CN112792711B - 一种晶硅片碱抛光装置及抛光工艺 - Google Patents

一种晶硅片碱抛光装置及抛光工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种晶硅片碱抛光装置及抛光工艺，包括设备主体、抛光模具、固定组件和若干喷嘴，抛光模具能够沿铅垂线方向移动以接触工件上表面，且抛光模具由外源驱动设备驱动并围绕铅垂线做顺时针或逆时针的回转运动，或者以铅垂线为轴线顺时针或逆时针的轴向旋转，以对工件上表面进行抛光，固定组件能够使第一腔体和第三腔体始终保持连通，若干喷嘴固定设置于第一缸盖内周壁上，喷嘴尾端固定连通外源输送机构，当抛光模具对工件上表面进行抛光时，喷嘴向第一腔体和第二腔体内持续输入抛光液；在抛光过程中通过喷嘴持续输入抛光液，使工件上表面始终存在有抛光液，提高了抛光效果，避免抛光模具对工件上表面造成机械损伤。

Description

一种晶硅片碱抛光装置及抛光工艺
技术领域
本发明涉及硅片抛光技术领域，尤其涉及一种晶硅片碱抛光装置及抛光工艺。
背景技术
晶硅片是应用于太阳能光伏发电领域中的重要组成部件。
目前，传统的晶硅片抛光工艺通常使用大量的氢氟酸和硝酸，造成的污染严重，处理成本高；且传统酸抛光工艺稳定性差，抛光出来的硅片光电转换效率低。因此，亟待设计一种全新的晶硅片抛光工艺。
同时，传统工艺所使用的抛光设备普遍存在以下问题：
一、晶硅片被抛光模具进行处理的过程中，会产生大量的微细颗粒，存留于晶硅片下表面和平板之间，不仅会造成晶硅片无法保证水平，同时会磨损晶硅片下表面，对晶硅片的整体稳定性造成不良影响；而且抛光液会沉积于嵌槽内，可能会对晶硅片下表面造成刻蚀，产生不良影响。
二、晶硅片极薄，传统工艺中，为了固定晶硅片，会在一承载用的平板上开设若干嵌槽，将晶硅片嵌合于嵌槽内，然而平板表面难以避免会凹凸不平，导致晶硅片无法保证水平的抛光模具接触，造成抛光面不均匀；同时晶硅片会在嵌槽内转动或移动，会对抛光效果造成不良影响；
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种能够使晶硅片抛光更均匀，且晶硅片不易随意转动或移动的晶硅片碱抛光装置及抛光工艺。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种晶硅片碱抛光装置，包括工件，还包括设备主体、抛光模具、固定组件和若干喷嘴；设备主体包括平台、第一缸体、第二缸体和第一缸盖，平台水平设置；第一缸体固定安装于平台上表面，第一缸体内开设第一腔体，第一缸体顶部和底部敞开且底部贯穿平台；第二缸体固定安装于平台下表面，第二缸体内开设第二腔体，第二缸体底部封闭且顶部连通至第一腔体，第二腔体内盛有抛光液；第一缸盖可开启盖合于第一缸体顶端，第一缸盖内开设第三腔体，第一缸盖顶部封闭且底部连通至第一腔体；抛光模具位于第一腔体和第二腔体内，抛光模具能够沿铅垂线方向移动以接触工件上表面，且抛光模具由外源驱动设备驱动并相对于工件运动，使抛光模具对工件上表面进行抛光；固定组件固定安装于第一腔体内且靠近第三腔体的一端，固定组件用于承载和固定工件，以便抛光模具接触工件上表面进行抛光作业；若干喷嘴固定设置于第一缸盖内周壁上，喷嘴尾端固定连通外源输送机构，当抛光模具对工件上表面进行抛光时，喷嘴向第一腔体和第二腔体内持续输入抛光液。
在以上技术方案的基础上，优选的，固定组件包括平板，平板水平设置且表面设有若干镂空孔以连通第一腔体和第三腔体，平板上表面开设至少两个嵌槽，工件嵌合于嵌槽内，且工件顶部超出嵌槽所在端面。
更进一步优选的，固定组件还包括若干吸盘和通气管，若干吸盘固定设置于嵌槽底部，吸盘用于吸附工件下表面，若干通气管一端穿过平板下表面并一一对应的连通吸盘，若干通气管的另一端一并连通于同一外源抽真空设备。
更进一步优选的，固定组件还包括支架和手柄，嵌槽底部贯通至平板下表面；支架固定连接于平板下表面且位于嵌槽正下方，通气管螺纹连接于支架上，手柄固定连接于底端用于转动通气管以调节吸盘和平板上表面的距离。
