JP2010245405A - Method for roughening silicon surface - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for roughening a silicon surface so that unevenness at nano-order level. <P>SOLUTION: A fluorine-based material gas containing CF<SB>4</SB>, Ar and H<SB>2</SB>O is introduced into a plasma space 13 close to or below an atmospheric pressure to generate a fluorine-based reactive gas containing HF. The fluorine-based reactive gas, an acidic reactive gas containing O<SB>3</SB>and a diluting inert gas such as N<SB>2</SB>not passing through the plasma space 13 are mixed to obtain a treatment gas, and the treatment gas is allowed to contact a workpiece consisting of a silicon substrate 9. The flow rate of the fluorine-based reactive gas and the diluting inert gas is set at (fluorine-based reactive gas):(diluting inert gas)=2:3 to 2:12, and preferably 2:5 to 2:8. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は、シリコンの表面を粗化する方法に関し、特に太陽電池用のシリコン基板に適した粗化方法に関する。   The present invention relates to a method for roughening the surface of silicon, and more particularly to a roughening method suitable for a silicon substrate for solar cells.

シリコン基板からなる太陽電池は周知である。入射光がシリコン基板に吸収されることによって電力が出力される。したがって、高発電効率を得るには、入射光に対するシリコン基板の反射率が低く、吸収率が高いことが好ましい。
特許文献1には、銀塩を添加したフッ化水素酸と過酸化水素の混合溶液にシリコン基板を浸してウェットエッチングする方法が記載されている。これによって、シリコン基板の表層を多孔質にし、反射率を低下させている。
特許文献2には、シリコン基板の表面に無電解メッキにより銀微粒子を析出させ、その後、フッ化水素酸と過酸化水素の混合溶液にシリコン基板を浸してウェットエッチングすることが記載されている。これによって、シリコン基板の表面に微細な凹凸を形成し、反射率を低下させている。
Solar cells made of silicon substrates are well known. Electric power is output by the incident light being absorbed by the silicon substrate. Therefore, in order to obtain high power generation efficiency, it is preferable that the reflectance of the silicon substrate with respect to incident light is low and the absorption rate is high.
Patent Document 1 describes a method of performing wet etching by immersing a silicon substrate in a mixed solution of hydrofluoric acid and hydrogen peroxide to which a silver salt is added. As a result, the surface layer of the silicon substrate is made porous and the reflectance is lowered.
Patent Document 2 describes that silver fine particles are deposited on the surface of a silicon substrate by electroless plating, and then the silicon substrate is immersed in a mixed solution of hydrofluoric acid and hydrogen peroxide to perform wet etching. As a result, fine irregularities are formed on the surface of the silicon substrate to reduce the reflectance.

特開2005−183505号公報JP 2005-183505 A 特開2007−194485号公報JP 2007-194485 A

上掲特許文献1、2のようなウェットエッチング方法では、シリコン基板の表面に例えば電極が形成されていると、該電極が損傷するおそれがある。また、シリコン基板の裏面の平滑度が低下するおそれがある。さらに、シリコン基板の厚さによっては対応するのが困難になる。
本発明は、上記事情に鑑み、シリコンの表面をウェットエッチング以外の方法で十分に粗化できるようにすることを目的とする。特に、シリコン基板を太陽電池に適用した場合には反射率を十分に低くできる粗化方法を提供することを目的とする。
In the wet etching methods as described in Patent Documents 1 and 2, for example, if an electrode is formed on the surface of the silicon substrate, the electrode may be damaged. In addition, the smoothness of the back surface of the silicon substrate may be reduced. Furthermore, it becomes difficult to respond depending on the thickness of the silicon substrate.
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to sufficiently roughen the surface of silicon by a method other than wet etching. In particular, an object of the present invention is to provide a roughening method capable of sufficiently reducing the reflectance when a silicon substrate is applied to a solar cell.

上記課題を解決するために、本発明は、シリコンからなる被処理物の表面を粗化する方法であって、
フッ素系原料ガスを大気圧近傍下のプラズマ空間に導入してフッ素系反応ガスを生成し、
前記フッ素系反応ガスと、酸化性反応ガスと、前記プラズマ空間を経ない希釈用不活性ガスとを含む処理ガスを前記被処理物に接触させ、
前記フッ素系反応ガスと前記希釈用不活性ガスの流量比を、(フッ素系反応ガス):(希釈用不活性ガス)=2:3〜2:12とすることを特徴とする。
これによって、シリコンの表面にナノオーダーの凹凸を形成でき、十分に表面粗化できる。太陽電池に適用した場合、光の反射率を17%以下にすることができ、十分な発電効率を得ることができる。
In order to solve the above problems, the present invention is a method for roughening the surface of an object to be processed made of silicon,
Fluorine source gas is introduced into the plasma space near atmospheric pressure to generate fluorine reaction gas,
A treatment gas containing the fluorine-based reaction gas, the oxidizing reaction gas, and the inert gas for dilution that does not pass through the plasma space is brought into contact with the object to be treated;
The flow rate ratio between the fluorine-based reactive gas and the inert gas for dilution is (fluorine-based reactive gas) :( inert gas for dilution) = 2: 3 to 2:12.
Thereby, nano-order irregularities can be formed on the surface of silicon, and the surface can be sufficiently roughened. When applied to a solar cell, the light reflectance can be reduced to 17% or less, and sufficient power generation efficiency can be obtained.

前記フッ素系反応ガスと前記希釈用不活性ガスの流量比を、(フッ素系反応ガス):(希釈用不活性ガス)=2:5〜2:8とすることが好ましい。
これによって、シリコンの表面を一層確実に粗化できる。太陽電池に適用した場合、光の反射率を12%以下にすることができ、発電効率をより高めることができる。
It is preferable that the flow rate ratio between the fluorine-based reaction gas and the inert gas for dilution is (fluorine-based reaction gas) :( inert gas for dilution) = 2: 5 to 2: 8.
Thereby, the surface of silicon can be more reliably roughened. When applied to a solar cell, the light reflectance can be reduced to 12% or less, and the power generation efficiency can be further increased.

前記被処理物の各位置おける前記処理ガスの接触時間を、24秒〜48秒にすることが好ましい。
接触時間を24秒以上にすることで、必要かつ十分な表面粗化量を確保できる。接触時間を48秒以下にすることで、必要以上に処理するのを回避止でき、処理ガスの消費を抑制でき、処理時間の長期化を防止できる。
The contact time of the processing gas at each position of the object to be processed is preferably 24 seconds to 48 seconds.
By setting the contact time to 24 seconds or longer, a necessary and sufficient surface roughening amount can be secured. By making the contact time 48 seconds or less, it is possible to avoid unnecessary processing, to suppress the consumption of the processing gas, and to prevent the processing time from being prolonged.

