JP2017216397A - アニール処理装置およびアニール処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】不純物ドープされた基板から熱処理によって離脱したイオンが、対向配置された基板に及ぼす影響を抑制できる、結晶系太陽電池用のアニール処理装置を提供する。
【解決手段】本発明は、不純物ドープされた基板に熱処理を行うための内部空間を有する加熱室５１０、及び、前記加熱室の内部空間５１２と仕切弁５１７を介して連通するように配された前室５２０、を含む結晶系太陽電池用のアニール処理装置である。前記加熱室は、その内部空間に、前記基板の表面および裏面が露呈した状態となるように前記基板の外周部を保持するカセット５０１が複数枚、所定の距離をもって離間した状態で、多段に重ねてなるカセットラック５０３を載置するカセットベース５０２と、前記熱処理用のガス供給手段５１５とを備える。前記ガス供給手段は、前記基板どうしが離間する空間に向けて、該空間ごとに１つ以上のガス供給口５１５ＬＰ１〜５１５ＬＰＮを有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、イオン注入処理の後に、シリコン基板の再結晶化を促すために行われる熱処理において、不純物イオンを拡散した部位から離脱したイオンが、対向配置されたシリコン基板に及ぼす影響を抑制することが可能な、結晶系太陽電池用のアニール処理装置およびアニール処理方法に関する。

従来、結晶シリコンを基体として利用する結晶系太陽電池は、変換効率や製造コストの優位性により、最も広く利用される太陽電池となっている。結晶系太陽電池の分野では、さらなる変換効率の向上を図るため、シリコン基板の表裏両面にｐ型、ｎ型の半導体層を配する裏面障壁（ＢＳＦ：Back Surface Field）型や、これを発展させた、裏面パッシベーション（ＰＥＲＣ：Passivated Emitter and Rear Cell）型、パール（ＰＥＲＬ：Passivated Emitter and Rear Locally Diffused）型のセル構造が開発され、これらのセル構造を有する結晶系太陽電池の量産化が期待されている（特許文献１）。

このようなセル構造においては、シリコン基板の表面および裏面の両面に、不純物イオンを拡散させる必要がある。また、一般に、このようなセル構造においては、ｐｎ接合の深さは１μｍ以下と、通常よりも浅くなる傾向がある（特許文献２）。このため、イオン注入を行う場合、低い注入エネルギーにより形成する必要がある。

一方、シリコン基板への不純物導入手段として、不純物となる原子をイオン化し、加速エネルギーを与えたうえで、シリコン基板の表面にイオンを照射しシリコン基板内部に導入する、いわゆるイオン注入法が知られている。
イオン注入法においては、不純物として注入したいイオンを質量分離して選択することが可能である。また、イオンに加速エネルギーを与えることにより、シリコン基板の必要な領域に対して深い領域までイオンを制御性よく注入することが可能である。

さらに、大型基板への処理や装置のコンパクト化の面で期待されているのが、非質量分離型のイオン注入法であるプラズマドーピング法である（特許文献３）。

これらのイオン注入法を不純物導入に利用した場合、注入処理を行った後、シリコン基板の再結晶化を促すために、熱処理を行う必要がある。この熱処理には通常、ホットウォール型の熱処理炉を用いるが、多段式で複数枚のシリコン基板をカセットで保持し同時に加熱することで、複数枚のシリコン基板を同時に熱処理できるというメリットがある（特許文献４）。量産コストの低減を図るためには、イオン注入の後に行われる、熱処理炉におけるプロセスは、複数枚の基板に対し同時に、再結晶化処理を行う必要がある。

熱処理炉において、表裏両面に不純物を導入されたシリコン基板を、複数枚同時に熱処理する場合、シリコン基板の表面に不純物イオンが残存していると、これが外方拡散して、他のシリコン基板の表面を汚染する、という問題がある。
また、不純物イオンがシリコン基板内部に導入されている場合でも、導入深さが浅い場合、シリコン基板の表層のイオンが加熱によりエネルギーを得て、シリコン基板から脱離する場合もあり、この離脱したイオンも、他のシリコン基板の表面を汚染する要因となっている。

上述した質量分離型のイオン注入法では、導入深さを浅くする場合（ｐｎ接合を浅く形成する場合）、注入エネルギーを低く抑えており、シリコン基板内部に導入しきれずに表面にイオンが残存したり、熱処理によりシリコン基板内部のイオンが脱離するという問題があった。これにより、対向配置された基板への汚染が懸念される。

また、プラズマドーピング法では、加速機構を有するイオン注入法とは異なり、プラズマ空間でイオン化したイオンをシリコン基板まで引き出す電極が存在するのみである。それゆえ、プラズマドーピング法においても、上記質量分離型のイオン注入法と同様に、シリコン基板内部に導入しきれずに表面にイオンが残存したり、熱処理によりシリコン基板内部のイオンが脱離するという問題が生じる。これにより、対向配置された基板への汚染防止策が求められる。

さらに、プラズマドーピング法では、プラズマ空間に導入した原料ガスに含まれる注入したい不純物とは別の原子も、同時にイオン化されるため、エネルギーがこれらのイオンにも分散して、不純物イオンとしてシリコン基板に注入したいイオンに割り当てられるエネルギーが小さくなってしまうという現象もある。そのゆえ、プラズマドーピング法においては、シリコン基板内部に導入しきれずに表面にイオンが残存したり、熱処理によりシリコン基板内部のイオンが脱離するという問題が顕在化する傾向があった（特許文献５）。

つまり、シリコン基板内部に導入しきれずに表面に残存するイオンや、熱処理によりシリコン基板内部から脱離したイオンが、対向配置されたシリコン基板への汚染源となる現象は、非質量分離型や質量分離型に依存することなく何れもイオン注入法であっても、またプラズマドーピング法においても、大なり小なり発生するものであり、その対応策の開発が期待されていた。

特開２００４−６５６５号公報 特開２０１２−１９９５１７号公報 特開２０１３−１６５５２号公報 特開２０１０−２７２７２０号公報 特開２０１３−１０５８８７号公報

本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、不純物ドープされた基板から熱処理によって離脱したイオンが、対向配置された基板に及ぼす影響を抑制することが可能な、結晶系太陽電池用のアニール処理装置およびアニール処理方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載のアニール処理装置は、不純物ドープされた基板に熱処理を行うための内部空間を有する加熱室、及び、前記加熱室の内部空間と仕切弁を介して連通するように配された前室、を含む結晶系太陽電池用のアニール処理装置であって、前記加熱室は、その内部空間に、前記基板の表面および裏面が露呈した状態となるように前記基板の外周部を保持するカセットが複数枚、所定の距離をもって離間した状態で、多段に重ねてなるカセットラックを載置するカセットベースと、前記熱処理用のガス供給手段とを備え、前記ガス供給手段は、前記基板どうしが離間する空間に向けて、該空間ごとに１つ以上のガス供給口を有することを特徴とする。
本発明の請求項２に記載のアニール処理装置は、請求項１において、前記ガス供給手段のガス供給口は、その開口部の形状が前記基板の表面および裏面に対して平行をなす方向に長軸を有する楕円形状、またはスリット状であることを特徴とする。
本発明の請求項３に記載のアニール処理装置は、請求項１又は２において、前記ガス供給手段は、ガス流量を調整する手段を１つ以上備えることを特徴とする。

