JP2020033641A - 成膜装置及び成膜方法並びに太陽電池の製造方法 - Google Patents

成膜装置及び成膜方法並びに太陽電池の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】複数の基板保持器を用いる通過型の成膜装置において、例えばヘテロ接合型太陽電池に用いる基板の両面に高品質で均一な透明導電酸化物膜を形成する技術を提供する。【解決手段】搬送経路に沿って基板10を搬送可能な真空槽2内に、基板10の第1面上にスパッタ成膜を行う第1の成膜領域4と、第1の成膜領域4の搬送方向下流側において第1の成膜領域において基板10の第1面上に形成されたアモルファス状態の第1のスパッタ膜に対して真空アニール処理を行う第1の真空アニール処理機構21と、基板10の第2面上にスパッタ成膜を行う第2の成膜領域5と、第2の成膜領域5の搬送方向下流側において基板10の第2面上に形成されたアモルファス状態の第2のスパッタ膜に対して真空アニール処理を行う第2の真空アニール処理機構22とが設けられている。【選択図】 図1

Description

本発明は、真空中で基板の両面上にスパッタリングによって成膜を行う成膜装置の技術に関し、特にヘテロ接合型太陽電池の基板の両面上に透明導電酸化物膜を形成する技術に関する。
近年、クリーンで安全なエネルギー源として太陽電池が実用化されているが、その中でも、ヘテロ接合型の太陽電池に注目が集まっている。
図19は、一般的なヘテロ接合型太陽電池セルの概略構成を示す断面図である。
図19に示すように、このヘテロ接合型太陽電池セル100は、n型結晶シリコン基板101の一方側(太陽光側)の面上に、i型アモルファスシリコン層102、p型アモルファスシリコン層103、第1の透明導電酸化物膜104、電極層105が順次形成され、さらに、n型結晶シリコン基板101の他方側の面上に、i型アモルファスシリコン層106、n型アモルファスシリコン層107、第2の透明導電酸化物膜108、電極層109が順次形成されて構成されている。
ヘテロ接合型太陽電池は、シリコンウエハをアモルファスシリコン層パッシベーションすることによって、界面の発電損失を大幅に低減できることから、従来の結晶太陽電池と比較して変換効率が高く、シリコンの使用量を減らすことができる等の利点がある。
また、ヘテロ接合型太陽電池は、n型結晶シリコン基板を挟んで両面側で発電が可能であるため、高い発電効率を達成することができるという利点もある。
しかし、ヘテロ接合型太陽電池は、n型結晶シリコン基板の両面側に例えば酸化インジウムからなる透明導電酸化物膜が存在することに起因する問題がある。
すなわち、受光面側の透明導電酸化物膜は、特に低い抵抗値と高い光透過率が求められ、この高い光透過率は、可視光領域のみならず近赤外領域においても求められ、これを達成するためには、キャリアの高い移動度が必要である。
従来、キャリアの高い移動度を得る方法として、スパッタリング法によって透明導電酸化物膜を成膜する際に水素を含むスパッタガスを用いることが知られている。
これは、より大きな結晶粒を形成させキャリアのトラップの原因となる結晶粒界を減少させることがキャリアの移動度を高めることに寄与している。
キャリアの高い移動度を得るプロセスでは、スパッタリングによる成膜直後のアモルファスの膜に対し、アニール処理を行うことによって透明導電酸化物が結晶化しつつ粒が肥大化することでキャリアの高い移動度がもたらされる。
このような従来技術においては、結晶シリコン太陽電池の電極を焼成によって形成する際の熱履歴を用いてアモルファス膜のアニール処理を行っているが、電極の焼成温度と焼成時間が電極材料の種類や成分によって異なるため、高品質で均一な透明導電酸化物膜を形成することは困難であった。
また、アニール処理の温度が低い場合やアニール処理の時間が不十分である場合には透明導電酸化物膜本来の能力が十分に発揮されず、その結果として結晶シリコン太陽電池の発電効率が低下してしまうという問題があった。
特開2011−146528号公報
本発明は、このような従来の技術の課題を考慮してなされたもので、その目的とするところは、複数の基板保持器を用いる通過型の成膜装置において、例えばヘテロ接合型太陽電池に用いる基板の両面に高品質で均一な透明導電酸化物膜を形成する技術を提供することにある。
上記目的を達成するためになされた本発明は、搬送経路に沿って基板を搬送可能な真空槽と、前記真空槽内に設けられ、前記基板の第1面上に成膜を行う第1のスパッタ源を有する第1の成膜領域と、前記第1の成膜領域の搬送方向下流側に設けられ、当該第1の成膜領域において前記基板の第1面上に形成されたアモルファス状態の第1のスパッタ膜に対して真空アニール処理を行う第1の真空アニール処理機構と、前記真空槽内に設けられ、前記基板の第2面上に成膜を行う第2のスパッタ源を有する第2の成膜領域と、前記第2の成膜領域の搬送方向下流側に設けられ、当該第2の成膜領域において前記基板の第2面上に形成されたアモルファス状態の第2のスパッタ膜に対して真空アニール処理を行う第2の真空アニール処理機構とを有する成膜装置である。
本発明は、前記第1の真空アニール処理機構と、前記第2の成膜領域との間に、当該第1の真空アニール処理機構によって真空アニール処理された前記基板の第1面上の第1のスパッタ膜に対して更に真空アニール処理を行うアニール促進用真空アニール処理機構が設けられている成膜装置である。
本発明は、単一の真空雰囲気が形成される真空槽と、前記真空槽内に設けられ、基板の第1面上に成膜を行う第1のスパッタ源を有する第1の成膜領域と、前記真空槽内に設けられ、前記基板の第2面上に成膜を行う第2のスパッタ源を有する第2の成膜領域と、鉛直面に対する投影形状が一連の環状となるように形成され、前記第1及び第2の成膜領域を通過するように設けられた搬送経路と、前記基板の第1及び第2面が露出する開口部を有し且つ当該基板を水平状態に保持する基板保持器を、前記搬送経路に沿って搬送する基板保持器搬送機構とを備え、前記基板保持器搬送機構は、前記基板保持器を前記第1の成膜領域を通過するように第1の搬送方向に搬送する第1の搬送部と、前記基板保持器を前記第2の成膜領域を通過するように前記第1の搬送方向と反対の第2の搬送方向に搬送する第2の搬送部と、前記基板保持器を上下関係を維持した状態で前記第1の搬送部から前記第2の搬送部に向って折り返して搬送する搬送折り返し部とを有し、前記第1の搬送部の前記第1の成膜領域の搬送方向下流側に、前記基板の第1面上に形成されたアモルファス状態の第1のスパッタ膜に対して真空アニール処理を行う第1の真空アニール処理機構が設けられるとともに、前記第2の搬送部の前記第2の成膜領域の搬送方向下流側に、前記基板の第2面上に形成されたアモルファス状態の第2のスパッタ膜に対して真空アニール処理を行う第2の真空アニール処理機構が設けられている成膜装置である。
本発明は、前記第2の搬送部の前記第2の成膜領域に対して前記第1の搬送方向側に、前記第1の真空アニール処理機構によって真空アニール処理された前記基板の第1面上の第1のスパッタ膜に対して更に真空アニール処理を行うアニール促進用真空アニール処理機構が設けられている成膜装置である。
本発明は、真空中で基板を移動させながら当該基板の両面上にスパッタリングによって成膜を行う成膜方法であって、前記基板の第1面上にアモルファス状態の第1のスパッタ膜を形成する第1の成膜工程と、前記基板の第1面上の前記第1のスパッタ膜に対して真空アニール処理を行う第1の真空アニール処理工程と、前記基板の第2面上にアモルファス状態の第2のスパッタ膜を形成する第2の成膜工程と、前記基板の第2面上の前記第2のスパッタ膜に対して真空アニール処理を行う第2の真空アニール処理工程とを有する成膜方法である。
本発明は、前記基板の第1面上の前記アモルファス状態の第1のスパッタ膜に対して真空アニール処理を行う第1の真空アニール処理工程の後で且つ前記基板の第2面上にアモルファス状態の第2のスパッタ膜を形成する第2の成膜工程の前において、前記基板の第1面上の第1のスパッタ膜に対して更に真空アニール処理を行うアニール促進工程を有する成膜方法である。
本発明は、前記基板が、n型結晶シリコン基板の第1面上に、i型アモルファスシリコン層及びp型アモルファスシリコン層が順次設けられるとともに、前記n型結晶シリコン基板の第2面上に、i型アモルファスシリコン層及びn型アモルファスシリコン層が順次設けられた基板であり、前記第1のスパッタ膜が第1の透明導電酸化物膜で、かつ、前記第2のスパッタ膜が第2の透明導電酸化物膜である成膜方法である。
