JP2011082430A - 基板表面処理装置、太陽電池セルの製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板厚が異なる基板に対しても同一条件でのエッチングを行い、均一に基板の表面処理を行うことができる基板表面処理装置、太陽電池セルの製造装置を得ること。
【解決手段】基板１１ａを保持する基板保持手段３５と、基板１１ａの基板厚に応じて基板保持手段３５の高さを調整する高さ調整手段３７と、基板１１ａを搬送する搬送手段と、上方に突出した壁部３１ｄに囲われた複数の突出口を基板１１ａの搬送方向において離間して有する液溜まり部が上面に設けられ、基板１１ａの表面処理に用いる処理液４０を突出口の内壁面での表面張力により突出口から突出した状態で保持する処理槽３１と、を備え、突出口から突出した処理液４０と処理面とが接触するとともに、液溜まり部の壁部３１ｄの最上部と処理面との距離が規定の距離となる高さ位置で基板１１ａを処理槽３１上において水平方向に搬送することにより処理面の表面処理を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、基板表面処理装置、太陽電池セルの製造装置に関し、特にシリコン太陽電池基板の表面を化学的に処理することに用いる基板表面処理装置、太陽電池セルの製造装置に関する。

半導体の製造プロセスにおいては、デバイスを構成するために、基板に対する化学的な表面処理が多用されている。基板に対する化学的な表面処理は、反応性ガスによるドライ（乾式）プロセスと、化学的薬液によるウェット（湿式）プロセスと、に分けられる。また、基板に対する化学的な表面処理は、処理基板枚数および基板の処理面の観点からは、複数の平板状基板を処理液に同時に浸漬させて全面処理するバッチ処理と、平板状基板の片面のみを１枚ずつ処理液に接触させて処理する枚葉処理と、に分けられる。平板状の形状を有する平板状基板の片面のみを１枚ずつ処理する枚葉処理は、ガラス基板、シリコンウェハなどを対象として、例えば洗浄、表面変質層の除去、薄肉化、表面形状の加工などに多用されている。

上述したウェットプロセスによる従来の基板表面処理装置は、例えば基板の表面処理に用いる処理液を収容する処理液槽と、処理液槽の処理液を循環・噴出させるためのポンプおよび噴出口と、を含んで構成される。このような基板表面処理装置においては、処理液槽に収容される処理液によって、基板の片面のみを化学的に処理する。なお、処理液によって化学的に処理される側の面を処理面と呼び、処理面と反対側の面を非処理面と呼ぶ。

基板は、例えば非処理面にデバイスが形成されるシリコン基板であり、デバイスが形成される非処理面に表面保護材が被覆される。また、基板は、例えば搬送ロボット等に備えられる真空チャックによって真空吸着される。搬送ロボットは、真空チャックによって真空吸着される基板を搬送し、また基板を回転させる回転手段を備える。

処理液槽には処理液が収容され、処理液槽の底部に処理液吸引孔が形成され、該処理液吸引孔に配管が接続される。また、配管の他方がポンプに接続される。処理液槽に収容される処理液は、配管を介してポンプで吸引され、噴出口から基板の処理面に向うようにして処理液槽内に噴出される。このようにして、処理液槽中の処理液が循環される。

そして、このような基板表面処理装置は、搬送ロボットの真空チャックによって基板を真空吸着し、処理液槽の上方に搬送し、降下させて、基板の処理面を処理液の表面に接触させる。そして、基板が処理液の表面に接触した状態で搬送ロボットの回転手段によって基板を回転させ、処理液によって基板の処理面をエッチングする。ここで、処理液としては、フッ化水素酸と硝酸との混酸が汎用されている。

しかしながら、このような基板表面処理装置を用いるウェットプロセスでは、基板を構成するシリコンと処理液とが反応して、酸素、酸化窒素、過酸化窒素などの反応ガスが発生し、この反応ガスの気泡が基板の処理面表面に付着して成長する。そして、処理面に付着した反応ガスの気泡は容易に離脱しない。このため、処理面に反応ガスが存在することによって、処理液と基板との接触が妨げられる。反応ガスにより処理液と基板との接触が妨げられると、基板の処理面の表面処理を均一に行うことができなくなる。その結果、処理面にエッチングのむらが発生し、基板の厚みにむらを生じるという問題があった。

このような問題を解決するために、基板と処理液との反応によって発生する反応ガスを除去しながら基板の表面処理を行う基板表面処理装置が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。特許文献１の基板表面処理装置においては、略直角三角形の複数の平板状のガス除去板を、噴出口を中心とした放射状に処理液槽に固定配置することにより、処理液槽より一回り小さい液溜部が設けられている。噴出口から噴出される処理液は、液溜部に形成される逆円錐形状の空間部分に貯留される。そして、一定量を超える量の処理液は、液溜部の周縁部から処理液槽に排出され、配管およびポンプにより再び噴出口から噴出される。

