JP5854921B2 - 太陽電池製造装置および太陽電池の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、太陽電池製造装置および太陽電池の製造方法に関するものである。

近年、アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉという）を単結晶シリコン（以下、ｃ−Ｓｉという）と組み合わせたヘテロ接合型太陽電池が２０％を超える高い変換効率を実現しており、注目を集めている。この太陽電池の特徴は、導電性の異なるａ−Ｓｉとｃ−Ｓｉ（たとえばｐ型のａ−Ｓｉとｎ型のｃ−Ｓｉ）で形成される接合部に、ドーパントのないｉ型ａ−Ｓｉ膜（パッシベーション層）を薄く（膜厚〜５．０ｎｍ）挿入することにある。これによって、光学的バンドギャップの大きいｉ型ａ−Ｓｉ層がヘテロ界面で急峻な接合を形成すると同時に、ドーパント材料（ボロンやリンなど）が相互に混入することを防ぎ、ヘテロ接合界面でのキャリアの再結合を低減して、より高い開放電圧（Ｖ_oc）を実現する。

このようなヘテロ接合太陽電池を実現する上で、上記のパッシベーション層（ｉ型ａ−Ｓｉ膜）を製膜するプロセスの役割は非常に重要であり、高品質なｉ型ａ−Ｓｉ膜をｃ−Ｓｉ上に、目標とする膜厚で高精度に形成する技術が望まれている。これは、パッシベーション層の厚さが最適値に対して過剰な場合には、セル内における直列電気抵抗成分が増大することによって、曲線因子（ＦＦ）が低下してしまい、逆に、パッシベーション層の厚さが最適値に対して不足する場合には、パッシベーション効果が不十分となり、Ｖ_ocが減少してしまうからである。そのため、ヘテロ接合太陽電池において、高い発電効率を複数の製膜ロット間で安定に実現するためには、パッシベーション層の膜厚ばらつきを±０．２５ｎｍ以下（目標値に対して±５．０％以下）に抑えることが要求される。

ところで、従来では、基体上への薄膜形成中にその膜厚を計測することができる薄膜製造装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この特許文献１には、チャンバ内に基体保持具を有し、基体保持具に保持された基体上に薄膜を形成する薄膜製造装置で、薄膜形成中に生じる基体保持具と基体の総重量変化を測定する秤を設けた構造を有するものが開示されている。そして、この薄膜製造装置では、製膜中の質量をモニタすることで、基体および基体保持具への総膜付着量を把握し、目標とする膜厚（膜付着量）の薄膜を得ることができる。

特開平８−８１９１号公報

上記従来の技術のように、基体保持具を含めた基体の総質量を測定し、膜付着量をモニタする方法は、ヘテロ接合型太陽電池セルにおけるａ−Ｓｉ膜（パッシベーション層やドーピング層）の製造においても有効と考えられる。しかしながら、ヘテロ接合型太陽電池セルで製膜されるａ−Ｓｉ膜の厚さは〜５．０ｎｍと非常に薄く、たとえば１６５ｍｍ角の基板１枚あたりの質量に換算すると数百μｇである。これに対し、基体保持具はメータ角の大きさを有しており、質量も数十ｋｇあるのが一般的である。また、９〜１６枚程度の基板を並べて同時処理できるようにチャンバもメータ角の大きさを有している。このように、基体保持具の質量は基板への膜付着量に比べて約７桁も高くなっている。すなわち、特許文献１に記載の薄膜製造装置の構成でａ−Ｓｉ膜の膜厚（膜付着量）を管理しようとした場合、膜付着量は基体保持具の質量の測定誤差に埋もれてしまい、精度良く制御することができないという問題点があった。また、膜付着量が目標値に対してずれた場合にフィードバックする機構が設けられておらず、高い膜厚安定性が得られないという問題点もあった。

この発明は、上記に鑑みてなされたもので、複数枚の基板を並べて同時処理可能な太陽電池製造装置において、基板に付着した半導体膜の膜厚を精度良く測定することができる太陽電池製造装置および太陽電池の製造方法を得ることを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかる太陽電池製造装置は、チャンバと、前記チャンバ内で半導体基板を保持する基板保持手段と、前記チャンバ内で前記半導体基板上に半導体膜を形成する薄膜形成手段と、前記基板保持手段に設けられる厚さ方向に貫通する孔部に設けられ、前記半導体基板を前記基板保持手段に接触しない状態で支持する複数の基板支持部材と、前記基板支持部材にかかる荷重を検出して前記半導体基板の質量を測定する質量測定手段と、前記質量測定手段で、前記半導体基板の製膜前の基準質量と、製膜後の質量と、を測定する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記半導体基板に付着した前記半導体膜の質量と、前記半導体基板の表面に付着した前記半導体膜の厚さとの対応関係を示す質量−膜厚対応情報を用いて、前記質量測定手段で測定された前記製膜前の基準質量と前記製膜後の質量との差に対応する、前記半導体基板に堆積した前記半導体膜の推定膜厚値を求め、前記半導体膜の前記推定膜厚値が目標膜厚値に比して小さい場合に、前記目標膜厚値と前記推定膜厚値との差と、前記薄膜形成手段による製膜速度と、を用いて不足膜厚分の製膜時間を算出し、前記不足膜厚分の製膜時間だけ前記薄膜形成手段による前記半導体膜の追加の製膜処理を実行することを特徴とする。

