JP3544136B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマによって処理を行う処理装置及び処理方法に関し、例えば薄膜太陽電池に用いることのできるアモルファスシリコン、アモルファスシリコンゲルマニウム、アモルファス炭化シリコン、微結晶シリコン等の非単結晶シリコン系半導体の堆積膜をプラズマを利用して基板上に形成、あるいは、プラズマを利用したエッチング、アニーリング、アッシングに用いられるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
非単結晶半導体の中でもアモルファスシリコンは、プラズマCVD法によって大面積の半導体膜を形成することができ、結晶シリコンや多結晶シリコンと比較して大面積の半導体デバイスを比較的容易に形成することができる。
【0003】
そのため、アモルファスシリコン膜は、大きな面積を必要とする半導体デバイス、具体的には、太陽電池、複写機の感光ドラム、ファクシミリのイメージセンサー、液晶ディスプレー用の薄膜トランジスタ等に多く用いられている。
【0004】
これらのデバイスは、LSIやCCD等の結晶半導体からなるデバイスと比較し、1つのデバイスの面積が大きく、例えば、太陽電池の場合、変換効率が10%ならば、一般家庭の電力を賄う約3kWの出力を得るには1家庭当り約30平方メートルもの面積が必要とされ、1つの太陽電池素子もかなり大きな面積になる。そのため、大面積に高速で堆積膜が形成できる技術が望まれている。
【0005】
アモルファスシリコン膜を形成するには、一般にSiH4やSi2H6等のSiを含有する原料ガスを高周波放電によって分解してプラズマ状態にし、該プラズマ中に置かれた基板上に成膜するプラズマCVD法によっている。
【0006】
プラズマCVD法によってアモルファスシリコン膜を成膜する場合、従来、RF周波数(13.56MHz近傍)の高周波が一般的に用いられてきた。
【0007】
しかし、近年、VHF周波数を用いたプラズマCVDが注目されている。例えば、Amorphous・Silicon・Technology,1992,p15〜p26(Materials・Research・Society・Symposium・Proceedings・Volume・258)には放電周波数を13.56MHzのRFからVHF周波数にすることによって、成膜速度を格段に高めることができ、高速で良好な堆積膜を形成可能になると報告されている。
【0008】
ところが、本発明者らがかかるVHF周波数のプラズマCVD法によって、大面積に堆積膜を形成しようとしたところ、以下のような点に気をつけるべきであることがわかった。
【0009】
すなわち、従来の一般的なRF周波数のプラズマCVD法で大面積に堆積膜を形成する場合に用いる平行平板型の放電電極をVHF周波数に用いようとすると、放電電極の面積が小さいうちはRF周波数と同様に放電できても、大面積に均一なプラズマを得ようとして放電電極の面積を大きくすると、放電電極のインピーダンスが大きくなり、整合回路でマッチングがとれず、有効に電力を投入できないと分かった。
【0010】
これに対しては、大面積に均一なプラズマを得ようとする場合、放電電極の形態としては、平板ではなく、一般に直棒状あるいは放射状あるいは櫛形状等の表面積の少ない棒状の形態とすれば都合が良い。ところが、この場合は、放電電極のインピーダンスがかなり小さくなるために整合回路から放電電極までの間の浮遊容量の影響を大きく受けるようになり、整合回路から先で高周波の波形が歪みやすくて高調波を生じやすくなった。そして、高周波の波形が歪んで高調波を生じると、投入電力が正確に読みとれなくなるとともに、マッチングも正確に合わせられなくなり、高周波の投入電力の再現性が著しく低下するという問題があった。
【0011】
図2に示したプラズマ処理装置の一例としてプラズマCVD法を利用した堆積膜形成装置を用いて簡単に説明する。
【0012】
図2に示される堆積膜形成装置は、大きくわけてプラズマ処理部(ここでは堆積部)101と高周波電源部102を有している。プラズマ処理部101は内部に放電室104を有する真空容器を備え、該放電室104は放電室104内に所望のガスと導入するためのガス導入管106と放電室104内を排気するための排気管105が夫々接続されている。プラズマ処理される(ここでは堆積膜が堆積される)基体107は放電室104内に設けられた基体載置部に載置される。また、基体107を必要に応じて所望の温度に加熱又は保持するためのヒーター108が適宜設けられる。
