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JP4401689B2 - Deposited film forming apparatus and deposited film forming method - Google Patents
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JP4401689B2 - Deposited film forming apparatus and deposited film forming method - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波プラズマＣＶＤを用いて堆積膜を形成する装置、及びその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
堆積膜を形成する方法として、高周波プラズマ法は、大面積化や低温形成が容易であり、プロセススループットが向上する点から、量産化に対して有力な手段の一つである。
【０００３】
堆積膜の一例として、シリコン系薄膜に着目し、太陽電池を製造する例について考えてみると、化石燃料を利用した既存のエネルギーに比べて、シリコン系薄膜を用いた太陽電池は、エネルギー源が無尽蔵であること、発電過程がクリーンであるという利点があるものの、普及を進めるためには、発電電力量あたりの単価をさらに下げることが必要となっている。それを実現するためには、高周波プラズマＣＶＤ法による成膜速度を向上し、光電変換効率を高め、同時に、大面積化したときに高い均一性を確保するための技術の確立は重要な技術課題の一つとなっている。
【０００４】
以上のことを背景に近年、高速堆積化に関する技術について、さまざまな取り組みが行なわれている。
【０００５】
成膜速度を増大させた高周波プラズマＣＶＤ法に関しては、特許文献１で高周波の周波数をｆ（ＭＨｚ）、基板と電極間の距離をｄ（ｃｍ）としたときに、ｆが２５〜１５０ＭＨｚの範囲において、高周波の周波数ｆと基板と電極間の距離ｄの関係に着目し、ｆ／ｄを３０〜１００ＭＨｚ／ｃｍの範囲で行なうのが好ましく、特にｄが１〜３ｃｍの領域や、圧力が０．１〜０．５ｍｂｂ窒フ領域で行われる方法が好ましいものであると開示されている。
【０００６】
また結晶質シリコン系薄膜層の製造方法に関しては、特許文献２に、シラン系ガスと水素ガスを含み、反応室内の圧力が５Ｔｏｒｒ以上に設定され、基板と電極間距離が１ｃｍ以内という条件下で製造されたシリコン系薄膜層は高速で成膜することが可能であり、これを用いた光電変換装置は高い変換効率を持つと開示されている。
【０００７】
また、高品質の堆積膜を形成する方法として、特許文献３には、高周波を導入する電極が複数の穴を有している場合に、穴の部分でスパークが発生するのを防ぐことを目的に負の直流電圧を印加している構成が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特公平７−１０５３５４号公報
【特許文献２】
特開平１１−３３０５２０号公報
【特許文献３】
特公平６−１０１４５８号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
基板上に高周波プラズマＣＶＤ法を用いて堆積膜を形成する方法において、成膜速度を増大するためには、導入する高周波パワーを増加させ、基板と電力印加電極の距離を近づけ、プラズマ空間あたりの高周波パワーを増大するという形成条件下によって可能になることがわかってきている。
【００１０】
ところが、プラズマ空間あたりの高周波パワーを増大させると、プラズマ中の電子密度、イオン密度が増加する。陽イオンは放電空間内のシース領域において静電引力によって加速されるため、イオン衝撃としてバルク内の原子配置を歪ませたり、膜中にボイドを形成する要因となり、高品質のシリコン系薄膜形成のための阻害要因となっていた。そのため、高品質な膜の形成や、膜を均一に形成するためには、導入する高周波パワーの大きさには限界があり、従来の方法では成膜速度向上のための足かせとなっていた。
【００１１】
また特許文献３で開示された方法は、高周波を導入する電極が複数の穴を有している場合に、穴の部分でスパークが発生しないように直流電圧を制御して印加する作用を持つものであって、高周波を導入する電極と接地電位領域とのスパークの発生の防止や、プラズマ発生中に電位を制御して堆積膜の高品質化を図ることについてはふれられていない。
【００１２】
そこで本発明は、堆積膜の高速成膜を可能にしつつ、高品質で均一性に優れた堆積膜の形成するための堆積膜形成装置及び堆積膜形成方法を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、堆積膜形成装置であって、
堆積膜形成用の電力印加電極と、
前記電力印加電極に接続された高周波電源と、
前記電力印加電極に接続され、前記高周波電源と並列に接続された直流電源と、
アーク放電の発生の予兆を検出する検出器と、
前記電力印加電極と前記直流電源との間に接続され、前記直流電源と直列にかつ前記高周波電源と並列に接続された、前記検出されたアーク放電の予兆に基づいてアーク放電の発生を防止するアーク放電防止手段と、
を備え、
前記電力印加電極と堆積膜を形成する基板との距離が３ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることを特徴とする堆積膜形成装置を提供する。
また、本発明は、堆積膜形成装置であって、
堆積膜形成用の電力印加電極と、
前記電力印加電極に接続された高周波電源と、
前記電力印加電極に接続され、前記高周波電源と並列に接続された直流電源と、
アーク放電の発生の予兆を検出する検出器と、
前記電力印加電極と前記直流電源との間に接続され、前記直流電源と直列にかつ前記高周波電源と並列に接続された、前記検出されたアーク放電の予兆に基づいてアーク放電の発生を防止するアーク放電防止手段と、
を備え、
堆積膜を形成する際において、堆積膜が形成される基板の電位が、前記電力印加電極の電位よりも高いことを特徴とする堆積膜形成装置を提供する。
【００１４】
また、本発明は、堆積膜形成装置であって、
複数の堆積膜形成用の電力印加電極と、
前記複数の電力印加電極にそれぞれ接続された複数の高周波電源と、
前記複数の電力印加電極に電気回路の分岐点を介して接続され、前記複数の高周波電源と並列に接続された直流電源と、
アーク放電の発生の予兆を検出する検出器と、
前記分岐点と前記直流電源との間に接続され、前記直流電源と直列にかつ前記複数の高周波電源と並列に接続された、前記検出されたアーク放電の予兆に基づいてアーク放電の発生を防止するアーク放電防止手段と、
を備えたことを特徴とする堆積膜形成装置を提供する。
【００１５】
さらに、本発明は、堆積膜形成用の電力印加電極と、
前記電力印加電極に接続された高周波電源と、
前記電力印加電極に接続され、前記高周波電源と並列に接続された直流電源と、
アーク放電の発生の予兆を検出する検出器と、
前記電力印加電極と前記直流電源との間に接続され、前記直流電源と直列にかつ前記高周波電源と並列に接続された、前記検出されたアーク放電の予兆に基づいてアーク放電の発生を防止するアーク放電防止手段と、
を備え、
前記電力印加電極と堆積膜を形成する基板との距離が３ｍｍ以上３０ｍｍ以下である堆積膜形成装置を用いる堆積膜形成方法であって、
前記検出器によってアーク放電の予兆を検出した場合に、前記アーク放電防止手段を作動させることを特徴とする堆積膜形成方法を提供する。
また、本発明は、堆積膜形成用の電力印加電極と、
前記電力印加電極に接続された高周波電源と、
前記電力印加電極に接続され、前記高周波電源と並列に接続された直流電源と、
アーク放電の発生の予兆を検出する検出器と、
前記電力印加電極と前記直流電源との間に接続され、前記直流電源と直列にかつ前記高周波電源と並列に接続された、前記検出されたアーク放電の予兆に基づいてアーク放電の発生を防止するアーク放電防止手段と、
を備え、
堆積膜を形成する際において、堆積膜が形成される基板の電位が、前記電力印加電極の電位よりも高い堆積膜形成装置を用いる堆積膜形成方法であって、
前記検出器によってアーク放電の予兆を検出した場合に、前記アーク放電防止手段を作動させることを特徴とする堆積膜形成方法を提供する。
【００１６】
また、本発明は、複数の堆積膜形成用の電力印加電極と、
前記複数の電力印加電極にそれぞれ接続された複数の高周波電源と、
前記複数の電力印加電極に電気回路の分岐点を介して接続され、前記複数の高周波電源と並列に接続された直流電源と、
アーク放電の発生の予兆を検出する検出器と、
前記分岐点と前記直流電源との間に接続され、前記直流電源と直列にかつ前記複数の高周波電源と並列に接続された、前記検出されたアーク放電の予兆に基づいてアーク放電の発生を防止するアーク放電防止手段と、
を備えた堆積膜形成装置を用いる堆積膜形成方法であって、
前記検出器によってアーク放電の予兆を検出した場合に、アーク放電の発生を防止する手段を作動させることを特徴とする堆積膜形成方法を提供する。
【００１７】
また、本発明の装置および方法は、次のようなさらに好ましい態様を有する。
前記検出器は、放電電流または放電電圧の定常状態時を基準とした微小変動をアーク放電の予兆として検出することが好ましい。
前記アーク放電防止手段は、前記直流電源と前記複数の電力印加電極との間の電気的な接続を遮断する手段であることが好ましい。
前記アーク放電防止手段は、前記複数の電力印加電極に、その電位に対して逆の電位を印加するように回路を切り替える手段であることが好ましい。
堆積膜を形成する際において、堆積膜が形成される基板の電位が、前記複数の電力印加電極それぞれの電位よりも高いことが好ましい。
前記複数の電力印加電極のそれぞれと堆積膜を形成する基板との距離が３ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましい。
堆積膜を形成する際の圧力が１００Ｐａ以上５０００Ｐａ以下であることが好ましい。
堆積膜を形成する際の原料ガスの滞留時間が、０．０１秒以上１０秒以下であることが好ましい。
前記堆積膜を形成する際の高周波電力密度が、０．０１Ｗ／ｃｍ3以上２Ｗ／ｃｍ3以下であることが好ましい。
前記堆積膜形成装置に原料ガスを導入し、前記電力印加電極に前記高周波電源および前記直流電源から電力を供給することによりプラズマを生起し、前記プラズマによって前記原料ガスを分解することにより、前記堆積膜形成装置に搬入した基板に堆積膜を形成することが好ましい。
形成される堆積膜が、シリコン系の膜であることが好ましい。
【００１９】
なお、本発明の特徴および効果について、図面等を参照してより詳細に後述する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
本発明者は、前述した課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、堆積膜形成用の電力印加電極と、電力印加電極に接続された高周波電源と、電力印加電極に接続され、高周波電源と並列に接続された直流電源と、アーク放電の発生の予兆を検出する検出器と、電力印加電極と直流電源との間に接続され、直流電源と直列にかつ高周波電源と並列に接続された、検出されたアーク放電の予兆に基づいてアーク放電の発生を防止するアーク放電防止手段と、を備えた堆積膜形成装置およびこれを用いた堆積膜形成方法を開発した。
より具体的には、高周波電源と直流電源とが並列接続した並列接続体が電力印加電極と接続している堆積膜形成装置において、直流電源と直列かつ高周波電源と並列にアーク放電検出器を接続した装置構成とすることにより、より大きな高周波パワーを導入して、堆積膜の高速成膜を可能にしつつ、高品質で均一性に優れた堆積膜の形成が可能であることを見出し、本発明に到ったものである。
【００２１】
なお、アーク放電の発生の予兆を検出する検出器と、アーク放電の発生を防止するアーク放電防止手段とを備えた機器を、以下、「アーク放電検出器」とよぶ。
【００２２】
上記の構成にすることにより、以下の作用がある。
【００２３】
真空容器内に原料ガスを導入し、前記真空容器内に導入した基板上に高周波プラズマＣＶＤ法を用いて堆積膜を形成する方法において、電力印加電極と基板の距離を近づけたり、導入する高周波出力を増加させたり、真空容器内の原料ガスの圧力を高めたり、原料ガスの滞留時間を制御して原料ガスを十分に分解しかつ枯渇させないようにすることにより、放電空間体積当りのプラズマ密度が増大し、堆積膜形成に寄与する反応種を高密度で形成させることが可能になり、成膜速度のより高速化が実現できると考えられる。
【００２４】
高周波プラズマ法を用いて高速で堆積膜を形成する条件としては、堆積膜としてシリコン系薄膜を形成する場合を例にとると、原料ガスを効率良く分解でき、かつ大面積の電力印加電極から、均一に高周波出力をプラズマ空間に導入できるという観点から、高周波の周波数は２０ＭＨｚ以上５００ＭＨｚ以下が好ましい範囲であり、より好ましくは３０ＭＨｚ以上１５０ＭＨｚ以下があげられる。また、前記電力印加電極と基板の距離は３ｍｍ以上３０ｍｍ以下が好ましく、堆積膜を形成するときの圧力は１００Ｐａ以上５０００Ｐａ以下が好ましい。このことにより、プラズマ空間中に十分な反応活性種を形成し、かつ原料ガスを枯渇させないようにすることができる。また、プラズマの生起している放電空間の体積をＶ（ｍ3）、前記原料ガスの流量をＱ（ｃｍ3／ｍｉｎ（ｎｏｒｍａｌ））、放電空間の圧力をＰ（Ｐａ）としたときに、τ＝５９２×Ｖ×Ｐ／Ｑで定義される滞留時間τ（秒）は０．０１秒以上１０秒以下が好ましい。このことにより、プラズマ中のラジカル密度の抑制が可能となり、より一層欠陥密度の少ない優れた特性のシリコン系薄膜をさらなる高速度で成膜することができる。
【００２５】
一方で、電力印加電極と基板の距離を近づけたり、導入する高周波出力を増加させることにより、プラズマ中の電子密度が増大し、それに伴い陽イオンの発生量が増加することが考えられる。陽イオンは放電空間内のシース領域において静電引力によって基板側に向かって加速されるため、イオン衝撃として堆積膜のバルク内の原子配置を歪ませたり、膜中にボイドを形成する要因となり、高品質のシリコン系薄膜形成のための阻害要因となり得るものと思われる。
【００２６】
ここで、前記高周波電力に直流電位を重畳させる回路を構成し、前記電力印加電極の電位を低電位化させることによって、プラズマ中に発生した陽イオンの相当量を電力印加電極側に積極的に誘引することが可能になるために、前記基板へのイオン衝撃を抑制し、高品質のシリコン系薄膜を形成することが可能になる。また、疎な膜の形成を抑制し、緻密な膜を均一性が高く形成することが可能になるために、下地との密着性、耐環境性に優れた堆積膜の形成が可能になる。この効果は、前記電力印加電極の電位を、前記基板の電位よりも低電位にすることで、より有効に機能すると考えられる。
【００２７】
また、成膜空間内の圧力を上記の範囲に設定することにより、プラズマ中のイオンは、他のイオン、活性種などとの衝突機会が増加することにより、イオンの衝撃力が低下し、またイオンの量そのものを減少させたりすることが可能になると考えられ、相対的にイオン衝撃が低下することが期待できる。
【００２８】
ところが高圧力下で高密度の高周波を導入した場合には、分解生成物と原料ガスの衝突反応が促進され、プラズマ空間中に微粉体が生成されやすくなる。帯電している微粉体は、プラズマ中にとどまりやすく、さらなる成長が進む。このようにして形成された微粉体が、反応プロセスの過程で膜中に取り込まれることによって、膜特性が低下すると思われ、さらには微粉体が装置内に蓄積されると、装置の稼働率を低下させ、デバイスコストを引き上げる要因となってしまう。特に上記したような周波数範囲では、帯電した微粉体の追随が容易には行なわれにくいために、プラズマ空間中から排除するのが困難であると思われる。
【００２９】
ここで、前記高周波電力に直流電位を重畳し、電力印加電極の電位を低電位化させることによって、プラズマ電位を制御することによって、微細なクラスターの段階で静電引力により帯電した微粉体を、プラズマ空間から排除することが可能になると考えられる。
【００３０】
しかしながら、大きな高周波電力を導入した電力印加電極に、上で述べたような高速で堆積膜を形成する条件のもとで、上記の効果を実現するために大きな直流電位を重畳させた場合には、堆積膜形成表面と、電力印加電極間にアークの発生を誘発し、安定なプラズマの維持及び高品質な堆積膜の形成が難しくなるという問題点が発生する。このような不安定なプラズマ下で堆積膜の形成を行なった場合には、膜中に不均一領域を形成し、均一性、密着性、耐久性にも悪影響を及ぼすことになる。
【００３１】
そこで本発明においては、高周波電源と直流電源とが並列接続した並列接続体が電力印加電極と接続している堆積膜形成装置において、前記直流電源と直列かつ前記高周波電源と並列に接続したアーク放電検出器を有し、アーク放電の予兆を検出したときに、アークを消滅させることにより、上記の問題点を抑制して、プラズマを安定に維持し、より高品質な堆積膜の形成を可能ならしめたものである。
【００３２】
ここで、アーク放電の予兆とは、具体的な例としては、放電電圧または放電電流の定常状態時からの微量変動があげられる。この例の場合には、アーク放電の発生の予兆を検出する検出器は、放電電圧や放電電流をモニタして、定常状態時からの微小変動があればこれをアーク放電の予兆として検出する。前記アーク放電の発生を防止する方法としては、直流電源と電力印加電極間の接続を瞬間的に遮断する方法、電力印加電極に対して、逆の電位を印加するように回路を切り替える方法などが挙げられ、アーク放電の発生を予防する手段としては、直流電源と電力印加電極との接続を遮断するスイッチや、電力印加電極に対して逆の電位を印加するように回路を切り替えるスイッチ等が挙げられる。
【００３３】
アーク放電検出器を、直流電源と直列かつ高周波電源と直列に配置した構成をとる場合、及びアーク放電検出器を、直流電源と並列かつ高周波電源と直列に配置した構成をとる場合には、アーク放電防止手段が作動する際に、定常的に高周波電力を電力印加電極に導入することができなくなったり、アークを検出する能力が低下するといった問題点が生じる。したがって、大きな高周波電力を導入した電力印加電極に、大きな直流電位を重畳させても安定したプラズマを維持するためには、本発明のように、アーク放電防止手段を直流電源と直列にかつ高周波電源と並列に接続する必要がある。したがって、アーク放電検出器は、直流電源と直列かつ高周波電源と並列に配置した構成とする必要がある。
【００３４】
前述した本発明の効果は、前記堆積膜を形成する際の高周波電力密度が、０．０１Ｗ／ｃｍ3以上で特に発揮されるために、この条件下で行なうことは好ましいものである。また、高周波電力密度が２Ｗ／ｃｍ3よりも大きくなると、微粉体の発生を抑制することが困難となるために、２Ｗ／ｃｍ3以下の条件で用いることが好ましいものである。
【００３５】
堆積膜形成方法として、ロール・ツー・ロール法を用いた場合には、ロール・ツー・ロール法は、複数の堆積膜形成用容器を設け、それらの堆積膜形成用容器は、所望の幅の十分に長い帯状の基板がそれらの堆積膜形成用容器を順次貫通する経路に沿って配置されていて、前記堆積膜形成用容器のそれぞれにおいて、必要とされる堆積膜を形成しつつ、前記基板をその長手方向に連続的に搬送させることによって、所望の堆積膜を大面積で連続的に形成することができるものであるため、好ましいものである。ロール・ツー・ロール法では、複数の堆積膜形成用容器内にプラズマを維持しながら、堆積膜の形成を行なうために、複数の堆積膜形成用容器内ごとに、前記基板の電位を異なったものに維持することが困難であるために、前記基板側を接地電位として、プラズマ電位を制御する方法が好ましいものである。
【００３６】
前記基板が導電性基板の場合には、前記基板が前記電力印加電極と対向した位置に配置され電気的に接地されている電極を兼ねる構成とすることも可能である。
