JP4761705B2

JP4761705B2 - エッチング装置

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Inventors: 洋介猪股
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Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2011-08-31
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Description

本発明はエッチング装置に関し、特に太陽電池に用いられるシリコンなどの基板を粗面状にし、反射を防止するためのテクスチャ構造を形成するためのエッチング装置に関する。

太陽電池は入射した光エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。太陽電池のうち主要なものは使用材料の種類によって結晶系、アモルファス系、化合物系などに分類される。このうち、現在市場で流通しているのはほとんどが結晶系シリコン太陽電池である。

この結晶系シリコン太陽電池はさらに単結晶型、多結晶型に分類される。単結晶型のシリコン太陽電池は、太陽電池を形成する単結晶シリコン基板の品質がよいために高効率化が容易であるという長所を有する反面、基板の製造が高コストになるという短所を有する。これに対して多結晶型のシリコン太陽電池は、太陽電池を形成する多結晶シリコン基板の品質が劣るために高効率化が難しいという短所はあるものの、低コストで製造できるという長所がある。また、最近では多結晶シリコン基板の品質の向上やセル化技術の進歩により、研究レベルでは１８％程度の変換効率が達成されている。

一方、量産レベルの多結晶シリコン太陽電池は低コストであったため、従来から市場に流通してきたが、近年環境問題が取りざたされる中でさらに需要が増してきており、低コストでより高い変換効率が求められるようになった。

このような太陽電池では電気エネルギーへの変換効率を向上させるため、従来から様々な試みがなされてきた。そのひとつに太陽電池素子表面に入射する光の反射を低減する技術があり、太陽電池素子表面での光の反射を低減することで電気エネルギーへの変換効率を高めることができる。

図５は一般的な太陽電池素子を示す図であり、１はシリコン基板、２は微細な凹凸、３は受光面側に設けられた逆導電型の不純物拡散領域、４は裏面側の不純物拡散層（ＢＳＦ層）、５は反射防止膜、６は表面電極、７は裏面電極である。

シリコン基板１は単結晶もしくは多結晶のｐ型、ｎ型を呈する半導体のシリコン基板である。シリコン基板１の表面側には、逆導電型の半導性を呈する不純物が拡散された逆導電型半導体領域３と反射防止膜５が形成されている。また、シリコン基板１の裏面側には、一導電型半導体不純物が高濃度に拡散された層（ＢＳＦ層）４を形成されている。シリコン基板１の表面側および裏面側には、表面電極６および裏面電極７が形成されている。この表面電極６および裏面電極７はＡｇペーストをスクリーン印刷して焼成し、その上に半田層を設けて形成する。

シリコン基板を用いて太陽電池素子を形成する場合、基板の表面を水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液でエッチングすると、基板の表面に微細な凹凸２が形成され、反射をある程度低減できる。例えば、面方位が（１００）面の単結晶シリコン基板を用いた場合、このような方法でテクスチャ構造と呼ばれるピラミッド構造を基板の表面に均一に形成することができる。しかしながら、アルカリ水溶液によるエッチングは結晶の面方位に依存することから、多結晶シリコン基板で太陽電池素子を形成する場合、ピラミッド構造を均一には形成できず、そのため全体の反射率も効果的には低減できないという問題がある。

このような問題を解決するために、太陽電池素子を多結晶シリコンで形成する場合に、基板の表面に微細な突起をドライエッチングの一種である反応性イオンエッチング（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）法で形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。これは、真空引きされたチャンバ内にガスを導入し、一定圧力に保持して、チャンバ内に設けられた電極にＲＦ電力を印加することでプラズマを発生させ、生じた活性種であるイオン・ラジカルなどの作用により基板の表面をエッチングするものである。すなわち、多結晶シリコンにおける不規則な結晶の面方位に左右されずに微細な凹凸を均一に形成し、多結晶シリコンを用いた太陽電池素子においても反射率をより効果的に低減しようとするものである。

