薄膜太陽能電池製造裝置的製作方法

2023-10-17 04:01:29 1

專利名稱：薄膜太陽能電池製造裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及薄膜太陽能電池製造裝置。本申請基於2008年6月6日於日本申請的特願2008-149939號主張優先權，在此 援用其內容。
背景技術：
現在的太陽能電池中，單晶Si型和多晶Si型太陽能電池佔據大半。但是，因Si 的材料不足等原因，近年來，製造成本低且材料不足的風險小的形成有薄膜Si層的薄膜太 陽能電池的需求升高。進一步，在現有型的僅a-Si (非晶矽)層的薄膜太陽能電池的基礎 上，最近通過層積a-Si層與μ C-Si (微晶矽)層而提高轉換效率的疊層型薄膜太陽能電池 的需求升高。這種薄膜太陽能電池的薄膜Si層(半導體層)的成膜多使用等離子體CVD裝置。 作為這種等離子體CVD裝置，存在群集式PE-CVD (等離子體CVD)裝置、線列型PE-CVD裝置、 批次式PE-CVD裝置等。這裡，如果考慮薄膜太陽能電池的轉換效率，上述疊層型薄膜太陽能電池的 μ C-Si層與a-Si層相比較需要成膜約5倍左右的膜厚(1.5 4!11左右)。另外，由於Pc-Si 層需要均勻地形成優質的微晶層，因此加快成膜速度也是有界限的。因此，要求增加批處理 數以提高生產率。即，要求低成膜速度且實現高生產能力的裝置。另外，在專利文獻1中提出了一種能夠形成高品質的薄膜、且能夠降低製造成本 和維護成本的CVD裝置。專利文獻1的CVD裝置由基體(基板)接收發送裝置、可收納多 個基體的成膜腔室群、移動用腔室、以及腔室移動裝置構成。在成膜腔室的成膜室的出入口 設置有具有氣密性的擋板，移動用腔室的收納室的出入口總是開放。而且，對基體進行Si 層的成膜時，通過腔室移動裝置，移動用腔室移動到基體接收發送裝置的位置，並將基體託 架移送到移動用腔室側。另外，通過腔室移動裝置，接合移動用腔室與成膜腔室，使基體託 架移動到成膜腔室中，並對基體進行Si層的成膜。專利文獻1 特開2005-139524號公報但是，在專利文獻1的CVD裝置中，為了對基體進行薄膜Si層的成膜時，在將移動 用腔室與成膜腔室接合，並使移動用腔室內為真空狀態後，打開成膜腔室的擋板，從移動腔 室向成膜腔室移送基體託架。然後，在成膜腔室內加熱基體，通過等離子體CVD法對基體進 行薄膜Si層的成膜。薄膜Si層的成膜結束後，冷卻基體，並向其他處理室搬送基體。因此， 雖然能夠同時對多個基體進行Si層的成膜，但是為了對基體進行薄膜Si層的成膜，除了向 基體的成膜步驟以外，還需要很多其他步驟。另外，為了實現高生產能力，需要增加CVD裝 置的設置臺數，但如果考慮裝置的設置面積和成本效益，則增加CVD裝置的設置臺數是有 界限的。另外，在專利文獻1中的成膜腔室的成膜室內，設置有具有用於移動基體託架的 驅動源的小齒輪。即，通過驅動小齒輪，能夠使基體託架移動。另外，與對基體進行Si層的成膜的同時，由於在成膜腔室的成膜室內堆積有薄膜Si層，因此需要定期進行維護。在專利文獻1的CVD裝置結構中，需要在成膜腔室的成膜室內設置驅動小齒輪的驅動部。因此， 成膜腔室的成膜室內的結構複雜，維護需要長時間。由於在維護期間無法使用成膜室，因此 具有生產效率下降的問題。另外，如果考慮清潔的容易性和因驅動產生的汙染，則優選驅動和旋轉的部分不在成膜室中。即，優選在成膜室外設置移動基體託架的機構，旋轉部分等也設置在基體託架 側。

發明內容
本發明的目的在於提供一種能夠降低成膜室的維護頻率，並提高生產效率的薄膜太陽能電池製造裝置。本發明的一個方式中的薄膜太陽能電池製造裝置具有成膜室，被排氣以減壓並 通過CVD法在基板上形成膜；放入取出室，與所述成膜室經由第一開閉部連接，並能夠在大 氣壓與減壓之間切換；移動軌道，鋪設於所述成膜室和所述放入取出室；託架，保持所述基 板並沿著所述移動軌道移動；以及使所述託架移動的託架移送機構，所述託架移送機構設 置在所述放入取出室，使所述託架在所述成膜室與所述放入取出室之間移動。還可以採用以下結構所述薄膜太陽能電池製造裝置進一步具有基板裝卸室， 與所述放入取出室經由第二開閉部連接；基板搬送機構，進行將所述基板安裝到所述託架 上的作業和將所述基板從所述託架上拆卸的作業；以及收容機構，收容安裝在所述託架上 的基板、或者從所述託架上拆卸的基板的至少之一，所述託架移送機構使所述託架在所述 放入取出室與所述基板裝卸室之間移動，所述基板搬送機構在所述基板裝卸室內，進行將 所述基板安裝到所述託架上的作業和將所述基板從所述託架上拆卸的作業，且所述基板搬 送機構吸附所述基板的被成膜面的背面以保持所述基板，使所述基板在所述基板裝卸室與 所述收容機構之間移動。還可以採用以下結構所述託架以所述基板的被成膜面與重力方向平行的縱姿勢 保持所述基板。還可以採用以下結構所述託架平行且對置地保持多個所述基板。還可以採用以下結構所述成膜室具有多個陰極和與所述陰極對置的陽極，所述 託架被移送到所述成膜室，以使所述基板插入到所述陰極與所述陽極之間。還可以採用以下結構所述成膜室具有成膜單元，該成膜單元具有一個陰極和與 所述陰極的兩面對置的兩個陽極，所述託架被移送到所述成膜室，以使所述基板插入到所 述陰極與所述陽極之間。所述成膜室還可以具有多個所述成膜單元。還可以採用以下結構所述成膜單元被安裝為能夠從所述成膜室抽出。還可以採用以下結構所述收容機構以所述基板的被成膜面為水平的姿勢收容所 述基板，所述託架以所述基板的被成膜面為鉛直的姿勢收容所述基板，所述基板搬送機構 具有將所述基板在水平的姿勢與鉛直的姿勢之間旋轉的旋轉機構。還可以採用以下結構所述薄膜太陽能電池製造裝置包括多個在一個所述放入取 出室上連接一個所述成膜室的處理模塊，多個所述處理模塊並列配置。
