专利名称：真空处理方法以及真空处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及真空处理方法以及真空处理装置，特别涉及使用等离子体 在基板上进行处理的真空处理方法以及真空处理装置。
背景技术：
作为使用等离子体将半导体气化而在加热了的基板上形成该半导体
的薄膜的真空处理装置，己知有等离子体CVD装置。已知有一种太阳电 池，其在制膜于玻璃基板的硅系薄膜中，层叠制膜p层、i层、n层，并将 照射于i层的光转换为电力。
参考文献1:日本特开平6-283435号公报
参考文献2:日本特开平7-230960号公报
近年来，期望太阳电池的制造成本降低。对此，需要使作为基于上述 真空处理装置的发电层的i层的制膜速度增加。然而，若制膜速度增加， 则显示非晶硅膜的Si和H的结合状态的SiH2/SiH比增高。SiH2/SiH比作 为膜质的指标使用。若SiH2/SiH比增高，则Si-Si彼此的结合变少且缺陷 增加，导致膜质降低。
为了抑制提高制膜速度时的SiH2/SiH比增大，己知有可提高基板温度 的方法。由此，SifVSiH比降低，膜质质量提高。然而，在非晶硅太阳电 池的i层的制膜时，制膜温度(基板温度)越高向基板出入的热量越增加， 因此，产生了基板温度稳定需要时间或者因温度变动导致太阳电池性能降 低等问题。另外，若提高基板温度，由于i层的带隙从适当值偏离或作为 下层的p层的掺杂物的硼扩散等情况，所以产生了开路电压降低而导致电 池性能降低等问题。
因而，在膜质提高和制膜速度提高出于相反的状况下，期望可以同时 实现该膜质提高和制膜速度提高。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种真空处理方法和真空处理装置，该真空
处理方法即使在增加制膜速度的情况下，SiH2/SiH比也不会增高，并能够 通过防止膜质的恶化来获得较高的生产率。
本发明提供一种真空处理方法，使设置于负压环境下的制膜室内的基 板处于由加热机构加热了的状态，向上述制膜室内供给原料气体，并向与 上述基板对置配置的放电电极供电，由此，向上述基板实施制膜，其特征 在于，以将上述基板和放电电极的温度差设为在3(TC以下的状态下而制 膜。
根据本发明的真空处理方法，由于上述基板和上述放电电极的温度差 较小，所以向上述基板出入的热量变少，且光电转换装置(例如太阳电池) 的制造工艺中的基板温度的变动变小。由此，适合于选定制膜条件的工艺 窗口变宽，并且能够在可靠的范围内进行选择。其结果是，制膜条件的限 制得到缓和，性能的稳定性得以提高。进而，优选的是，若将上述基板和 放电电极的温度差向2(TC左右降低，则能够进一步提高可靠性。
在上述本发明的真空处理方法中，优选将上述基板和上述放电电极之 间设为4.5mm以上且7.5mm以下而制膜。
由此，由于上述基板和上述放电电极之间的导热率提高，所以基板和 放电电极的温度差没有扩大。因此，在高速制膜时，即使基板温度为200°C 以下的相对低温，也可以使与光老化相关的SiH2/SiH比抑制得较低，从而 提高制膜质量。
本发明提供一种真空处理装置，其具备形成负压环境下的制膜室的腔 室、对设置于该腔室内的基板进行加热的加热机构、向上述制膜室内供给 原料气体的供给机构、相对于上述基板对置配置的放电电极，还具备调节 上述放电电极的温度的载热体流路，并且，通过对该放电电极供电而向上 述基板实施制膜，其特征在于，具备调整上述基板和上述放电电极的温度 差和制膜压力的机构。
根据本发明的真空处理装置，在因放电电极中的制模时的等离子体发 生而使放电电极的温度易于上升的气氛下，能够调节放电电极温度，在使 基板和放电电极的温度差适于制膜的情况下，能够选定使等离子体稳定的制膜压力条件。例如，在使基板和放电电极的温度差处于3(TC以下的状态 下，设置控制制膜的控制装置，由该控制装置进行真空处理控制，由此，
在将上述基板和上述放电电极之间设为4.5mm以上且7.5mm以下的条件 下，将制膜压力设为150Pa以上且500Pa以下，则对于光电转换装置的制 造工艺而言，温度的变动造成的影响较小且等离子体处于稳定的状态，制 膜条件的限制得到缓和，性能的稳定性得以提高。另外，由于通过将制膜 压力设定成较高来提高制膜速度，所以其是更为优选的。
