特開 2023-223 ハードマスクの製造方法、太陽電池の製造方法、及びイオン注入装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023000223

(43)【公開日】2023-01-04

(54)【発明の名称】ハードマスクの製造方法、太陽電池の製造方法、及びイオン注入装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/18 20060101AFI20221222BHJP

   H01J 37/317 20060101ALI20221222BHJP

【ＦＩ】

H01L31/04 440

H01J37/317 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021100918

(22)【出願日】2021-06-17

(71)【出願人】

【識別番号】000231464

【氏名又は名称】株式会社アルバック

(71)【出願人】

【識別番号】000133788

【氏名又は名称】株式会社テクニスコ

(74)【代理人】

【識別番号】100104215

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100196575

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 満

(74)【代理人】

【識別番号】100168181

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 哲平

(74)【代理人】

【識別番号】100144211

【弁理士】

【氏名又は名称】日比野 幸信

(72)【発明者】

【氏名】山口 昇

(72)【発明者】

【氏名】吉岡 豊吉

(72)【発明者】

【氏名】武安 純治

【テーマコード（参考）】

5C101

5F151

【Ｆターム（参考）】

5C101AA25

5C101BB09

5C101EE37

5C101EE69

5C101FF34

5F151AA02

5F151AA03

5F151CB12

5F151CB15

5F151CB19

5F151DA10

5F151FA06

5F151GA04

5F151GA14

5F151HA20

(57)【要約】      （修正有）

【課題】太陽電池の製造ラインにつきコスト上昇を抑えるハードマスクの製造方法、太陽電池の製造方法、及びイオン注入装置を提供する。
【解決手段】ハードマスクの製造方法では、第１主面１１と、第１主面１１とは反対側の第２主面１２とを有する板状の基体の第１主面１１に凹部１３が形成され、凹部１３に接着層を介して補強板が収容され、凹部１３とは反対側の第２主面１２に凹部１３にまで貫通する開口１５ｈを有するパターン領域部１５が形成され、凹部１３から補強板及び接着層が取り除かれる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面とを有する板状の基体の前記第１主面に凹部を形成し、
前記凹部に接着層を介して補強板を収容し、
前記凹部とは反対側の前記第２主面に前記凹部にまで貫通する開口を有するパターン領域部を形成し、
前記凹部から前記補強板及び前記接着層を取り除く
ハードマスクの製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載されたハードマスクの製造方法であって、
前記基体として、シリコン基体を用いる
ハードマスクの製造方法。

【請求項3】

請求項１または２に記載されたハードマスクの製造方法であって、
前記第２主面に前記パターン領域部を形成する前に、前記補助版と前記第１主面との面揃え加工を行う
ハードマスクの製造方法。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１つに記載されたハードマスクの製造方法であって、
前記パターン領域部をダイシングブレードによって形成する
ハードマスクの製造方法。

【請求項5】

請求項２～４のいずれか１つに記載されたハードマスクの製造方法であって、
前記シリコン基体として、結晶系シリコン基板を用いる
ハードマスクの製造方法。

【請求項6】

第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面とを有し、前記第１主面には凹部が設けられ、前記凹部とは反対側の前記第２主面に前記凹部にまで貫通する開口を有するパターン領域部が設けられたハードマスクを準備し、
結晶系シリコン基板の主面の側に前記ハードマスクを用いイオン注入法によって前記主面に形成されたシリコン層に第１導電型の不純物元素または第２導電型の不純物元素を選択的に注入する
太陽電池の製造方法。

【請求項7】

請求項６に記載された太陽電池の製造方法であって、
前記ハードマスクはシリコンで構成される
太陽電池の製造方法。

【請求項8】

請求項６または７に記載された太陽電池の製造方法であって、
前記ハードマスクを少なくとも２個準備し、
一方のハードマスクを用いて前記シリコン層に第１導電型の不純物元素を選択的に注入して、前記シリコン層に第１導電型の第１領域を形成し、
他方のハードマスクを用いて、前記第１領域が形成されていない前記シリコン層に第２導電型の不純物元素を選択的に注入して、前記シリコン層に第２導電型の第２領域を形成する
太陽電池の製造方法。

【請求項9】

請求項６～８のいずれか１つに記載された太陽電池の製造方法であって、
前記第２領域は、前記第１領域に並設され、前記第１領域と前記第２領域との間隔が５μｍ以上１００μｍ以下に設定される
太陽電池の製造方法。

【請求項10】

基板を支持することが可能な支持台と、
前記支持台に対向し、第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面とを有し、前記第１主面には凹部が設けられ、前記凹部とは反対側の前記第２主面に前記凹部にまで貫通する開口を有するパターン領域部が設けられたハードマスクと、
前記ハードマスクを介して前記基板にイオンを注入するイオン注入源と
を具備するイオン注入装置。

【請求項11】

請求項１０に記載されたイオン注入装置であって、
前記ハードマスクはシリコンで構成される
イオン注入装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ハードマスクの製造方法、太陽電池の製造方法、及びイオン注入装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、結晶系シリコンを基板とする太陽電池（以下、結晶系太陽電池とも呼ぶ）の中で、最も発電効率が改善し注目がされている構造は、パッシベーション層（passivation layer）に酸化シリコン（ＳｉＯ_ｘ）とアモルファスシリコン(ａ－Ｓｉ)層を用いるＴＯＰＣｏｎ（Tunnel Oxide Passivating Contacts）構造である。

