KR101456842B1 - 태양 전지 제조 장치 및 태양 전지 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

양산성이 양호하여 저비용인 태양 전지 제조 장치 및 태양 전지 제조 방법을 제공한다. 대기 분위기와 진공 분위기를 전환하여 기판(S)의 출입을 가능하게 하는 로드락실(2)과, 진공 분위기에서 태양 전지용의 기판(S)에 대하여, pn 접합 형성용의 불순물의 이온을 도입하는 처리실(4)과, 로드락실(2)과 처리실(4)과의 사이에서 기판(S)을 반송하는 반송 수단(6)이 내장된 반송실(1)을 구비한다. 불순물의 이온의 도입이 이온 건(5)으로부터의 불순물의 이온의 조사로 행해지고, 이온 건(5)은 그 이온 조사면인 그리드 판(52)이 처리실(4)에 반송되어 오는 기판(S)에 대향하도록 설치된다.

Description

태양 전지 제조 장치 및 태양 전지 제조 방법{APPARATUS FOR MANUFACTURING SOLAR CELL AND METHOD FOR MANUFACTURING SOLAR CELL}
본 발명은 태양 전지 제조 장치 및 태양 전지 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 단결정 실리콘 기판 또는 다결정 실리콘 기판에, 인이나 비소 등의 불순물을 도입함으로써, pn 접합을 형성하여 태양 전지로 하는 것이 있다. 이러한 태양 전지에서는, pn 접합으로 형성된 전자 및 정공이 재결합하면, 변환 효율(발전 효율)이 저하하는 것이 일반적으로 알려져 있다. 이것으로부터 불순물의 도입 시에, 표면 전극과 접촉하는 부분에 도입되는 불순물의 농도를 그 외의 부분보다도 높게 하여 이 전극이 없는 부분에서의 이미터층을 국소적으로 고저항으로 하는 선택 이미터 구조가 제안되어 있다.
종래, 이러한 선택 이미터 구조에 있어서의 불순물의 도입은 소위, 도포 확산법(스프레이 법)으로 행해지고 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조). 이 도포 확산법에서는, 우선, n형 불순물을 유기 용제에 용해시킨 도액을 준비하고, 스핀 코터 등을 이용하여 이 도액을 p형 기판 표면에 도포한다. 그리고, 도액 중의 n형 불순물을 기판 내에 열확산시키기 위하여 어닐링 처리가 행해진다. 이것에 의해, 어닐링 처리 후의 기판 표면에는 고농도의 n+ 층이 형성되고, 이 n+ 층보다도 깊은 위치에 저농도의 n 층이 형성된다. 다음으로, 기판 표면의 표면 전극이 형성되는 영역을 마스크로 피복하고, 이 마스크로 피복되지 않는 n+ 층을 에칭에 의해 제거하여 n 층을 노출시키고, 마스크를 제거한다.
여기서, 상기 도포 확산법에서는, 기판 내에 도입하는 불순물의 농도 분포나 기판 표면으로부터의 깊이가 도액의 농도와 어닐링 처리 시간으로 제어되게 된다. 그러나, 어닐링 처리로 불순물을 열확산시키는 것에서는 처리 시간(일반적으로, 925 ℃의 어닐링 온도에서 30분)이 길어지고, 게다가, 처리해야 할 기판 상호 간에서, 기판 표면으로부터의 불순물의 깊이를 고정밀도로 제어하는 것이 곤란하다.
또한, 스핀 코팅 등에 의해 기판에 도액을 도포할 때에 도액의 습윤성을 향상시킬 필요가 있다. 이 때문에, 도액의 도포에 앞서서 기판 표면의 자연 산화막을 미리 제거하는 공정이 필요하게 되어, 처리 공정이 증가한다. 게다가, 도액을 도포할 때에 도액의 일부가 기판 측면까지 돌아 들어가기 때문에, 기판의 주변부를 절단하는 에지 커팅을 행하는 공정도 필요하게 된다. 그 결과, 불순물의 도입에 도포 확산법을 이용한 것에서는, 처리 공정이 많은 한편, 처리 시간도 길어서, 태양 전지 제조의 양산성이 나쁘다고 하는 하는 문제가 있다.
