JP2006294752A - 基板表面処理用の基板のキャリアホルダー - Google Patents

Abstract

【課題】 基板のエッチング工程、特に住宅用量産型太陽電池セルのシリコン基板のエッチングに関し、一面にテクスチャ形状、他面に平坦形状を形成するエッチング工程の簡略化を図る。
【解決手段】 一般に基板の表面処理は、基板の表・裏均等に行われるが、太陽電池セルの特性面からは、表面がテクスチャ形状、裏面が平坦な形状が望ましい。半導体基板を表面処理する際には発熱反応が起き、また表面処理時の反応速度が温度上昇により速くなり、反応の進捗により表面形状が変化する。本発明のキャリアホルダーによれば、表面処理時に半導体基板の片面に近接物を設けることにより、近接物がある面では反応熱が滞留し、他面では反応熱がエッチング液の対流により奪われるため、半導体基板の一面と他面の間に温度差が発生し、一面がテクスチャ形状で、他面が比較的平坦な形状の半導体基板を１回の処理で容易に形成でき、エッチングプロセスの簡略化が可能となる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、処理液による化学反応で基板の表面処理を行なう表面処理の技術に関し、より具体的には半導体製造プロセスにおける半導体基板表面の表面処理の技術に関し、さらに詳しくはエッチングによる半導体基板表面処理に使用する基板のキャリアホルダーに関する。

近年、エネルギー資源の枯渇の問題や大気中のＣＯ₂の増加のような地球環境問題などからクリーンなエネルギーの開発が望まれており、特に太陽電池を用いた太陽光発電が新しいエネルギー源として開発、実用化され、発展の道を歩んでいる。中でも結晶シリコン基板を用いた太陽電池が最も多く量産され普及している。
太陽電池などの半導体素子において、その表面処理はスライスダメージ層の除去等基板表面の品質確保あるいは表面形状形成の点で重要な要素であり、処理の方法としては気相や液相における化学反応が利用されることが多い。特に太陽電池の分野では、エッチング等の表面処理が、スライスされた半導体基板表面のダメージ層の除去、受光面テクスチャ形状の形成において用いられる。

従来技術について図９および図１０を用いて説明する。図９に示すように半導体基板１はキャリアホルダー６２に入れられ、キャリアホルダー６２ごとエッチング槽３内のエッチング液４に浸される。図１０は図９の６ａ―６ｂの断面図を示す。半導体基板１はキャリアホルダー６２に等間隔に設けられた溝６２ｃに挿入され、ほほ等間隔に保持される。この半導体基板１を積載したキャリアホルダー６２はそのままエッチング槽３内に入れられ、半導体基板表面１のエッチングが行われる。一般に量産性などの観点からこのようなバッチ処理が行われ、この方法では半導体基板両面に均等にエッチング処理が施される。

特に、太陽電池セルを考えた場合、受光面側は微小ピラミッド型などのテクスチャ形状であり、裏面はフラット形状であることが好ましい。この理由は、受光面側は、太陽電池セルへの入射光を有効利用するために、光の反射を抑え太陽光を反射なく吸収するためのテクスチャ構造が必要である。これに対して、裏面側は、表面積を減らすことによる表面再結合の減少、裏面電極との接触抵抗の低減、裏面電極の２次元的な長さの減少による裏面電極自身の面内方向の抵抗低減、ｐ＋層の均一性向上による裏面電界効果の改善などの効果があるため、太陽電池特性向上の観点からフラット構造であることが好ましい。

受光面側のみテクスチャを形成し裏面をフラット形状とするため、片面だけに表面処理を施す方法として、ＳｉＯ２やＴｉＯ２といった酸化膜でマスキングをした後に表面エッチング処理を行うといった方法が特公平４−４６４６７号公報に開示されている。しかし、この場合、プロセスが煩雑になり生産コスト高を招くため、住宅用太陽電池セルプロセスには用いられていない。

そこで、特開平１０−３０３４４３にはキャリアホルダーの１つの溝に半導体基板２枚を同時に挿入することで半導体基板の片面どうしを密着させ、密着面へのエッチング液の進入を抑制することでエッチング反応を抑制し凹凸がほとんど形成されないという半導体基板表面エッチング方法が開示されている。この方法によれば、エッチングプロセスがより簡単になり、太陽電池の低コスト化が可能になるというものである。
特公平４−４６４６７号公報 特開平１０−３０３４４３号公報

