半導体ウェハの製造方法及び半導体ウェハ
【課題】固定砥粒方式で半導体ウェハを切り出しつつ、酸によるエッチング処理であっても半導体ウェハの表面全体にテクスチャーを形成することのできる製造方法、及びその製造方法による半導体ウェハを提供する。
【解決手段】その半導体ウェハは、固定砥粒方式のスライス工程、ウェットブラスト方式のダメージ層形成工程、及び乾燥工程を経て製造され、酸によるエッチング処理が施される。スライス工程では、表面に砥粒を分散固定した芯線によって結晶性インゴットを切削する。ダメージ層形成工程では、スライス工程の後、半導体ウェハの表面に対して液体と砥粒とのスラリを噴射する。乾燥工程では、ダメージ層形成処理の次に、半導体ウェハを乾燥させる。
【解決手段】その半導体ウェハは、固定砥粒方式のスライス工程、ウェットブラスト方式のダメージ層形成工程、及び乾燥工程を経て製造され、酸によるエッチング処理が施される。スライス工程では、表面に砥粒を分散固定した芯線によって結晶性インゴットを切削する。ダメージ層形成工程では、スライス工程の後、半導体ウェハの表面に対して液体と砥粒とのスラリを噴射する。乾燥工程では、ダメージ層形成処理の次に、半導体ウェハを乾燥させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テクスチャー形成のために酸によるエッチングが施される半導体ウェハの製造方法及びその半導体ウェハに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池用の半導体ウェハは、多結晶シリコンインゴットから半導体ウェハを切り出すスライス工程、半導体ウェハを支持板から剥離する剥離工程、及び半導体ウェハから汚れやゴミを落とす仕上げ洗浄工程を順に経て出荷され、太陽電池メーカによりエッチング処理される。
【０００３】
スライス工程では、遊離砥粒方式によるワイヤーソーを用いたラップ加工、または固定砥粒方式によるワイヤーソーを用いた切削加工を採用することができる。遊離砥粒方式は、液体と砥粒の混合物であるスラリをワイヤーソーを用いて多結晶シリコンインゴットに擦りつけ、半導体ウェハを切り出す方式である。この遊離砥粒方式によるスライス処理は、スラリに含まれる砥粒が多結晶シリコンインゴットを崩しながら、半導体ウェハを切り出す。
【０００４】
一方、固定砥粒方式は、砥粒を芯線に分散固定してなるワイヤーソーを多結晶シリコンインゴットに押しつけ、半導体ウェハを切り出す方式である。この固定砥粒方式によるスライス処理は、多結晶シリコンインゴットを切り刻みながら、半導体ウェハを切り出すものである。従って、固定砥粒方式の場合、遊離砥粒方式と比べて、切り屑となってしまう層が少なく、一つの多結晶シリコンインゴットから多くの半導体ウェハを切り出すことができ、また、クラック等が発生するおそれが少なく、その半導体ウェハも薄く切り出すことができるという利点がある。
【０００５】
エッチング処理は、半導体ウェハの表面に凹凸のテクスチャーを形成する工程である。半導体ウェハの表面が平坦であると、入射した光の一部が反射してしまい、電流に変換されなくなってしまう。そのため、太陽電池メーカでは、表面にテクスチャーと呼ばれる凹凸を付け、反射光の一部を複数回に亘って半導体ウェハに再入射させる機会をもたらし、表面反射率を低減させ、以て太陽電池の性能を向上させている。
【０００６】
エッチング処理としては、各種の方法が採用できるが、例えば、アルカリによるエッチング処理や、酸によるエッチング処理が挙げられる。アルカリによるエッチング処理の代表例としては、ＫＯＨ又はＮＡＯＨのアルカリ溶液中にイソプロピルアルコールを添加し、半導体ウェハの片面又は両面を当該アルカリ溶液に数分間浸すものがある。酸によるエッチング処理の代表例としては、半導体ウェハの片面又は両面をフッ酸や硝酸を主成分とした酸溶液に１〜２分程度浸すものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３１１０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
スライス処理においては、上述のように、遊離砥粒方式よりも固定砥粒方式のほうが生産コストの面から有利であり、固定砥粒方式の実用化が期待されている。しかしながら、酸によるエッチング処理を施した場合、固定砥粒方式でスライス処理した半導体ウェハ上には、均一なテクスチャーを形成することができなかった。
【０００９】
すなわち、遊離砥粒方式で半導体ウェハを切り出し、酸によるエッチング処理を施した場合には、半導体ウェハの表面全体に綿密なテクスチャーが形成される。
【００１０】
しかしながら、固定砥粒方式で半導体ウェハを切り出し、酸によるエッチング処理を施した場合には、部分的に平坦な領域が残ってしまう。上述したように、テクスチャーは太陽光の反射率を低下させ、太陽電池の性能を向上させる重要な役割を果たしており、半導体ウェハ上の平坦な領域は看過することはできない。
【００１１】
そのため、酸によるエッチング処理を前提として半導体ウェハを製造する場合には、遊離砥粒方式を採用せざるを得なかった。
【００１２】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたもので、固定砥粒方式で半導体ウェハを切り出しつつ、酸によるエッチング処理であっても半導体ウェハの表面全体にテクスチャーを形成することのできる製造方法、及びその製造方法による半導体ウェハ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】
【００１３】
本発明者らは、鋭意研究の結果、酸によるエッチング処理で形成されるテクスチャーは、エッチング処理前に半導体ウェハ上に存在するダメージ層に大きく影響を受けているのではないかと考えた。酸によるエッチング処理は、ダメージ層のみを除去する手法であると考えられており、また、ａｓ−ｓｌｉｃｅ（スライス後に何らの処理をしない）において形成されているダメージ層とテクスチャーの形状が良く似ているためである。尚、ダメージ層とは、半導体ウェハ表面に形成された凹凸層であり、スライス工程で発生する。
【００１４】
遊離砥粒方式では、結晶性インゴットを崩すようにして半導体ウェハが切り出されるため、半導体ウェハの表面全体には、エッチング処理の前から予め凹凸が形成されている。しかし、固定砥粒方式では、半導体ウェハの表面はナイフでカットしたような滑らかな面となってしまうため凹凸層が不完全に形成される。
【００１５】
そこで、本発明に係る第１の態様は、テクスチャー形成のために酸によるエッチングが施される前の半導体ウェハの製造方法であって、以下の工程を含むことを特徴とする。
【００１６】
（１）表面に砥粒を分散固定した芯線によって結晶性インゴットを切削することで、前記半導体ウェハを切り出す固定砥粒方式のスライス工程
（２）前記固定砥粒方式のスライス工程の後、前記半導体ウェハの少なくとも片面に対して液体と砥粒とのスラリを噴射することで、前記半導体ウェハにダメージ層を形成するウェットブラスト方式のダメージ層形成工程
（３）前記ダメージ層形成処理の次に、水洗い洗浄を経て前記半導体ウェハを乾燥させる乾燥工程。
【００１７】
前記ダメージ層形成工程と前記乾燥工程との間には、半導体ウェハの溶剤を用いた仕上げ洗浄処理工程が省かれるようにしてもよい。固定砥粒方式によるスライス工程とウェットブラスト処理によるダメージ層形成工程とを組み合わせることにより、ウェットブラスト処理による洗浄効果が現れるためである。