この方法を用いることにより、多結晶シリコンにおける不規則な結晶の面方位に左右されずに微細な凹凸を均一に形成し、多結晶シリコンを用いた太陽電池素子においても反射率をより効果的に低減することができる。

反応性イオンエッチング法に用いられる装置は一般に平行平板電極型をしており、基板を配設している電極の側にＲＦ電圧を印加し、他の一方の側および内部の側壁をアースに接続する。このチャンバ内部を真空引きしてエッチングガスを導入して圧力を一定に保持しながら基板をエッチングし、エッチングが完了した後にチャンバ内部を大気圧に戻す。

このような手順を踏むことから、反応性イオンエッチング装置では真空引きおよび大気リークの待ち時間が長い。また、反応性イオンエッチング装置はＬＳＩなどの精密な小型半導体素子に用いられる場合が多いが、太陽電池に用いる際には太陽電池自身の面積が大きいため、１回あたりの処理枚数が少なく、製造コストが高くなるという問題があった。そのため反応性イオンエッチング装置を太陽電池の製造工程に用いる場合には、いかに高タクトで１回あたりの処理枚数を増やすかが重要なポイントである。

これについて出願人は、種々検討を行い、エッチングされた残渣をマスクとして用いるエッチング法を考案するに至り開示した（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載された方法について図６および図７に示す。装置内にマスフローコントローラ８部分からエッチングガスを導入するとともに、ＲＦ電源１２でプラズマを発生させてイオンやラジカルを励起活性化して、ＲＦ電極９の上部に配設されたシリコン基板１の表面に作用させてエッチングする。図６に示す装置では、ＲＦ電極９を装置内に配設して一枚のシリコン基板１の表面をエッチングするが、図７に示す装置では、ＲＦ電極９を装置の外壁に配設してトレイ１９上に載置された複数枚のシリコン基板１の表面を同時にエッチングするようにしている。

これによりシリコン基板の表面には凹凸２が形成される。エッチング中はシリコンがエッチングされて基本的には気化するが、一部は気化しきれずに分子同士が吸着して基板１の表面に残渣として残る。この、ガス条件、反応圧力、ＲＦパワーなどの条件をシリコンから成るエッチングの残渣が基板１の表面に残るような条件に設定することによって、このエッチングされた残渣をマスクとして用いて凹凸２を確実に形成することができ、凹凸の形成速度を向上させることができる。
特公昭６０−２７１９５号公報特開２００２−７６４０４号公報特開２００２−３２９７１０号公報特開２００３−１７７２５号公報

しかしながら、上述のような反応性イオンエッチング法による凹凸の形成条件は繊細であり、また装置の構造によっても変化するために条件を設定することは非常に難しいことが多い。凹凸を均一に形成できない場合は、入射する光を太陽電池に有効に取りこむことができず、太陽電池の光電変換効率は向上しない。個々の太陽電池の価値はその発電効率で決まることから、そのコストを低減するには、太陽電池の変換効率を向上させなければならない。

またエッチングされた残渣をマスクとして用いるエッチング方法では凹凸の形成速度は向上するが、被エッチング体である基板の周囲には依然として凹凸が形成されないという問題があった。出願人は、原因の究明を行った結果、この残渣は被エッチング体である基板の表面の凹凸形成のエッチングの際にエッチングされて気化しきれないものが表面に残渣として現れるものであるため、エッチングするシリコン材が周囲に少ない場合、例えば、被エッチング体である基板の周囲などは残渣の発生が相対的に少なくなり、その部分での凹凸形成速度が遅くなることを知見した。そして、エッチングされるシリコン基板の周囲に同じ材質のダミーのシリコン片を配設してエッチングしたりすることで解決できることを、開示した（例えば、特許文献３参照）。

