薄膜製造装置および薄膜太陽電池の製造方法
【課題】高周波印加電力に大電力が印加された場合でも、高周波印加電極や基板電極、反応室壁などの気相と接する装置表面の温度上昇を抑制し、高精度での温度制御を可能とする薄膜製造装置を得ること。
【解決手段】基板電極１２、および基板電極１２に対向して設けられる高周波印加電極１３を内部に有する成膜室１１と、高周波印加電極１３に高周波電力を供給する高周波電源１５と、を備える薄膜製造装置１０において、ガスと接する部位の構成部材に設けられる配管２２，３２と、配管２２，３２に所定の温度の冷媒を循環させるチラー２１，３１と、を有し、異なる温度の冷媒ごとに設けられる複数の冷却系統２０，３０と、高周波電源１５による高周波印加電極１３への電力の供給のオン／オフによる構成部材への入熱量の変化に応じて、構成部材の温度が所定の温度となるように各冷却系統２０，３０の冷媒の流量制御を行う流量制御部１６と、を備える。
【解決手段】基板電極１２、および基板電極１２に対向して設けられる高周波印加電極１３を内部に有する成膜室１１と、高周波印加電極１３に高周波電力を供給する高周波電源１５と、を備える薄膜製造装置１０において、ガスと接する部位の構成部材に設けられる配管２２，３２と、配管２２，３２に所定の温度の冷媒を循環させるチラー２１，３１と、を有し、異なる温度の冷媒ごとに設けられる複数の冷却系統２０，３０と、高周波電源１５による高周波印加電極１３への電力の供給のオン／オフによる構成部材への入熱量の変化に応じて、構成部材の温度が所定の温度となるように各冷却系統２０，３０の冷媒の流量制御を行う流量制御部１６と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、薄膜製造装置および薄膜太陽電池の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムは、２１世紀の地球環境を化石エネルギの燃焼によるＣＯ2ガスの増加から守るクリーンエネルギとして期待されており、その生産量は世界中で爆発的に増加している。このため、世界中でシリコンウェハが不足するという事態が発生している。そこで、近年では、シリコンウェハの供給量に律速されない光電変換層（半導体層）が薄膜からなる薄膜太陽電池の生産量が急速に伸びつつある。
【０００３】
薄膜太陽電池では、透光性絶縁基板上に透明導電材料からなる表面導電層、ｐ−ｉ−ｎ構造のアモルファスシリコン膜やｐ−ｉ−ｎ構造の微結晶シリコン膜などの半導体層またはこれらの半導体層の積層膜などからなる光電変換層、およびＡｇなどの裏面電極層が順に積層された構造となる。
【０００４】
半導体層の成膜には化学的気相成長法（Chemical Vapor Deposition：以下、ＣＶＤ法という）が一般的に用いられており、ＣＶＤ法においては成膜される半導体層の膜質の制御には装置の温度制御が重要である。そのため基板を載置する基板電極、高周波が印加される高周波印加電極、および成膜室壁面はその表面温度を一定に保つため、定温度に保たれた冷媒を循環させることで温度を制御することが一般的に行われている。
【０００５】
また、基板温度の高精度な制御方法としては、基板電極と基板間に供給する冷却ガス系統を複数設け、設定範囲ごとに熱伝達係数の異なる複数の冷却ガスの中から１つの冷却ガスまたは冷却ガスの組み合わせを選択して供給することで、広い温度範囲での温度制御性を向上させる方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２０３８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、近年では、薄膜太陽電池の製造コスト低減のため、生産スループットの向上が必要とされ、半導体層の高速での成膜が求められている。そのため、高密度プラズマを利用した高速成膜技術が使用されるようになっているが、高密度プラズマを生成するためには、１０ｋＷを超えるような高周波電力が高周波印加電極に投入される。このような大電力の高周波を印加して高密度のプラズマを生成すると、高周波電力および生成されたプラズマからの入熱によってＣＶＤ装置を構成する基板電極、高周波印加電極および成膜室壁面は加熱される。また、高周波電力は成膜時とクリーニング時には投入されるが、待機時には投入されないので、入熱量が高周波電力のオン／オフによって急激に変化する。
【０００８】
このような高密度プラズマを生成するＣＶＤ装置においては、特許文献１に記載の温度制御方法などを用いても、大きな入熱や急峻な入熱量の変化に十分に対応することができない。つまり、特許文献１に記載の技術では、基板電極、高周波印加電極および成膜室壁面の温度を高精度で制御することが困難であるという問題点があった。そして、高周波印加電極の温度変動が成膜される半導体層の膜質低下を引き起こし、ひいては薄膜太陽電池の特性を悪化させる原因となっていた。
【０００９】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、高周波印加電力に大電力が印加された場合でも、高周波印加電極や基板電極、反応室壁などの気相と接する装置表面の温度上昇を抑制し、高精度での温度制御を可能とする薄膜製造装置および薄膜太陽電池の製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、この発明にかかる薄膜製造装置は、基板を保持する基板電極、および前記基板電極に対向して設けられる高周波印加電極を内部に有する成膜室と、前記高周波印加電極に高周波電力を供給する高周波電源と、を備え、前記成膜室内にガスを導入して前記高周波電源からの高周波電力によって前記基板電極と前記高周波印加電極との間にプラズマを生成して前記基板に被膜を形成する薄膜製造装置において、前記ガスと接する部位の構成部材に設けられる配管と、前記配管に所定の温度の前記冷媒を循環させる冷媒循環手段と、を有し、異なる温度の冷媒ごとに設けられる複数の冷却系統と、前記高周波電源による前記高周波印加電極への電力の供給のオン／オフによる前記構成部材への入熱量の変化に応じて、前記構成部材の温度が所定の温度となるように前記各冷却系統の前記冷媒の流量制御を行う流量制御手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、温度の異なる冷媒を薄膜製造装置の構成部材に循環させる複数の冷却系統と、構成部材への入熱量に応じて各冷却系統での冷媒の流量を制御する流量制御手段と、を備えるようにしたので、大電力の高周波電力印加にともなう大きな入熱や急峻な入熱量の変化にも、構成部材の温度を所定の温度に保つことができる。その結果、高品質の薄膜を高い再現性で成膜することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、この発明の実施の形態１による薄膜製造装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】図２は、この発明の実施の形態１による薄膜製造時の高周波電力の印加と冷媒の流量制御の一例を示すタイムチャートである。
【図３】図３は、この発明の実施の形態２による薄膜製造装置の構成を模式的に示す図である。
【図４】図４は、この発明の実施の形態２による薄膜製造時の高周波電力の印加と冷媒の流量制御の一例を示すタイムチャートである。
【図５】図５は、この発明の実施の形態３による薄膜製造装置の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる薄膜製造装置および薄膜太陽電池の製造方法を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による薄膜製造装置の構成を模式的に示す図である。この薄膜製造装置１０は、成膜室１１（チャンバ）内に薄膜太陽電池用基板などの基板１００を保持するとともに電極としての機能も有する基板電極１２と、基板電極１２の基板載置側の面から所定の距離をおいて設けられる高周波印加電極１３と、を備える。また、図示していないが、成膜室１１にはガス供給部が設けられ、基板１００上に形成する薄膜の原料ガスなどが成膜室１１内に供給されるようになっている。
