(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記転写部は、前記半導体基板の表面に対して垂直方向に延びる複数の薄板状の弾性体からなるブラシで構成され、かつ、該ブラシの少なくとも先端部に、溶液の触媒として作用する触媒を備えており、
前記半導体製造装置は、
前記半導体基板の表面に溶液を投下する投下手段と、
前記転写部を、前記ブラシの先端部が、前記溶液が投下された前記半導体基板の表面に接触するべく水平移動する水平移動手段と、
を備え、
前記ブラシを構成する複数の薄板状の弾性体は、前記転写部の水平移動方向に対して垂直方向に配列されており、
前記ブラシの先端部が接触した前記半導体基板の表面が、前記投下手段から投下された前記溶液と前記触媒との反応によりエッチングされることによって、前記転写部の形状が前記半導体基板の表面に転写されることを特徴する半導体製造装置。
【請求項２】
前記投下手段は、前記転写部が水平移動する領域に前記溶液を投下することを特徴する請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記投下手段は、前記水平移動手段が水平移動する前、または水平移動するとともに、前記溶液を投下することを特徴する請求項１または請求項２に半導体製造装置。
【請求項４】
前記投下手段は、前記半導体基板毎に所定量の溶液を投下することを特徴する請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記ブラシの先端部は、前記転写部が前記水平移動手段により水平移動する際、前記半導体基板の表面に垂直な方向に対して、水平移動の方向と反対方向に曲がりながら、前記半導体基板の表面と接触して水平移動することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項６】
前記水平移動手段が前記水平移動する場合に、所定の速度で移動することを特徴する請求項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。
【請求項７】
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６のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項８】
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７のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項９】
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８のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項１０】
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９のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項１１】
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１０のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項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、
前記転写部は、前記半導体基板の表面に対して垂直方向に延びる複数の薄板状の弾性体からなるブラシで構成され、かつ、該ブラシの少なくとも先端部に、溶液の触媒として作用する触媒を備えており、
前記半導体基板の表面に溶液を投下する投下工程と、
前記転写部を、前記ブラシの先端部が、前記溶液が投下された前記半導体基板の表面に接触するべく水平移動する水平移動工程と、
を含み、
前記ブラシを構成する複数の薄板状の弾性体は、前記転写部の水平移動方向に対して垂直方向に配列されており、
前記ブラシの先端部が接触した前記半導体基板の表面が、投下された前記溶液と前記触媒との反応によりエッチングされることによって、前記転写部の形状が前記半導体基板の表面に転写されることを特徴する半導体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体製造装置及び半導体製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
基板の表面にポリマーを含んだ表面が凹凸な薄膜を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２においては、基板表面に被膜形成溶液を刷毛で１〜１０μｍになるように塗布する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】（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
