(57)【要約】【課題】プレート部材をいちいち位置合わせして基板上に配置する必要がなく、均一な凹凸を基板表面に高タクトで形成することができるエッチング装置とエッチング方法を提供する。【解決手段】陽極側電極８に対向して設けた陰極側電極３上に基板２を載置してこの基板２の表面を粗面状にするエッチング装置であって、上記陽極電極８側に開口部１１が多数形成されたプレート部材７を設けた。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極側電極に対向して設けた陰極側電極上に基板を載置してこの基板の表面を粗面状にするエッチング装置において、前記陽極側に開口部が多数形成されたプレート部材を設けたことを特徴とするエッチング装置。
【請求項２】
前記陰極側電極と陽極側電極が平行平板構造となっていることを特徴とする請求項１に記載のエッチング装置。
【請求項３】
前記プレート部材の前記陰極側、または前記基板を載置する面上に突出壁を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のエッチング装置。
【請求項４】
前記プレート部材の周縁部の前記陰極側に突出壁を設けたことを特徴とする請求項１〜３に記載のエッチング装置。
【請求項５】
前記対向する電極の少なくとも一方が可動することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のエッチング装置。
【請求項６】
前記プレート部材が可動することを特徴とする請求項１〜５に記載のエッチング装置。
【請求項７】
前記プレート部材の開口部の端面に面取り加工を施したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のエッチング装置。
【請求項８】
前記エッチング装置が反応性イオンエッチング装置であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のエッチング装置。
【請求項９】
陽極側電極に対向して設けた陰極側電極上に基板を載置してこの基板の表面を粗面状にするエッチング方法において、前記陽極側に開口部が多数形成されたプレート部材を取付けてエッチングすることを特徴とするエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエッチング装置とエッチング方法に関し、特に太陽電池などに用いられるシリコン基板等の表面を粗面化するのに好適に用いることができるエッチング装置とエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
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ある。太陽電池のうち主要なものは使用材料の種類によって結晶系、アモルファス系、化合物系などに分類される。このうち、現在市場で流通しているのはほとんどが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。単結晶型のシリコン太陽電池は基板の品質がよいために高効率化が容易であるという長所を有する反面、基板の製造が高コストになるという短所を有する。これに対して多結晶型のシリコン太陽電池は基板の品質が劣るために高効率化が難しいという短所はあるものの、低コストで製造できるという長所がある。また、最近では多結晶シリコン基板の品質の向上やセル化技術の進歩により、研究レベルでは１８％程度の変換効率が達成されている。
【０００３】
一方、量産レベルの多結晶シリコン太陽電池は低コストであったため、従来から市場に流通してきたが、近年環境問題が取りざたされる中でさらに需要が増してきており、低コストでより高い変換効率が求められるようになった。
【０００４】
このような太陽電池では、電気エネルギへの変換効率を向上させるために従来から様々な試みがなされてきた。そのひとつに基板に入射する光の反射を低減する技術があり、表面での光の反射を低減することで電気エネルギへの変換効率を高めることができる。
【０００５】
シリコン基板を用いて太陽電池素子を形成する場合、基板の表面を水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液でエッチングすると、基板の表面に微細な凹凸が形成され、反射をある程度低減できる。面方位が（１００）面の単結晶シリコン基板を用いた場合、このような方法でテクスチャ構造と呼ばれるピラミッド構造を基板の表面に均一に形成することができるものの、アルカリ水溶液によるエッチングは結晶の面方位に依存することから、多結晶シリコン基板で太陽電池素子を形成する場合、ピラミッド構造を均一には形成できず、そのため全体の反射率も効果的には低減できないという問題がある。
【０００６】
