(57)【要約】【課題】      太陽電池に用いられる基板の表面にパターニングにて形成されるセル形成用の凹溝を高効率にて直接且つ均一に形成するプラズマ加工装置の開発を課題とする。【解決手段】  被加工物載置用放電電極(1)と、該放電電極(1)に対向して配置された対向放電電極(2)と、対向放電電極(2)の被加工物載置用放電電極(1)側の面に設けられた固体誘電体(3)と、固体誘電体(3)と被加工物載置用放電電極間(1)の空間(4)に雰囲気ガスを供給する雰囲気ガス供給管(5a)とで構成されたプラズマ加工装置であって、固体誘電体(3)の被加工物載置用放電電極(1)に対する対向面に放電用凸部(8)又は放電用凹部(7)が形成されていることを特徴とする。 【選択図】  図１
2006179720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物載置用放電電極と、該放電電極に対向して配置された対向放電電極と、対向放電電極の被加工物載置用放電電極側の面に設けられた固体誘電体と、固体誘電体と被加工物載置用放電電極間の空間に雰囲気ガスを供給する雰囲気ガス供給管とで構成されたプラズマ加工装置であって、
固体誘電体の対向放電電極に対する対向面に放電用凸部又は放電用凹部が形成されていることを特徴とするプラズマ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体誘電体からの放電によりプラズマを発生させ、被加工物、特に、半導体のシリコンウェハーや太陽電池基板のデポジットやエッチングなどの表面加工をダイレクトに行うプラズマ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は入射した光エネルギを電気エネルギに変換するもので、使用材料により結晶系、アモルファス系、化合物系などに分類されるが、現在市場で流通しているのは変換効率が高い結晶系シリコン太陽電池である。この結晶系シリコン太陽電池はさらに単結晶型、多結晶型に分類される。この太陽電池は１枚の絶縁性基板(100)或いはモジュール内に多数のセル(110)をカスケード接続して高い電圧を取り出せるようにしている。図１０は前記方法で製造された電力用モジュールの断面図である。
【０００３】
１枚の絶縁性基板(100)上に形成された各セル(110)は適当なパターニングによって透明電極(109)および裏面電極(111)を通じて隣接するセル(110)とそれぞれ直列に接続され、高い電圧が得られるようになっている。パターニングは、図８〜９に示すように樹脂印刷→エッチング→樹脂剥離→太陽電池素子層形成のためのマスク合わせ→裏面電極形成のマスク合わせによりパターニングを行うメタルマスク方式又はフォトリソグラフィ方式あるいは透明電極被着層のレーザーによるパターニング→太陽電池素子層のレーザーを用いてのパターニング→裏面電極被着層のレーザーによるパターニング方式などがある(非特許文献１)。
【非特許文献１】太陽電池とその応用［改訂版］  発行所  (株)パワー社  著者  桑野幸徳  中野昭一  岸  靖雄  大西三千年  1994年4月25日発行
【０００４】
現在、太陽電池は研究レベルから量産レベルに移行しており、且つ、近年の地球環境保護の面から世界的に注目されており、需要が大幅に増してきているのが現状であり、高い変換効率に対する要求と同じくして低コスト化がより求められるようになった。このような太陽電池に於いて、前述のパターニング方法はいずれも生産効率が悪く多大なコストがかかっているのが現状である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、半導体基板、特に半導体装置(とりわけダイオード)や太陽電池に用いられる基板の表面にパターニングにて形成される埋め込み型電極用の凹溝やセル形成用の凹溝或いは逆にデポジットを高効率で均一に形成するプラズマ加工装置を提供することを発明の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために、請求項１に係るプラズマ加工装置は、「被加工物載置用放電電極(1)と、該放電電極(1)に対向して配置された対向放電電極(2)と、対向放電電極(2)の被加工物載置用放電電極側の面に設けられた固体誘電体(3)と、固体誘電体(3)と被加工物載置用放電電極(1)間の空間(4)に雰囲気ガスを供給する雰囲気ガス供給配管(5a)とで構成されたプラズマ加工装置であって、固体誘電体(3)の対向放電電極(2)に対する対向面(2a)に放電用凸部(8)又は放電用凹部(7)が形成されている」ことを特徴とする。
