TWI544537B - 處理矽基板之方法及裝置 - Google Patents

Description

處理矽基板之方法及裝置

本發明係關於一種用於處理矽基板之方法及適用於處理該等矽基板之裝置。特定言之，本發明涉及處理單晶矽晶圓，其中該等單晶矽晶圓之上側以及(最好為)下側藉助於蝕刻溶液加以紋理化(textured)。

自US 2010/311247 A1已知用蝕刻溶液自上連續噴灑矽基板。HF與HNO₃之混合物用作蝕刻溶液。藉由蝕刻進行矽基板之已知紋理化。

亦自DE 102008022282可知藉由蝕刻使矽基板紋理化。其中，於矽基板表面上形成之氣泡由寬輥軸承(roller bearing)自上擠壓及移除，以達成儘可能一致之蝕刻結果。

本發明之一目標在於提供用於處理矽基板之如上文提及之方法及相應裝置，使用該方法及裝置可避免先前技術之問題，且特定言之單晶矽晶圓亦可在其上側上加以處理或紋理化，且可能之支出最少。

此目標係藉由具有如技術方案1之特徵之方法及藉由具有如技術方案15之特徵之裝置達成。本發明之有利及較佳組態為其他技術方案之標的物，且將在下文中更詳細地說明。下文提及之許多特徵僅針對方法或僅針對裝置來描述。然而，若不考慮此點，則該等特徵意欲適用於方法與裝置兩者。技術方案之文句以引用方式明確併入本說明書之內容中。

矽基板係在沿水平傳輸路徑平躺時傳輸，亦即藉由線內方法(inline method)處理。此方法提供優於矽基板經垂直固持之先前方法的優點。用於表面紋理化之蝕刻溶液至少自上方塗覆或噴灑，亦即塗覆或噴灑於矽基板之上側上，此可藉助於噴嘴或噴霧噴嘴或類似傳遞裝置進行。蝕刻溶液自上方連續(在時序上連續且在處理方向上可見連續)塗覆於矽基板之上側上若干次。其保留在上側上且與矽基板反應，亦即蝕刻矽基板以達成紋理化。在此情況下，矽基板可經侵蝕數微米。此舉在表面上產生已知金字塔形狀，從而造成較佳輸入，亦即對於由矽基板製造之太陽電池而言，日光反射較少。藉由重複塗覆蝕刻溶液，後一蝕刻溶液分別被替換或加以補給，使得刻蝕製程始終以新鮮或更新蝕刻溶液進行。此外，藉此達成儘可能均勻之蝕刻結果。

為了甚至進一步改良刻蝕製程，根據本發明，蝕刻溶液含有選自由醇、界面活性劑、二醇組成之群之添加劑且可包含其一或多者。蝕刻溶液含有至多幾個重量百分比(wt%)之少量此添加劑。至目前為止，該種添加劑之主要作用在於降低蝕刻溶液之表面張力，有可能降低或甚至完全避免來自反應之氣泡的黏著，該等氣泡由用蝕刻溶液處理之矽表面產生。由蝕刻反應產生之氣體及由此形成之氣泡干擾蝕刻製程，此係因為其保留在表面上且遮蔽由其覆蓋之表面區域，使得彼處發生較少蝕刻或甚至不再發生蝕刻。

在基板通過裝置之輸送方向上連續設有例如成形為噴嘴或噴霧噴嘴或類似傳遞裝置之複數個此等濕潤裝置。其使得有可能在1秒至300秒之時間間隔下在表面上用新鮮化學品重複塗佈基板。

欲經蝕刻之上側存在用根據DE 102008022282 A1之擠壓輥(squeezing roller)處理之其他可能性，該等擠壓輥可謂藉由在矽基板之上側上進行線性接觸來擠出或擠走已形成之氣泡，且向上側塗覆新蝕刻溶液，或連續強勁噴灑或流動式塗覆蝕刻溶液，以便移除氣泡。相較於此，本發明方法之優點在於其使得設計或機械支出少得多且矽基板表面之不合需要損傷較少。由於添加劑在蝕刻溶液中之比例較小，因此蝕刻作用僅受最小不利影響或根本不受影響。同時，此較小比例已足以使蝕刻溶液中之表面張力降低至該等不合需要之氣泡在刻蝕製程期間恰好不保持黏著於表面上的程度。

