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Die Anmeldung basiert auf den in
Japan eingereichten Anmeldungen mit den Nummern 2002-249672 und
2002-252153, deren Inhalt vorliegend durch Bezugnahme enthalten
sein soll.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Trockenätzvorrichtung,
ein Trockenätzverfahren
sowie eine dabei verwendete Platte und ein dabei verwendetes Tablett,
und betrifft insbesondere eine Trockenätzvorrichtung und ein Trockenätzverfahren,
die dazu geeignet sind, die Oberfläche eines Siliciumsubstrates
einer Solarzelle oder dergleichen mit einer Textur zu versehen,
sowie eine dabei verwendete Platte und ein dabei verwendetes Tablett.
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BESCHREIBUNG
DES STANDES DER TECHNIK
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Eine Solarzelle ist ein Element,
das einfallende Lichtenergie in elektrische Energie umwandelt. Die
Solarzellen werden klassifiziert in Solarzellen auf Kristallbasis
bzw. kristalliner Basis, auf amorpher Basis sowie solche auf Verbundbasis,
und zwar in Abhängigkeit
von den verwendeten Materialien. Unter diesen tragen die kristallinen
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 leicht verbessert werden kann, und
zwar auf Grund 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.
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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 niedrigeren Kosten zu erzielen.
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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 auf der
Oberfläche.
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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 Substrats 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.
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Das Ätzen unter der 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, dass
die Solarzelle ihre fotoelektrische Umwandlungseffizienz verbessert.
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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
ist (siehe japanische offengelegte Patentanmeldung mit der Nummer
102625/1997 etc.). 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.
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Eine Substratverarbeitungsvorrichtung,
die bei dem reaktiven Ionenätzverfahren
verwendet wird, ist generell von einem Typ mit Parallelplatten-Gegenelektrode,
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.
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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 ansteigen, und zwar auf Grund der Tatsache, dass
nur eine kleine Anzahl von Substraten jeweils auf einmal verarbeitet
werden kann.
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Demgemäß sind 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 ("at
high tact") gesteigert
wird, während
die Homogenität
von auf der Oberfläche
der Substrate ausgebildeten Texturen gewährleistet wird, oder ein Weg
von besonderer Bedeutung, bei dem die Fläche des zu verarbeitenden Substrates
vergrößert wird.
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Eine weitere Steigerung der jeweils
auf einmal zu verarbeitenden Fläche
führt jedoch
zu einem nachteiligen Einfluss auf die Homogenität der Texturen. Insbesondere
in einem Fall einer Vorrichtung mit einer Ätzfläche größer als 1 m2 ist
es schwierig, die Homogenität
zu gewährleisten.
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Genauer gesagt tritt ein Problem
dahingehend auf, dass das Ätzen
in dem Umfangsabschnitt der Ätzregion
auf dem Substrat stattfindet, die Texturen jedoch nicht leicht gebildet
werden.
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Es ist daher eine Rufgabe der Erfindung, eine
Trockenätzvorrichtung
und ein Trockenätzverfahren
anzugeben, die es ermöglichen,
Texturen auf der Oberfläche
eines Substrates homogen zu bilden, sowie eine dabei verwendete
Platte und ein dabei verwendetes Tablett anzugeben.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Eine Trockenätzvorrichtung gemäß der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass sie Folgendes aufweis: eine Kammer;
ein Tablett, das im Inneren der Kammer vorgesehen ist; ein zu ätzendes Substrat,
das auf einer Substratanordnungsfläche des Tabletts angeordnet
ist; und eine Platte, die mit einer Anzahl von Öffnungsabschnitten versehen
und dazu vorbereitet ist, das zu ätzende Substrat abzudecken,
wobei die Platte derart angeordnet ist, dass während des Abdeckens des zu ätzenden
Substrates eine Distanz bzw. Entfernung zwischen einer dem zu ätzenden
Substrat gegenüberliegenden
Fläche
und dem zu ätzenden
Substrat in einem Umfangsabschnitt kürzer bzw. kleiner ist als eine
Distanz zwischen der dem zu ätzenden
Substrat gegenüberliegenden
Fläche
und dem zu ätzenden
Substrat in einem zentralen Abschnitt.
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Gemäß dieser Trockenätzvorrichtung
ist in einem Fall, bei dem ein Substrat, das auf dem Tablett angeordnet
ist, auf der Elektrode im Inneren der Kammer vorgesehen und zu ätzen ist,
während
es mit der Platte abgedeckt ist, die mit einer Anzahl von Öffnungsabschnitten
versehen ist, die Distanz zwischen dem Substrat und der Platte in
dem Umfangsabschnitt der Platte kürzer bzw. kleiner als die Distanz
zwischen dem Substrat und der Platte in dem zentralen Abschnitt
der Platte. Diese Anord nung macht es leichter, in dem Umfangsabschnitt
der Ätzregion
Reste bzw. Residuen einzufangen ("trap residues"), die während des Ätzens in einem Raum zwischen
der Platte und dem Substrat erzeugt werden. Demzufolge kann die
Bildung von Texturen leichter erfolgen, und zwar auch in dem Umfangsabschnitt des
Substrates, was es ermöglicht,
die Texturen homogen über
die gesamte Oberfläche
des Substrates auszubilden.
