シリコン系薄膜の製膜装置及びそれを備える光電変換装置の製造装置、並びに、シリコン系薄膜の製膜方法及びそれを用いる光電変換装置の製造方法
【課題】製膜速度の低下を抑制しながら、クラスターフリーもしくはクラスターが極少したシリコン系薄膜を製膜できるシリコン系薄膜の製造方法及びシリコン系薄膜の製造装置を提供することを目的とする。
【解決手段】シリコン系薄膜の製膜装置は、基板１０１が収容された真空容器内にＳｉを含む原料気体を供給し、プラズマ発生部１０３に設けた放電電極１０６に高周波電力を供給し、原料気体のプラズマを発生させて基板１０１上にシリコン系薄膜を製膜するシリコン系薄膜の製膜装置であって、基板１０１と放電電極１０６との間にクラスター除去部１０４が配置され、クラスター除去部１０４は、開口率が５０％以上となるよう複数の開口部を備え、開口部は前記プラズマ発生部側と基板側を連通させ、開口部の開口幅が、製膜時の圧力下でのＳｉナノクラスターの平均自由行程の２倍以下であり、開口部の長さが、開口幅の２倍以上である。
【解決手段】シリコン系薄膜の製膜装置は、基板１０１が収容された真空容器内にＳｉを含む原料気体を供給し、プラズマ発生部１０３に設けた放電電極１０６に高周波電力を供給し、原料気体のプラズマを発生させて基板１０１上にシリコン系薄膜を製膜するシリコン系薄膜の製膜装置であって、基板１０１と放電電極１０６との間にクラスター除去部１０４が配置され、クラスター除去部１０４は、開口率が５０％以上となるよう複数の開口部を備え、開口部は前記プラズマ発生部側と基板側を連通させ、開口部の開口幅が、製膜時の圧力下でのＳｉナノクラスターの平均自由行程の２倍以下であり、開口部の長さが、開口幅の２倍以上である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン系薄膜の製膜装置及び製膜方法、並びに、光電変換装置の製造装置及び製造方法に関し、特に発電層としてシリコンを用いる薄膜シリコン系太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマを利用してシリコン系薄膜を製膜する際に、シランプラズマ中に発生するサイズが約１０ｎｍ以下のＳｉ微粒子（Ｓｉクラスター）がシリコン系薄膜の光劣化と密接に関係している可能性が示唆されている。詳細には、Ｓｉクラスターが膜中に取り込まれると、Ｓｉ−Ｈｘ（ｘ≧２）結合を作り、水素化アモルファスシリコン（以下、a−Ｓｉ：Ｈ）の光劣化を誘起する。この問題を解決するために、クラスターフィルターによりクラスターを除去してシリコン系薄膜を製膜する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
図２６に、特許文献１に記載のアモルファスシリコン系薄膜堆積装置を示す。該アモルファスシリコン系薄膜堆積装置では、基板１０１とメッシュ状の対向電極１４１とメッシュ状の高周波電極１４２とが対向配置されている。該アモルファスシリコン系薄膜堆積装置では、各電極表面にシランガスを垂直に流し、電極間にプラズマを発生させて、基板上にシリコン系薄膜を製膜する。基板１０１と対向電極１４１との間にはクラスター除去フィルター１４３が設置されている。Ｓｉクラスターのフィルターからの反射率０％であるため、Ｓｉクラスターはフィルター壁に衝突することで、プラズマ流中から除去される。これによって、プラズマ内に発生するＳｉラージクラスター１４５（径：１ｎｍ以上）が基板上に堆積されるシリコン系薄膜に混入することを防いでいる。
【０００４】
クラスター除去フィルターは、穴の開いたグリッド（薄板）１４４を２枚以上重ねた構造とされる。各グリッドは、隣接する他のグリッドと穴が重ならないように配置され、各グリッドの開口率は５０％以下とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００６／０２２１７９号（段落［００２５］〜［００２７］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のクラスター除去フィルターは、グリッドを２枚以上重ねる必要があるため、大面積化が困難である。
【０００７】
また、特許文献１に記載のクラスター除去フィルターを設置した場合、膜の基となるＳｉＨ３ラジカルは、基板側に配置されたグリッドで反射された後、電極側に配置されたグリッドで更に反射されてクラスター除去フィルター通過する。すなわち、ＳｉＨ３ラジカルはフィルター通過の過程で、最低でも２回グリッドに衝突する。ＳｉＨ３ラジカルのフィルターからの反射率は特許文献１によると約７０％であるため、２回衝突によりフィルターを通過するＳｉＨ３ラジカルはほぼ半減する。また、グリッドを２枚以上重ねた際に他のグリッドと穴が重ならないようにするには、グリッドの開口率は５０％より大きくできないことから、装置内への供給量に対して１／４以下のＳｉＨ３ラジカルしか製膜に関与しないこととなり、製膜速度が大幅に低下する。
【０００８】
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、製膜速度の低下を抑制しながら、クラスターフリーもしくはクラスター極少したシリコン系薄膜を製膜できるシリコン系薄膜の製造方法及びシリコン系薄膜の製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、基板が収容された真空容器内にＳｉを含む原料気体を供給し、プラズマ発生部に設けた放電電極に高周波電力を供給し、前記原料気体のプラズマを発生させて前記基板上にシリコン系薄膜を製膜するシリコン系薄膜の製膜装置であって、前記基板と前記放電電極との間にクラスター除去部が配置され、前記クラスター除去部は、開口率が５０％以上となるよう複数の開口部を備え、前記開口部は前記プラズマ発生部側と前記基板側を連通させ、前記開口部の開口幅が、製膜時の圧力下でのＳｉナノクラスターの平均自由行程の２倍以下であり、前記開口部の長さが、前記開口幅の２倍以上であるシリコン系薄膜の製膜装置を提供する。
【００１０】
上記発明によれば、クラスター除去部の開口部の長さ方向に側壁を構成する構造となる。このため開口率を５０％以上とすることで、原料気体がクラスター除去部を通過しやすくなるため、製膜速度の低下を低減することができる。上記発明の製膜装置では、原料気体のプラズマ流が、開口部を経由して基板側へと供給される。クラスター除去部のプラズマ発生部側のプラズマ流にはラジカルやＳｉナノクラスターが含まれている。
Ｓｉナノクラスターは、開口部を通過する際に、直接開口部の側壁に衝突し、吸着する。あるいは、プラズマ流に含まれるラジカルなどに衝突して軌道転換させられ、開口部の側壁に衝突し、吸着する。開口の中央付近から開口部の長さ方向に沿った角度で開口部に入ったＳｉナノクラスターは、側壁から最も離れた位置を通ることになる。このような場合であっても、開口幅を平均自由行程の２倍以下とすることで、一度ラジカルに衝突したＳｉナノクラスターは、その後他のラジカルなどに衝突せずに開口部の側壁に衝突・吸着することが可能となる。また、開口部の長さを開口幅の２倍以上とすることで、ほとんどのＳｉナノクラスターを開口部の側壁に衝突させることができる。ラジカルも、開口部の側壁に衝突すると約３０％が吸着されるが、上記構成とすることで、開口部を通過する際の衝突回数を１回とすることが可能となる。これにより、ラジカルは開口部を通過して基板表面に到達し易くなり、製膜速度の低下を抑制することができる。
【００１１】
上記発明の一態様において、前記クラスター除去部がハニカム状または格子状の構造とされても良い。
上記発明の一態様によれば、クラスター除去部の開口率を高めることが可能となる。このため、さらにラジカルは開口部を通過して基板表面に到達し易くなり、製膜速度の低下をより抑制することができる。
【００１２】
上記発明の一態様において、前記クラスター除去部が、複数の板状部材が開口幅をあけ、基板の法線方向から見たときに、一開口部のプラズマ発生部側の開口と基板側の開口とが重ならないようブラインド状に並べられた構造とされ、前記開口幅が、製膜時の圧力でのＳｉナノクラスターの平均自由行程以下であり、前記開口部の長さが、前記開口幅の２倍以上であっても良い。
【００１３】
上記発明の一態様によれば、隣り合う板状部材は開口幅をあけて配置され、且つ、開口部の長さを平均自由行程の２倍以上とすることで、ほとんどのＳｉナノクラスターを開口部の側壁に衝突させることができる。複数の板状部材は、基板に対して傾斜した状態で間隔をあけて並べられるため、プラズマ流に含まれるラジカルが板状部材（開口部の側壁）に２回以上衝突することになるが、開口部をさらに大きく取ることができるため、製膜速度の低下をより一層に抑制することができる。
【００１４】
上記発明の一態様において、前記プラズマ発生部が、前記放電電極に対向配置された対向電極を含み、前記クラスター除去部が導電性材料からなる前記対向電極であり、前記開口幅が、製膜時の圧力下でのＳｉナノクラスターの平均自由行程の２倍以下で、かつ製膜圧力範囲における下限値の圧力で該開口部に前記プラズマを発生させないサイズであっても良い。
【００１５】
クラスター除去部が対向電極を兼ねることで、給電のアース電位が直接接続されるため、給電効率を高めることができる。その際、開口幅を上記範囲とすることで、開口部での放電を抑制することが可能となる。
【００１６】
上記発明の一態様において、前記放電電極が複数の棒状電極から構成され、前記棒状電極間の少なくとも一つの隙間に、前記放電電極と前記対向電極との間の空間に前記原料気体を供給する供給機構と、前記空間中の気体を前記真空容器外へ排気する排気機構と、
を備えることが好ましい。
【００１７】
Ｓｉナノクラスターの動きは、原料気体の流れに影響されやすい。上記発明によれば、放電電極側に供給機構と排気機構とを備えるため、真空容器内に原料気体を供給する際にクラスター除去部、および基板方向へ流れるＳｉナノクラスターの量を減らすことができる。
【００１８】
上記発明の一態様において、前記放電電極と前記対向電極とが絶縁材を介して保持されることが好ましい。
【００１９】
対向電極は、開口率が５０％以上であるが、絶縁材を介して放電電極と接続させることで、強度が補強される。これによって、基板の大型化に伴い対向電極が大面積化しても対向電極の変形を防止することが可能となる。
【００２０】
上記発明の一態様において、前記真空容器内で前記基板を保持する基板保持部を備え、前記基板保持部及び前記放電電極が、自身の温度を調整する温度調整機構を有しても良い。
【００２１】
上記発明によれば、真空容器内の温度分布を小さくすることができる。そのため、開口率が５０％以上のクラスター除去部の熱変形を抑制することが可能となる。
【００２２】
また、本発明は、上記に記載のシリコン系薄膜の製膜装置を備える光電変換装置を提供する。本発明によれば、クラスターフリーもしくはクラスターが極少したシリコン系薄膜を製膜することができるため、光電変換層の光劣化を抑制することが可能となる。
【００２３】
また、本発明は、基板が収容された真空容器内にＳｉを含む原料気体を供給し、プラズマ発生部に設けた放電電極に高周波電力を供給し、前記原料気体のプラズマを発生させて前記基板上にシリコン系薄膜を製膜するシリコン系薄膜の製膜方法であって、開口率が５０％以上となるよう複数の開口部を備え、前記開口部が前記プラズマ発生部側と前記基板側を連通させ、前記開口部の開口幅が製膜時の圧力下でのＳｉナノクラスターの平均自由行程の２倍以下であり、前記開口部の長さが前記開口幅の２倍以上である
クラスター除去部を前記基板と前記放電電極との間に配置し、前記クラスター除去部の前記開口部を介して前記プラズマを基板側に供給するシリコン系薄膜の製膜方法を提供する。
【００２４】
上記発明によれば、クラスター除去部の開口部の長さ方向に側壁を構成する構造となり、開口率を５０％以上とすることで、原料気体がクラスター除去部を通過しやすくなるため、製膜速度の低下を低減することができる。上記発明の製膜装置では、原料気体のプラズマ流が、開口部を経由して基板側へと供給される。クラスター除去部のプラズマ発生部側のプラズマ流にはラジカルやＳｉナノクラスターが含まれている。
Ｓｉナノクラスターは、開口部を通過する際に、直接開口部の側壁に衝突し、吸着する。あるいは、プラズマ流に含まれるラジカルなどに衝突して軌道転換させられ、開口部の側壁に衝突し、吸着する。開口の中央付近から開口部の長さ方向に沿った角度で開口部に入ったＳｉナノクラスターは、側壁から最も離れた位置を通る。このような場合であっても、開口幅を平均自由行程の２倍以下とすることで、一度ラジカルに衝突したＳｉナノクラスターは、その後他のラジカルなどに衝突せずに開口部の側壁に衝突・吸着することが可能となる。また、開口部の長さを開口幅の２倍以上とすることで、ほとんどのＳｉナノクラスターを開口部の側壁に衝突させることができる。ラジカルも、開口部の側壁に衝突すると約３０％が吸着されるが、上記構成とすることで、開口部を通過する際の衝突回数を１回とすることが可能となる。これにより、ラジカルは開口部を通過して基板表面に到達し易くなり、製膜速度の低下を抑制することができる。
【００２５】
上記発明の一態様において、前記クラスター除去部をハニカム状または格子状の構造としても良い。
上記発明の一態様によれば、クラスター除去部の開口率を高めることが可能となる。
【００２６】
上記発明の一態様において、前記クラスター除去部を、複数の板状部材が開口幅をあけ、基板の法線方向から見たときに、一開口部のプラズマ発生部側の開口と基板側の開口とが重ならないようブラインド状に並べられた構造とし、前記開口幅が、製膜時の圧力でのＳｉナノクラスターの平均自由行程以下とし、前記開口部の長さが、前記開口幅の２倍以上としても良い。
【００２７】
上記発明の一態様によれば、隣り合う板状部材は開口幅をあけて配置され、且つ、開口部の長さを平均自由行程の２倍以上とすることで、ほとんどのＳｉナノクラスターを開口部の側壁に衝突させることができる。複数の板状部材は、基板に対して傾斜した状態で間隔をあけて並べられるため、プラズマ流に含まれるラジカルが板状部材（開口部の側壁）に２回以上衝突することになるが、開口部を大きく取ることができるため、さらに製膜速度の低下をより一層に抑制することができる。
【００２８】
上記発明の一態様において、前記クラスター除去部を導電性材料からなる対向電極とし、前記開口幅を、製膜時の圧力下でのＳｉナノクラスターの平均自由行程の２倍以下で、かつ製膜圧力範囲における下限値の圧力で該開口部に前記プラズマを発生させないサイズとし、前記放電電極に前記対向電極を対向配置させて電極間にプラズマを発生させても良い。
【００２９】
クラスター除去部が対向電極を兼ねることで、給電のアース電位が直接接続されるため、給電効率を高めることができる。その際、開口幅を上記範囲とすることで、開口部での放電を抑制することが可能となる。
【００３０】
上記発明の一態様において、前記放電電極は複数の棒状電極から構成され、前記棒状電極間の少なくとも一つの隙間に設けた供給機構により前記放電電極と前記対向電極との間の空間に前記原料気体を供給する工程と、前記棒状電極間の少なくとも一つの隙間に設けた排気機構により前記空間から気体を排気する工程と、を備えても良い。
【００３１】
Ｓｉナノクラスターの動きは、原料気体の流れに影響されやすい。上記発明によれば、放電電極側に供給機構と排気機構とを備えるため、真空容器内に原料気体を供給する際にクラスター除去部、および基板方向へ流れるＳｉナノクラスターの量を減らすことができる。
【００３２】
上記発明の一態様において、供給機構により前記放電電極と前記対向電極との間の空間に前記原料気体を供給する工程と、排気機構により前記空間から気体を排気する工程と、
を備え、前記放電電極と前記対向電極とを絶縁材を介して保持させることが好ましい。
【００３３】
対向電極は、開口率が５０％以上であるが、絶縁材を介して放電電極と接続させることで、強度が補強される。これによって、基板の大型化に伴い対向電極が大面積化しても対向電極の変形を防止することが可能となる。
【００３４】
上記発明の一態様において、基板保持部により前記基板を保持させ、前記基板保持部及び前記放電電極にそれぞれ温度調整機構を設け、自身の温度を調整しても良い。
【００３５】