この発明によれば、基板支持部材に支持された半導体基板の製膜前後の質量を質量測定手段で測定するようにしたので、メータ角サイズの複数の基板に半導体膜を製造する場合でも、複数枚の基板を並べて同時処理可能な太陽電池製造装置でも、基板に付着した半導体膜の膜厚を精度良く測定することができるという効果を有する。

図１は、この発明の実施の形態１による太陽電池製造装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。 図２は、実施の形態１による基板保持機構の構成を模式的に示す上面図である。 図３は、質量−膜厚対応情報の一例を示す図である。 図４は、実施の形態１による太陽電池の製造方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。 図５−１は、実施の形態１による太陽電池製造装置での製膜処理時の一例を示す断面図である。 図５−２は、実施の形態１による太陽電池製造装置での質量測定処理時の一例を示す断面図である。 図６は、太陽電池製造装置で製造される両面ヘテロ接合太陽電池の構成の一例を模式的に示す断面図である。 図７は、実施の形態１による太陽電池製造装置と従来の太陽電池製造装置で半導体膜を製膜した際の膜厚の測定値を示す図である。 図８は、この発明の実施の形態２による太陽電池製造装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。 図９は、プラズマ照射時間−エッチング量対応情報の一例を示す図である。 図１０は、実施の形態２による太陽電池の製造方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。 図１１は、実施の形態２による太陽電池製造装置での質量測定処理時の一例を示す断面図である。 図１２は、実施の形態１，２による太陽電池製造装置で半導体膜を製膜した際の膜厚の測定値を示す図である。 図１３は、実施の形態２による太陽電池製造装置と従来の太陽電池製造装置で半導体膜を形成した場合の発電効率の結果の一例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる太陽電池製造装置および太陽電池の製造方法を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による太陽電池製造装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。なお、ここでは、太陽電池製造装置として、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置を例に挙げる。太陽電池製造装置１０は、気密に構成されたチャンバ１１内の底面上に支持部材１４を介して配置された基板保持手段である基板ステージ１２を有する。基板ステージ１２上には、処理対象のｃ−Ｓｉ基板（以下、単に基板ともいう）１１１が配置される基板トレイ１３が設けられる。基板トレイ１３は、基板１１１を所定の位置に配置した状態で搬送可能な構成を有する。また、基板トレイ１３は、複数の基板１１１を配置することができる。

基板トレイ１３の上方には、基板トレイ１３の基板載置面と略平行にシャワーヘッド１７が設けられる。図示していないが、このシャワーヘッド１７は、チャンバ１１の内面に絶縁部材を介して支持される構造となっている。シャワーヘッド１７には、高周波電力を供給する給電線４１が接続されており、この給電線４１にブロッキングコンデンサ４２、整合器４３および高周波電源４４が接続されている。製膜中には高周波電源４４から所定の周波数の高周波電力がシャワーヘッド１７に供給される。

チャンバ１１の上面には、ガス供給口２１が設けられており、このガス供給口２１には配管２２を介して原料ガス供給部２３が接続されている。ここで、ａ−Ｓｉ膜を製膜する場合には、原料ガス供給部２３はたとえばシランガスを原料ガスとして保持する。配管２２には原料ガス供給部２３からの原料ガスのオン／オフを切り替えるガスバルブ２４や、原料ガスの流量を制御する図示しないマスフローコントローラなどが設けられる。また、チャンバ１１の下方（ここでは、底面）にはガス排気口１８が設けられており、図示しない真空ポンプなどの排気手段によってチャンバ１１内のガスが排気される。

この実施の形態１による太陽電池製造装置１０の基板ステージ１２と基板トレイ１３には、基板トレイ１３中央付近に載置される基板１１１の質量を計測することができる質量計測機構を備えている。図２は、実施の形態１による基板保持機構の構成を模式的に示す上面図であり、（ａ）は、基板ステージの上面図であり、（ｂ）は、基板トレイの上面図である。基板ステージ１２の中央付近には、基板ステージ１２の厚さ方向に貫通する複数の貫通孔１２ａが設けられている。また、この基板ステージ１２の貫通孔１２ａに対応する基板トレイ１３の位置にも、厚さ方向に貫通する複数の貫通孔１３ａが設けられている。そして、これらの貫通孔１２ａ，１３ａの形成位置には、基板支持部材であるリフトピン１６が挿入され、その下部は伸縮アーム１５によって支持部材１４に支持されている。基板トレイ１３の貫通孔１３ａと基板ステージ１２の貫通孔１２ａの中心位置は一致しており、リフトピン１６の上下動作に支障をきたさない構造となっている。製膜時にはリフトピン１６の上端が基板トレイ１３の上面と一致するように伸縮アーム１５が縮み、質量測定時には伸縮アーム１５が伸びるように構成される。ここでは、リフトピン１６（基板ステージ１２と基板トレイ１３の貫通孔）の数は、４個である場合を示しているが、基板１１１を支持することができる個数であれば個数に制限はない。

支持部材１４には、リフトピン１６に接続される伸縮アーム１５にかかる荷重を測定するロードセルなどの質量測定器３１が設けられている。リフトピン１６上に載せられた基板１１１が伸縮アーム１５を介して質量測定器３１にかける荷重を検出することによって、リフトピン１６上の基板１１１の質量を精密に測ることができる。質量測定器３１は、チャンバ１１外部の制御部３２に接続されており、測定した基板１１１の質量の値を測定値データとして制御部３２に出力する。なお、この実施の形態１では、計測する質量は、処理対象となる１枚の基板１１１のみであり、基板１１１を保持する部材などは含まれないので、従来例に比して測定する薄膜の付着量を精確に測定することが可能になる。

