JP2013516059A - シリコン基板を処理する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

単結晶シリコン基板を加工する方法において、シリコン基板は水平方向の搬送経路に沿って平坦にして搬送され、表面を微細加工するエッチング溶液はノズルなどの手段によって上から供給される。エッチング溶液は、シリコン基板の上面に連続的に数回にわたって上から供給され、基板の上面に残り、シリコン基板と反応する。

Description

本発明は、シリコン基板を処理する方法及びそれに適する装置に関する。特に、単結晶のシリコンウェーハの処理に関し、ウェーハの上面及び好ましくは下面がエッチング溶液によって微細加工される。

エッチング溶液を上からシリコン基板に連続的にスプレーすることは特許文献１で開示されている。フッ化水素及び硝酸の混合物がエッチング溶液として使用される。シリコン基板の周知の微細加工はエッチングによって行われる。

エッチングによって、シリコン基板を微細加工することは、特許文献２で開示されている。ここで、シリコン基板の表面に生成した気泡は、上から幅広いローラベアリングによって潰され、取り除かれ、可能な限り整合するエッチング結果が得られる。

独国特許出願公開第102007063202号明細書 独国特許出願公開第102008022282号明細書

本発明の目的は、上述したように、従来の問題点を回避することができ、特に、単結晶のシリコン基板を、最小のコストでその上面を微細加工する、シリコン基板を加工する方法を提供することである。

この目的は、請求項１の特徴を有する方法、及び請求項９の特徴を有する装置によって解決することができる。本発明の有利で好ましい構成は、他の請求項の主題で規定され、以下で詳細に説明される。以下で説明する特徴の多くは、方法に関してのみ、及び装置に関してのみ説明されている。しかしながら、方法及び装置の両方に適用することもできる。請求項の用語は、明示によって、説明に組み込まれている。

シリコン基板は、水平方向の搬送経路に沿って、平坦に寝かされた状態で搬送される。すなわち、シリコン基板は、インライン方法によって加工される。これは、従来の方法であって、シリコン基板を垂直に保持する従来の方法に対して有効な効果をもたらす。表面を微細化するエッチング溶液は、少なくとも上から、すなわち、スプレーノズル又は同様の供給装置によってシリコン基板の上面にスプレーされる。エッチング溶液は、処理方向で示されるように、シリコン基板の上面に連続的に何度も上から適用される。エッチング溶液は、上面に残り、シリコン基板と反応し、シリコン基板をエッチングして微細化する。この場合、シリコン基板の数μｍが浸食される。これは、良好なインプットをもたらす表面上に、すなわち、シリコン基板から製造される太陽電池に対する太陽光の反射を減らす表面上に周知のピラミッド形状を形成する。エッチング溶液の繰り返しの適用によって、溶液が補充され、エッチングは、常に新しいエッチング溶液で実施される。更に、これによって、可能な限り一様なエッチングが実施される。

エッチング溶液の更なる改良に関して、本発明によるエッチング溶液は添加物を含み、添加物は、アルコール、介面活性剤、グリコール及び一つ以上のこれらを含む添加剤からなる。エッチング溶液は、数重量％の僅かな量でこの添加剤を含んでいる。このような添加剤のすばらしい効果は、エッチング溶液の表面張力を減少することによって、エッチング溶液で加工されるシリコン基板表面から生じる反応物からの気泡の吸着を減少したり、回避したりすることができるということである。エッチング反応から生じるガス及び形成された気泡は、それらは表面に残り、表面を覆い、そこにおいて多かれ少なかれエッチングを生じないようにするため、エッチング加工を妨げる。

例えば、ノズル又はスプレイノズル又は同様の供給装置としての複数のこのようなウェッテイング装置は、装置を通る基板の処理方向に連続的に提供される。それらは、新しい化学薬品で繰り返して、１秒〜３０秒の時間間隔で基板の表面上を被覆することを可能にする。

他の可能性は、エッチングされる上面が、シリコン基板の上面での直線接触によって形成された気泡を絞り出す特許文献２による絞りローラで加工されること、及び泡を取り除くために、新しいエッチング溶液を上面に供給したり、又は連続的に強くスプレーしたり又はエッチング溶液の流れを供給したりすることである。これとの比較において、本発明による方法は、設計費用又は機械的なものに関する費用を減らし、シリコン基板表面の欠陥を減らす効果がある。エッチング溶液中の添加剤の小さい部分のために、エッチング溶液は有害な影響はほとんどない。同時に、この小さい部分は、望ましくない気泡がエッチング中に表面に吸着して残らないようにするために、エッチング溶液中の表面張力を減らすのに十分である。