このように構成された特許文献１の基板表面処理装置を用いて前述の基板表面処理装置と同様にして基板の表面処理を行うと、基板の処理面に発生した反応ガスを、基板の回転とガス除去板とによって除去することができ、むらのない良好なエッチングを行うことができる。

また、特許文献２の基板表面処理装置においては、処理液槽に収容される処理液中に一部が浸漬されて回転自在に設けられた複数の搬送ローラーを有する。搬送ローラーは、その回転軸線方向の長さが基板幅以上であり、その表面の少なくとも基板に接する部位に溝が形成されている。そして、処理液によって処理される基板の表面で処理液に接し、基板の表面に存在する反応ガスを、溝を通じて容易に除去する。これにより、簡単な構成で、基板を搬送しながら基板の表面を均一に処理することができる。

特開平３−２７２１４１号公報 特開２００６−１９６７８１号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２に開示された基板表面処理装置には、以下のような問題がある。特許文献１に開示された基板表面処理装置では、気泡を除去するための機構が複雑なため、量産工程で多数の基板を処理する場合にコストが高くなる。また、基板をつり下げる方式であり且つエッチング液の液面が一定のため、基板厚が薄くなると、基板のエッチング面と液面の距離が離れることで基板面にかかるエッチング液の水圧が低くなる。このため、エッチングレートが低下するという問題が発生し、同一条件でエッチングを行うと、基板厚によってエッチング量が異なり、同一処理をすることが困難となる、という問題がある。

また、特許文献２に開示された基板表面処理装置では、基板厚が異なる太陽電池用のシリコン基板をエッチングする場合に、基板厚が薄くなるにつれて自重が軽くなるため、表面張力により吸い上げられたエッチング液を液槽に押し返す圧力が低くなる。このため、エッチングレートが低下するという問題が発生し、同一条件でエッチングを行うと、基板厚によってエッチング量が異なり、同一処理をすることが困難となる、という問題がある。また、ローラーで搬送する方式であるため、基板厚が薄くなり、１００μｍ程度以下の厚さになるとローラー搬送中に基板が割れやすい、という問題も発生する。さらには、処理槽内へ基板を搬送する際に、処理槽の槽壁を跨がすために基板を斜め上方からローラー搬送して投入しなければならない。このため、非エッチング面に薬液が飛散し易い、という問題もある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、基板厚が異なる基板に対しても同一条件でのエッチングを行い、均一に基板の表面処理を行うことができる基板表面処理装置、太陽電池セルの製造装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる基板表面処理装置は、基板の表面を処理する基板表面処理装置であって、処理面を下側にした状態で前記基板を保持する基板保持手段と、前記基板の基板厚に応じて前記基板保持手段の高さを調整する高さ調整手段と、前記基板保持手段に保持された前記基板を搬送する搬送手段と、上方に突出した壁部に囲われた複数の突出口を前記基板の搬送方向において離間して有する液溜まり部が上面に設けられ、前記基板の表面処理に用いる処理液を前記突出口の内壁面での表面張力により前記突出口から突出した状態で保持する処理槽と、を備え、前記突出口から突出した処理液と前記処理面とが接触するとともに、前記液溜まり部の前記壁部の最上部と前記処理面との距離が規定の距離となる高さ位置で前記基板を前記処理槽上において水平方向に搬送することにより前記処理面の表面処理を行うこと、を特徴とする。

本発明によれば、基板厚が異なる基板に対しても同一条件でのエッチングを行い、均一に基板の表面処理を行うことができる、という効果を奏する。

図１−１は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの概略構成を示す断面図である。 図１−２は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの概略構成を示す上面図である。 図１−３は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの概略構成を示す下面図である。 図２−１は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。 図２−２は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。 図２−３は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。 図２−４は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。 図２−５は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。 図２−６は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。 図２−７は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。 図３は、本発明の実施の形態にかかる基板表面処理装置の概略構成を示す模式図である。 図４−１は、本発明の実施の形態にかかる基板表面処理装置のアルカリ処理槽の具体的な構成を示す断面図である。 図４−２は、本発明の実施の形態にかかる基板表面処理装置のアルカリ処理槽の具体的な構成を示す上面図である。 図５は、ｐ型多結晶シリコン基板の基板厚とエッチングレートとの関係を示した特性図である。

以下に、本発明にかかる基板表面処理装置、太陽電池セルの製造装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。

実施の形態
図１−１〜図１−３は、本実施の形態にかかる太陽電池の製造方法により作製した太陽電池セル１の概略構成を示す図であり、図１−１は、太陽電池セル１の断面図、図１−２は、受光面側からみた太陽電池セル１の上面図、図１−３は、受光面と反対側からみた太陽電池セル１の下面図である。図１−１は、図１−２のＡ−Ａ方向における断面図である。

太陽電池セル１は、図１−１〜図１−３に示されるように、光電変換機能を有する太陽電池基板であってｐｎ接合を有する半導体基板１１と、半導体基板１１の受光面側の面（おもて面）に形成されて受光面での入射光の反射を防止する反射防止膜１７と、半導体基板１１の受光面側の面（おもて面）において反射防止膜１７に囲まれて形成された第１電極である受光面側電極１９と、半導体基板１１の受光面と反対側の面（裏面）に形成された第２電極である裏面側電極２１と、を備える。

