EP3593387A1 - Verfahren zur herstellung texturierter wafer und aufrausprühstrahlbehandlungsvorrichtung - Google Patents

Verfahren zur herstellung texturierter wafer und aufrausprühstrahlbehandlungsvorrichtung

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EP3593387A1
EP3593387A1 EP18710415.3A EP18710415A EP3593387A1 EP 3593387 A1 EP3593387 A1 EP 3593387A1 EP 18710415 A EP18710415 A EP 18710415A EP 3593387 A1 EP3593387 A1 EP 3593387A1
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EP
European Patent Office
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spray
wafer
silicon wafers
jet
further characterized
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18710415.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Niethammer
Ilker Sen
Martin Schoch
Stefan Kirschbaum
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gebrueder Schmid GmbH and Co
Original Assignee
Gebrueder Schmid GmbH and Co
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Filing date
Publication date
Application filed by Gebrueder Schmid GmbH and Co filed Critical Gebrueder Schmid GmbH and Co
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing textured silicon wafers and to a device which can be used for such a method for the spray-blasting of silicon wafers.
  • Multicrystalline silicon wafers are typically subjected to texturing anisotropic acid texture wet etch. So far, multicrystalline wafers are often made with so-called slurry saws from the ingot, i. the wafer block, separated. Alternatively, they can be separated by means of diamond wire saws. These are much cheaper because they are faster and waste less silicon. The diamond wire, however, leaves a relatively smooth surface that can not be textured directly. Previously known methods are either very expensive and / or environmentally harmful or failed due to required quality requirements.
  • US 2007/0221329 A1 discloses a method and a device for the spray jet treatment of flat substrates, such as flexible printed circuit boards and the like, in a continuous process with a substantially horizontal roller transport system with transport rollers in the form of underside carrying rollers on which the substrates can be placed with their underside , and top hold down rollers that bear against the top of the substrates.
  • a treatment fluid e.g. an etching fluid is sprayed by means of spray nozzles on the top and / or bottom of the substrates.
  • the roller transport system has a gap at the respective spray jet impact position, i. There is no transport roller, so that the coming of the spray nozzle jet directly hits the substrate located there.
  • the publication US 2014/004369 A2 discloses a method for producing textured silicon wafers in which polycrystalline silicon wafers are cast directly with a thickness of less than .mu.m to provide corresponding wafer blanks become.
  • the wafer blanks Prior to a chemical etching process, the wafer blanks are subjected to an abrasive sandblasting process in a stand-alone sand blast treatment apparatus where they are exposed to a dry or wet sand blast.
  • a water based abrasive particle suspension can be used, wherein the abrasive particles typically include glassy silica, silicon, silicon carbide, alumina, quartz, or combinations thereof.
  • Additives may be added to the suspension to improve fluidity, prevent caking, or facilitate reuse, such as coolants, surfactants, pH buffers, acids, bases, and chelating agents.
  • the abrasive particles have mean particle sizes, ie average particle diameter, between 1 ⁇ and 20 ⁇ .
  • the published patent application DE 10 2014 013 591 A1 discloses a method for texturing multicrystalline silicon wafers, which are sawn from a block using a diamond saw or a steel wire saw in combination with a glycol-silicon carbide suspension, in acidic, hydrofluoric acid-containing etching media.
  • the published patent application WO 2009/026648 A1 discloses a method for texturing a substrate surface in a continuous process using a horizontal roller transport system, wherein before an actual etching step, an abrasive treatment is carried out to produce microfractures in the substrate surface.
  • the substrate may in particular be a borosilicate glass substrate for thin-film photovoltaic modules.
  • the abrasive treatment may include dry blasting, sanding with a slurry, sanding or wet blasting.
  • abrasive particles e.g. such as silicon carbide, alumina, corundum, boron nitride, boron carbide or glass.
  • US 2013/0306148 A1 discloses a method for producing textured silicon wafers, in which a wafer block is cut into individual wafer blanks by means of wire saws and the wafer blanks are subjected to a unilateral sandblasting process in which they are subjected to an abrasive sandblasting process on one side, before the abrasive blast process Wafer blank is subjected on both sides of a wet-chemical etching using hydrofluoric acid and / or nitric acid.
  • the publication WO 2012/1 18960 A2 discloses a method and a device for the roughening treatment of directly cast silicon wafers in a continuous process using a horizontal conveyor belt, wherein the silicon wafers placed on the conveyor belt are exposed to a dry or moist sandblast on the top side.
  • silicon wafers which have a relatively smooth surface compared to sawn wafers, should be roughened or textured.
  • the wafer thickness, the wafer material, the type of sand particle, the desired surface roughness, the wafer temperature and the wafer size are suitably matched to prevent breakage of the silicon wafers. If necessary, a wet-chemical, acidic texturing etching can follow this roughening treatment.
  • the published patent application EP 0 107 357 A2 discloses a method and a device for producing photovoltaic devices of a type with amorphous semiconductor materials on a continuous, electrically conductive substrate in a continuous process using a horizontal transport system, wherein u.a. a sand blasting process is provided to provide a diffusely reflecting surface.
  • the invention is based on the technical problem of providing a method for producing textured silicon wafers with relatively little effort and an apparatus for the spray-blast-off treatment of silicon wafers which can be used in the context of such a method.
  • the invention solves this problem by providing a manufacturing method having the features of claim 1 and a device having the features of claim 5.
  • individual wafer blanks are provided, eg, as conventionally drawn or directly melt deposited wafer blanks, or by dividing a wafer block into individual wafer blanks in a per se conventional manner by a wire sawing operation, such as a diamond wire sawing operation.
  • the wafer blanks are then processed in a continuous process using a horizontal transport system, such as a roller transport system or a belt transport system, subjected to several consecutive treatment processes.
  • the wafer blanks are subjected to an outpouring jet process in which they are exposed to a spray jet with a water-based abrasion particle suspension on their top side and / or bottom side.
  • This roughening treatment process can be easily integrated into conventional, modular wet processing equipment without additional expense in the existing production.
  • this treatment process achieves uniform surfaces. With a subsequent HF / HNO3 standard texture, reflectance values of less than 23% are achieved. It provides a low cost method of texture e.g.
  • diamond wire-sawn multicrystalline silicon wafers which may be based on an in-line wet process, and roughen the relatively smooth surface of the wafers without significant material removal, so that they subsequently become e.g. can be edited with the standard texture HF / HNO3.
  • HF / HNO3 standard texture HF / HNO3.
  • corundum, diamond and / or silicon carbide particles are used as abrasive particles in the abrasive particle suspension.
  • abrasive particles in the abrasive particle suspension are those having an average particle size between 5 ⁇ and 150 ⁇ , in particular those having an average particle size between 40 ⁇ and 80 ⁇ .
  • a viscosity-increasing additive is used in the Abrasionspumblesuspension containing one or more of the substances from a group consisting of polyethylene glycol, hydroxyethyl cellulose, hydroxymethyl cellulose and xanthan consists. This represents an advantageous measure for setting a respectively suitable viscosity for the Abrasionspappelsuspension.
  • a spray pressure of between 0.5 bar and 3 bar, in particular between 0.8 bar and 1, 2 bar, is set for the spray jet. It is conducive to the spray-out process in corresponding applications if the spraying pressure for the spray jet is kept within this range.
  • the spray-on jet treatment device comprises a horizontal transport system on which wire-sawn silicon wafers can be placed with their underside, a spray fluid tank for storing a water-based abrasive particle suspension as spray-on fluid and a spray nozzle unit with one or more spray nozzles or spray tubes for respectively producing one on the top and / or the Underside of the silicon wafer directed Aufrausprühstrahls stored in the spray fluid tank Abrasionsp
  • This device allows with relatively little effort an advantageous roughening spray jet treatment of the silicon wafer in a continuous process.
  • the transport system may in particular be a roller transport system with at least underside support rollers on which the silicon wafers can be placed. Alternatively, e.g. a tape transport system usable.
  • the roller transport system includes a support reinforcement for the continuously transported silicon wafers at a location which is opposite to a spray jet impact position. This counteracts excessive loading of the silicon wafers by the impinging spray, which prevents unwanted deformations or warping of the wafers.
  • opposing spray nozzles or spray tubes can be arranged, whose pressure loads on the wafers then compensate each other.
  • At least one spray nozzle of the spray nozzle unit is a flat jet nozzle with a spray angle between 40 ° and 60 °, in particular between 55 ° and 65 °.
  • This type of spray nozzle is very advantageous for the spray-blast treatment of the silicon wafers in corresponding applications.
  • a plurality of such flat jet nozzles can be arranged transversely to the transport direction of the silicon wafers in succession and / or in the transport direction of the silicon wafers. be arranged successively.
  • both transverse to Wafertransportnchtung as well as in Wafertransportnchtung several flat jet nozzles can be successively arranged such that in Wafertransportnchtung adjacent flat jet nozzles are arranged offset relative to each other transversely to Wafertransportnchtung. This promotes uniform spray jet treatment of the silicon wafers over their entire treated surface.