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Eine weitere Trockenätzvorrichtung
gemäß der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist: eine Kammer; ein
Tablett, das im Inneren der Kammer vorgesehen ist; ein zu ätzendes
Substrat, das auf einer Substratanordnungsfläche des Tabletts angeordnet
ist; und eine Platte, die mit einer Anzahl von Öffnungsabschnitten versehen
und vorbereitet ist, um das zu ätzende
Substrat abzudecken, wobei die Platte an einer dem zu ätzenden
Substrat gegenüberliegenden
Fläche
mit einer vorstehenden Wand versehen ist.
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Gemäß dieser Trockenätzvorrichtung
lassen sich in einem Fall, bei dem die Oberfläche eines Substrates texturiert
wird, indem die mit einer Anzahl von Öffnungsabschnitten versehene
Platte so angeordnet wird, dass sie das auf dem Tablett im Inneren
der Kammer angeordnete Substrat abdeckt, Reste bzw. Residuen, die
während
des Ätzens
erzeugt werden, in einem Raum zwischen der Platte und dem Substrat
einfangen, und zwar auf Grund der vorstehenden Wand, die an der
Platte an der dem Substrat gegenüberliegenden
Fläche
vorgesehen ist. Die Texturen können
demzufolge effizient und homogen auf der Oberfläche des Substrates gebildet
werden.
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Die oben beschriebenen Erfindungen
sind insbesondere wirksam, wenn ein Substrat mit einer großen Fläche geätzt wird,
die größer ist
als 1 m2. Die Erfindung kann jedoch auch
dann effektiv verwendet werden, wenn die Ätzfläche klein ist. Insbesondere sind
die Erfindungen effektiv, wenn ein Problem bei der Hardware vorliegt,
und zwar dahingehend, dass die Homogenität nicht hinreichend verbessert
werden kann, indem man die anderen Ätzbedingungen bzw. -zustände verändert.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Solarzelle zeigt, die aus einem
Substrat hergestellt ist, an dem eine Oberflächentexturierung vollzogen worden
ist, und zwar unter Verwendung einer Trockenätzvorrichtung gemäß der Erfindung;
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2 ist
eine Ansicht, die eine grundlegende Struktur der Trockenätzvorrichtung
zeigt;
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3 ist
eine Ansicht, die eine weitere grundlegende Struktur der Trockenätzvorrichtung zeigt;
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4 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Platte zur Verwendung in
einer Trockenätzvorrichtung
zeigt;
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5 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem die Platte
der Erfindung vorgesehen ist;
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6 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem eine
andere Platte der Erfindung vorgesehen ist;
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7 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem noch
eine weitere Platte der Erfindung vorgesehen ist;
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8 ist
eine vergrößerte Ansicht
der Platte der 7;
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9 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem noch
eine weitere Platte der Erfindung vorgesehen ist;
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10 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem noch
eine weitere Platte der Erfindung vorgesehen ist;
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11 ist
eine Ansicht noch einer weiteren Platte der Erfindung von unten;
und
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12 ist
eine Ansicht, die noch eine weitere grundlegende Struktur der Trockenätzvorrichtung zeigt,
und zwar in einem Zustand, bei dem die Platte vorgesehen ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die folgende Beschreibung beschreibt
im Detail Ausführungsformen
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.
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1 ist
eine Ansicht, die eine Struktur einer Solarzelle zeigt, die unter
Verwendung einer Trockenätzvorrichtung
der Erfindung hergestellt ist. Bezugsziffer 1 zeigt ein
Siliciumsubstrat, Bezugsziffer 2 zeigt Texturen, die auf
dem Silicium substrat 1 gebildet sind, Bezugsziffer 3 zeigt
eine Verunreinigungsschicht auf der Lichtempfangsoberfläche, Bezugsziffer 4 zeigt
eine Verunreinigungsdiffusionsschicht (BSF) auf der Rückseite
bzw. rückseitigen
Fläche, Bezugsziffer 5 zeigt
eine Antireflektionsschicht, die auf den Texturen 2 gebildet
ist, Bezugsziffer 6 zeigt eine Oberflächenelektrode, und Bezugsziffer 7 bezeichnet
eine rückseitige
Elektrode.
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Das Siliciumsubstrat 1 ist
ein Ein-Kristall- oder ein Mehr-Kristall-Siliciumsubstrat. Das Substrat ist
entweder von einem p-Typ oder von einem n-Typ. Das Siliciumsubstrat
ist gebildet durch das Czochralski-Verfahren oder dergleichen, und
zwar für
den Fall des Ein-Kristall-Siliciums, und durch einen Gussprozess
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 15 cm × 15 cm
geschnitten.