半導体基板１１は、ｐ型（第１の導電型）多結晶シリコン層１３と、該ｐ型多結晶シリコン層１３の表面の導電型が反転したｎ型（第２の導電型）不純物拡散層１５とを有し、これらによりｐｎ接合が構成されている。受光面側電極１９としては、太陽電池セルの表銀グリッド電極２３および表銀バス電極２５を含む。表銀グリッド電極２３は、半導体基板１１で発電された電気を集電するために受光面に局所的に設けられている。表銀バス電極２５は、表銀グリッド電極２３で集電された電気を取り出すために表銀グリッド電極２３にほぼ直交して設けられている。また、裏面側電極２１は、半導体基板１１の裏面のほぼ全面に形成されている。ここでは、裏面側電極２１は、半導体基板１１の裏面のほぼ全面に形成したが、太陽電池の変換効率を高める目的で半導体基板１１の裏面の一部分のみに裏面側電極２１を形成しても、もちろん構わない。

このように構成された太陽電池セル１では、太陽光が太陽電池セル１の受光面側から半導体基板１１のｐｎ接合面（ｐ型多結晶シリコン層１３とｎ型不純物拡散層１５との接合面）に照射されると、ホールと電子が生成する。ｐｎ接合部の電界によって、生成した電子はｎ型不純物拡散層１５に向かって移動し、ホールはｐ型多結晶シリコン層１３に向かって移動する。これにより、ｎ型不純物拡散層１５に電子が過剰となり、ｐ型多結晶シリコン層１３にホールが過剰となる結果、光起電力が発生する。この光起電力はｐｎ接合を順方向にバイアスする向きに生じ、ｎ型不純物拡散層１５に接続した受光面側電極１９がマイナス極となり、ｐ型多結晶シリコン層１３に接続した裏面側電極２１がプラス極となって、図示しない外部回路に電流が流れる。

以上のように構成された本実施の形態にかかる太陽電池セル１では、半導体基板１１における裏面側においてｎ型不純物拡散層が確実に除去されている。これにより、本実施の形態にかかる太陽電池セル１では、半導体基板１１における裏面側にｎ型不純物拡散層１５が残存することに起因した光電変換効率の低下が防止されており、出力特性の向上が図られている。したがって、本実施の形態にかかる太陽電池セル１においては、光電変換効率に優れた高性能な太陽電池セルが実現されている。

つぎに、このような太陽電池セル１の製造方法の一例について図２−１〜図２−７を参照して説明する。図２−１〜図２−７は、実施の形態にかかる太陽電池セル１の製造工程を説明するための断面図である。

まず、半導体基板として、例えば民生用太陽電池向けとして最も多く使用されているｐ型多結晶シリコン基板を用意する（以下、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａと呼ぶ）（図２−１）。ｐ型多結晶シリコン基板としては、例えば比抵抗２Ω・ｃｍ程度にボロンをドープしたｐ型多結晶シリコン基板が用いられる。

ｐ型多結晶シリコン基板１１ａは、溶融したシリコンを冷却固化してできたインゴットをワイヤーソーでスライスして製造するため、表面にスライス時のダメージが残っている。そこで、まずはこのダメージ層の除去も兼ねて、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａを酸または例えば加熱したアルカリ溶液中、例えば水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して表面をエッチングすることにより、シリコン基板の切り出し時に発生してｐ型多結晶シリコン基板１１ａの表面近くに存在するダメージ領域を取り除く。例えばｐ型多結晶シリコン基板１１ａを、７０℃程度に加熱したアルカリ溶液中、例えば１０ｗｔ％程度の水酸化ナトリウム水溶液に例えば１０分間浸漬し、基板表面をエッチングすることにより、シリコン基板の表面近くに生じたダメージ領域を取り除くと同時にシリコン基板の表面洗浄を実施する。

つぎに、アルカリ溶液、例えば前記と同じ１０ｗｔ％程度の水酸化ナトリウム水溶液と、アルコール溶液、例えばイソプロピルアルコールとを１ｗｔ％程度添加した溶液を８０℃程度に加熱し、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａをこの溶液中に例えば５分間浸漬し、基板表面を異方性エッチングすることにより、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａの受光面側の表面にテクスチャー構造として微小凹凸を形成する（図示せず）。このようなテクスチャー構造をｐ型多結晶シリコン基板１１ａの受光面側に設けることで、太陽電池セル１の表面側で光の多重反射を生じさせ、太陽電池セル１に入射する光を効率的に半導体基板１１の内部に吸収させることができ、実効的に反射率を低減して変換効率を向上させることができる。

