JP2011035262A - 結晶系太陽電池の製造における処理方法及び処理装置 - Google Patents

結晶系太陽電池の製造における処理方法及び処理装置 Download PDF

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洋介 坂尾
Hideo Takei
日出夫 竹井
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宗之 佐藤
Minoru Suzuki
実 鈴木
Tsutomu Ito
努 伊藤
Toshihiro Kawai
俊宏 河合
Koji Matsumoto
貢治 松本
Miki Omori
美紀 大森
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Abstract

【課題】
スライス時に生じる基板のダメージ層の除去からテクスチャー形成工程を一括してドライエッチングにより処理する処理方法及び処理装置を提供する。
【解決手段】
真空処理チャンバ内に、結晶系太陽電池の製造に用いられるエッチング処理すべき基板の装着される基板電極を設け、基板電極に装着した基板をエッチング処理するようにしたドライエッチング処理において、基板の表面のスライス時に生じたダメージ層を除去する工程と、ダメージ層を除去した基板の表面にテクスチャーを形成する工程とを真空処理チャンバ内で連続して行うように構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、結晶系太陽電池の製造における処理方法及び処理装置に関するものである。
近年、地球温暖化の問題から二酸化炭素（ＣＯ２）などの温室効果ガスの放出を抑える低炭素革命が叫ばれ、温室効果ガスの削減に役立つ太陽光エネルギーの利用を進めるため太陽電池の開発が進められ、実用に供されてきており、その普及には太陽電池自体のコストの低減化と共に光電変換効率の向上が急務となっている。
知られているように、結晶系Si太陽電池分野において、シリコン基板に照射する太陽光のうちシリコン基板内部へ進む光のみが発電に寄与し、基板の表面で反射する太陽光は発電に寄与していない。そのため、基板の表面に入射した光の反射を低減する技術が開発され提案されている。例えば、太陽電池用シリコン基板の表面に反応性イオンエッチングにより凹凸形状を形成して粗面化する方法（特許文献１参照）太陽電池用シリコン基板の表面にドライエッチングにより凹凸形状を形成して粗面化する方法（特許文献２参照）、基板表面に微細な凹凸構造をもつシリコン系太陽電池（特許文献３参照）を挙げることができる。
本出願人は、先にシリコン材料の表面にドライエッチング法でテクスチャーを形成し、形成したテクスチャーをウェットエッチング法で処理して、シリコン材料の表面積を大きくししかも表面反射率を低減する方法及び装置を提案した（特許文献４参照）。
ところで、このような結晶系太陽電池に使用されるシリコンウエハをスライスする際にダメージ層が形成される。このようなダメージ層は従来ウェットエッチングで除去されている。すなわち、洗浄装置を用いて、等方エッチングをすることによりダメージ層は除去される。一方、テクスチャーの形成には、ウェットエッチングでは選択性が乏しく、形成されるテクスチャーの形状が良くないため、良好なテクスチャーを形成できるセルフマスクを使うドライエッチングが用いられるようになってきている。
従来のウェットエッチングを用いて、スライスして得たシリコンウエハのダメー
ジ層を除去する場合には、通常ダメージ層は厚いので、ウェットエッチングではレートの遅いので処理に時間がかかってしまうという問題があり、またその工程で生じる廃液の処理が必然的に伴い、さらにまたテクスチャー形成工程とは別個に実施する必要があり、装置の構成が嵩張りかつ複雑となり、装置自体のコストが嵩むだけでなく、一連の工程で処理できないため生産性の上でも問題があった。
特開２００３−１０１０５１公開特許公報 特開２００３−１９７９４０公開特許公報 特開２００２−１１１０１７公開特許公報 特願２００８−１９２５９７明細書
本発明は、従来、ウェットエッチングで処理していたスライス時に生じる基板のダメージ層の除去からテクスチャー形成工程を一括してドライエッチングにより処理する処理方法及び処理装置を提供することを目的としている。
上記の目的を達成するために、本発明の第１の発明によれば、真空処理チャンバ内に、結晶系太陽電池の製造に用いられるエッチング処理すべき基板の装着される基板電極を設け、基板電極に装着した基板をエッチング処理するようにしたドライエッチング処理方法において、
基板の表面のスライス時に生じたダメージ層を除去する工程と、
ダメージ層を除去した基板の表面にテクスチャーを形成する工程とを連続して行うことを特徴としている。
本発明の第２の発明によれば、真空処理チャンバ内に、結晶系太陽電池の製造に用いられるエッチング処理すべき基板の装着される基板電極を設け、基板電極に装着した基板をエッチング処理するようにしたドライエッチング処理装置において、
基板の表面のスライス時に生じたダメージ層を除去する処理ガスを真空処理チャンバ内に導入するダメージ層除去処理ガス導入装置と、
ダメージ層を除去した基板の表面にテクスチャーを形成する処理ガスを導入するテクスチャー形成処理ガス導入装置と
を真空処理チャンバに対して設けたことを特徴としている。
本発明によるドライエッチング処理方法においては、真空処理チャンバ内において、基板の表面のスライス時に生じたダメージ層を除去する工程と、ダメージ層を除去した基板の表面にテクスチャーを形成する工程とを連続して行うように構成しているので、スループットが向上し、生産性を高めることができ、またダメージ層の除去にウェットエッチングを用いないので、廃液の生成を削減できる。
