JP2007013012A - 太陽電池用シリコンウェーハの端面の面取り加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池に用いる方形（正方形、長方形を含む）ウェーハの面取り作業を、簡便にかつ１枚あたりの工数をできるだけ低くしておこなう。
【解決手段】方形のシリコンウェーハ１複数枚を、それら各々の１端辺が同一平面上にあるように傾斜させて積層し、該平面にあるウェーハ端部を平面研削４にて研削すること、同様に、該平面にあるウェーハ端部を研磨布および砥粒にて研磨すること、または、該平面にあるウェーハ端部を化学的にエッチングすることを特徴とする太陽電池用シリコンウェーハの端面の面取り加工方法である。さらに、ウェーハ端部を平面研削４にて研削すること、研磨布および砥粒にて研磨すること、または化学的にエッチングすることのうちの２種以上を組み合わせて施すことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池の基板に用いるシリコンウェーハの製造方法に関し、さらに詳しくは、方形（正方形、長方形を含む）ウェーハの面取り作業を同時に複数枚を処理することにより、低コストかつ短時間で容易におこなう太陽電池の基板に用いるシリコンウェーハの製造方法に関するものである。

集積回路等の基板に用いられる素材のシリコンウェーハは、一般に、いわゆるチョクラルスキー法にて育成された円柱状のシリコン単結晶を用い、表面を研削して断面が真円になるように仕上げ、軸に垂直な面でスライスして円板状にしている。

そして、ウェーハ製品として出荷されるまでに、表面研磨、化学処理、熱処理、表面仕上げ処理等が施されるが、通常、これらの処理を始める前のスライス直後に、ウェーハ周辺部のバリ取り、すなわち面取り加工がおこなわれる。

シリコンは硬くて脆く、さらに劈開面に沿って割れやすい。スライス後のウェーハは、上記の様々な処理を施すため、ロボットなどにより自動的な搬送やハンドリングが繰り返されるが、その際に周辺が切断されたままの角張った状態では、欠けやチッピングがきわめて生じやすく甚だしい場合は割れに至り、そうでなくても発生した砕粉がウェーハ表面を傷つける事態をもたらし、不良品発生の原因になる。

このため、スライス直後のウェーハには面取り加工がおこなわれるが、面取り加工の方法には、砥石などを用いた機械的な研削、天然繊維や合成繊維からなるブラシや研磨布にて砥粒を懸濁させた研磨液を供給しつつ擦る研磨、あるいは化学的なエッチングによる研磨が採用され、円板状のウェーハの外周部を処理するために、研削または研磨機の構造なども様々なものが開発されている。

太陽電池用のシリコンウェーハの平面形状は、通常、方形（正方形、長方形を含む）であり、より低コストの基板として、多結晶の鋳造インゴットから切り出されたものが多用される。この場合、角形の鋳塊を直方体のブロックに切り分け、これをスライスして方形のウェーハに加工される。

太陽電池用のシリコンウェーハは、集積回路用に比較して厚さが薄く、方形であるため面取りには１枚ずつ処理する必要があって手間がかかることなどから、面取りはされずにそのまま用いられることが多い。しかしながら、ウェーハを製造する処理工程は、集積回路用とほぼ同じであり、同様なウェーハの不良発生が問題になる。

このような方形の硬くてもろい板状体の端面の面取りは、１枚ずつおこなうと処理効率が悪いことから、同時に多数枚を効率よくおこなう方法として、たとえば、特許文献１には、液晶パネルのガラス基板の端面の面取りの方法に関する発明が開示されている。

この特許文献１に開示された方法は、複数のガラス基板を厚み方向に一定の間隔を開けた状態で垂直に立て整列させて保持し、厚み方向に回転軸を有しかつ外周部には略Ｖ字形の研削面を有する研削溝が、基板の整列間隔と等しい間隔で設けられた研削ロールを用いて、基板面方向に端部と平行に移動させ、面取りをおこなうものである。この方法によれば、ガラス基板をシリコンウェーハに置き換えれば、同様にシリコンウェーハの面取りに適用できることが分かる。

また、特許文献２に開示された発明技術では、太陽電池用の四角形のシリコンウェーハの、面取りを１枚ずつおこなう代わりに、スライスする前のシリコンブロックの側面、あるいはスライス後のシリコンウェーハを２枚以上重ねたシリコンブロックの側面を、表面粗さ８μｍＲｙ以下の平坦な面に研磨する。このような平坦化が、シリコンウェーハの端面状態に基づく取り扱い時の割れ不良を低減するとしている。