しかしながら、特許文献２の半導体基板表面のエッチング方法では、完全な平面ではない基板を密着させるため、基板に応力がかかり割れ欠けの原因となる。割れ欠けが発生しなかった場合でも、基板間へのエッチング液の侵入を避けることはできず、幾らかのエッチングは行われる。また、ほぼ密着した基板間に侵入したエッチング液を洗浄工程において、そのままの状態でエッチング液を除去することは非常に困難であり、洗浄工程が煩雑になるといった問題がある。さらに、一般的にスライスしたままの状態の半導体基板はその表面にスライス時に生じるダメージ層を持っており、太陽電池などの半導体デバイスを作製する際には、特性面からこのダメージ層の除去が必要である。しかしながら、スライスしたままの状態の半導体基板に対して、この方法でエッチングを行った場合、半導体基板のフラットになる側ではエッチングが行われないので、ダメージ層を取り除くためにもう１つ工程が必要となる。

以上の理由により、特に低コスト化が必要とされる住宅用等の量産型太陽電池セル用のシリコン基板をエッチングする際に、一回の処理で片面にテクスチャを形成し、もう片面は平坦とするような簡便なエッチング方法が望まれていた。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、シリコン基板表面をエッチングする工程において、片面にテクスチャを形成し、もう一面を凹凸の少ない平坦形状とすることを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、処理液によって基板を表面処理する表面処理装置の前記基板のキャリアホルダーであって、板状物に対して、前記基板の一方の面のみが近接するように前記基板を前記板状物から所定間隔離れた位置に配置する基板のキャリアホルダーとした。

基板を表面処理する際には、基板表面をエッチングする化学反応が起きている。その化学反応が発熱反応、吸熱反応の何れであっても基板の一方の面のみに板状物が近接している場合には、基板の表面と裏面で熱の滞留・放熱の状態に差が生じるため、基板の表面と裏面に温度差が生じる。一般に化学反応の反応速度は温度によって異なるため、前記の構造により基板の表面と裏面の反応速度に差が生じることとなる。反応が進むことにより表面形状が変化していく場合、反応速度の違いにより、表面形状に違いが生じる。

一般に、半導体のエッチングによる化学反応は発熱反応であり、液相処理の場合、基板表面付近での温度が上昇し、その結果、液温を上昇させる。

本発明の構成によれば、前記発熱反応を利用することにより、表面処理のバッチ処理において半導体基板の一方の面が板状物に近接するよう配置されているため反応熱が溜まり、温度が上昇する。他方の面では一方の面に較べて反応熱がエッチング液の対流で奪われるため、一方の面と較べ温度が低くなり、両者の間に温度差が生じる。温度が上昇した側の面である半導体基板の一方の面はエッチング反応が加速され、テクスチャエッチングにおけるオーバーエッチングの状態、すなわち、比較的平坦な面が形成される。温度が低い側の面である半導体基板の他方の面は、板状物に近接するよう配置されている半導体基板の一方の面のエッチング速度と比較してエッチング速度が遅いため、所望のエッチング形状が形成される。すなわち、１回の表面処理で板状物に近接するよう配置されている半導体基板の一方の面を凹凸の少ない平坦形状に形成し、他方の面にテクスチャを形成することが可能となる。この基板表面処理装置は表面処理時の反応の進行度合いにより基板の表面状態が変わる事を利用しているので、基板の両面がある程度エッチングされるため、スライスしたままの状態の半導体基板に対してエッチングを行った場合でも、基板両面のダメージ層除去を前記エッチング処理と同時に行うことが可能である。

また、本発明では、前記板状物は、前記キャリアホルダーを所定間隔で仕切る仕切り板とした。

この構成によれば、前記仕切り板をキャリアホルダーの一部とすることにより、板状物として他の部材が必要で無くなり、構造をより簡易にすることができる。

また、本発明では、前記キャリアホルダーは、前記基板を保持する保持部を有し、前記仕切り板の近傍に前記保持部を設けた構造とした。

この構成によれば、基板をキャリアホルダーに搭載するだけで基板の一方の面とキャリアホルダーの仕切り板を近接させることができる。

また、本発明では、前記板状物は隣り合って配置される基板とした。

この構成によれば、２枚の基板を近接することにより、前記基板のぞれぞれが他方の基板に対する前記板状物となる。すなわち、近接する２枚の基板のうち、一方に対して他方の基板が近接する板状物となり、前記他方の基板に対しては前記一方の基板が近接する板状物となる。

また、本発明では、前記キャリアホルダーは前記基板を保持する保持部を有し、前記隣り合って配置される基板が２枚ずつ近接する関係となる位置に前記保持部を設けた構造とした。

この構成によれば、キャリアホルダーに搭載できる基板枚数がさらに増し、一度のバッチで処理できる基板枚数が増えるため、工程のスループットが向上する。

また、本発明では、板状物に対して、前記基板の一方の面のみが近接する所定間隔を０．０３から１．０ｍｍとした。
この構成によれば、前記近接する所定間隔を０．０３から１．０ｍｍと小さくすることにより、基板の表面と裏面で熱の滞留・放熱の状態に差が生じるため、基板の表面と裏面に温度差が生じる。一般に化学反応の反応速度は温度によって異なるため、前記の構造により基板の表面と裏面の反応速度に差が生じることとなる。反応が進むことにより表面形状が変化していく場合、反応速度の違いにより、表面形状に違いが生じる。

