JP6048667B2

JP6048667B2 - スパッタ装置

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Publication number: JP6048667B2
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Inventors: 早田　博; 博早田; 長谷川　勲; 勲長谷川; 大介藤嶋; 浩栄留
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Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2013-03-12
Publication date: 2016-12-21
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Description

本発明は、スパッタ装置および太陽電池の製造方法に関する。

一般に太陽電池のＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）層はスパッタ装置により成膜される。

図１には特許文献１に記載の太陽電池の構造を示す。太陽電池１はＩＴＯ層１５，１６を有する。

従来、スパッタ装置等の真空プロセス装置において、生産性の向上を図るために、さまざまな提案がなされている。

例えば、特許文献２には、太陽電池用の薄膜を生成するスパッタ装置等の真空プロセス装置において、複数の基板を１つのトレイに載せて移動させながら成膜処理する方法が開示されている。

また、特許文献３には、ターゲットからスパッタされた粒子の拡散を防止するシールド部材の表面を粗面化することが開示されている。

シールド部材は、スパッタされた粒子が飛散する範囲に配置されるため、スパッタ装置の成膜処理の際に膜が堆積する。シールド部材の使用期間中、シールド部材に堆積した膜が剥離すると、チャンバ内で発塵またはパーティクルが発生する。そして、これらの塵またはパーティクルがターゲットに付着すると、異常放電の発生、並びに、スプラッシュまたはターゲット割れの原因となる。

一般に、粗面化された表面についた膜は、応力が分断されて剥がれにくくなる。また、粗面化された表面と膜との間にはアンカー効果が働くので、膜が剥がれ難くなる。よって、シールド部材の表面が粗面化されることで、シールド部材に堆積した膜が容易に剥離することを防止できる。

特開２００９−８８５６４号公報国際公開第２００９／１０７１９６号特開２００８−２９１２９９号公報

太陽電池においては、光電変換効率の向上、および、生産性の向上が求められる。生産性の向上は太陽電池のコストダウンに寄与する。

ここでは、生産性の向上のため、太陽電池の基板をトレイに載せてスパッタ装置で成膜処理する工程を考察する。この場合、トレイは、スパッタされた粒子が飛散する範囲に配置されることになるため、スパッタ装置の成膜処理の際にトレイにも膜が生成される。トレイに生成される膜は容易に剥離しないようにする必要があることから、トレイ全体の面を粗面化することが検討できる。

しかしながら、トレイの表面を粗面化すると、トレイの表面積が増大して、トレイに吸着する水分（Ｈ_２Ｏ）が増加するという課題が生じる。一般に、ＩＴＯなどのＴＣＯ（Transparent-Conductive-Oxide）の成膜雰囲気にＨ_２Ｏが混ざると、太陽電池の特性が低下することが知られている。このため、ＴＣＯの成膜前には、真空引きによりＨ_２Ｏの脱離を十分に行う必要がある。

よって、トレイの粗面化に伴って、トレイに多くの水分が吸着していると、Ｈ_２Ｏの脱離のために長い時間をかけて真空引きを行わなければならず、スパッタ装置の稼働率が低下し、太陽電池の生産性が低下するという課題が生じる。

本発明は、トレイに堆積した膜が容易に剥離してしまうことを防止でき、且つ、トレイに吸着する水分量が低減されて稼働率の向上を図れるスパッタ装置、および、太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るスパッタ装置は、スパッタターゲットを配置した成膜室と、成膜対象の基板を保持して成膜処理中に前記成膜室に配置される保持具と、を具備し、前記保持具は、前記スパッタターゲットに対向する面の表面粗さが、スパッタ粒子が飛散する領域に晒される他の面の表面粗さより大きい、構成を採る。

本発明の一態様に係る太陽電池の製造方法は、上記のスパッタ装置を用いてＴＣＯ層を形成するものである。

本発明によれば、保持具に堆積した膜が容易に剥離してしまうことを防止でき、且つ、保持具に吸着する水分量が低減されてスパッタ工程の稼働率の向上を図ることができる。

太陽電池の一例を示す断面図本発明実施の形態１に関わるスパッタ装置を示す図本発明実施の形態１に関わるスパッタ装置の処理工程の１ステップを示す図本発明実施の形態１に関わるスパッタ装置の処理工程の１ステップを示す図本発明実施の形態１に関わるスパッタ装置の処理工程の１ステップを示す図本発明実施の形態１に関わるスパッタ装置の処理工程の１ステップを示す図本発明実施の形態１に関わるスパッタ装置の処理工程の１ステップを示す図本発明実施の形態１のスパッタ装置の成膜中の状態を説明する図本発明実施の形態１のスパッタ装置のトレイにおいて１枚の太陽電池基板が載置される一区分を拡大した平面図図４のＢ−Ｂ線断面図図４のＣ−Ｃ線断面図図５のＤ部の拡大図比較例のスパッタ装置におけるトレイのＤ部の拡大図表面粗さと吸着量との関係を示すグラフ本発明実施の形態１のスパッタ装置におけるトレイの変形例を説明する図本発明実施の形態２のスパッタ装置の成膜中の状態を説明する図本発明実施の形態２のスパッタ装置のトレイの一区分を示す平面図図１２のＢ−Ｂ線断面図図１２のＣ−Ｃ線断面図図１３のＤ部の拡大図本発明実施の形態３のスパッタ装置の成膜中の状態を説明する図本発明実施の形態３のスパッタ装置のトレイの一区分を示す平面図図１７のＢ−Ｂ線断面図図１７のＣ−Ｃ線断面図図１８のＤ部の拡大図

