半導体基板の表面エッチング装置、およびそれを用いて表面に凹凸形状が形成された半導体基板を製造する方法
【課題】ＣｌＦ３，ＸｅＦ２，ＢｒＦ３およびＢｒＦ５のガスを用いつつ、量産化に対応可能な半導体基板表面をエッチングする装置を提供すること。
【解決手段】大気圧以下に減圧可能な反応室と；前記反応室内を移動可能であり、半導体基板を載置するための移動ステージと；前記移動ステージに載置される半導体基板表面に向けて、ＣｌＦ３，ＸｅＦ２，ＢｒＦ３およびＢｒＦ５からなる群から選ばれる一以上のガスを含むエッチングガスを噴射するノズルと；前記移動ステージに載置される半導体基板に向けて、窒素ガスまたは不活性ガスを含む冷却ガスを噴射するノズルとを有する、半導体基板の表面エッチング装置を提供する。
【解決手段】大気圧以下に減圧可能な反応室と；前記反応室内を移動可能であり、半導体基板を載置するための移動ステージと；前記移動ステージに載置される半導体基板表面に向けて、ＣｌＦ３，ＸｅＦ２，ＢｒＦ３およびＢｒＦ５からなる群から選ばれる一以上のガスを含むエッチングガスを噴射するノズルと；前記移動ステージに載置される半導体基板に向けて、窒素ガスまたは不活性ガスを含む冷却ガスを噴射するノズルとを有する、半導体基板の表面エッチング装置を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の表面エッチング装置、および表面に凹凸形状が形成された半導体基板を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン太陽電池（光電変換素子）などにおいて、シリコン基板の受光面にテクスチャと称される凹凸形状を設けて、入射光の反射を抑え、かつシリコン基板に取り込んだ光を外部に漏らさないようにしている。シリコン基板の表面へのテクスチャ形成は、一般的にアルカリ（KOH）水溶液をエッチャントとするウェットプロセスにより行われている。ウェットプロセスによるテクスチャ形成は、後処理としてフッ化水素による洗浄工程や、熱処理工程などが必要とされる。そのため、シリコン基板表面を汚染する恐れがあるばかりか、コスト面からも不利な点があった。
【０００３】
一方で、シリコン基板の表面へのテクスチャ形成をドライプロセスにて行う方法も提案されている。例えば、１）プラズマによる反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching）といわれる手法を用いる方法、２）シリコン基板のある大気圧雰囲気下の反応室に、ＣｌＦ３，ＸｅＦ２，ＢｒＦ３およびＢｒＦ５のいずれかのガスを導入することで、シリコン基板表面をエッチングする方法が提案されている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３１３１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プラズマによる反応性イオンエッチングを用いると、シリコン基板の表面がプラズマによってダメージを受けやすく、デバイス（例えば太陽電池）としての性能に悪影響を及ぼすことがあった。また、プラズマ発生装置などが必要なため、装置コストが高くなるという問題もあった。
【０００６】
一方で、特許文献１に記載のように、ＣｌＦ３，ＸｅＦ２，ＢｒＦ３およびＢｒＦ５のガスを用いることでシリコン基板表面をエッチングすることができるが、そのエッチング反応は発熱反応であり、シリコン基板の温度が上昇すると所望のエッチングができない。そのため、エッチング工程と冷却工程とを繰り返しながらシリコン基板表面をエッチングしなければならず、量産化に適した方法ではない面があった。そこで本発明は、半導体基板と発熱反応を起こすガスをエッチングガスとして用いつつ、量産化に対応可能な半導体基板表面をエッチングする装置を提供することを課題とする。
【０００７】
また、ＣｌＦ３，ＸｅＦ２，ＢｒＦ３およびＢｒＦ５のガスをエッチングガスとすると、一定のエッチング形状は得られるものの、必ずしも太陽電池のシリコン基板にとって適切なテクスチャ構造を得ることはできない場合があった。そこで本発明は、ＣｌＦ３，ＸｅＦ２，ＢｒＦ３およびＢｒＦ５を含むエッチングガス組成を好適化することで、シリコン基板にダメージを与えることなく、太陽電池のシリコン基板にとって適切なテクスチャ構造を形成する装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち本発明の第一は、以下に示す表面エッチング装置に関する。
［１］大気圧以下に減圧可能な反応室と；前記反応室内において半導体基板を搬送可能な移動ステージと；前記移動ステージに載置される半導体基板表面に向けてエッチングガスを噴射するノズルと；前記移動ステージに載置される半導体基板に向けて冷却ガスを噴射するノズルとを有する、半導体基板の表面エッチング装置。
［２］前記エッチングガスは、ＣｌＦ３，ＸｅＦ２，ＢｒＦ３およびＢｒＦ５からなる群から選ばれる一以上のガスを含む、［１］に記載の表面エッチング装置。
［３］前記エッチングガスは、分子中に酸素原子を含有するガスをさらに含む、［２］に記載の表面エッチング装置。
［４］前記冷却ガスは、窒素ガスまたは不活性ガスを含む、［１］に記載の表面エッチング装置。
【０００９】
［５］前記移動ステージに載置される半導体基板表面に向けて、フッ化炭素ガスを含むマスク形成用ガスを噴射するノズルをさらに有する、［１］に記載の表面エッチング装置。
［６］前記反応室内の圧力は、１ＫＰａ〜１００ＫＰａの範囲に調整可能である、［１］に記載の表面エッチング装置。
［７］前記エッチングガスを噴射するノズルおよび前記冷却ガスを噴射するノズルを、それぞれ複数有する、［１］に記載の表面エッチング装置。
［８］前記複数のエッチングガスを噴射するノズルおよび冷却ガスを噴射するノズルは、前記移動ステージの移動方向に沿って配列されている、［７］に記載の表面エッチング装置。
【００１０】
［９］前記半導体基板は、基板面方位（１００）のシリコン基板である、［１］に記載の表面エッチング装置。
［１０］前記半導体基板は、基板面方位（１１１）のシリコン基板である、［１］に記載の表面エッチング装置。
【００１１】
［１１］ロードロック室と、前記ロードロック室に連通しており、大気圧以下に減圧可能な反応室と、前記反応室に連通したアンロードロック室と、を有する半導体基板の表面エッチング装置であって、
前記ロードロック室から、前記反応室を経て、前記アンロードロック室にまで半導体基板を搬送可能な移動ステージと；前記反応室において、前記移動する移動ステージに載置された半導体基板表面に向けてエッチングガスを噴射する複数のノズルと；前記反応室において、前記移動する移動ステージに載置された半導体基板表面に向けて冷却ガスを噴射する複数のノズルとを有し、
前記エッチングガスを噴射する複数のノズルおよび前記冷却ガスを噴射する複数のノズルは、前記移動ステージの移動方向に沿って、配列されている、表面エッチング装置。
【００１２】
本発明の第二は、以下に示す表面に凹凸形状が形成された半導体基板の製造方法に関する。
［１２］前記［１］の表面エッチング装置を用いて、表面に凹凸形状が形成された半導体基板を製造する方法であって、