【００１８】
固定砥粒方式によるスライス工程とウェットブラスト処理によるダメージ層形成工程との組み合わせにおいては、ウェットブラスト処理で使用される砥粒の粒径によってテクスチャーの凹凸密度やダメージ層の深さを制御できることがわかった。すなわち、このダメージ層形成工程では、前記テクスチャーの目的の凹凸密度に応じて前記スラリに含まれる砥粒の粒径を変更することができる。また、前記ダメージ層形成工程では、形成しようとする前記ダメージ層の深さに応じて前記スラリに含まれる砥粒の粒径を変更することができる。
【００１９】
本発明に係る第２の態様は、表面に凹凸を形成するために酸によるエッチングが施される前の半導体ウェハであって、表面に砥粒を固定した芯線によって結晶性インゴットを切削する固定砥粒方式によって切り出され、切り出された後に、ウェットブラスト方式により少なくとも片面に対して液体と砥粒とのスラリを噴射されることで、表面にダメージ層が形成されること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、固定砥粒方式で半導体ウェハを切り出しても表面全体にダメージ層を形成することができ、酸によるエッチング処理を施してもテクスチャーの形成が可能となる。従って、遊離砥粒方式と比べて一つの結晶性インゴットから多くの半導体ウェハを切り出すことが可能となり、太陽電池用の半導体ウェハの製造コストを削減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態に係る半導体ウェハの製造工程を示すフローチャートである。
【図２】固定砥粒方式のスライス工程を示す模式図である。
【図３】剥離工程を示す模式図である。
【図４】ウェットブラスト処理を示す模式図である。
【図５】ウェットブラスト処理の条件を示す表である。
【図６】実施例１の条件１及び２によるウェットブラスト処理後の観察結果を示す写真である。
【図７】条件１によりウェットブラスト処理した場合と比較例１の観察結果を示す写真である。
【図８】条件２によりウェットブラスト処理した場合と比較例１の観察結果を示す写真である。
【図９】実施例２、比較例２、及び比較例３の観察結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明に係る半導体ウェハの製造方法の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、半導体ウェハの製造工程を示すフローチャートである。
【００２３】
半導体ウェハは太陽電池用であり、結晶性インゴットを切り出すことで製造される。結晶性インゴットは、例えば多結晶シリコンインゴットである。その製造工程は、次の通りである。すなわち、図１に示すように、半導体ウェハは、結晶性インゴットから切り出されるスライス工程（ステップＳ０１）と、切り出された半導体ウェハを剥離する剥離工程（ステップＳ０２）と、半導体ウェハの表面にダメージ層を形成するダメージ層形成工程（ステップＳ０３）と、水洗いを経て半導体ウェハを乾燥させる乾燥工程（ステップＳ０４）とを順に経て製造される。
【００２４】
この工程を経た半導体ウェハは、良品と不良品とを分ける検査工程を経て太陽電池メーカに出荷される。太陽電池メーカでは、表面に凹凸のテクスチャーが形成され、太陽電池用の加工が更に施される。テクスチャーの形成は、表面反射率の低減を目的とするものである。テクスチャーの形成は、各種のエッチング処理により行われることが一般的であるが、半導体ウェハの本製造方法では、酸によるエッチング処理が施されることを前提とする。
【００２５】
（スライス工程）
スライス工程では、固定砥粒方式により、結晶性インゴットから複数の半導体ウェハを切り出す。固定砥粒方式では、表面に砥粒を分散固定した芯線からなるワイヤーソーによって結晶性インゴットを切削する。
【００２６】
図２は、固定砥粒方式のスライス工程を示す模式図である。図２において、符号１００は、結晶性インゴットを示している。図２に示すように、ワイヤーソー１０は、平行に複数配設され、回転ローラ１１ａ、１１ｂ間を走行可能となっている。一方、結晶性インゴットは、一面が支持板１２に接着されている。走行するワイヤーソー１０に支持板１２で支持された結晶性インゴットを押し当てながら相対移動させることで、複数の半導体ウェハが結晶性インゴットから切り出される。結晶性インゴットのスライスは、支持板１２に達するまで行われる。
【００２７】
ワイヤーソー１０の芯線は、鉄、ニッケル、コバルト、クロム、タングステン、モリブデン、銅、チタン、アルミニウム、及びこれらから選ばれる合金といった金属ワイヤ、又はピアノ線を含む高炭素鋼が望ましい。芯線に分散固定される砥粒は、シリコンの切断が可能であれば、種々のものが適用可能である。例えば、砥粒として、ダイアモンド、ＣＢＮ、ＳｉＣのいずれか、あるいはこれらの混合物が用いられることが望ましい。砥粒は、レジンボンドによる方法、電着による方法、またはロウ付けによる方法等の各種の方法を用いて芯線に分散固定される。
【００２８】
結晶性インゴットに接着する支持板１２としては、ガラス板が挙げられる。結晶性インゴットと支持板１２とを接着する接着剤は、特に限定されないが、エポキシ系接着剤で接着されることが望ましい。
【００２９】
（剥離工程）
剥離工程では、結晶性インゴットから切り出された複数の半導体ウェハを支持板１２から剥離する。図３は、剥離工程を示す模式図である。図３において、符号２００は、半導体ウェハを示している。図３に示すように、支持板１２と半導体ウェハは、接着剤を溶解させる剥離液１４で満たされたバスケット１３内に浸漬される。剥離液１４としては、乳酸を水で希釈した水溶液を用いることができる。
【００３０】
（ダメージ層形成工程）
ダメージ層形成工程では、固定砥粒方式のスライス工程の後、酸を用いたエッチングによるテクスチャー形成の前に、固定砥粒方式でスライスした半導体ウェハの表面全体に一様なダメージ層を形成する。また、スライス工程とダメージ層形成工程との間には、粗洗浄工程が含まれてもよい。
【００３１】
ダメージ層は、半導体ウェハ表面の凹凸で形成された層である。半導体ウェハの表面全体に一様なダメージ層を形成するとは、半導体ウェハの片面又は両面にダメージ層が形成され、その面に滑らかな領域がなく、全体としてムラ無く凹凸が形成されていることである。
【００３２】
このダメージ層形成工程では、半導体ウェハの表面に対してウェットブラスト処理を施す。ウェットブラスト処理は、液体と砥粒とのスラリを半導体ウェハの表面に噴射することで、半導体ウェハの表面を研削する処理である。
【００３３】
図４は、ウェットブラスト処理を示す模式図である。図４に示すように、ウェットブラスト処理では、液体と砥粒とを混合したスラリを圧縮空気によりノズル１５から噴射する。ノズル１５の幅は、半導体ウェハの幅より十分広くなっており、ノズル１５から噴出するスラリは、半導体ウェハの表面に向かう。このノズル１５と半導体ウェハは、相対的に移動が可能となっており、半導体ウェハの表面全体がウェットブラスト処理される。このウェットブラスト処理では、ノズル１５による半導体ウェハ上の走査を１回又は複数回繰り返してもよい。
【００３４】
ウェットブラスト処理で使用される砥粒は、アルミナ、ダイアモンド、ＣＢＮ、ＳｉＣのいずれか、あるいはこれらの混合物が用いられることが望ましい。また、砥粒と混合される液体としては、主に水が使用されるが、界面活性剤を含有させてもよい。スラリにおける砥粒の混合割合は、１０〜３０ｖｏｌ％であることが望ましい。この範囲では、ダメージ層形成効果の他、半導体ウェハの洗浄効果が現れ、仕上げ洗浄工程が不要となる。
