が施されることになる。
その結果、基板に対するプラズマ処理が行われる放電室等が配置された領域における減圧状態は、排気部および調節部により均一に保たれる。
以下、本発明の第1の実施形態に係る製膜装置ついて図1から図3を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る製膜装置の概略構成を説明する模式図である。図2は、図1のプロセス室の構成を説明する部分断面視図である。
プロセス室2は、アルミニウムやアルミニウム合金材料などの導電性を有し非磁性または弱磁性を有する材料から形成された部品であって、いわゆるダブルリッジ導波管状に形成されたものである。
一対のリッジ電極21,21は、ダブルリッジ導波管であるプロセス室2におけるリッジ部を構成するものであって、一方のリッジ電極21は他方のリッジ電極21と対向して配置されている。さらに、リッジ電極21には、メッシュやパンチングメタルのように複数の貫通孔が形成されている。
さらに、第1変換器3Aおよび第2変換器3Bは、リッジ導波管の特性を利用して、高周波電力の伝送モードを平行平板モードに変換するものである。
一対のリッジ部31,31の一方、例えば図3における下側のリッジ部31には、第1同軸線4Aにおける内部導体41が電気的に接続されている。一対のリッジ部31,31の他方、例えば図3における上側のリッジ部31には、第1同軸線4Aにおける外部導体42が電気的に接続されている。
第1同軸線4Aには、第1電源5Aおよび第1整合器6Aが電気的に接続して設けられている。その一方で、第2同軸線4Bには、第2電源5Bおよび第2整合器6Bが電気的に接続して設けられている。
内部導体41は、棒状または線状に延びる金属などの導電体から形成されたものである。外部導体42は、内部に内部導体41が配置された円筒状に形成された金属などの導電体から形成されたものである。内部導体41と外部導体42との間には、誘導体(図示せず)が配置されている。
なお、第1同軸線4Aおよび第2同軸線4Bの構成としては、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。
従来の同軸線を用いた給電方法と比較して、13.56MHzではダブルリッジ導波管のサイズが大きくなるため、本発明の特徴をより活用するには30MHz以上が好ましい。一方、更に高い周波数になるに従い、プロセス室2が延びる方向に生じる定在波の影響が顕著になるため、400MHz以下が好ましい。
第1変換器3Aおよび第2変換器3Bに供給された高周波電力は、伝送モードが平行平板モードに変換された後にプロセス室2に伝送される。
なお、電源5としては、公知の高周波電源を用いることができ、特に限定するものではない。
真空容器7は圧力差に耐えう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)や、一般構造用圧延材(JIS規格におけるSS材)などから形成されたものや、リブ材などで補強された構成を用いることができる。
なお、排気部9としては、公知の真空ポンプなどを用いることができ、特に限定するものではない。
ガス供給部10には、ガス供給源10Aと、ガス導入管10Bと、が設けられている。
ガス導入管10Bは、ガス供給源10Aと接続されているとともに、真空容器壁402Aの内部における基板支持台71とプロセス室2との間に配置されたものである。さらに、ガス導入管10Bは、プロセス室2の一対のリッジ電極21,21に向けて母ガスを噴出させるものでもある。
基板Sは、図1に示すように、真空容器7の内部における基板支持台71の上に配置される。その後、排気部9に真空容器7の内部から空気などの気体が排気される。真空容器7の内部と、プロセス室2、第1変換器3Aおよび第2変換器3Bの内部とは、一対のリッジ部31,31に形成された貫通孔を介して通じているため、プロセス室2等の内部からも気体が排気される。
このとき、排気部の排気量を制御して、プロセス室2等の内部、言い換えると、一対のリッジ電極21,21の間は、0.1kPaから10kPa程度の真空状態に保たれている。
第1変換器3Aに供給された高周波電力はプロセス室2に伝送され、一対のリッジ電極21,21の間に電界が形成される。
定在波が移動する範囲や、定在波を移動させる方式(Sin波状、三角波状、階段状等)や位相調整の周期の適正化は、電力の分布や、プラズマからの発光の分布や、プラズマ密度の分布や、製膜された膜に係る特性の分布等に基づいて行われる。膜に係る特性としては、膜厚や、膜質や、太陽電池等の半導体としての特性などを挙げることができる。
その一方で、一対のリッジ電極21,21の間で形成されたSiナノクラスターなど、製膜された膜の品質を低下させるものや、製膜に不要なものは、排気部9により真空容器7の内部から排気される。
製膜装置1によるアモルファスシリコン(a−Si)層の製膜は、以下の条件の下で行われた。
つまり、製膜装置1に供給される母ガスは100%のSiH4であり、母ガスは10SLM(standard liter/min)の流量で供給されている。
