WO2018189131A1 - Vorrichtung und verfahren zur chemischen behandlung eines halbleiter-substrats mit einer gesägten oberflächenstruktur - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur chemischen behandlung eines halbleiter-substrats mit einer gesägten oberflächenstruktur Download PDF

Info

Publication number
WO2018189131A1
WO2018189131A1 PCT/EP2018/059070 EP2018059070W WO2018189131A1 WO 2018189131 A1 WO2018189131 A1 WO 2018189131A1 EP 2018059070 W EP2018059070 W EP 2018059070W WO 2018189131 A1 WO2018189131 A1 WO 2018189131A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cleaning
surface structure
liquid
textured surface
basin
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/059070
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Fath
Wolfgang Jooss
Ihor Melnyk
Original Assignee
Rct Solutions Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102017206432.3A external-priority patent/DE102017206432A1/de
Application filed by Rct Solutions Gmbh filed Critical Rct Solutions Gmbh
Publication of WO2018189131A1 publication Critical patent/WO2018189131A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0236—Special surface textures
    • H01L31/02363—Special surface textures of the semiconductor body itself, e.g. textured active layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30604—Chemical etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67023—Apparatus for fluid treatment for general liquid treatment, e.g. etching followed by cleaning
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67028—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
    • H01L21/67075—Apparatus for fluid treatment for etching for wet etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
    • H01L21/67075—Apparatus for fluid treatment for etching for wet etching
    • H01L21/67086—Apparatus for fluid treatment for etching for wet etching with the semiconductor substrates being dipped in baths or vessels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67155—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations
    • H01L21/67161—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations characterized by the layout of the process chambers
    • H01L21/67173—Apparatus for manufacturing or treating in a plurality of work-stations characterized by the layout of the process chambers in-line arrangement
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/677—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations
    • H01L21/67739—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations into and out of processing chamber
    • H01L21/6776—Continuous loading and unloading into and out of a processing chamber, e.g. transporting belts within processing chambers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for the chemical treatment of a semiconductor substrate with a sawn or molded from a semiconductor melt surface structure.
  • the sawed surface structure includes a sawing damage resulting, in particular, from a diamond wire sawing operation.
  • the efficiency of solar cells depends on the reflection losses. In order to minimize the reflection losses and to optimize the efficiency, semiconductor substrates are produced with a textured surface structure. If such semiconductor or silicon substrates are treated with particularly effective methods, they are referred to, for example, as "black silicon".
  • a method for producing semiconductor substrates having a textured surface structure is, for example, metal-assisted chemical etching (MACE).
  • MACE metal-assisted chemical etching
  • the metal-assisted chemical etching is described, for example, in WO 2014/166 256 A1.
  • the disadvantage is that prior to the metal-assisted chemical etching to produce the textured surface structure, the semiconductor substrates must be pretreated in an expensive manner in order to remove the sawed surface structure or the sawing damage which is caused by the preliminary The wire sawing process was caused.
  • semiconductor substrates which are produced directly from a semiconductor melt by means of the direct wafer technology and whose surface structure is formed from the semiconductor melt.
  • the invention has for its object to provide a device for the chemical treatment of a semiconductor substrate having a sawed or molded from a semiconductor melt surface structure, which in a simple and efficient manner, the removal of the sawed or molded from the semiconductor melt surface structure and the creation of a textured surface structure for the production of a solar cell with low reflection losses and high efficiency allows.
  • the device should make it possible in a simple and efficient manner to remove a surface structure produced by diamond wire saws or formed from the semiconductor melt and to produce an efficient texture or an efficient textured surface structure.
  • the first process tank contains a first process liquid, both for removing the sawn or solid melt shaped surface structure and for producing a textured one Surface structure by metal-assisted chemical etching or wet chemical etching is suitable.
  • the first process fluid thus removes the sawing damage or the sawn surface structure or the surface structure formed from the semiconductor melt and can be broken by metal substrates. aided chemical etching creates the textured surface structure.
  • the metal ions contained in the first process liquid produce pores in the nanometer range on the surface of the semiconductor substrate, so that the textured surface structure is formed.
  • the pores preferably have a diameter between 50 nm and 500 nm.
  • the textured surface structure is subsequently cleaned efficiently and reliably by the metal ions so that, on the one hand, the metal-assisted chemical etching is stopped and no further metal-assisted texturing takes place and, on the other hand, an efficiency deterioration due to remaining metal ions is avoided.
  • the subsequent aftertreatment in the second process tank with the second process liquid serves to reduce the surface of the cleaned textured surface structure and to produce an optimum surface structure.
  • the aftertreatment is carried out by chemical or wet-chemical etching, which, however, is not supported by metal.
  • the second process liquid can be alkaline or acidic.
  • the second process liquid is acidic.
  • the second process fluid may include additives.
  • the second process liquid is in particular free of hydrogen peroxide.
  • the device preferably serves for the chemical treatment of multicrystalline semiconductor substrates.
  • the semiconductor substrates are in particular silicon substrates.
  • the terms "first” process tank and “second” process tank merely serve to distinguish the process basins and, moreover, are not intended to be limiting.
  • further basins for example process basins, cleaning basins and / or sinks, can be arranged before, between and / or after the process basins.
  • first process fluid and “second” process fluid merely serve to distinguish the process fluids and, moreover, are not intended to be limiting.
  • the device preferably has at least one transport device for transporting the semiconductor substrate in a transport direction.
  • the at least one transport device extends at least from the first process tank to the cleaning device, preferably at least from the first process tank to the second process tank, and in particular from the first process tank to a cleaning device arranged downstream of the second process tank.
  • the at least one transport device enables a discontinuous or continuous horizontal transport of the semiconductor substrate in the transport direction.
  • the device has a transport device which transports the semiconductor substrate discontinuously or continuously and horizontally from the first process basin at least to the cleaning device arranged downstream of the second process basin.
  • the apparatus comprises two transport devices, wherein a first transport device transports the semiconductor substrate discontinuously or continuously and horizontally from the first process tank to the downstream of the first process tank cleaning device and a second transport device, the semiconductor substrate discontinuous or continuous and horizontal from the second process tank at least transported to a downstream of the second process tank cleaning device. Between the transport devices, the semiconductor substrate is transported, for example, manually or by means of a handling device.
  • the first process liquid is in particular an aqueous solution which comprises hydrogen fluoride, hydrogen nitrate and metal ions, in particular silver ions.
  • the aqueous solution has as a base in particular distilled water.
  • the silver ions are preferably contained in the first process liquid in the form of hydrated silver ions, the silver preferably being added in the form of silver nitrate to the aqueous solution.
  • the metal ions act as a catalyst in the first process liquid and accelerate the wet-chemical etching locally. As a result, etching pits or etching holes are formed on the surface of the semiconductor substrate in the region of the existing metal ions or metal nanoparticles. The sum of these etch pits forms the textured surface structure of the semiconductor substrate.
  • the first process liquid is in particular an aqueous solution with hydrogen fluoride, hydrogen hydrate and silver nitrate.
  • the aqueous solution preferably has distilled water as a base.
  • the first process fluid comprises 12% to 20% hydrogen fluoride HF, 15% to 20% hydrogen nitrate HNO 3, and 0.001% to 0.015% silver nitrate AgNO 3 , and in particular 15% hydrogen fluoride HF, 20% hydrogen nitrate HNO 3 and 0.005% silver nitrate AgNO 3 .
  • the data are in% by weight.
  • An apparatus ensures a simple and efficient removal of the sawn or molded from the semiconductor melt surface structure and generating the textured surface structure.
  • Hydrogen peroxide affects the desired metal-assisted chemical etching.
  • the first process liquid is free of hydrogen peroxide. This optimizes the process duration and the process stability and simplifies the construction of the device, since, for example, fewer process chemicals are required for operating the device.
  • the data are in% by weight.
  • An apparatus ensures a simple and efficient removal of the sawn or molded from the semiconductor melt surface structure and generating the textured surface structure.
  • the temperature Ti optimizes the desired metal-assisted chemical etching and the process time.
  • An apparatus according to claim 6 ensures a high efficiency.
  • the at least one cleaning basin is arranged after the first process tank. Due to the hydrogen nitrate cleaning fluid, the textured surface structure is highly efficiently cleaned of the metal ions. In particular, metal ions which are located in the etching pits or the textured surface structure are also removed by the cleaning liquid. The reliable and efficient cleaning effectively reduces the deterioration in efficiency of a solar cell produced from the semiconductor substrate due to remaining metal ions.
  • the cleaning liquid is a aqueous solution comprising hydrogen nitrate.
  • the aqueous solution preferably has distilled water as a base.
  • the cleaning liquid comprises in particular 20% to 45% hydrogen nitrate.
  • the data are in% by weight.
  • Temperature TR optimizes cleaning and reduces process time.
  • the cleaning liquid is preferably free of hydrogen peroxide.
  • the cleaning fluid originally has no metal ions.
  • the at least one cleaning basin is designed as a plunge pool and / or spray basin. In a design as a dip tank, the cleaning of the textured surface structure is carried out by immersing the semiconductor substrate in the cleaning liquid. In an embodiment as a spray basin, the cleaning of the textured surface structure is carried out by spraying with the cleaning liquid and then collecting the cleaning liquid in the spray basin.
  • the cleaning device has, for example, at least one ultrasound unit, so that ultrasound waves can be generated in the cleaning fluid.
  • An apparatus ensures a high efficiency.
  • the metal ions are removed extremely thoroughly.
  • the concentration of purified metal ions in the cleaning liquid is lower, thus reducing the likelihood of re-contamination of the textured surface structure.
  • the cleaning basins form a cleaning cascade off.
  • unused or pure cleaning liquid is preferably used for the last in a transport direction of the semiconductor substrate cleaning tank, which is used again after a cleaning process for the previously arranged in the transport direction cleaning basin. After renewed use, the cleaning liquid is preferably used again in the previously arranged in the transport direction cleaning basin again.
  • the at least one cleaning basin is designed as a plunge pool and / or spray basin.
  • the cleaning of the textured surface structure is carried out by immersing the semiconductor substrate in the cleaning liquid.
  • the cleaning of the textured surface structure is carried out by spraying with the cleaning liquid and then collecting the cleaning liquid in the spray basin.
  • the cleaning device has, for example, at least one ultrasound unit, so that ultrasonic waves can be generated in the cleaning liquid.
  • the cleaning liquid in particular comprises hydrogen nitrate.
  • the cleaning liquid is an aqueous solution of distilled water and hydrogen nitrate.
  • the cleaning fluid preferably has a temperature TR, where: 15 ° C ⁇ TR ⁇ 65 ° C, in particular 20 ° C ⁇ T R ⁇ 45 ° C, and in particular 40 ° C ⁇ T R ⁇ 50 ° C.
  • the at least one spray unit has at least one spray nozzle.
  • the at least one spray unit has a plurality of spray nozzles, which are arranged such that a lower side and / or an upper side of the semiconductor substrate are sprayed with the cleaning liquid.
  • the at least one spray unit is preferably arranged so that the cleaning liquid is collected after spraying the semiconductor substrate in the at least one cleaning tank.
  • the at least one cleaning basin is thus designed as a spray basin.
  • a device ensures a high degree of efficiency.
  • the spray units are arranged one after the other in a transport direction of the semiconductor substrate.
  • Each of the spray units has at least one spray nozzle.
  • each of the spray units has a plurality of spray nozzles which spray a lower surface and / or an upper surface of the semiconductor substrate with the cleaning liquid.
  • Each of the spray units is assigned to a cleaning basin.
  • the cleaning basin is arranged to the associated spray unit, that the cleaning liquid is collected after spraying the semiconductor substrate in the cleaning basin.
  • the cleaning basins are thus designed as a spray basin.
  • the spray units have an overflow to the spray unit previously arranged in the transport direction.
  • the cleaning liquid that has been collected after a cleaning process by means of the last in the transport direction spray unit in the last cleaning basin is thus for a used again cleaning process by means of the previously arranged spray unit.
  • the cleaning liquid is again supplied via an overflow of the previously arranged spray unit. This is repeated until the first spray unit, wherein the cleaning liquid collected in the first cleaning basin is subsequently sent for disposal or reprocessing.
  • the at least one sink is preferably arranged immediately after the first process tank.
  • several sinks are provided, which are arranged immediately after the first process tank and immediately after the last cleaning tank.
  • the at least one sink is designed as a plunge pool and / or spray basin.
  • at least one spray unit is assigned to the at least one kitchen sink for spraying the semiconductor substrate with the dishwashing liquid, so that the dishwashing liquid is collected in the at least one kitchen sink after the washing process.
  • sinks are preferably designed as Spülskaskade.
  • unused or pure rinsing liquid such as, for example, ultrapure water
  • the rinsing liquid is preferably used again in a sink arranged in advance in the transport direction. det, until the rinsing liquid is disposed of after a cleaning process in the first direction in the transport direction sink or recycled.
  • At least one cleaning basin can be arranged between the sinks of a flushing cascade, preferably a plurality of cleaning basins are arranged between the sinks of a flushing cascade and form a cleaning cascade.
  • the at least one sink is arranged in particular immediately after the first process tank and / or immediately after the at least one cleaning tank.
  • the rinsing liquid is preferably water, in particular distilled water.
  • several cleaning basins are arranged one after the other.
  • the cleaning liquid is in particular an aqueous solution comprising hydrogen nitrate.
  • a sink is arranged immediately after the last cleaning basin.
  • the at least one sink and / or the at least one cleaning basin are designed as a plunge pool and / or as a spray basin.
  • the respective spray basin is assigned a spray unit for spraying the semiconductor substrate with rinsing liquid or cleaning liquid.
  • An apparatus ensures a simple and efficient post-treatment of the cleaned textured surface structure.
  • the second process fluid smoothes the textured surface structure and reduces its surface area, which results in high efficiency.
  • the second process liquid is especially an aqueous solution comprising hydrogen fluoride and hydrogen nitrate.
  • the aqueous solution preferably has distilled water as a base.
  • the second process liquid is free of hydrogen peroxide.
  • the second process liquid comprises in particular 5% to 25% hydrogen fluoride HF and 15% to 30% hydrogen nitrate HNO3. The data are in% by weight.
  • An apparatus ensures a simple and efficient post-treatment of the cleaned textured surface structure.
  • the temperature T 2 optimizes the aftertreatment and reduces the process time.
  • An apparatus ensures the creation of the textured surface structure with low reflection losses and high efficiency.
  • a porous or spongy surface layer may be formed.
  • the cleaning device in particular a cleaning basin with an alkaline cleaning liquid.
  • the alkaline cleaning liquid is especially an aqueous solution comprising potassium hydroxide and / or sodium hydroxide.
  • the aqueous solution has as a base in particular distilled water.
  • the alkaline cleaning liquid has a temperature TA, wherein preferably: 18 ° C ⁇ TA ⁇ 45 ° C.
  • a sink with a rinsing liquid is preferably arranged.
  • a sink with a rinsing liquid is arranged before and after the cleaning basin.
  • the further cleaning device arranged after the second process tank comprises in particular at least one cleaning tank and / or at least one sink.
  • the at least one cleaning basin and / or the at least one sink is as a plunge pool and / or Spray basin formed.
  • the respective spray basin is assigned a spray unit for spraying the aftertreated textured surface structure with a cleaning liquid or a rinsing liquid.
  • cleaning basins are preferably designed as a cleaning cascade.
  • sinks are preferably designed as Spülskaskade.
  • An apparatus ensures a simple and efficient production of the textured surface structure.
  • the transport device makes it possible to design the device as an inline device.
  • the transport device ensures a discontinuous or continuous horizontal transport of the semiconductor substrate in the transport direction to the first process tank, the cleaning device, the second process tank and possibly the further cleaning device.
  • the semiconductor substrate is transported continuously and / or horizontally in the transport direction.
  • a further object of the present invention is to provide a method of chemically treating a semiconductor substrate having a sawn or semiconductor melt molded surface structure which can easily and efficiently remove the sawn or molten semiconductor surface texture and produce a textured one Surface structure for producing a solar cell with low reflection losses and high efficiency allows.
  • the method should enable the removal of a surface structure produced by diamond wire saws in a simple and efficient manner.
  • This object is achieved by a method with the method steps according to claim 16.
  • the advantages of the method according to the invention correspond to the already described advantages of the device according to the invention.
