(57)【要約】  太陽電池用シリコンなどの不良導体に対するワイヤ放電加工方法と、このワイヤ放電加工方法に基づく半導体ウエハ製造方法及び太陽電池用セル製造方法に関するもので、ワイヤ電極に、パルス幅１μｓｅｃ以上、４μｓｅｃ以下で、かつ、ワイヤ電極の加工時のピーク電流が１０Ａ以上、５０Ａ以下となるパルス電圧を印加することにより、前記ワイヤ電極と加工対象物との間に放電パルスを発生させて、０．５Ω・ｃｍ以上、５Ω・ｃｍ以下の高比抵抗硬脆材料を放電加工する方法を提供する。
2007057948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤ電極に、パルス幅１μｓｅｃ以上、４μｓｅｃ以下で、かつ、ワイヤ電極の加工時のピーク電流が１０Ａ以上、５０Ａ以下となるパルス電圧を印加することにより、前記ワイヤ電極と、０．５Ω・ｃｍ以上、５Ω・ｃｍ以下の比抵抗値を有する加工対象物との間に放電パルスを発生させて、前記加工対象物を加工するワイヤ放電加工方法。
【請求項２】
パルス電圧印加を短い周期で繰り返した後に、電圧を印加しない期間を設ける群パルス波形をワイヤ電極に印加することを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工方法
【請求項３】
電圧を印加しない期間を、一群のパルス電圧印加を短い周期で繰り返す期間よりも長く設定することを特徴とする請求項２記載のワイヤ放電加工方法。
【請求項４】
ワイヤ電極に、パルス幅１μｓｅｃ以上、４μｓｅｃ以下で、かつ、ワイヤ電極の加工時のピーク電流が１０Ａ以上、５０Ａ以下となるパルス電圧を印加することにより、前記ワイヤ電極と、０．５Ω・ｃｍ以上、５Ω・ｃｍ以下の比抵抗値を有する半導体材料との間に放電パルスを発生させて、前記半導体材料をスライス加工して薄板状の半導体ウエハを製造する半導体ウエハ製造方法。
【請求項５】
半導体材料がＰ型シリコンであり、当該Ｐ型シリコンの電位をワイヤ電極の電位より高く設定して放電を発生させることを特徴とする請求項４に記載の半導体ウエハ製造方法。
【請求項６】
一群のパルス電圧印加を短い周期で繰り返した後に、電圧を印加しない期間を設ける群パルス波形をワイヤ電極に印加することを特徴とする請求項４又は５に記載の半導体ウエハ製造方法。
【請求項７】
電圧を印加しない期間を、一群のパルス電圧印加を短い周期で繰り返す期間よりも長く設定することを特徴とする請求項６記載の半導体ウエハ製造方法。
【請求項８】
ワイヤ電極に、パルス幅１μｓｅｃ以上、４μｓｅｃ以下で、かつ、ワイヤ電極の加工時のピーク電流が１０Ａ以上、５０Ａ以下となるパルス電圧を印加することにより、前記ワイヤ電極と、拡散工程を経てｎ＋層となった太陽電池用シリコンウエハの側面との間に放電パルスを発生させて、前記ｎ＋層を除去する加工を施すことにより受光面と裏面の拡散層を分離するｐｎ分離工程を介して太陽電池用セルを製造する太陽電池用セル製造方法。
【請求項９】
ｎ＋層の除去加工対象である太陽電池用シリコンウエハの側面は、当該太陽電池用シリコンウエハをその受光面側に複数重ねて形成される前記太陽電池用シリコンウエハの複数の側面からなるものであることを特徴とする請求項８に記載の太陽電池用セル製造方法。
【請求項１０】
太陽電池用半導体ウエハの受光面に放電加工を施した後に、前記太陽電池用半導体ウエハ加工面に付着した金属成分をマスクとして利用してテクスチャリング工程を実施することを特徴とする太陽電池用セル製造方法。
【請求項１１】
受光面に施す放電加工は、ワイヤ電極に、パルス幅１μｓｅｃ以上、４μｓｅｃマイクロ秒以下で、かつ、ワイヤ電極の加工時のピーク電流が１０Ａ以上、５０Ａ以下となるパルス電圧を印加することにより、前記ワイヤ電極と、０．５Ω・ｃｍ以上、５Ω・ｃｍ以下の比抵抗値を有する太陽電池用半導体ウエハとの間に発生する放電パルスを用いるワイヤ放電加工であることを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池用セル製造方法。
【請求項１２】
太陽電池用半導体ウエハの受光面に施す放電加工は、太陽電池用半導体ウエハを形成するための太陽電池用半導体材料のスライス工程に使用するワイヤ放電加工であることを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池用セル製造方法。