【0003】

ＥＵＰＶＳＥＣ２０１８では、ＴＯＰＣｏｎ－ＩＢＣ（Tunnel Oxide Passivating Contact-Interdigitated Back Contact）構造と同様の構造であるＰＯＬＯ（polycrystalline silicon on oxide）－ＩＢＣにより発電効率２６．１％（ＥＵ内記録）が、ドイツ・ISFHから報告された（非特許文献１）。また、ＴＯＰＣｏｎ構造においても発電効率２６．０％がドイツ・FraunhoferISEから報告された（非特許文献２）。ＴＯＰＣｏｎ構造を採用した結晶系太陽電池に関する量産化が、中国など各国において今後、検討されている状況にある。

【0004】

ＴＯＰＣｏｎ－ＩＢＣ型太陽電池では、シリコン基板の裏面（受光面の反対側に位置する面）に、ｎ型シリコン領域とｐ型シリコン領域とが離間するように配置されている。同じシリコン層にｎ型領域とｐ型領域とが配置される構成を得るため、ＴＯＰＣｏｎ－IＢＣ型結晶系太陽電池では、成膜工程、フォトリソグラフィを用いたマスキング工程及びエッチング工程が複数回、繰り返される。また、ＴＯＰＣｏｎ構造においても受光面側の電極下部のみ選択的に高濃度にｐ層またはｎ層が形成されるため、上記同様のプロセスが用いられる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】"Laser contact openings for local poly-Si-metal contacts enabling 26.1%-efficient POLO-IBC solar cells", Solar Energy Materials and Solar Cells186(2018)184-193

【非特許文献2】"Design rules for high-efficiency both-sidescontacted silicon solar cells with balanced charge carrier transport and recombination losses", Nature energy VOL 6 April 2021 429-438

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記の局所的にｐ、ｎ層を形成する場合、若しくは局所的に高濃度にpまたはn層を製造する工程では、製造工程数が増え、製造ラインのコスト上昇を招く虞がある。また、ＴＯＰＣｏｎ－ＩＢＣでは裏面ｐ、ｎ層の間隔をアライメント精度±３０μｍ以内に位置合わせを行わなければならない。

【0007】

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、太陽電池の製造ラインにつきコスト上昇を抑えるハードマスクの製造方法、太陽電池の製造方法、及びイオン注入装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るハードマスクの製造方法では、
第１主面と、上記第１主面とは反対側の第２主面とを有する板状の基体の上記第１主面に凹部が形成され、
上記凹部に接着層を介して補強板が収容され、
上記凹部とは反対側の上記第２主面に上記凹部にまで貫通する開口を有するパターン領域部が形成され、
上記凹部から上記補強板及び上記接着層が取り除かれる。

【0009】

このようなハードマスクの製造方法によれば、太陽電池の製造ラインにつきコスト上昇を抑え、太陽電池におけるイオン注入領域を精度よく制御できる。

【0010】

上記のハードマスクの製造方法においては、上記基体として、シリコン基体が用いられてもよい。

【0011】

上記のハードマスクの製造方法においては、上記第２主面に上記パターン領域部を形成する前に、上記補助版と上記第１主面との面揃え加工を行ってもよい。

【0012】

このようなハードマスクの製造方法によれば、割れ、欠けのないハードマスクを製造できる。

【0013】

上記のハードマスクの製造方法においては、上記パターン領域部をダイシングブレードによって形成してもよい。

【0014】

このようなハードマスクの製造方法によれば、ハードマスクを低コストで製造できる。

【0015】

上記のハードマスクの製造方法においては、上記シリコン基体として、結晶系シリコン基板を用いてもよい。

【0016】

このようなハードマスクの製造方法によれば、開口パターンの幅のバラツキが小さいハードマスクを製造できる。

【0017】

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る太陽電池の製造方法では、
第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面とを有し、前記第１主面には凹部が設けられ、前記凹部とは反対側の前記第２主面に前記凹部にまで貫通する開口を有するパターン領域部が設けられたハードマスクが準備され、
結晶系シリコン基板の主面の側にハードマスクを用いイオン注入法によって上記主面に形成されたシリコン層に第１導電型の不純物元素または第２導電型の不純物元素が選択的に注入される。

【0018】

このような太陽電池の製造方法によれば、ｐ、ｎ層を選択的に注入する、もしくは１種のドーパント濃度を選択的に上げることができる。また、太陽電池の製造ラインにつきコスト上昇を抑え、太陽電池におけるイオン注入領域を精度よく制御できる。

【0019】

上記の太陽電池の製造方法においては、上記ハードマスクがシリコンで構成されてよい。

【0020】

上記の太陽電池の製造方法においては、上記ハードマスクを少なくとも２個準備し、
一方のハードマスクを用いて上記シリコン層に第１導電型の不純物元素を選択的に注入して、上記シリコン層に第１導電型の第１領域を形成し、他方のハードマスクを用いて、上記第１領域が形成されていない上記シリコン層に第２導電型の不純物元素を選択的に注入して、上記シリコン層に第２導電型の第２領域を形成してもよい。

