CN207611751U - 用于化学处理半导体衬底的设备及机械式转送单元 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于化学处理半导体衬底的设备，所述半导体衬底带有被锯割形成的表面结构，所述设备具有：工艺槽，被构造为用于容纳工艺液体，并由此去除被锯割形成的表面结构和通过金属辅助化学刻蚀来产生织构化的表面结构；清洁装置，被构造为用硝酸溶液对所述织构化的表面结构实施至少一次清洁并且使所述织构化的表面结构在所述清洁期间保持亲水性。所述设备还包括沿所述半导体衬底的输送方向直接地设在所述清洁装置之后的机械式转送单元或干燥装置。根据本实用新型，仅需要新增较少数量的部件就可对现有设备加以升级改造并实现黑硅织构化，从而大幅减少设备投资。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于化学处理半导体衬底的设备，所述半导体衬底带有被锯割形成的表面结构。被锯割形成的表面结构包括锯损伤，锯损伤尤其由金刚线锯工艺造成。本实用新型还涉及一种机械转送单元。
背景技术
太阳能电池的效率取决于反射损失。为了把反射损失最小化和优化效率，制造带有织构化的表面结构的半导体衬底。若这种半导体衬底或者说硅衬底通过特别有效的方法处理，则其例如被称为“黑硅(英语：Black Silicon)”。
为了特别有效地实现黑硅织构化(或称为黑硅制绒)，已知一种用于化学处理带有被锯割形成的或者由半导体熔体成型的表面结构的半导体衬底的设备。该设备包括带有第一工艺液体的第一工艺槽。该第一工艺液体既适于去除被锯割形成的或者由半导体熔体成型的表面结构，也适于通过金属辅助化学刻蚀(Metal Assisted Chemical Etching)产生织构化的表面结构。接着借助第一清洁装置彻底清洁织构化的表面结构。接着在第二工艺槽中通过第二工艺液体后处理织构化的表面结构。后处理过的织构化的表面结构实现制造带有极低反射损失和高效率的太阳能电池。
如果太阳能电池生产厂商希望使用黑硅，他们通常需要购买整套黑硅织构化设备，这相应地带来了较高的设备投资需求。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术中的存在的缺陷，提供一种更廉价的用于实现黑硅织构化的设备。此外，本实用新型还提供了一种机械转送单元。
该技术问题是通过以下技术方案解决的。
根据本实用新型的一个方面，提供了一种用于化学处理半导体衬底的设备，所述半导体衬底带有被锯割形成的表面结构，所述设备具有：
-工艺槽，被构造为用于容纳工艺液体，并由此去除被锯割形成的表面结构和通过金属辅助化学刻蚀来产生织构化的表面结构，
-清洁装置，被构造为用硝酸溶液对所述织构化的表面结构实施至少一次清洁并且使所述织构化的表面结构在所述清洁期间保持亲水性。
本实用新型的构思在于，充分利用生产厂商的现有设备，仅需要新增较少数量的部件即上述工艺槽和清洁装置就可对现有设备加以升级改造并实现黑硅织构化，从而大幅减少设备投资。
通过使所述工艺槽构造为包含既适于去除被锯割形成的或者由半导体熔体成型的表面结构也适于通过金属辅助化学刻蚀或者说湿法化学刻蚀产生织构化的表面结构的工艺液体，能够更简单且更有效地实现具有较低反射损失和高效率的织构化的表面构造。因而通过工艺液体去除锯损伤或者说被锯割形成的表面结构或者由半导体熔体成型的表面结构，并且通过金属辅助化学刻蚀产生织构化的表面结构。这尤其仅在工艺槽中或者说仅通过工艺液体、即在唯一的工艺池或者说工艺步骤中进行。借助该工艺液体尤其去除由于金刚线锯工艺(Diamant Wire Saw)造成的被锯割形成的表面结构或者说通过锯割而受损的表面结构。包含在工艺液体中的金属离子在半导体衬底的表面上产生纳米范围内的孔隙，以构成织构化的表面结构。所述孔隙优选地具有在50nm至500nm之间的直径。
所述工艺液体包含氟化氢、硝酸和金属离子、尤其银离子。所述工艺液体尤其是水溶液，其包含氟化氢、硝酸和金属离子、尤其银离子。所述水溶液尤其具有蒸馏水作为基质。在工艺液体中优选包含呈水合银离子形式的银离子，其中，银优选以硝酸银的形式加入水溶液。金属离子在工艺液体中作为催化剂起作用并且局部地加速湿法化学刻蚀。以此在半导体衬底的表面上在存在的金属离子或者金属颗粒的区域中构成刻蚀坑或者说刻蚀洞。刻蚀坑的总和构成半导体衬底的织构化的表面结构。
