JP2009130302A

JP2009130302A - 表面処理装置

Info

Publication number: JP2009130302A
Application number: JP2007306649A
Authority: JP
Inventors: Hideo Takei; 日出夫竹井; Satoshi Ikeda; 智池田
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2009-06-11

Abstract

【課題】シリコン表面における反射率のより低減が可能な小型の表面処理装置を提供する。
【解決手段】本発明の表面処理装置１は、処理ガスＧを導入可能な真空処理槽２と、真空処理槽２内に設けられ、シート基材９ａ上に処理対象物層９ｂが設けられたシート状処理対象物９を搬送する搬送手段１０と、真空処理槽２内に設けられ、高周波電力及び低周波電力が重畳印加可能で面状放電部１７ａを有する処理用電極１７とを有する。真空処理槽２内において、シート基材９ａ上の処理対象物（多結晶シリコン）層９ｂの表面が、処理用電極１７の面状放電部１７ａと対向して搬送されるように構成されている。処理用電極１７に重畳印加される低周波電力の周波数は、２００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下とすることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば多結晶シリコンの表面を処理するための技術に関し、特に、太陽電池用の多結晶シリコンの表面処理を行う技術に関する。

一般に、太陽電池においてセルとなるシリコン基板に太陽光が到達した場合、基板内部に進入する光と、基板表面で反射する光とに分離する。これらの光のうち基板内部に進入する光のみが光起電力効果に寄与することから、基板表面における反射率を低減するため、基板表面において多数の凹凸部分が連続するテクスチャー形状に形成するようにしている。

従来、このようなシリコン基板表面のテクスチャー化としては、ウエットエッチングによる方法（例えば、特許文献１、２）や、反応性イオンエッチングによる方法が知られている。

ところで、近年、シリコン基板表面における反射率のより低減が求められているとともに、シリコン基板の大型化に伴いテクスチャー化を行う装置の大型化を招いており、装置の小型化も要望されている。
特開２００６−３４４７６５号公報特開２００７−１９４４８５号公報

本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、シリコン表面における反射率のより低減が可能な小型の表面処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、所定の処理ガスを導入可能な真空処理槽と、前記真空処理槽内に設けられ、シート基材上に処理対象物層が設けられたシート状処理対象物を搬送する搬送手段と、前記真空処理槽内に設けられ、高周波電力及び低周波電力が重畳印加可能で面状放電部を有する処理用電極とを有し、前記真空処理槽内において、前記シート基材上の処理対象物層の表面が、前記処理用電極の面状放電部と対向して搬送されるように構成されている表面処理装置である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記真空処理槽が、前記シート基材上の処理対象物層を処理するための処理室と、前記シート状処理対象物を搬送するための搬送室とに仕切られ、前記処理室は、前記処理用電極が配置されるとともに当該処理室内に前記処理ガスを導入可能に構成され、前記シート状処理対象物を前記搬送室から前記処理室を介して搬送するように構成されているものである。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２のいずれか１項記載の発明において、前記搬送手段が、前記シート状処理対象物を支持して搬送するための複数の搬送ローラを有するものである。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の発明において、前記処理用電極に印加される前記低周波電力の周波数は、２５０ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下であるものである。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項記載の発明において、前記処理用電極に印加される前記低周波電力の周波数は、３５０ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下であるものである。
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項記載の発明において、前記シート状処理対象物は、前記シート基材の表面に前記処理対象層として多結晶シリコン層が設けられているものである。

本発明の場合、処理ガスを導入可能な真空処理槽内において、面状放電部を有する処理用電極に対して高周波電力及び低周波電力を重畳印加し、シート状処理対象物の処理対象物層（例えば多結晶シリコン層）との間に放電を生じさせるようにしたことから、従来技術に比べてシリコン層により深いテクスチャーを形成することができ、これによりシリコン表面における反射率のより低減が可能になる。
また、本発明によれば、シート状処理対象物を搬送しながら処理対象物層の表面処理を行うことができるので、大型基板を搬出入する必要がなく、装置の小型化を図ることができる。

