JP2012238719A - Silicon substrate etching method and etching device - Google Patents

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望 安永
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an etching method which can form high density texture on a silicon substrate stably at low cost.SOLUTION: A silicon etching method involves carrying out repeatedly in multiple batches an etching process of supplying to the silicon substrate surface an alkaline etchant containing an additive for blocking an etching reaction on the silicon substrate surface and water and then forming irregularities on the silicon substrate surface. To ensure that a ratio of an increment of silicon concentration in the etchant during the previous batch of the etching process after the first batch of the etching process is finished to an increment of alkaline concentration in the etchant after the previous batch of the etching process is finished will be constant, alkali is added to the etchant every batch while the etching process is carried out repeatedly in multiple batches.

Description

本発明は、シリコン基板のエッチング方法およびエッチング装置に関し、特に、太陽光発電装置のセルとして用いられるシリコン基板の表面にテクスチャを形成する際に用いて好適なシリコン基板のエッチング方法およびエッチング装置に関する。   The present invention relates to a silicon substrate etching method and an etching apparatus, and more particularly, to a silicon substrate etching method and an etching apparatus suitable for use in forming a texture on the surface of a silicon substrate used as a cell of a photovoltaic power generation apparatus.

太陽光発電装置のセルにおいて、太陽光を効率良く吸収するためには、該装置を構成するシリコン基板に照射される光をできるだけ吸収する、すなわち光の反射率をできるだけ小さくすることが望ましい。このため、シリコン基板を高温のアルカリ性溶液やフッ酸と硝酸の混合液(以下フッ硝酸と呼ぶ)をエッチング液に用いてエッチングすることによって、アルカリ性溶液の場合は異方性エッチングのためシリコン基板の表面にテクスチャを形成し、フッ硝酸の場合は等方性エッチングのためシリコン基板の表面形状を制御している。すなわち、テクスチャを高密度で形成できれば、また表面形状を最適に制御できれば、光の反射率を小さくすることができ、その結果、太陽光を効率良くシリコン基板内に吸収することができる。なお、ここで言うテクスチャとは、シリコン基板の表面に形成する微小凹凸の総称である。   In order to efficiently absorb sunlight in a cell of a solar power generation device, it is desirable to absorb as much light as possible on a silicon substrate constituting the device, that is, to reduce the light reflectance as much as possible. For this reason, the silicon substrate is etched by using a high-temperature alkaline solution or a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid (hereinafter referred to as hydrofluoric acid) as an etchant. A texture is formed on the surface, and in the case of hydrofluoric acid, the surface shape of the silicon substrate is controlled for isotropic etching. That is, if the texture can be formed with a high density and the surface shape can be optimally controlled, the light reflectance can be reduced, and as a result, sunlight can be efficiently absorbed into the silicon substrate. The texture referred to here is a general term for minute irregularities formed on the surface of the silicon substrate.

通常、シリコン基板のエッチングを実施する場合はバッチ処理を行うことが一般的であるが、シリコン基板を投入する度にエッチング液の交換を実施することは薬液使用量やエッチング液作製時の時間を考慮すると効率的でないため、エッチング液の交換をせずに複数回のバッチ処理を行うこと(複数バッチ処理)を実施する必要がある。複数バッチ処理を実施する場合、エッチングを安定して実施するための方法として、たとえば特許文献1がある。特許文献1では、エッチング後にエッチングプロモータのフッ硝酸を添加し、さらにエッチング液の一部を引き抜いてエッチングインヒビターのヘキサフルオロ珪酸濃度を下げてヘキサフルオロ珪酸の濃度を調整して、引き続きエッチングを実施している。   Normally, when etching a silicon substrate, it is common to perform batch processing, but exchanging the etchant every time the silicon substrate is put in can reduce the amount of chemical used and the time for preparing the etchant. Since it is not efficient when considered, it is necessary to perform a plurality of batch processes (multiple batch processes) without exchanging the etching solution. In the case where a plurality of batch processes are performed, there is, for example, Patent Document 1 as a method for stably performing etching. In Patent Document 1, after etching, fluoric nitric acid of an etching promoter is added, and a part of the etching solution is drawn out to lower the concentration of hexafluorosilicic acid in the etching inhibitor to adjust the concentration of hexafluorosilicic acid. ing.

特開2005−210144号公報JP 2005-210144 A

太陽電池の製造は大量生産を前提としており、複数バッチ処理が必須である。しかし、上記特許文献1ではエッチング液の一部を引き抜いているため、廃水量が増加して廃水処理の負荷が高くなる、という問題があった。さらに、エッチング液を一部抜き取ることによって、エッチングプロモータのフッ硝酸も系外へ排出されてしまい、その排出された分も追加してフッ硝酸を添加する必要があるため、薬液コストがかさむ、という問題があった。   The manufacture of solar cells is predicated on mass production, and multiple batch processing is essential. However, since a part of the etching solution is extracted in Patent Document 1, there is a problem that the amount of waste water increases and the load of waste water treatment increases. Furthermore, by extracting a part of the etching solution, the etching promoter's hydrofluoric acid is also discharged out of the system, and it is necessary to add the additional amount of hydrofluoric nitric acid, which increases the chemical cost. There was a problem.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、シリコン基板に対して安価に且つ安定して高密度のテクスチャを形成可能なシリコン基板のエッチング方法を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a silicon substrate etching method capable of forming a high-density texture stably and inexpensively on a silicon substrate.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるシリコン基板のエッチング方法は、シリコン基板表面でのエッチング反応を阻害する添加剤と水とを含むアルカリ性のエッチング液をシリコン基板の表面に供給してウェットエッチングにより前記シリコン基板の表面に凹凸を形成するエッチング処理を複数バッチにわたって繰り返し実施するシリコン基板のエッチング方法であって、1バッチ目の前記エッチング処理の終了後において、前回のバッチのエッチング処理における前記エッチング液中のシリコン濃度の増加量と、前回のバッチのエッチング処理終了後における前記エッチング液中へのアルカリ濃度の追加量と、の比が一定となるように、バッチ毎に前記エッチング液にアルカリを追加して前記エッチング処理を複数バッチにわたって繰り返し実施すること、を特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, an etching method of a silicon substrate according to the present invention is an alkaline etching solution containing an additive that inhibits an etching reaction on the surface of the silicon substrate and water. An etching method for a silicon substrate, wherein an etching process for supplying irregularities to the surface of the silicon substrate by wet etching and repeatedly performing the etching process over a plurality of batches is performed, and after the completion of the etching process of the first batch, For each batch, the ratio of the increase in the silicon concentration in the etching solution in the batch etching process and the added amount of the alkali concentration in the etching solution after the end of the previous batch etching process is constant. In addition, an alkali is added to the etching solution to duplicate the etching process. Be repeatedly performed over a batch, characterized by.

本発明によれば、より少ない添加剤の添加量で、より少ないアルカリ性溶液の使用量で安定してシリコン基板表面にテクスチャを良好に形成させることができ、シリコン基板に対して安価に且つ安定して高密度のテクスチャを形成できる、という効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to stably form a texture on the surface of a silicon substrate stably with a smaller amount of additive added and with a smaller amount of alkaline solution used. And high density texture can be formed.

図1は、本発明の実施の形態1におけるエッチング液のシリコンのモル濃度とNaOHのモル濃度との関係を示す特性図である。FIG. 1 is a characteristic diagram showing the relationship between the molar concentration of silicon and the molar concentration of NaOH in the etching solution according to Embodiment 1 of the present invention. 図2は、バッチ処理回数に対するシリコン基板の表面における波長700nmの光の反射率(%)の変化を示す特性図である。FIG. 2 is a characteristic diagram showing a change in reflectance (%) of light having a wavelength of 700 nm on the surface of the silicon substrate with respect to the number of batch processes. 図3は、追加NaOH/増加Si比に対する波長700nmの光の反射率の変化を示す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing a change in reflectance of light having a wavelength of 700 nm with respect to an additional NaOH / increased Si ratio. 図4は、追加NaOH/増加Si比が1.6のときのシリコン基板表面の電子顕微鏡写真である。FIG. 4 is an electron micrograph of the surface of the silicon substrate when the additional NaOH / increased Si ratio is 1.6. 図5は、追加NaOH/増加Si比が2.1のときの電子顕微鏡写真である。FIG. 5 is an electron micrograph when the additional NaOH / increased Si ratio is 2.1. 図6は、本発明の実施の形態2にかかるウェットエッチング装置の構成の一例を模式的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically illustrating an example of the configuration of the wet etching apparatus according to the second embodiment of the present invention. 図7は、本発明の実施の形態3にかかるウェットエッチング装置の構成の一例を模式的に示す図である。FIG. 7 is a diagram schematically illustrating an example of the configuration of the wet etching apparatus according to the third embodiment of the present invention. 図8−1は、エッチング処理前にシリコン基板を1,6−ヘキサンジオール溶液へ浸漬した場合のエッチング反応開始時における反応状態のイメージを模式的に示す図である。FIG. 8-1 is a diagram schematically showing an image of the reaction state at the start of the etching reaction when the silicon substrate is immersed in a 1,6-hexanediol solution before the etching treatment. 図8−2は、エッチング処理前にシリコン基板を1,6−ヘキサンジオール溶液へ浸漬していない場合のエッチング反応開始時における反応状態のイメージを模式的に示す図である。FIG. 8-2 is a diagram schematically showing an image of the reaction state at the start of the etching reaction when the silicon substrate is not immersed in the 1,6-hexanediol solution before the etching treatment. 図9は、テクスチャ形成添加剤にシリコン基板を浸漬するエッチング前処理とエッチング処理とを連続して実施する場合の処理方法を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a processing method in the case where the pre-etching treatment and the etching treatment in which the silicon substrate is immersed in the texture forming additive are successively performed. 図10は、不純物(銅イオン)がエッチング液に混入した場合におけるエッチング前処理の有無による複数バッチ処理後の波長700nmの光の反射率の変化を示す特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram showing a change in reflectance of light having a wavelength of 700 nm after a plurality of batch processes depending on the presence or absence of the pre-etching process when impurities (copper ions) are mixed in the etching solution. 図11は、ダメージエッチング済みのシリコン基板におけるエッチング前処理の有無による複数バッチ処理後の波長700nmの光の反射率の変化を示す特性図である。FIG. 11 is a characteristic diagram showing a change in reflectance of light having a wavelength of 700 nm after a plurality of batch processes depending on the presence or absence of a pre-etching process on a silicon substrate subjected to damage etching.

以下に、本発明にかかるシリコン基板のエッチング方法および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、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。   Embodiments of a silicon substrate etching method and an etching apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following description, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably. In the drawings shown below, the scale of each member may be different from the actual scale for easy understanding. The same applies between the drawings.

実施の形態1.
本発明者は、シリコン基板の表面光反射率を低減するために該シリコン基板の表面にテクスチャを形成するウェットエッチング処理において、添加剤を使用したアルカリ性条件下でのウェットエッチングの複数バッチ処理について検討した。その結果、エッチング液中のシリコン濃度に合わせてアルカリ性溶液を追加することにより、複数バッチ処理でシリコン基板表面に良好にテクスチャを形成できることを見出した。
Embodiment 1 FIG.
The present inventor examined multiple batch processing of wet etching under alkaline conditions using an additive in wet etching processing for forming a texture on the surface of the silicon substrate in order to reduce the surface light reflectance of the silicon substrate. . As a result, it was found that by adding an alkaline solution in accordance with the silicon concentration in the etching solution, a texture can be satisfactorily formed on the surface of the silicon substrate by a plurality of batch processes.

