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KR101195088B1 - 박막 태양 전지 제조 장치 - Google Patents

박막 태양 전지 제조 장치 Download PDF

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KR101195088B1
KR101195088B1 KR1020107023584A KR20107023584A KR101195088B1 KR 101195088 B1 KR101195088 B1 KR 101195088B1 KR 1020107023584 A KR1020107023584 A KR 1020107023584A KR 20107023584 A KR20107023584 A KR 20107023584A KR 101195088 B1 KR101195088 B1 KR 101195088B1
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film
anode
cathode
board
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KR1020107023584A
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야스오 시미즈
히데유키 오가타
고이치 마츠모토
다카후미 노구치
죠지 와카모리
사토히로 오카야마
야와라 모리오카
노리야스 스기야마
다카시 시게타
히로유키 구리하라
Original Assignee
가부시키가이샤 아루박
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Publication date
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Abstract

본 발명의 박막 태양 전지 제조 장치는, 기판의 성막면과 중력 방향이 대략 평행이 되도록 상기 기판이 배치되고, 상기 성막면에 CVD법에 의해 막을 형성하는 성막실; 전압이 인가되는 캐소드가 양측에 배치된 캐소드 유닛과, 상기 각 캐소드 각각에 마주하면서 이격거리를 두고 배치된 한 쌍의 애노드를 가지는 전극 유닛; 상기 기판을 지지하고, 상기 캐소드와 이에 마주하는 상기 애노드의 사이에 상기 기판을 반송하는 반송부;를 가지고, 상기 이격거리가 가변한다.

Description

박막 태양 전지 제조 장치{Apparatus for manufacturing thin film solar cell}
본 발명은 박막 태양 전지 제조 장치에 관한 것이다.
본원은 2008년 6월 6일에 일본 출원된 특원 2008-149934호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
현재의 태양 전지는 단결정 Si형 및 다결정 Si형이 그 대부분을 차지하고 있는데, Si의 재료 부족 등이 걱정되고 있다. 그래서, 최근에는 제조 비용이 낮고 재료 부족의 위험이 적은 박막 Si층이 형성된 박막 태양 전지의 수요가 높아지고 있다. 또, a-Si(아몰퍼스 실리콘)층만을 갖는 종래형의 박막 태양 전지에 덧붙여, 최근에는 a-Si층과 μc-Si(마이크로 크리스탈 실리콘)층을 적층함으로써 광전변환효율의 향상을 도모한 탠덤형 박막 태양 전지의 수요가 높아지고 있다.
이 박막 태양 전지의 박막 Si층(반도체층)의 성막에는 플라즈마 CVD 장치를 이용하는 경우가 많다. 이 종류의 플라즈마 CVD 장치로서는 매엽식 PE-CVD(플라즈마 CVD) 장치, 인라인형 PE-CVD 장치, 배치식 PE-CVD 장치 등이 존재한다.
박막 태양 전지로서의 변환 효율을 고려하면, 상기 탠덤형 태양 전지의 μc-Si층은 a-Si층과 비교하여 약 5배 정도의 막두께(1.5μm 정도)를 성막할 필요가 있다. 또한, μc-Si층은, 양질의 마이크로 크리스탈막을 균일하게 형성할 필요가 있기 때문에, 성막 속도를 빠르게 하는 데도 한계가 있다. 따라서, 이를 보충하기 위해, 배치 처리수의 증가 등에 의해 생산성을 향상시키는 것이 요구되고 있다. 즉, 저성막속도이면서 고스루풋을 실현할 수 있는 장치가 요구되고 있다.
또한, 생산성의 향상을 도모함과 동시에, 대형화하는 기판에도 고정밀도로 성막 가능한 CVD 장치로서, 기판의 성막면이 중력 방향과 대략 평행을 이루도록 배치된 상태로 성막을 실시하는 종형 CVD 장치가 있다. 이 종형 CVD 장치 중에는, 기판을 지지하기 위한 지지벽(홀더)이 한 쌍 수직 설치되어 있는 캐리어(반송부)를 가지는 것이 있다. 각 지지벽은, 서로 대략 평행한 상태가 되도록 설치되어 있다. 캐리어는, 각 지지벽에 기판을 지지한 상태로 그 면방향을 따라 이동하고, 기판을 성막실 내로 반송한다. 성막실에는, 각 기판을 가열하기 위한 히터가 설치되어 있다. 이 히터는, 반송되어 온 한 쌍의 기판 사이에 설치되어 있다. 또한, 성막실의 양측벽에는, 내면측에 고주파 전극(캐소드)이 각각 설치되어 있다. 이 고주파 전극에 급전(給電)함으로써, 성막실에 공급되는 성막 가스가 플라즈마화된다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1: 일본특허공개 2002-270600호 공보
기판에 박막 Si층을 성막하는 경우, 기판과 고주파 전극의 간극을 5~15mm정도의 범위에서 임의의 간격(예를 들면, 5mm)으로 설정할 필요가 있다.
그러나, 상술한 종래기술에서는, 캐리어에 수직 설치된 지지벽에 기판을 지지시키고, 이 상태로 성막실에 기판을 반송하므로, 캐리어의 형태 등을 고려하면, 기판과 고주파 전극의 간극을 5mm정도로 설정하기 어렵다. 이 간극이 커지면, 박막 Si층의 품질이 저하되어 버릴 우려가 있다.
또한, 캐리어에 의해 성막실로 반송되어 온 기판과 고주파 전극의 간극을 5mm정도로 설정할 수 있다고 해도, 이 간극이 장치의 크기를 생각하면 미소하기 때문에, 성막실로부터의 기판의 출입 작업이 행하기 어렵다. 이 때문에, 종래에서는 애노드가 되는 백 플레이트를 기판과 일체로서 반송하는 경우도 있었지만, 반송 대상이 대형화됨으로써 반송 기구가 대형화되었다.
그래서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 형성되는 막의 품질 향상을 도모하면서 성막실로부터의 기판의 출입을 용이하게 하고, 생산성을 향상시킬 수 있는 박막 태양 전지 제조 장치의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하여 이러한 목적을 달성하기 위해 이하의 수단을 채용하였다.
(1) 본 발명의 박막 태양 전지 제조 장치는, 기판의 성막면과 중력 방향이 대략 평행이 되도록 상기 기판이 배치되고, 상기 성막면에 CVD법에 의해 막을 형성하는 성막실; 전압이 인가되는 캐소드가 양측에 배치된 캐소드 유닛과, 상기 각 캐소드 각각에 마주하면서 이격거리를 두고 배치된 한 쌍의 애노드를 가지는 전극 유닛; 상기 기판을 지지하고, 상기 캐소드와 이에 마주하는 상기 애노드의 사이에 상기 기판을 반송하는 반송부;를 가지고, 상기 이격거리가 가변한다.
상기 (1)에 기재된 박막 태양 전지 제조 장치에 의하면, 성막실에 기판을 출입할 때에는, 애노드와 캐소드 유닛의 간극을 크게 설정할 수 있다. 한편, 기판의 성막면에 막을 형성할 때에는, 애노드와 캐소드 유닛의 간극을 작게 설정하고, 결과적으로 기판과 캐소드 유닛의 간극을 작게, 구체적으로는 예를 들면 5mm정도로 설정할 수 있다. 이 때문에, 형성되는 막의 품질 향상을 도모하면서, 성막실로부터의 기판의 출입을 용이하게 하고, 생산성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 기판을 출입할 때에 기판이 애노드나 캐소드 유닛에 접촉하여 손상되는 것을 방지할 수 있다.
(2) 상기 전극 유닛이 상기 애노드를 상기 캐소드에 대해 접근?이격하는 방향으로 이동시키는 구동부를 더 가져도 된다.
상기 (2)의 경우, 비교적 이동시키기가 어려운 캐소드 유닛을 2개의 기판 사이, 즉 성막실의 대략 중앙에 설치하는 한편, 비교적 이동시키기가 용이한 애노드를 2개의 기판의 외측, 즉 성막실의 측면 근처에 배치하고 있다. 그리고, 애노드를 구동부에 의해 이동 가능하게 함으로써, 기판과 캐소드 유닛의 이격거리를 제어하고 있다. 이 때문에, 캐소드 유닛을 이동시키는 경우와 비교하여 박막 태양 전지 제조 장치의 복잡화를 억제할 수 있고, 이 장치의 제조 비용을 저감할 수 있다.