減圧された前記反応室内の移動ステージに載置された半導体基板を用意するステップと；前記移動ステージを移動させながら、前記半導体基板にエッチングガスを噴射するノズルからエッチングガスを吹き付けるステップと；前記移動ステージを移動させながら、前記半導体基板に冷却ガスを噴射するノズルから冷却ガスを吹き付けるステップと、を含む方法。
［１３］前記半導体基板の温度を１３０℃以下に保持する、［１２］に記載の方法。
［１４］前記移動ステージを移動させながら、前記半導体基板を振動させる、［１２］に記載の方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の表面エッチング装置によれば、半導体基板の表面を効率的にドライエッチングすることができる。しかも、プロセス中の半導体基板の温度上昇を抑制することができるので量産化にも対応できる。さらに、エッチングガスの組成を好適化することで、これまで実現されなかった微細凹凸のテクスチャ構造を半導体基板表面に形成することができる。さらに、好適には、太陽電池として適切な半導体基板を提供することができ、太陽電池の光電変換率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の表面エッチング装置の第一の例の概要を示す図である。図１Ａは、装置を側面から見たときの透視図；図１Ｂは、装置を上面から見たときの透視図である。
【図２】本発明の表面エッチング装置の第二の例の概要を示す図である。
【図３】図３Ａは、本発明の表面エッチング装置でエッチングした、基板方位面（１００）のシリコン基板表面の状態を示す光学顕微鏡写真であり（実施例１）；図３Ｂおよび図３Ｃは、本発明の表面エッチング装置でエッチングした、基板方位面（１１１）のシリコン基板表面の状態を示す光学顕微鏡写真であり（実施例２）；図３Ｄは、アルカリ（ＫＯＨ）水溶液を用いてエッチングした、基板方位面（１００）のシリコン基板表面の状態を示す光学顕微鏡写真である（比較例１）。
【図４】実施例１〜２および比較例１のシリコン基板のライフタイム値を示すグラフである。
【図５】無処理状態の基板方位面（１１１）のシリコン基板の光反射率と、本発明の表面エッチング装置でエッチングした基板方位面（１１１）のシリコン基板（実施例２、図３ＢとＣ）の光反射率とを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
１．エッチング装置について
本発明の表面エッチング装置は、反応室と、半導体基板を搬送可能な移動ステージと、エッチングガスを噴射するノズルと、冷却ガスを噴射するノズルと、を有する。
【００１６】
本発明の表面エッチング装置の反応室の内部は減圧状態にすることができ、減圧条件下にてエッチングプロセスを行う。エッチングプロセス中の反応室の内部圧力は、１ＫＰａ〜１００ＫＰａの範囲に調整され、通常１０ＫＰａ〜９０ＫＰａに制御され、好ましくは３０ＫＰａ〜６０ＫＰａに制御される。
【００１７】
反応室内には、半導体基板を搬送するための移動ステージが配置される。移動ステージは反応室内において、半導体基板を搬送することができ、後述のノズル（エッチングガスを噴射するノズルと冷却ガスを噴射するノズル）と半導体基板との相対位置関係を調整することができることが好ましい。それにより、半導体基板表面の所望の位置に、ノズルからのガスが吹き付けられる。
【００１８】
本発明の表面エッチング装置は、エッチングガスを噴射するノズルを有する。エッチングガスは、半導体基板の材質などによって適宜選択されるが；典型的には、ＣｌＦ３，ＸｅＦ２，ＢｒＦ３およびＢｒＦ５のうちの少なくとも一つのガスを含む。これらのガス分子は、半導体基板の表面に物理吸着して、エッチングサイトに移動する。エッチングサイトに到達したガス分子は分解し、半導体材料（典型的にはシリコン）と反応して揮発性のフッ素化合物を生成する。それにより、半導体基板表面がエッチングされ、凹凸形状が形成される。
【００１９】
エッチングガスには、その分子内に酸素原子を含有するガスが含まれていることが好ましい。酸素原子を含有するガスとは、典型的には酸素ガス（Ｏ２）であるが、二酸化炭素（ＣＯ２）などであってもよい。エッチングガスにおける酸素原子含有ガスの濃度（体積濃度）は、ＣｌＦ３，ＸｅＦ２，ＢｒＦ３およびＢｒＦ５のガスの合計濃度の２倍以上であることが好ましい。エッチングガスに酸素原子含有ガスを含ませることで、太陽電池のテクスチャ構造として適切な凹凸形状を、半導体基板表面に形成することができる。その理由は、必ずしも明らかではないが、例えばＣｌＦ３ガスがシリコン表面に物理吸着すると、シリコンと反応してＳｉＦ４となってガス化する。このとき、シリコンネットワーク構造のダングリングボンドに酸素原子がターミネートすることで、Ｓｉ−Ｏ結合が部分的に構成される。それにより、エッチングされやすい領域(Ｓｉ−Ｓｉ)と、エッチングされにくい領域(Ｓｉ−Ｏ)とができる。そのエッチングレートの差でケミカルな反応が促進され、形状制御が可能となると考えられる。
【００２０】
さらに、エッチングガスには窒素ガスまたは不活性ガスが含まれていてもよい。エッチングガスにおけるＣｌＦ３，ＸｅＦ２，ＢｒＦ３およびＢｒＦ５の濃度が高すぎると、等方的にエッチングが進行しやすい場合があり、半導体基板表面に所望の凹凸形状が得られないことがある。そのため、窒素ガスまたは不活性ガスを希釈ガスとして混合させる場合がある。
【００２１】
本発明の表面エッチング装置は、冷却ガスを噴射するノズルを有する。冷却ガスとは、半導体基板の材質と発熱反応しないガスであればよく、窒素ガスや不活性ガス（ヘリウムガスやアルゴンガスなど）などが例示される。前述の通り、ＣｌＦ３，ＸｅＦ２，ＢｒＦ３およびＢｒＦ５は半導体と反応するが、その反応は発熱反応であるため、半導体基板温度が上昇する。半導体基板温度が上昇すると、等方的にエッチングが進行しやすくなり、半導体基板表面に所望の凹凸形状が得られない。そのため、エッチング反応によって発熱した半導体基板に冷却ガスを吹き付けることで、半導体基板を冷却する。
【００２２】
半導体基板の温度は、１３０℃以下に保持されることが好ましく、１００℃以下に保持されることがより好ましく、８０℃以下に保持されることがさらに好ましい。一方、半導体基板の温度は、噴射されるエッチングガスの沸点以上に保持されていればよい。例えばＣｌＦ３の沸点は約１２℃であるので、ＣｌＦ３を用いる場合には、半導体基板の温度を１２℃以上に保持する。
【００２３】
本発明の表面エッチング装置は、エッチングガスを噴射するノズルを２つ以上有していてもよいし、冷却ガスを噴射するノズルを２つ以上有していてもよい。各ノズルの配列は、特に限定されないものの、搬送方向（半導体基板の相対移動方向,より具体的には、移動ステージの移動方向）に沿って配列されていることが好ましい。エッチングガスを噴射するノズルと冷却ガスを噴射するノズルとは、規則的に配列していることが好ましい。例えば、搬送方向に沿って、エッチングガスを噴射するノズルと冷却ガスを噴射するノズルとが交互に配列していてもよい。あるいは、搬送方向に沿って、エッチングガスを噴射するノズルと複数の冷却ガスを噴射するノズルとが、繰り返して配置されていてもよい。ただし、通常は、２つのエッチングガスを噴射するノズルが連続して配列されないことが好ましい。
【００２４】