このような問題を解決するために、太陽電池素子を多結晶シリコンで形成する場合に、基板の表面に微細な突起を反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）法で形成することが提案されている（例えば特公昭６０−２７１９５号、特開平５−７５１５２号、特開平９−１０２６２５号公報参照）。すなわち、多結晶シリコンにおける不規則な結晶の面方位に左右されずに微細な凹凸を均一に形成し、多結晶シリコンを用いた太陽電池素子においても反射率をより効果的に低減しようとするものである。
【０００７】
しかしながら、上述のような凹凸の形成条件は微妙であり、また装置の構造によっても変化するために条件の設定は非常に難しいことが多い。凹凸を均一に形成できない場合は、入射した光を太陽電池に有効に取りこむことができず、太陽電池の光電変換効率は向上しない。個々の太陽電池の価値はその発電効率で決まることから、そのコストを低減するには、太陽電池の変換効率を向上させなければならない。
【０００８】
また、反応性イオンエッチング法で用いられる装置は一般に平行平板電極型をしており、基板を設置している電極の側にＲＦ電圧を印加し、他の一方の側および内部の側壁をアースに接続する。このチャンバ内部を真空引きしてエッチングガスを導入して圧力を一定に保持しながら被エッチング基板をエッチングする。エッチングが完了した後に、チャンバ内部を大気圧に戻す。
【０００９】
このような手順を踏むことから、反応性イオンエッチング装置では真空引きおよび大気リークの待ち時間が長い。また、反応性イオンエッチング装置はＬＳＩなどの精密な小型半導体素子に用いられる場合が多いが、太陽電池に用いる際には太陽電池自身の面積が大きいため、１回あたりの処理枚数が少なく、製造コストが高くなるという問題があった。そのため反応性イオンエッチング装置を太陽電池の製造工程に用いる場合には、いかに高タクトで１回あたりの処理枚数を増やすかが重要なポイントである。
【００１０】
タクトを向上させるための方法の一つとして、特願２００１−２９８６７１号による方法がある。この方法ではシリコン基板の表面にエッチング残渣を付着させながらエッチングして凹凸を形成して粗面化した後、このエッチング残渣を除去するが、このエッチングの際にマスクとなる残渣を速く形成するために、エッチングされる基板を開口部が形成されたプレート部材で覆ってエッチングする。この方法によれば凹凸の形成速度が速くなると同時に、バッチ内での凹凸の均一性が向上し、１回あたりの処理枚数を増やすことができる。
【００１１】
この方法によれば、エッチングされる基板をトレイに載置してプレート部材で被覆してチャンバ内の電極上に搬送して真空引きしてエッチングし、その後チャンバを大気に戻してトレイを搬出してプレート部材をはずして基板を回収するという工程になる。
【００１２】
ところが、この方法では真空引きの際の抵抗となるプレート部材が毎回大気に戻されてから真空引きされるので、プレート部材を載置しない場合の真空引き速度と比較してチャンバ内の真空引き速度が低下するという問題が発生する。予備室などをチャンバに隣接して設けて連続バッチ処理を行ったとしても前記工程はかわらず、複数のプレート部材が大気と真空を繰り返すこととなり、プレート部材を載置しない場合の真空引き速度と比較してチャンバ内の真空引き速度は低下する。
【００１３】
また、プレート部材の端部の４点を支持体などで支持するようにして、この支持体の間から基板とトレイを搬送することも考えられるが、プレート部材は基板から５〜３０ｍｍしか離間しておらず、この間で基板とトレイを搬送することは実質的に不可能である。また、大きなエッチング面積を有するエッチング装置の場合、プレート部材の端部の４点を支持する方法ではプレート部材に自重によるたわみが発生し、基板とプレート部材との距離の違いによってエッチングムラが発生するという問題もある。
【００１４】
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、基板の表面に均一な凹凸を高タクトで形成するエッチング装置とエッチング方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係るエッチング装置では、陽極側電極に対向して設けた陰極側電極上に基板を載置してこの基板の表面を粗面状にするエッチング装置において、前記陽極側に開口部が多数形成されたプレート部材を設けたことを特徴とする。
【００１６】
上記エッチング装置では、前記陰極側電極と陽極側電極が平行平板構造となっていることが望ましい。
【００１７】
また、上記エッチング装置では、前記プレート部材の前記陰極側、または上記基板を載置する面上に突出壁を設けることが望ましい。
【００１８】
また、上記エッチング装置では、前記プレート部材の周縁部の前記陰極側に突出壁を設けることが望ましい。
【００１９】
また、上記エッチング装置では、前記対向する電極の少なくとも一方は可動することが望ましい。
【００２０】
また、上記エッチング装置では、前記プレート部材は可動することが望ましい。