【００１５】
高周波印加電極１３には、高周波印加電極１３の温度を計測する温度センサ１４と、高周波印加電極１３に高周波電力を印加する高周波電源１５が設けられている。また、高周波電源１５内には冷却用配管が複数系統設けられている。この図１の例では、第１の温度の第１冷媒を循環させる第１冷却系統２０と、第１の温度に比して低い第２の温度の第２冷媒を循環させる第２冷却系統３０と、が設けられている。第１冷却系統２０は、第１配管２２と、第１冷媒を第１配管２２内に循環させる第１チラー２１と、を有する。第１チラー２１では、第１冷媒が第１の温度となるように温度制御が行われる。また、第２冷却系統３０は、第２配管３２と、第２冷媒を第２配管３２内に循環させる第２チラー３１と、を有する。第２チラー３１では、第２冷媒が第２の温度となるように温度制御が行われる。
【００１６】
また、薄膜製造装置１０は、温度センサ１４と第１および第２チラー２１，３１とに接続される流量制御部１６を備える。流量制御部１６は、高周波印加電極１３に設けられた温度センサ１４からの出力に基づいて、高周波印加電極１３が所定の温度となるように、第１チラー２１から送出される第１冷媒と第２チラー３１から送出される第２冷媒の流量を連動して制御する。たとえば、高周波印加電極１３の温度を１℃上昇または下降させるのに必要な第１冷媒の流量と第２冷媒の流量を予め求めておき、温度センサ１４から得られる温度と高周波印加電極１３を維持する温度との差から、第１冷却系統２０の流量と第２冷却系統３０の流量を算出し、その結果に基づいて第１チラー２１と第２チラー３１を制御する。
【００１７】
つぎに、このような構造の薄膜製造装置１０での薄膜製造方法について説明する。図２は、この発明の実施の形態１による薄膜製造時の高周波電力の印加と冷媒の流量制御の一例を示すタイムチャートである。薄膜製造装置１０内に、既に透明導電性材料からなる第１電極層を形成した基板１００を搬送し、基板電極１２上に載置した後、成膜室１１内を図示しない真空ポンプで所定の真空度になるまで排気する。このとき、高周波印加電極１３の温度がＴ1となるように、より高温の第１冷媒を流量ａ2で第１配管２２内を循環させ、より低温の第２冷媒を流量ｂ1で第２配管３２内を循環させる。ここまでが待機状態である。
【００１８】
そして、所定の真空度になった後の時間ｔ1で、図示しないガス供給部から原料ガスを成膜室１１内に供給するとともに、高周波電源１５から高周波印加電極１３に出力Ｐ1の高周波電力を供給し、光電変換層の成膜を開始する。ここでは、プラズマ密度を高くするように高い電力の高周波が高周波印加電極１３に供給されるので、高周波印加電極１３への入熱量が増大する。つまり、高周波印加電極１３の温度センサ１４によって出力される温度が上昇する。流量制御部１６は、高周波印加電極１３に設定された設定温度と温度センサ１４で検出された温度との差から、高周波印加電極１３を設定温度とするために必要な第１冷媒と第２冷媒の流量を算出し、その結果に基づいて第１チラー２１と第２チラー３１とを制御する。この場合には、温度上昇に対応して、温度の高い第１冷媒の流量を減少させ、温度の低い第２冷媒の流量を増大させるように、第１チラー２１と第２チラー３１を制御する。その後、しばらくして状態が安定した後には、流量制御部１６は、第１冷媒を流量ａ1で第１配管２２内を循環させ、第２冷媒を流量ｂ2で第２配管３２内を循環させるように、第１チラー２１と第２チラー３１とを制御する状態となっている。そして、基板１００上に所定の膜厚の光電変換層が成膜される時刻ｔ2までこの状態が続く。
【００１９】
時刻ｔ2で成膜処理が終了すると、高周波電源１５は、高周波印加電極１３への電力の供給を停止し、待機状態へと移行する。これによって、高周波印加電極１３への入熱量が減少し、高周波印加電極１３の温度が低下する。この低下を温度センサ１４が検知し、流量制御部１６は、高周波印加電極１３を所定の温度に保つように第１チラー２１と第２チラー３１を制御する。この場合には、温度低下に対応して、温度の高い第１冷媒の流量を増加させ、温度の低い第２冷媒の流量を減少させるように、第１チラー２１と第２チラー３１とを制御する。しばらくして状態が安定した後には、流量制御部１６は、第１冷媒を流量ａ2で第１配管２２内を循環させ、第２冷媒を流量ｂ1で第２配管３２内を循環させるように、第１チラー２１と第２チラー３１とを制御する状態となっている。そして、この間に基板１００を成膜室１１の外部に搬送する。
【００２０】
その後、所定の時間待機状態にした後、時刻ｔ3で薄膜製造装置１０内をクリーニングする。クリーニングは、成膜時に成膜室１１内壁に付着した堆積物を除去するために行う。そのため、三フッ化窒素（ＮＦ3）や不活性ガスなどのクリーニングガスを図示しないガス供給部から成膜室１１内に供給するとともに、高周波電源１５から高周波印加電極１３に出力Ｐ2の高周波電力を供給し、クリーニングを開始する。このとき高周波印加電極１３に供給される電力は、成膜時の電力よりも大きいので、成膜時よりも高周波印加電極１３への入熱量が大きく、高周波印加電極１３の温度が上昇する。そこで、流量制御部１６は、この温度上昇に対応して、高周波印加電極１３の設定温度が所定の温度となるように、温度の高い第１冷媒の流量を減少させ、温度の低い第２冷媒の流量を増大させるように、第１チラー２１と第２チラー３１を制御する。しばらくして状態が安定した後には、流量制御部１６は、第１冷媒を流量ａ1で第１配管２２内を循環させ、第２冷媒を流量ｂ3で第２配管３２内を循環させるように、第１チラー２１と第２チラー３１とを制御している状態となっている。そして、所定の時間が経過するまで、すなわち時刻ｔ4までこの状態が続く。
【００２１】
その後、時刻ｔ4になりクリーニング処理が終了すると、高周波電源１５は、高周波印加電極１３への電力の供給を停止し、待機状態へと移行する。これによって、高周波印加電極１３への入熱量が減少し、高周波印加電極１３の温度が低下する。この低下を温度センサ１４が検知し、流量制御部１６は、高周波印加電極１３の温度を一定に保つように第１チラー２１と第２チラー３１を制御する。待機状態が安定すると、流量制御部１６は、温度の高い第１冷媒を流量ａ2で第１配管２２内を循環させ、温度の低い第２冷媒を流量ｂ1で第２配管３２内を循環させるように、第１チラー２１と第２チラー３１とを制御する。そして、この間に基板１００を成膜室１１の内部に搬送し、基板電極１２上に載置し、上記した処理が繰り返し行われる。
【００２２】
以上のようにして、光電変換層が形成される。この後、光電変換層が形成された基板１００上には、スパッタ法やＣＶＤ法などの成膜法によって、Ａｌなどの金属膜を含む第２電極層を形成して、薄膜光電変換装置が完成する。
【００２３】
この実施の形態１では、温度の異なる冷媒を薄膜製造装置１０の構成部材に循環させる複数の冷却系統と、その構成部材の温度を計測する温度センサ１４を設け、高周波電力のオン／オフによる構成部材の温度変化を検出して、各冷却系統での冷媒の流量を制御した。これによって、プラズマ密度を高くするために大電力が供給された場合でも、薄膜製造装置１０の気相と接する部位の温度上昇を抑制し、構成部材の温度を高精度で制御することができる。つまり、大電力の高周波電力印加にともなう大きな入熱や急峻な入熱量の変化に十分に対応することができる。その結果、高品質の半導体層を高い再現性で成膜することができ、結果として薄膜太陽電池の特性を向上させることができるとともに、高効率の薄膜太陽電池を安定的に製造することができるという効果を有する。
【００２４】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２による薄膜製造装置の構成を模式的に示す図である。この薄膜製造装置１０Ａは、実施の形態１の薄膜製造装置１０で、高周波印加電極１３に温度センサ１４を設けずに、高周波電源１５の出力を制御するとともに、高周波電源１５の出力制御情報を流量制御部１６に伝達する装置制御部１７を備える構成となっている。