다른 한편으로, 선택 이미터 구조에 있어서의 불순물의 도입에, 반도체 디바이스의 제조에 이용되고 있는 이온 주입 장치를 이용하는 것도 제안되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 2 참조). 그러나, 상기 이온 주입 장치는 통상적으로, 이온 원에서 다수 종류의 이온을 발생시키고, 질량 분리기에 의해 이 다수 종류의 이온 중으로부터 필요한 이온을 분리하고, 가속기에 의해 가속함으로써, 소정의 주입 에너지로 제어하여 이온 빔을 기판에 조사하는 것이다. 이 때문에, 부품 개수가 많아서 고가이다. 또한, 이온 빔을 기판 표면에 대하여 X, Y 방향으로 주사시켜서 소정의 이온을 주입하기 위하여, 그 처리 시간이 길어지고, 스루풋(throughput)을 향상시켜서 양산성을 향상시키기 위해서는 한계가 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특개평7-131043호 공보
특허 문헌 2 : 미국 특허 제4,353,160호 명세서
본 발명은 이상의 점을 고려하여, 양산성이 양호하여 저비용의 태양 전지 제조 장치 및 태양 전지 제조 방법을 제공하는 것을 그 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 태양 전지 제조 장치는, 대기 분위기와 진공 분위기를 전환하여 기판의 출입을 가능하게 하는 로드락실과, 진공 분위에서 태양 전지 용의 기판에 대하여, pn 접합 형성용의 불순물의 이온을 도입하는 처리실과, 로드락실과 처리실과의 사이에서 기판을 반송하는 반송 수단이 내장된 반송실을 구비하고, 상기 불순물의 이온의 도입이 이온 건(ion gun)으로부터의 불순물의 이온의 조사로 행해지고, 이온 건은 그 이온 조사면이 처리실에 반송되어 가는 기판에 대향하도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 이온 건의 이온 조사면에 대향하는 위치에 기판을 반송하고, 이온 건에 의해 기판에 대하여 불순물의 이온을 조사함으로써 기판 내에 불순물이 도입된다. 이때, 기판에 대하여 대략 직교하는 방향으로부터 불순물의 이온을 조사하는 구성을 채용함으로써, 채널링 현상에 의해 기판 표면으로부터 임의의 깊은 위치까지 불순물의 이온을 도입할 수 있다. 이 때문에, 도포 확산법을 이용하는 경우보다도 공정 수가 적고, 또한, 기판 내에 도입한 불순물을 열확산시키는 어닐링 처리가 불필요하게 되어 양산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 불순물의 이온을 도입할 때에 질량 분리기나 가속기 등은 불필요하게 되어 저비용화를 꾀할 수 있다.
본 발명에서는, 이온 조사면으로부터 기판으로 향하는 측을 하측으로 하여, 이온 건은 불순물의 이온을 포함하는 플라즈마를 발생할 수 있는 플라즈마 발생실과, 이 플라즈마 발생실의 하단부에 설치되어 이온 조사면을 구성하는 그리드 판을 구비하고, 이 그리드 판에 복수의 관통구멍이 형성되고, 이 관통구멍이 형성된 영역은 기판 면적보다 크고, 이 그리드 판을 소정 전압으로 유지하여 플라즈마 발생실 내에 발생시킨 플라즈마 중의 불순물의 이온이 각 관통구멍을 통하여 하방으로 인출되도록 구성하는 것이 바람직하다.
이것에 의하면, 그리드 판에 인가하는 전압을 제어하는 것만으로, 기판 내에서의 불순물의 깊이나 농도를 고정밀도로 제어할 수 있다. 게다가, 그리드 판의 관통구멍이 형성된 영역을 기판 면적보다도 크게 하여 기판 전면에 걸쳐 균일하게 불순물의 이온이 조사되기 때문에, 기판 표면에 대하여 이온 빔을 주사하는 것과 비교하여 처리 시간을 짧게 할 수 있고, 게다가, 더욱 저비용화를 꾀할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 이온 조사면과 기판과의 사이에 위치하여 기판을 국소적으로 차폐하는 마스크와, 이 마스크를 이온 조사면과 기판과의 사이의 차폐 위치에 진퇴 가능하게 이송하는 이송 수단을 더 구비하는 것이 바람직하다. 이것에 의하면, 마스크를 적절하게 진퇴시키는 것만으로, 기판에 대하여 국소적인 불순물의 이온의 도입이 가능하게 되어, 선택 이미터 구조에서의 불순물의 도입에 특히 유리하게 된다. 이때, 기판 표면에 마스크를 형성하거나, 이 마스크를 제거하거나 하는 등의 공정이 불필요하게 되어, 양산성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 반송 수단은 이온 조사면에 평행한 동일 평면에서 회전 가능하고, 원주 방향으로 소정 간격으로 복수 매의 기판을 보호지지할 수 있는 기판용의 회전 테이블이며, 상기 이송 수단은 기판용의 회전 테이블 상에서 이 기판용의 회전 테이블의 회전 중심을 중심으로 하여 회전 가능하고, 원주 방향으로 소정 간격으로 복수 매의 마스크를 보호지지할 수 있는 마스크용의 회전 테이블로 하면 좋다. 이것에 의해, 기판에 대하여 마스크를 진퇴하는 구성을 실현할 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 태양 전지 제조 방법은 태양 전지 용의 기판에 대하여, 이 기판에 대향 배치된 이온 건의 이온 조사면으로부터, P, As, Sb, Bi, B, Al, Ga 및 In 중으로부터 선택된 불순물의 이온을 조사하는 이온 조사 처리 공정과, 이온 조사 처리 공정에 의해 기판 내에 생긴 결함을 어닐링 처리로 복구하는 결함 복구 공정과, 이 어닐링 처리에 의해 불순물을 확산시키는 불순물 확산 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 본 발명에서, 기판에는 불순물의 이온이 조사되는 면에 텍스처(texture) 구조를 갖는 것이 포함된다.
