DE10340147B4

DE10340147B4 - Trockenätzverfahren und Trockenätzvorrichtung

Info

Publication number: DE10340147B4
Application number: DE10340147.4A
Authority: DE
Inventors: Yosuke Inomata; Katsuhiko Shirasawa
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-08-27
Filing date: 2003-08-26
Publication date: 2014-04-10
Anticipated expiration: 2023-08-27
Also published as: US20040040932A1; US7556740B2; DE10340147A1

Abstract

Trockenätzverfahren zum Aufrauen einer Oberfläche eines Substrates (1) mittels reaktiven Ionenätzens, wobei das Verfahren aufweist: Anordnen des Substrates (1) an einer RF-Elektrode (9) in einer Kammer; Anordnen einer Platte (13), über dem Substrat (1) mit einer Distanz (D) zwischen der Platte (13) und einer Oberfläche des Substrates (1), wobei die Platte (13) mit einer Anzahl von Öffnungsabschnitten (14) versehen ist, wobei jeder Öffnungsabschnitt (14) eine solche Größe besitzt, dass eine virtuelle Säule (18) mit einem Durchmesser (R) kleiner gleich der Hälfte (1/2) der Distanz (D) durch den Öffnungsabschnitt (14) hindurchtreten kann, während eine virtuelle Säule (18) mit einem Durchmesser größer als die Hälfte der Distanz (D) daran gehindert wird, durch den Öffnungsabschnitt (14) hindurchzutreten, wobei die Distanz (D) zwischen der Platte (13) und der Oberfläche des Substrates (1) 5 bis 30 mm beträgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Trockenätzverfahren und eine Trockenätzvorrichtung zum Aufrauen einer Oberfläche eines Substrates.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Eine Solarzelle wandelt einfallende Lichtenergie in elektrische Energie um. Die Solarzellen werden klassifiziert in Solarzellen auf Kristallbasis bzw. kristalliner Basis, solche auf amorpher Basis sowie solche auf Verbundbasis, und zwar in Abhängigkeit von den verwendeten Materialien. Unter diesen tragen kristalline Silicium-Solarzellen zu einem großen Prozentteil der Solarzellen bei, die derzeit auf dem Markt verfügbar sind. Die kristallinen Silicium-Solarzellen werden ferner klassifiziert in einen Ein-Kristall-Siliciumtyp und einen Mehr-Kristall-Siliciumtyp. Eine Silicium-Solarzelle vom Ein-Kristall-Typ hat den Vorteil, dass die Effizienz bzw. der Wirkungsgrad leicht verbessert werden kann, und zwar auf der Grundlage des Substrates hoher Qualität, sie hat jedoch den Nachteil, dass die Herstellungskosten des Substrates hoch sind. Im Gegensatz hierzu hat eine Mehr-Kristall-Silicium-Solarzelle einen Nachteil dahingehend, dass sich die Effizienz nicht leicht verbessern lässt, und zwar auf Grund des Substrates von unterlegener Qualität, sie hat jedoch einen Vorteil dahingehend, dass die Herstellungskosten niedrig sind. Zusätzlich hierzu haben Verbesserungen bei der Qualität des Mehr-Kristall-Siliciumsubstrates und Fortschritte in der Zellherstellungstechnik in den letzten Jahren es möglich gemacht, auf Forschungsebene eine Umwandlungseffizienz von annähernd 18% zu erreichen.
Während Mehr-Kristall-Silicium-Solarzellen auf dem Markt verfügbar sind, da sie mittels Massenherstellung zu niedrigen Kosten hergestellt werden können, besteht nun andererseits eine Nachfrage nach einer Effizienzsteigerung, und zwar auf Grund wachsender Besorgnis in Bezug auf Umweltfragen in den letzten Jahren, und es besteht eine Notwendigkeit, eine höhere Umwandlungseffizienz bei niedrigen Kosten zu erzielen.
Zur Verbesserung der Umwandlungseffizienz in elektrische Energie sind bei Solarzellen viele Versuche unternommen worden. Ein solcher Versuch betrifft eine Technik, die Reflektion von auf dem Substrat auftreffendem Licht zu verringern, wodurch die Umwandlungseffizienz in elektrische Energie verbessert werden kann, und zwar durch Verringern von Reflektionen von Licht an der Oberfläche.
Wenn eine Solarzelle aus einem Siliciumsubstrat hergestellt wird, lässt sich die Reflektion zu einem gewissen Maß verringern, indem die Oberfläche des Substrats mit einer alkalischen wässrigen Lösung geätzt wird, wie beispielsweise Natriumhydroxid, um auf der Oberfläche des Substrates feine Texturen zu bilden (konkave Stellen bzw. Konkavitäten und konvexe Stellen bzw. Konvexitäten). In einem Fall, bei dem ein Ein-Kristall-Siliciumsubstrat eine (100)-Ebenenorientierung besitzt, lässt sich eine Gruppe von Myriaden von Pyramiden, die eine Texturstruktur genannt werden, auf der Oberfläche des Substrates bilden, und zwar durch das oben beschriebene Verfahren.
Das Ätzen unter Verwendung der alkalischen wässrigen Lösung hängt jedoch von der Ebenenorientierung von Kristallen ab, und aus diesem Grund lässt sich eine Gruppe von Pyramiden in einem solchen Fall, bei dem eine Solarzelle aus einem Mehr-Kristall-Siliciumsubstrat hergestellt ist, nicht homogen bilden, was zu einem Problem dahingehend führt, dass das Gesamtreflektionsvermögen nicht effektiv reduziert werden kann. Wenn die Texturen nicht homogen gebildet werden, kann das einfallende Licht nicht effizient in der Solarzelle aufgenommen werden, und es besteht nur eine geringe Hoffnung, die photoelektrische Umwandlungseffizienz der Solarzelle zu verbessern.
Um ein derartiges Problem zu eliminieren, ist eine Idee vorgeschlagen worden, die Oberfläche zu texturieren, indem durch das reaktive Ionenätzverfahren feine Texturen gebildet werden, wenn ein Solarzellenelement aus einem Mehr-Kristall-Silicium hergestellt wird (siehe japanische offengelegte Patentanmeldung JP 09-102625 A ). Mit anderen Worten besteht diese Idee darin, das Reflektionsvermögen einer Solarzelle, die ein Mehr-Kristall-Silicium verwendet, effizienter zu reduzieren, indem eine feine Textur homogen auf Mehr-Kristall-Silicium gebildet wird, und zwar unabhängig von anomalen Ebenenorientierungen der Kristalle.
Eine bei dem reaktiven Ionenätzverfahren verwendete Substratverarbeitungsvorrichtung ist generell von einem Parallelplatten-Gegenelektroden-Typ, wobei eine RF-Spannungsplatte auf der Seite vorgesehen ist, an der das Substrat angeordnet ist, und wobei die Elektrode auf der anderen Seite und die innere Seitenwand mit Masse verbunden sind. Das Innere der Kammer wird evakuiert, dann wird das Substrat mit der RF-Spannung versehen und einem Plasmaätzen ausgesetzt, während ein konstanter Druck aufrechterhalten wird, indem ein Ätzgas eingeführt wird, und ein Druck in dem Inneren der Kammer wird wieder auf einen atmosphärischen Druck zurückgeführt, nachdem das Ätzen abgeschlossen ist.
Auf Grund der oben beschriebenen Prozedur sind bei einer reaktiven Ionenätzvorrichtung Wartezeiten zur Evakuierung und zum Ablassen (”leaking”) auf atmosphärischen Druck lang. Darüber hinaus ist die Fläche der Solarzelle selbst groß. Daher besteht ein Problem dahingehend, dass die Herstellungskosten einer Solarzelle erhöht sind, und zwar auf Grund der Tatsache, dass nur eine kleine Anzahl von Substraten jeweils auf einmal verarbeitet werden kann.