【００３７】
次に本発明の第１の実施形態に関する堆積膜形成装置の構成要素について、以下で説明する。
【００３８】
図１は本発明の第１の実施形態の構成を含む一例として示す、高周波プラズマＣＶＤ装置の模式的な断面図である。
【００３９】
図１に示す高周波プラズマＣＶＤ装置１０１は、真空保持が可能な構造をもつ堆積膜形成用容器１０２と、該堆積膜形成容器１０２内部に、堆積膜形成容器１０２とは電気的に絶縁された電力印加電極１０３、不図示の基板保持装置により支持されている基板１０４が配置されており、基板１０４に対して電力印加電極１０３とは反対側の位置にランプヒーター１０７が配置されている構成となっている。また、該堆積膜形成容器１０２内に原料ガスを導入するためのガス導入管１０５と、不図示の真空ポンプに接続されている排気管１０６が配置されている。
【００４０】
電力印加電極１０３には、高周波電源１１０から高周波電力の整合をとるためのマッチングボックス１１１を介して高周波電力を印加するようになっている。さらに電力印加電極１０３には、アーク放電検出器１３０を介して直流電源１２０が高周波電源１１０と並列接続するように接続している。
【００４１】
なお、本発明の堆積膜形成装置としては、高周波電源１１０と直流電源１２０とが並列接続した並列接続体が電力印加電極１０３と接続しており、前記直流電源１２０と直列かつ高周波電源１１０と並列に接続したアーク放電検出器１３０を有する構成をとっておればよく、高周波電源１１０側と直流電源１２０側への分岐を、回路上に独立に設けても良いし、マッチングボックス内で設けても構わない。また、ガスの導入は、図１に示すようにガス導入管１０５を設けても良いし、電力印加電極１０３と基板１０４との距離が小さい場合などには、電力印加電極の内部に原料ガスを導入する構成とし、電力印加電極の基板面側に設けた孔から導入する形態としても構わない。
【００４２】
堆積膜の形成は、電力印加電極１０３に高周波電力を印加してグロー放電を生起させることによって原料ガスを分解し、さらに直流電位を重畳させた状態で行なう。
【００４３】
［第２の実施形態］
本発明者は、前述した課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、複数の堆積膜形成用の電力印加電極と、前記複数の電力印加電極にそれぞれ接続された複数の高周波電源と、前記複数の電力印加電極に電気回路の分岐点を介して接続され、前記複数の高周波電源と並列に接続された直流電源と、アーク放電の発生の予兆を検出する検出器と、前記分岐点と前記直流電源との間に接続され、前記直流電源と直列にかつ前記複数の高周波電源と並列に接続された、前記検出されたアーク放電の予兆に基づいてアーク放電の発生を防止するアーク放電防止手段と、を備えた堆積膜形成装置とこれを用いた堆積膜形成方法を開発した。
より具体的には、本発明者は、複数の電力印加電極を備え、前記電力印加電極が、各々高周波電源に接続された構成からなる堆積膜形成装置であって、前記高周波電源と直流電源とが前記電力印加電極に対して並列に接続した構成要素を含み、前記直流電源と直列かつ前記高周波電源と並列に接続したアーク放電検出器を有し、前記直流電源の少なくとも一つが、複数の前記並列に接続した構成要素に属する構成となっており、複数の前記並列に接続した構成要素に属する直流電源は、分岐点を介して、複数の前記並列に接続した構成要素に接続しており、前記直流電源と、前記分岐点の間に、アーク放電検出器を有する装置構成とすることにより、より大きな高周波パワーを導入して、堆積膜の高速成膜を可能にしつつ、高品質で均一性に優れた堆積膜の形成ができることに加えて、さらにこれをより少ない装置構成で実現することが可能であることを見出し、本発明に到ったものである。
【００４４】
なお、アーク放電検出器は、アーク放電の発生の予兆を検出する検出器と、アーク放電の発生を防止するアーク放電防止手段とを備えた機器である。
【００４５】
本発明の第２の実施形態は、上記の第１の実施形態が奏する作用効果に加えて、さらに次のような作用効果をも奏することができる。
【００４６】
すなわち、前記直流電源の少なくとも一つが、複数の前記並列に接続した構成要素に属する構成となっており、複数の前記並列に接続した構成要素に属する直流電源は、分岐点を介して、複数の前記並列に接続した構成要素に接続しており、前記直流電源と、前記分岐点の間に、アーク放電検出器を有する構成とすることにより、必要となる直流電源の台数を削減することができるため、装置コスト、および装置スペースを縮小させるという利点がある。また、一つの直流電源が複数の電力印加電極に対して同時に作用するために、複数の前記並列に接続した構成要素に含まれる電力印加電極の電位状態を同一にすることが可能となり、複数の放電空間におけるプラズマの同一性が高まるという効果もある。
【００４７】
ここで、高周波電源と直流電源とが前記電力印加電極に対して並列に接続した構成要素としては、高周波電源と直流電源とを並列接続した並列接続体を形成し、これを電力印加電極に接続させる方法や、高周波電源と直流電源を独立に電力印加電極と接続させる方法があげられる。
【００４８】
次に本発明の第２の実施形態に関する堆積膜形成装置の構成要素について、以下で説明する。なお、第１の実施形態において用いられている符号と同一の符号は、同一の部材等を表す。
【００４９】
図７は本発明の構成を含む一例として示す、ロール・ツー・ロール方式の高周波プラズマＣＶＤ装置の一部を示す模式的な断面図である。
【００５０】
図７に示されている高周波プラズマＣＶＤ装置１０１−Ａは、真空保持が可能な構造をもつ堆積膜形成用容器１０２−Ａ、１０２−Ｂと、該堆積膜形成容器内部に、堆積膜形成容器１０２とは電気的に絶縁された電力印加電極１０３−Ａ、１０３−Ｂ、不図示の基板保持装置により支持されている基板１０４が配置されており、基板１０４に対して電力印加電極とは反対側の位置にランプヒーター１０７が配置されている構成となっている。また、該堆積膜形成容器１０２内に原料ガスを導入するためのガス導入管１０５と、不図示の真空ポンプに接続されている排気管１０６が配置されている。
【００５１】
電力印加電極１０３−Ａ、１０３−Ｂには、それぞれ高周波電源１１０−Ａ、１１０−Ｂから高周波電力の整合をとるためのマッチングボックス１１１−Ａ、１１１−Ｂを介して高周波電力を印加するようになっている。さらに直流電源１２０は、アーク放電検出器１３０を介して分岐点１２１に接続され、ここからチョークコイル１２２−Ａ、１２２−Ｂを経由して、電力印加電極１０３−Ａ、１０３−Ｂに、高周波電源１１０−Ａ、１１０−Ｂとは並列接続するように接続している。
【００５２】
なお、本発明の堆積膜形成装置としては、高周波電源１１０と直流電源１２０とが並列に接続した構成要素を含み、前記直流電源１２０と直列かつ高周波電源１１０と並列に接続したアーク放電検出器１３０を有する構成をとっておればよく、高周波電源１１０側と直流電源１２０側への分岐を、回路上に独立に設けても良いし、マッチングボックス内で設けても構わない。また、高周波電源と直流電源とが前記電力印加電極に対して並列に接続した構成要素としては、図７に示すような高周波電源と直流電源とを並列接続した並列接続体を形成し、これを電力印加電極に接続させる方法でも、図８に示すような高周波電源と直流電源を独立して電力印加電極と接続させる方法でも構わない。また、ガスの導入は、図７に示すようにガス導入管１０５を設けても良いし、電力印加電極の内部に原料ガスを導入する構成とし、電力印加電極の基板面側に設けた孔から導入する形態としても構わない。
【００５３】
堆積膜の形成は、電力印加電極１０３に高周波電力を印加してグロー放電を生起させることによって原料ガスを分解し、さらに直流電位を重畳させた状態で行なう。
【００５４】
【実施例】
以下、第１の実施形態に関する実施例について説明する。
なお、以下の実施例では、堆積膜形成装置を用いてシリコン系薄膜を堆積し、光起電力素子を形成する例を挙げて本発明を具体的に説明するが、これらの実施例は本発明の内容を何ら限定するものではない。
【００５５】
［実施例１−１〜１−４］
本実施例は、図２に示した本発明の堆積膜形成装置２０１を用い、本発明の堆積膜を含む図３に示した光起電力素子を形成した例である。
【００５６】
図２は、本実施例で用いた本発明のシリコン系薄膜及び光起電力素子を製造する堆積膜形成装置の一例を示す模式的な断面図である。図２に示す堆積膜形成装置２０１は、基板送り出し容器２０２、半導体形成用真空容器２１１〜２１３、基板巻き取り容器２０３が、ガスゲート２２１〜２２４を介して結合することによって構成されている。この堆積膜形成装置２０１には、各容器及び各ガスゲートを貫いて帯状の基板２０４がセットされる。帯状の基板２０４は、基板送り出し容器２０２に設置されたボビンから巻き出され、基板巻き取り容器２０３で別のボビンに巻き取られる。
【００５７】
半導体形成用真空容器２１１〜２１３は、それぞれプラズマ生起領域を形成する堆積室を有している。該堆積室は、プラズマの生起している放電空間を、前記基板２０４と電力印加電極２４１〜２４３で上下を限定し、電力印加電極を取り囲むように設置された放電板で横方向を限定するように構成されている。
【００５８】
該堆積室内の平板状の電力印加電極２４１〜２４３には、高周波電源２５１〜２５３から高周波電力を印加することによってグロー放電を生起させ、それによって原料ガスを分解し基板２０４上に半導体層を堆積させる。電力印加電極２４１〜２４３は、基板２０４と対向しており、不図示の高さ調整機構が具備されている。前記高さ調整機構により、前記導電性基板２０４と電力印加電極２４１〜２４３との間の距離を変えることができ、同時に放電空間の体積を変えることができる。また、各半導体形成用真空容器２１１〜２１３には、原料ガスや希釈ガスを導入するためのガス導入管２３１〜２３３が接続されている。
【００５９】
また本発明の構成要素を含んだ半導体形成用真空容器２１２は、高周波電源２５２と電力印加電極２４２の経路上に、高周波電力に直流電源２５７により直流電位を重畳される回路を構成している。さらに、直流電源２５７と直列かつ高周波電源２５２と並列に接続した、アーク放電の兆候を検出したときに、アーク放電の発生を防止することが可能なアーク放電検出器２５８を有する構成となっている。少なくとも、アーク放電検出器２５８が備えるアーク放電防止手段が、電力印加電極２４２と直流電源との間に接続され、直流電源２５７と直列にかつ高周波電源２５２と並列に接続されていればよい。
【００６０】
図３は、本実施例で作成した本発明の堆積膜を含む光起電力素子の一例を示す模式的な断面図である。図中３０１は基板、３０２は半導体層、３０３は第二の透明導電層、３０４は集電電極である。また、３０１−１は基体、３０１−２は金属層、３０１−３は第一の透明導電層である。これらは基板３０１の構成部材である。この光起電力素子の半導体層３０２は、非晶質ｎ型半導体層３０２−１と結晶相を含むｉ型半導体層３０２−２と結晶相を含むｐ型半導体層３０２−３とからなっている。すなわち、この光起電力素子はいわゆるｐｉｎ型シングルセル光起電力素子である。
【００６１】
まず、基板の作成を行なった。ステンレス（ＳＵＳ４３０ＢＡ）からなる帯状の基体（幅５０ｃｍ、長さ２００ｍ、厚さ０．１２５ｍｍ）を十分に脱脂、洗浄し、不図示の連続スパッタリング装置に装着し、Ａｇ電極をターゲットとして、厚さ１００ｎｍのＡｇ薄膜（金属層３０１−２）をスパッタ蒸着させた。さらにＺｎＯターゲットを用いて、厚さ１．２μｍのＺｎＯ薄膜（第一の透明導電層３０１−３）をＡｇ薄膜の上にスパッタ蒸着し、帯状の基板２０４を形成した。
【００６２】
次に基板送り出し容器２０２に、基板２０４を巻いたボビンを装着し、基板２０４を搬入側のガスゲート、半導体形成用真空容器２１１、２１２、２１３、搬出側のガスゲートを介し、基板巻き取り容器２０３まで通し、帯状の基板２０４は接地電位になるようにし、弛まないように張力調整を行った。そして、基板送り出し容器２０２、半導体形成用真空容器２１１、２１２、２１３、基板巻き取り容器２０３を不図示の真空ポンプからなる真空排気系により、１．０ｍＰａまで真空排気した。
【００６３】
真空排気系を作動させつつ、半導体形成用真空容器２１１、２１２、２１３へガス導入管２３１、２３２、２３３から原料ガス及び希釈ガスを供給した。同時に不図示の各ゲートガス供給管から、各ガスゲートにゲートガスとして５００ｃｍ3／ｍｉｎ（ｎｏｒｍａｌ）のＨ2ガスを供給した。この状態で真空排気系の排気能力を調整して、半導体形成用真空容器２１１、２１２、２１３内の圧力を所定の圧力に調整した。形成条件は表１に示す通りである。
【００６４】
半導体形成用真空容器２１１、２１２、２１３内の圧力が安定したところで、基板送り出し容器２０２から基板巻き取り容器２０３の方向に、基板２０４の移動を開始した。
【００６５】
次に、半導体形成用真空容器２１１、２１２、２１３内の電力印加電極２４１、２４２、２４３に高周波電源２５１、２５２、２５３より高周波を導入し、半導体形成用真空容器２１１、２１２、２１３内の堆積室内にグロー放電を生起し、基板２０４上に、非晶質ｎ型半導体層（膜厚３０ｎｍ）、結晶相を含むｉ型半導体層（膜厚１．５μｍ）、結晶相を含むｐ型半導体層（膜厚１０ｎｍ）を形成し光起電力素子を形成した。
【００６６】
ここで、半導体形成用真空容器２１１には周波数１３．５６ＭＨｚ、パワー密度５ｍＷ／ｃｍ3の高周波電力をＡｌ製の金属電極からなる電力印加電極２４１から、半導体形成用真空容器２１２には周波数６０ＭＨｚ、パワー密度が４００ｍＷ／ｃｍ3の高周波電力をＡｌ製の金属電極からなる電力印加電極２４２から、半導体形成用真空容器２１３には周波数１３．５６ＭＨｚ、パワー密度３０ｍＷ／ｃｍ3の高周波電力をＡｌ製の金属電極からなる電力印加電極２４３から導入した。同時に半導体形成用真空容器２１２には、前記高周波電力に直流電位を重畳し、表２に示すように前記電力印加電極２４２の直流電位を接地電位に対して−５０Ｖ、−１００Ｖ、−２００Ｖ、−３００Ｖの４段階に設定を変えて行なった（実施例１−１〜１−４）。
【００６７】
次に不図示の連続モジュール化装置を用いて、形成した帯状の光起電力素子を３６ｃｍ×２２ｃｍの太陽電池モジュールに加工した。
【００６８】
［比較例１−１〜１−４］
アーク放電検出器２５８を有していない点を除いては、堆積膜形成装置２０１と同様な構成をもつ、図４に示す堆積膜形成装置２０１−Ａを用いて光起電力素子の形成を行ない、実施例１と同様の手順で太陽電池モジュールに加工した。尚、実施例１−１〜１−４と同様、半導体形成用真空容器２１２には、高周波電力に直流電位を重畳し、表２に示すように電力印加電極２４２の直流電位を接地電位に対して−５０Ｖ、−１００Ｖ、−２００Ｖ、−３００Ｖの４段階に設定を変えて行なった（比較例１−１〜１−４）。
【００６９】
半導体形成用真空容器２１２内のプラズマの様子は、実施例１−１〜１−４のものは安定していたが、比較例１−１〜１−４のものは、電力印加電極２４２の直流電位が小さくなるほど、すなわち重畳する直流電圧成分が多くなるほど、スパークが発生する頻度が大きくなっているのが観察できた。
【００７０】
［比較例１−５］
アーク放電検出器２５８を、直流電源２５７と直列かつ高周波電源２５２と直列に配置した構成をとっている点を除いては、堆積膜形成装置２０１と同じ構成をもつ図５に示す堆積膜形成装置２０１−Ｂを用いて光起電力素子の形成を行なおうとした。しかし、アーク放電防止手段が高い頻度で作動して電力印加電極と高周波電源との電気的な接続が遮断された結果、高周波電力が高い頻度で遮断されてしまい、プラズマを安定的に維持することができなかった。
【００７１】
以上のようにして実施例および比較例で作成した太陽電池モジュールの基板と半導体層との密着性を碁盤目テープ法（切り傷の隙間間隔１ｍｍ、ます目の数百、ＪＩＳ規格−Ｋ５４００の８.５.１）を用いて調べた。
【００７２】
さらに、実施例および比較例で作成した光起電力素子上に、１ｃｍ2の大きさの透明電極を１００個と、集電電極を作成してサブセルを形成し、それぞれのサブセルの光電変換効率をソーラーシミュレーター（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2）を用いて測定し、光電変換効率の平均値と均一性を調べた。
【００７３】
さらに、実施例および比較例で作成した太陽電池モジュールの光電変換効率をまず測定し、温度８５℃、湿度８５％の暗所に設置し、同時に逆方向バイアスを１０Ｖ印加させながら５００時間経過後に再度光電変換効率を測定し、高温多湿下での逆バイアス印加による光電変換効率の変化を調べた。
【００７４】
以上の結果を表２に示す。表２に示すように、実施例のものは比較例のものよりも優れていた。以上のことより、本発明の堆積膜形成方法は優れていることがわかる。
【００７５】
【表１】

Figure 0004401689
【００７６】
【表２】
Figure 0004401689
【００７７】
［実施例２］
本実施例は、図２に示した本発明の堆積膜形成装置２０１を用い、本発明の堆積膜を含む図６に示した光起電力素子を形成した例である。
【００７８】
図６は、本実施例で作成した本発明のシリコン系薄膜を有する光起電力素子の一例を示す模式的な断面図である。図中、図３と同様の部材には同じ符号を付して説明を省略する。この光起電力素子の半導体層は、非晶質ｎ型半導体層３０２−１、非晶質ｉ型半導体層３０２−２Ａ、結晶相を含むｐ型半導体層１０２−３とからなっている。
【００７９】
実施例１と同様に基板の作成を行ない、次に堆積膜形成装置２０１を用いて、基板２０４上に、非晶質ｎ型半導体層（膜厚３０ｎｍ）、非晶質ｉ型半導体層（膜厚３００ｎｍ）、結晶相を含むｐ型半導体層（膜厚１０ｎｍ）を形成し光起電力素子を形成した。形成条件は表３に示すとおりである。
【００８０】
ここで、半導体形成用真空容器２１１には周波数１３．５６ＭＨｚ、パワー密度５ｍＷ／ｃｍ3の高周波電力をＡｌ製の金属電極からなる電力印加電極２４１から、半導体形成用真空容器２１２には周波数６０ＭＨｚ、パワー密度が８０ｍＷ／ｃｍ3の高周波電力をＡｌ製の金属電極からなる電力印加電極２４２から、半導体形成用真空容器２１３には周波数１３．５６ＭＨｚ、パワー密度３０ｍＷ／ｃｍ3の高周波電力をＡｌ製の金属電極からなる電力印加電極２４３から導入した。同時に半導体形成用真空容器２１２には、前記高周波電力に直流電位を重畳し、表４に示すように前記電力印加電極２４２の直流電位を接地電位に対して−５０Ｖ、−１００Ｖ、−２００Ｖ、−３００Ｖの４段階に設定を変えて行なった（実施例２−１〜２−４）。
【００８１】
次に不図示の連続モジュール化装置を用いて、形成した帯状の光起電力素子を３６ｃｍ×２２ｃｍの太陽電池モジュールに加工した。
【００８２】
［比較例２−１〜２−４］
アーク放電検出器２５８を有していない点を除いては、堆積膜形成装置２０１と同様な構成をもつ、図４に示す堆積膜形成装置２０１−Ａを用いて光起電力素子の形成を行ない、実施例２と同様の手順で太陽電池モジュールに加工した。尚、実施例２−１〜２−４と同様、半導体形成用真空容器２１２には、高周波電力に直流電位を重畳し、表４に示すように電力印加電極２４２の直流電位を接地電位に対して−５０Ｖ、−１００Ｖ、−２００Ｖ、−３００Ｖの４段階に設定を変えて行なった（比較例２−１〜２−４）。
【００８３】
半導体形成用真空容器２１２内のプラズマの様子は、実施例２−１〜２−４のものは安定していたが、比較例２−１〜２−４のものは、電力印加電極２４２の直流電位が小さくなるほど、すなわち重畳する直流電圧成分が多くなるほど、スパークが発生する頻度が大きくなっているのが観察できた。
【００８４】
以上のようにして実施例および比較例で作成した太陽電池モジュールの基板と半導体層との密着性を碁盤目テープ法（切り傷の隙間間隔１ｍｍ、ます目の数百）を用いて調べた。
【００８５】
