WO2007057948A1

WO2007057948A1 - ワイヤ放電加工方法、半導体ウエハ製造方法及び太陽電池用セル製造方法

Info

Publication number: WO2007057948A1
Application number: PCT/JP2005/021002
Authority: WO
Inventors: Tatsushi Sato; Yoshihito Imai; Teiji Takahashi; Takeshi Sakata; Tomoko Sendai; Yoichiro Nishimoto; Shigeru Matsuno; Takeyuki Maegawa; Takaaki Iwata
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-11-16
Filing date: 2005-11-16
Publication date: 2007-05-24
Also published as: CN101309770A; CN101309770B; US20090212026A1; EP1952928A1; US8138442B2; EP1952928A4; JPWO2007057948A1

Abstract

　太陽電池用シリコンなどの不良導体に対するワイヤ放電加工方法と、このワイヤ放電加工方法に基づく半導体ウエハ製造方法及び太陽電池用セル製造方法に関するもので、ワイヤ電極に、パルス幅１μｓｅｃ以上、４μｓｅｃ以下で、かつ、ワイヤ電極の加工時のピーク電流が１０Ａ以上、５０Ａ以下となるパルス電圧を印加することにより、前記ワイヤ電極と加工対象物との間に放電パルスを発生させて、０．５Ω・ｃｍ以上、５Ω・ｃｍ以下の高比抵抗硬脆材料を放電加工する方法を提供する。

Description

明細書

ワイヤ放電加工方法、半導体ウェハ製造方法及び太陽電池用セル製造方法

技術分野

[0001] この発明は、太陽電池用シリコンなどの不良導体に対するワイヤ放電加工方法と、このワイヤ放電加工方法に基づく半導体ウェハ製造方法及び太陽電池用セル製造方法に関するものである。

背景技術

[0002] 工作物の比抵抗が小さ!/、金型材料等のワークピースに対してワイヤ放電力卩ェを適用する場合はその加工条件として、加工液として脱イオン水を使用し、一般に電流ピーク値が高ぐパルス幅の短い電源が用いられている（非特許文献 1、 15頁左欄 26 行目から 28行目）。これにより放電状態が安定し、大きい加工速度が得られる。このような加工条件は、特に、その高速性から、荒加工 (ファーストカットもしくはラフカットともいう。これに対して、既カ卩工面を掠めるようにワイヤを移動させつつ小エネルギーの放電を発生させ、既加工面上のワークを微小量だけ除去することにより加工面粗度を向上させる加工を仕上げカ卩ェという。）に適したものとなっている。しかし、このような高ピーク、短パルス電流といういわゆる荒カ卩ェ条件を、太陽電池用シリコンのような 0. 5 Ω ' cm程度以上の高比抵抗材料の加工に適用すると、加工機ワイヤの断線が頻発してカ卩ェできない。

[0003] また、ェピタキシャルウェハ用として使用されている比抵抗 10^_2 Ω ' cm程度の、比較的小さい比抵抗のシリコン素材のスライスカ卩ェに対しては、 0. 1Aという低ピーク電流条件を適用した例（特許文献 1、 4頁、 2行目から 9行目）や、長パルス幅（5 μ sec 〜数 sec)、低ピーク電流（22A以下）という加工条件を適用してカ卩ェ液として脱イオン水を使用して放電加工した例が報告されている (非特許文献 1、 16頁左欄 4行目から 5行目、及び同右欄 7行目から 24行目）。しかし、太陽電池用シリコン素材のように 0. 5 Ω ' cm程度以上の高比抵抗材料に対しては、上記放電加工では加工が困難と考えられていた (非特許文献 2、 11頁左欄 11行目から 15行目、及び図 2)。 [0004] 一方、絶縁性材料に対するワイヤ放電カ卩ェは、油性加工液中で放電加工の熱作用により生じた分解カーボンを工作物表面に付着させ、該付着カーボンの電導性を利用して放電を継続させて加工する方法が知られており（例えば特許文献 2、要約）、太陽電池用シリコンのように 0. 5 Ω ' cm程度以上の高比抵抗材料については、この絶縁性材料に準じた加工方法以外では加工困難と考えられてきた。

[0005] 特許文献 1 :特開平 9 248719号公報

特許文献 2：特開平 9 - 253935号公報

非特許文献 1 :電気加工学会誌 Vol. 34, No. 75, 2000

非特許文献 2 :電気加工学会誌 Vol. 30, No. 65, 1996

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] 放電の熱作用により生じた分解カーボンを工作物表面に付着させ、その導電性を利用して放電を継続させて加工するという方法は、加工速度が低く実用性に乏しかつた。また、この方法では、ワイヤ放電力卩ェで一般的に用いられる脱イオン水ではなぐ油性の加工液を使用する点も、防火対策や加工液補充時の取り扱いや環境保護対策等の点で使用者に負担を強、て、た。

