KR20100120717A - 박막 태양전지 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 박막 태양전지 제조 장치는, 기판의 성막면에 CVD법에 의해 막을 형성하는 성막실과; 전압이 인가되는 캐소드가 양쪽에 배치된 캐소드 유닛과, 상기 각 캐소드의 각각에 대향하고 또한, 이간 거리를 두고 배치된 한쌍의 애노드를 가지는 전극 유닛과; 상기 기판의 주연부를 덮는 마스크와; 상기 캐소드 유닛의 주위에 설치된 배기 덕트;를 구비하고, 상기 캐소드 유닛과, 상기 애노드쪽에 설치된 상기 기판 사이에 성막 공간이 형성되고; 상기 마스크와 상기 캐소드 유닛 사이에 배기 통로가 형성되고; 상기 배기 덕트와 상기 성막 공간이 상기 배기 통로를 통해 접속되고; 상기 성막 공간에 도입된 성막 가스가 상기 배기 통로를 통하여 상기 배기 덕트로부터 배기된다.

Description

박막 태양전지 제조 장치{Apparatus for manufacturing thin film solar cell}
본 발명은 박막 태양전지 제조 장치에 관한 것이다.
본원은 2008년 6월 6일에 일본에 출원된 일본특허출원 제2008―149935호에 기초하여 우선권을 주장하고 그 내용을 여기에 원용한다.
현재의 태양전지는 단결정Si형 및 다결정Si형이 그 대부분을 차지하고 있는데, Si의 재료 부족 등이 우려된다. 그래서 최근에는 제조 비용이 낮고 재료 부족 위험이 적은 박막Si층이 형성된 박막 태양전지의 수요가 높아지고 있다. 또한, a-Si(아몰퍼스 실리콘)층만 가지는 종래형의 박막 태양전지에 추가하여 최근에는 a-Si층과 μc-Si(마이크로 크리스탈 실리콘)층을 적층함으로써 광전변환 효율의 향상을 꾀한 탠덤형 박막 태양전지의 수요가 높아지고 있다.
이 박막 태양전지의 박막Si층(반도체층)의 성막(成膜)에는 플라즈마 CVD장치를 사용하는 경우가 많다. 이 종류의 플라즈마 CVD장치로서는 매엽식(枚葉式) PE―CVD(플라즈마 CVD)장치, 인라인형 PE―CVD장치, 배치식 PE―CVD장치 등이 존재한다.
박막 태양전지로서의 변환 효율을 고려하면, 상기 탠덤형 태양전지의 μc-Si층은 a-Si층에 비해 약 5배 정도의 막두께(1.5㎛ 정도)를 성막할 필요가 있다. 또한, μc-Si층은 양질의 마이크로 크리스탈막을 균일하게 형성할 필요가 있기 때문에 성막 속도를 빠르게 하는 데에도 한계가 있다. 따라서 이것을 보완하기 위해 배치수 증가 등으로 생산성을 향상시킬 것이 요구되고 있다. 즉, 저성막 속도이면서 높은 처리율을 실현할 수 있는 장치가 요구되고 있다.
또한, 생산성의 향상을 꾀함과 아울러 대형화되는 기판에도 고정밀도로 성막할 수 있는 CVD장치로서, 기판의 성막면이 중력 방향과 대략 병행(竝行)하게 배치된 상태에서 성막을 하는 종형(縱型) CVD장치가 있다. 이 종형 CVD장치 내에는 기판을 지지하기 위한 지지벽(홀더)이 한쌍 세워져 있는 캐리어(반송부)를 갖는 것이 있다. 각 지지벽은 서로 대략 병행인 상태가 되도록 배치되어 있다. 캐리어는 각 지지벽에 기판을 지지한 상태에서 그 면방향을 따라서 이동하여 기판을 성막실 내로 출입시킨다. 성막실에는 각 기판을 가열하기 위한 히터가 마련되어 있다. 이 히터는 반송된 한쌍의 기판 사이에 설치되어 있다. 또한, 성막실의 양쪽 벽에는 내면쪽에 고주파 전극(캐소드)이 각각 설치되어 있다. 이 고주파 전극에 급전(給電)함으로써, 성막실에 공급되는 성막 가스가 플라즈마화된다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1: 일본공개특허 제2002―270600호 공보
상술한 CVD장치에는 성막실 이외에 기판을 가열하기 위한 가열실이나 피성막면에 막이 형성된 기판을 취출하는 취출실 등, 성막 공정마다 방이 필요하다. 또한, 기판에 다층 구조의 막을 형성할 경우 각 층의 막형성에 대응하여 여러 개의 성막실이 필요하다. 이 경우 캐리어는 각 지지벽에 기판을 지지시킨 상태 그대로 각 방을 이동한다.
기판의 성막면에 막을 성형할 때, 성막실에는 기판과 함께 캐리어도 출입되게 된다. 따라서 캐리어 전체가 성막실 내에서 노출된 상태가 되기 때문에 기판의 성막면에 더하여 캐리어에도 막이 형성되어 버린다.
캐리어에 막이 형성되어 버리면, 예를 들면 캐리어의 이동중에 캐리어에 형성된 막이 박락(剝落)되고, 이 막이 반응 부생성물(파우더)로서 기판의 성막면에 부착될 우려가 있다. 따라서 이 반응 부생성물(파우더)이 부착된 기판의 성막면에는 정상적인 막이 형성되지 않게 된다.
그래서 본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 생산성의 향상을 꾀하면서 반송부에 막이 형성되는 것을 방지함으로써, 기판의 성막면에 형성되는 막의 품질을 향상시킬 수 있는 박막 태양전지 제조 장치의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하여 상기 목적을 달성하기 위해 이하의 수단을 채용하였다.
(1) 본 발명의 박막 태양전지 제조 장치는, 기판의 성막면에 CVD법에 의해 막을 형성하는 성막실과; 전압이 인가되는 캐소드가 양쪽에 배치된 캐소드 유닛과, 상기 각 캐소드의 각각에 대향함과 아울러 이간 거리를 두고 배치된 한쌍의 애노드를 가지는 전극 유닛과; 상기 기판의 주연부(周緣部)를 덮는 마스크와; 상기 캐소드 유닛의 주위에 설치된 배기 덕트;를 구비하고, 상기 캐소드 유닛과 상기 애노드쪽에 설치된 상기 기판 사이에 성막 공간이 형성되고; 상기 마스크와 상기 캐소드 유닛 사이에 배기 통로가 형성되고; 상기 배기 덕트와 상기 성막 공간이 상기 배기 통로를 통해 접속되고; 상기 성막 공간에 도입된 성막 가스가 상기 배기 통로를 통해 상기 배기 덕트로부터 배기된다.
상기 (1)에 기재된 박막 태양전지 제조 장치에 의하면, 기판의 피성막면에 막을 형성할 때, 캐소드 유닛과, 애노드에 설치된 기판 사이에 성막 공간을 형성하기 때문에, 기판의 주연부가 성막 공간에 노출되는 것을 방지할 수 있어, 기판의 주연부에 막이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 캐소드 유닛 주위에 배기 덕트를 설치하기 때문에, 기판 주위로부터 성막 가스(배가스)를 배기시킬 수 있다. 따라서 배기 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 배기 덕트를 사용하여 배기시킴으로써, 예를 들면 기판의 피성막면에 막을 형성할 때에 발생한 반응 부생성물(파우더) 등도 용이하게 회수할 수 있다. 이 경우 배기 덕트의 내벽에 반응 부생성물(파우더)을 부착·퇴적시킴으로써, 반응 부생성물(파우더)을 포함하지 않은 비교적 깨끗한 성막 가스를 배기시킬 수 있게 된다. 또한, 배기 덕트를 클리닝할 때 반응 부생성물(파우더)을 모아서 클리닝할 수 있다. 그리고 배기 덕트는 마스크와 캐소드 유닛 사이에 형성된 배기 통로에 의해 성막 공간과 접속되고, 이 배기 통로를 통하여 성막 가스가 배기 덕트로부터 배기된다. 캐소드 유닛과 기판에 의해 성막 공간이 형성되고 반응 부생성물(파우더) 및 성막 가스가 성막 공간으로부터 배기 통로를 통해 배기 덕트에 의해 배기되기 때문에 다른 영역으로 성막 가스나 반응 부생성물(파우더)이 확산되는 것을 제한할 수 있어 성막실 내의 성막 공간 이외의 오염을 줄일 수 있다.
(2) 상기 캐소드는 상기 기판의 상기 성막면에 대해 상기 성막 가스를 공급하는 샤워 플레이트여도 좋다.
