プラズマ処理装置
【課題】基板に対する悪影響を抑制でき、かつ、十分にプラズマを閉じ込めることができるプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】高周波電圧が印加される一対の電極５４、５６間にプラズマ化されるガスが供給されると共に、一方の電極５４の表面に沿って基板２が配置される。電極５４、５６間から排出されるガスの流路にプラズマ閉込部６５を備え、プラズマ閉込部６５は、表面にＳ極５８Ｓ及びＮ極５８Ｎがガスの流れＡと交差する方向に一列に交互に配置された磁石部６０を一対有し、一対の磁石部６０はＳ極５８ＳとＮ極５８Ｎとが互いに対向し、かつ、一対の磁石部６０間にガスが流れるように対向配置されている。プラズマ閉込部６５は、さらに、一方の磁石部６０のＳ極５８Ｓ及びＮ極５８Ｎの境界部と、他方の磁石部６０のＳ極５８Ｓ及びＮ極５８Ｎの境界部との間に、ガスの流通を妨げるブロック５９を有する。
【解決手段】高周波電圧が印加される一対の電極５４、５６間にプラズマ化されるガスが供給されると共に、一方の電極５４の表面に沿って基板２が配置される。電極５４、５６間から排出されるガスの流路にプラズマ閉込部６５を備え、プラズマ閉込部６５は、表面にＳ極５８Ｓ及びＮ極５８Ｎがガスの流れＡと交差する方向に一列に交互に配置された磁石部６０を一対有し、一対の磁石部６０はＳ極５８ＳとＮ極５８Ｎとが互いに対向し、かつ、一対の磁石部６０間にガスが流れるように対向配置されている。プラズマ閉込部６５は、さらに、一方の磁石部６０のＳ極５８Ｓ及びＮ極５８Ｎの境界部と、他方の磁石部６０のＳ極５８Ｓ及びＮ極５８Ｎの境界部との間に、ガスの流通を妨げるブロック５９を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高周波電圧が印加される一対の電極間にプラズマ化されるべきガスが供給され、このプラズマによって一方の電極の表面に沿って配置された基板を処理するプラズマ処理装置が知られている。このようなプラズマ処理装置においては、ガスとしてＣＶＤ原料ガスを用いることによって基板上に反応生成物を析出させたり、ガスとしてエッチャント原料ガスを用いることにより基板上の材料をエッチングしたりすることができる。
【０００３】
そして、このようなプラズマ処理装置では、電極間から処理後のガスを外部に排出する必要があるが、この際にプラズマを排出させずに電極間に閉じ込める必要がある。これを実現するプラズマ閉込部として、特許文献１、２のように、ガスの排出流路に静電スリットを配置することや、特許文献３のようにパンチングメタルや金属メッシュを用いることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１８４６６２号公報
【特許文献２】特開２００２−０６４０６４号公報
【特許文献３】特開２００１−３３５９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のプラズマ閉込部では、スリット間隔や穴の間隔をかなり小さくしなければならないことが多く、プラズマ処理に伴って生成する粉体によりプラズマ閉込部が目詰まりしてこの粉体がうまく排出されず、この粉体がプラズマ処理された基板の特性を悪化させる場合がある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板に対する悪影響を抑制でき、かつ、十分にプラズマを閉じ込めることができるプラズマ処理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】
【０００７】
本発明にかかるプラズマ処理装置は、高周波電圧が印加される一対の電極間にプラズマ化されるガスが供給されると共に、一方の前記電極の表面に沿って基板が配置されるプラズマ処理装置であって、電極間から排出されるガスの流路にプラズマ閉込部を備える。そして、プラズマ閉込部は、表面にＳ極及びＮ極がガスの流れと交差する方向に一列に交互に配置された磁石部を一対有する。ここで、一対の磁石部はＳ極とＮ極とが互いに対向し、かつ、一対の磁石部間にガスが流れるように対向配置されている。また、プラズマ閉込部は、さらに、一方の磁石部のＳ極及びＮ極の境界部と、他方の磁石部のＳ極及びＮ極の境界部との間に、ガスの流通を妨げるブロックを有している。
【０００８】
本発明によれば、排出されるガスが、互いに対向する一対の磁石部のＳ極及びＮ極間を通ることにより、このガスに対してガスの流れに交差する方向の磁界が印加され、排出されるガス中のプラズマが閉じ込められる。また、各磁石部においてＳ極とＮ極とが交互に配置されているので、外部へ漏洩する磁束を小さくすることができ、意図しない場所での異常放電(マイクロ放電)が抑制される。さらに、一方の磁石部のＳ極及びＮ極の境界部と、他方の磁石部のＳ極及びＮ極の境界部との間においては、両方の磁極からの磁束によってガス流れに対して交差する方向の磁界が弱くなりプラズマの閉じ込めが難しいが、この部分にブロックを有することによりプラズマの閉込をより効率よく行なえる。さらに、従来のようにスリットや網をプラズマ閉込部とした場合に比して、プラズマ閉込部における開口幅を大きくできるので、プラズマ閉込部の流路内におけるパーティクルの堆積が抑制される。したがって、外部へのパーティクルの排出が長時間安定して可能となり、膜に対するパーティクルの混入を長時間にわたって安定して抑制することが可能となる。
【０００９】
ここで、基板は長尺な可撓性基板であって、一方の電極の表面に沿って前記可撓性基板の長手方向に供給され、可撓性基板と磁石部との間に磁気シールドをさらに備えることが好ましい。
【００１０】
これにより、基板に印加される磁界を低減でき、異常放電により基板等に形成されるピンホールをより低減できる。
【００１１】
また、ガスはＣＶＤの原料ガスであり、基板上に反応生成物が析出されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、基板に対する悪影響を抑制でき、かつ、十分にプラズマを閉じ込めることができるプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明にかかる成膜システムの全体構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１のＮ室、Ｉ室、Ｐ室の概略断面図（実施例１に対応）である。
【図３】図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。
【図４】図４は、図３の変形例（実施例２に対応）である。
【図５】図５は、太陽電池の一実施例を示す概略断面図である。
【図６】図６は、実施例１のプラズマ閉込部について、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における磁束密度の分布である。
【図７】図７は、実施例１のプラズマ閉込部について、図２のＶから見た基板２の直上における磁束密度の分布である。
【図８】図８は、比較例１のプラズマ閉込部について、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。
【図９】図９は、比較例１のプラズマ閉込部について、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における磁束密度の分布である。
【図１０】図１０は、比較例のプラズマ閉込部について、図２のＶから見た基板２の直上における磁束密度の分布である。
【図１１】図１１は、比較例２のＮ室、Ｉ室、Ｐ室の概略断面図である。
【図１２】図１２は、比較例３のＮ室、Ｉ室、Ｐ室の概略断面図である。
【図１３】図１３は、実施例１及び比較例１〜３について、各成膜距離でサンプリングした太陽電池の開放電圧を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
【００１５】
（第１実施形態）
図１は、プラズマＣＶＤ装置(プラズマ処理装置)としてのＮ室５０ａ、Ｉ室５０ｂ、Ｐ室５０ｃを含む成膜システム１００の概略構成図である。本実施形態における成膜システム１００は、いわゆるアモルファスシリコン型薄膜太陽電池の製造において、可撓性基板２上にアモルファスシリコン膜をいわゆるロールツーロール方式により形成するために用いられるものである。