(3) 상기 애노드가 상기 캐소드에 대해 접근하는 동안에 상기 기판에 상기 애노드가 접촉하면서 이동함으로써, 상기 기판의 성막면과 상기 캐소드의 이격거리가 제어되어도 된다.
상기 (3)의 경우, 기판 반송시에는 기판과 애노드가 분리되고, 애노드를 반송하지 않고 기판을 반송할 수 있다. 또한, 기판의 성막면에 막을 형성할 때에, 애노드와 기판의 사이에 전혀 개재시키지 않도록 할 수 있다. 이 때문에, 기판과 애노드 간에 효율적으로 열 교환을 행할 수 있다.
(4) 상기 캐소드가 상기 기판의 상기 성막면에 대해 성막 가스를 공급하는 샤워 플레이트이어도 된다.
상기 (4)의 경우, 캐소드와 샤워 플레이트를 별개로 설치할 필요가 없어지고, 박막 태양 전지 제조 장치의 간소화 및 저비용화를 도모할 수 있다.
(5) 상기 캐소드 유닛이 도전체로 이루어진 캐소드 중간 부재를 더 가지고, 한 쌍의 상기 캐소드가 상기 캐소드 중간 부재에 접속되어 있어도 된다.
상기 (5)의 경우, 한 쌍의 캐소드를 각각 별개로 제어하지 않고 용이하게 동 전위?동 위상의 전압을 인가하는 것이 가능하게 된다. 이 때문에, 전압 제어 장치 등의 구성을 간략화할 수 있고, 박막 태양 전지 제조 장치의 저비용화를 도모할 수 있다.
(6) 상기 캐소드 유닛이 2계통의 가스 공급로를 더 가지고, 이들 가스 공급로 각각이 대응하는 상기 각 캐소드에 접속되며, 상기 각 캐소드의 한쪽으로부터 방출되는 성막 가스의 유량이나 종류가 다른 쪽과는 독립하여 제어되어도 된다.
상기 (6)의 경우, 박막 태양 전지 제조 장치의 사용 상황에 따라 각각 캐소드로부터 방출되는 성막 가스를 독립하여 제어할 수 있다. 그 때문에, 각 캐소드와 애노드의 사이에 배치된 기판에 형성되는 막의 품질에 차이가 나타나는 것을 방지할 수 있다. 또한, 각 캐소드와 애노드의 사이에 배치된 기판에 각각 다른 피막을 형성하는 것도 가능하게 되고, 성막 방법의 다양성을 증대시킬 수 있다.
(7) 상기 캐소드 유닛의 외주면에 상기 성막 가스를 배기하는 배기 덕트가 배치되어도 된다.
상기 (7)의 경우, 기판의 전체둘레로부터 성막 가스(배기 가스)를 배기할 수 있다. 이 때문에, 배기 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 배기 덕트를 이용하여 배기시킴으로써, 예를 들면 기판의 성막면에 막을 형성할 때에 발생한 반응 부생성물(파우더) 등도 용이하게 회수할 수 있다. 이 경우, 배기 덕트의 내벽에 반응 부생성물(파우더)을 부착?퇴적시킴으로써, 반응 부생성물(파우더)을 포함하지 않은 비교적 클린한 성막 가스를 배기시키는 것이 가능하게 된다.
(8) 상기 반송부가 상기 기판의 상기 성막면에 접촉하는 제1 접촉편과, 상기 기판의 배면에 접촉하는 제2 접촉편을 가지고, 이들 제1 접촉편과 제2 접촉편으로 상기 기판이 측면에서 지지되며, 상기 애노드가 상기 캐소드 유닛에 대해 접근할 때에, 상기 제1 협지편이 상기 제2 협지편으로부터 이격하고, 상기 애노드가 상기 캐소드 유닛에 대해 이격할 때에, 상기 제1 협지편이 상기 제2 협지편에 접근하는 구성으로 해도 된다.
상기 (8)의 경우, 애노드의 이동에 따라 용이하게 기판을 캐소드 유닛에 대해 접근?이격시킬 수 있다.
(9) 상기 (1)에 기재된 박막 태양 전지 제조 장치에서는, 상기 애노드에 상기 기판의 온도를 제어하기 위한 온도 제어부가 내장되어도 된다.
상기 (9)의 경우, 기판의 온도를 효율적으로 제어하는 것이 가능하게 된다. 보다 구체적으로는, 기판을 효율적으로 가열할 뿐만 아니라, 장시간의 성막 처리 작업에 따라 기판이 지나치게 따뜻해진 경우 등에, 애노드를 기판의 방열 매체로서 이용하는 것도 가능하게 된다. 이 때문에, 성막 처리 작업의 시간 경과에 관계없이 기판을 원하는 온도로 일정하게 유지하는 것이 가능하게 되고, 보다 고품질의 성막을 실시할 수 있다.
상기 (1)에 기재된 박막 태양 전지 제조 장치에 의하면, 상기 애노드와 상기 캐소드의 이격거리를 제어할 수 있으므로, 성막실에 기판을 출입할 때에는, 애노드와 캐소드 유닛의 간극을 크게 설정할 수 있다. 한편, 기판의 성막면에 막을 형성할 때에는, 애노드와 캐소드 유닛의 간극을 작게 설정하고, 결과적으로 기판과 캐소드 유닛의 간극을 작게, 구체적으로는 예를 들면 5mm정도로 설정할 수 있다. 이 때문에, 형성되는 막의 품질 향상을 도모하면서, 성막실로부터의 기판의 출입을 용이하게 하고, 생산성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
도 1은, 본 발명의 박막 태양 전지 제조 장치에서 제조되는 박막 태양 전지의 일례를 도시한 개략 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 일실시형태에 관한 박막 태양 전지 제조 장치의 개략 평면도이다.
도 3a는, 본 실시형태의 성막실의 사시도이다.
도 3b는, 동 성막실을 다른 각도에서 본 경우의 사시도이다.
도 3c는, 동 성막실의 측면도이다.
도 4a는, 본 실시형태의 전극 유닛의 사시도이다.
도 4b는, 동 전극 유닛을 다른 각도에서 본 경우의 사시도이다.
도 4c는, 동 전극 유닛의 변형예를 도시하는 도면으로서, 그 일부를 분해한 사시도이다.
도 4d는, 본 실시형태의 전극 유닛의 캐소드 유닛 및 애노드 유닛의 부분 단면도이다.
도 5a는, 본 실시형태의 사입?취출실의 사시도이다.
도 5b는, 동 사입?취출실을 다른 각도에서 본 경우의 사시도이다.
도 6은, 본 실시형태의 푸쉬-풀 기구의 개략 구성도이다.
도 7a는, 본 실시형태의 기판 탈착실의 개략 구성을 도시하는 사시도이다.
도 7b는, 도 7a에서의 정면도이다.
도 8은, 본 실시형태의 기판 수용 카세트의 사시도이다.
도 9는, 본 실시형태의 캐리어의 사시도이다.
도 10은, 상기 박막 태양 전지 제조 장치를 이용한 본 발명의 일실시형태에 관한 박막 태양 전지의 제조 방법의 과정을 도시하는 설명도(1)이다.
도 11은, 동 박막 태양 전지의 제조 방법의 이어지는 과정을 도시하는 설명도(2)이다.
도 12는, 동 박막 태양 전지의 제조 방법의 이어지는 과정을 도시하는 설명도(3)이다.
도 13은, 동 박막 태양 전지의 제조 방법의 이어지는 과정을 도시하는 설명도(4)이다.
도 14는, 동 박막 태양 전지의 제조 방법의 이어지는 과정을 도시하는 설명도(5)이다.
도 15a는, 본 실시형태의 푸쉬-풀 기구의 움직임을 도시하는 설명도이다.
도 15b는, 본 실시형태의 푸쉬-풀 기구의 움직임을 도시하는 설명도이다.
도 16은, 상기 박막 태양 전지 제조 장치를 이용한 박막 태양 전지의 제조 방법의 이어지는 과정을 도시하는 설명도(6)이다.
도 17은, 동 박막 태양 전지의 제조 방법의 이어지는 과정을 도시하는 설명도(7)이다.