フッ素系原料ガスは、少なくともフッ素系原料成分を含み、好ましくはキャリア成分を更に含み、より好ましくは、水素を含有する添加成分を更に含む。
フッ素系原料成分としては、CF、C、C、C等のパーフルオロカーボン(PFC)、CHF、C、CHF等のハイドロフルオロカーボン(HFC)、SF、NF、XeF等が挙げられる。
キャリア成分としては、Ar、He、Ne等の希ガス、N等の希ガス以外の不活性ガスが挙げられる。
水素含有添加成分として、水(HO)、過酸化水素(H)、アルコール(OH基含有化合物)が挙げられる。
水素含有添加成分として、好ましくは水を用いる。これによって、HF等のフッ素系反応成分を確実に生成できる。
前記処理ガスの単位流量あたり2g/m〜9.6g/mの水を前記フッ素系原料ガスに添加したうえで、前記フッ素系原料ガスを前記プラズマ空間に導入することが好ましい。この単位処理ガス流量あたりの水添加量(2g/m〜9.6g/m)は、一般的なシリコンエッチング(例えば液晶ディスプレイ用シリコン基板のエッチング)の場合より十分に小さい。
The fluorine-based source gas includes at least a fluorine-based source component, preferably further includes a carrier component, and more preferably further includes an additive component containing hydrogen.
Examples of the fluorine-based raw material component include perfluorocarbons (PFC) such as CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 6 , C 3 F 8 , hydrofluorocarbons such as CHF 3 , C 2 H 2 F 2 , and CH 3 F ( HFC), SF 6 , NF 3 , XeF 2 and the like.
Examples of the carrier component include an inert gas other than a rare gas such as Ar, He, and Ne, and a rare gas such as N 2 .
Examples of the hydrogen-containing additive component include water (H 2 O), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and alcohol (OH group-containing compound).
Water is preferably used as the hydrogen-containing additive component. Thereby, a fluorine-based reaction component such as HF can be reliably generated.
The unit flow per 2g / m 3 ~9.6g / m 3 of water in the process gas after having added to the fluorine source gas, it is preferable to introduce the fluorine source gas into the plasma space. Water addition amount per the unit processing gas flow rate (2g / m 3 ~9.6g / m 3) is sufficiently smaller than a typical silicon etch (e.g., etching of the silicon substrate for a liquid crystal display).

大気圧近傍とは、1.013×10〜50.663×10Paの範囲を言い、圧力調整の容易化や装置構成の簡便化を考慮すると、1.333×10〜10.664×10Paが好ましく、9.331×10〜10.397×10Paがより好ましい。
フッ素系反応ガスのフッ素系反応成分としては、HF、COF、F等が挙げられる。
酸化性反応ガスは、シリコンに対し酸化作用を有する酸化性反応成分を含む。酸化性反応成分として、オゾン(O)、酸素ラジカル、酸素(O)、NO、NO、NO等が挙げられる。酸化性反応成分はオゾンであることが好ましい。
希釈用不活性ガスは、フッ素系反応ガス及び酸化性反応ガスを含む処理ガスを希釈するものである。希釈用不活性ガスとして、窒素(N)、空気等が挙げられる。
The vicinity of atmospheric pressure refers to a range of 1.013 × 10 4 to 50.663 × 10 4 Pa, and 1.333 × 10 4 to 10.664 considering the ease of pressure adjustment and the simplification of the apparatus configuration. × 10 4 Pa is preferable, and 9.331 × 10 4 to 10.9797 × 10 4 Pa is more preferable.
Examples of the fluorine-based reaction component of the fluorine-based reaction gas include HF, COF 2 , and F 2 .
The oxidizing reaction gas contains an oxidizing reaction component having an oxidizing action on silicon. Examples of the oxidizing reaction component include ozone (O 3 ), oxygen radicals, oxygen (O 2 ), NO, NO 2 , and N 2 O. The oxidizing reaction component is preferably ozone.
The inert gas for dilution is for diluting a processing gas containing a fluorine-based reactive gas and an oxidizing reactive gas. Examples of the inert gas for dilution include nitrogen (N 2 ) and air.

本発明によれば、シリコン基板の表面にナノオーダーの凹凸を形成でき、十分な表面粗化を行なうことができる。   According to the present invention, nano-order irregularities can be formed on the surface of a silicon substrate, and sufficient surface roughening can be performed.

本発明の第1実施形態に係る表面粗化装置を解説的に示す正面図である。It is a front view which shows explanatoryally the surface roughening apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 実施例1の結果を示し、大気圧プラズマエッチングのスキャン回数に対する波長550nmの光の反射率のグラフである。It is a graph of the reflectance of the light of wavelength 550nm with respect to the frequency | count of scanning of atmospheric pressure plasma etching, showing the result of Example 1. 実施例1の結果を示し、入射光の波長に対する反射率のグラフである。It is a graph of the reflectance with respect to the wavelength of incident light which shows the result of Example 1. 実施例1における大気圧プラズマエッチングのスキャン回数を40回としたサンプルの表面を電子顕微鏡で撮影した写真であり、(a)は処理前、(b)は処理後である。It is the photograph which image | photographed the surface of the sample which made the scanning frequency | count of the atmospheric pressure plasma etching in Example 1 40 times with the electron microscope, (a) is before a process, (b) is after a process. 実施例2における希釈用不活性ガスの流量に対する反射率の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the reflectance with respect to the flow volume of the inert gas for dilution in Example 2. FIG. 実施例2における希釈用不活性ガスの流量とフッ素系原料ガス中の水分量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the flow volume of the inert gas for dilution in Example 2, and the moisture content in fluorine-type raw material gas.

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
本実施形態の被処理物は、太陽電池用のシリコン基板である。シリコン基板は、多結晶シリコンでもよく、単結晶シリコンでもよく、アモルファスシリコンでもよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The to-be-processed object of this embodiment is a silicon substrate for solar cells. The silicon substrate may be polycrystalline silicon, single crystal silicon, or amorphous silicon.

図1に示すように、表面粗化装置は、大気圧プラズマエッチング装置1にて構成されている。大気圧プラズマエッチング装置1は、ステージ7(被処理物支持手段)と、3つのガス供給源4,5,6と、処理ヘッド2を備えている。処理すべきシリコン基板9がステージ7上に載置される。ステージ7に移動手段8が接続されている。移動手段8は、ステージ7を左右に一定の速度で往復移動させる。移動手段8は、直動機構やエアシリンダ等にて構成できる。   As shown in FIG. 1, the surface roughening apparatus includes an atmospheric pressure plasma etching apparatus 1. The atmospheric pressure plasma etching apparatus 1 includes a stage 7 (processing object support means), three gas supply sources 4, 5 and 6, and a processing head 2. A silicon substrate 9 to be processed is placed on the stage 7. A moving means 8 is connected to the stage 7. The moving means 8 reciprocates the stage 7 left and right at a constant speed. The moving means 8 can be constituted by a linear motion mechanism, an air cylinder or the like.

フッ素系原料ガス供給源4は、フッ素系原料ガスを生成する。フッ素系原料ガスは、フッ素系原料供給部4aからのフッ素系原料と、キャリアガス供給部4bからのキャリアガスを含む。この実施形態では、フッ素系原料として、CFが用いられている。キャリアガスとしてArが用いられている。CF及びArの流量及び互いの流量比は、マスフローコントローラや流量制御弁等の流量調節手段(図示省略)にて調節される。 The fluorine-based source gas supply source 4 generates a fluorine-based source gas. The fluorine-based material gas includes a fluorine-based material from the fluorine-based material supply unit 4a and a carrier gas from the carrier gas supply unit 4b. In this embodiment, CF 4 is used as the fluorine-based material. Ar is used as a carrier gas. The flow rate of CF 4 and Ar and the flow rate ratio thereof are adjusted by flow rate adjusting means (not shown) such as a mass flow controller and a flow rate control valve.

