JP2018018990A - エッチング処理装置、およびエッチング処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のエッチング処理槽を有するシリコン基板のエッチング処理装置およびエッチング処理方法において、処理液の使用量を削減する。【解決手段】本開示に係る連続バッチ式のエッチング処理装置は、シリコン基板を浸漬処理する第一処理槽と、シリコン基板を浸漬処理する第二処理槽と、前記第二処理槽でのエッチング処理後の処理液の少なくとも一部を貯蔵する中間槽と、前記中間槽の処理液を前記第一処理槽に供給する液供給部とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、エッチング処理装置、およびエッチング処理方法に関する。

結晶シリコン系太陽電池の製造プロセスのひとつとして、シリコン基板をエッチング液に浸漬させる、表面エッチング処理が挙げられる。表面エッチング処理は、シリコン基板のスライシング時に生じた表面ダメージ層を除去するとともに、表面にピラミッド状の微細凹凸を形成させることにより、効率的に光を吸収させることを目的としている。

エッチング液は、エッチング処理が進むことにより、アルカリ濃度が低下するとともに、シリコン濃度が増加する。そのため、濃度調整が必要となる。例えば、特許文献１では、シリコンをエッチング処理したアルカリエッチング液を膜分離処理し、その後にエッチング槽に循環させることで、エッチング液のシリコン濃度の増加を抑制する手段が開示されている。

特開２０１２−１３４２３７号公報

従来技術における複数のエッチング処理槽を有するエッチング処理装置の概略図を図１に示す。この装置では、第一処理槽２Ａおよび第二処理槽２Ｂが設けられている（一般には、３以上の処理槽が設けられるが、説明の便宜のため２つの処理槽で説明する）。また、エッチング液が保持されたエッチング液槽３Ａ、３Ｂが設けられており、この３Ａ、３Ｂ中のエッチング液が、第一処理槽２Ａおよび第二処理槽２Ｂに供給される。被処理基板たるシリコン基板は、第一処理槽２Ａおよび第二処理槽２Ｂに順次浸漬されることによりエッチング処理がなされる。ここでエッチング処理によりシリコンがエッチングされると、エッチング槽の濃度が所定濃度から乖離するため、濃度調整を行う必要がある。そこで、適切なタイミングでエッチング液廃液配管４Ａ、４Ｂから液を廃液するとともに、エッチング液槽３Ａ、３Ｂから新たなエッチング液を供給する。これにより、複数バッチを処理しても所定濃度にキープすることができる。しかし、このような構成では、使用後のエッチング液を廃棄する必要があり、廃棄処理に要するコストが大きいという問題があった。また、特許文献１では膜分離処理によりエッチング液のシリコン濃度の増加を抑制しているが、膜分離処理は設備導入、および設備維持にコストを要する。

上記に鑑み、本発明は、エッチング処理において、各液処理槽の濃度を許容範囲を満たしつつ、処理液を再利用することで、処理液の使用量を削減できる、エッチング処理装置、およびエッチング処理方法を提供することを目的とする。

本発明にかかるエッチング処理装置は、シリコン基板を浸漬処理する第一処理槽と、シリコン基板を浸漬処理する第二処理槽と、前記第二処理槽でのエッチング処理後の処理液の少なくとも一部を貯蔵する中間槽と、前記中間槽の処理液を前記第一処理槽に供給する液供給部を備える、連続バッチ式のエッチング処理装置である。

本発明にかかるエッチング処理方法は、第一処理槽にシリコン基板を浸漬処理する第一処理工程と、第二処理槽にシリコン基板を浸漬処理する第二処理工程と、前記第二処理槽の処理液の少なくとも一部を前記第一処理槽に供給する液供給工程とを含む、連続バッチ式のエッチング処理方法である。

本発明によれば、適切なエッチング特性を維持しつつ、従来の装置および方法と比べ、処理液の使用量を削減することが可能となる。

従来技術に係るエッチング処理装置の概略図である。 本発明に係るエッチング処理装置の概略図である。

以下に、本発明の実施形態の一つであるエッチング処理装置を、図２を用いて説明する。なお、本発明は、本実施形態に限定するものではない。

（装置全体の構成）
本発明のエッチング処理装置は２以上の処理槽を有する連続バッチ式のエッチング処理装置であり、収納カセットを基本単位として、第一の処理槽から順次、エッチング処理を実施する。なお、「連続バッチ式」とはカセット等に保持された一枚又は一群のシリコン基板を、順次、カセット等の単位で、各処理槽にてエッチング処理する方式を意味する。
図２に本発明の実施形態に係るエッチング処理装置を示す。図２のエッチング処理装置１には、第一処理槽２Ａおよび第二処理槽２Ｂが設けられている。エッチング処理時には、それぞれの槽には処理液が充填されており、シリコン基板が保持された収納カセットを順次浸漬させることによりエッチング処理を行う（図２ではシリコン基板および収納カセットは図示していない）。