  • the method can in particular also be developed with the features of at least one of claims 1 to 15.
  • a method according to claim 17 ensures a textured surface structure with low reflection losses.
  • at least 80%, in particular at least 90% of the first structural elements have the maximum dimension.
  • the maximum dimension is in particular a maximum width parallel to a substrate plane and / or a maximum length perpendicular to a substrate plane.
  • the first structural elements are generated by means of the first process liquid by metal-assisted chemical etching.
  • a method according to claim 18 ensures a high efficiency.
  • metal ions present on the textured surface structure are reliably and effectively removed, so that these on the one hand can not further change the surface structure and, on the other hand, do not worsen the efficiency of the solar cell produced from the semiconductor substrate.
  • the textured surface structure is cleaned several times in succession with the cleaning liquid.
  • the cleaning liquid comprises in particular 20% to 45% hydrogen nitrate HNO3.
  • the data are in% by weight.
  • the at least one cleaning is done by dipping the semiconductor substrate and / or by spraying the semiconductor substrate.
  • the semiconductor substrate to be cleaned is deposited several times on a lower side and / or on an upper side. sprayed together with the cleaning fluid.
  • the cleaning liquid used for the last spraying operation is used again after the spraying operation for a spraying process upstream of a transporting direction of the semiconductor substrate. Accordingly, the cleaning liquid is used again after reuse in a pre-arranged in the transport direction spraying.
  • the cleaning liquid is disposed of or reprocessed. In this way, the cleaning liquid is used several times for cleaning. This is possible because the semiconductor substrate in the respective spraying process is impure compared to the cleaning liquid used and the cleaning liquid comprises less metal ions compared to the semiconductor substrate to be cleaned. Through this cascade-like cleaning process, the semiconductor substrate is cleaned effectively and resource-friendly.
  • a method according to claim 19 ensures a high efficiency.
  • the semiconductor substrate is preferably cleaned immediately after the metal-assisted chemical etching by means of the rinsing liquid. Furthermore, the semiconductor substrate is preferably cleaned immediately after the last cleaning by means of the cleaning liquid by means of the rinsing liquid.
  • the cleaning by means of the rinsing liquid by immersion and / or spraying.
  • a rinsing cascade is constructed by means of the rinsing liquid, in which the rinsing liquid is used several times. In this case, the reuse of the rinsing liquid takes place in a cleaning process, which is carried out in the transport direction before.
  • a method according to claim 20 ensures a textured surface structure with low reflection losses.
  • min. At least 80%, in particular at least 90% of the second structural elements on the maximum dimension.
  • the maximum dimension is in particular a maximum width parallel to a substrate plane and / or a maximum length perpendicular to a substrate plane.
  • the second structural elements are smoothed due to the post-treatment compared to the first structural elements, so that the aftertreated textured surface structure has a comparatively lower surface area.
  • a method according to claim 21 ensures a textured Oberflä- chen Kunststoff with low reflection losses.
  • a porous or sponge-like surface layer may form.
  • At least one further cleaning after the after-treatment removes this porous surface layer.
  • the alkaline cleaning liquid is in particular an aqueous solution comprising potassium hydroxide and / or sodium hydroxide.
  • the aqueous solution preferably has distilled water as a base.
  • the alkaline cleaning liquid has a temperature TA, wherein preferably: 18 ° C ⁇ TA ⁇ 45 ° C.
  • a further cleaning by means of a rinsing liquid preferably takes place.
  • the at least one cleaning is done by immersion and / or spraying.
  • a method according to claim 22 ensures a simple and efficient removal of the sawn surface structure and producing the textured surface structure. Because the method steps are carried out in an inline device, the semiconductor substrate is automatically fed to the method steps. Preferably, the semiconductor substrate is transported continuously and / or horizontally through the in-line device. This can be done in a simple and efficient way a plurality of semiconductor substrates having the desired textured surface structure are produced.
  • the invention relates to a cleaning device for carrying out at least one cleaning of a chemically treated semiconductor substrate and to a method for carrying out at least one cleaning of a chemically treated semiconductor substrate.
  • the cleaning device and the method should in particular serve to perform at least one cleaning of a textured surface structure of the semiconductor substrate.
  • the features of the cleaning device and of the method for carrying out at least one cleaning are independent of the further features of the described device and the described method for the chemical treatment of a semiconductor substrate.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an in-line device according to a first exemplary embodiment for the chemical treatment of a semiconductor substrate having a sawn surface structure
  • FIG. 2 shows a plan view of the semiconductor substrate with the sawn one
  • FIG. 7 shows a schematic representation of an in-line device according to a second exemplary embodiment for the chemical treatment of a semiconductor substrate having a sawn surface structure
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of a device according to a third exemplary embodiment for the chemical treatment of a semiconductor substrate having a sawn surface structure.
  • An in-line device 1 for the wet-chemical treatment of semiconductor substrates 2 has a transport device 4 for transporting the semiconductor substrates 2 in a transport direction 3.
  • the transport device 4 comprises a multiplicity of in the trans- Portion 3 successively arranged and rotationally driven transport rollers. 5
  • the in-line device 1 has in succession a first process tank 6, a first cleaning device 7, a second process tank 8 and a second cleaning device 9 in the transport direction 3.
  • the first process tank 6 serves to remove a sawn surface structure So of the semiconductor substrates 2 and to produce a textured surface structure Si by metal-assisted chemical etching.
  • the first process tank 6 is filled with a first process liquid 10.
  • the first process liquid 10 is an aqueous solution based on distilled water and comprises hydrogen fluoride HF, hydrogen nitrate HNO 3 and metal ions 1 1, in particular silver ions.
  • the first process fluid 10 comprises 3% to 21% hydrogen fluoride HF, 12% to 20% hydronitrate HNO3 and 0.001% to 0.05% silver nitrate AgNOs, more preferably 12% to 20% hydrogen fluoride HF, 15% to 20% hydrogen nitrate HNO3 and 0.001 % to 0.015% silver nitrate AgNOs.
  • the first process liquid 10 comprises, for example, 15% hydrogen fluoride HF, 20% hydrogen nitrate HNO3 and 0.005% silver nitrate AgNO3.
  • the first process liquid 10 is free from hydrogen peroxide H2O2.
  • the first process liquid 10 has a temperature Ti, where: 10 ° C. ⁇ Ti ⁇ 45 ° C., in particular 20 ° C.
  • the first cleaning device 7 serves to clean the textured surface structure Si by removing the metal ions 11 or the metal nanoparticles.
  • the first cleaning device 7 comprises, in succession, a first sink 12, a first cleaning basin 13, a second cleaning basin 14 and a second flushing basin 12. 15.
  • the sinks 12, 15 are filled with a rinsing liquid 16.
  • the rinsing liquid 16 is water, in particular distilled water.
  • the cleaning basins 13, 14 are filled with a cleaning liquid 17.
  • the cleaning liquid 17 is an aqueous solution based on distilled water, which comprises 5% to 68%, in particular 5% to 67%, in particular 10% to 60%, and in particular 20% to 45% hydrogen nitrate HNO 3.
  • the data are in% by weight.
  • the cleaning liquid 17 has a temperature TR, where: 15 ° C ⁇ TR ⁇ 65 ° C, especially 40 ° C ⁇ T R ⁇ 50 ° C.
  • the second process tank 8 arranged after the first cleaning device 7 is used for after-treatment of the cleaned textured surface structure Si by chemical etching.
  • the second process tank 8 is filled with a second process liquid 18.
  • the second process liquid 18 is an aqueous solution based on distilled water comprising hydrogen fluoride HF and hydrogen nitrate HNO3.
  • the second process liquid 18 preferably comprises 0, 1% to 49% hydrogen fluoride HF and 2% to 65% hydrogen nitrate HNO3, and more preferably 5% to 25% hydrogen fluoride HF and 15% to 30% hydrogen nitrate HNO3.
  • the second process liquid 18 is free of hydrogen peroxide H2O2.
  • the second process liquid 18 has a temperature T2, wherein: 15 ° C ⁇ T2 ⁇ 65 ° C, in particular 20 ° C ⁇ T 2 ⁇ 35 ° C.
  • the second process liquid 18 serves to produce a post-treated textured surface structure S2, which is smoothed in comparison to the textured surface structure Si and has a smaller surface area.
  • the second cleaning device 9 arranged after the second process tank 8 serves to clean the aftertreated textured surface structure S2.
  • the second cleaning device 9 comprises one after the other in the transport direction 3, a sink 19 and a cleaning basin 20.
  • the sink 19 is filled with the rinsing liquid 16.
  • the cleaning basin 20 is filled with an alkaline cleaning liquid 21.
  • the alkaline cleaning liquid 21 is an aqueous solution based on distilled water comprising potassium hydroxide KOH and / or sodium hydroxide NaOH.
  • the alkaline cleaning liquid 21 has a temperature TA, wherein: 18 ° C ⁇ TA ⁇ 45 ° C.
  • the alkaline cleaning liquid 21 serves, in particular, for removing any porous or sponge-like surface layer of the surface structure S 2 that has possibly formed.
  • the second cleaning device 9 can have a further rinsing basin with rinsing liquid, which is arranged after the cleaning basin 20.
  • the second cleaning device 9 may contain further cleaning basins, in particular followed by sinks.
  • a drying device can be arranged in the usual way. The following describes the mode of operation of the in-line device 1 and a method for wet-chemical treatment of the semiconductor substrates 2 with the sawn surface structure So:
  • the semiconductor substrates 2 are transported continuously and horizontally by the in-line device 1 by means of the transport device 4.
  • the semiconductor substrates 2 are transported in particular in a plurality of rows in the transport direction 3, so that a plurality of semiconductor substrates 2 are simultaneously processed or cleaned.
  • the semiconductor substrates 2 are, for example, silicon substrates or silicon wafers.
  • the semiconductor Ter substrates 2 are in particular multicrystalline.
  • the sawn surface structure For example, this was produced by an upstream diamond wire sawing process.
  • the Sawn Surface Structure So includes a sawing damage produced by the diamond wire sawing process.
  • the semiconductor substrates 2 are transported by means of the transport device 4 into the first process tank 6 such that they are at least temporarily completely in the first process liquid 10.
  • the semiconductor substrates 2 are thus treated wet-chemically by means of the first process liquid 10 both on a lower side 2a and on an upper side 2b.
  • the lower side 2a forms a front side in a later solar cell, whereas the upper side 2b forms a rear side.
  • the semiconductor substrates 2 fed to the first process tank 6 have the sawed surface structure So on the lower side 2a and the upper side 2b.
  • the sawn surface structure So or the sawing damage is removed in a single process step, and the textured surface structure Si is produced by metal-assisted chemical etching (MACE).
  • MACE metal-assisted chemical etching
  • the textured surface structure Si is produced in that the metal ions 11 or the silver ions deposit on the substrate surface in the form of clusters and / or precipitates and thus act as a catalyst and in their environment the wet-chemical etching is locally accelerated.
  • first structural elements 22 in the form of etching pits or etch holes are produced on the surface of the semiconductor substrates 2.
  • the etching pits arise where the metal ions 1 1 and the metal nanoparticles are present in the form of clusters and / or precipitates.
  • the sum of the etching pits form the textured surface structure Si.
  • At least 70%, in particular at least 80%, and in particular at least 90% of the first structural elements 22 have a maximum dimension Ai between The maximum dimension Ai is in particular a maximum width parallel to a substrate plane of the respective semiconductor substrate 2 and / or a maximum length perpendicular to the substrate plane.
  • a semiconductor substrate 2 having the sawn surface structure So is illustrated in Fig. 2
  • a semiconductor substrate 2 having the textured surface structure Si after the metal-assisted chemical etching is illustrated in Fig. 3.
  • the textured surface structure Si in FIG. 3 is contaminated with metal ions 11 or silver ions in the form of clusters and / or precipitates.
  • the semiconductor substrates 2 are supplied to the first cleaning device 7.
  • the semiconductor substrates 2 are transported through the first sink 12, the first cleaning basin 13, the second cleaning basin 14 and the second sink 15 such that they are at least temporarily completely in the washing liquid 16 and the cleaning liquid 17 and both the respective bottom 2a as well as the respective top 2b of the semiconductor substrates 2 are cleaned.
  • the first process liquid 10 is first cleaned off from the semiconductor substrates 2.
  • the metal ions 11 or the silver ions or metal nanoparticles are removed from the textured surface structure Si.
  • the metal ions 11 and / or the silver ions or metal nanoparticles are in particular cleaned off by the high concentration of hydrogen nitrate HNO 3 in the cleaning liquid 17, metal ions 11 in particular also being removed from the first structural elements 22 or the etching pits.
  • the fact that two cleaning basins 13, 14 are arranged one after the other reduces the likelihood that already cleaned metal ions 1 1 or silver ions again contaminate the textured surface structure Si. If necessary, 14 more cleaning basins can be arranged after the second cleaning basin.
  • the cleaning liquid 17 is cleaned by means of the rinsing liquid 16.
  • FIG. 4 shows a semiconductor substrate 2 with the cleaned textured surface structure Si after the first cleaning device 7.
  • the semiconductor substrates 2 are supplied to the second process tank 8.
  • the semiconductor substrates 2 are transported by means of the transport device 4 in the transport direction 3 in such a way that they are at least partially completely in the second process liquid 18.
  • the textured surface structure Si is post-treated by chemical etching, so that the textured surface structure Si is smoothed and a post-treated textured surface structure S 2 is formed with a comparatively smaller surface area.
  • the textured surface structure S 2 is formed by second structural elements 23 in the form of etching pits or etching holes.
  • At least 70%, in particular at least 80%, and in particular at least 90% of the second structural elements 23 have a maximum dimension A 2 between 200 nm and 1200 nm, in particular 200 nm and 650 nm.
  • the maximum dimension A 2 is in particular a maximum width parallel to the substrate plane and / or a maximum length perpendicular to the substrate plane.
  • the aftertreated textured surface structure S 2 is illustrated in FIG. 5.
  • the semiconductor substrates 2 are supplied to the second cleaning device 9.
  • the semiconductor substrates 2 are so in the transport direction 3 by means of the transport device 4 transported, that they are at least temporarily completely in the rinsing liquid 16 and the alkaline cleaning liquid 21.
  • the rinsing liquid 16 By means of the rinsing liquid 16, first the second process liquid 18 is cleaned from the semiconductor substrates 2. Subsequently, by means of the alkaline cleaning liquid 21, any porous or sponge-like surface layer which can form on the textured surface structure Si in the second process liquid 18 is cleaned off. Subsequently, further cleaning and / or rinsing cycles can follow. If necessary, for example, after the cleaning basin 20 another sink be arranged.
  • FIG. 2 A semiconductor substrate 2, which has the aftertreated textured surface structure S 2 after the wet-chemical treatment, is shown in FIG. 2 in comparison with the semiconductor substrate 2 with the sawn surface structure S o.
  • Fig. 6 shows the reflectance R as a function of the wavelength ⁇ of a semiconductor substrate 2, which is made with the textured surface structure S 2 .
  • the in-line device 1 according to the invention or the method according to the invention makes it possible in a simple and efficient manner to produce solar cells with a reflectance R of approximately 0.10 to 0.26 in the range of visible light and infrared radiation.
  • the inline device 1 according to the invention or the method according to the invention thus makes it possible to produce a textured surface structure S 2 for the production of solar cells with low reflection losses and high efficiency.
  • the inline device according to the invention and the method according to the invention have a reduced complexity and enable the production of solar cells with an improved performance.
  • the solar cells have a lower reflectivity, a higher kung, a higher short-circuit current and a higher open circuit voltage.
  • the high performance results from the surface structure S 2 and the thorough cleaning, whereby a deterioration in efficiency is avoided.
  • the in-line device 1 according to the invention and the method according to the invention can be adapted simply and flexibly to the solar cells to be produced.
  • the surface structure S2 has no porous or sponge-like surface layer. Characterized in that the at least one cleaning takes place before the aftertreatment with the second process liquid 18, the metal ions are 1 1 removed immediately after the metal-assisted chemical etching and avoided further undesirable chemical etching due to the metal ions 1 1 early. Furthermore, remaining residual metals are cleaned by the subsequent aftertreatment of the cleaned textured surface structure. During the aftertreatment, the etching pits are widened.