도 18은, 동 박막 태양 전지의 제조 방법의 이어지는 과정을 도시하는 설명도(8)로서, 기판이 전극 유닛에 삽입되었을 때의 개략 단면도이다.
도 19는, 동 박막 태양 전지의 제조 방법의 이어지는 과정을 도시하는 설명도(9)이다.
도 20은, 동 박막 태양 전지의 제조 방법의 이어지는 과정을 도시하는 설명도(1O)이다.
도 21은, 동 태양 전지의 제조 방법의 이어지는 과정을 도시하는 설명도(11)로서, 기판이 전극 유닛에 세트되었을 때의 부분 단면도이다.
도 22는, 동 박막 태양 전지의 제조 방법의 이어지는 과정을 도시하는 설명도(12)이다.
도 23은, 동 박막 태양 전지의 제조 방법의 이어지는 과정을 도시하는 설명도(13)이다.
도 24는, 동 박막 태양 전지의 제조 방법의 이어지는 과정을 도시하는 설명도(14)이다.
도 25는, 동 박막 태양 전지의 제조 방법의 이어지는 과정을 도시하는 설명도(15)이다.
본 발명의 일실시형태에 관한 박막 태양 전지 제조 장치에 대해, 도 1 내지 도 25에 기초하여 설명한다.
(박막 태양 전지)
도 1은, 본 발명의 박막 태양 전지 제조 장치에서 제조되는 박막 태양 전지(100)의 일례를 모식적으로 도시한 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 박막 태양 전지(100)는, 그 표면을 구성하는 기판(W)(예를 들면, 유리 기판 등); 이 기판(W) 상에 설치된 투명 도전막으로 이루어진 상부 전극(101); 아몰퍼스 실리콘으로 이루어진 톱 셀(102); 이 톱 셀(102)과 후술하는 바텀 셀(104)의 사이에 설치된 투명 도전막으로 이루어진 중간 전극(103); 마이크로 크리스탈 실리콘으로 이루어진 바텀 셀(104); 투명 도전막으로 이루어진 버퍼층(105); 금속막으로 이루어진 이면 전극(106);이 적층하여 구성되어 있다. 즉, 박막 태양 전지(100)는, 아몰퍼스 실리콘/마이크로 크리스탈 실리콘 탠덤형 태양 전지이다. 이러한 탠덤 구조의 박막 태양 전지(100)에서는, 단파장 광을 톱 셀(102)에서 흡수함과 동시에, 장파장 광을 바텀 셀(104)에서 흡수함으로써, 발전 효율의 향상을 도모할 수 있다.
톱 셀(102)은 p층(102p), i층(102i), n층(102n)의 3층 구조를 이루고, 각각이 아몰퍼스 실리콘으로 형성되어 있다. 바텀 셀(104)은 p층(104p), i층(104i), n층(104n)의 3층 구조를 이루고, 각각이 마이크로 크리스탈 실리콘으로 구성되어 있다.
이러한 구성을 갖는 박막 태양 전지(100)에서는, 태양 광에 포함되는 광자라는 에너지 입자가 i층에 닿으면, 광기전력 효과에 의해 전자와 정공(hole)이 발생하고, 전자는 n층으로 향하여 이동함과 동시에, 정공은 p층으로 향하여 이동한다. 이 광기전력 효과에 의해 발생한 전자/정공을 상부 전극(101)과 이면 전극(106)으로부터 취출함으로써, 광 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다.
톱 셀(102)과 바텀 셀(104)의 사이에 중간 전극(103)을 설치함으로써, 톱 셀(102)을 통과하여 바텀 셀(104)에 도달하는 광의 일부가 중간 전극(103)에서 반사하여 다시 톱 셀(102) 측으로 입사한다. 그 때문에, 셀의 감도 특성이 향상되고, 발전 효율의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 기판(W) 측으로부터 입사한 태양 광은, 각 층을 통과한 후 이면 전극(106)에서 반사된다. 본 실시형태의 박막 태양 전지(100)에서는, 광 에너지의 변환 효율을 향상시키기 위해, 상부 전극(101)에 입사한 태양 광의 광로를 늘이는 프리즘 효과와 광의 가둠 효과를 목적으로 한 텍스처 구조가 채용되어 있다.
(박막 태양 전지 제조 장치)
도 2는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 박막 태양 전지 제조 장치의 개략 평면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이 박막 태양 전지 제조 장치(10)는, 복수의 기판(W)에 대해 마이크로 크리스탈 실리콘으로 구성된 바텀 셀(104)(반도체층)을 동시에 성막 가능한 성막실(11); 이 성막실(11)에 반입되는 성막 처리 전 기판(W1)(기판(W)) 및 성막실(11)로부터 반출된 성막 처리 후 기판(W2)(기판(W))을 동시에 수용 가능한 사입?취출실(13); 성막 처리 전 기판(W1) 및 성막 처리 후 기판(W2)을 캐리어(반송부)(21)(도 9 참조)에 탈착하는 기판 탈착실(15); 기판(W)을 캐리어(21)로부터 탈착하기 위한 기판 탈착 로봇(17); 기판(W)을 다른 처리실로 반송하기 위해 수용하는 기판 수용 카세트(19);를 구비하고 있다. 본 실시형태에서는, 성막실(11), 사입?취출실(13) 및 기판 탈착실(15)로 구성되는 기판 성막 라인(16)이 4개 설치되어 있다. 기판 탈착 로봇(17)은, 상(床)면에 부설된 레일(18) 상을 이동할 수 있게 되어 있다. 이에 의해, 모든 기판 성막 라인(16)에의 기판(W)의 주고받음을 1대의 기판 탈착 로봇(17)에서 행할 수 있게 되어 있다. 또, 성막실(11)과 사입?취출실(13)이 일체화되어 기판 성막 모듈(14)을 구성하고 있으며, 트랙에 적재 가능한 크기를 갖고 있다.
도 3a 내지 도 3c는, 성막실의 개략 구성도이다. 도 3a가 사시도, 도 3b가 도 3a와는 다른 각도에서 본 경우의 사시도, 도 3c가 측면도이다.
이들 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 성막실(11)은 상자형으로 형성되어 있다. 성막실(11)의 사입?취출실(13)과 접속되는 제1 측면(23)에는, 기판(W)이 탑재된 캐리어(21)가 통과 가능한 캐리어 반출입구(24)가 3개소 형성되어 있다. 이들 캐리어 반출입구(24)에는, 이들 캐리어 반출입구(24)를 개폐하는 셔터(25)가 각각 설치되어 있다. 셔터(25)를 닫은 경우, 캐리어 반출입구(24)는 기밀성을 확보하여 봉지된다. 제1 측면(23)과 마주하는 제2 측면(27)에는, 기판(W)에 성막을 실시하기 위한 전극 유닛(31)이 3기 장착되어 있다. 이들 전극 유닛(31)은, 성막실(11)로부터 착탈 가능하다. 성막실(11)의 제3 측면 하부(28)에는, 성막실(11) 내의 공간을 진공 배기하기 위한 진공 펌프(30)가 배기관(29)을 개재하여 접속되어 있다(도 3c 참조. 도 3a 및 도 3b에서는 도시생략).
도 4a 내지 도 4d는, 전극 유닛(31)의 개략 구성도이다. 도 4a가 사시도, 도 4b가 도 4a와는 다른 각도에서 본 경우의 사시도이다. 도 4c는, 전극 유닛(31)의 변형예를 도시하는 사시도이다. 도 4d가, 캐소드 유닛 및 애노드(대향 전극)의 부분 단면도이다.
전극 유닛(31)은, 성막실(11)의 제2 측면(27)에 형성된 3개소의 개구부(26)에 착탈 가능하다(도 3b 참조). 전극 유닛(31)은, 하부(저판부(62))의 네 모퉁이에 차륜(61)이 하나씩 설치되어 있고, 상면 상을 이동 가능하다. 차륜(61)이 장착된 저판부(62) 상에는, 측판부(63)가 연직 방향을 따라 입설되어 있다. 이 측판부(63)는, 성막실(11)의 제2 측면(27)의 개구부(26)를 폐색할 수 있는 크기를 갖고 있다.