図２のエッチング処理装置１には、エッチング液が保持されたエッチング液槽３Ａ、３Ｂが、第一処理槽２Ａ、第二処理槽２Ｂのそれぞれに備わっている。エッチング液は、エッチング液供給配管６Ａ、６Ｂを経て、第一処理槽２Ａおよび第二処理槽２Ｂのそれぞれに供給される。第一処理槽２Ａおよび第二処理槽２Ｂには、循環ライン５Ａ、５Ｂが設けられており、エッチング中にエッチング液の濃度分布を抑えるために必要に応じてエッチング液を循環させることができる。また、第一処理槽２Ａおよび第二処理槽２Ｂは、それぞれエッチング液廃液配管４Ａ、４Ｂと連結されており、必要に応じてエッチング液を廃液することができる。

第一処理槽２Ａおよび第二処理槽２Ｂには、濃度測定装置７Ａ、７Ｂが備えられており、各槽の液濃度を測定することができる。得られた濃度に基づき、エッチング液槽から各槽に供給する液量が決定される。

第二処理槽２Ｂの循環ライン５Ａ、５Ｂの一部は分岐しており、中間槽８につながる配管９を経て、第二処理槽２Ｂのエッチング液の少なくとも一部を、中間槽８に供給できる。すなわち、中間槽８には第二処理槽２Ｂで処理に供した処理液を導入することができる。

中間槽８に貯蔵されている液は、配管１０を通じて、第一処理槽２Ａに供給することができる。中間槽８には濃度測定装置７Ｃが備えられており、適宜、中間槽の液濃度を測定し、その値に基づいて第一処理槽２Ａに供給する液量を調整することが好ましい。

本発明の複数バッチ式のエッチング処理では、第二処理槽２Ｂの処理液でエッチング処理が進み、濃度が許容範囲を逸脱したとしても、その液をそのまま、または、酸化剤処理等の所定の処理を施した後に、第一処理槽２Ａの処理液の一部として再利用することが可能となる。特に、第一処理槽２Ａの許容濃度範囲、とりわけ、アルカリ濃度およびシリコン濃度の許容濃度範囲が、第二処理槽２Ｂの許容濃度範囲より大きい場合に再利用効率が高い。

第一処理槽２Ａでのエッチング工程と第二処理槽２Ｂでのエッチング処理工程とは、必ずしも連続してなされるわけでなく、両処理工程の間に別の工程が含まれていてもよい。例えば、第一処理槽２Ａでのエッチング工程の後に、リンス工程を経て、第二処理槽２Ｂでのエッチング工程がなされるような態様も好ましい形態のひとつである。

また、当該エッチング処理の構成は、一連のエッチング処理工程の一部として設けられているものであり、これらの処理を行う前に、前処理工程が含まれることもあるし、また、これらの処理を行った後に、別のエッチング工程や洗浄工程が含まれることもある。

（シリコン基板）
シリコン基板としては、多結晶シリコン基板、単結晶シリコン基板など各種シリコン基板が用いられる。また、極性としてはｐ型シリコン基板であってもよいし、ｎ型シリコン基板であってもよい。シリコン基板のサイズ、形状には特段の制限はないが、太陽電池用として用いられるものとしては、１０〜２０ｃｍの略正方形状のものが好ましい。

（処理液）
エッチング液はアルカリ系のエッチング液が好ましい。アルカリ系のエッチング液としては、ＮａＯＨ水溶液、ＫＯＨ水溶液、アンモニア水、またはこれらの混合物が用いられる。とりわけ、シリコン基板のダメージ層の除去および微細凹凸の形成を目的とする場合には、コストおよびエッチング特性の観点から、ＮａＯＨ水溶液、ＫＯＨ水溶液が好適に用いられる。

また、エッチングでの目的に応じて種々の試薬が添加される。たとえば、ウェハ表面の洗浄を目的とする場合、過酸化水素、オゾン等の酸化性物質を添加することにより、表面の有機吸着物を分解除去することが可能である。