Demgemäß ist in dem Fall des Verwendens einer reaktiven Ionenätzvorrichtung bei der Herstellungsabfolge einer Solarzelle ein Weg, mittels dessen die Anzahl der jeweils auf einmal verarbeiteten Substrate bei hoher Taktfrequenz (Hat high tact”) gesteigert wird, während die Homogenität von auf der Oberfläche des Substrates ausgebildeten Texturen gewährleistet wird, oder ein Weg von besonderer Bedeutung, bei dem die Fläche des zu verarbeitenden Substrates vergrößert wird.
Aus WO 00/26945 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils bekannt, mit den Schritten: Positionieren einer Schattenmaske in einer ersten Position über einem Substrat, Durchführen eines ersten Prozesses auf dem Substrat durch die Schattenmaske hindurch, Bewegen der Schattenmaske an eine zweite Position über dem Substrat, wobei die zweite Position relativ zu der ersten Position vermessen ist, und Durchführen eines zweiten Prozesses auf dem Substrat durch die Schattenmaske hindurch.
Weiterhin ist aus WO 99/56324 A2 ein Verfahren zur Herstellung von Kontaktstrukturen in Solarzellen bekannt, die zumindest eine erste Schicht oder Schichtfolge über einer zweiten Schicht aufweisen, mit den Schritten: Positionieren einer Ätzmaske über der ersten Schicht oder Schichtfolge, wobei die Ätzmaske die Position der Kontaktstrukturen festlegt, Ätzen von Vertiefungen an den durch die Ätzmaske vorgegebenen Stellen durch die erste Schicht oder Schichtfolge bis an oder in die darunter liegende zweite Schicht derart, dass die Ätzmaske unterätzt wird, Einbringen von elektrisch leitfähigem Material in die Vertiefungen, wobei die Ätzmaske eine Schattenmaske für das Einbringen des Materials bildet, und das leitfähige Material nur so eingebracht wird, dass kein Kontakt zwischen dem leitfähigen Material und der ersten Schicht oder Schichtfolge entsteht, und nachfolgendes Entfernen der Ätzmaske.
Aus EP 0 399 998 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer hochauflösenden Siliciumschattenmaske mit einer Struktur von durchgeätzten Öffnungen zur Verwendung für Elektronen-, Innenstrahl- oder Röntgenlithografie, Ionenimplantation und Ionenstrahlätzung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Herstellen einer Siliciummembran mit einer Stärke von weniger als 25 μm, nichtthermisches Ablagern einer Siliciumdioxidschicht an einer Oberfläche der Siliciummembran, Strukturieren der Siliciumdioxidschicht mit einer Struktur, die der Struktur der durch zu ätzenden Öffnungen entspricht, reaktives Ionenätzen der Siliciumdioxidschicht in Bereichen, die der Struktur der durch zu ätzenden Öffnungen entsprechen, reaktives Ionenstrahlätzen der Siliciummembran in Bereichen, die der Struktur der durch zu ätzenden Öffnungen entsprechen, wodurch die durchgeätzten Öffnungen 24 geschaffen werden, und Entfernen der verbliebenen Teile der Siliciumdioxidschicht, wobei bei dem Schritt der Herstellung der Siliciummembran mit Hilfe eines elektrochemischen Ätzstopverfahrens eines P/N-Übergangs eine selektiv kontrollierte, vorherbestimmte Spannungscharakteristik dieser Siliciummembran erzeugt wird und nach dem Schritt des nichtthermischen Ablagerns der Siliciumdioxidschicht durch thermisches Nachbehandeln ein vorbestimmter Spannungszustand dieser Siliciumdioxidschicht erzeugt wird.
Weiterhin ist aus DE 1 621 342A ein Verfahren bekannt zum Herstellen von Metallkontakten mit Kontakthöhen größer 10 μm für elektrische Bauelemente, insbesondere für nach der Planartechnik gefertigte Halbleiterbauelemente, durch Aufdampfen durch Masken, wobei die zu kontaktierende Oberfläche einer aus einem gegen ein Lösungsmittel des Aufdampfmetalls resistenten Material bestehende Maske angeordnet wird, die so ausgebildet ist, dass der Durchmesser ihrer Öffnungen auf der der zu kontaktierenden Oberfläche abgewandten Seite kleiner ist als der Durchmesser auf der der zu kontaktierenden Oberfläche gegenüberliegenden Seite der Maske.
Aus der US 4,661,203 A ist ein Verfahren zum Ätzen eines Musters auf einen Halbleiterwafer mittels einer Plasmaschablonenmasse bekannt.
Aus der US 5,254,215 A ist ein Trockenätzverfahren bekannt, um feine Muster auf einem Halbleitersubstrat zu bilden.
Aus der DE 198 19 200 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen von Kontaktstrukturen in Halbleiterbauelementen bekannt.
Aus der JP 63-164433 A ist eine Vorrichtung zum Trockenätzen bekannt mit einer Vakuumkammer, drei Elektronen und einer Hochfrequenzleistungsversorgung, die entsprechende Entladungen den Elektroden bereitstellt.
Aus der EP 0 040 081 B1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Plasmaätzen bekannt.
Aus der US 4,780,169 A ist ein Gaseinlass für eine Trockenätzvorrichtung mit einem ungleichmäßigen Raster von Einlassöffnungen bekannt.
Aus der JP 06204181 A ist eine Elektrodenplatte für eine Plasmaätzvorrichtung bekannt.
Aus der DE 29 33 850 C2 ist eine Plasmaätzvorrichtung bekannt, bei der in einer Reaktionskammer zwei metallische Elektroden und eine Gitterelektrode im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verarbeiten eines Substrates anzugeben, die es ermöglichen, auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrates, insbesondere eines in einer Solarzelle verwendeten Substrates mit hohem Durchsatz Texturen homogen zu bilden, sowie eine dabei verwendete Platte anzugeben.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die oben genannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 11.
Ein Trockenätzverfahren der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn eine Oberfläche eines Substrates aufgeraut wird, indem eine mit einer Anzahl von Öffnungsabschnitten versehene Platte über dem Substrat mit einem Abstand zwischen Platte und dem Substrat angeordnet wird, ein Offenflächenverhältnis der Öffnungsabschnitte in einem umfänglichen Abschnitt kleiner gewählt ist als ein Offenflächenverhältnis der Öffnungsabschnitte in einem mittleren Abschnitt, wenn die Platte in Draufsicht betrachtet wird. Eine Trockenätzvorrichtung der Erfindung, die dazu verwendet wird, das obige Trockenätzverfahren zu implementieren, und ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Offenflächenverhältnis der Öffnungsabschnitte in einem Umfangsabschnitt kleiner gewählt ist als ein Offenflächenverhältnis der Öffnungsabschnitte in einem mittleren Abschnitt. Ferner ist eine Platte zur Verwendung in einer Trockenätzvorrichtung der Erfindung eine bei der obigen Trockenätzvorrichtung verwendete Platte, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Offenflächenverhältnis der Öffnungsabschnitte in einem Umfangsabschnitt kleiner gewählt ist als ein Offenflächenverhältnis der Öffnungsabschnitte in einem mittleren Abschnitt.
Gemäß diesen Erfindungen, durch Verwenden der Platte, bei der ein Offenflächenverhältnis der Öffnungsabschnitte in einem Umfangsabschnitt kleiner gewählt ist als ein Offenflächenverhältnis der Öffnungsabschnitte in einem mittleren Abschnitt, ist es möglich, Texturen (eine raue bzw. aufgeraute Oberfläche) an der Oberfläche eines Siliciumsubstrates oder dergleichen effizient und homogen zu bilden, und zwar unabhängig davon, ob die Oberfläche von dem mittleren Abschnitt oder dem Umfangsabschnitt der Platte abgedeckt ist, und viele Substrate können somit gleichzeitig bzw. auf einmal verarbeitet werden.