  • the inline device 1 has a length that is in particular at most 14 m, in particular at most 13 m, and in particular at most 12 m.
  • the process duration is a maximum of 6 minutes, including all cleaning and rinsing cycles.
  • the in-line device 1 according to the invention or the process according to the invention is in particular free of hydrogen peroxide, whereby the process stability is high.
  • the semiconductor substrates 2 with the surface structure S2 can be used directly for diffusion.
  • the inline device 1 and the method are preferably free of additional additives, in particular of organic additives, whereby the disposal of the process liquids 10, 18, the cleaning liquids 17, 21 and the rinsing liquid 16 is simplified.
  • the semiconductor substrates 2 may have a surface structure S2, which at the Bottom 2a is formed stronger than at the top 2b. Such semiconductor substrates 2 are suitable for the production of PE C cells.
  • the first cleaning device 7 comprises in the transport direction 3 successively the first sink 12, the first cleaning basin 13, the second cleaning basin 14, a third cleaning basin 14 'and the second sink 15.
  • the first sink 12 is a spray unit 24 assigned.
  • the spray unit 24 comprises a storage container 28 with the rinsing liquid 16.
  • the rinsing liquid 16 is conveyed via a spray line 26 by means of a pump 27 to first spray nozzles 25 and second spray nozzles 25 '.
  • the first spray nozzles 25 spray a lower surface 2a of the semiconductor substrates 2, whereas the second spray nozzles 25 'spray an upper surface 2b of the semiconductor substrates 2.
  • the rinsing liquid 16 collected in the first rinsing basin 12 is returned to the reservoir 28 via a return line 26 '.
  • the cleaning basins 13, 14 and 14 ' are designed as a cleaning cascade.
  • each cleaning basin 13, 14, 14 ' a respective spray unit 29, 30, 31 assigned.
  • the last in the transport direction 3 spray unit 31 has a reservoir 32 to which a pure or prepared, ie not contaminated cleaning liquid 17 is supplied via a feed line 33.
  • the pure or treated cleaning liquid can be supplied directly via the first spray nozzles 37 and second spray nozzles 37 '.
  • the cleaning liquid 17 is brought to the temperature TR via a heater 34. Via a spray line 35, the cleaning liquid 17 is conveyed by means of a pump 36 to first spray nozzles 37 and to second spray nozzles 37 '.
  • the first spray nozzles 37 spray a bottom 2a of the semiconductor substrates 2 with Cleaning liquid 17, whereas the second spray nozzles 37 'spray a top 2b of the semiconductor substrates 2 with the cleaning liquid 17.
  • the cleaning liquid 17 collected in the third cleaning basin 14 ' is returned to the storage container 32 via a return line 35'.
  • the central spray unit 30 arranged upstream of the spray unit 31 in the transport direction 3 comprises a storage tank 38, which is supplied with the already used cleaning liquid 17 via an overflow 39 from the storage tank 32.
  • the cleaning liquid 17 is held at the temperature TR by means of a heater 40.
  • the cleaning liquid 17 is conveyed via a spray line 41 by means of a pump 42 to first spray nozzles 43 and second spray nozzles 43 '.
  • the first spray nozzles 43 spray a lower surface 2a of the semiconductor substrates 2 with the cleaning liquid 17, whereas the second spray nozzles 43 'spray an upper surface 2b of the semiconductor substrates 2 with the cleaning liquid 17.
  • the cleaning liquid 17 collected in the second cleaning basin 14 is returned to the storage tank 38 via a return line 41 '.
  • the first spray unit 29 arranged upstream of the spray unit 30 in the transport direction 3 comprises a reservoir 44 which is fed via an overflow 45 from the storage tank 38 with the cleaning liquid 17 already used twice.
  • the cleaning liquid 17 is held at the temperature TR by means of a heater 46.
  • the cleaning liquid 17 is conveyed via a spray line 47 by means of a pump 48 to first spray nozzles 49 and to second spray nozzles 49 '.
  • the first spray nozzles 49 spray a lower surface 2a of the semiconductor substrates 2 with the cleaning liquid 17, whereas the spray second nozzles 49 'a top 2b of the semiconductor substrates 2 with the cleaning liquid 17.
  • the cleaning liquid 17 collected in the first cleaning basin 13 is returned to the reservoir 44 via a return line 47 '.
  • a discharge line 50 opens.
  • the discharge line 50 leads, for example, to a reprocessing device (not shown).
  • the reprocessing device removes the metal ions 1 1 cleaned of the semiconductor substrates 2 from the cleaning liquid 17 and feeds the reprocessed cleaning liquid 17 via the supply line 33 to the storage container 32 again.
  • the supply line 33 is connected to a supply tank not shown in detail and the discharge line 50 with a disposal container, not shown, so that a supply of and disposal of cleaning liquid 17 is ensured.
  • the cleaning liquid 17 has in the reservoir 44, a first concentration Ki of metal ions 1 1, in the reservoir 38, a second concentration K 2 of metal ions 1 1 and in the reservoir 32, a third concentration K 3 of metal ions 1 1.
  • Ki> K 2 > K 3 concentrations: Ki> K 2 > K 3 .
  • the second sink 15 is assigned a spray unit 51.
  • the spray unit 51 comprises a reservoir 52 with rinsing liquid 16.
  • the rinsing liquid 16 is conveyed from the reservoir 52 via a spray line 53 by means of a pump 54 to first spray nozzles 55 and to second spray nozzles 55 '.
  • the first spray nozzles 55 spray a 2 a of the semiconductor substrates 2 with the rinsing liquid 16, whereas the second spray nozzles 55 'spray a top side 2 b of the semiconductor substrates 2 with the rinsing liquid 16.
  • the rinsing liquid 16 is collected after the rinsing process in the second sink 15 and returned via a return line 53 'in the reservoir 52.
  • the spray units 24, 51 can be constructed as a flush cascade. This structure basically corresponds to the structure of the cleaning cascade.
  • the spray unit 51 is operated with pure or unused rinsing liquid 16, for example with ultrapure water, which is supplied to the spray unit 24 after the cleaning operation for reuse.
  • the spray nozzles 25, 25 'of the spray unit 24 and the last spray nozzles 55, 55' of the spray unit 51 which are respectively last in the transport direction 3 can be used with pure rinsing liquid 16, for example with ultrapure water, independently of the further spray nozzles 25, 25 'and 55, 55' to be supplied.
  • an efficient and / or resource-saving cleaning with the rinsing liquid 16 is achieved.
  • the spray unit 29 has a roller 5 'containing the cleaning liquid 17 from the top side 2b of the semiconductor -Substrates 2 removed.
  • the spray units 30 and 31 have rolls 5 'which remove the cleaning liquid 17 from the top side 2b of the semiconductor substrates 2.
  • the rollers 5 ' are also referred to as nip rolls. Squeegees can generally be used in the transition between basins, whether they are designed as process, cleaning or sink, in the form of dipping or spray basin.
  • the second cleaning device 9 comprises successively in the transport direction 3, the first sink 19, the cleaning basin 20 and a second sink 19 '.
  • the first sink 19 is assigned a spray unit 56.
  • the spray unit 56 comprises a reservoir 57 which is filled with the rinsing liquid 16.
  • the rinsing liquid 16 is conveyed from the reservoir 57 via a spray line 58 by means of a pump 59 to first spray nozzles 60 and to second spray nozzles 60 '.
  • the first spray nozzles 60 spray a bottom 2a of the semiconductor substrates 2 with the rinse liquid 16, whereas the second spray nozzles 60 'spray a top 2b of the semiconductor substrates 2 with the rinse liquid 16.
  • the rinsing liquid 16 is collected in the first rinsing basin 19 and returned to the storage container 57 via a return line 58 '.
  • the cleaning basin 20 is formed according to the first embodiment as a dip tank.
  • a roller 5 ' removes the alkaline cleaning liquid 21 from the upper side 2b of the semiconductor substrates 2 and prevents transfer of the alkaline cleaning liquid 21 into the second sink 19' or the flushing liquid 16 therein.
  • the second sink 19 ' is used for re-cleaning of the semiconductor substrates 2 by means of the rinsing liquid 16.
  • the second sink 19' is assigned a spray unit 69.
  • the spray unit 69 comprises a reservoir 70 which is filled with the rinsing liquid 16.
  • the flushing liquid 16 is conveyed from the reservoir 70 via a spray line 71 by means of a pump 72 to first spray nozzles 73 and to second spray nozzles 73 '.
  • the first spray nozzles 73 spray a lower surface 2a of the semiconductor substrates 2 with the rinsing liquid 16, whereas the second spray nozzles 73 spray Spray nozzles 73 'spray the top 2b of the semiconductor substrates 2 with the rinsing liquid 16.
  • the rinsing liquid 16 is collected in the second rinsing basin 19 'and returned to the storage container 70 via a return line 71'.
  • the spray units 56, 69 can be constructed as a flush cascade. This structure basically corresponds to the structure of the cleaning cascade.
  • the spray unit 69 is operated with pure or unused rinsing liquid 16, for example with ultrapure water, which is supplied after the cleaning process for reuse of the spray unit 56.
  • the respective last in the transport direction 3 spray nozzles 60, 60 'of the spray unit 56 and the last spray nozzles 73, 73' of the spray unit 69 regardless of the other spray nozzles 60, 60 'and 73, 73' with pure rinsing liquid 16, for example with ultrapure water to be supplied.
  • an efficient and / or resource-saving cleaning with the rinsing liquid 16 is achieved.
  • the spray units 24, 51, 56, 69 can be constructed as a flush cascade.
  • the structure basically corresponds to the structure of the cleaning cascade.
  • the spray unit 69 is operated with pure or unused rinsing liquid 16, for example with ultrapure water, which is supplied after the cleaning process for reuse of the spray unit 56.
  • the device 1 has a first transport device 4 and a downstream second transport device 4 '.
  • the first transport device 4 transports the semiconductor substrates 2 in the transport direction 3 from the first process tank 6 to the second rinse tank 15.
  • the semiconductor substrates 2 are manually or by means of a handling device, not shown, the second conveyor 4 'supplied, the Semiconductor substrates 2 in the transport direction 3 'of the second process tank 8 to the second sink 19' transports.
  • the metal-assisted chemical etching by means of the first process liquid 10 and the subsequent cleaning of the textured surface structure Si are decoupled from the chemical etching by means of the second process liquid 18 and the subsequent cleaning of the aftertreated textured surface structure S 2 .
  • the cleaning basins 13, 14, 14 ', 20 and / or the sinks 12, 15, 19, 19' may be formed as a dip tank and / or spray basin.
  • the features of the individual embodiments can be combined as needed and with each other.
  • the device 1 is also suitable for the chemical treatment of a semiconductor substrate 2 which has been formed directly from a semiconductor melt by means of direct wafer technology and has a surface structure S o shaped from a semiconductor melt.
  • all basins in particular not only the cleaning basins 13, 14 and 14 'and the sinks 12, 15, 19, 19', but also, the process tanks 6 and 8 and the cleaning basin 20 a selection of one or more, in particular all of the following components comprising: A reservoir, in particular with a heater, a pump, in particular for promoting the process or cleaning fluids, one or more Inlet and / or discharge lines and a fresh media supply.
  • the sinks 12 and 15 may have a supply line for media supply and a discharge line.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)
  • Weting (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Eine Vorrichtung (1) zur chemischen Behandlung eines Halbleiter- Substrats (2) mit einer gesägten oder aus einer Halbleiterschmelze geform- ten Oberflächenstruktur (So) umfasst ein erstes Prozessbecken (6) mit einer ersten Prozessflüssigkeit (10). Die erste Prozessflüssigkeit (10) ermöglicht sowohl ein Entfernen der gesägten oder aus der Halbleiterschmelze geformten Oberflächenstruktur (So) als auch ein Erzeugen einer texturierten Oberflächenstruktur (S1) durch metallunterstütztes chemisches Ätzen. Die texturierte Oberflächenstruktur (Si) wird anschließend mittels einer Reinigungseinrichtung (7) gründlich gereinigt. Anschließend wird in einem zweiten Prozessbecken (8) mit einer zweiten Prozessflüssigkeit (18) die texturierte Oberflächenstruktur (Si) durch chemisches Ätzen nachbehandelt. Die nachbehandelte texturierte Oberflächenstruktur (S2) ermöglicht die Herstellung von Solarzellen mit geringen Reflexionsverlusten und einem hohen Wirkungsgrad.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur chemischen Behandlung eines Halbleiter-Substrats mit einer gesägten oder aus einer Halbleiterschmelze geformten Oberflächenstruktur Die vorliegende Patentanmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldungen DE 10 2017 206 432.3 und DE 10 2017 215 484.5 in Anspruch, deren Inhalte durch Bezugnahme hierin aufgenommen werden.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur chemischen Behandlung eines Halbleiter-Substrats mit einer gesägten oder aus einer Halbleiterschmelze geformten Oberflächenstruktur. Die gesägte Oberflächenstruktur umfasst einen Sägeschaden, der insbesondere aus einem Diamantdrahtsägevorgang resultiert. Der Wirkungsgrad von Solarzellen ist abhängig von den Reflexionsverlus- ten. Um die Reflexionsverluste zu minimieren und den Wirkungsgrad zu optimieren, werden Halbleiter-Substrate mit einer texturierten Oberflächenstruktur hergestellt. Werden derartige Halbleiter- bzw. Silizium- Substrate mit besonders effektiven Verfahren behandelt, so werden diese beispielsweise als„Schwarzes Silizium" (Black Silicon) bezeichnet.
Ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiter-Substraten mit einer texturierten Oberflächenstruktur ist beispielsweise das metallunterstützte chemische Ätzen (MACE: Metal Assisted Chemical Etching). Das metallunter- stützte chemische Ätzen ist beispielsweise in der WO 2014/166 256 AI beschrieben. Nachteilig ist, dass die Halbleiter-Substrate vor dem metallunterstützten chemischen Ätzen zum Erzeugen der texturierten Oberflächenstruktur aufwendig vorbehandelt werden müssen, um die gesägte Oberflächenstruktur bzw. den Sägeschaden zu entfernen, der durch den vorgela- gerten Drahtsägevorgang verursacht wurde. Entsprechendes gilt für Halbleiter-Substrate, die mittels der Direct-Wafer-Technologie direkt aus einer Halbleiterschmelze hergestellt sind und deren Oberflächenstruktur aus der Halbleiterschmelze geformt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur chemischen Behandlung eines Halbleiter-Substrat mit einer gesägten oder aus einer Halbleiterschmelze geformten Oberflächenstruktur zu schaffen, die in einfacher und effizienter Weise das Entfernen der gesägten oder aus der Halbleiterschmelze geformten Oberflächenstruktur und das Erzeugen einer texturierten Oberflächenstruktur zur Herstellung einer Solarzelle mit geringen Reflexionsverlusten und einem hohen Wirkungsgrad ermöglicht. Die Vorrichtung soll insbesondere in einfacher und effizienter Weise das Entfernen einer durch Diamantdrahtsägen erzeugten oder aus der Halbleiter- schmelze geformten Oberflächenstruktur und das Erzeugen einer effizienten Textur bzw. einer effizienten texturierten Oberflächenstruktur ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des An- Spruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass das Erzeugen einer texturierten Oberflächenstruktur mit geringen Reflexionsverlusten und einem hohen Wirkungsgrad einfacher und effizienter möglich ist, wenn das erste Prozessbecken eine erste Prozessflüssigkeit beinhaltet, die sowohl zum Entfernen der gesägten oder aus der Halbleiterschmelze geformten Oberflächenstruktur als auch zum Erzeugen einer texturierten Oberflächenstruktur durch metallunterstütztes chemischen Ätzen bzw. nasschemisches Ätzen geeignet ist. Durch die erste Prozessflüssigkeit wird somit der Sägeschaden bzw. die gesägte Oberflächenstruktur oder die aus der Halbleiterschmelze geformte Oberflächenstruktur entfernt und durch metallunter- stütztes chemisches Ätzen die texturierte Oberflächenstruktur erzeugt. Dies erfolgt insbesondere ausschließlich in dem ersten Prozessbecken bzw. mit der ersten Prozessflüssigkeit, also in einem einzigen Prozessbad bzw. Prozessschritt. Mittels der ersten Prozessflüssigkeit wird insbesondere eine gesägte Oberflächenstruktur bzw. eine durch Sägen beschädigte Oberflächenstruktur entfernt, die aufgrund eines Diamantdrahtsägevorgangs (DWS: Diamant Wire Saw) verursacht wurde. Die in der ersten Prozessflüssigkeit enthaltenen Metallionen erzeugen an der Oberfläche des Halbleiter-Substrats Poren im Nanometerbereich, so dass die texturierte Ober- flächenstruktur ausgebildet wird. Die Poren weisen vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 50 nm und 500 nm auf. Mittels der Reinigungseinrichtung wird die texturierte Oberflächenstruktur anschließend effizient und zuverlässig von den Metallionen gereinigt, so dass einerseits das metallunterstützte chemische Ätzen gestoppt wird und keine weitere metallun- terstützte Texturierung erfolgt und anderseits eine Wirkungsgradverschlechterung durch verbleibende Metallionen vermieden wird. Die anschließende Nachbehandlung in dem zweiten Prozessbecken mit der zweiten Prozessflüssigkeit dient zur Verringerung der Oberfläche der gereinigten texturierten Oberflächenstruktur und zur Erzeugung einer optimalen Oberflächenstruktur. Das Nachbehandeln erfolgt durch chemisches bzw. nasschemisches Ätzen, das jedoch nicht metallunterstützt ist. Die zweite Prozessflüssigkeit kann alkalisch oder sauer sein. Vorzugsweise ist die zweite Prozessflüssigkeit sauer. Die zweite Prozessflüssigkeit kann Additive beinhalten. Die zweite Prozessflüssigkeit ist insbesondere frei von Was- serstoffperoxid. Die Vorrichtung dient vorzugsweise zum chemischen Behandeln von multikristallinen Halbleiter-Substraten. Die Halbleiter- Substrate sind insbesondere Silizium- Substrate. Die Begriffe„erstes" Prozessbecken und„zweites" Prozessbecken dienen lediglich zur Unterscheidung der Prozessbecken und sind darüber hinaus nicht einschränkend zu verstehen. Insbesondere können weitere Becken, beispielsweise Prozessbecken, Reinigungsbecken und/oder Spülbecken, vor, zwischen und/oder nach den Prozessbecken angeordnet sein. Entsprechend dienen die Begriffe„erste" Prozessflüssigkeit und„zweite" Prozessflüssigkeit lediglich zur Unterscheidung der Prozessflüssigkeiten und sind darüber hinaus nicht einschränkend zu verstehen. Die Vorrichtung weist vorzugsweise mindestens eine Transporteinrichtung zum Transportieren des Halbleiter-Substrats in einer Transportrichtung auf. Die mindestens eine Transporteinrichtung erstreckt sich zumindest von dem ersten Prozessbecken bis zu der Reinigungseinrichtung, vorzugsweise zumindest von dem ersten Prozessbecken bis zu dem zweiten Prozessbe- cken und insbesondere von dem ersten Prozessbecken bis zu einer dem zweiten Prozessbecken nachgeordneten Reinigungseinrichtung. Die mindestens eine Transporteinrichtung ermöglicht ein diskontinuierliches oder kontinuierliches horizontales Transportieren des Halbleiter-Substrats in der Transportrichtung. Bei einem ersten Ausführungsbeispiel weist die Vor- richtung eine Transporteinrichtung auf, die das Halbleiter-Substrat diskontinuierlich oder kontinuierlich und horizontal von dem ersten Prozessbecken zumindest bis zu der dem zweiten Prozessbecken nachgeordneten Reinigungseinrichtung transportiert. Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung zwei Transporteinrichtungen auf, wobei eine erste Transporteinrichtung das Halbleiter-Substrat diskontinuierlich oder kontinuierlich und horizontal von dem ersten Prozessbecken bis zu der dem ersten Prozessbecken nachgeordneten Reinigungseinrichtung transportiert und eine zweite Transporteinrichtung das Halbleiter-Substrat diskontinuierlich oder kontinuierlich und horizontal von dem zweiten Prozessbecken zumindest bis zu einer dem zweiten Prozessbecken nachgeordneten Reinigungseinrichtung transportiert. Zwischen den Transporteinrichtungen wird das Halbleiter-Substrat beispielsweise manuell oder mittels einer Handhabungseinrichtung transportiert.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 2 gewährleistet ein einfaches und effizientes Entfernen der gesägten oder aus der Halbleiterschmelze geformten Oberflächenstruktur und Erzeugen der texturierten Oberflächenstruktur. Die erste Prozessflüssigkeit ist insbesondere eine wässrige Lösung, die Hydrogenfluorid, Hydrogennitrat und Metallionen, insbesondere Silberionen, umfasst. Die wässrige Lösung hat als Basis insbesondere destilliertes Wasser. Die Silberionen sind in der ersten Prozessflüssigkeit vorzugsweise in Form von hydratisierten Silberionen enthalten, wobei das Silber vorzugsweise in Form von Silbernitrat der wässrigen Lösung zugegeben wur- de. Die Metallionen wirken in der ersten Prozessflüssigkeit als Katalysator und beschleunigen das nasschemische Ätzen lokal. Hierdurch werden an der Oberfläche des Halbleiter-Substrats im Bereich der vorhandenen Metallionen oder Metallnanopartikel Ätzgruben bzw. Ätzlöcher ausgebildet. Die Summe dieser Ätzgruben bildet die texturierte Oberflächenstruktur des Halbleiter-Substrats.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 3 gewährleistet in einfacher und effizienter Weise das Entfernen der gesägten oder aus der Halbleiterschmelze geformten Oberflächenstruktur und das Erzeugen der texturierten Oberflä- chenstruktur. Die erste Prozessflüssigkeit ist insbesondere eine wässrige Lösung mit Hydrogenfluorid, Hydrogenhydrat und Silbernitrat. Die wässrige Lösung hat als Basis vorzugsweise destilliertes Wasser. Vorzugsweise umfasst die erste Prozessflüssigkeit 12 % bis 20 % Hydrogenfluorid HF, 15 % bis 20 % Hydrogennitrat HNO3 und 0,001 % bis 0,015 % Silbernitrat AgNO3, und insbesondere 15 % Hydrogenfluorid HF, 20 % Hydrogennitrat HNO3 und 0,005 % Silbernitrat AgNO3. Die Angaben sind in Gew.-%.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 4 gewährleistet ein einfaches und effizi- entes Entfernen der gesägten oder aus der Halbleiterschmelze geformten Oberflächenstruktur und Erzeugen der texturierten Oberflächenstruktur. Wasserstoffperoxid beeinflusst das gewünschte metallunterstützte chemische Ätzen. Vorzugsweise ist die erste Prozessflüssigkeit frei von Wasserstoffperoxid. Hierdurch werden die Prozessdauer und die Prozessstabilität optimiert und der Aufbau der Vorrichtung vereinfacht, da beispielsweise weniger Prozesschemikalien zum Betrieb der Vorrichtung erforderlich sind. Die Angaben sind in Gew.-%.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 5 gewährleistet ein einfaches und effizi- entes Entfernen der gesägten oder aus der Halbleiterschmelze geformten Oberflächenstruktur und Erzeugen der texturierten Oberflächenstruktur. Durch die Temperatur Ti wird das gewünschte metallunterstützte chemische Ätzen sowie die Prozesszeit optimiert. Eine Vorrichtung nach Anspruch 6 gewährleistet einen hohen Wirkungsgrad. Das mindestens eine Reinigungsbecken ist nach dem ersten Prozessbecken angeordnet. Durch die Hydrogennitrat umfassende Reinigungsflüssigkeit wird die texturierte Oberflächenstruktur hocheffizient von den Metallionen gereinigt. Durch die Reinigungsflüssigkeit werden insbesondere auch Metallionen entfernt, die sich in den Ätzgruben bzw. der texturierten Oberflächenstruktur befinden. Durch die zuverlässige und effiziente Reinigung wird eine Wirkungsgradverschlechterung einer aus dem Halbleiter- Substrat hergestellten Solarzelle aufgrund verbleibender Metallionen wirkungsvoll vermieden. Vorzugsweise ist die Reinigungsflüssigkeit eine wässrige Lösung, die Hydrogennitrat umfasst. Die wässrige Lösung weist als Basis vorzugsweise destilliertes Wasser auf. Die Reinigungsflüssigkeit umfasst insbesondere 20 % bis 45 % Hydrogennitrat. Die Angaben sind in Gew.-%. Durch die Temperatur TR wird die Reinigung optimiert und die Prozesszeit reduziert. Die Reinigungsflüssigkeit ist vorzugsweise frei von Wasserstoffperoxid. Die Reinigungsflüssigkeit weist ursprünglich keine Metallionen auf. Das mindestens eine Reinigungsbecken ist als Tauchbecken und/oder Sprühbecken ausgebildet. Bei einer Ausbildung als Tauchbecken erfolgt die Reinigung der texturierten Oberflächenstruktur durch Eintauchen des Halbleiter-Substrats in die Reinigungsflüssigkeit. Bei einer Ausbildung als Sprühbecken erfolgt die Reinigung der texturierten Oberflächenstruktur durch Besprühen mit der Reinigungsflüssigkeit und anschließendes Auffangen der Reinigungsflüssigkeit in dem Sprühbecken. Bei einer Ausbildung des mindestens einen Reinigungsbeckens als Sprüh- becken ist vorzugsweise innerhalb und/oder oberhalb des mindestens einen Reinigungsbeckens mindestens eine Sprüheinheit zum Sprühen der Reinigungsflüssigkeit angeordnet. Bei einer Ausbildung des mindestens einen Reinigungsbeckens als Tauchbecken weist die Reinigungseinrichtung beispielsweise mindestens eine Ultraschalleinheit auf, so dass in der Reini- gungsflüssigkeit Ultraschallwellen erzeugbar sind.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 7 gewährleistet einen hohen Wirkungsgrad. Durch die sukzessive Reinigung der texturierten Oberflächenstruktur in mehreren nacheinander angeordneten bzw. mittels mehrerer nacheinan- der angeordneter Reinigungsbecken werden die Metallionen äußerst gründlich entfernt. In jedem nachfolgenden Reinigungsbecken ist die Konzentration von abgereinigten Metallionen in der Reinigungsflüssigkeit niedriger, so dass die Wahrscheinlichkeit einer erneuten Verschmutzung der texturierten Oberflächenstruktur vermindert wird. Die Reinigungsbecken bilden eine Reinigungskaskade aus. Hierzu wird vorzugsweise für das in einer Transportrichtung des Halbleiter-Substrats letzte Reinigungsbecken unbenutzte bzw. reine Reinigungsflüssigkeit verwendet, die nach einem Reinigungsvorgang für das in der Transportrichtung zuvor angeordnete Reini- gungsbecken erneut verwendet wird. Nach der erneuten Verwendung wird die Reinigungsflüssigkeit vorzugsweise in dem in der Transportrichtung vorher angeordneten Reinigungsbecken nochmals erneut verwendet. Dieser Vorgang wiederholt sich solange, bis die mehrfach verwendete Reinigungsflüssigkeit nach einem Reinigungsvorgang mittels des - in der Trans- portrichtung betrachtet - ersten Reinigungsbeckens einer Entsorgung oder Wiederaufbereitung zugeführt wird. Es sind insbesondere mindestens zwei und vorzugsweise drei Reinigungsbecken nacheinander angeordnet. Das mindestens eine Reinigungsbecken ist als Tauchbecken und/oder Sprühbecken ausgebildet. Bei einer Ausbildung als Tauchbecken erfolgt die Reini- gung der texturierten Oberflächenstruktur durch Eintauchen des Halbleiter- Substrats in die Reinigungsflüssigkeit. Bei einer Ausbildung als Sprühbecken erfolgt die Reinigung der texturierten Oberflächenstruktur durch Besprühen mit der Reinigungsflüssigkeit und anschließendes Auffangen der Reinigungsflüssigkeit in dem Sprühbecken. Bei einer Ausbildung des min- destens einen Reinigungsbeckens als Sprühbecken ist vorzugsweise innerhalb und/oder oberhalb des mindestens einen Reinigungsbeckens mindestens eine Sprüheinheit zum Sprühen der Reinigungsflüssigkeit angeordnet. Bei einer Ausbildung des mindestens einen Reinigungsbeckens als Tauchbecken weist die Reinigungseinrichtung beispielsweise mindestens eine Ultraschalleinheit auf, so dass in der Reinigungsflüssigkeit Ultraschallwellen erzeugbar sind. Die Reinigungsflüssigkeit umfasst insbesondere Hyd- rogennitrat. Vorzugsweise ist die Reinigungsflüssigkeit eine wässrige Lösung aus destilliertem Wasser und Hydrogennitrat. Die Reinigungsflüssig- keit hat vorzugsweise eine Temperatur TR, wobei gilt: 15°C < TR < 65°C, insbesondere 20°C < TR < 45°C, und insbesondere 40°C < TR < 50°C.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 8 gewährleistet einen hohen Wirkungs- grad. Die mindestens eine Sprüheinheit weist mindestens eine Sprühdüse auf. Vorzugsweise weist die mindestens eine Sprüheinheit mehrere Sprühdüsen auf, die derart angeordnet sind, dass eine Unterseite und/oder eine Oberseite des Halbleiter-Substrats mit der Reinigungsflüssigkeit besprüht werden. Die mindestens eine Sprüheinheit ist vorzugsweise so angeordnet, dass die Reinigungsflüssigkeit nach dem Besprühen des Halbleiter-Substrats in dem mindestens einen Reinigungsbecken aufgefangen wird. Das mindestens eine Reinigungsbecken ist somit als Sprühbecken ausgebildet.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 9 gewährleistet einen hohen Wirkungs- grad. Die Sprüheinheiten sind in einer Transportrichtung des Halbleiter- Substrats nacheinander angeordnet. Jede der Sprüheinheiten weist mindestens eine Sprühdüse auf. Vorzugsweise weist jede der Sprüheinheiten mehrere Sprühdüsen auf, die eine Unterseite und/oder eine Oberseite des Halbleiter-Substrats mit der Reinigungsflüssigkeit besprühen. Jede der Sprüh- einheiten ist einem Reinigungsbecken zugeordnet. Das Reinigungsbecken ist derart zu der zugehörigen Sprüheinheit angeordnet, dass die Reinigungsflüssigkeit nach dem Besprühen des Halbleiter-Substrats in dem Reinigungsbecken aufgefangen wird. Die Reinigungsbecken sind somit als Sprühbecken ausgebildet. Vorzugsweise weisen die Sprüheinheiten, mit Ausnahme der in der Transportrichtung des Halbleiter-Substrats ersten Sprüheinheit, einen Überlauf zu der in der Transportrichtung zuvor angeordneten Sprüheinheit auf. Die Reinigungsflüssigkeit, die nach einem Reinigungsvorgang mittels der in der Transportrichtung letzten Sprüheinheit in dem letzten Reinigungsbecken aufgefangen wurde, wird somit für einen erneuten Reinigungsvorgang mittels der zuvor angeordneten Sprüheinheit verwendet. Nach dem erneuten Reinigungsvorgang wird die Reinigungsflüssigkeit wiederum über einen Überlauf der zuvor angeordneten Sprüheinheit zugeführt. Dies wiederholt sich bis zu der ersten Sprüheinheit, wobei die in dem ersten Reinigungsbecken aufgefangene Reinigungsflüssigkeit anschließend einer Entsorgung oder Wiederaufbereitung zugeführt wird. Durch die beschriebene Reinigungskaskade und die Wiederverwendung der Reinigungsflüssigkeit, die bei dem jeweiligen Reinigungsvorgang im Vergleich zu dem zuvor durchgeführten Reinigungsvorgang weniger Metallionen umfasst, wird eine wirkungsvolle und ressourcenschonende Reinigung erzielt.