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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ätzen von Halbleiter-Wafern, insbesondere Silizium-Wafern für Solarzellen. Die Vorrichtung weist ein Ätz-Gefäß für eine Ätzflüssigkeit auf. Die Vorrichtung weist auch ein mit dem Ätz-Gefäß mittels wenigstens einer Fluidleitung verbundenes Vorratsgefäß für die Ätzflüssigkeit auf. Die Vorrichtung weist auch eine Umwälzpumpe auf, welche mit dem Ätz-Gefäß und dem Vorratsgefäß verbunden und ausgebildet ist, einen Fluidkreislauf ausgehend von dem Ätz-Gefäß über das Vorratsgefäß und über die Fluidleitung zurück zum Ätz-Gefäß zu erzeugen.
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Bei aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zum Ätzen von Silizium-Wafern für Solarzellen zum Herstellen einer vorbestimmten Oberflächenstruktur einer Solarzelle, beispielsweise einer Pyramidenstruktur, besteht das Problem, dass zum Ätzen von Silizium vorgesehene Komponenten einer Ätzflüssigkeit während eines Ätzens verbraucht werden. Um eine gleichbleibende Qualität der Ätzflüssigkeit zu gewährleisten, wird die Ätzflüssigkeit regelmäßig ausgetauscht.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung eine mit dem Fluidkreislauf verbundene Erfassungsvorrichtung auf. Die Erfassungsvorrichtung ist ausgebildet, eine Konzentration, insbesondere einen Verbrauch wenigstens einer Komponente der Ätzflüssigkeit zu erfassen und ein die Konzentration repräsentierendes Konzentrationssignal zu erzeugen und dieses ausgangsseitig auszugeben.
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Durch die Erfassungsvorrichtung wird vorteilhaft eine Prozesskontrolle des Ätzprozesses ermöglicht, sodass vorteilhaft eine Konzentration der Komponenten, insbesondere Kalilauge und/oder Isopropanol, während des Ätzprozesses kontinuierlich überwacht werden kann. Es wurde nämlich erkannt, dass auch durch Kalibrieren festgelegte Zusammenhänge zwischen wenigstens einer Erfassungsgröße oder mehreren Erfassungsgrößen und einer Konzentration einer Komponente zur hinreichend genauen Bestimmung der Konzentration der Komponente herangezogen werden kann und so eine unmittelbare Bestimmung mittels einer eindeutigen, und dafür aufwändigen Laboranalytik ersetzt werden kann. Dadurch kann Prozesszeit eingespart werden, die sonst zum Durchführen eine Laboranalytik erforderlich wäre.
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Weiter wurde erkannt, dass zum Überwachen von Konzentrationen von sauren oder basischen Bestandteilen der Ätzflüssigkeit eine Vorrichtung zum Erfassen eines PH-Wertes sowohl aufwändig als auch nicht hinreichend genau ist. Eine genaue Bestimmung ist bisher nur mit aufwändiger Labortechnik, Beispielweise Titration, Atomabsorptionsspektrometrie oder einer Chromatographie möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Erfassungsvorrichtung wenigstens einen Schall-Sensor auf. Der Schall-Sensor ist ausgebildet, die Konzentration der Komponente in Abhängigkeit eines Erfassungsparameters, nämlich einer Schallausbreitungsgeschwindigkeit von Schall in der Ätzflüssigkeit zu erfassen und ein entsprechendes Schallgeschwindigkeitssignal als Ausgangssignal zu erzeugen. Die Erfassungsvorrichtung ist ausgebildet, das Konzentrationssignal in Abhängigkeit des Schallgeschwindigkeitssignals zu erzeugen. Dazu kann die Erfassungsvorrichtung beispielsweise – bevorzugt mittels einer Verarbeitungseinheit – eine Dichte der Ätzflüssigkeit in Abhängigkeit des Schallgeschwindigkeitssignals ermitteln. Die Schallausbreitungsgeschwindigkeit in der Ätzflüssigkeit hängt nämlich von der Dichte der Ätzflüssigkeit ab.