JPWO2020026771A1 - カセット及び洗浄浴槽セット - Google Patents
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Abstract
少なくとも１つの半導体基板（５７）を保持した状態で洗浄浴槽（２１）内の処理液に浸漬されるカセット（５１）は、筒状体（５２）で構成されているとともに、筒状体（５２）の外側に表出する外周面（５２ａ）と、筒状体（５２）の内周面に少なくとも１つの半導体基板（５７）を保持する保持部（保持用突起部（５２ｅ）、基板支持部（５２ｆ））とを備える。筒状体（５２）の筒軸方向に直交する断面において、外周面（５２ａ）の周方向の一部が曲線とされ、残部が直線とされている。
Description
本明細書で開示される技術は、少なくとも１つの半導体基板を保持した状態で洗浄浴槽内の処理液に浸漬されるカセット、及び、このカセットを備える洗浄浴槽セットに関する。
従来より、半導体基板を洗浄浴槽の処理液に浸漬させて超音波処理するために、半導体基板をカセットに保持することが知られている。例えば特許文献１では、基板（特許文献１では、液晶表示素子の透明基板）をカセットに保持し、このカセットに保持された基板を、カセットと共に、洗浄浴槽の処理液に浸漬させた状態で、基板を超音波処理するようにしている。
ところで、シリコンウエハ上に成膜された薄膜のパターニングを、リフトオフ法によって行う場合、このパターニングの工程には、薄膜の剥離工程が含まれる。この剥離工程に超音波処理を導入した場合、工程の歩留まりが飛躍的に改善する。
しかし、超音波処理を行う際、カセット及び洗浄浴槽の形状によっては、洗浄浴槽内の処理液中に定在波が生じる場合がある。この場合、定在波による音圧の不均一によって、洗浄ムラが生じるとともに、特に厚さが薄い半導体基板（例えば太陽電池用の半導体基板）は、定在波の腹の部分（音圧が高い部分）によって押圧されてダメージを受け易い。
ここに開示する技術は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、洗浄浴槽の形状に関係なく、半導体基板の超音波処理を良好に行えるカセット及び洗浄浴槽セットを提供することにある。
前記の目的を達成するために、以下のカセット及び洗浄浴槽セットが提供される。
前記カセットは、少なくとも１つの半導体基板を洗浄浴槽内の処理液に浸漬させて超音波処理するために、前記少なくとも１つの半導体基板を保持した状態で前記処理液に浸漬されるカセットであり、前記カセットは、筒状体で構成されているとともに、前記筒状体の外側に表出する外周面と、前記筒状体の内周面に前記少なくとも１つの半導体基板を保持する保持部とを備え、前記筒状体の筒軸方向に直交する断面において、前記外周面の周方向の一部が曲線とされ、残部が直線とされているものである。
前記洗浄浴槽セットは、少なくとも１つの半導体基板を処理液に浸漬させて超音波処理するために、前記少なくとも１つの半導体基板を保持した状態で前記処理液に浸漬される、筒状体で構成されたカセットと、前記カセットを、前記筒状体の筒軸方向が上下方向となるように内部に配置しかつ貯留する処理液に浸漬させることが可能な洗浄浴槽とを備え、前記カセットは、前記筒状体の外側に表出する外周面と、前記筒状体の内周面に前記少なくとも１つの半導体基板を保持する保持部とを有しており、前記筒状体の筒軸方向に直交する断面において、前記外周面の周方向の一部が曲線とされ、残部が直線とされているものである。
前記カセット及び洗浄浴槽セットによると、洗浄浴槽の形状及びカセット設置位置に関係なく、半導体基板の超音波処理が良好に行われるとともに、厚さが薄い半導体基板（例えば太陽電池用の半導体基板）を超音波処理しても、半導体基板にダメージを与えることがない。
以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図３は、例示的な実施形態に係るカセット５１が、貯留する処理液に浸漬されるように配置される洗浄浴槽２１を示す。カセット５１は、図４に示すように、少なくとも１つ（本実施形態では、複数）の半導体基板５７を洗浄浴槽２１内の処理液に浸漬させて超音波処理するために、少なくとも１つ（複数）の半導体基板５７を保持した状態で処理液に浸漬されるものである。本実施形態では、半導体基板５７は、太陽電池１０用の半導体基板である。尚、図３では、半導体基板５７の記載を省略している。
ここで、太陽電池１０の構成について、図５及び図６に基づいて説明する。太陽電池１０は、シリコン（Ｓｉ）製の結晶基板１１を用いている。結晶基板１１は、互いに対向する２つの主面１１Ｓ（１１ＳＵ、１１ＳＢ）を有している。ここでは、光が入射する主面を表側主面１１ＳＵと呼び、これとは反対側の主面を裏側主面１１ＳＢと呼ぶ。表側主面１１ＳＵは、裏側主面１１ＳＢよりも積極的に受光させる側であって受光側とされ、裏側主面１１ＳＢは、積極的に受光させない側であって非受光側とされる。
太陽電池１０は、いわゆるヘテロ接合結晶シリコン太陽電池であって、電極層を裏側主面１１ＳＢに配置したバックコンタクト型（裏面電極型）太陽電池である。
太陽電池１０は、結晶基板１１、真性半導体層１２（１２Ｕ、１２ｐ、１２ｎ）、導電型半導体層１３（ｐ型半導体層１３ｐ、ｎ型半導体層１３ｎ）、低反射層１４、及び電極層１５（透明電極層１７、金属電極層１８）を含む。