制御部３２は、太陽電池製造装置１０での製膜処理を制御する。具体的には、予め定められた時間の間ａ−Ｓｉ膜の製膜を行った後、質量測定器３１からの測定値データを用いて基板１１１上に製膜されたａ−Ｓｉ膜の膜厚を計算によって求め、目的とする膜厚に到達しているかを判定する。目的とする膜厚に到達している場合には、処理を終了し、目的とする膜厚に到達していない場合には、現在の膜厚から目的とする膜厚にするまでに必要な製膜処理時間を計算し、再び製膜処理を実行する。そして、目的とする膜厚に到達するまで、このような処理が繰り返し実行されることになる。このような処理を実行するのに、制御部３２は、質量測定部３２１と、質量記憶部３２２と、製膜時間算出部３２３と、質量−膜厚対応情報格納部３２４と、製膜処理部３２５と、を有する。

質量測定部３２１は、製膜処理の前後で基板１１１の質量を測定する処理を行う。たとえば、質量測定時には伸縮アーム１５を伸ばし、リフトピン１６に支持された基板１１１の質量を質量測定器３１で測定する処理を実行する。これによって、基板１１１上に形成された半導体膜の膜厚がインラインで高精度に把握される。

質量記憶部３２２は、質量測定部３２１によって質量測定処理が実行された際の質量測定器３１で検出された質量の測定値データを記憶する。製膜前に測定された質量を初期質量といい、製膜後に測定された質量を製膜後質量というものとする。なお、ここでは、初期質量と製膜後質量の２つを記憶するようにしているが、初期質量のみを記憶する構成としてもよい。

製膜時間算出部３２３は、半導体膜（ａ−Ｓｉ膜）を目標とする膜厚値（以下、目標膜厚値という）にするための製膜時間を、現在の推定される半導体膜の膜厚値（以下、推定膜厚値という）と目標膜厚値と製膜速度とを用いて算出する。具体的には、質量記憶部３２２の製膜後質量と初期質量との差分から製膜によって基板１１１表面に付着した半導体膜の質量を定量化し、質量−膜厚対応情報格納部３２４中の質量−膜厚対応情報を用いて算出した質量に対応する半導体膜の膜厚を求め、これを推定膜厚値とする。そして、目標膜厚値と推定膜厚値との差を算出する。これによって、基板１１１上に形成された半導体膜の目標値とのずれがインラインで高精度に把握される。そして、この差が所定の範囲内であれば製膜時間を０、すなわち製膜完了とし、この差が所定の範囲を超えて大きい場合には、その差を製膜速度で割って得られる値を製膜時間とし、製膜処理部３２５に渡す。なお、製膜処理を行なっていない場合には、たとえば目標膜厚値の半導体膜を形成するための製膜時間を予め設定しておき、この設定された製膜時間を製膜処理部３２５に渡すようにすることができる。

質量−膜厚対応情報格納部３２４は、製膜対象である基板１１１に半導体膜を形成した場合の基板１１１に付着した半導体膜の質量と膜厚との間の関係を示す質量−膜厚対応情報を格納する。図３は、質量−膜厚対応情報の一例を示す図である。この図において、横軸は、基板１１１に付着した半導体膜の質量（μｇ）であり、縦軸は、基板１１１に付着した半導体膜の厚さ（ｎｍ）である。この質量−膜厚対応情報は、形成した半導体膜をエリプソメトリで測定して得られる膜厚値と、そのときの半導体膜の質量値との組み合わせを複数予め実験によって求めることで得られる。

製膜処理部３２５は、リフトピン１６に接続されている伸縮アーム１５を縮めて製膜時の状態とし、チャンバ１１内を所定の真空度にして、原料ガスをチャンバ１１内に供給するとともに、シャワーヘッド１７に高周波電力を印加して原料ガスをプラズマ化し、製膜する製膜処理を行う。なお、最初に基板１１１上に製膜を行うときは予め設定された製膜時間だけ製膜処理を行ない、基板１１１上の半導体膜上に重ねて２度目以降の製膜を行うときは製膜時間算出部３２３によって算出された成膜時間だけ製膜処理を行う。

このように、製膜時にはリフトピン１６を下げておくようにしたので、半導体膜がリフトピン１６の側面などに付着することがなく、基板１１１にのみ付着することになる。その結果、質量測定器３１で測定される半導体膜の質量は、基板１１１に付着した分のみとすることができる。

つぎに、このような太陽電池製造装置１０における太陽電池の製膜方法について説明する。図４は、実施の形態１による太陽電池の製造方法の処理手順の一例を示すフローチャートであり、図５−１は、実施の形態１による太陽電池製造装置での製膜処理時の一例を示す断面図であり、図５−２は、実施の形態１による太陽電池製造装置での質量測定処理時の一例を示す断面図である。また、図６は、太陽電池製造装置で製造される両面ヘテロ接合太陽電池の構成の一例を模式的に示す断面図である。なお、図６において、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる場合がある。

