JP5901744B2 - Dry etching method - Google Patents
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Description
本発明は、シリコン基板表面にテクスチャー構造を形成するためのドライエッチング方法に関し、より詳しくは、結晶系太陽電池の製造工程において、シリコン基板に対し、その表面に高い光散乱封じ込め効果を発揮するテクスチャー構造を形成するために用いられるものに関する。 The present invention relates to a dry etching method for forming a texture structure on a silicon substrate surface, and more specifically, a texture that exhibits a high light scattering containment effect on the surface of a silicon substrate in a manufacturing process of a crystalline solar cell. It relates to what is used to form the structure.
単結晶や多結晶のシリコン基板を用いた結晶系太陽電池において、シリコン基板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(テクスチャー構造を付与する)ことで、シリコン基板表面に入射した光の反射を低減させて光電変換効率の向上を図ることが従来から進められている。また、シリコンのインゴットをスライスして結晶系太陽電池用のシリコン基板を得る際、スライス時に生じるシリコン基板のダメージ層を除去する工程からテクスチャー構造を形成する工程までをドライエッチングにより一括して処理することが例えば特許文献1で知られている。
In a crystalline solar cell using a monocrystalline or polycrystalline silicon substrate, the silicon substrate surface is roughened by forming an uneven shape by dry etching (providing a texture structure), and is incident on the silicon substrate surface. 2. Description of the Related Art Conventionally, efforts have been made to improve photoelectric conversion efficiency by reducing light reflection. In addition, when a silicon substrate for a crystalline solar cell is obtained by slicing a silicon ingot, the process from removing the damaged layer of the silicon substrate that occurs at the time of slicing to the process of forming the texture structure is collectively processed by dry etching. This is known, for example, from
上記特許文献1のものでは、ドライエッチング装置の処理室内にて、先ず、スライス時に生じたシリコン基板表面のダメージ層を除去するため、例えば、酸素ガスとダメージ層除去用のSF6ガスとを所定流量で導入し、シリコン基板を保持するステージに高周波電源から電力投入し、シリコン基板表面をドライエッチングしてダメージ層が除去される。引き続き、処理室内に、例えば、酸素ガスとテクスチャー形成用のCl2ガス及びNF3ガスとを導入し、ステージに高周波電源から電力投入し、シリコン基板表面をドライエッチングすることで、ダメージ層が除去されたシリコン基板面にテクスチャー構造が形成される。In the above-mentioned
ところで、上記の如く、ドライエッチングにより、シリコン基板表面にテクスチャー構造を形成した場合、エッチング後のシリコン基板表面には、エッチング時に生じた反応生成物が堆積している。また、シリコン表面は凹凸を繰り返すものとなるが、その頂部や谷部が尖った鋭利なものとなっている(つまり、断面形状を視ると、ノコギリ刃状となる)。このような場合に、後工程でシリコン基板表面に、例えば真空成膜装置を用いて反射防止膜を成膜すると、その頂部や谷部とに効率よく成膜されず、カバレッジが悪くなる等の問題が生じる。 By the way, as described above, when a texture structure is formed on the surface of the silicon substrate by dry etching, reaction products generated during the etching are deposited on the surface of the etched silicon substrate. In addition, the silicon surface is repeatedly concave and convex, but has sharp edges with sharp peaks and valleys (that is, a saw blade shape when the cross-sectional shape is viewed). In such a case, when an antireflection film is formed on the silicon substrate surface in a later step using, for example, a vacuum film forming apparatus, the film is not efficiently formed on the top or valley, resulting in poor coverage, etc. Problems arise.
このため、フッ酸と硝酸の混合液等のエッチング液を用いたウエットエッチングにより、反応生成物を除去すると共に、頂部や谷部に対し丸みを持たせるラウンド加工を行うことが提案される。然し、ラウンド加工のために別途ウエットエッチング用の設備が必要となり、生産性が悪いだけでなく、廃液の処理等も必要となってコスト高を招く。 For this reason, it is proposed to perform a round process in which the reaction product is removed and the top and valleys are rounded by wet etching using an etching solution such as a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid. However, a separate wet etching facility is required for round processing, which not only results in poor productivity, but also necessitates treatment of waste liquid, resulting in high costs.
本発明は、以上の点に鑑み、光散乱封じ込め効果を有効に発揮すると共に、後工程で所定の薄膜を形成するような場合でもカバレッジよく成膜できるようにしたテクスチャー構造を持つシリコン基板を効率よく製造できる低コストのドライエッチング方法を提供することをその課題とするものである。 In view of the above points, the present invention effectively demonstrates the effect of confining the silicon substrate with a textured structure that effectively exhibits the light scattering containment effect and can be formed with good coverage even when a predetermined thin film is formed in a subsequent process. An object of the present invention is to provide a low-cost dry etching method that can be manufactured well.
