JP2013211392A

JP2013211392A - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2013211392A
Application number: JP2012080119A
Authority: JP
Inventors: Sumuto Shimizu; 澄人清水; Tomohiro Saito; 共浩齋藤
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2013-10-10
Anticipated expiration: 2032-03-30
Also published as: JP5899492B2

Abstract

【課題】凹状部を有する半導体基板上に形成されたアライメントマークを容易に認識することが可能な半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】太陽電池１０の製造方法は、エッチピット３２を有する基板２１上に、パターニング層であるｎ型領域２５、ｐ型領域２６、及びアライメントマークである第１マーク７１，８１、第２マーク７２，８２を形成する第１の工程と、基板２１上に照明光αを照射してアライメントマークを検出し、パターニング層同士の位置ずれを確認する第２の工程とを備える。そして、第２の工程では、照明光αの基板２１に対する入射角θを６０°以上９０°未満の範囲で設定する。
【選択図】図１３

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

半導体基板の裏面側に、ｐ型半導体領域及びｐ側電極と、ｎ型半導体領域及びｎ側電極とが形成された所謂裏面接合型の太陽電池が提案されている（例えば、特許文献１参照）。裏面接合型の太陽電池などの半導体装置では、複数のパターニングされた薄膜層が半導体基板上に積層される場合がある。この場合、パターニング層同士の位置合わせを行う必要があり、その位置合わせ乃至位置ずれ判定にアライメントマークが用いられる。

特開２００９−２００２６７号公報

ところで、アライメントマークは、マーク及びその近傍の半導体基板上に照明光を照射して、例えば、マークにより反射された光を撮像装置で取得することにより認識される。しかし、半導体基板には、エッチピットなどの凹状部が多数存在する場合がある。この場合、図２０に示すように、エッチピット３２の像がノイズとなって、アライメントマーク７０の認識が妨げられることがある。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、凹状部を有する半導体基板上に複数のパターニング層及びアライメントマークを形成する第１の工程と、半導体基板上に照明光を照射してアライメントマークを検出し、パターニング層同士の位置ずれを確認する第２の工程とを備え、第２の工程では、照明光の半導体基板に対する入射角を６０°以上９０°未満の範囲で設定する。

本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、凹状部を有する半導体基板上に形成されたアライメントマークを容易に認識することができる。

本発明の実施形態の一例である太陽電池を裏面側から見た平面図である。図１のＡ部拡大図である。図１のＢ部拡大図である。図１のＣ‐Ｃ線断面の一部を示す図である。本発明の実施形態の一例である太陽電池の製造過程を示す断面図である。本発明の実施形態の一例である太陽電池の製造過程を示す断面図である。本発明の実施形態の一例である太陽電池の製造過程を示す断面図である。本発明の実施形態の一例である太陽電池の製造過程を示す断面図である。本発明の実施形態の一例である太陽電池の製造過程を示す断面図である。本発明の実施形態の一例である太陽電池の製造過程を示す断面図である。本発明の実施形態の一例である太陽電池の製造過程を示す断面図である。図１１のＤ部拡大図である。本発明の実施形態の一例であるアライメントマークの検出方法を説明するための図である。本発明の実施形態の一例であるアライメントマークの検出方法において、エッチピットの寸法と照射光の入射角との関係を示す図である。本発明の実施形態の一例であるアライメントマークの検出方法において、エッチピットの寸法と照射光の入射角との関係を示す図である。本発明の実施形態の一例であるアライメントマークの検出方法において、エッチピットの寸法と照射光の入射角との関係を説明するための図である。本発明の実施形態の一例であるアライメントマークの検出方法において、エッチピットの寸法と照射光の入射角との関係を説明するための図である。本発明の実施形態の一例であるアライメントマークの検出方法によって取得されたマーク画像を示す図である。本発明の実施形態の一例である太陽電池の製造過程を示す断面図である。従来のアライメントマークの検出方法によって取得されたマーク画像を示す図である。

図面を参照しながら、本発明に係る半導体装置の製造方法の実施形態について詳細に説明する。以下では、太陽電池１０を例示するが、本発明の適用はこれに限定されない。本発明の製造方法は、例えば、ＴＳＶパターン認識、ＭＥＭＳ製造装置等の半導体装置の製造にも適用することができる。
なお、実施形態において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは、現物と異なる場合がある。具体的な寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

本明細書において、「第１のオブジェクト（例えば、半導体基板）上の全域に、第２のオブジェクト（例えば、絶縁層）が形成される」との記載は、特に限定を付さない限り、第１及び第２のオブジェクトが直接接触して形成される場合のみを意図しない。即ち、この記載は、第１及び第２のオブジェクトの間に、その他のオブジェクトが存在する場合を含む。また、「全域に形成」とは、実質的に全域とみなせる場合（例えば、第１のオブジェクト上の９５％が覆われた状態）を含む。

