JP2013004665A - パターン形成方法、基板の製造方法、太陽電池基板の製造方法、及び太陽電池基板 - Google Patents

Abstract

【課題】工程数の削減による製造コストの低減が図れるパターン形成方法を得る。
【解決手段】パターン形成方法は、基板１の表面上にインクジェット方式により有機物２を吐出してパターンを形成する工程と、前記基板１の表面および前記パターンの上に薄膜を前記有機物２の熱分解温度より低い温度にて形成する工程と、前記基板を前記有機物の熱分解温度以上の温度にて加熱処理を行うことにより、前記有機物の上に形成された前記薄膜を破裂させ剥離させる工程と、を含む。
【選択図】図１−３

Description

本発明は、基板上に形成された絶縁膜、ガラス、石英、半導体、金属、ガラスエポキシ樹脂、セラミック等の薄膜にパターンを形成するパターン形成方法、それによる基板の製造方法、太陽電池基板の製造方法、及び太陽電池基板に関する。

半導体装置等における微細配線パターンの形成においては、基板上に機能性膜を成膜した後、感光性樹脂（フォトレジスト）の被膜を形成し、パターンが描かれたマスクと紫外線を用いて露光現像するリソグラフィ技術が用いられる。

しかし、近年の低価格競争はさらに激しくなってきており、半導体装置の製造コストを抑えるために生産性を向上した上で低コスト化が可能なパターニング方法が求められている。

一般的な半導体装置の製造方法であるフォトリソグラフィの工程は以下のようになる。まず、基板の全面に熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法などにより機能性膜を成膜し、機能性膜が成膜された基板に感光性レジストを塗布し、露光・現像をしてレジスト膜にパターンを形成した後に、レジスト膜のパターン越しに機能性膜をエッチングし、レジストパターンを剥離する工程を経ることで、基板上に機能性膜のパターンを形成する。この手法の欠点は、真空装置、塗布装置、及び露光装置等の設備等を用いた多くの工程が必要となる点であり、その上フォトマスクや各種薬品も必要となるため低コスト化への障壁となる問題が多い。

上記問題点に対する改善策として、フォトリソグラフィに代わる配線形成技術の一つとして、インクジェットヘッドによりナノサイズの金属等の微粒子を含んだインクによりパターンを印刷する手法（インクジェット法）が注目されてきた。インクジェット法による配線パターン形成手法の一例として、液体材料に対する撥液性（(Liquid-)Repellent Property）を基板表面に付与した後、この液体材料をインクジェットヘッドから当該基板表面に吐出させて、この基板表面に細線をパターニングする方法が、特許文献１に開示されている。

特開２００４−６７００号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、フォトリゾグラフィによるパターニングのコストや、インクジェット法に用いるナノサイズの金属粒子はまだまだ高価であり、半導体装置の製造コストが上昇してしまうという課題が依然として存在していた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、工程数の削減による製造コストの低減が図れるパターン形成方法、基板の製造方法、太陽電池基板の製造方法、及び太陽電池基板を得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、本発明は、基板の表面上にインクジェット方式により有機物を吐出してパターンを形成する工程と、前記基板の表面および前記パターンの上に薄膜を前記有機物の熱分解温度より低い温度にて形成する工程と、前記基板を前記有機物の熱分解温度以上の温度にて加熱処理を行うことにより、前記有機物の上に形成された前記薄膜を破裂させ剥離させる工程と、を含むことを特徴とする。

本発明のパターニング方法によれば、フォトリソグラフィを利用せず、またナノサイズの金属粒子も用いないでコストをできるだけ抑えてパターニングを行うことが可能になるという効果を奏する。

図１−１は、本発明の実施の形態における有機物によるパターン形成方法を説明する断面図である。 図１−２は、本発明の実施の形態における機能性膜の成膜の様子を説明する断面図である。 図１−３は、本発明の実施の形態における加熱した有機物の熱分解によるパターン形成の様子を説明する断面図である。 図２−１は、従来の技術であるフォトリソグラフィ工程を説明する断面図である。 図２−２は、従来の技術であるフォトリソグラフィ工程を説明する断面図である。 図２−３は、従来の技術であるフォトリソグラフィ工程を説明する断面図である。 図２−４は、従来の技術であるフォトリソグラフィ工程を説明する断面図である。 図２−５は、従来の技術であるフォトリソグラフィ工程を説明する断面図である。 図２−６は、従来の技術であるフォトリソグラフィ工程を説明する断面図である。

以下に、本発明にかかるパターン形成方法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。尚、以下に説明する実施の形態における構成要素において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる。