また、各ノズルの形状は特に制限されないが、半導体基板表面の広面積にガスを吹き付けることができるように、ノズルの吐出口にむかって末広がりになっていると好ましい場合がある。
【００２５】
本発明の表面エッチング装置は、マスク形成用ガスを噴射するノズルを有していてもよい。マスク形成用ガスはフッ化炭素ガスであることが好ましく、フッ化炭素ガスの例には４フッ化メタン（ＣＦ４）や、６フッ化エタン（Ｃ２Ｆ６）などが含まれる。マスク形成用ガスの分子が半導体基板表面に吸着すると、その吸着部分はエッチングされにくくなる。そのため、選択的に半導体基板表面をエッチングすることができ、所望の凹凸形状を得られやすくなることがある。
【００２６】
本発明の表面エッチング装置によって、表面に凹凸形状を形成される半導体基板とは、典型的にはシリコン基板であるが、ゲルマニウム基板、シリコンカーバイドなどであってもよい。さらに、表面エッチングされる基板は、半導体基板以外のサファイア基板などであってもよい。また、シリコン基板は、通常は単結晶シリコンであるが、多結晶シリコンであっても、アモルファスシリコンであってもよい。
【００２７】
単結晶シリコン基板は、基板面方位（１００）のシリコン基板であってもよいし、基板面方位（１１１）のシリコン基板であってもよいし、他の基板面方位のシリコン基板であってもよい。基板面方位（１１１）のシリコン基板を、従来のアルカリ水溶液を用いたウェットプロセスによるエッチングを行うと、基板表面に凹凸形状を形成できず、単に表面が等方的にエッチングされる。ところが、本発明の表面エッチング装置によれば、基板面方位（１１１）のシリコン基板にも、基板表面に凹凸形状を形成することができるという特徴がある。
【００２８】
半導体基板は、半導体ウェハであってもよいし、他の基板に成膜された半導体薄膜であってもよい。
【００２９】
２．エッチング方法について
本発明の表面エッチング装置を用いて、表面に凹凸形状が形成された半導体基板を製造することができる。具体的には、本発明の表面エッチング装置に半導体基板をセットして、反応室内を減圧する。その後、移動ステージにセットした半導体基板を、ノズルに対して相対移動させる。半導体基板を相対移動させながら、半導体基板の表面に、エッチングガスを噴射するノズルからエッチングガスを吹き付け、かつ冷却ガスを噴射するノズルから冷却ガスを吹き付ける。
【００３０】
冷却ガスを吹き付けることで、半導体基板の温度を１３０℃以下、好ましくは１００℃以下、より好ましくは８０℃以下に保持する。
【００３１】
移動ステージで半導体基板を移動させながら、半導体基板を振動させてもよいし、あるいはノズルを振動させてもよい。それにより、より微細な凹凸形状が半導体基板の表面に形成されうる。また、半導体基板の相対移動は、一方向である必要はなく、２次元方向に移動してもよいし、３次元方向に移動してもよい。さらに、移動ステージは往復移動をしてもよい。
【００３２】
図１Ａおよび図１Ｂには、本発明の表面エッチング装置の第一の例の概要が示される。図１Ａは、装置を側面から見たときの透視図であり；図１Ｂは、装置を上面から見たときの透視図である。
【００３３】
図１Ａおよび図１Ｂに示される表面エッチング装置は、ロードロック室１０と、反応室２０と、アンロードロック室３０とを有する。ロードロック室１０と、反応室２０と、アンロードロック室３０の内部は、いずれも減圧されることができる。つまり、ロードロック室１０にはドライポンプ１２と、バルブ１３と、ゲートバルブ１４が設けられ；アンロードロック室にはドライポンプ３２と、バルブ３３と、ゲートバルブ３４が設けられている。
【００３４】
ロードロック室１０には、基板供給部５から半導体基板１が供給される。半導体基板１は、移動ステージに載置されてロードロック室１０に供給される。例えば、トレイなどの容器などに収容されてロードロック室１０に供給されてもよい。１つの容器に、１００枚程度の半導体基板１が収容されていてもよい。
【００３５】
ロードロック室１０から反応室２０を経てアンロードロック室３０にまで、搬送機構となるローラ搬送機５０が設けられている。ローラ搬送機５０にセットされた半導体基板１は、ロードロック室１０から反応室２０を経てアンロードロック室３０にまで搬送されることができる。
【００３６】
反応室２０には、エッチングガス供給ノズル６０と、冷却ガス供給ノズル７０とが設けられており；反応室２０の内部で搬送される半導体基板１の表面に、ガスを吹き付けることができる。エッチングガス供給ノズル６０と冷却ガス供給ノズル７０とは、搬送方向に沿って、交互に設けられている。また、反応室２０にはドライポンプ２２と、バルブ２３とが設けられており、エッチング反応で発生したガスなどを排気することができる。
【００３７】
ローラ搬送機５０は、ロードロック室１０からアンロードロック室３０にまで一方向に半導体基板１を搬送してもよいが、往復移動させながら（図において左右に移動させながら）搬送してもよい。
【００３８】
アンロードロック室３０にまで搬送された半導体基板１'は、基板排出部３５に排出されて回収される。半導体基板１'のノズル（エッチングガス供給ノズル６０と冷却ガス供給ノズル７０）と対向する表面には、所望の凹凸形状が形成されている。その後、半導体基板１'は、必要に応じて水素ガス雰囲気下で残留したフッ素成分を除去するための処理を施されてもよい。例えば、高温アニールを施されたり、プラズマ処理を施されたりする。
【００３９】
図２には、本発明の表面エッチング装置の第二の例の概要が示される。図２には、表面エッチング装置の反応室の内部の概要だけが示されている。搬送機構となる円盤状の移動ステージ３に、複数の半導体基板１が載置されている。ステージ３は、回転することで半導体基板を移動させることができる（矢印方向参照）。ステージ３の回転方向の回転中心から、放射状にエッチングガス供給ノズル６０と、冷却ガス供給ノズル７０とが配置されている。ステージ３を回転させながら、エッチングガスと冷却ガスとを半導体基板１の表面に吹き付けることができる。半導体基板１の表面に所望の凹凸形状が形成されたら、必要に応じて水素ガス雰囲気下で残留したフッ素成分を除去するための処理を施してもよい。
【実施例】
【００４０】
［実施例１］
本発明の表面エッチング装置を用いて、基板方位面（１００）のシリコン基板表面に凹凸形状を形成した。まず、反応室内にシリコン基板をセットして、反応室の内圧を３０〜９０Ｋｐａに維持した。反応室内にセットされたシリコン基板の表面に、ＣｌＦ３ガス５００ｃｃ,Ｏ２ガス２０００ｃｃ,およびＮ２ガス５０００ｃｃを含むエッチングガスを１分間かけて吹き付けた後、さらにＮ２ガス５０００ｃｃを１分間かけてシリコン基板表面に吹き付けて冷却した。このサイクルを３回繰り返した。ＣｌＦ３ガスを吹き付けられたシリコン基板は、基板温度が６０℃を超える辺りで急激に発熱して温度上昇していく傾向がある。そのため、基板温度がその変位温度（約６０℃）にまで達しないように、１分間サイクルで加工を実施した。その結果、得られたシリコン基板表面の光学顕微鏡写真を図３Ａに示す。図３Ａに示されるように、基板表面に四角錘状の孔が形成されていることがわかる。
【００４１】
