真空處理方法以及真空處理裝置的制作方法

專利名稱：真空處理方法以及真空處理裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及真空處理方法以及真空處理裝置，特別涉及使用等離子體 在基板上進行處理的真空處理方法以及真空處理裝置。
背景技術：
作為使用等離子體將半導體氣化而在加熱了的基板上形成該半導體
的薄膜的真空處理裝置，己知有等離子體CVD裝置。已知有一種太陽電 池，其在制膜于玻璃基板的硅系薄膜中，層疊制膜p層、i層、n層，并將 照射于i層的光轉換為電力。
參考文獻1:日本特開平6-283435號公報
參考文獻2:日本特開平7-230960號公報
近年來，期望太陽電池的制造成本降低。對此，需要使作為基于上述 真空處理裝置的發電層的i層的制膜速度增加。然而，若制膜速度增加， 則顯示非晶硅膜的Si和H的結合狀態的SiH2/SiH比增高。SiH2/SiH比作 為膜質的指標使用。若SiH2/SiH比增高，則Si-Si彼此的結合變少且缺陷 增加，導致膜質降低。
為了抑制提高制膜速度時的SiH2/SiH比增大，己知有可提高基板溫度 的方法。由此，SifVSiH比降低，膜質質量提高。然而，在非晶硅太陽電 池的i層的制膜時，制膜溫度(基板溫度)越高向基板出入的熱量越增加， 因此，產生了基板溫度穩定需要時間或者因溫度變動導致太陽電池性能降 低等問題。另外，若提高基板溫度，由于i層的帶隙從適當值偏離或作為 下層的p層的摻雜物的硼擴散等情況，所以產生了開路電壓降低而導致電 池性能降低等問題。
因而，在膜質提高和制膜速度提高出于相反的狀況下，期望可以同時 實現該膜質提高和制膜速度提高。

發明內容
本發明的目的在于，提供一種真空處理方法和真空處理裝置，該真空
處理方法即使在增加制膜速度的情況下，SiH2/SiH比也不會增高，并能夠 通過防止膜質的惡化來獲得較高的生產率。
本發明提供一種真空處理方法，使設置于負壓環境下的制膜室內的基 板處于由加熱機構加熱了的狀態，向上述制膜室內供給原料氣體，并向與 上述基板對置配置的放電電極供電，由此，向上述基板實施制膜，其特征 在于，以將上述基板和放電電極的溫度差設為在3(TC以下的狀態下而制 膜。
根據本發明的真空處理方法，由于上述基板和上述放電電極的溫度差 較小，所以向上述基板出入的熱量變少，且光電轉換裝置(例如太陽電池) 的制造工藝中的基板溫度的變動變小。由此，適合于選定制膜條件的工藝 窗口變寬，并且能夠在可靠的范圍內進行選擇。其結果是，制膜條件的限 制得到緩和，性能的穩定性得以提高。進而，優選的是，若將上述基板和 放電電極的溫度差向2(TC左右降低，則能夠進一步提高可靠性。
在上述本發明的真空處理方法中，優選將上述基板和上述放電電極之 間設為4.5mm以上且7.5mm以下而制膜。
由此，由于上述基板和上述放電電極之間的導熱率提高，所以基板和 放電電極的溫度差沒有擴大。因此，在高速制膜時，即使基板溫度為200°C 以下的相對低溫，也可以使與光老化相關的SiH2/SiH比抑制得較低，從而 提高制膜質量。
本發明提供一種真空處理裝置，其具備形成負壓環境下的制膜室的腔 室、對設置于該腔室內的基板進行加熱的加熱機構、向上述制膜室內供給 原料氣體的供給機構、相對于上述基板對置配置的放電電極，還具備調節 上述放電電極的溫度的載熱體流路，并且，通過對該放電電極供電而向上 述基板實施制膜，其特征在于，具備調整上述基板和上述放電電極的溫度 差和制膜壓力的機構。
