エッチング方法およびエッチング装置
【課題】シリコン基板をウエットエッチングするエッチング装置において、エッチング液の酸化還元電位の低下によるエッチングレートの低下や、エッチング液の循環流量の低下によるエッチング量の面内均一性の低下を抑制する。
【解決手段】エッチング液の酸化還元電位を測定する酸化還元電位計１２１と、エッチング液の循環量を計測する流量計１１１とを備え、酸化還元電位の測定値に基づいて、バブリング装置１３１を制御してエッチング液に対する水素ガスのバブリングを行い、また、流量計１１１の測定値に基づいて、エッチング液の循環量が一定になるようエッチング液の循環ポンプ１１０を駆動制御する。
【解決手段】エッチング液の酸化還元電位を測定する酸化還元電位計１２１と、エッチング液の循環量を計測する流量計１１１とを備え、酸化還元電位の測定値に基づいて、バブリング装置１３１を制御してエッチング液に対する水素ガスのバブリングを行い、また、流量計１１１の測定値に基づいて、エッチング液の循環量が一定になるようエッチング液の循環ポンプ１１０を駆動制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチング方法およびエッチング装置に関し、特に、シリコン基板をエッチング液によりエッチングするウエットエッチング処理を、エッチング液のエッチング能力の低下およびエッチング量のばらつきを抑えつつ行う方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコン基板のウェットエッチング技術としては、カセット内に収容されたシリコン基板を、水酸化アルカリを含む水溶液に浸漬し、エッチング液のバブリングまたは揺動の下でシリコン基板のウエットエッチング処理を行うことが一般的である。
【０００３】
シリコン基板のウエットエッチングに使用するエッチャントである水酸化アルカリ水溶液では、被エッチング物であるシリコン基板を処理した枚数が増加するにつれて、徐々にアルカリ水溶液中の水酸基濃度が低下する。
【０００４】
この結果、アルカリ水溶液によるシリコン基板のエッチングレートも徐々に低下し、同一条件での処理では、処理ロット間でシリコン基板のエッチング量にばらつきが生じることとなる。
【０００５】
この対策として、特許文献１に開示の技術では、新液（新たなエッチング液）をエッチング槽に投入してからの処理回数、つまり処理したロット数に応じて、各ロットに対する処理時間を長くする方法を開示している。
【０００６】
以下図面を用いて具体的に説明する。
【０００７】
図５は、上記特許文件１に開示のエッチング装置の構成を説明する断面模式図のである。
【０００８】
このエッチング装置１は、太陽電池セルの製造方法におけるシリコン基板のエッチング工程で用いられるものである。
【０００９】
具体的には、このエッチング装置１は、水酸化アルカリを含む水溶液であるエッチング液２が満たされたエッチング槽３と、エッチング槽３へのエッチング液２の供給、および該エッチング槽３からのエッチング液の廃棄を調整するエッチング液調節器４とを有している。また、このエッチング装置１は、被処理部材であるｐ型Ｓｉ基板５を保持するエッチング冶具６と、このエッチング冶具６を昇降させて、収容したｐ型Ｓｉ基板５を該エッチング槽３内のエッチング液２に漬けたり引き揚げたりする上下スライダー７と、エッチング冶具６を搬送するとともに、上下スライダー７を駆動する搬送ロボット８と、エッチング液調節器４および搬送ロボット８を制御する時間制御シーケンサ９とを有している。
【００１０】
例えば、太陽電池セルの製造方法において、このようなエッチング装置を用いて、ｐ型Ｓｉ（シリコン）基板５の表層部のうちのスライス加工によって機械的損傷を受けた部分および汚染部分の除去を主な目的とするエッチングの処理を行う場合、エッチングに使用する水溶液の液疲労に対応するために、水溶液が新液に交換されてからのエッチングの処理回数の増加に応じて、エッチングの処理時間を長くする制御を行う。
【００１１】
このように、ｐ型Ｓｉ基板５の表層部のうちの機械的損傷を受けた部分および汚染部分の除去を主な目的とするエッチング工程において、水溶液に新液が投入されてからの処理回数の増加に応じて、処理時間を長くすることによって、エッチング量のばらつきを抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−２２０９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、シリコンのエッチングレートに影響を及ぼす要因は、水酸化アルカリ水溶液中の水酸基濃度以外にも、図２に示す酸化還元電位や、図４に示す液循環流量の影響もあり、前記対策のみでは不十分である。
【００１４】
つまり、図２は、酸化還元電位とシリコンのエッチングレートの相関をグラフＬで示している。この図２からは、Ｓｉのエッチングレート（μｍ／ｍｉｎ）は酸化還元電位（ｍＶ）の増大によりほぼ直線的に低下することが分かる。
【００１５】
また、図４は、エッチング液の循環流量とシリコンエッチングの面内均一性の相関を棒グラフで示している。この図４からは、液循環流量（リットル／ｍｉｎ）が増大するにつれて、面内均一性（％）、つまりウエハ面内でのエッチング量のばらつきを低減できることが分かる。
【００１６】
従って、特許文献１に開示の、水溶液に新液が投入されてからの処理回数の増加に応じて処理時間を調整するエッチング方法では、各ロットに対して、それまでの処理回数に応じた処理時間を設定しても、エッチング液の酸化還元電位や循環量の変動によって、Ｓｉエッチングレートの低下や面内均一性の低下を招くといった問題があった。
【００１７】
例えば、水酸化アルカリ水溶液の新液をエッチング槽に投入した直後、または各ロットのエッチング処理の間の空き時間の間隔が一定でない場合に酸化還元電位差が上昇したり、エッチング処理の回数増大に伴う液中へのシリコン溶け込みによりエッチング液の循環流量が低下したりすることとなり、Ｓｉエッチングレートや面内均一性が低下が低下することとなる。
【００１８】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、エッチング液の酸化還元電位の低下によるエッチングレートの低下や、エッチング液の循環流量の低下によるエッチング量の面内均一性の低下を抑制することができるエッチング方法およびエッチング装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係るエッチング方法は、シリコン基板をエッチング槽内のエッチング液中に浸して該シリコン基板をエッチングする方法であって、該エッチング液の酸化還元電位を測定するステップと、該測定した酸化還元電位に基づいて、該エッチング液の酸化還元電位をこれが一定に保持されるよう調整するステップとを含むものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２０】
本発明は、上記エッチング方法において、前記酸化還元電位の調整は、前記エッチング液の溶存水素量を調整することにより行うことが好ましい。
【００２１】
本発明は、上記エッチング方法において、前記エッチング液の溶存水素量は、前記エッチング液中で水素ガスのバブリングを行うことにより調整することが好ましい。
【００２２】
本発明は、上記エッチング方法において、前記酸化還元電位が、前記シリコン基板のエッチングレートが最大値に達する設定電位以下になるように前記水素ガスのバブリングを行うことが好ましい。
【００２３】
本発明は、上記エッチング方法において、前記酸化還元電位の設定電位は−９００ｍＶ以下であることが好ましい。
