JP2012114211A - ウェットエッチング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体基板（太陽電池セル）から離脱した気泡が再度付着して不均一なエッチングや形状欠陥が生じないようにするエッチング装置を提供することを目的とする。
【解決手段】太陽電池セル２を浸漬させるエッチング液４を貯留するエッチング槽５と、このエッチング槽５内の上層のエッチング液４を回収するとともに、この回収したエッチング液４をエッチング槽５の底部から噴出させて、エッチング液４をエッチング槽５内で循環させる循環水路系２０Ａと、エッチング槽５内の太陽電池セル２とエッチング液４の液面との間に沈められ、太陽電池セル２から発生してエッチング槽５内を浮上する気泡７を捕獲して収集する気泡捕獲収集器１Ａとを含んで構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、マスクを施した半導体基板をエッチング液中に浸漬させることによりエッチングを行うウェットエッチング装置に関するものであり、特にエッチング液を循環させながらエッチングを行うウェットエッチング装置に関するものである。

半導体基板のウェットエッチングでは、エッチング反応によって半導体基板の処理面から気泡が発生することがある。この気泡が、半導体基板の処理面に付着すると、付着箇所ではエッチング液の供給が不足するため、エッチングの進行が阻害されて、エッチング量の面内均一性が低下する問題や、気泡付着箇所で局所的に形状欠陥ができる問題が発生する。

このような半導体基板の処理面に発生した気泡を、半導体基板の処理面から脱離させる手段として、例えば特許文献１に提案されているような、ガス除去板により半導体基板には非接触で気泡を除去する方法がある。また、特許文献２に提案されているような、面内均一性を改善せしめる目的で、エッチング槽内に流動整流器を配してエッチング液を攪拌・流動させることにより、発生した気泡を半導体基板の処理面に均一に付着させる方法がある。また、特許文献３に提案されているような、エッチング中にエッチング液内に空気を供給して空気攪拌することにより、半導体基板の処理面に発生する気泡を除去する方法や、エッチング液中に超音波振動を付与することにより半導体基板の処理面に発生する気泡を除去する方法がある。

特開平３−２７２１４１号公報 特開平４−１５７１８３号公報 特開２００４−１４６５４５号公報

ウェットエッチング装置においては、半導体基板の処理面に十分なエッチャントを供給する目的で、エッチング液を循環させることがある。例えば、エッチング槽内の上層のエッチング液を吸い込み、この吸い込んだエッチング液をエッチング槽の底部から噴出させることにより、エッチング槽内に底部から上層に向かう循環流を発生させることにより、エッチング液を循環させる。

特許文献１〜３に提案された方法により、エッチング処理により発生し、半導体基板の処理面に付着した気泡を、半導体基板の処理面から一時的に除去することは可能である。しかしながら、特許文献１〜３に提案された方法では、消泡が不十分であるため、上記エッチング液を循環させるウェットエッチング装置においては、エッチング液とともに気泡が循環して、エッチング槽の底部から噴出するので、この気泡が半導体基板の処理面に再度が付着するという問題が生じる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、エッチング処理により半導体基板の処理面から発生した気泡を離脱させた後にこの気泡が半導体基板に再度付着して不均一なエッチングや形状欠陥が生じないように、消泡を促進してエッチングの均一性を向上させることができるエッチング装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のウェットエッチング装置は、マスクを施した半導体基板をエッチング液中に浸漬させることによりエッチングを行うウェットエッチング装置において、半導体基板を浸漬させるエッチング液を貯留するエッチング槽と、エッチング槽内の上層のエッチング液を回収するとともに、この回収したエッチング液をエッチング槽の底部から噴出させることにより、エッチング液をエッチング槽内で循環させる循環水路系と、エッチング槽内の半導体基板とエッチング液の液面との間に沈められ、半導体基板から発生してエッチング槽内を浮上する気泡を捕獲して収集する気泡捕獲収集器とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、エッチング槽内の半導体基板とエッチング液の液面との間に沈められ、半導体基板から発生してエッチング槽内を浮上する気泡を捕獲して収集する気泡捕獲収集器とを含むので、半導体基板の処理面から離脱した気泡は気泡捕獲収集器により捕獲され、半導体基板に再度付着することがないので、エッチングの均一性を向上させることができるという効果を奏する。