【００２５】
また、流量制御部１６は、装置制御部１７から高周波電源１５の出力制御情報を取得して、出力制御情報から高周波印加電極１３への入熱量を事前に予測し、第１チラー２１と第２チラー３１とを制御する。たとえば高周波電源１５の単位出力変化による高周波印加電極１３の温度の変化量と、高周波印加電極１３の温度を一定に保つのに必要な第１冷媒の流量と第２冷媒の流量と、を予め求めておき、装置制御部１７から得られる高周波電源１５の出力制御情報を用いて、出力変化による入熱量の変化から高周波印加電極１３の温度を一定に保つ第１冷媒の流量と第２冷媒の流量を算出し、その結果に基づいて第１チラー２１と第２チラー３１を制御する。なお、実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略している。
【００２６】
つぎに、このような構造の薄膜製造装置１０Ａでの薄膜製造方法について説明する。図４は、この発明の実施の形態２による薄膜製造時の高周波電力の印加と冷媒の流量制御の一例を示すタイムチャートである。薄膜製造装置１０Ａ内に、既に透明導電性材料からなる第１電極層を形成した基板１００を搬送し、基板電極１２上に載置した後、成膜室１１内を図示しない真空ポンプで所定の真空度になるまで排気する。このとき、高周波印加電極１３の温度がＴ1となるように、より高温の第１冷媒を流量ａ2で第１配管２２内を循環させ、より低温の第２冷媒を流量ｂ1で第２配管３２内を循環させる。ここまでが待機状態である。
【００２７】
そして、所定の真空度になった時間ｔ1で、図示しないガス供給手段から原料ガスを成膜室１１内に供給するとともに、装置制御部１７は、高周波電源１５から高周波印加電極１３に出力Ｐ1の高周波電力を供給するように指示を与えるとともに、高周波電源１５に与えた高周波印加電極１３に供給する出力Ｐ1の値を含む出力制御情報を流量制御部１６に伝達する。
【００２８】
高周波電源１５は、装置制御部１７からの指示に基づいて、高周波印加電極１３に出力Ｐ1の高周波電力を印加し、光電変換層の成膜を開始する。また、流量制御部１６は、出力制御情報から高周波印加電極１３に供給される出力Ｐ1に基づいて高周波印加電極１３への入熱量の増加を予測し、その予測に基づいて高周波印加電極１３の温度を所定の温度とするための第１冷媒の流量と第２冷媒の流量を算出する。そして、その算出結果に基づいて、第１チラー２１と第２チラー３１の流量制御を行う。ここでは温度の高い第１冷媒の流量を減少させ、温度の低い第２冷媒の流量を増加させる指示を出す。しばらくして状態が安定した後には、流量制御部１６は、第１冷媒を流量ａ1で第１配管２２内を循環させ、第２冷媒を流量ｂ2で第２配管３２内を循環させるように、第１チラー２１と第２チラー３１とを制御する状態となっている。そして、基板１００上に所定の膜厚の光電変換層が成膜される時刻ｔ2までこの状態が続く。
【００２９】
時刻ｔ2で成膜処理が終了すると、装置制御部１７は、高周波電源１５から高周波印加電極１３への高周波電力の供給を停止する指示を与えるとともに、高周波電源１５に与えた高周波印加電極１３への出力停止を含む出力制御情報を流量制御部１６に伝達する。
【００３０】
高周波電源１５は、装置制御部１７からの指示に基づいて、高周波印加電極１３への電力の供給を停止し、待機状態へと移行する。また、流量制御部１６は、出力制御情報から高周波印加電極１３への出力の供給停止に基づいて高周波印加電極１３への入熱量の減少を予測し、その予測に基づいて高周波印加電極１３の温度を所定の温度とするための第１冷媒の流量と第２冷媒の流量を算出する。そして、その算出結果に基づいて、第１チラー２１と第２チラー３１に第１冷媒と第２冷媒の流量制御を行う。ここでは第１冷媒の流量を増加させ、第２冷媒の流量を減少させる指示を出す。しばらくして状態が安定した後には、流量制御部１６は、温度の高い第１冷媒を流量ａ2で第１配管２２内を循環させ、温度の低い第２冷媒を流量ｂ1で第２配管３２内を循環させるように、第１チラー２１と第２チラー３１とを制御する状態となっている。そして、この間に基板１００を成膜室１１の外部に搬送する。
【００３１】
その後、所定の時間待機状態にした後、実施の形態１と同様に時刻ｔ3で装置内をクリーニングする。たとえば不活性ガスなどのクリーニングガスを図示しないガス供給部から成膜室１１内に供給し、装置制御部１７は、高周波電源１５から高周波印加電極１３に出力Ｐ2の高周波電力を供給するように指示を与えるとともに、高周波電源１５に与えた高周波印加電極１３に供給する出力Ｐ2の値を含む出力制御情報を流量制御部１６に伝達する。
【００３２】
高周波電源１５は、装置制御部１７からの指示に基づいて、高周波印加電極１３に出力Ｐ2の高周波電力を印加し、クリーニングを開始する。また、流量制御部１６は、出力制御情報から高周波印加電極１３に供給される出力Ｐ2に基づいて高周波印加電極１３への入熱量の増加を予測し、その予測に基づいて高周波印加電極１３の温度を所定の温度とするための第１冷媒の流量と第２冷媒の流量を算出する。そして、その算出結果に基づいて、第１チラー２１と第２チラー３１の流量制御を行う。ここでは温度の高い第１冷媒の流量を減少させ、温度の低い第２冷媒の流量を増加させる指示を出す。しばらくして状態が安定した後には、流量制御部１６は、第１冷媒を流量ａ1で第１配管２２内を循環させ、第２冷媒を流量ｂ2で第２配管３２内を循環させるように、第１チラー２１と第２チラー３１とを制御する状態となっている。そして、所定の時間が経過するまで、すなわち時刻ｔ4までこの状態が続く。
【００３３】
その後、時刻ｔ4になりクリーニング処理が終了すると、装置制御部１７は、高周波電源１５から高周波印加電極１３への高周波電力の供給を停止する指示を与えるとともに、高周波電源１５に与えた高周波印加電極１３への出力停止を含む出力制御情報を流量制御部１６に伝達する。
【００３４】
高周波電源１５は、装置制御部１７からの指示に基づいて、高周波印加電極１３への電力の供給を停止し、待機状態へと移行する。また、流量制御部１６は、出力制御情報から高周波印加電極１３への出力の供給停止に基づいて高周波印加電極１３への入熱量の減少を予測し、その予測に基づいて高周波印加電極１３の温度を所定の温度とするための第１冷媒の流量と第２冷媒の流量を算出する。そして、その算出結果に基づいて、第１チラー２１と第２チラー３１の流量制御を行う。ここでは温度の高い第１冷媒の流量を増加させ、温度の低い第２冷媒の流量を減少させる指示を出す。しばらくして状態が安定した後には、流量制御部１６は、第１冷媒を流量ａ2で第１配管２２内を循環させ、第２冷媒を流量ｂ1で第２配管３２内を循環させるように、第１チラー２１と第２チラー３１とを制御する状態となっている。そして、この間に基板１００を成膜室１１の内部に搬送し、基板電極１２上に載置し、上記した処理が繰り返し行われる。
【００３５】
以上のようにして、光電変換層が形成される。この後、光電変換層が形成された基板１００上には、スパッタ法やＣＶＤ法などの成膜法によって、Ａｌなどの金属膜を含む第２電極層を形成して、薄膜光電変換装置が完成する。
【００３６】
また、上述した説明では、構成部材（高周波印加電極１３）が定温度となるように温度制御を行っているが、装置制御部１７からの信号によって待機、成膜、クリーニングのそれぞれの状態で異なる温度で制御するようにしてもよい。たとえば、クリーニング時においては、第１チラー２１の流量を増加させることで高周波印加電極１３の温度を積極的に高温にして、付着した膜の反応を促進することによってクリーニング速度を高めるようにしてもよい。このようにすることで、クリーニング時間を短縮することができる。また、成膜時においては、各チラー２１，３１に流す冷媒の流量を連続的に変化させて温度を変えることで、成膜される膜の膜質を膜厚方向で制御することも可能である。
【００３７】