상기 (2)의 경우, 캐소드와 샤워 플레이트를 별개로 설치할 필요가 없어 박막 태양전지 제조 장치의 간소화, 저비용화를 꾀할 수 있게 된다. 또한, 캐소드를 샤워 플레이트로 함으로써, 성막 가스가 성막 영역(성막 공간)에 균일하게 도입됨과 아울러 성막 영역에 고주파 전압을 균일하게 인가할 수 있다. 따라서 플라즈마가 더욱 균일해져, 형성되는 막의 품질 향상을 꾀할 수 있다.
(3) 상기 전극 유닛이, 상기 애노드를 상기 캐소드에 대해 접근·이간시키는 구동부를 더 가지고; 상기 구동부에 의해, 상기 기판을 지지한 상기 애노드를, 상기 캐소드를 향해 이동시킴으로써, 상기 마스크부가 상기 기판의 상기 주연부를 덮도록 해도 좋다.
상기 (3)의 경우, 애노드가 캐소드 유닛에 대해 접근·이간시키는 방향으로 이동하기 때문에 성막실 내로 기판을 출입시킬 때에는 애노드와 캐소드 유닛 사이의 간극을 크게 설정할 수 있다. 한편, 기판의 성막면에 막을 형성할 때에는 애노드와 캐소드 유닛 사이의 간극을 작게 설정할 수 있다. 따라서 형성되는 막의 품질 향상을 꾀하면서 성막실 내로부터의 기판의 출입을 용이하게 하여 생산성을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 애노드의 이동에 따라 기판을 캐소드 유닛에 대해 용이하게 접근·이간시킬 수 있다.
또한, 애노드를 캐소드 방향으로 이동시킴으로써, 마스크가 기판의 주연부를 덮고, 이로써 기판의 주연부에 막이 형성되는 것을 방지한다. 따라서 마스크를 대규모의 구성으로 하지 않고 저비용으로 확실하게 기판 주연부의 막 형성을 방지할 수 있다.
또한, 마스크가 기판의 주연부를 덮음으로써, 후술하는 기판의 반송부(캐리어)나 애노드가 존재하는 영역에 성막 가스가 퍼지는 것을 제한할 수 있다.
(4) 상기 애노드와 상기 캐소드 유닛 사이에 상기 기판을 반송하는 반송부를 더 구비하고, 상기 반송부가, 상기 기판의 상기 성막면에 접촉하는 제1 끼움지지편과, 상기 기판의 배면에 접촉하는 제2 끼움지지편을 가지고; 이들 제1 끼움지지편과 제2 끼움지지편에 의해 상기 기판이 끼움지지되고; 상기 애노드가 상기 캐소드 유닛에 대해 접근할 때에 상기 제1 끼움지지편이 상기 제2 끼움지지편으로부터 이간되고; 상기 애노드가 상기 캐소드 유닛에 대해 이간될 때에 상기 제1 끼움지지편이 상기 제2 끼움지지편에 접근하고; 상기 기판의 상기 성막면에 상기 막을 형성할 때에 상기 반송부의 상기 제1 끼움지지편보다도 내주쪽에서, 상기 기판의 주연부가 상기 마스크로 덮여도 좋다.
상기 (4)의 경우, 반송부를 사용하여 기판을 반송하기 때문에 기판이 성막 공정마다 설정된 방 사이를 연속 이동할 수 있어 생산성의 향상을 꾀할 수 있다.
또한, 기판의 성막면에 막을 형성할 때, 마스크가 제1 끼움지지편을 피복하고 또한, 반송부쪽으로 성막 가스가 퍼지는 것을 제한하기 때문에, 반송부에 막이나 반응 부생성물이 부착되는 것을 줄일 수 있다. 따라서 반송부의 클리닝 빈도를 줄일 수 있다. 또한, 예를 들면 반송부에 형성되는 막이 박락되어 기판의 성막면에 부착되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 기판의 성막면에 형성되는 막의 품질을 향상시킬 수 있다.
(5) 상기 마스크부가 상기 기판의 상기 주연부를 덮음으로써, 상기 성막 공간이 존재하는 공간과, 상기 반송부가 존재하는 공간이 분리되어도 좋다.
상기 (5)의 경우, 필요 이상으로 성막 공간이 확대되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과 쓸데없이 성막 가스를 배출할 필요가 없어 제조 비용을 줄일 수 있게 된다.
또한, 성막 가스가 퍼지는 범위가 제한되어 불필요한 범위, 즉, 기판의 외연부나 애노드에 막이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 마스크가 전극 유닛과 일체로 성막실로부터 분리될 수 있기 때문에 마스크의 클리닝이 용이해진다. 그 결과, 박막 태양전지 제조 장치의 가동율을 향상시킬 수 있게 된다.
(6) 상기 애노드에 상기 기판의 온도를 조정하기 위한 온도 제어부가 내장되어도 좋다.
상기 (6)의 경우, 기판의 온도를 효율적으로 제어할 수 있게 된다. 또한, 온도 제어부를 애노드와는 별도로 마련할 필요가 없기 때문에 박막 태양전지 제조 장치의 소형화를 꾀할 수 있다.
상기 (1)에 기재된 박막 태양전지 제조 장치에 의하면, 기판의 성막면에 막을 형성할 때, 캐소드 유닛과, 애노드에 설치된 기판 사이에 성막 공간이 형성된다. 따라서 기판의 주연부가 성막 공간에 노출되는 것을 방지할 수 있고 기판의 주연부에 막이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이 성막 공간에서는 반응 부생성물(파우더) 및 성막 가스가 성막 공간로부터 배기 통로를 통해 배기 덕트에 의해 배기된다. 따라서 성막 공간으로부터 다른 성막 장치내의 영역으로 성막 가스나 반응 부생성물(파우더)이 확산되는 것을 제한할 수 있어 성막실 내의 성막 공간 이외의 영역의 오염을 줄일 수 있다.
또한, 배기 덕트를 사용하여 배기시킴으로써, 예를 들면 기판의 성막면에 막을 형성할 때에 발생한 반응 부생성물(파우더) 등도 용이하게 회수할 수 있다. 이 경우, 배기 덕트의 내벽에 반응 부생성물(파우더)을 부착·퇴적시킴으로써, 반응 부생성물(파우더)을 포함하지 않은 비교적 깨끗한 성막 가스를 배기시킬 수 있게 된다. 또한, 기판의 성막면에 막을 형성할 때, 마스크가 제1 끼움지지편을 피복하고 또한, 반송부쪽으로 성막 가스가 확산되는 것을 제한하기 때문에 반송부에 막이나 반응 부생성물이 부착되는 것을 줄일 수 있다. 따라서 반송부의 클리닝 빈도를 줄일 수 있다. 또한, 반송부에 형성되는 막이 박락되어 기판의 성막면에 부착되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 기판의 성막면에 형성되는 막의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은, 본 발명의 박막 태양전지 제조 장치에 의해 제조되는 박막 태양전지의 일례를 도시한 개략 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 일실시형태에 관한 박막 태양전지 제조 장치의 개략 구성도이다.
도 3a은, 본 실시형태의 성막실의 사시도이다.
도 3b는, 동(同) 성막실을 다른 각도에서 본 경우의 사시도이다.
도 3c는, 동 성막실의 측면도이다.
도 4a는, 본 실시형태의 전극 유닛의 사시도이다.
도 4b는, 동 전극 유닛을 다른 각도에서 본 경우의 사시도이다.
도 4c는, 동 전극 유닛의 변형예를 도시한 도면으로서, 그 일부분을 분해한 사시도이다.
도 4d는, 본 실시형태의 전극 유닛의 캐소드 유닛 및 애노드 유닛의 부분 단면도이다.
도 5a는, 본 실시형태의 삽입·취출실의 사시도이다.
도 5b는, 동 삽입·취출실을 다른 각도에서 본 경우의 사시도이다.
도 6은, 본 실시형태의 푸쉬-풀 기구의 개략 구성도이다.
도 7a는, 본 실시형태의 기판 탈착실의 개략 구성을 도시한 사시도이다.
도 7b는, 도 7a에서의 정면도이다.
도 8은, 본 실시형태의 기판 수용 카세트의 사시도이다.
도 9는, 본 실시형태의 캐리어의 사시도이다.
도 10은, 상기 박막 태양전지 제조 장치를 사용한 본 발명의 일실시형태에 관한 박막 태양전지의 제조 방법의 과정을 도시한 설명도(1)이다.
도 11은, 동 박막 태양전지의 제조 방법의 후속 과정을 도시한 설명도(2)이다.
도 12는, 동 박막 태양전지의 제조 방법의 후속 과정을 도시한 설명도(3)이다.
도 13은, 동 박막 태양전지의 제조 방법의 후속 과정을 도시한 설명도(4)이다.
도 14는, 동 박막 태양전지의 제조 방법의 후속 과정을 도시한 설명도(5)이다.