在本發明之一改進形式中，蝕刻溶液可另外用添加劑再給料(redosed)。特定言之，此可就時序而言在將蝕刻溶液塗覆於矽基板上之前即刻進行。按照慣例，蝕刻溶液收集於一種大儲存槽或容器中，且例如收集槽(collecting trough)中，其自該儲存槽或容器中取出以供塗覆於矽基板上。若此處已引入添加劑，詳言之高揮發性或易蒸發添加劑(諸如醇)，則其可汽化。一方面，其接著將不再存在於蝕刻溶液中。另一方面，其產生環境問題且可侵蝕裝置或系統及影響操作人員。直至蝕刻溶液即將塗覆於矽基板上之處才添加添加劑至蝕刻溶液中尤其有利。就此而言，添加劑可首先給料於在矽基板之傳輸路徑上橫向延伸且配備有噴嘴或其類似物之濕潤裝置中，例如細長管或類似容器中，濕潤裝置經由該等噴嘴或其類似物傳遞蝕刻溶液。因此，舉例而言，蝕刻溶液可經由用於再給料之外加開口連接至濕潤裝置與蝕刻溶液之供應管線的接口(connection)上。

在本發明之另一有利改進形式中，可用添加劑對蝕刻溶液連續再給料。此方式因此適用於藉助於濕潤裝置傳遞之蝕刻溶液，以便添加劑根據傳遞之蝕刻溶液之量各別再給料。

在本發明之一組態中，愈來愈多之添加劑可隨蝕刻進展或在矽基板之輸送方向上添加至蝕刻溶液中以實現蝕刻溶液中添加劑之比例不斷增大。因此，蝕刻溶液中之添加劑比例可自蝕刻開始至結束極大增加，例如甚至加倍。

蝕刻溶液中之添加劑比例可宜小於1 wt%。其尤其可宜介於0.3 wt%與0.6 wt%之間，且可例如為約0.3 wt%。已在實踐中證明甚至如此小比例之添加劑足以顯著減少氣泡形成以達成改良之蝕刻結果。

在本發明之一有利組態中，使用鹼性蝕刻溶液。其可包含少量KOH及/或NaOH，宜同時包含兩者。此比例例如介於1 wt%與10 wt%之間，宜稍微大於3 wt%。在此情況下，已發現矽基板表面發生尤其成功之蝕刻。

在本發明之另一組態中，有可能對矽基板使用加熱之蝕刻溶液。為此，蝕刻溶液可宜在塗覆於矽基板上之前經加熱或加溫。此可於蝕刻溶液之上述儲存液(stock)中進行，且例如在該系統中之收集槽中進行。或者或另外，加熱器可例如以習知電動加熱旋管或管式加熱體、IR散熱器、微波加熱器、感應加熱器或其類似物形式直接配置在用於蝕刻溶液之濕潤裝置中。蝕刻溶液可加熱至室溫以上幾攝氏度，例如30℃至80℃，宜為40℃至70℃。

在本發明之另一組態中，有可能用蝕刻溶液不僅對矽基板之朝向上之上側而且對朝向下之下側進行處理或紋理化。此可藉由自下噴灑或藉由一或多個濕潤輥進行，矽基板在該一或多個濕潤輥上行進或傳輸。此等濕潤輥至少與矽基板同樣寬，或甚至更寬，且其表面用蝕刻溶液濕潤以將蝕刻溶液轉移至矽基板之下側上。然而，此基本上由先前技術可知，參見例如US 2008/311298 A1。槽中之蝕刻溶液之液面亦可設定在其恰好觸及欲處理之基板表面的液面處。

