(57)【要約】【課題】微細かつ均一なエッチング加工を高速度で実施することができるプラズマ加工装置を提供する。【解決手段】円柱状上または角柱状の放電電極１と、この放電電極１に対向して配置された複数の対向放電電極２と、凹部３にて対向放電電極２と接するように、対向放電電極２の放電電極側の面２ａに凹状の固体誘電体４と、固体誘電体側面４ａに沿って配置されたエッチングガス吹出口５とを、チャンバー１０内に密封状態で収納して大略構成し、エッチングガス吹出口５を、プラズマ生成領域である固定誘電体側面４ａに沿って配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電電極と、該放電電極に対向して配置された複数の対向放電電極と、凹部にて対向放電電極と接するように、対向放電電極側の面に配置された凹状の固体誘電体とで構成されたプラズマ加工装置であって、ガス供給管のガス吹出口と排気口が各固体誘電体間に配置されていることを特徴とするプラズマ加工装置。
【請求項２】
エッチングガス吹出口が固体誘電体側面に沿って配置されていることを請求項１記載のプラズマ加工装置。
【請求項３】
エッチングガスを直接放電領域に導入することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のプラズマ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沿面放電プラズマ源を用いて、材料表面にマスクレスでパターニング処理を可能とするプラズマ加工装置、特にそのエッチングガスの供給に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的なプラズマによる表面加工方式は、プラズマ生成用電極全面で放電を生成するため、微細加工を行う場合には、レジストマスクを材料表面に形成する。その後、露光によりパターン状に開口部を形成し、プラズマ処理することで微細加工を実現させている。しかしながら、同手法では、処理プロセスに真空機器や露光用光源などの高額な設備が必要なだけでなく、プロセスが複雑であり、簡素かつ低コストで材料加工が実現可能なマスクレスプラズマ処理技術が強く嘱望されている。
【０００３】
ところで、太陽電池の効率改善の手法として、太陽電池表面の受光面電極形成部の反射防止膜を除去した電極溝を作製する技術が挙げられる。例えば、結晶シリコン系太陽電池に受光面電極を形成する際、電極パターンの形状に合わせて反射防止膜を除去した電極溝を作製することが太陽電池の高効率化には有効であり、太陽電池回路内の直列抵抗を低減化できる。また、作製した電極溝表面のｎ型層に高濃度のリン拡散、または電極ペースト自体にリンやボロン等を高濃度に含有させて電極を形成することで、ｎ＋＋拡散層を設けた選択エミッタ構造にすることができる。この選択エミッタ構造によって、受光面電極近傍でのキャリア再結合を抑制することが可能となり、太陽電池の高性能化を図ることができる。
【０００４】
現在の主な電極作製法としては、スクリーン印刷や鍍金法等が挙げられる。スクリーン印刷法は非常に生産性に富み、自動化も容易であり、かつ材料の使用収率にも優れるという特徴があるが、電極パターンの細密度がスクリーン印刷の精度に制限されるため、現在の量産可能な電極パターン幅はせいぜい１００μｍ程度である。鍍金法は印刷法に比べてコストは高くなるものの、より微細な電極を形成することが可能であり、電極の影による損失（シャドーロス）が低減でき、高性能の太陽電池の作製が可能である。
【０００５】
上記いずれの電極形成法を用いる場合においても、選択エミッタ構造を導入する前処理として、電極パターンに合わせた電極溝を作製することは、太陽電池の曲線因子を改善するのに有効である。また、電極溝は数μｍ〜数十μｍの深さで掘削することで電極と半導体との接触面積を増加させるとともに、シャドーロスの少ない埋め込み型電極とするのも有効である。
【０００６】
このような電極溝作製手法としては、レーザアブレーションによる手法、ダイシング装置などによる機械的加工手法、フォトリソグラフィーとエッチングを用いる手法がある。しかしながら、レーザによる手法は処理面が粗く、受光面電極の交差する領域での二度堀りにより十分なオーム接触を得られない問題がある。ダイシング装置の場合は、ダイヤモンドブレードによる基板表面へのダメージが大きく、これを除去するために電極溝内を酸性またはアルカリ溶液によるエッチング工程を要する。また、フォトリソグラフィーとエッチングを併用する場合は、レジスト材料の塗布、露光、エッチング、レジスト剥離という工程があり、プロセスが非常に複雑となる等の問題点がある。
【０００７】
