WO2023242222A1 - Begrenzungselement für ein prozessbecken - Google Patents

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WO2023242222A1
WO2023242222A1 PCT/EP2023/065857 EP2023065857W WO2023242222A1 WO 2023242222 A1 WO2023242222 A1 WO 2023242222A1 EP 2023065857 W EP2023065857 W EP 2023065857W WO 2023242222 A1 WO2023242222 A1 WO 2023242222A1
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WO
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wafers
slot
basin
limiting element
process solution
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/065857
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Zimmer
Benjamin Broese
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
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Publication date
Application filed by Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. filed Critical Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
Publication of WO2023242222A1 publication Critical patent/WO2023242222A1/de

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    • 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
    • H01L21/6704—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like for wet cleaning or washing
    • H01L21/67057—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like for wet cleaning or washing with the semiconductor substrates being dipped in baths or vessels

Definitions

  • the present invention relates to a boundary element for a process basin.
  • the process basin is suitable for holding a chemical process solution.
  • the limiting element is provided with at least one slot for passing wafers through the limiting element.
  • the inner wall of the slot is structured in such a way that process solution flowing out of the process basin experiences such a change in momentum that the outflowing volume flow is reduced.
  • the limiting element of the invention can reduce the outflow of process solution from the process basin. Because less process solution exits the process basin, process costs can be saved because either less process solution is required or less process solution has to be circulated.
  • the invention can be used, among other things, in the production of solar cells or circuit boards, for example circuit boards for the electrical industry.
  • the texturing process is usually carried out in continuous systems (inline etching systems).
  • the wafers are transported horizontally through the system on transport rollers. Hold-down rollers ensure that the wafers do not lose contact with the transport rollers.
  • the process solution can be in a process basin. Since the wafers are guided horizontally through the system in this process, the wafers require the maximum area, which limits the number of wafers processed at the same time and thus the throughput of the system.
  • WO 2020/157229 A1 discloses a device and an inline method for processing wafers, in which the wafers are transported through the system in a vertically aligned manner. This enables increased throughput compared to horizontally transported wafers.
  • the vertically aligned wafers can in particular be carried into and out of the process basin through slots in boundary elements of the process basin. Escaping of process solution from the slots should be counteracted by making the slots as narrow as possible and the limiting elements in the area of the slots being as thick as possible, since this increases the hydraulic resistance of the slots.
  • a limiting element for a process basin for receiving a chemical process solution the limiting element being provided with at least one slot for passing wafers through the limiting element, characterized in that the inner wall of the slot is structured in such a way that from the process basin Outflowing process solution experiences such a change in momentum that the outflowing volume flow is reduced.
  • a limiting element of the invention according to exemplary embodiments is shown in Figures 1 to 4.
  • the terms “boundary element” and “boundary wall” are used interchangeably unless otherwise specified.
  • the structuring of the inner wall includes indentations.
  • indentations in the inner wall With the help of indentations in the inner wall, the outflowing volume flow can be reduced particularly efficiently, especially if the indentations are arranged in such a way that they form an acute angle with the outflow direction of the process solution. Part of the outwardly flowing process solution flows into the indentations and from there returns to the main volume of the slot in such a way that it obstructs the outflowing volume flow, which is thereby reduced. If the indentations are arranged in such a way that they form an acute angle with the outflow direction of the process solution, this effect is particularly pronounced and the reduction in the outflowing volume flow is correspondingly particularly large.
  • the geometry of the indentations can also have an influence on the extent of the reduction in the outflowing volume flow.
  • Drop-shaped indentations for example those shown as an example in Figures 1 and 2, are particularly efficient.
  • the indentations do not necessarily have to consist entirely of empty volume, although this is certainly possible in embodiments of the invention, as shown for example in Figure 2.
  • empty volume is to be understood to mean that recesses are provided in the material of the limiting element in the area of the empty volume and these recesses are not filled with a filling material, for example the material of the limiting element or an alternative solid.
  • a filling material for example with the material of the limiting element or with an alternative solid material.
  • Combinations of the material of the limiting element with an alternative solid material are also possible for the design of the filling material.
  • the material of the limiting element depends on the respective application, in particular on the process temperature and/or the components of the chemical etching solutions. Materials that can be printed using a 3D printer are preferred because this is the easiest way to produce complex structures. Stainless steel or plastics are also preferred materials. Among the plastics, PP (polypropylene), ECTFE (ethylene-chlorotrifluoroethylene), PE (polyethylene), HD-PE (high-density polyethylene), PVDF (polyvinylidene fluoride), PTFE (polytetrafluoroethylene) and PVC (polyvinyl chloride) are particularly preferred.
  • the direction of flow of the process solution from the process basin can vary depending on the fill level of the process basin with process solution and depending on the position within the slot. However, the main flow direction is horizontally outward from the process basin. When referring to the outflow direction of the process solution in the present disclosure, this means the direction extending horizontally out of the process basin along the slot, unless otherwise stated. Any vertical directional components are therefore neglected.
  • the surface of the process solution located in the process basin can preferably serve as a reference point. This surface is horizontally aligned in the absence of undulations or other movement of the process solution. A surface vector that is perpendicular to the surface of the process solution is therefore vertical.
  • the expression “substantially horizontal” therefore preferably describes an orientation or movement that is essentially parallel to the surface of the process solution located in the process tank, while the expression “substantially vertical” describes an orientation or movement that is essentially orthogonal to the surface of the process solution Process solution located in the process basin.
  • a surface vector standing perpendicularly on a substantially horizontally oriented surface forms an angle of at most 20°, more preferably at most 10°, more preferably at most 5°, more preferably at most 1°, more preferably with a surface vector standing perpendicularly on the surface of the process solution about 0°.
  • the vector of a substantially horizontal direction of movement preferably forms an angle of at least 70° and at most 110°, more preferably at least 80° and at most 100°, more preferably at least 85° and at most 95° with a surface vector perpendicular to the surface of the process solution °, more preferably about 90°.
  • a surface vector standing perpendicular to a substantially vertically oriented surface forms an angle of at least 70° and at most 110°, more preferably at least 80° and at most 100°, more preferably at least 85°, with a surface vector standing perpendicular to the surface of the process solution ° and at most 95°, more preferably about 90°.
  • the vector of a substantially vertical direction of movement preferably forms an angle of at most 20°, more preferably at most 10°, more preferably at most 5°, more preferably at most 1°, more preferably about 0° with a surface vector perpendicular to the surface of the process solution.
  • the outflow direction of the process solution can be easily determined, even if the boundary element has not yet been combined with other boundary elements to form a process basin. All that needs to be determined is the orientation in which the limiting element is arranged when used as intended and, based on this, the horizontal flow direction of the process solution through the slot must be determined. Experimental studies are not necessarily necessary for this. Rather, the person skilled in the art can already tell from the geometry of the limiting element and the slots what the flow direction of the process solution is.
  • the angle that the indentations form with the outflow direction of the process solution can be determined independently of the geometric design of the indentations using cross sections, which means cross sections such as those shown, for example, in Figures 1-5 and 2-5. In such a cross section, the indentations appear to branch off from the main volume of the slot and extend into the material of the limiting element secondary volumes extending into it.
  • the terms “main volume” and “secondary volume” are not intended to express that the amount of the main volume should necessarily be larger than the amount of the secondary volumes, although this may well be the case in some embodiments of the invention. Rather, the term “main volume” is intended to indicate that it is the portion of the slot that performs the primary function of the slot, namely passing wafers through the confinement element.
  • secondary volume refers to the indentations as areas that deviate from the main volume of the slot.
  • An imaginary line from the beginning of the indentation to the end of the indentation parallel to the direction of flow of the process solution from the process basin can be referred to as the base line of the indentation.
  • the base line of the indentation therefore represents the boundary line between the indentation and the main volume of the slot.
  • the center of the base line of the indentation and the center of gravity of the indentation are first determined.
  • the angle that the indentation forms with the outflow direction of the process solution is the angle that the connecting line directed from the center of the base line of the indentation to the center of gravity of the indentation forms with the outflow direction of the process solution.
  • To determine the center of gravity only the empty volume of the indentation is preferably taken into account.
  • the indentations are designed such that their horizontal extent, i.e. the extent in the plane of a cross section as shown in Figures 1-5 and 2-5, is as large or larger than their vertical extent, i.e. the extent orthogonal to the Cross-sectional plane.
  • a determination of the angle that the indentations form with the outflow direction of the process solution is preferably carried out using cross sections, as shown, for example, in FIGS. 1-5 and 2-5.
  • the indentations may have a relevant vertical extent, in particular a vertical extent that is greater than the horizontal extent of the indentations.
  • the angle that the indentations form with the outflow direction of the process solution can be determined using cross sections, as shown, for example, in Figures 1-5 and 2-5. This applies in particular to those embodiments in which the vertical extent is regular, for example in the form of a channel.
  • determining the angle that the indentations form with the outflow direction of the process solution based on cross sections can be disadvantageous because In such cases, individual cross sections often only inadequately reflect the actual spatial extent of the indentations. It may therefore make sense to use an alternative method to determine the angle that the indentations form with the direction of flow of the process solution.
  • Such an alternative method relies on using the center of gravity of the base of the indentation instead of the center of the indentation baseline.
  • the base area of the indentation is (analogous to the base line of the indentation) an imaginary surface that represents the interface between the indentation and the main volume of the slot.
  • the center of volume of the indentation is used instead of the center of gravity that the indentation has in a cross section.
  • the angle that the indentation forms with the outflow direction of the process solution is then determined as the angle that the connecting line directed from the center of gravity of the base of the indentation to the center of volume of the indentation forms with the outflow direction of the process solution.
  • the vertical portion of the direction vector from the center of gravity of the base area of the indentation to the center of gravity of the volume of the indentation is neglected.
  • the angle that the horizontal portion of the direction vector forms from the center of gravity of the base area of the indentation to the center of volume of the indentation with the outflow direction of the process solution is therefore determined.
  • To determine the center of gravity of the volume only the empty volume of the indentation is preferably taken into account.
  • the angle can preferably be >0°, more preferably at least 5°, more preferably at least 10°, more preferably at least 15°, more preferably at least 20°, or more preferably at least 25°.
  • the angle can preferably be ⁇ 90°, more preferably at most 80°, more preferably at most 70°, more preferably at most 60°, more preferably at most 50°, or more preferably at most 40°.
  • the angle can preferably be in a range from >0° to ⁇ 90°, more preferably from 5° to 80°, more preferably from 10° to 70°, more preferably from 15° to 60°, more preferably from 20° to 50 °, or more preferably from 25° to 40°.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention can consist in not providing the indentations as purely passive volume elements, which counteract the outflowing volume flow solely by absorbing part of the outflowing process solution and hindering and reducing the outflowing volume flow through the return flow into the main volume of the slot , but rather to actively design the indentations in such a way that a countercurrent to the outflowing process solution can be generated by supplying the indentations with a fluid via a supply line.
  • gaseous and liquid fluids or combinations thereof are possible.
  • the fluid can be gaseous, for example. Nitrogen, compressed air or combinations thereof are particularly preferred.
  • the fluid can be liquid.
  • process solution as a fluid.
  • the fluid is selected from the group consisting of nitrogen, compressed air, process solution and combinations of two or more thereof.
  • the pressure of the gaseous fluid should preferably be less than 6.0 bar, more preferably less than 3.0 bar or less than 1.5 bar, for example at most 1.2 bar.
  • the pressure of the gaseous fluid can be, for example, at least 0.1 bar, at least 0.2 bar or at least 0.5 bar, in particular at least 0.8 bar.
  • the pressure of the gaseous fluid is preferably in a range from 0.1 to ⁇ 3.0 bar, from 0.2 to ⁇ 2.0 bar, or from 0.5 to ⁇ 1.5 bar, for example from 0.8 to 1.2 bar or about 1.0 bar. What is meant is the relative pressure of the gaseous fluid based on the atmospheric air pressure.
  • the pressure of the liquid fluid should preferably be at most 1.0 bar, more preferably at most 0.7 bar or at most 0.5 bar, for example at most 0.4 bar.
  • the pressure of the liquid fluid can be, for example, at least 0.02 bar, at least 0.05 bar or at least 0.1 bar, in particular at least 0.2 bar.
  • the pressure of the liquid fluid is preferably in a range from 0.02 to 1.0 bar, from 0.05 to 0.7 bar, or from 0.1 to 0.5 bar, for example from 0.2 to 0.4 bar or about 0.3 bar. What is meant is the relative pressure of the liquid fluid based on the atmospheric air pressure.
  • the slots as narrow as possible and/or the limiting element (particularly in the area of the slots) to be as thick as possible in order to further increase the hydraulic resistance of the slots.
  • Such a design is even particularly advantageous because it allows a large slot depth to be achieved without the entire limiting element having to have a large thickness.
  • the thickness of the frame area of the limiting element can be less than the thickness (depth) of the slots.
  • the limiting element asymmetrically in such a way that the depth in the area of the slot that exceeds the depth of the frame area is smaller in the direction of the interior of the process basin than in the direction of the outside of the process basin. In particular, this can prevent the volume of the process basin from being unduly reduced at the expense of increasing the depth of the slots.
  • the thickness of the limiting element (particularly in the area of the slots) is preferably at least 10% of the wafer length, more preferably at least 13.5%, more preferably at least 15% of the wafer length, more preferably at least 20% of the wafer length, more preferably at least 27% of the wafer length .
  • the thickness of the limiting element (particularly in the area of the slots) is preferably at most 50% of the wafer length, more preferably at most 45% of the wafer length, more preferably at most 40% of the wafer length, more preferably at most 35% of the wafer length, more preferably at most 30% of the wafer length .
  • the thickness of the limiting element (particularly in the area of the slots) is preferably in a range from 10% to 50% of the wafer length, for example from 13.5% to 45% of the wafer length, from 15% to 40% of the wafer length, from 20% to 35% of the wafer length, or from 27% to 30% of the wafer length.