  • the flat jet nozzles can be made, for example, from a ceramic material or coated with such, which reduces the susceptibility to wear.
  • the spray nozzle unit has one or more spray pipes extending transversely to the wafer transport means, wherein at least one spray pipe has a plurality of spray nozzles arranged successively in the longitudinal direction of the spray pipe.
  • the spray nozzles of the respective spray tube can be fed together via this spray tube.
  • the spray-on fluid can be supplied to the spray tube, for example, at both tube end regions, which promotes uniform supply of the spray nozzles to the spray-on fluid, or alternatively to only one end region of the spray tube or to a center section of the spray tube.
  • the spray-on-jet treatment device has a hydrocyclone for cleaning the spray-on fluid.
  • An underflow of the hydrocyclone communicates with the spray fluid tank while an upper run of the hydrocyclone communicates with a last spray nozzle / spray tube of the spray nozzle unit which is transported by the wafer. This allows a minimization of contamination of the silicon wafer or a carryover of abrasive particles in a subsequent system module.
  • 1 shows a flowchart of a method for producing textured silicon wafers or similar flat substrates
  • 2 shows a schematic partial side view of an apparatus for producing textured silicon wafers or similar flat substrates
  • FIG. 3 is a schematic partial side view of a blast-on spray treatment apparatus usable in the apparatus of FIG. 2;
  • FIG. 4 shows a schematic, partial side view of the treatment device of FIG. 3 in a variant with top-side spray treatment, FIG.
  • Fig. 5 is a schematic, fragmentary plan view of a in the device of
  • FIG. 6 shows the view of FIG. 4 for a variant embodiment with underside spray treatment
  • FIG. 7 shows the view of FIG. 4 for a variant embodiment with double-sided spray treatment
  • FIG. 8 is a perspective view of one usable in the apparatus of FIG. 3.
  • FIG. 8 is a perspective view of one usable in the apparatus of FIG. 3.
  • FIG. 9 is a fragmentary side view of the spray nozzle unit of Fig. 8,
  • FIG. 10 is a schematic block diagram representation of a part of the manufacturing apparatus of FIG. 2 with the treatment device according to FIG. 7 in a variant embodiment with a rinsing system and FIG
  • FIG. 1 the representation of Fig. 10 for a variant with particle recovery system.
  • a wafer block is cut into individual wafer blanks by means of a wire sawing process.
  • the production of a corresponding Waferblocks and the Drahttsägevorgang can be done in a conventional manner, which requires no further explanation here.
  • the wire sawing process may be, for example, one using a diamond wire saw. Alternatively, conventionally singly drawn or directly melt deposited wafer blanks may be used.
  • the wire-sawn wafer blanks are then subjected in a continuous process using a horizontal roller transport system to a plurality of successive treatment processes and are first introduced for this purpose in a process step 11 into an associated continuous production plant or in short throughput plant.
  • the wafer blanks are subjected to a blast-jet process, see process step 12.
  • a water-based abrasion-particle suspension is sprayed onto the upper side and / or the underside of the wafer blanks.
  • the surface in question is roughened, and, as it turns out, without significant material removal.
  • the reflectance of the surface can thus be adjusted with a subsequent HF / HNO3 standard texture e.g. to a value below 23%.
  • the wafer blanks are further processed after their blast-jet blast treatment, so as to produce from them the desired textured silicon wafers and end products thereof, e.g. Solar cell components are formed.
  • the processes required for this purpose are again conventional and require no further explanation in the present case.
  • an additional texture-etching etching treatment in particular a conventional acid wet-chemical etching treatment, can be applied to the spray-on-radiation treatment, for example. using a standard texture etching solution with HF / HNO3, as well as a wafer cleaning treatment.
  • Fig. 2 shows schematically and in sections a present interest part of a continuous system, with which the method of FIG. 1 is feasible.
  • the pass-through system can, for example, have a plurality of parallel pass tracks, eg five tracks for silicon wafers of conventional size, for example with a dimension of 156 mm ⁇ 156 mm, have.
  • the through-flow plant comprises one or more process vessels 20 with an optional spray system 21 and with a horizontal roll transport system 22.
  • the process vessels 20 are equipped, as needed, with trays having a steep slope to avoid settling of particles.
  • FIG. 1 shows schematically and in sections a present interest part of a continuous system, with which the method of FIG. 1 is feasible.
  • the pass-through system can, for example, have a plurality of parallel pass tracks, eg five tracks for silicon wafers of conventional size, for example with a dimension of 156 mm ⁇ 156 mm, have.
  • the through-flow plant comprises one or more process vessels 20 with an optional spray system 21
  • a pre-rinsing module 23 with particle recovery, a cascade rinsing module 24 and a drying module 25 for cleaning and drying the flat substrates processed in the continuous-flow system can be optionally attached to the process containers 20 arranged in the direction of passage or transport direction T of the wafers. like wafers for solar cell production, connect.
  • FIG. 3 schematically shows a spray-jet treatment apparatus which can be used in the continuous-flow installation of FIG. 2 and has a treatment module 26 which has a suitable lateral passage 27 for the horizontal roller transport system.
  • a user 28 may control the effervescent jet treatment device via an optional treatment control unit 29.
  • the treatment device comprises a spray fluid tank 30, preferably arranged separately from the treatment module 26, with associated pumps 31 for circulating an abrasive spray fluid stored in the tank 30.
  • the spray fluid tank 30 may be provided with sloping floors and / or a mixing system, e.g. be equipped with an injector nozzles or an agitator using an additional pump to hold suspended abrasive particles suspended in the abrasive spray fluid in the fluid.
  • a water-based abrasive particle suspension is used, in which the abrasive particles are contained in the form of a suspension in water as a carrier liquid.
  • abrasive particles are preferably used corundum or diamond or silicon carbide particles or any mixture thereof.
  • an average particle size between 5 ⁇ and 150 ⁇ is preferably selected, in particular between 40 ⁇ and 80 ⁇ .
  • the abrasive particles are contained in the Abrasionsp firmwaresuspension in a particle concentration which is preferably between 10 wt .-% and 60 wt .-%, in particular between 25 wt .-% and 35 wt .-%.
  • the abrasive particle suspension is preferably added with a viscosity-increasing additive.
  • the additive causes the particles to be well levitated and do not sediment or agglomerate.
  • Polyethylene glycol in particular polyethylene glycol 200-10,000, or hydroxyethyl cellulose or hydroxymethyl cellulose or xanthan or any desired mixture of several of these substances is suitable as an additive for this purpose.
  • a spray pressure between 0.5 bar and 3 bar is preferably set, in particular between 0.8 bar and 1.2 bar.
  • FIGS. 4 to 7 illustrate various embodiments of the spray-jet treatment device in order to selectively expose the wafer blanks to the spray-out jet only on their upper side, only on their lower side or on both sides on their upper side and their lower side.
  • FIGS. 4 and 5 specifically illustrate an alternative embodiment for the one-sided spray jet treatment of the silicon wafers on their upper side.
  • the horizontal roller transport system comprises transport rollers in the form of underside carrying rollers 32 and top holding-down rollers 33. Silicon wafers 34 to be treated can be placed on the carrying rollers 32 with their underside.
  • the hold-down rollers 33 are used to hold down the silicon wafer 34 against the support rollers 32nd
  • the treatment device includes a spray nozzle unit 36 with preferably a plurality of spray nozzles or spray tubes for respectively generating a spray jet 35 of the spray particle tank suspension stored in the spray fluid tank 30 according to FIG. 3, directed toward the top of the silicon wafer 34 substantially vertically in Fig. 4 schematically and representatively a spray tube 36a is shown.
  • the roller transport system has a support reinforcement 38 for the continuously transported silicon wafers 34 at a location opposite to a spray jet impact position 37 on the underside.
  • the support reinforcement 38 is that the support roller 32a located there wider rollers 38a has, which sit non-rotatably on a transport shaft 40. In the other support rollers 32 are sitting narrower rollers 39 on the transport shaft 40th
  • the support rollers 32, 32a in the transport direction T are arranged at a relatively small distance such that the rollers 38a, 39 of a respective support roller 32, 32a in spaces between the rollers 38a, 39 of a respective adjacent Support roller 32, 32a engage, including the rolls 38a, 39 are arranged at a suitable distance from each other on the respective transport shaft 40.
  • This enables a gentle transport, in particular for sensitive, fragile substrates, such as silicon wafers with a relatively small thickness.
  • the wider rolls 38a securely support the silicon wafers 34 against the pressure or momentum of the spray jet 35, preventing any breakage of the silicon wafers 34.
  • the roller transport system has a gap in each case in the region below a spray nozzle or a spray tube 36a, so that the spray jet 35 from the spray nozzle or the spray tube 36a directly onto the side or surface to be treated transported silicon wafer 34 meets, without this being hindered by the transport rollers, in this case especially the top-side hold-down rollers 33.
