JP2010150575A - シャワー電極板及びプラズマｃｖｄ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表面に付着した不要な膜を除去するブラスト処理を行っても、ガス流通孔の開口周縁部の変形が小さく、ガス流通孔の開口面積が確保され、長期間連続して使用することが可能であるとともに、原料ガスの分散効果及び流量増大が図れ、低コスト化が実現可能なシャワー電極板及びプラズマＣＶＤ装置を提供することにある。
【解決手段】本発明は、基板の表面に薄膜を形成する成膜室内に配置され、基板の表面に原料ガスＧを供給するためのガス流通孔６が設けられているシャワー電極板１において、ガス流通孔６のブラスト処理面側に位置する開口周縁部が傾斜面状に形成され、傾斜面部６ａとなっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板の表面に薄膜を成膜する際に用いられるシャワー電極板、及びこのシャワー電極板を平行平板のカソード電極として用いたプラズマＣＶＤ装置に関する。

薄膜太陽電池は、薄型で軽量、かつ製造コストが安価であり、大面積化が容易であることなどから、太陽光を利用して電力を発生させる太陽電池の主流となると考えられ、電力供給用以外に、建物の屋根や窓などに取付けて利用される業務用、一般住宅用にも需要が広がって来ている。
このような薄膜太陽電池の製造方法としては、各成膜室内を連続的に移動する基板上に連続的に層を成膜するロールツーロール方式と、各成膜室内で同時に停止させた基板上に成膜し、その後、成膜が終了した基板部分を次の成膜室へ送り出すステッピングロール方式とがある。

図５は、共通真空室内に複数の成膜室を有し、鉛直にして搬送される基板の一面上に薄膜を形成するようにしたステッピングロール成膜方式の成膜装置を示す概略構成図である。図６は図５における成膜室の詳細を示す概略構成図であり、（Ａ）は基板搬送時、（Ｂ）は成膜時を示している。
図５に示す成膜装置は、長尺の可撓性基板５１を巻いた巻出しロール５２が収容される巻出し室５３と、可撓性基板５１を巻取る巻取りロール５４が収容される巻取り室５５と、これら巻出し室５３と巻取り室５５との間で可撓性基板５１の搬送方向に沿って配置され、可撓性基板５１に金属電極層、光電変換層及び透明電極層などの薄膜を形成するために設けられた複数個の独立した処理空間としての成膜室５６とを備えている。
このような成膜装置において、可撓性基板５１は、巻出し室５３内の巻出しロール５２から巻出され、巻取り室５５の巻取りロール５４に巻き取られる間に、複数の成膜室５６で成膜されるように構成されている。

各成膜室５６内には、図６に示すように、プラズマＣＶＤ法（プラズマ化学気相成長法）で可撓性基板５１に薄膜を形成するために、高電圧の高周波を印加するシャワー電極板としての平行平板のカソード電極（高周波電極）５７とアノード電極（接地電極）５８とが互いに間隔を置いて対向して配置されている。カソード電極５７には、高周波電源５９及びガス供給管６０が接続されており、ガス供給管６０に導入された原料ガスが、シャワー電極として多数のガス流通孔を有するカソード電極５７の表面から成膜室５６内の可撓性基板５１へシャワー状に供給されるようになっている。アノード電極（接地電極）５８には、可撓性基板５１を加熱するためのヒータ５８ａが内蔵されている。
成膜室５６は、断続的に搬送されて来る可撓性基板５１の上下に対向して配置され、ボックス形状を形成する上部壁体６１と下部壁体６２とを備えている。そして、成膜時には、図６（Ｂ）に示すように、上部壁体６１が下降し、アノード電極５８が搬入された可撓性基板５１を押さえ、下部壁体６２の開口側端部のシール部材６３に接触する。これにより、下部壁体６２と可撓性基板５１とから、排気管６４に連通する気密に密閉された成膜空間６５が形成される。この状態で、カソード電極５７へ高周波電圧を印加することにより、プラズマを成膜空間６５に発生させ、ガス供給管６０に導入された原料ガスを分解して可撓性基板５１の表面に薄膜が形成され、成膜が行われることになる。

