(57)【要約】  半導体材料（２）の表面の少なくとも一部（４）を粗面化する方法が開示される。当該方法によれば、当該表面の少なくとも一部（４）がエッチング溶液（６）に接触され、当該表面の少なくとも一部（４）が、電流源（８）のプラス極（９）に導電的に接続され、正電極（１６）として使用され、上述のエッチング溶液（６）内に配置された負電極（１４）が、電流源（１８）のマイナス極（１０）に導電的に接続され、電流が、プラス極（９）からマイナス極（１０）に流れる。こうして、上述の表面の少なくとも一部（４）は電気化学的にエッチングされる。また、上述の方法を実行するための装置（１；３０；７０）も開示される。
2020508563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体材料（２）の表面の少なくとも一部（４）を粗面化する方法であって、前記方法において、前記表面の前記少なくとも一部（４）はエッチング溶液（６）と接触し、
前記表面の前記少なくとも一部（４）は、電源（８）のプラス極（９）に導電的に接続され、正電極（１６）として使用され、
前記エッチング溶液（６）内に配置された負電極（１４）は、前記電源（１８）のマイナス極（１０）に導電的に接続され、
電流が、プラス極（９）からマイナス極（１０）に流れ、こうして、前記表面の前記少なくとも一部（４）が電気化学的にエッチングされる
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
本質的に前記半導体材料（２）の下側の側面（４）のみが粗面化され、当該目的のため、本質的に前記下側の前記側面（４）のみが前記エッチング溶液（６）と接触する
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
基板（２）好ましくは太陽電池基板（２）の表面の少なくとも一部（４）が粗面化される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記電気化学的なエッチングは、０．２〜３μｍの範囲のサイズを有する構造を有するマクロポーラス半導体材料構造を形成する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
少なくとも１つの界面活性剤を含有するエッチング溶液（６）が使用される
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
ワイヤーソーによって半導体材料本体から前記半導体材料（２）が切り取られ（８０）、続いて前記半導体材料（２）の切断面（４）が粗面化され（８２）、使用（８０）される前記ワイヤーソーが、好ましくはダイヤモンドワイヤーソーである
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記半導体材料（２）は、連続式プラント（１；３０）内で、前記エッチング溶液（６）を収容した複数のタンク（４２ａ−４２ｆ；６２ａ−６２ｆ）を通って搬送され、前記複数のタンクは搬送方向（５７）に連続して配置されており、
ここで、前記半導体材料（２）の前記表面の前記少なくとも一部（４）が、搬送方向（５７）に連続して配置された２つのタンク（４２ａ、４２ｂ；４２ｃ、４２ｄ；４２ｅ、４２ｆ）からの前記エッチング溶液（６）と一時的に同時に接触し、
前記２つのタンク（４２ａ、４２ｂ；４２ｃ、４２ｄ；４２ｅ、４２ｆ）からの前記エッチング溶液との同時接触が存在する間、前記２つのタンク（４２ａ、４２ｂ；４２ｃ、４２ｄ；４２ｅ、４２ｆ）のうちの第１のタンク（４２ｂ、４２ｄ、４２ｆ）の前記エッチング溶液（６）中に配置された正電極（１８）が、電源の前記プラス極（９）に導電的に少なくとも一時的に接続され、前記２つのタンク（４２ａ、４２ｂ；４２ｃ、４２ｄ；４２ｅ、４２ｆ）のうちの第２のタンク（４２ａ、４２ｃ、４２ｅ）において、前記エッチング溶液（６）中に配置された前記負電極（１４）が、前記電源（８）の前記マイナス極（１０）に導電的に接続され、前記電流が、前記第１のタンク（４２ｂ、４２ｄ、４２ｆ）に配置された前記正電極（１８）から、前記半導体材料（２）を通って、前記第２のタンク（４２ａ、４２ｃ、４２ｅ）に配置された前記負電極（１４）に流れる
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記複数のタンク（６２ａ−６２ｆ）のうち搬送方向（５７）から見て前記連続式プラント（３０）の最初に配置されたタンク（６２ａ）、および、前記複数のタンク（６２ａ−６２ｆ）のうち搬送方向（５７）から見て前記連続式プラント（１）の最後に配置されたタンク（６２ｆ）において、これらのタンク（６２ａ、６２ｆ）に配置された前記電極（１４、１６）から進行するか、または、前記電極（１４、１６）に導かれる電流が流れる経路は、前記半導体材料（２）の位置に依存する
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
連続式プラント（７０）内において、前記半導体材料は、前記負電極（１４）が配置された前記エッチング溶液（６）を収容するタンク（７２）を通って搬送され、その間に前記半導体材料（２）の前記表面の前記少なくとも一部（４）は、前記エッチング溶液（６）と接触し、
当該過程で、前記表面の前記少なくとも一部（４）は、前記電源の前記プラス極（９）に導電的に接続され、電流が、前記プラス極（９）から前記マイナス極（１０）に流れる
