TW201703131A - 用於化學處理半導體基材的裝置和方法 - Google Patents

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Abstract

一種用於化學處理半導體基材的裝置具有預處理裝置，該預處理裝置在該半導體基材的傳輸方向上設置在第一塗敷裝置和第二塗敷裝置之前。該預處理裝置用於在該半導體基材上生成環繞的限定區域，使得之後借助該第一塗敷裝置所施加的保護流體被限定並被保持於基材上側上。由此避免了在之後的第二塗敷裝置中該保護流體對處理流體的污染，由此該裝置以簡單的方式具有高的經濟性。

Description

用於化學處理半導體基材的裝置和方法 發明領域
本發明涉及如請求項1的前序部分所述的一種用於化學處理半導體基材的裝置。本發明另外還涉及一種用於化學處理半導體基材的方法。
發明背景
在WO 2011/047 894 A1中公開了一種用於化學處理矽基材的裝置。該矽基材首先在上側整個平面用保護液浸濕。接著在該矽基材的下側施加處理流體，該處理流體對該矽基材在下側進行化學處理。通過該保護液來保護上側防止該處理流體。缺點是，一方面該保護液必須極其精確地確定劑量，以使保護液從該矽基材表面滴下的可能性最小化，並且另一方面並不能完全避免保護液從表面滴下，如此使得要滴下的保護液影響了該處理液的品質，並從而影響該裝置的經濟性。
發明概要
本發明所基於的任務是，提供一種裝置，其能夠簡單而經濟地化學處理半導體基材。
該任務通過具有請求項1所述特徵的一種裝置而得到解決。通過在傳輸方向上給第一塗敷裝置前置的預處理裝置，首先在該半導體基材上生成環繞的並對要施加的保護液進行限定的限定區域，如此使得之後在該基材上側所施加的保護流體被保持於該限定區域上。環繞的限定區域優選地排斥該保護流體。環繞的限定區域借助該預處理裝置而在連接該基材上側與基材下側的基材端面上被生成，和/或在該基材上側上被生成。要施加的保護流體尤其是一種保護液。該保護液尤其是含水的。如果把水或蒸餾水用作保護液，那麼該限定區域就構造為疏水的。通過環繞的以及限定保護流體的該限定區域，基材上側構成了限定區域的內部空間，在該內部空間中該保護流體可以以簡單的方式被加入或被施加。因為該限定區域把該保護流體保持於該基材上側上，所以該保護流體僅須粗略地確定劑量。另外該保護液還不會從該基材上側滴下來，如此使得該處理流體的品質不受該保護流體的影響。從而不需要導致處理流體消耗增大的處理流體再劑量，如此使得該裝置具有高的經濟性。處理流體優選地是一種處理液體。該處理液體尤其包含有氫氟酸和/或硝酸，如此使得該處理液體形成了一種蝕刻液。根據本發明的裝置尤其可以用於化學處理用以製造太陽能電池的半導體晶片。
如請求項2所述的一種裝置保證了對半導體基材的簡單的化學處理。容納池用於構成該預處理流體或者說預處理液的液體槽，和/或用於收集被施加的從該半導體基 材滴下的預處理流體。該預處理流體優選地對該半導體基材有侵蝕作用，其中通過部分地或成層地侵蝕該半導體基材來形成限定區域。優選地該預處理流體是一種液體蝕刻液。
如請求項3所述的一種裝置保證了對半導體基材的簡單而經濟的化學處理。通過傳輸輥沿著容納池來佈置並伸到該容納池中，預處理液可以在傳輸期間如此被施加到該半導體基材上，使得形成限定區域。該半導體基材比如間接地用該預處理液來浸濕。在此該預處理液、比如該液體蝕刻液借助該傳輸輥而被施加到該基材下側。該預處理液由於其表面張力而自動地運動到基材端面並浸濕它以形成環繞的限定區域。在進行直接浸濕時，該半導體基材借助傳輸輥靠近預處理液的液體槽而被傳輸，如此使得基材下側直接被液體槽浸濕。由於其表面張力和/或由於彎月效應(Meniskusbildung)，預處理液可以自動地移動到基材上側的邊緣區域。從而在基材端面以及必.要時在基材上側上形成了限定區域。預處理液尤其通過其表面張力並通過由該基材表面的粗糙度而產生的毛細效應來自動地移動到基材端面並必要時移動到基材上側。在此基材表面在預處理之前是吸引預處理液的。基材表面在預處理之前尤其構造為親水的。