最初に、図６を参照して太陽電池製造装置１０で製造する両面ヘテロ接合太陽電池の構造について説明する。両面ヘテロ接合太陽電池１００は、第１導電型ｃ−Ｓｉ基板１１１の受光面となる第１の面上に、主たる発電層となり、実質的に真性なｉ型ａ−Ｓｉ層１１２と、第２導電型ａ−Ｓｉ層１１３と、透明導電性材料からなる第１透明導電層１１４と、が積層された構造を有する。つまり、この両面ヘテロ接合太陽電池１００は、ｐｎ接合特性を改善するために第１導電型ｃ−Ｓｉ基板１１１と第２導電型ａ−Ｓｉ層１１３との間にｉ型ａ−Ｓｉ層１１２を設けたヘテロ接合を有する。また、このｉ型ａ−Ｓｉ層１１２は、第１導電型ｃ−Ｓｉ基板１１１に含まれる第１導電型の不純物と第２導電型ａ−Ｓｉ層１１３に含まれる第２導電型の不純物とが相互に拡散することを抑制するパッシベーション機能も有する。第１透明導電層１１４上には、櫛型の第１集電極１１５が形成されている。

また、第１導電型ｃ−Ｓｉ基板１１１の第１の面に対向する第２の面上には、ＢＳＦ（Back Surface Field）層１１６と、透明導電性材料からなる第２透明導電層１１７と、が積層されている。ＢＳＦ層１１６は、第１導電型ｃ−Ｓｉ基板１１１上に、ｉ型ａ−Ｓｉ層１１６１と、第１導電型Ｓｉ層１１６２とが順に積層されたＢＳＦ構造を有し、これによって、第１導電型ｃ−Ｓｉ基板１１１内の第２透明導電層１１７側でのキャリアの再結合が防止される。第２透明導電層１１７上にも第２集電極１１８が形成されている。

このような両面ヘテロ接合太陽電池１００で、ｉ型ａ−Ｓｉ層１１２の膜厚は５ｎｍ程度に精密に制御することが求められている。そこで、この実施の形態１では、図６のｉ型ａ−Ｓｉ層１１２である半導体膜を製膜する太陽電池製造装置１０と太陽電池の製造方法について説明する。

まず、基板トレイ１３上の所定の位置に基板１１１を配置し（ステップＳ１１）、基板トレイ１３をチャンバ１１内に搬送し、基板トレイ１３を基板ステージ１２上に配置する。このとき、基板ステージ１２の貫通孔１２ａと基板トレイ１３の貫通孔１３ａの位置が一致するように位置合わせを行う。このとき、基板トレイ１３上に配置した１つの基板（この例では、基板トレイ１３の中央の基板１１１）は、リフトピン１６の配置位置上に配置される。ついで、チャンバ１１内を真空ポンプなどの排気手段によって排気し（ステップＳ１２）、所定の真空度にする。その後、制御部３２の質量測定部３２１は基板１１１の質量測定処理を行なう。具体的には、質量測定器３１は、リフトピン１６上に配置された基板１１１の質量を測定し（ステップＳ１３）、その値を測定値データとして制御部３２に出力し、質量記憶部３２２では受け取った測定値データを初期質量として記憶する（ステップＳ１４）。

ついで、製膜処理部３２５による製膜処理が行われる（ステップＳ１５、図５−１）。図５−１に示されるように、リフトピン１６の上端が基板トレイ１３の上面と一致するように伸縮アーム１５をたたんだ状態とする。ついで、原料ガス供給部２３からの原料ガス（たとえばシランガス）２３１を配管２２を通してチャンバ１１に送りこみ、シャワーヘッド１７を介して基板１１１上に分散供給する。原料ガス２３１を供給している際に、基板ステージ１２を接地し、シャワーヘッド１７に高周波電源４４から高周波電力を印加することによって、原料ガスプラズマ２３２が生成され、基板１１１上に半導体膜（ａ−Ｓｉ層１１２）が形成される。この状態を予め設定された製膜時間、すなわち目標膜厚値に対応する製膜時間、維持する。予め設定した製膜時間が経過した後、シャワーヘッド１７への高周波電力の供給を止めて原料ガスプラズマ２３２を消滅させる。さらに、チャンバ１１内への原料ガス２３１の供給を停止し、ガス排気口１８を介してチャンバ１１内を真空引きし、製膜処理を終了させる。

その後、質量測定部３２１は、質量計測処理を実行する（ステップＳ１６、図５−２）。図５−２に示されるように、質量計測処理では、伸縮アーム１５を伸ばし、リフトピン１６を上昇させ、半導体膜が形成された基板１１１を持ち上げ、質量測定器３１によって基板１１１の質量を測定する。そして、質量測定器３１は、この測定した質量を測定値データとして制御部３２に出力し、制御部３２は、受け取った測定値データを製膜後質量として取得する（ステップＳ１７）。このとき、製膜後質量を質量記憶部３２２に記憶してもよい。

ついで、制御部３２は、製膜後質量と初期質量とを用いて形成された半導体膜の質量を演算し（ステップＳ１８）、この半導体膜の質量から質量−膜厚対応情報を用いて、対応する半導体膜の膜厚を取得する（ステップＳ１９）。半導体膜の膜厚の求め方は、製膜後質量と初期質量との差を計算し、基板１１１表面に付着している半導体膜の質量を定量化する。そして、この半導体膜の質量から図３の質量−膜厚対応情報を用いて半導体膜の膜厚を推定する。