更进一步优选的，还包括抽气管，第二缸体侧壁开设有抽气口，抽气管一端同时连通若干通气管，抽气管另一端连通抽气口，抽气口连通外源抽真空设备。
在以上技术方案的基础上，优选的，抛光模具围绕铅垂线做顺时针或逆时针的回转运动，且抛光模具的下表面面积小于平板的上表面面积。
更进一步优选的，还包括转轴和传动机构，传动机构包括主齿轮、从齿轮和齿圈，设备主体还包括第二缸盖；第二缸盖固定连接于抛光模具上表面；转轴轴接于第一缸盖顶端面，转轴一端连接于外源驱动设备，转轴另一端穿过第一缸盖顶部并插入第二缸盖内；主齿轮固定连接于转轴插入第二缸盖内的一端且位于第二缸盖内，齿圈固定设置于第二缸盖内周壁，从齿轮啮合于主齿轮和齿圈之间。
在以上技术方案的基础上，优选的，喷嘴为雾化喷嘴。
更进一步优选的，设备主体还包括隔板，隔板固定设置于第二缸体内将第二腔体分隔为两个部分且两个部分底部连通，第二腔体的其中一个部分连通第一腔体且另一个部分远离第一腔体，第二缸体侧壁开设溢流口，溢流口连通于第二腔体远离第一腔体的部分。
第二方面，本发明还提供了一种晶硅片碱抛光工艺，包括如下步骤，
S1将待抛光的工件置于第一碱液中清洗10-120s，反应温度为45-70℃，清洗除去硅片表面的脏污，清洗完毕后用水洗净；
S2将步骤S1中获得工件置于权利要求1至8任意一项的抛光装置内，并向装置内持续输入抛光液进行抛光80-300s，反应温度为60-72℃，抛光完成后用水清洗；
S3将步骤S2中获得工件置于第二碱液中清洗60-150s，反应温度为45-70℃，清洗硅片表面有机物残留，清洗完成后，用水洗净；
S4将所述步骤S3中获得工件(1)置于酸液中清洗30-160s，反应温度为常温，清洗除去硅片表面的氧化层，清洗完成后，水洗、烘干即完成。
本发明的一种晶硅片碱抛光装置及抛光工艺相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)设置用于固定工件的固定组件不会阻碍第一腔体和第二腔体相互连通，使作业产生的微细颗粒和过量的抛光液能够进入第二缸体内，避免微细颗粒损伤工件下表面以及抛光液对工件下表面产生不良影响；同时在抛光过程中通过喷嘴持续输入抛光液，使工件上表面始终存在有抛光液，提高了抛光效果，避免抛光模具对工件上表面造成机械损伤。
(2)通过设置传动结构使抛光模具相对于平板进行偏心旋转，使抛光模具有规律的间隔对工件上表面进行作业，在作业间隔之间，通过喷嘴向工件上表面持续输入，从而保证工件上表面始终存留有抛光液，提高了抛光效果，避免抛光模具对工件上表面造成机械损伤。
(3)设置喷嘴为雾化喷嘴，使抛光液成为雾化状态始终存在于第二腔体与第三腔体内，从而保证了工件上表面始终存留有抛光液，提高了抛光效果，避免抛光模具对工件上表面造成机械损伤；设置第二腔体的抛光液通过溢流口排出，从而使第一腔体、第二腔体与第三腔体形成一个密闭的空间，避免雾化液体扩散至空间外。
(4)设置通气管螺纹连接支架，通过各吸盘的相对位置，实现了对工件高度和水平的调整，同时眼能够避免工件在嵌槽内转动或移动，从而保证了工件表面的抛光均匀程度，提高了抛光效果。
(5)本发明的抛光工艺采用碱液替代传统工艺中大量用到的酸液，极大降低了氢氟酸使用，且无需酸抛工艺需要前期激活等步骤；本发明的工艺稳定性高，抛光效果好，提高了晶硅片的光电转换效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的抛光装置的侧剖图；
图2为本发明的抛光装置的俯视图；
图3为本发明的图1中A处图。