さらに、フッ素系原料ガス供給源4には加湿器4cが設けられている。加湿器4cは、CFとArの混合ガスからなるフッ素系原料ガスに水素含有添加成分として水(HO)を添加する。例えば、供給部4a,4bからの原料ガス(CF+Ar)の一部又は全部が、加湿器4cの水面より上側の空間に導入される。これにより、上記加湿器4cの上側空間の飽和水蒸気が原料ガスに混合される。原料ガスを加湿器4c内の液相の水中にバブリングすることにしてもよい。加湿器4cを加熱して水の蒸発を促進してもよい。供給部4a,4bからの原料ガスのうち、加湿器4cに通すガスと加湿器4cを通さないガスとの比率を調節することで、水の添加量を調節できる。 Further, the fluorine-based source gas supply source 4 is provided with a humidifier 4c. The humidifier 4c adds water (H 2 O) as a hydrogen-containing additive component to a fluorine-based source gas composed of a mixed gas of CF 4 and Ar. For example, part or all of the source gas (CF 4 + Ar) from the supply units 4a and 4b is introduced into the space above the water surface of the humidifier 4c. Thereby, the saturated water vapor in the upper space of the humidifier 4c is mixed with the raw material gas. The source gas may be bubbled into liquid phase water in the humidifier 4c. The humidifier 4c may be heated to promote water evaporation. By adjusting the ratio of the gas that passes through the humidifier 4c and the gas that does not pass through the humidifier 4c among the source gases from the supply units 4a and 4b, the amount of water added can be adjusted.

フッ素系原料として、CFに代えてC、C、C等の他のPFCを用いてもよく、CHF、C、CHF等のHFCを用いてもよく、その他、SF、NF、XeF等を用いてもよい。
キャリアガス(Ar)は、フッ素系原料をキャリアする役目に加え、後記放電空間13において安定的なプラズマを生成する役目をも有している。キャリアガスとして、Arに代えて、He、N等の他の不活性ガスを用いてもよい。
水素含有添加成分として、水に代えて、過酸化水素水を用いてもよく、アルコール等のOH基含有化合物を用いてもよい。
Other PFCs such as C 2 F 6 , C 3 F 6 , and C 3 F 8 may be used as the fluorine-based raw material instead of CF 4 , such as CHF 3 , C 2 H 2 F 2 , and CH 3 F. HFC may be used, and SF 6 , NF 3 , XeF 2 or the like may be used.
The carrier gas (Ar) has a role of generating stable plasma in the discharge space 13 to be described later in addition to the role of carrier of the fluorine-based raw material. As the carrier gas, other inert gases such as He and N 2 may be used instead of Ar.
As a hydrogen-containing additive component, hydrogen peroxide water may be used instead of water, or an OH group-containing compound such as alcohol may be used.

酸化性反応ガス供給源5は、酸素供給部5aと、オゾナイザー5bを含む。オゾナイザー5bは、酸素供給部5aからの酸素(O)を原料にしてオゾン(O)を生成し、オゾンと酸素の混合ガスからなる酸化性反応ガスを出力する。酸素供給部5aに付設されたマスフローコントローラや流量制御弁等の流量調節手段(図示省略)によって酸素ガス流量を調節することで、オゾナイザー5bからの酸化性反応ガス流量を調節できる。 The oxidizing reaction gas supply source 5 includes an oxygen supply unit 5a and an ozonizer 5b. The ozonizer 5b generates ozone (O 3 ) using oxygen (O 2 ) from the oxygen supply unit 5a as a raw material, and outputs an oxidizing reaction gas composed of a mixed gas of ozone and oxygen. The flow rate of the oxidizing reaction gas from the ozonizer 5b can be adjusted by adjusting the flow rate of the oxygen gas by flow rate adjusting means (not shown) such as a mass flow controller or a flow rate control valve attached to the oxygen supply unit 5a.

希釈用不活性ガス供給源6は、希釈用不活性ガスとして窒素(N)を蓄えている。窒素ガス流量は、供給源6に付設されたマスフローコントローラや流量制御弁等の流量調節手段(図示省略)にて調節される。 The dilution inert gas supply source 6 stores nitrogen (N 2 ) as the dilution inert gas. The nitrogen gas flow rate is adjusted by flow rate adjusting means (not shown) such as a mass flow controller and a flow rate control valve attached to the supply source 6.

処理ヘッド2は、ステージ7の上方に離れて、図示しない架台によって支持されている。処理ヘッド2は、上側のプラズマソース10(フッ素系反応ガス生成部)と、下側のノズル20を有している。プラズマソース10は、互いに対向する一対の電極11,11を含む。電極11の対向面には固体誘電体層(図示省略)が形成されている。一方の電極11が電源3に接続されている。他方の電極11が電気的に接地されている。電源3は、例えばパルス波状の電圧を電極11,11間に印加する。印加電圧は、パルス波に限られず、連続波でもよい。電源3からの電圧供給によって、一対の電極11,11どうしの間の空間が略大気圧のプラズマ空間13になる。フッ素系原料ガス供給源4から延び出たガス供給路4dが、プラズマ空間13の上流端(上端部)に接続されている。プラズマ空間13内で、フッ素系原料ガスがプラズマ化され、フッ素系反応ガスが生成される。フッ素系反応ガスは、HF、COF等のフッ素系反応成分を含む。 The processing head 2 is separated above the stage 7 and supported by a gantry (not shown). The processing head 2 has an upper plasma source 10 (fluorine-based reactive gas generator) and a lower nozzle 20. The plasma source 10 includes a pair of electrodes 11 and 11 that face each other. A solid dielectric layer (not shown) is formed on the opposing surface of the electrode 11. One electrode 11 is connected to the power source 3. The other electrode 11 is electrically grounded. The power source 3 applies, for example, a pulse wave voltage between the electrodes 11 and 11. The applied voltage is not limited to a pulse wave, and may be a continuous wave. By the voltage supply from the power supply 3, the space between the pair of electrodes 11, 11 becomes a plasma space 13 having a substantially atmospheric pressure. A gas supply path 4 d extending from the fluorine-based source gas supply source 4 is connected to the upstream end (upper end) of the plasma space 13. In the plasma space 13, the fluorine-based source gas is turned into plasma, and a fluorine-based reaction gas is generated. Fluorine-based reactive gas, including HF, a fluorine-based reactive components, such as COF 2.

ノズル20の内部には、三系統のガス吹出し路21,22,23が形成されている。フッ素系反応ガス吹出し路21は、ガス流方向を上下に向け、ノズル20の中央部に配置されている。フッ素系反応ガス吹出し路21の上端部は、プラズマ空間13の下流端に連なっている。フッ素系反応ガス吹出し路21の下端部は、ノズル20の下面に達し、吹出し口24を形成している。吹出し口24は、図1の紙面と直交する方向に延びるスリット状になっている。   Three systems of gas outlets 21, 22, and 23 are formed inside the nozzle 20. The fluorine-based reactive gas blow-out path 21 is arranged at the center of the nozzle 20 with the gas flow direction directed up and down. The upper end portion of the fluorine-based reactive gas outlet path 21 is connected to the downstream end of the plasma space 13. The lower end portion of the fluorine-based reactive gas outlet passage 21 reaches the lower surface of the nozzle 20 and forms an outlet 24. The air outlet 24 has a slit shape extending in a direction orthogonal to the paper surface of FIG.

酸化性反応ガス吹出し路22の上流端は、酸化性反応ガス供給路5cを介して酸化性反応ガス供給源5に接続されている。
希釈用不活性ガス吹出し路23の上流端は、希釈用不活性ガス供給路6aを介して希釈用不活性ガス供給源6に接続されている。
酸化性反応ガス吹出し路22及び希釈用不活性ガス吹出し路23が、フッ素系反応ガス吹出し路21に合流している。これら3つの路21,22,23の合流部において、各路21,22,23からのガスが互いに混合され、処理ガスが生成される。この処理ガスが、吹出し口24から吹き出される。
なお、図示は省略するが、ノズル20の内部には各路21,22,23を通るガスを図1の紙面と直交する方向に均質化する整流部が設けられている。整流部は、チャンバー、スリット、複数の小孔の列等のガスコンダクタンスを増減させる要素を含む。
The upstream end of the oxidizing reaction gas blowing path 22 is connected to the oxidizing reaction gas supply source 5 via the oxidizing reaction gas supply path 5c.
The upstream end of the diluting inert gas blowing path 23 is connected to the diluting inert gas supply source 6 via the diluting inert gas supply path 6a.
The oxidizing reaction gas blowing path 22 and the diluting inert gas blowing path 23 merge with the fluorine-based reactive gas blowing path 21. In the junction part of these three paths 21, 22, and 23, the gas from each path 21, 22, and 23 is mixed together, and process gas is produced | generated. This processing gas is blown out from the blowout port 24.
Although not shown, a rectifying unit is provided inside the nozzle 20 to homogenize the gas passing through the paths 21, 22, and 23 in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. The rectifying unit includes elements that increase and decrease gas conductance such as a chamber, a slit, and a row of a plurality of small holes.