一個所述放入取出室還可以與多個所述成膜室連接。還可以採用以下結構所述薄膜太陽能電池製造裝置包括多個在一個所述放入取 出室上連接一個所述成膜室的處理模塊，多個所述處理模塊並列配置，一個所述基板搬送 機構被設置為共用於多個所述處理模塊。根據上述方式，在成膜室中沒有用於移動託架的驅動源，僅設置有移動軌道。因 此，無需如以往那樣維護成膜室內的驅動源，能夠降低成膜室的維護頻率並提高生產效率。根據上述方式，由於驅動機構能夠僅吸附基板的被成膜面的背面來移動基板，因 此特別是在移動成膜處理後的基板時，驅動機構能夠不接觸成膜的區域而移動基板。因此， 能夠在搬送基板時可靠地保持成膜面的品質，能夠提高成品率。根據上述方式，由於能夠縮小基板在裝置內移動所需的面積，因此能夠使裝置小 型化，並且能夠以與現有相同的設置面積配置更多的裝置。因此，能夠增加可同時成膜的基 板的塊數，從而能夠提高生產率。另外，在基板的被成膜面沿與重力方向大致平行的鉛直方 向豎立的狀態下進行成膜時，能夠抑制成膜時產生的顆粒堆積在基板的成膜面上。因此，能 夠對基板進行高品質的半導體層的成膜。根據上述方式，由於能夠在一個託架中同時對多個基板進行成膜，因此能夠進一
步提高生產率。根據上述方式，在搬送機構中收容基板並向其他處理室搬送時，通過使基板的被 成膜面與水平方向大致平行，在移動時保持成膜品質，另一方面在將基板安裝到託架上時， 通過使基板的被成膜面與重力方向大致平行，從而能夠縮小基板在裝置內移動所需的面 積。因此，能夠提高生產效率。根據上述方式，通過並列配置多個處理模塊，由於能夠進一步增加可同時成膜的 基板的塊數，因此即使對基板進行低速率的膜的成膜時，也能夠實現高生產能力。另外，通 過使裝置一體化作為處理模塊，能夠縮短在工廠等中構築製造線時的裝置的設置時間(制 造線的啟動時間)。進一步，進行成膜室的維護時，通過對每個處理模塊進行維護，從而無需 停止整個製造線。因此，能夠將維護時的生產效率的下降抑制到最小限度。根據上述方式，由於安裝在託架上的基板能夠在放入取出室內移動，因此通過在 各成膜室供給不同的成膜材料，從而能夠對基板更有效地進行成膜材料不同的多層成膜。根據本發明的方式，在成膜室中沒有用於移動託架的驅動源，僅設置有移動軌道。 因此，無需如以往那樣維護成膜室內的驅動源，能夠降低成膜室的維護頻率並提高生產效 率。


圖1是本發明的一個實施方式中的薄膜太陽能電池的概要剖視圖；圖2是本發明的一個實施方式中的薄膜太陽能電池製造裝置的概要結構圖；圖3A是本發明的一個實施方式中的成膜室的立體圖；圖3B是本發明的一個實施方式中的成膜室的其他角度的立體圖；圖3C是本發明的一個實施方式中的成膜室的側視圖；圖4A是本發明的一個實施方式中的電極單元的立體圖；圖4B是本發明的一個實施方式中的電極單元的其他角度的立體圖4C是本發明的一個實施方式中的電極單元的部分分解立體圖；圖4D是本發明的一個實施方式中的電極單元的陰極單元和陽極單元的部分剖視 圖；圖5A是本發明的一個實施方式中的放入取出室的立體圖；圖5B是本發明的一個實施方式中的放入取出室的其他角度的立體圖；圖6是本發明的一個實施方式中的推挽機構的概要結構圖；圖7A是本發明的一個實施方式中的基板裝卸室的概要結構的立體圖；圖7B是本發明的一個實施方式中的基板裝卸室的概要結構的正視圖；圖8是本發明的一個實施方式中的基板收容盒的立體圖；圖9是本發明的一個實施方式中的託架的立體圖；圖10是表示本發明的一個實施方式中的薄膜太陽能電池的製造方法的過程的說 明圖(1)；圖11是表示本發明的一個實施方式中的薄膜太陽能電池的製造方法的過程的說 明圖(2)；圖12是表示本發明的一個實施方式中的薄膜太陽能電池的製造方法的過程的說 明圖(3)；圖13是表示本發明的一個實施方式中的薄膜太陽能電池的製造方法的過程的說 明圖(4)；圖14是表示本發明的一個實施方式中的薄膜太陽能電池的製造方法的過程的說 明圖(5)；圖15A是表示本發明的一個實施方式中的推挽機構的動作的說明圖(1)；圖15B是表示本發明的一個實施方式中的推挽機構的動作的說明圖(2)；圖16是表示本發明的一個實施方式中的薄膜太陽能電池的製造方法的過程的說 明圖(6)；圖17是表示本發明的一個實施方式中的薄膜太陽能電池的製造方法的過程的說 明圖(7)；圖18是表示本發明的一個實施方式中的薄膜太陽能電池的製造方法的過程的說 明圖(8)、表示基板插入到電極單元時的概要剖面；圖19是表示本發明的一個實施方式中的薄膜太陽能電池的製造方法的過程的說 明圖(9)；圖20是表示本發明的一個實施方式中的薄膜太陽能電池的製造方法的過程的說 明圖(10)；圖21是表示本發明的一個實施方式中的薄膜太陽能電池的製造方法的過程的說 明圖(11)、表示基板被定位到電極單元時的部分剖面；圖22是表示本發明的一個實施方式中的薄膜太陽能電池的製造方法的過程的說 明圖(12)；圖23是表示本發明的一個實施方式中的薄膜太陽能電池的製造方法的過程的說 明圖(13)；圖24是表示本發明的一個實施方式中的薄膜太陽能電池的製造方法的過程的說明圖(14)；圖25是表示本發明的一個實施方式中的薄膜太陽能電池的製造方法的過程的說 明圖(15)；圖26是表示本發明的一個實施方式中的薄膜太陽能電池製造裝置的其他形態的 概要結構圖；圖27是表示本發明的一個實施方式中的薄膜太陽能電池製造裝置的其他配置方 法的概要結構圖；圖28是表示本發明的一個實施方式中的薄膜太陽能電池製造裝置的又一其他配 置方法的概要結構圖。