본 발명에 의하면, 채널링 현상에 의해 기판 표면으로부터 임의의 깊은 위치까지 불순물의 이온이 도입되기 때문에, 더욱 저에너지로 주입이 가능하다. 이것에 의해, 결함 복구(즉, 재결정화)용의 어닐링 처리는 짧게 완료되고, 또한, 상기 종래의 예와 같이, 불순물을 확산시키기 위한 어닐링 처리가 짧아져서 태양 전지의 양산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태의 태양 전지 제조 장치의 구성을 개략적으로 설명하는 단면도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따른 단면도이다.
도 3의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 태양 전지 제조 방법에 의한 선택 이미터 구조의 태양 전지의 제조 공정을 설명하는 도면이다.
도 4의 (a) 내지 (c)는 그리드 판으로의 인가 전압을 변화시켜서 불순물 도입하였을 때의 농도 분포 및 깊이를 설명하는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여, 기판(S)으로서 단결정 혹은 다결정 실리콘 기판을 이용하고, 이 기판(S)에 인 또는 붕소를 도입하여 선택 이미터 구조의 태양 전지를 제조하는 경우를 예로 들어, 본 발명의 실시 형태의 태양 전지 제조 장치 및 태양 전지 제조 방법을 설명한다. 이하에서는, 후술하는 이온 건의 이온 조사면으로부터 기판으로 향하는 측을 하측(도 2 중의 하측 방향)으로 하여 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하여, M은 본 발명의 실시 형태의 태양 전지 제조 장치이며, 태양 전지 제조 장치(M)는 대략 직방체의 형상을 갖는 중앙의 반송실(1)과, 그 주위에 게이트 밸브(V)를 개입시켜서 설치된 로드락실(2) 및 어닐링실(3)을 구비한다. 반송실(1)에는, 도시를 생략한 진공 펌프와 통하는 배기관(11)이 접속되고, 소정 진공압으로 진공 배기하여 유지될 수 있다. 반송실(1) 내의 로드락실(2)에 대향하는 위치에는, 처리실(4)을 정의하는 칸막이 판(41)이 배치되어 있다. 칸막이 판(41)의 하단은, 후술하는 마스크용의 회전 테이블 표면 근처까지 연장되어 있다. 그리고, 이 처리실(4)을 향하도록 반송실(1)의 상면에는 이온 건(5)이 설치되어 있다.
이온 건(5)은 바닥을 갖는 통 모양의 이온 건 본체(51)와, 이 이온 건 본체(51)의 하단 개구에 장착되어 이온 조사면을 이루는 그리드 판(52)으로 구성되고, 이온 건 본체(51) 및 그리드 판(52)에 의해 둘러싸인 내부 공간이 플라즈마 발생실(50)을 구성한다. 이온 건 본체(51)는 칸막이 판(41)으로 구획된 영역에서 반송실 상면(12)에 형성된 개구(12a)로 그 상방으로부터 삽입 설치되고, 바닥 판(51a)에 형성한 플랜지(51b)가 개구(12a)의 주변부에 걸림으로써 매달아 설치되어 있다. 이온 건 본체(51)의 바닥 판(51a) 상에는, 플라즈마 발생실(50) 내에 자속선을 형성하는 영구 자석(53)이 배치되고, 영구 자석(53) 상에는 고주파 안테나(54)가 설치되어 있다. 그리고, 고주파 안테나(54)가 매칭 박스(55)를 개입시켜서 고주파 전원(56)에 접속되어 있다.