この実施の形態２では、装置制御部１７から高周波電源１５に指示する出力を含む出力指示情報を流量制御部１６に伝達し、出力指示情報に基づいて高周波印加電極１３への入熱量を事前に予測することによって、各チラーの流量を調整するようにしたので、実施の形態１に比して高速に温度制御することが可能になるという効果を有する。
【００３８】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３による薄膜製造装置の構成を模式的に示す図である。この薄膜製造装置１０Ｂは、実施の形態２の薄膜製造装置１０Ａで、高周波印加電極１３にさらに温度センサ１４を備える構成となっている。
【００３９】
また、流量制御部１６は、装置制御部１７から高周波電源１５の出力制御情報を取得して、出力制御情報から高周波印加電極１３への入熱量を事前に予測し、第１冷媒と第２冷媒とを制御するとともに、高周波印加電極１３に設けられた温度センサ１４からの出力に基づいて、高周波印加電極１３が所定の温度となるように、第１チラー２１から送出する冷媒と第２チラー３１から送出する冷媒の流量を連動して制御する。つまり、出力制御情報から高周波印加電極１３への入熱量を事前に予測して、第１チラー２１と第２チラー３１とを制御しながら、実際の高周波印加電極１３の温度を監視して、設定温度からのずれが生じている場合に設定温度となるように第１チラー２１と第２チラー３１とを制御するようにしている。
【００４０】
なお、実施の形態１，２と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略している。また、この実施の形態３による薄膜製造装置１０Ｂにおける薄膜製造方法は、実施の形態１，２で説明したものと同様であるので、その説明を省略する。
【００４１】
この実施の形態３によれば、装置制御部１７からの出力制御情報から高周波印加電極１３への入熱量を事前に予測して各チラー２１，３１の流量を調整するだけでなく、温度センサ１４からの情報も合わせて各チラー２１，３１の流量を調整するようにしたので、高速かつより高精度で温度を制御することができるという効果を有する。
【００４２】
なお、上述した説明では、高周波印加電極１３に温度の異なる２つの冷却系統２０，３０を設けた場合を示したが、温度の異なる３つ以上の冷却系統を設けるようにしてもよい。また、上述した説明では、高周波印加電極１３にのみ複数の冷却系統２０，３０を設け、それぞれの冷却系統２０，３０の流量制御を行う場合を説明したが、基板電極１２や成膜室１１内壁についても同様に温度センサ１４と冷媒の温度が異なる複数の冷却系統とを設け、同様の方式によって温度制御を行ってもよい。さらに、温度制御を行う部材（高周波印加電極１３、基板電極１２および／または成膜室１１内壁）を複数の領域に分割し、それぞれの領域に温度センサ１４と冷媒の温度が異なる複数の冷却系統とを設け、分割した領域ごとに温度制御を行ってもよい。また、上述した説明では、各冷却系統２０，３０の冷媒は各チラー２１，３１によって恒温制御しているが、流量と合わせて各冷媒の温度を変動させて制御させるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上のように、この発明にかかる薄膜製造装置は、高密度プラズマを生成させて成膜を行う薄膜太陽電池の製造に有用である。
【符号の説明】
【００４４】
１０，１０Ａ，１０Ｂ 薄膜製造装置
１１ 成膜室
１２ 基板電極
１３ 高周波印加電極
１４ 温度センサ
１５ 高周波電源
１６ 流量制御部
１７ 装置制御部
２０，３０ 冷却系統
２１，３１ チラー
２２，３２ 配管
１００ 基板
【技術分野】
【０００１】
この発明は、薄膜製造装置および薄膜太陽電池の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムは、２１世紀の地球環境を化石エネルギの燃焼によるＣＯ2ガスの増加から守るクリーンエネルギとして期待されており、その生産量は世界中で爆発的に増加している。このため、世界中でシリコンウェハが不足するという事態が発生している。そこで、近年では、シリコンウェハの供給量に律速されない光電変換層（半導体層）が薄膜からなる薄膜太陽電池の生産量が急速に伸びつつある。
【０００３】
薄膜太陽電池では、透光性絶縁基板上に透明導電材料からなる表面導電層、ｐ−ｉ−ｎ構造のアモルファスシリコン膜やｐ−ｉ−ｎ構造の微結晶シリコン膜などの半導体層またはこれらの半導体層の積層膜などからなる光電変換層、およびＡｇなどの裏面電極層が順に積層された構造となる。
【０００４】
半導体層の成膜には化学的気相成長法（Chemical Vapor Deposition：以下、ＣＶＤ法という）が一般的に用いられており、ＣＶＤ法においては成膜される半導体層の膜質の制御には装置の温度制御が重要である。そのため基板を載置する基板電極、高周波が印加される高周波印加電極、および成膜室壁面はその表面温度を一定に保つため、定温度に保たれた冷媒を循環させることで温度を制御することが一般的に行われている。
【０００５】
また、基板温度の高精度な制御方法としては、基板電極と基板間に供給する冷却ガス系統を複数設け、設定範囲ごとに熱伝達係数の異なる複数の冷却ガスの中から１つの冷却ガスまたは冷却ガスの組み合わせを選択して供給することで、広い温度範囲での温度制御性を向上させる方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２０３８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、近年では、薄膜太陽電池の製造コスト低減のため、生産スループットの向上が必要とされ、半導体層の高速での成膜が求められている。そのため、高密度プラズマを利用した高速成膜技術が使用されるようになっているが、高密度プラズマを生成するためには、１０ｋＷを超えるような高周波電力が高周波印加電極に投入される。このような大電力の高周波を印加して高密度のプラズマを生成すると、高周波電力および生成されたプラズマからの入熱によってＣＶＤ装置を構成する基板電極、高周波印加電極および成膜室壁面は加熱される。また、高周波電力は成膜時とクリーニング時には投入されるが、待機時には投入されないので、入熱量が高周波電力のオン／オフによって急激に変化する。
【０００８】
このような高密度プラズマを生成するＣＶＤ装置においては、特許文献１に記載の温度制御方法などを用いても、大きな入熱や急峻な入熱量の変化に十分に対応することができない。つまり、特許文献１に記載の技術では、基板電極、高周波印加電極および成膜室壁面の温度を高精度で制御することが困難であるという問題点があった。そして、高周波印加電極の温度変動が成膜される半導体層の膜質低下を引き起こし、ひいては薄膜太陽電池の特性を悪化させる原因となっていた。
【０００９】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、高周波印加電力に大電力が印加された場合でも、高周波印加電極や基板電極、反応室壁などの気相と接する装置表面の温度上昇を抑制し、高精度での温度制御を可能とする薄膜製造装置および薄膜太陽電池の製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、この発明にかかる薄膜製造装置は、基板を保持する基板電極、および前記基板電極に対向して設けられる高周波印加電極を内部に有する成膜室と、前記高周波印加電極に高周波電力を供給する高周波電源と、を備え、前記成膜室内にガスを導入して前記高周波電源からの高周波電力によって前記基板電極と前記高周波印加電極との間にプラズマを生成して前記基板に被膜を形成する薄膜製造装置において、前記ガスと接する部位の構成部材に設けられる配管と、前記配管に所定の温度の前記冷媒を循環させる冷媒循環手段と、を有し、異なる温度の冷媒ごとに設けられる複数の冷却系統と、前記高周波電源による前記高周波印加電極への電力の供給のオン／オフによる前記構成部材への入熱量の変化に応じて、前記構成部材の温度が所定の温度となるように前記各冷却系統の前記冷媒の流量制御を行う流量制御手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、温度の異なる冷媒を薄膜製造装置の構成部材に循環させる複数の冷却系統と、構成部材への入熱量に応じて各冷却系統での冷媒の流量を制御する流量制御手段と、を備えるようにしたので、大電力の高周波電力印加にともなう大きな入熱や急峻な入熱量の変化にも、構成部材の温度を所定の温度に保つことができる。その結果、高品質の薄膜を高い再現性で成膜することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、この発明の実施の形態１による薄膜製造装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】図２は、この発明の実施の形態１による薄膜製造時の高周波電力の印加と冷媒の流量制御の一例を示すタイムチャートである。
