專利名稱：等離子體控制方法及等離子體控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制生成等離子體分布的等離子體控制方法，特別是涉及在具有與高 頻供電源相連接的高頻電極和與高頻電極相面對(duì)并且與接地電位或規(guī)定供電源相連接的 接地電極的真空容器內(nèi)，通過施加在高頻電極上的高頻電力來控制生成的等離子體的分布 的等離子體控制方法。
背景技術(shù)：
至今為止，利用等離子體的薄膜成型和蝕刻應(yīng)用于很多技術(shù)領(lǐng)域。作為其裝置 的結(jié)構(gòu)，可以列舉的有電容耦合型的平行平板等離子體CVD(plasma assisted chemical vapor deposition)裝置或者等離子體蝕刻(plasma etching)裝置等。如使流入這些裝置 的氣體例如是以SiH4(硅烷氣體)為代表的成膜(或者制膜。以下稱為“成膜”)氣體，則 堆積成薄膜；是以CF4(氟化氣體)為代表的蝕刻氣體，則進(jìn)行蝕刻。其中可以舉出采用以 SiH4為主的成膜氣體在基板上形成Si系薄膜的等離子體CVD法制作薄膜太陽能電池的例 子。圖12是現(xiàn)有技術(shù)的電容耦合型的平行平板等離子體CVD裝置的示意圖。如圖12 所示，在真空容器201內(nèi)配置了由高頻供電源(RF) 205供給高頻電力的高頻電極210和連 接接地電位的接地電極211。接地電極211不一定必須是接地電位，根據(jù)目的不同也可以具 有能夠施加直流或者高頻電力的機(jī)構(gòu)。在接地電極211的上面有設(shè)置基板212的機(jī)構(gòu)，在 接地電極211內(nèi)設(shè)置有加熱基板的加熱機(jī)構(gòu)(加熱器)204。基板212的設(shè)置位置是在真空 容器201內(nèi)的任意部位，例如可以在高頻電極210上。對(duì)于加熱器204的有無以及設(shè)置的 位置也并無限定。作為薄膜的形成順序，首先，進(jìn)行用排氣系統(tǒng)(真空泵或者排氣泵等氣體排氣管 路203)將真空容器201內(nèi)抽真空到某種程度的真空。然后，根據(jù)需要用加熱基板212的加 熱器204對(duì)基板212進(jìn)行加熱。在抽真空之后，在大多數(shù)情況下，真空容器201內(nèi)或基板212 的表面等上都吸附著水分等。如果在對(duì)這些雜質(zhì)不進(jìn)行充分脫氣的狀態(tài)下形成薄膜，則膜 中會(huì)含有大量雜質(zhì)，造成膜的質(zhì)量降低。為了促進(jìn)真空容器201內(nèi)的脫氣的目的，在薄膜形 成前從氣體導(dǎo)入管路202導(dǎo)入氣體，利用壓力控制器(圖中未表示)和氣體排氣管路203， 在使真空容器201內(nèi)保持一定壓力的狀態(tài)下進(jìn)行真空容器201內(nèi)的加熱(烘烤)。流入烘 烤中的氣體采用H2等導(dǎo)熱性比較好的氣體、He、Ar等惰性氣體、或在進(jìn)行成膜時(shí)流入的成 膜氣體等。烘烤中的基板212的溫度有時(shí)設(shè)定成高于實(shí)際進(jìn)行成膜時(shí)的基板212的溫度， 其原因是設(shè)定成高于成膜時(shí)的基板212的溫度是為了促進(jìn)脫氣，減少在成膜時(shí)的脫氣量。在脫氣之后，將基板212的溫度設(shè)定成成膜時(shí)的基板212的溫度。根據(jù)情況不同 把幾種成膜氣體以適當(dāng)?shù)牧髁勘然旌铣傻幕旌蠚怏w流入到真空容器201內(nèi)，在保持住適當(dāng) 壓力之后，在高頻電極210上通電，在高頻電極210和接地電極211之間產(chǎn)生等離子體206， 在基板212上形成薄膜。等離子體206是一般稱之為低溫等離子體的等離子體。在上述形成薄膜時(shí)的成膜條件的選擇，在決定薄膜的膜的質(zhì)量、成膜速度、有效成膜區(qū)域內(nèi)的膜厚均勻性等是至關(guān)重要的。其中，所謂的成膜條件也包括高頻電極210和接 地電極211之間的電極間距離、高頻供電源205的頻率等硬件構(gòu)成條件。作為成膜條件的 例子，在硅系薄膜的情況下，可以列舉的有成膜氣體的SiH4和稀釋氣體H2的流量比的氫稀 釋率、基板212的溫度、成膜壓力、高頻供電源205的頻率、施加電力以及高頻電極210和接 地電極211之間的電極間距離等，這些條件相互影響，而決定著薄膜特性。作為成膜條件的選擇方法，專利文獻(xiàn)1記載了如果在把光電轉(zhuǎn)換層中的SiH2鍵合 的氫量和SiH鍵合的氫量之比(SiH2/SiH)定為0. 3以下，并且施加在電極上的高頻電壓的 平均值的峰到峰電壓(峰間電壓)Vpp定為300V以下的成膜條件下進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換層的成 膜，可以得到具有良好的光電轉(zhuǎn)換特性的光電轉(zhuǎn)換元件(參照專利文獻(xiàn)1的圖3及圖5和 這些的說明)。另外，還記載了峰間電壓Vpp和光電轉(zhuǎn)換元件特性之間有很強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系， 峰間電壓Vpp越低(優(yōu)選的是Vpp ^ 200V)，越能制作出高性能的光電轉(zhuǎn)換元件。例如在專利文獻(xiàn)2、專利文獻(xiàn)3、專利文獻(xiàn)4等中記載有關(guān)于改善面內(nèi)的膜厚均勻 性的方法。