【０００７】
本加工装置にあっては、固体誘電体(3)の対向面に放電用凸部(8)又は放電用凹部(7)が形成されているので、放電用凸部(8)と被加工物(10)との間、或いは放電用凹部(7)の天井面(7a)と前記被加工物(10)との間でグロー放電によるプラズマが発生し、放電用凸部(8)或いは放電用凹部(7)に合わせて被加工物(10)全面にわたって或いは必要部分に所定の穴又は溝形状が直接形成される。なお、被加工物(10)は例えばシリコンウェハーやガラスなどである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明装置の原理図で、円板又は角板状の被加工物載置用放電電極(1)と、前記被加工物載置用放電電極(1)の直上に該放電電極(1)に対向して配置された対向放電電極(2)と、対向放電電極(2)の被加工物載置用放電電極(1)に対する対向面に設けられた固体誘電体(3)と、固体誘電体(3)と被加工物載置用放電電極(1)間の空間(4)に雰囲気ガスを供給する雰囲気ガス供給機構(5)と、ＣＣＤセンサ(22)とで大略構成されており、密閉チャンバ(11)内に収納されている。
【０００９】
図１において、被加工物載置用放電電極(1)は密閉チャンバ(11)の底部に設置された移動台(12)に載置されており、縦横回転および上下方向(Ｘ-Ｙ-θ-Ｚ方向)に駆動装置(13)により駆動されるようになっている。前記駆動装置(13)は、公知機構で、例えば、ステッピングモータ駆動機構を用いたＸ−Ｙステージ、その上に設置されたステッピングモータ駆動を用いた分割回転機構、更にその上にシリンダのような昇降機構とで構成されている。被加工物載置用放電電極(1)は、その上に設置された被加工物(10)を例えば、真空吸着あるいは静電吸着固定できるようになっている。
【００１０】
前記駆動装置(13)は、ドライバ(14)およびコントローラ(15)により縦・横・回転および上下方向の位置制御又は位置制御及び速度制御がなされるようになっている。また、密閉チャンバ(11)の底部と移動台(12)とは移動台(12)の移動に合わせて伸縮する密閉用蛇腹(16)によって接続されている。また、被加工物載置用放電電極(1)は電流センサ(17)を介して接地されている。
【００１１】
一方、対向放電電極(2)は密閉チャンバ(11)の天井部分から垂設され、電極交換時に用いられる昇降機構(18)に取り付けられており、対向放電電極(2)の下面(2a)(被加工物載置用放電電極(1)に対する対向面)に対向放電電極(2)より大きい固体誘電体(3)が対向放電電極(2)の下面(2a)全面を覆うように脱着可能に設置されている。また、対向放電電極(2)には対向放電電極(2)を冷却するための水冷用配管(21)と、前記固体誘電体(3)を通して被加工物載置用放電電極(1)上の被加工物(10)の合わせマークを見て位置決めするＣＣＤセンサ(22)と、高電圧電源装置(23)が設置されており、前記ＣＣＤセンサ(22)にはＣＣＤセンサ用のアンプ(24)およびＣＲＴ(25)が接続されている。昇降機構(18)は例えばシリンダ機構のようなもので上下方向に移動可能となっている。
【００１２】
上記放電電極(1)(2)としては、例えば、銅、アルミニウム等の金属単体、ステンレス、真鍮等の合金、シリコン導体材料等が用いられ、それらの構造は、同図に示すような平行平板型に限らず、円筒対向平板型、球対向平板型、双曲面対向平板型、同軸円筒型、円筒対向円筒型の各構造を用いることが可能である。そして前記被加工物載置用放電電極(1)（平板電極）と固体誘電体(3)とは互いに一定の間隔(S1)(S2)を空けて対向するように配置されており、これら被加工物載置用放電電極(1)、固体誘電体(3)との間にはプラズマ発生空間(4)が形成される。
【００１３】
前記両者間の間隔(S1)(S2)は以下の通りである。図２に示すように被加工物載置用放電電極(1)に載置された被加工物(10)の上面と固体誘電体(3)の対向下面との間隔(S1)は０．０５〜０．５ｍｍ程度で、通常は０．１ｍｍ前後である。溝幅(W)は５０μｍ以上で、通常は５０〜１００μｍであり、溝高さ(H)は２〜４ｍｍである。このような数値が選ばれる理由は、放電用凹部(7)内を雰囲気ガス(エッチングガス或いはデポジットガス)が流れ、被加工物(10)の上面と固体誘電体(3)の対向下面との間には雰囲気ガスが流れないようにするためである。従って、放電用凹部(7)が溝の場合は、溝に沿って雰囲気ガスが流れるが、穴のような場合には図示していないが、例えば、穴の天井から雰囲気ガスが流れ込むようにする必要がある。
