KR20100126799A - 박막 태양 전지 제조 장치 - Google Patents

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고이치 마츠모토
다카후미 노구치
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사토히로 오카야마
야와라 모리오카
노리야스 스기야마
다카시 시게타
히로유키 구리하라
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Abstract

이 박막 태양 전지 제조 장치는, 감압으로 배기되고, CVD법에 의해 기판에 막을 형성하는 성막실; 성막실과 제1 개폐부를 개재하여 연접되고, 대기압과 감압을 절환 가능한 삽입·취출실; 성막실 및 상기 삽입·취출실에 부설된 이동 레일; 기판을 보유지지하고, 이동 레일을 따라 이동하는 캐리어; 캐리어를 이동시키는 캐리어 이송 기구;를 가지고, 캐리어 이송 기구는, 삽입·취출실에 설치되고, 캐리어를 성막실과 삽입·취출실 사이에서 이동시킨다.

Description

박막 태양 전지 제조 장치{Apparatus for manufacturing thin film solar cell}
본 발명은 박막 태양 전지 제조 장치에 관한 것이다.
본원은 2008년 6월 6일에 일본 출원된 일본특허출원 제2008-149939호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
현재의 태양 전지에는, 단결정 Si형 및 다결정 Si형의 태양 전지가 대부분을 차지하고 있다. 그러나, Si의 재료 부족 등의 원인으로, 최근에는 제조 비용이 낮고, 재료 부족의 위험이 적은 박막 Si층이 형성된 박막 태양 전지의 수요가 높아지고 있다. 또, 종래형의 a-Si(아몰퍼스 실리콘)층만의 박막 태양 전지에 덧붙여, 최근에는 a-Si층과 μc-Si(마이크로 크리스탈 실리콘)층을 적층함으로써 변환 효율을 향상시킨 탠덤형 박막 태양 전지의 요구가 높아지고 있다.
이 박막 태양 전지의 박막 Si층(반도체층)의 성막(成膜)에는, 플라즈마 CVD 장치를 이용하는 경우가 많다. 이러한 플라즈마 CVD 장치로서는, 매엽식(枚葉式) PE-CVD(플라즈마 CVD) 장치, 인라인형 PE-CVD 장치, 배치식 PE-CVD 장치 등이 존재한다.
여기서, 박막 태양 전지의 변환 효율을 고려하면, 상기 탠덤형 박막 태양 전지의 μc-Si층은 a-Si층과 비교하여 약 5배 정도의 막두께(1.5μm 정도)를 성막할 필요가 있다. 또한, μc-Si층은, 양질의 마이크로 크리스탈층을 균일하게 형성할 필요가 있기 때문에, 성막 속도를 빠르게 하는 데는 한계가 있다. 따라서, 배치 처리수를 증가시켜 생산성을 향상시키는 것이 요구되고 있다. 즉, 저성막속도이면서 높은 처리율을 실현하는 장치가 요구되고 있다.
또한, 특허문헌 1에 있어서, 고품질의 박막을 형성할 수 있고, 또한 제조 비용이나 유지보수 비용을 저렴하게 할 수 있는 CVD 장치가 제안되어 있다. 특허문헌 1의 CVD 장치는, 기체(基體; 기판) 교환·인출 장치, 복수의 기체를 수납 가능한 성막 챔버군, 이동용 챔버, 챔버 이동 장치로 구성된다. 성막 챔버의 성막실의 출입구에는 기밀성을 갖는 셔터가 설치되고, 이동용 챔버의 수납실의 출입구는 항상 개방이 되어 있다. 그리고, 기체에 Si층을 성막할 때에는, 챔버 이동 장치에 의해 이동용 챔버가 기체 교환·인출 장치의 위치로 이동하여 기체 캐리어를 이동용 챔버측으로 이송한다. 또한, 챔버 이동 장치에 의해 이동용 챔버를 성막 챔버와 접합하고, 기체 캐리어를 성막 챔버로 이동시켜 기체에 Si층을 성막한다.
특허문헌 1: 일본공개특허 제2005-139524호 공보
그런데, 특허문헌 1의 CVD 장치에 있어서, 기체에 박막 Si층을 성막하는 데는, 이동용 챔버를 성막 챔버에 접합하고, 이동용 챔버 안을 진공 상태로 한 후에, 성막 챔버의 셔터를 열고 기체 캐리어를 이동 챔버로부터 성막 챔버로 이송한다. 그 후, 성막 챔버 내에서 기체를 가열하고, 플라즈마 CVD법에 의해 기체에 박막 Si층을 성막한다. 박막 Si층의 성막이 종료된 후, 기체를 냉각함과 동시에, 다른 처리실로 기체를 반송한다. 따라서, 복수의 기체에 Si층을 동시에 성막할 수 있지만, 기체에 박막 Si층을 성막하는 데는, 기체에의 성막 단계 이외에도 많은 다른 단계가 필요하다. 또한, 높은 처리율을 실현하기 위해서는 CVD 장치의 설치 대수를 늘릴 필요가 있는데, 장치의 설치 면적이나 비용 대 효과를 고려하면, CVD 장치의 설치 대수를 늘리는 데는 한계가 있었다.
또한, 특허문헌 1에 관한 성막 챔버의 성막실 내에는, 기체 캐리어를 이동시키기 위한 구동원을 갖는 피니언 기어가 설치되어 있다. 즉, 피니언 기어를 구동시킴으로써, 기체 캐리어를 이동시킬 수 있다. 또한, 기체에 Si층을 성막함과 동시에, 성막 챔버의 성막실 내에도 박막 Si층이 퇴적되기 때문에, 정기적으로 유지보수를 행할 필요가 있다. 특허문헌 1의 CVD 장치 구성에서는, 성막 챔버의 성막실 내에서 피니언 기어를 구동시키는 구동부를 설치할 필요가 있다. 따라서, 성막 챔버의 성막실 내의 구조가 복잡해지고, 유지보수가 장시간이 된다. 유지보수 동안은 성막실을 사용할 수 없게 되기 때문에, 생산 효율이 저하되는 문제가 있었다.
또한, 클리닝의 용이성이나 구동에 의해 발생하는 오물을 고려하면, 구동이나 회전하는 부분이 성막실에 적은 것이 바람직하다. 즉, 기체 캐리어를 이동시키는 기구를 성막실 밖에 설치하고, 회전 부분 등도 기체 캐리어 측에 설치하는 것이 바람직하다.
본 발명은, 성막실의 유지보수 빈도를 저하시켜 생산 효율을 향상시킬 수 있는 박막 태양 전지 제조 장치를 제공하는 데에 목적이 있다.
본 발명의 일태양에 관한 박막 태양 전지 제조 장치는, 감압(減壓)으로 배기되고, CVD법에 의해 기판에 막을 형성하는 성막실; 상기 성막실과 제1 개폐부를 개재하여 연접(連接)되고, 대기압과 감압을 절환 가능한 삽입·취출실; 상기 성막실 및 상기 삽입·취출실에 부설(敷設)된 이동 레일; 상기 기판을 보유지지하고, 상기 이동 레일을 따라 이동하는 캐리어; 상기 캐리어를 이동시키는 캐리어 이송 기구;를 가지고, 상기 캐리어 이송 기구는, 상기 삽입·취출실에 설치되고, 상기 캐리어를 상기 성막실과 상기 삽입·취출실 사이에서 이동시킨다.
상기 박막 태양 전지 제조 장치는, 상기 삽입·취출실에 제2 개폐부를 개재하여 접속된 기판 탈착실; 상기 캐리어에 상기 기판을 장착하는 작업 및 상기 캐리어로부터 상기 기판을 분리하는 작업을 행하는 기판 반송 기구; 상기 캐리어에 장착하는 기판 또는 상기 캐리어로부터 분리된 기판 중 적어도 하나를 수용하는 수용 기구;를 더 가지고, 상기 캐리어 이송 기구는, 상기 캐리어를 상기 삽입·취출실과 상기 기판 탈착실 사이에서 이동시키며, 상기 기판 반송 기구는, 상기 기판 탈착실 내에서 상기 캐리어에 상기 기판을 장착하는 작업 및 상기 캐리어로부터 상기 기판을 분리하는 작업을 하고, 또한 상기 기판 반송 기구는, 상기 기판의 피성막면의 이면(裏面)을 흡착하여 상기 기판을 보유지지하고, 상기 기판을 상기 기판 탈착실과 상기 수용 기구 사이에서 이동시키는 구성을 채용해도 된다.
상기 캐리어는, 상기 기판의 피성막면이 중력 방향과 평행한 종(縱)자세로 상기 기판을 보유지지하는 구성을 채용해도 된다.
상기 캐리어는, 복수의 상기 기판을 병행(竝行)하면서 대향하여 보유지지하는 구성을 채용해도 된다.
상기 성막실은 복수의 캐소드와, 상기 캐소드에 대향하는 애노드를 가지고, 상기 캐리어는, 상기 기판이 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 삽입되도록 상기 성막실로 이송되는 구성을 채용해도 된다.
