JP2012256738A - 光起電力装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な工程で半導体基板を複数の光起電力装置へ分割できる光起電力装置の製造方法を得ること。
【解決手段】光起電力装置の製造方法は、受光面となるべき第１の主面と前記第１の主面の反対側の第２の主面とを有する半導体基板の前記第２の主面を覆う電極を印刷する印刷工程と、前記第１の主面に垂直な方向から透視した場合に前記電極に重なるように、前記第１の主面に溝を形成する溝形成工程と、前記溝を略中心軸として回転させるように前記半導体基板を折り曲げることにより、前記半導体基板を複数の光起電力装置へ分割する分割工程とを備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、光起電力装置の製造方法に関する。

半導体デバイスを製造する工程において、半導体基板に複数個のデバイスを形成した後に半導体基板を分割して個々のデバイスに分割する製造方法が一般に用いられている。

特許文献１には、半導体基板の裏面に複数の開口が形成されたマスク部材を貼着し、スパッタ装置により金属層を堆積してからマスク部材を剥離し、形成された複数の電極間のストリートに沿ってレーザー光線を照射して変質層を形成し、半導体基板の裏面に粘着テープを貼着して粘着テープを拡張させることが記載されている。これにより、特許文献１によれば、半導体基板に放射状に引張力が作用し、半導体基板は変質層が形成されることによって強度が低下せしめられたストリートに沿って破断され個々のデバイスに分割されるとされている。

しかし、半田などの半導体基板よりも延性の高い材料が半導体基板にスクリーン印刷により塗布されている場合、延性の高い材料を分割することが難しい。

これに対して、特許文献２には、半導体ウエーハ裏面の電極層上に半田層を印刷で形成し、半導体ウエーハ裏面に粘着テープを貼着し、半導体ウエーハをストリートに沿って切削しながら半田層に浅い加工溝を形成し、粘着テープを拡張させることが記載されている。これにより、特許文献１によれば、半導体ウエーハ及び半田層に放射状に引張力が作用し、半田層が浅い加工溝を分割基点として浅い加工溝に沿って破断され、半導体ウエーハが個々の半導体チップへ分割されるので、切削不良の発生を防止できるとされている。

特開２０１０−０１６１１６号公報 特開２０１０−１８２９０１号公報

一方、シリコン結晶系の光起電力装置（太陽電池）は、受光面の反対側の裏面ほぼ全面に電極を有する。この電極として代表的なものは、アルミ粉を溶剤に拡散させたアルミペーストを、スクリーン印刷により塗付し、焼成したものである。裏面に電極（アルミニウム）が塗布された半導体基板を複数の光起電力装置へ分割する場合、半導体基板の本体部分（シリコン）は容易に分割できるが電極（アルミニウム）を分割することが難しい。

このような半導体基板を複数の光起電力装置へ分割する際、特許文献１に記載の分割方法を用いた場合、電極印刷の位置精度が低いと、分割容易化のため設けられたストリートに誤って電極が塗布されてしまうことがあり、工程歩留まりが低下する可能性がある。

また、特許文献２に記載の分割方法を用いると、個片化された半導体デバイスを伸縮性のある粘着テープから取り外すことが難しく、半導体デバイスの割れ・欠けが発生して歩留まりが悪化する可能性がある。半導体デバイスの割れ・欠けを防止するためには、個々の半導体デバイスを粘着テープから時間をかけて取り外す必要があり、光起電力装置のように１枚の基板から切り出されるデバイス数が１０個に満たない場合には、デバイス１個当たりの製造タクトが長過ぎる傾向にある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な工程で半導体基板を複数の光起電力装置へ分割できる光起電力装置の製造方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面にかかる光起電力装置の製造方法は、受光面となるべき第１の主面と前記第１の主面の反対側の第２の主面とを有する半導体基板の前記第２の主面を覆う電極を印刷する印刷工程と、前記第１の主面に垂直な方向から透視した場合に前記電極に重なるように、前記第１の主面に溝を形成する溝形成工程と、前記溝を略中心軸として回転させるように前記半導体基板を折り曲げることにより、前記半導体基板を複数の光起電力装置へ分割する分割工程とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、半導体基板を折り曲げることにより半導体基板を複数の光起電力装置へ分割するので、伸縮性のある粘着テープを用いる必要がなく、分割した光起電力装置を粘着テープから取り外す工程も不要になる。これにより、簡易な工程で半導体基板を複数の光起電力装置へ分割できる。