特開２０００−１２７０１３号公報 特開２００２−１７６０１４号公報

太陽電池の基板に多く用いられる方形のシリコンウェーハにおいても、直方体形状のインゴットからスライスされたままの状態ではなく、端面の面取りをおこなうことにより、ウェーハの処理過程における不良品発生を低減することができる。

しかしながら、端面の面取りは、ウェーハを１枚ずつ研削あるいは化学研磨して所定端面形状にするために多大な工数が必要となり、コスト低減を強く要望されているウェーハの製造には容易には採用し難い。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、方形ウェーハの面取り作業を低コストかつ短時間にて容易におこなうことできる、太陽電池用シリコンウェーハの端面加工方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、次の（１）〜（４）の太陽電池用シリコンウェーハの端面の面取り加工方法を要旨としている。
（１）方形のシリコンウェーハ複数枚を、それら各々の１端辺が同一平面上にあるように傾斜させて積層し、該平面にあるウェーハ端部を平面研削にて研削することを特徴とする太陽電池用シリコンウェーハの端面の面取り加工方法。
（２）方形のシリコンウェーハ複数枚を、それら各々の１端辺が同一平面上にあるように傾斜させて積層し、該平面にあるウェーハ端部を研磨布および砥粒にて研磨することを特徴とする太陽電池用シリコンウェーハの端面の面取り加工方法。
（３）方形のシリコンウェーハ複数枚を、それら各々の１端辺が同一平面上にあるように傾斜させて積層し、該平面にあるウェーハ端部を化学的にエッチングすることを特徴とする太陽電池用シリコンウェーハの端面の面取り加工方法。
（４）上記（１）、（２）および（３）のうちの２種以上を組み合わせて施すことを特徴とする太陽電池用シリコンウェーハの端面の面取り加工方法。

本発明の面取り加工方法によれば、方形のシリコンウェーハ端面の面取りを、より低コストかつ短時間でおこなうことができ、この面取りを適用することによって、その後のウェーハ処理工程において、搬送やハンドリング作業での端部の欠けや割れの発生を抑止し、不良品発生を低減することができる。

集積回路の基板に用いられるシリコンウェーハは通常円板状であり、端面の面取りはこれを一枚ずつ回転させながら周辺を研削や研磨する方法が採用されているが、太陽電池用ウェーハは方形であるため、面取りは四辺をそれぞれ研削する必要があり、その分手間がかかる。

太陽電池ウェーハは、厚さが集積回路用の数分の一であり、面取り研削時の保持方法にも、割れに至るような応力がウェーハに加わらないよう十分注意しなければならない。また、面取りの角部の断面形状として、１２０°を超える角度になっていなければ、効果が十分でないと推定され、たとえ端面部が鏡面加工されていてもウェーハ面と端面の角度が９０°では欠けなどを十分抑止できない。

そこで、効果的な面取りをできるだけコストや工数をかけずに実施できる手段を種々検討し、図１に示すような方法を創案した。

すなわち、砥石で研削する場合を例にとると、平面研削法を利用して、保持具２を用い、面取りするウェーハ１を複数枚、削り落とすウェーハ端部の角が同一面になるように砥石が研削する平面に対し傾斜させて積層し、固定具３で保持具２に固定する。この積層したウェーハの上端部を、砥石４にて研削する。

図２に積層した状態のウェーハ端部断面の拡大図を示す。方形ウェーハ１を多数枚、保持具２の底面上に底面に対しθ°傾斜して整列させ積層保持すると、同一寸法のウェーハ上端の角部は、保持具底面と平行な平面上に整列する。この状態でＸ−Ｙ軸で移動可能な台上に設置し、回転する砥石４にて平面研削をおこなえば、スライスされた各ウェーハ端部の角の研削、すなわち同時に多数枚のウェーハの一辺の面取りをおこなうことができる。

保持具には、各ウェーハが密着して積層固定されており、その状態で研削するので、研削時のウェーハに対する曲げ応力は小さく、割れの発生が抑止される。

研削に用いる砥石は、図１に示すような回転体の外周面で研削するものでもよいし、図３に示すようにカップ形砥石の端面で研削するものでもよい。また、図１に示す外周面で研削する砥石の場合、図２中に５として示したように積層したウェーハの角のピッチに合わせ砥石面にラウンドな溝を設けて、ウェーハ端辺と平行な方向に移動させ研削すれば、面取り部分をラウンドな形状にすることもできる。

