JP2014115634A - 反射防止基板構造およびその製造方法 - Google Patents

反射防止基板構造およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】異なる波長の入射光反射率を下げることのできる反射防止基板構造およびその製造方法の提供。
【解決手段】反射防止基板構造１００の製造方法は、第１粗表面１１２を有するシリコンウエハ１１０を提供することと、シリコンウエハ１１０の上に、第１粗表面を共形的に覆う反射防止フィルム１２０を形成することと、反射防止フィルムに表面処理を行い、反射防止フィルムのシリコンウエハから相対的に離れた側に親水性表面１２２ａを形成することと、反射防止フィルムの親水性表面に、溶液および親水性表面に付着できる複数のナノボール１３４を含むコロイド溶液１３０を滴下することと、ナノボールをエッチングマスクとして使用し、反射防止フィルムの表面にエッチングプロセスを行って、第１粗表面と異なる粗さを有する第２粗表面１２２を形成することとを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板構造およびその製造方法に関するものであり、特に、反射防止基板構造およびその製造方法に関するものである。
一般的に、シリコンウエハ自体は、結晶方法が異なると異方性を有する。単一方向のシリコンウエハは、エッチングプロセスの局所エッチングの差によって、シリコンウエハの表面に規則的に変化したピラミッド構造を形成することができる。しかしながら、形成される規則的に変化したピラミッド構造は、主にその滑らかな表面と規則的な角度変化によって、広帯域スペクトル光の反射を効果的に減らすことができないため、入射光に対する反射率が依然として高い。
上述した問題を解決するため、本技術分野では、反射防止フィルムをシリコンウエハの上に堆積させる。つまり、反射防止フィルムをシリコンウエハの表面のピラミッド構造の上に共形的に（conformally）配置する。その結果、入射光と反射防止フィルムのインターフェースが局部の相殺的干渉を起こした時、一定の膜厚を有する反射防止フィルムが特定の波長を有する光にのみ影響を受けるため、他の波長を有する光に対する入射光反射率は、依然として高いままである。
したがって、本発明は、異なる波長の入射光に対する反射率を下げることのできる反射防止基板構造を提供する。
本発明は、また、上述した反射防止基板構造を製造するための反射防止基板構造の製造方法を提供する。
本発明は、以下のステップを含む反射防止基板構造の製造方法を提供する：第１粗表面を有するシリコンウエハを提供する；シリコンウエハの上に、第１粗表面を共形的に覆う反射防止フィルムを形成する；反射防止フィルムに表面処理を行い、反射防止フィルムのシリコンウエハから相対的に離れた側に親水性表面を形成する；反射防止フィルムの親水性表面に、溶液および親水性表面に付着できる複数のナノボール（nano-ball）を含むコロイド溶液を滴下する；ナノボールをエッチングマスクとして使用して、反射防止フィルムの表面にエッチングプロセスを行い、第１粗表面と異なる粗さを有する第２粗表面を形成する。
本発明の１つの実施形態中、シリコンウエハを提供するステップは、以下のステップを含む：単結晶シリコンのシリコンウエハ基板を提供する；単結晶シリコンのシリコンウエハ基板の表面にエッチングを行い、第１粗表面を有するシリコンウエハを形成する。
本発明の１つの実施形態中、シリコンウエハは、多結晶シリコンのものである。
本発明の１つの実施形態中、反射防止フィルムの形成方法は、プラズマ化学気相成長法、物理蒸着法または物理スパッタリング（physical sputtering）法を含む。
本発明の１つの実施形態中、反射防止フィルムの材料は、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、硫化亜鉛、フッ化マグネシウムまたは二酸化チタンを含む。
本発明の１つの実施形態中、表面処理は、酸素プラズマ処理を行うことを含む。酸素プラズマ処理の酸素流量は、１ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍの間であり、処理時間は、２０秒〜２０００秒の間であり、エネルギーは、２０ｍＷ／ｃｍ2〜５００ｍＷ／ｃｍ2の間である。
本発明の１つの実施形態中、溶液は、メタノールまたは水を含む。
本発明の１つの実施形態中、各ナノボールの材料は、ポリスチレンを含む。
本発明の１つの実施形態中、各ナノボールの粒径は、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの間である。
本発明の１つの実施形態中、エッチングプロセスは、反応性イオンエッチング（reactive ion etching）プロセスである。