【００１６】
この成膜システム１００は、繰出室１０、前処理室１２、Ｎ室５０ａ、Ｉ室５０ｂ、Ｐ室５０ｃ、後処理室１３、及び、巻取室２０を主として備えている。
【００１７】
繰出室１０では、ボビン１にロール状にあらかじめ巻き取られていた可撓性基板２を繰出す。繰出室１０から繰出された可撓性基板２は、前処理室１２、Ｎ室５０ａ、Ｉ室５０ｂ、Ｐ室５０ｃ、後処理室１３内を通過した後に巻取室２０に供給され、巻取室２０内のボビン１にロール状に巻き取られる。
【００１８】
前処理室１２には、電極１４、及び高周波電源１８に接続された電極１６が配置されており、可撓性基板の放電洗浄処理を行う。
【００１９】
Ｎ室５０ａ、Ｉ室５０ｂ、Ｐ室５０ｃは、それぞれ、ｎ型アモルファスシリコン薄膜、ｉ型アモルファスシリコン薄膜、ｐ型アモルファスシリコン薄膜を可撓性基板２上に成膜するプラズマＣＶＤ装置（プラズマ処理装置）であり、それぞれ、接地された電極５４、及び、高周波電源１９が接続された電極５６が配置されている。可撓性基板２は、それぞれ、電極５４と電極５６との間を可撓性基板２の長手方向に通り抜けるようにされており、特に、可撓性基板２が、一方の電極５４の表面に沿って移動するようにされている。
【００２０】
前処理室１２とＮ室５０ａとの間、Ｎ室５０ａとＩ室５０ｂとの間、Ｉ室５０ｂとＰ室５０ｃとの間、Ｐ室５０ｃと後処理室１３との間には、バッファ室３０がそれぞれ配置されている。バッファ室３０は、各室間でのガスの混合を抑制するための部屋であり、不活性ガス源ＩＮから不活性ガスが微量供給され、各部屋からのガスが流入しないようにされている。なお、バッファ室３０に不活性ガスを供給せず、バッファ室３０内のガスを高真空排気することによって各室間でのガスの混合を抑制することも可能である。また、繰出室１０から巻取室２０までの空間は、ポンプ１５により減圧状態に維持されている。
【００２１】
Ｎ室５０ａにはＣＶＤ反応用の原料ガスとして、例えば、ＳｉＨ４及びドーパントとなる例えばホスフィン（ＰＨ３）を含むガスが、Ｉ室５０ｂにはＳｉＨ４を含むガスが、Ｐ室５０ｃにはＳｉＨ４及びドーパントとなるジボラン（Ｂ２Ｈ６）を含むガスが、各ガス源ＧＩから供給される。また、Ｎ室５０ａ、Ｉ室５０ｂ、Ｐ室５０ｃにおける反応後のガスは、ガス回収装置ＧＯにより各室から系外に排出される。
【００２２】
後処理室１３には、電極１４、及び高周波電源１８に接続された電極１６が配置されており、成膜面の放電処理を行う。
【００２３】
続いて、プラズマＣＶＤ装置であるＮ室５０ａ、Ｉ室５０ｂ、Ｐ室５０ｃの詳細について、図２及び図３を参照して詳細に説明する。ここでは、Ｎ室５０ａを例に挙げて説明するが、Ｉ室５０ｂ、Ｐ室５０ｃもＮ室５０ａ同様である。
【００２４】
Ｎ室５０ａは、減圧容器５１内に、アノード側として機能する接地された電極５４と、カソード側として機能し高周波電源１９と接続された電極５６、原料ガスを供給する供給管５２、及び、反応後のガスを排出する排出管５３を主として備える。
【００２５】
電極５４及び電極５６は、それぞれ平板状をなし、互いに対向するように水平に配置されている。前述のように、可撓性基板２は一方の電極である電極５４に沿って、その長手方向に搬送される。すなわち、可撓性基板２は、電極５４及び電極５６間において、電極５４に近い位置を通過することとなる。
【００２６】
電極５４と可撓性基板２との距離は特に限定されないが、例えば、１ｍｍ〜５ｍｍ程度とすることができる。
【００２７】
供給管５２は、可撓性基板２の搬送方向（図２の左から右方向）の上流側に配置され、ガス源ＧＩからのガスを、電極５４及び電極５６間に、かつ、可撓性基板２の搬送方向に流す。
【００２８】
供給管５２のガス排出口には、ガス分散板５７が設けられている。ガス分散板５７は、原料ガスを供給管５２から電極間のプラズマ形成領域Ｐまで水平方向に分散させるスリット５７ｂを複数有する。スリット５７ｂの幅は特に限定されないが、プラズマ形成領域Ｐからプラズマが供給管５２内に漏れ出さないようにすべく、スリット５７ｂのガス出口５７ｄ近傍に存在するプラズマのデバイ長さλＤ以下とすることが好ましい。また、ガス分散板５７は、多数の孔を形成したものでもよい。
【００２９】
また、排出管５３は、図２に示すように、可撓性基板２の搬送方向に配置され、電極５４及び電極５６間のガスを外部、すなわち減圧容器５１の外へ排出する。排出管５３の下流側には、パーティクルを回収するパーティクル回収装置ＧＯが接続されている。
【００３０】
この排出管５３は、後述するプラズマ閉込部６５を通過したガスを捕集してしばらく水平方向にガスを導いた後、下方に向かってガスを導くように形成されている。
【００３１】
プラズマ閉込部６５は、図２及び図３に示すように、一対の磁石部６０、ブロック５９、及び、磁気シールド６２を主として備えている。
【００３２】
図３に示すように、磁石部６０は、それぞれ複数の磁石５８を有している。各磁石部６０において、複数の磁石５８は、磁石部６０の表面に各磁石５８のＳ極５８Ｓ及びＮ極５８Ｎがガスの流れ方向（Ｚ方向）と交差する方向（ここでは、さらに基板２と水平な方向）に一列に交互に並ぶように配置されている。そして、この一対の磁石部６０は、Ｓ極５８ＳとＮ極５８Ｎとが互いに対向し、かつ、一対の磁石部６０間にガスが流れる流路ＦＰが形成されるように対向配置されている。
【００３３】
磁石５８は特に限定されないが、例えば、フェライト磁石、サマリウム・コバルト（ＳｍＣｏ）系磁石、ネオジム（Ｎｄ）系磁石等を使用できる。ここで、磁石部６０間に形成される磁束密度は、完全磁化プラズマ条件、すなわち、電子が磁力線の周りを一周する間に中性ガスと衝突しない条件となるほどの強さＢｚである必要はない。磁束密度は、完全磁化プラズマ条件となる磁束密度Ｂｚの１／１０以上であることが好ましい。例えば、圧力が１３３Ｐａでは、完全磁化プラズマ条件となる磁束密度Ｂｚは約１０ｋＧである。
【００３４】
また、各磁石５８の形態は特に限定されないが、図３に示すように、厚み方向（Ｙ方向）に磁化された板状の磁石を用いることが好ましい。
【００３５】
磁石５８のサイズは特に限定されない。図２における磁石５８のガス流れ方向（Ｚ方向）の長さは、プラズマを十分に閉じ込めることができる長さに調節すればよく、例えば、圧力１００−２００Ｐａでは４０ｍｍとすればよい。磁石５８のＸ方向（フィルム巾方向）の長さは、及び、磁石部６０間の間隔（Ｙ方向）は、プラズマ形成によって生成するパーティクルの堆積による流路ＦＰの閉塞を長時間防ぐことを意図して設定すればよく、この長さを、例えば、８ｍｍ以上、好ましくは２０ｍｍとすることができる。
【００３６】
図３に戻って、ブロック５９は、一方の磁石部６０のＳ極５８Ｓ及びＮ極５８Ｎの境界部と、他方の磁石部６０のＳ極５８Ｓ及びＮ極５８Ｎの境界部との間に設けられており、この境界部間におけるガスの流通を妨げる。ブロック５９の材質は非磁性材料であれば特に限定されず、十分な剛性を有していればよい。具体的には、非磁性のステンレス鋼が挙げられる。
【００３７】
ブロック５９のサイズは特に限定されないが、完全磁化プラズマ条件となる磁束密度Ｂｚの１／１０未満となる部分を覆うこと、例えば、圧力が１３３Ｐａであれば磁束密度が７５０Ｇ未満となる部分を覆うようにすることが好ましい。例えば、圧力１００−２００Ｐａでは、ブロック５９のＸ方向（フィルム巾方向）の長さは、例えば、１３ｍｍとすることができる。また、ブロック５９のＹ方向の高さは磁石部６０間の間隔と同じとすることが好ましい。また、図２におけるブロック５９のガス流れ方向（Ｚ方向）の長さは、磁石５８の長さ以上とすることが好ましい。
【００３８】
磁気シールド６２は、磁石部６０及びブロック５９を、Ｚ軸方向の周りに取り囲むように設けられており、磁石部６０から外への磁束の漏れ、特に、磁石部から基板２の方向への磁束の漏れを抑制するものである。磁気シールドの材質は、軟磁性材料であればよく、例えば、純鉄が挙げられる。磁気シールド６２の厚みは特に限定されないが、基板上での漏洩磁束が４０Ｇ以下、より好ましくは３０Ｇ以下となる厚みとすることが好ましい。