ところで、シャワー電極板を平行平板のカソード電極として用いたプラズマＣＶＤ法の成膜装置では、成膜時において、成膜材料からなる膜が可撓性基板５１上だけでなく、成膜室５６内のシャワー電極板等の構成部品の表面にも付着して、堆積することになる。この付着堆積した膜は、成膜工程中に膜厚分布不良を招いたり、剥離・脱落し、パーティクル、ダストとなり、要求される薄膜の特性が損なわれるという問題を有している。

そのため、従来において、薄膜の品質維持の観点やメンテナンス周期を長くしようとする観点から、定期的にシャワー電極板をプラズマＣＶＤ装置から取外し、シャワー電極板の表面を清浄化するクリーニング方法が提供されており、その１つとして、ブラスト処理を行う方法がある（例えば、特許文献１、特許文献２）。

特開２００１−２６００２５号公報 特開２００４−２４３１５５号公報

しかしながら、上述した従来のブラスト処理のクリーニング方法は、シャワー電極板の表面に小径の鋼球、砂、合成樹脂などの混合物を噴射して、シャワー電極板の表面に付着した不要な膜を除去するので、ブラスト処理時の破片が残渣となってシャワー電極板の素材表面層に入り込み、処理工程中の昇温などにより当該残渣が脱落し、パーティクル障害を引き起こすという問題がある。

また、ブラスト処理による衝撃熱などでシャワー電極板への圧損が起こり、特に、シャワー電極板に設けられたガス流通孔の開口縁部が変形して、流通孔の開口面積が小さくなり、原料ガスの流通を阻害するおそれがある。このようなブラスト処理を施したシャワー電極板を再使用すると、成膜工程中の原料ガスの供給状態が変化して好ましい結果を得ることができないという問題がある。
さらに、従来のブラスト処理では、シャワー電極板の表面に付着した不要な膜を十分に洗浄することが難しいので、ブラスト工程を何回も繰り返して行う必要があり、作業性に問題がある上、上述した問題をより発生させるおそれがある。しかも、シャワー電極板を交換する場合は、その全体を交換しなければならないので、コスト高を招来するという問題がある。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、表面に付着した不要な膜を除去するブラスト処理を行っても、ガス流通孔の開口周縁部の変形が小さく、ガス流通孔の開口面積が確保され、長期間連続して使用することが可能であるとともに、原料ガスの分散効果及び流量増大が図れ、低コスト化が実現可能なシャワー電極板及びプラズマＣＶＤ装置を提供することにある。

上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、基板の表面に薄膜を形成する成膜室内に配置され、前記基板の表面に原料ガスを供給するためのガス流通孔が設けられているシャワー電極板において、前記ガス流通孔のブラスト処理面側に位置する開口周縁部が傾斜面状に形成されている。

また、本発明において、前記ガス流通孔の表裏両面に臨む開口周縁部が、それぞれ傾斜面状に形成されている。
さらに、本発明において、前記ガス流通孔の開口周縁部が、湾曲した傾斜面状に形成されている。
そして、本発明において、前記ガス流通孔の内周壁の中間部分が、互いに接近する方向へ突出した湾曲面に形成されている。

一方、本発明のシャワー電極板は、プラズマＣＶＤ法によって基板の表面に薄膜を成膜すべく、プラズマＣＶＤ装置において、高周波電圧を印加する平行平板のカソード電極として用いられている。

上述の如く、本発明に係るシャワー電極板は、基板の表面に薄膜を形成する成膜室内に配置され、前記基板の表面に原料ガスを供給するためのガス流通孔が設けられているものであって、前記ガス流通孔のブラスト処理面側に位置する開口周縁部が傾斜面状に形成されているので、クリーニング時にブラスト処理を行っても、ガス流通孔の開口周縁部の変形を小さく抑えることができ、ガス流通孔の開口面積を確保した状態でブラスト処理後に問題なく再使用できるとともに、その表面に付着した不要な膜を確実に除去することができ、長期間の連続使用も可能となる。しかも、本発明のシャワー電極板においては、ガス流通孔の開口周縁部が拡大しているので、原料ガスを効果的に分散させて供給することができるとともに、短時間に必要な流量を増大させることができる。