以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１〜図１０を用いて本発明実施の形態１のスパッタ装置および太陽電池の製造方法について説明する。

＜スパッタ装置の概要＞
図２Ａは、本発明実施の形態１に関わるスパッタ装置１００である。図２Ａ〜図２Ｆは、スパッタ装置１００の処理工程の各ステップを示す。

実施の形態１のスパッタ装置１００は、ロードロック室１１１、成膜室１１２、リターン室１１３、および、移載ポジション１１４を具備する。

ロードロック室１１１、成膜室１１２、および、リターン室１１３の各々は、排気系と繋がっており、真空チャンバとなっている。

成膜室１１２には円筒型のスパッタターゲット（以下、ターゲットと呼ぶ）２０が配置されている。

なお、図２Ａ〜図２Ｆでは、一般的なスパッタ装置の構成要素の図示を省略している。例えば、各室を真空排気するポンプおよび配管、成膜室１１２にプロセスガスを導入するガス流量計および配管、ターゲット２０に電力を供給する電源および配線、各室を真空状態から大気に戻すためのパージガスライン、並びに、ロードロック室１１１だけを大気圧に戻すためのゲートバルブなどが省略されている。

実施の形態１のスパッタ装置１００は、太陽電池基板４０の保持具としてトレイ３０をさらに具備する。

トレイ３０には複数の太陽電池基板４０が載置される。特に制限されないが、太陽電池基板４０の大きさは、一辺が１００〜２００ｍｍであり、例えば、トレイ３０におよそ１０〜２０ｍｍの間隔をおいて載置される。

次に、実施の形態１のスパッタ装置１００の動作を説明する。

先ず、図２Ａに示すように、移載ポジション１１４において、複数の太陽電池基板４０がロボット等を使用してトレイ３０に載置される。この時、ロードロック室１１１は大気圧にされ、ロードロック室１１１と成膜室１１２との間のゲートバルブによって成膜室１１２およびリターン室１１３は真空に保たれている。

次に、図２Ｂに示すように、複数の太陽電池基板４０を載置したトレイ３０がロードロック室１１１まで搬送される。搬送する機構は図示を省略している。ロードロック室１１１にトレイ３０が搬送された後、ロードロック室１１１は真空引きされる。ロードロック室１１１が１０^−１Ｐａまで真空引きされると、ロードロック室１１１と成膜室１１２の間のゲートバルブが開いてトレイ３０が成膜室１１２に搬送される。

次に、図２Ｃに示すように、複数の太陽電池基板４０を載置したトレイ３０が成膜室１１２に入った状態で、成膜室１１２は、所定の圧力、例えば１０^−３Ｐａになるまで真空引きされる。これは、移載ポジション１１４でトレイ３０に吸着したＨ_２Ｏを脱離するためである。この段階でＨ_２Ｏを脱離しておかなければ、成膜中にターゲット２０からの熱でＨ_２Ｏが多量に放出されて、太陽電池の特性を低下させるという問題が生じる。

所定の圧力まで真空引きがなされると、次に、成膜室１１２ではプロセスガスが導入され調圧される。ターゲット２０がＩＴＯ等のＴＣＯの場合は、プロセスガスとしてＡｒとＯ２が使用される。調圧する圧力は１０^−１Ｐａ〜１０Ｐａである。調圧は開度を調整できるバルブによってなされる。

次に、図示しない電源によって、ターゲット２０に電圧が印加され、ターゲット２０の表面にプラズマが発生する。プラズマ中のＡｒイオンはターゲット電位によって加速され、ターゲット２０に衝突する。この衝突により、ターゲット原子または分子がターゲット２０より弾き出され、放出される（スパッタされるという）。

ターゲット２０に電圧が印加されスパッタが開始された状態で、図２Ｄのごとく、太陽電池基板４０を載置したトレイ３０は、成膜室１１２内を搬送方向に沿ってターゲット２０に対向する位置に搬送される。続いて、トレイ３０は、図２Ｅのごとく、ターゲット２０と対向する位置を完全に通過し、リターン室１１３に入るまで搬送される。

トレイ３０が、図２Ｄのごとく、ターゲット２０と対向する位置を通過する際には、ターゲット２０からスパッタされたターゲット２０の原子または分子が太陽電池基板４０に到達し、ターゲット材料が太陽電池基板４０に成膜される。

リターン室１１３まで到達したトレイ３０は、ロードロック室１１１まで搬送される。すると、ロードロック室１１１と成膜室１１２との間のゲートバルブが閉じられる。そして、ロードロック室１１１が大気圧に戻され、図２Ｆのごとく、トレイ３０は移載ポジション１１４に戻る。その後、成膜された太陽電池基板４０はロボット等を用いて回収される。

