(57)【要約】【課題】シリコン基板に対してテクスチャー構造を形成することができる量産性の良いドライエッチング装置を提供する。【解決手段】シリコン基板Ｗ表面にテクスチャー構造を形成するためのドライエッチング装置ＥＭは、真空処理室１ａ内に配置された回転自在なドラム電極２と、ドラム電極の周面に着脱自在であり、このドラム電極の母線方向に沿って複数枚のシリコン基板を保持する少なくとも１個の基板ホルダ３と、ドラム電極に高周波電力を投入する高周波電源Ｅと、真空処理室を画成する壁面とドラム電極との間の空間にエッチングガスを導入するガス導入手段４とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板表面にテクスチャー構造を形成するためのドライエッチング装置であって、
真空処理室内に配置された回転自在なドラム電極と、ドラム電極の周面に着脱自在であり、このドラム電極の母線方向に沿って複数枚のシリコン基板を保持する少なくとも１個の基板ホルダと、ドラム電極に高周波電力を投入する高周波電源と、真空処理室を画成する壁面とドラム電極との間の空間にエッチングガスを導入するガス導入手段と、を備えることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項２】
前記真空処理室に、ドラム電極の回転軸の軸線上に位置させて真空予備室が連設され、この真空予備室に、シリコン基板がセットされた基板ホルダの複数をストックするストック手段が設けられ、真空予備室に、ストック手段にストックされている基板ホルダをドラム電極に向けて押し出す押出手段が設けられる真空補助室が連設されていることを特徴とする請求項１記載のドライエッチング装置。
【請求項３】
前記真空予備室を上流側の真空予備室とし、この上流側の真空予備室と対向する真空処理室の壁面に連通路を介して下流側の真空予備室を連設し、連通路に基板ホルダを真空処理室から下流側の真空予備室へと送り出す送出手段が設けられ、押出手段によりストック手段にストックされている基板ホルダをドラム電極に向けて押し出すと、ドラム電極に装着されている他の基板ホルダが下流側の真空予備室に移送されるように構成したことを特徴とする請求項２記載のドライエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板表面にテクスチャー構造を形成するためのドライエッチング装置に関し、より詳しくは、結晶系太陽電池の製造工程において、シリコン基板に対し、その表面に高い光散乱封じ込め効果を発揮するテクスチャー構造を量産性良く形成するために用いられるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
単結晶や多結晶のシリコン基板を用いた結晶系太陽電池において、シリコン基板表面にドライエッチングにより凹凸形状を形成して粗面化する（テクスチャー構造を付与する）ことで、シリコン基板表面に入射した光の反射を低減させて光電変換効率の向上を図ることが従来から進められている。従来、シリコン基板表面へのテクスチャー構造の付与に用いられるドライエッチング装置は例えば特許文献１で知られている。
【０００３】
このものは、真空処理室内でシリコン基板を保持するステージと、ステージで保持されるシリコン基板に対向配置される、複数個の透孔を有する金属製のシャワープレートと、ステージに高周波電力を投入する高周波電源とを備える。そして、減圧下の真空処理室内でシャワープレートの各透孔を通してシリコン基板に向けて均一にエッチングガスを供給し、ステージに所定の周波数（例えば、１３、５６ＭＨｚ）で高周波電力を投入して真空処理室内にプラズマを形成し、このプラズマ中で生じた活性種やイオン種をシリコン基板表面に入射させてエッチングする。このとき、基板表面に堆積したシリコン酸化物を含むハイドロカーボン（炭化水素）系の高分子膜やエッチングガス中の酸素がマスクの役割を果たすことで、シリコン基板表面が凹凸形状にエッチングされて粗面化され、テクスチャー構造が形成される。
【０００４】
然し、上記エッチング装置では、例えば異常放電が生じ難い範囲で、投入する高周波電力を設定した場合、０．８〜１．