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記半導体材料（２）の前記表面の前記少なくとも一部（４）は、最初に電気化学的にエッチングされ（８４）、
前記半導体材料（２）の前記表面の前記少なくとも一部（４）は、続いてフッ化水素および硝酸を含有する水性の粗面化エッチング溶液によってエッチングされ（８６）、
その後、好ましくは、再び電気化学的なエッチング（８８）が行われる
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記電気化学的なエッチング（９２）の前に、前記半導体材料（２）の前記表面の前記少なくとも一部（４）が、フッ化水素および硝酸を含有する水性の粗面化エッチング溶液によってエッチングされる（９０）
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法を実行するための装置（１；３０）であって、処理されるべき対象物（２）を搬送方向（５７）に搬送可能である搬送装置（５９）を具備し、
搬送方向（５７）に連続して配置された複数のタンク（４２ａ−４２ｆ；６２ａ−６２ｆ）を具備し、前記複数のタンクの各々は、内部に少なくとも１つの電極（１４、１６）が配置された処理液（６）を収容することを特徴とする
装置。
【請求項１３】
搬送方向（５７）に連続する前記複数のタンク（４２ａ−４２ｆ；６２ａ−６２ｆ）のうちの任意の２つの直接連続するタンク（４２ａ、４２ｂ；６２ａ、６２ｂ）において、前記２つの直接連続するタンク（４２ａ、４２ｂ；６２ａ、６２ｂ）のうちの第１のタンク（４２ａ；６２ａ）に属する前記少なくとも１つの電極（１４）は、第１の極性を有し、前記２つの直接連続するタンク（４２ａ、４２ｂ；６２ａ、６２ｂ）のうちの第２のタンク（４２ｂ；６２ｂ）に属する前記少なくとも１つの電極（１８）は、前記第１の極性とは反対の第２の極性を有する
ことを特徴とする請求項１２に記載の装置（１；３０）。
【請求項１４】
搬送方向（５７）に連続する前記複数のタンク（４２ａ−４２ｆ）のうち搬送方向（５７）に見て最初のタンク（４２ａ）、および、搬送方向（５７）に連続する前記複数のタンク（４２ａ−４２ｆ）のうち搬送方向（５７）に見て最後のタンク（４２ｆ）は、搬送方向（５７）に連続する他の複数のタンク（４２ｂ−４２ｅ）の搬送方向（５７）における長さとは異なる搬送方向（５７）における長さを有し、好ましくは、前記最初のタンクおよび前記最後のタンクの長さは、他のタンクの長さよりも延長されている
ことを特徴とする請求項１２または１３に記載の装置（１）。
【請求項１５】
前記最初のタンク（４２ａ）および前記最後のタンク（４２ｆ）を除いて、搬送方向（５７）に連続する前記複数のタンク（４２ａ−４２ｆ）のすべてのタンク（４２ｂ−４２ｅ）は、搬送方向（５７）に均一な長さを有し、搬送方向（５７）に延びる均一な開口長さＰ（２２）を有し、
前記複数のタンク（４２ａ−４２ｆ）のうちの２つの直接連続するタンク（４２ａ、４２ｂ；４２ｃ、４２ｄ；４２ｅ、４２ｆ）は、互いに長さＴ（２４）だけ、それぞれ離間しており、
前記最初のタンクおよび前記最後のタンク（４２ａ、４２ｆ）の開口長さは、前記複数のタンク（４２ａ−４２ｆ）の他のタンク（４２ｂ−４２ｅ）と比較して、差分長さＬ（２６）だけ延長されており、当該長さＬは、搬送方向（５７）の長さＯ（２０）を有する処理対象物（２）の場合には、Ｌ＝Ｏ−２Ｔ−Ｐ−Ｃによって計算され、
ここで、Ｃは、処理されるべき基板の表面上の任意の点が等しい時間処理されるように、プロセスおよび／または材料に依存して選択されるパラメータである
ことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプレアンブルにおける半導体材料の表面の少なくとも一部を粗面化（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）する方法、および、独立のプロダクトクレームのプレアンブルにおける当該方法を実行するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体材料を用いた半導体部品の製造においては、湿式化学エッチング法が非常に頻繁に用いられ、当該方法によって半導体材料の表面が処理される。特に太陽電池の製造において、これを行う１つの方法は、表面での入射光の反射を低減するために半導体材料の表面を粗面化することである。太陽電池の場合、このようにして、太陽電池に入射する光のカップリングを改善し、太陽電池の効率を高めることが可能である。
【０００３】
半導体部品の製造に使用される半導体材料は、一般に半導体基板の形態であり、これは２つの大きな面積の側面を有する平坦な本体を意味すると理解される。このような基板は、時には半導体ウェハと呼ばれ、通常はウェハと呼ばれる。このような基板は、シリコンウェハの場合のように、必ずしも固体材料からなる必要はない。本明細書の文脈において、基板は、原則として、半導体層がその上に配置されたキャリア基板をも意味すると理解される。半導体材料が基板の形態である場合、これらの基板はしばしば鋸で切られた表面を有する。このことは、特に、固体材料製の基板、例えば上述のシリコンウェハの場合に当てはまる。なぜなら、これらは、一般に、半導体材料のブロックから切り取られるからである。しかし、半導体材料が他の形状をしているときでさえ、鋸で切られた表面がしばしば存在する。
【０００４】