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Erfassungsvorrichtung einen Leitfähigkeits-Sensor auf, welcher ausgebildet ist, einen Erfassungsparameter, nämlich eine elektrische Leitfähigkeit der Ätzflüssigkeit zu erfassen und ein entsprechendes Leitfähigkeitssignal als Ausgangssignal zu erzeugen. Die Erfassungsvorrichtung ist ausgebildet, das Konzentrationssignal in Abhängigkeit des Leitfähigkeitssignals zu erzeugen. So kann die Erfassungsvorrichtung, insbesondere die Verarbeitungseinheit der Erfassungsvorrichtung, vorteilhaft die Konzentration der Komponente in Abhängigkeit eines weiteren Erfassungsparameters, nämlich der elektrischen Leitfähigkeit erfassen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Erfassungsvorrichtung einen Oberflächenspannungs-Sensor auf, wobei der Oberflächenspannungs-Sensor ausgebildet ist, einen Erfassungsparameter, nämlich eine Oberflächenspannung der Ätzflüssigkeit zu erfassen. Der Oberflächenspannungs-Sensor ist ausgebildet, ein die Oberflächenspannung repräsentierendes Oberflächenspannungssignal als Ausgangssignal zu erzeugen. Die Erfassungsvorrichtung ist ausgebildet, das Konzentrationssignal in Abhängigkeit des Oberflächenspannungssignals zu erzeugen.
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Durch das Erfassen der Oberflächenspannung der Ätzflüssigkeit kann vorteilhaft ein weiterer Parameter, – welcher kein PH-Wert ist und somit keinen unmittelbaren Rückschluss auf eine Laugenkonzentration zulässt – zum Ermitteln der Konzentration der Komponente herangezogen werden.
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Bevorzugt ist die Erfassungsvorrichtung ausgebildet, als Erfassungsparameter eine Temperatur der Ätzflüssigkeit zu erfassen. Dazu weist die Erfassungsvorrichtung bevorzugt einen Temperatursensor auf, welcher ausgebildet ist, ein die Temperatur der Ätzflüssigkeit entsprechendes Temperatursignal zu erzeugen. Die Erfassungsvorrichtung ist weiter bevorzugt ausgebildet, das Konzentrationssignal in Abhängigkeit des Temperatursignals zu erzeugen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Erfassungsvorrichtung einen Extinktionssensor auf, welcher ausgebildet ist, als Erfassungsparameter eine Extinktion, insbesondere eine Schwächung elektromagnetischer Strahlen in der Ätzflüssigkeit zu erfassen und ein die Extinktion repräsentierendes Extinktionssignal als Ausgangssignal zu erzeugen. Dadurch kann vorteilhaft eine Trübung der Ätzflüssigkeit erfasst werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Erfassungsvorrichtung die Verarbeitungseinheit auf. Die Verarbeitungseinheit ist ausgebildet, in Abhängigkeit wenigstens eines Erfassungsparameters, welcher eine Ausgangsgröße repräsentiert, einen Kennfeld-Datensatz zu erzeugen und abzuspeichern. Der Kennfeld-Datensatz repräsentiert wenigstens einen, wenigstens zwei oder bevorzugt mehrere Erfassungsparameter in Abhängigkeit der Konzentration wenigstens einer Komponente. Die Verarbeitungseinheit ist ausgebildet, in Abhängigkeit wenigstens eines Ausgangssignals das Konzentrationssignal mittels des Kennfeld-Datensatzes zu erzeugen.
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Bevorzugt ist der Kennfeld-Datensatz durch ein mehrdimensionales Polynom gebildet. Das Polynom ist beispielsweise ein Polynom wenigstens oder genau zweiten, wenigstens oder genau dritten, vierten, fünften, sechsten oder siebten Grades. Bevorzugt entspricht die Dimension des Polynoms einer Anzahl der zu erfassenden Komponenten.