  • Wafer lengths of 156 mm to 210 mm can currently be found in the photovoltaic industry.
  • the thickness of the limiting element (particularly in the area of the slots) is preferably in a range from 15 mm to 80 mm, more preferably from 20 mm to 60 mm, more preferably from 30 mm to 50 mm.
  • the thickness of the limiting element (particularly in the area of the slots) is preferably at least 15 mm, for example at least 20 mm or at least 30 mm.
  • the thickness of the limiting element (particularly in the area of the slots) is preferably at most 80 mm, for example at most 60 mm or at most 50 mm.
  • the width of the at least one slot is preferably at most 5 times, more preferably at most 3 times the wafer thickness, but preferably at least 1.1 times, more preferably at least 1.5 times the wafer thickness.
  • the width of the slot is preferably in a range from 220 pm to 1000 pm, more preferably from 300 pm to 600 pm.
  • the slots on the entrance side are preferably chamfered, which means that the edge between the front and a slot is preferably provided with a chamfer. This enables the wafers to be introduced particularly reliably even with tolerances in the transport system.
  • the width of the slots preferably tapers in the direction of travel. This contributes to even better guidance of the wafers through the slots.
  • the above-mentioned width of the slots is the width of the slots at the narrowest point.
  • the ratio of the slot width at the widest point to the slot width at the narrowest point is preferably in a range from 1.1:1 to 2:1, more preferably from 1.2:1 to 1.5:1. If the slot width is tapered, the flow direction of the process solution is not exactly parallel to the side walls of the slot.
  • the side walls of a slot generally run at least approximately parallel to the outflow direction of the process solution, even with a tapering slot width.
  • the limiting element is provided with exactly one (in particular vertically extending) slot for passing the (in particular vertically aligned) wafers through.
  • the limiting element can be provided with more than one (in particular vertically extending) slot for passing the (in particular vertically aligned) wafers through.
  • the number of slots should correspond to the number of rows of wafers processed in parallel.
  • the limiting element is provided with 2 to 1000, more preferably 5 to 500, more preferably 10 to 200, more preferably 20 to 100, more preferably 30 to 50 (in particular vertically extending) slots for passing the (in particular vertically aligned) wafers through .
  • the distance between the slots is determined by the distance between the rows of wafers processed in parallel.
  • the distance between the slots is preferably 2 times to 100 times, more preferably 5 times to 50 times, more preferably 10 times to 30 times, more preferably 20 times to 25 times the width the slots.
  • the distance between the slots can be, for example, at least 2 times, at least 5 times, at least 10 times, or at least 20 times the width of the slots.
  • the distance between the slots can, for example, be at most 100 times, at most 50 times, at most 30 times, or at most 25 times the width of the slots.
  • the distance between the slots is preferably 0.4 mm to 40 mm, more preferably from 1 mm to 10 mm, more preferably from 2 mm to 6 mm, more preferably from 4 mm to 5 mm, more preferably from 4.5 mm to 4.9 mm, more preferably from 4.7 mm to 4.8 mm.
  • the distance between the slots can be, for example, at least 0.4 mm, at least 1 mm, at least 2 mm, at least 4 mm, at least 4.5 mm, or min. be at least 4.7 mm.
  • the distance between the slots can be, for example, a maximum of 40 mm, a maximum of 10 mm, a maximum of 6 mm, a maximum of 5 mm, a maximum of 4.9 mm, or a maximum of 4.8 mm.
  • the slots can be made in the limiting element in various ways.
  • the limiting element is preferably already manufactured with slots, in particular using additive manufacturing, for example 3D printing. This allows maximum freedom in the geometric design of the structuring of the inner wall of the slot, in particular with regard to the shape of the preferably provided indentations.
  • the dimensions of the slots preferably correspond essentially to the dimensions of the wafers in the frontal view of the vertical orientation. This enables the vertically aligned wafers to be passed through the slots in the horizontal direction of movement without the slots having unnecessarily large dimensions, which could be accompanied by an increased and undesirable escape of process solution from the process basin. This refers to the geometric dimensions of the main volume of the slots. Structuring the inner wall with indentations or other configurations enables a further reduction in the outflowing volume flow, as described in detail above.
  • the slots preferably have a height in a range from 10 mm to 1000 mm, more preferably from 20 mm to 500 mm, more preferably from 50 mm to 300 mm, more preferably from 100 mm to 200 mm, more preferably from 150 mm to 170 mm, more preferably from 156 mm to 168 mm, more preferably from 160 mm to 165 mm.
  • the height of the slots can be, for example, at least 10 mm, at least 20 mm, at least 50 mm, at least 100 mm, at least 150 mm, at least 156 mm, or at least 160 mm.
  • the height of the slots can, for example, be at most 1000 mm, at most 500 mm, at most 300 mm, at most 200 mm, at most 170 mm, at most 168 mm, or at most 165 mm.
  • the slots preferably have a height in a range from 10 mm to 1000 mm, more preferably from 50 mm to 500 mm, more preferably from 100 mm to mm, more preferably from 150 mm to 250 mm, more preferably from 200 mm to 225 mm, more preferably from 210 mm to 222 mm, more preferably from 214 mm to 219 mm.
  • the height of the slots can be, for example, at least 10 mm, at least 50 mm, at least 100 mm, at least 150 mm, at least 200 mm, at least 210 mm, or at least 214 mm.
  • the height of the slots can, for example, be at most 1000 mm, at most 500 mm, at most 300 mm, at most 250 mm, at most 225 mm, at most 222 mm, or at most 219 mm.
  • the width of the slot is preferably at most 5 times, more preferably at most 3 times the wafer thickness, but preferably at least 1.1 times, more preferably at least 1.5 times the wafer thickness.
  • the width of the slot can, for example, be in a range from 1.1 times to 5 times or from 1.5 times to 3 times the wafer thickness.
  • the width of the slot is preferably in a range from 220 pm to 1000 pm, more preferably from 300 pm to 600 pm.
  • the width of the slot can be, for example, at least 220 pm or at least 300 pm.
  • the width of the slot can, for example, be at most 1000 pm or at most 600 pm. What is meant is the width of the main volume of the slots. Any indentations are not taken into account when specifying the width of the slot.
  • the depth of the slots is essentially determined by the depth (thickness) of the limiting element. In some embodiments, a greater thickness of the limiting element is provided for the area of the slots than for the frame area of the limiting element that surrounds the area of the slot, as shown, for example, in FIGS. 1 to 4.
  • the depth of the slots is preferably at least 10% of the wafer length, more preferably at least 13.5% of the wafer length, more preferably at least 15% of the wafer length, more preferably at least 20% of the wafer length, more preferably at least 27% of the wafer length.
  • the depth of the slots is preferably at most 50% of the wafer length, more preferably at most 45% of the wafer length, more preferably at most 40% of the wafer length, more preferably at most 35% of the wafer length, more preferably at most 30% of the wafer length.
  • the depth of the slots can, for example, be in a range from 10% to 50% of the wafer length, from 13.5% to 45% of the wafer length, from 15% to 40% of the wafer length, from 20% to 35% of the wafer length or from 27% up to 30% of the wafer length.
  • the depth of the slots is preferably in a range from 15 mm to 80 mm, more preferably from 20 mm to 60 mm, more preferably from 30 mm to 50 mm.
  • the depth of the slots can be, for example, at least 15 mm, at least 20 mm, or at least 30 mm.
  • the depth of the slots can, for example, be at most 80 mm, at most 60 mm, or at most 50 mm.
  • the present invention also relates to a process basin for holding a chemical process solution, which comprises one or more limiting elements of the invention. It is advantageous if the at least one slot for passing wafers through the limiting element is aligned vertically. This enables vertically aligned wafers to be moved into and/or out of the process pool in the horizontal direction of movement.
  • Delimiting the process basin on all sides by conventional limiting elements does not represent a satisfactory solution for a device that is used to carry out an inline Procedure should be suitable. This would prevent the vertically aligned wafers from being able to move into and out of the process pool in the horizontal direction of movement. Rather, the wafers would have to be raised vertically, guided over the boundary element and then lowered vertically into the process basin, which is not compatible with an inline process.
  • the process basin of the present invention is therefore delimited on at least one side by a limiting element of the present invention, which is provided with at least one slot for passing wafers through the limiting element.
  • the inner wall of the slot is structured in such a way that process solution flowing out of the process basin experiences such a change in momentum that the outflowing volume flow is reduced
  • the process basin contains two boundary elements according to the present invention.
  • These two limiting elements can in particular be arranged on opposite sides of the process basin. This makes it possible for the wafers to be introduced into the process pool on one side and to be removed from the process pool on the opposite side of the process pool.
  • the remaining boundary elements of the process basin (also two in number in the case of rectangular process basins) can be designed in a conventional manner.
  • no slots need to be provided, since as a rule no wafers need to be guided through these side walls of the process basin, which are oriented parallel to the transport of the wafers through the process basin.
  • the boundary element of the present invention can be designed analogously to the other boundary walls of the process basin in relation to the other design.
  • process basins with a rectangular base are used.
  • the width of the process basin depends primarily on the number of wafers to be processed in parallel as well as their thickness and distance from each other.
  • the width of the process basin is preferably in a range from 100 mm to 1000 mm, more preferably from 200 mm to 800 mm, more preferably from 500 mm to 700 mm.
  • the length of the process pool depends primarily on the desired processing time that the wafers should spend in the process pool, whereby the transport speed of the wafers through the process pool must be taken into account.
  • the length of the process basin is preferably in a range from 100 mm to 5000 mm, more preferably from 300 mm to 4000 mm, more preferably from 800 mm to 3000 mm.
  • the height of the process basin is essentially determined by the dimensions of the wafers to be processed, i.e. based on their length or width due to the vertical orientation.
  • the process basin preferably has a height which allows the process solution to build up to a height that exceeds the height of the wafers, so that the wafers in the process basin are completely immersed in the process solution.
  • the height of the process basin is preferably in a range from 20 mm to 2000 mm, more preferably from 50 mm to 1000 mm, more preferably from 100 mm to 500 mm, more preferably from 150 mm to 300 mm, more preferably from 160 mm to 250 mm, more preferably from 180 mm to 220 mm.
  • the present invention also relates to an apparatus for processing wafers with a chemical processing solution, the apparatus comprising a process tank of the present invention.
  • the device preferably further comprises transport means and hold-down means and is preferably designed such that vertically aligned wafers can be moved into and out of the process basin in the horizontal direction of movement between the transport means and the hold-down means.
  • the design of the limiting element of the invention preferably allows continuous operation of the device.
  • the apparatus of the present invention is an apparatus for processing wafers with a chemical processing solution.
  • silicon wafers in particular multicrystalline or monocrystalline silicon wafers
  • the processing of the wafers is therefore preferably texturing.
  • Such texturing of wafers is known and is primarily used in the production of solar cells.
  • the process solution used for multicrystalline wafers preferably contains hydrofluoric acid (HF) and nitric acid (HNO3), the one for monocrystalline wafers preferably contains a mixture of aqueous potassium hydroxide solution (KOH) and one or more organic additives.
  • HF hydrofluoric acid
  • HNO3 nitric acid
  • KOH potassium hydroxide solution
  • the device of the present invention comprises a process basin for holding the chemical process solution.
  • the device can also include several process basins, for example for processing several wafers in parallel or for sequentially processing a wafer with different process solutions. Several wafers can also be processed simultaneously and/or one after the other in the same process basin.
  • the device of the present invention preferably comprises transport means and hold-down means.
  • the means of transport serve to transport the wafers through the device.
  • the hold-down devices ensure that the wafers do not lose contact with the means of transport.
  • Transport means and hold-down means are arranged in particular in such a way that the wafers can be vertically aligned between the transport means and the hold-down means and guided through the device in the horizontal direction of movement, in particular into the process basin, through the process basin, and out of the process basin.
  • the distance between the transport means and the hold-down means preferably corresponds essentially to the length or width of the wafers and not to the thickness of the wafers.
  • the distance between the transport means and the hold-down means is determined by the vertical alignment of the wafers between the transport means and the hold-down means.
  • the transport means and/or the hold-down means are arranged to be movable in the vertical direction, so that the distance between them can be flexibly adjusted to the length or width of the processed wafers.
  • the length of the wafers corresponds to the width of the wafers.
  • the wafers generally have a square base.
  • the clear distance between the transport means and the hold-down means is preferably in a range from 10 mm to 1000 mm, more preferably from 20 mm to 500 mm, more preferably from 50 mm to 300 mm, more preferably from 100 mm to 200 mm, more preferred from 150 mm to 170 mm, more preferably about 156 mm.
  • the clear distance between the transport means and the hold-down means is preferably at least 10 mm, more preferably at least 20 mm, more preferably at least 50 mm, more preferably at least 100 mm, more preferably at least 150 mm, more preferably about 156 mm.
  • the clear distance between the transport means and the hold-down means is preferably at most 1000 mm, more preferably at most 500 mm, more preferably at most 300 mm, more preferably at most 200 mm, more preferably at most 170 mm, more preferably about 156 mm.
  • the clear distance between the transport means and the hold-down means is preferably in a range from 10 mm to 1000 mm, more preferably from 50 mm to 500 mm, more preferably from 100 mm to 300 mm, more preferably from 150 mm to 250 mm , more preferably from 204 mm to 226 mm, more preferably about 210 mm.
  • the clear distance between the transport means and the hold-down means is preferably at least 10 mm, more preferably at least 50 mm, more preferably at least 100 mm, more preferably at least 150 mm, more preferably at least 204 mm, more preferably about 210 mm.
  • the clear distance between the transport means and the hold-down means is preferably at most 1000 mm, more preferably at most 500 mm, more preferably at most 300 mm, more preferably at most 250 mm, more preferably at most 226 mm, more preferably about 210 mm.
