KR100777956B1 - 플라스마 ｃｖｄ법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판의 반전공정을 필요없게 하고, 기판의 양쪽 면에 막두께 균일성이 우수한 박막을 형성할 수 있는 플라스마 CVD법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
가스 공급구 및 배기구를 형성한 진공 챔버 내에, 급전부와 접지부를 갖는 유도결합형 전극을 2 개 이상 배치하고, 기판 양면이 노출되도록 기판의 외주 단부를 지지한 기판 홀더를 상기 2 개의 유도결합형 전극 사이에 삽입 배치하고, 상기 가스 공급구를 통해 박막형성용 가스를 도입하고, 상기 급전부에 고주파전력을 공급하여 상기 유도결합형 전극을 따라 플라스마를 발생시키고, 기판의 양쪽 면에 박막을 동시 또는 순서대로 형성하는 구성인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 진공 챔버에 제 2 가스 공급계를 연결하고, 기판의 양쪽 면에 다른 막을 동시 또는 순서대로 형성하는 것을 특징으로 한다.
플라스마 CVD

Description

플라스마 ＣＶＤ법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR PLASMA CVD}
본 발명은 플라스마 CVD법 및 장치에 관한 것으로, 특히 기판의 양쪽 면에 막두께 균일성이 우수한 박막을 형성할 수 있는 플라스마 CVD법 및 장치에 관한 것이다.
태양전지는 기판 상에 Si 또는 화합물 반도체 등을 사용하여 pn 접합 또는 pin 접합이 형성되고, 표면으로부터 입사되는 태양광이 광전변환되는 구성으로 일반적으로 사용되고 있으나, 발전량 증대를 목적으로, 기판의 이면측으로부터 입사되는 광을 이용하는 태양전지가 제안된다. 이 태양전지는, 예를 들면, 도 7 에 나타낸 바와 같은 구조를 이루고, i형의 결정 실리콘 (101) 의 양쪽 측에 각각 p형 비정질 Si (p형 a-Si) 막 (102), n형 비정질 Si (n형 a-Si) 막 (103) 을 플라스마 CVD법에 의해 퇴적하고, 다시 이들 상부에 스퍼터법에 의해 투명전극 (104), 스크린인쇄법에 의해 집전전극 (105) 을 형성하여 제작된다.
a-Si 막의 퇴적에는, 예를 들면, 도 8(b) 에 나타낸 평행평판형의 플라스마 CVD 장치가 사용된다. 이 장치는 로드락 챔버 (110), 가열 챔버 (120), a-Si 막을 퇴적하는 플라스마 CVD (PCVD) 챔버 (130) 및 냉각 챔버 (140) 로 구성된다. 각 챔버는 게이트 밸브 (106) 를 통해 연결되고, i형 실리콘 기판 (101) 은 도 8(a) 에 나타낸 바와 같이, 이면판이 되는 기판 홀더 (107) 상에 장착되어, 도 8(b) 의 화살표 방향으로 순차적으로 반송된다. 즉, 도 8(a) 와 같이 기판을 기판 홀더 상에 장착한 후, 기판 홀더를 로드락 챔버 (110) 에 삽입하여 챔버 내부를 배기한다. 게이트 밸브를 열어 가열 챔버 (120) 로 반송하여 히터 (121) 에 의해 기판을 소정 온도로 가열한 후, 평행평판형 PCVD 챔버 (130) 에 반송한다. PCVD 챔버 (130) 에 기판 홀더가 반송되면, 박막형성용 가스 (SiH4/PH3 가스) 를 도입하고, 고주파전극 (131) 에 고주파전력을 공급하여 플라스마를 발생시켜, 실리콘 기판 (101) 상에 n형 a-Si 막을 형성한다. 그 후, 기판 홀더는 냉각 챔버 (140) 로 보내진다.