도 4c의 변형예에 도시된 바와 같이, 차륜(61) 부착의 저판부(62)는, 캐소드 유닛(68)이나 애노드 유닛(90) 등이 장착된 측판부(63)와 분리?접속 가능한 대차(62A)로 해도 된다. 이 경우, 전극 유닛(31)을 성막실(11)에 접속한 후에, 캐소드 유닛(68)이나 애노드 유닛(90) 등이 장착된 측판부(63)로부터 대차(62A)를 분리하고, 공통의 대차(62A)로서 다른 전극 유닛(31)의 이동에 사용할 수 있다.
전극 유닛(31)의 측판부(63)는, 성막실(11)의 벽면의 일부를 이루고 있다. 측판부(63)의 한쪽 면(성막실(11)의 내부를 향하는 면)(65)에는, 성막 처리시에 기판(W)의 양면에 배치되는 애노드(67)와 캐소드 유닛(68)이 설치되어 있다. 본 실시형태의 전극 유닛(31)은, 캐소드 유닛(68)을 사이에 두고 그 양측에 이격하여 배치된 한 쌍의 애노드(67)를 구비하고 있다. 그리고, 하나의 전극 유닛(31)에서 2장의 기판(W)을 동시에 성막할 수 있게 되어 있다. 성막 처리시의 각 기판(W)은, 연직 방향과 대략 평행을 이루고 마주하도록, 캐소드 유닛(68)의 양면측에 각각 배치되어 있다. 2장의 애노드(67)는, 각 기판(W)의 두께 방향 외측에 각 기판(W)과 각각 마주한 상태로 배치되어 있다.
측판부(63)의 다른 쪽 면(69)에는, 애노드(67)를 구동하기 위한 구동 기구(구동부)(71)와, 성막을 실시할 때에 캐소드 유닛(68)에 급전하기 위한 매칭 박스(72)가 장착되어 있다. 또, 측판부(63)에는, 캐소드 유닛(68)에 성막 가스를 공급하는 배관용의 접속부(도시생략)가 형성되어 있다.
2장(한 쌍)의 애노드(67)에는, 기판(W)의 온도를 제어하는 온도 제어부로서 히터(H)가 내장되어 있다. 이들 2장의 애노드(67)와 히터(H)로 애노드 유닛(90)이 구성되어 있다. 또한, 2장의 애노드(67, 67)는, 측판부(63)에 설치된 구동 기구(71)에 의해 서로 접근?이격하는 방향(수평 방향)으로 이동 가능하고, 기판(W)과 캐소드 유닛(68) 간의 이격거리가 제어 가능하다. 구체적으로, 기판(W)의 성막을 실시하기 전은, 2장의 애노드(67, 67)가 캐소드 유닛(68)으로 향하여 이동하여 기판(W)과 접촉한다. 또, 2장의 애노드(67, 67)가 캐소드 유닛(68)에 접근하는 방향으로 이동하여, 기판(W)과 캐소드 유닛(68)의 이격거리가 원하는 거리로 조절된다. 그 후, 성막을 행하고, 성막 종료 후에는, 애노드(67, 67)가 서로 이격하는 방향으로 이동하여 애노드(67)와 기판(W)이 서로 이격하고, 기판(W)을 전극 유닛(31)으로부터 용이하게 취출할 수 있다.
또, 애노드(67)는, 구동 기구(71)에 힌지(도시생략)를 개재하여 장착되어 있다. 이에 의해, 전극 유닛(31)을 성막실(11)로부터 뽑아낸 상태로, 애노드(67)의 캐소드 유닛(68) 측을 향한 면(67A)이 측판부(63)의 한쪽 면(65)과 대략 평행해질 때까지 개폐하도록 회동할 수 있다. 즉, 애노드(67)는 평면에서 보아 대략 90°회동할 수 있게 되어 있다(도 4a 참조).
캐소드 유닛(68)은, 샤워 플레이트(캐소드)(75), 캐소드 중간 부재(76), 배기 덕트(79), 부유 용량체(82)를 갖고 있다.
캐소드 유닛(68)에는, 각 애노드(67)와 마주하는 면에 각각 소공(小孔, 도시생략)이 복수 형성된 한 쌍의 샤워 플레이트(75)가 배치되어 있고, 이 소공으로부터 성막 가스가 기판(W)으로 향하여 분출된다. 이 샤워 플레이트(75, 75)는, 상기 매칭 박스(72)와 전기적으로 접속된 캐소드(고주파 전극)를 이루고 있다. 2장의 샤워 플레이트(75, 75)의 사이에는, 매칭 박스(72)와 전기적으로 접속된 캐소드 중간 부재(76)가 설치되어 있다. 즉, 샤워 플레이트(75)는, 캐소드 중간 부재(76)의 양측면에 이 캐소드 중간 부재(76)와 전기적으로 접속된 상태로 배치되어 있다.
캐소드 중간 부재(76)와 샤워 플레이트(캐소드)(75)는, 도전체로 형성되어 있다. 고주파는, 캐소드 중간 부재(76)를 개재하여 샤워 플레이트(캐소드)(75)에 인가된다. 이 때문에, 플라즈마 발생을 위해 2장의 샤워 플레이트(75, 75)에 인가되는 전압은 동 전위?동 위상이 된다.
캐소드 중간 부재(76)는, 도시하지 않은 배선에 의해 상기 매칭 박스(72)와 전기적으로 접속되어 있다. 캐소드 중간 부재(76)와 샤워 플레이트(75)의 사이에는, 공간부(77)가 형성되어 있다. 그리고, 가스 공급 장치(도시생략)로부터 이 공간부(77)에 성막 가스가 도입되게 되어 있다. 한 쌍의 공간부(77)는, 이들 사이에 개재하는 캐소드 중간 부재(76)에서 분리되고, 각각의 샤워 플레이트(75, 75)마다 대응하여 따로따로 형성되어 있다. 그 때문에, 각 샤워 플레이트(75, 75)로부터 방출되는 가스의 유량이나 종류를 독립하여 제어할 수 있다. 즉, 공간부(77)는, 가스 공급로의 역할을 갖고 있다. 본 실시형태에 있어서는, 각 공간부(77) 각각이 샤워 플레이트(75, 75)마다 대응하여 따로따로 형성되어 있으므로, 캐소드 유닛(68)은 2계통의 가스 공급로를 갖고 있다.
캐소드 유닛(68)의 주연부에는, 그 대략 전체 둘레에 걸쳐 중공형상의 배기 덕트(79)가 설치되어 있다. 이 배기 덕트(79)에는, 성막 공간(81) 내의 성막 가스나 반응 부생성물(파우더)을 배기 덕트(79)에 도입하여 배기하기 위한 배기구(80)가 형성되어 있다. 구체적으로는, 성막을 실시할 때에 기판(W)과 샤워 플레이트(75)의 사이에 형성되는 성막 공간(81)에 면하여 배기구(80)가 형성되어 있다. 배기구(80)는, 캐소드 유닛(68)의 주연부를 따라 복수 형성되어 있고, 전체둘레에 걸쳐 대략 균등하게 배기할 수 있도록 구성되어 있다.
캐소드 유닛(68)의 하부에 배치된 배기 덕트(79)에는, 성막실(11)로 향한 면에 개구부(α)(도시생략)가 형성되어 있다. 이 개구부(α)에 의해, 성막 공간(81)으로부터 배기된 성막 가스 등이 성막실(11) 내로 배출된다. 성막실(11) 내로 배출된 가스는, 성막실(11)의 측면 하부(28)에 설치된 배기관(29)으로부터 외부로 배기된다(도 3c 참조).
배기 덕트(79)와 캐소드 중간 부재(76)의 사이에는, 유전체 및/또는 이 유전체의 적층 공간을 가지는 부유 용량체(82)가 설치되어 있다.
배기 덕트(79)는, 접지 전위에 접속되어 있다. 배기 덕트(79)는, 캐소드(75) 및 캐소드 중간 부재(76)로부터의 이상 방전을 방지하기 위한 실드 틀로서도 기능한다.