【0013】
放電室104内で放電を生起させるための高周波電力を供給するため、真空容器103に設けられた高周波電力導入部122を介してアンテナ109が放電室104内に設けられる。該アンテナ109は高周波電源102に電気的に接続される。
【0014】
高周波電源102は高周波を発振し、反射波を吸収する高周波電源回路部110と高周波電力の入射、反射を検出回路部111と整合回路112とに大きく分けることができる。
【0015】
高周波電源回路部110は高周波発振回路113とサーキュレーター114、反射波吸収負荷115とを有し、電力検出回路111は方向性結合器116とそれに接続された検波器117、アンプ118、メーター119を入射電力用と反射電力用に2組有している。
【0016】
方向性結合器116からの高周波電力(進行波)は高周波ケーブル121を通って整合回路112を介してインピーダンス調整されアンテナ109に接続される。アンテナ109からの反射波は進行波と経路を順に伝って方向性結合器116に到達する。
【0017】
すなわち、図2に示すようなプラズマCVD法による堆積膜形成装置においては、高周波の投入電力は一般に高周波電源102に設けた電力検出回路111によって入射電力、反射電力を読みとるが、常時電力を監視する方向性結合器116を用いた透過型の電力検出回路111では基本発振周波数に対してのみ正しい値を示すように較正されている。そのため、整合回路112から先で高周波の波形が歪み、高調波を生じると、高調波を多く含んだ反射波が高周波電源102の電力検出回路111に戻ってくるため、入射、反射電力が正確に読めなくなり、マッチングも正確に合わせることができない。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、導入される高周波電力が歪んで高調波を生じ易く、入射、反射電力が正確に読めない、マッチングが正確に合わせられないという問題を解決し、再現性良く、大面積にわたって均一にプラズマ処理(例えば堆積膜の形成エッチング)を行うことのできるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することである。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明は、真空容器内に高周波電力を投入して、プラズマを生起させ、該プラズマにより処理を行うプラズマ処理装置において、高周波電力の基本発振周波数がVHF周波数であり、少なくとも高周波電源の出力段に設けた方向性結合器と該方向性結合器に接続された検波器とからなる高周波電源の入射電力及び/又は反射電力検出回路に、基本発振周波数を透過し、その高調波成分をカットするローパスフィルターを、前記方向性結合器と検波器との間に挿入したことを特徴としている。
【0021】
また、本発明では上記プラズマ処理装置において、更に、放電電極が棒状電極であることを特徴としている。
【0022】
また、本発明のプラズマ処理方法では、真空容器内に高周波電力を投入して、プラズマを生起させ、該プラズマにより処理を行うプラズマ処理方法において、高周波電力の基本発振周波数がVHF周波数であり、該基本発振周波数を透過し、その高調波成分をカットする、高周波電源の入射電力及び/又は反射電力検出回路を構成する方向性結合器と検波器との間に挿入されたローパスフィルターを介して、基本発振周波数を検知することを含むことを特徴としている。
【0023】
また、本発明では、上記プラズマ処理方法において、更に、前記検知した値に基づいて負荷と電源の整合を制御することを特徴としている。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
【0025】
図1に本発明のプラズマ処理装置の一例としてプラズマCVD法による堆積膜形成装置の例の模式的構成図を示す。
【0026】
図1に示した装置において、図2と同じ番号で示したものは同じものを示しており、堆積膜形成装置は大きくプラズマ処理部101と高周波電源部102を有する。
【0027】
