(57)【要約】【課題】太陽電池に用いる基板などの表面の凹凸形成工程の安定性および信頼性を向上させる。【解決手段】エッチングチャンバ内に搬入された基板の表面を開口部が多数形成されたプレート部材で覆って真空引きしてエッチングガスを導入してドライエッチング法で粗面状にするエッチング方法であって、上記エッチングチャンバ内を真空引きする前に上記プレート部材を清浄化処理する。【選択図】　図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチングチャンバ内に搬入された基板の表面を開口部が多数形成されたプレート部材で覆って真空引きしてエッチングガスを導入してドライエッチング法で粗面状にするエッチング方法において、前記エッチングチャンバ内を真空引きする前に前記プレート部材を清浄化処理することを特徴とするエッチング方法。
【請求項２】
前記清浄化処理がウェット洗浄と加熱の工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
エッチングチャンバ内に搬入された基板の表面を開口部が多数形成されたプレート部材で覆ってドライエッチングで粗面状にするエッチング装置において、前記基板を前記エッチングチャンバ内に搬入するロードチャンバと前記基板を前記エッチングチャンバから搬出するアンロードチャンバとを前記エッチングチャンバに隣接して設けるとともに、前記プレート部材を洗浄して前記ロードチャンバに搬送する洗浄部を設けたことを特徴とするエッチング装置。
【請求項４】
前記基板をエッチングする前に前記エッチングチャンバ内を所定圧力まで予備排気するとともに、この予備排気にかかる時間を計測し、この時間が設定時間よりも長くなった場合は、前記プレート部材を前記洗浄部に搬送して洗浄することを特徴とする請求項３に記載のエッチング装置。
【請求項５】
前記アンロードチャンバから搬出された基板の表面を画像処理して異常が発見された場合に、前記プレート部材を前記洗浄部に搬送して洗浄することを特徴とする請求項３に記載のエッチング装置。
【請求項６】
前記清浄部を真空容器で構成したことを特徴とする請求項３に記載のエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板のエッチング方法とエッチング装置に関し、特に太陽電池などに用いられるシリコン基板等を粗面状にするエッチング方法とエッチング装置に関する。
【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り結晶系、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】
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ヘ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、その表面に微細な凹凸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（例えば特許文献１参照。）。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。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込むことができず、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に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し、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、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粗面化した後、このエッチング残渣を除去する方法をとるが、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多数の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方法がある（例えば特願２００１−２９８６７１号明細書参照）。この方法によれば凹凸の形成速度が速くなると同時に、バッチ内でのエッチングの均一性が向上し、１回あたりの処理枚数を増やすことができる。
【００１１】
この方法でエッチングすると、プレート部材のシリコン基板側の表面にもエッチング残渣が付着する。プレート部材に付着したエッチング残渣は初期の間は問題ないが、長期間使用していると次第に堆積し、ついにはプレート部材から剥がれ落ちてしまう。シリコン基板上に残渣が剥がれ落ちるとその部分には凹凸が形成されないため、全体としてムラが発生する。
【００１２】
また、ドライエッチングする際にはエッチングする直前に設定圧力になるまで予備排気する。これは直前まで大気にさらされていたシリコン基板やトレイなどに吸着したガスを吸引してエッチング条件に影響を及ぼさないようにするためである。プレート部材に残渣の付着が多くなると、大気にさらされた場合の水分等の付着が激しくなり、次回に予備排気するときの時間が長くなり、タクトが遅くなってしまうという問題が発生する。
【００１３】
さらに、残渣の付着量が多くなるとエッチングされる残渣量も多くなることからエッチング条件の変化も生じる。するとエッチングされたシリコン基板の表面の外観がそれまでとは異なったものになってしまう。