상기 성막실은, 하나의 캐소드와, 상기 캐소드의 양면에 대향하는 2개의 애노드를 갖는 성막 유닛을 가지고, 상기 캐리어는, 상기 기판이 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 삽입되도록 상기 성막실로 이송되는 구성을 채용해도 된다.
상기 성막실은, 상기 성막 유닛을 복수 가져도 된다.
상기 성막 유닛은, 상기 성막실로부터 인출 가능하게 장착되는 구성을 채용해도 된다.
상기 수용 기구는, 상기 기판을, 상기 기판의 피성막면이 수평한 자세로 수용하고, 상기 캐리어는, 상기 기판을, 상기 기판의 피성막면이 연직한 자세로 수용하며, 상기 기판 반송 기구는, 상기 기판을 수평한 자세와 연직한 자세로 회전시키는 회전 기구를 가지는 구성을 채용해도 된다.
상기 박막 태양 전지 제조 장치는, 하나의 상기 삽입·취출실에 하나의 상기 성막실이 연접된 프로세스 모듈을 복수 구비하고, 복수의 상기 프로세스 모듈이 병렬로 배치되어 있는 구성을 채용해도 된다.
하나의 상기 삽입·취출실에 복수의 상기 성막실이 접속되어도 된다.
상기 박막 태양 전지 제조 장치는, 하나의 상기 삽입·취출실에 하나의 상기 성막실이 연접된 프로세스 모듈을 복수 구비하고, 복수의 상기 프로세스 모듈이 병렬로 배치되며, 하나의 상기 기판 반송 기구는, 복수의 상기 프로세스 모듈에 대해 공통되어 설치되는 구성을 채용해도 된다.
상기 태양에 의하면, 성막실에는 캐리어를 이동시키기 위한 구동원이 없고, 이동 레일만이 설치된다. 따라서, 종래와 같이 성막실 내의 구동원을 유지보수할 필요가 없어지고, 성막실의 유지보수 빈도를 저하시켜 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 태양에 의하면, 구동 기구가 기판의 피성막면의 이면만을 흡착하여 기판을 이동시킬 수 있기 때문에, 특히 성막 처리 후의 기판을 이동시킬 때에, 구동 기구가 성막한 영역에 접촉하지 않고 이동시킬 수 있다. 따라서, 기판 반송시에 성막면의 품질을 확실히 유지할 수 있고, 수율을 향상시킬 수 있다.
상기 태양에 의하면, 장치 안을 기판이 이동하는 데에 필요한 면적을 축소할 수 있기 때문에, 장치를 소형화할 수 있음과 동시에, 종래와 같은 설치 면적으로 보다 많은 장치를 배치할 수 있다. 따라서, 동시에 성막할 수 있는 기판의 매수를 증가시킬 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 기판의 피성막면이 중력 방향과 대략 병행하는 연직 방향으로 세운 상태로 성막하면, 성막시에 발생하는 파티클이 기판의 성막면 상에 퇴적하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 기판에 고품질의 반도체층을 성막할 수 있다.
상기 태양에 의하면, 하나의 캐리어에서 복수의 기판을 동시에 성막할 수 있기 때문에, 생산성을 더 향상시킬 수 있다.
상기 태양에 의하면, 반송 기구에 기판을 수용하여 다른 처리실로 반송할 때에는, 기판의 피성막면이 수평 방향과 대략 병행하도록 함으로써, 이동시에 성막 품질을 유지하는 한편, 캐리어에 기판을 장착할 때에는, 기판의 피성막면이 중력 방향과 대략 병행하도록 함으로써, 장치 안을 기판이 이동하는 데에 필요한 면적을 축소할 수 있다. 따라서, 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 태양에 의하면, 복수의 프로세스 모듈을 병렬 배치함으로써, 동시에 성막할 수 있는 기판의 매수를 더 증가시킬 수 있기 때문에, 저레이트의 막을 기판에 성막할 때에도 높은 처리율을 실현할 수 있다. 또한, 프로세스 모듈로서 장치를 일체화함으로써, 제조 라인을 공장 등에 구축할 때의 장치의 설치 시간(제조 라인의 구성 시간)을 단축할 수 있다. 또, 성막실의 유지보수를 할 때에 프로세스 모듈마다 유지보수를 행함으로써, 제조 라인 전체를 정지시킬 필요가 없어진다. 따라서, 유지보수시의 생산 효율의 저하를 최소한으로 억제할 수 있다.
상기 태양에 의하면, 캐리어에 장착된 기판이 삽입·취출실 안을 이동할 수 있기 때문에, 각 성막실에서 다른 성막 재료를 공급함으로써 기판에 성막 재료가 다른 복수의 층을 보다 효율적으로 성막할 수 있다.
본 발명의 태양에 의하면, 성막실에는 캐리어를 이동시키기 위한 구동원이 없고, 이동 레일만이 설치된다. 따라서, 종래와 같이 성막실 내의 구동원을 유지보수할 필요가 없어지고, 성막실의 유지보수 빈도를 저하시켜 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일실시형태에 관한 박막 태양 전지의 개략 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 일실시형태에 관한 박막 태양 전지 제조 장치의 개략 구성도이다.
도 3a는, 본 발명의 일실시형태에 관한 성막실의 사시도이다.
도 3b는, 본 발명의 일실시형태에 관한 성막실의 다른 각도에서의 사시도이다.
도 3c는, 본 발명의 일실시형태에 관한 성막실의 측면도이다.
도 4a는, 본 발명의 일실시형태에 관한 전극 유닛의 사시도이다.
도 4b는, 본 발명의 일실시형태에 관한 전극 유닛의 다른 각도에서의 사시도이다.
도 4c는, 본 발명의 일실시형태에 관한 전극 유닛의 일부 분해 사시도이다.
도 4d는, 본 발명의 일실시형태에 관한 전극 유닛의 캐소드 유닛 및 애노드 유닛의 부분 단면도이다.
도 5a는, 본 발명의 일실시형태에 관한 삽입·취출실의 사시도이다.
도 5b는, 본 발명의 일실시형태에 관한 삽입·취출실의 다른 각도에서의 사시도이다.
도 6은, 본 발명의 일실시형태에 관한 푸쉬-풀 기구의 개략 구성도이다.
도 7a는, 본 발명의 일실시형태에 관한 기판 탈착실의 개략 구성의 사시도이다.
도 7b는, 본 발명의 일실시형태에 관한 기판 탈착실의 개략 구성의 정면도이다.
도 8은, 본 발명의 일실시형태에 관한 기판 수용 카세트의 사시도이다.
도 9는, 본 발명의 일실시형태에 관한 캐리어의 사시도이다.
도 10은, 본 발명의 일실시형태에 관한 박막 태양 전지의 제조 방법의 과정을 도시하는 설명도(1)이다.
도 11은, 본 발명의 일실시형태에 관한 박막 태양 전지의 제조 방법의 과정을 도시하는 설명도(2)이다.
도 12는, 본 발명의 일실시형태에 관한 박막 태양 전지의 제조 방법의 과정을 도시하는 설명도(3)이다.
도 13은, 본 발명의 일실시형태에 관한 박막 태양 전지의 제조 방법의 과정을 도시하는 설명도(4)이다.
도 14는, 본 발명의 일실시형태에 관한 박막 태양 전지의 제조 방법의 과정을 도시하는 설명도(5)이다.
도 15a는, 본 발명의 일실시형태에 관한 푸쉬-풀 기구의 움직임을 도시하는 설명도(1)이다.
도 15b는, 본 발명의 일실시형태에 관한 푸쉬-풀 기구의 움직임을 도시하는 설명도(2)이다.
도 16은, 본 발명의 일실시형태에 관한 박막 태양 전지의 제조 방법의 과정을 도시하는 설명도(6)이다.
도 17은, 본 발명의 일실시형태에 관한 박막 태양 전지의 제조 방법의 과정을 도시하는 설명도(7)이다.
도 18은, 본 발명의 일실시형태에 관한 박막 태양 전지의 제조 방법의 과정을 도시하는 설명도(8)로서, 기판이 전극 유닛에 삽입되었을 때의 개략 단면을 도시하고 있다.
도 19는, 본 발명의 일실시형태에 관한 박막 태양 전지의 제조 방법의 과정을 도시하는 설명도(9)이다.
도 20은, 본 발명의 일실시형태에 관한 박막 태양 전지의 제조 방법의 과정을 도시하는 설명도(10)이다.
도 21은, 본 발명의 일실시형태에 관한 박막 태양 전지의 제조 방법의 과정을 도시하는 설명도(11)로서, 기판이 전극 유닛에 세트되었을 때의 부분 단면을 도시하고 있다.
도 22는, 본 발명의 일실시형태에 관한 박막 태양 전지의 제조 방법의 과정을 도시하는 설명도(12)이다.
도 23은, 본 발명의 일실시형태에 관한 박막 태양 전지의 제조 방법의 과정을 도시하는 설명도(13)이다.
도 24는, 본 발명의 일실시형태에 관한 박막 태양 전지의 제조 방법의 과정을 도시하는 설명도(14)이다.