Das Trockenätzverfahren der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass jeder Öffnungsabschnitt in der Platte von einer solchen Größe ist, dass durch den Öffnungsabschnitt eine virtuelle Säule mit einem Durchmesser hindurchgehen kann, der kleiner gleich der Hälfte einer Distanz zwischen der Platte und einer Oberfläche des zu verarbeitenden Substrates ist, während eine virtuelle Säule daran gehindert bzw. gehemmt ist, durch den Öffnungsabschnitt hindurchzugehen, wenn die virtuelle Säule einen Durchmesser hat, der größer ist als die Hälfte dieser Distanz, und dadurch, dass die Oberfläche des Substrates mittels eines Trockenätzverfahrens unter Verwendung einer derartigen Platte texturiert wird. Die Vorrichtung der Erfindung wird dazu verwendet, das Trockenätzverfahren auszuführen, wobei jeder Öffnungsabschnitt in der Platte eine Größe besitzt, so dass eine virtuelle Säule durch den Öffnungsabschnitt hindurchgehen kann, die einen Durchmesser besitzt, der kleiner gleich der Hälfte der Distanz zwischen der Platte und der Oberfläche des zu verarbeitenden Substrates ist, während eine virtuelle Säule daran gehindert wird, durch den Öffnungsabschnitt hindurchzugehen, wenn die virtuelle Säule eine Durchmesser besitzt, der größer ist als die Hälfte jener Distanz. Ferner wird eine Platte in der Trockenätzvorrichtung verwendet, bei der jeder Öffnungsabschnitt eine solche Größe besitzt, dass eine virtuelle Säule durch den Öffnungsabschnitt hindurchtreten kann, die einen Durchmesser besitzt, der kleiner gleich der Hälfte der Distanz zwischen der Platte und der Oberfläche des zu verarbeitenden Substrates ist, während eine virtuelle Säule daran gehindert wird, durch den Öffnungsabschnitt hindurchzutreten, wenn dieser einen Durchmesser hat, der größer ist als die Hälfte jener Distanz.
Gemäß diesen Erfindungen, durch das Verwenden der Platte, die mit Öffnungsabschnitten versehen ist, die jeweils eine Form besitzen, derart, dass eine virtuelle Säule durch die Öffnungsabschnitte hindurchtreten kann, die einen Durchmesser besitzt, der kleiner gleich der Hälfte der Distanz zwischen der Platte und der Oberfläche des zu verarbeitenden Substrates ist, während eine virtuelle Säule daran gehindert wird, durch die Öffnungsabschnitte hindurchzutreten, wenn diese einen Durchmesser besitzt, der größer ist als die Hälfte jener Distanz, ist es möglich, Texturen an dem Substrat homogen zu bilden, ohne irgendeine Ungleichmäßigkeit hervorzurufen.
Ein Substratverarbeitungsverfahren der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn eine Oberfläche eines Substrates mittels eines Trockenätzverfahrens texturiert wird, indem eine Platte, die mit einer Anzahl von (Öffnungsabschnitten versehen ist, so angeordnet wird, dass sie das zu verarbeitende Substrat bedeckt, der Ätzvorgang durchgeführt wird unter der Verwendung einer Platte, bei der an der oberen und der unteren Kante oder an der unteren Kante der Öffnungsabschnitte mit abgeschrägten Abschnitten versehen ist. Eine Substratverarbeitungsvorrichtung der Erfindung ist eine Vorrichtung, die dazu verwendet wird, das oben beschriebene Substratverarbeitungsverfahren zu implementieren, und ist dadurch gekennzeichnet, dass an der oberen und der unteren Kante oder der unteren Kante der Öffnungsabschnitte der Platte abgeschrägte Abschnitte vorgesehen sind. Ferner wird eine Platte der Erfindung in der obigen Substratverarbeitungsvorrichtung verwendet und ist dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Anzahl von Öffnungsabschnitten vorgesehen ist, und dadurch, dass an der oberen und der unteren Kante von gegenüberliegenden Endseiten bzw. Endflächen der Öffnungsabschnitte der Platte abgeschrägte Abschnitte vorgesehen sind.
Gemäß diesen Erfindungen, durch Bereitstellen der abgeschrägten Abschnitte an den Kanten bzw. Ecken der Öffnungsabschnitte der Platte, ist es möglich, die Dicke der Platte an den Endabschnitten bzw. Enden der Öffnungsabschnitte zu reduzieren. Dies eliminiert bzw. vermeidet Zustände, bei denen ein Plasma destabilisiert wird, wenn die Dicke der Platte erhöht ist, um eine Festigkeit gegenüber einem Durchbiegen der Platte zu verbessern. Demzufolge kann das Plasma stabilisiert werden, und demzufolge kann ein Ätzvorgang über eine große Fläche erreicht werden. Es ist folglich möglich, Texturen an der Oberfläche eines Siliciumsubstrates oder dergleichen zu bilden, die für hocheffiziente Solarzellen notwendig sind, und zwar mit einer hohen Taktrate (”high tact”) und bei niedrigen Kosten.
Die folgende Beschreibung beschreibt konkrete Strukturen bzw. Aufbauten der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Solarzelle zeigt, die mittels eines Trockenätzverfahrens der Erfindung hergestellt ist;
2 ist eine innere Querschnittsansicht eines Beispiels einer Trockenätzvorrichtung der Erfindung;
3 ist eine innere Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels der Trockenätzvorrichtung;
4 ist eine perspektivische Ansicht einer Platte der Erfindung;
5 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht der Trockenätzvorrichtung der 3;
6 ist eine Draufsicht auf eine Verteilung von Offenflächenverhältnissen über die Platte;
7 ist eine Draufsicht auf ein weiteres Beispiel der Platte;
8 ist eine Darstellung, die dazu verwendet wird, die Grenze einer Größe der Öffnungsabschnitte in der Platte zu erläutern;
9 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils der Platte, wobei die Ansicht dazu verwendet wird, um eine Querschnittsform eines Öffnungsabschnittes zu erläutern; und
10A bis 10F sind Querschnittsansichten von verschiedenen abgeschrägten Formen, die an den Öffnungsabschnitten ausgebildet werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 ist eine Querschnittsansicht einer Struktur bzw. eines Aufbaus einer Solarzelle, die durch ein Trockenätzverfahren der Erfindung hergestellt ist. In 1 bezeichnet Bezugsziffer 1 ein Siliciumsubstrat, Bezugsziffer 2 bezeichnet Texturen, die an dem Siliciumsubstrat 1 gebildet sind, Bezugsziffer 3 bezeichnet eine Verunreinigungsdiffusionsschicht an der Licht empfangenden Oberflächenseite, Bezugsziffer 4 bezeichnet eine Verunreinigungsdiffusionsschicht (BSF) an der rückseitigen Oberfläche des Siliciumsubstrates 1, Bezugsziffer 5 bezeichnet eine Antireflektionsschicht an der Oberfläche, Bezugsziffer 6 bezeichnet eine Oberflächenelektrode, und Bezugsziffer 7 bezeichnet eine rückseitige Elektrode.
