CN104091768A - 一种监控和调节刻蚀槽液位稳定性的方法 - Google Patents

一种监控和调节刻蚀槽液位稳定性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种监控和调节刻蚀槽液位稳定性的方法，依次包括以下步骤：（a）测试点处分别安放液位仪，记标准液位高度Hs和该测试点的标准液位公差ΔHs；（b）记录任一测试点处的液位高度Hn，当该测试点液位高度Hn与其标准液位高度Hs之差绝对值超出所述的标准液位公差ΔHs时，相应调整所述刻蚀槽的前后挡板高度、排风口的开度、进药管的进液量；（c）当该测试点液位高度Hn与其标准液位高度Hs之差绝对值差超出所述的标准液位公差ΔHs时，重复步骤（b）。这样一方面能够定量的监控刻蚀槽的液位状况，为控制刻蚀槽工艺稳定性提供了一种直接有效的方法；另一方面可以有规律地对刻蚀槽的液位进行调节，加快了刻蚀槽液位的调节速度。

Description

一种监控和调节刻蚀槽液位稳定性的方法
技术领域
 本发明属于光伏晶体硅太阳能电池的湿法刻蚀工艺领域，涉及一种溶液液位稳定性的监控和调节方法，具体涉及一种监控和调节刻蚀槽液位稳定性的方法。
背景技术
刻蚀工艺是当前晶硅太阳能电池制作过程中不可缺少的重要工序，由于在扩散过程中，即使采用背靠背的单面扩散方式，硅片的所有表面（包括边缘）都将不可避免地扩散上磷。PN结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到PN结的背面而造成短路。此短路通道等效于降低并联电阻。经过刻蚀工序，硅片边缘带有的磷将会被去除干净，避免PN结短路造成并联电阻降低。目前刻蚀方法有干法刻蚀和湿法刻蚀两种，湿法刻蚀工艺中“水上漂” 刻蚀工艺是最常见的，该刻蚀工艺通过溶液表面张力使溶液与硅片下表面及边缘吸附，实现硅片下表面及边缘的化学刻蚀，而上表面不发生反应，达到去除硅片边缘磷的目的。
常规的“水上漂”的刻蚀工艺，采用如图1所示的刻蚀设备1，硅片8通过平行设置的滚轴5经过刻蚀槽2，通过混合液（HNO3、HF和H2SO4混合）表面张力使溶液与硅片8的下表面及边缘吸附，实现硅片下表面及边缘的刻蚀，而上表面不生反应，达到去除硅片边缘磷的目的。在刻蚀过程中与硅片8直接接触的只有滚轴5和混合液，所以滚轴5和混合液是决定刻蚀质量好坏最直接因素。滚轴5一般由专业人员安装调试，并且定期维护，其状态相对稳定；混合液包括浓度和液位两个方面，其中混合液浓度由于溶液内分子扩散作用的存在一般保持稳定状态，而刻蚀槽2液位的梯度或稳定性直接影响刻蚀质量，不合理的液位梯度或液位稳定性较差，将直接导致溶液侵蚀到硅片8正表面造成过刻不良或溶液无法吸附到硅片8边缘造成刻蚀不足。当前刻蚀工艺缺少对刻蚀槽液位稳定性或液位梯度的测量和监控，往往对影响液位的进药管6的进液量、排风口7的角度、前挡板3和后挡板4的高度进行盲目调节，而对调节的直接结果（液位高度、液位梯度）变化了多少无从知晓，导致调试结果没有规律现象，解决工艺问题的难度和时间增加。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种监控和调节刻蚀槽液位稳定性的方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种监控和调节刻蚀槽液位稳定性的方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
（a）、在刻蚀槽的不同位置选择多个测试点，并在所述的测试点处分别安放液位仪，获取刻蚀设备工艺状态稳定时每个测试点处的标准液位高度Hs和该测试点的标准液位公差ΔHs，所述的标准液位高度Hs为每个测试点在工艺状态稳定时多次测量的液位高度平均值，所述的标准液位公差ΔHs为刻蚀设备所允许的液位公差；
（b）、启动刻蚀设备使得滚轴带动硅片向前移动，并记录任一测试点处的液位高度Hn，当该测试点液位高度Hn与其标准液位高度Hs之差绝对值超出所述的标准液位公差ΔHs时，相应调整所述刻蚀槽的前后挡板高度、排风口的开度、进药管的进液量；
（c）、再次记录各测试点处的液位高度，当相应测试点液位高度Hn与其标准液位高度Hs之差绝对值在所述的标准液位公差ΔHs范围内时，保持所述刻蚀槽的前后挡板高度、排风口的开度、进药管的进液量；当该测试点液位高度Hn与其标准液位高度Hs之差绝对值差超出所述的标准液位公差ΔHs时，重复步骤（b）。
