(57)【要約】【課題】厚いシャワープレートに小径の透孔が設けられる場合でも、透孔を通したプラズマの回り込みを確実に防止できる生産性の高いプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】ドライエッチング装置ＥＭは、処理室Ｃ１内にガスを導入するガス導入手段５と、この導入されたガスを励起して真空処理室内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段３とを備える。ガス導入手段は、処理室内の処理対象物Ｓの処理面に対向配置される金属製のシャワープレート４を備え、処理対象物からシャワープレートに向かう方向を上、シャワープレートから処理対象物に向かう方向を下とし、このシャワープレートに上下方向に貫通する複数個の透孔４１が設けられ、各透孔に筒状の絶縁性部材４２が嵌挿される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理室内にガスを導入するガス導入手段と、このガス導入手段により導入されたガスを励起して真空処理室内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段とを備えるプラズマ処理装置において、
前記ガス導入手段は、真空処理室内の処理対象物の処理面に対向配置される金属製のシャワープレートを備え、処理対象物からシャワープレートに向かう方向を上、シャワープレートから処理対象物に向かう方向を下とし、このシャワープレートに上下方向に貫通する複数個の透孔が設けられ、各透孔に筒状の絶縁性部材が嵌挿されることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記透孔は、シャワープレート上面から下方にのびる上孔部と、この上孔部より小径の下孔部とからなり、上孔部に前記絶縁性部材が嵌挿され、下孔部の内周面に絶縁膜が形成されたことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大面積の処理対象物にエッチング等のプラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置に関し、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付与するために好適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。
【０００３】
このようなテクスチャー構造を付与す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。この装置は、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、上下方向に貫通す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、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、ステージに高周波電力を投入することにより、真空処理室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をシリコン基板表面に入射させてエッチングが進行する。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付与される。
【０００４】
エッチング時に、真空処理室内の圧力等の条件によっては、シャワープレートの透孔を通してプラズマが回り込む場合がある。このようにプラズマが回り込むと、異常放電が発生するだけでなく、透孔の内面がエッチングされたり、または、成膜されたりして、透孔の孔径が変化する。その結果、各透孔から噴出されるガスの流量が不均一になり、基板全面に亘って所望のテクスチャー構造が形成されない。そこで、このようなシャワープレートの各透孔へのプラズマの回り込みを防ぐには、透孔の孔径を小さくすることが有効であると考えられる。
【０００５】
ところで、近年、生産性向上のため、大面積のシリコン基板が用いられるようになっており、シャワープレートも大面積化している。これに対応させて、大面積のシャワープレートはその自重により反りが生じ易いことから、シャワープレートを厚く（例えば２０ｍｍ程度）して強度を高めることが一般である。然し、厚いシャワープレートに小径の透孔を開設すると、その透孔は細長（高アスペクト比）のものとなるため、透孔の内周面全体に亘って絶縁膜を形成することは事実上できず、シャワープレートの母材である金属が露出した状態となる。そして、このシャワープレートを用いてプラズマを発生させると、露出した金属が帯電し、プラズマの回り込みを誘発してしまうという不具合が発生する。
【０００６】
尚、プラズマの回り込みを防止するために、ステージに投入する高周波電力を小さくすることが考えられるが、これでは、エッチングレートが遅くなり生産性の低下を招来する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【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】