本発明の請求項４に記載のアニール処理方法は、基板の表面と裏面の両方かまたはいずれか一方に不純物領域を形成するために、アニールガス雰囲気下において前記基板を熱処理を行う結晶系太陽電池用のアニール処理方法であって、前記熱処理を行う空間内において、前記基板の表面および裏面が露呈した状態となるように、前記基板の外周部をカセットにより保持するとともに、前記カセットを複数枚、所定の距離をもって離間した状態となるように配置して、前記基板どうしが離間する空間に向けて、該空間ごとに１つ以上のガス供給口を有するガス供給源から、前記不純物元素を含むガスを導入しながら熱処理を行うことを特徴とする。
本発明の請求項５に記載のアニール処理方法は、請求項４において、前記ガス供給口は、前記基板どうしが離間する空間において、レイノルズ数が３０００以下となるように、前記アニールガスを流すことを特徴とする。

請求項１に記載の発明（アニール処理装置）は、不純物ドープされた基板に熱処理を行うための内部空間を有する加熱室において、該基板の表面および裏面が露呈した状態を保ち、かつ、所定の距離をもって離間した状態となるように配されている。また、ガス供給手段が、前記基板どうしが離間する空間に向けて、該空間ごとに１つ以上のガス供給口を有するように配されている。これらの配置により、加熱室に導入されたガスは、加熱室の内部空間へ単に放出されるのでは無く、基板どうしが離間する空間内に対して厳密に誘導される。
つまり、本発明によれば、基板どうしが離間する空間内に向けて、所望のガスの流れる方向や流速などを、各空間ごとに制御しながら、基板の両面（表面および裏面）を熱処理することが可能となる。ここで、「各空間ごとに制御」とは、たとえば、加熱室の内部空間に、５０枚の基板が重ねて配され、かつ、基板どうしが離間する空間を有する場合、５０枚の基板の重なり方向において、一方の端部近傍に位置する空間と、中央部近傍に位置する空間と、他方の端部近傍に位置する空間とに対して、個別に条件設定されたガスの流し方を採用することを意味する。
したがって、本発明は、不純物ドープされた基板から熱処理によって離脱したイオンが、対向配置された基板に及ぼす影響を抑制することが可能な、結晶系太陽電池用のアニール処理装置の提供に貢献する。

請求項４に記載の発明（アニール処理方法）は、前述したような基板の配置構成において、前記基板どうしが離間する空間に向けて、該空間ごとに１つ以上のガス供給口を有するガス供給源から、前記不純物元素を含むガスを導入しながら熱処理を行うことにより、熱処理条件を「各空間ごとに制御」できる。これにより、個別に条件設定されたガスの流し方を、各空間ごとに、精密に、かつ、常時管理した状態を保ちながら、個別に設定可能となる。つまり、本発明のアニール処理方法によれば、前記基板の表面と裏面の両方かまたはいずれか一方に不純物領域を形成することができる。なお、本発明では、前記基板の表面と裏面のことを、被処理面と呼ぶ場合もある。
ゆえに、この発明（アニール処理方法）は、基板の両面（表面および裏面）に不純物を注入して、両面同時にアニール処理する場合に限定されるものではなく、片面のみ処理する場合（たとえば、バックコンタクト（ＢＣ）型太陽電池のように基板の片面のみにｐ型、ｎ型両方の不純物領域を設ける場合や、片面ずつ「不純物ドープ→アニール処理」を繰り返して行う場合）にも適用でき、かつ有効である。すなわち、基板の片面のみを処理する場合であっても、表裏両面が露出するように基板を保持する場合に、未処理面の汚染を低減できる手法として、本発明は効果を奏する。
したがって、本発明は、不純物ドープされた基板から熱処理によって離脱したイオンが、対向配置された基板に及ぼす影響を抑制することが可能な、結晶系太陽電池用のアニール処理方法をもたらす。

本発明に係る結晶系太陽電池の一実施形態を示す模式断面図。 不純物ドープ処理の手順を示す模式断面図。 本発明に係る結晶系太陽電池の製造工程を示すフロー図。 本発明に係るイオン注入装置の模式断面図。 本発明に係るアニール処理装置（ガスの流れが層流）の模式図であり、（ａ）は上方から見た断面図、（ｂ）は側方から見た断面図、（ｃ）は（ｂ）においてガス供給手段近傍の拡大断面図。 図５（ｃ）において、上下に位置する基板と、ガス供給手段の開口部との関係を示す拡大断面図。 ガス供給手段の開口部の開口形状を示す概略図であり、（ａ）は円形状の場合、（ｂ）は楕円形の場合。 本発明に係る電極膜形成に用いる成膜装置の模式断面図。 実施例１（ガス導入を多点かつ層流とし、片面に不純物注入した場合）において、（ａ）は基板の配置図、（ｂ）は評価結果一覧表。 比較例１（一点ガス導入とし、片面に不純物注入した場合）において、（ａ）は基板の配置図、（ｂ）は評価結果一覧表。 シート抵抗値の表面分布を示す等高線図であり、（ａ）と（ｂ）は試料２（実施例１）のアニール処理前とアニール処理後、（ｃ）と（ｄ）は試料６（比較例１）のアニール処理前とアニール処理後。 実施例２（ガス導入を多点かつ層流とし、両面に不純物注入した場合）において、（ａ）は基板の配置図、（ｂ）は評価結果一覧表。 実施例３（ガス導入を多点かつ層流とし、片面に不純物注入し、裏面への回り込みを評価した場合）において、（ａ）は基板の配置図、（ｂ）は評価結果一覧表。 従来のアニール処理装置（ガス導入が一点）の模式図であり、（ａ）は側方から見た断面図、（ｂ）は（ａ）においてガス供給手段近傍の拡大断面図。 不純物を注入した面（一方の基板）が、これに対向配置された面（他方の基板）に及ぼす影響を示す模式断面図。

以下、本発明に係るアニール処理装置およびアニール処理方法の最良の形態について、図面に基づき説明する。なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

＜実施形態＞
図１は、本発明に係るアニール処理装置およびアニール処理方法を用いて作製された、結晶系太陽電池１００の一実施形態を示す模式断面図である。
図１において、結晶系太陽電池１００Ｅ（１００）を構成する基体１０１は、光電変換機能を発現する第一導電型（たとえばｎ型半導体）の結晶系シリコンからなる。基体１０１の裏面（図１では下面）１０１ｂには、ｐ型イオンがドープされた領域（Ａ：ｐ^＋ 部位とも呼ぶ）１０２が複数、所望のパターンにて局在して（互いに離間して）配されている。基体１０１の表面（図１では上面）１０１ａには、ｎ型イオンがドープされた領域（Ｂ：ｎ^＋ 部位とも呼ぶ）１０３が複数、所望のパターンにて局在して（互いに離間して）配されている。図１において、基体１０１の表面１０１ａに向けた（下向きの）矢印は、光入射方向を表わしている。

