CN102719330A - 适用于清洗硅晶片的洗剂及用于清洗一硅晶片的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是有关于一种适用于清洗硅晶片的洗剂及用于清洗一硅晶片的方法。其中该适用于清洗硅晶片的洗剂包含碱金属氢氧化物、磷酸三钠、阴离子型界面活性剂及水。该用于清洗一硅晶片的方法是使该硅晶片与上述的适用于清洗硅晶片的洗剂进行接触而完成。本发明的洗剂不但可修补切割后的晶片表面的损伤，使用时可维持稳定的pH值范围，且能在长时间使用下维持高度清洗能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种洗剂，特别是涉及一种适用于清洗硅晶片的洗剂及用于清洗一硅晶片的方法。
背景技术
太阳能硅晶片线锯切割技术是目前用于将太阳能单晶硅或多晶硅切割为硅晶片的方法。线锯切割技术主要可分为游离磨粒方式及固定磨粒方式，其中，固定磨粒方式的切割工具是将金刚石或钻石磨粒固定于钢丝上所制成，而游离磨粒方式的切割工具为线锯及含有碳化硅等磨粒的切削液。太阳能硅晶棒在通过上述线锯切割技术进行切割加工后，特别是通过游离磨粒方式进行切割后，所获得的硅晶片的表面会残留大量的微粒、金属离子、有机物及其他不纯物等污染物，使得切割后的硅晶片表面必须经过较精细的清洗工艺，以避免影响后续太阳能电池的转换效率、使用期限与可靠度等。
切割后的硅晶片表面的脏污大致可分为三类：(1)有机杂质、(2)微粒及(3)金属离子。此外，切割后的硅晶片表面除了表面脏污之外，也可能存有表面线痕与损伤痕。因此，除了清洗表面脏污之外，如何消除表面线痕与损伤痕，也是清洗工艺中需解决的问题。然而在整个清洗工艺中，又以清洗剂的选用为首要课题。
中国台湾专利TW408178揭示了一种具备有机污物去除力的碱性清洁剂组合物。该碱性清洁剂组合物包含一碱金属碳酸盐、一表面活性剂及一多价螯合剂。该多价螯合剂包含有机膦酸酯(phosphonate)及无机缩合磷酸盐[如三聚磷酸钠(pentasodium triphosphate，Na5P3O10)、焦磷酸盐(pyrophosphate salt，M4P2O7，M为金属离子)、六偏磷酸盐[hexametaphosphate salt，(MPO3)6，M为金属离子]。该碱性清洁剂组合物是通过多价螯合剂与二价或三价金属离子进行螯合作用，除了能避免该些金属离子与有机污物进行结合而形成难以去除的污物，还可进一步通过碱性金属碳酸盐而能有效地将有机污物移除，达到去污的功效。然而，该碱性清洁剂组合物主要在去除有机污物，虽具有去污功效，但在长时间使用下，并无法持续维持去污能力。且该碱性清洁剂组合物无法有效地消除经切割后的硅晶片表面线痕与损伤痕。
由上述可知，目前仍需要发展一种适用于清洗切割后的硅晶片表面、具备有高度清洗能力、长效清洗能力且能消除经切割后的硅晶片表面线痕与损伤痕的清洗剂，以符合业界的需求。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的用于清洗硅晶片的洗剂存在的缺陷，而提供一种新型的适用于清洗硅晶片的洗剂，所要解决的技术问题是使其适用于清洗硅晶片且具有消除经切割后的硅晶片表面线痕与损伤痕、高度清洗能力及长效清洗能力，非常适于实用。
本发明的另一目的在于，提供一种新型的用于清洗一硅晶片的方法，所要解决的技术问题是使其通过上述适用于清洗硅晶片的洗剂来清洗硅晶片，从而消除经切割后的硅晶片表面线痕与损伤痕、并具有高度清洗能力及长效清洗能力，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种适用于清洗硅晶片的洗剂，包含碱金属氢氧化物、磷酸三钠(trisodium phosphate，Na3PO4·12H2O)、阴离子型界面活性剂及水。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
较佳地，前述的适用于清洗硅晶片的洗剂，其中以该磷酸三钠的总量为100重量份计，该碱金属氢氧化物的含量范围为100重量份～1000重量份及该阴离子型界面活性剂的含量范围为10重量份～1000重量份。
较佳地，前述的适用于清洗硅晶片的洗剂，其中该洗剂的pH值范围为8～14。