さらに、実施例および比較例で作成した光起電力素子上に、１ｃｍ2の大きさの透明電極を１００個と、集電電極を作成してサブセルを形成し、それぞれのサブセルの光電変換効率をソーラーシミュレーター（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2）を用いて測定し、光電変換効率の平均値と均一性を調べた。
【００８６】
さらに、実施例および比較例で作成した太陽電池モジュールの光電変換効率をまず測定し、温度８５℃、湿度８５％の暗所に設置し、同時に逆方向バイアスを１０Ｖ印加させながら５００時間経過後に再度光電変換効率を測定し、高温多湿下での逆バイアス印加による光電変換効率の変化を調べた。
【００８７】
以上の結果を表４に示す。表４に示すように、実施例のものは比較例のものよりも優れていた。以上のことより、本発明の堆積膜形成方法は優れていることがわかる。
【００８８】
【表３】
Figure 0004401689
【００８９】
【表４】
Figure 0004401689
【００９０】
以上のように、本発明の第１の実施形態に関する堆積膜形成装置及び堆積膜形成方法によれば、大きな高周波パワーを導入して、堆積膜の高速成膜を可能にしつつ、高品質で均一性に優れた堆積膜の形成が可能である。
【００９１】
以下、第２の実施形態に関する実施例について、説明する。
なお、以下の実施例では、堆積膜形成装置を用いてシリコン系薄膜を堆積し、光起電力素子を形成する例を挙げて本発明を具体的に説明するが、これらの実施例は本発明の内容を何ら限定するものではない。
【００９２】
［実施例３−１〜３−４］
本実施例は、図９に示した本発明の堆積膜形成装置２０１−Ｃを用い、本発明の堆積膜を含む図１０に示した光起電力素子を形成した例である。
【００９３】
図９は、本実施例で用いた本発明のシリコン系薄膜及び光起電力素子を製造する堆積膜形成装置の一例を示す模式的な断面図である。図９に示す堆積膜形成装置２０１−Ｃは、基板送り出し容器２０２、半導体形成用真空容器２１１〜２１４、基板巻き取り容器２０３が、ガスゲート２２１〜２２５を介して結合することによって構成されている。この堆積膜形成装置２０１−Ｃには、各容器及び各ガスゲートを貫いて帯状の基板２０４がセットされる。帯状の基板２０４は、基板送り出し容器２０２に設置されたボビンから巻き出され、基板巻き取り容器２０３で別のボビンに巻き取られる。
【００９４】
半導体形成用真空容器２１１〜２１４は、それぞれプラズマ生起領域を形成する堆積室を有している。該堆積室は、プラズマの生起している放電空間を、前記基板２０４と電力印加電極２４１〜２４４で上下を限定し、電力印加電極を取り囲むように設置された放電板で横方向を限定するように構成されている。
【００９５】
該堆積室内の平板状の電力印加電極２４１〜２４４には、高周波電源２５１〜２５４から高周波電力を印加することによってグロー放電を生起させ、それによって原料ガスを分解し基板２０４上に半導体層を堆積させる。電力印加電極２４１〜２４４は、基板２０４と対向しており、不図示の高さ調整機構が具備されている。前記高さ調整機構により、前記導電性基板２０４と電力印加電極２４１〜２４４との間の距離を変えることができ、同時に放電空間の体積を変えることができる。また、各半導体形成用真空容器２１１〜２１４には、原料ガスや希釈ガスを導入するためのガス導入管２３１〜２３４が接続されている。
【００９６】
また本発明の構成要素を含んだ半導体形成用真空容器２１２、２１３は、高周波電源２５２、２５３が不図示のマッチングボックスを経由して電力印加電極２４２、２４３と接続されており、それぞれの経路上に、チョークコイルを介して直流電源２５７が接続されている。直流電源２５７は、分岐点２５９を介して電力印加電極２４２、２４３の両方に接続されており、直流電源２５７と、分岐点２５９の経路上に、アーク放電検出器２５８を有する構成となっている。すなわち、アーク放電検出器２５８が備えるアーク放電防止手段が、分岐点２５９と直流電源２５７との間に接続され、直流電源２５７に直列にかつ電力印加電極２４２、２４３に並列に接続されている。
【００９７】
図１０は、本実施例で作成した本発明の堆積膜を含む光起電力素子の一例を示す模式的な断面図である。図中１３０１は基板、１３０２は半導体層、１３０３は第二の透明導電層、１３０４は集電電極である。また、１３０１−１は基体、１３０１−２は金属層、１３０１−３は第一の透明導電層である。これらは基板１３０１の構成部材である。この光起電力素子の半導体層１３０２は、非晶質ｎ型半導体層１３０２−１と結晶相を含むｉ型半導体層１３０２−２と結晶相を含むｐ型半導体層１３０２−３とからなっている。すなわち、この光起電力素子はいわゆるｐｉｎ型シングルセル光起電力素子である。
【００９８】
まず、基板の作成を行なった。ステンレス（ＳＵＳ４３０ＢＡ）からなる帯状の基体（幅５０ｃｍ、長さ２００ｍ、厚さ０．１２５ｍｍ）を十分に脱脂、洗浄し、不図示の連続スパッタリング装置に装着し、Ａｇ電極をターゲットとして、厚さ１００ｎｍのＡｇ薄膜（金属層１３０１−２）をスパッタ蒸着させた。さらにＺｎＯターゲットを用いて、厚さ１．２μｍのＺｎＯ薄膜（第一の透明導電層１３０１−３）をＡｇ薄膜の上にスパッタ蒸着し、帯状の基板２０４を形成した。
【００９９】
次に基板送り出し容器２０２に、基板２０４を巻いたボビンを装着し、基板２０４を搬入側のガスゲート、半導体形成用真空容器２１１、２１２、２１３、搬出側のガスゲートを介し、基板巻き取り容器２０３まで通し、帯状の基板２０４は接地電位になるようにし、弛まないように張力調整を行った。そして、基板送り出し容器２０２、半導体形成用真空容器２１１、２１２、２１３、２１４、基板巻き取り容器２０３を不図示の真空ポンプからなる真空排気系により、１．０ｍＰａまで真空排気した。
【０１００】
真空排気系を作動させつつ、半導体形成用真空容器２１１、２１２、２１３、２１４へガス導入管２３１、２３２、２３３、２３４から原料ガス及び希釈ガスを供給した。同時に不図示の各ゲートガス供給管から、各ガスゲートにゲートガスとして５００ｃｍ3／ｍｉｎ（ｎｏｒｍａｌ）のＨ2ガスを供給した。この状態で真空排気系の排気能力を調整して、半導体形成用真空容器２１１、２１２、２１３、２１４内の圧力を所定の圧力に調整した。形成条件は表５に示す通りである。
【０１０１】
半導体形成用真空容器２１１、２１２、２１３、２１４内の圧力が安定したところで、基板送り出し容器２０２から基板巻き取り容器２０３の方向に、基板２０４の移動を開始した。
【０１０２】
次に、半導体形成用真空容器２１１、２１２、２１３、２１４内の電力印加電極２４１、２４２、２４３、２４４に高周波電源２５１、２５２、２５３、２５４より高周波を導入し、半導体形成用真空容器２１１、２１２、２１３、２１４内の堆積室内にグロー放電を生起し、基板２０４上に、非晶質ｎ型半導体層（膜厚３０ｎｍ）、結晶相を含むｉ型半導体層（膜厚１．５μｍ）、結晶相を含むｐ型半導体層（膜厚１０ｎｍ）を形成し光起電力素子を形成した。
【０１０３】
ここで、半導体形成用真空容器２１１には周波数１３．５６ＭＨｚ、パワー密度５ｍＷ／ｃｍ3の高周波電力をＡｌ製の金属電極からなる電力印加電極２４１から、半導体形成用真空容器２１２、２１３には周波数６０ＭＨｚ、パワー密度が４００ｍＷ／ｃｍ3の高周波電力をＡｌ製の金属電極からなる電力印加電極２４２、２４３から、半導体形成用真空容器２１４には周波数１３．５６ＭＨｚ、パワー密度３０ｍＷ／ｃｍ3の高周波電力をＡｌ製の金属電極からなる電力印加電極２４４から導入した。同時に半導体形成用真空容器２１２、２１３には、前記高周波電力に直流電位を重畳し、表６に示すように前記電力印加電極２４２、２４３の直流電位を接地電位に対して−５０Ｖ、−１００Ｖ、−２００Ｖ、−３００Ｖの４段階に設定を変えて行なった（実施例３−１〜３−４）。
【０１０４】
次に不図示の連続モジュール化装置を用いて、形成した帯状の光起電力素子を３６ｃｍ×２２ｃｍの太陽電池モジュールに加工した。
【０１０５】
［比較例３−１〜３−４］
アーク放電検出器２５８を有さず、直流電源を、電力印加電極に対して個別に接続している点を除いては、堆積膜形成装置２０１−Ｃと同様な構成をもつ、図１１に示す堆積膜形成装置２０１−Ｄを用いて光起電力素子の形成を行ない、実施例１と同様の手順で太陽電池モジュールに加工した。尚、実施例３−１〜３−４と同様、半導体形成用真空容器２１２、２１３には、高周波電力に直流電位を重畳し、表６に示すように電力印加電極２４２、２４３の直流電位を接地電位に対して−５０Ｖ、−１００Ｖ、−２００Ｖ、−３００Ｖの４段階に設定を変えて行なった（比較例３−１〜３−４）。
【０１０６】
半導体形成用真空容器２１２内のプラズマの様子は、実施例３−１〜３−４のものは安定していたが、比較例３−１〜３−４のものは、電力印加電極２４２、２４３の直流電位が小さくなるほど、すなわち重畳する直流電圧成分が多くなるほど、スパークが発生する頻度が大きくなっているのが観察できた。
【０１０７】
［比較例３−５］
アーク放電検出器２５８を、直流電源２５７と直列かつ高周波電源２５２、２５３と直列に配置した構成をとっている点を除いては、堆積膜形成装置２０１−Ｃと同じ構成をもつ図１２に示す堆積膜形成装置２０１−Ｅを用いて光起電力素子の形成を行なおうとしたが、高周波が高い頻度で遮断されてしまい、プラズマを安定的に維持することができなかった。
【０１０８】
以上のようにして実施例および比較例で作成した太陽電池モジュールの基板と半導体層との密着性を碁盤目テープ法（切り傷の隙間間隔１ｍｍ、ます目の数百）を用いて調べた。
【０１０９】
さらに、実施例および比較例で作成した光起電力素子上に、１ｃｍ2の大きさの透明電極を１００個と、集電電極を作成してサブセルを形成し、それぞれのサブセルの光電変換効率をソーラーシミュレーター（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2）を用いて測定し、光電変換効率の平均値と均一性を調べた。
【０１１０】
さらに、実施例および比較例で作成した太陽電池モジュールの光電変換効率をまず測定し、温度８５℃、湿度８５％の暗所に設置し、同時に逆方向バイアスを１０Ｖ印加させながら５００時間経過後に再度光電変換効率を測定し、高温多湿下での逆バイアス印加による光電変換効率の変化を調べた。
【０１１１】
以上の結果を表６に示す。表６に示すように、実施例のものは比較例のものよりも優れていた。以上のことより、本発明の堆積膜形成方法は優れていることがわかる。
【０１１２】
【表５】
Figure 0004401689
【０１１３】
【表６】
Figure 0004401689
【０１１４】
［実施例４−１〜４−４］
本実施例は、図９に示した本発明の堆積膜形成装置２０１−Ｃを用い、本発明の堆積膜を含む図１３に示した光起電力素子を形成した例である。
【０１１５】
図１３は、本実施例で作成した本発明のシリコン系薄膜を有する光起電力素子の一例を示す模式的な断面図である。図中、図１０と同様の部材には同じ符号を付して説明を省略する。この光起電力素子の半導体層は、非晶質ｎ型半導体層１３０２−１、非晶質ｉ型半導体層１３０２−２Ａ、結晶相を含むｐ型半導体層１３０２−３とからなっている。
【０１１６】
実施例１と同様に基板の作成を行ない、次に堆積膜形成装置２０１−Ｃを用いて、基板２０４上に、非晶質ｎ型半導体層（膜厚３０ｎｍ）、非晶質ｉ型半導体層（膜厚３００ｎｍ）、結晶相を含むｐ型半導体層（膜厚１０ｎｍ）を形成し光起電力素子を形成した。形成条件は表７に示すとおりである。
【０１１７】
ここで、半導体形成用真空容器２１１には周波数１３．５６ＭＨｚ、パワー密度５ｍＷ／ｃｍ3の高周波電力をＡｌ製の金属電極からなる電力印加電極２４１から、半導体形成用真空容器２１２、２１３には周波数６０ＭＨｚ、パワー密度が８０ｍＷ／ｃｍ3の高周波電力をＡｌ製の金属電極からなる電力印加電極２４２、２４３から、半導体形成用真空容器２１４には周波数１３．５６ＭＨｚ、パワー密度３０ｍＷ／ｃｍ3の高周波電力をＡｌ製の金属電極からなる電力印加電極２４４から導入した。同時に半導体形成用真空容器２１２、２１３には、前記高周波電力に直流電位を重畳し、表８に示すように前記電力印加電極２４２、２４３の直流電位を接地電位に対して−５０Ｖ、−１００Ｖ、−２００Ｖ、−３００Ｖの４段階に設定を変えて行なった（実施例４−１〜４−４）。
【０１１８】
次に不図示の連続モジュール化装置を用いて、形成した帯状の光起電力素子を３６ｃｍ×２２ｃｍの太陽電池モジュールに加工した。
【０１１９】
［比較例４−１〜４−４］
アーク放電検出器２５８を有さず、直流電源を、電力印加電極に対して個別に接続している点を除いては、堆積膜形成装置２０１−Ｃと同様な構成をもつ、図１１に示す堆積膜形成装置２０１−Ｄを用いて光起電力素子の形成を行ない、実施例２と同様の手順で太陽電池モジュールに加工した。尚、実施例４−１〜４−４と同様、半導体形成用真空容器２１２、２１３には、高周波電力に直流電位を重畳し、表８に示すように電力印加電極２４２、２４３の直流電位を接地電位に対して−５０Ｖ、−１００Ｖ、−２００Ｖ、−３００Ｖの４段階に設定を変えて行なった（比較例４−１〜４−４）。
【０１２０】
半導体形成用真空容器２１２内のプラズマの様子は、実施例４−１〜４−４のものは安定していたが、比較例４−１〜４−４のものは、電力印加電極２４２、２４３の直流電位が小さくなるほど、すなわち重畳する直流電圧成分が多くなるほど、スパークが発生する頻度が大きくなっているのが観察できた。
【０１２１】
以上のようにして実施例および比較例で作成した太陽電池モジュールの基板と半導体層との密着性を碁盤目テープ法（切り傷の隙間間隔１ｍｍ、ます目の数百）を用いて調べた。
【０１２２】
さらに、実施例および比較例で作成した光起電力素子上に、１ｃｍ2の大きさの透明電極を１００個と、集電電極を作成してサブセルを形成し、それぞれのサブセルの光電変換効率をソーラーシミュレーター（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2）を用いて測定し、光電変換効率の平均値と均一性を調べた。
【０１２３】
さらに、実施例および比較例で作成した太陽電池モジュールの光電変換効率をまず測定し、温度８５℃、湿度８５％の暗所に設置し、同時に逆方向バイアスを１０Ｖ印加させながら５００時間経過後に再度光電変換効率を測定し、高温多湿下での逆バイアス印加による光電変換効率の変化を調べた。
【０１２４】
以上の結果を表８に示す。表８に示すように、実施例のものは比較例のものよりも優れていた。以上のことより、本発明の堆積膜形成方法は優れていることがわかる。
【０１２５】
【表７】
Figure 0004401689
【０１２６】
【表８】
Figure 0004401689
【０１２７】
以上のように、本発明の第２の実施形態に関する堆積膜形成装置及び堆積膜形成方法によれば、大きな高周波パワーを導入して、堆積膜の高速成膜を可能にしつつ、高品質で均一性に優れた堆積膜の形成ができることに加えて、これをより少ない装置構成で実現することが可能である。電極印加電極の数よりもアーク放電検出器の数を少なくすることができるため、電極印加電極に対して１対１でアーク放電検出器を設ける場合に比べて装置を少なくすることができる。
【０１２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の堆積膜形成装置及び堆積膜形成方法によれば、大きな高周波パワーを導入して、堆積膜の高速成膜を可能にしつつ、高品質で均一性に優れた堆積膜の形成が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の堆積膜形成装置の一例を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の実施例に係る堆積膜形成装置を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明を適用し得る光起電力素子の一例を示す模式的な断面図である。
【図４】比較例に係る堆積膜形成装置を示す模式的な断面図である。
【図５】比較例に係る堆積膜形成装置を示す模式的な断面図である。
【図６】本発明を適用し得る光起電力素子の一例を示す模式的な断面図である。
【図７】本発明の堆積膜形成装置の一例を示す模式的な断面図である。
【図８】本発明の堆積膜形成装置の一例を示す模式的な断面図である。
【図９】本発明の実施例に係る堆積膜形成装置を示す模式的な断面図である。
【図１０】本発明を適用し得る光起電力素子の一例を示す模式的な断面図である。
【図１１】比較例に係る堆積膜形成装置を示す模式的な断面図である。
【図１２】比較例に係る堆積膜形成装置を示す模式的な断面図である。
【図１３】本発明を適用し得る光起電力素子の一例を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
１０１、１０１−Ａ、１０１−Ｂ 高周波プラズマＣＶＤ装置
１０２、１０２−Ａ、１０２−Ｂ 堆積膜形成用容器
１０３、１０３−Ａ、１０３−Ｂ 電力印加電極
１０４ 基板
１０５ ガス導入管
１０６ 排気管
１０７ ランプヒーター
１１０、１１０−Ａ、１１０−Ｂ 高周波電源
１１１、１１１−Ａ、１１１−Ｂ マッチングボックス
１２０ 直流電源
１２１ 分岐点
１２２−Ａ、１２２−Ｂ チョークコイル
１３０ アーク検出器
２０１、２０１−Ａ、２０１−Ｂ、２０１−Ｃ、２０１−Ｄ、２０１−Ｅ 堆積膜形成装置
２０２ 基板送り出し容器
２０３ 基板巻き取り容器
２０４ 基板
２１１〜２１４ 半導体形成用真空容器
２２１〜２２５ ガスゲート
２３１〜２３４ ガス導入管
２４１〜２４４ 電力印加電極
２５１〜２５４ 高周波電源
２５７、２５７−Ａ、２５７−Ｂ 直流電源
２５８ アーク検出器
２５９ 分岐点
３０１ 基板
３０１−１ 基体
３０１−２ 金属層
３０１−３ 第一の透明導電層
３０２ 半導体層
３０２−１ 非晶質ｎ型半導体層
３０２−２ 結晶相を含むｉ型半導体層
３０２−２Ａ 非晶質ｉ型半導体層
３０２−３ 結晶相を含むｐ型半導体層
３０３ 第２の透明導電層
３０４ 集電電極
１３０１ 基板
１３０１−１ 基体
１３０１−２ 金属層
１３０１−３ 第一の透明導電層
１３０２ 半導体層
１３０２−１ 非晶質ｎ型半導体層
１３０２−２ 結晶相を含むｉ型半導体層
１３０２−２Ａ 非晶質ｉ型半導体層
１３０２−３ 結晶相を含むｐ型半導体層
１３０３ 第２の透明導電層
１３０４ 集電電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus and a method for forming a deposited film using high-frequency plasma CVD.
[0002]
[Prior art]
As a method for forming a deposited film, the high-frequency plasma method is one of the effective means for mass production from the viewpoint of easy area enlargement and low-temperature formation and improved process throughput.
[0003]