이온 건 본체(51)에는, 인을 포함하는 가스를 도입하는 가스 도입관(57)이 접속되고, 이 가스 도입관(57)의 타단이 매스 플로우 컨트롤러를 개입시켜서, 인을 포함하는 가스를 저장한 가스원과 연통하고 있다. 인을 포함하는 가스로서는, PH3, PF3, PF5, PCl3, PCl5, POCl3 등이 열거될 수 있다. 또한, 기판에 도입하고자 하는 불순물은 기판에 따라 적절하게 선택되고, 인을 포함하는 가스 외에, As를 포함하는 가스(AsH3, AsF3, AsF5, AsCl3, AsCl5 등), 주기율표의 V족에 속하는 Sb 또는 Bi를 포함하는 가스, B를 포함하는 가스(B2H6, BF3, BCl3, BBr3 등)이나, 주기율표의 III족에 속하는 Al, Ga, In을 포함하는 가스 등이 이용된다. 또한, 가스의 공급 방법은 상기한 것으로 한정되는 것이 아니라, 인 등의 불순물을 포함하는 액체 시료 또는 고체 시료를 기화시키고, 이 기화시킨 것을 가스 도입관(57)을 개입시켜서 플라즈마 발생실(50)로 공급하도록 하여도 좋다.
다른 한편으로, 그리드 판(52)은 C(카본), Al(알루미늄), Si(실리콘), CN(질화카본), SUS 등의 도전성을 갖는 재료의 판으로 이루어지고, 그 표면에는, 복수의 관통구멍(52a)이 형성되어 있다. 이 경우, 관통구멍(52a)의 직경, 형성하는 개수나 관통구멍(52) 상호 간의 간격은 도입하는 불순물에 따라 적절하게 선택된다. 그리고, 관통구멍(52a)이 형성된 영역은 기판(S) 면적보다도 커지도록 치수가 정해지고, 또한, 그리드 판(52)은 이온 인출용의 전원(도시 생략)에 접속되고, 소정 전위가 인가되도록 되어 있다. 이것에 의해, 가스 도입관(57)을 개입시켜서 플라즈마 발생실(50) 내에 소정의 가스를 도입하여 고주파 안테나(54)에 소정의 고주파 전력을 인가함으로써, 플라즈마 발생실(50) 내에 ISM(Inductive Super Magnetron) 방식으로 플라즈마가 발생한다. 그리고, 그리드 판(52)에 소정 전위를 부여함으로써, 플라즈마 중의 인 이온이 그리드 판(52)의 관통구멍(52a)을 개입시켜서 하방으로 인출된다.
반송실(1) 내에는, 그리드 판(52)에 평행한 동일 면적으로 회전 가능한 기판용의 회전 테이블(반송 수단)(6)이 설치되어 있다. 기판용의 회전 테이블(6) 상에는 원주 방향으로 90도 간격으로 기판 보호지지 수단(61)이 설치되어 있다. 기판 보호지지 수단(61)은 양 및 음의 전극을 구비한 정전기 척으로 구성되고, 정전기력으로 기판을 흡착하여 보호지지한다. 기판용의 회전 테이블(6)의 하면 중앙에는, 도시를 생략한 서보 모터 등의 구동원으로부터의 중공(hollow)의 회전축(62)이 연결되어 있다. 그리고, 구동원에 의해 회전 테이블(6)이 90도씩 간헐적으로 회전 구동되는 것에 의해, 기판 보호지지 수단(61)으로 보호지지된 기판이 로드락실(2)에 대향하는 로드(load)/언로드(unload) 위치와, 후술하는 얼라인먼트(alignment) 위치와, 이온 건(5)으로부터의 이온을 조사하는 이온 조사 위치와, 어닐링실에 대향하는 어닐링실 반송 위치와의 사이에서 이송된다.
기판용의 회전 테이블(6)의 상에는 마스크용의 회전 테이블(7)(이송 수단)이 설치되어 있다. 회전 테이블(7)에는, 원주 방향으로 90도 간격으로 원형 개구(71)가 형성되어 있다. 원형 개구(71)는 기판(S)의 면적보다 커지도록 치수가 정해지고, 각 원형 개구(71)에는, 이 원형 개구(71)의 윤곽과 일치하는 윤곽을 구비한 마스크(8)를 떨어뜨려 넣어 세트(set)할 수 있도록 되어 있다. 마스크용의 회전 테이블(7)의 하면 중앙에는, 도시를 생략한 서보 모터 등의 구동원으로부터의 회전축(72)이 회전축(62)과 동심으로 연결되어 있다. 그리고, 구동원에 의해 마스크용의 회전 테이블(7)이 기판용의 회전 테이블(6)의 회전 중심을 중심으로 하여 간헐적으로 회전 구동되는 것에 의해, 상기 기판용의 회전 테이블(6)과 마찬가지로, 원형 개구(71)에 세트된 마스크(8)가 로드/언로드 위치와, 얼라인먼트 위치와, 이온 조사 위치와, 어닐링실 반송 위치와의 사이에서 이송된다.