此等及其他特徵不僅藉由申請專利範圍且亦藉由本說明書及圖式揭示；個別特徵在各情況下可個別地或以本發明之一實施例中及其他領域中之子組合形式聯合實施，且可表示本文主張保護之有利及本身可保護之實施例。本申請案細分成個別章節及子標題並不限制其中所作陳述之普遍適用性。

本發明之一例示性實施例示意性地展現於圖式中且將在下文中更詳細地說明。

圖1表示作為用於特定言之在矽晶圓13之輸送方向上處理呈矽基板形式之此等矽晶圓13之裝置的本發明之系統11。該等矽晶圓沿由傳輸軸16上之傳輸輥15形成之水平傳輸路徑平躺。複數個矽晶圓13可彼此緊挨著移動通過系統11，且由圖2所示，大量矽晶圓以小間距連續移動。

在傳輸路徑之上，噴灑管18作為濕潤裝置提供，其位於距離矽晶圓13之上側數公分處且在傳輸路徑之整個寬度上延伸。複數個噴灑管18依次縱向覆蓋傳輸路徑。圖2中噴灑管18之間距可例如為約15 cm，但可能稍微大些或稍微小些，或其可在傳輸路徑之長度上有變化。

噴灑管18在其下側上包含複數個噴霧噴嘴19，其可成形為簡單孔、開口或狹縫。蝕刻溶液21可經由其排出且到達矽晶圓13之表面，蝕刻溶液在該表面處如圖所示分佈。

此外，再給料器(redoser)24以單獨接口形式設於噴灑管18上。此處，如上文中提及之添加劑或複數種添加劑可再給料或給料於蝕刻溶液21中。此可在蝕刻溶液21自噴灑管18傳遞之前的短時間內進行，以使上文提及之高揮發性添加劑之蒸發保持在極低程度或可完全避免。根據收集槽20配置在傳輸輥15下方之圖1及圖2，實際上明確可見在塗覆蝕刻溶液21於矽晶圓13之上側上之後(蝕刻溶液在該上側上形成連續層)，蝕刻溶液亦自然地自其流下或滴下。然而，來自再給料器24之可能已預先存在於蝕刻溶液21中或可能已引入其中的高揮發性添加劑甚至在滴離矽晶圓13之前即以顯著程度蒸發，且僅少量添加劑到達收集槽20或傳輸輥15。因此，儘管添加劑仍然可完成其降低矽晶圓13上之蝕刻溶液21中之表面張力的功能，但其不能如此之大地影響整個系統11。揮發性添加劑可經由配置在輥之間的抽吸管提取。

除異丙醇之外，蝕刻溶液21亦可含有少量其他添加劑，宜為界面活性劑。此進一步顯著減少在蝕刻晶圓表面時形成的氣泡。藉助於用於添加劑之再給料器24，目前尤其有可能精確供應為矽晶圓13之表面上之化學反應所直接必需的添加劑、或醇或異丙醇之量。矽基板之下側亦可用蝕刻溶液21濕潤及蝕刻。為此，例如如US 2010/311247 A1或US 2008/311298 A1中所述之傳輸輥可另外經蝕刻溶液21噴灑在下側，或由於傳輸輥15在晶圓之整個寬度上延伸，其亦可在下側上經濕潤及蝕刻。

11．．．系統

13．．．矽晶圓

15．．．傳輸輥

16．．．傳輸軸

18．．．噴灑管

19．．．噴霧噴嘴

20．．．收集槽

21．．．蝕刻溶液

24．．．再給料器

圖1展示本發明系統之如基板之輸送方向上可見的視圖，且

圖2展示圖1中之系統之一部分的側視圖。

11．．．系統

13．．．矽晶圓

15．．．傳輸輥

16．．．傳輸軸

18．．．噴灑管

19．．．噴霧噴嘴

21．．．蝕刻溶液

24．．．再給料器

Claims (19)