所述工艺液体包含3％至21％的氟化氢、12％至20％的硝酸和0.001％至0.05％的硝酸银。所述工艺液体尤其是具有氟化氢、氢水合物和硝酸银的水溶液。所述水溶液优选具有蒸馏水作为基质。优选地，所述工艺液体包括12％至20％的氟化氢HF、15％至20％的硝酸HNO3和0.001％至0.015％的硝酸银AgNO3，尤其15％的氟化氢HF、20％的硝酸HNO3和0.005％的硝酸银AgNO3。上述数据是质量百分比。
所述工艺液体包含少于5％、尤其少于1％、并且尤其为0％的过氧化氢。过氧化氢影响期望的金属辅助化学刻蚀。所述工艺液体优选不含过氧化氢。以此优化工艺持续时间和工艺稳定性，并且简化所述设备的结构，因为对于所述设备的运行需要例如更少的工艺化学制剂。所述数据是质量百分比。
所述工艺液体具有温度T1，其中：10℃≤T1≤45℃，尤其20℃≤T1≤35℃。通过所述温度T1使得期望的金属辅助化学刻蚀以及工艺时间最优化。
所述半导体衬底可以是硅衬底，尤其是多晶硅衬底。
接着借助清洁装置有效地和可靠地对织构化的表面结构清除金属离子，以便一方面终止金属辅助化学刻蚀并且不再继续进行金属辅助织构化，另一方面避免留存的金属离子引起的效率降低。
根据本实用新型，使用硝酸溶液作为清洁液体，该硝酸溶液是以蒸馏水为基质的水溶液，其中硝酸含量尤其为5％至68％、并且尤其为5％至67％，其中，所述清洁液体尤其具有温度TR，对此规定：15℃≤TR≤65℃、尤其40℃≤TR≤50℃。通过清洁液体对织构化的表面结构高效地清除金属离子。通过所述清洁液体尤其也清除位于刻蚀坑或者说织构化的表面结构中的金属离子。通过可靠和有效的清洁，有效地避免了由该半导体衬底制成的太阳能电池由于留存的金属离子导致的效率降低。此外，为了实现高效地清除金属离子，所述清洁装置被这样构造，使得经织构化的半导体衬底的表面结构在清洁期间保持亲水性。具体而言，在清洁装置所用的清洁液体即硝酸溶液中应当不含或基本不含HF。在所述清洁液体中的HF含量需要远低于工艺液体中的HF含量。例如，在所述清洁液体中的HF含量为低于0.03％，优选低于0.01％，更优选低于0.001％，特别优选低于0.0001％。
按照一种改进实施方式，所述清洁装置具有至少一个带有硝酸溶液作为清洁液体的清洁槽。所述至少一个清洁槽构造为浸泳槽和/或喷淋槽。在构造为浸泳槽的情况下，织构化的表面结构的清洁通过半导体衬底浸入清洁液体中进行。在构造为喷淋槽的情况下，织构化的表面结构的清洁通过用清洁液体喷淋并且接着把清洁液体承接在喷淋槽中进行。在所述至少一个清洁槽构造为喷淋槽的情况下，优选在所述至少一个清洁槽的内部和/或上方布置至少一个用于喷射清洁液体的喷淋单元。在所述至少一个清洁槽构造为浸泳槽的情况下，清洁装置例如具有至少一个超声波单元，以能在清洁液体中产生超声波。
按照一种改进设计方案，所述清洁装置具有多个先后布置的带有清洁液体的清洁槽。通过织构化的表面结构在多个相继布置的或者说借助多个相继布置的清洁槽中的逐步清洁，金属离子被非常彻底地清除。在每后一个清洁槽中，在清洁液体中被清洁掉的金属离子的浓度更低，因此减少织构化的表面结构重新被污染的可能性。多个清洁槽构成级联清洁。为此，优选为沿半导体衬底的输送方向的最后的清洁槽使用未经使用的或者说干净的清洁液体，该清洁液体在清洁过程后重新用于沿输送方向布置在前的清洁槽。在又被使用之后，该清洁液体优选再次重新在沿输送方向布置在前的清洁槽中使用。该过程一直重复，直至被多次使用的清洁液体在借助(沿输送方向观察的)第一清洁槽的清洁过程后供给处理站或者再生。相继布置尤其两个并且优选布置三个清洁槽。所述至少一个清洁槽构造为浸泳槽和/或喷淋槽。
按照一种改进实施方式，所述设备还包括沿半导体衬底的输送方向直接设置在所述清洁装置之后的机械式转送单元，所述机械式转送单元被构造为将经所述清洁装置清洁的半导体衬底不经干燥地直接向用于后处理的另一设备转送。
现有的用于后处理的设备中可包括后处理槽，例如酸式各向同性织构化槽(工艺液体通常包含HF和HNO3)，还可包括碱浴(KOH)和酸浴(HF和HCl)。现有的用于后处理的设备中的处理工艺例如可依次包括：输入，酸式各向同性织构化，去离子水喷淋清洗，碱浴，去离子水喷淋清洗，酸浴，去离子水喷淋清洗，干燥和输出。