上記課題を解決するために、本発明は、シリコン基板表面にテクスチャー構造を形成するためのドライエッチング方法であって、シリコン基板を配置した減圧下の成膜室内に、フッ素含有ガスとハロゲン含有ガスと酸素ガスとを含む第1のエッチングガスを導入し、放電用電力を投入してシリコン基板表面をエッチングする第1工程と、第1工程でエッチング済みのシリコン基板を配置した減圧下の成膜室内に、フッ素含有ガスを含む第2エッチングガスを導入し、放電用電力を投入してシリコン基板表面を更にエッチングする第2工程と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a dry etching method for forming a texture structure on a silicon substrate surface, wherein a fluorine-containing gas and a halogen-containing gas are placed in a film forming chamber under reduced pressure where the silicon substrate is disposed. A first step of introducing a first etching gas containing oxygen and oxygen gas, supplying electric power for discharge to etch the surface of the silicon substrate, and forming a film under reduced pressure in which the silicon substrate etched in the first step is disposed A second step of introducing a second etching gas containing a fluorine-containing gas into the chamber and supplying electric power for discharge to further etch the surface of the silicon substrate.
本発明によれば、第1工程においてシリコン基板表面にテクスチャー構造が形成される。つまり、例えば、CF4等のフッ素含有ガス(流量比20〜60%)と、Cl2等のハロゲンガスやHBr等のハロゲン化水素ガスのようなハロゲン含有ガス(流量比25〜70%)と、酸素ガス(流量比10〜40%)とを含む第1のエッチングガスを処理室に導入し、例えば当該処理室内でシリコン基板を保持する基板ステージに高周波電力を投入する。これにより、処理室内にプラズマが形成され、プラズマ中の活性種やイオン種がシリコン基板表面に入射してエッチングが進行する。このとき、基板表面に堆積したシリコン酸化物やハイドロカーボン系のフッ化物等がマスクの役割を果たすことで、シリコン表面が凹凸形状にエッチングされて粗面化され、テクスチャー構造となる。According to the present invention, a texture structure is formed on the silicon substrate surface in the first step. That is, for example, a fluorine-containing gas such as CF 4 (flow rate ratio of 20 to 60%) and a halogen-containing gas such as a halogen gas such as Cl 2 or a hydrogen halide gas such as HBr (flow rate ratio of 25 to 70%) Then, a first etching gas containing oxygen gas (flow rate ratio: 10 to 40%) is introduced into the processing chamber, and for example, high-frequency power is supplied to the substrate stage holding the silicon substrate in the processing chamber. As a result, plasma is formed in the processing chamber, and active species and ion species in the plasma enter the surface of the silicon substrate and etching proceeds. At this time, silicon oxide, hydrocarbon fluoride, or the like deposited on the substrate surface serves as a mask, so that the silicon surface is etched into an uneven shape and roughened to form a texture structure.
次に、第2工程においてシリコン基板表面に形成されたテクスチャー構造に対して、第1工程のエッチング時にシリコン基板表面に堆積した、シリコン酸化物やハイドロカーボン系のフッ化物等の反応生成物を除去するクリーニング処理が真空雰囲気中で施される。つまり、例えば、CF4等のフッ素含有ガスからなる第2のエッチングガスを処理室に導入し、当該処理室内でシリコン基板を保持する基板ステージに高周波電力を投入する。これにより、プラズマ中の活性種やイオン種にてシリコン基板表面に堆積した反応生成物が除去される。この場合、処理室を画成する真空チャンバの壁面(防着板を含む)もクリーニングされる。この場合、エッチングガスが酸素ガスを含んでいてもよい。Next, for the texture structure formed on the silicon substrate surface in the second step, reaction products such as silicon oxide and hydrocarbon fluoride deposited on the silicon substrate surface during the etching in the first step are removed. The cleaning process is performed in a vacuum atmosphere. That is, for example, a second etching gas made of a fluorine-containing gas such as CF 4 is introduced into the processing chamber, and high-frequency power is supplied to the substrate stage that holds the silicon substrate in the processing chamber. Thereby, the reaction product deposited on the silicon substrate surface by the active species and ion species in the plasma is removed. In this case, the wall surface (including the deposition prevention plate) of the vacuum chamber that defines the processing chamber is also cleaned. In this case, the etching gas may contain oxygen gas.