在專利文獻(xiàn)2中，通過在生成等離子體用高頻電極的高頻電力供電點(diǎn)一側(cè)及相 反一側(cè)設(shè)置高壓可變電容器，使高頻的相位改變，使等離子體電位均勻化，并形成堆積膜。 在專利文獻(xiàn)3中，通過使高頻電力的相位等隨時(shí)間改變，使放電電極內(nèi)產(chǎn)生的電壓分布改 變。在專利文獻(xiàn)4中，通過相鄰的小電極使高頻電壓的相位變化等，改善膜厚分布等。在上 述任何一個(gè)的文獻(xiàn)中，都采用了利用改變裝置結(jié)構(gòu)使得與膜厚的均勻性相關(guān)的用于使等離 子體分布均勻的技術(shù)。專利文獻(xiàn)1日本專利特開2004-253417號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本專利特開2000-164520號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3日本專利特開2001-257098號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4日本專利特開2002-313743號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)的選擇成膜條件的方法，有利用峰間電壓Vpp的選擇方法，但是沒 有太涉及有關(guān)膜厚均勻性的問題。在專利文獻(xiàn)1中，揭示了在成膜區(qū)域?yàn)?0cmX80cm的薄 膜基板的太陽能電池上，使用13. 56MHz,27. 12MHz的實(shí)施例。但是，在嘗試使電極面積增加 到ImX Im程度的情況下或者使電源頻率更高等的情況下，作為電源頻率的波長要和電極 的尺寸同程度的級(jí)(order)，其結(jié)果存在有使膜厚的面內(nèi)均勻性可能顯著惡化的問題?，F(xiàn)有技術(shù)的改善膜厚均勻性的方法，是通過改善對(duì)供電方法進(jìn)行研究的裝置結(jié)構(gòu) 來改善膜厚均勻性的方法。因此，存在著沒有著眼于關(guān)系到隨成膜條件的變化而產(chǎn)生的膜 厚均勻性變化的檢測(cè)量的問題?，F(xiàn)在，有檢測(cè)與膜厚均勻性相關(guān)的等離子體的裝置。作為等離子體分布的檢測(cè)裝置，可以列舉的有將探測(cè)器插入到等離子體內(nèi)的探測(cè)器法或者分光檢測(cè)等。但是，探測(cè)器法 存在有在進(jìn)行成膜的氛圍中檢測(cè)誤差大的問題，分光檢測(cè)存在有在檢測(cè)大面積的等離子體 均勻性時(shí)需要規(guī)模龐大的檢測(cè)系統(tǒng)等問題，所以現(xiàn)有的等離子體分布檢測(cè)方法在檢測(cè)大面 積的等離子體的均勻性上是有限度的。實(shí)際上在生產(chǎn)線上運(yùn)轉(zhuǎn)的制造裝置的情況下，除了 以進(jìn)行等離子體分布的檢測(cè)為前提而預(yù)先設(shè)計(jì)裝置的情況，大多情況下難以應(yīng)用上述的現(xiàn) 有技術(shù)的等離子體分布檢測(cè)方法。即使是以進(jìn)行等離子體分布的檢測(cè)為前提而預(yù)先設(shè)計(jì)裝置的情況，也存在有提高裝置成本等問題。在著眼于高頻電極的峰間電壓Vpp的情況下，存在著峰間電壓Vpp的絕對(duì)值以及 峰間電壓Vpp的分布不僅是每批量(lot)都多少發(fā)生變化，而且同批量的前半部分和后半 部分也發(fā)生變化的問題。每批量的變化可以認(rèn)為是例如在對(duì)每批量實(shí)施的清掃作業(yè)由于是 靠人工進(jìn)行操作的，在那時(shí)由于操作的關(guān)系等而發(fā)生的變化。批量的前半部分和后半部分 的變化可以認(rèn)為是例如由于附著在成膜室的壁上的粉末的量隨反復(fù)成膜而增加，由此影響 而發(fā)生的變化。本發(fā)明的目的是為了解決上述的問題，提供一種等離子體控制方法等，可以以比 較簡(jiǎn)單的方法得到著眼于隨成膜條件變化而產(chǎn)生的膜厚均勻性變化相關(guān)的檢測(cè)量，以改善 膜厚均勻性的方法(方針)。
本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種等離子體控制方法等，使檢測(cè)誤差小、檢測(cè)系 統(tǒng)并不龐大、裝置成本廉價(jià)。本發(fā)明的第三個(gè)目的在于提供一種等離子控制方法等，可以隨因各批量及一批的 前半部分和后半部分的制作期間不同而產(chǎn)生的高頻電極的峰間電壓Vpp的絕對(duì)值以及峰 間電壓Vpp的分布變化的特性變動(dòng)，可以得到良好的特性均勻性、可以有利于提高產(chǎn)品的
合格率。本發(fā)明的第四目的在于提供一種等離子體控制方法等，使得在使電極增加到 ImX Im程度的情況下或者使電源頻率更高等的情況下，也使膜厚的面內(nèi)均勻性不明顯惡 化。 此發(fā)明的等離子體控制方法是在具有連接在高頻供電源上的第一電極、以及與第 一電極相面對(duì)并且連接在接地電位或規(guī)定的供電源上的第二電極的真空容器內(nèi)，控制利用 施加在第一電極上的高頻電力生成的等離子體的分布的等離子體控制方法，其特征在于， 具有控制工序，它在生成等離子體時(shí)，根據(jù)使用設(shè)置在第一電極或/和第二電極上的多個(gè) 峰間電壓檢測(cè)部分檢測(cè)到的電極各部位的峰間電壓，控制該等離子體的分布。其中，在此發(fā)明的等離子體控制方法中，上述控制工序以使計(jì)測(cè)到的電極各部位 的峰間電壓程度相同的方式控制生成的等離子體的分布。