本発明は、上記記載の成膜装置を用いた成膜方法であって、前記基板保持器搬送機構の第1の搬送部によって前記基板保持器を前記第1の成膜領域を通過するように前記搬送経路に沿って前記第1の搬送方向に搬送し、当該基板保持器に保持された前記基板の第1面上にスパッタリングによって第1のスパッタ膜を形成する第1の成膜工程と、前記基板保持器搬送機構の第1の搬送部によって前記基板保持器を前記搬送経路に沿って前記第1の搬送方向に搬送し、前記基板の第1面上の前記第1のスパッタ膜に対し、前記第1の真空アニール処理機構によって真空アニール処理を行う第1の真空アニール処理工程と、前記基板保持器搬送機構の搬送折り返し部によって前記基板保持器を上下関係を維持した状態で前記搬送経路に沿って前記第1の搬送部から前記第2の搬送部に向って折り返して搬送する工程と、前記基板保持器搬送機構の第2の搬送部によって前記基板保持器を前記第2の成膜領域を通過するように前記搬送経路に沿って前記第2の搬送方向に搬送し、当該基板保持器に保持された前記基板の第2面上にスパッタリングによって第2のスパッタ膜を形成する第2の成膜工程と、前記基板保持器搬送機構の第2の搬送部によって前記基板保持器を前記搬送経路に沿って前記第2の搬送方向に搬送し、前記基板の第2面上の前記第2のスパッタ膜に対し、前記第2の真空アニール処理機構によって真空アニール処理を行う第2の真空アニール処理工程とを有する成膜方法である。
本発明は、上記記載の成膜装置を用いた成膜方法であって、前記基板保持器搬送機構の第1の搬送部によって前記基板保持器を前記第1の成膜領域を通過するように前記搬送経路に沿って前記第1の搬送方向に搬送し、当該基板保持器に保持された前記基板の第1面上にスパッタリングによって第1のスパッタ膜を形成する第1の成膜工程と、前記基板保持器搬送機構の第1の搬送部によって前記基板保持器を前記搬送経路に沿って前記第1の搬送方向に搬送し、前記基板の第1面上の前記第1のスパッタ膜に対し、前記第1の真空アニール処理機構によって真空アニール処理を行う第1の真空アニール処理工程と、前記基板保持器搬送機構の搬送折り返し部によって前記基板保持器を上下関係を維持した状態で前記搬送経路に沿って前記第1の搬送部から前記第2の搬送部に向って折り返して搬送する工程と、前記基板保持器搬送機構の第2の搬送部によって前記基板保持器を前記搬送経路に沿って前記第2の搬送方向に搬送し、前記第1の真空アニール処理機構によって真空アニール処理された前記基板の第1面上の前記第1のスパッタ膜に対し、前記アニール促進用真空アニール処理機構によって更に真空アニール処理を行うアニール促進工程と、前記基板保持器搬送機構の第2の搬送部によって前記基板保持器を前記第2の成膜領域を通過するように前記搬送経路に沿って前記第2の搬送方向に搬送し、当該基板保持器に保持された前記基板の第2面上にスパッタリングによって第2のスパッタ膜を形成する第2の成膜工程と、前記基板保持器搬送機構の第2の搬送部によって前記基板保持器を前記搬送経路に沿って前記第2の搬送方向に搬送し、前記基板の第2面上の前記第2のスパッタ膜に対し、前記第2の真空アニール処理機構によって真空アニール処理を行う第2の真空アニール処理工程とを有する成膜方法である。
本発明は、上記記載の成膜装置を用いた太陽電池の製造方法であって、前記基板として、n型結晶シリコン基板の第1面上に、i型アモルファスシリコン層及びp型アモルファスシリコン層が順次設けられるとともに、前記n型結晶シリコン基板の第2面上に、i型アモルファスシリコン層及びn型アモルファスシリコン層が順次設けられた基板を用意し、前記基板保持器搬送機構の第1の搬送部によって前記基板保持器を前記第1の成膜領域を通過するように前記搬送経路に沿って前記第1の搬送方向に搬送し、当該基板保持器に保持された前記基板の第1面上にスパッタリングによってアモルファス状態の第1の透明導電酸化物膜を形成する工程と、前記基板保持器搬送機構の第1の搬送部によって前記基板保持器を前記搬送経路に沿って前記第1の搬送方向に搬送し、前記基板の第1面上の前記アモルファス状態の第1の透明導電酸化物膜に対し、前記第1の真空アニール処理機構によって真空アニール処理を行う第1の真空アニール処理工程と、前記基板保持器搬送機構の搬送折り返し部によって前記基板保持器を上下関係を維持した状態で前記搬送経路に沿って前記第1の搬送部から前記第2の搬送部に向って折り返して搬送する工程と、前記基板保持器搬送機構の第2の搬送部によって前記基板保持器を前記第2の成膜領域を通過するように前記搬送経路に沿って前記第2の搬送方向に搬送し、当該基板保持器に保持された前記基板の第2面上にスパッタリングによってアモルファス状態の第2の透明導電酸化物膜を形成する工程と、前記基板保持器搬送機構の第2の搬送部によって前記基板保持器を前記搬送経路に沿って前記第2の搬送方向に搬送し、前記基板の第2面上の前記アモルファス状態の第2の透明導電酸化物膜に対し、前記第2の真空アニール処理機構によって真空アニール処理を行う第2の真空アニール処理工程とを有する太陽電池の製造方法である。
本発明は、上記記載の成膜装置を用いた太陽電池の製造方法であって、前記基板として、n型結晶シリコン基板の第1面上に、i型アモルファスシリコン層及びp型アモルファスシリコン層が順次設けられるとともに、前記n型結晶シリコン基板の第2面上に、i型アモルファスシリコン層及びn型アモルファスシリコン層が順次設けられた基板を用意し、前記基板保持器搬送機構の第1の搬送部によって前記基板保持器を前記第1の成膜領域を通過するように前記搬送経路に沿って前記第1の搬送方向に搬送し、当該基板保持器に保持された前記基板の第1面上にスパッタリングによってアモルファス状態の第1の透明導電酸化物膜を形成する工程と、前記基板保持器搬送機構の第1の搬送部によって前記基板保持器を前記搬送経路に沿って前記第1の搬送方向に搬送し、前記基板の第1面上の前記アモルファス状態の第1の透明導電酸化物膜に対し、前記第1の真空アニール処理機構によって真空アニール処理を行う第1の真空アニール処理工程と、前記基板保持器搬送機構の搬送折り返し部によって前記基板保持器を上下関係を維持した状態で前記搬送経路に沿って前記第1の搬送部から前記第2の搬送部に向って折り返して搬送する工程と、前記基板保持器搬送機構の第2の搬送部によって前記基板保持器を前記搬送経路に沿って前記第2の搬送方向に搬送し、前記第1の真空アニール処理機構によって真空アニール処理された前記基板の第1面上の前記第1の透明導電酸化物膜に対し、前記アニール促進用真空アニール処理機構によって更に真空アニール処理を行うアニール促進工程と、前記基板保持器搬送機構の第2の搬送部によって前記基板保持器を前記第2の成膜領域を通過するように前記搬送経路に沿って前記第2の搬送方向に搬送し、当該基板保持器に保持された前記基板の第2面上にスパッタリングによってアモルファス状態の第2の透明導電酸化物膜を形成する工程と、前記基板保持器搬送機構の第2の搬送部によって前記基板保持器を前記搬送経路に沿って前記第2の搬送方向に搬送し、前記基板の第2面上の前記第2の透明導電酸化物膜に対し、前記第2の真空アニール処理機構によって真空アニール処理を行う第2の真空アニール処理工程とを有する太陽電池の製造方法である。
本発明にあっては、真空中において、基板の第1面上に形成されたアモルファス状態の第1のスパッタ膜(例えば第1の透明導電酸化物膜)に対して第1の真空アニール処理を行うとともに、基板の第2面上に形成されたアモルファス状態の第2のスパッタ膜(例えば第2の透明導電酸化物膜)に対して第2の真空アニール処理を行うようにしたことから、これら結晶状態の例えば第1及び第2の透明導電酸化物膜の結晶粒を肥大化させることによってキャリアの移動度を向上させることができ、これにより例えばヘテロ接合型太陽電池に用いる基板の両面に高品質で均一な透明導電酸化物膜を形成することができ、しかも真空アニール処理は大気中のアニール処理に比べて高速で結晶化が進行するので、成膜及びアニール処理の効率を向上させることができる。
この場合、基板の第1面上の第1のスパッタ膜に対して第1の真空アニール処理を行った後で基板の第2面上にアモルファス状態の第2のスパッタ膜を形成する前に、基板の第1面上の第1のスパッタ膜に対して更に真空アニール処理を行うようにすれば、ある程度結晶化が進行したアモルファス状態の第1のスパッタ膜の結晶化の進行を促進させることができ、これにより基板の第1面上の結晶状態の第1のスパッタ膜のキャリアの移動度を向上させることができるので、例えばヘテロ接合型太陽電池に用いる基板の受光面側に高品質で均一な結晶状態の透明導電酸化物膜を形成することができる。
本発明に係る成膜装置の実施の形態の全体を示す概略構成図 (a)(b):本実施の形態における基板保持器搬送機構及び方向転換機構の基本構成を示すもので、図2(a)は平面図、図2(b)は正面図 (a)(b):本実施の形態に用いる基板保持器の構成を示すもので、図3(a)は平面図、図3(b)は側面図 本実施の形態における方向転換機構の構成を示す正面図 (a)〜(d):本実施の形態における透明導電酸化物膜の形成方法を示す断面工程図 本実施の形態の成膜装置の動作を示す説明図(その1) 本実施の形態の成膜装置の動作を示す説明図(その2) 本実施の形態の成膜装置の動作を示す説明図(その3) (a)(b):本実施の形態における基板保持器搬送機構の動作を示す説明図(その1) (a)〜(c):本実施の形態における基板保持器搬送機構及び方向転換機構の動作を示す説明図(その1) (a)〜(c):本実施の形態における基板保持器搬送機構及び方向転換機構の動作を示す説明図(その2) (a)(b):本実施の形態における基板保持器搬送機構の動作を示す説明図(その3) 本実施の形態の成膜装置の動作を示す説明図(その4) 本実施の形態の成膜装置の動作を示す説明図(その5) 本実施の形態の成膜装置の動作を示す説明図(その6) 方向転換機構の他の例の構成を示す正面図 (a)〜(c):基板保持器搬送機構及び方向転換機構の他の例の動作を示す説明図(その1) (a)〜(c):基板保持器搬送機構及び方向転換機構の他の例の動作を示す説明図(その2) 一般的なヘテロ接合型太陽電池セルの概略構成を示す断面図 (a)(b):実施例の酸化インジウム膜の表面及び断面を示すSEM写真 (a)(b):比較例の酸化インジウム膜の表面及び断面を示すSEM写真