根據本發明的真空處理裝置，在因放電電極中的制模時的等離子體發 生而使放電電極的溫度易于上升的氣氛下，能夠調節放電電極溫度，在使 基板和放電電極的溫度差適于制膜的情況下，能夠選定使等離子體穩定的制膜壓力條件。例如，在使基板和放電電極的溫度差處于3(TC以下的狀態 下，設置控制制膜的控制裝置，由該控制裝置進行真空處理控制，由此，
在將上述基板和上述放電電極之間設為4.5mm以上且7.5mm以下的條件 下，將制膜壓力設為150Pa以上且500Pa以下，則對于光電轉換裝置的制 造工藝而言，溫度的變動造成的影響較小且等離子體處于穩定的狀態，制 膜條件的限制得到緩和，性能的穩定性得以提高。另外，由于通過將制膜 壓力設定成較高來提高制膜速度，所以其是更為優選的。
在上述本發明的真空處理裝置中，也可以在上述放電電極的內部設置 上述載熱體流路。
上述放電電極是在制膜的基板面上大致平行地延伸且互相大致平行 的多個電極。也可以在各放電電極中與上述基板面對置的面上形成有沿著 放電電極的延伸方向的槽。SP，各放電電極的與延伸方向垂直的截面的形 狀可以是，由與基板面平行的基端部以及從基端部的兩端分別朝向基板配 設的側部構成，且呈向基板面側敞開的"^"字狀。在上述基板端部內部 設置原料氣體流路，使從設于〕字狀的基端部的多個小孔大致均勻地吹出 的原料氣體到達基板為止的距離變長，從而能夠進行原料氣體的均勻氣體 供給。上述載熱體流路可設于各放電電極的上述兩側部的內部。即，放電 電極成為保持載熱體流路的保持架。由于放電電極和載熱體的導熱率較 高，所以放電電極的溫度控制優越。另外，在截面呈〕字狀的放電電極基 端部的敞開部分，為了使原料氣體的流量分布均勻，也可以在基板側的原 料吹出部分上設置多孔板。
在上述本發明的真空處理裝置中，優選的是，以將上述放電電極和上 述基板的距離設為4.5mm以上且7.5mm以下的方式來配置上述放電電極。
由此，基板和放電電極之間的導熱率提高且溫度差沒有擴大，即使提 高制膜速度或在相對較低的基板溫度下，也能控制老化率，從而提高制膜 質量。
根據本發明，即使在相對低溫下的情況下，膜質也穩定，因此，能夠 增加制膜速度，同時降低光電轉換裝置的膜的光老化率，從而獲得較高的 生產率。進而，由于沒有將制膜溫度提高到需要以上，所以能夠實現基于 開路電壓提高的光電變換裝置性能的提高。


圖1是表示本實施方式的薄膜制造裝置中使用的放電電極的放大圖。
圖2是表示本發明的薄膜制造裝置的結構的概略圖，是從薄膜制造裝 置的側面看到的圖。 -
圖3是表示同一薄膜制造裝置的結構的一部分的局部立體圖。 圖4是表示膜的老化率的溫度依存關系的圖。
圖5是表示將基板和放電電極的溫度差設定在30°C以下時，在基板溫 度20(TC以下的低溫制膜中能夠確保膜質且膜的老化率沒有溫度依存關系 的圖。
圖6是表示基板和放電電極的溫度差和SiH2/SiH比的關系的圖。 圖7是表示各種條件下的間隙距離和SiH2/SiH比的關系的圖。 附圖標號說明1-薄膜制造裝置，2-對置電極，3-放電電極，3a-放電 電極，5-均熱板(加熱機構)，8-基板，22a， 22b-側部，23-載熱體流路，100-
控制裝置。
具體實施例方式
以下，對可以進行高速制膜的薄膜制造裝置(真空處理裝置)的一個實 施方式進行說明。圖1是表示本實施方式的薄膜制造裝置中使用的放電電 極的圖，圖2是表示同一薄膜制造裝置的結構的概略圖，是從薄膜制造裝 置1的側面看到的圖，圖3是表示同一薄膜制造裝置的結構的一部分的局 部立體圖。