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Durch den Kennfeld-Datensatz kann vorteilhaft wenigstens eine Konzentration einer Komponente der Ätzflüssigkeit in Abhängigkeit von wenigstens zwei Erfassungsparametern repräsentiert sein. Die Erfassungsparameter brauchen jeweils vorteilhaft keinen unmittelbaren Rückschluss auf die Konzentration der Komponente zuzulassen. Vorteilhaft kann vielmehr ein Effekt genutzt werden, gemäß dem mittels zwei voneinander unabhängigen Erfassungsparametern, beispielsweise einer Schallausbreitungsgeschwindigkeit und einer elektrischen Leitfähigkeit, welche zuvor für zueinander verschiedene Konzentrationen der zu erfassenden Komponente in Form des Kennfeld-Datensatzes abgespeichert worden ist, zum Erfassen der Konzentration der Komponente während eines Ätzvorgangs von der Verarbeitungseinheit empfangen und verarbeitet werden können.
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Weitere beispielhafte Erfassungsgrößen zum Erfassen einer Konzentration der wenigstens einen Komponente sind Brechungsindex, Viskosität sowie eine Dichte. Die Dichte kann beispielsweise in Abhängigkeit einer durch den Schall-Sensor erfassten Schallausbreitungsgeschwindigkeit in der Ätzflüssigkeit ermittelt werden.
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Weiter wurde erkannt, dass ein Stoffgemisch, insbesondere die Ätzflüssigkeit, enthaltend eine vorbestimmte Zahl von jeweils hinsichtlich ihrer Konzentration zu erfassenden Komponenten, mit einer der Zahl entsprechenden Anzahl von weitgehend linear voneinander unabhängig erfassenden Sensoren mittels eines zuvor erzeugten Kennfeldes erfasst werden kann, so dass als Erfassungsergebnis die jeweiligen Konzentrationen der Komponenten ermittelt werden können.
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Unabhängig oder zusätzlich zur Ausbildung des Kennfeld-Datensatzes als ein mehrdimensionales Polynom, kann der Kennfeld-Datensatz durch ein neuronales Netz gebildet sein.
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Dadurch kann die Konzentration vorteilhaft in Abhängigkeit mehrerer Erfassungsparameter durch den Kennfeld-Datensatz repräsentiert und abgespeichert sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform enthält eine Komponente der Ätzflüssigkeit Kaliumhydroxid. Der Kennfeld-Datensatz repräsentiert in dieser Ausführungsform wenigstens zwei Erfassungsparameter, welche für Kaliumhydroxid, insbesondere zueinander verschiedene Konzentrationen von Kaliumhydroxid in der Ätzflüssigkeit erzeugt worden sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform enthält eine Komponente der Ätzflüssigkeit Isopropanol. Der Kennfeld-Datensatz repräsentiert in dieser Ausführungsform wenigstens zwei Erfassungsparameter, welche für Isopropanol, insbesondere zueinander verschiedene Konzentrationen von Isopropanol in der Ätzflüssigkeit erzeugt worden sind.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Ätzen von Halbleiter-Wafern, insbesondere Silizium-Wafern für Solarzellen.
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Bei dem Verfahren werden die Halbleiter-Wafer in einem Fluidkreislauf mit einer ein Fluid des Fluidkreislaufs bildenden Ätzflüssigkeit geätzt.
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Erfindungsgemäß wird bei dem Verfahren eine Konzentration, insbesondere ein Verbrauch wenigstens einer Komponente der Ätzflüssigkeit im Fluidkreislauf erfasst und ein die Konzentration repräsentierendes Konzentrationssignal erzeugt.
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Bevorzugt wird bei dem Verfahren ein Alarmsignal in Abhängigkeit des Konzentrationssignals erzeugt. Weiter bevorzugt wird das Alarmsignal in Abhängigkeit des Konzentrationssignals erzeugt, wenn eine durch das Konzentrationssignal repräsentierte Konzentration einen vorbestimmten Wert unter- oder überschreitet.