图中：1、工件；2、设备主体；21、平台；22、第一缸体；23、第二缸体；231、溢流口；232、抽气口；24、第一缸盖；25、第二缸盖；26、隔板；27、第一腔体；28、第二腔体；29、第三腔体；3、抛光模具；4、转轴；5、传动机构；51、主齿轮；52、从齿轮；53、齿圈；6、固定组件；61、平板；611、嵌槽；62、支架；63、吸盘；64、通气管；65、手柄；7、抽气管；8、喷嘴。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的一种晶硅片碱抛光装置，包括工件1，还包括设备主体2、抛光模具3、转轴4、传动机构5、固定组件6、抽气管7和若干喷嘴8。
其中，设备主体2包括平台21、第一缸体22、第二缸体23和第一缸盖24，平台21水平设置。
第一缸体22固定安装于平台21上表面，第一缸体22内开设第一腔体27，第一缸体22顶部和底部敞开且底部贯穿平台21，用于安装固定组件6。
第二缸体23固定安装于平台21下表面，第二缸体23内开设第二腔体28，第二缸体23底部封闭且顶部连通至第一腔体27，第二腔体28内盛有抛光液，用于承接上方流下的抛光液。
第一缸盖24可开启盖合于第一缸体22顶端，第一缸盖24内开设第三腔体29，第一缸盖24顶部封闭且底部连通至第一腔体27，使第一腔体；27和第三腔体29形成一个空间整体。
抛光模具3位于第一腔体27和第二腔体28内，抛光模具3能够沿铅垂线方向移动以接触工件1上表面，且抛光模具3由外源驱动设备驱动并相对于工件1运动，使抛光模具3对工件1上表面进行抛光。
固定组件6固定安装于第一腔体27内且靠近第三腔体29的一端，固定组件6用于承载和固定工件1，以便抛光模具3接触工件1上表面进行抛光作业。
若干喷嘴8固定设置于第一缸盖24内周壁上，喷嘴8尾端固定连通外源输送机构，当抛光模具3对工件1上表面进行抛光时，喷嘴8向第一腔体27和第二腔体28内持续输入抛光液。
具体的，本发明通过如下技术方案进行实现。
如图1所示，结合图3，固定组件6包括平板61，平板61水平设置且表面设有若干镂空孔以连通第一腔体27和第三腔体29，从而使抛光作业产生的微细颗粒和过量的抛光液能够进入第二缸体23内；平板61上表面开设至少两个嵌槽611，工件1嵌合于嵌槽611内，且工件1顶部超出嵌槽611所在端面，这是现有技术中所采用的工件1的固定方式。
因此，作为进一步改进的，固定组件6还包括若干吸盘63和通气管64，若干吸盘63固定设置于嵌槽611底部，吸盘63用于吸附工件1下表面，若干通气管64一端穿过平板61下表面并一一对应的连通吸盘63，若干通气管64的另一端一并连通于同一外源抽真空设备，从而使工件1在作业过程中，不会发生转动或移动。
作为进一步改进的，固定组件6还包括支架62和手柄65，嵌槽611底部贯通至平板61下表面；支架62固定连接于平板61下表面且位于嵌槽611正下方，通气管64螺纹连接于支架62上，手柄65固定连接于底端用于转动通气管64以调节吸盘63和平板61上表面的距离，从而实现对工件1位置和水平程度的调节。
本发明采用真空抽吸方式，使吸盘63能够吸附固定工件1，第二缸体23侧壁开设有抽气口232，抽气管7一端同时连通若干通气管64，抽气管7另一端连通抽气口232，抽气口232连通外源抽真空设备。
如图1所示，结合图2，抛光模具3围绕铅垂线做顺时针或逆时针的回转运动，且抛光模具3的下表面面积小于平板61的上表面面积。
具体来说，传动机构5包括主齿轮51、从齿轮52和齿圈53，设备主体2还包括第二缸盖25；第二缸盖25固定连接于抛光模具3上表面；转轴4轴接于第一缸盖24顶端面，转轴4一端连接于外源驱动设备，转轴4另一端穿过第一缸盖24顶部并插入第二缸盖25内；主齿轮51固定连接于转轴4插入第二缸盖25内的一端且位于第二缸盖25内，齿圈53固定设置于第二缸盖25内周壁，从齿轮52啮合于主齿轮51和齿圈53之间。
采用上述技术方案时，转轴4轴转，带动主齿轮51转动，由于主齿轮51、从齿轮52和齿圈53彼此啮合，因此会带动抛光模具3围绕铅垂线做顺时针或逆时针的回转运动，从而有规律的对工件1表面间隔进行抛光。
作为另一种实施例，本发明通过如下技术方案进行实现。