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Die Texturen 2 werden auf
der Oberfläche des
Siliciumsubstrates 1 gebildet, um einfallendes Licht effizient
zu absorbieren. Ferner ist auf der Oberfläche des Siliciumsubstrates 1 die
Verunreinigungsdiffusionsschicht 3 gebildet, in die eine
Halbleiterverunreinigung vom entgegengesetzten Leitungstyp eindiffundiert
ist. Die Verunreinigungsdiffusionsschicht 3 ist gebildet,
um einen Halbleiterübergang
im Inneren des Siliciumsubstrates 1 zu bilden. Die Verunreinigungsdiffusionsschicht 3 vom
entgegengesetzten Leitungstyp ist mit einer Tiefe von etwa 0,1 bis
etwa 0,5 μm
gebildet.
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Die Antireflektionsschicht 5 ist
auf der Oberfläche
des Siliciumsubstrates 1 gebildet. Die Antireflektionsschicht 5 ist
vorgesehen, um Licht effektiv in das Innere des Substrates 1 aufzunehmen,
und zwar indem verhindert wird, dass Licht an der Oberfläche des
Siliciumsubstrates 1 reflektiert wird. Die Antireflektionsschicht 5 ist
aus einem Siliciumnitrid-Film (SiNx-Film), einem Siliciumdioxid-Film
(SiO2-Film) oder dergleichen gebildet, der
eine Dicke von etwa 500 bis 2000 Å besitzt.
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Es ist bevorzugt, die Diffusionsschicht 4 auf der
rückseitigen
Fläche
des Siliciumsubstrates 1 zu bilden, in die eine Verunreinigung
von einem Leitungstyp mit hoher Konzentration eindiffundiert ist. Die
Verunreinigungsdiffusionsschicht 4 ist vorgesehen, um an
der Rückseite
des Siliciumsubstrates 1 ein eigenes ("intrinsic") Feld zu induzieren, und zwar mit dem
Ziel, eine Verschlechterung der Effizienz auf Grund einer Rekombination
von Trägern
zu verhindern, die in der Nähe
der Rückseite
des Siliciumsubstrates 1 stattfindet.
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Die Oberflächenelektrode 6 und
die rückseitige
Elektrode 7 sind an der Oberfläche bzw. der Rückseite
des Siliciumsubstrates 1 gebildet. Die Oberflächenelektrode 6 und
die rückseitige
Elektrode 7 sind beispielsweise gebildet, indem Siebgedruckte Ag-Paste
gesintert wird und indem die Oberseite mit einer Lötschicht
ummantelt wird (nicht gezeigt).
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Wie beschrieben, sind die feinen
Texturen 2 auf der Oberfläche des Siliciumsubstrates 1 gebildet, um
einfallendes Licht effektiv ins Innere zu nehmen.
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Unter Bezugnahme auf die 2 und 3 werden die Texturen 2 wie
folgt gebildet: in eine evakuierte Ätzkammer 18 wird fortlaufend
Gas eingeführt, um
einen konstanten Druck aufrechtzuerhalten, und ein Plasma wird erzeugt,
indem RF-Leistung an eine Elektrode 9 angelegt wird, die
im Inneren der Kammer 18 vorgesehen ist, so dass die Oberfläche des Substrates 1 durch
die Wirkung von resultierenden aktivierten Keimen ("seeds") geätzt wird,
wie Ionen und Radikale. Dieses Verfahren wird als das reaktive Ionenätzverfahren
(RIE-Verfahren) bezeichnet.
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In den 2 und 3 bezeichnet Bezugsziffer 8 eine
Massenflusssteuereinrichtung, die einen Gasfluss steuert, der in
das Innere der Kammer 18 eingeführt wird, Bezugsziffer 1 bezeichnet
ein Siliciumsubstrat, Bezugsziffer 9 bezeichnet die RF-Elektrode, Bezugsziffer 10 bezeichnet
eine Drucksteuereinrichtung, Bezugsziffer 11 bezeichnet
eine Vakuumpumpe, Bezugsziffer 12 bezeichnet eine RF-Leistungsversorgung,
Bezugsziffer 13 bezeichnet ein Tablett, das alphanumerische
Zeichen 18a bezeichnet einen Einlassport, der ein Gas in
das Innere der Kammer 18 einführt, und das alphanumerische
Zeichen 18b bezeichnet einen Auslassport.
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Plasma wird erzeugt, indem ein Ätzgas als auch
ein Ätz-Reste- bzw. Ätz-Residuen-erzeugendes Gas
in die Vorrichtung eingeführt
werden, und zwar aus der Massenflusssteuereinrichtung 8,
während RF-Leistung
aus der RF-Elektrode 9 eingeführt wird, um Ionen und Radikale
anzuregen und zu aktivieren. Die Oberfläche des Siliciumsubstrates 1,
das auf dem oberen Abschnitt der RF-Elektrode 9 angeordnet
ist, wird dann durch die Wirkung der Ionen und Radikale geätzt.
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Gemäß der in 2 gezeigten Vorrichtung wird die Oberfläche eines
einzelnen Siliciumsubstrates 1 geätzt, indem die RF-Elektrode 9 innerhalb
der Vorrichtung vorgesehen wird. Im Gegensatz hierzu werden bei
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
wird.