【請求項１３】
テクスチャリング工程にて、混酸を用いたエッチング処理を施すことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載の太陽電池用セル製造方法。
【請求項１４】
テクスチャリング工程にて、反応性イオンエッチング処理を施すことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載の太陽電池用セル製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、太陽電池用シリコンなどの不良導体に対するワイヤ放電加工方法と、このワイヤ放電加工方法に基づく半導体ウエハ製造方法及び太陽電池用セル製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工作物の比抵抗が小さい金型材料等のワークピースに対してワイヤ放電加工を適用する場合はその加工条件として、加工液として脱イオン水を使用し、一般に電流ピーク値が高く、パルス幅の短い電源が用いられている（非特許文献１、１５頁左欄２６行目から２８行目）。これにより放電状態が安定し、大きい加工速度が得られる。このような加工条件は、特に、その高速性から、荒加工（ファーストカットもしくはラフカットともいう。これに対して、既加工面を掠めるようにワイヤを移動させつつ小エネルギーの放電を発生させ、既加工面上のワークを微小量だけ除去することにより加工面粗度を向上させる加工を仕上げ加工という。）に適したものとなっている。しかし、このような高ピーク、短パルス電流といういわゆる荒加工条件を、太陽電池用シリコンのような０．５Ω・ｃｍ程度以上の高比抵抗材料の加工に適用すると、加工機ワイヤの断線が頻発して加工できない。【０００３】
また、エピタキシャルウエハ用として使用されている比抵抗１０−２Ω・ｃｍ程度の、比較的小さい比抵抗のシリコン素材のスライス加工に対しては、０．１Ａという低ピーク電流条件を適用した例（特許文献１、４頁、２行目から９行目）や、長パルス幅（５μｓｅｃ〜数１０μｓｅｃ）、低ピーク電流（２２Ａ以下）という加工条件を適用して加工液として脱イオン水を使用して放電加工した例が報告されている（非特許文献１、１６頁左欄４行目から５行目、及び同右欄７行目から２４行目）。しかし、太陽電池用シリコン素材のように０．５Ω・ｃｍ程度以上の高比抵抗材料に対しては、上記放電加工では加工が困難と考えられていた（非特許文献２、１１頁左欄１１行目から１５行目、及び図２）。【０００４】
一方、絶縁性材料に対するワイヤ放電加工は、油性加工液中で放電加工の熱作用により生じた分解カーボンを工作物表面に付着させ、該付着カーボンの電導性を利用して放電を継続させて加工する方法が知られており（例えば特許文献２、要約）、太陽電池用シリコンのように０．５Ω・ｃｍ程度以上の高比抵抗材料については、この絶縁性材料に準じた加工方法以外では加工困難と考えられてきた。【０００５】
【特許文献１】特開平９−２４８７１９号公報
【特許文献２】特開平９−２５３９３５号公報
【非特許文献１】電気加工学会誌Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．７５，２０００
【非特許文献２】電気加工学会誌Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．６５，１９９６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
放電の熱作用により生じた分解カーボンを工作物表面に付着させ、その導電性を利用して放電を継続させて加工するという方法は、加工速度が低く実用性に乏しかった。また、この方法では、ワイヤ放電加工で一般的に用いられる脱イオン水ではなく、油性の加工液を使用する点も、防火対策や加工液補充時の取り扱いや環境保護対策等の点で使用者に負担を強いていた。【０００７】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、加工液が油性だけでなく脱イオン水であっても、太陽電池用シリコンに代表される０．５Ω・ｃｍ以上の不良導体を、実用上十分な速度で加工することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この第１の発明に係るワイヤ放電加工方法は、ワイヤ電極に、パルス幅１μｓｅｃ以上、４μｓｅｃ以下で、かつ、ワイヤ電極の加工時のピーク電流が１０Ａ以上、５０Ａ以下となるパルス電圧を印加することにより、前記ワイヤ電極と、０．５Ω・ｃｍ以上、５Ω・ｃｍ以下の比抵抗値を有する加工対象物との間に放電パルスを発生させて、前記加工対象物を加工するものである。【０００９】
