(57)【要約】【課題】基板の表面に凹凸を均一に高タクトで形成するエッチング装置を提供する。【解決手段】チャンバ１８内の電極９上に配置した基板１の表面側を開口部１４が多数形成されたプレート部材１３で被覆して上記基板１の表面を粗面状にするエッチング装置であって、上記プレート部材１３の上記基板１側に突出壁１７を設けた。【選択図】　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチングされる基板の表面側に開口部が多数形成されたプレート部材を配設したエッチング装置において、前記プレート部材の前記基板側に突出壁を設けたことを特徴とするエッチング装置。
【請求項２】
前記突出壁が前記プレート部材を平面視して格子状に形成され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】
前記突出壁が前記電極上の前記基板を載置する面に当接していることを特徴とする請求項１又は２に記載のエッチング装置。
【請求項４】
開口部が多数形成されたプレート部材を基板の表面側に配置してエッチングするエッチング方法において、前記プレート部材の前記基板側に突出壁を設けて前記基板の表面をエッチングすることを特徴とするエッチング方法。
【請求項５】
チャンバ内に配置した基板の表面側に配置される開口部が多数形成されたエッチング装置用プレート部材において、前記プレート部材の一主面側の少なくとも周縁部に突出壁を設けたことを特徴とするエッチング装置用プレート部材。
【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、エッチング方法、およびそれに用いるプレート部材に関し、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、エッチング方法、およびそれに用いるプレート部材に関する。
【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、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】
しかしながら、このような方法でも１回あたりの処理枚数を無制限に増加させることができるわけではなく、一括処理面積がさらに大きくなってくると凹凸の均一性が徐々に劣るようになる。例えばエッチング面積が１ｍ角を越えるような大型の装置の場合には、均一性の確保が非常に困難となる。
【００１２】
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、例えば太陽電池に用いられる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、エッチング方法、およびそれに用いるプレート部材を提供することを目的とする。
【００１３】
【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は、エッチングされる基板の表面側に開口部が多数形成されたプレート部材を配設したエッチング装置において、前記プレート部材の前記基板側に突出壁を設けたことを特徴とする。
【００１４】
上記エッチング装置では、前記突出壁が前記プレート部材を平面視して格子状に形成されていることが望ましい。
【００１５】
上記エッチング装置では、前記突出壁が前記電極上の前記基板を載置する面に当接していることが望ましい。
【００１６】
また、請求項４に係るエッチング方法は、開口部が多数形成されたプレート部材を基板の表面側に配置してエッチングするエッチング方法において、前記プレート部材の前記基板側に突出壁を設けて前記基板の表面をエッチングすることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項５に係るエッチング用プレート部材は、チャンバ内に配置した基板の表面側に配置される開口部が多数形成されたエッチング装置用プレート部材において、前記プレート部材の一主面側の少なくとも周縁部に突出壁を設けたことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明に係るエッチング装置を用いて形成される太陽電池素子の構造を示す図であり、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は裏面電極である。
【００１９】
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。
【００２０】
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が形成されている。また、シリコン基板１の表面側には、逆導電型半導体不純物が拡散された拡散層３が形成されている。この逆導電型不純物拡散層３は、シリコン基板１内に半導体接合部を形成するために設けるものである。この逆導電型不純物拡散層３は０．１〜０．５μｍ程度の深さに形成される。
【００２１】
シリコン基板１の表面側には、反射防止膜５が形成されている。この反射防止膜５は、シリコン基板１の表面で光が反射するのを防止して、シリコン基板１内に光を有効に取り込むために設ける。この反射防止膜５は、厚み５００〜２０００Å程度の窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ）膜や酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜などで構成される。
