JP2014049541A - Thin film manufacturing device and electrode voltage regulating method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜製造装置及びその電極電圧調整方法に関し、例えば、アモルファスシリコン製膜に好適な薄膜製造装置及びその電極電圧調整方法に関するものである。 The present invention relates to a thin film manufacturing apparatus and an electrode voltage adjusting method thereof, for example, a thin film manufacturing apparatus suitable for amorphous silicon film forming and an electrode voltage adjusting method thereof.
近年、大面積（例えば縦１ｍ以上、横１ｍ以上の大きさ）を有する基板に対して、シリコン等の物質を製膜するのにプラズマ化学蒸着（Plasma enhanced Chemical Vapor Deposition：ＰＣＶＤ）法を用いたプラズマＣＶＤ装置が使用されている。
このようなプラズマＣＶＤ装置として、例えば、特許文献１−４に開示のものが知られている。
In recent years, a plasma enhanced chemical vapor deposition (PCVD) method has been used to form a material such as silicon on a substrate having a large area (for example, a size of 1 m or more in length and 1 m or more in width). A plasma CVD apparatus is used.
As such a plasma CVD apparatus, for example, the one disclosed in Patent Documents 1-4 is known.
特許文献１には、基板に対向して配置されるとともに接地された第１はしご型電極と、第１はしご型電極に対して基板と反対側に、かつ、第１はしご型電極に対向して配置された第２はしご型電極とを有する表面処理装置が開示されている。この表面処理装置では、第１はしご型電極と第２はしご型電極との間にプラズマを生成させるので、基板が直接的にプラズマに曝されることがなく、基板へのイオン衝撃を低減させことが可能である。
In
特許文献２には、対向して配置された一対の電極に電力を供給するケーブルをそれぞれ接続し、互いの電極に印加される電圧の位相差を１８０°とする表面処理装置が開示されている。更に、特許文献３には、対向して配置された一対の電極に供給する電圧の位相差が実際に１８０°となるように、インピーダンス整合器を平衡不平衡変換装置よりも高周波電源側に設置することが開示されている。
特許文献４には、多孔高周波電極と多孔接地電極とを組み合わせ、孔部にホロー放電プラズマを発生させる製膜装置が開示されている。また、この装置では、原料ガスを基板側から孔部を介して電極裏面に排気させることで、孔部での流速を高め、クラスターの生成を抑制して劣化の少ないアモルファスシリコン層の製膜を可能としている。
また、アモルファスシリコン膜に特有の問題として、光劣化が生ずることが知られている。光劣化は膜中のＳｉ−Ｈｘ（ｘ＝２，３）結合の量と関係があることが分かってきている。このためこの解決策として、例えば、膜中のＳｉ−Ｈｘ（ｘ＝２，３）結合の主因となるプラズマ中のナノシリコン粒子を抑制するために、基板からプラズマを遠ざけることが提案されている。例えば、その一つとして、平行平板電極間にメッシュ状の第３電極を設置し、第３電極に負バイアス電圧を印加することで、カソード電極と第３電極との間にプラズマを閉じ込め、第３電極と基板との間をプラズマフリーにするトライオード法が知られている。 Moreover, it is known that photodegradation occurs as a problem peculiar to an amorphous silicon film. It has been found that photodegradation is related to the amount of Si—Hx (x = 2, 3) bonds in the film. For this reason, as a solution, for example, it is proposed to keep the plasma away from the substrate in order to suppress nano-silicon particles in the plasma, which is the main cause of Si—Hx (x = 2, 3) bonds in the film. . For example, as one of them, a mesh-like third electrode is installed between parallel plate electrodes, and a negative bias voltage is applied to the third electrode, thereby confining the plasma between the cathode electrode and the third electrode. A triode method is known in which plasma is free between the three electrodes and the substrate.
しかしながら、上記のトライオード法では、プラズマをメッシュ状の第３電極で物理的に遮蔽するため、製膜速度が極端に低下するという問題があった。その上、第３電極はメッシュ状の構造をとるため、自重を支持できる機械的強度の保持ができないために、たわみ変形やゆがみ変形が生じやすく、大面積化が難しいという問題があった。 However, in the above triode method, the plasma is physically shielded by the mesh-like third electrode, which causes a problem that the film forming speed is extremely reduced. In addition, since the third electrode has a mesh-like structure, the mechanical strength that can support its own weight cannot be maintained, so that there is a problem that bending deformation and distortion are likely to occur, and it is difficult to increase the area.
また、上記特許文献４には、高密度のホロー放電プラズマを利用して、ガスの分解効率を飛躍的に高めることでプラズマが基板から離れた状態でも高速製膜を実現している。しかしながら、通常の給電方法では、放電電極が大面積化すると均一なホロー放電プラズマを生成することができないという問題があった。
Further, in
また、特許文献１に開示されている表面処理装置では、基板に近い方の第１はしご型電極は、基板と同じ接地電位とされるため、はしご状の電極のピッチが、生成されるプラズマのデバイ長（Ｄｅｂｙｅ ｌｅｎｇｔｈ）程度の隙間（通常は数ｍｍ）以下でないと、はしご型電極間にプラズマを完全に局在化することができず、はしご状の電極の隙間から電子が漏れて、基板側にもプラズマが誘起・生成されてプラズマ中でナノシリコン粒子を発生する可能性があった。
Further, in the surface treatment apparatus disclosed in
更に、特許文献２、３では、一対の電極の片側が基板保持電極を兼ねている構造が一般的であり、基板へのプラズマからのイオン衝撃を抑制するために、基板保持電極を接地する必要があった。更に、はしご状の電極は、断面形状が円形のロッド状のため、その周囲に強い電界が発生することから、はしご状電極の周囲でナノシリコン粒子やこれらが結合したシリコン系粉が成長しやすく、アモルファスシリコン膜の光劣化を十分には抑制できないという問題があった。
Furthermore, in
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、膜中へのナノ粒子の混入を抑制することのできる薄膜製造装置及びその電極電圧調整方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a situation, Comprising: It aims at providing the thin film manufacturing apparatus which can suppress mixing of the nanoparticle in a film | membrane, and its electrode voltage adjustment method.
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の第一態様は、高周波電力を出力する高周波電源と、基板を支持する基板支持部材と、前記基板と平行に配置されるとともに、貫通する複数の隙間または複数の孔が設けられた第１電極と、前記第１電極に対して前記基板と反対側に対向配置されるとともに、貫通する複数の隙間が設けられた第２電極と、前記高周波電源の電力を前記第１電極及び前記第２電極へ供給する高周波電力供給手段とを備え、前記高周波電力供給手段は、第１電極に印加する電圧と前記第２電極に印加する電圧との位相差を約１６０°から約２００°の範囲内で変調する第１位相変調手段を具備する薄膜製造装置である。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
According to a first aspect of the present invention, there is provided a high-frequency power source that outputs high-frequency power, a substrate support member that supports the substrate, a plurality of gaps or a plurality of holes that are provided in parallel with the substrate and that are provided therethrough. One electrode, a second electrode disposed opposite to the substrate relative to the first electrode, and provided with a plurality of gaps therethrough, and the power of the high-frequency power source is supplied to the first electrode and the first electrode. High-frequency power supply means for supplying two electrodes, and the high-frequency power supply means has a phase difference between a voltage applied to the first electrode and a voltage applied to the second electrode in a range of about 160 ° to about 200 °. 1 is a thin film manufacturing apparatus including first phase modulation means for modulating the inside thereof.
