TWI423325B - 基板處理方法及藉由該方法處理過的基板 - Google Patents

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Description

基板處理方法及藉由該方法處理過的基板
本發明係關於一種用以在基板之表面形成細微之凹凸構造的基板處理方法、及藉由該方法處理過的基板。
近年來，太陽電池裝置之開發正盛行中。太陽電池係具有光電轉換層。將光有效率地導入該光電轉換層之技術係對於裝置之高性能化所不可或缺者。其中，已知有一種將微細之凹凸構造形成在裝置之光入射面，而儘可能減低界面之光之反射的技術(參照例如下述之專利文獻1、2)。
就在基板之表面形成微細之凹凸構造的方法而言，在專利文獻1揭示有一種方法，係在以噴墨方式將阻劑材予以圖案描繪在基板表面後，以該阻劑材為遮罩對基板進行蝕刻。再者，在專利文獻2揭示有一種方法，係在以散佈在基板之表面的二氧化矽為遮罩而對基板進行蝕刻後，去除所殘留之微粒子。
專利文獻1：日本特開2006-210394號公報
專利文獻2：日本特開2000-261008號公報
然而，在使用阻劑材或二氧化矽微粒子作為蝕刻遮罩之習知的基板處理方法中，在蝕刻步驟後，必須要有去除殘留於基板表面之遮罩的步驟。因此，會有無法實現基板處理所需之步驟數的大幅刪減，且無法謀求生產性提升的問題。
本發明係鑑於上述問題點而研創者，其主要目的在於減少步驟數而可將凹凸構造形成在基板表面的基板處理方法。
本發明之一形態之基板處理方法係將粒子散佈至基板表面，以前述粒子為遮罩對前述基板表面進行蝕刻，在將凹凸構造形成在前述基板表面的同時，藉由前述蝕刻去除前述遮罩。
本發明之一形態之基板處理方法係將粒子散佈至基板表面，以前述粒子為遮罩對前述基板表面進行蝕刻，在將凹凸構造形成在前述基板表面的同時，藉由前述蝕刻去除前述遮罩。
依據該方法，不需要在形成凹凸構造12後從基板表面10s去除遮罩11之步驟。因此，用以將凹凸構造形成於基板表面所需之步驟數會大幅刪減，因而可謀求生產性之大幅提升。
將粒子散佈至基板表面之散佈方法係可適用乾式散佈法、濕式散佈法之任一方式。乾式散佈法係指將粒子和壓縮氣體一起噴附在基板上。濕式散佈法係指使用旋轉塗布機、供料器、噴墨噴嘴等將含有粒子之溶劑塗布在基板上的方式。
散佈在基板表面的粒子之形狀、大小、構成材料等並無特別限定，係依要形成在基板上之凹凸構造的形態適當地選擇。本發明中，該粒子係只要是可在進行基板之蝕刻的同時對基板材料進行蝕刻的材料，則無特別限定，例如可使用聚苯乙烯或二乙烯基苯共聚物等有機物材料。蝕刻係以乾式蝕刻法(電漿蝕刻法)來進行，亦能以乾式蝕刻法來進行。
粒子之粒徑越小，越可形成細微之凹凸構造。就粒徑(直徑)而言，例如0.01μm至10μm。粒子之蝕刻速度係可比基板之蝕刻速度慢，亦可比基板之蝕刻速度快。亦即，可依據形成之凹凸構造的凹部之深度，以獲得最佳之蝕刻選擇比的材料來構成粒子。
藉由實施本發明之基板處理方法，可將細微之凹凸構造形成在基板表面。以上述方法處理之基板係可作為在表面形成有發光層之發光二極體用的藍寶石基板來使用，或可作為在表面形成有光電轉換層之太陽電池用之矽基板來使用。
以下，參照圖式說明本發明之實施形態。
第1圖說明本發明之實施形態之基板處理方法的概略步驟圖。
如第1圖A所示，首先準備具有應形成有微細之凹凸構造之表面10s的基板10。表面10s雖為平坦面，但亦可為曲面或波狀面。基板10係使用矽基板、藍寶石基板等，除此之外，亦可使用玻璃基板、塑膠基板、金屬基板等。
接著，如第1圖B所示，將微粒子11散佈至基板10之表面10s。微粒子11係具有0.01μm至10μm之粒徑的粒子，在之後的蝕刻步驟中發揮遮罩之功能。在本實施形態中，微粒子11係由聚苯乙烯或二乙烯基苯共聚物等絕緣性有機物材料所構成。所散佈之微粒子11的粒徑係不限定於同一尺寸者之情形，亦可為由不同之粒徑之微粒子所構成的混合粒子。
微粒子11之散佈係可採用乾式散佈法。在乾式散佈法中，係從連接在比較細之壓送管前端的噴嘴(未圖示)，將微粒子與壓縮氣體一同噴附在基板上。此時，微粒子11係藉由高速氣流移動於壓送管內而分散，且藉由與壓送管之內壁的摩擦而帶電。帶電之微粒子11係從噴嘴噴出，且因靜電力而附著在基板表面10s。此時，微粒子11即使附著於基板10，亦不會立刻放電，因此微粒子彼此會相互排斥而不會再凝聚，而如第1圖B所示保持一定間隔而附著。