在后处理槽中通过后处理液体的后续的后处理用于减小被清洁过的织构化的表面结构的表面，和用于产生最优化的表面结构。所述后处理通过化学的或者说湿法化学刻蚀进行，然而该后处理不是金属辅助式的。后处理液体可以是碱性或者酸性的，优选是酸性的。后处理液体可以包含添加剂。后处理液体尤其不含过氧化氢。
通过所述机械式转送单元能够将经所述清洁装置清洁的半导体衬底以湿态转送给现有设备中的后处理槽，从而使根据本实用新型的设备与现有设备整合成一套设备，即无需在原本分开的两套设备之间进行半导体衬底的传统卸载和装载。另外，经所述清洁装置清洁的半导体衬底不经干燥，而是以湿态在原本分开的两套设备之间输送。
按照一种改进实施方式，所述机械式转送单元设有裸露在空气中的部段以在空气中进行所述转送。由此确保了经所述清洁装置清洁的半导体衬底不被液体介质覆盖或者说不处于液体中，而是在空气中输入现有的用于后处理的设备以进行所述后处理。
按照一种改进实施方式，所述机械式转送单元被构造为调节来自所述清洁装置的半导体衬底的输送高度。根据本实用新型的设备可设有用于单列运输半导体衬底的输送装置或可设有用于多列运输半导体衬底以便同时处理或清洁多个半导体衬底的输送装置。在根据本实用新型的设备中的半导体衬底的输送高度可不同于在现有的用于后处理的设备中的半导体衬底的输送高度。通过所述机械式转送单元来调节输送高度可以有利地使半导体衬底转送至现有的用于后处理的设备中以进行所述后处理。
按照一种改进实施方式，当所述半导体衬底以多列运输以便同时处理或清洁多个半导体衬底时，所述机械式转送单元被构造为调节来自所述清洁装置的多列半导体衬底之间的间隔。在此，根据本实用新型的设备中的多列半导体衬底之间的间隔可以设计地不同于现有的用于后处理的设备中的情形。因此，通过所述机械式转送单元能够适配这两套设备的不同设置，以实现对现有的用于后处理的设备的升级改造。
为了实施如上所述的升级改造，在工艺上可能需要调节工艺槽中进行的织构化过程或者在后处理槽中进行的后处理过程。为了获得与现有黑硅织构化设备相同的黑硅织构化效果，在给定的工艺槽尺寸下，可能需要相应地调节工艺参数。例如，工艺槽长度为2.5m，后处理槽长度为3.4m，这时可能需要调节反应速率以在固定的输送速度下获得相同的结果。另外也可以调整化学试剂的浓度和温度等工艺参数。
按照一种改进实施方式，所述设备还包括沿半导体衬底的输送方向直接地设在所述清洁装置之后的干燥装置。优选地，所述干燥装置设成用于干燥所述半导体衬底的表面结构以便将经干燥的多个半导体衬底堆叠在一起。优选地，所述干燥装置被构造为充分干燥所述半导体衬底的经清洁的织构化的表面结构，使得经干燥的多个半导体衬底在堆叠在一起时不会因所述表面结构中残余的水分而相互连接。这些堆叠在一起的半导体衬底可便于手动地或利用搬运工具运送至现有的用于后处理的设备所在位置或地点以进行处理，例如依次包括输入，酸式各向同性织构化(即后处理槽)，去离子水喷淋清洗，碱浴，去离子水喷淋清洗，酸浴，去离子水喷淋清洗，干燥和输出。
在该实施方式中，在工艺槽中经织构化的半导体衬底在清洁装置中清洁后不是送入到后处理槽中通过后处理液体进行后续的后处理，而是直接送入干燥装置中进行干燥以实现半导体衬底的干式运送。在干式运送半导体衬底之前将其充分清洁是必要的。如果半导体衬底在干燥前仍然含有表面污染物或者靠近表面的污染物(即，在用去离子水冲洗后处于去离子水中的杂质)，那么在干燥后这些污染物会牢牢地粘附至表面。由于这一事实，很可能在完成现有的用于后处理的设备中的整个处理工艺后这些污染物中的一些仍然存在。这些杂质或污染物一旦干燥且牢固粘附后就难以再次溶解到溶液中。这对于位于深织构化结构中的杂质尤其如此，因为清洁介质难以到达这些区域。
为了避免该问题发生，可以通过更高效、更长的清洁槽来改善清洁效果。还可以通过调整工艺槽中的织构化工艺来获得不同的表面形貌，从而允许更清洁的表面和改善的干燥。例如，表面结构可具有较大尺寸的构造元件(用于有效清洁和干燥)和较少无定形部分，从而降低孔隙度。