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明に係る成膜装置の実施の形態の全体を示す概略構成図である。
また、図2(a)(b)は、本実施の形態における基板保持器搬送機構及び方向転換機構の基本構成を示すもので、図2(a)は平面図、図2(b)は正面図である。
さらに、図3(a)(b)は、本実施の形態に用いる基板保持器の構成を示すもので、図3(a)は平面図、図3(b)は側面図である。
さらにまた、図4は、本実施の形態における方向転換機構の構成を示す正面図である。
図1に示すように、本実施の形態の成膜装置1は、例えばターボ分子ポンプを有する真空排気装置1aに接続された、単一の真空雰囲気が形成される真空槽2を有している。
真空槽2の内部には、後述する基板保持器11を搬送経路に沿って搬送する基板保持器搬送機構3が設けられている。
この基板保持器搬送機構3は、基板10を保持する複数の基板保持器11を連続して搬送するように構成されている。
ここで、基板保持器搬送機構3は、例えばスプロケット等からなり駆動機構(図示せず)から回転駆動力が伝達されて動作する同一径の円形の第1及び第2の駆動輪31、32を有し、これら第1及び第2の駆動輪31、32が、それぞれの回転軸線を平行にした状態で所定距離をおいて配置されている。
そして、第1及び第2の駆動輪31、32には例えばチェーン等からなる一連の搬送駆動部材33が架け渡されている。
さらに、これら第1及び第2の駆動輪31、32に搬送駆動部材33が架け渡された構造体が所定の距離をおいて平行に配置され(図2(a)参照)、これら一対の搬送駆動部材33により鉛直面に対して一連の環状となる搬送経路が形成されている。
本実施の形態では、搬送経路を構成する搬送駆動部材33のうち上側の部分に、第1の駆動輪31から第2の駆動輪32に向って移動して基板保持器11を第1の搬送方向P1に搬送する往路側搬送部(第1の搬送部)33aが形成されるとともに、第2の駆動輪32の周囲の部分の搬送駆動部材33によって基板保持器11の搬送方向を折り返して反対方向に転換する折り返し部33bが形成され、さらに、搬送駆動部材33のうち下側の部分に、第2の駆動輪32から第1の駆動輪31に向って移動して基板保持器11を第2の搬送方向P2に搬送する復路側搬送部(第2の搬送部)33cが形成されている。
本実施の形態の基板保持器搬送機構3は、各搬送駆動部材33の上側に位置する往路側搬送部33aと、各搬送駆動部材33の下側に位置する復路側搬送部33cとがそれぞれ対向し、鉛直方向に関して重なるように構成されている。
また、基板保持器搬送機構3には、基板保持器11を導入する基板保持器導入部30Aと、基板保持器11を折り返して搬送する搬送折り返し部30Bと、基板保持器11を排出する基板保持器排出部30Cが設けられている。
ここで、搬送折り返し部30Bの近傍には、後述する方向転換機構40が設けられている。
真空槽2内には、第1及び第2の成膜領域4、5が設けられている。
本実施の形態では、真空槽2内において、基板保持器搬送機構3の例えば上部に、第1のスパッタ源4Tを有する第1の成膜領域4が設けられ、基板保持器搬送機構3の例えば下部に、第2のスパッタ源5Tを有する第2の成膜領域5が設けられている。
本実施の形態では、上述した搬送駆動部材33の往路側搬送部33aが、上記第1の成膜領域4を直線的に水平方向に通過するように構成され、復路側搬送部33cが、上記第2の成膜領域5を直線的に水平方向に通過するように構成されている。
そして、搬送経路を構成するこれら搬送駆動部材33の往路側搬送部33a及び復路側搬送部33cを基板保持器11が通過する場合に、基板保持器11に保持された複数の基板10(図2(a)参照)が水平状態で搬送されるようになっている。
図1に示すように、本実施の形態では、真空槽2内の上記第1の成膜領域4の第1の搬送方向P1側の近傍に、第1の真空アニール処理機構21が設けられている。
また、真空槽2内の上記第2の成膜領域5の第2の搬送方向P2側の近傍に、第2の真空アニール処理機構22が設けられている。
これら第1及び第2の真空アニール処理機構21、22としては、例えばシースヒーター等の輻射(放射)電熱方式のヒーターを好適に用いることができる。
さらに、第1及び第2の成膜領域4、5の間で、例えば第2の駆動輪32の下方には、アニール促進用真空アニール処理機構23が設けられている。
このアニール促進用真空アニール処理機構23は、上記第1及び第2の真空アニール処理機構21、22と同様に、例えばシースヒーター等の輻射(放射)電熱方式のヒーターを好適に用いることができる。
一方、アニール促進用真空アニール処理機構23の第2の搬送方向P2側で、上記第2の成膜領域5の第1の搬送方向P1側の近傍に、冷却機構25が設けられている。
この冷却機構25としては、例えば熱伝導率の良好な銅を冷却媒体を用いて冷却するようにした構造体や金属板に配管を介して冷却水を循環させるようにした板等の輻射(放射)方式の手段を好適に用いることができる。
真空槽2内の基板保持器搬送機構3の近傍の位置、例えば第1の駆動輪31に隣接する位置には、基板保持器搬送機構3との間で基板保持器11を受け渡し且つ受け取るための基板搬入搬出機構6が設けられている。
本実施の形態の基板搬入搬出機構6は、昇降機構60によって例えば鉛直上下方向に駆動される駆動ロッド61の先(上)端部に設けられた支持部62を有している。
本実施の形態では、基板搬入搬出機構6の支持部62上に搬送ロボット64が設けられ、この搬送ロボット64上に上述した基板保持器11を支持して基板保持器11を鉛直上下方向に移動させ、かつ、搬送ロボット64によって基板保持器搬送機構3との間で基板保持器11を受け渡し且つ受け取るように構成されている。
この場合、後述するように、基板搬入搬出機構6から基板保持器搬送機構3の往路側搬送部33aの基板保持器導入部30Aに基板保持器11を受け渡し(この位置を「基板保持器受け渡し位置」という。)、かつ、基板保持器搬送機構3の復路側搬送部33cの基板保持器排出部30Cから基板保持器11を取り出す(この位置を「基板保持器取り出し位置」という。)ように構成されている。
真空槽2の例えば上部には、真空槽2内に基板10を搬入し且つ真空槽2から基板10を搬出するための基板搬入搬出室2Aが設けられている。
この基板搬入搬出室2Aは、例えば上述した基板搬入搬出機構6の支持部62の上方の位置に連通口2Bを介して設けられており、例えば基板搬入搬出室2Aの上部には、開閉可能な蓋部2aが設けられている。
そして、後述するように、基板搬入搬出室2A内に搬入された成膜前の基板10aを基板搬入搬出機構6の支持部62の搬送ロボット64上の基板保持器11に受け渡して保持させ、かつ、成膜後の基板10bを基板搬入搬出機構6の支持部62の搬送ロボット64上の基板保持器11から例えば真空槽2の外部の大気中に搬出するように構成されている。
なお、本実施の形態の場合、基板搬入搬出機構6の支持部62の上部の縁部に、基板10を搬入及び搬出する際に基板搬入搬出室2Aと真空槽2内の雰囲気を隔離するための例えばOリング等のシール部材63が設けられている。
この場合、基板搬入搬出機構6の支持部62を基板搬入搬出室2A側に向って上昇させ、支持部62上のシール部材63を真空槽2の内壁に密着させて連通口2Bを塞ぐことにより、真空槽2内の雰囲気に対して基板搬入搬出室2A内の雰囲気を隔離するように構成されている。
図2(a)(b)に示すように、本実施の形態の基板保持器搬送機構3の一対の搬送駆動部材33には、それぞれ所定の間隔をおいて複数の第1の駆動部36が搬送駆動部材33の外方側に突出するように設けられている。
第1の駆動部36は、例えばJフック形状(搬送方向下流側の突部の高さが搬送方向上流側の突部の高さより低くなるような溝部が形成された形状)に形成され、以下に説明する基板保持器支持機構18によって支持された基板保持器11の後述する第1の被駆動軸12と接触して当該基板保持器11を第1又は第2の搬送方向P1、P2に駆動するように構成されている。
一対の搬送駆動部材33の内側には、搬送する基板保持器11を支持する一対の基板保持器支持機構18が設けられている。
基板保持器支持機構18は、例えば複数のローラ等の回転可能な部材からなるもので、それぞれ搬送駆動部材33の近傍に設けられている。
本実施の形態では、搬送駆動部材33の往路側搬送部33aの上方近傍に往路側基板保持器支持機構18aが設けられるとともに、搬送駆動部材33の復路側搬送部33cの下方近傍に復路側基板保持器支持機構18cが設けられ、搬送される基板保持器11の下面の両縁部を支持するように配置構成されている。