真空容器7の内部の圧力は10Paに保たれ、第1電源5Aおよび第2電源5Bから60MHzの高周波電力が一対のリッジ電極21,21に供給されている。
基板Sは、基板支持台71により220℃の温度に保たれている。
さらに、CPM(一定光電流法)測定によるa−Si欠陥密度は、製膜直後の初期段階では、2×1015個/ccであり、光劣化後の段階では7×1015個/ccとなった。
ここで、a−Si太陽電池構造は、ガラス/TCO/p層(B−doped a−SiC:H)/バッファー層(a−SiC:H)/i層(a−Si,250nm/n層(P−doped μc−Si)/裏面電極(ZnO/Ag)である。
a−Si太陽電池の製造直後におけるシングルセル効率である初期効率は10.1%であり、光劣化後の効率は9.4%である。
その結果、母ガス流れの方向を工夫することにより、高品質な膜を製膜することができる。
そのため、基板Sに対して均一なプラズマを広い範囲に生成することができ、高品質な膜を大面積で製膜することができるとともに、高速で製膜することができる。
なお、ガス導入管10Bの配置位置は、図1および図2に示すように、基板Sとリッジ電極21の間であってもよいし、図4に示すように、第1変換器3Aと基板Sとの間、および、第2変換器3Bと基板Sとの間であってもよく、特に限定するものではない。
その後は、上述の実施形態と同様に、Siナノクラスターなどは、リッジ電極21に形成された貫通孔から排気部9により真空容器7の内部から排気され、製膜種は拡散により基板Sへ向かい、基板S上に非晶質シリコンや結晶質シリコン薄膜が形成される。
さらに、ガス導入管10Bは、図5に示すように、第1変換器3Aの内部、および、第2変換器3Bの内部に配置され、一対のリッジ電極2の間に向けて母ガスが噴出される構成であってもよく、特に限定するものではない。
この場合、第1変換器3Aと基板Sとの間、および、第2変換器3Bと基板Sとの間にキャリアガス供給部10Cから供給されたキャリアガスを、それぞれリッジ電極2に向って噴出させるキャリアガス導入管10Dが配置されていることが望ましい。
その後は、上述の実施形態と同様に、Siナノクラスターなどは、リッジ電極21に形成された貫通孔から排気部9により真空容器7の内部から排気され、製膜種は拡散により基板Sへ向かい、基板S上に非晶質シリコンや結晶質シリコン薄膜が形成される。
次に、本発明の第2の実施形態について図6を参照して説明する。
本実施形態の製膜装置の基本構成は、第1の実施形態と同様であるが、第1の実施形態とは、プロセス室、第1変換器および第2変換器の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図6を用いてプロセス室などの周辺のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図6は、本実施形態に係る製膜装置の構成を説明する概略図である。
なお、第1の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
さらに、第1変換器103Aおよび第2変換器103Bは、リッジ導波管の特性を利用して、高周波電力の伝送モードを平行平板モードに変換するものである。
真空窓104は、プロセス室2の内部における真空状態を保つとともに、第1変換器103Aとプロセス室2との間、および、第2変換器103Bとプロセス室2との間における高周波電力の伝送を阻害しないものである。
真空窓104を形成する材料としては石英ガラスなど、真空窓として一般的に用いられる材料から形成されたものを用いることができ、特に限定するものではない。
真空容器107は真空容器107の内部と外部の圧力差に耐えう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)や、一般構造用圧延材(JIS規格におけるSS材)などから形成されたものや、リブ材などで補強された構成を用いることができる。
次に、本発明の第3の実施形態について図7を参照して説明する。
本実施形態の製膜装置の基本構成は、第2の実施形態と同様であるが、第2の実施形態とは、真空容器の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図7を用いて真空容器の構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図7は、本実施形態に係る製膜装置の構成を説明する概略図である。
なお、第2の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
真空容器207は圧力差に耐えう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)や、一般構造用圧延材(JIS規格におけるSS材)などから形成されたものや、リブ材などで補強された構成を用いることができる。
排気調整板209は、真空容器207におけるプロセス室2や基板Sが配置されている領域の圧力条件を均一にするものである。