次に、図３Ａに示されるシリコン基板のライフタイムを測定した。測定は、半導体基板表面をヨウ素パッシベーション（ヨウ素／エタノール法）をした後に行った。ライフタイムとは、半導体基板の表面および内部で発生した過剰キャリア（電子又は正孔）が、再結合により消滅し所定値まで減少するまでの時間をいう。ライフタイムの測定は、μ-ＰＣＤ法（マイクロ波光導電率減衰法）によって行った。測定装置は、ＬＴＡ-１５１０（KOBELCO科研）を用いた。具体的な測定条件は、マイクロ波プローブの周波数１０ＧＨｚ,レーザー波長９０４ｎｍとした。照射したレーザー光は２種であり、レベル２（注入量：１Ｅ１４/ｃｍ２）と、レベル３（注入量：：１Ｅ１５/ｃｍ２）とした。ライフタイムの測定結果を図４に示す。
【００４２】
［実施例２］
本発明の表面エッチング装置を用いて、基板方位面（１１１）のシリコン基板表面に凹凸形状を形成した。加工条件は、実施例１と同様であり、反応室内にセットされたシリコン基板の表面に、ＣｌＦ３ガス５００ｃｃ,Ｏ２ガス２０００ｃｃ,およびＮ２ガス５０００ｃｃを含むエッチングガスを１分間かけて吹き付けた後、さらにＮ２ガス５０００ｃｃを１分間かけてシリコン基板表面に吹き付けて冷却した。このサイクルを３回繰り返した。その表面の光学顕微鏡写真を図３Ｂおよび図３Ｃに示す。
【００４３】
図３Ｂは、基板表面を斜め上方から写した光学顕微鏡写真であり；図３Ｃは、断面の光学顕微鏡写真である。図３Ｂおよび図３Ｃに示されるように、基板表面に三角錐上の凸部が形成されていることがわかる。図３Ｂに示されるシリコン基板のライフタイムを、上記と同様の手法で測定した。その結果を図４に示す。
【００４４】
さらに、図３Ｂおよび図３Ｃに示されるシリコン基板の光反射率と、エッチング前の（無処理の）シリコン（１１１）基板の光反射率とを測定した。その結果を図５に示す。図５に示されるように、全波長領域で、図３Ｂおよび図３Ｃに示されるシリコン基板の光反射率は低減しており、光を取り込みやすくなっていることがわかる。特に波長５００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲において、エッチング前のシリコン基板の反射率は約３５％以上であるのに対して、図３Ｂおよび図３Ｃに示されるシリコン基板の光反射率は約１４％にまで低減していることがわかる。
【００４５】
［比較例１］
従来のアルカリ（ＫＯＨ）水溶液を用いた一般的なウェットエッチング法で、基板方位面（１００）のシリコン基板表面に凹凸形状を形成した。すなわち、ＨＦ洗浄、アルカリ(ＫＯＨ)溶液、フッ硝酸などのウエットプロセスを経て形成する。その表面の光学顕微鏡写真を図３Ｄに示す。図３Ｄに示されるように、基板表面にピラミッド状の凸部が形成されていることがわかる。図３Ｄに示されるシリコン基板のライフタイムを、上記と同様の手法で測定した。その結果を図４に示す。
【００４６】
図４には、実施例１〜２および比較例１のシリコン基板のライフタイム値が示される。それぞれ左側の棒グラフはレベル２としたときの値であり；右側の棒グラフはレベル３としたときの値である。図４に示されるように、実施例１のシリコン基板のライフタイム値は、比較例１のシリコン基板のライフタイム値とほぼ匹敵していることがわかる。一方、実施例２のシリコン基板のライフタイム値は、比較例１よりも顕著に高まっていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の表面エッチング装置によれば、半導体基板の表面を効率的にドライエッチングすることができる。しかも、プロセス中の半導体基板の温度上昇を抑制することができるので量産化にも対応できる。さらに、エッチングガスの組成を好適化することで、これまで実現されなかった微細凹凸のテクスチャ構造を半導体基板表面に形成することができ；光反射率を低減し、ライフタイムを向上させることができる。よって、太陽電池の製造プロセスに、特に好適に応用されうる。
【符号の説明】
【００４８】
１ 半導体基板
１’ 半導体基板
３ ステージ
５ 基板供給部
１０ ロードロック室
１２ ドライポンプ
１３ バルブ
１４ ゲートバルブ
２０ 反応室
２２ ドライポンプ
２３ バルブ
３０ アンロードロック室
３２ ドライポンプ
３３ バルブ
３４ ゲートバルブ
３５ 基板排出部
５０ ローラ搬送機
６０ エッチングガス供給ノズル
７０ 冷却ガス供給ノズル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の表面エッチング装置、および表面に凹凸形状が形成された半導体基板を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン太陽電池（光電変換素子）などにおいて、シリコン基板の受光面にテクスチャと称される凹凸形状を設けて、入射光の反射を抑え、かつシリコン基板に取り込んだ光を外部に漏らさないようにしている。シリコン基板の表面へのテクスチャ形成は、一般的にアルカリ（KOH）水溶液をエッチャントとするウェットプロセスにより行われている。ウェットプロセスによるテクスチャ形成は、後処理としてフッ化水素による洗浄工程や、熱処理工程などが必要とされる。そのため、シリコン基板表面を汚染する恐れがあるばかりか、コスト面からも不利な点があった。
【０００３】
一方で、シリコン基板の表面へのテクスチャ形成をドライプロセスにて行う方法も提案されている。例えば、１）プラズマによる反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching）といわれる手法を用いる方法、２）シリコン基板のある大気圧雰囲気下の反応室に、ＣｌＦ３，ＸｅＦ２，ＢｒＦ３およびＢｒＦ５のいずれかのガスを導入することで、シリコン基板表面をエッチングする方法が提案されている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３１３１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プラズマによる反応性イオンエッチングを用いると、シリコン基板の表面がプラズマによってダメージを受けやすく、デバイス（例えば太陽電池）としての性能に悪影響を及ぼすことがあった。また、プラズマ発生装置などが必要なため、装置コストが高くなるという問題もあった。
【０００６】
一方で、特許文献１に記載のように、ＣｌＦ３，ＸｅＦ２，ＢｒＦ３およびＢｒＦ５のガスを用いることでシリコン基板表面をエッチングすることができるが、そのエッチング反応は発熱反応であり、シリコン基板の温度が上昇すると所望のエッチングができない。そのため、エッチング工程と冷却工程とを繰り返しながらシリコン基板表面をエッチングしなければならず、量産化に適した方法ではない面があった。そこで本発明は、半導体基板と発熱反応を起こすガスをエッチングガスとして用いつつ、量産化に対応可能な半導体基板表面をエッチングする装置を提供することを課題とする。
【０００７】
また、ＣｌＦ３，ＸｅＦ２，ＢｒＦ３およびＢｒＦ５のガスをエッチングガスとすると、一定のエッチング形状は得られるものの、必ずしも太陽電池のシリコン基板にとって適切なテクスチャ構造を得ることはできない場合があった。そこで本発明は、ＣｌＦ３，ＸｅＦ２，ＢｒＦ３およびＢｒＦ５を含むエッチングガス組成を好適化することで、シリコン基板にダメージを与えることなく、太陽電池のシリコン基板にとって適切なテクスチャ構造を形成する装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち本発明の第一は、以下に示す表面エッチング装置に関する。