なお、本発明においてはテクスチャー構造の形成方法や形状については、特に制限するものではない。例えば、イソプロピルアルコールを含有させたアルカリ水溶液や主にフッ酸、硝酸の混合液からなる酸エッチングを用いる方法、部分的に開口を設けたマスク材をｐ型多結晶シリコン基板１１ａの表面に形成して該マスク材を介したエッチングによりｐ型多結晶シリコン基板１１ａの表面にハニカム構造や逆ピラミッド構造を得る方法、或いは反応性ガスエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）を用いた手法など、何れの手法を用いても差し支えない。

つぎに、このｐ型多結晶シリコン基板１１ａを熱拡散炉へ投入し、ｎ型の不純物であるリン（Ｐ）の雰囲気下で加熱する。この工程によりｐ型多結晶シリコン基板１１ａの表面にリン（Ｐ）を拡散させて、ｎ型不純物拡散層１５を形成して半導体ｐｎ接合を形成する（図２−２）。本実施の形態では、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａをオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）ガス雰囲気中において、例えば９００℃程度の温度で２０分程度加熱することにより、ｎ型不純物拡散層１５を形成する。ｎ型不純物拡散層１５はｐ型多結晶シリコン基板１１ａの側面にも形成されるが、後工程で端面の劈開もしくは端面エッチング処理により除去することが必然なのでここでは図示していない。

ここで、ｎ型不純物拡散層１５の形成直後の表面にはガラスを主成分とするリンガラス層が形成されているため、該リンガラス層をフッ酸溶液等を用いて除去する。例えば５ｗｔ％程度のフッ化水素酸水溶液中に５分間程度浸漬してｐ型多結晶シリコン基板１１ａの表面に形成されたリンガラス層を除去する。

つぎに、ｎ型不純物拡散層１５を形成したｐ型多結晶シリコン基板１１ａの受光面側に、光電変換効率改善のために、反射防止膜１７として例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成する（図２−３）。反射防止膜１７の形成には、例えばプラズマＣＶＤ法を使用し、シランとアンモニアの混合ガスを用いて反射防止膜１７としてシリコン窒化膜を形成する。反射防止膜１７の膜厚および屈折率は、光反射を最も抑制する値に設定する。本実施の形態では、反射防止膜１７の屈折率および膜厚をエリプソメーターによって測定したところ、それぞれ約２．０および約８０ｎｍであった。なお、反射防止膜１７として、屈折率の異なる２層以上の膜を積層してもよい。また、反射防止膜１７の形成には、スパッタリング法などの異なる成膜方法を用いてもよい。また、反射防止膜１７としてシリコン酸化膜を形成してもよい。

つぎに、リン（Ｐ）の拡散によりｐ型多結晶シリコン基板１１ａの裏面に形成されたｎ型不純物拡散層１５を除去する。これにより、第１導電型層であるｐ型多結晶シリコン層１３と、該ｐ型多結晶シリコン層１３の受光面側に形成された第２導電型層であるｎ型不純物拡散層１５と、によりｐｎ接合が構成された半導体基板１１が得られる（図２−４）。

ここで、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａの裏面に形成されたｎ型不純物拡散層１５の除去は、基板表面処理装置を用いて以下の手順にて行う。図３は、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａの裏面に形成されたｎ型不純物拡散層１５を除去するためのエッチングを行う本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造装置である基板表面処理装置の概略構成を示す模式図である。本実施の形態にかかる基板表面処理装置においては、処理槽としてアルカリ処理槽３１、水洗槽３２、フッ酸処理槽３３、水洗槽３４がこの順で隣接して配置されている。また、処理槽の詳細な構成については図４−１および図４−２に示す。

アルカリ処理槽３１には、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａの裏面に形成されたｎ型不純物拡散層１５をエッチングするためのエッチング液として例えば８０℃程度に加熱した１０ｗｔ％程度の水酸化ナトリウム水溶液が貯留されている。なお、エッチング液としては、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａの裏面に形成されたｎ型不純物拡散層１５のエッチングに適していれば、水酸化ナトリウム水溶液以外にもフッ化水素酸と硝酸の混合液や、これに酢酸や塩酸等を混合して水で希釈した溶液、あるいは水酸化カリウム等の他のアルカリ溶液を用いても構わない。

図４−１および図４−２は、アルカリ処理槽３１の具体的な構成を示す模式図であり、図４−１は断面図、図４−２は上面図である。図４−１に示すように、アルカリ処理槽３１は、エッチング液４０を貯留する貯留部３１ａと、貯留部３１ａの上部に設けられて貯留部３１ａからエッチング液４０が導入されてｐ型多結晶シリコン基板１１ａの裏面に形成されたｎ型不純物拡散層１５のエッチングを行うエッチング部３１ｂと、を備える。エッチング部３１ｂは、複数の液溜まり部３１ｃを有する。それぞれの液溜まり部３１ｃは、例えば高さ１５ｍｍ程度の液溜まり壁３１ｄに囲まれた１６０ｍｍ×５ｍｍ程度の略長方形状の突出口３１ｅを上面の面内に備える。ここで、突出口３１ｅの長辺寸法（１６０ｍｍ）は、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａの直径寸法以上の長さとされる。また、突出口３１ｅは、例えば１５ｍｍ程度の間隔をおいて、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａの搬送方向において複数並列配置されている。