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Ein Verfahren, bei dem von allen
erzeugten aktivierten Keimen der Effekt des Ätzens durch die Wirkung von
Ionen gesteigert wird, wird generell als das reaktive Ionenätzverfahren
bezeichnet. Das Plasmaätzverfahren
ist als ein ähnliches
Verfahren bekannt. Das reaktive Ionenätzverfahren ist dadurch gekennzeichnet,
dass Verteilungen der Arten von aktivierten Keimen, die auf das
Substrat 1 wirken, verändert
werden, und zwar in Abhängigkeit
von der Kammerstruktur, der Elektrodenstruktur, einer Erregungsfrequenz
und dergleichen, und ist hinsichtlich des Prinzips des Erzeugens
von Plasma grundlegend das gleiche wie das Plamsaätzverfahren.
Die Erfindung ist daher nicht nur bei dem reaktiven Ionenätzverfahren
effektiv, sondern bei dem Trockenätzverfahren im Allgemeinen,
einschließlich
des Plasmaätzverfahrens.
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Gemäß der Trockenätzvorrichtung
der Erfindung wird das Ätzen
durchgeführt,
indem RF-Leistung angelegt wird, die benötigt wird, um das Plasma zu
erzeugen, und indem das Siliciumsubstrat 1 für eine vorbestimmte
Zeit an der RF-Elektrode 9 gehalten wird, und zwar mit
einem Reaktionsdruck, der gesteuert wird beispielsweise durch den
Fluss bzw. das Strömen
eines Fluor-basierten Gases, eines Chlor-basierten Gases, von Sauerstoff
etc. Die Texturen 2 werden hierdurch auf der Oberfläche des
Siliciumsubstrates 1 gebildet.
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Grundsätzlich ist es so, dass während des Ätzens Silicium
verdampft, während
es geätzt
wird, wobei ein Teil hiervon jedoch nicht vollständig verdampft und Moleküle aneinander
haften bzw. kleben, wodurch sie als Reste bzw. Residuen auf der
Oberfläche
des Substrates 1 verbleiben. Mit anderen Worten, wenn die
Oberfläche
des Siliciumsubstrates 1 mittels des reaktiven Ionenätzverfahrens
oder eines ähnlichen
Trockenätzverfahrens
texturiert wird, können Ätzreste,
die hauptsächlich
aus geätztem
Silicium zusammengesetzt sind, sich erneut an der Oberfläche des
Siliciumsubstrates 1 festlegen.
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Bei der Erfindung wird die Rate des
erneuten Wiederfestlegens beschleunigt, so dass die Texturen 2 auf
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.
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Die Texturen 2 können auf
eine 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 Reste von Silicium
an der Oberfläche
des Siliciumsubstrates 1 verbleiben werden. Es ist jedoch
anzumerken, dass ein Seiten- bzw. Längenverhältnis ("aspect ratio") der Texturen 2 optimiert
werden muss. Es ist schwierig, die Texturen 2 unter jedem
beliebigen Zustand derart zu bilden, dass die Reste des Siliciums
nicht an der Oberfläche
des Substrates 1 verbleiben.
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Wenn das Ätzen unter Verwendung der Trockenätzvorrichtung
der Erfindung durchgeführt
wird, wird das Siliciumsubstrat 1 mit einer Platte 14 abgedeckt,
die mit einer Anzahl von Öffnungsabschnitten 15 versehen
ist (siehe 2 und 3). Die Erzeugung von Resten
wird durch das Ätzen
unter Verwendung einer derartigen Platte 14 unterstützt, was
wiederum die Bildung der Texturen 2 beschleunigt.
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4 ist
eine schematische perspektivische Ansicht, die ein Beispiel der
Platte 14 zeigt. Gemäß der Zeichnung
sind die Öffnungsabschnitte 15 wie längliche
Schlitze geformt, die parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Öffnungsabschnitte 15 sind
jedoch nicht auf die Form von Schlitzen beschränkt, sondern können jede
beliebige Form besitzen. Ein Matrixmuster von kreisförmigen Öffnungen
kann verwendet werden, oder ein Zickzack-Muster einer Anzahl von
punktartigen Öffnungen
kann verwendet werden. Die Öffnungsabschnitte 15 können rechteckige
Löcher
aufweisen. Es ist jedoch anzumerken, dass das Vorhandensein eines
nicht offenen Abschnittes großer
Fläche
Anlass gibt zu einer Ungleichmäßigkeit
beim Ätzen
unterhalb eines derartigen Abschnittes.
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Es ist ferner bevorzugt, wenn ein
Offenflächenverhältnis, bei
dem es sich um ein Verhältnis
der Öffnungsabschnitte 15 in
Bezug auf die Gesamtfläche
der Platte 14 handelt, etwa 5 bis 40 % beträgt. Wenn
das Offenflächenverhältnis kleiner
ist als 5 %, wird ein Gas, das zum Ätzen von Silicium erforderlich ist,
nicht hinreichend zugeführt,
und eine Reste bildende Rate wird reduziert, was wiederum die Bildung der
Texturen verlangsamt. Im Gegensatz hierzu, wenn das Offenflächenverhältnis größer ist
als 40 %, ist der Effekt des Einfanges von Resten, die während des Ätzens erzeugt
werden und aus Siliciumverbindungen bestehen, in einem Raum zwischen
der Platte 14 und dem Substrat 1 verringert, und
demzufolge verringert sich die Wirkung des Bildens der Reste.