実施の形態．
図１−１〜図１−３は、本発明の実施の形態にかかるパターン形成方法および基板の製造方法を示す図である。本実施の形態においては、ガラス、石英、半導体、金属、ガラスエポキシ樹脂、セラミックなどの各種素材を図１−１〜図１−３に示す基板１として用いることが可能である。

本実施の形態にかかるパターン形成方法は、基板１上に形成される薄膜の配線パターンやコンタクトホール、或いは化学的なエッチングまたはウエットエッチングのためのマスクとしての薄膜パターンの形成など、任意のパターンを形成するためのパターン形成方法である。従って、マスクパターンを用いた従来のレジストによるパターニング工程に代えて適用することができる。

ここで、従来の技術であるフォトリソグラフィを図２−１〜図２−６を用いて説明する。まず、基板１の主表面上に絶縁膜などの機能性膜４（薄膜）を成膜する（図２−１）。さらに、機能性膜４の上にフォトレジスト５を塗布し（図２−２）、パターンが描画されたマスク６を用いて露光光７を照射して露光する（図２−３）。露光によりレジストパターン５が形成され（図２−４）、これをマスクにして機能性膜４をエッチングする（図２−５）。最後にフォトレジスト５を除去することにより機能性膜４のパターンが基板１上に形成される（図２−６）。

本実施の形態においては、例えば一例として、太陽電池の基板表面に光閉じ込め効果を持つ凹部構造を形成する際の化学的なエッチング（ウエットエッチング）の際に、エッチングを部分的に阻害するためのマスクとなるドット状の穴が開いた薄膜を形成する方法について説明する。本実施の形態においては、図１−１に示すように、まずインクヘッド３により基板１の主表面上に有機物２を吐出してパターンを描画する。

ここでは印刷方式としてインクジェットプリンターなどを利用したインクジェット方式を用いているが、この方式に限らず、有機物２の粘度や形態によりスクリーン印刷法やグラビア印刷法等、公知の印刷法を選択することが可能である。具体的には、まず、表面の欠陥が除去されたシリコン基板１に、例えばエチルセルロースをテキサノールに溶かした有機物２により直径２０μｍのドットパターンをインクヘッド３によるインクジェットによって間隔を空けながら周期的に密に描画する。

上記した有機物２は、常温で固体であり、インクとして使用する際は有機溶剤に溶解させるか、もしくは液体に微粒子として分散させたコロイド状である必要があり、基板１上に吐出してパターンを描画し、乾燥させた際には基板１上に薄い膜として残存するものであれば何でも適用することができる。

有機物２によりパターンが描画された基板１を乾燥させる。例えば上記したエチルセルロース等の樹脂をテキサノール等の有機溶剤に溶かした有機物２で描画した場合は２５０〜３００℃で乾燥させる。乾燥させた後に、図１−２に示すように基板１上に絶縁膜などの機能性膜４（薄膜）をプラズマＣＶＤ法により有機物２が熱分解する温度より低い温度領域にて成膜する。

例えば、プラズマＣＶＤにより３００℃近辺で機能性膜４として窒化シリコン薄膜を形成する。成膜手段はこれに限らず、乾燥された有機物２を熱分解しない温度以下にて成膜できる方法、または、有機物２によるパターンを溶解等により崩壊させることのなく成膜できる方法であればどのような手段を用いてもよい。

上記したように、機能性膜４としては、例えば、太陽電池の基板表面に光閉じ込め効果を持つ凹部構造を形成する際の化学的なエッチングの際に、エッチングを部分的に阻害するためのマスクとなる材料である窒化シリコン薄膜を選択した。しかし例えば、太陽電池の選択エミッタ構造を当該太陽電池の基板に形成する場合において、ドーパントが高濃度に拡散した基板表面を選択的かつ化学的にエッチングを行う際にエッチングを阻害させるためのマスクを作成するために本実施の形態にかかるパターン形成方法を使用してもよい。その場合は、エッチングを阻害させるためのマスクとなる材料として好適なものを機能性膜４として選択すればよい。

そしてその後、機能性膜４が成膜された基板１に有機物２を熱分解するに充分な加熱処理を施す。即ち、有機物２の熱分解温度以上の温度で加熱する。これにより、有機物２を分解、気化させて機能性膜４の直下で有機物２を膨張させることができる。その結果、図１−３に示すように、有機物２の上に形成されていた機能性膜４は破裂して剥離される。即ち、機能性膜４を破って貫通穴が形成され、機能性膜４をパターニングすることが可能となる。機能性膜４として上記した窒化シリコン薄膜を形成した場合は、基板１を例えば７００℃以上で加熱して３秒間保持させることでエチルセルロースを熱分解させ、窒化シリコン薄膜にドット状の抜きパターンを形成する。