プラズマ処理部101は真空容器103内部に放電室104が設けられ、放電室104には排気装置(不図示)に接続された排気管105と、堆積膜の原料ガス(エッチングの場合はエッチングガス,希釈ガスの導入も可)を導入するガス導入管106と、堆積膜を堆積する基板107と、基板107を加熱するヒーター108と、高周波電力を放射するアンテナ109が設けられ、加熱された基板107上にプラズマCVD法により堆積膜を形成できる。
【0028】
一方、高周波電源部102は、高周波を発振し、反射波を吸収する高周波電源回路110と、入射、反射電力を検出する電力検出回路111と、プラズマCVD装置101の負荷との間のインピーダンスマッチングを行う整合回路112と、高周波ケーブル121とを有する。
【0029】
高周波電源回路110は高周波発振回路113と、サーキュレーター114、反射波吸収負荷115からなり、電力検出回路111は、方向性結合器116と、検波器117と、アンプ118と、メーター119と、ローパスフィルター120からなり、ローパスフィルター120は方向性結合器116と検波器117との間に挿入されている。ローパスフィルター120の有無が図2の装置との大きな違いである。
【0030】
本発明の装置においては、高周波電源回路110と整合回路112の間に挿入される電力検出回路111に、基本発振周波数を通過させ、その高調波成分をカットするローパスフィルター120を挿入してあるので、整合回路112からプラズマCVD装置101の間で高周波電力の波形が歪んで基本発振周波数の高調波が生じ、電力検出回路111に反射波として返ってきても、その影響を受けることなく基本発振周波数の入射、反射電力のみを検出できる。
【0031】
そのため、反射波の高調波成分によって投入電力が正確に読みとれなくなる、あるいは、マッチングも正確に合わせられなくなる等の問題が解消され、高周波の投入電力の再現性が著しく向上する。
【0032】
以下では、本発明に係る実施態様例に関して説明する。
【0033】
<ローパスフィルター120>
本発明の装置において好適に用いられるローパスフィルターとしては、高周波電源の基本発振周波数に対して十分透過し、その2倍波、3倍波等の高調波に対しては十分カットする様な透過特性を有するものが用いられる。
【0034】
たとえば、基本発振周波数が100MHzの場合、100MHzに対しては90%以上透過し、その高調波である200MHzや300MHzに対しては透過を10%以下に抑制するようなものが好ましい。
【0035】
ローパスフィルターの構造としては、高周波用のフィルタ回路を用いることができ、LやCの組み合わせによって周波数透過特性をもたせた高周波回路でもよい。
【0036】
また、本発明において、ローパスフィルターとは、一定周波数以上の高周波の透過を阻止する機能を有するフィルターのことで、一定周波数帯域を選択的に透過するいわゆるバンドパスフィルターも範疇に含んでいる。
【0037】
具体的にはL型、T型、π型等のはしご形構造、あるいは格子形構造の回路や水晶フィルター等を用いることができる。
【0038】
尚、フィルターの挿入によって、基本発振周波数の高周波も僅かながら透過率が下がるため、かかる電力計の電力較正はローパスフィルターを入れた状態で行なうのが望ましい。
【0039】
以下に本発明において好ましいローパスフィルターの一例を具体的に説明する。
【0040】
図3、図4はインダクタンスLと静電容量Cにより構成されるローパスフィルターの一例を示す概略的回路である。
【0041】
図3及び図4では、方向性結合器が図中左側に、検波器側が図中右側になる。図3では電源ライン側にインダクタンスL1が挿入され、その検波器側で静電容量C1が電源ラインとアースラインに接続されている。
【0042】
図4では、図3に示したようなインダクタンスLと静電容量Cの組みを2つと電源ライン側に更にインダクタンスLと静電容量Cを並列に挿入している。
【0043】
各図におけるインダクタンスLと静電容量Cの関係は図示したとおりであるが、それらL1,C1,mは以下の関係式を夫々満足している。
【0044】
【数1】
【0045】
ここでfcは遮断周波数、f∞は発振周波数、Rは公称インピーダンスである。
【0046】
L1、C1、mは使用する高周波の周波数、透過させたい周波数帯に応じて先に説明した所望の条件を満たすように適宜選択すれば良い。