Das Siliciumsubstrat 1 ist ein Ein-Kristall- oder Mehr-Kristall-Siliciumsubstrat. Das Substrat ist entweder von einem p-Typ oder von einem n-Typ. Das Siliciumsubstrat 1 ist gebildet durch das Czochralski-Verfahren oder dergleichen, und zwar für den Fall des Ein-Kristall-Siliciums, und durch einen Guss-Prozess oder dergleichen für den Fall von Mehr-Kristall-Silicium. Mehr-Kristall-Silicium ist ziemlich vorteilhaft gegenüber Ein-Kristall-Silicium, und zwar hinsichtlich der Herstellungskosten, da es massenproduziert werden kann. Ein mit dem Czochralski-Verfahren oder dem Guss-Prozess hergestellter Block (”Ingot”) wird mit einer Dicke von etwa 300 μm in Scheiben geschnitten und in ein Siliciumsubstrat einer Größe von etwa 10 cm × 10 cm oder 15 cm × 15 cm geschnitten.
An der Oberflächenseite des Siliciumsubstrates 1 sind die Verunreinigungsdiffusionsschicht 3, in die eine Verunreinigung von einem anderen Typ als das Substrat hineindiffundiert ist, und die Antireflektionsschicht 5 gebildet. Es ist bevorzugt, an der Rückseite des Siliciumsubstrates 1 die Schicht (BSF) 4 zu bilden, in die eine Halbleiterverunreinigung von einem Leitungstyp mit hoher Konzentration hineindiffundiert ist. Die Oberflächenelektrode 6 und die rückseitige Elektrode 7 sind an der Oberflächenseite bzw. der Rückseite des Siliciumsubstrates 1 gebildet. Die Oberflächenelektrode 6 und die rückseitige Elektrode 7 sind gebildet durch Sintern einer siebgedruckten Ag-Paste und durch Bilden einer Lötschicht auf der Oberseite.
Die Texturen 2 werden wie folgt gebildet. D. h., es wird ein Gas fortlaufend in eine evakuierte Kammer eingeführt, um einen konstanten Druck aufrechtzuerhalten, und durch Anlegen einer RF-Spannung an die im Inneren der Kammer vorgesehene Elektrode wird ein Plasma erzeugt. Die Oberfläche des Substrates wird dann geätzt, und zwar durch die Wirkung von resultierenden aktivierten Keimen, wie Ionen und Radikalen. Dieses Verfahren wird als das reaktive Ionenätzverfahren (RIE-Verfahren) bezeichnet und wird nunmehr unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben.
In den 2 und 3 bezeichnet Bezugsziffer 1 ein Siliciumsubstrat, Bezugsziffer 8 bezeichnet eine Massenflusssteuereinrichtung, Bezugsziffer 9 bezeichnet eine RF-Elektrode, Bezugsziffer 10 bezeichnet eine Drucksteuereinrichtung, Bezugsziffer 11 bezeichnet eine Vakuumpumpe, und Bezugsziffer 12 bezeichnet eine RF-Leistungsversorgung. Insbesondere in 3 bezeichnet Bezugsziffer 16 einen Isolationsabschnitt, der die RF-Elektrode 9 gegenüber Außenwänden elektrisch isoliert. Plasma wird erzeugt, indem mittels der Massenflusssteuereinrichtung 8 ein Gas, das zum Ätzen notwendig ist, in die Vorrichtung eingeführt wird, während von der RF-Elektrode 9 RF-Leistung zugeführt wird, um Ionen und Radikale zu erregen und zu aktivieren, und die Oberfläche des Siliciumsubstrates 1, das auf dem oberseitigen Abschnitt der RF-Elektrode 9 angeordnet ist, wird durch die Wirkung der Ionen und Radikale geätzt. Gemäß der in 2 gezeigten Vorrichtung wird die Oberfläche eines einzelnen Siliciumsubstrates 1 großer Fläche geätzt, indem die RF-Elektrode 9 im Inneren der Vorrichtung vorgesehen ist.
Im Gegensatz hierzu werden gemäß der in 3 gezeigten Vorrichtung die Oberflächen einer Vielzahl von Siliciumsubstraten 1 gleichzeitig geätzt, indem die RF-Elektrode 9 an der Außenwand der Vorrichtung vorgesehen ist.
Ein Verfahren, bei dem von sämtlichen erzeugten aktiven Keimen der Effekt des Ätzens durch die Wirkung von Ionen gesteigert bzw. verbessert wird, wird generell als das reaktive Ionenätzverfahren bezeichnet. Das Plasmaätzverfahren ist als ein ähnliches Verfahren bekannt. Das reaktive Ionenätzverfahren und das Plasmaätzverfahren sind generell gleich hinsichtlich des Prinzips des Erzeugens von Plasma, und unterscheiden sich lediglich hinsichtlich der Verteilungen der Arten von aktiven Keimen, die auf das Substrat wirken, und die Verteilungen werden verändert in Abhängigkeit von der Kammerstruktur, der Elektrodenstruktur, einer Erzeugungsfrequenz und dergleichen. Die Erfindung ist daher nicht nur bei dem reaktiven Ionenätzverfahren wirksam, sondern auch bei dem Plasmaätzverfahren im Allgemeinen.
Bei der Erfindung wird ein Ätzvorgang beispielsweise durchgeführt für etwa drei Minuten bei einem Reaktionsdruck von 7 Pa und einer Plasma-erzeugenden RF-Leistung von 500 W, während ein Fluss aufrechterhalten wird von 20 sccm von Methantrifluorid (CHF₃), 50 sccm Chlor (Cl₂), 10 sccm Sauerstoff (O₂) und 80 sccm Schwefelhexafluorid (SF₆). Die Texturen werden hierdurch auf der Oberfläche des Siliciumsubstrates 1 gebildet. Generell ist es so, dass Silicium verdampft, wenn es geätzt wird, wobei ein Teil hiervon jedoch nicht vollständig verdampft (”evaporate”) und Moleküle aneinander anhaften bzw. kleben, wodurch sie als Residuen bzw. Reste an der Oberfläche des Substrates 1 verbleiben. Mit anderen Worten wird bei der Erfindung, wenn die Oberfläche des Siliciumsubstrates 1 mittels des reaktiven Ionenätzverfahrens oder eines ähnlichen Trockenätzverfahrens mittels der Ätzgase CHF₃, Cl₂, SF₆ oder O₂ aufgeraut wird, eine Rate, mit der sich Reste, die hauptsächlich aus geätztem Silicium zusammengesetzt sind, wieder an der Oberfläche des Siliciumsubstrates 1 festlegen, beschleunigt, so dass die Texturen an der Oberfläche des Siliciumsubstrates 1 gebildet werden, indem die Reste als eine Mikromaske zum Ätzen verwendet werden. Es ist anzumerken, dass die Ätzreste am Ende entfernt werden.
Ferner können die Texturen 2 auf verlässliche Art und Weise gebildet werden, indem ein Gaszustand, ein Reaktionsdruck, die RF-Leistung etc. eingestellt werden, um eine Übereinstimmung mit den Bedingungen zu schaffen, zu denen die Ätzreste von Silicium an der Oberfläche des Siliciumsubstrates 1 verbleiben werden. Es ist jedoch anzumerken, dass ein Seiten- bzw. Längenverhältnis (”aspect ratio”) der Texturen optimiert werden muss. Im Gegensatz hierzu ist es schwierig, die Texturen 2 unter der Bedingung zu bilden, dass die Ätzreste nicht an der Oberfläche des Siliciumsubstrates 1 verbleiben.
Gemäß der Erfindung, wie es in 4 gezeigt ist, wird das Siliciumsubstrat 1 einem Ätzvorgang ausgesetzt, während es von einer Platte 13 bedeckt ist, die mit einer Anzahl von Öffnungsabschnitten 14 versehen ist, und zwar quer über deren gesamte Fläche. Die Erzeugung von Ätzresten wird bewirkt durch die o. a. Ätzgase und unterstützt durch die Verwendung einer derartigen Platte 13, was wiederum die Bildung der Texturen 2 unterstützt.