较佳地，前述的适用于清洗硅晶片的洗剂，其中以该磷酸三钠的总量为100重量份计，该水的含量范围为2900重量份～19700重量份。
较佳地，前述的适用于清洗硅晶片的洗剂，其中该碱金属氢氧化物是选自于氢氧化钠、氢氧化钾或它们的一组合。
较佳地，前述的适用于清洗硅晶片的洗剂，包含碱金属碳酸盐和/或碱金属碳酸氢盐。
较佳地，前述的适用于清洗硅晶片的洗剂，其中该碱金属碳酸盐和/或碱金属碳酸氢盐是选自于碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠，或它们的一组合。
较佳地，前述的适用于清洗硅晶片的洗剂，其中以该磷酸三钠的总量为100重量份计，该碱金属碳酸盐和/或碱金属碳酸氢盐的含量范围为50重量份～1000重量份。
较佳地，前述的适用于清洗硅晶片的洗剂，其中该阴离子型界面活性剂是磷酸酯盐。
较佳地，前述的适用于清洗硅晶片的洗剂，其中该磷酸酯盐是由一磷酸酯与胺化合物反应所制得或由一磷酸酯与碱金属反应所制得。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种用于清洗一硅晶片的方法，是使该硅晶片与一如上所述的适用于清洗硅晶片的洗剂进行接触而完成。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
较佳地，前述的用于清洗一硅晶片的方法，其中该硅晶片是由单晶硅或多晶硅所构成。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明适用于清洗硅晶片的洗剂及用于清洗一硅晶片的方法至少具有下列优点及有益效果：该洗剂适用于清洗经由不同切割方式所获得的硅晶片，且该洗剂中的组份会与该硅晶片表面上的各种污染物进行物理反应(如剥离)或化学反应(如螯合或皂化等)，使该硅晶片表面的各种污染物得以去除，还能消除该硅晶片在切割或加工过程中所造成的表面线痕与损伤痕。该洗剂中的磷酸三钠还可做为pH缓冲剂，使该洗剂的pH值能维持稳定，并可在长时间使用下维持高度清洗能力。除了上述优点外，本发明的洗剂更具备高渗透性、淡气味、不易燃、使用安全、水溶性佳等优点；且经本发明洗剂清洗后的硅晶片的表面色泽一致、干净、无花斑且在清洗过程中不会使硅晶片进行氧化反应而导致硅晶片发生变蓝或变白等现象。
综上所述，本发明是有关于一种适用于清洗硅晶片的洗剂及用于清洗一硅晶片的方法。其中该适用于清洗硅晶片的洗剂包含碱金属氢氧化物、磷酸三钠、阴离子型界面活性剂及水。该用于清洗一硅晶片的方法是使该硅晶片与上述的适用于清洗硅晶片的洗剂进行接触而完成。本发明的洗剂不但可修补切割后的晶片表面的损伤，使用时可维持稳定的pH值范围，且能在长时间使用下维持高度清洗能力。本发明在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
无
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的适用于清洗硅晶片的洗剂及用于清洗一硅晶片的方法其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
本发明的洗剂可用于清洗经切割加工工艺所获得的硅晶片，并可将残留于硅晶片表面上的微粒、金属离子、有机物及其他不纯物的污染物等进行去除。
本发明适用于清洗硅晶片的洗剂包含碱金属氢氧化物、磷酸三钠、阴离子型界面活性剂及水。
该碱金属氢氧化物提供碱基(OH-)的来源，且具有剥离该硅晶片表面上的污染物的功效。通过该碱金属氢氧化物的使用，可活化该硅晶片与该污染物的表面，使该硅晶片与该污染物相互排斥，而破坏该污染物吸附在该硅晶片的附着力，促使该污染物从该硅晶片表面分离，达到洗净的功效。该碱金属氢氧化物还具有蚀刻的功用，能消除经切割后的硅晶片表面线痕与损伤痕。
较佳地，该碱金属氢氧化物是选自于氢氧化钠、氢氧化钾或它们的一组合。