기판 온도가 내려간 후, 냉각 챔버 (140) 를 대기로 되돌려 기판 홀더 (107) 를 꺼내고, 기판의 반대측 면에 p형 a-Si 막을 형성하기 위해 실리콘 기판 (101) 을 반전시킨다. 이 기판 홀더를 다시 도 8(b) 의 플라스마 CVD 장치의 로드락 챔버에 넣고, 동일한 처리를 반복 실행함으로써, p형 a-Si 막을 퇴적하여 pin 접합이 형성한다. 또한, PCVD 챔버에는 박막형성용 가스로서 SiH4/B2H6 가스가 도입된다.
그 후, 실리콘 기판 (101) 은 스퍼터장치에 의해 양쪽 면에 ITO 등의 투명도전막이 형성되고, 이어서 스크린인쇄 등에 의해 집전전극을 형성하여 태양전지를 완성한다.
전술한 바와 같이 종래 a-Si 막의 퇴적에는, 평행평판형 플라스마 CVD 장치가 사용되었다. 그러나, 평행평판형 PCVD 장치로 고저항 기판이나 절연성 기판 상에 박막을 형성하는 경우, 기판의 이면에 이면판이 없으면 고주파전류가 기판을 통해 흐르기 어려워지므로, 기판 표면에서의 플라스마 밀도가 현저하게 저하된다. 그 결과, 기판 중심부와 주변부에서 막두께의 차가 발생하여, 막두께 균일성이 양호한 박막을 쉽게 얻을 수 없다는 결점이 있다. 이것은 기판이 커질수록 더욱 현저하게 된다. 따라서, 막두께 균일성이 높은 박막을 형성하기 위해서는, 고주파전류의 통로가 되는 이면판이 불가결하게 되고, 이 때문에 기판 양쪽 면의 막형성의 생산성이 현저하게 저하되는 문제가 있었다. 즉, 편면 (片面) 에 박막을 형성한 후, 꺼내어 기판을 반전시키는 작업이 필요하게 되고, 또한, 이에 따라 로드락 챔버의 배기, 냉각 챔버의 벤트 및 기판 가열ㆍ냉각공정이 2 회 필요하게 된다.
또한, 쓰루풋을 향상시키기 위해서는, 도 8(b) 에 나타낸 장치가 2 세트가 필요하게 되기 때문에, 생산 장치 전체의 대형화, 비용 증대를 초래할 수밖에 없다는 문제가 있었다.
이와 같은 상황에서 본 발명은 기판의 반전공정이 필요없고, 기판의 양쪽 면에 막두께 균일성이 우수한 박막을 형성할 수 있는 플라스마 CVD법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제 1 요지는, 가스 공급구와 배기구가 형성되는 진공 챔버 내에, 급전부와 접지부를 갖는 유도결합형 전극을 2 개 이상 배치하고, 기판 양쪽 면이 노출되도록 기판의 외주 단부를 지지하는 기판 홀더를 상기 2 개의 유도결합형 전극 사이에 삽입 배치한 구조의 플라스마 CVD 장치로서, 상기 가스 공급계로부터 박막형성용 가스를 도입함과 동시에 상기 급전부에 고주파전력을 공급하여 상기 유도결합형 전극을 따라 플라스마를 발생시켜, 기판의 양쪽 면에 박막을 동시 또는 순서대로 형성하는 구성인 것을 특징으로 하는 플라스마 CVD법 및 플라스마 CVD 장치에 있다.
여기에서, 상기 진공 챔버에 제 2 가스 공급구를 형성하고, 2 종류의 가스의 도입과 2 개의 유도결합형 전극으로의 전력 공급을 동시에 전환하는 구성으로 함으로써, 기판 양쪽 면에 다른 박막을 형성할 수 있다. 또한, 칸막이판을 설치하여, 칸막이판과 기판 홀더로 분할된 2 개의 막형성 공간에 각각 다른 가스가 서로 혼합되지 않고 흐르도록, 기류의 조정이나 막형성 공간마다 배기구를 형성함으로써, 기판 양쪽 면에 다른 박막을 동시에 형성할 수 있게 된다.