【００２４】
本発明は、上記エッチング方法において、前記エッチング液を、該エッチング液のバブリングを行うバブリング部と該エッチング槽との間で循環させ、該エッチング液の循環量を、前記エッチング液の粘度に拘わらず一定に保持することが好ましい。
【００２５】
本発明に係るエッチング装置は、エッチング液を満たしたエッチング槽を有し、該エッチング槽内のエッチング液にシリコン基板を浸して該シリコン基板をウエットエッチングするエッチング装置であって、該エッチング液の酸化還元電位を測定する電位測定部と、該電位測定部で測定した酸化還元電位に基づいて該エッチング液の酸化還元電位をこれが一定電圧に保持されるよう調整する電位調整部とを備えたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２６】
本発明は、上記エッチング装置において、前記電位調整部は、前記エッチング液に対する水素ガスのバブリングを行うバブリング装置を有し、該電位測定部で測定した酸化還元電位に基づいて、該バブリング装置をオンオフするバブリング制御部とを有することが好ましい。
【００２７】
本発明は、上記エッチング装置において、前記エッチング槽に取り付けられ、該エッチング液のバブリングを行うバブリング槽と、該バブリング槽と該エッチング槽との間で該エッチング液を循環させる循環ポンプと、該循環ポンプを駆動制御するインバータ制御部と、該エッチング液の循環量を測定する流量計とを備え、該インバータ制御部は、該流量計で測定したエッチング液の循環量に基づいて、該エッチング液の循環量がエッチング液の粘度に拘わらず一定となるよう該循環ポンプの駆動能力を制御することが好ましい。
【００２８】
本発明は、上記エッチング装置において、前記電位測定部は、前記エッチング槽内に設けられた測定電極と、該測定電極に接続された酸化還元電位計とを有していることが好ましい。
【００２９】
本発明は、上記エッチング装置において、前記測定電極は、極性の異なるＡｇ電極とＡｇＣｌ電極とを有することが好ましい。
【００３０】
本発明は、上記エッチング装置において、前記バブリング制御部は、前記酸化還元電位計の測定値を、予め設定している設定値と照合し、設定値以上の場合には溶存水素量を増加させて、該酸化還元電位が設定値以下の状態になるよう、前記バブリング装置を自動制御するコンピューター部を有することが好ましい。
【００３１】
次に作用について説明する。
【００３２】
本発明においては、エッチング液の酸化還元電位を常に一定になるよう制御することにより、新液投入時等に生じる酸化還元電位の変動に起因するエッチングレートの変動を抑制することができる。
【００３３】
また、本発明においては、液循環ポンプのインバーター制御機能による液循環流量の制御により、被処理物であるシリコン基板面内のエッチング量の均一性を向上することができる。
【発明の効果】
【００３４】
以上のように、本発明に係るエッチング装置によれば、酸化還元電位の制御により、液投入や処理間隔時間による酸化還元電位の変動を受けることがないという効果がある。
【００３５】
更に、液循環流量の制御により、処理枚数の増加に伴う水酸化アルカリ溶液中へのシリコン溶け込みによる液粘度変動による循環流量の変動の発生も抑制される。
【００３６】
このようなエッチング処理における制御を行うことで、高精度なエッチングレートの均一化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、本発明の実施形態１によるエッチング装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、酸化還元電位とシリコンのエッチングレートの相関をグラフＬで示す図である。
【図３】図３は、酸化還元電位の経時変化を、従来のエッチング方法におけるもの（実線グラフＬａ）と、本発明のエッチング方法におけるもの（点線グラフＬｂ）とで示している。
【図４】図４は、エッチング液の循環流量とシリコンエッチングの面内均一性の相関を棒グラフで示す図である。
【図５】図５は、特許文件１に開示の従来のエッチング装置の構成を説明する断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３９】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１によるエッチング装置の概略構成を模式的に示す図である。
【００４０】
本発明の実施形態１によるエッチング装置１００は、エッチング液Ｅを満たしたエッチング処理槽１０１を有し、該エッチング処理槽１０１内のエッチング液にシリコン基板（図示せず）を浸して該シリコン基板をウエットエッチングするエッチング装置である。
【００４１】
このエッチング装置１００は、エッチング処理槽１０１内のエッチング液の酸化還元電位を測定する電位測定部１２０と、該電位測定部１２０で測定した酸化還元電位に基づいて該エッチング液の酸化還元電位をこれが一定電圧に保持されるよう調整する電位調整部１３０とを有している。
【００４２】
ここで、上記電位測定部１２０は、エッチング処理槽１０１内に設けられた測定電極１２１ａと、該測定電極１２１ａに接続され、酸化還元電位の測定値を示す計測信号を出力する酸化還元電位計１２１とを有している。この測定電極は、極性の異なるＡｇ電極とＡｇＣｌ電極とを有している。
【００４３】
また、上記電位調整部１３０は、エッチング液に対する水素ガスのバブリングを行うバブリング装置１３１と、上記電位測定部１２０で測定した酸化還元電位に基づいて、該バブリング装置１３１による水素ガスの供給を制御するバブリング制御部１３２とを有している。
【００４４】
このバブリング装置１３１は、水素ガスを発生する水素ガス発生源１３１ａと、エッチング処理槽１０１の周囲に取り付けられ、該エッチング処理槽１０１へのエッチング液の供給によりエッチング処理槽１０１から溢れ出したエッチング液を一時的に溜めるバブリング槽１０２と、該バブリング槽１０２内に溜まったエッチング液に、上記水素ガス発生源１３１ａから水素ガスを供給するガス供給管Ｇｐと、該ガス供給管Ｇｐの一部に取り付けられ、該ガス供給管Ｇｐを開通あるいは遮断する開閉弁１３１ｂとを有している。この開閉弁１３１ｂは、上記バブリング制御部１３２からの開閉制御信号により開閉されるようになっている。ここでは、このバブリング制御部１３２は、酸化還元電位計の測定値を、予め設定している設定値と照合し、設定値以上の場合には溶存水素量を増加させ、酸化還元電位が設定値以下の状態になるよう自動制御するマイクロコンピュータにより構成されている。
【００４５】
このバブリング制御部１３２では、上記酸化還元電位計１２１からの測定信号Ｄｖが示す測定値と、予め設定されている設定値とを比較し、測定値が設定値より大きいときは、水素ガスのバブリングが行われるよう開閉弁１３１ｂを開けてバブリングを行い、測定値が設定値以下であるときは、開閉弁１３１ｂを閉じて水素ガスのバブリングを停止させる。
【００４６】
また、このエッチング装置１００では、上記エッチング処理槽１０１とバブリング処理槽１０２との間で、エッチング液Ｅを循環するよう構成されている。つまり、このエッチング装置１００は、エッチング処理槽１０１とバブリング処理槽１０２との間でエッチング液の循環経路を形成する第１および第２の配管Ｌｐ１およびＬｐ２と、該循環経路の途中に設けられ、エッチング液を循環させる循環ポンプ１１０と、該循環ポンプ１１０を駆動制御するインバータ制御部１１０ａとを有している。ここで、上記バブリング処理槽１０２と循環ポンプ１１０とは第１の配管Ｌｐ１により接続され、該循環ポンプ１１０とエッチング処理槽１０１とは第２の配管Ｌｐ２により接続されている。また、第２の配管Ｌｐ２の途中にはエッチング液の流量計１１１が取り付けられており、この流量計１１１からは、エッチング液の循環量Ｆｅを示す計測値Ｄｆが出力され、上記インバータ制御部１１０ａは、この計測値Ｄｆに基づいて、エッチング液の循環量Ｆｅが一定の設定値に保持されるよう、循環ポンプ１１０の駆動能力を駆動信号Ｖｄにより制御するようになっている。