このような構成によれば、基板と平行に第１電極が配置されるとともに、第１電極に対して基板と反対側に第２電極が対向配置される。これにより、基板と離れたところでプラズマを発生させるので、基板がプラズマに直接的に曝されることを回避することができる。更に、第１電極及び第２電極に供給される電圧の相互の位相差を、約１６０°から約２００°の範囲内で変調させるので、第１電極の周りに発生する強電界が変化し、ナノ粒子の電界による捕捉状態が変化することで、ナノ粒子の生成及び成長を抑制することができ、膜中へのナノ粒子の混入を抑制することができる。更に、上述した公知のトライオード法のように、第３電極を配置する必要がないので、製膜速度の大幅な低下も回避することができる。 According to such a configuration, the first electrode is disposed in parallel with the substrate, and the second electrode is disposed to face the first electrode on the side opposite to the substrate. Thereby, plasma is generated at a distance from the substrate, so that the substrate can be avoided from being directly exposed to the plasma. Furthermore, since the mutual phase difference between the voltages supplied to the first electrode and the second electrode is modulated within a range of about 160 ° to about 200 °, the strong electric field generated around the first electrode changes, By changing the capture state of the nanoparticles by the electric field, the generation and growth of the nanoparticles can be suppressed, and mixing of the nanoparticles into the film can be suppressed. Furthermore, unlike the known triode method described above, it is not necessary to dispose the third electrode, so that a significant decrease in the film forming speed can be avoided.
上記の薄膜製造装置において、前記位相差の変調周波数は、約１００Ｈｚ以上約１０ｋＨｚ以下の範囲内で設定されることが好ましい。 In the thin film manufacturing apparatus, the phase difference modulation frequency is preferably set within a range of about 100 Hz to about 10 kHz.
位相差の変調周波数を約１００Ｈｚ以上約１０ｋＨｚ以下の範囲内で設定することにより、光電変換装置（特にｉ層）を製膜した場合に、変換効率及び光劣化率における特性を向上させることが可能となる。 By setting the modulation frequency of the phase difference within a range of about 100 Hz or more and about 10 kHz or less, it is possible to improve the conversion efficiency and the characteristics of the light degradation rate when a photoelectric conversion device (particularly i layer) is formed. It becomes.
本発明の第二態様は、高周波電力を出力する高周波電源と、基板を支持する基板支持部材と、前記基板と平行に配置されるとともに、貫通する複数の隙間または複数の孔が設けられた第１電極と、前記第１電極に対して前記基板と反対側に対向配置されるとともに、貫通する複数の隙間が設けられた第２電極と、前記高周波電源の電力を前記第１電極及び前記第２電極へ供給する高周波電力供給手段と、前記基板支持部材の電位に対して前記第１電極の電位を所定電位高くするためのバイアス電位印加手段とを具備する薄膜製造装置である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a high-frequency power source that outputs high-frequency power, a substrate support member that supports the substrate, a plurality of gaps or a plurality of holes that are provided in parallel with the substrate and that are provided therethrough. One electrode, a second electrode disposed opposite to the substrate relative to the first electrode, and provided with a plurality of gaps therethrough, and the power of the high-frequency power source is supplied to the first electrode and the first electrode. A thin-film manufacturing apparatus comprising high-frequency power supply means for supplying two electrodes and bias potential applying means for raising the potential of the first electrode by a predetermined potential relative to the potential of the substrate support member.
このような構成によれば、バイアス電圧を第１電極に印加して、第１電極を基板支持部材に対して所定電位高くすることにより、プラズマ電位を相対的に制御することが可能となる。これにより、基板側への電子の漏れによるプラズマの生成及び負に帯電したナノ粒子の基板への輸送を抑制することが可能となる。 According to such a configuration, it is possible to relatively control the plasma potential by applying a bias voltage to the first electrode and raising the first electrode to a predetermined potential with respect to the substrate support member. This makes it possible to suppress the generation of plasma due to electron leakage to the substrate side and the transport of negatively charged nanoparticles to the substrate.
上記の薄膜製造装置において、前記バイアス電位は、約２０Ｖ以上約１００Ｖの範囲内で設定されることが好ましい。 In the above-described thin film manufacturing apparatus, it is preferable that the bias potential is set within a range of about 20V to about 100V.
バイアス電位を約２０Ｖ以上約１００Ｖの範囲内で設定することにより、光電変換装置（特にｉ層）を製膜した場合に、変換効率、曲線因子における特性を向上させることができる。 By setting the bias potential within the range of about 20 V or more and about 100 V, when the photoelectric conversion device (particularly, the i layer) is formed, the conversion efficiency and characteristics in the fill factor can be improved.
上記薄膜製造装置において、前記第１電極は、平板状の電極に多数の貫通孔が設けられた構造とされていてもよく、或いは、二本の横電極と、二本の前記横電極間に互いに略平行となるように配置された複数の長尺電極とを含む少なくとも１つの電極ユニットを備える構成とされてもよい。
更に、前記第２電極は、二本の横電極と、二本の前記横電極間に互いに略平行となるように配置された複数の長尺電極とを含む少なくとも１つの電極ユニットを備える構成とされてもよい。
In the thin film manufacturing apparatus, the first electrode may have a structure in which a plurality of through holes are provided in a flat electrode, or between two horizontal electrodes and the two horizontal electrodes. You may be set as the structure provided with at least 1 electrode unit containing several elongate electrode arrange | positioned so that it may mutually become substantially parallel.
Further, the second electrode includes at least one electrode unit including two horizontal electrodes and a plurality of long electrodes arranged so as to be substantially parallel to each other between the two horizontal electrodes. May be.
特に、第１電極を、平板状の電極に多数の貫通孔が設けられた構造とすることにより、第１電極の孔部にホロー放電を発生させることができる。これにより、第１電極と第２電極との間に生成されたプラズマを物理的に遮蔽し、基板側へのプラズマの漏えいを効果的に抑制することが可能となる。この結果、膜中へのナノ粒子等の混入抑制効果を更に高めることができる。 In particular, when the first electrode has a structure in which a large number of through holes are provided in a flat electrode, hollow discharge can be generated in the hole of the first electrode. Thereby, it is possible to physically shield the plasma generated between the first electrode and the second electrode, and to effectively suppress the leakage of the plasma to the substrate side. As a result, it is possible to further enhance the effect of suppressing the mixing of nanoparticles or the like into the film.
上記の薄膜製造装置において、前記基板支持部材、前記第１電極、及び前記第２電極は、製膜室内に収容され、前記第１電極の外周面と前記製膜室の内壁面との間に絶縁部材が配置されていてもよい。 In the above-described thin film manufacturing apparatus, the substrate support member, the first electrode, and the second electrode are accommodated in a film forming chamber, and between the outer peripheral surface of the first electrode and the inner wall surface of the film forming chamber. An insulating member may be disposed.
このような構成とすることで、第１電極よりも第２電極側の空間と、第１電極よりも基板側の空間とをほぼ分離することができる。これにより、基板が設けられた空間へのプラズマの漏えいを効果的に抑制することができる。 With such a configuration, the space on the second electrode side with respect to the first electrode and the space on the substrate side with respect to the first electrode can be substantially separated. Thereby, the leakage of the plasma to the space provided with the substrate can be effectively suppressed.
本発明の第三態様は、高周波電力を出力する高周波電源と、基板を支持する基板支持部材と、前記基板と平行に配置されるとともに、貫通する複数の隙間または複数の孔が設けられた第１電極と、前記第１電極に対して前記基板と反対側に対向配置されるとともに、貫通する複数の隙間が設けられた第２電極と、前記高周波電源の電力を前記第１電極及び前記第２電極へ供給する高周波電力供給手段とを備える薄膜製造装置の電極電圧調整方法であって、前記第１電極に印加する電圧と前記第２電極に印加する電圧との位相差を約１６０°から約２００°の範囲内で変調する薄膜製造装置の電極電圧調整方法である。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a high-frequency power source that outputs high-frequency power, a substrate support member that supports the substrate, a plurality of gaps or a plurality of holes that are provided in parallel with the substrate and that are provided therethrough. One electrode, a second electrode disposed opposite to the substrate relative to the first electrode, and provided with a plurality of gaps therethrough, and the power of the high-frequency power source is supplied to the first electrode and the first electrode. A method for adjusting an electrode voltage of a thin film manufacturing apparatus comprising a high-frequency power supply means for supplying two electrodes, wherein a phase difference between a voltage applied to the first electrode and a voltage applied to the second electrode is about 160 °. This is an electrode voltage adjustment method for a thin film manufacturing apparatus that modulates within a range of about 200 °.