半導体基板の場合、基板の近接した側ではエッチング時に反応熱が溜まり、反応部温度が上昇し、他方の面より反応速度を速めることができる。そのため、前記の理由により、１回の表面処理で板状物に近接するよう配置されている半導体基板の一方の面と、他方の面に異なった表面形状を形成することができる。

また、本発明では、前記基板は太陽電池用の半導体基板であり、前記板状物に近接した半導体基板面を受光面とは反対の裏面とした。

この構成によれば、太陽電池基板の受光面を凹凸の大きなテクスチャ形状とし、他面を平坦な形状とすることができるため、太陽電池用の半導体基板として好適な形状の基板を得ることができる。

また、前記キャリアホルダーに基板を搭載し、処理液に浸漬して、前記処理液で前記基板の表面処理をする表面処理方法によって、板状物に対して、前記基板の一方の面のみが近接するように前記基板を前記板状物から所定間隔離れた位置に配置し、表面処理することができるため、前記基板の一面と他面に異なった表面形状を形成することが可能となる。

本発明によれば、１回の表面処理プロセスで選択的に基板の表・裏に異なる表面処理形態を提供することが出来る。特に太陽電池セル作製工程中の半導体基板表面エッチング工程において１回のエッチングで表面をテクスチャ構造、裏面を凹凸の小さい略平坦な形状とすることが出来る。

裏面がテクスチャ構造の場合、表面再結合や電極抵抗や裏面電界効果などの観点から太陽電池セルの特性に悪影響を与えるため、両面ともテクスチャ構造で作製した太陽電池セルと比較して、本発明の方法により作製した太陽電池セルは電流電圧特性を改善することが出来る。また、保護膜などによるマスキングを用いて片面のみエッチングする方法に比べると、プロセスが簡略化されコストを低減することが可能となる。また、アズスライスの基板に対してエッチングを行う場合、基板両面がある程度エッチングされるため、スライスによるダメージ層の除去も両面同時に行うことができ、ダメージ層の除去工程が別途必要となる方法に比べてもプロセスが簡略化することが可能である。

本発明のキャリアホルダーに搭載される基板として、単結晶シリコン、多結晶シリコン等の半導体基板が挙げられる。

本実施の形態においては、住宅用太陽光発電システムとして最も普及しており、より一層の低コスト化が望まれる太陽電池用の多結晶シリコン基板を用いた。前記多結晶シリコン基板は、通常、Ｎ型あるいはＰ型の極性を有しているが、どちらの極性を有していてもよい。シリコン基板において、Ｐ型を与える不純物としては、ホウ素のようなＩＩＩ族元素又はその化合物が挙げられ、Ｎ型を与える不純物としては、リン、砒素等のＶ族元素が挙げられる。シリコン基板にＰ型又はＮ型の極性を与えるためにドーピングされた基板の不純物濃度は、不純物の種類によっても異なるが、１０^１３〜１０^１８／ｃｍ^３であることが好ましい。

表面処理の方法は、反応速度が温度上昇に伴って変化し、反応の経過に伴い表面形状が変わるような工程であればどのようなエッチング方法を用いても良い。好ましくは、上記の反応速度が温度上昇に伴って速くなり、反応に伴い表面形状が変化するという特徴が顕著であるフッ酸・硝酸の混酸でのエッチングが好ましい。

また、本実施の形態においてはシリコン太陽電池基板の表面エッチングプロセスに関して記述するが、他の適用用途、例えば薄型ディスプレイに使用するガラス基板、鉄板、プラスチック板、セラミック基板など板状のもので、液体を用い、この液体との熱反応の進行でエッチングにより表面と裏面とを異なる表面処理加工したい場合に適用可能である。

本発明に係るエッチングプロセスの概略に関し図を基に説明する。図１は本発明の実施例１に係る基板表面処理装置の概略図である。アズスライス状態の多結晶シリコン基板２１は、エッチング液４である混酸水溶液の入ったエッチング槽３に投入され、エッチングされる。一般的に、大量生産にて自動搬送装置を用いる場合は、アズスライス状態の多結晶シリコン基板２１をキャリアホルダー２２に複数枚保持させ、キャリアホルダー２２ごとエッチング槽３に投入してエッチングするバッチ処理が行われる。図１においてエッチングされる多結晶シリコン基板の両平面が鉛直方向と略平行になるようにキャリアホルダーをエッチング槽内に設置したが、図８に示すように多結晶シリコン基板の両平面２１ａ，２１ｂが鉛直方向と略垂直になるようにキャリアホルダーを設置しても良いし、前記多結晶基板の両平面２１ａ，２１ｂが鉛直方向となす角度を任意の角度になるように設置しても良い。