この方法ではエッチングされる基板はダミーのシリコン片もしくは他の被エッチング体である基板と５ｍｍ以下に近接させて配設する。たとえば凹凸を形成する目的の基板が一枚である場合、その周囲にはダミーのシリコン片やダミーのシリコン基板を５ｍｍ以下に近接させて配設する。また、凹凸を形成する目的の基板が複数枚に及ぶ場合、それぞれの基板同士をお互いに５ｍｍ以下に近接させて配設すると同時に、さらにその周囲にはダミーのシリコン片やダミーのシリコン基板を５ｍｍ以下に近接させて配設する。

また出願人は、凹凸の形成速度を向上すると同時に均一化する技術として、シリコン基板の表面を開口部が一様に多数形成された開口プレートで覆蓋してエッチングを行う方法を見出し開示した（特許文献４参照）。このようにすることでエッチングされた後の残渣の前駆体を基板の上と開口プレートとの間に閉じ込める効果が発生し、エッチング残渣の発生を促進させて凹凸の形成速度を向上すると同時に、残渣の生成も均一化する効果があることによりトレイ上に配設された基板全体のエッチングの均一性を向上することができる。

ところが、このようにエッチングする目的のシリコン基板やダミーのシリコン基板もしくはシリコン片を配設し、さらにシリコン基板を開口部が一様に多数形成された開口プレートで覆蓋してエッチングを行った場合でも、トレイ上に設置された基板全体が均一に凹凸形成されないという問題が発生することがわかった。

この原因について、発明者は鋭意検討を行った結果、トレイ上に設置したエッチング目的のシリコン基板の周囲に設置したダミーのシリコン基板もしくはシリコン片と、プレートの側壁との間に、シリコン材が存在しない部分があると、この部分の比較的近傍にあるエッチング目的の基板の表面の凹凸形成速度が他の基板に比較して遅くなるという事実を見出した。

本発明は、上記知見に基づいて行われたものであり、その目的は、太陽電池などに用いられるシリコンなどの基板の表面に微細な凹凸を効率よく均一かつ容易に形成することができる装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のエッチング装置は、表面に被エッチング体であるシリコン基板が載置されるトレイと、前記シリコン基板の表面と所定距離離間して前記シリコン基板を覆うように前記トレイ上に配置された、複数の開口部を有する開口プレートと、を備え、前記開口プレートは、前記シリコン基板と対向する面の少なくとも一部に、シリコン粉体を含む膜が形成されている。

また、本発明において、前記膜は、前記開口プレートの前記シリコン基板と対向する面の全面に形成されているのが好ましい。

また、本発明において、前記開口プレートは、前記シリコン基板を取り囲む側壁をさらに有し、前記側壁は、その内表面に前記膜が形成されている。

なお、本発明において、「基板の主成分と同じ成分を有する材料で覆われる」とは、対象領域が剥き出しにならずに、基板、例えば、シリコン基板の場合は、シリコンを主成分とする物体で覆い隠されているという意味である。もちろん、シリコンを主成分とする被覆膜が形成されていても同様の効果が得られる。

また、本発明において、「トレイの表面に載置された基板」とは、トレイの表面に基板面が完全に密着していてもよいし、トレイの表面に設けられた突起や、基板の端部などを保持（把持）する構造などによってトレイの表面から一定の距離を保って保持されていても構わない。

また、本発明にかかるエッチング装置は、表面に被エッチング体であるシリコン基板が載置されるトレイと、前記シリコン基板の表面と所定距離離間して前記シリコン基板を覆うように前記トレイ上に配置された、複数の開口部を有する開口プレートと、を備え、前記開口プレートは、前記シリコン基板と対向する面の少なくとも一部に、シリコン粉体を含む膜が形成されている構成したので、被エッチング体の基板だけにとどまらず、開口プレートの基板面側の上記膜をもエッチングするために、残渣の発生をさらに促進させることができ、ひいては基板面の凹凸の形成を均一に促進させることが可能となる。

さらに、本発明において、前記開口プレートに前記シリコン基板を取り囲む側壁をさらに設け、前記側壁の内表面に前記膜を形成すれば、特に側壁近傍に位置する基板面の凹凸の形成を均一に促進させることが可能となる。