このような基体１０１に対する不純物ドープ処理は、たとえば、図２に示す工程（ａ）〜（ｅ）を経ることに行われる。
なお、本実施形態では、ｎ^＋部位とｐ^＋部位を形成するために非質量分離型のイオン注入法を用いるが、基体１０１に不純物原子をイオンの状態で導入するものであれば、手法は非質量分離型のイオン注入法には限らず、質量分離型のイオン注入法などでも不純物導入が可能である。ただし、以下の説明では、不純物導入法の代表例として非質量分離型のイオン注入法を用いて詳述する。

図２は、図１の結晶系太陽電池を製造する手順を示す模式断面図である。
第一実施形態に係る結晶系太陽電池１００Ｅを製造するための各工程について、図２〜図４を用い、特に図３において、符号αとした各工程［Ｓｉ基板の前処理→イオン注入にて部位（Ａ）形成→イオン注入にて部位（Ｂ）形成→アニール処理］について詳述する。
なお、符号αとした各工程の後段にあたる、符号βとした各工程［電極膜形成→パターニング（フォトリソ）→絶縁膜形成］については、電極膜形成に好適な成膜装置の例示に留める。

電極膜形成は、ｐ^＋ 部位（Ａ）１０２およびｎ^＋ 部位（Ｂ）１０３を含む、基体１０１の上下面の全域を覆うように、金属膜（たとえばＣｕ膜）を形成する工程である。その後、金属膜は、所望のパターニング処理を施すことで、電極として利用される。金属膜としては、Ｃｕ膜の他に、Ａｇ膜などが好適に用いられる。ただし、電極は金属膜に限定されるものではなく、金属膜に代えて透明導電膜を用いてもよい。
上記金属膜の形成には、たとえば、図８に示すインターバック式のスパッタリング装置８００を用いて行う。

図８の製造装置８００においては、基板８５８［部位（Ａ）１０２および部位（Ｂ）１０３が形成された基板１０１に相当］は、不図示の搬送手段により、仕込取出室（Ｌ／ＵＬ）８５１、加熱室（Ｈ）８５２、成膜室（Ｓ１）８５３の内部を移動可能とされている。上記の各室８５１，８５２、８５３には個別に、その内部空間を減圧可能とするための排気手段８５１Ｐ、８５２Ｐ、８５３Ｐが配されている。

まず、基板８５８は製造装置から外部（大気雰囲気）から大気圧とされた仕込取出室８５１へ導入される。その後、仕込取出室８５１は排気手段８５１Ｐを用いて減圧雰囲気とされる。次いで、基板８５８は減圧雰囲気とされた仕込取出室８５１から加熱室８５２へ搬送され、加熱手段８５９により所望の熱処理が施される。

次に、熱処理後の基板８５８は、加熱室８５２から成膜室８５３へ搬送され、Ｃｕからなるターゲット８６２の前を通過させることにより、基板８５８上にＣｕ膜を形成する。その際、ターゲット８６２の対向位置に、ターゲット８６２と同様のターゲット８６１を設けることにより、基板８５８の表裏両面にＣｕ膜が形成されてもよい。ターゲット８６２はバッキングプレート８６３に載置されており、スパッタ時にはガス供給源８６５から所望のプロセスガスが導入されるとともに、バッキングプレート８６３には電源８６４から所望の電力が供給される。

そして、Ｃｕ膜が形成された基板８５８は、成膜室８５３から仕込取出室８５１へ搬送され、製造装置から外部（大気雰囲気）へ取り出される。ここで、成膜室８６５において、ターゲット８６２の対向位置にターゲット８６１を設けない場合は、外部に取り出された基板８５８の表裏を入れ替えて不図示の搬送手段に載置しなおして、上述の手順を繰り返すことで、基板１０１の表裏両面にＣｕ膜を形成する。
次いで、所望のパターニング処理を施すことにより、ｐ^＋ 部位（Ａ）１０２およびｎ^＋ 部位（Ｂ）１０３を個々に覆うように、局在してなる電極が得られる。
以上では、電極膜形成工程として、スパッタリング装置を用いた金属膜の成膜を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。金属膜の成膜に代えて、印刷法により、電極をパターニングしつつ形成しても良い。

以下では、図３にもどり、符号αとした各工程［Ｓｉ基板の前処理→イオン注入にて部位（Ａ）形成→イオン注入にて部位（Ｂ）形成→アニール処理］について、詳細な説明を行う。
まず、結晶系シリコンからなる基板１０１に対して、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）や水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）をエッチャントとして用いたウェットエッチング処理を行う。そして、処理後の基板１０１に残存する有機物および金属汚染物を、フッ硝酸を用いて除去する。これにより、図２（ａ）に示すように、テクスチャーを有する形状に基板１０１の表面１０１ａおよび基板１０１の裏面１０１ｂを加工する［Ｓｉ基板の前処理工程（第一工程）：図３］。

上記のテクスチャーを有する形状に加工された、基板１０１の裏面１０１ｂと基板１０１の表面１０１ａに対して、各々所定のマスクＭ１とＭ２を用い、それぞれ所望のイオンを注入する。図２（ｂ）、図２（ｄ）において、マスクＭ１の下方あるいはマスクＭ２の上方に示す矢印は、イオンの注入方向を表わしている。

図２（ｂ）に示すように、基板１０１の裏面１０１ｂ近傍に、マスクＭ１を配置する。そして、マスクＭ１に設けられた開口部Ｓ１を通して、ボロン（Ｂ）イオン等のｐ型イオン（上向きの矢印）を、基板１０１の裏面１０１ｂに対して局所的に注入する。これにより、図２（ｃ）に示すような、基板１０１の裏面１０１ｂにｐ^＋ 部位（Ａ）１０２を形成する［イオン注入にて部位（Ａ）を形成する工程（第二工程）：図３］。

図２（ｄ）に示すように、基板１０１の表面１０１ａ近傍に、マスクＭ２を配置する。そして、マスクＭ２に設けられた開口部Ｓ２を通して、リン（Ｐ）イオン等のｎ型イオン（下向きの矢印）を、基板１０１の表面１０１ａに対して局所的に注入する。これにより、図２（ｅ）に示すような、基板１０１の表面１０１ｂにｎ^＋ 部位（Ｂ）１０３を形成する［イオン注入にて部位（Ｂ）を形成する工程（第三工程）：図３］。

さらに、本発明に係る結晶系太陽電池の製造方法は、基板１０１の裏面１０１ｂにｐ^＋ 部位（Ａ）１０２を形成した後に、あるいは、基板１０１の裏面１０１ｂにｐ^＋ 部位（Ａ）１０２を形成し、さらに基板１０１の表面１０１ａにｎ^＋ 部位（Ｂ）１０３を形成した後に、アニール処理を行う［アニール処理（第四工程）］。