半導体材料は、典型的には、ワイヤーソー（ｗｉｒｅ  ｓａｗｓ）を用いて鋸引きされる。使用されるワイヤーソーは、分離媒体スラリー中を移動するワイヤー、または、ダイヤモンドが散りばめられたワイヤーであり得る。ダイヤモンドが散りばめられたワイヤーが使用される場合、このことは、本明細書の文脈において、ダイヤモンドワイヤーソーまたはダイヤモンドワイヤーソーイングと呼ばれる。ワイヤーソーで切断された半導体材料は、その切断面において一定の粗さを有する。鋸引き操作は、半導体材料を部分的に砕き、その結果、半導体材料の損失が生じる。これらの損失は、ダイヤモンドワイヤーソーイングの場合よりも、ワイヤーが分離媒体のサスペンション中を移動する上述のスライスラッピング法の場合の方が大きい。このため、ダイヤモンドワイヤーソーの使用は、ますます重要な目的となる。
【０００５】
太陽電池、特にシリコン太陽電池の工業的製造において、フッ化水素および硝酸を含有する水性のエッチング溶液を使用する湿式化学エッチングによるシリコン基板の粗面化が有用であることが判明した。この場合、ワイヤーソーの結果として存在する粗い表面は、ソー損傷と呼ばれ、低減された反射率を有する表面構造に変換される。上述のスライスラッピング法によって切断された半導体材料の場合、この粗面化方法によって非常に良好な粗面を生成することが可能である。しかし、ダイヤモンドワイヤーソーで切断された半導体材料の場合、これらの粗面化方法は所望の結果をもたらさないことが判明した。ダイヤモンドワイヤーソーで切断された半導体材料の場合のソー損傷はそれほど顕著ではないという点で、良好な粗面の形成が明らかに妨げられている。アルカリの粗面化溶液は、多結晶材料の場合には適切ではなく、したがって、少なくともこれらの半導体材料に対する代替を構成しない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この背景に対して、本発明の目的は、それほど粗くない表面を有する半導体材料を確実にかつ適切に粗面化することができる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、請求項１の特徴を有する方法によって達成される。
【０００８】
本発明の更なる目的は、この方法を実行するための装置を提供することである。これは、独立の装置クレームの特徴を有する装置によって達成される。
【０００９】
有利な改良は、それぞれ、従属請求項の主題である。
【００１０】
半導体材料の表面の少なくとも一部を粗面化するための本発明の方法は、当該表面の少なくとも一部をエッチング溶液と接触させることを想定している。更に、当該表面の少なくとも一部は、電源のプラス極に導電的に接続され、正電極として使用される。エッチング溶液中に配置された負電極は、電源のマイナス極に導電的に接続される。プラス極からマイナス極に電流を流すことによって、当該表面の少なくとも一部が電気化学的にエッチングされる。
【００１１】
この方法では、エッチング溶液は同時に電解質として作用するので、電流をエッチング溶液に通すことができる。電流は、置換されなければ粗面化エッチング溶液中に存在する酸化剤、しばしば硝酸である、を置換することができ、電流は、半導体材料の表面に電気的ホールを提供する。このようにして、エッチング溶液との反応が可能となり、従って半導体材料の表面の粗面化が可能となる。
【００１２】
使用されるエッチング溶液は、好ましくは酸性溶液である。使用されるエッチング溶液は、より好ましくはフッ化水素を含有する水溶液である。
【００１３】
アルカリのエッチング溶液は多結晶半導体材料には使用できないので、多結晶半導体材料を粗面化することが好ましい。
【００１４】
この方法はシリコンの粗面化において特に有用であることが判明した。それゆえ、使用される半導体材料は、有利にはシリコン、より好ましくは多結晶シリコンである。
【００１５】
ここで、電気化学的なエッチングの操作を、半導体材料としてシリコンが存在し、使用されるエッチング溶液がフッ化水素を含有する水溶液である実施例によって説明する。既に説明されたように、当該表面の少なくとも一部と電流源のプラス極との導電接続は、当該表面の少なくとも一部に電気的ホールを提供する。電気的ホールのことを、以後略してｈ＋と呼ぶ。エッチング溶液中のフッ化水素は、そこにフッ素イオンＦ−を提供する。当該表面の少なくとも一部で、このことは次のような反応をもたらす。
Ｓｉ＋６Ｆ−＋４ｈ＋  →  ＳｉＦ６
【００１６】
このことが電気化学的なエッチング操作を構成する。電流は、当該表面の少なくとも一部に均一に分布する。その結果、エッチピークおよびエッチバレーが形成され、このことが今度は孔の形成をもたらす。
【００１７】
好ましくは、本質的に半導体材料の下側の側面のみが粗面化される。この目的のために、本質的に下側の側面のみ、以後略して単に下面と呼ぶことがある、がエッチング溶液と接触する。換言すれば、上述の下側の側面は、半導体材料の下方を向く表面と呼ぶことができる。記述された手順により、半導体材料の片面の粗面化を達成することが可能である。半導体材料の全面または両面の粗面化と比較して、このことは、より少ない化学薬品およびより少ない電力消費の結果として、粗面化の複雑さを低減することを可能にする。更に、片面の粗面化は、様々な半導体部品の製造方法、特に太陽電池の製造方法において有用であることが判明した。
【００１８】
基板、好ましくは太陽電池基板の表面の少なくとも一部を粗面化することが好ましい。