또, 캐소드 유닛(68)의 주연부에는, 배기 덕트(79)의 외주부부터 샤워 플레이트(캐소드)(75)의 외주부에 이르는 부위를 덮도록 한 쌍의 마스크(78)가 설치되어 있다. 이들 마스크(78)는, 캐리어(21)에 설치된 후술하는 협지부(59)의 협지편(59A)(도 9, 도 21 참조)을 피복함과 동시에, 성막 공간(81) 내의 성막 가스나 반응 부생성물(파우더)을 배기 덕트(79)로 도출하기 위한 가스 유로(R)를 형성하고 있다. 즉, 마스크(78)와 샤워 플레이트(75)의 사이 및 마스크(78)와 부유 용량체(82)의 사이에 가스 유로(R)가 형성되어 있다.
성막실(11)과 사입?취출실(13)의 사이 및 사입?취출실(13)과 기판 탈착실(15)의 사이를 캐리어(21)가 이동할 수 있도록, 복수개의 이동 레일(37)이 성막실(11) 내지 기판 탈착실(15) 사이에 부설되어 있다(도 2 참조). 이동 레일(37)은, 성막실(11)과 사입?취출실(13) 간에 분리되고, 셔터(25)를 닫음으로써 캐리어 반출입구(24)가 밀폐된다.
도 5a 및 도 5b는, 사입?취출실(13)의 개략 사시도이다. 도 5a가 사시도, 도 5b가 도 5a와는 다른 각도에서 본 경우의 사시도이다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 사입?취출실(13)은 상자형으로 형성되어 있다. 제1 측면(33)은, 성막실(11)의 제1 측면(23)과 기밀성을 확보하여 접속되어 있다. 제1 측면(33)에는, 3개의 캐리어(21)가 삽입 통과 가능한 개구부(32)가 형성되어 있다. 제1 측면(33)과 마주하는 제2 측면(34)은, 기판 탈착실(15)에 접속되어 있다. 제2 측면(34)에는, 기판(W)이 탑재된 캐리어(21)가 통과 가능한 캐리어 반출입구(35)가 3개소 형성되어 있다. 캐리어 반출입구(35)에는, 기밀성을 확보할 수 있는 셔터(36)가 설치되어 있다. 각 이동 레일(37)은, 사입?취출실(13)과 기판 탈착실(15) 간에 분리되어 있고, 셔터(36)를 닫음으로써 캐리어 반출입구(35)가 밀폐된다.
사입?취출실(13)에는, 이동 레일(37)을 따라 성막실(11)과 사입?취출실(13) 간에 캐리어(21)를 이동시키기 위한 푸쉬-풀 기구(38)가 설치되어 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 이 푸쉬-풀 기구(38)는, 캐리어(21)를 걸림하는 걸림부(48); 걸림부(48)의 양단에 설치되고, 이동 레일(37)과 대략 평행하게 배치된 한 쌍의 가이드 부재(49); 걸림부(48)를 양 가이드 부재(49)를 따라 이동시키기 위한 이동 장치(50);를 구비하고 있다.
또, 사입?취출실(13) 내에는, 성막 처리 전 기판(W1) 및 성막 처리 후 기판(W2)을 동시에 수용하기 위한 이동 기구(도시생략)가 설치되어 있다. 이 이동 기구는, 평면에서 보아 캐리어(21)를 이동 레일(37)의 부설 방향과 대략 직교하는 방향으로 향하여 소정 거리 이동시킨다.
사입?취출실(13)의 제3 측면 하부(41)에는, 사입?취출실(13) 안을 진공 배기하기 위한 진공 펌프(43)가 배기관(42)을 개재하여 접속되어 있다(도 5b 참조).
도 7a 및 도 7b는, 기판 탈착실의 개략 구성도이다. 도 7a가 사시도, 도 7b가 정면도이다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 기판 탈착실(15)은 틀형상체로 이루어지고, 사입?취출실(13)의 제2 측면(34)에 접속되어 있다. 이 기판 탈착실(15)에서는, 이동 레일(37)에 배치되어 있는 캐리어(21)에 대해, 성막 처리 전 기판(W1)의 장착과 성막 처리 후 기판(W2)의 분리가 행해진다. 기판 탈착실(15)에는, 캐리어(21)가 3개 병렬 배치할 수 있게 되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 기판 탈착 로봇(17)은 구동 아암(45)을 갖고 있다. 구동 아암(45)은, 그 선단에서 기판(W)을 흡착할 수 있게 되어 있다. 또한, 구동 아암(45)은, 기판 탈착실(15)에 배치된 캐리어(21)와 기판 수용 카세트(19) 간에 이동할 수 있게 되어 있고, 기판 수용 카세트(19)로부터 성막 처리 전 기판(W1)을 취출하며, 또 기판 탈착실(15)에 배치된 캐리어(21)에 성막 처리 전 기판(W1)을 장착할 수 있다. 또한, 구동 아암(45)은, 기판 탈착실(15)로 되돌아온 캐리어(21)로부터 성막 처리 후 기판(W2)을 분리하고, 기판 수용 카세트(19)로 반송할 수도 있다.
도 8은, 기판 수용 카세트(19)의 사시도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 기판 수용 카세트(19)는 상자형으로 형성되어 있고, 기판(W)을 복수장 수용 가능한 크기를 갖고 있다. 그리고, 이 기판 수용 카세트(19) 내에는, 기판(W)이 그 성막면을 수평으로 한 상태로 상하 방향으로 복수장 적층되어 수용할 수 있게 되어 있다. 또한, 기판 수용 카세트(19) 하부의 네 모퉁이에는 캐스터(47)가 설치되어 있고, 다른 처리 장치로 용이하게 이동할 수 있게 되어 있다.
도 9는, 기판(W)을 반송하는 캐리어의 사시도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 캐리어(21)는, 기판(W)을 장착할 수 있는 액자형상의 프레임(51)을 2장 구비하고 있다. 즉, 하나의 캐리어(21)에 대해 2장의 기판(W)을 장착할 수 있다. 2장의 프레임(51, 51)은, 그 상부에서 연결 부재(52)에 의해 연결되어 있다. 연결 부재(52)의 상면에는, 이동 레일(37)에 놓이는 복수의 차륜(53)이 설치되어 있다. 이들 차륜(53)이 이동 레일(37) 상을 구름으로써, 캐리어(21)가 이동 레일(37)을 따라 이동할 수 있게 되어 있다. 프레임(51)의 하부에는, 캐리어(21)가 이동할 때에 기판(W)의 흔들림을 억제하기 위한 프레임 홀더(54)가 설치되어 있다. 이 프레임 홀더(54)의 하단은, 각 실의 저면 상에 설치된 단면 오목형상의 레일 부재(55)에 끼워맞춤되어 있다. 레일 부재(55)는, 평면에서 본 경우에 이동 레일(37)을 따라 배치되어 있다. 프레임 홀더(54)를 복수의 롤러로 구성하면, 보다 안정된 반송이 가능하게 된다.
프레임(51)은 각각 주연부(57)와 협지부(59)를 가지고 있다. 프레임(51)에 형성된 개구부(56)에 기판(W)의 성막면이 노출된다. 그리고, 이 개구부(56)의 주연부(57)에서 협지부(59)가 기판(W)을 양면측으로부터 측면에서 지지하여 고정하게 되어 있다. 그리고, 기판(W)을 측면에서 지지하고 있는 협지부(59)에는, 스프링 등에 의해 탄성 바이어스력이 작용하고 있다. 또한, 도 21에 도시된 바와 같이, 협지부(59)는, 기판(W)의 표면(WO)(성막면) 및 이면(WU)(배면)에 각각 접촉하는 협지편(59A, 59B)을 가지고 있다. 이들 협지편(59A)과 협지편(59B) 사이의 이격거리는, 상기 스프링 등을 개재하여 가변 가능하다. 즉, 이 이격거리는, 애노드(67)의 이동에 따라, 협지편(59A)이 협지편(59B)에 대해 접근?이격하는 방향을 따라 가변 가능하다(상세한 것은 후술한다). 여기서, 하나의 이동 레일(37) 상에는, 1개의 캐리어(21)(1쌍(2장)의 기판(W)을 유지할 수 있는 1개의 캐리어(21))가 장착되어 있다. 즉, 성막실(11), 사입?취출실(13) 및 기판 탈착실(15)로 구성되는 1세트의 기판 성막 라인(16)에는, 3개(3쌍(6장)의 기판이 유지됨)의 캐리어(21)가 장착되어 있다.