この第２の発明に係る太陽電池用セル製造方法は、太陽電池用半導体ウエハの受光面に放電加工を施した後に、前記太陽電池用半導体ウエハ加工面に付着した金属成分をマスクとして利用してテクスチャリング工程を実施するものである。
【発明の効果】
【００１０】
この第１の発明によれば、高抵抗材料に対して、加工液に油性液のみならず脱イオン水を用いても、ワイヤが断線することなく、実用上十分な速度で放電加工可能となる。また硬脆材料についても折損することなく、実用上十分な速度で放電加工可能となるため、半導体ウエハや、太陽電池用セルの製造にも利用できる。【００１１】
この第２の発明によれば、放電加工により加工面に付着した金属成分をマスクとして利用することができるので、マスク製作の手間、費用が削減でき、容易に受光面に微細な凹凸を持つテクスチャを形成できる。これにより受光表面での反射が抑制され、発電効率の高い太陽電池用セルを容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係るスライス工程を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る群パルス電圧波形を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る加工条件と加工速度との関係を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係るｐｎ分離工程でのワイヤ放電加工を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る、スライス工程によって得られたウエハにアルカリによるエッチング処理を施した表面性状を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る、スライス工程によって得られたウエハに混酸によるエッチング処理を施した表面性状を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る、スライス工程によって得られたウエハに反応性イオンエッチング処理を施した表面性状を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る他のワイヤ放電加工処理を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係る形彫り放電加工処理を示す図である。
【符号の説明】
【００１３】
１  ワイヤ電極、２  給電子、３  電流制限抵抗、４  加工電源、５  加工対象物、６  加工液、７  シリコンウエハ、８  工具電極
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１
本実施の形態１に係る発明は、ワイヤ電極からの放電パルスを低ピーク、短パルス条件にして、高比抵抗材料に対して放電加工を施すというものである。
図１は本発明の実施の形態１による高比抵抗材料のスライス工程を示す図である。図１において、１はワイヤ電極、２は後述する加工電源からの電流をワイヤ電極１に供給するための給電子、３はワイヤ電極１に供給する電流を制限するために設置される電流制限抵抗、４は電流制限抵抗３と給電子２とを介して放電加工に使用する放電電流をワイヤ電極１に供給する加工電源、５は加工対象物であり、この例では高比抵抗のシリコンブロックである。６は加工時に加工対象物５とワイヤ電極１との間の加工部位に注ぐ加工液である。ワイヤ放電加工装置は、ワイヤ電極１と加工対象物５との間の放電により、加工対象物５を加工する装置で、ワイヤ電極１、給電子２、電流制限抵抗３、及び加工電源４を含む。【００１５】