以下では、便宜上、ｐ型半導体層１３ｐ又はｎ型半導体層１３ｎに個別に対応する部材には、参照符号の末尾に「ｐ」又は「ｎ」を付すことがある。
結晶基板１１は、単結晶シリコンで形成された半導体基板であってもよく、多結晶シリコンで形成された半導体基板（単結晶シリコン基板）であってもよい。以下では、単結晶シリコン基板を例に挙げて説明する。
結晶基板１１の導電型は、シリコン原子に対して電子を導入する不純物（例えば、リン（Ｐ）原子）を導入されたｎ型単結晶シリコン基板であってもよく、シリコン原子に対して正孔を導入する不純物（例えば、ホウ素（Ｂ）原子）を導入されたｐ型単結晶シリコン基板であってもよい。以下では、キャリア寿命が長いといわれるｎ型の単結晶基板を例に挙げて説明する。
図７に示すように、結晶基板１１は、受光した光を閉じこめておくという観点から、２つの主面１１Ｓの表面に、山（凸）と谷（凹）とから構成されるテクスチャ構造ＴＸ（第１テクスチャ構造）を有していてもよい。なお、テクスチャ構造ＴＸ（凹凸面）は、例えば、結晶基板１１における面方位が（１００）面のエッチングレートと、面方位が（１１１）面のエッチングレートとの差を応用した異方性エッチングによって形成することができる。
テクスチャ構造ＴＸにおける凹凸の大きさとして、例えば、頂点（山）の数で定義することが可能である。本実施形態においては、光取り込みと生産性との観点から、５００００個／ｍｍ２以上１０００００個／ｍｍ２以下の範囲であることが好ましく、特には７００００個／ｍｍ２以上８５０００個／ｍｍ２以下の範囲であると好ましい。
結晶基板１１の厚さは、２５０μｍ以下であってもよい。なお、結晶基板１１の厚さを測定する場合の測定方向は、結晶基板１１の平均面（平均面とは、テクスチャ構造ＴＸに依存しない基板全体としての面を意味する）に対する垂直方向である。そこで、以下、この垂直方向、すなわち、厚さを測定する方向を厚さ方向（半導体基板５７の厚さ方向でもある）とする。
結晶基板１１の厚さが過度に小さいと、機械的強度の低下が生じたり、外光（太陽光）が十分に吸収されず、短絡電流密度が減少したりする。このため、結晶基板１１の厚さは、５０μｍ以上が好ましく、７０μｍ以上がより好ましい。ここで、結晶基板１１の両主面１１Ｓ（１１ＳＵ、１１ＳＢ）にテクスチャ構造ＴＸが形成されている場合には、結晶基板１１の厚さは、表側主面１１ＳＵ及び裏側主面１１ＳＢのそれぞれの凹凸構造における凸の頂点（厚さ方向に互いに対向する頂点）を結んだ直線間の距離で表される。
真性半導体層１２（１２Ｕ、１２ｐ、１２ｎ）は、結晶基板１１の両主面１１Ｓ（１１ＳＵ、１１ＳＢ）を覆うことによって、結晶基板１１への不純物の拡散を抑えつつ、表面パッシベーションを行う。なお、「真性（ｉ型）」とは、導電性不純物を含まない完全な真性に限られず、シリコン系層が真性層として機能し得る範囲で微量のｎ型不純物又はｐ型不純物を含む「弱ｎ型」又は「弱ｐ型」の実質的に真性である層をも包含する。
真性半導体層１２（１２Ｕ、１２ｐ、１２ｎ）は、必須ではなく、必要に応じて、適宜形成すればよい。
真性半導体層１２の材料は、特に限定されないが、非晶質シリコン系材料であってもよく、薄膜としてシリコンと水素とを含む水素化非晶質シリコン系薄膜（ａ−Ｓｉ：Ｈ薄膜）であってもよい。なお、ここでいう非晶質とは、長周期で秩序を有していない構造であり、すなわち、完全な無秩序なだけでなく、短周期で秩序を有しているものも含まれる。
真性半導体層１２の厚さは、特に限定されないが、２ｎｍ以上２０ｎｍ以下であってもよい。厚さが２ｎｍ以上であると、結晶基板１１に対するパッシベーション層としての効果が高まり、厚さが２０ｎｍ以下であると、高抵抗化により生じる変換特性の低下を抑えられるためである。
真性半導体層１２の形成方法は、特に限定されないが、プラズマＣＶＤ（Plasma enhancedChemical Vapor Deposition）法が用いられる。この方法によると、単結晶シリコンへの不純物の拡散を抑制しつつ、基板表面のパッシベーションを有効に行える。また、プラズマＣＶＤ法であれば、真性半導体層１２における層中の水素濃度をその厚さ方向で変化させることにより、キャリアの回収を行う上で有効なエネルギーギャッププロファイルの形成をも行える。
なお、プラズマＣＶＤ法による薄膜の製膜条件としては、例えば、基板温度が１００℃以上３００℃以下、圧力が２０Ｐａ以上２６００Ｐａ以下、及び高周波のパワー密度が０．００３Ｗ／ｃｍ２以上０．５Ｗ／ｃｍ２以下であってもよい。
薄膜の形成に使用する原料ガスとしては、真性半導体層１２の場合は、モノシラン（ＳｉＨ４）及びジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）等のシリコン含有ガス、又は、それらのガスと水素（Ｈ２）とを混合したガスであってもよい。
なお、上記のガスに、メタン（ＣＨ４）、アンモニア（ＮＨ３）、又はモノゲルマン（ＧｅＨ４）等の異種の元素を含むガスを添加して、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、シリコンナイトライド（ＳｉＮｘ）又はシリコンゲルマニウム（ＳＩＧｅ）等のシリコン化合物を形成することにより、薄膜のエネルギーギャップを適宜変更してもよい。