本発明が対象とする平面研削法では、前記図１または図３に示すように、複数枚のウェーハが同一平面上にあるように傾斜させて積層させた平面に対し、研削砥石を平行に移動する方式を示しているが、これに限定されるものではなく、複数枚のウェーハが積層された平面が相対的に斜めになっている場合には、この斜めになっているウェーハの平面に沿って、研削砥石を平行に移動する方式も含むものとする。

以上の説明では、回転砥石による平面研削を例にとって説明したが、保持具を用い傾斜して整列させ積層保持した状態にて端部の角を落とす面取りには、前記図１または図３に示した研削砥石の代わりに、天然繊維や合成繊維からなるブラシや研磨布を回転させ、その接触面に砥粒を懸濁させた研磨液を供給しつつ研磨する方法も適用できる。バフ研磨あるいはポリッシングといわれる方法である。

この場合、砥石による研削よりも角部を削除する速度は遅いが、加工部分の歪みが少なく研磨面がより滑らかな利点がある。したがって、砥石にてほぼ所定形状に研削後、研削加工により影響を受けた歪み発生部分を除去する目的で、この研磨をおこなってもよい。

前記図１または図３では、砥石または研磨用具を回転体として示したが、これを平面状のものとして加工面を加圧しつつＸ−Ｙ方向に摺動する形式であってもよく、平面を研削あるいは研磨できるのであれば、どんな加工方法であってもよい。

保持具を用い傾斜して整列させ積層保持した状態にて端部の角を落とす面取り加工は、化学研磨によっても実施することができる。この場合、保持具に積層固定して、研削あるいは研磨をおこなう面に、通常用いられる硝酸−弗酸の混酸エッチング液を滴下または流下させる。あるいは、保持具に固定した状態でエッチング液に浸積してもよい。いずれにしても積層保持した面取をおこなう端面部以外は、できるだけ被覆などしてエッチング液に曝されないようにするのが好ましい。

化学研磨の場合、平面より角部のような尖った部分が選択的にエッチングされるので、面取りの目的には好都合であるが、一方では、研磨の必要のない部分までたやすく研磨されてしまうので、できるだけ短時間の処理が望ましい。

化学研磨は、研磨による歪みの残存は全くないので、砥石による研削の後、加工歪みの残った部分を除去するために適用する、というように組み合わせて用いれば、歪みのない面取り加工が可能である。

このように研削、研磨および化学研磨は、組み合わせて施すことにより、不良品低減の効果をより一層向上させることができる。

以上のような研削あるいは研磨は、方形ウェーハ１辺の片方の角部に関しておこなわれるものであり、もう一方の角部の加工には、積層の傾斜の向きを反対側に変えて固定し直す必要がある。したがって、方形の４辺に対しそれぞれ２回、合計８回の研削あるいは研磨を実施しなければならないが、多数枚積層して同時に処理できるので、１枚毎に面取り加工をおこなう場合に比して、１枚あたりの所要工数は大幅に低減される。

前記図２に示した、研削あるいは研磨する平面に対してウェーハを傾ける角度θ（以下傾斜角という）、すなわち保持具底面に対する立体角が３０°〜６０°であることとする。これは、この範囲を超えると、面取り後の板面に垂直な断面で見た角部の角度が１２０°より小さくなって、面取りの効果が減退してくるからである。好ましいのはθを４０°〜５０°とすることである。

また面取加工の当初の角頂部からの除去深さは、１０〜６０μｍ程度とするのがよい。これは、１０μｍ未満では面取りの効果が不十分であることがあり、６０μｍを超えて研削しても、それ以上の効果は期待できないからである。

面取り研削、研磨または化学研磨時の、保持具等に固定するウェーハの積層枚数は、とくに限定するものではない。しかし、枚数が少なければ面取り研削の一枚あたりの工数が増大し、枚数が多すぎるとしっかりした固定が困難になるので、ウェーハのサイズにより自ずから限定される。