도 15a는, 본 실시형태의 푸쉬-풀 기구의 움직임을 도시한 설명도이다.
도 15b는, 본 실시형태의 푸쉬-풀 기구의 움직임을 도시한 설명도이다.
도 16는, 상기 박막 태양전지 제조 장치를 사용한 박막 태양전지의 제조 방법의 후속 과정을 도시한 설명도(6)이다.
도 17은, 동 박막 태양전지의 제조 방법의 후속 과정을 도시한 설명도(7)이다.
도 18은, 동 박막 태양전지의 제조 방법의 후속 과정을 도시한 설명도(8)로서, 기판이 전극 유닛에 삽입되었을 때의 개략 단면도이다.
도 19은, 동 박막 태양전지의 제조 방법의 후속 과정을 도시한 설명도(9)이다.
도 20은, 동 박막 태양전지의 제조 방법의 후속 과정을 도시한 설명도(10)이다.
도 21은, 동 박막 태양전지의 제조 방법의 후속 과정을 도시한 설명도(11)로서, 기판이 전극 유닛에 세팅되었을 때의 부분 단면도이다.
도 22는, 동 박막 태양전지의 제조 방법의 후속 과정을 도시한 설명도(12)이다.
도 23은, 동 박막 태양전지의 제조 방법의 후속 과정을 도시한 설명도(13)이다.
도 24는, 동 박막 태양전지의 제조 방법의 후속 과정을 도시한 설명도(14)이다.
도 25는, 동 박막 태양전지의 제조 방법의 후속 과정을 도시한 설명도(15)이다.
본 발명의 일실시형태에 관한 박막 태양전지 제조 장치에 대해서 도 1∼도 25에 기초하여 설명하기로 한다.
(박막 태양전지)
도 1은, 본 발명의 박막 태양전지 제조 장치에서 제조되는 박막 태양전지(100)의 일례를 모식적으로 도시한 단면도이다. 도 1에 도시한 것처럼, 박막 태양전지(100)는 그 표면을 구성하는 기판(W)(예를 들면 유리 기판 등)과; 이 기판(W)상에 설치된 투명 도전막으로 이루어진 상부 전극(101)과; 아몰퍼스 실리콘으로 이루어진 상부 셀(102)과; 이 상부 셀(102)과 후술하는 하부 셀(104) 사이에 설치된 투명 도전막으로 이루어진 중간 전극(103)과; 마이크로 크리스탈 실리콘으로 이루어진 하부 셀(104)과; 투명 도전막으로 이루어진 버퍼층(105)과; 금속막으로 이루어진 이면(裏面) 전극(106);이 적층되어 구성되어 있다. 즉, 박막 태양전지(100)는 아몰퍼스 실리콘/마이크로 크리스탈 실리콘 탠덤형 태양전지이다. 이와 같은 탠덤 구조의 박막 태양전지(100)에서는, 단파장광을 상부 셀(102)에서 흡수함과 아울러 장파장광을 하부 셀(104)에서 흡수함으로써 발전 효율의 향상을 꾀할 수 있다.
상부 셀(102)은 p층(102p), i층(102i), n층(102n)의 3층 구조를 이루고, 각각 아몰퍼스 실리콘으로 형성되어 있다. 하부 셀(104)은 p층(104p), i층(104i), n층(104n)의 3층 구조를 이루고, 각각 마이크로 크리스탈 실리콘으로 구성되어 있다.
이와 같은 구성 박막 태양전지(100)에서는, 태양광에 포함되는 광자라는 에너지 입자가 i층에 닿으면 광기전력 효과에 의해 전자와 정공(hole)가 발생하고, 전자는 n층을 향해 이동하고, 정공은 p층을 향해 이동한다. 이 광기전력 효과에 의해 발생한 전자/정공을 상부 전극(101)과 이면 전극(106)으로부터 취출함으로써 광에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다.
상부 셀(102)과 하부 셀(104) 사이에 중간 전극(103)을 설치함으로써, 상부 셀(102)을 통과하여 하부 셀(104)에 도달하는 광의 일부가 중간 전극(103)에서 반사되어 다시 상부 셀(102)쪽에 입사된다. 따라서 셀의 감도 특성이 향상되어 발전 효율의 향상을 꾀할 수 있다.
또한, 기판(W)쪽으로부터 입사된 태양광은 각 층을 통과한 후 이면 전극(106)에서 반사된다. 본 실시형태의 박막 태양전지(100)에서는, 광에너지의 변환 효율을 향상시키기 위해, 상부 전극(101)에 입사된 태양광의 광경로를 연장하는 프리즘 효과와 광의 가둠 효과를 목적으로 한 텍스쳐 구조가 채용되었다.
(박막 태양전지 제조 장치)
도 2는, 본 발명의 일실시형태에 관한 박막 태양전지 제조 장치의 개략 평면도이다. 도 2에 도시한 것처럼, 이 박막 태양전지 제조 장치(10)는 여러 개의 기판(W)에 대해 마이크로 크리스탈 실리콘으로 구성된 하부 셀(104)(반도체층)을 동시에 성막할 수 있는 성막실(11)과; 이 성막실(11)에 반입되는 성막 처리전 기판(W1)(기판(W)), 및 성막실(11)로부터 반출된 성막 처리후 기판(W2)(기판(W))를 동시에 수용할 수 있는 삽입·취출실(13)과; 성막 처리전 기판(W1) 및 성막 처리후 기판(W2)을 캐리어(반송부)(21)(도 9 참조)에 탈착하는 기판 탈착실(15)과; 기판(W)을 캐리어(21)로부터 탈착하기 위한 기판 탈착 로봇(17)과; 기판(W)을 다른 처리실로의 반송을 위해 수용하는 기판 수용 카세트(19);를 구비하고 있다. 본 실시형태에서는 성막실(11), 삽입·취출실(13) 및 기판 탈착실(15)로 구성되는 기판 성막 라인(16)이 4개 마련되어 있다. 기판 탈착 로봇(17)은 마루면(床面)에 부설(敷設)된 레일(18) 위를 이동할 수 있도록 되어 있다. 이로써 모든 기판 성막 라인(16)으로 기판(W)을 주고받는 것을, 1대의 기판 탈착 로봇(17)으로 수행할 수 있도록 되어 있다. 또한, 성막실(11)과 삽입·취출실(13)이 일체화되어 기판 성막 모듈(14)을 구성하고 있으며, 트럭에 적재 가능한 크기를 가지고 있다.
도 3a∼도 3c는 성막실의 개략 구성도이다. 도 3a가 사시도, 도 3b가 도 3a와는 다른 각도에서 본 경우의 사시도, 도 3c가 측면도이다.
이들 도 3a에 ∼도 3c 도시한 것처럼, 성막실(11)은 상자형으로 형성되어 있다. 성막실(11)의, 삽입·취출실(13)과 접속되는 제1 측면(23)에는, 기판(W)이 탑재된 캐리어(21)가 통과할 수 있는 캐리어 반출입구(24)가 3군데 형성되어 있다. 이들 캐리어 반출입구(24)에는, 이들 캐리어 반출입구(24)를 개폐하는 셔터(25)가 각각 설치되어 있다. 셔터(25)를 닫은 경우, 캐리어 반출입구(24)는 기밀성을 확보하여 폐쇄된다. 제1 측면(23)과 대향하는 제2 측면(27)에는 기판(W)에 성막을 실시하기 위한 전극 유닛(31)이 3기 설치되어 있다. 이들 전극 유닛(31)은 성막실(11)로부터 착탈 가능하다. 성막실(11)의 제3 측면 하부(28)에는, 성막실(11) 내의 공간을 진공 배기하기 위한 진공 펌프(30)가 배기관(29)을 통해 접속되어 있다(도 3c 참조. 도 3a 및 도 3b에서는 도시 생략).
도 4a∼도 4d는 전극 유닛(31)의 개략 구성도이다. 도 4a가 사시도, 도 4b가 도 4a와 다른 각도에서 본 경우의 사시도이다. 도 4c가 전극 유닛(31)의 변형예를 도시한 사시도이다. 도 4d가 캐소드 유닛 및 애노드(대향 전극)의 부분 단면도이다.
전극 유닛(31)은 성막실(11)의 제2 측면(27)에 형성된 3군데의 개구부(26)에 착탈될 수 있다(도 3b 참조). 전극 유닛(31)은 하부(바닥판부(62))의 네 귀퉁이에 차륜(61)이 하나씩 설치되고 있으며 마루면위를 이동할 수 있다. 차륜(61)이 설치된 바닥판부(62) 위에는 측판부(63)가 연직 방향을 따라 세워져 있다. 이 측판부(63)는 성막실(11)의 제2 측면(27)의 개구부(26)를 폐색할 수 있는 크기를 가지고 있다.