도 25는, 본 발명의 일실시형태에 관한 박막 태양 전지의 제조 방법의 과정을 도시하는 설명도(15)이다.
도 26은, 본 발명의 일실시형태에 관한 박막 태양 전지 제조 장치의 다른 태양을 도시하는 개략 구성도이다.
도 27은, 본 발명의 일실시형태에 관한 박막 태양 전지 제조 장치의 다른 배치 방법을 도시하는 개략 구성도이다.
도 28은, 본 발명의 일실시형태에 관한 박막 태양 전지 제조 장치의 또 다른 배치 방법을 도시하는 개략 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 관한 박막 태양 전지 제조 장치에 대해, 도 1 내지 도 28에 기초하여 설명한다.
<박막 태양 전지>
도 1은, 박막 태양 전지의 개략 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 박막 태양 전지(100)에는, 도면의 위에서 아래로의 순으로, 박막 태양 전지(100)의 표면을 구성하는 기판(W), 투명 도전막으로 이루어진 상부 전극(101), 아몰퍼스 실리콘으로 구성된 상부 셀(102), 투명 도전막으로 이루어진 중간 전극(103), 마이크로 크리스탈 실리콘으로 구성된 하부 셀(104), 투명 도전막으로 이루어진 버퍼층(105), 금속막으로 이루어진 이면 전극(106)이 적층되어 있다. 그 중, 상부 전극(101)은 기판(W)에 적층되어 있다. 중간 전극(103)은 상부 셀(102)과 하부 셀(104) 사이에 적층되어 있다. 즉, 박막 태양 전지(100)는, a-Si/마이크로 크리스탈 Si 탠덤형 태양 전지로 되어 있다. 이러한 탠덤 구조의 박막 태양 전지(100)는, 상부 셀(102)에서 단파장 광을 흡수하고, 하부 셀(104)에서 장파장 광을 흡수함으로써 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
상부 셀(102)은, 도면의 위에서 아래로의 순으로, p층(102p), i층(102i), n층(102n)을 적층하여 구성된 3층 구조를 가진다. 상부 셀(102)의 p층(102p), i층(102i), n층(102n)의 3층 구조가, 아몰퍼스 실리콘으로 형성되어 있다. 또한, 하부 셀(104)은, 도면의 위에서 아래로의 순으로, p층(104p), i층(104i), n층(104n)을 적층하여 구성된 3층 구조를 가진다. 하부 셀(104)의 p층(104p), i층(104i), n층(104n)의 3층 구조가, 마이크로 크리스탈 실리콘으로 구성되어 있다.
이와 같이 구성한 박막 태양 전지(100)에 있어서, 태양 광에 포함되는 광자라는 에너지 입자가 i층에 닿으면, 광기전력 효과에 의해 전자와 정공(hole)이 발생하고, 이 전자는 n층으로 향하여 이동하고, 이 정공은 p층으로 향하여 이동한다. 이 광기전력 효과에 의해 발생한 전자는, 상부 전극(101)과 이면 전극(106)에 의해 취출되어 광 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다.
또한, 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) 측으로 입사한다. 따라서, 셀의 감도 특성이 향상되고, 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 유리 기판(W) 측으로부터 입사한 태양 광은, 각 층을 통과하여 이면 전극(106)에서 반사된다. 박막 태양 전지(100)에는, 광 에너지의 변환 효율을 향상시키기 위해, 상부 전극(101)에 입사한 태양 광의 광로를 연장하는 프리즘 효과와 광의 가둠 효과를 목적으로 한 텍스처 구조를 채용하고 있다.
<박막 태양 전지 제조 장치>
도 2는, 박막 태양 전지 제조 장치의 개략 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 박막 태양 전지 제조 장치(10)는, 성막실(11), 기판(W)을 수용할 수 있는 삽입·취출실(13), 캐리어(21)(도 9 참조)에 대해 기판(W)을 탈착하는 기판 탈착실(15), 기판(W)을 캐리어(21)(도 9 참조)로부터 탈착하기 위한 기판 탈착 로봇(구동 기구)(17), 기판(W)을 수용하는 기판 수용 카세트(반송 기구)(19)를 구비하고 있다. 성막실(11)은, CVD법을 이용하여 복수의 기판(W)에 대해 마이크로 크리스탈 실리콘으로 구성된 하부 셀(104)(반도체층)을 동시에 성막할 수 있다. 삽입·취출실(13)은, 성막실(11)에 반입되는 성막 처리 전 기판(W1)과, 성막실(11)로부터 반출된 성막 처리 후 기판(W2)을 동시에 수용할 수 있다. 기판 탈착실(15)은, 성막 처리 전 기판(W1)과 성막 처리 후 기판(W2)을 탈착할 수 있다. 기판 수용 카세트(19)는, 기판(W)을 다른 처리 공정으로 반송하기 위해 기판(W)을 수용한다. 성막실(11), 삽입·취출실(13), 기판 탈착실(15)에 의해 기판 성막 라인(16)을 구성한다. 본 실시형태에서는, 기판 성막 라인(16)이 4개 설치되어 있다. 또한, 기판 탈착 로봇(17)은, 마루면(床面)에 부설된 레일(18) 상을 이동할 수 있다. 따라서, 1대의 기판 탈착 로봇(17)에 의해, 모든 기판 성막 라인(16)에의 기판(W)의 주고받음을 행할 수 있다. 또, 성막실(11)과 삽입·취출실(13)로 구성되는 프로세스 모듈(14)은 일체화되어 있고, 트럭에 적재 가능한 크기로 형성되어 있다.
도 3a 내지 도 3c는, 성막실(11)의 개략 구성을 도시하는 도면이다. 그 중, 도 3a는 성막실(11)의 사시도이고, 도 3b는 도 3a와 다른 각도에서 관찰한 성막실(11)의 사시도이며, 도 3c는 성막실(11)의 측면도이다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 성막실(11)은 상자형으로 형성되어 있다. 성막실(11)은, 삽입·취출실(13)과 접속되는 측면(23)을 가진다. 이 측면(23)에는, 기판(W)이 탑재된 캐리어(21)가 통과 가능한 캐리어 반출입구(24)가 3개소 형성되어 있다. 또한, 캐리어 반출입구(24)에는, 캐리어 반출입구(24)를 개폐하는 셔터(제1 개폐부)(25)가 설치되어 있다. 셔터(25)를 닫았을 때는, 캐리어 반출입구(24)는 기밀성을 확보하여 폐쇄된다. 성막실(11)의 측면(23)과 대향하는 측면(27)에는, 기판(W)에 성막을 실시하기 위한 전극 유닛(31)이 3기 장착되어 있다. 전극 유닛(31)은, 성막실(11)로부터 착탈 가능하게 구성되어 있다. 구체적으로, 도 3b에 도시된 바와 같이, 성막실(11)의 측면(27)에는 3개소의 개구부(26)가 형성되어 있고, 전극 유닛(31)은 이 개구부(26)에 착탈 가능하게 설치되어 있다. 또한, 성막실(11)의 측면 하부(28)에는, 성막실(11) 안을 진공 배기하기 위한 배기관(29)이 접속되어 있고, 배기관(29)에는 진공 펌프(30)가 설치되어 있다.
도 4a 내지 도 4d는, 전극 유닛(31)의 개략 구성을 도시하는 도면이다. 그 중, 도 4a는 전극 유닛(31)의 사시도이고, 도 4b는 도 4a와 다른 각도에서 관찰한 전극 유닛(31)의 사시도이며, 도 4c는 전극 유닛(31)의 일부 분해 사시도이고, 도 4d는 캐소드 유닛 및 애노드 유닛의 부분 단면도이다. 도 4a 내지 도 4d에 도시된 바와 같이, 전극 유닛(31)은, 그 하부에 차륜(61)이 설치되어 있고, 이 차륜(61)에 의해 마루면 상을 이동 가능하게 구성되어 있다. 또한, 차륜(61)이 장착된 저판부(62)에는, 측판부(63)가 연직 방향으로 세워져 있다. 이 측판부(63)는, 성막실(11)의 측면(27)의 개구부(26)를 폐색하는 크기를 갖고 있다.
도 4c에 도시된 바와 같이, 차륜(61) 부착의 저판부(62)는, 전극 유닛(31)과 분리·접속 가능한 대차 구조로 해도 된다. 이와 같이 분리 가능한 대차 구조로 함으로써, 전극 유닛(31)을 성막실(11)에 접속한 후는 대차를 분리하고, 공통된 대차로서, 분리된 대차를 다른 전극 유닛(31)의 이동에 사용할 수 있다.