シリコン基板のケイ素(Si)は、エッチング液中で水酸化ナトリウム(NaOH)等のアルカリと反応してエッチング液中に溶出し、これによりシリコン基板の表面にテクスチャが形成される。このエッチング反応は下記の数式(1)で示され、その際、水素ガスが発生する。また、この反応を促進するため、ウェットエッチングは通常は高温、高濃度アルカリの条件下で実施される。数式(1)において、OHがエッチングプロモータであり、Si(OH) 2−がエッチングインヒビターである。 Silicon (Si) on the silicon substrate reacts with an alkali such as sodium hydroxide (NaOH) in the etching solution and is eluted into the etching solution, whereby a texture is formed on the surface of the silicon substrate. This etching reaction is expressed by the following formula (1), and hydrogen gas is generated at that time. In order to accelerate this reaction, wet etching is usually performed under conditions of high temperature and high concentration alkali. In the formula (1), OH is an etching promoter and Si (OH) 6 2− is an etching inhibitor.

テクスチャ形成のためにエッチング液中に添加される添加剤(テクスチャ形成添加剤)は、化学反応的にはエッチング反応に関与しないが、適度にシリコン基板表面でのエッチング反応を阻害して、テクスチャの形成に寄与する。また、テクスチャを形成させるためには異方性を高める、すなわち結晶面の違い(例えば(100)、(111)等)によってエッチング速度に差を生じさせることが必要条件であり、そのためにはアルカリの濃度をエッチング反応が進むレベルでできるだけ低くするほうが良い。逆にアルカリの濃度が高くなると、例えばNaOH濃度が0.8(モル:M)を超えると異方性が弱くなって、シリコンが未溶解の場合でも効率的にテクスチャを形成できなくなる。   The additive (texture forming additive) added to the etching solution for texture formation does not chemically participate in the etching reaction, but moderately inhibits the etching reaction on the silicon substrate surface, Contributes to formation. In order to form a texture, it is necessary to increase anisotropy, that is, to cause a difference in etching rate due to a difference in crystal plane (for example, (100), (111), etc.). It is better to make the concentration of as low as possible at the level at which the etching reaction proceeds. On the other hand, when the alkali concentration is high, for example, when the NaOH concentration exceeds 0.8 (mol: M), the anisotropy is weakened, and even when silicon is not dissolved, texture cannot be formed efficiently.

一方、エッチング反応が進むと、シリコン基板のシリコンがエッチング液中に溶解して、Si(OH) 2−がエッチング液中に蓄積する。Si(OH) 2−はエッチングインヒビターであり、上記数式(1)のエッチング反応を阻害する。すなわちエッチング反応が進みにくくなる。 On the other hand, when the etching reaction proceeds, silicon of the silicon substrate is dissolved in the etching solution, and Si (OH) 6 2− is accumulated in the etching solution. Si (OH) 6 2− is an etching inhibitor and inhibits the etching reaction of the above formula (1). That is, the etching reaction is difficult to proceed.

本発明者は、シリコン基板の表面にテクスチャを形成するウェットエッチング処理において、テクスチャ形成添加剤を使用したアルカリ性条件下でのウェットエッチングの複数バッチ処理を実施できる方法として、エッチングプロモータであるアルカリ性溶液をエッチングインヒビターであるSi(OH) 2−の濃度に合わせてバッチ処理毎に追加することによって、アルカリ性溶液(例えばNaOH)の濃度が高くなっても異方性を保ってシリコン基板に効率的にテクスチャを形成できることを見出した。すなわち、エッチング液中に溶解したエッチングインヒビターであるシリコンSi(OH) 2−はエッチング反応を抑制するが、アルカリ性溶液の異方性の作用を打ち消すものではない。また、テクスチャ形成添加剤もエッチングインヒビターであるシリコンに影響されない。 The present inventor used an alkaline solution, which is an etching promoter, as a method capable of performing multiple batch processing of wet etching under alkaline conditions using a texture forming additive in wet etching processing for forming a texture on the surface of a silicon substrate. By adding each batch process according to the concentration of Si (OH) 6 2− which is an etching inhibitor, even if the concentration of the alkaline solution (for example, NaOH) is increased, the anisotropy is maintained and the silicon substrate is efficiently formed. It has been found that a texture can be formed. That is, silicon Si (OH) 6 2− which is an etching inhibitor dissolved in the etching solution suppresses the etching reaction, but does not cancel the anisotropic action of the alkaline solution. Also, the texture forming additive is not affected by the etching inhibitor silicon.

また、アルカリ性溶液を使用したシリコン基板のエッチング反応は高温下で実施するため、アルカリ性溶液をバッチ処理毎にアルカリ性溶液(もしくは固体)を追加しても水が蒸発するためエッチング液量が増えることはないことから、エッチング液の一部を排出する必要がなく、廃水処理への負荷が抑制される。   In addition, since the etching reaction of the silicon substrate using an alkaline solution is carried out at a high temperature, the amount of the etching solution increases because water evaporates even if an alkaline solution (or solid) is added to the alkaline solution for each batch process. Therefore, it is not necessary to discharge a part of the etching solution, and the load on the wastewater treatment is suppressed.

図1は、NaOH溶液をエッチング液に用いてシリコン基板の表面にテクスチャを形成するウェットエッチング処理を連続20バッチ実施する際のエッチング液のシリコンのモル濃度とNaOHのモル濃度との関係を示す特性図である。図1に示した数式においてxはシリコンのモル濃度(モル:M)、yはNaOHのモル濃度(モル:M)である。ここでは、エッチング開始時に所定の濃度(0.2968M)のNaOH溶液を調製している。   FIG. 1 is a characteristic showing the relationship between the molar concentration of silicon and the molar concentration of NaOH in the case of performing 20 batches of wet etching processing for forming a texture on the surface of a silicon substrate using an NaOH solution as an etching solution. FIG. In the formula shown in FIG. 1, x is the molar concentration of silicon (mol: M), and y is the molar concentration of NaOH (mol: M). Here, a NaOH solution having a predetermined concentration (0.2968M) is prepared at the start of etching.

そして、1バッチ目のエッチング処理の終了後においては、前回のバッチのエッチング処理におけるエッチング液中のシリコン濃度の増加量と、前回のバッチのエッチング処理終了後におけるエッチング液中へのアルカリ濃度の追加量と、の比(NaOHのモル濃度の追加量Δy/シリコンのモル濃度の増加量Δx、(モル/モル)、以下、追加NaOH/増加Si比と呼ぶ)が一定(所定の比率)となるように、エッチング液の交換をせずにエッチング液にNaOHを追加してエッチング液を再調製している。すなわち、図1においては、エッチングを開始する際のNaOHのモル濃度(オフセット値、ここでは0.2968)を除いて、xとyとが所定の比率の比例関係にある。ここでは、追加NaOH/増加Si比の所定の比率が、1.6倍となるようにアルカリ性溶液を追加している。   After the completion of the first batch etching process, the amount of increase in the silicon concentration in the etching solution in the previous batch etching process and the addition of the alkali concentration in the etching liquid after the last batch etching process is completed. Ratio (addition amount of NaOH molar concentration Δy / increase amount of silicon molar concentration Δx, (mol / mol), hereinafter referred to as additional NaOH / increase Si ratio) is constant (predetermined ratio) As described above, NaOH is added to the etching solution without replacing the etching solution to re-prepare the etching solution. That is, in FIG. 1, x and y are in a proportional relationship of a predetermined ratio except for the molar concentration of NaOH (offset value, here, 0.2968) at the start of etching. Here, the alkaline solution is added so that the predetermined ratio of the additional NaOH / increased Si ratio is 1.6 times.

図2は、バッチ処理回数に対するシリコン基板の表面における波長700nmの光の反射率(%)の変化を示す特性図である。図1に示すように、シリコンのモル濃度に応じてNaOHをバッチ処理毎に追加添加した。このとき、図2に示すように、波長700nmの光の反射率はほぼ10%で安定し、シリコン基板の表面に良好なテクスチャが形成されたと考えられる。   FIG. 2 is a characteristic diagram showing a change in reflectance (%) of light having a wavelength of 700 nm on the surface of the silicon substrate with respect to the number of batch processes. As shown in FIG. 1, NaOH was additionally added for each batch process depending on the molar concentration of silicon. At this time, as shown in FIG. 2, the reflectance of light having a wavelength of 700 nm is stabilized at about 10%, and it is considered that a good texture was formed on the surface of the silicon substrate.

また、エッチング開始後における上記追加NaOH/増加Si比が、1.0〜3.0となるようにNaOHを追加することが好ましい。このような条件とすることにより、エッチング液中のシリコン濃度に見合ったアルカリを補充できるため、アルカリ濃度が初期のバッチ時の濃度より高くなっても、エッチングの異方性を確保でき、高密度のテクスチャを連続して安定して形成できる。   Moreover, it is preferable to add NaOH so that the said additional NaOH / increase Si ratio after an etching start may be 1.0-3.0. By setting such conditions, the alkali corresponding to the silicon concentration in the etching solution can be replenished. Therefore, even when the alkali concentration is higher than the initial batch concentration, the anisotropy of etching can be secured, and the density is high. The texture can be formed continuously and stably.

なお、以下に示す条件に限らず、最初のバッチでテクスチャをシリコン基板表面に均一に形成できる条件であれば、上記追加NaOH/増加Si比の範囲は有効である。さらに、エッチング液を交換した後の最初のバッチにおいては、液交換前のエッチング液が一部残っている、すなわち配管やポンプの中等の残留するエッチング液中にSi(OH) 2−が一部残存している場合もあるが、それも含めて追加NaOH/増加Si比を上記の範囲に設定すればよい。 Note that the range of the additional NaOH / increased Si ratio is effective as long as the conditions allow the texture to be uniformly formed on the surface of the silicon substrate in the first batch. Further, in the first batch after the etching solution is replaced, a part of the etching solution before the solution replacement remains, that is, Si (OH) 6 2− is one in the remaining etching solution such as in a pipe or a pump. In some cases, the additional NaOH / increased Si ratio may be set within the above range.

図3は、追加NaOH/増加Si比に対する波長700nmの光の反射率(%)の変化を示す特性図である。ここでは、追加NaOH/増加Si比に対する、20バッチ目の単結晶シリコン基板の波長700nmの光反射率の変化を表している。エッチング条件は、テクスチャ形成添加剤として1,6−ヘキサンジオールを50mM、エッチング前のNaOH濃度:1.6wt%、エッチング液温度:90℃、エッチング時間:30分、各バッチのシリコン基板枚数:30枚とした。20バッチ処理したので600枚のウェハを使用した。   FIG. 3 is a characteristic diagram showing a change in reflectance (%) of light having a wavelength of 700 nm with respect to an additional NaOH / increased Si ratio. Here, the change in the light reflectance at a wavelength of 700 nm of the 20th batch of single crystal silicon substrate with respect to the additional NaOH / increased Si ratio is shown. Etching conditions are 50 mM 1,6-hexanediol as a texture forming additive, NaOH concentration before etching: 1.6 wt%, etching solution temperature: 90 ° C., etching time: 30 minutes, number of silicon substrates in each batch: 30 It was a sheet. Since 20 batches were processed, 600 wafers were used.

