(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体薄膜層内に発生した欠陥部を補修するプロセスにおいて、塗布材料、熱および紫外線によって、正常な半導体薄膜層へ悪影響を与えず、半導体薄膜層に発生する剥離欠陥部に均一な特性の塗布膜を形成することで剥離欠陥部を補修し、かつ装置コストを低減させることができる半導体欠陥補修方法を提供する。【解決手段】半導体欠陥補修方法は、剥離欠陥部に感光性を有する感光性液体を塗布する塗布工程と、感光性液体が塗布された半導体デバイス前駆体２０を、感光性液体を硬化させるための紫外線を照射する照射装置７０に対して相対的に移動させながら、照射装置７０によって半導体デバイス前駆体２０に紫外線を照射する照射工程とを含み、照射工程では、半導体デバイス前駆体２０における所定の領域ごとに、当該領域における前記感光性液体の塗布状況に応じた照射時間だけ紫外線が照射されるように、半導体デバイス前駆体を段階的に移動させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性基板上に透明電極層と半導体薄膜層とが順次積層される半導体デバイス前駆体の前記半導体薄膜層に発生した剥離欠陥部を補修する半導体欠陥補修方法であって、
前記剥離欠陥部に、感光性を有する感光性液体を塗布する塗布工程と、
前記感光性液体が塗布された半導体デバイス前駆体を、前記感光性液体を硬化させるための紫外線を照射する照射装置に対して相対的に移動させながら、該照射装置によって半導体デバイス前駆体に紫外線を照射する照射工程とを含み、
前記照射工程では、半導体デバイス前駆体における所定の領域ごとに、当該領域における前記感光性液体の塗布状況に応じた照射時間だけ紫外線が照射されるように、前記半導体デバイス前駆体を段階的に移動させることを特徴とする半導体欠陥補修方法。
【請求項２】
前記照射装置は、１００ｍＷ／ｃｍ２以下の紫外線強度の紫外線を照射するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体欠陥補修方法。
【請求項３】
前記照射装置は、波長領域の互いに異なる紫外線を照射するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体欠陥補修方法。
【請求項４】
前記照射装置は、前記半導体デバイス前駆体において移動方向に垂直な方向の全幅に亘って、半導体デバイス前駆体を照射可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体欠陥補修方法。
【請求項５】
前記感光性液体は、赤色系、黄色系およびシアン系の顔料のうちの少なくとも１つを含有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体欠陥補修方法。
【請求項６】
前記塗布工程では、インクジェット法を用いて、剥離欠陥部に感光性液体を塗布することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体欠陥補修方法。
【請求項７】
光透過性基板上に透明電極層と半導体薄膜層とが順次積層される半導体デバイス前駆体の前記半導体薄膜層に発生した剥離欠陥部を補修する半導体欠陥補修装置であって、
前記半導体薄膜層に発生した剥離欠陥部の発生位置を特定する位置特定手段と、
前記位置特定手段によって特定された発生位置に基づいて、前記剥離欠陥部に、感光性を有する感光性液体を塗布する塗布手段と、
前記塗布手段によって塗布された感光性液体を硬化させるための紫外線を照射する照射手段と、
前記感光性液体が塗布された半導体デバイス前駆体を、前記照射手段に対して相対的に移動させる移動手段と、
前記半導体デバイス前駆体を段階的に移動させるように前記移動手段を制御する制御手段であって、半導体デバイス前駆体における所定の領域ごとに、当該領域における前記感光性液体の塗布状況に応じた照射時間だけ紫外線が照射されるように、移動手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする半導体欠陥補修装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体光電変換薄膜層の剥離欠陥部に、感光性を有する液体を局所的に塗布し、紫外線を照射することで塗布膜を形成して、剥離欠陥部を補修する半導体欠陥補修方法および半導体欠陥補修装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、深刻化するエネルギー資源問題の有力な解決策の１つとして、半導体光電変換素子を用いた半導体太陽電池が注目されている。半導体太陽電池は、発電の際に地球温暖化の原因とされる二酸化炭素をまったく排出しないクリーン技術としても知られている。特に、近年のシリコン価格の上昇を背景に、原材料を低コストに抑えることが可能な薄膜太陽電池は、高温環境に強いこと、金属板に埋め込む等のプリント化が容易で、多様なアプリケーションに応用が可能であることなどの優れた特性を有することから、その利用の拡大が期待されている。
【０００３】
薄膜太陽電池は、透明電極層やガラス層などの基板表面に、半導体原料をＣＶＤ法などの気相堆積技術によって層状に堆積することにより形成される。しかしながら、気相堆積工程前あるいは気相堆積工程中に、基板上にダストなどが沈着すると、ダスト下部の基板には半導体薄膜層が堆積されず、後にダストが剥離してしまった場合には、半導体薄膜層に剥離欠陥部が生じてしまう。
【０００４】