ノズル20の下面の吹出し口24を挟んで左右の両側に、一対の吸引口25,25が形成されている。各吸引口25は、図1の紙面と直交する方向に延びるスリット状になっている。ノズル20内には、各吸引口25から延びる排気路26が形成されている。排気路26は、排気手段(図示省略)に連なっている。   A pair of suction ports 25, 25 are formed on both the left and right sides of the air outlet 24 on the lower surface of the nozzle 20. Each suction port 25 has a slit shape extending in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. An exhaust passage 26 extending from each suction port 25 is formed in the nozzle 20. The exhaust passage 26 is connected to exhaust means (not shown).

上記構成の大気圧プラズマエッチング装置1を用いて、シリコン基板9の表面を粗化する方法を説明する。
シリコン基板9をステージ7上に載置する。移動手段8によって、ステージ7ひいてはシリコン基板9を左右に往復移動(スキャン)させる。往復移動の範囲の左端は、シリコン基板9の全体が左側の吸引口25より左方にずれた位置とし、往復移動の範囲の右端は、シリコン基板9の全体がノズル20の右側の吸引口25より右方にずれた位置とする。これにより、シリコン基板9の表面の各ポイントが、片道移動ごとにノズル20の左右の吸引口25,25間の処理領域の全体を通過する。
移動速度は、1m/min〜6m/min程度が好ましい。
ノズル20の下面とシリコン基板9の上面との間の距離は、0.5mm〜5mm程度が好ましい。
A method of roughening the surface of the silicon substrate 9 using the atmospheric pressure plasma etching apparatus 1 having the above-described configuration will be described.
A silicon substrate 9 is placed on the stage 7. The moving means 8 reciprocates (scans) the stage 7 and thus the silicon substrate 9 left and right. The left end of the reciprocating range is a position where the entire silicon substrate 9 is shifted to the left from the left suction port 25, and the right end of the reciprocating range is the suction port 25 on the right side of the nozzle 20 where the entire silicon substrate 9 is located. The position is shifted to the right. Thereby, each point on the surface of the silicon substrate 9 passes through the entire processing region between the left and right suction ports 25 and 25 of the nozzle 20 for each one-way movement.
The moving speed is preferably about 1 m / min to 6 m / min.
The distance between the lower surface of the nozzle 20 and the upper surface of the silicon substrate 9 is preferably about 0.5 mm to 5 mm.

フッ素系原料ガス供給源4において、CFとArの混合ガスからなるフッ素系原料ガスを生成する。CFとArの流量比は、CF:Ar=1:59〜1:19程度が好ましい。
上記フッ素系原料ガス(CF+Ar)に水を添加する。水の添加量は、水添加後のフッ素系原料ガスの露点が12℃〜24℃程度になるように設定するのが好ましい。吹出し口24からの処理ガスの吹出し流量に対する水添加量は、処理ガスの単位流量あたり、2g/m〜9.6g/m程度であることが好ましい。
In the fluorine source gas supply source 4, a fluorine source gas composed of a mixed gas of CF 4 and Ar is generated. The flow rate ratio between CF 4 and Ar is preferably about CF 4 : Ar = 1: 59 to 1:19.
Water is added to the fluorine-based source gas (CF 4 + Ar). The amount of water added is preferably set so that the dew point of the fluorine-based raw material gas after water addition is about 12 ° C to 24 ° C. Water amount for blowing flow rate of the processing gas from the air outlet 24, a unit flow rate per treatment gas, is preferably 2g / m 3 ~9.6g / m 3 approximately.

水添加後のフッ素系原料ガス(CF+Ar+HO)を、フッ素系原料ガス供給路4dを経て、プラズマソース10の電極間空間13に導入する。併行して、電源3からの電圧供給によって、電極11,11間に電界を印加して大気圧放電を形成する。これによって、原料ガスを放電空間13でプラズマ化して、HF等のフッ素系反応成分を含むフッ素系反応ガスを生成できる。このフッ素系反応ガスをノズル20の吹出し路21へ導出する。 The fluorine-based source gas (CF 4 + Ar + H 2 O) after addition of water is introduced into the interelectrode space 13 of the plasma source 10 through the fluorine-based source gas supply path 4d. In parallel, an electric field is applied between the electrodes 11 and 11 by voltage supply from the power source 3 to form an atmospheric pressure discharge. As a result, the raw material gas is turned into plasma in the discharge space 13 to generate a fluorine-based reaction gas containing a fluorine-based reaction component such as HF. This fluorine-based reaction gas is led out to the blowing passage 21 of the nozzle 20.

また、酸素供給部5aからの酸素をオゾナイザー5bにてオゾン化し、酸化性反応ガス(O+O)を生成する。酸化性反応ガス中のオゾン濃度は、例えば約8vol%程度である。この酸化性反応ガスを、供給路5cを経て酸化性反応ガス吹出し路22へ導出する。フッ素系反応ガスと酸化性反応ガスの流量比は、(フッ素系反応ガス):(酸化性反応ガス)=2:1〜2:6とするのが好ましく、(フッ素系反応ガス):(酸化性反応ガス)=2:1.2程度がより好ましい。
なお、フッ素系反応ガスの流量は、フッ素系原料ガス(CF+Ar+HO)の流量と略等しく、更には水添加前のフッ素系原料ガス(CF+Ar)の流量と略等しい。
Further, oxygen from the oxygen supply unit 5a is ozonized by the ozonizer 5b to generate an oxidizing reaction gas (O 2 + O 3 ). The ozone concentration in the oxidizing reaction gas is, for example, about 8 vol%. This oxidizing reaction gas is led out to the oxidizing reaction gas blowing passage 22 through the supply passage 5c. The flow rate ratio between the fluorine-based reaction gas and the oxidizing reaction gas is preferably (fluorine-based reaction gas) :( oxidizing reaction gas) = 2: 1 to 2: 6, and (fluorine-based reaction gas) :( oxidation) Sexual reaction gas) = 2: 1.2 is more preferable.
Note that the flow rate of the fluorine-based reaction gas is substantially equal to the flow rate of the fluorine-based source gas (CF 4 + Ar + H 2 O), and further approximately equal to the flow rate of the fluorine-based source gas (CF 4 + Ar) before water addition.

さらに、希釈用不活性ガス供給源6からの窒素ガス(N)を、供給路6aを通して(プラズマ空間13を経ずに)希釈用不活性ガス吹出し路23へ送る。希釈用不活性ガス供給源6からの窒素ガス流量は、フッ素系反応ガスとの流量比が(フッ素系反応ガス):(窒素ガス)=2:3〜2:12になるよう設定する。好ましくは、(フッ素系反応ガス):(窒素ガス)=2:5〜2:8とする。 Further, nitrogen gas (N 2 ) from the dilution inert gas supply source 6 is sent to the dilution inert gas blowing path 23 through the supply path 6a (without passing through the plasma space 13). The flow rate of nitrogen gas from the inert gas supply source 6 for dilution is set so that the flow rate ratio with the fluorine-based reaction gas is (fluorine-based reaction gas) :( nitrogen gas) = 2: 3 to 2:12. Preferably, (fluorine-based reaction gas) :( nitrogen gas) = 2: 5 to 2: 8.