본 실시형태의 박막 태양 전지 제조 장치(1O)에서는, 상술한 기판 성막 라인(16)이 4세트 배치되고, 하나의 성막실(11)에 3개의 캐리어(21)가 수용되기 때문에, 24장의 기판(W)을 대략 동시에 성막할 수 있다.
(박막 태양 전지의 제조 방법)
다음에, 본 실시형태의 박막 태양 전지 제조 장치(10)를 이용하여 기판(W)에 성막하는 방법을 설명한다. 이 설명에서는, 1세트의 기판 성막 라인(16)의 도면을 이용하지만, 다른 3세트의 기판 성막 라인(16)도 대략 동일한 흐름으로 기판(W)을 성막한다.
우선, 도 10에 도시된 바와 같이, 성막 처리 전 기판(W1)을 복수장 수용한 기판 수용 카세트(19)를 소정 위치에 배치한다.
이어서, 도 11에 도시된 바와 같이, 기판 탈착 로봇(17)의 구동 아암(45)을 움직여 기판 수용 카세트(19)로부터 성막 처리 전 기판(W1)을 1장 취출하여, 기판 탈착실(15) 내의 캐리어(21)에 장착한다. 이 때, 기판 수용 카세트(19)에 수평 방향으로 배치된 성막 처리 전 기판(W1)의 방향을 연직 방향으로 바꾸고 캐리어(21)에 장착한다. 이 동작을 다시 한번 반복하여, 하나의 캐리어(21)에 2장의 성막 처리 전 기판(W1)을 장착한다.
또 이 동작을 반복하여, 기판 탈착실(15) 내의 나머지 2개의 캐리어(21)에도 성막 처리 전 기판(W1)을 각각 장착한다. 즉, 이 단계에서 성막 처리 전 기판(W1)을 6장 장착한다.
이어서, 도 12에 도시된 바와 같이, 성막 처리 전 기판(W1)이 장착된 3개의 캐리어(21)를 각 이동 레일(37)을 따라 대략 동시에 이동시켜 사입?취출실(13) 내에 수용한다. 사입?취출실(13)에 캐리어(21)를 수용한 후, 사입?취출실(13)의 캐리어 반출입구(35)의 셔터(36)를 닫는다. 그 후, 사입?취출실(13)의 내부를 진공 펌프(43)를 이용하여 진공 상태로 유지한다.
이어서, 도 13에 도시된 바와 같이, 3개의 캐리어(21)를 평면에서 보아 각 이동 레일(37)이 부설된 방향과 직교하는 방향으로 상기 이동 기구를 이용하여 각각 소정 거리 이동시킨다.
이어서, 도 14에 도시된 바와 같이, 성막실(11)의 셔터(25)를 개방상태로 하고, 성막실(11)에서 성막이 종료된 성막 처리 후 기판(W2)이 장착된 캐리어(21A)를 사입?취출실(13)로 푸쉬-풀 기구(38)를 이용하여 이동시킨다. 이 때, 성막 처리 전 기판(W1)을 유지한 캐리어(21)와 성막 처리 후 기판(W2)을 유지한 캐리어(21A)가 평면에서 본 경우 교대로 병렬한다. 그리고, 이 상태를 소정 시간 유지함으로써, 성막 처리 후 기판(W2)에 축열되어 있는 열이 성막 처리 전 기판(W1)에 전열된다. 즉, 성막 처리 전 기판(W1)이 가열된다.
여기서, 푸쉬-풀 기구(38)의 움직임을 설명한다. 여기서는, 성막실(11) 내의 캐리어(21A)를 사입?취출실(13) 안으로 이동시킬 때의 움직임을 설명한다.
도 15a에 도시된 바와 같이, 푸쉬-풀 기구(38)의 걸림부(48)에 대해, 성막 처리 후 기판(W2)이 장착된 캐리어(21A)를 걸림시킨다. 그리고, 걸림부(48)에 장착되어 있는 이동 장치(50)의 이동 아암(58)을 요동시킨다. 이 때, 이동 아암(58)의 길이는 가변한다. 그러면, 캐리어(21A)를 걸림한 걸림부(48)가 가이드 부재(49)로 안내되면서 이동하고, 도 15b에 도시된 바와 같이, 캐리어(21A)가 성막실(11)로부터 사입?취출실(13) 안으로 이동한다. 이와 같이 구성함으로써, 캐리어(21A)를 구동시키기 위한 구동원을 성막실(11) 내에 설치하는 것이 필요 없어진다.
이어서, 도 16에 도시된 바와 같이, 캐리어(21) 및 캐리어(21A)를 상기 이동 기구에 의해 이동 레일(37)과 직교하는 방향으로 이동시키고, 성막 처리 전 기판(W1)을 유지한 캐리어(21)를 각각의 이동 레일(37)의 위치까지 이동시킨다.
이어서, 도 17에 도시된 바와 같이, 푸쉬-풀 기구(38)를 이용하여 성막 처리 전 기판(W1)을 유지한 각 캐리어(21)를 성막실(11) 안으로 이동시키고, 이동 완료 후에 셔터(25)를 닫는다. 성막실(11) 안은 진공 상태가 유지되어 있다. 이 때, 각 캐리어(21)에 장착된 성막 처리 전 기판(W1)은, 그들의 면방향을 따라 이동하고, 성막실(11) 내에서 애노드(67)와 캐소드 유닛(68)의 사이에 성막 처리 전 기판(W1)의 표면(WO)이 연직 방향과 대략 평행을 이루도록 삽입된다(도 18 참조).
이어서, 도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이, 2장의 애노드(67)를 상기 구동기구(71)에 의해 서로가 접근하는 방향으로 이동시켜, 성막 처리 전 기판(W1)의 이면(WU)에 대해 애노드(67)를 접촉시킨다.
도 20에 도시된 바와 같이, 또 구동 기구(71)를 구동시키면, 애노드(67)에 눌리도록 성막 처리 전 기판(W1)이 캐소드 유닛(68) 측으로 향하여 이동한다. 또, 성막 처리 전 기판(W1)과 캐소드 유닛(68)의 샤워 플레이트(75)의 간극이 소정 거리(성막 거리)가 될 때까지 성막 처리 전 기판(W1)을 이동시킨다. 이 성막 처리 전 기판(W1)과 캐소드 유닛(68)의 샤워 플레이트(75)의 간극(성막 거리)은 5~15mm의 범위 내로서, 예를 들면 5mm정도로 하는 것이 좋다.
이 때, 성막 처리 전 기판(W1)의 표면(WO) 측에 접촉되어 있는 캐리어(21)의 협지부(59)의 협지편(59A)은, 성막 처리 전 기판(W1)의 이동(애노드(67)의 이동)에 따라 협지편(59B)으로부터 이격하는 방향으로 향하여 변위한다. 이 때, 성막 처리 전 기판(W1)은, 애노드(67)와 협지편(59A)의 사이에 측면에서 지지된다. 애노드(67)가 캐소드 유닛(68)으로부터 이격하는 방향으로 향하여 이동했을 때, 협지편(59A)에는 도시되지 않은 스프링 등의 복원력이 작용하기 때문에, 이 협지편(59A)은 협지편(59B) 측으로 향하여 변위한다.
성막 처리 전 기판(W1)이 캐소드 유닛(68) 측으로 향하여 이동하면, 협지편(59A)이 마스크(78)에 접촉하고, 이 시점에서 애노드(67)의 이동이 정지한다(도 21 참조).
도 21에 도시된 바와 같이, 마스크(78)는, 협지편(59A)의 표면과 기판(W)의 외연부를 덮음과 동시에, 협지편(59A) 또는 기판(W)의 외연부와 밀접하도록 형성되어 있다. 즉, 마스크(78)와 협지편(59A) 또는 기판(W)의 외연부의 맞춤면은 시일면의 역할을 갖고 있다. 그 때문에, 이들 마스크(78)와 협지편(59A) 또는 기판(W)의 외연부의 사이로부터 성막 가스가 애노드(67) 측으로 거의 누설되지 않도록 되어 있다. 이에 의해, 성막 가스가 퍼지는 범위가 제한되고, 불필요한 범위, 즉 애노드(67)나 기판(W)의 외연부에의 막의 형성을 방지할 수 있다. 또, 마스크(78)가 전극 유닛(31)과 일체로 성막실(11)로부터 분리할 수 있으므로, 마스크(89)의 클리닝이 용이하게 된다. 이 결과, 박막 태양 전지 제조 장치(10)의 가동율이 향상된다.