また、半導体薄膜層における剥離欠陥部は、半導体薄膜層の内部応力や基板との密着性が悪いことなどに起因して、半導体薄膜層の一部が剥離することでも発生する。この半導体薄膜層の剥離欠陥部では、空気層を媒介あるいは後の工程にて形成する上部電極と透明電極層とが接触するなどによって、電気的な短絡が引き起こされ、これにより、薄膜太陽電池の発電効率を著しく低下させてしまう。そのため、この半導体薄膜層に生じた剥離欠陥部で発生する電気的短絡を防止することは重要となる。
【０００５】
半導体薄膜層で発生する電気的短絡を防ぐための半導体欠陥補修方法が、たとえば特許文献１〜３に開示されている。特許文献１に開示される方法では、光半導体層に生じたピンホール（剥離欠陥部）の周縁部にレーザ光を照射し、該周縁部を溶融させることでピンホールを埋没させることにより、電気的短絡を防止している。
【０００６】
また、特許文献２に開示される方法では、光半導体層に生じたピンホール（剥離欠陥部）に裏面電極層側からレーザ光を照射し、ピンホール内に侵入した裏面電極材を消散除去することにより、電気的短絡を防止している。
【０００７】
また、特許文献３に開示される方法では、半導体薄膜層形成後に、ネガ型レジスト材料をロールコーターなどを用いて半導体薄膜層の全面に亘って均一に塗布し、基板側から紫外線を照射することで、ピンホール内に存在するネガ型レジスト材料のみを露光して硬化させ、ピンホールにネガ型レジスト材料を埋没させることにより、電気的短絡を防止している。
【０００８】
さらに、特許文献４には、半導体光電変換層の剥離欠落部にＵＶ硬化性塗料をニードル塗布し、紫外線を照射することにより、剥離欠落部の補修を行う方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公昭６２−５９９０１号公報
【特許文献２】特公昭６２−５３９５８号公報
【特許文献３】特開平４−３３６４７１号公報
【特許文献４】特開２００４−３４９４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前述した特許文献１〜４に記載される方法を用いて半導体薄膜層の剥離欠陥部を補修し、電気的短絡を防止するプロセスを製造工程へ応用する場合を考えると以下の課題がある。
【００１１】
特許文献１，２に記載される方法では、大面積の薄膜太陽電池内に多数存在する不特定形状の剥離欠陥部を補修するために、剥離欠陥部ごとにレーザ光の照射回数、強度および照射エリアなどの処理条件を設定する必要がある。したがって、このレーザ光処理プロセスにおいて、処理タクトが非常に長くなってしまい、また、処理を実行するための設備も高コストになってしまうという問題がある。
【００１２】
特に、特許文献２に記載される方法では、レーザ光の照射処理は、半導体薄膜層の上部に裏面電極を形成した後に行われているため、剥離欠陥部（ピンホール）を完全に特定することが難しく、歩留まりも低いという問題がある。
【００１３】
また、特許文献１，２に記載される方法では、レーザ光照射によって発生する熱により、半導体薄膜層を損傷してしまうという問題もある。さらには、レーザ光照射により半導体薄膜層を溶融する際の発塵により、半導体薄膜層の汚染を助長し、レーザ処理によってかえってリークパスが形成され、電気的短絡部が拡大してしまうという問題もある。
【００１４】
特許文献３に記載される方法では、半導体薄膜層の全面に亘ってネガ型レジスト材料を塗布し、露光、現像工程により剥離欠陥部を補修する際に、加熱処理を行う必要があるが、この加熱処理によって、熱に弱い半導体薄膜層の特性劣化を促進させるという問題がある。
【００１５】
また、剥離欠陥部以外の正常な部分にもネガ型レジスト材料が塗布されるので、レジスト残渣が発生した場合には、電気的短絡部のみならず、レジスト残渣が発生した部分についても、特性不良となってしまうという問題がある。
【００１６】
また、半導体薄膜層の全面に亘ってネガ型レジスト材料を塗布しているため、ネガ型レジスト材料、現像材料および洗浄材料自体が半導体層に悪影響を与えてしまい、特性劣化不良を引き起こす可能性があるという問題がある。さらには、レジスト材料の露光工程、現像工程などの新たな工程が必要となり、また、必要となるレジスト材料が多量であることや、フォト露光設備やレジスト材料の洗浄設備、乾燥設備などによって、高コストになってしまうという問題もある。
【００１７】
特許文献４に記載される方法では、ＵＶ硬化塗料を短時間で完全に硬化させるために、１０００ｍＷ／ｃｍ２以上の強力な紫外線を半導体薄膜層に照射しているので、半導体薄膜層のダングリングボンドが増加し、欠陥密度が増加することで半導体素子内のキャリアの移動を阻害し、太陽電池の性能の劣化を招くという問題がある。
【００１８】
また、紫外線発生照明から発生する熱により半導体薄膜層の劣化を招く可能性がある。また、スポット照明を使用しているため、照射エリアによる紫外線強度のばらつきが大きく、照射される紫外線のエリアにより形成される塗布膜の硬化状態などの塗布膜特性がばらついてしまうという問題がある。
【００１９】
さらに、ニードル塗布を行った場合には、塗料の塗布エリアの面積が大きくなるため、剥離欠陥部以外の半導体薄膜層上へ塗料が塗布されることで、半導体薄膜層の発電効率が低下するという問題もある。
【００２０】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体薄膜層内に発生した欠陥部を補修するプロセスにおいて、塗布材料、熱および紫外線によって、正常な半導体薄膜層へ悪影響を与えず、半導体薄膜層に発生する剥離欠陥部に均一な特性の塗布膜を形成することで剥離欠陥部を補修し、かつ装置コストを低減させることができる半導体欠陥補修方法および半導体欠陥補修装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、光透過性基板上に透明電極層と半導体薄膜層とが順次積層される半導体デバイス前駆体の前記半導体薄膜層に発生した剥離欠陥部を補修する半導体欠陥補修方法であって、