优选地，所述清洁装置被构造为这样进行所述清洁，以使在金属辅助化学刻蚀过程中引入的金属(例如Ag)的残余量低于预定的阈值。所述阈值可以通过预先试验来确定，例如通过比较所测得的金属残余量和扫描电子显微镜拍摄的表面形貌来确定。由此可以确保在清洁装置中达到了所需的清洁效果。
此外，为了实现清洁效果，所述清洁装置被这样构造，使得经织构化的半导体衬底的表面结构在清洁期间保持亲水性。具体而言，在清洁装置所用的清洁液体即硝酸溶液中应当不含或基本不含HF。在所述清洁液体中的HF含量需要远低于工艺液体中的HF含量。例如，在所述清洁液体中的HF含量为低于0.03％，优选低于0.01％，更优选低于0.001％，特别优选低于0.0001％。
优选地，所述干燥装置应当具有比现有的黑硅织构化设备的情况下更大的功率。对于现有的黑硅织构化设备，半导体衬底在清洁后以湿态进行后处理、碱浴、酸浴，然后才是干燥和输出，其中在酸浴期间使用的液体通常含有HF和HCl，因此要进行干燥的表面结构呈疏水性，这时再进行干燥通常比较容易。在本实施方式中，经织构化的半导体衬底的表面结构用清洁液体清洁后直接进行干燥，这时该表面结构呈亲水性，所以需要使用比在疏水性表面结构的情况下更大的功率来进行干燥，以确保经干燥的多个半导体衬底在堆叠在一起时不会因所述表面结构中残余的水分而相互连接。
另外，为了达到所需的清洁效果，还可以在清洁装置后增加清洗槽，例如类似于所述酸浴(HF和HCl)的清洗槽。然而这种设置会导致经济效益消失，因为所得到的设备的造价会与现有黑硅织构化设备的造价大致相同。
此外，例如在现有的用于后处理的设备中的酸式各向同性织构化和碱浴需要进行适配以达到最佳织构化质量。
另一方面，本实用新型还提供了一种机械式转送单元，用于沿所述半导体衬底的输送方向直接地设置在前述设备的清洁装置之后，所述机械式转送单元被构造为将经所述清洁装置清洁的半导体衬底不经干燥地直接向用于后处理的另一设备转送。
按照一种有利实施方式，所述机械式转送单元设有裸露在空气中的部段以在空气中进行所述转送。
按照一种有利实施方式，所述机械式转送单元被构造为调节来自所述清洁装置的半导体衬底的输送高度。另外，当所述半导体衬底以多列运输以便同时处理或清洁多个半导体衬底时，所述机械式转送单元被构造为调节来自所述清洁装置的多列半导体衬底之间的间隔。
前文中关于根据本实用新型的设备所述的优点和益处也适用于根据本实用新型的机械式转送单元。
附图说明
下面借助附图中示意性示出的实施例更清楚地阐述本实用新型。然而，本实用新型并不是受限于该实施例，而是包括所有通过权利要求而限定的设计方案。其中，
图1示意性示出了根据本实用新型的设备的第一实施例；和
图2示意性示出了根据本实用新型的设备的第二实施例；
图3示意性示出了根据本实用新型的设备的第三实施例。
具体实施方式
下文根据图1说明本实用新型的设备的第一实施例。用于化学处理带有被锯割形成的表面结构的半导体衬底3的设备1具有用于沿输送方向D输送半导体衬底3的输送装置4。输送装置4包括多个沿输送方向D相继布置的和转动驱动的输送辊子41。
设备1沿输送方向D相继具有工艺槽11和清洁装置12。
工艺槽11用于去除半导体衬底3的被锯割形成的表面结构S0和用于通过金属辅助化学刻蚀产生织构化的表面结构S1。工艺槽11以工艺液体填充。工艺液体是以蒸馏水为基质的水溶液，并且包含氟化氢HF、硝酸HNO3和金属离子、尤其银离子。工艺液体优选包含3％至21％的氟化氢HF、12％至20％的硝酸HNO3和0.001％至0.05％的硝酸银AgNO3，尤其12％至20％的氟化氢HF、15％至20％的硝酸HNO3和0.001％至0.015％的硝酸银AgNO3。工艺液体例如包含15％的氟化氢HF、20％的硝酸HNO3和0.005％的硝酸银AgNO3。工艺液体不含有过氧化氢H2O2。工艺液体具有温度T1，其中：10℃≤T1≤45℃，尤其20℃≤T1≤35℃。上述数据是质量百分比。
清洁装置12用于通过去除金属离子或者说金属纳米颗粒清洁织构化的表面结构S1。清洁装置12沿输送方向D相继地包括第一冲洗槽121、第一清洁槽122、第二清洁槽123和第二冲洗槽124。冲洗槽121、124以冲洗液体填充。冲洗液体是水、尤其是蒸馏水。清洁槽122、123以清洁液体填充。在此使用硝酸溶液作为清洁液体。该硝酸溶液是以蒸馏水为基质的水溶液，该硝酸溶液包含5％至68％、尤其5％至67％、尤其10％至60％、并且尤其20％至45％的硝酸HNO3。上述数据是质量百分比。硝酸溶液具有温度TR，其中：15℃≤TR≤65℃，尤其40℃≤TR≤50℃。