本明細書の文脈において基板によって意味されること、および、基板は必ずしも固体材料からなる必要はなく、その上に半導体が配置されたキャリア基板もそのような基板を構成するという事実は、既に上述されている。本発明の方法は、基板の粗面化において特に有用であることが判明した。
【００１９】
好ましくは、電気化学的なエッチングによって、マクロポーラス半導体材料構造が形成される。その構造は、０．２〜３μｍの範囲のサイズを有する。この種のマクロポーラス構造を用いて、非常に小さい反射値を有する粗面を達成することが可能であった。原理的に、それぞれの用途において実行可能であるならば、ミクロポーラス構造またはメソポーラス構造を形成することも代替的に可能である。
【００２０】
少なくとも１つの界面活性剤を含有するエッチング溶液を使用することが有利であることが判明した。例えば、使用される界面活性剤は、Ｓｕｒａｃｔ  Ｃ１２５の商品名を有する製品であり得る。エッチング溶液中の界面活性剤の含有量によって、電気化学的なエッチングで形成される構造の形状に影響を与えることが可能である。特に、形成される孔のサイズに影響を与えることが可能である。
【００２１】
ワイヤーソーを用いて半導体材料本体から半導体材料を切り取り、続いて半導体材料の切断面を粗面化することが好ましい。このような切断面は確実かつ効率的に粗面化され得ることが判明した。使用されるワイヤーソーとしては、ダイヤモンドワイヤーソーがより好ましい。このことに関連して、ダイヤモンドワイヤーソーイングの場合に生じる粗さが低減された切断面でさえも確実かつ効率的に粗面化することができるので、本発明の方法が特に有利であることが判明した。本明細書の文脈においてダイヤモンドワイヤーソーによって意味されることはイントロダクションにおいて述べられている。
【００２２】
好ましい実施形態では、半導体材料は、連続式プラント内で、搬送方向に連続して配置されたエッチング溶液を収容する複数の槽を通って搬送される。ここでの搬送は、半導体材料がタンク内に存在するエッチング溶液中に完全に浸されるように、または半導体材料の表面の一部だけがタンク内のエッチング溶液と接触するように実行され得る。後者は、特に、半導体材料の本質的に片面の粗面化を可能にする。複数のタンクを通る半導体材料の搬送中、半導体材料の表面の少なくとも一部は、搬送方向に連続して配置された２つのタンクからのエッチング溶液と一時的に同時に接触する。上述の２つのタンクからのエッチング溶液との同時接触が存在する間、上述の２つのタンクのうちの第１のタンクのエッチング溶液中に配置された正電極は、電源のプラス極に導電的に少なくとも一時的に接続され、加えて、同様に、上述の２つのタンクのうちの第２のタンクにおいて、エッチング溶液中に配置された負電極は、電源のマイナス極に導電的に接続され、電流は、第１のタンクに配置された正電極から、半導体材料を通って、第２のタンクに配置された負電極に流れる。
【００２３】
このようにして、本方法は、連続式プラントにおいて、工業規模で実施され得る。記述された同時接触が存在する間、第１のタンク内でのエッチング溶液との接触を介して、第２のタンクからのエッチング溶液と接触している領域は、第２のタンク内の正電極になる。その結果、第２のタンクでは、上述の電気化学的なエッチング操作を進めることができ、第２のタンク内で電気化学的なエッチングを行うことができる。ここで、半導体材料の表面の少なくとも一部の接触接続は、部品を動かすことなく、第１のタンク内のエッチング溶液を介して快適な方法で行われる。したがって、接触装置の保守の複雑さは少ない。更に、エッチング溶液から発生する攻撃的な蒸気、例えばフッ化水素蒸気などによる、慣用の接触機構、例えばスライド式コンタクトなどに対する攻撃を回避することができる。このようにして、本方法の実施に使用されるプラントの運転停止および保守期間を短縮することができる。
【００２４】
１つの発展形態では、上述の複数のタンクのうち搬送方向で見て連続式プラントの最初に配置されたタンク、および、上述の複数のタンクのうち搬送方向で見て連続式プラントの最後回に配置されたタンクにおいて、これらのタンクに配置された電極から進行するか、または、当該電極に導かれる電流が流れる経路は、半導体材料の位置に依存する。したがって、連続式プラントの最初回に配置されたタンクおよび連続式プラントの最後に配置されたタンクを流れる電流は、半導体材料の位置に応じてスイッチオンおよびスイッチオフされる。このようにして、半導体材料または基板の最先行部が２番目のタンクに到達して電気化学的なエッチングが開始される前に、まず始めに、半導体材料または基板の最先行部を、連続式プラントの最初に配置されたタンクを通過させる必要性があることに起因して形成される粗面の不均一性を補償することが可能である。連続式プラントの最初に配置されたタンク内に依然として存在している半導体材料または基板の後行セクションは、このようにして粗面化されるのに対し、最先行領域は、最初は粗面化されないままである。上述の複数のタンクのうち連続式プラントの最後に配置されたタンクでは、最先行部および後行セクションの処理において類似の不均衡が生じる。連続式プラントを通過した後、半導体材料または基板は、最先行領域および最後行領域と、中間領域とで、異なる期間、電気化学的にエッチングされたこととなる。これらの不均衡は、上述のように、半導体材料の位置に応じて、最初に配置されたタンクと最後に配置されたタンクとにおける電流供給を制御することによって補償することができる。
【００２５】
