JP5243550B2 - シリコンウエハを処理するための方法及びデバイス - Google Patents

Description

本発明は、シリコンウエハを処理するための方法に関し、またシリコンウエハを処理するためのデバイスに関し、特には、エッチング溶液でテクスチャリング及び研磨エッチングをするための方法、並びにデバイスに関する。

実務として、エッチング溶液を用いてシリコンウエハの両面からそのシリコンウエハのおよそ5μｍをエッチングすることが従来知られている。それによって、第一に切断損傷を取り除くことが可能である。さらに、テクスチャー化した上面を作製することが可能であり、そのテクスチャー化した上面はシリコンウエハから生産される太陽電池の性能に対して重要である。さらにその上、通過した光が反射されてそのエネルギーが戻り行程の途上で利用されるように、その下面は出来るだけ滑り性があって光沢性があるべきである。

本発明は、前述した方法、さらにその方法を実行するための前述のデバイスを提供することを目的とし、その方法及びデバイスを利用して、先行技術での問題を解決することが可能であり、特には、好ましい更なる開発が可能である。そして、本発明はまた、改良されて効率的なシリコンウエハのエッチングを提供することを目的とする。

この目的は請求項１に記載の特徴部分を含む方法によって達成され、また、請求項１０に記載の特徴部分を含むデバイスによって達成される。有利であって、かつ、好ましい本発明の実施形態は、その他の請求項に係る発明の主題であり、下記に詳細に述べられる。デバイスの幾つかの特徴部分は本発明の方法に関連して主に述べられるが、それらのデバイスの特徴部分はデバイスを説明するのに同時に役に立ち、一般的には、そのデバイスに適用可能である。さらに、同一出願人であって、2007年12月19日の優先権出願であるDE 102007063202.0号の記述は、参照することによって本明細書の記載の中身に組み込まれる。そのクレームの記述は参照することによって本明細書の記載の中身に組み込まれる。

本発明によれば、第一方法の段階で、シリコンウエハが水平位置の状態で搬送されて水平な搬送路に正確に沿って搬送されることが提供される。テクスチャリングのためのエッチング溶液が上方から塗布されるか又は噴霧されて、その目的のために、ノズル、サージパイプ等が用いられてよく、それら自体はそのような目的のために公知である。この方法の段階において、シリコンウエハの下方から、液体がシリコンウエハ又はそのシリコンウエハの下面に全く塗布されないか、又は少しの液体しか塗布されない。いずれにせよ、エッチング溶液は噴霧されないし、その下面からも同様である。この目的のために、それ相応の適切な方法で具現化されたデバイスは、上面をウェット状態にするために、搬送路の上方にノズル、サージパイプ等を有してよい。下面の下方には、そのようなノズル等は全く提供されない。

その後の又は第二の方法の段階において、同様な方法又は第一方法の段階と同様な配向で、搬送路に対して水平位置の状態のシリコンウエハは、下方からの研磨-エッチングのためのエッチング溶液でウェット化される。有利なこととして、この場合、エッチング溶液は、実際のところ下方だけから塗布され、そしてまた、下面にだけ塗布される。このことは、まさに、搬送ローラー等が搬送路のために用いられるならば、第一方法の段階で、上方からのエッチング溶液が搬送ローラー上でも通過することが可能であり、その後、搬送ローラーによってシリコンウエハの下面に搬送され得るという理由のためである。ところが、これは管理可能な量なので、ここにおけるエッチング効果は非常に小さいままの状態の可能性が高い。そのことは、例えば、第二方法の段階に対する生産においては有利にさえなる。

この方法では、およそ4μｍ〜6μｍの材料、好ましくはおよそ5μｍの材料が、切断損傷を排除して上面をテクスチャリングするために第一方法の段階で取り除かれ得る。ここにおいて、その方法の継続時間はおよそ80〜120秒でよい。この場合に、有利なこととしては、シリコンウエハは搬送路上で連続的に動くか又は搬送路上を進み対応するテクスチャリングモジュールを通り抜ける。

第一方法の段階で、およそ2μｍの材料が下面上で取り除かれるか又はエッチングされる。結果として、ここにおいても切断損傷の一部分はもうすでに取り除かれ、一方では、ここにおいては好ましくはない表面テクスチャリングは、正確に言うとまだ引き起こされていない。テクスチャリング方法の段階後は、シリコンウエハはリンスされてよく、好ましくは水でリンスされる。