【0047】
例えば、図3の構成の回路であれば図5のような、図4の構成の回路であれば図6のような周波数に対する減衰量特性を得ることができる。
【0048】
また、図7は水晶フィルターによるローパスフィルターの例である。図において、801は水晶、802はコンデンサである。
【0049】
本回路を使用する高周波の周波数、透過させたい周波数帯に応じて適宜設計すれば良い。
【0050】
例えば図8のような周波数に対する減衰量特性を得ることができる。
【0051】
本発明においてはローパスフィルターを設置する位置は重要である。本発明のローパスフィルターは検波器へ入る高周波を効果的に除去できるのであれば、何れの場所においてもある程度の効果を得ることができるが、以下に理由により方向性結合器と検波器の間に設けることが特に効果的である。
【0052】
高周波のカットという目的のためだけであるならば、電源と負荷との間にローパスフィルターを設けることも可能であるが、この場合、高周波の検波器へ入る経路としては主に、▲1▼電源側から負荷(放電電極)側へ向かう途中で方向性結合器により検波器へ導かれる経路と、▲2▼負荷(放電電極)側から電源側へ向かう途中で方向性結合器により検波器へ導かれる経路とが考えられる。
【0053】
従って少なくとも電源と負荷との間でかつ、電源と検波器の間及び負荷(放電電極)と検波器の間の2箇所にローパスフィルターを設ける必要がある。電源と負荷の間に流れる高周波電流はプラズマ処理を行うだけの電力が必要であるため、方向性結合器を介して検波器へ向かう電流と比較すると非常に大きな電流が流れている。従って、電源と負荷の間に設けるローパスフィルターは大電流に対応したものとする必要がある。その結果、▲1▼ローパスフィルター自体が大型化し、装置の設計の自由度を制限し、同時に装置コストを上昇させる、▲2▼ローパスフィルター自体である程度電力が損失されるので、特にローパスフィルターが複数であると電源からの電力が有効に負荷に伝達されないという不都合が生じる場合がある。この傾向は大電力になるほど顕著である。
【0054】
従って本発明の効果をより高めるためには方向性結合器と検波器の間に設けることが好ましい。
【0055】
<高周波電力>
本発明において用いられる高周波電力は、基本発振周波数がVHF周波数の高周波電力である。
【0056】
本発明においてVHF周波数としては、従来、一般的に用いられている13.56MHz等のRF周波数よりも高く、2.45GHz等のマイクロ波周波数よりも低い周波数範囲を指し、凡そ20MHz乃至500MHzの周波数範囲である。
【0057】
その範囲の中でも、プラズマ密度を高め、堆積速度の向上を望む場合には比較的高い周波数領域を選択し、大面積の均一性を望む場合には、より波長が長く大面積での均一性が高い、比較的低い周波数領域を選択する。
【0058】
<プラズマ処理部110>
本発明において、プラズマを生起することによってプラズマ処理するプラズマ処理装置としては、先述したとおり堆積膜形成装置が知られており、例えばこのような装置では真空排気手段を有する真空容器103に堆積膜の原料ガスを導入しつつ、VHF領域の高周波を投入し、真空容器103に配置した基体107表面に堆積膜を形成することができる。
【0059】
たとえば、アモルファスシリコン膜を堆積させるには、少なくともSiH4、Si2H6等の原料ガスと必要に応じて適度のH2等の希釈ガスを、真空ポンプによって排気した減圧可能な真空容器103内に導入し、VHF電力をアンテナ109等の電力放射手段から該真空容器103内に投入し、原料ガスを放電分解し、150〜350℃程度の範囲内に温度制御したガラス、金属等の基板107表面に堆積膜を形成する。
【0060】
具体的にシリコン原子を含有するガス化し得る化合物としては、鎖状または環状シラン化合物が用いられ、具体的には例えば、SiH4,Si2H6,SiF4,SiFH3,SiF2H2,SiF3H,Si3H8,SiD4,SiHD3,SiH2D2,SiH3D,SiFD3,SiF2D2,Si2D3H3,(SiF2)5,(SiF2)6,(SiF2)4,Si2F6,Si3F8,Si2H2F4,Si2H3F3,SiCl4,(SiCl2)5,SiBr4,(SiBr2)5,Si2Cl6,SiHCl3,SiH2Br2,SiH2Cl2,Si2Cl3F3などのガス状態のまたは容易にガス化し得るものが挙げられる。尚、ここで、Dは重水素を表す。