なお、往路側基板保持器支持機構18aは、後述する方向転換機構40の第1の方向転換経路51の進入口の近傍まで設けられ、復路側基板保持器支持機構18cは、後述する方向転換機構40の第2の方向転換経路52の排出口の近傍まで設けられている。
本実施の形態に用いる基板保持器11は、基板10の両面上に真空処理を行うためのもので、開口部を有するトレイ状のものからなる。
図2(a)及び図3(a)に示すように、本実施の形態の基板保持器11は、例えば長尺矩形の平板状に形成され、その長手方向即ち第1及び第2の搬送方向P1、P2に対して直交する方向に例えば矩形状の複数の基板10を一列に並べてそれぞれ保持する複数の保持部14が設けられている。
ここで、各保持部14には、各基板10と同等の大きさ及び形状で各基板10の両面が全面的に露出する例えば矩形状の開口部が設けられ、図示しない保持部材によって各基板10を水平に保持するように構成されている。
本発明では、特に限定されることはないが、設置面積を小さくし且つ処理能力を向上させる観点からは、基板保持器11について、本実施の形態のように、搬送方向に対して直交する方向に複数の基板10を一列に並べてそれぞれ保持するように構成することが好ましい。
ただし、処理効率を向上させる観点からは、搬送方向に対して直交する方向に複数の基板10を複数列に並べることも可能である。
一方、基板保持器11の長手方向の両端部で第1の搬送方向P1の上流側の端部に第1の被駆動軸12がそれぞれ設けられ、また、第1の搬送方向P1の下流側の端部に第2の被駆動軸13がそれぞれ設けられている。
これら第1及び第2の被駆動軸12、13は、それぞれ搬送方向に対して直交する方向即ち基板保持器11の長手方向に延びる回転軸線を中心として断面円形状に形成されている。
本実施の形態では、第2の被駆動軸13の長さが第1の被駆動軸12の長さより長くなるようにその寸法が定められている。
具体的には、図2(a)に示すように、基板保持器11を基板保持器搬送機構3に配置した場合に基板保持器11の両側部の第1の被駆動軸12が基板保持器搬送機構3の第1の駆動部36と接触し、かつ、基板保持器11を後述する方向転換機構40に配置した場合に第2の被駆動軸13が後述する第2の駆動部46と接触するように第1及び第2の被駆動軸12、13の寸法が定められている。
一対の搬送駆動部材33の第1の搬送方向P1の下流側には、同一構成の一対の方向転換機構40が設けられている。
本実施の形態の場合、一対の方向転換機構40は、それぞれ第1及び第2の搬送方向P1、P2に関して一対の搬送駆動部材33の外側の位置に配置されている。
また、これら一対の方向転換機構40は、それぞれ第1の搬送方向P1の上流側の部分が各搬送駆動部材33の第1の搬送方向P1の下流側の部分と若干重なるように設けられている。
図4に示すように、本実施の形態の方向転換機構40は、第1のガイド部材41、第2のガイド部材42、第3のガイド部材43を有し、これら第1〜第3のガイド部材41〜43は、第1の搬送方向P1の上流側からこの順で配置されている。
本実施の形態では、第1〜第3のガイド部材41〜43は、一対の搬送駆動部材33の外側近傍の位置にそれぞれ配置され、さらに、第1〜第3のガイド部材41〜43の外側近傍の位置に、後述する搬送駆動部材45がそれぞれ配置されている。
なお、図2(b)では、方向転換機構40の一部を省略するとともに、部材の重なり関係を無視して搬送方向についての部材間の位置関係が明確になるように示されている。
図2(a)及び図4に示すように、第1〜第3のガイド部材41〜43は、例えば板状の部材からなり、それぞれ鉛直方向に向けて設けられている。
ここで、第1のガイド部材41の第1の搬送方向P1側の部分は、第1の搬送方向P1側に凸となる曲面形状に形成され、また、第2のガイド部材42の第2の搬送方向P2側の部分は、第1の搬送方向P1側に凹となる曲面形状に形成されている。
第1及び第2のガイド部材41、42は、第1のガイド部材41の第1の搬送方向P1側の部分と第2のガイド部材42の第2の搬送方向P2側の部分が同等の曲面形状に形成され、これらの部分が基板保持器11の第1の被駆動軸12の直径より若干大きな隙間を設けて対向するように近接配置されている。そして、この隙間によって基板保持器11の第1の被駆動軸12を案内する第1の方向転換経路51が設けられている。
また、第2のガイド部材42の第1の搬送方向P1側の部分は、第1の搬送方向P1側に凸となる曲面形状に形成され、また、第3のガイド部材43の第2の搬送方向P2側の部分は、第1の搬送方向P1側に凹となる曲面形状に形成されている。
第2及び第3のガイド部材42、43は、第2のガイド部材42の第1の搬送方向P1側の部分と第3のガイド部材43の第2の搬送方向P2側の部分が同等の曲面形状に形成され、これらの部分が基板保持器11の第2の被駆動軸13の直径より若干大きな隙間を設けて対向するように近接配置されている。そして、この隙間によって基板保持器11の第2の被駆動軸13を案内する第2の方向転換経路52が設けられている。
そして、本実施の形態では、第1の方向転換経路51と第2の方向転換経路52とが同等の曲面形状に形成されている。
さらに、第1及び第2の方向転換経路51、52の各部分の水平方向についての距離が、基板保持器11の第1及び第2の被駆動軸12、13の間の距離と同等となるようにその寸法が定められている。
また、本実施の形態では、第1の方向転換経路51の上側の開口部が基板保持器11の第1の被駆動軸12の進入口となっており、その高さ位置が、往路側基板保持器支持機構18aに支持された基板保持器11の第2の被駆動軸13の高さ位置より低い位置となるように構成されている(図2(b)参照)。
さらに、第1の方向転換経路51の下側の開口部が基板保持器11の第1の被駆動軸12の排出口となっており、その高さ位置が、復路側基板保持器支持機構18cに支持された基板保持器11の第2の被駆動軸13の高さ位置より高い位置となるように構成されている(図2(b)参照)。
また、第2の方向転換経路52については、その上側の開口部が基板保持器11の第2の被駆動軸13の進入口となっており、その高さ位置が、往路側基板保持器支持機構18aに支持された基板保持器11の第2の被駆動軸13の高さ位置と同等の位置となるように構成されている(図2(b)参照)。
一方、第2の方向転換経路52の下側の開口部が基板保持器11の第2の被駆動軸13の排出口となっており、その高さ位置が、復路側基板保持器支持機構18cに支持された基板保持器11の第2の被駆動軸13の高さ位置と同等の位置となるように構成されている(図2(b)参照)。
本実施の形態の方向転換機構40は、例えば一対のスプロケットと、これら一対のスプロケットに架け渡されたチェーンからなる搬送駆動部材45を有し、この搬送駆動部材45は鉛直面に対して一連の環状となるように構成されている。
この搬送駆動部材45は、その折り返し部分の曲率半径が、基板保持器搬送機構3の搬送駆動部材33の折り返し部33bの曲率半径と同等となるように構成されている。
また、搬送駆動部材45は、その上側の部分が第1の搬送方向P1に移動し、下側の部分が第2の搬送方向P2に移動するように駆動される。
搬送駆動部材45には、所定の間隔をおいて複数の第2の駆動部46が搬送駆動部材45の外方側に突出するように設けられている。
第2の駆動部46は、搬送駆動部材45の外方側の部分に凹部が形成され、この凹部の縁部が基板保持器11の第2の被駆動軸13と接触して当該基板保持器11を第2の方向転換経路52に沿って支持駆動するように構成されている。
また、本実施の形態の第2の駆動部46は、後述するように、第2の方向転換経路52の進入口及び排出口の位置に到達した場合にその凹部側の端部が第2の方向転換経路52から退避するように搬送駆動部材45の経路及び第2の駆動部46の寸法が設定されている(図2(b)参照)。
本実施の形態では、後述するように、第2の駆動部46が基板保持器搬送機構3の第1の駆動部36と同期して動作するように基板保持器搬送機構3の搬送駆動部材33と方向転換機構40の搬送駆動部材45の動作を制御する。
そして、本実施の形態では、基板保持器搬送機構3の第1の駆動部36によって基板保持器11を第1の搬送方向P1に駆動して第1及び第2の被駆動軸12、13を第1及び第2の方向転換経路51、52内に進入させた場合に、基板保持器11が上下関係を維持しつつ第1及び第2の駆動部36、46によって第1及び第2の被駆動軸12、13が支持されて移動し、円滑に第1及び第2の方向転換経路51、52から排出されるように、第1及び第2の駆動部36、46、並びに、第1及び第2の方向転換経路51、52の形状及び寸法がそれぞれ設定されている。
一方、第1のガイド部材41と第2のガイド部材42の下方で第1の方向転換経路51の排出口の近傍には、基板保持器11を方向転換機構40から基板保持器支持機構18の復路側基板保持器支持機構18cへ円滑に受け渡すための受け渡し部材47が設けられている。