如請求項4所述的一種裝置保證了對該半導體基材的經濟的化學處理。通過容納池的長度，在所期望的傳輸速度下來保證預處理流體或預處理液的最小作用時長。 由此以簡單的方式來保證形成該限定區域。
如請求項5所述的一種裝置保證了對該半導體基材的簡單而經濟的化學處理。通過液位調節，以簡單的方式保證了該預處理液的施加。在進行間接浸濕時，該液位如此來調節，使得預處理液的液面如此低於基材下側，也即低於傳輸輥的高度水平面，使得傳輸輥任何時候都浸入到預處理液中。為此液面低於基材下側小於傳輸輥的直徑。優選地該液面低於基材下側1mm至30mm，尤其5mm至25mm，並尤其10mm至20mm。在進行直接浸濕時，該液位被調節為使得該液面低於基材下側0mm至5mm。這足以使基材端面以及必要時的基材上側浸濕該預處理液，使得形成限定區域。該預處理液的溫度尤其在5℃與25℃之間的溫度範圍中，尤其在室溫下。該預處理液尤其作為蝕刻液來構造，其具有在0.1重量%與5重量%之間的酸濃度範圍。用作酸的尤其是氫氟酸、硝酸、硫酸和/或過氧化磷酸。
如請求項6所述的一種裝置保證了對該半導體基材的簡單而經濟的化學處理。通過調節該傳輸輥的旋轉速度，來設定該半導體基材在傳輸方向上的傳輸速度，使得在盡可能高的傳輸速度下仍然保證了該預處理液足夠的作用時長以形成限定區域。
本發明另外還基於的任務是提供一種方法，該方法實現了對半導體基材的簡單而經濟的化學處理。
該任務通過具有請求項7所述特徵的一種方法而得到解決。根據本發明的方法的優點對應於根據本發明的 裝置的前述優點。
如請求項8所述的一種方法保證了對該半導體基材的簡單而經濟的化學處理。在該半導體基材側面所形成的限定區域能夠被簡單地生成，並足以把保護流體保持於該基材上側。
如請求項9所述的一種方法保證了對該半導體基材的簡單而經濟的化學處理。通過在該基材上側所生成的限定區域，該保護流體或該保護液被有效地保持於該基材上側。該限定區域在該基材上側的邊緣區域中被形成。該邊緣區域從該半導體基材的環繞的邊緣開始小於2mm，尤其小於1.5mm，並尤其小於1mm。
如請求項10所述的一種方法保證了以簡單的方式來生成該限定區域。該預處理流體優選是一種預處理液。該預處理液尤其包含有氫氟酸和/或硝酸，使得該預處理液形成一種蝕刻液。
如請求項11所述的一種方法實現了以簡單的方式借助傳輸輥來施加預處理液。施加到基材下側的預處理液自動地移動到基材端面，並從那裡在必要時繼續移動到基材上側，如此使得形成限定區域。
如請求項12所述的一種方法實現了以簡單的方式直接從該液體池來施加預處理液。該半導體基材以基材下側被導送高於該預處理液液面0mm至5mm的距離內，使得該基材下側直接地或通過彎月效應而與該預處理液相接觸。該預處理液從該基材下側自動地移動到該基材端面， 並必要時繼續移動到該基材上側。
如請求項13所述的一種方法保證了簡單地施加該預處理液以形成限定區域。
如請求項14所述的一種方法保證了對該半導體基材的經濟的化學處理。通過傳輸輥的旋轉速度可以調節該半導體基材的傳輸速度，使得在盡可能大的傳輸速度下保證該預處理流體的足夠的作用時長。