また、本発明のシャワー電極板は、前記ガス流通孔の表裏両面に臨む開口周縁部が、それぞれ傾斜面状に形成されているので、ブラスト処理による反りの発生を防ぐことができる。
さらに、本発明のシャワー電極板は、前記ガス流通孔の開口周縁部が、湾曲した傾斜面状に形成され、あるいは、前記ガス流通孔の内周壁の中間部分が、互いに接近する方向へ突出した湾曲面に形成されているので、上記発明と同様の効果を得ることができる。

一方、本発明のシャワー電極板が、プラズマＣＶＤ法によって基板の表面に薄膜を成膜すべく、プラズマＣＶＤ装置において、高周波電圧を印加する平行平板のカソード電極として用いられている場合には、高品質な薄膜を成膜することが可能となり、優れた生産効率のプラズマＣＶＤ装置を提供することができる。

以下、本発明に係るシャワー電極板及びプラズマＣＶＤ装置について、図面を参照しながら、その実施形態に基づき詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態に係るシャワー電極板の断面図、図２は図１におけるＡ部の拡大断面図である。
図１に示す本発明の第１実施形態に係るシャワー電極板１は、プラズマＣＶＤ法によって可撓性基板の表面に薄膜を成膜すべく、プラズマＣＶＤ装置において、高周波電圧を印加する平行平板のカソード電極として用いられるものである。

このようなプラズマＣＶＤ装置は、例えば、ステッピングロール方式で成膜を行うように構成されている。すなわち、本発明の第１実施形態に係るシャワー電極板１が適用されるプラズマＣＶＤ装置は、図示しないが、例えば一端側から他端側へ向かって順に、巻出し室、複数の成膜室、及び巻取り室が形成されており、巻出し室の巻出しロールから巻出された可撓性基板は、各成膜室に入り、該成膜室で一旦停止されてそれぞれ表面への成膜が行われた後、巻取り室の巻取りロールに巻取られるように構成されている。そのため、各成膜室内には、本実施形態のカソード電極（高周波電極）としてのシャワー電極板１と図示しないアノード電極（接地電極）とが互いに間隔を置いて対向して配置されており、成膜時には、アノード電極が可撓性基板を押さえ、成膜空間を形成した状態で、シャワー電極板１へ高周波電圧を印加することによりプラズマを発生させ、供給された原料ガス（例えば、シラン及び水素などのＳｉ化合物ガス）を分解して可撓性基板の表面に薄膜が形成され、成膜が行われるようになっている。

本発明の第１実施形態のシャワー電極板１は、図１に示すように、原料ガスＧが導かれるガス分散空間形成部２と、該ガス分散空間形成部２の原料ガスＧを表面から流出させるシャワーヘッド３とを備えており、定期的にプラズマＣＶＤ装置から取外され、表面に付着した不要な膜がブラスト処理によって除去され、清浄化されるようになっている。
ガス分散空間形成部２は、一方側に開口部を有する断面略コ字状に形成されており、その凹部内側には、供給された原料ガスＧを均一に分散させるガス分散空間４が設けられている。また、ガス分散空間形成部２の他方側には、原料ガスＧをガス分散空間４に導くガス供給管５が設けられており、該ガス供給管５の先端はガス分散空間４に連通され、該ガス供給管５の基端は図示しないガス供給源に接続されている。なお、シャワー電極板１は、図６に示す従来例と同様、図示しない高周波電源に接続されている。

シャワーヘッド３は、図１及び図２に示すように、ガス分散空間４内の原料ガスＧをシャワー状に流出すべく、多数の小孔のガス流通孔６を有する平面視で四角形状の平板を用いて形成されており、これらガス流通孔６は、例えば、隣接する小孔列が間に位置するようなパターン（任意のパターンが可能）で貫通して配設されている。

本発明の第１実施形態のガス流通孔６は、ブラスト処理面側に位置する開口周縁部が一般的な機械加工法で傾斜面状に形成され、傾斜面部６ａとなっている。しかも、本実施形態のシャワー電極板１では、ブラスト処理面が表裏両面であるため、表裏両面に臨む開口周縁部がそれぞれ傾斜面部６ａとなっている。また、これら傾斜面部６ａは、ガス流通孔６の直径よりも大きな寸法で、直線的に表裏面へ向かってそれぞれ徐々に拡がる断面台形形状に形成されている。