このように本発明においては、テクスチャー構造の形成と、第1工程後のシリコン基板表面のクリーニングとをドライエッチングにより夫々行うことで、テクスチャー構造をシリコン基板に効率よく製造できる。その上、ウエットエッチングを用いないため、高い生産性を達成でき、しかも、コストダウンを図ることができる。 As described above, in the present invention, the texture structure can be efficiently manufactured on the silicon substrate by performing dry etching to form the texture structure and to clean the surface of the silicon substrate after the first step. In addition, since wet etching is not used, high productivity can be achieved, and cost can be reduced.
本発明においては、第2工程でエッチング済みのシリコン基板を配置した減圧下の成膜室内に、フッ素含有ガスとハロゲン含有ガスとのいずれか一方を主成分とし、これに酸素ガスを添加した第3エッチングガスを導入し、放電用電力を投入してシリコン基板表面を更にエッチングする第3工程を更に含むことが好ましい。これによれば、シリコン基板表面に形成されたテクスチャー構造に対してラウンド加工が引き続き施される。つまり、例えば、CF4等のフッ素含有ガス(流量比40〜95%)と、酸素ガス(流量比5〜60%)とを含む第3のエッチングガスを処理室に導入し、当該処理室内でシリコン基板を保持する基板ステージに高周波電力を投入する。これにより、プラズマ中の活性種やイオン種がシリコン基板表面に入射してエッチングが進行し、第1工程で形成されたシリコン基板表面のテクスチャー構造における頂部や谷部がラウンド加工される。この場合、酸素ガスを添加するのは、酸素ガスの流量を調整することで、エッチングレートを制御して最適な形状を得るためである。結果として、当該テクスチャー構造に対するラウンド加工までがドライエッチングで行うことが可能となり、後工程で所定の薄膜を形成するような場合でも、カバレッジよく成膜できるようになる。In the present invention, in the film formation chamber under reduced pressure where the silicon substrate that has been etched in the second step is disposed, either a fluorine-containing gas or a halogen-containing gas is used as a main component, and oxygen gas is added thereto. It is preferable to further include a third step of further etching the silicon substrate surface by introducing 3 etching gas and supplying electric power for discharge. According to this, the round processing is continuously performed on the texture structure formed on the silicon substrate surface. In other words, for example, a third etching gas containing a fluorine-containing gas such as CF 4 (flow rate ratio: 40 to 95%) and oxygen gas (flow rate ratio: 5 to 60%) is introduced into the processing chamber. High frequency power is applied to the substrate stage holding the silicon substrate. As a result, active species and ion species in the plasma are incident on the silicon substrate surface and etching proceeds, and the top and valley portions in the texture structure of the silicon substrate surface formed in the first step are rounded. In this case, the oxygen gas is added in order to obtain an optimum shape by controlling the etching rate by adjusting the flow rate of the oxygen gas. As a result, it is possible to perform dry processing up to the round processing on the texture structure, and it is possible to form a film with good coverage even when a predetermined thin film is formed in a subsequent process.
本発明において、同一の処理室内にて、放電用電力の投入を停止せずに、第1のエッチングガス中のハロゲン含有ガスと酸素ガスとの当該処理室内への導入を停止して第1のエッチングガスから第2のエッチングガスに切り換えて第1工程と第2工程とを連続して行うことが好ましい。また、同一の処理室内にて、放電用電力の投入を停止せずに、酸素ガスの導入を再開して第2のエッチングガスから第3のエッチングガスに切り換えて第2工程と第3工程とを連続して行うことが好ましい。このような同一処理室内での一括したドライエッチングを行うことで、更なる生産性の向上と低コスト化を図ることができる。 In the present invention, the introduction of the halogen-containing gas and the oxygen gas in the first etching gas into the processing chamber is stopped without stopping the discharge power supply in the same processing chamber. It is preferable to perform the first step and the second step continuously by switching from the etching gas to the second etching gas. Also, in the same processing chamber, without stopping the supply of electric power for discharge, the introduction of oxygen gas is resumed, and the second etching gas is switched to the third etching gas to change the second and third steps. Is preferably carried out continuously. By performing batch dry etching in the same processing chamber, it is possible to further improve productivity and reduce costs.