本明細書において、「平面視」とは、受光面に対し垂直方向から観た際の平面形状（ｘ−ｙ平面）を意味する。また、マークセットを構成する各マークの「輪郭線」とは、平面視における各マークと外界とを区切る線を意味する。さらに、マークや凹状部の「直径」とは、平面視におけるそれらの直径を意味する。

以下、図１〜図４を参照しながら、後述の製造方法により得られる太陽電池１０の構成について説明する。図１は、太陽電池１０を裏面側から見た平面図である。図２は、図１のＡ部拡大図であって、マークセット７０を拡大して示す。図３は、図１のＢ部拡大図であって、マークセット８０を拡大して示す。図４は、図１のＣ‐Ｃ線断面の一部を示す図であって、マークセット７０が形成された部分、フィンガー部４１と５１とが交互に配置された部分、及びマークセット８０が形成された部分の断面を示す。

太陽電池１０は、太陽光を受光することでキャリアを生成する光電変換部２０と、光電変換部２０の裏面側に形成されたｎ側電極４０及びｐ側電極５０とを備える。太陽電池１０では、例えば、光電変換部２０で生成されるキャリアがｎ側電極４０及びｐ側電極５０によりそれぞれ収集される。ここで、光電変換部２０の「裏面」とは、太陽電池１０の外部から太陽光が入射する面である「受光面」と反対側の面を意味する。換言すれば、ｎ側電極４０及びｐ側電極５０が形成される面が裏面である。

光電変換部２０は、例えば、結晶系シリコン（ｃ‐Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウム燐（ＩｎＰ）等の半導体材料からなる基板２１を備える。基板２１としては、結晶系シリコン基板が好適であり、ｎ型単結晶シリコン基板が特に好適である。以下では、基板２１をｎ型単結晶シリコン基板とし、その面方位を（１００）として説明する。

基板２１は、エッチピット３２（後述の図１２等参照）を有する。エッチピット３２とは、基板２１の表面に形成された凹状部である。エッチピット３２は、例えば、基板２１の洗浄過程において基板２１の一部が異方性エッチングされることで形成される。基板２１が面方位（１００）のｎ型単結晶シリコンからなる場合、約５５°に傾斜した（１１１）面を有するエッチピット３２が形成される。なお、エッチピット３２は、基板２１の受光面２１ａ及び裏面２１ｂの全域に亘って一様に形成されている。エッチピット３２の寸法など、詳細については後述する。

基板２１の受光面２１ａ上には、ｉ型非晶質半導体層２２と、ｎ型非晶質半導体層２３と、保護層２４とが順に形成されている。これらの層は、例えば、受光面２１ａ上の端縁領域を除く全域に形成される。

ｉ型非晶質半導体層２２及びｎ型非晶質半導体層２３は、パッシベーション層として機能する。ｉ型非晶質半導体層２２としては、ｉ型非晶質ゲルマニウムやｉ型非晶質シリコンからなる薄膜層が例示できる。好ましくは、ｉ型非晶質シリコン層であって、０．１ｎｍ〜２５ｎｍ程度の厚みを有する。ｎ型非晶質半導体層２３としては、リン（Ｐ）等がドープされた非晶質シリコンカーバイドや非晶質シリコンゲルマニウム、非晶質シリコンからなる薄膜層が例示できる。好ましくは、リン（Ｐ）等がドープされた非晶質シリコンであって、２ｎｍ〜５０ｎｍ程度の厚みを有する。

保護層２４は、パッシベーション層を保護すると共に、太陽光の反射防止機能を有する。保護層２４は、光透過性の高い材料から構成されることが好適である。具体的には、シリコンオキサイド（ＳｉＯ₂）、シリコンナイトライド（ＳｉＮ）、ＳｉＯＮ等の金属化合物層が好ましく、ＳｉＮ層が特に好ましい。保護層２４の厚みは、反射防止特性等を考慮して適宜変更できるが、例えば、８０ｎｍ〜１μｍ程度である。

基板２１の裏面２１ｂ上には、ｎ型領域２５と、ｐ型領域２６とがそれぞれ形成される。ｎ型領域２５及びｐ型領域２６は、光電変換特性等の観点から、例えば、裏面２１ｂ上の広範囲を覆って、一の方向（ｙ方向）に延びたストライプ状に形成されることが好適である。より詳しくは、ｎ型領域２５とｐ型領域２６とが交互に配置され、隙間なく形成されることが好適である（ｎ型領域２５とｐ型領域２６とが交互に配置される方向；ｘ方向）。なお、ｎ型領域２５と重なり領域２６^*との間は、絶縁層３１により絶縁される。また、図４に例示する形態の他、ｎ型領域２５とｐ型領域２６の配置は逆であってもよい。

ｎ型領域２５は、裏面２１ｂ上に直接形成された非晶質半導体層である。ｎ型領域２５は、ｉ型非晶質半導体層２７と、ｎ型非晶質半導体層２８とが順に形成された層構造を有する。ｎ型非晶質半導体層２８のみでｎ型領域２５を構成してもよいが、パッシベーション性の観点からｉ型非晶質半導体層２７を設けることが好適である。なお、ｉ型非晶質半導体層２７及びｎ型非晶質半導体層２８は、例えば、それぞれｉ型非晶質半導体層２２及びｎ型非晶質半導体層２３と同様の組成、同様の厚みで形成できる。