上記発明によれば、真空容器内の温度分布を小さくすることができる。そのため、開口率が５０％以上のクラスター除去部の熱変形を抑制することが可能となる。
【００３６】
また、本発明は上記に記載の製膜方法でシリコン系薄膜を製膜する光電変換装置の製造方法を提供する。本発明によれば、クラスターフリーもしくはクラスターが極少したシリコン系薄膜を製膜することができるため、光電変換層の光劣化を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、製膜速度の低下を抑制しながら、クラスターフリーもしくはクラスターが極少したシリコン系薄膜を製膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１実施形態に係る実施形態に係るシリコン系薄膜の製膜装置の概略図である。
【図２】第１実施形態に係るハニカム状構造を有するクラスター除去部の斜視図である。
【図３】第１実施形態に係るプラズマが開口部を通過する際のイメージ図である。
【図４】第２実施形態に係るブラインド状構造を有するクラスター除去部の断面図である。
【図５】第３実施形態に係る製膜装置の構成を例示する図である。
【図６】第３実施形態に係る製膜装置の構成を例示する図である。
【図７】第４実施形態に係るプラズマ発生部の平面図である。
【図８】図７に示すプラズマ発生部のｘ方向の断面図である。
【図９】図７に示すプラズマ発生部のｙ方向の断面図である。
【図１０】変形例としてのプラズマ発生部のｙ方向の断面図である。
【図１１】第４実施形態に係る供給機構及び排気機構を説明する図である。
【図１２】第４実施形態に係る供給機構の詳細を説明する図である。
【図１３】第５実施形態に係るプラズマ発生部の平面図である。
【図１４】図１２に示すプラズマ発生部のｘ方向の断面図である。
【図１５】図１２に示すプラズマ発生部のｙ方向の断面図である。
【図１６】変形例としてのプラズマ発生部のｙ方向の断面図である。
【図１７】第６実施形態に係るシリコン系薄膜の製膜装置の断面概略図である。
【図１８】第７実施形態に係る光電変換装置の構成を示す概略図である。
【図１９】第７実施形態の太陽電池パネルの製造方法の実施の形態を示す概略図である。
【図２０】第７実施形態の太陽電池パネルの製造方法の実施の形態を示す概略図である。
【図２１】第７実施形態の太陽電池パネルの製造方法の実施の形態を示す概略図である。
【図２２】第７実施形態の太陽電池パネルの製造方法の実施の形態を示す概略図である。
【図２３】第７実施形態の太陽電池パネルの製造方法の実施の形態を示す概略図である。
【図２４】試験片１及び試験片２のＥＳＲ測定の結果を示す図である。
【図２５】試験片３及び試験片４の発電検査の結果を示す図である。
【図２６】従来のアモルファスシリコン薄膜堆積装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下に、本発明に係るシリコン系薄膜の製膜装置及び製膜方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００４０】
〔第１実施形態〕
図１に、本実施形態に係るシリコン系薄膜の製膜装置の概略図を示す。製膜装置は、図示されない製膜室と、基板保持部１０２と、プラズマ発生部１０３と、クラスター除去部１０４と、を備えている。
ここで、シリコン系とはシリコン（Ｓｉ）やシリコンカーバイト（ＳｉＣ）やシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を含む総称である。
【００４１】
製膜室は、真空容器であり、容器内外の圧力差に耐え得る構造とされている。例えば、ステンレス鋼（ＪＩＳ規格におけるＳＵＳ材）、アルミニウム合金鋼、または一般構造用圧延材（ＪＩＳ規格におけるＳＳ材）などから形成され、リブ材などで補強された構成を用いることができる。製膜室には、製膜室内にＳｉを含む原料気体（以下、原料ガスと称する）を供給する供給機構と、製膜室内から気体を排気する排気機構とが備えられている。排気機構は、たとえば公知の真空ポンプ、圧力調整弁と真空排気配管等を用いることができる。製膜室内は排気機構により０．１ｋＰａから１０ｋＰａ程度の真空状態とされ得る。
【００４２】
基板保持部１０２は、製膜室内に配置され、その上面で基板を保持することができる。基板保持部１０２は、自身の温度を調整する温度調整機構を有する。本実施形態において、温度調整機構は、外部から温度制御可能な熱源（ヒータ）が基板保持部１０２に埋め込まれたものとされる。温度調整機構は、上記に限定されず、内部に温度制御された熱媒体を循環させる熱媒循環法であっても良い。熱媒体は、非導電性媒体であり、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、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。
温度調整機構は、基板保持部１０２の上面全体を概ね均一な温度とし、且つ、上面で保持する基板の温度を所定温度に均一化する機能を有する。
【００４３】
プラズマ発生部１０３は、対向電極１０５、放電電極１０６、高周波電源１０７、整合器１０８から構成されている。対向電極１０５及び放電電極１０６は、製膜室内で互いに平行に対向配置されている。
【００４４】
対向電極１０５は、導電性の平板からなり、接地部材に接続されている。対向電極１０５は、基板保持部１０２の上面と間隔をあけて平行に対向配置されている。
対向電極１０５は、例えば、ＳＵＳ３０４等、または熱伝達率が格段に大きいアルミニウム系金属を用いることができる。対向電極１０５は、メッシュ状の構造とされ、複数の通気孔を備えている。通気孔の径は、２ｍｍ〜５ｍｍとされると良い。対向電極１０５の開口率は６０％〜８０％とされると良い。対向電極１０５の板厚は、電極板の表裏温度差によるソリ量が小さくなるように、０．５ｍｍ以上で３ｍｍ以下とされると良い。そうすることで、製膜時の電極板の表裏温度差が発生し難くなるため、対向電極１０５の熱変形を抑制す、平面度を維持することが可能となる。対向電極１０５の板厚は薄いながらも構造的な取扱強度を確保するために、１ｍｍ以上で２ｍｍ以下が更に好ましい。
【００４５】
放電電極１０６は、導電性の平板からなり、対向電極１０５の上方（基板と反対側）に、対向電極１０５と間隔をあけて平行に対向配置されている。放電電極１０６には給電線１０９ａ，１０９ｂを介して整合器１０８及び高周波電源１０７が接続されている。製膜室内に原料ガスを供給した状態で、放電電極１０６に高周波電力を供給することで、放電電極１０６と対向電極１０５との間にプラズマを発生させることができる。放電電極１０６と対向電極１０５との間隔は、高周波電源１０７の周波数、基板の大きさなどに応じて適宜設定される。例えば、放電電極１０６と対向電極１０５との間隔は、１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度の範囲に設定される。
放電電極１０６は、例えば、ＳＵＳ３０４等の非磁性金属、または熱伝達率が格段に大きいために温度差による変形を生じにくいアルミニウムやアルミニウム合金系金属を用いることができる。
【００４６】
整合器１０８は、出力側のインピーダンスを整合し、高周波電源１０７からの高周波電力を放電電極１０６へと送電する。
【００４７】
クラスター除去部１０４は、製膜時に基板１０１の直上に位置するよう基板保持部１０２と対向電極１０５との間に互いに間隔をあけて配置されている。対向電極１０５とクラスター除去部１０４との間隔は、２ｍｍ〜１０ｍｍとすると良い。クラスター除去部１０４と基板１０１との間隔は、５ｍｍ〜２０ｍｍとすると良い。
【００４８】
クラスター除去部１０４は、プラズマ発生部により発生させたプラズマ流からＳｉナノクラスターを除去する機能を有する。クラスター除去部１０４は、対向電極１０５と同等またはそれ以上の大きさとされる。クラスター除去部１０４の材料は特に限定されないが、導電性材料からなることが好ましい。それによってクラスター除去部１０４が帯電し難くなる。また、クラスター除去部１０４は、正に帯電可能な材料からなっても良い。それによって、負に帯電したＳｉナノクラスターが壁面に吸着しやすくなる。クラスター除去部１０４は、例えば、ＳＵＳ３０４等の非磁性金属、または熱伝達率が格段に大きいために温度差による変形を生じにくいアルミニウムやアルミニウム合金系金属を用いることができる。
【００４９】
クラスター除去部１０４は、対向電極１０５側から基板保持部１０２側へと連通する複数の開口部と開口部を構成する壁面を備えている。クラスター除去部１０４の開口率は５０％以上とされる。クラスター除去部１０４は、ハニカム状または格子状の構造とされると良い。開口部の形状は適宜設定されると良い。クラスター除去部１０４は、ハニカム状構造とすることで、軽量で高強度となり変形しにくくすることができる。図２に、ハニカム状構造を有するクラスター除去部１０４を例示する。開口部の開口幅ｗは、製膜時の圧力でのＳｉナノクラスターの平均自由行程の２倍以下とされ、ハニカム状構造材の板厚以上とされる。「開口幅」は、開口の最大長を示し、開口形状が円形である場合には円の直径とされる。「開口幅」は、開口形状が多角形である場合には、対向する頂点同士を結ぶ長さとされる。開口部の長さｌは、開口幅ｗの２倍以上とされる。「開口部の長さ」とは、一開口部を構成する壁面の対向電極１０５側端部から基板保持部１０２側端部までの長さを意味する。
ここで、開口部の開口幅ｗの絶対値をより小さく設定した場合に、その２倍以上とされる開口部の長さｌの絶対値も短く設定されるが、開口幅ｗ：開口部長さｌで規定される開口部の立体角を考慮すると、開口部を構成する壁面に衝突せずに開口部を通り抜けるＳｉナノクラスターの数は極めて少なく、クラスター除去効果が十分に発揮される。
一方、開口部の長さは、製膜時の圧力でのＳｉＨ３ラジカルなどの製膜ラジカルの平均自由行程の２倍程度以下とすることが望ましい。このときラジカルが壁に２回ぶつかることになり、ラジカル数量が半減して製膜速度が凡そ半減することになり、実用的な製膜速度を得られなくなるためである。
本実施形態においてクラスター除去部１０４は、アルミニウム合金の薄板に複数の貫通孔が穿設されたパンチングメタルとする。その場合、開口幅ｗは貫通孔の径、開口部の長さは薄板の厚さとなる。
【００５０】
次に、上記製膜装置を用いて、基板上にシリコン薄膜を製膜する方法を説明する。
まず、排気機構により空気を排気し、製膜室内を真空とした後、基板保持部１０２の上面に基板を載置する。次に、高周波電源１０７からの高周波電力を、整合器１０８を介して放電電極１０６へと供給するとともに、供給機構により原料ガスを製膜室内に供給する。原料ガスは、例えば、ＳｉＨ４ガスなどを用いることができる。このとき、製膜室内が所望の真空状態に保たれるよう排気機構の排気量が制御される。
【００５１】
高周波電力が供給されると、放電電極１０６と対向電極１０５との間にプラズマが発生する。高周波電力は大型の放電電極への均一なプラズマ形成を考慮すると、例えば１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚが好適である。プラズマは、拡散によりクラスター除去部１０４の開口部を経由して対向電極１０５側から基板側へと移動する。プラズマにはＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨなどのラジカルが含まれており、このＳｉＨ３ラジカルが拡散現象により拡散し、基板表面に吸着することにより、アモルファスシリコン膜あるいは結晶質シリコン膜などのシリコン薄膜が形成される。なお、シリコン薄膜は、製膜条件の中のＳｉＨ４、Ｈ２の流量比、圧力及び供給する高周波電力を適正化することにより選択的にアモルファスシリコン膜あるいは結晶質シリコン膜として製膜され得る。
なお、結晶質シリコン系とは、アモルファスシリコン系すなわち非晶質シリコン系以外のシリコン系を意味するものであり、微結晶シリコン系や多結晶シリコン系も含まれる。
【００５２】
図３に、プラズマがクラスター除去部１０４の開口部を通過する際のイメージ図を示す。プラズマ中には、ＳｉＨ３ラジカルの他、ＳｉＨ４のガス分子１１０やＳｉナノクラスター１１１が含まれている。任意の見込み角で開口部に入射したＳｉナノクラスター１１１の一部は、直接開口部の内壁（壁面）に衝突して吸着される。また、Ｓｉナノクラスターの一部は、開口部内に存在するＳｉＨ４のガス分子などに衝突し、軌道転換させられた後に、開口部の内壁に衝突して吸着される。開口幅ｗをＳｉナノクラスター１１１の平均自由行程の２倍以下、開口部の長さｌを開口幅ｗの２倍以上とすることで、開口部の内壁面に沿った角度で入射したＳｉナノクラスター１１１であっても、高い確率で開口部の内壁に衝突させることが可能となる。これにより、プラズマ流に含まれる大部分のＳｉナノクラスター１１１を開口部の内壁に吸着させて除去することができる。また、ＳｉＨ３ラジカルも開口部の内壁に衝突するが、クラスター除去部１０４を上記構成とすることで、ＳｉＨ３ラジカルが内壁に多重衝突するのを低減させることが可能となる。また、クラスター除去部１０４は、１層構成とされるため、開口率を５０％以上と大きくすることができ、製膜速度の低下を抑制することが可能となる。
なお、図１に示した製膜室内のプラズマ発生部１０３は、基板保持台１０２が水平方向に設置した形態で記載されているが、特に水平方向に限定されるものではなく、鉛直方向や、また鉛直方向や鉛直方向から５°〜１５°傾斜させた方向でも良いことは言うまでもない。
【００５３】
〔第２実施形態〕
本実施形態に係るシリコン系薄膜の製膜装置は、クラスター除去部がブラインド状とされる以外は、第１実施形態と同様の構成とされる。
クラスター除去部は、複数の板状部材が開口幅ｗをあけ、ブラインド状に並べられた構造とされる。図４に、ブラインド状構造を有するクラスター除去部１１４の断面図を例示する。図４に示すように、複数の板状部材１１５が基板保持部１０２（基板）に対して傾斜した状態で開口幅ｗをあけて互いに平行に並べられる。各板状部材１１５は、基板１０１の法線方向から見たときに、一開口部の対向電極１０５側の開口ｐ１と基板側の開口ｐ２とが重ならないように傾斜させる。開口部の開口幅ｗは、製膜時の圧力でのＳｉナノクラスター１１１の平均自由行程以下とされる。開口部の長さｌは、開口幅ｗの２倍以上とされる。また一方、開口部の長さｌは、製膜時の圧力での製膜ラジカルの平均自由行程の２倍程度以下とされることが好ましい。クラスター除去部１０４の開口率は５０％以上とされる。
【００５４】
本実施形態によれば、電極側から基板に垂直に見ても基板を直接見ることはできない。このため開口部を構成する壁面に衝突せずに開口部を通り抜けるＳｉナノクラスターを無くする、もしくは極めて少なくし、クラスター除去効果が十分に発揮される。また、開口部を上記構成とすることで、開口部を大きく取ることができるため、得られる製膜速度の低下抑制の効果が大きくなる。
【００５５】
〔第３実施形態〕
本実施形態に係るシリコン系薄膜の製膜装置は、クラスター除去部が対向電極を兼ねる。特に説明がない限り、他の構成は第１実施形態と同様とされる。
クラスター除去部は、プラズマ発生部により発生させたプラズマ流からＳｉナノクラスターを除去する機能に加え、対向電極としての機能を有する。クラスター除去部は、導電性材料からなる。クラスター除去部は、放電電極側から基板保持部側へと連通する複数の開口部を備えている。クラスター除去部の開口率は５０％以上とされる。クラスター除去部は、ハニカム状または格子状の構造とされると良い。開口部の形状は適宜設定されると良い。開口部の開口幅は、製膜時の圧力下でのＳｉナノクラスターの平均自由行程の２倍以下であり、さらに製膜圧力範囲における下限値の圧力で開口部にプラズマの放電を発生させないサイズである。開口部にプラズマの放電を発生させないためには、開口部の形状にも影響されるが、製膜圧力範囲における下限値の圧力での電子の平均自由行程の数倍以下とされ、実質的にはこの電子の平均自由行程の１倍〜５倍とすることが好ましい。開口部の長さは、開口幅の２倍以上とされる。上記構成とすることで、プラズマが開口部と通過する際の開口部での放電を抑制することができるとともに、開口部を構成する壁面に衝突せずに開口部を通り抜けるＳｉナノクラスターを無くする、もしくは極めて少なくし、クラスター除去効果が十分に発揮される。