도 4c의 변형예에 도시한 것처럼, 차륜(61)이 부착된 바닥판부(62)는 캐소드 유닛(68)이나 애노드 유닛(90) 등이 장착된 측판부(63)와 분리·접속 가능한 대차(62A)(臺車)로 해도 좋다. 이 경우, 전극 유닛(31)을 성막실(11)에 접속한 후에, 캐소드 유닛(68)이나 애노드 유닛(90) 등이 장착된 측판부(63)로부터 대차(62A)를 분리하여 공통의 대차(62A)로서, 다른 전극 유닛(31)의 이동에 사용할 수 있다.
전극 유닛(31)의 측판부(63)는 성막실(11)의 벽면 일부를 이루고 있다. 측판부(63)의 한쪽 면(성막실(11)의 내부를 향하는 면)(65)에는 성막 처리시에 기판(W)의 양면에 배치되는 애노드(67)와 캐소드 유닛(68)이 설치되어 있다. 본 실시형태의 전극 유닛(31)은, 캐소드 유닛(68)을 사이에 두고 그 양쪽에 이간되어 배치된 한쌍의 애노드(67)를 구비하고 있다. 그리고 1개의 전극 유닛(31)에 의해 2장의 기판(W)을 동시에 성막할 수 있도록 되어 있다. 성막 처리시의 각 기판(W)은 연직 방향과 대략 병행을 이루어 대향하도록 캐소드 유닛(68)의 양면쪽에 각각 배치되어 있다. 2장의 애노드(67)는 각 기판(W)의 두께 방향 바깥쪽에, 각 기판(W)과 각각 대향한 상태로 배치되어 있다.
또한, 측판부(63)의 다른 쪽 면(69)에는 애노드(67)를 구동하기 위한 구동 기구(구동부)(71)와, 성막할 때에 캐소드 유닛(68)에 급전하기 위한 매칭 박스(72)가 설치되어 있다. 또한, 측판부(63)에는 캐소드 유닛(68)에 성막 가스를 공급하는 배관용 접속부(미도시)가 형성되어 있다.
2장(1쌍)의 애노드(67)에는 기판(W)의 온도를 조정하는 온도 제어부로서 히터(H)가 내장되어 있다. 이들 2장의 애노드(67)와 히터(H)에 의해 애노드 유닛(90)이 구성되어 있다. 또한, 2장의 애노드(67),(67)는 측판부(63)에 마련된 구동 기구(71)에 의해 서로 접근·이간되는 방향(수평 방향)으로 이동 가능하며, 기판(W)과 캐소드 유닛(68)간의 이간 거리를 제어할 수 있다. 구체적으로는, 기판(W)을 성막하기 전에는 2장의 애노드(67),(67)가 캐소드 유닛(68)을 향해 이동하여 기판(W)과 접촉한다. 또한, 2장의 애노드(67),(67)가 캐소드 유닛(68)에 접근하는 방향으로 이동하여 기판(W)과 캐소드 유닛(68)과의 이간 거리가 원하는 거리로 조절된다. 그 후, 성막을 행하고, 성막 종료 후에는 애노드(67),(67)가 서로 이간되는 방향으로 이동하고, 애노드(67)와 기판(W)이 서로 이간되어 기판(W)을 전극 유닛(31)으로부터 용이하게 취출할 수 있다.
또한, 애노드(67)는 구동 기구(71)에 힌지(미도시)를 통해 장착되어 있다. 이로써 전극 유닛(31)을 성막실(11)로 빼낸 상태에서 애노드(67)의 캐소드 유닛(68)쪽을 향한 면(67A)이 측판부(63)의 한쪽 면(65)과 대략 평행해질 때까지 개폐되도록 회동할 수 있다. 즉, 애노드(67)는 평면에서 보아 약 90°회동할 수 있도록 되어 있다(도 4a 참조).
캐소드 유닛(68)은, 샤워 플레이트(캐소드)(75)와 캐소드 중간 부재(76)와 배기 덕트(79)와 부유 용량체(82)를 가지고 있다.
캐소드 유닛(68)에는, 각 애노드(67)와 대향하는 면에 각각 작은 구멍(미도시)이 복수개 형성된 한쌍의 샤워 플레이트(75)가 배치되어 있으며, 이 소공에서 성막 가스가 기판(W)을 향해 분출된다. 이 샤워 플레이트(75),(75)는 상기 매칭 박스(72)와 전기적으로 접속된 캐소드(고주파 전극)를 이루고 있다. 2장의 샤워 플레이트(75),(75) 사이에는 매칭 박스(72)와 전기적으로 접속된 캐소드 중간 부재(76)가 마련되어 있다. 즉, 샤워 플레이트(75)는, 캐소드 중간 부재(76)의 양쪽면에, 이 캐소드 중간 부재(76)와 전기적으로 접속된 상태로 배치되어 있다.
캐소드 중간 부재(76)와 샤워 플레이트(캐소드)(75)는 도전체에 의해 형성되어 있다. 고주파는 캐소드 중간 부재(76)를 통해 샤워 플레이트(캐소드)(75)에 인가된다. 따라서 플라즈마 발생을 위해서 2장의 샤워 플레이트(75),(75)에 인가되는 전압은 같은 전위·같은 위상이 된다.
캐소드 중간 부재(76)는 미도시된 배선에 의해 상기 매칭 박스(72)와 전기적으로 접속되어 있다. 캐소드 중간 부재(76)와 샤워 플레이트(75) 사이에는 공간부(77)가 형성되어 있다. 그리고 가스 공급 장치(미도시)로부터 이 공간부(77)에 성막 가스가 도입되도록 되어 있다. 한쌍의 공간부(77)는, 이들 사이에 개재된 캐소드 중간 부재(76)에 의해 분리되고, 각각의 샤워 플레이트(75),(75)마다 대응하여 따로따로 형성되어 있다. 따라서 각 샤워 플레이트(75),(75)에서 방출되는 가스의 종류나 방출량을 독립적으로 제어할 수 있다. 즉, 공간부(77)는 가스 공급로의 역할을 한다. 본 실시형태에서는 각 공간부(77)의 각각이 샤워 플레이트(75),(75)마다 대응하여 따로따로 형성되어 있기 때문에 캐소드 유닛(68)은 2계통의 가스 공급로를 가지고 있다.
캐소드 유닛(68)의 주연부에는, 그 대략 전둘레(全周)에 걸쳐 중공형의 배기 덕트(79)가 마련되어 있다. 이 배기 덕트(79)에는, 성막 공간(81) 내의 성막 가스나 반응 부생성물(파우더)을 배기 덕트(79)에 도입하여 배기하기 위한 배기구(80)가 형성되어 있다. 구체적으로는 성막할 때에 기판(W)과 샤워 플레이트(75) 사이에 형성되는 성막 공간(81)에 면하여 배기구(80)가 형성되어 있다. 배기구(80)는 캐소드 유닛(68)의 주연부를 따라서 여러 개 형성되어 있으며 전둘레에 걸쳐 대략 균등하게 배기할 수 있도록 구성되어 있다.
캐소드 유닛(68)의 하부에 배치된 배기 덕트(79)에는 성막실(11)을 향한 면에 개구부α(미도시)가 형성되어 있다. 이 개구부α에 의해, 성막 공간(81)로부터 배기된 성막 가스 등이 성막실(11) 내로 배출된다. 성막실(11) 내로 배출된 가스는 성막실(11)의 측면 하부(28)에 마련된 배기관(29)으로부터 외부로 배기된다(도 3c 참조).
배기 덕트(79)와 캐소드 중간 부재(76) 사이에는 유전체 및/또는 이 유전체의 적층 공간을 가지는 부유 용량체(82)가 마련되어 있다.
배기 덕트(79)는 접지 전위에 접속되어 있다. 배기 덕트(79)는 캐소드(75) 및 캐소드 중간 부재(76)로부터의 이상 방전을 방지하기 위한 쉴드 프레임으로서도 기능한다.
또한, 캐소드 유닛(68)의 주연부에는, 배기 덕트(79)의 외주부로부터 샤워 플레이트(캐소드)(75)의 외주부에 이르는 부위를 덮도록 한쌍의 마스크(78)가 마련되어 있다. 이들 마스크(78)는 캐리어(21)에 마련된 후술하는 끼움지지부(59)의 끼움지지편(59A)(도 9, 도 21 참조)을 피복함과 아울러, 성막할 때에 끼움지지편(59A)과 일체가 되어 성막 공간(81) 내의 성막 가스나 반응 부생성물(파우더)을 배기 덕트(79)로 유도하기 위한 가스 유로(배기 통로)(R)가 형성되어 있다. 즉, 캐리어(21)(끼움지지편(59A))를 피복하는 마스크(78)와 샤워 플레이트(75) 사이, 및 마스크(78)와 부유 용량체(82) 사이에 가스 유로(R)가 형성되어 있다.