再者，微粒子11之散佈亦可採用濕式散佈法。此時，將微粒子混合在水或酒精等溶媒，並使用旋轉塗布機將該混合液全面塗布在基板表面10s，或使用供料器噴嘴或噴墨噴嘴(頭)點狀塗布在基板表面10s之預定位置。
各個微粒子11係相互隔著一定以上之間隔附著在基板表面10s。惟微粒子11彼此之間並不限於要一定的間隔。每單位面積(平方公尺)之微粒子11的個數(散佈密度)係因微粒子11之粒徑而不同。例如，粒徑為0.01μm至0.1μm時之散佈密度係2×109 個至2×1010 個，粒徑為0.1μm至1μm時之散佈密度係2×107 個至2×108 個，粒徑為1μm至10μm時之散佈密度係2×105 個至2×106 個。
再者，微粒子11之散佈區域並不限定於基板表面之全區域的情形，亦可為基板表面之一部分區域。
接著，以所散佈之微粒子11為遮罩，對基板10之表面10s進行蝕刻。在本實施形態中，蝕刻係以乾式蝕刻法(電漿蝕刻法)來進行。在該蝕刻步驟中，將附著有微粒子11之基板10裝填在未圖示之蝕刻室後，將室內減壓成預定之真空度。再者，依基板10及微粒子11之各構成材料，將適當之蝕刻氣體導入至室內，並使該蝕刻氣體之電漿產生，藉此以微粒子11為遮罩對基板表面10s進行蝕刻。
就使蝕刻氣體之電漿產生的方法而言，係有感應耦合(ICP)型、電容耦合(CCP)型、電子電子迴旋共振(ECR)型等各種方式，但亦可採用任一方法。再者，亦可藉由對基板10施加高頻偏壓電力，而使電漿中之離子週期性地照射在基板上。就蝕刻氣體而言，基板10為矽基板時，係可使用SF6 或NF3 、CoF2 等氟系氣體，基板10為藍寶石基板時，除了使用Cl2 等氯系氣體之外，亦可使用CHF3 等氟碳系氣體。
在基板10之蝕刻步驟中，微粒子11係發揮作為蝕刻遮罩之功能。因此，如第1圖C所示，未附著微粒子11之基板10之表面區域係選擇性被蝕刻而形成有凹部12a。另一方面，在進行該蝕刻之同時，如圖所示微粒子11亦被蝕刻，結果遮罩之厚度會減少。
更進一步進行蝕刻時，形成在基板表面10s之凹部會變深，如第1圖D所示在形成有預定深度之凹部12b的時間點，遮罩11會因該蝕刻處理而被去除。該凹部12b之深度係依蝕刻條件、作為遮罩之微粒子11的構成材料等而被控制。
如上所述，在基板10之表面10s形成有凹凸構造12(第1圖E)。依據本實施形態，不需要在形成凹凸構造12後從基板表面10s去除遮罩11之步驟。因此，用以將凹凸構造12形成於基板表面10s所需之步驟數會大幅刪減，因而可謀求基板10之處理效率、亦即生產性之大幅提升。
再者，依據本實施形態，可依據作為遮罩使用之微粒子11的粒徑，來控制形成於基板表面10s之凹部12b的深度或間矩(鄰接之凹部間的距離)等，並且可容易地獲得所希望之凹凸構造12。例如，使微粒子11之粒徑變得越小，越能使附著在基板表面10s之微粒子11的間隔減小，因此所形成之凹部12b的間矩會變窄。
再者，凹部12b的深度或間矩係可依據微粒子11相對於基板10之蝕刻選擇比而控制。例如，使用蝕刻速度比基板10快之材料作為微粒子11時，由於微粒子11之耐蝕刻性會降低，因此在基板表面10s會形成比較淺之凹部。另一方面，使用蝕刻速度比基板10慢之材料作為微粒子11時，在微粒子11因蝕刻而消失為止之期間，基板表面所接受之蝕刻處理時間會變長，因此在基板表面10s會形成比較深的凹部。
第2圖係以前述本發明之基板處理方法的實施結果所得之樣本的SEM照片。其顯示隨機在表面形成凸部的狀態。該凸部之形成區域係對應於附著有作為遮罩之微粒子的區域。再者，基板係藍寶石製，遮罩用之微粒子係使用粒徑0.1μm至4μm的聚苯乙烯粒子。
形成凹凸構造之凸部13(第1圖E)的形狀並無特別限定。第3圖係顯示半球狀之凸部13A，第4圖A、B係顯示圓錐形狀的凸部13B。再者，第5圖A、B係顯示彈頭狀或吊鐘狀之凸部13C。第16圖A、B係顯示圓錐台形狀之凸部13D。該等凸部之形狀係可依據基板10及微粒子11之構成材料、蝕刻條件(蝕刻時間、蝕刻壓力、蝕刻氣體等)來控制，並且可依據所適用之裝置的種類而任意地選定。
再者，如第4圖及第6圖所示，在側部形成有直線之傾斜面的凸部13B、13D中，該傾斜面之傾斜角並無特別限定，例如為45度至80度。
第7圖及第8圖係採用對表面施以前述凹凸構造之形成處理之基板10的光學裝置之概略構成圖。
