JP2012129266A - エッチング装置および半導体基板の水洗方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェットエッチング装置のリンス用純水の使用量を削減し、処理能力を高める。
【解決手段】半導体基板２を化学薬液処理にてエッチングし水洗するウェットエッチング装置１において、前記半導体基板に化学薬液処理を行う薬液槽４と、前記半導体基板に付着した前記薬液を希釈・除去する粗水洗槽５と、該粗水洗槽処理後に、前記半導体基板に残留・付着した前記薬液を純水に置換させるＱＤＲ（クイックダンプリンス）槽６と、を備えたウェットエッチング装置とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、半導体基板であるシリコンウエハ等のような板状基板を化学処理にてエッチングし水洗するエッチング装置および水洗方法に関する。

近年、地球環境問題に対する関心の高まりに伴い太陽電池が注目されている。現在、太陽電池としては結晶系シリコン太陽電池が最も多く生産され普及している。結晶系シリコン太陽電池の製造工程において、結晶系シリコン太陽電池に用いられるシリコンウエハの表面に形成された拡散防止膜の除去等のエッチングを行なう際には、ウエット処理による化学処理で膜の除去を行い、その後、化学処理でシリコンウエハに付着した薬液を水に置換する水洗処理を含むエッチング工程が必須となっている。このエッチング工程では、生産性の向上等による製造コストの削減のために、複数のシリコンウエハを同時に処理するバッチ式処理が主流になっている。

また、上記水洗処理では純水が用いられる。純水が用いられるのは、置換するための水に不純物が含まれていると、水に含まれる不純物がシリコンウエハに付着し、その後の熱処理等で再結合中心になる可能性があるからである。

図３は、特許文献１に開示されているエッチング装置である。シリコン基板５５を、まずエッチング反応槽５２に入れる。エッチング反応槽５２には、フッ酸、硝酸の混合水溶液が入っており、シリコン基板５５が混合水溶液によってエッチングされる。その後、水洗槽５３にて化学反応を停止させるための水洗を行う。水洗槽５３の後、図示されていないが、さらに別の水洗槽により水洗し、その後、乾燥する。５４は水蒸気の吹出し口であり、ドラフト５１内の湿度を９０％以上にするためのものである。これは、シリコン基板５５にステイン膜が付着しないようにするためである。

特開２００６−２０２９０６号公報（平成１８年８月３日公開）

しかしながら、特許文献１では、水洗槽にて化学反応を停止させた後も、シリコン基板に残留した混合水溶液により化学反応が起こる可能性があるため、シリコン基板に残留した混合水溶液を適切に純水へ置換させる必要があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、シリコンウエハに付着した薬液を、適切に純水へ置換させることにある。

本発明のエッチング装置は、半導体基板を化学処理にてエッチングし水洗するエッチング装置において、半導体基板に化学処理を行う薬液槽と、半導体基板に付着した薬液を希釈させる粗水洗槽と、粗水洗槽処理後に、半導体基板に付着した薬液を純水に置換させるＱＤＲ（クイックダンプリンス）槽と、を備える。

ここで、本発明のエッチング装置は、粗水洗槽は、濃度測定器を備え、濃度測定器は、薬液の濃度を測定し、測定結果に基づいてＱＤＲ槽の純水の交換回数を決めてもよい。

また、本発明のエッチング装置は、ＱＤＲ槽処理後に、純水をオーバーフローさせるリンス槽を備えてもよい。

また、本発明のエッチング装置は、半導体基板は、シリコンウエハであってもよい。

また、本発明のエッチング装置は、薬液は、フッ酸であってもよい。

本発明の半導体基板の水洗方法は、半導体基板を化学処理して水洗する半導体基板の水洗方法において、半導体基板に化学処理である薬液処理を行う第１工程と、半導体基板に付着した薬液を希釈させる第２工程と、半導体基板に付着した薬液を純水に置換させる第３工程と、を有する。

ここで、本発明の半導体基板の水洗方法は、第２工程において、薬液の濃度を測定して薬液の濃度の測定結果により、第３工程における純水に置換させるための純水の交換回数を決めてもよい。