【００３９】
ガス分散板５７の材料は特に限定されない。例えば、アルミナ等のセラミック材料、石英、ガラス材料、フッ素樹脂等の樹脂材料が挙げられる。フッ素樹脂としては、ポリ四フッ化エチレン(PTFE)、ポリ三フッ化クロルエチレン(PCTFE)、ポリビニリデンフロライド（PVDF）、フッ化エチレンプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)等が挙げられる。
【００４０】
続いて、このようなプラズマＣＶＤ装置を含む成膜システム１００における作用について説明する。
【００４１】
まず、図１に示すように、ボビン１から、ＰＥＮ等の樹脂基材上にアルミニウム等の下部反射電極が予め形成された可撓性基板２を、繰出室１０ボビン１から巻取室２０のボビン１まで長手方向に搬送する。この際に、Ｎ室５０ａ、Ｉ室５０ｂ、Ｐ室５０ｃにおいて、それぞれ、可撓性基板２上に、ｎ型アモルファスシリコン薄膜、ｉ型アモルファスシリコン薄膜、ｐ型アモルファスシリコン薄膜をそれぞれプラズマＣＶＤ法によって成膜する。
【００４２】
具体的には、図２において、電極５４と電極５６との間に供給管５２からＣＶＤ原料ガスを供給すると共に、電極５４と電極５６との間に所定の高周波、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加する。そうすると、電極５４と電極５６との間のプラズマ形成領域ＰにＣＶＤ原料ガスのプラズマが発生し、可撓性基板２上にアモルファスシリコン薄膜が形成する。この成膜工程は、通常可撓性基板２を所定速度で搬送しながら連続的に行われる。
【００４３】
そして、反応後のガスは、可撓性基板２の搬送方向に流れ、排出管５３を介して外部に排出される。
【００４４】
ところで、プラズマ形成領域Ｐにおいては、原料ガスのプラズマが形成されることに伴い、不可避的にパーティクルが発生する。このようなパーティクルはその粒径が例えば０．０１〜数μｍ程度と小さく、通常、ガスの流れに乗って排出管５３を通ってプラズマ形成領域Ｐから排出される。
【００４５】
ここで、本実施形態においては、排出管５３の入口にプラズマ閉込部６５が設けられており、一対の磁石部６０によりガスの流れ方向と交差する方向（Ｙ方向）に、排出されるガスに対して磁場が印加される。したがって、プラズマ中の荷電粒子がこの磁力線に巻きつくためプラズマが閉じ込められ、プラズマ形成領域Ｐに形成するプラズマが排出管５３に漏れることが抑制される。したがって、排出管５３において余計なパーティクルの発生や排出管５３内での成膜等が抑制され、原料ガスの無駄や長時間運転時の注入電力変動の原因や電力の無駄が低減する。
【００４６】
また、各磁石部６０の裏面（シールド６２側）においてＳ極５８ＳとＮ極５８Ｎとが交互に配置されているので、外部へ漏洩する磁束を極めて小さくすることができ、意図しない場所、特に、基板２の近傍における異常放電(マイクロ放電)が抑制される。これにより、析出する膜へのピンホールの発生が抑制され、析出膜の特性が向上する。
【００４７】
さらに、一方の磁石部６０の表面（流路ＦＰ側）のＳ極５８Ｓ及びＮ極５８Ｎの境界部と、他方の磁石部の表面（流路ＦＰ側）のＳ極５８Ｓ及びＮ極５８Ｎの境界部との間においては、両側の磁極からの磁束によってガス流れに対して交差する方向（Ｙ方向）の磁界が弱くなりプラズマの閉じ込めが難しいが、この部分にブロック５９を有することによりプラズマの閉込をより効率よく行なえる。
【００４８】
また、従来のようにスリットや網をプラズマ閉込部とした場合に比して、プラズマ閉込部６５における開口幅を大きくできるので、プラズマ閉込部６５の流路ＦＰ内におけるパーティクルの堆積が抑制される。したがって、プラズマ形成領域Ｐから外部へのパーティクルの排出が長時間安定して可能となる。したがって、可撓性基板２に形成される膜に対するパーティクルの混入を長時間にわたって安定して抑制することが可能となる。
【００４９】
そして、これらの相乗効果によって、プラズマＣＶＤによる欠陥の少ない成膜を極めて長時間にわたって連続して低コストに行うことができる。
【００５０】
なお、本発明は上記実施形態に限られずさまざまな変形態様が可能である。
【００５１】
例えば、上記実施形態では、電極５４、５６が鉛直方向に対向配置されているが、例えば、電極５４、５６が水平方向に対向配置されているものとしても実施は可能である。
【００５２】
また、上記実施形態では、プラズマ閉込部６５が排出管５３の上流側に配置されているが、排出管５３の内部に設けられていても良い。排出管５３の内部でも入口側（電極側）に配置されることが、プラズマの漏れを抑制する観点から好ましい。また、排出管５３の形態も特に限定されない。
【００５３】
また、上記実施形態では、磁石部６０からの磁束の漏れを抑制すべく磁気シールド６２を設けているが、磁気シールド６２の形状も特に限定されず、磁気シールド６２がなくても実施は可能である。
【００５４】
また、上記実施形態では、厚み方向（Ｙ方向）に磁化された板状の磁石５８を用いているが、例えば、Ｘ方向に磁化された磁石をＸ方向に並べても実施は可能である。
【００５５】
また、上記実施形態では、可撓性基板２が電極５４に沿って搬送されているが、電極５６に沿って搬送されても良い。また、可撓性基板２でなく、硬い基板でもよく、また、長尺な基板で連続成膜せず、短尺な基板でバッチ式に成膜を行なっても本発明の実施は可能である。
【００５６】
また、上記実施形態では、ガスを流す方向が基板の搬送方向と同一方向であるが、基板の搬送方向と逆方向であっても良い。
【００５７】
また、上記実施形態では、ＮＩＰ型の光電変換膜を製造しているが、例えば、ＰＩＮ型、タンデム型等の他の形態の光電変換膜を上述のようにプラズマＣＶＤにより製造してもよいことは言うまでも無い。
【００５８】
また、上述のプラズマＣＶＤ装置は、太陽電池用のアモルファスシリコン薄膜の製造のみならず、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等の他のプラズマＣＶＤ用途にも転用可能である。
【００５９】
さらに、本発明は、プラズマＣＶＤ装置に限られず、供給されたガスのプラズマを形成して基板を処理する装置であればよく、例えば、原料ガスをエッチャント原料ガス（例えば、ＮＦ３等）とすることにより、プラズマエッチングを行う装置であっても実施可能である。
【００６０】
さらに、図４に示すように、プラズマ閉込部６５は、流路ＦＰにおいて磁界が比較的弱い部分の磁界強度を強化する補助磁石１５８を備えていてもよい。補助磁石１５８は、磁石５８の流路ＦＰ側の表面のＸ方向の両端部にそれぞれ配置された、板状磁石であり、Ｙ方向に磁化されており、流路ＦＰを挟んで互いに対向している。補助磁石１５８の流路ＦＰ側の表面の極性は、それぞれ、その補助磁石１５８が設けられた磁石５８の流路ＦＰ側の面の極性と同じとなるようにされ、磁界強度を増加させる。補助磁石１５８を設けることにより、磁石５８の両端部付近における磁界強度の弱い部分を少なくすることができ、ブロック５９のＸ方向の幅をより狭くすることができ、これにより、通気抵抗をより小さくすることができ、パーティクルがよりスムーズに排出される。補助磁石１５８の材質としては、磁石５８よりも磁束密度が高くなるものが好ましい。なお、補助磁石１５８は、磁石５８の両端部に埋め込まれていてもよい。
【００６１】
続いて、上述の装置によりにより製造される太陽電池の一例について簡単に説明する。図５に示すように、可撓性基板２は、基材２ｆ上に下部反射電極２ｇが成膜されたものである。基材２ｆの材料としては、例えば、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＩ（ポリイミド）等の樹脂フィルムが挙げられる。
【００６２】
下部反射電極２ｇの材料としては、アルミニウム、チタン、銀等の金属が挙げられる。
【００６３】
下部反射電極２ｇ上に、ｎ型アモルファスシリコン薄膜３ｎ、ｉ型アモルファスシリコン薄膜３ｉ、ｐ型アモルファスシリコン薄膜３ｐがこの順に成膜されており、これら３つが光電変換層３を構成している。この光電変換層３を上述の成膜システムで成膜することができる。
【００６４】