図3から分かるように、追加NaOH/増加Si比が1.0より小さいと、NaOHがシリコンに対して不足してエッチング反応が進まなくなり、反射率が増加する。一方、追加NaOH/増加Si比が3.0より大きいと、NaOHが過剰となってエッチングの異方性が弱くなり、テクスチャが形成されず、反射率が増加する。   As can be seen from FIG. 3, when the additional NaOH / increased Si ratio is smaller than 1.0, NaOH is insufficient with respect to silicon, the etching reaction does not proceed, and the reflectance increases. On the other hand, when the additional NaOH / increased Si ratio is larger than 3.0, NaOH becomes excessive and the etching anisotropy becomes weak, texture is not formed, and the reflectance increases.

図4は、追加NaOH/増加Si比が1.6のときのシリコン基板表面の電子顕微鏡写真(倍率:2000倍)である。図5は、追加NaOH/増加Si比が4.1のときの電子顕微鏡写真(倍率:2000倍)である。図4に示すように、追加NaOH/増加Si比が1.6の場合は、ピラミッド状の高密度のテクスチャが形成されていることが確認された。一方、図5に示すように、追加NaOH/増加Si比が4.1の場合は、ピラミッド状のテクスチャ間に隙間が生じている。この場合は、シリコン基板表面の光反射率は低下すると考えられる。   FIG. 4 is an electron micrograph (magnification: 2000 times) of the silicon substrate surface when the additional NaOH / increased Si ratio is 1.6. FIG. 5 is an electron micrograph (magnification: 2000 times) when the additional NaOH / increased Si ratio is 4.1. As shown in FIG. 4, when the additional NaOH / increased Si ratio was 1.6, it was confirmed that a pyramidal high-density texture was formed. On the other hand, as shown in FIG. 5, when the additional NaOH / increased Si ratio is 4.1, a gap is generated between the pyramidal textures. In this case, it is considered that the light reflectance on the surface of the silicon substrate is lowered.

以上のことから、太陽発電装置のセルを構成するシリコン基板のエッチング方法において、水とテクスチャ形成添加剤を含むアルカリ性溶液を用いて、エッチングインヒビターであるエッチング液中のシリコンの濃度の増加量とエッチングプロモータであるアルカリの濃度の追加量との追加NaOH/増加Si比が一定となるようにバッチ処理毎にアルカリ性溶液を追加してエッチングを行うことによって、シリコン基板のエッチングを複数バッチにわたって安定して実施でき、効率的にシリコン基板表面にテクスチャを形成できる、という効果が得られる。さらに、エッチング液の廃水量も削減でき、廃水処理への負荷を低減できる、という効果が得られる。   From the above, in the etching method of the silicon substrate that constitutes the cell of the solar power generation device, the amount of increase in the concentration of silicon in the etching solution, which is an etching inhibitor, and etching using an alkaline solution containing water and a texture forming additive By adding an alkaline solution for each batch process and performing etching so that the ratio of additional NaOH / increased Si with the additional amount of alkali concentration as a promoter is constant, etching of the silicon substrate can be stably performed over multiple batches. The effect that it can implement and a texture can be efficiently formed in the silicon substrate surface is acquired. Furthermore, the amount of waste water of the etching solution can be reduced, and the effect of reducing the load on waste water treatment can be obtained.

なお、本発明のエッチングに使用するテクスチャ形成添加剤である1,6−ヘキサンジオールは、ヘキサメチレングリコールとも言うが、本明細書では1,6−ヘキサンジオールという名称を使用する。   Note that 1,6-hexanediol, which is a texture-forming additive used in the etching of the present invention, is also called hexamethylene glycol, but in this specification, the name 1,6-hexanediol is used.

また、本発明のエッチングに使用するアルカリ溶液としては、水酸化ナトリウム溶液、水酸化カリウム溶液、炭酸ナトリウム溶液および水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)溶液等の強塩基のいずれか少なくとも一つを使用することが好ましい。   In addition, as the alkaline solution used in the etching of the present invention, at least one of strong bases such as a sodium hydroxide solution, a potassium hydroxide solution, a sodium carbonate solution and a tetramethylammonium hydroxide (TMAH) solution is used. It is preferable.

また、本発明のエッチングに使用する添加剤(テクスチャ形成添加剤)は、1,6−ヘキサンジオールに限らず、例えばイソプロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、1,4−ブタンジオール、1,2−ブタンジオール、2−メチル−1−プロパノール、2−メチル2−プロパノール、2−ブテン−1,4−ジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、1−ペンタノール、2−ペンタノール(sec−アミルアルコール)、3−ペンタノール、2−メチル−1−ブタノール、3−メチル−1−ブタノール(イソアミルアルコール)、2−メチル−2−ブタノール(tert−アミルアルコール)、3−メチル−2−ブタノール、2,2−ジメチル−1−プロパノール(ネオペンチルアルコール)、1,5−ペンタンジオール、3−メチル−1,3−ブタンジオール、2−メチル−1,4−ブタンジオール、1−ヘキサノール、2−ヘキサノール、3−ヘキサノール、1,2−ヘキサンジオール、1,3−ヘキサンジオール、1,4−ヘキサンジオール、1,5−ヘキサンジオール、2,3−ヘキサンジオール、2,4−ヘキサンジオール、2,5−ヘキサンジオール、3,4−ヘキサンジオール、1,2,3−ヘキサントリオール、1,2,4−ヘキサントリオール、1,2,5−ヘキサントリオール、1,2,6−ヘキサントリオール、1,3,6−ヘキサントリオール、2−メチル−1−ペンタノール、3−メチル−1−ペンタノール、4−メチル−2−ペンタノール、3−メチル−2−ペンタノール、2−メチル−3−ペンタノール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、2−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,2,6−ヘキサントリオール、1−ヘプタノール、2−ヘプタノール、3−ヘプタノール、4−ヘプタノール、5−ヘプタノール、6−ヘプタノール、7−ヘプタノール、8−ヘプタノール、2,4−ジメチル−3−ペンタノール1,2−ヘプタンジオール、1,3−ヘプタンジオール、1,4−ヘプタンジオール、1,5−ヘプタンジオール、1,6−ヘプタンジオール、1,7−ヘプタンジオール、2,3−ヘプタンジオール、2,4−ヘプタンジオール、2,5−ヘプタンジオール、2,6−ヘプタンジオール、2,7−ヘプタンジオール、3,4−ヘプタンジオール、3,5−ヘプタンジオール、3,6−ヘプタンジオール、3,7−ヘプタンジオール等およびこれらに挙げた物質以外の異性体(同一炭素数で直鎖または側鎖のあるものおよび/またはOH基の位置が異なるもの)が挙げられる。さらにアセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、蟻酸、プロピオン酸、ヘプタン酸、ヘキサン酸、カプロン酸、吉草酸、乳酸等の有機酸およびその塩等が挙げられる。   In addition, the additive (texture forming additive) used in the etching of the present invention is not limited to 1,6-hexanediol, and for example, isopropanol, 1-butanol, 2-butanol, 1,4-butanediol, 1,2 -Butanediol, 2-methyl-1-propanol, 2-methyl-2-propanol, 2-butene-1,4-diol, 2-methyl-1,3-propanediol, 1-pentanol, 2-pentanol ( sec-amyl alcohol), 3-pentanol, 2-methyl-1-butanol, 3-methyl-1-butanol (isoamyl alcohol), 2-methyl-2-butanol (tert-amyl alcohol), 3-methyl-2 -Butanol, 2,2-dimethyl-1-propanol (neopentyl alcohol), 1,5-pentanediol 3-methyl-1,3-butanediol, 2-methyl-1,4-butanediol, 1-hexanol, 2-hexanol, 3-hexanol, 1,2-hexanediol, 1,3-hexanediol, 1, 4-hexanediol, 1,5-hexanediol, 2,3-hexanediol, 2,4-hexanediol, 2,5-hexanediol, 3,4-hexanediol, 1,2,3-hexanetriol, 1 , 2,4-hexanetriol, 1,2,5-hexanetriol, 1,2,6-hexanetriol, 1,3,6-hexanetriol, 2-methyl-1-pentanol, 3-methyl-1- Pentanol, 4-methyl-2-pentanol, 3-methyl-2-pentanol, 2-methyl-3-pentanol, 2-methyl-2,4- Nthanediol, 2-methyl-1,5-pentanediol, 1,2,6-hexanetriol, 1-heptanol, 2-heptanol, 3-heptanol, 4-heptanol, 5-heptanol, 6-heptanol, 7-heptanol 8-heptanol, 2,4-dimethyl-3-pentanol 1,2-heptanediol, 1,3-heptanediol, 1,4-heptanediol, 1,5-heptanediol, 1,6-heptanediol, 1,7-heptanediol, 2,3-heptanediol, 2,4-heptanediol, 2,5-heptanediol, 2,6-heptanediol, 2,7-heptanediol, 3,4-heptanediol, 3 , 5-heptanediol, 3,6-heptanediol, 3,7-heptanediol, and the like Isomers other than the substances listed in (1), those having the same carbon number and linear or side chains and / or those having different OH group positions. Further, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, organic acids such as formic acid, propionic acid, heptanoic acid, hexanoic acid, caproic acid, valeric acid and lactic acid, and salts thereof may be mentioned.

このようなエッチングによるテクスチャの形成は、シリコン基板などの半導体ウェハを用いて構成される太陽光発電装置や、シリコン薄膜などの半導体薄膜を有する太陽光発電装置の製造方法に適用することができる。たとえば、第1導電型の半導体ウェハの第1の主面にテクスチャを形成するテクスチャ形成工程と、テクスチャを形成した半導体ウェハの表面に第2導電型の拡散層を形成する拡散層形成工程と、半導体ウェハの端面に形成された拡散層を除去する拡散層除去工程と、半導体ウェハの第1の主面上に反射防止膜を形成する反射防止膜形成工程と、半導体ウェハの第1の主面および第1の主面に対向する第2の主面上に所定の形状の電極を印刷して焼成する電極形成工程と、を含む太陽光発電装置の製造方法におけるテクスチャ形成工程で、上述した方法を用いて半導体ウェハの第1の主面をエッチングすることによって、均一なテクスチャを形成することができる。   Such texture formation by etching can be applied to a solar power generation device configured using a semiconductor wafer such as a silicon substrate or a method for manufacturing a solar power generation device having a semiconductor thin film such as a silicon thin film. For example, a texture forming step of forming a texture on the first main surface of the first conductivity type semiconductor wafer, a diffusion layer forming step of forming a second conductivity type diffusion layer on the surface of the textured semiconductor wafer, A diffusion layer removing step of removing a diffusion layer formed on an end surface of the semiconductor wafer; an antireflection film forming step of forming an antireflection film on the first main surface of the semiconductor wafer; and a first main surface of the semiconductor wafer And an electrode forming step of printing and baking an electrode having a predetermined shape on the second main surface opposite to the first main surface, and the texture forming step in the method for manufacturing a solar power generation apparatus, the method described above A uniform texture can be formed by etching the first main surface of the semiconductor wafer using.