【００５６】
図５及び図６に、本実施形態に係る製膜装置の構成を例示する。クラスター除去部１２４は、製膜時に基板１０１の直上に位置するよう基板保持部１０２と放電電極１０６との間に互いに間隔をあけて配置されている。放電電極１０６とクラスター除去部１２４との間隔は、１０ｍｍ〜３０ｍｍとすると良い。クラスター除去部１２４と基板１０１との間隔は、５ｍｍ〜２０ｍｍとすると良い。
【００５７】
図５において、高周波電源１０７は電力供給線（同軸ケーブル）１１６を介して整合器に接続されている。高周波電源１０７からの高周波電力は大型の放電電極への均一なプラズマ形成を考慮すると、例えば１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚが好適である。整合器は、電力供給線（同軸ケーブル）１１６を介して製膜室１１７に設けられた電流導入端子１１８に接続されている。同軸ケーブル１１６の芯線１１９は放電電極１０６へ、シールド線１２０は対向電極１０５を兼ねたクラスター除去部１２４へと接続されている。クラスター除去部１２４に直接電力給電系統のアースを接続することで、給電系統の芯線１１９とシールド線１２０間の電位の伝送を放電電極１０６までスムーズに導いて、給電効率を高めることができる。
【００５８】
また、図６に示すように、対向電極を兼ねたクラスター除去部１２４は、同軸ケーブル１１６のシールド線１２０ではなく、製膜室１１７の壁面を経由して電力給電系統のアースへ接続されても良い。
【００５９】
また、同軸ケーブル１１６から放電電極１０６への高周波電力の供給は、バラン給電法によって行われても良い。バラン（Ｂａｌｕｎ、平衡−不平衡変換器）とは、同軸ケーブル（不平衡モード）と２線フィーダー（平衡モード）の間などに設置して、平衡及び不平衡の状態にある伝送モードを変換する素子である。すなわち、同軸ケーブルから放電電極への高周波電力の供給は、不平衡及び平衡の状態にあるとしてバラン回路を設定し、伝送モードの違いを補正しても良い。
【００６０】
〔第４実施形態〕
本実施形態に係るシリコン系薄膜の製膜装置は、プラズマ発生部が異なる以外、特に説明がない限り、第３実施形態と同様の構成とされる。図７に、本実施形態に係るプラズマ発生部を放電電極側から見た平面図を示す。図８に、本実施形態に係るプラズマ発生部の断面図を示す。
【００６１】
放電電極１２６は棒状部材が略平行に組み合わされたはしご型構造を有する。放電電極１２６は棒状部材の断面形状は製膜条件に合わせて適宜選定が可能であり、四角形、長四角形、台形、多角形、円形、楕円形などでもよく、特定するものではない。本実施形態において、放電電極１２６は、電流導入端子１１８の数に合わせて複数の電極単位に分割構成されている。放電電極１２６は給電線を介して対応する電流導入端子１１８にそれぞれ接続されている。各電流導入端子１１８には、それぞれ整合器１０８及び高周波電源１０７が接続されている。
【００６２】
対向電極は第３実施形態と同様の構成とされ、放電電極１２６の基板保持部側に対向配置されている。対向電力の両端部は給電系統のアースに接続されている。対向電極は、クラスター除去部１２４を兼ねている。対向電極１２４は、セラミックスなどの絶縁材からなる保持部材（フィルター保持用絶縁物）１２１により、放電電極１２６に物理的に接続されて保持されている。保持部材１２１は、対向電極１２４の任意の複数箇所に配置され、対向電極１２４を保持している。これにより、平面を保ちやすくなるため、開口率が高く、薄板からなる対向電極を兼ねたクラスター除去部１２４の熱変形を抑制することができる。
【００６３】
対向電極を兼ねたクラスター除去部１２４は、図９に示すように基板の大きさよりも少し大きなサイズで１枚構造とされる。また、対向電極を兼ねたクラスター除去部１２４は、図１０に示すように分割された放電電極１２６と同等の大きさに分割された構造とされても良い。
【００６４】
図１１に、本実施形態に係る製膜原料ガスの供給機構、及び製膜残留ガスの排気機構を説明する図を示す。本実施形態では、供給機構１２２及び排気機構１２３は、放電電極１２６の棒状部材同士の各隙間に交互に接続されている。排気機構１２３は、棒状部材同士の隙間から放電電極１２６と対向電極１２４との間の空間から製膜に寄与しなかった気体を製膜室外へと排気することができる。供給機構１２２は、棒状部材同士の隙間から放電電極１２６と対向電極１２４との間の空間に、原料ガスを供給することができる。図１２に、本実施形態に係る供給機構の詳細を示す。本実施形態にかかる供給機構１２２は、放電電極１２６の棒状部材の長手方向に沿って延在するガス供給管とされる。ガス供給管は、内管１２７と外管１２８とから構成されている。内管１２７は、棒状部材同士の間に交互に接続されている。内管１２７は、基板１０１と反対側に複数の孔１２９が設けられている。複数の孔１２９は、ガス供給管の長手方向に沿って並んでいる。これによって、均等にガスを配分して噴出することができる。外管１２８は、内管１２７よりも大きな径を有し、基板１０１と対向する位置に、ガス供給管の長手方向に沿って延びるスリット１３０が形成されている。これによって、内管１２７の複数の孔１２９から噴出した噴流が直接に基板１０１へ噴き付けることを抑制し、基板１０１へ極力均一なガス流れを形成することができる。
供給機構を上記構成とすることで、基板１０１への噴流による局所的な膜分布を抑制することができる。
【００６５】
〔第５実施形態〕
本実施形態に係るシリコン系薄膜の製膜装置は、プラズマ発生部が異なる以外、特に説明がない限り、第３実施形態と同様の構成とされる。図１３に、本実施形態に係るプラズマ発生部を放電電極側から見た平面図を示す。図１４に、本実施形態に係るプラズマ発生部の断面図を示す。
【００６６】
放電電極１２６は棒状部材が略平行に組み合わされたはしご型構造を有する。本実施形態において、放電電極１２６は、放電電極１２６用の電流導入端子１１８の数に合わせて複数の電極単位に分割構成されている。放電電極１２６は、対応する電流導入端子１１８にそれぞれ接続されている。
対向電極１２４は第３実施形態と同様の構成とされ、放電電極の基板保持部側に対向配置されている。製膜室には、対向電極１２４用の電流導入端子１３１が設けられている。対向電極１２４は、対応する電流導入端子１３１にそれぞれ接続されている。
【００６７】
放電電極１２６用の電流導入端子１１８、及び、対向電極１２４用の電流導入端子１３１は、対応する電極単位毎に１つのバラン回路１３２に接続されている。バラン回路１３２は、それぞれ給電線を介して整合器１０８及び高周波電源１０７が接続されている。
【００６８】
対向電極１２４は、クラスター除去部を兼ねている。対向電極１２４は、セラミックスなどの絶縁材からなる保持部材により、放電電極１２６に物理的に接続され保持されている。保持部材１２１は、対向電極１２４の任意の複数箇所に配置され、対向電極１２４を保持している。これにより、平面を保ちやすくなるため、開口率が高く、薄板からなる対向電極を兼ねたクラスター除去部１２４の熱変形を抑制することができる。
【００６９】
対向電極を兼ねたクラスター除去部１２４は、図１５に示すように基板の大きさに対応した１枚構造とされる。また、対向電極を兼ねたクラスター除去部１２４は、図１６に示すように分割された放電電極１２６と同等の大きさに分割された構造とされても良い。
【００７０】
本実施形態において、供給機構及び排気機構は、第４実施形態と同様とする。
【００７１】
〔第６実施形態〕
本実施形態に係るシリコン系薄膜の製膜装置は、放電電極が温度調整機構と供給機構とを備えること以外、特に説明がない限り、第４実施形態と同様の構成とされる。図１７に、本実施形態に係るシリコン系薄膜の製膜装置の断面概略図を示す。
【００７２】
放電電極１３６は、対向電極を兼ねたクラスター除去部１２４と間隔をあけて略平行に対向配置されている。放電電極１３６と対向電極１２４とは保持部材（絶縁材）１２１で物理的に接続され保持されている。保持部材１２１の配置は適宜設定される。
放電電極１３６は、棒状部材が略平行に組み合わされたはしご型構造を有する。各棒状部材同士の間には間隙が存在する。この間隙には、放電電極１３６と対向電極１２４との間の空間から気体を排気できるよう排気機構１２３が接続されている。
【００７３】
各棒状部材は、内部に供給機構１３３及び温度調整機構１３４を備えている。
供給機構１３３は、第４実施形態と同様に、内管と外管とから構成されるガス供給管とされる。ガス供給管は、棒状部材の長手方向に沿って延在し、棒状部材の断面中央部から対向電極１２４と離れる側に配置されている。内管の複数の孔は、対向電極１２４と反対側を向いて形成されている。外管のスリットは、対向電極１２４と対向する位置に形成されている。棒状部材の対向電極１２４と対向する面の断面中央部には、棒状部材の長手方向に沿って延在し、外管のスリットと連通する凹部が形成されている。
【００７４】
棒状部材に設けられる温度調整機構１３４は、放電電極１３６自身の温度を調整することができる機構であれば良い。温度調整機構１３４は、熱媒循環法であることが好ましいが、これに限定されず、外部から温度制御可能な熱源を埋め込んだものとしても良い。本実施形態では、棒状部材に設けられる温度調整機構（温度調節用媒体導入孔）１３４は、内部に温度制御された熱媒体を循環させる熱媒循環法を採用する。本実施形態では、基板保持部１０２にも、熱媒循環法の温度調整機構１３４が設けられている。
【００７５】
棒状部材の内部には、熱媒循環路が形成されている。熱媒循環路は、棒状部材の断面中央部を挟むよう両側に、棒状部材の長手方向に沿って延在するよう配置されている。上記構成の熱媒循環路内に温度制御された熱媒を供給すると、棒状部材全体を概ね均一な温度とすることができる。熱媒循環路内に供給される熱媒体は、非導電性媒体であり、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、及び純水等を使用することができる。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。
【００７６】
本実施形態によれば、放電電極１３６の温度調整機構１３４により放電電極１３６を所望の温度に制御することで、製膜室内のヒートバランスを適切に保つことが可能となる。これにより基板の表裏温度差、及び対向電極を兼ねたクラスター除去部１２４の表裏温度差に伴うそり変形を抑制することができる
【００７７】
〔第７実施形態〕
本実施形態では、第１実施形態乃至第６実施形態のシリコン系薄膜の製膜装置を用いて製造した光電変換装置及びその製造方法を説明する。
【００７８】
まず、本発明の光電変換装置の製造方法により製造される光電変換装置の構成について説明する。
図１８は、本発明の光電変換装置の製造方法により製造される光電変換装置の構成を示す概略図である。光電変換装置９０は、シリコン系太陽電池であり、基板１、透明電極層２、太陽電池光電変換層３、及び裏面電極層４を具備する。なお、ここで、シリコン系とはシリコン（Ｓｉ）やシリコンカーバイト（ＳｉＣ）やシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を含む総称である。
【００７９】
次に、本実施形態の太陽電池パネルの製造方法の実施の形態について説明する。ここでは、基板１としてのガラス基板上に太陽電池光電変換層３として単層アモルファスシリコン薄膜太陽電池を用いた例について説明する。図１９〜図２３は、本発明の太陽電池パネルの製造方法の実施の形態を示す概略図である。
【００８０】
（１）図１９（ａ）
本実施形態では、基板１は面積が１ｍ２を越える大型の基板として、ソーダフロートガラス基板（例えば１．４ｍ×１．１ｍ×板厚：３．０ｍｍ〜４．５ｍｍ）を使用する。基板端面は熱応力や衝撃などによる破損防止にコーナー面取りやＲ面取り加工されていることが望ましい。
【００８１】
（２）図１９（ｂ）
透明導電層２として酸化錫膜（ＳｎＯ２）を主成分とする透明電極膜を約５００ｎｍ〜８００ｎｍ、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜処理する。この際、透明電極膜の表面は適当な凹凸のあるテクスチャーが形成される。透明導電層２として、透明電極膜に加えて、基板１と透明電極膜との間にアルカリバリア膜（図示されず）を形成しても良い。アルカリバリア膜は、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）を５０ｎｍ〜１５０ｎｍ、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜処理する。
【００８２】
（３）図１９（ｃ）
その後、基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、ＹＡＧレーザーの第１高調波（１０６４ｎｍ）を、図の矢印に示すように、透明電極膜の膜面側から照射する。加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極膜を発電セル５の直列接続方向に対して垂直な方向へ、基板１とレーザー光を相対移動して、溝１０を形成するように幅約６ｍｍ〜１５ｍｍの所定幅の短冊状にレーザーエッチングする。
【００８３】
（４）図１９（ｄ）
第１実施形態乃至第６実施形態のクラスター除去部１０４を備えた製膜装置により、減圧雰囲気：３０〜１０００Ｐａ、基板温度：約２００℃にて光電変換層３としてのアモルファスシリコン薄膜からなるｐ層膜／ｉ層膜／ｎ層膜を順次製膜する。本実施形態における製膜装置は、プラズマＣＶＤ装置とされる。光電変換層３は、ＳｉＨ４ガスとＨ２ガスとを主原料に、透明導電層２の上に製膜される。太陽光の入射する側からｐ層４１、ｉ層４２、ｎ層４３がこの順で積層される。光電変換層３は本実施形態では、ｐ層４１：ＢドープしたアモルファスＳｉＣを主とし膜厚１０ｎｍ〜３０ｎｍ、ｉ層４２：アモルファスＳｉを主とし膜厚２００ｎｍ〜３５０ｎｍ、ｎ層４３：アモルファスＳｉに微結晶Ｓｉを含有するｐドープしたＳｉ層を主とし膜厚３０ｎｍ〜５０ｎｍである。またｐ層膜とｉ層膜の間には界面特性の向上のためにバッファー層を設けても良い。
【００８４】
（５）図１９（ｅ）
【００８５】
基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、図の矢印に示すように、光電変換層３の膜面側から照射する。パルス発振：１０〜２０ｋＨｚとして加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明導電層２のレーザーエッチングラインの約１００〜１５０μｍの横側を、溝１１を形成するようにレーザーエッチングする。またこのレーザーは基板１側から照射しても良く、この場合は光電変換層３のアモルファスシリコン層で吸収されたエネルギーで発生する高い蒸気圧を利用して光電変換層３をエッチングできるので、更に安定したレーザーエッチング加工を行うことが可能となる。レーザーエッチングラインの位置は前工程でのエッチングラインと交差しないように位置決め公差を考慮して選定する。
【００８６】
（６）図２０（ａ）
裏面電極層４としてＡｇ膜／Ｔｉ膜をスパッタリング装置により減圧雰囲気、約１５０〜２００℃にて順次製膜する。裏面電極層４は本実施形態では、Ａｇ膜：約１５０〜５００ｎｍ、これを保護するものとして防食効果の高いＴｉ膜：１０〜２０ｎｍをこの順に積層する。あるいは約２５ｎｍ〜１００ｎｍの膜厚を有するＡｇ膜と、約１５ｎｍ〜５００ｎｍの膜厚を有するＡｌ膜との積層構造としても良い。また、タンデム型太陽電池など６００ｎｍ以上の長波長側反射光が必要なものにおいては、約１００ｎｍ〜４５０ｎｍの膜厚を有するＣｕ膜と、約５ｎｍ〜１５０ｎｍの膜厚を有するＴｉ膜との積層構造としても良い。
【００８７】
ｎ層と裏面電極層４との接触抵抗低減と光反射向上を目的に、光電変換層３と裏面電極層４との間にＺｎＯ（ＧａまたはＡLドープＺｎＯ）膜を膜厚：５０〜１００ｎｍ、スパッタリング装置により製膜して設けても良い。
【００８８】
（７）図２０（ｂ）