As an example of a deposited film, focusing on silicon-based thin films and considering an example of manufacturing a solar cell, compared to existing energy using fossil fuels, solar cells using silicon-based thin films have an energy source. Although there is an advantage that it is inexhaustible and the power generation process is clean, it is necessary to further lower the unit price per amount of generated power in order to promote the spread. In order to achieve this, it is important to establish a technology for improving the film formation rate by high-frequency plasma CVD method, increasing the photoelectric conversion efficiency, and at the same time ensuring high uniformity when the area is increased. It has become one of the.
[0004]
In recent years, various efforts have been made regarding technologies related to high-speed deposition.
[0005]
Regarding the high-frequency plasma CVD method in which the film formation rate is increased, in Patent Document 1, f is in the range of 25 to 150 MHz when the high-frequency frequency is f (MHz) and the distance between the substrate and the electrode is d (cm). Focusing on the relationship between the frequency f of the high frequency and the distance d between the substrate and the electrode, it is preferable to carry out f / d in the range of 30 to 100 MHz / cm, particularly in the region where d is 1 to 3 cm and the pressure is 0. It is disclosed that the process carried out in the .1 to 0.5 mbb nitrogen region is preferred.
[0006]
As for a method for producing a crystalline silicon-based thin film layer, Patent Document 2 includes a silane-based gas and hydrogen gas, a pressure in a reaction chamber is set to 5 Torr or more, and a distance between a substrate and an electrode is within 1 cm. It is disclosed that the manufactured silicon-based thin film layer can be formed at a high speed, and a photoelectric conversion device using the silicon-based thin film layer has high conversion efficiency.
[0007]
In addition, as a method for forming a high-quality deposited film, Patent Document 3 aims to prevent a spark from occurring at a hole portion when an electrode for introducing a high frequency has a plurality of holes. Discloses a configuration in which a negative DC voltage is applied.
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 7-105354
[Patent Document 2]
JP-A-11-330520
[Patent Document 3]
Japanese Patent Publication No. 6-101458
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In the method of forming a deposited film on a substrate using a high-frequency plasma CVD method, in order to increase the deposition rate, the high-frequency power to be introduced is increased, the distance between the substrate and the power application electrode is reduced, It has been found that this is possible depending on the formation conditions of increasing high frequency power.
[0010]
However, increasing the high frequency power per plasma space increases the electron density and ion density in the plasma. Since cations are accelerated by electrostatic attraction in the sheath region in the discharge space, they cause distortion of the atomic arrangement in the bulk as an ion bombardment and cause voids in the film. Was a hindrance factor. Therefore, in order to form a high-quality film or to form a film uniformly, there is a limit to the magnitude of high-frequency power to be introduced, and the conventional method has been a drag on improving the film formation speed.
[0011]
In addition, the method disclosed in Patent Document 3 has an action of controlling and applying a DC voltage so that no spark is generated in the hole portion when the electrode for introducing a high frequency has a plurality of holes. However, there is no mention of preventing the occurrence of a spark between the electrode for introducing a high frequency and the ground potential region, and controlling the potential during plasma generation to improve the quality of the deposited film.
[0012]
Accordingly, the present invention provides a deposited film forming apparatus and a deposited film forming method for forming a deposited film having high quality and excellent uniformity while enabling high speed deposition of the deposited film.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
  That is, the present invention is a deposited film forming apparatus,
  A power application electrode for forming a deposited film;
  A high-frequency power source connected to the power application electrode;
  A direct current power source connected to the power application electrode and connected in parallel with the high frequency power source;
  A detector for detecting a sign of occurrence of arc discharge;
  Connected between the power application electrode and the DC power supply, and connected to the DC power supply in series and in parallel with the high frequency power supply to prevent the occurrence of arc discharge based on the detected arc discharge sign Arc discharge prevention means,
With,
  The distance between the power application electrode and the substrate on which the deposited film is formed is 3 mm or more and 30 mm or less.An apparatus for forming a deposited film is provided.
  Further, the present invention is a deposited film forming apparatus,
  A power application electrode for forming a deposited film;
  A high-frequency power source connected to the power application electrode;
  A direct current power source connected to the power application electrode and connected in parallel with the high frequency power source;
  A detector for detecting a sign of occurrence of arc discharge;
  Connected between the power application electrode and the DC power source and connected to the DC power source in series and in parallel with the high frequency power source to prevent arc discharge based on the detected arc discharge sign Arc discharge prevention means,
With
  In forming a deposited film, a deposited film forming apparatus is characterized in that a potential of a substrate on which the deposited film is formed is higher than a potential of the power application electrode.
[0014]
Further, the present invention is a deposited film forming apparatus,
A power application electrode for forming a plurality of deposited films;
A plurality of high-frequency power sources respectively connected to the plurality of power application electrodes;
DC power supplies connected to the plurality of power application electrodes via branch points of an electric circuit, and connected in parallel to the plurality of high frequency power supplies,
A detector for detecting a sign of occurrence of arc discharge;
Prevention of occurrence of arc discharge based on the detected sign of arc discharge connected between the branch point and the DC power source, connected in series with the DC power source and in parallel with the plurality of high frequency power sources Arc discharge prevention means to
An apparatus for forming a deposited film is provided.
[0015]
  Furthermore, the present invention provides a power application electrode for forming a deposited film,
  A high-frequency power source connected to the power application electrode;
  A direct current power source connected to the power application electrode and connected in parallel with the high frequency power source;
  A detector for detecting a sign of occurrence of arc discharge;
  Connected between the power application electrode and the DC power supply, and connected to the DC power supply in series and in parallel with the high frequency power supply to prevent the occurrence of arc discharge based on the detected arc discharge sign Arc discharge prevention means,
With,
  The distance between the power application electrode and the substrate on which the deposited film is formed is 3 mm or more and 30 mm or less.A deposited film forming method using a deposited film forming apparatus,
  Provided is a method for forming a deposited film, wherein the arc discharge prevention means is operated when an arc discharge sign is detected by the detector.
  The present invention also provides a power application electrode for forming a deposited film,
  A high-frequency power source connected to the power application electrode;
  A direct current power source connected to the power application electrode and connected in parallel with the high frequency power source;
  A detector for detecting a sign of occurrence of arc discharge;
  Connected between the power application electrode and the DC power source and connected to the DC power source in series and in parallel with the high frequency power source to prevent arc discharge based on the detected arc discharge sign Arc discharge prevention means,
With
  In forming a deposited film, the deposited film forming method uses a deposited film forming apparatus in which a potential of a substrate on which the deposited film is formed is higher than a potential of the power application electrode,
  Provided is a method for forming a deposited film, wherein the arc discharge preventing means is operated when an arc discharge sign is detected by the detector.