ｐ型領域２６は、裏面２１ｂ及び絶縁層３１上に直接形成された非晶質半導体層である。ｐ型領域２６は、ｉ型非晶質半導体層２９と、ｐ型非晶質半導体層３０とが順に形成された層構造を有する。ｎ型領域２５と同様、ｐ型非晶質半導体層３０のみでｐ型領域２６を構成してもよいが、パッシベーション性の観点からｉ型非晶質半導体層２９を設けることが好適である。なお、ｉ型非晶質半導体層２９は、例えば、ｉ型非晶質半導体層２７と同様の組成、同様の厚みで形成できる。ｐ型非晶質半導体層３０は、ボロン（Ｂ）等がドープされた非晶質シリコン層が好適である。ｐ型非晶質半導体層３０の厚みは、２ｎｍ〜５０ｎｍ程度が好適である。

絶縁層３１は、ｎ型領域２５のｎ型非晶質半導体層２８上の一部に、所定のパターンで形成されている。具体的には、ｎ型非晶質半導体層２８とｐ型非晶質半導体層３０の重なった領域（以下、「重なり領域２６^*」と称する。）において、ｎ型非晶質半導体層２８とｐ型非晶質半導体層３０との間のみに絶縁層３１が形成される。絶縁層３１は、絶縁特性に優れた金属化合物から構成される。好適な金属化合物としては、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、アルミニウムナイトライド（ＡｌＮ）等が挙げられる。絶縁層３１の厚みは、３０ｎｍ〜５００ｎｍ程度が好適である。

太陽電池１０は、上記のように、電極層であるｎ側電極４０及びｐ側電極５０を備える。ｎ側電極４０は、光電変換部２０のｎ型領域２５からキャリア（電子）を収集する電極であって、ｎ型領域２５に対応するパターンで設けられる。ｐ側電極５０は、光電変換部２０のｐ型領域２６からキャリア（正孔）を収集する電極であって、ｐ型領域２６に対応するパターンで設けられる。なお、ｎ側電極４０とｐ側電極５０との間には、互いの電気的接触を防止するための分離溝６０が形成されている。

ｎ側電極４０及びｐ側電極５０は、複数のフィンガー部４１，５１と、対応する各フィンガー部を接続するバスバー部４２，５２とをそれぞれ有する。そして、フィンガー部４１，５１は、平面視において分離溝６０を隔てて互いに噛み合った櫛歯状を呈する。また、ｎ側電極４０及びｐ側電極５０は、透明導電層４３，５３と、金属層４４，５４とが順に形成された層構造をそれぞれ有する。

透明導電層４３，５３は、例えば、多結晶構造を有する酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物に、錫（Ｓｎ）やアンチモン（Ｓｂ）等をドープした透明導電性酸化物（以下、「ＴＣＯ」とする）から構成される。透明導電層４３，５３の厚みは、３０ｎｍ〜５００ｎｍ程度が好適である。

金属層４４，５４は、導電性が高く、且つ光の反射率が高い金属から構成されることが好ましい。具体的には、銅（Ｃｕ）や銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属又はそれらを１種以上含有する合金が例示できる。これらのうち、材料コストも考慮すれば、Ｃｕが特に好適である。金属層４４，５４の厚みは、５０ｎｍ〜１μｍ程度が好適である。

太陽電池１０は、パターニング層同士の位置ずれを確認するためのアライメントマークとして、マークセット７０，８０を備える。アライメントマークは、例えば、パターニング層同士の位置合わせ乃至位置ずれ判定に用いられる。マークセット７０，８０は、それぞれ、第１パターニング層であるｎ型領域２５に対応する第１マーク７１，８１と、第２パターニング層であるｐ型領域２６に対応する第２マーク７２，８２と、第３パターニング層である電極層に対応する第３マーク７３，８３とを有する。なお、透明導電層４３と金属層４４は、平面視において同じパターンを有するため、例えば、透明導電層４３のみで第３マーク７３として使用することもできる（第３マーク８３についても同様）。

マークセット７０は、バスバー部４２が形成される領域に、マークセット８０は、バスバー部５２が形成される領域にそれぞれ設けられている。また、マークセット７０，８０は、互いに裏面２１ｂの対角に位置している。これにより、ｘｙ方向への位置ずれ（所謂シフト）や回転による位置ずれ、基板２１の非線形歪みによる位置ずれを判定することができる。マークセット７０，８０を構成する各マークは、位置ずれの程度（ずれ量）やずれ向きを判定し易いように、平面視においていずれも円形状を呈している。但し、各マークの形状や配置、個数等は、本実施形態で例示するものに限定されない。例えば、各マークは円形状の他、四角などの多角形形状、楕円、十字形状等の形状としてもよい。