在上述本发明的真空处理装置中，也可以在上述放电电极的内部设置 上述载热体流路。
上述放电电极是在制膜的基板面上大致平行地延伸且互相大致平行 的多个电极。也可以在各放电电极中与上述基板面对置的面上形成有沿着 放电电极的延伸方向的槽。SP，各放电电极的与延伸方向垂直的截面的形 状可以是，由与基板面平行的基端部以及从基端部的两端分别朝向基板配 设的侧部构成，且呈向基板面侧敞开的"^"字状。在上述基板端部内部 设置原料气体流路，使从设于〕字状的基端部的多个小孔大致均匀地吹出 的原料气体到达基板为止的距离变长，从而能够进行原料气体的均匀气体 供给。上述载热体流路可设于各放电电极的上述两侧部的内部。即，放电 电极成为保持载热体流路的保持架。由于放电电极和载热体的导热率较 高，所以放电电极的温度控制优越。另外，在截面呈〕字状的放电电极基 端部的敞开部分，为了使原料气体的流量分布均匀，也可以在基板侧的原 料吹出部分上设置多孔板。
在上述本发明的真空处理装置中，优选的是，以将上述放电电极和上 述基板的距离设为4.5mm以上且7.5mm以下的方式来配置上述放电电极。
由此，基板和放电电极之间的导热率提高且温度差没有扩大，即使提 高制膜速度或在相对较低的基板温度下，也能控制老化率，从而提高制膜 质量。
根据本发明，即使在相对低温下的情况下，膜质也稳定，因此，能够 增加制膜速度，同时降低光电转换装置的膜的光老化率，从而获得较高的 生产率。进而，由于没有将制膜温度提高到需要以上，所以能够实现基于 开路电压提高的光电变换装置性能的提高。
图1是表示本实施方式的薄膜制造装置中使用的放电电极的放大图。
图2是表示本发明的薄膜制造装置的结构的概略图，是从薄膜制造装 置的侧面看到的图。 -
图3是表示同一薄膜制造装置的结构的一部分的局部立体图。 图4是表示膜的老化率的温度依存关系的图。
图5是表示将基板和放电电极的温度差设定在30°C以下时，在基板温 度20(TC以下的低温制膜中能够确保膜质且膜的老化率没有温度依存关系 的图。
图6是表示基板和放电电极的温度差和SiH2/SiH比的关系的图。 图7是表示各种条件下的间隙距离和SiH2/SiH比的关系的图。 附图标号说明1-薄膜制造装置，2-对置电极，3-放电电极，3a-放电 电极，5-均热板(加热机构)，8-基板，22a， 22b-侧部，23-载热体流路，100-
控制装置。
具体实施例方式
以下，对可以进行高速制膜的薄膜制造装置(真空处理装置)的一个实 施方式进行说明。图1是表示本实施方式的薄膜制造装置中使用的放电电 极的图，图2是表示同一薄膜制造装置的结构的概略图，是从薄膜制造装 置1的侧面看到的图，图3是表示同一薄膜制造装置的结构的一部分的局 部立体图。
如图2所示，薄膜制造装置1具备制膜室(腔室)6、对置电极2、均热 板5、均热板保持机构ll、放电电极3、防着板4、支承部7、高频供电传 输路12、匹配器13、高真空排气部31、低真空排气部35、基座37以及 控制装置整体的控制装置100。另外，在本图中，省略了与气体供给相关 的结构。薄膜制造装置1是制造例如单层非晶硅太阳电池等太阳电池的装 置。
制膜室6是真空容器，在其内部对基板8进行非晶硅i层等制膜。制 膜室6在基座37上保持与z方向(垂直方向)呈e^7。 12°倾斜。因此，对置电极2的基板8的制膜处理面相对于z方向而从7。朝向12°上方。 将基板8从垂直稍微倾斜，不但可以抑制装置的设置空间的增加，并且可 利用基板8的自重以较少的工时来保持基板8，进而可提高基板8与对置 电极2的紧贴性而使基板8的温度分布和电位分布均匀化，因此其是优选 的。
对置电极2是具有可以保持基板8的保持机构(未图示)的非磁性材料 的导电性板。在进行自动清洗时，从耐氟自由基性方面考虑，优选使用镍 合金或铝或铝合金。对置电极2形成为与放电电极3对置的电极(例如接地 侧)。对置电极2中， 一侧表面与均热板5的表面紧贴，在制膜时另一侧表 面与基板8的表面紧贴。对于均热板(加热机构)5而言，通过在內部循环 有控制温度的载热体或者组装有控制温度的加热器，来控制自身的温度， 具有使整体具有大致均匀的温度以使接触的对置电极2的温度均匀化的功 能。 '
载热体是非导电性介质，可以使用氢或氦等高导热性气体、氟系惰性 液体、惰性油以及纯水等。尤其是，即使在15(TC 25(TC的范围内，压力 也不上升而易于控制，因此，优选使用氟系惰性液体(例如，商品名嘎卤 代恩(力"^>)， F05等)。