キャリアホルダー２２の材質は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）としたが、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ，ＦＥＰ等のフッ素樹脂やポリプロピレン、ポリエチレン等の合成樹脂材料を用いても良い。エッチング終了後、エッチング槽３からエッチングされた多結晶シリコン基板２１が取り出され、水洗、乾燥が行われる。

図２は図１に示すキャリアホルダー２２の１１ａ−１１ｂまたは１１ｅ−１１ｆの断面図を示しており、図３は図１、１１ｃ−１１ｄの断面図を示している。図４はキャリアホルダーの側面図、図５はキャリアホルダーの底面図である。図２から図５に示すようにキャリアホルダーの上部は開口し、基板を挿入できる構造となっている。図示する様にキャリアホルダーの側面、底面は基板の保持部以外の基板周囲は開口しており、開口部２２ｉを設けることによりエッチング液が半導体基板の狭い隙間に入り込み易い構造となっている。キャリアホルダーの構造はこの構造に限るものではない。基板保持部の形状、開口部の形状はどのようなものでも良く、基板保持部の個数に制限はなく基板を保持できる構造であれば良い。基板周辺の上面，側面あるいは底面の開口部は大きいほど、エッチング液の進入が均等になり好ましい。但し、基板の保持部が多いほど、また、基板と保持部の接触面積が多いほど基板の固定位置制度が向上するといった利点がある。本実施例においては、図２から図５に示すように１枚の基板について４箇所に基板保持用の溝２２ｃを設けた。

キャリアホルダー２２には、多結晶シリコン基板２１を各々収める収容空間を区分けするための板状物からなる仕切板２２ｆを複数設けてある。仕切板２２ｆの多結晶シリコン基板２１と対向する面２２ａの大きさは、多結晶シリコン基板２１の保持部である溝２２ｃの部分を除いて多結晶シリコン基板２１より大きいことが望ましく、厚さには特に制限はない。また、キャリアホルダー２２には多結晶シリコン基板２１を後述する所定位置に保持するように溝２２ｃが複数設けてある。溝２２ｃは、キャリアホルダー２２内に保持された多結晶シリコン基板２１の一面２１ａと前記キャリアホルダー２２の仕切板２２ｆの一面２２ａが所定間隔をもって近接する位置となるように仕切板２２ｆの一面２２ａ寄りに設ける構造とした。すなわち、仕切板２２ｆで区分けされた多結晶シリコン基板２１の収容空間において、溝２２ｃは、所定間隔で設けた仕切板２２ｆの間にあって、どちらか一方の仕切板２２ｆに片寄るように設けている。これにより、溝２２ｃに収容された多結晶基板２１の一面２１aと対向する仕切板２２ｆの一面２２ａと、多結晶シリコン基板２１の他面２１ｂと対向する仕切板２２ｆの他面２２ｂとの間隔はそれぞれ異なるようになっている。このようなキャリアホルダー２２の構造により、エッチング反応時に多結晶シリコン基板２１の一面２１ａとキャリアホルダーの仕切板の一面２２ａ間は間隔が狭く、エッチング液４の対流による反応熱の除去が十分になされないため、反応部温度が上がり、反応が加速され比較的平坦な面が形成される。これに対し、多結晶シリコン基板２１の他面２１ｂは、対向するキャリアホルダーの仕切板２２ｆの他面２２ｂと離れており、エッチング液４の対流により反応熱が十分に除去されるため、反応部温度が上昇することなく、エッチングによりテクスチャ形状が形成される。

以上のように、キャリアホルダー２２の仕切板２２ｆに対して多結晶シリコン基板２１の一面２１aを他面２１bに較べて近接させた状態に配置し、キャリアホルダー２２をエッチング槽３に投入し、多結晶シリコン基板２１の表面をエッチングすることができるので、多結晶シリコン基板２１同士を密着させずとも多結晶シリコン基板２１の片面にテクスチャを形成し、もう片面を平坦とする表面処理が行なえ、かつダメージ層の除去も同時に行える。さらに、多結晶シリコン基板２１同士を密着させないのでキャリアホルダーに収容することで生じる破損を防止しつつ、後のエッチング液の洗浄も容易に行なうことができる。

更に詳細に上記について説明する。

上記プロセスにおいて、半導体基板として、外形１２６ｍｍ×１２６ｍｍ、厚さ３００ミクロンのＰ型多結晶シリコン基板を使用した。シリコン基板サイズとセル特性は直接関係ないので、どのような形状あるいはサイズを用いてもよいが、シリコン基板の厚さはエッチング後に太陽電池基板として所望の機能を有する点と機械的強度の点を考慮して決定される。