[0016]
The present invention also includes a plurality of power application electrodes for forming a deposited film,
A plurality of high-frequency power sources respectively connected to the plurality of power application electrodes;
DC power supplies connected to the plurality of power application electrodes via branch points of an electric circuit, and connected in parallel to the plurality of high frequency power supplies,
A detector for detecting a sign of occurrence of arc discharge;
Prevention of occurrence of arc discharge based on the detected arc discharge sign connected between the branch point and the DC power source, connected in series with the DC power source and in parallel with the plurality of high frequency power sources Arc discharge prevention means to
A deposited film forming method using a deposited film forming apparatus comprising:
Provided is a method for forming a deposited film, characterized in that a means for preventing the occurrence of arc discharge is activated when a sign of arc discharge is detected by the detector.
[0017]
Moreover, the apparatus and method of this invention have the following more preferable aspects.
Preferably, the detector detects a minute fluctuation based on a steady state of a discharge current or a discharge voltage as a sign of arc discharge.
The arc discharge preventing means is preferably means for interrupting electrical connection between the DC power source and the plurality of power application electrodes.
The arc discharge preventing means is preferably means for switching a circuit so that a potential opposite to the potential is applied to the plurality of power application electrodes.
When forming the deposited film, it is preferable that the potential of the substrate on which the deposited film is formed is higher than the potential of each of the plurality of power application electrodes.
The distance between each of the plurality of power application electrodes and the substrate on which the deposited film is formed is preferably 3 mm or more and 30 mm or less.
The pressure when forming the deposited film is preferably 100 Pa or more and 5000 Pa or less.
The residence time of the source gas when forming the deposited film is preferably 0.01 seconds or more and 10 seconds or less.
A high frequency power density when forming the deposited film is 0.01 W / cm.Three2W / cmThreeThe following is preferable.
A source gas is introduced into the deposited film forming apparatus, plasma is generated by supplying power from the high-frequency power source and the DC power source to the power application electrode, and the source gas is decomposed by the plasma, whereby the deposition is performed. It is preferable to form a deposited film on the substrate carried into the film forming apparatus.
The deposited film to be formed is preferably a silicon-based film.
[0019]
The features and effects of the present invention will be described in detail later with reference to the drawings.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
As a result of intensive research in order to solve the above-described problems, the present inventor has obtained a power application electrode for forming a deposited film, a high-frequency power source connected to the power application electrode, a high-frequency power source connected to the power application electrode, DC power supply connected in parallel with the detector, a detector for detecting the occurrence of arc discharge, connected between the power application electrode and the DC power supply, connected in series with the DC power supply and in parallel with the high frequency power supply The present invention has developed a deposited film forming apparatus including an arc discharge preventing means for preventing the occurrence of arc discharge based on a detected sign of arc discharge and a deposited film forming method using the same.
More specifically, in a deposited film forming apparatus in which a parallel connection body in which a high-frequency power source and a DC power source are connected in parallel is connected to a power application electrode, an arc discharge detector is connected in series with the DC power source and in parallel with the high-frequency power source. It has been found that, by adopting such an apparatus configuration, it is possible to form a deposited film having high quality and excellent uniformity while introducing a larger high-frequency power and enabling a high-speed deposition film formation. It has been reached.
[0021]
In addition, an apparatus provided with a detector that detects a sign of occurrence of arc discharge and an arc discharge prevention means that prevents the occurrence of arc discharge is hereinafter referred to as an “arc discharge detector”.
[0022]
The above-described configuration has the following effects.
[0023]
In a method of introducing a source gas into a vacuum vessel and forming a deposited film on a substrate introduced into the vacuum vessel using a high-frequency plasma CVD method, a high-frequency output for bringing the power applied electrode and the substrate closer to each other or introducing them The plasma density per volume of the discharge space can be reduced by increasing the pressure of the source gas in the vacuum vessel, or by controlling the residence time of the source gas so that the source gas is not sufficiently decomposed and depleted. It is considered that the reactive species contributing to the formation of the deposited film can be formed at a high density, and the film forming speed can be further increased.
[0024]
As a condition for forming a deposited film at high speed using a high-frequency plasma method, for example, when a silicon-based thin film is formed as the deposited film, the source gas can be efficiently decomposed, and a large area power application electrode can be used. From the viewpoint that the high frequency output can be uniformly introduced into the plasma space, the high frequency is preferably in the range of 20 MHz to 500 MHz, more preferably 30 MHz to 150 MHz. The distance between the power application electrode and the substrate is preferably 3 mm or more and 30 mm or less, and the pressure when forming the deposited film is preferably 100 Pa or more and 5000 Pa or less. As a result, sufficient reactive species can be formed in the plasma space and the source gas can be prevented from being depleted. Further, the volume of the discharge space in which the plasma is generated is expressed as V (mThree), The flow rate of the source gas is Q (cmThree/ Min (normal)), where the discharge space pressure is P (Pa), the residence time τ (seconds) defined by τ = 592 × V × P / Q is 0.01 seconds to 10 seconds. preferable. This makes it possible to suppress the density of radicals in the plasma, and it is possible to form a silicon-based thin film having excellent characteristics with a much lower defect density at an even higher speed.
[0025]
On the other hand, it is conceivable that the electron density in the plasma increases and the generation amount of cations increases as the distance between the power application electrode and the substrate is reduced or the high frequency output to be introduced is increased. Since positive ions are accelerated toward the substrate side by electrostatic attraction in the sheath region in the discharge space, it becomes a factor that distorts the atomic arrangement in the bulk of the deposited film as an ion bombardment or forms voids in the film, It seems to be an impediment to the formation of high-quality silicon-based thin films.
[0026]
Here, a circuit that superimposes a DC potential on the high-frequency power is configured, and by lowering the potential of the power application electrode, a considerable amount of cations generated in the plasma is positively applied to the power application electrode side. Since it becomes possible to attract, it is possible to suppress ion bombardment to the substrate and to form a high-quality silicon-based thin film. Further, since formation of a sparse film can be suppressed and a dense film can be formed with high uniformity, it is possible to form a deposited film excellent in adhesion to the base and environmental resistance. This effect is considered to function more effectively by making the potential of the power application electrode lower than the potential of the substrate.
[0027]
In addition, by setting the pressure in the film formation space within the above range, the ion impact force of ions in the plasma decreases due to an increased chance of collision with other ions, active species, etc. It is considered that the amount of ions themselves can be reduced, and it can be expected that ion bombardment is relatively lowered.
[0028]
However, when high-density high-frequency waves are introduced under high pressure, the collision reaction between the decomposition product and the source gas is promoted, and fine powder is easily generated in the plasma space. The charged fine powder tends to stay in the plasma, and further growth proceeds. The fine powder formed in this way is taken into the film in the course of the reaction process, so that the film characteristics are expected to deteriorate.If the fine powder is accumulated in the apparatus, the operating rate of the apparatus is reduced. This will cause a reduction in device cost. In particular, in the frequency range as described above, it is difficult to remove the charged fine powder from the plasma space because it is difficult to follow the charged fine powder.
[0029]
Here, by superimposing a DC potential on the high-frequency power and lowering the potential of the power application electrode, by controlling the plasma potential, the fine powder charged by electrostatic attraction at the stage of fine clusters, It will be possible to exclude it from the plasma space.
[0030]
However, in the case where a large DC potential is superimposed on the power application electrode into which a large high-frequency power is introduced under the conditions for forming the deposited film at a high speed as described above, As a result, an arc is generated between the surface on which the deposited film is formed and the power application electrode, and it becomes difficult to maintain a stable plasma and to form a high-quality deposited film. When a deposited film is formed under such unstable plasma, a non-uniform region is formed in the film, which adversely affects uniformity, adhesion, and durability.
[0031]
Therefore, in the present invention, in a deposited film forming apparatus in which a parallel connection body in which a high frequency power source and a DC power source are connected in parallel is connected to a power application electrode, arc discharge connected in series with the DC power source and in parallel with the high frequency power source. If it has a detector and the arc is extinguished and the arc is extinguished, the above problems can be suppressed, the plasma can be kept stable, and a higher quality deposited film can be formed. It is what I squeezed.
[0032]
Here, as a specific example of the sign of arc discharge, a minute change in the discharge voltage or discharge current from the steady state can be given. In the case of this example, a detector that detects a sign of occurrence of arc discharge monitors the discharge voltage and discharge current, and detects a minute change from the steady state as a sign of arc discharge. As a method for preventing the occurrence of arc discharge, there are a method of instantaneously disconnecting a connection between a DC power source and a power application electrode, a method of switching a circuit so as to apply a reverse potential to the power application electrode, and the like. Examples of the means for preventing the occurrence of arc discharge include a switch that cuts off the connection between the DC power source and the power application electrode, and a switch that switches the circuit so that a reverse potential is applied to the power application electrode. It is done.
[0033]
When the arc discharge detector is arranged in series with the DC power source and in series with the high frequency power source, and when the arc discharge detector is arranged in parallel with the DC power source and in series with the high frequency power source, the arc When the discharge preventing means is operated, there are problems that high-frequency power cannot be constantly introduced into the power application electrode, or the ability to detect an arc is reduced. Therefore, in order to maintain a stable plasma even when a large DC potential is superimposed on a power application electrode into which a large high frequency power is introduced, the arc discharge prevention means is connected in series with the DC power source and the high frequency power supply as in the present invention. Need to be connected in parallel. Therefore, the arc discharge detector needs to be arranged in series with the DC power source and in parallel with the high frequency power source.
[0034]
The effect of the present invention described above is that the high frequency power density when forming the deposited film is 0.01 W / cm.ThreeIn order to exhibit especially above, it is preferable to carry out under these conditions. Moreover, the high frequency power density is 2 W / cm.ThreeLarger than 2 W / cm because it becomes difficult to suppress the generation of fine powder.ThreeIt is preferable to use it under the following conditions.
[0035]
When the roll-to-roll method is used as the deposited film forming method, the roll-to-roll method provides a plurality of deposited film forming containers, and these deposited film forming containers have a desired width. A sufficiently long strip-shaped substrate is disposed along a path that sequentially passes through the deposited film forming containers, and the deposited film is formed in each of the deposited film forming containers while the substrate is formed. Since the desired deposited film can be continuously formed in a large area by continuously transporting the film in the longitudinal direction, it is preferable. In the roll-to-roll method, in order to form a deposited film while maintaining plasma in a plurality of deposited film forming containers, the potential of the substrate is different for each of the deposited film forming containers. Since it is difficult to maintain the substrate, a method of controlling the plasma potential with the substrate side as the ground potential is preferable.
[0036]
In the case where the substrate is a conductive substrate, the substrate may also serve as an electrode that is disposed at a position facing the power application electrode and is electrically grounded.
[0037]
Next, components of the deposited film forming apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described below.
[0038]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a high-frequency plasma CVD apparatus shown as an example including the configuration of the first embodiment of the present invention.
[0039]
A high-frequency plasma CVD apparatus 101 shown in FIG. 1 includes a deposited film forming container 102 having a structure capable of maintaining a vacuum, and electric power electrically insulated from the deposited film forming container 102 inside the deposited film forming container 102. The application electrode 103 and the substrate 104 supported by a substrate holding device (not shown) are disposed, and the lamp heater 107 is disposed at a position opposite to the power application electrode 103 with respect to the substrate 104. ing. Further, a gas introduction pipe 105 for introducing a source gas into the deposited film forming container 102 and an exhaust pipe 106 connected to a vacuum pump (not shown) are arranged.
[0040]
High frequency power is applied to the power application electrode 103 via a matching box 111 for matching high frequency power from the high frequency power supply 110. Further, the DC power source 120 is connected to the power application electrode 103 via the arc discharge detector 130 so as to be connected in parallel with the high frequency power source 110.
[0041]
In the deposited film forming apparatus of the present invention, a parallel connection body in which a high-frequency power source 110 and a DC power source 120 are connected in parallel is connected to the power application electrode 103, and in series with the DC power source 120 and in parallel with the high-frequency power source 110. It is sufficient that the arc discharge detector 130 is connected to the power source, and the branch to the high frequency power source 110 side and the DC power source 120 side may be provided independently on the circuit or in the matching box. I do not care. In addition, the gas introduction may be provided with a gas introduction pipe 105 as shown in FIG. 1 or when the distance between the power application electrode 103 and the substrate 104 is small, the source gas is introduced into the power application electrode. It may be configured to be introduced, and may be introduced from a hole provided on the substrate surface side of the power application electrode.
[0042]
Formation of the deposited film is performed in a state where a raw material gas is decomposed by applying high-frequency power to the power application electrode 103 to cause glow discharge, and a DC potential is superimposed.
[0043]
[Second Embodiment]
As a result of intensive studies to solve the above-described problems, the present inventor has obtained a plurality of deposited film forming power application electrodes, a plurality of high-frequency power sources connected to the plurality of power application electrodes, A DC power source connected to a plurality of power application electrodes via a branch point of an electric circuit, connected in parallel to the plurality of high frequency power sources, a detector for detecting a sign of occurrence of arc discharge, the branch point and the Arc discharge preventing means connected between a DC power source and connected in series with the DC power source and in parallel with the plurality of high frequency power sources to prevent the occurrence of arc discharge based on the detected sign of arc discharge And a deposited film forming apparatus using the deposited film forming apparatus.
More specifically, the present inventor is a deposited film forming apparatus comprising a plurality of power application electrodes, each of which is connected to a high frequency power source, wherein the high frequency power source and the DC power source Includes a component connected in parallel to the power application electrode, and has an arc discharge detector connected in series with the DC power source and in parallel with the high frequency power source, and at least one of the DC power sources includes a plurality of the DC power sources. It has a configuration belonging to the components connected in parallel, and the DC power source belonging to the plurality of components connected in parallel is connected to the plurality of components connected in parallel via a branch point, By adopting an apparatus configuration having an arc discharge detector between the DC power supply and the branch point, high quality and uniformity can be achieved while introducing a larger high-frequency power and enabling high-speed deposition of the deposited film. In In addition to the possible formation of the deposited film, further found that it is possible to realize a smaller apparatus configuration this is that led to the present invention.
[0044]
The arc discharge detector is a device that includes a detector that detects a sign of occurrence of arc discharge, and arc discharge prevention means that prevents the occurrence of arc discharge.
[0045]
The second embodiment of the present invention can also exhibit the following operational effects in addition to the operational effects exhibited by the first embodiment.
[0046]
That is, at least one of the DC power supplies has a configuration belonging to a plurality of the components connected in parallel, and the DC power supplies belonging to the plurality of the components connected in parallel are connected to each other via a branch point. By connecting to the components connected in parallel and having an arc discharge detector between the DC power supply and the branch point, the number of necessary DC power supplies can be reduced. Therefore, there is an advantage that the device cost and the device space are reduced. In addition, since one DC power supply acts simultaneously on a plurality of power application electrodes, the potential states of the power application electrodes included in the plurality of components connected in parallel can be made the same, There is also an effect that the identity of the plasma in the discharge space is increased.
[0047]
Here, as a component in which a high frequency power source and a DC power source are connected in parallel to the power application electrode, a parallel connection body in which the high frequency power source and the DC power source are connected in parallel is formed, and this is connected to the power application electrode. And a method of independently connecting a high-frequency power source and a DC power source to a power application electrode.
[0048]
Next, components of the deposited film forming apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described below. In addition, the same code | symbol as the code | symbol used in 1st Embodiment represents the same member.
[0049]
FIG. 7 is a schematic sectional view showing a part of a roll-to-roll type high-frequency plasma CVD apparatus shown as an example including the configuration of the present invention.
[0050]
A high-frequency plasma CVD apparatus 101-A shown in FIG. 7 includes deposited film forming containers 102-A and 102-B having a structure capable of maintaining a vacuum, and a deposited film forming container in the deposited film forming container. The power application electrodes 103-A and 103-B that are electrically insulated from the substrate 102 and the substrate 104 supported by a substrate holding device (not shown) are disposed. The substrate 104 is opposite to the power application electrodes. The lamp heater 107 is arranged at the side position. Further, a gas introduction pipe 105 for introducing a source gas into the deposited film forming container 102 and an exhaust pipe 106 connected to a vacuum pump (not shown) are arranged.
[0051]
High frequency power is applied to the power application electrodes 103-A and 103-B from the high frequency power supplies 110-A and 110-B via matching boxes 111-A and 111-B for matching high frequency power, respectively. It has become. Further, the DC power source 120 is connected to the branch point 121 via the arc discharge detector 130, and from here to the power application electrodes 103 -A and 103 -B via the choke coils 122 -A and 122 -B. The power supplies 110-A and 110-B are connected in parallel.
