(57)【要約】【課題】基板ステージの構造を単純化でき、シリコン基板表面にテクスチャー構造を効率よく形成できる量産性の高いドライエッチング装置を提供する。【解決手段】シリコン基板Ｓ表面にテクスチャー構造を形成するための本発明のドライエッチング装置ＥＭは、処理室１０内で所定間隔を存して配置される第１電極２と第２電極３とを備える。第１電極２を、処理室内でシリコン基板を保持する基板ステージとすると共に、第２電極を、シリコン基板に対向配置される金属板４とし、この金属板に４ＭＨｚ〜６０ＭＨｚの範囲内の所定の第１周波数で交流電力を投入する第１電源４１を設ける。金属板に、３００Ｈｚ〜９００ｋＨｚの範囲内の所定の第２周波数で交流電力を重畳させて投入する第２電源４３を更に備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板表面にテクスチャー構造を形成するためのドライエッチング装置であって、
真空処理室内で所定間隔を存して配置される第１電極と第２電極とを備え、
第１電極を、真空処理室内でシリコン基板を保持する基板保持手段とすると共に、第２電極を、シリコン基板に対向配置される金属板とし、この金属板に４ＭＨｚ〜６０ＭＨｚの範囲内の所定の第１周波数で交流電力を投入する第１電源を設けたものにおいて、
前記金属板に、３００Ｈｚ〜９００ｋＨｚの範囲内の所定の第２周波数で交流電力を重畳させて投入する第２電源を更に備えることを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項２】
前記金属板は、減圧下の真空処理室内にエッチングガスを導入するガス導入手段のシリコン基板に対向配置されるシャワープレートであることを特徴とする請求項１記載のドライエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶系太陽電池の製造工程において、シリコン基板に対し、その表面に高い光散乱封じ込め効果を発揮するテクスチャー構造を形成するために用いられるドライエッチング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
単結晶や多結晶のシリコン基板を用いた結晶系太陽電池において、シリコン基板表面に、ドライエッチングにより凹凸形状を形成して粗面化する（テクスチャー構造を形成する）ことで、シリコン基板表面に入射した光の反射を低減させて光電変換効率の向上を図ることが従来から進められている。このようなテクスチャー構造を形成するドライエッチング装置が例えば特許文献１で知られている。
【０００３】
このものは、真空処理室内でシリコン基板を保持するステージと、ステージで保持されるシリコン基板に対向配置される、複数個の透孔を有する金属製のシャワープレートと、ステージに高周波電力を投入する高周波電源とを備える。そして、減圧下の真空処理室内でシャワープレートの各透孔を通してシリコン基板に向けて均一にエッチングガスを供給し、ステージに所定の周波数（例えば、１３、５６ＭＨｚ）で交流（高周波）電力を投入して真空処理室内にプラズマを形成し、このプラズマ中で生じた活性種やイオン種をシリコン基板表面に入射させてエッチングする。このとき、基板表面に堆積したシリコン酸化物を含むハイドロカーボン（炭化水素）系の高分子膜やエッチングガス中の酸素がマスクの役割を果たすことで、シリコン基板表面が凹凸形状にエッチングされて粗面化され、テクスチャー構造が形成される。
【０００４】
ところで、シリコン基板表面にテクスチャー構造を形成する量産機のドライエッチング装置では、一般に、搬送ロボットのロボットハンドとの間でシリコン基板を受け渡すために基板ステージに昇降自在なリフトピンが組み込まれている。このような場合、基板ステージへの放電用の高周波電力を投入する時、基板ステージとリフトピンとの間で短絡が生じないように、両者間を確実に絶縁する構成が必要となり、基板ステージの構造が複雑化したり、コストアップしたりするという問題がある。そこで、放電用の高周波電源を、基板ステージに対向配置されるシャワープレートに投入する構成とすることも考えられる。然し、このような構成では、イオン種のシリコン基板への引き込みが効果的に働かず、活性種主体でシリコン基板のエッチングが進行するため、エッチングレートが著しく低下し、量産性が悪い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−３５２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上の点に鑑み、基板ステージの構造を単純化でき、シリコン基板表面にテクスチャー構造を効率よく形成できる量産性の高いドライエッチング装置を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、シリコン基板表面にテクスチャー構造を形成するためのドライエッチング装置であって、真空処理室内で所定間隔を存して配置される第１電極と第２電極とを備え、第１電極を、真空処理室内でシリコン基板を保持する基板保持手段とすると共に、第２電極を、シリコン基板に対向配置される金属板とし、この金属板に４ＭＨｚ〜６０ＭＨｚの範囲内の所定の第１周波数で交流電力を投入する第１電源を設けたものにおいて、前記金属板に、３００Ｈｚ〜９００ｋＨｚの範囲内の所定の第２周波数で交流電力を重畳させて投入する第２電源を更に備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、基板ステージに高周波電力を投入しないため、基板ステージとリフトピンとの間を確実に絶縁する構成が不要となり、基板ステージの構造を単純化できる。