즉, 측판부(63)가 성막실(11)의 벽면의 일부를 이루고 있다. 측판부(63)의 제1면(성막실(11)의 내부를 향하는 면)(65)에는, 성막할 때에 기판(W)의 양측에 위치하는 애노드 유닛(90)과 캐소드 유닛(68)이 설치되어 있다. 본 실시형태의 전극 유닛(31)에는, 캐소드 유닛(68)을 사이에 두고 양측에 이격하여 애노드 유닛(90)이 각각 배치되어 있고, 하나의 전극 유닛(31)에 의해 2장의 기판(W)을 동시에 성막할 수 있다. 따라서, 기판(W)은, 중력 방향과 대략 병행을 이룬 상태로 캐소드 유닛(68)의 양면측에 각각 대향 배치되고, 2개의 애노드 유닛(90)은 각 기판(W)과 각각 대향한 상태로 각 기판(W)의 두께 방향 외측에 배치되어 있다. 애노드 유닛(90)은, 판형상의 애노드(67)와 애노드 유닛(90)에 내장된 히터(H)로 구성되어 있다.
또한, 측판부(63)의 제2면(69)에는, 애노드 유닛(90)을 구동시키기 위한 구동 장치(71)와, 성막할 때에 캐소드 유닛(68)의 캐소드 중간 부재(76)에 급전(給電)하는 매칭 박스(72)가 장착되어 있다. 또, 측판부(63)에는, 캐소드 유닛(68)에 성막 가스를 공급하는 배관용의 접속부(도시생략)가 형성되어 있다.
애노드 유닛(90)에는 히터(H)가 내장되고, 히터(H)는 기판(W)의 온도를 제어하는 온도 제어 수단이다. 또한, 2개의 애노드 유닛(90, 90)은, 측판부(63)에 설치된 구동 장치(71)에 의해 서로 근접·이반(離反)하는 방향(수평 방향)으로 이동 가능하게 구성되고, 기판(W)과 캐소드 유닛(68)의 이격거리를 제어할 수 있다. 구체적으로, 기판(W)의 성막을 실시할 때에는, 2개의 애노드 유닛(90, 90)이 캐소드 유닛(68) 방향으로 이동하여 기판(W)과 접촉하고, 또 캐소드 유닛(68)에 근접하는 방향으로 이동하여 기판(W)과 캐소드 유닛(68)의 이격거리를 원하는 거리로 조절한다. 그 후, 성막을 행하고, 성막 종료 후에 애노드 유닛(90, 90)이 서로 이반하는 방향으로 이동하여 기판(W)을 전극 유닛(31)으로부터 용이하게 취출할 수 있다.
또, 애노드 유닛(90)은, 힌지(도시생략)를 개재하여 구동 장치(71)에 장착되어 있고, 전극 유닛(31)을 성막실(11)로부터 빼낸 상태로, 애노드 유닛(90)(애노드(67))의 캐소드 유닛(68)측의 면(67A)이 측판부(63)의 제1면(65)과 대략 평행해질 때까지 회동할 수 있다(연다). 즉, 도 4a에서 점선으로 나타낸 바와 같이, 애노드 유닛(90)은 평면에서 보아 약 90°회동할 수 있다.
캐소드 유닛(68)은, 샤워 플레이트(75)(캐소드), 캐소드 중간 부재(76), 배기 덕트(79), 부유 용량체(82)를 가지고 있다.
캐소드 유닛(68)에는, 애노드 유닛(90)(애노드(67))에 대향하는 면에 각각 작은 구멍(도시생략)이 복수 형성된 샤워 플레이트(75)가 배치되어, 성막 가스를 기판(W)으로 향하여 분출할 수 있다. 또, 샤워 플레이트(75, 75)는, 매칭 박스(72)와 접속된 캐소드(고주파 전극)이다. 2장의 샤워 플레이트(75, 75)의 사이에는, 매칭 박스(72)와 접속된 캐소드 중간 부재(76)가 설치되어 있다. 즉, 샤워 플레이트(75)는, 캐소드 중간 부재(76)의 양측면에, 이 캐소드 중간 부재(76)와 전기적으로 접속된 상태로 배치되어 있다. 캐소드 중간 부재(76)와 샤워 플레이트(캐소드)(75)는 도전체로 형성되고, 고주파는 캐소드 중간 부재(76)를 개재하여 샤워 플레이트(캐소드)(75)에 인가된다. 이 때문에, 2장의 샤워 플레이트(75, 75)에는, 플라즈마 발생을 위한 같은 전위·같은 위상의 전압이 인가된다.
캐소드 중간 부재(76)는, 도시하지 않은 배선에 의해 매칭 박스(72)와 접속되어 있다. 캐소드 중간 부재(76)와 샤워 플레이트(75)의 사이에는 공간부(77)가 형성되어 있고, 가스 공급 장치(도시생략)로부터 이 공간부(77)에 성막 가스가 공급된다. 공간부(77)는, 캐소드 중간 부재(76)에 의해 분리되고, 각각의 샤워 플레이트(75, 75)마다 대응하여 따로따로 형성되며, 각 샤워 플레이트(75, 75)로부터 방출되는 가스가 독립하여 제어된다. 즉, 공간부(77)는, 가스 공급로의 역할을 갖고 있다. 이 실시형태에 있어서, 공간부(77)가 각각의 샤워 플레이트(75, 75)마다 대응하여 따로따로 형성되어 있으므로, 캐소드 유닛(68)은 2계통의 가스 공급로를 가지게 된다.
또한, 캐소드 유닛(68)의 주연부(周緣部)에는, 대략 전체둘레에 걸쳐 중공형상의 배기 덕트(79)가 설치되어 있다. 배기 덕트(79)에는, 성막 공간(81)의 성막 가스나 반응 부생성물(파우더)을 배기하기 위한 배기구(80)가 형성되어 있다. 구체적으로, 배기구(80)는, 성막을 실시할 때의 기판(W)과 샤워 플레이트(75)의 사이에 형성되는 성막 공간(81)에 면하여 형성되어 있다. 배기구(80)는 캐소드 유닛(68)의 주연부를 따라 복수 형성되어 있고, 전체둘레에 걸쳐 대략 균등하게 배기할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 배기 덕트(79)는, 캐소드 유닛(68)의 하부에서 성막실(11) 안으로 향한 면을 가지고, 이 성막실(11) 안으로 향한 면에는 개구부(도시생략)가 형성되어 배기한 성막 가스 등을 성막실(11) 안으로 배출할 수 있다. 성막실(11) 안으로 배출된 가스는, 성막실(11)의 측면 하부(28)에 설치된 배기관(29)으로부터 외부로 배기된다. 또한, 배기 덕트(79)와 캐소드 중간 부재(76)의 사이에는, 유전체 및/또는 적층 공간을 갖는 부유 용량체(82)가 설치되어 있다. 배기 덕트(79)는, 설치 전위로 접속되어 있다. 배기 덕트(79)는, 캐소드(75) 및 캐소드 중간 부재(76)로부터의 이상 방전을 방지하기 위한 쉴드 프레임으로서도 기능한다.
또, 캐소드 유닛(68)의 주연부에는, 배기 덕트(79)의 외주부부터 샤워 플레이트(75)(캐소드)의 외주부에 이르는 부위를 덮도록 마스크(78)가 설치되어 있다. 이 마스크(78)는, 캐리어(21)에 설치된 후술하는 끼움지지부(59)의 끼움지지편(59A)(도 9, 도 21 참조)을 피복함과 동시에, 성막을 실시할 때에 끼움지지편(59A)과 일체가 되어 성막 공간(81)의 성막 가스나 파티클을 배기 덕트(79)로 유도하기 위한 가스 유로(R)를 형성한다. 즉, 캐리어(21)(끼움지지편(59A))와 샤워 플레이트(75)의 사이 및 배기 덕트(79)의 사이에 가스 유로(R)가 형성되어 있다.
이러한 전극 유닛(31)을 설치함으로써, 하나의 전극 유닛(31)에서, 기판(W)이 삽입되는 애노드 유닛(90)과 캐소드 유닛(68)의 간극이 2개소 형성된다. 따라서, 2장의 기판(W)에 대해 하나의 전극 유닛(31)에 의해 동시에 성막할 수 있다.
또한, 애노드 유닛(90)과 캐소드 유닛(68)의 사이에 기판(W)이 배치되고, 애노드 유닛(90)(애노드(67))은 기판(W)과 접촉함과 아울러, 기판(W)과 캐소드 유닛(68)의 이격거리를 조정하기 위해 이동할 수 있다. 따라서, 기판(W)에 박막 Si층을 플라즈마 CVD법에 의해 성막할 때에는, 기판(W)과 캐소드 유닛(68)의 간극을 5~15mm정도로 설정해야 하는데, 애노드(67)를 이동 가능하게 함으로써, 성막 전후에 애노드(67)와 캐소드 유닛(68)의 이격거리를 조절할 수 있다. 따라서, 기판(W)의 출입을 용이하게 할 수 있다. 또한, 기판(W)을 출입시킬 때에, 기판(W)이 애노드(67) 또는 캐소드 유닛(68)에 접촉하여 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또, 애노드(67)와 기판(W)을 접촉시킴으로써, 기판(W)을 히터(H)로 가열하면서 성막할 때, 그 히터(H)의 열을 효과적으로 기판(W)에 전열(傳熱)할 수 있다. 따라서, 고품질의 성막을 실시할 수 있다.