図１は、実施の形態１にかかる光起電力装置の製造方法を示す図である。 図２は、実施の形態１にかかる光起電力装置の製造方法を示す図である。 図３は、実施の形態１にかかる光起電力装置の製造方法を示す図である。 図４は、実施の形態２にかかる光起電力装置の製造方法を示す図である。

以下に、本発明にかかる光起電力装置の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
実施の形態１にかかる光起電力装置の製造方法について図１〜図３を用いて説明する。

図１に示す工程では、半導体基板１０３を準備する。半導体基板１０３は、例えば、結晶シリコン（例えば、単結晶シリコン又は多結晶シリコン）で形成されている。半導体基板１０３は、第１の主面１０３ａ及び第２の主面１０３ｂを有する。第１の主面１０３ａは、各光起電力装置ＰＰＤ１〜ＰＰＤ４（図３（ｂ）参照）の受光面となるべき面である。第２の主面１０３ｂは、第１の主面１０３ａと反対側の主面である。

半導体基板１０３の第１の主面１０３ａに所定の表面処理を施してテクスチャー（凹凸パターン）を形成する。そして、熱拡散法などにより、半導体基板１０３の第１の主面１０３ａ及び第２の主面１０３ｂに、それぞれ、p−層１０４及びp＋層１０２を形成する。

次に、半導体基板１０３の第２の主面１０３ｂ上の例えば略全面に電極１０１を印刷し、その後、乾燥する。電極１０１の印刷は、例えばスクリーン印刷法により、印刷マスクを介してアルミペーストを半導体基板１０３の第２の主面１０３ｂに塗布して行う。引き続いて、半導体基板１０３を上下反転し、半導体基板１０３の第１の主面１０３ａ上に例えば受光面電極１０５を印刷し、その後、乾燥し、焼成する。受光面電極１０５の印刷は、例えばスクリーン印刷法により、印刷マスクを介して銀ペーストを半導体基板１０３の半導体基板１０３の第１の主面１０３ａに塗布して行う。これにより、半導体基板１０３、電極１０１、及び受光面電極１０５を含む半導体基板１００が得られる。以下では、半導体基板１０３を本体部分１０３と呼ぶことにする。

図２に示す工程では、半導体基板１００の第１の主面１０３ａにスクライブ溝１０６−１、１０６−２を形成する。このとき、スクライブ溝１０６−１、１０６−２は、半導体基板１００の第１の主面１０３ａに垂直な方向から透視した場合に電極１０１に重なるように形成される。すなわち、第１の主面１０３ａに垂直な方向から見た場合に、半導体基板１００におけるスクライブ溝１０６−１、１０６−２により区切られた例えば４つの部分は、４つの光起電力装置ＰＰＤ１〜ＰＰＤ４となるべき部分である。

半導体基板１００の第２の主面１０３ｂをレーザー加工ステージ（図示せず）で吸着し、固定されたレーザー照射位置を一定速度で通過させることで、スクライブ溝１０６−１、１０６−２を設ける。例えば、ポリゴンミラーもしくはガルバノミラーによりレーザー光を第１の主面１０３ａ上で破線に沿って走査することで設ける。レーザー光としてはＹＡＧレーザーの基本波（波長１０６４ｎｍ）、第２高調波（波長５３２ｎｍ）などが好適である。スクライブ溝１０６−１、１０６−２の深さは、大まかに、半導体基板１０３の厚みの３分の１程度が好ましい。

図３（ａ）に示す工程では、折り曲げアーム１０７に付属した吸着機構１０８で半導体基板１００の第２の主面１０３ｂを吸着し、半導体基板１００を突き上げ治具１０９付近まで移動させる。このとき、突き上げ治具１０９の稜線部分１０９ａの位置を、例えば撮像装置１２０により取得し所定の記憶装置（図示せず）に記憶しておく。そして、半導体基板１００の位置を撮像装置１２０により取得しながら、例えばスクライブ溝１０６−２が、記憶装置に記憶された突き上げ治具１０９の稜線部分１０９ａの上方に位置するようにアライメントを行う。