本発明において、第1工程でエッチング済みのシリコン基板を配置した減圧下の成膜室内に、フッ素含有ガスとハロゲン含有ガスとのいずれか一方を主成分とし、これに酸素ガスを添加した第3のエッチングガスを導入し、放電用電力を投入してシリコン基板表面を更にエッチングする第3工程を更に含み、第2工程にて第3工程でエッチング済みのシリコン基板表面を更にエッチングするようにしてもよい。この場合も、テクスチャー構造の形成と、当該テクスチャー構造に対するラウンド加工と、第3工程後のシリコン基板表面のクリーニングとをドライエッチングにより夫々行うことで、テクスチャー構造をシリコン基板に効率よく製造できる。その上、ウエットエッチングを用いないため、高い生産性を達成でき、しかも、コストダウンを図ることができる。 In the present invention, in the film forming chamber under reduced pressure on which the silicon substrate etched in the first step is disposed, either a fluorine-containing gas or a halogen-containing gas is used as a main component, and oxygen gas is added thereto. The etching gas is further introduced, and a third step of further etching the silicon substrate surface by supplying electric power for discharge is further included, and the silicon substrate surface etched in the third step is further etched in the second step. Also good. Also in this case, the texture structure can be efficiently manufactured on the silicon substrate by performing dry etching each of the formation of the texture structure, the round processing on the texture structure, and the cleaning of the surface of the silicon substrate after the third step. In addition, since wet etching is not used, high productivity can be achieved, and cost can be reduced.
本発明において、同一の処理室内にて、放電用電力の投入を停止せずに、第1のエッチングガス中のフッ素含有ガスとハロゲン含有ガスとのいずれか一方の当該処理室内への導入を停止して第1のエッチングガスから第3のエッチングガスに切り換えて第1工程と第3工程とを連続して行うことが好ましい。また、同一の処理室内にて、放電用電力の投入を停止せずに、第3のエッチングガスから第2のエッチングガスに切り換えて第3工程と第2工程とを連続して行うことが好ましい。このような同一処理室内での一括したドライエッチングを行うことで、更なる生産性の向上と低コスト化を図ることができる。 In the present invention, the introduction of either the fluorine-containing gas or the halogen-containing gas in the first etching gas into the processing chamber is stopped without stopping the discharge power supply in the same processing chamber. Then, it is preferable to perform the first step and the third step continuously by switching from the first etching gas to the third etching gas. In addition, it is preferable that the third process and the second process are continuously performed by switching from the third etching gas to the second etching gas without stopping the discharge power supply in the same processing chamber. . By performing batch dry etching in the same processing chamber, it is possible to further improve productivity and reduce costs.
なお、第1工程及び第3工程における酸素ガスの導入を、流量制御手段を有する単一のガス導入系により行い、第1工程における酸素流量比を10〜40%の範囲とし、第3工程における酸素流量比を5〜60%の範囲となるように流量制御手段を制御することが好ましい。ここで、第1工程における酸素流量比(処理室に導入する第1のエッチングガスの総流量における第1のエッチングガス中の酸素ガスの流量比)が上記範囲以外であると、テクスチャー構造を形成できないという問題があり、他方で、第3工程における酸素流量比が上記範囲以外であると、エッチングレートが速すぎるか又は遅すぎて、エッチング形状を制御できないという問題がある。 The introduction of oxygen gas in the first step and the third step is performed by a single gas introduction system having a flow rate control means, the oxygen flow rate ratio in the first step is in the range of 10 to 40%, and in the third step It is preferable to control the flow rate control means so that the oxygen flow rate ratio is in the range of 5 to 60%. Here, when the oxygen flow rate ratio in the first step (the flow rate ratio of the oxygen gas in the first etching gas in the total flow rate of the first etching gas introduced into the processing chamber) is outside the above range, a texture structure is formed. On the other hand, if the oxygen flow rate ratio in the third step is outside the above range, the etching rate is too fast or too slow and the etching shape cannot be controlled.
以下、図面を参照して、処理対象物を、結晶系太陽電池に用いられる単結晶や多結晶のシリコン基板(以下、単に基板Wという)とし、その表面にテクスチャー構造を形成する本発明の実施形態のドライエッチング方法を説明する。なお、結晶系太陽電池の構造は公知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。 Hereinafter, referring to the drawings, the object to be processed is a single crystal or polycrystalline silicon substrate (hereinafter simply referred to as a substrate W) used for a crystalline solar cell, and a texture structure is formed on the surface thereof. A dry etching method of the embodiment will be described. In addition, since the structure of a crystalline solar cell is well-known, detailed description is abbreviate | omitted here.
図1には、本実施形態のドライエッチング方法を実施し得るドライエッチング装置EMが示されている。以下では、後述するシャワープレートから基板Wに向かう方向を下方、基板Wからシャワープレートに向かう方向を上方として説明する。 FIG. 1 shows a dry etching apparatus EM that can perform the dry etching method of the present embodiment. In the following description, a direction from a shower plate, which will be described later, to the substrate W will be described as a lower side, and a direction from the substrate W to the shower plate will be described as an upper side.