또한, 상기 유도결합형 전극이 복수개, 동일 평면 내에 배치되는 전극 열을 3층 이상 형성하고, 이 전극 열층 사이의 각각에 상기 기판 홀더를 배치하는 구성으로 함으로써, 매우 생산성이 높은 플라스마 CVD 장치를 실현할 수 있다.
본 발명의 제 2 요지는, 내부에 급전부와 접지부를 갖는 유도결합형 전극을 배치하고, 가스 공급구와 배기구가 형성되는 진공 챔버를 2 개 연결하여 배치한 플라스마 CVD 장치로서, 기판 양쪽 면이 노출되도록 외주 단부를 지지하는 기판 홀더를 상기 2 개의 진공 챔버의 제 1 진공 챔버로 반송하고, 가스 공급구를 통해 제 1 박막형성용 가스를 도입함과 동시에 유도결합형 전극의 급전부에 고주파전력을 공급하여 플라스마를 발생시키고, 이 유도결합형 전극에 면한 기판의 표면 상에 제 1 박막을 형성한 후, 상기 기판 홀더를 상기 제 1 박막이 형성된 면과 반대측의 면이 유도결합형 전극에 면하도록 제 2 진공 챔버로 반송하고, 가스 공급구를 통해 제 2 박막형성용 가스를 도입함과 동시에 유도결합형 전극의 급전부에 고주파전력을 공급하여 플라스마를 발생시켜, 상기 제 1 박막이 형성된 표면과는 반대측의 기판 표면에 제 2 박막을 형성하는 구성인 것을 특징으로 하는 플라스마 CVD법 및 플라스마 CVD 장치에 있다.
또한, 양산성이 높은 장치로 하기 위해, 상기 유도결합형 전극이 복수개 동일 평면 내에 배치된 전극 열을, 상기 제 1 진공 챔버 (또는 제 2 진공 챔버) 에 n층 (n은 2 이상의 정수), 상기 제 2 진공 챔버 (또는 제 1 진공 챔버) 에 (n-1) 층을 형성하고, 이 전극 열의 층 사이에 2 개의 기판 홀더를 배치해도 무방하다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태의 플라스마 CVD 장치를 나타내는 모식도이다.
도 2 는 제 2 실시형태의 플라스마 CVD 장치를 나타내는 모식도이다.
도 3 은 제 3 실시형태의 플라스마 CVD 장치를 나타내는 모식도이다.
도 4 는 제 4 실시형태의 플라스마 CVD 장치를 나타내는 모식도이다.
도 5 는 도 2 의 양산 대응 장치를 나타내는 모식도이다.
도 6 은 도 1 의 양산 대응 장치를 나타내는 모식도이다.
도 7 은 태양전지의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 8 은 종래의 플라스마 CVD 장치를 나타내는 모식도이다.
도면에서, 1은 기판, 2는 캐리어, 3은 기판 홀더, 7은 고주파전원, 8은 동축 케이블, 10, 110은 로드락 챔버, 20, 120은 가열 챔버, 30, 40, 70, 130은 플라스마 CVD 챔버, 31, 41는 가스 공급배관, 32는 배기구, 33, 43는 유도결합형 전극, 34는 급전부, 35는 접지부, 36는 기판 홀더 고정 지그, 50, 140는 냉각 챔버, 61∼63, 106는 게이트 밸브, 101는 i형 결정 Si, 102는 p형 a-Si, 103는 n형 a-Si, 104는 투명전극, 105는 집전전극을 나타낸다.
이하에 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.
(제 1 실시형태)
본 발명의 제 1 실시형태를 도 1 에 나타낸다. 도 1 은 도 7 에 나타낸 태양전지의 생산에 사용되는 플라스마 CVD 장치의 일례를 나타낸 모식도이다.