この受け渡し部材47は、例えば水平方向に延びる細長の部材からなり、その第2の搬送方向P2側の端部で復路側基板保持器支持機構18cの下方の位置に設けられた回転軸48を中心として上下方向に回転移動するように構成されている。そして、受け渡し部材47は、第1の搬送方向P1側の部分が例えば図示しない弾性部材によって上方に付勢されている。
本発明において用いる弾性部材としては、特に限定されることはないが、部品点数を増やすことなく座屈を確実に防止する観点からは、コイルばね(例えば圧縮コイルばね)より、ねじりコイルばねを用いることが好ましい。
受け渡し部材47の上部には、第1の方向転換経路51の排出口の第2の搬送方向P2側の近傍の部分に、第1の方向転換経路51と連続し、かつ、基板保持器支持機構18の復路側基板保持器支持機構18cと連続するように曲面形状に形成された受け渡し部47aが設けられている(図2(b)参照)。
また、受け渡し部材47の上部には、第1の搬送方向P1側の部分に、第1の搬送方向P1に向って下側に傾斜する傾斜面47bが設けられている。この傾斜面47bは、第2の方向転換経路52の排出口と対向する高さ位置に設けられている。
以下、本実施の形態の成膜装置1の動作及び成膜方法の例を図5(a)〜(d)乃至図15を参照して説明する。
図5(a)〜(d)は、本実施の形態における透明導電酸化物膜の形成方法を示す断面工程図である。
本実施の形態に用いる成膜前の基板10aは、図5(a)に示すように、n型結晶シリコン基板10Aの第1面(本実施の形態では受光面である上面)上に、i型アモルファスシリコン層10B及び第1導電型(例えばp型)のアモルファスシリコン層10Dが順次設けられるとともに、このn型結晶シリコン基板10Aの第2面(本実施の形態では反射面側である下面)上に、i型アモルファスシリコン層10C及び第2導電型(例えばn型)のアモルファスシリコン層10Eが順次設けられているものである。
本実施の形態では、まず、基板搬入搬出機構6の支持部62上のシール部材63を真空槽2の内壁に密着させて真空槽2内の雰囲気に対して基板搬入搬出室2A内の雰囲気を隔離した状態で、大気圧までベントした後、図6に示すように、基板搬入搬出室2Aの蓋部2aを開ける。
その後、図示しない搬送ロボットを用いて成膜前の基板10aを基板搬入搬出機構6の支持部62の搬送ロボット64上の基板保持器11に装着して保持させる。
そして、基板搬入搬出室2Aの蓋部2aを閉じて所定の圧力となるまで真空排気した後、図7に示すように、基板搬入搬出機構6の支持部62を上述した基板保持器受け渡し位置まで下降させ、基板保持器11の高さが搬送駆動部材33の往路側搬送部33aと同等の高さ位置となるようにする。
さらに、図8に示すように、基板搬入搬出機構6の支持部62に設けた搬送ロボット64によって基板保持器11を基板保持器搬送機構3の基板保持器導入部30Aに配置する。
この場合、図9(a)に示すように、基板保持器11の第1の被駆動軸12を第1の駆動部36の溝部内に配置されるように位置決めして往路側基板保持器支持機構18a上に載置する。
この状態で、図9(b)に示すように、基板保持器搬送機構3の搬送駆動部材33の往路側搬送部33aを第1の搬送方向P1に移動させる。
これにより、搬送駆動部材33の往路側搬送部33a上の第1の駆動部36によって基板保持器11の第1の被駆動軸12が第1の搬送方向P1に駆動され、基板保持器11が搬送駆動部材33の往路側搬送部33a上を搬送折り返し部30Bに向って搬送される。
この動作の際、基板保持器11に保持された成膜前の基板10aの第1面(上面)に対し、第1の成膜領域4を通過する際に、基板保持器11の上方に位置する第1のスパッタ源4Tによってスパッタリングによる成膜を行う。
具体的には、図5(b)に示すように、成膜前の基板10aのp型アモルファスシリコン層10Dの表面に、スパッタリングによって例えばn型の第1の透明導電酸化物膜(第1のスパッタ膜)10fを全面的に形成する。この時点では、第1の透明導電酸化物膜10fは、アモルファス状態の膜である。
本発明の場合、第1の透明導電酸化物膜10fの材料としては特に限定されることはないが、低抵抗で光透過性の材料である酸化インジウム系のものを用いることが好ましく、より好ましくは、酸化インジウムに、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化タングステン、酸化セリウム、酸化ガリウム、酸化シリコンなどの金属酸化物を少なくとも1種以上微量添加したものである。
この成膜後、基板保持器11が基板保持器搬送機構3の搬送折り返し部30Bに到達する前に、上述した第1の真空アニール処理機構21(図1参照)によってアモルファス状態の第1の透明導電酸化物膜10fを加熱して第1の真空アニール処理を行う。
この場合、加熱条件は、180℃以上220℃以下となるように設定することが好ましい。
図10(a)〜(c)並びに図11(a)〜(c)は、本実施の形態における基板保持器搬送機構及び方向転換機構の動作を示す説明図である。
本実施の形態では、上述した成膜工程の後、基板保持器搬送機構3の第1の駆動部36を第1の搬送方向P1に移動させることにより、図10(a)に示すように、基板保持器搬送機構3の搬送折り返し部30Bに到達した基板保持器11を更に第1の搬送方向P1に移動させ、基板保持器11の第2の被駆動軸13を方向転換機構40の第2の方向転換経路52の進入口の位置に配置する。
この場合、方向転換機構40の第2の駆動部46が基板保持器11の第2の被駆動軸13の下方に位置するように搬送駆動部材45の動作を制御する。
そして、基板保持器搬送機構3の搬送駆動部材33を駆動して第1の駆動部36を第1の搬送方向P1に移動させるとともに、方向転換機構40の搬送駆動部材45を駆動して第2の駆動部46を第1の搬送方向P1に移動させる。この場合、第1の駆動部36と第2の駆動部46の動作が同期するように制御する。
これにより、図10(b)に示すように、基板保持器11の第1及び第2の被駆動軸12、13が第1及び第2の駆動部36、46によってそれぞれ支持駆動され、第1及び第2の方向転換経路51、52内を下方に向ってそれぞれ移動する。
なお、この過程においては、基板保持器11の第1の被駆動軸12は第1の方向転換経路51内において同時に接触することはないが第1のガイド部材41と第2のガイド部材42の縁部にも接触し、また第2の被駆動軸13は第2の方向転換経路52内において同時に接触することはないが第2のガイド部材42と第3のガイド部材43の縁部にも接触するが、基板保持器11は上下関係を維持している。
そして、第1及び第2の被駆動軸12、13が第1及び第2の方向転換経路51、52の中腹部分をそれぞれ通過した付近から、第1及び第2の被駆動軸12、13の搬送方向が、基板保持器11の上下関係を維持した状態で第1の搬送方向P1と反対方向の第2の搬送方向P2にそれぞれ転換される。
なお、この過程においては、基板保持器11の第1の被駆動軸12は第1の方向転換経路51内において同時に接触することはないが第1のガイド部材41と第2のガイド部材42の縁部にも接触し、また第2の被駆動軸13は第2の方向転換経路52内において同時に接触することはないが第2のガイド部材42と第3のガイド部材43の縁部にも接触する。
さらに、基板保持器搬送機構3の搬送駆動部材33と方向転換機構40の搬送駆動部材45の駆動を継続すると、図10(c)に示すように、基板保持器11の第1の被駆動軸12が第1の方向転換経路51の排出口並びに受け渡し部材47の受け渡し部47aを経由して受け渡し部材47の上方の位置に配置されるとともに、基板保持器11の第2の被駆動軸13が第2の方向転換経路52の排出口の位置に配置され、その後、図11(a)に示すように、基板保持器11は、基板保持器支持機構18の復路側基板保持器支持機構18cに受け渡される。
なお、図10(c)に示す時点で方向転換機構40の第2の駆動部46と基板保持器11の第2の被駆動軸13は接触しておらず、基板保持器11は、基板保持器搬送機構3の第1の駆動部36と第1の被駆動軸12との接触による駆動によって第2の搬送方向P2へ移動する。
そして、更なる基板保持器搬送機構3の搬送駆動部材33の駆動により、図11(b)に示すように、基板保持器11の第2の被駆動軸13が受け渡し部材47の傾斜面47bに接触して受け渡し部材47が回転軸48を中心として下方に回転移動し、図11(c)に示すように、基板保持器11の第2の被駆動軸13が受け渡し部材47の上方を通過して基板保持器11が第2の搬送方向P2へ移動する。
なお、受け渡し部材47は、この過程の後に図示しない弾性部材の付勢力によって元の位置に戻る。
その後、図12(a)に示すように、基板保持器搬送機構3の搬送駆動部材33の復路側搬送部33cを第2の搬送方向P2に移動させ、第1の駆動部36を同方向に駆動することにより、基板保持器11を基板保持器排出部30Cに向って搬送する。
この場合、成膜前の基板10aは、方向転換機構40を通過する際に温度が低下しているから、基板保持器11を基板保持器排出部30Cに向って搬送する際に、基板保持器11に保持された成膜前の基板10aの第2面(下面)を、上述したアニール促進用真空アニール処理機構23(図1参照)によって加熱し、アモルファス状態の第1の透明導電酸化物膜10fを更に加熱して真空アニール処理を行う。