上述した実施の形態1においては、水とテクスチャ形成添加剤とを含むアルカリ性溶液をエッチング液に用いた複数バッチ処理によりシリコン基板の表面をエッチングする際に、シリコン濃度に応じてNaOH等のアルカリ性溶液を追加してエッチングを実施する、すなわち、エッチングインヒビターであるエッチング液中のシリコンの濃度の増加量とエッチングプロモータであるアルカリの濃度の追加量との追加NaOH/増加Si比が一定となるようにバッチ処理毎にアルカリ性溶液を追加してエッチングを実施するので、複数バッチ数の処理でもシリコン基板の表面に効率的に安定してテクスチャを形成できる。   In Embodiment 1 described above, when etching the surface of a silicon substrate by a plurality of batch processes using an alkaline solution containing water and a texture forming additive as an etching solution, an alkaline solution such as NaOH according to the silicon concentration. In other words, the additional NaOH / increased Si ratio between the increased amount of silicon in the etching solution, which is an etching inhibitor, and the additional amount of alkali, which is an etching promoter, is made constant. Since etching is performed by adding an alkaline solution for each batch process, a texture can be efficiently and stably formed on the surface of the silicon substrate even in a process of a plurality of batches.

これにより、実施の形態1によれば、より少ない添加剤の添加量で、より少ないアルカリ性溶液の使用量でプロセスとして安定してシリコン基板表面に高密度のテクスチャを良好に形成させることができ、大量処理が可能となる。その結果、シリコン基板の光吸収量が高くなり、このシリコン基板を用いて製作した太陽光発電装置では電流値が増加し、光電変換効率が向上する。また、エッチング液の一部を排出する必要がなく、廃水処理への負荷が低減できる。さらにエッチング液を交換することなく複数回のバッチ数をエッチングできるため、エッチング液の交換回数が低減して、生産時間を長く確保できる。   Thereby, according to Embodiment 1, it is possible to stably form a high-density texture on the surface of the silicon substrate stably as a process with a smaller amount of additive and a smaller amount of alkaline solution used. Mass processing is possible. As a result, the amount of light absorbed by the silicon substrate is increased, and in the solar power generation device manufactured using this silicon substrate, the current value is increased and the photoelectric conversion efficiency is improved. Moreover, it is not necessary to discharge a part of the etching solution, and the load on wastewater treatment can be reduced. Furthermore, since the number of batches can be etched a plurality of times without exchanging the etching solution, the number of exchanges of the etching solution is reduced, and a long production time can be secured.

したがって、上述した実施の形態1によれば、低反射率を有するシリコン基板の大量生産を効率的に実施でき、太陽光発電装置に好適なテクスチャを有するシリコン基板を大量に提供することができる。例えば10%以下の光反射率を有するシリコン基板の大量生産を効率的に実施できる。   Therefore, according to Embodiment 1 mentioned above, mass production of the silicon substrate which has a low reflectance can be implemented efficiently, and the silicon substrate which has a texture suitable for a solar power generation device can be provided in large quantities. For example, mass production of a silicon substrate having a light reflectance of 10% or less can be efficiently performed.

なお、実施の形態1ではエッチング対象として単結晶のシリコン基板について示したが、多結晶のシリコン基板についても上記と同様の効果が得られることを確認している。   Note that although a single crystal silicon substrate is shown as an object to be etched in the first embodiment, it has been confirmed that the same effect as described above can be obtained even with a polycrystalline silicon substrate.

上記の実施の形態1では、複数バッチ処理による効率的なテクスチャ形成方法について説明した。以下の実施の形態2および3では、実施の形態1で説明したシリコン基板のエッチング方法を実現するエッチング装置について説明する。   In Embodiment 1 described above, an efficient texture forming method using multiple batch processing has been described. In the following second and third embodiments, an etching apparatus that realizes the silicon substrate etching method described in the first embodiment will be described.

実施の形態2.
図6は、本発明の実施の形態2にかかるウェットエッチング装置の構成の一例を模式的に示す図である。ウェットエッチングを行うエッチング槽1には、アルカリ供給部10と、テクスチャ形成添加剤供給部20と、純水供給配管40と、気体供給部50とが接続されている。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating an example of the configuration of the wet etching apparatus according to the second embodiment of the present invention. An alkali supply unit 10, a texture forming additive supply unit 20, a pure water supply pipe 40, and a gas supply unit 50 are connected to the etching tank 1 that performs wet etching.

アルカリ供給部10は、エッチング槽1に接続されるアルカリ供給配管11を有し、このアルカリ供給配管11の端部にアルカリ貯留槽12を備える。また、アルカリ供給部10は、アルカリ貯留槽12とエッチング槽1との間のアルカリ供給配管11上に、アルカリ貯留槽12からアルカリをエッチング槽1へと供給するアルカリ供給ポンプ13を備える。アルカリ貯留槽12は、たとえば水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ性溶液を貯留する。   The alkali supply unit 10 includes an alkali supply pipe 11 connected to the etching tank 1, and includes an alkali storage tank 12 at the end of the alkali supply pipe 11. The alkali supply unit 10 includes an alkali supply pump 13 that supplies alkali from the alkali storage tank 12 to the etching tank 1 on the alkali supply pipe 11 between the alkali storage tank 12 and the etching tank 1. The alkaline storage tank 12 stores an alkaline solution such as an aqueous sodium hydroxide solution.

テクスチャ形成添加剤供給部20は、エッチング槽1に接続される添加剤供給配管21を有し、この添加剤供給配管21の端部に添加剤貯留槽22を備える。また、テクスチャ形成添加剤供給部20は、添加剤貯留槽22とエッチング槽1との間の添加剤供給配管21上に、添加剤貯留槽22から添加剤をエッチング槽1へと供給する添加剤供給ポンプ23を備える。添加剤貯留槽22は、実施の形態1で説明したテクスチャ形成添加剤(以下、添加剤と呼ぶ場合がある)を貯留する。   The texture-forming additive supply unit 20 has an additive supply pipe 21 connected to the etching tank 1, and includes an additive storage tank 22 at the end of the additive supply pipe 21. The texture forming additive supply unit 20 supplies the additive from the additive reservoir 22 to the etching reservoir 1 on the additive supply pipe 21 between the additive reservoir 22 and the etching reservoir 1. A supply pump 23 is provided. The additive storage tank 22 stores the texture-forming additive described in the first embodiment (hereinafter may be referred to as an additive).

純水供給配管40は、エッチング槽1へイオン交換水、蒸留水、または純水を供給する。また、気体供給部50は、エッチング槽1の底部付近に設けられる気体放出部51と、気体放出部51に接続される気体供給配管52とを有する。気体放出部51は、エッチング処理対象物72よりも下に位置するように配置されればよい。なお、気体放出部51として、小さい気泡を供給することができる装置であることが望ましい。   The pure water supply pipe 40 supplies ion exchange water, distilled water, or pure water to the etching tank 1. The gas supply unit 50 includes a gas discharge unit 51 provided near the bottom of the etching tank 1 and a gas supply pipe 52 connected to the gas discharge unit 51. The gas discharge part 51 should just be arrange | positioned so that it may be located lower than the etching process target object 72. FIG. Note that it is desirable that the gas discharge unit 51 is a device that can supply small bubbles.

また、エッチング槽1には温度制御部60が設けられている。この温度制御部60は、エッチング槽1内に設けられてエッチング槽1内のエッチング液を加熱するヒータ61と、エッチング槽1の外部に設けられるヒータ熱源62と、ヒータ熱源62とヒータ61との間を接続するヒータ配線63と、を備える。また、温度制御部60は、エッチング槽1内に投入される温度測定部64と、温度測定部64で測定されたエッチング液の温度に基づいて、エッチング液が所望の温度となるようにヒータ熱源62の温度制御を行う温度計付温度調整器65と、を備える。なお、ヒータ熱源62と温度計付温度調整器65とは、温度調整用信号線66を介して接続されている。   The etching tank 1 is provided with a temperature control unit 60. The temperature controller 60 includes a heater 61 provided in the etching tank 1 for heating the etching solution in the etching tank 1, a heater heat source 62 provided outside the etching tank 1, a heater heat source 62, and the heater 61. Heater wiring 63 for connecting between the two. Further, the temperature control unit 60 includes a temperature measurement unit 64 put into the etching tank 1 and a heater heat source so that the etching solution becomes a desired temperature based on the temperature of the etching solution measured by the temperature measurement unit 64. And a temperature controller 65 with a thermometer for performing temperature control 62. The heater heat source 62 and the thermometer-equipped temperature regulator 65 are connected via a temperature adjustment signal line 66.

さらに、エッチング槽1内には、キャリア支持台71が、気体放出部51よりも上部となるように設けられている。キャリア支持台71には、シリコン基板などのエッチング処理対象物72を複数保持するキャリア73が載置される。たとえば、1台のキャリア73には10枚〜100枚のシリコン基板を保持することが可能である。キャリア支持台71上には、たとえば1台〜10台のキャリア73を載置することができる。   Furthermore, a carrier support base 71 is provided in the etching tank 1 so as to be above the gas discharge part 51. A carrier 73 that holds a plurality of etching objects 72 such as a silicon substrate is placed on the carrier support base 71. For example, one carrier 73 can hold 10 to 100 silicon substrates. On the carrier support 71, for example, 1 to 10 carriers 73 can be placed.

また、エッチング槽1には、オーバーフロー槽81が併設されている。このオーバーフロー槽81は、エッチング液循環配管82によりエッチング槽1と接続されている。また、エッチング液循環配管82上には、エッチング槽1からオーバーフロー槽81にオーバーフローしたエッチング液を、エッチング液供給管85を介してエッチング槽1へと循環させるエッチング液循環ポンプ83が設けられている。さらに、エッチング槽1およびオーバーフロー槽81には、エッチング液を排出するドレーン84が接続されている。   The etching tank 1 is also provided with an overflow tank 81. The overflow tank 81 is connected to the etching tank 1 by an etchant circulation pipe 82. An etching solution circulation pump 83 is provided on the etching solution circulation pipe 82 to circulate the etching solution overflowed from the etching vessel 1 to the overflow vessel 81 to the etching vessel 1 through the etching solution supply pipe 85. . Further, a drain 84 for discharging the etching solution is connected to the etching tank 1 and the overflow tank 81.

また、本エッチング装置には、シリコン濃度測定部101、制御部102、シリコン濃度信号線103およびポンプ信号線104が設けられている。また、ここではキャリア73は2台となっている。シリコン濃度測定部101は、エッチング液循環配管82上に設置され、シリコン濃度信号線103を介して制御部102と連結されている。制御部102は、ポンプ信号線104を介してアルカリ供給ポンプ13と接続されている。シリコン濃度測定部101は、連続的にシリコン濃度をモニタリングすることができる。   In addition, the etching apparatus is provided with a silicon concentration measuring unit 101, a control unit 102, a silicon concentration signal line 103, and a pump signal line 104. Here, the number of carriers 73 is two. The silicon concentration measurement unit 101 is installed on the etching solution circulation pipe 82 and is connected to the control unit 102 via the silicon concentration signal line 103. The control unit 102 is connected to the alkali supply pump 13 via the pump signal line 104. The silicon concentration measuring unit 101 can continuously monitor the silicon concentration.