또, 전극 유닛(31)은 성막실(11)로부터 착탈 가능하게 구성되었기 때문에, 전극 유닛(31)의 캐소드 유닛(68) 및 애노드 유닛(90)에 퇴적된 막을 제거하는 등의 정기적인 유지보수를 용이하게 행할 수 있다. 또한, 예비의 전극 유닛(31)을 준비해 두면, 유지보수를 위해 성막실(11)로부터 전극 유닛(31)을 분리해도, 예비의 전극 유닛(31)을 대신 장착함으로써, 제조 라인을 정지시키지 않고 유지보수를 할 수 있다. 따라서, 생산 효율을 향상시킬 수 있다. 결과적으로, 낮은 속도로 반도체층을 기판(W)에 성막할 때에도 높은 처리율을 실현할 수 있다.
도 2로 되돌아가서, 이동 레일(37)이, 성막실(11), 삽입·취출실(13), 기판 탈착실(15)의 사이에 부설되어 있다. 이 이동 레일(37)에 의해, 성막실(11)과 삽입·취출실(13)의 사이 및 삽입·취출실(13)과 기판 탈착실(15)의 사이를 캐리어(21)가 이동할 수 있다. 또, 이동 레일(37)은 성막실(11)과 삽입·취출실(13)의 사이에서 분리되고, 캐리어 반출입구(24)는 셔터(25)를 닫음으로써 밀폐 가능하다.
도 5a, 도 5b는 삽입·취출실(13)의 개략 구성을 도시하는 도면으로, 도 5a는 삽입·취출실(13)의 사시도이고, 도 5b는 도 5a와 다른 각도에서 관찰한 사시도이다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 삽입·취출실(13)은 상자형으로 형성되어 있다. 삽입·취출실(13)의 측면(33)은, 성막실(11)의 측면(23)과 기밀성을 확보하여 접속되어 있다. 삽입·취출실(13)의 측면(33)에는, 3개의 캐리어(21)가 삽입 통과 가능한 개구부(32)가 형성되어 있다. 삽입·취출실(13)의 측면(33)과 대향하는 측면(34)은, 기판 탈착실(15)에 접속되어 있다. 삽입·취출실(13)의 측면(34)에는, 기판(W)이 탑재된 캐리어(21)가 통과 가능한 캐리어 반출입구(35)가 3개소 형성되어 있다. 캐리어 반출입구(35)에는, 기밀성을 확보할 수 있는 셔터(제2 개폐부)(36)가 설치되어 있다. 이동 레일(37)은 삽입·취출실(13)과 기판 탈착실(15)의 사이에서 분리되고, 캐리어 반출입구(35)는 셔터(36)를 닫음으로써 밀폐 가능하다.
또한, 삽입·취출실(13)에는, 캐리어(21)를 이동 레일(37)을 따라 성막실(11)과 삽입·취출실(13)의 사이를 이동시키기 위한 푸쉬-풀 기구(38)(캐리어 이송 기구)가 설치되어 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 이 푸쉬-풀 기구(38)는, 캐리어(21)를 걸어멈춤부시키는 걸어멈춤부(48), 걸어멈춤부(48)의 양단에 설치되고, 이동 레일(37)과 대략 평행하게 배치된 한 쌍의 가이드 부재(49), 걸어멈춤부(48)를 가이드 부재(49)를 따라 이동시키는 이동 장치(50)를 구비하고 있다.
또, 삽입·취출실(13) 내에서, 성막 처리 전 기판(W1) 및 성막 처리 후 기판(W2)을 동시에 수용시키기 위해, 평면에서 보아 이동 레일(37)의 부설 방향과 대략 직교하는 방향으로 캐리어(21)를 소정 거리 이동시키기 위한 이동 기구(도시생략)가 설치되어 있다. 그리고, 삽입·취출실(13)의 측면 하부(41)에는, 삽입·취출실(13) 안을 진공 배기하기 위한 배기관(42)이 접속되어 있고, 배기관(42)에는 진공 펌프(43)가 설치되어 있다.
도 7a 및 도 7b는 기판 탈착실(15)의 개략 구성을 도시하는 도면으로, 도 7a는 기판 탈착실(15)의 사시도이고, 도 7b는 기판 탈착실(15)의 정면도이다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 기판 탈착실(15)은 프레임형 몸체로 형성되어 있고, 삽입·취출실(13)의 측면(34)에 접속되어 있다. 기판 탈착실(15)에서는, 이동 레일(37)에 배치되어 있는 캐리어(21)에 대해 성막 처리 전 기판(W1)을 장착할 수 있고, 성막 처리 후 기판(W2)을 캐리어(21)로부터 분리할 수 있다. 기판 탈착실(15)에는, 캐리어(21)가 3개 병렬 배치할 수 있도록 구성되어 있다.
기판 탈착 로봇(17)(기판 반송 기구)은 구동 아암(45)을 가지고 있고(도 2 참조), 구동 아암(45)의 선단에서는 기판(W)을 흡착할 수 있다. 또한, 구동 아암(45)은, 기판 탈착실(15)에 배치된 캐리어(21)와 기판 수용 카세트(19)의 사이를 구동할 수 있다. 즉, 구동 아암(45)은, 기판 수용 카세트(19)로부터 성막 처리 전 기판(W1)을 취출하고, 기판 탈착실(15)에 배치된 캐리어(제1 캐리어)(21)에 성막 처리 전 기판(W1)을 장착할 수 있다. 또, 구동 아암(45)은, 성막 처리 후 기판(W2)을 기판 탈착실(15)로 되돌아온 캐리어(제2 캐리어)(21)로부터 분리하고, 기판 수용 카세트(19)로 성막 처리 후 기판(W2)을 반송할 수 있다.
또한, 구동 아암(45)은 회전 기구를 가지고, 수평의 기판(W)을 수직으로 회전시키고, 수직의 기판(W)을 수평으로 회전시킬 수 있다.
도 8은, 기판 수용 카세트(19)의 사시도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 기판 수용 카세트(19)(수용 기구)는 상자형으로 형성되어 있고, 기판(W)을 복수장 수용할 수 있는 크기를 갖고 있다. 기판(W)은, 그 피성막면이 수평 방향과 대략 병행하는 상태로 상하 방향으로 복수장 적층하여 수용된다. 또한, 기판 수용 카세트(19)의 하부에는 캐스터(47)가 설치되어 다른 처리 장치로 이동할 수 있다. 기판 수용 카세트(19)에 있어서, 기판(W)의 피성막면이 중력 방향과 대략 병행하는 상태로 좌우 방향으로 복수장 수용할 수 있도록 해도 된다.
도 9는, 캐리어(21)의 사시도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 캐리어(21)는 기판(W)을 장착할 수 있는 액자형상의 프레임(51)이 2개 형성되어 있다. 즉, 하나의 캐리어(21)에 기판(W)을 2장 장착할 수 있다. 2개의 프레임(51, 51)은, 그 상부에서의 연결 부재(52)에 의해 일체화되어 있다. 또한, 연결 부재(52)의 상방에는 이동 레일(37)에 놓이는 차륜(53)이 설치되어 있고, 이동 레일(37) 상을 차륜(53)이 구름으로써 캐리어(21)가 이동할 수 있다. 또한, 프레임(51)의 하부에는, 캐리어(21)가 이동할 때에 기판(W)의 흔들림을 억제하기 위해 프레임 홀더(54)가 설치되어 있다. 이 프레임 홀더(54)의 선단은, 성막실(11), 삽입·취출실(13), 기판 탈착실(15)의 저면 상에 설치된 단면 오목형상의 레일 부재(55)(도 18 참조)에 끼워맞춤되어 있다. 레일 부재(55)는, 평면에서 보아 이동 레일(37)에 따른 방향으로 배치되어 있다. 프레임 홀더(54)를 복수의 롤러로 구성하면, 보다 안정하게 기판(W)을 반송할 수 있다.
프레임(51)은 각각 개구부(56), 주연부(57), 끼움지지부(59)를 가진다. 프레임(51)에 형성된 개구부(56)에 기판(W)의 피성막면(표면(WO))이 노출되고, 개구부(56)의 주연부(57)에 있어서, 끼움지지부(59)가 기판(W)을 양측으로부터 끼움지지하여 고정한다. 그리고, 기판(W)을 끼움지지하는 끼움지지부(59)는, 스프링 등에 의한 탄성 가압력이 작용하고 있다. 또한, 끼움지지부(59)는 기판(W)의 피성막면인 표면(WO) 및 이면(WU)(배면)에 접촉하는 끼움지지편(59A, 59B)을 가진다(도 18, 도 21 참조). 이 끼움지지편(59A, 59B)의 이격거리는, 스프링 등을 개재하여 가변된다. 즉, 애노드 유닛(90)(애노드(67))의 이동에 따라 끼움지지편(59A)이 끼움지지편(59B)에 대해 근접·이반하는 방향을 따라 이동할 수 있다(상세한 것은 후술한다). 여기서, 이 캐리어(21)는, 하나의 이동 레일(37) 상에 1개(1쌍(2장)의 기판을 보유지지할 수 있는 1개의 캐리어) 장착되어 있다. 즉, 1세트의 박막 태양 전지 제조 장치(10)에는, 3개(3쌍(6장)의 기판을 보유지지할 수 있음)의 캐리어(21)가 장착되어 있다.