【００３５】
砥粒の粒径は、目的とするダメージ層の深さや、エッチングにより形成するテクスチャーの目的の凹凸密度に応じて変更できる。すなわち、固定砥粒方式で半導体ウェハをスライスした場合、このウェットブラスト処理で使用される砥粒の粒径が大きいと、ダメージ層は深くなる、換言すると凹凸の高低差は高くなる傾向が見られた。また、固定砥粒方式で半導体ウェハをスライスした場合、このウェットブラスト処理で使用される砥粒の粒径が大きいと、テクスチャーの凹凸密度が向上する傾向がある、換言すると表面全体において一つ一つの凹凸の領域が小さくなり、綿密性が増す傾向がある。
【００３６】
尚、遊離砥粒方式で半導体ウェハをスライスした場合、スライスで使用される砥粒の粒径が大きいと、スライスの際に形成された凸部を削ってしまい、表面粗さが滑らかになってしまい、ダメージ層の深さをコントロールするは困難であった。
【００３７】
（乾燥工程）
乾燥工程では、半導体ウェハを乾燥室に入れ、水分を除去する。この乾燥工程は、ダメージ層形成工程の次に水洗いを経た後に実施される。水洗いは、汚れやゴミを洗い流す処理である。すなわち、ウェットブラスト処理を行った場合は、アルカリ等の溶剤中の超音波等を用いた仕上げ洗浄工程を省くことができる。
【００３８】
（エッチング工程）
エッチング工程では、半導体ウェハの表面をエッチング液にさらす。具体的には、半導体ウェハを回転させながら、表面にエッチング液を滴下し、エッチング液を半導体ウェハの表面全体に行き渡らせる。半導体ウェハをエッチング液中に浸漬してもよい。エッチング工程では、これに限定されることなく、各種の方法を採ることができる。エッチング液は、酸であり、フッ酸及び硝酸の混酸であるフッ硝酸溶液が望ましいが、例えばリン酸、酢酸、カルボン酸、又は界面活性剤等を加えても良い。
【００３９】
（ダメージ層形成の効果の確認）
固定砥粒方式のスライス工程及びウェットブラスト処理のダメージ層形成工程を経た半導体ウェハのダメージ層形成の効果を確認すべく、以下のように半導体ウェハを製造し、酸によるエッチング処理を施して、観察を行った。尚、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４０】
（実施例１）
多結晶シリコンインゴットから固定砥粒方式により、ウェハ厚みが１８０μｍの多結晶シリコンウェハを切り出し、剥離処理を実施した後、その多結晶シリコンウェハを図５の条件にて片面にのみウェットブラスト処理を実施した。
【００４１】
すなわち、ウェットブラスト処理の条件１では、アルミナＡ＃２０００（マコー株式会社製、マコランダム、粒径：６．７μｍ）を水と混合し、砥粒濃度が２０ｖｏｌ％のスラリを作製する。このスラリをウェットブラスト装置（マコー株式会社製、シグマ、ノズル幅：６００ｍｍ）を用いて、圧縮空気圧０．２ＭＰａにて多結晶シリコンウェハに噴射した。スラリが噴出するノズル先端と多結晶シリコンウェハとの投射距離は、２０ｍｍであり、スラリの噴射軸に対する多結晶シリコンウェハの投射角度は、９０°とした。多結晶シリコンウェハとノズルとは、相対的に３０ｍｍ／ｓｅｃで移動させ、多結晶シリコンウェハの片面全体にスラリを投射した。ノズルの走査回数は１回である。
【００４２】
ウェットブラスト処理の条件２は、アルミナＡ＃８００（マコー株式会社製、マコランダム、粒径：１４．０μｍ）と水とを混合して砥粒濃度が２０ｖｏｌ％のスラリを作製し、ウェットブラスト装置（マコー株式会社製、ゼータ、ノズル幅：３２０ｍｍ）を使用する以外は、条件１と同様である。
【００４３】
そして、水洗いして乾燥処理した後、酸によるエッチング処理として、各多結晶シリコンウェハのウェットブラスト処理した面にフッ硝酸溶液をまんべんなく行き渡らせた。
【００４４】
ウェットブラスト処理の効果を確認するため、ウェットブラスト処理前後、及び酸によるエッチング処理後の多結晶シリコンウェハの表面状態をレーザ顕微鏡（キーエンス社、ＶＬ−９７００）で観察した。
【００４５】
（比較例１）
多結晶シリコンインゴットから固定砥粒方式により、ウェハ厚みが１８０μｍの多結晶シリコンウェハを切り出し、剥離処理を実施した後、ウェットブラスト処理を実施せずに、実施例１と同じ条件で酸によるエッチング処理を行った。
【００４６】
（結果）
実施例１のウェットブラスト処理前の観察結果と、実施例１の条件１及び２によるウェットブラスト処理後の観察結果を図６に示す。
【００４７】
図６に示すように、ウェットブラスト処理前は、ワイヤーソーの走行方向に沿って所々に滑らかな平坦領域Ｒが存在するのに対し、ウェットブラスト処理後は、条件１及び２の両方において、その滑らかな平坦領域Ｒが消失し、全体的にダメージ層が形成されていることが確認できる。
【００４８】
粒径が６．７μｍの砥粒を用いた条件１のウェットブラスト処理の結果、ダメージ層の深さは、Ｒａ：０．３８７μｍ、Ｒｚ：５．１２０μｍ程度であった。また、粒径が１４．０μｍの砥粒を用いた条件２のウェットブラスト処理の結果、ダメージ層の深さは、Ｒａ：０．４５９μｍ、Ｒｚ：５．９３４μｍ程度であった。尚、ダメージ層の深さは、多結晶シリコンウェハの一部領域をマスクし、その領域にウェットブラスト処理が及ばないようにし、ウェットブラスト処理が及んだ領域とマスクした領域との段差を測定することで得た。
【００４９】
実施例１と比較例１について、酸によるエッチング処理後の観察結果を図７及び８に示す。図７は、条件１（ウェットブラスト処理の砥粒粒径が６．７μｍ）によりウェットブラスト処理した場合と比較例１の観察結果であり、図８は、条件２（ウェットブラスト処理の砥粒粒径が１４．０μｍ）によりウェットブラスト処理した場合と比較例１の観察結果である。
【００５０】
図７及び８に示すように、ウェットブラスト処理を行わなかった比較例１に比べ、実施例１では、テクスチャーが一様に形成されていることがわかる。
【００５１】
また、条件１と条件２の結果を比べてみると、固定砥粒方式でスライスした場合、ウェットブラスト処理で用いられる砥粒の粒径が大きい方が、凹凸が表面全体にわたって一様に存在し、綿密なテクスチャーが形成されていることがわかる。
【００５２】
更に、条件１のウェットブラスト処理後、酸によるエッチング処理した際の表面粗さは、Ｒａ：０．４２３μｍ、Ｒｚ：６．５７３μｍであり、条件２のウェットブラスト処理後、酸によるエッチング処理した際の表面粗さは、Ｒａ：０．７３８μｍ、Ｒｚ：１０．１７３μｍであり、ウェットブラスト処理に用いる砥粒の粒径を変更することでエッチング後の表面粗さをコントロールできることがわかる。
【００５３】
（洗浄効果の確認）
次に、固定砥粒方式のスライス工程及びウェットブラスト処理のダメージ層形成工程を経た半導体ウェハの洗浄効果を確認すべく、以下のように半導体ウェハを製造した。尚、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５４】
（実施例２）
多結晶シリコンインゴットから固定砥粒方式により、ウェハ厚みが１８０μｍの多結晶シリコンウェハを切り出し、剥離処理を実施した後、その多結晶シリコンウェハを図５の条件１及び２にて片面にのみウェットブラスト処理を実施した。そして、水洗いを経て乾燥処理した後、多結晶シリコンウェハの表面状態を目視により観察した。すなわち、ウェットブラスト処理による洗浄効果を確認するために、仕上げ洗浄工程を省いた。