つぎに、このエッチング装置の動作について説明する。まず、エッチング槽1に、純水供給配管40を介して純水を供給し、アルカリ供給部10からアルカリ性溶液を供給し、テクスチャ形成添加剤供給部20からはテクスチャ形成添加剤を供給する。具体的には、アルカリ供給部10では、アルカリ供給配管11を介してアルカリ供給ポンプ13によってアルカリ貯留槽12からエッチング槽1にアルカリ性溶液が供給される。また、テクスチャ形成添加剤供給部20では、添加剤供給配管21を介して添加剤供給ポンプ23によって添加剤貯留槽22からエッチング槽1に所定量の添加剤が供給される。   Next, the operation of this etching apparatus will be described. First, pure water is supplied to the etching tank 1 through the pure water supply pipe 40, an alkaline solution is supplied from the alkali supply unit 10, and a texture formation additive is supplied from the texture formation additive supply unit 20. Specifically, in the alkali supply unit 10, the alkaline solution is supplied from the alkali storage tank 12 to the etching tank 1 by the alkali supply pump 13 through the alkali supply pipe 11. In the texture forming additive supply unit 20, a predetermined amount of additive is supplied from the additive storage tank 22 to the etching tank 1 by the additive supply pump 23 through the additive supply pipe 21.

なお、ここでは、エッチング槽1内に満たされるエッチング液が実施の形態1で説明した濃度範囲となるように、所定量の純水、アルカリ性溶液および添加剤が供給される。例えば、予め供給する純水、アルカリ性溶液および添加剤の供給流量を測定しておき、上記所定濃度範囲となるように供給時間を設定する方法がある。また、エッチング槽1には水位計(図示せず)を設置し、アルカリ性溶液および添加剤を供給した後、純水を供給し、ある水位になったら純水の供給を停止させてエッチング液量を一定に保つことが可能である。さらに、エッチング液は高温に維持されるため水分が蒸発してエッチング液量が低下するため、水位計の測定値に基づいて適宜自動的に純水が供給されるようにしておくことが好ましい。   Here, a predetermined amount of pure water, an alkaline solution, and an additive are supplied so that the etching solution filled in the etching tank 1 is in the concentration range described in the first embodiment. For example, there is a method in which the supply flow rates of pure water, alkaline solution, and additive supplied in advance are measured, and the supply time is set so as to be within the predetermined concentration range. In addition, a water level gauge (not shown) is installed in the etching tank 1, and after supplying an alkaline solution and an additive, pure water is supplied. Can be kept constant. Furthermore, since the etching solution is maintained at a high temperature, the water is evaporated and the amount of the etching solution is reduced. Therefore, it is preferable that pure water is automatically supplied appropriately based on the measured value of the water level meter.

ついで、気体放出部51から気体供給配管52を介して気体がエッチング槽1内に連続的に供給される。ここでエッチング槽1内に供給される気体としては、空気、酸素、窒素、オゾン、水素、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、キセノン、メタン、プロパンのうち少なくとも1つを含む気体が好ましい。   Next, gas is continuously supplied from the gas discharge part 51 into the etching tank 1 through the gas supply pipe 52. Here, the gas supplied into the etching tank 1 is preferably a gas containing at least one of air, oxygen, nitrogen, ozone, hydrogen, helium, argon, krypton, xenon, methane, and propane.

また、オーバーフロー槽81にオーバーフローしたエッチング液が、エッチング液循環ポンプ83によってエッチング液循環配管82を介してエッチング液供給部90からエッチング槽1に送られて循環される。エッチング液供給部90には、エッチング液がエッチング槽1内に均一に行き渡るように、適当な大きさの穴が適当な間隔で開けられている。さらに、ヒータ61によってエッチング槽1内のエッチング液を所定温度まで加熱する。   Further, the etchant overflowed into the overflow tank 81 is sent from the etchant supply unit 90 to the etch tank 1 via the etchant circulation pipe 82 and circulated by the etchant circulation pump 83. In the etchant supply unit 90, holes of appropriate sizes are formed at appropriate intervals so that the etchant uniformly spreads into the etch tank 1. Further, the etching solution in the etching tank 1 is heated to a predetermined temperature by the heater 61.

ついで、図示しないロボットアームなどの搬送機構が、エッチング処理対象物72である単結晶のシリコン基板が収納された1台〜複数台のキャリア73(図6では2台)をエッチング槽1に投入してキャリア支持台71に載置する。そして、シリコン基板を所定時間浸漬して、シリコン基板に対してウェットエッチング処理を実施する。所定時間経過後、再度ロボットアームなどによってエッチング槽1からキャリア73を引き上げる。引き上げられた1バッチ目のキャリア73は、次工程に送られる。   Next, a transfer mechanism such as a robot arm (not shown) puts one to a plurality of carriers 73 (two in FIG. 6) in which a single crystal silicon substrate, which is an object to be etched 72, is stored, into the etching tank 1. To be placed on the carrier support 71. Then, the silicon substrate is immersed for a predetermined time, and a wet etching process is performed on the silicon substrate. After a predetermined time has elapsed, the carrier 73 is pulled up from the etching tank 1 again by a robot arm or the like. The pulled first carrier 73 is sent to the next step.

その際、シリコン基板は予めダメージエッチング処理が実施されていることが好ましい。ダメージエッチング処理としては、所定時間だけシリコン基板をアルカリ性溶液(例えばNaOH濃度として3wt%〜10wt%、温度:70℃〜90℃、ダメージエッチング時間:1分〜5分)に浸漬するなどの方法がある。しかし、ダメージエッチングが無い場合でも可能である。   At that time, it is preferable that the silicon substrate is subjected to a damage etching process in advance. As the damage etching treatment, there is a method of immersing a silicon substrate in an alkaline solution (for example, 3 wt% to 10 wt% as NaOH concentration, temperature: 70 ° C. to 90 ° C., damage etching time: 1 min to 5 min) for a predetermined time. is there. However, it is possible even when there is no damage etching.

エッチング処理を実施中、シリコン濃度測定部101においてエッチング液循環配管82を流れるエッチング液中のシリコン濃度を赤外分光法(IR)で測定する。測定されたエッチング液中のシリコン濃度の値は、シリコン濃度信号線103を介して随時制御部102へ送られる。   During the etching process, the silicon concentration measurement unit 101 measures the silicon concentration in the etching solution flowing through the etching solution circulation pipe 82 by infrared spectroscopy (IR). The measured value of the silicon concentration in the etching solution is sent to the control unit 102 through the silicon concentration signal line 103 as needed.

制御部102は、バッチ処理完了時またはエッチング処理を実施中に、追加が必要なアルカリ量をエッチング液中のシリコン濃度の測定値に基づいて算出する。算出した必要なアルカリ量の情報(追加量情報)は、ポンプ信号線104を介して制御部102からアルカリ供給ポンプ13に送られる。   The control unit 102 calculates the amount of alkali that needs to be added based on the measured value of the silicon concentration in the etching solution when the batch process is completed or during the etching process. The calculated required alkali amount information (additional amount information) is sent from the control unit 102 to the alkali supply pump 13 via the pump signal line 104.

アルカリ供給ポンプ13は、制御部102から送られた必要なアルカリ量の情報(追加量情報)に基づいて、バッチ完了時またはエッチング処理を実施中に、一括してまたは連続的にアルカリ貯留槽12からアルカリ供給配管11を介してアルカリ性溶液をエッチング槽1へ追加供給する。   The alkali supply pump 13 is based on the required alkali amount information (additional amount information) sent from the control unit 102, or when the batch is completed or during the etching process, the alkali storage tank 12 is collectively or continuously. Then, an alkaline solution is additionally supplied to the etching tank 1 through the alkali supply pipe 11.

そして、エッチング液循環ポンプ83によってエッチング槽1内が撹拌されて、追加供給されたアルカリ性溶液がエッチング槽1内のエッチング液と混合される。   Then, the etching tank 1 is stirred by the etching liquid circulation pump 83, and the additionally supplied alkaline solution is mixed with the etching liquid in the etching tank 1.

ついで、同様に別のシリコン基板が収納された1台〜複数台のキャリア73がロボットアームなどによってエッチング槽1に投入されて、順次エッチング処理が実施される。所定バッチ数のウェットエッチング処理が完了すると、エッチング槽1内のエッチング液はドレーン84を介して排出される。これにより、一連の複数バッチ処理が終了する。   Subsequently, one to a plurality of carriers 73 in which different silicon substrates are similarly stored are put into the etching tank 1 by a robot arm or the like, and etching processes are sequentially performed. When the predetermined number of batches of wet etching processing are completed, the etching solution in the etching tank 1 is discharged through the drain 84. Thereby, a series of multiple batch processing is completed.

その後、上記の通り新たにエッチング液がエッチング槽1に調製され、上記と同様にして次ロットの複数バッチ処理が行われる。また、エッチングが終了したシリコン基板は、純水等で洗浄し、フッ酸で中和処理し、再度純水等で洗浄した後、乾燥させる。   Thereafter, an etching solution is newly prepared in the etching tank 1 as described above, and a plurality of batch processing of the next lot is performed in the same manner as described above. The silicon substrate after etching is washed with pure water or the like, neutralized with hydrofluoric acid, washed again with pure water or the like, and then dried.

なお、バッチ数はシリコン基板のエッチング速度や処理時間などから決定される。また、エッチング処理の時間はバッチ数毎に変えることも可能であるが、追加するアルカリ性溶液の濃度と添加量とを調整することにより、エッチング処理時間を一定にすることも可能である。   Note that the number of batches is determined from the etching rate and processing time of the silicon substrate. The etching process time can be changed for each batch number, but the etching process time can be made constant by adjusting the concentration and the amount of the alkaline solution added.

ここで、エッチング槽1に供給されるアルカリと添加剤は液体の方が好ましいが、固体を純水などに溶解させて供給してもよいし、固体を直接エッチング槽1に所定量投入してもよい。添加剤として1,6−ヘキサンジオールを用いる場合は、1,6−ヘキサンジオールは常温では固体であるため、純水等に予め溶解させて液体として供給する。液体の1,6−ヘキサンジオールの濃度は10wt%〜80wt%程度が好ましく、この濃度範囲であれば0℃でも固化しない。また、手作業もしくは機械等を使用して固体の状態で1,6−ヘキサンジオールを直接エッチング槽1へ投入してもよい。   Here, the alkali and additive supplied to the etching tank 1 are preferably liquid, but may be supplied by dissolving the solid in pure water or the like, and a predetermined amount of the solid is directly charged into the etching tank 1. Also good. When 1,6-hexanediol is used as an additive, 1,6-hexanediol is a solid at room temperature, and is thus dissolved in pure water or the like and supplied as a liquid. The concentration of the liquid 1,6-hexanediol is preferably about 10 wt% to 80 wt%, and the concentration does not solidify even at 0 ° C. within this concentration range. Alternatively, 1,6-hexanediol may be directly charged into the etching tank 1 in a solid state using manual work or a machine.

また、1バッチ前とバッチ処理後とに供給するアルカリは同一のアルカリ貯留槽12から供給してもよく、別々のアルカリ貯留槽12から供給してもよい。アルカリ貯留槽12を別々に設ける場合は、例えばバッチ処理後に供給するアルカリの供給設備が必要となる。   Moreover, the alkali supplied before one batch and after batch processing may be supplied from the same alkali storage tank 12, or may be supplied from separate alkali storage tanks 12. In the case where the alkali storage tank 12 is provided separately, for example, an alkali supply facility to be supplied after batch processing is required.