【００２１】
また、上記エッチング装置では、前記プレート部材の開口部の端面に面取り加工を施すことが望ましい。
【００２２】
また、上記エッチング装置では、前記エッチング装置は反応性イオンエッチング装置であることが望ましい。
【００２３】
請求項１０に係るエッチング方法では、陽極側電極に対向して設けた陰極側電極上に基板を載置してこの基板の表面を粗面状にするエッチング方法において、前記陽極側に開口部が多数形成されたプレート部材を取付けてエッチングすることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図を用いて詳細に説明する。
図１および図２は本発明に係るエッチング装置の一実施形態を示す図であり、１はマスフローコントローラ、２はシリコン基板、３はＲＦ電極（陰極側電極）、４は圧力調整器、５は真空ポンプ、６はＲＦ電源である。
【００２５】
チャンバ１４内にマスフローコントローラ１部分からエッチングガスとエッチング残渣生成用ガスを導入するとともに、ＲＦ電極３からＲＦ電力を導入することでプラズマを発生させてイオンやラジカルを励起活性化してＲＦ電極３の上部に設置された例えばシリコンなどからなる基板２の表面に作用させてエッチングする。
【００２６】
図２に示す装置では、ＲＦ電極３を装置内に設置して１枚のシリコン基板２の表面をエッチングするが、図３に示す装置では、ＲＦ電極３をチャンバ１４の外壁に設置して複数枚のシリコン基板２の表面を同時にエッチングするようにしている。
【００２７】
発生した活性種のうち、イオンがエッチングに作用する効果を大きくした方法を一般に反応性イオンエッチング法と呼んでいる。類似する方法にプラズマエッチングなどがあるが、プラズマ発生の原理は基本的に同じであり、基板１に作用する活性種の種類の分布をチャンバ構造、電極構造、あるいは発生周波数等で異なる分布に変化させているだけである。そのため、本発明は反応性イオンエッチング装置に限らず、プラズマエッチング法などのドライエッチング装置全般に有効である。
【００２８】
本発明のエッチング装置を図３〜図８を用いて詳細に説明する。図３において２はシリコン基板、３はＲＦ電極、６はＲＦ電源、７はプレート部材、８はチャンバ壁、９は取付け部材、１０はトレイ、１１は開口部、１２は絶縁体を示す。
【００２９】
チャンバ１４内においてアースに接続され陽極側電極となるチャンバ壁８に取付け部材９を介して開口部１１が多数形成されたプレート部材７を取付ける。陰極電極７側はＲＦ電極３上にトレイ１０を載置し、その上にエッチングされるシリコン基板２を載置する。ＲＦ電極３からＲＦ電力を導入することでプラズマを発生させてイオンやラジカルを励起活性化して、ＲＦ電極３の上部に設置されたシリコン基板２の表面に作用させてエッチングする。このときプレート部材７の取付け位置は、基板２を載置する陰極電極３側と分離可能な陽極電極８側であれば、図３に示すように、チャンバ１４の陰極側電極３と対向する壁面に取付けても構わないし、図４に示すように、チャンバ１４内の側壁に取り付けても構わない。また、図５に示すように、プレート部材７を周辺部だけでなく中央部でも取付け部材９によって固定することにより、プレート部材７の自重によるたわみも回避できる。
【００３０】
チャンバ壁８とプレート部材７は絶縁されていることが望ましい。これによってプレート部材７には電極としての効果がなくなり、プラズマの発生状態がチャンバ壁８へのプレート部材７の取付け方法および位置に左右されることがなくなる。チャンバ壁８とプレート部材７とを絶縁する方法としては、プレート部材７もしくは取付け部材９を絶縁材料で構成するか、プレート部材７とチャンバ壁８との間に絶縁材料を介在させればよい。
【００３１】
エッチング装置がバッチ式の場合、陰極側電極３と陽極側電極８は平行平板構造であることが望ましい。これは基板２と対向電極８との間の距離の違いによってエッチングムラが発生することを回避するためである。
【００３２】
さらに、図６に示すように、プレート部材７の陰極３側に突出壁１３を設けることにより、エッチングマスクとなる残渣を基板２とプレート部材７との間に有効に閉じ込めることができ、凹凸の形成を促進できる。この効果は突出壁１３をプレート部材７の周縁部に設けたときに特に有効である。
【００３３】
また、図７に示すように、突出壁１３は基板２を載置する面の陽極電極８側に設けることも可能である。この突出壁１３はエッチング処理中にトレイ１０もしくはプレート部材７と接触する位置に設けても構わないし、接触しない位置に設けても構わない。接触する位置に設ける場合には陰極電極３とチャンバ壁８が導通しないように介在するトレイ１０、突出壁１３、プレート部材７、または取付け部材９の少なくとも１つを絶縁材料で形成する必要がある。
【００３４】