其中，在此發(fā)明的等離子體控制方法中，上述控制工序以使檢測(cè)到的電極各部位 的峰間電壓程度相同的方式控制真空容器內(nèi)的壓力。其中，在此發(fā)明的等離子體控制方法中，可以使用自動(dòng)控制裝置，使上述控制工序 以使檢測(cè)到的電極各部位的峰間電壓程度相同的方式自動(dòng)控制生成的等離子體的分布。其中，在此發(fā)明的等離子體控制方法中，上述自動(dòng)控制裝置可以以使計(jì)測(cè)到的電 極各部位的峰間電壓程度相同的方式自動(dòng)控制上述真空容器內(nèi)的壓力。其中，在此發(fā)明的等離子體控制方法中，還具有成膜工序，它使用在上述控制工序 中控制了分布的等離子體和在設(shè)在第一電極或第二電極上的基板上流向上述真空容器內(nèi) 的成膜氣體，根據(jù)規(guī)定的成膜條件，在該基板上堆積薄膜工序。其中，在此發(fā)明的等離子體控制方法中，作為上述成膜工序的規(guī)定的成膜條件，通 過選用非單晶的光電轉(zhuǎn)換層中的SiH2鍵合的氫量和SiH鍵合的氫量之比(SiH2/SiH)在0. 3 以下，并且檢測(cè)到的上述各電極各部分的峰間電壓值在300V以下的條件，可以制作具有非 單晶的光電轉(zhuǎn)換層的太陽能電池。
其中，在此發(fā)明的等離子體控制方法中，還具有蝕刻工序，它使用在上述控制工序 中控制了分布的等離子體和在設(shè)在第一電極或第二電極上的基板上流向上述真空容器內(nèi) 的蝕刻氣體，對(duì)該基板上進(jìn)行蝕刻。該發(fā)明的等離子體控制裝置其特征在于，使用本發(fā)明的任何一種等離子體的控制 方法，控制生成的等離子體的分布。根據(jù)本發(fā)明的等離子體的控制方法，在電容耦合型的平行平板的等離子體CVD裝 置中，當(dāng)在可撓性基板上堆積非晶態(tài)Si、微晶Si等Si系薄膜來制作Si系太陽能電池時(shí)，在 實(shí)際上形成光電轉(zhuǎn)換元件之前，進(jìn)行高頻電極的多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的峰間電壓Vpp的檢測(cè)。高頻 電極上的峰間電壓Vpp是比較容易檢測(cè)的，在多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)峰間電壓Vpp時(shí)比較容易檢 測(cè)，并且可以低成本地設(shè)置。由于峰間電壓Vpp分布與高頻電極板上的電位分布有關(guān)，與等 離子體的分布有關(guān)，所以通過監(jiān)控高頻電極板上的峰間電壓Vpp分布，利用以各檢測(cè)點(diǎn)的 峰間電壓Vpp大體相同的方式選擇成膜條件，可以得到良好的膜厚均勻性。也就是說，可以 得到作為與隨成膜條件的變化的膜厚均勻性有關(guān)的檢測(cè)量，并且著眼于高頻電極板的峰間 電壓Vpp分布的比較簡(jiǎn)單的膜厚均勻性改善方法(方針)，具有可以簡(jiǎn)單使成膜條件最佳化 的效果。由于如上所述高頻電極上的峰間電壓Vpp比較容易檢測(cè)，所以還具有檢測(cè)誤差小、 檢測(cè)系統(tǒng)不龐大、可以低價(jià)的解決裝置成本的效果。將監(jiān)控得到的峰間電壓Vpp的值，和其 他的成膜條件控制機(jī)構(gòu)連動(dòng)，主要是與壓力控制機(jī)構(gòu)連動(dòng)，利用將監(jiān)控的結(jié)果反映在成膜 條件上，隨各批量及每一批的前半部分和后半部分的制作期間的不同造成的高頻電極的峰 間電壓 Vpp的絕對(duì)值及峰間電壓Vpp的分布的變化這一特性變化，可以得到良好的特性均 勻性，具有可以有利于提高產(chǎn)品合格率的效果。等離子體的均勻性在蝕刻的情況下也是很 重要的，由于影響到蝕刻速率的均勻性，在使用等離子體蝕刻的情況下也是有效的。


圖1是表示包括本發(fā)明的實(shí)施例1的等離子體CVD裝置的整體結(jié)構(gòu)的圖。圖2是表示高頻電極210上的檢測(cè)點(diǎn)的圖。圖3是在背面(太陽能電池的背面)有電極E的太陽能電池的俯視圖。圖4是沿圖3的XX線的截面圖，是表示上述太陽能電池制造工序順序的圖。圖5是表示高頻供電源205的頻率是13MHz的檢測(cè)結(jié)果的圖。圖6是表示高頻供電源205的頻率是27MHz的檢測(cè)結(jié)果的圖。圖7是表示用各成膜條件(高頻供電源205的頻率13MHz)制作的i層的膜厚分 布的圖。圖8是表示用各成膜條件(高頻供電源205的頻率27MHz)制作的i層的膜厚分 布的圖。圖9是表示在本發(fā)明的實(shí)施例1中用等離子體控制方法制作的太陽能電池特性的 圖。圖10是表示本發(fā)明的實(shí)施例2的成膜片數(shù)和自動(dòng)控制的壓力值的關(guān)系的圖。圖11是表示本發(fā)明的實(shí)施例2的成膜片數(shù)和太陽能電池的穩(wěn)定化效率的相對(duì)值 的關(guān)系的圖。圖12是表示現(xiàn)有技術(shù)的電容耦合型的平行平板等離子體CVD裝置的示意圖。
圖13是在本發(fā)明實(shí)施例1中制作的太陽能電池截面的立體圖。標(biāo)號(hào)說明la、212可撓性基板；Ib第一電極層；Ic第二電極層；Id光電轉(zhuǎn)換層；Ie第三電極 層；If第四電極層；lg、lh切斷部分；201真空容器；202氣體導(dǎo)入管路；203氣體排出管路； 204加熱器；205高頻供電源(RF) ；206等離子體；210高頻電極；211接地電極；221、222、 223,224檢測(cè)點(diǎn)；279予加熱室；280成膜室；281通用室；282,283型芯；290開卷機(jī)室；291