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 10 gewährleistet einen hohen Wirkungsgrad. Das mindestens eine Spülbecken ist vorzugsweise unmittelbar nach dem ersten Prozessbecken angeordnet. Vorzugsweise sind mehrere Spülbecken vorgesehen, die unmittelbar nach dem ersten Prozessbecken und unmittelbar nach dem letzten Reinigungsbecken angeordnet sind. Das mindestens eine Spülbecken ist als Tauchbecken und/oder Sprühbecken ausgebildet. Dem mindestens einen Spülbecken ist bei einer Ausbildung als Sprühbecken mindestens eine Sprüheinheit zum Besprühen des Halbleiter- Substrats mit der Spülflüssigkeit zugeordnet, so dass die Spülflüssigkeit nach dem Spülvorgang in dem mindestens einen Spülbecken aufgefangen wird. Mehrere Spülbecken sind vorzugsweise als Spülkaskade ausgebildet. Hierzu wird vorzugsweise für das in einer Transportrichtung des Halblei- ter-Substrats letzte Spülbecken unbenutzte bzw. reine Spülflüssigkeit, wie beispielsweise Reinstwasser, verwendet, die nach einem Reinigungsvorgang für das in der Transportrichtung zuvor angeordnete Spülbecken erneut verwendet wird. Die Spülflüssigkeit wird vorzugsweise solange erneut in einem in der Transportrichtung vorher angeordneten Spülbecken verwen- det, bis die Spülflüssigkeit nach einem Reinigungsvorgang in dem in der Transportrichtung betrachtet ersten Spülbecken entsorgt oder wieder aufbereitet wird. Zwischen den Spülbecken einer Spülkaskade kann mindestens ein Reinigungsbecken angeordnet sein, vorzugsweise sind zwischen den Spülbecken einer Spülkaskade mehrere Reinigungsbecken angeordnet, die eine Reinigungskaskade bilden.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 1 1 gewährleistet einen hohen Wirkungsgrad. Das mindestens eine Spülbecken ist insbesondere unmittelbar nach dem ersten Prozessbecken und/oder unmittelbar nach dem mindestens einen Reinigungsbecken angeordnet. Die Spülflüssigkeit ist vorzugsweise Wasser, insbesondere destilliertes Wasser. Vorzugsweise sind mehrere Reinigungsbecken nacheinander angeordnet. Die Reinigungsflüssigkeit ist insbesondere eine wässrige Lösung, die Hydrogennitrat umfasst. Vorzugs- weise ist unmittelbar nach dem letzten Reinigungsbecken ein Spülbecken angeordnet. Das mindestens eine Spülbecken und/oder das mindestens eine Reinigungsbecken sind als Tauchbecken und/oder als Sprühbecken ausgebildet. Dem jeweiligen Sprühbecken ist eine Sprüheinheit zum Besprühen des Halbleiter-Substrats mit Spülflüssigkeit bzw. Reinigungsflüssigkeit zugeordnet.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 12 gewährleistet ein einfaches und effizientes Nachbehandeln der gereinigten texturierten Oberflächenstruktur. Durch die zweite Prozessflüssigkeit wird die texturierte Oberflächenstruk- tur geglättet und deren Oberfläche verringert, wodurch ein hoher Wirkungsgrad erzielt wird. Die zweite Prozessflüssigkeit ist insbesondere eine wässrige Lösung, die Hydrogenfluorid und Hydrogennitrat umfasst. Die wässrige Lösung hat als Basis vorzugsweise destilliertes Wasser. Vorzugsweise ist die zweite Prozessflüssigkeit frei von Wasserstoffperoxid. Hierdurch werden die Prozessdauer und die Prozess Stabilität optimiert und der Aufbau der Vorrichtung vereinfacht. Die zweite Prozessflüssigkeit umfasst insbesondere 5 % bis 25 % Hydrogenfluorid HF und 15 % bis 30 % Hydrogennitrat HNO3. Die Angaben sind in Gew.-%.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 13 gewährleistet ein einfaches und effizientes Nachbehandeln der gereinigten texturierten Oberflächenstruktur. Durch die Temperatur T2 wird das Nachbehandeln optimiert und die Prozesszeit reduziert.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 14 gewährleistet das Erzeugen der texturierten Oberflächenstruktur mit geringen Reflexionsverlusten und einem hohen Wirkungsgrad. Beim Nachbehandeln mittels der zweiten Prozessflüssigkeit kann eine poröse bzw. schwammartige Oberilächenschicht ent- stehen. Durch die nach dem zweiten Prozessbecken angeordnete weitere Reinigungseinrichtung wird das Entfernen der porösen Oberilächenschicht gewährleistet. Hierzu weist die Reinigungseinrichtung insbesondere ein Reinigungsbecken mit einer alkalischen Reinigungsflüssigkeit auf. Die alkalische Reinigungsflüssigkeit ist insbesondere eine wässrige Lösung, die Kaliumhydroxid und/oder Natriumhydroxid umfasst. Die wässrige Lösung hat als Basis insbesondere destilliertes Wasser. Die alkalische Reinigungsflüssigkeit hat eine Temperatur TA, wobei vorzugsweise gilt: 18°C < TA < 45°C. Nach dem Reinigungsbecken ist vorzugsweise ein Spülbecken mit einer Spülflüssigkeit angeordnet. Vorzugsweise ist vor und nach dem Rei- nigungsbecken ein Spülbecken mit einer Spülflüssigkeit angeordnet. Die nach dem zweiten Prozessbecken angeordnete weitere Reinigungseinrichtung umfasst insbesondere mindestens ein Reinigungsbecken und/oder mindestens ein Spülbecken. Das mindestens eine Reinigungsbecken und/oder das mindestens eine Spülbecken ist als Tauchbecken und/oder Sprühbecken ausgebildet. Dem jeweiligen Sprühbecken ist eine Sprüheinheit zum Besprühen der nachbehandelten texturierten Oberflächenstruktur mit einer Reinigungsflüssigkeit bzw. einer Spülflüssigkeit zugeordnet. Mehrere Reinigungsbecken sind vorzugsweise als Reinigungskaskade aus- gebildet. Mehrere Spülbecken sind vorzugsweise als Spülkaskade ausgebildet.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 15 gewährleistet ein einfaches und effizientes Erzeugen der texturierten Oberflächenstruktur. Die Transporteinrich- tung ermöglicht eine Ausbildung der Vorrichtung als Inline -Vorrichtung. Die Transporteinrichtung gewährleistet ein diskontinuierliches oder kontinuierliches horizontales Transportieren des Halbleiter-Substrats in der Transportrichtung zu dem ersten Prozessbecken, der Reinigungseinrichtung, dem zweiten Prozessbecken und ggf. der weiteren Reinigungseinrich- tung. Vorzugsweise wird das Halbleiter-Substrat kontinuierlich und/oder horizontal in der Transportrichtung transportiert.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur chemischen Behandlung eines Halbleiter-Substrats mit einer gesägten oder aus einer Halbleiterschmelze geformten Oberflächenstruktur zu schaffen, das in einfacher und effizienter Weise das Entfernen der gesägten oder aus der Halbleiterschmelze geformten Oberflächenstruktur und das Erzeugen einer texturierten Oberflächenstruktur zur Herstellung einer Solarzelle mit geringen Reflexionsverlusten und einem hohen Wirkungsgrad ermöglicht. Das Verfahren soll insbesondere in einfacher und effizienter Weise das Entfernen einer durch Diamantdrahtsägen erzeugten Oberflächenstruktur ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Verfahrensschritten gemäß Anspruch 16 gelöst. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen den bereits beschriebenen Vorteilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das Verfahren kann insbesondere auch mit den Merkmalen mindestens eines der Ansprüche 1 bis 15 weitergebildet werden.
Ein Verfahren nach Anspruch 17 gewährleistet eine texturierte Oberflächenstruktur mit geringen Reflexionsverlusten. Vorzugsweise weisen mindestens 80 %, insbesondere mindestens 90 % der ersten Strukturelemente die maximale Abmessung auf. Die maximale Abmessung ist insbesondere eine maximale Breite parallel zu einer Substratebene und/oder eine maximale Länge senkrecht zu einer Substratebene. Die ersten Strukturelemente werden mittels der ersten Prozessflüssigkeit durch metallunterstütztes chemisches Ätzen erzeugt.
Ein Verfahren nach Anspruch 18 gewährleistet einen hohen Wirkungsgrad. Durch die mindestens eine Reinigung werden an der texturierten Oberflächenstruktur befindliche Metallionen zuverlässig und effektiv entfernt, so dass diese einerseits die Oberflächenstruktur nicht weiter verändern können und andererseits den Wirkungsgrad der aus dem Halbleiter-Substrat hergestellten Solarzelle nicht verschlechtern. Vorzugsweise wird die texturierte Oberflächenstruktur mehrmals nacheinander mit der Reinigungsflüssigkeit gereinigt. Die Reinigungsflüssigkeit umfasst insbesondere 20 % bis 45 % Hydrogennitrat HNO3. Die Angaben sind in Gew.-%. Hierdurch wird eine erneute Kontamination der texturierten Oberflächenstruktur mit bereits abgereinigten Metallionen vermieden. Die mindestens eine Reinigung erfolgt durch Eintauchen des Halbleiter-Substrats und/oder durch Besprühen des Halbleiter-Substrats. Vorzugsweise wird das zu reinigende Halbleiter- Substrat an einer Unterseite und/oder an einer Oberseite mehrmals nachei- nander mit der Reinigungsflüssigkeit besprüht. Die für den letzten Sprühvorgang verwendete Reinigungsflüssigkeit wird nach dem Sprühvorgang erneut für einen in einer Transportrichtung des Halbleiter-Substrats vorgeordneten Sprühvorgang verwendet. Entsprechend wird die Reinigungsflüs- sigkeit nach der erneuten Verwendung nochmals in einem in der Transportrichtung vorgeordneten Sprühvorgang verwendet. Nach dem in der Transportrichtung gesehen ersten Sprühvorgang wird die Reinigungsflüssigkeit entsorgt oder wieder aufbereitet. Auf diese Weise wird die Reinigungsflüssigkeit mehrmals zur Reinigung verwendet. Dies ist möglich, da das Halb- leiter-Substrat im jeweiligen Sprühvorgang im Vergleich zu der verwendeten Reinigungsflüssigkeit unreiner ist und die Reinigungsflüssigkeit im Vergleich zu dem zu reinigenden Halbleiter-Substrat weniger Metallionen umfasst. Durch diesen kaskadenartigen Reinigungsvorgang wird das Halbleiter-Substrat wirkungsvoll und ressourcenschonend gereinigt.
Ein Verfahren nach Anspruch 19 gewährleistet einen hohen Wirkungsgrad. Das Halbleiter-Substrat wird vorzugsweise unmittelbar nach dem metallunterstützten chemischen Ätzen mittels der Spülflüssigkeit gereinigt. Weiterhin wird das Halbleiter-Substrat vorzugsweise unmittelbar nach der letzten Reinigung mittels der Reinigungsflüssigkeit mittels der Spülflüssigkeit gereinigt. Das Reinigen mittels der Spülflüssigkeit erfolgt durch Eintauchen und/oder Besprühen. Vorzugsweise wird mittels der Spülflüssigkeit eine Spülkaskade aufgebaut, bei der die Spülflüssigkeit mehrfach verwendet wird. Hierbei erfolgt die erneute Verwendung der Spülflüssigkeit in einem Reinigungsvorgang, der in der Transportrichtung gesehen vorher durchgeführt wird.
Ein Verfahren nach Anspruch 20 gewährleistet eine texturierte Oberflächenstruktur mit geringen Reflexionsverlusten. Vorzugsweise weisen min- destens 80 %, insbesondere mindestens 90 % der zweiten Strukturelemente die maximale Abmessung auf. Die maximale Abmessung ist insbesondere eine maximale Breite parallel zu einer Substratebene und/oder eine maximale Länge senkrecht zu einer Substratebene. Die zweiten Strukturelemen- te sind aufgrund der Nachbehandlung gegenüber den ersten Strukturelementen geglättet, so dass die nachbehandelte texturierte Oberflächenstruktur eine vergleichsweise geringere Oberfläche aufweist.
Ein Verfahren nach Anspruch 21 gewährleistet eine texturierte Oberflä- chenstruktur mit geringen Reflexionsverlusten. Bei der Nachbehandlung der texturierten Oberflächenstruktur kann eine poröse bzw. schwammartige Oberflächenschicht entstehen. Durch mindestens eine weitere Reinigung nach der Nachbehandlung wird diese poröse Oberflächenschicht entfernt. Die alkalische Reinigungsflüssigkeit ist insbesondere eine wässrige Lö- sung, die Kaliumhydroxid und/oder Natriumhydroxid umfasst. Die wässrige Lösung hat als Basis vorzugsweise destilliertes Wasser. Die alkalische Reinigungsflüssigkeit hat eine Temperatur TA, wobei vorzugsweise gilt: 18°C < TA < 45°C. Nach einer Reinigung mittels der Reinigungsflüssigkeit erfolgt vorzugsweise eine weitere Reinigung mittels einer Spülflüssigkeit. Die mindestens eine Reinigung erfolgt durch Eintauchen und/oder Besprühen.
Ein Verfahren nach Anspruch 22 gewährleistet ein einfaches und effizientes Entfernen der gesägten Oberflächenstruktur und Erzeugen der texturier- ten Oberflächenstruktur. Dadurch, dass die Verfahrensschritte in einer Inline -Vorrichtung durchgeführt werden, wird das Halbleiter-Substrat automatisiert den Verfahrensschritten zugeführt. Vorzugsweise wird das Halbleiter-Substrat kontinuierlich und/oder horizontal durch die Inline -Vorrichtung transportiert. Hierdurch können in einfacher und effizienter Weise eine Vielzahl von Halbleiter-Substraten mit der gewünschten texturierten Oberflächenstruktur erzeugt werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Reinigungseinrichtung zum Durch- führen mindestens einer Reinigung eines chemisch behandelten Halbleiter- Substrats sowie ein Verfahren zum Durchführen mindestens einer Reinigung eines chemisch behandelten Halbleiter-Substrats. Die Reinigungseinrichtung sowie das Verfahren sollen insbesondere zum Durchführen mindestens einer Reinigung einer texturierten Oberflächenstruktur des Halblei- ter-Substrats dienen. Die Merkmale der Reinigungseinrichtung sowie des Verfahrens zum Durchführen mindestens einer Reinigung sind unabhängig von den weiteren Merkmalen der beschriebenen Vorrichtung und dem beschriebenen Verfahren zur chemischen Behandlung eines Halbleiter- Substrats.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Inline -Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zur chemischen Behandlung eines Halbleiter-Substrats mit einer gesägten Oberflächenstruktur, Fig. 2 eine Draufsicht auf das Halbleiter-Substrat mit der gesägten
Oberflächenstruktur und ein mittels der Vorrichtung in Fig. 1 chemisch behandeltes Halbleiter-Substrat mit einer texturierten Oberflächenstruktur, eine vergrößerte Draufsicht auf das Halbleiter-Substrat nach einem metallunterstützen chemischen Ätzen mittels einer ersten Prozessflüssigkeit, eine vergrößerte Draufsicht auf das Halbleiter- Substrat in Fig. 3 nach einer Reinigung mittels einer Reinigungsflüssigkeit, eine vergrößerte Draufsicht auf die texturierte Oberflächenstruktur des Halbleiter-Substrats in Fig. 2 nach einer erfolgten Nachbehandlung mittels einer zweiten Prozessflüssigkeit, ein Diagramm eines Reflexionsgrades des Halbleiter-Substrats in Fig. 5 in Abhängigkeit einer Wellenlänge von senkrecht einfallendem Licht,
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Inline -Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zur chemischen Behandlung eines Halbleiter-Substrats mit einer gesägten Oberflächenstruktur, und
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel zur chemischen Behandlung eines Halbleiter-Substrats mit einer gesägten Oberflächenstruktur.
Nachfolgend ist anhand der Figuren 1 bis 6 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Eine Inline -Vorrichtung 1 zur nasschemischen Behandlung von Halbleiter-Substraten 2 weist zum Transport der Halbleiter-Substrate 2 in einer Transportrichtung 3 eine Transporteinrichtung 4 auf. Die Transporteinrichtung 4 umfasst eine Vielzahl von in der Trans- portrichtung 3 nacheinander angeordneten und drehangetriebenen Transportrollen 5.
Die Inline -Vorrichtung 1 weist in der Transportrichtung 3 nacheinander ein erstes Prozessbecken 6, eine erste Reinigungseinrichtung 7, ein zweites Prozessbecken 8 und eine zweite Reinigungseinrichtung 9 auf.