５μｍ程度の高さに揃ったテクスチャー構造をシリコン基板表面に形成するときのエッチングレート（例えば、５〜１０ｎｍ／ｓｅｃ）が早いとは言えず、枚葉式で一枚ずつシリコン基板をエッチング処理してその表面にテクスチャー構造を付与するのでは、量産性が著しく低い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−３５２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上の点に鑑み、シリコン基板に対してテクスチャー構造を形成するときに量産性が高いドライエッチング装置を提供することをその課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、シリコン基板表面にテクスチャー構造を形成するための本発明のドライエッチング装置は、真空処理室内に配置された回転自在なドラム電極と、ドラム電極の周面に着脱自在であり、このドラム電極の母線方向に沿って複数枚のシリコン基板を保持する少なくとも１個の基板ホルダと、ドラム電極に高周波電力を投入する高周波電源と、真空処理室を画成する壁面とドラム電極との間の空間にエッチングガスを導入するガス導入手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、真空処理室の壁面とドラム電極との間の空間にエッチングガスを導入し、このドラム電極に所定周波数の高周波電力を投入すると、上記空間に容量結合型の高密度プラズマが形成され、このプラズマ中で生じた活性種やイオン種がシリコン基板表面に入射されてシリコン基板のエッチングが進行する。このとき、ドラム電極の周囲に複数枚のシリコン基板を配置し、このドラム電極を回転させながら、シリコン基板表面にエッチング処理できるため、上記従来例のものと比較して、単位時間当たりの処理枚数を増やすことができ、高い量産性を達成できる。この場合、高周波電源の周波数を１３．５６ＭＨｚとし、投入電力を８ｋＷに設定し、０．８〜１．５μｍ程度の高さに揃ったテクスチャー構造をシリコン基板表面に形成するときのエッチングレートが約８〜１２ｎｍ／ｓｅｃであることが確認された。エッチングガスとしては、例えば、フッ素含有ガスとハロゲンガスと酸素ガスとを含むものが用いられる。
【０００９】
本発明においては、前記真空処理室に、ドラム電極の回転軸の軸線上に位置させて真空予備室が連設され、この真空予備室に、シリコン基板がセットされた基板ホルダの複数をストックするストック手段が設けられ、真空予備室に、ストック手段にストックされている基板ホルダをドラム電極に向けて押し出す押出手段が設けられる真空補助室が連設されていることが好ましい。これによれば、真空予備室で予め脱ガス処理等が行われたシリコン基板を真空処理室に移送し、各シリコン基板に対してエッチング処理を施すことができ、有利である。また、前記真空予備室を上流側の真空予備室とし、この上流側の真空予備室と対向する真空処理室の壁面に連通路を介して下流側の真空予備室を連設し、連通路に基板ホルダを真空処理室から下流側の真空予備室へと送り出す送出手段が設けられ、押出手段によりストック手段にストックされている基板ホルダをドラム電極に向けて押し出すと、ドラム電極に装着されている他の基板ホルダが下流側の真空予備室に移送されるように構成しておけば、処理済みのシリコン基板を回収する構成が実現でき、有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態のドライエッチング装置の構成を示す模式図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、結晶系太陽電池に用いられる単結晶や多結晶のシリコン基板（以下、単に基板Ｗという）の表面にテクスチャー構造を形成する本発明のドライエッチング装置の実施形態を説明する。なお、結晶系太陽電池の構造は公知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。また、以下においては、図１を基準とし、ドラム電極の回転軸の軸線方向を左右方向、この左右方向に直交する方向を上下方向として説明する。
【００１２】
図１及び図２を参照して、ＥＭは、本実施形態のドライエッチング装置である。ドライエッチング装置ＥＭは、エッチング処理が行われる中央の真空処理室１ａを画成する筒状の第１チャンバ１を備える。第１チャンバ１は、ロータリーポンプ、ターボ分子ポンプなどを備えた真空排気手段Ｐ１を介して所定圧力に真空引きして保持できる。第１チャンバ１内にはドラム電極２がその回転軸２２を介して第１チャンバ１の左右方向の両側面に支承されており、図外の駆動モータにより一定の回転速度で回転自在となっている。ドラム電極２は、アルミ等の導電性材料から構成され、正八面体の輪郭を持つように形成されている。
【００１３】