上記イオン注入において、開口部の形状が異なるマスクＭ１とＭ２を用いることにより、基板１０１の裏面１０１ｂと表面１０１ａに対して、イオン注入された部位（Ａ）１０２と部位（Ｂ）１０３を自在に作製できる。その際、イオン注入条件を変更することにより、部位Ａと部位Ｂについて個別に、その深さ方向における濃度分布や注入プロファイを自由に制御できる。

上記の第一工程や第二工程におけるイオンの注入は、たとえば、図４に示すイオン注入装置４００を用いて行う。

図４は、本発明において、ｐ型イオン注入工程（第二工程）およびｎ型イオン注入工程（第三工程）に用いる、イオン注入装置４００の断面図である。イオン注入装置４００は真空槽４０１と、永久磁石４０５、ＲＦ導入コイル４０６、ＲＦ導入窓（石英）４１２を用いたＩＣＰ放電によるプラズマ発生手段と、真空排気手段（不図示）とを備えている。真空槽４０１の内部は、複数の開口を有する（たとえば、メッシュ状の）電極４０８、４０９により、プラズマ発生室とプラズマ処理室とに分離されている。プラズマ処理室に被処理体である基板（テクスチャー形成工程後の基板１０１に相当）４０３を支持する基板支持台４０４が配されている。なお、電極４０８は、浮遊電位とされており、プラズマ４０７の電位を安定させる機能を有する。また、電極４０９は、負電位を印加され、プラズマ４０７から正イオンを引き出す機能を有する。すなわち、図４のイオン注入装置４００は、非質量分離型のイオン注入装置である。

真空層４０１内を減圧し、プラズマ発生室に、基板４０３に注入する不純物原子を含んだガスを導入する。そして、プラズマ発生手段を用いてプラズマ４０７を励起させることにより、不純物原子をイオン化させ、電極４０８、４０９を経由して引き出されたｐ型あるいはｎ型のイオンを、基板４０３に注入させることができる。

ここで、結晶系太陽電池の製造においては、安価に製造する方法が求められており、多数枚の基板を、同時に一括処理する製造装置にてアニール処理工程（図３）が行われる必要がある。当該アニール処理には従来、たとえば図１４に示すようなアニール処理装置１３００が用いられていた。
図１４は、従来のアニール処理装置（ガス導入が一点）の模式図であり、図１４（ａ）は側方から見た断面図、図１４（ｂ）は図１４（ａ）においてガス供給手段近傍の拡大断面図である。

図１４に示すアニール処理装置１３００は、縦型加熱炉を採用し、バッチ式で、１カセットに１枚の基板（第二工程および第三工程により、ｐ型およびｎ型イオン注入工程後の基板）がセットされ、このカセットを複数枚、同時に熱処理することが可能とされている。
図１４のアニール処理装置１３００は、加熱室１３１０と前室１３２０から構成されており、加熱室１３１０の内部空間１３１２と前室１３２０の内部空間１３２２は、仕切弁１３１７によって遮断可能とされている。加熱室１３１０は、内部空間１３１２にアニールガスを供給するガス供給手段１３１５を備えている。

前室１３２０の内部空間１３２２において、表裏が露呈した状態となるように基板の外周部を保持したカセット１３０１を複数枚、多段に重ねてなるカセットラック１３０３を、カセットベース１３０２上に配置する。
加熱室１３１０の内部空間１３１２を大気開放した状態で仕切弁１３１７を開けて、この状態にあるカセットベース１３０２を、前室１３２０の内部空間１３２２から加熱室１３１０の内部空間１３１２へ、不図示の移動手段により上昇させる（上向き矢印）。その後、仕切弁１３１７を閉じ、排気手段（Ｐ）１３１４を用いて、加熱室１３１０の内部空間１３１２を減圧雰囲気とする。なお、加熱室１３１０の内部空間１３１２を減圧雰囲気とはせず、そのまま後述のアニールガスを導入し、大気圧アニールを行ってもよい。

その後、加熱室１３１０の内部空間１３１２に、ガス供給手段１３１５からアニールガスを供給し、管理された雰囲気下で、所定の温度プロファイルにより、大気圧アニール処理を行う。ここで、導入するガスは窒素ガス（Ｎ_２）や酸素ガス（Ｏ_２）であり、これに水素ガス（Ｈ_２）を添加して用いてもよい。
このように、アニールガスに水素を添加することで、第二、第三工程において基板１０１の最表面に形成されるダングリングボンドを修復することが可能となる。
基板温度を所定の温度以下とした後、上記ガスの導入を停止し、加熱室１３１０の内部空間１３１２を大気開放した状態として仕切弁１３１７を開ける。その後、カセットベース１３０２を、加熱室１３１０の内部空間１３１２から前室１３２０の内部空間１３２２へ、不図示の移動手段により下降させる（下向き矢印）。

以上の手順により、本発明のアニール処理は行われる。その際、アニール処理の条件は、基板内部における、ｎ型イオン及びｐ型イオンの拡散係数に応じた最適な条件として決定される。アニール処理の温度は、不純物導入手段の方式やその条件、不純物として導入するイオンの種類等によって好適な温度が選択されるが、およそ４００℃から１１００℃の範囲である。また、アニール処理にかける時間は、温度と同様に、不純物導入手段の方式やその条件、不純物を導入するイオンの種類等によって好適な時間が選択されるが、およそ１０分〜３時間の範囲である。

従来のアニール装置１３００では、図１４（ａ）に示すように、アニールガスを供給するガス供給手段１３１５が、加熱室１３１０の内部空間１３１２のうち下方もしくは上方の一部に設けられていた。具体的には、図１４（ｂ）に示すように、重ねて配置された最下段の基板１３０１Ｓ１と、カセットベース１３０２との間の空間に向けて、アニールガス１３１５Ａが放出される位置に、ガス供給手段１３１５は設けられていた。これにより、ガス供給手段１３１５から供給されたアニールガス１３１５Ａは、加熱室１３１０の内部空間１３１２に向けて、一括して局所的に導入された後、拡散することによって、最下段の基板１３０１Ｓ１より上方に位置する各基板間にも到達する構成とされていた。

図１４（ｂ）の構成とした場合、基板間においては、図１５に示すような問題が生じることが分かった。図１５は、２枚の基板（Ｓｉ）が対向配置されており、対向をなす一方の基板面にｎ型イオン（Ｐｈｏｓ．）あるいはｐ型イオンが（Ｂｏｒｏｎ）注入されている状態を表わしている。このような状態において、たとえば、基板（Ｓｉ）を９５０〜１０５０℃に、アニールガスを供給しながらアニール処理を行った場合、注入されていたイオンが、基板間の空間に向けて拡散して放出され（Out Diffusion:図１５の点線囲み部分）、対向配置された基板に対して影響を及ぼし、対向配置された基板の面内におけるシート抵抗値の均一性（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）が大きく変化してしまうことが確認された（後述する図１０）。