また、本発明の半導体基板の水洗方法は、第３工程後に、半導体基板に付着した薬液を純水に置換させるための第４工程を有してもよい。

また、本発明の半導体基板の水洗方法は、半導体基板は、シリコンウエハであってもよい。

また、本発明の半導体基板の水洗方法は、薬液は、フッ酸であってもよい。

本発明によれば、粗水洗槽処理後に、ＱＤＲ槽を設けることで、シリコンウエハに付着した薬液を、適切に純水に置換することができる。

シリコンウエハのエッチング装置の本発明の一例を示す模式図である。 シリコンウエハのエッチング装置の本発明の他の一例を示す模式図である。 シリコンウエハのエッチング装置の従来の一例を示す模式図である。

図１は、本発明のエッチング装置の一例を示す模式図である。エッチング装置１は、薬液槽４、粗水洗槽５、ＱＤＲ（クイックダンプリンス）槽６、リンス槽７、乾燥槽８の５槽を直列にした構成になっている。半導体基板であるシリコンウエハ２は複数枚がキャリア３にセットされ、キャリア３ごとに各槽にて処理される。

薬液槽４には、化学処理にてエッチングする薬液が満たされている。次の粗水洗槽５は、化学処理でシリコンウエハに付着した薬液を希釈させる槽であり、純水が満たされている。また、粗水洗槽５の純水交換は、キャリア３を複数処理した後に行う。次のＱＤＲ槽６とリンス槽７は、化学処理でシリコンウエハに付着した薬液を純水に置換する槽であり、ＱＤＲ槽６は、溜まっている純水を一旦抜き、再度純水を溜めることで上記置換を行う。ここで、ＱＤＲ槽の純水の交換回数１回とは、溜まっている純水を一旦抜き、再度純水が溜まるまでとする。また、ＱＤＲ槽でのこの処理をＱＤＲ処理とし、ＱＤＲ処理回数を１回とする。リンス槽７は、常に純水をオーバーフローさせておき一定時間浸けることでさらに上記置換を行う。次の乾燥槽８は、キャリア３と、キャリア３にセットされたシリコンウエハ２とを乾燥させる槽である。また、エッチング装置１内は、排気手段１２、１３によって排気され、エッチング装置１外に対して陰圧状態である。以下、エッチング装置１の動作を説明する。

シリコンウエハの処理前には、シャッター９、１０、１１、２３、２４が全て閉じられている。図示されていない搬送ベルト等で、シャッター２３の手前に、シリコンウエハ２が１００枚入ったキャリア３が搬送される。次に、シャッター２３が開き、ローダー側にシリコンウエハ２の入ったキャリア３を移動させる。その後、シャッター２３が閉じる。次に、シャッター９が開き、搬送手段１５によってキャリア３をつかみ、薬液槽４の上方に移動させる。シャッター９を通過すると、シャッター９は閉じる。その後、搬送手段１５によってキャリア３を薬液槽４に浸ける。薬液槽４に数分浸けて保持することで、シリコンウエハ２に化学処理がなされ、シリコンウエハ２に形成された膜がエッチングされる。

次に、薬液槽４から、搬送手段１５によってキャリア３が引き上げられ、キャリア３は粗水洗槽５の上方に移動する。その後、搬送手段１５によってキャリア３を粗水洗槽５に浸ける。粗水洗槽５に数分浸けて保持することで、シリコンウエハ２を純水で水洗する。これにより、キャリア３およびシリコンウエハ２に付着した薬液の希釈が行われる。なお、この粗水洗槽５の純水は、一回毎に交換するのではなく、複数のキャリア３を処理した後に行われる。

次に、粗水洗槽５から、搬送手段１５によってキャリア３が引き上げられ、キャリア３はＱＤＲ槽６の上方に移動する。その後、搬送手段１５によってキャリア３を、純水が満たされたＱＤＲ槽６に浸ける。その後、ＱＤＲ槽６上のシャワーリング１４と、図示されていないＱＤＲ槽６の下部に設置されてある給水孔とから純水をＱＤＲ槽６に追加し、一定時間オーバーフローさせる。その後、シャワーリング１４による純水の供給を止め、ＱＤＲ槽６の下部に設置されてある給水孔を閉じて、図示されていないＱＤＲ槽６の下部に設置されてある排水孔を空けて排水しＱＤＲ槽６内の純水を急速排水する。ＱＤＲ槽６内の純水が空になるまで排水した後、ＱＤＲ槽６の下部に設置されてある排水孔を閉め、シャワーリング１４と、ＱＤＲ槽６の下部に設置されてある給水孔とから純水を供給して、ＱＤＲ槽６の満水位置まで純水を満たし、その後、オーバーフローさせる。これにより、キャリア３およびシリコンウエハ２に付着した薬液を純水に置換させる。キャリア３がＱＤＲ槽６に浸かってからの上記の一連の動作を、ＱＤＲ槽の純水の交換回数１回とする。ここで、必要回数、ＱＤＲ槽の純水の交換を行う。