具體實施例方式下面根據圖1 圖28對本發明的實施方式中的薄膜太陽能電池製造裝置進行說 明。〈薄膜太陽能電池〉圖1是薄膜太陽能電池的概要剖視圖。如圖1所示，按照附圖從上到下的順序，在 薄膜太陽能電池100中層積有構成薄膜太陽能電池100的表面的基板W、透明導電膜構成 的上部電極101、非晶矽構成的頂電池102、透明導電膜構成的中間電極103、微晶矽構成的 底電池104、透明導電膜構成的緩衝層105、以及金屬膜構成的背面電極106。其中，上部電 極101層積在基板W上。中間電極103層積在頂電池102與底電池104之間。即，薄膜太 陽能電池100為a-Si/微晶Si疊層型太陽能電池。這種疊層結構的薄膜太陽能電池100， 通過由頂電池102吸收短波長光，由底電池104吸收長波長光，從而能夠提高發電效率。按照附圖從上到下的順序，頂電池102具有層積ρ層102p、i層102i、以及η層 102η而構成的三層結構。頂電池102的ρ層102p、i層102i、n層102η的三層結構由非晶 矽形成。另外，按照附圖從上到下的順序，底電池104具有層積ρ層104p、i層104i、以及 η層104η而構成的三層結構。底電池104的ρ層104p、i層104i、n層104η的三層結構由 微晶矽構成。在如此構成的薄膜太陽能電池100中，當包含在太陽光中的稱作光子的能量粒子 撞擊到i層時，通過光伏效應產生電子和空穴(hole)，該電子向著η層移動，該空穴向著ρ 層移動。通過從上部電極101和背面電極106取出該通過光伏效應產生的電子，能夠將光 能轉換為電能。另外，通過在頂電池102與底電池104之間設置中間電極103，通過頂電池102到 達底電池104的光的一部分由中間電極103反射並再次入射到頂電池102側。因此，電池 的感光度特性提高，能夠提高發電效率。另外，從玻璃基板W側入射的太陽光，通過各層並由背面電極106反射。在薄膜太 陽能電池100中，為了提高光能的轉換效率，採用了以拉伸入射到上部電極101的太陽光的 光路的稜鏡效應與光的封閉效應為目的的紋理構造。圖2是薄膜太陽能電池製造裝置的概要結構圖。如圖2所示，薄膜太陽能電池制 造裝置10包括成膜室11、能夠收容基板W的放入取出室13、對於託架21 (參考圖9)裝卸基板W的基板裝卸室15、用於從託架21 (參考圖9)上裝卸基板W的基板裝卸機器人(驅動 機構)17、以及收容基板W的基板收容盒(搬送機構)19。成膜室11能夠使用CVD法對多 個基板W同時進行由微晶矽構成的底電池104(半導體層)的成膜。放入取出室13能夠同 時收容搬入成膜室11的成膜處理前基板Wl以及從成膜室11搬出的成膜處理後基板W2。 基板裝卸室15能夠裝卸成膜處理前基板Wl以及成膜處理後基板W2。基板收容盒19為將 基板W搬送到其他處理工序而收容基板W。由成膜室11、放入取出室13、以及基板裝卸室 15構成基板成膜線16。此外，在本實施方式中設置有四個基板成膜線16。另外，基板裝卸 機器人17能夠在鋪設於地面上的軌道18上移動。因此，能夠通過一臺基板裝卸機器人17 進行向所有的基板成膜線16傳遞基板W。進一步，由成膜室11與放入取出室13構成的處 理模塊14 一體化，並以可裝載於卡車的大小形成。圖3A 圖3C是表示成膜室11的概要結構的圖。其中，圖3A是成膜室11的立 體圖、圖3B是從與圖3A不同的角度觀察的成膜室11的立體圖、圖3C是成膜室11的側視 圖。如圖3A和圖3B所示，成膜室11形成箱型。成膜室11具有與放入取出室13連接的側 面23。在該側面23上形成有三處搭載基板W的託架21可通過的託架搬出入口 24。另外， 在託架搬出入口 24上設置有開閉託架搬出入口 24的擋板(第一開閉部)25。關閉擋板25 時，託架搬出入口 24被關閉並確保氣密性。在成膜室11的與側面23對置的側面27上安 裝有三臺用於對基板W實施成膜的電極單元31。電極單元31可從成膜室11裝卸。具體而 言，如圖3B所示，在成膜室11的側面27上形成有三處開口部26，電極單元31可裝卸地設 置在該開口部26上。另外，在成膜室11的側面下部28連接有用於對成膜室11內進行真 空排氣的排氣管29，在排氣管29上設置有真空泵30。圖4A 圖4D是表示電極單元31的概要結構的圖。其中，圖4A是電極單元31的 立體圖、圖4B是從與圖4A不同的角度觀察的電極單元31的立體圖、圖4C是電極單元31 的部分分解立體圖、圖4D是陰極單元和陽極單元的部分剖視圖。如圖4A 圖4D所示，電 極單元31在其下部設置有車輪61，通過該車輛61能夠在地面上移動。另外，在安裝有車輪 61的底板部62上沿鉛直方向豎立設置有側板部63。該側板部63具有封閉成膜室11的側 面27的開口部26的大小。如圖4C所示，帶車輪61的底板部62也可以作為可與電極單元31分離、連接的臺 車結構。通過如此可分離的臺車結構，將電極單元31連接到成膜室11之後，能夠分離臺車， 作為共用的臺車將分離的臺車使用於其他電極單元31的移動。即，側板部63構成成膜室11的壁面的一部分。在側板部63的第一面(面向成膜 室11內部的面)65上設置有進行成膜時位於基板W的兩側的陽極單元90與陰極單元68。 在本實施方式的電極單元31中，夾著陰極單元68並在兩側隔開分別配置有陽極單元90，通 過一個電極單元31能夠同時對兩塊基板W進行成膜。因此，基板W在與重力方向大致平行 的狀態下，分別對置配置在陰極單元68的兩面側，兩個陽極單元90在與各基板W分別對置 的狀態下，配置在各基板W的厚度方向外側。此外，陽極單元90由板狀的陽極67與內置於 陽極單元90中的加熱器H構成。另外，在側板部63的第二面69上安裝有驅動陽極單元90的驅動裝置71、以及進 行成膜時對陰極單元68的陰極中間部件76供電的匹配箱72。進一步，在側板部63上形成 有對陰極單元68供給成膜氣體的配管用的連接部(未圖示)。