図３（ｂ）に示す工程では、吸着機構１０８による吸着を開放して、折り曲げアーム１０７を下降させることなどにより半導体基板１００を突き上げ治具１０９に押し付ける。この際、半導体基板１００の第１の主面１０３ａ側の端部は、折り曲げアーム１０７の円柱部分１１０によって支持される。突き上げ治具１０９には、２つの傾斜面１０９ｂ、１０９ｃが設けられている。このため、半導体基板１００を突き上げ治具１０９に押し付けると、２つの傾斜面１０９ｂ、１０９ｃがなす稜線部分１０９ａがスクライブ溝１０６−２を押し広げるように突き上げる。すなわち、スクライブ溝１０６−２を略中心軸として回転させるように半導体基板１００を折り曲げる。

また、スクライブ溝１０６−１についても、図３（ａ）、（ｂ）に示す工程の処理を行う。これにより、半導体基板１００を複数の光起電力装置ＰＤＤ１〜ＰＤＤ４へ分割する。

なお、稜線部分１０９ａには曲率が設けられており、スクライブ溝１０６−２と突き上げ治具１０９の位置が変動しても、突き上げ治具１０９で半導体基板１００を傷つけにくい構造になっている。

ここで、半導体基板１００の回転角度θが５度になるまで折り曲げられた時点で、半導体基板１００の本体部分１０３（結晶シリコン）が分割される。しかしまだ電極１０１（アルミニウム）は分割できていない。電極１０１（アルミニウム）を分割できるのは折り曲げの回転角度θが１５度以上になってからである。この回転角度θは、アルミ電極の材料の配合比、厚み、焼成温度などによって変動するが、我々が実験した範囲では１５〜３５度が好適であった。

仮に、回転角度θが１５度より小さいと電極１０１（アルミニウム）が分割できない傾向にある。回転角度θが３５度より大きいと分割後の光起電力装置の割れ・欠けが発生して歩留まりが悪化する傾向にある。

以上のように、実施の形態１では、半導体基板１００に所定の深さを有するスクライブ溝１０６−１、１０６−２を形成し、スクライブ溝１０６−１、１０６−２を略中心軸として回転させるように半導体基板１００を折り曲げることにより、半導体基板１００を複数の光起電力装置ＰＤＤ１〜ＰＤＤ４へ分割する。このため、伸縮性のある粘着テープを用いる必要がなく、分割した光起電力装置ＰＤＤ１〜ＰＤＤ４を粘着テープから取り外す工程も不要になる。したがって、簡易な工程で半導体基板１００を複数の光起電力装置ＰＤＤ１〜ＰＤＤ４へ分割できる。

また、分割した光起電力装置ＰＤＤ１〜ＰＤＤ４を粘着テープから取り外す工程が不要であるため、その取り外し工程にかかっていたタクトを短縮することができるうえ、粘着テープのコストを低減できる。また、粘着テープから光起電力装置ＰＤＤ１〜ＰＤＤ４を取り外す際に生じていた割れ・欠けを無くして歩留まりを向上できるという利点がある。さらにストリートを設ける必要がないので、電極印刷の位置精度により歩留まりが低下することもない。

また、実施の形態１では、スクライブ溝１０６−１、１０６−２をレーザー光により形成する。これにより、スクライブ溝１０６−１、１０６−２を容易に形成できる。

さらに、実施の形態１では、半導体基板１００を折り曲げる際の回転角度が１５度以上である。これにより、半導体基板１００よりも延性の高い材料の電極１０１を容易に分割することができる。

なお、スクライブ溝１０６−１、１０６−２を切削ブレードにより形成しても良い。この場合でも、スクライブ溝１０６−１、１０６−２を容易に形成できる。

実施の形態２．
実施の形態２にかかる光起電力装置の製造方法について説明する。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。