突出口３１ｅの上部にｐ型多結晶シリコン基板１１ａが存在しないときには、液溜まり部３１ｃにはポンプ３１ｋによりエッチング液４０が常に供給される。突出口３１ｅの液溜まり壁３１ｄを乗り越えた余分なエッチング液４０は漏出して、液溜まり壁３１ｄの外周をつたって液回収路３１ｆを流れて、排水口３１ｇより排水され排水ホース３１ｈを流れて、貯留部３１ａに戻り、常にエッチング液４０が循環する構造となっている。また、液溜まり部３１ｃは、貯留部３１ａから液溜まり部３１ｃにポンプによりホース３１ｈを介してエッチング液４０が導入された後、ポンプ３１ｋからのエッチング液４０の導入口３１ｊの下部に設けられた電磁弁３１ｉを閉鎖して、液溜まり部３１ｃおよび液溜まり壁３１ｄに囲われた突出口３１ｅ内に溶液を貯めることができるプール構造となっている。

ここで、貯留部３１ａは外部チラー(図示せず)および貯留部３１ａ内に設けられた熱交換器(図示せず)により、常に設定温度(ここでは８０℃)になるように温度制御されている。

突出口３１ｅの上部にｐ型多結晶シリコン基板１１ａが搬送される直前に、ポンプ３１ｋによるエッチング液４０の供給を停止し、エッチング液４０の導入口３１ｊの下部に設けられた電磁弁３１ｉを閉鎖することで、余分なエッチング液４０は突出口３１ｅから漏出し、突出口３１ｅの液溜まり壁３１ｄでの表面張力により、液溜まり壁３１ｄより高く盛り上がった状態でエッチング液４０が液溜まり部３１ｃに貯留される。また、送出ポンプとして脈動型ポンプを用いることで、突出口３１ｅ内に貯留されるエッチング液４０の液面の高さを比較的一定に保つことも可能である。送出ポンプは、液溜まり部３１ｃのそれぞれに個別に設けられることが好ましいが、数個の液溜まり部３１ｃのエッチング液４０を同一のポンプで制御しても構わない。図４−１では、２個の液溜まり部３１ｃを１個の電磁弁３１ｉで制御し、４個の液溜まり部３１ｃを１個のポンプ３１ｋで制御している例を示している。なお、ここで示すアルカリ処理槽３１の構成は、本発明を実現するための一形態であり、これに限定されるものではない。

水洗槽３２には、洗浄槽として、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａに付着したエッチング液の洗浄・除去を実施するための洗浄液として純水が貯留されている。フッ酸処理槽３３には、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａに付着したエッチング液４０であるアルカリ溶液の置換除去および表面酸化物の除去を実施するための除去液として、例えば室温程度の５ｗｔ％程度のフッ酸溶液が貯留されている。

水洗槽３４には、洗浄槽として、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａに付着したフッ酸溶液の洗浄・除去を実施するための洗浄液として純水が貯留されている。これらの水洗槽３２、フッ酸処理槽３３、水洗槽３４は、アルカリ処理槽３１と同様の構成を有する。すなわち、上面に所定の間隔をおいて並列配置された突出口を有し、突出口の液溜まり壁での表面張力により、液溜まり壁より高く盛り上がった状態で処理液が貯留される。水洗槽３２，３４は、常に新しい純水をそれぞれの貯留部に供給し、突出口から噴出した純水は、循環させないで廃棄することで、基板洗浄によりアルカリおよび酸性溶液化にならないようにする。また、突出口から噴出した純水は循環する形にし、貯留部に濃度計を設置することで一定濃度以上のアルカリまたは酸性溶液となった時点で廃棄、交換することで純水の使用量を抑制し、コストダウンを図ることもできる。

また、アルカリ処理槽３１と水洗槽３２の間、水洗槽３２とフッ酸処理槽３３の間、およびフッ酸処理槽３３と水洗槽３４の間にエアナイフ（図示せず）による液切り機構を設けて、連続する次の槽への液持ち込みを抑止する機構を設けることで、エッチング液および水洗液の薬液寿命を延長することもできる。

また、本実施の形態にかかる基板表面処理装置は、基板保持手段として、エッチング面を下側にした状態でｐ型多結晶シリコン基板１１ａを平滑に真空保持できるように表面にドット状の複数の開口３６が格子位置に設けられた基板吸着部３５を備える。この基板吸着部３５は、開口３６から吸引してｐ型多結晶シリコン基板１１ａを吸着保持する。

また、基板表面処理装置は、突出口３１ｅから突出したエッチング液４０と、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａのエッチング面とが接触するとともに、液溜まり壁３１ｄの最上部とｐ型多結晶シリコン基板１１ａのエッチング面との距離がｐ型多結晶シリコン基板１１ａの基板厚によらず常に規定の距離となるように調整する高さ調整部３７を有する。ここで、液溜まり壁３１ｄの最上部を高さの基準とするのは、突出口３１ｅから突出したエッチング液４０の液面高さには液溜まり部３１ｃ毎や各処理時において多少のずれが生じるため、常に一定高さにある液溜まり壁３１ｄの最上部を基準とすることで処理毎の影響を無くすためである。