그리고, 본 실시형태의 박막 태양 전지 제조 장치(10)에서는, 상술한 성막실(11), 삽입·취출실(13), 기판 탈착실(15)에 의해 구성되는 기판 성막 라인(16)이 4개 배치 구성되어 있다. 따라서, 24장의 기판(W)을 대략 동시에 성막할 수 있다.
<박막 태양 전지의 제조 방법>
다음에, 본 실시형태의 박막 태양 전지 제조 장치(10)를 이용하여 기판(W)에 성막하는 방법을 설명한다. 이 설명에서는 하나의 기판 성막 라인(16)의 도면을 이용하지만, 다른 3개의 기판 성막 라인(16)도 대략 동일한 흐름으로 기판을 성막한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 성막 처리 전 기판(W1)을 복수장 수용한 기판 수용 카세트(19)를 소정의 위치에 배치한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 기판 탈착 로봇(17)의 구동 아암(45)이 기판 수용 카세트(19) 내의 기판(W)의 피성막면의 이면을 흡착하여 기판 수용 카세트(19)로부터 성막 처리 전 기판(W1)을 1장 취출하고, 성막 처리 전 기판(W1)을 기판 탈착실(15)에 설치되어 있는 캐리어(21)에 장착한다. 구동 아암(45)은 회전 기구를 가지고, 회전 기구에 의해 기판 수용 카세트(19)에 수평 방향으로 배치된 성막 처리 전 기판(W1)을 연직 방향으로 방향을 바꾸어 캐리어(21)에 장착한다. 이 동작을 다시 한번 반복하여, 하나의 캐리어(21)에 2장째의 성막 처리 전 기판(W1)을 장착한다. 또, 이 동작을 반복하여, 기판 탈착실(15)에 설치되어 있는 나머지 2개의 캐리어(21)에도 성막 처리 전 기판(W1)을 각각 장착한다. 즉, 이 단계에서 6장의 성막 처리 전 기판(W1)을 캐리어(21)에 장착한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 성막 처리 전 기판(W1)이 장착된 3개의 캐리어(21)를 이동 레일(37)을 따라 대략 동시에 이동시키고, 삽입·취출실(13) 내에 수용한다. 삽입·취출실(13)에 캐리어(21)를 수용한 후, 삽입·취출실(13)의 캐리어 반출입구(35)의 셔터(36)를 닫는다. 그 후, 진공 펌프(43)를 이용하여 삽입·취출실(13)의 내부를 진공 상태로 유지한다.
도 13에 도시된 바와 같이, 3개의 캐리어(21)를 평면에서 보아 이동 레일(37)이 부설된 방향과 직교하는 방향으로 이동 기구를 이용하여 각각 소정 거리(반피치) 이동시킨다. 이 소정 거리란, 하나의 캐리어(21)가 인접하는 이동 레일(37, 37) 사이에 위치하는 거리이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 성막실(11)의 셔터(25)를 개방상태로 하고, 성막실(11)에서 성막이 종료된 성막 처리 후 기판(W2)이 장착된 캐리어(21A)를 삽입·취출실(13)로 푸쉬-풀 기구(38)를 이용하여 이동시킨다. 이 때, 캐리어(21)와 캐리어(21A)가 평면에서 보아 교대로 병렬하게 되어 있다. 그리고, 이 상태를 소정 시간 유지함으로써, 성막 처리 후 기판(W2)에 축열되어 있는 열이 성막 처리 전 기판(W1)에 전열된다. 즉, 성막 전 기판(W1)이 가열된다.
여기서, 푸쉬-풀 기구(38)의 움직임을 설명한다. 여기서는 성막실(11)에 위치하고 있는 캐리어(21A)를 삽입·취출실(13)로 이동시킬 때의 움직임을 설명한다.
도 15a에 도시된 바와 같이, 푸쉬-풀 기구(38)의 걸어멈춤부(48)에, 성막 처리 후 기판(W2)이 장착된 캐리어(21A)를 걸어멈춤시킨다. 그리고, 걸어멈춤부(48)에 장착되어 있는 이동 장치(50)의 이동 아암(58)을 요동시킨다. 이 때, 이동 아암(58)의 길이는 가변된다. 그러면, 캐리어(21A)가 걸어멈춤된 걸어멈춤부(48)는, 가이드 부재(49)로 안내되고 가이드 부재(49)를 따라 이동된다. 이에 의해, 도 15b에 도시된 바와 같이, 걸어멈춤부(48)에 걸어멈춤된 캐리어(21A)가 삽입·취출실(13) 내로 이동된다. 즉, 캐리어(21A)가 성막실(11)로부터 삽입·취출실(13)로 이동된다. 이와 같이 구성함으로써, 캐리어(21A)를 구동시키는 구동원을 성막실(11) 내에 설치할 필요가 없어진다. 상술한 움직임의 반대의 움직임을 하게 함으로써, 삽입·취출실(13)에서의 캐리어(12)를 성막실(11)로 이동시킬 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 캐리어(21) 및 캐리어(21A)를 이동 기구에 의해 이동 레일(37)과 직교하는 방향으로 이동하고, 처리 전 기판(W1)을 보유지지한 캐리어(21)가 이동 레일(37)에 따른 위치까지 이동시킨다.
도 17에 도시된 바와 같이, 푸쉬-풀 기구(38)를 이용하여 처리 전 기판(W1)을 보유지지한 캐리어(21)를 성막실(11)로 이동시키고, 이동 완료 후에 셔터(25)를 폐쇄상태로 한다. 성막실(11)은 진공 상태가 유지되어 있다. 이 때, 캐리어(21)에 장착된 성막 처리 전 기판(W1)은, 성막실(11) 내에서 그 표면(WO)이 중력 방향과 대략 병행하는 연직 방향을 따르는 상태로, 애노드 유닛(90)과 캐소드 유닛(68)의 사이에 삽입된다(도 18 참조).
도 18, 도 19에 도시된 바와 같이, 전극 유닛(31)의 2개의 애노드 유닛(90)을 구동 장치(71)에 의해 서로 근접하는 방향으로 이동시켜, 애노드 유닛(90)(애노드(67))과 성막 처리 전 기판(W1)의 이면(WU)을 접촉시킨다.
도 20에 도시된 바와 같이, 또 구동 장치(71)를 구동시키면, 애노드(67)에 눌리도록 성막 처리 전 기판(W1)이 캐소드 유닛(68) 측으로 향하여 이동한다. 그리고, 성막 처리 전 기판(W1)과 캐소드 유닛(68)의 샤워 플레이트(75)의 간극이 소정 거리(성막 거리)가 될 때까지 이동시킨다. 이 성막 처리 전 기판(W1)과 캐소드 유닛(68)의 샤워 플레이트(75) 사이의 간극(성막 거리)은 5~15mm로, 예를 들면 5mm정도이다.
이 때, 성막 처리 전 기판(W1)의 표면(WO) 측에 접촉되어 있는 캐리어(21)의 끼움지지부(59)의 끼움지지편(59A)은, 성막 처리 전 기판(W1)(애노드 유닛(90))의 이동에 따라 변위하게 되어 있다. 또, 애노드 유닛(90)이 캐소드 유닛(68)으로부터 이반하는 방향으로 향하여 이동했을 때에는, 끼움지지편(59A)에는 스프링 등의 복원력이 작용하여 끼움지지편(59B) 측으로 향하여 변위하게 되어 있다. 이 때, 성막 전 기판(W1)은, 애노드(67)와 끼움지지편(59A)에 의해 끼움지지된다.
도 21에 도시된 바와 같이, 성막 처리 전 기판(W1)이 캐소드 유닛(68) 측으로 향하여 이동하면, 끼움지지편(59A)이 마스크(78)에 접촉하고, 이 시점에서 애노드 유닛(90)의 이동이 정지한다.
여기서, 도 21에 도시된 바와 같이, 마스크(78)는 끼움지지편(59A)의 표면과 기판(W)의 외연부를 덮도록 형성되어 있음과 아울러, 끼움지지편(59A) 또는 기판(W)의 외연부와 밀접 가능하게 형성되어 있다. 즉, 마스크(78)와 끼움지지편(59A)의 맞춤면 또는 마스크(78)와 기판(W)의 외연부의 맞춤면은 시일(seal)면의 역할을 갖고 있으며, 이들 마스크(78)와 끼움지지편(59A)의 사이 또는 마스크(78)와 기판(W)의 외연부의 사이로부터, 성막 가스가 애노드(67) 측으로 거의 누설되지 않도록 되어 있다. 이에 의해, 성막 가스가 퍼지는 범위가 제한되고, 불필요한 범위가 성막되는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해 클리닝 범위를 좁게 할 수 있고, 클리닝 빈도를 감소시킬 수 있으며, 장치의 가동율이 향상된다.