【図３】図３は、この発明の実施の形態２による薄膜製造装置の構成を模式的に示す図である。
【図４】図４は、この発明の実施の形態２による薄膜製造時の高周波電力の印加と冷媒の流量制御の一例を示すタイムチャートである。
【図５】図５は、この発明の実施の形態３による薄膜製造装置の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる薄膜製造装置および薄膜太陽電池の製造方法を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による薄膜製造装置の構成を模式的に示す図である。この薄膜製造装置１０は、成膜室１１（チャンバ）内に薄膜太陽電池用基板などの基板１００を保持するとともに電極としての機能も有する基板電極１２と、基板電極１２の基板載置側の面から所定の距離をおいて設けられる高周波印加電極１３と、を備える。また、図示していないが、成膜室１１にはガス供給部が設けられ、基板１００上に形成する薄膜の原料ガスなどが成膜室１１内に供給されるようになっている。
【００１５】
高周波印加電極１３には、高周波印加電極１３の温度を計測する温度センサ１４と、高周波印加電極１３に高周波電力を印加する高周波電源１５が設けられている。また、高周波電源１５内には冷却用配管が複数系統設けられている。この図１の例では、第１の温度の第１冷媒を循環させる第１冷却系統２０と、第１の温度に比して低い第２の温度の第２冷媒を循環させる第２冷却系統３０と、が設けられている。第１冷却系統２０は、第１配管２２と、第１冷媒を第１配管２２内に循環させる第１チラー２１と、を有する。第１チラー２１では、第１冷媒が第１の温度となるように温度制御が行われる。また、第２冷却系統３０は、第２配管３２と、第２冷媒を第２配管３２内に循環させる第２チラー３１と、を有する。第２チラー３１では、第２冷媒が第２の温度となるように温度制御が行われる。
【００１６】
また、薄膜製造装置１０は、温度センサ１４と第１および第２チラー２１，３１とに接続される流量制御部１６を備える。流量制御部１６は、高周波印加電極１３に設けられた温度センサ１４からの出力に基づいて、高周波印加電極１３が所定の温度となるように、第１チラー２１から送出される第１冷媒と第２チラー３１から送出される第２冷媒の流量を連動して制御する。たとえば、高周波印加電極１３の温度を１℃上昇または下降させるのに必要な第１冷媒の流量と第２冷媒の流量を予め求めておき、温度センサ１４から得られる温度と高周波印加電極１３を維持する温度との差から、第１冷却系統２０の流量と第２冷却系統３０の流量を算出し、その結果に基づいて第１チラー２１と第２チラー３１を制御する。
【００１７】
つぎに、このような構造の薄膜製造装置１０での薄膜製造方法について説明する。図２は、この発明の実施の形態１による薄膜製造時の高周波電力の印加と冷媒の流量制御の一例を示すタイムチャートである。薄膜製造装置１０内に、既に透明導電性材料からなる第１電極層を形成した基板１００を搬送し、基板電極１２上に載置した後、成膜室１１内を図示しない真空ポンプで所定の真空度になるまで排気する。このとき、高周波印加電極１３の温度がＴ1となるように、より高温の第１冷媒を流量ａ2で第１配管２２内を循環させ、より低温の第２冷媒を流量ｂ1で第２配管３２内を循環させる。ここまでが待機状態である。
【００１８】
そして、所定の真空度になった後の時間ｔ1で、図示しないガス供給部から原料ガスを成膜室１１内に供給するとともに、高周波電源１５から高周波印加電極１３に出力Ｐ1の高周波電力を供給し、光電変換層の成膜を開始する。ここでは、プラズマ密度を高くするように高い電力の高周波が高周波印加電極１３に供給されるので、高周波印加電極１３への入熱量が増大する。つまり、高周波印加電極１３の温度センサ１４によって出力される温度が上昇する。流量制御部１６は、高周波印加電極１３に設定された設定温度と温度センサ１４で検出された温度との差から、高周波印加電極１３を設定温度とするために必要な第１冷媒と第２冷媒の流量を算出し、その結果に基づいて第１チラー２１と第２チラー３１とを制御する。この場合には、温度上昇に対応して、温度の高い第１冷媒の流量を減少させ、温度の低い第２冷媒の流量を増大させるように、第１チラー２１と第２チラー３１を制御する。その後、しばらくして状態が安定した後には、流量制御部１６は、第１冷媒を流量ａ1で第１配管２２内を循環させ、第２冷媒を流量ｂ2で第２配管３２内を循環させるように、第１チラー２１と第２チラー３１とを制御する状態となっている。そして、基板１００上に所定の膜厚の光電変換層が成膜される時刻ｔ2までこの状態が続く。
【００１９】
時刻ｔ2で成膜処理が終了すると、高周波電源１５は、高周波印加電極１３への電力の供給を停止し、待機状態へと移行する。これによって、高周波印加電極１３への入熱量が減少し、高周波印加電極１３の温度が低下する。この低下を温度センサ１４が検知し、流量制御部１６は、高周波印加電極１３を所定の温度に保つように第１チラー２１と第２チラー３１を制御する。この場合には、温度低下に対応して、温度の高い第１冷媒の流量を増加させ、温度の低い第２冷媒の流量を減少させるように、第１チラー２１と第２チラー３１とを制御する。しばらくして状態が安定した後には、流量制御部１６は、第１冷媒を流量ａ2で第１配管２２内を循環させ、第２冷媒を流量ｂ1で第２配管３２内を循環させるように、第１チラー２１と第２チラー３１とを制御する状態となっている。そして、この間に基板１００を成膜室１１の外部に搬送する。
【００２０】
その後、所定の時間待機状態にした後、時刻ｔ3で薄膜製造装置１０内をクリーニングする。クリーニングは、成膜時に成膜室１１内壁に付着した堆積物を除去するために行う。そのため、三フッ化窒素（ＮＦ3）や不活性ガスなどのクリーニングガスを図示しないガス供給部から成膜室１１内に供給するとともに、高周波電源１５から高周波印加電極１３に出力Ｐ2の高周波電力を供給し、クリーニングを開始する。このとき高周波印加電極１３に供給される電力は、成膜時の電力よりも大きいので、成膜時よりも高周波印加電極１３への入熱量が大きく、高周波印加電極１３の温度が上昇する。そこで、流量制御部１６は、この温度上昇に対応して、高周波印加電極１３の設定温度が所定の温度となるように、温度の高い第１冷媒の流量を減少させ、温度の低い第２冷媒の流量を増大させるように、第１チラー２１と第２チラー３１を制御する。しばらくして状態が安定した後には、流量制御部１６は、第１冷媒を流量ａ1で第１配管２２内を循環させ、第２冷媒を流量ｂ3で第２配管３２内を循環させるように、第１チラー２１と第２チラー３１とを制御している状態となっている。そして、所定の時間が経過するまで、すなわち時刻ｔ4までこの状態が続く。
【００２１】