光電変換層３の上には、例えばＩＴＯ等の透明な上部電極膜４が形成されている。また、光電変換層３及び下部反射電極２ｇは、エポキシ樹脂等の絶縁材料層６によって、積層方向と直交する方向に複数の領域に分割されている。また、これに対応して、上部電極膜４も開口７によって複数の領域に分割され、各領域は、２つの光電変換層３を跨ぐように形成されている。さらに、上部電極膜４と、下部反射電極２ｇとを導通する銀ペースト等から形成された導通部８が各領域に設けられ、各光電変換層３が直列に接続されている。
【００６５】
例えば、絶縁材料層６はレーザによる穴あけ後に樹脂を印刷等により塗布することにより形成でき、開口７もレーザにより形成でき、導通部８は導電材料を印刷法等により塗布した後にレーザを照射することにより、ロールツーロールやバッチ式等により形成できる。これらの工程は、集積化工程とも呼ばれる。
【実施例】
【００６６】
（実施例１）
長尺な可撓性基板として、ＰＥＮフィルム上にＤＣスパッタリング法により下地電極としてのアルミニウムを３００ｎｍ成膜したものを用いた。この可撓性基板の下地電極上に、上述のプラズマＣＶＤ装置を用いて、アモルファスシリコンによるＮＩＰ接合膜からなる光電変換層を約７００ｎｍ成膜した。
【００６７】
成膜条件は、ＳｉＨ４：Ｈ２＝１００ｓｃｃｍ：１０００ｓｃｃｍ、圧力１３３Ｐａ、投入電力１４０Ｗとした。各層の厚みは、Ｎ／Ｉ／Ｐ＝２０ｎｍ／７００ｎｍ／１５ｎｍとした。このとき、プラズマ閉込部６５の磁石部５８として、Ｙ方向の高さ５ｍｍ、ガス流れと直交する方向（図２のＸ方向）の幅５６ｍｍ、ガス流れ方向(図１、２のＺ方向)の幅４０ｍｍの直方体形状を有し、Ｙ方向に磁化された磁石（フェライト磁石）をＸ方向にＳ極、Ｎ極を交互に６つ並べたものを用い、この磁石部６０を１８ｍｍのギャップで対向配置した。また、Ｓ極とＮ極との境界部間に、Ｘ方向の幅が１１ｍｍ、Ｙ方向の高さが１８ｍｍ、Ｚ方向の長さが４０ｍｍのＳＵＳ３０４製ブロック５９をそれぞれ配置した。また、磁気シールド６２として、厚さ５ｍｍの純鉄板を用いた。
【００６８】
このプラズマ閉込部６５を図２のＶ方向から見た場合の入口部の磁場の強度分布を図６に示す。また、このプラズマ閉込部６５の直上の基板２における磁場の強度分布を図２のＶＩ方向から見た分布を図７に示す。これらの結果は、シミュレーション結果である。
【００６９】
このようなプラズマＣＶＤ装置により光電変換層を連続的に成膜したのち、光電変換層上に透明上部電極としてのＩＴＯ層を６０ｎｍ成膜し、その後、レーザ加工による穴あけ及び導電性樹脂の印刷塗布等により、太陽電池セルを電気的に直列に接続し、最後に、絶縁性樹脂により封止をおこなった。
【００７０】
連続成膜のスタート地点から一定距離ごとに太陽電池をサンプリングし、開放電圧Ｖocを測定した。
【００７１】
（実施例２）
図４に示すように、磁石５８の両端部にそれぞれ補助磁石（サマリウム・コバルト系磁石（ＲＥＣ３２（ＴＤＫ社製）、Ｘ方向の長さが１２ｍｍ、厚さが２ｍｍ）１５８を設けたプラズマ閉込部を用いた。また、補助磁石の採用により、７５０Ｇ未満の磁束密度ＢｚとなるＸ方向の幅が１１ｍｍから６ｍｍとなったので、ブロック５９のＸ方向の幅を６ｍｍとした。これら以外は、実施例１と同様にした。
【００７２】
（比較例１）
プラズマ閉込部６５を図８のようにする、すなわち、一方の磁石部５８及び他方の磁石部５８をそれぞれ単一の磁石とした以外は、実施例と同様にした。
【００７３】
このプラズマ閉込部６５を図２のＶ方向から見た場合の入口部の磁場の強度分布を図９に示す。また、このプラズマ閉込部６５の直上の基板２における磁場の強度分布を図２のＶＩ方向から見た分布を図１０に示す。これらの結果は、シミュレーション結果である。
【００７４】
（比較例２）
図１１に示すように、磁石ではなく、スリット５８ｂによりプラズマを閉じ込めるプラズマ閉込部材５８を用いる以外は実施例１と同様にした。ここでは、複数の水平方向に延びる板５８ａを、互いに上下方向（Ｙ方向）に離間して設けることによって横方向（Ｘ方向）に延びる複数のスリット５８ｂを形成した。板５８ａとして、ＰＴＦＥ製のものを用い、スリット幅Ｄ５８を５ｍｍとし、板５８ａのガスの流れ方向上流側の端部５８ｃを結んだ直線５８ｄの傾斜角度θを２０°とし、スリットの流路の長さＬ５８は３０ｍｍとした。
【００７５】
（比較例３）
図１２に示すように、垂直方向（Ｙ方向）に配置した板５８ａを互いに水平方向（Ｘ方向）に離間して並べ、垂直方向（Ｙ方向）に延びる複数のスリットを複数形成する以外は比較例２と同様にした。スリット幅（Ｘ方向となる）は比較例２と同様とした。また、各板５８ａのガス流れ上流側は、２枚の斜面５８ｃにより形成されていて上流側に向かって尖っており、Ｘ−Ｚ面断面における２枚の斜面の５８ｃのなす角は４０°である。また、水平方向（Ｘ方向）から見て板５８ａの先端部５８ｄにより形成される斜面の、ガスの流れ方向とのなす傾斜角度θは２０°である。
【００７６】
(評価)
連続成膜のスタート地点からの距離（以下、成膜距離とする）を所定距離で無次元化して横軸とし、開放電圧Ｖocを所定電圧で無次元した値を縦軸としたグラフを、実施例１、比較例１，２，３について図１３に示す。縦軸の開放電圧Ｖocは、０．９５以上であることが必要とされる。なお、比較例２、比較例３については、開放電圧が低下する前のデータについては省略している。
【００７７】
比較例１は、成膜距離が少し進んだ時点（成膜長〜０．１）で、実施例１に比べてすぐに開放電圧が低下した。これは、比較例１では、単一磁石同士を対向させているので、漏洩磁界が大きくなり、漏洩磁束が基板と磁気シールドとの間に存在する自由電子をローレンツ力により捕捉するために放電確率が増加し、局所的なマイクロ放電すなわち異常放電が発生する。その結果、負に帯電した基板表面のａ−Ｓｉ膜にピンホールがあくために、Ｖocが直ぐに低下するものと考えられる。
【００７８】
また、比較例２では２．１程度、比較例３では２．２程度の成膜距離で開放電圧が９０％程度にまで劣化したのに対して、実施例１では、３．３程度の成膜距離に到達するまで開放電圧が初期値の９０％以上を維持した。開放電圧が経時的に劣化するのは、主として、アモルファスシリコン膜へのパーティクルの取り込みに起因すると考えられる。すなわち、プラズマＣＶＤにより、電極間にはシリコンのパーティクルが発生し、大部分はガス回収装置ＧＯ側に排出されるが、一部が、プラズマ閉込部材の流路等に堆積し、堆積量が大きくなると目詰まりが起こってパーティクルが膜中に取り込まれやすくなると考えられる。そして、磁石によりプラズマを閉じ込める実施例１では、スリットによりプラズマを閉じ込める比較例２，３に比べて開口を広く取れるので、プラズマ閉込部材が目詰まりし難くなり、実施例１は比較例２，３に比べて目詰まりし難いと考えられる。
【００７９】
なお、実施例２についても、成膜距離３．５を超えるまで、開放電圧が０．９５以上であることを確認した。
【符号の説明】
【００８０】
２…可撓性基板(基板)、５０ａ…Ｎ室（プラズマ処理装置）、５０ｂ…Ｉ室（プラズマ処理装置）、５０ｃ…Ｐ室（プラズマ処理装置）、５３…排出管、５４…電極、５６…電極、５８…磁石、５８Ｓ…Ｓ極、５８Ｎ…Ｎ極、５９…ブロック、６０…磁石部、６２…磁気シールド、６５…プラズマ閉込部。
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高周波電圧が印加される一対の電極間にプラズマ化されるべきガスが供給され、このプラズマによって一方の電極の表面に沿って配置された基板を処理するプラズマ処理装置が知られている。このようなプラズマ処理装置においては、ガスとしてＣＶＤ原料ガスを用いることによって基板上に反応生成物を析出させたり、ガスとしてエッチャント原料ガスを用いることにより基板上の材料をエッチングしたりすることができる。
【０００３】
そして、このようなプラズマ処理装置では、電極間から処理後のガスを外部に排出する必要があるが、この際にプラズマを排出させずに電極間に閉じ込める必要がある。これを実現するプラズマ閉込部として、特許文献１、２のように、ガスの排出流路に静電スリットを配置することや、特許文献３のようにパンチングメタルや金属メッシュを用いることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１８４６６２号公報
