JP5836000B2 - 半導体製造装置及び半導体製造方法。 - Google Patents

半導体製造装置及び半導体製造方法。 Download PDF

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Description

半導体製造装置及び半導体製造方法に関する。
従来から、結晶系太陽電池においては、シリコン基板における平面状の表面を凹凸状に変形させることにより、いわゆる「光トラップ効果」を利用したエネルギー変換効率の向上が図られている。これは、基板表面が平面である場合に比べて、凹凸の斜面で一旦反射した光をも隣接する凹凸の斜面で受光して取込むことにより、実質的に表面からの反射率を低減させることが可能となるためである。その結果、入射光の総量が増大することになるため、変換効率の増加が実現される。
溶液にシリコンウエハを浸漬させて、シリコンウエハ全表面に凹部に形成する技術としては以下のような技術が開示されている。
先行文献1においては、シリコンウエハ表面に凹部に形成するために、過酸化水素とフッ酸溶液との混合溶液の中に浸漬させて、全表面を凸部に加工しかつ全表面に白金を成膜したシリコンウエハ表面と、凹部を形成させたいシリコンウエハ表面を接触させる技術が開示されている。
転写ロールを用いて、転写ロール上の被転写物を基板表面に転写する技術としては以下のような技術が開示されている。
先行文献2においては、転写ロールの表面に形成された転写用薄膜を、基板表面に圧接して基板表面に転写する技術が開示されている。
(雑誌名)「Electrochemical andSolid-State Letters」(タイトル)「Fabrication of LowReflectivity Poly-Crystalline Si Surface by Structure Transfer Method」2010.11.18発行 Vol.14,No2,p.B13-B15
特開平10−321617号公報
従来技術における半導体基板表面を浸漬して転写処理する場合には、半導体基板表面が浸漬可能な大量の溶液が必要になり、転写処理自体に必要な量を超えた溶液を準備する必要があり、少枚数の半導体基板を転写処理する場合においては、浸漬するために大量の溶液を使用することが、溶液のコストアップとなってしまい、転写処理に十分な量のだけの溶液を使用したいといった課題を解決することはできないという問題がある。
本願発明は、半導体基板を溶液に浸漬しないで半導体基板表面に転写部の形状を転写できる仕組みを提供することを目的とする。
本願発明は、転写部の形状を半導体基板の表面に転写する半導体製造装置であって、触媒として作用する前記転写部の表面に、溶液を塗布する塗布手段と、前記溶液が塗布された前記転写部の表面を、前記半導体基板の表面と接触すべく配置する配置手段と、を備えることを特徴する。
また、前記転写部の表面は、前記半導体基板の表面と対向する前記半導体基板の表面に平行な領域を含み、前記半導体基板を水平移動する水平移動手段と、前記水平移動とともに、前記領域が前記半導体基板の表面と平行を維持するように、前記転写部の表面を回転する回転手段と、をさらに備え、前記配置手段は、前記回転にしたがって、前記転写部の表面を前記半導体基板の表面と接触すべく配置することを特徴する。
また、前記塗布手段は、前記回転にしたがって、前記転写部の表面に溶液を塗布することを特徴する。
また、前記塗布手段は、前記半導体基板毎に所定量の溶液を塗布することを特徴する。
また、前記溶液が塗布された前記転写部の表面に前記触媒をさらに備えることを特徴する。
また、前記転写部の表面は、前記転写部の表面に塗布された溶液の一部を、前記転写部の裏面に通過する穴と、前記裏面に通過した溶液を保持する溶液保持手段と、をさらに備え、前記溶液保持手段が、前記配置手段が前記半導体基板の表面と接触すべく配置した場合に、前記保持した溶液を前記半導体基板の表面に前記穴を介して供給することを特徴する。
また、前記触媒は、前記溶液の分解触媒であることを特徴とする。
また、前記溶液は、前記半導体基板を酸化しかつ溶解する機能を備えることを特徴とする。
また、前記基板はシリコン基板であることを特徴とする。
また、前記半導体は太陽電池であることを特徴とする。
また、前記溶液は、温度を加熱保温していることを特徴とする。