【0021】

このような太陽電池の製造方法によれば、第１領域及び第２領域のそれぞれの幅を独立して変更可能になる。

【0022】

上記の太陽電池の製造方法においては、上記第２領域は、上記第１領域に並設され、上記第１領域と上記第２領域との間隔が５μｍ以上１００μｍに設定されてもよい。

【0023】

このような太陽電池の製造方法によれば、第１領域と第２領域との間隔の制御を精度よく制御できる。

【0024】

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るイオン注入装置は、
基板を支持することが可能な支持台と、
上記ハードマスクと、
上記ハードマスクを介して上記基板にイオンを注入するイオン注入源と
を具備する。

【0025】

このようなイオン注入装置によれば、太陽電池の製造ラインにつきコスト上昇を抑え、太陽電池におけるイオン注入領域を精度よく制御できる。

【0026】

上記のイオン注入装置においては、上記ハードマスクがシリコンで構成されてよい。

【発明の効果】

【0027】

以上述べたように、本発明によれば、太陽電池の製造ラインにつきコスト上昇を抑えるハードマスクの製造方法、太陽電池の製造方法、及びイオン注入装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本実施形態に係る太陽電池の製造方法により製造される太陽電池の概略構成図である。

【図2】本実施形態に係る太陽電池の製造方法に適用されるイオン注入装置の概略構成図である。

【図3】図（ａ）は、本実施形態に係るハードマスクの模式的平面図である。図（ｂ）、（ｃ）は、本実施形態に係るハードマスクの模式的断面図である。

【図4】本実施形態に係るハードマスクの製造過程を説明する模式的断面図である。

【図5】本実施形態に係るハードマスクの製造過程を説明する模式的断面図である。

【図6】本実施形態に係るハードマスクの製造過程を説明する模式的平面図である。

【図7】本実施形態の太陽電池の製造方法を説明する模式的断面図である。

【図8】本実施形態の太陽電池の製造方法を説明する模式的断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、ＸＹＺ軸座標が導入される場合がある。また、同一の部材または同一の機能を有する部材には同一の符号を付す場合があり、その部材を説明した後には適宜説明を省略する場合がある。また、以下に示す数値は例示であり、この例に限らない。

【0030】

［太陽電池］

【0031】

図１は、本実施形態に係る太陽電池の製造方法により製造される太陽電池の概略構成図である。

【0032】

図１に示す太陽電池１００は、ＴＯＰＣｏｎ－ＩＢＣ型結晶系太陽電池である。太陽電池１００は、ｎ型（第１導電型）の結晶系シリコン基板１１０と、シリコン層１１１と、ｎ型領域（第１領域）１１１ｎと、ｐ型領域（第２領域）１１１ｐと、保護層１１２と、保護層１２０と、ｎ側電極１３０ｎと、ｐ側電極１３０ｐとを具備する。

【0033】

ｎ型領域１１１ｎには、ｎ側電極１３０ｎが接続されている。ｐ型領域１１１ｐには、ｐ側電極１３０ｐが接続されている。ｎ側電極１３０ｎまたはｐ側電極１３０ｐは、例えば、銀（Ａｇ）,アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）等、または前記メタルの混合材の少なくともいずれかを含む。

【0034】

太陽電池１００では、受光面が結晶系シリコン基板１１０の裏面１１０ａとは反対側に位置している。例えば、結晶系シリコン基板１１０の表面１１０ｂは、太陽光を効率よく取り込むために凹凸構造（テクスチャ構造）を有する。表面１１０ｂには、表面１１０ｂの凹凸表面に沿って、太陽光の反射による光量損失を抑制するための反射防止膜としても機能する保護層１１２，１２０が設けられている。

【0035】

太陽電池１００では、結晶系シリコン基板１１０の表面１１０ｂから太陽光を受光し、表面１１０ｂとは反対側に電極構造(裏面電極構造）が設けられている。これにより、太陽電池１００では、電極が受光面にない構造となり、電極による太陽光のシャドウロスが抑制される。

【0036】

結晶系シリコン基板１１０の裏面１１０ａは、シリコン層１１１が設けられる。シリコン層１１１の厚さｄ１は、例えば、５ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。また、本実施形態では、シリコン層１１１に、ｎ型領域１１１ｎとｐ型領域１１１ｐとを形成するために非質量分離型のイオン注入法（プラズマドーピング法）が用いられる。非質量分離型のイオン注入法は、大面積に渡り不純物元素を注入することができるので、太陽電池製造におけるスループットが向上する。

【0037】

シリコン層１１１に不純物元素をイオンの状態で導入するものであれば、手法は非質量分離型のイオン注入法には限らず、質量分離型のイオン注入法などでも可能である。以下の説明では、不純物導入法の代表例として非質量分離型のイオン注入法を用いて詳述する。簡便のため、非質量分離型のイオン注入を「イオン注入」と表現することとする。次に、イオン注入を行う装置を説明する。