플라스마 CVD 장치는, 도 1(a) 에 나타낸 바와 같이, 로드락 챔버 (10), 가열 챔버 (20), 제 1 플라스마 CVD (PCVD) 챔버 (30), 제 2 PCVD 챔버 (40) 및 냉각 챔버 (50) 로 구성되고, 각 챔버는 게이트 밸브 (61∼64) 를 통해 연결된다. 기판 (1) 은 기판 양쪽 면의 박막형성면이 노출되도록 기판 홀더 (3) 에 지지된다. 이것은 예를 들면, 도 1(f) 에 나타낸 바와 같이 기판의 주변 단부를 개구를 갖는 평판 (4) 및 누름판 (5) 사이에 끼워 나사 (6) 로 고정해도 무방하다.
복수의 기판이 지지되는 기판 홀더 (3) 는 캐리어 (2) 에 장착되고 (도 1(e)), 각 챔버에 부설된 레일 상을 도 1(a) 의 화살표 방향으로 반송하여 각 챔버 에서 소정 처리가 이루어진다. 즉, 기판 홀더는 로드락 챔버 (10) 로부터 가열 챔버 (20) 로 반송되고, 여기에서 적외선 램프 등의 히터에 의해 기판 홀더 (3) 의 양쪽 측으로부터 가열 처리되어 소정 온도까지 가열된다. 그 후, 제 1 PCVD 챔버 (30), 제 2 PCVD 챔버 (40) 로 순차적으로 반송되어, 기판의 양쪽 면에 각각 n형 a-Si 막 및 p형 a-Si 막이 형성된다. 박막 형성 후, 기판 홀더는 냉각 챔버 (50) 에서 소정 온도까지 냉각되고, 외부로 꺼내져 ITO 등의 투명도전막 및 집전전극의 형성 장치로 반송된다. 또한, 냉각 챔버 대신에 스퍼터 챔버를 연결하고, a-Si 막 형성 후 바로 투명도전막을 형성하는 장치 구성으로 할 수도 있다.
제 1 PCVD 챔버 (30) 의 구조를 도 1(b) 및 1(c) 를 이용하여 설명한다.
도 1(b) 및 1(c) 는 챔버 내부를 각각 정면에서 본 모식도 및 반송방향을 향해 본 모식도이다. PCVD 챔버에는 박막형성용 가스 (예를 들면, SiH4/PH3 가스) 의 공급배관 (31) 및 배기구 (32) 가 형성되고, 챔버 내부에는 중앙에서 폴딩된 형상의 유도결합형 전극 (33) 이 설치된다. 유도결합형 전극 (33) 의 일 단부의 급전부 (34) 는 동축 케이블 (8) 을 통해 고주파전원 (7) 에 접속되고, 타단부의 접지부 (35) 는 챔버 벽에 연결되어 접지된다.
기판 홀더 (3) 가 탑재된 캐리어 (2) 가 PCVD 챔버 (30) 로 반입되면, 파선으로 나타낸 위치에 있던 기판 홀더 고정 지그 (36) 를 닫아 실선으로 나타낸 바와 같이 기판 홀더를 양쪽 측으로부터 맞닿게 하여 고정한다. 이 상태에서 가스 공급배관 (31) 을 통해 SiH4/PH3 가스를 챔버 내에 도입하고, 소정 압력으로 설정한 후, 고주파전력을 유도결합형 전극 (33) 에 공급한다. 전극 (33) 을 따라 플라스마가 발생하고, 전극 (33) 에 면한 기판 표면에 n형 a-Si 막이 퇴적된다. 이 때 기판 막형성 면의 반대측에도 가스가 유입되지만, 플라스마는 기판 홀더 및 기판 홀더 고정 지그에 의해 차폐되어 이면측으로 돌아 들어가지 않게 되므로, 전극과 반대측의 기판 표면에 박막은 형성되지 않는다.