エッチング液４は、フッ酸、硝酸の混合水溶液を用いる。硝酸のような酸化力を持つ酸として、硫酸、過酸化水素水等があげられ、酸化力を持つ酸と酸化膜をエッチングするフッ酸の組み合わせであり、反応速度は温度上昇に伴って速くなり、反応の経過に伴い表面形状が変わるような組み合わせであれば、フッ酸、硝酸の組み合わせに限らず、どのような混酸を用いてもよく、また酢酸等が添加されていてもよい。ここで用いられる混酸の濃度は、水に対して、酸の割合が３０％としたが、温度、エッチング速度、所望の表面状態等の条件によって５〜５０％の濃度の範囲内で用いられる。フッ酸と硝酸の混合比は、５０％濃度のフッ酸と６０％濃度の硝酸を用い、フッ酸：硝酸＝３：１とした。温度、エッチング速度、所望の表面状態等の条件により設定することができ、またフッ酸と硝酸の混合比は、所望の表面状態等の条件によりフッ酸：硝酸＝３：１〜１：２０の範囲内で調整される。ただし、酸による化学エッチングが進行し、テクスチャ形状が形成できる条件であればこの限りではない。本実施例ではエッチング液４の温度は、６℃とした。エッチング液４の温度は、どの条件の混酸にも必ず含まれるフッ酸が、常温常圧で気体であるフッ化水素を水に溶かした水溶液であるため、常温以下である必要があり、エッチングする際の混酸溶液の温度は０〜３０℃であることが好ましい。また、本実施例では、エッチング時間を４分とした。エッチングに要する時間は、混酸溶液の濃度、温度、アズスライス状態の多結晶シリコン基板２１の厚さと所望の厚さ及び所望する表面状態によって決まるが、概ね０．５〜３０分の範囲である。エッチング液の温度コントロールは常時行うが、エッチング液の攪拌は、エッチング処理中は行わず、基板を浸漬していない時に行う。エッチング処理中にエッチング液を攪拌すると平坦面形成側の熱の滞留が悪くなり、本発明の効果が現れ難くなるためである。

ここで、多結晶シリコン基板２１のエッチング量は、テクスチャ面を形成する側においてはスライスダメージ層が除去され、かつ表面に光閉じ込め効果を有する凹凸が形成されなくてはならないので、２ミクロン以上１０ミクロン以下であり、平坦な面を形成する側では混酸溶液でのエッチングでは反応が進むほどテクスチャ構造から平坦構造になっていくので、反応後の基板の厚さが太陽電池基板として所望の機能を有する点と機械的強度の点を考慮して決定される範囲内のエッチング量であればよい。本実施例ではテクスチャ形成面のエッチング量を５μｍに設定した。

次に本発明における多結晶シリコン基板２１を収納するキャリアホルダー２２について説明する。

図２は前記のように多結晶シリコン基板２１をキャリアホルダー２２に収納した断面図を示す。多結晶シリコン基板２１を収納するための溝２２ｃの幅は１枚の多結晶シリコン基板２１の厚さ３００ミクロンと基板の反りを考慮し、０．６ｍｍとした。また、溝２２ｃの深さは３ｍｍとしたが、多結晶シリコン基板が保持できる程度の深さであれば良い。本実施例においては多結晶シリコン基板の保持部を溝としたが、これに限るものではなく間歇的に保持部を設け複数点で基板を保持する構造としても良い。キャリアホルダー２２の仕切板２２ｆの一面２２ａと多結晶シリコン基板の一面２１ａとの距離を決める第一間隔部２２ｄの幅は０．２ｍｍとした。この構造により多結晶シリコン基板の一面２１ａとキャリアホルダー２２の仕切板２２ｆの一面２２ａの距離は０．２〜０．５ｍｍの範囲となる。前記距離は、０．０３ｍｍから１．０ｍｍの範囲であれば、本発明の効果が生じるが、エッチング液の濃度、温度、所望の表面状態によって選択する必要がある。前記所定間隔は、基板が平滑で反りがなく、かつ反応溶液により揺動されない場合、０．０３mmまで狭めることができる。本実施例においては、前記第一間隔部２２ｄの幅を０．２ｍｍとした。キャリアホルダー２２の仕切板２２ｆと近接しない側の多結晶シリコン基板の他面２１ｂと対向するキャリアホルダー面２２ｂとの間隔を決める第二間隔部２２ｅの幅は３．０ｍｍとした。この構造により多結晶シリコン基板の他面２１ｂと対向するキャリアホルダー２２の他面２２ｂの距離は３．０〜３．３ｍｍの範囲となる。この間隔は反応熱がエッチング液の対流により十分除去されることと反応の均一性を考慮して２ｍｍ以上であれば良く、２ｍｍ以上であれば反応表面形状に差は生じない。また、多結晶シリコン基板２１の他面２１ｂとキャリアホルダーの端部２２ｈの間隔を決める第３間隔部２２ｇの幅は３ｍｍとした。これらの最適値は混酸溶液の液温や容量、反応熱量に依存するため、その条件に合わせて調整する必要がある。