ドライエッチング装置EMは、ロータリーポンプ、ターボ分子ポンプなどを備えた真空排気手段11を介して所定の真空度に減圧保持できる真空チャンバ1を備え、成膜室12を画成する。成膜室12の下部空間には基板ステージ2が設けられている。基板ステージ2には、高周波電源3からの出力31が接続されている。基板ステージ2に対向させるように成膜室12の上部にはシャワープレート4が設けられている。シャワープレート4は、真空チャンバ1の内壁面に突設した環状の支持壁13の下端で保持され、支持壁13とシャワープレート4とで画成された空間41にはエッチングガスを導入するガス導入系5が設けられている。
The dry etching apparatus EM includes a
ガス導入系5は、空間41に通じる合流ガス管51を備える、合流ガス管51には、マスフローコントローラ等の閉止機能を有する流量制御手段52a、52b、52cが介設されたガス管53a、53b、53cが夫々接続され、第1〜第3のガス源54a、54b、54cに夫々連通している。これにより、ガス種毎に流量制御して処理室12に導入できるようになっている。本実施形態では、第1工程と第2工程と第3工程とを連続して実施できるように、第1のガス源54aのガスは、CF4、NF3、SF6、CxHyFz等のフッ素含有ガスからなり、第2のガス源54bのガスはCl2等のハロゲンガスやHBr等のハロゲン化水素ガスのようなハロゲン含有ガスからなり、第2のガス源54bのガスは酸素ガスからなる。以下、上記ドライエッチング装置EMを用いた第1実施形態のエッチング方法について具体的に説明する。The
先ず、処理室12が所定真空度(例えば、10−5Pa)に達した状態で、図外の真空ロボットにより基板Wを搬送し、基板ステージ2に保持させる。次に、第1工程として、ガス導入系5の各流量制御弁52a〜52cを介して、第1〜第3のガス源54a、54b、54cから第1のエッチングガスを空間41からシャワープレート4を介して処理室12内に導入する。第1のエッチングガスとして、フッ素含有ガスとしてのCF4と、ハロゲン含有ガスとしてのCl2と、酸素ガスとからなり、そして、処理室12内に導入するガスの総流量に対するフッ素含有ガスの流量比を20〜60%の範囲、ハロゲン含有ガスの流量比を25〜70%の範囲、酸素ガスの流量比を10〜40%の範囲とする(この場合、減圧下の処理室12内の圧力は30〜250Paとする)。各ガスの流量比は、処理室12のサイズや他のプロセス条件に応じて、上記範囲内で適宜設定できる(第3工程においても同様)。これに併せて、高周波電源3を介して基板ステージ2に放電用電力を投入する。この場合の投入電力は、電力密度が0.5〜1.8W/cm2となるように適宜設定する。これにより、第1工程において基板W表面にテクスチャー構造が形成される。つまり、処理室12内にプラズマが形成され、プラズマ中の活性種やイオン種が基板W表面に入射してエッチングが進行する。このとき、基板表面に堆積した酸素がマスクの役割を果たすことで、シリコン表面が凹凸形状にエッチングされて粗面化され、テクスチャー構造となる。First, in a state where the
上記第1工程におけるエッチングを所定時間行った後、連続して第2工程としてクリーニング処理を実施する。即ち、高周波電源3からの放電用電力の投入を停止せずに、流量制御手段52bを閉弁してハロゲン含有ガスとしてのCl2の処理室12内への導入を停止すると共に、流量制御手段52cを閉弁して酸素ガスの処理室12内への導入を停止させることで第1のエッチングガスから第2のエッチングガスに切り換える。この第2工程により、上記第1工程のエッチング時に基板表面に堆積したシリコン酸化物やハイドロカーボン系のフッ化物等の反応生成物(「エッチング残渣」ともいう)が除去される。これと共に、処理室12を画成する真空チャンバ1の内壁面(防着板を含む)もクリーニングされる。After performing the etching in the first step for a predetermined time, a cleaning process is continuously performed as a second step. That is, without stopping the supply of electric power for discharge from the high
上記第2工程におけるエッチングを所定時間行った後、連続して第3工程を実施する。即ち、高周波電源3からの放電用電力の投入を停止せずに、流量制御手段52cを開弁して酸素ガスの処理室12内への導入を再開させて第2のエッチングガスから第3のエッチングガスに切り換える。このとき、処理室12内に導入するガスの総流量に対するフッ素含有ガスの流量比を40〜95%の範囲、酸素ガスの流量比を5〜60%の範囲とする(この場合、減圧下の処理室12内の圧力は20〜150Paとする)。
After performing the etching in the second step for a predetermined time, the third step is continuously performed. That is, without stopping the supply of electric power for discharge from the high-
この第3工程により、基板W表面に形成されたテクスチャー構造に対してラウンド加工が施される。つまり、基板W表面に入射するプラズマ中の活性種やイオン種により、第1工程で形成されたシリコン基板表面のテクスチャー構造における頂部や谷部がラウンド加工される。この場合、酸素ガスを添加するのは、酸素ガスの流量を調整することで、エッチングレートを制御して最適な形状を得るためである。尚、第3工程によりテクスチャー構造が反応生成物で覆われた場合には、上記第2工程を再度行うようにしてもよい。 By this third step, round processing is performed on the texture structure formed on the surface of the substrate W. That is, the top and valleys in the texture structure of the silicon substrate surface formed in the first step are rounded by the active species and ion species in the plasma incident on the surface of the substrate W. In this case, the oxygen gas is added in order to obtain an optimum shape by controlling the etching rate by adjusting the flow rate of the oxygen gas. When the texture structure is covered with the reaction product in the third step, the second step may be performed again.
