JP4410885B2 - 平行平板式反応性イオンエッチング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば大型の太陽電池基板をエッチング処理するのに適した平行平板式反応性イオンエッチング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の平行平板式反応性イオンエッチング装置は種々提案されており、一般的には真空チャンバー内に二枚の電極板すなわち陰極と陽極が互いに上下に対向させて平行に配置され、下部電極を成す陰極の下側には陰極の支持機構、駆動系や排気系、冷却系と共に高周波導入系が設けられ、この高周波導入系は通常真空チャンバーの底壁の外側に装着されたマッチングボックスを介して高周波電源に接続されている。上部電極を成す陽極は真空チャンバーに接地されている。また、陰極上にはエッチング処理すべき一枚または複数枚の基板が装着される。
動作においては、真空チャンバー内は高真空にされ、そして真空チャンバー内に反応ガスが導入される。陰極に高周波電圧を印加することにより、両電極間にグロー放電によるプラズマが発生され、それにより発生したイオンなどの活性種と処理すべき基板の材料との反応によりエッチングが行われる。
【０００３】
ところで、この種の反応性イオンエッチング装置においては、その保守や点検、整備の観点から、陰極に対する高周波導入系を真空チャンバーの側面からとり、マッチングボックスを真空チャンバーの側壁の外側に設けたものが提案され、これにより、陰極に組み込まれた駆動系の保守や点検等は容易に実施できるようになつた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、この種の反応性イオンエッチング装置を用いてエッチング処理される基板として太陽電池がある。太陽電池は電力用途を考えると、現在の商用電源と競合できる程度に発電コストを低減することが望まれている。太陽電池による発電コストは太陽電池セルコストと周辺コストで決まり、そのためには変換効率をあるレベル以上に保ちながらセルのコストをできるだけ低減する必要がある。また太陽電池は結晶系Ｓｉ太陽電池、アモルファス太陽電池、化合物半導体太陽電池など種々のものが知られているが、現在の商用電源との競合の観点から高変換効率化及び大面積化が共通の課題となっており、生産設備に対してはより高タクトが要求される。
【０００５】
そこで本出願人らは太陽電池の作製において反応性イオンエッチング装置を利用するに際し、上記のように設備の高タクト化を達成するために被処理基板面積の合計が１ｍ^２以上の大きさになるような多数枚一括処理の装置を研究開発してきた。その結果、保守や点検、整備の容易性から、陰極に対する高周波導入系を真空チャンバーの側面からとり、マッチングボックスを真空チャンバーの側壁の外側に設けた形式の反応性イオンエッチング装置の場合には、基板の合計面積が200〜500cm^２程度のものでは電極全体におけるエッチング分布及びエッチング速度のばらつきは許容されるが、本発明で処理対象としている合計１ｍ^２以上の有効面積をもつ大面積の太陽電池基板の場合には、エッチング装置を下記の動作条件で運転して基板上のエッチング分布を測定した結果、添付図面の図３に示すようなデータが得られた。なお、ここでは測定の便宜上シリコン基板上に作製した酸化膜をエッチングしたが、本発明はこれに限定されず、全ての被エッチング材料に対して有効である。
使用ガス：ＣＨＦ_３＋Ｏ_２
ガスの流量：600＋150 SCCM
真空チャンバー内圧力：6.7Pa
ＲＦ電力：５KW（１分40秒までは5.6KW印加し、その後は５KWに修正）
Ｅ／Ｓ：150mm
処理時間：５分
図３に示す値は、バッチ内の９ヶ所でエッチングした基板のエッチング量をそれぞれ２ポイント測定した平均値を表し、平均膜厚は2522.0Å、エッチングレートは467.5Å／分、エッチング分布は±34.0％であった。
【０００６】