［１］大気圧以下に減圧可能な反応室と；前記反応室内において半導体基板を搬送可能な移動ステージと；前記移動ステージに載置される半導体基板表面に向けてエッチングガスを噴射するノズルと；前記移動ステージに載置される半導体基板に向けて冷却ガスを噴射するノズルとを有する、半導体基板の表面エッチング装置。
［２］前記エッチングガスは、ＣｌＦ３，ＸｅＦ２，ＢｒＦ３およびＢｒＦ５からなる群から選ばれる一以上のガスを含む、［１］に記載の表面エッチング装置。
［３］前記エッチングガスは、分子中に酸素原子を含有するガスをさらに含む、［２］に記載の表面エッチング装置。
［４］前記冷却ガスは、窒素ガスまたは不活性ガスを含む、［１］に記載の表面エッチング装置。
【０００９】
［５］前記移動ステージに載置される半導体基板表面に向けて、フッ化炭素ガスを含むマスク形成用ガスを噴射するノズルをさらに有する、［１］に記載の表面エッチング装置。
［６］前記反応室内の圧力は、１ＫＰａ〜１００ＫＰａの範囲に調整可能である、［１］に記載の表面エッチング装置。
［７］前記エッチングガスを噴射するノズルおよび前記冷却ガスを噴射するノズルを、それぞれ複数有する、［１］に記載の表面エッチング装置。
［８］前記複数のエッチングガスを噴射するノズルおよび冷却ガスを噴射するノズルは、前記移動ステージの移動方向に沿って配列されている、［７］に記載の表面エッチング装置。
【００１０】
［９］前記半導体基板は、基板面方位（１００）のシリコン基板である、［１］に記載の表面エッチング装置。
［１０］前記半導体基板は、基板面方位（１１１）のシリコン基板である、［１］に記載の表面エッチング装置。
【００１１】
［１１］ロードロック室と、前記ロードロック室に連通しており、大気圧以下に減圧可能な反応室と、前記反応室に連通したアンロードロック室と、を有する半導体基板の表面エッチング装置であって、
前記ロードロック室から、前記反応室を経て、前記アンロードロック室にまで半導体基板を搬送可能な移動ステージと；前記反応室において、前記移動する移動ステージに載置された半導体基板表面に向けてエッチングガスを噴射する複数のノズルと；前記反応室において、前記移動する移動ステージに載置された半導体基板表面に向けて冷却ガスを噴射する複数のノズルとを有し、
前記エッチングガスを噴射する複数のノズルおよび前記冷却ガスを噴射する複数のノズルは、前記移動ステージの移動方向に沿って、配列されている、表面エッチング装置。
【００１２】
本発明の第二は、以下に示す表面に凹凸形状が形成された半導体基板の製造方法に関する。
［１２］前記［１］の表面エッチング装置を用いて、表面に凹凸形状が形成された半導体基板を製造する方法であって、
減圧された前記反応室内の移動ステージに載置された半導体基板を用意するステップと；前記移動ステージを移動させながら、前記半導体基板にエッチングガスを噴射するノズルからエッチングガスを吹き付けるステップと；前記移動ステージを移動させながら、前記半導体基板に冷却ガスを噴射するノズルから冷却ガスを吹き付けるステップと、を含む方法。
［１３］前記半導体基板の温度を１３０℃以下に保持する、［１２］に記載の方法。
［１４］前記移動ステージを移動させながら、前記半導体基板を振動させる、［１２］に記載の方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の表面エッチング装置によれば、半導体基板の表面を効率的にドライエッチングすることができる。しかも、プロセス中の半導体基板の温度上昇を抑制することができるので量産化にも対応できる。さらに、エッチングガスの組成を好適化することで、これまで実現されなかった微細凹凸のテクスチャ構造を半導体基板表面に形成することができる。さらに、好適には、太陽電池として適切な半導体基板を提供することができ、太陽電池の光電変換率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の表面エッチング装置の第一の例の概要を示す図である。図１Ａは、装置を側面から見たときの透視図；図１Ｂは、装置を上面から見たときの透視図である。
【図２】本発明の表面エッチング装置の第二の例の概要を示す図である。
【図３】図３Ａは、本発明の表面エッチング装置でエッチングした、基板方位面（１００）のシリコン基板表面の状態を示す光学顕微鏡写真であり（実施例１）；図３Ｂおよび図３Ｃは、本発明の表面エッチング装置でエッチングした、基板方位面（１１１）のシリコン基板表面の状態を示す光学顕微鏡写真であり（実施例２）；図３Ｄは、アルカリ（ＫＯＨ）水溶液を用いてエッチングした、基板方位面（１００）のシリコン基板表面の状態を示す光学顕微鏡写真である（比較例１）。
【図４】実施例１〜２および比較例１のシリコン基板のライフタイム値を示すグラフである。
【図５】無処理状態の基板方位面（１１１）のシリコン基板の光反射率と、本発明の表面エッチング装置でエッチングした基板方位面（１１１）のシリコン基板（実施例２、図３ＢとＣ）の光反射率とを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
１．エッチング装置について
本発明の表面エッチング装置は、反応室と、半導体基板を搬送可能な移動ステージと、エッチングガスを噴射するノズルと、冷却ガスを噴射するノズルと、を有する。
【００１６】
本発明の表面エッチング装置の反応室の内部は減圧状態にすることができ、減圧条件下にてエッチングプロセスを行う。エッチングプロセス中の反応室の内部圧力は、１ＫＰａ〜１００ＫＰａの範囲に調整され、通常１０ＫＰａ〜９０ＫＰａに制御され、好ましくは３０ＫＰａ〜６０ＫＰａに制御される。
【００１７】
反応室内には、半導体基板を搬送するための移動ステージが配置される。移動ステージは反応室内において、半導体基板を搬送することができ、後述のノズル（エッチングガスを噴射するノズルと冷却ガスを噴射するノズル）と半導体基板との相対位置関係を調整することができることが好ましい。それにより、半導体基板表面の所望の位置に、ノズルからのガスが吹き付けられる。
【００１８】
本発明の表面エッチング装置は、エッチングガスを噴射するノズルを有する。エッチングガスは、半導体基板の材質などによって適宜選択されるが；典型的には、ＣｌＦ３，ＸｅＦ２，ＢｒＦ３およびＢｒＦ５のうちの少なくとも一つのガスを含む。これらのガス分子は、半導体基板の表面に物理吸着して、エッチングサイトに移動する。エッチングサイトに到達したガス分子は分解し、半導体材料（典型的にはシリコン）と反応して揮発性のフッ素化合物を生成する。それにより、半導体基板表面がエッチングされ、凹凸形状が形成される。
【００１９】
エッチングガスには、その分子内に酸素原子を含有するガスが含まれていることが好ましい。酸素原子を含有するガスとは、典型的には酸素ガス（Ｏ２）であるが、二酸化炭素（ＣＯ２）などであってもよい。エッチングガスにおける酸素原子含有ガスの濃度（体積濃度）は、ＣｌＦ３，ＸｅＦ２，ＢｒＦ３およびＢｒＦ５のガスの合計濃度の２倍以上であることが好ましい。エッチングガスに酸素原子含有ガスを含ませることで、太陽電池のテクスチャ構造として適切な凹凸形状を、半導体基板表面に形成することができる。その理由は、必ずしも明らかではないが、例えばＣｌＦ３ガスがシリコン表面に物理吸着すると、シリコンと反応してＳｉＦ４となってガス化する。このとき、シリコンネットワーク構造のダングリングボンドに酸素原子がターミネートすることで、Ｓｉ−Ｏ結合が部分的に構成される。それにより、エッチングされやすい領域(Ｓｉ−Ｓｉ)と、エッチングされにくい領域(Ｓｉ−Ｏ)とができる。そのエッチングレートの差でケミカルな反応が促進され、形状制御が可能となると考えられる。