[0052]
The deposited film forming apparatus of the present invention includes a component in which a high-frequency power source 110 and a DC power source 120 are connected in parallel, and an arc discharge detector 130 connected in series with the DC power source 120 and in parallel with the high-frequency power source 110. The branch to the high frequency power supply 110 side and the DC power supply 120 side may be provided independently on the circuit or in the matching box. Further, as a component in which a high frequency power source and a DC power source are connected in parallel to the power application electrode, a parallel connection body in which a high frequency power source and a DC power source are connected in parallel as shown in FIG. 7 is formed. A method of connecting to the power application electrode or a method of independently connecting the high frequency power source and the DC power source as shown in FIG. 8 to the power application electrode may be used. In addition, the gas may be introduced by providing a gas introduction pipe 105 as shown in FIG. 7 or by introducing a raw material gas into the power application electrode from a hole provided on the substrate surface side of the power application electrode. It does not matter as a form to introduce.
[0053]
Formation of the deposited film is performed in a state where a raw material gas is decomposed by applying high-frequency power to the power application electrode 103 to cause glow discharge, and a DC potential is superimposed.
[0054]
【Example】
Examples relating to the first embodiment will be described below.
In the following examples, the present invention will be described in detail with reference to an example in which a silicon-based thin film is deposited using a deposited film forming apparatus to form a photovoltaic element. The content of is not limited in any way.
[0055]
[Examples 1-1 to 1-4]
In the present embodiment, the photovoltaic device shown in FIG. 3 including the deposited film of the present invention is formed using the deposited film forming apparatus 201 of the present invention shown in FIG.
[0056]
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of a deposited film forming apparatus for producing the silicon-based thin film and photovoltaic element of the present invention used in this example. The deposited film forming apparatus 201 shown in FIG. 2 includes a substrate delivery container 202, semiconductor formation vacuum containers 211 to 213, and a substrate winding container 203 that are connected through gas gates 221 to 224. In this deposited film forming apparatus 201, a belt-like substrate 204 is set through each container and each gas gate. The belt-like substrate 204 is unwound from a bobbin installed in the substrate delivery container 202 and is wound around another bobbin by the substrate winding container 203.
[0057]
Each of the semiconductor forming vacuum vessels 211 to 213 has a deposition chamber for forming a plasma generation region. In the deposition chamber, the discharge space in which plasma is generated is limited in the vertical direction by the substrate 204 and the power application electrodes 241 to 243, and the horizontal direction is limited by a discharge plate installed so as to surround the power application electrode. It is configured.
[0058]
Glow discharge is caused by applying high-frequency power from high-frequency power sources 251 to 253 to the plate-like power application electrodes 241 to 243 in the deposition chamber, thereby decomposing the source gas and depositing a semiconductor layer on the substrate 204. Let The power application electrodes 241 to 243 face the substrate 204 and are provided with a height adjustment mechanism (not shown). The height adjustment mechanism can change the distance between the conductive substrate 204 and the power application electrodes 241 to 243, and can simultaneously change the volume of the discharge space. In addition, gas introduction pipes 231 to 233 for introducing a source gas and a dilution gas are connected to the respective semiconductor forming vacuum vessels 211 to 213.
[0059]
The vacuum chamber 212 for semiconductor formation including the components of the present invention constitutes a circuit in which a DC potential is superimposed on the RF power by the DC power supply 257 on the path between the RF power supply 252 and the power application electrode 242. Furthermore, it is configured to have an arc discharge detector 258 that is connected in series with the DC power supply 257 and in parallel with the high-frequency power supply 252 and can prevent the occurrence of arc discharge when an indication of arc discharge is detected. . At least the arc discharge preventing means included in the arc discharge detector 258 may be connected between the power application electrode 242 and the DC power supply, connected in series with the DC power supply 257 and in parallel with the high frequency power supply 252.
[0060]
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a photovoltaic element including the deposited film of the present invention prepared in this example. In the figure, 301 is a substrate, 302 is a semiconductor layer, 303 is a second transparent conductive layer, and 304 is a collecting electrode. Reference numeral 301-1 denotes a substrate, 301-2 denotes a metal layer, and 301-3 denotes a first transparent conductive layer. These are constituent members of the substrate 301. The semiconductor layer 302 of the photovoltaic element is composed of an amorphous n-type semiconductor layer 302-1, an i-type semiconductor layer 302-2 containing a crystalline phase, and a p-type semiconductor layer 302-3 containing a crystalline phase. . That is, this photovoltaic element is a so-called pin type single cell photovoltaic element.
[0061]
First, a substrate was prepared. A strip-shaped substrate (width 50 cm, length 200 m, thickness 0.125 mm) made of stainless steel (SUS430BA) is sufficiently degreased and washed, and mounted on a continuous sputtering apparatus (not shown), with an Ag electrode as a target and a thickness of 100 nm. An Ag thin film (metal layer 301-2) was deposited by sputtering. Further, a ZnO thin film (first transparent conductive layer 301-3) having a thickness of 1.2 μm was sputter-deposited on the Ag thin film using a ZnO target to form a belt-like substrate 204.
[0062]
Next, the bobbin around which the substrate 204 is wound is mounted on the substrate delivery container 202, and the substrate 204 is transferred to the substrate take-up container 203 via the gas gate on the carry-in side, the vacuum vessels 211, 212, and 213 for semiconductor formation, and the gas gate on the carry-out side In addition, the belt-like substrate 204 was set to the ground potential, and the tension was adjusted so as not to loosen. Then, the substrate delivery container 202, the semiconductor forming vacuum containers 211, 212, and 213 and the substrate winding container 203 were evacuated to 1.0 mPa by an evacuation system including a vacuum pump (not shown).
[0063]
The source gas and the dilution gas were supplied from the gas introduction pipes 231, 232, and 233 to the semiconductor forming vacuum vessels 211, 212, and 213 while operating the vacuum exhaust system. At the same time, from each gate gas supply pipe (not shown) to each gas gate as a gate gas of 500 cmThree/ Min (normal) H2Gas was supplied. In this state, the evacuation capacity of the evacuation system was adjusted to adjust the pressure in the semiconductor formation vacuum vessels 211, 212, and 213 to a predetermined pressure. The formation conditions are as shown in Table 1.
[0064]
When the pressure in the semiconductor formation vacuum vessels 211, 212, and 213 was stabilized, the movement of the substrate 204 was started from the substrate delivery container 202 toward the substrate take-up container 203.
[0065]
Next, a high frequency is introduced into the power application electrodes 241, 242, and 243 in the semiconductor formation vacuum vessels 211, 212, and 213 from the high frequency power supplies 251, 252, and 253, and deposition in the semiconductor formation vacuum vessels 211, 212, and 213 is performed. A glow discharge is generated in the chamber, and an amorphous n-type semiconductor layer (film thickness: 30 nm), an i-type semiconductor layer including a crystal phase (film thickness: 1.5 μm), and a p-type semiconductor layer including a crystal phase are formed on the substrate 204. (Film thickness 10 nm) was formed to form a photovoltaic element.
[0066]
Here, the vacuum vessel 211 for semiconductor formation has a frequency of 13.56 MHz and a power density of 5 mW / cm.ThreeFrom the power application electrode 241 made of an Al metal electrode, the semiconductor forming vacuum vessel 212 has a frequency of 60 MHz and a power density of 400 mW / cm.ThreeFrom the power application electrode 242 made of a metal electrode made of Al to the vacuum vessel 213 for forming a semiconductor, the frequency is 13.56 MHz and the power density is 30 mW / cm.ThreeThe high frequency power was introduced from a power application electrode 243 made of an Al metal electrode. At the same time, a DC potential is superimposed on the high-frequency power in the semiconductor forming vacuum vessel 212, and as shown in Table 2, the DC potential of the power application electrode 242 is -50V, -100V, -200V,- The setting was changed in four stages of 300 V (Examples 1-1 to 1-4).
[0067]
Next, the formed strip-shaped photovoltaic device was processed into a 36 cm × 22 cm solar cell module using a continuous modularization apparatus (not shown).
[0068]
[Comparative Examples 1-1 to 1-4]
Except that the arc discharge detector 258 is not provided, the photovoltaic element is formed using the deposited film forming apparatus 201-A shown in FIG. 4 having the same configuration as the deposited film forming apparatus 201. The solar cell module was processed in the same procedure as in Example 1. As in Examples 1-1 to 1-4, in the vacuum vessel 212 for semiconductor formation, a DC potential is superimposed on the high-frequency power, and the DC potential of the power application electrode 242 is set to the ground potential as shown in Table 2. Thus, the setting was changed in four stages of −50 V, −100 V, −200 V, and −300 V (Comparative Examples 1-1 to 1-4).
[0069]
The plasma in the semiconductor forming vacuum vessel 212 was stable in Examples 1-1 to 1-4, but in Comparative Examples 1-1 to 1-4, the DC power of the power application electrode 242 was stable. It was observed that the frequency of occurrence of sparks increased as the position became smaller, that is, as the superimposed DC voltage component increased.
[0070]
[Comparative Example 1-5]
The deposited film forming apparatus shown in FIG. 5 has the same configuration as the deposited film forming apparatus 201 except that the arc discharge detector 258 is configured in series with the DC power source 257 and in series with the high frequency power source 252. An attempt was made to form a photovoltaic device using 201-B. However, the arc discharge prevention means operates at a high frequency and the electrical connection between the power application electrode and the high frequency power supply is cut off, so that the high frequency power is cut off at a high frequency and the plasma is stably maintained. I could not.
[0071]
As described above, the adhesion between the substrate and the semiconductor layer of the solar cell module prepared in the examples and comparative examples was determined by a cross-cut tape method (1 mm gap spacing between cuts, hundreds of meshes, JIS standard-K5400, 8. 5.1).
[0072]
Further, on the photovoltaic elements prepared in Examples and Comparative Examples, 1 cm2100 transparent electrodes of the size and current collecting electrodes are formed to form subcells, and the photoelectric conversion efficiency of each subcell is measured by a solar simulator (AM1.5, 100 mW / cm2), And the average value and uniformity of the photoelectric conversion efficiency were examined.
[0073]
Furthermore, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell modules created in the examples and comparative examples was first measured and installed in a dark place at a temperature of 85 ° C. and a humidity of 85%, and again after 500 hours had passed while applying a reverse bias of 10 V. The photoelectric conversion efficiency was measured, and the change in the photoelectric conversion efficiency due to reverse bias application under high temperature and high humidity was examined.
[0074]
The results are shown in Table 2. As shown in Table 2, the examples were superior to the comparative examples. From the above, it can be seen that the deposited film forming method of the present invention is excellent.
[0075]
[Table 1]
Figure 0004401689
[0076]
[Table 2]
Figure 0004401689
[0077]
[Example 2]
In the present embodiment, the photovoltaic device shown in FIG. 6 including the deposited film of the present invention is formed using the deposited film forming apparatus 201 of the present invention shown in FIG.
[0078]
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an example of a photovoltaic device having the silicon-based thin film of the present invention prepared in this example. In the figure, members similar to those in FIG. The semiconductor layer of this photovoltaic element is composed of an amorphous n-type semiconductor layer 302-1, an amorphous i-type semiconductor layer 302-2A, and a p-type semiconductor layer 102-3 including a crystal phase.
[0079]
A substrate is prepared in the same manner as in Example 1, and then an amorphous n-type semiconductor layer (film thickness: 30 nm), an amorphous i-type semiconductor layer (film) is formed on the substrate 204 using the deposited film forming apparatus 201. A photovoltaic element was formed by forming a p-type semiconductor layer (thickness: 10 nm) containing a crystalline phase having a thickness of 300 nm. The formation conditions are as shown in Table 3.
[0080]
Here, the vacuum vessel 211 for semiconductor formation has a frequency of 13.56 MHz and a power density of 5 mW / cm.ThreeFrom the power application electrode 241 made of an Al metal electrode, the semiconductor forming vacuum vessel 212 has a frequency of 60 MHz and a power density of 80 mW / cm.ThreeFrom the power application electrode 242 made of a metal electrode made of Al to the vacuum vessel 213 for forming a semiconductor, the frequency is 13.56 MHz and the power density is 30 mW / cm.ThreeThe high frequency power was introduced from a power application electrode 243 made of an Al metal electrode. At the same time, a DC potential is superimposed on the high-frequency power in the semiconductor forming vacuum vessel 212, and as shown in Table 4, the DC potential of the power application electrode 242 is -50V, -100V, -200V,- The setting was changed in four stages of 300 V (Examples 2-1 to 2-4).
[0081]
Next, the formed strip-shaped photovoltaic device was processed into a 36 cm × 22 cm solar cell module using a continuous modularization apparatus (not shown).
[0082]
[Comparative Examples 2-1 to 2-4]
Except that the arc discharge detector 258 is not provided, the photovoltaic element is formed using the deposited film forming apparatus 201-A shown in FIG. 4 having the same configuration as the deposited film forming apparatus 201. The solar cell module was processed in the same procedure as in Example 2. As in Examples 2-1 to 2-4, in the vacuum vessel 212 for semiconductor formation, a DC potential is superimposed on the high frequency power, and the DC potential of the power application electrode 242 is set to the ground potential as shown in Table 4. Thus, the setting was changed in four stages of −50 V, −100 V, −200 V, and −300 V (Comparative Examples 2-1 to 2-4).
[0083]
The plasma in the semiconductor forming vacuum vessel 212 was stable in Examples 2-1 to 2-4, but in Comparative Examples 2-1 to 2-4, the DC power of the power application electrode 242 was stable. It was observed that the frequency of occurrence of sparks increased as the position became smaller, that is, as the superimposed DC voltage component increased.
[0084]
As described above, the adhesion between the substrate and the semiconductor layer of the solar cell module prepared in Examples and Comparative Examples was examined using a cross-cut tape method (1 mm gap between cuts and several hundreds of squares).
[0085]
Further, on the photovoltaic elements prepared in Examples and Comparative Examples, 1 cm2100 transparent electrodes of the size and current collecting electrodes are formed to form subcells, and the photoelectric conversion efficiency of each subcell is measured by a solar simulator (AM1.5, 100 mW / cm2), And the average value and uniformity of the photoelectric conversion efficiency were examined.
[0086]
Furthermore, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell modules created in the examples and comparative examples was first measured and installed in a dark place at a temperature of 85 ° C. and a humidity of 85%, and again after 500 hours had passed while applying a reverse bias of 10 V. The photoelectric conversion efficiency was measured, and the change in the photoelectric conversion efficiency due to reverse bias application under high temperature and high humidity was examined.
[0087]
The results are shown in Table 4. As shown in Table 4, the examples were superior to the comparative examples. From the above, it can be seen that the deposited film forming method of the present invention is excellent.
[0088]
[Table 3]
Figure 0004401689
[0089]
[Table 4]
Figure 0004401689
[0090]
As described above, according to the deposited film forming apparatus and the deposited film forming method according to the first embodiment of the present invention, a high-frequency power can be formed at a high quality while introducing a large high-frequency power and uniform. It is possible to form a deposited film having excellent properties.
[0091]
Examples relating to the second embodiment will be described below.
In the following examples, the present invention will be described in detail with reference to an example in which a silicon-based thin film is deposited using a deposited film forming apparatus to form a photovoltaic element. The content of is not limited in any way.
[0092]
[Examples 3-1 to 3-4]
In this example, the photovoltaic element shown in FIG. 10 including the deposited film of the present invention was formed using the deposited film forming apparatus 201-C of the present invention shown in FIG.
[0093]
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing an example of a deposited film forming apparatus for producing the silicon-based thin film and photovoltaic element of the present invention used in this example. The deposited film forming apparatus 201 -C shown in FIG. 9 is configured by combining a substrate delivery container 202, semiconductor forming vacuum containers 211 to 214, and a substrate winding container 203 through gas gates 221 to 225. In this deposited film forming apparatus 201-C, a belt-like substrate 204 is set through each container and each gas gate. The belt-like substrate 204 is unwound from a bobbin installed in the substrate delivery container 202 and is wound around another bobbin by the substrate winding container 203.
[0094]
Each of the semiconductor forming vacuum vessels 211 to 214 has a deposition chamber for forming a plasma generation region. In the deposition chamber, the discharge space in which plasma is generated is limited in the vertical direction by the substrate 204 and the power application electrodes 241 to 244, and the horizontal direction is limited by a discharge plate installed so as to surround the power application electrode. It is configured.
[0095]
Glow discharge is generated by applying high-frequency power from high-frequency power sources 251 to 254 to the plate-like power application electrodes 241 to 244 in the deposition chamber, thereby decomposing the source gas and depositing a semiconductor layer on the substrate 204. Let The power application electrodes 241 to 244 face the substrate 204 and are provided with a height adjustment mechanism (not shown). By the height adjusting mechanism, the distance between the conductive substrate 204 and the power application electrodes 241 to 244 can be changed, and the volume of the discharge space can be changed at the same time. Further, gas introduction pipes 231 to 234 for introducing a source gas and a dilution gas are connected to the respective semiconductor forming vacuum vessels 211 to 214.
