JP5213591B2 - 基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は基板の製造方法に関する。

従来、半導体材料、磁性材料、セラミクス等の基板を作製するに際しては、これら材料をブロックの状態でベースに接着し、その後、ワイヤーソーを利用して、ブロックをスライスすることが行われている。このスライスされたブロックをベースから剥離することにより複数の基板が得られる。

通常、ワイヤーソーは、砥粒を含む研削液を供給しながらブロックを切断する。このため、スライス後の基板には砥粒を含む多量の研削液が付着し、基板を洗浄する必要がある。このような基板の洗浄は、通常、ベースに接着固定されたブロックを洗浄装置の槽内のアルカリ液に浸漬して行われる。このようなアルカリ洗浄において、アルカリ液はｐＨ値で管理されていた。
特開平１０−２２２３９号公報

しかしながら、基板の製造工程において、スライスされたブロックがベースに接着した状態で行われるため、洗浄工程や乾燥工程においてスライスされたブロックがベースから剥離しやすいという問題があった。また、落下を低減するため洗浄条件を変更した場合、十分な洗浄を行うことが困難であった。特に、太陽電池素子に用いられるシリコン基板を製造する場合、近年、シリコン基板は２００μｍ以下の厚みに薄型化されてきており、ベースからシリコン基板が外れやすく作業効率が悪化する。このようなシリコン基板は、太陽電池素子を製造する際の歩留まりが低下し易く、また、このような太陽電池素子は、出力の低下が生じ易い。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、ベースから基板が剥離することを低減し、十分な洗浄ができる基板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の洗浄方法は、ベースに接着されたブロックと、アルカリ液と、を準備する工程と、前記ベースに接着された前記ブロックをスライスし、前記ベースに接着された基板列とする工程と、前記基板列を前記アルカリ液により洗浄する工程と、前記基板列を前記ベースから剥離し複数の基板とする工程と、を有し、前記アルカリ液はＢｒｉｘ値が２．５Ｂｒｉｘ％以上３．１Ｂｒｉｘ％以下であること特徴とする。

本発明は上述のような工程を有することにより、洗浄中にベースから基板が剥離しにくくなり、基板を十分に洗浄することができる。このため、基板作製工程の歩留まりを向上させることができる。特に、基板がシリコンからなる場合、そのシリコン基板を用いて作製する太陽電池素子の素子工程の歩留まりも向上し、特性に優れた太陽電池素子とすることができる。

以下図面を参考にして本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。

（洗浄装置）
図１は、本発明の基板の製造工程において、切断されたブロックの洗浄工程の第１実施形態を示す断面図であり、図２は、被切断対象であるブロックを示す断面図であり、図３（ａ）は、切断されたブロックを示す斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）のスライスされたブロックのうちベースと固定された部分を示す拡大図である。

本実施形態の洗浄装置は、図１に示すように、切断されたブロック１を洗浄するためのアルカリ液を含む洗浄液４を貯留する槽５を備える。

ブロック１は、所望のサイズになるように半導体材料、磁性材料、セラミクス等からなるインゴットの端部を切断して得られる。ブロック１は、接着剤３によりベース２に固定されている。このようなブロック１は、ワイヤーソー等により切断されることにより、図３（ａ）に示すように、複数に分割され、ベース２に接着された基板列となる。基板列は、ベース２から剥離されることで、複数の基板１ａとなる。特に、ブロック１がシリコンインゴットである場合、引き上げ法や鋳造法等により作製した単結晶シリコンインゴットまたは多結晶シリコンインゴット（半導体インゴット）の端部を切断してシリコンインゴット１とする。そしてシリコンインゴット１を接着剤３によりベース２に固定する。そして、シリコンインゴット１を厚さ２５０μｍ以下、より好ましくは２００μｍ以下の厚みに分割することでベース２と接着された基板列となる。シリコンの基板列は、ベース２から剥離されることで、太陽電池素子に用いられるシリコン基板１ａとなる。

ベース２は、ブロック１を固定する役割を有しており、カーボン材もしくはガラス、樹脂等の材質からなる。ベース２は、ブロック１がスライスされた際に、図３（ｂ）に示すように、一部が切断される。

接着剤３は、基板列をベース２から剥離しやすくするために、温度を上げることで接着力が低下するものが用いられる。このような接着剤３は、例えば、熱硬化型二液性のエポキシ系や、アクリル系・リアクレート系またはワックスなどからなる。接着剤３として、例えばエポキシ系を用いた場合、接着剤３を８０℃以上に加熱することで容易にベース２から剥離することができる。