ここで、基板ステージに交流電力を投入しない場合、金属板に第１周波数で交流電力を投入するだけでは、イオン種のシリコン基板への引き込みが効果的に働かず、活性種主体でシリコン基板のエッチングが進行するため、エッチングレートが著しく低下して量産性が悪くなる。本発明では、金属板に３００Ｈｚ〜９００ｋＨｚの範囲内の第２周波数で交流電力を重畳させて投入することにより、シリコン基板をエッチングする活性種の量を増やすことができる。これにより、エッチングレートの低下を抑制でき、高い量産性が得られる。
【０００９】
本発明において、前記金属板は、減圧下の真空処理室内にエッチングガスを導入するガス導入手段のシリコン基板に対向配置されるシャワープレートであることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態のドライエッチング装置の構成例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態のドライエッチング装置について、処理対象物を結晶系太陽電池用の単結晶又は多結晶のシリコン基板とし、このシリコン基板の表面に高い光散乱封じ込め効果を発揮するテクスチャー構造を付与するためのドライエッチング装置を例に説明する。尚、結晶系太陽電池の構造は公知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００１２】
図１を参照して、ＥＭは、平行平板型のドライエッチング装置であり、ドライエッチング装置ＥＭは、処理室１０を画成する真空チャンバ１を備える。真空チャンバ１には真空ポンプ１１が接続され、処理室１０内を真空引きできるようになっている。真空ポンプ１１としては、ターボ分子ポンプやロータリーポンプ等を単体で又は組み合わせて用いることができる。処理室１０の底部には、シリコン基板Ｓをその処理面側を上側にして保持する基板保持手段たる基板ステージ２が設けられている。基板ステージ２は、交流電源に接続されておらず、アース接地されている。
【００１３】
処理室１０内には、基板ステージ２に対向させるように、金属板たるシャワープレート３が設けられている。所定の間隔（例えば、２５ｍｍ〜１２５ｍｍ）を存して配置された基板ステージ２とシャワープレート３が、本発明の第１電極と第２電極を夫々構成する。シャワープレート３は、またガス導入手段をも構成し、例えばアルミニウム等の金属製のものである。基板ステージ２からシャワープレート３に向かう方向を上とし、シャワープレート３から基板ステージ２に向かう方向を下とし、シャワープレート３は、真空チャンバ１の上壁の内面に突設した環状の支持壁１２の下端で保持されている。シャワープレート３には、上下方向に貫通する複数個の透孔３ａが設けられている。
【００１４】
シャワープレート３には、第１電源たる高周波電源４１がマッチングボックス４２を介して接続されると共に、第２電源たる低周波電源４３がマッチングボックス４４を介して接続されている。高周波電源４１は、４ＭＨｚ〜６０ＭＨｚの範囲内の所定の周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ）で交流電力（高周波電力）をシャワープレート３に投入できる。また、低周波電源４３は、３００Ｈｚ〜９００ｋＨｚの範囲内の所定の周波数で交流電力（低周波電力）を、上記高周波電力に重畳させてシャワープレート３に投入できる。なお、両電源４１，４３及びマッチングボックス４２，４４は、公知の構造を有するものを用いることができるため、ここでは、詳細な説明を省略する。
【００１５】
シャワープレート３と支持壁１２とで画成された空間３０にはエッチングガスを導入するガス導入手段のガス導入管５が接続されている。ガス導入管５には、マスフローコントローラ等の閉止機能を有する流量制御手段５１ａ、５１ｂ、５１ｃが介設されたガス管５２ａ、５２ｂ、５２ｃが夫々接続され、第１〜第３のガス源５３ａ、５３ｂ、５３ｃに夫々連通している。これにより、ガス種毎に流量制御して処理室１０に導入できるようになっている。本実施形態では、第１のガス源５３ａのガスは、ＳＦ６、ＣｘＨｙＦｚ、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８、ＮＦ３等のフッ素含有ガスであり、第２のガス源５３ｂのガスは、Ｃｌ２、Ｂｒ２、Ｉ２等のハロゲンガスやＨＣｌ、ＨＢｒ等のハロゲン化水素ガスからなるハロゲン含有ガスであり、そして、第３のガス源５３ｃのガスは、酸素ガスである。以下、上記ドライエッチング装置ＥＭを用いたエッチング方法について、シリコン基板Ｓ表面にテクスチャー構造を形成する場合を例に説明する。