【0038】

［イオン注入装置］

【0039】

図２は、本実施形態に係る太陽電池の製造方法に適用されるイオン注入装置の概略構成図である。

【0040】

イオン注入装置１０００は、真空槽１００１（下側真空槽）と、真空槽１００２（上側真空槽）と、絶縁部材１００３と、支持台１００４と、ガス供給源１００５と、ハードマスク１０とを具備する。さらに、イオン注入装置１０００は、ＲＦ導入コイル１１００と、永久磁石１１０１と、ＲＦ導入窓（石英窓）１１０２と、電極１２００と、電極１２０１と、直流電源１３００と、交流電源１３０１とを具備する。

【0041】

真空槽１００２は、真空槽１００１よりも小径で、絶縁部材１００３を介して真空槽１００１上に設けられている。真空槽１００２は、ハードマスク１０を介して基板Ｓ１にイオンを注入するイオン注入源である。真空槽１００１及び真空槽１００２は、ターボ分子ポンプ等の真空排気手段により減圧状態を維持することができる。支持台１００４は、真空槽１００１内に設けられている。支持台１００４は、基板Ｓ１を支持することができる。支持台１００４内には、基板Ｓ１を加熱する加熱機構が設けられてもよい。基板Ｓ１は、太陽電池１００の製造用の半導体ウェーハ、ガラス基板等である。また、真空槽１００２内にはガス供給源１００５によってイオン注入用のガスが導入される。

【0042】

支持台１００４は、基板Ｓ１を支持することができる。基板Ｓ１は、図１に示す裏面１１０ａの側が真空槽１００２に向けて支持台１００４に配置される。基板Ｓ１と真空槽１００２との間には、ハードマスク１０が配置される。イオン注入装置１０００には、ハードマスク１０を他のハードマスクに取り換えたり、ハードマスク１０と基板Ｓ１との距離を変えるマスク移動機構（不図示）が設けられてもよい。例えば、ハードマスク１０と基板Ｓ１との距離は、０ｍｍ～５ｍｍに設定できる。

【0043】

ＲＦ導入コイル１１００は、ＲＦ導入窓１１０２上に永久磁石１１０１を囲むように配置される。永久磁石１１０１の形状は、リング状である。ＲＦ導入コイル１１００の形状は、コイル状である。ＲＦ導入コイル１１００の直径は、基板Ｓ１のサイズに応じて適宜設定できる。真空槽１００２内にイオン注入用のガスが導入されて、ＲＦ導入コイル１１００に交流電源１３０１から所定の電力が供給されると、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）放電により真空槽１００２内にプラズマ１０１０が発生する。

【0044】

電極１２００は、複数の開口を有する電極（例えば、メッシュ電極）であり、絶縁部材１００３に支持されている。電極１２００の電位は、浮遊電位である。これにより、真空槽１００２と電極１２００とによって囲まれた空間に、安定したプラズマ１０１０が発生する。

【0045】

電極１２００の下には、複数の開口を有する別の電極（例えば、メッシュ電極）１２０１が配置されている。電極１２０１は、基板Ｓ１に対向している。電極１２０１とＲＦ導入コイル１１００との間には直流電源１３００が接続され、電極１２０１には負の電位（加速電圧）が印加される。これにより、プラズマ１０１０中の正イオンが電極１２０１によってプラズマ１０１０から引き出される。

【0046】

引き出された正イオンは、メッシュ状の電極１２００、１２０１を通過して基板Ｓ１（シリコン層１１１）にまで到達することができる。イオン注入装置１０００において、正イオンの加速電圧は、例えば、１ｋＶ以上３０ｋＶ以下の範囲で設定することができる。また、支持台１００４には、加速電圧を調整できるバイアス電源を接続してもよい。

【0047】

真空槽１００２には、基板Ｓ１に注入する不純物元素（ｎ型不純物元素またはｐ型不純物元素）を含むガスが導入される。このガスによって真空槽１００２内にプラズマ１０１０が形成されて、プラズマ１０１０中のｎ型不純物イオンまたはｐ型不純物イオンが基板Ｓ１に注入される。ｎ型不純物イオンは、例えば、Ｐ、ＰＸ^＋、ＰＸ_２ ^＋、ＰＸ_３ ^＋等の少なくも１つである。ここで、「Ｘ」は、水素、ハロゲン（Ｆ、Ｃｌ）のいずれかである。ｐ型不純物イオンは、例えば、Ｂ^＋、ＢＹ^＋、ＢＹ_２ ^＋、ＢＹ_３ ^＋、Ｂ_２Ｙ_２ ^＋、Ｂ_３Ｙ_２ ^＋、Ｂ_４Ｙ_２ ^＋等の少なくも１つである。ここで、「Ｙ」は、水素、ハロゲン（Ｆ、Ｃｌ）のいずれかである。

【0048】

ｎ型領域１１１ｎの不純物元素及びｐ型領域１１１ｐの不純物元素の濃度は、ｎ型領域１１１ｎ及びｐ型領域１１１ｐの導電率が最適になるように調整される。但し、ｎ型領域１１１ｎに注入される不純物元素の濃度は、結晶系シリコン基板１１０におけるｎ型不純物元素の濃度より高く設定される。

【0049】

本実施形態では、プラズマ１０１０を形成する手段として、ＩＣＰ方式に限らず、電子サイクロトン共鳴プラズマ（Electron Cyclotron resonance Plasma）方式、ヘリコン波励起プラズマ（Helicon Wave Plasma）方式等でもよい。