  • the silicon wafers 34 are exposed to the abrasive spray jet treatment only on their underside.
  • the spray nozzle unit 36 is arranged with its one or more spray nozzles or spray tubes 36a below the transport plane of the silicon wafer 34, and the spray jet 35 is directed in this case substantially vertically upward.
  • the arrangement of the bottom support rollers 32 has a gap through which the spray jet 35 from the spray nozzle unit 36 can reach directly on the underside of the silicon wafer 34.
  • one of the Sprühstrahlauf Economicsposition 37 top opposing hold-down roller 33a, the support reinforcement 38 in the form of widened rolls 38a for supporting the silicon wafer 34 against the pulse of the spray jet 35 on.
  • the silicon wafers 34 are subjected to spray-blast treatment on both sides, ie on their upper side and on their underside.
  • the spray nozzle unit 36 includes one or each a plurality of spray nozzles or spray tubes 36a both above and below the substrate transport plane to direct both a Friedrausprühstrahl 35 from the top of the wafer top and a Aufrausprühstrahl 35 from below on the wafer underside, with two spray nozzles or spray tubes 36a and a corresponding two each spray blasting 35 are preferably provided at the same height with respect to the wafer transport direction T.
  • the latter has the advantage that when the silicon wafer 34 is simultaneously acted upon by the top-side spray jet 35 and the bottom-side spray jet 35, the pressure loads or the pressure pulses of the two spray jets 35 on the treated silicon wafers 34 compensate each other. This prevents deformation or bending as well as breakage even in the case of very thin, sensitive silicon wafers 34, without the need for supporting measures by the roller transport system.
  • the roller transport system again has a gap at the position of the respective spray jet 35, so that the spray jets 35 impinge directly on the wafer top or wafer underside to be treated.
  • Figures 8 and 9 illustrate an advantageous realization for the spray nozzle unit 36 as used in the spray jet treatment apparatus of Figure 3, e.g. in one of the variants according to FIGS. 4 to 7 is usable.
  • the spray nozzle unit 36 includes a respective spray module from an array of multiple spray tubes 36a, e.g. between five and fifteen spray tubes 36a, one behind the other in parallel with each other and in the wafer transport direction T, i. the tube longitudinal axes of the spray tubes 36a extend horizontally and transversely to the wafer transport direction T.
  • the spray pipes are fed on both sides end.
  • a spray fluid inlet port 41 a, 41 b and a distributor tube 42 a, 42 b closed on both sides are provided on both lateral end regions of the spray tube arrangement.
  • the respective inlet port 41 a, 41 b opens into a central region of the associated distributor tube 42 a, 42 b, and the spray tubes 36 a open at one end into one of the two distributor tubes 42 a, 42 b on a tube jacket surface thereof.
  • a very uniform supply of the spray pipes 36a with the spray particle suspension to be sprayed is achieved with a constant concentration of the abrasive particles in the individual spray pipes 36a.
  • the supply of the spray pipes 36a with the abrasive particle suspension takes place via only one end region of the spray pipes 36a or in a middle region of the individual spray pipes 36a, for example via a distributor pipe arranged there.
  • Each spray tube 36a is provided along its length with a plurality of spaced apart spray nozzles 43.
  • the spray nozzles 43 are preferably made of a ceramic material or provided with a ceramic coating. Further, the spray nozzles 43 are preferably designed as flat jet nozzles of a conventional type and therefore not described here in detail with a spray angle ⁇ between 40 ° and 60 °, in particular between 55 ° and 65 °.
  • the spray nozzles of each two in the wafer transport direction T successive spray tubes 36a are preferably arranged offset to one another, i.
  • the respective spray nozzle 43 of a spray pipe 36a next to the wafer transport direction T is located between two spray nozzles 43 of the spray pipe 36a in front of it.
  • the offset may be e.g. be centered, i.
  • Each spray nozzle 43 of the next spray tube 36a is located centrally between two spray nozzles 43 of the previous spray tube 36a. This spray nozzle arrangement promotes a uniform spray treatment result for all treated substrates or silicon wafers transversely to the wafer transport direction T.
  • the distance between the spray tubes 36a and thus also the spray nozzles 43 is to be sprayed from the silicon wafers to be sprayed. from the wafer transport plane, chosen such that the individual flat spray jets 35 emitted by the spray nozzles 43 of each spray tube 36a with the spray angle ⁇ overlap one another or overlap one another transversely to the wafer transport direction T.
  • the uniformity of the spraying of the abrasive particle suspension is additionally promoted by the arrangement of the spray nozzles 43 of two successive spray pipes 36a offset in the longitudinal direction of the spray pipes 36a.
  • Spray nozzle unit 36 may be arranged above and / or below the wafer transport plane, as defined by the horizontal roller transport system 22.
  • FIG. 10 shows schematically a treatment device with double-sided spray-blasting treatment of the silicon wafers 34 in the manner of FIG. 7 with an additional flushing system.
  • a pump 45 via a feed line 44, the Aufrausprühfluid from the tank 30 of the spray nozzle unit 36 to.
  • a branch line 46 Via a branch line 46, a partial flow of Aufrausprühfluids a hydrocyclone 47 is fed.
  • a concentrate which accumulates in an underflow of the hydrocyclone 47 is returned to the tank via a return line 48.
  • Liquid purified in the hydrocyclone 47 is supplied from an upper course of the hydrocyclone 47 via a rinse feed line 49 to a spray tube 50 at the rear end region of the spray-on spray device in the wafer transport direction T.
  • the supplied liquid emerges in the form of a flushing jet 51, which is inclined at a relatively small, acute angle vertically opposite to the running direction of the treated silicon wafer 34 given by the transport direction T.
  • the spray tube 50 is located above the wafer transport plane of the roller transport system 22, not shown in FIG. 10, with the purge jet 51 being directed to the top of the pre-sputtered silicon wafer 34.
  • possibly remaining abrasion particles 52 are rinsed off from the wafer surface on the upper side of the treated wafers 34 and remain in the blast-jet treatment device. This prevents the abrasive particles 52 from being significantly trapped in subsequent treatment units, e.g. in a subsequent rinse treatment module 53, which is equipped with corresponding cleaning / rinsing tubes 54.
  • Fig. 1 1 illustrates an embodiment of a continuous system with a particle recovery system.
  • the pre-spray jet treatment device in which the silicon wafers 34 are subjected to a double-jet spray treatment by means of the spray nozzle unit 36, a pre-rinse module 55.
  • the Aufrausprühfluid stored in the tank 30 is in turn supplied via the supply line 44 and the conveying / circulating pump 45 of the spray nozzle unit 36.
  • the pre-rinse module 55 has pre-rinse nozzles or pre-rinse pipes 56 with which the previously described silicon wafers 34 subjected to spray-jet treatment can be subjected to a two-sided pre-rinsing treatment, with these pre-rinse nozzles or pre-rinse pipes 56 being supplied with a corresponding pre-rinse fluid from a pre-rinse tank 57 via an associated feed pump 58.
  • the pre-rinse fluid or rinse water is then passed from the pre-rinse module 55 via a return line 59 in a return tank 60.
  • the rinse water collected there is continuously fed via a feed pump 61 to a hydrocyclone 47 'in the manner of the hydrocyclone 47 in the embodiment of FIG.
  • From the lower reaches of the hydrocyclone 47 'associated concentrate is passed via a return line 62 into the tank 30 with the Aufrausprühfluid.
  • excess water is returned to the surface of the tank 30 with an associated feed pump 63 back into the return tank 60.
  • Purified liquid is passed from the upper run of the hydrocyclone 47 'in the pre-rinse tank 57.
  • the silicon wafers 34 can always be rinsed off with pre-cleaned pre-rinse fluid or rinsing water, which leads to a carry-over of the abrasion particles, e.g. avoids or reduces in a subsequent cascade rinse module.
  • any particles entrained from the spray-on process by means of the pre-rinse module 55 can be completely or in each case largely recovered and returned again.

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Abstract

.Verfahren zur Herstellung texturierter Wafer und Aufrausprühstrahlbehandlungsvorrichtung. 2.1.Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung texturierter Siliziumwafer sowie auf eine für ein derartiges Verfahren benutzbare Vorrichtung zur Aufrausprühstrahlbehandlung von Siliziumwafern. 2.2.Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung texturierter Siliziumwafer, wobeieinzelne Waferrohlinge bereitgestellt werdenunddie drahtgesägten Waferrohlinge in einem Durchlaufprozess unter Verwendung eines horizontalen Transportsystems mehreren aufeinanderfolgenden Behandlungsprozessen un- terzogenwerden. In einem der Behandlungsprozesse werden die Waferrohlinge einem Aufrausprühstrahlprozess unterzogen, bei dem die Waferrohlinge auf ihrer Oberseite und/oder ihrer Unterseite einem Sprühstrahl mit einer Abrasionspartikelsuspension auf Wasserbasis ausgesetzt werden. 2.3.Verwendung z.B. zur Herstellung texturierter Siliziumwafer für Solarzellen.