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Bevorzugt wird bei dem Verfahren die Ätzflüssigkeit, insbesondere eine Komponente der Ätzflüssigkeit in Abhängigkeit des Konzentrationssignals ergänzt und/oder ein Teil der Ätzflüssigkeit abgelassen. Dazu kann die vorab erwähnte Vorrichtung beispielsweise eine Pumpvorrichtung oder ein Ventil aufweisen, welche beziehungsweise welches mit einem Vorratsgefäß für die Komponente verbunden ist. Die Vorrichtung kann beispielsweise ausgebildet sein, die Pumpvorrichtung oder das Ventil in Abhängigkeit des Konzentrationssignals zu aktivieren. Dadurch kann vorteilhaft die Konzentration der Komponente in der Ätzflüssigkeit konstant gehalten werden. Weiter vorteilhaft kann die Ätzflüssigkeit länger genutzt werden als ohne die Vorrichtung, da ein Austausch der Ätzflüssigkeit nicht mehr in vorbestimmten Intervallen erfolgen muss, sondern ein Verbrauch der Ätzflüssigkeit in Abhängigkeit des Kennfeld-Datensatzes erfasst werden kann. Beispielsweise kann ein teilweiser oder vollständiger Austausch der Ätzflüssigkeit in Abhängigkeit des Konzentrationssignals erfolgen und dazu ein entsprechendes Steuersignal zum Aktivieren eines Ventils oder einer Pumpe erzeugt werden.
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Weiter vorteilhaft können in Abhängigkeit der die Erfassungsparameter repräsentierenden Ausgangssignale die Konzentration mehrerer Komponenten mittels des Kennfeld-Datensatzes überwacht werden, beispielsweise die Komponenten Silikat, Isopropanol, Kaliumhydroxid und Wasser. Beispielsweise kann in einem Verfahrensschritt, insbesondere nach einem Nachfüllen einer Komponente, die Ätzflüssigkeit wenigstens teilweise eingedampft werden.
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Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus den in den Figuren beschriebenen Merkmalen, sowie aus den in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Merkmalen.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung 1 zum Ätzen von Halbleiter-Wafern;
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum Ätzen von Halbleiter-Wafern, insbesondere mittels der in 1 dargestellten Vorrichtung.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung 1 zum Ätzen von Halbleiter-Wafern, von denen der Halbleiter-Wafer 24 beispielhaft dargestellt ist. Die Vorrichtung 1 weist ein Ätz-Gefäß 5 auf, welches ausgebildet ist, eine Ätzflüssigkeit 22 vorrätig zu halten. Das Ätz-Gefäß 5 ist über eine zum Führen eines Fluides ausgebildete Verbindungsleitung 54 mit einer Umwälzpumpe 9 verbunden. Die Umwälzpumpe 9 ist über eine zum Führen eines Fluides ausgebildete Verbindungsleitung 56 mit einem mechanischen Filter 46 verbunden. Die zum Führen eines Fluides ausgebildeten Verbindungsleitungen werden im Folgenden auch fluidführende Verbindungsleitungen genannt. Das Filter 46 ist über eine fluidführende Verbindungsleitung 58 mit einem Vorratsgefäß 7 verbunden, welches ausgebildet ist, die Ätzflüssigkeit 22 vorrätig zu halten. Das Vorratsgefäß 7 ist über eine fluidführende Verbindungsleitung 50 mit einem Messgefäß 11 verbunden. Das Messgefäß 11 ist ausgebildet, die Ätzflüssigkeit 22 zu führen und weist Sensoren auf, welche mit der Ätzflüssigkeit 22 in Wirkkontakt stehen. Unabhängig oder zusätzlich zu dem Messgefäß 11 können die Sensoren in dem Ätz-Gefäß 5, dem Vorratsgefäß 7 oder einem anderen Ort im Fluidkreislauf angeordnet sein und so mit der Ätzflüssigkeit in Wirkkontakt stehen. Das Messgefäß 11 ist mittels einer fluidführenden Verbindung 52 ausgangsseitig mit dem Ätz-Gefäß 5 verbunden. Das Ätz-Gefäß 5, das Vorratsgefäß 7, die Umwälzpumpe 9, das Messgefäß 11, sowie die fluidführenden Verbindungen 50, 52, 54, 56 und 58 bilden zusammen einen Fluidkreislauf. Die Umwälzpumpe 9 ist ausgebildet, die Ätzflüssigkeit 22 in dem vorab beschriebenen Fluidkreislauf zu befördern. Das Vorratsgefäß 7 ist ausgangsseitig über eine fluidführende Verbindungsleitung 59 mit einem Ventil 32 verbunden.