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２６３４７４公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、前記転写部は、前記半導体基板の表面に対して垂直方向に延びる複数の薄板状の弾性体からなるブラシで構成され、かつ、該ブラシの少なくとも先端部に、溶液の触媒として作用する触媒を備えており、前記半導体製造装置は、前記半導体基板の表面に溶液を投下する投下手段と、前記転写部を、前記ブラシの先端部が、前記溶液が投下された前記半導体基板の表面に接触するべく水平移動する水平移動手段と、を備え、前記ブラシを構成する複数の薄板状の弾性体は、前記転写部の水平移動方向に対して垂直方向に配列されており、前記ブラシの先端部が接触した前記半導体基板の表面が、前記投下手段から投下された前記溶液と前記触媒との反応によりエッチングされることによって、前記転写部の形状が前記半導体基板の表面に転写されることを特徴する。
また、前記投下手段は、前記転写部が水平移動する領域に前記溶液を投下することを特徴する。
また、前記投下手段は、前記水平移動手段が水平移動する前、または水平移動するとともに、前記溶液を投下することを特徴する請求項
また、前記投下手段は、前記半導体基板毎に所定量の溶液を投下することを特徴する。
【０００８】
また、前記ブラシの先端部は、前記転写部が前記水平移動手段により水平移動する際、前記半導体基板の表面に垂直な方向に対して、水平移動の方向と反対方向に曲がりながら、前記半導体基板の表面と接触して水平移動することを特徴とする。
また、前記水平移動手段が前記水平移動する場合に、所定の速度で移動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、前記半導体基板はシリコン基板であることを特徴とする。
また、前記半導体基板は太陽電池用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。
【発明の効果】
【０００９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ハードウエア構成（断面図）を示す図である。
【図２】ハードウエア構成（断面図）を示す図である。
【図３】ハードウエア構成（断面図）を示す図である。
【図４】基板の表面を示す図である。
【図５】処理ステップを示す図である。
【図６】転写部及び基板の断面図を示す図である。
【図７】転写部及び基板の断面図を示す図である。
【図８】転写部（表面）及び基板（表面）の拡大を示す図である。
【図９】ハードウエア構成（断面図）を示す図である。
【図１０】転写部及び基板の断面図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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正面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。
【００１２】
１０３は転写部であり、転写処理中（水平移動中）において、基板１００の表面に接触するように配置される。少なくとも基板１００に接触する表面には触媒（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、表面にコーティ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。
【００１３】
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の表面と接触することが可能な形状を備えている。
転写部は１０３、表面に白金である触媒を備えている。
転写部1本の長さは、例えば２ｃｍであるがが、特に限定されない。
【００１４】
図１の転写部ユニットに示すように、複数（例えば５００本）の転写部１０３を垂直に立てた状態で、平面上に均等に並べることで、転写部をブラシ（刷毛）の形状にする。
【００１５】
また転写部１０３の部材としては転写処理の際に、基板１００との接触の圧力や基板１００自体の反りを考慮すると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と液供給口１０５と液供給路１０６と液分散スペース１０７と投下部１０８が一体となって構成される。
転写部ユニット１０４は、転写部１０３と連結し、転写部１０３を保持する。
１０５は液供給口であり、供給制御部１１１から送られた溶液４０４を転写部ユニット１０４内部の液供給路１０６に送るための供給口（穴）である。
【００１６】
液供給口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を基板１００の表面に均一に分散されるように、複数（例えば１０個程度）の液供給口が直列に配置されているものであってもよい。
【００１７】
１０６は液供給路であり、液供給口１０５から送られた溶液４０４をに液分散スペース１０７に送ることができる通路であり、３次元の長方体型の空間スペース（縦型）である。
【００１８】
１０７は液分散スペースであり、液供給路１０６から送られた溶液４０４を転写部ユニット１０４の下に投下する投下部１０８に送る前に一旦溶液が溜まる３次元の長方体型の空間スペース（横型）である。
【００１９】
１１１は供給制御部であり、転写処理回数（例えば基板毎）単位で所定の量（例えば５０ｃｃ）の溶液４０４を供給する。供給制御部１１１は液供給口１０５の上部に設置させてもよく。液供給口１０５よりも下部に設置されてもよい。