여기서, 마스크(8)로서는, 실리콘으로 만들어진 판(81) 상에, 알루미나 등의 차폐막(82)을 스퍼터링 등에 의해 소정 막 두께로 성막하고, 다음으로, 이 차폐막(82)에, 선택 이미터 구조에 따라 에칭 등에 의해 소정 간격으로 라인 모양의 개구(83)를 설치함과 동시에, 이 개구(83)와 통하는 관통구멍(84)을 판(81)에 설치한 것이 이용된다. 그리고, 이 마스크(8)가 회전 테이블(7)의 4개의 개구(71) 중에서 서로 대향하는 2개소에만 세트되어, 이온 조사 위치에서 마스크 있음, 없음의 어느 하나의 상태를 선택할 수 있다. 이것에 의해, 그리드 판(52)과 기판(S)과의 사이에 위치하여 기판(S)을 국소적으로 차폐하는 차폐 위치로 마스크(8)가 진퇴 가능하게 된다.
반송실(1) 내에는, 마스크(8)의 개구(83) 너머에 기판(S)을 촬상하는 CCD 카메라 등의 촬상 수단(9)이 설치되고, 촬상 수단(9)에 따라 기판 및 마스크용의 두 테이블(6, 7)이 정지하는 위치가 얼라인먼트 위치로 된다. 이 얼라인먼트 위치에서는, 촬상 수단(9)에 의해 기판(S)이 마스크(8)의 개구(83) 너머에 촬상되어, 이 촬상된 화상이 데이터 처리되어 기판(S)에 대한 마스크(8)의 위치의 보정량이 산출된다. 그리고, 예를 들어, 마스크용의 회전 테이블(7)을 원주 방향으로 회전시켜서 기판(S)에 대하여 마스크(8)가 얼라인먼트 된다. 또한, 마스크(8)의 얼라인먼트 방법은 상기한 것으로 한정되는 것이 아니라, 공지의 기판 얼라인먼트 방법을 이용할 수 있다.
또한, 로드락실(2)에는, 도시를 생략한 진공 펌프와 통하는 배기관이 접속되고, 소정 진공압으로 진공 배기하여 유지될 수 있다. 또한, 로드락실(2) 내에는, 기판(2)을 임시로 놓을 수 있는 스테이지(21)가 설치되어 있다. 그리고, 대기압 하에서 기판(S)을 로드락실(2)에 반송하고, 이 로드락실(2)을 진공 배기한 후, 로드락실(2)과 회전 테이블(6)의 사이에 설치한 반송 로봇(R1)에 의해, 스테이지(21)와 회전 테이블(6)과의 사이에서 기판(S)의 주고받기가 행해진다. 이 경우, 반송 로봇(R1)으로서는, 예를 들어, 다관절 방식이며, 그 선단에 기판(S)을 비접촉으로 보호지지할 수 있는 베르누이 척(C)을 갖는 것이 이용된다.
어닐링실(3)은 로드락실(2)과 마찬가지로, 도시를 생략한 진공 펌프와 통하는 배기관이 접속되고, 소정 진공압으로 진공 배기하여 유지될 수 있다. 또한, 어닐링실(3) 내에는, 기판(S)을 얹어놓는 스테이지(31)와, 기판(S)을 가열하는 램프 등의 가열 수단이 설치되어 있다. 그리고, 어닐링실(3)과 회전 테이블(6)과의 사이에 설치한 반송 로봇(R2)에 의해, 기판(S)의 주고받기가 행해지고, 인 이온의 조사에 의해 기판(S)에 생긴 결함을 복구하는(즉, 재결정화 하는) 어닐링 처리가 행해진다. 반송 로봇(R2)도 또한, 상기 반송 로봇(R1)과 마찬가지로, 예를 들어, 다관절 방식의 것이며, 그 선단에 기판(S)을 비접촉으로 보호지지할 수 있는 베르누이 척(C)을 가진다.
이하, 도 3을 참조하여, 상기 실시 형태의 태양 전지 제조 장치(M)를 이용하여 선택 이미터 구조의 태양 전지를 제조하는 경우를 예로 들어 본 실시 형태의 태양 전지 제조 방법을 설명한다.
우선, 마스크용의 회전 테이블(7)의 상호간에 대향하는 개구(71)에 2매의 마스크(8)를 세트한 후, 게이트 밸브(V)를 닫아서 반송실(1)을 진공 배기한다. 이것과 동시에, 어닐링실(3)도 진공 배기한다. 이 경우, 얼라인먼트 위치에는 마스크(8)가 없는 상태로 한다. 다음으로, p형 단결정 실리콘 기판인 3매의 기판(S)을 대기압 하의 로드락실(2)에 투입한 후, 로드락실(2) 내부를 진공 배기한다.