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Die Vorrichtung 1 weist auch eine Verarbeitungseinheit 10 auf. Die Verarbeitungseinheit 10 ist eingangsseitig mit den Sensoren des Messgefäßes 11 verbunden. Das Messgefäß 11 weist einen Schall-Sensor 34 zum Erfassen einer Schallgeschwindigkeit in der Ätzflüssigkeit 22 auf, wobei der Schall-Sensor 34 über eine Verbindungsleitung 68 mit der Verarbeitungseinheit 10 verbunden ist. Die Verarbeitungseinheit 10 und das Messgefäß 11 sind Bestandteil einer Erfassungsvorrichtung 8, welche ausgebildet ist, eine Konzentration einer Komponente der Ätzflüssigkeit 22 in Abhängigkeit von wenigstens zwei oder mehreren Erfassungsparametern zu erfassen.
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Das Messgefäß 11 weist auch einen Leitfähigkeitssensor 36 zum Erfassen einer elektrischen Leitfähigkeit der Ätzflüssigkeit 22 auf, welcher ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung 72 mit der Verarbeitungseinheit 10 verbunden ist.
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Das Messgefäß 11 weist auch einen Oberflächenspannungs-Sensor 38 auf, welcher ausgebildet ist, eine Oberflächenspannung der Ätzflüssigkeit 22 zu erfassen und welcher ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung 73 mit der Verarbeitungseinheit 10 verbunden ist.
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Das Messgefäß 11 weist auch einen Brechungsindex-Sensor 40 auf, welcher ausgebildet ist, einen optischen Brechungsindex der Ätzflüssigkeit 22 zu erfassen. Der Brechungsindex-Sensor 40 ist ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung 76 mit der Verarbeitungseinheit 10 verbunden.
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Das Messgefäß 11 weist auch einen Temperatursensor 44 auf, welcher ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung 70 mit der Verarbeitungseinheit 10 verbunden ist. Der Temperatursensor 44 ist ausgebildet, eine Temperatur der Ätzflüssigkeit 22 zu erfassen.
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Das Messgefäß 11 weist auch einen Viskositäts-Sensor 42 auf, welcher ausgebildet ist, eine Viskosität der Ätzflüssigkeit 22 zu erfassen und welche ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung 74 mit der Verarbeitungseinheit 10 verbunden ist.
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Die Verarbeitungseinheit 10 ist über eine bidirektionale elektrische Verbindung mit einem Datenspeicher 12 verbunden. Der Datenspeicher 12 ist ausgebildet, von der Verarbeitungseinheit 10 erzeugte Kennfeld-Datensätze vorrätig zu halten. Der Kennfeld-Datensatz 14 ist beispielhaft bezeichnet. Die Verarbeitungseinheit 10 ist auch eingangsseitig über eine Verbindungsleitung 75 mit einer Benutzerschnittstelle 82, insbesondere einem Touch-Screen verbunden, welche ausgebildet ist, in Abhängigkeit einer Benutzerinteraktion, beispielsweise einer Benutzerhand 80, ein Benutzerinteraktionssignal zu erzeugen das die Benutzerinteraktion repräsentiert.
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Die Vorrichtung 1 weist auch Vorratsgefäße zum vorrätig halten von Komponenten der Ätzflüssigkeit 22 auf. Die Vorrichtung 1 weist dazu ein Vorratsgefäß 20 auf, welches ausgebildet ist, eine Lauge, insbesondere Kaliumhydroxid-Lauge 21 vorrätig zu halten. Das Vorratsgefäß 20 ist ausgangsseitig über eine fluidführende Verbindungsleitung, und weiter über ein Ventil 30 mit dem Vorratsgefäß 7 fluidführend verbunden. Die Vorrichtung 1 weist auch ein Vorratsgefäß 18 auf, welches ausgebildet ist, eine Komponente 19 mit einer bipolaren Atombindung, insbesondere eine Alkohol aufweisende Komponente 19, beispielsweise Ethanol oder Isopropanol vorrätig zu halten. Zusätzlich zu dem Alkohol kann die Komponente ein Additiv, insbesondere einen Zucker aufweisen. Dadurch kann eine Benetzung des Wafers 24 verbessert werden. Das Vorratsgefäß 18 ist ausgangsseitig über ein Ventil 28 mit dem Vorratsgefäß 7 fluidführend verbunden. Die Vorrichtung 1 weist auch ein Vorratsgefäß 16 auf, welches ausgebildet ist, Wasser, insbesondere destilliertes Wasser 17 vorrätig zu halten. Das Vorratsgefäß 16 ist über ein Ventil 26 mit dem Vorratsgefäß 7 fluidführend verbunden.