各マークの直径は、マークエッジの検出精度等の観点から、エッチピット３２の直径よりも十分に大きいことが好ましい。具体的には、第３マーク７３，８３の直径をエッチピット３２の上端部直径の平均値の５倍以上に設定することが好ましく、１０倍以上に設定することがより好ましい。なお、エッチピット３２の直径は、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）等により測定することができる。エッチピット３２の直径とは、エッチピット３２が平面視において非円形状である場合、エッチピット３２の外接円の直径を意味する。

本実施形態では、第１マーク７１の輪郭線７１Ｌと第２マーク７２の輪郭線７２Ｌとの間隔Ｄ１と、予め定められた閾値とを比較して位置ずれ判定を行う。或いは、間隔Ｄ１をｎ型領域２５とｐ型領域２６との位置ずれの許容値に設定して、輪郭線７１Ｌと７２Ｌとが接触した場合に位置ずれが存在すると判定してもよい。同様に、第２マーク７２の輪郭線７２Ｌと第３マーク７３の輪郭線７３Ｌとの間隔Ｄ２を用いて、ｐ型領域２６と電極層との位置ずれ判定を行う。また、かかる判定はマークセット８０についても行われる。

以下、図５〜図１９を参照しながら、太陽電池１０の製造方法について説明する。
図５〜図１１，１９では、太陽電池１０の製造途中におけるＣ‐Ｃ線断面に対応する断面を示す。また、以下では、ｉ型非晶質半導体層２２等の非晶質半導体層を非晶質シリコン層、保護層２４及び絶縁層３１をＳｉＮ層として説明する。

まず、図５に示すように、基板２１の受光面２１ａ上にｉ型非晶質半導体層２２、ｎ型非晶質半導体層２３、及び保護層２４を順に形成すると共に、裏面２１ｂ上にｎ型領域２５（ｉ型非晶質半導体層２７及びｎ型非晶質半導体層２８）、及び絶縁層３１を順に形成する。この工程では、例えば、洗浄された基板２１を真空チャンバ内に設置して、ＣＶＤやスパッタリング法により各層を形成する。また、この工程では、例えば、裏面２１ｂ上の端縁領域を除く全域にｎ型領域２５及び絶縁層３１を形成する。

ＣＶＤによるｉ型非晶質半導体層２２，２７の成膜には、例えば、シランガス（ＳｉＨ₄）を水素（Ｈ₂）で希釈した原料ガスを使用する。また、ｎ型非晶質半導体層２３，２８の場合は、例えば、シラン（ＳｉＨ₄）にホスフィン（ＰＨ₃）を添加し、水素（Ｈ₂）で希釈した原料ガスを使用する。シランガスの水素希釈率を変化させることにより、ｉ型非晶質半導体層２２，２７及びｎ型非晶質半導体層２３，２８の膜質を変化させることができる。また、ホスフィン（ＰＨ₃）の混合濃度を変化させることによって、ｎ型非晶質半導体層２３，２８のドーピング濃度を変化させることができる。ＣＶＤによる保護層２４及び絶縁層３１の成膜には、例えば、ＳｉＨ₄／アンモニア（ＮＨ₃）、又はＳｉＨ₄／窒素（Ｎ₂）の混合ガスを原料ガスとして使用する。

続いて、図６に示すように、裏面２１ｂ上に形成されたｎ型領域２５及び絶縁層３１をパターニングする。このパターニングは、例えば、目的とするレジストパターンを絶縁層３１上に形成し、レジスト膜で被覆されずに露出した領域をエッチング除去して行なわれる。絶縁層３１は、例えば、フッ化水素（ＨＦ）水溶液を用いてエッチングできる。絶縁層３１のエッチング終了後、レジスト膜を除去し、パターニングされた絶縁層３１をマスクとして、露出しているｎ型領域２５をエッチングする。ｎ型領域２５は、例えば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液（例えば、１ｗｔ％ＮａＯＨ水溶液）等のアルカリ性エッチング液を用いてエッチングできる。

この工程により、第１パターニング層（パターニングされたｎ型領域２５）、マークセット７０を構成する第１マーク７１、及びマークセット８０を構成する第１マーク８１が形成される。このとき、ｎ型領域２５の上には、同じパターンに形成された絶縁層３１が存在する。ｎ型領域２５内に形成されるマークセット７０では、ｎ型領域２５及び絶縁層３１の一部をエッチング除去して凹状部を設けることにより第１マーク７１が形成される。一方、ｐ型領域２６内に形成されるマークセット８０では、ｎ型領域２５及び絶縁層３１を島状に残して第１マーク８１が形成される。

続いて、図７に示すように、例えば、裏面２１ｂ上の端縁領域を除く全域にｐ型領域２６（ｉ型非晶質半導体層２９及びｐ型非晶質半導体層３０）を形成する。ｐ型領域２６は、パターニングされた絶縁層３１上、及び裏面２１ｂ上に直接形成される。ｐ型領域２６は、ｎ型領域２５と同様に、ＣＶＤによって形成できる。但し、ＣＶＤによるｐ型非晶質半導体層３０の成膜には、例えば、ホスフィン（ＰＨ₃）の代わりに、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）をドーピングガスとして使用する。