【0050】

また、本実施形態では、不純物元素のシリコン層１１１への注入を行う際に、イオン注入用のガスに水素を含むガス（例えば、ＰＨ_３、ＢＨ_２等）を添加してもよい。これにより、シリコン層１１１に水素が注入されて、シリコン層１１１の構造欠陥が修復される。これにより、キャリアの構造欠陥における再結合が抑制され、ｎ型領域１１１ｎ及びｐ型領域１１１ｐに到達するキャリアの総量が増加する。これにより、光電変換効率が向上し、開放電圧（Ｖ_ｏｃ）が上昇する。

【0051】

［ハードマスク］

【0052】

図３（ａ）は、本実施形態に係るハードマスクの模式的平面図である。図３（ｂ）、（ｃ）は、本実施形態に係るハードマスクの模式的断面図である。図３（ｂ）には、図３（ａ）のＡ１－Ａ２線に沿った断面が示されている。図３（ｃ）には、図３（ａ）のＡ３－Ａ４線に沿った断面が示されている。

【0053】

ハードマスク１０は、結晶系シリコンで構成される。ハードマスク１０は、結晶系シリコンに限らず、グラファイトで構成されてもよい。以下、結晶系シリコンを例にハードマスク１０を説明する。

【0054】

ハードマスク１０の平面形状は、例えば、８角形で構成される。平面形状は、８角形に限らず、４角形、６角形等の多角形でもよい。ハードマスク１０は、主面１１（第１主面）と、主面１１とは反対側の主面１２（第２主面）と、主面１１に設けられた凹部（ザグリ）１３と、主面１２に設けられたパターン領域部１５と、パターン領域部１５及び凹部１３を囲み肉厚の周辺部１４とを有する。

【0055】

凹部１３は、主面１１から掘り下げられ、例えば、ハードマスク１０の中央部に位置する。凹部１３の平面形状は、対向する一対の長辺１３Ｌａ、１３Ｌｂと、対向する一対の短辺１３Ｓａ、１３Ｓｂとによって囲まれた矩形状となっている。凹部１３の深さは、ハードマスク１０の厚みよりも浅い。ここで、長辺１３Ｌａ、１３Ｌｂが延在する方向を第１方向、短辺１３Ｓａ、１３Ｓｂが延在する方向を第２方向とする。第１方向と第２方向とは略直交する。

【0056】

凹部１３とは反対側の主面１２には、凹部１３にまで貫通する開口１５ｈを有したパターン領域部１５が設けられる。開口１５ｈは、パターン領域部１５において複数設けられる。複数の開口１５ｈのそれぞれの線幅は、実質的に同じである。複数の開口１５ｈは、第１方向に並設される。例えば、複数の開口１５ｈのそれぞれは、第１方向に周期的に並設される。また、複数の開口１５ｈのそれぞれは、第２方向に沿って直線状に延在する。ハードマスク１０においては、複数の開口１５ｈによってライン・アンド・スペースの開口パターンが形成される。

【0057】

複数の開口１５ｈは、パターン領域部１５に、１０本～１７００本、配置される。開口１５ｈの線幅は、例えば、１０μｍ～６００μｍに設定される。複数の開口１５ｈのそれぞれが第１方向に周期的に並設された場合、開口１５ｈのピッチは、例えば、３００μｍ～４０００μｍに設定される。また、パターン領域部１５の厚み（または、開口１５ｈの深さ）は、例えば、０．２ｍｍ～１０．０ｍｍに設定され、例えば、０．４ｍｍである。

【0058】

また、複数の開口１５ｈのそれぞれは、パターン領域部１５を囲む周辺部１４に設けられた溝１５ｔａ、１５ｔｂに連通する。複数の開口１５ｈのそれぞれは、第２方向において、溝１５ｔａと溝１５ｔｂとの間に設けられる。溝１５ｔａ、１５ｔｂのそれぞれは、第２方向に延在する。溝１５ｔａは、パターン領域部１５から、長辺１３Ｌａに対向するハードマスク１０の端部１０ｅａにまで延在する。溝１５ｔｂは、パターン領域部１５から、長辺１３Ｌｂに対向するハードマスク１０の端部１０ｅｂにまで延在する。

【0059】

溝１５ｔａ、１５ｔｂは、ハードマスク１０の主面１２から主面１１にまで貫通せず、周辺部１４において有底の溝となっている。開口１５ｈ及び溝１５ｔａ、１５ｔｂの深さ、線幅は、実質的に同じである。すなわち、パターン領域部１５から任意の開口１５ｈを選択した場合、その開口１５ｈと、その開口１５ｈの両端に連通した一対の溝１５ｔａ、１５ｔｂとによって、１本の直線状のスペース溝１５ｓが形成される。また、スペース溝１５ｓは、ハードマスク１０において第１方向に複数並設される。

【0060】

図４（ａ）～図５（ｃ）は、本実施形態に係るハードマスクの製造過程を説明する模式的断面図であり、図６は、本実施形態に係るハードマスクの製造過程を説明する模式的平面図である。