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Das Vorratsgefäß 7 ist ausgangsseitig über ein Ventil 32 mit einer Umgebung, oder mit einem Tank zum Entsorgen von Ätzflüssigkeit fluidführend verbunden.
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Die Verarbeitungseinheit ist ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung 62 mit dem Ventil 26 verbunden. Die Verarbeitungseinheit 10 ist auch ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung 64 mit dem Ventil 28, und über eine Verbindungsleitung 66 mit dem Ventil 30 verbunden. Die Verarbeitungseinheit 10 ist auch ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung 60 mit dem Ventil 32 verbunden.
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Die Verarbeitungseinheit 10 ist auch ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung 77 mit der Umwälzpumpe 9 verbunden.
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Die Funktionsweise der Vorrichtung 1 wird nun im Folgenden erläutert:
Wenn das Ätz-Gefäß 5, das Vorratsgefäß 7, und die Fluidleitungen 50, 52, 54, 56 und 58, und das Messgefäß 11 mit Fluid, nämlich mit Ätzflüssigkeit 22 gefüllt sind, so kann die Umwälzpumpe 9 die Ätzflüssigkeit 22 in dem so gebildeten Fluidkreislauf befördern.
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Die Umwälzpumpe 9 kann dazu eingangsseitig über die Verbindungsleitung 77 ein von der Verarbeitungseinheit 10 erzeugtes Steuersignal zum Aktivieren der Umwälzpumpe 9 empfangen und das Fluid, nämlich die Ätzflüssigkeit 22, in Abhängigkeit des Steuersignals – beispielsweise in Abhängigkeit eines über die Benutzerschnittstelle 82 empfangenen Benutzerinteraktionssignals – befördern.
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Das Ätz-Gefäß 5 ist ausgebildet, eine Mehrzahl von Halbleiter-Wafern zusammen mit der Ätzflüssigkeit 22 aufzunehmen, sodass die Halbleiter-Wafer in der Ätzflüssigkeit 22 mit der Ätzflüssigkeit 22 in Wirkkontakt gelangen können. Der Halbleiter-Wafer 24 ist beispielhaft bezeichnet. Während eines Ätzvorgangs der Halbleiter-Wafer wird wenigstens eine Komponente der Ätzflüssigkeit verbraucht. Diese Komponente ist beispielsweise Kaliumhydroxid, insbesondere eine Kaliumhydroxid enthaltende Lösung. Die Verarbeitungseinheit 10 ist ausgebildet, über die bidirektionale Verbindung 78 den Kennfeld-Datensatz 14 auszulesen. Die Verarbeitungseinheit 10 ist auch ausgebildet, über die Verbindungsleitungen 68, 70, 72, 74 und 76 die Sensorsignale der jeweiligen Sensoren zu empfangen, welche jeweils einen Erfassungsparameter repräsentieren. Der Schall-Sensor 34 kann während eines Ätzprozesses die Schallausbreitungsgeschwindigkeit von Schall, beispielsweise Ultraschall, in der Ätzflüssigkeit 22 erfassen und ein die Schallgeschwindigkeit repräsentierendes Schallgeschwindigkeitssignal als Ausgangssignal erzeugen.