続いて、図８〜図１１に示すように、絶縁層３１上に形成されたｐ型領域２６の一部、及び絶縁層３１の一部を除去する。これにより、ｎ型領域２５の一部が露出してｎ型領域２５とｎ側電極４０とのコンタクト領域が形成される。この工程では、ｐ型領域２６の上記一部をエッチング除去してｐ型領域２６のパターンを形成するが、このとき、第１のパターニング層であるｎ型領域２５と、第２のパターニング層であるｐ型領域２６との位置合わせが必要となる。

まず、図９に示すレジストパターン１０１を作製する。パターニング手法としては、印刷法、フォトリソグラフィー法、インプリント法、直接描画法、マスクパターンを転写する印刷法、インプリント法など種々の方法を使用することができる。なお、量産性の観点では中でも、マスクパターンを転写する印刷法、フォトリソグラフィー法、インプリント法が望ましい。ここでは印刷法を用いる。

図８に示すように、レジスト膜１００をｐ型領域２６上の全域に形成した後、その上に印刷法によりレジストパターン１０１を形成する。レジスト膜１００には、例えば、印刷用レジスト組成物を用いることができる。マスク１１０には、例えば、上記コンタクト領域に対応する保護部１１１が設けられたマスクを用いることができる。換言すると、マスク１１０には、ｐ型領域２６のパターンを形成するための開口パターン１１２、第２マーク７２を形成するための開口パターン１１３、及び第２マーク８２を形成するための開口パターン１１４が設けられている。

マスク１１０は、例えば、開口パターン１１３の中心が第１マーク７１の中心に位置するように、且つ開口パターン１１４の中心が第１マーク８１の中心に位置するように配置される。この工程では、後述のアライメントマーク検出装置を用いて、マスク１１０の配置を調整する手順を設けてもよい。但し、生産性等の観点から、第１マーク７１と第２マーク７２の配置を事後的に確認することが好適である。したがって、ここでは、第１マーク７１の中心の座標データと、開口パターン１１３の中心の座標データとを用いて、マスク１１０の配置を調整する。

次に、図１０に示すように、作製されたレジストパターン１０１をマスクとしてｐ型領域２６の上記一部をエッチング除去する。ｐ型領域２６は、通常、ｎ型領域２５よりもエッチングされ難いため、例えば、ｎ型領域２５をエッチングするＮａＯＨ水溶液よりも高濃度のもの（例えば、１０ｗｔ％ＮａＯＨ水溶液）を用いる。当該エッチングが設計通りになされた場合、第１マーク７１内に第２マーク７２が、第１マーク８１内に第２マーク８２がそれぞれ形成される。第２マーク７２，８２は、第１マーク７１，８１内にｐ型領域２６をそれぞれ島状に残して形成される。

次に、図１１に示すように、例えば、レジストパターン１０１を除去し、パターニングされたｐ型領域２６をマスクとして、絶縁層３１をエッチング除去する。これにより、絶縁層３１は、ｎ型領域２５とｐ型領域２６の間のみに残る。マークセット８０においても、ｐ型領域２６と同じ形状に絶縁層３１がパターニングされる。以上のようにして、光電変換部２０を製造できる。

続いて、アライメントマークを検出して、ｎ型領域２５とｐ型領域２６との位置ずれを確認する。この工程について、図１２〜図１８を参照しながら以下詳細に説明する。ここでは、上記間隔Ｄ１が、ｎ型領域２５とｐ型領域２６との位置ずれの許容値に設定されているものとする。主に第１マーク７１、第２マーク７２を例示して説明するが、その説明は、第１マーク８１，第２マーク８２についても同様に適用できる。

図１２に、第１マーク７１及び第２マーク７２の近傍を拡大して示す（図１１のＤ部拡大図）。裏面２１ｂには、上記のように、複数のエッチピット３２が形成されている。この工程では、かかるエッチピット３２の影響を抑制しながら、アライメントマーク（第１マーク７１，８１及び第２マーク７２，８２）を検出する。なお、図１２では、等間隔に配置された同じ寸法のエッチピット３２を示しているが、実際には、その配置はランダムであり各々で寸法も異なる。また、第２マーク７２，８２の直径は、エッチピット３２の直径よりも十分に大きい。第２マーク７２，８２内には多数のエッチピット３２が形成されている。

エッチピット３２は、平坦な底面３３と、傾斜した側面３４とを有し、平面視において略円形を呈する。底面３３は、エッチピット３２が形成されていない部分の裏面２１ｂと略平行である。側面３４は、底面３３側に向かってエッチピット３２の直径が小さくなるように傾斜している。上記のように、基板２１が面方位（１００）のｎ型単結晶シリコンからなる場合、底面３３のエッジから延長された仮想線Ｆと側面３４とがなす角度Ｋは約５５°となる。