均热板保持机构11将均热板5及对置电极2相对于制膜室6的侧面(图 2的右侧)保持成大致平行。在制膜时，将均热板5、对置电极2及基板8 向放电电极3靠近。由此，将基板8和放电电极3的距离d如后所述地设 定为约7.5mm以下。
放电电极3由各棒状的纵电极以大致平行地组合而构成，进而也可以 分割成多个电极单元而构成。在将放电电极3分割构成的情况下，优选与 供电点的数目一致而分割形成。从连接高频供电传输路12a、 12b的供电 点53、 54分别供给高频电力，使放电电极3和对置电极2之间发生原料 气体的等离子体，而在基板8上进行制膜。防着板4接地，抑制等离子体 的扩展范围，而限制膜被制成的范围。支承部7使放电电极3相对于防着 板4和制膜室6的侧面(图2的左侧)绝缘保持成大致平行。
匹配器13(13a、 13b对输出侧的阻抗进行调整，并从未图示的高频电 源经由高频供电传输路14(14a、 14b)及高频供电传输路12向放电电极3供应高频电力。
图3是表示同一薄膜制造装置1的结构的一部分的局部立体图。在本
实施方式中，放电电极3具备例如8个放电电极3a 3h。
各个放电电极3a 3h由连接在供电点53和供电点54的附近的原料气 体配管16a和16b供给原料气体。向图中箭头表示的方向(对置电极一侧) 大致均匀地排出该原料气体。
不过，也可以通过超过8个或未满8个的匹配器13a、 13b以及高频 供电传输路14a、 14b的组合向放电电极3a 3h进行电力供给。另外，也 可以由各个独立的高频电源部供给电能。在这些情况下，优选以与该组的 数目对应来调整放电电极3a 3h的分组。
图l示出了放电电极3的放大图。多个放电电极3在被制膜的基板8 面上大致平行(即，纸面向里方向)延伸，且互相大致平行配置。在各放电 电极3中与上述基板8面对置的面上形成有沿着放电电极的延伸方向的 槽。S卩，各放电电极3的与延伸方向垂直的截面的形状是由与基板面平行 的基端部以及从基端部的两端分别朝向基板8配设的侧部22a、22b形成， 且呈向基板8面侧敞开的"3"字状。在上述基端部的内部配设有上述原 料气体流动的气体流路21a，在两侧部22a、 22b的内部分别配设有上述载 热体流路23。在载热体流路23中利用未图示的载热体供给机构供给载热 体，并利用控制装置100进行流量控制，以进行温度管理。载热体可以使 用与上述的均热板5中的物质相同的物质。
放电电极3的两侧部22a、 22b的基板面侧的端部和基板8的距离在 3mm以上且10mm以下，优选配置为4.5mm以上且7.5mm以下。在现有 技术中，放电电极和基板间的距离大约在20mm到40mm的范围内，在本 实施方式中，放电电极3的两侧部22a、 22b的基板面侧的端部和基板8 的距离(间隙)d呈现狭窄的狭缝状态。
对采用这种结构的薄膜制造装置的薄膜制造方法(真空处理方法)进行 说明。
使设置于负压环境的制膜室6内的基板8处于由均热板5加热了的状 态，由连接高频供电传输路12a、 12b的供电点53、 54分别供给高频电力， 使放电电极3和对置电极2之间发生原料气体的等离子体，而在基板8上进行制膜。
此时，通过控制装置100对在载热体流路23中流动的载热体流量进 行控制，将放电电极3的温度和基板的温度的差调整为3(TC以下，优选 2(TC左右。另外，此时的制膜室6的压力优选150Pa以上且500Pa以下。
现有的薄膜制造装置中，不进行基于载热体的温度控制，如图4所示， 膜的老化率的温度依存关系较强。由此，当为了增加制膜速度而提高基板 8的温度时，温度变动增大，导致获得的膜质的稳定性恶化。
如本实施方式所述，若将基板8和放电电极3的温度差设为30°C以下， 则如图6所示，基板温度依存关系难以表示。其结果是，工艺窗口变宽， 将制膜条件适当化的条件选定变得容易，膜质得到提高。即，在现有技术 中，若为了较高地维持基板8的温度，则由于出入基板8的热量多所以因 温度变动而引起膜质下降，但在本实施方式中，可靠性提高，作为生产装 置的稳定性提高。另外，只要基板8和放电电极3的温度差为约2(TC，就 可以进一步提高可靠性。