ついで、制御部３２の製膜時間算出部３２３は、半導体膜の推定膜厚値を予め設定された目標膜厚値と比較し、推定膜厚値が目標膜厚値に対して所定の範囲内に収まっているかを判定する（ステップＳ２０）。所定の範囲内として、たとえば目標膜厚値に対して±５．０％の範囲とすることができる。推定膜厚値が目標膜厚値に対して所定の範囲内に収まっていない場合、ここでは推定膜厚値が目標膜厚値に比して所定の範囲を超えて小さい場合（ステップＳ２０でＮｏの場合）には、製膜時間算出部３２３は、不足分に相当する膜厚値を計算し、不足分を補うのに必要な製膜時間を算出する（ステップＳ２１）。たとえば、目標膜厚値と推定膜厚値との差を計算し、その差を製膜処理時の製膜速度で割ることによって製膜時間を求めることができる。その後、制御部３２は、ステップＳ１５に戻り、ステップＳ２１で算出された製膜時間の間製膜処理を行う。その後は、上記した処理が行われる。

一方、推定膜厚値が目標膜厚値に対して所定の範囲内に収まっている場合（ステップＳ２０でＹｅｓの場合）には、基板１１１には半導体膜が目標膜厚値の厚さだけ付着していることになり、チャンバ１１内の基板１１１を搬出する処理が行われる（ステップＳ２２）。つまり、推定膜厚値が目標膜厚値に到達するまで、上記した処理を繰り返し実行する。以上によって、太陽電池の製造方法が終了する。

図７は、実施の形態１による太陽電池製造装置と従来の太陽電池製造装置で半導体膜を製膜した際の膜厚の測定値を示す図である。この図で、横軸は、半導体膜の製膜回数（ロット数）を示し、縦軸は、基板１１１に形成された半導体膜の膜厚（ｎｍ）を示している。ここでは、上記した太陽電池製造装置１０で半導体膜を９枚連続で製膜し、エリプソメトリによって測定した実際の膜厚である測定値を黒塗りの三角印で示している。また、比較例として、特許文献１に記載の方法で半導体膜を同様に９枚連続で製膜し、エリプソメトリによって測定した実際の膜厚である測定値を黒塗りの丸印で示している。なお、ここでは、同一条件で、目標膜厚値を５．０ｎｍとして製膜を行っている。この図７に示されるように、比較例では、膜厚のばらつきがＭａｘ−Ｍｉｎで±１３．２％となっているが、実施の形態１による方法では、膜厚のばらつきが±６．７％にまで低減できている。

実施の形態１では、製膜前後に基板１１１の質量を測定することで、基板１１１の表面に付着した半導体膜の膜厚値を推定し、目標膜厚値に対して不足している場合には、不足分の膜厚値を見積もり、追加製膜を実施するようにした。これによって、メータ角サイズの基板１１１上に半導体膜を製膜する場合に、異なる複数の製膜ロット間での膜厚ばらつきを従来の約１／２まで抑え、製膜する膜厚を安定化させたプロセスを実現することができるという効果を有する。特に、太陽電池用のシリコン基板の上に、数ｎｍのシリコン膜を形成する場合でも付着量を精度よく測定できる。そして、シリコン基板の上に膜厚が制御された導電性のシリコン膜を形成することで、太陽電池を製造する際の性能のばらつきを大幅に抑制でき、歩留まりを向上させることができる。

また、実施の形態１による方法では、基板１１１の質量のみを測定し、基板トレイ１３などの基板保持部材の質量については測定対象とはなっていない。そのため、特許文献１で問題となっていた、膜付着量は基体保持部材の質量の測定誤差に埋もれてしまうことを避けることができる。その結果、膜付着量を精度良く制御することができるという効果も有する。

実施の形態２．
実施の形態１では、質量計測器で計測された質量から求めた推定膜厚値が目標膜厚値以下である場合の処理について説明したが、推定膜厚値が目標膜厚値を超える場合もある。そこで、実施の形態２では、推定膜厚値が目標膜厚値を超える場合の太陽電池製造装置および太陽電池の製膜方法について説明する。

図８は、この発明の実施の形態２による太陽電池製造装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。なお、ここでも、太陽電池製造装置として、プラズマＣＶＤ装置を例に挙げる。この太陽電池製造装置１０Ａは、実施の形態１の太陽電池製造装置１０において、ガス供給口２１に接続される配管２２に、エッチングガス供給部２５がさらに設けられる構成となっている。半導体膜としてａ−Ｓｉ膜を用いる場合には、エッチングガスとして水素ガスを用いることができる。このエッチングガス供給部２５に接続される配管２２にもエッチングガス供給部２５からのエッチングガスのオン／オフを切り替えるガスバルブ２４や、エッチングガスの流量を制御する図示しないマスフローコントローラなどが設けられる。また、制御部３２は、プラズマ照射時間−エッチング量対応情報格納部３２６と、エッチング時間算出部３２７と、エッチング処理部３２８と、をさらに有する。

プラズマ照射時間−エッチング量対応情報格納部３２６は、半導体膜（ａ−Ｓｉ層１１２）をエッチングガス（水素ガス）でエッチングした際のエッチング時間とエッチング量との関係を示すプラズマ照射時間−エッチング量対応情報を格納する。図９は、プラズマ照射時間−エッチング量対応情報の一例を示す図である。この図において、横軸は、エッチングガス（ここでは水素）のプラズマ照射時間（ｓ）であり、縦軸は、半導体膜の削れ量（エッチング量）（ｎｍ）である。このプラズマ照射時間−エッチング量対応情報は、予め実験によって求められるものである。