前記剥離欠陥部に、感光性を有する感光性液体を塗布する塗布工程と、
前記感光性液体が塗布された半導体デバイス前駆体を、前記感光性液体を硬化させるための紫外線を照射する照射装置に対して相対的に移動させながら、該照射装置によって半導体デバイス前駆体に紫外線を照射する照射工程とを含み、
前記照射工程では、半導体デバイス前駆体における所定の領域ごとに、当該領域における前記感光性液体の塗布状況に応じた照射時間だけ紫外線が照射されるように、前記半導体デバイス前駆体を段階的に移動させることを特徴とする半導体欠陥補修方法である。
【００２２】
また本発明は、前記照射装置は、１００ｍＷ／ｃｍ２以下の紫外線強度の紫外線を照射するように構成されていることを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、前記照射装置は、波長領域の互いに異なる紫外線を照射するように構成されていることを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、前記照射装置は、前記半導体デバイス前駆体において移動方向に垂直な方向の全幅に亘って、半導体デバイス前駆体を照射可能に構成されていることを特徴とする。
【００２５】
また本発明は、前記感光性液体は、赤色系、黄色系およびシアン系の顔料のうちの少なくとも１つを含有していることを特徴とする。
【００２６】
また本発明は、前記塗布工程では、インクジェット法を用いて、剥離欠陥部に感光性液体を塗布することを特徴とする。
【００２７】
また本発明は、光透過性基板上に透明電極層と半導体薄膜層とが順次積層される半導体デバイス前駆体の前記半導体薄膜層に発生した剥離欠陥部を補修する半導体欠陥補修装置であって、
前記半導体薄膜層に発生した剥離欠陥部の発生位置を特定する位置特定手段と、
前記位置特定手段によって特定された発生位置に基づいて、前記剥離欠陥部に、感光性を有する感光性液体を塗布する塗布手段と、
前記塗布手段によって塗布された感光性液体を硬化させるための紫外線を照射する照射手段と、
前記感光性液体が塗布された半導体デバイス前駆体を、前記照射手段に対して相対的に移動させる移動手段と、
前記半導体デバイス前駆体を段階的に移動させるように前記移動手段を制御する制御手段であって、半導体デバイス前駆体における所定の領域ごとに、当該領域における前記感光性液体の塗布状況に応じた照射時間だけ紫外線が照射されるように、移動手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする半導体欠陥補修装置である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、半導体薄膜層の剥離欠陥部に局所的に感光性液体を塗布した後、半導体デバイス前駆体を照射装置に対して相対的に移動させながら、該照射装置によって半導体デバイス前駆体に紫外線を照射する際に、半導体デバイス前駆体における所定の領域ごとに、感光性液体の塗布状況に応じて半導体デバイス前駆体を段階的に移動させるので、剥離欠陥部のサイズや形状、感光性液体の塗布液滴量や材料特性に応じて、紫外線を照射する時間や紫外線強度をフレキシブルにコントロールすることができる。これにより、剥離欠陥部に形成する塗布膜の特性をより均一化することができ、プロセス制御性を向上することができる。
【００２９】
また本発明によれば、太陽光が照射する紫外線強度の１０分の１以下である１００ｍＷ／ｃｍ2以下の紫外線強度の紫外線を照射して塗布膜を形成するため、紫外線が発電効率などの半導体薄膜層の特性に与える影響をなくすことができる。さらに、紫外線強度を低減することで、照射装置の発熱を抑制することができ、熱により半導体薄膜層が損傷してしまうことを防止することができる。また、紫外線強度が低いため照射装置自体のコストを低減することができる。
【００３０】
また本発明によれば、広範囲の波長領域を照射することにより感光性液体の硬化速度を向上することができ、処理タクトを向上させることができる。また、照射する紫外線の波長領域を太陽光と同程度の領域をカバーすることができるため、特定波長領域の紫外線を照射することによる半導体薄膜層の劣化を防止することができる。
【００３１】
また本発明によれば、半導体デバイス前駆体における幅方向の全幅に亘って、均一な紫外線強度の紫外線を照射することができる。そのため、剥離欠陥部へ塗布した感光性液体への紫外線光量を均一化することができ、剥離欠陥部ごとに形成される塗布膜の特性を均一にすることができる。また、紫外線光源を半導体デバイス前駆体の移動方向に沿って複数設置することで、紫外線光源１つあたりの照射時間を短縮することができ、剥離欠陥部の処理タクトを向上させることができる。
【００３２】
また本発明によれば、顔料を含有させた感光性液体を用いることで、補修処理実施時に半導体薄膜層の処理欠陥部を容易に特定することができるため、補修処理が既に実施されたか否かを容易に判別することができる。また、補修処理を実施した半導体デバイスを製品化した場合には、外観から補修処理が行われた部分を目立たなくすることができる。
【００３３】
また本発明によれば、感光性液体を塗布する際の塗布液適量を微小にすることができ、また、半導体薄膜層の剥離欠陥部のみをピンポイントで塗布することができるため、半導体薄膜層上の感光性液体の塗布エリアを最小にすることができる。
【００３４】
さらに、形成される塗布膜を薄膜化することができるため、感光性液体の硬化に必要とされる紫外線光量を減少させることができ、硬化の際に照射する紫外線により半導体薄膜層が損傷してしまうことを防止することができる。
【００３５】