また、対向する電極３、８の少なくとも一方は互いに離間する方向へ可動することが望ましい。このようにすることにより、従来どおりプレート部材７を基板２から５〜３０ｍｍ離れた位置に配置しても、基板２とトレイ１０を搬送するときには電極３、８の間隔を離すことによってＲＦ電極３とプレート部材７の間の間隔を確保することができ、基板２とトレイ１０を搬送することが可能となる。
【００３５】
図８は、陽極側８を固定し、陰極３側を動かすようにした例を示す図である。
【００３６】
さらに、図９に示すように、チャンバ１３内においてプレート部材７を上下方向に可動するようにすれば基板２とトレイ１０をチャンバ１３の側面側から搬送できるようになり、特に連続バッチ処理を行うエッチング装置の場合に有利である。
【００３７】
プレート部材７の開口部１１の対向する端面の角部は面取り加工することが望ましい。これにより開口部１１での異常放電を回避できる。
【００３８】
プレート部材７は金属材またはガラス系材質のどちらでもよい。プレート部材７の加工の容易さという面ではアルミニウムなどからなる金属部材が好ましいが、ステンレス系の材質などではシリコンエッチングに用いるガスに曝されると腐食するために不適である。
【００３９】
プレート部材７とシリコン基板２との距離は、５〜３０ｍｍの間で保持してエッチングを行うことが望ましい。このようにすると、エッチングの際に生成するシリコン化合物をシリコン基板２とプレート部材７の間に閉じこめることができ、シリコンを主成分とする残渣がシリコン基板２上に容易に生成しやすくなり、残渣の形成が促進されると同時に、凹凸の形成を促進することができる。このプレート部材７とシリコン基板２の間隔が５ｍｍ以下ではプレート部材７の開口部１１が凹凸を形成するときにシリコン基板２の表面に模様として転写されてムラとなる。また、３０ｍｍ以上では残渣の形成が遅くなって凹凸の形成を促進する効果が少なくなってしまう。
【００４０】
プレート部材７の開口部１１のパターン形状は特に問わない。例えば円形状の開口を行列状に並べたパターンを用いることもできるし、ドット状の千鳥パターンを用いることもできる。また、スリットのようなパターンを形成することもできる。ただし、開口していない面積の大きい部分があると、その下部は開口部１１の下部との凹凸２の形状の違いによってムラが発生する。プレート部材７の開口部１１の全面積に対する比率もエッチングされる基板のエッチング状態に合わせて選択できる。
【００４１】
上述した例ではエッチングされる基板としてバルク型シリコン太陽電池を例に説明したが、サブストレート型薄膜シリコン太陽電池、スーパーストレート型太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、化合物を用いた薄膜太陽電池等の基板に広く応用できる。また、多層（タンデム）型の薄膜太陽電池等の基板にも応用できる。さらにまた、太陽電池に制限されるものでもない。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るエッチング装置によれば、陽極側電極に対向して設けた陰極側電極上に基板を載置してこの基板の表面を粗面状にするエッチング装置において、上記陽極側に開口部が多数形成されたプレート部材を設けたことから、プレート部材をいちいち位置合わせして基板上に配置する必要がなくなり、均一な凹凸を基板表面に高タクトで形成することができる。
【００４３】
また、請求項１０に係るエッチング方法では、陽極側電極に対向して設けた陰極側電極上に基板を載置してこの基板の表面を粗面状にするエッチング方法において、上記陽極側に開口部が多数形成されたプレート部材を取付けてエッチングすることから、プレート部材をいちいち位置合わせして基板上に配置する必要がなくなり、均一な凹凸を基板表面に高タクトで形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るエッチング装置の構造を示す図である。
【図２】本発明に係るエッチング装置の他の構造を示す図である。
【図３】本発明に係るエッチング装置の一構造例を示す図である。
【図４】本発明に係るエッチング装置の他の構造例を示す図である。
【図５】本発明に係るエッチング装置の他の構造例を示す図である。
【図６】本発明に係るエッチング装置の他の構造例を示す図である。
【図７】本発明に係るエッチング装置の他の構造例を示す図である。
【図８】本発明に係るエッチング装置の他の構造例を示す図である。
【図９】本発明に係るエッチング装置の他の構造例を示す図である。
【図１０】従来のエッチング装置の構造例を示す図である。
【符号の説明】
１；マスフローコントローラ、２；シリコン基板、３；ＲＦ電極（陰極）、４；圧力調整器、５；真空ポンプ、６；ＲＦ電源、７；プレート部材、８；チャンバ壁（陽極）、９；取付け部材、１０；トレイ、１１；開口部、１２；絶縁体、１３；突出壁、１４；チャンバ
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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