上述の不均衡を補償する別の方法は、上述の複数のタンクのそれぞれにおいて、特定のタンクのエッチング溶液と接触している半導体材料の表面の少なくとも一部の面積と、当該特定のタンクを流れる電流との比率が一定となるように、開ループまたは閉ループ制御で電流の流れを制御することである。ここで、この一定の条件は、当該表面の少なくとも一部が特定のタンク内に存在するエッチング溶液と接触している期間中に、当該特定のタンクについて満たされる。上述の複数のタンクのうちの単一のタンクを考慮すると、このことは、この個々のタンクについて以下のことを意味する。この個々のタンクに存在するエッチング溶液が半導体材料の表面の少なくとも一部と接触する場合、上述の一定の条件は、このタンクに対して満たされる。この個々のタンクに対しての一定の条件が意味するものは、この個々のタンク内に存在するエッチング溶液と接触している半導体材料の表面の少なくとも一部の面積と、この個々のタンクを流れる電流との比率が一定であることである。
【００２６】
異なる長さの電気化学的なエッチングの上述の期間の場合、単純化のために、複数のタンクの各タンクにおいて、このタンクに配置されたエッチング溶液は、複数のタンクのうちの隣接するタンクに配置されたエッチング溶液と少なくとも一時的に同時に接触する半導体材料の表面の少なくとも一部と接触すると仮定する。このことは、絶対に必要というわけではないが、比較的単純で複雑でない方法体系を可能にする。
【００２７】
その中に存在するエッチング溶液と同時に接触して電気化学的エッチングが行われる隣接タンク対が多くなるほど、電気化学的なエッチング時間における上述の不均衡は小さくなる。半導体材料が連続式プラントを通って搬送方向に搬送される搬送速度の増加もまた、上述の不均衡を減少させることができる。しかし、それにも関わらず、目的が短い処理時間であり、その結果として半導体材料の表面の少なくとも一部が高密度となる場合、上述の不均衡は無視できない。上述の不均衡を均衡させる代替的な方法は、複数のタンクのうちの連続式プラントの最初に配置されたタンクの長さと、連続式プラントの最後に配置されたタンクの長さとを一致させることである。用語「長さ」は、問題となっているタンクの搬送方向における長さを指す。このオプションは、以下においてより詳細に説明される。
【００２８】
代替的な実施形態では、連続式プラント内の半導体材料は、負電極が配置されたエッチング溶液を収容するタンクを通って搬送される。半導体材料の表面の少なくとも一部は、ここでエッチング溶液と接触する。この期間中、当該表面の少なくとも一部は、電源のプラス極に導電的に接続され、電流は、プラス極からマイナス極に流れる。半導体材料の表面の少なくとも一部のプラス極への導電接続は、原理的には、それ自体知られている任意の方法で、例えば連続式プラントに含まれるスライド式コンタクトまたはコンタクトアームによって実施することができる。
【００２９】
本発明の方法では、電気化学的なエッチング操作は、フッ化水素および硝酸を含むエッチング溶液を使用するそれ自体公知の湿式化学的粗面化方法と比較して、比較的ゆっくり進行する。それゆえ、８分間以上の間、電気化学的エッチングが行われることが好ましい。
【００３０】
この背景に対し、有利であることが判明した本発明の方法の発展は、半導体材料の表面の少なくとも一部が、最初に、上述の方法のうちの１つの方法で電気化学的にエッチングされるものである。続いて、フッ化水素および硝酸を含有する水性の粗面化エッチング溶液を用いて半導体材料の表面の少なくとも一部がエッチングされる。このようにして、特にダイヤモンドワイヤーソーで切断された半導体材料の場合、低減された方法期間で良好な粗面を作り出すことができる。この関連において、最初の電気化学的なエッチングにおいて、１〜２分のエッチング時間が有用であることが判明した。
【００３１】
上述の水性の粗面化エッチング溶液によるエッチング後、別の電気化学的なエッチングが行われることが特に好ましい。この電気化学的エッチング工程の場合も、１〜２分のエッチング時間が有用であることが判明した。判明したように、この新しい電気化学的エッチング操作によって、半導体材料の表面の少なくとも一部での入射光の反射を更に低減させることが可能である。
【００３２】
本発明の方法の別の実施形態では、電気化学的なエッチングの前に、半導体材料の表面の少なくとも一部が、フッ化水素および硝酸を含有する水性の粗面化エッチング溶液によってエッチングされる。このようにして、特にダイヤモンドワイヤーソーで切断された半導体材料において、適切な用途において、方法の期間の短縮化と満足のいく粗面とを組み合わせることもまた可能であることが判明した。この実施形態では、１〜２分の時間の電気化学的なエッチングが好ましい。
【００３３】
更に、個々の用途において、半導体材料上に存在するソー損傷が完全に除去されるのを確実にするために、電気化学的なエッチングと、上述の方法のうちの１つにおける上述の水性の粗面化エッチング溶液によるエッチングとを組み合わせることが、有利であり得ることが判明した。
【００３４】
本発明の装置は、処理されるべき対象物を搬送方向に搬送可能である搬送装置を具備する。加えて、各々が処理液を収容した複数のタンクが、搬送方向に連続した配置で設けられており、当該タンクの中には、少なくとも１つの電極が配置されている。
【００３５】
この装置によって、本発明の方法が連続的な方法として実施され得る。提供される処理液は、エッチング溶液、好ましくは酸性エッチング溶液、より好ましくはフッ化水素含有エッチング溶液であり得る。