本実施の形態においてターゲット２０に印加する電圧は２００〜６００Ｖである。電圧の印加形態はＤＣ（直流）、ＤＣパルス、ＡＣ（交流）いずれでも良い。ターゲット２０と太陽電池基板４０の距離は５０〜１５０ｍｍである。トレイ３０の搬送速度は１〜１００ｍｍ／ｓｅｃである。

＜太陽電池の構成＞
次に、図１を用いて太陽電池について説明する。

図１は太陽電池の断面図の一例である。

太陽電池１は、単結晶または多結晶シリコン基板１０と、真性半導体層１１，１２と、ドーピングされた半導体層１３，１４と、ＴＣＯ層１５，１６と、電極１７，１８とを具備する。

具体的には、太陽電池１は、シリコン基板１０の一主面上に、真性半導体層１１と、半導体層１３と、ＴＣＯ層１５と、電極１７と、が順次積層された構造を有する。また、太陽電池１は、シリコン基板１０の一主面と対向する他の主面上には、真性半導体層１２と、半導体層１４と、ＴＣＯ層１６と、電極１８と、が順次積層された構成を有する。

単結晶または多結晶シリコン基板１０は、５０〜２００μｍの厚みである。本実施の形態においては、ｎ型の単結晶シリコン基板を用いた。真性半導体層１１，１２と、ドーピングされた半導体層１３，１４とは、各々が１〜１００ｎｍの厚みである。本実施の形態においては、ドーピングされた半導体層１３，１４として、ｎ型の半導体層１３とｐ型の半導体層１４を用いた。

ＴＣＯ層１５，１６は、スパッタ装置１００で成膜され、１０〜５００ｎｍの膜厚である。ＴＣＯとしては、ＩＴＯの他、ＩＴｉＯ（Indium-Titanium-Oxide）、ＩＷＯタングステン（Indium-Wolframium-Oxide）等のさまざまな透明な金属酸化物を用いることができる。

本実施の形態の太陽電池の製造方法は、ＴＣＯ層１５，１６以外の構成は、一般的なエッチング処理および成膜処理などの工程により形成し、ＴＣＯ層１５，１６は、スパッタ装置１００の成膜処理により形成する。上述の太陽電池基板４０は、シリコン基板１０の一主面に真性半導体層１１と半導体層１３とが積層され、且つ、他の主面に真性半導体層１２と半導体層１４とが積層された基板、すなわち、ＴＣＯ層１５，１６の成膜前の基板に相当する。

このように構成された太陽電池は、光を単結晶シリコン基板１０で吸収し、正孔および電子を生成し、ｎ型の半導体層１３上に形成された電極１７より電子を、ｐ型の半導体層１４上に形成された電極１８より正孔を収集することにより発電する。

実施の形態１のスパッタ装置１００においては、ターゲット２０に印加する電圧、ターゲット２０と太陽電池基板４０との距離、トレイ３０の搬送速度を上記の範囲で調整し所望の膜厚のＴＣＯ層１５，１６を成膜する。

ＴＣＯの成膜雰囲気にＨ_２Ｏが入ると太陽電池の特性が低下する理由はよくわかっていないが、Ｈ_２Ｏから分離したＨがＴＣＯの結晶化を阻害しＴＣＯ層１５，１６の抵抗が高くなるためと考えられている。

＜スパッタ装置の詳細＞
図３は、本発明実施の形態１のスパッタ装置の成膜中の状態を説明する図である。図３は、図２ＤのＸ−Ｘ線断面図に相当する。

スパッタ装置１００は、円筒型のターゲット２０の内側に、バッキングチューブ６０と、マグネット７０とを具備している。符号Ｃは円筒型のターゲット２０の回転軸を示す。

ターゲット２０は、図示していないボンディング材によって、バッキングチューブ６０に固定されている。バッキングチューブ６０内には図示しない水路によって水が流れており、ターゲット２０を冷却している。

ターゲット２０およびバッキングチューブ６０は両端を図示しないエンドブロックによって支持されている。電力、冷却水はエンドブロックより供給される。

またエンドブロックには、ターゲット２０およびバッキングチューブを回転するターゲット回転機構が組み込まれている。ターゲット回転機構により、ターゲットは図３の紙面に垂直な回転軸Ｃを中心に回転する。

マグネット７０は回転せずに、太陽電池基板４０に対向する側にプラズマ８０を閉じ込め、ターゲットの太陽電池基板４０に対向した面でのスパッタを促進する。

図４は、トレイにおける１枚の太陽電池基板が載置される一区分を拡大した平面図である。図４は、図２Ｄの範囲Ａの部分に相当する。図５は、図４のＢ−Ｂ線断面図、図６は、図４のＣ−Ｃ線断面図、図７は、図３および図５のＤ部の拡大図である。

本発明実施の形態１のスパッタ装置１００は、図７に示すように、トレイ３０のターゲット２０に対向する面３４の表面粗さが、トレイ３０の側面３５およびトレイ３０の上面（ターゲット２０の反対側）３６より大きく構成されている。