図４（ａ）に示す工程では、半導体基板１００の第２の主面１０３ｂがレーザー加工ステージ（図示せず）で吸着し固定された状態（図２に示す工程における吸着固定された状態）を維持しながら、折り曲げプレート１１１で半導体基板１００の第１の主面１０３ａ側を吸着する。その後、レーザー加工ステージによる吸着を開放する。折り曲げプレート１１１は、第１のプレート１１１ａ及び第２のプレート１１１ｂの２枚１組で構成されており、２枚両方もしくは片方が回転軸１１２を中心に回転する構造になっている。回転軸１１２は、半導体基板１００上に形成されたスクライブ溝１０６−２とほぼ一致するように、装置が組み立てられている。すなわち、折り曲げプレート１１１の回転軸１１２の位置を、例えば撮像装置１２０により取得し所定の記憶装置（図示せず）に記憶しておく。そして、半導体基板１００の位置を撮像装置１２０により取得しながら、例えばスクライブ溝１０６−２が、記憶装置に記憶された折り曲げプレート１１１の回転軸１１２の上方に位置するようにアライメントを行う。このアライメントは、例えば図２に示す工程において行われていてもよい。

図４（ｂ）に示す工程では、折り曲げプレート１１１を回転させることにより、スクライブ溝１０６−２を起点として半導体基板１００の本体部分１０３内にクラックを進展させ、回転角度θが５度になった時点で本体部分１０３（シリコン）が破断する。その後、回転角度θが１５度以上になるまで折り曲げることにより、電極１０１（アルミニウム）も破断することができる。電極１０１（アルミニウム）が破断する曲げの回転角度θは、電極の種類、塗布厚み、焼成条件によって異なるが、我々が実験した範囲では１５〜３０度が好適であった。

ここで、電極１０１（アルミニウム）付きの半導体基板１００を分割すると、電極１０１（アルミニウム）が半導体基板１００から剥がれ落ちて粉塵として飛散する、もしくは剥がれ落ちずにバリとして半導体基板１００に残存するといった不都合が発生する可能性がある。粉塵、バリの発生量はスクライブ溝１０６−１、１０６−２と折り曲げの回転中心の位置関係に依存する。

それに対して、実施の形態２では、レーザー加工によりスクライブ溝１０６−１、１０６−２を設けた半導体基板１００の位置を変更することなく、レーザー加工ステージから折り曲げプレート１１１へと半導体基板１００を受け渡すため、スクライブ溝１０６−１、１０６−２と回転軸１１２とのアライメント位置精度を高く保つことができ、粉塵、バリの発生を抑制できる。

また、分割に必要な折り曲げの回転角度は、電極の厚みや焼成条件により変動するが、本実施の形態に基づく装置であれば容易に折り曲げの回転角度を増すことができる利点がある。

以上のように、本発明にかかる光起電力装置の製造方法は、シリコン結晶系の光起電力装置の製造に有用である。

１００ 半導体基板
１０１ 電極
１０２ ｐ＋層
１０３ 半導体基板、本体部分
１０３ａ 第１の主面
１０３ｂ 第２の主面
１０４ ｐ−層
１０５ 受光面電極
１０６−１、１０６−２ スクライブ溝
１０７ 折り曲げアーム
１０８ 吸着機構
１０９ 突き上げ治具
１１０ 円柱部分
１１１ 折り曲げプレート
１１２ 回転軸
１２０ 撮像装置
ＰＰＤ１〜ＰＰＤ４ 光起電力装置

Claims (3)

1. 受光面となるべき第１の主面と前記第１の主面の反対側の第２の主面とを有する半導体基板の前記第２の主面を覆う電極を印刷する印刷工程と、
   前記第１の主面に垂直な方向から透視した場合に前記電極に重なるように、前記第１の主面に溝を形成する溝形成工程と、
   前記溝を略中心軸として回転させるように前記半導体基板を折り曲げることにより、前記半導体基板を複数の光起電力装置へ分割する分割工程と、
   を備えたことを特徴とする光起電力装置の製造方法。
2. 前記溝形成工程では、切削ブレード又はレーザー光により前記第１の主面に溝を形成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光起電力装置の製造方法。
3. 前記分割工程では、前記半導体基板を折り曲げる際の回転角度が１５度以上である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光起電力装置の製造方法。

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