以下、本発明の装置の実施形態について添付図面に基づき詳細に説明する。

図５は本発明の装置を用いて形成される太陽電池素子の断面構造図であり、１はシリコン基板、２は微細な凹凸、３は受光面側にも受けられた逆導電型の不純物拡散領域、４は裏面側の不純物拡散層（ＢＳＦ層：Back Surface Field）、５は反射防止膜、６は表面電極、７は裏面電極である。

シリコン基板１は単結晶もしくは多結晶のシリコン基板である。この基板はｐ型、ｎ型いずれでもよいが、ここでは便宜上ドーピング不純物元素としてＢ（ホウ素）を含有したｐ型の半導体シリコン基板によって説明する。

基板を切り出すインゴットとしては、ＣＺ法・ＦＺ法・ＥＦＧ法などの方法で作られた単結晶シリコンインゴットや、キャスト法で鋳造された多結晶シリコンインゴットを用いることができる。多結晶シリコンは、大量生産が可能で製造コスト面で単結晶シリコンよりもきわめて有利である。

上述の方法により形成されたインゴットを１５ｃｍ×１５ｃｍ程度の大きさに切断して、３００μｍ程度の厚みにスライスしてシリコン基板１を得る。

なおシリコン基板１のドーピングはドーピング不純物元素単体を適量シリコンインゴット製造時に含ませてもよいし、既にドープ濃度の分かっているシリコン塊を適量含ませてもよい。

シリコン基板１の表面側には、本発明にかかるエッチング装置を用いて、基板の表面をエッチングし、微細な凹凸２を形成して粗面化する。この微細な凹凸２によって、入射する光を反射させずに有効に取り込むことが可能となる。詳細については後述するが、このエッチング方法としては、例えば、真空引きされたチャンバ内にガスを導入し、一定圧力に保持して、チャンバ内に設けられた電極にＲＦ電力を印加することでプラズマを発生させ、生じた活性種であるイオン・ラジカルなどの作用により基板の表面をエッチングする反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を好適に利用することができる。

上述のように表面側に凹凸２を設けたシリコン基板１は、その表面側にさらに太陽電池素子のＰＮ接合部を形成するため逆導電型半導体不純物が拡散された逆導電型半導体領域３が形成され、その上に反射防止膜５が形成されている。

この逆導電型半導体領域３の形成は、一般に気相拡散の方法として、シリコン基板１を設置した容器内に加熱しながらキャリアガスを用いてＰＯＣｌ_３（オキシ塩化リン）を流すことで不純物拡散源となるリンガラスをシリコン基板１の表面に形成し、同時に拡散も行う。ＰＯＣｌ_３を拡散源とした熱拡散法を用いた場合、例えば、温度７００〜１０００℃程度で、シリコン基板１の表面にドーピング元素を拡散することによって、逆導電型半導体領域３を形成することができる。このとき拡散層厚は０．２〜１μｍ程度とするが、これは拡散温度と拡散時間を調節することで、所望の厚さとすることができる。

また、シリコン基板１の裏面側には、一導電型半導体不純物が高濃度に拡散された層（ＢＳＦ）４を形成することが望ましい。ドーピング元素としてはＢやＡｌを用いることができ、ドーピング元素濃度を高濃度として、ｐ^＋型とすることによって裏面電極７との間にオーミックコンタクトを得ることができる。製法としてはＢＢｒ_３を拡散源とした熱拡散法を用いて温度８００〜１１００℃程度で形成したり、特にＡｌの場合はＡｌ粉末とガラスフリット、有機溶剤、バインダーなどから成るＡｌペーストを印刷法で塗布したのち温度７００〜８５０℃程度で熱処理（焼成）してＡｌを拡散したりする方法を用いることができる。

シリコン基板１の表面側および裏面側には、表面電極６および裏面電極７が形成されている。この表面電極６および裏面電極７はＡｇペーストをスクリーン印刷して焼成し、その上に半田層を設けて形成する。