[0007] 本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、加工液が油性だけでなく脱イオン水であっても、太陽電池用シリコンに代表される 0. 5 Ω ' cm以上の不良導体を、実用上十分な速度で加工することを目的としている。

課題を解決するための手段

[0008] この第 1の発明に係るワイヤ放電加工方法は、ワイヤ電極に、パルス幅 1 μ sec以上、 4 sec以下で、かつ、ワイヤ電極の加工時のピーク電流が 10A以上、 50A以下となるパルス電圧を印加することにより、前記ワイヤ電極と、 0. 5 Ω ' cm以上、 5 Ω ' cm 以下の比抵抗値を有する加工対象物との間に放電パルスを発生させて、前記加工対象物をカ卩ェするものである。

[0009] この第 2の発明に係る太陽電池用セル製造方法は、太陽電池用半導体ウェハの受光面に放電加工を施した後に、前記太陽電池用半導体ウェハ加工面に付着した金属成分をマスクとして利用してテクスチャリング工程を実施するものである。発明の効果

[0010] この第 1の発明によれば、高抵抗材料に対して、加工液に油性液のみならず脱ィォン水を用いても、ワイヤが断線することなぐ実用上十分な速度で放電加工可能となる。また硬脆材料についても折損することなぐ実用上十分な速度で放電加工可能となるため、半導体ウェハや、太陽電池用セルの製造にも利用できる。

[0011] この第 2の発明によれば、放電加工により加工面に付着した金属成分をマスクとして利用することができるので、マスク製作の手間、費用が削減でき、容易に受光面に微細な凹凸を持つテクスチャを形成できる。これにより受光表面での反射が抑制され、発電効率の高、太陽電池用セルを容易に製造することができる。

図面の簡単な説明

[0012] [図 1]本発明の実施の形態 1に係るスライス工程を示す図である。

[図 2]本発明の実施の形態 1に係る群パルス電圧波形を示す図である。

[図 3]本発明の実施の形態 1に係る加工条件と加工速度との関係を示す図である。

[図 4]本発明の実施の形態 2に係る pn分離工程でのワイヤ放電加工を示す図である

[図 5]本発明の実施の形態 3に係る、スライス工程によって得られたウェハにアルカリによるエッチング処理を施した表面性状を示す図である。

[図 6]本発明の実施の形態 3に係る、スライス工程によって得られたウェハに混酸によるエッチング処理を施した表面性状を示す図である。

[図 7]本発明の実施の形態 3に係る、スライス工程によって得られたウェハに反応性ィオンエッチング処理を施した表面性状を示す図である。

[図 8]本発明の実施の形態 3に係る他のワイヤ放電カ卩ェ処理を示す図である。

[図 9]本発明の実施の形態 3に係る形彫り放電加工処理を示す図である。

符号の説明

[0013] 1 ワイヤ電極、 2 給電子、 3 電流制限抵抗、 4 加工電源、 5 加工対象物、 6 加工液、 7 シリコンウェハ、 8 工具電極

発明を実施するための最良の形態 [0014] 実施の形態 1

本実施の形態 1に係る発明は、ワイヤ電極からの放電パルスを低ピーク、短パルス条件にして、高比抵抗材料に対して放電力卩ェを施すというものである。

図 1は本発明の実施の形態 1による高比抵抗材料のスライス工程を示す図である。図 1において、 1はワイヤ電極、 2は後述する加工電源からの電流をワイヤ電極 1に供給するための給電子、 3はワイヤ電極 1に供給する電流を制限するために設置される電流制限抵抗、 4は電流制限抵抗 3と給電子 2とを介して放電加工に使用する放電電流をワイヤ電極 1に供給する加工電源、 5は加工対象物であり、この例では高比抵抗のシリコンブロックである。 6は加工時に加工対象物 5とワイヤ電極 1との間の加工部位に注ぐカ卩工液である。ワイヤ放電カ卩ェ装置は、ワイヤ電極 1とカ卩ェ対象物 5との間の放電により、加工対象物 5を加工する装置で、ワイヤ電極 1、給電子 2、電流制限抵抗 3、及びカ卩ェ電源 4を含む。