卷繞機(jī)室。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖對(duì)各實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。(實(shí)施例1)首先，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例1進(jìn)行簡(jiǎn)要的說明。在本實(shí)施例1中，是在電容耦合型 的平行平板的等離子體CVD裝置中，利用在基板上堆積非晶態(tài)Si (以下簡(jiǎn)稱a-Si)、微晶 Si (以下簡(jiǎn)稱μ c-Si)等的Si系薄膜，來制作薄膜Si系太陽能電池。作為裝置的結(jié)構(gòu)，電 極的尺寸為ImX lm，將頻率為13 27MHz的電源(高頻供電源)連接在高頻電極(第一 電極)上，使接地電極(第二電極)接地。為了得到高頻電極內(nèi)的電位分布或者等離子體 分布的均勻性，高頻供電源和高頻電極的連接可以有意識(shí)的設(shè)置多個(gè)供電點(diǎn)。電極的形狀 除平板之外例如也可以用梯形電極。接地電極也不一定非要連接接地電位，能具有高頻電 力或者直流電力等的供電裝置也可以。氣體的導(dǎo)入是采用將高頻電極做成噴淋式電極的形 狀，做成氣體從高頻電極一側(cè)吹出的形式。但氣體的導(dǎo)入并不僅限定于這種形式?；迨?使用薄膜基板，但也可以使用玻璃基板或者不銹鋼基板。圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施例1的包括等離子體CVD裝置(等離子體控制裝置)的 整體的結(jié)構(gòu)。是可以用如圖1所示的步進(jìn)式輥的方式進(jìn)行成膜的結(jié)構(gòu)。在圖1中，標(biāo)號(hào)209 是可撓性基板212的卷出用的開卷機(jī)室，280是為了在可撓性基板212上形成金屬電極層、 光電轉(zhuǎn)換層及透明電極層等的薄膜而設(shè)置的由多個(gè)獨(dú)立的處理空間構(gòu)成的成膜室，279是 設(shè)置在開卷機(jī)室290和成膜室280之間的預(yù)熱室，291是可撓性基板212的卷取用卷繞機(jī) 室，281是在內(nèi)部裝入預(yù)熱室279及多個(gè)成膜室280的共用室。在圖1中，由于圖面的原因， 成膜室280只表示了一個(gè)室，不過如上所述，成膜室280可以有多個(gè)室。預(yù)熱室279具有在 使薄膜光電轉(zhuǎn)換層成膜前加熱可撓性基板212的加熱器、氣體供給管路、氣體排出管路及 氣體壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(圖中均未表示)?？蓳闲曰?12以在從型芯282卷入到型芯283卷 取之間，在預(yù)熱室279被加熱之后，在多個(gè)成膜室280中進(jìn)行成膜的方式構(gòu)成。成膜室280 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與上述的電容耦合型平行平板等離子體CVD裝置(參照?qǐng)D12)相同，所以省略 其說明，仍然使用圖12所示的各部位的標(biāo)號(hào)。作為光電轉(zhuǎn)換層的各層的成膜方法，一般是等離子體CVD法，也可以使用例如濺 射法、蒸鍍法、Cat-CVD(catalytic CVD 催化劑化學(xué)氣相生長)法、光CVD法等進(jìn)行成膜。 作為可撓性基板212，除了不銹鋼箔片那樣的導(dǎo)電性基板之外，還可以使用聚酰亞胺類、聚 乙烯萘酚類(polyethlene naphtahalate :PEN)、聚醚砜類(polyethersulfone :PES)、聚 對(duì)苯二甲酸乙酯類(polyethylene terephtalate =PET)或者芳族聚酰胺系薄膜等耐熱性 的塑料基板等。此外，還有不銹鋼基板等，如不限于可撓性基板212，還可以使用玻璃基板等。作為光電轉(zhuǎn)換元件是在基板上按η層、i層、ρ層的順序進(jìn)行成膜，使作為透明電極的 ITOdndium Tin Oxide)在ρ層的上面成膜，制作成nip型單電池。在本實(shí)施例1中，在i層的成膜室中，進(jìn)行了高頻電極210的各部位的峰間電壓 Vpp的檢測(cè)。作為檢測(cè)點(diǎn)(峰間電壓檢測(cè)部位)定為高頻電極210的上下左右的四個(gè)點(diǎn)。 圖2表示高頻電極210上的檢測(cè)點(diǎn)。如圖2所示，在高頻電極210上，在檢測(cè)點(diǎn)221 (上)、 222(下)、223(左)、224(右)進(jìn)行了峰間電壓Vpp的檢測(cè)。下面，對(duì)形成太陽能電池的方法進(jìn)行具體說明。制作了具有被稱為SCAF(SerieS Connection through Apertures formed on Film)結(jié)構(gòu)(參照日本專利特開平 6-342924 號(hào)公報(bào)、日本專利特開平8-340125號(hào)公報(bào)等)的串聯(lián)結(jié)構(gòu)的發(fā)電區(qū)域面積Im2的pin型 a-單電池。圖3表示背面(太陽能電池的反面)有背面電極E的太陽能電池的俯視圖。圖 4(a)至圖4(g)是沿著圖3的XX線的截面圖，表示上述太陽能電池的制作工序。