この場合、加熱条件は、180℃以上220℃以下となるように設定することが好ましい。そして、このアニール処理により当該透明導電酸化物膜10fの結晶化の進行が促進される。なお、上述した第1の真空アニール処理とこのアニール促進用アニール処理の時間は、合わせて数分程度である。
そして、基板温度の過度の上昇を防止するため、必要に応じて上述した冷却機構25(図1参照)によって当該基板10aの冷却を行う。
その後、図1に示す第2の成膜領域5を通過する際に、基板保持器11に保持された当該基板10aの第2面(下面)のn型アモルファスシリコン層10Eの表面に、基板保持器11の下方に位置する第2のスパッタ源5Tによってスパッタリングによって例えばn型の第2の透明導電酸化物膜(第2のスパッタ膜)10gを全面的に形成する(図5(c)参照)。この時点では、第2の透明導電酸化物膜10gは、アモルファス状態の膜である。
なお、第2の透明導電酸化物膜10gを形成する際には、この基板10aの第1面に形成された第1の透明導電酸化物膜10fと短絡しないように、図示しないマスクを用いて第1の透明導電酸化物膜10fの縁部が当該基板10aの縁部に対して若干内方側に位置するように形成することが好ましい。
本発明の場合、第2の透明導電酸化物膜10gの材料としては特に限定されることはないが、上述した第1の透明導電酸化物膜10fと同様に、低抵抗で光透過性の材料である酸化インジウム系のものを用いることが好ましく、より好ましくは、酸化インジウムに、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化タングステン、酸化セリウム、酸化ガリウム、酸化シリコンなどの金属酸化物を少なくとも1種以上微量添加したものである。
本実施の形態では、アモルファス状態の第2の透明導電酸化物膜10gのスパッタ成膜の際に、放電によるプラズマの熱によって当該基板10aの第1面上のある程度結晶化が進行したアモルファス状態の第1の透明導電酸化物膜10fの結晶化が更に進行してほぼ終了する。そして、これにより、図5(c)に示すように、結晶状態の第1の透明導電酸化物膜10Fが形成される。
さらに、本実施の形態では、上述した成膜後、基板保持器11が基板保持器搬送機構3の基板保持器排出部30Cに到達する前に、上述した第2の真空アニール処理機構22(図1参照)によってアモルファス状態の第2の透明導電酸化物膜10gを加熱して真空アニール処理を行う。
この場合、加熱条件は、180℃以上220℃以下となるように設定することが好ましい。
この第2のアニール処理により、アモルファス状態の第2の透明導電酸化物膜10gが結晶化して結晶状態の第2の透明導電酸化物膜10Gが形成され、これにより図5(d)に示すように、成膜後の基板10bを得る。
そして、第2の搬送方向P2に移動する基板保持器11が基板保持器排出部30Cに到達した後、搬送駆動部材33の復路側搬送部33cを第2の搬送方向P2に移動させ、第1の駆動部36を同方向に駆動すると、復路側搬送部33cの移動に伴って第1の駆動部36が鉛直方向から傾斜した状態になるに従い、図12(b)に示すように、第1の駆動部36と、第1の被駆動軸12との接触が外れ、これにより基板保持器11は推進力を失うから、図13に示す基板搬入搬出機構6の搬送ロボット64によって基板保持器11を第2の搬送方向P2に移動させて第1の駆動部36に対して離間させる。
さらに、基板搬入搬出機構6の搬送ロボット64を用いて基板保持器11の取り出し動作を行い、図13に示すように、基板保持器11を搬送ロボット64と共に支持部62上に配置する。
その後、図14に示すように、基板搬入搬出機構6の支持部62を上昇させ、支持部62上のシール部材63を真空槽2の内壁に密着させて真空槽2内の雰囲気に対して基板搬入搬出室2A内の雰囲気を隔離した状態で、大気圧までベントを行う。
そして、図15に示すように、基板搬入搬出室2Aの蓋部2aを開け、図示しない搬送ロボットを用い、成膜後の基板10bを基板保持器11から大気中に取り出す。
その後、図6に示す状態に戻り、上述した動作を繰り返すことにより、複数の成膜前の基板10aに対してそれぞれ両面上に上述した成膜及びアニール処理を行う。
なお、ヘテロ接合型太陽電池の表面電極については、上述した結晶状態の第1及び第2の透明導電酸化物膜10F、10G上に例えば銀ペーストをスクリーン印刷によって塗布し、焼成により形成することができる。
以上述べた本実施の形態にあっては、真空中において、成膜前の基板10aの第1面上に形成されたアモルファス状態の第1の透明導電酸化物膜10fに対して第1の真空アニール処理を行うとともに、当該基板10aの第2面上に形成されたアモルファス状態の第2の透明導電酸化物膜10gに対して第2の真空アニール処理を行うようにしたことから、アニール処理後の結晶状態の第1及び第2の透明導電酸化物膜10F、10Gの結晶粒を肥大化させることによってキャリアの移動度を向上させることができ、これにより例えばヘテロ接合型太陽電池に用いる基板の両面に高品質で均一な透明導電酸化物膜を形成することができ、しかも真空アニール処理は大気中のアニール処理に比べて高速で結晶化が進行するので、成膜及びアニール処理の効率を向上させることができる。
この場合、当該基板10aの第1面上の第1の透明導電酸化物膜10fに対して第1の真空アニール処理を行った後で当該基板10aの第2面上にアモルファス状態の第2の透明導電酸化物膜10gを形成する前に、当該基板10aの第1面上のアモルファス状態の第1の透明導電酸化物膜10fに対して更に真空アニール処理を行うようにすれば、当該第1の透明導電酸化物膜10fの結晶化の進行を促進させることができ、これにより当該基板10aの第1面上の結晶状態の第1の透明導電酸化物膜10Fのキャリアの移動度を更に向上させることができるので、例えばヘテロ接合型太陽電池に用いる基板の受光面側に高品質で均一な透明導電酸化物膜を形成することができる。
図16は、方向転換機構の他の例の構成を示す正面図である。
図16に示すように、本例の方向転換機構40Aは、図4に示す受け渡し部材47の代わりとなる受け渡し部材49を有している。
この受け渡し部材49は、例えば搬送方向に延びる細長の部材からなり、方向転換機構40Aの第1の方向転換経路51の排出口の近傍で復路側基板保持器支持機構18cの上方に設けられた回転軸49aを中心として第2の搬送方向P2側に延びる部分が上下方向に回転移動するように構成されている。
受け渡し部材49は、下側の部分49bが平面状に形成され、その下側の部分49bの第2の搬送方向P2側の先端部49cが上方向に傾斜するように形成されている。
この受け渡し部材49は、回転軸49aに対して第2の搬送方向P2側の部分が外力が作用しない状態で水平方向に対して若干下方に傾斜するように構成されている。
この場合、受け渡し部材49の第2の搬送方向P2側の部分を例えば図示しないねじりコイルばね等の弾性部材によって下方に付勢することにより外力が作用しない状態で当該第2の搬送方向P2側の部分を水平方向に対して若干下方に傾斜させるように構成することができ、また、受け渡し部材49の自重によって外力が作用しない状態で当該第2の搬送方向P2側の部分が水平方向に対して若干下方に傾斜するように構成することもできる。
図17(a)〜(c)並びに図18(a)〜(c)は、本例における基板保持器搬送機構及び方向転換機構の動作を示す説明図である。
本例においても、基板保持器搬送機構3の第1の駆動部36を第1の搬送方向P1に移動させることにより、図17(a)に示すように、成膜工程が終了し基板保持器搬送機構3の搬送折り返し部30Bに到達した基板保持器11を更に第1の搬送方向P1に移動させ、基板保持器11の第2の被駆動軸13を方向転換機構40Aの第2の方向転換経路52の進入口の位置に配置し、方向転換機構40Aの第2の駆動部46が基板保持器11の第2の被駆動軸13の下方に位置するように搬送駆動部材45の動作を制御する。
そして、第1の駆動部36と第2の駆動部46とを同期させて第1の搬送方向P1にそれぞれ移動させることにより、図17(b)に示すように、基板保持器11の第1及び第2の被駆動軸12、13を第1及び第2の駆動部36、46によってそれぞれ支持駆動し、第1及び第2の方向転換経路51、52内を下方に向ってそれぞれ移動させることにより、基板保持器11を上下関係を維持した状態で下方に向って移動させる。
そして、第1及び第2の被駆動軸12、13が第1及び第2の方向転換経路51、52の中腹部分をそれぞれ通過した付近から、第1及び第2の被駆動軸12、13の搬送方向が、基板保持器11の上下関係を維持した状態で第1の搬送方向P1と反対方向の第2の搬送方向P2にそれぞれ転換される。
さらに、基板保持器搬送機構3の搬送駆動部材33と方向転換機構40Aの搬送駆動部材45の駆動を継続すると、図17(c)に示すように、基板保持器11の第1の被駆動軸12が第1の方向転換経路51の排出口並びに受け渡し部材49を通過するとともに、基板保持器11の第2の被駆動軸13が第2の方向転換経路52の排出口の位置に配置され、その後、図18(a)に示すように、基板保持器11は、基板保持器支持機構18の復路側基板保持器支持機構18cに受け渡される。