[0015] 実施の形態 1に係る発明の動作を図 1に従って、以下に説明する。金属製のワイヤ電極 1は給電子 2および電流制限抵抗 3を介して加工電源 4の一方の極に接続され、ワイヤ電極長手方向に走行している。加工対象物 5は加工電源 4の他方の極に接続され、ワイヤ電極 1と微小な距離を隔てて対向するように図示しない制御装置により相対位置が常に制御されている。ワイヤ電極 1と加工対象物 5との間には絶縁性の加工液 6が供給されている。加工液 6の供給は、ノズルによりワイヤ電極 1とカ卩ェ対象物 5との間に噴きつけてもよいし、図示しない加工槽内にワイヤ電極 1と加工対象物 5とを設置して加工液 6を加工槽内に満たす方法でもよい。加工電源 4は電流制限抵抗 3を介してワイヤ電極 1とカ卩ェ対象物 5との間に後述する低ピーク短パルス放電を発生させる。加工対象物 5は発生した放電によりワイヤ電極 1の周囲が溶融除去される力ワイヤ電極 1との距離が離れすぎな、ように加工対象物 5の位置が制御されてヽるから、除去された分だけカ卩ェ対象物 5はワイヤ電極 1に向力つて移動する。これが順次繰り返されるので、加工対象物 5はスリット状にカ卩ェされることになる。加工対象物 5の端面または既加エスリットのすぐ傍を平行にスリット加工すれば、ウェハ状にシリコンがスライスカ卩ェされる。

[0016] 次に、上記の低ピーク短パルスカ卩ェ条件について説明する。図 2は本実施の形態 1におけるワイヤ電極 1に印加する群パルス電圧波形を示す概念図である。なお、このパルス電圧波形は放電の際のパルス電流波形とは異なる。パルス電流波形は、このパルス電圧波形を印加した後、放電開始により立ち上がるので、通常パルス電流の幅はパルス電圧の幅よりも小さい。従って、ワイヤ電極 1に印加するパルス電圧幅を小さくし、かつ、電流制限抵抗 3により電流ピーク値を低く抑えることにより、放電電流波形は低ピーク短パルス波形になる。低ピーク、短パルス電流を加工条件とする理由は下記のとおりである。

[0017] 高ピーク、短パルス電流という荒カ卩ェ条件を、太陽電池用シリコンのように 0. 5 Q - c m程度以上の高比抵抗材料の加工に適用すると、ワイヤ電極 1の断線が頻発して加ェを継続することが困難になる。その理由は、太陽電池用シリコンは高比抵抗であるから、荒加工条件である高ピーク短パルスの大電流を投入すると、材料中で発生する多量のジュール熱により放電発生点が加熱されて高温となるため、放電が多発する放電集中状態となり、そのためにワイヤが断線するものと考えられる。また、放電周波数を低下させる等の方策により放電集中状態を回避できたとしても、シリコンは硬脆材料であるから、 1回の放電で多量のエネルギーを投入するとウェハが折損する可能性が高いと考えられる。このことは、低ピーク、長パルス条件での加工の場合も同様である。以上の考察から、 0. 5 Ω ' cm程度以上の高比抵抗材料のスライスカロェに対しては、高ピーク短パルス電流もしくは低ピーク長パルス電流条件は適して！/ヽないと考えられる。

[0018] 他方、シリコンの融点は鋼に比べて必ずしも高くはな、上、硬脆材料であるから放電による溶融部の周囲は熱衝撃により破壊すると考えられるため、実用的な加工速度の実現に要する加工エネルギーはそれほど大きくないと推察される。したがって、小電流の放電パルスを発生させてワイヤの断線とウェハの折損を防止しつつ、放電繰り返し周波数を高めて加工速度の向上を図る方法、すなわち、低ピーク短パルス電流を高い繰り返し周波数で発生させる方法が適していることになる。つまり、太陽電池用シリコンのスライスカ卩ェは、荒カ卩ェ工程であるにもかかわらず、その加工には、 1回の放電で投入されるエネルギーが小さい低ピーク短パルスという仕上げ力卩ェ条件を適用するという、これまでの放電加工分野の常識力すると一見非常識な方策が加工条件として適当であることになる。以上の考察に基づき、本発明に係る荒加工に適用する低ピーク短パルスという加工条件を求めるために実施したスライス力卩ェ実験について説明する。