実施の形態１に係る発明の動作を図１に従って、以下に説明する。金属製のワイヤ電極１は給電子２および電流制限抵抗３を介して加工電源４の一方の極に接続され、ワイヤ電極長手方向に走行している。加工対象物５は加工電源４の他方の極に接続され、ワイヤ電極１と微小な距離を隔てて対向するように図示しない制御装置により相対位置が常に制御されている。ワイヤ電極１と加工対象物５との間には絶縁性の加工液６が供給されている。加工液６の供給は、ノズルによりワイヤ電極１と加工対象物５との間に噴きつけてもよいし、図示しない加工槽内にワイヤ電極１と加工対象物５とを設置して加工液６を加工槽内に満たす方法でもよい。加工電源４は電流制限抵抗３を介してワイヤ電極１と加工対象物５との間に後述する低ピーク短パルス放電を発生させる。加工対象物５は発生した放電によりワイヤ電極１の周囲が溶融除去されるが、ワイヤ電極１との距離が離れすぎないように加工対象物５の位置が制御されているから、除去された分だけ加工対象物５はワイヤ電極１に向かって移動する。これが順次繰り返されるので、加工対象物５はスリット状に加工されることになる。加工対象物５の端面または既加工スリットのすぐ傍を平行にスリット加工すれば、ウエハ状にシリコンがスライス加工される。【００１６】
次に、上記の低ピーク短パルス加工条件について説明する。図２は本実施の形態１におけるワイヤ電極１に印加する群パルス電圧波形を示す概念図である。なお、このパルス電圧波形は放電の際のパルス電流波形とは異なる。パルス電流波形は、このパルス電圧波形を印加した後、放電開始により立ち上がるので、通常パルス電流の幅はパルス電圧の幅よりも小さい。従って、ワイヤ電極１に印加するパルス電圧幅を小さくし、かつ、電流制限抵抗３により電流ピーク値を低く抑えることにより、放電電流波形は低ピーク短パルス波形になる。低ピーク、短パルス電流を加工条件とする理由は下記のとおりである。【００１７】
高ピーク、短パルス電流という荒加工条件を、太陽電池用シリコンのように０．５Ω・ｃｍ程度以上の高比抵抗材料の加工に適用すると、ワイヤ電極１の断線が頻発して加工を継続することが困難になる。その理由は、太陽電池用シリコンは高比抵抗であるから、荒加工条件である高ピーク短パルスの大電流を投入すると、材料中で発生する多量のジュール熱により放電発生点が加熱されて高温となるため、放電が多発する放電集中状態となり、そのためにワイヤが断線するものと考えられる。また、放電周波数を低下させる等の方策により放電集中状態を回避できたとしても、シリコンは硬脆材料であるから、１回の放電で多量のエネルギーを投入するとウエハが折損する可能性が高いと考えられる。このことは、低ピーク、長パルス条件での加工の場合も同様である。以上の考察から、０．５Ω・ｃｍ程度以上の高比抵抗材料のスライス加工に対しては、高ピーク短パルス電流もしくは低ピーク長パルス電流条件は適していないと考えられる。【００１８】
他方、シリコンの融点は鋼に比べて必ずしも高くはない上、硬脆材料であるから放電による溶融部の周囲は熱衝撃により破壊すると考えられるため、実用的な加工速度の実現に要する加工エネルギーはそれほど大きくないと推察される。したがって、小電流の放電パルスを発生させてワイヤの断線とウエハの折損を防止しつつ、放電繰り返し周波数を高めて加工速度の向上を図る方法、すなわち、低ピーク短パルス電流を高い繰り返し周波数で発生させる方法が適していることになる。つまり、太陽電池用シリコンのスライス加工は、荒加工工程であるにもかかわらず、その加工には、１回の放電で投入されるエネルギーが小さい低ピーク短パルスという仕上げ加工条件を適用するという、これまでの放電加工分野の常識からすると一見非常識な方策が加工条件として適当であることになる。以上の考察に基づき、本発明に係る荒加工に適用する低ピーク短パルスという加工条件を求めるために実施したスライス加工実験について説明する。【００１９】