【００４７】
つまり、エッチング液の粘度は、エッチング処理の回数が増えるに伴って高まり、循環ポンプの駆動能力が一定である場合はエッチング液の循環量が低下することとなる。そこで、インバータ制御部１１０ａは、該流量計で測定したエッチング液の循環量に基づいて、該エッチング液の循環量がエッチング液の粘度に拘わらず一定となるよう該循環ポンプの駆動能力を制御するよう構成されている。
【００４８】
また、このエッチング装置１００は、酸化還元電位計１２１の測定信号Ｄｖに基づいて酸化還元電位が水素ガスのバブリングにも拘わらず、設定値以下にならない状態を検出したとき、あるいは、流量計１１１から出力される計測値Ｄｆおよびインバータ制御部１１０ａの駆動信号Ｖｄに基づいて、循環ポンプの駆動能力を高めてもエッチング液の循環量Ｆｅを一定の設定値に保持できない状態を検出したときには、警報を発するよう構成した処理管理部１００ａを有している。
【００４９】
次に動作について説明する。
【００５０】
まず、酸化還元電位とエッチングレートとの関係について図２を用いて説明する。
【００５１】
酸化還元電位は、図２に示す通り、シリコンのエッチングレートと相関を有しており、酸化還元電位がマイナス方向にシフトすると、エッチングレートは上昇する。
【００５２】
次に、新たなエッチング液をエッチング処理槽に投入した後に行うエッチング処理と酸化還元電位との関係を図３を用いて説明する。
【００５３】
図３のグラフＬａで示す通り、エッチング処理を開始すると（図中の経過時間Ｐ１の部分）、酸化還元電位は新液投入時にはプラス方向に高い数値を示しており、シリコンエッチング処理を実施すれば、低い数値にて安定する（図中の経過時間Ｐ２〜Ｐ３の部分）。
【００５４】
また、このエッチング液を、エッチング処理を行わず放置すれば、酸化還元電位が上昇することが分かる（図中の経過時間Ｐ４の部分）。
【００５５】
この後、再度エッチング処理を開始すると、エッチング液の酸化還元電位は低下する（図中の経過時間Ｐ５で示す部分）。
【００５６】
そこで、本実施形態では、エッチング処理の第１の制御として、酸化還元電位計の測定値を、電位調整部１３０のバグリング制御部１３２にてこの測定値と予め設定している設定値との大小関係を比較判別し、測定値が示す酸化還元電位が設定値以上の場合には、水素バブリングを行うことで、酸化還元電位を下げる制御を行っている。
【００５７】
そして、酸化還元電位が設定値以下となった時点で、被処理物であるシリコン基板をエッチング処理槽投入することにより、酸化還元電位起因のエッチングばらつきを抑制するようにする。
【００５８】
なお、酸化還元電位の制御値、すなわち、電位調整部のバブリング制御部１３２に予め設定する設定値の最適値は、実処理基板の確認にて取得した図２に示すデータより、測定電極として、Ａｇ電極およびＡｇＣｌ電極からなる電極を用いた場合、−９００ｍＶ以下であることが導出されている。
【００５９】
また、本実施形態では、エッチング処理の第２の制御として、エッチング液の循環量を、エッチング液を循環させる循環ポンプの駆動能力をインバータ部により制御することで循環流量の制御を行っている。
【００６０】
つまり、エッチング液としての水酸化アルカリ溶液は、シリコン基板のエッチング処理を重ねると、エッチング液中にシリコンが溶出し、これにより、エッチング液の粘度が上昇する。この結果、循環ポンプの駆動能力が一定に保持された状態では、エッチング液の粘度の上昇に伴ってエッチング液の循環流量が徐々に低下する。このような液循環流量の低下は、図４に示すとおり、シリコン基板面内のエッチング量均一性低下を招くこととなる。
【００６１】
そこで、本実施形態では、エッチング液の循環流量が一定に保持されるように、循環ポンプの駆動能力をインバータ駆動部１１０ａにより制御している。
【００６２】
なお、本実施形態では、エッチング液の循環量は、実設定値の一例として、実験装置での結果より、図４の通り、１２L/ｍｉｎを選定している。
【００６３】
次に、具体的に、本実施形態のエッチング装置によりシリコン基板をエッチングする動作について説明する。
【００６４】
まず、新しいエッチング液がエッチング処理槽１０１に投入され、インバータ駆動部１１０ａにより循環ポンプ１１０が駆動すると、エッチング処理槽１０１とバブリング処理槽１０２との間でエッチング液の循環が開始される。この状態では、インバータ駆動部１１０ａは、エッチング液の循環量Ｆｅが設定量となるよう流量計１１１からの測定信号Ｄｆに基づいて、循環ポンプ１１０をフィードバック制御する。
【００６５】
また、このようにエッチング処理の開始前には、エッチング液の溶存水素量が水素ガスのエッチング液からの抜けにより低下し、酸化還元電位が図３のグラフＬａ（Ｐ１部分）に示すように上昇する傾向にある。このため、この実施形態１のエッチング装置１００では、電位調整部１３０により、酸化還元電位が設定値以下となるように調整される。
【００６６】
具体的には、水素ガス発生源１３１ａからは水素ガスＦｈがガス供給管Ｇｐを介してバブリング処理槽１０２に供給され、エッチング液に対する水素ガスのバブリングにより酸化還元電位がグラフＬｂ（経過時間Ｐ１の部分）のように最低電位まで低下する。この最低電位は、エッチングレートが最大に達する電位よりも低い電位である。このとき、バブリング制御部１３２は、酸化還元電位計１２１からの計測信号Ｄｖが示す酸化還元電位の値が、設定値より大きいか否かを判定し、設定値より小さくなれば、開閉弁１３１ｂを遮断し、設定値より大きくなれば、開閉弁１３１ｂを開放する。
【００６７】
このような電位調整部１３０による酸化還元電位の調整により、酸化還元電位が設定値以下となった後に、シリコン基板のエッチング処理を開始する。
【００６８】
シリコン基板（図示せず）を浸して該シリコン基板のウエットエッチングを開始すると、エッチング処理中にはエッチング液とシリコンとの反応で水素ガスがエッチング液中で発生するため、上記水素ガスのバブリングは不要となるか、あるいはバブリング処理の頻度を減らすことができる。
【００６９】
その後、シリコン基板のエッチング処理を重ねると、エッチング液中にシリコンが溶出してエッチング液の粘度が増大するが、このエッチング液の粘度の増大は、インバータ制御部１１０ａが、流量計１１１からの測定値Ｄｆに基づいて循環ポンプ１１０の駆動能力を、エッチング液の循環量が一定になるようフィードバック制御することで実質的に回避される。
【００７０】
また、エッチング処理が中断された場合（経過時間Ｐ４の部分）は、エッチング液に溶存している水素ガスは抜けていくため、図３のグラフＬａに示すように酸化還元電位が増加する傾向にあるが、本実施形態では、電位調整部１３０により、酸化還元電位が設定値以下となるように調整される。つまり、バブリング制御部１３２は、酸化還元電位計１２１からの計測信号Ｄｖが示す酸化還元電位の値が、設定値より大きいか否かを判定し、設定値より小さくなれば、開閉弁１３１ｂを遮断し、設定値より大きくなれば、開閉弁１３１ｂを開放する。これにより、エッチング液中の溶存水素量が増大して、図３のグラフＬｂに示すように酸化還元電位が低く保持され、エッチングレートの低下が回避される。