【特許文献２】特開２００２−０６４０６４号公報
【特許文献３】特開２００１−３３５９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のプラズマ閉込部では、スリット間隔や穴の間隔をかなり小さくしなければならないことが多く、プラズマ処理に伴って生成する粉体によりプラズマ閉込部が目詰まりしてこの粉体がうまく排出されず、この粉体がプラズマ処理された基板の特性を悪化させる場合がある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板に対する悪影響を抑制でき、かつ、十分にプラズマを閉じ込めることができるプラズマ処理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】
【０００７】
本発明にかかるプラズマ処理装置は、高周波電圧が印加される一対の電極間にプラズマ化されるガスが供給されると共に、一方の前記電極の表面に沿って基板が配置されるプラズマ処理装置であって、電極間から排出されるガスの流路にプラズマ閉込部を備える。そして、プラズマ閉込部は、表面にＳ極及びＮ極がガスの流れと交差する方向に一列に交互に配置された磁石部を一対有する。ここで、一対の磁石部はＳ極とＮ極とが互いに対向し、かつ、一対の磁石部間にガスが流れるように対向配置されている。また、プラズマ閉込部は、さらに、一方の磁石部のＳ極及びＮ極の境界部と、他方の磁石部のＳ極及びＮ極の境界部との間に、ガスの流通を妨げるブロックを有している。
【０００８】
本発明によれば、排出されるガスが、互いに対向する一対の磁石部のＳ極及びＮ極間を通ることにより、このガスに対してガスの流れに交差する方向の磁界が印加され、排出されるガス中のプラズマが閉じ込められる。また、各磁石部においてＳ極とＮ極とが交互に配置されているので、外部へ漏洩する磁束を小さくすることができ、意図しない場所での異常放電(マイクロ放電)が抑制される。さらに、一方の磁石部のＳ極及びＮ極の境界部と、他方の磁石部のＳ極及びＮ極の境界部との間においては、両方の磁極からの磁束によってガス流れに対して交差する方向の磁界が弱くなりプラズマの閉じ込めが難しいが、この部分にブロックを有することによりプラズマの閉込をより効率よく行なえる。さらに、従来のようにスリットや網をプラズマ閉込部とした場合に比して、プラズマ閉込部における開口幅を大きくできるので、プラズマ閉込部の流路内におけるパーティクルの堆積が抑制される。したがって、外部へのパーティクルの排出が長時間安定して可能となり、膜に対するパーティクルの混入を長時間にわたって安定して抑制することが可能となる。
【０００９】
ここで、基板は長尺な可撓性基板であって、一方の電極の表面に沿って前記可撓性基板の長手方向に供給され、可撓性基板と磁石部との間に磁気シールドをさらに備えることが好ましい。
【００１０】
これにより、基板に印加される磁界を低減でき、異常放電により基板等に形成されるピンホールをより低減できる。
【００１１】
また、ガスはＣＶＤの原料ガスであり、基板上に反応生成物が析出されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、基板に対する悪影響を抑制でき、かつ、十分にプラズマを閉じ込めることができるプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明にかかる成膜システムの全体構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１のＮ室、Ｉ室、Ｐ室の概略断面図（実施例１に対応）である。
【図３】図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。
【図４】図４は、図３の変形例（実施例２に対応）である。
【図５】図５は、太陽電池の一実施例を示す概略断面図である。
【図６】図６は、実施例１のプラズマ閉込部について、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における磁束密度の分布である。
【図７】図７は、実施例１のプラズマ閉込部について、図２のＶから見た基板２の直上における磁束密度の分布である。
【図８】図８は、比較例１のプラズマ閉込部について、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。
【図９】図９は、比較例１のプラズマ閉込部について、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における磁束密度の分布である。
【図１０】図１０は、比較例のプラズマ閉込部について、図２のＶから見た基板２の直上における磁束密度の分布である。
【図１１】図１１は、比較例２のＮ室、Ｉ室、Ｐ室の概略断面図である。
【図１２】図１２は、比較例３のＮ室、Ｉ室、Ｐ室の概略断面図である。
【図１３】図１３は、実施例１及び比較例１〜３について、各成膜距離でサンプリングした太陽電池の開放電圧を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
【００１５】
（第１実施形態）
図１は、プラズマＣＶＤ装置(プラズマ処理装置)としてのＮ室５０ａ、Ｉ室５０ｂ、Ｐ室５０ｃを含む成膜システム１００の概略構成図である。本実施形態における成膜システム１００は、いわゆるアモルファスシリコン型薄膜太陽電池の製造において、可撓性基板２上にアモルファスシリコン膜をいわゆるロールツーロール方式により形成するために用いられるものである。
【００１６】
この成膜システム１００は、繰出室１０、前処理室１２、Ｎ室５０ａ、Ｉ室５０ｂ、Ｐ室５０ｃ、後処理室１３、及び、巻取室２０を主として備えている。
【００１７】
繰出室１０では、ボビン１にロール状にあらかじめ巻き取られていた可撓性基板２を繰出す。繰出室１０から繰出された可撓性基板２は、前処理室１２、Ｎ室５０ａ、Ｉ室５０ｂ、Ｐ室５０ｃ、後処理室１３内を通過した後に巻取室２０に供給され、巻取室２０内のボビン１にロール状に巻き取られる。
【００１８】
前処理室１２には、電極１４、及び高周波電源１８に接続された電極１６が配置されており、可撓性基板の放電洗浄処理を行う。
【００１９】
Ｎ室５０ａ、Ｉ室５０ｂ、Ｐ室５０ｃは、それぞれ、ｎ型アモルファスシリコン薄膜、ｉ型アモルファスシリコン薄膜、ｐ型アモルファスシリコン薄膜を可撓性基板２上に成膜するプラズマＣＶＤ装置（プラズマ処理装置）であり、それぞれ、接地された電極５４、及び、高周波電源１９が接続された電極５６が配置されている。可撓性基板２は、それぞれ、電極５４と電極５６との間を可撓性基板２の長手方向に通り抜けるようにされており、特に、可撓性基板２が、一方の電極５４の表面に沿って移動するようにされている。
【００２０】
前処理室１２とＮ室５０ａとの間、Ｎ室５０ａとＩ室５０ｂとの間、Ｉ室５０ｂとＰ室５０ｃとの間、Ｐ室５０ｃと後処理室１３との間には、バッファ室３０がそれぞれ配置されている。バッファ室３０は、各室間でのガスの混合を抑制するための部屋であり、不活性ガス源ＩＮから不活性ガスが微量供給され、各部屋からのガスが流入しないようにされている。なお、バッファ室３０に不活性ガスを供給せず、バッファ室３０内のガスを高真空排気することによって各室間でのガスの混合を抑制することも可能である。また、繰出室１０から巻取室２０までの空間は、ポンプ１５により減圧状態に維持されている。
【００２１】
Ｎ室５０ａにはＣＶＤ反応用の原料ガスとして、例えば、ＳｉＨ４及びドーパントとなる例えばホスフィン（ＰＨ３）を含むガスが、Ｉ室５０ｂにはＳｉＨ４を含むガスが、Ｐ室５０ｃにはＳｉＨ４及びドーパントとなるジボラン（Ｂ２Ｈ６）を含むガスが、各ガス源ＧＩから供給される。また、Ｎ室５０ａ、Ｉ室５０ｂ、Ｐ室５０ｃにおける反応後のガスは、ガス回収装置ＧＯにより各室から系外に排出される。
【００２２】
後処理室１３には、電極１４、及び高周波電源１８に接続された電極１６が配置されており、成膜面の放電処理を行う。
【００２３】