ここで上述した、基板の表面をエッチングし微細な凹凸を形成するための本発明にかかるエッチング装置について、より詳しく説明する。

本発明にかかるエッチング装置について、図６および図７に示す。アース１３されたチャンバ１４の内部を真空ポンプ１１によって、十分真空引きした後、チャンバ１４内にマスフローコントローラ８によって所定流量のエッチングガスを導入し、圧力調整器１０により所定圧力となるように調整する。その後、ＲＦ電源１２からＲＦ電力をＲＦ電極９に供給することによって、エッチングガスを励起分解しプラズマを発生させる。そしてイオンやラジカルを励起活性化して、ＲＦ電極９の上部に設置した半導体の基板１の表面をエッチングする。いずれの装置においてもチャンバ１４自体がＲＦ電極９に対する対向電極として構成されている。図６に示す装置では、ＲＦ電極９を装置内に配設して一枚のシリコン基板１の表面をエッチングするが、図７に示す装置では、ＲＦ電極９を装置の外壁に配設してトレイ１９上に載置された複数枚のシリコン基板１の表面を同時にエッチングするようにしている。

発生した活性種のうち、イオンがエッチングに作用する効果を大きくした方法を一般に反応性イオンエッチング法と呼んでいる。類似する方法にプラズマエッチングなどがあるが、プラズマ発生の原理は基本的に同じであり、基板に作用する活性種の種類の分布をチャンバ構造、電極構造、あるいは発生周波数などにより異なる分布に変化させているだけである。そのため、本発明は反応性イオンエッチング法に限らず、プラズマエッチング法全般に対して有効である。また、プラズマを用いないでガスのみでエッチングを行うことも、ガス種によっては可能である。狭義にはこれをドライエッチングと呼ぶが、広義には反応性イオンエッチングも含めたプラズマエッチング、プラズマを用いないドライエッチングの両方を合わせてドライエッチングと呼ぶ。本発明はこの広義のドライエッチング全てに対して有効である。

本発明では、例えば反応性イオンエッチング装置において、塩素系ガスとフッ素系ガスと酸素を混合させて流しながら所定の反応圧力で、ＲＦ電力を印加し所定時間エッチングする。これによりシリコン基板１の表面には凹凸２が形成される。

シリコンはエッチングすると基本的には気化するが、一部は気化しきれずに分子同士が吸着してシリコン基板１の表面に残渣として残る。つまり、シリコン基板１の表面を反応性イオンエッチング法および類似のドライエッチング法で粗面化する際に、エッチングされた半導体材料を主成分とするエッチング残渣をシリコン基板１の表面に再付着させる速度を促進させ、これをエッチングのマイクロマスクとして利用することでシリコン基板１の表面側に微細な凹凸２を形成するものである。

また、ガス条件、反応圧力、ＲＦパワーなどをシリコンのエッチングの残渣が基板１の表面に残るような条件に設定すると、凹凸２を確実に形成することができる（例えば、特許文献２参照）。逆に、基板１の表面に残渣が残らないような条件では凹凸２を形成することは困難である。

次に、本発明の参考例であるエッチング装置にかかるトレイおよび開口プレートの構造について、図１および図２を用いて説明する。図１は、本発明の参考例であるエッチング装置にかかるトレイに基板を載置したときの上面図であり、図２は、本発明の参考例であるエッチング装置にかかるトレイと開口プレートの要部断面を示した構造図である。

図１に示すように、トレイ１９の表面に、被エッチング体であるシリコン基板１が複数枚載置されている。また、図２に示すように、トレイ１９の上には、開口部１７ａが一様に形成された開口プレート１７が、シリコン基板１の表面と所定距離離間して覆蓋するように配置されている。この開口プレート１７は、その周囲を側壁１８で囲繞された形状であって、図２に示した例では、この側壁１８がトレイ１９上の接触部１５に当接してシリコン基板１の表面を覆蓋するように構成されている。