【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、半導体基板、特に太陽電池に用いられる基板の表面を高タクトで均一にエッチングする方法とその装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【特許文献１】
特公昭６０−２７１９５号公報
【００１６】
【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に係るエッチング方法では、エッチングチャンバ内に搬入された基板の表面を開口部が多数形成されたプレート部材で覆って真空引きしてエッチングガスを導入してドライエッチング法で粗面状にするエッチング方法において、前記エッチングチャンバ内を真空引きする前に前記プレート部材を清浄化処理することを特徴とする。
【００１７】
上記エッチング方法では、前記清浄化処理がウェット洗浄と加熱の工程を含むことが望ましい。
【００１８】
また、請求項３に係るエッチング装置では、エッチングチャンバ内に搬入された基板の表面を開口部が多数形成されたプレート部材で覆って真空引きしてエッチングガスを導入してドライエッチング法で粗面状にするエッチング装置において、前記基板を前記エッチングチャンバ内に搬入するロードチャンバと前記基板を前記エッチングチャンバから搬出するアンロードチャンバとを前記エッチングチャンバに隣接して設けるとともに、前記プレート部材を洗浄して前記ロードチャンバに搬送する洗浄部を設けたことを特徴とする。
【００１９】
上記エッチング装置では、前記基板をエッチングする前に前記エッチングチャンバ内を所定圧力まで予備排気するとともに、この予備排気にかかる時間を計測し、この時間が設定時間よりも長くなった場合は、前記プレート部材を前記洗浄部に搬送して洗浄することが望ましい。
【００２０】
また、上記エッチング装置では、前記アンロードチャンバから搬出された基板の表面を画像処理して異常が発見された場合に、前記プレート部材を前記洗浄部に搬送して洗浄することが望ましい。
【００２１】
また、上記エッチング装置では、前記清浄部を真空容器で構成することが望ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係るエッチング方法とエッチング装置によって形成される太陽電池素子の構造を示す図である。図１において、１はシリコン基板、２は凹凸、３は受光面側の不純物拡散層、４は裏面側の不純物拡散層（ＢＳＦ）、５は反射防止膜、６は表面電極、７は裏面電極を示している。
【００２３】
前記シリコン基板１は単結晶もしくは多結晶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。単結晶シリコンの場合は引き上げ法などによって形成され、多結晶シリコンの場合は鋳造法などによって形成される。多結晶シリコンは、大量生産が可能で製造コスト面で単結晶シリコンよりもきわめて有利である。引き上げ法や鋳造法によって形成されたインゴットを３００μｍ程度の厚みにスライスして、１５ｃｍ×１５ｃｍ程度の大きさに切断してシリコン基板となる。
【００２４】
シリコン基板１の表面側には、入射する光を反射させずに有効に取り込むために凹凸２を形成する。これは真空引きされたチャンバ内にガスを導入して一定圧力に保持してチャンバ内に設けられた電極にＲＦ電力を印加することでプラズマを発生させ、生じた活性種であるイオン・ラジカル等の作用によりシリコン基板１の表面をエッチングするものである。反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法と呼ばれるこの方法は図２および図３のように示される。
【００２５】
図２において、１はシリコン基板、８はマスフローコントローラ、９はＲＦ電極、１０は圧力調整器、１１は真空ポンプ、１２はＲＦ電源、１３はアース、１４はチャンバである。装置内にマスフローコントローラ８部分からエッチングガスを導入するとともに、ＲＦ電極９からＲＦ電力を供給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９の上部に設置したシリコン基板１の表面に作用させてエッチングする。
【００２６】
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法などがあるが、プラズマの発生原理は基本的に同じであり、シリコン基板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により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法に限らず、プラズマエッチング法全般に対して有効である。
【００２７】
本発明では、例えば塩素（Ｃｌ２）を０．１１５ｓｃｃｍ、酸素（Ｏ２）を０．５５５ｓｌｍ、ＳＦ６を０．４９１ｓｌｍ流しながら、反応圧力７Ｐａ、プラズマを発生させるＲＦパワー６ｋＷで５分間程度エッチングする。これによりシリコン基板１の表面には凹凸２が形成される。シリコンはエッチングされると基本的には気化するが、一部は気化しきれずに分子同士が吸着してシリコン基板１の表面に残渣として残る。つまり、シリコン基板１の表面を反応性イオンエッチング法および類似のドライエッチング法で粗面化する際に、エッチングされたシリコンを主成分とするエッチング残渣をシリコン基板１の表面に再付着させる速度を促進させ、これをエッチングのマイクロマスクとして利用することでシリコン基板１の表面に凹凸２を形成するものである。なお、このエッチング残渣は最終的には除去される。