【０００８】
本発明は、以上の点に鑑み、厚いシャワープレートに小径の透孔が設けられる場合でも、透孔を通したプラズマの回り込みを確実に防止できる生産性の高いプラズマ処理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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、真空処理室内にガスを導入するガス導入手段と、このガス導入手段により導入されたガスを励起して真空処理室内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段とを備えるプラズマ処理装置において、前記ガス導入手段は、真空処理室内で保持される処理対象物に対向配置される金属製のシャワープレートを備え、処理対象物からシャワープレートに向かう方向を上、シャワープレートから処理対象物に向かう方向を下とし、このシャワープレートに上下方向に貫通する複数個の透孔が設けられ、各透孔に筒状の絶縁性部材が嵌挿されることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、処理対象物をシリコン基板とし、このシリコン基板をエッチングしてテクスチャー構造を付与する場合を例に説明すると、真空処理室内でシリコン基板を位置決め保持し、ガス導入手段により真空処理室内にエッチングガスを導入する。このとき、金属製のシャワープレートに設けられた複数個の透孔からシリコン基板に向けて均一にエッチングガスが供給される。エッチングガスとしては、例えば、ＳＦ６等のフッ素含有ガスとＣｌ２やＨＢｒ等のハロゲン含有ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いることができる。そして、プラズマ発生手段を基板保持用のステージに接続された高周波電源とし、この高周波電源からステージに高周波電力を投入すると、上記エッチングガスが励起して真空処理室内にプラズマが発生し、プラズマ中の活性種やイオン種がシリコン基板表面に入射してエッチングが進行する。このとき、シリコン基板表面にシリコン酸化物を含む高分子膜が堆積し、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付与される。
【００１１】
このように発生したプラズマが透孔を通して回り込むと、異常放電が生じるだけでなく、透孔の孔径が変化するため、シリコン基板に対して均一にエッチングガスを供給できず、これでは、エッチングを精度良く行うことができず、所望のテクスチャー構造が得られない。本発明では、シャワープレートの各透孔に筒状の例えばアルミナで構成される絶縁性部材が嵌挿されるため、この絶縁性部材の内径を例えば０．５ｍｍ〜１．０ｍｍに設定すれば、厚いシャワープレートに小径の透孔が実質的に開設され、しかも、透孔の内面全体が絶縁性部材で覆われる。従って、透孔を通したプラズマの回り込みを確実に防止できる。しかも、ステージに投入する高周波電力を小さくする必要がないので、エッチングレートが低下せず、生産性の低下を招かない。
【００１２】
ここで、シャワープレートの温度が高くなると、シャワープレートと筒状部材との熱膨張係数の差に起因して、透孔と筒状部材との間に微小な隙間が生じ、この隙間に反応生成物が堆積する場合がある。この場合、堆積した反応生成物が剥がれ落ちてパーティクルの原因となる虞がある。本発明において、前記透孔は、シャワープレート上面から下方にのびる上孔部と、この上孔部より小径の下孔部とからなり、上孔部に前記絶縁性部材が嵌挿され、下孔部の内面に絶縁膜が形成されることが好ましい。これによれば、下孔部内面と絶縁膜との間に隙間が生じないため、上記パーティクルの発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態のプラズマ処理装置を説明する図。
【図２】図２（ａ）は、処理室の構成例を示す模式図であり、図２（ｂ）は、シャワープレートの透孔を拡大して示す図。
【図３】シャワープレートの変形例を模式的に示す拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、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本発明の実施形態のプラズマ処理装置を説明する。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。
【００１５】