第一方法の段階のために用いられるエッチング溶液は、テクスチャリングのための通常のエッチング溶液でよく、好ましくはHF及びHNO₃の混合物を含むエッチング溶液である。第一方法の段階において、又はその段階がテクスチャリングモジュールで実行される場合に、テクスチャリングのためのエッチング溶液は、搬送路に沿って逐次的に複数の領域に塗布され得る。有利なこととして、この目的のために、エッチング溶液を噴霧するためのノズル等の複数のグループが、搬送路に対して横方向に走るサージパイプ等に逐次的に、好ましく提供される。このことも、原則として公知である。

テクスチャリングモジュールは、搬送路の下に収集トラフが提供されることが好ましく、放出したエッチング溶液は収集されて再利用され得る。第一方法の段階のテクスチャリングモジュールで、エッチング溶液でウェット状態にした後にシリコンウエハをリンスすることは、そのテクスチャリングモジュールで実行されることが好ましく、特には、そのテクスチャリングモジュールの端部で実行されることが好ましい。テクスチャリングモジュールのある部分は水でリンスをするために具体化されてよく、クリーングの経費が減るようにする意図であって、二つの液を別個独立にする目的のために、収集トラフはエッチング溶液のための収集トラフとは別個独立にここに提供される。シリコンウエハ上で水を用いてリンスすることの強度、すなわち、水の量は、エッチング溶液でウェット状態にするための量よりも相当に多くてよい。

有利なこととしては、シリコンウエハは、次の段階若しくは第二方法の段階まで直接的に、第一方法の段階後に動くか、又はテクスチャリングモジュールから動き、次の段階若しくは第二方法の段階は研磨-エッチングモジュールにて実行される。ここで、研磨-エッチングのためのエッチング溶液が塗布されて、シリコンウエハは、いずれにせよ連続的に搬送路を進み、研磨-エッチングモジュールを通過する。シリコンウエハはそのシリコンウエハの下面のみウェット状態になる。一つの例として、このことは下方からの僅かな噴霧によって達成され得る。DE 10 2005 062 528 A1号を参照すると明確にのべられているが、その文献にしたがった研磨-エッチングモジュールにおける方法及びデバイスがこの目的のために好ましく用いられる。この場合に、シリコンウエハのための搬送ローラーは、研磨エッチングのためのエッチング溶液を含有するバスに大部分浸漬される。回転時に、エッチング溶液はシリコンウエハの上面に接着して、その後シリコンウエハの下面に運搬され、そこで、研磨エッチングを実行する。このようにして、3μｍ〜10μｍのエッチング除去が下面で達成されて、それによって、非常に良好な研磨エッチングが非常に良好な結果によって可能となり、平坦性かつ光沢性のある後面をもたらすこととなる。この方法の段階は、前処理の段階よりも幾分長く継続してよく、特にはおよそ200秒間継続してよい。しかもこの場合において、エッチング除去はその処理の継続時間によって決定され得る。研磨エッチングのために用いられるエッチング溶液は、テクスチャリングで用いられる溶液と同一であるが、HNO₃の比率が大きい。エッチング処理は室温で実行されてよく、温度範囲は、およそ4℃〜およそ40℃まで拡張することができる。

これらの特徴及び更なる特徴は、特許請求の記載だけでなく、明細書の記載及び図面の記載からも明確に現れ、個々の特徴は、各々の場合において単独で実現されることも可能であるし、本発明の実施態様及び他の分野においてサブコンビネーションの形態の複数のものとして実現されることも可能であり、それらの特徴は、有利であって本質的に保護可能な実施態様を構成することが可能であり、それらの実施態様のための保護はここにおいて主張される。個々のセクション及び副題に出願を細分化することは、それに従って作成された記述の一般的な効力を制限するものではない。

本発明の典型的な実施形態が図面に概略的に示されて、下記に更に詳細に説明される。図面については以下のとおりである。
図1は、上方からシリコンウエハに噴霧することによってテクスチャ化をするためのデバイスの概略図である。 図2は、搬送ローラーの手段によって下方からウェット化することによってシリコンウエハを研磨エッチングすることに関する、追加的なデバイスの概略図である。

図1は、搬送経路12を備えたテクスチャリングモジュール11を示し、その搬送経路12は従来の方法で複数の搬送ローラー13によって形成される。そのテクスチャリングモジュール11は収集トラフ16を含むハウジング15を有し、搬送経路12の入口18を左方向から有する。

収集トラフ16及び搬送経路12の上方から、複数のサージパイプ19が互いに平行に提供され、そのサージパイプは搬送経路12に対して横走してよい。そのサージパイプは、エッチング溶液21放出するノズル20を下向きに向ける。また、そのノズル20は当該技術分野の当業者にとって公知である。そのノズルは強固に並べられてもよいし、可動的でもよい。そのうえ、ある状況下においては、エッチング溶液21の放出が特定のプロファイルに達するために、ノズル20はまた、個々に又は群で活動的でよい。