【0061】
また、非単結晶シリコンゲルマニウムを堆積する場合に導入する原料ガスとして、具体的にゲルマニウム原子を含有するガス化し得る化合物としては、GeH4,GeD4,GeF4,GeFH3,GeF2H2,GeF3H,GeHD3,GeH2D2,GeH3D,Ge2H6,Ge2D6等が挙げられる。
【0062】
また、非単結晶炭化シリコンを堆積する場合に導入する原料ガスとして、具体的に炭素原子を含有するガス化し得る化合物としては、CH4,CD4,CnH2n+2(nは整数),CnH2n(nは整数),C2H2,C6H6,CO2,CO等が挙げられる。
【0063】
また、価電子制御するためにp型層またはn型層に導入される物質としては周期率表第III族原子及び第V族原子が挙げられる。
【0064】
第III族原子導入用の出発物質として有効に使用されるものとしては、具体的にはホウ素原子導入用としては、B2H6等の水素化ホウ素、BF3,BCl3等のハロゲン化ホウ素等を挙げることができる。
【0065】
第V族原子導入用の出発物質として有効に使用されるのは、具体的には燐原子導入用としてPH3等の水素化燐、PF3等のハロゲン化燐が挙げられる。このほかAsH3等も挙げることができる。
【0066】
また、前記ガス化し得る化合物をH2,He,Ne,Ar,Xe,Kr等のガスで適宜希釈して成膜室に導入しても良い。
【0067】
放電電極の形態としては特に限定されないが、棒状、具体的には直棒状、放射状、櫛形状等の平板ではなく表面積の少ない形態のものが好ましい。
【0068】
【実施例】
以下、本発明の堆積膜形成装置の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【0069】
本発明の装置の基本構成としては図1に示したものを用いた。このような本発明の装置を組み込んだ図9に示すロールツーロール方式の連続堆積膜形成装置を使って、帯状基板を連続的に搬送させながら6つの高周波プラズマ放電室を通過させ、基板上に2層タンデム太陽電池用の6層からなる非単結晶シリコン半導体積層膜を連続的に製造した。
【0070】
図9において、長尺の帯状基板301は巻き出し室302でコイル状に巻かれた状態から引き出され、プラズマ放電室303〜308を順次通過して、巻き取り機構(不図示)を備えた巻き取り室309でコイル状に巻き取られる。巻き出し室301、各プラズマ放電室303〜308、巻き取り室309は各々隣合うチャンバーとガスゲート310によって接続されている。
【0071】
帯状基板301を通過させるガスゲート310には、それぞれその基板搬送方向の中央部近傍にゲートガス導入管311が設けられ、H2,He等のガスが導入されることで、ガスゲート中央から隣合うチャンバーへのガスの流れが形成され、隣り合うチャンバーの原料ガスの混入を防ぎ、原料ガスを分離する。
【0072】
各プラズマ放電室303〜308には、ガス導入管312、排気管313、放電電極314、基板加熱ヒータ315が設けられ、移動する帯状基板301の表面に半導体膜が積層される。
【0073】
図9の本発明の装置を組み込んだ装置において、プラズマ放電室303〜308のうち、プラズマ放電室304および307が本発明の堆積膜形成装置で、高周波放電周波数は105MHzであり、プラズマ放電室304ではアモルファスシリコンゲルマニウムが、プラズマ放電室307ではアモルファスシリコンが堆積される。その他のプラズマ放電室303、305、306、308の高周波放電周波数は13.56MHzである。
【0074】
また、放電周波数が105MHzのプラズマ放電室304および307において、高周波電力は放電室内に設けたアンテナ状の放電電極314から放射される。また、プラズマ放電室304及び307の放電室内にはアンテナ状の放電電極314とは別にバイアス電極316が設けられ、直流電源317から直流電圧が印加される。
【0075】
(実施例1)
この実施例では、図1に示した構成の本発明の装置を組み込んだ図9に示す構成の装置を用いて、ステンレス基板上に6層のシリコン系非単結晶膜からなるnipnip構造の2層タンデム型太陽電池を製造した。
【0076】