4 zeigt ein Beispiel der Platte 13. Die Platte 13 ist aus Aluminium oder Glas hergestellt. Wenn die Leichtigkeit bei der Verarbeitung ein Gesichtspunkt ist, ist Metall als das Material der Platte 13 bevorzugt; rostfreies Material bzw. rostfreier Stahl oder dergleichen ist jedoch nicht geeignet, da dies korridiert, wenn es einem Gas ausgesetzt wird, das zum Ätzen von Silicium verwendet wird. Andererseits erzeugt die Platte 13 Wärme bzw. wird erwärmt, da sie während des Ätzvarganges einem Plasma ausgesetzt ist. Obgleich das Maß des Anstiegs der Temperatur in starkem Maße mit den Zuständen bzw. Bedingungen variiert, da die Temperatur der Platte 13 ansteigt, wenn sie dem Plasma ausgesetzt wird, und da das Siliciumsubstrat in der Atmosphäre stehen kann, wenn der Ätzvorgang endet, ist ein Material bevorzugt, das einer Temperaturveränderung widerstehen kann. Es ist daher bevorzugt, ein Glasmaterial zu verwenden, wenn die Platte 13 einem Plasma ausgesetzt wird.
Andererseits ist es bevorzugt, Metall zu verwenden, wenn eine Anzahl von zu ätzenden Substraten angeordnet bzw. ausgerichtet ist und ein Ätzvorgang in einem Durchgang über eine große Fläche durchgeführt wird, da Glasmaterial so spröde ist, dass es leicht bricht. Unter Berücksichtigung der Verarbeitungsperformance, wie jene, dass verschiedene Arten von Verarbeitung an der Platte 13 ermöglicht werden, und auf Grund eines geringen Eigengewichtes, was erwünscht ist, um eine Verzerrung bzw. Verwerfung der Platte 13 zu verringern, als auch im Hinblick auf den Korrosionswiderstand gegenüber einem zum Ätzen verwendeten Gas ist es insbesondere bevorzugt, eine Platte 13 zu verwenden, die aus Aluminium hergestellt ist.
Es ist bevorzugt, den Ätzvorgang durchzuführen, während die Platte 13 und das Siliciumsubstrat 1 um eine vorbestimmte Distanz D beabstandet gehalten werden (siehe 5). Hierbei beträgt D = 5 bis 30 mm. Bei dieser Anordnung können Siliciumverbindungen, die während des Ätzvorganges durch die Ätzgase CHF₃, SF₆, Cl₂ und/oder O₂ erzeugt werden, in einem Raum zwischen dem Siliciumsubstrat 1 und der Platte 13 eingefangen werden, was es erleichtert, dass Reste, die hauptsächlich aus Silicium bestehen, an dem Substrat 1 erzeugt werden. Demzufolge kann nicht nur die Erzeugung von Resten sondern auch die Bildung der Texturen 2 unterstützt werden. Wenn die Distanz D zwischen der Platte 13 und dem Siliciumsubstrat 1 kleiner ist als 5 mm, werden die Öffnungsabschnitte 14 in der Platte 13 als ein Muster auf die Oberfläche des Siliciumsubstrates 1 übertragen, wenn die Texturen 2 gebildet werden, wodurch an der Oberfläche eine Ungleichmäßigkeit verbleibt. Wenn die Distanz D im Gegensatz hierzu größer ist als 30 mm, ist die Wirkung des schnelleren Erzeugens der Reste zur Unterstützung der Bildung der Texturen 2 verringert.
Ein Verfahren zum Halten der Platte 13 und des Siliciumsubstrates 1 beabstandet voneinander um eine vorbestimmte Distanz ist nicht besonders eingeschränkt. Wie es in 5 gezeigt ist, ist es beispielsweise einfach, entlang des Umfangskantenabschnittes an der Rückseite der Platte 13 eine Seitenwand 17 vorzusehen. Für einen Fall, dass eine Anzahl von Siliciumsubstraten 1 zu ätzen ist und eine Platte 13 großer Fläche benötigt ist, kann die Platte 13 in der Mitte auf Grund ihres Eigengewichtes herabfallen bzw. durchbiegen, und die Distanz zwischen dem Substrat 1 und der Platte 13 kann sich hierdurch verkürzen. Es ist dann möglich, dass Spuren der Öffnungsabschnitte 14 auf das Siliciumsubstrat 1 übertragen werden und als Ungleichmäßigkeit verbleiben. In einem solchen Fall ist es eine wirksame Gegenmaßnahme, die Dicke t1 der Platte 13 zu erhöhen, um die Steifigkeit zu verbessern, oder die Höhe der Seitenwand 17 zu erhöhen. Ein Verfahren zum Reduzieren der Dicke und hierdurch des Gewichtes der Platte 13 in ihrer Mitte ist ebenfalls wirksam. Die Dicke t1 der Platte 13 lässt sich einstellen in Bezug auf Festigkeit, Materialkosten, Ätzbedingungen etc.
Dann, wenn die Dicke t1 der Platte 13 vergrößert ist, besteht ein Problem dahingehend, dass das Plasma in den Bereichen der jeweiligen Öffnungsabschnitte 14 destabilisiert wird und die Texturen 2 nicht länger gebildet werden, wenn das Plasma zu instabil wird. Eine Maßnahme zur Lösung dieses Problems wird nachstehend unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
Es ist ebenfalls bevorzugt, wenn ein Verhältnis der Öffnungsabschnitte 14 in Bezug auf die Gesamtfläche der Platte 13 (nachstehend als Offenflächenverhältnis bezeichnet), und zwar in Draufsicht betrachtet, etwa auf 5 bis 40% eingestellt wird. Wenn das Offenflächenverhältnis kleiner ist als 5%, wird ein zum Ätzen des Siliciumsubstrates 1 notwendiges Gas (z. B. CHF₃, Cl₂, SF₆, O₂) nicht hinreichend zugeführt, und eine Restebildende Rate ist verringert, was wiederum die Bildung der Texturen 2 verlangsamt. Wenn das Offenflächenverhältnis im Gegensatz hierzu größer ist als 40%, ist die Wirkung des Einfangens von verdampfenden Siliciumverbindungen in einem Raum zwischen der Platte 13 und dem Siliciumsubstrat 1 verringert, und entsprechend verringert sich die Wirkung des Unterstützens der Bildung der Reste.
Bei der Erfindung ist die Verteilung der Offenflächenverhältnisse so, dass diese an dem Umfangsabschnitt im Vergleich zum mittleren Abschnitt der Platte 13 reduziert ist. Beispielsweise wird als das Offenflächenverhältnis in dem mittleren Abschnitt ein Wert von 20% vorgegeben, und das Offenflächenverhältnis an dem Umfangsabschnitt wird zu 18% vorgegeben. Die sich aus dieser Anordnung ergebenden Vorteile werden im Folgenden erläutert.
Generell führt ein kleines Offenflächenverhältnis dazu, dass die Zufuhr eines Gases nicht hinreichend ist, und verringert hierdurch die Ätzrate. Im Gegensatz hierzu führt ein großes Offenflächenverhältnis dazu, dass die Zufuhr an Gas hinreichend ist, führt jedoch dazu, dass die Adhäsion von Resten an der Oberfläche des Siliciumsubstrates 1 unzureichend ist. Da eine Maske langsam gebildet wird, wird folglich die Texturierungsrate verringert.