シリコンウエハ22は、搬送経路12に沿った水平位の搬送ローラー13で搬送される。上面23は、後に、太陽電池の前面を形成し、そして、搬送ローラー13を押し付ける下面24はその太陽電池の後面を形成する。

図1から認識されるように、エッチング溶液21は、シリコンウエハ22の上面２３にのみに放出される。その結果として、シリコンウエハ22又はその上面23のテクスチャリングは、主に、第一方法の段階のここで達成される。この場合において、当然のことながら、エッチング溶液21の一定量は、特にシリコンウエハ22の先端及びその先端のへりにあふれ出して、その後搬送ローラー13に流れ出ることは明確である。それから、搬送ローラー13上に横に配置するその後のシリコンウエハ22は、シリコンウエハの下面24においてもエッチング溶液でウェット状態になる。ところが、ここにおいては、エッチング溶液の量はかなり少なく、しかも、結果として達成されるエッチングの量はかなり少ない。ところが、図に示されているように、対象となる上方からのエッチング溶液21の塗布はノズル20の手段によって達成されるので、このことは、本発明の目的の範囲内で上方からエッチング溶液を塗布をすることとして表される。

例えば、ノズル20が搬送ローラー13の上方に配列されるか、又は搬送ローラー13の後方に向かって配向されるかどうかを確立することは可能であり、結果として、実際にシリコンウエハ22が下方に存在しないならば、エッチング溶液21は搬送ローラー13に塗布され、次のシリコンウエハ22の下面24のウェットの度合いをエッチング溶液21で増大させる。ノズル20が異なる方向に配列されるか又は配向されるならば、この効果は相当に小さくなる。その上、下面でエッチングすることについてのこの効果は、さらに、ノズル20の目標とする動きによって影響され得るか、又はシリコンウエハ22の上面23におけるエッチング溶液21の目標とする放出によって影響され得る。

右方向に向かって連続するテクスチャリングモジュール11において、右寄りに示されたノズル20はエッチング溶液21を放出しないように設計されてよいが、むしろ、水またはリンス液を放出されるように設計され得る。それによって、シリコンウエハ22の上面23の領域のエッチング溶液21を洗浄することができる。セパレーター28は、この目的のために収集トラフ16に提供されて、浸漬するエッチング溶液21は、そのセパレーターの左側に配置され、エッチング溶液に対して少ない割合で混ぜられたリンス液26はそのセパレーターの右側に配置される。エッチング溶液21を塗布するためのノズル20を備える連続的なサージパイプ19の数は変更することが可能であり、好ましい搬送スピード及び処理の継続時間にしたがって変更させることができる。さらに、有利なこととして、シリコンウエハ22をリンスするために複数のノズル20にリンス液26を提供することが可能である。

図2は、研磨-エッチングモジュール31を示す。このモジュールもまた、搬送経路32を有し、その搬送経路は図１の搬送経路12に対して連続的である。さらに、有利なこととして、研磨-エッチングモジュール31は、テクスチャリングモジュール11に対して連続した状態で比較的直接的に提供されて設置される。搬送経路32は搬送ローラー33によって形成される。研磨-エッチングモジュール31の詳細な記述に関しては、主に DE10 2005 062 528 A1号が参照され、その文献は、研磨-エッチングのためのエッチング溶液35が、搬送ローラー33の手段によってバス37からシリコンウエハ22の下面24まで如何に運搬されるかを詳細に述べている。それゆえに、搬送ローラーはウエハを搬送するためやウエハの下面を湿潤化するために役に立つ。研磨-エッチングのためのエッチング溶液35は上記で述べられたと同様である。また、第二方法の段階において、エッチング溶液35は、シリコンウエハ22の上面23を一切通り過ぎることはなく、むしろ下面24に到達する。

バス37は二つの供給パイプ38の間に排水口40を有し、それらのパイプは新しいエッチング溶液35をバス37に導入する。バス37のへりで外側に向かって液があふれ出ることに加えて、エッチング溶液35はそのような方法で交換されるので、フレッシュエッチング溶液35が供給パイプ38の出口の領域に存在するだけでなく、それらはまた排水口40の方向に動かされることをその排水口は保証し、それゆえ、搬送ローラー33によって、シリコンウエハ22の下面24までそのエッチング溶液は運搬される。また、シリコンウエハ22の処理の方法の順序として、研磨-エッチングモジュール31で研磨エッチングをした後に、続いて更にリンスが行われて、好ましくは水で再度もう１回濯ぐ。