基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、図の矢印に示すように、基板１側から照射する。レーザー光が光電変換層３で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層４が爆裂して除去される。パルス発振：１〜５０ｋＨｚとして加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明導電層２のレーザーエッチングラインの約２５０〜４００μｍの横側を、溝１２を形成するようにレーザーエッチングする。
【００８９】
（８）図２０（ｃ）と図２１（ａ）
発電領域を区分して、基板端周辺の膜端部においてレーザーエッチングによる直列接続部分が短絡し易い影響を除去する。基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、基板１側から照射する。レーザー光が透明導電層２と光電変換層３で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層４が爆裂して、裏面電極層４／光電変換層３／透明導電層２が除去される。パルス発振：１〜５０ｋＨｚとして加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、基板１の端部から５〜２０ｍｍの位置を、図２０（ｃ）に示すように、Ｘ方向絶縁溝１５を形成するようにレーザーエッチングする。なお、図２０（ｃ）では、光電変換層３が直列に接続された方向に切断したＸ方向断面図となっているため、本来であれば絶縁溝１５位置には裏面電極層４／光電変換層３／透明導電層２の膜研磨除去をした周囲膜除去領域１４相当領域がある状態（図２１（ａ）参照）が表れるべきであるが、基板１の端部への加工の説明の便宜上、この位置にＹ方向断面を表して形成された絶縁溝をＸ方向絶縁溝１５として説明する。このとき、Ｙ方向絶縁溝は後工程で基板１周囲膜除去領域の膜面研磨除去処理を行うので、設ける必要がない。
【００９０】
絶縁溝１５は基板１の端より５〜１５ｍｍの位置にてエッチングを終了させることにより、太陽電池パネル端部からの太陽電池モジュール６内部への外部からの水分浸入の抑制に、有効な効果を呈するので好ましい。
尚、以上までの工程におけるレーザー光はＹＡＧレーザーとしているが、ＹＶＯ４レーザーやファイバーレーザーなどが同様に使用できるものがある。
【００９１】
（９）図２１（ａ：太陽電池膜面側から見た図、ｂ：受光面の基板側から見た図）
後工程のＥＶＡ等を介したバックシート２４との健全な接着・シール面を確保するために、基板１周辺（周囲膜除去領域１４）の積層膜は、段差があるとともに剥離し易いため、この膜を除去して周囲膜除去領域１４を形成する。基板１の端から５〜２０ｍｍで基板１の全周囲にわたり膜を除去するにあたり、Ｘ方向は前述の図２０（ｃ）工程で設けた絶縁溝１５よりも基板端側において、Ｙ方向は基板端側部付近の溝１０よりも基板端側において、裏面電極層４／光電変換層３／透明導電層２を、砥石研磨やブラスト研磨などを用いて除去を行う。
研磨屑や砥粒は基板１を洗浄処理して除去した。
【００９２】
（１０）図２１（ａ，ｂ）
端子箱２３の取付け部分はバックシート２４に開口貫通窓を設けて集電板を取出す。この開口貫通窓部分には絶縁材を複数層で設置して外部からの湿分などの浸入を抑制する。
直列に並んだ一方端の太陽電池発電セル５の裏面電極層４と、他方端部の太陽電池発電セル５に接続した集電用セルの裏面電極層４を、銅箔を用いて集電して太陽電池パネル裏側の端子箱２３の部分から電力が取出せるように処理する。集電用銅箔は各部との短絡を防止するために銅箔幅より広い絶縁シートを配置する。
【００９３】
集電用銅箔などが所定位置に配置された後に、太陽電池モジュール６の全体を覆い、基板１からはみ出さないようにＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）等による接着充填材シートを配置する。
【００９４】
接着充填材シートの上に、防水効果の高いバックシート２４を設置する。バックシート２４は本実施形態では防水防湿効果が高いようにＰＥＴシート／ＡＬ箔／ＰＥＴシートの３層構造よりなる。
【００９５】
バックシート２４の端子箱２３の取付け部分には、開口貫通窓を設けて集電用銅箔を取出す。この開口貫通窓部分では、バックシート２４と裏面電極層４の間に絶縁材を複数層で設置して外部からの水分などの侵入を抑制する。
バックシート２４までを所定位置に配置したものを、ラミネータ装置により減圧雰囲気で内部の脱気を行い約１５０〜１６０℃でプレスしながら、接着充填材シート（ＥＶＡ）を架橋させて密着し、密封処理をする。
【００９６】
なお、接着充填材シートはＥＶＡに限定されるものではなく、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）など類似の機能を保有する接着充填材を利用することが可能である。この場合は、圧着する手順、温度や時間など条件を適正化して処理を行う。
【００９７】
（１１）図２２（ａ）
太陽電池モジュール６の裏側に端子箱２３を接着剤で取付ける。
【００９８】
（１２）図２２（ｂ）
銅箔と端子箱２３の出力ケーブルとをハンダ等で接続し、端子箱２３の内部を封止剤（ポッティング剤）で充填して密閉する。
【００９９】
（１３）図２２（ｃ）
図２２（ｂ）までの工程で形成された太陽電池パネル１００について発電検査ならびに、所定の性能試験を行う。発電検査は、ＡＭ１．５、全天日射基準太陽光（１０００Ｗ／ｍ２）のソーラシミュレータを用いて行う。なお、発電検査は、太陽電池パネル１００が完全に完成した後に行ってもよいし、アルミフレーム枠の取り付け前に行ってもよく、特に限定するものではない。
【０１００】
（１４）図２２（ｄ）
発電検査（図２２（ｃ））に前後して、外観検査をはじめ所定の性能検査を行う。
【０１０１】
（１５）図２３
太陽電池モジュール６の周囲において、太陽電池モジュール６へ強度を付加するとともに、取付け座となるアルミフレーム枠を取り付ける。太陽電池モジュール６とアルミフレーム枠３３Ｌ，３３Ｓとの間にはゴム製のガスケット等を介して、弾力性を保持しながら確実に保持することが好ましい。
これで太陽電池パネル１００が完成する。
【０１０２】
上記実施の形態では太陽電池として、単層アモルファスシリコン太陽電池を用いたものについて説明したが、本発明は、この例に限定されるものではない。
例えば、太陽電池として微結晶シリコンをはじめとする結晶質シリコン太陽電池や、シリコンゲルマニウム太陽電池、また、アモルファスシリコン太陽電池と結晶質シリコン太陽電池やシリコンゲルマニウム太陽電池とを各１〜複数層に積層させた多接合型（タンデム型）太陽電池のような他の種類の薄膜太陽電池にも同様に適用可能である。
更に本発明は、金属基板などのような非透光性基板上に製造された、基板とは反対の側から光が入射するタイプの太陽電池にも同様に適用可能である。
【０１０３】
（実施例）
第１実施形態の製膜装置を用いて、基板（３０ｃｍ×４０ｃｍ×板厚：２ｍｍ）上にアモルファスシリコン系薄膜を製膜した。
クラスター除去部１０４は、アルミニウム合金からなる（３５ｃｍ×４５ｃｍ×板厚：１０ｍｍ）。クラスター除去部１０４は、六角形の開口部（開口幅：３ｍｍ）を複数有し、開口率は７８％とした。クラスター除去部１０４は、基板の直上に５ｍｍの間隔をあけて配置した。クラスター除去部１０４の上には、対向電極１０５及び放電電極１０６を、間隔をあけて配置した。クラスター除去部１０４と対向電極１０５との間は、２０ｍｍあけた。
【０１０４】
基板上に、アモルファスシリコン薄膜を以下の条件で製膜したものを試験片１とした。
製膜条件：
反応ガス：モノシランガス（ＳｉＨ４）（１００％）
ガス流量：２００ｓｃｃｍ
圧力：５Ｐａ
基板温度：２００℃
電源周波数：６０ＭＨｚ
電力：０．０８Ｗ／ｃｍ２〜０．２３Ｗ／ｃｍ２
【０１０５】
比較例として、クラスター除去部１０４を設けずに、基板上にアモルファスシリコン薄膜を製膜し、試験片２とした。製膜条件は、試験片１と同様とした。
各試験片に対して、光劣化の状況を確認できる評価条件として、４８℃に保った状態で、各試験片に３１０時間、光を照射（ＡＭ１．５、１２５ｍＷ／ｃｍ２）した。光照射初期及び光照射後の試験片について、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）法により欠陥密度を測定した。
【０１０６】
図２４に、ＥＳＲ測定の結果を示す。同図において、横軸が製膜速度、横軸が欠陥密度である。試験片１及び試験片２では、いずれも製膜速度の上昇に伴い、欠陥密度も増大した。試験片１の製膜速度は、試験片２と比較して略５０％程度しか減少しなかった。これによって、従来よりもクラスター除去部１０４を設けたことによる製膜速度が大きく低下することを抑制でき、実用レベルの製膜速度を得ることができることが確認された。
試験片１の光照射初期の欠陥密度と、試験片２の光照射初期の欠陥密度とは、略同じであった。試験片１の光照射後の欠陥密度は、１０１６個／ｃｃレベルであった。一方、試験片２の光照射後の欠陥密度は、１０１７個／ｃｃレベルであった。これにより、クラスター除去部１０４を設けることで、大幅にアモルファスシリコン薄膜の光劣化を抑制できることが確認された。
【０１０７】
次に、第１実施形態の製膜装置を用いてアモルファスシリコン薄膜を製膜した光電変換装置を製造し、試験片３とした。光電変換装置は、単層のアモルファスシリコン系の光電変換層を備えている。光電変換装置の他の構成は、第７実施形態に従って形成した。アモルファスシリコン薄膜のｉ層の膜厚は２５０ｎｍとした。アモルファスシリコン薄膜の製膜条件は、製膜速度を０．５ｎｍ／ｓとした以外は、試験片１と同様とした。
【０１０８】
比較例として、クラスター除去部１０４を設けずに、光電変換装置を製造し、試験片４とした。製造条件は、試験片３と同様とした。
各試験片を４８℃に保った状態で、各試験片に３１０時間、光を照射（ＡＭ１．５、１２５ｍＷ／ｃｍ２）した。光照射初期及び光照射後の試験片３，試験片４について、発電検査を行った。
【０１０９】
図２５に、発電検査の結果を示す。同図において、横軸の紙面左側のバーが試験片４、横軸の紙面右側が試験片３、縦軸が変換効率である。試験片３及び試験片４では、いずれも光照射後の変換効率は、光照射初期よりも低下した。試験片３及び試験片４の光照射初期の変換効率は、それぞれ１０．５％，１０．７％となり、両者は略同じ値であった。試験片３の光照射後の変換効率は、９．８％であった。一方、試験片４の光照射後の変換効率は、７．１％であった。これにより、クラスター除去部１０４を設けることで、光劣化による変換効率の低下を大幅に抑制できることが確認された。
【符号の説明】
【０１１０】
１，１０１ 基板
２ 透明電極層
３ 光電変換層
４ 裏面電極層
４１ ｐ層
４２ ｉ層
４３ ｎ層
１０２ 基板保持部
１０３ プラズマ発生部
１０４ クラスター除去部
１０５ 対向電極
１０６，１２６，１３６ 放電電極
１０７ 高周波電源
１０８ 整合器
１０９ａ，１０９ｂ 給電線
１１０ ＳｉＨ４のガス分子
１１１ Ｓｉナノクラスター
１１６ 電力供給線（同軸ケーブル）
１１７ 製膜室
１１８ 電流導入端子
１１９ 芯線
１２０ シールド線
１２１ 保持部材（フィルター保持用絶縁物）
１２２ 供給機構
１２３ 排気機構
１２４ クラスター除去部（ナノクラスター除去フィルター兼電極）
１２７ 内管
１２８ 外管
１２９ 孔
１３０ スリット
１３１ 電流導入端子（対向電極用）
１３２ バラン回路
１３４ 温度調整機構（温度調節用媒体導入孔）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン系薄膜の製膜装置及び製膜方法、並びに、光電変換装置の製造装置及び製造方法に関し、特に発電層としてシリコンを用いる薄膜シリコン系太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマを利用してシリコン系薄膜を製膜する際に、シランプラズマ中に発生するサイズが約１０ｎｍ以下のＳｉ微粒子（Ｓｉクラスター）がシリコン系薄膜の光劣化と密接に関係している可能性が示唆されている。詳細には、Ｓｉクラスターが膜中に取り込まれると、Ｓｉ−Ｈｘ（ｘ≧２）結合を作り、水素化アモルファスシリコン（以下、a−Ｓｉ：Ｈ）の光劣化を誘起する。この問題を解決するために、クラスターフィルターによりクラスターを除去してシリコン系薄膜を製膜する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
図２６に、特許文献１に記載のアモルファスシリコン系薄膜堆積装置を示す。該アモルファスシリコン系薄膜堆積装置では、基板１０１とメッシュ状の対向電極１４１とメッシュ状の高周波電極１４２とが対向配置されている。該アモルファスシリコン系薄膜堆積装置では、各電極表面にシランガスを垂直に流し、電極間にプラズマを発生させて、基板上にシリコン系薄膜を製膜する。基板１０１と対向電極１４１との間にはクラスター除去フィルター１４３が設置されている。Ｓｉクラスターのフィルターからの反射率０％であるため、Ｓｉクラスターはフィルター壁に衝突することで、プラズマ流中から除去される。これによって、プラズマ内に発生するＳｉラージクラスター１４５（径：１ｎｍ以上）が基板上に堆積されるシリコン系薄膜に混入することを防いでいる。
【０００４】
クラスター除去フィルターは、穴の開いたグリッド（薄板）１４４を２枚以上重ねた構造とされる。各グリッドは、隣接する他のグリッドと穴が重ならないように配置され、各グリッドの開口率は５０％以下とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００６／０２２１７９号（段落［００２５］〜［００２７］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のクラスター除去フィルターは、グリッドを２枚以上重ねる必要があるため、大面積化が困難である。
【０００７】
また、特許文献１に記載のクラスター除去フィルターを設置した場合、膜の基となるＳｉＨ３ラジカルは、基板側に配置されたグリッドで反射された後、電極側に配置されたグリッドで更に反射されてクラスター除去フィルター通過する。すなわち、ＳｉＨ３ラジカルはフィルター通過の過程で、最低でも２回グリッドに衝突する。ＳｉＨ３ラジカルのフィルターからの反射率は特許文献１によると約７０％であるため、２回衝突によりフィルターを通過するＳｉＨ３ラジカルはほぼ半減する。また、グリッドを２枚以上重ねた際に他のグリッドと穴が重ならないようにするには、グリッドの開口率は５０％より大きくできないことから、装置内への供給量に対して１／４以下のＳｉＨ３ラジカルしか製膜に関与しないこととなり、製膜速度が大幅に低下する。
【０００８】
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、製膜速度の低下を抑制しながら、クラスターフリーもしくはクラスター極少したシリコン系薄膜を製膜できるシリコン系薄膜の製造方法及びシリコン系薄膜の製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、基板が収容された真空容器内にＳｉを含む原料気体を供給し、プラズマ発生部に設けた放電電極に高周波電力を供給し、前記原料気体のプラズマを発生させて前記基板上にシリコン系薄膜を製膜するシリコン系薄膜の製膜装置であって、前記基板と前記放電電極との間にクラスター除去部が配置され、前記クラスター除去部は、開口率が５０％以上となるよう複数の開口部を備え、前記開口部は前記プラズマ発生部側と前記基板側を連通させ、前記開口部の開口幅が、製膜時の圧力下でのＳｉナノクラスターの平均自由行程の２倍以下であり、前記開口部の長さが、前記開口幅の２倍以上であるシリコン系薄膜の製膜装置を提供する。
【００１０】
上記発明によれば、クラスター除去部の開口部の長さ方向に側壁を構成する構造となる。このため開口率を５０％以上とすることで、原料気体がクラスター除去部を通過しやすくなるため、製膜速度の低下を低減することができる。上記発明の製膜装置では、原料気体のプラズマ流が、開口部を経由して基板側へと供給される。クラスター除去部のプラズマ発生部側のプラズマ流にはラジカルやＳｉナノクラスターが含まれている。