如圖3及 圖4(a)至圖4(g)所示，在塑料基板Ia(可撓性基板212)的一方的面上以夾住光電轉(zhuǎn)換層 Id的方式層積由第一電極層Ib以及第三電極層Ie構(gòu)成的雙層電極層，并且在基板Ia的反 面(背面)上層積由第二電極層Ic以及第四電極層If構(gòu)成的雙層電極層(背面電極E)。 在基板Ia上，上述各個(gè)電極層以及光電轉(zhuǎn)換層Id通過圖形線(切斷部分Ig)而分割成多 個(gè)的單元電池Un_” Un、Un+1，將這些單元電池串聯(lián)。如圖3所示，用切斷部分Ig以在該電池 中含有集電孔h2的方式切斷單元電池Un，僅在集電孔h2中電氣連接基板Ia的上述一方的 面上的第三電極層Ie和背面?zhèn)鹊牡诙姌O層Ic以及第四電極層If (背面電極E)。另一 方面，用切斷部分Ih以具有單元電池Un的連接孔hi和單元電池Ulri中的集電孔h2的方 式切斷，形成單元電池Un的背面電極E。在連接孔hi中，電氣連接單元電池Un的第一電極 層Ib和背面電極E。因此，與任何單元電池釓鄰接的背面電極Εη_1ιη和背面電極En、n+1做成 背面電池Εη_1ιη-單元電池Un-背面電極En、n+1的串聯(lián)連接，構(gòu)成規(guī)定的多段串聯(lián)的太陽能電 池。圖13是上述形成的太陽能電池的立體圖，包括用于表示各電極層和多段串連連接的太 陽能電池的關(guān)系的曲折的截面。其中，在該圖中，為了容易判斷表現(xiàn)各電極層的連接關(guān)系， 放大描述切斷部位Ig以及切斷部lh。下面，用沿圖4所示的XX線的截面圖來說明上述太陽能電池的制作工序順序。是 分別表示如下內(nèi)容的圖示，圖4(a)是連接開孔，圖4(b)是第一電極層和第二電極層成膜， 圖4(c)是集電開孔，圖4(d)是光電轉(zhuǎn)換層成膜，圖4(e)是第三電極層成膜，圖4(f)是第 四電極層成膜，圖4(g)是切斷部分。在圖4(a)至圖4(g)中，用在附圖表示中的參考標(biāo)號(hào) 作為表示同一圖中揭示的工序的參考標(biāo)號(hào)來使用。如圖4(a)所示，在基板Ia的規(guī)定位置開設(shè)多個(gè)連接孔hi (工序(a))。連接孔hi 的直徑是Imm級(jí)(order)，然后如圖4(b)所示，使第一電極層Ib(將此面作為表面)在基板 Ia上成膜，順序使第二電極層Ic在與表面相反的背面成膜。第一電極層Ib和第二電極層 Ic的成膜順序也可以相反。這時(shí)，在連接孔hi的內(nèi)面第一電極層Ib和第二電極層Ic重 疊，相互導(dǎo)通(工序(b))。作為第一電極層Ib和第二電極層lc，是用濺射的方法使Ag形 成數(shù)百nm的厚度。然后，如圖4(c)所示，在基板Ia的規(guī)定位置上開設(shè)多個(gè)集電孔h2(工 序(c))。然后，如圖4 (d)所示，在第一電極層上以覆蓋連接孔hi的內(nèi)面及集電孔h2的內(nèi) 面的方式使光電轉(zhuǎn)換層Id成膜(工序(d)、成膜工序)。在成膜工序(d)中，使用了進(jìn)行了上述準(zhǔn)備的等離子體CVD裝置(等離子體控制裝置)。在本實(shí)施例1中，作為i層是形成了 a-Si 膜。在實(shí)際形成非單晶的光電轉(zhuǎn)換元件之前，進(jìn)行了高頻電極210的各部位的峰間電 壓Vpp檢測(cè)。在本實(shí)施例1中，電位檢測(cè)使用示波器進(jìn)行。在成膜條件中，以高頻供電源205 的頻率定為13 27MHz、成膜壓力為40 400Pa作為參數(shù)。作為其他的成膜條件，氫稀釋 率(H2/SiH4)為10、高頻供電源205的電力密度為60mW/cm2。圖5及圖6分別表示高頻供電 源205的頻率為13MHz及27MHz時(shí)的檢測(cè)結(jié)果。在圖5及圖6中，縱軸是峰間電壓Vpp (V)， 橫軸是成膜壓力(Pa)。在圖5及圖6中，檢測(cè)部位上的檢測(cè)點(diǎn)221的檢測(cè)結(jié)果是用黑圓點(diǎn) 記號(hào)表示，檢測(cè)部位下的檢測(cè)點(diǎn)222的檢測(cè)結(jié)果是用畫了剖面線的三角記號(hào)表示，檢測(cè)部 位左的檢測(cè)點(diǎn)223的檢測(cè)結(jié)果是用菱形記號(hào)表示，檢測(cè)部位右的檢測(cè)點(diǎn)224的檢測(cè)結(jié)果是 用正方形記號(hào)表示。從圖5及圖6所示的檢測(cè)結(jié)果可以看出，隨成膜壓力的增加，各檢測(cè)點(diǎn) 的峰間電壓Vpp的絕對(duì)值有很大差異，特別是檢測(cè)部位下 的檢測(cè)點(diǎn)222和其他三個(gè)檢測(cè)點(diǎn) 有很大差異。顯示出與高頻供電源205的頻率為13MHz時(shí)相比，高頻供電源205的頻率為 27MHz時(shí)上述絕對(duì)值的差更大。如圖5及圖6所示，各檢測(cè)點(diǎn)的峰間電壓Vpp在300V以下 是合適的。作為光電轉(zhuǎn)換元件的i層成膜條件，在本實(shí)施例中選擇高頻供電源205的頻率為 13MHz、27MHz，成膜壓力為67Pa、180Pa、300Pa的條件，組成矩陣，制作了光電轉(zhuǎn)換元件。其 中，成膜速度是在事先做成的使用了各種i層成膜條件的『Si薄膜上，用光學(xué)算出的膜厚 和成膜時(shí)間而計(jì)算的。作為成膜速度的檢測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)了從有效成膜區(qū)域的左下到右上的對(duì) 角線上的共計(jì)11個(gè)點(diǎn)。