上記のように多結晶シリコン基板２１をキャリアホルダー２２に収納するだけで、多結晶シリコン基板２１の一面２１ａとキャリアホルダーの仕切板２２ｆの一面２２ａが近接しているため、エッチング時の反応熱がエッチング液４の対流では十分に除去されず熱が溜まり、エッチング反応が加速され、テクスチャエッチングにおけるオーバーエッチングの状態、すなわち、比較的平坦な面が形成される。多結晶シリコン基板２１の他面２１ｂでは、対向するキャリアホルダー２２の仕切板２２ｆの他面２２ｂとが離れているため、反応熱がエッチング液の対流により取り除かれるので、通常のテクスチャ面が形成される。このようにして処理された多結晶シリコン基板２１は片面がテクスチャ面で、もう片面が比較的平坦な面となっている。従来、この構造を作製するためには、まず、アズスライス状態の多結晶シリコン基板から両面ともエッチングしてスライスによるダメージ層を除去し、その後、このエッチングにより形成されたテクスチャを残す面を酸化膜などでマスキングし、裏面の比較的平坦な面を作成するために再度エッチングを行った後に、マスキングを除去するという工程を行う必要があるが、本発明においては、一度のエッチング工程で完了しており、追加のエッチングなしで太陽電池セル用基板の作成が可能であり、コストダウンに寄与できる。また、前記のように太陽電池セルの特性面を考えた場合、表面再結合、電極抵抗や裏面電界効果などの観点から理想的にはテクスチャは受光面のみで、裏面はフラットであることが好ましいので、太陽電池セルの特性改善に寄与する。さらに、多結晶シリコン基板２１のテクスチャ面を形成しない面同士を密着させてエッチングする方法に較べても、スライスによるダメージ層の除去も同時に行え、また多結晶シリコン基板２１同士を密着させないのでキャリアホルダーに収容することで生じる破損あるいは密着した基板を引き離す際の破損を防止できるとともに、後のエッチング液の洗浄も容易に行なえる。

本発明を利用し、多結晶シリコン基板を沸酸と硝酸の混酸溶液で片面をテクスチャに、もう片面を比較的平坦にエッチングしたものと、従来のように両面ともテクスチャ形状にエッチングにしたもの、双方を用いて従来の太陽電池プロセスにより太陽電池セルを作製した。多結晶シリコン基板表面のエッチングプロセスにおいてエッチング液の濃度・温度、エッチング時間等の条件は、同一とし、キャリアホルダーの形状のみを前記の形状に変更した。

本実施例で採用した従来の太陽電池作製プロセスについて、以下に簡単に説明する。

まず、Ｐ型多結晶シリコン基板をエッチング処理し、受光面側（図２における多結晶シリコン基板の他面２１b）に緻密な凹凸を形成する。裏面（図２における多結晶シリコン基板の一面２１ａ）は略平坦な面を形成する。この基板表面エッチング工程に本発明が適用される。

続いて、Ｐを含む液体を表面に塗布し、８００℃_〜９００℃の気相雰囲気中に６０分間前記基板を放置し、リンを浸透させて、Ｎ^＋層を形成する。

続いて、受光面側にＴｉＯ_２の反射防止膜８００Åを形成する。

続いて、裏面にＡｌペーストを印刷し、７５０℃で焼成することにより裏面の表面層にＰ＋層を形成する（ＢＳＦ処理）。

続いて、受光面、裏面の前記ＴｉＯ_２膜および前記Ａｌ印刷焼成面上に銀ペーストを印刷して７００℃で焼成し銀電極を形成してＢＳＦ型太陽電池が製造される。

表１は、従来の基板表面処理プロセスと本発明を適用した基板表面処理プロセスを用いてそれぞれ作製した太陽電池セル特性の測定結果を比較して示したものである。

本発明を適用した基板表面処理プロセスを用いた場合、従来と比較して、Ｖｏｃ、Ｉｓｃ、Ｆ．Ｆ．が共に改善し、セル特性が向上していることが分かる。

本発明のエッチング方法に使用される半導体基板として、多結晶シリコンを使用したが、単結晶シリコンを用いても良い。単結晶シリコンの場合、ＣＺ、ＭＣＺ、ＦＺ法等で作製されたいずれの基板でもよい。

