CN101861640A - 基板处理方法以及用该方法进行处理而形成的基板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可减少工序的数量并在基板表面上形成凹凸结构的基板处理方法。在本发明的基板处理方法中，在基板(10)的表面(10s)上分散粒子(11)，以粒子为掩膜对基板的表面进行蚀刻处理并在基板的表面上形成凹凸结构，与此同时，通过上述蚀刻处理除去掩膜(11)。若采用上述基板处理方法，不需要在形成凹凸结构(12)后再从基板表面(10s)上除去掩膜(11)的工序。所以该方法可以大幅减少在基板表面上形成凹凸结构时所需的工序的数量，从而能够大幅提高生产效率。

Description

基板处理方法以及用该方法进行处理而形成的基板
技术领域
本发明涉及一种用来在基板表面上形成细微凹凸结构的基板处理方法，以及用该方法进行处理而形成的基板。
背景技术
近年来，太阳能电池装置的开发在不断地向前发展。太阳能电池具有光电转换层。使该光电转换层高效地吸收光线，对于提高装置的性能是不可或缺的。其中，人们公知如下处理方法：即，在装置的光线入射面上形成细微凹凸结构，以尽量降低光线在界面处的反射(例如，参照专利文献1、2)。
作为在基板的表面上形成细微凹凸结构的方法，在专利文献1中公开有这样一种方法：采用喷射的方式将抗蚀材料喷射到基板表面上并绘制成抗蚀图形，之后，以该抗蚀材料为掩膜对基板进行蚀刻处理。另外，在专利文献2中公开有如下一种方法：以分散在基板表面上的二氧化硅微粒为掩膜对基板进行蚀刻处理之后，将残留的微粒除去。
专利文献1：日本发明专利公开2006-210394号公报
专利文献2：日本发明专利公开2000-261008号公报
然而，在将抗蚀材料或二氧化硅微粒用作蚀刻掩膜的现有技术的基板处理方法存在下述问题，在蚀刻工序之后，还要有除去残留在基板表面上的掩膜的工序。因此，现有技术的基板处理方法无法实现大幅减少基板处理过程中所需的工序的数量的目的，从而无法提高生产效率。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种以较少的工序数量在基板表面上形成凹凸结构的基板处理方法。
本发明的一个实施方式的基板处理方法为：在基板表面上分散附着粒子，以该粒子为掩膜对上述基板的表面进行蚀刻处理而在该基板表面上形成凹凸结构，与此同时，通过上述蚀刻处理除去上述掩膜。
附图说明
图1为说明本发明实施方式中的基板处理方法的大致工序图；
图2为采用本发明的基板处理方法而形成的凹凸结构的一个例子的扫描电镜照片；
图3为表示形成凹凸结构的凸部的形状的一个例子的剖面图；
图4为表示形成凹凸结构的凸部的形状的另一个例子的图，其中，图4中A为其立体图，图4中B为其剖面图；
图5为表示形成凹凸结构的凸部的形状的又一个例子的图，其中，图5中A为其立体图，图5中B为其剖面图；
图6为表示形成凹凸结构的凸部的形状的再一个例子的图，其中，图6中A为其立体图，图6中B其为剖面图；
图7为说明采用本发明基板处理方法进行处理而形成的基板的应用实例的装置的概略结构图；
图8为说明用本发明基板处理方法进行处理而形成的基板的应用例的另一装置的大致结构图。
【附图标记说明】
10：基板，11：微粒(掩膜)，12：凹凸结构，12a、12b：凹部，
13、13A、13B、13C、13D：凸部
具体实施方式
本发明的一个实施方式的基板处理方法为：在基板表面上分散附着粒子，以该粒子为掩膜对上述基板的表面进行蚀刻处理而在该基板表面上形成凹凸结构，与此同时，通过上述蚀刻处理除去上述掩膜。