在制作單電池時(shí)，用此成膜速度調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)膜厚達(dá)到300nm的成膜時(shí) 間。單電池的i層膜厚是在電池制作后再用光學(xué)檢測(cè)膜厚，確認(rèn)是在300nm左右。返回到圖4的制造工序順序的說明，如圖4(e)所示，在光電轉(zhuǎn)換層Id的上面形成 作為第3電極層Ie的透明電極層。作為透明層電極一般使用ITO(Indium Tin Oxidejg 化錫)、Sn02、Zn0等的氧化物導(dǎo)電層。在形成透明電極層Ie時(shí)，將連接孔hi的周邊部位用 掩模等覆蓋，使膜不能在開始時(shí)形成的連接孔hi部分形成(工序(e))。然后，如圖4(f)所 示，使由金屬膜等的低電阻導(dǎo)電膜構(gòu)成的第四電極層If在背面成膜(工序(f))。利用工 序(f)，在集電孔h2的內(nèi)面第三電極層Ie和第四電極層If重疊，可以使之互相導(dǎo)通。在從 以上的工序(a)到(f)完成后，將基板Ia兩面的層積切斷成規(guī)定的形狀，形成由單元電池 Un多段串聯(lián)連接構(gòu)成的太陽能電池(工序(g))。圖4(g)是在太陽能電池被光照射進(jìn)行發(fā) 電時(shí)，對(duì)于構(gòu)成相同電位的電極層畫有相同的剖面線。此外，在圖4中，切斷部分Ig從其伸 出的方向描述。如上所述，用切斷部分Ig以只有集電孔h2的方式切斷單元電池Un，第三電 極層Ie和第四電極層If僅在集電孔h2中連接。因此，在與任何單元電池鄰接的背面電極 Εη_1ιη和背面電極En、n+1做成背面電池Εη_1ιη-單元電池Un-背面電極En、n+1的串聯(lián)連接，可以 構(gòu)成規(guī)定的多段串聯(lián)連接的太陽能電池。然后經(jīng)過施加反偏壓處理及模塊化工序，完成樣 品制作。樣品制成后，為了檢測(cè)光老化后的元件特性，將樣品放在發(fā)出lOOmW/cm2強(qiáng)度的 光的人造光源(太陽模擬器)中照射約300小時(shí)。然后，將樣品取出來，檢測(cè)在白色光下 (100mff/cm2)的IV特性。將檢測(cè)的數(shù)據(jù)用溫度修正成相當(dāng)于25°C的值。圖7表示用各種成膜條件(高頻供電源205的頻率是13MHz)制作的i層的膜厚分布，圖8表示用各種成膜條件(高頻供電源205的頻率是27MHz)制作的i層的膜厚分布。 在圖7及圖8中，橫軸表示對(duì)應(yīng)上述的有效成膜區(qū)域從左上到右下的對(duì)角線上共計(jì)11個(gè)檢 測(cè)點(diǎn)，1對(duì)應(yīng)左下、6對(duì)應(yīng)中央、11對(duì)應(yīng)右上?？v軸表示以上述11個(gè)點(diǎn)的最大膜厚為1的相 對(duì)膜厚。在圖7及圖8中，成膜壓力為67Pa的檢測(cè)結(jié)果用黑圓點(diǎn)表示，成膜壓力為ISOPa 的檢測(cè)結(jié)果用畫了剖面線的三角形記號(hào)表示，成膜壓力為300Pa的檢測(cè)結(jié)果用菱形記號(hào)表 示。如圖7及圖8所示，顯示出峰間電壓Vpp的絕對(duì)值的差越大，膜厚均勻性就越差?？梢?看出膜厚均勻性差的條件是下部的峰間電壓Vpp相對(duì)較高，與之相對(duì)應(yīng)，與上部相比下部 相對(duì)膜厚也變大。圖9表示在本發(fā)明的實(shí)施例1中用等離子體控制方法制作的太陽能電池的特性。 在圖9中，橫軸表示成膜壓力(Pa)，縱軸表示穩(wěn)定化效率的相對(duì)值，將六個(gè)點(diǎn)的最大值設(shè)為 1。在圖9中，高頻供電源205的頻率為13MHz的檢測(cè)結(jié)果用黑圓點(diǎn)表示，高頻供電源205 的頻率為27MHz的檢測(cè)結(jié)果用畫了剖面線的三角形記號(hào)表示。如圖9所示，在高頻供電源 205的頻率為13MHz及27MHz的情況下，都是用成膜壓力為ISOPa制作的太陽能電池的特 性穩(wěn)定化效率最好?？梢哉J(rèn)為這一結(jié)果是太陽能電池整體的膜厚均勻性及峰間電壓Vpp選 擇低的成膜壓力值進(jìn)行成膜的影響。在成膜壓力67Pa及ISOPa時(shí)，以高頻供電源205的 頻率27MHz制作的太陽能電池和以頻率13MHz制作的太陽能電池相比較，雖然膜厚均勻性 差，但太陽能電池特性基本上是同水平的，能得到良好特性。作為其原因，對(duì)應(yīng)峰間電壓Vpp 的絕對(duì)值是高頻供電源205的頻率27MHz比13MHz的低這一結(jié)果，可以認(rèn)為是27MHz的情 況下因離子損傷造成的膜的質(zhì)量降低少的緣故。確認(rèn)了以這些條件制作的太陽能電池的i 層的SiH2鍵合的氫量和SiH鍵合的氫量之比(SiH2/SiH2)是0. 1 0. 3左右(優(yōu)選在0. 3 以下)。在以成膜壓力ISOPa制作太陽能電池的情況下，對(duì)成膜速度進(jìn)行比較，在高頻供電 源205的頻率27MHz下制作的情況是在高頻供電源205的頻率13MHz下制作的情況的1. 5 倍。因此，在本實(shí)施例1的情況下，結(jié)果是作為高頻供電源205的頻率與13MHz相比首選為 27MHz。根據(jù)以上情況，如采用本發(fā)明的實(shí)施例1，在電容耦合型的平行平板的等離子體 CVD裝置中，通過把a(bǔ)-Si、μ c-Si等的Si系薄膜在基板Ia上進(jìn)行堆積，制作了薄膜Si系 太陽能電池。作為裝置結(jié)構(gòu)，電極的尺寸為ImX lm，將頻率在13 27MHz之間可變的高頻 供電源205連接在高頻電極210上，使接地電極211接地。