図9の成膜室の内、304、307が105MHzのVHF周波数の高周波でプラズマCVDを行なう成膜室であり、図1に示したように高周波電源102の電力検出回路111にL,Cからなり、160MHz以下の周波数を90%以上透過し、310MHz以上の周波数を10%以下にカットする図3に示される回路構成を有するローパスフィルター120を入射、反射電力検出回路111に挿入した。
【0077】
図9に示した装置において、先ず、長さ500m、幅356mm、厚さ0.15mmのステンレス(SUS430−BA)の帯状基板301を、巻き出し室302のコイル状に巻かれたボビンからガスゲート310を介してプラズマ放電室303〜308を通し、巻き取り室309のボビンにコイル状に巻き取られるようにセットし、張力印加機構(不図示)により弛みなく張られるようにした。
【0078】
次に、各真空容器302乃至309内を各室の排気手段により1Pa以下に一度真空排気した。
【0079】
引き続き排気を行いながら、各プラズマ放電室のガス供給手段(不図示)に接続されたガス導入管312からHeガスを各100sccm導入し、排気管313の排気弁(不図示)の開度を調整することで各真空容器の内圧を100Paに維持した。
【0080】
この状態で、巻き取り室309のボビンに接続された基板搬送機構(不図示)により、帯状基板が毎分600mmの移動速度で連続的に移動するようにした。
【0081】
次いで、各プラズマ放電室に設けた基板加熱ヒータ315および基板温度モニタ(不図示)により、各プラズマ放電室内で移動する帯状基板301が所定の温度になるように加熱制御した。
【0082】
各プラズマ放電室内で基板301が均一に加熱されたら、引き続き加熱しつつ、Heガスの導入を停止し、ガス導入管312へのガスSiH4を含み原料ガスに切り替えた。
【0083】
また、各ガスゲート110には、ガス供給手段(不図示)に接続されたゲートガス導入管311から原料ガス分離用のガスとしてH2を各1000sccm導入した。
【0084】
次に、各プラズマ放電室の放電電極314に高周波電源から高周波電力を供給し、各グロー放電室にグロー放電を発生させ、原料ガスをプラズマ分解して、連続的に移動する帯状基板301上にシリコン系非単結晶膜の堆積膜を堆積させ、シリコン系非単結晶半導体からなる2層ランデム構造の太陽電池の半導体膜を形成した。
【0085】
尚、プラズマ放電室304、307の放電周波数は105MHzで放電電極は棒状、プラズマ放電室303、305、306、308の放電周波数は13.56MHzで放電電極は平板状であった。
【0086】
更に、プラズマ放電室304のバイアス電極にはアース電位の帯状基板に対し正の向きに直流電圧300Vを印加し、プラズマ放電室307のバイアス電極にはアース電位の帯状基板に対し正の向きに直流電圧100Vを印加した。
【0087】
各プラズマ放電室の成膜条件を表1に示す。
【0088】
【表1】
【0089】
このような膜堆積を帯状基板の長さ400mにわたって連続的に行った後、各プラズマ放電室への放電電力の供給と、原料ガスの導入と、帯状基板の加熱とを停止し、各室内を十分にパージし、帯状基板と装置内部を充分冷却した後、装置を大気開放し、半導体積層膜が形成されて巻き取り室のボビンに巻き取られた帯状基板を取り出した。
【0090】
堆積膜形成の間、放電室304、307において電力計の入射電力の表示値は±5%以内に安定しており、反射電力の表示値は入射電力量の3%以下で安定していた。
【0091】
また、整合回路112でのマッチングは容易で、マッチング状態も安定していた。
【0092】
また、ローパスフィルター120を挿入してマッチングをとった状態で、電力検出回路111の方向性結合器116の入射側出力をスペクトラムアナライザで観測したところ、フィルター120の前では第2高調波、第3高調波が基本波の15%、10%含有されていた。しかし、フィルター120の後では第2高調波、第3高調波は基本波の1%以下に低減されていた。
【0093】
更に、取り出した帯状基板を連続モジュール化装置によって連続的に加工し、半導体積層膜の上に、透明電極として全面に60nmのITO薄膜を形成し、集電電極として一定間隔に細線状のAg電極を形成し、35cm角のnipnip構造の2層タンデム型太陽電池モジュールを連続的に作成した。
【0094】