本発明の１つの実施形態中、反射防止フィルムの厚さは、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの間である。
本発明の１つの実施形態中、第１粗表面の粗さは、１００ｎｍ〜１００００ｎｍの間である。
本発明の１つの実施形態中、第２粗表面の粗さは、１０ｎｍ〜１００ｎｍの間である。
本発明は、また、シリコンウエハと、反射防止フィルムとを含む反射防止基板構造を提供する。シリコンウエハは、第１粗表面を有し、反射防止フィルムは、シリコンウエハの上に配置され、第１粗表面を覆う。反射防止フィルムは、第２粗表面を有し、第２粗表面の粗さは、第１粗表面の粗さと異なり、第２粗表面は、親水性である。
本発明の１つの実施形態中、シリコンウエハは、多結晶シリコンのシリコンウエハまたはエッチングされた単結晶シリコンのシリコンウエハである。
本発明の１つの実施形態中、反射防止フィルムの材料は、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、硫化亜鉛、フッ化マグネシウムまたは二酸化チタンを含む。
本発明の１つの実施形態中、第１粗表面の粗さは、１００ｎｍ〜１００００ｎｍの間である。
本発明の１つの実施形態中、第２粗表面の粗さは、１０ｎｍ〜１００ｎｍの間である。
本発明は、ナノボールをエッチングマスクとして使用し、均一な膜厚を有する反射防止フィルムにエッチングプロセスを行って、第２粗表面を有する反射防止フィルムを形成するため、異なる波長を有する光が反射防止フィルムを照射した時に、反射防止フィルムの第２粗表面と入射光が相殺的干渉を起こし、特定の波長を有する入射光のみに相殺的干渉が限定されない。したがって、本発明の反射防止基板構造は、より優れた反射防止能力を有し、より広範囲で応用することができる。
本発明の上記および他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。
（ａ）〜（ｅ）は、本発明のある実施形態に係る反射防止基板構造の製造方法を示す断面図である。 （ａ）〜（ｂ）は、本発明のある実施形態に係る図１（ａ）のシリコンウエハの製造方法を示す断面図である。
図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明のある実施形態に係る反射防止基板構造の製造方法を示す断面図である。図１（ａ）を参照すると、本実施形態の反射防止基板構造の製造方法は、以下のステップを含む。まず、第１粗表面１１２を有するシリコンウエハ１１０を提供する。本実施形態において、シリコンウエハ１１０は、例えば、多結晶シリコンのシリコンウエハ、または、図２（ａ）〜（ｂ）に示すように、単結晶シリコンのシリコンウエハ構造１１０ａの第１表面１１２ａにエッチングプロセスを行うことによって形成された第１粗表面１１２を有するシリコンウエハ１１０であってもよいが、本発明はこれに限定されない。ここで、第１粗表面１１２の粗さは、１００ｎｍ〜１００００ｎｍの間であり、第１粗表面１１２の輪郭は、例えば、規則的且つ連続的なピラミッド構造である。
次に、図１（ｂ）を参照すると、シリコンウエハ１１０の上に、シリコンウエハ１１０の第１粗表面１１２を共形的に覆う反射防止フィルム１２０ａを形成する。この時、反射防止フィルム１２０ａは、均一な厚さを有し、シリコンウエハ１１０の上に配置される。反射防止フィルム１２０ａの厚さＴは、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの間であり、反射防止フィルム１２０ａの形成方法は、例えば、プラズマ化学気相成長法、物理蒸着法または物理スパッタリング法であり、反射防止フィルム１２０ａの材料は、例えば、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、硫化亜鉛、フッ化マグネシウムまたは二酸化チタンである。
それから、図１（ｂ）を再び参照すると、反射防止フィルム１２０ａに表面処理を行い、反射防止フィルム１２０ａのシリコンウエハ１１０から相対的に離れた側に親水性表面１２２ａを形成する。この表面処理は、酸素プラズマを用いて行われ、酸素プラズマ処理の酸素流量は、１ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍの間であり、処理時間は、２０秒〜２０００の間秒であり、エネルギーは、２０ｍＷ／ｃｍ2〜５００ｍＷ／ｃｍ2の間である。
そして、図１（ｃ）を参照すると、スポイト１０を用いて、反射防止フィルム１２０ａの親水性表面１２２ａにコロイド溶液１３０を滴下する。コロイド溶液１３０は、溶液１３２および複数のナノボール１３４を含む。詳しく説明すると、ナノボール１３４は、反射防止フィルム１２０ａの親水性表面１２２ａに付着する。ここで、溶液１３２は、例えば、メタノールおよび水であり、ナノボール１３４の材料は、例えば、ポリスチレンであり、各ナノボール１３４の粒径は、例えば、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの間である。