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Es ist bevorzugt, das Ätzen durchzuführen, während eine
Distanz D zwischen der Platte 14 und dem Siliciumsubstrat 1 auf
einem Wert von 5 mm bis 30 mm gehalten wird. Wenn eine Anordnung
auf diese Art und Weise erfolgt, lässt sich ein Effekt erzielen, dass
Siliciumverbindungen, die während
des Ätzens erzeugt
werden und verdampfen, sich innerhalb eines Raumes zwischen dem
Siliciumsubstrat 1 und der Platte 14 fangen, was
es für
die Reste, die hauptsächlich
aus Silicium zusammengesetzt sind, leichter macht, an dem Siliciumsubstrat 1 erzeugt
zu werden. Demzufolge kann nicht nur die Erzeugung von Resten sondern
auch die Bildung der Texturen 2 gleichzeitig unterstützt werden.
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Wenn die Distanz D zwischen der Platte 14 und
dem Siliciumsubstrat 1 kleiner ist als 5 mm, werden die Öffnungsabschnitte 15 in
der Platte 14 als ein Muster auf die Oberfläche des
Siliciumsubstrates 1 übertragen,
wenn die Texturen gebildet werden, wodurch eine Ungleichmäßigkeit
auf der Oberfläche verbleibt.
Wenn im Gegensatz hierzu die Distanz D größer ist als 30 mm, ist die
Wirkung des Erzeugens von Resten auf schnellere Art und Weise zur
Unterstützung
der Bildung der Texturen verringert. Obgleich das Ätzen stattfindet,
werden die Texturen demzufolge nicht leicht gebildet.
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Als ein Verfahren zum Aufrechterhalten
der Distanz D zwischen der Platte 14 und dem Siliciumsubstrat 1,
wie es in 4 gezeigt
ist, besteht ein einfaches Verfahren darin, eine Distanz aufrechtzuerhalten,
indem an der Platte 14 ein Seitenwandabschnitt 16 vorgesehen
wird.
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In einem Fall, bei dem eine Ätzfläche größer ist
als 1 m2, wird die Platte 14 mit
einer großen
Fläche hergestellt,
die Platte 14 biegt sich jedoch auf Grund ihres eigenen
Gewichtes. Ferner kann sich die Platte 14 auf Grund ihres
eigenen Gewichtes noch weiter deformieren, da das zum Ätzen verwendete
Plasma die Platte 14 erwärmt. Je größer die Fläche des Siliciumsubstrates 1 ist,
desto schwieriger wird es daher, eine Distanz zwischen dem Siliciumsubstrat 1 und der
Platte 14 exakt zu steuern bzw. zu kontrollieren. In einem
derartigen Fall besteht eine wirksame Gegenmaßnahme darin, die Steifigkeit
zu erhöhen,
indem die Dicke der Platte 14 vergrößert wird, oder die Höhe des Seitenwandabschnittes 16 zu
vergrößern. Ein
Verfahren zum Reduzieren der Dicke und somit des Gewichtes der Platte 14 in
der Mitte ist ebenfalls wirksam. In diesem Fall kann die Dicke der
Platte 14 in Relation zu der Festigkeit, den Materialkosten,
den Ätzzuständen etc.
eingestellt werden.
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Die Platte 14 wird entweder
aus Aluminium oder aus Glas hergestellt.
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Wenn man die Leichtigkeit des Herstellens berücksichtigt,
ist als ein Material der Platte 14 ein Metall bevorzugt.
Insbesondere ist es bevorzugt, Metall zu verwenden, wenn eine Ätzfläche groß ist, da Glas
so spröde
ist, dass es leicht bricht. Material auf der Grundlage von nichtrostendem
Stahl bzw. Mate rial ("stainless") oder dergleichen
ist jedoch nicht geeignet, da es korrodiert, wenn es einem Gas ausgesetzt
wird, das zum Ätzen
von Silicium verwendet wird.
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Die Platte 14 erzeugt Wärme, da
sie während
des Ätzens
dem Plasma ausgesetzt ist. Obgleich das Maß des Anstiegs der Temperatur
in starkem Maße
mit den Zuständen
variiert, und zwar auf Grund der Abfolge, dass die Temperatur der
Platte 14 im Plasma ansteigt, die Platte 14 dann
ruhen kann, bis sie auf die Normaltemperatur abgekühlt ist,
und zwar sobald die Texturen gebildet sind, und das Substrat dann
in die Atmosphäre
herausgenommen wird, ist ein Material, das einer Temperaturdifferenz
widerstehen kann, für
die Platte 14 bevorzugt.