上述した「対向配置された基板のシート抵抗値の均一性が大きく変化する現象」は、ガス供給手段１３１５から供給されたアニールガス１３１５Ａが放出される高さ位置に依存しない。すなわち、図１４は、その高さ位置が、加熱室１３１０の内部空間１３２２のうち下方に設けた場合を示しているが、さらに上方に設けた場合でも、同様の結果となる。すなわち、従来の構成では、アニール処理装置におけるガスを導入する位置を変化させても、特定の段（ガス導入位置の正面近傍）にある基板では改善される（シート抵抗値の均一性が保たれる）ものの、他の段ではやはり図１５の現象が発生してしまう。つまり、従来のアニール装置１３００は、高い量産性を誇る装置ではあるが、シート抵抗値の均一性を安定に保つという点においては、改善すべき状況にあった。

本発明者らは、上記の改善を図るため、鋭意検討した結果、図５〜図７に示すアニール処理装置を考案した。
図５は、本発明に係るアニール処理装置（ガスの流れが層流）の模式図であり、図５（ａ）は上方から見た断面図、図５（ｂ）は側方から見た断面図、図５（ｃ）は図５（ｂ）においてガス供給手段近傍の拡大断面図である。

図５のアニール処理装置５００は、多段に重ねて配置された多数枚の基板に対してアニール処理するものであり、基本的な装置構成は従来のアニール処理装置１３００を踏襲している。両者の相違点は、アニールガスを供給するガス供給手段５１５およびガス放出部（開口部）と、各基板との位置関係にある。

本発明に係る結晶系太陽電池用のアニール処理装置５００は、加熱室５１０と前室５２０から構成されており、加熱室５１０の内部空間５１２と前室５２０の内部空間５２２は、仕切弁５１７によって遮断可能とされている。加熱室５１０は、内部空間５１２にアニールガスを供給するガス供給手段５１５を備えている。
前室５２０の内部空間５２２において、表裏が露呈した状態となるように基板の外周部を保持したカセット５０１を複数枚、多段に重ねてなるカセットラック５０３を、カセットベース５０２上に配置可能とされている。

すなわち、本発明のアニール処理装置５００は、図５に示すように、不純物ドープされた基板５０１Ｓに熱処理を行うための内部空間５１２を有する加熱室５１０、及び、加熱室５１０の内部空間５１２と仕切弁５１７を介して連通するように配された前室５２０、を含むものである。

加熱室５１０は、その内部空間５１２に、基板の表面および裏面からなる被処理面が露呈した状態となるように前記基板の外周部を保持するカセット５０１が複数枚、所定の距離をもって離間した状態で、多段に重ねてなるカセットラック５０３を載置するカセットベース５０２と、熱処理用のガス供給手段５１５とを備えている。

このような構成を備えることにより、本発明のアニール処理装置５００は、図５（ｂ）に示すように、上記の不純物ドープされた基板（カセット５０１により外周部が保持された基板）に熱処理を行うための内部空間５１２を有する加熱室５１０において、該基板の表面および裏面が露呈した状態を保ち、かつ、所定の距離をもって離間した状態となるように配されている。

上述したガス供給手段５１５は、図５（ｃ）に示すように、加熱室５１０の内部空間５１２において、カセット５０１の重なる方向（基板の重なる方向）に、各カセット５０１の端部と所定の距離で平行を保ちながら延設された部位５１５Ｌを備えている。部位５１５Ｌは、カセット５０１によって外周部が保持された基板どうしが離間する空間に向けて、該空間ごとに１つ以上のガス供給口５１５ＬＰ１、５１５ＬＰ２、・・・５１５ＬＰＮ、を有する。部位５１５Ｌは、図５（ａ）に示すように、カセット５０１に外周が保持された矩形状の基板の角部（コーナー部）近傍に配置されている。これにより、アニールガスの進行方向は、矢印方向に（基板において特定の角部から対向に位置する角部に向かう方向に）流れるように、制御されている。

つまり、ガス供給手段５１５が、前記基板どうしが離間する空間に向けて、該空間ごとに１つ以上のガス供給口（５１５ＬＰ１、５１５ＬＰ２、・・５１５ＬＰＮ）を有するように配されている。これらの配置により、加熱室５１０に導入されたガス（図５（ｃ）の太い白抜き矢印）は、加熱室の内部空間へ単に放出されるのでは無く、基板どうしが離間する空間内に対して厳密に誘導される。

換言すると、本発明のアニール処理装置５００においては、基板どうしが離間する空間内に向けて、所望のガスの流れる方向や流速などを、各空間ごとに制御しながら、基板の両面（表面および裏面）を熱処理することが可能となる。ここで、「各空間ごとに制御」とは、たとえば、加熱室の内部空間に、５０枚の基板が重ねて配され、かつ、基板どうしが離間する空間を有する場合、５０枚の基板の重なり方向において、一方の端部近傍に位置する空間と、中央部近傍に位置する空間と、他方の端部近傍に位置する空間とに対して、個別に条件設定されたガスの流し方を採用することを意味する。

図６は、図５（ｃ）において、上下に位置する基板と、ガス供給手段の開口部との関係を示す拡大断面図である。
図６において、符号Ａはカセット５０１に保持された一方の基板（Ｓｕｂ１）の上面と他方の基板（Ｓｕｂ２）の基板間距離であり、符号Ｂが各基板の板厚である。符号Ｃはカセット５０１に保持された基板の端部と、ガス供給手段５１５の延設された部位５１５Ｌとの距離である。部位５１５Ｌには、ガス供給手段の開口部５１５ＬＰ（符号Ｄは開口部の（基板間方向の）口径）が配され、２枚の基板間の空間に向けて、アニールガスＧを供給する。符号Ｅは部位５１５Ｌの内径を表わす（図６においては、部位５１５Ｌの肉厚は省略）。矢印Ｘは、基板間の中心位置（一点鎖線）の方向を表わしている。

図７は、ガス供給手段の部位５１５Ｌに設けられた開口部５１５ＬＰの開口形状を示す概略図であり、（ａ）は円形状の場合、（ｂ）は楕円形の場合である。
開口部５１５ＬＰの開口形状に依存せず、開口部５１５ＬＰの中心位置どうしの離間距離は、基板間距離Ａと同じ距離となるように設定され、通常は所望の一定距離とされる。
図７（ａ）に示すように、開口形状を円形状とした場合には、アニールガスＧの放出方向が、矢印Ｘの方向を中心として円形（等角的）に、基板間の空間に向けてアニールガスＧを進行させることができる。
図７（ｂ）に示すように、開口形状を楕円形状とした場合には、アニールガスＧの放出方向が、矢印Ｘの方向を中心として楕円形状（円形の場合に比べて基板面と平行をなすように）に、基板間の空間に向けてアニールガスＧを進行させることができる。