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Der Leitfähigkeitssensor 36 ist ausgebildet, eine elektrische Leitfähigkeit der Ätzflüssigkeit 22 zu erfassen und ein die elektrische Leitfähigkeit repräsentierendes Leitfähigkeitssignal als Ausgangssignal zu erzeugen und dieses über die Verbindungsleitung 72 an die Verarbeitungseinheit 10 zu senden. Die Verarbeitungseinheit 10 kann in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Schall-Sensors 34 und in Abhängigkeit des Ausgangssignals des Leitfähigkeitssensors 36 mittels des Kennfeld-Datensatzes, welcher in diesem Ausführungsbeispiel ein mehrdimensionales Polynom repräsentiert, die zu der vom Schall-Sensor 34 erfasste Schallgeschwindigkeit und zu der von dem Leitfähigkeitssensor 36 erfassten elektrischen Leitfähigkeit eine entsprechende Konzentration der Komponente, in diesem Ausführungsbeispiel Kaliumhydroxid ermitteln.
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Die Verarbeitungseinheit 10 ist beispielsweise ausgebildet, die Konzentration der Komponente, in diesem Ausführungsbeispiel Kaliumhydroxid, in Abhängigkeit weiterer von den Sensoren des Messgefäßes 11 erfassten Ausgangssignalen zu ermitteln. So kann die Verarbeitungseinheit 10 beispielsweise die Konzentration in Abhängigkeit des Temperatursignals des Temperatursensors 44, weiter in Abhängigkeit des Viskositätssignals des Viskositätssensors 42, weiter in Abhängigkeit des Brechungsindex-Signals des Brechungsindex-Sensors 40, und weiter in Abhängigkeit des Oberflächenspannungs-Signals des Oberflächenspannungssensors 38 ermitteln.
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Jeder Erfassungsparameter von dem Kennfeld-Datensatz kann im Falle des Polynoms eine eigene Dimension des mehrdimensionalen Polynoms bilden. Der Kennfeld-Datensatz 14 kann beispielsweise während eines Ätzprozesses mittels Abgleich von Laborwerten für die zueinander verschiedenen Komponenten der Ätzflüssigkeit 22 erzeugt werden.
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Dargestellt ist auch ein Kennfeld-Datensatz 15, welcher ein neuronales Netz repräsentiert. Die Verarbeitungseinheit 10 ist – zusätzlich oder unabhängig von dem Kennfeld-Datensatz 14, welcher ein mehrdimensionales Polynom repräsentiert – ausgebildet, die Konzentration wenigstens einer Komponente der Ätzflüssigkeit 22 in Abhängigkeit des Kennfeld-Datensatzes 15 zu ermitteln.
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Die Verarbeitungseinheit 10 kann in einem weiteren Schritt wenigstens ein Steuersignal zum Nachfüllen wenigstens einer Komponente in das Vorratsgefäß 7 in Abhängigkeit eines Unterschreitens eines vorbestimmten Konzentrationswertes erzeugen. Wenn die Kaliumhydroxid-Konzentration beispielsweise einen vorbestimmten Wert unterschreitet, kann die Verarbeitungseinheit 10 ein Steuersignal zum Nachfüllen von Kaliumhydroxid-Lauge erzeugen und dieses über die Verbindungsleitung 66 an das Ventil 30 senden. Das Ventil 30 kann in Abhängigkeit des eingangsseitig über die Verbindungsleitung 66 empfangenen Steuersignals die Komponente, in diesem Ausführungsbeispiel Kaliumhydroxid-Lauge 21, in das Vorratsgefäß 7 leiten und so die Konzentration der Komponente in der Ätzflüssigkeit 22 entsprechend dem Verbrauch ergänzen.
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Wenn die Konzentration einer weiteren Komponente, beispielsweise Isopropanol, in der Ätzflüssigkeit 22 einen vorbestimmten Wert unterschreitet, so kann die Verarbeitungseinheit 10 dies mittels des Kennfeld-Datensatzes 14 und weiter in Abhängigkeit der von den Sensoren 34, 36, 38, 40, 42 und 44 empfangenen Ausgangssignalen eine entsprechende Konzentration ermitteln und mit einem vorbestimmten Schwellwert für die Konzentration vergleichen. Wenn die Konzentration den vorbestimmten Schwellwert unterschreitet, so kann die Verarbeitungseinheit 10 ein Steuersignal zum Nachfüllen der Komponente, in diesem Ausführungsbeispiel Isopropanol erzeugen und dieses über die Verbindungsleitung 64 an das Ventil 28 senden. Das Ventil 28 kann dann in Abhängigkeit des über die Verbindungsleitung 64 empfangenen Steuersignals öffnen und die Komponente, nämlich Isopropanol 19 aus dem Vorratsgefäß 18 in das Vorratsgefäß 7 auffüllen.