また、前記溶液保持手段に使用する部材はテフロン(登録商標)であり、前記テフロンの表面を親水性に加工することを特徴とする。
本願発明は、半導体基板を溶液に浸漬しないで半導体基板表面に転写部の形状を転写できる仕組みを提供することが可能となる。
ハードウエア構成(断面図)を示す図である。 処理ステップを示す図である。 転写部の表面を示す図である。 基板の表面を示す図である。 転写部及び基板の断面図を示す図である。 転写部及び基板の断面図を示す図である。 転写部及び基板の断面図を示す図である。
図1を説明する。
<第1の実施例>
図1は、転写部の形状を半導体基板表面に転写する半導体製造装置のハードウエア構成を示す図である。
図1は、本願発明の半導体製造装置を横から見た図の断面図である。
100は基板であり、本願発明の転写処理の対象となるものである。
101は基板保持部であり、基板100を基板保持部に保持した状態で、転写処理を実行する位置に水平移動、または転写処理を実行しない位置に水平移動するものである。
基板保持部(位置1)101は、基板100の表面に転写処理が加工されていない移動開始の位置であり、基板100の全表面は転写処理されていない。
基板保持部(位置2)101は、転写処理を連続的に実行する位置であり、停止しない位置である。転写部103の表面と基板100の表面との接触(接触界面の摩擦力)により、転写部103が連続的に回転することで、基板の表面の端から転写処理を連続的に実行する。
基板保持部(位置3)101は、基板100の表面に転写処理が加工された移動停止位置であり、基板100の全表面は転写処理されている。
基板保持部101の部材としては、基板100との相性からシリコンにしてもよい。
これにより、転写処理により基板100が破損することを回避することができる。
102は転写部ユニット回転部であり、基板100の表面との接触(接触界面の摩擦力)により、転写部ユニット104(転写部103、弾性部108、固定部110にて構成される)を一体で回転することができる。
転写部ユニット回転部102により、液転写部106により溶液404が塗布された転写部103の表面を、半導体基板100の表面と接触するように配置することができる(配置手段)。
転写部ユニット回転部102により、基板保持部水平移動制御部112による基板100の水平移動とともに、領域(図3の203)が半導体基板100の表面と平行を維持するように、転写部103の表面を回転させることができる(回転手段)。
つまり、転写部ユニット回転部102は、基板保持部水平移動制御部112による転写部ユニット104の回転にしたがって、転写部103の表面を半導体基板100の表面と接触すべく配置することができる。
103は転写部であり、転写処理において、基板100の表面に接触するように配置されるためのものである。少なくとも基板100に対向する表面には触媒(白金)がコーティングされており、基板100の表面に接触するように配置されると、図6に示すように、表面にコーテゥングされた触媒が溶液404(過酸化水素水とフッ化水素水の混合溶液)中で過酸化水素水の分解触媒として作用することで、図7に示すように基板100の表面がエッチングされる。
転写部103は、図1に示すように転写部を半導体基板の表面に接触するように配置した時に半導体基板100の表面と対向することが可能な領域を備えている。
転写部103の表面は、転写部の表面に塗布された溶液の一部を、転写部の裏面に通過する穴(図3の202)を備えている。
転写部は103、溶液が塗布される表面に白金である触媒を備えている。
転写部103の表面は、半導体基板100の表面と対向する領域であって、かつ半導体基板の表面に平行な領域を含んだ表面である。
転写部103の形状は、図1及び図3に示すようにロール状(円筒型)の形状である。
図1の転写部103の直径は、転写部103の1回転毎に、基板100を1枚転写処理完了可能な回転距離に基づいて算出された直径であればよい。
図3の転写部103の長さ(幅)は、基板100の長さ(幅)と同等の長さであればよいが、特に限定されない。
また転写部103の部材としては転写処理の際に、基板100との界面接触の圧力や基板100自体の反りを考慮するとゴムのような柔らかい弾性体であり、かつ溶液404に対する耐食性を備えることが望ましい。