【００７１】
なお、上述したエッチング処理は、一般的には新液を継ぎ足しながら行われるが、新液を継ぎ足しても、上記バブリング処理を行っても酸化還元電位が設定値以下に低下しない状態、あるいは循環ポンプの駆動能力を最大にしても循環量が設定値に満たない状態は、処理管理部１００ａにて、酸化還元電位計１２１の出力Ｄｖ、流量計１１１の出力Ｄｆ、およびインバータ制御部１１０ａの駆動信号Ｖｄに基づいて検出し、警告を発する。
【００７２】
この警告が発せられた場合は、エッチング液を新たな液に交換するなどの対応が必要である。
【００７３】
このようにエッチングレートを一定値に保持した状態で、さらに次のロットのシリコン基板をエッチング処理槽に浸漬してウエットエッチングを続行する。
【００７４】
このようにして、エッチング液の酸化還元電位とエッチング液の循環量とを常に一定に保持しながら、エッチング処理を行うことで、高精度なエッチングレートの均一化を実現できる。
【００７５】
このように本実施形態では、酸化還元電位計１２１の測定値を、電位調整部１３０のバグリング制御部１３２にてこの測定値と予め設定している設定値との大小関係を比較判別し、測定値が示す酸化還元電位が設定値以上の場合には、水素バブリングを行うことで、酸化還元電位を下げる制御を行っているので、常に酸化還元電位を設定値に保持することができ、エッチングレートが、新液投入後のエッチング処理開始時や、エッチング処理中断後のエッチング処理の開始時に低下した状態となるのを回避することができる。
【００７６】
また、本実施形態では、流量計の計測値に基づいてインバータ制御部により循環ポンプの駆動能力をフィードバック制御することにより、エッチング液の循環流量を液粘度に依存せず、常に、一定の循環流量とすることができ、これによりシリコン基板面内均一性において、処理回数に依存しないシリコンエッチング処理を実現することができる。
【００７７】
このように、エッチング処理の際に、上述した２つの制御を行うことにより、シリコン基板のウェットエッチングにおいて、投入間隔や処理回数に依存しない、高品質な処理を実現し、この結果、安定した高精度なシリコン基板のウェットエッチング技術が確立できる。
【００７８】
なお、上記実施形態では、実設定値の一例として、実験装置での結果より、エッチング液の目標循環量を、図４の通り、１２L/ｍｉｎを選定したが、本結果は、槽サイズ、循環方法等の装置仕様により変わるため、これに限定されるものではなく、本発明のエッチング装置は、一定の液循環流量を保つものであればどのようなものでもよい。
【００７９】
また、上記実施形態では、エッチング装置として、酸化還元電位の制御とエッチング液の循環流量の制御の両方を行うものを示しているが、場合によっては、エッチング装置は、酸化還元電位の制御とエッチング液の循環流量の制御のいずれか一方のみを行うものでもよい。
【００８０】
また、本発明に係るエッチング装置を使用した具体的なアプリケーション事例としては、高精度なエッチング均一性が要求される太陽電池基板のテクスチャー処理、つまり表面での反射を防止するための凹凸を形成する処理などへの対応も可能である。
【００８１】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、エッチング方法およびエッチング装置の分野において、シリコン基板をエッチング液によりエッチングするウエットエッチング処理を、エッチング液のエッチング能力の低下およびエッチング量のばらつきを抑えつつ行うことができる。
【符号の説明】
【００８３】
１００ エッチング装置
１００ａ 処理管理部
１０１ エッチング処理槽
１０２ バブリング処理槽
１１０ 循環ポンプ
１１０ａ インバータ制御部
１１１ 流量計
１２０ 電位計測部
１２１ 酸化還元電位計
１２１ａ 測定電極
１３０ 電位調整部
１３１ バブリング装置
１３１ａ 水素ガス発生源
１３１ｂ 開閉弁
１３２ バブリング制御部
Ｄｆ 計測値
Ｄｖ 測定電位
Ｅ エッチング液
Ｆｅ 循環量
Ｆｈ 水素ガス
Ｇｐ ガス配管
Ｌｐ１、Ｌｐ２ 第１、第２の配管
Ｖｄ 駆動信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチング方法およびエッチング装置に関し、特に、シリコン基板をエッチング液によりエッチングするウエットエッチング処理を、エッチング液のエッチング能力の低下およびエッチング量のばらつきを抑えつつ行う方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコン基板のウェットエッチング技術としては、カセット内に収容されたシリコン基板を、水酸化アルカリを含む水溶液に浸漬し、エッチング液のバブリングまたは揺動の下でシリコン基板のウエットエッチング処理を行うことが一般的である。
【０００３】
シリコン基板のウエットエッチングに使用するエッチャントである水酸化アルカリ水溶液では、被エッチング物であるシリコン基板を処理した枚数が増加するにつれて、徐々にアルカリ水溶液中の水酸基濃度が低下する。
【０００４】
この結果、アルカリ水溶液によるシリコン基板のエッチングレートも徐々に低下し、同一条件での処理では、処理ロット間でシリコン基板のエッチング量にばらつきが生じることとなる。
【０００５】
この対策として、特許文献１に開示の技術では、新液（新たなエッチング液）をエッチング槽に投入してからの処理回数、つまり処理したロット数に応じて、各ロットに対する処理時間を長くする方法を開示している。
【０００６】
以下図面を用いて具体的に説明する。
【０００７】
図５は、上記特許文件１に開示のエッチング装置の構成を説明する断面模式図のである。
【０００８】
このエッチング装置１は、太陽電池セルの製造方法におけるシリコン基板のエッチング工程で用いられるものである。
【０００９】
具体的には、このエッチング装置１は、水酸化アルカリを含む水溶液であるエッチング液２が満たされたエッチング槽３と、エッチング槽３へのエッチング液２の供給、および該エッチング槽３からのエッチング液の廃棄を調整するエッチング液調節器４とを有している。また、このエッチング装置１は、被処理部材であるｐ型Ｓｉ基板５を保持するエッチング冶具６と、このエッチング冶具６を昇降させて、収容したｐ型Ｓｉ基板５を該エッチング槽３内のエッチング液２に漬けたり引き揚げたりする上下スライダー７と、エッチング冶具６を搬送するとともに、上下スライダー７を駆動する搬送ロボット８と、エッチング液調節器４および搬送ロボット８を制御する時間制御シーケンサ９とを有している。
【００１０】
例えば、太陽電池セルの製造方法において、このようなエッチング装置を用いて、ｐ型Ｓｉ（シリコン）基板５の表層部のうちのスライス加工によって機械的損傷を受けた部分および汚染部分の除去を主な目的とするエッチングの処理を行う場合、エッチングに使用する水溶液の液疲労に対応するために、水溶液が新液に交換されてからのエッチングの処理回数の増加に応じて、エッチングの処理時間を長くする制御を行う。
【００１１】
このように、ｐ型Ｓｉ基板５の表層部のうちの機械的損傷を受けた部分および汚染部分の除去を主な目的とするエッチング工程において、水溶液に新液が投入されてからの処理回数の増加に応じて、処理時間を長くすることによって、エッチング量のばらつきを抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−２２０９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、シリコンのエッチングレートに影響を及ぼす要因は、水酸化アルカリ水溶液中の水酸基濃度以外にも、図２に示す酸化還元電位や、図４に示す液循環流量の影響もあり、前記対策のみでは不十分である。