その後、時刻ｔ4になりクリーニング処理が終了すると、高周波電源１５は、高周波印加電極１３への電力の供給を停止し、待機状態へと移行する。これによって、高周波印加電極１３への入熱量が減少し、高周波印加電極１３の温度が低下する。この低下を温度センサ１４が検知し、流量制御部１６は、高周波印加電極１３の温度を一定に保つように第１チラー２１と第２チラー３１を制御する。待機状態が安定すると、流量制御部１６は、温度の高い第１冷媒を流量ａ2で第１配管２２内を循環させ、温度の低い第２冷媒を流量ｂ1で第２配管３２内を循環させるように、第１チラー２１と第２チラー３１とを制御する。そして、この間に基板１００を成膜室１１の内部に搬送し、基板電極１２上に載置し、上記した処理が繰り返し行われる。
【００２２】
以上のようにして、光電変換層が形成される。この後、光電変換層が形成された基板１００上には、スパッタ法やＣＶＤ法などの成膜法によって、Ａｌなどの金属膜を含む第２電極層を形成して、薄膜光電変換装置が完成する。
【００２３】
この実施の形態１では、温度の異なる冷媒を薄膜製造装置１０の構成部材に循環させる複数の冷却系統と、その構成部材の温度を計測する温度センサ１４を設け、高周波電力のオン／オフによる構成部材の温度変化を検出して、各冷却系統での冷媒の流量を制御した。これによって、プラズマ密度を高くするために大電力が供給された場合でも、薄膜製造装置１０の気相と接する部位の温度上昇を抑制し、構成部材の温度を高精度で制御することができる。つまり、大電力の高周波電力印加にともなう大きな入熱や急峻な入熱量の変化に十分に対応することができる。その結果、高品質の半導体層を高い再現性で成膜することができ、結果として薄膜太陽電池の特性を向上させることができるとともに、高効率の薄膜太陽電池を安定的に製造することができるという効果を有する。
【００２４】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２による薄膜製造装置の構成を模式的に示す図である。この薄膜製造装置１０Ａは、実施の形態１の薄膜製造装置１０で、高周波印加電極１３に温度センサ１４を設けずに、高周波電源１５の出力を制御するとともに、高周波電源１５の出力制御情報を流量制御部１６に伝達する装置制御部１７を備える構成となっている。
【００２５】
また、流量制御部１６は、装置制御部１７から高周波電源１５の出力制御情報を取得して、出力制御情報から高周波印加電極１３への入熱量を事前に予測し、第１チラー２１と第２チラー３１とを制御する。たとえば高周波電源１５の単位出力変化による高周波印加電極１３の温度の変化量と、高周波印加電極１３の温度を一定に保つのに必要な第１冷媒の流量と第２冷媒の流量と、を予め求めておき、装置制御部１７から得られる高周波電源１５の出力制御情報を用いて、出力変化による入熱量の変化から高周波印加電極１３の温度を一定に保つ第１冷媒の流量と第２冷媒の流量を算出し、その結果に基づいて第１チラー２１と第２チラー３１を制御する。なお、実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略している。
【００２６】
つぎに、このような構造の薄膜製造装置１０Ａでの薄膜製造方法について説明する。図４は、この発明の実施の形態２による薄膜製造時の高周波電力の印加と冷媒の流量制御の一例を示すタイムチャートである。薄膜製造装置１０Ａ内に、既に透明導電性材料からなる第１電極層を形成した基板１００を搬送し、基板電極１２上に載置した後、成膜室１１内を図示しない真空ポンプで所定の真空度になるまで排気する。このとき、高周波印加電極１３の温度がＴ1となるように、より高温の第１冷媒を流量ａ2で第１配管２２内を循環させ、より低温の第２冷媒を流量ｂ1で第２配管３２内を循環させる。ここまでが待機状態である。
【００２７】
そして、所定の真空度になった時間ｔ1で、図示しないガス供給手段から原料ガスを成膜室１１内に供給するとともに、装置制御部１７は、高周波電源１５から高周波印加電極１３に出力Ｐ1の高周波電力を供給するように指示を与えるとともに、高周波電源１５に与えた高周波印加電極１３に供給する出力Ｐ1の値を含む出力制御情報を流量制御部１６に伝達する。
【００２８】
高周波電源１５は、装置制御部１７からの指示に基づいて、高周波印加電極１３に出力Ｐ1の高周波電力を印加し、光電変換層の成膜を開始する。また、流量制御部１６は、出力制御情報から高周波印加電極１３に供給される出力Ｐ1に基づいて高周波印加電極１３への入熱量の増加を予測し、その予測に基づいて高周波印加電極１３の温度を所定の温度とするための第１冷媒の流量と第２冷媒の流量を算出する。そして、その算出結果に基づいて、第１チラー２１と第２チラー３１の流量制御を行う。ここでは温度の高い第１冷媒の流量を減少させ、温度の低い第２冷媒の流量を増加させる指示を出す。しばらくして状態が安定した後には、流量制御部１６は、第１冷媒を流量ａ1で第１配管２２内を循環させ、第２冷媒を流量ｂ2で第２配管３２内を循環させるように、第１チラー２１と第２チラー３１とを制御する状態となっている。そして、基板１００上に所定の膜厚の光電変換層が成膜される時刻ｔ2までこの状態が続く。
【００２９】
時刻ｔ2で成膜処理が終了すると、装置制御部１７は、高周波電源１５から高周波印加電極１３への高周波電力の供給を停止する指示を与えるとともに、高周波電源１５に与えた高周波印加電極１３への出力停止を含む出力制御情報を流量制御部１６に伝達する。
【００３０】
高周波電源１５は、装置制御部１７からの指示に基づいて、高周波印加電極１３への電力の供給を停止し、待機状態へと移行する。また、流量制御部１６は、出力制御情報から高周波印加電極１３への出力の供給停止に基づいて高周波印加電極１３への入熱量の減少を予測し、その予測に基づいて高周波印加電極１３の温度を所定の温度とするための第１冷媒の流量と第２冷媒の流量を算出する。そして、その算出結果に基づいて、第１チラー２１と第２チラー３１に第１冷媒と第２冷媒の流量制御を行う。ここでは第１冷媒の流量を増加させ、第２冷媒の流量を減少させる指示を出す。しばらくして状態が安定した後には、流量制御部１６は、温度の高い第１冷媒を流量ａ2で第１配管２２内を循環させ、温度の低い第２冷媒を流量ｂ1で第２配管３２内を循環させるように、第１チラー２１と第２チラー３１とを制御する状態となっている。そして、この間に基板１００を成膜室１１の外部に搬送する。
【００３１】
その後、所定の時間待機状態にした後、実施の形態１と同様に時刻ｔ3で装置内をクリーニングする。たとえば不活性ガスなどのクリーニングガスを図示しないガス供給部から成膜室１１内に供給し、装置制御部１７は、高周波電源１５から高周波印加電極１３に出力Ｐ2の高周波電力を供給するように指示を与えるとともに、高周波電源１５に与えた高周波印加電極１３に供給する出力Ｐ2の値を含む出力制御情報を流量制御部１６に伝達する。
【００３２】
高周波電源１５は、装置制御部１７からの指示に基づいて、高周波印加電極１３に出力Ｐ2の高周波電力を印加し、クリーニングを開始する。また、流量制御部１６は、出力制御情報から高周波印加電極１３に供給される出力Ｐ2に基づいて高周波印加電極１３への入熱量の増加を予測し、その予測に基づいて高周波印加電極１３の温度を所定の温度とするための第１冷媒の流量と第２冷媒の流量を算出する。そして、その算出結果に基づいて、第１チラー２１と第２チラー３１の流量制御を行う。ここでは温度の高い第１冷媒の流量を減少させ、温度の低い第２冷媒の流量を増加させる指示を出す。しばらくして状態が安定した後には、流量制御部１６は、第１冷媒を流量ａ1で第１配管２２内を循環させ、第２冷媒を流量ｂ2で第２配管３２内を循環させるように、第１チラー２１と第２チラー３１とを制御する状態となっている。そして、所定の時間が経過するまで、すなわち時刻ｔ4までこの状態が続く。
【００３３】
その後、時刻ｔ4になりクリーニング処理が終了すると、装置制御部１７は、高周波電源１５から高周波印加電極１３への高周波電力の供給を停止する指示を与えるとともに、高周波電源１５に与えた高周波印加電極１３への出力停止を含む出力制御情報を流量制御部１６に伝達する。
【００３４】