【００５５】
（比較例２）
多結晶シリコンインゴットから固定砥粒方式により、ウェハ厚みが１８０μｍの多結晶シリコンウェハを切り出し、剥離処理を実施した後、その多結晶シリコンウェハを図５の条件１及び２にて片面にのみウェットブラスト処理を実施した。更に、ウェットブラスト処理後に仕上げ洗浄工程を実施し、乾燥処理した後、多結晶シリコンウェハの表面状態を目視により観察した。
【００５６】
比較例２で実施した仕上げ洗浄工程では、予備洗浄、リンス、アルカリ溶液洗浄、リンスを順番に経た後に温風による乾燥を行った。予備洗浄及びアルカリ溶液洗浄においては、アルカリ溶液中に多結晶シリコンウェハを浸し、超音波を放射した。使用したアルカリ溶液は、０．５〜５重量％のＮａＯＨである。使用した超音波は、１０〜１００ｋＨｚ、１００〜５００Ｗである。リンスにおいては、ＲＯ膜を使用して精製した純水中に多結晶シリコンウェハを浸し、超音波で放射した。リンス時間は、２〜５分である。温風による乾燥では、多結晶シリコンウェハを１００度の温風に当てた。温風による乾燥時間は、２〜５分である。
【００５７】
（比較例３）
多結晶シリコンインゴットから固定砥粒方式により、ウェハ厚みが１８０μｍの多結晶シリコンウェハを切り出し、剥離処理を実施した後、ウェットブラスト処理と仕上げ洗浄工程を施すことなく、水洗いを経て乾燥処理し、その結果を多結晶シリコンウェハの表面状態を目視により観察した。
【００５８】
（結果）
実施例２、比較例２、及び比較例３の観察結果を図９に示す。図９に示すように、実施例２と比較例２とを比べても表面の洗浄性に違いが見られなかった。すなわち、固定砥粒方式によって多結晶シリコンウェハを切り出した場合には、ウェットブラスト処理のみとして仕上げ洗浄工程を省いた製造方法と、ウェットブラスト処理後に仕上げ洗浄工程を加えた製造方法とにおいてゴミの付着の程度に違いが見られなかった。
【００５９】
一方、比較例３の観察結果に示されるように、ウェットブラスト処理と仕上げ洗浄工程を経なかった場合には、水洗いを経ても仕上げ洗浄工程が必要な程度にゴミの付着が見られた。
【００６０】
この結果、ウェットブラスト処理を経れば、スライス工程で発生するシリコンの切削屑、スライス工程で使用する有機系クーラントの残渣、及び剥離工程で使用する剥離液の残渣が洗い流されてしまうため、仕上げ洗浄工程を省けることが確認された。
【００６１】
なお、遊離砥粒方式で多結晶シリコンウェハを切り出した場合、ウェットブラスト処理を施しても、仕上げ洗浄工程を実施しないと残渣を取り除くことができなかった。これは、遊離砥粒方式のスライス工程によれば、スライス工程で発生するシリコンの切削屑、スライス工程で使用する有機系クーラントの残渣、及び剥離工程で使用する剥離液の残渣の他、スライス工程においてワイヤーソーの屑も加わるため、ウェットブラスト処理によって洗い流し切れないものと思われる。ウェットブラスト処理において、ノズルの走査を複数回繰り返せば、遊離砥粒方式においても一定の洗浄効果が見られると思われるが、ダメージ層の深さをコントロールすることが困難となるため、適切ではない。
【００６２】
また、ウェットブラスト処理に代えてドライブラスト処理を実施した場合には、スライス工程で発生するシリコンの切削屑、スライス工程で使用する有機系クーラントの残渣、及び剥離工程で使用する剥離液の残渣が乾燥して、多結晶シリコンウェハの表面に固着してしまっていた。すなわち、ウェットブラスト処理に比べて、ドライブラスト処理に洗浄効果を期待することはできない。
【００６３】
（効果）
以上のように、本実施形態の半導体ウェハの製造方法は、テクスチャー形成のために酸によるエッチングが施される前の半導体ウェハの製造方法であって、以下の工程を含むことを特徴とする。
【００６４】
（１）表面に砥粒を分散固定した芯線によって結晶性インゴットを切削することで、半導体ウェハを切り出す固定砥粒方式のスライス工程
（２）固定砥粒方式のスライス工程の後、半導体ウェハの表面に対して液体と砥粒とのスラリを噴射することで、半導体ウェハの表面全体にダメージ層を形成するウェットブラスト方式のダメージ層形成工程
（３）ダメージ層形成処理の次に、前記半導体ウェハを乾燥させる乾燥工程。
【００６５】
これにより、固定砥粒方式で半導体ウェハを切り出しても表面全体にダメージ層を形成することができ、酸によるエッチング処理を施してもテクスチャーの形成が可能となる。従って、遊離砥粒方式と比べて一つの結晶性インゴットから多くの半導体ウェハを切り出すことが可能となり、太陽電池用の半導体ウェハの製造コストを削減することが可能となる。
【００６６】
また、固定砥粒方式によるスライス工程とウェットブラスト処理によるダメージ層形成工程とを組み合わせることにより、スラリに含まれる砥粒の粒径を変更することでテクスチャーの凹凸密度を自在に設計でき、また、スラリに含まれる砥粒の粒径を変更することでダメージ層の深さを自在に設計することが可能となる。
【００６７】
また、固定砥粒方式によるスライス工程とウェットブラスト処理によるダメージ層形成工程とを組み合わせることにより、ウェットブラスト処理に洗浄効果が現れるため、ダメージ層形成工程と乾燥工程との間において仕上げ洗浄処理工程を省くことができ、太陽電池用の半導体ウェハの製造コストを更に削減すること可能となる。
【００６８】
以上のように、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これら新規な実施形態は、そのほかの様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６９】
１０ ワイヤーソー
１１ａ 回転ローラ
１１ｂ 回転ローラ
１２ 支持板
１３ バスケット
１４ 剥離液
１５ ノズル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テクスチャー形成のために酸によるエッチングが施される半導体ウェハの製造方法及びその半導体ウェハに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池用の半導体ウェハは、多結晶シリコンインゴットから半導体ウェハを切り出すスライス工程、半導体ウェハを支持板から剥離する剥離工程、及び半導体ウェハから汚れやゴミを落とす仕上げ洗浄工程を順に経て出荷され、太陽電池メーカによりエッチング処理される。
【０００３】
スライス工程では、遊離砥粒方式によるワイヤーソーを用いたラップ加工、または固定砥粒方式によるワイヤーソーを用いた切削加工を採用することができる。遊離砥粒方式は、液体と砥粒の混合物であるスラリをワイヤーソーを用いて多結晶シリコンインゴットに擦りつけ、半導体ウェハを切り出す方式である。この遊離砥粒方式によるスライス処理は、スラリに含まれる砥粒が多結晶シリコンインゴットを崩しながら、半導体ウェハを切り出す。
【０００４】
一方、固定砥粒方式は、砥粒を芯線に分散固定してなるワイヤーソーを多結晶シリコンインゴットに押しつけ、半導体ウェハを切り出す方式である。この固定砥粒方式によるスライス処理は、多結晶シリコンインゴットを切り刻みながら、半導体ウェハを切り出すものである。従って、固定砥粒方式の場合、遊離砥粒方式と比べて、切り屑となってしまう層が少なく、一つの多結晶シリコンインゴットから多くの半導体ウェハを切り出すことができ、また、クラック等が発生するおそれが少なく、その半導体ウェハも薄く切り出すことができるという利点がある。