  • the transport means and the hold-down means are preferably aligned essentially parallel to one another within the device. This is also advantageous for the vertical alignment of the wafers between the transport means and the hold-down means.
  • the transport means and/or the hold-down means can be designed, for example, in the form of conveyor belts. Although such embodiments of the invention are possible, however, it is less advantageous since such conveyor belts have to be guided through the device together with the wafers, in particular into the process pool, through the process pool, and out of the process pool. In addition to the insertion and removal of the wafers, there is also the problem of inserting the conveyor belts into the process basin and removing the conveyor belts from the process basin, which significantly limits the possibilities for the design of the limiting element.
  • the transport means is transport rollers and for the hold-down means to be hold-down rollers.
  • the design in the form of rollers has the advantage that the wafers can be transported through the device, in particular into the process basin, through the process basin, and out of the process basin, without the transport means and the hold-down means themselves also being in must be guided into the process pool, through the process pool, and out of the process pool.
  • the transport rollers and the hold-down rollers are preferably stationary.
  • the rollers therefore preferably only carry out a rotational movement, but not a translational movement, during the transport of the wafers.
  • the rollers therefore preferably do not move through the device together with the wafers, but rather remain in place.
  • transport rollers and hold-down rollers are preferably provided inside and outside the process basin, each of which remains in place.
  • the transport means and/or the hold-down means preferably have at least one depression, preferably exactly one depression per wafer, for receiving the wafers. This is advantageous in order to protect the wafers from tilting to the side.
  • the hold-down means in front of the limiting element are designed with an additional weight in order to ensure particularly good guidance against the outflowing liquid.
  • the device of the present invention is particularly suitable for carrying out inline processes, as can already be seen from the alignment of the wafers between transport means and hold-down means as well as the transport of the wafers through the device ensured thereby.
  • inline process the wafers are transported through the system individually in a row. Several rows of wafers can also be transported next to each other at the same time (multi-lane inline process).
  • the device of the invention is set up in particular for the inline transport of vertically aligned wafers into the process pool, through the process pool, and out of the process pool. Due to the vertical orientation of the wafers, the distance between the transport means and the hold-down means corresponds in particular to the length or the width of the wafers, with the length and width of the wafers generally being identical in view of the usually square base area of the wafers. The length and width of the wafers exceed their thickness many times over, usually at least 100 times.
  • the device preferably has a tank which is connected to the process basin in such a way that chemical process solution can be transferred from the tank into the process basin.
  • the device preferably has a pump for transferring the chemical process solution from the tank into the process basin.
  • the limiting element according to the invention can significantly reduce the volume flow of process solution flowing out of the process basin.
  • the device preferably has at least one collecting basin for receiving process solution emerging from the process basin.
  • the collecting basin is connected to the tank in such a way that process solution collected in the collecting basin can be returned to the tank. This ensures that the process solution emerging from the process basin is not lost, but can be used again to process the wafers.
  • the present invention also relates to an inline method for processing wafers with a chemical process solution comprising the following steps: a) providing vertically aligned wafers, b) providing a process basin according to the present invention with process solution therein, c) introducing the vertically aligned wafers into the process basin, d) passing the vertically aligned wafers through the process basin and the process solution therein, so that the wafers are brought into contact with the process solution, e) expelling the vertically aligned wafers from the process basin, the insertion, feeding and removal in accordance with Steps c) to e) takes place in a substantially horizontal direction of movement.
  • the method is preferably carried out using a device of the present invention.
  • the process of the present invention is an in-line process.
  • the wafers are transported through the system in rows one behind the other. Several rows of wafers can also be transported next to each other at the same time (multi-lane inline process).
  • several rows of wafers are transported simultaneously side by side through the same process basin .
  • the distance between two rows of wafers transported simultaneously side by side through the process basin is preferably 0.4 mm to 40 mm, more preferably from 1 mm to 10 mm, more preferably from 2 mm to 6 mm, more preferably from 4 mm to 5 mm, more preferably from 4.5 mm to 4.9 mm, more preferably from 4.7 mm to 4.8 mm.
  • the method of the invention is a method for processing wafers with a chemical processing solution.
  • Preferred wafers are silicon wafers, in particular multicrystalline silicon wafers.
  • the processing of the wafers is preferably texturing. Such texturing of wafers is known and is primarily used in the production of solar cells.
  • the process solution used preferably contains hydrofluoric acid (HF) and nitric acid (HNO3) for the processing of multicrystalline wafers or an aqueous solution of potassium hydroxide (KOH) or sodium hydroxide (NaOH), which is mixed with one or more additives for the processing of monocrystalline wafers.
  • HF hydrofluoric acid
  • HNO3 nitric acid
  • KOH potassium hydroxide
  • NaOH sodium hydroxide
  • step a) of the method according to the invention vertically aligned wafers are provided.
  • the length and width of the wafers exceed their thickness many times over, usually 100 times to 1000 times.
  • wafers have two main surfaces, each of which is defined by the length and width of the wafer.
  • Wafers with round main surfaces are also conceivable, in which the main surfaces are defined by their circumference be limited.
  • a substantially vertical orientation of the wafers corresponds to an orientation in which the two main surfaces of a wafer are arranged such that surface vectors perpendicular to the main surfaces are oriented essentially horizontally.
  • the surface vectors of the two main surfaces form an angle of at least 70° and at most 110°, more preferably at least 80° and at most 100°, with the vector of the horizontal direction of movement of the wafers according to the movement of steps c) to e) of the method preferably at least 85° and at most 95°, more preferably about 90°.
  • a process basin with a process solution located therein is provided.
  • the process solution preferably contains hydrofluoric acid (HF) and nitric acid (HNO3) in the case of texturing multicrystalline wafers or a mixture of potassium hydroxide solution (KOH) and one or more organic additives in the case of texturing monocrystalline wafers.
  • the wafers are processed with the chemical process solution by passing the wafers through the process basin so that the wafers are brought into contact with the process solution located in the process basin.
  • the period between introducing the wafers into the process pool and removing the wafers from the process pool is preferably 15 to 180 seconds for multicrystalline wafers, more preferably 30 to 120 seconds, more preferably 60 to 90 seconds, and preferably 0.5 to 15 minutes for monocrystalline wafers , more preferably 1 to 10 minutes, more preferably 2 to 6 minutes.
  • the insertion, feeding and removal of the vertically aligned wafers according to steps c) to e) of the method according to the invention takes place in a substantially horizontal direction of movement.
  • This means that the wafers are guided in such a way that the distance of the center of gravity of the individual wafers from the surface of the process solution remains essentially unchanged during steps c) to e).
  • the difference between the largest distance and the smallest distance of the center of gravity of the individual wafers from the surface of the process solution during steps c) to e) is preferably at most 20%, more preferably at most 10%, more preferably at most 5%, more preferably at most 2% , more preferably at most 1% of the length of the corresponding wafers.
  • the movement speed of the wafers during steps c) to e) of the method is preferably in a range from 0.5 m/min to 10 m/min, more preferably from 1 m/min to 6 m/min.
  • the present invention also relates to the use of the device and/or method of the invention for the production of solar cells and/or printed circuit boards.
  • the invention can be used in particular to introduce wafers for solar cells, which are processed vertically, into a process basin (in particular continuously) and thereby keep the outflow of process solution particularly low.
  • the invention can also be used for etching glasses, which are also preferably moved continuously into a process tank.
  • the invention can also be used for the chemical surface treatment of workpieces, which pass through a process basin for this purpose.
  • Figure 1 shows an embodiment of a limiting element 10 of the present invention, wherein the structuring of the inner wall 11 of the slot 12 comprises teardrop-shaped indentations 13. A part of the empty volume 14 of the indentations 13 is filled with a filling material 15.
  • Figure 1-1 is a perspective view of a limiting element 10.
  • the limiting element 10 is provided with a slot 12 for passing wafers through the limiting element.
  • the area of the slot 12 is surrounded by a frame area 16.
  • Figure 1-2 is a front view of the limiting element 10 with a slot 12 and a frame area 16.
  • Figure 1-3 is a side view of the limiting element 10. It can be seen that the limiting element 10 is designed with a greater depth in the area of the slot 12 than in the frame area 16. The limiting element 10 is designed asymmetrically in such a way that it extends over the depth of the frame area 16 depth in the area of the slot 12 in the direction of the interior of the process basin (left in Figure 1-3) is smaller than in the direction of the outside of the process basin (right in Figure 1-3). Figures 1-3 also show a section plane BB.
  • Figure 1-4 shows a top view of the section plane BB from Figure 1-3 along the viewing direction indicated by arrows in Figure 1-3.
  • an area C is marked by a circle.
  • Figure 1-5 shows an enlargement of area C from Figure 1-4. It can be seen that the inner wall 11 of the slot 12 comprises teardrop-shaped indentations 13, with a part of the empty volume 14 of the indentations 13 being filled with a filling material 15.
  • the indentations 13 are arranged in such a way that they form an acute angle with the outflow direction of the process solution (from left to right in Figures 1-5).
  • Figure 2 shows an embodiment of a limiting element 20 of the present invention, wherein the structuring of the inner wall 21 of the slot 22 comprises teardrop-shaped indentations 23.
  • the indentations 23 consist entirely of empty volume 24. No filling material is provided.
  • Figure 2-1 is a perspective view of a limiting element 20.
  • the limiting element 20 is provided with a slot 22 for passing wafers through the limiting element.
  • the area of the slot 22 is surrounded by a frame area 26.
  • Figure 2-2 is a front view of the limiting element 20 with a slot 22 and a frame area 26.
  • Figure 2-3 is a side view of the limiting element 20. It can be seen that the limiting element 20 is designed with a greater depth in the area of the slot 22 than in the frame area 26. The limiting element 20 is designed asymmetrically in such a way that over the depth of the frame area 26 depth in the area of the slot 22 in the direction of the interior of the process basin (left in Figure 2-3) is smaller than in the direction of the outside of the process basin (right in Figure 2-3). Figure 2-3 also shows a section plane BB.
  • Figure 2-4 shows a top view of the section plane BB from Figure 2-3 along the viewing direction indicated by arrows in Figure 2-3.
  • an area C is marked by a circle.
  • Figure 2-5 shows an enlargement of area C from Figure 2-4. It can be seen that the inner wall 21 of the slot 22 includes teardrop-shaped indentations 23, the indentations 23 consisting entirely of empty volume 24. The indentations 23 are arranged in such a way that they form an acute angle with the outflow direction of the process solution (from left to right in Figures 2-5).
  • Figures 3 and 4 show a limiting element 30 of the present invention, wherein the structuring of the inner wall 31 of the slot 32 has channels 33.
  • a countercurrent to the outflowing process solution can be generated through the channels 33 by supplying the channels 33 with a fluid via a supply line 37.
  • Figure 3-1 is a frontal view of the inside of a limiting element 30 of the present invention with a slot 32 and a frame region 36.
  • the limiting element 30 has an additional structure 38.
  • Two cutting planes AA and BB are also shown, with the cutting plane AA running through the slot 32.
  • Figure 3-2 shows a top view of the section plane BB from Figure 3-1 along the viewing direction indicated by arrows in Figure 3-1.
  • two areas E and G are marked with circles.
  • the limiting element 30 is designed asymmetrically in such a way that the depth beyond the depth of the frame area 36 in the area of the slot 32 is smaller in the direction of the interior of the process basin (bottom in Figure 3-2) than in the direction of the outside of the process basin (top in Figure 3-2).
  • Figure 3-3 shows an enlargement of area E from Figure 3-2.
  • the inner wall 31 of the slot 32 has channels 33.
  • a supply line 37 can also be seen.
  • the channels 33 are arranged in such a way that they form an acute angle with the outflow direction of the process solution (from bottom to top in Figure 3-3).
  • Figure 3-4 shows an enlargement of the area G from Figure 3-2.
  • the channels 33a have a connection to the supply line 37 in the section plane BB.
  • the connection to the supply line 37 exists in a different sectional plane, so that no connection to the supply line 37 can be seen in FIGS. 3-4.
  • the channels 33 are arranged in such a way that they form an acute angle with the outflow direction of the process solution (from bottom to top in Figures 3-4).
  • Figure 4-1 shows a top view of the section plane AA from Figure 3-1 along the viewing direction indicated by arrows in Figure 3-1. It can be seen that the structure 38 has a main supply line 37a. A large number of channels 33 can be seen in the area of the slot. Three cutting planes D-D, H-H and L-L are also shown. The limiting element is designed asymmetrically in such a way that the depth beyond the depth of the frame area in the area of the slot towards the inside of the process basin (right in Figure 4-1) is smaller than in the direction of the outside of the process basin (left in Figure 4-1 ).
  • Figure 4-2 is a top view of the section plane DD from Figure 4-1 along the viewing direction indicated by arrows in Figure 4-1.
  • the main supply line 37a is located within the structure.
  • Figure 4-3 is a top view of the sectional plane HH from Figure 4-1 along the viewing direction indicated by arrows in Figure 4-1.
  • the inner wall of the slot 32 has a variety of channels 33.
  • the channels 33 are arranged in such a way that they form an acute angle with the outflow direction of the process solution (from right to left in Figure 4-3).
  • Figure 4-4 is a top view of the section plane L-L from Figure 4-1 along the viewing direction indicated by arrows in Figure 4-1.
  • the structure 38 has a main supply line 37a.
  • Several secondary supply lines 37b are shown in the area of the slot.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Begrenzungselement für ein Prozessbecken. Das Prozessbecken ist zur Aufnahme einer chemischen Prozesslösung geeignet. Das Begrenzungselement ist mit mindestens einem Schlitz zum Durchführen von Wafern durch das Begrenzungselement versehen. Die Innenwandung des Schlitzes ist derartig strukturiert, dass aus dem Prozessbecken ausfließende Prozesslösung eine derartige Impulsänderung erfährt, dass der ausfließende Volumenstrom gemindert wird. Durch das Begrenzungselement der Erfindung kann der Ausfluss von Prozesslösung aus dem Prozessbecken vermindert werden. Dadurch, dass weniger Prozesslösung aus dem Prozessbecken austritt, können Prozesskosten gespart werden, da entweder weniger Prozesslösung benötigt wird oder weniger Prozesslösung zirkuliert werden muss. Die Erfindung kann unter anderem bei der Herstellung von Solarzellen oder auch von Leiterplatten, beispielsweise Leiterplatten für die Elektroindustrie, zum Einsatz kommen.