优选的，喷嘴8为雾化喷嘴，使抛光液成为雾化状态始终存在于第二腔体28与第三腔体29内，从而保证了工件1上表面始终存留有抛光液，提高了抛光效果。
同时，本发明为了使第一腔体27、第二腔体28与第三腔体29形成一个密闭的空间，避免雾化液体扩散至空间外，设置设备主体2还包括隔板26，隔板26固定设置于第二缸体23内将第二腔体28分隔为两个部分且两个部分底部连通，第二腔体28的其中一个部分连通第一腔体27且另一个部分远离第一腔体27，第二缸体23侧壁开设溢流口231，溢流口231连通于第二腔体28远离第一腔体27的部分，从而将第一腔体27、第二腔体28与第三腔体29形成整体空间与溢流口231所在的空间相互隔离，而且也不会阻碍抛光液从溢流口231排出。
工作原理：
本发明的一种晶硅片碱抛光工艺，包括如下步骤：
S1将待抛光的工件1置于第一碱液中清洗10-120s，反应温度为45-70℃，清洗除去硅片表面的脏污，清洗完毕后用水洗净。
其中，第一碱液按质量百分比，包括0.4-4％的氢氧化钾或氢氧化钠和5-10％的双氧水，余量为水。
S2将步骤S1中获得工件1置于本发明的抛光装置内，并向装置内持续输入抛光液进行抛光80-300s，反应温度为60-72℃，抛光完成后用水清洗。
其中，抛光液按质量百分比，包括2.5-4％氢氧化钾或氢氧化钠和0.5-5％添加剂，余量为水；添加剂质量百分比，包括1.0-2.0％硫酸钠、0.1-1％壬基酚阴离子表面活性剂、1.0-2.0％两性表面活性剂脱泡剂和5.0-10％糖类，余量为水。
S3将步骤S2中获得工件1置于第二碱液中清洗60-150s，反应温度为45-70℃，清洗硅片表面有机物残留，清洗完成后，用水洗净。
其中，第二碱液按质量百分比，包括0.4-4％的氢氧化钾或氢氧化钠和5-10％的双氧水，余量为水。
S4将步骤S3中获得工件1置于酸液中清洗30-160s，反应温度为常温，清洗除去硅片表面的氧化层，清洗完成后，水洗、烘干即完成。
其中，酸液按质量百分比，包括2.5-5.0％氢氟酸和3-5％的盐酸，余量为水。
在步骤S2中，将工件1放置于装置的平板61上的嵌槽611内，并用吸盘63吸住固定，然后通过转动通气管64调整各吸盘63的相对高度，使工件1上表面和平板61上表面保持水平，从而避免工件1表面抛光不均匀的风险。需要说明的是，和现有技术中一样，平板61也是可以拆卸。
装好平板61后，将第一缸盖24固定盖合于第一缸体22上并锁定，然后通过喷嘴8向第一腔体27内输入抛光液，使抛光液存在于工件1上表面，再启动外源驱动设备驱动转轴4转动。
转轴4轴转，带动主齿轮51转动，由于主齿轮51、从齿轮52和齿圈53彼此啮合，因此会带动抛光模具3围绕铅垂线做顺时针或逆时针的回转运动，从而有规律的对工件1表面间隔进行抛光。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种晶硅片碱抛光装置，包括工件（1），其特征在于：还包括设备主体（2）、抛光模具（3）、固定组件（6）、若干喷嘴（8）、转轴（4）和传动机构（5）；
所述设备主体（2）包括平台（21）、第一缸体（22）、第二缸体（23）、第一缸盖（24）和第二缸盖（25），所述平台（21）水平设置；
所述第一缸体（22）固定安装于平台（21）上表面，所述第一缸体（22）内开设第一腔体（27），所述第一缸体（22）顶部和底部敞开且底部贯穿平台（21）；
所述第二缸体（23）固定安装于平台（21）下表面，所述第二缸体（23）内开设第二腔体（28），所述第二缸体（23）底部封闭且顶部连通至第一腔体（27），所述第二腔体（28）内盛有抛光液；
所述第一缸盖（24）可开启盖合于第一缸体（22）顶端，所述第一缸盖（24）内开设第三腔体（29），所第一缸盖（24）顶部封闭且底部连通至第一腔体（27）；
所述第二缸盖（25）固定连接于抛光模具（3）上表面；
所述抛光模具（3）位于第一腔体（27）和第二腔体（28）内，所述抛光模具（3）能够沿铅垂线方向移动以接触工件（1）上表面，且所述抛光模具（3）由外源驱动设备驱动并相对于工件（1）运动，使所述抛光模具（3）对工件（1）上表面进行抛光；