そして、本エッチング装置では、トレイ１９の表面のうち、開口プレート１７によって覆蓋され、かつシリコン基板１が載置されていない領域の８割以上が、シリコン基板１の主成分と同じ成分を有する材料、すなわち、シリコンから成る材料で覆われている。図１、２に示した例では、シリコン基板１の主成分と同じ成分を有する材料として、シリコン基板１の周囲にはシリコン片１６ａを配置して、シリコン基板１が載置されていない領域の８割以上を覆うように構成されている。なお、シリコン片１６ａは、ダミーのシリコン基板としても構わない。

このように構成することで開口プレート１７の下部にあるそれぞれのシリコン材（シリコン基板１およびシリコン片１６ａ）から、凹凸に寄与する残渣の発生をムラなく均一に生じせしめることを可能とし、シリコン材と開口プレート１７との間に発生した残渣を均一に保持せしめることにより、トレイ１９上に載置されたシリコン基板１表面に均一に凹凸を形成することが可能となる。

次に、本発明の実施形態のエッチング装置にかかるトレイおよび開口プレートの構造について、図３および図４を用いて説明する。図３は本発明の実施形態のエッチング装置にかかるトレイと開口プレートの要部断面を示した構造図であり、図４はエッチング装置の構造図である。

基本的な構造は、図１、２で説明したエッチング装置にかかる構造と全く同様であるので、異なった点について述べる。

上述の構造では、トレイ１９の表面のうち、開口プレート１７によって覆蓋され、かつシリコン基板１が載置されていない領域の８割以上が、シリコン基板１の主成分と同じ成分を有する材料、例えばシリコン片１６ａで覆われているように構成したが、この請求項２の構造では、開口プレート１７において、シリコン基板１と対向する面の少なくとも一部が、シリコン基板１の主成分と同じ成分を有するシリコン材料で覆われているように構成
されている点が異なる。すなわち、図３に示すように、開口プレート１７がシリコン基板１を覆蓋する構成となっている。

また、図４において図３の構成によってエッチング装置を構成した例を示す。１４はチャンバ、１６ａ、１６ｂはダミーのシリコン片もしくはシリコン基板、１７は開口部プレート、１７ａは開口部、１８は開口プレートの側壁部、１９はトレイ、２０は絶縁体である。

このような構成によって、エッチングされるシリコン材がエッチングする目的のシリコン基板１だけにとどまらず開口プレート１７の基板面側のシリコン部１６ｂをもエッチングするために残渣の発生をさらに促進させることができ、ひいてはシリコン基板１面の凹凸の形成を均一に促進させることが可能となる。

そしてさらに、上述の本発明の実施形態と、図１および図２に示した形態の双方の構成を含むようにすることが望ましい。すなわち、トレイ１９の表面のうち、開口プレート１７によって覆蓋され、かつシリコン基板１が載置されていない領域の８割以上が、シリコン基板１の主成分と同じ成分を有する材料、例えばシリコン片１６ａで覆われ、かつ開口プレート１７において、シリコン基板１と対向する面の少なくとも一部が、シリコン基板１の主成分と同じ成分を有するシリコン材料で覆われている。このように構成したので、トレイ１９上に載置されたシリコン基板１の表面に均一に凹凸を形成する効果を格段に高めることが可能となる。

また、本エッチング装置において、前記開口プレートに前記シリコン基板を取り囲む側壁をさらに設け、前記側壁の内表面に前記膜を形成することが望ましい。このように構成すれば、特に側壁近傍に位置する基板面の凹凸の形成を均一に促進させることが可能となる。

そして、本エッチング装置において、トレイ１９上に載置した複数枚の基板、例えばシリコン基板１は、それぞれの間隔が５ｍｍ以下となるように構成することが望ましい。このようにすれば、凹凸形成に寄与しない基板相互間の間隙の比率を減らすことができ、より一層シリコン基板１面の凹凸の形成を均一に促進させることが可能となる。

本発明においては、基板に平行に保持された開口プレート１７の基板面側の一部または全部に同じ成分を有する材料の物質を設置することが望ましいが、材質の関係でそれが困難である場合には、同材質の物質を設置する代わりに塗膜をコーティングするという方法をとることもできる。