ノズル20内においてフッ素系反応ガス吹出し路21のフッ素系反応ガスと、酸化性反応ガス吹出し路22の酸化性反応ガスと、希釈用不活性ガス吹出し路23の窒素ガスとを、互いに合流させて混合し、処理ガスを生成する。この処理ガスを、吹出し口24から噴き出し、シリコン基板9に接触させる。 処理ガスの供給流量は、吹出し口24の図1の紙面と直交する方向の単位長さ(1m)あたり、6slm〜24slm程度が好ましい。   In the nozzle 20, the fluorine-based reaction gas in the fluorine-based reaction gas blowing path 21, the oxidizing reaction gas in the oxidizing reaction gas blowing path 22, and the nitrogen gas in the inert gas blowing path 23 for dilution are joined together. Mix to produce process gas. This processing gas is blown out from the blowout opening 24 and brought into contact with the silicon substrate 9. The supply flow rate of the processing gas is preferably about 6 slm to 24 slm per unit length (1 m) in the direction orthogonal to the paper surface of FIG.

これによって、基板9の表面のシリコンが処理ガス中のオゾンと反応して酸化される。このシリコン酸化物とHF等のフッ素系反応成分とが反応し、SiF等の揮発成分が生成される。こうして、基板9の表面のシリコンがエッチングされる。しかも、処理ガスが窒素ガス(N)にて十分に希釈されているため、緩やかにエッチングできる。これにより、シリコン基板9の表面にナノオーダーの凹凸を形成でき、シリコン基板9の表面を粗化できる。よって、シリコン基板9の反射率を低くすることができる。例えば、フッ素系反応ガスと窒素の流量比を(フッ素系反応ガス):(窒素ガス)=2:3〜2:12に設定することで、シリコン基板9の反射率を17%以下にすることができる。フッ素系反応ガスと窒素の流量比を(フッ素系反応ガス):(窒素ガス)=2:5〜2:8に設定することで、シリコン基板9の反射率を12%以下にすることができる(実施例2参照)。
この結果、太陽電池の光吸収率を十分に高めることができ、ひいては発電効率を高めることができる。
Thereby, silicon on the surface of the substrate 9 reacts with ozone in the processing gas and is oxidized. This silicon oxide reacts with a fluorine-based reaction component such as HF to generate a volatile component such as SiF 4 . Thus, the silicon on the surface of the substrate 9 is etched. Moreover, since the processing gas is sufficiently diluted with nitrogen gas (N 2 ), it can be etched gently. Thereby, nano-order irregularities can be formed on the surface of the silicon substrate 9, and the surface of the silicon substrate 9 can be roughened. Therefore, the reflectance of the silicon substrate 9 can be lowered. For example, the reflectance of the silicon substrate 9 is set to 17% or less by setting the flow ratio of the fluorine-based reaction gas and nitrogen to (fluorine-based reaction gas) :( nitrogen gas) = 2: 3 to 2:12. Can do. By setting the flow ratio of the fluorine-based reaction gas and nitrogen to (fluorine-based reaction gas) :( nitrogen gas) = 2: 5 to 2: 8, the reflectance of the silicon substrate 9 can be reduced to 12% or less. (See Example 2).
As a result, the light absorptance of the solar cell can be sufficiently increased, and consequently the power generation efficiency can be increased.

図1において、矢印付き太線gにて示すように、処理ガスは、吹出し口24の直下のシリコン基板9上で左右二手に分かれ、左右の吸引口25の下方まで流れた後、各吸引口25に吸い込まれる。したがって、シリコン基板9の表面上の各ポイントは、左側の吸引口25の直下と右側の吸引口25の直下との間に在る期間中、処理ガスと接触して処理される。左右の吸引口25,25間の距離をLとし、シリコン基板9の移動速度をVとし、シリコン基板9のスキャン回数をnとすると、シリコン基板9の表面上の各ポイントの累積の処理時間(処理ガスとの接触時間)Tは、
T=n×L/V …(式1)
になる。ここで、1スキャンは、シリコン基板9の片道分の移動を言う。したがって、シリコン基板9が一往復すると、n=2である。
In FIG. 1, the processing gas is divided into left and right hands on the silicon substrate 9 immediately below the blow-out port 24 and flows down to the lower sides of the left and right suction ports 25, as shown by a thick line g with an arrow. Sucked into. Accordingly, each point on the surface of the silicon substrate 9 is processed in contact with the processing gas during a period between the right under the left suction port 25 and the right under the right suction port 25. If the distance between the left and right suction ports 25 is 25, the moving speed of the silicon substrate 9 is V, and the number of scans of the silicon substrate 9 is n, the accumulated processing time of each point on the surface of the silicon substrate 9 ( The contact time (T) with the processing gas is
T = n × L / V (Formula 1)
become. Here, one scan refers to one-way movement of the silicon substrate 9. Therefore, n = 2 when the silicon substrate 9 reciprocates once.

1つのシリコン基板9に対し、処理時間Tが、T=24秒〜48秒程度になるようにスキャン回数nを設定する。処理時間Tを24秒以上にすることで、必要な処理量を確保でき、シリコン基板9の反射率を十分に低くすることができる。処理時間Tを48秒以下にすることで、必要以上に処理するのを回避でき、処理ガスを無駄に消費したり処理時間が長期化したりするのを防止できる。   The number of scans n is set so that the processing time T is about T = 24 to 48 seconds for one silicon substrate 9. By setting the processing time T to 24 seconds or more, a necessary processing amount can be secured and the reflectance of the silicon substrate 9 can be sufficiently lowered. By setting the processing time T to 48 seconds or less, it is possible to avoid excessive processing, and it is possible to prevent wasteful consumption of processing gas and prolonged processing time.

上記の大気圧プラズマエッチングによる表面粗化方法によれば、ウェットエッチングによる表面粗化方法の問題点を解消又は緩和できる。すなわち、シリコン基板9の表面上に電極が形成されていたとしても、マスクをしておけば電極の損傷を防止できる。また、シリコン基板9の裏面には処理ガスが当たりにくく、該裏面の平滑度が低下するのを容易に防止できる。さらに、シリコン基板9の厚さにかかわらず確実に処理できる。 According to the surface roughening method by atmospheric pressure plasma etching, the problems of the surface roughening method by wet etching can be eliminated or alleviated. That is, even if an electrode is formed on the surface of the silicon substrate 9, if the mask is used, damage to the electrode can be prevented. Further, it is difficult for the processing gas to hit the back surface of the silicon substrate 9, and the smoothness of the back surface can be easily prevented from being lowered. Furthermore, it can be reliably processed regardless of the thickness of the silicon substrate 9.