エッチピット３２の深さＨの平均値（以下、「平均深さＨａ」という）は、５μｍ以上１０μｍ以下であり、底面３３の直径Ｗの平均値（以下、「平均直径Ｗａ」という）が２μｍ以上３０μｍ以下である。深さＨの最小値は１μｍ程度、深さＨの最大値は３０μｍ程度であり、好ましくは前者が５μｍ程度、後者が１０μｍ程度である。直径Ｗの最小値は１μｍ程度、直径Ｗの最大値は５０μｍ程度であり、好ましくは前者が２μｍ程度、後者が３０μｍ程度である。なお、深さＨとは、エッチピット３２が形成されていない部分の裏面２１ｂから底面３３までの基板２１の厚み方向に沿った長さを意味する。深さＨおよび直径Ｗは、光学顕微鏡、ＳＥＭまたはＡＦＭ等により測定することができる。

図１３に示すように、この工程では、基板２１上に照明光αを照射して、第１マーク７１及び第２マーク７２を検出する。ここで使用されるアライメントマーク検出装置は、光源装置（図示せず）と、対物レンズ９０と、ＣＣＤカメラ等から構成される撮像装置９１とを備える。光源装置としては、指向性の高い照明光αを出力可能な装置であることが好ましく、例えば、ＬＥＤが用いられる。対物レンズ９０は、各マークにより反射された光を撮像装置９１の撮像面に結像する。また、上記検出装置又は該装置に接続された別の装置は、撮像装置９１から出力される映像信号を処理してアライメントマークの像を生成し、該マークを検出する処理ユニット、及び検出されたマークに基づいて、ｎ型領域２５とｐ型領域２６との位置ずれを判定する演算ユニット（いずれも図示せず）等を備える。

光源装置から出力された照明光αは、第１マーク７１及び第２マーク７２のエッジで反射して、各マークの直上に配置された対物レンズ９０に入射する。そして、対物レンズ９０に入射した反射光は、撮像装置９１によって取得される。これにより、各マークのエッジ、即ち第１マーク７１の輪郭線７１Ｌと、第２マーク７２の輪郭線７２Ｌとが検出される。このとき、例えば、上記演算ユニットが、輪郭線７１Ｌと７２Ｌとの接触の有無を確認して、ｎ型領域２５とｐ型領域２６との位置ずれを判定する。

この工程では、照明光αの基板２１に対する入射角θを６０°以上９０°未満の範囲で設定する。入射角θは、より好ましくは７５°以上９０°未満、特に好ましくは８５°±３°に設定される。なお、入射角θとは、裏面２１ｂに対する垂線Ｚと、照明光αの光軸とがなす角度を意味する。光源装置は、例えば、対物レンズ９０を挟むようにその両側に配置され、入射角θが上記範囲となるように照明光αを出力する。入射角θを上記範囲に設定することにより、エッチピット３２による照明光αの反射を抑制して、エッチピット３２の像（以下、「エッチピット像」という場合がある）を消すことが可能となる。

また、この工程では、エッチピット３２の寸法に基づいて入射角θを設定することが好適である。詳しくは後述するように、ノイズ成分であるエッチピット像は入射角θを大きくするほど消し易くなるが、通常、入射角θを大きくするとシグナル成分であるアライメントマーク像も薄くなる。このため、エッチピット３２の寸法に合わせて入射角θを調整することが好適である。

入射角θの設定において考慮されるエッチピット３２の寸法としては、上端部直径や底面３３の面積、深さＨ、底面３３の直径Ｗであってもよいが、好ましくは平均深さＨａ、平均直径Ｗａである。つまり、平均深さＨａ及び平均直径Ｗａの少なくとも一方に基づき、より好ましくは平均深さＨａと平均直径Ｗａとに基づいて、入射角θを６０°以上９０°未満の範囲で設定することが好適である。

一方、この工程では、アライメントマークのシグナル強度に問題がなければ、入射角θを大きな角度に固定することができる。この場合、入射角θは、７５°以上９０°未満が好ましく、８５°±３°が特に好ましい。

ここで、図１４及び図１５に、エッチピット３２の寸法（深さＨ、直径Ｗ）と、照明光αの入射角θとに基づく、エッチピット像の出現／消失の境界線を示す。また、図１６及び図１７を参照しながら、図１４及び図１５に示す関係について説明する。

図１４は、横軸に入射角θ、縦軸に深さＨをとり、各直径Ｗにおけるエッチピット像の出現／消失の境界線ｒ１〜ｒ４を示す。なお、エッチピット像は、境界線ｒ１〜ｒ４（後述の境界線ｒ５〜ｒ９についても同様）よりも上方のエリアにおいて消すことが容易になる。即ち、境界線ｒ１〜ｒ９は、エッチピット３２による照明光αの反射を抑制でき、エッチピット像を消し易くする条件を示す。例えば、入射角θを６５°に設定した場合、Ｈ＝１５μｍ、Ｗ＝５０μｍのエッチピット３２の像は容易に消すことができるが、Ｈ＝５μｍ、Ｗ＝２０μｍのエッチピット３２の像を消すことは困難である。