【０００５】
エッチング処理は、半導体ウェハの表面に凹凸のテクスチャーを形成する工程である。半導体ウェハの表面が平坦であると、入射した光の一部が反射してしまい、電流に変換されなくなってしまう。そのため、太陽電池メーカでは、表面にテクスチャーと呼ばれる凹凸を付け、反射光の一部を複数回に亘って半導体ウェハに再入射させる機会をもたらし、表面反射率を低減させ、以て太陽電池の性能を向上させている。
【０００６】
エッチング処理としては、各種の方法が採用できるが、例えば、アルカリによるエッチング処理や、酸によるエッチング処理が挙げられる。アルカリによるエッチング処理の代表例としては、ＫＯＨ又はＮＡＯＨのアルカリ溶液中にイソプロピルアルコールを添加し、半導体ウェハの片面又は両面を当該アルカリ溶液に数分間浸すものがある。酸によるエッチング処理の代表例としては、半導体ウェハの片面又は両面をフッ酸や硝酸を主成分とした酸溶液に１〜２分程度浸すものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３１１０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
スライス処理においては、上述のように、遊離砥粒方式よりも固定砥粒方式のほうが生産コストの面から有利であり、固定砥粒方式の実用化が期待されている。しかしながら、酸によるエッチング処理を施した場合、固定砥粒方式でスライス処理した半導体ウェハ上には、均一なテクスチャーを形成することができなかった。
【０００９】
すなわち、遊離砥粒方式で半導体ウェハを切り出し、酸によるエッチング処理を施した場合には、半導体ウェハの表面全体に綿密なテクスチャーが形成される。
【００１０】
しかしながら、固定砥粒方式で半導体ウェハを切り出し、酸によるエッチング処理を施した場合には、部分的に平坦な領域が残ってしまう。上述したように、テクスチャーは太陽光の反射率を低下させ、太陽電池の性能を向上させる重要な役割を果たしており、半導体ウェハ上の平坦な領域は看過することはできない。
【００１１】
そのため、酸によるエッチング処理を前提として半導体ウェハを製造する場合には、遊離砥粒方式を採用せざるを得なかった。
【００１２】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたもので、固定砥粒方式で半導体ウェハを切り出しつつ、酸によるエッチング処理であっても半導体ウェハの表面全体にテクスチャーを形成することのできる製造方法、及びその製造方法による半導体ウェハ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】
【００１３】
本発明者らは、鋭意研究の結果、酸によるエッチング処理で形成されるテクスチャーは、エッチング処理前に半導体ウェハ上に存在するダメージ層に大きく影響を受けているのではないかと考えた。酸によるエッチング処理は、ダメージ層のみを除去する手法であると考えられており、また、ａｓ−ｓｌｉｃｅ（スライス後に何らの処理をしない）において形成されているダメージ層とテクスチャーの形状が良く似ているためである。尚、ダメージ層とは、半導体ウェハ表面に形成された凹凸層であり、スライス工程で発生する。
【００１４】
遊離砥粒方式では、結晶性インゴットを崩すようにして半導体ウェハが切り出されるため、半導体ウェハの表面全体には、エッチング処理の前から予め凹凸が形成されている。しかし、固定砥粒方式では、半導体ウェハの表面はナイフでカットしたような滑らかな面となってしまうため凹凸層が不完全に形成される。
【００１５】
そこで、本発明に係る第１の態様は、テクスチャー形成のために酸によるエッチングが施される前の半導体ウェハの製造方法であって、以下の工程を含むことを特徴とする。
【００１６】
（１）表面に砥粒を分散固定した芯線によって結晶性インゴットを切削することで、前記半導体ウェハを切り出す固定砥粒方式のスライス工程
（２）前記固定砥粒方式のスライス工程の後、前記半導体ウェハの少なくとも片面に対して液体と砥粒とのスラリを噴射することで、前記半導体ウェハにダメージ層を形成するウェットブラスト方式のダメージ層形成工程
（３）前記ダメージ層形成処理の次に、水洗い洗浄を経て前記半導体ウェハを乾燥させる乾燥工程。
【００１７】
前記ダメージ層形成工程と前記乾燥工程との間には、半導体ウェハの溶剤を用いた仕上げ洗浄処理工程が省かれるようにしてもよい。固定砥粒方式によるスライス工程とウェットブラスト処理によるダメージ層形成工程とを組み合わせることにより、ウェットブラスト処理による洗浄効果が現れるためである。
【００１８】
固定砥粒方式によるスライス工程とウェットブラスト処理によるダメージ層形成工程との組み合わせにおいては、ウェットブラスト処理で使用される砥粒の粒径によってテクスチャーの凹凸密度やダメージ層の深さを制御できることがわかった。すなわち、このダメージ層形成工程では、前記テクスチャーの目的の凹凸密度に応じて前記スラリに含まれる砥粒の粒径を変更することができる。また、前記ダメージ層形成工程では、形成しようとする前記ダメージ層の深さに応じて前記スラリに含まれる砥粒の粒径を変更することができる。
【００１９】
本発明に係る第２の態様は、表面に凹凸を形成するために酸によるエッチングが施される前の半導体ウェハであって、表面に砥粒を固定した芯線によって結晶性インゴットを切削する固定砥粒方式によって切り出され、切り出された後に、ウェットブラスト方式により少なくとも片面に対して液体と砥粒とのスラリを噴射されることで、表面にダメージ層が形成されること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、固定砥粒方式で半導体ウェハを切り出しても表面全体にダメージ層を形成することができ、酸によるエッチング処理を施してもテクスチャーの形成が可能となる。従って、遊離砥粒方式と比べて一つの結晶性インゴットから多くの半導体ウェハを切り出すことが可能となり、太陽電池用の半導体ウェハの製造コストを削減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態に係る半導体ウェハの製造工程を示すフローチャートである。
【図２】固定砥粒方式のスライス工程を示す模式図である。
【図３】剥離工程を示す模式図である。
【図４】ウェットブラスト処理を示す模式図である。
【図５】ウェットブラスト処理の条件を示す表である。
【図６】実施例１の条件１及び２によるウェットブラスト処理後の観察結果を示す写真である。
【図７】条件１によりウェットブラスト処理した場合と比較例１の観察結果を示す写真である。
【図８】条件２によりウェットブラスト処理した場合と比較例１の観察結果を示す写真である。
【図９】実施例２、比較例２、及び比較例３の観察結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明に係る半導体ウェハの製造方法の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、半導体ウェハの製造工程を示すフローチャートである。
【００２３】