図３に示す表は、図１に示す装置を使い、図２に示す群パルス電圧をワイヤ電極１に印加して行ったスライス加工実験結果をまとめたもので、加工条件と加工速度との関係を示すものである。使用した加工対象物５は、スライス加工面が１５０ｍｍ×１５０ｍｍの、比抵抗１．２Ω・ｃｍの太陽電池用多結晶シリコンブロックである。表中の「電流制限抵抗」は、既に説明した通り、放電回路に直列に接続したもので、ワイヤ電極１に印加された電圧により流れる電流値を制限し低ピーク電流を実現するための抵抗、「開放電圧」は、ワイヤ電極１に印加されるパルス電圧のピーク値である。放電時にワイヤ電極１を流れる電流は、この「開放電圧値」を「電流制限抵抗」値で除して得られる値を超えることはなく、この表ではこの値を「ピーク電流」として表示している。「ＯＮ時間」は群パルス中、パルスがＯＮになっている時間で、パルス幅に等しい。また、「ＯＦＦ時間」は群パルス中、隣接パルス間のパルスがＯＦＦになっている時間である。「ＯＮ／ＯＦＦ数」は、１群パルス中に含まれる、パルスのＯＮ／ＯＦＦを一組としたときの数であり、含まれるパルス数に等しい。この数に「ＯＮ時間」と「ＯＦＦ時間」の合計値を乗じた値は「群パルス１継続時間」になる。「休止時間」は群パルス終了時点と次の群パルスの開始時点との間の時間を示す。図２に示す「休止時間」は１群のパルスを、まずＯＦＦ状態から始まり、次にＯＮ状態になり、最後はＯＮ状態の終了で、１群のパルスが終了するとして表示してある。「正側群パルス」、「負側群パルス」は、それぞれワイヤ電極１に印加するパルスの電圧値が正であるか負であるかを示す。「加工液」の欄に記載の「水性」とは脱イオン水を、「加工速度」は表中各行に記載の加工条件で加工したときに得られた加工速度を示す。現在市場に供されている最小サイズ、すなわちスライス加工面が１２５ｍｍ×１２５ｍｍのサイズのときにスライス加工に要する時間が２４時間以内であることを目安にすると、「加工速度」は１１ｍｍ２／ｍｉｎ以上であることが好ましいといえる。また、表中Ｎｏ．１、２は群パルス毎に正側と負側にパルス極性を交互に反転させて実験し、Ｎｏ．３以降は、負側の群パルスを使って実験した。【００２０】
この図３から下記のことが抽出できる。
（１）ワイヤ電極１に印加するパルス電圧のパルス幅が１μｓｅｃ以上、４μｓｅｃ以下で、かつピ
ーク電流が１２Ａ以上、５０Ａ以下となるような加工条件であれば、加工速度１１ｍｍ２／ｍｉｎ以上を満たす。表中、「加工不可」の記載のあるＮｏ．１０とＮｏ．１４とを除いた全てのケースがこれに該当する。なお、ピーク電流を１０Ａとしても、上記好ましい加工速度１１ｍｍ２／ｍｉｎより若干小さい値にはなるものの、近傍の加工速度は確保できるので、ピーク電流の下限値を１０Ａとしても良い。
（２）ピーク電流が５０Ａ以下であっても、パルス幅が４μｓｅｃを超えると加工不可、即ち、ワイヤの断線が頻発するようになった（Ｎｏ．１４参照）。
（３）パルス幅が４μｓｅｃ以下であっても、ピーク電流が５０Ａを超えると加工不可、即ち、ワイヤの断線が頻発するようになった（Ｎｏ．１０参照）。
（４）実験条件中、加工速度が最も良好だったのは、Ｎｏ．９の条件で、水性加工液を用い、開放電圧１５０Ｖ、電流制限抵抗４Ω（ピーク電流３７．５Ａ）、単極性パルス、ＯＮ／ＯＦＦ時間各２μｓｅｃ（繰り返し周波数２５０ｋＨｚ）、ＯＮ／ＯＦＦ数８、休止時間７０μｓｅｃのときであった。
（５）休止時間を群パルスの１継続時間以下に短くして、群パルスの放電周波数を高めるよりも、休止時間を群パルスの１継続時間よりも長くしたほうが、加工速度は向上する。
休止時間を長く設定してワイヤおよびワークピースの冷却を促進することによる効果と考えられる。
休止時間の効果は、表中、下記のデータからわかる。
・Ｎｏ．１、２；Ｎｏ．１データでは正負ともに群パルス印加後の休止時間は群パルス１継続時間と同じであるが、Ｎｏ．２データでは正側群パルス印加後の休止時間は正側群パルスの１継続時間よりも長くしてある。その結果わずかではあるがＮｏ．１の場合に比べて、Ｎｏ．２の場合の加工速度が向上している。
・Ｎｏ．３、４、５；いずれも、単極性パルスの場合であり、Ｎｏ．３は休止時間と群パルス１継続時間とが同じ場合で、Ｎｏ．４、５は休止時間を群パルス１継続時間よりも長く設定した場合のである。Ｎｏ．４、５の何れの場合も、その加工速度は、Ｎｏ．３の場合の加工速度よりも改善されている。群パルス１継続時間を３０μｓｅｃから６０μｓｅｃに変えた場合でも、同様の効果が認められる。
（６）単極性パルスでも両極性パルスでも、上記（１）の条件を満たす限り、加工速度は１１ｍｍ２／ｍｉｎ以上となる。また、両極性パルスよりも、単極性パルスでの加工のほうが、わずかながら加工速度が向上する。これは、加工対象がＰ型シリコンであるから、ワイヤの電位をワークピースより低くしたパルスのみを印加する単極性パルスの方が、ワイヤを正側と負側に交互に印加する両極性パルスよりも加工条件としてより好ましいという理由によるものと考えられる。