【0061】

図４（ａ）に示すように、主面１１と、主面１１とは反対側の主面１２とを有する板状の基体、例えば、シリコン基体１０ｓが準備された後、シリコン基体１０ｓの主面１１に凹部１３が形成される。凹部１３が形成されたシリコン基体１０ｓの原板としては、シリコンウェーハ等の結晶系シリコン基板が用いられる。なお、シリコン基体１０ｓの平面形状は、図３（ａ）に示されたハードマスク１０の平面形状と同じである。なお、板状の基体としては、グラファイト基体を用いてもよい。

【0062】

凹部１３は、グラインド研磨、ドライエッチング、ウェットエッチング等の手法によって形成される。シリコン基体１０ｓ（結晶系シリコン基板）の厚みは、例えば、０．５ｍｍ～２０ｍｍである。凹部１３の深さは、０．２ｍｍ～１０ｍｍである。シリコン基体１０ｓに凹部１３が形成されることで、シリコン基体１０ｓには、凹部１３を囲む周辺部１４と、周辺部１４よりも肉厚が薄い領域部１５ａが形成される。領域部１５ａの厚みは、例えば、パターン領域部１５の厚みに相当する。領域部１５ａは、後述する加工によってパターン領域部１５に置き換えられる。

【0063】

次に、図４（ｂ）に示すように、凹部１３に接着層２０が配置されて、接着層２０を介して補強板３０が凹部１３に収容される。補強板３０の材料は、シリコン基体１０ｓの材料と同じである。

【0064】

ここで、周辺部１４の厚みｄ２と、主面１２から補強板３０の非接着面（露出面）３０ｓまでの厚みｄ３とが異なり、主面１１の側において周辺部１４と補強板３０との段差がある場合には、主面１２にパターン領域部を形成する前に、主面１１または非接着面３０ｓに対して研磨処理を行って、主面１１及び非接着面３０ｓの面揃え加工が行われる。

【0065】

例えば、図４（ｂ）の状態で、ｄ２＞ｄ３の場合には、図４（ｃ）に示されるように、主面１１の側のグラインド研磨を行って、ｄ２とｄ３とが略同じになるように主面１１及び非接着面３０ｓの面揃え加工が行われる。この際、補強板３０の材料と、シリコン基体１０ｓの材料とが同じであれば、どちらか一方が優先的に研磨されることがない。さらに、補強板３０の材料と、シリコン基体１０ｓの材料とが同じであれば、同じ研磨治具を使用でき、また、補強板３０の研磨材料と、シリコン基体１０ｓの研磨材料とを個別に用意する必要もない。

【0066】

次に、図４（ｄ）に示すように、補強板３０が付設されたシリコン基体１０ｓが粘着性を有した下地（ダイシングシート）４０に載置される。下地４０には、主面１１と、補強板３０とが接触する。

【0067】

次に、ダイシングブレード５０によって、図３（ａ）に示されたスペース溝１５ｓがシリコン基体１０ｓの主面１２の側に形成される。スペース溝１５ｓの深さは、少なくともパターン領域部１５の厚み分を有する。また、スペース溝１５ｓを形成する際、凹部１３には補強板３０が収容されていることから、肉薄の領域部１５ａにダイシングブレード５０が当接したとしても、領域部１５ａの機械的強度が確保される。これにより、シリコン基体１０ｓに割れ、欠けが発生することなく、シリコン基体１０ｓの主面１２の側にスペース溝１５ｓが形成される。また、周辺部１４の厚みと、主面１２から補強板３０の非接着面３０ｓまでの厚みとが略同じになっていることから、ダイシングブレード５０が主面１２に押し当てられても、周辺部１４と領域部１５ａとの間の部分に不要な応力がかからず、シリコン基体１０ｓに割れ、欠けが発生しにくくなる。

【0068】

この結果、図５（ａ）に示すように、凹部１３とは反対側の主面１２に凹部１３にまで貫通する開口１５ｈが安定して形成される。なお、スペース溝１５ｓは、複数形成され、例えば、図５（ａ）の左から右に複数形成されてもよく、右から左に複数形成されてもよい。あるいは、凹部１３の中央から先に形成し、この後、中央を始点としてその両側に対称的に形成されてもよい。

【0069】

これにより、図５（ｂ）に示すように、ダイシングブレード５０によって、パターン領域部１５が形成されたシリコン基体１０ｓが形成される。この後、図５（ｃ）に示すように、シリコン基体１０ｓがダイシングブレード５０から離され、シリコン基体１０ｓが薬液に浸漬されることによって、凹部１３から補強板３０及び接着層２０が取り除かれる。これにより、ハードマスク１０が形成される。

【0070】

なお、スペース溝１５ｓを形成する際、スペース溝１５ｓと同じ線幅の厚みを持ったダイシングブレード５０でスペース溝１５ｓを形成してもよい。この場合、１回のダイシングブレード５０の通過ごとに１本のスペース溝１５ｓが形成される。あるいは、図６に示すように、スペース溝１５ｓの線幅よりも薄いダイシングブレードを用いて、１本のスペース溝１５ｓに対し、ダイシングブレードを複数回往復させてスペース溝１５ｓを形成してもよい。