【００２０】
１１２は転写部ユニット水平移動制御部であり、転写部ユニット１０４を吊り下げたままで、転写部ユニット１０４が所定の速度を維持するように、直進方向（水平方向）に移動する。
【００２１】
よって、転写部ユニット水平移動制御部１１２により、触媒として作用する転写部１０３の表面を、溶液４０４が投下された半導体基板１００の表面に接触するように水平移動することができる（水平移動手段）。
転写部ユニット水平移動制御部１１２が、転写部ユニット１０４を水平移動する場合には、所定の速度（例えば１００ｍｍ／ｓｅｃ）で移動する。
【００２２】
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。
【００２３】
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２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。
状態（１）を示す図である。
【００２４】
転写部ユニットが水平移動を開始した後に、基板の端に、転写部ユニット１０４が配置された場合である。（例えば転写部ユニットが水平移動を開始してから１秒後の状態）
【００２５】
１０８は投下部であり、半導体基板１００の表面上にあり、半導体基板１００の表面よりも上方（高い）の位置から半導体基板１００の表面に溶液４０４を投下することができる（投下手段）。
投下部１０８は、転写部１０３の表面を水平移動する領域（転写部と基板が接触する領域）に溶液４０４を投下する。
投下部１０８は、転写部ユニット水平移動制御部１１２が、転写部１０３の表面を水平移動するとともに溶液を投下する。
【００２６】
図２とは異なり、投下部１０８と転写部ユニットが同期して移動しないハードウエア構成を設計する場合には、転写部ユニット水平移動制御部１１２が、転写部１０３の表面を水平移動する前に、供給制御部１１１を備える投下部１０８だけが、転写部と基板が接触する領域を水平移動して溶液を投下してもよい。
投下部１０８は、半導体基板毎に所定量（例えば５０ｃｃ）の溶液を投下する。
投下部１０８は、所定量（例えば５０ｃｃ）の溶液を、転写部１０３の表面を水平移動する領域（転写部と基板が接触する領域）に均一に投下する。
図３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３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。
状態（２）を示す図である。
【００２７】
転写部ユニットが水平移動を開始した後に、状態（１）を経て、基板の中心に、転写部ユニット１０４が配置された場合である。（例えば転写部ユニットが水平移動を開始してから３秒後の状態）
図４を説明する。
【００２８】
図４は半導体基板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。つまりこの表面が半導体基板１００の表面の転写処理中に転写部１０３と接触する表面である。
３０１の領域（黒い領域）は非転写部分の領域であり、８０１の転写部間のスペースの領域（エッチングされない）に該当する領域である。
３０２の領域（直線状の白い領域）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。
【００２９】
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。
【００３０】
図２及び図３は、同一の基板１００上での連続的な転写部１０３と基板１００の位置の状態を示す図であり、図２の状態（１）⇒図３の状態（２）の順序で転写処理が進んだ場合の転写部１０３及び基板１００の位置の変化を示している。
【００３１】
同様に図６及び図７（図２及び図３を拡大したもの）は、同一の基板１００上での連続的な転写部１０３と基板１００の位置の状態を示す図であり、図６の状態（１）⇒図７の状態（２）の順序で転写処理が進んだ場合の転写部１０３及び基板１００の位置の変化を示している。
図５を説明する。
図５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、転写部ユニット水平移動制御部１１２が、転写部ユニット１０４を、基板の端に配置する（配置工程）。
ステップＳ１０２では、投下部１０８が、半導体基板の表面に溶液の投下を開始する（投下工程）。
【００３２】
ステップＳ１０３では、転写部ユニット水平移動制御部１１２が、触媒として作用する転写部の表面を、溶液４０４が投下された半導体基板１００の表面に接触するように維持したままで、水平移動を基板の端から開始する（水平移動工程）。
【００３３】
転写部ユニット水平移動制御部１１２が、触媒として作用する転写部の表面を、溶液４０４が投下された半導体基板１００の表面に接触するように維持したままで、水平移動を基板の端（反対側の）で停止する（水平移動工程）。
投下部１０８が、半導体基板の表面に溶液の投下を停止する（投下工程）。
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６を説明する。
図６は図２の状態（１）での転写部１０３と基板１００を拡大した図である。