なお、図17(c)に示す時点で方向転換機構40Aの第2の駆動部46と基板保持器11の第2の被駆動軸13は接触しておらず、基板保持器11は、基板保持器搬送機構3の第1の駆動部36と第1の被駆動軸12との接触による駆動によって第2の搬送方向P2へ移動する。
そして、更なる基板保持器搬送機構3の搬送駆動部材33の駆動により、図18(b)に示すように、基板保持器11の第2の被駆動軸13が受け渡し部材49の下側の部分49bに接触して受け渡し部材49が回転軸49aを中心として上方に回転移動し、図18(c)に示すように、基板保持器11の第2の被駆動軸13が受け渡し部材49の先端部49cの下方を通過して基板保持器11が第2の搬送方向P2へ移動する。
なお、受け渡し部材49は、この過程の後に図示しない弾性部材の付勢力又はその自重によって元の位置に戻る。
以上述べた本例の受け渡し部材49を有する方向転換機構40Aによれば、基板保持器11が受け渡し部材49を通過する際の摩擦力を最小限にする。
なお、本発明は上述した実施の形態に限られず、種々の変更を行うことができる。
例えば上記実施の形態においては、鉛直面に対する投影形状が一連の環状となるように形成された搬送経路を有する成膜装置を例にとって説明したが、本発明はこれに限られず、直線状の搬送経路を有する所謂インライン方式の成膜装置にも適用することができる。
また、上記実施の形態においては、搬送駆動部材33のうち上側の部分を第1の搬送部である往路側搬送部33aとするとともに、搬送駆動部材33のうち下側の部分を第2の搬送部である復路側搬送部33cとするようにしたが、本発明はこれに限られず、これらの上下関係を逆にすることもできる。
さらに、上記実施の形態では、基板の上面を第1面とし、下面を第2面としたが、基板の下面を第1面とし、上面を第2面とすることもできる。
さらにまた、上記実施の形態では、ヘテロ接合型太陽電池用の基板の両面上に透明導電酸化物膜を形成する場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限られず、種々の基板の両面上に種々の膜を形成する場合に適用することができる。
ただし、本発明は、ヘテロ接合型太陽電池用の基板の両面上に透明導電酸化物膜を形成する場合に特に有効となるものである。
また、上記実施の形態では、基板保持器搬送機構3及び方向転換機構40について、一対のスプロケットと、これら一対のスプロケットに架け渡されたチェーンから構成するようにしたが、例えばベルトやレールを用いた環状形状の搬送駆動機構を用いることもできる。
さらに、基板保持器支持機構18については、ローラではなくベルトやレールを用いて構成することもできる。
さらに、本発明は、上記実施の形態のように、成膜前の基板10aを真空槽2内に搬入し、成膜後の基板10bを真空槽2から搬出する場合のみならず、成膜前の基板10aを基板保持器11と共に真空槽2内に搬入し、成膜後の基板10bを基板保持器11と共に真空槽2から搬出する場合にも適用することができる。
以下、本発明の実施例を説明する。
<実施例>
ガラス基板上にスパッタリングによって厚さ110nmの酸化インジウム(In23)からなる膜を形成した。
この酸化インジウム膜のシート抵抗値を測定したところ、42.9Ω/□であった。
そして、酸化インジウム膜に対し、シースヒーターを用い、真空中において温度200℃で5分間アニール処理を行った。
さらに、アニール処理後の酸化インジウム膜を、温度40℃のリン硝酢酸(リン酸73:硝酸3:酢酸7:水17)に70秒浸漬してハーフエッチングを行った後、SEMによって表面及び断面を観察した。
その結果を図20(a)(b)に示す。
このハーフエッチング後の酸化インジウム膜のシート抵抗値を測定したところ、44.0Ω/□であった。
<比較例>
上記実施例と同一の方法によって形成した酸化インジウム膜のシート抵抗値を測定したところ、41.4Ω/□であった。
さらに、この酸化インジウム膜を、温度40℃の上記リン硝酢酸に70秒浸漬してハーフエッチングを行った後、SEMによって表面及び断面を観察した。
その結果を図21(a)(b)に示す。
このハーフエッチング後の酸化インジウム膜のシート抵抗値を測定したところ、1518Ω/□であった。
<評価>
図20(a)(b)に示すように、成膜後真空アニール処理を行った実施例の酸化インジウム膜は、表面及び内部が均一で緻密に形成されており、ハーフエッチング後においても、シート抵抗値は殆ど上昇しなかった。
これに対し、成膜後真空アニール処理を行わなかった比較例の酸化インジウム膜は、図21(a)(b)に示すように、表面が島状に形成されており、また内部に空隙が多数見られた。
さらに、比較例の酸化インジウム膜は、ハーフエッチング後においてシート抵抗値が大幅(41.4Ω/□→1518Ω/□)に上昇した。
以上より、本発明の真空アニール処理を行うことにより、成膜装置から排出された時点で均一で高品質のスパッタ膜を形成できることが判明した。
1…成膜装置
2…真空槽
3…基板保持器搬送機構
4…第1の成膜領域
4T…第1のスパッタ源
5…第2の成膜領域
5T…第2のスパッタ源
6…基板搬入搬出機構
10…基板
10a…成膜前の基板
10b…成膜後の基板
10A…n型結晶シリコン基板
10B、10C…i型アモルファスシリコン層
10D…p型アモルファスシリコン層
10E…n型アモルファスシリコン層
10f…アモルファス状態の第1の透明導電酸化物膜(アモルファス状態の第1のスパッタ膜)
10F…結晶状態の第1の透明導電酸化物膜(結晶状態の第1のスパッタ膜)
10g…アモルファス状態の第2の透明導電酸化物膜(アモルファス状態の第2のスパッタ膜)
10G…結晶状態の第2の透明導電酸化物膜(結晶状態の第2のスパッタ膜)
11…基板保持器
12…第1の被駆動軸
13…第2の被駆動軸
14…保持部
18…基板保持器支持機構
21…第1の真空アニール処理機構
22…第2の真空アニール処理機構
23…アニール促進用真空アニール処理機構
25…冷却機構
30A…基板保持器導入部
30B…搬送折り返し部
30C…基板保持器排出部
33…搬送駆動部材(搬送経路)
33a…往路側搬送部(第1の搬送部)
33b…折り返し部
33c…復路側搬送部(第2の搬送部)
40…方向転換機構
P1…第1の搬送方向
P2…第2の搬送方向

Claims (11)

  1. 搬送経路に沿って基板を搬送可能な真空槽と、
    前記真空槽内に設けられ、前記基板の第1面上に成膜を行う第1のスパッタ源を有する第1の成膜領域と、
    前記第1の成膜領域の搬送方向下流側に設けられ、当該第1の成膜領域において前記基板の第1面上に形成されたアモルファス状態の第1のスパッタ膜に対して真空アニール処理を行う第1の真空アニール処理機構と、
    前記真空槽内に設けられ、前記基板の第2面上に成膜を行う第2のスパッタ源を有する第2の成膜領域と、
    前記第2の成膜領域の搬送方向下流側に設けられ、当該第2の成膜領域において前記基板の第2面上に形成されたアモルファス状態の第2のスパッタ膜に対して真空アニール処理を行う第2の真空アニール処理機構とを有する成膜装置。
  2. 前記第1の真空アニール処理機構と、前記第2の成膜領域との間に、当該第1の真空アニール処理機構によって真空アニール処理された前記基板の第1面上の第1のスパッタ膜に対して更に真空アニール処理を行うアニール促進用真空アニール処理機構が設けられている請求項1記載の成膜装置。
  3. 単一の真空雰囲気が形成される真空槽と、
    前記真空槽内に設けられ、基板の第1面上に成膜を行う第1のスパッタ源を有する第1の成膜領域と、
    前記真空槽内に設けられ、前記基板の第2面上に成膜を行う第2のスパッタ源を有する第2の成膜領域と、
    鉛直面に対する投影形状が一連の環状となるように形成され、前記第1及び第2の成膜領域を通過するように設けられた搬送経路と、
    前記基板の第1及び第2面が露出する開口部を有し且つ当該基板を水平状態に保持する基板保持器を、前記搬送経路に沿って搬送する基板保持器搬送機構とを備え、
    前記基板保持器搬送機構は、前記基板保持器を前記第1の成膜領域を通過するように第1の搬送方向に搬送する第1の搬送部と、前記基板保持器を前記第2の成膜領域を通過するように前記第1の搬送方向と反対の第2の搬送方向に搬送する第2の搬送部と、前記基板保持器を上下関係を維持した状態で前記第1の搬送部から前記第2の搬送部に向って折り返して搬送する搬送折り返し部とを有し、
    前記第1の搬送部の前記第1の成膜領域の搬送方向下流側に、前記基板の第1面上に形成されたアモルファス状態の第1のスパッタ膜に対して真空アニール処理を行う第1の真空アニール処理機構が設けられるとともに、
    前記第2の搬送部の前記第2の成膜領域の搬送方向下流側に、前記基板の第2面上に形成されたアモルファス状態の第2のスパッタ膜に対して真空アニール処理を行う第2の真空アニール処理機構が設けられている成膜装置。
  4. 前記第2の搬送部の前記第2の成膜領域に対して前記第1の搬送方向側に、前記第1の真空アニール処理機構によって真空アニール処理された前記基板の第1面上の第1のスパッタ膜に対して更に真空アニール処理を行うアニール促進用真空アニール処理機構が設けられている請求項3記載の成膜装置。