図１は、本発明にかかるウェットエッチング装置の実施の形態１の概略の断面図である。 図２は、本発明にかかるウェットエッチング装置の実施の形態２の概略の断面図である。 図３は、本発明にかかるウェットエッチング装置の実施の形態３の概略の断面図である。

以下に、本発明にかかるウェットエッチング装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
以下、本発明にかかるウェットエッチング装置を結晶シリコン太陽電池セル表面のテクスチャー形成プロセスに実施した例につき図面に沿って記述する。結晶シリコン太陽電池セルの表面にテクスチャーを形成する場合、一般的にＮａＯＨやＫＯＨなどのアルカリ溶液に、プロパノール溶液を少量添加し、８０℃程度でウェットエッチング処理を行う。このとき、太陽電池セルの表面にはエッチング反応により水素ガスの気泡が発生する。

図１は、本発明にかかるウェットエッチング装置の実施の形態１の概略の断面図である。図１において、ウェットエッチング装置１０１は、エッチング液４を貯留し太陽電池セル（半導体基板）２を浸漬するエッチング槽５と、エッチング槽５内の上層のエッチング液４を回収するとともに回収したエッチング液４をエッチング槽５の底部から噴出させてエッチング液４をエッチング槽５内で循環させる循環水路系２０Ａと、太陽電池セル２から発生する気泡を捕獲して収集する気泡捕獲収集器１Ａとを含んで構成されている。

エッチング槽５には、前述のプロパノール溶液が少量添加されたアルカリ溶液からなるエッチング液４が所定量貯留されている。太陽電池セル２はキャリア３に収納された状態でこのエッチング液４に浸漬される。キャリア３には、主面の横に向けて縦向きに配置された太陽電池セル２が、横方向に約５０枚程度並べて収納され、隣り合う太陽電池セル２の互いの主面間は、エッチング液４が流れ易いように所定の隙間を空けている。キャリア３は、エッチング槽５の底面に形成された凸部上に載置され、太陽電池セル２とエッチング槽５の底面との間にもエッチング液４が流れ易いように所定の隙間が空いている。

循環水路系２０Ａは、エッチング槽５の上部内壁面と底面とを連通する外部配管６と、この外部配管６の途中に設けられた循環ポンプ８とから構成されている。外部配管６は、エッチング槽５の上部内壁面に形成された吸込口５ａからエッチング液４を吸い込む。循環ポンプ８は、吸い込んだエッチング液４を図１中矢印で示すように循環させ、エッチング槽５の底部中央に形成された吹出口５ｂから噴出させる。これによりエッチング槽５内には、底部から上層に向かう循環流が形成される。

気泡捕獲収集器１Ａは、略円錐形状（略錐形状）を成し、下方に向かって広がる下部は、太陽電池セル２とエッチング液４の液面との間でエッチング液４中に沈み、太陽電池セル２の全幅よりも広い範囲を覆うように、かつ下部開口縁１ａが太陽電池セル２の上端より低い位置まで延びるように広がっている。また、気泡捕獲収集器１Ａの下部開口縁１ａは、循環水路系２０Ａの外部配管６が接続する吸込口５ａよりも低い位置まで下方に延びている。一方、気泡捕獲収集器１Ａの上部は、上方に行くほどしたがい窄まり、上部先端に形成された筒状の上部排出口１ｂはエッチング液４の液面から外に出て上方外気に突出した位置にある。

エッチング反応により発生した水素ガスは気泡７となって太陽電池セル２の表面に発生する。更にエッチング反応が進むと気泡７は体積を増やして、自らの浮力により太陽電池セル２表面から脱離して浮上する。気泡捕獲収集器１Ａは、この太陽電池セル２に発生しその後太陽電池セル２から剥離して浮上する気泡７を捕獲し、これを収集して大気中に放出する。なお、エッチング槽５内に超音波発振器を設けて、超音波振動により積極的に気泡７を太陽電池セル２から脱離させるようにしてもよい。