また本発明によれば、半導体薄膜層の剥離欠陥部を特定する位置特定手段を備えているため、剥離欠陥部に感光性液体を正確に塗布することができる。また、半導体デバイス前駆体を照射手段に対して相対的に移動させながら、該照射手段によって半導体デバイス前駆体に紫外線を照射する際に、半導体デバイス前駆体における所定の領域ごとに、感光性液体の塗布状況に応じて半導体デバイス前駆体を段階的に移動させるので、剥離欠陥部のサイズや形状、感光性液体の塗布液滴量や材料特性に応じて、紫外線を照射する時間や紫外線強度をフレキシブルにコントロールすることができる。これにより、剥離欠陥部に形成する塗布膜の特性をより均一化することができ、プロセス制御性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体欠陥補修装置１の概略構成図である。
【図２】半導体欠陥補修装置１による処理対象の半導体デバイス１００の構成を示す断面図である。
【図３】半導体欠陥補修装置１に備えられる紫外線照射装置７０の概略構成図である。
【図４】光源７１と半導体デバイス前駆体２０との間のＧＡＰと紫外線強度との関係を示したグラフである。
【図５】半導体欠陥補修方法における各工程を概略的に示す図である。
【図６】塗布液滴量と濡れ広がりの関係について示すグラフである。
【図７】半導体薄膜層１０３に照射する紫外線強度（波長帯：ＵＶ−Ａ）と照射されたアモルファスシリコン半導体薄膜層の発電効率との関係を示したグラフである。
【図８】剥離欠陥部にインクを塗布した際に形成される塗布膜の膜厚とインクを硬化するまでに必要な時間との関係を示したグラフである。
【図９】剥離欠陥部に塗布した塗布液滴量とインクを硬化するまでに必要な時間との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１は、本発明の実施形態に係る半導体欠陥補修装置１の概略構成図である。図２は、半導体欠陥補修装置１による処理対象の半導体デバイス１００の構成を示す断面図である。
【００３８】
半導体デバイス１００は、透光性を有する絶縁基板１０１の厚み方向一方の表面上に、第１電極層１０２、半導体光電変換薄膜層（以下、「半導体薄膜層」と称する）１０３、第２電極層１０４を順次積層することによって構成される。
【００３９】
絶縁基板１０１としては、以降の膜形成プロセスにおける耐熱性および透光性を有するガラス基板、ポリイミドなどの樹脂基板などが使用可能である。また、第１電極層１０２は、透明導電膜からなり、好ましくは、ＺｎＯまたはＳｎＯ２を含む材料からなる透明導電膜からなる。ＳｎＯ２を含む材料は、ＳｎＯ２自体であってもよく、ＳｎＯ２と別の酸化物の混合物（たとえば、ＳｎＯ２とＩｎ２Ｏ３の混合物であるＩＴＯ）であってもよい。
【００４０】
半導体薄膜層１０３は、第１電極層１０２側から順に、ｐ型半導体層１０３ａ、ｉ型半導体層１０３ｂおよびｎ型半導体層１０３ｃが積層されてなる。ｐ型半導体層１０３ａには、ボロン、アルミニウムなどのｐ型不純物原子がドープされており、ｎ型半導体層１０３ｃには、リンなどのｎ型不純物原子がドープされている。ｉ型半導体層１０３ｂは、完全にノンドープである半導体層であってもよく、微量の不純物を含む弱ｐ型または弱ｎ型で光電変換機能を十分に備えている半導体層であってもよい。
【００４１】
第２電極層１０４は、たとえば、透明導電膜と金属膜とが半導体薄膜層上に積層した積層構造を有する。透明導電膜は、ＺｎＯ、ＩＴＯ、ＳｎＯ２などからなる。金属膜は、銀、アルミニウムなどの金属からなる。
【００４２】
本実施形態に係る半導体欠陥補修装置１は、上記のような構造を有する半導体デバイス１００において、半導体薄膜層１０３に発生した剥離欠陥部を、第１電極層１０２と第２電極層１０４とが電気的短絡を起こさないように補修する装置である。「剥離欠陥部」とは、ピンホールとも称され、半導体薄膜層１０３が局所的に欠落していることにより、第１電極層１０２あるいは絶縁基板１０１が外部に露出している部分のことである。
【００４３】
このような剥離欠陥部に絶縁性材料を塗布することにより補修を行うため、半導体欠陥補修装置１は、第２電極層１０４が積層される前の状態の半導体デバイスを処理対象としている。本発明において、第２電極層１０４が積層されておらず、半導体薄膜層１０３が外部に露出している状態の半導体デバイスを、「半導体デバイス前駆体」と称することとする。
【００４４】
処理対象の半導体デバイス前駆体２０は、図１に示すように、矩形板状に形成された大形の部材であり、主面（厚み方向に垂直な表面）のサイズが、たとえば６００ｍｍ×１０００ｍｍに形成されている。
【００４５】
以下、本実施形態に係る半導体欠陥補修装置１について説明する。
本実施形態に係る半導体欠陥補修装置１は、インクジェットヘッド１０を備え、インクジェットヘッド１０によって補修用のインクを剥離欠陥部へ吐出することで、剥離欠陥部にインクを塗布するように構成されている。
【００４６】
具体的には、半導体欠陥補修装置１は、補修用のインクを吐出するインクジェットヘッド１０と、前記のように大形の半導体デバイス前駆体２０を載置可能であり、半導体デバイス前駆体２０を所定の方向に沿って移動させるステージ３０と、インクジェットヘッド１０におけるインク吐出を制御する吐出制御回路４０と、観察用カメラ５０と、インクジェットヘッド１０および観察用カメラ５０をそれぞれ保持するキャリッジ６０，６１と、補修用のインクを硬化させるための紫外線を照射する紫外線（ＵＶ）照射装置７０と、キャリッジ６０，６１および紫外線照射装置７０を保持するガントリー８０と、制御部９０とを備えている。
【００４７】
ここで、ステージ３０の移動方向をＸ方向とし、ステージ３０の上面に垂直な方向をＺ方向とし、Ｘ方向およびＺ方向のいずれにも直交する方向をＹ方向とする。