本発明の第四態様は、高周波電力を出力する高周波電源と、基板を支持する基板支持部材と、前記基板と平行に配置されるとともに、貫通する複数の隙間または複数の孔が設けられた第１電極と、前記第１電極に対して前記基板と反対側に対向配置されるとともに、貫通する複数の隙間が設けられた第２電極と、前記高周波電源の電力を前記第１電極及び前記第２電極へ供給する高周波電力供給手段とを備える薄膜製造装置の電極電圧調整方法であって、前記基板支持部材の電位に対して前記第１電極の電位を所定電位高くする薄膜製造装置の電極電圧調整方法である。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a high-frequency power source that outputs high-frequency power, a substrate support member that supports the substrate, a plurality of gaps or a plurality of holes that are provided in parallel with the substrate and that are provided therethrough. One electrode, a second electrode disposed opposite to the substrate relative to the first electrode, and provided with a plurality of gaps therethrough, and the power of the high-frequency power source is supplied to the first electrode and the first electrode. A method for adjusting an electrode voltage of a thin film manufacturing apparatus comprising high-frequency power supply means for supplying two electrodes, wherein the electrode voltage of the thin film manufacturing apparatus increases a potential of the first electrode by a predetermined potential relative to a potential of the substrate support member It is an adjustment method.
本発明の薄膜製造装置及びその電極電圧調整方法は、特に、アモルファスシリコン（非晶質シリコン）膜の薄膜製造に適用されて好適なものであるが、適用例はこれに限られず、例えば、微結晶シリコン膜、窒化シリコン膜等の薄膜製造にも広く適用することができる。 The thin film manufacturing apparatus and the electrode voltage adjusting method of the present invention are particularly suitable for being applied to the thin film manufacturing of amorphous silicon (amorphous silicon) film, but the application examples are not limited to this. The present invention can be widely applied to the production of thin films such as crystalline silicon films and silicon nitride films.
本発明によれば、膜中へのナノ粒子の混入を抑制することができるという効果を奏する。このため光電変換装置（特にｉ層）を製膜した場合に、変換効率、曲線因子における特性を向上させることができる。 According to the present invention, there is an effect that mixing of nanoparticles into the film can be suppressed. For this reason, when a photoelectric conversion apparatus (especially i layer) is formed into a film, the conversion efficiency and the characteristic in a curve factor can be improved.
以下に、本発明に係る薄膜製造装置及びその電極電圧調整方法の各実施形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of a thin film manufacturing apparatus and an electrode voltage adjusting method thereof according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態では、薄膜製造装置の一例として、アモルファスシリコン膜の薄膜製造装置について説明する。
図１は、太陽電池パネル（光電変換装置）に用いられるアモルファスシリコン層の製膜に用いる薄膜製造装置の概略構成を示した概略構成図、図２は本実施形態に係る薄膜製造装置の概略断面構成を示した図である。ここで、図１及び図２において、構成を分かりやすく示すため、一部の構成の図示を省略している。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, an amorphous silicon film thin film manufacturing apparatus will be described as an example of a thin film manufacturing apparatus.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a schematic configuration of a thin film manufacturing apparatus used for forming an amorphous silicon layer used in a solar cell panel (photoelectric conversion device), and FIG. 2 is a schematic cross section of the thin film manufacturing apparatus according to the present embodiment. It is the figure which showed the structure. Here, in FIG. 1 and FIG. 2, illustration of a part of the configuration is omitted for easy understanding of the configuration.
図１及び図２に示すように、薄膜製造装置１は、製膜室１０を備えている。製膜室１０内には、基板２を支持する基板支持部材３、第１電極４、第２電極５、防着板６、原料ガス噴出口８、及び補助噴出口９等が主な構成として配置されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the thin
製膜室１０は、真空容器である。製膜室１０は、図に示されるように、水平面上に配置されていてもよく、鉛直方向に対して所定の角度（例えば、７°〜１２°）を傾けて保持されていてもよい。製膜室１０が鉛直方向に対して所定の角度を傾けて保持される場合には、装置の設置スペースの増加を抑えながら基板２の自重を利用して少ない手間で基板２を保持することが可能となる。また、製膜室１０が水平面上に配置されている場合は、基板２と基板支持部材３との密着性を更に向上して基板２の温度分布と電位分布を一層均一化することが可能となる。
本実施形態では、基板２は面積が１ｍ２を越える大型の基板として、ガラス基板（例えば１．４ｍ×１．１ｍ×板厚：３．０ｍｍ〜４．５ｍｍ）が例示される。
The
In this embodiment, the
基板支持部材３は、基板２を支持する他、基板２と接触する面を概ね均一な温度とするヒータ機能を有している。ヒータ機能は、例えば、内部に温度制御された熱媒体を循環したり、または温度制御されたヒータを組み込むことで具現化される。このような基板支持部材３により、支持された基板２の全面をほぼ均一な温度に加熱することができる。
上記熱媒体は、非導電性媒体であり、例えば、水素やヘリウムなどの高熱伝導性ガス、フッ素系不活性液体、不活性オイル、及び純水等が使用できる。中でも１５０℃〜２５０℃の範囲でも圧力が上がらずに制御が容易であることから、フッ素系不活性液体（例えば商品名：ガルデン、Ｆ０５など）の使用が好適である。
In addition to supporting the
The heat medium is a non-conductive medium, and for example, highly heat conductive gas such as hydrogen or helium, fluorine-based inert liquid, inert oil, pure water, or the like can be used. In particular, the use of a fluorine-based inert liquid (for example, trade name: Galden, F05, etc.) is preferable because the pressure does not increase even in the range of 150 ° C. to 250 ° C. and control is easy.