104は転写部ユニットであり、転写部103と弾性部108と固定部110が一体となって、構成される。
さらに転写部ユニット104が回転するための回転軸である転写部ユニット回転部102と図示しない連結部を備えている。
105は液投下口であり、供給制御部111から送られた溶液404を液転写部106の表面に送るための投下口である。
液投下口105は1つに限定されるものではなく、供給制御部から送られた所定量の溶液404を液転写部106表面(ロール状)に均一に分散されるように、複数(例えば10個程度)の液投下口が2次元的に配置されているものであってもよい。
106は液転写部であり、転写部103の形状と同様にロール状(円筒型)の形状である。
図示しない液転写部106の長さ(幅)は図3の転写部103の長さ(幅)と同等の長さ(幅)であればよい。
液転写部106により、触媒として作用する転写部の表面に、溶液404を塗布することができる(塗布手段)。
つまり、液転写部106は、基板保持部水平移動制御部112による転写部ユニット104の回転にしたがって、転写部103の表面に溶液を塗布することができる。
液転写部106はさらに、半導体基板毎(単位)に所定量の溶液を塗布することができる。
107は液転写部ユニットであり、液転写部106で構成される。
さらに液転写部ユニット107が回転するための回転軸である液転写部ユニット回転部109と図示しない連結部を備えている。
108は弾性部であり、転写部103を巻きつけるローラである。
弾性部108は、液転写部106が溶液を転写部の表面に塗布する時に、転写部103の表面から転写部103の裏面に穴202を介して通過した溶液404を保持することができる(溶液保持手段)。
弾性部108は、穴202を介して通過した吸収しに転写処理するまでの間、内部保持するために部材がスポンジで作成される。
弾性部108は、転写部103は半導体基板の表面と接触すべく配置した時に、溶液保持手段が保持した溶液404を、転写部103の裏面から転写部103の表面に穴202を介して通過させ、半導体基板100の表面に供給する。
また弾性部108としては転写処理の際に、基板100への押下圧力や基板100自体の反りを考慮するとゴムのような弾性体を使用するものとする。
弾性部108は溶液404に対する耐食性を備えることが望ましいので、耐食性を高めるに、弾性部108の部材にテフロン(登録商標)を使用したり、弾性部108の表面をテフロン加工するものとする。
溶液が弾性部108をうまく通過するために、さらに疎水性であるテフロン表面には親水性の加工をするものとする。
弾性部108は、液転写部106が溶液を転写部の表面に塗布する時に、転写部103の表面から転写部103の裏面に穴202を介して通過した溶液404を保持することができる(溶液保持手段)。
弾性部108は、穴202を介して通過した吸収した溶液を転写処理するまでの間、内部に一旦保持するために部材がスポンジで作成される。
弾性部108は、転写部103は半導体基板の表面と接触すべく配置した時に、溶液保持手段が保持した溶液404を、転写部103の裏面から転写部103の表面に穴202を介して通過させ、半導体基板100の表面に供給する(溶液供給手段)。
109は液転写部ユニット回転部であり、転写部103の表面との接触(接触界面の摩擦力)により、液転写部ユニット107(液転写部106で構成される)を一体で回転することができる。
110は固定部であり、転写部103を弾性部108に固定(接続)するためのものである。
111は供給制御部であり、転写処理回数(例えば基板100)単位で所定の量(例えば50cc単位)の溶液404を供給する。供給制御部111は液投下口105の上部に設置させてもよく。液投下口105よりも下部に設置されてもよい。
112は基板保持部水平移動制御部であり、基板100を上部に保持した基板保持部101を、所定の速度(例えば100mm/sec)を維持しながらベルトコンベアのように直進方向に移動する。
設定された基板保持部水平移動制御部112の所定の速度に同期して、転写部103の回転速度も連動する。つまり基板100が遅い水平移動速度においては転写部103の回転速度も遅くなり、早い水平移動速度では回転速度も速くなる。
よって、基板保持部水平移動制御部112により、半導体基板100を水平移動することができる(水平移動手段)。