Ｓｉナノクラスターは、開口部を通過する際に、直接開口部の側壁に衝突し、吸着する。あるいは、プラズマ流に含まれるラジカルなどに衝突して軌道転換させられ、開口部の側壁に衝突し、吸着する。開口の中央付近から開口部の長さ方向に沿った角度で開口部に入ったＳｉナノクラスターは、側壁から最も離れた位置を通ることになる。このような場合であっても、開口幅を平均自由行程の２倍以下とすることで、一度ラジカルに衝突したＳｉナノクラスターは、その後他のラジカルなどに衝突せずに開口部の側壁に衝突・吸着することが可能となる。また、開口部の長さを開口幅の２倍以上とすることで、ほとんどのＳｉナノクラスターを開口部の側壁に衝突させることができる。ラジカルも、開口部の側壁に衝突すると約３０％が吸着されるが、上記構成とすることで、開口部を通過する際の衝突回数を１回とすることが可能となる。これにより、ラジカルは開口部を通過して基板表面に到達し易くなり、製膜速度の低下を抑制することができる。
【００１１】
上記発明の一態様において、前記クラスター除去部がハニカム状または格子状の構造とされても良い。
上記発明の一態様によれば、クラスター除去部の開口率を高めることが可能となる。このため、さらにラジカルは開口部を通過して基板表面に到達し易くなり、製膜速度の低下をより抑制することができる。
【００１２】
上記発明の一態様において、前記クラスター除去部が、複数の板状部材が開口幅をあけ、基板の法線方向から見たときに、一開口部のプラズマ発生部側の開口と基板側の開口とが重ならないようブラインド状に並べられた構造とされ、前記開口幅が、製膜時の圧力でのＳｉナノクラスターの平均自由行程以下であり、前記開口部の長さが、前記開口幅の２倍以上であっても良い。
【００１３】
上記発明の一態様によれば、隣り合う板状部材は開口幅をあけて配置され、且つ、開口部の長さを平均自由行程の２倍以上とすることで、ほとんどのＳｉナノクラスターを開口部の側壁に衝突させることができる。複数の板状部材は、基板に対して傾斜した状態で間隔をあけて並べられるため、プラズマ流に含まれるラジカルが板状部材（開口部の側壁）に２回以上衝突することになるが、開口部をさらに大きく取ることができるため、製膜速度の低下をより一層に抑制することができる。
【００１４】
上記発明の一態様において、前記プラズマ発生部が、前記放電電極に対向配置された対向電極を含み、前記クラスター除去部が導電性材料からなる前記対向電極であり、前記開口幅が、製膜時の圧力下でのＳｉナノクラスターの平均自由行程の２倍以下で、かつ製膜圧力範囲における下限値の圧力で該開口部に前記プラズマを発生させないサイズであっても良い。
【００１５】
クラスター除去部が対向電極を兼ねることで、給電のアース電位が直接接続されるため、給電効率を高めることができる。その際、開口幅を上記範囲とすることで、開口部での放電を抑制することが可能となる。
【００１６】
上記発明の一態様において、前記放電電極が複数の棒状電極から構成され、前記棒状電極間の少なくとも一つの隙間に、前記放電電極と前記対向電極との間の空間に前記原料気体を供給する供給機構と、前記空間中の気体を前記真空容器外へ排気する排気機構と、
を備えることが好ましい。
【００１７】
Ｓｉナノクラスターの動きは、原料気体の流れに影響されやすい。上記発明によれば、放電電極側に供給機構と排気機構とを備えるため、真空容器内に原料気体を供給する際にクラスター除去部、および基板方向へ流れるＳｉナノクラスターの量を減らすことができる。
【００１８】
上記発明の一態様において、前記放電電極と前記対向電極とが絶縁材を介して保持されることが好ましい。
【００１９】
対向電極は、開口率が５０％以上であるが、絶縁材を介して放電電極と接続させることで、強度が補強される。これによって、基板の大型化に伴い対向電極が大面積化しても対向電極の変形を防止することが可能となる。
【００２０】
上記発明の一態様において、前記真空容器内で前記基板を保持する基板保持部を備え、前記基板保持部及び前記放電電極が、自身の温度を調整する温度調整機構を有しても良い。
【００２１】
上記発明によれば、真空容器内の温度分布を小さくすることができる。そのため、開口率が５０％以上のクラスター除去部の熱変形を抑制することが可能となる。
【００２２】
また、本発明は、上記に記載のシリコン系薄膜の製膜装置を備える光電変換装置を提供する。本発明によれば、クラスターフリーもしくはクラスターが極少したシリコン系薄膜を製膜することができるため、光電変換層の光劣化を抑制することが可能となる。
【００２３】
また、本発明は、基板が収容された真空容器内にＳｉを含む原料気体を供給し、プラズマ発生部に設けた放電電極に高周波電力を供給し、前記原料気体のプラズマを発生させて前記基板上にシリコン系薄膜を製膜するシリコン系薄膜の製膜方法であって、開口率が５０％以上となるよう複数の開口部を備え、前記開口部が前記プラズマ発生部側と前記基板側を連通させ、前記開口部の開口幅が製膜時の圧力下でのＳｉナノクラスターの平均自由行程の２倍以下であり、前記開口部の長さが前記開口幅の２倍以上である
クラスター除去部を前記基板と前記放電電極との間に配置し、前記クラスター除去部の前記開口部を介して前記プラズマを基板側に供給するシリコン系薄膜の製膜方法を提供する。
【００２４】
上記発明によれば、クラスター除去部の開口部の長さ方向に側壁を構成する構造となり、開口率を５０％以上とすることで、原料気体がクラスター除去部を通過しやすくなるため、製膜速度の低下を低減することができる。上記発明の製膜装置では、原料気体のプラズマ流が、開口部を経由して基板側へと供給される。クラスター除去部のプラズマ発生部側のプラズマ流にはラジカルやＳｉナノクラスターが含まれている。
Ｓｉナノクラスターは、開口部を通過する際に、直接開口部の側壁に衝突し、吸着する。あるいは、プラズマ流に含まれるラジカルなどに衝突して軌道転換させられ、開口部の側壁に衝突し、吸着する。開口の中央付近から開口部の長さ方向に沿った角度で開口部に入ったＳｉナノクラスターは、側壁から最も離れた位置を通る。このような場合であっても、開口幅を平均自由行程の２倍以下とすることで、一度ラジカルに衝突したＳｉナノクラスターは、その後他のラジカルなどに衝突せずに開口部の側壁に衝突・吸着することが可能となる。また、開口部の長さを開口幅の２倍以上とすることで、ほとんどのＳｉナノクラスターを開口部の側壁に衝突させることができる。ラジカルも、開口部の側壁に衝突すると約３０％が吸着されるが、上記構成とすることで、開口部を通過する際の衝突回数を１回とすることが可能となる。これにより、ラジカルは開口部を通過して基板表面に到達し易くなり、製膜速度の低下を抑制することができる。
【００２５】
上記発明の一態様において、前記クラスター除去部をハニカム状または格子状の構造としても良い。
上記発明の一態様によれば、クラスター除去部の開口率を高めることが可能となる。
【００２６】
上記発明の一態様において、前記クラスター除去部を、複数の板状部材が開口幅をあけ、基板の法線方向から見たときに、一開口部のプラズマ発生部側の開口と基板側の開口とが重ならないようブラインド状に並べられた構造とし、前記開口幅が、製膜時の圧力でのＳｉナノクラスターの平均自由行程以下とし、前記開口部の長さが、前記開口幅の２倍以上としても良い。
【００２７】
上記発明の一態様によれば、隣り合う板状部材は開口幅をあけて配置され、且つ、開口部の長さを平均自由行程の２倍以上とすることで、ほとんどのＳｉナノクラスターを開口部の側壁に衝突させることができる。複数の板状部材は、基板に対して傾斜した状態で間隔をあけて並べられるため、プラズマ流に含まれるラジカルが板状部材（開口部の側壁）に２回以上衝突することになるが、開口部を大きく取ることができるため、さらに製膜速度の低下をより一層に抑制することができる。
【００２８】
上記発明の一態様において、前記クラスター除去部を導電性材料からなる対向電極とし、前記開口幅を、製膜時の圧力下でのＳｉナノクラスターの平均自由行程の２倍以下で、かつ製膜圧力範囲における下限値の圧力で該開口部に前記プラズマを発生させないサイズとし、前記放電電極に前記対向電極を対向配置させて電極間にプラズマを発生させても良い。
【００２９】
クラスター除去部が対向電極を兼ねることで、給電のアース電位が直接接続されるため、給電効率を高めることができる。その際、開口幅を上記範囲とすることで、開口部での放電を抑制することが可能となる。
【００３０】
上記発明の一態様において、前記放電電極は複数の棒状電極から構成され、前記棒状電極間の少なくとも一つの隙間に設けた供給機構により前記放電電極と前記対向電極との間の空間に前記原料気体を供給する工程と、前記棒状電極間の少なくとも一つの隙間に設けた排気機構により前記空間から気体を排気する工程と、を備えても良い。
【００３１】
Ｓｉナノクラスターの動きは、原料気体の流れに影響されやすい。上記発明によれば、放電電極側に供給機構と排気機構とを備えるため、真空容器内に原料気体を供給する際にクラスター除去部、および基板方向へ流れるＳｉナノクラスターの量を減らすことができる。
【００３２】
上記発明の一態様において、供給機構により前記放電電極と前記対向電極との間の空間に前記原料気体を供給する工程と、排気機構により前記空間から気体を排気する工程と、
を備え、前記放電電極と前記対向電極とを絶縁材を介して保持させることが好ましい。
【００３３】
対向電極は、開口率が５０％以上であるが、絶縁材を介して放電電極と接続させることで、強度が補強される。これによって、基板の大型化に伴い対向電極が大面積化しても対向電極の変形を防止することが可能となる。
【００３４】
上記発明の一態様において、基板保持部により前記基板を保持させ、前記基板保持部及び前記放電電極にそれぞれ温度調整機構を設け、自身の温度を調整しても良い。
【００３５】
上記発明によれば、真空容器内の温度分布を小さくすることができる。そのため、開口率が５０％以上のクラスター除去部の熱変形を抑制することが可能となる。
【００３６】
また、本発明は上記に記載の製膜方法でシリコン系薄膜を製膜する光電変換装置の製造方法を提供する。本発明によれば、クラスターフリーもしくはクラスターが極少したシリコン系薄膜を製膜することができるため、光電変換層の光劣化を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、製膜速度の低下を抑制しながら、クラスターフリーもしくはクラスターが極少したシリコン系薄膜を製膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１実施形態に係る実施形態に係るシリコン系薄膜の製膜装置の概略図である。
【図２】第１実施形態に係るハニカム状構造を有するクラスター除去部の斜視図である。
【図３】第１実施形態に係るプラズマが開口部を通過する際のイメージ図である。
【図４】第２実施形態に係るブラインド状構造を有するクラスター除去部の断面図である。
【図５】第３実施形態に係る製膜装置の構成を例示する図である。
【図６】第３実施形態に係る製膜装置の構成を例示する図である。
【図７】第４実施形態に係るプラズマ発生部の平面図である。
【図８】図７に示すプラズマ発生部のｘ方向の断面図である。
【図９】図７に示すプラズマ発生部のｙ方向の断面図である。
【図１０】変形例としてのプラズマ発生部のｙ方向の断面図である。
【図１１】第４実施形態に係る供給機構及び排気機構を説明する図である。
【図１２】第４実施形態に係る供給機構の詳細を説明する図である。
【図１３】第５実施形態に係るプラズマ発生部の平面図である。
【図１４】図１２に示すプラズマ発生部のｘ方向の断面図である。
【図１５】図１２に示すプラズマ発生部のｙ方向の断面図である。
【図１６】変形例としてのプラズマ発生部のｙ方向の断面図である。
【図１７】第６実施形態に係るシリコン系薄膜の製膜装置の断面概略図である。
【図１８】第７実施形態に係る光電変換装置の構成を示す概略図である。
【図１９】第７実施形態の太陽電池パネルの製造方法の実施の形態を示す概略図である。
【図２０】第７実施形態の太陽電池パネルの製造方法の実施の形態を示す概略図である。
【図２１】第７実施形態の太陽電池パネルの製造方法の実施の形態を示す概略図である。
【図２２】第７実施形態の太陽電池パネルの製造方法の実施の形態を示す概略図である。
【図２３】第７実施形態の太陽電池パネルの製造方法の実施の形態を示す概略図である。
【図２４】試験片１及び試験片２のＥＳＲ測定の結果を示す図である。
【図２５】試験片３及び試験片４の発電検査の結果を示す図である。
【図２６】従来のアモルファスシリコン薄膜堆積装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下に、本発明に係るシリコン系薄膜の製膜装置及び製膜方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００４０】
〔第１実施形態〕
図１に、本実施形態に係るシリコン系薄膜の製膜装置の概略図を示す。製膜装置は、図示されない製膜室と、基板保持部１０２と、プラズマ発生部１０３と、クラスター除去部１０４と、を備えている。
ここで、シリコン系とはシリコン（Ｓｉ）やシリコンカーバイト（ＳｉＣ）やシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を含む総称である。
【００４１】
製膜室は、真空容器であり、容器内外の圧力差に耐え得る構造とされている。例えば、ステンレス鋼（ＪＩＳ規格におけるＳＵＳ材）、アルミニウム合金鋼、または一般構造用圧延材（ＪＩＳ規格におけるＳＳ材）などから形成され、リブ材などで補強された構成を用いることができる。製膜室には、製膜室内にＳｉを含む原料気体（以下、原料ガスと称する）を供給する供給機構と、製膜室内から気体を排気する排気機構とが備えられている。排気機構は、たとえば公知の真空ポンプ、圧力調整弁と真空排気配管等を用いることができる。製膜室内は排気機構により０．１ｋＰａから１０ｋＰａ程度の真空状態とされ得る。
【００４２】
基板保持部１０２は、製膜室内に配置され、その上面で基板を保持することができる。基板保持部１０２は、自身の温度を調整する温度調整機構を有する。本実施形態において、温度調整機構は、外部から温度制御可能な熱源（ヒータ）が基板保持部１０２に埋め込まれたものとされる。温度調整機構は、上記に限定されず、内部に温度制御された熱媒体を循環させる熱媒循環法であっても良い。熱媒体は、非導電性媒体であり、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、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。
温度調整機構は、基板保持部１０２の上面全体を概ね均一な温度とし、且つ、上面で保持する基板の温度を所定温度に均一化する機能を有する。
【００４３】
プラズマ発生部１０３は、対向電極１０５、放電電極１０６、高周波電源１０７、整合器１０８から構成されている。対向電極１０５及び放電電極１０６は、製膜室内で互いに平行に対向配置されている。
【００４４】
対向電極１０５は、導電性の平板からなり、接地部材に接続されている。対向電極１０５は、基板保持部１０２の上面と間隔をあけて平行に対向配置されている。
対向電極１０５は、例えば、ＳＵＳ３０４等、または熱伝達率が格段に大きいアルミニウム系金属を用いることができる。対向電極１０５は、メッシュ状の構造とされ、複数の通気孔を備えている。通気孔の径は、２ｍｍ〜５ｍｍとされると良い。対向電極１０５の開口率は６０％〜８０％とされると良い。対向電極１０５の板厚は、電極板の表裏温度差によるソリ量が小さくなるように、０．５ｍｍ以上で３ｍｍ以下とされると良い。そうすることで、製膜時の電極板の表裏温度差が発生し難くなるため、対向電極１０５の熱変形を抑制す、平面度を維持することが可能となる。対向電極１０５の板厚は薄いながらも構造的な取扱強度を確保するために、１ｍｍ以上で２ｍｍ以下が更に好ましい。
【００４５】
放電電極１０６は、導電性の平板からなり、対向電極１０５の上方（基板と反対側）に、対向電極１０５と間隔をあけて平行に対向配置されている。放電電極１０６には給電線１０９ａ，１０９ｂを介して整合器１０８及び高周波電源１０７が接続されている。製膜室内に原料ガスを供給した状態で、放電電極１０６に高周波電力を供給することで、放電電極１０６と対向電極１０５との間にプラズマを発生させることができる。放電電極１０６と対向電極１０５との間隔は、高周波電源１０７の周波数、基板の大きさなどに応じて適宜設定される。例えば、放電電極１０６と対向電極１０５との間隔は、１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度の範囲に設定される。