【００２０】
さらに、エッチングガスには窒素ガスまたは不活性ガスが含まれていてもよい。エッチングガスにおけるＣｌＦ３，ＸｅＦ２，ＢｒＦ３およびＢｒＦ５の濃度が高すぎると、等方的にエッチングが進行しやすい場合があり、半導体基板表面に所望の凹凸形状が得られないことがある。そのため、窒素ガスまたは不活性ガスを希釈ガスとして混合させる場合がある。
【００２１】
本発明の表面エッチング装置は、冷却ガスを噴射するノズルを有する。冷却ガスとは、半導体基板の材質と発熱反応しないガスであればよく、窒素ガスや不活性ガス（ヘリウムガスやアルゴンガスなど）などが例示される。前述の通り、ＣｌＦ３，ＸｅＦ２，ＢｒＦ３およびＢｒＦ５は半導体と反応するが、その反応は発熱反応であるため、半導体基板温度が上昇する。半導体基板温度が上昇すると、等方的にエッチングが進行しやすくなり、半導体基板表面に所望の凹凸形状が得られない。そのため、エッチング反応によって発熱した半導体基板に冷却ガスを吹き付けることで、半導体基板を冷却する。
【００２２】
半導体基板の温度は、１３０℃以下に保持されることが好ましく、１００℃以下に保持されることがより好ましく、８０℃以下に保持されることがさらに好ましい。一方、半導体基板の温度は、噴射されるエッチングガスの沸点以上に保持されていればよい。例えばＣｌＦ３の沸点は約１２℃であるので、ＣｌＦ３を用いる場合には、半導体基板の温度を１２℃以上に保持する。
【００２３】
本発明の表面エッチング装置は、エッチングガスを噴射するノズルを２つ以上有していてもよいし、冷却ガスを噴射するノズルを２つ以上有していてもよい。各ノズルの配列は、特に限定されないものの、搬送方向（半導体基板の相対移動方向,より具体的には、移動ステージの移動方向）に沿って配列されていることが好ましい。エッチングガスを噴射するノズルと冷却ガスを噴射するノズルとは、規則的に配列していることが好ましい。例えば、搬送方向に沿って、エッチングガスを噴射するノズルと冷却ガスを噴射するノズルとが交互に配列していてもよい。あるいは、搬送方向に沿って、エッチングガスを噴射するノズルと複数の冷却ガスを噴射するノズルとが、繰り返して配置されていてもよい。ただし、通常は、２つのエッチングガスを噴射するノズルが連続して配列されないことが好ましい。
【００２４】
また、各ノズルの形状は特に制限されないが、半導体基板表面の広面積にガスを吹き付けることができるように、ノズルの吐出口にむかって末広がりになっていると好ましい場合がある。
【００２５】
本発明の表面エッチング装置は、マスク形成用ガスを噴射するノズルを有していてもよい。マスク形成用ガスはフッ化炭素ガスであることが好ましく、フッ化炭素ガスの例には４フッ化メタン（ＣＦ４）や、６フッ化エタン（Ｃ２Ｆ６）などが含まれる。マスク形成用ガスの分子が半導体基板表面に吸着すると、その吸着部分はエッチングされにくくなる。そのため、選択的に半導体基板表面をエッチングすることができ、所望の凹凸形状を得られやすくなることがある。
【００２６】
本発明の表面エッチング装置によって、表面に凹凸形状を形成される半導体基板とは、典型的にはシリコン基板であるが、ゲルマニウム基板、シリコンカーバイドなどであってもよい。さらに、表面エッチングされる基板は、半導体基板以外のサファイア基板などであってもよい。また、シリコン基板は、通常は単結晶シリコンであるが、多結晶シリコンであっても、アモルファスシリコンであってもよい。
【００２７】
単結晶シリコン基板は、基板面方位（１００）のシリコン基板であってもよいし、基板面方位（１１１）のシリコン基板であってもよいし、他の基板面方位のシリコン基板であってもよい。基板面方位（１１１）のシリコン基板を、従来のアルカリ水溶液を用いたウェットプロセスによるエッチングを行うと、基板表面に凹凸形状を形成できず、単に表面が等方的にエッチングされる。ところが、本発明の表面エッチング装置によれば、基板面方位（１１１）のシリコン基板にも、基板表面に凹凸形状を形成することができるという特徴がある。
【００２８】
半導体基板は、半導体ウェハであってもよいし、他の基板に成膜された半導体薄膜であってもよい。
【００２９】
２．エッチング方法について
本発明の表面エッチング装置を用いて、表面に凹凸形状が形成された半導体基板を製造することができる。具体的には、本発明の表面エッチング装置に半導体基板をセットして、反応室内を減圧する。その後、移動ステージにセットした半導体基板を、ノズルに対して相対移動させる。半導体基板を相対移動させながら、半導体基板の表面に、エッチングガスを噴射するノズルからエッチングガスを吹き付け、かつ冷却ガスを噴射するノズルから冷却ガスを吹き付ける。
【００３０】
冷却ガスを吹き付けることで、半導体基板の温度を１３０℃以下、好ましくは１００℃以下、より好ましくは８０℃以下に保持する。
【００３１】
移動ステージで半導体基板を移動させながら、半導体基板を振動させてもよいし、あるいはノズルを振動させてもよい。それにより、より微細な凹凸形状が半導体基板の表面に形成されうる。また、半導体基板の相対移動は、一方向である必要はなく、２次元方向に移動してもよいし、３次元方向に移動してもよい。さらに、移動ステージは往復移動をしてもよい。
【００３２】
図１Ａおよび図１Ｂには、本発明の表面エッチング装置の第一の例の概要が示される。図１Ａは、装置を側面から見たときの透視図であり；図１Ｂは、装置を上面から見たときの透視図である。
【００３３】
図１Ａおよび図１Ｂに示される表面エッチング装置は、ロードロック室１０と、反応室２０と、アンロードロック室３０とを有する。ロードロック室１０と、反応室２０と、アンロードロック室３０の内部は、いずれも減圧されることができる。つまり、ロードロック室１０にはドライポンプ１２と、バルブ１３と、ゲートバルブ１４が設けられ；アンロードロック室にはドライポンプ３２と、バルブ３３と、ゲートバルブ３４が設けられている。
【００３４】
ロードロック室１０には、基板供給部５から半導体基板１が供給される。半導体基板１は、移動ステージに載置されてロードロック室１０に供給される。例えば、トレイなどの容器などに収容されてロードロック室１０に供給されてもよい。１つの容器に、１００枚程度の半導体基板１が収容されていてもよい。
【００３５】
ロードロック室１０から反応室２０を経てアンロードロック室３０にまで、搬送機構となるローラ搬送機５０が設けられている。ローラ搬送機５０にセットされた半導体基板１は、ロードロック室１０から反応室２０を経てアンロードロック室３０にまで搬送されることができる。
【００３６】
反応室２０には、エッチングガス供給ノズル６０と、冷却ガス供給ノズル７０とが設けられており；反応室２０の内部で搬送される半導体基板１の表面に、ガスを吹き付けることができる。エッチングガス供給ノズル６０と冷却ガス供給ノズル７０とは、搬送方向に沿って、交互に設けられている。また、反応室２０にはドライポンプ２２と、バルブ２３とが設けられており、エッチング反応で発生したガスなどを排気することができる。