エッチング液４は、循環ポンプ８によりエッチング槽５内と外部配管６を循環するため、本実施の形態の気泡回収機構である気泡捕獲収集器１Ａが仮に無い場合には、太陽電池セル２から脱離した気泡７は循環ポンプ８の働きにより循環せしめられ、太陽電池セル２の表面に再び付着し、エッチングを阻害することになる。

本実施の形態においては、気泡捕獲収集器１Ａがキャリア３の上端よりも低い位置、かつ、キャリア３の全幅よりも広い範囲を覆うように配置されるため、太陽電池セル２から脱離した気泡７は気泡捕獲収集器１Ａに捕獲・回収され、外部配管６を循環することがない。これにより、気泡７はエッチング液４の循環により太陽電池セル２の表面に再度付着することなく、外気に排出されるため、エッチング量の不均一や、エッチング不足による形状不良を抑制することができる。

以上のように、本実施の形態のウェットエッチング装置１０１においては、太陽電池セル２を浸漬させるエッチング液４を貯留するエッチング槽５と、このエッチング槽５内の上層のエッチング液４を回収するとともに、この回収したエッチング液４をエッチング槽５の底部から噴出させることにより、エッチング液４をエッチング槽５内で循環させる循環水路系２０Ａと、エッチング槽５内の太陽電池セル２とエッチング液４の液面との間に沈められ、太陽電池セル２から発生してエッチング槽５内を浮上する気泡７を捕獲して収集する気泡捕獲収集器１Ａとを含んで構成されている。そのため、太陽電池セル２から離脱した気泡７は気泡捕獲収集器１Ａにより捕獲され、太陽電池セル２に再度付着することがないので、エッチングの均一性を向上させることができる。

なお、本実施の形態の気泡捕獲収集器１Ａは、エッチング反応によって発生する気泡７以外に、キャリア３をエッチング槽５に挿入する際に発生する気泡や、エッチング液４の均一性向上のために適用されるエッチング液４の攪拌や、あるいは、キャリア３を揺動（振動）させる際に発生する気泡も、エッチング反応によって発生する気泡７と同様に捕獲・回収して消泡することができる。

また、本実施の形態の被エッチング物は、太陽電池セル２であるが、太陽電池セル２に限らず、エッチングマスクが施されてエッチング液中に浸漬させることによりエッチングを行う半導体基板であれば適用することができる。

さらに、本実施の形態の気泡捕獲収集器１Ａは、略円錐形状を成すが、四角錐形状をはじめ、その他の錐形状であってもよい。

実施の形態２．
上述のように、太陽電池セル２の表面にテクスチャーを形成する場合、一般的にＮａＯＨやＫＯＨなどのアルカリ溶液に、プロパノール溶液を少量添加し、エッチングを実施する。このとき、エッチング液温度を９５℃程度にすれば、エッチング反応速度は著しく増加し、処理時間の大幅な短縮が可能になる。しかしながら、太陽電池セル２の表面にはエッチング反応により大量の水素ガスの気泡が発生するとともに、太陽電池セル２の表面から脱離した気泡が、液中、および、液面に大量に滞在してしまうこととなる。

図２は、本発明にかかるウェットエッチング装置の実施の形態２の概略の断面図である。本実施の形態のウェットエッチング装置１０２においては、エッチング槽５には、上記のように９５℃程度に昇温されたエッチング液４が貯留されている。複数枚の太陽電池セル２は、実施の形態１と同じようにキャリア３に収納されて、この９５℃程度に昇温されたエッチング液４に浸漬されている。

エッチング槽５には、実施の形態１の循環水路系２０Ａと同様な循環水路系２０Ｂが設けられている。気泡捕獲収集器１Ｂは、概略実施の形態１のものと同様な略円錐形状（略錐形状）を成し、実施の形態１のものと同様な位置に配置されている。そして、本実施の形態の気泡捕獲収集器１Ｂは、上部排出口１ｂにファン９が設けられている。その他の構成は実施の形態１と同様である。ファン９は、気泡捕獲収集器１Ｂの内部の空気を上部排出口１ｂから図２中矢印で示すように強制的に吐き出して内部を減圧する減圧機として働く。