또한, 성막 처리 전 기판(W1)의 이동은, 기판(W)의 외연부가 마스크(78)에 접촉함으로써 정지하게 되므로, 마스크(78)와 샤워 플레이트(75) 및 배기 덕트(79) 사이의 간격으로 구성된 가스 유로(R)의 두께 방향의 유로 높이는, 성막 처리 전 기판(W1)과 캐소드 유닛(68)의 간극이 소정 거리가 되도록 설정되어 있다.
다른 형태로서, 마스크를 배기 덕트(79)에 탄성체를 개재하여 장착함으로써, 기판(W)과 샤워 플레이트(75)(캐소드)의 거리는 구동 기구(71)의 스트로크에 의해 임의로 변경할 수도 있다. 상기 태양에서는 마스크(78)와 기판(W)이 접촉하는 경우를 기재하였지만, 성막 가스의 통과를 제한하는 것과 같은 미소한 간격을 두고 마스크(78)와 기판(W)이 배치되어도 된다.
이러한 상태에서, 캐소드 유닛(68)의 샤워 플레이트(75)로부터 성막 가스를 분출시킴과 아울러, 매칭 박스(72)를 기동시켜 캐소드 유닛(68)의 샤워 플레이트(캐소드)(75)에 전압을 인가함으로써, 성막 공간(81)에 플라즈마를 발생시키고, 성막 처리 전 기판(W1)의 표면(WO)에 성막을 실시한다. 이 때, 애노드(67)에 내장되어 있는 히터(H)에 의해 성막 처리 전 기판(W1)이 원하는 온도로 가열된다.
여기서, 애노드 유닛(90)은, 성막 처리 전 기판(W1)이 원하는 온도에 도달하면 가열을 정지한다. 그러나, 캐소드 유닛(68)에 전압이 인가됨으로써, 성막 공간(81)에 플라즈마가 발생한다. 시간의 경과에 따라, 플라즈마로부터의 입열에 의해, 애노드 유닛(90)이 가열을 정지해도, 성막 처리 전 기판(W1)의 온도가 원하는 온도보다도 상승할 가능성이 있다. 이 경우, 애노드 유닛(90)을 온도가 지나치게 상승한 성막 처리 전 기판(W1)을 냉각하기 위한 방열판으로서 기능시킬 수도 있다. 따라서, 성막 처리 전 기판(W1)은, 성막 처리 시간의 시간 경과에 관계없이 원하는 온도로 유지된다.
한 번의 성막 처리 공정으로 복수의 층을 성막할 때에는, 공급하는 성막 가스 재료를 소정 시간마다 절환할 수 있다.
성막 중 및 성막 후에, 캐소드 유닛(68)의 주연부에 형성된 배기구(80)로부터 성막 공간(81)의 가스나 파티클을 배기한다. 이와 함께, 배기된 가스는 가스 유로(R)를 통해 캐소드 유닛(68)의 주연부의 배기 덕트(79)로부터 개구부(캐소드 유닛(68)의 하부에서의 배기 덕트(79)의 성막실(11) 안으로 향한 면에 형성된 개구부)를 통과하고, 성막실(11)의 측면 하부(28)에 설치된 배기관(29)으로부터 외부로 나간다. 성막을 실시할 때에 발생한 반응 부생성물(파우더)은, 배기 덕트(79)의 내벽면에 부착시킴으로써 회수·처분할 수 있다. 성막실(11) 안의 모든 전극 유닛(31)에서 상술한 처리와 같은 처리를 실행하기 때문에, 6장의 기판에 대해 동시에 성막을 실시할 수 있다.
그리고, 성막이 종료되면, 구동 장치(71)에 의해 2개의 애노드 유닛(90)을 서로 이반하는 방향으로 이동시키고, 성막 처리 후 기판(W2) 및 프레임(51)(끼움지지편(59A))을 원래의 위치로 되돌린다(도 19, 도 21 참조). 또, 애노드 유닛(90)을 이반하는 방향으로 이동시킴으로써, 성막 처리 후 기판(W2)과 애노드 유닛(90)이 이반한다(도 18 참조).
도 22에 도시된 바와 같이, 성막실(11)의 셔터(25)를 개방상태로 하고, 푸쉬-풀 기구(38)를 이용하여 캐리어(21)를 삽입·취출실(13)로 이동시킨다. 이 때, 삽입·취출실(13)은 배기되고, 다음에 성막될 성막 처리 전 기판(W1)을 장착한 캐리어(21B)가 이미 위치되어 있다. 그리고, 삽입·취출실(13) 내에서 성막 처리 후 기판(W2)에 축열되어 있는 열을 성막 처리 전 기판(W1)에 전열하여, 성막 처리 후 기판(W2)의 온도를 낮춘다.
도 23에 도시된 바와 같이, 캐리어(21B)가 성막실(11) 안으로 이동한 후, 이동 기구에 의해 캐리어(21)를 이동 레일(37) 상에 배치되는 위치까지 되돌린다.
도 24에 도시된 바와 같이, 셔터(25)를 폐쇄상태로 하고, 성막 처리 후 기판(W2)이 소정 온도까지 저하된 후에, 셔터(36)를 개방상태로 하여 캐리어(21)를 기판 탈착실(15)로 이동시킨다.
도 25에 도시된 바와 같이, 기판 탈착실(15)에서, 기판 탈착 로봇(17)에 의해 성막 처리 후 기판(W2)을 캐리어(21)로부터 분리하고, 성막 처리 후 기판(W2)을 기판 수용 카세트(19)로 반송한다. 모든 성막 처리 후 기판(W2)의 분리가 완료되면, 기판 수용 카세트(19)를 다음 공정의 장소로 이동시킴으로써 처리가 종료된다.
본 실시형태의 박막 태양 전지 제조 장치(10)에 의하면, 삽입·취출실(13)에 푸쉬-풀 기구(38)를 설치하고, 이 푸쉬-풀 기구(38)를 이용하여 캐리어(21)가 성막실(11)과 삽입·취출실(13)의 사이에 부설된 이동 레일(37) 상을 이동할 수 있다. 이에 의해, 성막실(11)에는 캐리어(21)를 이동시키는 구동원이 없고, 이동 레일(37)만이 설치된다. 따라서, 종래와 같이 성막실(11) 내의 구동원을 유지보수할 필요가 없고, 성막실(11)의 유지보수 빈도를 저하시켜 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 기판 탈착 로봇(17)이 기판(W)의 피성막면의 이면(WU)을 흡착하여 기판 탈착실(15)과 기판 수용 카세트(19) 사이에서 기판(W)을 이동시키기 때문에, 특히 성막 처리 후 기판(W2)을 이동시킬 때에, 성막 영역(피성막면)에 기판 탈착 로봇(17)이 접촉하는 것을 회피할 수 있다. 따라서, 성막 처리 후 기판(W2)의 반송시에, 성막면의 품질을 확실히 유지할 수 있고, 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 기판(W)은 연직 방향으로 세운 상태(기판(W)의 피성막면이 중력 방향과 대략 병행하도록 배치된 상태)로 박막 태양 전지 제조 장치(10) 내의 이동 및 성막 처리된다. 그 결과, 박막 태양 전지 제조 장치(10) 안을 기판(W)이 이동하는 데에 필요한 면적을 축소하여 장치를 소형화할 수 있음과 동시에, 종래와 같은 설치 면적으로 보다 많은 장치를 배치할 수 있다. 따라서, 동시에 성막하는 기판(W)의 매수를 증가시켜 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 기판(W)을 연직 방향으로 세운 상태로 성막하면, 성막시에 발생하는 파티클이 기판(W)의 성막면 상에 퇴적하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 기판(W)에 고품질의 반도체층을 성막할 수 있다.
또한, 하나의 캐리어(21)가 복수장(2장)의 기판(W)을 보유지지할 수 있기 때문에, 하나의 캐리어(21)에서 복수장의 기판(W)을 동시에 성막할 수 있어 생산성을 더 향상시킬 수 있다. 또, 푸쉬-풀 기구(38)가 복수의 캐리어(21)를 동시에 반송할 수 있기 때문에, 더 처리 속도를 높일 수 있다.
또, 기판 수용 카세트(19)에서는, 기판(W)을 그 피성막면이 수평 방향과 대략 평행하도록 배치할 수 있고, 캐리어(21)에서는, 기판(W)을 그 피성막면이 중력 방향과 대략 병행하도록 배치할 수 있다. 따라서, 기판 수용 카세트(19)에 기판(W)을 수용하여 다른 처리 공정으로 반송할 때에는, 기판(W)의 피성막면이 수평 방향과 대략 병행하도록 함으로써, 이동시에 성막 품질을 유지할 수 있다. 또한, 캐리어(21)에 기판(W)을 장착할 때에는, 기판(W)의 피성막면이 중력 방향과 대략 병행하도록 함으로써, 장치 안을 기판(W)이 이동하는 데에 필요한 면적을 축소할 수 있다. 따라서, 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 성막실(11) 및 삽입·취출실(13)이 연접된 프로세스 모듈(14)이 복수 병렬 배치되었기 때문에, 동시에 성막할 수 있는 기판(W)의 매수를 증가시킬 수 있고, 저레이트의 반도체층을 기판(W)에 성막할 때에도 높은 처리율을 실현할 수 있다. 또한, 프로세스 모듈(14)로서 장치를 일체화함으로써, 제조 라인을 공장 등에 구축할 때의 장치의 설치 시간(제조 라인의 구성 시간)을 단축할 수 있다. 또, 성막실(11)의 유지보수를 할 때에 프로세스 모듈(14)마다 유지보수를 행함으로써, 제조 라인 전체를 정지시킬 필요가 없어진다. 따라서, 유지보수시의 생산 효율의 저하를 최소한으로 억제할 수 있다.