【００４８】
インクジェットヘッド１０は、インクを吐出する液体吐出口が、ステージ３０上に載置された半導体デバイス前駆体２０と対向するように、キャリッジ６０に固定されている。インクジェットヘッド１０は、吐出制御回路４０に電気的に接続され、吐出制御回路４０から送信される吐出信号に応じて液体を吐出する。インクジェットヘッド１０は、塗布手段に相当する。
【００４９】
インクジェットヘッド１０には、インクの吐出方法の相違により様々な方式のものが存在し、たとえばピエゾ変換方式と熱変換方式などが挙げられる。本実施形態においては、インクジェットヘッド１０として、電圧を加えることにより変形するピエゾ素子の圧力でインクを射出するピエゾ変換方式のインクジェットヘッドが用いられている。また、吐出制御回路４０から送信される吐出信号としては、パルス電圧を用いている。
【００５０】
なお、インクを剥離欠陥部に塗布する方法としては、剥離欠陥部に対してピンポイントにインクを塗布するために、本実施形態のようにインクジェット塗布を行うことが好ましいが、この手法に限定されず、ディスペンサー塗布などの他の局所塗布方法を用いることもできる。
【００５１】
インクジェットヘッド１０から吐出する補修用のインクとしては、アクリル系、ポリイミド系、エポキシ系、ノボラック系などの樹脂からなり、紫外線照射により感光、すなわち紫外線を照射するとインク液体内部でラジカルあるいはカチオン反応による重合反応が起こり、上記の樹脂成分の重合反応が進行することにより硬度が増し、塗布膜が形成される特性を有する、一般的にＵＶインクと呼ばれて市販されている感光性液体インクが用いられる。
【００５２】
感光性液体インクとしては、溶媒系インクあるいは無溶媒系インクのどちらを用いてもよい。また、インクの特性や塗布膜の特性を向上させるために、たとえば絶縁材料などのフィラーを含有していてもよい。さらに、塗布するインクには、半導体薄膜層１０３側から観察した場合に補修箇所の特定が容易になり、一方、透光性を有する絶縁基板１０１側から目視した場合に補修箇所を特定し難くし、該補修箇所を外観から認識し難くするという理由から、赤色系、黄色系およびシアン系の顔料のうちの少なくとも１つを含有していることが好ましい。
【００５３】
半導体デバイス前駆体２０は、図示しないロボットなどの搬入出手段によって、半導体薄膜層１０３が上方に臨むような姿勢で、ステージ３０上に載置される。本実施形態では、半導体デバイス前駆体２０の厚み方向、長手方向および幅方向がそれぞれ、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向に一致するように、載置されている。
【００５４】
ステージ３０は、制御部９０に電気的に接続され、制御部９０からの制御信号に基づいて、載置された半導体デバイス前駆体２０を、Ｘ方向に段階的に移動させる。すなわち、ステージ３０は、半導体デバイス前駆体２０をステップ搬送するように構成されている。ステージ３０は、たとえばリニアスケールを備えたステージを採用することができる。この場合、ステージ３０は、エンコーダのパルス信号に基づいて、後述する制御部９０により、その移動が制御される。
【００５５】
吐出制御回路４０は、制御部９０に電気的に接続され、制御部９０から送信された信号に応じて、吐出信号をインクジェットヘッド１０へ送信する。吐出信号のパラメータは、吐出制御回路４０内のメモリに保持されている。また、吐出信号のパラメータ書き換えは、制御部９０から送信されるパラメータ変更信号によって実施される。なお、パラメータ変更信号は、制御部９０内で作成される。
【００５６】
観察用カメラ５０は、インクジェットヘッド１０によりインクが吐出される領域よりも、半導体デバイス前駆体２０の搬送方向（Ｘ方向の一方）の上流側を撮像するように、キャリッジ６１に固定されている。また、観察用カメラ５０付近には、図示しないファイバランプなどの照明手段が取り付けられており、照明手段により照らされた半導体デバイス前駆体２０の反射像が観察用カメラ５０によって撮像される。観察用カメラ５０は、制御部９０に接続され、観察用カメラ５０により取得された画像信号は、制御部９０へ送信され、制御部９０内で画像処理される。
【００５７】
制御部９０では、観察用カメラ５０からの画像信号に基づいて、半導体デバイス前駆体２０の半導体薄膜層１０３における剥離欠陥部の発生位置を特定する。観察用カメラ５０および制御部９０は、位置特定手段に相当する。
【００５８】
なお、本実施の形態では、半導体欠陥補修装置１に、観察用カメラ５０が設置されているが、予めインクを塗布すべき位置を把握している場合、たとえば剥離欠陥部の発生位置を特定するための装置が別に存在している場合には、観察用カメラ５０を半導体欠陥補修装置１に設置しない構成であってもよい。
【００５９】
キャリッジ６０は、ガントリー８０の長尺方向に沿って移動可能に、ガントリー８０に保持されている。ガントリー８０は、ステージ３０をＹ方向に跨ぐように設けられている。すなわち、ガントリー８０は、その長尺方向と、半導体デバイス前駆体２０の長手方向とが直交するように設置されている。
【００６０】
したがって、キャリッジ６０，６１は、Ｙ方向に移動するように設けられている。これによって、キャリッジ６０，６１にそれぞれ保持されているインクジェットヘッド１０および観察用カメラ５０を、半導体デバイス前駆体２０上の任意の箇所の上方に配置させることができる。
【００６１】
なお、本実施形態に係る半導体欠陥補修装置１は、ステージ３０およびガントリー８０がいずれもＸ方向に移動可能に構成されているが、これに限らず、ステージ３０およびガントリー８０のいずれか一方のみがＸ方向に移動可能に構成されていてもよい。
【００６２】