【0071】

例えば、図６に示すように、スペース溝１５ｓの線幅の３分の１程度の幅を持ったダイシングブレードを使用し、１本のスペース溝１５ｓを形成する際、スペース溝１５ｓの両側部に相当する溝部１５-１及び溝部１５-２を予め研削し、最後にスペース溝１５ｓの中央部に相当する溝部１５-３を研削してもよい。このような手法によれば、ダイシングブレードによってシリコン基体１０ｓにかかる負荷（応力）が緩和されて、割れ、欠けのないスペース溝１５ｓが形成される。このように、最終的に、目的の線幅を有したスペース溝１５ｓを形成すればよい。

【0072】

［太陽電池の製造方法］

【0073】

図７（ａ）～図８（ｂ）は、本実施形態の太陽電池の製造方法を説明する模式的断面図である。

【0074】

まず、ハードマスク１０が準備され、図７（ａ）に示すように、シリコン層１１１の主面１１１ａにハードマスク１０を対向させる。ここで、ハードマスク１０の凹部１３と反対側の主面１２を主面１１１ａに対向させる。なお、結晶系シリコン基板１１０の表面１１０ｂには、公知のテクスチャ形成技術が採用されてよい。

【0075】

次に、ハードマスク１０を用いて、イオン注入法によってシリコン層１１１にｎ型の不純物元素またはｐ型の不純物元素が選択的に注入される。

【0076】

例えば、図７（ｂ）に示すように、開口１５ｈから露出されたシリコン層１１１の主面１１１ａにｎ型不純物イオン２００ｎが選択的に注入される。ｎ型不純物イオン２００ｎは、例えば、リン（Ｐ）イオン等である。例えば、ｎ型不純物を含むガスが真空槽１００２内に導入されて、このガスによるプラズマを発生させる。そして、イオン注入法によって、ハードマスク１０を介してシリコン層１１１の主面１１１ａにｎ型不純物イオン２００ｎを照射すると、ｎ型不純物イオン２００ｎの一部がハードマスク１０の開口１５ｈを通過する。開口１５ｈを通過したｎ型不純物イオン２００ｎは、シリコン層１１１の所定領域に選択的に注入される。

【0077】

次に、図８（ａ）に示すように、ハードマスク１０を横に移動させて、開口１５ｈの位置をｐ型領域１１１ｐが形成される位置に位置させる。続いて、ｎ型不純物を含むガスがｐ型不純物を含むガスに切り換えられ、真空槽１００２内に、ｐ型不純物を含むガスによるプラズマを発生させる。そして、イオン注入法によって、ハードマスク１０を介してシリコン層１１１の主面１１１ａに、ｐ型不純物イオン２００ｐを照射すると、ｐ型不純物イオン２００ｐの一部が開口１５ｈから露出したシリコン層１１１に選択的に注入される。ｐ型不純物イオン２００ｐは、例えば、ボロン（Ｂ）イオン等である。ｐ型領域１１１ｐは、Ｙ軸方向において、シリコン層１１１のｎ型領域１１１ｎが形成されていない領域にｎ型領域１１１ｎと離間して並設される。なお、ｎ型不純物を注入するイオン注入装置と、ｐ型不純物を注入するイオン注入装置とは別に準備されてよい。この場合、ｎ型不純物の注入と、ｐ型不純物の注入とが異なるイオン注入装置で実行される。

【0078】

ｎ型領域１１１ｎとｐ型領域１１１ｐとの間隔は、５μｍ以上１００μｍ以下に設定される。これにより、ｎ型領域１１１ｎとｐ型領域１１１ｐとの間隔を上記範囲に設定できることから、ｐ側電極１３０ｐまたはｎ側電極１３０ｎの増設を図ることができる。

【0079】

次に、図８（ｂ）に示すように、結晶系シリコン基板１１０上に、保護層１１２と保護層１２０とがＣＶＤ法、スパッタリング法等によって形成される。この後、図１に示されたように、ｎ型領域１１１ｎには、ｎ型領域１１１ｎに接続されたｎ側電極１３０ｎが形成される。また、ｐ型領域１１１ｐには、ｐ型領域１１１ｐに接続されたｐ側電極１３０ｐが形成される。

【0080】

なお、ハードマスク１０においては、開口１５ｈの線幅が異なるハードマスク１０を少なくとも２個準備してもよい。この場合、一方のハードマスク１０を用いてシリコン層１１１にｎ型の不純物元素を選択的に注入して、シリコン層１１１にｎ型領域１１１ｎが形成される。また、他方のハードマスク１０を用いて、ｎ型領域１１１ｎが形成されていないシリコン層１１１にｐ型の不純物元素を選択的に注入して、シリコン層１１１にｐ型領域１１１ｐを形成する。このような手法によれば、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程を複数回繰り返すことなく、Ｙ軸方向において、幅が異なるｎ型領域１１１ｎとｐ型領域１１１ｐとをシリコン層１１１に形成することができる。

【0081】

このような製造方法によれば、裏面電極構造を形成するために、ｎ型領域１１１ｎ及びｐ型領域１１１ｐを形成するために、成膜工程、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程のそれぞれを複数回繰り返す必要がなくなり、太陽電池を製造する製造工程数がより削減する。