本実施の形態においては、ファン（減圧機）９の働きにより、気泡捕獲収集器１Ｂ内部の液面の高さは、外部の液面高さよりも高くなり、発生する気泡７は効率良く気泡捕獲収集器１Ｂに回収されて外気に排出される。これにより、９５℃程度に昇温されたエッチング液４により発生する気泡７が大量になった場合においても、気泡７はエッチング液４の循環により太陽電池セル２の表面に付着してしまうことがなく、エッチングの処理時間を大幅に短縮する一方で、エッチングの不均一や、エッチング不足による形状不良を抑制することができる。

なお、本実施の形態においては、減圧機をファン９にて実現しているが、ファン９に限らず、気泡捕獲収集器１Ｂの内部の空気を強制的に吐き出して内部を減圧するものであれば減圧機として用いることができる。

実施の形態３．
図３は、本発明にかかるウェットエッチング装置の実施の形態３の概略の断面図である。本実施の形態のウェットエッチング装置１０３においては、エッチング槽５には、実施の形態２と同じように、９５℃程度に昇温されたエッチング液４が貯留されている。複数枚の太陽電池セル２は、実施の形態２と同じようにキャリア３に収納されて、この９５℃程度に昇温されたエッチング液４に浸漬されている。

本実施の形態の気泡捕獲収集器１Ｃは、概略実施の形態１のものと同様な略円錐形状（錐形状）を成し、実施の形態１のものと同様な位置か、あるいは実施の形態１のものより低い位置、つまり、上部排出口１ｂのあたりまでエッチング液４に沈むように配置されている。そして、本実施の形態の気泡捕獲収集器１Ｃは、循環水路系２０Ｃの吸込口を兼ね、上部排出口１ｂに第１の外部配管６ａが接続されている。

また、本実施の形態のウェットエッチング装置１０３においては、循環水路系２０Ｃには、所定量のエッチング液４を貯液し気泡７を消泡する消泡槽１０が設けられている。消泡槽１０は、一定量のエッチング液４を一時的に貯液することで気泡７を消泡する。

循環水路系２０Ｃを構成する第１の外部配管６ａが気泡捕獲収集器１Ｃの上部排出口１ｂと消泡槽１０との間に延びている。また、循環水路系２０Ｃを構成するもう１本の外部配管である第２の外部配管６ｂが消泡槽１０の下部とエッチング槽５の底部との間に延びている。

第１の外部配管６ａの途中に循環ポンプ８が設けられている。循環ポンプ８は、気泡捕獲収集器１Ｃを介してエッチング槽５の上層のエッチング液４を気泡７とともに吸い上げて消泡槽１０に送る。

消泡槽１０は、循環水路系２０Ｃの途中に設けられたタンク状を成す容器であり上下方向に延び所定量の容積を有している。消泡槽１０の上端には気泡捕獲収集器１Ｃから延びる第１の外部配管６ａが連通し、下端にはエッチング槽５に戻る第２の外部配管６ｂが連通している。消泡槽１０の上部には、気泡７を放出するガス排気管１１が設けられている。消泡槽１０の下部の第２の外部配管６ｂの接続位置には、通過するエッチング液４の量を調整できる流量調整バルブ１２が設けられている。

循環ポンプ８の吐出量に対して流量調整バルブ１２により消泡槽１０を出るエッチング液４の量を調整することにより消泡槽１０に貯液されるエッチング液４を適量とすることができる。この消泡槽１０に貯液されるエッチング液４の量は消泡槽１０の上部に気泡７による空間が形成される程度にする。

このような構成の循環水路系２０Ｃによれば、途中循環ポンプ８の働きにより、気泡７はさらに細分化され数を増すが、図３に示すように消泡槽１０の液面は、エッチング槽５の液面より十分高く（消泡槽１０に貯液されたエッチング液４の底面から液面までの高さＨｂは、エッチング槽５に貯液されたエッチング液４の底面から液面までの高さＨａよりも十分に大きい）、そのため、気泡が消泡槽１０の底部まで到達することはなく、消泡槽１０の液面付近に集まる。そして、消泡槽１０の上部に集められた気泡７は、ガス排気管１１を通じて外部に放出される。なお、流量調整バルブ１２を適切に調整することにより、エッチング槽５のエッチング液４の液面が急激に上昇することはない。