第1工程における酸素流量比を10〜40%の範囲とし、第3工程における酸素流量比を5〜60%の範囲となるように流量制御手段を制御することで、第1工程におけるテクスチャー構造の形成と、第3工程におけるラウンド加工とを効率よく行うことができる。なお、第1工程における酸素流量比(処理室に導入する第1のエッチングガスの総流量における酸素ガスの流量比)が上記範囲以外であると、テクスチャー構造を形成できないという問題があり、他方で、第3工程における酸素流量比(処理室12に導入する第3のエッチングガスの総流量における酸素ガスの流量比)が上記範囲以外であると、エッチングレートが速すぎるか又は遅すぎて、エッチング形状を制御できないという問題がある。 By controlling the flow rate control means so that the oxygen flow rate ratio in the first step is in the range of 10 to 40% and the oxygen flow rate ratio in the third step is in the range of 5 to 60%, the texture structure in the first step Formation and the round process in a 3rd process can be performed efficiently. If the oxygen flow rate ratio in the first step (the flow rate ratio of oxygen gas in the total flow rate of the first etching gas introduced into the processing chamber) is outside the above range, there is a problem that a texture structure cannot be formed. When the oxygen flow rate ratio in the third step (the flow rate ratio of oxygen gas in the total flow rate of the third etching gas introduced into the processing chamber 12) is outside the above range, the etching rate is too fast or too slow, and etching is performed. There is a problem that the shape cannot be controlled.
次に、上記ドライエッチング装置EMを用いた第2実施形態のエッチング方法について説明する。第2実施形態のエッチング方法は、第2工程と第3工程の順番を逆にしたことを除いて、上記第1実施形態のエッチング方法と同じである。ここで、高周波電源3からの放電用電力の投入を停止せずにエッチングガスを切り替えることにより、同一処理室にて、第1工程、第3工程、第2工程をこの順番で連続して行うことが好ましい。各工程のガス流量等の条件については、上記第1実施形態と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。本実施形態によれば、最後にクリーニングを行うため、ラウンド加工されたテクスチャー構造が反応生成物で覆われることを確実に防止できる。一方、第1工程で基板表面に形成される反応生成物はシリコンを含むため、第3工程のラウンド加工時にこの反応生成物もエッチングされるため、第3工程にて所望の表面状態を得るまでの処理時間が上記第1実施形態よりも長くなる場合がある。尚、太陽電池の製造ラインにおけるドライエッチングの前後の工程や、ドライエッチングの諸条件等を考慮して、第1実施形態と第2実施形態のうちのいずれか一方を適宜選択するようにしてもよい。
Next, an etching method according to the second embodiment using the dry etching apparatus EM will be described. The etching method of the second embodiment is the same as the etching method of the first embodiment except that the order of the second step and the third step is reversed. Here, the first process, the third process, and the second process are successively performed in this order in the same processing chamber by switching the etching gas without stopping the supply of the discharge power from the high-
以上によれば、単一のドライエッチング装置EMにより、テクスチャー構造の形成と当該テクスチャー構造に対するラウンド加工とを行うことで、光散乱封じ込め効果を発揮すると共に、後工程で所定の薄膜を形成するような場合でも、カバレッジよく成膜できるようにしたテクスチャー構造をシリコン基板に効率よく製造できる。その上、ウエットエッチングを用いないため、高い生産性を達成でき、しかも、コストダウンを図ることができる。なお、シリコンのインゴットをスライスして基板Wを得る際、スライス時に生じる基板Wのダメージ層を除去する工程を上記第1工程に先立って同一の処理室12内で行うことができる。この場合、ドライエッチングの条件は、上記従来例のものが利用できるため、ここでは詳細な説明を省略する。
According to the above, by performing the formation of the texture structure and the round processing on the texture structure with a single dry etching apparatus EM, the light scattering confinement effect is exhibited and a predetermined thin film is formed in the subsequent process. Even in this case, it is possible to efficiently manufacture a texture structure on the silicon substrate so that the film can be formed with good coverage. In addition, since wet etching is not used, high productivity can be achieved, and cost can be reduced. When slicing the silicon ingot to obtain the substrate W, the step of removing the damaged layer of the substrate W generated during slicing can be performed in the