소정 박막이 형성된 후 전력 공급 및 가스 도입을 정지시키고, 챔버 내를 배기한다. 이어서, 게이트 밸브 (63) 를 열어 기판 홀더를 제 2 PCVD 챔버 (40) 로 반송한다. 도 1(d) 는 제 2 PCVD 챔버 내부를 반송방향을 향해 보았을 때의 모식도이고, 유도결합형 전극 (43) 을 기판 홀더에 대해 반대측 위치에 배치한 것 이외에는, 제 1 PCVD 챔버과 동일한 구성이다. 제 2 PCVD 챔버 (40) 로 기판 홀더가 반송되면, 기판 홀더 고정 지그 (46) 가 닫히고 기판 홀더는 고정된다. 여기에서, 가스 공급배관 (41) 을 통해 챔버 내에 SiH4/B2H6 가스를 도입하고, 유도결합형 전극 (43) 에 고주파전력을 공급하여, n형 a-Si 막이 형성된 면과 반대측의 기판 표면에 p형 a-Si 막이 퇴적된다. 이와 같이 하여 i형 결정 실리콘 기판의 양쪽 측에 p형 a-Si 및 a-Si 막이 퇴적되고 pin 접합이 형성된다.
이상과 같이, 기판 홀더 (3) 를 캐리어 (2) 에 올려 각 챔버를 순차적으로 반송함으로써, 연속하여 기판의 양쪽 면에 p형 및 n형 a-Si 막을 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이 종래의 평행평판형 PCVD 장치로 막두께 균일성이 우수한 박막을 형성하기 위해서는, 기판의 막형성 면과 반대측에 이면판을 배치할 필요가 있고, 따라서 양쪽 면의 막형성을 실행하기 위해 기판의 반전공정이 불가결하고, 게다가 가열ㆍ냉각공정 등이 2 회 필요하게 된다. 한편, 본 발명의 플라스마 CVD 장치에서는, 기판을 반전시킬 필요가 없고, 또한, 기판의 가열, 냉각공정이 1 회로 끝나기 때문에, 처리 챔버 수의 저감과 함께 쓰루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, 종래의 장치로 높은 쓰루풋으로 생산하기 위해서는, 로드락 챔버, 가열 챔버, PCVD 챔버, 냉각 챔버가 2 세트 필요하게 되지만, 도 1 에 나타낸 실시형태에서는 PCVD 챔버는 2 개를 필요로 하나, 다른 처리 챔버는 1 개이어도 무방하므로, 장치 전체의 설치면적 및 비용을 대폭 저감할 수 있다.
도 1 은 U자형의 유도결합형 전극을 나타내며, 중앙에서 폴딩된 형상의 유도결합형 전극은, U자형 이외에 예를 들면, 「
Figure 112003026598007-pct00001
」자형과 같은 직사각형의 것이어도 무방하다. 여기에서, 급전부 (34) 및 접지부 (35) 와 폴딩부 사이의 거리를, 고주파 여진파장의 대략 1/2 또는 그 자연배수로 하는 것이 바람직하고, 이에 의해 안정적인 방전을 발생ㆍ유지할 수 있다. 또한, 폴딩부란 U자형의 경우 곡률을 갖는 반원형상의 부분을 말하고, 「
Figure 112003026598007-pct00002
」자형의 경우는 2 개의 직선 전극 사이의 직선부를 말한다. 이들 전극은, 예를 들면, 1 개의 봉재를 구부려 일체로 형성한 것일 필요는 없고, 예를 들면, 2 개의 직선형상 전극을 금속판 등으로 접속ㆍ고정한 구조이어도 무방하다.
또한, 본 발명에서는 봉형상의 전극을 사용할 수도 있다. 이 양 단을 급전부와 접지부로 하고, 급전부와 접지부의 거리를 여진파장의 대략 1/2 또는 자연 배수로 하는 것이 바람직하다.
(제 2 실시형태)
도 1 의 플라스마 CVD 장치에서는, p형 및 n형 a-Si 막을 다른 PCVD 챔버에서 퇴적하는 구성으로 하였으나, 1 개의 PCVD 챔버 내에서 기판의 양쪽 면에 다른 박막을 형성할 수도 있다. 이를 가능하게 하는 본 발명의 제 2 실시형태를 도 2 에 나타낸다. 장치 전체는, 도 2(a) 에 나타낸 바와 같이 PCVD 챔버가 1 개로 된 것 이외에는, 도 1 과 동일한 구성이다.