また、本発明によるドライエッチング処理装置においては、真空処理チャンバに対して、基板の表面のスライス時に生じたダメージ層を除去する処理ガスを真空処理チャンバ内に導入するダメージ層除去処理ガス導入装置と、ダメージ層を除去した基板の表面にテクスチャーを形成する処理ガスを導入するテクスチャー形成処理ガス導入装置とを設けているので、装置自体の構成を単一ユニットとして構成でき、しかも一連の処理を連続して行うことができるようになり、生産性の高い処理装置を提供できるようになる。
本発明によるドライエッチング処理装置の一実施形態を示す概略線図。 本発明に従ってドライエッチングプロセスにより、ダメージ層を除去したSEMプロファイルを示す図。 従来のウェットエッチングプロセスにより、ダメージ層を除去したSEMプロファイルを示す図。
以下添付図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図１には、本発明の一実施形態によるドライエッチング処理装置を示し、１は真空処理チャンバであり、この真空処理チャンバ１内には、エッチング処理すべきシリコン基板２を装着する基板電極をなす基板ホルダー３が設けられ、基板ホルダー３は高周波電源４に接続されている。また基板ホルダー３に対向した位置で真空処理チャンバ１内にはシャワープレート５が設けられている。真空処理チャンバ１は真空排気系６に接続され、真空処理チャンバ１内を所望の真空レベルにできるようにされている。
また、真空処理チャンバ１には、プロセスガス供給装置７、ダメージ層除去処理ガス供給装置８及びテクスチャー形成処理ガス供給装置９が設けられている。プロセスガス供給装置７は流量制御弁７ａ及びプロセスガス源７ｂを備え、プロセスガス源７ｂは例えば酸素ガスを供給する。ダメージ層除去処理ガス供給装置８は流量制御弁８ａ及びダメージ層除去処理ガス源８ｂを備え、ダメージ層除去処理ガスとしては例えばＳＦ６ガスを用いることができる。またテクスチャー形成処理ガス供給装置９は流量制御弁９ａ及びテクスチャー形成処理ガス源９ｂを備え、テクスチャー形成処理ガスとしては例えばＣｌ２ガス及びＮＦ３ガスを用いることができる。
このように構成した図示ドライエッチング処理装置の動作において、シリコン基板２の表面のスライス時に生じたダメージ層を除去するため、プロセスガス供給装置７におけるプロセスガス源７ｂから流量制御弁７ａの制御の下に例えば酸素ガスを真空処理チャンバ１内に供給すると共に、ダメージ層除去処理ガス供給装置８におけるダメージ層除去処理ガス源８ｂからダメージ層除去処理ガス、例えばＳＦ６ガスが流量制御弁８ａの制御の下に真空処理チャンバ１内に供給される。プロセスガス供給装置７からのガスの供給量とダメージ層除去処理ガス供給装置８からのダメージ層除去処理ガスシリコン基板２の表面の供給量の比率は、の平滑性を得る点から適当に設定され得る。そして、高周波電源４から基板ホルダー３すなわち基板電極に高周波電力を印加し、プロセスガス供給装置７からのガスとダメージ層除去処理ガス供給装置８からのダメージ層除去処理ガスとの所望の混合ガスを、シャワープレート５を通って供給することにより、プラズマが生成され、シリコン基板２の表面のドライエッチングが行われる。これにより、シリコン基板２の表面における、スライス時に生じたダメージ層が除去される。
図２には、本発明に従ってドライエッチングにより、スライス時に生じたダメージ層を除去したシリコン基板２の表面のSEMプロファイルを示し、図３に示す従来のウェットエッチングプロセスによるものと比較して平滑性に優れていることが認められる。
また、シリコン基板２の表面のテクスチャー形成処理では、プロセスガス供給装置７におけるプロセスガス源７ｂから例えば酸素ガスが真空処理チャンバ１内に供給され、そして、ガス供給装置９のテクスチャー形成処理ガス源９ｂからテクスチャー形成処理ガス、例えばＣｌ２ガス及びＮＦ３ガスが真空処理チャンバ１内に供給される。プロセスガス源７ｂからの酸素ガス及びテクスチャー形成処理ガス源９ｂからテクスチャー形成処理ガスの混合比は流量制御弁９ａ及び流量制御弁７ａの制御の下に所望のレベルに設定される。そして、高周波電源４から基板ホルダー３すなわち基板電極に高周波電力を印加し、プロセスガス供給装置７からのガスとテクスチャー形成処理ガス源９ｂからテクスチャー形成処理ガスのとの所望の混合ガスを、シャワープレート５を通って供給することにより、プラズマが生成され、シリコン基板２の表面のドライエッチングが行われる。これにより、シリコン基板２の表面にテクスチャーが形成される。
本発明は、太陽電池のテクスチャー形成に有利に応用され得る。
１：真空処理チャンバ
２：シリコン基板
３：基板電極をなす基板ホルダー
４：高周波電源
５：シャワープレート
６：真空排気系
７：プロセスガス供給装置
８：ダメージ層除去処理ガス供給装置
９：テクスチャー形成処理ガス供給装置

Claims (2)

  1. 真空処理チャンバ内に、結晶系太陽電池の製造に用いられるエッチング処理すべき基板の装着される基板電極を設け、基板電極に装着した基板をエッチング処理するようにしたドライエッチング処理方法において、
    基板の表面のスライス時に生じたダメージ層を除去する工程と、
    ダメージ層を除去した基板の表面にテクスチャーを形成する工程と
    を連続して行うことを特徴とするドライエッチング処理方法。
  2. 真空処理チャンバ内に、結晶系太陽電池の製造に用いられるエッチング処理すべき基板の装着される基板電極を設け、基板電極に装着した基板をエッチング処理するようにしたドライエッチング処理装置において、
    基板の表面のスライス時に生じたダメージ層を除去する処理ガスを真空処理チャンバ内に導入するダメージ層除去処理ガス導入装置と、
    ダメージ層を除去した基板の表面にテクスチャーを形成する処理ガスを導入するテクスチャー形成処理ガス導入装置と
    を真空処理チャンバに対して設けたことを特徴とするドライエッチング処理装置。
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