Description

Begrenzungselement für ein Prozessbecken
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Begrenzungselement für ein Prozessbecken. Das Prozessbecken ist zur Aufnahme einer chemischen Prozesslösung geeignet. Das Begrenzungselement ist mit mindestens einem Schlitz zum Durchführen von Wafern durch das Begrenzungselement versehen. Die Innenwandung des Schlitzes ist derartig strukturiert, dass aus dem Prozessbecken ausfließende Prozesslösung eine derartige Impulsänderung erfährt, dass der ausfließende Volumenstrom gemindert wird. Durch das Begrenzungselement der Erfindung kann der Ausfluss von Prozesslösung aus dem Prozessbecken vermindert werden. Dadurch, dass weniger Prozesslösung aus dem Prozessbecken austritt, können Prozesskosten gespart werden, da entweder weniger Prozesslösung benötigt wird oder weniger Prozesslösung zirkuliert werden muss. Die Erfindung kann unter anderem bei der Herstellung von Solarzellen oder auch von Leiterplatten, beispielsweise Leiterplatten für die Elektroindustrie, zum Einsatz kommen.
Die Herstellung von Solarzellen aus multikristallinen Siliziumsolarzellen ist bekannt und enthält einen nasschemischen Texturprozess. Für die Texturierung wird eine Lösung aus Flusssäure (HF) und Salpetersäure (HNO3) eingesetzt. Diese reagiert mit Silizium in einer stark exothermen Reaktion zu Hexafluorokieselsäure (H2SiF6) und Stickstoffmonoxid (NO), das in Kontakt mit Luftsauerstoff zu Stickstoffdioxid (NO2) weiter reagiert.
Der Texturprozess wird üblicherweise in Durchlaufanlagen (Inline-Ätzanlagen) durchgeführt. Hierbei werden die Wafer horizontal auf Transportrollen durch die Anlage transportiert. Niederhalterollen sorgen dafür, dass die Wafer den Kontakt zu den Transportrollen nicht verlieren. Innerhalb der Anlage befinden sich Bereiche, in denen die Wafer entweder durch Sprühen oder durch Tauchen einer chemischen Prozesslösung ausgesetzt werden. Die Prozesslösung kann sich in einem Prozessbecken befinden. Da die Wafer in diesem Verfahren horizontal durch die Anlage geführt werden, benötigen die Wafer die maximale Fläche, was die Anzahl der gleichzeitig bearbeiteten Wafer und somit den Durchsatz der Anlagen limitiert.
Bei der Bearbeitung von Wafern kann grundsätzlich zwischen einem Inline-Verfahren und einem Batch-Verfahren unterschieden werden. In einem Inline-Verfahren werden die Wafer in Reihe hintereinander durch die Anlage transportiert. Es können auch mehrere Reihen von Wafern gleichzeitig nebeneinander transportiert werden (mehrspuriges Inline-Verfahren). Im Batch-Verfahren werden die Wafer im Gegensatz dazu nicht einzeln auf einem Transportband oder Ähnlichem aufliegend transportiert, sondern mit Hilfe eines Trägers (englisch: Carrier), in den eine Vielzahl von Wafer eingestapelt sind. WO 2020/157229 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Inline-Verfahren zur Bearbeitung von Wafern, bei dem die Wafer vertikal ausgerichtet durch die Anlage transportiert werden. Dadurch wird ein erhöhter Durchsatz im Vergleich zu horizontal transportierten Wafern ermöglicht. Die vertikal ausgerichteten Wafern können insbesondere durch Schlitze in Begrenzungselementen des Prozessbeckens in das Prozessbecken ein- und aus dem Prozessbecken ausgeführt werden. Einem Austritt von Prozesslösung aus den Schlitzen soll dadurch entgegengewirkt werden, dass die Schlitze möglichst eng und die Begrenzungselemente im Bereich der Schlitze möglichst dick sind, da dies jeweils den hydraulischen Widerstand der Schlitze erhöht.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung Begrenzungselemente für Prozessbecken zur Verfügung zu stellen, durch die ebenfalls Wafer hindurchgeführt werden können, die aber den Ausfluss von Prozesslösung aus dem Prozessbecken noch weiter verringern.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der Patentansprüche gelöst. Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch ein Begrenzungselement für ein Prozessbecken zur Aufnahme einer chemischen Prozesslösung, wobei das Begrenzungselement mit mindestens einem Schlitz zum Durchführen von Wafern durch das Begrenzungselement versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandung des Schlitzes derart strukturiert ist, dass aus dem Prozessbecken ausfließende Prozesslösung eine derartige Impulsänderung erfährt, dass der ausfließende Volumenstrom gemindert wird. Ein Begrenzungselement der Erfindung gemäß beispielhaften Ausführungsformen ist in den Figuren 1 bis 4 gezeigt. In der vorliegenden Offenbarung werden die Begriffe „Begrenzungselement' und „Begrenzungswand“ synonym verwendet, sofern nichts anderes angegeben ist.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung umfasst die Strukturierung der Innenwandung Einbuchtungen. Mit Hilfe von Einbuchtungen in der Innenwandung lässt sich der ausfließende Volumenstrom besonders effizient mindern, insbesondere, wenn die Einbuchtungen derart angeordnet sind, dass sie mit der Ausflussrichtung der Prozesslösung einen spitzen Winkel bilden. Ein Teil der auswärts strömenden Prozesslösung strömt in die Einbuchtungen und gelangt von dort derart zurück in das Hauptvolumen des Schlitzes, dass er den ausfließenden Volumenstrom behindert, der dadurch gemindert wird. Wenn die Einbuchtungen derart angeordnet sind, dass sie mit der Ausflussrichtung der Prozesslösung einen spitzen Winkel bilden, ist dieser Effekt besonders ausgeprägt und die Verminderung des ausfließenden Volumenstroms entsprechend besonders groß. Auch die Geometrie der Einbuchtungen kann einen Einfluss auf das Ausmaß der Verminderung des ausfließenden Volumenstroms haben. Besonders effizient sind tropfenförmige Einbuchtungen, beispielsweise solche wie exemplarisch in den Figuren 1 und 2 gezeigt. Die Einbuchtungen müssen nicht zwangsläufig vollständig aus Leervolumen bestehen, obwohl dies in Ausgestaltungen der Erfindung durchaus möglich ist, wie beispielsweise in Figur 2 gezeigt. Der Begriff „Leervolumen“ ist so zu verstehen, dass im Bereich des Leervolumens Aussparungen im Material des Begrenzungselements vorgesehen sind und diese Aussparungen nicht mit einem Füllmaterial, beispielsweise dem Material des Begrenzungselements oder einem alternativen Feststoff, aufgefüllt sind. In Ausführungen der Erfindung kann vorgesehen sein, einen Teil des Leervolumens der Einbuchtungen mit einem Füllmaterial, beispielsweise mit dem Material des Begrenzungselements oder mit einem alternativen Feststoff material, aufzufüllen. Auch Kombinationen des Materials des Begrenzungselements mit einem alternativen Feststoffmaterial sind für die Ausgestaltung des Füllmaterials möglich. Durch gezieltes Auffüllen eines Teils des Leervolumens kann die Strömung innerhalb der Einbuchtungen derart beeinflusst werden, dass der ausfließende Volumenstrom besonders effizient gemindert wird. Einbuchtungen, bei denen ein Teil des Leervolumens mit einem Füllmaterial aufgefüllt ist, sind in Figur 1 exemplarisch gezeigt.
Das Material des Begrenzungselements richtet sich nach der jeweiligen Anwendung, insbesondere nach der Prozesstemperatur und/oder den Bestandteilen der chemischen Ätzlösungen. Bevorzugt werden Materialien, die mit Hilfe eines 3D-Druckers gedruckt werden können, da die Herstellung von komplexen Strukturen so am einfachsten ist. Weiterhin sind als bevorzugte Materialien Edelstahl oder Kunststoffe zu nennen. Unter den Kunststoffen sind insbesondere PP (Polypropylen), ECTFE (Ethylen-Chlortrifluorethylen), PE (Polyethylen), HD-PE (High-Density Polyethylen), PVDF (Polyvinylidenfluorid), PTFE (Polytetrafluorethylen) und PVC (Polyvinylchlorid) bevorzugt.
Die Ausflussrichtung der Prozesslösung aus dem Prozessbecken kann je nach Füllstand des Prozessbeckens mit Prozesslösung und in Abhängigkeit von der Position innerhalb des Schlitzes variieren. Die Hauptausflussrichtung ist jedoch vom Prozessbecken aus horizontal nach außen gerichtet. Wenn in der vorliegenden Offenbarung von der Ausflussrichtung der Prozesslösung gemeint ist, so ist damit die horizontal aus dem Prozessbecken entlang des Schlitzes verlaufende Richtung gemeint, sofern nichts anderes angegeben ist. Etwaige vertikale Richtungskomponenten werden also vernachlässigt.
Wenn in der vorliegenden Beschreibung die Begriffe „vertikal“ und „horizontal“ verwendet werden, so ist damit „im Wesentlichen vertikal“ beziehungsweise „im Wesentlichen horizontal“ gemeint, wenn nichts anderes angegeben ist. Als Bezugspunkt kann bevorzugt die Oberfläche der im Prozessbecken befindlichen Prozesslösung dienen. Diese Oberfläche ist in Abwesenheit von Wellenbewegungen oder sonstigen Bewegungen der Prozesslösung horizontal ausgerichtet. Ein senkrecht auf der Oberfläche der Prozesslösung stehender Flächenvektor ist also vertikal. Der Ausdruck „im Wesentlichen horizontal“ beschreibt daher bevorzugt eine Orientierung oder Bewegung, die im Wesentlichen parallel zur Oberfläche der im Prozessbecken befindlichen Prozesslösung ist, während der Ausdruck „im Wesentlichen vertikal“ eine Orientierung oder Bewegung beschreibt, die im Wesentlichen orthogonal zur Oberfläche der im Prozessbecken befindlichen Prozesslösung ist.
Bevorzugt bildet ein senkrecht auf einer im Wesentlichen horizontal orientierten Oberfläche stehender Flächenvektor mit einem senkrecht auf der Oberfläche der Prozesslösung stehenden Flächenvektor einen Winkel von höchstens 20°, weiter bevorzugt höchstens 10°, weiter bevorzugt höchstens 5°, weiter bevorzugt höchstens 1°, weiter bevorzugt etwa 0°. Bevorzugt bildet der Vektor einer im Wesentlichen horizontalen Bewegungsrichtung mit einem senkrecht auf der Oberfläche der Prozesslösung stehenden Flächenvektor einen Winkel von mindestens 70° und höchstens 110°, weiter bevorzugt von mindestens 80° und höchstens 100°, weiter bevorzugt von mindestens 85° und höchstens 95°, weiter bevorzugt von etwa 90°.
Bevorzugt bildet ein senkrecht auf einer im Wesentlichen vertikal orientierten Oberfläche stehender Flächenvektor mit einem senkrecht auf der Oberfläche der Prozesslösung stehenden Flächenvektor einen Winkel von mindestens 70° und höchstens 110°, weiter bevorzugt von mindestens 80° und höchstens 100°, weiter bevorzugt von mindestens 85° und höchstens 95°, weiter bevorzugt von etwa 90°. Bevorzugt bildet der Vektor einer im Wesentlichen vertikalen Bewegungsrichtung mit einem senkrecht auf der Oberfläche der Prozesslösung stehenden Flächenvektor einen Winkel von höchstens 20°, weiter bevorzugt höchstens 10°, weiter bevorzugt höchstens 5°, weiter bevorzugt höchstens 1°, weiter bevorzugt etwa 0°.
An einem gegebenen Begrenzungselement kann die Ausflussrichtung der Prozesslösung einfach bestimmt werden, auch wenn das Begrenzungselement noch nicht mit weiteren Begrenzungselementen zu einem Prozessbecken zusammengefügt wurde. Dafür muss lediglich festgestellt werden, in welcher Orientierung das Begrenzungselement bei bestimmungsgemäßen Gebrauch angeordnet ist, und basierend darauf die horizontale Ausflussrichtung der Prozesslösung durch den Schlitz bestimmt werden. Hierfür sind nicht zwangsläufig experimentelle Untersuchungen notwendig. Vielmehr erkennt der Fachmann bereits an der Geometrie des Begrenzungselements und der Schlitze, wie die Ausflussrichtung der Prozesslösung ist.
Der Winkel, den die Einbuchtungen mit der Ausflussrichtung der Prozesslösung bilden, kann unabhängig von der geometrischen Ausgestaltung der Einbuchtungen anhand von Querschnitten bestimmt werden, wobei Querschnitte gemeint sind, wie sie beispielsweise in den Figuren 1-5 und 2-5 gezeigt sind. In einem solchen Querschnitt zeigen sich die Einbuchtungen als vom Hauptvolumen des Schlitzes abzweigende und sich in das Material des Begrenzungselements hineinerstreckende Nebenvolumina. Mit den Begriffen „Hauptvolumen“ und „Nebenvolumen“ soll nicht zum Ausdruck gebracht werden, dass das Hauptvolumen seinem Betrag nach zwangsläufig größer sein soll als der Betrag der Nebenvolumina, obwohl dies durchaus in einigen Ausführungsformen der Erfindung der Fall sein kann. Vielmehr soll die Bezeichnung „Hauptvolumen“ anzeigen, dass es sich um den Teil des Schlitzes handelt, der die primäre Funktion des Schlitzes erfüllt, nämlich das Durchführen von Wafern durch das Begrenzungselement. Der Begriff „Nebenvolumen“ bezeichnet demgegenüber die Einbuchtungen als vom Hauptvolumen des Schlitzes abweichende Bereiche. Eine gedachte Linie vom Beginn der Einbuchtung bis zum Ende der Einbuchtung parallel zur Ausflussrichtung der Prozesslösung aus dem Prozessbecken kann als Grundlinie der Einbuchtung bezeichnet werden. Die Grundlinie der Einbuchtung stellt also die Grenzlinie zwischen der Einbuchtung und dem Hauptvolumen des Schlitzes dar.