この高さ調整部３７は、基板吸着部３５がｐ型多結晶シリコン基板１１ａを吸着保持した後にｐ型多結晶シリコン基板１１ａの基板重量を測定し、測定した基板重量からｐ型多結晶シリコン基板１１ａの基板厚を推定し、推定した基板厚に基づいて基板吸着部３５の高さを調整する。この高さ調整部３７は、基板吸着部３５の機能として設けてもよい。なお、ここでは基板吸着部３５として真空チャックタイプの構成を用いたが、静電チャックタイプ等の構成を用いても構わない。

また、ここでは重量測定により基板厚さを算出しているが、レーザ光を用いた基板厚測定機構や触針式の段差計をもちいて基板厚を予め測定しておき、その基板厚情報を高さ調整部３７に入力することで、基板吸着部３５の高さを調整してももちろん構わない。

また、本実施の形態にかかる基板表面処理装置は、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａを保持した状態の基板吸着部３５をアルカリ処理槽３１から水洗槽３４に向かって水平方向に搬送する搬送手段（図示せず）を有する。

以上のように構成された本実施の形態にかかる基板表面処理装置によるｐ型多結晶シリコン基板１１ａのエッチングは、次のようにして行われる。まず、液溜まり部３１ｃにポンプ３１ｋによりエッチング液４０を供給する。突出口３１ｅの液溜まり壁３１ｄを乗り越えた余分なエッチング液４０は漏出して、液溜まり壁３１ｄの外周をつたって液回収路３１ｆを流れて、排水口３１ｇより排水され排水ホース３１ｈを流れて、貯留部３１ａに戻り、エッチング液４０が循環する。

つぎに、基板吸着部３５が、裏面（エッチング面）を外側（下側）にした状態でｐ型多結晶シリコン基板１１ａを真空保持する。基板吸着部３５がｐ型多結晶シリコン基板１１ａを吸着すると、高さ調整部３７はｐ型多結晶シリコン基板１１ａの基板重量を測定し、測定した基板重量と予め入力された基板サイズからｐ型多結晶シリコン基板１１ａの基板厚を推定する。

そして、高さ調整部３７は、推定した基板厚に基づいて基板吸着部３５の高さを調整することで、突出口３１ｅに貯留されるエッチング液４０の高さ位置と、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａのエッチング面の高さ位置との位置関係がｐ型多結晶シリコン基板１１ａの基板厚によらず常に一定となるように調整する。すなわち、突出口３１ｅから突出したエッチング液４０と、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａのエッチング面とが接触するとともに液溜まり壁３１ｄの最上部とｐ型多結晶シリコン基板１１ａのエッチング面との距離がｐ型多結晶シリコン基板１１ａの基板厚によらず常に規定の距離となるように調整する。

つぎに、液溜まり部３１ｃへのポンプ３１ｋによるエッチング液４０の供給を停止し、エッチング液４０の導入口３１ｊの下部に設けられた電磁弁３１ｉを閉鎖する。これにより、余分なエッチング液４０は突出口３１ｅから漏出し、突出口３１ｅの液溜まり壁３１ｄでの表面張力により、液溜まり壁３１ｄより高く盛り上がった状態でエッチング液４０が液溜まり部３１ｃに貯留される。

つぎに、搬送手段（図示せず）が、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａを真空保持した状態の基板吸着部３５をアルカリ処理槽３１から水洗槽３４に向かって水平方向に搬送する。ここで、基板吸着部３５に真空保持されたｐ型多結晶シリコン基板１１ａは、アルカリ処理槽３１の突出口３１ｅ上を通過するときに、液溜まり壁３１ｄより高く盛り上がった突出口３１ｅのエッチング液４０の表面張力によりエッチング面だけがエッチング液４０に接触した状態とされ、突出口３１ｅ上を通過しながらエッチング面がエッチングされる。このようにしてエッチングを行うことにより、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａにおける非エッチング面にエッチング液４０が飛散することがない。

続いて、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａがさらにアルカリ処理槽３１から水洗槽３４に向かって水平方向に搬送され、エッチング液４０によりエッチングされた領域が突出口３１ｅと突出口３１ｅとの間の空気層３８を通過することで、エッチング時に発生してｐ型多結晶シリコン基板１１ａのエッチング面に付着した反応ガスが開放・除去される。これにより、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａのエッチング面とエッチング液４０との接触が妨げられることが防止され、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａの処理面の表面処理を均一に行うことができる。したがって、処理面におけるエッチングのむらの発生を防止し、基板の厚みにむらを生じることを防止することができる。