该磷酸三钠为一具备有螯合或剥离污染物能力的螯合剂，其可与该些污染物结合，同时将该些污染物脱离硅晶片表面，以及使该些污染物分散或溶解于水中，避免该些污染物附着在该硅晶片上。其中，针对该些污染物中的金属离子，该磷酸三钠能有效地与其进行螯合作用，形成稳定水溶性错合物进而被洗剂带走，并且有效地抑制该金属离子形成氢氧化物沉积在硅晶片表面上。再者，该磷酸三钠还可作为一pH缓冲剂，以让该洗剂的pH值可长期维持在偏碱性，且可长时间维持不错的清洗能力。通过该磷酸三钠使该洗剂能维持在偏碱性下，不仅可促使该些污染物的表面及该硅晶片的表面存在有电双层静电斥力(zeta potential)，以利于该些污染物从该硅晶片表面上脱附，同时，也可促使该些污染物中的微粒、金属离子、有机物及其他不纯物彼此之间斥力变大，而不易聚集、沉积或吸附在该硅晶片上。同时，该洗剂维持在偏碱性下除具有上述的功能外，进一步还能消除经切割后的硅晶片表面线痕与损伤痕。
该磷酸三钠相比较于现有技术所使用的三聚磷酸钠而言，在相同浓度(如1wt％)下，该磷酸三钠的pH值(11.5～12.5)会大于三聚磷酸钠的pH值(9.7)，可使该洗剂维持在偏碱性，且在水中较易解离并能有效地与金属离子螯合，提升该洗剂的洗净能力。
该阴离子型界面活性剂的作用在于：通过其亲水端降低水的表面张力，使水分子平均分布在该硅晶片的表面上达到湿润作用，接着通过其亲油端与该些污染物进行乳化作用，使该些污染物形成较小的微胞而不会聚集在一起，借此达到分散效果，且所形成的微胞更能进一步地溶于水中，进而提升该洗剂的清洗能力。
较佳地，该阴离子型界面活性剂是磷酸酯盐(phosphate salt)。较佳地，该磷酸酯盐是由一磷酸酯与胺化合物反应所制得，或由一磷酸酯与碱金属反应所制得。较佳地，该胺化合物是选自于单乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺或它们的一组合。该阴离子型界面活性剂包含但不限于：(1)中日合成化学制的商品：SINONATE 1100HP、SINONATE 1204P、SINONATE 1906P、SINONATE19P、SINONATE 707P、SINONATE 960P、SINONATE 9620P、SINONATE 964HP、SINONATE E8002P、SINONATE E8002PN、SINONATE S619PT、SINONATE TL-203等；(2)台界化学制的商品：ABLUPHAT MLP220、ABLUPHAT MLP200、ABLUPHATAP230、ABLUPHAT ALP430、ABLUPHAT ALP17、ABLUPHAT TS300等；(3)稳好高分子化学制的商品：P-100、FS-88、FS-566、PK-0803、PK-1252等；或选自上述(1)～(3)的一组合。
较佳地，以该磷酸三钠的总量为100重量份计，该碱金属氢氧化物的含量范围为100重量份～1000重量份，及该阴离子型界面活性剂的含量范围为10重量份～1000重量份。
更佳地，以该磷酸三钠的总量为100重量份计，该碱金属氢氧化物的含量范围为100重量份～500重量份，及该阴离子型界面活性剂的含量范围为100重量份～500重量份。
又更佳地，以该磷酸三钠的总量为100重量份计，该碱金属氢氧化物的含量范围为100重量份～300重量份，及该阴离子型界面活性剂的含量范围为100重量份～300重量份。本发明的具体例中，该碱金属氢氧化物的含量为250重量份，及该阴离子型界面活性剂的含量为250重量份。
该洗剂的水含量可依据该洗剂所需的物性(如pH值、浓度等)来做调整。较佳地，以该磷酸三钠的总量为100重量份计，该水的含量范围为2900重量份～19700重量份。更佳地，该水的含量范围为2900重量份～9700重量份。本发明的具体例中，该水的含量分别为4200重量份及4300重量份。
较佳地，该洗剂的pH值范围为8～14。该洗剂的pH值范围小于8，不仅会降低该些污染物的表面及该硅晶片的表面存在的电双层静电斥力，不利于该些污染物从该硅晶片表面上脱附，同时，也会促使该些污染物中的微粒、金属离子、有机物及其他不纯物彼此之间斥力变小，而易聚集、沉积或吸附在该硅晶片上，则使洗剂无法去除硅晶片表面脏污。再者，该洗剂的蚀刻能力会变弱，而无法有效地消除经切割后的硅晶片表面线痕与损伤痕。
较佳地，该洗剂还包含一碱金属碳酸(氢)盐。本文中该碱金属碳酸(氢)盐表示碱金属碳酸盐及/或碱金属碳酸氢盐。
较佳地，该碱金属碳酸(氢)盐是选自于碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠，或它们的一组合。