优化地，所述步骤（b）中，当任一所述测试点处的液位高度Hn大于标准液位高度Hs时，依次将靠近该测试点处的前挡板或后挡板的高度以0~1毫米/次速度下调、将排风口开度以0~15°/次的速度减小或增加、并将进药管的进液量以0~2升/次的速度减小；当测试点处的液位高度Hn小于标准液位高度Hs时，依次将前挡板或后挡板的高度以0~1毫米/次的速度上调、将排风口的开度以0~15°/次的速度增加或减少、并将进药管的进液量以0~2升/次的速度增加。
优化地，所述的标准液位公差ΔHs根据刻蚀设备的不同有所差异，且所述的标准液位公差ΔHs控制在正负1~3mm以内。
优化地，步骤（a）中，每个所述测试点处的液位计读取液位的管道与水平面相垂直，且相邻两测试点间距在5~10毫米。
优化地，所述步骤（b）和步骤（c）中，每个所述测试点处的液位仪液位高度记录采用等时间隔的方式进行记录。
进一步地，所述的液位仪连接有数字传感器，所述的数字传感器能够将所述液位仪液面高度数据发送到计算机从而实现连续自动监控。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明监控和调节刻蚀槽液位稳定性的方法，通过在刻蚀槽的不同位置布置多个液位仪，液位仪利用连通器原理，其读取液位高度直线高于液面，比较方便的观察读取。将液位仪测得的液位高度与标准液位高度进行对比从而依次相应增加或者减小前后挡板高度、排风口开度、进药管的进液量，一方面能够定量的监控刻蚀槽的液位状况，为控制刻蚀槽工艺稳定性提供了一种直接有效的方法；另一方面可以有规律地对刻蚀槽的液位进行调节，加快了刻蚀槽液位的调节速度。
附图说明
附图1为常规的“水上漂”刻蚀工艺采用的刻蚀设备；
附图2为本发明“水上漂”刻蚀工艺采用的刻蚀设备；
其中，1、刻蚀设备；2、刻蚀槽；3、前挡板；4、后挡板；5、滚轴；6、进药管；7、排风口；8、硅片；9、第一液位仪；10、第二液位仪。
具体实施方式
本发明监控和调节刻蚀槽液位稳定性的方法，依次包括以下步骤：
第一步，选取在刻蚀设备工艺状态稳定且满足使用要求（即混合液与硅片8的下表面及边缘吸附实现硅片下表面及边缘的刻蚀）时，在刻蚀槽（用于承装刻蚀液（HNO3、HF和H2SO4混合溶液）使溶液与硅片8的下表面及边缘吸附，实现硅片下表面及边缘的刻蚀）的不同位置选择多个测试点并在测试点处安放液位仪，测试点液位按照连通器原理，通过液位仪管道的弯曲延伸，使垂直于液面的液位仪读取液位的管道能够同步反映出液面高度。相邻两测试点或液位仪之间的距离在5~10毫米之间。记录每个测试点处的液位高度，每个测试点可记录多次，将多次测量结果进行平均以获得在工艺稳定状态下标准液位高度和标准液位公差。不同的刻蚀设备有不同的标准液位公差ΔHs，一般标准液位公差控制在1~3mm范围内。
第二步，启动刻蚀设备使得滚轴带动硅片向前移动，并记录任一测试点处的液位高度Hn，当该测试点液位高度Hn与其标准液位高度Hs之差绝对值超出所述的标准液位公差ΔHs时，相应调整所述刻蚀槽的前后挡板高度、排风口的开度、进药管的进液量；
第二步，再次记录各测试点处的液位高度，当相应测试点液位高度Hn与其标准液位高度Hs之差绝对值在所述的标准液位公差ΔHs范围内时，保持所述刻蚀槽的前后挡板高度、排风口的开度、进药管的进液量；当该测试点液位高度Hn与其标准液位高度Hs之差绝对值差超出所述的标准液位公差ΔHs时，重复上述步骤。这种监控和调节刻蚀槽液位稳定性的方法，一方面能够定量的监控刻蚀槽的液位状况，为控制刻蚀槽工艺稳定性提供了一种直接有效的方法；另一方面可以有规律地对刻蚀槽的液位进行调节，加快了刻蚀槽液位的调节速度；而且液位计制作简单，测试点位置可移动，测试点也可增加，可以即时测试工艺过程中的液位情况。
第二步中，当任一所述测试点处的液位高度Hn大于标准液位高度Hs时，依次将靠近该测试点处的前挡板或后挡板的高度以0~1毫米/次速度下调、将排风口开度以0~15°/次的速度减小或增加、并将进药管的进液量以0~2升/次的速度减小；当测试点处的液位高度Hn小于标准液位高度Hs时，依次将前挡板或后挡板的高度以0~1毫米/次的速度上调、将排风口的开度以0~15°/次的速度增加或减少、并将进药管的进液量以0~2升/次的速度增加。采用这种调节方式，能够减小测试点处液位高度当的波动，提高也为调节的速度，节约操作时间。标准液位公差ΔHs根据刻蚀设备的不同有所差异，且应当控制在正负1~3mm以内，超出这一范围说明刻蚀设备中的液位不稳定，不处于工艺稳定的状态，难以控制硅片8的刻蚀质量。第一步中，每个所述测试点处的液位计读取液位的管道与水平面相垂直，且相邻两测试点间距在5~10毫米。第二步和第三步中，每个所述测试点处的液位仪液位高度记录采用等时间隔的方式进行记录监控，例如记录测试点处液位高度的时间间隔优选为1~24h，这样保证了监控的及时性和严谨性，降低了监控人员的劳动强度。而且液位仪连接有数字传感器（最小刻度0.5mm以下），所述的数字传感器能够将所述液位仪液面高度数据发送到计算机从而实现连续自动监控。