そして、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａがさらに水平方向に搬送されると、エッチングされた領域は隣接する突出口３１ｅ上を通過することでエッチングが行われる。このようにして、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａの処理面を、突出口３１ｅのエッチング液４０と空気層３８とを交互に連続的に通過させることで、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａのエッチング面に付着した反応ガスを除去しつつ、面内を均一に平滑にエッチングすることができる。

ｐ型多結晶シリコン基板１１ａがさらにアルカリ処理槽３１から水洗槽３４に向かって水平方向に搬送されると、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａのエッチング面はアルカリ処理槽３１上を過ぎて水洗槽３２上を通過する。このとき、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａの処理面はアルカリ処理槽３１上を通過する場合と同様の作用により、水洗槽３２の突出口の純水によりエッチング液の洗浄・除去が実施される。

続いて、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａがアルカリ処理槽３１から水洗槽３４に向かって水平方向に搬送されると、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａのエッチング面は水洗槽３４上を過ぎてフッ酸処理槽３３上を通過する。このとき、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａの処理面はアルカリ処理槽３１上を通過する場合と同様の作用により、フッ酸処理槽３３の突出口のフッ酸溶液により、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａに付着したエッチング液４０であるアルカリ溶液の置換除去および表面酸化物の除去が実施される。

続いて、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａがアルカリ処理槽３１から水洗槽３４に向かって水平方向に搬送されると、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａのエッチング面はフッ酸処理槽３３上を過ぎて水洗槽３４上を通過する。このとき、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａの処理面はアルカリ処理槽３１上を通過する場合と同様の作用により、水洗槽３４の突出口の純水により、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａに付着したフッ酸溶液の洗浄・除去が実施される。

以上のようにして、基板吸着部３５にｐ型多結晶シリコン基板１１ａを吸着保持した状態でｐ型多結晶シリコン基板１１ａを連続的に複数の処理槽上を通過させることで、複数の薬液処理を実施することができる。これにより、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａの裏面に形成されたｎ型不純物拡散層１５を確実に除去することができる。

図５は、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａの基板厚とエッチングレートとの関係を示した特性図である。図５では、本実施の形態にかかる基板表面処理装置と同様の構成を有する装置を用いて、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａのエッチング面の高さを調整せずにエッチングを行った場合、すなわち基板吸着部３５の高さがｐ型多結晶シリコン基板１１ａの基板厚によらず一定だった場合のｐ型多結晶シリコン基板１１ａの基板厚とエッチングレートとの関係を示している。

図５より、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａのエッチング面の高さを調整しない場合には、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａの基板厚が薄くなるにつれてエッチングレートが低くなっていることがわかる。これは、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａの基板厚が薄くなるとエッチング液の突出口３１ｅからｐ型多結晶シリコン基板１１ａのエッチング面のまでの距離が広がるため、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａのエッチング面でのエッチング液４０の下方向からの圧力が低くなるためと考えられる。

ついで、スクリーン印刷により電極を形成する。まず、受光面側電極１９を作製する（焼成前）。すなわち、半導体基板１１の受光面である反射防止膜１７上に、表銀グリッド電極２３と表銀バス電極２５との形状に、受光面側電極材料ペースト１９ａをスクリーン印刷によって塗布した後、該受光面側電極材料ペースト１９ａを例えば１００℃〜３００℃で乾燥させる（図２−５）。

つぎに、裏面側電極２１を作製する（焼成前）。すなわち、半導体基板１１の裏面側に、裏面側電極２１の形状に裏面側電極材料ペースト２１ａをスクリーン印刷によって塗布した後、該裏面側電極材料ペースト２１ａを例えば１００℃〜３００℃で乾燥させる（図２−６）。

そして、半導体基板１１を例えば８００℃〜９００℃で焼成することで、受光面側電極１９および裏面側電極２１が形成される（図２−７）。また、受光面側電極１９中の銀が反射防止膜１７を貫通して、ｎ型不純物拡散層１５と受光面側電極１９とが電気的に接続する。

以上のような工程を実施することにより、図１−１〜図１−３に示す本実施の形態にかかる太陽電池セル１を作製することができる。なお、電極材料であるペーストの半導体基板１１への配置の順番を、受光面側と裏面側とで入れ替えてもよい。

上述したように、本実施の形態にかかる基板表面処理装置によれば、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａの裏面側に形成されたｎ型不純物拡散層を除去する。すなわち、推定したｐ型多結晶シリコン基板１１ａの基板厚に基づいて、突出口３１ｅから突出したエッチング液４０とｐ型多結晶シリコン基板１１ａのエッチング面とが接触するとともに、液溜まり部３１ｃの底部とｐ型多結晶シリコン基板１１ａのエッチング面との距離がｐ型多結晶シリコン基板１１ａの基板厚によらず常に規定の距離となるように調整した状態で、突出口３１ｅから突出したエッチング液４０と空気層３８とにｐ型多結晶シリコン基板１１ａの裏面を交互に連続的に接触させる。