Das erste Prozessbecken 6 dient zum Entfernen einer gesägten Oberflächenstruktur So der Halbleiter-Substrate 2 und zum Erzeugen einer textu- rierten Oberflächenstruktur Si durch metallunterstütztes chemisches Ätzen. Das erste Prozessbecken 6 ist mit einer ersten Prozessflüssigkeit 10 gefüllt. Die erste Prozessflüssigkeit 10 ist eine wässrige Lösung auf Basis von destilliertem Wasser und umfasst Hydrogenfluorid HF, Hydrogennitrat HNO3 und Metallionen 1 1 , insbesondere Silberionen. Vorzugsweise umfasst die erste Prozessflüssigkeit 10 3 % bis 21 % Hydrogenfluorid HF, 12 % bis 20 % Hydronitrat HNO3 und 0,001 % bis 0,05 % Silbernitrat AgNOs, insbesondere 12 % bis 20 % Hydrogenfluorid HF, 15 % bis 20 % Hydrogennitrat HNO3 und 0,001 % bis 0,015 % Silbernitrat AgNOs. Die erste Prozessflüssigkeit 10 umfasst beispielsweise 15 % Hydrogenfluorid HF, 20 % Hydrogennitrat HNO3 und 0,005 % Silbernitrat AgNO3. Die erste Prozessflüssigkeit 10 ist frei von Wasserstoffperoxid H2O2. Die erste Prozessflüssigkeit 10 hat eine Temperatur Ti, wobei gilt: 10°C < Ti < 45 °C, insbesondere 20°C < Ti < 35°C. Die Angaben sind in Gew.-%. Die erste Reinigungseinrichtung 7 dient zur Reinigung der texturierten Oberflächenstruktur Si durch Entfernen der Metallionen 1 1 bzw. der Me- tallnanopartikel. Die erste Reinigungseinrichtung 7 umfasst in der Transportrichtung 3 nacheinander ein erstes Spülbecken 12, ein erstes Reinigungsbecken 13, ein zweites Reinigungsbecken 14 und ein zweites Spülbe- cken 15. Die Spülbecken 12, 15 sind mit einer Spülflüssigkeit 16 gefüllt. Die Spülflüssigkeit 16 ist Wasser, insbesondere destilliertes Wasser. Die Reinigungsbecken 13, 14 sind mit einer Reinigungsflüssigkeit 17 gefüllt. Die Reinigungsflüssigkeit 17 ist eine wässrige Lösung auf Basis von destil- liertem Wasser, die 5 % bis 68 %, insbesondere 5 % bis 67 %, insbesondere 10 % bis 60 %, und insbesondere 20 % bis 45 % Hydrogennitrat HNO3 umfasst. Die Angaben sind in Gew.-%. Die Reinigungsflüssigkeit 17 hat eine Temperatur TR, wobei gilt: 15°C < TR < 65°C, insbesondere 40°C < TR < 50°C.
Das nach der ersten Reinigungseinrichtung 7 angeordnete zweite Prozessbecken 8 dient zum Nachbehandeln der gereinigten texturierten Oberflächenstruktur Si durch chemisches Ätzen. Das zweite Prozessbecken 8 ist mit einer zweiten Prozessflüssigkeit 18 gefüllt. Die zweite Prozessflüssig- keit 18 ist eine wässrige Lösung auf Basis von destilliertem Wasser, die Hydrogenfluorid HF und Hydrogennitrat HNO3 umfasst. Die zweite Prozessflüssigkeit 18 umfasst vorzugsweise 0, 1 % bis 49 % Hydrogenfluorid HF und 2 % bis 65 % Hydrogennitrat HNO3, und insbesondere 5 % bis 25 % Hydrogenfluorid HF und 15 % bis 30 % Hydrogennitrat HNO3. Die zweite Prozessflüssigkeit 18 ist frei von Wasserstoffperoxid H2O2. Die zweite Prozessflüssigkeit 18 hat eine Temperatur T2, wobei gilt: 15°C < T2 < 65°C, insbesondere 20°C < T2 < 35°C. Die zweite Prozessflüssigkeit 18 dient zum Erzeugen einer nachbehandelten texturierten Oberflächenstruktur S2, die im Vergleich zu der texturierten Oberflächenstruktur Si geglättet ist und eine geringere Oberfläche aufweist.
Die nach dem zweiten Prozessbecken 8 angeordnete zweite Reinigungseinrichtung 9 dient zur Reinigung der nachbehandelten texturierten Oberflächenstruktur S2. Die zweite Reinigungseinrichtung 9 umfasst nacheinander in der Transportrichtung 3 ein Spülbecken 19 und ein Reinigungsbecken 20. Das Spülbecken 19 ist mit der Spülflüssigkeit 16 gefüllt. Das Reinigungsbecken 20 ist mit einer alkalischen Reinigungsflüssigkeit 21 gefüllt. Die alkalische Reinigungsflüssigkeit 21 ist eine wässrige Lösung auf Basis von destillierten Wasser, die Kaliumhydroxid KOH und/oder Natriumhydroxid NaOH umfasst. Die alkalische Reinigungsflüssigkeit 21 weist eine Temperatur TA auf, wobei gilt: 18°C < TA < 45°C. Die alkalische Reinigungsflüssigkeit 21 dient insbesondere zum Entfernen einer etwaig entstandenen porösen bzw. schwammartigen Oberflächenschicht der Oberflä- chenstruktur S2.
Die zweite Reinigungseinrichtung 9 kann bei Bedarf ein weiteres Spülbecken mit Spülflüssigkeit aufweisen, das nach dem Reinigungsbecken 20 angeordnet ist. Die zweite Reinigungseinrichtung 9 kann weitere Reini- gungsbecken, insbesondere gefolgt von Spülbecken, enthalten. Nach der zweiten Reinigungseinrichtung 9 oder weiteren Reinigungs- und/oder Spülbecken kann in üblicher Weise eine Trocknungseinrichtung angeordnet sein. Nachfolgend ist die Funktionsweise der Inline-Vorrichtung 1 und ein Verfahren zur nasschemischen Behandlung der Halbleiter-Substrate 2 mit der gesägten Oberflächenstruktur So beschrieben:
Die Halbleiter-Substrate 2 werden mittels der Transporteinrichtung 4 kon- tinuierlich und horizontal durch die Inline-Vorrichtung 1 transportiert. Die Halbleiter-Substrate 2 werden insbesondere in mehreren Reihen in der Transportrichtung 3 transportiert, so dass mehrere Halbleiter-Substrate 2 gleichzeitig bearbeitet bzw. gereinigt werden. Die Halbleiter-Substrate 2 sind beispielsweise Silizium- Substrate bzw. Silizium- Wafer. Die Halblei- ter-Substrate 2 sind insbesondere multikristallin. Die gesägte Oberflächenstruktur So wurde beispielsweise durch einen vorgelagerten Diamantdrahtsägevorgang erzeugt. Die gesägte Oberflächenstruktur So umfasst einen Sägeschaden, der durch den Diamantdrahtsägevorgang erzeugt wurde. Die Halbleiter-Substrate 2 werden mittels der Transporteinrichtung 4 derart in das erste Prozessbecken 6 transportiert, dass diese sich zumindest zeitweise vollständig in der ersten Prozessflüssigkeit 10 befinden. Die Halbleiter-Substrate 2 werden somit mittels der ersten Prozessflüssigkeit 10 sowohl an einer Unterseite 2a als auch an einer Oberseite 2b nasschemisch behandelt. Die Unterseite 2a bildet in einer späteren Solarzelle eine Vorderseite aus, wohingegen die Oberseite 2b eine Rückseite ausbildet.
Die dem ersten Prozessbecken 6 zugeführten Halbleiter-Substrate 2 weisen an der Unterseite 2a und der Oberseite 2b die gesägte Oberflächenstruktur So auf. Mittels der ersten Prozessflüssigkeit 10 wird in einem einzigen Prozessschritt die gesägte Oberflächenstruktur So bzw. der Sägeschaden entfernt und die texturierte Oberflächenstruktur Si durch metallunterstütztes chemisches Ätzen (MACE: Metal Assisted Chemical Etching) erzeugt. Die texturierte Oberflächenstruktur Si wird dadurch erzeugt, dass die Metallio- nen 1 1 bzw. die Silberionen sich auf der Substratoberfläche in Form von Clustern und/oder Präzipitaten abscheiden und so als Katalysator wirken und in ihrem Umfeld das nasschemische Ätzen lokal beschleunigt wird. Hierdurch werden an der Oberfläche der Halbleiter-Substrate 2 erste Strukturelemente 22 in Form von Ätzgruben bzw. Ätzlöchern erzeugt. Die Ätz- gruben entstehen dort, wo die Metallionen 1 1 bzw. die Metall-Nanopartikel in Form von Clustern und/oder Präzipitaten vorliegen. Die Summe der Ätzgruben bilden die texturierte Oberflächenstruktur Si. Mindestens 70 %, insbesondere mindestens 80 %, und insbesondere mindestens 90 % der ersten Strukturelemente 22 haben eine maximale Abmessung Ai zwischen 100 nm und 500 nm, insbesondere zwischen 150 nm und 300 nm. Die maximale Abmessung Ai ist insbesondere eine maximale Breite parallel zu einer Substratebene des jeweiligen Halbleiter-Substrats 2 und/oder eine maximale Länge senkrecht zu der Substratebene. Ein Halbleiter-Substrat 2 mit der gesägten Oberflächenstruktur So ist in Fig. 2 veranschaulicht, wohingegen ein Halbleiter-Substrat 2 mit der texturierten Oberflächenstruktur Si nach dem metallunterstützten chemischen Ätzen in Fig. 3 veranschaulicht ist. Die texturierte Oberflächenstruktur Si in Fig. 3 ist mit Metallionen 1 1 bzw. Silberionen in Form von Clustern und/oder Präzipitaten verunrei- nigt.
Nach dem ersten Prozessbecken 6 werden die Halbleiter-Substrate 2 der ersten Reinigungseinrichtung 7 zugeführt. Die Halbleiter-Substrate 2 werden derart durch das erste Spülbecken 12, das erste Reinigungsbecken 13, das zweite Reinigungsbecken 14 und das zweite Spülbecken 15 transportiert, dass sich diese zumindest zeitweise vollständig in der Spülflüssigkeit 16 bzw. der Reinigungsflüssigkeit 17 befinden und sowohl die jeweilige Unterseite 2a als auch die jeweilige Oberseite 2b der Halbleiter-Substrate 2 gereinigt werden. In dem ersten Spülbecken 12 wird zunächst die erste Prozessflüssigkeit 10 von den Halbleiter-Substraten 2 abgereinigt. In dem ersten Reinigungsbecken 13 und dem darauffolgenden zweiten Reinigungsbecken 14 werden die Metallionen 1 1 bzw. die Silberionen oder Me- tallnanopartikel von bzw. aus der texturierten Oberflächenstruktur Si entfernt. Die Metallionen 1 1 bzw. die Silberionen oder Metallnanopartikel werden insbesondere durch die hohe Konzentration an Hydrogennitrat HNO3 in der Reinigungsflüssigkeit 17 abgereinigt, wobei insbesondere auch Metallionen 1 1 aus den ersten Strukturelementen 22 bzw. den Ätzgruben entfernt werden. Dadurch, dass zwei Reinigungsbecken 13, 14 nacheinander angeordnet sind, wird die Wahrscheinlichkeit verringert, dass bereits abgereinigte Metallionen 1 1 bzw. Silberionen die texturierte Oberflächenstruktur Si erneut kontaminieren. Bei Bedarf können nach dem zweiten Reinigungsbecken 14 weitere Reinigungsbecken angeordnet sein. In dem zweiten Spülbecken 15 wird mittels der Spülflüssigkeit 16 die Rei- nigungsflüssigkeit 17 abgereinigt. Fig. 4 zeigt ein Halbleiter-Substrat 2 mit der gereinigten texturierten Oberflächenstruktur Si nach der ersten Reinigungsvorrichtung 7.
Nach der ersten Reinigungseinrichtung 7 werden die Halbleiter-Substrate 2 dem zweiten Prozessbecken 8 zugeführt. Die Halbleiter-Substrate 2 werden mittels der Transporteinrichtung 4 derart in der Transportrichtung 3 transportiert, dass sich diese zumindest zeitweise vollständig in der zweiten Prozessflüssigkeit 18 befinden. Mittels der zweiten Prozessflüssigkeit 18 wird die texturierte Oberflächenstruktur Si durch chemisches Ätzen nach- behandelt, so dass die texturierte Oberflächenstruktur Si geglättet wird und eine nachbehandelte texturierte Oberflächenstruktur S2 mit einer vergleichsweise geringeren Oberfläche entsteht. Die texturierte Oberflächenstruktur S2 wird durch zweite Strukturelemente 23 in Form von Ätzgruben bzw. Ätzlöchern gebildet. Mindestens 70 %, insbesondere mindestens 80 %, und insbesondere mindestens 90 % der zweiten Strukturelemente 23 haben eine maximale Abmessung A2 zwischen 200 nm und 1.200 nm, insbesondere 200 nm und 650 nm. Die maximale Abmessung A2 ist insbesondere eine maximale Breite parallel zu der Substratebene und/oder eine maximale Länge senkrecht zu der Substratebene. Die nachbehandelte textu- rierte Oberflächenstruktur S2 ist in Fig. 5 veranschaulicht.
Nach dem zweiten Prozessbecken 8 werden die Halbleiter-Substrate 2 der zweiten Reinigungseinrichtung 9 zugeführt. Die Halbleiter-Substrate 2 werden mittels der Transporteinrichtung 4 derart in der Transportrichtung 3 transportiert, dass sich diese zumindest zeitweise vollständig in der Spülflüssigkeit 16 und der alkalischen Reinigungsflüssigkeit 21 befinden. Mittels der Spülflüssigkeit 16 wird zunächst die zweite Prozessflüssigkeit 18 von den Halbleiter-Substraten 2 abgereinigt. Anschließend wird mittels der alkalischen Reinigungsflüssigkeit 21 eine etwaige poröse bzw. schwammartige Oberflächenschicht, die sich an der texturierten Oberflächenstruktur Si in der zweiten Prozessflüssigkeit 18 bilden kann, abgereinigt. Anschließend können noch weitere Reinigungs- und/oder Spülzyklen folgen. Bei Bedarf kann beispielsweise nach dem Reinigungsbecken 20 ein weiteres Spülbecken angeordnet sein. Ein Halbleiter-Substrat 2, das nach der nasschemischen Behandlung die nachbehandelte texturierte Oberflächenstruktur S2 aufweist, ist im Vergleich zu dem Halbleiter-Substrat 2 mit der gesägten Oberflächenstruktur So in Fig. 2 dargestellt. Fig. 6 zeigt den Reflexionsgrad R in Abhängigkeit der Wellenlänge λ eines Halbleiter-Substrats 2, welches mit der texturierten Oberflächenstruktur S2 hergestellt ist. Die erfindungsgemäße Inline -Vorrichtung 1 bzw. das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in einfacher und effizienter Weise die Herstellung von Solarzellen mit einem Reflexionsgrad R von ca. 0,10 bis 0,26 im Bereich von sichtbarem Licht und Infrarotstrahlung. Die erfindungsgemäße Inline -Vorrichtung 1 bzw. das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit das Erzeugen einer texturierten Oberflächenstruktur S2 zur Herstellung von Solarzellen mit geringen Reflexionsverlusten und einem hohen Wirkungsgrad.
Die erfindungsgemäße Inline -Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren weisen eine verringerte Komplexität auf und ermöglichen die Herstellung von Solarzellen mit einer verbesserten Leistung. Die Solarzellen haben insbesondere einen geringeren Reflexionsgrad, einen höheren Wir- kungsgrad, einen höheren Kurzschlussstrom und eine höhere Leerlaufspannung (open circuit voltage). Die hohe Leistung resultiert aus der Oberflächenstruktur S2 und der gründlichen Reinigung, wodurch eine Wirkungsgradverschlechterung vermieden wird. Die erfindungsgemäße Inline- Vorrichtung 1 sowie das erfindungsgemäße Verfahren kann einfach und flexibel an die herzustellenden Solarzellen angepasst werden.