下面将结合附图对本发明优选实施方案进行详细说明：
实施例1
本实施例提供一种监控和调节刻蚀槽液位稳定性的方法，依次包括以下步骤：
（a）、在刻蚀槽的不同位置选择两个测试点A、B，并在测试点处分别安放第一液位仪9和第二液位仪10（第一液位仪9和第二液位仪10采用耐酸碱的特氟龙透明材料，直径为5mm~20mm，最小刻度为0.5mm，一方面有利于使用寿命的延长，另一方面有利于精确控制），获取刻蚀设备工艺状态稳定时两个测试点处的标准液位高度HsA、HsB和该测试点的标准液位公差ΔHs，本实施例中采用刻蚀设备的标准液位公差ΔHs=2mm；
（b）、启动刻蚀设备使得滚轴带动硅片向前移动，等时间间隔（1小时）记录A测试点或B测试点处的液位高度H1；该测试点液位高度H1与其标准液位高度Hs之差绝对值超出所述的标准液位公差2mm时，并且H1＞Hs，依次将靠近测试点的前挡板或后挡板的高度以0~1毫米/次速度下调、将排风口开度以0~15°/次的速度减小或增加、并将进药管的进液量以0~2升/次的速度减小。
（c）、再次等时间间隔（1小时）记录各测试点处的液位高度，测试点液位高度Hn与其标准液位高度Hs之差绝对值在标准液位公差2mm范围内时，保持所述刻蚀槽的前后挡板高度、排风口的开度、进药管的进液量。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种监控和调节刻蚀槽液位稳定性的方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
（a）、在刻蚀槽的不同位置选择多个测试点，并在所述的测试点处分别安放液位仪，获取刻蚀设备工艺状态稳定时每个测试点处的标准液位高度Hs和该测试点的标准液位公差ΔHs，所述的标准液位高度Hs为每个测试点在工艺状态稳定时多次测量的液位高度平均值，所述的标准液位公差ΔHs为刻蚀设备所允许的液位公差；
（b）、启动刻蚀设备使得滚轴带动硅片向前移动，并记录任一测试点处的液位高度Hn，当该测试点液位高度Hn与其标准液位高度Hs之差绝对值超出所述的标准液位公差ΔHs时，相应调整所述刻蚀槽的前后挡板高度、排风口的开度、进药管的进液量；
（c）、再次记录各测试点处的液位高度，当相应测试点液位高度Hn与其标准液位高度Hs之差绝对值在所述的标准液位公差ΔHs范围内时，保持所述刻蚀槽的前后挡板高度、排风口的开度、进药管的进液量；当该测试点液位高度Hn与其标准液位高度Hs之差绝对值差超出所述的标准液位公差ΔHs时，重复步骤（b）。
2.根据权利要求1所述的监控和调节刻蚀槽液位稳定性的方法，其特征在于：所述步骤（b）中，当任一所述测试点处的液位高度Hn大于标准液位高度Hs时，依次将靠近该测试点处的前挡板或后挡板的高度以0~1毫米/次速度下调、将排风口开度以0~15°/次的速度减小或增加、并将进药管的进液量以0~2升/次的速度减小；当测试点处的液位高度Hn小于标准液位高度Hs时，依次将前挡板或后挡板的高度以0~1毫米/次的速度上调、将排风口的开度以0~15°/次的速度增加或减少、并将进药管的进液量以0~2升/次的速度增加。
3.根据权利要求1所述的监控和调节刻蚀槽液位稳定性的方法，其特征在于：所述的标准液位公差ΔHs根据刻蚀设备的不同有所差异，且所述的标准液位公差ΔHs控制在正负1~3mm以内。
4.根据权利要求1所述的监控和调节刻蚀槽液位稳定性的方法，其特征在于：步骤（a）中，每个所述测试点处的液位计读取液位的管道与水平面相垂直，且相邻两测试点间距在5~10毫米。
5.根据权利要求1所述的监控和调节刻蚀槽液位稳定性的方法，其特征在于：所述步骤（b）和步骤（c）中，每个所述测试点处的液位仪液位高度记录采用等时间隔的方式进行记录。
6.根据权利要求1至5中任一所述的监控和调节刻蚀槽液位稳定性的方法，其特征在于：所述的液位仪连接有数字传感器，所述的数字传感器能够将所述液位仪液面高度数据发送到计算机从而实现连续自动监控。
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