Insbesondere im Falle eines Trockenätzvorganges unter Verwendung von Plasma ist es als einer der Faktoren zur Bildung der Texturen 2 notwendig, Plasma-induzierte, Ladungs-tragende Ionen unter Verwendung des elektrischen Feldes zu beschleunigen, so dass sie in einer senkrechten Richtung auf die Oberfläche des Substrates 1 auftreffen. Experimente enthüllen, dass die Bildung der Texturen 2 in dem mittleren Abschnitt schnell erfolgt, eine Größe bzw. ein Maß des Ätzens an dem Umfangsabschnitt jedoch größer ist als jenes in dem zentralen Abschnitt, oder nahezu gleich hierzu ist. In Anbetracht des Vorstehenden vermutet man, dass an dem Umfangsabschnitt hinreichend Gas zum Ätzen des Substrates 1 zugeführt wird; die Effizienz der auf das Substrat 1 auftreffenden Ionen ist jedoch klein im Vergleich zu dem mittleren Abschnitt.
Andererseits gibt es als weiteren Faktor zum schnelleren Bilden der Texturen 2 ein Verfahren zum schnelleren Bilden der Ätzreste. Durch Beschleunigen der Bildung der Reste können auch die Texturen 2 schneller gebildet werden. Dies lässt sich erreichen durch Verengen der Öffnungsabschnitte 14 der Platte 13. Es ist jedoch anzumerken, dass ein Maß des Ätzens in diesem Fall verringert ist, da eine geringere Menge an Gas zugeführt wird.
Demzufolge werden bei der vorliegenden Erfindung die vorstehenden Anordnungen bzw. Ausführungen miteinander kombiniert, und es wird, wie es in den 6 und 7 gezeigt ist, ein Offenflächenverhältnis der Öffnungsabschnitte 14 in dem Umfangsabschnitt 13b kleiner gemacht als ein Offenflächenverhältnis der Öffnungsabschnitte 14 in dem mittleren Abschnitt 13a, so dass eine Texturierungsrate in dem Umfangsabschnitt 13b beschleunigt wird, so dass sie so hoch wird wie eine Texturierungsrate in dem mittleren Abschnitt 13a. Der mittlere Abschnitt 13a ist in den 6 und 7 kreisförmig dargestellt. Die Form des mittleren Abschnittes 13a ist jedoch nicht auf einen Kreis beschränkt, und der mittlere Abschnitt 13a kann eine elliptische oder polygone Form besitzen. In 4 ist der mittlere Bereich 13a mit einem großen Offenflächenverhältnis wie ein Rechteck geformt.
Die Erfindung ist insbesondere wirksam, wenn sie auf eine große bzw. hochskalierte Vorrichtung angepasst ist, die dazu verwendet wird, um eine Fläche größer als 1 m² zu ätzen, die Erfindung ist jedoch gleichermaßen wirksam, wenn sie auf eine Vorrichtung angepasst ist, die dazu verwendet wird, eine kleine Fläche zu ätzen. Ferner ist das Verfahren der Erfindung insbesondere wirksam, wenn es ein strukturelles Problem dahingehend gibt, dass sich die Homogenität nicht hinreichend verbessern lässt durch Verändern der anderen Ätzbedingungen.
Die Form der Öffnungsabschnitte 14 in der Platte 13 ist nicht besonders beschränkt. Beispielsweise kann ein längliches Schlitzmuster verwendet werden, wie es in 4 gezeigt ist. Alternativ hierzu können punktförmige kleine Löcher in einem Zickzack-Muster ausgerichtet werden, wie es in 7 gezeigt ist, oder es kann ein Gittermuster verwendet werden, wie es in 6 gezeigt ist. Es ist jedoch anzumerken, dass ein breites (”wide spread”) Vorhandensein von nicht offenen Regionen zu einer Ungleichmäßigkeit in der Form der Texturen 2 führt.
Diese feinen Texturen 2 haben eine konische Form oder eine Form eines Arrays von Koni, und die Größe hiervon lässt sich verändern durch Steuern einer Gaskonzentration oder einer Ätzzeit bei dem RIE-Verfahren. Sowohl die Breite als auch die Höhe der Texturen 2 betragen 2 μm oder weniger. Um die Texturen 2 über einen notwendigen Abschnitt an dem Siliciumsubstrat 1 homogen und mit der exakten Steuerbarkeit zu bilden, ist es bevorzugt, die Breite und die Höhe auf 1 μm oder weniger einzustellen. Es ist ferner vorteilhaft, wenn ein Seiten- bzw. Längenverhältnis (”aspect ratio”) der Texturen 2 (Höhe/Breite der Texturen 2) einen Wert von 2 oder weniger hat. Wenn das Längenverhältnis größer ist als 2, brechen die Texturen 2 während der Herstellung. Eine Solarzelle, die aus einem derartigen Substrat hergestellt ist, verursacht einen großen Leckstrom und kann zufriedenstellende Ausgangscharakteristika nicht erreichen.
Nachdem die Texturen 2 gebildet sind, werden die an der Oberfläche des Siliciumsubstrates 1 verbleibenden Ätzreste entfernt, um die Charakteristik der Solarzelle zu verbessern. Ein Verfahren zum Entfernen der Ätzreste besteht beispielsweise darin, innerhalb eines Wasserbades Ultraschallwellen an das Siliciumsubstrat 1 anzulegen, das aus der reaktiven Ionenätzvorrichtung oder einer ähnlichen Plasmaätzvorrichtung herausgenommen ist. Kommerziell verfügbare Ultraschall-Reinigungsvorrichtungen verwenden Frequenzen im Bereich von einigen zehn kHz bis zu einigen hundert kHz, und Wandler, die dazu verwendet werden, Ultraschallwellen anzulegen, unterscheiden sich hinsichtlich Materialien, Formen, Ausgängen etc. Die Art der Reinigungsvorrichtung lässt sich jedoch wählen in Abhängigkeit davon, wie leicht sich die Reste an der Oberfläche entfernen lassen. Wie leicht sich die Reste entfernen lassen, variiert mit der Form und der Größe der Texturen 2, dem Maß der verbleibenden Reste, der Dicke des Siliciumsubstrates etc., als auch mit der Frequenz des Ultraschalls. Selbst unter der Bedingung, dass das Entfernen der Reste relativ schwierig ist, lassen sich die Reste jedoch durch Verlängern der Anwendungszeit entfernen.
Wie beschrieben wurde, sind die Muster der Öffnungsabschnitte 14 nicht besonders beschränkt; ein sich wiederholendes Muster, wie eine Punktform oder eine Schlitzform, ist jedoch bevorzugt, um zu verhindern, dass das Muster zu kompliziert wird. Selbst wenn die Platte 13 und das Substrat 1 gegenüberliegend angeordnet werden, wie oben beschrieben, wurde nichtsdestotrotz das Auftreten einer Ungleichmäßigkeit in den Texturen 2, die an der Oberfläche des Substrates 1 gebildet wurden, bestätigt, wenn die Relation zwischen der Distanz D von dem Substrat 1 zu der Platte 13 und der Größe und der Form der Öffnungsabschnitte 14 ungeeignet war. Um genauer zu sein, selbst wenn ein Gesamt-Offenflächenverhältnis zwischen 5 und 40% lag, riefen dann, wenn ein Offenflächenverhältnis pro Einheitsfläche in einem bestimmten lokalen Bereich 70% betrug, die Texturen 2 in diesem speziellen lokalen Bereich eine Ungleichmäßigkeit hervor im Vergleich zu den Texturen 2, die in bzw. unter den anderen Abschnitten gebildet wurden.
Ferner ist die durch die Öffnungsabschnitte 14 hervorgerufene Ungleichmäßigkeit eng verwandt mit der Distanz D zwischen der Platte 13 und dem Siliciumsubstrat 1, und je kürzer die Distanz D ist, desto leichter tritt die Ungleichmäßigkeit auf.