【００１４】
つまり、図２は、酸化還元電位とシリコンのエッチングレートの相関をグラフＬで示している。この図２からは、Ｓｉのエッチングレート（μｍ／ｍｉｎ）は酸化還元電位（ｍＶ）の増大によりほぼ直線的に低下することが分かる。
【００１５】
また、図４は、エッチング液の循環流量とシリコンエッチングの面内均一性の相関を棒グラフで示している。この図４からは、液循環流量（リットル／ｍｉｎ）が増大するにつれて、面内均一性（％）、つまりウエハ面内でのエッチング量のばらつきを低減できることが分かる。
【００１６】
従って、特許文献１に開示の、水溶液に新液が投入されてからの処理回数の増加に応じて処理時間を調整するエッチング方法では、各ロットに対して、それまでの処理回数に応じた処理時間を設定しても、エッチング液の酸化還元電位や循環量の変動によって、Ｓｉエッチングレートの低下や面内均一性の低下を招くといった問題があった。
【００１７】
例えば、水酸化アルカリ水溶液の新液をエッチング槽に投入した直後、または各ロットのエッチング処理の間の空き時間の間隔が一定でない場合に酸化還元電位差が上昇したり、エッチング処理の回数増大に伴う液中へのシリコン溶け込みによりエッチング液の循環流量が低下したりすることとなり、Ｓｉエッチングレートや面内均一性が低下が低下することとなる。
【００１８】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、エッチング液の酸化還元電位の低下によるエッチングレートの低下や、エッチング液の循環流量の低下によるエッチング量の面内均一性の低下を抑制することができるエッチング方法およびエッチング装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係るエッチング方法は、シリコン基板をエッチング槽内のエッチング液中に浸して該シリコン基板をエッチングする方法であって、該エッチング液の酸化還元電位を測定するステップと、該測定した酸化還元電位に基づいて、該エッチング液の酸化還元電位をこれが一定に保持されるよう調整するステップとを含むものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２０】
本発明は、上記エッチング方法において、前記酸化還元電位の調整は、前記エッチング液の溶存水素量を調整することにより行うことが好ましい。
【００２１】
本発明は、上記エッチング方法において、前記エッチング液の溶存水素量は、前記エッチング液中で水素ガスのバブリングを行うことにより調整することが好ましい。
【００２２】
本発明は、上記エッチング方法において、前記酸化還元電位が、前記シリコン基板のエッチングレートが最大値に達する設定電位以下になるように前記水素ガスのバブリングを行うことが好ましい。
【００２３】
本発明は、上記エッチング方法において、前記酸化還元電位の設定電位は−９００ｍＶ以下であることが好ましい。
【００２４】
本発明は、上記エッチング方法において、前記エッチング液を、該エッチング液のバブリングを行うバブリング部と該エッチング槽との間で循環させ、該エッチング液の循環量を、前記エッチング液の粘度に拘わらず一定に保持することが好ましい。
【００２５】
本発明に係るエッチング装置は、エッチング液を満たしたエッチング槽を有し、該エッチング槽内のエッチング液にシリコン基板を浸して該シリコン基板をウエットエッチングするエッチング装置であって、該エッチング液の酸化還元電位を測定する電位測定部と、該電位測定部で測定した酸化還元電位に基づいて該エッチング液の酸化還元電位をこれが一定電圧に保持されるよう調整する電位調整部とを備えたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２６】
本発明は、上記エッチング装置において、前記電位調整部は、前記エッチング液に対する水素ガスのバブリングを行うバブリング装置を有し、該電位測定部で測定した酸化還元電位に基づいて、該バブリング装置をオンオフするバブリング制御部とを有することが好ましい。
【００２７】
本発明は、上記エッチング装置において、前記エッチング槽に取り付けられ、該エッチング液のバブリングを行うバブリング槽と、該バブリング槽と該エッチング槽との間で該エッチング液を循環させる循環ポンプと、該循環ポンプを駆動制御するインバータ制御部と、該エッチング液の循環量を測定する流量計とを備え、該インバータ制御部は、該流量計で測定したエッチング液の循環量に基づいて、該エッチング液の循環量がエッチング液の粘度に拘わらず一定となるよう該循環ポンプの駆動能力を制御することが好ましい。
【００２８】
本発明は、上記エッチング装置において、前記電位測定部は、前記エッチング槽内に設けられた測定電極と、該測定電極に接続された酸化還元電位計とを有していることが好ましい。
【００２９】
本発明は、上記エッチング装置において、前記測定電極は、極性の異なるＡｇ電極とＡｇＣｌ電極とを有することが好ましい。
【００３０】
本発明は、上記エッチング装置において、前記バブリング制御部は、前記酸化還元電位計の測定値を、予め設定している設定値と照合し、設定値以上の場合には溶存水素量を増加させて、該酸化還元電位が設定値以下の状態になるよう、前記バブリング装置を自動制御するコンピューター部を有することが好ましい。
【００３１】
次に作用について説明する。
【００３２】
本発明においては、エッチング液の酸化還元電位を常に一定になるよう制御することにより、新液投入時等に生じる酸化還元電位の変動に起因するエッチングレートの変動を抑制することができる。
【００３３】
また、本発明においては、液循環ポンプのインバーター制御機能による液循環流量の制御により、被処理物であるシリコン基板面内のエッチング量の均一性を向上することができる。
【発明の効果】
【００３４】
以上のように、本発明に係るエッチング装置によれば、酸化還元電位の制御により、液投入や処理間隔時間による酸化還元電位の変動を受けることがないという効果がある。
【００３５】
更に、液循環流量の制御により、処理枚数の増加に伴う水酸化アルカリ溶液中へのシリコン溶け込みによる液粘度変動による循環流量の変動の発生も抑制される。
【００３６】
このようなエッチング処理における制御を行うことで、高精度なエッチングレートの均一化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、本発明の実施形態１によるエッチング装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、酸化還元電位とシリコンのエッチングレートの相関をグラフＬで示す図である。
【図３】図３は、酸化還元電位の経時変化を、従来のエッチング方法におけるもの（実線グラフＬａ）と、本発明のエッチング方法におけるもの（点線グラフＬｂ）とで示している。
【図４】図４は、エッチング液の循環流量とシリコンエッチングの面内均一性の相関を棒グラフで示す図である。
【図５】図５は、特許文件１に開示の従来のエッチング装置の構成を説明する断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３９】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１によるエッチング装置の概略構成を模式的に示す図である。
【００４０】