1. 一種用於處理矽基板之方法，該矽基板在沿水平傳輸路徑平躺時傳輸且將用於使表面紋理化之蝕刻溶液藉助於噴嘴或其類似物至少自上方塗覆或噴灑，該方法之特徵在於蝕刻溶液自上方連續塗覆於該等矽基板之上側上若干次，保留在彼處且與該矽基板反應，該蝕刻溶液含有來自由醇、界面活性劑、二醇組成之群的低於1重量百分比之少量添加劑，其中愈來愈多之添加劑隨蝕刻進展或在處理方向上添加至該蝕刻溶液中以達成添加劑比例之不斷增大。
2. 如請求項1之方法，其特徵在於該來自由醇、界面活性劑、二醇組成之群之添加劑的量為0.3至0.6重量百分比。
3. 如請求項1或2之方法，其係用於處理單晶矽晶圓。
4. 如請求項1或2之方法，其特徵在於該蝕刻溶液另外以該添加劑再給料。
5. 如請求項1或2之方法，其特徵在於該蝕刻溶液在塗覆於該矽基板上之前的短時間內以該添加劑再給料。
6. 如請求項1或2之方法，其特徵在於該蝕刻溶液以該添加劑連續再給料。
7. 如請求項1之方法，其特徵在於自蝕刻開始至結束，添加劑在該蝕刻溶液中之比例高達加倍。
8. 如請求項1或2之方法，其特徵在於該蝕刻溶液呈鹼性。
9. 如請求項8之方法，其特徵在於該蝕刻溶液包含少量 KOH或NaOH。
10. 如請求項8之方法，其特徵在於該蝕刻溶液包含介於1wt%與10wt%之間的KOH或NaOH。
11. 如請求項1或2之方法，其特徵在於該蝕刻溶液在塗覆於該等矽基板上之前經加熱。
12. 如請求項11之方法，其特徵在於該蝕刻溶液在蝕刻溶液之儲存液中或在用於該蝕刻溶液之濕潤裝置中加熱。
13. 如請求項1或2之方法，其特徵在於該等矽基板之朝向下之下側亦經該蝕刻溶液濕潤。
14. 如請求項13之方法，其特徵在於該等矽基板之該朝向下之下側藉由自下方噴灑或藉由一或多個濕潤輥而經該蝕刻溶液濕潤，該等矽基板在該一或多個濕潤輥上行進或傳輸且該一或多個濕潤輥之表面經蝕刻溶液濕潤以將該蝕刻溶液轉移至該等矽基板之下側上。
15. 一種用於處理矽基板之方法之裝置，其中該方法包括以下步驟：該矽基板在沿水平傳輸路徑平躺時傳輸且將用於使表面紋理化之蝕刻溶液藉助於噴嘴或其類似物至少自上方塗覆或噴灑，該方法之特徵在於蝕刻溶液自上方連續塗覆於該等矽基板之上側上若干次，保留在彼處且與該矽基板反應，該蝕刻溶液含有來自由醇、界面活性劑、二醇組成之群的低於1重量百分比之少量添加劑，其中該裝置具有水平傳輸路徑以供該等矽基板在平躺時傳輸通過該裝置且用於在該等矽基板平躺時對其進行 處理；複數個濕潤裝置，其在該傳輸路徑之寬度上經配置及延伸，該裝置之特徵在於該等濕潤裝置包含朝向下之濕潤開口且具有用於蝕刻溶液之饋料口，在該濕潤裝置中另外設有再給料器以將添加劑再給料於該蝕刻溶液中。
16. 如請求項15之裝置，其特徵在於在該濕潤裝置中之該再給料器靠近該等濕潤噴嘴配置。
17. 如請求項15之裝置，其特徵在於在該濕潤裝置自身中或在蝕刻溶液容器中設有用於該濕潤裝置或該蝕刻溶液之加熱器。
18. 如請求項15之裝置，其特徵在於濕潤裝置在該等矽基板之該傳輸路徑上線性形成且橫向延伸，該裝置包含複數個此等濕潤裝置。
19. 如請求項18之裝置，其特徵在於該等濕潤裝置以約10cm至20cm之間距沿該傳輸路徑配置。