排気調整板209は、プロセス室2と開口72との間に配置されている。これにより、真空容器207の内部は、開口72と連通する領域(図7の上側の領域)と、プロセス室2や基板Sが配置される領域(図7の下側の領域)とに分割されている。
その結果、基板Sに対するプラズマ処理が行われるプロセス室2等が配置された領域における真空状態は、排気部9および排気調整板209により均一に保つことができる。
次に、本発明の第4の実施形態について図8を参照して説明する。
本実施形態の製膜装置の基本構成は、第2の実施形態と同様であるが、第2の実施形態とは、基板の搬入搬出に関する構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図8を用いて基板の搬入搬出に関する構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図8は、本実施形態に係る製膜装置の構成を説明する概略図である。
なお、第2の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
真空容器307は圧力差に耐えう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)や、一般構造用圧延材(JIS規格におけるSS材)などから形成されたものや、リブ材などで補強された構成を用いることができる。
一対のスリット308,308は、真空容器307の壁面に略長方形状に形成された貫通孔であって、基板Sが搬入または搬出される孔である。
さらに、基板Sの材料として透光性ガラス基板の他に、巻き取りが可能な柔軟性を有する材料を用いることができる。この場合には、本実施形態の製膜装置301を用いてロール・ツー・ロール方式の製膜処理を行うことができる。
例えば、上記の実施の形態においては、この発明をプラズマCVD法による製膜装置に適用して説明したが、この発明は製膜装置に限られることなく、プラズマエッチングなどのプラズマ処理を行う装置など、その他各種の装置に適用できるものである。
2 プロセス室(放電室)
3A,103A 第1変換器(変換部)
3B,103B 第2変換器(変換部)
4A 第1同軸線(同軸線路)
4B 第2同軸線(同軸線路)
5A 第1電源(電源)
5B 第2電源(電源)
7,107,207,307 真空容器(減圧容器)
21 リッジ電極
41 内部導体
42 外部導体
104 真空窓(窓部)
209 排気調整板(調節部)
308 一対のスリット(開口部)
S 基板
Claims (5)
- 互いに対向して配置され、間にプラズマを生成するリッジ電極を有するリッジ導波管からなる放電室と、
前記リッジ電極に向かって前記プラズマの形成に用いられる母ガスを供給するガス供給部と、
前記プラズマによる処理が施される基板を載置する基板支持台と、
少なくとも前記放電室、前記ガス供給部および前記基板支持台を内部に収納する減圧容器と、
前記減圧容器内部の圧力を低減させる排気部と、を有し、
前記減圧容器には、前記排気部と連通する開口が設けられ、前記放電室が前記基板支持台と前記開口との間に挟まれ、
前記放電室には、前記ガス供給部および前記排気部により、前記基板から遠ざかる方向への流れが形成されることを特徴とする真空処理装置。 - 高周波電力を前記放電室に供給する電源と、
内部導体および外部導体からなり、前記電源から前記放電室へ前記高周波電力を導く同軸線路と、
リッジ部を有するリッジ導波管からなり、前記放電室が延びる方向に隣接して配置され、前記同軸線路から前記放電室へ前記高周波電力を導く変換部と、
がさらに設けられ、
前記減圧容器の内部には前記変換部も収納されていることを特徴とする請求項1記載の真空処理装置。 - 高周波電力を前記放電室に供給する電源と、
内部導体および外部導体からなり、前記電源から前記放電室へ前記高周波電力を導く同軸線路と、
リッジ部を有するリッジ導波管からなり、前記放電室が延びる方向に隣接して配置され、前記同軸線路から前記放電室へ前記高周波電力を導く変換部と、
がさらに設けられ、
前記変換部は前記減圧容器の外部に配置され、前記放電室と前記変換部との間には、前記減圧容器の内部の減圧状態を保つ窓部が設けられていることを特徴とする請求項1記載の真空処理装置。 - 前記減圧容器は、前記基板を相対移動可能に配置するとともに、前記基板を前記減圧容器に出入りさせる一対の開口部が設けられていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の真空処理装置。
- 前記減圧容器の内部における、前記放電室と、前記排気部と連通する前記開口と、の間には、前記排気部に排気される流体の流量を調節する調節部が設けられていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の真空処理装置。
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