本発明の実施形態１によるエッチング装置１００は、エッチング液Ｅを満たしたエッチング処理槽１０１を有し、該エッチング処理槽１０１内のエッチング液にシリコン基板（図示せず）を浸して該シリコン基板をウエットエッチングするエッチング装置である。
【００４１】
このエッチング装置１００は、エッチング処理槽１０１内のエッチング液の酸化還元電位を測定する電位測定部１２０と、該電位測定部１２０で測定した酸化還元電位に基づいて該エッチング液の酸化還元電位をこれが一定電圧に保持されるよう調整する電位調整部１３０とを有している。
【００４２】
ここで、上記電位測定部１２０は、エッチング処理槽１０１内に設けられた測定電極１２１ａと、該測定電極１２１ａに接続され、酸化還元電位の測定値を示す計測信号を出力する酸化還元電位計１２１とを有している。この測定電極は、極性の異なるＡｇ電極とＡｇＣｌ電極とを有している。
【００４３】
また、上記電位調整部１３０は、エッチング液に対する水素ガスのバブリングを行うバブリング装置１３１と、上記電位測定部１２０で測定した酸化還元電位に基づいて、該バブリング装置１３１による水素ガスの供給を制御するバブリング制御部１３２とを有している。
【００４４】
このバブリング装置１３１は、水素ガスを発生する水素ガス発生源１３１ａと、エッチング処理槽１０１の周囲に取り付けられ、該エッチング処理槽１０１へのエッチング液の供給によりエッチング処理槽１０１から溢れ出したエッチング液を一時的に溜めるバブリング槽１０２と、該バブリング槽１０２内に溜まったエッチング液に、上記水素ガス発生源１３１ａから水素ガスを供給するガス供給管Ｇｐと、該ガス供給管Ｇｐの一部に取り付けられ、該ガス供給管Ｇｐを開通あるいは遮断する開閉弁１３１ｂとを有している。この開閉弁１３１ｂは、上記バブリング制御部１３２からの開閉制御信号により開閉されるようになっている。ここでは、このバブリング制御部１３２は、酸化還元電位計の測定値を、予め設定している設定値と照合し、設定値以上の場合には溶存水素量を増加させ、酸化還元電位が設定値以下の状態になるよう自動制御するマイクロコンピュータにより構成されている。
【００４５】
このバブリング制御部１３２では、上記酸化還元電位計１２１からの測定信号Ｄｖが示す測定値と、予め設定されている設定値とを比較し、測定値が設定値より大きいときは、水素ガスのバブリングが行われるよう開閉弁１３１ｂを開けてバブリングを行い、測定値が設定値以下であるときは、開閉弁１３１ｂを閉じて水素ガスのバブリングを停止させる。
【００４６】
また、このエッチング装置１００では、上記エッチング処理槽１０１とバブリング処理槽１０２との間で、エッチング液Ｅを循環するよう構成されている。つまり、このエッチング装置１００は、エッチング処理槽１０１とバブリング処理槽１０２との間でエッチング液の循環経路を形成する第１および第２の配管Ｌｐ１およびＬｐ２と、該循環経路の途中に設けられ、エッチング液を循環させる循環ポンプ１１０と、該循環ポンプ１１０を駆動制御するインバータ制御部１１０ａとを有している。ここで、上記バブリング処理槽１０２と循環ポンプ１１０とは第１の配管Ｌｐ１により接続され、該循環ポンプ１１０とエッチング処理槽１０１とは第２の配管Ｌｐ２により接続されている。また、第２の配管Ｌｐ２の途中にはエッチング液の流量計１１１が取り付けられており、この流量計１１１からは、エッチング液の循環量Ｆｅを示す計測値Ｄｆが出力され、上記インバータ制御部１１０ａは、この計測値Ｄｆに基づいて、エッチング液の循環量Ｆｅが一定の設定値に保持されるよう、循環ポンプ１１０の駆動能力を駆動信号Ｖｄにより制御するようになっている。
【００４７】
つまり、エッチング液の粘度は、エッチング処理の回数が増えるに伴って高まり、循環ポンプの駆動能力が一定である場合はエッチング液の循環量が低下することとなる。そこで、インバータ制御部１１０ａは、該流量計で測定したエッチング液の循環量に基づいて、該エッチング液の循環量がエッチング液の粘度に拘わらず一定となるよう該循環ポンプの駆動能力を制御するよう構成されている。
【００４８】
また、このエッチング装置１００は、酸化還元電位計１２１の測定信号Ｄｖに基づいて酸化還元電位が水素ガスのバブリングにも拘わらず、設定値以下にならない状態を検出したとき、あるいは、流量計１１１から出力される計測値Ｄｆおよびインバータ制御部１１０ａの駆動信号Ｖｄに基づいて、循環ポンプの駆動能力を高めてもエッチング液の循環量Ｆｅを一定の設定値に保持できない状態を検出したときには、警報を発するよう構成した処理管理部１００ａを有している。
【００４９】
次に動作について説明する。
【００５０】
まず、酸化還元電位とエッチングレートとの関係について図２を用いて説明する。
【００５１】
酸化還元電位は、図２に示す通り、シリコンのエッチングレートと相関を有しており、酸化還元電位がマイナス方向にシフトすると、エッチングレートは上昇する。
【００５２】
次に、新たなエッチング液をエッチング処理槽に投入した後に行うエッチング処理と酸化還元電位との関係を図３を用いて説明する。
【００５３】
図３のグラフＬａで示す通り、エッチング処理を開始すると（図中の経過時間Ｐ１の部分）、酸化還元電位は新液投入時にはプラス方向に高い数値を示しており、シリコンエッチング処理を実施すれば、低い数値にて安定する（図中の経過時間Ｐ２〜Ｐ３の部分）。
【００５４】
また、このエッチング液を、エッチング処理を行わず放置すれば、酸化還元電位が上昇することが分かる（図中の経過時間Ｐ４の部分）。
【００５５】
この後、再度エッチング処理を開始すると、エッチング液の酸化還元電位は低下する（図中の経過時間Ｐ５で示す部分）。
【００５６】
そこで、本実施形態では、エッチング処理の第１の制御として、酸化還元電位計の測定値を、電位調整部１３０のバグリング制御部１３２にてこの測定値と予め設定している設定値との大小関係を比較判別し、測定値が示す酸化還元電位が設定値以上の場合には、水素バブリングを行うことで、酸化還元電位を下げる制御を行っている。
【００５７】
そして、酸化還元電位が設定値以下となった時点で、被処理物であるシリコン基板をエッチング処理槽投入することにより、酸化還元電位起因のエッチングばらつきを抑制するようにする。
【００５８】
なお、酸化還元電位の制御値、すなわち、電位調整部のバブリング制御部１３２に予め設定する設定値の最適値は、実処理基板の確認にて取得した図２に示すデータより、測定電極として、Ａｇ電極およびＡｇＣｌ電極からなる電極を用いた場合、−９００ｍＶ以下であることが導出されている。
【００５９】
また、本実施形態では、エッチング処理の第２の制御として、エッチング液の循環量を、エッチング液を循環させる循環ポンプの駆動能力をインバータ部により制御することで循環流量の制御を行っている。
【００６０】
つまり、エッチング液としての水酸化アルカリ溶液は、シリコン基板のエッチング処理を重ねると、エッチング液中にシリコンが溶出し、これにより、エッチング液の粘度が上昇する。この結果、循環ポンプの駆動能力が一定に保持された状態では、エッチング液の粘度の上昇に伴ってエッチング液の循環流量が徐々に低下する。このような液循環流量の低下は、図４に示すとおり、シリコン基板面内のエッチング量均一性低下を招くこととなる。
【００６１】
そこで、本実施形態では、エッチング液の循環流量が一定に保持されるように、循環ポンプの駆動能力をインバータ駆動部１１０ａにより制御している。
【００６２】
なお、本実施形態では、エッチング液の循環量は、実設定値の一例として、実験装置での結果より、図４の通り、１２L/ｍｉｎを選定している。
【００６３】