성막실(11)과 삽입·취출실(13) 사이 및 삽입·취출실(13)과 기판 탈착실(15) 사이를 캐리어(21)가 이동할 수 있도록, 여러 개의 이동 레일(37)이 성막실(11)∼기판 탈착실(15) 사이에 부설되어 있다(도 2 참조). 이동 레일(37)은, 성막실(11)과 삽입·취출실(13) 사이에서 분리되고, 셔터(25)를 닫음으로써 캐리어 반출입구(24)가 밀폐된다.
도 5a 및 도 5b는 삽입·취출실(13)의 개략 사시도이다. 도 5a가 사시도, 도 5b가, 도 5a와는 다른 각도에서 본 경우의 사시도이다. 도 5a 및 도 5b에 도시한 것처럼, 삽입·취출실(13)은 상자형으로 형성되어 있다. 제1 측면(33)은 성막실(11)의 제1 측면(23)과 기밀성을 확보하여 접속되어 있다. 제1 측면(33)에는 3개의 캐리어(21)를 삽입 통과시킬 수 있는 개구부(32)가 형성되어 있다. 제1 측면(33)과 대향하는 제2 측면(34)은 기판 탈착실(15)에 접속되어 있다. 제2 측면(34)에는, 기판(W)이 탑재된 캐리어(21)가 통과할 수 있는 캐리어 반출입구(35)가 3군데 형성되어 있다. 캐리어 반출입구(35)에는 기밀성을 확보할 수 있는 셔터(36)가 마련되어 있다. 각 이동 레일(37)은 삽입·취출실(13)과 기판 탈착실(15) 사이에서 분리되어 있으며 셔터(36)을 닫음으로써 캐리어 반출입구(35)가 밀폐된다.
삽입·취출실(13)에는 이동 레일(37)을 따라서 성막실(11)과 삽입·취출실(13) 사이에서 캐리어(21)를 이동시키기 위한 푸쉬-풀 기구(38)가 마련되어 있다. 도 6에 도시한 것처럼, 이 푸쉬-풀 기구(38)는 캐리어(21)를 걸어멈춤시키는 걸어멈춤부(48)와; 걸어멈춤부(48)의 양단에 마련되고 이동 레일(37)과 대략 평행하게 배치된 한쌍의 가이드 부재(49)와; 걸어멈춤부(48)를 양 가이드 부재(49)를 따라서 이동시키기 위한 이동 장치(50);를 구비하고 있다.
또한, 삽입·취출실(13) 내에는 성막 처리전 기판(W1) 및 성막 처리후 기판(W2)을 동시에 수용하기 위한 이동 기구(미도시)가 마련되어 있다. 이 이동 기구는 평면에서 보아 캐리어(21)를 이동 레일(37)의 부설 방향과 대략 직교하는 방향을 향해 소정 거리 이동시킨다.
삽입·취출실(13)의 제3 측면 하부(41)에는, 삽입·취출실(13) 내를 진공 배기시키기 위한 진공 펌프(43)가 배기관(42)를 통해 접속되어 있다(도 5b 참조).
도 7a 및 도 7b는 기판 탈착실의 개략 구성도이다. 도 7a가 사시도, 도 7b가 정면도이다. 도 7a 및 도 7b에 도시한 것처럼 기판 탈착실(15)은, 프레임형 몸체로 이루어지고, 삽입·취출실(13)의 제2 측면(34)에 접속되어 있다. 이 기판 탈착실(15)에서는, 이동 레일(37)에 배치되어 있는 캐리어(21)에 대해, 성막 처리전 기판(W1)의 장착과, 성막 처리후 기판(W2)의 분리가 이루어진다. 기판 탈착실(15)에는 캐리어(21)를 3개 병렬 배치할 수 있도록 되어 있다.
도 2에 도시한 것처럼, 기판 탈착 로봇(17)은 구동 아암(45)을 가지고 있다. 구동 아암(45)은 그 끝단에서 기판(W)을 흡착할 수 있도록 되어 있다. 또한, 구동 아암(45)은, 기판 탈착실(15)에 배치된 캐리어(21)와 기판 수용 카세트(19) 사이에서 이동할 수 있도록 되어 있으며, 기판 수용 카세트(19)로부터 성막 처리전 기판(W1)을 취출하고, 또한, 기판 탈착실(15)에 배치된 캐리어(21)에 성막 처리전 기판(W1)을 장착할 수 있다. 또한, 구동 아암(45)은 기판 탈착실(15)로 되돌아온 캐리어(21)로부터 성막 처리전 기판(W2)을 분리하여 기판 수용 카세트(19)로 반송할 수도 있다.
도 8은, 기판 수용 카세트(19)의 사시도이다. 도 8에 도시한 것처럼 기판 수용 카세트(19)는 상자형으로 형성되어 있으며 기판(W)을 여러 장 수용할 수 있는 크기를 가지고 있다. 그리고 이 기판 수용 카세트(19) 내에는 기판(W)이 그 성막면을 수평으로 한 상태에서 상하 방향으로 여러 장 적층되어 수용할 수 있도록 되어 있다. 또한, 기판 수용 카세트(19) 하부의 네 귀퉁이에는 캐스터(47)가 마련되어 있어 다른 처리 장치로 용이하게 이동할 수 있도록 되어 있다.
도 9는, 기판(W)을 반송하는 캐리어의 사시도이다. 도 9에 도시한 것처럼, 캐리어(21)는 기판(W)을 장착할 수 있는 액자형 프레임(51)을 2장 구비하고 있다. 즉, 1개의 캐리어(21)에 대해 2장의 기판(W)을 장착할 수 있다. 2장의 프레임(51),(51)은 그 상부에서 연결 부재(52)에 의해 연결되어 있다. 연결 부재(52)의 상면에는, 이동 레일(37)에 놓이는 여러 개의 차륜(53)이 마련되어 있다. 이들 차륜(53)이 이동 레일(37) 위를 구름으로써 캐리어(21)가 이동 레일(37)을 따라 이동할 수 있도록 되어 있다. 프레임(51)의 하부에는, 캐리어(21)가 이동할 때에 기판(W)의 흔들림을 억제하기 위한 프레임 홀더(54)가 마련되어 있다. 이 프레임 홀더(54)의 하단은, 각 실의 저면상에 설치된 단면이 오목한 레일 부재(55)에 끼워맞추어져 있다. 레일 부재(55)는 평면에서 본 경우에 이동 레일(37)을 따라 배치되어 있다. 프레임 홀더(54)를 여러 개의 롤러로 구성하면 더욱 안정적인 반송이 가능해진다.
프레임(51)은 각각 주연부(57)와 끼움지지부(59)를 가지고 있다. 프레임(51)에 형성된 개구부(56)에 기판(W)의 성막면이 노출된다. 그리고 이 개구부(56)의 주연부(57)에서 끼움지지부(59)가 기판(W)을 양면쪽으로부터 끼움지지하여 고정하도록 되어 있다. 그리고 기판(W)을 끼움지지하고 있는 끼움지지부(59)에는 스프링 등에 의해 탄성 가압력이 작용한다. 또한, 도 21에 도시한 것처럼, 끼움지지부(59)는 기판(W)의 표면(WO)(성막면) 및 이면(WU)(배면)에 각각 접촉하는 끼움지지편(59A),(59B)을 가지고 있다. 이들 끼움지지편(59A)과 끼움지지편(59B) 사이의 이간 거리는 상기 스프링 등을 통해 가변될 수 있다. 즉, 이 이간 거리는 애노드(67)의 이동에 따라 끼움지지편(59A)이 끼움지지편(59B)에 대해 접근·이간시키는 방향을 따라 가변될 수 있다(상세한 것은 후술한다). 여기에서 1개의 이동 레일(37) 위에는 1개의 캐리어(21)(1쌍(2장)의 기판(W)을 지지할 수 있는 1개의 캐리어(21))가 설치되어 있다. 즉, 성막실(11), 삽입·취출실(13) 및 기판 탈착실(15)로 구성되는 1조의 기판 성막 라인(16)에는 3개(3쌍 6장의 기판이 지지되는)의 캐리어(21)가 설치되어 있다.
본 실시형태의 박막 태양전지 제조 장치(10)에서는, 상술한 기판 성막 라인(16)이 4조 배치되고 1개의 성막실(11)에 3개의 캐리어(21)가 수용되기 때문에 24매의 기판(W)을 거의 동시에 성막할 수 있다.
(박막 태양전지의 제조 방법)
다음으로 본 실시형태의 박막 태양전지 제조 장치(10)를 사용하여 기판(W)에 성막하는 방법을 설명하기로 한다. 이 설명에서는 1조의 기판 성막 라인(16)의 도면을 사용하는데, 다른 3조의 기판 성막 라인(16)도 대략 동일한 흐름으로 기판(W)을 성막한다.