洗浄液４は、アルカリ液であり、洗浄槽５に貯留されて、ベース２に接着された基板列を洗浄する役割を有する。このような洗浄液４はＢｒｉｘ値で管理されている。ここで、Ｂｒｉｘ値とは、水溶液の中に含まれる可溶性固形分の％濃度をいう。Ｂｒｉｘ値は、デジタル屈折計により測定することができ、例えば、アタゴ製プロセス（インライン）屈折計 ＰＲＭ−８５にて測定される。後述するように、基板列を洗浄するアルカリ液がＢｒｉｘ値で管理されていることにより、スライスされたブロック１が、洗浄工程や乾燥工程においてベース２から剥離しにくくなる。

また、図4に示すように、洗浄液４は、Ｂｒｉｘ値で管理されたアルカリ液を含む複数の液体であってもよい。複数の洗浄液４は、それぞれ複数の槽５に貯留されて、ベース２に接着された基板列を洗浄する役割を有する。ベース２に接着された基板列は、複数の洗浄液４に連続的に浸漬され洗浄される。ここで、複数の洗浄液４の液種について、先に基板列を洗浄する洗浄液４は、大まかな汚れを除去し、後に基板列を洗浄する洗浄液４は、先に洗浄された基板列をさらに洗浄する。複数の洗浄液４のうち、アルカリ液以外の液としては、例えば、灯油、中性液、水が用いられる。また、ノニオン系，アニオン系，カチオン系界面活性剤の何れを含有するものであってもよい。アルカリ液のｐHとしては９〜１４、中性液のｐHとしては５〜９で用いられる。例えば、インゴット１を、遊離砥粒タイプのワイヤーソー装置で使用される油系切断液にてスライスした場合、先に基板列を洗浄する洗浄液４として灯油を用い、後に基板列を洗浄する洗浄液４としてアルカリ液を用いることができる。これにより、灯油により基板列に付着したラッピングオイルやシリコン屑を除去した後、アルカリ液により、オイルや汚れを洗浄できる。また、先に基板列を洗浄する洗浄液４としてアルカリ液を用い、後に基板列を洗浄する洗浄液４として温水を用いた場合、温水により洗剤や汚れを除去することができる。また、例えば、インゴット１を砥粒固着タイプのワイヤーソー装置で使用される水溶性クーラントにてスライスした場合には、洗浄液４としてアルカリ液を用い、基板１ａに付着した水溶性クーラントや汚れが洗浄される。

ここで、複数の洗浄液４は、液種ごとにそれぞれ一の槽５に貯留されていてもよい。この場合、それぞれの洗浄液を一の槽で貯留することから、次の処理工程に洗浄対象を運ぶ手間が減り、製造効率が向上する。また、複数の洗浄液４は、それぞれ次第に温度が上昇してもよい。

（基板の製造方法）
本実施形態の基板の製造方法は、ベース２に接着されたブロック１をスライスし、ベース１に接着された基板列とする工程と、基板列をアルカリ液４により洗浄する工程と、基板列をベース２から剥離し複数の基板１ａとする工程と、を有する。基板列を洗浄するアルカリ液はＢｒｉｘ値で管理されている。

≪スライス工程≫
まず、ベース２に接着剤３などにより接着されたブロック１を準備する。次に、ブロック１を、ワイヤーソー装置内に１本又は複数本配置する。ここで、ワイヤーソー装置は、二種類のワイヤーソー装置に大別できる。例えば、砥粒を含む切削液を供給することによってワイヤーのラッピング作用でブロック１を切断する遊離砥粒タイプのワイヤーソー装置、ワイヤー自体に砥粒を固着させてブロック１を切断する砥粒固着タイプのワイヤーソー装置がある。

遊離砥粒タイプのワイヤーソー装置にて使用するワイヤーは、例えば鉄または鉄合金を主成分とするピアノ線を用いればよく、切削液は、例えば炭化珪素、アルミナ、ダイヤモンド等の砥粒、鉱物油、界面活性剤及び分散剤からなるラッピングオイルを混合して構成され、供給ノズルより複数本に張られたワイヤーにムラなく均等に切断液が供給される。

砥粒固着タイプのワイヤーソー装置にて使用するワイヤーは、例えば鉄又は鉄合金を主成分とするピアノ線にダイヤモンドもしくは炭化珪素で形成された砥粒をニッケルや銅・クロムによるメッキにて固着させるか、もしくはレジン等の樹脂接着剤によって固着させた砥粒固着ワイヤーが用いられ、スライス中の温度抑制、シリコン屑の除去等を目的としてグリコール系からなる水溶性クーラントがワイヤー、半導体ブロック１に対し供給される。