【００２２】
シリコン基板１の裏面側には、一導電型不純物が高濃度に拡散された拡散層４を形成することが望ましい。この一導電型不純物拡散層４は、シリコン基板１の裏面近くでキャリアの再結合による効率の低下を防ぐために、シリコン基板１の裏面側に内部電界を形成するものである。
【００２３】
シリコン基板１の表面側および裏面側には、表面電極６および裏面電極７が形成されている。この表面電極６および裏面電極７は、例えばＡｇペーストをスクリーン印刷して焼成してその上に半田層（不図示）を被着して形成される。
【００２４】
上述のように、シリコン基板１の表面側には入射する光を有効に取り込むために微細な凹凸２を形成する。この凹凸は真空引きされたエッチングチャンバ１８内にガスを導入して一定圧力に保持してチャンバ１８内に設けられた電極９にＲＦ電力を印加することでプラズマを発生させて生じた活性種であるイオン・ラジカル等の作用によって基板１の表面をエッチングして形成する。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および図３において、８はマスフローコントローラ、１はシリコン基板、９はＲＦ電極、１０は圧力調整器、１１は真空ポンプ、１２はＲＦ電源である。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９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９の上部に設置されたシリコン基板１の表面に作用させてエッチングする。図２に示す装置では、ＲＦ電極９を装置内に設置して１枚のシリコン基板１の表面をエッチングするが、図３に示す装置では、ＲＦ電極９を装置の外壁に設置して複数枚のシリコン基板１の表面を同時にエッチングするようにしている。
【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によって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などのドライエッチング法全般に有効である。
【００２７】
本発明のエッチング装置では、例えばフッ素系ガス、塩素系ガス、および酸素等を流しながら反応圧力を調整してプラズマを発生させるＲＦパワーを印加して一定時間保持することでエッチングする。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。エッチング中はシリコンがエッチングされて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基板１の表面にシリコンの残渣が残るような条件に設定すると、確実に凹凸２を形成することができる。ただし、その凹凸２のアスペクト比は条件によって最適化が必要である。つまり、シリコンの残渣が基板１の表面に残らないような条件では凹凸２を形成することはできない。
【００２９】
本発明のエッチング装置を用いてエッチングする際には、シリコン基板１を多数の開口部１４が形成されたプレート部材１３で覆ってエッチングする。このようなプレート部材１３を用いてエッチングすることで、残渣の形成を促進させ、これに伴って凹凸２の形成を速めることができる。
【００３０】
図４にプレート部材１３の一例を示す。プレート部材１３の基板１側すなわち一主面側の周縁部に突出壁２０を設ける。このような突出壁２０を設けると大きな面積の装置でも、チャンバ１８内へのガスの導入口や排気口の位置や形状にかかわらず、プレート部材１３と突出壁２０によって囲われた基板１上の空間に滞留するシリコンの残渣の濃度が均一になり、基板１の表面への残渣の付着の均一性を増すことができる。これによりエッチングの均一性を増すことができる。
【００３１】
このとき突出壁２０は、プレート部材１３を平面視して格子状に形成してもよい。これによりエッチング残渣が閉じ込められる領域が狭くなってエッチングされる前後左右の領域おけるエッチングの均一性をさらに増すことができる。
【００３２】
また、突出壁２０の下端部は電極９に当接していることが望ましい。これによりプレート部材１３の基板１側にある突出壁２０の下端部２１と電極９間での異常放電を防ぐことができる。突出壁２０の下端部２１と電極９間にはエッチングされるシリコン基板１がないことが望ましい。これはシリコン基板１と突出壁２０が直接接触あるいは近づきすぎるとその部分のシリコン基板１がエッチングされないという問題が発生するためである。
【００３３】
プレート部材１３の材質は金属材またはガラスやセラミックなどの材料を選択できる。プレート部材１３の加工の容易さという点ではアルミニウムなどからなる金属部材が好ましい。ステンレス系の金属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。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、凹凸の形成が終了すれば大気中でシリコン基板１を取り出すといった工程となるため、温度の上下動に耐えうる材質が好ましい。そのため、プラズマに曝される場合にはガラス系の材質が望ましい。このように、条件によって好ましい材質を選択することができる。
【００３４】