例えば、目的の凹凸形成の基板がシリコンである場合には、シリコンの粉体をバインダーや溶剤でペースト状にし、それを塗布、乾燥、場合によっては焼結することで基板に平行に保持された開口プレート１７の基板面側の一部または全部にシリコン粉体を主成分とした塗膜を形成する。これによって目的を達成することができる。

また、全く同材質でなくとも、機能的に似た物質を使用することも可能である。目的の凹凸形成の基板１がシリコンである場合には、本発明においては、上述のように基板１に平行に保持された開口プレート１７の基板面側の一部または全部に、エッチングする目的の基板１と主成分が同じ成分を有する材料を設置する代わりに、ＳｉＯ_２を主成分とする塗膜をコーティングすることによっても目的を達することができる。

また、開口プレート１７の材質は特に問わない。アルミ材、ガラス系材質のどちらでも使用可能である。加工の容易さという面では金属が好ましいが、ステンレス系の材質などではシリコンのエッチングに用いるガスに曝されると腐食するために不適である。一方、エッチング中はプラズマに曝されるために発熱する。この温度は条件によって大幅に変わるが、プラズマ中に温度が上昇して凹凸２の形成が一旦終了すれば大気中で基板１を取り出すといった工程となるため、温度の上下動に耐える材質が好ましい。そのため、高温のプラズマに曝される場合にはガラス系材質が望ましい。このように条件によって好ましい材質を選択することができる。

開口プレート１７には開口部１７ａが一様に多数形成されている。この開口部１７ａの開口パターンは特に問わない。例えばスリット状のパターンを用いることもできるし、ドットの千鳥パターンを用いることもできる。ただし、開口していない面積の大きい部分があるとエッチングムラが発生する。

開口部１７ａの開口率は５〜４０％にするのが望ましい。開口部１７ａの開口率が５％未満であるとシリコンのエッチングに必要なガスの供給が不十分となり、逆に残渣の形成速度が遅くなるため、凹凸２の形成が遅くなる。また、開口部１７ａの開口率が４０％を越えると、エッチング時に生成するシリコン化合物が揮発する際に基板１と開口プレート１７の内部に閉じこめる効果が弱くなり、残渣の形成の促進効果が少なくなる。

さらに、開口部を有する開口プレート１７と基板１とは５ｍｍから３０ｍｍの間隔を保持してエッチングを行うことが望ましい。このようにすることでエッチングするときに生成するシリコン化合物が基板１と開口プレート１７の内部に閉じこめられる効果が生じ、シリコンを主成分とする残渣が基板１上に容易に生成しやすくなり、残渣の形成が促進されると同時に、凹凸２の形成を促進することができる。この開口部を有する開口プレート１７と基板１との間隔が５ｍｍ未満では凹凸２を形成するときに開口プレート１７の開口部１７ａが基板１の表面に模様として転写されてムラとなる。また、３０ｍｍを越えると残渣を早く形成して凹凸２の形成を促進する効果が少なくなる。

開口プレート１７と基板１との距離を保持するための方法は、特に問わない。例えば図２、図３、図４のように側壁１８を設けることで間隔を保持する方法が簡単である。エッチングを行う基板１の枚数が多く、開口プレート１７が大面積になる場合には、開口プレート１７が自重によって湾曲してしまい、被エッチング体である基板１と開口プレート１７との距離が局所的に狭まって開口部１７ａのパターンの跡が基板１上に転写されてムラとなる可能性がある。その場合には開口プレート１７の厚みや側壁１８の厚みを増すなどの対策が有効である。また、開口プレート１７の中央のみを薄くして自重を減らして湾曲を防止するという方法も有効である。開口プレート１７の厚みは特に問わない。強度と材料コスト、及びエッチング条件の関係により自由に設定することができる。