  5. 真空中で基板を移動させながら当該基板の両面上にスパッタリングによって成膜を行う成膜方法であって、
    前記基板の第1面上にアモルファス状態の第1のスパッタ膜を形成する第1の成膜工程と、
    前記基板の第1面上の前記第1のスパッタ膜に対して真空アニール処理を行う第1の真空アニール処理工程と、
    前記基板の第2面上にアモルファス状態の第2のスパッタ膜を形成する第2の成膜工程と、
    前記基板の第2面上の前記第2のスパッタ膜に対して真空アニール処理を行う第2の真空アニール処理工程とを有する成膜方法。
  6. 前記基板の第1面上の前記アモルファス状態の第1のスパッタ膜に対して真空アニール処理を行う第1の真空アニール処理工程の後で且つ前記基板の第2面上にアモルファス状態の第2のスパッタ膜を形成する第2の成膜工程の前において、前記基板の第1面上の第1のスパッタ膜に対して更に真空アニール処理を行うアニール促進工程を有する請求項5記載の成膜方法。
  7. 前記基板が、n型結晶シリコン基板の第1面上に、i型アモルファスシリコン層及びp型アモルファスシリコン層が順次設けられるとともに、前記n型結晶シリコン基板の第2面上に、i型アモルファスシリコン層及びn型アモルファスシリコン層が順次設けられた基板であり、
    前記第1のスパッタ膜が第1の透明導電酸化物膜で、かつ、前記第2のスパッタ膜が第2の透明導電酸化物膜である請求項5又は6のいずれか1項記載の成膜方法。
  8. 請求項3記載の成膜装置を用いた成膜方法であって、
    前記基板保持器搬送機構の第1の搬送部によって前記基板保持器を前記第1の成膜領域を通過するように前記搬送経路に沿って前記第1の搬送方向に搬送し、当該基板保持器に保持された前記基板の第1面上にスパッタリングによって第1のスパッタ膜を形成する第1の成膜工程と、
    前記基板保持器搬送機構の第1の搬送部によって前記基板保持器を前記搬送経路に沿って前記第1の搬送方向に搬送し、前記基板の第1面上の前記第1のスパッタ膜に対し、前記第1の真空アニール処理機構によって真空アニール処理を行う第1の真空アニール処理工程と、
    前記基板保持器搬送機構の搬送折り返し部によって前記基板保持器を上下関係を維持した状態で前記搬送経路に沿って前記第1の搬送部から前記第2の搬送部に向って折り返して搬送する工程と、
    前記基板保持器搬送機構の第2の搬送部によって前記基板保持器を前記第2の成膜領域を通過するように前記搬送経路に沿って前記第2の搬送方向に搬送し、当該基板保持器に保持された前記基板の第2面上にスパッタリングによって第2のスパッタ膜を形成する第2の成膜工程と、
    前記基板保持器搬送機構の第2の搬送部によって前記基板保持器を前記搬送経路に沿って前記第2の搬送方向に搬送し、前記基板の第2面上の前記第2のスパッタ膜に対し、前記第2の真空アニール処理機構によって真空アニール処理を行う第2の真空アニール処理工程とを有する成膜方法。
  9. 請求項4記載の成膜装置を用いた成膜方法であって、
    前記基板保持器搬送機構の第1の搬送部によって前記基板保持器を前記第1の成膜領域を通過するように前記搬送経路に沿って前記第1の搬送方向に搬送し、当該基板保持器に保持された前記基板の第1面上にスパッタリングによって第1のスパッタ膜を形成する第1の成膜工程と、
    前記基板保持器搬送機構の第1の搬送部によって前記基板保持器を前記搬送経路に沿って前記第1の搬送方向に搬送し、前記基板の第1面上の前記第1のスパッタ膜に対し、前記第1の真空アニール処理機構によって真空アニール処理を行う第1の真空アニール処理工程と、
    前記基板保持器搬送機構の搬送折り返し部によって前記基板保持器を上下関係を維持した状態で前記搬送経路に沿って前記第1の搬送部から前記第2の搬送部に向って折り返して搬送する工程と、
    前記基板保持器搬送機構の第2の搬送部によって前記基板保持器を前記搬送経路に沿って前記第2の搬送方向に搬送し、前記第1の真空アニール処理機構によって真空アニール処理された前記基板の第1面上の前記第1のスパッタ膜に対し、前記アニール促進用真空アニール処理機構によって更に真空アニール処理を行うアニール促進工程と、
    前記基板保持器搬送機構の第2の搬送部によって前記基板保持器を前記第2の成膜領域を通過するように前記搬送経路に沿って前記第2の搬送方向に搬送し、当該基板保持器に保持された前記基板の第2面上にスパッタリングによって第2のスパッタ膜を形成する第2の成膜工程と、
    前記基板保持器搬送機構の第2の搬送部によって前記基板保持器を前記搬送経路に沿って前記第2の搬送方向に搬送し、前記基板の第2面上の前記第2のスパッタ膜に対し、前記第2の真空アニール処理機構によって真空アニール処理を行う第2の真空アニール処理工程とを有する成膜方法。
  10. 請求項3記載の成膜装置を用いた太陽電池の製造方法であって、
    前記基板として、n型結晶シリコン基板の第1面上に、i型アモルファスシリコン層及びp型アモルファスシリコン層が順次設けられるとともに、前記n型結晶シリコン基板の第2面上に、i型アモルファスシリコン層及びn型アモルファスシリコン層が順次設けられた基板を用意し、
    前記基板保持器搬送機構の第1の搬送部によって前記基板保持器を前記第1の成膜領域を通過するように前記搬送経路に沿って前記第1の搬送方向に搬送し、当該基板保持器に保持された前記基板の第1面上にスパッタリングによってアモルファス状態の第1の透明導電酸化物膜を形成する工程と、
    前記基板保持器搬送機構の第1の搬送部によって前記基板保持器を前記搬送経路に沿って前記第1の搬送方向に搬送し、前記基板の第1面上の前記アモルファス状態の第1の透明導電酸化物膜に対し、前記第1の真空アニール処理機構によって真空アニール処理を行う第1の真空アニール処理工程と、
    前記基板保持器搬送機構の搬送折り返し部によって前記基板保持器を上下関係を維持した状態で前記搬送経路に沿って前記第1の搬送部から前記第2の搬送部に向って折り返して搬送する工程と、
    前記基板保持器搬送機構の第2の搬送部によって前記基板保持器を前記第2の成膜領域を通過するように前記搬送経路に沿って前記第2の搬送方向に搬送し、当該基板保持器に保持された前記基板の第2面上にスパッタリングによってアモルファス状態の第2の透明導電酸化物膜を形成する工程と、
    前記基板保持器搬送機構の第2の搬送部によって前記基板保持器を前記搬送経路に沿って前記第2の搬送方向に搬送し、前記基板の第2面上の前記アモルファス状態の第2の透明導電酸化物膜に対し、前記第2の真空アニール処理機構によって真空アニール処理を行う第2の真空アニール処理工程とを有する太陽電池の製造方法。
  11. 請求項4記載の成膜装置を用いた太陽電池の製造方法であって、
    前記基板として、n型結晶シリコン基板の第1面上に、i型アモルファスシリコン層及びp型アモルファスシリコン層が順次設けられるとともに、前記n型結晶シリコン基板の第2面上に、i型アモルファスシリコン層及びn型アモルファスシリコン層が順次設けられた基板を用意し、
    前記基板保持器搬送機構の第1の搬送部によって前記基板保持器を前記第1の成膜領域を通過するように前記搬送経路に沿って前記第1の搬送方向に搬送し、当該基板保持器に保持された前記基板の第1面上にスパッタリングによってアモルファス状態の第1の透明導電酸化物膜を形成する工程と、
    前記基板保持器搬送機構の第1の搬送部によって前記基板保持器を前記搬送経路に沿って前記第1の搬送方向に搬送し、前記基板の第1面上の前記アモルファス状態の第1の透明導電酸化物膜に対し、前記第1の真空アニール処理機構によって真空アニール処理を行う第1の真空アニール処理工程と、
    前記基板保持器搬送機構の搬送折り返し部によって前記基板保持器を上下関係を維持した状態で前記搬送経路に沿って前記第1の搬送部から前記第2の搬送部に向って折り返して搬送する工程と、
    前記基板保持器搬送機構の第2の搬送部によって前記基板保持器を前記搬送経路に沿って前記第2の搬送方向に搬送し、前記第1の真空アニール処理機構によって真空アニール処理された前記基板の第1面上の前記第1の透明導電酸化物膜に対し、前記アニール促進用真空アニール処理機構によって更に真空アニール処理を行うアニール促進工程と、
    前記基板保持器搬送機構の第2の搬送部によって前記基板保持器を前記第2の成膜領域を通過するように前記搬送経路に沿って前記第2の搬送方向に搬送し、当該基板保持器に保持された前記基板の第2面上にスパッタリングによってアモルファス状態の第2の透明導電酸化物膜を形成する工程と、
    前記基板保持器搬送機構の第2の搬送部によって前記基板保持器を前記搬送経路に沿って前記第2の搬送方向に搬送し、前記基板の第2面上の前記第2の透明導電酸化物膜に対し、前記第2の真空アニール処理機構によって真空アニール処理を行う第2の真空アニール処理工程とを有する太陽電池の製造方法。
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