具体的には、トレイ３０は、格子状の枠３０ａと、格子の各孔の四隅に配置された支持部３０ｆと、から主に構成される。そして、枠３０ａのターゲット２０に対向する面３４の表面粗さが、枠３０ａの側面３５および枠３０ａの上面３６より大きく構成されている。

より具体的には、ターゲット２０に対向する面３４の表面粗さは中心線平均粗さＲａ（算術平均粗さとも呼ばれる）で１０〜２０μｍである。一方、側面３５および上面３６の表面粗さはその１／２程度である。

中心線平均粗さＲａとは、対象面の断面曲線を粗さ曲線とし、この粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけを抜き取り、この抜き取り部分の平均線の方向にＸ軸を、対象面の直交方向に平均線を基準点（０）としてＹ軸を取り、粗さ曲線をＹ＝ｆ（Ｘ）で表したときに、基準長さにおけるｆ（Ｘ）の絶対値の平均を表わす値を表したものをいう。

このような粗面化は、ガラスまたはアルミナのビーズを使ったブラスト処理、アルミなどの溶射、またはエッチング処理によって実現できる。

図７に示すように、トレイ３０の枠３０ａの幅ａおよび高さｂは、トレイ３０に要求される強度、および、載置可能な太陽電池基板４０の枚数から主に決まる。特に制限されないが、トレイ３０に載置する太陽電池基板４０の枚数が、図２Ａのように縦６枚横６枚の３６枚の時は、幅ａは１０ｍｍ、高さｂは１０ｍｍ程度である。

太陽電池においては、より広い発電領域を確保するために、成膜エリアをできるだけ広くする必要がある。それゆえ、図６に示すごとく、トレイ３０は、太陽電池基板４０のコーナー（例えば単結晶基板であれば、面取りされたコーナー）４１のみを支持部３０ｆで支持している。太陽電池基板４０の各辺４２（図４参照）と枠３０ａとの間には隙間５１（図５参照）が設けてある。これは、太陽電池基板４０に成膜する際にトレイ３０によって影をつくらないようにするためである。隙間５１は０．１〜１ｍｍである。トレイ３０のターゲット２０に対向する面３４以外の部分に付着する膜は少ない方がよいので、この隙間５１は小さい方がよいが、太陽電池基板４０の大きさのバラツキから、０．１〜１ｍｍ程度の隙間が生じる。

次に、本発明の実施の形態１の成膜動作について詳細に説明する。

電源によってターゲット２０に電圧を印加すると、ターゲット２０の表面にプラズマ８０が発生する。プラズマ中のＡｒイオンはターゲット電位によって加速され、ターゲット２０に衝突する。この衝突により、ターゲット原子または分子がターゲット２０より弾き出され、放出される（スパッタされるという）。

スパッタされたターゲット材料は太陽電池基板４０のターゲット２０に対向する面４３に付着し薄膜が形成される。このときトレイ３０にも膜が付着するが、表面を粗面化しているので、その膜が剥離してターゲット２０上に落下し異常放電を引き起こすという問題は発生しない。しかも、本実施の形態１では膜の付着が少ない枠３０ａの側面３５や枠３０ａの上面３６の粗面化の表面粗さは、ターゲット２０に対向する面３４に比べて小さくしている。具体的には、トレイ３０の側面３５やトレイ３０の上面３６の粗面化の表面粗さは、ターゲット２０に対向する面３４に比べて小さくしている。

図８は、比較例のスパッタ装置におけるトレイのＤ部の拡大図である。

図８に示すように、比較例のトレイにおいては、枠３０ａのターゲット対向面３１、両側面３２、および、上面３３が、同じ表面粗さに形成された構成とした。

本実施の形態１のスパッタ装置１００では、図８のような比較例のトレイと比べて、トレイ３０に吸着するＨ_２Ｏの量が少なくなる。その結果、Ｈ_２Ｏを脱離するための真空引き時間を短縮することができ、スパッタ装置１００の稼働性を向上することができる。

図９は、昇温脱離法で測定した表面粗さとＨ_２Ｏ吸着量の関係を示すグラフである。図９において、Ｈ_２Ｏ吸着量は中心線平均粗さ１０μｍの値で規格化している。

図９からわかるように、表面粗さが小さいほどＨ_２Ｏの吸着量は少なくなる。これは、表面粗さが小さいほどＨ_２Ｏの吸着に寄与する表面積が小さくなっているためだと考えられる。

ここで、図８の比較例のトレイとして、枠３０ａのターゲット対向面３１、側面３２および上面３３を、すべて中心線平均粗さ１０μｍで粗面化した構成を想定する。また、図７に示した本実施の形態１のトレイ３０は、ターゲット対向面３４を中心線平均粗さ１０μｍで粗面化し、側面３５および上面３６を中心線平均粗さ５μｍで粗面化した構成とする。この場合、本実施の形態１の方がＨ_２Ｏ脱離の時間を短縮することができる。