近年では、図６に示すように、密閉されたチャンバー１０内に、エッチングガスＧを供給口５から導入して排出口８に向かって流動させ、誘電体４で覆われた銅製薄膜２ｂを積層した複数の電極２ａを基板１２に接触配置して高電圧流を印加し、同電極２ａと基板１２との境界線に沿って生成される沿面放電プラズマを利用して被エッチング材を除去する技術が提案されている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照。）。この技術では、電極と被エッチング材との境界線において生成されるプラズマにより、境界線に沿ったエッチングを行うため、一回の放電で広範囲にわたり精密かつ多様なマスクレスエッチングが可能であり、エッチングレートも比較的高いものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｔ．Ｈａｍａｄａ、Ｔ．Ｓａｋｏｄａ、Ｍ．Ｏｔｓｕｂｏ、Ｋ．Ｍａｔｓｕｉ  ａｎｄ  Ｋ．Ｎａｇａｓａｗａ、Ｓｕｒｆａｃｅ＆Ｃｏａｔｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｖｏｌ．２０２、ｐｐ．５４０５−５４０９（２００８．６）
【特許文献１】特開２００６−１７９７２０号公報
【特許文献２】特開平０６−３１８５６８号公報
【特許文献３】特開平１０−０６０６７３号公報
【特許文献４】特開２０００−３０６８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
エッチング工程では、複数本の電極溝を同時に作製可能なプラズマ加工装置が求められるところ、上記の文献では、このような加工に際して重要となるエッチングガスの供給については詳細な検討が行われていない。例えば、特許文献１の実施形態では、複数個の誘電体が配置されているものの、最外方誘電体の一方向からエッチングガスを供給することが想定されているため、内方誘電体付近の放電領域に十分にエッチングガスの供給を行えない。
【００１０】
ところで、一般的なプラズマによる表面加工方式では、エッチングガスの供給に関する技術が多数提案されているが、従来のプラズマエッチング装置においては、エッチング速度の均一性を向上させるために、エッチングガスをシャワー状に供給可能なガス吹き出し口がプラズマ生成用電極に設けられている（例えば、特許文献２〜特許文献４参照。）。このとき、従来のガス供給技術においては、ガスの供給と同時に真空装置で排気を行いながら低気圧を維持するため、ガスの拡散速度が速く、被エッチング材上の均一なガス流れが維持される。
【００１１】
一方、本発明のプラズマ加工装置では、プラズマ生成領域は放電電極、固体誘電体、加工対象物で密接配置されているので、従来技術のようなガス吹き出し口を設けた場合、電極中心部と周囲とではガス流れの大きな差が生じる問題がある。本発明は上記のような従来技術の課題に鑑み、微細なエッチング加工を高速度で実施することができるプラズマ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このため本発明は、放電電極と、該放電電極に対向して配置された複数の対向放電電極と、凹部にて対向放電電極と接するように、対向放電電極側の面に配置された凹状の固体誘電体とで構成されたプラズマ加工装置であって、ガス供給管のガス吹出口と排気口が各固体誘電体間に配置されていることを第１の特徴とする。また、エッチングガス吹出口が固体誘電体側面に沿って配置されていることを第２の特徴とする。
【００１３】
本発明に係るプラズマ加工装置によれば、エッチングガスを直接放電領域に導入するので、放電領域を通過するエッチングガスの流速が早くなり、ガス流れの大きな差が生じる前に、排気口から排出される。このため、エッチングに寄与するエッチングガスを十分に供給することができる。また、エッチング後の反応生成物質が基板表面において再結合（堆積）する前に除去する効果が上がることにより、エッチングレートが向上する。したがって、本発明装置を用いれば、微細かつ均一なエッチング加工を高速度で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の係るプラズマ加工装置の概要を示す模式図である。
【図２】本発明に係るプラズマ加工装置の（ａ）はエッチング装置、（ｂ）は絶縁台、（ｃ）は凹型誘電体の概要図である。
【図３】本発明に係る絶縁台の一実施例を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】本発明に係る絶縁台の他の実施例を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図５】エッチング処理後のＳｉ基板の表面写真であり、（ａ、Ａ）は図３の絶縁台を（ｂ、Ｂ）は図４の絶縁台を使用した結果を示すものである。