（７）上記（１）の条件を満たす限り、加工液は油性に限らず、水性でも加工速度は１１ｍｍ２／ｍｉｎ以上となる。更に、水性加工液のほうが油性加工液よりも加工速度が向上した（Ｎｏ．９とＮｏ．１５を比較参照）。【００２１】
なお、図３は、比抵抗値が１．２Ω・ｃｍのシリコンブロックを使用した実験の結果を示すものであるが、比抵抗値が０．５Ω・ｃｍから５Ω・ｃｍまでの加工対象物にたいしても同様の結果が得られている。【００２２】
従って、本実施の形態１の発明図１に示した構成で、パルス幅が１μｓｅｃ以上、４μｓｅｃ以下で、放電のピーク電流が１０から５０Ａの範囲内になるような群パルス電圧をワイヤ電極１に印加することにより、加工対象物に対して低ピーク短パルスの小エネルギー放電を高い周波数で繰り返し発生させるので、太陽電池用シリコン等、０．５Ω・ｃｍから５Ω・ｃｍの高比抵抗硬脆材料に対して、加工液に油性液のみならず脱イオン水を用いても、ワイヤの断線やシリコンウエハの折損が発生することなく、実用上十分な速度で放電加工が可能となる。また、ワイヤ放電加工は非接触加工であるから、シリコンウエハの薄肉化やカーフロスを小さくすることが可能となり、太陽電池の低コスト化が実現できる。
なお、群パルスの１継続時間に対して休止時間を長くしたほうが、加工速度が改善され、また、両極性パルスよりも単極性パルスの方がわずかながら加工速度が改善される。但し、その極性は、加工対象物がＮ型かＰ型のいずれかに依存する。【００２３】
なお、本実施の形態に係る発明は、スライス加工に限定されるものではなく、あらゆる加工に適用可能であり、上記と同様の効果を奏することができる。【００２４】
実施の形態２
上述の通り、本願にかかる発明はスライス加工に限られるものではなく、太陽電池用シリコンに代表される高比抵抗材料をワイヤ放電加工するにあたって一般的に有用な方法である。本実施の形態は、本発明にかかる放電加工を太陽電池製造工程中のｐｎ分離工程に適用したものである。図４は本実施の形態に係るｐｎ分離工程を示す。【００２５】
まず、ｐｎ分離工程について説明する。一般に、太陽電池用シリコンウエハは０．５Ω・ｃｍ以上、５Ω・ｃｍ以下の高比抵抗のｐ型シリコンに調整されており、拡散工程にてウエハ表面、裏面、側面を導電率の高いｎ＋型シリコンにする。裏面側は、その後のアルミ電極形成工程により導電率の高いｐ＋型となるが、この裏面のｐ＋層がウエハ側面のｎ＋層を介して受光面となるウエハ表面のｎ＋層と接触していると、受光表面に励起された電荷の一部が直接裏面に流入してしまうため発電効率が低下する。そこで、ウエハ側面のｎ＋層を除去して比抵抗の大きいｐ層を露出させることにより、受光面側から裏面側へ至る経路の電気抵抗を高めるｐｎ分離工程が必要になる。【００２６】
従来、このｐｎ分離工程には量産性に優れた反応性イオンエッチングが用いられてきたが、本実施の形態では装置コストおよび運用コストが低廉なワイヤ放電加工を採用する。すなわち、図４に示すように、拡散工程を経たウエハの側面に沿ってワイヤを移動させつつ、実施の形態１に示した条件で放電加工すると、ウエハを折損することなく端面のｎ＋拡散層を除去できる。なお、原理的にはウエハ一枚ずつ加工しても支障はないが、図４に示すようにウエハを多数枚重ねて一度に加工する方が、効率の点で好ましいことは言うまでもない。また、多数枚重ねると放電がワイヤ上の狭い範囲に集中することなく分散放電状態となるため、集中放電による不安定状態や加工面損傷が生じにくく、安定して高品位な加工を実現できる効果も生じ、反応性イオンエッチングと遜色ない生産性を、より低廉なコストで実現できる利点が生じる。【００２７】
以上のように、実施の形態１に示した加工条件でｐｎ分離工程のウエハ側面加工を実施すれば、ワイヤ電極の断線や、ウエハの折損も生じず、実用上十分な速度で、ｐｎ分離工程を実施できるとともに、従来法である反応性イオンエッチングによるｐｎ分離工程に要する大型かつ高価な装置の購入や設置場所の確保、当該装置のメンテナンス、加工消耗品などに要する費用を大きく削減でき、低価格太陽電池用セルの製造が可能になる。【００２８】
実施の形態３