半導体ウェハは太陽電池用であり、結晶性インゴットを切り出すことで製造される。結晶性インゴットは、例えば多結晶シリコンインゴットである。その製造工程は、次の通りである。すなわち、図１に示すように、半導体ウェハは、結晶性インゴットから切り出されるスライス工程（ステップＳ０１）と、切り出された半導体ウェハを剥離する剥離工程（ステップＳ０２）と、半導体ウェハの表面にダメージ層を形成するダメージ層形成工程（ステップＳ０３）と、水洗いを経て半導体ウェハを乾燥させる乾燥工程（ステップＳ０４）とを順に経て製造される。
【００２４】
この工程を経た半導体ウェハは、良品と不良品とを分ける検査工程を経て太陽電池メーカに出荷される。太陽電池メーカでは、表面に凹凸のテクスチャーが形成され、太陽電池用の加工が更に施される。テクスチャーの形成は、表面反射率の低減を目的とするものである。テクスチャーの形成は、各種のエッチング処理により行われることが一般的であるが、半導体ウェハの本製造方法では、酸によるエッチング処理が施されることを前提とする。
【００２５】
（スライス工程）
スライス工程では、固定砥粒方式により、結晶性インゴットから複数の半導体ウェハを切り出す。固定砥粒方式では、表面に砥粒を分散固定した芯線からなるワイヤーソーによって結晶性インゴットを切削する。
【００２６】
図２は、固定砥粒方式のスライス工程を示す模式図である。図２において、符号１００は、結晶性インゴットを示している。図２に示すように、ワイヤーソー１０は、平行に複数配設され、回転ローラ１１ａ、１１ｂ間を走行可能となっている。一方、結晶性インゴットは、一面が支持板１２に接着されている。走行するワイヤーソー１０に支持板１２で支持された結晶性インゴットを押し当てながら相対移動させることで、複数の半導体ウェハが結晶性インゴットから切り出される。結晶性インゴットのスライスは、支持板１２に達するまで行われる。
【００２７】
ワイヤーソー１０の芯線は、鉄、ニッケル、コバルト、クロム、タングステン、モリブデン、銅、チタン、アルミニウム、及びこれらから選ばれる合金といった金属ワイヤ、又はピアノ線を含む高炭素鋼が望ましい。芯線に分散固定される砥粒は、シリコンの切断が可能であれば、種々のものが適用可能である。例えば、砥粒として、ダイアモンド、ＣＢＮ、ＳｉＣのいずれか、あるいはこれらの混合物が用いられることが望ましい。砥粒は、レジンボンドによる方法、電着による方法、またはロウ付けによる方法等の各種の方法を用いて芯線に分散固定される。
【００２８】
結晶性インゴットに接着する支持板１２としては、ガラス板が挙げられる。結晶性インゴットと支持板１２とを接着する接着剤は、特に限定されないが、エポキシ系接着剤で接着されることが望ましい。
【００２９】
（剥離工程）
剥離工程では、結晶性インゴットから切り出された複数の半導体ウェハを支持板１２から剥離する。図３は、剥離工程を示す模式図である。図３において、符号２００は、半導体ウェハを示している。図３に示すように、支持板１２と半導体ウェハは、接着剤を溶解させる剥離液１４で満たされたバスケット１３内に浸漬される。剥離液１４としては、乳酸を水で希釈した水溶液を用いることができる。
【００３０】
（ダメージ層形成工程）
ダメージ層形成工程では、固定砥粒方式のスライス工程の後、酸を用いたエッチングによるテクスチャー形成の前に、固定砥粒方式でスライスした半導体ウェハの表面全体に一様なダメージ層を形成する。また、スライス工程とダメージ層形成工程との間には、粗洗浄工程が含まれてもよい。
【００３１】
ダメージ層は、半導体ウェハ表面の凹凸で形成された層である。半導体ウェハの表面全体に一様なダメージ層を形成するとは、半導体ウェハの片面又は両面にダメージ層が形成され、その面に滑らかな領域がなく、全体としてムラ無く凹凸が形成されていることである。
【００３２】
このダメージ層形成工程では、半導体ウェハの表面に対してウェットブラスト処理を施す。ウェットブラスト処理は、液体と砥粒とのスラリを半導体ウェハの表面に噴射することで、半導体ウェハの表面を研削する処理である。
【００３３】
図４は、ウェットブラスト処理を示す模式図である。図４に示すように、ウェットブラスト処理では、液体と砥粒とを混合したスラリを圧縮空気によりノズル１５から噴射する。ノズル１５の幅は、半導体ウェハの幅より十分広くなっており、ノズル１５から噴出するスラリは、半導体ウェハの表面に向かう。このノズル１５と半導体ウェハは、相対的に移動が可能となっており、半導体ウェハの表面全体がウェットブラスト処理される。このウェットブラスト処理では、ノズル１５による半導体ウェハ上の走査を１回又は複数回繰り返してもよい。
【００３４】
ウェットブラスト処理で使用される砥粒は、アルミナ、ダイアモンド、ＣＢＮ、ＳｉＣのいずれか、あるいはこれらの混合物が用いられることが望ましい。また、砥粒と混合される液体としては、主に水が使用されるが、界面活性剤を含有させてもよい。スラリにおける砥粒の混合割合は、１０〜３０ｖｏｌ％であることが望ましい。この範囲では、ダメージ層形成効果の他、半導体ウェハの洗浄効果が現れ、仕上げ洗浄工程が不要となる。
【００３５】
砥粒の粒径は、目的とするダメージ層の深さや、エッチングにより形成するテクスチャーの目的の凹凸密度に応じて変更できる。すなわち、固定砥粒方式で半導体ウェハをスライスした場合、このウェットブラスト処理で使用される砥粒の粒径が大きいと、ダメージ層は深くなる、換言すると凹凸の高低差は高くなる傾向が見られた。また、固定砥粒方式で半導体ウェハをスライスした場合、このウェットブラスト処理で使用される砥粒の粒径が大きいと、テクスチャーの凹凸密度が向上する傾向がある、換言すると表面全体において一つ一つの凹凸の領域が小さくなり、綿密性が増す傾向がある。
【００３６】
尚、遊離砥粒方式で半導体ウェハをスライスした場合、スライスで使用される砥粒の粒径が大きいと、スライスの際に形成された凸部を削ってしまい、表面粗さが滑らかになってしまい、ダメージ層の深さをコントロールするは困難であった。
【００３７】
（乾燥工程）
乾燥工程では、半導体ウェハを乾燥室に入れ、水分を除去する。この乾燥工程は、ダメージ層形成工程の次に水洗いを経た後に実施される。水洗いは、汚れやゴミを洗い流す処理である。すなわち、ウェットブラスト処理を行った場合は、アルカリ等の溶剤中の超音波等を用いた仕上げ洗浄工程を省くことができる。
【００３８】
（エッチング工程）
エッチング工程では、半導体ウェハの表面をエッチング液にさらす。具体的には、半導体ウェハを回転させながら、表面にエッチング液を滴下し、エッチング液を半導体ウェハの表面全体に行き渡らせる。半導体ウェハをエッチング液中に浸漬してもよい。エッチング工程では、これに限定されることなく、各種の方法を採ることができる。エッチング液は、酸であり、フッ酸及び硝酸の混酸であるフッ硝酸溶液が望ましいが、例えばリン酸、酢酸、カルボン酸、又は界面活性剤等を加えても良い。
【００３９】
（ダメージ層形成の効果の確認）
固定砥粒方式のスライス工程及びウェットブラスト処理のダメージ層形成工程を経た半導体ウェハのダメージ層形成の効果を確認すべく、以下のように半導体ウェハを製造し、酸によるエッチング処理を施して、観察を行った。尚、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４０】
（実施例１）
多結晶シリコンインゴットから固定砥粒方式により、ウェハ厚みが１８０μｍの多結晶シリコンウェハを切り出し、剥離処理を実施した後、その多結晶シリコンウェハを図５の条件にて片面にのみウェットブラスト処理を実施した。
【００４１】
