(57)【要約】【課題】反応性イオンエッチング装置でのエッチングにおいて、チャンバー内に部分的なガス濃度の不均一が発生しやすく、さらにプロセス中での異常放電などの発生で基板毎の凹凸形成状態の不均一が発生することがあった。【解決手段】複数の孔を有する第一電極板と、該第一電極板に対向して設けられた第二電極板と、前記第一電極板の前記第二電極板とは反対側に配置され、複数の孔を有する拡散板とをそれぞれ真空チャンバー内に平行に有し、反応性ガスが前記拡散板、前記第一電極板を通して前記第二電極板側の被処理物をエッチングするものであって、該拡散板が前記第一電極板に向かって移動可能であること。【選択図】  図３
2011009486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の孔を有する第一電極板と、
該第一電極板に対向して設けられた第二電極板と、
前記第一電極板の前記第二電極板とは反対側に配置され、複数の孔を有する拡散板とを
それぞれ真空チャンバー内に平行に有し、
反応性ガスが前記拡散板、前記第一電極板を通して前記第二電極板側の被処理物をエッチングする反応性イオンエッチング装置であって、
該拡散板が前記第一電極板に向かって移動可能である
ことを特徴とする反応性イオンエッチング装置。
【請求項２】
前記拡散板が反応性ガス導入開始後に前記第一電極板方向に移動することを特徴とする請求項１に記載の反応性イオンエッチング装置。
【請求項３】
前記拡散板の孔の直径は、前記第一電極板の孔の直径の１〜１．３倍であることを特徴とする請求項１または２に記載の反応性イオンエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は反応性イオンエッチング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー問題や地球温暖化などの環境問題の深刻化に伴い、光エネルギーを直接電気エネルギーに変換する太陽電池素子を用いた太陽光発電が注目を集めている。
【０００３】
現在これらの太陽電池素子の多くは、その光電変換効率の高さやコスト、長期的な安定性などの観点から、主として単結晶や多結晶の結晶系シリコン基板を用いて作製されている。
【０００４】
このような結晶系シリコン基板を用いた太陽電池素子は、光の反射を小さくするために受光面に微細な凹凸を形成することが望ましく、この微細な凹凸の形成は、反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching、以下反応性イオンエッチングと略する）装置を利用することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
反応性イオンエッチング装置は、一般に平行平板電極型を成しており、装置他方に配置された基板を設置している電極の側にＲＦ電圧を印加し、装置のチャンバーや装置の一方に配置された第一電極をアースに接続している。この容器内部を真空ポンプで真空引きし、真空引き完了後、反応ガスを導入し、圧力を一定に保持しながら被処理体である基板をエッチングする。
【０００６】
またこの平行平板電極型反応性イオンエッチング装置の第一電極には、多数の貫通孔を有する電極板及び拡散板を備えている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１７７２５号公報
【特許文献２】特開２００２−３２４７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、第一電極が電極板と拡散板を備えた場合においても、特にプロセスの反応ガス導入時の初期においてチャンバー内に部分的なガス濃度の不均一が発生しやすく、さらにプロセス中での異常放電などの発生で基板毎の凹凸形成状態の不均一が発生することがあった。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は反応性イオンエッチング装置により基板をエッチングする際、ガス濃度の不均一を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の反応性イオンエッチング装置では、複数の孔を有する第一電極板と、該第一電極板に対向して設けられた第二電極板と、前記第一電極板の前記第二電極板とは反対側に配置され、複数の孔を有する拡散板とをそれぞれ真空チャンバー内に平行に有し、反応性ガスが前記拡散板、前記第一電極板を通して前記第二電極板側の被処理物をエッチングする反応性イオンエッチング装置であって、該拡散板が前記第一電極板に向かって移動可能であることを特徴とするものである。
【００１１】
さらに、前記拡散板が反応性ガス導入開始後に前記第一電極板方向に移動することを特徴とする。
【００１２】
さらに、前記拡散板の孔の直径は、前記第一電極板の孔の直径の１〜１．３倍であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の反応性イオンエッチング装置によれば、複数の孔を有する第一電極板と、該第一電極板に対向して設けられた第二電極板と、前記第一電極板の前記第二電極板とは反対側に配置され、複数の孔を有する拡散板とをそれぞれ真空チャンバー内に平行に有し、反応性ガスが前記拡散板、前記第一電極板を通して前記第二電極板側の被処理物をエッチングする反応性イオンエッチング装置であって、該拡散板が前記第一電極板に向かって移動可能であることにより、反応ガス導入時の初期におけるチャンバー内の部分的なガス濃度不均一を低減することができ、プロセス中での異常放電を防止して、基板毎の凹凸形成状態を安定なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る反応性イオンエッチング装置の一実施形態の全体を示す模式図である。