성막 처리 전 기판(W1)의 이동은, 그 외연부가 마스크(78)에 접촉함으로써 정지한다. 그 때문에, 마스크(78)와 샤워 플레이트(75)의 간격 및 마스크(78)와 배기 덕트(79)의 간격, 즉 가스 유로(R)의 두께 방향의 유로 치수는, 성막 처리 전 기판(W1)과 캐소드 유닛(68)의 간극이 소정 거리가 되도록 설정되어 있다.
다른 형태로서, 마스크(78)를 배기 덕트(79)에 대해 탄성체를 개재하여 장착함으로써, 기판(W)과 샤워 플레이트(캐소드)(75)의 거리를 구동 기구(71)의 스트로크에 의해 임의로 변경할 수도 있다. 상기 실시형태에서는 마스크(78)와 기판(W)이 접촉하는 것으로 하였지만, 성막 가스의 통과를 제한하는 것과 같은 미소한 간격을 두고 마스크(78)와 기판(W)을 배치시켜도 된다.
이어서, 캐소드 유닛(68)의 샤워 플레이트(75)로부터 성막 가스를 분출시킴과 동시에, 매칭 박스(72)를 기동시켜 캐소드 유닛(68)의 캐소드(76)에 전압을 인가한다. 이에 의해, 성막 공간(81) 내에 플라즈마를 발생시키고, 성막 처리 전 기판(W1)의 표면(W0)에 성막을 실시한다. 이 때, 애노드(67)에 내장되어 있는 히터(H)(예를 들면, 전열선 등)에 의해, 성막 처리 전 기판(W1)이 원하는 온도로 가열된다.
애노드(67)는, 성막 처리 전 기판(W1)이 원하는 온도에 도달하면 가열을 정지한다. 그러나, 샤워 플레이트(캐소드)(75)에 전압이 인가되어 성막 공간(81)에 플라즈마가 발생하면, 시간의 경과에 따라, 이 플라즈마로부터의 입열에 의해, 애노드(67)의 가열을 정지해도 성막 처리 전 기판(W1)의 온도가 원하는 온도보다도 상승해 버릴 우려가 있다. 이 경우, 애노드(67)를 온도가 지나치게 상승한 성막 처리 전 기판(W1)을 냉각하기 위한 방열판으로서도 기능시킬 수 있다. 따라서, 성막 처리 전 기판(W1)은, 성막 처리 시간의 시간 경과에 관계없이 원하는 온도로 조정된다.
한 번의 성막 처리 공정으로 복수의 층을 성막할 때에는, 공급하는 성막 가스 재료를 소정 시간마다 절환함으로써 실시할 수 있다.
성막 중 및 성막 후에, 성막 공간(81)의 가스나 반응 부생성물(파우더)은, 가스 유로(R)를 개재하여 캐소드 유닛(68)의 주연부에 형성된 배기구(80)로부터 배기 덕트(79)로 유입한다. 이 중에서, 배기 덕트(79)에 유입한 가스는, 캐소드 유닛(68)의 하부에 배치된 배기 덕트(79)의 개구부(α)를 통과하고, 성막실(11)의 측면 하부(28)에 설치된 배기관(29)으로부터 외부로 배기된다. 한편, 성막을 실시할 때에 발생한 반응 부생성물(파우더)은, 배기 덕트(79)의 내벽면에 부착?퇴적시킴으로써 회수?처분할 수 있다.
성막실(11) 내의 모든 전극 유닛(31)에서 상술한 처리와 같은 처리를 실행하므로, 6장의 기판 전부에 대해 동시에 성막 처리를 실시할 수 있다.
그리고, 성막 처리가 종료되면, 구동 기구(71)에 의해 2장의 애노드(67)를 서로 이격하는 방향으로 이동시키고, 성막 처리 후 기판(W2) 및 프레임(51)(협지편(59A))을 원래의 위치로 되돌린다(도 19 참조). 즉, 성막이 종료되고, 캐리어(21)를 이동시키는 단계가 되면, 협지편(59A)의 노출면(85)으로부터 마스크(78)가 벗어난다.
또 애노드(67)를 서로 이격하는 방향으로 이동시킴으로써, 성막 처리 후 기판(W2)과 애노드(67)가 이격한다(도 18 참조).
이어서, 도 22에 도시된 바와 같이, 성막실(11)의 셔터(25)를 열고, 각 캐리어(21)를 사입?취출실(13) 안으로 푸쉬-풀 기구(38)를 이용하여 이동시킨다. 이 때, 사입?취출실(13) 안은 배기되고, 다음에 성막될 성막 처리 전 기판(W1)을 장착한 캐리어(21B)가 이미 배치되어 있다. 그리고, 사입?취출실(13) 내에서 성막 처리 후 기판(W2)의 축열을 성막 처리 전 기판(W1)에 전열하고, 성막 처리 후 기판(W2)의 온도를 내린다.
이어서, 도 23에 도시된 바와 같이, 각 캐리어(21B)를 성막실(11) 안으로 이동시킨 후, 상기 이동 기구에 의해 각 캐리어(21)를 이동 레일(37)의 위치까지 되돌린다.
이어서, 도 24에 도시된 바와 같이, 셔터(25)를 닫은 후, 사입?취출실(13) 안을 대기압으로 하고, 셔터(36)를 열고 각 캐리어(21)를 기판 탈착실(15) 안으로 이동시킨다.
이어서, 도 25에 도시된 바와 같이, 기판 탈착실(15) 내에서 각 성막 처리 후 기판(W2)을 기판 탈착 로봇(17)에 의해 각 캐리어(21)로부터 분리하고, 기판 수용 카세트(19)로 이동시킨다. 모든 성막 처리 후 기판(W2)의 분리가 완료되면, 기판 수용 카세트(19)를 다음 공정의 장소까지 이동시킴으로써 성막 처리가 종료된다.
따라서, 상술한 실시형태에 의하면, 애노드(67)가 캐소드(샤워 플레이트(75))에 대해 접근?이격하는 방향을 따라 이동하므로, 성막실(11) 내에 기판(W)을 출입할 때에는, 애노드(67)와 캐소드(샤워 플레이트(75))의 간극을 크게 설정할 수 있다. 한편, 기판(W)에 박막 Si층을 플라즈마 CVD법에 의해 성막할 때에는, 성막 처리 전 기판(W1)과 캐소드 유닛(68)의 샤워 플레이트(75)의 간극을 소정 거리(성막 거리)가 되도록 작게 설정할 수 있다. 구체적으로는, 이 소정 거리를 5mm정도로 설정할 수 있다. 이 때문에, 성막의 품질 향상을 도모하면서, 성막실(11) 안으로부터의 기판(W)의 출입을 용이하게 하고, 생산성을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 기판(W)을 출입할 때에, 기판(W)이 애노드(67)나 캐소드 유닛(68)에 접촉하여 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또, 비교적 이동시키기가 어려운 캐소드 유닛(68)을 2개의 기판(W)의 사이, 즉 성막실(11) 내의 대략 중앙에 설치하고 있다. 한편, 비교적 이동시키기가 용이한 애노드(67)를 2개의 기판(W)의 외측, 즉 성막실(11) 내의 측면측에 배치하고 있다. 그리고, 애노드(67)를 구동 기구(71)에 의해 이동 가능하게 함으로써, 기판(W)과 캐소드 유닛(68)의 이격거리를 제어하고 있다. 이 때문에, 캐소드 유닛(68)을 이동시키는 경우와 비교하여 박막 태양 전지 제조 장치(10)의 복잡화를 억제할 수 있고, 박막 태양 전지 제조 장치(10)의 제조 비용을 저감할 수 있다.