Um den Winkel zu bestimmen, den die Einbuchtung mit der Ausflussrichtung der Prozesslösung bildet, werden zunächst der Mittelpunkt der Grundlinie der Einbuchtung und der Flächenschwerpunkt der Einbuchtung bestimmt. Der Winkel den die Einbuchtung mit der Ausflussrichtung der Prozesslösung bildet, ist der Winkel, den die vom Mittelpunkt der Grundlinie der Einbuchtung zum Flächenschwerpunkt der Einbuchtung gerichtete Verbindungslinie mit der Ausflussrichtung der Prozesslösung bildet. Zur Bestimmung des Flächenschwerpunkts wird bevorzugt ausschließlich das Leervolumen der Einbuchtung berücksichtigt.
In bevorzugten Ausführungsformen sind die Einbuchtungen derart ausgestaltet, dass ihre horizontale Ausdehnung, also die Ausdehnung in der Ebene eines Querschnitts wie in den Figuren 1-5 und 2-5 gezeigt, genauso groß oder größer ist als ihre vertikale Ausdehnung, also die Ausdehnung orthogonal zur Querschnittsebene. Es sind insbesondere solche Ausführungsformen, bei denen eine Bestimmung des Winkels, den die Einbuchtungen mit der Ausflussrichtung der Prozesslösung bilden, bevorzugt anhand von Querschnitten erfolgt, wie sie beispielsweise in den Figuren 1-5 und 2-5 gezeigt sind.
In anderen Ausführungsformen können die Einbuchtungen eine relevante vertikale Ausdehnung aufweisen, insbesondere eine vertikale Ausdehnung, die größer ist als die horizontale Ausdehnung der Einbuchtungen. Auch in solchen Fällen kann die Bestimmung des Winkels, den die Einbuchtungen mit der Ausflussrichtung der Prozesslösung bilden, anhand von Querschnitten erfolgen, wie sie beispielsweise in den Figuren 1-5 und 2-5 gezeigt sind. Dies gilt insbesondere in solchen Ausführungsformen, in denen die vertikale Ausdehnung regelmäßig ausgestaltet ist, beispielsweise in Kanalform. Insbesondere bei großen und unregelmäßigen vertikalen Ausdehnungskomponenten kann eine Bestimmung des Winkels, den die Einbuchtungen mit der Ausflussrichtung der Prozesslösung bilden, anhand von Querschnitten jedoch nachteilig sein, da einzelnen Querschnitte die tatsächliche räumliche Ausdehnung der Einbuchtungen in solchen Fällen oft nur unzureichend wiedergeben können. Daher kann es sinnvoll sein, den Winkel, den die Einbuchtungen mit der Ausflussrichtung der Prozesslösung bilden, mit einem alternativen Verfahren zu bestimmen.
Ein solches alternatives Verfahren beruht darauf, anstelle des Mittelpunkts der Grundlinie der Einbuchtung den Schwerpunkt der Grundfläche der Einbuchtung zu verwenden. Die Grundfläche der Einbuchtung ist (analog zur Grundlinie der Einbuchtung) eine gedachte Fläche, die die Grenzfläche zwischen der Einbuchtung und dem Hauptvolumen des Schlitzes darstellt. Gleichsam wird anstelle des Flächenschwerpunkts, den die Einbuchtung in einem Querschnitt aufweist, der Volumenschwerpunkt der Einbuchtung verwendet. Der Winkel, den die Einbuchtung mit der Ausflussrichtung der Prozesslösung bildet, wird dann als der Winkel bestimmt, den die vom Schwerpunkt der Grundfläche der Einbuchtung zum Volumenschwerpunkt der Einbuchtung gerichtete Verbindungslinie mit der Ausflussrichtung der Prozesslösung bildet. Dabei wird der vertikale Anteil des Richtungsvektors vom Schwerpunkt der Grundfläche der Einbuchtung zum Volumenschwerpunkt der Einbuchtung vernachlässigt. Es wird also der Winkel bestimmt, den der horizontale Anteil des Richtungsvektors vom Schwerpunkt der Grundfläche der Einbuchtung zum Volumenschwerpunkt der Einbuchtung mit der Ausflussrichtung der Prozesslösung bildet. Zur Bestimmung des Volumenschwerpunkts wird bevorzugt ausschließlich das Leervolumen der Einbuchtung berücksichtigt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Einbuchtungen derart angeordnet sind, dass sie mit der Ausflussrichtung der Prozesslösung einen spitzen Winkel bilden. Der Winkel kann bevorzugt >0°, weiter bevorzugt mindestens 5°, weiter bevorzugt mindestens 10°, weiter bevorzugt mindestens 15°, weiter bevorzugt mindestens 20°, oder weiter bevorzugt mindestens 25° betragen. Der Winkel kann bevorzugt <90°, weiter bevorzugt höchstens 80°, weiter bevorzugt höchstens 70°, weiter bevorzugt höchstens 60°, weiter bevorzugt höchstens 50°, oder weiter bevorzugt höchstens 40° betragen. Der Winkel kann bevorzugt in einem Bereich von >0° bis <90°, weiter bevorzugt von 5° bis 80°, weiter bevorzugt von 10° bis 70°, weiter bevorzugt von 15° bis 60°, weiter bevorzugt von 20° bis 50°, oder weiter bevorzugt von 25° bis 40° liegen.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, die Einbuchtungen nicht als rein passive Volumenelemente vorzusehen, die dem ausfließenden Volumenstrom allein dadurch entgegenwirken, dass sie einen Teil der ausfließenden Prozesslösung aufnehmen und den ausfließenden Volumenstrom durch den Rückstrom in das Hauptvolumen des Schlitzes behindern und vermindern, sondern die Einbuchtungen derart aktiv auszugestalten, dass ein Gegenstrom zur ausfließenden Prozesslösung erzeugt werden kann, indem die Einbuchtungen über eine Zuleitung mit einem Fluid versorgt werden. In einem solchen Fall bietet es sich an, die Einbuchtungen als Kanäle auszugestalten, um einen besonders effizienten Zustrom des Fluids zu gewährleisten. Es kommen sowohl gasförmige als auch flüssige Fluide oder Kombinationen davon infrage. Das Fluid kann beispielsweise gasförmig sein. Stickstoff, Druckluft oder Kombinationen davon sind besonders bevorzugt. Das Fluid kann flüssig sein. Beispielsweise ist es möglich, Prozesslösung als Fluid einzusetzen. Dies ist besonders vorteilhaft, weil es bei einer Vermischung des Fluids mit der ausströmenden Prozesslösung nicht zu Änderungen der Zusammensetzung der Prozesslösung, insbesondere zu keiner Verdünnung kommt. Auch Kombinationen von gasförmigen und flüssigen Fluiden sind möglich. Bevorzugt ist das Fluid ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Stickstoff, Druckluft, Prozesslösung und Kombinationen von zwei oder mehr davon.
Der Druck des gasförmigen Fluids sollte bevorzugt weniger als 6,0 bar betragen, weiter bevorzugt weniger als 3,0 bar oder weniger als 1 ,5 bar, beispielsweise höchstens 1 ,2 bar. Der Druck des gasförmigen Fluids kann beispielsweise mindestens 0,1 bar, mindestens 0,2 bar oder mindestens 0,5 bar, insbesondere mindestens 0,8 bar betragen. Bevorzugt liegt der Druck des gasförmigen Fluids in einem Bereich von 0,1 bis <3,0 bar, von 0,2 bis <2,0 bar, oder von 0,5 bis <1,5 bar, beispielsweise von 0,8 bis 1 ,2 bar oder von etwa 1 ,0 bar. Gemeint ist der Relativdruck des gasförmigen Fluids bezogen auf den atmosphärischen Luftdruck.
Der Druck des flüssigen Fluids sollte bevorzugt höchstens 1,0 bar betragen, weiter bevorzugt höchstens 0,7 bar oder höchstens 0,5 bar, beispielsweise höchstens 0,4 bar. Der Druck des flüssigen Fluids kann beispielsweise mindestens 0,02 bar, mindestens 0,05 bar oder mindestens 0,1 bar, insbesondere mindestens 0,2 bar betragen. Bevorzugt liegt der Druck des flüssigen Fluids in einem Bereich von 0,02 bis 1,0 bar, von 0,05 bis 0,7 bar, oder von 0,1 bis 0,5 bar, beispielsweise von 0,2 bis 0,4 bar oder von etwa 0,3 bar. Gemeint ist der Relativdruck des flüssigen Fluids bezogen auf den atmosphärischen Luftdruck.
Es ist erfindungsgemäß auch möglich, die Schlitze möglichst eng und/oder das Begrenzungselement (insbesondere im Bereich der Schlitze) möglichst dick auszugestalten, um den hydraulischen Widerstand der Schlitze weiter zu erhöhen. Es ist insbesondere möglich, für den Bereich der Schlitze eine größere Dicke des Begrenzungselements vorzusehen als für die übrigen Bereiche des Begrenzungselements, wie beispielsweise in den Figuren 1 bis 4 gezeigt. Eine solche Ausgestaltung ist sogar besonders vorteilhaft, da dadurch eine große Schlitztiefe erreicht werden kann, ohne dass das gesamte Begrenzungselement eine große Dicke aufweisen muss. Insbesondere kann die Dicke des Rahmenbereichs des Begrenzungselements geringer sein als die Dicke (Tiefe) der Schlitze. Es ist auch möglich, das Begrenzungselement dahingehend asymmetrisch auszugestalten, dass die über die Tiefe des Rahmenbereichs hinausgehende Tiefe im Bereich des Schlitzes in Richtung des Inneren des Prozessbeckens geringer ausfällt als in Richtung der Außenseite des Prozessbeckens. Dadurch kann insbesondere vermieden werden, dass das Volumen des Prozessbeckens auf Kosten der Erhöhung der Tiefe der Schlitze über Gebühr verringert wird.
Bevorzugt beträgt die Dicke des Begrenzungselements (insbesondere im Bereich der Schlitze) mindestens 10% der Waferlänge, weiter bevorzugt mindestens 13,5%, weiter bevorzugt mindestens 15% der Waferlänge, weiter bevorzugt mindestens 20% der Waferlänge, weiter bevorzugt mindestens 27% der Waferlänge. Bevorzugt beträgt die Dicke des Begrenzungselements (insbesondere im Bereich der Schlitze) höchstens 50% der Waferlänge, weiter bevorzugt höchstens 45% der Waferlänge, weiter bevorzugt höchstens 40% der Waferlänge, weiter bevorzugt höchstens 35% der Waferlänge, weiter bevorzugt höchstens 30% der Waferlänge. Die Dicke des Begrenzungselements (insbesondere im Bereich der Schlitze) liegt bevorzugt in einem Bereich von 10% bis 50% der Waferlänge, beispielsweise von 13,5% bis 45% der Waferlänge, von 15% bis 40% der Waferlänge, von 20% bis 35% der Waferlänge, oder von 27% bis 30% der Waferlänge. Aktuell sind in der Photovoltaikindustrie Waferlängen von 156 mm bis 210 mm anzutreffen.
Bevorzugt liegt die Dicke des Begrenzungselements (insbesondere im Bereich der Schlitze) in einem Bereich von 15 mm bis 80 mm, weiter bevorzugt von 20 mm bis 60 mm, weiter bevorzugt von 30 mm bis 50 mm. Die Dicke des Begrenzungselements (insbesondere im Bereich der Schlitze) beträgt bevorzugt mindestens 15 mm, beispielsweise mindestens 20 mm oder mindestens 30 mm. Die Dicke des Begrenzungselements (insbesondere im Bereich der Schlitze) beträgt bevorzugt höchstens 80 mm, beispielsweise höchstens 60 mm oder höchstens 50 mm.
Die Breite des mindestens einen Schlitzes beträgt bevorzugt höchstens das 5-Fache, weiter bevorzugt höchstens das 3-Fache der Waferdicke, jedoch bevorzugt mindestens das 1,1-Fache, weiter bevorzugt mindestens das 1,5-Fache der Waferdicke. Die Breite des Schlitzes liegt bevorzugt in einem Bereich von 220 pm bis 1000 pm, weiter bevorzugt von 300 pm bis 600 pm.
Bevorzugt sind die Schlitze an der Eingangsseite angefast, das heißt, dass die Kante zwischen der Vorderfront und einem Schlitz bevorzugt mit einer Fase versehen ist. Dies ermöglicht, dass die Wafer auch bei Toleranzen im Transportsystem noch besonders zuverlässig eingeführt werden können.
Bevorzugt verjüngt sich die Breite der Schlitze in Durchlaufrichtung. Dies trägt zu einer noch besseren Führung der Wafer durch die Schlitze bei. In solchen Ausführungsformen bezeichnet die oben genannte Breite der Schlitze die Breite der Schlitze an der engsten Stelle. Bei sich verjüngender Schlitzbreite liegt das Verhältnis der Schlitzbreite an der breitesten Stelle zur Schlitzbreite an der engsten Stelle bevorzugt in einem Bereich von 1 ,1 :1 bis 2: 1 , weiter bevorzugt von 1 ,2:1 bis 1 ,5:1. Bei sich verjüngender Schlitzbreite verläuft die Ausflussrichtung der Prozesslösung nicht exakt parallel zu den Seitenwänden des Schlitzes. Angesichts des üblicherweise großen Verhältnisses der Dicke des Begrenzungselements (insbesondere im Bereich der Schlitze) zur Breite der Schlitze verlaufen jedoch in der Regel die Seitenwände eines Schlitzes auch bei sich verjüngender Schlitzbreite zumindest näherungsweise parallel zur Ausflussrichtung der Prozesslösung.