如請求項15所述的一種方法保證了對該半導體基材的簡單而經濟的化學處理，因為僅須保留一種流體。
1‧‧‧裝置
2‧‧‧半導體基材
3‧‧‧傳輸方向
4、14‧‧‧預處理流體
5‧‧‧第一塗敷裝置
6‧‧‧第二塗敷裝置
7‧‧‧清潔裝置
8‧‧‧烘乾裝置
9‧‧‧傳輸輥
10‧‧‧電驅動電機
11‧‧‧旋轉軸
12、15、31‧‧‧感測器
13、30‧‧‧容納池
16、32‧‧‧儲存容器
17、25、33‧‧‧管路
18、26、34‧‧‧泵
19‧‧‧控制裝置
20、35‧‧‧液位調節裝置
21‧‧‧旋轉速度調節裝置
22‧‧‧保護流體
23‧‧‧基材上側
24‧‧‧塗敷噴嘴
27‧‧‧儲存容器
28‧‧‧處理流體、處理液、處理液體
29‧‧‧基材下側
36‧‧‧限定區域
37‧‧‧基材端面
38‧‧‧內部空間
d‧‧‧距離
h‧‧‧液位
L‧‧‧長度
S‧‧‧液面
ω‧‧‧旋轉速度
本發明的其他特徵、優點和細節參見下面的對實施例的說明。其中：圖1示出了用於化學處理半導體基材的一種裝置，圖2示出了在該裝置的第一運行方式中預處理裝置的放大圖示，圖3示出了按照圖2的預處理裝置的俯視圖，以及圖4示出了在第二運行方式中圖2的預處理裝置的放大圖示。
具體實施方式
裝置1為了化學處理半導體基材2而在傳輸方向3上依次具有預處理裝置4、第一塗敷裝置5、第二塗敷裝置6、清潔裝置7和烘乾裝置8。該預處理裝置4從而在該傳輸 方向3上設置在該第一塗敷裝置5之前。這些半導體基材2尤其作為半導體晶片、優選作為矽晶片來構造。
為了傳輸半導體基材2，該裝置1具有多個傳輸輥9，這些傳輸輥從該預處理裝置4沿著該傳輸方向3直至該烘乾裝置8來佈置。該傳輸輥9借助電驅動電機10和未詳細示出的傳動機構而被旋轉驅動。圍繞相應旋轉軸11的旋轉速度ω借助速度測量感測器12而被測量。
該預處理裝置4具有容納池13，其用於容納預處理流體14。該預處理流體14作為液體來構造，該液體容納於作為液體槽的容納池13中。為了測量該預處理液14在該容納池13中的液位h，該預處理裝置4具有液位測量感測器15。該液位測量感測器15比如設置在該容納池13上。
該容納池13在該傳輸方向3上具有長度L，其中對於該長度L適用的是：0.3mL1.5m，尤其0.4mL1.2m，並尤其0.5mL0.8m。傳輸輥9在容納池13的區域內延伸到該容納池13中，並延伸到其中所容納的預處理液14中。為了調節液位h，該預處理裝置4具有儲存容器16，該儲存容器通過管路17和泵18與容納池13相連。
在該裝置1的控制裝置19中實施一種液位調節裝置20，其與液位測量感測器15和泵18相信號連接。另外在該控制裝置19中還實施了針對沿該容納池13佈置的傳輸輥9的旋轉速度調節裝置21，其與該速度測量感測器12和該驅動電機10相信號連接。該液位調節裝置20和該旋轉速度調節裝置21是預處理裝置4的組成部分。
之後佈置的第一塗敷裝置5用於去除預處理液14，並用於把保護流體22施加到半導體基材2的相應基材上側23上。該保護流體22作為液體來構造。優選地該保護液體22是蒸餾水。為了施加該保護液22，該第一塗敷裝置5具有塗敷噴嘴24，其佈置在傳輸輥9以及其上所傳輸的半導體基材2上方。該塗敷噴嘴24通過管路25和所屬的泵26與儲存容器27相連。該泵26與該控制裝置19相信號連接。
之後設置的第二塗敷裝置6用於在半導體基材2的相應基材下側29上施加處理流體28。處理流體28作為液體來構造，其容納於容納池30中。該第二塗敷裝置6與該預處理裝置4相對應地具有液位測量感測器31、儲存容器32、以及液位調節裝置35，其中該儲存容器通過管路33和泵34與該容納池30相連接。關於第二塗敷裝置6的構造參見該預處理裝置4的說明。