【００３６】
一つの発展では、搬送方向に連続する複数のタンクのうちの任意の２つの直接連続するタンクにおいて、２つの直接連続するタンクのうちの第１のタンクに属する少なくとも１つの電極は、第１の極性を有し、２つの直接連続するタンクのうちの第２のタンクに属する少なくとも１つの電極は、第１の極性とは反対の第２の極性を有する。ここでは、複数のタンクのうちの２つを直接連続して配置することは、複数のタンクのうちの他のタンクがそれらの間に配置されないことを意味すると理解される。例えば搬送ロールのような他の構成要素は、直接連続配置されたタンクの間に配置されている可能性が極めて高い。この構成の変形例の場合、処理されるべき対象物の部分は、電気化学的なエッチング操作における電極として使用され得る。従来の接点接続装置、例えばスライド式コンタクトを省略することが可能である。
【００３７】
有利には、搬送方向に連続する複数のタンクのうち搬送方向に見て最初のタンク、および、搬送方向に連続する複数のタンクのうち搬送方向に見て最後のタンクは、搬送方向に連続する他の複数のタンクの搬送方向における長さとは異なる搬送方向における長さを有する。最初のタンクと最後のタンクのこれらの長さは、延長されていることが好ましい。このようにして、処理されるべき対象物の異なる領域が異なる期間の間電気化学的にエッチングされるという上述の影響を、余分な複雑化を低いレベルに抑えて、相殺することが可能である。搬送方向に連続する複数のタンクのうちの最初のタンクおよび最後のタンクを除いて、搬送方向に連続して配置された複数のタンクのすべてのタンクは、より好ましくは、均一な長さを有する。このようにして製造の複雑さが低減され得る。
【００３８】
好ましい構成の変形例において、最初のタンクおよび最後のタンクを除いて、搬送方向に連続する配置の複数のタンクのすべてのタンクは、搬送方向に均一な長さを有し、搬送方向に延びる均一な開口長さＰを有する。上述の複数のタンクのうちの２つの直接連続するタンクは、互いに長さＴだけ、それぞれ離間している。最初のタンクおよび最後のタンクの開口長さは、上述の複数のタンクの他のタンクと比較して、差分長さＬだけ延長されている。搬送方向の長さＯを有する処理対象物の場合には、当該長さＬは、
Ｌ＝Ｏ−２Ｔ−Ｐ−Ｃ
によって計算される。
ここで、Ｃは、処理される基板の表面上の任意の点が等しい時間処理されるように、プロセスおよび／または材料に依存して選択されるパラメータである。この装置を用いれば、処理時間または電気化学的なエッチング時間における上述の不均衡が、大部分均衡され得ることが判明した。パラメータＣについては、特にシリコン基板およびシリコン太陽電池基板の処理において、「０」および「２」の値が有用であることが判明した。
【００３９】
本発明は、以下の図面によって詳細に説明される。適切な場合には、同じ効果を有する要素には同じ参照番号が付されている。本発明は、図に示された実施例に限定されず、機能的特徴に関しても実施例に限定されない。これまでの説明および以下の図面の説明は多数の特徴を含み、そのうちのいくつかは従属請求項においていくつかの場合にはまとめて表現されている。しかしながら、これらの特徴、および上記および以下の図面の説明において開示される他のすべての特徴もまた、当業者によって個々に考慮され、実行可能な更なる組み合わせを与えるために組み合わされる。特に、言及された全ての特徴はそれぞれ個別に、また、任意の適切な組み合わせで、独立請求項の方法および／または装置と組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、本発明による方法の第１の実施例および本発明による装置の第１の実施例を概略図で示す。
【図２】図２は、本発明による装置の第２の実施例および本発明による方法の第２の実施例の概略図である。
【図３】図３は、本発明による方法の第３の実施例を概略図で示す。
【図４】図４は、本発明による方法の第４の実施例のフロー図である。
【図５】図５は、本発明による方法の第５の実施例のフロー図である。
【図６】図６は、本発明による方法の第６の実施例のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図１は、概略図において、本発明による方法の第１の実施例および当該方法を実行するための本発明による装置の第１の実施例を示す。図示された連続式プラント１は、搬送装置を有し、当該搬送装置は、搬送ロール５９を本質的な構成要素として含み、当該搬送ロール上で、対象物、本実施例では、シリコン太陽電池基板２を、連続式プラント１を通って搬送方向５７に搬送可能である。搬送装置の他の構成要素は、それ自体公知であり、図をより明瞭にするために図示されていない。複数のタンク４２ａ〜４２ｆが搬送方向５７に連続して設けられている。これらのタンクはそれぞれ処理液を収容し、当該処理液は本実施例ではフッ化水素を含有したエッチング溶液６であり、その中には電極１４、１８が配置されている。ここで、隣接する全ての２つのタンク４２ａ〜４２ｆは、異なる極性の電極１４、１６を有する。こうして、タンク４２ａ内の負電極１４の後にタンク４２ｂ内の正電極１８が続く。他のタンク４２ｃ〜４２ｆについても同様なことが当てはまる。負電極１４は、マイナス極への給電線１２によって電源８のマイナス極１０に接続されている。対応して、正電極は、プラス極への給電線１１を介して電源８のプラス極９に接続されている。用途および方法の状況に応じて、給電線１１、１２の場合、電極１４、１８の各々に別々の給電線を設けることができ、あるいは同じ極性の複数の電極１４、１８に共通の給電線によって給電することができる。電力の供給は、電源８に接続された制御装置２０によって制御され、ここで、制御装置２０は閉ループ制御装置としても実行され得る。