次に、ＱＤＲ槽６から、搬送手段１５によってキャリア３が引き上げられ、キャリア３はリンス槽７の上方に移動する。その後、搬送手段１５によってキャリア３をリンス槽７に浸ける。リンス槽７では、純水をオーバーフローさせながら、一定時間キャリア３を浸ける。これにより、さらに、キャリア３およびシリコンウエハ２に付着した薬液を純水に置換させる。

次に、リンス槽７から、搬送手段１５によってキャリア３が引き上げられる。シャッター１０が開き、搬送手段１５によってキャリア３は乾燥槽８の上方に移動する。その後、シャッター１０が閉じ、搬送手段１５によってキャリア３を乾燥槽８に移動させる。乾燥槽８では、一定時間温風をあて、キャリア３と、キャリア３内のシリコンウエハ２とを乾燥させる。

次に、乾燥槽８から、搬送手段１５によってキャリア３が引き上げられ、シャッター１１が開き、搬送手段１５によってアンローダー側にキャリア３を移動させる。シャッター１１を通過すると、シャッター１１は閉じる。次に、シャッター２４が開き、図示されていない搬送ベルト等に移動させる。その後、シャッター２４が閉じる。

以下に、結晶系シリコン太陽電池の製造工程において、シリコンウエハの表面に形成された拡散防止膜である酸化シリコン膜除去の処理を示す。使用したエッチング装置の構成は、図１と同じであり、動作も上記に示したとおりである。シリコンウエハの大きさは１５５ｍｍ×１５５ｍｍ、厚さは２００μｍであり、１００枚のシリコンウエハが入るキャリアを用い、その大きさは、５００ｍｍ×２００ｍｍである。

薬液槽４には、純水に対し濃度３０％のフッ酸である溶液が満たされている。

粗水洗槽５での純水交換は、キャリア３処理ごとには行われないので、粗水洗槽５の純水交換前の薬液濃度が最も高くなる場合、すなわち、粗水洗槽５でのシリコンウエハに付着した薬液の希釈が不十分である場合でも、後の槽でシリコンウエハに付着した薬液を純水に置換することができるように、ＱＤＲ槽６の純水の交換回数が設定される。ここで、粗水洗槽５の純水は、フッ酸の濃度が２０％になると交換する。フッ酸の濃度が２０％でも、後の槽でシリコンウエハに付着した薬液を純水に置換することができるようにするには、ＱＤＲ槽６の純水の交換回数は３回であった。また、ＱＤＲ槽６の満水位置まで純水を満たす際の流量であるＱＤＲ条件は、流量５０リットル／分である。

よって、粗水洗槽処理後に、ＱＤＲ槽を設けることで、シリコンウエハに付着した薬液を、適切に純水に置換することができる。

図２は、本発明のエッチング装置の他の一例を示す模式図である。粗水洗槽５には濃度測定器２１が取り付けられ、測定された薬液濃度値は、随時、制御装置２２に送られる。制御装置２２は、送られてきた薬液濃度値によりＱＤＲ槽６の純水の交換回数を決め、シャワーリング１４およびＱＤＲ槽６にその回数を指示する。濃度測定器２１には、（株）堀場製作所製のフッ酸濃度モニターＣＭ−２００Ａを用いた。上記以外は、実施例１と同様である。また、用いたシリコンウエハの大きさは１５５ｍｍ×１５５ｍｍ、厚さは２００μｍであり、１００枚のシリコンウエハが入るキャリアを用い、その大きさは、５００ｍｍ×２００ｍｍである。

薬液槽４には、純水に対し濃度３０％のフッ酸である溶液が満たされている。

粗水洗槽５の純水は、フッ酸の濃度が２０％になると交換する。また、ＱＤＲ槽６の満水位置まで純水を満たす際の流量であるＱＤＲ条件は、流量５０リットル／分である。

表１に示すとおり、粗水洗槽５のフッ酸の濃度が５％未満の時はＱＤＲ槽の純水の交換回数を1回、５％以上１０％未満の時はＱＤＲ槽の純水の交換回数を２回、１０％以上２０％未満の時はＱＤＲ槽の純水の交換回数を３回とした。