図３は、半導体欠陥補修装置１に備えられる紫外線照射装置７０の概略構成図である。紫外線照射装置７０は、紫外線を出射する光源７１と、ランプハウス７２と、電源ユニット７３とを備えている。光源７１としては、半導体デバイス前駆体２０に塗布されたインクを均一な状態で硬化させるために、半導体デバイス前駆体２０における幅方向の全幅に亘って、半導体デバイス前駆体２０を照射できるようなライン光源を選択することが好ましい。本実施形態では、５本の光源７１が、半導体デバイス前駆体２０の移動方向、すなわちＸ方向に並んで配設されている。また、５本の光源７１は、波長領域の互いに異なる紫外線を照射するように構成されている。
【００６３】
光源７１は、たとえばメタルハライドランプ、高圧水銀ランプおよびブラックライト（三共電気株式会社製ＦＬ４０ＳＢＬ）などを用いることができる。本実施形態では、上記のブラックライトを光源７１として利用している。
【００６４】
ランプハウス７２は、複数の光源７１を上方から被覆する部材であり、光源７１より出射される紫外線を有効に利用するために、光源７１に臨む内面がアルミニウムでコーティングされている。ランプハウス７２は、半導体欠陥補修装置１の操作者が紫外線に曝露してしまうことを防止する役割も果たしている。ランプハウス７２の設置の有無は、任意に決定してよい。
【００６５】
光源７１は、ケーブルを通じて、電源ユニット７３に接続されている。電源ユニット７３は、光源７１の点灯や、紫外線の照射時間などの設定や制御を行うことができる。
【００６６】
図４は、光源７１と半導体デバイス前駆体２０との間のＧＡＰと紫外線強度との関係を示したグラフである。本実施形態で使用している光源７１と半導体デバイス前駆体２０との間の間隔（ＧＡＰ）により、光の拡散状況が異なってしまうため、半導体デバイス前駆体２０に到達する紫外線強度が、図４のように変化する。
【００６７】
本実施形態では、光源７１と半導体デバイス前駆体２０との間のＧＡＰを１０ｍｍに設定しているが、インクの要求する積算紫外線光量や処理タクト、反りやゆがみ等の基板状態を考慮して、ＧＡＰを設定することが望ましい。
【００６８】
また、使用する光源７１の種類により、ＧＡＰと紫外線強度との関係は異なるため、使用する光源７１と半導体デバイス前駆体２０との間のＧＡＰと、紫外線強度との関係を測定し、使用するインクの硬化テストを行った後にＧＡＰを設定することがより好ましい。
【００６９】
制御部９０は、たとえばパソコン（ＰＣ）によって実現され、ステージ３０、キャリッジ６０およびガントリー８０が電気的に接続される。制御部９０は、ステージ３０、キャリッジ６０およびガントリー８０の位置を制御する。
【００７０】
次に、本実施形態に係る半導体欠陥補修装置１を用いた半導体欠陥補修方法について説明する。図５は、半導体欠陥補修方法における各工程を概略的に示す図である。
【００７１】
先ず、半導体欠陥補修装置１による処理対象の半導体デバイス前駆体２０が、図示しないロボットなどの搬入出手段によって、所定の姿勢でステージ３０上に載置される。このとき、半導体薄膜層１０３に存在する剥離欠陥部Ｐの位置情報などが、予め図示しない外部入力手段から制御部９０へ転送される。
【００７２】
次に、図５（ａ）に示すように、制御部９０へ転送された位置情報に基づいて、剥離欠陥部Ｐが観察用カメラ５０で観察・撮像される。制御部９０は、観察用カメラ５０からの画像信号に基づいて、半導体欠陥補修装置１上での剥離欠陥部Ｐの正確な位置座標、剥離欠陥部Ｐのサイズや形状を認識し、インクジェットヘッド１０によりインクを塗布すべき位置を決定する。
【００７３】
この際、観察用カメラ５０によってインクを塗布する位置座標にダストなどの堆積物が確認された場合には、たとえばエアブローなどの洗浄装置を用いて、これら堆積物を除去することが好ましい。
【００７４】
図５（ａ）の処理は、任意に設定されたステップ送り幅（半導体デバイス前駆体２０が次の処理工程に搬送される距離；搬送距離/時間）で形成される領域内に存在する全ての剥離欠陥部Ｐについて行われる。
【００７５】
そして、ステップ送り幅内の全剥離欠陥部Ｐの情報の取得が完了すると、半導体デバイス前駆体２０は、１ステップ分だけ次工程に搬送される。そのため、たとえば半導体デバイス前駆体２０の長手寸法が１０００ｍｍで、１ステップ分の刻み幅が１００ｍｍに設定されている場合には、図５（ａ）の処理は、１０００÷１００＝１０回繰り返される。このように、図５（ａ）の処理は、任意に設定されたステップ送り幅ごとに、半導体デバイス前駆体２０全域の剥離欠陥部Ｐの情報が取得されるまで繰り返し行われる。
【００７６】
図５（ａ）の処理が完了し、半導体デバイス前駆体２０が１ステップ分だけ搬送されてステージ３０が停止すると、制御部９０は、取得した剥離欠陥部Ｐの位置情報に基づいて、機械設計値を元にインクジェットヘッド１０が欠陥発生位置の上方に配置されるように、制御部９０からガントリー８０に動作信号が送信され、ガントリー８０の移動動作終了後、静定信号がガントリー８０から制御部９０に送信される。
【００７７】
ガントリー８０の静定信号を受信した制御部９０は、吐出開始信号を吐出制御回路４０に送信する。吐出開始信号を受信した吐出制御回路４０は内部に保持された駆動条件を元に電気信号を作製し、電気信号をインクジェットヘッド１０に送信し、図５（ｂ）に示すように、インクジェットヘッド１０からインクＩが吐出される。
【００７８】
吐出されたインクＩは剥離欠陥部Ｐに着弾し、吐出制御回路４０は、電気信号をインクジェットヘッド１０に送信後、吐出終了信号を制御部９０に送信する。制御部９０は、吐出終了信号を受信後、次の吐出開始信号を送信し、図５（ｂ）の操作を予め設定させた回数繰り返した後、剥離欠陥部Ｐに塗布したインクＩの液溜りを、剥離欠陥部Ｐのエッジ部分に到達させる。