본 실시형태의 플라스마 CVD 챔버 (30) 는, 도 2(b), 2(c) 에 나타낸 바와 같이 챔버 내에 2 개의 유도결합형 전극이 배치되고, 각각의 급전부 (34, 34') 가 고주파전원에 접속된다. 이 2 개의 전극 사이에, 기판 홀더가 반입되어 고정된다. PCVD 챔버에는 2 종류의 박막형성용 가스 (SiH4/PH3 가스 및 SiH4/B2H6 가스) 의 공급배관 (31, 31') 이 연결된다.
이 장치에서는, PCVD 챔버 (30) 에 기판 홀더가 반송되면, 먼저 가스 공급배관 (31) 을 통해 SiH4/PH3 가스를 챔버 내에 도입하고, 소정 압력으로 설정한 후, 전극 (33) 에 고주파전력을 공급하여 전극 (33) 을 따라 플라스마를 발생시킨다. 이에 의해 전극 (33) 에 면한 기판 상에 n형 a-Si 막이 퇴적된다. 소정 막두께의 박막이 퇴적된 후, 전력 및 가스의 공급을 정지하고 챔버 내를 배기한다.
이어서, 가스 공급배관 (31') 을 통해 SiH4/B2H6 가스를 도입하고, 동일하게, 전극 (33') 에 전력을 공급하여 플라스마를 발생시키고, 전극 (33') 에 면한 기판 상에 소정 막두께의 p형 a-Si 막을 퇴적하여 pin 접합을 형성한다. 그 후, 냉각 챔버 (50) 로 반송되고, 냉각된 후 외부로 꺼내진다.
이상과 같이 하여 동일 챔버 내에서 다른 종류의 박막을 형성할 수 있게 된다.
(제 3 실시형태)
도 2 의 예에서는 n형 a-Si 막을 형성한 후, p형 a-Si 막을 형성하는 구성으로 하였으나, 2 종류의 박막을 동시에 형성할 수도 있다. 동시 막형성이 가능한 제 3 실시형태를 도 3 에 나타낸다.
플라스마 CVD 장치로서는 도 3 에 나타낸 PCVD 챔버를 제외하고 도 2(a) 와 동일한 구성이다. 본 실시형태의 PCVD 챔버는 다음과 같은 점에서 도 2(b), 2(c) 와 다르다. 즉, 도 2 에서는 n형 또는 p형 a-Si 막의 막형성 공간에 생성시키는 플라스마가 반대측의 막형성 공간으로 확산되고, p형 또는 n형 막형성 면에 박막이 형성되는 것을 방지하는 정도의 차폐로 충분하였다. 그러나 제 3 실시형태에서는, 기판 홀더 고정 지그 (36) 의 길이는 가능한 한 챔버의 길이에 근접하여, n형 및 p형 a-Si 막의 막형성 공간을 상호 가스에 의한 오염 (크로스 콘터미네이션) 을 방지하도록 분리하는 칸막이판의 역할을 하게 한다. 또한, 챔버의 길이는 기판 홀더 길이와 동일한 정도로 하고 간극을 작게 한다. 또한, 각각의 막형성 공간에 대응하여, 2 개의 가스 공급배관 및 배기구 (32, 32') 를 형성한다. 이 경우, 배기구 (32 및 32') 의 하류에서 배기가스를 모으고 (32"), 배기계를 일 계열로 한다.
2 종류의 가스를 동시에 도입하면, 기판 홀더 및 칸막이판과 챔버 내벽 사이의 간극을 통해 가스가 서로 유입되는 경우도 있으나, p형 및 n형의 캐리어 농도는 막 중에 함유되는 P 원소와 B 원소의 농도차에 의해 거의 결정된다. 따라서, n형 a-Si 막에 함유되는 P 원소의 수 밀도에 비해 미량의 B 원소가 혼입되거나, 혹은 이와 반대로, p형 a-Si 막에 함유되는 B 원소의 수 밀도에 비해 미량의 P 원소가 혼입되어도, 태양전지 특성에는 거의 영향을 주지 않고, 원하는 특성의 태양전지를 얻을 수 있다.