これらの測定結果から認められるように、陰極に対する高周波導入系を真空チャンバーの側面からとり、マッチングボックスを真空チャンバーの側壁の外側に設けた形式の反応性イオンエッチング装置は、±10％以下のエッチング分布を必要とする合計で例えば１ｍ ^２ 以上の有効面積をもつ大面積の太陽電池の処理には適さないことがわかった。
【０００７】
このようにマッチングボックスを真空チャンバーの側壁の外側に設けた場合には均一性の点で満足できない。そのためマッチングボックスを真空チャンバーの陰極側の下端の中央に設置したいが、装置が大型であるために、マッチングボックス自体も大型となりしかも高周波導入軸、太陽電池基板の昇降機構、冷却系の配管などが入り交るため現実問題としてかかる構成を採用することは困難である。
【０００８】
そこで、本発明は、大面積の被処理基板を、バッチ内で例えば±10％以下のエッチング分布をもってエッチング処理できる平行平板式反応性イオンエッチング装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、エッチング室を画定する真空チャンバー内に陰極と陽極とを平行平板電極構造となるように対向して配置し、マッチング回路を介して高周波電源に陰極を接続すると共に、陰極に、合計で１ｍ^２以上の有効面積をもつ被処理基板を装着し、真空チャンバー内に反応ガスを導入して減圧の下での放電によりプラズマ状態を生成し、発生したイオンなどの活性種と被処理基板の材料との反応によりエッチングを行う平行平板式反応性イオンエッチング装置において、
陰極側の真空チャンバーの外壁面に、陰極の支持、駆動系や、冷却系を含む陰極付属機構を配置し、この陰極付属機構の下側で陰極と陽極とを通る中心軸線を含む範囲内でしかも陰極上の被処理基板に対してアース経路が対称形となるように、マッチング回路を収納したマッチングボックスを位置決めして設けたことを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下添付図面の図1〜図２を参照して本発明の実施の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平行平板式反応性イオンエッチング装置を概略的に示し、１はエッチング室を画定する真空チャンバーで、排気ポート２を介して適当な排気系（図示していない）に接続されている。この真空チャンバー１内の下部には陰極を構成するエッチング電極組立体３が配置され、真空チャンバー１の壁に電気絶縁体４を介して取付けられている。
エッチング電極組立体３は内部に冷却媒体の循環系（図示していない）を備えた電極本体３aを有し、電極本体３aの下側には、駆動系を構成している基板昇降シリンダ５及びホイストピン６と、高周波導入導体７とを含む電極組立体付属機構がシールドボックス８に収納されて配置されている。
エッチング電極組立体３には、真空チャンバー１の側部に設けた基板搬送ポート９を介して適当な基板搬送系（図示していない）により被処理基板である合計で１ｍ ^２ 以上の有効面積をもつ矩形の太陽電池基板10が装着される。
【００１１】
また、真空チャンバー１の底壁の外側に取付けられた電極組立体付属機構のシールドボックス８の下側には、マッチング回路を備えたマッチングボックス11が取付けられ、エッチング電極組立体３における高周波電力導入導体７はマッチングボックス11におけるマッチング回路を介して高周波電源12に接続されている。
【００１２】
エッチング電極組立体３に対向して真空チャンバー１内の上部には陽極を構成する対向電極組立体13がエッチング電極組立体３と平行に配置され、この対向電極組立体13には、反応性ガス導入系14が組み込まれている。また、対向電極組立体13は真空チャンバー１を介してアースに接続されている。
【００１３】
マッチングボックス11は、エッチング電極組立体３及び対向電極組立体１３を通る中心軸線を含む範囲内でアース経路がエッチング電極組立体３上の基板に対して対称形となるように、位置決めされる。この場合、合計で１ｍ ^２ 以上の有効面積をもつ矩形の太陽電池基板１０の処理のバッチ内において±１０％以下のエッチング分布が達成できる範囲内においてエッチング電極組立体３及び対向電極組立体１３を通る中心軸線に対して変位させてマッチングボックス１１を位置決めすることができる。