本発明は、上記実施形態に限定されず、その要旨の範囲内において種々の態様を採用できる。
例えば、希釈用不活性ガス供給源6からの窒素等の不活性ガスが、ノズル20内でフッ素系反応ガス及び酸化性反応ガスと混合されることなくノズル20から吹き出され、ノズル20とシリコン基板9との間の空間でフッ素系反応ガス及び酸化性反応ガスと混合されるようにしてもよい。
酸化性反応ガス供給源5からの酸化性反応ガスが、ノズル20内でフッ素系反応ガスと混合されることなくノズル20から吹き出され、ノズル20とシリコン基板9との間の空間でフッ素系反応ガスと混合されるようにしてもよい。
移動手段8が処理ヘッド2に接続され、処理ヘッド2が往復移動されるようになっていてもよい。処理ヘッド2とシリコン基板9の相対位置が固定された状態で、表面処理を行なうことにしてもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modes can be adopted within the scope of the gist.
For example, an inert gas such as nitrogen from the inert gas supply source 6 for dilution is blown out from the nozzle 20 without being mixed with the fluorine-based reactive gas and the oxidizing reactive gas in the nozzle 20, and the nozzle 20 and the silicon substrate. 9 may be mixed with the fluorine-based reaction gas and the oxidizing reaction gas in the space between the two.
The oxidizing reaction gas from the oxidizing reaction gas supply source 5 is blown out from the nozzle 20 without being mixed with the fluorine reaction gas in the nozzle 20, and the fluorine reaction in the space between the nozzle 20 and the silicon substrate 9. It may be mixed with gas.
The moving means 8 may be connected to the processing head 2 so that the processing head 2 is reciprocated. The surface treatment may be performed in a state where the relative position between the processing head 2 and the silicon substrate 9 is fixed.

大気圧プラズマエッチングの前に、シリコン基板9をフッ酸、過酸化水素水等でウェットエッチングすることにしてもよい。ウェットエッチングにより、シリコン基板9の表面にミクロンオーダーの凹凸を形成できる。その後、大気圧プラズマエッチングによって上記ミクロンオーダーの凹凸の表面に更にナノオーダーの凹凸を形成できる。この結果、シリコン基板9の反射率を確実に低くすることができる。
上記の大気圧プラズマエッチングの後、シリコン基板9をNaOH等のアルカリ水溶液でウェットエッチングすることにしてもよい。アルカリ濃度は1wt%程度でよい。浸漬時間は10秒程度でよい。これにより、シリコン基板9の表面を一層粗化でき、反射率を一層確実に低くすることができる。 本発明は、表面粗化すべきシリコン基板であれば、太陽電池用に限られず、他の用途のシリコン基板の処理にも適用できる。
Before the atmospheric pressure plasma etching, the silicon substrate 9 may be wet-etched with hydrofluoric acid, hydrogen peroxide solution or the like. By wet etching, irregularities on the order of microns can be formed on the surface of the silicon substrate 9. Thereafter, further nano-order irregularities can be formed on the surface of the micron-order irregularities by atmospheric pressure plasma etching. As a result, the reflectance of the silicon substrate 9 can be reliably lowered.
After the above atmospheric pressure plasma etching, the silicon substrate 9 may be wet etched with an alkaline aqueous solution such as NaOH. The alkali concentration may be about 1 wt%. The immersion time may be about 10 seconds. As a result, the surface of the silicon substrate 9 can be further roughened, and the reflectance can be further reliably reduced. The present invention is not limited to solar cells as long as the surface of the silicon substrate is roughened, and can also be applied to processing of silicon substrates for other uses.

実施例を説明する。本発明が当該実施例に限定されるものでないことは言うまでもない。
シリコンインゴットからスライスした多結晶シリコンウェハを複数枚用意した。表面粗化装置として、図1に示す装置1と実質的に同じ構造の大気圧プラズマエッチング装置を用いた。
CF 0.15slmとAr 2.85slmを混合し、3slmのフッ素系原料ガスを得た。このフッ素系原料ガス(CF+Ar)に水(HO)を露点が20℃になる量だけ添加した。水添加後のフッ素系原料ガス(CF+Ar+HO)をプラズマソース10の大気圧の放電空間13に導入してプラズマ化し、HF等を含むフッ素系反応ガス 3slmを生成した。プラズマソース10への投入電力は、3.5kWとした。
オゾナイザー5bにてオゾン濃度8vol%の酸化性反応ガス(O+O)を生成した。この酸化性反応ガス 1.8slmを、ノズル20に供給した。
さらに、希釈用不活性ガス供給源6から窒素ガス 9slmを、ノズル20に供給した。
ノズル20内でフッ素系反応ガス 3slm、酸化性反応ガス 1.8slm、希釈用窒素ガス 9slmを混合し、処理ガス 13.8slmを得た。処理ガス中のフッ素系反応ガスと希釈用窒素ガス(N)の流量比は、(フッ素系反応ガス):(窒素ガス)=1:3であった。この処理ガスを吹出し口24から吹出し、シリコンウェハ9に接触させ、大気圧プラズマエッチングを行なった。吹出し口24の図1の紙面と直交する方向の長さは、600mmであった。ノズル20の下面とシリコンウェハ9との間の距離は、1mmとした。
処理済みのガスを一対の吸引口25,25から吸引した。一対の吸引口25,25間の距離Lは、L=40mmであった。
処理ガスの吹き付けと同時にシリコンウェハ9を往復移動(スキャン)させた。移動速度は2m/minとした。したがって、1回のスキャン(片道移動)によってシリコンウェハの表面の各ポイントに処理ガスが接触する時間(処理時間)は、1.2秒であった(式1参照)。
サンプルとなるシリコンウェハごとにスキャン回数を変えた。スキャン回数は、10回、20回、40回、60回、80回の5通りとした。
Examples will be described. Needless to say, the present invention is not limited to these examples.
A plurality of polycrystalline silicon wafers sliced from a silicon ingot were prepared. As the surface roughening apparatus, an atmospheric pressure plasma etching apparatus having substantially the same structure as that of the apparatus 1 shown in FIG. 1 was used.
CF 4 0.15 slm and Ar 2.85 slm were mixed to obtain 3 slm fluorine-based source gas. Water (H 2 O) was added to the fluorine-based source gas (CF 4 + Ar) in such an amount that the dew point was 20 ° C. The fluorine-based source gas (CF 4 + Ar + H 2 O) after the addition of water was introduced into the atmospheric pressure discharge space 13 of the plasma source 10 to generate plasma, and a fluorine-based reactive gas 3 slm containing HF or the like was generated. The input power to the plasma source 10 was 3.5 kW.
An oxidizing reaction gas (O 2 + O 3 ) having an ozone concentration of 8 vol% was generated by the ozonizer 5b. This oxidizing reaction gas (1.8 slm) was supplied to the nozzle 20.
Further, 9 slm of nitrogen gas was supplied from the inert gas supply source 6 for dilution to the nozzle 20.
In the nozzle 20, a fluorine-based reaction gas of 3 slm, an oxidizing reaction gas of 1.8 slm, and a dilution nitrogen gas of 9 slm were mixed to obtain a processing gas of 13.8 slm. The flow ratio of the fluorine-based reaction gas and the dilution nitrogen gas (N 2 ) in the processing gas was (fluorine-based reaction gas) :( nitrogen gas) = 1: 3. This processing gas was blown out from the blowout opening 24 and brought into contact with the silicon wafer 9 to perform atmospheric pressure plasma etching. The length of the outlet 24 in the direction orthogonal to the paper surface of FIG. 1 was 600 mm. The distance between the lower surface of the nozzle 20 and the silicon wafer 9 was 1 mm.
The treated gas was sucked from the pair of suction ports 25 and 25. The distance L between the pair of suction ports 25, 25 was L = 40 mm.
The silicon wafer 9 was reciprocated (scanned) simultaneously with the spraying of the processing gas. The moving speed was 2 m / min. Therefore, the time (processing time) that the processing gas contacts each point on the surface of the silicon wafer by one scanning (one-way movement) was 1.2 seconds (see Formula 1).
The number of scans was changed for each sample silicon wafer. The number of scans was five, 10 times, 20 times, 40 times, 60 times, and 80 times.