Description

Verfahren zur Herstellung texturierter Wafer und
Aufrausprühstrahlbehandlunqsvorrichtunq
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung texturierter Siliziumwafer sowie auf eine für ein derartiges Verfahren benutzbare Vorrichtung zur Aufrausprüh- strahlbehandlung von Siliziumwafern.
Multikristalline Siliziumwafer werden typischerweise zur Texturierung einer anisotropen, sauren Texturiernassätzung unterzogen. Bislang werden multikristalline Wafer häufig mit sogenannten Slurry-Sägen aus dem Ingot, d.h. dem Waferblock, getrennt. Alternativ können sie mittels Diamantdrahtsägen abgetrennt werden. Diese sind deutlich günstiger, weil sie schneller sind und weniger Silizium verschwenden. Der Diamantdraht hin- terlässt jedoch eine relativ glatte Oberfläche, die nicht direkt texturiert werden kann. Bisher bekannte Verfahren sind entweder sehr aufwändig und/oder umweltschädlich oder scheiterten an geforderten Qualitätsanforderungen.
Verfahren und Vorrichtungen zur Sprühstrahlbehandlung flacher Substrate in einem Durchlaufprozess sind verschiedentlich bekannt. So offenbart die Offenlegungsschrift US 2007/0221329 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Sprühstrahlbehandlung flacher Substrate, wie flexibler Leiterplatten und dergleichen, in einem Durchlaufprozess mit einem im Wesentlichen horizontalen Rollentransportsystem mit Transportrollen in Form unterseitiger Tragrollen, auf welche die Substrate mit ihrer Unterseite auflegbar sind, und oberseitiger Niederhalterrollen, die sich gegen die Oberseite der Substrate anlegen. Ein Behandlungsfluid, z.B. ein Ätzfluid, wird mittels Sprühdüsen auf die Oberseite und/oder die Unterseite der Substrate aufgesprüht. Um dieses Aufsprühen nicht zu behindern, weist das Rollentransportsystem an der jeweiligen Sprühstrahlauftreffpo- sition eine Lücke auf, d.h. dort befindet sich keine Transportrolle, so dass der aus der Sprühdüse kommende Sprühstrahl direkt auf das dort befindliche Substrat trifft.
Die Offenlegungsschrift US 2014/004369 A2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung texturierter Siliziumwafer, bei dem zur Bereitstellung entsprechender Waferrohlinge polykristalline Siliziumscheiben direkt mit einer Dicke von weniger als Ι .ΟΟΟμηη gegossen werden. Vor einem chemischen Ätzvorgang werden die Waferrohlinge in einer einzelstehenden Sandstrahlbehandlungsvorrichtung einem abrasiven Sandstrahlprozess unterzogen, bei dem sie einem trockenen oder feuchten Sandstrahl ausgesetzt werden. Für den feuchten Sandstrahl kann eine Abrasionspartikelsuspension auf Wasserbasis verwendet werden, wobei die abrasiven Partikel typischerweise glasartiges Siliziumoxid, Silizium, Siliziumkarbid, Aluminiumoxid, Quarz oder Kombinationen hiervon beinhalten. Der Suspension können Additive zugesetzt sein, um die Fließfähigkeit zu verbessern, ein Zusammenbacken zu verhindern oder eine Wiederverwertung zu erleichtern, wie Kühlmittel, Tenside, pH-Puffermittel, Säuren, Basen und Chelatbildner. Die abrasiven Partikel weisen mittlere Partikelgrößen, d.h. mittlere Partikeldurchmesser, zwischen 1 μηη und 20Όμηη auf.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2014 013 591 A1 offenbart ein Verfahren zum Texturieren von multikristallinen Siliziumwafern, die unter Verwendung einer Diamantsäge oder einer Stahldrahtsäge in Kombination mit einer Glykol-Siliziumkarbid-Suspension aus einem Block gesägt werden, in sauren, flusssäurehaltigen Ätzmedien.
Die Offenlegungsschrift WO 2009/026648 A1 offenbart ein Verfahren zur Texturierung einer Substratoberfläche in einem Durchlaufprozess unter Verwendung eines horizontalen Rollentransportsystems, wobei vor einem eigentlichen Ätzschritt eine abrasive Behandlung zur Erzeugung von Mikrofrakturen in der Substratoberfläche durchgeführt wird. Bei dem Substrat kann es sich insbesondere um ein Borsilikatglassubstrat für Dünnschicht-Photovoltaikmodule handeln. Die abrasive Behandlung kann ein trockenes Sandstrahlen, ein Schleifen mit einer Suspension, ein Sandpapierschleifen oder ein nasses Sandstrahlen beinhalten. Als abrasive Partikel können z.B. solche aus Siliziumkarbid, Aluminiumoxid, Korund, Bornitrid, Borkarbid oder Glas verwendet werden.
Die Offenlegungsschrift US 2013/0306148 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung texturierter Siliziumwafer, bei dem ein Waferblock mittels Drahtsägen in einzelne Waferrohlinge zerteilt wird und die Waferrohlinge einem einseitigen Sandstrahlprozess unterzogen werden, bei dem sie auf einer Seite einem abrasiven Sandstrahlprozess ausgesetzt werden, bevor dann der Waferrohling beidseitig einem nasschemischen Ätzvorgang unter Verwendung von Flusssäure und/oder Salpetersäure unterzogen wird. Die Offenlegungsschrift WO 2012/1 18960 A2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufraubehandlung von direkt gegossenen bzw. gezogenen Siliziumwafern in einem Durchlaufprozess unter Verwendung eines horizontalen Transportbandes, wobei die auf das Transportband aufgelegten Siliziumwafer oberseitig einem trockenen oder feuchten Sandstrahl ausgesetzt werden. Dadurch sollen derartige Siliziumwafer, die verglichen mit gesägten Wafern eine relativ glatte Oberfläche aufweisen, aufgeraut bzw. texturiert werden. Dabei werden die Waferdicke, das Wafermaterial, der Sandpartikeltyp, die gewünschte Oberflächenrauigkeit, die Wafertemperatur und die Waferabmes- sung geeignet aufeinander abgestimmt, um ein Brechen der Siliziumwafer zu verhindern. An diese Aufraubehandlung kann sich bei Bedarf eine nasschemische, saure Tex- turierätzung anschließen.
Die Offenlegungsschrift EP 0 107 357 A2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung photovoltaischer Bauelemente eines Typs mit amorphen Halbleitermaterialien auf einem kontinuierlichen, elektrisch leitfähigen Substrat in einem Durchlaufprozess unter Verwendung eines horizontalen Transportsystems, wobei u.a. ein Sandstrahlprozess vorgesehen ist, um eine diffus reflektierende Oberfläche bereitzustellen.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung texturierter Siliziumwafer mit relativ geringem Aufwand und einer im Rahmen eines solchen Verfahrens benutzbaren Vorrichtung zur Aufrausprühstrahlbehand- lung von Siliziumwafern zugrunde.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Herstellungsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5.
Beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren werden einzelne Waferrohlinge bereitgestellt, z.B. als herkömmlich gezogene oder direkt aus einer Schmelze abgeschiedene Waferrohlinge oder dadurch, dass ein Waferblock mittels eines Drahtsägevorgangs, wie eines Diamantdrahtsägevorgangs, in an sich herkömmlicher Weise in einzelne Waferrohlinge zerteilt wird. Die Waferrohlinge werden dann in einem Durchlaufprozess unter Verwendung eines horizontalen Transportsystems, wie eines Rollentransportsystems oder eines Bandtransportsystems, mehreren aufeinanderfolgenden Behandlungsprozessen unterzogen.
Hierbei werden die Waferrohlinge in einem der Behandlungsprozesse einem Auf- rausprühstrahlprozess unterzogen, bei dem sie auf ihrer Oberseite und/oder ihrer Unterseite einem Sprühstrahl mit einer Abrasionspartikelsuspension auf Wasserbasis ausgesetzt werden. Es zeigt sich, dass durch diese spezifische Kombination von Herstellungsschritten texturierte Siliziumwafer mit vergleichsweise geringem Aufwand hergestellt werden können. Dieser aufrauende Behandlungsprozess kann problemlos in herkömmliche, modular aufgebaute Nassprozessanlagen ohne zusätzliche Aufwendungen in die bestehende Produktion integriert werden. Bei niedrigsten Betriebskosten erreicht dieses Behandlungsverfahren gleichmäßige Oberflächen. Mit einer anschließenden HF/HNO3-Standardtextur werden Reflexionswerte von weniger als 23% erreicht. Es stellt ein kostengünstiges Verfahren zur Textur z.B. von diamantdrahtgesägten multikristallinen Siliziumwafern dar, das auf einem Inline-Nassprozess basieren kann, und raut die relativ glatte Oberfläche der Wafer ohne signifikanten Materialabtrag auf, so dass sie anschließend z.B. mit der Standard-Textur HF/HNO3 bearbeitet werden kann. Im Vergleich zur direkten Verwendung slurry-gesägter Wafer lassen sich durch den Einsatz des Aufrausprühstrahlprozesses gleichmäßigere Oberflächen erzielen.