ドラム電極２の周面には、後述の基板ホルダ３を受け入れる、軸方向にのびる一対の係合爪部２２ａ，２２ｂが立設され、この係合爪部２２ａ，２２ｂにより、ドラム電極２の母線方向に沿って複数枚の基板Ｗが所定間隔で装着された基板ホルダ３が保持されるようにしている。ここで、基板ホルダ３は、ドラム電極２の周面の幅より短い幅でかつドラム電極２の長さより短く、剛性を保持し得る板厚を有する導電性材料製の板状部材で構成され、その一方の面には、基板Ｗを受け入れる左右一対の係合爪３１ａ，３１ｂが所定間隔で立設されている。そして、基板Ｗを基板ホルダ３の一方の面に沿って摺動させると、基板Ｗの一方の面（エッチングされる面）の周縁が係合爪３１ａ，３１ｂに係合して基板ホルダ３に保持されるようにしている。また、ドラム電極２には、高周波電源ＥからマッチングボックスＭＢを介して出力Ｅ１が接続されている。高周波電源Ｅとしては、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数で所定電力（例えば、５〜１２ｋＷ）をドラム電極２に投入するものであり、マッチングボックスＭＢを含め公知のものを利用できるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００１４】
第１チャンバ１の壁面には、真空処理室１ａを画成する第１チャンバ１の壁面とドラム電極２との間の空間にエッチングガスを導入するガス導入管４が接続されている。この場合、ガス導入管４の先端部は複数に分岐され、第１チャンバ１の壁面の複数箇所に接続されるようにしている。ガス導入管４にはまた、マスフローコントローラの閉止機能を有する流量制御手段４１が介設され、図外のガス源に連通し、流量制御されたエッチングガスが真空処理室１ａ内の上記空間に導入できるようにしている。本実施形態では、エッチングガスとして、ＮＦ３、ＳＦ６、ＣｘＨｙＦｚ等のフッ素含有ガスと、Ｃｌ２、ＨＢｒ等のハロゲン含有ガスと、酸素ガスとを含む混合ガスが用いられる。
【００１５】
そして、真空処理室１ａの所定圧力に真空引きした後、真空処理室１ａ内の上記空間にエッチングガスを導入し、ドラム電極２を所定回転数（例えば、５〜２０ｒｐｍ）で回転させながら、このドラム電極２に高周波電源Ｅにより所定周波数の高周波電力を投入すると、上記空間に容量結合型の高密度プラズマが形成され、このプラズマ中で生じた活性種やイオン種が基板Ｗ表面に入射されて基板Ｗがエッチングされる。このとき、基板Ｗ表面に堆積したシリコン酸化物を含むハイドロカーボン（炭化水素）系の高分子膜やエッチングガス中の酸素がマスクの役割を果たすことで、基板Ｗ表面が凹凸形状にエッチングされて粗面化され、テクスチャー構造が形成される。
【００１６】
また、ドライエッチング装置ＥＭは、第１チャンバ１の左右両側に、ゲートバルブＧＶ１，ＧＶ２を備えた連通路５ａ，５ｂを介して第２チャンバ６と第３チャンバ７とが夫々連設され、第２チャンバ６と第３チャンバ７とが上流側及び下流側の真空予備室６ａ，７ａを夫々画成する。第２及び第３のチャンバ６，７の内部構造は、基本的に同一であるため、以下においては、第２チャンバ６を例に説明する。
【００１７】
第２チャンバ６（７）は、ロータリーポンプ、ターボ分子ポンプなどを備えた真空排気手段Ｐ２（Ｐ３）を介して所定圧力に真空引きして保持でき、その内部にはストック手段８が設けられている。ストック手段８は、基板ホルダ３を支持する上下複数段の棚部８１ａを有するマガジン８１と、このマガジン８１を上下動自在に駆動する駆動手段８２とを備え、駆動手段８２の支持板８２ａが、第２チャンバ６の壁面に上下方向にのびるように配置される単軸ロボット８３のスライダ８４に接続されている。なお、特に図示して説明しないが、第２チャンバ６（７）の前面には、開閉自在な開閉扉が設けられ、大気雰囲気で、マガジン８１に基板ホルダ３をセットしたり、第３チャンバ７から、エッチング処理後の基板ホルダ３を回収したりできるようにしている。
【００１８】
第１チャンバ１と対向する第２チャンバ６の左側面には、ゲートバルブＧＶ３介して第４チャンバ９が連設され、真空補助室９ａを画成する。真空補助室９ａは、ロータリーポンプ、ターボ分子ポンプなどを備えた真空排気手段Ｐ４を介して所定圧力に真空引きして保持でき、その底面には押出手段９０が設けられている。押出手段９０は、左右方向にのびるように配置された単軸ロボット９１と、この単軸ロボット９１のスライダ９２に片持ち支持された押圧ロッド９３とを備える。この場合、押圧ロッド９３の右端部が上流側の真空予備室６ａと通って真空処理室１ａ内まで侵入できるその長さが設定され、ストック手段８でストックされている基板ホルダ３をドラム電極３の上面に位置する周面に押し出すようにしている。また、第１チャンバ１と下流側の第３チャンバ７との間の連通路５ｂには、送出手段としての複数本の駆動ローラＲが設けられている。そして、押出手段９０によりストック手段にストックされている基板ホルダ３をドラム電極２に向けて押し出すと、ドラム電極２に装着されている、処理済みの基板Ｗを保持する他の基板ホルダ３が下流側の真空予備室７ａへと移送され、このとき、基板ホルダ３の右端が最左端に位置する駆動ローラＲと摩擦係合すると、これにより、各駆動ローラＲにより基板ホルダ３が左から右に向かって送られ、下流側の真空予備室７ａ内の棚部８１ａのいずれかに収納されるようにしている。以下に、上記エッチング装置ＥＭを用いた基板Ｗへのエッチング処理について説明する。