【００７９】
この際、剥離欠陥部Ｐを完全に被覆するために、インクＩが剥離欠陥部Ｐの周囲まで広がってもよいが、インクＩが塗布された部分については、半導体薄膜層１０３の特性が劣化してしまうため、剥離欠陥部Ｐのエッジ部分よりも内側にインクの液溜りを留めることがより好ましい。
【００８０】
図５（ｂ）の処理も、図５（ａ）の処理と同様に、任意に設定されたステップ送り幅内の領域に存在する全ての剥離欠陥部Ｐについて行われる。１ステップ領域内の全ての剥離欠陥部Ｐに対して処理が完了すると、インクＩの塗布液適総量およびインクＩの塗布エリアに関する情報が制御部９０に送信される。
【００８１】
１ステップ領域内における全ての剥離欠陥部Ｐに対してインクＩを塗布する処理が完了すると、ステージ３０が駆動することによって、半導体デバイス前駆体２０は１ステップ分搬送される。紫外線照射装置７０では、光源７１が常に点灯状態にされており、この１ステップ分の搬送により、前工程でインクＩが塗布された１ステップ領域が、紫外線照射装置７０の下方に配置される。
【００８２】
制御部９０は、インクＩの塗布液適総量およびインクＩの塗布エリアに関する情報に基づいて、インクＩを硬化させるために必要とされる積算光量およびインクＩの塗布液滴総量に基づいて決定された照射時間だけ、前工程でインクＩが塗布された１ステップ領域に紫外線が照射されるように、ステージ３０を駆動する。換言すれば、制御部９０は、インクＩが塗布され、紫外線照射装置７０の下方に配置された１ステップ領域に対し、前記照射時間だけ紫外線が照射されると、半導体デバイス前駆体２０が１ステップ分搬送されるように、ステージ３０を駆動する。
【００８３】
本実施形態に係る半導体欠陥補修装置１では、ある１ステップ領域に対する紫外線の照射工程と、他の１ステップ領域に対するインクＩの塗布工程と、さらに他の１ステップ領域に対する剥離欠陥部Ｐの検出工程とが同時に行われ、前記照射工程において、当該１ステップ領域に対し所定の照射時間だけ紫外線が照射されると、制御部９０が、ステージ３０を駆動させることにより、半導体デバイス前駆体２０を１ステップ分搬送させて、ステージ３０の動作を停止させる。そして、１ステップ分移動した半導体デバイス前駆体２０に対し、前記と同様、照射工程、塗布工程および検出工程が行われる。したがって、本実施形態に係る半導体欠陥補修装置１は、照射工程における１ステップ領域に対する照射時間に応じて、ステージ３０がステップ搬送される。
【００８４】
ここで、硬化に必要な紫外線の照射時間の算出方法について説明する。照射時間の算出に関しては、硬化のための光源７１の種類や波長、強度を設定後、予めインクの塗布液滴量と必要硬化時間（液体の流動性（タック性）が損なわれる時間：タックフリー）、塗布液滴量と濡れ広がり量に関するデータの取得、および欠陥サイズと塗布液滴量を任意に設定（塗布を行う材料、基板、任意に設定する必要膜厚を考慮して決定）しておく。
【００８５】
次に、任意エリア（１ステップの搬送エリア）に存在する欠陥を検査工程にて確認し、そのエリア内に存在する欠陥サイズおよび欠陥分布情報から、そのエリア内での最大塗布体積量を規定する。ここでの塗布体積量は単純に、サイズから規定されるものではなく、欠陥分布を考慮（欠陥サイズと塗布体積、濡れ広がり量から塗布後にインク同士がひっつくものは、合計塗布体積として扱う）して決定する。そして、最大塗布液滴量と硬化時間との関係から、ＵＶ照射エリアを通過する時間を求め、任意の照射エリアを通過する搬送速度が決定される。半導体欠陥補修装置１には、事前にユーザによって取得データが入力され、これにより、自動的に搬送速度を決定するように構成されている。図６は、塗布液滴量と濡れ広がりの関係について示すグラフである。
【００８６】
この照射工程では、紫外線を照射する際、硬化速度を促進させるために、たとえばホットプレートのような加熱装置を用いて液溜りの加温を行ってもよい。しかしながら、半導体デバイス前駆体２０の加熱は、半導体薄膜層１０３の特性を劣化させる可能性があるため、紫外線のみで塗布膜Ｊを形成させるほうが好ましい。
【００８７】
塗布膜Ｊの形成が完了した後、塗布膜観察用カメラ１２０が塗布膜Ｊを形成した箇所の略上方に配置されるように、図示しないガントリーが移動する（図５（ｄ））。制御部９０は、塗布膜観察用カメラ１２０から送信される、半導体デバイス前駆体２０に形成された塗布膜Ｊの画像から、塗布膜Ｊの形成位置情報や塗布膜Ｊのサイズなどの情報を取得し、剥離欠陥部Ｐの位置座標やサイズの情報と比較することで、剥離欠陥部Ｐの補修の合否判定を行う。
【００８８】
判定完了後、制御部９０は、塗布膜観察用カメラ１２０を元の位置に移動させる。図５（ｄ）の作業は、ステップ送り幅で形成されるエリア毎のすべての剥離欠陥部Ｐに対して繰り替えし行われる。以上のようにして、全ての剥離欠陥部Ｐに対する補修が完了すると、半導体デバイス前駆体２０は図示しないロボット等の搬入出手段によって、ステージ３０から払い出される。
【００８９】
ここで、本実施形態における光源７１の選定方法について説明する。
光源７１としては、前記のように、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプおよびブラックライトなどの紫外線を出射可能な光源を使用することができるが、光源から出射される紫外線の波長によって、インクが硬化するまでの時間（硬化タクト）が異なる。
【００９０】
【表１】
2013084691.tif 000003
【００９１】
表１は、各紫外線波長（ＵＶ−Ａ、ＵＶ−Ｂ、ＵＶ−Ｃ）を単独で照射する照明系およびそれらを混合させた照明系（ＭＩＸ−ＵＶ）を用いた場合のインクの硬化時間を示した表である。硬化時間は塗布液滴の表面がタックフリーになった際の時間とし、紫外線強度は３６５ｎｍの換算値としている。また、紫外線強度と硬化時間の測定には各波長を照射する照明を３本使用している。