또, 성막 처리 후 기판(W2)과 성막 처리 전 기판(W1)을 삽입·취출실(13)에 동시에 수용시킴으로써, 삽입·취출실(13)의 일련의 기판 성막 공정에서 진공 배기 공정을 줄일 수 있다. 따라서, 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 삽입·취출실(13)에서, 성막 처리 후 기판(W2)과 성막 처리 전 기판(W1)이 동시에 수용되면, 성막 처리 후 기판(W2)에 축열되어 있는 열이 성막 처리 전 기판(W1)에 전열되어, 열교환이 이루어진다. 이에 의해, 성막 처리 전 기판(W1)을 성막실(11)에 수용한 후에 통상 실시하는 가열 공정 및 성막 처리 후 기판(W2)을 삽입·취출실(13)로부터 반출하기 전에 통상 실시하는 냉각 공정을 생략할 수 있다. 결과적으로, 생산성을 향상시킬 수 있음과 동시에, 종래의 가열 공정·냉각 공정에 이용한 설비를 정지할 수 있기 때문에, 제조 비용을 저감할 수 있다.
또, 본 발명의 기술 범위는, 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 상술한 실시형태에 여러가지의 변경을 가한 것을 포함한다. 즉, 실시형태에서 든 구체적인 형상이나 구성 등은 일례에 불과하며, 적절히 변경이 가능하다. 예를 들면, 본 실시형태에서는 하나의 성막실에 하나의 삽입·취출실을 연접한 경우를 설명하였지만, 도 26에 도시된 바와 같이, 하나의 큰 삽입·취출실(13)에 대해 복수의 성막실(11)을 병렬 배치시켜 연접한 프로세스 모듈(114)을 설치하고, 그 삽입·취출실(13) 안을 캐리어가 이동할 수 있도록 해도 된다. 이와 같이 구성함으로써, 삽입·취출실 안을 캐리어에 장착된 기판이 이동할 수 있기 때문에, 각 성막실에서 다른 성막 재료를 공급할 수 있다. 이에 의해, 기판에 성막 재료가 다른 복수의 층을 보다 효율적으로 성막할 수 있다.
또한, 도 27과 같이, 박막 태양 전지 제조 장치를 배치해도 된다. 이 예에서는, 성막실(11), 삽입·취출실(13), 기판 탈착실(15)로 이루어진 모듈이 방사형으로 기판 탈착 로봇(17)에 설치된다. 이와 같이 구성함으로써, 기판 탈착 로봇(17)이 레일 상을 이동하는 시간을 없앨 수 있다. 즉, 기판 탈착 로봇(17)의 동작시간을 단축하여 택트 타임을 단축할 수 있다.
또, 도 28과 같이, 박막 태양 전지 제조 장치를 배치해도 된다. 이 예에서는, 성막실(11), 삽입·취출실(13), 기판 탈착실(15)로 이루어진 모듈이 기판 탈착 로봇(17)의 양측에 설치된다. 이와 같이 구성함으로써, 공간을 줄일 수 있고, 또한 기판 탈착 로봇의 동작시간을 단축할 수 있다.
그리고, 본 실시형태에서는 1대의 기판 탈착 로봇(17)을 배치하여 기판(W)의 탈착을 하도록 구성하였지만, 2대의 기판 탈착 로봇(17)을 배치하여 한쪽의 기판 탈착 로봇(17)을 기판(W)의 장착 전용으로 하고, 다른 쪽의 기판 탈착 로봇(17)을 기판(W)의 분리 전용으로 해도 된다. 또한, 1대의 기판 탈착 로봇(17)에 2개의 구동 아암을 설치하고, 2장의 기판(W)을 동시에 장착, 분리를 하도록 구성해도 된다.
본 발명의 실시형태에 의하면, 성막실에는 캐리어를 이동시키기 위한 구동원이 없고, 이동 레일만이 설치된다. 따라서, 종래와 같이 성막실 내의 구동원을 유지보수할 필요가 없어지고, 성막실의 유지보수 빈도를 저하시켜 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
10 박막 태양 전지 제조 장치
11 성막실
13 삽입·취출실
14 기판 성막 모듈
15 기판 탈착실
17 기판 탈착 로봇(구동 기구)
19 기판 수용 카세트(반송 기구)
21 캐리어
25 셔터(제1 개폐부)
36 셔터(제2 개폐부)
37 이동 레일
38 푸쉬-풀 기구(이송 기구)
104 하부 셀(막)
W 기판
W1 성막 처리 전 기판
W2 성막 처리 후 기판

Claims (12)

  1. 감압(減壓)으로 배기되고, CVD법에 의해 기판에 막을 형성하는 성막실;
    상기 성막실과 제1 개폐부를 개재하여 연접(連接)되고, 대기압과 감압을 절환 가능한 삽입·취출실;
    상기 성막실 및 상기 삽입·취출실에 부설(敷設)된 이동 레일;
    상기 기판을 보유지지하고, 상기 이동 레일을 따라 이동하는 캐리어;
    상기 캐리어를 이동시키는 캐리어 이송 기구;를 가지고,
    상기 캐리어 이송 기구는, 상기 삽입·취출실에 설치되고, 상기 캐리어를 상기 성막실과 상기 삽입·취출실 사이에서 이동시키는 것을 특징으로 하는 박막 태양 전지 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 삽입·취출실에 제2 개폐부를 개재하여 접속된 기판 탈착실;
    상기 캐리어에 상기 기판을 장착하는 작업 및 상기 캐리어로부터 상기 기판을 분리하는 작업을 행하는 기판 반송 기구;
    상기 캐리어에 장착하는 기판 또는 상기 캐리어로부터 분리된 기판 중 적어도 하나를 수용하는 수용 기구;를 가지고,
    상기 캐리어 이송 기구는, 상기 캐리어를 상기 삽입·취출실과 상기 기판 탈착실 사이에서 이동시키며,
    상기 기판 반송 기구는, 상기 기판 탈착실 내에서, 상기 캐리어에 상기 기판을 장착하는 작업 및 상기 캐리어로부터 상기 기판을 분리하는 작업을 행하고, 또한 상기 기판 반송 기구는, 상기 기판의 피성막면의 이면(裏面)을 흡착하여 상기 기판을 보유지지하고, 상기 기판을 상기 기판 탈착실과 상기 수용 기구 사이에서 이동시키는 박막 태양 전지 제조 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어는, 상기 기판의 피성막면이 중력 방향과 평행한 종(縱)자세로 상기 기판을 보유지지하는 박막 태양 전지 제조 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어는, 복수의 상기 기판을 병행(竝行)하면서 대향하여 보유지지하는 박막 태양 전지 제조 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 성막실은, 복수의 캐소드와, 상기 캐소드에 대향하는 애노드를 가지고,
    상기 캐리어는, 상기 기판이 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 삽입되도록 상기 성막실로 이송되는 박막 태양 전지 제조 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 성막실은, 하나의 캐소드와, 상기 캐소드의 양면에 대향하는 2개의 애노드를 갖는 성막 유닛을 가지고,
    상기 캐리어는, 상기 기판이 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 삽입되도록 상기 성막실로 이송되는 박막 태양 전지 제조 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 성막실은, 상기 성막 유닛을 복수 가지는 박막 태양 전지 제조 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 성막 유닛은, 상기 성막실로부터 인출 가능하게 장착되는 박막 태양 전지 제조 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 수용 기구는, 상기 기판을, 상기 기판의 피성막면이 수평한 자세로 수용하고,
    상기 캐리어는, 상기 기판을, 상기 기판의 피성막면이 연직한 자세로 수용하며,
    상기 기판 반송 기구는, 상기 기판을, 수평한 자세와 연직한 자세로 회전시키는 회전 기구를 가지는 박막 태양 전지 제조 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나의 상기 삽입·취출실에, 하나의 상기 성막실이 연접된 프로세스 모듈을 복수 구비하고,
    복수의 상기 프로세스 모듈이 병렬로 배치되어 있는 박막 태양 전지 제조 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나의 상기 삽입·취출실에 복수의 상기 성막실이 접속된 박막 태양 전지 제조 장치.
  12. 제2항에 있어서,
    하나의 상기 삽입·취출실에, 하나의 상기 성막실이 연접된 프로세스 모듈을 복수 구비하고,
    복수의 상기 프로세스 모듈이 병렬로 배치되며,
    하나의 상기 기판 반송 기구는, 복수의 상기 프로세스 모듈에 대해 공통되어 설치되는 박막 태양 전지 제조 장치.
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