우선, 도 10에 도시한 것처럼 성막 처리전 기판(W1)을 여러 장 수용한 기판 수용 카세트(19)를 소정의 위치에 배치한다.
계속해서, 도 11에 도시한 것처럼 기판 탈착 로봇(17)의 구동 아암(45)을 움직여 기판 수용 카세트(19)로부터 성막 처리전 기판(W1)을 1장 취출하여 기판 탈착실(15) 내의 캐리어(21)에 장착한다. 이 때 기판 수용 카세트(19)에 수평 방향으로 배치된 성막 처리전 기판(W1)의 방향을 연직 방향으로 바꾸어 캐리어(21)에 장착한다. 이 동작을 한번 더 반복하여 1개의 캐리어(21)에 2장의 성막 처리전 기판(W1)을 장착한다.
이 동작을 다시 반복하여, 기판 탈착실(15) 내의 나머지 2개의 캐리어(21)에도 성막 처리전 기판(W1)을 각각 장착한다. 즉, 이 단계에서 성막 처리전 기판(W1)을 6장 장착한다.
계속해서 도 12에 도시한 것처럼, 성막 처리전 기판(W1)이 설치된 3개의 캐리어(21)를 각 이동 레일(37)을 따라 거의 동시에 이동시켜 삽입·취출실(13) 내에 수용한다. 삽입·취출실(13)에 캐리어(21)를 수용한 후 삽입·취출실(13)의 캐리어 반출입구(35)의 셔터(36)을 닫는다. 그 후 삽입·취출실(13)의 내부를 진공 펌프(43)을 사용하여 진공 상태로 유지한다.
계속해서 도 13에 도시한 것처럼, 3개의 캐리어(21)를, 평면에서 보아 각 이동 레일(37)이 부설된 방향과 직교되는 방향으로 상기 이동 기구를 사용하여 각각 소정 거리 이동시킨다.
계속해서 도 14에 도시한 것처럼, 성막실(11)의 셔터(25)를 개방 상태로 하고, 성막실(11)에서 성막이 종료된 성막 처리후 기판(W2)이 장착된 캐리어(21A)를 삽입·취출실(13)로 푸쉬-풀 기구(38)를 사용하여 이동시킨다. 이 때 성막 처리전 기판(W1)을 지지한 캐리어(21)와 성막 처리후 기판(W2)을 지지한 캐리어(21A)가 평면에서 본 경우 번갈아 병렬된다. 그리고 이 상태를 소정 시간 유지함으로써, 성막 처리후 기판(W2)에 축열되어 있는 열이 성막 처리전 기판(W1)에 전열(傳熱)된다. 즉, 성막 처리전 기판(W1)이 가열된다.
여기에서 푸쉬-풀 기구(38)의 움직임을 설명하기로 한다. 여기에서는 성막실(11) 내의 캐리어(21A)를 삽입·취출실(13) 내로 이동시킬 때의 움직임을 설명하기로 한다.
도 15a에 도시한 것처럼, 푸쉬-풀 기구(38)의 걸어멈춤부(48)에 대해, 성막 처리후 기판(W2)이 장착된 캐리어(21A)를 걸어멈춤시킨다. 그리고 걸어멈춤부(48)에 설치되어 있는 이동 장치(50)의 이동 아암(58)을 요동시킨다. 이 때, 이동 아암(58)의 길이는 가변적이다. 그러면, 캐리어(21A)를 걸어멈춤시킨 걸어멈춤부(48)가 가이드 부재(49)로 안내되면서 이동하고, 도 15b에 도시한 것처럼 캐리어(21A)가 성막실(11)로부터 삽입·취출실(13) 내로 이동한다. 이와 같이 구성함으로써, 캐리어(21A)를 구동시키기 위한 구동원을 성막실(11) 내에 설치하는 것이 불필요해진다.
계속해서 도 16에 도시한 것처럼, 캐리어(21) 및 캐리어(21A)를 상기 이동 기구에 의해 이동 레일(37)과 직교하는 방향으로 이동시키고, 성막 처리전 기판(W1)을 지지한 캐리어(21)를 각각의 이동 레일(37)의 위치까지 이동시킨다.
계속해서 도 17에 도시한 것처럼, 푸쉬-풀 기구(38)을 사용하여 성막 처리전 기판(W1)을 지지한 각 캐리어(21)를 성막실(11) 내로 이동시키고, 이동 완료 후에 셔터(25)를 닫는다. 성막실(11) 내는 진공 상태로 유지되어 있다. 이 때, 각 캐리어(21)에 설치된 성막 처리전 기판(W1)은, 그들의 면방향을 따라 이동하고, 성막실(11) 내에서, 애노드(67)와 캐소드 유닛(68) 사이에, 성막 처리전 기판(W1)의 표면(WO)이 연직 방향으로 대략 병행을 이루도록 삽입된다(도 18 참조).
계속해서 도 18 및 도 19에 도시한 것처럼, 2장의 애노드(67)를 상기 구동 기구(71)에 의해 서로가 접근하는 방향으로 이동시켜, 성막 처리전 기판(W1)의 이면(WU)에 대해 애노드(67)를 접촉시킨다.
도 20에 도시한 것처럼, 다시 구동 기구(71)를 구동시키면 애노드(67)에 눌리도록 성막 처리전 기판(W1)이 캐소드 유닛(68)쪽을 향해 이동한다. 또한, 성막 처리전 기판(W1)과 캐소드 유닛(68)의 샤워 플레이트(75) 사이의 간극이 소정 거리(성막 거리)가 될 때까지 성막 처리전 기판(W1)을 이동시킨다. 이 성막 처리전 기판(W1)과 캐소드 유닛(68)의 샤워 플레이트(75) 사이의 간극(성막 거리)은 5∼15㎜의 범위내이며, 예를 들면 5㎜ 정도로 하는 것이 좋다.
이 때 성막 처리전 기판(W1)의 표면(WO)쪽에 접촉한 캐리어(21)의 끼움지지부(59)의 끼움지지편(59A)은, 성막 처리전 기판(W1)의 이동(애노드(67)의 이동)에 따라 끼움지지편(59B)으로부터 이간되는 방향을 향해 변위된다. 이 때, 성막 처리전 기판(W1)은 애노드(67)와 끼움지지편(59A) 사이에 끼움지지된다. 애노드(67)가 캐소드 유닛(68)으로부터 이간되는 방향을 향해 이동했을 때, 끼움지지편(59A)에는 미도시된 스프링 등의 복원력이 작용하기 때문에, 이 끼움지지편(59A)은 끼움지지편(59B)쪽을 향해 변위된다.
성막 처리전 기판(W1)이 캐소드 유닛쪽(68)을 향해 이동하면, 기판(W)이 마스크(78)에 접촉하고, 이 시점에서 애노드(67)의 이동이 정지된다(도 21 참조).
도 21에 도시한 것처럼, 마스크(78)는 기판(W)의 외연부를 덮음과 아울러 기판(W)의 외연부와 밀접하도록 형성되어 있다. 성막 공간(81)은 마스크(78)와, 캐소드 유닛(68)의 샤워 플레이트(75)와, 성막 처리전 기판(W1)(기판(W))에 의해 형성된다.
즉, 마스크(78)와 기판(W)이 접촉함으로써, 성막 공간(81)과 캐리어(21)나 반송 장치가 존재하는 챔버내의 공간이 분리된다. 또한, 마스크(78)와 기판(W)과의 맞춤면(접촉면)은 시일(seal)부(86)로서 구성되어, 이들 마스크(78)와 기판(W) 사이로부터 성막 가스가 새지 않도록 되어 있다. 이로써 성막 가스가 퍼지는 범위가 제한되어 불필요한 범위가 성막되는 것을 억제할 수 있다. 그 결과 클리닝 범위를 좁히고 또한, 클리닝 빈도를 줄일 수 있기 때문에 이 박막 태양전지 제조 장치(10)의 가동율이 향상된다.
성막 처리전 기판(W1)의 이동은, 그 외연부가 마스크(78)에 접촉함으로써 정지된다. 따라서, 마스크(78)와 샤워 플레이트(75) 사이의 간격, 및 마스크(78)와 부유 용량체(82) 사이의 간격, 즉, 가스 유로(R)의 두께 방향의 유로 치수와, 성막 처리전 기판(W1)과 캐소드 유닛(68) 사이의 간극이 소정 거리가 되도록 설정되어 있다.