放電電極１０６は、例えば、ＳＵＳ３０４等の非磁性金属、または熱伝達率が格段に大きいために温度差による変形を生じにくいアルミニウムやアルミニウム合金系金属を用いることができる。
【００４６】
整合器１０８は、出力側のインピーダンスを整合し、高周波電源１０７からの高周波電力を放電電極１０６へと送電する。
【００４７】
クラスター除去部１０４は、製膜時に基板１０１の直上に位置するよう基板保持部１０２と対向電極１０５との間に互いに間隔をあけて配置されている。対向電極１０５とクラスター除去部１０４との間隔は、２ｍｍ〜１０ｍｍとすると良い。クラスター除去部１０４と基板１０１との間隔は、５ｍｍ〜２０ｍｍとすると良い。
【００４８】
クラスター除去部１０４は、プラズマ発生部により発生させたプラズマ流からＳｉナノクラスターを除去する機能を有する。クラスター除去部１０４は、対向電極１０５と同等またはそれ以上の大きさとされる。クラスター除去部１０４の材料は特に限定されないが、導電性材料からなることが好ましい。それによってクラスター除去部１０４が帯電し難くなる。また、クラスター除去部１０４は、正に帯電可能な材料からなっても良い。それによって、負に帯電したＳｉナノクラスターが壁面に吸着しやすくなる。クラスター除去部１０４は、例えば、ＳＵＳ３０４等の非磁性金属、または熱伝達率が格段に大きいために温度差による変形を生じにくいアルミニウムやアルミニウム合金系金属を用いることができる。
【００４９】
クラスター除去部１０４は、対向電極１０５側から基板保持部１０２側へと連通する複数の開口部と開口部を構成する壁面を備えている。クラスター除去部１０４の開口率は５０％以上とされる。クラスター除去部１０４は、ハニカム状または格子状の構造とされると良い。開口部の形状は適宜設定されると良い。クラスター除去部１０４は、ハニカム状構造とすることで、軽量で高強度となり変形しにくくすることができる。図２に、ハニカム状構造を有するクラスター除去部１０４を例示する。開口部の開口幅ｗは、製膜時の圧力でのＳｉナノクラスターの平均自由行程の２倍以下とされ、ハニカム状構造材の板厚以上とされる。「開口幅」は、開口の最大長を示し、開口形状が円形である場合には円の直径とされる。「開口幅」は、開口形状が多角形である場合には、対向する頂点同士を結ぶ長さとされる。開口部の長さｌは、開口幅ｗの２倍以上とされる。「開口部の長さ」とは、一開口部を構成する壁面の対向電極１０５側端部から基板保持部１０２側端部までの長さを意味する。
ここで、開口部の開口幅ｗの絶対値をより小さく設定した場合に、その２倍以上とされる開口部の長さｌの絶対値も短く設定されるが、開口幅ｗ：開口部長さｌで規定される開口部の立体角を考慮すると、開口部を構成する壁面に衝突せずに開口部を通り抜けるＳｉナノクラスターの数は極めて少なく、クラスター除去効果が十分に発揮される。
一方、開口部の長さは、製膜時の圧力でのＳｉＨ３ラジカルなどの製膜ラジカルの平均自由行程の２倍程度以下とすることが望ましい。このときラジカルが壁に２回ぶつかることになり、ラジカル数量が半減して製膜速度が凡そ半減することになり、実用的な製膜速度を得られなくなるためである。
本実施形態においてクラスター除去部１０４は、アルミニウム合金の薄板に複数の貫通孔が穿設されたパンチングメタルとする。その場合、開口幅ｗは貫通孔の径、開口部の長さは薄板の厚さとなる。
【００５０】
次に、上記製膜装置を用いて、基板上にシリコン薄膜を製膜する方法を説明する。
まず、排気機構により空気を排気し、製膜室内を真空とした後、基板保持部１０２の上面に基板を載置する。次に、高周波電源１０７からの高周波電力を、整合器１０８を介して放電電極１０６へと供給するとともに、供給機構により原料ガスを製膜室内に供給する。原料ガスは、例えば、ＳｉＨ４ガスなどを用いることができる。このとき、製膜室内が所望の真空状態に保たれるよう排気機構の排気量が制御される。
【００５１】
高周波電力が供給されると、放電電極１０６と対向電極１０５との間にプラズマが発生する。高周波電力は大型の放電電極への均一なプラズマ形成を考慮すると、例えば１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚが好適である。プラズマは、拡散によりクラスター除去部１０４の開口部を経由して対向電極１０５側から基板側へと移動する。プラズマにはＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨなどのラジカルが含まれており、このＳｉＨ３ラジカルが拡散現象により拡散し、基板表面に吸着することにより、アモルファスシリコン膜あるいは結晶質シリコン膜などのシリコン薄膜が形成される。なお、シリコン薄膜は、製膜条件の中のＳｉＨ４、Ｈ２の流量比、圧力及び供給する高周波電力を適正化することにより選択的にアモルファスシリコン膜あるいは結晶質シリコン膜として製膜され得る。
なお、結晶質シリコン系とは、アモルファスシリコン系すなわち非晶質シリコン系以外のシリコン系を意味するものであり、微結晶シリコン系や多結晶シリコン系も含まれる。
【００５２】
図３に、プラズマがクラスター除去部１０４の開口部を通過する際のイメージ図を示す。プラズマ中には、ＳｉＨ３ラジカルの他、ＳｉＨ４のガス分子１１０やＳｉナノクラスター１１１が含まれている。任意の見込み角で開口部に入射したＳｉナノクラスター１１１の一部は、直接開口部の内壁（壁面）に衝突して吸着される。また、Ｓｉナノクラスターの一部は、開口部内に存在するＳｉＨ４のガス分子などに衝突し、軌道転換させられた後に、開口部の内壁に衝突して吸着される。開口幅ｗをＳｉナノクラスター１１１の平均自由行程の２倍以下、開口部の長さｌを開口幅ｗの２倍以上とすることで、開口部の内壁面に沿った角度で入射したＳｉナノクラスター１１１であっても、高い確率で開口部の内壁に衝突させることが可能となる。これにより、プラズマ流に含まれる大部分のＳｉナノクラスター１１１を開口部の内壁に吸着させて除去することができる。また、ＳｉＨ３ラジカルも開口部の内壁に衝突するが、クラスター除去部１０４を上記構成とすることで、ＳｉＨ３ラジカルが内壁に多重衝突するのを低減させることが可能となる。また、クラスター除去部１０４は、１層構成とされるため、開口率を５０％以上と大きくすることができ、製膜速度の低下を抑制することが可能となる。
なお、図１に示した製膜室内のプラズマ発生部１０３は、基板保持台１０２が水平方向に設置した形態で記載されているが、特に水平方向に限定されるものではなく、鉛直方向や、また鉛直方向や鉛直方向から５°〜１５°傾斜させた方向でも良いことは言うまでもない。
【００５３】
〔第２実施形態〕
本実施形態に係るシリコン系薄膜の製膜装置は、クラスター除去部がブラインド状とされる以外は、第１実施形態と同様の構成とされる。
クラスター除去部は、複数の板状部材が開口幅ｗをあけ、ブラインド状に並べられた構造とされる。図４に、ブラインド状構造を有するクラスター除去部１１４の断面図を例示する。図４に示すように、複数の板状部材１１５が基板保持部１０２（基板）に対して傾斜した状態で開口幅ｗをあけて互いに平行に並べられる。各板状部材１１５は、基板１０１の法線方向から見たときに、一開口部の対向電極１０５側の開口ｐ１と基板側の開口ｐ２とが重ならないように傾斜させる。開口部の開口幅ｗは、製膜時の圧力でのＳｉナノクラスター１１１の平均自由行程以下とされる。開口部の長さｌは、開口幅ｗの２倍以上とされる。また一方、開口部の長さｌは、製膜時の圧力での製膜ラジカルの平均自由行程の２倍程度以下とされることが好ましい。クラスター除去部１０４の開口率は５０％以上とされる。
【００５４】
本実施形態によれば、電極側から基板に垂直に見ても基板を直接見ることはできない。このため開口部を構成する壁面に衝突せずに開口部を通り抜けるＳｉナノクラスターを無くする、もしくは極めて少なくし、クラスター除去効果が十分に発揮される。また、開口部を上記構成とすることで、開口部を大きく取ることができるため、得られる製膜速度の低下抑制の効果が大きくなる。
【００５５】
〔第３実施形態〕
本実施形態に係るシリコン系薄膜の製膜装置は、クラスター除去部が対向電極を兼ねる。特に説明がない限り、他の構成は第１実施形態と同様とされる。
クラスター除去部は、プラズマ発生部により発生させたプラズマ流からＳｉナノクラスターを除去する機能に加え、対向電極としての機能を有する。クラスター除去部は、導電性材料からなる。クラスター除去部は、放電電極側から基板保持部側へと連通する複数の開口部を備えている。クラスター除去部の開口率は５０％以上とされる。クラスター除去部は、ハニカム状または格子状の構造とされると良い。開口部の形状は適宜設定されると良い。開口部の開口幅は、製膜時の圧力下でのＳｉナノクラスターの平均自由行程の２倍以下であり、さらに製膜圧力範囲における下限値の圧力で開口部にプラズマの放電を発生させないサイズである。開口部にプラズマの放電を発生させないためには、開口部の形状にも影響されるが、製膜圧力範囲における下限値の圧力での電子の平均自由行程の数倍以下とされ、実質的にはこの電子の平均自由行程の１倍〜５倍とすることが好ましい。開口部の長さは、開口幅の２倍以上とされる。上記構成とすることで、プラズマが開口部と通過する際の開口部での放電を抑制することができるとともに、開口部を構成する壁面に衝突せずに開口部を通り抜けるＳｉナノクラスターを無くする、もしくは極めて少なくし、クラスター除去効果が十分に発揮される。
【００５６】
図５及び図６に、本実施形態に係る製膜装置の構成を例示する。クラスター除去部１２４は、製膜時に基板１０１の直上に位置するよう基板保持部１０２と放電電極１０６との間に互いに間隔をあけて配置されている。放電電極１０６とクラスター除去部１２４との間隔は、１０ｍｍ〜３０ｍｍとすると良い。クラスター除去部１２４と基板１０１との間隔は、５ｍｍ〜２０ｍｍとすると良い。
【００５７】
図５において、高周波電源１０７は電力供給線（同軸ケーブル）１１６を介して整合器に接続されている。高周波電源１０７からの高周波電力は大型の放電電極への均一なプラズマ形成を考慮すると、例えば１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚが好適である。整合器は、電力供給線（同軸ケーブル）１１６を介して製膜室１１７に設けられた電流導入端子１１８に接続されている。同軸ケーブル１１６の芯線１１９は放電電極１０６へ、シールド線１２０は対向電極１０５を兼ねたクラスター除去部１２４へと接続されている。クラスター除去部１２４に直接電力給電系統のアースを接続することで、給電系統の芯線１１９とシールド線１２０間の電位の伝送を放電電極１０６までスムーズに導いて、給電効率を高めることができる。
【００５８】
また、図６に示すように、対向電極を兼ねたクラスター除去部１２４は、同軸ケーブル１１６のシールド線１２０ではなく、製膜室１１７の壁面を経由して電力給電系統のアースへ接続されても良い。
【００５９】
また、同軸ケーブル１１６から放電電極１０６への高周波電力の供給は、バラン給電法によって行われても良い。バラン（Ｂａｌｕｎ、平衡−不平衡変換器）とは、同軸ケーブル（不平衡モード）と２線フィーダー（平衡モード）の間などに設置して、平衡及び不平衡の状態にある伝送モードを変換する素子である。すなわち、同軸ケーブルから放電電極への高周波電力の供給は、不平衡及び平衡の状態にあるとしてバラン回路を設定し、伝送モードの違いを補正しても良い。
【００６０】
〔第４実施形態〕
本実施形態に係るシリコン系薄膜の製膜装置は、プラズマ発生部が異なる以外、特に説明がない限り、第３実施形態と同様の構成とされる。図７に、本実施形態に係るプラズマ発生部を放電電極側から見た平面図を示す。図８に、本実施形態に係るプラズマ発生部の断面図を示す。
【００６１】
放電電極１２６は棒状部材が略平行に組み合わされたはしご型構造を有する。放電電極１２６は棒状部材の断面形状は製膜条件に合わせて適宜選定が可能であり、四角形、長四角形、台形、多角形、円形、楕円形などでもよく、特定するものではない。本実施形態において、放電電極１２６は、電流導入端子１１８の数に合わせて複数の電極単位に分割構成されている。放電電極１２６は給電線を介して対応する電流導入端子１１８にそれぞれ接続されている。各電流導入端子１１８には、それぞれ整合器１０８及び高周波電源１０７が接続されている。
【００６２】
対向電極は第３実施形態と同様の構成とされ、放電電極１２６の基板保持部側に対向配置されている。対向電力の両端部は給電系統のアースに接続されている。対向電極は、クラスター除去部１２４を兼ねている。対向電極１２４は、セラミックスなどの絶縁材からなる保持部材（フィルター保持用絶縁物）１２１により、放電電極１２６に物理的に接続されて保持されている。保持部材１２１は、対向電極１２４の任意の複数箇所に配置され、対向電極１２４を保持している。これにより、平面を保ちやすくなるため、開口率が高く、薄板からなる対向電極を兼ねたクラスター除去部１２４の熱変形を抑制することができる。
【００６３】
対向電極を兼ねたクラスター除去部１２４は、図９に示すように基板の大きさよりも少し大きなサイズで１枚構造とされる。また、対向電極を兼ねたクラスター除去部１２４は、図１０に示すように分割された放電電極１２６と同等の大きさに分割された構造とされても良い。
【００６４】
図１１に、本実施形態に係る製膜原料ガスの供給機構、及び製膜残留ガスの排気機構を説明する図を示す。本実施形態では、供給機構１２２及び排気機構１２３は、放電電極１２６の棒状部材同士の各隙間に交互に接続されている。排気機構１２３は、棒状部材同士の隙間から放電電極１２６と対向電極１２４との間の空間から製膜に寄与しなかった気体を製膜室外へと排気することができる。供給機構１２２は、棒状部材同士の隙間から放電電極１２６と対向電極１２４との間の空間に、原料ガスを供給することができる。図１２に、本実施形態に係る供給機構の詳細を示す。本実施形態にかかる供給機構１２２は、放電電極１２６の棒状部材の長手方向に沿って延在するガス供給管とされる。ガス供給管は、内管１２７と外管１２８とから構成されている。内管１２７は、棒状部材同士の間に交互に接続されている。内管１２７は、基板１０１と反対側に複数の孔１２９が設けられている。複数の孔１２９は、ガス供給管の長手方向に沿って並んでいる。これによって、均等にガスを配分して噴出することができる。外管１２８は、内管１２７よりも大きな径を有し、基板１０１と対向する位置に、ガス供給管の長手方向に沿って延びるスリット１３０が形成されている。これによって、内管１２７の複数の孔１２９から噴出した噴流が直接に基板１０１へ噴き付けることを抑制し、基板１０１へ極力均一なガス流れを形成することができる。
供給機構を上記構成とすることで、基板１０１への噴流による局所的な膜分布を抑制することができる。
【００６５】
〔第５実施形態〕
本実施形態に係るシリコン系薄膜の製膜装置は、プラズマ発生部が異なる以外、特に説明がない限り、第３実施形態と同様の構成とされる。図１３に、本実施形態に係るプラズマ発生部を放電電極側から見た平面図を示す。図１４に、本実施形態に係るプラズマ発生部の断面図を示す。
【００６６】
放電電極１２６は棒状部材が略平行に組み合わされたはしご型構造を有する。本実施形態において、放電電極１２６は、放電電極１２６用の電流導入端子１１８の数に合わせて複数の電極単位に分割構成されている。放電電極１２６は、対応する電流導入端子１１８にそれぞれ接続されている。
対向電極１２４は第３実施形態と同様の構成とされ、放電電極の基板保持部側に対向配置されている。製膜室には、対向電極１２４用の電流導入端子１３１が設けられている。対向電極１２４は、対応する電流導入端子１３１にそれぞれ接続されている。
【００６７】
放電電極１２６用の電流導入端子１１８、及び、対向電極１２４用の電流導入端子１３１は、対応する電極単位毎に１つのバラン回路１３２に接続されている。バラン回路１３２は、それぞれ給電線を介して整合器１０８及び高周波電源１０７が接続されている。
【００６８】