第１電極４は、基板支持部材３と平行に配置されるとともに、貫通する隙間が設けられている。具体的には、第１電極４は、平行に設けられた２本の横電極１１と、２本の横電極間接続され、互いに略平行となるように配置された複数の長尺電極１２とを有するマルチロッド型電極とされている。また、複数の長尺電極１２間の電位をそろえて大型電極全体のプラズマ分布の均一性を向上するために、複数の長尺電極１２を連結するように横電極１１と略平行に配置される１本または数本の図示しないグリッド電極を設けてもよい。
ここで、長尺電極１２の数、換言すると、各長尺電極１２の離間距離は、プラズマ生成時のプラズマ密度変化が製膜への影響を受けないように決定することが好ましい。
The
Here, it is preferable to determine the number of the
第２電極５は、第１電極４に対して、基板支持部材３と反対側に対向配置されている。第２電極５は、上述した第１電極４と同様に、マルチロッド型電極とされている。
本実施形態では、第１電極４及び第２電極５が、１つのマルチロッド型電極を備える場合を例示しているが、複数のマルチロッド型電極により構成されることとしてもよい。この場合、各マルチロッド型電極に対して後述する給電点がそれぞれ２つずつ設けられることが好ましい。
The
In this embodiment, although the case where the
第１電極４には、同軸伝送線路３０ａを接続する給電点７ａが設けられている。第２電極５には、同軸伝送線路３０ｂを接続する給電点７ｂが設けられている。
また、第１電極４において、各長尺電極１２の近傍には、原料ガス噴出口８がそれぞれ設けられており、各原料ガス噴出口８には第１電極４に接続された図示しない原料ガス配管から略均等に原料ガスが供給されるようになっている。これにより、各原料ガス噴出口８からは図２中の矢印に示す方向（第２電極側）へ、ほぼ均一に原料ガスが放出される。
The
In the
また、図２に示すように、基板支持部材３の近傍に、補助噴出口９を更に設け、第１基板側へ向けて原料ガスやキャリアガスを放出して、基板２の周辺での製膜の均一性を向上させるような構成としてもよい。また、補助噴出口９は必ずしも設ける必要はない。
なお、原料ガスの噴出位置については上記の例に限られることなく、例えば、第１電極４と第２電極５との間から原料ガスを供給してもよいし、基板支持部材３側から第１電極４に向けて原料ガスを供給するようにしてもよい。
また、図２では、各原料ガス噴出口８から左右斜め上方に向けて原料ガスを放出することにより、長尺電極１２の両側から原料ガスが供給されるようにしていたが、例えば、図３に示すように、各原料ガス噴出口８から長尺電極１２に向けて原料ガスを吹き付けることとし、長尺電極１２周りの原料ガスの流速を速めることとしてもよい。これにより、長尺電極１２の周辺のガス滞在時間を短くして、ナノ粒子への成長時間を与えないことで、ナノ粒子や粉の発生を抑制する効果を高めることが可能となる。
Further, as shown in FIG. 2, an
The source gas ejection position is not limited to the above example. For example, the source gas may be supplied from between the
Further, in FIG. 2, the source gas is supplied from both sides of the
防着板６は、接地された状態で保持されており、プラズマの広がる範囲を抑えて、膜が製膜される範囲を制限する。防着板６は、第２電極５に対して第１電極４とは反対側の空間を覆うように支持部（図示略）で保持されている。更に、防着板６には、貫通孔（スリット）が設けられていて、防着板６内側のガスを略均一に排気する。
The
防着板６に対して第２電極５と反対側の製膜室１０の壁面には、排気口２０が設けられており、この排気口２０を介して防着板６内側を含む製膜室１０内の気体が真空ポンプ（図示略）により排気されるようになっている。
An
製膜室１０の外部には、高周波電源２１及び高周波電源２１の電力を第１電極４及び第２電極５へ供給する高周波電力供給部が設けられている。高周波電力供給部は、例えば、第２位相変調部２２、第１位相変調部２３、電力増幅器２４ａ、２４ｂ、インピーダンス整合器２５ａ、２５ｂ、同軸伝送線路３０ａ、３０ｂを備えている。なお、図２では、第１電極４、第２電極５の片側一端に接続される上記構成のみ示し、他端に接続される構成については同様として図示を省略している。
A high-frequency power supply unit that supplies power from the high-
高周波電源２１は、例えば、ＶＨＦ（Ｖｅｒｙ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）発信器であり、高高周波帯（約３０ＭＨzから３００ＭＨz）の周波数の交流電圧を出力する。
第２位相変調部２２は、高周波電源２１からの交流電圧に対して、所定の給電側位相変調を加えるものであり、第１電極４および第２電極５の長尺電極１２に発生する定在波の電圧波形の腹と節の位置を移動させて時間平均的に均一な電圧分布を形成することに寄与する。例えば、第２位相変調部２２の変調周波数は１Ｈｚから１ｋＨｚの間で任意に設定され、給電側の位相変調角度は高周波波長と長尺電極１２の長さの関係によるが０°を中心に略±（プラスマイナス）１５０°から略±１８０°の間で選定される。
The high
The second
第１位相変調部２３は、第１電極４に印加される電圧と第２電極５に印加される電圧との位相差が、約１６０°から約２００°の範囲内、好ましくは、約１７０°から約１９０°の範囲内で変化するように、第２位相変調部２２から出力された電圧を更に変調することで、第１電極用電圧と第２電極用電圧とを生成するもので、電極間の電圧位相変調を行うものである。
位相差は、１８０°を中心として変調されることが好ましく、例えば、１８０°を中心に１７０°から１９０°の範囲、換言すると、１８０°±１０°で変調されるとよい。
The
The phase difference is preferably modulated around 180 °. For example, the phase difference may be modulated within a range of 170 ° to 190 ° around 180 °, in other words, 180 ° ± 10 °.
また、第１位相変調部２３の変調周波数は、ナノ粒子や粉の成長速度が数ミリ秒から数十ミリ秒程度であることから、約１００Ｈｚ以上約１０ｋＨｚ以下の範囲内で設定されることが好ましい。
この第１位相変調部２３は、例えば、同軸ケーブルによる不平衡伝送を平衡伝送に変換する平衡不平衡変換器（バラン：Ｂａｌｕｎ）であり、電極間の電圧位相変調は、例えば、ＬＣブリッジ回路のＣ（コンデンサの静電容量）を変化させることで実現される。なお、第１位相変調部２３は、平衡不平衡変換器に限定されず、他の公知の回路により実現されてもよい。
Further, the modulation frequency of the first
The first
電力増幅器２４ａには、第１位相変調部２３によって生成された第１電極用電圧が入力される。また、電力増幅器２４ｂには、第１位相変調部２３によって生成された第２電極用電圧が入力される。電力増幅器２４ａ、２４ｂは、入力電圧をそれぞれ増幅して出力する。インピーダンス整合器２５ａ、２５ｂは、出力側のインピーダンスを整合するために設けられている。インピーダンス整合器２５ａ，２５ｂから出力された電圧は、同軸伝送線路３０ａ、３０ｂにより製膜室１０内に導入されて各給電点７ａ、７ｂをそれぞれ介して第１電極４及び第２電極にそれぞれ印加される。
The first electrode voltage generated by the
このような構成を備える薄膜製造装置１においては、基板２が製膜室１０に設置された状態において、排気口２０から真空ポンプにより室内の気体が排気され、高真空状態とされ、基板２が図示しない基板搬送機構により基板支持部材３の所定位置に設置される。この状態において、高周波電源２１からの高高周波帯の交流電圧が第２位相変調部２２に出力される。第２位相変調部２２では、交流電圧に所定の変調周波数で給電側位相変調が与えられ、給電側位相変調後の電圧が第１位相変調部２３に出力される。
In the thin
第１位相変調部２３は、入力された電圧から第１電極用電圧と、第２電極用電圧とを生成する。このとき、第１電極用電圧と第２電極用電圧との位相差が、約１６０°から約２００°の範囲内、好ましくは、約１７０°から約１９０°の範囲内、すなわち１８０°±約１０°で変化するような電圧信号を生成する。
第１電極用電圧と第２電極用電圧との位相差が、電圧の腹位置と電圧の節位置がほぼ対面するので、大きな電界を発生することができる。これにより、第１電極４と第２電極５との間でプラズマが集中して発生し、原料ガスの分解を促進して製膜速度の向上を図れるとともに、製膜室１０における他の位置ではプラズマの発生を抑制できる。このため、防着板６内側以外でのプラズマ発生が抑制され、防着板６の外側でナノ粒子が成長した粉の発生を抑制されて、基板搬送中での基板２の製膜面への粉付着を抑制し歩留まりが向上する。
また、第１位相変調部２３により、第１電極用電圧と第２電極用電圧との位相差は±約１０°で変化するが、１８０°位相差の１０％程度と少ないために、第１電極４と第２電極５との間で発生する電界は、０°位相差に比較すると約２倍±５％の大きな電界が発生する。これにより、上述の製膜速度の向上と粉発生抑制の効果を確保することができる。
この場合において、第１位相変調部２３として平衡不平衡変換器を採用することにより、高周波同軸給電系における不平衡回路に、第１電極４及び第２電極５の平衡電流が流れることを回避することができ、電力損失の低下やノイズの発生を低減させることができる。
The first
Since the phase difference between the voltage for the first electrode and the voltage for the second electrode almost faces the antinode position of the voltage and the node position of the voltage, a large electric field can be generated. As a result, plasma is concentrated between the
Further, the first
In this case, by adopting a balanced / unbalanced converter as the
第１電極用電圧は、電力増幅器２４ａ、インピーダンス整合器２５ａを経由して同軸伝送線路３０ａにより給電点７ａに供給される。また、同様に、第２電極用電圧は、電力増幅器２４ｂ、インピーダンス整合器２５ｂを経由して同軸伝送線路３０ｂにより給電点７ｂに供給される。
The first electrode voltage is supplied to the
そして、上記のような電圧が第１電極４及び第２電極５に与えられ、更に、各長尺電極１２の近傍に設けられた原料ガス噴出口８から原料ガスが供給されることにより、第１電極４と第２電極５との間にプラズマ（例えば、図２において点線で囲まれた範囲に発生）が発生し、このプラズマにより原料ガスが分解されて、基板２にアモルファスシリコン層が製膜される。
The voltage as described above is applied to the