【００１６】
先ず、処理室１０が所定真空度（例えば、１０−３Ｐａ）に達した状態で、図示省略の搬送ロボットにより、処理室１０内にシリコン基板Ｓを搬送し、基板ステージ２に設けられた図示省略のリフトピンを昇降させ、基板ステージ２にシリコン基板Ｓを保持させる。次に、各流量制御弁５１ａ〜５１ｃを介して、第１〜第３のガス源５３ａ、５３ｂ、５３ｃからエッチングガスを空間３０からシャワープレート３の透孔３ａを介して処理室１０内に導入する。この場合、フッ素含有ガスたるＳＦ６の流量は３００〜３０００ｓｃｃｍの範囲、ハロゲン含有ガスたるＣｌ２の流量は２００〜１０００ｓｃｃｍの範囲、酸素ガスの流量は５０〜５００ｓｃｃｍの範囲とし、このときの処理室１０内の圧力（作動圧力）は２０〜４０Ｐａとする。これに併せて、高周波電源４１からマッチングボックス４２を介してシャワープレート３に高周波電力を投入すると共に、低周波電源４３からマッチングボックス４４を介してシャワープレート３に低周波電力を投入する。高周波電力は、４ＭＨｚ〜６０ＭＨｚの範囲内の周波数で３ｋＷ〜２０ｋＷの範囲内で設定され、低周波電力は、３００Ｈｚ〜９００ｋＨｚの範囲内の周波数で３ｋＷ〜２０ｋＷの範囲内で設定される。これにより、処理室１０内にプラズマが形成され、プラズマ中の活性種やイオン種がシリコン基板Ｓ表面に入射するが、基板ステージ２に高周波電力が投入されないため、活性種主体でシリコン基板Ｓのエッチングが進行する。このとき、シリコン基板Ｓ表面にシリコン酸化物を含むハイドロカーボン系の高分子膜が堆積し、この堆積した高分子膜がマスクの役割を果たすことで、シリコン基板Ｓ表面が凹凸形状にエッチングされて粗面化され、テクスチャー構造が形成される。
【００１７】
以上説明したように、本実施形態では、基板ステージ２をアース接地して交流電力を投入しないようにしたため、基板ステージ２とリフトピンとを絶縁する構成が不要となり、基板ステージ２の構造を単純化できる。そして、シャワープレート３に４ＭＨｚ〜６０ＭＨｚの範囲内の周波数で高周波電力を投入するだけでなく、３００Ｈｚ〜９００ｋＨｚの範囲内の周波数で低周波電力を重畳させて投入したため、シリコン基板Ｓをエッチングする活性種の量を増やすことができ、エッチングレートの低下を防止でき、高い量産性を達成できる。
【００１８】
以上の効果を確認するため、図１に示すドライエッチング装置ＥＭを用いて次の実験を行った。即ち、発明実験として、多結晶のシリコン基板を用い、エッチングガスをＳＦ６ガスとＣｌ２ガスと酸素ガスとの混合ガスとし、それらの流量を８００：５００：３００ｓｃｃｍに夫々設定して処理室１０内に導入し、エッチング時の処理室１０の圧力を２５Ｐａとした。そして、シャワープレート３に１３．５６ＭＨｚ、１０ｋＷの高周波電力と１００ｋＨｚ、１０ｋＷの低周波電力とを重畳して投入してプラズマを発生させエッチングを行い、エッチングレートを測定したところ３．５μｍ／ｍｉｎであった。
【００１９】
次に、比較実験として、ガス種、ガス流量及び圧力は上記発明実験と同じとし、シャワープレート３に１３．５６ＭＨｚ、１０ｋＷの高周波電力のみを投入した場合（比較実験１）と、基板ステージに１３．５６ＭＨｚ、１２ｋＷの高周波電力を投入した場合（比較実験２）との夫々について、エッチングレートを測定した。その結果、比較実験１では０．９μｍ／ｍｉｎであり、比較実験２では３．８μｍ／ｍｉｎであった。これによれば、上記発明実験のエッチングレートは、比較実験１よりも高く、比較実験２とほぼ同等であり、高い量産性を達成できることが確認された。また、発明実験、比較実験１，２のいずれにおいても、シリコン基板表面には、テクスチャーサイズが０．５μｍ〜０．８μｍのテクスチャー構造が略均等に形成されていることがＳＥＭ観察により確認された。
【００２０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、第２電極をシャワープレート３としたものを例に説明したが、真空チャンバ１の上壁を第２電極としてもよく、基板ステージ２に対向配置される金属板を第２電極とし、別個にガス導入手段を設けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００２１】
ＥＭ…ドライエッチング装置、Ｓ…シリコン基板、１０…処理室（真空処理室）、２…基板ステージ（第１電極、基板保持手段）、３…シャワープレート（第２電極、金属板）、４３…高周波電源（第１電源）、４６…低周波電源（第２電源）。
【図１】
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