続いて、プラズマＣＶＤ装置であるＮ室５０ａ、Ｉ室５０ｂ、Ｐ室５０ｃの詳細について、図２及び図３を参照して詳細に説明する。ここでは、Ｎ室５０ａを例に挙げて説明するが、Ｉ室５０ｂ、Ｐ室５０ｃもＮ室５０ａ同様である。
【００２４】
Ｎ室５０ａは、減圧容器５１内に、アノード側として機能する接地された電極５４と、カソード側として機能し高周波電源１９と接続された電極５６、原料ガスを供給する供給管５２、及び、反応後のガスを排出する排出管５３を主として備える。
【００２５】
電極５４及び電極５６は、それぞれ平板状をなし、互いに対向するように水平に配置されている。前述のように、可撓性基板２は一方の電極である電極５４に沿って、その長手方向に搬送される。すなわち、可撓性基板２は、電極５４及び電極５６間において、電極５４に近い位置を通過することとなる。
【００２６】
電極５４と可撓性基板２との距離は特に限定されないが、例えば、１ｍｍ〜５ｍｍ程度とすることができる。
【００２７】
供給管５２は、可撓性基板２の搬送方向（図２の左から右方向）の上流側に配置され、ガス源ＧＩからのガスを、電極５４及び電極５６間に、かつ、可撓性基板２の搬送方向に流す。
【００２８】
供給管５２のガス排出口には、ガス分散板５７が設けられている。ガス分散板５７は、原料ガスを供給管５２から電極間のプラズマ形成領域Ｐまで水平方向に分散させるスリット５７ｂを複数有する。スリット５７ｂの幅は特に限定されないが、プラズマ形成領域Ｐからプラズマが供給管５２内に漏れ出さないようにすべく、スリット５７ｂのガス出口５７ｄ近傍に存在するプラズマのデバイ長さλＤ以下とすることが好ましい。また、ガス分散板５７は、多数の孔を形成したものでもよい。
【００２９】
また、排出管５３は、図２に示すように、可撓性基板２の搬送方向に配置され、電極５４及び電極５６間のガスを外部、すなわち減圧容器５１の外へ排出する。排出管５３の下流側には、パーティクルを回収するパーティクル回収装置ＧＯが接続されている。
【００３０】
この排出管５３は、後述するプラズマ閉込部６５を通過したガスを捕集してしばらく水平方向にガスを導いた後、下方に向かってガスを導くように形成されている。
【００３１】
プラズマ閉込部６５は、図２及び図３に示すように、一対の磁石部６０、ブロック５９、及び、磁気シールド６２を主として備えている。
【００３２】
図３に示すように、磁石部６０は、それぞれ複数の磁石５８を有している。各磁石部６０において、複数の磁石５８は、磁石部６０の表面に各磁石５８のＳ極５８Ｓ及びＮ極５８Ｎがガスの流れ方向（Ｚ方向）と交差する方向（ここでは、さらに基板２と水平な方向）に一列に交互に並ぶように配置されている。そして、この一対の磁石部６０は、Ｓ極５８ＳとＮ極５８Ｎとが互いに対向し、かつ、一対の磁石部６０間にガスが流れる流路ＦＰが形成されるように対向配置されている。
【００３３】
磁石５８は特に限定されないが、例えば、フェライト磁石、サマリウム・コバルト（ＳｍＣｏ）系磁石、ネオジム（Ｎｄ）系磁石等を使用できる。ここで、磁石部６０間に形成される磁束密度は、完全磁化プラズマ条件、すなわち、電子が磁力線の周りを一周する間に中性ガスと衝突しない条件となるほどの強さＢｚである必要はない。磁束密度は、完全磁化プラズマ条件となる磁束密度Ｂｚの１／１０以上であることが好ましい。例えば、圧力が１３３Ｐａでは、完全磁化プラズマ条件となる磁束密度Ｂｚは約１０ｋＧである。
【００３４】
また、各磁石５８の形態は特に限定されないが、図３に示すように、厚み方向（Ｙ方向）に磁化された板状の磁石を用いることが好ましい。
【００３５】
磁石５８のサイズは特に限定されない。図２における磁石５８のガス流れ方向（Ｚ方向）の長さは、プラズマを十分に閉じ込めることができる長さに調節すればよく、例えば、圧力１００−２００Ｐａでは４０ｍｍとすればよい。磁石５８のＸ方向（フィルム巾方向）の長さは、及び、磁石部６０間の間隔（Ｙ方向）は、プラズマ形成によって生成するパーティクルの堆積による流路ＦＰの閉塞を長時間防ぐことを意図して設定すればよく、この長さを、例えば、８ｍｍ以上、好ましくは２０ｍｍとすることができる。
【００３６】
図３に戻って、ブロック５９は、一方の磁石部６０のＳ極５８Ｓ及びＮ極５８Ｎの境界部と、他方の磁石部６０のＳ極５８Ｓ及びＮ極５８Ｎの境界部との間に設けられており、この境界部間におけるガスの流通を妨げる。ブロック５９の材質は非磁性材料であれば特に限定されず、十分な剛性を有していればよい。具体的には、非磁性のステンレス鋼が挙げられる。
【００３７】
ブロック５９のサイズは特に限定されないが、完全磁化プラズマ条件となる磁束密度Ｂｚの１／１０未満となる部分を覆うこと、例えば、圧力が１３３Ｐａであれば磁束密度が７５０Ｇ未満となる部分を覆うようにすることが好ましい。例えば、圧力１００−２００Ｐａでは、ブロック５９のＸ方向（フィルム巾方向）の長さは、例えば、１３ｍｍとすることができる。また、ブロック５９のＹ方向の高さは磁石部６０間の間隔と同じとすることが好ましい。また、図２におけるブロック５９のガス流れ方向（Ｚ方向）の長さは、磁石５８の長さ以上とすることが好ましい。
【００３８】
磁気シールド６２は、磁石部６０及びブロック５９を、Ｚ軸方向の周りに取り囲むように設けられており、磁石部６０から外への磁束の漏れ、特に、磁石部から基板２の方向への磁束の漏れを抑制するものである。磁気シールドの材質は、軟磁性材料であればよく、例えば、純鉄が挙げられる。磁気シールド６２の厚みは特に限定されないが、基板上での漏洩磁束が４０Ｇ以下、より好ましくは３０Ｇ以下となる厚みとすることが好ましい。
【００３９】
ガス分散板５７の材料は特に限定されない。例えば、アルミナ等のセラミック材料、石英、ガラス材料、フッ素樹脂等の樹脂材料が挙げられる。フッ素樹脂としては、ポリ四フッ化エチレン(PTFE)、ポリ三フッ化クロルエチレン(PCTFE)、ポリビニリデンフロライド（PVDF）、フッ化エチレンプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)等が挙げられる。
【００４０】
続いて、このようなプラズマＣＶＤ装置を含む成膜システム１００における作用について説明する。
【００４１】
まず、図１に示すように、ボビン１から、ＰＥＮ等の樹脂基材上にアルミニウム等の下部反射電極が予め形成された可撓性基板２を、繰出室１０ボビン１から巻取室２０のボビン１まで長手方向に搬送する。この際に、Ｎ室５０ａ、Ｉ室５０ｂ、Ｐ室５０ｃにおいて、それぞれ、可撓性基板２上に、ｎ型アモルファスシリコン薄膜、ｉ型アモルファスシリコン薄膜、ｐ型アモルファスシリコン薄膜をそれぞれプラズマＣＶＤ法によって成膜する。
【００４２】
具体的には、図２において、電極５４と電極５６との間に供給管５２からＣＶＤ原料ガスを供給すると共に、電極５４と電極５６との間に所定の高周波、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加する。そうすると、電極５４と電極５６との間のプラズマ形成領域ＰにＣＶＤ原料ガスのプラズマが発生し、可撓性基板２上にアモルファスシリコン薄膜が形成する。この成膜工程は、通常可撓性基板２を所定速度で搬送しながら連続的に行われる。
【００４３】
そして、反応後のガスは、可撓性基板２の搬送方向に流れ、排出管５３を介して外部に排出される。
【００４４】
ところで、プラズマ形成領域Ｐにおいては、原料ガスのプラズマが形成されることに伴い、不可避的にパーティクルが発生する。このようなパーティクルはその粒径が例えば０．０１〜数μｍ程度と小さく、通常、ガスの流れに乗って排出管５３を通ってプラズマ形成領域Ｐから排出される。
【００４５】
ここで、本実施形態においては、排出管５３の入口にプラズマ閉込部６５が設けられており、一対の磁石部６０によりガスの流れ方向と交差する方向（Ｙ方向）に、排出されるガスに対して磁場が印加される。したがって、プラズマ中の荷電粒子がこの磁力線に巻きつくためプラズマが閉じ込められ、プラズマ形成領域Ｐに形成するプラズマが排出管５３に漏れることが抑制される。したがって、排出管５３において余計なパーティクルの発生や排出管５３内での成膜等が抑制され、原料ガスの無駄や長時間運転時の注入電力変動の原因や電力の無駄が低減する。