在第一運行方式中該裝置1的功能如下：該預處理裝置4用於在各半導體基材2上生成環繞的限定區域36，其中該限定區域將之後借助該第一塗敷裝置5施加的保護流體22或者要施加的保護液體限定在基材上側23上，使得該保護液體22被保持於基材上側23上。為此，在容納池13中的液位h借助該液位調節裝置20被調節為使得傳輸輥9浸入到預處理液14的液體池中。傳輸輥9在其圍繞所屬的旋轉軸11旋轉時從該液體池中攜帶出預處理液14，使得相應半導體基材2的基材下側29借助傳輸輥9被間接地浸濕。在預處理液14的液面S與基材下側29之間的距 離d比如在5mm至10mm之間。預處理液14自動地從基材下側29移動到環繞的基材端面37。
該預處理液14作為蝕刻液來構造，並尤其具有氫氟酸和/或硝酸。氫氟酸和/或硝酸的濃度在0.1重量%至5重量%之間。預處理液14的溫度在7℃與25℃之間，比如20℃。預處理液14的作用時長通過傳輸輥9的旋轉速度ω和/或容納池的長度L來設定。
通過作為蝕刻液來構造的預處理液14，在基材端面37上腐蝕掉了吸引預處理液14的上層，使得露出了排斥預處理液14的下層。排斥保護液體14的下層優選地構造為疏水的。通過露出該下層而自動中斷了與預處理液14的接觸，使得蝕刻速率下降並且自動地停止蝕刻過程。通過該蝕刻過程從而在基材端面37上生成了環繞的限定區域36，其中限定區域在該基材上側23上環繞地限定了內部空間38。
相應的半導體基材2接著被傳輸到該第一塗敷裝置5，該第一塗敷裝置借助該塗敷噴嘴24把該保護流體22或保護液施加到基材上側23上，並把預處理液14從基材上表面或基材上側23沖洗掉。利用保護液體22沖洗掉的預處理液14在塗敷裝置5的下面被收集和/或排到一個未詳細示出的收集池中。保護液體22通過限定區域36而被限定，使得其被保持於基材上側23上。通過該限定區域36僅需要粗略地確定保護液22的劑量。
接著相應的半導體基材2被傳輸到該第二塗敷裝 置6，該第二塗敷裝置借助傳輸輥9把該處理流體28或處理液施加到基材下側29上。該處理液28作為蝕刻液來構造，並包含有氫氟酸和/或硝酸，以在基材下側29上化學處理相應的半導體基材2。優選地該預處理液14和該處理液體28相同地構造，使得僅須準備一種蝕刻液。該蝕刻液尤其可以在共同的儲存容器16、32中被準備。在該容納池30中的液位借助該液位測量感測器31、泵34以及該液位調節裝置35對應於預處理裝置4來調節。
由於在基材上側23上的保護液22，基材上側23被保護以防止通過處理液體28的不期望的化學處理。通過把保護液體22保持於限定區域36中，其不會滴到容納池30中並污染或稀釋處理液28。由此避免了再定量該處理液28以保持腐蝕作用，由此降低了化學品消耗。
在化學處理之後，相應的半導體基材2在該清潔裝置7中被清潔，並接著在該烘乾裝置8中被烘乾。相應被化學處理的半導體基材2現在提供用於進一步的處理步驟。
在第二運行方式中該裝置1的功能如下：與第一運行方式不同，在該容納池13中的液位h被調節為使得該預處理液14直接地和/或通過彎月效應而直接浸濕相應半導體基材2的基材下側29。該液位h被調節為使得該液面S具有0mm與5mm之間的距離d。通過該液面S，基材下側29從而直接被該預處理液14浸濕。該預處理液14自動地沿著環繞的基材端面37移動到該基材上側23。在該基材上側23上該預處理液14浸濕1mm至10mm的環繞的 邊緣區域。該預處理液14腐蝕掉基材端面37上的、以及部分在基材上側23的邊緣區域中的上層，使得排斥該保護液體22的、處於其下的下層被露出。由於這種自限制的腐蝕過程，在基材上側23上下層僅僅在1mm至2mm的環繞邊緣區域中被露出，而在剩餘的邊緣區域中上層僅僅被蝕刻。基材端面37以及在基材上側23上露出的邊緣區域從而形成了環繞的限定區域36。