導電型半導体層１３としては、ｐ型半導体層１３ｐとｎ型半導体層１３ｎとが挙げられる。図５に示すように、ｐ型半導体層１３ｐは、結晶基板１１の裏側主面１１ＳＢの一部に真性半導体層１２ｐを介して形成される。ｎ型半導体層１３ｎは、結晶基板１１の裏側主面の他の一部に真性半導体層１２ｎを介して形成される。すなわち、ｐ型半導体層１３ｐと結晶基板１１との間、及びｎ型半導体層１３ｎと結晶基板１１との間に、それぞれパッシベーションの役割を果たす中間層として真性半導体層１２が介在する。
ｐ型半導体層１３ｐ及びｎ型半導体層１３ｎの各厚さは、特に限定されないが、２ｎｍ以上２０ｎｍ以下であってもよい。厚さが２ｎｍ以上であると、結晶基板１１に対するパッシベーション層としての効果が高まり、厚さが２０ｎｍ以下であると、高抵抗化により生じる変換特性の低下を抑えられるためである。
ｐ型半導体層１３ｐ及びｎ型半導体層１３ｎは、結晶基板１１の裏側主面１１ＳＢにおいて、ｐ型半導体層１３ｐとｎ型半導体層１３ｎとが電気的に分離されるように配置される。導電型半導体層１３の幅は、５０μｍ以上３０００μｍ以下であってよく、８０μｍ以上８００μｍ以下であってもよい（なお、半導体層の幅及び後述の電極層の幅は、特に断りがない限り、パターン化された各層の一部分の長さで、パターン化により、例えば線状になった一部分の延び方向と直交する方向の長さを意図する）。
結晶基板１１内で生成した光励起子（キャリア）が導電型半導体層１３を介して取り出される場合、正孔は電子よりも有効質量が大きい。このため、輸送損を低減させるという観点から、ｐ型半導体層１３ｐがｎ型半導体層１３ｎよりも幅が狭くてもよい。例えば、ｐ型半導体層１３ｐの幅は、ｎ型半導体層１３ｎの幅の０．５倍以上０．９倍以下であってもよく、また、０．６倍以上０．８倍以下であってもよい。
ｐ型半導体層１３ｐは、ｐ型のドーパント（ホウ素等）が添加されたシリコン層であって、不純物拡散の抑制又は直列抵抗の抑制という観点から、非晶質シリコンで形成されてもよい。一方、ｎ型半導体層１３ｎは、ｎ型のドーパント（リン等）が添加されたシリコン層であって、ｐ型半導体層１３ｐと同様に、非晶質シリコン層で形成されてもよい。
導電型半導体層１３の原料ガスとしては、モノシラン（ＳｉＨ４）若しくはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）等のシリコン含有ガス、又はシリコン系ガスと水素（Ｈ２）との混合ガスを用いてもよい。ドーパントガスには、ｐ型半導体層１３ｐの形成にはジボラン（Ｂ２Ｈ６）等を用いることができ、ｎ型半導体層の形成にはホスフィン（ＰＨ３）等を用いることができる。また、ホウ素（Ｂ）又はリン（Ｐ）といった不純物の添加量は微量でよいため、ドーパントガスを原料ガスで希釈した混合ガスを用いてもよい。
また、ｐ型半導体層１３ｐ又はｎ型半導体層１３ｎのエネルギーギャップの調整のために、メタン（ＣＨ４）、二酸化炭素（ＣＯ２）、アンモニア（ＮＨ３）又はモノゲルマン（ＧｅＨ４）等の異種の元素を含むガスを添加することにより、ｐ型半導体層１３ｐ又はｎ型半導体層１３ｎが化合物化されてもよい。
低反射層１４は、太陽電池１０が受けた光の反射を抑制する層である。低反射層１４の材料には、光を透過する透光性の材料であれば、特に限定されないが、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）又は酸化チタン（ＴｉＯｘ）が挙げられる。また、低反射層１４の形成方法としては、例えば、酸化亜鉛又は酸化チタン等の酸化物のナノ粒子を分散させた樹脂材料で塗布してもよい。
電極層１５は、ｐ型半導体層１３ｐ又はｎ型半導体層１３ｎをそれぞれ覆うように形成されて、各導電型半導体層１３と電気的に接続される。これにより、電極層１５は、ｐ型半導体層１３ｐ又はｎ型半導体層１３ｎに生じるキャリアを導く輸送層として機能する。
なお、電極層１５は、導電性が高い金属のみで形成されてもよい。また、ｐ型半導体層１３ｐ及びｎ型半導体層１３ｎとのそれぞれの電気的な接合の観点から、又は電極材料である金属の両半導体層１３ｐ、１３ｎに対する原子の拡散を抑制するという観点から、透明導電性酸化物で構成された電極層１５を、金属製の電極層とｐ型半導体層１３ｐとの間及び金属製の電極層とｎ型半導体層１３ｎとの間にそれぞれ設けてもよい。
本実施形態においては、透明導電性酸化物で形成される電極層１５を透明電極層１７と称し、金属製の電極層１５を金属電極層１８と称する。また、図６に示す結晶基板１１の裏側主面１１ＳＢの底面図に示すように、それぞれ櫛歯形状を持つｐ型半導体層１３ｐ及びｎ型半導体層１３ｎにおいて、櫛背部上に形成される電極層をバスバー部と称し、櫛歯部上に形成される電極層をフィンガ部と称することがある。
透明電極層１７は、材料としては特に限定されないが、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）若しくは酸化インジウム（ＩｎＯｘ）、又は酸化インジウムに種々の金属酸化物、例えば酸化チタン（ＴｉＯｘ）、酸化スズ（ＳｎＯ）、酸化タングステン（ＷＯｘ）若しくは酸化モリブデン（ＭｏＯｘ）等を１重量％以上１０重量％以下の濃度で添加した透明導電性酸化物が挙げられる。
透明電極層１７の厚さは、２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であってもよい。この厚さに好適な透明電極層の形成方法には、例えば、スパッタ法等の物理気相堆積（ＰＶＤ：physical Vapor Deposition）法、又は有機金属化合物と酸素又は水との反応を利用した金属有機化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ：Metal-Organic Chemical Vapor Deposition）法等が挙げられる。