高周波電源１５は、装置制御部１７からの指示に基づいて、高周波印加電極１３への電力の供給を停止し、待機状態へと移行する。また、流量制御部１６は、出力制御情報から高周波印加電極１３への出力の供給停止に基づいて高周波印加電極１３への入熱量の減少を予測し、その予測に基づいて高周波印加電極１３の温度を所定の温度とするための第１冷媒の流量と第２冷媒の流量を算出する。そして、その算出結果に基づいて、第１チラー２１と第２チラー３１の流量制御を行う。ここでは温度の高い第１冷媒の流量を増加させ、温度の低い第２冷媒の流量を減少させる指示を出す。しばらくして状態が安定した後には、流量制御部１６は、第１冷媒を流量ａ2で第１配管２２内を循環させ、第２冷媒を流量ｂ1で第２配管３２内を循環させるように、第１チラー２１と第２チラー３１とを制御する状態となっている。そして、この間に基板１００を成膜室１１の内部に搬送し、基板電極１２上に載置し、上記した処理が繰り返し行われる。
【００３５】
以上のようにして、光電変換層が形成される。この後、光電変換層が形成された基板１００上には、スパッタ法やＣＶＤ法などの成膜法によって、Ａｌなどの金属膜を含む第２電極層を形成して、薄膜光電変換装置が完成する。
【００３６】
また、上述した説明では、構成部材（高周波印加電極１３）が定温度となるように温度制御を行っているが、装置制御部１７からの信号によって待機、成膜、クリーニングのそれぞれの状態で異なる温度で制御するようにしてもよい。たとえば、クリーニング時においては、第１チラー２１の流量を増加させることで高周波印加電極１３の温度を積極的に高温にして、付着した膜の反応を促進することによってクリーニング速度を高めるようにしてもよい。このようにすることで、クリーニング時間を短縮することができる。また、成膜時においては、各チラー２１，３１に流す冷媒の流量を連続的に変化させて温度を変えることで、成膜される膜の膜質を膜厚方向で制御することも可能である。
【００３７】
この実施の形態２では、装置制御部１７から高周波電源１５に指示する出力を含む出力指示情報を流量制御部１６に伝達し、出力指示情報に基づいて高周波印加電極１３への入熱量を事前に予測することによって、各チラーの流量を調整するようにしたので、実施の形態１に比して高速に温度制御することが可能になるという効果を有する。
【００３８】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３による薄膜製造装置の構成を模式的に示す図である。この薄膜製造装置１０Ｂは、実施の形態２の薄膜製造装置１０Ａで、高周波印加電極１３にさらに温度センサ１４を備える構成となっている。
【００３９】
また、流量制御部１６は、装置制御部１７から高周波電源１５の出力制御情報を取得して、出力制御情報から高周波印加電極１３への入熱量を事前に予測し、第１冷媒と第２冷媒とを制御するとともに、高周波印加電極１３に設けられた温度センサ１４からの出力に基づいて、高周波印加電極１３が所定の温度となるように、第１チラー２１から送出する冷媒と第２チラー３１から送出する冷媒の流量を連動して制御する。つまり、出力制御情報から高周波印加電極１３への入熱量を事前に予測して、第１チラー２１と第２チラー３１とを制御しながら、実際の高周波印加電極１３の温度を監視して、設定温度からのずれが生じている場合に設定温度となるように第１チラー２１と第２チラー３１とを制御するようにしている。
【００４０】
なお、実施の形態１，２と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略している。また、この実施の形態３による薄膜製造装置１０Ｂにおける薄膜製造方法は、実施の形態１，２で説明したものと同様であるので、その説明を省略する。
【００４１】
この実施の形態３によれば、装置制御部１７からの出力制御情報から高周波印加電極１３への入熱量を事前に予測して各チラー２１，３１の流量を調整するだけでなく、温度センサ１４からの情報も合わせて各チラー２１，３１の流量を調整するようにしたので、高速かつより高精度で温度を制御することができるという効果を有する。
【００４２】
なお、上述した説明では、高周波印加電極１３に温度の異なる２つの冷却系統２０，３０を設けた場合を示したが、温度の異なる３つ以上の冷却系統を設けるようにしてもよい。また、上述した説明では、高周波印加電極１３にのみ複数の冷却系統２０，３０を設け、それぞれの冷却系統２０，３０の流量制御を行う場合を説明したが、基板電極１２や成膜室１１内壁についても同様に温度センサ１４と冷媒の温度が異なる複数の冷却系統とを設け、同様の方式によって温度制御を行ってもよい。さらに、温度制御を行う部材（高周波印加電極１３、基板電極１２および／または成膜室１１内壁）を複数の領域に分割し、それぞれの領域に温度センサ１４と冷媒の温度が異なる複数の冷却系統とを設け、分割した領域ごとに温度制御を行ってもよい。また、上述した説明では、各冷却系統２０，３０の冷媒は各チラー２１，３１によって恒温制御しているが、流量と合わせて各冷媒の温度を変動させて制御させるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上のように、この発明にかかる薄膜製造装置は、高密度プラズマを生成させて成膜を行う薄膜太陽電池の製造に有用である。
【符号の説明】
【００４４】
１０，１０Ａ，１０Ｂ 薄膜製造装置
１１ 成膜室
１２ 基板電極
１３ 高周波印加電極
１４ 温度センサ
１５ 高周波電源
１６ 流量制御部
１７ 装置制御部
２０，３０ 冷却系統
２１，３１ チラー
２２，３２ 配管
１００ 基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持する基板電極、および前記基板電極に対向して設けられる高周波印加電極を内部に有する成膜室と、
前記高周波印加電極に高周波電力を供給する高周波電源と、
を備え、前記成膜室内にガスを導入して前記高周波電源からの高周波電力によって前記基板電極と前記高周波印加電極との間にプラズマを生成して前記基板に被膜を形成する薄膜製造装置において、
前記ガスと接する部位の構成部材に設けられる配管と、前記配管に所定の温度の前記冷媒を循環させる冷媒循環手段と、を有し、異なる温度の冷媒ごとに設けられる複数の冷却系統と、
前記高周波電源による前記高周波印加電極への電力の供給のオン／オフによる前記構成部材への入熱量の変化に応じて、前記構成部材の温度が所定の温度となるように前記各冷却系統の前記冷媒の流量制御を行う流量制御手段と、
を備えることを特徴とする薄膜製造装置。
【請求項２】
前記ガスと接する部位の構成部材の温度を計測する温度計測手段をさらに備え、
前記流量制御手段は、前記温度計測手段によって計測された温度と前記所定の温度との差に応じて、前記複数の冷却系統の前記冷媒の流量制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造装置。
【請求項３】
前記高周波電源の出力を制御するとともに、前記高周波電源への高周波電力の出力制御情報を前記流量制御手段に伝達する装置制御手段をさらに備え、
前記流量制御手段は、前記出力制御情報から前記構成部材への入熱量を予測し、前記入熱量に基づいて前記複数の冷却系統の前記冷媒の流量制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造装置。
【請求項４】
前記高周波電源の出力を制御するとともに、前記高周波電源への高周波電力の出力制御情報を前記流量制御手段に伝達する装置制御手段をさらに備え、
前記流量制御手段は、前記出力制御情報から前記構成部材への入熱量を予測し、前記入熱量に基づいて前記複数の冷却系統の前記冷媒の流量制御を行い、前記温度計測手段によって計測された温度と前記所定の温度との間に差がある場合にはその差に応じて、前記複数の冷却系統の前記冷媒の流量制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の薄膜製造装置。
【請求項５】