如圖2所示，薄膜制造裝置1具備制膜室(腔室)6、對置電極2、均熱 板5、均熱板保持機構ll、放電電極3、防著板4、支承部7、高頻供電傳 輸路12、匹配器13、高真空排氣部31、低真空排氣部35、基座37以及 控制裝置整體的控制裝置100。另外，在本圖中，省略了與氣體供給相關 的結構。薄膜制造裝置1是制造例如單層非晶硅太陽電池等太陽電池的裝 置。
制膜室6是真空容器，在其內部對基板8進行非晶硅i層等制膜。制 膜室6在基座37上保持與z方向(垂直方向)呈e^7。 12°傾斜。因此，對置電極2的基板8的制膜處理面相對于z方向而從7。朝向12°上方。 將基板8從垂直稍微傾斜，不但可以抑制裝置的設置空間的增加，并且可 利用基板8的自重以較少的工時來保持基板8，進而可提高基板8與對置 電極2的緊貼性而使基板8的溫度分布和電位分布均勻化，因此其是優選 的。
對置電極2是具有可以保持基板8的保持機構(未圖示)的非磁性材料 的導電性板。在進行自動清洗時，從耐氟自由基性方面考慮，優選使用鎳 合金或鋁或鋁合金。對置電極2形成為與放電電極3對置的電極(例如接地 側)。對置電極2中， 一側表面與均熱板5的表面緊貼，在制膜時另一側表 面與基板8的表面緊貼。對于均熱板(加熱機構)5而言，通過在內部循環 有控制溫度的載熱體或者組裝有控制溫度的加熱器，來控制自身的溫度， 具有使整體具有大致均勻的溫度以使接觸的對置電極2的溫度均勻化的功 能。 '
載熱體是非導電性介質，可以使用氫或氦等高導熱性氣體、氟系惰性 液體、惰性油以及純水等。尤其是，即使在15(TC 25(TC的范圍內，壓力 也不上升而易于控制，因此，優選使用氟系惰性液體(例如，商品名嘎鹵 代恩(力"^>)， F05等)。
均熱板保持機構11將均熱板5及對置電極2相對于制膜室6的側面(圖 2的右側)保持成大致平行。在制膜時，將均熱板5、對置電極2及基板8 向放電電極3靠近。由此，將基板8和放電電極3的距離d如后所述地設 定為約7.5mm以下。
放電電極3由各棒狀的縱電極以大致平行地組合而構成，進而也可以 分割成多個電極單元而構成。在將放電電極3分割構成的情況下，優選與 供電點的數目一致而分割形成。從連接高頻供電傳輸路12a、 12b的供電 點53、 54分別供給高頻電力，使放電電極3和對置電極2之間發生原料 氣體的等離子體，而在基板8上進行制膜。防著板4接地，抑制等離子體 的擴展范圍，而限制膜被制成的范圍。支承部7使放電電極3相對于防著 板4和制膜室6的側面(圖2的左側)絕緣保持成大致平行。
匹配器13(13a、 13b對輸出側的阻抗進行調整，并從未圖示的高頻電 源經由高頻供電傳輸路14(14a、 14b)及高頻供電傳輸路12向放電電極3供應高頻電力。
圖3是表示同一薄膜制造裝置1的結構的一部分的局部立體圖。在本
實施方式中，放電電極3具備例如8個放電電極3a 3h。
各個放電電極3a 3h由連接在供電點53和供電點54的附近的原料氣 體配管16a和16b供給原料氣體。向圖中箭頭表示的方向(對置電極一側) 大致均勻地排出該原料氣體。
不過，也可以通過超過8個或未滿8個的匹配器13a、 13b以及高頻 供電傳輸路14a、 14b的組合向放電電極3a 3h進行電力供給。另外，也 可以由各個獨立的高頻電源部供給電能。在這些情況下，優選以與該組的 數目對應來調整放電電極3a 3h的分組。