作为膜质提高的一个主要原因，可认为有，通过控制放电电极温度， 减小了基板和放电电极的温度差，或者改变了纳米团簇的热泳的动作，或 者减少了向膜中的采集量。因而，在基板8和放电电极3大致接近于同一 温度而温度差小的情况下，能够实现膜质的提高。
通过使放电电极3和基板8的距离在4.5mm以上且7.5mm以下，可 以提高基板8和放电电极3的导热率而不扩大温度差。其结果是，无论是 在高速制膜时还是基板温度在20(TC以下的相对低温时，如图5所示，均 能够将与光老化相关的SiH2/SiH比抑制得较低，从而可以控制光老化。其 原因可认为是，通过使间隙变窄而提高基板8表面附近的气体置换率，降 低放电区域中的团簇量，而被向膜中采集。如图7所示可知，随着制膜速 度的提高，SiH2/SiH比增大这一现有的趋势得到缓和，且间隙距离越短 SiH2/SiH比降低，在4.5mm以上且10mm以下的范围内，尤其在7.5mm 以下，能够获得良好的结果。另外，由于在3mm以下基板或放电电极的 微小变形均会对制膜膜特性带来影响，所以其并不实用。因而，可以在不 降低性能的情况下来实现高速制膜。另外，当将制膜压力设为150Pa以上 500Pa以下时为高压，因此，制膜速度提高，同时能够抑制对基板8的离子冲击，由此，也能够抑制高速制模时的光老化。由于是在狭缝状态下进
行制膜，若制膜压力小于150Pa则等离子体分布恶化，若高于500Pa则等 离子体容易定域化，因此，均不优选。
另外，在大多数的非晶硅太阳电池i层的制膜中，由于能够降低基板 温度，所以能够适当地保持i层的带隙。由此，能够提高开路电压，从而 能够提高制造出的太阳电池的性能。
如上所述，根据本实施方式的薄膜制造装置以及薄膜制造方法，在基 板温度大致为200'C的相对低温下膜质也稳定，因此，能够增加制膜速度。 进而，能够降低太阳电池的光老化率。进而，通过不将i层作为高温制膜， 因此，能够实现基于开路电压的提高的太阳电池性能的提高。
另外，在上述实施方式中，虽然对作为太阳电池使用了单层非晶硅太 阳电池进行了说明，但是本发明并不局限于该例。例如，作为太阳电池， 微晶体硅太阳电池或者像将非晶硅太阳电池和微晶体硅太阳电池各一层 或多层层叠的多接合型太阳电池这样的其他种类的薄膜太阳电池也同样 适用。
权利要求
1. 一种真空处理方法，使设置于负压环境下的制膜室内的基板处于由加热机构加热了的状态，向所述制膜室内供给原料气体，并向与所述基板对置配置的放电电极供电，由此，向所述基板实施制膜，其中，以将所述基板和放电电极的温度差设为在30℃以下的状态而制膜。
2. 根据权利要求1所述的真空处理方法，其中， 将所述基板和所述放电电极之间设为4.5mm以上且7.5mm以下而制膜。
3. 根据权利要求2所述的真空处理方法，其中， 将所述制膜室内的制膜压力设为150Pa以上且500Pa以下而制膜。
4. 一种真空处理装置，其具备形成负压环境下的制膜室的腔室、对 设置于该腔室内的基板进行加热的加热机构、向所述制膜室内供给原料气 体的供给机构、相对于所述基板对置配置的放电电极，还具备调节所述放 电电极的温度的载热体流路，并且，通过对该放电电极供电而向所述基板 实施制膜，其中，具备调整所述基板和所述放电电极的温度差和制膜压力的机构。
5. 根据权利要求4所述的真空处理方法，其中， 所述载热体流路设置于所述放电电极的内部。
6. 根据权利要求5所述的真空处理方法，其中， 以将所述放电电极和所述基板的距离设为4.5mm以上且7.5mm以下的方式来配置所述放电电极。
全文摘要
本发明提供一种真空处理方法以及真空处理装置，该真空处理方法即使在增加制膜速度的情况下，SiH<sub>2</sub>/SiH比也不会增高，并能够通过防止膜质的恶化来获得较高的生产率。在该真空处理方法中，使设置于负压环境下的制膜室(6)内的基板(8)处于由均热板(加热机构)(5)加热了的状态，向与上述基板(8)对置配置的放电电极(3)供电，由此，向基板(8)实施制膜，其中，以将基板(8)和放电电极(3)的温度差设为在30℃以下的状态而制膜。进而，也可以将基板(8)和放电电极(3)之间设为7.5mm以下而制膜。
文档编号H01L21/205GK101548365SQ200880000850
公开日2009年9月30日 申请日期2008年1月30日 优先权日2007年2月23日
发明者宫原弘臣, 西宫立享 申请人:三菱重工业株式会社