所述设备1还包括沿输送方向直接地设在所述清洁装置12之后的机械式转送单元13，其被构造为将经所述清洁装置12清洁的半导体衬底3不经干燥地直接向现有的用于后处理的另一设备2转送。
现有的用于后处理的设备2包括后处理槽21和附加清洁装置22。后处理槽21用于通过化学刻蚀对经清洁的织构化的表面结构S1进行后处理。后处理槽21以后处理液体填充。后处理液体是以蒸馏水为基质的水溶液，包含氟化氢HF和硝酸HNO3。后处理液体优选包含0.1％至49％的氟化氢HF和2％至65％的硝酸HNO3、并且尤其5％至25％的氟化氢HF和15％至30％的硝酸HNO3。后处理液体不含有过氧化氢H2O2。后处理液体具有温度T2，其中：15℃≤T2≤65℃，尤其20℃≤T2≤35℃。后处理液体用于产生后处理过的织构化的表面结构S2，其相较于织构化的表面结构S1被整平并且具有更小的表面。
布置在后处理槽21后的附加清洁装置22用于清洁后处理过的织构化的表面结构S2。附加清洁装置22沿输送方向D相继地包括用于去离子水喷淋清洗的冲洗槽221和用于碱浴的清洁槽222。冲洗槽221以冲洗液体填充。清洁槽222以碱性的清洁液体填充。碱性的清洁液体是以蒸馏水为基质的水溶液，其包含氢氧化钾KOH和/或氢氧化钠NaOH。碱性的清洁液体具有温度TA，其中：18℃≤TA≤45℃。碱性的清洁液体尤其用于去除表面结构S2的可能产生的多孔的或者说海绵状的表面层。
根据需求，附加清洁装置22可以具有带冲洗液体的其他的冲洗槽，其布置在清洁槽222后。附加清洁装置22可以包含其他的清洁槽，尤其在冲洗槽之后。在附加清洁装置22或者其他的清洁槽和/或冲洗槽后，可以以通常方式布置干燥装置。
所述机械式转送单元13被构造为将经所述清洁装置12清洁的半导体衬底3不经干燥地直接向所述后处理槽21转送。所述机械式转送单元13可设有裸露在空气中的部段以在空气中进行所述转送。
现有的用于后处理的设备2在此具有高于设备1的输送高度，所述机械式转送单元13将来自所述清洁装置12的半导体衬底3的输送高度与设备2的输送高度相适配。另外，所述设备1可设有用于多列运输所述半导体衬底3以便同时处理或清洁多个半导体衬底3的输送装置4，这时所述机械式转送单元13被构造为调节来自所述清洁装置12的多列半导体衬底3之间的间隔。
下文说明设备1的作用方式和用于湿法化学处理带有被锯割形成的表面结构S0的半导体衬底3的方法：
将半导体衬底3借助输送装置4连续地和水平地运输通过设备1。半导体衬底3尤其在输送装置4中以多列运输，使得可以同时处理或者说清洁多个半导体衬底3。半导体衬底3例如是硅衬底或者说硅晶片。半导体衬底3尤其是多晶的。被锯割形成的表面结构S0例如由之前的金刚线锯工艺所致。被锯割形成的表面结构S0包括由金刚线锯工艺产生的锯损伤。半导体衬底3借助输送装置4按如下所述地向工艺槽11中输送，即半导体衬底3至少暂时地完全处于工艺槽11所容纳的工艺液体中。半导体衬底3因而借助工艺液体既在底侧3a上又在顶侧3b上受到湿法化学式处理。底侧3a在之后的太阳能电池中构成前侧，而顶侧3b构成背侧。
向工艺槽11中输送的半导体衬底3在底侧3a和顶侧3b上具有被锯割形成的表面结构S0。借助工艺液体在唯一的工艺步骤中去除被锯割形成的表面结构S0或者说锯损伤，并且通过金属辅助化学刻蚀产生织构化的表面结构S1。织构化的表面结构S1以此产生，即金属离子如银离子在衬底表面上以簇和/或沉淀物的形式沉淀，并且因此作为催化剂起作用并且在其周围局部地加速湿法化学刻蚀。以此在半导体衬底3的表面上产生形式为刻蚀坑或者说刻蚀洞的第一构造元件。刻蚀坑产生在金属离子或者说金属纳米颗粒以簇和/或沉淀物的形式存在的地方。刻蚀坑的总和构成织构化的表面结构S1。至少70％、尤其至少80％、并且尤其至少90％的第一构造元件具有在100nm至500nm之间、尤其在150nm至300nm之间的最大的尺寸A1，所述最大的尺寸A1尤其是平行于各半导体衬底3的衬底平面的最大的宽度和/或垂直于衬底平面的最大的长度。