【００２８】
また、ガス条件、反応圧力、ＲＦパワーなどをシリコンのエッチング残渣がシリコン基板１の表面に残るような条件に設定すると、凹凸２を確実に形成することができる。ただし、その凹凸２のアスペクト比は最適化する必要がある。逆に、シリコン基板１の表面にエッチング残渣が残らないような条件では凹凸２を形成することは困難である。
【００２９】
本発明では、シリコン基板１を多数の開口部２０が形成されたプレート部材１５で覆ってエッチングする。このようなプレート部材１５を用いることによって、エッチング残渣の生成を促進させ、これに伴って凹凸２の形成を促進させる。
【００３０】
図３にプレート部材１５の一例を示す。図３おいて、１５はプレート部材、１６は開口部、１７は側壁を示す。このプレート部材１５はアルミニウムやガラスなどからなる。プレート部材１５の加工のし易さという面では金属が好ましいが、ステンレスなどはシリコンをエッチングするガスに曝されると腐食するために不適である。一方、エッチング中はプラズマに曝されるために発熱する。この温度は条件によって大幅に変わるが、プラズマに曝されると温度が上昇し、エッチングが終了すればシリコン基板１を大気中で取り出すため、温度の上下動に耐えうる材質のものであることが好ましい。そのため、プラズマに曝される場合にはガラス材などが望ましい。
【００３１】
図４にプレート部材１５とシリコン基板１の設置方法の一例を示す。図４において、１８は基板トレイ、１９は絶縁体、２０は開口部、２１はチャンバ壁を示す。プレート部材１５とシリコン基板１とは、５〜３０ｍｍの間隔に保持してエッチングすることが望ましい。このようにすることで、エッチングの際に生成して揮発するシリコン化合物からなる残渣をシリコン基板１とプレート部材１５の間に閉じ込める効果が生じ、残渣が基板１上に生成しやすくなり、残渣の形成を促進できると同時に、凹凸２の形成を促進できる。このプレート部材１５とシリコン基板１の間隔が５ｍｍ以下ではプレート部材１５の開口部２０が凹凸２を形成する際にシリコン基板１の表面に模様として転写されてムラとなる。また、３０ｍｍ以上では残渣を速く形成して凹凸２の形成を促進する効果が弱くなる。
【００３２】
このようにエッチングされるシリコン基板１をプレート部材１５で覆うことで残渣の形成を加速して凹凸２の形成を早めることができるが、残渣がシリコン基板１上に生成すると同時にプレート部材１５のシリコン基板１側の表面にも付着する。プレート部材１５のシリコン基板１側の表面に付着した残渣が多くなると上述したようなさまざまな問題が発生する。
【００３３】
本発明においては、プレート部材１５のシリコン基板１側の表面にある一定量以上の量のエッチング残渣が堆積する前に清浄化処理する。この清浄化処理はチャンバ内にトレイを搬入する前に大気側で行う。
【００３４】
この清浄化処理は、ウェット洗浄と加熱の工程を含むことが望ましい。ウェット洗浄は扱いやすさの点から水洗で行うことが望ましい。この水洗は超音波洗浄やジェット噴霧などの方法を用いることができる。また、水洗でも除去しにくい場合には洗浄剤を加えることも有効である。
【００３５】
このウェット洗浄を行った後に加熱処理する。この加熱処理はエッチングチャンバ内でシリコン基板１をエッチングする際に、エッチング状態を速やかに安定化させて装置のトータルタクトを向上させるために行う。
【００３６】
また、プレート部材１５をウェット洗浄した後には乾燥させる必要があるが、この乾燥は加熱処理と兼用してもよいし、別工程で行ってもよい。この乾燥は単に加熱処理をしてもよいし、例えばエアーや窒素などの気体をブローするか、これらを併用してもよい。また、スピンドライですることも可能である。
【００３７】
図５はプレート部材を洗浄する洗浄部を設けたエッチング装置の構成を示す図である。図５において、２２はロードチャンバ、２３はエッチングチャンバ、２４はアンロードチャンバ、２５はトレイ取り出し部、２６はトレイ投入部、２７は基板供給収納部、２８は洗浄部を示す。
【００３８】
この装置では、プレート部材の洗浄部と加熱部をエッチング装置に組み込んでいる。これにより作業に無理がなくなるとともに、加熱したプレート部材１５を冷える前にすぐにエッチングチャンバ２３に投入できるようになるため、プレート洗浄及び加熱の機構を有効に活用することができるようになる。
【００３９】
本発明におけるエッチング装置では、エッチングチャンバ２３での予備真空排気時間をモニターし、この時間がある設定時間より長くなったときにプレート部材１５を自動で搬出して清浄化処理工程に投入するようにすることが望ましい。このように構成することで連続運転中に不用意にエッチング条件が変化することを防止することができ、安定して連続稼動が可能となる。プレート部材１５に残渣が大量に付着するようになると、残渣へのガスの吸着量が次第に増加するために真空引き、特にエッチングチャンバ２３における予備高真空排気（エッチング前の排気）の時間が長くなり、連続運転すると装置のタクトが低下するが、本発明ではこのような問題を解消できる。
【００４０】
また、本発明においては、基板供給収納部２７において基板を収納する際にエッチング表面の画像処理を行い、シリコン基板の表面にごみが載っている場合やエッチング後の色が設定した範囲外である場合などの異常があれば、このシリコン基板を形成する際に用いたプレート部材を自動で清浄化処理工程に入れることが望ましい。このように構成することで、プレート部材に付着した残渣が基板上に落ちて連続してムラが発生することが防止できる。