上記ワイヤーソー装置を用いて半導体ブロック１をスライスすることにより、図３（ａ）に示すような複数枚の基板１ａがベース２に接着された状態で得られる。なお、図３（ｂ）に示されるようにワイヤーソーはベース２の一部までスライスする。このため、基板列は、それぞれがベース２上に接着剤３を介して接着された状態であるとともに、研削液が付着した状態にあり、また、隣接する基板１ａ間に研削液が侵入した状態にある。

≪洗浄工程≫
次に、スライス後の基板列を洗浄液４により洗浄する。本実施形態の洗浄工程において、洗浄液４が複数の液体からなる場合、スライスされたインゴット１は、ベース２が側面にくるように洗浄治具８にセットされ、洗浄液４に浸漬し洗浄した後、図４に示すように搬送装置９によって隣接する槽５上に搬送され、洗浄液４に浸漬され洗浄される。

例えば、油系切断液にてスライスした場合には、常温から３０℃程度の灯油により基板１ａに付着したラッピングオイルやシリコン屑を除去した後、アルカリ液でさらに基板１ａに付着したオイルや汚れを洗浄し、最後に温水で基板１ａに付着したアルカリ液や汚れが洗浄される。また、砥粒固着タイプのワイヤーソー装置にてスライスした場合においても、アルカリ液により基板１ａに付着した水溶性クーラントや汚れが洗浄される。

本実施形態の基板の製造方法においては、洗浄液４として用いられるアルカリ液の濃度が基板１ａの落下に大きな影響を与えることに着目し、Ｂｒｉｘ値で管理されたアルカリ液を使用することによって、アルカリ洗浄におけるベース２からの基板１ａの剥がれを十分に低減することができる。ｐＨ値に比べＢｒｉｘ値は温度等の外的要因を受けにくいことから値のバラツキが少なく、ｐＨ値の管理に比べＢｒｉｘ値で管理することでアルカリ液の細やかな濃度管理ができると考えられ、Ｂｒｉｘ値で管理することによりベース２からの基板１ａの落下を低減しつつ、基板１ａの清浄度を高めることのできるアルカリ液の濃度を管理することができる。

特に、アルカリ液のＢｒｉｘ値としては２．５Ｂｒｉｘ％以上３．１Ｂｒｉｘ％以下とすることにより、基板１ａの落下を低減しつつ、基板１ａの清浄度を高めることができる。

例えば、アルカリ液としては水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム等を用いることできる。例えば、水酸化カリウムの原液の場合、Ｂｒｉｘ値は約２２．８Ｂｒｉｘ％であるが、希釈した水酸化カリウム１２％（原液／溶液×１００）の場合、Ｂｒｉｘ値は約２．８Ｂｒｉｘ％となる。

また、ノニオン系の界面活性剤を含有するアルカリ液の曇点を５５℃以上７０℃以下にすることによって、さらに半導体基板１ａの清浄度を高めて洗浄することができる。

さらに、アルカリ液の温度を曇点と同じかもしくは曇点以下に管理することにより、アルカリ液の洗浄力を低下させることなく洗浄することができる。特に、アルカリ液の温度を５０℃以上７０℃以下とすることによって、さらに基板１ａの落下を低減しつつ、基板１ａの清浄度を高めることができる。

また、上記例のように同じ洗浄液４の洗浄槽５を２槽だけでなく、３槽以上にしても構わない。また、次の洗浄槽５に行く毎に洗浄液４の温度を高めてもよいし、同じ温度の洗浄槽５を続けて、最後の洗浄槽５の温度が最初の洗浄槽５の温度よりも高くなるように洗浄槽５毎に洗浄液４の温度を変更してもよい。

また、Ｂｒｉｘ値で管理したアルカリ液を大型容器に準備し、大型容器からそれぞれの洗浄槽５に供給してもよく、または、それぞれの洗浄槽５でアルカリ液のＢｒｉｘ値を管理してもよい。また、アルカリ液の温度はそれぞれの洗浄槽５にて管理することがよい。

浸漬時間としては、1つの洗浄液に２０〜６０分間、半導体基板を浸漬させる。

また、洗浄工程において、第1、第２の槽５、７内で切断されたインゴット１を動かしたり、洗浄液４に切断されたインゴット１を出し入れしたり、洗浄液４をオーバーフローしたりまたは超音波洗浄しても構わない。さらに、第1の槽５への投入前に、基板間のシャワー洗浄を行っても構わない。