在陽極單元90中內置有加熱器H，加熱器H是控制基板W的溫度的溫度控制設備。 另外，兩個陽極單元90、90通過設置在側板部63上的驅動裝置71，能夠沿相互接近、遠離的 方向(水平方向)移動，能夠控制基板W與陰極單元68的間隔距離。具體而言，實施基板W 的成膜時，兩個陽極單元90、90沿陰極單元68方向移動並與基板W抵接，進一步沿接近陰 極單元68的方向移動以將基板W與陰極單元68的間隔距離調節為希望的距離。然後，進 行成膜，成膜結束後，陽極單元90、90沿相互遠離的方向移動，從而能夠從電極單元31容易 地取出基板W。進一步，陽極單元90經由鉸鏈(未圖示)安裝在驅動裝置71上，在從成膜室11拔 出電極單元31的狀態下，能夠轉動(打開)直至陽極單元90 (陽極67)的陰極單元68側 的面67A與側板部63的第一面65大致平行。也就是，如圖4A中的虛線所示，陽極單元90 在俯視中能夠轉動大致90°。陰極單元68具有簇射極板75 (陰極)、陰極中間部件76、排氣管道79、以及浮遊電 容體82。在陰極單元68上配置有在與陽極單元90 (陽極67)對置的面上分別形成有多個 小孔(未圖示)的簇射極板75，能夠向基板W噴出成膜氣體。進一步，簇射極板75、75為與 匹配箱72連接的陰極(高頻電極)。在兩塊簇射極板75、75之間設置有與匹配箱72連接 的陰極中間部件76。S卩，簇射極板75在與該陰極中間部件76電連接的狀態下配置在陰極 中間部件76的兩側面。陰極中間部件76與簇射極板(陰極)75由導電體形成，高頻經由 陰極中間部件76施加在簇射極板(陰極)75上。因此，兩塊簇射極板75、75上施加有用於 產生等離子體的同電位、同相位的電壓。陰極中間部件76通過未圖示的配線與匹配箱72連接。在陰極中間部件76與簇 射極板75之間形成有空間部77，由氣體供給裝置(未圖示)對該空間部77供給成膜氣體。 空間部77由陰極中間部件76分離，對應於各個簇射極板75、75分別形成，從各簇射極板 75、75放出的氣體被獨立控制。即，空間部77具有氣體供給通道的作用。在該實施方式中， 由於空間部77對應於各個簇射極板75、75分別形成，因此陰極單元68具有兩條氣體供給 通道。另外，在陰極單元68的周緣部上在其大致全周上設置有中空狀的排氣管道79。在 排氣管道79上形成有用於排出成膜空間81的成膜氣體和反應副生成物(粉末)的排氣口 80。具體而言，排氣口 80形成為面對形成在實施成膜時的基板W與簇射極板75之間的成 膜空間81。排氣口 80沿著陰極單元68的周緣部形成有多個，從而能夠在全周上大致均勻 地排氣。另外，排氣管道79在陰極單元68的下部具有朝向成膜室11內的面，在該朝向成 膜室11內的面上形成有開口部(未圖示)，能夠將排出的成膜氣體等向成膜室11內排出。 向成膜室11內排出的氣體由設置在成膜室11的側面下部28的排氣管29向外部排出。另 外，在排氣管道79與陰極中間部件76之間設置有具有電介質和/或層積空間的浮遊電容 體82。排氣管道79與設置電位連接。排氣管道79也執行用於防止從陰極75和陰極中間 部件76異常放電的防護框的功能。進一步，在陰極單元68的周緣部上，以覆蓋從排氣管道79的外周部到簇射極板 75(陰極)的外周部的部位的方式設置有掩膜78。該掩膜78覆蓋設置在託架21上的後述 的夾持部59的夾持片59A (參考圖9、圖21)，並且實施成膜時與夾持片59A成為一體並形成用於將成膜空間81的成膜氣體或顆粒引導至排氣管道79的氣體流動通道R。即，在託架 21 (夾持片59A)與簇射極板75之間、和與排氣管道79之間形成有氣體流動通道R。通過設置這樣的電極單元31，從而在一個電極單元31中，形成有兩處插入基板W 的陽極單元90與陰極單元68的間隙。因此，能夠由一個電極單元31同時對兩塊基板W進 行成膜。另外，在陽極單元90與陰極單元68之間配置基板W，陽極單元90(陽極67)能夠 移動以與基板W抵接，並調整基板W與陰極單元68的間隔距離。因此，通過等離子體CVD法 在基板W上進行薄膜Si層的成膜時，需要將基板W與陰極單元68的間隙設定為5 15mm 的程度，通過使陽極67能夠移動，從而能夠在成膜前後調節陽極67與陰極單元68的間隔 距離。因此，能夠使基板W易於出入。另外，能夠防止基板W出入時，基板W與陽極67或陰 極單元68接觸造成損傷。進一步，通過使陽極67與基板W抵接，由加熱器H —邊加熱基板 W 一邊進行成膜時，能夠有效地對基板W傳遞該加熱器H的熱。因此，能夠實施高品質的成 膜。進一步，由於電極單元31可從成膜室11裝卸，因此能夠容易地進行去除堆積在電 極單元31的陰極單元68和陽極單元90上的膜等的定期的維護。另外，如果準備備用的電 極單元31，則即使為了維護而從成膜室11拆卸電極單元31時，通過安裝備用的電極單元 31作為代替，能夠不停止製造線而進行維護。因此，能夠提高生產效率。作為結果，即使在 基板W上以低速度進行半導體層的成膜時，也能夠實現高生產能力。回到圖2，移動軌道37鋪設在成膜室11、放入取出室13、以及基板裝卸室15之間。 通過該移動軌道37，託架21能夠在成膜室11與放入取出室13之間、以及放入取出室13與 基板裝卸室15之間移動。