すなわち、ウェットブラスト処理の条件１では、アルミナＡ＃２０００（マコー株式会社製、マコランダム、粒径：６．７μｍ）を水と混合し、砥粒濃度が２０ｖｏｌ％のスラリを作製する。このスラリをウェットブラスト装置（マコー株式会社製、シグマ、ノズル幅：６００ｍｍ）を用いて、圧縮空気圧０．２ＭＰａにて多結晶シリコンウェハに噴射した。スラリが噴出するノズル先端と多結晶シリコンウェハとの投射距離は、２０ｍｍであり、スラリの噴射軸に対する多結晶シリコンウェハの投射角度は、９０°とした。多結晶シリコンウェハとノズルとは、相対的に３０ｍｍ／ｓｅｃで移動させ、多結晶シリコンウェハの片面全体にスラリを投射した。ノズルの走査回数は１回である。
【００４２】
ウェットブラスト処理の条件２は、アルミナＡ＃８００（マコー株式会社製、マコランダム、粒径：１４．０μｍ）と水とを混合して砥粒濃度が２０ｖｏｌ％のスラリを作製し、ウェットブラスト装置（マコー株式会社製、ゼータ、ノズル幅：３２０ｍｍ）を使用する以外は、条件１と同様である。
【００４３】
そして、水洗いして乾燥処理した後、酸によるエッチング処理として、各多結晶シリコンウェハのウェットブラスト処理した面にフッ硝酸溶液をまんべんなく行き渡らせた。
【００４４】
ウェットブラスト処理の効果を確認するため、ウェットブラスト処理前後、及び酸によるエッチング処理後の多結晶シリコンウェハの表面状態をレーザ顕微鏡（キーエンス社、ＶＬ−９７００）で観察した。
【００４５】
（比較例１）
多結晶シリコンインゴットから固定砥粒方式により、ウェハ厚みが１８０μｍの多結晶シリコンウェハを切り出し、剥離処理を実施した後、ウェットブラスト処理を実施せずに、実施例１と同じ条件で酸によるエッチング処理を行った。
【００４６】
（結果）
実施例１のウェットブラスト処理前の観察結果と、実施例１の条件１及び２によるウェットブラスト処理後の観察結果を図６に示す。
【００４７】
図６に示すように、ウェットブラスト処理前は、ワイヤーソーの走行方向に沿って所々に滑らかな平坦領域Ｒが存在するのに対し、ウェットブラスト処理後は、条件１及び２の両方において、その滑らかな平坦領域Ｒが消失し、全体的にダメージ層が形成されていることが確認できる。
【００４８】
粒径が６．７μｍの砥粒を用いた条件１のウェットブラスト処理の結果、ダメージ層の深さは、Ｒａ：０．３８７μｍ、Ｒｚ：５．１２０μｍ程度であった。また、粒径が１４．０μｍの砥粒を用いた条件２のウェットブラスト処理の結果、ダメージ層の深さは、Ｒａ：０．４５９μｍ、Ｒｚ：５．９３４μｍ程度であった。尚、ダメージ層の深さは、多結晶シリコンウェハの一部領域をマスクし、その領域にウェットブラスト処理が及ばないようにし、ウェットブラスト処理が及んだ領域とマスクした領域との段差を測定することで得た。
【００４９】
実施例１と比較例１について、酸によるエッチング処理後の観察結果を図７及び８に示す。図７は、条件１（ウェットブラスト処理の砥粒粒径が６．７μｍ）によりウェットブラスト処理した場合と比較例１の観察結果であり、図８は、条件２（ウェットブラスト処理の砥粒粒径が１４．０μｍ）によりウェットブラスト処理した場合と比較例１の観察結果である。
【００５０】
図７及び８に示すように、ウェットブラスト処理を行わなかった比較例１に比べ、実施例１では、テクスチャーが一様に形成されていることがわかる。
【００５１】
また、条件１と条件２の結果を比べてみると、固定砥粒方式でスライスした場合、ウェットブラスト処理で用いられる砥粒の粒径が大きい方が、凹凸が表面全体にわたって一様に存在し、綿密なテクスチャーが形成されていることがわかる。
【００５２】
更に、条件１のウェットブラスト処理後、酸によるエッチング処理した際の表面粗さは、Ｒａ：０．４２３μｍ、Ｒｚ：６．５７３μｍであり、条件２のウェットブラスト処理後、酸によるエッチング処理した際の表面粗さは、Ｒａ：０．７３８μｍ、Ｒｚ：１０．１７３μｍであり、ウェットブラスト処理に用いる砥粒の粒径を変更することでエッチング後の表面粗さをコントロールできることがわかる。
【００５３】
（洗浄効果の確認）
次に、固定砥粒方式のスライス工程及びウェットブラスト処理のダメージ層形成工程を経た半導体ウェハの洗浄効果を確認すべく、以下のように半導体ウェハを製造した。尚、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５４】
（実施例２）
多結晶シリコンインゴットから固定砥粒方式により、ウェハ厚みが１８０μｍの多結晶シリコンウェハを切り出し、剥離処理を実施した後、その多結晶シリコンウェハを図５の条件１及び２にて片面にのみウェットブラスト処理を実施した。そして、水洗いを経て乾燥処理した後、多結晶シリコンウェハの表面状態を目視により観察した。すなわち、ウェットブラスト処理による洗浄効果を確認するために、仕上げ洗浄工程を省いた。
【００５５】
（比較例２）
多結晶シリコンインゴットから固定砥粒方式により、ウェハ厚みが１８０μｍの多結晶シリコンウェハを切り出し、剥離処理を実施した後、その多結晶シリコンウェハを図５の条件１及び２にて片面にのみウェットブラスト処理を実施した。更に、ウェットブラスト処理後に仕上げ洗浄工程を実施し、乾燥処理した後、多結晶シリコンウェハの表面状態を目視により観察した。
【００５６】
比較例２で実施した仕上げ洗浄工程では、予備洗浄、リンス、アルカリ溶液洗浄、リンスを順番に経た後に温風による乾燥を行った。予備洗浄及びアルカリ溶液洗浄においては、アルカリ溶液中に多結晶シリコンウェハを浸し、超音波を放射した。使用したアルカリ溶液は、０．５〜５重量％のＮａＯＨである。使用した超音波は、１０〜１００ｋＨｚ、１００〜５００Ｗである。リンスにおいては、ＲＯ膜を使用して精製した純水中に多結晶シリコンウェハを浸し、超音波で放射した。リンス時間は、２〜５分である。温風による乾燥では、多結晶シリコンウェハを１００度の温風に当てた。温風による乾燥時間は、２〜５分である。
【００５７】
（比較例３）
多結晶シリコンインゴットから固定砥粒方式により、ウェハ厚みが１８０μｍの多結晶シリコンウェハを切り出し、剥離処理を実施した後、ウェットブラスト処理と仕上げ洗浄工程を施すことなく、水洗いを経て乾燥処理し、その結果を多結晶シリコンウェハの表面状態を目視により観察した。
【００５８】
（結果）
実施例２、比較例２、及び比較例３の観察結果を図９に示す。図９に示すように、実施例２と比較例２とを比べても表面の洗浄性に違いが見られなかった。すなわち、固定砥粒方式によって多結晶シリコンウェハを切り出した場合には、ウェットブラスト処理のみとして仕上げ洗浄工程を省いた製造方法と、ウェットブラスト処理後に仕上げ洗浄工程を加えた製造方法とにおいてゴミの付着の程度に違いが見られなかった。
【００５９】
一方、比較例３の観察結果に示されるように、ウェットブラスト処理と仕上げ洗浄工程を経なかった場合には、水洗いを経ても仕上げ洗浄工程が必要な程度にゴミの付着が見られた。
【００６０】
この結果、ウェットブラスト処理を経れば、スライス工程で発生するシリコンの切削屑、スライス工程で使用する有機系クーラントの残渣、及び剥離工程で使用する剥離液の残渣が洗い流されてしまうため、仕上げ洗浄工程を省けることが確認された。
【００６１】
なお、遊離砥粒方式で多結晶シリコンウェハを切り出した場合、ウェットブラスト処理を施しても、仕上げ洗浄工程を実施しないと残渣を取り除くことができなかった。これは、遊離砥粒方式のスライス工程によれば、スライス工程で発生するシリコンの切削屑、スライス工程で使用する有機系クーラントの残渣、及び剥離工程で使用する剥離液の残渣の他、スライス工程においてワイヤーソーの屑も加わるため、ウェットブラスト処理によって洗い流し切れないものと思われる。ウェットブラスト処理において、ノズルの走査を複数回繰り返せば、遊離砥粒方式においても一定の洗浄効果が見られると思われるが、ダメージ層の深さをコントロールすることが困難となるため、適切ではない。