在工艺槽11之后，半导体衬底3被导向清洁装置12。半导体衬底3按如下所述地被输送通过第一冲洗槽121、第一清洁槽122、第二清洁槽123和第二冲洗槽124，即半导体衬底3至少暂时地完全处于冲洗液体或者清洁液体(即硝酸溶液)中，并且使得半导体衬底3的各底侧3a和各顶侧3b都被清洁。在第一冲洗槽121中首先从半导体衬底3清除工艺液体。在第一清洁槽122中和随后的第二清洁槽123中，从第一构造元件或者说由织构化的表面结构S1去除金属离子或者说银离子或者金属纳米颗粒。金属离子或者说银离子或者金属纳米颗粒尤其通过在清洁液体中的高浓度硝酸HNO3清除，其中，尤其也把金属离子由第一构造元件或者说从刻蚀坑中去除。通过先后布置两个清洁槽122、123，降低了已被清除的金属离子或者说银离子重新污染织构化的表面结构S1的可能性。根据需求，在第二清洁槽123之后可以布置其他的清洁槽。在第二冲洗槽124中借助冲洗液体清除作为清洁溶液的硝酸溶液。
在清洁装置12之后，半导体衬底3经由机械转送单元13以湿态被导向用于后处理的设备2的后处理槽21。半导体衬底3借助输送装置4沿输送方向D输送，使得半导体衬底3至少暂时地完全处于后处理液体中。借助后处理液体把织构化的表面结构S1通过化学刻蚀后处理，使得织构化的表面结构S1被整平，并且产生带有相较而言更小的表面的、后处理过的织构化的表面结构S2。织构化的表面结构S2通过形式为刻蚀坑或者说刻蚀洞的第二构造元件构成。至少70％、尤其至少80％、并且尤其至少90％的第二构造元件具有在200nm至1200nm之间、尤其在200nm至650nm之间的最大的尺寸A2，所述最大的尺寸A2尤其是平行于衬底平面的最大的宽度和/或垂直于衬底平面的最大的长度。
在后处理槽21之后，半导体衬底3被导向设备2的附加清洁装置22。半导体衬底3借助输送装置4沿输送方向D输送，使得半导体衬底至少暂时地完全处于冲洗液体和碱性清洁液体中。借助冲洗液体首先从半导体衬底3清除后处理液体。接着借助碱性清洁液体清除可能的多孔的或者说海绵状的表面层，在织构化的表面结构S1上在后处理液体中会构成所述表面层。接着还可以进行其他的清洁循环和/或冲洗循环。根据需求，例如可以在清洁槽222后布置其他的冲洗槽。
图2中示出了按照本实用新型的设备1的第二实施例，其中与图1所示的第一实施例的不同之处在于，所述设备1在清洁装置12之后不设置机械转送单元，而是直接设置干燥装置14。所述干燥装置14设成用于干燥所述半导体衬底3的表面结构S1以便将经干燥的多个半导体衬底3堆叠在一起。例如，将经干燥的多个半导体衬底在图2中的收集装置15中堆叠起来。所述干燥装置14被构造为充分干燥所述半导体衬底3的经清洁的织构化的表面结构S1，使得经干燥的多个半导体衬底3在堆叠在一起时不会因所述表面结构S1中残余的水分而相互连接。在收集装置15中堆叠在一起的半导体衬底3可便于手动地或利用搬运工具运送至现有的用于后处理的设备2所在位置或地点以进行后处理，例如依次进行输入、酸式各向同性织构化(即后处理槽)、去离子水喷淋清洗、碱浴、去离子水喷淋清洗、酸浴、去离子水喷淋清洗、干燥和输出。
在本实施例中，在工艺槽11中经织构化的半导体衬底3在清洁装置12中清洁后不是直接送入到后处理槽21中通过后处理液体进行后续的后处理，而是直接送入干燥装置14中进行干燥以实现半导体衬底3的干式运送。在干式运送半导体衬底3之前将其充分清洁是必要的。清洁效果可以通过更高效、更长的清洁槽来改善。还可以通过调整工艺槽11中的织构化工艺来获得不同的表面形貌，从而允许更清洁的表面和改善的干燥。例如，表面结构S1可具有较大尺寸的构造元件(用于有效清洁和干燥)和较少无定型部分，从而降低孔隙度。
所述清洁装置12可被构造为这样进行所述清洁，以使在金属辅助化学刻蚀过程中引入的金属(例如Ag)的残余量低于预定的阈值。所述阈值可以通过预先试验来确定，例如通过比较所测得的金属残余量和扫描电子显微镜拍摄的表面形貌来确定。由此可以确保在清洁装置12中达到了所需的清洁效果。
此外，为了实现清洁效果，所述清洁装置12被这样构造，使得经织构化的半导体衬底3的表面结构在清洁期间保持亲水性。其中，在清洁装置12所用的清洁液体即硝酸溶液中应当不含或基本不含HF。