Im Gegensatz zu bekannten Verfahren weist die Oberflächenstruktur S2 keine poröse bzw. schwammartige Oberflächenschicht auf. Dadurch, dass die mindestens eine Reinigung vor dem Nachbehandeln mit der zweiten Prozessflüssigkeit 18 erfolgt, werden die Metallionen 1 1 unmittelbar nach dem metallunterstützten chemischen Ätzen entfernt und ein weiteres unerwünschtes chemisches Ätzen aufgrund der Metallionen 1 1 frühzeitig vermieden. Weiterhin werden durch das nachfolgende Nachbehandeln der ge- reinigten texturierten Oberflächenstruktur noch verbliebene restliche Metalle abgereinigt. Beim Nachbehandeln werden die Ätzgruben erweitert. Die Inline -Vorrichtung 1 weist eine Länge auf, die insbesondere höchstens 14 m, insbesondere höchstens 13 m, und insbesondere höchstens 12 m ist. Die Verfahrensdauer beträgt höchstens 6 min, inklusive aller Reinigungs- und Spülzyklen. Die erfindungsgemäße Inline-Vorrichtung 1 bzw. das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere frei von Wasserstoffperoxid, wodurch die Prozessstabilität hoch ist. Die Halbleiter-Substrate 2 mit der Oberflächenstruktur S2 können unmittelbar zur Diffusion verwendet werden. Die Inline-Vorrichtung 1 und das Verfahren sind vorzugsweise frei von zusätzlichen Additiven, insbesondere von organischen Additiven, wodurch die Entsorgung der Prozessflüssigkeiten 10, 18, der Reinigungsflüssigkeiten 17, 21 und der Spülflüssigkeit 16 vereinfacht ist. Die Halbleiter-Substrate 2 können eine Oberflächenstruktur S2 aufweisen, die an der Unterseite 2a stärker ausgebildet ist als an der Oberseite 2b. Derartige Halbleiter-Substrate 2 eignen sich zur Herstellung von PE C-Zellen.
Nachfolgend ist anhand von Figur 7 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die erste Reinigungseinrichtung 7 umfasst in der Transportrichtung 3 nacheinander das erste Spülbecken 12, das erste Reinigungsbecken 13, das zweite Reinigungsbecken 14, ein drittes Reinigungsbecken 14' und das zweite Spülbecken 15. Dem ersten Spülbecken 12 ist eine Sprüheinheit 24 zugeordnet. Die Sprüheinheit 24 umfasst einen Vorratsbehälter 28 mit der Spülflüssigkeit 16. Die Spülflüssigkeit 16 wird über eine Sprühleitung 26 mittels einer Pumpe 27 zu ersten Sprühdüsen 25 und zweiten Sprühdüsen 25' gefördert. Die ersten Sprühdüsen 25 besprühen eine Unterseite 2a der Halbleiter-Substrate 2, wohingegen die zweiten Sprühdüsen 25' eine Oberseite 2b der Halbleiter-Substrate 2 besprühen. Die in dem ersten Spülbecken 12 gesammelte Spülflüssigkeit 16 wird über eine Rückführleitung 26' wieder dem Vorratsbehälter 28 zugeführt.
Die Reinigungsbecken 13, 14 und 14' sind als Reinigungskaskade ausgebildet. Hierzu ist jedem Reinigungsbecken 13, 14, 14' eine jeweilige Sprüheinheit 29, 30, 31 zugeordnet. Die in der Transportrichtung 3 letzte Sprüheinheit 31 weist einen Vorratsbehälter 32 auf, dem über eine Zuführleitung 33 reine bzw. aufbereitete, also nicht verunreinigte Reinigungsflüssigkeit 17 zugeführt wird. Alternativ kann die reine bzw. aufbereitete Reinigungsflüssigkeit direkt über die ersten Sprühdüsen 37 und zweiten Sprühdüsen 37' zugeführt werden. Die Reinigungsflüssigkeit 17 wird über einen Heizer 34 auf die Temperatur TR gebracht. Über eine Sprühleitung 35 wird die Reinigungsflüssigkeit 17 mittels einer Pumpe 36 zu ersten Sprühdüsen 37 und zu zweiten Sprühdüsen 37' gefördert. Die ersten Sprühdüsen 37 besprühen eine Unterseite 2a der Halbleiter-Substrate 2 mit Reinigungsflüssigkeit 17, wohingegen die zweiten Sprühdüsen 37' eine Oberseite 2b der Halbleiter-Substrate 2 mit der Reinigungsflüssigkeit 17 besprühen. Die in dem dritten Reinigungsbecken 14' gesammelte Reinigungsflüssigkeit 17 wird über eine Rückführleitung 35' in den Vorratsbe- hälter 32 zurückgeführt.
Die in der Transportrichtung 3 zu der Sprüheinheit 31 vorgeordnete mittlere Sprüheinheit 30 umfasst einen Vorratsbehälter 38, der über einen Überlauf 39 aus dem Vorratsbehälter 32 mit der bereits verwendeten Reini- gungsflüssigkeit 17 gespeist wird. Die Reinigungsflüssigkeit 17 wird mittels eines Heizers 40 auf der Temperatur TR gehalten. Aus dem Vorratsbehälter 38 wird die Reinigungsflüssigkeit 17 über eine Sprühleitung 41 mittels einer Pumpe 42 zu ersten Sprühdüsen 43 und zu zweiten Sprühdüsen 43' gefördert. Die ersten Sprühdüsen 43 besprühen eine Unterseite 2a der Halbleiter-Substrate 2 mit der Reinigungsflüssigkeit 17, wohingegen die zweiten Sprühdüsen 43' eine Oberseite 2b der Halbleiter-Substrate 2 mit der Reinigungsflüssigkeit 17 besprühen. Die in dem zweiten Reinigungsbecken 14 gesammelte Reinigungsflüssigkeit 17 wird über eine Rückführleitung 41 ' wieder dem Vorratsbehälter 38 zugeführt.
Die in der Transportrichtung 3 zu der Sprüheinheit 30 vorgeordnete erste Sprüheinheit 29 umfasst einen Vorratsbehälter 44, der über einen Überlauf 45 aus dem Vorratsbehälter 38 mit der bereits zweimal verwendeten Reinigungsflüssigkeit 17 gespeist wird. Die Reinigungsflüssigkeit 17 wird mit- tels eines Heizers 46 auf der Temperatur TR gehalten. Aus dem Vorratsbehälter 44 wird die Reinigungsflüssigkeit 17 über eine Sprühleitung 47 mittels einer Pumpe 48 zu ersten Sprühdüsen 49 und zu zweiten Sprühdüsen 49' gefördert. Die ersten Sprühdüsen 49 besprühen eine Unterseite 2a der Halbleiter-Substrate 2 mit der Reinigungsflüssigkeit 17, wohingegen die zweiten Sprühdüsen 49' eine Oberseite 2b der Halbleiter-Substrate 2 mit der Reinigungsflüssigkeit 17 besprühen. Die in dem ersten Reinigungsbecken 13 gesammelte Reinigungsflüssigkeit 17 wird über eine Rückführleitung 47' wieder dem Vorratsbehälter 44 zugeführt. Aus dem Vorratsbehäl- ter 44 mündet eine Abführleitung 50. Die Abführleitung 50 führt beispielsweise zu einer nicht näher dargestellten Wiederaufbereitungseinrichtung. Die Wiederaufbereitungseinrichtung entfernt die von den Halbleiter- Substraten 2 abgereinigten Metallionen 1 1 aus der Reinigungsflüssigkeit 17 und führt die wiederaufbereitete Reinigungsflüssigkeit 17 über die Zu- führleitung 33 erneut dem Vorratsbehälter 32 zu. Alternativ ist die Zuführleitung 33 mit einem nicht näher dargestellten Versorgungsbehälter und die Abführleitung 50 mit einem nicht näher dargestellten Entsorgungsbehälter verbunden, so dass eine Versorgung mit und eine Entsorgung von Reinigungsflüssigkeit 17 gewährleistet ist.
Die Reinigungsflüssigkeit 17 hat in dem Vorratsbehälter 44 eine erste Konzentration Ki an Metallionen 1 1, in dem Vorratsbehälter 38 eine zweite Konzentration K2 an Metallionen 1 1 und in dem Vorratsbehälter 32 eine dritte Konzentration K3 an Metallionen 1 1. Für die Konzentrationen gilt: Ki > K2 > K3. Hierdurch wird eine Kaskadenreinigung erzielt, so dass die Wahrscheinlichkeit einer erneuten Verschmutzung der texturierten Oberflächenstruktur Si mit bereits abgereinigten Metallionen 1 1 vermindert wird. Dem zweiten Spülbecken 15 ist eine Sprüheinheit 51 zugeordnet. Die Sprüheinheit 51 umfasst einen Vorratsbehälter 52 mit Spülflüssigkeit 16. Die Spülflüssigkeit 16 wird aus dem Vorratsbehälter 52 über eine Sprühleitung 53 mittels einer Pumpe 54 zu ersten Sprühdüsen 55 und zu zweiten Sprühdüsen 55' gefördert. Die ersten Sprühdüsen 55 besprühen eine Unter- seite 2a der Halbleiter-Substrate 2 mit der Spülflüssigkeit 16, wohingegen die zweiten Sprühdüsen 55' eine Oberseite 2b der Halbleiter-Substrate 2 mit der Spülflüssigkeit 16 besprühen. Die Spülflüssigkeit 16 wird nach dem Spülvorgang in dem zweiten Spülbecken 15 gesammelt und über eine Rückführleitung 53' in den Vorratsbehälter 52 zurückgeführt.
Die Sprüheinheiten 24, 51 können als Spülkaskade aufgebaut sein. Dieser Aufbau entspricht grundsätzlich dem Aufbau der Reinigungskaskade. Die Sprüheinheit 51 wird mit reiner bzw. unbenutzter Spülflüssigkeit 16, bei- spielsweise mit Reinstwasser, betrieben, die nach dem Reinigungsvorgang zur erneuten Verwendung der Sprüheinheit 24 zugeführt wird. Weiterhin können die in der Transportrichtung 3 jeweils letzten Sprühdüsen 25, 25' der Sprüheinheit 24 und die letzten Sprühdüsen 55, 55' der Sprüheinheit 51 unabhängig von den weiteren Sprühdüsen 25, 25' und 55, 55' mit reiner Spülflüssigkeit 16, beispielsweise mit Reinstwasser, versorgt werden. Hierdurch wird eine effiziente und/oder ressourcenschonende Reinigung mit der Spülflüssigkeit 16 erzielt.
Um ein unerwünschtes Überführen der Reinigungsflüssigkeit 17 von dem ersten Reinigungsbecken 13 und der zugehörigen Sprüheinheit 29 zu dem zweiten Reinigungsbecken 14 und der zugehörigen Sprüheinheit 30 zu verhindern, weist die Sprüheinheit 29 eine Walze 5' auf, die die Reinigungsflüssigkeit 17 von der Oberseite 2b der Halbleiter-Substrate 2 entfernt. In entsprechender Weise weisen die Sprüheinheiten 30 und 31 Walzen 5' auf, die die Reinigungsflüssigkeit 17 von der Oberseite 2b der Halbleiter- Substrate 2 entfernt. Die Walzen 5' werden auch als Quetschwalzen bezeichnet. Quetschwalzen können allgemein im Übergang zwischen Becken eingesetzt werden, unabhängig ob sie als Prozess-, Reinigungs- oder Spülbecken ausgeführt sind, in Form von Tauch- oder Sprühbecken. Die zweite Reinigungseinrichtung 9 umfasst nacheinander in der Transportrichtung 3 das erste Spülbecken 19, das Reinigungsbecken 20 und ein zweites Spülbecken 19'. Dem ersten Spülbecken 19 ist eine Sprüheinheit 56 zugeordnet. Die Sprüheinheit 56 umfasst einen Vorratsbehälter 57, der mit der Spülflüssigkeit 16 gefüllt ist. Die Spülflüssigkeit 16 wird aus dem Vorratsbehälter 57 über eine Sprühleitung 58 mittels einer Pumpe 59 zu ersten Sprühdüsen 60 und zu zweiten Sprühdüsen 60' gefördert. Die ersten Sprühdüsen 60 besprühen eine Unterseite 2a der Halbleiter-Substrate 2 mit der Spülflüssigkeit 16, wohingegen die zweiten Sprühdüsen 60' eine Oberseite 2b der Halbleiter-Substrate 2 mit der Spülflüssigkeit 16 besprühen. Nach dem Sprühvorgang wird die Spülflüssigkeit 16 in dem ersten Spülbecken 19 gesammelt und über eine Rückführleitung 58' wieder dem Vorratsbehälter 57 zugeführt.
Das Reinigungsbecken 20 ist entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel als Tauchbecken ausgebildet. Eine Walze 5' entfernt die alkalische Reinigungsflüssigkeit 21 von der Oberseite 2b der Halbleiter-Substrate 2 und verhindert ein Übertragen der alkalischen Reinigungsflüssigkeit 21 in das zweite Spülbecken 19' bzw. die darin befindliche Spülflüssigkeit 16.
Das zweite Spülbecken 19' dient zum nochmaligen Reinigen der Halbleiter-Substrate 2 mittels der Spülflüssigkeit 16. Dem zweiten Spülbecken 19' ist eine Sprüheinheit 69 zugeordnet. Die Sprüheinheit 69 umfasst einen Vorratsbehälter 70, der mit der Spülflüssigkeit 16 gefüllt ist. Die Spülflüs- sigkeit 16 wird aus dem Vorratsbehälter 70 über eine Sprühleitung 71 mittels einer Pumpe 72 zu ersten Sprühdüsen 73 und zu zweiten Sprühdüsen 73' gefördert. Die ersten Sprühdüsen 73 besprühen eine Unterseite 2a der Halbleiter-Substrate 2 mit der Spülflüssigkeit 16, wohingegen die zweiten Sprühdüsen 73' die Oberseite 2b der Halbleiter-Substrate 2 mit der Spülflüssigkeit 16 besprühen. Nach dem Sprühvorgang wird die Spülflüssigkeit 16 in dem zweiten Spülbecken 19' gesammelt und über eine Rückführleitung 71 ' in den Vorratsbehälter 70 zurückgeführt.
Die Sprüheinheiten 56, 69 können als Spülkaskade aufgebaut sein. Dieser Aufbau entspricht grundsätzlich dem Aufbau der Reinigungskaskade. Die Sprüheinheit 69 wird mit reiner bzw. unbenutzter Spülflüssigkeit 16, beispielsweise mit Reinstwasser, betrieben, die nach dem Reinigungsvorgang zur erneuten Verwendung der Sprüheinheit 56 zugeführt wird. Weiterhin können die in der Transportrichtung 3 jeweils letzten Sprühdüsen 60, 60' der Sprüheinheit 56 und die letzten Sprühdüsen 73, 73' der Sprüheinheit 69 unabhängig von den weiteren Sprühdüsen 60, 60' und 73, 73' mit reiner Spülflüssigkeit 16, beispielsweise mit Reinstwasser, versorgt werden. Hierdurch wird eine effiziente und/oder ressourcenschonende Reinigung mit der Spülflüssigkeit 16 erzielt.
In gleicher Form können die Sprüheinheiten 24, 51 , 56, 69 als Spülkaskade aufgebaut sein. Der Aufbau entspricht grundsätzlich dem Aufbau der Rei- nigungskaskade. Die Sprüheinheit 69 wird mit reiner bzw. unbenutzter Spülflüssigkeit 16, beispielsweise mit Reinstwasser, betrieben, die nach dem Reinigungsvorgang zur erneuten Verwendung der Sprüheinheit 56 zugeführt wird. Hinsichtlich des weiteren Aufbaus und der weiteren Funktionsweise der Inline -Vorrichtung 1 wird auf das vorangegangene Ausführungsbeispiel verwiesen. Nachfolgend ist anhand von Figur 8 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen weist die Vorrichtung 1 eine erste Transporteinrichtung 4 und eine nachgeordnete zweite Transporteinrichtung 4' auf. Die erste Transporteinrichtung 4 transportiert die Halbleiter-Substrate 2 in der Transportrichtung 3 von dem ersten Prozessbecken 6 bis zu dem zweiten Spülbecken 15. Anschließend werden die Halbleiter-Substrate 2 manuell oder mittels einer nicht näher dargestellten Handhabungseinrichtung der zweiten Transporteinrichtung 4' zugeführt, die die Halbleiter-Substrate 2 in der Transportrichtung 3' von dem zweiten Prozessbecken 8 bis zu dem zweiten Spülbecken 19' transportiert. Hierdurch sind das metallunterstützte chemische Ätzen mittels der ersten Prozessflüssigkeit 10 und die anschließende Reinigung der texturierten Oberflächenstruktur Si entkoppelt von dem chemischen Ätzen mittels der zweiten Prozessflüssigkeit 18 und der anschließenden Reinigung der nachbehandelten texturierten Oberflächenstruktur S2. Hinsichtlich des weiteren Aufbaus und der weiteren Funktionsweise wird auf die vorangegangenen Ausführungsbeispiele verwiesen.