若采用上述方法，不需要在形成凹凸结构后再从基板表面上除去掩膜的工序。所以该方法可以大幅减少在基板表面上形成凹凸结构时所需的工序的数量，从而能够大幅度提高生产效率。
在基板表面上分散粒子的方法可以采用干式分散法、湿式分散法中的任何一种方法。其中，干式分散法是指将粒子与压缩气体一起喷射并附着在基板上的方法。湿式分散法是指将含有粒子的溶剂利用匀胶机(spin coater)、分配器(dispenser)、喷嘴等装置涂布在基板上的方法。
分散并附着在基板表面上的粒子的形状、大小、形成材料等无特别限制，可根据要在基板上形成的凹凸结构的形状进行适当地选择。在本发明中，只要该粒子材料为蚀刻基板时可与基板材料一同被蚀刻的材料，则对其不作特别限制。例如，该粒子材料可以采用聚苯乙烯和二乙烯基苯共聚物等有机材料。在本发明中，蚀刻处理采用干式蚀刻(等离子蚀刻)法，但是也可以采用湿式蚀刻法。
粒子的粒径越小越容易形成细微凹凸结构。作为粒径(其直径)而言，例如，可以为0.01μm以上10μm以下。粒子的蚀刻速度可以比基板的蚀刻速度慢也可以比基板的蚀刻速度快。即，可根据要形成的凹凸结构的凹部的深度选择具有最合适的蚀刻速度比(粒子的蚀刻速度与基板的蚀刻速度之间的比率)的材料以构成粒子。
采用本发明的基板处理方法，可在基板表面上形成细微凹凸结构。表面上形成有发光层的发光二极管用的氧化铝基板、表面上形成有光电转换层的太阳能电池用的硅基板都可使用经过上述处理所形成的基板。
下面参照附图说明本发明的具体实施方式。
图1为说明本发明实施方式中的基板处理方法的大致工序图。
如图1中A所示，首先，准备具有可形成细微凹凸结构的表面10s的基板10。表面10s为平面，但也可以为曲面或波纹面。作为基板10而言，可以采用硅基板、氧化铝基板等。但除此之外，也可以采用玻璃基板、塑料基板、金属基板等。
接下来，如图1中B所示，将微粒11分散并附着在基板10的表面10s上。微粒11为粒径在0.01μm以上10μm以下的粒子，微粒11在之后的蚀刻工序中起到掩膜的作用。在本实施方式中，微粒11由聚苯乙烯和二乙烯基苯共聚物等具有绝缘性的有机材料构成。分散的各微粒11的粒径不局限于是相同大小，也可以由具有不同粒径的微粒所形成的混合粒子。
分散微粒11时可以采用干式分散法。在干式分散法中，微粒11从连接在较细的压力送料管前端的喷嘴(图示略)中与压缩气体一起喷射并附着在基板上。此时，微粒11因高速气流的作用而在压力送料管中移动并被分散，另外，微粒11因与压力送料管内壁产生摩擦而带电。带电的微粒11从喷嘴喷出并在静电力的作用下附着在基板表面10s上。此时，即使微粒11附着在基板10上也不会立即放电，因而，在基板上的微粒11之间会互相排斥而不会重新聚集。如图1中B所示，微粒11之间会保持一定的间隔并附着在基板10上。
另外，分散微粒11时还可以采用湿式分散法。此时，将微粒混合在水或乙醇等溶剂中，再用匀胶机将该混合液涂布在整个基板表面10s上。或者用分配器喷嘴或喷嘴(喷头)点状分散在基板表面10s的规定位置上。
各个微粒11之间隔开一定的距离以上并附着在基板表面10s上。本发明不限于微粒11之间的间隔必为一定的情况。单位面积(平方米)上的微粒11的个数(分散密度)根据微粒11的粒径的不同而不同。例如，当微粒11的粒径为0.01μm～0.1μm时，分散密度为每平方米2×109～2×1010个，粒径为0.1μm～1μm时的分散密度为每平方米2×107～2×108个，粒径为1μm～10μm时的分散密度为每平方米2×105～2×106个。