図 3に示す表は、図 1に示す装置を使い、図 2に示す群パルス電圧をワイヤ電極 1 に印加して行ったスライス加工実験結果をまとめたもので、加工条件と加工速度との関係を示すものである。使用したカ卩ェ対象物 5は、スライスカ卩工面が 150mm X 150 mmの、比抵抗 1. 2 Ω 'cmの太陽電池用多結晶シリコンブロックである。表中の「電流制限抵抗」は、既に説明した通り、放電回路に直列に接続したもので、ワイヤ電極 1に印加された電圧により流れる電流値を制限し低ピーク電流を実現するための抵抗、「開放電圧」は、ワイヤ電極 1に印加されるパルス電圧のピーク値である。放電時にワイヤ電極 1を流れる電流は、この「開放電圧値」を「電流制限抵抗」値で除して得られる値を超えることはなぐこの表ではこの値を「ピーク電流」として表示している。「 ON時間」は群パルス中、パルスが ONになっている時間で、パルス幅に等しい。また、「OFF時間」は群パルス中、隣接パルス間のパルスが OFFになっている時間である。「ONZOFF数」は、 1群パルス中に含まれる、パルスの ONZOFFを一組としたときの数であり、含まれるパルス数に等しい。この数に「ON時間」と「OFF時間」の合計値を乗じた値は「群パルス 1継続時間」になる。「休止時間」は群パルス終了時点と次の群パルスの開始時点との間の時間を示す。図 2に示す「休止時間」は 1群のパルスを、まず OFF状態から始まり、次に ON状態になり、最後は ON状態の終了で、 1群のパルスが終了するとして表示してある。「正側群パルス」、「負側群ノルス」は、それぞれワイヤ電極 1に印加するパルスの電圧値が正であるか負であるかを示す。「加工液」の欄に記載の「水性」とは脱イオン水を、「加工速度」は表中各行に記載の加工条件で加工したときに得られた加工速度を示す。現在市場に供されて!ヽる最小サイズ、すなわちスライス加工面が 125mm X 125mmのサイズのときにスライス加工に要する時間が 24時間以内であることを目安にすると、「加工速度」は l lmm²Zmin以上であることが好ましいといえる。また、表中 No. 1、 2は群パルス毎に正側と負側にパルス極性を交互に反転させて実験し、 No. 3以降は、負側の群パルスを使って実験した。この図 3から下記のことが抽出できる。

(1)ワイヤ電極 1に印加するパルス電圧のパルス幅が 1 μ sec以上、 4 μ sec以下で、かつピ

ーク電流が 12A以上、 50A以下となるようなカ卩ェ条件であれば、加工速度 11mm² Zmin以上を満たす。表中、「加工不可」の記載のある No. 10と No. 14とを除いた全てのケースがこれに該当する。なお、ピーク電流を 1 OAとしても、上記好ましいカロェ速度 l lmm²Zminより若干小さい値にはなるものの、近傍の加工速度は確保できるので、ピーク電流の下限値を 10Aとしても良い。

(2)ピーク電流が 50A以下であっても、パルス幅が 4 secを超えると加工不可、即ち、ワイヤの断線が頻発するようになった (No. 14参照)。

(3)パルス幅が 4 sec以下であっても、ピーク電流が 50Aを超えると加工不可、即ち、ワイヤの断線が頻発するようになった (No. 10参照)。

(4)実験条件中、加工速度が最も良好だったのは、 No. 9の条件で、水性加工液を用い、開放電圧 150V、電流制限抵抗 4 Ω (ピーク電流 37. 5A)、単極性パルス、 O NZOFF時間各 2 μ sec (繰り返し周波数 250kHz)、 ONZOFF数 8、休止時間 70 μ secのときであった。

(5)休止時間を群パルスの 1継続時間以下に短くして、群ノルスの放電周波数を高めるよりも、休止時間を群パルスの 1継続時間よりも長くしたほうが、加工速度は向上する。

休止時間を長く設定してワイヤおよびワークピースの冷却を促進することによる効果と考えられる。

休止時間の効果は、表中、下記のデータからわかる。

•No. l、2 ;No. 1データでは正負ともに群パルス印加後の休止時間は群パルス 1継続時間と同じであるが、 No. 2データでは正側群パルス印加後の休止時間は正側群パルスの 1継続時間よりも長くしてある。その結果わずかではあるが No. 1の場合に比べて、 No. 2の場合の加工速度が向上している。

•No. 3、 4、 5 ;いずれも、単極性パルスの場合であり、 No. 3は休止時間と群パルス 1継続時間とが同じ場合で、 No. 4、 5は休止時間を群パルス 1継続時間よりも長く設定した場合のである。 No. 4、 5の何れの場合も、その加工速度は、 No. 3の場合の加工速度よりも改善されている。群パルス 1継続時間を 30 secから 60 secに変えた場合でも、同様の効果が認められる。