【００１９】
先ず、図外の位置で一つの基板ホルダ３に複数枚の基板Ｗを上記の如くセットし、これらの基板Ｗがセットされた基板ホルダ３の複数を大気状態の上流側の真空予備室６ａ内のマガジン８１の棚部８１ａで夫々支持されるようにセットする。そして、真空予備室６ａを所定圧力に真空引きする。各ゲートバルブＧＶ１〜ＧＶ３は夫々閉状態であり、真空処理室１ａと下流側の真空予備室７ａと真空補助室９ａとを所定圧力まで真空引きする。そして、各室が所定圧力に達すると、ゲートバルブＧＶ１、ＧＶ３を夫々開け、押出手段９０の押圧ロッド９３を左から右に向けて移動させると、最上段に位置する基板ホルダ３がドラム電極２の上面に向けて押し出される。このとき、基板ホルダ３は、一対の係合爪部２２ａ，２２ｂの間でドラム電極２の上面を摺動し、所定位置に達すると、押出手段９０の移動が停止される。これにより、係合爪部２２ａ，２２ｂで基板ホルダ３が保持される。押出手段９０の押圧ロッド９３を一旦真空補助室９ａ内まで戻した後、マガジン８１を上動すると共に、ドラム電極２を所定角度（３０度）回転させ、上記操作により基板ホルダ３をドラム電極２にセットする。この操作を繰り返して、ドラム電極２の周面に複数の処理前の基板Ｗを保持した基板ホルダ３を夫々装着する。
【００２０】
ドラム電極２の周面全体に基板ホルダ３がセットされると、ゲートバルブＧＶ１、ＧＶ３を夫々閉め、上記の如く、真空処理室１ａを所定圧力まで真空引きした後、真空処理室１ａ内の上記空間にエッチングガス（例えば、ＮＦ３：Ｃｌ２：酸素ガスの流量を７００：１４００：３００ｓｃｃｍ）を導入し、ドラム電極２を所定回転数（例えば、５〜２０ｒｐｍ）で回転させながら、このドラム電極２に高周波電源Ｅにより所定周波数の高周波電力（例えば、１３．５６ＭＨｚ、８ｋＷ）を投入し、上記空間に容量結合型の高密度プラズマを形成して、このプラズマ中で生じた活性種やイオン種が基板Ｗ表面に入射されて基板Ｗがエッチングされる。これにより、０．８〜１．５μｍ程度の高さに揃ったテクスチャー構造が基板Ｗ表面に形成される。このエッチング処理と同時に、上流側の真空予備室６ａは、大気開放され、上記と同じ手順でマガジン８１の各棚部８１ａに処理前の基板Ｗがセットされた基板ホルダ３がセットされる。
【００２１】
エッチング処理が終了すると、ゲートバルブＧＶ１〜ＧＶ３を夫々開け、押出手段９０の押圧ロッド９３を左から右に向けて移動させると、最上段に位置する基板ホルダ３がドラム電極２の上面に向けて押し出される。このとき、この基板ホルダ３が、処理済みの基板Ｗを保持している基板ホルダ３を下流側の真空予備室７ａに向けて押し出し、この基板ホルダ３の右端が最左端に位置する駆動ローラＲと摩擦係合すると、駆動ローラＲにより基板ホルダ３が送られ、下流側の真空予備室７ａ内のマガジン８１の棚部８１ａに収納される。上記操作を繰り返すことで、ドラム電極２への処理前の基板Ｗがセットされた基板ホルダ３のセットと、処理済みの基板Ｗがセットされている基板ホルダ３の回収とが同時に行われる。
【００２２】
以上によれば、ドラム電極２の周囲に複数枚の基板Ｗを配置し、このドラム電極２を回転させながら、基板Ｗ表面にエッチング処理できるため、上記従来例のものと比較して、単位時間当たりの処理枚数を増やすことができ、高い量産性を達成できる。また、上流側の真空予備室６ａを備えたため、予め脱ガス処理等が行われた基板Ｗを真空処理室１ａに移送し、各基板Ｗに対してエッチング処理を施すことができ、有利である。しかも、ドラム電極２への処理前の基板Ｗがセットされた基板ホルダ３のセットと、処理済みの基板Ｗがセットされている基板ホルダ３の回収とが同時に行われるようにしたため、量産性を更に向上することができる。
【００２３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではない。上記実施形態では、真空処理室に真空予備室や真空補助室を連設して構成したものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、真空処理室のみでバッチ処理するようにしてもよい。また、上記実施形態では、正八面体としたが、ドラム電極２の輪郭をこれに限定されるものではなく、１２面体や２４面体等であってもよい。
【符号の説明】
【００２４】
ＥＭ…ドライエッチング装置、１ａ…真空処理室、２…ドラム電極、３…基板ホルダ、６ａ，７ａ…真空予備室、４…ガス導入管、５ａ，５ｂ…連通路、８…ストック手段、９０…押出手段、Ｅ…高周波電源、Ｒ…駆動ローラ（送出手段）、Ｗ…基板（シリコン基板）。
【図１】
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【図２】
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