Für einspurige Inline-Verfahren ist es ausreichend, dass das Begrenzungselement mit genau einem (insbesondere vertikal verlaufenden) Schlitz zum Durchführen der (insbesondere vertikal ausgerichteten) Wafer versehen ist. In mehrspurigen Inline-Verfahren werden mehrere Reihen von Wafern gleichzeitig nebeneinander transportiert. Für solche Fälle kann das Begrenzungselement mit mehr als einem (insbesondere vertikal verlaufenden) Schlitz zum Durchführen der (insbesondere vertikal ausgerichteten) Wafer versehen sein. Insbesondere sollte die Anzahl der Schlitze der Anzahl der parallel prozessierten Reihen von Wafern entsprechen. In bevorzugten Ausführungsformen ist das Begrenzungselement mit 2 bis 1000, weiter bevorzugt 5 bis 500, weiter bevorzugt 10 bis 200, weiter bevorzugt 20 bis 100, weiter bevorzugt 30 bis 50 (insbesondere vertikal verlaufenden) Schlitzen zum Durchführen der (insbesondere vertikal ausgerichteten) Wafer versehen.
Der Abstand der Schlitze voneinander bestimmt sich nach dem Abstand der parallel prozessierten Reihen von Wafern. Bevorzugt beträgt der Abstand der Schlitze voneinander das 2-Fache bis 100-Fache, weiter bevorzugt das 5-Fache bis 50-Fache, weiter bevorzugt das 10-Fache bis 30-Fache, weiter bevorzugt das 20-Fache bis 25-Fache der Breite der Schlitze. Der Abstand der Schlitze voneinander kann beispielsweise mindestens das 2-Fache, mindestens das 5-Fa- che, mindestens das 10-Fache, oder mindestens das 20-Fache der Breite der Schlitze betragen. Der Abstand der Schlitze voneinander kann beispielsweise höchstens das 100-Fache, höchstens das 50-Fache, höchstens das 30-Fache, oder höchstens das 25-Fache der Breite der Schlitze betragen. Bevorzugt beträgt der Abstand der Schlitze voneinander 0,4 mm bis 40 mm, weiter bevorzugt von 1 mm bis 10 mm, weiter bevorzugt von 2 mm bis 6 mm, weiter bevorzugt von 4 mm bis 5 mm, weiter bevorzugt von 4,5 mm bis 4,9 mm, weiter bevorzugt von 4,7 mm bis 4,8 mm. Der Abstand der Schlitze voneinander kann beispielsweise mindestens 0,4 mm, mindestens 1 mm, mindestens 2 mm, mindestens 4 mm, mindestens 4,5 mm, oder min- destens 4,7 mm betragen. Der Abstand der Schlitze voneinander kann beispielsweise höchstens 40 mm, höchstens 10 mm, höchstens 6 mm, höchstens 5 mm, höchstens 4,9 mm, oder höchstens 4,8 mm betragen.
Die Schlitze können auf verschiedene Art und Weise in das Begrenzungselement eingebracht werden. Bevorzugt wird das Begrenzungselement bereits mit Schlitzen hergestellt, insbesondere mittels Additiver Fertigung, beispielsweise 3D-Druck. Dies ermöglicht eine maximale Freiheit bei der geometrischen Ausgestaltung der Strukturierung der Innenwandung des Schlitzes, insbesondere hinsichtlich der Form der bevorzugt vorgesehenen Einbuchtungen.
Die Abmessungen der Schlitze entsprechen bevorzugt im Wesentlichen den Abmessungen der Wafer in der Frontalansicht der vertikalen Ausrichtung. Dies ermöglicht ein Durchführen der vertikal ausgerichteten Wafer in horizontaler Bewegungsrichtung durch die Schlitze, ohne dass die Schlitze unnötig große Abmessungen aufweisen, die mit einem vermehrten und unerwünschten Austritt von Prozesslösung aus dem Prozessbecken einhergehen könnten. Gemeint sind die geometrischen Abmessungen des Hauptvolumens der Schlitze. Die Strukturierung der Innenwandung mit Einbuchtungen oder anderen Ausgestaltungen ermöglicht eine weitere Reduktion des ausfließenden Volumenstroms, wie oben detailliert beschrieben.
Bevorzugt weisen die Schlitze eine Höhe in einem Bereich von 10 mm bis 1000 mm, weiter bevorzugt von 20 mm bis 500 mm, weiter bevorzugt von 50 mm bis 300 mm, weiter bevorzugt von 100 mm bis 200 mm, weiter bevorzugt von 150 mm bis 170 mm, weiter bevorzugt von 156 mm bis 168 mm, weiter bevorzugt von 160 mm bis 165 mm auf. Die Höhe der Schlitze kann beispielsweise mindestens 10 mm, mindestens 20 mm, mindestens 50 mm, mindestens 100 mm, mindestens 150 mm, mindestens 156 mm, oder mindestens 160 mm betragen. Die Höhe der Schlitze kann beispielsweise höchstens 1000 mm, höchstens 500 mm, höchstens 300 mm, höchstens 200 mm, höchstens 170 mm, höchstens 168 mm, oder höchstens 165 mm betragen.
In einigen Ausführungsformen weisen die Schlitze bevorzugt eine Höhe in einem Bereich von 10 mm bis 1000 mm, weiter bevorzugt von 50 mm bis 500 mm, weiter bevorzugt von 100 mm bis mm, weiter bevorzugt von 150 mm bis 250 mm, weiter bevorzugt von 200 mm bis 225 mm, weiter bevorzugt von 210 mm bis 222 mm, weiter bevorzugt von 214 mm bis 219 mm auf. Die Höhe der Schlitze kann beispielsweise mindestens 10 mm, mindestens 50 mm, mindestens 100 mm, mindestens 150 mm, mindestens 200 mm, mindestens 210 mm, oder mindestens 214 mm betragen. Die Höhe der Schlitze kann beispielsweise höchstens 1000 mm, höchstens 500 mm, höchstens 300 mm, höchstens 250 mm, höchstens 225 mm, höchstens 222 mm, oder höchstens 219 mm betragen. Die Breite des Schlitzes beträgt bevorzugt höchstens das 5-Fache, weiter bevorzugt höchstens das 3-Fache der Waferdicke, jedoch bevorzugt mindestens das 1,1-Fache, weiter bevorzugt mindestens das 1,5-Fache der Waferdicke. Die Breite des Schlitzes kann beispielsweise in einem Bereich vom 1,1 -Fachen bis 5-Fachen oder vom 1,5-Fachen bis 3-Fachen der Waferdicke liegen. Die Breite des Schlitzes liegt bevorzugt in einem Bereich von 220 pm bis 1000 pm, weiter bevorzugt von 300 pm bis 600 pm. Die Breite des Schlitzes kann beispielsweise mindestens 220 pm oder mindestens 300 pm betragen. Die Breite des Schlitzes kann beispielsweise höchstens 1000 pm oder höchstens 600 pm betragen. Gemeint ist jeweils die Breite des Hauptvolumens der Schlitze. Etwaige Einbuchtungen werden bei Angabe der Breite des Schlitzes nicht berücksichtigt.
Die Tiefe der Schlitze wird in einigen Ausführungsformen im Wesentlichen durch die Tiefe (Dicke) des Begrenzungselements bestimmt. In einigen Ausführungsformen ist für den Bereich der Schlitze eine größere Dicke des Begrenzungselements vorgesehen als für den Rahmenbereich des Begrenzungselements, der den Bereich des Schlitzes umgibt, wie beispielsweise in den Figuren 1 bis 4 gezeigt. Bevorzugt beträgt die Tiefe der Schlitze mindestens 10% der Waferlänge, weiter bevorzugt mindestens 13,5% der Waferlänge, weiter bevorzugt mindestens 15% der Waferlänge, weiter bevorzugt mindestens 20% der Waferlänge, weiter bevorzugt mindestens 27% der Waferlänge. Bevorzugt beträgt die Tiefe der Schlitze höchstens 50% der Waferlänge, weiter bevorzugt höchstens 45% der Waferlänge, weiter bevorzugt höchstens 40% der Waferlänge, weiter bevorzugt höchstens 35% der Waferlänge, weiter bevorzugt höchstens 30% der Waferlänge. Die Tiefe der Schlitze kann beispielsweise in einem Bereich von 10% bis 50% der Waferlänge, von 13,5% bis 45% der Waferlänge, von 15% bis 40% der Waferlänge, von 20% bis 35% der Waferlänge oder von 27% bis 30% der Waferlänge liegen. Bevorzugt liegt die Tiefe der Schlitze in einem Bereich von 15 mm bis 80 mm, weiter bevorzugt von 20 mm bis 60 mm, weiter bevorzugt von 30 mm bis 50 mm. Die Tiefe der Schlitze kann beispielsweise mindestens 15 mm, mindestens 20 mm, oder mindestens 30 mm betragen. Die Tiefe der Schlitze kann beispielsweise höchstens 80 mm, höchstens 60 mm, oder höchstens 50 mm betragen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Prozessbecken zur Aufnahme einer chemischen Prozesslösung, das ein oder mehrere Begrenzungselemente der Erfindung umfasst. Es ist vorteilhaft, wenn der mindestens eine Schlitz zum Durchführen von Wafern durch das Begrenzungselement vertikal ausgerichtet ist. Dies ermöglicht es, dass vertikal ausgerichtete Wafer in horizontaler Bewegungsrichtung in das Prozessbecken ein- und/oder aus dem Prozessbecken ausgeführt werden können.
Das Prozessbecken an allen Seiten durch übliche Begrenzungselemente zu begrenzen, stellt keine zufriedenstellende Lösung für eine Vorrichtung dar, die zur Durchführung eines Inline- Verfahrens geeignet sein soll. Denn dadurch würde verhindert, dass die vertikal ausgerichteten Wafer in horizontaler Bewegungsrichtung in das Prozessbecken ein- und aus dem Prozessbecken ausgeführt werden können. Vielmehr müssten die Wafer vertikal angehoben, über das Begrenzungselement geführt und anschließend vertikal in das Prozessbecken abgesenkt werden, was mit einem Inline-Verfahren nicht vereinbar ist.
Das Prozessbecken der vorliegenden Erfindung wird daher an mindestens einer Seite durch ein Begrenzungselement der vorliegenden Erfindung begrenzt, das mit mindestens einem Schlitz zum Durchführen von Wafern durch das Begrenzungselement versehen ist. Die Innenwandung des Schlitzes ist derart strukturiert, dass aus dem Prozessbecken ausfließende Prozesslösung eine derartige Impulsänderung erfährt, dass der ausfließende Volumenstrom gemindert wird
Vorteilhaft ist es beispielsweise, wenn das Prozessbecken zwei Begrenzungselemente gemäß der vorliegenden Erfindung enthält. Diese beiden Begrenzungselemente können insbesondere an gegenüberliegenden Seiten des Prozessbeckens angeordnet sein. So wird ermöglicht, dass die Wafer an einer Seite in das Prozessbecken eingeführt und an der gegenüberliegenden Seite des Prozessbeckens aus dem Prozessbecken ausgeführt werden können. Die übrigen Begrenzungselemente des Prozessbeckens (bei rechteckigen Prozessbecken ebenfalls zwei an der Zahl) können auf herkömmliche Art und Weise ausgestaltet sein. Insbesondere müssen keine Schlitze vorgesehen werden, da an diesen parallel zum Transport der Wafer durch das Prozessbecken orientierten Seitenwänden des Prozessbeckens in aller Regel keine Wafer hindurchgeführt werden müssen. Abgesehen von den zwingend vorhandenen Schlitzen und deren hierin beschriebenen Ausgestaltung kann das Begrenzungselement der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die sonstige Ausgestaltung analog zu den übrigen Begrenzungswänden des Prozessbeckens ausgestaltet werden.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden Prozessbecken mit rechteckiger Grundfläche eingesetzt. Die Breite des Prozessbeckens richtet sich in erster Linie nach der Anzahl der parallel zu bearbeitenden Wafer sowie nach deren Dicke und Abstand voneinander. Bevorzugt liegt die Breite des Prozessbeckens in einem Bereich von 100 mm bis 1000 mm, weiter bevorzugt von 200 mm bis 800 mm weiter bevorzugt von 500 mm bis 700 mm. Die Länge des Prozessbeckens richtet sich in erster Linie nach der gewünschten Prozesszeit, die die Wafer im Prozessbecken verbringen sollen, wobei die Transportgeschwindigkeit der Wafer durch das Prozessbecken zu berücksichtigen ist. Bevorzugt liegt die Länge des Prozessbeckens in einem Bereich von 100 mm bis 5000 mm, weiter bevorzugt von 300 mm bis 4000 mm, weiter bevorzugt von 800 mm bis 3000 mm. Die Höhe des Prozessbeckens bestimmt sich im Wesentlichen nach den Abmessungen der zu bearbeitenden Wafer, also aufgrund der vertikalen Ausrichtung nach deren Länge bzw. Breite. Das Prozessbecken weist bevorzugt eine Höhe auf, die ein Anstauen der Prozesslösung zu einer Höhe ermöglicht, die die Höhe der Wafer übersteigt, so dass die Wafer im Prozessbecken vollständig in die Prozesslösung eintauchen. Bevorzugt liegt die Höhe des Prozessbeckens in einem Bereich von 20 mm bis 2000 mm, weiter bevorzugt von 50 mm bis 1000 mm, weiter bevorzugt von 100 mm bis 500 mm, weiter bevorzugt von 150 mm bis 300 mm, weiter bevorzugt von 160 mm bis 250 mm, weiter bevorzugt von 180 mm bis 220 mm.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Wafern mit einer chemischen Prozesslösung, wobei die Vorrichtung ein Prozessbecken der vorliegenden Erfindung umfasst. Die Vorrichtung umfasst bevorzugt des Weiteren Transportmittel und Niederhaltemittel und ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass zwischen den Transportmitteln und den Niederhaltemitteln vertikal ausgerichtete Wafer in horizontaler Bewegungsrichtung in das Prozessbecken ein- und aus dem Prozessbecken ausgeführt werden können. Die Ausgestaltung des Begrenzungselements der Erfindung erlaubt bevorzugt einen kontinuierlichen Betrieb der Vorrichtung.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Wafern mit einer chemischen Prozesslösung. Bevorzugt sollen mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung Siliziumwafer, insbesondere multikristalline oder monokristalline Siliziumwafer, einem Texturprozess unterzogen werden. Die Bearbeitung der Wafer ist also bevorzugt eine Texturierung. Eine solche Texturierung von Wafern ist bekannt und wird vor allem bei der Herstellung von Solarzellen eingesetzt. Bevorzugt enthält die eingesetzte Prozesslösung für multikristalline Wafer Flusssäure (HF) und Salpetersäure (HNO3), diejenige für monokristalline Wafer eine Mischung aus wässriger Kalilauge (KOH) und einem oder mehreren organischen Additiven.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst ein Prozessbecken zur Aufnahme der chemischen Prozesslösung. Die Vorrichtung kann auch mehrere Prozessbecken umfassen, beispielsweise zur parallelen Bearbeitung mehrerer Wafer oder zur sequentiellen Bearbeitung eines Wafers mit verschiedenen Prozesslösungen. Es können auch mehrere Wafer gleichzeitig und/oder nacheinander im selben Prozessbecken bearbeitet werden.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst bevorzugt Transportmittel und Niederhaltemittel. Die Transportmittel dienen dem Transport der Wafer durch die Vorrichtung. Die Niederhaltemittel sorgen dafür, dass die Wafer den Kontakt zu den Transportmitteln nicht verlieren. Transportmittel und Niederhaltemittel sind insbesondere derart angeordnet, dass die Wafer zwischen den Transportmitteln und den Niederhaltemitteln vertikal ausgerichtet und in horizontaler Bewegungsrichtung durch die Vorrichtung geführt werden können, insbesondere in das Prozessbecken hinein, durch das Prozessbecken hindurch, und aus dem Prozessbecken hinaus. Der Abstand zwischen den Transportmitteln und den Niederhaltemitteln entspricht bevorzugt im Wesentlichen der Länge oder der Breite der Wafer und nicht der Dicke der Wafer. Der Abstand zwischen den Transportmitteln und den Niederhaltemitteln wird durch die vertikale Ausrichtung der Wafer zwischen den Transportmitteln und den Niederhaltemitteln bestimmt. In bestimmten Ausführungsformen sind die Transportmittel und/oder die Niederhaltemittel in vertikaler Richtung beweglich angeordnet, so dass der Abstand zwischen ihnen flexibel an die Länge oder Breite der bearbeiteten Wafer angepasst werden kann. In der Regel entspricht die Länge der Wafer der Breite der Wafer. Die Wafer haben also in der Regel eine quadratische Grundfläche.