図１５は、横軸に直径Ｗ、縦軸に深さＨをとり、各入射角θにおけるエッチピット像の出現／消失の境界線ｒ５〜ｒ９を示す。図１５では、具体例として、直径Ｗがいずれも４０μｍ、深さＨが２５μｍ，１５μｍ，５μｍの寸法をそれぞれ有するエッチピットＰ１，Ｐ２，Ｐ３を示す。エッチピットＰ１の場合、入射角θを６０°に設定することで、Ｐ１による照明光αの反射を大幅に抑制でき、Ｐ１の像を容易に消すことができる。一方、エッチピットＰ２の場合、入射角θが６０°の境界線ｒ５はＰ２よりも上方に位置する。この場合、入射角θが６０°では、Ｐ２による照明光αの反射が強く、Ｐ２の像を消すことが困難であるため、例えば、入射角θを６５°に設定することが好適である。また、エッチピットＰ３の場合は、例えば、入射角θを７０°に設定することが好適である。

図１６は、入射角がそれぞれθ１〜θ３である照明光α１〜α３が、深さがＨｔ、底面３３の直径がＷｔであるエッチピット３２ｔに入射する様子を示す。θ１，θ２，θ３は、例えば、６５°，７５°，８５°である。照明光α１〜α３は、側面３４ｔに当たることで対物レンズ９０側に反射され、その反射光が撮像装置９１により取得される。図１６に示す例の場合、照明光α２，α３は、側面３４ｔの一部のみに当たって反射するため、対物レンズ９０に入射する光量（エッチピット３２に起因する光量）は少ない。一方、照明光α１は、側面３４ｔの全域、及び底面３３ｔの一部に当たり、また底面３３ｔで反射した光は、側面３４ｔで再び反射して対物レンズ９０に入射する。即ち、照明光α１を用いた場合は、照明光α２，α３を用いた場合と比較して、対物レンズ９０に入射する光量が多くなり、エッチピット３２ｔが出現し易くなる。

なお、照明光α２，α３を用いた場合、エッチピット３２ｔにより反射する光が少ないため、例えば、その光量をブランクとして差し引くことで、アライメントマーク像に影響を与えることなく、エッチピット像を完全に消すことが可能である。

図１７は、照明光α３が、深さがＨｔｔ（Ｈｔ＞Ｈｔｔ）、底面３３の直径がＷｔであるエッチピット３２ｔｔに入射する様子を示す。即ち、図１７では、図１６に示すエッチピット３２ｔに対して深さのみが浅くなったエッチピット３２ｔｔを示す。この場合も、照明光α３は、側面３４ｔｔの一部のみに当たるため、撮像装置９１により取得される光量は少ない。一方、図示しない照明光α２は、側面３４ｔｔの全域、及び底面３３ｔの一部に当たり、また底面３３ｔで反射した光は、側面３４ｔｔで再び反射して対物レンズ９０に入射する。

図１６及び図１７に示すように、照明光αの入射角θを大きくすれば、ノイズ成分であるエッチピット像を消し易くなることが理解できるであろう。また、図１４及び図１５に示す深さＨと、直径Ｗと、入射角θとの関係が理解できるであろう。

なお、照明光αの入射角θは、ノイズ成分低減の観点から、底面３３の平均直径Ｗａに対する平均深さＨａの比率が小さくなるほど、大きくすることが好適である。即ち、底面３３の平均直径Ｗａが同じである場合、平均深さＨａが浅くなるほど、入射角θを大きくする。換言すると、平均深さＨａに対する底面３３の平均直径Ｗａの比率が大きくなるほど、即ち、平均深さＨａが同じである場合に底面３３の平均直径Ｗａが長くなり底面３３が広くなるほど、入射角θを大きくすることが好適である。

また、この工程等において、エッチピット３２の寸法を実測する手順を設けることができる。但し、かかる測定は、全ての光電変換部２０について行う必要はなく、例えば、基板２１の洗浄条件を変更した際に実施して、測定値をアライメントマーク検出装置に記憶しておくことができる。検出装置は、例えば、予め記憶されたエッチピット３２の平均深さＨａ及び底面３３の平均直径Ｗａに基づいて入射角θを自動的に調整する。或いは、オペレータにより入射角θが設定されてもよい。

図１８に、上記検出手法により得られたマーク画像９３を示す。マーク画像９３では、第１マーク７１及び第２マーク７２のエッジ、即ち輪郭線７１Ｌと７２Ｌとが明確に検出される。一方、エッチピット３２の像は、殆ど検出されない。つまり、マーク画像９３は、概ね各マークのエッジに照射された照明光αだけが撮像装置９１により取得されて得られた画像である。