(6)単極性パルスでも両極性パルスでも、上記（1)の条件を満たす限り、加工速度は l lmm²Zmin以上となる。また、両極性パルスよりも、単極性パルスでの加工のほう力わずかながらカ卩ェ速度が向上する。これは、加工対象が P型シリコンであるから、ワイヤの電位をワークピースより低くしたパルスのみを印加する単極性パルスの方が

、ワイヤを正側と負側に交互に印加する両極性パルスよりも加工条件としてより好まし Vヽと、う理由によるものと考えられる。

(7)上記（1)の条件を満たす限り、加工液は油性に限らず、水性でも加工速度は 11 mm²Zmin以上となる。更に、水性カ卩工液のほうが油性カ卩工液よりも加工速度が向上した (No. 9と No. 15を比較参照）。

[0021] なお、図 3は、比抵抗値が 1. 2 Ω ' cmのシリコンブロックを使用した実験の結果を示すものである力比抵抗値が 0. 5 Ω ' cmから 5 Ω ' cmまでの加工対象物にたいしても同様の結果が得られて、る。

[0022] 従って、本実施の形態 1の発明図 1に示した構成で、パルス幅が 1 μ sec以上、 4 μ sec以下で、放電のピーク電流が 10から 50Aの範囲内になるような群パルス電圧をワイヤ電極 1に印加することにより、加工対象物に対して低ピーク短パルスの小エネルギー放電を高い周波数で繰り返し発生させるので、太陽電池用シリコン等、 0. 5 Ω •cmから 5 Ω ' cmの高比抵抗硬脆材料に対して、加工液に油性液のみならず脱ィォン水を用いても、ワイヤの断線やシリコンウェハの折損が発生することなぐ実用上十分な速度で放電加工が可能となる。また、ワイヤ放電加工は非接触加工であるから、シリコンウェハの薄肉化やカーフロスを小さくすることが可能となり、太陽電池の低コストイ匕が実現できる。

なお、群パルスの 1継続時間に対して休止時間を長くしたほうが、加工速度が改善され、また、両極性パルスよりも単極性パルスの方がわずかながらカ卩ェ速度が改善される。但し、その極性は、加工対象物が N型か P型のいずれかに依存する。

[0023] なお、本実施の形態に係る発明は、スライス力卩ェに限定されるものではなぐあらゆる加工に適用可能であり、上記と同様の効果を奏することができる。

[0024] 実施の形態 2

上述の通り、本願に力かる発明はスライス力卩ェに限られるものではなぐ太陽電池用シリコンに代表される高比抵抗材料をワイヤ放電加工するにあたって一般的に有用な方法である。本実施の形態は、本発明にかかる放電加工を太陽電池製造工程中の pn分離工程に適用したものである。図 4は本実施の形態に係る pn分離工程を示す。

[0025] まず、 pn分離工程について説明する。一般に、太陽電池用シリコンウェハは 0. 5

Ω 'cm以上、 5 Ω 'cm以下の高比抵抗の p型シリコンに調整されており、拡散工程にてウェハ表面、裏面、側面を導電率の高い n+型シリコンにする。裏面側は、その後のアルミ電極形成工程により導電率の高い P+型となる力この裏面の P+層がゥェハ側面の n+層を介して受光面となるウェハ表面の n+層と接触していると、受光表面に励起された電荷の一部が直接裏面に流入してしまうため発電効率が低下する。そこで、ウェハ側面の n+層を除去して比抵抗の大きい p層を露出させることにより、受光面側から裏面側へ至る経路の電気抵抗を高める pn分離工程が必要になる。

[0026] 従来、この pn分離工程には量産性に優れた反応性イオンエッチングが用いられてきたが、本実施の形態では装置コストおよび運用コストが低廉なワイヤ放電加工を採用する。すなわち、図 4に示すように、拡散工程を経たウェハの側面に沿ってワイヤを移動させつつ、実施の形態 1に示した条件で放電加工すると、ウェハを折損することなく端面の n+拡散層を除去できる。なお、原理的にはウェハー枚ずつ加工しても支障はないが、図 4に示すようにウェハを多数枚重ねて一度に加工する方力効率の点で好ましいことは言うまでもない。また、多数枚重ねると放電がワイヤ上の狭い範囲に集中することなく分散放電状態となるため、集中放電による不安定状態や加工面損傷が生じにくぐ安定して高品位な加工を実現できる効果も生じ、反応性イオンェツチングと遜色な、生産性を、より低廉なコストで実現できる利点が生じる。