【００１４】
このように構成した平行平板式反応性イオンエッチング装置を使用して合計１ｍ ^２ の有効面積をもつ矩形の太陽電池基板１０をエッチング処理した場合のバッチ内のエッチング特性について図２を参照して説明する。
図示反応性イオンエッチング装置において、ＣＨＦ_３＋Ｏ_２ガスを使用し、ガスの流量を600＋150 SCCMに設定し、真空チャンバー１内の圧力を６．７Paにし、高周波電源１２からマッチングボックス１１におけるマッチング回路を介してエッチング電極組立体３に印加するＲＦ電力を最初の１分４０秒までは5.6KWに設定し、その後は５KWに修正し、また電極間距離を100mmとし、処理時間を５分に設定してエッチング処理を実施した。
【００１５】
図２には、バッチ内の９ヶ所で２ポイント測定した平均値が示され、平均膜厚は2174.0Å、エッチングレートは434.8Å／分、エッチング分布は±9.5％であった。
これらの測定結果から、図３に示すようにマッチングボックスを真空チャンバーの横側に取付けた構造のものと比較して、基板全体におけるエッチング分布は大幅に改善できることが認められる。このことは、図３に示すようにマッチングボックスを真空チャンバーの横側に取付けた構造のものに比較してメンテナンスの容易性では劣るが、合計１ｍ ^２ の有効面積をもつ矩形の基板処理のバッチ内において±10％程度またはそれ以下のエッチング分布が得られることからして、このような大面積の基板に対して実用上十分対処できることを意味している。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明においては、平行平板式反応性イオンエッチング装置において、陰極側の真空チャンバーの外壁面に、陰極の支持、駆動系や、冷却系を含む陰極付属機構を配置し、この陰極付属機構の下側で陰極と陽極とを通る中心軸線を含む範囲内でしかも陰極上の被処理基板に対してアース経路が対称形となるように、マッチング回路を収納したマッチングボックスを位置決めして設けているので、例えば合計で１ｍ^２以上の有効面積をもつ大面積の基板の処理のバッチ内において±10％以下のエッチング分布を得ることができ、従って例えば合計で１ｍ^２以上の有効面積をもつ大面積の太陽電池基板のエッチング処理に十分対応することができ、その結果、本発明の装置を利用することにより、変換効率のすぐれた太陽電池セルを低コストで製作することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態による平行平板式反応性イオンエッチング装置を示す概略線図。
【図２】 図１に示す装置によるエッチング特性を示す線図。
【図３】 従来の平行平板式反応性イオンエッチング装置によるエッチング特性を示す線図。
【符号の説明】
１：エッチング室を画定する真空チャンバー
２：排気ポート
３：エッチング電極組立体
3a：電極本体
４：電気絶縁体
５：基板昇降シリンダ
６：ホイストピン
７：高周波電力導入導体
８：シールドボックス
９：基板搬送ポート
10：太陽電池基板
11：マッチングボックス
12：高周波電源
13：対向電極組立体
14：反応性ガス導入系

Claims (1)

1. エッチング室を画定する真空チャンバー内に陰極と陽極とを平行平板電極構造となるように対向して配置し、マッチング回路を介して高周波電源に陰極を接続すると共に、陰極に、合計で１ｍ^２以上の有効面積をもつ被処理基板を装着し、真空チャンバー内に反応ガスを導入して減圧の下での放電によりプラズマ状態を生成し、発生したイオンなどの活性種と被処理基板の材料との反応によりエッチングを行う平行平板式反応性イオンエッチング装置において、
   陰極側の真空チャンバーの外壁面に、陰極の支持、駆動系や、冷却系を含む陰極付属機構を配置し、この陰極付属機構の下側で陰極と陽極とを通る中心軸線を含む範囲内でしかも陰極上の被処理基板に対してアース経路が対称形となるように、マッチング回路を収納したマッチングボックスを位置決めして設けたことを特徴とする平行平板式反応性イオンエッチング装置。

Images