対向電極１２４は、クラスター除去部を兼ねている。対向電極１２４は、セラミックスなどの絶縁材からなる保持部材により、放電電極１２６に物理的に接続され保持されている。保持部材１２１は、対向電極１２４の任意の複数箇所に配置され、対向電極１２４を保持している。これにより、平面を保ちやすくなるため、開口率が高く、薄板からなる対向電極を兼ねたクラスター除去部１２４の熱変形を抑制することができる。
【００６９】
対向電極を兼ねたクラスター除去部１２４は、図１５に示すように基板の大きさに対応した１枚構造とされる。また、対向電極を兼ねたクラスター除去部１２４は、図１６に示すように分割された放電電極１２６と同等の大きさに分割された構造とされても良い。
【００７０】
本実施形態において、供給機構及び排気機構は、第４実施形態と同様とする。
【００７１】
〔第６実施形態〕
本実施形態に係るシリコン系薄膜の製膜装置は、放電電極が温度調整機構と供給機構とを備えること以外、特に説明がない限り、第４実施形態と同様の構成とされる。図１７に、本実施形態に係るシリコン系薄膜の製膜装置の断面概略図を示す。
【００７２】
放電電極１３６は、対向電極を兼ねたクラスター除去部１２４と間隔をあけて略平行に対向配置されている。放電電極１３６と対向電極１２４とは保持部材（絶縁材）１２１で物理的に接続され保持されている。保持部材１２１の配置は適宜設定される。
放電電極１３６は、棒状部材が略平行に組み合わされたはしご型構造を有する。各棒状部材同士の間には間隙が存在する。この間隙には、放電電極１３６と対向電極１２４との間の空間から気体を排気できるよう排気機構１２３が接続されている。
【００７３】
各棒状部材は、内部に供給機構１３３及び温度調整機構１３４を備えている。
供給機構１３３は、第４実施形態と同様に、内管と外管とから構成されるガス供給管とされる。ガス供給管は、棒状部材の長手方向に沿って延在し、棒状部材の断面中央部から対向電極１２４と離れる側に配置されている。内管の複数の孔は、対向電極１２４と反対側を向いて形成されている。外管のスリットは、対向電極１２４と対向する位置に形成されている。棒状部材の対向電極１２４と対向する面の断面中央部には、棒状部材の長手方向に沿って延在し、外管のスリットと連通する凹部が形成されている。
【００７４】
棒状部材に設けられる温度調整機構１３４は、放電電極１３６自身の温度を調整することができる機構であれば良い。温度調整機構１３４は、熱媒循環法であることが好ましいが、これに限定されず、外部から温度制御可能な熱源を埋め込んだものとしても良い。本実施形態では、棒状部材に設けられる温度調整機構（温度調節用媒体導入孔）１３４は、内部に温度制御された熱媒体を循環させる熱媒循環法を採用する。本実施形態では、基板保持部１０２にも、熱媒循環法の温度調整機構１３４が設けられている。
【００７５】
棒状部材の内部には、熱媒循環路が形成されている。熱媒循環路は、棒状部材の断面中央部を挟むよう両側に、棒状部材の長手方向に沿って延在するよう配置されている。上記構成の熱媒循環路内に温度制御された熱媒を供給すると、棒状部材全体を概ね均一な温度とすることができる。熱媒循環路内に供給される熱媒体は、非導電性媒体であり、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、及び純水等を使用することができる。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。
【００７６】
本実施形態によれば、放電電極１３６の温度調整機構１３４により放電電極１３６を所望の温度に制御することで、製膜室内のヒートバランスを適切に保つことが可能となる。これにより基板の表裏温度差、及び対向電極を兼ねたクラスター除去部１２４の表裏温度差に伴うそり変形を抑制することができる
【００７７】
〔第７実施形態〕
本実施形態では、第１実施形態乃至第６実施形態のシリコン系薄膜の製膜装置を用いて製造した光電変換装置及びその製造方法を説明する。
【００７８】
まず、本発明の光電変換装置の製造方法により製造される光電変換装置の構成について説明する。
図１８は、本発明の光電変換装置の製造方法により製造される光電変換装置の構成を示す概略図である。光電変換装置９０は、シリコン系太陽電池であり、基板１、透明電極層２、太陽電池光電変換層３、及び裏面電極層４を具備する。なお、ここで、シリコン系とはシリコン（Ｓｉ）やシリコンカーバイト（ＳｉＣ）やシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を含む総称である。
【００７９】
次に、本実施形態の太陽電池パネルの製造方法の実施の形態について説明する。ここでは、基板１としてのガラス基板上に太陽電池光電変換層３として単層アモルファスシリコン薄膜太陽電池を用いた例について説明する。図１９〜図２３は、本発明の太陽電池パネルの製造方法の実施の形態を示す概略図である。
【００８０】
（１）図１９（ａ）
本実施形態では、基板１は面積が１ｍ２を越える大型の基板として、ソーダフロートガラス基板（例えば１．４ｍ×１．１ｍ×板厚：３．０ｍｍ〜４．５ｍｍ）を使用する。基板端面は熱応力や衝撃などによる破損防止にコーナー面取りやＲ面取り加工されていることが望ましい。
【００８１】
（２）図１９（ｂ）
透明導電層２として酸化錫膜（ＳｎＯ２）を主成分とする透明電極膜を約５００ｎｍ〜８００ｎｍ、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜処理する。この際、透明電極膜の表面は適当な凹凸のあるテクスチャーが形成される。透明導電層２として、透明電極膜に加えて、基板１と透明電極膜との間にアルカリバリア膜（図示されず）を形成しても良い。アルカリバリア膜は、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）を５０ｎｍ〜１５０ｎｍ、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜処理する。
【００８２】
（３）図１９（ｃ）
その後、基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、ＹＡＧレーザーの第１高調波（１０６４ｎｍ）を、図の矢印に示すように、透明電極膜の膜面側から照射する。加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極膜を発電セル５の直列接続方向に対して垂直な方向へ、基板１とレーザー光を相対移動して、溝１０を形成するように幅約６ｍｍ〜１５ｍｍの所定幅の短冊状にレーザーエッチングする。
【００８３】
（４）図１９（ｄ）
第１実施形態乃至第６実施形態のクラスター除去部１０４を備えた製膜装置により、減圧雰囲気：３０〜１０００Ｐａ、基板温度：約２００℃にて光電変換層３としてのアモルファスシリコン薄膜からなるｐ層膜／ｉ層膜／ｎ層膜を順次製膜する。本実施形態における製膜装置は、プラズマＣＶＤ装置とされる。光電変換層３は、ＳｉＨ４ガスとＨ２ガスとを主原料に、透明導電層２の上に製膜される。太陽光の入射する側からｐ層４１、ｉ層４２、ｎ層４３がこの順で積層される。光電変換層３は本実施形態では、ｐ層４１：ＢドープしたアモルファスＳｉＣを主とし膜厚１０ｎｍ〜３０ｎｍ、ｉ層４２：アモルファスＳｉを主とし膜厚２００ｎｍ〜３５０ｎｍ、ｎ層４３：アモルファスＳｉに微結晶Ｓｉを含有するｐドープしたＳｉ層を主とし膜厚３０ｎｍ〜５０ｎｍである。またｐ層膜とｉ層膜の間には界面特性の向上のためにバッファー層を設けても良い。
【００８４】
（５）図１９（ｅ）
【００８５】
基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、図の矢印に示すように、光電変換層３の膜面側から照射する。パルス発振：１０〜２０ｋＨｚとして加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明導電層２のレーザーエッチングラインの約１００〜１５０μｍの横側を、溝１１を形成するようにレーザーエッチングする。またこのレーザーは基板１側から照射しても良く、この場合は光電変換層３のアモルファスシリコン層で吸収されたエネルギーで発生する高い蒸気圧を利用して光電変換層３をエッチングできるので、更に安定したレーザーエッチング加工を行うことが可能となる。レーザーエッチングラインの位置は前工程でのエッチングラインと交差しないように位置決め公差を考慮して選定する。
【００８６】
（６）図２０（ａ）
裏面電極層４としてＡｇ膜／Ｔｉ膜をスパッタリング装置により減圧雰囲気、約１５０〜２００℃にて順次製膜する。裏面電極層４は本実施形態では、Ａｇ膜：約１５０〜５００ｎｍ、これを保護するものとして防食効果の高いＴｉ膜：１０〜２０ｎｍをこの順に積層する。あるいは約２５ｎｍ〜１００ｎｍの膜厚を有するＡｇ膜と、約１５ｎｍ〜５００ｎｍの膜厚を有するＡｌ膜との積層構造としても良い。また、タンデム型太陽電池など６００ｎｍ以上の長波長側反射光が必要なものにおいては、約１００ｎｍ〜４５０ｎｍの膜厚を有するＣｕ膜と、約５ｎｍ〜１５０ｎｍの膜厚を有するＴｉ膜との積層構造としても良い。
【００８７】
ｎ層と裏面電極層４との接触抵抗低減と光反射向上を目的に、光電変換層３と裏面電極層４との間にＺｎＯ（ＧａまたはＡLドープＺｎＯ）膜を膜厚：５０〜１００ｎｍ、スパッタリング装置により製膜して設けても良い。
【００８８】
（７）図２０（ｂ）
基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、図の矢印に示すように、基板１側から照射する。レーザー光が光電変換層３で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層４が爆裂して除去される。パルス発振：１〜５０ｋＨｚとして加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明導電層２のレーザーエッチングラインの約２５０〜４００μｍの横側を、溝１２を形成するようにレーザーエッチングする。
【００８９】
（８）図２０（ｃ）と図２１（ａ）
発電領域を区分して、基板端周辺の膜端部においてレーザーエッチングによる直列接続部分が短絡し易い影響を除去する。基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、基板１側から照射する。レーザー光が透明導電層２と光電変換層３で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層４が爆裂して、裏面電極層４／光電変換層３／透明導電層２が除去される。パルス発振：１〜５０ｋＨｚとして加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、基板１の端部から５〜２０ｍｍの位置を、図２０（ｃ）に示すように、Ｘ方向絶縁溝１５を形成するようにレーザーエッチングする。なお、図２０（ｃ）では、光電変換層３が直列に接続された方向に切断したＸ方向断面図となっているため、本来であれば絶縁溝１５位置には裏面電極層４／光電変換層３／透明導電層２の膜研磨除去をした周囲膜除去領域１４相当領域がある状態（図２１（ａ）参照）が表れるべきであるが、基板１の端部への加工の説明の便宜上、この位置にＹ方向断面を表して形成された絶縁溝をＸ方向絶縁溝１５として説明する。このとき、Ｙ方向絶縁溝は後工程で基板１周囲膜除去領域の膜面研磨除去処理を行うので、設ける必要がない。
【００９０】
絶縁溝１５は基板１の端より５〜１５ｍｍの位置にてエッチングを終了させることにより、太陽電池パネル端部からの太陽電池モジュール６内部への外部からの水分浸入の抑制に、有効な効果を呈するので好ましい。
尚、以上までの工程におけるレーザー光はＹＡＧレーザーとしているが、ＹＶＯ４レーザーやファイバーレーザーなどが同様に使用できるものがある。
【００９１】
（９）図２１（ａ：太陽電池膜面側から見た図、ｂ：受光面の基板側から見た図）
後工程のＥＶＡ等を介したバックシート２４との健全な接着・シール面を確保するために、基板１周辺（周囲膜除去領域１４）の積層膜は、段差があるとともに剥離し易いため、この膜を除去して周囲膜除去領域１４を形成する。基板１の端から５〜２０ｍｍで基板１の全周囲にわたり膜を除去するにあたり、Ｘ方向は前述の図２０（ｃ）工程で設けた絶縁溝１５よりも基板端側において、Ｙ方向は基板端側部付近の溝１０よりも基板端側において、裏面電極層４／光電変換層３／透明導電層２を、砥石研磨やブラスト研磨などを用いて除去を行う。
研磨屑や砥粒は基板１を洗浄処理して除去した。
【００９２】
（１０）図２１（ａ，ｂ）
端子箱２３の取付け部分はバックシート２４に開口貫通窓を設けて集電板を取出す。この開口貫通窓部分には絶縁材を複数層で設置して外部からの湿分などの浸入を抑制する。
直列に並んだ一方端の太陽電池発電セル５の裏面電極層４と、他方端部の太陽電池発電セル５に接続した集電用セルの裏面電極層４を、銅箔を用いて集電して太陽電池パネル裏側の端子箱２３の部分から電力が取出せるように処理する。集電用銅箔は各部との短絡を防止するために銅箔幅より広い絶縁シートを配置する。
【００９３】
集電用銅箔などが所定位置に配置された後に、太陽電池モジュール６の全体を覆い、基板１からはみ出さないようにＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）等による接着充填材シートを配置する。
【００９４】
接着充填材シートの上に、防水効果の高いバックシート２４を設置する。バックシート２４は本実施形態では防水防湿効果が高いようにＰＥＴシート／ＡＬ箔／ＰＥＴシートの３層構造よりなる。
【００９５】
バックシート２４の端子箱２３の取付け部分には、開口貫通窓を設けて集電用銅箔を取出す。この開口貫通窓部分では、バックシート２４と裏面電極層４の間に絶縁材を複数層で設置して外部からの水分などの侵入を抑制する。
バックシート２４までを所定位置に配置したものを、ラミネータ装置により減圧雰囲気で内部の脱気を行い約１５０〜１６０℃でプレスしながら、接着充填材シート（ＥＶＡ）を架橋させて密着し、密封処理をする。
【００９６】
なお、接着充填材シートはＥＶＡに限定されるものではなく、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）など類似の機能を保有する接着充填材を利用することが可能である。この場合は、圧着する手順、温度や時間など条件を適正化して処理を行う。
【００９７】
（１１）図２２（ａ）
太陽電池モジュール６の裏側に端子箱２３を接着剤で取付ける。
【００９８】
（１２）図２２（ｂ）
銅箔と端子箱２３の出力ケーブルとをハンダ等で接続し、端子箱２３の内部を封止剤（ポッティング剤）で充填して密閉する。
【００９９】
（１３）図２２（ｃ）
図２２（ｂ）までの工程で形成された太陽電池パネル１００について発電検査ならびに、所定の性能試験を行う。発電検査は、ＡＭ１．５、全天日射基準太陽光（１０００Ｗ／ｍ２）のソーラシミュレータを用いて行う。なお、発電検査は、太陽電池パネル１００が完全に完成した後に行ってもよいし、アルミフレーム枠の取り付け前に行ってもよく、特に限定するものではない。
【０１００】
（１４）図２２（ｄ）
発電検査（図２２（ｃ））に前後して、外観検査をはじめ所定の性能検査を行う。
【０１０１】
（１５）図２３
太陽電池モジュール６の周囲において、太陽電池モジュール６へ強度を付加するとともに、取付け座となるアルミフレーム枠を取り付ける。太陽電池モジュール６とアルミフレーム枠３３Ｌ，３３Ｓとの間にはゴム製のガスケット等を介して、弾力性を保持しながら確実に保持することが好ましい。
これで太陽電池パネル１００が完成する。
【０１０２】
上記実施の形態では太陽電池として、単層アモルファスシリコン太陽電池を用いたものについて説明したが、本発明は、この例に限定されるものではない。
例えば、太陽電池として微結晶シリコンをはじめとする結晶質シリコン太陽電池や、シリコンゲルマニウム太陽電池、また、アモルファスシリコン太陽電池と結晶質シリコン太陽電池やシリコンゲルマニウム太陽電池とを各１〜複数層に積層させた多接合型（タンデム型）太陽電池のような他の種類の薄膜太陽電池にも同様に適用可能である。