本実施形態において、反射防止フィルム１２０ａは、シリコンウエハ１１０の第１粗表面１１２を共形的に覆う。例えば、スピンコーティング法等の他の方法を使用した場合、遠心力により、コロイド溶液１３０は、反射防止フィルム１２０ａの親水性表面１２２ａに局部的にのみ配置される。このような状況を避けるため、本実施形態において、滴下という方法を採用して、反射防止フィルム１２０ａにコロイド溶液１３０を滴下する。その結果、反射防止フィルム１２０ａの親水性表面１２２ａ全体がコロイド溶液１３０を有する。
さらに、図１（ｄ）および図１（ｅ）を参照すると、ナノボール１３４をエッチングマスクとして使用して、反射防止フィルム１２０ａの親水性表面１２２ａにエッチングプロセスを行い、第２粗表面１２２を有する反射防止フィルム１２０を形成する。第２粗表面１２２の粗さは、第１粗表面１１２の粗さと異なる。この時、第２粗表面１２２の輪郭は、不規則的且つ連続的なピラミッド構造であり、反射防止フィルム１２０は、不均一な厚さを有し、シリコンウエハ１１０の上に配置される。エッチングプロセスは、例えば、反応性イオンエッチングプロセスであり、第２粗表面１２２の粗さは、例えば、１０ｎｍ〜１００ｎｍの間である。
注意すべきこととして、エッチングプロセスを行うステップにおいて、コロイド溶液１３０中の溶液１３２およびナノボール１３４は、エッチングプロセスが終了した後すぐに除去される。しかしながら、エッチングプロセス後に反射防止フィルム１２０に付着したナノボール１３４が存在する場合、使用条件に応じて、さらに超音波洗浄を行ってナノボール１３４を除去してもよい。あるいは、図示していない実施形態において、ナノボール１３４を反射防止フィルム１２０に残すことも可能である。上述した実施形態は、本発明が採用する技術方案に属し、本発明の範囲または精神を逸脱しないものとする。この時、反射防止基板構造１００の製造が終了する。
本実施形態において、ナノボール１３４をエッチングマスクとして使用して、均一な膜厚を有する反射防止フィルム１２０ａにエッチングプロセスを行い、第２粗表面１２２を有する反射防止フィルム１２０を形成する。つまり、エッチングプロセス後の反射防止フィルム１２０は、不均一な膜厚を有し、シリコンウエハ１１０の上に配置される。そのため、異なる波長の入射光が反射防止フィルム１２０を照射した時、反射防止フィルム１２０の第２粗表面１２２と入射光が相殺的干渉を起こし、特定の波長を有する入射光に対してのみ相殺的干渉が起こるということがなくなる。その結果、本実施形態の反射防止基板構造１００は、より優れた反射防止能力を有し、より広範囲に応用することができる。
構造を説明するため、図１（ｅ）を再度参照すると、本実施形態の反射防止基板構造１００は、シリコンウエハ１１０および反射防止フィルム１２０を含む。シリコンウエハ１１０は、第１粗表面１１２を有する。反射防止フィルム１２０は、シリコンウエハ１１０の上に配置され、第１粗表面１１２を覆う。反射防止フィルム１２０は、第２粗表面１２２を有し、第２粗表面１２２の粗さは、第１表面の粗さと異なり、第２粗表面１２２は、親水性である。シリコンウエハ１１０は、例えば、多結晶シリコンのシリコンウエハまたはエッチングされた単結晶シリコンのシリコンウエハであるが、本発明はこれに限定されない。第１粗表面１１２の粗さは、例えば、１００ｎｍ〜１００００ｎｍの間であり、第２粗表面１２２の粗さは、例えば、１０ｎｍ〜１００ｎｍの間である。また、反射防止フィルム１２０の材料は、例えば、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、硫化亜鉛、フッ化マグネシウムまたは二酸化チタンである。
反射防止基板構造１００の反射防止フィルム１２０は、第２粗表面１２２を有し、第２粗表面１２２の粗さは、第１粗表面１１２の粗さと異なるため、異なる波長を有する入射光（図示せず）が反射防止フィルム１２０を照射した時、反射防止フィルム１２０の第２粗表面１２２と入射光が相殺的干渉を起こし、特定の波長を有する入射光に対してのみ相殺的干渉が起こるということがなくなる。その結果、本実施形態の反射防止基板構造１００は、より優れた反射防止能力を有し、より広範囲に応用することができる。
以上のように、本発明は、ナノボールをエッチングマスクとして使用し、均一な膜厚を有する反射防止フィルムにエッチングプロセスを行って、第２粗表面を有する反射防止フィルムを形成するとともに、この時の反射防止フィルムは、不均一な膜厚を有し、シリコンウエハの上に配置されるため、異なる波長を有する入射光が反射防止フィルムを照射した時、反射防止フィルムの第２粗表面と入射光が相殺的干渉を起こし、特定の波長を有する入射光のみに相殺的干渉が限定されない。したがって、本発明の反射防止基板構造は、より優れた反射防止能力を有し、より広範囲で応用することができる。