そして、作成した太陽電池モジュールについて、AM1.5(100mW/cm2)の疑似太陽光照射下にて特性評価を行った。
【0095】
特性評価の結果、作成した太陽電池モジュールの光電変換効率は、1ロール400mの長さの中で±3%以内に安定していた。
【0096】
更に、同様にして1ロール500mのSUS基板上に各400mの長さに太陽電池モジュールを10ロール作成し、各ロールの太陽電池モジュールの光電変換効率の平均値を比較したところ±3%以内に安定していた。
【0097】
(比較例1)
比較のため、放電室304、307の高周波電源の電力検出回路にローパスフィルターを挿入しない図2に示すものに代えて実施例1と同様に2層タンデム型太陽電池モジュールを連続的に作成した。
【0098】
その結果、堆積膜形成の間、放電室304、307において電力計の入射電力の表示値は±15%の範囲で安定せず、反射電力の表示値も入射電力量の15%以上と大きく、安定しなかった。
【0099】
また、整合回路112でのマッチングは反射が小さくなるポイントを探すことが難しく、成膜中にマッチング状態も安定していなかった。
【0100】
反射が最も小さくなるようにマッチング調整をした状態で、電力検出回路112の方向性結合器116の入射側出力をスペクトラムアナライザで観測したところ、第2高調波、第3高調波が基本波の30%、20%含有されていることが観測された。
【0101】
特性評価の結果、作成した太陽電池モジュールの光電変換効率は、1ロール400mの長さの中で±20%の範囲でばらついていた。
【0102】
更に、同様にして1ロール500mのSUS基板上に各400mの長さに太陽電池モジュールを10ロール作成し、各ロールの太陽電池モジュールの光電変換効率の平均値を比較したところ±25%と特性再現性が低かった。
【0103】
(実施例2)
放電室304、307における放電周波数を、20MHzに変え、ローパスフィルター120を図7に示した回路構成として、25MHz以下の周波数を90%以上透過させ、35MHz以上の周波数を10%以下にカットするものに変えた以外は実施例1と同様にして、35cm角のnipnip構造の2層タンデム型太陽電池モジュールを連続的に作成した。
【0104】
堆積膜形成の間、放電室304、307において電力計の入射電力の表示値は±3%以内に安定しており、反射電力の表示値は入射電力量の2%以下で安定していた。
【0105】
また、整合回路112でのマッチングは容易で、マッチング状態も安定していた。
【0106】
ローパスフィルター120を挿入してマッチングをとった状態で、電力検出回路111の方向性結合器116の入射側出力をスペクトラムアナライザで観測したところ、フィルター120の前では第2高調波、第3高調波が基本波の10%、5%含有されていた。しかし、フィルター120の後では第2高調波、第3高調波は基本波の0.5%以下に低減されていた。
【0107】
そして、作成した太陽電池モジュールについて、AM1.5(100mW/cm2)の疑似太陽光照射下にて特性評価を行った。
【0108】
特性評価の結果、作成した太陽電池モジュールの光電変換効率は、1ロール400mの長さの中で±2%以内に安定していた。
【0109】
更に、同様にして1ロール500mのSUS基板上に各400mの長さに太陽電池モジュールを10ロール作成し、各ロールの太陽電池モジュールの光電変換効率の平均値を比較したところ±2%以内に安定していた。
【0110】
(実施例3)
放電室304、307における放電周波数を、45MHzに変え、ローパスフィルター120を図4に示される回路構成のものを用い、550MHz以下の周波数を90%以上透過させ、600MHz以上の周波数を10%以下にカットするものに変えた以外は実施例1と同様にして、35cm角のnipnip構造の2層タンデム型太陽電池モジュールを連続的に作成した。
【0111】
堆積膜形成の間、放電室304、307において電力計の入射電力の表示値は±5%以内に安定しており、反射電力の表示値は入射電力量の3%以下で安定していた。
【0112】
また、整合回路112でのマッチングは容易で、マッチング状態も安定していた。
【0113】
ローパスフィルター120を挿入してマッチングをとった状態で、電力検出回路111の方向性結合器116の入射側出力をスペクトラムアナライザで観測したところ、フィルター120の前では第2高調波、第3高調波が基本波の15%、8%含有されていた。しかし、フィルター120の後では第2高調波、第3高調波は基本波の1%以下に低減されていた。