이와 같이 동일 챔버 내에서 동시에 막형성을 실행함으로써, PCVD 챔버의 운전간격을 더욱 단축할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 2 개 막형성 공간의 각각에 배기구를 형성하는 구성으로 하였으나, 예를 들면, 진공 챔버 저벽의 중앙부에 배기구를 1 개 형성하는 구성으로 할 수도 있다. 또한, 칸막이판에 대해서도, 기판 홀더 고정 지그를 겸용하였기 때문에, 칸막이판이 기판 홀더에 맞닿는 구조로 하였으나, 기판 홀더 고정 지그가 필요없는 경우 혹은 별도 칸막이판을 배치하는 경우에는, 반드시 칸막이판을 기판 홀더에 맞닿게 할 필요는 없고, 간극이 있어도 기류의 조절 등에 의해 크로스 콘터미네이션을 억제할 수 있다.
(제 4 실시형태)
상기 실시형태에서는, 실리콘 기판 상에 직접 p형 및 n형 a-Si 막을 형성하는 제조장치 및 제조방법에 대해 설명하였으나, p/i 접합 및 i/n 접합부의 결함을 저감하여, 태양전지 특성을 향상시키기 위해서는, p형 및 n형 a-Si 막을 형성하기 전에, 기판 양쪽 면의 결정 실리콘 상에 i형 a-Si 막을 형성하는 것이 바람직하다. 이를 위한 장치 구성을 본 발명의 제 4 실시형태로 도 4 에 나타냈다.
도 4 의 플라스마 CVD 장치는, 도 2(a) 의 플라스마 CVD 장치의 PCVD 챔버 (30) 앞에, i형 a-Si 막 퇴적용의 PCVD 챔버 (70) 를 설치한 것이다. PCVD 챔버 (70) 는, 도 2(b), 2(c) 와 동일한 구조를 갖고, SiH4 가스의 공급배관을 1 개 연결한 것이다. SiH4 가스를 도입한 후, 2 개의 유도결합형 전극에 동시에 고주파전력을 공급하고, 기판의 양쪽 면에 동일한 i형 a-Si 막을 퇴적한다.
n형 및 p형 a-Si 막의 형성방법에 대해서는 제 2 실시형태와 동일하다.
(제 5 실시형태)
다음으로, 본 발명의 제 5 실시형태로서 매우 생산성이 높은 플라스마 CVD 장치를 설명한다. 도 1∼도 4 의 플라스마 CVD 챔버는, 1 개의 기판 홀더에 지지된 기판의 양쪽 면에 박막을 연속하여 형성하는 구성이지만, 보다 생산성을 향상시키기 위해서는, 보다 많은 기판을 기판 홀더에 지지시키고, 또한, 복수의 기판 홀더를 동시에 처리할 수 있는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 유도결합형 전극을 사용한 플라스마 CVD 챔버는 이 확장을 용이하게 실행할 수 있고, 이 양산대응의 장치 구성예를 도 5 및 도 6 에 나타낸다.
도 5(a), 5(b) 는 도 2 의 장치에 대응하는 양산 장치의 PCVD 챔버 내부를 각각 정면 및 반송방향을 향해 보았을 때의 모식도이다. 도 5(a) 에 나타낸 바와 같이 기판 홀더 면에 대응하여 유도결합형 전극을 동일 평면 내에 복수 배치하 였기 때문에, 보다 대형의 기판 홀더 (즉, 다수의 기판을 지지한 기판 홀더) 에 대해 막형성 처리를 실행할 수 있다. 또한, 도 5(b) 에 나타낸 바와 같이 기판 홀더와 전극 열층을 교대로 배치하는 것만으로, 1 개의 진공 챔버 내에서 다수의 기판 홀더의 막형성 처리를 실행할 수 있다.