각 실(1, 2, 3)이 소정 진공도에 도달하면, 1매째의 기판(S)(이하 「기판(S1)」이라 함)을 반송 로봇(R1)에 의해 꺼내고, 회전 테이블(6) 상(로드/언로드 위치)에 이송하고, 회전 테이블(6)을 회전 구동하여 기판(S1)을 얼라인먼트 위치에 이송한다. 그리고, 촬상 수단(9)에 의해 기판(S1)이 촬상되고, 이 촬상된 화상이 데이터 처리되어 기판(S1)에 대한 마스크(8)의 위치의 보정량이 산출된다. 그리고, 마스크용의 회전 테이블(7)을 원주 방향으로 회전시켜서 마스크(8)가 얼라인먼트 된다. 또한, 이 얼라인먼트 작업 중에, 2매째의 기판(S)(이하, 「기판(S2)」이라고 함)이 반송 로봇(R1)에 의해 로드/언로드 위치에 반송된다.
기판(S1)에 대한 마스크(8)의 얼라인먼트가 종료되면, 회전 테이블(6, 7)이 동기하여 동일 회전각만큼 회전 구동되고, 이온 조사 위치에 기판(S1) 및 마스크(8)가 이송된다. 그리고, 기판(S1)에 대하여 마스크(8)를 통한 인 이온의 도입(이온 조사 처리)가 행해진다. 여기서, 플라즈마 발생실(50) 내에 도입하는 가스 로서 인을 포함하는 PH3(포스핀)을 이용하는 경우, 이온 조사의 조건은, 가스 유량이 0.1 ~ 20 sccm, 안테나(54)에 투입하는 교류 전력은, 주파수 13.56 MHz의 고주파 전력을 20 ~ 1000 W, 그리드 판(52)에 인가하는 전압은 30 kV로 설정되고, 조사 시간은 0.1 ~ 3.0 sec로 설정된다. 이것에 의해, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 마스크(8)의 개구(83) 및 관통구멍(84)을 지나서 기판(S1)의 전극 형성 영역에 인 이온이 도입되어 n+ 층(101)이 형성된다.
상기한 바와 같이 기판(S1)에 n+ 층(101)이 형성되면, 마스크용의 회전 테이블(7)만을 회전시켜서 이온 조사 위치에 존재하는 기판(S1)과 그리드 판(52)과의 사이에 마스크가 없는 상태로 한다. 그리고, 기판(S1)의 전면에 걸쳐 균일하게 인 이온을 조사한다. 이 경우, 그리드 판(52)으로의 인가 전압이 5 kV ~ 10 kV, 이온 조사 시간이 0.1 ~ 3.0 sec로 변경된다. 이것에 의해, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 기판(S1)의 얕은 위치에 n 층(102)이 형성된다.
상기한 바와 같이 기판(S1)으로의 n 층(102)의 형성 중에, 얼라인먼트 위치까지 이송되어 온 기판(S2)에 대하여, 상기와 마찬가지로, 기판(S2)에 대한 마스크(8)의 얼라인먼트를 행한다. 그리고, 기판(S1)으로의 n 층(102)의 형성 후, 회전 테이블(6, 7)을 동기하여 회전 구동하고, 이온 조사 위치에 기판(S2) 및 마스크(8)를 이송하고, 상기와 마찬가지로 이온 조사가 행해진다. 다른 한편으로, 어닐링 위치에 도달한 기판(S1)은 반송 로봇(R2)에 의해 어닐링실(3) 내에 이송되어 어닐링 처리가 행해진다. 이 경우, 예를 들어, 기판 온도를 900 ℃, 처리 시간을 2 분간으로 설정한 어닐링 처리가 행해진다. 이것에 의해, 이온 조사에 의해 기판(S1)에 생긴 결함이 복구된다(즉, 재결정화된다). 또한, 상기 처리 중에, 3매째의 기판(S)(이하, 「기판(S3)」이라고 함)이 반송 로봇(R1)에 의해 로드/언로드 위치에 반송된다.
제 1 및 제 2 각 기판(S1, S2)으로의 이온 조사 처리 및 어닐링 처리가 종료되면, 기판용의 회전 테이블(6)이 회전 구동되고, 최초의 기판(S1)이 로드/언로드 위치에 도달하면, 반송 로봇(R1)에 의해 기판(S1)은 로드락실(2)로 복귀된다. 그리고, 로드락실(2)을 대기 분위기로 한 후, 처리를 완료한 기판(S1)이 꺼내짐과 동시에, 처리 전의 다른 기판이 투입된다. 이후, 상기 순서를 반복하여, 기판(S)이 처리된다. 또한, 로드락실(2)로부터 꺼내진 기판(S1)에는, 공지의 스크린 프린트법을 이용하여 Ag로 이루어진 표면 전극(103), 이 기판(S1)의 이면에 Al로 이루어진 이면 전극(104)을 각각 형성함으로써, 도 3의 (c)에 도시한 바와 같은 선택 이미터 구조의 태양 전지가 얻어진다.