[0027] 以上のように、実施の形態 1に示した加工条件で pn分離工程のウェハ側面加工を実施すれば、ワイヤ電極の断線や、ウェハの折損も生じず、実用上十分な速度で、 p n分離工程を実施できるとともに、従来法である反応性イオンエッチングによる pn分離工程に要する大型かつ高価な装置の購入や設置場所の確保、当該装置のメンテナンス、加工消耗品などに要する費用を大きく削減でき、低価格太陽電池用セルの製造が可能になる。

[0028] 実施の形態 3

本実施の形態 3に係る発明は、太陽電池用として使用される高比抵抗のシリコンブロックを実施の形態 1に示すカ卩ェ条件でワイヤ放電カ卩ェによりスライスカ卩ェして得られたシリコンウェハに対して、この放電加工により加工面に付着した金属成分をマスクとして利用してテクスチャリング工程を実施するというものである。

[0029] 従来の太陽電池用セルの製造工程には、遊離砲粒を用いたワイヤソーを用いてシリコンブロックからウェハを薄く切り出すスライス工程と、この工程により得られたシリコンウェハに対して KOHなどのアルカリ溶液を用 V、たエッチングを施して表面に凹凸形状を形成するテクスチャリング工程があった。

[0030] テクスチャリング工程は、セル表面力の反射光を減少させるベぐ表面に受光波長と同程度の大きさの微細な凹凸を形成する工程である。通常、このテクスチャリング工程には水酸ィ匕カリウムなどのアルカリ水溶液を用いたエッチング処理が採用される。しかし、アルカリ水溶液のみでは形成される凹凸が大き過ぎるため、アルコールなどのエッチングを抑制する成分を混入して凹凸形状の微細化を図る手法が一般的であるが、その効果は十分なものではなかった。

[0031] また、上記処理は結晶方位により効果の得られる程度が異なるので、現在広く使用されている多結晶シリコンウェハの受光面全体に十分な効果を得ることは難しい。したがって、結晶方位による差異のない処理、たとえば混酸を用いたエッチングや反応性イオンエッチング (RIE)を用いたドライエッチング処理の採用が試みられて、る。しかし、これらの処理は結晶方位による差異がないのであるから、これらの処理を用いて表面に凹凸形状を形成するためには、表面が不均一に処理されるように、あらかじめ表面にマスクを形成しておくなどの工夫を要する。しかし、微細なマスクの形成にはコストを要するため、これまでこれらの処理は一般的でな力つた。

[0032] 一方、太陽電池用として使用されるシリコンの比抵抗は、 0. 5 Ω 'cm以上、 5 Q -c m以下という実施の形態 1で示したカ卩ェ対象物の比抵抗の範囲に含まれており、実施の形態 1で示した加工条件を適用したワイヤ放電加工により実用的な速度でスライス加工が可能である。そして、そのようにしてスライス加工されたウェハ表面にはワイャ電極材料に起因する金属成分が付着する。そのため、受光面として利用するゥェハ表面に付着した金属成分を、テクスチャリング工程にぉ、てマスクの役割を果たすものとして利用することが可能である。即ち、ワイヤ放電カ卩ェによれば、ウェハを作成するスライス工程と、受光面として利用するウェハ表面にテクスチャリング処理の際にマスクとして利用できる金属成分を付着させる工程とを同時に実施することができ、別途微細なマスクを形成する必要がなくなる。これにより上記テクスチャリング処理に不均一を生ぜしめるため、従来よりも微細なテクスチャ形状を容易に実現することができる。

[0033] 次に、付着金属成分量と加工条件との関係について説明する。放電加工でワークに付着する金属成分は放電電流の立ち上がりが遅いほど、放電パルス幅が長いほど多い。付着金属成分が過少の場合には当然ながらマスク作用が不十分となる問題が生じる力過多の場合にも付着の不均一性が損なわれるためマスク作用が不十分となり、さらにテクスチャリング工程後のマスクの除去に要する費用と時間が増大するという問題が生じる。実用的な速度で加工できる範囲内では、加工面全面に金属成分が付着するため、付着量の過少より過多が問題となる場合が多い。したがって、適切な付着量を実現するためには放電電流の立ち上がりを速ぐ放電パルス幅を短く設定する必要がある。放電電流の立ち上がりは、開放電圧が高いほど、また電流制限抵抗が小さいほど速くなる。実験によれば、開放電圧 150V印加時に電流制限抵抗 16 Ω程度以下、すなわち最大電流を 10A程度以上に設定すれば問題ないようである。また、放電パルス幅はシリコンを正常に加工できる範囲、すなわち ONZOFF 時間が 4 sec以下であれば問題な力つた。これらの条件は実施の形態 1で述べた本願発明に係る加工条件と合致するので、本願発明に係る加工条件に基づきワイヤ放電力卩ェでスライスカ卩ェしたシリコンウェハであれば、加工面に付着した金属成分はテクスチャリング工程におけるマスクとしての適格性を有するものであるということができる。