【００４６】
また、各磁石部６０の裏面（シールド６２側）においてＳ極５８ＳとＮ極５８Ｎとが交互に配置されているので、外部へ漏洩する磁束を極めて小さくすることができ、意図しない場所、特に、基板２の近傍における異常放電(マイクロ放電)が抑制される。これにより、析出する膜へのピンホールの発生が抑制され、析出膜の特性が向上する。
【００４７】
さらに、一方の磁石部６０の表面（流路ＦＰ側）のＳ極５８Ｓ及びＮ極５８Ｎの境界部と、他方の磁石部の表面（流路ＦＰ側）のＳ極５８Ｓ及びＮ極５８Ｎの境界部との間においては、両側の磁極からの磁束によってガス流れに対して交差する方向（Ｙ方向）の磁界が弱くなりプラズマの閉じ込めが難しいが、この部分にブロック５９を有することによりプラズマの閉込をより効率よく行なえる。
【００４８】
また、従来のようにスリットや網をプラズマ閉込部とした場合に比して、プラズマ閉込部６５における開口幅を大きくできるので、プラズマ閉込部６５の流路ＦＰ内におけるパーティクルの堆積が抑制される。したがって、プラズマ形成領域Ｐから外部へのパーティクルの排出が長時間安定して可能となる。したがって、可撓性基板２に形成される膜に対するパーティクルの混入を長時間にわたって安定して抑制することが可能となる。
【００４９】
そして、これらの相乗効果によって、プラズマＣＶＤによる欠陥の少ない成膜を極めて長時間にわたって連続して低コストに行うことができる。
【００５０】
なお、本発明は上記実施形態に限られずさまざまな変形態様が可能である。
【００５１】
例えば、上記実施形態では、電極５４、５６が鉛直方向に対向配置されているが、例えば、電極５４、５６が水平方向に対向配置されているものとしても実施は可能である。
【００５２】
また、上記実施形態では、プラズマ閉込部６５が排出管５３の上流側に配置されているが、排出管５３の内部に設けられていても良い。排出管５３の内部でも入口側（電極側）に配置されることが、プラズマの漏れを抑制する観点から好ましい。また、排出管５３の形態も特に限定されない。
【００５３】
また、上記実施形態では、磁石部６０からの磁束の漏れを抑制すべく磁気シールド６２を設けているが、磁気シールド６２の形状も特に限定されず、磁気シールド６２がなくても実施は可能である。
【００５４】
また、上記実施形態では、厚み方向（Ｙ方向）に磁化された板状の磁石５８を用いているが、例えば、Ｘ方向に磁化された磁石をＸ方向に並べても実施は可能である。
【００５５】
また、上記実施形態では、可撓性基板２が電極５４に沿って搬送されているが、電極５６に沿って搬送されても良い。また、可撓性基板２でなく、硬い基板でもよく、また、長尺な基板で連続成膜せず、短尺な基板でバッチ式に成膜を行なっても本発明の実施は可能である。
【００５６】
また、上記実施形態では、ガスを流す方向が基板の搬送方向と同一方向であるが、基板の搬送方向と逆方向であっても良い。
【００５７】
また、上記実施形態では、ＮＩＰ型の光電変換膜を製造しているが、例えば、ＰＩＮ型、タンデム型等の他の形態の光電変換膜を上述のようにプラズマＣＶＤにより製造してもよいことは言うまでも無い。
【００５８】
また、上述のプラズマＣＶＤ装置は、太陽電池用のアモルファスシリコン薄膜の製造のみならず、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等の他のプラズマＣＶＤ用途にも転用可能である。
【００５９】
さらに、本発明は、プラズマＣＶＤ装置に限られず、供給されたガスのプラズマを形成して基板を処理する装置であればよく、例えば、原料ガスをエッチャント原料ガス（例えば、ＮＦ３等）とすることにより、プラズマエッチングを行う装置であっても実施可能である。
【００６０】
さらに、図４に示すように、プラズマ閉込部６５は、流路ＦＰにおいて磁界が比較的弱い部分の磁界強度を強化する補助磁石１５８を備えていてもよい。補助磁石１５８は、磁石５８の流路ＦＰ側の表面のＸ方向の両端部にそれぞれ配置された、板状磁石であり、Ｙ方向に磁化されており、流路ＦＰを挟んで互いに対向している。補助磁石１５８の流路ＦＰ側の表面の極性は、それぞれ、その補助磁石１５８が設けられた磁石５８の流路ＦＰ側の面の極性と同じとなるようにされ、磁界強度を増加させる。補助磁石１５８を設けることにより、磁石５８の両端部付近における磁界強度の弱い部分を少なくすることができ、ブロック５９のＸ方向の幅をより狭くすることができ、これにより、通気抵抗をより小さくすることができ、パーティクルがよりスムーズに排出される。補助磁石１５８の材質としては、磁石５８よりも磁束密度が高くなるものが好ましい。なお、補助磁石１５８は、磁石５８の両端部に埋め込まれていてもよい。
【００６１】
続いて、上述の装置によりにより製造される太陽電池の一例について簡単に説明する。図５に示すように、可撓性基板２は、基材２ｆ上に下部反射電極２ｇが成膜されたものである。基材２ｆの材料としては、例えば、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＩ（ポリイミド）等の樹脂フィルムが挙げられる。
【００６２】
下部反射電極２ｇの材料としては、アルミニウム、チタン、銀等の金属が挙げられる。
【００６３】
下部反射電極２ｇ上に、ｎ型アモルファスシリコン薄膜３ｎ、ｉ型アモルファスシリコン薄膜３ｉ、ｐ型アモルファスシリコン薄膜３ｐがこの順に成膜されており、これら３つが光電変換層３を構成している。この光電変換層３を上述の成膜システムで成膜することができる。
【００６４】
光電変換層３の上には、例えばＩＴＯ等の透明な上部電極膜４が形成されている。また、光電変換層３及び下部反射電極２ｇは、エポキシ樹脂等の絶縁材料層６によって、積層方向と直交する方向に複数の領域に分割されている。また、これに対応して、上部電極膜４も開口７によって複数の領域に分割され、各領域は、２つの光電変換層３を跨ぐように形成されている。さらに、上部電極膜４と、下部反射電極２ｇとを導通する銀ペースト等から形成された導通部８が各領域に設けられ、各光電変換層３が直列に接続されている。
【００６５】
例えば、絶縁材料層６はレーザによる穴あけ後に樹脂を印刷等により塗布することにより形成でき、開口７もレーザにより形成でき、導通部８は導電材料を印刷法等により塗布した後にレーザを照射することにより、ロールツーロールやバッチ式等により形成できる。これらの工程は、集積化工程とも呼ばれる。
【実施例】
【００６６】
（実施例１）
長尺な可撓性基板として、ＰＥＮフィルム上にＤＣスパッタリング法により下地電極としてのアルミニウムを３００ｎｍ成膜したものを用いた。この可撓性基板の下地電極上に、上述のプラズマＣＶＤ装置を用いて、アモルファスシリコンによるＮＩＰ接合膜からなる光電変換層を約７００ｎｍ成膜した。
【００６７】
成膜条件は、ＳｉＨ４：Ｈ２＝１００ｓｃｃｍ：１０００ｓｃｃｍ、圧力１３３Ｐａ、投入電力１４０Ｗとした。各層の厚みは、Ｎ／Ｉ／Ｐ＝２０ｎｍ／７００ｎｍ／１５ｎｍとした。このとき、プラズマ閉込部６５の磁石部５８として、Ｙ方向の高さ５ｍｍ、ガス流れと直交する方向（図２のＸ方向）の幅５６ｍｍ、ガス流れ方向(図１、２のＺ方向)の幅４０ｍｍの直方体形状を有し、Ｙ方向に磁化された磁石（フェライト磁石）をＸ方向にＳ極、Ｎ極を交互に６つ並べたものを用い、この磁石部６０を１８ｍｍのギャップで対向配置した。また、Ｓ極とＮ極との境界部間に、Ｘ方向の幅が１１ｍｍ、Ｙ方向の高さが１８ｍｍ、Ｚ方向の長さが４０ｍｍのＳＵＳ３０４製ブロック５９をそれぞれ配置した。また、磁気シールド６２として、厚さ５ｍｍの純鉄板を用いた。
【００６８】
このプラズマ閉込部６５を図２のＶ方向から見た場合の入口部の磁場の強度分布を図６に示す。また、このプラズマ閉込部６５の直上の基板２における磁場の強度分布を図２のＶＩ方向から見た分布を図７に示す。これらの結果は、シミュレーション結果である。
【００６９】
このようなプラズマＣＶＤ装置により光電変換層を連続的に成膜したのち、光電変換層上に透明上部電極としてのＩＴＯ層を６０ｎｍ成膜し、その後、レーザ加工による穴あけ及び導電性樹脂の印刷塗布等により、太陽電池セルを電気的に直列に接続し、最後に、絶縁性樹脂により封止をおこなった。