【００３４】
転写部ユニットが水平移動を開始した後に、基板の端に、転写部ユニット１０４が配置された場合である。（例えば転写部ユニットが水平移動を開始してから１秒後の状態）
投下部１０８が溶液４０４を投下している。
【００３５】
転写部ユニット１０４がすでに一定の時間（距離）を水平移動しているので、基板１００の表面には、既に投下した溶液４０４が、基板１００の一部の表面に、供給されている。
供給された溶液４０４は、転写部１０３及び基板と接触する位置（反応スペース４０３）において、基板がエッチング（転写部の形状を基板に転写）される。
図７を説明する。
図７は図３の状態（２）での転写部１０３と基板１００を拡大した図である。
【００３６】
転写部ユニットが水平移動を開始した後に、状態（１）を経て、基板の中心に、転写部ユニット１０４が配置された場合である。（例えば転写部ユニットが水平移動を開始してから３秒後の状態）
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（転写部の形状を基板の表面に転写）される。
【００３７】
なお、触媒２０１（白金）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に接触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（白金）で作成してもよい。
図８を説明する。
図８は複数の本数の薄い板状の転写部１０３の先端を基板の表面に接触するようにして、基板の表面を転写部１０３が水平移動している時を拡大した図である。
８０１の領域は転写部がない隣り合う転写部１０３同士の隙間である。
転写部１０３の表面が薄い板状である。
転写部１０３の表面の幅は例えば５０μｍである。
転写部１０３の側面の幅は例えば５μｍである。
転写部同士の隙間の幅は例えば５０μｍである。
【００３８】
転写部１０３の表面は、転写部が薄い板状であるため、転写部１０３の表面を水平移動する方向と、半導体基板の表面に垂直な方向とがなす平面上にある方向には曲がる。
＜第２の実施例＞
図９を説明する。
９０１は吸取部ユニットであり、吸取部９０３と吸取部乾燥用エアー供給口９０２が一体となって構成される。
吸取部ユニット９０１は、吸取部９０３と連結し、吸取部９０３を保持する。
【００３９】
９０２は吸取部乾燥用エアー供給口であり、溶液を吸取った吸取部９０３を乾燥させるために図示しないエアー供給制御部から送られたドライエアーを吸取部９０３に送るための供給口（穴）である。
【００４０】
９０３は吸取部であり、転写部ユニット水平移動制御部１１２の水平移動により、基板１００の表面に接触するように配置されると、吸収体として作用することで、図７に示すように、基板１００の表面の転写部分３０２に残った、転写処理後の溶液４０４を吸取ることができる。これにより、転写処理後に基板１００の表面に残留した溶液を回収することができ、回収した溶液は再利用することができ、さらに表面に残留した溶液を、転写処理後の基板の表面を純水洗浄する洗浄部（図示しない）に持ち込まないという利点がある。
【００４１】
吸取部９０３は、転写部１０３はと同じように、吸取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の表面と接触することが可能な形状を備えている。
吸取部９０３の部材は、スポンジのような、溶液を内部に吸収することが可能な吸収体である。
吸取部1本の長さは、例えば２ｃｍであるが、特に限定されない。
【００４２】
吸取部９０３を、転写部ユニット１０４のように、複数（例えば５０本）の吸取部９０３を垂直に立てた状態で、平面上に均等に並べることで、吸取部９０３をブラシ（刷毛）の形状にする。
【００４３】
また吸取部９０３の部材の性質としては吸取処理の際に、基板１００との接触の圧力や基板１００自体の反りを考慮すると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。
図１０を説明する。
【００４４】
図１０は、吸取部ユニット９０１を転写部ユニット１０４の背後に連結させて、本願発明の転写処理を実行した場合を示す図である。このようなハードウエア構成にすれば、基板毎に、転写処理と吸取処理を、転写部ユニット水平移動制御部の１回の水平移動動作により完了することができる。
＜変形例＞
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【符号の説明】
【００５０】
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）
４０４  溶液（過酸化水素水とフッ化水素水の混合溶液）
【図１】
0005878708.tif 000002
【図２】
0005878708.tif 000003
【図３】
0005878708.tif 000004
【図４】
0005878708.tif 000005
【図５】
0005878708.tif 000006
【図６】
0005878708.tif 000007
【図７】
0005878708.tif 000008
【図８】
0005878708.tif 000009
【図９】
0005878708.tif 000010
【図１０】
0005878708.tif 000011