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Unter Berücksichtigung der Verarbeitungsperformance,
derart, dass verschiedene Arten von Verarbeitung auf der Platte 14 möglich sind,
und eines kleinen Eigengewichtes, das notwendig ist, um eine Verzerrung
bzw. Biegung der Platte 14 zu reduzieren, als auch einen
Korrosionswiderstand gegenüber
Gas, das zum Ätzen
verwendet wird, ist es bei der Erfindung insbesondere bevorzugt,
eine Platte 14 zu verwenden, die aus Aluminium hergestellt
ist.
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Beispielhaft wurde ein Siliciumsubstrat
als ein zu ätzendes
Substrat erläutert.
Anwendungen der Erfindung sind jedoch nicht auf ein Siliciumsubstrat begrenzt,
und die Erfindung kann auf ein Substrat oder eine Lage angewendet
werden, die aus Glas, Kunststoffkeramik etc. hergestellt ist.
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<Form A, die für Platte charakteristisch ist>
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Übrigens
besteht einer der Faktoren zur Bildung der Texturen mittels des
Trockenätzens
unter Verwendung eines Plasmas darin, positive Ladung tragende Ionen,
die von dem Plasma erzeugt werden, mittels eines elektrischen Feldes
zu beschleunigen, so dass sie auf die Oberfläche eines Substrates in senkrechter
Richtung auftreffen.
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Insbesondere werden in dem Fall einer
großen
Vorrichtung mit einer Ätzfläche von
mehr als 1 m2 die Texturen in einem zentralen
Abschnitt schneller gebildet und in dem Umfangsabschnitt langsamer. Unabhängig von
der Tatsache, dass die Texturen in dem Umfangsabschnitt langsamer
gebildet werden, ist die Menge bzw. Quantität des Ätzens in dem Umfangsabschnitt
größer oder
nahezu gleich jener in dem mittleren Abschnitt. Dies deckt auf,
dass dem Umfangsabschnitt hinreichend Gas zum Ätzen des Substrates zugeführt wird;
die Wirkung von Ionen, die auf das Substrat auftreffen, und zwar
auf Grund des Wechselspiels des elektrischen Feldes und der Ionen,
ist jedoch kleiner als in dem zentralen Abschnitt. Man glaubt, dass
dies einer der Gründe
dafür ist, dass
ein Problem hervorgerufen wird, dass ein Ätzen zwar stattfindet, Texturen
innerhalb der Vorrichtung jedoch in dem Umfangsabschnitt der Ätzregion
nicht leicht gebildet werden.
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Ein weiterer Faktor beim Bilden der
Texturen ist eine Restbildungsrate. Die Bildung von Texturen lässt sich
beschleunigen durch das Beschleunigen der Bildung der Reste.
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Demzufolge glaubt man, dass das Problem, dass
die Bildung der Texturen in dem Umfangsabschnitt langsam erfolgt,
sich lösen
lässt durch
Beschleunigen der Bildung von Resten. Die Erfindung verwendet als
derartige Mittel ein Verfahren zum Steuern der Distanz D zwischen
der Platte 14 und dem Siliciumsubstrat 1. Wenn
die Distanz D zwischen der Platte 14 und dem Siliciumsubstrat 1 groß ist, ist
der Effekt des Einfangens von Siliciumresten, die während des Ätzens erzeugt
werden, in einem Raum zwischen der Platte 14 und dem Substrat 1 klein,
und demzufolge ist der Effekt der Unterstützung des Bildens von Resten
klein, was wiederum die Bildung der Texturen verlangsamt. Wenn im
Gegensatz hierzu die Distanz D klein ist, ist der Einfangeffekt
vergrößert, und
die Bildung von Resten wird unterstützt, was wiederum die Bildung
der Texturen beschleunigt.
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Mit anderen Worten wird beim Lösen des Problems,
das die Texturbildungsrate in dem Umfangsabschnitt langsam ist,
eine Struktur der Art geschaffen, dass die Distanz D zwischen der
Platte 14 und dem Siliciumsubstrat 1 in dem Umfangsabschnitt kleiner
ist als in dem zentralen bzw. mittleren Abschnitt der Platte 14.
Gemäß dieser
Struktur ist die Restbildungsrate in dem Umfangsabschnitt beschleunigt,
und die Texturbildungsrate in dem Umfangsabschnitt lässt sich
verbessern.
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Die 5 bis 7 sind Querschnitte der Platte 14 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung. Bezugsziffer 13 bezeichnet ein Tablett,
Bezugsziffer 1 bezeichnet ein Siliciumsubstrat, das auf
dem Tablett 13 angeordnet ist, und Bezugsziffer 14 bezeichnet die
Platte. Die Platte 14 ist mit einer Anzahl von Öffnungsabschnitten 15 versehen.
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Wie es in den 5 bis 7 gezeigt
ist, ist eine Struktur auf eine derartige Art und Weise geschaffen, dass
die Distanz D zwischen der Platte 14 und dem Siliciumsubstrat 1 in
dem Umfangsabschnitt kleiner ist bzw. kürzer ist als in dem mittleren
Abschnitt der Platte 14.