図１を参照して、ＥＭは、クラスターツールで構成された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、搬送ロボットＲを内蔵する中央の搬送室Ｔを備える。搬送ロボットＲは、図示省略の２個のモータを有し、同心に配置された各モータの回転軸１１ａ，１１ｂにはロボットアーム１２が図示省略のリンク機構をなして連結され、その先端にロボットハンド１３が取り付けられている。そして、各モータの回転軸１１ａ，１１ｂの回転角を適宜制御することで、ロボットアーム１２が伸縮及び旋回自在となり、ロボットハンド１３でシリコン基板Ｓを支持して所定位置まで移送可能となる。搬送室Ｔの外側壁には、その周囲を囲うようにして、ロードロック室Ｌ１，Ｌ２と処理室Ｃ１，Ｃ２とがゲートバルブＧＶを介してそれぞれ連結され、各室が相互に隔絶できるようになっている。搬送室Ｔ，ロードロック室Ｌ１，Ｌ２及び処理室Ｃ１，Ｃ２は、図示省略の真空ポンプで真空引きされる。そして、ロードロック室Ｌ１にシリコン基板Ｓが投入されると、ロードロック室Ｌ１が真空引きされ、搬送ロボットＲによりロードロック室Ｌ１から処理室Ｃ１，Ｃ２の何れか一方にシリコン基板Ｓが搬送され、処理室Ｃ１，Ｃ２にてシリコン基板Ｓに対して後述するエッチングが施される。エッチング済みのシリコン基板Ｓは、搬送ロボットＲによりロードロック室Ｌ２に戻され、ロードロック室Ｌ２を大気圧までベントした後、ロードロック室Ｌ２から取り出される。
【００１６】
図２（ａ）を参照して、ドライエッチング装置ＥＭは、処理室Ｃ１を画成する真空チャンバ１を備える。処理室Ｃ１の底部には、シリコン基板Ｓをその処理面を上側にして保持する基板ステージ２が設けられている。基板ステージ２には、高周波電源３からの出力３１が接続され、高周波電力を投入できるようになっている。投入される高周波電力は、例えば、周波数が１３．５６ＭＨｚ、３ｋＷ〜２０ｋＷの範囲内で設定できる。
【００１７】
処理室Ｃ１内には、シリコン基板Ｓの処理面に対向させるように、例えばアルミニウム等の金属製のシャワープレート４が設けられている。シリコン基板Ｓからシャワープレート４に向かう方向を上、シャワープレート４からシリコン基板Ｓに向かう方向を下とし、シャワープレート４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１４の下端で保持されている。シャワープレート４には、上下方向に貫通する複数個の透孔４１が設けられている。図２（ｂ）に示すように、各透孔４１に筒状の絶縁性部材４２が嵌挿される。絶縁性部材４２は、例えば、アルミナ管で構成され、絶縁性部材４２上端には径方向外側に延出するフランジ４２ａが一体に形成されている。そして、このフランジ４２ａがシャワープレート４の上面に接することで、絶縁性部材４２の脱落を防止できる。透孔４１の孔径ｄ１は、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内に設定し、絶縁性部材４２の内径ｄ２は、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内、より好ましくは、０．５ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲内となるように小さく設定することが好ましい。０．５ｍｍよりも小さいと、気体分子半径が大きいガス分子が流れにくくなるという不具合がある一方で、１．０ｍｍよりも大きいと、プラズマの回り込みが生じ易くなるという不具合がある。
【００１８】
シャワープレート４と支持壁１４とで画成された空間４０にはエッチングガスを導入するガス導入系５が設けられている。ガス導入系５は、空間４０に通じる合流ガス管５１を備える、合流ガス管５１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５２ａ、５２ｂ、５２ｃが介設されたガス管５３ａ、５３ｂ、５３ｃが夫々接続され、第１〜第３のガス源５４ａ、５４ｂ、５４ｃ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Ｃ１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５４ａ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５４ｂ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５４ｃ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の処理室Ｃ１におけるエッチング方法について具体的に説明する。
【００１９】
先ず、処理室Ｃ１が所定真空度（例えば、１０−３Ｐａ）に達した状態で、搬送ロボットＲにより、ロードロック室Ｌ１から処理室Ｃ１内にシリコン基板Ｓを搬送して基板ステージ２に保持させる。次に、ガス導入系５の各流量制御弁５２ａ〜５２ｃを介して、第１〜第３のガス源５４ａ、５４ｂ、５４ｃからエッチングガスを空間４０からシャワープレート４を介して処理室Ｃ１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２００〜１５００ｓｃｃｍの範囲、酸素ガスの流量は１００〜１０００ｓｃｃｍの範囲とする。この場合、減圧下の処理室Ｃ１内の圧力は２０〜４０Ｐａとする。これに併せて、高周波電源３から基板ステージ２に放電用の高周波電力を投入する。高周波電力は、電力密度が０．５〜１．５Ｗ／ｃｍ２となるように適宜設定され、例えば、１３．５６ＭＨｚ、３ｋＷ〜２０ｋＷの範囲内で設定される。これにより、処理室Ｃ１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表面に入射して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付与される。エッチングが終了すると、搬送ロボットＲにより、処理室Ｃ１からロードロック室Ｌ２にシリコン基板Ｓが搬送され、ロードロック室Ｌ２が大気圧までベントされた後、有機物シートＳが取り出される。