本願発明の溶液404は、フッ化水素酸水溶液(HF)濃度が5.4Mであり、過酸化水素水(H2O2)濃度が7.2Mの混合溶液、または濃度が2.7Mであり、過酸化水素水(H2O2)濃度が8.1Mの混合溶液を使用して転写処理を行った。
本願発明の溶液404の温度は、室温放置温度(例えば25℃)、または溶液を加熱して溶液温度を所定範囲に保持した温度(例えば60℃)に制御して転写処理を行った。常温だと反応速度が遅く、反応熱で60℃になると速度が速くなることが測定された。そのため、穴から注入する溶液は、60℃に加熱保温しておくことが望ましい。
図2を説明する。
図2は、転写部の形状を半導体基板表面に転写する半導体製造装置による半導体製造方法(処理ステップ)である。
ステップS101では、基板保持部水平移動制御部112が、基板100を水平移動する(水平移動工程)。
基板保持部水平移動制御部112が基板を水平移動すると、基板100と転写部103が接触し基板と転写部との接触界面の摩擦力により転写部103(転写部ユニット104)を回転する(回転工程)。
転写部103が回転を開始すると、液投下口105が液転写部106の表面に溶液の供給を開始し、転写部103が回転を停止すると、液投下口105が液転写部106の表面への溶液の供給を停止する(供給工程)。
ステップS102では、転写部103が回転すると液転写部106が回転し、液転写部106が触媒として作用する転写部103の表面に溶液404を塗布する(塗布工程)。
液転写部106が転写部103の表面に溶液404を塗布すると、弾性部108が転写部103の表面から転写部103の裏面に穴202を介して通過した溶液404を保持する(溶液保持工程)。
ステップS103では、転写部103が回転すると、転写部ユニット回転部102によりステップS102で溶液が塗布された転写部の表面を半導体基板の表面と接触すべく配置する(配置工程)。
転写部ユニット回転部102が配置すると、弾性部108が保持した溶液404を転写部103の裏面から転写部103の表面に穴202を介して通過させ、半導体基板100の表面に供給する(溶液供給工程)。
ステップS104では、転写部103が、転写部103の形状を基板100の表面に転写する(転写工程)。
転写処理を終了する。
図3を説明する。
図3は転写部103の半導体基板100の表面と対向する領域であって、かつ半導体基板の表面に平行な領域を含んだ表面を上から見た図である。つまりこの領域が図6の転写処理中に基板100と接触可能な領域である。
201の領域は転写部の領域であり、転写部の表面には触媒である白金がコーティングされている。
202の領域は、転写部に開いた穴であり、転写部の表面(半導体基板100の表面と対向する領域であって、かつ半導体基板の表面に平行な領域)と裏面を貫通している。
転写部に開いた穴は丸型でなくてもよく、どのような形状(例えば四角型、三角型、星型、アルファベット文字、直線、曲線、LSIの配線パターン等)でもよい。さらに穴の数は特に限定されるものではない。さらに穴同士の配置関係は、一定間隔に整列する必要はなく特に限定されるものではない。
また図3に示す全ての穴202(100%)またはその一部(例えば割合50%)を転写部の表面(半導体基板100の表面と対向する領域であって、かつ半導体基板の表面に平行な領域)と裏面を貫通させないようにしてもよい。この場合は、穴202の領域が凹部となり、触媒201の領域が凸部となり、転写部表面に形成された凹凸形状を基板100の表面に転写することができる。
なお、図3の転写部の表面にある円形の穴(凹部)202の直径は20μm程度である。
なお、図3の転写部の表面にある触媒(凸部)201の最短のスペースは2μm程度である。
図4を説明する。
図4は図7に示す半導体基板100の表面の転写処理加工が完了した後の、半導体基板100の表面を上から見た図である。つまりこの表面が図6に示す半導体基板100の表面の転写処理中に転写部103と接触可能な表面である。
301の領域は非転写部分の領域であり、202の穴(凹部)の領域(エッチングされない)に該当する領域である。
302の領域は転写部分の領域であり、201の触媒(凸部)の領域(エッチングされる)に該当する領域である。
なお、半導体基板100の表面を上から見た図の形は、四角形に限定されたものではなく、単結晶シリコンウエハのような円形型や、その他、本願発明の転写処理を実行可能な形状であればよい。