【００４２】
連続式プラント１は、シリコン太陽電池基板２の片面処理、より具体的には片面の粗面化のために設計されている。シリコン太陽電池基板２の下側の側面４、または、略して下面は、タンク４２ａ〜４２ｆ内に存在するエッチング溶液６と接触する。この目的のために、エッチング溶液は、流体ポンプ５５によって、回収タンク４０からパイプライン５６を通ってタンク４２ａ〜４２ｆに継続的に送り込まれる。その結果、回収タンク４０と比較して、シリコン太陽電池基板２の下側の側面４と接触する、より高い液面レベル５３が、タンク４２ａ〜４２ｆに確立される。オーバーフローするエッチング溶液５１がタンク４２ａ〜４２ｆから回収タンク４０に流出し、再びタンク４２ａ〜４２ｆに送り戻される。
【００４３】
タンク４２ａ〜４２ｆ内に配置されたエッチング溶液は電解質として作用し、シリコン太陽電池基板２の下側の側面４とタンク４２ａ〜４２ｆ内に配置された電極１４、１８との間に導電接続をもたらし、最終的には、電源８のマイナス極１０およびプラス極９との導電接続をもたらす。シリコン太陽電池基板が連続式プラント１を通って搬送方向５７に搬送される場合、シリコン太陽電池基板の下側の側面４が、搬送方向５７に連続して配置された２つのタンク４２ａ〜４２ｆからのエッチング溶液６と、一時的に同時に接触する。図１の表現は、そのような接触を示している。シリコン太陽電池基板の下側の側面４の右側部分はタンク４２ｂ、４２ｄおよび４２ｆからのエッチング溶液と接触し、左側部分はタンク４２ａ、４２ｃおよび４２ｅからのエッチング溶液と接触している。下側の側面４の右側部分は、エッチング溶液６を介して、シリコン太陽電池基板を導電的に正電極１８に、従って電源のプラス極９に接続する。結果として、下側の側面の左側部分は、タンク４２ａ、４２ｃ、４２ｅ内の正電極１６として機能する。こうして、電流は、電流源８のプラス極９からシリコン太陽電池基板２を介して電流源８のマイナス極１０に流れ、下側の側面４は、正電極として機能する部分１６において、電気化学的にエッチングされる。これによりマクロポーラス半導体構造が形成される。原理的には、代替的に、ミクロまたはメソポーラス構造を形成することも可能である。これらの構造は粗面を構成するので、シリコン太陽電池基板の下側の側面４は粗面化される。
【００４４】
図１に示されるように、シリコン太陽電池基板２が左から連続式プラント１に入ってくると、まずその下側の側面４がタンク４２ａからのエッチング溶液６とのみ接触する。シリコン太陽電池基板２が電源８のプラス極９への導電接続を受けるまでは、電気化学的なエッチング操作は確立されない。シリコン太陽電池基板２の右側部分がタンク４２ｂに到達して始めて、電流がプラス極９からタンク４２ａを通ってマイナス極１０に流れ、電気化学的なエッチング操作が進行する。その結果、最先行部とも呼ぶことができるシリコン太陽電池基板の右側部分は、タンク４２ａ内で電気化学的にエッチングされない。下側の側面４の異なる部分のエッチングにおける類似の不均衡が最後のタンク４２ｆにおいて見られる。この不均衡を均衡化するために、図１の実施例では、最初のタンク４２ａおよび最後のタンク４２ｆは、均一な長さおよび均一な開口長さＰ  ２２を有する他のタンク４２ｂ〜４２ｅと比較して、差分長さＬ  ２６だけ延長されている。当該差分長さは、処理されるべき、より具体的には粗面化されるべきシリコン太陽電池基板２の長さＯ  ２８と、一様に分離して配置されたタンク４２ａ〜４２ｆの間隔Ｔ  ２４と、上述の開口長さＰ  ２２とから、次式によって計算される。
Ｌ＝Ｏ−２Ｔ−Ｐ−Ｃ
Ｃは、上述の方法で適切に選択されたパラメータである。図１の実施例では、「０」という値が選択された。
【００４５】
２つの隣接するタンク４２ａ〜４２ｆの間の間隔Ｔの効果は、２つのタンク４２ａ〜４２ｆの間の領域において、シリコン太陽電池基板２の下側の側面４がエッチング溶液６と接触しないことである。こうして、隣接するタンク４２ａ〜４２ｆ間の短絡を回避することができる。短絡安全性を高めるために、図１の実施例では、オプションとしてのエアナイフ６１が各タンク４２ａ〜４２ｆの下流側に設けられ、それによって残存するエッチング溶液を吹き飛ばすことができる。
【００４６】
図２は、本発明の方法および本発明の装置の更なる実施例を示す。図示された連続式プラント３０は、均一長さのタンク６２ａ〜６２ｆが設けられているという点で、図１の連続式プラント１とは異なる。更に、制御装置２０によって接続された位置検出装置３２ａ、３２ｆが設けられている。これらの接続の表現は、図面をより明瞭にするために図２では省略された。上述の位置検出装置３２ａ、３２ｆにより、シリコン太陽電池基板２の位置が検出され、その位置に応じてタンク６２ａ、６２ｆ内の電流の流れが電流制御装置２０により制御される。このようにして、タンク６２ａおよび６２ｆ内のシリコン太陽電池基板の左側領域、中央領域および右側領域の電気化学的なエッチングまたは粗面化における上述の不均衡を補償することが可能である。
【００４７】