このように、本発明の第１実施形態のシャワー電極板１においては、シャワーヘッド３に設けられた多数のガス流通孔６の開口周縁部が拡径の傾斜面部６ａとなっているので、表面に付着した不要な膜をブラスト処理によって何回か繰り返し除去する場合でも、ガス流通孔６の開口周縁部が変形するのを抑えることが可能となり、問題なく再使用することができるとともに、不要な膜を確実に除去できる。また、本実施形態のシャワー電極板１では、ガス流通孔６の開口周縁部が外方へ向かって拡大しているので、ガス分散空間４内に導かれた原料ガスＧを効果的に分散させることができる。したがって、本実施形態のシャワー電極板１をプラズマＣＶＤ装置における平行平板のカソード電極として用いる場合には、高品質な薄膜を成膜することができる。

［第２実施形態］
図３は本発明の第２実施形態に係るシャワー電極板であって、図１におけるＡ部の拡大断面図である。
この第２実施形態では、ガス流通孔６の開口周縁部が湾曲した傾斜面状に形成され、湾曲の傾斜面部６ｂとなっている。
その他の構成及び作用効果は、上記第１実施形態と同様である。

［第３実施形態］
図４は本発明の第３実施形態に係るシャワー電極板であって、図１におけるＡ部の拡大断面図である。
この第３実施形態では、ガス流通孔１６の内周壁の中間部分が互いに接近する方向へ突出した湾曲面に形成されているとともに、開口周縁部が湾曲した傾斜面部１６ａとなっている。
その他の構成及び作用効果は、上記第１実施形態と同様である。

以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。

例えば、既述の実施形態では、シャワー電極板１の表裏両面に臨むガス流通孔６，１６の開口周縁部がそれぞれ傾斜面部６ａ，６ｂ，１６ａとなっているが、ブラスト処理面が片側の面である場合は、片側の表面に臨むガス流通孔６，１６の開口周縁部のみが傾斜面部６ａ，６ｂ，１６ａとなっていてもよい。また、既述の実施形態ではステッピングロール方式のプラズマＣＶＤ装置としたが、ロールツーロール方式のプラズマＣＶＤ装置としてもよい。さらに、既述の実施形態では、シャワー電極板がプラズマＣＶＤ装置に適用されているが、熱ＣＶＤ装置等に適用されてもよい。

本発明の第１実施形態に係るシャワー電極板を示す断面図である。 図１におけるＡ部を拡大して示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係るシャワー電極板であって、図１におけるＡ部を拡大して示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係るシャワー電極板であって、図１におけるＡ部を拡大して示す断面図である。 従来のステッピングロール方式の一般的な薄膜装置の一例を示す概略構成図である。 図５に示す一般的な薄膜装置の成膜室の詳細を示すものであって、（Ａ）は基板搬送時、（Ｂ）は成膜時を示している。

符号の説明

１ シャワー電極板
２ ガス分散空間形成部
３ シャワーヘッド
４ ガス分散空間
５ ガス供給管
６，１６ ガス流通孔
６ａ，６ｂ，１６ａ 傾斜面部
Ｇ 原料ガス

Claims (5)

1. 基板の表面に薄膜を形成する成膜室内に配置され、前記基板の表面に原料ガスを供給するためのガス流通孔が設けられているシャワー電極板において、前記ガス流通孔のブラスト処理面側に位置する開口周縁部が傾斜面状に形成されていることを特徴とするシャワー電極板。
2. 前記ガス流通孔の表裏両面に臨む開口周縁部が、それぞれ傾斜面状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のシャワー電極板。
3. 前記ガス流通孔の開口周縁部が、湾曲した傾斜面状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のシャワー電極板。
4. 前記ガス流通孔の内周壁の中間部分が、互いに接近する方向へ突出した湾曲面に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシャワー電極板。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のシャワー電極板は、プラズマＣＶＤ法によって基板の表面に薄膜を成膜すべく、高周波電圧を印加する平行平板のカソード電極として用いられていることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。

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