In einer Weiterbildung werden als abrasive Partikel in der Abrasionspartikelsuspension Korund-, Diamant- und/oder Siliziumkarbid-Partikel verwendet. Alternativ oder zusätzlich werden als abrasive Partikel in der Abrasionspartikelsuspension solche mit einer mittleren Partikelgröße zwischen 5μηη und 150μηη verwendet, insbesondere solche mit einer mittleren Partikelgröße zwischen 40μηη und 80μηη. Weiter alternativ oder zusätzlich werden abrasive Partikel in der Abrasionspartikelsuspension in einer Partikelkonzentration zwischen 10 Gew.-% und 60 Gew.-%, insbesondere zwischen 25 Gew.-% und 35 Gew.-%, verwendet. Es zeigt sich, dass die genannten Maßnahmen je für sich ebenso wie in beliebiger Kombination günstige Auswirkungen auf den Aufrausprüh- strahlprozess haben.
In Weiterbildung der Erfindung wird in der Abrasionspartikelsuspension ein Viskositätserhöhendes Additiv verwendet, das eine oder mehrere der Substanzen aus einer Gruppe enthält, die aus Polyethylenglykol, Hydroxyethylcellulose, Hydroxymethylcellulose und Xanthan besteht. Dies stellt eine vorteilhafte Maßnahme zur Einstellung einer jeweils geeigneten Viskosität für die Abrasionspartikelsuspension dar.
In Weiterbildung der Erfindung wird für den Sprühstrahl ein Sprühdruck zwischen 0,5bar und 3bar, insbesondere zwischen 0,8bar und 1 ,2bar, eingestellt. Es ist für den Auf- rausprühstrahlprozess in entsprechenden Anwendungen förderlich, wenn der Sprühdruck für den Sprühstrahl in diesem Bereich gehalten wird.
Die erfindungsgemäße Aufrausprühstrahlbehandlungsvorrichtung beinhaltet ein horizontales Transportsystem, auf das drahtgesägte Siliziumwafer mit ihrer Unterseite auflegbar sind, einen Sprühfluidtank zur Bevorratung einer Abrasionspartikelsuspension auf Wasserbasis als Aufrausprühfluid sowie eine Sprühdüseneinheit mit einer oder mehreren Sprühdüsen bzw. Sprührohren zur jeweiligen Erzeugung eines auf die Oberseite und/oder die Unterseite der Siliziumwafer gerichteten Aufrausprühstrahls der im Sprühfluidtank bevorrateten Abrasionspartikelsuspension. Diese Vorrichtung erlaubt mit relativ geringem Aufwand eine vorteilhafte aufrauende Sprühstrahlbehandlung der Siliziumwafer im Durchlaufverfahren. Das Transportsystem kann insbesondere ein Rollentransportsystem mit wenigstens unterseitigen Tragrollen sein, auf welche die Siliziumwafer auflegbar sind. Alternativ ist z.B. ein Bandtransportsystem verwendbar.
In Weiterbildung der Erfindung beinhaltet das Rollentransportsystem an einer Stelle, die einer Sprühstrahlauftreffposition gegenüberliegt, eine Stützverstärkung für die durchlaufend transportierten Siliziumwafer. Dadurch wird einer übermäßigen Belastung der Siliziumwafer durch den auftreffenden Sprühstrahl entgegengewirkt, was unerwünschten Verformungen bzw. Verbiegungen der Wafer vorbeugt. Alternativ können bei beidseitiger Behandlung der Wafer sich gegenüberliegende Sprühdüsen bzw. Sprührohren angeordnet sein, deren Druckbelastungen auf die Wafer sich dann kompensieren.
In Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens eine Sprühdüse der Sprühdüseneinheit eine Flachstrahldüse mit einem Sprühwinkel zwischen 40° und 60°, insbesondere zwischen 55° und 65°. Die Verwendung dieser Art von Sprühdüse ist für die Aufrausprüh- strahlbehandlung der Siliziumwafer in entsprechenden Anwendungen sehr vorteilhaft. Beispielsweise können mehrere solche Flachstrahldüsen quer zur Transportrichtung der Siliziumwafer aufeinanderfolgend und/oder in Transportrichtung der Siliziumwafer auf- einanderfolgend angeordnet sein. Speziell können sowohl quer zur Wafertransportnchtung als auch in Wafertransportnchtung jeweils mehrere Flachstrahldüsen aufeinanderfolgend derart angeordnet sein, dass in Wafertransportnchtung benachbarte Flachstrahldüsen relativ zueinander quer zur Wafertransportnchtung versetzt angeordnet sind. Dies begünstigt eine gleichmäßige Sprühstrahlbehandlung der Siliziumwafer über ihre gesamte behandelte Oberfläche hinweg. Die Flachstrahldüsen können z.B. aus einem keramischen Material gefertigt oder mit einem solchen beschichtet sein, was die Verschleißanfälligkeit mindert.
In Ausgestaltung der Erfindung weist die Sprühdüseneinheit eine oder mehrere, quer zur Wafertransportnchtung verlaufende Sprührohre auf, wobei wenigstens ein Sprührohr eine Mehrzahl von in Längsrichtung des Sprührohres aufeinanderfolgend angeordneten Sprühdüsen aufweist. Dadurch können die Sprühdüsen des jeweiligen Sprührohres gemeinsam über dieses Sprührohr gespeist werden. Dazu kann das Aufrausprüh- fluid dem Sprührohr beispielsweise an beiden Rohrendbereichen zugeführt werden, was eine gleichmäßige Versorgung der Sprühdüsen mit dem Aufrausprühfluid begünstigt, oder alternativ an nur einem Endbereich des Sprührohres oder an einem Mittenabschnitt des Sprührohres.
In Weiterbildung der Erfindung weist die Aufrausprühstrahlbehandlungsvorrichtung einen Hydrozyklon zur Reinigung des Aufrausprühfluids auf. Dabei steht ein Unterlauf des Hydrozyklons mit dem Sprühfluidtank in Verbindung, während ein Oberlauf des Hydro- zyklons mit einer/einem in Wafertransportnchtung letzten Sprühdüse/Sprührohr der Sprühdüseneinheit in Verbindung steht. Dies ermöglicht eine Minimierung von Verunreinigungen der Siliziumwafer bzw. einer Verschleppung von Abrasionspartikeln in ein nachfolgendes Anlagenmodul.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
Fig. 1 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung texturierter Siliziumwafer bzw. ähnlicher flacher Substrate, Fig. 2 eine schematische teilweise Seitenansicht einer Vorrichtung zur Herstellung texturierter Siliziunnwafer bzw. ähnlicher flacher Substrate,
Fig. 3 eine schematische teilweise Seitenansicht einer in der Vorrichtung von Fig. 2 verwendbaren Aufrausprühstrahlbehandlungsvorrichtung,
Fig. 4 eine schematische, ausschnittweise Seitenansicht der Behandlungsvorrichtung von Fig. 3 in einer Variante mit oberseitiger Sprühbehandlung,
Fig. 5 eine schematische, ausschnittweise Draufsicht auf ein in der Vorrichtung von
Fig. 4 verwendbares Rollentransportsystem,
Fig. 6 die Ansicht von Fig. 4 für eine Ausführungsvariante mit unterseitiger Sprühbehandlung,
Fig. 7 die Ansicht von Fig. 4 für eine Ausführungsvariante mit beidseitiger Sprühbehandlung,
Fig. 8 eine Perspektivansicht einer in der Vorrichtung von Fig. 3 verwendbaren
Sprühdüseneinheit,
Fig. 9 eine ausschnittweise Seitenansicht der Sprühdüseneinheit von Fig. 8,
Fig. 10 eine schematische Blockdiagrammdarstellung eines Teils der Herstellungsvorrichtung von Fig. 2 mit der Behandlungsvorrichtung gemäß Fig. 7 in einer Ausführungsvariante mit Abspülsystem und
Fig. 1 1 die Darstellung von Fig. 10 für eine Ausführungsvariante mit Partikelrückgewinnungssystem.