【0082】

また、ハードマスク１０は、フォトリソグラフィ工程及びエッチング工程のそれぞれを複数回繰り返すプロセス処理によって形成されるのでなく、ダイシングブレード５０による機械的加工で簡便に形成される。これにより、ハードマスク１０は、低コストで形成される。また、スペース溝１５ｓをレーザ加工で形成すると、スペース溝１５ｓの一部が局所的に溶解してしまう現象が起き得る。本実施形態では、ダイシングブレード５０による機械的加工を採用するため、このような現象が起きない。

【0083】

なお、太陽電池は、ＴＯＰＣｏｎ－ＩＢＣ型に限らず、ＴＯＰＣｏｎ構造においても本実施形態の製造方法が適用される。この場合、ＴＯＰＣｏｎ構造では、受光面側の電極下部に選択的に高濃度のｐ層またはｎ層が形成されるため、ＴＯＰＣｏｎ－ＩＢＣ型を用いて説明された裏面１１０ａ側のウェーハプロセスが表面１１０ｂ側のウェーハプロセスに適用される。本実施形態では、太陽電池の裏面１１０ａ及び表面１１０ｂを総括的に主面とする。

【0084】

ハードマスク１０として、材料がグラファイトで構成されたマスク（実施例１）と、結晶系シリコンで構成されたマスク（実施例２）とを用いた場合の開口１５ｈの線幅の加工精度と、イオン注入結果を以下に示す。

【0085】

【表1】

【0086】

【表2】

【0087】

表１には、ハードマスクとして、材料がグラファイトで構成された結果が示され、表２には、ハードマスクとして、材料が結晶系シリコンで構成された結果が示されている。表１、２において、開口１５ｈは、ともにダイシングブレードで形成している。これらのハードマスクを用いて結晶系シリコン基板に注入したイオンは、リン（Ｐ）である（１０Ｋｅｖ、１×１０^１６ｉｏｎｓ／ｃｍ^２）。

【0088】

また、表１に示すグラファイトマスクの開口の線幅の狙い値は、２００μｍであり、開口の本数は、９８本であり、ピッチは、１．６ｍｍである。表２に示すシリコンマスクの開口の線幅の狙い値は、２６０μｍであり、開口の本数は、１６１本であり、ピッチは、０．９６ｍｍである。また、表１、２におけるバラツキ値は、（（ｍａｘ値－ｍｉｎ値）／（ｍａｘ値＋ｍｉｎ値））×１００（％）で表される。

【0089】

表１に示すグラファイトマスクでは、開口の線幅のバラツキ値が７．７％となっている。また、このバラツキ値を有したマスクを用いて、リンを注入した領域の注入領域幅のバラツキ値は、９．７％になっている。このようなバラツキが生じる一因として、グラファイトマスクがグラファイトの多結晶で構成され、その粒子径が比較的大きいことが考えられる。

【0090】

これに対し、表２に示す結晶系シリコンマスクでは、開口の線幅のバラツキ値が０．４％となり、大幅に改善されている。また、このマスクを用いて、リンを注入した領域の注入領域幅のバラツキ値は、０．５％になっている。結晶系シリコンマスクは、シリコンの単結晶で構成されていることから、グラファイトマスクに比べ、開口の線幅のバラツキ値が極めて小さくなり、また、結晶系シリコンマスクを用いることによって、注入領域幅のバラツキ値が極めて小さい太陽電池が製造できる。

【0091】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。例えば本実施例ではＴＯＰＣｏｎ－ＩＢＣ構造について説明したが、受光面側電極下部にｎ型領域及びｐ型領域を形成するＴＯＰＣｏｎ構造においても本発明を採用することができる。各実施形態は、独立の形態とは限らず、技術的に可能な限り複合することができる。

【符号の説明】

【0092】

１０…ハードマスク
１０ｓ…シリコン基体
１０ｅａ、１０ｅｂ…端部
１１、１２…主面
１３…凹部
１３Ｌａ、１３Ｌｂ…長辺
１３Ｓａ、１３Ｓｂ…短辺
１４…周辺部
１５…パターン領域部
１５ａ…領域部
１５ｈ…開口
１５ｔ…溝
１５ｓ…スペース溝
１５-１、１５-２、１５-３…溝部
２０…接着層
３０…補強板
３０ｓ…非接着面
４０…下地
５０…ダイシングブレード
１００…太陽電池
１１０…結晶系シリコン基板
１１０ａ…裏面
１１０ｂ…表面
１１１…シリコン層
１１１ａ、１１１ｂ…主面
１１１ｎ…ｎ型領域
１１１ｐ…ｐ型領域
１１２、１２０…保護層
１３０ｐ…ｐ側電極
１３０ｎ…ｎ側電極
２００ｎ…ｎ型不純物イオン
２００ｐ…ｐ型不純物イオン
１０００…イオン注入装置
１００１、１００２…真空槽
１００３…絶縁部材
１００４…支持台
１００５…ガス供給源
１０１０…プラズマ
１１００…ＲＦ導入コイル
１１０１…永久磁石
１１０２…ＲＦ導入窓
１２００、１２０１…電極
１３００…直流電源
１３０１…交流電源
Ｓ１…基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】