此外，移動軌道37在成膜室11與放入取出室13之間分離，通過 關閉擋板25，託架搬出入口 24可被密封。圖5A、圖5B是表示放入取出室13的概要結構的圖、圖5A是放入取出室13的立體 圖、圖5B是從與圖5A不同的角度觀察的立體圖。如圖5A和圖5B所示，放入取出室13形 成箱型。放入取出室13的側面33與成膜室11的側面23確保氣密性地連接。在放入取出 室13的側面33上形成有三個託架21能夠插通的開口部32。放入取出室13的與側面33 對置的側面34與基板裝卸室15連接。在放入取出室13的側面34上形成有三處搭載基板 W的託架21可通過的託架搬出入口 35。在託架搬出入口 35上設置有能夠確保氣密性的擋 板(第二開閉部)36。此外，移動軌道37在放入取出室13與基板裝卸室15之間分離，通過 關閉擋板36，託架搬出入口 35可被密封。另外，在放入取出室13中設置有用於使託架21沿著移動軌道37在成膜室11與 放入取出室13之間移動的推挽機構38 (託架移送機構)。如圖6所示，該推挽機構38包 括卡止部48，用於卡止託架21 ；—對引導部件49，設置在卡止部48的兩端並與移動軌道 37大致平行地配置；以及移動裝置50，使卡止部48沿著引導部件49移動。進一步，在放入取出室13內，為了同時收容成膜處理前基板Wl和成膜處理後基板W2，設置有用於使託架21沿著在俯視中與移動軌道37的鋪設方向大致正交的方向移動規 定距離的移動機構(未圖示)。而且，在放入取出室13的側面下部41連接有用於對放入取 出室13內進行真空排氣的排氣管42，在排氣管42上設置有真空泵43。圖7A和圖7B是表示基板裝卸室15的概要結構的圖、圖7A是基板裝卸室15的立體圖、圖7B是基板裝卸室15的正視圖。如圖7A和圖7B所示，基板裝卸室15形成為框架 狀，與放入取出室13的側面34連接。在基板裝卸室15中，能夠將成膜處理前基板Wl安裝 到配置在移動軌道37上的託架21上，還能夠從託架21上拆卸成膜處理後基板W2。在基板 裝卸室15中能夠並列配置三個託架21。基板裝卸機器人17 (基板搬送機構)具有驅動臂45 (參考圖2)，驅動臂45的前 端能夠吸附基板W。另外，驅動臂45能夠在配置於基板裝卸室15中的託架21與基板收容 盒19之間驅動。即，驅動臂45能夠從基板收容盒19取出成膜處理前基板W1，並將成膜處 理前基板Wl安裝到配置在基板裝卸室15中的託架(第一託架)21上。進一步，驅動臂45 能夠將成膜處理後基板W2從返回基板裝卸室15的託架(第二託架)21上拆卸，並向基板 收容盒19搬送成膜處理後基板W2。另外，驅動臂45具有旋轉機構，能夠使水平的基板W旋轉為垂直，使垂直的基板W 旋轉為水平。圖8是基板收容盒19的立體圖。如圖8所示，基板收容盒19(收容機構)形成箱 型，具有能夠收容多塊基板W的大小。基板W在其被成膜面與水平方向大致平行的狀態下 沿上下方向層積收容多塊。另外，在基板收容盒19的下部設置有腳輪47，能夠向其他處理 裝置移動。此外，在基板收容盒19中，也可以在基板W的成膜面與重力方向大致平行的狀 態下能夠沿左右方向收容多塊。圖9是託架21的立體圖。如圖9所示，託架21形成有兩個能夠安裝基板W的方 框狀的框架51。即，在一個託架21中能夠安裝兩塊基板W。兩個框架51、51通過其上部中 的連結部件52而被一體化。另外，在連結部件52的上方設置有載置在移動軌道37上的車 輪53，通過車輪53在移動軌道37上滾動，託架21能夠移動。另外，在框架51的下部設置 有用於當託架21移動時抑制基板W搖晃的框架保持器54。該框架保持器54的前端與設置 在成膜室11、放入取出室13、以及基板裝卸室15的底面上的剖面凹狀的軌道部件55 (參考 圖18)配合。此外，軌道部件55在俯視中沿著移動軌道37的方向配置。如果由多個輥構 成框架保持器54，則能夠更穩定地搬送基板W。框架51分別具有開口部56、周緣部57、以及夾持部59。基板W的被成膜面(表 面TO)在形成於框架51上的開口部56露出，在開口部56的周緣部57中，夾持部59從兩 側夾持並固定基板W。而且，夾持基板W的夾持部59通過彈簧等作用有偏壓力。另外，夾 持部59具有與基板W的被成膜面即表面WO和背面WU (裡面)抵接的夾持片59A、59B (參 考圖18、圖21)。該夾持片59A、59B的間隔距離通過彈簧等可變。即，根據陽極單元90(陽 極67)的移動，夾持片59A能夠沿著相對於夾持片59B接近、遠離的方向移動(後述詳細內 容)。這裡，在一個移動軌道37上安裝有一個該託架21 (能夠保持一對(兩塊)基板的一 個託架21)。即，在一組薄膜太陽能電池製造裝置10中安裝有三個(能夠保持三對(六塊) 基板)的託架21。而且，在本實施方式的薄膜太陽能電池製造裝置10中，配置有四個由上述的成膜 室11、放入取出室13、以及基板裝卸室15構成的基板成膜線16。因此，能夠大致同時對 二十四塊基板W進行成膜。下面對使用本實施方式的薄膜太陽能電池製造裝置10對基板W進行成膜的方法進行說明。此外，在該說明中，使用一個基板成膜線16的附圖，其他三個基板成膜線16也 以大致相同的流程對基板進行成膜。如圖10所示，將收容多塊成膜處理前基板Wl的基板收容盒19配置在規定的位置。如圖11所示，基板裝卸機器人17的驅動臂45吸附基板收容盒19內的基板W的 被成膜面的背面，並從基板收容盒19中取出一塊成膜處理前基板W1，將成膜處理前基板Wl 安裝到設置在基板裝卸室15內的託架21上。驅動臂45具有旋轉機構，通過旋轉機構將沿 水平方向配置在基板收容盒19中的成膜處理前基板Wl的方向變為鉛直方向，並安裝到託 架21上。再次重複該動作，在一個託架21上安裝第二塊成膜處理前基板W1。進一步重複 該動作，在設置於基板裝卸室15中的剩餘的兩個託架21上也分別安裝成膜處理前基板W1。 也就是，在該階段將六塊成膜處理前基板Wl安裝到託架21上。如圖12所示，使安裝有成膜處理前基板Wl的三個託架21沿著移動軌道37大致 同時移動，收容在放入取出室13內。將託架21收容在放入取出室13之後，放入取出室13 的託架搬出入口 35的擋板36關閉。然後，使用真空泵43將放入取出室13的內部保持在