以上説明したように、本実施形態に係る薄膜製造装置１及びその電極電圧調整方法によれば、基板２と離れた位置に第１電極４と第２電極５とを設置して該電極間にプラズマを発生させるので、基板２がプラズマに直接曝されることを回避することができる。更に、第１電極４及び第２電極５に供給される電圧の位相差を、１８０°を中心として最大２０°の範囲で変調させるので、長尺電極１２周りの強電界が変化し、ナノ粒子の電界による捕捉状態を変化させることができる。これにより、捕捉状態での滞在時間を短くし、ナノ粒子への成長時間を与えないようにして、ナノ粒子の生成及び成長を抑制することができ、膜中へのナノ粒子の混入を大幅に抑制することができる。更に、公知のトライオード法のように、製膜ラジカルが基板へ到達することを遮る第３電極を配置する必要がないので、製膜速度の大幅な低下も回避することができる。
As described above, according to the thin
更に、第１電極４に与えられる電圧及び第２電極５に与えられる電圧には、第２位相変調部２２による長尺電極１２の長手方向への給電側位相変調も加えられているので、電極単位で見ると、長尺電極１２を伝搬する電圧は所定の変調周波数で給電側位相変調が生じているとともに、横方向（長尺電極１２の長手方向に直交する方向）における位相は揃えられることとなる。これにより、電圧定在波を振動させることができるとともに、長尺電極１２間の干渉も抑制することができる。この結果、発生するプラズマを時間平均として均一化することができ、均一な製膜を実現することができ、基板の大面積化にも対応することが可能となる。
Furthermore, since the voltage applied to the
更に、排気口２０が第２電極５に対して基板２と反対側に設けられており、かつ、原料ガス噴出口８から原料ガスを基板２に向けて噴き付けないことにより、基板２から第１電極４、第２電極５を経由して排気口２０に向かうガス流れを作ることができる。これにより、基板２の製膜面近くに滞留するナノ粒子を低減させて、膜へのナノ粒子混入による膜質低下を抑制することが可能となる。
Further, the
次に、本実施形態に係る薄膜製造装置及びその電極電圧調整方法の効果について説明する。図４から図６は、後述する３つの異なる薄膜製造装置を用いて製膜したアモルファスシリコンを太陽電池パネル（光電変換装置）のｉ層に適用した単結合セル（シングルセル）の特性をそれぞれ比較して示した図であり、図４は曲線因子を、図５は変換効率を、図６は光劣化率及び製膜速度を示している。
また、比較に用いた３つの薄膜製造装置は、従来の薄膜製造装置Ａ（以下「装置Ａ」という。）、従来の薄膜製造装置Ｂ（以下「装置Ｂ」という。）、及び本実施形態に係る薄膜製造装置１（以下「装置Ｃ」という。）である。
Next, effects of the thin film manufacturing apparatus and the electrode voltage adjusting method according to the present embodiment will be described. 4 to 6 compare the characteristics of single-bonded cells (single cells) in which amorphous silicon formed using three different thin-film manufacturing apparatuses described later is applied to the i layer of a solar cell panel (photoelectric conversion device). FIG. 4 shows the fill factor, FIG. 5 shows the conversion efficiency, and FIG. 6 shows the photodegradation rate and the film forming speed.
Three thin film manufacturing apparatuses used for comparison are a conventional thin film manufacturing apparatus A (hereinafter referred to as “apparatus A”), a conventional thin film manufacturing apparatus B (hereinafter referred to as “apparatus B”), and the present embodiment. This is a thin film manufacturing apparatus 1 (hereinafter referred to as “apparatus C”).
装置Ａは、基板を支持する基板支持部材としての対向電極と、基板を挟んで対向電極と対向配置された放電電極とを有し、対向電極を接地するとともに、放電電極に高周波電圧を供給し、放電電極と対向電極との間にプラズマを発生させて製膜を行うものである。放電電極の構造は、本実施形態における第１電極と同じ構造である。この装置では、放電電極と対向電極との間に基板が配置されることから、基板がプラズマに直接的に曝されることとなる。 The apparatus A has a counter electrode as a substrate support member for supporting the substrate, and a discharge electrode arranged to face the counter electrode across the substrate, and grounds the counter electrode and supplies a high-frequency voltage to the discharge electrode. The film is formed by generating plasma between the discharge electrode and the counter electrode. The structure of the discharge electrode is the same as that of the first electrode in the present embodiment. In this apparatus, since the substrate is disposed between the discharge electrode and the counter electrode, the substrate is directly exposed to the plasma.
装置Ｂは、本実施形態における薄膜製造装置１の構成とほぼ同じであるが、第１位相変調部２３が、第１電極４と第２電極５との電圧位相差が１８０°で一定となるように電極間の位相変調を行う点で異なるものである。すなわち、従来装置Ｂでは、第１電極４に印加する電圧と第２電極５に印加する電圧との位相差が常に１８０°に設定されており、本実施形態に係る薄膜製造装置１のように、電極間の電圧位相差の変調は行っていない。
The apparatus B is substantially the same as the configuration of the thin
また、特性比較に用いた光電変換装置の単結合セルのセル面積は５ｍｍ×５ｍｍ、基板サイズは３０ｃｍ×４０ｃｍであり、セル構造は、ガラス基板の上に、透明電極、ｐ層、バッファー層、ｉ層、ｎ層、裏面電極がこの順に積層された構造とした。各層及び電極の詳細は以下の表１に示す通りである。 Moreover, the cell area of the single bond cell of the photoelectric conversion device used for the characteristic comparison is 5 mm × 5 mm, the substrate size is 30 cm × 40 cm, and the cell structure is a transparent electrode, p layer, buffer layer, The i layer, the n layer, and the back electrode were stacked in this order. Details of each layer and electrode are as shown in Table 1 below.
また、各装置Ａ，Ｂ，Ｃは、上記基板サイズ（３０ｃｍ×４０ｃｍ）に対応したものとし、電極等のサイズは以下の通りとした。
第２電極及び第１電極の外寸：３５ｃｍ×４５ｃｍ、第２電極及び第１電極の面間の間隔：２０ｍｍ，第１電極と基板との距離：２０ｍｍ、装置Ｃにおける第１位相変調部２３による給電側位相変調角度と変調周波数：１８０°±１０°、１ｋＨｚ（本実施形態に係る薄膜製造装置に限る）。
Each device A, B, C corresponds to the substrate size (30 cm × 40 cm), and the sizes of the electrodes and the like were as follows.
External dimensions of second electrode and first electrode: 35 cm × 45 cm, distance between surfaces of second electrode and first electrode: 20 mm, distance between first electrode and substrate: 20 mm, first
また、ｉ層製膜時の製膜条件は以下の表２に示される通りとした。 In addition, the film forming conditions at the time of forming the i layer were as shown in Table 2 below.
また、光劣化条件は以下の表３に示される通りとした。
図５に示すように、装置Ａ、装置Ｂ、及び装置Ｃにおける初期の変換効率は約１０％とほぼ同じであるが、光照射後の安定化特性に大きな差が生じている。
すなわち、装置Ａでは約２０％の光劣化が生じたのに対し、装置Ｂでは、装置Ａに比べて約１０％劣化率が改善している。これは、プラズマを基板から遠ざけたこと及び基板から排出口にかけてのガス流れを作ったことにより、基板近くのナノ粒子の発生を低減させることができたからであると考えられる。
As shown in FIG. 5, the initial conversion efficiencies of the devices A, B, and C are almost the same as about 10%, but there is a large difference in the stabilization characteristics after light irradiation.
That is, about 20% of light degradation occurred in the device A, whereas the deterioration rate of the device B was improved by about 10% compared to the device A. This is considered to be because the generation of nanoparticles near the substrate could be reduced by moving the plasma away from the substrate and creating a gas flow from the substrate to the discharge port.