これにより、基板厚が異なるｐ型多結晶シリコン基板１１ａに対しても、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａのエッチング面に付着した反応ガスを除去しつつ、同一条件で処理面内を均一に平滑にエッチングすることができる。また、異なる処理液を貯留した処理槽を複数連続して並べ、横方向に連続する突出口上でｐ型多結晶シリコン基板１１ａをスライドさせることで、処理液の異なるエッチグおよび洗浄処理を連続して行うことができる。これにより、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａの裏面側に形成されたｎ型不純物拡散層１５を安価に且つ確実に除去することができる。

したがって、本実施の形態にかかる基板表面処理装置によれば、半導体基板１１における裏面側にｎ型不純物拡散層が残存することに起因した光電変換効率の低下を防止することができ、光電変換効率に優れた高性能な太陽電池セルを作製することができる。

以上のように、本発明にかかる基板表面処理装置は、基板厚が異なる複数の基板に対して同一の条件で表面処理を実施する場合に有用であり、特に、太陽電池セルの製造に適している。

１ 太陽電池セル
１１ 半導体基板
１１ａ ｐ型多結晶シリコン基板
１３ ｐ型多結晶シリコン層
１５ ｎ型不純物拡散層
１７ 反射防止膜
１９ 受光面側電極
１９ａ 受光面側電極材料ペースト
２１ 裏面側電極
２１ａ 裏面側電極材料ペースト
２３ 表銀グリッド電極
２５ 表銀バス電極
３１ アルカリ処理槽
３１ａ 貯留部
３１ｂ エッチング部
３１ｃ 液溜まり部
３１ｄ 液溜まり壁
３２ 水洗槽
３３ フッ酸処理槽
３４ 水洗槽
３５ 基板吸着部
３６ 開口
３７ 高さ調整部
３８ 空気層
４０ エッチング液

Claims (5)

1. 基板の表面を処理する基板表面処理装置であって、
   処理面を下側にした状態で前記基板を保持する基板保持手段と、
   前記基板の基板厚に応じて前記基板保持手段の高さを調整する高さ調整手段と、
   前記基板保持手段に保持された前記基板を搬送する搬送手段と、
   上方に突出した壁部に囲われた複数の突出口を前記基板の搬送方向において離間して有する液溜まり部が上面に設けられ、前記基板の表面処理に用いる処理液を前記突出口の内壁面での表面張力により前記突出口から突出した状態で保持する処理槽と、
   を備え、
   前記突出口から突出した処理液と前記処理面とが接触するとともに、前記液溜まり部の前記壁部の最上部と前記処理面との距離が規定の距離となる高さ位置で前記基板を前記処理槽上において水平方向に搬送することにより前記処理面の表面処理を行うこと、
   を特徴とする基板表面処理装置。
2. 前記高さ調整手段は、前記基板保持手段に保持した際の前記基板の重量から前記基板の基板厚を推定し、推定した基板厚に基づいて前記液溜まり部の前記壁部の最上部と前記処理面との距離が規定の距離となるように調整すること、
   を特徴とする請求項１に記載の基板表面処理装置。
3. 前記高さ調整手段は、予め測定した基板厚さ情報に基づいて前記液溜まり部の前記壁部の最上部と前記処理面との距離が規定の距離となるように調整すること、
   を特徴とする請求項１に記載の基板表面処理装置。
4. それぞれ異なる種類の処理液を貯留する複数の前記処理槽と、
   前記処理液として前記基板の処理面に付着した他の処理液を洗浄・除去する洗浄液を貯留する洗浄用の複数の前記処理槽と、
   が交互に前記基板の搬送方向に配置され、
   前記突出口から突出した処理液と前記処理面とが接触するとともに、前記液溜まり部の前記壁部の最上部と前記処理面との距離が規定の距離となる高さ位置で前記基板を前記交互に配置された処理槽上において水平方向に搬送することにより前記処理面の表面処理を行うこと、
   を特徴とする請求項１に記載の基板表面処理装置。
5. 第１導電型の半導体基板の一面側に形成された第２導電型層を表面処理により除去する太陽電池セルの製造装置であって、
   前記第２導電型層を下側にした状態で前記半導体基板を保持する基板保持手段と、
   前記半導体基板の基板厚に応じて前記基板保持手段の高さを調整する高さ調整手段と、
   前記基板保持手段に保持された前記半導体基板を搬送する搬送手段と、
   上方に突出した壁部に囲われた複数の突出口を前記半導体基板の搬送方向において離間して有する液溜まり部が上面に設けられ、前記第２導電型層の表面処理に用いる処理液を前記突出口の内壁面での表面張力により前記突出口から突出した状態で保持する処理槽と、
   を備え、
   前記突出口から突出した処理液と前記第２導電型層とが接触するとともに、前記液溜まり部の前記壁部の最上部と前記第２導電型層との距離が規定の距離となる高さ位置で前記半導体基板を前記処理槽上において水平方向に搬送することにより前記第２導電型層を表面処理により除去すること、
   を特徴とする太陽電池セルの製造装置。

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