[0096]
The semiconductor forming vacuum vessels 212 and 213 including the components of the present invention have high frequency power supplies 252 and 253 connected to power application electrodes 242 and 243 via a matching box (not shown), and on each path. In addition, a DC power supply 257 is connected via a choke coil. The DC power supply 257 is connected to both of the power application electrodes 242 and 243 via the branch point 259, and has an arc discharge detector 258 on the path of the DC power supply 257 and the branch point 259. . That is, the arc discharge preventing means provided in the arc discharge detector 258 is connected between the branch point 259 and the DC power supply 257, and is connected in series with the DC power supply 257 and in parallel with the power application electrodes 242 and 243.
[0097]
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing an example of a photovoltaic element including the deposited film of the present invention prepared in this example. In the figure, 1301 is a substrate, 1302 is a semiconductor layer, 1303 is a second transparent conductive layer, and 1304 is a collecting electrode. Reference numeral 1301-1 denotes a substrate, 1301-2 denotes a metal layer, and 1301-3 denotes a first transparent conductive layer. These are constituent members of the substrate 1301. The semiconductor layer 1302 of this photovoltaic element is composed of an amorphous n-type semiconductor layer 1302-1, an i-type semiconductor layer 1302-2 containing a crystalline phase, and a p-type semiconductor layer 1302-3 containing a crystalline phase. . That is, this photovoltaic element is a so-called pin type single cell photovoltaic element.
[0098]
First, a substrate was prepared. A strip-shaped substrate (width 50 cm, length 200 m, thickness 0.125 mm) made of stainless steel (SUS430BA) is sufficiently degreased and washed, and mounted on a continuous sputtering apparatus (not shown), with an Ag electrode as a target and a thickness of 100 nm. An Ag thin film (metal layer 1301-2) was deposited by sputtering. Further, using a ZnO target, a ZnO thin film (first transparent conductive layer 1301-3) having a thickness of 1.2 μm was sputter-deposited on the Ag thin film to form a belt-like substrate 204.
[0099]
Next, the bobbin around which the substrate 204 is wound is mounted on the substrate delivery container 202, and the substrate 204 is transferred to the substrate take-up container 203 via the gas gate on the carry-in side, the vacuum vessels 211, 212, and 213 for semiconductor formation, and the gas gate on the carry-out side In addition, the belt-like substrate 204 was set to the ground potential, and the tension was adjusted so as not to loosen. Then, the substrate delivery container 202, the semiconductor forming vacuum containers 211, 212, 213, 214, and the substrate winding container 203 were evacuated to 1.0 mPa by a vacuum evacuation system including a vacuum pump (not shown).
[0100]
The source gas and the dilution gas were supplied from the gas introduction pipes 231, 232, 233, and 234 to the semiconductor forming vacuum vessels 211, 212, 213, and 214 while operating the vacuum exhaust system. At the same time, from each gate gas supply pipe (not shown) to each gas gate as a gate gas of 500 cmThree/ Min (normal) H2Gas was supplied. In this state, the evacuation capacity of the evacuation system was adjusted to adjust the pressure in the semiconductor forming vacuum vessels 211, 212, 213, and 214 to a predetermined pressure. The formation conditions are as shown in Table 5.
[0101]
When the pressure in the semiconductor forming vacuum vessels 211, 212, 213, and 214 was stabilized, the movement of the substrate 204 was started in the direction from the substrate delivery container 202 to the substrate winding container 203.
[0102]
Next, a high frequency is introduced into the power application electrodes 241, 242, 243, 244 in the semiconductor formation vacuum vessels 211, 212, 213, 214 from the high frequency power supplies 251, 252, 253, 254, and the semiconductor formation vacuum vessel 211, 212, 213, and 214, a glow discharge is generated in the deposition chamber, and an amorphous n-type semiconductor layer (film thickness 30 nm), an i-type semiconductor layer including a crystal phase (film thickness 1.5 μm), A p-type semiconductor layer (thickness: 10 nm) containing a crystal phase was formed to form a photovoltaic element.
[0103]
Here, the vacuum vessel 211 for semiconductor formation has a frequency of 13.56 MHz and a power density of 5 mW / cm.ThreeFrom the power application electrode 241 made of an Al metal electrode, the semiconductor forming vacuum vessels 212 and 213 have a frequency of 60 MHz and a power density of 400 mW / cm.ThreeFrom the power application electrodes 242 and 243 made of metal electrodes made of Al, the vacuum vessel 214 for semiconductor formation has a frequency of 13.56 MHz and a power density of 30 mW / cm.ThreeThe high frequency power was introduced from a power application electrode 244 made of an Al metal electrode. At the same time, a DC potential is superimposed on the high-frequency power in the semiconductor forming vacuum vessels 212 and 213, and as shown in Table 6, the DC potentials of the power application electrodes 242 and 243 are -50V, -100V, The setting was changed in four stages of -200 V and -300 V (Examples 3-1 to 3-4).
[0104]
Next, the formed strip-shaped photovoltaic device was processed into a 36 cm × 22 cm solar cell module using a continuous modularization apparatus (not shown).
[0105]
[Comparative Examples 3-1 to 3-4]
FIG. 11 shows a configuration similar to that of the deposited film forming apparatus 201-C except that the arc discharge detector 258 is not provided and a DC power source is individually connected to the power application electrode. A photovoltaic element was formed using the deposited film forming apparatus 201-D and processed into a solar cell module in the same procedure as in Example 1. As in Examples 3-1 to 3-4, a DC potential is superimposed on the high frequency power in the semiconductor forming vacuum vessels 212 and 213, and the DC potentials of the power application electrodes 242 and 243 are set as shown in Table 6. The setting was changed in four stages of −50 V, −100 V, −200 V, and −300 V with respect to the ground potential (Comparative Examples 3-1 to 3-4).
[0106]
The plasma in the semiconductor formation vacuum vessel 212 was stable in Examples 3-1 to 3-4, but in Comparative Examples 3-1 to 3-4, the power application electrodes 242 and 243 were used. It was observed that the frequency of occurrence of sparks increased as the DC potential of the battery decreased, that is, as the DC voltage component to be superimposed increased.
[0107]
[Comparative Example 3-5]
FIG. 12 shows the same configuration as that of the deposited film forming apparatus 201-C except that the arc discharge detector 258 is configured in series with the DC power source 257 and in series with the high frequency power sources 252, 253. Although an attempt was made to form a photovoltaic device using the deposited film forming apparatus 201-E, the high frequency was cut off at a high frequency, and the plasma could not be stably maintained.
[0108]
As described above, the adhesion between the substrate and the semiconductor layer of the solar cell module prepared in Examples and Comparative Examples was examined using a cross-cut tape method (1 mm gap between cuts and several hundreds of squares).
[0109]
Further, on the photovoltaic elements prepared in Examples and Comparative Examples, 1 cm2100 transparent electrodes of the size and current collecting electrodes are formed to form subcells, and the photoelectric conversion efficiency of each subcell is measured by a solar simulator (AM1.5, 100 mW / cm2), And the average value and uniformity of the photoelectric conversion efficiency were examined.
[0110]
Furthermore, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell modules created in the examples and comparative examples was first measured and installed in a dark place at a temperature of 85 ° C. and a humidity of 85%, and again after 500 hours had passed while applying a reverse bias of 10 V. The photoelectric conversion efficiency was measured, and the change in the photoelectric conversion efficiency due to reverse bias application under high temperature and high humidity was examined.
[0111]
The results are shown in Table 6. As shown in Table 6, the examples were superior to the comparative examples. From the above, it can be seen that the deposited film forming method of the present invention is excellent.
[0112]
[Table 5]
Figure 0004401689
[0113]
[Table 6]
Figure 0004401689
[0114]
[Examples 4-1 to 4-4]
In this example, the photovoltaic element shown in FIG. 13 including the deposited film of the present invention was formed using the deposited film forming apparatus 201-C of the present invention shown in FIG.
[0115]
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing an example of a photovoltaic element having the silicon-based thin film of the present invention prepared in this example. In the figure, members similar to those in FIG. The semiconductor layer of this photovoltaic element is composed of an amorphous n-type semiconductor layer 1302-1, an amorphous i-type semiconductor layer 1302-2A, and a p-type semiconductor layer 1302-3 including a crystal phase.
[0116]
A substrate is prepared in the same manner as in Example 1, and then an amorphous n-type semiconductor layer (thickness 30 nm), an amorphous i-type semiconductor layer is formed on the substrate 204 by using a deposited film forming apparatus 201-C. A photovoltaic element was formed by forming a p-type semiconductor layer (film thickness: 10 nm) including a crystal phase (film thickness: 300 nm). The formation conditions are as shown in Table 7.
[0117]
Here, the vacuum vessel 211 for semiconductor formation has a frequency of 13.56 MHz and a power density of 5 mW / cm.ThreeFrom the power application electrode 241 made of an Al metal electrode, the semiconductor forming vacuum vessels 212 and 213 have a frequency of 60 MHz and a power density of 80 mW / cm.ThreeFrom the power application electrodes 242 and 243 made of metal electrodes made of Al, the vacuum vessel 214 for semiconductor formation has a frequency of 13.56 MHz and a power density of 30 mW / cm.ThreeThe high frequency power was introduced from a power application electrode 244 made of an Al metal electrode. At the same time, a DC potential is superimposed on the high-frequency power in the semiconductor forming vacuum vessels 212 and 213, and as shown in Table 8, the DC potentials of the power application electrodes 242 and 243 are -50V, -100V, The setting was changed in four stages of -200 V and -300 V (Examples 4-1 to 4-4).
[0118]
Next, the formed strip-shaped photovoltaic device was processed into a 36 cm × 22 cm solar cell module using a continuous modularization apparatus (not shown).
[0119]
[Comparative Examples 4-1 to 4-4]
FIG. 11 shows a configuration similar to that of the deposited film forming apparatus 201-C except that the arc discharge detector 258 is not provided and a DC power source is individually connected to the power application electrode. A photovoltaic element was formed using the deposited film forming apparatus 201-D and processed into a solar cell module in the same procedure as in Example 2. As in Examples 4-1 to 4-4, the DC potential is superimposed on the high frequency power in the semiconductor forming vacuum vessels 212 and 213, and the DC potential of the power application electrodes 242 and 243 is set as shown in Table 8. The setting was changed in four stages of −50 V, −100 V, −200 V, and −300 V with respect to the ground potential (Comparative Examples 4-1 to 4-4).
[0120]
The plasma in the semiconductor formation vacuum vessel 212 was stable in Examples 4-1 to 4-4, but in Comparative Examples 4-1 to 4-4, the power application electrodes 242 and 243 were used. It was observed that the frequency of occurrence of sparks increased as the DC potential of the battery decreased, that is, as the DC voltage component to be superimposed increased.
[0121]
As described above, the adhesion between the substrate and the semiconductor layer of the solar cell module prepared in Examples and Comparative Examples was examined using a cross-cut tape method (1 mm gap between cuts and several hundreds of squares).
[0122]
Further, on the photovoltaic elements prepared in Examples and Comparative Examples, 1 cm2100 transparent electrodes of the size and current collecting electrodes are formed to form subcells, and the photoelectric conversion efficiency of each subcell is measured by a solar simulator (AM1.5, 100 mW / cm2), And the average value and uniformity of the photoelectric conversion efficiency were examined.
[0123]
Furthermore, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell modules created in the examples and comparative examples was first measured and installed in a dark place at a temperature of 85 ° C. and a humidity of 85%, and again after 500 hours had passed while applying a reverse bias of 10 V. The photoelectric conversion efficiency was measured, and the change in the photoelectric conversion efficiency due to reverse bias application under high temperature and high humidity was examined.
[0124]
The results are shown in Table 8. As shown in Table 8, the examples were superior to the comparative examples. From the above, it can be seen that the deposited film forming method of the present invention is excellent.
[0125]
[Table 7]
Figure 0004401689
[0126]
[Table 8]
Figure 0004401689
[0127]
As described above, according to the deposited film forming apparatus and the deposited film forming method according to the second embodiment of the present invention, a high-frequency power can be formed at a high quality while introducing a large high-frequency power and uniform. In addition to being able to form a deposited film having excellent properties, this can be realized with a smaller apparatus configuration. Since the number of arc discharge detectors can be made smaller than the number of electrode application electrodes, the number of devices can be reduced as compared with the case where the arc discharge detectors are provided on a one-to-one basis with respect to the electrode application electrodes.
[0128]
【The invention's effect】
As described above, according to the deposited film forming apparatus and the deposited film forming method of the present invention, a high-quality and highly uniform deposited film can be formed while introducing a large high-frequency power to enable high-speed deposition of the deposited film. Can be formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a deposited film forming apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a deposited film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of a photovoltaic element to which the present invention can be applied.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a deposited film forming apparatus according to a comparative example.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a deposited film forming apparatus according to a comparative example.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an example of a photovoltaic element to which the present invention can be applied.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing an example of a deposited film forming apparatus of the present invention.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing an example of a deposited film forming apparatus of the present invention.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a deposited film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing an example of a photovoltaic element to which the present invention can be applied.
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a deposited film forming apparatus according to a comparative example.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a deposited film forming apparatus according to a comparative example.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing an example of a photovoltaic element to which the present invention can be applied.