分光光度計(日立製U−4100)を用いて、処理後の各サンプルの反射率を測定した。結果を図2及び図3に示す。図2は、各サンプルへの入射光の波長をλ=550nmとした場合の反射率の測定結果を示したものである。図3は、入射光の波長λに対する各サンプルの反射率の測定結果を示したものである。図2において「As slice→AP Etching」との注釈を付けたデータが、本実施例1にて処理した各サンプルに対応する。「As slice→AP Etching」とは、シリコンインゴットからのスライス後、直接、大気圧プラズマエッチングしたことを示す。また、未処理のサンプル、すなわちインゴットからスライスしたままのシリコンウェハの反射率も測定した。   The reflectance of each sample after processing was measured using a spectrophotometer (Hitachi U-4100). The results are shown in FIGS. FIG. 2 shows the measurement results of the reflectance when the wavelength of the incident light on each sample is λ = 550 nm. FIG. 3 shows the measurement results of the reflectance of each sample with respect to the wavelength λ of incident light. In FIG. 2, the data with the annotation “As slice → AP Etching” corresponds to each sample processed in the first embodiment. “As slice → AP Etching” indicates that direct atmospheric pressure plasma etching was performed after slicing from the silicon ingot. In addition, the reflectance of an untreated sample, that is, a silicon wafer sliced from an ingot was also measured.

図2に示すように、未処理のサンプルは、スキャン回数n=0であり、その反射率は、入射波長λ=550nmに対し約30%であった。スキャン回数が0〜20回までの範囲では、スキャン回数すなわち処理時間Tが増大するにしたがって、反射率が急激に低下することが確認された。スキャン回数が20回になると、反射率が約12%になった。スキャン回数が20回以上の範囲では、スキャン回数を増減させても反射率はあまり変化しなくなった。しかも、図3に示すように、スキャン回数が20回以上では、入射光の波長λに拘わらず、かつスキャン回数に拘わらず、反射率がほぼ一定の範囲(約10%〜17%)に収束するようになった。
このことから、スキャンを少なくとも20回行なえば、すなわち処理時間Tが24秒以上であれば、シリコン表面を所望の低反射率にできることが判明した。処理のばらつきを考慮して、スキャン回数を20回〜40回、すなわち処理時間Tを24秒〜48秒にすることで、所望の処理量を確実に得られ、かつ無駄な処理を防止できると言える。
As shown in FIG. 2, the unprocessed sample had a scan number n = 0, and its reflectance was about 30% with respect to the incident wavelength λ = 550 nm. It was confirmed that in the range of the number of scans from 0 to 20 times, the reflectivity rapidly decreases as the number of scans, that is, the processing time T increases. When the number of scans was 20, the reflectivity was about 12%. When the number of scans was 20 or more, the reflectance did not change much even if the number of scans was increased or decreased. Moreover, as shown in FIG. 3, when the number of scans is 20 or more, the reflectivity converges to a substantially constant range (about 10% to 17%) regardless of the wavelength λ of the incident light and regardless of the number of scans. It was way.
From this, it has been found that if the scan is performed at least 20 times, that is, if the processing time T is 24 seconds or more, the silicon surface can have a desired low reflectance. In consideration of processing variations, the number of scans is set to 20 to 40 times, that is, the processing time T is set to 24 to 48 seconds, so that a desired processing amount can be reliably obtained and useless processing can be prevented. I can say that.

図4は、スキャン回数を40回、すなわち処理時間TをT=48秒としたサンプルの表面を電子顕微鏡で撮影した写真である。同図(a)が処理前であり、同図(b)が処理後である。大気圧プラズマエッチングによってシリコン表面にナノオーダーの凹凸が形成されていることが確認できた。   FIG. 4 is a photograph of the surface of a sample taken with an electron microscope with 40 scans, that is, with a processing time T of T = 48 seconds. FIG. 4A is before processing, and FIG. 4B is after processing. It was confirmed that nano-order irregularities were formed on the silicon surface by atmospheric pressure plasma etching.

なお、図2において「As slice→Acid Etching→AP Etching」との注釈を付したデータは、シリコンインゴットからスライスして得たシリコンウェハに対し酸又はアルカリにてウェットエッチングした後、大気圧プラズマエッチングした場合の反射率の測定結果である。ウェットエッチングに用いたエッチャントは、酸処理の場合、HF、HNO、HAc等を用い、アルカリ処理の場合、NaOH−NaOCl等を用いて行った。どちらもセル変換効率は約17%となった。大気圧プラズマエッチングの条件及び装置構成は、上記の直接大気圧プラズマエッチングした場合(As slice→AP Etching)と同じであった。
ウェットエッチング後に大気圧プラズマエッチングした場合、大気圧プラズマエッチングだけの場合より反射率をより低くすることができた。
In addition, the data with the annotation “As slice → Acid Etching → AP Etching” in FIG. 2 shows that the silicon wafer obtained by slicing from the silicon ingot is wet-etched with acid or alkali, and then is subjected to atmospheric pressure plasma etching. It is a measurement result of the reflectance in the case of. The etchant used for wet etching was HF, HNO 3 , HAc or the like in the case of acid treatment, and NaOH-NaOCl or the like in the case of alkali treatment. In both cases, the cell conversion efficiency was about 17%. The atmospheric pressure plasma etching conditions and the apparatus configuration were the same as those in the case of direct atmospheric pressure plasma etching (As slice → AP Etching).
When the atmospheric pressure plasma etching was performed after the wet etching, the reflectance could be made lower than in the case of only the atmospheric pressure plasma etching.

実施例1と同じ装置を用い、9つのシリコンウェハからなるサンプルに対しそれぞれ大気圧プラズマエッチングを行なった。
フッ素系原料ガスは、CF 0.1slmと、Ar 1.9slmの混合ガス 2.0slmとし、これに水を添加した。水添加後のフッ素系原料ガスの露点は、サンプルに応じて12℃、18℃、24℃の三通りとした。
酸化性反応ガスは、オゾン濃度8vol%のオゾン含有ガス(O+O)とし、その流量は1.2slmとした。
希釈用不活性ガスは、窒素(N)とし、その流量は、サンプルに応じて3slm、6slm、12slmの三通りとした。したがって、フッ素系反応ガスと希釈用不活性ガスの流量比は、(フッ素系反応ガス):(希釈用不活性ガス)=2:3、2:6、2:12の三通りであった。
160V、3.1Aの直流を30kHzの交流電力に変換し、プラズマソース10に供給した。
ノズル20の下面とステージ7上のシリコン基板9との間の距離は、1.5mmとした。
シリコンウェハの温度は25℃(室温)とした。
スキャンの速度は2m/minとした。
スキャン回数は40回とした。
Using the same apparatus as in Example 1, atmospheric pressure plasma etching was performed on each sample consisting of nine silicon wafers.
The fluorine-based raw material gas was a mixed gas of CF 4 0.1 slm and Ar 1.9 slm 2.0 slm, and water was added thereto. The dew points of the fluorine-based source gas after the addition of water were set to three types of 12 ° C., 18 ° C., and 24 ° C. according to the sample.
The oxidizing reaction gas was an ozone-containing gas (O 2 + O 3 ) with an ozone concentration of 8 vol%, and the flow rate was 1.2 slm.
The inert gas for dilution was nitrogen (N 2 ), and the flow rates thereof were three types of 3 slm, 6 slm, and 12 slm depending on the sample. Therefore, the flow rate ratio between the fluorine-based reaction gas and the inert gas for dilution was three types: (fluorine-based reaction gas) :( inert gas for dilution) = 2: 3, 2: 6, 2:12.
The direct current of 160 V and 3.1 A was converted into AC power of 30 kHz and supplied to the plasma source 10.
The distance between the lower surface of the nozzle 20 and the silicon substrate 9 on the stage 7 was 1.5 mm.
The temperature of the silicon wafer was 25 ° C. (room temperature).
The scanning speed was 2 m / min.
The number of scans was 40.