다른 형태로서, 마스크(78)를 배기 덕트(79)에 대해 탄성체를 개재시켜 장착함으로써, 기판(W)과 샤워 플레이트(캐소드)(75)의 거리를 구동 기구(71)의 스트로크에 따라 임의로 변경할 수도 있다. 상기 실시형태에서는 마스크(78)와 기판(W)이 접촉하는 것으로 하였으나, 성막 가스의 통과를 제한하는 매우 좁은 간격을 두도록 마스크(78)와 기판(W)을 배치시켜도 좋다.
계속해서 캐소드 유닛(68)의 샤워 플레이트(75)에서 성막 가스를 분출시킴과 아울러 매칭 박스(72)를 기동시켜 캐소드 유닛(68)의 캐소드(76)에 전압을 인가한다. 이로써, 성막 공간(81)에 플라즈마를 발생시켜, 성막 처리전 기판(W1)의 표면(WO)에 성막을 실시한다. 이 때 애노드(67)에 내장되어 있는 히터(H)(예를 들면 전열선이나 항온 액체 유로 등)에 의해 성막 처리전 기판(W1)이 원하는 온도로 가열된다.
애노드(67)는, 성막 처리전 기판(W1)이 원하는 온도에 도달하면 가열을 정지한다. 그러나, 샤워 플레이트(캐소드)(75)에 전압이 인가됨으로써, 성막 공간(81)에 플라즈마가 발생하면, 시간이 흐름에 따라 이 플라즈마로부터의 입열(入熱)에 의해 애노드(67)의 가열을 정지해도 성막 처리전 기판(W1)의 온도가 원하는 온도보다도 상승할 우려가 있다. 이 경우, 애노드(67)를, 온도가 지나치게 상승한 성막 처리전 기판(W1)을 냉각하기 위한 방열판으로서도 기능시킬 수 있다. 따라서 성막 처리전 기판(W1)은 성막 처리 시간의 시간 경과와 상관 없이 원하는 온도로 조정된다.
한번의 성막 처리 공정에서 여러 층을 성막할 때에는, 공급하는 성막 가스 재료를 소정 시간마다 바꿈으로써 실시할 수 있다.
성막 중 및 성막 후에, 성막 공간(81)의 가스나 반응 부생성물(파우더)은, 가스 유로(R)를 통해, 캐소드 유닛(68)의 주연부에 형성된 배기구(80)로부터 배기 덕트(79)로 유입된다. 이 중에서 배기 덕트(79)에 유입된 가스는 캐소드 유닛(68)의 하부에 배치된 배기 덕트(79)의 개구부α를 통과하여, 성막실(11)의 측면 하부(28)에 마련된 배기관(29)으로부터 외부로 배기된다. 한편 성막을 실시할 때에 발생한 반응 부생성물(파우더)은 배기 덕트(79)의 내벽면에 부착·퇴적시킴으로써 회수·처분할 수 있다.
성막실(11) 내의 모든 전극 유닛(31)에서 상술한 처리와 같은 처리를 실행하기 때문에 6장의 기판 전부에 대해 동시에 성막 처리를 할 수 있다.
그리고 성막 처리가 종료되면 구동 기구(71)에 의해 2장의 애노드(67)를 서로 이간시키는 방향으로 이동시켜 성막 처리후 기판(W2) 및 프레임(51)(끼움지지편(59A))를 본래의 위치로 되돌린다(도 19 참조). 즉, 성막이 종료되어 캐리어(21)를 이동시키는 단계가 되면 끼움지지편(59A)의 노출면(85)으로부터 마스크(78)가 벗겨진다.
또한, 애노드(67)를 서로 이간시키는 방향으로 이동시킴으로써 성막 처리후 기판(W2)과 애노드(67)가 이간된다(도 18 참조).
계속해서 도 22에 도시한 것처럼, 성막실(11)의 셔터(25)를 열어, 각 캐리어(21)를 삽입·취출실(13) 내로 푸쉬-풀 기구(38)를 사용하여 이동시킨다. 이 때 삽입·취출실(13) 내는 배기되며, 다음에 성막되는 성막 처리 전기판(W1)을 장착한 캐리어(21B)가 이미 배치되어 있다. 그리고 삽입·취출실(13) 내에서 성막 처리후 기판(W2)의 축열을 성막 처리전 기판(W1)에 전열하여 성막 처리후 기판(W2)의 온도를 낮춘다.
계속해서 도 23에 도시한 것처럼, 각 캐리어(21B)를 성막실(11) 내로 이동시킨 후 상기 이동 기구에 의해 각 캐리어(21)를 이동 레일(37)의 위치까지 되돌린다.
계속해서 도 24에 도시한 것처럼, 셔터(25)를 닫은 후 삽입·취출실(13) 내를 대기압으로 하고, 셔터(36)를 열어서 각 캐리어(21)를 기판 탈착실(15) 내로 이동시킨다.
계속해서 도 25에 도시한 것처럼, 기판 탈착실(15) 내에서 각 성막 처리후 기판(W2)을 기판 탈착 로봇(17)에 의해 각 캐리어(21)로부터 분리하여 기판 수용 카세트(19)로 이동시킨다. 모든 성막 처리후 기판(W2)의 분리가 완료되면 기판 수용 카세트(19)를 다음 공정의 장소까지 이동시킴으로써 성막 처리가 종료된다.
따라서 상술한 실시형태에 의하면, 캐리어(21)를 사용하여 기판(W)을 반송하기 때문에, 기판(W)이 성막 공정마다 성막실(11), 삽입·취출실(13) 및 기판 탈착실(15) 사이를 연속 이동할 수 있어 생산성의 향상을 꾀할 수 있다.
또한, 기판(W)의 성막면인 표면(WO)에 막을 형성할 때, 캐소드 유닛(68)과 기판(W)과 마스크(78)에 의해 성막 공간(81)이 형성되기 때문에, 애노드(67)이나 캐리어(21)가 성막 공간(81)에 노출되는 것을 방지할 수 있다.
이에 더하여 기판(W)의 표면(WO)에 막을 형성할 때 기판(W)의 외연부가 마스크(78)에 의해 피복되고, 기판(W)을 반송할 때 기판과 마스크(78)가 분리된다. 이와 같이 기판(W)의 이동중에 캐리어(21)와 마스크(78)를 동시에 이동시킬 필요가 없기 때문에, 마스크(78)에 형성된 막이 박락되어 기판(W)의 표면(WO)에 부착되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 기판(W)의 표면(WO)에 형성되는 막의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 애노드(67)를 구동 기구(71)에 의해 이동시키고 애노드(67)의 이동에 따라 끼움지지편(59A)을 끼움지지편(59B)으로부터 이간시켜 마스크(78)에 접촉시킨다. 즉, 애노드(67)의 이동을 이용하여, 캐리어(21)의 끼움지지편(59A)의 노출면(85)을 마스크(78)로 피복시킨다. 따라서, 캐소드 유닛(68)의 주연부에 설치되는 마스크(78)의 구조를 단순화할 수 있다.
또한, 비교적 이동시키기 힘든 캐소드 유닛(68)을 2개의 기판(W) 사이, 즉, 성막실(11)의 대략 중앙에 설치하였다. 한편, 비교적 이동시키기 쉬운 애노드(67)를 2개의 기판(W)의 바깥쪽, 즉, 성막실(11)의 측면쪽에 배치하였다. 그리고 애노드(67)를 구동 기구(71)에 의해 이동 가능하게 함으로써 기판(W)과 캐소드 유닛(68)의 이간 거리를 제어하였다. 따라서 캐소드 유닛(68)을 이동시키는 경우와 비교하여, 박막 태양전지 제조 장치(10)의 복잡화를 억제할 수 있고, 박막 태양전지 제조 장치(10)의 제조 비용을 줄일 수 있다.
또한, 캐리어(21)에 설치된 끼움지지부(59)는 기판(W)의 표면(WO) 및 이면(WU)에 접촉하는 끼움지지편(59A),(59B)을 가진다. 이들 끼움지지편(59A),(59B)의 이격 거리는 스프링 등을 통해 가변 가능하게, 즉, 애노드(67)의 이동에 따라 끼움지지편(59A)이 끼움지지편(59B)에 대해 접근·이간되는 방향을 따라 이동 가능하게 구성되어 있다. 따라서 애노드(67)의 이동에 따라 기판(W)을 캐소드 유닛(68)에 대해 쉽게 접근·이간시킬 수 있다.
또한, 마스크(78)는 캐리어(21) 내의 끼움지지편(59A)을 피복 가능한 형상으로 형성하기만 하면 되기 때문에 마스크(78)를 더욱 소형화, 단순화할 수 있다.
그리고, 성막 공간(81)은 마스크(78)에 피복된 끼움지지편(59A)과, 캐소드 유닛(68)의 샤워 플레이트(75)와, 성막 처리전 기판(W1)(기판(W))에 의해 형성되기 때문에 필요 이상으로 성막 공간(81)이 확대되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과 쓸데없이 성막 가스를 배출할 필요가 없게 되어 제조 비용을 줄일 수 있다.