【図６】従来のプラズマ加工装置の概要を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を図面に示す実施態様を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本発明に係るプラズマ加工装置は、円柱状上または角柱状の放電電極１と、この放電電極１に対向して配置された複数の対向放電電極２ａと、凹部３にて対向放電電極２ａと接するように、対向放電電極２ａに嵌合する凹状に形成された固体誘電体４と、固体誘電体側面４ａに沿って配置されたエッチングガス吹出口５とを、チャンバー１０内に密封状態で収納して大略構成される。尚、下部電極２に代えて必要に応じて、後述する対向放電電極２ａを支持する絶縁体支持台６を設けてもよい。また、エッチングガス供給管７及びエッチングガス排気口８も適宜配置する。
【００１６】
対向放電電極２ａは、柱状に形成してもよいし、絶縁支持台６を部分的に凸状に加工し、その凸部６ａに導電性物質９を配してもよい。例えば半導体ウェーハ等のエッチング加工対象物１２は、放電電極１と固体誘電体４の両者に接するように配置されている。対向放電電極２を接地電位とし、放電電極１との間に所定の電圧を印加する。この印加電圧により、固体誘電体側面４ａに沿って放電プラズマ（沿面放電プラズマ）が生成する。これにより、固体誘電体４と加工対象物１２との接点がエッチングされる。
【００１７】
エッチングガス吹出口５は、プラズマ生成領域である固定誘電体側面４ａに沿って配置される。このように配置することにより、エッチングガスを直接的に放電領域に導入することができ、放電領域を通過するエッチングガスＧの流速が高まり、エッチングに寄与するガスが十分に供給される。また、エッチング後の反応生成物質が基板表面において再結合（堆積）する前に除去される効果が上がることにより、エッチングレートが向上する。尚、エッチングガスＧは、一方向の供給管から供給されてもよいが、好ましくは複数方向の供給管から供給されるのがよい。その際、内方の固体誘電体４に沿って配置したガス吹出口５でのガス圧損が低減するため、各吹出口５からのガス供給をほぼ均一にすることができ、加工仕上がりのバラつきを低減することができる。
【実施例１】
【００１８】
図２に示すように、円柱状ＳＵＳ製電極を放電電極１とし、放電電極１下部側には、中央部に高さｈ１＝３ｍｍ、幅ｄ１＝１ｍｍの突条１１が形成された直径Ｄ２＝７０ｍｍ、高さＨ２＝３０ｍｍのポリアセタール製絶縁支持台６を配置した。尚、絶縁支持台突条１１の上部には、厚みｔ＝０．２ｍｍの銅製薄膜２ｂを配置し、これを接地することで対向放電電極２ａとした。対向放電電極２ａ及び絶縁台突条１１をｄ２＝５．５ｍｍの間隔で配置し、各対向放電電極２ａ及び絶縁突条１１を沿面放電プラズマを生成するための全長Ｌ＝７０ｍｍ、高さｈ２＝３ｍｍ、全幅ｗ１＝３ｍｍ、ｗ２＝１ｍｍ凹の型石英製固体誘電体４で被覆した構造とした。加工部材は、膜厚１５０ｎｍのＳｉＮ膜が形成されたＳｉ基板を用いた。同基板は、固体誘電体と放電電極の間にギャップレスで挟み込んだ。沿面放電プラズマは、Ａｒ／ＣＦ４混合ガス中で３０ｋＨｚ、５．４〜５．６ｋＶの高周波電圧を印加して生成した。エッチングガスは、一方向のガス供給管からのみ供給し、各固体誘電体４間に配置されたガス吹出口５から流入させた。比較例として、ガス供給を誘電体の最外方からのみ行った。放電条件を表１に示す。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
本発明の係る絶縁台６におけるガス供給導入システムの構成を図３に、結果を図５（ｂ、Ｂ）の写真に示す。写真から明らかなように、エッチングガスを直接放電領域に導入する方式の場合においてのみ均一な電極溝の作製が可能であることが確認できた。これは、放電領域を通過するエッチングガスの流速が早くなることで、エッチングに寄与するＣＦ４ガスが十分に供給され、また、エッチング後の反応生成物質が基板表面において再結合（堆積）する前に除去する効果が上がることにより、エッチングレートが向上することが確認できた。以上の結果から、装置内方の固体誘電体４においてもエッチングが可能であることが明らかとなった。また、凹型誘電体側面４の高さｈ２を５ｍｍと高く設定することで、印加電圧２．３ｋＶにおいて６０秒以上電圧を印加し続けてもアーク放電は確認されず、アーク放電の発生の抑制に有効であることも確認された。
【実施例２】
【００２１】
実施例１と同様の条件にて、エッチングガスＧを対向する二方向のガス供給管７から供給した。その構成を図４に、結果を図５（ａ、Ａ）の写真に示す。写真から明らかなように、いずれの絶縁台６においても均一な電極溝の作製が実現可能であることが分かる。
【符号の説明】
【００２２】
１    放電電極（上部電極）
２    下部電極
２ａ  対向放電電極
２ｂ  銅製薄膜
３    固体誘導体の凹部
４    固体誘導体
５    エッチングガス吹出口
６    絶縁体支持台
７    エッチングガス供給管
８    エッチングガス排気口
９    導電性物質
１０  チャンバー
１１  絶縁支持台の突条
１２  加工対象物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図５】
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