エッチング時間算出部３２７は、推定膜厚値が目標膜厚値を超えた場合に、超えた分の膜厚を除去するのに必要なエッチング時間を算出する。具体的には、質量記憶部３２２の製膜後質量と初期質量との差分から製膜によって基板１１１表面に付着した半導体膜の質量を定量化し、質量−膜厚対応情報格納部３２４中の質量−膜厚対応情報を用いて算出した質量に対応する半導体膜の膜厚を求め、これを推定膜厚値とする。そして、目標膜厚値と推定膜厚値との差を算出し、推定膜厚値が目標膜厚値よりも所定の範囲を超えて大きい場合には、推定膜厚値と目標膜厚値との差を過剰分の膜厚値とし、この膜厚値に対応する水素プラズマ照射時間を、プラズマ照射時間−エッチング量対応情報から取得する。そして、この取得した時間をエッチング時間とし、エッチング処理部３２８に渡す。

エッチング処理部３２８は、エッチング時間算出部３２７から取得したエッチング時間だけ、基板１１１をエッチングする処理を実行するように制御する。なお、実施の形態１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。

つぎに、このような太陽電池製造装置１０Ａにおける太陽電池の製造方法について説明する。図１０は、実施の形態２による太陽電池の製造方法の処理手順の一例を示すフローチャートであり、図１１は、実施の形態２による太陽電池製造装置での質量測定処理時の一例を示す断面図である。

実施の形態１の図４のステップＳ１１〜Ｓ２０で説明したように、チャンバ１１内に基板１１１を搬送し、リフトピン１６が位置する基板１１１の質量を計測した後、基板１１１上に半導体膜を製膜し、リフトピン１６が位置する基板１１１の質量を計測し、その計測結果に基づいて基板１１１に形成された半導体膜の推定膜厚値が目標膜厚値に対して所定の範囲内に収まっているかを判定する（ステップＳ３１〜Ｓ４０、図１１）。なお、この処理については、実施の形態１で説明したので、その説明を省略する。

推定膜厚値が目標膜厚値に対して所定の範囲内を超えて大きい場合（ステップＳ４０でＮｏの場合）には、エッチング時間算出部３２７は、過剰分に相当する膜厚値を計算し、過剰分を除去するのに必要なエッチング時間を算出する（ステップＳ４１）。たとえば、エッチング時間算出部３２７は、半導体膜の推定膜厚値と目標膜厚値との差を計算し、その差に対応するエッチング時間をプラズマ照射時間−エッチング量対応情報から求める。そして、このエッチング時間をエッチング処理部３２８に渡す。

ついで、制御部３２のエッチング処理部３２８は、求められたエッチング時間の間、基板１１１に形成した半導体膜のエッチング処理を行う（ステップＳ４２、図８）。図８に示されるように、エッチングガス供給部２５からのエッチングガス２５１（たとえば水素ガス）を配管２２を通してチャンバ１１に送りこみ、シャワーヘッド１７を介して基板１１１上に分散供給する。エッチングガス２５１を供給している際に、基板ステージ１２を接地し、シャワーヘッド１７には高周波電源４４から高周波電力を印加することによって、エッチングガスプラズマ２５２が生成され、基板１１１上の半導体膜の表面をエッチングする。算定されたエッチング時間が経過した後、シャワーヘッド１７への高周波電力の供給を止めてエッチングガスプラズマ２５２を消滅させる。さらに、チャンバ１１内へのエッチングガス２５１の供給を停止し、ガス排気口１８を介してチャンバ１１内を真空引きしてエッチング処理を終了する。その後、ステップＳ３６（図１０）に処理が戻る。

一方、ステップＳ４０で、推定膜厚値が目標膜厚値に対して所定の範囲内に収まっている場合（ステップＳ４０でＹｅｓの場合）には、基板１１１には半導体膜が目標値の厚さだけ付着していることになり、チャンバ１１内の基板１１１を搬出する処理が行われる（ステップＳ４３）。つまり、推定膜厚値が目標膜厚値に到達するまで、上記した処理を繰り返し実行する。以上によって、太陽電池の製造方法が終了する。

なお、ここでは、推定膜厚値が目標膜厚値から所定の範囲を超えて大きい場合に、過剰な膜厚分だけエッチングで除去する場合を説明しているが、実施の形態１の方法と組み合わせて、推定膜厚値が目標膜厚値から所定の範囲を超えて小さい場合には、実施の形態１の方法によって不足分の膜厚の半導体膜を形成し、逆に大きい場合には、実施の形態２の方法によって過剰分の膜厚の半導体膜を除去することによって、さらに精度の高い半導体膜の膜厚制御を行うことができる。

図１２は、実施の形態１，２による太陽電池製造装置で半導体膜を製膜した際の膜厚の測定値を示す図である。この図で、横軸は、半導体膜の製膜回数（ロット数）を示し、縦軸は半導体膜の膜厚（ｎｍ）を示している。ここでは、実施の形態２で説明した太陽電池製造装置１０Ａで半導体膜を９枚連続で製膜し、エリプソメトリによって測定した実際の膜厚である測定値を黒塗りの四角印で示している。また、この図には、実施の形態１で説明した太陽電池製造装置１０で半導体膜を同様に９枚連続で製膜し、エリプソメトリによって測定した実際の膜厚である測定値を黒塗りの三角印で示している。なお、ここでは、同一条件で、目標膜厚を５．０ｎｍとして製膜を行っている。この図１２に示されるように、実施の形態１では、膜厚のばらつきがＭａｘ−Ｍｉｎで±６．７％となっているが、実施の形態２による方法では、膜厚のばらつきが±３．０％にまで低減できている。