또한, 성막을 실시할 때는, 전극 유닛(31)의 2장의 애노드(67)를 구동 기구(71)에 의해 서로 접근하는 방향으로 이동시켜 애노드(67)와 성막 처리 전 기판(W1)의 이면(WU)이 접촉된다. 또, 구동 기구(71)를 구동시켜 애노드(67)에 눌리도록, 성막 처리 전 기판(W1)이 캐소드 유닛(68) 측으로 향하여 이동시킬 수 있다. 애노드(67)는 히터(H)를 내장하고, 이들 애노드(67)와 히터(H)로 애노드 유닛(90)이 구성되어 있다. 이 때문에, 성막을 실시할 때에, 애노드(67)와 기판(W)의 사이에 전혀 개재시키는 일이 없으므로, 효율적으로 기판(W)을 가열할 수 있다. 또한, 장시간의 성막 작업에 따라 기판(W)이 지나치게 따뜻해진 경우이어도, 애노드(67)를 기판(W)의 방열 매체로서 이용할 수 있다. 따라서, 성막 처리 시간의 시간 경과에 관계없이 기판(W)을 원하는 온도로 일정하게 유지하는 것이 가능하게 되고, 보다 고품질의 성막을 실시할 수 있다.
그리고, 캐소드 유닛(68)의 주연부에는, 대략 전체둘레에 걸쳐 중공형상의 배기 덕트(79)가 설치되어 있다. 이에 의해, 기판(W)의 전체둘레로부터 성막 가스(배기 가스)를 배기할 수 있다. 이 때문에, 배기 효율을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 배기 덕트(79)를 이용하여 배기시킴으로써, 예를 들면 성막을 실시할 때에 발생한 반응 부생성물(파우더) 등도 용이하게 회수할 수 있다. 이 반응 부생성물(파우더)은, 배기 덕트(79)의 내벽면에 부착시킴으로써 회수?처분할 수 있다. 이 때문에, 성막실(11)의 측면 하부(28)에 설치된 배기관(29)으로부터 외부로 배기되는 성막 가스를 반응 부생성물(파우더)을 포함하지 않는 비교적 클린한 상태로 하는 것이 가능하게 된다.
그리고, 캐리어(21)에 설치된 협지부(59)는, 기판(W)의 표면(WO) 및 이면(WU)에 접촉하는 협지편(59A, 59B)을 가진다. 이들 협지편(59A, 59B)의 이격거리는, 스프링 등을 개재하여 가변 가능, 즉 애노드(67)의 이동에 따라 협지편(59A)이 협지편(59B)에 대해 접근 근접?이격하는 방향을 따라 이동 가능하게 구성되어 있다. 이 때문에, 애노드(67)의 이동에 따라, 용이하게 기판(W)을 캐소드 유닛(68)에 대해 접근 근접?이격시킬 수 있다.
또한, 샤워 플레이트(75, 75)가 매칭 박스(72)와 접속된 캐소드(고주파 전극)가 되어 있으므로, 캐소드와 샤워 플레이트(75)를 별개로 설치할 필요가 없어진다. 그 결과, 박막 태양 전지 제조 장치(10)의 간소화, 저비용화를 도모하는 것이 가능하게 된다.
또, 캐소드 유닛(68)은 샤워 플레이트(캐소드)(75), 캐소드 중간 부재(76), 배기 덕트(79), 부유 용량체(82)를 가지고 있다. 한 쌍의 샤워 플레이트(75)는, 캐소드 중간 부재(76)의 양측면에 이 캐소드 중간 부재(76)와 전기적으로 접속된 상태로 배치되어 있다. 그리고, 캐소드 중간 부재(76)와 샤워 플레이트(캐소드)(75)는 도전체로 형성되고, 고주파는 캐소드 중간 부재(76)를 개재하여 각 샤워 플레이트(캐소드)(75)에 인가된다. 그러므로, 한 쌍의 샤워 플레이트(75, 75)에는, 플라즈마 발생을 위한 동 전위?동 위상의 전압이 인가된다.
이 때문에, 한 쌍의 샤워 플레이트(캐소드)(75, 75)를 각각 별개로 제어하지 않고 용이하게 동 전위?동 위상의 전압을 인가하는 것이 가능하게 된다. 이 때문에, 전압 제어 장치 등의 구성을 간략화할 수 있고, 박막 태양 전지 제조 장치(10)의 저비용화를 도모할 수 있다.
공간부(77)(가스 공급로)는 캐소드 중간 부재(76)에서 분리되고, 각각의 샤워 플레이트(75, 75)마다 대응하여 따로따로 형성되어 있다. 그 때문에, 각 샤워 플레이트(75, 75)로부터 방출되는 가스를 독립하여 제어할 수 있다. 이 때문에, 박막 태양 전지 제조 장치(10)의 사용 상황에 따라, 각각의 샤워 플레이트(75)로부터 방출되는 성막 가스를 독립하여 제어하고, 각각 기판(W)의 막의 품질에 차이가 나타나는 것을 방지할 수 있다. 또한, 캐소드 유닛(68)의 양측에 배치되는 각 기판(W)에 각각 다른 피막을 형성하는 것도 가능하게 되고, 성막 방법의 다양성을 증대시킬 수 있다.
또, 본 발명의 기술 범위는, 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 상술한 실시형태에 여러가지의 변경을 가한 것을 포함한다. 즉, 실시형태에서 든 구체적인 형상이나 구성 등은 일례에 불과하고, 적절히 변경이 가능하다.
1O 박막 태양 전지 제조 장치
11 성막실
21 캐리어(반송부)
59 협지부
59A 협지편(제1 협지편)
59B 협지편(제2 협지편)
67 애노드
68 캐소드 유닛
71 구동 기구(구동부)
75 샤워 플레이트 겸 캐소드
76 캐소드 중간 부재
77 공간부(가스 공급로)
79 배기 덕트
80 배기구
81 성막 공간
82 부유 용량체
H 히터(온도 제어부)
R 가스 유로
W 기판
W1 성막 처리 전 기판
W2 성막 처리 후 기판
W0 표면(성막면)
WU 이면(배면)

Claims (9)

  1. 기판의 성막면과 중력 방향이 평행이 되도록 상기 기판이 배치되고, 상기 성막면에 CVD법에 의해 막을 형성하는 성막실;
    전압이 인가되는 샤워 플레이트가 양측에 배치된 캐소드 유닛과, 상기 각 샤워 플레이트 각각에 마주하면서 이격거리를 두고 배치된 한 쌍의 애노드를 가지는 전극 유닛;
    상기 기판을 지지하고, 서로 마주하는 상기 캐소드 유닛과 상기 애노드의 사이에 상기 기판을 반송하는 반송부;를 가지고,
    상기 전극 유닛이 상기 애노드를 상기 캐소드 유닛에 대해 접근 및 이격하는 방향으로 이동시키는 구동부를 가지며,
    상기 샤워 플레이트와 상기 애노드와의 이격거리가 가변하고,
    상기 애노드가 상기 샤워 플레이트에 대해 접근하는 동안에, 상기 애노드는 상기 기판으로부터 이격된 위치로부터 상기 기판을 향하여 이동하여 상기 기판과 접촉되고, 상기 기판에 상기 애노드가 접촉하면서 이동함으로써, 상기 기판의 성막면과 상기 샤워 플레이트와의 이격거리가 제어되는 것을 특징으로 하는 박막 태양 전지 제조 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 캐소드 유닛이 2계통의 가스 공급로를 더 가지고,
    이들 가스 공급로 각각이 대응하는 상기 각 샤워 플레이트에 접속되고, 상기 각 샤워 플레이트의 한쪽으로부터 방출되는 성막 가스의 유량이나 종류가 다른 쪽과는 독립하여 제어되는 것을 특징으로 하는 박막 태양 전지 제조 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 캐소드 유닛의 외주면에 상기 성막 가스를 배기하는 배기 덕트가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 박막 태양 전지 제조 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반송부가 상기 기판의 상기 성막면에 접촉하는 제1 협지편과, 상기 기판의 배면에 접촉하는 제2 협지편을 가지고,
    이들 제1 협지편과 제2 협지편으로 상기 기판이 측면에서 지지되며,
    상기 애노드가 상기 캐소드 유닛에 대해 접근할 때에, 상기 제1 협지편이 상기 제2 협지편으로부터 이격하고,
    상기 애노드가 상기 캐소드 유닛에 대해 이격할 때에, 상기 제1 협지편이 상기 제2 협지편에 접근하는 것을 특징으로 하는 박막 태양 전지 제조 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 애노드에 상기 기판의 온도를 제어하기 위한 온도 제어부가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 박막 태양 전지 제조 장치.
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