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Wenn beispielsweise die Konzentration einer weiteren Komponente, nämlich des Reaktionsprodukts Kaliumsilikat, eine vorbestimmte Konzentration überschreitet, so kann die Verarbeitungseinheit 10 – wie zuvor beschrieben bei den anderen Komponenten – ein entsprechendes Steuersignal zum Nachfüllen von Wasser erzeugen und dieses über die Verbindungsleitung 62 an das Ventil 26 senden. Das Ventil 26 kann daraufhin öffnen und Wasser 17 aus dem Vorratsgefäß 16 in das Vorratsgefäß 7 nachfüllen. Die Verarbeitungseinheit 10 ist auch ausgebildet, ein Steuersignal zum Abführen von Fluid aus dem Fluidkreislauf zu erzeugen und dieses ausgangsseitig über die Verbindungsleitung 60 an das Ventil 32 zu senden. Das Ventil 32 kann in Abhängigkeit des über die Verbindungsleitung 60 empfangenen Steuersignals Fluid, insbesondere Ätzflüssigkeit 22 aus dem Vorratsgefäß 7 ablassen und in einen – in dieser Figur nicht dargestellten – Tank zum Entsorgen von Ätzflüssigkeit leiten.
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So kann die Ätzflüssigkeit 22 vorteilhaft länger verwendet werden, als ohne die Vorrichtung 1.
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Dargestellt ist auch das Filter 46 im Fluidkreislauf zwischen der Umwälzpumpe 9 und dem Vorratsgefäß 7. Das Filter 46 ist ausgebildet, grobe Verschmutzungen zurückzuhalten und aus dem Fluidkreislauf zu entfernen.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren 90 zum Ätzen von Halbleiter-Wafern, insbesondere Silizium-Wafern für Solarzellen.
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In einem Schritt 92 wird ein Kennfeld-Datensatz erzeugt, der zueinander verschiedene Konzentrationen von wenigstens einer Komponente einer Ätzflüssigkeit in Abhängigkeit von wenigstens zwei Erfassungsparametern, insbesondere einer Schallausbreitungsgeschwindigkeit in der Ätzflüssigkeit, eine elektrische Leitfähigkeit der Ätzflüssigkeit, eine Oberflächenspannung der Ätzflüssigkeit und ein optischer Brechungsindex der Ätzflüssigkeit repräsentiert.
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In einem Schritt 94 werden die Halbleiter-Wafer in einem Fluidkreislauf mit der ein Fluid des Fluidkreislaufs bildenden Ätzflüssigkeit geätzt.
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In einem Schritt 93 werden die Erfassungsparameter, insbesondere eine Schallausbreitungsgeschwindigkeit in der Ätzflüssigkeit, eine elektrische Leitfähigkeit der Ätzflüssigkeit, eine Oberflächenspannung der Ätzflüssigkeit und ein optischer Brechungsindex der Ätzflüssigkeit erfasst und die Erfassungsparameter jeweils repräsentierende Ausgangssignale erzeugt.
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In einem Schritt 94 wird in Abhängigkeit der die Erfassungsparameter repräsentierenden Ausgangssignale eine Konzentration, insbesondere ein Verbrauch wenigstens einer Komponente der Ätzflüssigkeit in Abhängigkeit des Kennfeld-Datensatzes ermittelt und ein die Konzentration repräsentierendes Konzentrationssignal erzeugt.
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In einem Schritt 95 wird bei dem Verfahren ein Alarmsignal in Abhängigkeit des Konzentrationssignals erzeugt, wenn eine durch das Konzentrationssignal repräsentierte Konzentration einen vorbestimmten Wert unter- oder überschreitet.
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In einem Schritt 96 wird bei dem Verfahren die Ätzflüssigkeit, insbesondere eine Komponente der Ätzflüssigkeit in Abhängigkeit des Konzentrationssignals ergänzt und/oder wenigstens ein Teil der Ätzflüssigkeit abgelassen.