図７においては、基板間に１つの開口部５１５ＬＰを設けた場合を例示しているが、必要に応じて、２つ以上の開口部５１５ＬＰを設けても構わない。たとえば、２つ以上の開口部５１５ＬＰを設けることにより、流量の調整が可能となる。あるいは、基板間に対するアニールガスＧの流れ方を、上下に位置する基板に対して個別に（非対象に）制御するなど、アニールガスＧの関与度合いを自由に調整することができる。

後述する各実施例では、ガス供給手段の部位５１５Ｌとして、管状の石英管として、内径Ｅが４ｍｍ、全長１０５５ｍｍのものを用いた。石英管の肉厚は１ｍｍであり、外径は６ｍｍである。部位５１５Ｌの長手方向の中央付近に対して、６ｍｍピッチで開口部（Ｄ＝４ｍｍ）５１５ＬＰを７０個設けた。開口部５１５ＬＰを７０個設けた領域は、部位５１５Ｌの全長の半分以下（６×７０＝４２０ｍｍ）であり、その上方と下方には、開口部の存在しない領域が存在している。ゆえに、管状の石英管からなる部位５１５Ｌは、十分な強度を備えている。

後述する各実施例では、ガス供給手段の部位５１５Ｌにおいて、Ａ＝６ｍｍ、Ｂ＝１８０μｍ、Ｃ＝１０ｍｍ程度、Ｄ＝４ｍｍ、Ｅ＝４ｍｍとした。

＜実施例１＞
本例は、「ガス導入を多点かつ層流とし、片面に不純物注入した場合」である。図５のアニール処理装置５００を用い、図６および図７の配置としてアニール処理を行った。
すなわち、ガス供給手段５１５は、図５（ｃ）に示すように、加熱室５１０の内部空間５１２において、カセット５０１の重なる方向（基板の重なる方向）に、各カセット５０１の端部と所定の距離で平行を保ちながら延設された部位５１５Ｌを備えている。この部位５１５Ｌには、２つの基板どうしが離間する空間に向けて、該空間に１つのガス供給口が配されている。これにより、２つの基板どうしが離間する空間に、アニールガスが「層流」として流れる状態とした。

ガスの流れを分類すると、層流（ｌａｍｉｎａｒ ｆｌｏｗ）と乱流（ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ ｆｌｏｗ）に分類することができる。流れが層流から乱流へ移行することを遷移（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）と呼び、レイノルズにより、遷移は無次元数であるレイノルズ数（Ｒｅ）によって決まることが公知である。
たとえば、配管内を流れる流体において、「層流」とは、その名の通り流れの各層が整然と並んで一糸乱れずに流れている状態であり、「乱流」とは、前には流れているもののミクロ的にみると各流体微粒子が前後左右に好き勝手に流れている状態である、と定義される。なお、「層流」については、後段（実施例３）において詳細に検討する。

図９は、実施例１を説明するものであって、図９（ａ）は基板の配置図、図９（ｂ）は評価結果一覧表、を各々表わしている。本例は、図９（ａ）に示すように、特定の基板間に着目して評価した結果であり、下方の基板の上面にのみ、イオン注入を行った。図９（ｂ）の一覧表において、試料１と試料２はｐ型イオンとしてボロン（Ｂ）が注入されている場合（注入に用いたイオンはＢＦ３^＋）であり、試料３と試料４はｎ型イオンとしてリン（Ｐ）が注入されている場合（注入に用いたイオンはＰＨ３^＋）である。

つまり、図９（ａ）に示すように、下方に位置する基板の上面が注入面であり、下面は未注入面である。上方に位置する基板は上下面とも未注入面である。すなわち、図９（ｂ）において、「対向面」とは上方に位置する基板の下面を意味する。

図９（ｂ）では、各試料の処理条件、使用した基板の種類、「対向面」におけるシート抵抗値、および、基板の面内におけるシート抵抗値の均一性（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）の、アニール処理前とアニール処理後の値を示す。
実施例１においては、アニールガスとして窒素ガスに酸素ガスを添加したものを５ＳＬＭの流量で加熱室に導入した。また、アニール処理の温度は１０００℃、アニール処理にかける時間は３時間とした。

図９（ｂ）の評価結果一覧表より、以下の点が明らかとなった。
（Ａ１）試料１、２［ボロン（Ｂ）が注入された場合］においては、対向面のシート抵抗の均一性（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）が、アニール処理後（１３．５％および９．９％）となり、アニール処理前（１４．８％および１７．５％）よりも劣化していない。
（Ａ２）試料３、４［リン（Ｐ）が注入された場合］においても、上記Ａ１と同様である。すなわち、対向面のシート抵抗の均一性（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）が、アニール処理後（７．８％および９．０％）となり、アニール処理前（１３．９％および１１．３％）よりも劣化していない。

以上の結果より、本発明に係るアニール処理装置は、加熱室に導入されたアニールガスは、加熱室の内部空間へ単に放出されるのでは無く、基板どうしが離間する空間内に対して厳密に誘導されるので、不純物ドープされた基板から熱処理によって離脱したイオンが、対向配置された基板に及ぼす影響を抑制することが可能であることが分かった。ゆえに、本発明のアニール処理装置は、基板面内の均一な発電特性が求められる結晶系太陽電池を製造に好適である。したがって、本発明は、従来の装置と同様に、高い量産性を誇るとともに、シート抵抗値の均一性も安定に保つことも可能なアニール処理装置をもたらす。

また、以上の結果より、本発明に係るアニール処理方法は、前述したような基板の配置構成において、前記基板どうしが離間する空間に向けて、該空間ごとに１つ以上のガス供給口を有するガス供給源から、前記不純物元素を含むガスを導入しながら熱処理を行うことにより、熱処理条件を「各空間ごとに制御」できることが明らかとなった。ゆえに、本発明のアニール処理方法によれば、個別に条件設定されたガスの流し方を、各空間ごとに、精密に、かつ、常時管理した状態を保ちながら、個別に設定可能であることが確認された。したがって、本発明のアニール処理方法は、不純物ドープされた基板から熱処理によって離脱したイオンが、対向配置された基板に及ぼす影響を抑制することに貢献する。

＜比較例１＞
本例は、「一点ガス導入とし、片面に不純物注入した場合」である。図１４（ａ）のアニール処理装置１３００を用い、図１４（ｂ）の配置としてアニール処理を行った。
すなわち、図１４（ａ）のアニール処理装置１３００においては、ガス供給手段１３１５からアニールガス１３１５Ａが放出される位置は、下部１点のみとした。すなわち、加熱室１３１０の内部空間１３１２において、最も下方に位置する基板１３０１Ｓ１（１３０１）より、さらに下方空間にアニールガス１３１５Ａを放出するように、ガス供給手段１３１５の開口部が配置されている。