【００３７】
ローラ搬送機５０は、ロードロック室１０からアンロードロック室３０にまで一方向に半導体基板１を搬送してもよいが、往復移動させながら（図において左右に移動させながら）搬送してもよい。
【００３８】
アンロードロック室３０にまで搬送された半導体基板１'は、基板排出部３５に排出されて回収される。半導体基板１'のノズル（エッチングガス供給ノズル６０と冷却ガス供給ノズル７０）と対向する表面には、所望の凹凸形状が形成されている。その後、半導体基板１'は、必要に応じて水素ガス雰囲気下で残留したフッ素成分を除去するための処理を施されてもよい。例えば、高温アニールを施されたり、プラズマ処理を施されたりする。
【００３９】
図２には、本発明の表面エッチング装置の第二の例の概要が示される。図２には、表面エッチング装置の反応室の内部の概要だけが示されている。搬送機構となる円盤状の移動ステージ３に、複数の半導体基板１が載置されている。ステージ３は、回転することで半導体基板を移動させることができる（矢印方向参照）。ステージ３の回転方向の回転中心から、放射状にエッチングガス供給ノズル６０と、冷却ガス供給ノズル７０とが配置されている。ステージ３を回転させながら、エッチングガスと冷却ガスとを半導体基板１の表面に吹き付けることができる。半導体基板１の表面に所望の凹凸形状が形成されたら、必要に応じて水素ガス雰囲気下で残留したフッ素成分を除去するための処理を施してもよい。
【実施例】
【００４０】
［実施例１］
本発明の表面エッチング装置を用いて、基板方位面（１００）のシリコン基板表面に凹凸形状を形成した。まず、反応室内にシリコン基板をセットして、反応室の内圧を３０〜９０Ｋｐａに維持した。反応室内にセットされたシリコン基板の表面に、ＣｌＦ３ガス５００ｃｃ,Ｏ２ガス２０００ｃｃ,およびＮ２ガス５０００ｃｃを含むエッチングガスを１分間かけて吹き付けた後、さらにＮ２ガス５０００ｃｃを１分間かけてシリコン基板表面に吹き付けて冷却した。このサイクルを３回繰り返した。ＣｌＦ３ガスを吹き付けられたシリコン基板は、基板温度が６０℃を超える辺りで急激に発熱して温度上昇していく傾向がある。そのため、基板温度がその変位温度（約６０℃）にまで達しないように、１分間サイクルで加工を実施した。その結果、得られたシリコン基板表面の光学顕微鏡写真を図３Ａに示す。図３Ａに示されるように、基板表面に四角錘状の孔が形成されていることがわかる。
【００４１】
次に、図３Ａに示されるシリコン基板のライフタイムを測定した。測定は、半導体基板表面をヨウ素パッシベーション（ヨウ素／エタノール法）をした後に行った。ライフタイムとは、半導体基板の表面および内部で発生した過剰キャリア（電子又は正孔）が、再結合により消滅し所定値まで減少するまでの時間をいう。ライフタイムの測定は、μ-ＰＣＤ法（マイクロ波光導電率減衰法）によって行った。測定装置は、ＬＴＡ-１５１０（KOBELCO科研）を用いた。具体的な測定条件は、マイクロ波プローブの周波数１０ＧＨｚ,レーザー波長９０４ｎｍとした。照射したレーザー光は２種であり、レベル２（注入量：１Ｅ１４/ｃｍ２）と、レベル３（注入量：：１Ｅ１５/ｃｍ２）とした。ライフタイムの測定結果を図４に示す。
【００４２】
［実施例２］
本発明の表面エッチング装置を用いて、基板方位面（１１１）のシリコン基板表面に凹凸形状を形成した。加工条件は、実施例１と同様であり、反応室内にセットされたシリコン基板の表面に、ＣｌＦ３ガス５００ｃｃ,Ｏ２ガス２０００ｃｃ,およびＮ２ガス５０００ｃｃを含むエッチングガスを１分間かけて吹き付けた後、さらにＮ２ガス５０００ｃｃを１分間かけてシリコン基板表面に吹き付けて冷却した。このサイクルを３回繰り返した。その表面の光学顕微鏡写真を図３Ｂおよび図３Ｃに示す。
【００４３】
図３Ｂは、基板表面を斜め上方から写した光学顕微鏡写真であり；図３Ｃは、断面の光学顕微鏡写真である。図３Ｂおよび図３Ｃに示されるように、基板表面に三角錐上の凸部が形成されていることがわかる。図３Ｂに示されるシリコン基板のライフタイムを、上記と同様の手法で測定した。その結果を図４に示す。
【００４４】
さらに、図３Ｂおよび図３Ｃに示されるシリコン基板の光反射率と、エッチング前の（無処理の）シリコン（１１１）基板の光反射率とを測定した。その結果を図５に示す。図５に示されるように、全波長領域で、図３Ｂおよび図３Ｃに示されるシリコン基板の光反射率は低減しており、光を取り込みやすくなっていることがわかる。特に波長５００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲において、エッチング前のシリコン基板の反射率は約３５％以上であるのに対して、図３Ｂおよび図３Ｃに示されるシリコン基板の光反射率は約１４％にまで低減していることがわかる。
【００４５】
［比較例１］
従来のアルカリ（ＫＯＨ）水溶液を用いた一般的なウェットエッチング法で、基板方位面（１００）のシリコン基板表面に凹凸形状を形成した。すなわち、ＨＦ洗浄、アルカリ(ＫＯＨ)溶液、フッ硝酸などのウエットプロセスを経て形成する。その表面の光学顕微鏡写真を図３Ｄに示す。図３Ｄに示されるように、基板表面にピラミッド状の凸部が形成されていることがわかる。図３Ｄに示されるシリコン基板のライフタイムを、上記と同様の手法で測定した。その結果を図４に示す。
【００４６】
図４には、実施例１〜２および比較例１のシリコン基板のライフタイム値が示される。それぞれ左側の棒グラフはレベル２としたときの値であり；右側の棒グラフはレベル３としたときの値である。図４に示されるように、実施例１のシリコン基板のライフタイム値は、比較例１のシリコン基板のライフタイム値とほぼ匹敵していることがわかる。一方、実施例２のシリコン基板のライフタイム値は、比較例１よりも顕著に高まっていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の表面エッチング装置によれば、半導体基板の表面を効率的にドライエッチングすることができる。しかも、プロセス中の半導体基板の温度上昇を抑制することができるので量産化にも対応できる。さらに、エッチングガスの組成を好適化することで、これまで実現されなかった微細凹凸のテクスチャ構造を半導体基板表面に形成することができ；光反射率を低減し、ライフタイムを向上させることができる。よって、太陽電池の製造プロセスに、特に好適に応用されうる。
【符号の説明】
【００４８】
１ 半導体基板
１’ 半導体基板
３ ステージ
５ 基板供給部
１０ ロードロック室
１２ ドライポンプ
１３ バルブ
１４ ゲートバルブ
２０ 反応室
２２ ドライポンプ
２３ バルブ
３０ アンロードロック室
３２ ドライポンプ
３３ バルブ
３４ ゲートバルブ
３５ 基板排出部
５０ ローラ搬送機
６０ エッチングガス供給ノズル
７０ 冷却ガス供給ノズル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧以下に減圧可能な反応室と、
前記反応室内において半導体基板を搬送可能な移動ステージと、
前記移動ステージに載置される半導体基板表面に向けてエッチングガスを噴射するノズルと、