较佳地，以该磷酸三钠的总量为100重量份计，该碱金属碳酸(氢)盐的含量范围为50重量份～1000重量份。更佳地，以该磷酸三钠为100重量份计，该碱金属碳酸(氢)盐的含量范围为50重量份～300重量份。本发明的具体例中，该碱金属碳酸(氢)盐的含量为100重量份。
较佳地，该洗剂还包含一非离子型界面活性剂。该非离子型界面活性剂具备有润滑、乳化、分散或增溶等功能，并可提升该洗剂的洗净效果，其含量可依据该洗剂所需的物性(如润滑、乳化、分散或增溶)进行调整。较佳地，以该磷酸三钠的总量为100重量份计，该非离子型界面活性剂的含量范围为10重量份～1000重量份。本发明的具体例中，该非离子型界面活性剂的含量为100重量份。
该非离子型界面活性剂的种类并无特别的限制。较佳地，该非离子型界面活性剂是选自于聚丙二醇(polypropylene glycols，简称PPG)、聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚合物、聚氧乙烯醚类化合物如烷基酚聚氧乙烯醚(alkylphenole thoxylates，简称APE)、直链状脂肪醇聚氧乙烯醚(polyethoxylated aliphatic linear alcohol，简称AE)或聚氧乙烯醚(polyethoxylated glycols，简称PEG)等。
APE包含一具有疏水性的长链烷基及苯环和一具有亲水性的环氧乙烷基，如式(I)所示：
其中，R表示C8～C16的烷基，n表示1至30的整数。
AE包含一具有疏水性的长链烷基和一具有亲水性的环氧乙烷基，如式(II)所示：
其中，R表示C12～C18的烷基，m表示1至30的整数。
该非离子型界面活性剂的市售商品可例如：壬基酚聚氧乙烯醚(nonylphenol ethoxylates)、
LS 3-N(BS International制)、PANNOX614C(盘亚股份有限公司制)或SINOPOL PHG01(中日合成股份有限公司制)等。
在不影响本发明的功效范围内，本发明的洗剂可进一步地添加一般的溶剂进行稀释，以满足后续应用时所需的物性(如pH值、浓度等)。该溶剂并无特别的限制，只要能均匀混合于该洗剂中即可。较佳地，该溶剂为水。
本发明用于清洗一硅晶片的方法是使该硅晶片与一如上所述的适用于清洗硅晶片的洗剂进行接触而完成。本发明的清洗方法可例如将该洗剂以纯水稀释而制得一清洗稀释液；然后在超音波震荡下，将切割后的硅晶片浸泡至该清洗稀释液中进行清洗。
较佳地，该硅晶片是由单晶硅或多晶硅所构成。
本发明将就以下实施例来作进一步说明，但应了解的是，该实施例仅为例示说明之用，而不应被解释为本发明实施的限制。
<实施例>洗剂的制备
[实施例1]
将100重量份的磷酸三钠、250重量份的氢氧化钠、100重量份的碳酸钠、250重量份的E8002P的阴离子型界面活性剂及4300重量份的水搅拌混合至均匀，即可制得一本发明的洗剂。将该洗剂以水稀释并配制成50wt％的稀释溶液，该50wt％稀释溶液中各成分的含量分别为100重量份的磷酸三钠、250重量份的氢氧化钠、100重量份的碳酸钠、250重量份的E8002P的阴离子型界面活性剂及9300重量份的水，且将该50wt％的稀释溶液进行各检测项目的评价，所得结果如表1所示。
[实施例2～4及比较例1～4]
实施例2～4及比较例1～4是以与实施例1相同的步骤来制备，不同的地方在于：改变原料的种类及其使用量，该原料的种类及其使用量如表1所示。
分别将实施例2～4及比较例1～4的洗剂以水稀释并配制成浓度为50wt％的稀释溶液进行各检测项目的评价，所得结果如表1所示。
【检测项目】
1.清洗能力测试：分别将8片6英寸干净的硅晶片秤重(W1)，然后完全浸入切割废液中，浸渍约1小时后取出并置于温度设定在85℃的烘箱内，烘烤约1小时后取出，待冷却，以分别获得8片待清洗硅晶片。将该些待清洗硅晶片浸渍于由实施例1～4及比较例1～4的洗剂所配制成50wt％的稀释溶液中，在45℃下以超音波震荡器震荡3分钟后取出，再置于300毫升去离子水中，并在45℃下以超音波震荡器震荡3分钟后取出。接着置于温度设定在85℃的烘箱内烘烤约0.5小时后取出，待冷却后秤重(W2)。量测该些硅晶片洗净前后的重量差异(即，W2-W1)，并观察该些硅晶片表面脏污状况。