トレイ３０の側面３５に付着する膜の量は、厚いところでもトレイ３０のターゲット２０に対向する面３４に付着する膜の量の１／２程度である。これはトレイ３０の側面３５はトレイ３０のターゲット２０に対向する面３４の影になっているからである。よって、本実施の形態１のように、トレイ３０の側面３５の粗面化の粗さを、トレイ３０のターゲット２０に対向する面の１／２にしても、そこから膜剥離が容易に生じることはない。

なお、堆積膜の剥離の防止と、Ｈ_２Ｏ脱離にかかる時間短縮との両方の効果を得るために、側面３５および上面３６の好ましい表面粗さは、ターゲット対向面３４の表面粗さの１０％〜６０％とすると良い。より好ましくは、側面３５および上面３６の表面粗さは、ターゲット対向面３４の表面粗さの２０％〜５０％とすると良い。

また、実施の形態１においては、枠３０ａの側面３５と枠３０ａの上面３６の表面粗さを同じにしているが、上面３６に付着する膜の量は、ターゲット２０に対向する面３４に付着する量の１／１０以下である。よって、上面３６の表面粗さはさらに小さくしてもよい。

ここで、図８の比較例のトレイとして、枠３０ａのターゲット対向面３１、側面３２および上面３３を、すべて中心線平均粗さ１０μｍで粗面化した構成を想定する。また、図７に示した本実施の形態１のトレイ３０は、ターゲット対向面３４を中心線平均粗さ１０μｍで粗面化し、側面３５を中心線平均粗さ５μｍで粗面化し、上面３６を中心線平均粗さ１μｍで粗面化した構成とする。この場合、本実施の形態１の方がＨ_２Ｏ脱離の時間を短縮することができる。

なお、堆積膜の剥離の防止と、Ｈ_２Ｏ脱離にかかる時間短縮との両方の効果を得るために、上面３６の好ましい表面粗さは、ターゲット対向面３４の表面粗さの５％〜４０％とすると良い。より好ましくは、上面３６の表面粗さは、ターゲット対向面３４の表面粗さの１０％〜３０％とすると良い。

このように面ごとに異なる表面粗さとすることは、トレイ３０の製作工程を増やし、トレイ３０の製造コストが上昇する。しかしながら、スパッタ装置１００の稼働率の向上と比較して、トレイ３０の製造コストの上昇の影響は非常に小さい。このため、実施の形態１のスパッタ装置１００によれば、成膜製品の生産性が向上して、成膜製品の製造コストを低減することができる。

さらに、図１０に示すように、実施の形態１のトレイ３０においては、ターゲット２０に対向する面において、トレイ３０の端部１３２の表面粗さを、トレイ３０の中央部１３１の表面粗さより小さくしてもよい。

図１０は、本発明実施の形態１のスパッタ装置におけるトレイの変形例を説明する図である。図１０（Ａ）は、トレイ３０とターゲット２０との位置関係をトレイ３０の搬送方向から見た図である。図１０（Ｂ）のグラフは、トレイ３０のターゲット２０に対向する面に付着する膜厚をトレイ３０の中心での膜厚で規格化して示したグラフである。

図１０（Ｂ）のグラフの横軸は、トレイ３０の中心からの距離を示し、ターゲット２０の長さを１として規格化されている。また、図１０（Ｂ）のグラフは、ターゲット２０とトレイ３０間の距離（ＴＳ）が５０ｍｍおよび１００ｍｍの場合について示してある。

このグラフから分かるように、ターゲット２０の端に対応するあたりから外側の膜厚は、中心の膜厚の１／２以下になる。これより、トレイ３０の中央部１３１の面粗さを中心線平均粗さ１０μｍとした時、ターゲット２０の端に対応する点から外側にあたる部分であるトレイ３０の端部１３２の表面粗さを中心線平均粗さ５μｍにしても、膜剥離が容易に生じない。このような表面粗さの構成とすることで、図８の比較例に比べてＨ_２Ｏ脱離の時間を短縮することができる。

以上では、表面粗さの指標として中心線平均粗さを用いて説明したが、その他の表面粗さの指標を用いても良い。例えばＢＥＴ法などを用いて測定する単位面積あたりの吸着量を表面粗さの指標としても良い。すなわち吸着量が多いほうを表面粗さが大きいとしてもよい。

以上のように本実施の形態１のスパッタ装置１００によれば、トレイ３０において付着する膜の少ない部分の表面粗さを小さくしているため、トレイ３０のＨ_２Ｏ吸着量を低減できる。これによって、Ｈ_２Ｏ脱離のための真空引き時間を短縮できるので高い生産性を実現できる。

また、スパッタ装置１００を用いてＴＣＯ層を形成する本実施の形態の太陽電池の製造方法によれば、ＴＣＯ成膜処理における生産性の向上により、低いコストで太陽電池を製造することができる。

（実施の形態２）
実施の形態２のスパッタ装置は、実施の形態１とトレイ３０の構造が異なり、他の構成は実施の形態１と同様である。よって、同様の構成については詳細な説明を省略する。