金属電極層１８は、材料としては特に限定されないが、例えば、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）又はニッケル（Ｎｉ）等が挙げられる。
金属電極層１８の厚さは、１μｍ以上８０μｍ以下であってもよい。この厚さに好適な金属電極層１８の形成方法には、材料ペーストをインクジェットによる印刷若しくはスクリーン印刷する印刷法、又はめっき法が挙げられる。但し、これには限定されず、真空プロセスを採用する場合には、蒸着又はスパッタリング法を採用してもよい。
ｐ型半導体層１３ｐ及びｎ型半導体層１３ｎにおける櫛歯部の幅と、該櫛歯部の上に形成される金属電極層１８の幅とは、同程度であってもよい。但し、櫛歯部の幅と比べて、金属電極層１８の幅が狭くてもよい。また、金属電極層１８同士のリーク電流が防止される構成であれば、櫛歯部の幅と比べて、金属電極層１８の幅が広くてもよい。
本実施形態においては、結晶基板１１の裏側主面１１ＳＢの上に、真性半導体層１２、導電型半導体層１３、低反射層１４及び電極層１５を積層した状態で、各接合面のパッシベーション、導電型半導体層１３及びその界面における欠陥準位の発生の抑制、並びに透明電極層１７における透明導電性酸化物の結晶化を目的として、所定のアニール処理を施す。
本実施形態に係るアニール処理には、例えば、上記の各層を形成した結晶基板１１を１５０℃以上２００℃以下に過熱したオーブンに投入して行うアニール処理が挙げられる。この場合、オーブン内の雰囲気は、大気でもよく、さらには、雰囲気として水素又は窒素を用いると、より効果的なアニール処理を行うことができる。また、このアニール処理は、各層を形成した結晶基板１１に、赤外線ヒータにより赤外線を照射させるＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）処理であってもよい。
以下、太陽電池１０の製造方法について、図７〜図１３を参照しながら説明する。
まず、図７に示すように、表側主面１１ＳＵ及び裏側主面１１ＳＢにそれぞれテクスチャ構造ＴＸを有する結晶基板１１を準備する。
次に、図８に示すように、結晶基板１１の表側主面１１ＳＵの上に、例えば真性半導体層１２Ｕを形成する。続いて、形成した真性半導体層１２Ｕの上に反射防止層１４を形成する。反射防止層１４には、入射光を閉じ込める光閉じ込め効果の観点から、適した光吸収係数及び屈折率を有するシリコンナイトライド（ＳｉＮｘ）又はシリコンオキサイド（ＳｉＯｘ）が用いられる。
次に、図９に示すように、結晶基板１１の裏側主面１１ＳＢの上に、例えばｉ型非晶質シリコンを用いた真性半導体層１２ｐを形成する。続いて、形成した真性半導体層１２ｐの上に、ｐ型半導体層１３ｐを形成する。これにより、結晶基板１１における一方の主面である裏側主面１１ＳＢの上に、真性半導体層１２ｐを介在させたｐ型半導体層１３ｐが形成される。
その後、その形成したｐ型半導体層１３ｐの上に、複数層のリフトオフ層ＬＦ（第１リフトオフ層ＬＦ１及び第２リフトオフ層ＬＦ２）を形成する。具体的には、ｐ型半導体層１３ｐの上に、互いの密度が異なるシリコン系薄膜材料を含む第１リフトオフ層ＬＦ１及び第２リフトオフ層ＬＦ２を順次積層して形成する。これにより、第１リフトオフ層ＬＦ１がｐ型半導体層１３ｐの上に形成され、第２リフトオフ層ＬＦ２が第１リフトオフ層ＬＦ１の上に形成される。
次に、図１０に示すように、結晶基板１１の裏側主面１１ＳＢにおいて、第２リフトオフ層ＬＦ２、第１リフトオフ層ＬＦ１及びｐ型半導体層１３ｐをパターニングする。これにより、ｐ型半導体層１３ｐが選択的に除去されて、ｐ型半導体層１３ｐの形成されない非形成領域ＮＡが生じる。一方、結晶基板１１の裏側主面１１ＳＢでエッチングされなかった領域には、少なくとも第２リフトオフ層ＬＦ２、第１リフトオフ層ＬＦ１及びｐ型半導体層１３ｐが残る。
このようなパターニング工程は、フォトリソグラフィ法、例えば所定のパターンを有するレジスト膜（不図示）を第２リフトオフ層ＬＦ２の上に形成し、形成したレジスト膜によってマスクされた領域をエッチングすることにより実現する。図１０に示す場合は、真性半導体層１２ｐ、ｐ型半導体層１３ｐ、第１リフトオフ層ＬＦ１、及び第２リフトオフ層ＬＦ２の各層をパターニングすることにより、結晶基板１１の裏側主面１１ＳＢの一部の領域に非形成領域ＮＡ、すなわち裏側主面１１ＳＢの露出領域が生じる。
図１０に示す工程で使用するエッチング溶液として、例えばフッ化水素酸と酸化性溶液との混合溶液（例えばフッ硝酸）、又は、オゾンをフッ化水素酸に溶解させた溶液（以下、オゾン／フッ酸液という）が挙げられる。また、リフトオフ層ＬＦのエッチングに寄与するエッチング剤はフッ化水素である。なお、ここでのパターニングは、エッチング溶液を用いたウエットエッチングには限定されない。パターニングは、例えばドライエッチングであってもよく、エッチングペースト等を用いたパターン印刷であってもよい。
次に、図１１に示すように、第２リフトオフ層ＬＦ２、第１リフトオフ層ＬＦ１、ｐ型半導体層１３ｐ及び真性半導体層１２ｐを含め、結晶基板１１の裏側主面１１ＳＢの上に、真性半導体層１２ｎ及びｎ型半導体層１３ｎを順次形成する。これにより、真性半導体層１２ｎとｎ型半導体層１３ｎとの積層膜が、非形成領域ＮＡ上と、第２リフトオフ層ＬＦ２の表面及び側面（端面）上と、第１リフトオフ層ＬＦ１、ｐ型半導体層１３ｐ及び真性半導体層１２ｐの側面（端面）上とに形成される。