また、シリコン基板の反射率を低減させ太陽光の吸収効率を向上させる目的で、添加剤を含む処理液を用いて異方性のエッチングを行い、ピラミッド状の凹凸を形成することも好ましい態様のひとつである。この場合、添加剤の作用によりシリコンの結晶面に対するエッチングレートの違いから、ピラミッド状の表面を形成することが可能となる。

異方性のエッチングのための添加剤は、その作用によりシリコンの結晶方位によりアルカリエッチングレートに差をもたらすものであればよい。たとえば、イソプロピルアルコール等のアルコール類や界面活性剤などが好適に用いられる。

（エッチング液供給）
本発明の実施態様では、エッチング液槽から各槽にエッチング液を供給しているが、各槽を目的濃度のエッチング液を充填する手段であれば、特段の制限はない。たとえば、エッチング処理の濃縮液と溶媒を同時に供給し、槽内で目的濃度の液にすることも可能である。より具体的な例を挙げると、濃縮されたＮａＯＨ水溶液と純水を処理槽に適量供給することにより、目的濃度のアルカリエッチング水溶液を作製することができる。

（濃度測定部）
濃度測定部７Ａ，７Ｂ，７Ｃは、処理液の管理すべき構成種の濃度を測定できる手段で構成されていれば、特段の制約はない。たとえば、ＮＩＲ透過測定装置、ＵＶ−Ｖｉｓ測定装置、酸塩基滴定装置、酸化還元滴定装置などが挙げられる。

（供給液量制御部）
各処理槽の濃度は、各バッチ、または複数バッチごとに調整することができる。第一処理槽２Ａ、第二処理槽２Ｂ、中間槽８の濃度測定装置７Ａ、７Ｂ、７Ｃにより得られた各構成成分の濃度と、第一処理槽２Ａ、第二処理槽２Ｂのターゲット濃度との乖離に基づいて、エッチング液廃液配管４Ａ、４Ｂからの廃液、エッチング液供給配管６Ａ、６Ｂからの液供給、および中間槽８からの液供給を行い、目的濃度の管理範囲になるように液供給量を制御する、供給液量制御部を有することが好ましい。

（処理液再生手段）
中間槽では、貯蔵されている液に、処理液を再生する、残存有機物の除去部、および／またはケイ酸イオン等の無機物の除去部を備えることが好ましい。残存有機物の除去としては、酸化剤、還元剤を加えて分解処理をすることや、電気分解処理することなどがあげられる。酸化剤としては、過酸化水素等の酸化性液体と混合したり、オゾン水を加えたりすることがあげられる。また、ケイ酸イオンの除去としては、各種ろ過膜による膜分離処理などがあげられる。

１ エッチング処理装置
２Ａ 第一処理槽
２Ｂ 第二処理槽
３Ａ、３Ｂ エッチング液槽
４Ａ、４Ｂ エッチング液廃液配管
５Ａ、５Ｂ 循環ライン
６Ａ、６Ｂ エッチング液供給配管
７Ａ、７Ｂ、７Ｃ 濃度測定部
８ 中間槽
９、１０ 配管

Claims (5)

1. シリコン基板を浸漬処理する第一処理槽と、
   シリコン基板を浸漬処理する第二処理槽と、
   前記第二処理槽でのエッチング処理後の処理液の少なくとも一部を貯蔵する中間槽と、
   前記中間槽の処理液を前記第一処理槽に供給する液供給部とを備える、連続バッチ式のエッチング処理装置。
2. 前記第一処理槽、前記第二処理槽、および前記中間槽の、少なくとも一つの槽に濃度測定部を備える、請求項１に記載のエッチング処理装置。
3. 前記液供給部は、前記濃度測定部により得られた前記処理液の濃度に基づいて、前記中間槽から前記第一処理槽に供給する液量を制御する供給液量制御部を備える、請求項２に記載のエッチング処理装置。
4. 前記中間槽が、残存有機物の除去部、および／またはケイ酸イオンの除去部を備える、請求項１乃至３に記載のエッチング処理装置。
5. 第一処理槽にシリコン基板を浸漬処理する第一処理工程と、
   第二処理槽にシリコン基板を浸漬処理する第二処理工程と、
   前記第二処理槽の処理液の少なくとも一部を前記第一処理槽に供給する液供給工程とを含む、連続バッチ式のエッチング処理方法。

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