図１１は、本発明実施の形態２のスパッタ装置の成膜中の状態を説明する図である。図１１は、図２ＤのＸ−Ｘ線断面図に相当する。

図１２は、トレイにおける１枚の太陽電池基板４０が載置される一区分を拡大した平面図である。図１２は、図２Ｄの範囲Ａの部分に相当する。図１３は、図１２のＢ−Ｂ線断面図、図１４は、図１２のＣ−Ｃ線断面図、図１５は、図１１および図１３のＤ部の拡大図である。

本実施の形態２のスパッタ装置においては、図１５に示すように、トレイ３０の側面部が、ターゲット２０に対向する面３４に連なるストレート部３５ｔと、ストレート部３５ｔに連なるテーパ部３７とを有する構成となっている。例えば、両側面のストレート部３５ｔ，３５ｔは略平行であり、且つ、ターゲット対向面３４とほぼ垂直な面である。テーパ部３７はターゲット２０から遠い方に進むほど間隔が狭くなる傾きに構成されている。

具体的には、トレイ３０は、格子状の枠３０ａと、格子の各孔の四隅に配置された支持部３０ｆと、から主に構成される。そして、各枠３０ａの側面が、ストレート部３５ｔおよびテーパ部３７を有している。

そして、図１５に示すように、ターゲット対向面３４の表面粗さは、ストレート部３５ｔまたはテーパ部３７の表面粗さより大きく構成されている。より具体的には、ターゲット対向面３４の表面粗さは中心線平均粗さＲａで１０μｍであり、ストレート部３５ｔの表面粗さは５μｍ、テーパ部３７の表面粗さは１μｍである。表面粗さの大きさおよび各面間の比率は、トレイ３０に堆積する膜厚の許容値の設定、および、各面の寸法および角度等に応じて変更可能である。粗面化は、ガラスまたはアルミナのビーズを使ったブラスト処理、アルミなどの溶射、またはエッチング処理によって実現できる。

図１５に示すトレイ３０の枠３０ａの幅ａおよび高さｂは、トレイ３０に要求される強度、および、載置可能な太陽電池基板４０の枚数から主に決まる。

次に本実施の形態２の成膜動作について詳細に説明する。

スパッタされたターゲット材料は太陽電池基板４０のターゲット２０に対向する面４３に付着し薄膜が形成される。このときトレイ３０にも膜が付着するが、表面を粗面化しているので、その膜が剥離してターゲット２０上に落下し異常放電を引き起こすという問題は発生しない。しかも、本実施の形態２では膜の付着が少ないトレイ３０のストレート部３５ｔおよびトレイ３０のテーパ部３７の粗面化の表面粗さは、ターゲット２０に対向する面３４に比べて小さくしている。その結果、トレイ３０に吸着するＨ_２Ｏの量は少なくなり、Ｈ_２Ｏを脱離するための真空引き時間を短縮することができ、スパッタ装置の稼働率を向上することができる。

ここで、図８の比較例のトレイとして、枠３０ａのターゲット対向面３１、側面３２および上面３３を、すべて中心線平均粗さ１０μｍで粗面化した構成を想定する。また、図１５に示した本実施の形態２のトレイ３０は、ターゲット対向面３４は中心線平均粗さ１０μｍで粗面化し、ストレート部３５ｔを中心線平均粗さ５μｍで粗面化し、テーパ部３７を中心線平均粗さ１μｍで粗面化した構成とする。この場合、本実施の形態２の方がＨ_２Ｏ脱離の時間を短縮することができる。

なお、堆積膜の剥離の防止と、Ｈ_２Ｏ脱離にかかる時間短縮との両方の効果を得るために、ストレート部３５ｔの好ましい表面粗さは、ターゲット対向面３４の表面粗さの１０％〜６０％とすると良い。より好ましくは、ストレート部３５ｔの表面粗さは、ターゲット対向面３４の表面粗さの２０％〜５０％とすると良い。また、堆積膜の剥離の防止と、Ｈ_２Ｏ脱離にかかる時間短縮との両方の効果を得るために、テーパ部３７の好ましい表面粗さは、ターゲット対向面３４の表面粗さの５％〜４０％とすると良い。より好ましくは、ストレート部３５ｔの表面粗さは、ターゲット対向面３４の表面粗さの１０％〜３０％とすると良い。

実施の形態２は、実施の形態１と比較して、テーパ部３７を設けることによって、トレイ３０に膜の付着しにくい部分の割合を拡大し、表面粗さの小さい部分の割合を拡大できるので、よりＨ_２Ｏの吸着量を低減できる。

これは、隙間５１を通過したスパッタ粒子は指向性が高いためである。隙間５１を通過したスパッタ粒子は、指向性が高いので、大部分がストレート部３５ｔに付着する。そして、テーパ部３７まで回り込む量は少量となり、ターゲット２０に対向する面の１／１０以下程度となる。よって、テーパ部３７ではストレート部３５ｔより小さい表面粗さの粗面化処理を採用してもパーティクルによる問題が生じない。

以上のように本実施の形態３のスパッタ装置によれば、トレイ３０において付着する膜の少ない部分の表面粗さを小さくしているで、トレイ３０のＨ_２Ｏ吸着量を低減できる。これによって、Ｈ_２Ｏ脱離のための真空引き時間を短縮できるので高い稼働率を実現できる。