次に、図１２に示すように、エッチング溶液を用いて、積層した第１リフトオフ層ＬＦ１及び第２リフトオフ層ＬＦ２を除去することにより、第２リフトオフ層ＬＦ２の上に堆積したｎ型半導体層１３ｎ及び真性半導体層１２ｎを結晶基板１１から除去する（この工程をリフトオフ工程と称する）。なお、このリフトオフ工程に使用するエッチング溶液としては、例えばフッ化水素酸を主成分とする溶液が挙げられる。
その後、リンス液を用いて、結晶基板１１に付着しているエッチング溶液を除去する（この工程をリンス工程と称する）。リンス工程では、リフトオフ工程で完全に除去できなかった、リフトオフ層ＬＦを覆うｎ型半導体層１３ｎ及び真性半導体層１２ｎを除去する。リンス液としては、例えば純水をベースとして、後述の如く表面張力を調整するための液性調整剤を添加したものを用いる。
リフトオフ工程及びリンス工程に用いるエッチング溶液及びリンス液の表面張力は、２５ｍＮ／ｍ以上７０ｍＮ／ｍ以下であることが好ましく、特に３０ｍＮ／ｍ以上６０ｍＮ／ｍ以下であることが好ましい。表面張力をこの範囲内にすることにより、ｐ型半導体層１３ｐ及びリフトオフ層ＬＦに対する高い濡れ性により、リフトオフ工程がスムーズに進み、さらに、リフトオフ工程及びリンス工程で剥離したｎ型半導体層１３ｎ及び真性半導体層１２ｎが、エッチング溶液及びリンス液中で凝集し易くなる。その結果、凝集して粒子が大きくなることにより、ｎ型半導体層１３ｎ及び真性半導体層１２ｎの結晶基板１１への再付着が抑制される。また、エッチング溶液又はリンス液を循環させた際に、フィルタリングにより粒子の除去が容易となる。このように、微細な剥離及び浮遊物が液中に長時間対流することがなくなるので、生産性及び歩留まりが共に向上する。
次に、図１３に示すように、結晶基板１１における裏側主面１１ＳＢの上、すなわち、ｐ型半導体層１３ｐ及びｎ型半導体層１３ｎのそれぞれに、例えば、マスクを用いたスパッタリング法により、分離溝２５を生じさせるように透明電極層１７（１７ｐ、１７ｎ）を形成する。なお、透明電極層１７（１７ｐ、１７ｎ）の形成は、スパッタリング法に代えて、以下のようにしてもよい。例えば、マスクを用いずに透明導電性酸化物膜を裏側主面１１ＳＢ上の全面に製膜し、その後、フォトリソグラフィ法により、ｐ型半導体層１３ｐ上及びｎ型半導体層１３ｎ上にそれぞれ透明導電性酸化物膜を残すエッチングを行って形成してもよい。ここで、ｐ型半導体層１３ｐとｎ型半導体層１３ｎとを互いに分離絶縁する分離溝２５を形成することにより、リーク電流が発生し難くなる。
その後、透明電極層１７の上に、例えば開口部を有するメッシュスクリーン（不図示）を用いて、線状の金属電極層１８（１８ｐ、１８ｎ）を形成する。
こうして、裏面接合型の太陽電池１０が形成される。この太陽電池１０の形成過程におけるリフトオフ工程及び／又はリンス工程において、処理液が貯留された洗浄浴槽２１を用いて超音波処理が行われ、これにより、ｎ型半導体層１３ｎ及び真性半導体層１２ｎの剥離がより確実なものとなる。洗浄浴槽２１内の処理液としては、リフトオフ工程では、当該リフトオフ工程に使用するエッチング溶液であり、リンス工程では、リンス液である。本実施形態において、カセット５１に保持される半導体基板５７は、図１１又は図１２の状態にある半導体基板（結晶基板１１に、真性半導体層１２ｐ、ｐ型半導体層１３ｐ、真性半導体層１２ｎ、ｎ型半導体層１３ｎ等が積層されたもの）である。本実施形態では、半導体基板５７は、その厚さ方向から見て、略矩形状をなしている。
図３及び図４に示すように、本実施形態では、カセット５１は、樹脂製の筒状体５２で構成されていて、筒状体５２の筒軸方向が上下方向となるように、洗浄浴槽２１内の処理液に浸漬される。なお、筒状体５２は樹脂製に限らず、例えば金属製であってもよい。以下、カセット５１（筒状体５２）については、洗浄浴槽２１内に配置される姿勢（処理液に浸漬される姿勢）にあるとして説明する。
筒状体５２は、筒状体５２の外側に表出する外周面５２ａと、筒状体５２の内側に空間を形成する内周面５２ｂとを有する。筒状体５２の筒軸方向に直交する断面（水平方向に沿って切断した断面）において、外周面５２ａの周方向の一部が曲線とされ、残部が直線とされている。本実施形態では、図４に示すように、筒状体５２の筒軸方向に直交する断面において、外周面５２ａは、互いに平行な２つの直線５２ｃと、２つの直線５２ｃの一端部同士及び他端部同士を連結する、曲率中心が筒状体５２の内側に位置する円弧状の曲線５２ｄとを含む形状（以下、スタジアム形状という）とされている。本実施形態では、内周面５２ｂも、基本的には、外周面５２ａと同様の形状とされている。すなわち、内周面５２ｂには、後述の如く、保持用突起部５２ｅ及び基板支持部５２ｆが設けられる。尚、円弧状の曲線５２ｄに代えて、弓状の曲線としてもよい。