また、研磨-エッチングモジュール31はハウジング34の中に提供される。勿論、エッチング溶液の蒸気の抽出が両方のモジュールで行われる。

基板は典型的には凹凸がなく平面状のシリコンウエハ22であり、そのシリコンウエハ22は、およそ60mm〜250mmの径を有した円形の輪郭を有するか、又は60mm〜250mmの稜線長を有した矩形の輪郭を有する。好ましい厚みは0.1mm〜2mmの範囲である。

Claims (12)

1. シリコンウエハを処理するための方法であって、第一方法の段階で、該シリコンウエハが水平な搬送路に沿って水平位置の状態で搬送されてテクスチャリングのためのエッチング溶液がノズルの手段によって、該シリコンウエハの上面に上方から塗布されるか又は噴霧されることを特徴とし、そして、第二方法の段階において、該第一方法の段階と同様な配向状態の該シリコンウエハが、下方からの研磨エッチングのためのエッチング溶液で、該シリコンウエハの該上面においてではなく、該シリコンウエハの下面においてウェット化されることを特徴とする、方法。
2. リンスすることが、前記第一方法のテクスチャリングの段階と、前記第二方法の研磨-エッチングとの段階の間で達成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記第一方法の段階において、前記シリコンウエハが搬送される搬送ローラーの手段によって、前記テクスチャリングのためのエッチング溶液の一部が前記シリコンウエハの下面まで運搬されることを特徴とし、該下面までもたらされた前記エッチング溶液の量が、上面に運搬される前記テクスチャリングのためのエッチング溶液の量より少ないことを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記テクスチャリングのための前記第一方法の段階において、4μｍから6μｍの材料の材料が前記上面で取り除かれて、1μｍから3μｍの材料が前記下面で取り除かれることを特徴とし、そして、前記上面から取り除かれる量が、前記下面から取り除かれる量の２倍よりも多いことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記第一方法の段階が80秒から120秒間継続することを特徴とし、前記シリコンウエハが、更に連続的に搬送されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記第一方法の段階において、前記テクスチャリングのための前記エッチング溶液が、前記シリコンウエハの前記搬送路に沿って逐次的に複数の領域に、前記搬送路に対して横方向に走る前記ノズルを備えるサージパイプの手段によって塗布されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記第二方法の段階において、前記シリコンウエハが連続的に通過しながら前記研磨エッチングのための前記エッチング溶液が塗布されることを特徴とし、前記研磨エッチングのための前記エッチング溶液を用いてウェット化することが前記シリコンウエハのための搬送ローラーの手段によって達成されることを特徴とし、そして、該搬送ローラーが、研磨エッチングのためのエッチング溶液を含有するバス中に大部分浸漬されて、かつ、前記シリコンウエハの前記下面まで前記エッチング溶液を運搬する該搬送ローラーの表面で浸漬されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記研磨エッチングのための前記第二方法の段階の継続時間が、テクスチャリングのための前記第一方法の段階の継続時間より長いことを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記研磨エッチングのために用いられる前記エッチング溶液が、前記テクスチャリングのために用いられる溶液と同一であり、HF及びHNO₃の混合物を含むことを特徴とし、そして、該HNO₃の割合が、前記研磨エッチングのための前記エッチング溶液の場合に、更に大きいことを特徴とする、請求項７又は８に記載の方法。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の方法を実行するためのデバイスであって、上方からシリコンウエハの上面にテクスチャリングのためのエッチング溶液を塗布するか又は噴霧することによって該シリコンウエハをテクスチャリングするためのテクスチャリングモジュールを、該デバイスが有することを特徴とし、該テクスチャリングモジュールが搬送ローラーを備える水平の搬送路を有し、また、該テクスチャリングのためのエッチング溶液を塗布するか又は噴霧するためのノズルを有することを特徴とする、デバイス。
11. 前記デバイスが、搬送方向であって前記テクスチャリングモジュールの下流方向に、下方から、前記シリコンウエハの下面に研磨エッチング溶液を塗布することによって該下面を研磨エッチングするための研磨−エッチングモジュールを有することを特徴とする、請求項１０に記載のデバイス。
12. 前記テクスチャリングモジュールが、テクスチャリングのための前記エッチング溶液を収集するための前記搬送路の下方にある収集トラフを有することを特徴とし、該収集トラフが前記シリコンウエハから下方に延び、そして、セパレーターが該収集トラフに提供されて閉じられた領域を形成することを特徴とし、そして前記ノズルが該領域の上方に提供されて、上方から前記シリコンウエハを水で濯ぐために該水が供給される、請求項１０又は１１に記載のデバイス。

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