所述固定组件（6）固定安装于第一腔体（27）内且靠近第三腔体（29）的一端，所述固定组件（6）用于承载和固定工件（1），以便抛光模具（3）接触工件（1）上表面进行抛光作业，所述固定组件（6）包括平板（61）、吸盘（63）、通气管（64）、支架（62）和手柄（65），所述平板（61）水平设置且表面设有若干镂空孔以连通第一腔体（27）和第三腔体（29），所述平板（61）上表面开设至少两个嵌槽（611），所述嵌槽（611）底部贯通至平板（61）下表面，所述工件（1）嵌合于嵌槽（611）内，且所述工件（1）顶部超出嵌槽（611）所在端面，若干所述吸盘（63）固定设置于嵌槽（611）底部，所述吸盘（63）用于吸附工件（1）下表面，若干所述通气管（64）一端穿过平板（61）下表面并一一对应的连通吸盘（63），若干所述通气管（64）的另一端一并连通于同一外源抽真空设备，所述支架（62）固定连接于平板（61）下表面且位于嵌槽（611）正下方，所述通气管（64）螺纹连接于支架（62）上，所述手柄（65）固定连接于底端用于转动通气管（64）以调节吸盘（63）和平板（61）上表面的距离；
若干所述喷嘴（8）固定设置于第一缸盖（24）内周壁上，所述喷嘴（8）尾端固定连通外源输送机构，当所述抛光模具（3）对工件（1）上表面进行抛光时，所述喷嘴（8）向第一腔体（27）和第二腔体（28）内持续输入抛光液；
所述转轴（4）轴接于第一缸盖（24）顶端面，所述转轴（4）一端连接于外源驱动设备，所述转轴（4）另一端穿过第一缸盖（24）顶部并插入第二缸盖（25）内；
所述传动机构（5）包括主齿轮（51）、从齿轮（52）和齿圈（53）；所述主齿轮（51）固定连接于转轴（4）插入第二缸盖（25）内的一端且位于第二缸盖（25）内，所述齿圈（53）固定设置于第二缸盖（25）内周壁，所述从齿轮（52）啮合于主齿轮（51）和齿圈（53）之间。
2.根据权利要求1所述的一种晶硅片碱抛光装置，其特征在于：还包括抽气管（7），所述第二缸体（23）侧壁开设有抽气口（232），所述抽气管（7）一端同时连通若干通气管（64），所述抽气管（7）另一端连通抽气口（232），所述抽气口（232）连通外源抽真空设备。
3.根据权利要求1所述的一种晶硅片碱抛光装置，其特征在于：所述抛光模具（3）围绕铅垂线做顺时针或逆时针的回转运动，且所述抛光模具（3）的下表面面积小于平板（61）的上表面面积。
4.根据权利要求1所述的一种晶硅片碱抛光装置，其特征在于：所述喷嘴（8）为雾化喷嘴。
5.根据权利要求4所述的一种晶硅片碱抛光装置，其特征在于：所述设备主体（2）还包括隔板（26），所述隔板（26）固定设置于第二缸体（23）内将第二腔体（28）分隔为两个部分且两个部分底部连通，所述第二腔体（28）的其中一个部分连通第一腔体（27）且另一个部分远离第一腔体（27），所述第二缸体（23）侧壁开设溢流口（231），所述溢流口（231）连通于第二腔体（28）远离第一腔体（27）的部分。
6.一种晶硅片碱抛光工艺，其特征在于：包括如下步骤：
S1将待抛光的工件（1）置于第一碱液中清洗10-120s，反应温度为45-70℃，清洗除去硅片表面的脏污，清洗完毕后用水洗净；
S2将所述步骤S1中获得工件（1）置于权利要求1至5任意一项所述的抛光装置内，并向装置内持续输入抛光液进行抛光80-300s，反应温度为60-72℃，抛光完成后用水清洗；
S3将所述步骤S2中获得工件（1）置于第二碱液中清洗60-150s，反应温度为45-70℃，清洗硅片表面有机物残留，清洗完成后，用水洗净；
S4将所述步骤S3中获得工件（1）置于酸液中清洗30-160s，反应温度为常温，清洗除去硅片表面的氧化层，清洗完成后，水洗、烘干即完成。
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