在本实施例中，所述干燥装置14应当具有比现有的黑硅织构化设备的情况下更大的功率以达到经干燥的多个半导体衬底3在堆叠在一起时不会因所述表面结构S1中残余的水分而相互连接这样的效果。
下面根据图3说明本发明的第三实施例。与图2所示的第二实施例不同的是，第三实施例中清洁装置12所采用的清洁方式为喷淋清洁。
清洁装置12沿输送方向D先后包括第一冲洗槽121、第一清洁槽122、第二清洁槽123、第三清洁槽123‘和第二冲洗槽124。为第一冲洗槽121配设喷淋单元5。喷淋单元5包括具有冲洗液体的存储容器51。冲洗液体通过喷淋管路52借助泵53供应至第一喷嘴54和第二喷嘴54‘。第一喷嘴54喷淋半导体衬底3的底侧3a，第二喷嘴54‘喷淋半导体衬底3的顶侧3b。汇集在第一冲洗槽121中的冲洗液体通过回流管路52‘又导至存储容器51。
清洁槽122、123和123‘构造为清洁级联。为此，清洁槽122、123、123‘的每个都分别配设喷淋单元6、7、8。沿输送方向D的最后的喷淋单元8具有存储容器81，通过导管85把干净的或者说制备好的、即未变脏的清洁液体导至存储容器81。备选地，所述干净的或者说准备待用的清洁液可以直接通过第一喷嘴84和第二喷嘴84‘导入。清洁液体通过加热器86升至温度TR。清洁液体通过喷淋管路82借助泵83供应至第一喷嘴84和第二喷嘴84‘。第一喷嘴84用清洁液体喷淋半导体衬底3的底侧3a，第二喷嘴84‘用清洁液体喷淋半导体衬底3的顶侧3b。汇集在第三清洁槽123‘中的清洁液体通过回流管路82‘导回存储容器81中。
沿输送方向D相对于喷淋单元8布置在前的中间的喷淋单元7包括存储容器71，存储容器71通过来自存储容器91的溢出口75被供应已用过的清洁液体。该清洁液体借助加热器76保持在温度TR。清洁液体从存储容器71通过喷淋管路72借助泵73供应至第一喷嘴74和第二喷嘴74‘。第一喷嘴74用清洁液体喷淋半导体衬底3的底侧3a，第二喷嘴74‘用清洁液体喷淋半导体衬底3的顶侧3b。汇集在第二清洁槽123中的清洁液体通过回流管路72‘又导至存储容器71。
沿输送方向D相对于喷淋单元7布置在前的第一喷淋单元6包括存储容器61，存储容器61通过来自存储容器71的溢出口65被供应已用过的清洁液体。该清洁液体借助加热器66保持在温度TR。清洁液体从存储容器61通过喷淋管路62借助泵63供应至第一喷嘴64和第二喷嘴64‘。第一喷嘴64用清洁液体喷淋半导体衬底3的底侧3a，第二喷嘴64‘用清洁液体喷淋半导体衬底3的顶侧3b。汇集在第一清洁槽122中的清洁液体通过回流管路62‘又导至存储容器61。从存储容器61接出排放管路67。排放管路67例如导至未进一步示出的再生装置。再生装置从清洁液体去除从半导体衬底3清除的金属离子，并且被再生的清洁液体通过导管85重新导至存储容器81。备选地，导管85与未进一步示出的供应容器连接，排放管路67与未进一步示出的处理容器连接，使得清洁液体的供应和处理都得到保证。
清洁液体在存储容器61中具有金属离子的第一浓度K1，在存储容器71中具有金属离子的第二浓度K2并且在存储容器81中具有金属离子的第三浓度K3。对于所述浓度有：K1>K2>K3。以此实现级联式清洁，减小已清除的金属离子重新污染织构化的表面结构S1的可能。
为第二冲洗槽124配设喷淋单元9。喷淋单元9包括具有冲洗液体的存储容器91。冲洗液体从存储容器91通过喷淋管路92借助泵93供应至第一喷嘴94和第二喷嘴94‘。第一喷嘴94用冲洗液体喷淋半导体衬底3的底侧3a，第二喷嘴94‘用冲洗液体喷淋半导体衬底3的顶侧3b。冲洗液体在冲洗过程后汇集在第二冲洗槽124中并且通过回流管路92‘导回存储容器91。
喷淋单元5、9可以构建为冲洗级联。该结构基本对应于清洁级联。喷淋单元9以干净的或者说未被用过冲洗液体、例如以超纯水运行，该冲洗液体在清洁过程后被导引用于喷淋单元5的重新使用。此外，喷淋单元5的沿输送方向D的各个最后的喷嘴54、54‘和喷淋单元9最后的喷嘴94、94‘与其他的喷嘴54、54‘和94、94‘无关地供应干净的冲洗液体、例如供应超纯水。以此实现有效和/或节省资源地用冲洗液体清洁。