筒状体５２の内周面５２ｂにおいてスタジアム形状の２つの直線５２ｃに対応する部分に、半導体基板５７を保持する複数の保持用突起部５２ｅが、直線５２ｃが延びる方向に並ぶようにそれぞれ設けられている。その各直線５２ｃの部分において、直線５２ｃが延びる方向に相隣接する保持用突起部５２ｅの間の間隔が、半導体基板５７の厚さ（図４では、分かり易くするために誇張して描いている）と略同じとされ、その間に半導体基板５７が上下方向に延びた起立した姿勢で保持される。また、各面において相隣接する保持用突起部５２ｅの間の下端部に、半導体基板５７の下面が当接して半導体基板５７を支持する基板支持部５２ｆ（図３参照）が設けられている。保持用突起部５２ｅ及び基板支持部５２ｆは、半導体基板５７を保持する保持部に相当する。半導体基板５７の保持の構成は、一例であり、その他の構成を採用してもよい。また、カセット５１に保持される半導体基板５７の姿勢は、どのような姿勢であってもよく、例えば、上下方向に対して傾斜した姿勢であってもよい。さらに、半導体基板５７の面がどの方向を向いていてもよい。
洗浄浴槽２１は、水平方向に延びる底壁部２２と、底壁部２２の周縁部から上側に立ち上がり、内部に処理液を貯留する筒状側壁部２３とを備えていて、上側が開口された有底筒状に形成されている。すなわち、底壁部２２の面内方向に対して交差する方向に立ち上がるように筒状側壁部２３が形成される。筒状側壁部２３の筒軸方向は上下方向に一致している（すなわち、本実施形態では、底壁部２２の面内方向に対する交差方向は上下方向であるといえる）。洗浄浴槽２１も、筒状体５２と同様に、樹脂製である。洗浄浴槽２１も、樹脂製に限らず、例えば金属製であってもよい。
本実施形態では、筒状側壁部２３の筒軸方向に直交する断面（水平方向に沿って切断した断面）において、筒状側壁部２３は、略長方形状に形成されている。洗浄浴槽２１について、筒状側壁部２３の断面の長方形の長辺が延びる方向を、長手方向といい、長方形の短辺が延びる方向を、短手方向という。なお、筒状側壁部２３の断面形状は、略長方形状に限られるものではなく、どのような形状であってもよい。また、洗浄浴槽２１の大きさは、カセット５１を、洗浄浴槽２１の内部に筒状体５２の筒軸方向が上下方向となるように配置して、洗浄浴槽２１内の処理液に浸漬させることが可能であれば、どのような大きさであってもよい。
洗浄浴槽２１は、処理液に浸漬されたカセット５１の上下方向（底壁部２２の面内方向に対する交差方向）、及び上下方向に交差する方向である横方向（底壁部２２の面内方向）への移動を制止する制止部３０を更に備えていても構わない。本実施形態では、制止部３０は、カセット５１の横方向への移動を制止する第１の制止部３１と、カセット５１の上下方向への移動を制止する第２の制止部４１とを有する一例を用いて説明する。なお、第１の制止部３１によりカセット５１の上下方向への移動も制止できる場合には、制止部３０は、第１の制止部３１のみを有していてもよい。同様に、第２の制止部４１によりカセット５１の横方向の移動も制止できる場合には、制止部３０は、第２の制止部４１のみを有していてもよい。また、制止部３０自体をなくすことも可能であり、カセット５１を底壁部２２上に置くだけであってもよい。
本実施形態では、第１の制止部３１は、図２に示すように、処理液に浸漬されたカセット５１（筒状体５２）の外側周囲において周方向に並ぶように設けられた複数（本実施形態では、４つ）の第１の制止片３２を含む。４つの第１の制止片３２は、洗浄浴槽２１の底壁部２２上に設けられていて、筒状体５２の下端面の外形ラインに対応した仮想の線３５上に位置する。４つの第１の制止片３２は、筒状体５２の外周面５２ａに合致する合致面３２ａと、筒状体５２の下端面を受ける受け面３２ｂとを有している。４つの第１の制止片３２のうち２つの第１の制止片３２（以下、第１の制止片３２Ａともいう）の合致面３２ａは、平面であって、筒状体５２の外周面５２ａにおける直線５２ｃに対応する部分に合致する。一方、残りの２つの第１の制止片３２（以下、第１の制止片３２Ｂともいう）の合致面３２ａは、凹曲面であって、筒状体５２の外周面５２ａにおける曲線５２ｄに対応する部分に合致する。
筒状体５２の下端面が受け面３２ｂに接触しているとき、筒状体５２の上端面の高さ位置は、処理液の液面の高さ位置よりも低い。受け面３２ｂは、筒状体５２の下端面と洗浄浴槽２１の底壁部２２との間に隙間を形成して、筒状体５２の内側に対する処理液の流出入を促進させる役割を有する。なお、受け面３２ｂがなくて、筒状体５２の下端面が底壁部２２に直に接触していたとしても、実際には、その間に僅かな隙間が生じ、筒状体５２の内側に対する処理液の流出入がなされる。但し、筒状体５２が第２の制止部４１により押圧される場合、筒状体５２を長期に亘って使用すると、筒状体５２の変形により隙間がなくなる可能性があるので、受け面３２ｂを設けることが好ましい。
４つの第１の制止片３２は、第１の制止片３２を、処理液に浸漬されたカセット５１に対して離接可能に移動させるモータ等の移動機構３６（図３参照）によって、移動させられる。本実施形態では、移動機構３６は、底壁部２２の下面に設けられていて、例えば、２つの第１の制止片３２Ａ同士を、互いに離接するように、底壁部２２上で洗浄浴槽２１の短手方向に移動させ、２つの第１の制止片３２Ｂ同士を、互いに離接するように、底壁部２２上で洗浄浴槽２１の長手方向に移動させる。なお、移動機構３６の詳細構成については省略する。
４つの第１の制止片３２は、移動機構３６によってカセット５１に近接して合致面３２ａが筒状体５２の外周面５２ａにそれぞれ当接して筒状体５２をその内側に押圧する。これにより、カセット５１の横方向への移動が制止される。４つの第１の制止片３２の筒状体５２に対する押圧力によっては、４つの第１の制止片３２によりカセット５１の上下方向への移動も制止することが可能になる。一方、カセット５１を洗浄浴槽２１に対して出し入れする際には、４つの第１の制止片３２が移動機構３６によってカセット５１から離れる。このとき、各第１の制止片３２は、その受け面３２ｂが筒状体５２の下端面から外れないような量だけ移動する。これにより、カセット５１の洗浄浴槽２１に対する出し入れが容易になる。