【0114】
そして、作成した太陽電池モジュールについて、AM1.5(100mW/cm2)の疑似太陽光照射下にて特性評価を行った。
【0115】
特性評価の結果、作成した太陽電池モジュールの光電変換効率は、1ロール400mの長さの中で±3%以内に安定していた。
【0116】
更に、同様にして1ロール500mのSUS基板上に各400mの長さに太陽電池モジュールを10ロール作成し、各ロールの太陽電池モジュールの光電変換効率の平均値を比較したところ±3%以内に安定していた。
【0117】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、従来の大面積にプラズマ処理を行う装置及び方法において、高速処理が可能なVHF周波数のプラズマ処理法を導入しようとした場合の、高周波電力が歪んで高調波を生じ易く、入射、反射電力が正確に読めない、マッチングが正確に合わせられないという問題を解決し、再現性良く、大面積にわたって均一に、高速で処理しうる高周波プラズマ処理装置及び方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】プラズマ処理装置の構成の一例を説明するための概略的構成図である。
【図2】プラズマ処理装置の構成の一例を説明するための概略的構成図である。
【図3】ローパスフィルターの一例を説明するための概略的回路図である。
【図4】ローパスフィルターの一例を説明するための概略的回路図である。
【図5】図3のローパスフィルターによる減衰特性の一例を示す特性図である。
【図6】図4のローパスフィルターによる減衰特性の一例を示す特性図である。
【図7】ローパスフィルターの一例を説明するための概略的回路図である。
【図8】図7のローパスフィルターによる減衰特性の一例を示す特性図である。
【図9】プラズマ処理装置を有するロール・ツー・ロール方式の堆積膜形成装置の一例を示す概略的構成図である。
【符号の説明】
101 プラズマ処理部
102 高周波電源
103 真空容器
104 放電室
105 排気管
106 ガス導入管
107 基板
108 ヒーター
109 アンテナ
110 高周波電源回路
111 電力検出回路
112 整合回路
113 高周波発振回路
114 サーキュレーター
115 反射波吸収負荷
116 方向性結合器
117 検波器
118 アンプ
119 メーター
120 ローパスフィルター
301 帯状基板
302 巻き出し室
303〜308 プラズマ放電室
309 巻き取り室
310 ガスゲート
311 ゲートガス導入管
312 ガス導入管
313 排気管
314 放電電極
315 基板加熱ヒータ
316 バイアス電極
317 直流電源
801 水晶
802 コンデンサ
Claims (4)
- 真空容器内に高周波電力を投入して、プラズマを生起させ、該プラズマにより処理を行うプラズマ処理装置において、
高周波電力の基本発振周波数がVHF周波数であり、少なくとも高周波電源の出力段に設けた方向性結合器と該方向性結合器に接続された検波器とからなる高周波電源の入射電力及び/又は反射電力検出回路に、基本発振周波数を透過し、その高調波成分をカットするローパスフィルターを、前記方向性結合器と検波器との間に挿入したことを特徴とするプラズマ処理装置。 - 放電電極が棒状電極であることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。
- 真空容器内に高周波電力を投入して、プラズマを生起させ、該プラズマにより処理を行うプラズマ処理方法において、
高周波電力の基本発振周波数がVHF周波数であり、該基本発振周波数を透過し、その高調波成分をカットする、高周波電源の入射電力及び/又は反射電力検出回路を構成する方向性結合器と検波器との間に挿入されたローパスフィルターを介して、基本発振周波数を検知することを含むことを特徴とするプラズマ処理方法。 - 前記検知した値に基づいて負荷と電源の整合を制御することを含むことを特徴とする請求項3に記載のプラズマ処理方法。
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