微細な凹凸２は円錐形もしくはそれが連なったような形状を呈し、ＲＩＥ法によってガス濃度もしくはエッチング時間を制御することにより、その大きさを変化させることができる。この微細な凹凸２の幅と高さはそれぞれ２μｍ以下に形成される。この微細な凹凸２をシリコン基板１の必要部分全面にわたって均一且つ正確に制御性を持たせて形成するためには、１μｍ以下が好適である。

この微細な凹凸２のアスペクト比（凹凸の高さ／幅）は最適化する必要があり、０．１〜２の範囲とすることが望ましい。この範囲を超えると太陽電池素子の製造過程で微細な凹凸２が破損し、太陽電池素子を形成した場合にリーク電流が大きくなって良好な出力特性が得られないという問題があり、この範囲未満では、例えば波長５００〜１０００ｎｍの光の平均反射率が２５％程度となり基板表面での反射率が大きくなるという問題がある。

反応性イオンエッチング装置あるいは類似のプラズマエッチング装置で凹凸２を形成した後、シリコン基板１の表面に残ったエッチング残渣を除去する。これにより形成する太陽電池の特性を向上させることができる。エッチング残渣を除去する方法としては、例えば凹凸を形成して粗面化した基板を取り出した後に水槽内で超音波をかける方法などがある。この超音波を印加する装置の種類としては、通常市販されている主な洗浄用超音波装置の周波数は数十ｋＨｚから数百ｋＨｚで、印加する振動子も材質、形状、出力などが様々なタイプがあるが、この装置のタイプは表面の残渣除去の容易さによって選択することができる。残渣除去の容易さは凹凸の形状、大きさ、残渣の残量、基板の厚みなどによっても変化し、さらに超音波の周波数によっても変化するが、比較的残渣の除去が困難な条件であっても印加時間を長くすることで残渣の除去が可能である。

なお、本発明の実施形態は上述の例にのみ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内において種々変更を加え得ることはもちろんである。

例えば、被エッチング体の基板としてシリコンを例にとって説明したが、これに限定されるものではなく、例えばガラスやアルミニウムなどの材料に適用することも可能である。このときのエッチング条件は前述のものではなく材料に合せて選択すればよい。

また、基板の用途として、太陽電池を例にとって説明したが、これも限定されるものではない。

本発明の参考例のエッチング装置の一実施形態にかかるトレイに基板を載置したときの上面図である。本発明の参考例のエッチング装置の一実施形態にかかるトレイと開口プレートの要部断面を示した構造図である。本発明のエッチング装置の実施形態にかかるトレイと開口プレートの要部断面を示した構造図である。本発明の一実施形態にかかるエッチング装置の構成図である。本発明のエッチング装置を適用して基板を粗面化した太陽電池素子の断面構造図である。一般的なエッチング装置の一例を示す構成図である。一般的なエッチング装置の別の例を示す構成図である。

符号の説明

１：基板（シリコン基板）
２：凹凸
３：逆導電型半導体領域
４：ＢＳＦ層
５：反射防止膜
６：表面電極
７：裏面電極
８：マスフローコントローラ
９：ＲＦ電極
１０：圧力調整器
１１：真空ポンプ
１２：ＲＦ電源
１３：アース
１４：チャンバ
１５：接触部
１６ａ：シリコン片
１６ｂ：シリコン部
１７：開口プレート
１７ａ：開口部
１８：側壁
１９：トレイ
２０：絶縁体

Claims

表面に被エッチング体であるシリコン基板が載置されるトレイと、
前記シリコン基板の表面と所定距離離間して前記シリコン基板を覆うように前記トレイ上に配置された、複数の開口部を有する開口プレートと、を備え、
前記開口プレートは、前記シリコン基板と対向する面の少なくとも一部に、シリコン粉体を含む膜が形成されていることを特徴とするエッチング装置。
前記膜は、前記開口プレートの前記シリコン基板と対向する面の全面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のエッチング装置。
前記開口プレートは、前記シリコン基板を取り囲む側壁をさらに有し、
前記側壁は、その内表面に前記膜が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエッチング装置。