【００１４】
一方、図３のように逆に被加工物載置用放電電極(1)に載置された被加工物(10)の上面と固体誘電体(3)の放電用凸部(8)の対向下面(8a)との間隔(S2)は１〜２ｍｍ程度で、通常は１ｍｍ前後である。放電用凸部(8)の幅は特に限定されるものではない。放電用凸部(8)の高さも別段限定されるものではないが、放電用凸部(8) の対向下面(8a)から優先的にプラズマ放電が発生するように２〜４ｍｍの数値が選ばれる。なお、放電用凸部(8)の間にも雰囲気ガスは通流するが、放電用凸部(8)間の天井面(7a)は放電用凸部の対向下面より被加工物(10)から遠いので、放電用凸部(8)から優先的のプラズマ放電が生成することになる。以上のように図２、３にいずれに場合でもプラズマ放電生成領域に雰囲気ガスが通流するようにする。
【００１５】
固体誘電体(3)は例えば、石英ガラスのような誘電率の高いもの(一般的には、酸化物)で構成されており、対向放電電極(2)に取り付けられたとき、そのの下面(被加工物載置用放電電極(1)に対する対向面)に図２又は図３に示すような放電用凹部(7)又は放電用凸部(8)が形成されている。放電用凹部(7)又は放電用凸部(8)同士の間隔は被加工物(10)に必要な部位に合わせて形成されている。太陽電池の場合ではセルを構成するパターニング溝又は埋め込み電極用溝に合わせて形成される。放電用凹部(7)又は放電用凸部(8)の断面形状は、矩形であるが、勿論、これに限られず、被加工物(10)に形成されるパターニング形状に最適の断面形状が採用される。また、放電用凹部(7)又は放電用凸部(8)は細長い直線又は曲線或いは直線又は曲線の溝状、或いは直線又は曲線の突畝状でもよいし、単なる穴状或いは円柱状のものでもよい。要するに被加工物(10)に形成されるパターニング形状に最適の断面形状が採用される。
【００１６】
なお、固体誘電体(3)は、同図に示すような対向放電電極(2)に設置するものに限られず、両放電電極(1)(2)の対向面の双方に設置するようにしてもよい。ただし、前述の放電用凹部(7)又は放電用凸部(8)は対向放電電極(2)に取り付けられる固体誘電体(3)に限られる。固体誘電体(3)は放電電極(2)に真空吸着にて密着するように設置され、対向する放電電極(1)に対して放電電極(2)の対向面を覆うようにして、露出部分へのプラズマ移動を防止している。
【００１７】
雰囲気ガス供給機構(5)は昇降機構(18)に取り付けられ、対向放電電極(2)と共に昇降するようになっている。雰囲気ガス給排機構(5)の構成は固体誘電体(3)と被加工物載置用放電電極(1)との間のプラズマ発生空間(4)に開口した雰囲気ガス供給配管(5a)と雰囲気ガス排気配管(5b)及び両者(5a)(5b)の間のプラズマ発生空間(4)を前後に囲む隔壁(5c)とで構成されており、両者(5a)(5b)の上下両面にはシール部材(6)が設けられ、固体誘電体(3)の下面と被加工物載置用放電電極(1)の上面に密着するようになっている。
【００１８】
従って、両者(5a)(5b)と前後の隔壁(5c)(5c)とで囲まれた上下両面が開口していることになる。この下面開口(5d)内に被加工物(10)が入り込み、上面開口(5e)に固体誘電体(3)が入り込むことになり、前記シール(6)にて雰囲気ガス供給・排気配管(5a)(5b)の上下がそれぞれ固体誘電体(3)と被加工物載置用放電電極(1)に密着してプラズマ発生空間(4)を形成することになる。なお、(5a1)は雰囲気ガス供給配管(5a)の給気口、(5a2)は雰囲気ガス供給配管(5a)の給気バッファ、(5b1)は雰囲気ガス排気配管(5b)の排気口、(5b2)は雰囲気ガス排気配管(5b)の排気バッファで、給気や排気の圧力変化(換言すれば圧力のハンチング)を軽減するものである。
【００１９】
本実施例の被加工物(10)である太陽電池基板は単結晶もしくは多結晶の円形或いは矩形のシリコン基板である。この基板はｐ型、ｎ型いずれでもよい。
【００２０】
密閉チャンバ(11)は本発明装置を収納するもので、不活性ガス供給配管(28a)、不活性ガス排気配管(28b)及び被加工物(10)の出し入れを行う開閉扉(29)が設けられている。
【００２１】
しかして、ロボットハンドのような搬送手段(図示せず)により開閉扉(29)のところから被加工物載置用放電電極(1)上に被加工物(10)を載置し、続いて密閉チャンバ(11)内を真空にした後、不活性ガス供給配管(28a)のバルブ(31)を開き、不活性ガスが充填され、密閉チャンバ(11)内を所定圧(通常は常圧)の不活性雰囲気とする。通常、Ｈｅが不活性雰囲気として使用される。