在高頻供電源205和高頻電極 210的連接上，為了得到高頻電極210內(nèi)的電位分布或者等離子體分布的均勻性，也可以有 意識(shí)地設(shè)置多個(gè)供電點(diǎn)。在實(shí)際上形成光電轉(zhuǎn)換元件之前，進(jìn)行了高頻電極210的多個(gè)檢 測(cè)點(diǎn)的峰間電壓Vpp檢測(cè)。在成膜條件中，以高頻供電源205的頻率為13 27MHz、成膜壓 力為40 400Pa作為參數(shù)。作為其他的成膜條件，氫稀釋率(H2/SiH4)為10，高頻供電源 205的電力密度為60mW/cm2。高頻電極板210上的峰間電壓Vpp比較容易檢測(cè)，在多個(gè)檢 測(cè)點(diǎn)檢測(cè)峰間電壓Vpp也比較容易，并且可以以低成本來設(shè)置。峰間電壓Vpp的分布與高 頻電極板210上的電位分布有關(guān)，與等離子體分布有關(guān)，所以，通過設(shè)置以進(jìn)行高頻電極板 210上的峰間電壓Vpp的分布的監(jiān)控，使各檢測(cè)點(diǎn)的峰間電壓Vpp都基本相同的方式選擇 成膜條件的控制工序，能夠得到良好的膜厚均勻性。也就是說，可以得到作為膜厚均勻性隨 成膜條件的變化的相關(guān)的檢測(cè)量，著眼于高頻電極板210的峰間電壓Vpp分布的比較簡(jiǎn)單 的膜厚均勻性改善方法(方針)，可以簡(jiǎn)單地進(jìn)行成膜條件的最佳化?？梢允垢哳l電極210上的峰間電壓Vpp比較容易檢測(cè)、檢測(cè)誤差小、檢測(cè)系統(tǒng)不龐大、并且裝置成本便宜。即使是在使電極面積增加到ImX Im程度的情況下或者使電源頻率更高等的情況下，也可以使 膜厚的面內(nèi)均勻性不顯著惡化。等離子體的均勻性在蝕刻的情況下也是重要的，影響著蝕 刻速率的均勻性。所以，本發(fā)明的等離子體控制方法等，在使用等離子體蝕刻的場(chǎng)合也可以 有效果。就是說還可以使用在上述控制工序中控制分布的等離子體和設(shè)置在高頻電極210 或接地電極211上的基板212上從氣體導(dǎo)入管路202流入到真空容器201內(nèi)的蝕刻氣體， 對(duì)基板212進(jìn)行蝕刻的蝕刻工序。(實(shí)施例2)在本實(shí)施例2中，在制作與實(shí)施例1相同的太陽能電池的過程中，對(duì)于可以用步進(jìn) 輥方式進(jìn)行成膜的等離子體CVD裝置，安裝了根據(jù)各檢測(cè)點(diǎn)的峰間電壓Vpp的檢測(cè)結(jié)果將 成膜壓力自動(dòng)控制到峰間電壓Vpp的絕對(duì)值的差最小(峰間電壓Vpp達(dá)到相同程度)的機(jī) 構(gòu)(自動(dòng)控制裝置)具體地說，因?yàn)閷?shí)施例1的結(jié)果顯示了下部的峰間電壓Vpp和其他的三 點(diǎn)有很大差異，所以使用了使上部的峰間電壓Vpp和下部的峰間電壓Vpp的差最小的控制 方法。作為成膜壓力以外的成膜條件，高頻供電源205的頻率為27MHz，其他的條件和實(shí)施 例1相同。在成膜初期，利用壓力自動(dòng)控制的控制結(jié)果，使壓力達(dá)到120Pa左右。如根據(jù)圖 6所示的峰間電壓Vpp對(duì)壓力的依賴關(guān)系可以看出，此成膜壓力是峰間電壓Vpp的差達(dá)到最 小值的成膜壓力附近的壓力。成膜以步進(jìn)輥方式進(jìn)行了共計(jì)300個(gè)電池的成膜。圖10表 示本發(fā)明的實(shí)施例2的成膜片數(shù)和自動(dòng)控制的壓力值的關(guān)系。在圖10中，橫軸是成膜片數(shù) (片)，縱軸是自動(dòng)控制的壓力值(Pa)。如圖10所示可以看出，隨成膜片數(shù)增加，壓力值下 降。圖11表示成膜片數(shù)和太陽能電池穩(wěn)定化效率的相對(duì)值的關(guān)系。在圖11中，橫軸是成 膜片數(shù)(片)，縱軸是穩(wěn)定化效率(相對(duì)值)。在圖11中，沒有自動(dòng)控制的結(jié)果是用黑圓點(diǎn) 表示，有自動(dòng)控制的結(jié)果是用畫了剖面線的三角形表示。如圖11所示可以看出，與沒有進(jìn) 行自動(dòng)控制的相比，進(jìn)行自動(dòng)控制的每一批量的前半和后半的誤差變小?？梢哉J(rèn)為原因是 由于跟蹤成膜壓力的最佳值，與沒有自動(dòng)控制的相比改善了膜厚均勻性，因?yàn)榉彘g電壓Vpp 的絕對(duì)值向低10 30V的方向偏移，所以太陽能電池特性向一定程度變好的方向偏移。這樣，如采用本發(fā)明的實(shí)施例2，則在制作和實(shí)施例1相同的太陽能電池的過程 中，對(duì)于可以用步進(jìn)輥方式進(jìn)行成膜的成膜裝置，安裝了根據(jù)各檢測(cè)點(diǎn)的峰間電壓Vpp的 檢測(cè)結(jié)果將成膜壓力自動(dòng)控制到峰間電壓Vpp的絕對(duì)值的差成為最小機(jī)構(gòu)。具體地說就 是，根據(jù)實(shí)施例1的結(jié)果，使用了使上部的峰間電壓Vpp和下部的峰間電壓Vpp的差最小的 控制方法。作為成膜壓力以外的成膜條件，高頻供電源205的頻率設(shè)定為27MHz，其他的條 件和實(shí)施例1相同。在成膜初期，通過壓力自動(dòng)控制的控制結(jié)果，壓力是120Pa左右，也就 是表示是使峰間電壓Vpp的差成為最小值的成膜壓力附近的壓力。與沒有進(jìn)行自動(dòng)控制 的情況相比，顯示出進(jìn)行自動(dòng)控制的每批量的前半部分和后半部分的誤差變小。