Die Reinigungsbecken 13, 14, 14', 20 und/oder die Spülbecken 12, 15, 19, 19' können als Tauchbecken und/oder Sprühbecken ausgebildet sein. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können nach Bedarf und beliebig miteinander kombiniert werden. Die Vorrichtung 1 eignet sich auch zur chemischen Behandlung eines Halbleiter-Substrats 2, das direkt aus einer Halbleiterschmelze mittels der Direct-Wafer-Technologie ge- formt wurde und eine aus einer Halbleiterschmelze geformte Oberflächenstruktur So aufweist.
Grundsätzlich können sämtliche Becken, insbesondere nicht nur die Reinigungsbecken 13, 14 und 14' und die Spülbecken 12, 15, 19, 19', sondern auch die Prozessbecken 6 und 8 sowie das Reinigungsbecken 20 eine Auswahl aus einer oder mehreren, insbesondere sämtlichen der folgenden Komponenten, aufweisen: Einen Vorratsbehälter, insbesondere mit einem Heizer, eine Pumpe, insbesondere zur Förderung der Prozess- oder Reini- gungsilüssigkeiten, eine oder mehrere Zu- und/oder Abführleitungen sowie eine Frischmedienzufuhr.
Dies ist in den Figuren aus Gründen besserer Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Entsprechend können auch die Spülbecken 12 und 15 eine Zuführleitung zur Medienzufuhr und eine Abführleitung aufweisen.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur chemischen Behandlung eines Halbleiter-Substrats mit einer gesägten Oberflächenstruktur, umfassend
- ein erstes Prozessbecken (6) mit einer ersten Prozessflüssigkeit (10) zum Entfernen der gesägten Oberflächenstruktur (So) und zum Erzeugen einer texturierten Oberflächenstruktur (Si) durch metallunterstütztes chemisches Ätzen,
- eine Reinigungseinrichtung (7) zum Durchführen mindestens einer Reinigung der texturierten Oberflächenstruktur (Si), und
- ein zweites Prozessbecken (8) mit einer zweiten Prozessflüssigkeit (18) zum Nachbehandeln der gereinigten texturierten Oberflächenstruktur (Si) durch chemisches Ätzen. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Prozessflüssigkeit (10) Hydrogenfluorid (HF), Hydrogennitrat (HNO3) und Metallionen (1 1), insbesondere Silberionen, um- fasst. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Prozessflüssigkeit (10) 3 % bis 21 % Hydrogenfluorid (HF), 12 % bis 20 % Hydrogennitrat (HNO3) und 0,001 % bis 0,05 % Silbernitrat (AgNO3) umfasst. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Prozessflüssigkeit (10) weniger als 5 %, insbesondere weniger als 1 %, und insbesondere 0 % Wasserstoffperoxid (H2O2) umfasst. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Prozessflüssigkeit (10) eine Temperatur Ti hat, wobei gilt: 10°C < Ti < 45°C, insbesondere 20°C < Ti < 35°C.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die Reinigungseinrichtung (7) mindestens ein Reinigungsbecken (13, 14; 13, 14, 14') mit einer Reinigungsflüssigkeit (17) aufweist, die Hydrogennitrat (HNO3), insbesondere 5 % bis 68 % Hydrogennitrat (HNO3), und insbesondere 5 % bis 67 % Hydrogennitrat (HNO3), um- fasst, wobei die Reinigungsflüssigkeit (17) insbesondere eine Temperatur TR hat, für die gilt: 15°C < TR < 65°C, insbesondere 40°C < TR < 50°C.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass die Reinigungseinrichtung (7) mehrere nacheinander angeordnete Reinigungsbecken (13, 14; 13, 14, 14') mit einer Reinigungsflüssigkeit (17) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
dass die Reinigungseinrichtung (7) mindestens eine Sprüheinheit (29, 30, 31) zum Sprühen einer Reinigungsflüssigkeit (17) auf die texturier- te Oberflächenstruktur (Si) aufweist, die insbesondere innerhalb und/oder oberhalb des mindestens einen Reinigungsbeckens (13, 14, 14') angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
dass die Reinigungseinrichtung (7) mehrere nacheinander angeordnete Sprüheinheiten (29, 30, 31) zum Sprühen einer Reinigungsflüssigkeit
(17) auf die texturierte Oberflächenstruktur (Si) aufweist, die insbesondere jeweils innerhalb und/oder oberhalb eines zugehörigen Reinigungsbeckens (13, 14, 14') angeordnet sind. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
dass die Reinigungseinrichtung (7) mindestens ein Spülbecken (12, 15) mit einer Spülflüssigkeit (16) aufweist, wobei die Spülflüssigkeit (16) insbesondere ausgewählt ist aus den Flüssigkeiten Wasser und destil- liertem Wasser.
1 1. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
dass die Reinigungseinrichtung (7) mindestens ein Spülbecken (12, 15) mit einer Spülflüssigkeit (16) und mindestens ein Reinigungsbecken
(13, 14; 13, 14, 14') mit einer Reinigungsflüssigkeit (17) aufweist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Prozessflüssigkeit (18) Hydrogeniluorid (HF) und
Hydrogennitrat (HNO3), insbesondere 0,1 % bis 49 % Hydrogeniluorid (HF) und 2 % bis 65 % Hydrogennitrat (HNO3), umfasst.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Prozessflüssigkeit (18) eine Temperatur T2 hat, wobei gilt: 15°C < T2 < 65°C, insbesondere 20°C < T2 < 35°C.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet
durch
eine Reinigungseinrichtung (9) zur Reinigung einer nachbehandelten texturierten Oberflächenstruktur (S2), die insbesondere ein Reini- gungsbecken (20) mit einer alkalischen Reinigungsflüssigkeit (21) aufweist, die insbesondere Kaliumhydroxid (KOH) und/oder Natriumhydroxid (NaOH) umfasst.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet, durch eine Transporteinrichtung (4; 4, 4') zum Transportieren des
Halbleiter-Substrats (2) in einer Transportrichtung (3; 3, 3').
16. Verfahren zur chemischen Behandlung eines Halbleiter-Substrats mit einer gesägten Oberflächenstruktur mit den Verfahrensschritten:
- Bereitstellen des Halbleiter-Substrats (2) mit der gesägten Oberflächenstruktur (So),
- Entfernen der gesägten Oberflächenstruktur (So) und Erzeugen einer texturierten Oberflächenstruktur (Si) durch metallunterstütztes chemischen Ätzen mittels einer ersten Prozessflüssigkeit (10),
- Durchführen mindestens einer Reinigung der texturierten Oberflächenstruktur (Si), und
- Nachbehandeln der gereinigten texturierten Oberflächenstruktur (Si) durch chemisches Ätzen mittels einer zweiten Prozessflüssigkeit (18).
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
dass die texturierte Oberflächenstruktur (Si) durch erste Strukturelemente (22) gebildet ist, wobei mindestens 70 % der ersten Struktur- elemente (22) eine maximale Abmessung (Ai) zwischen 100 nm und
500 nm, insbesondere zwischen 150 nm und 300 nm, haben.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens eine Reinigung mittels einer Reinigungsflüssigkeit (17) erfolgt, die Hydrogennitrat (HNO3), insbesondere 5 % bis 68 %
Hydrogennitrat (HNO3), und insbesondere 5 % bis 67 % Hydrogennitrat (HNO3), umfasst.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekenn- zeichnet,
dass die mindestens eine Reinigung mittels einer Spülflüssigkeit (16) erfolgt, wobei die Spülflüssigkeit (16) insbesondere ausgewählt ist aus den Flüssigkeiten Wasser und destilliertem Wasser. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet,
dass die nachbehandelte texturierte Oberflächenstruktur (S2) durch zweite Strukturelemente (23) gebildet ist, wobei mindestens 70 % der zweiten Strukturelemente (23) eine maximale Abmessung (A2) zwi- sehen 200 nm und 1.200 nm, insbesondere zwischen 200 nm und 650 nm haben.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, gekennzeichnet
durch mindestens eine Reinigung der nachbehandelten texturierten Oberflächenstruktur (S2), wobei die nachbehandelte texturierte Oberflächenstruktur (S2) insbesondere mittels einer alkalischen Reinigungsflüssigkeit (21) gereinigt wird, die insbesondere Kaliumhydroxid (KOH) und/oder Natriumhydroxid (NaOH) umfasst.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet,
dass die Verfahrensschritte in einer Inline -Vorrichtung (1) durchge- führt werden und das Halbleiter-Substrat (2) insbesondere kontinuierlich transportiert wird.
PCT/EP2018/059070 2017-04-13 2018-04-10 Vorrichtung und verfahren zur chemischen behandlung eines halbleiter-substrats mit einer gesägten oberflächenstruktur WO2018189131A1 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017206432.3A DE102017206432A1 (de) 2017-04-13 2017-04-13 Vorrichtung und Verfahren zur chemischen Behandlung eines Halbleiter-Substrats mit einer gesägten Oberflächenstruktur
DE102017206432.3 2017-04-13
DE102017215484.5 2017-09-04
DE102017215484 2017-09-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018189131A1 true WO2018189131A1 (de) 2018-10-18

Family

ID=61952715

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/059070 WO2018189131A1 (de) 2017-04-13 2018-04-10 Vorrichtung und verfahren zur chemischen behandlung eines halbleiter-substrats mit einer gesägten oberflächenstruktur

Country Status (2)

Country Link
CN (2) CN108735594A (de)
WO (1) WO2018189131A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109616551A (zh) * 2018-11-19 2019-04-12 横店集团东磁股份有限公司 一种多晶表面有机物不良电池片返工工艺
CN110085513A (zh) * 2019-05-31 2019-08-02 西安奕斯伟硅片技术有限公司 一种硅片清洗方法和清洗装置
CN110473810A (zh) * 2019-08-21 2019-11-19 青海黄河上游水电开发有限责任公司光伏产业技术分公司 单晶硅制绒工艺及装置

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009022477A1 (de) * 2009-05-25 2010-12-16 Universität Konstanz Verfahren zum Texturieren einer Oberfläche eines Halbleitersubstrates sowie Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens
CN101937946A (zh) * 2010-09-16 2011-01-05 浙江大学 一种太阳电池硅片的表面织构方法
CN102034900A (zh) * 2010-10-27 2011-04-27 晶澳太阳能有限公司 一种准单晶硅片的制绒方法
DE102010017602A1 (de) * 2010-06-25 2011-12-29 Solarworld Innovations Gmbh Verfahren zur Reduzierung der Metallkontamination eines Siliziumwafers
CN102610692A (zh) * 2012-03-09 2012-07-25 润峰电力有限公司 一种晶体硅纳米-微米复合绒面的制备方法
CN102618937A (zh) * 2012-04-10 2012-08-01 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 一种单晶硅太阳电池的制绒工艺
CN103618020A (zh) * 2013-10-18 2014-03-05 浙江晶科能源有限公司 一种硅太阳能电池生产中的湿刻蚀方法
WO2014166256A1 (zh) 2013-04-12 2014-10-16 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 一种晶体硅太阳能电池的绒面结构及其制备方法
EP2338179B1 (de) * 2008-09-15 2016-04-13 Gebr. Schmid GmbH Verfahren zur behandlung von substraten und behandlungseinrichtung zur durchführung des verfahrens
WO2016150788A1 (de) * 2015-03-25 2016-09-29 Rct Solutions Gmbh Vorrichtung und verfahren zur chemischen behandlung eines halbleiter-substrats

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2338179B1 (de) * 2008-09-15 2016-04-13 Gebr. Schmid GmbH Verfahren zur behandlung von substraten und behandlungseinrichtung zur durchführung des verfahrens
DE102009022477A1 (de) * 2009-05-25 2010-12-16 Universität Konstanz Verfahren zum Texturieren einer Oberfläche eines Halbleitersubstrates sowie Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens
DE102010017602A1 (de) * 2010-06-25 2011-12-29 Solarworld Innovations Gmbh Verfahren zur Reduzierung der Metallkontamination eines Siliziumwafers
CN101937946A (zh) * 2010-09-16 2011-01-05 浙江大学 一种太阳电池硅片的表面织构方法
CN102034900A (zh) * 2010-10-27 2011-04-27 晶澳太阳能有限公司 一种准单晶硅片的制绒方法
CN102610692A (zh) * 2012-03-09 2012-07-25 润峰电力有限公司 一种晶体硅纳米-微米复合绒面的制备方法
CN102618937A (zh) * 2012-04-10 2012-08-01 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 一种单晶硅太阳电池的制绒工艺
WO2014166256A1 (zh) 2013-04-12 2014-10-16 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 一种晶体硅太阳能电池的绒面结构及其制备方法
CN103618020A (zh) * 2013-10-18 2014-03-05 浙江晶科能源有限公司 一种硅太阳能电池生产中的湿刻蚀方法
WO2016150788A1 (de) * 2015-03-25 2016-09-29 Rct Solutions Gmbh Vorrichtung und verfahren zur chemischen behandlung eines halbleiter-substrats

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109616551A (zh) * 2018-11-19 2019-04-12 横店集团东磁股份有限公司 一种多晶表面有机物不良电池片返工工艺
CN110085513A (zh) * 2019-05-31 2019-08-02 西安奕斯伟硅片技术有限公司 一种硅片清洗方法和清洗装置
CN110473810A (zh) * 2019-08-21 2019-11-19 青海黄河上游水电开发有限责任公司光伏产业技术分公司 单晶硅制绒工艺及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN207993803U (zh) 2018-10-19
CN108735594A (zh) 2018-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19746706B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle
EP2232526B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur behandlung von silizium-wafern
DE19525521B4 (de) Verfahren zum Reinigen von Substraten
WO2018189131A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur chemischen behandlung eines halbleiter-substrats mit einer gesägten oberflächenstruktur
EP2517226B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur behandlung von siliziumsubstraten
DE19723918A1 (de) Halbleiterwerkstück-Reinigungsvorrichtung
WO2019020318A1 (de) Verfahren, vorrichtung und anlage zur leiterplattenherstellung
WO2020228904A1 (de) Verfahren zur herstellung texturierter solarwafer
WO2019145485A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur behandlung von geätzten oberflächen eines halbleitersubstrats unter verwendung von ozonhaltigem medium
DE102013219782A1 (de) Reinigungsanlage und verfahren zur reinigung von waschgut, insbesondere zur reinigung von halbleitermodulen
DE102016109771B4 (de) Verfahren zum Reinigen einer Kunststoffoberfläche
EP0234425B1 (de) Verfahren zur Reinigung von Aluminiumbehältern
DE10014071B4 (de) Verfahren zum Lagern eines Halbleiterwafers nach seinem CMP-Polieren
DE112010004793B4 (de) Reinigungsverfahren
DE19530989C1 (de) Verfahren zum Filmstrippen
WO2016012405A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur strukturierung von ober- und unterseite eines halbleitersubstrats
EP0230903B1 (de) Verfahren zur Reinigung von Aluminiumbehältern
WO2016150788A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur chemischen behandlung eines halbleiter-substrats
WO2016082826A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur unterseitigen behandlung eines substrats
WO2019145486A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur reinigung von geätzten oberflächen eines halbleitersubstrats
WO2009077199A2 (de) VERFAHREN UND ANLAGE ZUM BEARBEITEN BZW. REINIGEN VON Si-BLÖCKEN
DE102017206432A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur chemischen Behandlung eines Halbleiter-Substrats mit einer gesägten Oberflächenstruktur
EP0434994A1 (de) Verfahren zum Abspülen der Oberfläche von in wässriger Aktivbadlösung behandelter Gegenstände, sowie Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
WO2018189130A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur chemischen bearbeitung eines halbleiter-substrats
DE102004021260B4 (de) Verfahren für eine erhöhte Badlebensdauer in einem Einzelbadplattierungsverfahren

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18717030

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18717030

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1