Im Hinblick auf die Größe der Öffnungsabschnitte 14 wurde aufgedeckt, dass selbst dann, wenn ein Gesamt-Offenflächenverhältnis gleich ist, eine Ungleichmäßigkeit leicht auftritt, wenn die individuellen Öffnungsabschnitte 14 im Vergleich zu einem Fall groß sind, bei dem die individuellen Öffnungsabschnitte 14 klein sind.
Aus detaillierten Prüfungen bzw. Untersuchungen der vorstehenden Relationen versteht sich, dass eine Ungleichmäßigkeit leicht auftritt, wenn das Formmuster der jeweiligen Öffnungsabschnitte 14 eine Größe besitzt, die gleich oder größer ist als eine bestimmte Referenzgröße. D. h., es versteht sich, dass die Größe der Öffnungsabschnitte 14 bestimmt ist durch die Distanz D zwischen der Platte 13 und der Oberfläche des zu verarbeitenden Substrates 1, und eine Ungleichmäßigkeit tritt leicht auf, wenn die Öffnungsabschnitte 14 eine Größe haben, die groß genug ist, dass eine virtuelle Säule mit einem Durchmesser größer als die halbe Distanz D zwischen der Platte 13 und der Oberfläche des zu verarbeitenden Substrates 1 durch die Öffnungsabschnitte 14 hindurchtreten kann.
Demzufolge ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Trockenätzverfahren zum Anrauen der Oberfläche die mit einer Anzahl von Öffnungsabschnitten 14 versehene Platte 13 an der Oberflächenseite des zu verarbeitenden Substrates 1 angeordnet wird, die jeweiligen Öffnungsabschnitte 14 in der Platte 13 eine solche Größe besitzen, dass eine virtuelle Säule mit einem Durchmesser kleiner gleich der Hälfte der Distanz D zwischen der Platte 13 und der Oberfläche des zu verarbeitenden Substrates 1 durch die Öffnungsabschnitte 14 hindurchtreten kann, dass jedoch eine virtuelle Säule mit einem Durchmesser größer als die Hälfte der Distanz D daran gehindert wird, durch die Öffnungsabschnitte 14 hindurchzutreten.
8 ist eine konzeptionelle Ansicht, die dazu verwendet wird, die Bedingungen der Öffnungsabschnitte 14 zu erläutern. In 8 bezeichnet Bezugsziffer 18 eine virtuelle Säule. Durch Bilden der Öffnungsabschnitte 14 derart, dass ein Durchmesser R der größten virtuellen Säule 18, die durch den Öffnungsabschnitt 14 hindurchtreten kann, kleiner gleich der Hälfte der Distanz D zwischen der Platte 13 und dem Siliciumsubstrat 1 ist, ist es möglich, die Texturen 2 ohne Ungleichmäßigkeit zu bilden.
Die Form der Öffnungsabschnitte 14 ist nicht besonders beschränkt. Beispielsweise kann sie ein schlitzförmiges Muster sein, wie es in 4 gezeigt ist, oder kann ein punktförmiges Zickzack-Muster sein, wie es in 7 gezeigt ist. Es ist jedoch anzumerken, dass die breite (”wide spread”) Präsenz von nicht-offenen Bereichen bzw. ein zu breiter geschlossener Bereich leicht dazu führt, dass das Muster der Texturen 2 ungleichmäßig wird.
Eine längliche Querschnittsform, insbesondere eine effektive längliche Querschnittsform der Öffnungsabschnitte 14 der Platte 13 wird nunmehr unter Bezugnahme auf 9 erläutert.
Wenn eine Platte 13 mit einer großen Fläche hergestellt wird, biegt sich die Platte 13 auf Grund ihres Eigengewichtes durch. Ferner, da Plasma, das zum Ätzen verwendet wird, die Platte 13 erwärmt, kann sich die Platte 13 weiter deformieren, und zwar auf Grund ihres Eigengewichtes. Je größer die Fläche des Siliciumsubstrates 1 ist, umso schwieriger wird es, eine Distanz zwischen dem Siliciumsubstrat 1 und der Platte 13 exakt zu steuern. Ein solcher unerwünschter Vorgang kann eliminiert werden, indem die Steifigkeit erhöht wird, durch Vergrößern der Dicke der Platte 13, wie oben beschrieben. Wenn die Dicke der Platte 13 jedoch vergrößert ist, wird das Plasma in den Bereichen der jeweiligen Öffnungsabschnitte 14 destabilisiert, was ein Problem dahingehend hervorruft, dass die Texturen 2 nicht länger gebildet werden können, wenn das Plasma zu instabil wird. Wenn man beispielsweise 3 mm als eine Distanz zwischen gegenüberliegenden Enden der Öffnungsabschnitte 14 der Platte 13 annimmt, dann verbleibt das Plasma stabil, wenn die Dicke 5 mm oder weniger beträgt; wenn die Dicke jedoch 5 mm überschreitet, wird das Plasma destabilisiert, und die Effizienz beim Bilden der Texturen 2 an dem Substrat 1 wird verschlechtert.
Eine effektive Maßnahme zum Verhindern, dass das Plasma destabilisiert wird, besteht darin, die Öffnungsbreite bzw. Öffnungsweite zwischen den gegenüberliegenden Enden der Öffnungsabschnitte 14 zu vergrößern. Wenn die Öffnungsweite zwischen den gegenüberliegenden Enden der Öffnungsabschnitte 14 vergrößert wird, wird die Wirkung des Reste-Einfangens verringert. Die Wirkung des Unterstützens der Bildung von Resten an der Oberfläche des Substrates 1 direkt hierunter wird dann verringert, was wiederum die Bildung der Texturen 2 verlangsamt. Die Bildung der Texturen 2 in diesem bestimmten Abschnitt wird hierdurch verlangsamt, und dies führt zu einer Differenz der Texturierungsraten an der Oberfläche des Substrates 1 zwischen Abschnitten, bei denen Öffnungsabschnitte 14 vorhanden sind, und solchen, bei denen sie nicht vorhanden sind, was zu einer Ungleichmäßigkeit führt.
Die Öffnungsweite der Öffnungsabschnitte 14 wird ursprünglich derart eingestellt, dass die Texturen 2 effizienter gebildet werden, und zwar unter Berücksichtigung der Öffnungsform, eines Offenflächenverhältnisses und von Öffnungszwischenräumen (”opening pitches”) der Gesamtplatte 13, einer Distanz zwischen der Platte 13 und dem zu ätzenden Substrat 1, etc. Demzufolge kann das Steuern der Öffnungsweite der Öffnungsabschnitte 14 mit dem Ziel, das Plasma zu stabilisieren, dazu führen, dass die ursprüngliche Aufgabe nicht erfüllt wird, und dies ist keinesfalls eine letztlich zu erzielende bzw. ultimative Lösung.
Die Erfinder haben daher eine längliche Querschnittsform der Öffnungsabschnitte 14 erdacht. 9 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, wenn längliche, schlitzförmige Öffnungsabschnitte 14 in der Platte 13 ausgebildet sind. Wie es in 9 gezeigt ist, sind die Oberkante und/oder die Unterkante von jedem Öffnungsabschnitt 14 abgeschrägt, um abgeschrägte Abschnitte 130 zu bilden. Diese Anordnung kann die Dicke der Platte 13 in der Nachbarschaft der Öffnungsabschnitte 14 scheinbar reduzieren, dort, wo das Plasma leicht destabilisiert wird, und das Plasma kann demzufolge stabil erzeugt werden. Bei dem oben beschriebenen Beispiel wird bei einer gegebenen Öffnungsweite d₁ des Öffnungsabschnittes 14 von 3 mm und einer Dicke t₁ der aus Aluminium hergestellten Platte 13 von 6 mm eine Kantenfläche mit einer Weite bzw. Breite d₂ und einer Höhe t₂ von 0,9 mm oder mehr ausgebildet, und zwar in jedem abgeschrägten Abschnitt 130. Die Weite d₂ und die Höhe t₂ des abgeschrägten Abschnittes 130 variieren in Abhängigkeit von den Ätzbedingungen, und es kann nötig sein, diese nach Notwendigkeit einzustellen, um eine Übereinstimmung mit den jeweiligen Bedingungen zu schaffen.