ここで、エッチング装置のＱＤＲ槽６における純水使用量を、粗水洗槽にフッ酸の濃度測定器を取り付けていない場合と比較して見た。実施例１は、粗水洗槽にフッ酸の濃度測定器取り付けていない場合であり、ＱＤＲ槽の純水の交換回数は３回である。１キャリアを１ロットとして１００ロット流した場合のＱＤＲ槽における純水使用量を表２に示す。なお、表２の値は、実施例１のＱＤＲ槽における純水使用量を１とした場合の、実施例２のＱＤＲ槽における純水使用量である。

表２の結果から、実施例１のＱＤＲ槽における純水使用量を１とした場合、実施例２のＱＤＲ槽における純水使用量は、０．６５であった。

これから、ＱＤＲ槽を設け、粗水洗槽の薬液濃度値により、ＱＤＲ槽の純水の交換回数を最適化することで、余分な純水使用量を削減することができ、また、余分なＱＤＲ槽の純水の交換を行うことがないので、エッチング装置の処理能力を高めることができ、製造時の処理能力を高めることができた。

結晶系シリコン太陽電池の製造工程における他のエッチング工程、または洗浄工程で用いられるエッチング装置、または洗浄装置においても同様の結果が得られた。ここで、洗浄工程とは、例えば、半導体基板の表面に存在するパーティクルを除去する工程、または、エッチングペースト、ドーピングペースト、マスキングペースト等の残留物である残渣を除去する工程等である。

１ エッチング装置、２ シリコンウエハ、３ キャリア、４ 薬液槽、５ 粗水洗槽、６ ＱＤＲ槽、７ リンス槽、８ 乾燥槽、９ シャッター、１０ シャッター、１１ シャッター、１２ 排気手段、１３ 排気手段、１４ シャワーリング、１５ 搬送手段、２１ 濃度測定器、２２ 制御装置、２３ シャッター、２４ シャッター、５１ ドラフト、５２ エッチング反応槽、５３ 水洗槽、５４ 水蒸気の吹出し口、５５ シリコン基板。

Claims (10)

1. 半導体基板を化学処理にてエッチングし水洗するエッチング装置において、
   前記半導体基板に化学処理を行う薬液槽と、前記半導体基板に付着した前記薬液を希釈させる粗水洗槽と、前記粗水洗槽処理後に、前記半導体基板に付着した前記薬液を純水に置換させるＱＤＲ槽と、を備えたエッチング装置。
2. 前記粗水洗槽は、濃度測定器を備え、前記濃度測定器は、前記薬液の濃度を測定し、
   前記測定結果に基づいて前記ＱＤＲ槽の純水の交換回数を決める請求項１に記載のエッチング装置。
3. 前記ＱＤＲ槽処理後に、純水をオーバーフローさせるリンス槽を備えた請求項１または２に記載のエッチング装置。
4. 前記半導体基板は、シリコンウエハである請求項１〜３のいずれかに記載のエッチング装置。
5. 前記薬液は、フッ酸である請求項１〜４のいずれかに記載のエッチング装置。
6. 半導体基板を化学処理して水洗する半導体基板の水洗方法において、
   前記半導体基板に前記化学処理である薬液処理を行う第１工程と、
   前記半導体基板に付着した前記薬液を希釈させる第２工程と、
   前記半導体基板に付着した前記薬液を純水に置換させる第３工程と、を有する半導体基板の水洗方法。
7. 前記第２工程において、前記薬液の濃度を測定して前記薬液の濃度の測定結果により、前記第３工程における純水に置換させるための純水の交換回数を決める請求項１に記載の半導体基板の水洗方法。
8. 前記第３工程後に、前記半導体基板に付着した前記薬液を純水に置換させるための第４工程を有する請求項６または７に記載の半導体基板の水洗方法。
9. 前記半導体基板は、シリコンウエハである請求項６〜８のいずれかに記載の半導体基板の水洗方法。
10. 前記薬液は、フッ酸である請求項６〜９のいずれかに記載の半導体基板の水洗方法。