また、実施の形態２のスパッタ装置を用いてＴＣＯ層を形成する本実施の形態の太陽電池の製造方法によれば、ＴＣＯ成膜処理における生産性の向上により、低いコストで太陽電池を製造することができる。

（実施の形態３）
実施の形態３のスパッタ装置は、実施の形態１および２とトレイ３０の構造が異なり、他の構成は実施の形態１および２と同様である。よって、同様の構成については詳細な説明を省略する。

図１６は、本発明実施の形態３のスパッタ装置の成膜中の状態を説明する図である。図１６は、図２ＤのＸ−Ｘ線断面図に相当する。

図１７は、トレイにおける１枚の太陽電池基板４０が載置される一区分を拡大した平面図である。図１７は、図２Ｄの範囲Ａの部分に相当する。図１８は、図１７のＢ−Ｂ線断面図、図１９は、図１７のＣ−Ｃ線断面図、図２０は、図１６および図１８のＤ部の拡大図である。

本発明実施の形態３のスパッタ装置においては、図２０に示すように、トレイ３０が、ターゲット２０に対向する側の成膜側部品５０と、成膜側部品５０の上（ターゲット２０に対向する側の反対側）に配置される非成膜側部品５２とから構成されている。非成膜側部品５２は、成膜側部品５０より横方向（ターゲット２０に対向する面と平行な方向）の幅が小さい。そして、成膜側部品５０の表面粗さが非成膜側部品５２の表面粗さより大きくなるように構成されている。

具体的には、トレイ３０は、格子状の枠３０ａと、格子の各孔の支持部３０ｆと、から主に構成される。そして、各枠３０ａが、上記の成膜側部品５０と非成膜側部品５２とから構成されている。

図２０に示すように、ターゲット２０に対向する成膜側部品５０の幅ａは、非成膜側部品５２の幅ｄより大きい。また、成膜側部品５０の表面粗さは、非成膜側部品５２の表面粗さより大きい。具体的には、成膜側部品５０の表面粗さは中心線平均粗さＲａで５μｍで、非成膜側部品５２の表面粗さは中心線平均粗さ１μｍである。このような粗面化は、ガラスまたはアルミナのビーズを使ったブラスト処理、アルミなどの溶射、またはエッチング処理によって実現できる。

トレイ３０の枠３０ａの幅ａおよび高さｂは、トレイ３０に要求される強度、および、載置可能な太陽電池基板４０の枚数から主に決まる。

成膜側部品５０と非成膜側部品５２とは、ボルトやマグネットなどを用いて、分離可能に接合されている。

次に本発明実施の形態３の成膜動作について詳細に説明する。

スパッタされたターゲット材料は太陽電池基板４０のターゲット２０に対向する面４３に付着し薄膜が形成される。このときトレイ３０にも膜が付着するが、表面を粗面化しているので、その膜が剥離してターゲット２０上に落下し異常放電を引き起こすという問題は発生しない。しかも、本実施の形態３では膜の付着が少ない非成膜側部品５２の粗面化の表面粗さは、成膜側部品５０の表面粗さに比べて小さくしているの。その結果、トレイ３０に吸着するＨ_２Ｏの量は少なくなり、Ｈ_２Ｏを脱離するための真空引き時間を短縮することができ、スパッタ装置の稼働率を向上することができる。

ここで、図８の比較例のトレイとして、枠３０ａのターゲット対向面３１、側面３２および上面３３を、すべて中心線平均粗さ１０μｍで粗面化した構成を想定する。また、図２０に示す本実施の形態３のトレイ３０は、成膜側部品５０を中心線平均粗さ５μｍで粗面化し、非成膜側部品５２を中心線平均粗さ１μｍで粗面化した構成とする。この場合、本実施の形態３の方がＨ_２Ｏ脱離の時間を短縮することができる。

なお、堆積膜の剥離の防止と、Ｈ_２Ｏ脱離にかかる時間短縮との両方の効果を得るために、非成膜側部品５２の好ましい表面粗さは、成膜側部品５０の表面粗さの５％〜４０％とすると良い。より好ましくは、非成膜側部品５２の表面粗さは、成膜側部品５０の表面粗さの１０％〜３０％とすると良い。

さらに、本実施の形態３においては、成膜側部品５０および非成膜側部品５２からなる二つの部品の段差によって、トレイ３０に膜の付着しにくい部分の割合を拡大し、表面粗さの小さい部分の割合を拡大できるので、よりＨ_２Ｏの吸着量を低減できる。

これは、隙間５１を通過したスパッタ粒子は指向性が高いためである。隙間５１を通過したスパッタ粒子は、指向性が高いので、大部分が成膜側部品５０の側面に付着する。よって、非成膜側部品５２まで回り込む量は少量となり、ターゲット２０に対向する面の１／１０以下程度となる。よって、非成膜側部品５２では成膜側部品５０より小さい表面粗さの粗面化処理を採用してもパーティクルによる問題が生じることはない。