真空狀態。如圖13所示，使用移動機構，使三個託架21分別沿在俯視中與鋪設移動軌道37 的方向正交的方向移動規定距離(半間距)。此外，該規定距離是指一個託架21位於相鄰 的移動軌道37、37之間的距離。如圖14所示，使成膜室11的擋板25為打開狀態，使用推挽機構38使安裝有在成 膜室11結束成膜的成膜處理後基板W2的託架21A移動到放入取出室13。此時，託架21與 託架21A在俯視中交替並列。而且，通過以規定時間保持該狀態，蓄積在成膜處理後基板W2 上的熱傳遞到成膜處理前基板Wl。即，成膜前基板Wl被加熱。這裡，說明推挽機構38的動作。此外，這裡對使位於成膜室11的託架21A向放入 取出室13移動時的動作進行說明。如圖15A所示，將安裝有成膜處理後基板W2的託架21A卡止在推挽機構38的卡 止部48上。而且，使安裝在卡止部48上的移動裝置50的移動臂58搖動。此時，移動臂58 的長度可變。這樣，卡止有託架21A的卡止部48被引導部件49引導且沿著引導部件49移 動。據此，如圖15B所示，卡止在卡止部48上的託架21A向放入取出室13內移動。S卩，託 架21A從成膜室11向放入取出室13移動。通過如此構成，不需要在成膜室11內設置驅動 託架21A的驅動源。此外，通過進行上述動作的逆動作，能夠使放入取出室13中的託架21 向成膜室11移動。如圖16所示，通過移動機構使託架21和託架21A沿與移動軌道37正交的方向移 動，使保持處理前基板Wl的託架21移動到沿著移動軌道37的位置。如圖17所示，使用推挽機構38使保持處理前基板Wl的託架21移動到成膜室11， 移動完成後使擋板25為關閉狀態。此外，成膜室11保持在真空狀態。此時，安裝在託架21 上的成膜處理前基板W1，在成膜室11內，在其表面WO沿著與重力方向大致平行的鉛直方向 的狀態下，插入到陽極單元90與陰極單元68之間(參考圖18)。如圖18、圖19所示，通過驅動裝置71使電極單元31的兩個陽極單元90沿相互接 近的方向移動，使陽極單元90(陽極67)與成膜處理前基板Wl的背面WU抵接。
如圖20所示，進一步驅動驅動裝置71時，成膜處理前基板Wl以被陽極67推壓的 方式向著陰極單元68側移動。而且，移動直到成膜處理前基板Wl與陰極單元68的簇射極 板75的間隙達到規定距離(成膜距離)。此外，該成膜處理前基板Wl與陰極單元68的簇 射極板75的間隙(成膜距離)為5 15mm，例如5mm的程度。此時，與成膜處理前基板Wl的表面WO側抵接的託架21的夾持部59的夾持片59A， 伴隨著成膜處理前基板Wl (陽極單元90)的移動進行移位。此外，陽極單元90向著遠離陰 極單元68的方向移動時，夾持片59A上作用彈簧等的復原力而向著夾持片59B側移位。此 時，成膜前基板Wl被陽極67與夾持片59A夾持。如圖21所示，成膜處理前基板Wl向著陰極單元68側移動時，夾持片59A與掩膜 78抵接，在該時刻陽極單元90的移動停止。這裡，如圖21所示，掩膜78覆蓋夾持片59A的表面和基板W的外緣部而形成，並 且形成為能夠與夾持片59A或基板W的外緣部貼緊。S卩，掩膜78與夾持片59A的接觸面或 掩膜78與基板W的外緣部的接觸面具有密封面的作用，成膜氣體幾乎不會從這些掩膜78 與夾持片59A之間或掩膜78與基板W的外緣部之間洩漏到陽極67側。據此，限制成膜氣 體擴散的範圍，能夠抑制在不需要的範圍的成膜。據此，能夠縮小清潔範圍，減少清潔頻率， 提高裝置的運轉率。另外，由於成膜處理前基板Wl的移動通過基板W的外緣部與掩膜78抵接而停止， 因此由掩膜78與簇射極板75、以及與排氣管道79的間隙構成的氣體流動通道R的厚度方 向的流動通道高度設定為使成膜處理前基板Wl與陰極單元68的間隙為規定距離。作為其他方式，通過將掩膜經由彈性體向排氣管道79安裝，也能夠通過驅動機構 71的行程任意變更基板W與簇射極板75 (陰極)的距離。在上述方式中，記載了掩膜78與 基板W抵接的情況，但是也可以空出限制成膜氣體通過的微小間隔而配置掩膜78與基板W。在這種狀態下，從陰極單元68的簇射極板75噴出成膜氣體，並啟動匹配箱72對 陰極單元68的簇射極板75 (陰極)施加電壓，從而在成膜空間81產生等離子體，對成膜處 理前基板Wl的表面WO實施成膜。此時，通過內置在陽極67中的加熱器H，成膜處理前基板 Wl被加熱到希望的溫度。這裡，陽極單元90在成膜處理前基板Wl達到希望的溫度時停止加熱。但是，通過 對陰極單元68施加電壓，在成膜空間81產生等離子體。由於隨著時間的經過來自等離子 體的熱量輸入，即使陽極單元90停止加熱，成膜處理前基板Wl的溫度也有可能上升高於希 望的溫度。此時，也能夠使陽極單元90執行用於冷卻溫度過度上升的成膜處理前基板Wl 的放熱板的功能。因此，無論成膜處理時間經過多長時間成膜處理前基板Wl均被保持為希 望的溫度。此外，在一次成膜處理工序進行多層成膜時，能夠在每個規定時間切換供給的成 膜氣體材料。在成膜中和成膜後，成膜空間81的氣體和顆粒由形成在陰極單元68的周緣部的 排氣口 80排出。並且，被排出的氣體經由氣體流動通道R從陰極單元68的周緣部的排氣 管道79通過開口部(形成陰極單元68的下部的排氣管道79的朝向成膜室11內的面上的 開口部)，從設置在成膜室11的側面下部28的排氣管29排出到外部。此外，通過使實施成 膜時產生的反應副生成物(粉末)附著在排氣管道79的內壁面上從而能夠回收、處理。由