根據(jù)以上 情況，通過安裝根據(jù)各檢測(cè)點(diǎn)的峰間電壓vpp的檢測(cè)結(jié)果自動(dòng)將成膜壓力控制到峰間電壓 Vpp的絕對(duì)值的差達(dá)到最小的機(jī)構(gòu)，再加上實(shí)施例1的效果，顯示出可以減小因每批量的前 半部分和后半部分的批量制作時(shí)期的不同而造成的偏差。就是說，通過設(shè)置使監(jiān)控的峰間 電壓Vpp的值和其他的成膜條件控制機(jī)構(gòu)連動(dòng)，使監(jiān)控的結(jié)果自動(dòng)反映(控制)的自動(dòng)控 制裝置，可以顯示出隨因各個(gè)批量及每一批量的前半部分和后半部分的批量制作時(shí)期的不 同而造成的高頻電極的峰間電壓Vpp的絕對(duì)值及峰間電壓Vpp的分布的變化這一特性變動(dòng)，可以得到良好的特性均勻性，可以有利于提高產(chǎn)品的合格率。工業(yè)實(shí)用性作為本發(fā)明的靈活應(yīng)用的例子，可以列舉的有使用電容耦合型的平行平板的等離子CVD裝置的薄膜太陽能電池的制造以及用相同等離子裝置在蝕刻方面的應(yīng)用。
權(quán)利要求
一種等離子體控制方法，其特征在于是在包括連接于高頻供電源上的第一電極、和與第一電極相對(duì)并且與接地電位或規(guī)定供電源相連接的第二電極的真空容器內(nèi)，利用施加在第一電極上的高頻電力來控制生成的等離子體的分布的等離子體控制方法，其中，具有控制工序，在生成等離子體時(shí)，根據(jù)使用設(shè)置在第一電極或/和第二電極上的多個(gè)峰間電壓檢測(cè)部分檢測(cè)的電極各部位的峰間電壓，來控制該等離子體的分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體控制方法，其特征在于所述控制工序控制生成的等離子體的分布以使被檢測(cè)的電極各部位的峰間電壓程度 相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體控制方法，其特征在于所述控制工序控制真空容器內(nèi)的壓力以使被檢測(cè)的電極各部位的峰間電壓程度相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的等離子體控制方法，其特征在于所述控制工序使用自動(dòng)控制生成的等離子體的分布以使被檢測(cè)的電極各部位的峰間 電壓程度相同的自動(dòng)控制裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子體控制方法，其特征在于所述自動(dòng)控制裝置自動(dòng)控制所述真空容器內(nèi)的壓力以使被檢測(cè)的電極各部位的峰間 電壓程度相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的等離子體控制方法，其特征在于還具有成膜工序，使用由所述控制工序中控制了分布的等離子體和流入到所述真空容 器內(nèi)的設(shè)置在第一電極或第二電極上的基板上的成膜氣體，根據(jù)規(guī)定的成膜條件在該基板 上堆積薄膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的等離子體控制方法，其特征在于作為所述成膜工序中的規(guī)定的成膜條件，利用選擇非單晶的光電轉(zhuǎn)換層中的SiH2鍵合 的氫量和SiH鍵合的氫量之比(SiH2/SiH)在0.3以下、并且檢測(cè)的所述各電極各部分的峰 間電壓值為300V以下的條件，制作有非單晶的光電轉(zhuǎn)換層的太陽能電池。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的等離子體控制方法，其特征在于還具有蝕刻工序，使用由所述控制工序中控制了分布的等離子體和流入到所述真空容 器內(nèi)的設(shè)置在第一電極或第二電極上的基板上的蝕刻氣體，來對(duì)該基板上進(jìn)行蝕刻。
9.一種等離子體控制裝置，使用權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的等離子體控制方法，來控 制生成的等離子體的分布。
全文摘要
本發(fā)明提供等離子體控制方法等，用等離子體CVD裝置來成膜時(shí)，簡(jiǎn)單得到與隨成膜條件變化而變的膜厚均勻性的檢測(cè)量的膜厚均勻性改善方法；跟蹤因批量制作期間不同而產(chǎn)生峰間電壓Vpp的絕對(duì)值及分布變化的特性變動(dòng)，得到良好特性均勻性；能提高產(chǎn)品合格率。在具有連接高頻供電源(205)的高頻電極(210)和與高頻電極(210)相對(duì)方向并且連接接地電位等的接地電極(211)的真空容器(201)內(nèi)，在由施加在高頻電極(210)上的高頻電力控制生成等離子體(206)的分布時(shí)，在生成等離子體時(shí)，根據(jù)使用設(shè)置在高頻電極(210)或/和接地電極(211)上的峰間電壓檢測(cè)部分檢測(cè)的電極的峰間電壓Vpp，控制等離子體的分布。
文檔編號(hào)C23F4/00GK101835338SQ20101015769
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2005年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月22日
發(fā)明者下澤慎 申請(qǐng)人:富士電機(jī)系統(tǒng)株式會(huì)社