즉, 가스 공급배관 (31) 을 통해 SiH4/PH3 가스를 도입하고, 전극 (33, 33") 에 전력을 공급하여, 이들 기판에 대향하는 기판 표면 상에 n형 a-Si 막을 형성한다. 이어서, 가스를 SiH4/B2H6 가스로 전환하고, 전극 (33', 33''') 에 전력을 공급하여, 이들 전극에 면한 기판면 상에 p형 a-Si 막을 형성한다. 여기에서, 전극기판면간 거리는 30㎜ 정도까지 작게 할 수 있기 때문에, 작은 공간에 다수의 기판 홀더 및 전극을 배치할 수 있다.
또한, 도 5 의 구조는 2 개의 박막을 기판 양쪽 면에 각각 퇴적하는 경우, 또는, 도 3 에 나타낸 바와 같은 동시에 막을 형성하는 장치의 경우도 동일하게 구성해도 무방하다.
도 6(a), 6(b) 는 도 1 의 장치에 대응하는 양산 장치의 제 1 및 제 2 PCVD 챔버 내부를 반송방향을 향해 보았을 때의 모식도이다. 이 경우는 2 개의 유도결합형 전극 열층 사이에 2 개의 기판 홀더가 배치되는 구성이다.
이상 본 발명을 결정 실리콘 기판의 양쪽 면에 a-Si 막을 형성하는 방법 및 장치에 대해 서술하였지만, 본 발명은 이로 한정되지 않고, 태양전지 이외의 각종 용도, 예를 들면, 유리나 플라스틱 기판의 표면 개질 등에도 바람직하게 적용된다.
본 발명에 의해 기판의 이면판없이 균일성이 우수한 박막을 형성할 수 있게 되고, 그 결과 기판의 반전공정이 필요없게 되며, 또한, 가열ㆍ냉각공정 등을 줄일 수 있기 때문에, 양쪽 면 막형성의 생산성을 현저하게 향상시킬 수 있다.
또한, 기판 홀더와 유도결합형 전극을 교대로 배치한 구성이 가능하게 되므로, 다수의 기판을 동시 처리할 수 있는 매우 양산성이 우수한 플라스마 CVD 장치를 제공할 수 있다.

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  10. 제 1 및 제 2 진공 챔버를 칸막이 밸브를 통해 연결하고, 각각의 진공 챔버에 가스공급구 및 배기구를 형성하고, 내부에 급전부 및 접지부를 갖는 유도결합형 전극과, 기판 양면이 노출되도록 외주 단부를 지지하는 기판 홀더를 배치하고, 상기 기판 홀더를 상기 제 1 진공 챔버에 반송하고, 상기 가스공급구를 통해 제 1 박막형성용 가스를 도입함과 동시에 상기 급전부에 고주파전력을 공급하여 플라스마를 발생시키고, 상기 유도결합형 전극에 면한 상기 기판의 표면 상에 제 1 박막을 형성한 후, 상기 기판 홀더를 상기 제 1 박막이 형성된 면과 반대측의 면이 상기 유도결합형 전극에 면하도록 제 2 진공 챔버에 반송하고, 상기 가스공급구를 통해 제 2 박막형성용 가스를 도입함과 동시에 상기 급전부에 고주파전력을 공급하여 플라스마를 발생시키고, 상기 제 1 박막이 형성된 표면과는 반대측인 상기 기판 표면에 제 2 박막을 형성하는 구성인 플라스마 CVD 장치로서,
    상기 유도결합형 전극이 복수 개, 동일 평면 내에 배치된 전극 열을, 상기 제 1 진공 챔버 (또는 제 2 진공 챔버) 에 n층 (n은 2 이상의 정수), 상기 제 2 진공 챔버 (또는 제1 진공 챔버) 에 (n-1) 층 설치하고, 상기 전극 열의 층 사이에 상기 2 개의 기판 홀더를 배치하는 것을 특징으로 하는 플라스마 CVD 장치.
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