[0034] 次に、放電力卩ェに伴いウェハ表面に付着した金属をマスクとして使用して各種エツチング処理をした場合の効果について説明する。図 5は、ウェハ表面に付着した金属をマスクとして使用して、アルカリ水溶液によるエッチング処理を施した場合のゥェハ断面を示す図である。このように、結晶方位に応じた角度で微細なピラミッド型断面形状を有する凹凸が集積した表面が形成される。既に説明したように，放電加工により表面に付着した金属成分がマスクとして作用してエッチング処理を抑制するため、従来のアルカリエッチング処理表面よりも微細な凹凸が形成される。したがって、反射防止コートなしでの可視光平均反射率を 25%程度力も 22%程度へ低減できる。

[0035] 図 6は、ウェハ表面に付着した金属をマスクとして使用して、混酸によるエッチング処理を施した場合のウェハ断面を示す図である。放電カ卩ェにより表面に不均一に付着した金属成分がマスクとして作用してエッチング処理を不均一化するため、図示するような微細なすり鉢型断面形状を有する凹凸が結晶方位によらず受光面全面に形成される。したがって、反射防止コートなしでの可視光平均反射率がさらに低減し 20 %程度となる。

[0036] 図 7は、ウェハ表面に付着した金属をマスクとして使用して、反応性イオンエツチングによるドライエッチング処理を施した場合のウェハ断面を示す図である。混酸による処理の場合と同様の作用にカ卩え、金属付着物によるマスクがスパッタリングされてさらに微細なマスクとなるマイクロマスキング現象が生じて、図に示したように、より微細な凹凸が重畳される。したがって、可視光全域での反射率低減が可能となり、反射防止コートなしでの可視光平均反射率を 18%程度にまで低減できる。

[0037] 以上のように、このような方法によれば、放電加工により加工面全体に付着したワイャ電極の金属成分力テクスチャリング工程にてマスク作用を生じて入射光波長と同程度の微細な凹凸をもつテクスチャ形状が形成されるため、受光表面での反射が抑制され、発電効率の高い太陽電池が実現できる。また、スライス工程をワイヤ放電カロェにて実現することにより、シリコンのスライス加工と金属成分の付着処理を同時に実行できるから、工程が簡略ィ匕できる。

[0038] 金属ワイヤの材質は、ワイヤ放電加工で一般的に用いられる黄銅において著しい効果が認められるが、この効果は黄銅に限られるわけではなぐ銅、亜鉛、鉄、 -ッケル、クロム、コバルト、アルミ、チタン、モリブデン、タングステン、ニオブ、タンタル等、どのような金属であってもよ!/ヽ。

[0039] なお、図 8に示すように既に薄板状に整形されたウェハの受光面を掠めるようにワイャ電極を移動させつつ放電を発生させて表面を加工したウェハを用いても上記と同様な効果を奏することができる。この構成によれば、既に薄板形状に整形されたゥェハに対して微細な凹凸を持つテクスチャ形状を形成できるから、シリコンブロックからスライスカ卩ェされたウェハのみならず、リボン結晶引き上げ方式などのようにスライス工程のな!ヽ方式で製造されたウェハにも対応できる。

[0040] また、ワイヤ放電カ卩ェではなぐ図 9に示すようにソリッドな工具電極 8を用いた形彫り放電加工を利用しても良い。この構成によれば、工具電極からの金属材料の付着を、受光面全体に一括して実行できるから、高速処理が可能となる。なお、図 9に示すような四角形状の工具電極ではなぐ中心軸回りに回転させた円柱電極の側面で放電を発生させても良ぐ加工屑の排出が容易となる利点がある。

[0041] 以上の説明では太陽電池用セルがシリコンである場合について説明した力シリコンに限定する必要性はなぐ本実施の形態で説明したように、放電加工を伴うもので、かつその加工表面にテクスチャリング工程を施すものについては、全て本実施の形態に係る発明を適用することが出来、本実施の形態に記載の効果と同様の効果を奏することができる。実施の形態 1で規定したワイヤ放電力卩ェに力かる条件とカ卩ェ対象物の範囲について本実施の形態に係る発明を適用した場合は、段落 0033に記載の理由により、特に、その効果が顕著である。