另外，微粒11的分散区域并不限于整个基板表面，也可以是基板表面的部分区域。
接下来，用分散好的微粒11当作掩膜对基板10的表面10s进行蚀刻处理。在本实施方式中，蚀刻处理时采用干式蚀刻(等离子蚀刻)法。在该蚀刻工序中，将附着有微粒11的基板10装进未图示的蚀刻空腔(etching chamber)中之后，减小蚀刻空腔内的压力以达到规定的真空度。接着根据基板10及微粒11的各形成材料的不同将合适的蚀刻气体导入蚀刻空腔内，使该蚀刻气体产生等离子并对以微粒11为掩膜的基板表面10s进行蚀刻处理。
作为蚀刻气体的等离子的产生方法而言，可以采用电感耦合(ICP)型、电容耦合(CCP)型、电子回旋加速器谐振(ECR)型等各种方式中的任何一种。另外，还可以向基板10导通高频偏置电流，从而使等离子中的离子周期性地溅射基板。作为蚀刻气体而言，当基板10为硅基板时，该蚀刻气体可以采用SF6、NF3、CoF2等氟系气体，而当基板10为氧化铝基板时，除Cl2等的氯系气体之外，还可采用CHF3等的碳氟化合物系气体。
由于在蚀刻基板10的工序中，微粒11起到蚀刻掩膜的作用。所以，如图1中C所示，基板10上的没有附着微粒11的表面区域因被有选择地蚀刻而形成凹部12a。另外，如图所示，在该蚀刻工序进行的同时，微粒11也被蚀刻，结果会使得掩膜的厚度减小。
若进一步进行蚀刻处理，会使形成在基板表面10s上的凹部变深。如图1中D所示，在所形成的凹部12b的深度达到规定深度时，掩膜11因该蚀刻处理而被除去。该凹部12b的深度通过蚀刻条件以及被当作掩膜的微粒11的构成材料等控制。
经过上述处理，在基板10的表面10s上会形成凹凸结构12(图1中E)。若采用本实施方式，不需要在形成凹凸结构12后再从基板表面10s上除去掩膜11的工序。因此，本实施方式可以大幅减少在基板表面10s上形成凹凸结构12时所需的工序的数量，从而能够大幅提高基板10的处理效率即生产效率。
另外，若采用本实施方式，由于可以通过当作掩膜的微粒11的粒径来控制形成在基板表面10s上的凹部12b的深度及间距(相邻的凹部之间的距离)等，所以可容易地得到所要求的凹凸结构12。例如，由于越是减小微粒11的粒径越能减小附着在基板表面10s上的微粒11的间隔，因此形成的凹部12b的间距也会变小。
另外，还可通过微粒11相对于基板10的蚀刻速度比控制凹部12b的深度及间距。例如，若使用蚀刻速度比基板10快的材料作为微粒11时，由于微粒11的耐蚀性会变低，所以在基板表面10s上会形成较浅的凹部。若使用蚀刻速度比基板10慢的材料作为微粒11时，在微粒11因被蚀刻而消失的时间段中，由于基板表面所受到的蚀刻处理时间会变得较长，所以在基板表面10s上会形成较深的凹部。
图2为采用上述本发明中的基板处理方法进行处理而形成的试样的扫描电镜(SEM)照片。如图所示，凸部以无序的状态形成在表面上。该凸部的形成区域对应于作为掩膜的微粒所附着的区域。另外，试样中基板由氧化铝制成，作为掩膜用的微粒采用粒径为0.1μm～4μm的聚苯乙烯粒子。
形成凹凸结构的凸部13(图1中E)的形状并无特别限制。图3所示为半球形凸部13A，图4中A、B所示为圆锥形凸部13B。图5中A、B所示为子弹头形或吊钟形凸部13C，图6中A、B所示为圆台状的凸部13D。这些凸部的形状可由基板10及微粒11的构成材料、蚀刻条件(蚀刻时间、蚀刻压力、蚀刻气体等)控制，该凸部的形状可根据所适用的装置的种类进行自由选择。