検出されたアライメントマーク（第１マーク７１，８１及び第２マーク７２，８２）に基づき、輪郭線７１Ｌと７２Ｌとが接触せず、且つ輪郭線８１Ｌと８２Ｌとが接触しないことが確認された場合には、ｎ型領域２５とｐ型領域２６との位置ずれが許容値内であると判定される。一方、輪郭線７１Ｌと７２Ｌとが接触する場合には、かかる位置ずれが許容値を超えると判定される。そして、かかる位置ずれが、許容値内であると判定された場合には電極形成工程に進み、許容値を超えると判定された場合には、例えば、不良品として適切に処理される。

ｎ側電極４０及びｐ側電極５０は、例えば、以下に例示する方法で形成される。
まず、図１９に示すように、ｎ側電極４０及びｐ側電極５０の形状に合わせてパターニングされた透明導電層４３，５３を形成する。透明導電層４３，５３は、重なり領域２６^*上で互いに分離されており、この分離部分が分離溝６０となる。透明導電層４３，５３は、例えば、スパッタリング法やＣＶＤにより、メタルマスク等を用いてパターニングされたＴＣＯ層を直接形成してもよいし、ｎ型領域２５及びｐ型領域２６の全域にＴＣＯ層を形成してからエッチングして形成されてもよい。ＴＣＯ層は、例えば、塩化水素（ＨＣｌ）水溶液やシュウ酸水溶液を用いてエッチングできる。

このとき、ｐ型領域２６と電極層との位置ずれを確認する。この工程では、ｎ型領域２５とｐ型領域２６との位置ずれ判定工程と同様にして、第２マーク７２及び第３マーク７３を検出し、各マークの輪郭線７２Ｌと７３Ｌとの接触の有無を確認する。同様に、第２マーク８２及び第３マーク８３についても、輪郭線８２Ｌと８３Ｌとの接触の有無を確認し、ｐ型領域２６と電極層との位置ずれを判定する。本実施形態では、ｎ型領域２５とｎ側電極４０とのコンタクト領域がｐ型領域２６のパターニングにより形成され、またｎ側電極４０及びｐ側電極５０が透明導電層３２をパターニングして形成されるため、ｎ側電極４０及びｐ側電極５０のいずれもｐ型領域２６に対して位置合わせすればよい。

次に、透明導電層４３，５３上に、金属層４４，５４をそれぞれ形成する。これにより、太陽電池１０が完成する。

以上のように、上記製造方法によれば、エッチピット３２を有する基板２１上に形成されたアライメントマークを容易に認識することができる。したがって、アライメントマークの認識率が向上して、例えば、アライメントエラーの発生をなくすことが可能となる。

つまり、照明光αの入射角θを上記範囲で設定することによって、エッチピット３２による照明光αの反射を大幅に抑制することができ、ノイズ成分であるエッチピット像を消すことが可能となる。これにより、ノイズ成分に対するシグナル成分の比率（ＳＮ比）を大きく向上させることができる。

１０太陽電池、２０光電変換部、２１基板、２１ａ受光面、２１ｂ裏面、２２，２７，２９ｉ型非晶質半導体層、２３，２８ｎ型非晶質半導体層、２４保護層、２５ｎ型領域、２６ｐ型領域、３０ｐ型非晶質半導体層、３１絶縁層、３２エッチピット、３３底面、３４側面、４０ｎ側電極、４１，５１フィンガー部、４２，５２バスバー部、４３，５３透明導電層、４４，５４金属層、５０ｐ側電極、６０分離溝、７０，８０マークセット、７１，８１第１マーク、７２，８２第２マーク、７３，８３第３マーク、９０対物レンズ、９１撮像装置、１００レジスト膜、１０１レジストパターン、１１０マスク、１１１保護部、１１２，１１３，１１４開口パターン、α，α１，α２，α３照明光、θ，θ１，θ２，θ３入射角、Ｚ垂線。

Claims

凹状部を有する半導体基板上に、複数のパターニング層及びアライメントマークを形成する第１の工程と、
前記半導体基板上に照明光を照射して前記アライメントマークを検出し、前記パターニング層同士の位置ずれを確認する第２の工程と、
を備え、
前記第２の工程では、前記照明光の前記半導体基板に対する入射角を６０°以上９０°未満の範囲で設定する、半導体装置の製造方法。
前記第２の工程では、前記凹状部の寸法に基づいて前記入射角を設定する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記第２の工程では、前記入射角を７５°以上９０°未満の範囲で設定する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記凹状部は、平均深さが５μｍ以上１０μｍ以下、底面の平均直径が２μｍ以上３０μｍ以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記第２の工程では、前記平均深さ及び前記平均直径の少なくとも一方に基づいて前記入射角を設定する、請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
前記第２の工程では、前記平均直径に対する前記平均深さの比率が小さくなるほど、前記入射角を大きくする、請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
前記半導体装置は、太陽電池である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記凹状部は、前記半導体基板の異方性エッチングにより形成されたエッチピットである、請求項７に記載の半導体装置の製造方法。