図5乃至図7は、連続的な転写部103と基板100の状態を示す図であり、図1の(1)⇒図1の(2)⇒図1の(3)の順序で転写処理が進んだ場合の転写部103及び基板100の変化を示している。
図5を説明する。
図5は図1の(1)の状態での転写部103と基板100を拡大した図である。
同期して移動する転写部103(及び弾性部108)の回転移動及び基板の直進移動に従って、転写部103の表面と基板の表面との距離は徐々に近づいていく。
溶液404は、液転写部106により触媒として作用する転写部103の表面に塗布された状態である。
なお、転写部103の断面図は四角であるが丸型や三角でもよく、四角に特に限定されない。
図6を説明する。
図6は図1の(2)の状態での転写部103と基板100を拡大した図である。
基板の直進移動に従って、転写部103の表面と基板の表面との距離は一定に保たれ、同時に転写部103の表面と基板100の表面との接触により、接触界面(反応スペース403)の摩擦力が発生し、転写部103(及び弾性部108)は基板と同期して回転移動(接触している時は直進移動)する。
溶液404が接触界面(反応スペース403)において、触媒及び基板と反応することにより、基板がエッチング(転写処理)される。
ここで、転写部103の表面に弾性部108に通じる穴202がある場合には、更にこの時、弾性部108に保持されている溶液404も、穴202から接触界面(反応スペース403)に供給される。
ここで、転写部103の表面に、弾性部108に通じる穴202が全くない場合には、弾性部108から接触界面(反応スペース403)には溶液404は供給されず、液転写部106により転写部103の表面に塗布された溶液404だけで、接触界面(反応スペース403)において、触媒及び基板と反応することにより、基板がエッチング(転写処理)される。
なお、触媒201は転写部103の全面(表面全て)を被覆する必要はなく、転写処理中において基板100に対向する面にあればよい。また転写部103の部材すべてを触媒201で作成してもよい。
図7を説明する。
図7は図1の(3)の状態での転写部103と基板100を拡大した図である。
同期して移動する転写部103(及び弾性部108)の回転移動及び基板の直進移動に従って、転写部103の表面と基板の表面との距離は徐々に離れていく。
図6の転写処理により、転写部103の表面(半導体基板100の表面と対向する領域であって、かつ半導体基板の表面に平行な領域)から塗布された溶液404が無くなる。
基板100の301の領域は非転写部分の領域であり、202の穴の領域(エッチングされない)に該当する領域である。
基板100の302の領域は転写部分の領域であり、201の触媒の領域(エッチングされる)に該当する領域である。
<変形例>
尚、本願発明において使用する溶液は、半導体基板を酸化する機能を備える酸化剤である過酸化水素水(H2O2)、二クロム酸カリウム水溶液(K2Cr2O7)、マンガン酸カリウム水溶液(KMnO4)、硝酸(HNO3)、硫酸(H2SO4)、酸素(O2)又はオゾン(O3)を溶解させた水、の中から選ばれる少なくとも1種の酸化剤を含んでいればよい。かつ、半導体基板を溶解する機能を備える溶解剤であるフッ化水素酸を含んでいればよい。つまり酸化剤と溶解剤の混合水溶液であればよい。
尚、本願発明において使用する触媒は、溶液中の酸化剤の分解触媒であり、白金(Pt)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、金(Au)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、それらの内少なくとも1つを含む合金、の中から選ばれる少なくとも1種であればよい。
尚、本願発明において使用する触媒は、スパッタリング法、メッキ法、CVD法によって形成された膜、あるいは化合物の塗布被膜から還元生成して形成した膜が採用されるが、膜に限定されない。
尚、本願発明において転写処理する対象の半導体は、太陽電池、光デバイス、MEMS構造を備えたデバイス、または大規模集積回路(LSI)を備えたデバイスであってもよい。
尚、本願発明における転写処理する対象の基板は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、炭化ケイ素(SiC)、GaAs、InGaAsであってもよい。