このような構成によれば、ガス供給手段１３１５の開口部から放出されたアニールガス１３１５Ａは、加熱室１３１０の内部空間１３１２を殆ど方向性なく、漂うように進み、基板間の空間を進行する。ゆえに、アニールガス１３１５Ａの流れが、「層流」をなすことは困難であり、おおよそ「乱流」とならざるを得ない。したがって、基板の重なる位置（たとえば、加熱室１３１０の内部空間１３１２において、下方に位置する基板間と上方に位置する基板間）によって、基板間に流れるアニールガス１３１５Ａの流れは、大きく異なる傾向を有する。

図１０は、比較例１を説明するものであって、図１０（ａ）は基板の配置図、図１０（ｂ）は評価結果一覧表、を各々表わしている。本例は、図１０（ａ）に示すように、特定の基板間に着目して評価した結果であり、下方の基板の上面にのみ、イオン注入を行った。図１０（ｂ）の一覧表において、試料５と試料６はｐ型イオンとしてボロン（Ｂ）が注入されている場合（注入に用いたイオンはＢＦ３^＋）であり、試料４と試料５はｎ型イオンとしてリン（Ｐ）が注入されている場合（注入に用いたイオンはＰＨ３^＋）である。

つまり、図１０（ａ）に示すように、下方に位置する基板の上面が注入面であり、下面は未注入面である。上方に位置する基板は上下面とも未注入面である。すなわち、図１０（ｂ）において、「対向面」とは上方に位置する基板の下面を意味する。

図１０（ｂ）では、各試料の処理条件、使用した基板の種類、「対向面」におけるシート抵抗値、および、基板の面内におけるシート抵抗値の均一性（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）の、アニール処理前とアニール処理後の値を示す。
比較例１においては、実施例１と同様、アニールガスとして窒素ガスに酸素ガスを添加したものを５ＳＬＭの流量で加熱室に導入した。また、アニール処理の温度は１０００℃、アニール処理にかける時間は３時間とした。

図１０（ｂ）の評価結果一覧表より、以下の点が明らかとなった。
（Ｂ１）試料５、６［ボロン（Ｂ）が注入された場合］においては、対向面のシート抵抗の均一性（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）が、アニール処理後（４０．４％および３５．１％）となり、アニール処理前（５．０％および５．７％）よりも劣化している。
（Ｂ２）試料７、８［リン（Ｐ）が注入された場合］においても、上記Ｂ１と同様である。すなわち、対向面のシート抵抗の均一性（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）が、アニール処理後（４８．９％および５０．２％）となり、アニール処理前（８．８％および５．６％）よりも劣化している。

以上の結果より、従来のアニール処理装置においては、加熱室に導入されたアニールガスが、加熱室の内部空間へ単に放出されるため、基板どうしが離間する空間内に対して厳密に誘導されない。このため、不純物ドープされた基板から熱処理によって離脱したイオンが、対向配置された基板に及ぼす影響を抑制することができないことが分かった。ゆえに、従来のアニール処理装置は、基板面内の均一な発電特性が求められる結晶系太陽電池の製造には不適切である。従来の装置は、高い量産性を備えているが、シート抵抗値の均一性も安定に保つことは困難である。

ここで、図１１は、実施例１の試料２および比較例１の試料６の、それぞれの「対向面」のシート抵抗値の表面分布を示す等高線図である。図１１（ａ）は試料２（実施例１）のアニール処理前、図１１（ｂ）は試料２（実施例１）のアニール処理後、また、図１１（ｃ）は試料６（比較例１）のアニール処理前、図１１（ｄ）は試料６（比較例１）のアニール処理後、を各々表わしている。

アニール処理前の試料２［図１１（ａ）］および試料６［図１１（ｃ）］では、いずれにおいても、シート抵抗値は基板中心からほぼ同心円状になる分布を有しており、基板中心から基板外縁に向かってシート抵抗値が増加する傾向がみられるが、アニール処理後の試料２［図１１（ｂ）］および試料６［図１１（ｄ）］を見ると、試料２では、アニール処理前に見られた同心円状の分布はやや崩れているものの、基板中心から基板外縁に向かってシート抵抗値が増加する傾向は同じであるが、試料６では、基板中心から基板外縁に向かって、逆にシート抵抗が減少する傾向が見られるようになり、さらに、基板表面を中心線から半分に分割するような、シート抵抗値の大小の分布が強く見られるようになっている。

＜実施例２＞
本例は、「ガス導入を多点かつ層流とし、両面に不純物注入した場合」である。実施例１と同様に、図５のアニール処理装置５００を用い、図６および図７の配置としてアニール処理を行った。
すなわち、ガス供給手段５１５は、図５（ｃ）に示すように、加熱室５１０の内部空間５１２において、カセット５０１の重なる方向（基板の重なる方向）に、各カセット５０１の端部と所定の距離で平行を保ちながら延設された部位５１５Ｌを備えている。この部位５１５Ｌには、２つの基板どうしが離間する空間に向けて、該空間に１つのガス供給口が配されている。これにより、２つの基板どうしが離間する空間に、アニールガスが「層流」として流れる状態とした。

図１１は、実施例２を説明するものであって、図１１（ａ）は基板の配置図、図１１（ｂ）は評価結果一覧表、を各々表わしている。本例は、図１１（ａ）に示すように、特定の基板間に着目して評価した結果であり、実線で示される注入基板（ｎ型）の上下に、点線で示される注入基板が配置された場合である。いずれの注入基板においても、上面にはボロン（Ｂ）が注入されており（注入に用いたイオンはＢＦ３^＋）、注入基板の下面にはリン（Ｐ）が注入されている（注入に用いたイオンはＰＨ３^＋）場合である。つまり、実施例２は、両面同時処理した場合について検討したものである。

本例では、図１１（ａ）において実線で示す注入基板の上面と下面を評価した。この場合、上面および下面のいずれも、対向する面は、異なる型の不純物が注入された面である。
図１１（ｂ）では、上面および下面の処理条件、シート抵抗値、および、基板の面内におけるシート抵抗値の均一性（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）の、アニール処理後の値を示す。
実施例２においては、アニールガスとして窒素ガスに酸素ガスを添加したものを５ＳＬＭの流量で加熱室に導入した。また、アニール処理の温度は１０００℃、アニール処理にかける時間は３時間とした。

図１１（ｂ）より、以下の点が明らかとなった。
（Ｃ１）両面同時処理した場合、注入基板の上面［ボロン（Ｂ）注入面］においても、注入基板の下面［リン（Ｐ）注入面］においても、Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙの値は、５．６％および８．２％であり、１０％を下回る良好な値が得られた。

（Ｃ２）両面同時処理した場合、対向する面には、異なる型の不純物が注入されているが、アニール後のＵｎｉｆｏｒｍｉｔｙの値は１０％を下回る良好なものであり、基板内部のイオンが脱離したり、基板表面の残存イオンが拡散したとしても、対向面への汚染が発生していないことを示す結果となった。