本発明において、前記真空処理槽が、前記シート基材上の処理対象物層を処理するための処理室と、前記シート状処理対象物を搬送するための搬送室とに仕切られ、前記処理室は、前記処理用電極が配置されるとともに当該処理室内に前記処理ガスを導入可能に構成され、前記シート状処理対象物を前記搬送室から前記処理室を介して搬送するように構成されている場合には、小型の装置でシート状処理対象物の処理対象物層に対してより効率良く表面処理を行うことが可能になる。

また、本発明において、前記搬送手段が、前記シート状処理対象物を支持して搬送するための複数の搬送ローラを有する場合には、シート状処理対象物の搬送経路を容易に変更することができるので、より一層装置の小型化を図ることができる。

本発明によれば、シリコン基板表面における反射率のより低減が可能な小型の表面処理装置を提供することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係る表面処理装置の内部構成を示す概略構成図、図２は、本発明に適用される積層シートの構成を示す模式的断面図である。

また、図３は、表面処理中の同表面処理装置の内部構成を示す概略構成図、図４は、本発明による表面処理後の積層シートの構成を示す模式的断面図である。

図１に示すように、本実施の形態の表面処理装置１は、表面処理を行うための真空処理槽２を有している。
本実施の形態の真空処理槽２は、例えば断面が長方形形状に形成された搬送本体部２ａを有し、その中央部分の一側部に、例えば断面円弧状に突出して形成された処理槽部２ｂが設けられている。

ここで、真空処理槽２の内部は、後述する仕切り部７，８及び処理ローラ１０によって、搬送本体部２ａ側の搬送室２０と、処理槽部２ｂ側の処理室２１に仕切られている。

真空処理槽２の搬送室２０は、第１の真空排気系３に接続され、所定の圧力となるように真空排気される。

一方、処理室２１は、第２の真空排気系４に接続されている。この処理室２１にはガス導入管５が接続され、このガス導入管５を介して後述する処理ガスＧが室内に導入されるようになっている。

真空処理槽２内には、シート状処理対象物である積層シート９を搬送する搬送手段１０が設けられている。

本実施の形態の場合、搬送手段１０は、真空処理槽２内の中央部領域において搬送室２０と処理室２１を跨ぐように配置された処理用ローラ１１を有している。

本実施の形態の場合、この処理用ローラ１１は、接地電位となるようにその電位が設定されている。
そして、この処理用ローラ１１を挟んで搬送室２０の両端部側に送出ローラ１２と巻取ローラ１３がそれぞれ設けられている。

ここで、送出ローラ１２には積層シート９が巻き付けられており、この送出ローラ１２から送り出された積層シート９が、方向転換ローラ１４を介して処理用ローラ１１に巻き架けられ、さらに、方向転換ローラ１５を介して巻取ローラ１３によって巻き取られるようになっている。

図２に示すように、本発明に用いられる積層シート９は、シート基材９ａ上に、処理対象物層９ｂが形成されて構成される。
ここで、シート基材９ａの材料としては、特に限定されることはないが、熱膨張を低く抑える観点からは、例えばポリイミド等の樹脂材料を好適に用いることができる。

この場合、シート基材９ａの厚さは、例えば５０μｍ程度のものを用いることができる。

一方、本実施の形態の処理対象物層９ｂは、多結晶シリコンからなる。本発明では、この多結晶シリコンは、太陽電池用のものを好適に用いることができる。

本発明の場合、シート基材９ａ上の処理対象物層９ｂの厚さは、特に限定されることはないが、発電効率等の太陽電池性能を向上させる観点からは、１０〜５０μｍとすることが好ましい。

また、本発明の場合、シート基材９ａ上に処理対象物層９ｂを形成する方法は、特に限定されることはないが、多結晶シリコンの膜質向上の観点からは、例えばスパッタリング法を好適に用いることができる。