Claims

請求の範囲

[1] ワイヤ電極に、パルス幅 1 μ sec以上、 4 μ sec以下で、かつ、ワイヤ電極の加工時のピーク電流が 10A以上、 50A以下となるパルス電圧を印加することにより、前記ワイャ電極と、 0. 5 Ω ' cm以上、 5 Ω ' cm以下の比抵抗値を有する加工対象物との間に放電パルスを発生させて、前記加工対象物を加工するワイヤ放電加工方法。

[2] パルス電圧印加を短い周期で繰り返した後に、電圧を印加しない期間を設ける群パルス波形をワイヤ電極に印加することを特徴とする請求項 1に記載のワイヤ放電加工方法

[3] 電圧を印加しない期間を、一群のパルス電圧印加を短い周期で繰り返す期間よりも長く設定することを特徴とする請求項 2記載のワイヤ放電加工方法。

[4] ワイヤ電極に、パルス幅 1 μ sec以上、 4 μ sec以下で、かつ、ワイヤ電極の加工時のピーク電流が 10A以上、 50A以下となるパルス電圧を印加することにより、前記ワイャ電極と、 0. 5 Ω ' cm以上、 5 Ω ' cm以下の比抵抗値を有する半導体材料との間に放電パルスを発生させて、前記半導体材料をスライス加工して薄板状の半導体ゥェハを製造する半導体ウェハ製造方法。

[5] 半導体材料が P型シリコンであり、当該 P型シリコンの電位をワイヤ電極の電位より高く設定して放電を発生させることを特徴とする請求項 4に記載の半導体ウェハ製造方法。

[6] 一群のパルス電圧印加を短い周期で繰り返した後に、電圧を印加しない期間を設ける群パルス波形をワイヤ電極に印加することを特徴とする請求項 4又は 5に記載の半導体ウェハ製造方法。

[7] 電圧を印加しない期間を、一群のパルス電圧印加を短い周期で繰り返す期間よりも長く設定することを特徴とする請求項 6記載の半導体ウェハ製造方法。

[8] ワイヤ電極に、パルス幅 1 μ sec以上、 4 μ sec以下で、かつ、ワイヤ電極の加工時のピーク電流が 10A以上、 50A以下となるパルス電圧を印加することにより、前記ワイャ電極と、拡散工程を経て n+層となった太陽電池用シリコンウェハの側面との間に放電パルスを発生させて、前記 n+層を除去する加工を施すことにより受光面と裏面の拡散層を分離する pn分離工程を介して太陽電池用セルを製造する太陽電池用セル製造方法。

[9] n+層の除去カ卩ェ対象である太陽電池用シリコンウェハの側面は、当該太陽電池用シリコンウェハをその受光面側に複数重ねて形成される前記太陽電池用シリコンゥェハの複数の側面力なるものであることを特徴とする請求項 8に記載の太陽電池用セル製造方法。

[10] 太陽電池用半導体ウェハの受光面に放電加工を施した後に、前記太陽電池用半導体ウエノ、カ卩工面に付着した金属成分をマスクとして利用してテクスチャリング工程を実施することを特徴とする太陽電池用セル製造方法。

[11] 受光面に施す放電カ卩ェは、ワイヤ電極に、パルス幅 1 μ sec以上、 4 μ secマイクロ秒以下で、かつ、ワイヤ電極の加工時のピーク電流が 10A以上、 50A以下となるパルス電圧を印加することにより、前記ワイヤ電極と、 0. 5 Ω ' cm以上、 5 Ω ' cm以下の比抵抗値を有する太陽電池用半導体ウェハとの間に発生する放電パルスを用いるワイャ放電加工であることを特徴とする請求項 10に記載の太陽電池用セル製造方法。

[12] 太陽電池用半導体ウェハの受光面に施す放電加工は、太陽電池用半導体ウェハを形成するための太陽電池用半導体材料のスライス工程に使用するワイヤ放電加工であることを特徴とする請求項 11に記載の太陽電池用セル製造方法。

[13] テクスチャリング工程にて、混酸を用いたエッチング処理を施すことを特徴とする請求項 10乃至 12のいずれかに記載の太陽電池用セル製造方法。

[14] テクスチャリング工程にて、反応性イオンエッチング処理を施すことを特徴とする請求項 10乃至 12のいずれかに記載の太陽電池用セル製造方法。