【００２２】
続いて、ＣＣＤセンサ(22)を作動させ、被加工物載置用放電電極(1)上の被加工物(10)の位置合わせマークを基準として固体誘電体(3)に対して被加工物載置用放電電極(1)上の被加工物(10)が所定の位置に来るように駆動装置(13)により移動台(12)を移動させる。被加工物(10)の位置が定まったところで移動台(12)を停止させ、この状態で雰囲気ガス供給配管(5a)からキャリアガスと処理ガス(エッチングの場合はエッチングガスであり、デポジットの場合はデポジットガスである。)の混合ガスをプラズマ発生空間(4)に供給し、同時に雰囲気ガス排気配管(5b)から排出してプラズマ発生空間(4)全体(より正確には、放電用凹部(7)の場合は放電用凹部(7)内、放電用凸部(8)の場合は放電用凸部(8)と被加工物(10)との間)を通流する混合ガスで覆う。
【００２３】
この状態で、高電圧電源装置(23)を作動させて図４に示すような高電圧パルス([a]は一方向の高圧パルスの印加で、[b]は双方向の高圧パルスの印加の場合である。後者にあっては放電中に対向放電電極(2)に溜まったマイナス電荷を逆極性のパルスで中和し、安定的なグロー放電プラズマを生成させることができる。)を両放電電極(1)(2)に印加し、固体誘電体(3)と被加工物(10)との間に安定なグロー放電プラズマを発生させ、混合ガスにより被加工物(10)の放電部分のエッチング又はデポジットを直接行う。グロー放電プラズマの発生状況は前述の通りで、図２のように、固体誘電体(3)に放電用凹部(7)が形成されている場合、放電用凹部(7)の放電用天井面(7a)と、被加工物(10)の当該放電用天井面(7a)に対向する部分との間にグロー放電プラズマが発生することになる。(固体誘電体(3)の対向下面と被加工物(10)との間の狭い隙間(S1)には前記混合ガスが流れないのでエッチング又はデポジットは行われない。)。
【００２４】
また、図３のように固体誘電体(3)に放電用凸部(8)が形成されている場合も前述の通りで、放電用凸部(8)の下端面(8a)と被加工物(10)の当該下端面(8a)に対向する部分との間にグロー放電プラズマが発生することになる。
【００２５】
所定量の表面処理(エッチングやデポジット)が終了すると前記混合ガスの供給と放電電極(1)(2)間の通電を停止し、密閉チャンバ(11)内を窒素などのパージガスでパージした後、開閉扉(29)を開き、表面加工処理の終了した被加工物(10)をロボットアームのような搬送手段により取り出す。
【００２６】
本発明において処理に用いるガスとしては、電界を印加することによってグロー放電プラズマを発生するガスであれば、特に限定されず、処理目的に応じて種々のガスを使用できる。  
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、従来のパターニング方法を変更する画期的な方法であり、太陽電池基板の低コスト・大量生産に多大の貢献するものであり、ひいては地球環境の改善に資すること甚だ大である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の概略構造説明図
【図２】本発明で使用される固体誘電体の第１実施例の断面図
【図３】本発明で使用される固体誘電体の第２実施例の断面図
【図４】本発明の被加工物載置用放電電極周りの概略構造図
【図５】本発明の雰囲気ガス給排機構の概略斜視図
【図６】太陽電池のセル部分の原理図
【図７】同上の背面斜視図
【図８】従来のパターニングのフロー図
【図９】他の従来のパターニングのフロー図
【図１０】一般的な電力用モジュールの断面図
【符号の説明】
【００２９】
(1)  被加工物載置用放電電極
(2)  対向放電電極
(3)  固体誘電体
(4)  プラズマ発生空間
(5a) 雰囲気ガス供給管
(7)  放電用凸部
(8)  放電用凹部
【図１】
2006179720.tif 000003
【図２】
2006179720.tif 000004
【図３】
2006179720.tif 000005
【図４】
2006179720.tif 000006
【図５】
2006179720.tif 000007
【図６】
2006179720.tif 000008
【図７】
2006179720.tif 000009
【図８】
2006179720.tif 000010
【図９】
2006179720.tif 000011
【図１０】
2006179720.tif 000012