更に本発明は、金属基板などのような非透光性基板上に製造された、基板とは反対の側から光が入射するタイプの太陽電池にも同様に適用可能である。
【０１０３】
（実施例）
第１実施形態の製膜装置を用いて、基板（３０ｃｍ×４０ｃｍ×板厚：２ｍｍ）上にアモルファスシリコン系薄膜を製膜した。
クラスター除去部１０４は、アルミニウム合金からなる（３５ｃｍ×４５ｃｍ×板厚：１０ｍｍ）。クラスター除去部１０４は、六角形の開口部（開口幅：３ｍｍ）を複数有し、開口率は７８％とした。クラスター除去部１０４は、基板の直上に５ｍｍの間隔をあけて配置した。クラスター除去部１０４の上には、対向電極１０５及び放電電極１０６を、間隔をあけて配置した。クラスター除去部１０４と対向電極１０５との間は、２０ｍｍあけた。
【０１０４】
基板上に、アモルファスシリコン薄膜を以下の条件で製膜したものを試験片１とした。
製膜条件：
反応ガス：モノシランガス（ＳｉＨ４）（１００％）
ガス流量：２００ｓｃｃｍ
圧力：５Ｐａ
基板温度：２００℃
電源周波数：６０ＭＨｚ
電力：０．０８Ｗ／ｃｍ２〜０．２３Ｗ／ｃｍ２
【０１０５】
比較例として、クラスター除去部１０４を設けずに、基板上にアモルファスシリコン薄膜を製膜し、試験片２とした。製膜条件は、試験片１と同様とした。
各試験片に対して、光劣化の状況を確認できる評価条件として、４８℃に保った状態で、各試験片に３１０時間、光を照射（ＡＭ１．５、１２５ｍＷ／ｃｍ２）した。光照射初期及び光照射後の試験片について、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）法により欠陥密度を測定した。
【０１０６】
図２４に、ＥＳＲ測定の結果を示す。同図において、横軸が製膜速度、横軸が欠陥密度である。試験片１及び試験片２では、いずれも製膜速度の上昇に伴い、欠陥密度も増大した。試験片１の製膜速度は、試験片２と比較して略５０％程度しか減少しなかった。これによって、従来よりもクラスター除去部１０４を設けたことによる製膜速度が大きく低下することを抑制でき、実用レベルの製膜速度を得ることができることが確認された。
試験片１の光照射初期の欠陥密度と、試験片２の光照射初期の欠陥密度とは、略同じであった。試験片１の光照射後の欠陥密度は、１０１６個／ｃｃレベルであった。一方、試験片２の光照射後の欠陥密度は、１０１７個／ｃｃレベルであった。これにより、クラスター除去部１０４を設けることで、大幅にアモルファスシリコン薄膜の光劣化を抑制できることが確認された。
【０１０７】
次に、第１実施形態の製膜装置を用いてアモルファスシリコン薄膜を製膜した光電変換装置を製造し、試験片３とした。光電変換装置は、単層のアモルファスシリコン系の光電変換層を備えている。光電変換装置の他の構成は、第７実施形態に従って形成した。アモルファスシリコン薄膜のｉ層の膜厚は２５０ｎｍとした。アモルファスシリコン薄膜の製膜条件は、製膜速度を０．５ｎｍ／ｓとした以外は、試験片１と同様とした。
【０１０８】
比較例として、クラスター除去部１０４を設けずに、光電変換装置を製造し、試験片４とした。製造条件は、試験片３と同様とした。
各試験片を４８℃に保った状態で、各試験片に３１０時間、光を照射（ＡＭ１．５、１２５ｍＷ／ｃｍ２）した。光照射初期及び光照射後の試験片３，試験片４について、発電検査を行った。
【０１０９】
図２５に、発電検査の結果を示す。同図において、横軸の紙面左側のバーが試験片４、横軸の紙面右側が試験片３、縦軸が変換効率である。試験片３及び試験片４では、いずれも光照射後の変換効率は、光照射初期よりも低下した。試験片３及び試験片４の光照射初期の変換効率は、それぞれ１０．５％，１０．７％となり、両者は略同じ値であった。試験片３の光照射後の変換効率は、９．８％であった。一方、試験片４の光照射後の変換効率は、７．１％であった。これにより、クラスター除去部１０４を設けることで、光劣化による変換効率の低下を大幅に抑制できることが確認された。
【符号の説明】
【０１１０】
１，１０１ 基板
２ 透明電極層
３ 光電変換層
４ 裏面電極層
４１ ｐ層
４２ ｉ層
４３ ｎ層
１０２ 基板保持部
１０３ プラズマ発生部
１０４ クラスター除去部
１０５ 対向電極
１０６，１２６，１３６ 放電電極
１０７ 高周波電源
１０８ 整合器
１０９ａ，１０９ｂ 給電線
１１０ ＳｉＨ４のガス分子
１１１ Ｓｉナノクラスター
１１６ 電力供給線（同軸ケーブル）
１１７ 製膜室
１１８ 電流導入端子
１１９ 芯線
１２０ シールド線
１２１ 保持部材（フィルター保持用絶縁物）
１２２ 供給機構
１２３ 排気機構
１２４ クラスター除去部（ナノクラスター除去フィルター兼電極）
１２７ 内管
１２８ 外管
１２９ 孔
１３０ スリット
１３１ 電流導入端子（対向電極用）
１３２ バラン回路
１３４ 温度調整機構（温度調節用媒体導入孔）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が収容された真空容器内にＳｉを含む原料気体を供給し、プラズマ発生部に設けた放電電極に高周波電力を供給し、前記原料気体のプラズマを発生させて前記基板上にシリコン系薄膜を製膜するシリコン系薄膜の製膜装置であって、
前記基板と前記放電電極との間にクラスター除去部が配置され、
前記クラスター除去部は、開口率が５０％以上となるよう複数の開口部を備え、
前記開口部は前記プラズマ発生部側と前記基板側を連通させ、
前記開口部の開口幅が、製膜時の圧力下でのＳｉナノクラスターの平均自由行程の２倍以下であり、
前記開口部の長さが、前記開口幅の２倍以上であるシリコン系薄膜の製膜装置。
【請求項２】
前記クラスター除去部がハニカム状または格子状の構造とされる請求項１に記載のシリコン系薄膜の製膜装置。
【請求項３】
前記クラスター除去部が、
複数の板状部材が開口幅をあけ、基板の法線方向から見たときに、一開口部のプラズマ発生部側の開口と基板側の開口とが重ならないようブラインド状に並べられた構造とされ、
前記開口幅が、製膜時の圧力でのＳｉナノクラスターの平均自由行程以下であり、
前記開口部の長さが、前記開口幅の２倍以上である請求項１に記載のシリコン系薄膜の製膜装置。
【請求項４】
前記プラズマ発生部が、前記放電電極に対向配置された対向電極を含み、
前記クラスター除去部が導電性材料からなる前記対向電極であり、
前記開口幅が、製膜時の圧力下でのＳｉナノクラスターの平均自由行程の２倍以下で、かつ製膜圧力範囲における下限値の圧力で該開口部に前記プラズマを発生させないサイズである請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のシリコン系薄膜の製膜装置。
【請求項５】
前記放電電極が複数の棒状電極から構成され、前記棒状電極間の少なくとも一つの隙間に、
前記放電電極と前記対向電極との間の空間に前記原料気体を供給する供給機構と、
前記空間中の気体を前記真空容器外へ排気する排気機構と、
を備える請求項４に記載のシリコン系薄膜の製膜装置。
【請求項６】
前記放電電極と前記対向電極とが絶縁材を介して保持される請求項４または請求項５に記載のシリコン系薄膜の製膜装置。
【請求項７】
前記真空容器内で前記基板を保持する基板保持部を備え、
前記基板保持部及び前記放電電極が、自身の温度を調整する温度調整機構を有する請求項５または請求項６に記載のシリコン系薄膜の製膜装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のシリコン系薄膜の製膜装置を備える光電変換装置の製造装置。
【請求項９】
基板が収容された真空容器内にＳｉを含む原料気体を供給し、プラズマ発生部に設けた放電電極に高周波電力を供給し、前記原料気体のプラズマを発生させて前記基板上にシリコン系薄膜を製膜するシリコン系薄膜の製膜方法であって、
開口率が５０％以上となるよう複数の開口部を備え、
前記開口部が前記プラズマ発生部側と前記基板側を連通させ、
前記開口部の開口幅が製膜時の圧力下でのＳｉナノクラスターの平均自由行程の２倍以下であり、
前記開口部の長さが前記開口幅の２倍以上であるクラスター除去部を前記基板と前記放電電極との間に配置し、
前記クラスター除去部の前記開口部を介して前記プラズマを基板側に供給するシリコン系薄膜の製膜方法。
【請求項１０】
前記クラスター除去部をハニカム状または格子状の構造とする請求項９に記載のシリコン系薄膜の製膜方法。
【請求項１１】
前記クラスター除去部を、
複数の板状部材が開口幅をあけ、基板の法線方向から見たときに、一開口部のプラズマ発生部側の開口と基板側の開口とが重ならないようブラインド状に並べられた構造とし、
前記開口幅が、製膜時の圧力でのＳｉナノクラスターの平均自由行程以下とし、
前記開口部の長さが、前記開口幅の２倍以上とする請求項９に記載のシリコン系薄膜の製膜方法。
【請求項１２】
前記クラスター除去部を導電性材料からなる対向電極とし、
前記開口幅を、製膜時の圧力下でのＳｉナノクラスターの平均自由行程の２倍以下で、かつ製膜圧力範囲における下限値の圧力で該開口部に前記プラズマを発生させないサイズとし、
前記放電電極に前記対向電極を対向配置させて電極間にプラズマを発生させる請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載のシリコン系薄膜の製膜方法。
【請求項１３】
前記放電電極は複数の棒状電極から構成され、前記棒状電極間の少なくとも一つの隙間に設けた供給機構により前記放電電極と前記対向電極との間の空間に前記原料気体を供給する工程と、
前記棒状電極間の少なくとも一つの隙間に設けた排気機構により前記空間から気体を排気する工程と、
を備える請求項１２に記載のシリコン系薄膜の製膜方法。
【請求項１４】
供給機構により前記放電電極と前記対向電極との間の空間に前記原料気体を供給する工程と、
排気機構により前記空間から気体を排気する工程と、
を備え、
前記放電電極と前記対向電極とを絶縁材を介して保持させる請求項１２または請求項１３に記載のシリコン系薄膜の製膜方法。
【請求項１５】
基板保持部により前記基板を保持させ、
前記基板保持部及び前記放電電極にそれぞれ温度調整機構を設け、自身の温度を調整する請求項１２または請求項１３に記載のシリコン系薄膜の製膜方法。
【請求項１６】
請求項９乃至請求項１５のいずれかに記載のシリコン系薄膜の製膜方法でシリコン系薄膜を製膜する光電変換装置の製造方法。
【請求項１】
基板が収容された真空容器内にＳｉを含む原料気体を供給し、プラズマ発生部に設けた放電電極に高周波電力を供給し、前記原料気体のプラズマを発生させて前記基板上にシリコン系薄膜を製膜するシリコン系薄膜の製膜装置であって、
前記基板と前記放電電極との間にクラスター除去部が配置され、
前記クラスター除去部は、開口率が５０％以上となるよう複数の開口部を備え、
前記開口部は前記プラズマ発生部側と前記基板側を連通させ、
前記開口部の開口幅が、製膜時の圧力下でのＳｉナノクラスターの平均自由行程の２倍以下であり、
前記開口部の長さが、前記開口幅の２倍以上であるシリコン系薄膜の製膜装置。
【請求項２】
前記クラスター除去部がハニカム状または格子状の構造とされる請求項１に記載のシリコン系薄膜の製膜装置。
【請求項３】
前記クラスター除去部が、
複数の板状部材が開口幅をあけ、基板の法線方向から見たときに、一開口部のプラズマ発生部側の開口と基板側の開口とが重ならないようブラインド状に並べられた構造とされ、
前記開口幅が、製膜時の圧力でのＳｉナノクラスターの平均自由行程以下であり、
前記開口部の長さが、前記開口幅の２倍以上である請求項１に記載のシリコン系薄膜の製膜装置。
【請求項４】
前記プラズマ発生部が、前記放電電極に対向配置された対向電極を含み、
前記クラスター除去部が導電性材料からなる前記対向電極であり、
前記開口幅が、製膜時の圧力下でのＳｉナノクラスターの平均自由行程の２倍以下で、かつ製膜圧力範囲における下限値の圧力で該開口部に前記プラズマを発生させないサイズである請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のシリコン系薄膜の製膜装置。
【請求項５】
前記放電電極が複数の棒状電極から構成され、前記棒状電極間の少なくとも一つの隙間に、
前記放電電極と前記対向電極との間の空間に前記原料気体を供給する供給機構と、
前記空間中の気体を前記真空容器外へ排気する排気機構と、
を備える請求項４に記載のシリコン系薄膜の製膜装置。
【請求項６】
前記放電電極と前記対向電極とが絶縁材を介して保持される請求項４または請求項５に記載のシリコン系薄膜の製膜装置。
【請求項７】
前記真空容器内で前記基板を保持する基板保持部を備え、
前記基板保持部及び前記放電電極が、自身の温度を調整する温度調整機構を有する請求項５または請求項６に記載のシリコン系薄膜の製膜装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のシリコン系薄膜の製膜装置を備える光電変換装置の製造装置。
【請求項９】
基板が収容された真空容器内にＳｉを含む原料気体を供給し、プラズマ発生部に設けた放電電極に高周波電力を供給し、前記原料気体のプラズマを発生させて前記基板上にシリコン系薄膜を製膜するシリコン系薄膜の製膜方法であって、
開口率が５０％以上となるよう複数の開口部を備え、
前記開口部が前記プラズマ発生部側と前記基板側を連通させ、
前記開口部の開口幅が製膜時の圧力下でのＳｉナノクラスターの平均自由行程の２倍以下であり、
前記開口部の長さが前記開口幅の２倍以上であるクラスター除去部を前記基板と前記放電電極との間に配置し、
前記クラスター除去部の前記開口部を介して前記プラズマを基板側に供給するシリコン系薄膜の製膜方法。
【請求項１０】
前記クラスター除去部をハニカム状または格子状の構造とする請求項９に記載のシリコン系薄膜の製膜方法。
【請求項１１】
前記クラスター除去部を、
複数の板状部材が開口幅をあけ、基板の法線方向から見たときに、一開口部のプラズマ発生部側の開口と基板側の開口とが重ならないようブラインド状に並べられた構造とし、
前記開口幅が、製膜時の圧力でのＳｉナノクラスターの平均自由行程以下とし、
前記開口部の長さが、前記開口幅の２倍以上とする請求項９に記載のシリコン系薄膜の製膜方法。
【請求項１２】
前記クラスター除去部を導電性材料からなる対向電極とし、
前記開口幅を、製膜時の圧力下でのＳｉナノクラスターの平均自由行程の２倍以下で、かつ製膜圧力範囲における下限値の圧力で該開口部に前記プラズマを発生させないサイズとし、
前記放電電極に前記対向電極を対向配置させて電極間にプラズマを発生させる請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載のシリコン系薄膜の製膜方法。
【請求項１３】
前記放電電極は複数の棒状電極から構成され、前記棒状電極間の少なくとも一つの隙間に設けた供給機構により前記放電電極と前記対向電極との間の空間に前記原料気体を供給する工程と、
前記棒状電極間の少なくとも一つの隙間に設けた排気機構により前記空間から気体を排気する工程と、
を備える請求項１２に記載のシリコン系薄膜の製膜方法。
【請求項１４】
供給機構により前記放電電極と前記対向電極との間の空間に前記原料気体を供給する工程と、
排気機構により前記空間から気体を排気する工程と、
を備え、
前記放電電極と前記対向電極とを絶縁材を介して保持させる請求項１２または請求項１３に記載のシリコン系薄膜の製膜方法。
【請求項１５】
基板保持部により前記基板を保持させ、
前記基板保持部及び前記放電電極にそれぞれ温度調整機構を設け、自身の温度を調整する請求項１２または請求項１３に記載のシリコン系薄膜の製膜方法。
【請求項１６】
請求項９乃至請求項１５のいずれかに記載のシリコン系薄膜の製膜方法でシリコン系薄膜を製膜する光電変換装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公開番号】特開２０１２−２３４９５０（Ｐ２０１２−２３４９５０Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０２１４６（Ｐ２０１１−１０２１４６）
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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