更に、装置Ｃによれば、装置Ｂによる劣化率を更に半減しており、装置Ａに比べて劣化率を約１／４に低減している。これは、装置Ｂにおいて不十分であった電極周りのナノ粒子の発生を十分に抑制でき、かつ、基板側にプラズマが漏れることによるナノ粒子の成長や移動をより完全に抑制していることから得られた効果であると考えられる。すなわち、本実施形態に係る薄膜製造装置１（装置Ｃ）によれば、第１位相変調部２３により第１電極４と第２電極５とに供給する電圧の位相差に変調をかけているため、第１電極４および第２電極５における長尺電極１２周りの強電界によって発生するナノ粒子（負に帯電）が捕捉または成長する前に、変調電場により捕捉状態での滞在時間を短くして排出することでナノ粒子の生成及び成長を抑制することができ、これにより、膜中へのナノ粒子の混入を大幅に抑制して上記のような効果が得られたものと考えられる。
Furthermore, according to the device C, the deterioration rate due to the device B is further reduced by half, and compared with the device A, the deterioration rate is reduced to about 1/4. This is because the generation of nanoparticles around the electrode, which was insufficient in the apparatus B, can be sufficiently suppressed, and the growth and movement of the nanoparticles due to plasma leakage to the substrate side are more completely suppressed. This is considered to be the effect obtained. That is, according to the thin film manufacturing apparatus 1 (apparatus C) according to the present embodiment, the phase difference between voltages supplied to the
また、図６に示すように、製膜速度については、装置Ａに対して装置Ｂ及び装置Ｃは半減するものの、トライオード法（約０．０５ｎｍ／ｓ）に比べて十分高速であり、実用化に耐えうるレベルを維持できている。
更に、装置Ｂと装置Ｃの製膜速度の差はほとんど無く、電圧位相変調方法による効果的な特徴を確認することができる。
Further, as shown in FIG. 6, the film-forming speed is halved in apparatus B and apparatus C with respect to apparatus A, but is sufficiently high compared to the triode method (about 0.05 nm / s), and is practically used. The level that can endure is maintained.
Furthermore, there is almost no difference in film forming speed between the apparatus B and the apparatus C, and an effective characteristic by the voltage phase modulation method can be confirmed.
このように、本実施形態に係る薄膜製造装置１及びその電極電圧調整方法によれば、基板２と離れた位置に設置された第１電極４及び第２電極５の間にプラズマを発生させることで、プラズマから基板２を遠ざけ、かつ、第１位相変調部２３により電極間の電圧位相差に約±１０°の変調を与えるので、製膜速度の大幅な低下を引き起こすことなく、膜中へのナノ粒子の混入を大幅に抑制し、高光安定なアモルファスシリコン膜を製膜することができる。
As described above, according to the thin
次に、本実施形態に係る薄膜製造装置１における第１位相変調部２３の変調周波数について検討した結果を図７及び図８に示す。図７は、電極間の電圧変調周波数を１０Ｈｚから１００ｋＨｚまで離散的に変化させたときの初期及び光照射後における変換効率を示した図、図８は光照射前後における光劣化率を示した図である。また、図７及び図８に示された各実線は、変調を行わない場合、すなわち、上述した装置Ｂを用いたときの平均値を示している。なお、製膜条件等は、図４等と同様であるので説明は省略する。
Next, the result of examining the modulation frequency of the first
図７に示される通り、初期における変換効率[％]にはさほど違いはないが、光照射後においては、電極間の電圧変調周波数が約１００Ｈｚ未満、１０ｋＨｚを超える範囲において変換効率の多少の低下が確認できた。また、図８に示すように、光劣化率[％]についても、変調周波数が約１００Ｈｚ以上１０ｋＨｚ以下の範囲における値に対して、約１００Ｈｚ未満、１０ｋＨｚを超える領域では、相対的に高い値を示すことがわかった。 As shown in FIG. 7, there is not much difference in the conversion efficiency [%] in the initial stage, but after light irradiation, the conversion efficiency is slightly reduced in the range where the voltage modulation frequency between the electrodes is less than about 100 Hz and more than 10 kHz. Was confirmed. Further, as shown in FIG. 8, the light deterioration rate [%] is also relatively high in a region where the modulation frequency is less than about 100 Hz and more than 10 kHz with respect to a value in the range where the modulation frequency is about 100 Hz or more and 10 kHz or less. I found out.
以上のように、図７及び図８から、変調周波数は１００Ｈｚ以上１０ｋＨｚ以下の範囲が好ましく、更に、１ｋＨｚ以上５ｋＨｚ以下の範囲がより好ましいことがわかる。 As described above, FIGS. 7 and 8 show that the modulation frequency is preferably in the range of 100 Hz to 10 kHz, and more preferably in the range of 1 kHz to 5 kHz.
なお、本実施形態では、第１電極及び第２電極における長尺電極の断面形状を円形としたが、形状は円形に限定されず、楕円、四角形、角を丸めた四角形など、任意の形状を採用することが可能である。 In the present embodiment, the cross-sectional shape of the long electrode in the first electrode and the second electrode is circular. However, the shape is not limited to a circular shape, and an arbitrary shape such as an ellipse, a quadrangle, or a quadrangle with rounded corners may be used. It is possible to adopt.
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る薄膜製造装置について図を参照して説明する。
図９は、本実施形態に係る薄膜製造装置１ａの概略断面構成を示した図である。図９に示すように、本実施形態では、基板支持部材３の電位に対して第１電極４の電位を所定電位高くするためのバイアス電位印加部４０を備える点、および電極間の電圧位相変調を行わない点で、上述した第１実施形態と異なり、他の構成については同様である。すなわち、本実施形態では、電極間の電圧位相差は、１８０°で一定とされる。
以下、第１実施形態と共通する部分については説明を省略し、異なる部分について主に説明する。
[Second Embodiment]
Next, a thin film manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 9 is a diagram showing a schematic cross-sectional configuration of the thin
Hereinafter, description of parts common to the first embodiment will be omitted, and different parts will be mainly described.
バイアス電位印加部４０は、基板支持部材３と第１電極４との間に電気的に接続された交流電源４１と、交流電源４１の出力を半波整流する整流器４２とを主な構成として備えている。更に、整流器４２と第１電極４との間に、ローパスフィルタ４３を設けることとしてもよい。なお、交流電源４１の代わりに直流電源を用いることも可能であり、この場合には、整流器４２が省略される。
The bias
交流電源４１の電源周波数は、第１電極４への電圧印加に用いられる高周波電源２１の電源周波数よりも小さくする必要がある。
The power supply frequency of the
このような構成の薄膜製造装置１ａにおいて、交流電源４１から出力された交流電圧は、整流器４２により半波整流され、ローパスフィルタ４３を介して第１電極４に印加される。このように、バイアス電圧を第１電極４に印加して、第１電極４を接地に対して所定電位高くすることにより、プラズマ電位を相対的に制御することが可能となる。これにより、基板側への電子の漏れによるプラズマの生成及び負に帯電したナノ粒子の基板への輸送を抑制することができる。
In the thin
図１０及び図１１は、本実施形態に係る薄膜製造装置１ａを用いて製膜したアモルファスシリコンを太陽電池パネル（光電変換装置）のｉ層に適用した単結合セル（シングルセル）の特性への効果について示した図であり、図１０は曲線因子について、図１１は変換効率について、図１２は光劣化率について示した図である。ここでは、バイアス電圧を印加しなかった場合、すなわち、上述した第１実施形態に係る薄膜製造装置１で電極間の電圧位相変調を行わない装置Ｂを用いて製膜されたアモルファスシリコンをｉ層に適用した単結合セルの特性と、本実施形態に係る薄膜製造装置１ｂを用いて製膜されたアモルファスシリコンをｉ層に適用した単結合セルの特性とが比較して示されている。なお、製膜条件等は、図４等と同様であるので説明は省略する。
10 and 11 show the characteristics of a single-bond cell (single cell) in which amorphous silicon formed using the thin
図１０、図１１に示すように、バイアス電位を印加しない場合とした場合とで、初期における曲線因子、変換効率はさほど変わりはないが、光照射後においては、バイアスを印加した方が曲線因子、変換効率において値がともに高いことがわかる。そして、図１２に示すように、バイアスを印加した場合には、バイアスを印加しなかった場合の光劣化率を約半減することができ、高い効果を得ることができた。
バイアス印加を印加することで第１電極４を接地に対して所定電位高くすることにより、プラズマ電位を制御して第１電極４と基板２の間への電子の漏れを抑制することが可能となる。また、漏れ出た電子はエネルギーが高くなる傾向にあることもあり、ナノ粒子の発生と負に帯電したナノ粒子の基板への輸送を抑大幅に制することが可能となる。これにより、従来はわずかにでも生じていた第１電極４と基板２との間でのプラズマの生成と原料ガス分解とを大幅に低減することができる。
As shown in FIGS. 10 and 11, the initial curve factor and the conversion efficiency are not so different between the case where the bias potential is not applied, but the curve factor is better when the bias is applied after the light irradiation. It can be seen that both values are high in conversion efficiency. As shown in FIG. 12, when a bias is applied, the light deterioration rate when no bias is applied can be reduced by half, and a high effect can be obtained.