Der abgeschrägte Abschnitt 130 kann sowohl auf der Seite, die dem Substrat 1 ausgesetzt ist, als auch an der dem Substrat 1 abgewandten Seite gebildet sein, wie es in 10A gezeigt ist, kann lediglich an der dem Substrat 1 abgewandten Rückseite ausgebildet sein, wie es in 10B gezeigt ist, und kann lediglich an der Seite ausgebildet sein, die dem Substrat 1 ausgesetzt ist bzw. diesem gegenüberliegt, wie es in 10C gezeigt ist.
Ferner muss der abgeschrägte Abschnitt 130 nicht über den gesamten Umfang des Öffnungsabschnittes 14 ausgebildet sein. Wie es in den 10D bis 10F gezeigt ist, ist der abgeschrägte Abschnitt 130 an einem Teil des Öffnungsabschnittes 114 nicht vorhanden. 10D zeigt eine Konfiguration, bei der der abgeschrägte Abschnitt 130 an einer linken oberen und einer rechten unteren Seite eines Öffnungsabschnittes 14 vorgesehen ist, und der abgeschrägte Abschnitt 130 ist bei einem benachbarten Öffnungsabschnitt 14 an einer rechten oberen und einer linken unteren Seite vorgesehen.
10E zeigt eine Konfiguration, bei der der abgeschrägte Abschnitt 130 lediglich an der linken oberen Seite des Öffnungsabschnittes 14 ausgebildet ist. 10F zeigt eine Konfiguration, bei der der abgeschrägte Abschnitt 130 lediglich an der linken unteren Seite des Öffnungsabschnittes 14 ausgebildet ist.
Diese abgeschrägten Abschnitte 130 können durch eine Abschrägungsverarbeitung gebildet werden. Wenn der abgeschrägte Abschnitt lediglich auf der oberen oder der unteren Seite des Öffnungsabschnittes 14 ausgebildet wird, kann er gleichzeitig mit dem Bilden des Öffnungsabschnittes 14 gebildet werden.
Ferner kann als der abgeschrägte Abschnitt 130 eine abgerundete Fläche vorgesehen werden. In jedem Fall muss der abgeschrägte Abschnitt 130 des Öffnungsabschnittes 14 nur die Dicke der Platte 13 scheinbar reduzieren. Bei dem obigen Beispiel sind die Öffnungsabschnitte 14 wie ein Schlitz geformt. Die Öffnungsabschnitte 14 können jedoch auch eine kreisförmige Form oder eine rechteckige Form besitzen. Ferner kann das Öffnungsmuster ein Gittermuster (siehe 6), ein Zickzack-Muster (siehe 7) oder dergleichen sein.
Während das Trockenätzverfahren der Erfindung unter Verwendung einer Massen-Silicium-Solarzelle (”bulk silicon solar cell”) als ein Beispiel beschrieben worden ist, so ist die Erfindung doch anwendbar auf das Aufrauen der Oberfläche eines weiten Bereiches von Substraten, die verwendet werden bei einer Silicium-Solarzelle mit Substrat-Dünnfilm, einer super-geraden (”super straight”) Solarzelle, einer amorphen Silicium-Solarzelle, einer Dünnfilm-Solarzelle auf Verbundbasis etc.
Darüber hinaus ist die Erfindung anwendbar auf das Aufrauen der Oberfläche eines Substrates, das bei einer Tandem-Dünnfilm-Solarzelle oder dergleichen verwendet wird. Zusätzlich ist das zu ätzende Substrat 1 nicht auf ein Siliciumsubstrat beschränkt, und es kann sich um ein Substrat handeln, das aus Glas, Metall, Kunststoff, Harz etc. hergestellt ist. Das Substrat 1 ist gleichfalls nicht auf eine Platte beschränkt.

Claims

Trockenätzverfahren zum Aufrauen einer Oberfläche eines Substrates (1) mittels reaktiven Ionenätzens, wobei das Verfahren aufweist: Anordnen des Substrates (1) an einer RF-Elektrode (9) in einer Kammer; Anordnen einer Platte (13), über dem Substrat (1) mit einer Distanz (D) zwischen der Platte (13) und einer Oberfläche des Substrates (1), wobei die Platte (13) mit einer Anzahl von Öffnungsabschnitten (14) versehen ist, wobei jeder Öffnungsabschnitt (14) eine solche Größe besitzt, dass eine virtuelle Säule (18) mit einem Durchmesser (R) kleiner gleich der Hälfte (1/2) der Distanz (D) durch den Öffnungsabschnitt (14) hindurchtreten kann, während eine virtuelle Säule (18) mit einem Durchmesser größer als die Hälfte der Distanz (D) daran gehindert wird, durch den Öffnungsabschnitt (14) hindurchzutreten, wobei die Distanz (D) zwischen der Platte (13) und der Oberfläche des Substrates (1) 5 bis 30 mm beträgt.
Trockenätzverfahren nach Anspruch 1, wobei: die Platte (13) an der oberen und der unteren Kante oder an der unteren Kante der Öffnungsabschnitte (14) mit abgeschrägten Abschnitten (130) versehen ist.
Trockenätzverfahren zum Aufrauen einer Oberfläche eines Substrates (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei: ein Offenflächenverhältnis der Öffnungsabschnitte (14) an einem Umfangsabschnitt (13b) der Platte (13) kleiner ist als ein Offenflächenverhältnis der Öffnungsabschnitte (14) in einem mittleren Abschnitt (13a).
Trockenätzverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: das Substrat (1) aus einem Material hergestellt ist, das ausgewählt ist aus Silicium, Glas, Metall, Kunststoff und Harz, insbesondere Kunstharz.
Trockenätzvorrichtung zum Aufrauen einer Oberfläche eines Substrates (1) mittels reaktiven Ionenätzens, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Kammer; eine RF-Elektrode (9), die in der Kammer vorgesehen ist, um das Substrat (1) daran anzuordnen; eine RF-Leistungsversorgung (12), die die RF-Elektrode (9) mit Leistung versorgt; und eine Platte (13), mit einer Anzahl von Öffnungsabschnitten (14), die über dem Substrat (1) angeordnet ist, wobei jeder Öffnungsabschnitt (14) in der Platte (13) eine solche Größe besitzt, dass eine virtuelle Säule (18) mit einem Durchmesser (R) kleiner gleich der Hälfte einer Distanz (D) zwischen der Platte (13) und der Oberfläche des Substrates (1) durch den Öffnungsabschnitt (14) hindurchtreten kann, während eine virtuelle Säule mit einem Durchmesser größer als die Hälfte der Distanz (D) daran gehindert ist, durch den Öffnungsabschnitt (14) hindurchzutreten, wobei die Distanz (D) zwischen der Platte (13) und der Oberfläche des Substrates (1) 5 bis 30 mm beträgt.
Trockenätzvorrichtung nach Anspruch 5, wobei: die Platte (13) aus Metall oder aus Glas besteht.
Trockenätzvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei: die Platte (13) an der oberen und der unteren Kante oder an der unteren Kante der Öffnungsabschnitte (14) der Platte (13) abgeschrägte Abschnitte (130) aufweist.
Trockenätzvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei: ein Offenflächenverhältnis der Öffnungsabschnitte (14) an einem Umfangsabschnitt (13b) kleiner ist als ein Offenflächenverhältnis der Öffnungsabschnitte (14) in einem mittleren Abschnitt (13a).