为了防止清洁液体从第一清洁槽122和所属的喷淋单元6向第二清洁槽123和所属的喷淋单元7的不期望的溢流，喷淋单元6具有辊子41‘，辊子41‘从半导体衬底3的顶侧3b去除清洁液体。以相应的方式，喷淋单元7和8具有辊子41‘，辊子41‘从半导体衬底3的顶侧3b去除清洁液体。辊子41‘也被称为挤压辊子。挤压辊子能够单独应用在呈浸泳槽或喷淋槽形式的槽之间，而无论所述槽是否被实施为工艺槽、清洁槽或冲洗槽。
在该设备1的其他构造和其他作用方式方面引用前实施例。
Claims (12)
1.一种用于化学处理半导体衬底(3)的设备(1)，所述半导体衬底(3)带有被锯割形成的表面结构(S0)，其特征在于，所述设备(1)具有：
-工艺槽(11)，被构造为用于容纳工艺液体，并由此去除被锯割形成的表面结构(S0)和通过金属辅助化学刻蚀来产生织构化的表面结构(S1)，
-清洁装置(12)，被构造为用硝酸溶液对所述织构化的表面结构(S1)实施至少一次清洁并且使所述织构化的表面结构(S1)在所述清洁期间保持亲水性。
2.按照权利要求1所述的用于化学处理半导体衬底(3)的设备(1)，其特征在于，所述设备(1)还包括沿所述半导体衬底(3)的输送方向(4)直接地设在所述清洁装置(12)之后的机械式转送单元(13)，所述机械式转送单元(13)被构造为将经所述清洁装置(12)清洁的半导体衬底(3)不经干燥地直接向用于后处理的另一设备(2)转送。
3.按照权利要求2所述的用于化学处理半导体衬底(3)的设备(1)，其特征在于，所述机械式转送单元(13)设有裸露在空气中的部段以在空气中进行所述转送。
4.按照权利要求2所述的用于化学处理半导体衬底(3)的设备(1)，其特征在于，所述机械式转送单元(13)被构造为调节来自所述清洁装置(12)的半导体衬底(3)的输送高度。
5.按照权利要求2所述的用于化学处理半导体衬底(3)的设备(1)，其特征在于，当所述半导体衬底(3)以多列运输以便同时处理或清洁多个半导体衬底(3)时，所述机械式转送单元(13)被构造为调节来自所述清洁装置(12)的多列半导体衬底(3)之间的间隔。
6.按照权利要求1所述的用于化学处理半导体衬底(3)的设备(1)，其特征在于，所述设备(1)还包括沿所述半导体衬底(3)的输送方向(4)直接地设在所述清洁装置(12)之后的干燥装置(14)。
7.按照权利要求6所述的用于化学处理半导体衬底(3)的设备(1)，其特征在于，所述干燥装置(14)被构造为充分干燥所述半导体衬底(3)的经清洁的织构化的表面结构(S1)，使得经干燥的多个半导体衬底(3)在堆叠在一起时不会因所述表面结构中残余的水分而相互连接。
8.按照权利要求6所述的用于化学处理半导体衬底(3)的设备(1)，其特征在于，所述清洁装置(12)被构造为这样进行所述清洁以使在金属辅助化学刻蚀过程中引入的金属的残余量低于预定的阈值。
9.一种机械式转送单元(13)，用于沿半导体衬底(3)的输送方向(4)直接地设在根据权利要求1所述的用于化学处理半导体衬底(3)的设备(1)的清洁装置(12)之后，所述机械式转送单元(13)被构造为将经所述清洁装置(12)清洁的半导体衬底(3)不经干燥地直接向用于后处理的另一设备(2)转送。
10.按照权利要求9所述的机械式转送单元，其特征在于，所述机械式转送单元(13)设有裸露在空气中的部段以在空气中进行所述转送。
11.按照权利要求9所述的机械式转送单元，其特征在于，所述机械式转送单元(13)被构造为调节来自所述清洁装置(12)的半导体衬底(3)的输送高度。
12.按照权利要求9所述的机械式转送单元(13)，其特征在于，当所述半导体衬底(3)以多列运输以便同时处理或清洁多个半导体衬底(3)时，所述机械式转送单元(13)被构造为调节来自所述清洁装置(12)的多列半导体衬底(3)之间的间隔。
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|---|---|---|---|---|
| CN111074350A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-04-28 | 晋能光伏技术有限责任公司 | 一种新型刻蚀碱槽 |
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