尚、基板の転写処理枚数を高める(スループットの向上)ために、本願発明における転写処理の転写部ユニット104を複数にして、複数の基板を同時に転写処理することもできる。
100 半導体基板(太陽電池用シリコン基板)
103 転写部
201 触媒(白金)
202 穴
404 溶液(過酸化水素水とフッ化水素水の混合溶液)

Claims (12)

  1. 転写部の形状を半導体基板の表面に転写する半導体製造装置であって、
    触媒として作用する前記転写部の表面に、溶液を塗布する塗布手段と、
    前記溶液が塗布された前記転写部の表面を、前記半導体基板の表面と接触すべく配置する配置手段と、
    を備え
    前記転写部の表面は、前記半導体基板の表面と対向する前記半導体基板の表面に平行な領域を含み、
    前記半導体基板を水平移動する水平移動手段と、
    前記水平移動とともに、前記領域が前記半導体基板の表面と平行を維持するように、前記転写部の表面を回転する回転手段と、
    をさらに備え、
    前記配置手段は、前記回転にしたがって、前記転写部の表面を前記半導体基板の表面と接触すべく配置することを特徴する半導体製造装置。
  2. 前記塗布手段は、前記回転にしたがって、前記転写部の表面に溶液を塗布することを特徴する請求項1に記載の半導体製造装置。
  3. 前記塗布手段は、前記半導体基板毎に所定量の溶液を塗布することを特徴する請求項1または請求項に記載の半導体製造装置。
  4. 前記溶液が塗布された前記転写部の表面に前記触媒をさらに備えることを特徴する請求項乃至請求項のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
  5. 前記転写部の表面は、前記転写部の表面に塗布された溶液の一部を、前記転写部の裏面に通過する穴と、
    前記裏面に通過した溶液を保持する溶液保持手段と、
    をさらに備え、
    前記溶液保持手段が、前記配置手段が前記半導体基板の表面と接触すべく配置した場合に、前記保持した溶液を前記半導体基板の表面に前記穴を介して供給することを特徴する請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
  6. 前記触媒は、前記溶液の分解触媒であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
  7. 前記溶液は、前記半導体基板を酸化しかつ溶解する機能を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
  8. 前記半導体基板はシリコン基板であることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
  9. 前記半導体基板は太陽電池であることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
  10. 前記溶液は、温度を加熱保温していることを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
  11. 前記溶液保持手段に使用する部材はテフロン(登録商標)であり、前記テフロンの表面を親水性に加工することを特徴とする請求項に記載の半導体製造装置。
  12. 転写部の形状を半導体基板の表面に転写する半導体製造装置による半導体製造方法であって、
    触媒として作用する前記転写部の表面に、溶液を塗布する塗布工程と、
    前記溶液が塗布された前記転写部の表面を、前記半導体基板の表面と接触すべく配置す
    る配置工程と、
    を含み、
    前記転写部の表面は、前記半導体基板の表面と対向する前記半導体基板の表面に平行な領域を含み、
    前記半導体基板を水平移動する水平移動工程と、
    前記水平移動とともに、前記領域が前記半導体基板の表面と平行を維持するように、前記転写部の表面を回転する回転工程と、
    をさらに含み、
    前記配置工程は、前記回転にしたがって、前記転写部の表面を前記半導体基板の表面と接触すべく配置することを特徴する半導体製造方法。
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