以上の結果より、本発明のアニール処理装置は、加熱室に導入されたアニールガスは、加熱室の内部空間へ単に放出されるのでは無く、基板どうしが離間する空間内に対して厳密に誘導されるので、両面同時処理した基板においても、有効であることが確認された。ゆえに、本発明のアニール処理装置は、基板の両面に対して逆導電型のイオンが注入された基板を用い、基板の両面において各々面内の均一な電気的特性が求められる結晶系太陽電池を製造に好適である。したがって、本発明は、高い量産性を誇るとともに、シート抵抗値の一様性も安定に保つことも可能なアニール処理装置をもたらす。

＜実施例３＞
本例では、実施例１の基板配置において、さらに注入基板の下方に未注入基板を重ねて配置したものであり、同一基板（注入基板）における上面（表面：ボロン（Ｂ）注入面）側が、下面（裏面：未注入面）に及ぼす影響について評価した。
また、実施例１および実施例２と同様に、図５のアニール処理装置５００を用い、図６および図７の配置としてアニール処理を行った。

すなわち、ガス供給手段５１５は、図５（ｃ）に示すように、加熱室５１０の内部空間５１２において、カセット５０１の重なる方向（基板の重なる方向）に、各カセット５０１の端部と所定の距離で平行を保ちながら延設された部位５１５Ｌを備えている。この部位５１５Ｌには、２つの基板どうしが離間する空間に向けて、該空間に１つのガス供給口が配されている。これにより、２つの基板どうしが離間する空間に、アニールガスが「層流」として流れる状態とした。

図１３は、実施例３を説明するものであって、図１３（ａ）は基板の配置図、図１３（ｂ）は評価結果一覧表、を各々表わしている。
本例は、図１３（ａ）に示すように、特定の基板の上面と下面に着目して評価した結果であり、注入基板（ｎ型）の上下に、未注入基板が配置された場合である。注入基板の上面にはボロン（Ｂ）が注入されており（注入に用いたイオンはＢＦ３^＋ ）、注入基板の下面は未注入面である場合である。つまり、実施例３は、同一基板における裏面への汚染について検討したものである。

図１３（ｂ）では、各試料の処理条件、使用した基板の種類および、下面（裏面）におけるシート抵抗値、および、基板の面内におけるシート抵抗値の均一性（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）の、アニール処理前とアニール処理後の値を示す。
実施例３においては、アニールガスとして窒素ガスに酸素ガスを添加したものを、流量が５ＳＬＭと１０ＳＬＭの２つの条件で加熱室に導入した。図１３（ｂ）において、試料１１はアニールガスの流量が５ＳＬＭであるもの、試料１２はアールガスの流量が１０ＳＬＭであるものである。また、アニール処理の温度は１０００℃、アニール処理にかける時間は３時間とした。

ここで、直管の内部空間を長手方向に進むガスの流れを仮定すると、レイノルズ数（Ｒｅ）が、２３００〜３０００の範囲より小さい場合に「層流」となり、１×１０^４ 〜１．２×１０^５ の範囲にある場合に「乱流」となることが公知である。
そして、図５および図６に示されるガス供給手段の各構造における寸法、および基板との位置関係等が、上述の値であった場合、２つの基板どうしが離間する空間を流れるアニールガスのレイノルズ数は、アニールガスの流量が５ＳＬＭである場合（試料１１）はＲｅ＝２０２７、アニールガスの流量が１０ＳＬＭである場合（試料１２）はＲｅ＝４０５３と計算される。このとき、加熱室の内部空間は大気圧であるとする。

図１３（ｂ）の結果から、以下の点が明らかとなった。
（Ｅ１）図１３（ｂ）において、ガス流量が５ＳＬＭから１０ＳＬＭに増えると、アニール処理後のＵｎｉｆｏｒｍｉｔｙが急増する（試料１１で１７．８％、試料１２で７５．３％）ことが分かる。
（Ｅ２）また、試料１２のアニール処理後のシート抵抗値（３３５．０Ω／□）は、試料１１のアニール処理後のシート抵抗値（１４０２．３Ω／□）と比べて小さい値となっている。これは、試料１２の基板はｎ型Ｓｉであるところ、ｐ型のボロンイオンが乱流により下面（裏面）へ回り込み、汚染が生じたためであると考えられる。
以上の結果より、アニール処理後のＵｎｉｆｏｒｍｉｔｙを良好な数値とするためには、ガス供給手段の各構造における寸法、および基板との位置関係等と、アニールガスのガス流量を適切な範囲に制御して、アニール処理を行うことが重要であることが判明した。

本発明は、不純物ドープされた基板から熱処理によって離脱したイオンが、対向配置された基板に及ぼす影響を抑制することが可能な、結晶系太陽電池用のアニール処理装置およびアニール処理方法に広く適用可能である。

５００ アニール処理装置、５０１ カセット、５０１Ｓ 基板、５０２ カセットベース、５０３ カセットラック、５１０ 加熱室、５１２ 加熱室の内部空間、５１５ ガス供給手段、５１５ＬＰ１・・・５１５ＬＰＮ ガス供給口、５１７ 仕切弁、５２０ 前室、５２２ 前室の内部空間。

Claims (5)

1. 不純物ドープされた基板に熱処理を行うための内部空間を有する加熱室、及び、前記加熱室の内部空間と仕切弁を介して連通するように配された前室、を含む結晶系太陽電池用のアニール処理装置であって、
   前記加熱室は、その内部空間に、前記基板の表面および裏面が露呈した状態となるように前記基板の外周部を保持するカセットが複数枚、所定の距離をもって離間した状態で、多段に重ねてなるカセットラックを載置するカセットベースと、前記熱処理用のガス供給手段とを備え、
   前記ガス供給手段は、前記基板どうしが離間する空間に向けて、該空間ごとに１つ以上のガス供給口を有することを特徴とするアニール処理装置。
2. 前記ガス供給手段のガス供給口は、その開口部の形状が前記基板の表面および裏面に対して平行をなす方向に長軸を有する楕円形状、またはスリット状であることを特徴とする請求項１に記載のアニール処理装置。
3. 前記ガス供給手段は、ガス流量を調整する手段を１つ以上備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のアニール処理装置。
4. 基板の表面と裏面の両方かまたはいずれか一方に不純物領域を形成するために、アニールガス雰囲気下において前記基板を熱処理を行う結晶系太陽電池用のアニール処理方法であって、
   前記熱処理を行う空間内において、前記基板の表面および裏面が露呈した状態となるように、前記基板の外周部をカセットにより保持するとともに、前記カセットを複数枚、所定の距離をもって離間した状態となるように配置して、
   前記基板どうしが離間する空間に向けて、該空間ごとに１つ以上のガス供給口を有するガス供給源から、前記不純物元素を含むガスを導入しながら熱処理を行うことを特徴とするアニール処理方法。
5. 前記ガス供給口は、前記基板どうしが離間する空間において、レイノルズ数が３０００以下となるように、前記アニールガスを流すことを特徴とする請求項４に記載のアニール処理方法。