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Ein konkretes Verfahren zum Variieren
der Distanz D zwischen der Platte 14 und dem Siliciumsubstrat 1 besteht
beispielsweise, wie es in 5 gezeigt
ist, darin, an der Platte 14 gekrümmte Ebenen vorzusehen, und
die Platte 14 so anzuordnen, dass die Seite mit der konkaven
Ebene dem Siliciumsubstrat 1 gegenüberliegt. 6 zeigt eine Struktur, bei der lediglich
die innere Fläche
der Platte 14 insgesamt eine konkave Ebene bildet, und
zwar durch Vergrößern der
Dicke der Platte 14 im Bereich des Umfangsabschnittes,
und zwar gegenüber
der Dicke des zentralen Abschnittes. Eine Struktur, bei der die
innere Fläche
der Platte 14 einen Konus oder eine Pyramide bildet, ist
ebenfalls wirksam.
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Die innere Fläche der Platte 14 ist
nicht notwendigerweise als eine gekrümmte Ebene gebildet. Es ist
hinreichend, dass die gesamte innere Fläche eine konkave oder nahezu
konkave Ebene bildet. Wie es in 7 gezeigt
ist, kann eine konkave oder nahezu konkave Ebene eine stufenartige
Struktur mit einer Vielzahl von Ebenen besitzen.
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8 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
der Platte 14 der 7.
Die innere Fläche
der Platte 14 weist Ebenen auf, die mit Stufen E versehen
sind. Die Stufen E formen die innere Fläche bzw. Oberfläche insgesamt
in eine konkave oder nahezu konkave Ebene. Wie es in der vergrößerten Darstellung der 8 gezeigt ist, ist es bevorzugt,
die Stufenabschnitte E abzuschrägen,
um die Möglichkeit des
Auftretens einer nicht normalen Entladung zu verringern. Das Abschrägen kann
die Möglichkeit des
Auftretens einer nicht normalen Entladung reduzieren, die durch
Vorsprünge
induziert werden könnte,
die an den Stufen ausgebildet sind.
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Die äußere Fläche (jene Fläche, die
dem Substrat nicht gegenüberliegt)
der Platte 14 kann eine gekrümmte Ebene sein, wie es in 5 gezeigt ist, oder eine
flache Fläche,
wie es in den 6 und 7 gezeigt ist. Alternativ
hierzu kann die Fläche
eine stufenartige Struktur ähnlich
wie die innere Fläche der 7 bilden.
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Ferner kann eine Struktur vorgesehen
sein, wie sie in 9 gezeigt
ist, und zwar als eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei
eine Vielzahl von Siliciumsubstraten 1 vorbereitet werden,
und die Siliciumsubstrate 1 werden in dem Umfangsabschnitt näher an der
Platte 14 angeordnet als in dem zentralen Abschnitt der
Platte 14, so dass die Anordnungsfläche für das Siliciumsubstrat 1 insgesamt
eine konkave oder nahezu konkave Ebene bildet. Diese Struktur lässt sich
erzielen durch das Anordnen eines Kissens 19 oder dergleichen
zwischen den Siliciumsubstraten 1 und einem Tablett 13 in
dem Umfangsabschnitt, wodurch die Siliciumsubstrate 1 angehoben
werden. Ein Material des Kissens 19 ist nicht besonders
eingeschränkt;
ein Material, das keine volatilen Substanzen beinhaltet, ist jedoch
bevorzugt, da es in einer unter Vakuum stehenden Vorrichtung verwendet
wird. Ferner muss das Material wenigstens Temperaturen widerstehen
bis hoch zu der Temperatur, auf die es durch das Erwärmen mittels
des Plasmas angehoben wird.
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Um die Erfindung zu implementieren,
ist es effektiv, eine Struktur der Art zu schaffen, dass die Anordnungsfläche des
Tabletts 13 für
die Siliciumsubstrate 1 insgesamt eine konkave Ebene bildet, anstelle
des Bereitstellens der Kissen 19, so dass die Dicke des
Tabletts 13 in dem Umfangsabschnitt dicker ist als in dem
zentralen Abschnitt. Die konkave Ebene des Tabletts 13 kann
gebildet werden, indem die Oberfläche des Tabletts 13 als
eine gekrümmte Ebene
bereitgestellt wird, oder indem das Tablett 13 mit einer
stufenartigen Struktur gebildet wird, mit einer Vielzahl von Ebenen.
In einem Fall, bei dem das Tablett 13 eine stufenartige
Struktur bildet, ist es bevorzugt, die Stufenabschnitte abzuschrägen, wie
es in 8 gezeigt ist,
um die Möglichkeit
des Auftretens einer nicht normalen Entladung zu verringern. Die
Abschrägung
kann die Möglichkeit
des Auftretens einer nicht normalen Entladung verringern, die durch
Vorsprünge
induziert werden könnte,
die an den Stufen gebildet sind.
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Ferner, wie es in 10 gezeigt ist, ist es wirksam, einen
Stützkörper 17 zwischen
der Platte 14 und dem Tablett 13 vorzusehen. Der
Stützkörper 17 kann
entweder an der Platte 14 oder an dem Tablett 13 befestigt
sein, oder kann an keinem dieser beiden Elemente befestigt sein.
