(57)【要約】【課題】シリコン基板に対して可及的速やかにテクスチャー構造を形成することができる量産性の良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Ｗ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、真空処理室１２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４とを備える。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、減圧下の真空処理室内にエッチングガスを導入する、シリコン基板に対向配置されるシャワープレートとし、第１電極に交流電力を投入する第１電源３１と、第２電極に高周波電力を投入する第２電源３２とを設ける。第１電極に投入する交流電力の周波数を第１周波数、第２電極に投入する交流電力の周波数を第２周波数とし、第１周波数を４ＭＨｚ以上とすると共に第２周波数を第１周波数の３倍以上に設定する。【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、第１電極に交流電力を投入する第１電源と、第２電極に高周波電力を投入する第２電源とを設け、
第１電極に投入する交流電力の周波数を第１周波数、第２電極に投入する交流電力の周波数を第２周波数とし、第１周波数を４ＭＨｚ以上とすると共に第２周波数を第１周波数の３倍以上に設定することを特徴とするドライエッチング装置。
【請求項２】
前記第１電源の周波数を１３．５６ＭＨｚとし、前記第２電源の周波数を４０ＭＨｚまたは６０ＭＨｚとした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、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に関し、より詳しくは、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ものに関する。
【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付与する）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。従来、シリコン基板表面へのテクスチャー構造の付与に用いられるドライエッチング装置は例えば特許文献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】
然し、上記エッチング装置では、例えば異常放電が生じ難い範囲で、投入する交流電力を設定した場合、０．８〜１．５μｍ程度の高さに揃ったテクスチャー構造をシリコン基板表面に形成するときのエッチングレート（例えば、５〜１０ｎｍ／ｓｅｃ）が早いとは言えず、量産性を高めるには限界があるという問題がある。
【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、シリコン基板に対して可及的速やかにテクスチャー構造を形成することができる量産性の良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ものである。
【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、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本発明のドライエッチング装置は、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、第１電極に交流電力を投入する第１電源と、第２電極に高周波電力を投入する第２電源とを設け、第１電極に投入する交流電力の周波数を第１周波数、第２電極に投入する交流電力の周波数を第２周波数とし、第１周波数を４ＭＨｚ以上とすると共に第２周波数を第１周波数の３倍以上に設定することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、第１電極と第２電極とに３倍以上の周波数の差がある交流電力を投入することにより、真空処理室内に、２周波数で夫々励起される容量結合型の高密度プラズマが形成され、このプラズマ中で生じた活性種やイオン種がシリコン基板表面に入射されてシリコン基板のエッチングが進行するため、上記従来例のものと比較して３倍以上のエッチングレートが得られ、量産性を著しく向上することができる。
【０００９】
ここで、第１周波数が４ＭＨｚより低いと、所謂セルフバイアスが作用せず、プラズマ中のイオン種を効果的にシリコン基板に引き込むことができず、また、第１周波数と第２周波数との差が３倍より小さいと、第１電源と第２電源との干渉により所定の出力が得られなくなるという不具合が生じる。この場合、例えば、前記第１電源の周波数を１３．５６ＭＨｚとし、前記第２電源の周波数を４０ＭＨｚまたは６０ＭＨｚとすれば、０．８〜１．５μｍ程度の高さに揃ったテクスチャー構造をシリコン基板表面に形成するときのエッチングレートを、ステージに所定周波数で高周波電力を投入する上記従来例のものと比較して、３倍に高めることが確認された。なお、エッチングガスとしては、例えば、フッ素含有ガスとハロゲンガスと酸素ガスとを含むものが用いられる。
【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、処理対象物を、結晶系太陽電池に用いられる単結晶や多結晶のシリコン基板（以下、単に基板Ｗという）とし、第２電極を、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を構成するシャワープレートと、シリコン基板表面にテクスチャー構造を形成する本発明の実施形態のドライエッチング装置を説明する。なお、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、本実施形態のドライエッチング装置である。以下では、後述するシャワープレートから基板Ｗに向かう方向を下方、基板Ｗからシャワープレートに向かう方向を上方として説明する。ドライエッチング装置ＥＭは、ロータリーポンプ、ターボ分子ポンプなどを備えた真空排気手段１１を介して所定の真空度に減圧保持できる真空チャンバ１を備え、真空処理室１２を画成する。真空処理室１２の下部空間には、基板保持手段としての基板ステージ２が設けられている。基板ステージ２は導電性部材で形成され、第１電極を構成する。基板ステージ２には、第１電源３１としての交流電源３ａからマッチングボックス３ｂを介して出力３１が接続されている。交流電源３ａとしては、例えば１３．５６ＭＨｚの第１周波数で所定電力（例えば、３〜２０ｋＷ）を基板ステージ２に投入するものであり、マッチングボックス３ｂを含め公知のものを利用できるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００１３】