本発明の改良において、エッチング溶液は、添加剤と共に付加的に供給される。特に、これは、エッチング溶液がシリコン基板上に供給される前に行われる。通常は、エッチング溶液は、大きなストレージタンク又はコンテナに集められ、例えば、収集容器からシリコン基板上へ供給される。もし、添加剤、特に、アルコールのような高揮発性又は蒸発性の添加剤がすでに加えられているならば、それは蒸発する。他方、エッチング溶液にそれはもはや存在しない。他方、それは環境問題を生じ、装置又はシステムの両方を攻撃し、作業者に影響する。特に、エッチング溶液がシリコン基板上に適用されるまでは、添加剤はエッチング溶液に加えられていない。これに関して、添加剤は、ウェッテイング装置、例えば、シリコン基板の搬送経路上を横に延び、ウェッテイング装置を通り、エッチング溶液を供給するノズルを備える細長いチューブ又は同様の容器に供給される。従って、例えば、エッチング溶液は、ウェッテイング装置の接続部に供給する付加的な開口を介して、エッチング溶液の供給ラインに供給される。

本発明の他の有効な改良において、エッチング溶液は、連続的に添加剤と共に供給される。これは、ウェッテイング装置によって供給されるエッチング溶液に適用し、添加剤がエッチング溶液の量にしたがって供給される。

本発明の一つの構成において、添加剤が、エッチングが進むにつれ、又はシリコン基板の処理方向でエッチング溶液に加えられ、エッチング溶液中の添加剤の比率が高くなる。従って、エッチングの初めから終了するまでエッチング溶液中の添加剤の比率が高くなり、例えば２倍になることもある。

エッチング溶液中の添加剤の比率は、１重量％より小さいことが好ましい。特に好ましくは、０．３〜０．６重量％の間にあり、例えば、約０．３重量％である。添加剤のこのような小さな比率は、改善されたエッチング結果に関し、気泡の生成を減らすことにおいて十分であることが証明されている。

本発明の他の構成において、加熱されたエッチング溶液を使用することができる。すなわち、エッチング溶液は、シリコン基板に供給される前に、好ましくは加熱され、又は暖められる。これは、エッチング溶液の上述した貯蔵容器において、例えば、上記システムにおける収集容器の中で、どちらが実施される。他の方法に関して、ヒータ、例えば、一般的な電気的で動作する加熱コイルや、チューブ状の加熱体や、赤外線反射体や、マイクロ波ヒータや、誘導ヒータなどが、エッチング溶液に関するウェッテイング装置に直接的に配置される。エッチング溶液は、室温より数℃上、例えば、３０℃〜８０℃、好ましくは４０℃〜７０℃に加熱される。

本発明の他の構成において、エッチング溶液でシリコン基板の上面だけでなく、下面も加工することができる。これは、下からスプレーすること又はシリコン基板を上に載せて運ぶ一つ以上のウェッテイングローラによってなすことができる。これらのウェッテイングローラは、少なくともシリコン基板と同じ幅、又は幅広であり、シリコン基板の下側でエッチング溶液を移すため、その面はエッチング溶液で濡らされる。しかしながら、これは、従来技術から知られており、例えば、独国特許出願公開第102005062528号明細書に示されている。タンク内のエッチング溶液の液位は、加工される基板表面に接するレベルにセットされる。

これらの及び他の特徴は、請求項だけでなく、詳細な説明及び図面に開示されている。個々の特徴は、個々のケースで改良され、又は発明の実施形態及び他の分野におけるサブコンビネーションの形態で組み合わされる。個々の特徴は、有益であり、それ自身保護可能な実施形態を示す。個々のセクション及び見出しで本願を分けることは、本願の適用において、記述を制限するものではない。

本発明の一例の実施形態は、図面に示され、以下でより詳細に説明される。

基板の処理方向で示された本発明のシステムの図である。 図１のシステムの一部分の側面図である。

図１は、シリコン基板としてのシリコンウェーハ１３、特に、これらのシリコンウェーハ１３の処理方向において、シリコンウェーハを加工する装置として、本発明によるシステム１１を示す。ウェーハは、搬送シャフト１６上で搬送ローラ１５によって形成された水平方向の搬送経路に沿って位置する。複数のシリコンウェーハ１３は、システム１１を通って互いに隣接し、図２に示すように、小さな間隔で、連続的に、多数のウェーハが移動する。

搬送経路上で、スプレーチューブ１８は、シリコンウェーハ１３の上面から数センチメートルの距離にあり、搬送経路の全幅に渡って延びるウェッティング装置として提供される。複数のスプレーチューブ１８は、搬送経路を縦方向に覆う。図２におけるスプレーチューブの間隔は、例えば１５ｃｍであるが、多少大きくても小さくてもよく、また、搬送経路の長さによって変化させることもできる。