14於在成膜室11內的所有電極單元31中，執行與上述的處理相同的處理，因此能夠對六塊基 板W同時實施成膜。而且，成膜結束時，通過驅動裝置71使兩個陽極單元90沿相互遠離的方向移動， 成膜處理後基板W2和框架51 (夾持片59A)回到原來的位置(參考圖19、圖21)。通過進一 步使陽極單元90沿遠離的方向移動，成膜處理後基板W2與陽極單元90遠離(參考圖18)。如圖22所示，使成膜室11的擋板25為打開狀態，使用推挽機構38使託架21向 放入取出室13移動。此時，放入取出室13被排氣，並已經設置有安裝了接下來將要成膜的 成膜處理前基板Wl的託架21B。而且，在放入取出室13內成膜處理後基板W2上蓄積的熱 量向成膜處理前基板Wl傳遞，成膜處理後基板W2的溫度降低。
如圖23所示，託架21B向成膜室11內移動後，通過移動機構使託架21回到配置 在移動軌道37上的位置。如圖24所示，使擋板25為關閉狀態，成膜處理後基板W2下降到規定溫度之後，使 擋板36為打開狀態，使託架21向基板裝卸室15移動。如圖25所示，在基板裝卸室15中通過基板裝卸機器人17將成膜處理後基板W2 從託架21上拆卸，並向基板收容盒19搬送成膜處理後基板W2。所有成膜處理後基板W2的 拆卸完成後，使基板收容盒19移動到下一工序的場所，處理結束。根據本實施方式的薄膜太陽能電池製造裝置10，在放入取出室13中設置推挽機 構38，使用該推挽機構38，託架21能夠在鋪設於成膜室11與放入取出室13之間的移動軌 道37上移動。因此，在成膜室11中沒有移動託架21的驅動源，僅設置有移動軌道37。因 此，無需如以往那樣維護成膜室11內的驅動源，能夠降低成膜室11的維護頻率並提高生產 效率。另外，由於基板裝卸機器人17吸附基板W的被成膜面的背面WU，以使基板W在基 板裝卸室15與基板收容盒19之間的移動，因此特別是在移動成膜處理後基板W2時，能夠 避免基板裝卸機器人17接觸成膜區域(被成膜面)。因此，能夠在搬送成膜處理後基板W2 時可靠地保持成膜面的品質，能夠提高成品率。另外，在本實施方式中，基板W在沿鉛直方向豎立的狀態(基板W的被成膜面與重 力方向大致平行地配置的狀態)下，進行在薄膜太陽能電池製造裝置10內的移動以及成膜 處理。其結果是能夠縮小基板W在薄膜太陽能電池製造裝置10內移動所需的面積，能夠使 裝置小型化，並且能夠以與現有相同的設置面積配置更多的裝置。因此，能夠增加同時成膜 的基板W的塊數，提高生產率。另外，在基板W沿鉛直方向豎立的狀態下進行成膜時，能夠 抑制成膜時產生的顆粒堆積在基板W的成膜面上。因此，能夠對基板W進行高品質的半導 體層的成膜。另外，由於一個託架21能夠保持多塊(兩塊)基板W，因此在一個託架21中能夠 同時對多塊基板W進行成膜，能夠進一步提高生產率。進一步，由於推挽機構38能夠同時 搬送多個託架21，因此能夠進一步提高處理速度。進一步，在基板收容盒19中，能夠將基板W配置為其被成膜面與水平方向大致平 行，在託架21中能夠將基板W配置為其被成膜面與重力方向大致平行。因此，在基板收容 盒19中收容基板W並向其他處理工序搬送時，通過使基板W的被成膜面與水平方向大致平 行，能夠在移動時保持成膜品質。另外，將基板W安裝到託架21上時，通過使基板W的被成膜面與重力方向大致平行，從而能夠縮小基板W在裝置內移動所需的面積。因此，能夠提高 生產效率。而且，由於並列配置多個成膜室11與放入取出室13連接的處理模塊14，因此能夠 增加可同時成膜的基板W的塊數，即使對基板W進行低速率的半導體層的成膜時，也能夠實 現高生產能力。另外，通過使裝置一體化作為處理模塊14，能夠縮短在工廠等中構築製造線 時的裝置的設置時間(製造線的啟動時間)。進一步，進行成膜室11的維護時，分別對每個 處理模塊14進行維護，從而無需停止整個製造線。因此，能夠將維護時的生產效率的下降 抑制到最小限度。此外，通過使成膜處理後基板W2與成膜處理前基板Wl同時收容在放入取出室13 中，從而能夠減少放入取出室13的一系列基板成膜工序中的真空排氣工序。因此，能夠提 高生產率。另外，在放入取出室13中，同時收容成膜處理後基板W2與成膜處理前基板Wl 時，蓄積在成膜處理後基板W2上的熱被傳遞到成膜處理前基板Wl上，從而進行熱交換。據 此，能夠省略將成膜處理前基板Wl收容在成膜室11中之後通常實施的加熱工序、以及將成 膜處理後基板W2從放入取出室13搬出之前通常實施的冷卻工序。作為結果能夠提高生產 率，並且能夠取消現有的加熱工序、冷卻工序所使用的設備，因此能夠降低製造成本。此外，本發明的技術範圍並不限定於上述實施方式，在不脫離本發明的宗旨的範 圍內，包括對上述實施方式施加各種變更的內容。即，由實施方式列舉的具體的形狀和結構 等僅為一個示例，可以適當變更。例如，在本實施方式中，對在一個成膜室上連接一個放入 取出室的情況進行了說明，如圖26所示，也可以設置在一個大的放入取出室13上並列配置 並連接多個成膜室11的處理模塊114，託架能夠在該放入取出室13內移動。通過如此構成， 由於安裝在託架上的基板能夠在放入取出室內移動，因此能夠在各成膜室供給不同的成膜 材料。