【００９２】
その際、ＵＶ−ＢおよびＵＶ−Ｃについては紫外線強度５ｍＷ／ｃｍ２以上の出力を検出することはできなかった。その結果、ＵＶ−Ａ等の単体のＵＶ照明を用いて硬化させた場合よりも、３種類全ての照明を混合させて照射した場合のほうが、硬化タクトが短く、早くインクが硬化している。インク硬化のメカニズムについての詳細は不明であるが、インクに供給されるエネルギー量が増加するため、あるいは各波長の相互作用により、各波長の硬化反応が促進されることが原因と考えられる。そのため、紫外線照射装置７０には、各紫外線波長を照射する照明を混合して使用することがより望ましい。
【００９３】
次に、光源７１から出射される紫外線強度とその紫外線が照射された半導体薄膜層１０３であるアモルファスシリコン層の発電効率との関係について説明する。図７は、半導体薄膜層１０３に照射する紫外線強度（波長帯：ＵＶ−Ａ）と照射されたアモルファスシリコン半導体薄膜層の発電効率との関係を示したグラフである。
【００９４】
この際、照射する紫外線にはＵＶ−Ａを用いており、５分間照射している。図７より、照射する紫外線強度が強いとアモルファスシリコン層の発電効率が低下する傾向を示す。アモルファスシリコンは、ステブラー・ロンスキー(Staebler-Wronski)効果と呼ばれる紫外線を受けるとシリコンのダングリングボンドが増加し、導電率が劣化する性質を有する。紫外線強度が強い場合には、欠陥密度の増加によって素子内でのキャリアの移動を阻害することで、太陽電池として性能の劣化を招く。そのため、光源７１から照射される紫外線強度はなるべく低く設定することが好ましい。
【００９５】
なかでも１００ｍＷ／ｃｍ２の強度では、紫外線を照射しない場合の発電効率の値と大差がないことから、半導体薄膜層１０３の特性の観点からは、光源７１の照射強度は１００ｍＷ／ｃｍ２以下に設定することがより望ましい。
【００９６】
また、１００ｍＷ／ｃｍ２以下に設定した場合には、光源７１に導入されるエネルギー量も低く、発生する熱量も少ない。そのため、紫外線強度を１００ｍＷ／ｃｍ２のような低紫外線強度に設定すると熱により受けるダメージを小さくすることもでき、熱に弱い、たとえば熱を加えると半導体が剥離するようなアモルファスシリコンなどの半導体薄膜層１０３においても半導体欠陥補修装置１を使用することができる。
【００９７】
さらに、照射する紫外線強度が低い場合には、光源７１や電源ユニット７３の価格も低く、紫外線照射装置７０のコストを低下することもできる。しかしながら、インクの硬化は積算光量によって決定されるため、照射強度を低くすると硬化に要する時間が長くなる。そのため、半導体薄膜層１０３の特性と硬化時間とのトレードオフを考えて設定することが望ましい。
【００９８】
次に、形成する塗布膜の膜厚、および欠陥部に塗布する塗布液適量と硬化時間の関係について説明する。図８は、剥離欠陥部にインクを塗布した際に形成される塗布膜の膜厚とインクを硬化するまでに必要な時間との関係を示したグラフである。図９は、剥離欠陥部に塗布した塗布液滴量とインクを硬化するまでに必要な時間との関係を示したグラフである。
【００９９】
この際、光源７１にはＵＶ−Ａの紫外線を照射するブラックライトを使用し、紫外線強度は３ｍＷ／ｃｍ２としている。インクを塗布する半導体デバイス前駆体２０と光源７１間のＧＡＰは３０ｍｍに設定している。図８および図９の結果より、インクの硬化時間は、塗布膜厚が厚いほどまた、塗布液滴量が多いほど時間が長くなることがわかる。
【０１００】
半導体薄膜層１０３に存在する剥離欠陥部は不特定の位置に存在し、そのサイズは欠陥ごとに異なる。また１ステップ領域内に存在する剥離欠陥部の数も、半導体素子毎に異なる。
【０１０１】
そのため、半導体欠陥補修装置１では、剥離欠陥部ごとにインクの塗布液滴量などの塗布条件を変動する必要があり、インクを硬化する条件を補修を行った剥離欠陥部ごとに変更する必要がある。そのため、半導体デバイス前駆体２０の搬送速度を塗布条件に合わせて変更することで紫外線照射装置７０内を通過する時間、すなわちＵＶ露光時間を変動させることで、剥離欠陥部ごとに異なる塗布条件で塗布された塗布膜の露光時間をおおよそ均一にすることができる。これにより、剥離欠陥部に形成する塗布膜の性状を均一にし、信頼性の高い補修処理を行うことができる。
【０１０２】
以上のように、本実施形態で説明した半導体薄膜層１０３の半導体欠陥補修方法を用いることで、剥離欠陥部を補修する際の紫外線および熱によるダメージを最小にし、半導体薄膜層１０３の剥離欠陥部に対して均一性の高い塗布膜を形成し、信頼性の高い補修処理を行うことができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１  半導体欠陥補修装置
１０  インクジェットヘッド
２０  半導体デバイス前駆体
３０  ステージ
４０  吐出制御回路
５０  観察用カメラ
６０，６１  キャリッジ
７０  紫外線照射装置
７１  光源
７２  ランプハウス
７３  電源ユニット
８０  ガントリー
９０  制御部
１００  半導体デバイス
１０１  絶縁基板
１０２  第１電極層
１０３  半導体薄膜層
１０４  第２電極層
Ｉ  インク
Ｊ  塗布膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013084691.tif 000010
【図８】
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【図９】
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