プレート部材１３とシリコン基板１とは、５ｍｍから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する際に生成するシリコン化合物が揮発する際にシリコン基板１とプレート部材１３の内部に閉じ込める効果が生じ、シリコンを主成分とする残渣がシリコン基板１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２の形成を促進することができる。このプレート部材１３とシリコン基板１の間隔が５ｍｍ以下ではプレート部材１３の開口パターン１４が凹凸２を形成するときにシリコン基板１の表面に模様として転写されてムラとなってしまう。また、３０ｍｍ以上では残渣を早く形成して凹凸２の形成を促進する効果が少なくなってしまう。
【００３５】
プレート部材１３とシリコン基板１との距離を保持するための方法は、特に問わない。図５に示すように、例えば高さ方向の全長にわたって側壁１７を設けることで距離を保持する方法が簡単である。また、プレート部材１３の複数の端部を支持する脚部を設けてもよい。エッチングされるシリコン基板１の枚数が多く、プレート部材１３が大面積になる場合には、プレート部材１３が自重によって反ってしまい、エッチングされるシリコン基板１とプレート部材１３との距離が狭まって開口パターン１４の跡がシリコン基板１の上に転写されてムラとなる可能性がある。その場合にはプレート部材１３の厚みを増したり、側壁部１７の高さを増すなどの対策が有効である。また、プレート部材１３の中央のみ厚みを薄くするという方法も有効である。プレート部材１３の厚みは特に問わない。強度と材料コスト、およびエッチング条件の関係によって自由に設定することができる。
【００３６】
プレート部材１３を平面視した表面部の全面積に対する開口部１４の開口率は５％〜４０％にするのが望ましい。開口率が５％以下であるとシリコン基板１のエッチングに必要なガスの供給が不十分となって残渣の形成速度が遅くなるため、凹凸２の形成が遅くなる。また、開口率が４０％以上であるとエッチングの際に生成するシリコン化合物が揮発する際にシリコン基板１とプレート部材１３の内部に閉じこめる効果が弱くなって残渣の形成の促進効果が少なくなる。
【００３７】
本発明は、基板を１ｍ角を越えるような大面積に並べてエッチングする際に特に効果があるが、小面積の場合でも有効に活用することができる。他のエッチング条件を変化させても均一性の改善が十分でないようなハード的な問題が存在するときには本発明は有効に効力を発揮する。
【００３８】
プレート部材１３の開口部１４のパターン形状は特に問わない。図４に示すように、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でもよい。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１４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。
【００３９】
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とって説明したが、バルク型に限定されるものではなく薄膜型やアモルファスシ型などにも応用できる。また、シリコン基板や太陽電池に限定されるものでもない。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係るエッチング装置によれば、チャンバ内の電極上に配置した基板の表面側に開口部が多数形成されたプレート部材を配置して基板の表面を粗面状にするエッチング装置において、上記プレート部材の上記基板側に突出壁を設けたことから、エッチングする際に発生する残渣をプレート部材と基板との間に閉じ込めることができ、バッチ内での凹凸の均一性を向上させることができる。もって、基板の表面に均一な凹凸を効率よく形成できる。
【００４１】
また、請求項４に係るエッチング方法によれば、プレート部材の前記基板側に突出壁を設けて基板の表面をエッチングして粗面状にすることから、エッチングする際に発生する残渣をプレート部材と基板との間に閉じ込めることができ、もって基板の表面に均一な凹凸を効率よく形成できる。
【００４２】
さらに、請求項５に係るエッチング装置用プレート部材によれば、一主面側の少なくとも周縁部に突出壁を設けたことから、エッチングする際に発生する残渣をプレート部材と基板との間に閉じ込めることができ、もって基板の表面に均一な凹凸を効率よく形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るエッチング装置を使用して基板を粗面化した太陽電池を示す図である。
【図２】本発明に係るエッチング装置を示す図である。
【図３】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４】本発明に係るエッチング装置用プレート部材を示す図である。
【図５】本発明に係るエッチング装置の断面を拡大して示す図である。
【符号の説明】
１；シリコン基板、２；凹凸構造、８；マスフローコントローラ、９；ＲＦ電極、１０；圧力調整器、１１；真空ポンプ、１２；ＲＦ電源、１３；プレート部材、１４；開口部、１５；トレイ、１６；絶縁体、１７；側壁、１８；エッチングチャンバ、１９；エッチング装置、２０；突出壁
【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】
2004095691.tif 000007