【図２】本発明に係る第一電極板及び拡散板の一例の斜視図である。
【図３】本発明に係る第一電極板側の構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の反応性イオンエッチング装置は、複数の孔を有する第一電極板と、該第一電極板に対向して設けられた第二電極板と、前記第一電極板の前記第二電極板とは反対側に配置され、複数の孔を有する拡散板とをそれぞれ真空チャンバー内に平行に有し、反応性ガスが前記拡散板、前記第一電極板を通して前記第二電極板側の被処理物をエッチングする反応性イオンエッチング装置であって、該拡散板が前記第一電極板に向かって移動可能なものである。
【００１６】
これにより、ガス導入時の初期におけるチャンバー内の部分的なガス濃度不均一を改善して、プロセス中での異常放電を防止することができるため、基板毎の凹凸形成状態を安定なものとすることができる。
【００１７】
図１は、本発明に係る反応性イオンエッチング装置の一例の全体を示す模式図である。
【００１８】
本発明に係る反応性イオンエッチング装置１の筐体（チャンバー）２内には、第一電極７、被処理体であるシリコンウエハなどの基板４、トレイ８、絶縁材９、第二電極１３が収容されており、チャンバー２の外部には圧力調整器１０、真空ポンプ１１、ＲＦ電源１２、マスフローコントローラー１４などを備える。
【００１９】
チャンバー２内のトレイ８には基板４を覆うプレート部材５が取り付けられている。また第二電極１３にはＲＦ電源１２が接続され、第一電極７やチャンバー２の側壁等は接続線１９によりアースに接続されており、第二電極１３とチャンバー２の側壁の間は絶縁材９により絶縁されている。
【００２０】
トレイ８の上面には、基板４が載置される。基板４を例えば太陽電池素子として用いる場合、基板４は単結晶や多結晶の結晶系シリコン基板である。
【００２１】
基板４は反応性イオンエッチング装置内のトレイ８の上面で支持され、プレート部材５に覆われた状態でエッチング処理される。トレイ８は、例えば平板状を成しており、ガラス、石英、またはアルミナなどのセラミック等の材料で構成される。ここでプレート部材５は本発明の反応性イオンエッチング装置に必須ではないが、プレート部材５とトレイ８との間の空間に、基板４をエッチングした際に生じた残渣を閉じ込める機能を有しているため、太陽電池素子用の基板をエッチングする場合には用いられる。
【００２２】
圧力調整器１０は、チャンバー２の内部の圧力センサー（不図示）からの信号を受けて、その内部の弁の開閉を調整して排気流量を制御することによりチャンバー１５の内部の圧力を所定の圧力に維持するものである。
【００２３】
真空ポンプ１１は、チャンバー２の内部を所定の圧力まで減圧するものであり、ロータリーポンプとメカニカルブースターポンプを組み合わせたものが好適に使用される。
【００２４】
第二電極１３は、ＲＦ電源１２より印加された高周波（ＲＦ）電力を利用し、反応ガスを励起し、プラズマ化するものである。
【００２５】
マスフローコントローラー１４は、チャンバー２の内部に導入される反応ガスの流量を所定の値に制御するものである。
【００２６】
次に第一電極板２１と拡散板２０の構造について説明する。
【００２７】
図２は本発明に係る第一電極板２１と拡散板２０の一例の斜視図で、第一電極板２１と貫通孔２０ａ、拡散板２０と２１ａとから成る（拡散板２０のシャフト２３は不図示）。
【００２８】
図３は本発明に係る第一電極板２１と拡散板２０の構造を示す断面図である。
【００２９】
これにおいて、１５はガス導入管、２０は拡散板、２１は第一電極板、２２はサーボモーター、２３は駆動シャフトを示す。チャンバー２の一方の中央にはガス導入管１５が接続され、ここから反応ガスがチャンバー２の内部に導入される。
【００３０】
さらに第一電極板２１の第二電極１３とは反対側には、拡散板２０が備えられている。
【００３１】
この拡散板２０と第一電極板２１には、ガス導入管１５より導入された反応ガスを下方向に向け噴出させるために、直径０．３〜５ｍｍ程度の貫通孔が１ｃｍ２当たり０．５〜１２個程度設けられている。
【００３２】
さらに、前記拡散板の孔の直径は、前記第一電極板の孔の直径の１〜１．３倍であることが好ましい。
【００３３】
これにより、拡散板側に供給されるガスをより均一に近づけることができる。
【００３４】
また拡散板２０の各角部には駆動シャフト２３が溶接やネジ止めなどで接続され、拡散板２０は第一電極７の内部で駆動シャフト２３により吊り下げられた構造になっている。
【００３５】
またこの駆動シャフト２３の他端部はチャンバー２の外部でサーボモーター２２に接続されている。このサーボモーター２２はシーケンサー（不図示）などにより制御され、反応性イオンエッチング装置１のプロセスの進行に合わせ、駆動シャフト２３を上下することにより拡散板２０の高さ方向の位置を変えることができ、拡散板２０と電極板２１の距離を可変することができるようになっている。なおサーボモーター２２はエアーシリンダーなどでも置き換え可能である。