Es ist bevorzugt, wenn der Stützkörper 17 eine
einfache Struktur mit der kleinstmöglichen Oberfläche besitzt,
um die Möglichkeit
des Auftretens einer nicht normalen Entladung während des Ätzens zu verringern. Es ist
bevorzugt, wenn der Stützkörper 17 eine
zylindrische Struktur besitzt, um ein Beispiel zu nennen.
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<Form B, die für Platte charakteristisch ist>
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11 ist
eine Ansicht der Platte 14 gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung von unten. 12 ist
eine Querschnittsansicht, die die Platte 14 zeigt, die
im Inneren der Trockenätzvorrichtung
vorgesehen ist.
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An der Platte 14 sind an
der dem Substrat 1 gegenüberliegenden Fläche vorstehende
Wände 16, 20 vorgesehen.
Diese Anordnung gewährleistet
einen Raum oberhalb des Substrates 1, der von der Platte 14 und
den vorstehenden Wänden 16, 20 umgeben
ist.
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Der oben erwähnte Seitenwandabschnitt 16, der
um die Kante der Platte 14 herum gebildet ist, wird hier
als "vorstehende
Wand 16" bezeichnet,
da er als eine vorstehende Wand der Erfindung funktioniert. Die
vorstehende Wand kann lediglich aus der vorstehenden Wand 16 bestehen,
die in dem Umfangsabschnitt der Platte 14 gebildet ist.
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Durch Festlegen bzw. Sicherstellen
eines Raumes oberhalb des Substrates 1 auf diese Art und Weise
kann eine Konzentration der Siliciumreste, die in dem Raum oberhalb
des Substrates 1 verbleiben, der von der Platte 14 und
den vorstehenden Wänden 16, 20 umgeben
ist, auf einem konstanten Pegel bleiben, selbst wenn die Substratfläche vergrößert ist, und
zwar unabhängig
von den Positionen und den Formen des Einlassports 18a,
der ein Gas in das Innere der Kammer 18 einführt, und
des Auslassports 18b. Demzufolge können die Reste homogen an der Oberfläche des
Substrates 1 anhaften, und die Homogenität beim Ätzen kann
demzufolge verbessert werden.
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Wie es in 11 gezeigt ist, können die vorstehenden Wände 16, 20 in
der Form eines Kreuzes gebildet sein, wenn die Platte 14 in
einer Ebene betrachtet wird bzw. in Draufsicht betrachtet wird.
Gemäß dieser
Anordnung wird die Region, in der die Ätzreste eingefangen werden,
auf ein Viertel der Gesamtregion verringert, was es ermöglicht,
die Homogenität
beim Ätzen
weiter zu verbessern.
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Es ist bevorzugt, das Siliciumsubstrat 1,
das zu ätzen
ist, nicht zwischen dem unteren Endabschnitt 21 der vorstehenden
wand 20 und der Elektrode 9 anzuordnen. Dies liegt daran,
dass ein Problem auftritt, wenn das Siliciumsubstrat 1 in
direkten Kontakt zu der vorstehenden Wand 20 oder zu nahe
hieran gerät,
so dass das Substrat 1 in einer solchen Region nicht geätzt wird.
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Wie es in
12 gezeigt ist, ist es bevorzugt, wenn
der untere Endabschnitt
21 der vorstehenden Wand
20 an
der Elektro
de 9 oder dem Tablett
13 anstößt. Diese
Anordnung kann eine nicht normale Entladung zwischen dem unteren
Endabschnitt
21 der vorstehenden Wand
20 und der
Elektrode
9 verhindern.
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Die vorstehenden Wände 16, 20,
zusammen mit dem Seitenwandabschnitt 16, der entlang des Umfangs
bzw. der Peripherie der Platte 14 vorgesehen ist, dienen
auch dazu, die Distanz D zwischen der Platte 14 und dem
Substrat 1 aufrechtzuerhalten. Insbesondere dann, wenn
eine große
Anzahl von Siliciumsubstraten 1 zu ätzen ist und die Platte 14 mit einer
großen
Fläche
benötigt
wird, verwindet sich die Platte 14 auf Grund ihres Eigengewichtes.
In diesem Fall ist das Vorhandensein der vor stehende Wände 16, 20 wirksam,
um das Verwinden bzw. Verwerfen der Platte 14 zu verhindern.
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Es versteht sich, dass die Erfindung
nicht auf die obigen Ausführungsformen
beschränkt
ist. Beispielsweise wurde als ein Beispiel eines Substrates, das
zu ätzen
ist, eine sperrige Massen-Silicium-Solarzelle angegeben ("bulk silicon solar
cell"); Anwendungen
der Erfindung sind jedoch nicht auf den Massen-Typ beschränkt, und
die Erfindung ist auf Dünnfilm-
und amorphe Silicium-Solarzellen anwendbar. Ein zu ätzendes
Substrat ist weder auf ein Siliciumsubstrat noch auf ein Solarzellensubstrat
eingeschränkt.
Die Erfindung kann auf verschiedene Art und Weise innerhalb des
Rahmens der Erfindung modifiziert werden.