JP5836001B2 - 半導体製造装置及び半導体製造方法。 - Google Patents

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。
傾いた基板の表面を均一に洗浄する技術としては以下のような技術が開示されている。
アクアナイフから傾斜角度がθに保たれた表面に洗浄液を供給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２００７−１１７９９４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、傾斜した前記半導体基板の表面近傍に、溶液の触媒として作用する前記転写部を配置する配置手段と、前記転写部が配置された前記半導体基板の表面近傍を流れるように、前記半導体基板の表面に前記溶液を供給する供給手段と、を備えることを特徴する。
また、前記供給手段は、前記配置手段が前記転写部を配置したあとに供給することを特徴する。
また、前記供給手段は、前記溶液を前記半導体基板毎に所定量供給することを特徴する。
また、前記転写部は、前記半導体基板の表面と対向する平面を備えることを特徴する。
また、前記対向する平面に前記触媒をさらに備えることを特徴する。
また、前記転写部の配置位置を制御する配置位置制御手段をさらに備えることを特徴とする。
また、前記半導体基板の表面近傍を流れた溶液を回収する回収手段をさらに備えることを特徴とする。
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。

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。

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は基板保持部である。転写処理中に基板保持部は同じ位置を保持する。
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は配置位置制御部であり、転写処理中でない時に基板１００を保持した基板保持部と衝突しないように、転写部ユニット１０４（転写部１０３、弾性部１０８、固定部１１０を含む）を一体で持ち上げることができる。

転写処理中の時には、図５に示すように転写部を半導体基板の表面近傍に配置する。また図６に示すように転写部を半導体基板の表面に接触するために、転写部ユニット１０４（転写部１０３、弾性部１０８、固定部１１０を含む）を一体で降ろすことができる。

配置位置制御部１０２は、図５に示すように傾斜している半導体基板１００の表面近傍に、溶液の触媒として作用する転写部１０３を配置することができる（配置手段）。
配置位置制御部１０２は、転写部１０３を半導体基板毎に所定の時間（例えば転写処理時間）の間、所定の位置において停止配置することができる。
配置位置制御部１０２は、転写部の配置位置（基板との距離）を所定の距離に制御することができる（配置位置制御手段）。

１０３は転写部であり、転写処理において、基板１００の表面近傍に配置または接触させ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、転写部１０３が基板１００の表面近傍（または基板１００の表面に接触するように）に配置されると、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６に示すように基板１００の表面がエッチング(転写部の形状を転写)される。

転写部１０３は、図１及び図５に示すように転写部を半導体基板の表面近傍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、平面を備えている。
転写部１０３は、半導体基板１００の表面と対向する当該平面には白金である触媒２０１をさらに備えている。
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。

１０５は傾斜台であり、転写処理する基板１００の表面を角度θで傾斜させるために、傾斜した平面上に基板１００を保持する基板保持部１０１を搭載する台である。

１０７は回収槽であり、半導体基板１００の表面と対向する平面に供給された半導体基板１００の表面近傍（または転写部が半導体基板の表面に接触する領域）を流れた所定量の溶液を回収することができる（回収手段）。
回収槽１０７は傾斜した半導体基板１００の表面を溶液４０４が流れる位置の下部（かつ低部）に設置されている。

さらに回収槽１０７で回収した溶液４０４を、供給制御部１１１と連結させる、図示しない、溶液４０４の循環制御部を構成することにより、転写部１０３の表面及び基板１００の表面に供給される溶液４０４を再利用することも可能になる。
１０８は弾性部であり、転写部ユニット１０４の一部である。
また弾性部１０８の部材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、弾性部の部材にテフロン（登録商標）を使用したり、弾性部の表面をテフロン加工するものとする。

１０９は配置角度制御部であり、転写部ユニット１０４の接触面（転写部の表面）と基板１００の表面とが平行になるように、転写部ユニット１０４の角度を制御（補正）する機構である。
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（例えば半導体基板毎）単位で所定の量（例えば５０ｃｃ単位）の溶液４０４を供給する。

転写処理のために転写部が配置された半導体基板１００の表面近傍（または転写部が半導体基板の表面に接触する領域）を流れるように、傾斜した角度を利用して半導体基板１００の表面に溶液４０４を供給することができる（供給手段）。
供給制御部１１１は傾斜した半導体基板１００の表面を溶液４０４が流れる位置の上部（かつ高部）に設置されている。
また、供給制御部１１１は傾斜した半導体基板１００の表面の全面に、所定量の溶液を均等に分散させてから供給するものとする。

供給制御部１１１は、配置位置制御部１０２が転写部を半導体基板の表面近傍（または転写部が半導体基板の表面に接触する領域）に配置したあとに溶液の供給を開始する。

つまり平面上の転写部１０３が既に基板表面上を覆っている場合には、溶液を供給できるのは半導体基板１００の表面を溶液４０４が流れる位置の上部（かつ高部）である転写部１０３の側面からのみであり、傾斜を利用することで半導体基板１００の全面に溶液４０４を供給することができるようになる。
供給制御部１１１は、つまり溶液４０４を半導体基板１００毎に所定量供給する。