次に、図1に示すドライエッチング装置EMを用いて行った実施例について説明する。第1実施例では、基板として公知の方法で得た多結晶シリコン基板を用い、第1工程の条件として、第1のエッチングガスをCF4とCl2と酸素ガスとし、そのCF4:Cl2:酸素ガスの流量を300:1000:200sccm(このときの流量比は20:67:13%)とし、エッチング時の処理室12の圧力を60Paとし、高周波電源3からの投入電力を2kWとし、90秒間、前記処理を行った。第2工程の条件として、第2のエッチングガスをCF4とし、そのCF4の流量を300sccmとし、エッチング時の処理室12の圧力を60Paとし、高周波電源3からの投入電力を1.5kWとし、10秒間、前記クリーニング処理を行った。第3工程の条件として、第3のエッチングガスをCF4と酸素ガスとし、そのCF4:酸素ガスの流量を300:50sccm(このときの流量比は86:14%)とし、エッチング時の処理室の圧力を60Paとし、高周波電源3からの投入電力を1.0kWとし、10秒間、前記処理を行った。図2(a)には、第2工程を実施した直後、図2(b)には、第3工程を実施した直後の基板のSEM写真を夫々示す。これによれば、ドライエッチングによりテクスチャー構造をシリコン基板に効率よく製造できることが判る。Next, an example carried out using the dry etching apparatus EM shown in FIG. 1 will be described. In the first embodiment, a polycrystalline silicon substrate obtained by a known method is used as the substrate, and the first etching gas is CF 4 , Cl 2, and oxygen gas as the conditions of the first step, and its CF 4 : Cl 2 The flow rate of oxygen gas is 300: 1000: 200 sccm (the flow rate ratio at this time is 20: 67: 13%), the pressure of the
第2実施例では、基板として公知の方法で得た多結晶シリコン基板を用い、第1工程、第3工程、第2工程をこの順で連続して行った。このとき、第1工程の条件として、第1のエッチングガスをCF4とCl2と酸素ガスとし、そのCF4:Cl2:酸素ガスの流量比を60:30:10%とし、エッチング時の処理室12の圧力を20〜150Paの範囲内とし、高周波電源3からの投入電力を29.5kWとし、処理時間を75秒間とした。第3工程の条件として、第3のエッチングガスをCF4と酸素ガスとし、そのCF4:酸素ガスの流量比を90:10%とし、エッチング時の処理室の圧力を上記20〜150Paの範囲内とし、高周波電源3からの投入電力を15kWとし、処理時間を15秒間とした。第2工程の条件として、第2のエッチングガスをCF4とし、そのCF4を第3工程と同等の流量で導入し、エッチング時の処理室12の圧力を上記20〜150Paの範囲内とし、高周波電源3からの投入電力を15kWとし、処理時間を10秒間とした。図3(a)には、第1工程を実施した直後、図3(b)には、第3工程を実施した直後、図3(c)には、第2工程を実施した直後の基板のSEM写真を夫々示す。これによれば、第1工程後は基板表面が全体的に反応生成物で覆われ、第2工程後にはテクスチャー構造の頂部及び谷部がラウンドされ、頂部に反応生成物(写真中、白く光っている部分)が残っているが、第3工程後には頂部の反応生成物が完全に除去されており、ドライエッチングによりテクスチャー構造をシリコン基板に効率よく製造できることが判った。In the second example, a polycrystalline silicon substrate obtained by a known method was used as the substrate, and the first step, the third step, and the second step were sequentially performed in this order. At this time, as conditions for the first step, the first etching gas is CF 4 , Cl 2, and oxygen gas, and the flow rate ratio of CF 4 : Cl 2 : oxygen gas is 60: 30: 10%. The pressure in the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではない。上記実施形態では、本発明のドライエッチング方法を実施し得るドライエッチング装置EMとして、基板ステージ2に電力投入するものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、誘導結合型放電を用いるドライエッチング装置等、本発明のドライエッチング方法は他の形式のドライエッチング装置にも広く適用可能である。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to said thing. In the above embodiment, the dry etching apparatus EM capable of performing the dry etching method of the present invention has been described by taking the case where power is supplied to the
上記実施形態では、単一のドライエッチング処理装置EMにて第1工程、第2工程及び第3工程を実施したが、これを別個に行うこともでき、更に、第2工程でハロゲン含有ガスを停止するものを例に説明したが、フッ素含有ガスを停止するようにしてもよい。また、上記実施形態では、フッ素含有ガス、ハロゲン含有ガス及び酸素ガスを夫々別のガス源としているが、フッ素含有ガスと酸素ガスとの混合ガス、ハロゲン含有ガスと酸素ガスとの混合ガスを夫々ガス源としてもよい。 In the above embodiment, the first step, the second step, and the third step are performed in a single dry etching processing apparatus EM. However, this can be performed separately, and further, the halogen-containing gas is added in the second step. Although the example of stopping is described as an example, the fluorine-containing gas may be stopped. In the above embodiment, the fluorine-containing gas, the halogen-containing gas, and the oxygen gas are used as separate gas sources. However, the mixed gas of the fluorine-containing gas and the oxygen gas, and the mixed gas of the halogen-containing gas and the oxygen gas are used. It is good also as a gas source.