次に、具体的に、本実施形態のエッチング装置によりシリコン基板をエッチングする動作について説明する。
【００６４】
まず、新しいエッチング液がエッチング処理槽１０１に投入され、インバータ駆動部１１０ａにより循環ポンプ１１０が駆動すると、エッチング処理槽１０１とバブリング処理槽１０２との間でエッチング液の循環が開始される。この状態では、インバータ駆動部１１０ａは、エッチング液の循環量Ｆｅが設定量となるよう流量計１１１からの測定信号Ｄｆに基づいて、循環ポンプ１１０をフィードバック制御する。
【００６５】
また、このようにエッチング処理の開始前には、エッチング液の溶存水素量が水素ガスのエッチング液からの抜けにより低下し、酸化還元電位が図３のグラフＬａ（Ｐ１部分）に示すように上昇する傾向にある。このため、この実施形態１のエッチング装置１００では、電位調整部１３０により、酸化還元電位が設定値以下となるように調整される。
【００６６】
具体的には、水素ガス発生源１３１ａからは水素ガスＦｈがガス供給管Ｇｐを介してバブリング処理槽１０２に供給され、エッチング液に対する水素ガスのバブリングにより酸化還元電位がグラフＬｂ（経過時間Ｐ１の部分）のように最低電位まで低下する。この最低電位は、エッチングレートが最大に達する電位よりも低い電位である。このとき、バブリング制御部１３２は、酸化還元電位計１２１からの計測信号Ｄｖが示す酸化還元電位の値が、設定値より大きいか否かを判定し、設定値より小さくなれば、開閉弁１３１ｂを遮断し、設定値より大きくなれば、開閉弁１３１ｂを開放する。
【００６７】
このような電位調整部１３０による酸化還元電位の調整により、酸化還元電位が設定値以下となった後に、シリコン基板のエッチング処理を開始する。
【００６８】
シリコン基板（図示せず）を浸して該シリコン基板のウエットエッチングを開始すると、エッチング処理中にはエッチング液とシリコンとの反応で水素ガスがエッチング液中で発生するため、上記水素ガスのバブリングは不要となるか、あるいはバブリング処理の頻度を減らすことができる。
【００６９】
その後、シリコン基板のエッチング処理を重ねると、エッチング液中にシリコンが溶出してエッチング液の粘度が増大するが、このエッチング液の粘度の増大は、インバータ制御部１１０ａが、流量計１１１からの測定値Ｄｆに基づいて循環ポンプ１１０の駆動能力を、エッチング液の循環量が一定になるようフィードバック制御することで実質的に回避される。
【００７０】
また、エッチング処理が中断された場合（経過時間Ｐ４の部分）は、エッチング液に溶存している水素ガスは抜けていくため、図３のグラフＬａに示すように酸化還元電位が増加する傾向にあるが、本実施形態では、電位調整部１３０により、酸化還元電位が設定値以下となるように調整される。つまり、バブリング制御部１３２は、酸化還元電位計１２１からの計測信号Ｄｖが示す酸化還元電位の値が、設定値より大きいか否かを判定し、設定値より小さくなれば、開閉弁１３１ｂを遮断し、設定値より大きくなれば、開閉弁１３１ｂを開放する。これにより、エッチング液中の溶存水素量が増大して、図３のグラフＬｂに示すように酸化還元電位が低く保持され、エッチングレートの低下が回避される。
【００７１】
なお、上述したエッチング処理は、一般的には新液を継ぎ足しながら行われるが、新液を継ぎ足しても、上記バブリング処理を行っても酸化還元電位が設定値以下に低下しない状態、あるいは循環ポンプの駆動能力を最大にしても循環量が設定値に満たない状態は、処理管理部１００ａにて、酸化還元電位計１２１の出力Ｄｖ、流量計１１１の出力Ｄｆ、およびインバータ制御部１１０ａの駆動信号Ｖｄに基づいて検出し、警告を発する。
【００７２】
この警告が発せられた場合は、エッチング液を新たな液に交換するなどの対応が必要である。
【００７３】
このようにエッチングレートを一定値に保持した状態で、さらに次のロットのシリコン基板をエッチング処理槽に浸漬してウエットエッチングを続行する。
【００７４】
このようにして、エッチング液の酸化還元電位とエッチング液の循環量とを常に一定に保持しながら、エッチング処理を行うことで、高精度なエッチングレートの均一化を実現できる。
【００７５】
このように本実施形態では、酸化還元電位計１２１の測定値を、電位調整部１３０のバグリング制御部１３２にてこの測定値と予め設定している設定値との大小関係を比較判別し、測定値が示す酸化還元電位が設定値以上の場合には、水素バブリングを行うことで、酸化還元電位を下げる制御を行っているので、常に酸化還元電位を設定値に保持することができ、エッチングレートが、新液投入後のエッチング処理開始時や、エッチング処理中断後のエッチング処理の開始時に低下した状態となるのを回避することができる。
【００７６】
また、本実施形態では、流量計の計測値に基づいてインバータ制御部により循環ポンプの駆動能力をフィードバック制御することにより、エッチング液の循環流量を液粘度に依存せず、常に、一定の循環流量とすることができ、これによりシリコン基板面内均一性において、処理回数に依存しないシリコンエッチング処理を実現することができる。
【００７７】
このように、エッチング処理の際に、上述した２つの制御を行うことにより、シリコン基板のウェットエッチングにおいて、投入間隔や処理回数に依存しない、高品質な処理を実現し、この結果、安定した高精度なシリコン基板のウェットエッチング技術が確立できる。
【００７８】
なお、上記実施形態では、実設定値の一例として、実験装置での結果より、エッチング液の目標循環量を、図４の通り、１２L/ｍｉｎを選定したが、本結果は、槽サイズ、循環方法等の装置仕様により変わるため、これに限定されるものではなく、本発明のエッチング装置は、一定の液循環流量を保つものであればどのようなものでもよい。
【００７９】
また、上記実施形態では、エッチング装置として、酸化還元電位の制御とエッチング液の循環流量の制御の両方を行うものを示しているが、場合によっては、エッチング装置は、酸化還元電位の制御とエッチング液の循環流量の制御のいずれか一方のみを行うものでもよい。
【００８０】
また、本発明に係るエッチング装置を使用した具体的なアプリケーション事例としては、高精度なエッチング均一性が要求される太陽電池基板のテクスチャー処理、つまり表面での反射を防止するための凹凸を形成する処理などへの対応も可能である。
【００８１】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、エッチング方法およびエッチング装置の分野において、シリコン基板をエッチング液によりエッチングするウエットエッチング処理を、エッチング液のエッチング能力の低下およびエッチング量のばらつきを抑えつつ行うことができる。
【符号の説明】
【００８３】
１００ エッチング装置
１００ａ 処理管理部
１０１ エッチング処理槽
１０２ バブリング処理槽
１１０ 循環ポンプ
１１０ａ インバータ制御部
１１１ 流量計
１２０ 電位計測部
１２１ 酸化還元電位計
１２１ａ 測定電極
１３０ 電位調整部
１３１ バブリング装置
１３１ａ 水素ガス発生源
１３１ｂ 開閉弁
１３２ バブリング制御部
Ｄｆ 計測値
Ｄｖ 測定電位
Ｅ エッチング液
Ｆｅ 循環量
Ｆｈ 水素ガス
Ｇｐ ガス配管
Ｌｐ１、Ｌｐ２ 第１、第２の配管
Ｖｄ 駆動信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板をエッチング槽内のエッチング液中に浸して該シリコン基板をエッチングする方法であって、
該エッチング液の酸化還元電位を測定するステップと、
該測定した酸化還元電位に基づいて、該エッチング液の酸化還元電位をこれが一定に保持されるよう調整するステップとを含む、エッチング方法。