Das in Fig. 1 nur mit seinen hier interessierenden Herstellungsschritten illustrierte Verfahren dient zur Herstellung texturierter Siliziumwafer oder anderer, ähnlicher starrer oder flexibler flacher Substrate. Hierfür wird zunächst in einem Schritt 10 ein Waferblock mittels eines Drahtsägevorgangs in einzelne Waferrohlinge zerteilt. Die Fertigung eines entsprechenden Waferblocks und der Drahtsägevorgang können in an sich bekannter Weise erfolgen, was hier keiner näheren Erläuterungen bedarf. Beim Drahtsägevorgang kann es sich z.B. um einen solchen unter Verwendung einer Diamantdrahtsäge handeln. Alternativ können herkömmlich einzeln gezogene oder direkt aus einer Schmelze abgeschiedene Waferrohlinge verwendet werden.
Die drahtgesägten Waferrohlinge werden dann in einem Durchlaufprozess unter Verwendung eines horizontalen Rollentransportsystems mehreren aufeinanderfolgenden Behandlungsprozessen unterzogen und werden zu diesem Zweck zunächst in einem Verfahrensschritt 1 1 in eine zugehörige Durchlauf-Fertigungsanlage bzw. kurz Durchlaufanlage eingebracht.
In einem der Behandlungsprozesse werden die Waferrohlinge einem Aufrausprühstrahl- prozess unterzogen, siehe Verfahrensschritt 12. Hierbei wird eine Abrasionspartikelsuspension auf Wasserbasis auf die Oberseite und/oder die Unterseite der Waferrohlinge aufgesprüht. Dadurch wird die betreffende Oberfläche aufgeraut, und zwar, wie sich zeigt, ohne signifikanten Materialabtrag. Der Reflexionsgrad der Oberfläche lässt sich damit mit einer nachfolgenden HF/HNO3-Standardtextur z.B. auf einen Wert unterhalb von 23% reduzieren.
In einem abschließenden, typischerweise mehrstufigen Verfahrensschritt 13 werden die Waferrohlinge nach ihrer Aufrauspruhstrahlbehandlung weiter prozessiert, so dass aus ihnen die gewünschten texturierten Siliziumwafer und daraus Endprodukte wie z.B. Solarzellenbauelemente gebildet werden. Die hierzu erforderlichen Prozesse sind wiederum herkömmlicher Art und bedürfen vorliegend keiner weiteren Erläuterung. So können sich an die Aufrausprühstrahlbehandlung beispielsweise eine ergänzende texturie- rende Ätzbehandlung, insbesondere eine herkömmliche, saure nasschemische Ätzbehandlung z.B. mittels einer Standard-Texturätzlösung mit HF/HNO3, sowie eine Waferreinigungsbehandlung anschließen.
Fig. 2 zeigt schematisch und ausschnittweise einen vorliegend interessierenden Teil einer Durchlaufanlage, mit der das Verfahren gemäß Fig. 1 durchführbar ist. Die Durchlaufanlage kann beispielsweise eine Mehrzahl paralleler Durchlaufspuren, z.B. fünf Spuren für Siliziumwafer gängiger Größe z.B. mit einer Abmessung von 156mmx156mm, besitzen. Typischerweise umfasst die Durchlaufanlage einen oder mehrere Prozessbehälter 20 mit einem optionalen Sprühsystem 21 und mit einem horizontalen Rollentransportsystem 22. Die Prozessbehälter 20 sind bedarfsweise mit Böden ausgestattet, die ein starkes Gefälle aufweisen, um das Absetzen von Partikeln zu vermeiden. An die in Durchlaufrichtung bzw. Transportrichtung T der Wafer aufeinanderfolgend angeordneten Prozessbehälter 20 können sich optional, wie in Fig. 2 gezeigt, ein Vorspülmodul 23 mit Partikelrückgewinnung, ein Kaskadenspülmodul 24 und ein Trocknungsmodul 25 zur Reinigung und Trocknung der in der Durchlaufanlage prozessierten flachen Substrate, wie Wafer zur Solarzellenherstellung, anschließen.
Fig. 3 zeigt schematisch eine in der Durchlaufanlage von Fig. 2 verwendbare Auf- rausprühstrahlbehandlungsvorrichtung mit einem Behandlungsmodul 26, das eine geeignete seitliche Durchführung 27 für das horizontale Rollentransportsystem aufweist. Ein Benutzer 28 kann die Aufrausprühstrahlbehandlungsvorrichtung über eine optionale Behandlungssteuereinheit 29 steuern. Weiter umfasst die Behandlungsvorrichtung einen vom Behandlungsmodul 26 vorzugsweise separat aufgestellten Sprühfluidtank 30 mit zugehörigen Pumpen 31 zur Umwälzung eines im Tank 30 bevorrateten Abrasions- sprühfluids. Je nach Bedarf und Anwendungsfall kann der Sprühfluidtank 30 mit Schrägböden und/oder einem Mischsystem z.B. unter Verwendung einer zusätzlichen Pumpe mit Injektordüsen oder eines Rührwerks ausgerüstet sein, um im Abrasions- sprühfluid in Suspension enthaltene abrasive Partikel in Schwebe im Fluid zu halten.
Als Aufrausprühfluid wird eine Abrasionspartikelsuspension auf Wasserbasis verwendet, in welcher die abrasiven Partikel in Form einer Suspension in Wasser als Trägerflüssigkeit enthalten sind. Als abrasive Partikel werden vorzugsweise Korund- oder Diamant- oder Siliziumkarbid-Partikel oder eine beliebige Mischung derselben verwendet. Für die abrasiven Partikel wird vorzugsweise eine mittlere Partikelgröße zwischen 5μηη und 150μηη gewählt, insbesondere zwischen 40μηη und 80μηη. Die abrasiven Partikel sind in der Abrasionspartikelsuspension in einer Partikel konzentration enthalten, die vorzugsweise zwischen 10 Gew.-% und 60 Gew.-% liegt, insbesondere zwischen 25 Gew.-% und 35 Gew.-%.
Der Abrasionspartikelsuspension ist vorzugsweise ein Viskositätserhöhendes Additiv zugesetzt. Das Additiv bewirkt, dass die Partikel gut in der Schwebe gehalten werden und nicht sedimentieren oder agglomerieren. Hierfür eignet sich als Additiv beispielsweise Polyethylenglykol, insbesondere Polyethylenglykol 200-10.000, oder Hydroxy- ethylcellulose oder Hydroxymethylcellulose oder Xanthan oder ein beliebiges Gemisch mehrerer dieser Substanzen.
Mit der Aufrausprühstrahlbehandlungsvorrichtung gemäß Fig. 3 lässt sich insbesondere die Aufrausprühstrahlbehandlung gemäß Verfahrensschritt 12 von Fig.1 durchführen. Für den Sprühvorgang mit der Abrasionspartikelsuspension auf Wasserbasis, der die Waferrohlinge auf ihrer Oberseite und/oder ihrer Unterseite ausgesetzt werden, wird vorzugsweise ein Sprühdruck zwischen 0,5bar und 3bar eingestellt, insbesondere zwischen 0,8bar und 1 ,2bar.
Die Fig. 4 bis 7 veranschaulichen verschiedene Ausführungsvarianten der Aufrausprüh- strahlbehandlungsvorrichtung, um gezielt die Waferrohlinge nur auf ihrer Oberseite, nur auf ihrer Unterseite oder beidseitig auf ihrer Oberseite und ihrer Unterseite dem Auf- rausprühstrahl auszusetzen.
So veranschaulichen die Fig. 4 und 5 speziell eine Ausführungsvariante zur einseitigen Sprühstrahlbehandlung der Siliziumwafer auf ihrer Oberseite. Wie in den Fig. 4 und 5 zu erkennen, umfasst das horizontale Rollentransportsystem Transportrollen in Form unterseitiger Tragrollen 32 und oberseitiger Niederhalterrollen 33. Zu behandelnde Siliziumwafer 34 sind mit ihrer Unterseite auf die Tragrollen 32 auflegbar. Die Niederhalterrollen 33 dienen zum Niederhalten der Siliziumwafer 34 gegen die Tragrollen 32.
Die Behandlungsvorrichtung gemäß den Fig. 4 und 5 beinhaltet eine Sprühdüseneinheit 36 mit vorzugsweise mehreren Sprühdüsen bzw. Sprührohren zur jeweiligen Erzeugung eines im Wesentlichen vertikal nach unten auf die Oberseite der Siliziumwafer 34 gerichteten Aufrausprühstrahls 35 der im Sprühfluidtank 30 gemäß Fig. 3 bevorrateten Abrasionspartikelsuspension, wobei in Fig. 4 schematisch und stellvertretend ein Sprührohr 36a gezeigt ist. Das Rollentransportsystem weist an einer Stelle, die einer Sprüh- strahlauftreffposition 37 unterseitig gegenüberliegt, eine Stützverstärkung 38 für die durchlaufend transportierten Siliziumwafer 34 auf. Im gezeigten Beispiel besteht die Stützverstärkung 38 darin, dass die dort befindliche Tragrolle 32a breitere Röllchen 38a aufweist, die drehfest auf einer Transportwelle 40 sitzen. Bei den anderen Tragrollen 32 sitzen schmalere Röllchen 39 auf der Transportwelle 40.