【００４１】
また、プレート部材に付着した残渣が多くなりすぎて吸着ガス量が増大し、エッチング条件が変化するようになった場合にも、プレート部材１５を自動で清浄化処理工程へ投入することで、連続運転時に連続して規定外のエッチングを行ってしまうことを防ぐことができる。
【００４２】
図６にこの清浄化処理工程の一例を示す。図６において、２７は基板供給収納部、２８はプレート部材洗浄部、２９は基板供給収納位置、３０はプレート部材退避位置、３１はプレート部材移動位置、３２は真空ポンプ、３３は吸着水分除去位置、３４は真空槽、３５は水、３６は水洗位置、３７は排水部、３８は熱風噴出部、３９は熱風発生部、４０は水洗層、４１は給水部を示す。
【００４３】
前記清浄化処理工程では真空引き機能を持たせることが望ましい。清浄化処理したプレート部材は表面に水分が吸着しているため真空引きが遅くなりやすいが、このように構成することで清浄化処理工程で処理された直後のプレート部材を載せた基板トレイがエッチングチャンバで予備高真空排気を行う際に真空引きが早くなる。
【００４４】
しかしながら、前述のように真空引き時間が長い場合にプレート部材を自動で清浄化処理工程に投入するように構成しても、清浄化処理を行った後、別途設定したバッチ数の間は当該プレート部材は清浄化処理工程には投入しないようインターロックを設けることが望ましい。清浄化処理工程投入直後のプレート部材を載せた基板トレイは通常運転中のものに比べて真空引きが遅いためインターロックを設けないと、清浄化処理工程投入直後のプレート部材が繰り返し洗浄化処理工程に投入されてしまうからである。
【００４５】
エッチングを終えて供給収納部２７に戻ってきたトレイは供給収納位置２９に設置される。基板を供給収納するために、プレート部材はプレート部材退避位置３０に移動させる。このプレート部材を清浄化処理するときはプレート部材移動位置３１に移動させ、別途搬送機により水洗位置３６に移動させる。水洗槽４０には水３５が入れてあり、プレート部材はこの水洗槽４０中に入れられてウェット洗浄される。水洗槽４０中の水３５は給水部４１から給水され、排水部３７から排出される。水洗槽４０で水洗している最中はシャワーやジェット水流、攪拌等を併用すると効果的である。水洗槽４０中でウェット洗浄により清浄化処理を行った後、水洗槽４０中の水３５は排水され、乾燥工程に入る。熱風発生部３９で発生した熱風を熱風噴出部３８から噴出させてプレート部材に当てて乾燥する。乾燥したプレート部材は真空槽３４中の吸着水分除去位置３３に移動し、密閉されてポンプ３２により真空引きされる。なお、真空引きと同時に加熱処理する（不図示）ことが望ましい。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係るエッチング方法によれば、加工される基板の表面を開口部が多数形成されたプレート部材で覆ってドライエッチング法で粗面状にする基板のエッチング方法において、上記エッチングチャンバ内を真空引きする前に上記プレート部材を清浄化処理することから、エッチングチャンバにおける真空引き時間の増長や、基板表面のエッチングムラ、基板表面の規定外のエッチング形状等の問題を回避することができるようになる。
【００４７】
また、請求項３に係るエッチング装置によれば、エッチングチャンバ内に搬入された基板の表面を開口部が多数形成されたプレート部材で覆ってドライエッチングで粗面状にするエッチング装置において、上記基板を前記エッチングチャンバ内に搬入するロードチャンバと上記基板を上記エッチングチャンバから搬出するアンロードチャンバとを上記エッチングチャンバに隣接して設けるとともに、上記プレート部材を洗浄して上記ロードチャンバに搬送する洗浄部を設けたことから、エッチングチャンバにおける真空引き時間の増長や、基板表面のエッチングムラ、基板表面の規定外のエッチング形状等の問題を回避することができるようになる。また、このように装置を構成することや、さらに自動化処理できるように装置を構成することで、工程の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るエッチング方法を用いて作成した太陽電池素子を示す図である。
【図２】本発明に係るエッチング装置の一例を示す図である。
【図３】本発明に係るエッチング方法に用いるプレート部材の一例を示す図である。
【図４】本発明に係るエッチング方法に用いるプレート部材の設置方法の一例を示す図である。
【図５】本発明に係る連続式のエッチング装置の構成の一例を示す図である。
【図６】本発明に係るプレート部材清浄化工程の装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
１；シリコン基板、２；凹凸、１５；プレート部材、１６；開口部、２２；ロードチャンバ、２３；エッチングチャンバ、２４；アンロードチャンバ、２５；トレイ取り出し部、２６；トレイ投入部、２７；基板供給収納部、２８；プレート部材洗浄部、２９；基板供給収納位置、３３；吸着水分除去位置、３４；真空槽、３５；水、３６；水洗位置、４０；水洗槽
【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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