前記構成部材は、前記基板電極、前記高周波印加電極または前記成膜室の内壁であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の薄膜製造装置。
【請求項６】
基板を保持する基板電極、および前記基板電極に対向して設けられる高周波印加電極を内部に有する成膜室と、
前記高周波印加電極に高周波電力を供給する高周波電源と、
ガスが接する部位の構成部材に設けられる配管と、前記配管に所定の温度の前記冷媒を循環させる冷媒循環手段と、を有し、異なる温度の冷媒ごとに設けられる複数の冷却系統と、
を備える薄膜製造装置を用いた薄膜太陽電池の製造方法であって、
前記成膜室内の前記基板電極上に、第１電極層が形成された基板を搬送する第１工程と、
前記成膜室内に原料ガスを供給し、前記高周波電源から前記高周波印加電極に高周波電力を供給し、前記基板上に半導体層を含む光電変換層を形成する第２工程と、
前記成膜室内への原料ガスの供給を停止する第３工程と、
前記成膜室内から前記基板を搬出する第４工程と、
前記基板上に第２電極層を形成する第５工程と、
を含み、
前記第２および第３工程では、前記高周波印加電極への入熱量の変化に応じて、前記構成部材の温度が所定の温度となるように前記各冷却系統の前記冷媒の流量制御を行うことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記第２および第３工程では、前記構成部材の温度を計測する温度計測手段によって計測された温度と前記所定の温度との差に応じて、前記複数の冷却系統の前記冷媒の流量制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項８】
前記第２および第３工程では、前記高周波電源への高周波電力の出力制御情報から前記構成部材への入熱量を予測し、前記入熱量に基づいて前記複数の冷却系統の前記冷媒の流量制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項９】
前記第２および第３工程では、前記高周波電源への高周波電力の出力制御情報から前記構成部材への入熱量を予測し、前記入熱量に基づいて前記複数の冷却系統の前記冷媒の流量制御を行い、前記構成部材の温度を計測する温度計測手段によって計測された温度と前記所定の温度との間に差がある場合にはその差に応じて、前記複数の冷却系統の前記冷媒の流量制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１】
基板を保持する基板電極、および前記基板電極に対向して設けられる高周波印加電極を内部に有する成膜室と、
前記高周波印加電極に高周波電力を供給する高周波電源と、
を備え、前記成膜室内にガスを導入して前記高周波電源からの高周波電力によって前記基板電極と前記高周波印加電極との間にプラズマを生成して前記基板に被膜を形成する薄膜製造装置において、
前記ガスと接する部位の構成部材に設けられる配管と、前記配管に所定の温度の前記冷媒を循環させる冷媒循環手段と、を有し、異なる温度の冷媒ごとに設けられる複数の冷却系統と、
前記高周波電源による前記高周波印加電極への電力の供給のオン／オフによる前記構成部材への入熱量の変化に応じて、前記構成部材の温度が所定の温度となるように前記各冷却系統の前記冷媒の流量制御を行う流量制御手段と、
を備えることを特徴とする薄膜製造装置。
【請求項２】
前記ガスと接する部位の構成部材の温度を計測する温度計測手段をさらに備え、
前記流量制御手段は、前記温度計測手段によって計測された温度と前記所定の温度との差に応じて、前記複数の冷却系統の前記冷媒の流量制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造装置。
【請求項３】
前記高周波電源の出力を制御するとともに、前記高周波電源への高周波電力の出力制御情報を前記流量制御手段に伝達する装置制御手段をさらに備え、
前記流量制御手段は、前記出力制御情報から前記構成部材への入熱量を予測し、前記入熱量に基づいて前記複数の冷却系統の前記冷媒の流量制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造装置。
【請求項４】
前記高周波電源の出力を制御するとともに、前記高周波電源への高周波電力の出力制御情報を前記流量制御手段に伝達する装置制御手段をさらに備え、
前記流量制御手段は、前記出力制御情報から前記構成部材への入熱量を予測し、前記入熱量に基づいて前記複数の冷却系統の前記冷媒の流量制御を行い、前記温度計測手段によって計測された温度と前記所定の温度との間に差がある場合にはその差に応じて、前記複数の冷却系統の前記冷媒の流量制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の薄膜製造装置。
【請求項５】
前記構成部材は、前記基板電極、前記高周波印加電極または前記成膜室の内壁であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の薄膜製造装置。
【請求項６】
基板を保持する基板電極、および前記基板電極に対向して設けられる高周波印加電極を内部に有する成膜室と、
前記高周波印加電極に高周波電力を供給する高周波電源と、
ガスが接する部位の構成部材に設けられる配管と、前記配管に所定の温度の前記冷媒を循環させる冷媒循環手段と、を有し、異なる温度の冷媒ごとに設けられる複数の冷却系統と、
を備える薄膜製造装置を用いた薄膜太陽電池の製造方法であって、
前記成膜室内の前記基板電極上に、第１電極層が形成された基板を搬送する第１工程と、
前記成膜室内に原料ガスを供給し、前記高周波電源から前記高周波印加電極に高周波電力を供給し、前記基板上に半導体層を含む光電変換層を形成する第２工程と、
前記成膜室内への原料ガスの供給を停止する第３工程と、
前記成膜室内から前記基板を搬出する第４工程と、
前記基板上に第２電極層を形成する第５工程と、
を含み、
前記第２および第３工程では、前記高周波印加電極への入熱量の変化に応じて、前記構成部材の温度が所定の温度となるように前記各冷却系統の前記冷媒の流量制御を行うことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記第２および第３工程では、前記構成部材の温度を計測する温度計測手段によって計測された温度と前記所定の温度との差に応じて、前記複数の冷却系統の前記冷媒の流量制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項８】
前記第２および第３工程では、前記高周波電源への高周波電力の出力制御情報から前記構成部材への入熱量を予測し、前記入熱量に基づいて前記複数の冷却系統の前記冷媒の流量制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項９】
前記第２および第３工程では、前記高周波電源への高周波電力の出力制御情報から前記構成部材への入熱量を予測し、前記入熱量に基づいて前記複数の冷却系統の前記冷媒の流量制御を行い、前記構成部材の温度を計測する温度計測手段によって計測された温度と前記所定の温度との間に差がある場合にはその差に応じて、前記複数の冷却系統の前記冷媒の流量制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１１７０８９（Ｐ２０１２−１１７０８９Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６５５０１（Ｐ２０１０−２６５５０１）
【出願日】平成２２年１１月２９日（２０１０．１１．２９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２９日（２０１０．１１．２９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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