なお、第１の制止片３２は、必ずしも移動可能に構成されている必要はなく、底壁部２２に固定されていてもよい。この場合、第１の制止片３２は、筒状体５２の下端面を受け面３２ｂに当接させた状態で合致面３２ａが筒状体５２の外周面５２ａに略当接するような位置に設けられる。また、複数の第１の制止片３２のうちの一部の第１の制止片３２のみを移動可能に構成してもよい。
さらに、第１の制止片３２は、底壁部２２に設けられる代わりに、筒状側壁部２３に支持部材を介して設けられていてもよい。この場合、第１の制止片３２が、その支持部材を介して、処理液に浸漬されたカセット５１に対して離接可能に構成されてもよい。
第１の制止片３２の数、カセット５１に対して離接可能に構成される第１の制止片３２の数、及び、第１の制止片３２を移動可能に構成した場合の移動方向は、筒状体５２の断面形状により異なり、カセット５１の横方向への移動を制止できるように適宜に設定される。
また、上側から見た洗浄浴槽２１に対するカセット５１の位置（第１の制止片３２の位置）は、通常は、洗浄浴槽２１の中央部とされるが、洗浄浴槽２１のどこであってもよい。
洗浄浴槽２１は、筒状側壁部２３に対して回動機構２５を介して回動可能に装着された天面部２４を更に備えている。天面部２４は、洗浄浴槽２１の短手方向において、２つの分割部２４ａに分割されている。各分割部２４ａの長辺側の端部には、ヒンジ軸２４ｂが洗浄浴槽２１の長手方向に貫通するように設けられている。ヒンジ軸２４ｂは、分割部２４ａに固定されているとともに、筒状側壁部２３の上端における長辺に対応する部分に設けられたヒンジ軸支持部２３ａに回動可能に支持されている。２つの分割部２４ａは、両開きのドアのように、それぞれのヒンジ軸２４ｂの回動によって回動して、洗浄浴槽２１の上端の開口を開閉する。回動機構２５は、詳細な構成は省略するが、例えば、２つの分割部２４ａのヒンジ軸２４ｂに対して減速機構を介して連結された１つのモータを有し、このモータの回転により２つの分割部２４ａのヒンジ軸２４ｂが互いに逆向きに回動して、２つの分割部２４ａが回動する。なお、本実施形態では、２つの分割部２４ａは、洗浄浴槽２１の上端の開口の全ての部分を覆っていないが、開口の全ての部分を覆うことも可能である。
第２の制止部４１は、底壁部２２に対向しかつ底壁部２２との間隔が変化するように設けられた第２の制止片４２を含む。具体的に、図１及び図３に示すように、第２の制止片４２は、天面部２４における２つの分割部２４ａの先端部（ヒンジ軸２４ｂとは反対側の端部）にそれぞれ２つずつ（合計４つ）設けられていて、２つの分割部２４ａの回動機構２５を介した回動に伴って、底壁部２２との間隔が変化するように構成されている。
回動機構２５によって２つの分割部２４ａが洗浄浴槽２１の上端の開口を閉じたときに、４つの第２の制止片４１が、筒状体５２の上端面における曲線５２ｄに対応する部分に当接して筒状体５２を下向きに押圧する。これにより、カセット５１の上下方向への移動が制止される。４つの第２の制止片４２の筒状体５２に対する押圧力によっては、第２の制止片４２によりカセット５１の横方向への移動も制止することが可能になる。各第２の制止片４２は、ゴム等の弾性部材で構成してもよい。なお、第２の制止片４１が筒状体５２を押圧する部分は、筒状体５２の上端面のどこであってもよい。
洗浄浴槽２１の筒状側壁部２３の外側面には、洗浄浴槽２１に貯留された処理液に超音波を発信する超音波発信器６１が取り付けられている。超音波発信器６１の取付位置は、筒状側壁部２３の外側面において周方向のどの位置でもよいが、取り付け易さを考慮して、筒状側壁部２３の外側面における平面の部分であることが好ましい。本実施形態では、超音波発信器６１から発信される超音波の軸線方向は、水平方向である。
超音波発信器６１から発信された超音波は、洗浄浴槽２１の筒状側壁部２３の内側面及び筒状体５２の外周面５２ａで反射される。この反射をいくら繰り返しても、筒状体５２の外周面５２ａのスタジアム形状によって、超音波発信器６１から発信された超音波は、その発信が開始された位置でその開始されたときと同じ発信角度になるように戻ることはない。すなわち、超音波の軌道は、周期的な軌道にはならず、いわゆるカオス的な軌道となる。このことは、洗浄浴槽２１がどのような形状であっても成り立つ。この結果、処理液中に定在波が生じることはなく、処理液中に均一な音場が形成される。このような均一な音場が形成された処理液により、半導体基板５７が超音波処理される。
したがって、本実施形態では、第１の制止片３２及び第２の制止片４２によりカセット５１の上下方向及び横方向への移動が制止されているとともに、カセット５１の外周面５２ａが、処理液中に定在波が生じないようなスタジアム形状とされているので、半導体基板５７の超音波処理が良好に行われる。また、処理液中に定在波が生じないことから、厚さが薄い、太陽電池１０用の半導体基板５７を超音波処理しても、半導体基板５７にダメージを与えることがない。これにより、シリコンのダングリングボンドによる太陽電池１０の性能低下が抑制される。