2.长效清洗能力测试：先将实施例1～4及比较例1～4的洗剂分别配制成浓度为50wt％的稀释溶液，接着分别秤取800毫升的50wt％稀释溶液并分别添加20克的切割废液(模拟清洗到最后的洗槽中洗剂的状况)，形成一混合液并量测pH值。称取0.2克切割废液分别滴于8片2英寸硅晶片上，并在80℃下烘干约1小时。将烘烤后的该些硅晶片分别放置于清洗台上，使用该些混合液清洗涂有切割废液的晶片1分钟，再以水清洗该些硅晶片约1分钟后进行烘烤，待烘烤及冷却后观察该些硅晶片表面脏污状况，同时量测该些混合液的pH值。
上述的表面脏污状况的观察方法是利用棉花棒擦拭该些硅晶片，将该些硅晶片分为上、中及下等区域并分别擦拭，然后观察棉花棒上残留脏污的情形，按照下述基准评价：
○：棉花棒上并未有残留脏污；
△：棉花棒上有残留些许脏污；
×：棉花棒上有残留大部分脏污。
表1
由表1的实施例1～4的测试结果可知，本发明洗剂含有碱金属氢氧化物、磷酸三钠、阴离子型界面活性剂及水，除了具有高度清洗能力外，通过磷酸三钠使该洗剂维持在偏碱性下，更让该洗剂具有长效清洗能力。反观比较例1～4的洗剂在没有碱金属氢氧化物或磷酸三钠的成分存在下，是无法达到如同本发明的实施例1～4的洗剂具有高度清洗能力及长效清洗能力的功效，且针对长效洗净能力的溶液量测pH值，其pH值递减较快而不易使洗剂维持在偏碱性下；再者，将实施例1与比较例4的洗剂相比较可知，即使皆具有高度清洗能力，但本发明的洗剂在含有磷酸三钠成分的存在下，更能让该洗剂在长时间使用时，仍具有高度清洗能力且该洗剂的pH值仍维持在偏碱性，而比较例4的洗剂经长时间使用后，pH值有明显的递减且不具有清洗能力。
综上所述，本发明所提供的洗剂包含有碱金属氢氧化物、磷酸三钠、阴离子型界面活性剂及水，不仅具有高度清洗能力且具有在长时间使用下仍可维持高度清洗能力的优点，所以确实能达成本发明的目的。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (12)
1.一种适用于清洗硅晶片的洗剂，其特征在于包含：
碱金属氢氧化物；
磷酸三钠；
阴离子型界面活性剂；以及
水。
2.如权利要求1所述的适用于清洗硅晶片的洗剂，其特征在于：以该磷酸三钠的总量为100重量份计，该碱金属氢氧化物的含量范围为100重量份～1000重量份及该阴离子型界面活性剂的含量范围为10重量份～1000重量份。
3.如权利要求1所述的适用于清洗硅晶片的洗剂，其特征在于：该洗剂的pH值范围为8～14。
4.如权利要求1所述的适用于清洗硅晶片的洗剂，其特征在于：以该磷酸三钠的总量为100重量份计，该水的含量范围为2900重量份～19700重量份。
5.如权利要求1所述的适用于清洗硅晶片的洗剂，其特征在于：该碱金属氢氧化物是选自于氢氧化钠、氢氧化钾或它们的一组合。
6.如权利要求1所述的适用于清洗硅晶片的洗剂，其特征在于：还包含碱金属碳酸盐和/或碱金属碳酸氢盐。
7.如权利要求6所述的适用于清洗硅晶片的洗剂，其特征在于：该碱金属碳酸盐和/或碱金属碳酸氢盐是选自于碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠，或它们的一组合。
8.如权利要求6所述的适用于清洗硅晶片的洗剂，其特征在于：以该磷酸三钠的总量为100重量份计，该碱金属碳酸盐和/或碱金属碳酸氢盐的含量范围为50重量份～1000重量份。
9.如权利要求1所述的适用于清洗硅晶片的洗剂，其特征在于：该阴离子型界面活性剂是磷酸酯盐。
10.如权利要求9所述的适用于清洗硅晶片的洗剂，其特征在于：该磷酸酯盐是由一磷酸酯与胺化合物反应所制得或由一磷酸酯与碱金属反应所制得。
11.一种用于清洗一硅晶片的方法，其特征在于：是使该硅晶片与一如权利要求1所述的适用于清洗硅晶片的洗剂进行接触而完成。
12.如权利要求11所述的用于清洗一硅晶片的方法，其特征在于：该硅晶片是由单晶硅或多晶硅所构成。
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| CN1570051A (zh) * | 2003-07-13 | 2005-01-26 | 鲁习武 | 一种油污清洗剂 |
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