圖l示出了放電電極3的放大圖。多個放電電極3在被制膜的基板8 面上大致平行(即，紙面向里方向)延伸，且互相大致平行配置。在各放電 電極3中與上述基板8面對置的面上形成有沿著放電電極的延伸方向的 槽。S卩，各放電電極3的與延伸方向垂直的截面的形狀是由與基板面平行 的基端部以及從基端部的兩端分別朝向基板8配設的側部22a、22b形成， 且呈向基板8面側敞開的"3"字狀。在上述基端部的內部配設有上述原 料氣體流動的氣體流路21a，在兩側部22a、 22b的內部分別配設有上述載 熱體流路23。在載熱體流路23中利用未圖示的載熱體供給機構供給載熱 體，并利用控制裝置100進行流量控制，以進行溫度管理。載熱體可以使 用與上述的均熱板5中的物質相同的物質。
放電電極3的兩側部22a、 22b的基板面側的端部和基板8的距離在 3mm以上且10mm以下，優選配置為4.5mm以上且7.5mm以下。在現有 技術中，放電電極和基板間的距離大約在20mm到40mm的范圍內，在本 實施方式中，放電電極3的兩側部22a、 22b的基板面側的端部和基板8 的距離(間隙)d呈現狹窄的狹縫狀態。
對采用這種結構的薄膜制造裝置的薄膜制造方法(真空處理方法)進行 說明。
使設置于負壓環境的制膜室6內的基板8處于由均熱板5加熱了的狀 態，由連接高頻供電傳輸路12a、 12b的供電點53、 54分別供給高頻電力， 使放電電極3和對置電極2之間發生原料氣體的等離子體，而在基板8上進行制膜。
此時，通過控制裝置100對在載熱體流路23中流動的載熱體流量進 行控制，將放電電極3的溫度和基板的溫度的差調整為3(TC以下，優選 2(TC左右。另外，此時的制膜室6的壓力優選150Pa以上且500Pa以下。
現有的薄膜制造裝置中，不進行基于載熱體的溫度控制，如圖4所示， 膜的老化率的溫度依存關系較強。由此，當為了增加制膜速度而提高基板 8的溫度時，溫度變動增大，導致獲得的膜質的穩定性惡化。
如本實施方式所述，若將基板8和放電電極3的溫度差設為30°C以下， 則如圖6所示，基板溫度依存關系難以表示。其結果是，工藝窗口變寬， 將制膜條件適當化的條件選定變得容易，膜質得到提高。即，在現有技術 中，若為了較高地維持基板8的溫度，則由于出入基板8的熱量多所以因 溫度變動而引起膜質下降，但在本實施方式中，可靠性提高，作為生產裝 置的穩定性提高。另外，只要基板8和放電電極3的溫度差為約2(TC，就 可以進一步提高可靠性。
作為膜質提高的一個主要原因，可認為有，通過控制放電電極溫度， 減小了基板和放電電極的溫度差，或者改變了納米團簇的熱泳的動作，或 者減少了向膜中的采集量。因而，在基板8和放電電極3大致接近于同一 溫度而溫度差小的情況下，能夠實現膜質的提高。
通過使放電電極3和基板8的距離在4.5mm以上且7.5mm以下，可 以提高基板8和放電電極3的導熱率而不擴大溫度差。其結果是，無論是 在高速制膜時還是基板溫度在20(TC以下的相對低溫時，如圖5所示，均 能夠將與光老化相關的SiH2/SiH比抑制得較低，從而可以控制光老化。其 原因可認為是，通過使間隙變窄而提高基板8表面附近的氣體置換率，降 低放電區域中的團簇量，而被向膜中采集。如圖7所示可知，隨著制膜速 度的提高，SiH2/SiH比增大這一現有的趨勢得到緩和，且間隙距離越短 SiH2/SiH比降低，在4.5mm以上且10mm以下的范圍內，尤其在7.5mm 以下，能夠獲得良好的結果。另外，由于在3mm以下基板或放電電極的 微小變形均會對制膜膜特性帶來影響，所以其并不實用。因而，可以在不 降低性能的情況下來實現高速制膜。另外，當將制膜壓力設為150Pa以上 500Pa以下時為高壓，因此，制膜速度提高，同時能夠抑制對基板8的離子沖擊，由此，也能夠抑制高速制模時的光老化。由于是在狹縫狀態下進