第7圖係顯示應用於面發光二極體的應用例。基板10係由藍寶石基板所構成，在形成有凹凸構造12之面上，隔介緩衝層22積層有發光層21。發光層21係以例如氮化鉀系之半導體發光層所形成。在發光層21所發光之光係主要射出至正面側(圖中上方側)。射出至發光層21之背面側(圖中下方側)的光L1係穿透緩衝層22而在基板10的表面反射。
在圖示之例中，在基板10之表面形成有細微之凹凸構造12，因此從發光層21射出至背面側的光L1係藉由基板表面之凹凸構造12而反射或折射，而朝正面側配向。藉此，由於可提升朝發光層21之正面側的聚光性，因此可謀求光導出效率的提升。
另一方面，第8圖係應用於太陽電池之應用例。基板10係由矽基板所構成，以構成例如p型半導體層。在該基板10之表面形成有n型半導體層31。藉由該p型半導體層(基板)10及n型半導體層31而構成光電轉換層。在基板10之背面側形成有背面電極32，在n型半導體層31之表面，圖案化形成有正面電極33。外光(太陽光)L2係從n型半導體層31之表面側入射至光電轉換層，在光電轉換層中轉換為對應入射能量之電壓。所產生之電壓係藉由背面電極32及正面電極33導出至外部而蓄電。
在圖示之例中，在基板10之表面形成有微細之凹凸構造12，因此在與形成於該基板10之表面的n型半導體層31之界面及n型半導體層31之表面亦形成有微細之凹凸構造。在圖中雖係概略性顯示，但該凹凸構造較佳為以入射光之波長以下的凹凸間矩來形成。藉由該構成，n型半導體層31之表面中的光之反射率會大幅減低，而可提高入射至光電轉換層之外光的光量，以謀求轉換效率之提升。
再者，本發明並非僅限定於上述之實施形態者，當然在不脫離本發明之要旨的範圍內可進行各種變更。
例如在以上之實施形態中，雖係在基板10之表面形成凹凸構造，但本發明亦可應用在將凹凸構造形成在形成於基板10之表面的層或膜之表面的情形。例如，可將本發明適當地實施在對形成於矽基板之表面的自然氧化膜或形成於玻璃基板之表面的透明電極膜賦予凹凸構造的情形。
10．．．基板
10s．．．基板表面
11．．．微粒子
12．．．凹凸構造
12a、12b．．．凹部
13、13A、13B、13C、13D．．．凸部
21．．．發光層
31．．．n型半導體層
32．．．背面電極
33．．．正面電極
L1、L2．．．光
第1圖A至E係說明本發明實施形態之基板處理方法的概略步驟圖。
第2圖係顯示由本發明之基板處理方法所形成之凹凸構造之一例的SEM照片。
第3圖係顯示構成凹凸構造之凸部之形狀之一例的剖視圖。
第4圖係顯示構成凹凸構造之凸部之形狀之其他例的圖式，A為斜視圖，B為剖視圖。
第5圖係顯示構成凹凸構造之凸部之形狀之又一其他例的圖式，A為斜視圖，B為剖視圖。
第6圖係顯示構成凹凸構造之凸部之形狀之又一其他例的圖式，A為斜視圖，B為剖視圖。
第7圖係說明由本發明之基板處理方法所處理之基板之應用例的裝置之概略構成圖。
第8圖係說明由本發明之基板處理方法所處理之基板之應用例的其他裝置之概略構成圖。
10．．．基板
10s．．．基板表面
11．．．微粒子
12．．．凹凸構造
12a、12b．．．凹部
13．．．凸部

Claims (6)

  1. 一種基板處理方法，係將藉著與壓送管之內壁的摩擦而帶電的粒子藉由前述壓送管散佈至基板表面，而以透過帶電所造成的相互排斥使粒子之間在前述基板上保持一定間隔的方式使前述粒子附著在前述基板上，並且以前述粒子為遮罩對前述基板表面進行蝕刻，在前述基板表面形成凹凸構造的同時，藉由前述蝕刻去除前述遮罩。
  2. 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中，前述粒子係有機物材料。
  3. 如申請專利範圍第2項之基板處理方法，其中，前述粒子之粒徑為0.01μm至10μm。
  4. 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中，前述基板係在前述表面形成有發光層之發光二極體用的藍寶石基板。
  5. 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中，前述基板係在前述表面形成有光電轉換層之太陽電池用之矽基板。
  6. 一種基板，係具備：表面，可供藉著與壓送管之內壁的摩擦而帶電的粒子來散佈，且可供以透過帶電所造成的相互排斥使粒子之間保持一定間隔的方式來附著；以及凹凸構造，藉由以前述粒子為遮罩進行蝕刻處理來去除前述粒子而形成在前述表面。
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