또한, 캐소드 유닛(68)의 주연부에는 대략 전둘레에 걸쳐 중공형의 배기 덕트(79)가 설치되어 있다. 이로써, 기판(W)의 전둘레로부터 성막 가스(배가스)를 배기할 수 있다. 따라서, 배기 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 배기 덕트(79)를 사용하여 배기시킴으로써, 예를 들면 성막할 때에 발생한 반응 부생성물(파우더) 등도 용이하게 회수할 수 있다. 이 반응 부생성물(파우더)은 배기 덕트(79)의 내벽면에 부착시킴으로써 회수·처분할 수 있다. 따라서 성막실(11)의 측면 하부(28)에 마련된 배기관(29)으로부터 외부로 배기되는 성막 가스를, 반응 부생성물(파우더)을 포함하지 않은 비교적 깨끗한 상태로 할 수 있게 된다. 또한, 배기 덕트(79)를 클리닝할 때 반응 부생성물(파우더)을 모아서 클리닝할 수 있다.
또한, 기판(W)에 분출된 성막 가스를 배기 덕트(79)까지 유도하는 가스 유로(R)를, 마스크(78)와 샤워 플레이트(75)와 부유 용량체(82)에 의해 형성하였다(도 21 참조). 캐소드 유닛(68), 기판(W) 및 마스크(78)에 의해 성막 공간(81)이 형성되고, 반응 부생성물(파우더)과 성막 가스가 성막 공간(81)으로부터 가스 유로(배기 통로)(R)를 통해 배기 덕트(79)에 의해 배기된다. 따라서 다른 영역으로의 성막 가스나 반응 부생성물(파우더)의 확산을 제한할 수 있어, 성막실(11) 내의 성막 공간(81) 이외의 오염을 줄일 수 있다.
성막할 때에는 2장의 애노드(67)를 구동 기구(71)에 의해 서로 접근하는 방향으로 이동시켜 애노드(67)와 성막 처리전 기판(W1)의 이면(WU)이 접촉된다. 또한, 구동 기구(71)를 구동시켜 애노드(67)에 눌리도록, 성막 처리전 기판(W1)이 캐소드 유닛(68)쪽을 향해 이동된다. 아울러, 애노드(67)는 히터(H)를 내장하고, 이들 애노드(67)와 히터(H)에 의해 애노드 유닛(90)이 구성되어 있다. 따라서 성막할 때에 애노드(67)와 기판(W) 사이에 아무 것도 끼우지 않기 때문에 효율적으로 기판(W)을 가열할 수 있다. 또한, 히터(H)를 별도로 설치할 필요가 없기 때문에 박막 태양전지 제조 장치(10)를 소형화할 수 있다.
또한, 샤워 플레이트(75),(75)가 매칭 박스(72)와 접속된 캐소드(고주파 전극)로 되어 있다. 따라서 캐소드와 샤워 플레이트(75)를 별개로 마련할 필요가 없어 박막 태양전지 제조 장치(10)의 간소화, 저비용화를 꾀할 수 있게 된다. 또한, 캐소드를 샤워 플레이트(75)로 함으로써, 성막 가스가 성막 영역(성막 공간(81) 내)에 균일하게 도입됨과 아울러 성막 영역에 고주파 전압을 균일하게 인가할 수 있다. 따라서 플라즈마가 더욱 균일해진다.
또한, 마스크(78)와 기판(W)이 접촉함으로써, 성막 공간(81)과 캐리어와 반송 장치가 존재하는 챔버내의 공간이 분리된다. 또한, 마스크(78)와 기판(W)과의 맞춤면(접촉면)은 시일부(86)로 구성되어, 이들 마스크(78)와 기판(W) 사이로부터 성막 가스가 새지 않도록 되어 있다. 이로써 성막 가스가 퍼지는 범위가 제한되어, 불필요한 범위, 즉 애노드(67)나 기판(W)의 외연부에 막이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 마스크(78)가 전극 유닛(31)과 일체로 성막실(11)로부터 분리될 수 있기 때문에 마스크(78)의 클리닝이 용이해진다. 그 결과 박막 태양전지 제조 장치(10)의 가동율을 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명의 기술 범위는 상술한 실시형태로 한정되지 않으며 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 상술한 실시형태에 여러가지 변경을 추가한 것을 포함한다. 즉, 실시형태에서 언급한 구체적인 형상이나 구성 등은 일례에 불과하며 적절히 변경할 수 있다.
또한, 상술한 실시형태에서는 기판(W)은, 연직 방향과 대략 병행을 이룬 상태에서 캐소드 유닛(68)의 양면쪽에 각각 대향 배치되고, 2장의 애노드(67)는, 각 기판(W)의 두께 방향 바깥쪽에 각 기판(W)과 각각 대향하여 배치되고, 캐소드 유닛(68)에 마스크(78)를 마련한 경우에 대해서 설명하였다. 그러나 이에 한정되지 않으며 애노드(67)를 가지는 애노드 유닛(90)의 양면쪽에 기판(W)을 각각 배치하고, 이들 기판(W)의 바깥쪽에 한쌍의 캐소드 유닛(68)을 설치하고, 각각 캐소드(76)에 마스크(78)를 마련해도 좋다.
10 박막 태양전지 제조 장치
11 성막실
21 캐리어(반송부)
59 끼움지지부
59A 끼움지지편(제1 끼움지지편)
59B 끼움지지편(제2 끼움지지편)
67 애노드
68 캐소드 유닛
71 구동 기구(구동부)
75 샤워 플레이트겸 캐소드
76 캐소드 중간 부재
78 마스크
79 배기 덕트
80 배기구
81 성막 공간
82 부유 용량체
85 노출면(노출되는 부위)
86 시일부
102 상부 셀(막)
104 하부 셀(막)
H 히터(온도 제어부)
R 가스 유로(배기 통로)
W 기판
W1 성막 처리전 기판
W2 성막 처리후 기판
WO 표면(피성막면)
WU 이면(배면)

Claims (6)

  1. 기판의 성막면에 CVD법에 의해 막을 형성하는 성막실과;
    전압이 인가되는 캐소드가 양쪽에 배치된 캐소드 유닛과, 상기 각 캐소드의 각각에 대향함과 아울러 이간 거리를 두고 배치된 한쌍의 애노드를 가지는 전극 유닛과;
    상기 기판의 주연부(周緣部)를 덮는 마스크와;
    상기 캐소드 유닛의 주위에 설치된 배기 덕트;를 구비하고,
    상기 캐소드 유닛과, 상기 애노드쪽에 설치된 상기 기판 사이에 성막 공간이 형성되고;
    상기 마스크와 상기 캐소드 유닛 사이에 배기 통로가 형성되고;
    상기 배기 덕트와 상기 성막 공간이 상기 배기 통로를 통해 접속되고;
    상기 성막 공간에 도입된 성막 가스가 상기 배기 통로를 통해 상기 배기 덕트로부터 배기되는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캐소드는, 상기 기판의 상기 성막면에 대해 상기 성막 가스를 공급하는 샤워 플레이트인 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전극 유닛이, 상기 애노드를 상기 캐소드에 대해 접근·이간시키는 구동부를 더 가지고;
    상기 구동부에 의해, 상기 기판을 지지한 상기 애노드를, 상기 캐소드를 향해 이동시킴으로써, 상기 마스크부가 상기 기판의 상기 주연부를 덮는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 애노드와 상기 캐소드 유닛 사이에 상기 기판을 반송하는 반송부를 더 구비하고,
    상기 반송부가, 상기 기판의 상기 성막면에 접촉하는 제1 끼움지지편과, 상기 기판의 배면에 접촉하는 제2 끼움지지편을 가지고;
    이들 제1 끼움지지편과 제2 끼움지지편에 의해 상기 기판이 끼움지지되고;
    상기 애노드가 상기 캐소드 유닛에 대해 접근할 때에, 상기 제1 끼움지지편이 상기 제2 끼움지지편으로부터 이간되고;
    상기 애노드가 상기 캐소드 유닛에 대해 이간될 때에, 상기 제1 끼움지지편이 상기 제2 끼움지지편에 접근하고;
    상기 기판의 상기 성막면에 상기 막을 형성할 때에, 상기 반송부의 상기 제1 끼움지지편보다도 내주쪽에서, 상기 기판의 주연부가 상기 마스크에 의해 덮이는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 마스크부가, 상기 기판의 상기 주연부를 덮음으로써, 상기 성막 공간이 존재하는 공간과 상기 반송부가 존재하는 공간이 분리되는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 애노드에, 상기 기판의 온도를 조정하기 위한 온도 제어부가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조 장치.
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