[Explanation of symbols]
101, 101-A, 101-B high frequency plasma CVD apparatus
102, 102-A, 102-B Deposited film forming container
103, 103-A, 103-B Power application electrode
104 substrates
105 Gas inlet pipe
106 exhaust pipe
107 Lamp heater
110, 110-A, 110-B High frequency power supply
111, 111-A, 111-B matching box
120 DC power supply
121 junction
122-A, 122-B choke coil
130 Arc detector
201, 201-A, 201-B, 201-C, 201-D, 201-E Deposited film forming apparatus
202 Substrate delivery container
203 Substrate winding container
204 substrates
211-214 Vacuum container for semiconductor formation
221 to 225 gas gate
231 to 234 Gas introduction pipe
241 to 244 Power application electrode
251 to 254 High frequency power supply
257, 257-A, 257-B DC power supply
258 Arc detector
259 fork
301 substrate
301-1 substrate
301-2 metal layer
301-3 First transparent conductive layer
302 Semiconductor layer
302-1 Amorphous n-type semiconductor layer
302-2 i-type semiconductor layer including crystal phase
302-2A amorphous i-type semiconductor layer
302-3 p-type semiconductor layer containing crystalline phase
303 Second transparent conductive layer
304 Current collecting electrode
1301 Substrate
1301-1 Base
1301-2 metal layer
1301-3 first transparent conductive layer
1302 Semiconductor layer
1302-1 Amorphous n-type semiconductor layer
1302-2 i-type semiconductor layer containing crystalline phase
1302-2A Amorphous i-type semiconductor layer
1302-3 p-type semiconductor layer containing crystalline phase
1303 Second transparent conductive layer
1304 Current collecting electrode

Claims (36)

堆積膜形成装置であって、
堆積膜形成用の電力印加電極と、
前記電力印加電極に接続された高周波電源と、
前記電力印加電極に接続され、前記高周波電源と並列に接続された直流電源と、
アーク放電の発生の予兆を検出する検出器と、
前記電力印加電極と前記直流電源との間に接続され、前記直流電源と直列にかつ前記高周波電源と並列に接続された、前記検出されたアーク放電の予兆に基づいてアーク放電の発生を防止するアーク放電防止手段と、
を備え、
前記電力印加電極と堆積膜を形成する基板との距離が３ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることを特徴とする堆積膜形成装置。A deposited film forming apparatus comprising:
A power application electrode for forming a deposited film;
A high-frequency power source connected to the power application electrode;
A direct current power source connected to the power application electrode and connected in parallel with the high frequency power source;
A detector for detecting a sign of occurrence of arc discharge;
Connected between the power application electrode and the DC power source and connected to the DC power source in series and in parallel with the high frequency power source to prevent arc discharge based on the detected arc discharge sign Arc discharge prevention means,
Equipped with a,
A deposited film forming apparatus, wherein a distance between the power application electrode and a substrate on which the deposited film is formed is 3 mm or more and 30 mm or less . 堆積膜を形成する際において、堆積膜が形成される基板の電位が、前記電力印加電極の電位よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の堆積膜形成装置。In the time of forming the deposited film, the potential of the substrate on which the deposited film is formed, the deposited film forming apparatus according to claim 1, wherein the higher than the potential of the power application electrode. 堆積膜形成装置であって、
堆積膜形成用の電力印加電極と、
前記電力印加電極に接続された高周波電源と、
前記電力印加電極に接続され、前記高周波電源と並列に接続された直流電源と、
アーク放電の発生の予兆を検出する検出器と、
前記電力印加電極と前記直流電源との間に接続され、前記直流電源と直列にかつ前記高周波電源と並列に接続された、前記検出されたアーク放電の予兆に基づいてアーク放電の発生を防止するアーク放電防止手段と、
を備え、
堆積膜を形成する際において、堆積膜が形成される基板の電位が、前記電力印加電極の電位よりも高いことを特徴とする堆積膜形成装置。A deposited film forming apparatus comprising:
A power application electrode for forming a deposited film;
A high-frequency power source connected to the power application electrode;
A direct current power source connected to the power application electrode and connected in parallel with the high frequency power source;
A detector for detecting a sign of occurrence of arc discharge;
Connected between the power application electrode and the DC power source and connected to the DC power source in series and in parallel with the high frequency power source to prevent arc discharge based on the detected arc discharge sign Arc discharge prevention means,
Equipped with a,
An apparatus for forming a deposited film, wherein when forming a deposited film, a potential of a substrate on which the deposited film is formed is higher than a potential of the power application electrode . 前記検出器は、放電電流または放電電圧の定常状態時を基準とした微小変動をアーク放電の予兆として検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の堆積膜形成装置。The detector, the discharge current or discharge voltage deposited film forming apparatus according to slight change relative to the steady state to any one of claims 1 to 3, characterized in that to detect a sign of arcing . 前記アーク放電防止手段は、前記直流電源と前記電力印加電極との間の電気的な接続を遮断する手段であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の堆積膜形成装置。Said arc discharge preventing means, the deposited film formed according to any one of claims 1 to 4, characterized in that means for interrupting the electrical connection between the power applying electrode and the DC power supply apparatus. 前記アーク放電防止手段は、前記電力印加電極に、その電位に対して逆の電位を印加するように回路を切り替える手段であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の堆積膜形成装置。Said arc discharge preventing means, said power application electrode, as claimed in any one of claims 1 to 4, characterized in that a means for switching the circuit to apply a reverse voltage to that potential Deposited film forming device. 形成される堆積膜が、シリコン系の膜であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の堆積膜形成装置。  The deposited film forming apparatus according to claim 1, wherein the deposited film to be formed is a silicon-based film. 堆積膜形成装置であって、
複数の堆積膜形成用の電力印加電極と、
前記複数の電力印加電極にそれぞれ接続された複数の高周波電源と、
前記複数の電力印加電極に電気回路の分岐点を介して接続され、前記複数の高周波電源と並列に接続された直流電源と、
アーク放電の発生の予兆を検出する検出器と、
前記分岐点と前記直流電源との間に接続され、前記直流電源と直列にかつ前記複数の高周波電源と並列に接続された、前記検出されたアーク放電の予兆に基づいてアーク放電の発生を防止するアーク放電防止手段と、
を備えたことを特徴とする堆積膜形成装置。A deposited film forming apparatus comprising:
A power application electrode for forming a plurality of deposited films;
A plurality of high-frequency power sources respectively connected to the plurality of power application electrodes;
DC power supplies connected to the plurality of power application electrodes via branch points of an electric circuit, and connected in parallel to the plurality of high frequency power supplies,
A detector for detecting a sign of occurrence of arc discharge;
Prevention of occurrence of arc discharge based on the detected arc discharge sign connected between the branch point and the DC power source, connected in series with the DC power source and in parallel with the plurality of high frequency power sources Arc discharge prevention means to
A deposited film forming apparatus comprising: 前記検出器は、放電電流または放電電圧の定常状態時を基準とした微小変動をアーク放電の予兆として検出することを特徴とする請求項８に記載の堆積膜形成装置。  9. The deposited film forming apparatus according to claim 8, wherein the detector detects a minute fluctuation based on a steady state of a discharge current or a discharge voltage as a sign of arc discharge. 前記アーク放電防止手段は、前記直流電源と前記複数の電力印加電極との間の電気的な接続を遮断する手段であることを特徴とする請求項８又は９に記載の堆積膜形成装置。  10. The deposited film forming apparatus according to claim 8, wherein the arc discharge preventing means is means for cutting off an electrical connection between the direct current power source and the plurality of power application electrodes. 前記アーク放電防止手段は、前記複数の電力印加電極に、その電位に対して逆の電位を印加するように回路を切り替える手段であることを特徴とする請求項８又は９に記載の堆積膜形成装置。  10. The deposited film formation according to claim 8, wherein the arc discharge preventing unit is a unit that switches a circuit so that a potential opposite to the potential is applied to the plurality of power application electrodes. apparatus. 堆積膜を形成する際において、堆積膜が形成される基板の電位が、前記複数の電力印加電極それぞれの電位よりも高いことを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の堆積膜形成装置。  12. The deposition according to claim 8, wherein when forming the deposited film, a potential of a substrate on which the deposited film is formed is higher than a potential of each of the plurality of power application electrodes. Film forming device. 前記複数の電力印加電極のそれぞれと堆積膜を形成する基板との距離が３ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか一項に記載の堆積膜形成装置。  13. The deposited film forming apparatus according to claim 8, wherein a distance between each of the plurality of power application electrodes and a substrate on which the deposited film is formed is 3 mm or more and 30 mm or less. 形成される堆積膜が、シリコン系の膜であることを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか一項に記載の堆積膜形成装置。  The deposited film forming apparatus according to claim 8, wherein the deposited film to be formed is a silicon-based film. 堆積膜形成用の電力印加電極と、
前記電力印加電極に接続された高周波電源と、
前記電力印加電極に接続され、前記高周波電源と並列に接続された直流電源と、
アーク放電の発生の予兆を検出する検出器と、
前記電力印加電極と前記直流電源との間に接続され、前記直流電源と直列にかつ前記高周波電源と並列に接続された、前記検出されたアーク放電の予兆に基づいてアーク放電の発生を防止するアーク放電防止手段と、
を備え、
前記電力印加電極と堆積膜を形成する基板との距離が３ｍｍ以上３０ｍｍ以下である堆積膜形成装置を用いる堆積膜形成方法であって、
前記検出器によってアーク放電の予兆を検出した場合に、前記アーク放電防止手段を作動させることを特徴とする堆積膜形成方法。A power application electrode for forming a deposited film;
A high-frequency power source connected to the power application electrode;
A direct current power source connected to the power application electrode and connected in parallel with the high frequency power source;
A detector for detecting a sign of occurrence of arc discharge;
Connected between the power application electrode and the DC power source and connected to the DC power source in series and in parallel with the high frequency power source to prevent arc discharge based on the detected arc discharge sign Arc discharge prevention means,
Equipped with a,
A deposited film forming method using a deposited film forming apparatus in which a distance between the power application electrode and a substrate on which the deposited film is formed is 3 mm or more and 30 mm or less ,
A deposited film forming method, wherein the arc discharge preventing means is operated when an arc discharge sign is detected by the detector. 堆積膜を形成する際において、堆積膜が形成される基板の電位が、前記電力印加電極の電位よりも高いことを特徴とする請求項１５に記載の堆積膜形成方法。The deposited film forming method according to claim 15 , wherein when forming the deposited film, a potential of the substrate on which the deposited film is formed is higher than a potential of the power application electrode. 堆積膜形成用の電力印加電極と、
前記電力印加電極に接続された高周波電源と、
前記電力印加電極に接続され、前記高周波電源と並列に接続された直流電源と、
アーク放電の発生の予兆を検出する検出器と、
前記電力印加電極と前記直流電源との間に接続され、前記直流電源と直列にかつ前記高周波電源と並列に接続された、前記検出されたアーク放電の予兆に基づいてアーク放電の発生を防止するアーク放電防止手段と、
を備え、
堆積膜を形成する際において、堆積膜が形成される基板の電位が、前記電力印加電極の電位よりも高い堆積膜形成装置を用いる堆積膜形成方法であって、
前記検出器によってアーク放電の予兆を検出した場合に、前記アーク放電防止手段を作動させることを特徴とする堆積膜形成方法。A power application electrode for forming a deposited film;
A high-frequency power source connected to the power application electrode;
A direct current power source connected to the power application electrode and connected in parallel with the high frequency power source;
A detector for detecting a sign of occurrence of arc discharge;
Connected between the power application electrode and the DC power source and connected to the DC power source in series and in parallel with the high frequency power source to prevent arc discharge based on the detected arc discharge sign Arc discharge prevention means,
Equipped with a,
In forming a deposited film, the deposited film forming method uses a deposited film forming apparatus in which a potential of a substrate on which the deposited film is formed is higher than a potential of the power application electrode ,
A deposited film forming method, wherein the arc discharge preventing means is operated when an arc discharge sign is detected by the detector. 前記検出器は、放電電流または放電電圧の定常状態時を基準とした微小変動をアーク放電の予兆として検出することを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか一項に記載の堆積膜形成方法。The deposited film forming method according to any one of claims 15 to 17, wherein the detector detects a minute fluctuation based on a steady state of a discharge current or a discharge voltage as a sign of arc discharge. . 前記アーク放電防止手段は、前記直流電源と前記電力印加電極との間の電気的な接続を遮断する手段であることを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれか一項に記載の堆積膜形成方法。The deposited film formation according to any one of claims 15 to 18, wherein the arc discharge preventing means is means for cutting off an electrical connection between the DC power supply and the power application electrode. Method. 前記アーク放電防止手段は、前記電力印加電極に、その電位に対して逆の電位を印加するように回路を切り替える手段であることを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれか一項に記載の堆積膜形成方法。Said arc discharge preventing means, said power application electrode, as claimed in any one of claims 15 to 18, characterized in that the means for switching the circuit to apply a reverse voltage to that potential Deposited film forming method. 堆積膜を形成する際の圧力が１００Ｐａ以上５０００Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１５乃至２０のいずれか一項に記載の堆積膜形成方法。  The deposited film forming method according to any one of claims 15 to 20, wherein a pressure at which the deposited film is formed is 100 Pa or more and 5000 Pa or less. 堆積膜を形成する際の原料ガスの滞留時間が、０．０１秒以上１０秒以下であることを特徴とする請求項１５乃至２１のいずれか一項に記載の堆積膜形成方法。  The deposited film forming method according to any one of claims 15 to 21, wherein a residence time of the source gas when forming the deposited film is 0.01 seconds or longer and 10 seconds or shorter. 前記堆積膜を形成する際の高周波電力密度が、０．０１Ｗ／ｃｍ3以上２Ｗ／ｃｍ3以下であることを特徴とする請求項１５乃至２２のいずれか一項に記載の堆積膜形成方法。23. The deposited film forming method according to claim 15, wherein a high-frequency power density when forming the deposited film is 0.01 W / cm 3 or more and 2 W / cm 3 or less. 前記堆積膜形成装置に原料ガスを導入し、前記電力印加電極に前記高周波電源および前記直流電源から電力を供給することによりプラズマを生起し、前記プラズマによって前記原料ガスを分解することにより、前記堆積膜形成装置に搬入した基板に堆積膜を形成する請求項１５乃至２３のいずれか一項に記載の堆積膜形成方法。  A source gas is introduced into the deposited film forming apparatus, plasma is generated by supplying power from the high-frequency power source and the DC power source to the power application electrode, and the source gas is decomposed by the plasma, thereby the deposition The deposited film forming method according to any one of claims 15 to 23, wherein the deposited film is formed on the substrate carried into the film forming apparatus. 形成される堆積膜が、シリコン系の膜であることを特徴とする請求項１５乃至２４のいずれか一項に記載の堆積膜形成方法。  The deposited film forming method according to any one of claims 15 to 24, wherein the deposited film to be formed is a silicon-based film. 複数の堆積膜形成用の電力印加電極と、
前記複数の電力印加電極にそれぞれ接続された複数の高周波電源と、
前記複数の電力印加電極に電気回路の分岐点を介して接続され、前記複数の高周波電源と並列に接続された直流電源と、
アーク放電の発生の予兆を検出する検出器と、
前記分岐点と前記直流電源との間に接続され、前記直流電源と直列にかつ前記複数の高周波電源と並列に接続された、前記検出されたアーク放電の予兆に基づいてアーク放電の発生を防止するアーク放電防止手段と、
を備えた堆積膜形成装置を用いる堆積膜形成方法であって、
前記検出器によってアーク放電の予兆を検出した場合に、前記アーク放電防止手段を作動させることを特徴とする堆積膜形成方法。A power application electrode for forming a plurality of deposited films;
A plurality of high-frequency power sources respectively connected to the plurality of power application electrodes;
DC power supplies connected to the plurality of power application electrodes via branch points of an electric circuit, and connected in parallel to the plurality of high frequency power supplies,
A detector for detecting a sign of occurrence of arc discharge;
Prevention of occurrence of arc discharge based on the detected arc discharge sign connected between the branch point and the DC power source, connected in series with the DC power source and in parallel with the plurality of high frequency power sources Arc discharge prevention means to
A deposited film forming method using a deposited film forming apparatus comprising:
A deposited film forming method, wherein the arc discharge preventing means is operated when an arc discharge sign is detected by the detector. 前記検出器は、放電電流または放電電圧の定常状態時を基準とした微小変動をアーク放電の予兆として検出することを特徴とする請求項２６に記載の堆積膜形成方法。  27. The deposited film forming method according to claim 26, wherein the detector detects a minute fluctuation based on a steady state of a discharge current or a discharge voltage as a sign of arc discharge. 前記アーク放電防止手段は、前記直流電源と前記複数の電力印加電極との間の電気的な接続を遮断する手段であることを特徴とする請求項２６又は２７に記載の堆積膜形成方法。  28. The deposited film forming method according to claim 26 or 27, wherein the arc discharge preventing means is means for interrupting electrical connection between the DC power supply and the plurality of power application electrodes. 前記アーク放電防止手段は、前記複数の電力印加電極に、その電位に対して逆の電位を印加するように回路を切り替える手段であることを特徴とする請求項２６又は２７に記載の堆積膜形成方法。  28. The deposited film formation according to claim 26 or 27, wherein the arc discharge preventing means is means for switching a circuit so that a potential opposite to the potential is applied to the plurality of power application electrodes. Method. 堆積膜を形成する際において、堆積膜が形成される基板の電位が、前記複数の電力印加電極それぞれの電位よりも高いことを特徴とする請求項２６乃至２９のいずれか一項に記載の堆積膜形成方法。  30. The deposition according to claim 26, wherein when forming the deposited film, a potential of a substrate on which the deposited film is formed is higher than a potential of each of the plurality of power application electrodes. Film forming method. 前記複数の電力印加電極のそれぞれと堆積膜を形成する基板との距離が３ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２６乃至３０のいずれか一項に記載の堆積膜形成方法。  31. The deposited film forming method according to claim 26, wherein a distance between each of the plurality of power application electrodes and a substrate on which the deposited film is formed is 3 mm or more and 30 mm or less. 堆積膜を形成する際の圧力が１００Ｐａ以上５０００Ｐａ以下であることを特徴とする請求項２６乃至３１のいずれか一項に記載の堆積膜形成方法。  32. The deposited film forming method according to claim 26, wherein the pressure when forming the deposited film is 100 Pa or more and 5000 Pa or less. 堆積膜を形成する際の原料ガスの滞留時間が、０．０１秒以上１０秒以下であることを特徴とする請求項２６乃至３２のいずれか一項に記載の堆積膜形成方法。  33. The deposited film forming method according to claim 26, wherein the residence time of the source gas when forming the deposited film is 0.01 seconds or longer and 10 seconds or shorter. 前記堆積膜を形成する際の高周波電力密度が、０．０１Ｗ／ｃｍ3以上２Ｗ／ｃｍ3以下であることを特徴とする請求項２６乃至３３のいずれか一項に記載の堆積膜形成方法。34. The deposited film forming method according to claim 26, wherein a high frequency power density when forming the deposited film is 0.01 W / cm 3 or more and 2 W / cm 3 or less. 前記堆積膜形成装置に原料ガスを導入し、前記電力印加電極に前記高周波電源および前記直流電源から電力を供給することによりプラズマを生起し、前記プラズマによって前記原料ガスを分解することにより、前記堆積膜形成装置に搬入した基板に堆積膜を形成する請求項２６乃至３４のいずれか一項に記載の堆積膜形成方法。  A source gas is introduced into the deposited film forming apparatus, plasma is generated by supplying power from the high-frequency power source and the DC power source to the power application electrode, and the source gas is decomposed by the plasma, thereby the deposition 35. The deposited film forming method according to claim 26, wherein the deposited film is formed on the substrate carried into the film forming apparatus. 形成される堆積膜が、シリコン系の膜であることを特徴とする請求項２６乃至３５のいずれか一項に記載の堆積膜形成方法。  36. The deposited film forming method according to claim 26, wherein the deposited film to be formed is a silicon-based film.
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