Bevorzugt liegt der lichte Abstand zwischen den Transportmitteln und den Niederhaltemitteln in einem Bereich von 10 mm bis 1000 mm, weiter bevorzugt von 20 mm bis 500 mm, weiter bevorzugt von 50 mm bis 300 mm, weiter bevorzugt von 100 mm bis 200 mm, weiter bevorzugt von 150 mm bis 170 mm, weiter bevorzugt etwa 156 mm. Der lichte Abstand zwischen den Transportmitteln und den Niederhaltemitteln beträgt bevorzugt mindestens 10 mm, weiter bevorzugt mindestens 20 mm, weiter bevorzugt mindestens 50 mm, weiter bevorzugt mindestens 100 mm, weiter bevorzugt mindestens 150 mm, weiter bevorzugt etwa 156 mm. Der lichte Abstand zwischen den Transportmitteln und den Niederhaltemitteln beträgt bevorzugt höchstens 1000 mm, weiter bevorzugt höchstens 500 mm, weiter bevorzugt höchstens 300 mm, weiter bevorzugt höchstens 200 mm, weiter bevorzugt höchstens 170 mm, weiter bevorzugt etwa 156 mm.
In einigen Ausführungsformen liegt der lichte Abstand zwischen den Transportmitteln und den Niederhaltemitteln bevorzugt in einem Bereich von 10 mm bis 1000 mm, weiter bevorzugt von 50 mm bis 500 mm, weiter bevorzugt von 100 mm bis 300 mm, weiter bevorzugt von 150 mm bis 250 mm, weiter bevorzugt von 204 mm bis 226 mm, weiter bevorzugt etwa 210 mm. Der lichte Abstand zwischen den Transportmitteln und den Niederhaltemitteln beträgt bevorzugt mindestens 10 mm, weiter bevorzugt mindestens 50 mm, weiter bevorzugt mindestens 100 mm, weiter bevorzugt mindestens 150 mm, weiter bevorzugt mindestens 204 mm, weiter bevorzugt etwa 210 mm. Der lichte Abstand zwischen den Transportmitteln und den Niederhaltemitteln beträgt bevorzugt höchstens 1000 mm, weiter bevorzugt höchstens 500 mm, weiter bevorzugt höchstens 300 mm, weiter bevorzugt höchstens 250 mm, weiter bevorzugt höchstens 226 mm, weiter bevorzugt etwa 210 mm.
Die Transportmittel und die Niederhaltemittel sind innerhalb der Vorrichtung bevorzugt im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet. Dies ist ebenfalls vorteilhaft für die vertikale Ausrichtung der Wafer zwischen den Transportmitteln und den Niederhaltemitteln.
Die Transportmittel und/oder die Niederhaltemittel können beispielsweise in Form von Transportbändern ausgestaltet werden. Solche Ausführungsformen der Erfindung sind zwar möglich, jedoch weniger vorteilhaft, da solche Transportbänder zusammen mit den Wafern durch die Vorrichtung geführt werden müssen, insbesondere auch in das Prozessbecken hinein, durch das Prozessbecken hindurch, und aus dem Prozessbecken hinaus. Es ergibt sich also neben dem Ein- und Ausführen der Wafer das Problem des Einführens der Transportbänder in das Prozessbecken und des Ausführens der Transportbänder aus dem Prozessbecken, wodurch die Möglichkeiten für die Ausgestaltung des Begrenzungselements erheblich eingeschränkt werden.
Besonders bevorzugt handelt es sich daher bei den Transportmitteln um Transportrollen und bei den Niederhaltemitteln um Niederhalterollen. Die Ausgestaltung in Form von Rollen hat den Vorteil, dass ein Transport der Wafer durch die Vorrichtung, insbesondere auch in das Prozessbecken hinein, durch das Prozessbecken hindurch, und aus dem Prozessbecken hinaus, möglich ist, ohne dass die Transportmittel und die Niederhaltemittel selbst ebenfalls in das Prozessbecken hinein, durch das Prozessbecken hindurch, und aus dem Prozessbecken hinaus geführt werden müssen. Insbesondere sind die Transportrollen und die Niederhalterollen bevorzugt ortsfest. Die Rollen führen also während des Transports der Wafer bevorzugt lediglich eine Rotationsbewegung, aber keine Translationsbewegung aus. Die Rollen bewegen sich also bevorzugt nicht zusammen mit den Wafern durch die Vorrichtung, sondern verbleiben an Ort und Stelle. Dadurch ergeben sich vielfältige Freiheitsgrade bei der Ausgestaltung des Begrenzungselements, da diese lediglich den Transport der Wafer in das Prozessbecken hinein, durch das Prozessbecken hindurch, und aus dem Prozessbecken hinaus, ermöglichen müssen, nicht jedoch den Transport der Transportmittel und der Niederhaltemittel, da diese nicht in das Prozessbecken hinein, durch das Prozessbecken hindurch, und aus dem Prozessbecken hinaus geführt werden müssen. Stattdessen sind bevorzugt innerhalb und außerhalb des Prozessbeckens Transportrollen und Niederhalterollen vorgesehen, die jeweils an Ort und Stelle verbleiben.
Bevorzugt weisen die Transportmittel und/oder die Niederhaltemittel mindestens eine Vertiefung, bevorzugt genau eine Vertiefung pro Wafer, zur Aufnahme der Wafer auf. Dies ist vorteilhaft, um die Wafer gegen ein seitliches Verkippen zu schützen.
In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen sind die Niederhaltemittel vor dem Begrenzungselement mit einem zusätzlichen Gewicht ausgeführt, um eine besonders gute Führung gegen die ausströmende Flüssigkeit zu gewährleisten.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist insbesondere für die Durchführung von Inline- Verfahren geeignet, wie sich bereits aus der Ausrichtung der Wafer zwischen Transportmitteln und Niederhaltemitteln sowie dem dadurch gewährleisteten Transport der Wafer durch die Vorrichtung ergibt. In einem Inline-Verfahren werden die Wafer einzeln in Reihe hintereinander durch die Anlage transportiert. Es können auch mehrere Reihen von Wafern gleichzeitig nebeneinander transportiert werden (mehrspuriges Inline-Verfahren).
Die Vorrichtung der Erfindung ist insbesondere für den Inline-Transport vertikal ausgerichteter Wafer in das Prozessbecken hinein, durch das Prozessbecken hindurch, und aus dem Prozessbecken hinaus, eingerichtet. Der Abstand der Transportmittel und der Niederhaltemittel entspricht aufgrund der vertikalen Ausrichtung der Wafer insbesondere der Länge oder der Breite der Wafer, wobei Länge und Breite der Wafer angesichts der üblicherweise quadratischen Grundfläche der Wafer in der Regel identisch sind. Länge und Breite der Wafer übersteigen deren Dicke um ein Vielfaches, in der Regel mindestens um das 100-Fache.
Bevorzugt weist die Vorrichtung einen Tank auf, der derart mit dem Prozessbecken verbunden ist, dass chemische Prozesslösung aus dem Tank in das Prozessbecken überführt werden kann. Bevorzugt weist die Vorrichtung eine Pumpe zum Überführen der chemischen Prozesslösung aus dem Tank in das Prozessbecken auf.
Durch das erfindungsgemäße Begrenzungselement kann der ausfließende Volumenstrom an Prozesslösung aus dem Prozessbecken deutlich reduziert werden. Um Prozesslösung, die aufgrund eines eventuell trotz dieser Maßnahmen verbleibenden Restvolumenstroms aus dem Prozessbecken ausströmt, in das Prozessbecken zurückführen zu können, weist die Vorrichtung bevorzugt mindestens ein Auffangbecken zur Aufnahme von aus dem Prozessbecken austretender Prozesslösung auf. Bevorzugt ist das Auffangbecken derart mit dem Tank verbunden ist, dass im Auffangbecken aufgenommene Prozesslösung in den Tank zurückgeführt werden kann. Dadurch wird erreicht, dass aus dem Prozessbecken austretende Prozesslösung nicht verloren geht, sondern erneut zur Bearbeitung der Wafer eingesetzt werden kann.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Inline-Verfahren zur Bearbeitung von Wafern mit einer chemischen Prozesslösung umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen von vertikal ausgerichteten Wafern, b) Bereitstellen eines Prozessbeckens gemäß der vorliegenden Erfindung mit darin befindlicher Prozesslösung, c) Einführen der vertikal ausgerichteten Wafer in das Prozessbecken, d) Durchführen der vertikal ausgerichteten Wafer durch das Prozessbecken und die darin befindliche Prozesslösung, so dass die Wafer mit der Prozesslösung in Kontakt gebracht werden, e) Ausführen der vertikal ausgerichteten Wafer aus dem Prozessbecken, wobei das Ein-, Durch- und Ausführen gemäß den Schritten c) bis e) in im Wesentlichen horizontaler Bewegungsrichtung erfolgt. Bevorzugt wird das Verfahren mit einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung durchgeführt.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist ein Inline-Verfahren. In einem Inline-Verfahren werden die Wafer in Reihe hintereinander durch die Anlage transportiert. Es können auch mehrere Reihen von Wafern gleichzeitig nebeneinander transportiert werden (mehrspuriges Inline- Verfahren).
Bevorzugt werden mehrere Reihen von Wafern, insbesondere 2 bis 1000 Reihen von Wafern, beispielsweise 5 bis 500 Reihen von Wafern, 10 bis 200 Reihen von Wafern, 20 bis 100 Reihen von Wafern, oder 30 bis 50 Reihen von Wafern gleichzeitig nebeneinander durch dasselbe Prozessbecken transportiert. Bevorzugt beträgt der Abstand zweier gleichzeitig nebeneinander durch das Prozessbecken transportierter Reihen von Wafern voneinander 0,4 mm bis 40 mm, weiter bevorzugt von 1 mm bis 10 mm, weiter bevorzugt von 2 mm bis 6 mm, weiter bevorzugt von 4 mm bis 5 mm, weiter bevorzugt von 4,5 mm bis 4,9 mm, weiter bevorzugt von 4,7 mm bis 4,8 mm.
Das Verfahren der Erfindung ist ein Verfahren zur Bearbeitung von Wafern mit einer chemischen Prozesslösung. Bevorzugte Wafer sind Siliziumwafer, insbesondere multikristalline Siliziumwafer. Die Bearbeitung der Wafer ist bevorzugt eine Texturierung. Eine solche Texturierung von Wafern ist bekannt und wird vor allem bei der Herstellung von Solarzellen eingesetzt. Bevorzugt enthält die eingesetzte Prozesslösung Flusssäure (HF) und Salpetersäure (HNO3) für die Bearbeitung von multikristallinen Wafern bzw. eine wässrige Lösung von Kaliumhydroxid (KOH) oder Natriumhydroxid (NaOH), welche mit einem oder mehreren Additiven versetzt ist zur Bearbeitung von monokristallinen Wafern.