By applying a bias application, the
次に、本実施形態に係る薄膜製造装置１ａにおけるバイアス電圧値の適正範囲について検討した結果を図１３及び図１４に示す。図１３は、バイアス電圧を０Ｖから２００Ｖまで離散的に変化させたときの初期及び光照射後における変換効率を示した図、図１４は光照射前後における光劣化率を示した図である。なお、製膜条件等は、図４等と同様であるので説明は省略する。
Next, the results of examining the appropriate range of the bias voltage value in the thin
図１３及び図１４に示される通り、バイアス電圧が１００Ｖを超える範囲において、変換効率及び光劣化率が大幅に悪化することが確認された。したがって、バイアス電圧は、０Ｖよりも大きく１００Ｖ以下が好ましく、更に、２０Ｖ以上１００Ｖ以下の範囲で設定されるのが、より好ましいことがわかる。
第２実施形態におけるバイアス電位印加に加えて、第１実施形態における電極間の電圧位相変調を実施すれば、さらに効果的に太陽電池パネル（光電変換装置）のｉ層の品質を向上して、光照射後における曲線因子と変換効率を改善できるのは言うまでもない。
As shown in FIG. 13 and FIG. 14, it was confirmed that the conversion efficiency and the light deterioration rate are greatly deteriorated in the range where the bias voltage exceeds 100V. Therefore, it is understood that the bias voltage is preferably larger than 0V and not more than 100V, and more preferably set in the range of not less than 20V and not more than 100V.
If the voltage phase modulation between the electrodes in the first embodiment is performed in addition to the bias potential application in the second embodiment, the quality of the i layer of the solar cell panel (photoelectric conversion device) is further effectively improved. Needless to say, the fill factor and conversion efficiency after light irradiation can be improved.
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態に係る薄膜製造装置及びその電極電圧調整方法について薄膜製造装置を例示して図を参照して説明する。
図１５は、本実施形態に係る薄膜製造装置１ｂの概略構成図、図１６は、本実施形態に係る薄膜製造装置１ｂにおける製膜室内の概略断面構成を主に示した図である。図１５及び図１６に示すように、本実施形態では、第１電極４´の構造を多孔板型の電極構造とした点で、上述した第１実施形態と異なり、他の構成については同様である。したがって、第１実施形態と共通する部分については説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a thin film manufacturing apparatus and an electrode voltage adjusting method thereof according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, illustrating the thin film manufacturing apparatus.
FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a thin
本実施形態では、第１電極４´を平板状の基板に多数の貫通孔６０を設けた構造としている。貫通孔６０の数については特に限定されないが、基板２の表面付近に製膜ラジカルを均一に輸送できるよう数量と配置位置を選定するものである。また、貫通孔６０に代えて、複数のスリットを設けることとしても良く、貫通孔６０の直径またはスリットの幅は製膜雰囲気圧力でホロー放電が維持できるサイズを選定する。
In the present embodiment, the
このように、第１電極４´を複数の貫通孔が設けられた構造とすることで、孔部にホロー放電プラズマ（図１６参照）を発生させることができる。これにより、製膜速度を更に向上させることが可能となる。
従来は、例えば、特許文献４に開示されている発明のように、ホロー放電を利用したプラズマは定在波に起因する電極上の電圧分布により大面積化は困難であった。しかし、本実施形態に係る薄膜製造装置１ｂによれば、第１電極４´周囲への多点からの高周波電力給電と、第２位相変調部２２による電極の長手方向（図１５では第２電極の長尺電極１２の長手方向と平行な方向）への給電側位相変調法により、多孔板型の第１電極４´場に生じる電圧分布をほぼ均一にでき、第１電極４´の電極全体に渡って孔部である貫通孔６０に均一な強度を有するホロー放電プラズマを生成することが可能となる。これにより、基板の大面積化に対しても均一な膜厚分布を実現することが可能となる。
Thus, hollow discharge plasma (refer FIG. 16) can be generated in a hole part by making 1st electrode 4 'into the structure provided with the several through-hole. Thereby, the film forming speed can be further improved.
Conventionally, for example, as in the invention disclosed in
更に、複数の長尺電極１２を有する第２電極５と、第１電極４´間に印加される電圧の位相差に、例えば１８０°±約１０°で変化するような変調を与えることで、第１電極用電圧と第２電極用電圧との位相差を１８０°位相差付近とすることができる。この場合、第１電極４´と第２電極５との間で発生する電界は、位相差０°との場合と比較して約２倍の大きな電界となるので、貫通孔６０を通気性の良い孔部とすることができる。これにより、強いホロー放電プラズマを生成させることができ、ナノ粒子の発生・成長を抑制することができる。
Furthermore, by giving a modulation such that the phase difference of the voltage applied between the
更に、ホロー放電とすることで、第１電極４´と第２電極５との間に生成されたプラズマを物理的に遮蔽し、基板側へのプラズマの漏えいを効果的に抑制することができる。これにより、膜中へのナノ粒子の混入を大幅に抑制し、光劣化の少ない高い光安定なアモルファスシリコン膜を製膜することができる。
Furthermore, by using hollow discharge, the plasma generated between the first electrode 4 'and the
図１７及び図１８は、本実施形態に係る薄膜製造装置１ｂ及び電極電圧調整方法を用いて製膜したアモルファスシリコンを太陽電池パネル（光電変換装置）のｉ層に適用した単結合セル（シングルセル）の特性への効果について示した図であり、図１７は変換効率について、図１８は光劣化率及び製膜速度について示した図である。ここでは、第１実施形態に係る薄膜製造装置１で電極間の電圧位相変調を行わない装置Ｂを用いて製膜されたアモルファスシリコンをｉ層に適用した単結合セルの特性と、本実施形態に係る薄膜製造装置１ｂを用いて製膜されたアモルファスシリコンをｉ層に適用した単結合セルの特性とを比較して示している。なお、製膜条件等は、図４等と同様であるので説明は省略する。
17 and 18 show a single-coupled cell (single cell) in which amorphous silicon formed using the thin
図１７に示すように、初期における変換効率はさほどわかりはないが、光照射後においては、第１電極４´を多孔板型の電極構造とする方が、変換効率が高いことがわかる。この結果は、図１８に示された光劣化率の特性から明らかであり、第１電極４´を多孔板型の電極構造とすることで、光劣化率をほぼ半減できることがわかる。さらに、製膜速度についても、第１電極１´を多孔板型の電極構造とすることで、第１実施形態に比べてほぼ２倍の速度まで上げることが可能となる。
As shown in FIG. 17, the conversion efficiency in the initial stage is not much understood, but it can be seen that the conversion efficiency is higher when the
このように、本実施形態に係る薄膜製造装置１ｂによれば、図１７及び図１８に示すように、第１実施形態に係る薄膜製造装置１におけるマルチロッド型の第１電極４を、多孔板型の電極構造を有する第１電極４´に代えるだけで、光劣化率の低減と、製膜速度の向上の両方において顕著な効果が得られることがわかる。
Thus, according to the thin
第３実施形態において、貫通孔６０のホロー放電によるプラズマ発生は、第１実施形態における電極間の電圧位相変調と合わせて実施される形態を説明したが、電極間の電圧位相変調の代わりに、第２実施形態におけるバイアス電位印加を実施してもよい。
さらには、第３実施形態に加えて、第２実施形態におけるバイアス電位印加を実施してすれば、さらに効果的に太陽電池パネル（光電変換装置）のｉ層の品質を向上して、光照射後における曲性因子と変換効率を改善できるのは言うまでもない。
In the third embodiment, the plasma generation by the hollow discharge of the through
Furthermore, in addition to the third embodiment, if the bias potential application in the second embodiment is performed, the quality of the i layer of the solar cell panel (photoelectric conversion device) is further effectively improved, and light irradiation is performed. It goes without saying that later curvature factors and conversion efficiency can be improved.
〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態に係る薄膜製造装置１ｃ及びその電極電圧調整方法について図を参照して説明する。
図１９は、本実施形態に係る薄膜製造装置１ｃにおいて主に製膜室内における概略断面構成を示した図である。図１９に示すように、本実施形態では、図１５及び図１６に示した第３実施形態に係る薄膜製造装置１ｂにおいて、第１電極４´の外周面６１と製膜室の内壁面との隙間を絶縁部材６２で埋めることにより、第１電極４´よりも上方の空間、すなわち、プラズマが生成される空間と、第１電極４´よりも下方の空間、すなわち基板が配置される空間とを分離した構造としている。このような構成とすることで、基板側へのプラズマの漏えいを更に効果的に抑制することができる。
[Fourth Embodiment]
Next, a thin film manufacturing apparatus 1c and an electrode voltage adjusting method thereof according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 19 is a diagram showing a schematic cross-sectional configuration mainly in the film forming chamber in the thin film manufacturing apparatus 1c according to the present embodiment. As shown in FIG. 19, in this embodiment, in the thin
また、本実施形態において、必ずしも全ての隙間が絶縁部材６２で埋められる必要はない。すなわち、絶縁部材６２によって隙間が少しでも低減されるのであれば、プラズマの漏れ量を低減することができるという効果を得ることができる。絶縁部材６２としてはアルミナセラミックス、窒化アルミセラミックスなど絶縁耐電圧と内部損出の少ない材質を使用することが好ましい。
In the present embodiment, not all the gaps need to be filled with the insulating
上記各実施形態で説明した薄膜製造装置及びその電極電圧調整方法は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において構成を削除したり、新たな構成を追加したり、構成を入れ替えたりすることが可能である。
更に、上述した各実施形態は、適宜組み合わせて採用することが可能である。例えば、図１５及び図１６に示した第３実施形態に係る薄膜製造装置１ｂに対して、第２実施形態におけるバイアス電位印加部４０を設けることとしてもよい。また、第１又は第２実施形態に係る薄膜製造装置１に対して第４実施形態に係る絶縁部材６２を配置することとしてもよい。
The thin film manufacturing apparatus and the electrode voltage adjustment method described in the above embodiments are examples, and the configuration is deleted, a new configuration is added, or the configuration is changed within a range not departing from the gist of the present invention. It is possible.
Furthermore, the above-described embodiments can be employed in appropriate combination. For example, the bias
１、１ａ、１ｂ 薄膜製造装置
２ 基板
３ 基板支持部材
４ 第１電極
５ 第２電極
６ 防着板
８ 原料ガス噴出口
１０ 製膜室
１１ 横電極
１２ 長尺電極
２０ 排気口
２１ 高周波電源
２３ 第１位相変調部
４０ バイアス電位印加部
４１ 交流電源
４２ 整流器
４３ ローパスフィルタ
６０ 貫通孔
６２ 絶縁部材
DESCRIPTION OF
Claims (11)
基板を支持する基板支持部材と、
前記基板と平行に配置されるとともに、貫通する複数の隙間または複数の孔が設けられた第１電極と、
前記第１電極に対して前記基板と反対側に対向配置されるとともに、貫通する複数の隙間が設けられた第２電極と、
前記高周波電源の電力を前記第１電極及び前記第２電極へ供給する高周波電力供給手段と
を備え、
前記高周波電力供給手段は、第１電極に印加する電圧と前記第２電極に印加する電圧との位相差を約１６０°から約２００°の範囲内で変調する第１位相変調手段を具備する薄膜製造装置。 A high frequency power supply that outputs high frequency power;
A substrate support member for supporting the substrate;
A first electrode disposed in parallel with the substrate and provided with a plurality of gaps or a plurality of holes therethrough;
A second electrode disposed opposite to the substrate with respect to the first electrode and provided with a plurality of gaps therethrough;
High-frequency power supply means for supplying power from the high-frequency power source to the first electrode and the second electrode;
The high-frequency power supply means includes a first phase modulation means for modulating a phase difference between a voltage applied to the first electrode and a voltage applied to the second electrode within a range of about 160 ° to about 200 °. manufacturing device.
基板を支持する基板支持部材と、
前記基板と平行に配置されるとともに、貫通する複数の隙間または複数の孔が設けられた第１電極と、
前記第１電極に対して前記基板と反対側に対向配置されるとともに、貫通する複数の隙間が設けられた第２電極と、
前記高周波電源の電力を前記第１電極及び前記第２電極へ供給する高周波電力供給手段と、
前記基板支持部材の電位に対して前記第１電極の電位を所定電位高くするためのバイアス電位印加手段と
を具備する薄膜製造装置。 A high frequency power supply that outputs high frequency power;
A substrate support member for supporting the substrate;
A first electrode disposed in parallel with the substrate and provided with a plurality of gaps or a plurality of holes therethrough;
A second electrode disposed opposite to the substrate with respect to the first electrode and provided with a plurality of gaps therethrough;
High-frequency power supply means for supplying power from the high-frequency power source to the first electrode and the second electrode;
A thin film manufacturing apparatus comprising bias potential applying means for making the potential of the first electrode a predetermined potential higher than the potential of the substrate support member.
前記第１電極の外周面と前記製膜室の内壁面との間に絶縁部材が配置されている請求項１から請求項８のいずれかに記載の薄膜製造装置。 The substrate support member, the first electrode, and the second electrode are accommodated in a film forming chamber,
The thin film manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein an insulating member is disposed between an outer peripheral surface of the first electrode and an inner wall surface of the film forming chamber.
前記第１電極に印加する電圧と前記第２電極に印加する電圧との位相差を約１６０°から約２００°の範囲内で変調する薄膜製造装置の電極電圧調整方法。 A high-frequency power source that outputs high-frequency power, a substrate support member that supports the substrate, a first electrode that is disposed in parallel with the substrate and has a plurality of gaps or a plurality of holes therethrough, and the first electrode And a second electrode provided with a plurality of gaps therethrough, and a high-frequency power supply for supplying power from the high-frequency power source to the first electrode and the second electrode A method for adjusting an electrode voltage of a thin film manufacturing apparatus comprising means,
An electrode voltage adjustment method for a thin film manufacturing apparatus, wherein a phase difference between a voltage applied to the first electrode and a voltage applied to the second electrode is modulated within a range of about 160 ° to about 200 °.
前記基板支持部材の電位に対して前記第１電極の電位を所定電位高くする薄膜製造装置の電極電圧調整方法。
A high-frequency power source that outputs high-frequency power, a substrate support member that supports the substrate, a first electrode that is disposed in parallel with the substrate and has a plurality of gaps or a plurality of holes therethrough, and the first electrode And a second electrode provided with a plurality of gaps therethrough, and a high-frequency power supply for supplying power from the high-frequency power source to the first electrode and the second electrode A method for adjusting an electrode voltage of a thin film manufacturing apparatus comprising means,
A method for adjusting an electrode voltage of a thin film manufacturing apparatus, wherein the potential of the first electrode is increased by a predetermined potential relative to the potential of the substrate support member.
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