≪乾燥工程および剥離工程≫
次に、上記工程で洗浄した基板列を乾燥させる。真空乾燥又は電磁波乾燥などを用いても構わないが、加熱乾燥させることによって、基板１ａの乾燥とともに接着剤３の温度を上昇させることにより基板１ａをベースから剥離することができる。

加熱方法としては、図５に示されるように、ベース２を側面にして半導体基板１ａを設置台１３に設置して、雰囲気を加熱すると同時に、設置台１３下より加熱したエアーをエアーノズル１２にて半導体基板１ａに向けてブローする。なお、設置台１３はメッシュ形状になっている。そして加熱温度は、例えば、雰囲気内の温度を１００℃〜１５０℃に加熱し、エアーを８０℃〜１１０℃に加熱する。エアーノズルの圧力としては０．０１〜０．５ＭＰａ、流量としては１００〜２００Ｌ／ｍｉｎである。乾燥時間としては、２０〜６０分間行われる。

加熱乾燥において基板１ａの温度を上昇させても構わない。また、エアーにより順に基板１ａをブローする時間を調整することによって、基板１ａの温度を上昇させた後、下降させ、また上昇させてもよい。これを繰り返しながら、徐々に基板１ａの温度を上昇させることにより、基板１ａを十分に乾燥させることができる。また、基板１ａをベース２から剥離する際に接着剤３の粘性が低下するため、基板１ａ側に接着剤３が残らないようにすることができる。（単純に、温度を上昇させると接着剤３の粘性が上がり、基板１ａに接着剤３が残る。）

最後に、接着剤３が剥離できる温度、例えば１００℃以上に加熱することにより、ベース２から基板１ａを剥離することができる。なお、剥離方向としてはベース２の平面方向に応力をかけることで容易に剥離することができる。

インゴット１がシリコンからなる場合、上記方法によって得られた基板１ａは、太陽電池素子として利用される。洗浄済み基板１ａは、スライス工程によって生じた基板１ａ表面のダメージ層をアルカリ水溶液（例えば，ＮａＯＨ水溶液）によりエッチングし、基板１ａに半導体接合領域と電極を形成することで太陽電池素子として形成される。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることが出来る。

例えば、半導体インゴットを切断することなく、そのままスライス工程を行っても構わない。

また、剥離方法として熱湯やメチレンクロライドなどの有機溶剤に浸して剥離してもよい。

（実施例１）
以下、本発明の実施例１について説明する。

≪スライス工程≫
まず、ガラス板からなるベースにエポキシ系接着剤を塗布し、１５６ｍｍ×１５６ｍｍ×３００ｍｍの直方体の多結晶シリコンブロックをベースに設置し接着剤を硬化させた。炭化珪素の砥粒（＃１２００）、鉱物油、界面活性剤及び分散剤からなるラッピングオイルをワイヤーに供給し、ベースに接着したブロックをスライスして、シリコン基板を作製した。シリコン基板の厚みは１８０μmとした。

≪洗浄工程≫
次に、上記工程で作製したシリコン基板を洗浄した。洗浄は、次に示す複数の工程で行った。

まず、灯油からなる洗浄液を有する洗浄槽を２槽設け、ベースを接着したシリコン基板を浸漬し超音波洗浄した。灯油の温度は２槽とも３０℃とし、浸漬時間を計２５分とした。

次に、ノニオン系の界面活性剤を含有した水酸化カリウムからなるアルカリ液を有する洗浄槽を５槽設け、ベースに接着したシリコン基板を浸漬し超音波洗浄した。アルカリ液の曇点が６５℃、アルカリ液の温度は５槽とも６０℃とし、浸漬時間を計４０分とした。このとき、アルカリ液のＢｒｉｘ値が２．４、２．５、２．６、２．７、２．８、２．９、３．０、３．１、３．２Ｂｒｉｘ％となる各条件（実施例１〜９）において洗浄を行った。

最後に、温水からなる洗浄液を有する洗浄槽を４槽設け、ベースを接着したシリコン基板を浸漬し超音波洗浄した。温水の温度は４槽とも５５℃とし、浸漬時間を４０分とした。

≪乾燥工程および剥離工程≫
最後に、上記工程で洗浄したシリコン基板を加熱乾燥した。加熱装置内の温度を１４０℃とし、エアーブローの温度を９０℃とした。そして、接着剤の温度を測定する代わりにベースの温度を測定して１００℃まで加熱し、シリコン基板をベースから剥離した。