行制膜，若制膜壓力小于150Pa則等離子體分布惡化，若高于500Pa則等 離子體容易定域化，因此，均不優選。
另外，在大多數的非晶硅太陽電池i層的制膜中，由于能夠降低基板 溫度，所以能夠適當地保持i層的帶隙。由此，能夠提高開路電壓，從而 能夠提高制造出的太陽電池的性能。
如上所述，根據本實施方式的薄膜制造裝置以及薄膜制造方法，在基 板溫度大致為200'C的相對低溫下膜質也穩定，因此，能夠增加制膜速度。 進而，能夠降低太陽電池的光老化率。進而，通過不將i層作為高溫制膜， 因此，能夠實現基于開路電壓的提高的太陽電池性能的提高。
另外，在上述實施方式中，雖然對作為太陽電池使用了單層非晶硅太 陽電池進行了說明，但是本發明并不局限于該例。例如，作為太陽電池， 微晶體硅太陽電池或者像將非晶硅太陽電池和微晶體硅太陽電池各一層 或多層層疊的多接合型太陽電池這樣的其他種類的薄膜太陽電池也同樣 適用。
權利要求
1. 一種真空處理方法，使設置于負壓環境下的制膜室內的基板處于由加熱機構加熱了的狀態，向所述制膜室內供給原料氣體，并向與所述基板對置配置的放電電極供電，由此，向所述基板實施制膜，其中，以將所述基板和放電電極的溫度差設為在30℃以下的狀態而制膜。
2. 根據權利要求1所述的真空處理方法，其中， 將所述基板和所述放電電極之間設為4.5mm以上且7.5mm以下而制膜。
3. 根據權利要求2所述的真空處理方法，其中， 將所述制膜室內的制膜壓力設為150Pa以上且500Pa以下而制膜。
4. 一種真空處理裝置，其具備形成負壓環境下的制膜室的腔室、對 設置于該腔室內的基板進行加熱的加熱機構、向所述制膜室內供給原料氣 體的供給機構、相對于所述基板對置配置的放電電極，還具備調節所述放 電電極的溫度的載熱體流路，并且，通過對該放電電極供電而向所述基板 實施制膜，其中，具備調整所述基板和所述放電電極的溫度差和制膜壓力的機構。
5. 根據權利要求4所述的真空處理方法，其中， 所述載熱體流路設置于所述放電電極的內部。
6. 根據權利要求5所述的真空處理方法，其中， 以將所述放電電極和所述基板的距離設為4.5mm以上且7.5mm以下的方式來配置所述放電電極。
全文摘要
本發明提供一種真空處理方法以及真空處理裝置，該真空處理方法即使在增加制膜速度的情況下，SiH₂/SiH比也不會增高，并能夠通過防止膜質的惡化來獲得較高的生產率。在該真空處理方法中，使設置于負壓環境下的制膜室(6)內的基板(8)處于由均熱板(加熱機構)(5)加熱了的狀態，向與上述基板(8)對置配置的放電電極(3)供電，由此，向基板(8)實施制膜，其中，以將基板(8)和放電電極(3)的溫度差設為在30℃以下的狀態而制膜。進而，也可以將基板(8)和放電電極(3)之間設為7.5mm以下而制膜。
文檔編號H01L21/205GK101548365SQ200880000850
公開日2009年9月30日 申請日期2008年1月30日 優先權日2007年2月23日
發明者宮原弘臣, 西宮立享 申請人:三菱重工業株式會社