Wie weiter aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich, sind die Tragrollen 32, 32a in Transportrichtung T mit relativ geringem Abstand derart angeordnet, dass die Röllchen 38a, 39 einer jeweiligen Tragrolle 32, 32a in Zwischenräume zwischen den Röllchen 38a, 39 einer jeweils benachbarten Tragrolle 32, 32a eingreifen, wozu die Röllchen 38a, 39 mit geeignetem Abstand voneinander auf der jeweiligen Transportwelle 40 angeordnet sind. Dies ermöglicht einen schonenden Transport insbesondere für empfindliche, zerbrechliche Substrate, wie Siliziumwafer mit relativ geringer Dicke. Die breiteren Röllchen 38a stützen die Siliziumwafer 34 gegenüber dem Druck bzw. Impuls des Sprühstrahls 35 sicher ab, was einem etwaigen Brechen der Siliziumwafer 34 vorbeugt.
Wie speziell aus Fig. 4 ersichtlich, weist das Rollentransportsystem jeweils im Bereich unterhalb einer Sprühdüse bzw. eines Sprührohres 36a eine Lücke auf, so dass der Sprühstrahl 35 von der Sprühdüse bzw. dem Sprührohr 36a direkt auf die zu behandelnde Seite bzw. Oberfläche der horizontal transportierten Siliziumwafer 34 trifft, ohne dass dies von den Transportrollen, hier speziell den oberseitigen Niederhalterrollen 33, behindert wird.
Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsvariante werden die Siliziumwafer 34 nur an ihrer Unterseite der abrasiven Sprühstrahlbehandlung ausgesetzt. Dazu ist die Sprühdüseneinheit 36 mit ihren einen oder mehreren Sprühdüsen bzw. Sprührohren 36a unterhalb der Transportebene der Siliziumwafer 34 angeordnet, und der Sprühstrahl 35 ist in diesem Fall im Wesentlichen vertikal nach oben gerichtet. Dazu weist die Anordnung der unterseitigen Tragrollen 32 eine Lücke auf, durch die hindurch der Sprühstrahl 35 von der Sprühdüseneinheit 36 direkt auf die Unterseite der Siliziumwafer 34 gelangen kann. Analog weist eine der Sprühstrahlauftreffposition 37 oberseitig gegenüberliegende Niederhalterrolle 33a die Stützverstärkung 38 in Form verbreiterter Röllchen 38a zur Abstützung der Siliziumwafer 34 gegen den Impuls des Sprühstrahls 35 auf.
Bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsvariante werden die Siliziumwafer 34 beidseitig, d.h. an ihrer Oberseite und an ihrer Unterseite, gleichzeitig der Aufrausprühstrahl- behandlung unterzogen. Dazu beinhaltet die Sprühdüseneinheit 36 jeweils eine oder mehrere Sprühdüsen bzw. Sprührohre 36a sowohl oberhalb als auch unterhalb der Substrattransportebene, um sowohl einen Aufrausprühstrahl 35 von oben auf die Waferoberseite als auch einen Aufrausprühstrahl 35 von unten auf die Waferunterseite zu richten, wobei je zwei Sprühdüsen bzw. Sprührohre 36a und entsprechend je zwei Aufrausprühstrahlen 35 vorzugsweise auf gleicher Höhe in Bezug auf die Wafertrans- portrichtung T vorgesehen sind. Letzteres hat den Vorteil, dass sich bei der gleichzeitigen Beaufschlagung der Siliziumwafer 34 mit dem oberseitigen Sprühstrahl 35 und dem unterseitigen Sprühstrahl 35 die Druckbelastungen bzw. die Druckimpulse der beiden Sprühstrahlen 35 auf die behandelten Siliziumwafer 34 kompensieren. Dies beugt Verformungen bzw. Verbiegungen sowie Brucherscheinungen selbst im Fall sehr dünner, empfindlicher Siliziumwafer 34 vor, ohne dass dazu Abstützmaßnahmen durch das Rollentransportsystem zwingend erforderlich sind. Das Rollentransportsystem weist in der Anordnung der unterseitigen Tragrollen 32 und der oberseitigen Niederhalterrollen 33 wiederum eine Lücke an der Position des jeweiligen Sprühstrahls 35 auf, so dass die Sprühstrahlen 35 direkt auf die zu behandelnde Waferoberseite bzw. Waferunterseite auftreffen.
Die Fig. 8 und 9 veranschaulichen eine vorteilhafte Realisierung für die Sprühdüseneinheit 36, wie sie in der Sprühstrahlbehandlungsvorrichtung von Fig. 3 z.B. in einer der Varianten gemäß den Fig. 4 bis 7 verwendbar ist. In dieser Ausführungsvariante beinhaltet die Sprühdüseneinheit 36 ein jeweiliges Sprühmodul aus einer Anordnung mehrerer Sprührohe 36a, z.B. zwischen fünf und fünfzehn Sprührohren 36a, parallel zueinander und in Wafertransportrichtung T hintereinander, d.h. die Rohrlängsachsen der Sprührohre 36a verlaufen horizontal und quer zur Wafertransportrichtung T.
Im gezeigten Beispiel sind die Sprührohre beidseits endseitig gespeist. Dazu sind an beiden seitlichen Endbereichen der Sprührohranordnung jeweils ein Sprühfluid- Einlassanschluss 41 a, 41 b und ein endseitig beidseits geschlossenes Verteilerrohr 42a, 42b vorgesehen. Der jeweilige Einlassanschluss 41 a, 41 b mündet in einen Mittenbereich des zugehörigen Verteilerrohrs 42a, 42b, und die Sprührohre 36a münden endseitig jeweils in eines der beiden Verteilerrohre 42a, 42b an einer Rohrmantelfläche derselben. Damit wird eine sehr gleichmäßige Versorgung der Sprührohre 36a mit der zu versprühenden Abrasionspartikelsuspension mit gleichbleibender Konzentration der Abrasionspartikel in den einzelnen Sprührohren 36a erreicht. In alternativen Ausführun- gen erfolgt die Versorgung der Sprührohre 36a mit der Abrasionspartikelsuspension über nur einen Endbereich der Sprührohre 36a oder in einem Mittenbereich der einzelnen Sprührohre 36a z.B. über ein dort angeordnetes Verteilerrohr.
Jedes Sprührohr 36a ist entlang seiner Länge mit einer Mehrzahl von voneinander be- abstandeten Sprühdüsen 43 versehen. Die Sprühdüsen 43 sind vorzugsweise aus einem keramischen Material gefertigt oder mit einer keramischen Beschichtung versehen. Weiter sind die Sprühdüsen 43 vorzugsweise als Flachstrahldüsen eines an sich herkömmlichen und daher hier nicht näher zu beschreibenden Typs mit einem Sprühwinkel α zwischen 40° und 60°, insbesondere zwischen 55° und 65°, ausgeführt.
Die Sprühdüsen je zweier in Wafertransportrichtung T aufeinanderfolgender Sprührohre 36a sind bevorzugt zueinander versetzt angeordnet, d.h. in Längsrichtung der Sprührohre 36a gesehen befindet sich die jeweilige Sprühdüse 43 eines in Wafertransportrichtung T nächsten Sprührohres 36a zwischen zwei Sprühdüsen 43 des davor liegenden Sprührohres 36a. Der Versatz kann z.B. mittig sein, d.h. jede Sprühdüse 43 des nächsten Sprührohres 36a liegt mittig zwischen zwei Sprühdüsen 43 des vorigen Sprührohres 36a. Diese Sprühdüsenanordnung begünstigt ein gleichmäßiges Sprüh- behandlungsergebnis für alle behandelten Substrate bzw. Siliziumwafer quer zur Wafertransportrichtung T. Dabei ist der Abstand der Sprührohre 36a und damit auch der Sprühdüsen 43 von den zu besprühenden Siliziumwafern, d.h. von der Wafertransport- ebene, so gewählt, dass die von den Sprühdüsen 43 eines jeden Sprührohres 36a mit dem Sprühwinkel α abgegebenen einzelnen Flachsprühstrahlen 35 einander quer zur Wafertransportrichtung T überlappen bzw. überlagern. Die Gleichmäßigkeit des Aufsprühens der Abrasionspartikelsuspension wird zusätzlich durch die in Längsrichtung der Sprührohre 36a versetzte Anordnung der Sprühdüsen 43 je zweier aufeinanderfolgender Sprührohre 36a gefördert.
Dies ergibt in Summe einen sehr gleichmäßigen Sprühauftrag der Abrasionspartikelsuspension durch die Sprühdüseneinheit 36 auf die Waferoberseite und/oder die Waferunterseite. Es versteht sich, dass je nach dem, ob die Sprühbehandlung nur auf der Waferoberseite, nur auf der Waferunterseite oder auf beiden Waferseiten erfolgen soll, jeweils ein oder mehrere Sprühmodule der in den Fig. 8 und 9 gezeigten Art für die Sprühdüseneinheit 36 über und/oder unter der Wafertransportebene angeordnet sein können, wie sie durch das horizontale Rollentransportsystem 22 definiert ist.