다음으로, 상기 태양 전지 제조 장치(M)에서, 그리드 판(52)으로의 인가 전압을 변화시킨 경우의 불순물의 이온의 농도 분포 및 깊이의 변화를 확인하는 실험을 행하였다.
처리해야 할 기판(S)을 n형 결정 실리콘 기판으로 하고, 이 기판(S) 내에 도입하는 불순물의 이온을 붕소 이온으로 하였다. 그리고, 그리드 판(52)으로의 인가 전압을 30 kV, 20 kV, 10 kV로 설정하고, 붕소 이온의 에너지(keV) 및 도우즈량(atoms/cm2)을, 30 keV, 2.0 x 1016(발명 1), 20 keV, 1.8 x 1015(발명 2), 10 keV, 1.2 x 1015(발명 3)로 하였다. 도 4의 (a) 내지 (c)는 발명 1 내지 발명 3의 조건으로 붕소 이온을 조사하였을 때의 SIMS 분석 결과이다. 이것에 의하면, 그리드 판(52)의 인가 전압을 변화시키면, 기판 내에서의 붕소 이온의 농도 분포 및 깊이를 제어할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 시트 저항값이 26.9 Ω(발명 1), 시트 60.2 Ω(발명 2), 104.1 Ω(발명 3)으로 변화하고 있음으로써, 그리드 판(52)의 인가 전압에 의해 시트 저항값도 제어할 수 있음을 알 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 상기 실시 형태에 의하면, 기판(S)에 대하여 대략 직교하는 방향으로부터 인 이온이 조사되도록 하였기 때문에, 채널링 현상에 의해 기판 표면으로부터 임의의 깊은 위치까지 인 이온을 도입할 수 있다. 이 때문에, 상기 종래의 예의 도포 확산법과 비교하여 제조 공정 수를 적게 할 수 있고, 또한, 기판(S) 내에 도입한 인을 열확산시키는 어닐링 처리 시간이 짧아져서 양산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 인 이온을 도입할 때에 질량 분리기나 가속기 등은 불필요하게 되어 저비용화를 꾀할 수 있다.
또한, 인 이온을 도입할 때에, 그리드 판(52)에 인가하는 전압을 제어하는 것만으로, 기판(S) 내에서의 인의 깊이나 농도를 고정밀도로 제어할 수 있고, 게다가, 그리드 판(52)의 관통구멍(52a)이 형성된 영역을 기판 면적보다도 크게 하여 기판 전면에 걸쳐서 균일하게 인 이온이 조사되기 때문에, 기판 표면에 대하여 이온 빔을 주사하는 것과 비교하여 처리 시간을 짧게 할 수 있고, 게다가, 더욱 저비용화를 꾀할 수 있다. 또한, 마스크용의 회전 테이블(7)을 회전시키는 것만으로 기판(S)에 대하여 국소적인 인 이온의 도입이 가능하게 되어, 선택 이미터 구조에서의 인의 도입에 특히 유리하게 된다. 게다가, 기판 표면에 마스크를 형성하거나, 이 마스크를 제거하거나 하는 등의 공정이 불필요하게 되어, 양산성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시 형태에서는, 선택 이미터 구조를 갖는 태양 전지의 제조를 예로 들어 설명하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 이면 컨택을 형성하는 n층, p층으로의 주입 등의 태양 전지 제조 공정에서 불순물을 도입하는 것에 넓게 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 중앙의 반송실(1)의 주위에 로드락실(2) 등을 설치하고, 회전 테이블(6)을 간헐 구동하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니고, 동일 선 상을 기판(S)이 반송되도록 하고, 그 반송 경로 중에, 불순물 도입을 행하는 처리실이나 어닐링실을 설치하여도 좋다. 또한, 처리실(4)을 반송실(1) 내에 설치한 예에 대하여 설명하였지만, 처리실(4)을 반송실(1)과는 별도로 구성할 수 있고, 또한, 플라즈마 발생실(50) 내에 플라즈마를 발생시키는 방식은 ISM 방식으로 한정되는 것이 아니라, ICP 방식이나 필라멘트 아크 방식이어도 좋다. 또한, 이온 조사 위치에서 회전 테이블(6, 7)을 정지하고, 이 상태에서 불순물 도입을 행하는 경우를 예로 설명하였지만, 더욱 양산성을 향상시키기 위하여, 회전 테이블(6, 7)을 일정 속도로 회전시키면서, 이온 조사하는 것도 할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 회전 테이블(6, 7)을 이용하여 기판(S) 및 마스크(8)를 이송하는 것을 예로 들어 설명하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 회전축의 선단에 마스크 플레이트를 접속하고, 이 회전축을 회전시켜서 기판에 대하여 마스크를 진퇴하는 구성으로 하여도 좋다.