シリコン基板の極性は、Ｐ型、Ｎ型いずれでもよく、Ｐ型の場合は、ホウ素、アルミニウム等の３族元素がドーピングされ、Ｎ型の場合は、リン、ヒ素等の５族元素がドーピングされる。シリコン基板の抵抗率は、特に限定されず、用途によって決まるが、一般的に用いられる０．５〜１０００Ωｃｍの範囲である。

実施例２のエッチングのプロセス概略を説明する。本プロセスは、使用するキャリアホルダーの形状が異なること以外は、実施例１のエッチングのプロセスと同じ工程を採用できる。

本実施例における多結晶シリコン基板を収納するキャリアホルダーについて図６を用いて説明する。

図６は本実施例の多結晶シリコン基板２１をキャリアホルダー３２に収納した状態の断面図を示しており、実施例１の図２に対応するものである。キャリアホルダーの側面、底面の形状は図４，図５と同様に基板の保持部以外の基板周囲は開口している構造とし、基板の保持部として１枚の基板に対して４箇所に溝３２ｃを設けた。キャリアホルダー３２の一部を略平板状の仕切板３２ｆとし、多結晶シリコン基板２１を収容する空間を複数形成した。仕切板３２ｆの各面３２ａに多結晶シリコン基板２１の一面３１ａが近接して配置できるように、溝３２ｃを仕切板３２ｆの両側に所定間隔をもって設けている。キャリアホルダー３２の仕切板３２ｆの厚さを１ｍｍとし、多結晶シリコン基板２１を収納するための溝３２ｃの幅は１枚の多結晶シリコン基板２１の厚さ３００ミクロンと反りを考慮し、０．６ｍｍとした。また、溝３２ｃの深さは３ｍｍとしたが、多結晶シリコン基板が保持できる程度の深さであれば良い。キャリアホルダー３２の仕切板３２ｆの各面３２ａと多結晶シリコン基板の一面３１ａとの間隔を決める第一間隔部３２ｄの幅は０．２ｍｍとした。この構造により多結晶シリコン基板２１の一面３１ａとキャリアホルダー３２の仕切板３２ｆとの距離は０．２〜０．５ｍｍの範囲となる。キャリアホルダー３２の仕切板３２ｆと近接しない側の多結晶シリコン基板２１の他面３１ｂと同一収容空間内で対向する多結晶シリコン基板２１の他面３１ｂとの間隔を決める第二間隔部３２ｅの幅は３ｍｍとした。この構造により多結晶シリコン基板面３１ｂどうしの距離は３．０〜３．６ｍｍの範囲となる。また、多結晶シリコン基板２１の他面３１ｂとキャリアホルダーの端部３２ｈの間隔を決める第３間隔部３２ｇの幅は３ｍｍとした。これらの距離は、実施例１と同様である。

上記の構造とすることで多結晶シリコン基板表面のエッチングは実施例１と同様に行われ、太陽電池特性も同様のものが得られた。本実施例の構造とすることで、実施例１の場合に比べて１つのキャリアホルダーに搭載できる多結晶シリコン基板の枚数６枚から８枚に増え、エッチング工程のスループットが向上する。

実施例３のエッチングのプロセス概略を説明する。本プロセスは、使用するキャリアホルダーの形状が異なること以外は、実施例１のエッチングのプロセスと同じ工程を採用できる。

本実施例において多結晶シリコン基板を収納するキャリアホルダーについて図７を用いて説明する。

図７は本実施例の多結晶シリコン基板２１をキャリアホルダー４２に収納した状態の断面図を示しており、実施例１の図２に対応するものである。キャリアホルダーの側面、底面の形状は図４，図５と同様に基板の保持部以外の基板周囲は開口している構造とし、基板の保持部として１枚の基板に対して４箇所に溝４２ｃを設けた。キャリアホルダー４２に０．６ｍｍ幅、深さ３ｍｍの溝４２ｃを２個ずつ近接して配置し、近接した溝と溝の第一間隔部４２ａを０．２ｍｍ、他方、近接していない溝と溝の第二間隔部４２ｂを３ｍｍとした。本実施例では板状物として近接する基板の一方が兼用する構造とした。この構造により近接した多結晶シリコン基板一面４１ａどうしの間隔は０．２〜０．８ｍｍの範囲となり、近接していない多結晶シリコン基板他面４１ｂどうしの間隔は３．０〜３．６ｍｍの範囲となる。また、多結晶シリコン基板２１の他面４１ｂとキャリアホルダーの端部４２ｈの間隔を決める第３間隔部４２ｅの幅は３ｍｍとした。