Fig. 10 zeigt schematisch eine Behandlungsvorrichtung mit beidseitiger Aufrausprüh- strahlbehandlung der Siliziumwafer 34 nach Art von Fig. 7 mit einem zusätzlichen Abspülsystem. Über eine Speiseleitung 44 führt eine Pumpe 45 das Aufrausprühfluid aus dem Tank 30 der Sprühdüseneinheit 36 zu. Über eine Abzweigleitung 46 wird ein Teilstrom des Aufrausprühfluids einem Hydrozyklon 47 zugeleitet. Ein in einem Unterlauf des Hydrozyklons 47 anfallendes Konzentrat wird über eine Rückführleitung 48 in den Tank zurückgeführt. Im Hydrozyklon 47 gereinigte Flüssigkeit wird aus einem Oberlauf des Hydrozyklons 47 über eine Abspülspeiseleitung 49 einem Sprührohr 50 am in Wafertransportrichtung T hinteren Endbereich der Aufrausprühbehandlungsvorrichtung zugeführt.
Aus dem Sprührohr 50 tritt die zugeführte Flüssigkeit in Form eines Spülstrahls 51 aus, der unter einem relativ kleinen, spitzen Winkel vertikal entgegen der durch die Transportrichtung T gegebenen Laufrichtung der behandelten Siliziumwafer 34 geneigt ist. Das Sprührohr 50 befindet sich über der Wafertransportebene des in Fig. 10 nicht gezeigten Rollentransportsystems 22, wobei der Spülstrahl 51 auf die Oberseite der zuvor der Aufrausprühstrahlbehandlung unterzogenen Siliziumwafer 34 gerichtet wird. Dadurch werden auf der Oberseite der behandelten Wafer 34 eventuell verbliebene Abrasionspartikel 52 von der Waferoberfläche abgespült und bleiben in der Aufrausprüh- strahlbehandlungsvorrichtung. Dies verhindert, dass die Abrasionspartikel 52 in merklicher Menge in nachfolgende Behandlungseinheiten verschleppt werden, z.B. in ein anschließendes Spülbehandlungsmodul 53, das mit entsprechenden Reinigungs- /Spülrohren 54 ausgerüstet ist.
Fig. 1 1 veranschaulicht eine Ausführungsvariante einer Durchlaufanlage mit einem Partikelrückgewinnungssystem. Hierbei schließt sich an die Aufrausprühstrahlbehand- lungsvorrichtung, in welcher die Siliziumwafer 34 mittels der Sprühdüseneinheit 36 einer beidseitigen Aufrausprühstrahlbehandlung unterzogen werden, ein Vorspülmodul 55 an. Das im Tank 30 bevorratete Aufrausprühfluid wird wiederum über die Zufuhrleitung 44 und die Förder-/Umwälzpumpe 45 der Sprühdüseneinheit 36 zugeführt. Das Vorspülmodul 55 weist Vorspüldüsen bzw. Vorspülrohre 56 auf, mit denen die zuvor der Auf- rausprühstrahlbehandlung unterzogenen Siliziumwafer 34 einer beidseitigen Vor- spülbehandlung unterzogen werden können, wobei diesen Vorspüldüsen bzw. Vor- spülrohren 56 ein entsprechendes Vorspülfluid aus einem Vorspültank 57 über eine zugehörige Förderpumpe 58 zugeführt wird.
Das Vorspülfluid bzw. Spülwasser wird dann aus dem Vorspülmodul 55 über eine Rückführleitung 59 in einen Rücklauftank 60 geleitet. Das dort gesammelte Spülwasser wird über eine Förderpumpe 61 kontinuierlich einem Hydrozyklon 47' nach Art des Hydro- zyklons 47 in der Ausführungsvariante von Fig. 10 zugeführt. Aus dem Unterlauf des Hydrozyklons 47' wird zugehöriges Konzentrat über eine Rückführleitung 62 in den Tank 30 mit dem Aufrausprühfluid geleitet. Um ein Überlaufen des Tanks 30 zu verhindern und das Gesamtsystem des Fluidkreislaufs im Gleichgewicht zu halten, wird überschüssiges Wasser an der Oberfläche des Tanks 30 mit einer zugehörigen Förderpumpe 63 wieder in den Rücklauftank 60 zurückgeleitet. Gereinigte Flüssigkeit wird vom Oberlauf des Hydrozyklons 47' in den Vorspültank 57 geleitet.
Durch dieses Partikelrückgewinnungssystem können die Siliziumwafer 34 stets mit vorgereinigtem Vorspülfluid bzw. Spülwasser abgespült werden, was ein Verschleppen der Abrasionspartikel z.B. in ein nachfolgendes Kaskadenspülmodul vermeidet bzw. vermindert. Als weiterer Vorteil können eventuell aus dem Aufrausprühprozess verschleppte Partikel mittels des Vorspülmoduls 55 ganz oder jeweils zum größten Teil wieder zurückgewonnen und zurückgeführt werden.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Herstellung texturierter Siliziumwafer, bei dem
einzelne Waferrohlinge (34) bereitgestellt werden und
die Waferrohlinge in einem Durchlaufprozess unter Verwendung eines horizontalen Transportsystems (22) mehreren aufeinanderfolgenden Behandlungsprozessen unterzogen werden,
wobei in einem der Behandlungsprozesse die Waferrohlinge einem Auf- rausprühstrahlprozess unterzogen werden, bei dem die Waferrohlinge auf ihrer Oberseite und/oder ihrer Unterseite einem Sprühstrahl (35) mit einer Abrasionspartikelsuspension auf Wasserbasis ausgesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 , weiter dadurch gekennzeichnet, dass
als abrasive Partikel in der Abrasionspartikelsuspension Korund- und/oder Diamant- und/oder Siliziumkarbid-Partikel verwendet werden und/oder
als abrasive Partikel in der Abrasionspartikelsuspension solche mit einer mittleren Partikelgröße zwischen 5μηη und 150μηη, insbesondere zwischen 40μηη und δθμιτι, verwendet werden und/oder
abrasive Partikel in der Abrasionspartikelsuspension in einer Partikelkonzentration zwischen 10 Gew.-% und 60 Gew.-%, insbesondere zwischen 25 Gew.-% und 35 Gew.-%, verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass in der Abrasionspartikelsuspension ein Viskositätserhöhendes Additiv verwendet wird, das eine oder mehrere der Substanzen aus einer Gruppe enthält, die aus Poly- ethylenglykol, Hydroxyethylcellulose, Hydroxymethylcellulose und Xanthan besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, dass für den Sprühstrahl ein Sprühdruck zwischen 0,5bar und 3bar, insbesondere zwischen 0,8bar und 1 ,2bar, eingestellt wird.
5. Vorrichtung zur Aufrausprühstrahlbehandlung drahtgesägter Siliziunnwafer in einem Durchlaufprozess, mit
einem horizontalen Transportsystem (22), auf das die Siliziumwafer mit ihrer Unterseite auflegbar sind,
einem Sprühfluidtank (30) zur Bevorratung einer Abrasionspartikelsuspension auf Wasserbasis als Aufrausprühfluid und
einer Sprühdüseneinheit (36) mit einer oder mehreren Sprühdüsen und/oder Sprührohren (36a) zur jeweiligen Erzeugung eines auf die Oberseite und/oder die Unterseite der Siliziumwafer gerichteten Aufrausprühstrahls (35) der im Sprühfluidtank bevorrateten Abrasionspartikelsuspension.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, weiter dadurch gekennzeichnet, dass das Transportsystem an einer Stelle, die einer Sprühstrahlauftreffposition (37) gegenüberliegt, eine Stützverstärkung (38) für die durchlaufend transportierten Siliziumwafer aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, weiter dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Sprühdüse (43) eine Flachstrahldüse mit einem Sprühwinkel zwischen 40° und 60°, insbesondere zwischen 55° und 65°, ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühdüseneinheit eine oder mehrere, quer zur Wafertransportrichtung verlaufende Sprührohre (36a) aufweist, wobei wenigstens ein Sprührohr eine Mehrzahl von in Längsrichtung des Sprührohres aufeinanderfolgend angeordneten Sprühdüsen aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, weiter gekennzeichnet durch einen Hydrozyklon (47, 47') zur Reinigung des Aufrausprühfluids, wobei ein Unterlauf des Hydrozyklons mit dem Sprühfluidtank in Verbindung steht und ein Oberlauf des Hydrozyklons mit einer/einem in Wafertransportrichtung letzten Sprühdüse/Sprührohr (50) der Sprühdüseneinheit oder mit einem der Sprühdüseneinheit nachgeschalteten Spüldüsenmodul (55) in Verbindung steht.
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