【００７０】
連続成膜のスタート地点から一定距離ごとに太陽電池をサンプリングし、開放電圧Ｖocを測定した。
【００７１】
（実施例２）
図４に示すように、磁石５８の両端部にそれぞれ補助磁石（サマリウム・コバルト系磁石（ＲＥＣ３２（ＴＤＫ社製）、Ｘ方向の長さが１２ｍｍ、厚さが２ｍｍ）１５８を設けたプラズマ閉込部を用いた。また、補助磁石の採用により、７５０Ｇ未満の磁束密度ＢｚとなるＸ方向の幅が１１ｍｍから６ｍｍとなったので、ブロック５９のＸ方向の幅を６ｍｍとした。これら以外は、実施例１と同様にした。
【００７２】
（比較例１）
プラズマ閉込部６５を図８のようにする、すなわち、一方の磁石部５８及び他方の磁石部５８をそれぞれ単一の磁石とした以外は、実施例と同様にした。
【００７３】
このプラズマ閉込部６５を図２のＶ方向から見た場合の入口部の磁場の強度分布を図９に示す。また、このプラズマ閉込部６５の直上の基板２における磁場の強度分布を図２のＶＩ方向から見た分布を図１０に示す。これらの結果は、シミュレーション結果である。
【００７４】
（比較例２）
図１１に示すように、磁石ではなく、スリット５８ｂによりプラズマを閉じ込めるプラズマ閉込部材５８を用いる以外は実施例１と同様にした。ここでは、複数の水平方向に延びる板５８ａを、互いに上下方向（Ｙ方向）に離間して設けることによって横方向（Ｘ方向）に延びる複数のスリット５８ｂを形成した。板５８ａとして、ＰＴＦＥ製のものを用い、スリット幅Ｄ５８を５ｍｍとし、板５８ａのガスの流れ方向上流側の端部５８ｃを結んだ直線５８ｄの傾斜角度θを２０°とし、スリットの流路の長さＬ５８は３０ｍｍとした。
【００７５】
（比較例３）
図１２に示すように、垂直方向（Ｙ方向）に配置した板５８ａを互いに水平方向（Ｘ方向）に離間して並べ、垂直方向（Ｙ方向）に延びる複数のスリットを複数形成する以外は比較例２と同様にした。スリット幅（Ｘ方向となる）は比較例２と同様とした。また、各板５８ａのガス流れ上流側は、２枚の斜面５８ｃにより形成されていて上流側に向かって尖っており、Ｘ−Ｚ面断面における２枚の斜面の５８ｃのなす角は４０°である。また、水平方向（Ｘ方向）から見て板５８ａの先端部５８ｄにより形成される斜面の、ガスの流れ方向とのなす傾斜角度θは２０°である。
【００７６】
(評価)
連続成膜のスタート地点からの距離（以下、成膜距離とする）を所定距離で無次元化して横軸とし、開放電圧Ｖocを所定電圧で無次元した値を縦軸としたグラフを、実施例１、比較例１，２，３について図１３に示す。縦軸の開放電圧Ｖocは、０．９５以上であることが必要とされる。なお、比較例２、比較例３については、開放電圧が低下する前のデータについては省略している。
【００７７】
比較例１は、成膜距離が少し進んだ時点（成膜長〜０．１）で、実施例１に比べてすぐに開放電圧が低下した。これは、比較例１では、単一磁石同士を対向させているので、漏洩磁界が大きくなり、漏洩磁束が基板と磁気シールドとの間に存在する自由電子をローレンツ力により捕捉するために放電確率が増加し、局所的なマイクロ放電すなわち異常放電が発生する。その結果、負に帯電した基板表面のａ−Ｓｉ膜にピンホールがあくために、Ｖocが直ぐに低下するものと考えられる。
【００７８】
また、比較例２では２．１程度、比較例３では２．２程度の成膜距離で開放電圧が９０％程度にまで劣化したのに対して、実施例１では、３．３程度の成膜距離に到達するまで開放電圧が初期値の９０％以上を維持した。開放電圧が経時的に劣化するのは、主として、アモルファスシリコン膜へのパーティクルの取り込みに起因すると考えられる。すなわち、プラズマＣＶＤにより、電極間にはシリコンのパーティクルが発生し、大部分はガス回収装置ＧＯ側に排出されるが、一部が、プラズマ閉込部材の流路等に堆積し、堆積量が大きくなると目詰まりが起こってパーティクルが膜中に取り込まれやすくなると考えられる。そして、磁石によりプラズマを閉じ込める実施例１では、スリットによりプラズマを閉じ込める比較例２，３に比べて開口を広く取れるので、プラズマ閉込部材が目詰まりし難くなり、実施例１は比較例２，３に比べて目詰まりし難いと考えられる。
【００７９】
なお、実施例２についても、成膜距離３．５を超えるまで、開放電圧が０．９５以上であることを確認した。
【符号の説明】
【００８０】
２…可撓性基板(基板)、５０ａ…Ｎ室（プラズマ処理装置）、５０ｂ…Ｉ室（プラズマ処理装置）、５０ｃ…Ｐ室（プラズマ処理装置）、５３…排出管、５４…電極、５６…電極、５８…磁石、５８Ｓ…Ｓ極、５８Ｎ…Ｎ極、５９…ブロック、６０…磁石部、６２…磁気シールド、６５…プラズマ閉込部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電圧が印加される一対の電極間にプラズマ化されるガスが供給されると共に、一方の前記電極の表面に沿って基板が配置されるプラズマ処理装置であって、
前記電極間から排出されるガスの流路にプラズマ閉込部を備え、
前記プラズマ閉込部は、表面にＳ極及びＮ極が前記ガスの流れと交差する方向に一列に交互に配置された磁石部を一対有し、前記一対の磁石部は前記Ｓ極と前記Ｎ極とが互いに対向し、かつ、前記一対の磁石部間に前記ガスが流れるように対向配置され、
前記プラズマ閉込部は、さらに、一方の前記磁石部の前記Ｓ極及び前記Ｎ極の境界部と、他方の前記磁石部の前記Ｓ極及び前記Ｎ極の境界部との間に、ガスの流通を妨げるブロックを有する、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記基板は長尺な可撓性基板であって、一方の前記電極の表面に沿って前記可撓性基板の長手方向に供給され、前記可撓性基板と前記磁石部との間に磁気シールドをさらに備えた請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記ガスはＣＶＤの原料ガスであり、前記基板上に反応生成物が析出される請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。
【請求項１】
高周波電圧が印加される一対の電極間にプラズマ化されるガスが供給されると共に、一方の前記電極の表面に沿って基板が配置されるプラズマ処理装置であって、
前記電極間から排出されるガスの流路にプラズマ閉込部を備え、
前記プラズマ閉込部は、表面にＳ極及びＮ極が前記ガスの流れと交差する方向に一列に交互に配置された磁石部を一対有し、前記一対の磁石部は前記Ｓ極と前記Ｎ極とが互いに対向し、かつ、前記一対の磁石部間に前記ガスが流れるように対向配置され、
前記プラズマ閉込部は、さらに、一方の前記磁石部の前記Ｓ極及び前記Ｎ極の境界部と、他方の前記磁石部の前記Ｓ極及び前記Ｎ極の境界部との間に、ガスの流通を妨げるブロックを有する、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記基板は長尺な可撓性基板であって、一方の前記電極の表面に沿って前記可撓性基板の長手方向に供給され、前記可撓性基板と前記磁石部との間に磁気シールドをさらに備えた請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記ガスはＣＶＤの原料ガスであり、前記基板上に反応生成物が析出される請求項１又は２記載のプラズマ処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図８】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１９９３０９（Ｐ２０１０−１９９３０９Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４２７２７（Ｐ２００９−４２７２７）
【出願日】平成２１年２月２５日（２００９．２．２５）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２５日（２００９．２．２５）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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