各条件において、それぞれ１０本のシリコンブロックを使用し、洗浄工程におけるシリコン基板の落下率と、清浄度を確認した。落下率はスライス工程後に得られたシリコン基板の総数に対する洗浄工程中に落下したシリコン基板の比率である。また、清浄度は各シリコンブロックから１０枚シリコン基板を抜き取り、各シリコン基板にセロハンテープを貼り付けて剥がした際に付着した汚れ、切り屑、砥粒残渣等を画像処理にて評価した平均値である。なお、セロハンテープの全てが汚れているものは清浄度０とし、全く汚れていないものは清浄度１とした。

その結果を表1に表す。

表１に示されるように、Ｂｒｉｘ値が２．５〜３．１Ｂｒｉｘ％の実施例２〜８においては、落下率は低く、清浄度も高かった。Ｂｒｉｘ値が２．４Ｂｒｉｘ％の実施例１では落下率は低いものの清浄度は低く、Ｂｒｉｘ値が３．２Ｂｒｉｘ％の実施例９では清浄度は高いものの落下率が高かった。

（実施例２）
次に、実施例１の洗浄条件の一部を下記記載の条件として、アルカリ洗浄を実施した。アルカリ液のＢｒｉｘ値を２．９Ｂｒｉｘ％とし、アルカリ液の温度が４５、５０、５５、６５、７０℃となる各条件（実施例１０〜１４）において洗浄を行った。

各条件において、洗浄工程におけるシリコン基板の落下率と、清浄度を確認した。

その結果を表２に表す。

表２に示されるように、アルカリ液の温度が５０℃〜６５℃の実施例１１〜１３においては、落下率は低く、清浄度も高かった。アルカリ液の温度が４５℃の実施例１０では落下率は低いものの清浄度は低く、アルカリ液の温度が７０℃の実施例１４では、アルカリ液の曇点より温度が高いため、実施例１３に比べ清浄度が低かった。

（実施例３）
次に、実施例１の洗浄条件の一部を下記記載の条件として、アルカリ洗浄を実施した。アルカリ液のＢｒｉｘ値を２．９Ｂｒｉｘ％、アルカリ液の曇点を７０℃とし、アルカリ液の温度が４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５℃となる各条件（実施例１５〜２１）において洗浄を行った。

各条件において、洗浄工程におけるシリコン基板の落下率と、清浄度を確認した。

その結果を表３に表す。

表３に示されるように、アルカリ液の温度が５０℃〜７０℃の実施例１６〜２０においては、落下率は低く、清浄度も高かった。アルカリ液の温度が４５℃の実施例１５では落下率は低いものの清浄度は低く、アルカリ液の温度が７５℃の実施例２１では、アルカリ液の曇点より温度が高いため、実施例２０に比べ清浄度は低くまた、落下率が高かった。

本発明の基板洗浄装置を用いた基板の製造工程における基板の洗浄工程の一実施形態を示す図である。 被切断対象であるブロックを示す断面図である。 （ａ）は切断されたブロックを示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の切断されたブロックのうちベースと固定された部分を示す拡大図である。 複数の洗浄液４を用いた基板の洗浄工程の一実施形態を示す図である。 乾燥工程を示す図である。

符号の説明

１ ：ブロック
１ａ ：基板
２ ：ベース
３ ：接着剤
４ ：洗浄液

Claims (4)

1. ベースに接着されたブロックと、アルカリ液と、を準備する工程と、
   前記ベースに接着された前記ブロックをスライスし、前記ベースに接着された基板列とする工程と、
   前記基板列を前記アルカリ液により洗浄する工程と、
   前記基板列を前記ベースから剥離し複数の基板とする工程と、を有し、
   前記アルカリ液はＢｒｉｘ値が２．５Ｂｒｉｘ％以上３．１Ｂｒｉｘ％以下であること特徴とする基板の製造方法。
2. 前記アルカリ液に界面活性剤を含有させた洗浄液の曇点が５５℃以上７０℃以下であること特徴とする請求項１に記載の基板の製造方法。
3. 前記洗浄液の温度が、前記洗浄液の曇点と同じもしくは曇点以下であることを特徴とする請求項２に記載の基板の製造方法。
4. 前記洗浄液の温度が５０℃以上７０℃以下であることを特徴とする請求項３に記載の基板の製造方法。

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