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、配置手段により、傾斜した半導体基板１００の表面近傍（または半導体基板の表面に接触する領域）に、溶液４０４の触媒として作用する転写部を配置する（配置工程）。その後所定の時間、当該配置された位置で保持する。転写部１０３を半導体基板１００の表面近傍（所定の位置）を所定の位置に保持する時間は１秒〜５秒程度であり、当該保持時間はステップＳ１０２の工程時間も含んだ時間である。

ステップＳ１０２では、配置工程が終わると、ステップＳ１０１で転写部が配置された半導体基板１００の表面近傍を流れるように、半導体基板１００の表面に所定量の溶液４０４を供給する（供給工程）。
ステップＳ１０３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の表面と対向することが可能な平面（転写部の表面）を上から見た図である。つまりこの平面（表面）が図５乃至図６の転写処理中に基板１００の近傍に配置（または接触可能）な面である。
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の表面と対向することが可能な平面）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、どのような形状でもよく、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の配線パターン等の形状でればよい。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。

また本願発明において、穴２０２が、転写部の表面と裏面を貫通していなくてもよいので、図３に示す全ての穴２０２（１００％）を転写部の表面（半導体基板１００の表面と対向することが可能な平面）と裏面が貫通していない（つまり穴のない）、転写処理において転写部の表面の全面を、基板と白金との接触領域（凸部）、基板と白金との非接触領域（凹部）に分けた凹凸パターンに加工した転写部１０３も、本願発明の転写部１０３に該当とするものである。

なお、転写部１０３の半導体基板１００の表面と対向することが可能な平面（転写部の表面）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、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。
なお、図３の転写部の表面にある円形の穴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５乃至図６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５乃至図６の転写処理中に転写部１０３が近傍に配置（または接触可能）な面である。
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を説明する。
図５は図１を拡大した図である。
図５は、配置位置制御部１０２が、溶液の触媒として作用する転写部１０３を半導体基板１００の表面近傍に配置した場合を示す図である。

図５は、供給制御部１１１が、溶液を基板１００の表面よりも上部（かつ高部）から半導体基板１００の表面近傍（反応スペース４０３）に供給した場合を示す図である。

なお、半導体基板１００の表面近傍とは、転写部１０３との距離が例えば数μｍ程度であり、触媒２０１（転写部１０３）と基板１００が実際に接触していなくても、基板１００がエッチング（転写部の形状の転写）される距離である。

なお、図５に示しように触媒２０１は転写部１０３の全面を被覆する必要はなく、転写処理において基板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。

なお、転写部１０３の断面図は円形であるが四角や三角でもよく、円形に特に限定されないが、反応スペース４０３への溶液４０４の拡散を考慮すると円形が望ましい。
図６を説明する。
図６は図１を拡大した図である。

図６は、配置位置制御部１０２が、溶液が通過する穴２０２があり、溶液の触媒として作用する転写部１０３を半導体基板１００の表面と接触するように配置した場合を示す図である。

図５は、供給制御部１１１が、溶液を基板１００の表面よりも上部（かつ高部）から、転写部１０３が半導体基板の表面に接触する領域（反応スペース４０３）に供給した場合を示す図である。
図５の場合と比べて配置位置制御部１０２が、転写部１０３を基板表面により近く配置した場合である。
＜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（凹部）
２０２ 穴（凸部）
４０４ 溶液（過酸化水素水とフッ化水素水の混合溶液）

Claims (9)

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、
   前記半導体基板を傾斜させて保持する基板保持部と、
   前記半導体基板の表面と対向する平面を有する転写部を、前記平面が前記半導体基板の表面と接触するように、前記半導体基板を覆って配置する配置手段と、
   前記傾斜した半導体基板の上部から、前記半導体基板の表面に、前記半導体基板を溶解する機能を有する溶液を供給する供給手段と
   を備え、
   前記転写部の少なくとも前記平面は、前記溶液の触媒として作用する触媒を有し、
   前記転写部は、前記平面が前記半導体基板の表面と接触する状態で、前記溶液が通過する前記半導体基板との非接触部を有することを特徴とする、半導体製造装置。
2. 前記供給手段は、前記配置手段が前記転写部を配置したあとに前記溶液を供給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. 前記供給手段は、前記溶液を前記半導体基板毎に所定量供給することを特徴する請求項１または請求項２に記載の半導体製造装置。
4. 前記転写部の配置位置を制御する配置位置制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の半導体製造装置。
5. 前記半導体基板の表面近傍を流れた溶液を回収する回収手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の半導体製造装置。
6. 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５の何れか１項に記載の半導体製造装置。
7. 前記半導体基板は太陽電池用であることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の半導体製造装置。
8. 前記溶液は、所定の温度に加熱保温されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の半導体製造装置。
9. 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方法であって、
   前記半導体基板を傾斜させて保持する工程と、
   前記半導体基板の表面と対向する平面を有する転写部を、前記平面が前記半導体基板の表面と接触するように、前記半導体基板を覆って配置する配置する工程と、
   前記傾斜した半導体基板の上部から、前記半導体基板の表面に、前記半導体基板を溶解する機能を有する溶液を供給する工程と
   を含み、
   前記転写部の少なくとも前記平面は、前記溶液の触媒として作用する触媒を有し、
   前記転写部は、前記平面が前記半導体基板の表面と接触する状態で、前記溶液が通過する前記半導体基板との非接触部を有することを特徴とする半導体製造方法。

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