このような構成においては、消泡槽１０の液面付近で大量の気泡７をすみやかに除去することが可能となる。そのため、９５℃程度に昇温されたエッチング液４により発生する気泡７が大量になった場合においても、気泡７はエッチング液４の循環により太陽電池セル２の表面に付着してしまうことがなく、エッチングの処理時間を大幅に短縮する一方で、エッチングの不均一や、エッチング不足による形状不良を抑制することができる。

以上のように、本発明にかかるウェットエッチング装置は、マスクを施した半導体基板をエッチング液中に浸漬させることによりエッチングを行うウェットエッチング装置に適用されて好適なものであり、特にエッチング液を循環させながらエッチングを行うウェットエッチング装置に適用されて最適なものである。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 気泡捕獲収集器
１ａ 下部開口縁
１ｂ 上部排出口
２ 太陽電池セル（半導体基板）
３ キャリア
４ エッチング液
５ エッチング槽
５ａ 吸込口
５ｂ 吹出口
６ 外部配管
６ａ 第１の外部配管
６ｂ 第２の外部配管
７ 気泡
８ 循環ポンプ
９ ファン（減圧機）
１０ 消泡槽
１１ ガス排気管
１２ 流量調整バルブ
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ 循環水路系
１０１，１０２，１０３ ウェットエッチング装置

Claims (8)

1. マスクを施した半導体基板をエッチング液中に浸漬させることによりエッチングを行うウェットエッチング装置において、
   前記半導体基板を浸漬させるエッチング液を貯留するエッチング槽と、
   前記エッチング槽内の上層の前記エッチング液を回収するとともに、この回収した前記エッチング液を前記エッチング槽の底部から噴出させることにより、前記エッチング液を前記エッチング槽内で循環させる循環水路系と、
   前記エッチング槽内の前記半導体基板と前記エッチング液の液面との間に沈められ、前記半導体基板から発生して前記エッチング槽内を浮上する気泡を捕獲して収集する気泡捕獲収集器と、を含む
   ことを特徴とするウェットエッチング装置。
2. 前記気泡捕獲収集器は、下方が広がる略錐形状を成し、前記半導体基板と前記エッチング液の液面との間に沈む下部開口縁は、前記半導体基板の全幅よりも広い範囲を覆いかつ前記半導体基板の上端より低い位置まで延びるように広がる
   ことを特徴とする請求項１に記載のウェットエッチング装置。
3. 前記気泡捕獲収集器の下部開口縁は、前記エッチング槽に形成された、前記循環水路系の上部吸込口より低い位置まで延びる
   ことを特徴とする請求項２に記載のウェットエッチング装置。
4. 前記気泡捕獲収集器は、内部の空気を上部排出口から強制的に吐き出して内部を減圧する減圧機を有している
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のウェットエッチング装置。
5. 前記循環水路系は、前記エッチング槽内の上層の前記エッチング液を気泡とともに前記気泡捕獲収集器を介して吸い込むとともに、
   所定量の前記エッチング液を一時的に貯液し前記エッチング液とともに吸い込んだ気泡を消泡する消泡槽を、循環水路に有している
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のウェットエッチング装置。
6. 前記循環水路系の前記消泡槽と前記エッチング槽との間に流量調整バルブが設けられ、前記流量調整バルブを調整することにより、適量の前記エッチング液が前記消泡槽に貯液される
   ことを特徴とする請求項５に記載のウェットエッチング装置。
7. 前記消泡槽に貯液された前記エッチング液の底面から液面までの高さは、前記エッチング槽に貯液された前記エッチング液の底面から液面までの高さよりも大きい
   ことを特徴とする請求項６に記載のウェットエッチング装置。
8. 前記半導体基板は、太陽電池セルである
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のウェットエッチング装置。

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