本実施の形態３に係る発明は、太陽電池用として使用される高比抵抗のシリコンブロックを実施の形態１に示す加工条件でワイヤ放電加工によりスライス加工して得られたシリコンウエハに対して、この放電加工により加工面に付着した金属成分をマスクとして利用してテクスチャリング工程を実施するというものである。【００２９】
従来の太陽電池用セルの製造工程には、遊離砥粒を用いたワイヤソーを用いてシリコンブロックからウエハを薄く切り出すスライス工程と、この工程により得られたシリコンウエハに対してＫＯＨなどのアルカリ溶液を用いたエッチングを施して表面に凹凸形状を形成するテクスチャリング工程があった。【００３０】
テクスチャリング工程は、セル表面からの反射光を減少させるべく、表面に受光波長と同程度の大きさの微細な凹凸を形成する工程である。通常、このテクスチャリング工程には水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液を用いたエッチング処理が採用される。しかし、アルカリ水溶液のみでは形成される凹凸が大き過ぎるため、アルコールなどのエッチングを抑制する成分を混入して凹凸形状の微細化を図る手法が一般的であるが、その効果は十分なものではなかった。【００３１】
また、上記処理は結晶方位により効果の得られる程度が異なるので、現在広く使用されている多結晶シリコンウエハの受光面全体に十分な効果を得ることは難しい。したがって、結晶方位による差異のない処理、たとえば混酸を用いたエッチングや反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いたドライエッチング処理の採用が試みられている。しかし、これらの処理は結晶方位による差異がないのであるから、これらの処理を用いて表面に凹凸形状を形成するためには、表面が不均一に処理されるように、あらかじめ表面にマスクを形成しておくなどの工夫を要する。しかし、微細なマスクの形成にはコストを要するため、これまでこれらの処理は一般的でなかった。【００３２】
一方、太陽電池用として使用されるシリコンの比抵抗は、０．５Ω・ｃｍ以上、５Ω・ｃｍ以下という実施の形態１で示した加工対象物の比抵抗の範囲に含まれており、実施の形態１で示した加工条件を適用したワイヤ放電加工により実用的な速度でスライス加工が可能である。そして、そのようにしてスライス加工されたウエハ表面にはワイヤ電極材料に起因する金属成分が付着する。そのため、受光面として利用するウエハ表面に付着した金属成分を、テクスチャリング工程においてマスクの役割を果たすものとして利用することが可能である。即ち、ワイヤ放電加工によれば、ウエハを作成するスライス工程と、受光面として利用するウエハ表面にテクスチャリング処理の際にマスクとして利用できる金属成分を付着させる工程とを同時に実施することができ、別途微細なマスクを形成する必要がなくなる。これにより上記テクスチャリング処理に不均一を生ぜしめるため、従来よりも微細なテクスチャ形状を容易に実現することができる。【００３３】
次に、付着金属成分量と加工条件との関係について説明する。放電加工でワークに付着する金属成分は放電電流の立ち上がりが遅いほど、放電パルス幅が長いほど多い。付着金属成分が過少の場合には当然ながらマスク作用が不十分となる問題が生じるが、過多の場合にも付着の不均一性が損なわれるためマスク作用が不十分となり、さらにテクスチャリング工程後のマスクの除去に要する費用と時間が増大するという問題が生じる。実用的な速度で加工できる範囲内では、加工面全面に金属成分が付着するため、付着量の過少より過多が問題となる場合が多い。したがって、適切な付着量を実現するためには放電電流の立ち上がりを速く、放電パルス幅を短く設定する必要がある。放電電流の立ち上がりは、開放電圧が高いほど、また電流制限抵抗が小さいほど速くなる。実験によれば、開放電圧１５０Ｖ印加時に電流制限抵抗１６Ω程度以下、すなわち最大電流を１０Ａ程度以上に設定すれば問題ないようである。また、放電パルス幅はシリコンを正常に加工できる範囲、すなわちＯＮ／ＯＦＦ時間が４μｓｅｃ以下であれば問題なかった。これらの条件は実施の形態１で述べた本願発明に係る加工条件と合致するので、本願発明に係る加工条件に基づきワイヤ放電加工でスライス加工したシリコンウェハであれば、加工面に付着した金属成分はテクスチャリング工程におけるマスクとしての適格性を有するものであるということができる。【００３４】