カセット５１の外周面５２ａの形状は、スタジアム形状には限られない。洗浄浴槽２１の形状に関係なく、超音波の軌道がカオス的な軌道になるように、筒状体５２の筒軸方向に直交する断面において、外周面５２ａの周方向の一部が曲線とされかつ残部が直線とされればよい。この場合、筒状体５２の筒軸方向に直交する断面において、外周面５２ａにおける曲線は、単数又は複数設けられていて、円弧状又は弓状の曲線であることが好ましい。そして、少なくとも１つの円弧状又は弓状の曲線の曲率中心は、筒状体５２の内側に位置していてもよく、筒状体５２の外側に位置していてもよい。或いは、複数の円弧状又は弓状の曲線のうちの一部の曲線の曲率中心が、筒状体５２の内側に位置し、残りの曲線の曲率中心が、筒状体５２の外側に位置していてもよい。
具体的には、図１４に示すように、筒状体５２の筒軸方向に直交する断面において、筒状体５２の外周面５２ａが略Ｄ字状に形成されていてもよい。この場合、筒状体５２の外周面５２ａの曲線は、曲率中心が筒状体５２の内側に位置する円弧状又は弓状の曲線である。なお、図１４では、筒状体５２に対する第１の制止片３２の位置を例示するために、第１の制止片３２（受け面３２ｂを省略）を二点鎖線で記載している（図１５〜図１９においても同様）。
或いは、筒状体５２の筒軸方向に直交する断面において、筒状体５２の外周面５２ａが、図１５〜図１９のいずれか１つの形状に形成されていてもよい。図１６の形状では、筒状体５２の内側空間の中央部に、内周面５２ｂに設けられた保持用突起部５２ｅと共に半導体基板５７を保持する棒状の保持部材５５（保持部に相当）が筒軸方向に延びるように設けられる。この保持部材５５の外周面にも、保持用突起部５２ｅと同様の保持用突起部５５ａが設けられている。保持部材５５は、内周面５２ｂにおける筒軸方向の上下２箇所に固定された支持部材５６（図１６では、下側の支持部材５６しか見えない）によって支持される。また、図１７の形状では、筒状体５２の外周面５２ａの曲線は、２つあって、弓状とされ、その１つの弓状の曲線の曲率中心が筒状体５２の内側に位置する一方、もう１つの弓状の曲線の曲率中心が筒状体５２の外側に位置する。この形状では、図１７に示すように、筒状体５２の内周面５２ｂにおける弓状の曲線に対応する部分に、保持用突起部５２ｅを設けてもよい。
本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。
例えば、前記実施形態では、太陽電池１０用の半導体基板５７をカセット５１に保持して超音波処理したが、これには限らず、太陽電池以外の用途の半導体基板を超音波処理する場合にも、カセット５１を用いることができる。
上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
２１ 洗浄浴槽
５１ カセット
５２ 筒状体
５２ａ 外周面
５２ｂ 内周面
５２ｅ 保持用突起部（保持部）
５２ｆ 基板支持部（保持部）
５５ 保持部材（保持部）
５７ 半導体基板
５１ カセット
５２ 筒状体
５２ａ 外周面
５２ｂ 内周面
５２ｅ 保持用突起部（保持部）
５２ｆ 基板支持部（保持部）
５５ 保持部材（保持部）
５７ 半導体基板
Claims (7)
- 少なくとも１つの半導体基板を洗浄浴槽内の処理液に浸漬させて超音波処理するために、前記少なくとも１つの半導体基板を保持した状態で前記処理液に浸漬されるカセットであって、
前記カセットは、筒状体で構成されているとともに、
前記筒状体の外側に表出する外周面と、
前記筒状体の内周面に前記少なくとも１つの半導体基板を保持する保持部とを備え、
前記筒状体の筒軸方向に直交する断面において、前記外周面の周方向の一部が曲線とされ、残部が直線とされている、カセット。 - 前記筒状体の筒軸方向に直交する断面において、前記外周面における曲線は、単数又は複数設けられていて、円弧状又は弓状の曲線である、請求項１に記載のカセット。
- 少なくとも１つの前記円弧状又は弓状の曲線の曲率中心は、前記筒状体の内側に位置する、請求項２に記載のカセット。
- 少なくとも１つの前記円弧状又は弓状の曲線の曲率中心は、前記筒状体の外側に位置する、請求項２に記載のカセット。
- 前記円弧状又は弓状の曲線は複数設けられており、
前記複数の円弧状又は弓状の曲線のうちの一部の曲線の曲率中心は、前記筒状体の内側に位置し、
残りの曲線の曲率中心は、前記筒状体の外側に位置する、請求項２に記載のカセット。 - 前記筒状体の筒軸方向に直交する断面において、前記外周面は、互いに平行な２つの直線と、前記２つの直線の一端部同士及び他端部同士を連結する、曲率中心が前記筒状体の内側に位置する円弧状又は弓状の曲線とを含む形状、又は、略Ｄ字状に形成されている、請求項２又は３に記載のカセット。
- 洗浄浴槽セットであって、
少なくとも１つの半導体基板を処理液に浸漬させて超音波処理するために、前記少なくとも１つの半導体基板を保持した状態で前記処理液に浸漬される、筒状体で構成されたカセットと、
前記カセットを、前記筒状体の筒軸方向が上下方向となるように内部に配置しかつ貯留する処理液に浸漬させることが可能な洗浄浴槽とを備え、
前記カセットは、前記筒状体の外側に表出する外周面と、前記筒状体の内周面に前記少なくとも１つの半導体基板を保持する保持部とを有しており、
前記筒状体の筒軸方向に直交する断面において、前記外周面の周方向の一部が曲線とされ、残部が直線とされている、洗浄浴槽セット。
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