真空処理室１２の上部には、基板ステージ２に対向させてガス導入手段のシャワープレート４が設けられている。シャワープレート４は、真空チャンバ１の内壁面に突設した環状の支持壁１３の下端で保持され、支持壁１３とシャワープレート４とで画成された空間４１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。シャワープレート４は、導電性を有する金属製の板材に、上下方向に貫通する透孔４ａの複数個を所定のパターンで開設したものであり、第２電極を構成する。また、シャワープレート４には、第２電源３２としての交流電源３ｃからマッチングボックス３ｄを介して出力３２が接続されている。交流電源３ｃとしては、第１周波数の３倍以上の周波数、例えば４０ＭＨｚの第２周波数で所定電力（例えば、３〜２０ｋＷ）をシャワープレート４に投入するものであり、マッチングボックス３ｄを含め公知のものを利用できるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００１４】
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が介設されたガス分岐管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。そして、ガス種毎に流量制御して真空処理室１２に導入できるようになっている。本実施形態では、エッチングガスとして、フッ素含有ガスとハロゲン含有ガスと酸素ガスとを含むものが用いられ、この場合、第１のガス源５４ａのガスは、ＮＦ３、ＳＦ６、ＣｘＨｙＦｚ等のフッ素含有ガスからなり、第２のガス源５４ｂのガスはＣｌ２のようなハロゲンガス、ＨＢｒのようなハロゲン化水素ガス等のハロゲン含有ガスからなり、第３のガス源５４ｃのガスは酸素ガスからなる。次に、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具体的に説明する。
【００１５】
先ず、真空処理室１２が所定真空度（例えば、１０−３Ｐａ）に達した状態で、図外の真空ロボットにより基板Ｗを搬送し、基板ステージ２に保持させる。次に、各流量制御弁５１ａ〜５１ｃを制御して、第１〜第３のガス源５３ａ、５３ｂ、５３ｃからエッチングガスを、ガス供給管５を介して空間４１に供給し、シャワープレート４を介して真空処理室１２内に導入する。この場合、エッチングガスとしては、例えばフッ素含有ガスとしてのＮＦ３と、ハロゲンガスとしてのＣｌ２と、酸素ガスとが用いられる。なお、真空処理室１２内に導入するガスの総流量に対するフッ素含有ガスの流量比を１〜３の範囲、ハロゲン含有ガスの流量比を１〜３の範囲、酸素ガスの流量比を０．５〜２の範囲とする（この場合、減圧下の処理室１２内の圧力は２０〜４０Ｐａとする）。これに併せて、第１電源３1を介して基板ステージ２に１３．５６ＭＨｚの周波数で交流電力を投入すると共に、交流電源３２を介してシャワープレート４に４０ＭＨｚの周波数で放電用の交流電力を投入する。この場合、第１電源３1の投入電力は、３〜２０ｋＷ、第２電源３２の投入電力は、３〜２０ｋＷとする。これにより、真空処理室１２内に、２周波数で夫々励起される容量結合型の高密度プラズマが形成され、このプラズマ中で生じた活性種やイオン種が基板Ｗ表面に入射されてエッチングが進行し、基板Ｗ表面に０．８〜１．５μｍ程度の高さに揃ったテクスチャー構造が形成される。つまり、エッチング中、基板Ｗ表面に堆積した酸素がマスクの役割を果たすことで、シリコン表面が凹凸形状にエッチングされて粗面化され、テクスチャー構造となる。
【００１６】
以上によれば、基板ステージにのみ所定周波数で高周波電力を投入する上記従来例のものと比較して、３倍の高いエッチングレートで得られ、生産性を著しく向上することができる。ここで、第１周波数が４ＭＨｚより低いと、所謂セルフバイアスが作用せず、プラズマ中のイオン種を効果的に基板Ｗに引き込むことができず、また、第１周波数と第２周波数との差が３倍より小さいと、第１電源と第２電源との干渉により電力の制御ができなくなるという不具合が生じる。
【００１７】
次に、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。発明実験では、基板として公知の方法で得た多結晶シリコン基板を用い、第１工程の条件として、第１のエッチングガスをＮＦ３とＣｌ２と酸素ガスとし、その流量ＮＦ３：Ｃｌ２：酸素ガスの流量を７００：１４００：３００とし、エッチング時の処理室の圧力を２５Ｐａ（この場合の酸素ガス分圧は、４Ｐａ）とした。また、交流電源３１からの投入電力を１０ｋＷ、周波数を１３．５６ＭＨｚとし、交流電源３２からの投入電力を１０ｋＷ、周波数を４０ＭＨｚとし、前記処理を行った（発明実験）。なお、比較実験として、交流電源３２からの電力投入せずに同じ条件でエッチングを行った。
【００１８】
以上によれば、比較実験では、そのエッチングレートは、０．８μｍ／ｍｉｎであったのに対し、発明実験では、３μｍ／ｍｉｎであり、３倍以上の高いエッチングレートが得られることが確認された。
【００１９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではない。上記実施形態では、第１周波数を１３．５６ＭＨｚ、第２周波数を４０ＭＨｚとしたものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、第１周波数が４ＭＨｚ以上であれば問題はない。なお、第１周波数が４ＭＨｚ以下となると、セルフバイアスが発生しないという問題が生じる。一方、第２周波数としては、６０ＭＨｚとすることができるが、第２周波数が３８ＭＨｚ以下となると、電源が干渉するという問題が生じる。
【００２０】
また、上記実施形態では、エッチングガスとして、フッ素含有ガスとハロゲン含有ガスと酸素ガスとを含むものを用いる場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、他のエッチングガス（混合ガス）を用いる場合にも本発明は広く適用することができる。また、上記実施形態では、第１電極を基板ステージ（基板保持手段）、第２電極をシャワープレートとしたものを例に説明したが、第２電極は、ステージに対向配置される金属板とし、別個にガス導入部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、１２…処理室、２…基板ステージ（第１電極たる基板保持手段）、３１…第１電源、３２…第２電源、４…シャワープレート（第２電極）、５…ガス導入管、Ｗ…基板（シリコン基板）。
【図１】
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