另外，在图4及图6所示的侧部形成直线性斜面的凸部13B、13D中，该斜面的锥角无特别限定，例如，该锥角为45°到80°之间。
图7及图8为光学装置的概略结构图，该光学装置中使用表面上进行了上述形成凹凸结构的处理的基板10。
图7为适用于平面型发光二极管的例子。基板10由氧化铝基板形成，发光层21隔着缓冲层22形成在有凹凸结构12的表面上。发光层21例如由氮化镓系的半导体发光层形成。由发光层21产生的光线主要射向正面一侧(图中上方一侧)。射向发光层21的背面一侧(图中下方一侧)的光线L1透过垫层22后被基板10的表面反射回来。
在图示的例子中，由于在基板10的表面上形成有细微凹凸结构12，所以从发光层21射向背面一侧的光线L1被基板表面的凹凸结构12反射或者在该凹凸结构12中折射，而被导向发光层21的正面一侧。因此，由于会提高朝向发光层21的正面一侧的聚光性，所以该结构可提高光线的利用率。
另外，图8所示为适用于太阳能电池的例子。基板10由硅基板形成，由该基板10形成p型半导体层。在该基板10的表面上形成有n型半导体层31。由这些p型半导体层(基板)10与n型半导体层31构成光电转换层。在基板10的背面一侧形成有背面电极32，在n型半导体层31的表面上形成有正面电极33。外界光线(太阳光)从n型半导体层31的表面一侧射入光电转换层，在光电转换层中转换为与入射能量相对应的电压。产生的电压通过背面电极32及正面电极33向外部输出而被储存(蓄电)起来。
在图示的例子中，由于在基板10的表面上形成有细微凹凸结构12，所以在基板10的表面与形成在基板10表面上的n型半导体层31的界面、以及n型半导体层31的表面上都会形成细微凹凸结构。在图中只对其进行了大致表示，本发明优选所形成的凹凸结构的凹凸间距在入射光线的波长以下。采用上述结构时，可大幅降低n型半导体层31的表面的光线反射率，从而可提高射入光电转换层中的外界光线的量，进而可以提高光电转换效率。
另外，本发明并不只限于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨范围内可以对其进行各种改变。
例如在上述实施方式中，基板10的表面上形成有凹凸结构，但即使在形成于基板10表面上的层或膜的表面上形成凹凸结构时，也可适用本发明。例如，在硅基板的表面上形成自然氧化膜，或在玻璃基板的表面上形成透明电极膜，当在上述自然氧化膜或透明电极膜上形成凹凸结构时，也可以很好地适用本发明。

Claims (6)

1.一种基板处理方法，其特征在于，
在上述基板的表面上分散附着粒子，以该粒子为掩膜对上述基板的表面进行蚀刻处理而在上述基板的表面上形成凹凸结构，与此同时，通过上述蚀刻处理除去上述掩膜。
2.根据权利要求1所述的基板处理方法，其特征在于，
上述粒子材料为有机物材料。
3.根据权利要求2所述的基板处理方法，其特征在于，
上述粒子的粒径在0.01μm以上10μm以下。
4.根据权利要求1所述的基板处理方法，其特征在于，
上述基板为在上述表面上形成有发光层的发光二极管用氧化铝基板。
5.根据权利要求1所述的基板处理方法，其特征在于，
上述基板为在上述表面上形成有光电转换层的太阳能电池用硅基板。
6.一种基板，其特征在于，
包括：粒子能够分散附着的表面；
以及以上述粒子为掩膜进行蚀刻处理，并在蚀刻处理时除去上述粒子从而在上述表面形成的凹凸结构。
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