上記の構造とすることで多結晶シリコン基板表面のエッチングは実施例１と同様に行われ、太陽電池特性も同様のものが得られた。本実施例の構造とすることで、実施例２の場合に比べて１つのキャリアホルダーに搭載できる多結晶シリコン基板の枚数８枚から１０枚に増え、エッチング工程のスループットが更に向上する。

本発明の実施の形態に係る基板表面処理装置の概略図である。 本発明の実施例１に係るキャリアホルダーの断面図である。 本発明の実施例１に係るキャリアホルダーの断面図である。 本発明の実施例１に係るキャリアホルダーの側面図である。 本発明の実施例１に係るキャリアホルダーの底面図である。 本発明の実施例２に係るキャリアホルダーの断面図である。 本発明の実施例３に係るキャリアホルダーの断面図である。 本発明の実施の形態に係る半導体基板表面処理装置を示す概略図である。 従来の半導体基板表面処理装置を示す概略図である。 従来の半導体基板用キャリアホルダーの断面図である。

符号の説明

１ 半導体基板
３ エッチング槽
４ エッチング液
１１ａ−１１ｂ 図２の切断面
１１ｃ−１１ｄ 図３の切断面
１１ｅ−１１ｆ 図２の切断面
２１ 多結晶シリコン基板
２２ 実施例１に係るキャリアホルダー
２１ａ 多結晶シリコン基板の一面でキャリアホルダーに近接する面
２１ｂ 多結晶シリコン基板の他面でキャリアホルダーに近接しない面
２２ａ キャリアホルダーの一面で多結晶シリコン基板に近接する面
２２ｂ キャリアホルダーの他面で多結晶シリコン基板に近接しない面
２２ｃ 溝
２２ｄ 多結晶シリコン基板とキャリアホルダーの近接距離を決定する第一間隔部
２２ｅ 多結晶シリコン基板とキャリアホルダーの近接しない側の距離を決定する第二間隔部
２２ｆ キャリアホルダーの仕切板
２２ｇ 多結晶シリコン基板とキャリアホルダーの端部の距離を決定する第三間隔部
２２ｈ キャリアホルダーの端部
２２ｉ キャリアホルダーの開口部
３２ 実施例２に係るキャリアホルダー
３１ａ 多結晶シリコン基板の一面でキャリアホルダーに近接する面
３１ｂ 多結晶シリコン基板の他面でキャリアホルダーに近接しない面
３２ａ キャリアホルダーの一面で多結晶シリコン基板に近接する面
３２ｃ 溝
３２ｄ 多結晶シリコン基板とキャリアホルダーの近接距離を決定する第一間隔部
３２ｅ 多結晶シリコン基板の近接しない側の面の距離を決定する第二間隔部
３２ｆ キャリアホルダーの仕切板
３２ｇ 多結晶シリコン基板とキャリアホルダーの端部の距離を決定する第三間隔部
３２ｈ キャリアホルダーの端部
４２ 実施例３に係るキャリアホルダー
４１ａ 近接する多結晶シリコン基板の一面
４１ｂ 近接しない多結晶シリコン基板の他面
４２ａ 近接する多結晶シリコン基板の間隔を決定する第一間隔部
４２ｂ 近接しない多結晶シリコン基板の間隔を決定する第二間隔部
４２ｃ 溝
４２ｅ 多結晶シリコン基板とキャリアホルダーの端部の距離を決定する第三間隔部
４２ｈ キャリアホルダーの端部
６２ 従来のキャリアホルダー
６２ｃ 溝
６ａ−６ｂ 図１０の切断面

Claims (7)

1. 処理液によって基板を表面処理する表面処理装置の前記基板のキャリアホルダーであって、板状物に対して、前記基板の一方の面のみが近接するように前記基板を前記板状物から所定間隔離れた位置に配置することを特徴とする基板表面処理用の基板のキャリアホルダー。
2. 前記板状物は、前記キャリアホルダーを所定間隔で仕切る仕切り板であることを特徴とする請求項１に記載のキャリアホルダー。
3. 前記キャリアホルダーは、前記基板を保持する保持部を有し、前記仕切り板の近傍に前記保持部を設けたことを特徴とする請求項２に記載のキャリアホルダー。
4. 前記板状物は隣り合って配置される基板であることを特徴とする請求項１に記載のキャリアホルダー。
5. 前記キャリアホルダーは前記基板を保持する保持部を有し、前記隣り合って配置される基板が２枚ずつ近接する関係となる位置に前記保持部を設けたことを特徴とする請求項４に記載のキャリアホルダー。
6. 前記所定間隔は、０．０３ｍｍから１．０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のキャリアホルダー。
7. 前記基板は太陽電池用の半導体基板であり、前記板状物に近接した半導体基板面を受光面とは反対の裏面とする請求項１から６の何れか１項に記載のキャリアホルダー。

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