スプレーチューブ１８は、下側において、簡易な孔、開口又はスリットとして形成された複数のスプレーノズル１９を備える。エッチング溶液２１は、そこを通って排出され、示すようように、周囲に噴射され、シリコンウェーハ１３の表面に達する。

添加剤加入口２４は、スプレーチューブ１８上に分離接続部として設けられている。ここで、はじめに述べた一つの、又は複数の添加剤は、エッチング溶液２１の中に添加される。これは、エッチング溶液２１がスプレーチューブ１８から供給される前の短い時間に行われ、それにより、高揮発性の添加剤の蒸発が非常に低いレベルに保持されるか、又は回避される。図１及び２から分かるように、搬送ローラ１５の下に配置された収集容器２０によって、シリコンウェーハ１３の上面にエッチング溶液を適用し、連続する層を形成した後、エッチング溶液は下に流れ、又はそこから下に滴ることは明らかである。しかしながら、エッチング溶液中に予め存在し、又はそこに加えられている高揮発性の添加剤は、シリコンウェーハ１３から垂れる前に所定量が蒸発し、少ない量が収集容器２０又は搬送ローラ１５に達する。したがって、添加剤は、シリコンウェーハ１３上でエッチング溶液２１の表面張力の作用を果たすことができるが、システム１１全体に影響することは全くない。揮発性の添加剤は、ローラ間に配置された吸引チューブを介して吸引される。

エッチング溶液２１は、イソプロパノールの他に、他の添加剤、好ましくは、微量の界面活性剤を含む。これは、ウェーハの表面をエッチングする際に気泡の形成を減らす。添加剤加入口２４により、特に、シリコンウェーハ１３の表面上での化学反応に直接的に必要である添加剤、アルコール又はイソプロパノールの量を正確に添加することが可能となる。シリコン基板の下面は、エッチング溶液２１で濡らされ、エッチングされる。この目的のため、例えば、独国特許出願公開第102007063202号明細書又は独国特許出願公開第102007063202号明細書で開示されている搬送ローラは、付加的に、下面上でエッチング溶液２１によってスプレーされ、ウェーハの全幅に渡って延びる搬送ローラにより、ウェーハの下面をエッチングすることも可能である。

Claims (11)

1. シリコン基板、特に、単結晶シリコンウェーハを加工する方法であって、
   シリコン基板は、水平方向の搬送経路に沿って平坦に配置された状態で搬送され、表面を微細加工するエッチング溶液が、ノズルなどによって少なくとも上からスプレーされる方法において、
   エッチング溶液は、連続的に数回に亘りシリコン基板の上面に適用され、そこに残ってシリコン基板と反応し、
   エッチング溶液は、数重量％の微量のアルコール、界面活性剤、グリコールを含むグループからの添加剤を含むことを特徴とする方法。
2. エッチング溶液をシリコン基板上に適用する前の、特に、短い時間に、エッチング溶液に添加剤が添加されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. エッチング溶液には、連続的に添加剤が添加されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 添加剤は、エッチングの進行と共に、又は処理方向において、エッチング溶液に加えられ、添加剤の比率が高くなることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
5. 添加剤の比率が、最後にはより高くなり、好ましくは２倍になることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. エッチング溶液は、アルカリ性であり、好ましくは、特に、１〜１０重量％の微量の水酸化カリウム又は水酸化ナトリウムを含むことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
7. エッチング溶液は、好ましくはエッチング溶液の貯蔵容器又はエッチング溶液のウェッテイング装置内において、シリコン基板上に適用される前に加熱されることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
8. シリコン基板の下方を向く下面は、好ましくは下からスプレーすることにより又は一つ以上のウェッティングローラによりエッチング溶液で濡らされ、ウェッティングローラは、シリコン基板を搬送し、シリコン基板の下面にエッチング溶液を移すために表面がエッチング溶液で濡らされていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の方法。
9. 請求項１〜８の何れか一項に記載の方法を実施するために、シリコン基板を加工する装置であって、
   装置は、該装置内を通過するシリコン基板を平坦にして搬送し、平坦な状態でシリコン基板を加工するための水平方向の搬送経路を有し、
   複数のウェッティング装置が、搬送経路の上に配置されると共に、搬送経路の幅方向に延びている装置において、
   ウェッティング装置が下向きの開口を有してエッチング溶液を供給し、更に、エッチング溶液に添加剤を添加するために、特に、ノズルの近傍で、添加剤加入口がウェッティング装置に設けられていることを特徴とする装置。
10. ウェッティング装置又はエッチング溶液のためのヒータが、好ましくはウェッティング装置又はエッチング溶液の容器に設けられている請求項９に記載の装置。
11. ウェッティング装置は、直線的に形成され、シリコン基板の搬送経路の上で横に延びており、また、ウェッティング装置は複数備わり、搬送経路に沿って約１０〜２０ｃｍの間隔で配置されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。

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