つぎに、実施の形態２の太陽電池製造装置１０Ａでｉ型ａ−Ｓｉ層１１２を形成した両面ヘテロ接合太陽電池と、従来の方法でｉ型ａ−Ｓｉ層１１２を形成した両面ヘテロ接合太陽電池の発電効率の比較について説明する。図１３は、実施の形態２による太陽電池製造装置と従来の太陽電池製造装置で半導体膜を形成した場合の発電効率の結果の一例を示す図である。この図で、横軸は、半導体膜の製膜回数（ロット数）を示し、縦軸は、得られた太陽電池の発電効率を示している。また、この図では、それぞれの場合の発電効率について、最も高い発電効率で規格化している。さらに、実施の形態２による太陽電池製造装置１０Ａでｉ型ａ−Ｓｉ層１１２を９枚連続で製膜した両面ヘテロ接合太陽電池の発電効率を黒塗りの四角印で示している。また、比較例として、特許文献１に記載の方法でｉ型ａ−Ｓｉ層１１２を同様に９枚連続で製膜した両面ヘテロ接合太陽電池の発電効率を黒塗りの丸印で示している。この図１３に示されるように、比較例では、発電効率のロット間のばらつきがＭａｘ−Ｍｉｎで±６．０％となっているが、実施の形態２による方法では、発電効率のロット間のばらつきが±１．７％にまで低減できている。

実施の形態２では、製膜前後に基板１１１の質量を測定することで、基板１１１の表面に付着した半導体膜の膜厚値を推定し、目標値に対して過剰となっている場合には、過剰分の膜厚値を見積もり、エッチング処理を実施するようにした。これによって、メータ角サイズの基板１１１上に半導体膜を製膜する場合に、異なる複数の製膜ロット間での膜厚ばらつきを実施の形態１の場合に比して１／２以下まで抑え、製膜する膜厚を安定化させたプロセスを実現することができるという効果を有する。また、半導体膜のロット間のばらつきを抑えることができるので、この半導体膜をｉ型ａ−Ｓｉ層１１２として使用した両面ヘテロ接合太陽電池を製造する場合には、特許文献１の場合に比して高い発電効率の太陽電池を安定して得ることができるという効果も有する。

なお、上述した説明では質量測定器３１をチャンバ１１内の支持部材１４に設け、リフトピン１６を上下させる構造を示したが、基板トレイ１３を設置する基板ステージ１２などの下にリフトピン１６を有する質量測定器３１を配置し、質量測定器３１ごと上下に移動する機構を備えるようにしてもよい。つまり、リフトピン１６を上下に移動させる伸縮アーム１５が質量測定器３１の下にあってもよい。このような方法でも、上記と同様にシリコン基板の重量変化を精度良く測定することができる。

また、上述した説明ではチャンバ１１（製膜室）に質量測定器３１を設けたが、製膜室に連続する真空容器を設け、この真空容器内で同様な質量測定を行ってもよい。たとえば、チャンバ１１を真空に保ったままチャンバ１１に基板トレイ１３を搬送するための基板搬送室に質量測定器３１を設けて質量測定を行ってもよい。さらに、膜のエッチングを、製膜を行うチャンバ１１（製膜室）とは別の処理室で行ってもよい。

また、上記した説明では、太陽電池製造装置として、プラズマＣＶＤ装置を例に挙げて説明しているが、これに限定されるものではない。たとえばスパッタ装置など他の太陽電池を構成する半導体膜を形成する製膜装置でも、上記した構成を適用することで、同様の効果を得ることができる。

１０，１０Ａ 太陽電池製造装置
１１ チャンバ
１２ 基板ステージ
１２ａ，１３ａ 貫通孔
１３ 基板トレイ
１４ 支持部材
１５ 伸縮アーム
１６ リフトピン
１７ シャワーヘッド
１８ ガス排気口
２１ ガス供給口
２２ 配管
２３ 原料ガス供給部
２４ ガスバルブ
２５ エッチングガス供給部
３１ 質量測定器
３２ 制御部
４１ 給電線
４２ ブロッキングコンデンサ
４３ 整合器
４４ 高周波電源
１００ 両面ヘテロ接合太陽電池
１１１ ｃ−Ｓｉ基板
１１２ ｉ型ａ−Ｓｉ層
１１３ 第２導電型ａ−Ｓｉ層
１１４ 透明導電層
１１５，１１８ 集電極
１１６ ＢＳＦ層
１１７ 透明導電層
３２１ 質量測定部
３２２ 質量記憶部
３２３ 製膜時間算出部
３２４ 質量−膜厚対応情報格納部
３２５ 製膜処理部
３２６ プラズマ照射時間−エッチング量対応情報格納部
３２７ エッチング時間算出部
３２８ エッチング処理部
１１６１ ｉ型ａ−Ｓｉ層
１１６２ 第１導電型Ｓｉ層

Claims (4)