相應被預處理的半導體基材2接著被傳輸到第一塗敷裝置5，第一塗敷裝置借助該塗敷噴嘴24把該保護液22施加到該基材上側23以及該內部空間38中。環繞的限定區域36再次把該保護液體22限定在該基材上側23上。關於其他的運行方式參見第一運行方式的說明。
根據本發明的裝置1和根據本發明的方法尤其適於加工太陽能電池，其被紋理化、塗層、熱擴散、離子植入和/或熱、濕化學和/或自然氧化。
1‧‧‧裝置
2‧‧‧半導體基材
3‧‧‧傳輸方向
4、14‧‧‧預處理流體
5‧‧‧第一塗敷裝置
6‧‧‧第二塗敷裝置
7‧‧‧清潔裝置
8‧‧‧烘乾裝置
9‧‧‧傳輸輥
13、30‧‧‧容納池
15、31‧‧‧感測器
16、32‧‧‧儲存容器
17、25、33‧‧‧管路
18、26、34‧‧‧泵
19‧‧‧控制裝置
22‧‧‧保護流體
23‧‧‧基材上側
24‧‧‧塗敷噴嘴
27‧‧‧儲存容器
28‧‧‧處理流體、處理液、處理液體
29‧‧‧基材下側

Claims (15)

  1. 一種用於化學處理半導體基材的裝置，其具有- 第一塗敷裝置，以把保護流體施加到半導體基材的基材上側上，以及- 第二塗敷裝置，以把處理流體施加到半導體基材的要處理的基材下側上，其中該第二塗敷裝置在半導體基材的傳輸方向上設置在該第一塗敷裝置之後，其中，預處理裝置在該傳輸方向上佈置在該第一塗敷裝置之前並被構造為使得在半導體基材上生成環繞的並對要施加的保護流體進行限定的限定區域。
  2. 如請求項1的裝置，其中，該預處理裝置具有用於預處理流體、尤其是預處理液的容納池。
  3. 如請求項2的裝置，其中，沿著該容納池佈置有多個傳輸輥，這些傳輸輥延伸到該容納池中。
  4. 如請求項2或3的裝置，其中，該容納池在該傳輸方向上具有長度L，其中對於長度L適用的是：0.3mL1.5m，尤其是0.4mL1.2m，並尤其是0.5mL0.8m。
  5. 如請求項2或3的裝置，其中，該預處理裝置具有針對在該容納池中所容納的預 處理液的液位調節裝置。
  6. 如請求項3的裝置，其中，該預處理裝置具有針對傳輸輥的旋轉速度調節裝置。
  7. 一種用於化學處理半導體基材的方法，其具有以下的步驟：- 提供半導體基材，- 在半導體基材上生成環繞的限定區域，其中該限定區域圍繞並限定要施加到基材上側上的保護流體，- 在基材上側上將保護流體施加到該限定區域的內部空間中，以及- 將處理流體施加到要處理的基材下側上。
  8. 如請求項7的方法，其中，在半導體基材的基材端面上生成該限定區域。
  9. 如請求項7或8的方法，其中，在該基材上側上生成該限定區域。
  10. 如請求項7或9的方法，其中，借助預處理流體、尤其是預處理液來生成該限定區域。
  11. 如請求項10的方法，其中，將該預處理液佈置於容納池中，並且用於傳輸半導體基材的傳輸輥延伸到該預處理液中。
  12. 如請求項10的方法，其中，該預處理液構成液體池，該液體池至少與基材下側相接觸。
  13. 如請求項10的方法，其中，調節在容納池中該預處理液的液位。
  14. 如請求項11的方法，其中，調節傳輸輥的旋轉速度。
  15. 如請求項10的方法，其中，該預處理流體相應於該處理流體。
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