【００２０】
本実施形態では、シャワープレート４に開設された透孔４１に、内径ｄ２が０．５ｍｍ〜１．０ｍｍである筒状の絶縁性部材４２を嵌挿することで、厚いシャワープレート４に小径の透孔が実質的に開けられる。このように厚いシャワープレート４に小径の透孔４１が開けられる場合、すなわち、高アスペクト比の透孔４１が開けられる場合でも、透孔４１の内周面全体が絶縁性部材４２で覆われるため、透孔４１を介したプラズマの回り込みを確実に防止できる。しかも、基板ステージ２に投入する高周波電力を小さくする必要がないので、エッチングレートが低下せず、生産性の低下を招かない。
【００２１】
以上の効果を確認するために、上記ドライエッチング装置を用いて次の実験を行った。即ち、処理対象物Ｓを１１００ｍｍ×１１００ｍｍのシリコン基板とし、これに対応させてシャワープレート４の一辺の長さを１２００ｍｍ×１２００ｍｍ、厚みを２０ｍｍとし、透孔４１の孔径ｄ１を１．５ｍｍ、絶縁性部材４２の内径ｄ２を０．８ｍｍとし、ステージ２に投入する高周波電力の周波数を１３．５６ＭＨｚとし、その電力値を６ｋＷ、７ｋＷ、８ｋＷ、９ｋＷ、１０ｋＷで変化させ、処理室Ｃ１内に導入するフッ素含有ガスたるＣＦ４の流量を７００ｓｃｃｍ、ハロゲン含有ガスたるＣｌ２の流量を１４００ｓｃｃｍ、酸素ガスの流量を３００ｓｃｃｍとし、圧力（作動圧力）を３０Ｐａ、３５Ｐａ、４０Ｐａで変化させ、プラズマを発生させた。各条件での放電を１０分行い、異常放電の有無を目視にて確認した結果を表1に示す。表１中、○印で示すように、全ての条件で異常放電は発生せず、プラズマの回り込みが発生しないことが確認された。特に、異常放電が生じやすい低圧（３０Ｐａ）や高パワー（７ｋＷ〜１０ｋＷ）の条件でも、安定した放電が達成できることが判った。それに対する従来例として、シャワープレートの透孔の孔径を０．８ｍｍとし、透孔内に絶縁性部材を嵌挿するのではなく、透孔の内周面にアルマイト法によりアルミナ皮膜を形成したものを用いた以外は、上記のものと同じ条件でプラズマを発生させ、異常放電の有無を確認した。表１に併せて示すように、比較的高圧（３５Ｐａ、４０Ｐａ）で低パワー（６ｋＷ）の条件のみ異常放電は発生せず、圧力を３０Ｐａにするか、高周波電力を７ｋＷ以上にすると、異常放電が発生し、プラズマの回り込みが発生することが確認された。これは、透孔の内周面全体にアルミナ皮膜が形成されず、部分的に母材のアルミニウムが露出し、帯電したためと考えられる。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
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、図３に示すように、シャワープレート４に開設される透孔４１を、シャワープレート４上面から下方にのびる上孔部４１ａと、この上孔部４１ａに連通する、上孔部４１ａよりも小径の下孔部４１ｂで構成してもよい。この場合、上孔部４１ａにフランジ無しの絶縁性部材４２が嵌挿され、下孔部４１ｂの内周面に絶縁膜４３が形成される。絶縁膜４３は、例えば、アルミナ膜であり、その形成方法は、アルマイト法等の公知の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。上孔部４１ａの孔径ｄ３は、例えば、１ｍｍ〜２ｍｍの範囲内に設定し、絶縁性部材４２の内径ｄ４は、例えば、０．５ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲内に設定することが好ましい。また、上孔部４１ａの深さｔ１と、下孔部４１ｂの深さｔ２との比は、ｔ１：ｔ２＝２：１に設定することが好ましい。これによれば、下孔部４１ｂと絶縁膜４３との間に隙間が生じないため、この隙間に反応生成物が堆積することによるパーティクルの発生を防止できる。
【００２４】
上記実施形態では、所謂クラスターツールとして構成されたドライエッチング装置を例に説明したが、インライン式に構成されたドライエッチング装置に対しても本発明を適用することができる。また、上記実施形態では、ドライエッチング装置を例に説明したが、例えばプラズマＣＶＤ装置のようにシャワープレートから供給したガスを励起してプラズマを発生させるプラズマ処理装置であれば、本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００２５】
Ｃ１，Ｃ２…処理室（真空処理室）、ＥＭ…ドライエッチング装置（プラズマ処理装置）、Ｓ…処理対象物（シリコン基板）、３…プラズマ発生手段、４…シャワープレート、５…ガス導入手段、４１…透孔、４１ａ…上孔部、４１ｂ…下孔部、４２…絶縁性部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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