1. チャンバと、
   前記チャンバ内で半導体基板を保持する基板保持手段と、
   前記チャンバ内で前記半導体基板上に半導体膜を形成する薄膜形成手段と、
   前記基板保持手段に設けられる厚さ方向に貫通する孔部に設けられ、前記半導体基板を前記基板保持手段に接触しない状態で支持する複数の基板支持部材と、
   前記基板支持部材にかかる荷重を検出して前記半導体基板の質量を測定する質量測定手段と、
   前記質量測定手段で、前記半導体基板の製膜前の基準質量と、製膜後の質量と、を測定する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記半導体基板に付着した前記半導体膜の質量と、前記半導体基板の表面に付着した前記半導体膜の厚さとの対応関係を示す質量−膜厚対応情報を用いて、前記質量測定手段で測定された前記製膜前の基準質量と前記製膜後の質量との差に対応する、前記半導体基板に堆積した前記半導体膜の推定膜厚値を求め、前記半導体膜の前記推定膜厚値が目標膜厚値に比して小さい場合に、前記目標膜厚値と前記推定膜厚値との差と、前記薄膜形成手段による製膜速度と、を用いて不足膜厚分の製膜時間を算出し、前記不足膜厚分の製膜時間だけ前記薄膜形成手段による前記半導体膜の追加の製膜処理を実行することを特徴とする太陽電池製造装置。
2. 前記半導体膜をエッチングするエッチング手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記半導体膜の推定膜厚値が目標膜厚値に比して大きい場合に、前記推定膜厚値と前記目標膜厚値との差と、前記エッチング手段によるエッチング速度と、を用いて、過剰膜厚分を除去するエッチング時間を算出し、前記エッチング時間だけ前記エッチング手段による前記半導体膜のエッチング処理を実行することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池製造装置。
3. チャンバと、
   前記チャンバ内で半導体基板を保持する基板保持手段と、
   前記チャンバ内で前記半導体基板上に半導体膜を形成する薄膜形成手段と、
   前記基板保持手段に設けられる厚さ方向に貫通する孔部に設けられ、前記半導体基板を前記基板保持手段に接触しない状態で支持する複数の基板支持部材と、
   前記基板支持部材にかかる荷重を検出して前記半導体基板の質量を測定する質量測定手段と、
   を備える太陽電池製造装置での太陽電池の製造方法であって、
   前記質量測定手段で前記基板支持部材に支持された前記半導体基板の製膜前の基準質量を測定する製膜前質量測定工程と、
   前記薄膜形成手段で前記半導体基板上に前記半導体膜を形成する膜形成工程と、
   前記質量測定手段で前記半導体基板の製膜後の質量を測定する製膜後質量測定工程と、
   前記半導体基板に付着した前記半導体膜の質量と、前記半導体基板の表面に付着した前記半導体膜の厚さとの対応関係を示す質量−膜厚対応情報を用いて、前記製膜前の基準質量と前記製膜後の質量との差に対応する、前記半導体基板に堆積した前記半導体膜の推定膜厚値を求める膜厚推定工程と、
   前記推定膜厚値と前記半導体膜の目標膜厚値とを比較する膜厚比較工程と、
   前記半導体膜の前記推定膜厚値が目標膜厚値に比して小さい場合に、前記目標膜厚値と前記推定膜厚値との差と、前記薄膜形成手段による製膜速度と、を用いて不足膜厚分の製膜時間を算出する製膜時間算出工程と、
   前記不足膜厚分の製膜時間だけ前記薄膜形成手段による前記半導体膜の追加の製膜処理を実行する追加製膜処理工程と、
   を含み、
   前記推定膜厚値が前記目標膜厚値に対して所定の範囲内となるまで前記膜厚比較工程から前記追加製膜処理工程を繰り返し実行することを特徴とする太陽電池の製造方法。
4. チャンバと、
   前記チャンバ内で半導体基板を保持する基板保持手段と、
   前記チャンバ内で前記半導体基板上に半導体膜を形成する薄膜形成手段と、
   前記基板保持手段に設けられる厚さ方向に貫通する孔部に設けられ、前記半導体基板を前記基板保持手段に接触しない状態で支持する複数の基板支持部材と、
   前記基板支持部材にかかる荷重を検出して前記半導体基板の質量を測定する質量測定手段と、
   前記半導体膜をエッチングするエッチング手段と、
   を備える太陽電池製造装置での太陽電池の製造方法であって、
   前記質量測定手段で前記基板支持部材に支持された前記半導体基板の製膜前の基準質量を測定する製膜前質量測定工程と、
   前記薄膜形成手段で前記半導体基板上に前記半導体膜を形成する膜形成工程と、
   前記質量測定手段で前記半導体基板の製膜後の質量を測定する製膜後質量測定工程と、
   前記半導体基板に付着した前記半導体膜の質量と、前記半導体基板の表面に付着した前記半導体膜の厚さとの対応関係を示す質量−膜厚対応情報を用いて、前記製膜前の基準質量と前記製膜後の質量との差に対応する、前記半導体基板に堆積した前記半導体膜の推定膜厚値を求める膜厚推定工程と、
   前記推定膜厚値と前記半導体膜の目標膜厚値とを比較する膜厚比較工程と、
   前記半導体膜の前記推定膜厚値が目標膜厚値に比して大きい場合に、前記推定膜厚値と前記目標膜厚値との差と、前記エッチング手段によるエッチング速度と、を用いて過剰膜厚分のエッチング時間を算出するエッチング時間算出工程と、
   前記エッチング時間だけ前記エッチング手段による前記半導体膜のエッチング処理を実行するエッチング工程と、
   を含み、
   前記推定膜厚値が前記目標膜厚値に対して所定の範囲内となるまで前記膜厚比較工程から前記エッチング工程を繰り返し実行することを特徴とする太陽電池の製造方法。

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