上記実施形態では、第2工程で酸素ガスを停止するものを例に説明したが、流星制御手段52cを制御して、第1工程よりも第2工程の酸素ガスの導入量を低下させてもよい。このとき、処理室12内に導入するガスの総流量に体するハロゲン含有ガスの流量比を60〜90%の範囲、酸素ガスの流量比を10〜40%の範囲とする(この場合、減圧下の処理室12内の圧力は40〜150Paとする)。
In the above embodiment, the case where the oxygen gas is stopped in the second process has been described as an example. However, even if the meteor control means 52c is controlled to reduce the introduction amount of the oxygen gas in the second process rather than the first process. Good. At this time, the flow rate ratio of the halogen-containing gas incorporated in the total flow rate of the gas introduced into the
EM…ドライエッチング装置、12…処理室、2…基板ステージ、3…高周波電源、4…シャワープレート、5…ガス導入系、52a〜52c…マスフローコントローラ(流量制御手段)、53a〜53c…ガス管、54a〜54c…(フッ素含有ガス、ハロゲン含有ガス及び酸素ガス用の各)ガス源、W…基板(シリコン基板)。
EM ... dry etching apparatus, 12 ... processing chamber, 2 ... substrate stage, 3 ... high frequency power source, 4 ... shower plate, 5 ... gas introduction system, 52a-52c ... mass flow controller (flow rate control means), 53a-53c ...
Claims (4)
シリコン基板を配置した減圧下の成膜室内に、フッ素含有ガスとフッ素以外のハロゲンを含有するハロゲン含有ガスと酸素ガスとを含む第1のエッチングガスを導入し、放電用電力を投入してシリコン基板表面を凹凸状にエッチングしてテクスチャー構造を形成する第1工程と、
第1工程でエッチング済みのシリコン基板を配置した減圧下の成膜室内に、フッ素含有ガスとハロゲン含有ガスとのいずれか一方を主成分とし、これに酸素ガスを添加した第2のエッチングガスを導入し、放電用電力を投入してシリコン基板表面を更にエッチングすることにより、第1工程で形成されたテクスチャー構造における頂部や谷部をラウンド加工する第2工程と、
第2工程でエッチング済みのシリコン基板を配置した減圧下の成膜室内に、フッ素含有ガスを含む第3のエッチングガスを導入し、放電用電力を投入してシリコン基板表面を更にエッチングすることにより、第1工程でシリコン基板表面に堆積した反応生成物を除去する第3工程と、を含むことを特徴とするドライエッチング方法。 A dry etching method for forming a texture structure on a silicon substrate surface,
A first etching gas containing a fluorine-containing gas, a halogen-containing gas containing a halogen other than fluorine, and an oxygen gas is introduced into a film forming chamber under reduced pressure where a silicon substrate is disposed, and electric power for discharge is supplied to form silicon. A first step of etching the substrate surface into an irregular shape to form a textured structure ;
A deposition chamber under reduced pressure of arranging the etched silicon substrate in about the first factory, the main component either one of fluorine-containing gas and a halogen-containing gas, to which a second etching gas obtained by adding oxygen gas A second step of rounding the top and valleys in the texture structure formed in the first step by introducing a discharge power and further etching the silicon substrate surface;
A deposition chamber under reduced pressure of arranging the etched silicon substrate in the second step, by introducing a third etching gas containing fluorine-containing gas, further etching the silicon substrate surface discharge power by introducing And a third step of removing the reaction product deposited on the surface of the silicon substrate in the first step .
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