以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
１０ スポイト
１００ 反射防止基板構造
１１０ シリコンウエハ
１１０ａ 単結晶シリコンシリコンウエハ基板
１１２ 第１粗表面
１１２ａ 表面
１２０、１２０ａ 反射防止フィルム
１２２ 第２粗表面
１２２ａ 親水性表面
１３０ コロイド溶液
１３２ 溶液
１３４ ナノボール
Ｔ 厚さ

Claims (19)

  1. 第１粗表面を有するシリコンウエハを提供することと、
    前記シリコンウエハの上に、前記第１粗表面を共形的に覆う反射防止フィルムを形成することと、
    前記反射防止フィルムに表面処理を行い、前記反射防止フィルムの前記シリコンウエハから相対的に離れた側に親水性表面を形成することと、
    前記反射防止フィルムの前記親水性表面に、溶液および前記親水性表面に付着できる複数のナノボールを含むコロイド溶液を滴下することと、
    前記ナノボールをエッチングマスクとして使用し、前記反射防止フィルムの前記親水性表面にエッチングプロセスを行って、前記第１粗表面と異なる粗さを有する第２粗表面を形成することと
    を含む反射防止基板構造の製造方法。
  2. 前記シリコンウエハを提供する前記ステップが、
    単結晶シリコンのシリコンウエハ基板を提供することと、
    前記単結晶シリコンのシリコンウエハ基板の表面にエッチングプロセスを行い、前記第１粗表面を有する前記シリコンウエハを形成することと
    を含む請求項１に記載の反射防止基板構造の製造方法。
  3. 前記シリコンウエハが、多結晶シリコンのシリコンウエハである請求項１に記載の反射防止基板構造の製造方法。
  4. 前記反射防止フィルムの形成方法が、プラズマ化学気相成長法、物理蒸着法または物理スパッタリング法を含む請求項１に記載の反射防止基板構造の製造方法。
  5. 前記反射防止フィルムの材料が、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、硫化亜鉛、フッ化マグネシウムまたは二酸化チタンを含む請求項１に記載の反射防止基板構造の製造方法。
  6. 前記表面処理が、酸素プラズマ処理を行うことを含む請求項１に記載の反射防止基板構造の製造方法。
  7. 前記酸素プラズマ処理の酸素流量が、１ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍの間であり、処理時間が、２０秒〜２０００秒の間であり、エネルギーが、２０ｍＷ／ｃｍ2〜５００ｍＷ／ｃｍ2の間である請求項６に記載の反射防止基板構造の製造方法。
  8. 前記溶液が、メタノールまたは水を含む請求項１に記載の反射防止基板構造の製造方法。
  9. 前記各ナノボールの材料が、ポリスチレンを含む請求項１に記載の反射防止基板構造の製造方法。
  10. 前記各ナノボールの粒径が、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの間である請求項１に記載の反射防止基板構造の製造方法。
  11. 前記エッチングプロセスが、反応性イオンエッチングプロセスである請求項１に記載の反射防止基板構造の製造方法。
  12. 前記反射防止フィルムの厚さが、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの間である請求項１に記載の反射防止基板構造の製造方法。
  13. 前記第１粗表面の粗さが、１００ｎｍ〜１００００ｎｍの間である請求項１に記載の反射防止基板構造の製造方法。
  14. 前記第２粗表面の粗さが、１０ｎｍ〜１００ｎｍの間である請求項１に記載の反射防止基板構造の製造方法。
  15. 第１粗表面を有するシリコンウエハと、
    前記シリコンウエハの上に配置され、前記第１粗表面を覆う反射防止フィルムと
    を含み、前記反射防止フィルムが、第２粗表面を有し、前記第２粗表面の粗さが、前記第１粗表面の粗さと異なり、前記第２粗表面が、親水性を有する反射防止基板構造。
  16. 前記シリコンウエハが、多結晶シリコンのシリコンウエハまたはエッチングされた単結晶シリコンのシリコンウエハを含む請求項１５に記載の反射防止基板構造。
  17. 前記反射防止フィルムの材料が、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、硫化亜鉛、フッ化マグネシウムまたは二酸化チタンを含む請求項１５に記載の反射防止基板構造。
  18. 前記第１粗表面の粗さが、１００ｎｍ〜１００００ｎｍの間である請求項１５に記載の反射防止基板構造。
  19. 前記第２粗表面の粗さが、１０ｎｍ〜１００ｎｍの間である請求項１５に記載の反射防止基板構造。
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