処理後のサンプルに対し、実施例1と同じ測定器を用いて反射率を測定した。入射光の波長は550nmとした。結果を、図5に示す。
希釈用不活性ガスの流量によって反射率が変化した。フッ素系原料ガスが低露点(12℃)の場合は、希釈用不活性ガスの流量が小さいほど反射率が低くなったが、露点が18℃及び24℃の場合は、希釈用不活性ガスの流量が小さすぎても大きすぎても反射率が高くなり、反射率を最小にする希釈用不活性ガス流量が存在することが確認された。(フッ素系反応ガス):(希釈用不活性ガス)=2:3〜2:12であれば、フッ素系原料ガスへの水添加量を調節することで、反射率を17%以下にできることが確認された。(フッ素系反応ガス):(希釈用不活性ガス)=2:5〜2:8であれば、反射率を12%以下にできることが確認された。
The reflectance was measured for the treated sample using the same measuring instrument as in Example 1. The wavelength of incident light was 550 nm. The results are shown in FIG.
The reflectivity varied with the flow rate of the inert gas for dilution. When the fluorine source gas has a low dew point (12 ° C.), the lower the flow rate of the inert gas for dilution, the lower the reflectivity. However, when the dew points are 18 ° C. and 24 ° C., the inert gas for dilution Whether the flow rate is too small or too large, the reflectivity is high, and it has been confirmed that there is an inert gas flow for dilution that minimizes the reflectivity. If (fluorine-based reactive gas) :( inert gas for dilution) = 2: 3 to 2:12, the reflectance can be reduced to 17% or less by adjusting the amount of water added to the fluorine-based raw material gas. confirmed. (Fluorine-based reactive gas): (Inert gas for dilution) = 2: 5 to 2: 8 It was confirmed that the reflectance could be reduced to 12% or less.

図6は、実施例2において、フッ素系原料ガスに添加する水分量を、吹出し口24から吹き出される処理ガスの流量で割って、処理ガスの単位流量あたりの水分添加量に換算し、該水分添加量と希釈用不活性ガス(N)の流量との関係を示したものである。(フッ素系反応ガス):(希釈用不活性ガス)=2:3〜2:12の流量比範囲における露点12℃〜24℃に対応する水分添加量は、単位処理ガス流量あたり、2g/m〜9.6g/m程度である。この水分添加量は、例えば液晶ディスプレイ用シリコン基板のエッチングの場合の水分添加量より十分に小さい。 FIG. 6 shows that in Example 2, the amount of water added to the fluorine-based raw material gas is divided by the flow rate of the processing gas blown from the blowout port 24 to be converted into the amount of water added per unit flow rate of the processing gas, This shows the relationship between the amount of water added and the flow rate of the inert gas for dilution (N 2 ). (Fluorine-based reaction gas): (Inert gas for dilution) = 2: 3 to 2:12 The water addition amount corresponding to the dew point of 12 ° C. to 24 ° C. in the flow rate ratio range is 2 g / m per unit treatment gas flow rate. It is about 3 to 9.6 g / m 3 . The amount of water added is sufficiently smaller than the amount of water added in the case of etching a silicon substrate for liquid crystal display, for example.

本発明は、例えば太陽電池用のシリコン基板を粗化するのに適用可能である。   The present invention is applicable to roughening a silicon substrate for solar cells, for example.

1 大気圧プラズマエッチング装置
2 処理ヘッド
3 電源
4 フッ素系原料ガス供給源
4a フッ素系原料供給部
4b キャリアガス供給部
4c 加湿器
4d フッ素系原料ガス供給路
5 酸化性反応ガス供給源
5a 酸素供給部
5b オゾナイザー
5c 酸化性反応ガス供給路
6 希釈用不活性ガス供給源
6a 希釈用不活性ガス供給路
7 ステージ(被処理物支持手段)
8 移動手段
9 シリコン基板(被処理物)
10 プラズマソース(フッ素系反応ガス生成部)
11 電極
13 プラズマ空間
20 ノズル
21 フッ素系反応ガス吹出し路
22 酸化性反応ガス吹出し路
23 希釈用不活性ガス吹出し路
24 吹出し口
25 吸引口
26 排気路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Atmospheric pressure plasma etching apparatus 2 Processing head 3 Power supply 4 Fluorine-type raw material gas supply source 4a Fluorine-type raw material supply part 4b Carrier gas supply part 4c Humidifier 4d Fluorine-type raw material gas supply path 5 Oxidation reaction gas supply source 5a Oxygen supply part 5b Ozonizer 5c Oxidizing reaction gas supply path 6 Diluting inert gas supply source 6a Diluting inert gas supply path 7 Stage (processing object support means)
8 Moving means 9 Silicon substrate (object to be processed)
10 Plasma source (fluorine-based reactive gas generator)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Electrode 13 Plasma space 20 Nozzle 21 Fluorine type reactive gas blowing path 22 Oxidizing reactive gas blowing path 23 Diluting inert gas blowing path 24 Blowing port 25 Suction port 26 Exhaust channel

Claims (4)

シリコンからなる被処理物の表面を粗化する方法であって、
フッ素系原料ガスを大気圧近傍下のプラズマ空間に導入してフッ素系反応ガスを生成し、
前記フッ素系反応ガスと、酸化性反応ガスと、前記プラズマ空間を経ない希釈用不活性ガスとを含む処理ガスを前記被処理物に接触させ、
前記フッ素系反応ガスと前記希釈用不活性ガスの流量比を、(フッ素系反応ガス):(希釈用不活性ガス)=2:3〜2:12とすることを特徴とするシリコンの表面粗化方法。
A method for roughening the surface of a workpiece made of silicon,
Fluorine source gas is introduced into the plasma space near atmospheric pressure to generate fluorine reaction gas,
A treatment gas containing the fluorine-based reaction gas, the oxidizing reaction gas, and the inert gas for dilution that does not pass through the plasma space is brought into contact with the object to be treated;
The surface roughness of silicon is characterized in that the flow rate ratio of the fluorine-based reaction gas and the inert gas for dilution is (fluorine-based reaction gas) :( inert gas for dilution) = 2: 3 to 2:12 Method.
前記フッ素系反応ガスと前記希釈用不活性ガスの流量比を、(フッ素系反応ガス):(希釈用不活性ガス)=2:5〜2:8とすることを特徴とする請求項1に記載の表面粗化方法。   2. The flow rate ratio of the fluorine-based reaction gas and the inert gas for dilution is set to (fluorine-based reaction gas) :( inert gas for dilution) = 2: 5 to 2: 8. The surface roughening method as described. 前記被処理物の各位置おける前記処理ガスの接触時間を、24秒〜48秒にすることを特徴とする請求項1又は2に記載の表面粗化方法。   The surface roughening method according to claim 1 or 2, wherein a contact time of the processing gas at each position of the object to be processed is 24 seconds to 48 seconds. 前記処理ガスの単位流量あたり2g/m〜9.6g/mの水を前記フッ素系原料ガスに添加したうえで、前記フッ素系原料ガスを前記プラズマ空間に導入することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の表面粗化方法。 Claims, characterized in that the introduction of units of water flow per 2g / m 3 ~9.6g / m 3 of the process gases after having added to the fluorine source gas, the fluorine-based material gas into the plasma space Item 4. The surface roughening method according to any one of Items 1 to 3.
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