【００６２】
また、ウェットブラスト処理に代えてドライブラスト処理を実施した場合には、スライス工程で発生するシリコンの切削屑、スライス工程で使用する有機系クーラントの残渣、及び剥離工程で使用する剥離液の残渣が乾燥して、多結晶シリコンウェハの表面に固着してしまっていた。すなわち、ウェットブラスト処理に比べて、ドライブラスト処理に洗浄効果を期待することはできない。
【００６３】
（効果）
以上のように、本実施形態の半導体ウェハの製造方法は、テクスチャー形成のために酸によるエッチングが施される前の半導体ウェハの製造方法であって、以下の工程を含むことを特徴とする。
【００６４】
（１）表面に砥粒を分散固定した芯線によって結晶性インゴットを切削することで、半導体ウェハを切り出す固定砥粒方式のスライス工程
（２）固定砥粒方式のスライス工程の後、半導体ウェハの表面に対して液体と砥粒とのスラリを噴射することで、半導体ウェハの表面全体にダメージ層を形成するウェットブラスト方式のダメージ層形成工程
（３）ダメージ層形成処理の次に、前記半導体ウェハを乾燥させる乾燥工程。
【００６５】
これにより、固定砥粒方式で半導体ウェハを切り出しても表面全体にダメージ層を形成することができ、酸によるエッチング処理を施してもテクスチャーの形成が可能となる。従って、遊離砥粒方式と比べて一つの結晶性インゴットから多くの半導体ウェハを切り出すことが可能となり、太陽電池用の半導体ウェハの製造コストを削減することが可能となる。
【００６６】
また、固定砥粒方式によるスライス工程とウェットブラスト処理によるダメージ層形成工程とを組み合わせることにより、スラリに含まれる砥粒の粒径を変更することでテクスチャーの凹凸密度を自在に設計でき、また、スラリに含まれる砥粒の粒径を変更することでダメージ層の深さを自在に設計することが可能となる。
【００６７】
また、固定砥粒方式によるスライス工程とウェットブラスト処理によるダメージ層形成工程とを組み合わせることにより、ウェットブラスト処理に洗浄効果が現れるため、ダメージ層形成工程と乾燥工程との間において仕上げ洗浄処理工程を省くことができ、太陽電池用の半導体ウェハの製造コストを更に削減すること可能となる。
【００６８】
以上のように、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これら新規な実施形態は、そのほかの様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６９】
１０ ワイヤーソー
１１ａ 回転ローラ
１１ｂ 回転ローラ
１２ 支持板
１３ バスケット
１４ 剥離液
１５ ノズル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テクスチャー形成のために酸によるエッチングが施される前の半導体ウェハの製造方法であって、
表面に砥粒を分散固定した芯線によって結晶性インゴットを切削することで、前記半導体ウェハを切り出す固定砥粒方式のスライス工程と、
前記固定砥粒方式のスライス工程の後、前記半導体ウェハの少なくとも片面に対して液体と砥粒とのスラリを噴射することで、前記半導体ウェハにダメージ層を形成するウェットブラスト方式のダメージ層形成工程と、
前記ダメージ層形成処理の次に、水洗い洗浄を経て前記半導体ウェハを乾燥させる乾燥工程と、
を含むこと、
を特徴とする半導体ウェハの製造方法。
【請求項２】
前記ダメージ層形成工程と前記乾燥工程との間には、前記半導体ウェハの溶剤による仕上げ洗浄処理工程が省かれること、
を特徴とする請求項１記載の半導体ウェハの製造方法。
【請求項３】
前記ダメージ層形成工程では、
前記テクスチャーの目的の凹凸密度に応じて前記スラリに含まれる砥粒の粒径を変更すること、
を特徴とする請求項１又は２記載の半導体ウェハの製造方法。
【請求項４】
前記ダメージ層形成工程では、
形成しようとする前記ダメージ層の深さに応じて前記スラリに含まれる砥粒の粒径を変更すること、
を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の半導体ウェハの製造方法。
【請求項５】
表面に凹凸を形成するために酸によるエッチングが施される前の半導体ウェハであって、
表面に砥粒を固定した芯線によって結晶性インゴットを切削する固定砥粒方式によって切り出され、
切り出された後に、ウェットブラスト方式により少なくとも片面に対して液体と砥粒とのスラリを噴射されることで、表面にダメージ層が形成されること、
を特徴とする半導体ウェハ。
【請求項１】
テクスチャー形成のために酸によるエッチングが施される前の半導体ウェハの製造方法であって、
表面に砥粒を分散固定した芯線によって結晶性インゴットを切削することで、前記半導体ウェハを切り出す固定砥粒方式のスライス工程と、
前記固定砥粒方式のスライス工程の後、前記半導体ウェハの少なくとも片面に対して液体と砥粒とのスラリを噴射することで、前記半導体ウェハにダメージ層を形成するウェットブラスト方式のダメージ層形成工程と、
前記ダメージ層形成処理の次に、水洗い洗浄を経て前記半導体ウェハを乾燥させる乾燥工程と、
を含むこと、
を特徴とする半導体ウェハの製造方法。
【請求項２】
前記ダメージ層形成工程と前記乾燥工程との間には、前記半導体ウェハの溶剤による仕上げ洗浄処理工程が省かれること、
を特徴とする請求項１記載の半導体ウェハの製造方法。
【請求項３】
前記ダメージ層形成工程では、
前記テクスチャーの目的の凹凸密度に応じて前記スラリに含まれる砥粒の粒径を変更すること、
を特徴とする請求項１又は２記載の半導体ウェハの製造方法。
【請求項４】
前記ダメージ層形成工程では、
形成しようとする前記ダメージ層の深さに応じて前記スラリに含まれる砥粒の粒径を変更すること、
を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の半導体ウェハの製造方法。
【請求項５】
表面に凹凸を形成するために酸によるエッチングが施される前の半導体ウェハであって、
表面に砥粒を固定した芯線によって結晶性インゴットを切削する固定砥粒方式によって切り出され、
切り出された後に、ウェットブラスト方式により少なくとも片面に対して液体と砥粒とのスラリを噴射されることで、表面にダメージ層が形成されること、
を特徴とする半導体ウェハ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−７４０６６（Ｐ２０１３−７４０６６Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１１５１５（Ｐ２０１１−２１１５１５）
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（５０５０５１４４８）ＰＶクリスタロックスソーラー株式会社 (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（５０５０５１４４８）ＰＶクリスタロックスソーラー株式会社 (2)
【Ｆターム（参考）】
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