また、エッチング反応で溶解したエッチング液中のシリコンは、別途乾燥、凝集沈澱などによって回収することが可能である。そして、シリコンを除いたエッチング液に再度アルカリを添加してエッチング液を再利用することも可能である。これによって、純水、添加剤の使用量を抑制できるだけでなく、廃水処理への負荷も低減できる。さらに、上述した説明では、バッチ式のエッチング処理について示したが、枚葉式でのエッチング処理も可能である。   Further, the silicon in the etching solution dissolved by the etching reaction can be recovered separately by drying, coagulating precipitation, or the like. It is also possible to reuse the etching solution by adding alkali again to the etching solution excluding silicon. As a result, not only the amount of pure water and additives used can be suppressed, but also the load on wastewater treatment can be reduced. Furthermore, although the batch type etching process has been described in the above description, a single wafer type etching process is also possible.

ここで、アルカリ性溶液や添加剤の供給については、添加剤供給ポンプ23やアルカリ供給ポンプ13を省略し、添加剤貯留槽22やアルカリ貯留槽12に秤量可能な機構を設けることも可能である。例えば、ポンプ(図示せず)により所定量の添加剤やアルカリ性溶液を外部からそれぞれ添加剤貯留槽22やアルカリ貯留槽12に供給する。この所定量は、添加剤貯留槽22やアルカリ貯留槽12の秤量機能で測定できる。続いて、添加剤貯留槽22やアルカリ貯留槽12に貯留した添加剤およびアルカリ性溶液を、添加剤貯留槽22やアルカリ貯留槽12に設定している弁(図示せず)を開けてそのままエッチング槽1へ落として供給する。   Here, with respect to the supply of the alkaline solution and the additive, the additive supply pump 23 and the alkali supply pump 13 may be omitted, and a mechanism capable of weighing the additive storage tank 22 and the alkali storage tank 12 may be provided. For example, a predetermined amount of additive or alkaline solution is supplied from the outside to the additive storage tank 22 or the alkaline storage tank 12 by a pump (not shown). This predetermined amount can be measured by the weighing function of the additive storage tank 22 or the alkali storage tank 12. Subsequently, the additive and the alkaline solution stored in the additive storage tank 22 and the alkaline storage tank 12 are opened as they are in the etching tank by opening a valve (not shown) set in the additive storage tank 22 and the alkaline storage tank 12. Drop to 1 and supply.

なお、シリコン濃度はエッチング時に発生した水素ガス量の測定結果やエッチング前後のシリコン基板の重量の変化などから間接的に算出してもよく、エッチング液中のシリコン濃度を直接測定してもよい。また、予め実施したエッチング処理でのシリコン基板の重量の変化から1バッチ終了後のアルカリ供給量を推測してもよい。   The silicon concentration may be calculated indirectly from the measurement result of the amount of hydrogen gas generated during etching, the change in the weight of the silicon substrate before and after etching, or the silicon concentration in the etching solution may be directly measured. Further, the amount of alkali supply after the end of one batch may be estimated from the change in the weight of the silicon substrate in the etching process performed in advance.

上述した実施の形態2によれば、実施の形態1で説明したシリコン基板のエッチング方法を実現することが可能であり、実施の形態1にかかるシリコン基板のエッチング方法の効果を得ることができる。   According to the second embodiment described above, the silicon substrate etching method described in the first embodiment can be realized, and the effect of the silicon substrate etching method according to the first embodiment can be obtained.

なお、実施の形態2ではエッチング対象として単結晶のシリコン基板について示したが、多結晶のシリコン基板についても上記と同様の効果が得られることを確認している。   Note that although a single crystal silicon substrate is shown as an etching target in the second embodiment, it has been confirmed that the same effect as described above can be obtained even with a polycrystalline silicon substrate.

実施の形態3.
図7は、本発明の実施の形態3にかかるウェットエッチング装置の構成の一例を模式的に示す図である。このエッチング装置は、実施の形態2にかかるウェットエッチング装置の構成において、気体放出部51の代わりに微細気泡発生部53がエッチング槽1の外部に設けられている。また、微細気泡発生部53は、エッチング液供給管85上のエッチング槽1とエッチング液循環ポンプ83との間に設けられている。この微細気泡発生部53として、スリット式、多孔質板式、配列多孔板式、極細ニードル式、メンブレン式、加圧溶解式、ベンチュリ式などの気泡発生装置を用いることができる。また、気体供給配管52は、微細気泡発生部53に接続されている。なお、実施の形態2と同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略している。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 7 is a diagram schematically illustrating an example of the configuration of the wet etching apparatus according to the third embodiment of the present invention. In this etching apparatus, in the configuration of the wet etching apparatus according to the second embodiment, a fine bubble generation unit 53 is provided outside the etching tank 1 instead of the gas release unit 51. Further, the fine bubble generating unit 53 is provided between the etching tank 1 on the etching solution supply pipe 85 and the etching solution circulation pump 83. As this fine bubble generating part 53, a bubble generating device such as a slit type, a porous plate type, an arrayed porous plate type, an ultra fine needle type, a membrane type, a pressure dissolution type, a venturi type or the like can be used. Further, the gas supply pipe 52 is connected to the fine bubble generating unit 53. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as Embodiment 2, and the description is abbreviate | omitted.

このような構成とすることによって、オーバーフロー槽81にオーバーフローしたエッチング液をエッチング液循環ポンプ83でエッチング槽1に戻す際に、微細気泡発生部53で発生された微細気泡が含まれたエッチング液がエッチング槽1に戻されることになる。なお、気体としては空気を使用してもよいし、実施の形態1で説明した他の気体を用いてもよい。また、バッチ式のウェットエッチング処理だけでなく、枚葉式でのウェットエッチング処理にも適用可能である。   By adopting such a configuration, when the etching solution overflowed into the overflow tank 81 is returned to the etching tank 1 by the etching liquid circulation pump 83, the etching liquid containing the fine bubbles generated in the fine bubble generating unit 53 is contained. It will be returned to the etching tank 1. Note that air may be used as the gas, or another gas described in the first embodiment may be used. Further, the present invention can be applied not only to a batch type wet etching process but also to a single wafer type wet etching process.

上述した実施の形態3によれば、実施の形態2にかかるウェットエッチング装置と同様に実施の形態1で説明したシリコン基板のエッチング方法を実現することが可能であり、実施の形態1にかかるシリコン基板のエッチング方法の効果を得ることができる。   According to the third embodiment described above, the silicon substrate etching method described in the first embodiment can be realized in the same manner as the wet etching apparatus according to the second embodiment, and the silicon according to the first embodiment can be realized. The effect of the substrate etching method can be obtained.

さらに、実施の形態3によれば、エッチング槽1に戻されるエッチング液に含まれる気泡が微細化されることによりエッチング液の撹拌が促進され、シリコン基板の面内により均一にテクスチャを形成できることができる、という効果が得られる。   Furthermore, according to the third embodiment, the bubbles contained in the etching solution returned to the etching tank 1 are miniaturized, whereby the stirring of the etching solution is promoted, and the texture can be formed more uniformly in the surface of the silicon substrate. The effect of being able to be obtained is obtained.

実施の形態4.
実施の形態4では、実施の形態1〜3で示したシリコン基板のエッチング方法およびエッチング装置を用いたエッチングにおいて、より均一に安定してシリコン基板にテクスチャを形成させる方法について説明する。
Embodiment 4 FIG.
In the fourth embodiment, a method for forming a texture on a silicon substrate in a more uniform and stable manner in the silicon substrate etching method and the etching apparatus using the first to third embodiments will be described.

シリコン基板のエッチング反応が進むと、エッチング液中に溶解したシリコンが蓄積される。さらに、シリコン基板に付着して持ち込まれる金属および有機物等の異物、また環境中から溶解する金属および有機物等の異物、さらにウェットエッチング装置内から発生、溶出する金属および有機物等の異物もエッチング液中に溶解する。このようなシリコンおよび異物の存在によってテクスチャの形成が良好に進まない場合がある。   As the etching reaction of the silicon substrate proceeds, dissolved silicon is accumulated in the etching solution. In addition, foreign substances such as metals and organic substances brought into the silicon substrate, foreign substances such as metals and organic substances that dissolve from the environment, and foreign substances such as metals and organic substances that are generated and eluted from the wet etching apparatus are also present in the etching solution. Dissolve in The presence of such silicon and foreign matter may not allow the texture formation to proceed well.

さらに、シリコン基板のスライス方法が変わることによって、シリコンの表面形状が異なる。そして、スライス方法が変わることによって、テクスチャの形成が良好に進まない場合がある。特に、シリコン基板の表面形状が滑らかになるほどテクスチャを均一に形成させることが難しくなる。   Furthermore, the surface shape of silicon differs depending on the method of slicing the silicon substrate. In addition, the texture formation may not proceed well due to the change in the slicing method. In particular, the smoother the surface shape of the silicon substrate, the more difficult it is to form the texture uniformly.

そこで、エッチング液の状態(シリコンの溶解量や異物の混入量)やシリコン基板の種類(シリコン基板のスライス方法等の違いやシリコン基板内部の金属量)によってテクスチャの形成状況が異なるため、安定してテクスチャを形成できる方法が求められている。   Therefore, the texture formation status varies depending on the state of the etchant (the amount of silicon dissolved and foreign matter) and the type of silicon substrate (difference in the silicon substrate slicing method and the amount of metal inside the silicon substrate), so it is stable. Therefore, there is a demand for a method capable of forming a texture.

テクスチャの形成は、異方性を高め、かつその状態でエッチング反応を進めることが重要であるが、さらに、テクスチャを形成する最初の反応、すなわちエッチング反応がスタートする時点でのシリコン基板の表面状態が重要であることを本発明者はさらに新たに見出した。すなわち、シリコン基板の表面状態をテクスチャが形成されやすい状態にすることが、シリコン基板の面内に均一にテクスチャを形成できるポイントであり、エッチング反応終了までそのエッチング直前のシリコン基板の表面状態の差が影響を及ぼすことを見出した。エッチング反応の開始時点でシリコン基板の面内全体に均一に予めテクスチャ形成の起点を作っておくことで、テクスチャの形成をより進みやすくすることができる。   In the formation of texture, it is important to increase the anisotropy and advance the etching reaction in that state. In addition, the first reaction for forming the texture, that is, the surface state of the silicon substrate at the time when the etching reaction starts. The present inventor has further found out that is important. In other words, making the surface state of the silicon substrate easy to form a texture is the point at which a uniform texture can be formed on the surface of the silicon substrate, and the difference in the surface state of the silicon substrate immediately before the etching reaction is completed. Found out that it has an effect. By making the texture formation starting point uniformly in advance over the entire surface of the silicon substrate at the start of the etching reaction, the texture formation can be made easier.

そこで、本発明者は、エッチング前処理としてテクスチャ形成添加剤である1,6−ヘキサンジオールを含有する水溶液(濃度は0.1wt%〜80wt%)に予めシリコン基板を1秒〜300秒程度浸漬させ、その後水洗等を経ずに実施の形態1〜3で示したシリコン基板のエッチング方法およびエッチング装置を使用してエッチングする方法が、均一に安定してシリコン基板にテクスチャを形成させるために効果的であることを見出した。   Therefore, the present inventor pre-immerses the silicon substrate for about 1 second to 300 seconds in an aqueous solution (concentration is 0.1 wt% to 80 wt%) containing 1,6-hexanediol which is a texture forming additive as pre-etching treatment. Then, the silicon substrate etching method and the etching method using the etching apparatus shown in the first to third embodiments without washing with water and the like are effective for forming a texture on the silicon substrate uniformly and stably. I found out that

このような処理を行うことによって、予めテクスチャ形成添加剤をシリコン基板上に面内均一に吸着させ、上記異物によるテクスチャの形成が阻害されることを防ぐとともに、シリコン基板の表面に吸着したテクスチャ形成添加剤がテクスチャ形成の起点となってテクスチャが形成されやすくなる。   By performing such treatment, the texture forming additive is adsorbed uniformly on the silicon substrate in advance in the surface to prevent the formation of the texture due to the foreign matter, and the texture formation adsorbed on the surface of the silicon substrate. An additive becomes a starting point of texture formation, and it becomes easy to form a texture.