これにより、光閉じ込め効果を持つ凹部構造を該基板表面に形成するための化学的なエッチングの際にエッチングを阻害させるためのマスクとなるドット状の穴が開いた薄膜を形成することが可能となる。また同様な方法により、太陽電池の選択エミッタ構造を形成する場合に、ドーパントが高濃度に拡散した基板表面を選択的かつ化学的にエッチングを行う際のマスクとなるドット状の穴が開いた薄膜を形成することが可能となる。

機能性膜４としては、絶縁膜、ガラス、石英、半導体、金属、ガラスエポキシ樹脂、セラミック等を選択することが可能である。ただし、基板１上に乾燥後残存した有機物２を熱分解させる温度より低い温度にて成膜できること、また、有機物２によるパターンを溶解等により崩壊させることなく成膜できることが条件である。さらに、成膜後の熱処理の際に有機物２の熱分解による気化、膨張により破れる薄さに成膜可能であり、有機物２の熱分解による気化、膨張により破れる硬度を併せ持つ物質である必要がある。しかし、これらの条件を満たしていれば特に限定されない。

以上説明したように本実施の形態においては、有機物２を含んだ液滴をインクジェットやスクリーン印刷を用いて基板１上にパターンを描画した後乾燥させる。さらに、当該基板１の表面上全面にプラズマＣＶＤ法等により有機物２が熱分解する温度より低い温度領域にて機能性膜４を成膜する。その後に、加熱処理を施して基板１上の有機物２を分解、気化させることで機能性膜４を破裂させて剥がすことにより機能性膜４にパターンを形成することを特徴とする。即ち、パターニング工程においてレジストを用いずにパターニングすることができる。これにより、従来の技術であるフォトリソグラフィ技術に比べて工程数を削減することができ、製造工程を簡素化できるので生産性を向上させることが可能となる。

本実施の形態にかかるパターン形成方法を用いて形成された機能性膜４（薄膜）のパターンを主表面上に備えた基板１は、ディスプレイパネル、実装配線、半導体集積回路などに用いることが可能である。また、本実施の形態にかかるパターン形成方法を用いて形成された薄膜パターンを、光閉じ込め効果を持つ凹部構造を太陽電池基板表面に形成するための化学的なエッチングの際にエッチングを阻害させるためのマスクとして用いていることや、選択エミッタ（セレクティブエミッタ）構造を太陽電池基板に形成する際にドーパントが高濃度に拡散された基板表面を選択的に化学的にエッチングする際にエッチングを阻害させるためのマスクとして用いていることも可能である。これにより太陽電池基板の製造工程をフォトリソグラフィ技術を用いた従来の工程に比べて簡素化できるので生産性を向上させることが可能となる。

更に、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。

例えば、上記実施の形態において示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、上記実施の形態における構成要件を適宜組み合わせてもよい。

以上のように、本発明にかかるパターン形成方法、及びこれを用いた基板の製造方法は、基板上のパターン形成全般に有用であり、特に、半導体基板、太陽電池基板上へのパターン形成のためのマスク形成などに適している。

１ 基板
２ 有機物
３ インクヘッド
４ 機能性膜
５ フォトレジスト
６ パターンが描画されたマスク
７ 露光光

Claims (5)

1. 基板の表面上にインクジェット方式により有機物を吐出してパターンを形成する工程と、
   前記基板の表面および前記パターンの上に薄膜を前記有機物の熱分解温度より低い温度にて形成する工程と、
   前記基板を前記有機物の熱分解温度以上の温度にて加熱処理を行うことにより、前記有機物の上に形成された前記薄膜を破裂させ剥離させる工程と、
   を含むことを特徴とするパターン形成方法。
2. 請求項１に記載のパターン形成方法を用いて、前記基板の主表面上に薄膜パターンを形成する
   ことを特徴とする基板の製造方法。
3. 請求項１に記載のパターン形成方法を用いて形成された薄膜パターンをマスクとして、化学的なエッチングを行うことにより光閉じ込め効果を持つ凹部構造を太陽電池基板の表面に形成する
   ことを特徴とする太陽電池基板の製造方法。
4. 請求項１に記載のパターン形成方法を用いて形成された薄膜パターンをマスクとして、ドーパントが高濃度に拡散された太陽電池基板の表面に化学的なエッチングを選択的に行うことにより選択エミッタ構造を当該太陽電池基板に形成する
   ことを特徴とする太陽電池基板の製造方法。
5. 請求項３または４に記載の太陽電池基板の製造方法により製造された
   ことを特徴とする太陽電池基板。

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