図１に示すように、本実施の形態の真空処理槽２は、仕切り部７，８と処理用ローラ１１によって搬送室２０と処理室２１とが仕切られている。

ここで、仕切り部７，８は、その先端部が例えば処理用ローラ１１の最外周部分に近接するように配設されている。

この場合、処理室２１内におけるプラズマの漏洩を防止する観点からは、処理用ローラ１１に積層シート９を巻き架けた状態で、仕切り部７，８の先端部と積層シート９とのギャップが５ｍｍ程度となるように配置構成することが好ましい。

このような構成により、処理室２１内において、処理用ローラ１１に巻き架けられた積層シート９（シート基材９ａ側）が、処理用ローラ９の表面に密着した状態で支持搬送される。

一方、処理室２１内には、高周波電源１６及び低周波電源１８に接続された処理用電極１７が配設されている。
ここで、低周波電源１８は、ローパスフィルタ１８ａを介して交流電源１８ｂが接続されて構成されている。

本実施の形態の場合、処理用電極１７は、真空処理槽２の処理槽部２ｂの内壁面の近傍において、この内壁面に沿うように円弧面状に湾曲した板状に形成されている。

この場合、プラズマ放電の均一化の観点からは、処理用電極１７の円弧内側の面状放電部１７ａと処理用ローラ１１との距離、すなわち、面状放電部１７ａと積層シート９の処理対象層９ｂとの距離が、各領域において等しくなるように構成することが好ましい。

さらに、処理用電極１７には、複数の孔部１７ｂが形成されており、ガス導入管５を介して処理室２１内に導入された処理ガスＧが、これら孔部１７ｂを通過して積層シート９と処理用電極１７との間に充満するようになっている。

このような構成を有する本実施の形態において、積層シート９の処理対象物層９ｂの表面処理を行う場合には、図１に示すように、送出ローラ１２から送り出された積層シート９を方向転換ローラ１４を介して処理用ローラ１１に巻き架け、さらに方向転換ローラ１５を介して巻取ローラ１３によって巻き取るように積層シート９の装着を行う。
そして、この状態で搬送室２０の真空排気を行うとともに、処理室２１においては、真空排気及び処理ガスＧの導入を行う。

本発明の場合、搬送室２０内の圧力は、特に限定されることはないが、搬送室２０内において放電を防止する観点からは、搬送室２０内の圧力を２Ｐａ以下に設定することが好ましい。

一方、処理室２１内に導入する処理ガスＧとしては、特に限定されることはないが、テクスチャーの形状を制御する観点からは、塩素（Ｃｌ）、フッ素（Ｆ）、酸素（Ｏ）の各元素を含有するガスを用いることが好ましい。

そして、処理室２１内において放電を十分に起こさせる観点からは、処理室２１内の圧力を１０Ｐａ〜５０Ｐａに設定することが好ましい。

このような圧力の下で、高周波電源１６及び低周波電源１８から処理用電極１７に対して所定の周波数の電力を重畳印加し、処理ガスＧのプラズマ３０を生成する。

本発明の場合、処理用電極１７に対して印加する電力の周波数は、例えば、高周波電源１６の周波数を１３．５６ＭＨｚとし、かつ、低周波電源１８の周波数を２００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下とすることがより好ましい。

ここで、低周波電源１８から処理用電極１７に対して印加する電力の周波数が２００ｋＨｚより小さい場合、また２ＭＨｚより大きい場合には、イオンと電子の走行速度が近づいてイオンエネルギーも低下するため、テクスチャーの形状制御が困難になるという不都合がある。

そして、低周波電源１８から処理用電極１７に対して周波数が２００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下の電力を印加することにより、放電によってプラズマ状態となった処理ガスＧの電離成分のうち、特にイオンを選択的に積層シート９の処理対象物層９ｂ（多結晶シリコン）の表面に衝突させることができる。
その結果、例えば、図４に示すように、多結晶シリコンの表面を微細でより深くエッチングすることができ、これにより、シリコン表面における反射率がより低く、太陽電池用として有用なテクスチャを有する多結晶シリコンを得ることができる。