【００３６】
第一電極板２１、拡散板２０、は厚さ３〜８ｍｍ程度のアルミニウム（ＪＩＳ記号、Ａ５０５２）板などで作製される。さらにアルミニウム板で作製された場合では、励起された反応ガスによりエッチングされることを防ぐため、その表面全面にアルマイト処理を行うことが望ましい。
【００３７】
さらに望ましくはアルマイト処理の陽極酸化によって生じた多孔性皮膜の微細孔を封じる封孔処理を行い、耐食性を更に改善することが望ましい。
【００３８】
さらに望ましくはこの封孔処理はより硬度の高い沸騰水封孔処理であることが望ましい。
【００３９】
またこのような耐食性改善のための沸騰水封孔処理等の処理は、上述の拡散板２０と第一電極板２１に設けられる貫通孔２０ａ、２１ａの内面部にも施すことが好ましい。
【００４０】
すなわち拡散板２０と第一電極板２１に設けられる貫通孔２０ａ、２１ａの内面部は、励起された反応ガスにより特にエッチングされやすいため、この部分の耐食性を向上させることにより、反応性イオンエッチング装置１の継続的な使用においても貫通孔２０ａ、２１ａの大きさがほとんど変化しなくなり、基板４をエッチングする際に生じるエッチングの不均一を低減するという本発明の効果をより確実なものとすることができる。
【００４１】
さらに本発明の反応性イオンエッチング装置は、前記拡散板が反応性ガス導入開始後に前記第一電極板方向に移動することが好ましい。
【００４２】
反応性イオンエッチング装置１の動作について説明する。
【００４３】
まず、トレイ８上に配置された基板４を第二電極１３上に配置する。その後チャンバー２の内部を真空ポンプ１１により排気し、所定の圧力にまで減圧した後、マスフローコントローラー１４を介して所定の反応ガスを導入する。
【００４４】
この時、図３における距離Ｔは、距離Ｓの１／４〜１／３として、距離Ｄが大きくなるようにする。
【００４５】
これによりガス導入管１５より導入された反応ガスは、拡散板２０と第一電極板２１間でほぼ均一に分散され、さらに下部電極板２１を通過してさらに均一に分散されることとなり、ガス導入管１５の直下でガス濃度が高くなることを低減することができる。
【００４６】
次いで、圧力調整器１０によりチャンバー２の内部の圧力を所定に保ちながら、ＲＦ電源１２より第二電極板１３に電圧を印加し、プラズマを発生させ反応ガス中のイオンやラジカルを励起活性化し、チャンバー２内に配置された基板４の表面に作用させて所定時間エッチングし、基板４の表面を粗面化を開始する。
【００４７】
そして第二電極板１３にＲＦ電源１２より電圧を印加後、３０〜９０秒後に拡散板２０の距離Ｔを距離Ｓの３／４〜２／３として、距離Ｄが小さくなるようにする。
【００４８】
これにより異常放電が低減され、チャンバー２の内部のプラズマ１６を安定した状態に保つことができる。
【００４９】
この様に本発明に係る反応性イオンエッチング装置１では、プラズマ発生部における反応ガスの密度を均一化すると共に異常放電を防止しプラズマを安定化した状態とすることが可能になり、基板４をより均一にエッチングすることが可能となる。
【００５０】
エッチング処理条件は、拡散板２０を上述のような状態で、反応ガスとして、例えば三フッ化メタン（ＣＨＦ3）を２０ｓｃｃｍ、塩素（Ｃｌ2）を５０ｓｃｃｍ、酸素（Ｏ2）を１０ｓｃｃｍ、六フッ化イオウ（ＳＦ6）を８０ｓｃｃｍ、さらにこれらに加えてＨ2Ｏを１ｓｃｃｍ流しながら、反応圧力７Ｐａ、プラズマを発生させるＲＦパワーを５００Ｗ程度に設定し、第二電極１３にＲＦ電源１２より電圧を印加した後、３０〜９０秒後に拡散板２０を下げ、全体で２〜５分間程度エッチングする。
【００５１】
エッチングにより形成される凹凸は、例えば円錐形もしくはそれが連なったような形状を呈し、反応性イオンエッチング法により各ガスの分圧もしくはエッチング時間を制御することにより、その大きさを変化させることができる。
【００５２】
なお、ここで反応ガスとは、エッチングガスとエッチング残渣生成用ガスなどを合わせたものである。
【００５３】
また、プラズマ１６はトレイ８表面近傍に集中し、拡散板２０の位置に依存することは殆どない。
【００５４】
本発明に係る反応性イオンエッチング装置１は、大型の反応性イオンエッチング装置において特に有効であるが、上述の実施形態に限定されるものでは無く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１；反応性イオンエッチング装置
２；筐体（チャンバー）
４；被処理体
５；プレート部材
８；トレイ
９；絶縁材
１０；圧力調整器
１１；真空ポンプ
１２；ＲＦ電源
１３；第二電極
１４；マスフローコントローラー
１５；ガス導入管
１９；接続線
２０；拡散板
２０ａ：貫通孔
２１；第一電極板
２１ａ：貫通孔
２２；サーボモーター
２３；駆動シャフト
Ｄ；拡散板から第一電極板までの距離
Ｓ；ガス導入管の端部から第一電極板までの距離
Ｔ；ガス導入管の端部から拡散板までの距離
【図１】
2011009486.tif 000003
【図２】
2011009486.tif 000004
【図３】
2011009486.tif 000005