一方、予めテクスチャ形成添加剤をシリコン基板上に面内均一に吸着させなかった場合は、シリコン基板の表面にテクスチャ形成の起点が無く、かつ異物や溶解したシリコンによるテクスチャ形成の阻害が生じやすくなる。なお、上記1,6−ヘキサンジオールを含有する水溶液にシリコン基板を浸漬後、エッチング液に投入すると、浸漬時にシリコン基板に付着した1,6−ヘキサンジオールはエッチング液中に徐々に移動すると考えられる。しかしながら、エッチング反応が開始されるまでシリコン基板上にも1,6−ヘキサンジオールが残存しており、そこを起点にエッチングによるテクスチャの形成が開始され、上述したエッチング液中に存在する溶解したシリコンや異物によるシリコン基板の吸着を抑制、すなわちテクスチャ形成を妨げることを抑制し、かつテクスチャを形成しやすくできる。   On the other hand, if the texture forming additive is not previously adsorbed uniformly on the silicon substrate, there is no origin of texture formation on the surface of the silicon substrate, and the formation of the texture is liable to be inhibited by foreign matter or dissolved silicon. . In addition, when a silicon substrate is immersed in the aqueous solution containing the 1,6-hexanediol, and then poured into an etching solution, it is considered that 1,6-hexanediol attached to the silicon substrate during the immersion gradually moves into the etching solution. . However, 1,6-hexanediol remains on the silicon substrate until the etching reaction is started, and texture formation by etching is started from there, and the dissolved silicon present in the above-described etching solution. In addition, it is possible to suppress the adsorption of the silicon substrate by the foreign material or foreign matter, that is, to prevent the formation of the texture and to easily form the texture.

図8−1は、エッチング処理前にシリコン基板を1,6−ヘキサンジオール溶液へ浸漬した場合のエッチング反応開始時における反応状態のイメージを模式的に示す図である。図8−2は、エッチング処理前にシリコン基板を1,6−ヘキサンジオール溶液へ浸漬していない場合のエッチング反応開始時における反応状態のイメージを模式的に示す図である。   FIG. 8-1 is a diagram schematically showing an image of the reaction state at the start of the etching reaction when the silicon substrate is immersed in a 1,6-hexanediol solution before the etching treatment. FIG. 8-2 is a diagram schematically showing an image of the reaction state at the start of the etching reaction when the silicon substrate is not immersed in the 1,6-hexanediol solution before the etching treatment.

図8−1に示されるように、エッチング処理前にシリコン基板を1,6−ヘキサンジオール溶液へ浸漬した場合は、シリコン基板205の表面に1,6−ヘキサンジオール203が吸着しているため、異物(有機物)201、異物(金属)202や1,6−ヘキサンジオール203がシリコン基板205の表面に吸着することが抑制され、これらの不純物に起因したNaOHによるエッチングの阻害が抑制される。   As shown in FIG. 8A, when the silicon substrate is immersed in the 1,6-hexanediol solution before the etching process, 1,6-hexanediol 203 is adsorbed on the surface of the silicon substrate 205. Adsorption of foreign matter (organic matter) 201, foreign matter (metal) 202 and 1,6-hexanediol 203 on the surface of silicon substrate 205 is suppressed, and inhibition of etching due to NaOH caused by these impurities is suppressed.

一方、図8−2に示されるように、エッチング処理前にシリコン基板を1,6−ヘキサンジオール溶液へ浸漬していない場合は、シリコン基板205の表面に1,6−ヘキサンジオール203が吸着していないため、異物(有機物)201、異物(金属)202や1,6−ヘキサンジオール203がシリコン基板205の表面に吸着することができ、これらの不純物に起因したNaOHによるエッチングが阻害される。   On the other hand, as shown in FIG. 8B, when the silicon substrate is not immersed in the 1,6-hexanediol solution before the etching process, 1,6-hexanediol 203 is adsorbed on the surface of the silicon substrate 205. Therefore, foreign matter (organic matter) 201, foreign matter (metal) 202, and 1,6-hexanediol 203 can be adsorbed on the surface of the silicon substrate 205, and etching by NaOH caused by these impurities is hindered.

図9は、テクスチャ形成添加剤にシリコン基板を浸漬するエッチング前処理とエッチング処理とを連続して実施する場合の処理方法を示す図である。エッチング前処理とエッチング処理とを連続して実施する場合は、図9に示されるように、キャリア73にエッチング対象72であるシリコン基板を50枚セットし、濃度50wt%の1,6−ヘキサンジオールを含有する水溶液が入った前処理槽111に搬送機112を用いてキャリア73を30秒浸漬させる。キャリア73を浸漬させている際、搬送機112はキャリア73を保持したままでもよく、また離していてもよい。   FIG. 9 is a diagram showing a processing method in the case where the pre-etching treatment and the etching treatment in which the silicon substrate is immersed in the texture forming additive are successively performed. When the pre-etching process and the etching process are performed continuously, as shown in FIG. 9, 50 silicon substrates to be etched 72 are set on a carrier 73 and 1,6-hexanediol having a concentration of 50 wt% is set. The carrier 73 is immersed for 30 seconds in the pretreatment tank 111 containing the aqueous solution containing. When the carrier 73 is immersed, the conveyor 112 may hold the carrier 73 or may be separated.

キャリア73を所定時間浸漬した後、搬送機112を用いてキャリア73を前処理槽111から引き上げる。つぎに、搬送機112を用いてキャリア73をエッチング槽1に浸漬させ、テクスチャを形成させるエッチングを実施する。エッチング槽1のエッチング液は、予めNaOH濃度、1,6−ヘキサンジオール濃度、温度が調整されている。エッチング槽1によるエッチングには、例えば実施の形態2および実施の形態3で説明したウェットエッチング装置を用いることができる。   After immersing the carrier 73 for a predetermined time, the carrier 73 is pulled up from the pretreatment tank 111 by using the conveyor 112. Next, the carrier 73 is immersed in the etching tank 1 using the transfer device 112, and etching is performed to form a texture. The etching solution in the etching tank 1 is adjusted in advance for NaOH concentration, 1,6-hexanediol concentration, and temperature. For example, the wet etching apparatus described in the second and third embodiments can be used for the etching in the etching tank 1.

エッチング槽1においてテクスチャを形成させるエッチングを実施した後は、シリコン基板を純水で洗浄し、フッ過水素酸で表面の酸化膜を除去して、乾燥させる(図示せず)。   After performing the etching for forming the texture in the etching tank 1, the silicon substrate is washed with pure water, the oxide film on the surface is removed with hydrofluoric acid, and dried (not shown).

図10は、不純物(銅イオン)がエッチング液に混入した場合におけるエッチング前処理の有無による複数バッチ処理後の波長700nmの光の反射率の変化を示す特性図である。図10に示す結果は、as slice(ワイヤーソーでスライスしたままの)シリコン基板に対して20回の複数バッチ処理を行った結果である。エッチング前処理としては、テクスチャ形成のエッチング前に予めシリコン基板を50wt%の1,6−ヘキサンジオール溶液に30秒間浸漬した。また、エッチング前処理を実施した場合および実施しない場合において、エッチング条件は同条件である。   FIG. 10 is a characteristic diagram showing a change in reflectance of light having a wavelength of 700 nm after a plurality of batch processes depending on the presence or absence of the pre-etching process when impurities (copper ions) are mixed in the etching solution. The result shown in FIG. 10 is a result of performing multiple batch processing 20 times on an as slice (sliced with a wire saw) silicon substrate. As the pre-etching treatment, the silicon substrate was previously immersed in a 50 wt% 1,6-hexanediol solution for 30 seconds before etching for texture formation. The etching conditions are the same when the pre-etching treatment is performed and when it is not performed.

図10に示すように、エッチング前処理を実施した場合は、バッチ処理を重ねていっても全てのバッチにおいて波長700nmの光の反射率が10%〜11%台となった。一方、エッチング前処理を実施しない場合は、バッチ処理を重ねていくにつれて光の反射率が増加していく結果となった。これにより、エッチング前処理としてテクスチャ形成のエッチング処理前に予めシリコン基板を1,6−ヘキサンジオール溶液に浸漬させて、基板表面にテクスチャの起点を形成するとともに、不純物によるテクスチャ形成の阻害を抑制することができたことを確認できた。   As shown in FIG. 10, when the pre-etching treatment was performed, the reflectance of light having a wavelength of 700 nm was on the order of 10% to 11% in all batches even when the batch treatment was repeated. On the other hand, when the pre-etching treatment was not performed, the light reflectance increased as the batch processing was repeated. As a result, the silicon substrate is preliminarily immersed in the 1,6-hexanediol solution before the texture forming etching process as a pre-etching process to form a texture starting point on the substrate surface and suppress the inhibition of the texture formation due to impurities. I was able to confirm that I was able to.

さらに、予めNaOHのみでエッチングしてダメージ層を除去して表面を平滑化したシリコン基板について、エッチング前処理の有無による影響を検討した。図11は、ダメージエッチング済みのシリコン基板におけるエッチング前処理の有無による複数バッチ処理後の波長700nmの光の反射率の変化を示す特性図である。図11に示す結果は、ダメージエッチング済みのシリコン基板に対して20回の複数バッチ処理を行った結果である。エッチング前処理としては、テクスチャ形成のエッチング前に予めシリコン基板を50wt%の1,6−ヘキサンジオール溶液に30秒間浸漬した。また、エッチング前処理を実施した場合および実施しない場合において、エッチング条件は同条件である。   Furthermore, the influence of the presence or absence of the pre-etching treatment was examined on a silicon substrate that had been etched with only NaOH to remove the damaged layer and smooth the surface. FIG. 11 is a characteristic diagram showing a change in reflectance of light having a wavelength of 700 nm after a plurality of batch processes depending on the presence or absence of a pre-etching process on a silicon substrate subjected to damage etching. The result shown in FIG. 11 is a result of performing multiple batch processing 20 times on a silicon substrate that has been subjected to damage etching. As the pre-etching treatment, the silicon substrate was previously immersed in a 50 wt% 1,6-hexanediol solution for 30 seconds before etching for texture formation. The etching conditions are the same when the pre-etching treatment is performed and when it is not performed.

図11に示すように、エッチング前処理を実施した場合は、バッチ処理を重ねていっても全てのバッチにおいて波長700nmの光の反射率が10%〜11%台となった。一方、エッチング前処理を実施しない場合は、バッチ処理を重ねていくにつれて光の反射率が増加していく結果となった。これにより、シリコン基板の表面が平滑でテクスチャ形成の起点が少ない場合でも、テクスチャ形成のエッチング処理前にエッチング前処理として予めシリコン基板を1,6−ヘキサンジオール溶液に浸漬することによって、安定してテクスチャを形成できることが確認できた。   As shown in FIG. 11, when the pre-etching process was performed, the reflectance of light having a wavelength of 700 nm was in the range of 10% to 11% in all batches even when the batch process was repeated. On the other hand, when the pre-etching treatment was not performed, the light reflectance increased as the batch processing was repeated. As a result, even when the surface of the silicon substrate is smooth and the starting point of texture formation is small, the silicon substrate is stably immersed in the 1,6-hexanediol solution in advance as a pre-etching treatment before the texture forming etching treatment. It was confirmed that a texture could be formed.