さらに、本実施の形態３においては、成膜側部品５０がトレイ３０全体に比べて小型であるので、図８の比較例のトレイを採用した場合と比較して、成膜側部品５０に堆積した膜を回収するメンテナンス頻度を上げても、メンテナンスコストは同等となる。よって、成膜側部品５０のメンテナンス頻度を上げるかわりに表面粗さを小さくすることができ、トレイ３０へのＨ_２Ｏの吸着量をより低減できる。

また、本実施の形態３においては、トレイ３０の成膜側部品５０および非成膜側部品５２の各部品においては、一括して表面処理を行うことができる。よって、トレイ３０の製作コストを低減できる。特にウェットエッチングなどマスキングが必要な表面処理を使用して粗面化処理する場合には製作コストを顕著に低減できる。

なお、成膜側部品５０と非成膜側部品５２との締結部（面同士が重なり合う部位）で、膜が付着しない部分については、粗面化しないか研磨によって粗さを低減してもよい。このようにすることで、さらにＨ_２Ｏの吸着量を低減できる。

また、実施の形態３のスパッタ装置を用いてＴＣＯ層を形成する本実施の形態の太陽電池の製造方法によれば、ＴＣＯ成膜処理における生産性の向上により、低いコストで太陽電池を製造することができる。

以上、本発明の各実施の形態について説明した。

なお、上記実施の形態では、スパッタ装置として、太陽電池のＴＣＯ層を生成する装置を例にとって説明したが、Ｈ_２Ｏ脱離が必要な成膜処理を行うスパッタ装置であれば、成膜対象および成膜の材料は制限されない。

また、上記実施の形態では、成膜処理中にトレイが成膜室を移動する構成を例にとって説明したが、本発明に係る構成としては、成膜処理中にトレイが静止する構成を採用してもよい。また、保持具の形状は、トレイ形状に限られない。

また、本発明に係る成膜装置は、スパッタ装置に限られず、蒸着装置などの真空引きを要する様々な装置に適用することができる。

本発明は、単結晶または多結晶の太陽電池の製造に使用されるスパッタ装置、およびこのような太陽電池の製造方法に適用できる。

１１２成膜室
２０ターゲット
３０トレイ（保持具）
３０ａ枠
３４ターゲットに対向する面
３５側面
３５ｔストレート部
３６上面
３７テーパ部
４０太陽電池基板
５０成膜側部品
５２非成膜側部品
６０バッキングチューブ
７０マグネット
８０プラズマ

Claims

スパッタターゲットを配置した成膜室と、
成膜対象の基板を保持して成膜処理中に前記成膜室に配置される保持具と、
を具備し、
前記保持具は、
前記スパッタターゲットに対向する面の表面粗さが、スパッタ粒子が飛散する領域に晒される他の面の表面粗さより大きく構成され、
前記スパッタターゲットに対向する面を底面部として、前記底面部と連なる側面部と、前記側面部と連なる上面部とを有し、
前記底面部、前記側面部、前記上面部の各表面粗さが、
前記底面部の表面粗さ＞前記側面部の表面粗さ＞前記上面部の表面粗さ
である、
ことを特徴とするスパッタ装置。
スパッタターゲットを配置した成膜室と、
成膜対象の基板を保持して成膜処理中に前記成膜室に配置される保持具と、
を具備し、
前記保持具は、
前記スパッタターゲットに対向する面の表面粗さが、スパッタ粒子が飛散する領域に晒される他の面の表面粗さより大きく構成され、
前記スパッタターゲットに対向する面を底面部として、前記底面部と連なる側面部を有し、
前記側面部の前記底面部から遠い側の区間には、前記底面部の方から見て前記底面部に隠れる側へ傾斜したテーパ部が設けられている、
ことを特徴とするスパッタ装置。
スパッタターゲットを配置した成膜室と、
成膜対象の基板を保持して成膜処理中に前記成膜室に配置される保持具と、
を具備し、
前記保持具は、
前記スパッタターゲットに対向する面の表面粗さが、スパッタ粒子が飛散する領域に晒される他の面の表面粗さより大きく構成され、
前記スパッタターゲットに対向する側に配置される成膜側部品と、
前記スパッタターゲット側から見て前記成膜側部品に隠れるように配置されて、前記成膜側部品に分離可能に固定される非成膜側部品と、
を具備し、
前記成膜側部品の表面粗さが前記非成膜側部品の表面粗さより大きい、
ことを特徴とするスパッタ装置。
スパッタターゲットを配置した成膜室と、
成膜対象の基板を保持して成膜処理中に前記成膜室に配置される保持具と、
を具備し、
前記スパッタターゲットから放出されるスパッタ粒子は指向性を有し、
前記保持具は、
前記スパッタターゲットに対向する面の表面粗さが、スパッタ粒子が飛散する領域に晒される他の面の表面粗さより大きく構成され、
前記スパッタターゲットに対向する面のうち、前記スパッタ粒子の放出方向と重なる範囲の表面粗さが、前記スパッタ粒子の放出方向から外れる範囲の表面粗さより大きく構成されている、
ことを特徴とするスパッタ装置。