図３は、本発明の方法の更なる実施例を概略図で示す。図１および図２の例とは対照的に、ここではただ１つのタンク７２が設けられている。ここでもまた、回収タンク７４から流体ポンプによって供給され、それによってオーバーフローするエッチング溶液５１がここでも存在する。図面をより明瞭にするために、流体ポンプおよび付随するパイプラインの表示は図３では省略されている。図３は、連続式プラントを示し、当該連続式プラントにおいて、シリコン太陽電池基板２、ひいてはその下側の側面４が、プラス極への給電線１１によって電源のプラス極９に接続されている。しかし、図１および図２の連続式プラントとは対照的に、各シリコン太陽電池基板２に対して接触装置が必要とされる。この目的のために、原理的には、それ自体既知の多数の選択肢があり、したがって図３には接触装置の詳細は示されていない。例えば、コンタクトアームまたはシリコン太陽電池基板２と共に動くスライド式コンタクトを設けることができる。図３の実施例では、電流源８がオンにされた状態で、少なくとも１つのシリコン太陽電池基板が少なくとも部分的にタンク７２の上方に存在する場合、電流は常にプラス極９からマイナス極に流れる。
【００４８】
本発明の方法の更なる実施例が、図４のフロー図によって示される。この実施例では、シリコン太陽電池基板は、シリコン本体、例えばシリコンブロックから、ダイヤモンドワイヤーソーによって最初に切り取られる８０。続いて、シリコン太陽電池基板の切断面が電気化学的に粗面化される８２。このことは、例えば、図１〜図３の実施例に記載されている方法のうちの１つによって達成することができる。ここでは、それぞれの実施例において概略図の形式で示された連続式プラント１、３０、７０を用いることが可能である。本発明の方法および本発明の装置は、ダイヤモンドワイヤーソーによってカバーされた半導体材料、特にシリコン太陽電池基板の粗面化において特に有利であることが判明した。
【００４９】
上記で説明したように、本発明による電気化学的なエッチングでは、エッチング速度は比較的遅い。したがって、図５のフロー図に示される実施例では、１〜２分間の初期の電気化学的なエッチング８４が想定されている。このことは、例えば、図１〜図３で説明された方法および装置によって実施することができる。その後、フッ化水素および硝酸を含有する水性の粗面化エッチング溶液による粗面化エッチング８６が続く。この方法の変形例により、ダイヤモンドワイヤーソーによって切断された半導体材料の場合に、低反射の粗面を確実に生成することも可能である。更に反射を低減するために、図５の実施例は、１〜２分間にわたる別の電気化学的なエッチング操作８８のオプショナルな工程を提供する。初期の電気化学的なエッチングと同様に、この方法の当該工程もまた、図１〜３によって説明された方法例および装置例によって実施することができる。
【００５０】
図６は、フロー図を用いて、本発明の方法の更なる実施例を示す。この実施例は、本質的に、水性の粗面化エッチング溶液を用いた最初の粗面化エッチング９０の後に、１〜２分間の電気化学的なエッチング９２が続くという点で、図５の実施例とは異なる。この電気化学的なエッチングもまた、例えば、図１〜３によって説明された方法および装置によって実施することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１        連続式プラント
２        シリコン太陽電池基板
４        下側の側面
６        エッチング溶液
８        電源
９        プラス極
１０      マイナス極
１１      プラス極給電線
１２      マイナス極給電線
１４      負電極
１６      正電極として機能するセクション
１８      正電極
２０      制御装置
２２      開口長さ  Ｐ
２４      タンク間隔  Ｔ
２６      差分長さ  Ｌ
２８      シリコン太陽電池基板の長さ  Ｏ
３０      連続式プラント
３２ａ    位置検出装置
３２ｆ    位置検出装置
４０      回収タンク
４２ａ−４２ｆ  タンク
５１      オーバーフローエッチング溶液
５３      液面レベル
５５      流体ポンプ
５６      パイプライン
５７      搬送方向
５９      搬送ロール
６１      エアナイフ
６２ａ−６２ｆ  タンク
７０      連続式プラント
７２      タンク
７４      回収タンク
８０      ダイヤモンドワイヤーソーによってシリコン本体からシリコン太陽電池基板を切り取る
８２      切断面の電気化学的な粗面化
８４      １〜２分間の電気化学的なエッチング
８６      水性の粗面化エッチング溶液による粗面化エッチング
８８      １〜２分間の電気化学的なエッチング
９０      水性の粗面化エッチング溶液による粗面化エッチング
９２      １〜２分間の電気化学的なエッチング
【図１】
2020508563.tif 000003
【図２】
2020508563.tif 000004
【図３】
2020508563.tif 000005
【図４】
2020508563.tif 000006
【図５】
2020508563.tif 000007
【図６】
2020508563.tif 000008
【国際調査報告】
2020508563.tif 000009
2020508563.tif 000010
2020508563.tif 000011
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