前記移動ステージに載置される半導体基板に向けて冷却ガスを噴射するノズルと、
を有する、半導体基板の表面エッチング装置。
【請求項２】
前記エッチングガスは、ＣｌＦ３，ＸｅＦ２，ＢｒＦ３およびＢｒＦ５からなる群から選ばれる一以上のガスを含む、請求項１に記載の表面エッチング装置。
【請求項３】
前記エッチングガスは、分子中に酸素原子を含有するガスをさらに含む、請求項２に記載の表面エッチング装置。
【請求項４】
前記冷却ガスは、窒素ガスまたは不活性ガスを含む、請求項１に記載の表面エッチング装置。
【請求項５】
前記移動ステージに載置される半導体基板表面に向けて、フッ化炭素ガスを含むマスク形成用ガスを噴射するノズルをさらに有する、請求項１に記載の表面エッチング装置。
【請求項６】
前記反応室内の圧力は、１ＫＰａ〜１００ＫＰａの範囲に調整可能である、請求項１に記載の表面エッチング装置。
【請求項７】
前記エッチングガスを噴射するノズルおよび前記冷却ガスを噴射するノズルを、それぞれ複数有する、請求項１に記載の表面エッチング装置。
【請求項８】
前記複数のエッチングガスを噴射するノズルおよび冷却ガスを噴射するノズルは、前記移動ステージの移動方向に沿って配列されている、請求項７に記載の表面エッチング装置。
【請求項９】
前記半導体基板は、基板面方位（１００）のシリコン基板である、請求項１に記載の表面エッチング装置。
【請求項１０】
前記半導体基板は、基板面方位（１１１）のシリコン基板である、請求項１に記載の表面エッチング装置。
【請求項１１】
ロードロック室と、前記ロードロック室に連通しており、大気圧以下に減圧可能な反応室と、前記反応室に連通したアンロードロック室と、を有する半導体基板の表面エッチング装置であって、
前記ロードロック室から、前記反応室を経て、前記アンロードロック室にまで半導体基板を搬送可能な移動ステージと、
前記反応室において、前記移動する移動ステージに載置された半導体基板表面に向けてエッチングガスを噴射する複数のノズルと、
前記反応室において、前記移動する移動ステージに載置された半導体基板表面に向けて冷却ガスを噴射する複数のノズルと、
を有し、
前記エッチングガスを噴射する複数のノズルおよび前記冷却ガスを噴射する複数のノズルは、前記移動ステージの移動方向に沿って、配列されている、表面エッチング装置。
【請求項１２】
請求項１の表面エッチング装置を用いて、表面に凹凸形状が形成された半導体基板を製造する方法であって、
減圧された前記反応室内の移動ステージに載置された半導体基板を用意するステップと、
前記移動ステージを移動させながら、前記半導体基板にエッチングガスを噴射するノズルからエッチングガスを吹き付けるステップと、
前記移動ステージを移動させながら、前記半導体基板に冷却ガスを噴射するノズルから冷却ガスを吹き付けるステップと、を含む方法。
【請求項１３】
前記半導体基板の温度を１３０℃以下に保持する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記移動ステージを移動させながら、前記半導体基板を振動させる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１】
大気圧以下に減圧可能な反応室と、
前記反応室内において半導体基板を搬送可能な移動ステージと、
前記移動ステージに載置される半導体基板表面に向けてエッチングガスを噴射するノズルと、
前記移動ステージに載置される半導体基板に向けて冷却ガスを噴射するノズルと、
を有する、半導体基板の表面エッチング装置。
【請求項２】
前記エッチングガスは、ＣｌＦ３，ＸｅＦ２，ＢｒＦ３およびＢｒＦ５からなる群から選ばれる一以上のガスを含む、請求項１に記載の表面エッチング装置。
【請求項３】
前記エッチングガスは、分子中に酸素原子を含有するガスをさらに含む、請求項２に記載の表面エッチング装置。
【請求項４】
前記冷却ガスは、窒素ガスまたは不活性ガスを含む、請求項１に記載の表面エッチング装置。
【請求項５】
前記移動ステージに載置される半導体基板表面に向けて、フッ化炭素ガスを含むマスク形成用ガスを噴射するノズルをさらに有する、請求項１に記載の表面エッチング装置。
【請求項６】
前記反応室内の圧力は、１ＫＰａ〜１００ＫＰａの範囲に調整可能である、請求項１に記載の表面エッチング装置。
【請求項７】
前記エッチングガスを噴射するノズルおよび前記冷却ガスを噴射するノズルを、それぞれ複数有する、請求項１に記載の表面エッチング装置。
【請求項８】
前記複数のエッチングガスを噴射するノズルおよび冷却ガスを噴射するノズルは、前記移動ステージの移動方向に沿って配列されている、請求項７に記載の表面エッチング装置。
【請求項９】
前記半導体基板は、基板面方位（１００）のシリコン基板である、請求項１に記載の表面エッチング装置。
【請求項１０】
前記半導体基板は、基板面方位（１１１）のシリコン基板である、請求項１に記載の表面エッチング装置。
【請求項１１】
ロードロック室と、前記ロードロック室に連通しており、大気圧以下に減圧可能な反応室と、前記反応室に連通したアンロードロック室と、を有する半導体基板の表面エッチング装置であって、
前記ロードロック室から、前記反応室を経て、前記アンロードロック室にまで半導体基板を搬送可能な移動ステージと、
前記反応室において、前記移動する移動ステージに載置された半導体基板表面に向けてエッチングガスを噴射する複数のノズルと、
前記反応室において、前記移動する移動ステージに載置された半導体基板表面に向けて冷却ガスを噴射する複数のノズルと、
を有し、
前記エッチングガスを噴射する複数のノズルおよび前記冷却ガスを噴射する複数のノズルは、前記移動ステージの移動方向に沿って、配列されている、表面エッチング装置。
【請求項１２】
請求項１の表面エッチング装置を用いて、表面に凹凸形状が形成された半導体基板を製造する方法であって、
減圧された前記反応室内の移動ステージに載置された半導体基板を用意するステップと、
前記移動ステージを移動させながら、前記半導体基板にエッチングガスを噴射するノズルからエッチングガスを吹き付けるステップと、
前記移動ステージを移動させながら、前記半導体基板に冷却ガスを噴射するノズルから冷却ガスを吹き付けるステップと、を含む方法。
【請求項１３】
前記半導体基板の温度を１３０℃以下に保持する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記移動ステージを移動させながら、前記半導体基板を振動させる、請求項１２に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図５】
【図３】
【図４】
【図２】
【図５】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１８６２８３（Ｐ２０１２−１８６２８３Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４７７８５（Ｐ２０１１−４７７８５）
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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