次に、放電加工に伴いウエハ表面に付着した金属をマスクとして使用して各種エッチング処理をした場合の効果について説明する。図５は、ウエハ表面に付着した金属をマスクとして使用して、アルカリ水溶液によるエッチング処理を施した場合のウエハ断面を示す図である。このように、結晶方位に応じた角度で微細なピラミッド型断面形状を有する凹凸が集積した表面が形成される。既に説明したように，放電加工により表面に付着した金属成分がマスクとして作用してエッチング処理を抑制するため、従来のアルカリエッチング処理表面よりも微細な凹凸が形成される。したがって、反射防止コートなしでの可視光平均反射率を２５％程度から２２％程度へ低減できる。【００３５】
図６は、ウエハ表面に付着した金属をマスクとして使用して、混酸によるエッチング処理を施した場合のウエハ断面を示す図である。放電加工により表面に不均一に付着した金属成分がマスクとして作用してエッチング処理を不均一化するため、図示するような微細なすり鉢型断面形状を有する凹凸が結晶方位によらず受光面全面に形成される。したがって、反射防止コートなしでの可視光平均反射率がさらに低減し２０％程度となる。【００３６】
図７は、ウエハ表面に付着した金属をマスクとして使用して、反応性イオンエッチングによるドライエッチング処理を施した場合のウエハ断面を示す図である。混酸による処理の場合と同様の作用に加え、金属付着物によるマスクがスパッタリングされてさらに微細なマスクとなるマイクロマスキング現象が生じて、図に示したように、より微細な凹凸が重畳される。したがって、可視光全域での反射率低減が可能となり、反射防止コートなしでの可視光平均反射率を１８％程度にまで低減できる。【００３７】
以上のように、このような方法によれば、放電加工により加工面全体に付着したワイヤ電極の金属成分が、テクスチャリング工程にてマスク作用を生じて入射光波長と同程度の微細な凹凸をもつテクスチャ形状が形成されるため、受光表面での反射が抑制され、発電効率の高い太陽電池が実現できる。また、スライス工程をワイヤ放電加工にて実現することにより、シリコンのスライス加工と金属成分の付着処理を同時に実行できるから、工程が簡略化できる。【００３８】
金属ワイヤの材質は、ワイヤ放電加工で一般的に用いられる黄銅において著しい効果が認められるが、この効果は黄銅に限られるわけではなく、銅、亜鉛、鉄、ニッケル、クロム、コバルト、アルミ、チタン、モリブデン、タングステン、ニオブ、タンタル等、どのような金属であってもよい。【００３９】
なお、図８に示すように既に薄板状に整形されたウエハの受光面を掠めるようにワイヤ電極を移動させつつ放電を発生させて表面を加工したウエハを用いても上記と同様な効果を奏することができる。この構成によれば、既に薄板形状に整形されたウエハに対して微細な凹凸を持つテクスチャ形状を形成できるから、シリコンブロックからスライス加工されたウエハのみならず、リボン結晶引き上げ方式などのようにスライス工程のない方式で製造されたウエハにも対応できる。【００４０】
また、ワイヤ放電加工ではなく、図９に示すようにソリッドな工具電極８を用いた形彫り放電加工を利用しても良い。この構成によれば、工具電極からの金属材料の付着を、受光面全体に一括して実行できるから、高速処理が可能となる。なお、図９に示すような四角形状の工具電極ではなく、中心軸回りに回転させた円柱電極の側面で放電を発生させても良く、加工屑の排出が容易となる利点がある。【００４１】
以上の説明では太陽電池用セルがシリコンである場合について説明したが、シリコンに限定する必要性はなく、本実施の形態で説明したように、放電加工を伴うもので、かつその加工表面にテクスチャリング工程を施すものについては、全て本実施の形態に係る発明を適用することが出来、本実施の形態に記載の効果と同様の効果を奏することができる。実施の形態１で規定したワイヤ放電加工にかかる条件と加工対象物の範囲について本実施の形態に係る発明を適用した場合は、段落００３３に記載の理由により、特に、その効果が顕著である。
【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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【国際調査報告】
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