據此，能夠更有效地對基板進行成膜材料不同的多層成膜。另外，還可以如圖27所示配置薄膜太陽能電池製造裝置。在該示例中，由成膜室 11、放入取出室13、以及基板裝卸室15構成的模塊沿基板裝卸機器人17放射狀地設置。通 過如此構成，能夠消除基板裝卸機器人17在軌道上移動的時間。也就是，能夠縮短基板裝 卸機器人17的動作時間，從而縮短節拍時間。進一步，還可以如圖28所示配置薄膜太陽能電池製造裝置。在該示例中，由成膜 室11、放入取出室13、以及基板裝卸室15構成的模塊設置在基板裝卸機器人17的兩側。通 過如此構成，能夠節省空間，且能夠縮短基板裝卸機器人17的動作時間。而且，在本實施方式中，配置一臺基板裝卸機器人17並進行基板W的裝卸，但也可 以配置兩臺基板裝卸機器人17，一個基板裝卸機器人17專用於基板W的安裝，另一個基板 裝卸機器人1專用於基板W的拆卸。另外，也可以在一臺基板裝卸機器人17上設置兩條驅 動臂，同時安裝拆卸兩塊基板W。工業上的利用可能性根據本發明的實施方式，在成膜室中沒有用於移動託架的驅動源，僅設置有移動 軌道。因此，無需如以往那樣維護成膜室內的驅動源，能夠降低成膜室的維護頻率並提高生
產效率。符號說明10薄膜太陽能電池製造裝置
11成膜室13放入取出室14基板成膜模塊15基板裝卸室17基板裝卸機器人(驅動機構)19基板收容盒(搬送機構)21 託架25擋板(第一開閉部)36擋板(第二開閉部)37移動軌道38推挽機構(移送機構)104底電池(膜)W 基板Wl成膜處理前基板W2成膜處理後基板
權利要求
1.一種薄膜太陽能電池製造裝置，其特徵在於，具有 成膜室，被排氣以減壓並通過CVD法在基板上形成膜；放入取出室，與所述成膜室經由第一開閉部連接，並能夠在大氣壓與減壓之間切換； 移動軌道，鋪設於所述成膜室和所述放入取出室； 託架，保持所述基板並沿著所述移動軌道移動；以及 使所述託架移動的託架移送機構，所述託架移送機構設置在所述放入取出室，使所述託架在所述成膜室與所述放入取出 室之間移動。
2.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池製造裝置，具有 基板裝卸室，與所述放入取出室經由第二開閉部連接；基板搬送機構，進行將所述基板安裝到所述託架上的作業和將所述基板從所述託架上 拆卸的作業；以及收容機構，收容安裝到所述託架上的基板、或者從所述託架上拆卸的基板的至少之一， 所述託架移送機構使所述託架在所述放入取出室與所述基板裝卸室之間移動， 所述基板搬送機構在所述基板裝卸室內，進行將所述基板安裝到所述託架上的作業和 將所述基板從所述託架上拆卸的作業，且所述基板搬送機構吸附所述基板的被成膜面的背 面以保持所述基板，使所述基板在所述基板裝卸室與所述收容機構之間移動。
3.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池製造裝置，所述託架以所述基板的被成膜面 與重力方向平行的縱姿勢保持所述基板。
4.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池製造裝置，所述託架並排且對置地保持多個 所述基板。
5.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池製造裝置， 所述成膜室具有多個陰極和與所述陰極對置的陽極，所述託架被移送到所述成膜室，以使所述基板插入到所述陰極與所述陽極之間。
6.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池製造裝置，所述成膜室具有成膜單元，該成膜單元具有一個陰極和與所述陰極的兩面對置的兩個 陽極，所述託架被移送到所述成膜室，以使所述基板插入到所述陰極與所述陽極之間。
7.根據權利要求6所述的薄膜太陽能電池製造裝置，所述成膜室具有多個所述成膜單元。
8.根據權利要求6或權利要求7所述的薄膜太陽能電池製造裝置，所述成膜單元被安 裝為能夠從所述成膜室抽出。
9.根據權利要求2所述的薄膜太陽能電池製造裝置，所述收容機構以所述基板的被成膜面為水平的姿勢收容所述基板，所述託架以所述基板的被成膜面為鉛直的姿勢收容所述基板，所述基板搬送機構具有將所述基板在水平的姿勢與鉛直的姿勢之間旋轉的旋轉機構。
10.根據權利要求1至9中的任一項所述的薄膜太陽能電池製造裝置， 包括多個將一個所述成膜室連接在一個所述放入取出室上的處理模塊， 多個所述處理模塊並列配置。
11.根據權利要求1至10中的任一項所述的薄膜太陽能電池製造裝置，一個所述放入 取出室與多個所述成膜室連接。
12.根據權利要求2所述的薄膜太陽能電池製造裝置，包括多個在一個所述放入取出室上連接一個所述成膜室的處理模塊， 多個所述處理模塊並列配置，一個所述基板搬送機構被設置為共用於多個所述處理模塊。
全文摘要
一種薄膜太陽能電池製造裝置，具有成膜室，被排氣以減壓並通過CVD法在基板上形成膜；放入取出室，與成膜室經由第一開閉部連接，並能夠在大氣壓與減壓之間切換；移動軌道，鋪設於成膜室和放入取出室；託架，保持基板並沿著移動軌道移動；以及使託架移動的託架移送機構，託架移送機構設置在放入取出室，使託架在成膜室與放入取出室之間移動。
文檔編號H01L31/04GK101999174SQ20098011294
公開日2011年3月30日 申請日期2009年6月3日 優先權日2008年6月6日
發明者岡山智彥, 小形英之, 杉山哲康, 松本浩一, 慄原広行, 森岡和, 清水康男, 若森讓治, 重田貴司, 野口恭史 申請人:株式會社愛發科