（実施例１）
シリコン多結晶の直方体形状のインゴットから、一辺１５６ｍｍの正方形断面の角柱を切り出し、表面を研磨の後、厚さ２５０μｍのウェーハにスライスし、このウェーハを５０枚用意して、保持具にて傾斜角を４５°として傾斜積層し、図１に示したような平面研削方法で、粗さ＃２４０番の砥石を用い、研削深さ４０μｍで４辺８ヶ所の面取りをおこなった。

５０枚すべての端面の面取りに要した時間は、１６分であった。これを１枚ずつ面取りをおこなうと、１ヶ所の研削に２０秒、１枚では２分４０秒要する。

これらの端面処理後、太陽電池用ウェーハ製品としての各処理をおこない、製品の表面状況および割れや欠けなどの品質検査をおこなった結果、不良品は３枚であった。一方、本発明の端面処理なしのスライスままで５０枚のウェーハ素材を用い、通常の工程で同様の処理をおこない、製品の品質検査をおこなった結果では、７枚の不良品が見いだされた。
（実施例２）
実施例１と同じく、スライスしたウェーハ５０枚にて傾斜角４５°にて傾斜積層し、粗さ＃２４０番の砥石を用い、研削深さ４０μｍの面取りをおこなった後、その研削した積層状態のまま研削面を洗浄し、濃度５０％の弗酸および７０％の硝酸の容積比にて１：６の混酸を研削面に５秒間流下させてエッチング後洗浄した。エッチングの深さは５μｍであった。この研削およびエッチング処理を、各辺毎に積層を変えて合計８回繰り返した。

端面処理後、太陽電池用ウェーハ製品としての各処理をおこない、製品の表面状況や割れや欠けなどの品質検査をおこなった結果、不良品は０枚であった。
（実施例３）
実施例２と同様に、スライスしたウェーハ５０枚にて傾斜角４５°にて傾斜積層し、粗さ＃２４０番の砥石を用い、研削深さ４０μｍの面取りをおこなった後、その研削ダメージを除去するため、濃度５０％の弗酸および７０％の硝酸の容積比にて１：６の混酸をエッチング容器に１５リッター保持し、１０秒間の浸漬でエッチングの深さは１０μｍとした。この浸漬処理を各辺毎に積層を変えて合計８回繰り返すことにより、角部がラウンドされたウェーハを得ることができた。

以上の説明の通り、本発明による面取り加工方法は、いずれの場合も面取り作業を効率よく行うことができるばかりでなく、太陽電池用シリコンウェーハの品質向上に有効である。

本発明の面取り加工方法によれば、方形のシリコンウェーハ端面の面取りを、より低コストかつ短時間でおこなうことができ、この面取りを適用することによって、その後のウェーハ処理工程において、搬送やハンドリング作業での端部の欠けや割れの発生を抑止し、不良品発生を低減することができる。これにより、太陽電池用シリコンウェーハの端面の面取り加工方法として、広く利用することができる。

本発明の、方形シリコンウェーハ端面の面取りをおこなう方法を例示する図である。 研削平面に対しθ°傾斜させて積層した状態のウェーハ端部を研削あるいは研磨する説明図である。 本発明の、方形シリコンウェーハ端面の面取りをおこなう方法を例示する図である。

符号の説明

１ ウェーハ
２ 傾斜積層用保持具
３ 傾斜積層の固定具
４ 平面研削用砥石または研磨具
５ ラウンド溝を付けた砥石

Claims (4)

1. 方形（正方形、長方形を含む）のシリコンウェーハ複数枚を、それら各々の１端辺が同一平面上にあるように傾斜させて積層し、該平面にあるウェーハ端部を平面研削にて研削することを特徴とする太陽電池用シリコンウェーハの端面の面取り加工方法。
2. 方形（正方形、長方形を含む）のシリコンウェーハ複数枚を、それら各々の１端辺が同一平面上にあるように傾斜させて積層し、該平面にあるウェーハ端部を研磨布および砥粒にて研磨することを特徴とする太陽電池用シリコンウェーハの端面の面取り加工方法。
3. 方形（正方形、長方形を含む）のシリコンウェーハ複数枚を、それら各々の１端辺が同一平面上にあるように傾斜させて積層し、該平面にあるウェーハ端部を化学的にエッチングすることを特徴とする太陽電池用シリコンウェーハの端面の面取り加工方法。
4. 請求項１、２および３のうちの２種以上を組み合わせて施すことを特徴とする太陽電池用シリコンウェーハの端面の面取り加工方法。
   

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