なお、図10および図11に示したテクスチャ形成のエッチング条件は共通であり、NaOH濃度2wt%、エッチング液温度87℃、テクスチャ形成槽での1,6−ヘキサンジオール投入量2wt%、エッチング時間25分である。さらに、NaOHをバッチ毎に補給する量は、上記追加NaOH/増加Si比が2.0となるようにした。また、エッチング処理の1バッチのシリコン基板は50枚、エッチング液量は35Lである。   The texture formation etching conditions shown in FIGS. 10 and 11 are the same. The NaOH concentration is 2 wt%, the etching solution temperature is 87 ° C., the amount of 1,6-hexanediol charged in the texture formation tank is 2 wt%, and the etching time is 25. Minutes. Furthermore, the amount of NaOH to be replenished for each batch was set so that the additional NaOH / increased Si ratio was 2.0. Further, 50 batches of silicon substrates in one batch of the etching process and the amount of the etching solution are 35L.

上述した実施の形態4によれば、実施の形態1〜3で示したシリコン基板のエッチング方法およびエッチング装置を用いたエッチングにおいて、テクスチャ形成のエッチング前に予めテクスチャ形成の起点を成すテクスチャ形成添加剤をシリコン基板に接触、保持させるエッチング前処理を実施することにより、エッチング液中のシリコン、金属、有機物等の不純物に影響されることなく、高密度のテクスチャを安定して形成できる。その結果、シリコン基板の光吸収量が高くなり、このシリコン基板を用いて製作した太陽光発電装置では電流値が増加し、光電変換効率が向上する。   According to the above-described fourth embodiment, in the etching using the silicon substrate etching method and the etching apparatus described in the first to third embodiments, the texture forming additive that is the starting point of the texture formation in advance before the texture forming etching. By carrying out the pre-etching treatment in which the silicon substrate is brought into contact with and held, a high-density texture can be stably formed without being affected by impurities such as silicon, metal, and organic matter in the etching solution. As a result, the amount of light absorbed by the silicon substrate is increased, and in the solar power generation device manufactured using this silicon substrate, the current value is increased and the photoelectric conversion efficiency is improved.

なお、エッチング前処理で使用可能な薬品は、1,6−ヘキサンジオールのみならず、例えばIPA(イソプロピルアルコール)、アセトン等のケトン類および有機酸もしくはその塩も使用できる。ただし、最も効果のあるのは1,6−ヘキサンジオールであり、沸点が低いIPA等を使用する場合は、揮発することによって減少した量を補充する必要がある。また、1,6−ヘキサンジオールのように揮発しなくても、シリコン基板やキャリアによって前処理槽の液体が槽外へ持ち出されるため、適宜補充する必要がある。また、エッチング前処理としての効果は1,6−ヘキサンジオールがシリコン基板の表面に付着していればよいので、浸漬に限らず、例えばシリコン基板表面に50wt%の1,6−ヘキサンジオールを含有する水溶液を塗布してもよい。   In addition, the chemical | medical agent which can be used by an etching pre-processing can use not only 1, 6- hexanediol but ketones, such as IPA (isopropyl alcohol) and acetone, and an organic acid or its salt, for example. However, 1,6-hexanediol is most effective, and when IPA or the like having a low boiling point is used, it is necessary to supplement the amount reduced by volatilization. Even if it does not volatilize like 1,6-hexanediol, the liquid in the pretreatment tank is taken out of the tank by the silicon substrate or the carrier, so it is necessary to replenish appropriately. Moreover, since the effect as a pre-etching treatment is sufficient if 1,6-hexanediol is attached to the surface of the silicon substrate, it is not limited to immersion, and for example, the silicon substrate surface contains 50 wt% of 1,6-hexanediol. An aqueous solution may be applied.

以上のように、本発明にかかるシリコン基板のエッチング方法は、シリコン基板に対して安価に且つ安定して高密度のテクスチャを形成する場合に有用である。   As described above, the method for etching a silicon substrate according to the present invention is useful for forming a high-density texture stably and inexpensively on a silicon substrate.

1 エッチング槽
10 アルカリ供給部
11 アルカリ供給配管
12 アルカリ貯留槽
13 アルカリ供給ポンプ
20 テクスチャ形成添加剤供給部
21 添加剤供給配管
22 添加剤貯留槽
23 添加剤供給ポンプ
25 エッチング時間
40 純水供給配管
50 気体供給部
51 気体放出部
52 気体供給配管
53 微細気泡発生部
60 温度制御部
61 ヒータ
62 ヒータ熱源
63 ヒータ配線
64 温度測定部
65 温度計付温度調整器
66 温度調整用信号線
71 キャリア支持台
72 エッチング処理対象物
73 キャリア
81 オーバーフロー槽
82 エッチング液循環配管
83 エッチング液循環ポンプ
84 ドレーン
85 エッチング液供給管
90 エッチング液供給部
101 シリコン濃度測定部
102 制御部
103 シリコン濃度信号線
104 ポンプ信号線
111 前処理槽
112 搬送機
201 異物(有機物)
202 異物(金属)
203 1,6−ヘキサンジオール
204 NaOH
205 シリコン基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Etching tank 10 Alkali supply part 11 Alkali supply pipe 12 Alkali storage tank 13 Alkali supply pump 20 Texture formation additive supply part 21 Additive supply pipe 22 Additive storage tank 23 Additive supply pump 25 Etching time 40 Pure water supply pipe 50 Gas supply section 51 Gas discharge section 52 Gas supply pipe 53 Fine bubble generation section 60 Temperature control section 61 Heater 62 Heater heat source 63 Heater wiring 64 Temperature measurement section 65 Temperature controller with thermometer 66 Temperature adjustment signal line 71 Carrier support base 72 Etching object 73 Carrier 81 Overflow tank 82 Etch solution circulation pipe 83 Etch solution circulation pump 84 Drain 85 Etch solution supply pipe 90 Etch solution supply unit 101 Silicon concentration measurement unit 102 Control unit 103 Silicon concentration signal line 04 pump signal line 111 pretreatment tank 112 conveyor 201 foreign substances (organic matter)
202 Foreign object (metal)
203 1,6-hexanediol 204 NaOH
205 Silicon substrate

Claims (6)

シリコン基板表面でのエッチング反応を阻害する添加剤と水とを含むアルカリ性のエッチング液をシリコン基板の表面に供給してウェットエッチングにより前記シリコン基板の表面に凹凸を形成するエッチング処理を複数バッチにわたって繰り返し実施するシリコン基板のエッチング方法であって、
1バッチ目の前記エッチング処理の終了後において、前回のバッチのエッチング処理における前記エッチング液中のシリコン濃度の増加量と、前回のバッチのエッチング処理終了後における前記エッチング液中へのアルカリ濃度の追加量と、の比が一定となるように、バッチ毎に前記エッチング液にアルカリを追加して前記エッチング処理を複数バッチにわたって繰り返し実施すること、
を特徴とするシリコン基板のエッチング方法。
An etching process in which an alkaline etching solution containing an additive that inhibits the etching reaction on the silicon substrate surface and water is supplied to the surface of the silicon substrate to form irregularities on the surface of the silicon substrate by wet etching is repeated over a plurality of batches. A silicon substrate etching method to be performed,
After the completion of the etching process of the first batch, the amount of increase in the silicon concentration in the etching solution in the previous batch etching process and the addition of the alkali concentration in the etching solution after the end of the previous batch etching process Repeatedly performing the etching process over a plurality of batches by adding alkali to the etching solution for each batch so that the ratio of the amount is constant.
A method for etching a silicon substrate.
前記ウェットエッチングを実施する前工程として前記添加剤を前記シリコン基板の表面に接触、保持させること、
を特徴とする請求項1に記載のシリコン基板のエッチング方法。
Contacting and holding the additive on the surface of the silicon substrate as a pre-process for performing the wet etching;
The method for etching a silicon substrate according to claim 1.
前記添加剤が1,6−ヘキサンジオールであること、
を特徴とする請求項1または2に記載のシリコン基板のエッチング方法。
The additive is 1,6-hexanediol;
The method for etching a silicon substrate according to claim 1, wherein:
前記シリコンの濃度の増加量に対する前記アルカリ濃度の追加量の比がモル比で1〜3であること、
を特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載のシリコン基板のエッチング方法。
The ratio of the additional amount of the alkali concentration to the increased amount of the silicon concentration is 1 to 3 in terms of molar ratio.
The method for etching a silicon substrate according to any one of claims 1 to 3.
シリコン基板表面でのエッチング反応を阻害する添加剤とアルカリと水とが供給されてエッチング液が調製されるとともに前記エッチング液を貯留してシリコン基板のエッチング処理を行うエッチング槽と、
前記エッチング槽にアルカリを供給するアルカリ供給手段と、
前記エッチング槽に水を供給する水供給手段と、
前記エッチング槽に前記添加剤を供給する添加剤供給手段と、
前記エッチング液を所定の温度に加熱する加熱制御手段と、
前記エッチング液中のシリコン濃度に応じて前記エッチング液に追加供給するアルカリの供給量を決定する演算手段と、
を備え、
前記演算手段は、前記エッチング槽での前回の前記シリコン基板のエッチング処理における前記エッチング液中のシリコン濃度の増加量と、前記エッチング槽での前回の前記シリコン基板のエッチング処理終了後における前記エッチング液中へのアルカリ濃度の追加量と、の比が一定となるように、前記追加供給するアルカリの供給量を決定すること、
を特徴とするエッチング装置。
An etching tank for etching the silicon substrate by storing an etchant while supplying an additive that inhibits the etching reaction on the surface of the silicon substrate, an alkali, and water, and preparing the etchant;
Alkali supply means for supplying alkali to the etching tank;
Water supply means for supplying water to the etching bath;
An additive supply means for supplying the additive to the etching tank;
Heating control means for heating the etching solution to a predetermined temperature;
Arithmetic means for determining the supply amount of alkali to be additionally supplied to the etching solution according to the silicon concentration in the etching solution;
With
The calculation means includes an amount of increase in the silicon concentration in the etching solution in the previous etching process of the silicon substrate in the etching tank, and the etching solution after the previous etching process of the silicon substrate in the etching tank. Determining the supply amount of the alkali to be additionally supplied so that the ratio of the alkali concentration to the inside is constant,
An etching apparatus characterized by the above.
前記エッチング槽からオーバーフローした前記エッチング液中のシリコン濃度を測定するシリコン濃度計測手段を備え、
前記演算手段は、前記シリコン濃度計測手段で測定したシリコン濃度に応じて前記追加供給するアルカリの供給量を決定すること、
を特徴とする請求項5に記載のエッチング装置。
Comprising a silicon concentration measuring means for measuring the silicon concentration in the etching solution overflowed from the etching tank;
The calculating means determines the supply amount of the alkali to be additionally supplied according to the silicon concentration measured by the silicon concentration measuring means;
The etching apparatus according to claim 5.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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