また、本実施の形態では、シート基材９ａ上の処理対象物層９ｂに対して処理を行うようにしたことから、処理の際に大型基板の搬出入を行う必要がなく、従来技術に比べて小型の表面処理装置１を提供することができる。

さらに、本実施の形態では、真空処理槽２が、シート基材９ａ上の処理対象物層９ｂを処理するための処理室２１と、シート状処理対象物９を搬送するための搬送室２０とに仕切られ、処理室２１は、処理用電極が配置されるとともに当該処理室２１内に処理ガスＧを導入可能に構成され、シート状処理対象物９を搬送室２０から処理室２１を介して搬送するように構成されていることから、シート状処理対象物９の処理対象物層９ｂに対して効率良く表面処理を行うことができる。

さらにまた、本実施の形態では、搬送手段１０が、シート状処理対象物９を支持して搬送するための複数の搬送ローラ（処理用ローラ１１、送出ローラ１２、方向転換ローラ１４，１５、巻取ローラ１３）を有することから、シート状処理対象物９の搬送経路を変更することによって、より一層装置の小型化を図ることができる。

なお、本発明は上述の実施の形態に限られることなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、上述の実施の形態においては、処理用ローラ１１、送出ローラ１２、方向転換ローラ１４，１５、巻取ローラ１３によってシート状処理対象物９の搬送経路を構成するようにしたが、本発明はこれに限られず、ローラの数や配置を変更することによって搬送経路を変更することも可能である。

また、本発明は太陽電池用の多結晶シリコンのみならず、他の材料の表面処理を行う場合にも適用することができる。
ただし、シリコンのテクスチャーの形状制御の観点からは、太陽電池用の多結晶シリコンに適用する場合に最も有効となるものである。

本発明に係る表面処理装置の内部構成を示す概略構成図本発明に適用される積層シートの構成を示す模式的断面図表面処理中の同表面処理装置の内部構成を示す概略構成図本発明による表面処理後の積層シートの構成を示す模式的断面図

符号の説明

１…表面処理装置、２…真空処理槽、７，８…仕切り部、９…積層シート（シート状処理対象物）、９ａ…シート基材、９ｂ…処理対象物層、１０…搬送手段、１１…処理用ローラ、１６…高周波電源、１７…処理用電極、１８…低周波電源、２０…搬送室、２１…処理室、３０…プラズマ

Claims

所定の処理ガスを導入可能な真空処理槽と、
シート基材上に処理対象物層が設けられたシート状処理対象物を搬送する搬送手段と、
前記真空処理槽内に設けられ、高周波電力及び低周波電力が重畳印加可能で面状放電部を有する処理用電極とを有し、
前記真空処理槽内において、前記シート基材上の処理対象物層の表面が、前記処理用電極の面状放電部と対向して搬送されるように構成されている表面処理装置。
前記真空処理槽が、前記シート基材上の処理対象物層を処理するための処理室と、前記シート状処理対象物を搬送するための搬送室とに仕切られ、前記処理室は、前記処理用電極が配置されるとともに当該処理室内に前記処理ガスを導入可能に構成され、前記シート状処理対象物を前記搬送室から前記処理室を介して搬送するように構成されている請求項１記載の表面処理装置。
前記搬送手段が、前記シート状処理対象物を支持して搬送するための複数の搬送ローラを有する請求項１又は２のいずれか１項記載の表面処理装置。
前記処理用電極に印加される前記低周波電力の周波数は、２００ｋＨｚ以上２ＭＨｚ以下である請求項１乃至３のいずれか１項記載の表面処理装置。
前記処理用電極に印加される前記低周波電力の周波数は、３５０ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下である請求項１乃至４のいずれか１項記載の表面処理装置。
前記シート状処理対象物は、前記シート基材の表面に前記処理対象層として多結晶シリコン層が設けられている請求項１乃至５のいずれか１項記載の表面処理装置。