【請求項２】
請求項１に記載のエッチング方法において、
前記酸化還元電位の調整は、前記エッチング液の溶存水素量を調整することにより行う、エッチング方法。
【請求項３】
請求項２に記載のエッチング方法において、
前記エッチング液の溶存水素量は、前記エッチング液中で水素ガスのバブリングを行うことにより調整するエッチング方法。
【請求項４】
請求項２に記載のエッチング方法において、
前記酸化還元電位が、前記シリコン基板のエッチングレートが最大値に達する設定電位以下になるように前記水素ガスのバブリングを行う、エッチング方法。
【請求項５】
請求項４に記載のエッチング方法において、
前記酸化還元電位の設定電位は−９００ｍＶ以下である、エッチング方法。
【請求項６】
請求項１に記載のエッチング方法において、
前記エッチング液を、該エッチング液のバブリングを行うバブリング部と該エッチング槽との間で循環させ、
該エッチング液の循環量を、前記エッチング液の粘度に拘わらず一定に保持する、エッチング方法。
【請求項７】
エッチング液を満たしたエッチング槽を有し、該エッチング槽内のエッチング液にシリコン基板を浸して該シリコン基板をウエットエッチングするエッチング装置であって、
該エッチング液の酸化還元電位を測定する電位測定部と、
該電位測定部で測定した酸化還元電位に基づいて該エッチング液の酸化還元電位をこれが一定電圧に保持されるよう調整する電位調整部とを備えたエッチング装置。
【請求項８】
請求項７に記載のエッチング装置において、
前記電位調整部は、
前記エッチング液に対する水素ガスのバブリングを行うバブリング装置を有し、
該電位測定部で測定した酸化還元電位に基づいて、該バブリング装置をオンオフするバブリング制御部とを有する、エッチング装置。
【請求項９】
請求項７に記載のエッチング装置において、
前記エッチング槽に取り付けられ、該エッチング液のバブリングを行うバブリング槽と、
該バブリング槽と該エッチング槽との間で該エッチング液を循環させる循環ポンプと、
該循環ポンプを駆動制御するインバータ制御部と、
該エッチング液の循環量を測定する流量計とを備え、
該インバータ制御部は、該流量計で測定したエッチング液の循環量に基づいて、該エッチング液の循環量がエッチング液の粘度に拘わらず一定となるよう該循環ポンプの駆動能力を制御する、エッチング装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のエッチング装置において、
前記電位測定部は、
前記エッチング槽内に設けられた測定電極と、
該測定電極に接続された酸化還元電位計とを有している、エッチング装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のエッチング装置において、
前記測定電極は、極性の異なるＡｇ電極とＡｇＣｌ電極とを有する、エッチング装置。
【請求項１２】
請求項８に記載のエッチング装置において、
前記バブリング制御部は、
前記酸化還元電位計の測定値を、予め設定している設定値と照合し、設定値以上の場合には溶存水素量を増加させて、該酸化還元電位が設定値以下の状態になるよう、前記バブリング装置を自動制御するコンピューター部を有する、エッチング装置。
【請求項１】
シリコン基板をエッチング槽内のエッチング液中に浸して該シリコン基板をエッチングする方法であって、
該エッチング液の酸化還元電位を測定するステップと、
該測定した酸化還元電位に基づいて、該エッチング液の酸化還元電位をこれが一定に保持されるよう調整するステップとを含む、エッチング方法。
【請求項２】
請求項１に記載のエッチング方法において、
前記酸化還元電位の調整は、前記エッチング液の溶存水素量を調整することにより行う、エッチング方法。
【請求項３】
請求項２に記載のエッチング方法において、
前記エッチング液の溶存水素量は、前記エッチング液中で水素ガスのバブリングを行うことにより調整するエッチング方法。
【請求項４】
請求項２に記載のエッチング方法において、
前記酸化還元電位が、前記シリコン基板のエッチングレートが最大値に達する設定電位以下になるように前記水素ガスのバブリングを行う、エッチング方法。
【請求項５】
請求項４に記載のエッチング方法において、
前記酸化還元電位の設定電位は−９００ｍＶ以下である、エッチング方法。
【請求項６】
請求項１に記載のエッチング方法において、
前記エッチング液を、該エッチング液のバブリングを行うバブリング部と該エッチング槽との間で循環させ、
該エッチング液の循環量を、前記エッチング液の粘度に拘わらず一定に保持する、エッチング方法。
【請求項７】
エッチング液を満たしたエッチング槽を有し、該エッチング槽内のエッチング液にシリコン基板を浸して該シリコン基板をウエットエッチングするエッチング装置であって、
該エッチング液の酸化還元電位を測定する電位測定部と、
該電位測定部で測定した酸化還元電位に基づいて該エッチング液の酸化還元電位をこれが一定電圧に保持されるよう調整する電位調整部とを備えたエッチング装置。
【請求項８】
請求項７に記載のエッチング装置において、
前記電位調整部は、
前記エッチング液に対する水素ガスのバブリングを行うバブリング装置を有し、
該電位測定部で測定した酸化還元電位に基づいて、該バブリング装置をオンオフするバブリング制御部とを有する、エッチング装置。
【請求項９】
請求項７に記載のエッチング装置において、
前記エッチング槽に取り付けられ、該エッチング液のバブリングを行うバブリング槽と、
該バブリング槽と該エッチング槽との間で該エッチング液を循環させる循環ポンプと、
該循環ポンプを駆動制御するインバータ制御部と、
該エッチング液の循環量を測定する流量計とを備え、
該インバータ制御部は、該流量計で測定したエッチング液の循環量に基づいて、該エッチング液の循環量がエッチング液の粘度に拘わらず一定となるよう該循環ポンプの駆動能力を制御する、エッチング装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のエッチング装置において、
前記電位測定部は、
前記エッチング槽内に設けられた測定電極と、
該測定電極に接続された酸化還元電位計とを有している、エッチング装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のエッチング装置において、
前記測定電極は、極性の異なるＡｇ電極とＡｇＣｌ電極とを有する、エッチング装置。
【請求項１２】
請求項８に記載のエッチング装置において、
前記バブリング制御部は、
前記酸化還元電位計の測定値を、予め設定している設定値と照合し、設定値以上の場合には溶存水素量を増加させて、該酸化還元電位が設定値以下の状態になるよう、前記バブリング装置を自動制御するコンピューター部を有する、エッチング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−７４５２５（Ｐ２０１２−７４５２５Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１７９３２（Ｐ２０１０−２１７９３２）
【出願日】平成２２年９月２８日（２０１０．９．２８）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２８日（２０１０．９．２８）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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