상기 실시 형태에서는, 결정 실리콘 기판 내에 인 이온을 도입하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, GaAs 기판, CdS 기판, CdTe 기판, CuInSe2 기판 등의 화합물 반도체 기판이나 유기 반도체 기판 내에 불순물의 이온을 도입하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.
상기 실시 형태에서는, 이온 조사 처리와 어닐링 처리를 동일한 태양 전지 제조 장치에서 행하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 이온 조사 처리와 어닐링 처리를 별도의 제조 장치에서 행하도록 하여도 좋다. 다만, 동일한 제조 장치 내에서 두 처리를 연속하여 행함으로써, 높은 양산성이 얻어진다. 또한, 선택 이미터 구조를 제조하는 경우, 2회의 이온 조사 후에 어닐링 처릴르 행하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 각 이온 조사 후에 어닐링 처리를 행하도록 하여도 좋다.
1 : 반송실 2 : 로드락실
4 : 처리실 5 : 이온 건
6 : 기판용의 회전 테이블
7 : 마스크용의 회전 테이블
8 : 마스크 50 : 플라즈마 발생실
52 : 그리드 판

Claims (5)

  1. 대기 분위기와 진공 분위기를 전환하여 기판의 출입을 가능하게 하는 로드락실과, 진공 분위기에서 태양 전지용의 기판에 대하여, pn 접합 형성용의 불순물의 이온을 도입하는 처리실과, 로드락실과 처리실과의 사이에서 기판을 반송하는 반송 수단이 내장된 반송실을 구비하고, 상기 불순물의 이온의 도입이 이온 건으로부터의 불순물의 이온의 조사로 행해지고, 이온 건은 그 이온 조사면이 처리실에 반송되어 오는 기판에 대향하도록 설치되고,
    상기 이온 조사면과 기판과의 사이에 위치하여 기판을 국소적으로 차폐하는 마스크와, 이 마스크를 이온 조사면과 기판과의 사이의 차폐 위치에 진퇴 가능하게 이송하는 이송 수단을 더 구비하고,
    상기 반송 수단은 이온 조사면에 평행한 동일 평면에서 회전 가능하고, 원주 방향으로 소정 간격으로 복수 매의 기판을 보호지지할 수 있는 기판용의 회전 테이블이고, 상기 이송 수단은 기판용의 회전 테이블 상에서 이 기판용의 회전 테이블의 회전 중심을 중심으로 하여 회전 가능하고, 원주 방향으로 소정 간격으로 복수 매의 마스크를 보호지지할 수 있는 마스크용의 회전 테이블인 것을 특징으로 하는 태양 전지 제조 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이온 조사면으로부터 기판을 향하는 측을 하측으로 하여, 이 이온 건은, 불순물의 이온을 포함하는 플라즈마를 발생할 수 있는 플라즈마 발생실과, 이 플라즈마 발생실의 하단부에 설치되어 이온 조사면을 구성하는 그리드 판을 구비하고, 이 그리드 판에 복수의 관통구멍이 형성되고, 이 관통구멍이 형성된 영역은 기판 면적보다 크고, 이 그리드 판을 소정 전압으로 유지하여 플라즈마 발생실 내에 발생시킨 플라즈마 중의 불순물의 이온이 각 관통구멍을 통하여 하방으로 인출되도록 구성한 것을 특징으로 하는 태양 전지 제조 장치.
  3. 텍스처 구조를 갖는 태양 전지용의 기판에 대하여, 이 기판에 대향 배치된 이온 건의 이온 조사면으로부터, P, As, Sb, Bi, B, Al, Ga 및 In 중으로부터 선택된 불순물의 이온을 조사하는 이온 조사 처리 공정과, 이온 조사 처리 공정에 의해 기판 내에 생긴 결함을 어닐링 처리로 복구하는 결함 복구 공정과, 이 어닐링 처리에 의해 불순물을 확산시키는 불순물 확산 공정을 포함하고,
    상기 이온 조사 처리 공정은 이온 조사면에 평행한 동일 평면에서 회전 가능한 기판용의 회전 테이블에 의해 원주 방향으로 소정 간격으로 복수 매의 기판을 보호지지하고, 이온 조사면과 기판과의 사이에 기판을 국소적으로 차폐하는 마스크를 이송하고, 이 마스크를 이용하여 기판의 소정 개소에 이온을 조사하는 공정이고,
    상기 마스크를 이송하는 이송수단은, 기판용의 회전 테이블에서 이 기판용의 회전 테이블의 회전 중심을 중심으로 하여 회전 가능하고, 원주 방향으로 소정 간격으로 복수 매의 마스크를 보호지지할 수 있는 마스크용의 회전 테이블인 것을 특징으로 하는 태양 전지의 제조 방법.
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