Gemäß Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vertikal ausgerichtete Wafer bereitgestellt. Länge und Breite der Wafer übersteigen deren Dicke um ein Vielfaches, in der Regel um das 100-Fache bis 1000-Fache. Daraus ergibt sich, dass Wafer zwei Hauptoberflächen aufweisen, die jeweils durch Länge und Breite der Wafer definiert werden. Es sind auch Wafer mit runden Hauptoberflächen denkbar, bei denen die Hauptoberflächen durch deren Umfang begrenzt werden. Eine im Wesentlichen vertikale Ausrichtung der Wafer entspricht einer Orientierung, in der die beiden Hauptoberflächen eines Wafers derart angeordnet sind, dass senkrecht auf den Hauptoberflächen stehende Flächenvektoren im Wesentlichen horizontal orientiert sind. Bevorzugt bilden die Flächenvektoren der beiden Hauptoberflächen mit dem Vektor der horizontalen Bewegungsrichtung der Wafer gemäß der Bewegung der Schritte c) bis e) des Verfahrens einen Winkel von mindestens 70° und höchstens 110°, weiter bevorzugt von mindestens 80° und höchstens 100°, weiter bevorzugt von mindestens 85° und höchstens 95°, weiter bevorzugt von etwa 90°.
Gemäß Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Prozessbecken mit darin befindlicher Prozesslösung bereitgestellt. Bevorzugt enthält die Prozesslösung Flusssäure (HF) und Salpetersäure (HNO3) im Falle der Texturierung von multikristallinenen Wafern oder eine Mischung aus Kalilauge (KOH) und einem oder mehreren organischen Additiven im Falle der Texturierung von monokristallinen Wafern.
Die Bearbeitung der Wafer mit der chemischen Prozesslösung erfolgt, indem die Wafer durch das Prozessbecken hindurchgeführt werden, so dass die Wafer mit der im Prozessbecken befindlichen Prozesslösung in Kontakt gebracht werden. Der Zeitraum zwischen Einführen der Wafer in das Prozessbecken und Ausführen der Wafer aus dem Prozessbecken beträgt für multikristalline Wafer bevorzugt 15 bis 180 Sekunden, weiter bevorzugt 30 bis 120 Sekunden, weiter bevorzugt 60 bis 90 Sekunden, für monokristalline Wafer bevorzugt 0,5 bis 15 Minuten, weiter bevorzugt 1 bis 10 Minuten, weiter bevorzugt 2 bis 6 Minuten.
Das Ein-, Durch- und Ausführen der vertikal ausgerichteten Wafer gemäß den Schritten c) bis e) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt in im Wesentlichen horizontaler Bewegungsrichtung. Das bedeutet, dass die Wafer derart geführt werden, dass der Abstand des Schwerpunkts der einzelnen Wafer von der Oberfläche der Prozesslösung während der Schritte c) bis e) im Wesentlichen unverändert bleibt. Bevorzugt beträgt die Differenz des größten Abstands und des kleinsten Abstands des Schwerpunkts der einzelnen Wafer von der Oberfläche der Prozesslösung während der Schritte c) bis e) höchstens 20%, weiter bevorzugt höchstens 10%, weiter bevorzugt höchstens 5%, weiter bevorzugt höchstens 2%, weiter bevorzugt höchstens 1 % der Länge der entsprechenden Wafer.
Die Bewegungsgeschwindigkeit der Wafer während der Schritte c) bis e) des Verfahrens liegt bevorzugt in einem Bereich von 0,5 m/min bis 10 m/min, weiter bevorzugt von 1 m/min bis 6 m/min. Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung der Vorrichtung und/oder des Verfahrens der Erfindung für die Herstellung von Solarzellen und/oder Leiterplatten. Die Erfindung kann insbesondere verwendet werden, um Wafer für Solarzellen, welche vertikal prozessiert werden, in ein Prozessbecken (insbesondere kontinuierlich) einzufahren und dabei den Ausfluss von Prozesslösung besonders gering zu halten. Die Erfindung kann auch verwendet werden für das Ätzen von Gläsern, welche ebenfalls bevorzugt kontinuierlich in ein Prozessbecken gefahren werden. Die Erfindung kann auch verwendet werden für die chemische Oberflächenbehandlung von Werkstücken, welche hierzu ein Prozessbecken durchfahren.
Beschreibung der Figuren
Figur 1 zeigt eine Ausgestaltung eines Begrenzungselements 10 der vorliegenden Erfindung, wobei die Strukturierung der Innenwandung 11 des Schlitzes 12 tropfenförmige Einbuchtungen 13 umfasst. Ein Teil des Leervolumens 14 der Einbuchtungen 13 ist mit einem Füllmaterial 15 gefüllt.
Figur 1-1 ist eine perspektivische Ansicht eines Begrenzungselements 10. Das Begrenzungselement 10 ist mit einem Schlitz 12 zum Durchführen von Wafern durch das Begrenzungselement versehen. Der Bereich des Schlitzes 12 ist von einem Rahmenbereich 16 umgeben.
Figur 1-2 ist eine Frontalansicht des Begrenzungselements 10 mit einem Schlitz 12 und einem Rahmenbereich 16.
Figur 1-3 ist eine Seitenansicht des Begrenzungselements 10. Es ist ersichtlich, dass das Begrenzungselement 10 im Bereich des Schlitzes 12 mit einer größeren Tiefe ausgeführt ist als im Rahmenbereich 16. Das Begrenzungselement 10 ist dahingehend asymmetrisch ausgestaltet, dass die über die Tiefe des Rahmenbereichs 16 hinausgehende Tiefe im Bereich des Schlitzes 12 in Richtung des Inneren des Prozessbeckens (links in Figur 1-3) geringer ausfällt als in Richtung der Außenseite des Prozessbeckens (rechts in Figur 1-3). Figur 1-3 zeigt auch eine Schnittebene B-B.
Figur 1-4 zeigt eine Aufsicht auf die Schnittebene B-B aus Figur 1-3 entlang der in Figur 1-3 mittels Pfeilen angezeigten Blickrichtung. In Figur 1-4 ist ein Bereich C mittels eines Kreises markiert.
Figur 1-5 zeigt eine Vergrößerung des Bereichs C aus Figur 1-4. Es ist zu sehen, dass die Innenwandung 11 des Schlitzes 12 tropfenförmige Einbuchtungen 13 umfasst, wobei ein Teil des Leervolumens 14 der Einbuchtungen 13 mit einem Füllmaterial 15 gefüllt ist. Die Einbuchtungen 13 sind derart angeordnet, dass sie mit der Ausflussrichtung der Prozesslösung (von links nach rechts in Figur 1-5) einen spitzen Winkel bilden.
Figur 2 zeigt eine Ausgestaltung eines Begrenzungselements 20 der vorliegenden Erfindung, wobei die Strukturierung der Innenwandung 21 des Schlitzes 22 tropfenförmige Einbuchtungen 23 umfasst. Die Einbuchtungen 23 bestehen vollständig aus Leervolumen 24. Ein Füllmaterial ist nicht vorgesehen.
Figur 2-1 ist eine perspektivische Ansicht eines Begrenzungselements 20. Das Begrenzungselement 20 ist mit einem Schlitz 22 zum Durchführen von Wafern durch das Begrenzungselement versehen. Der Bereich des Schlitzes 22 ist von einem Rahmenbereich 26 umgeben.
Figur 2-2 ist eine Frontalansicht des Begrenzungselements 20 mit einem Schlitz 22 und einem Rahmenbereich 26.
Figur 2-3 ist eine Seitenansicht des Begrenzungselements 20. Es ist ersichtlich, dass das Begrenzungselement 20 im Bereich des Schlitzes 22 mit einer größeren Tiefe ausgeführt ist als im Rahmenbereich 26. Das Begrenzungselement 20 ist dahingehend asymmetrisch ausgestaltet, dass die über die Tiefe des Rahmenbereichs 26 hinausgehende Tiefe im Bereich des Schlitzes 22 in Richtung des Inneren des Prozessbeckens (links in Figur 2-3) geringer ausfällt als in Richtung der Außenseite des Prozessbeckens (rechts in Figur 2-3). Figur 2-3 zeigt auch eine Schnittebene B-B.
Figur 2-4 zeigt eine Aufsicht auf die Schnittebene B-B aus Figur 2-3 entlang der in Figur 2-3 mittels Pfeilen angezeigten Blickrichtung. In Figur 2-4 ist ein Bereich C mittels eines Kreises markiert.
Figur 2-5 zeigt eine Vergrößerung des Bereichs C aus Figur 2-4. Es ist zu sehen, dass die Innenwandung 21 des Schlitzes 22 tropfenförmige Einbuchtungen 23 umfasst, wobei die Einbuchtungen 23 vollständig aus Leervolumen 24 bestehen. Die Einbuchtungen 23 sind derart angeordnet, dass sie mit der Ausflussrichtung der Prozesslösung (von links nach rechts in Figur 2- 5) einen spitzen Winkel bilden.
Die Figuren 3 und 4 zeigen ein Begrenzungselement 30 der vorliegenden Erfindung, wobei die Strukturierung der Innenwandung 31 des Schlitzes 32 Kanäle 33 aufweist. Durch die Kanäle 33 kann ein Gegenstrom zur ausfließenden Prozesslösung erzeugt werden kann, indem die Kanäle 33 über eine Zuleitung 37 mit einem Fluid versorgt werden. Figur 3-1 ist eine Frontalansicht auf die Innenseite eines Begrenzungselements 30 der vorliegenden Erfindung mit einem Schlitz 32 und einem Rahmenbereich 36. Im Vergleich zu den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Begrenzungselementen 10 und 20 weist das Begrenzungselement 30 einen zusätzlichen Aufbau 38 auf. Gezeigt sind zudem zwei Schnittebenen A-A und B- B, wobei die Schnittebene A-A durch den Schlitz 32 verläuft.
Figur 3-2 zeigt eine Aufsicht auf die Schnittebene B-B aus Figur 3-1 entlang der in Figur 3-1 mittels Pfeilen angezeigten Blickrichtung. In Figur 3-2 sind zwei Bereiche E und G mittels Kreisen markiert. Das Begrenzungselement 30 ist dahingehend asymmetrisch ausgestaltet, dass die über die Tiefe des Rahmenbereichs 36 hinausgehende Tiefe im Bereich des Schlitzes 32 in Richtung des Inneren des Prozessbeckens (unten in Figur 3-2) geringer ausfällt als in Richtung der Außenseite des Prozessbeckens (oben in Figur 3-2).
Figur 3-3 zeigt eine Vergrößerung des Bereichs E aus Figur 3-2. Die Innenwandung 31 des Schlitzes 32 weist Kanäle 33 auf. Außerdem ist eine Zuleitung 37 zu sehen. Die Kanäle 33 sind derart angeordnet, dass sie mit der Ausflussrichtung der Prozesslösung (von unten nach oben in Figur 3-3) einen spitzen Winkel bilden.
Figur 3-4 zeigt eine Vergrößerung des Bereichs G aus Figur 3-2. Die Kanäle 33a weisen in der Schnittebene B-B eine Verbindung zur Zuleitung 37 auf. Bei anderen Kanälen 33b besteht die Verbindung zur Zuleitung 37 in einer anderen Schnittebene, so dass in Figur 3-4 keine Verbindung zur Zuleitung 37 erkennbar ist. Die Kanäle 33 sind derart angeordnet, dass sie mit der Ausflussrichtung der Prozesslösung (von unten nach oben in Figur 3-4) einen spitzen Winkel bilden.
Figur 4-1 zeigt eine Aufsicht auf die Schnittebene A-A aus Figur 3-1 entlang der in Figur 3-1 mittels Pfeilen angezeigten Blickrichtung. Es ist erkennbar, dass der Aufbau 38 eine Hauptzuleitung 37a aufweist. Im Bereich des Schlitzes ist eine Vielzahl von Kanälen 33 zu sehen. Gezeigt sind außerdem drei Schnittebenen D-D, H-H und L-L. Das Begrenzungselement ist dahingehend asymmetrisch ausgestaltet, dass die über die Tiefe des Rahmenbereichs hinausgehende Tiefe im Bereich des Schlitzes in Richtung des Inneren des Prozessbeckens (rechts in Figur 4- 1) geringer ausfällt als in Richtung der Außenseite des Prozessbeckens (links in Figur 4-1).
Figur 4-2 ist eine Aufsicht auf die Schnittebene D-D aus Figur 4-1 entlang der in Figur 4-1 mittels Pfeilen angezeigten Blickrichtung. Innerhalb des Aufbaus befindet sich die Hauptzuleitung 37a.
Figur 4-3 ist eine Aufsicht auf die Schnittebene H-H aus Figur 4-1 entlang der in Figur 4-1 mittels Pfeilen angezeigten Blickrichtung. Die Innenwandung des Schlitzes 32 weist eine Vielzahl von Kanälen 33 auf. Die Kanäle 33 sind derart angeordnet, dass sie mit der Ausflussrichtung der Prozesslösung (von rechts nach links in Figur 4-3) einen spitzen Winkel bilden.
Figur 4-4 ist eine Aufsicht auf die Schnittebene L-L aus Figur 4-1 entlang der in Figur 4-1 mittels Pfeilen angezeigten Blickrichtung. Der Aufbau 38 weist eine Hauptzuleitung 37a auf. Im Bereich des Schlitzes sind mehrere Nebenzuleitungen 37b gezeigt.
Bezuqszeichenliste
10, 20, 30 Begrenzungselement
11, 21, 31 Innenwandung
12, 22, 32 Schlitz
13, 23 Einbuchtungen
14, 24 Leervolumen
Füllmaterial
16, 26, 36 Rahmenbereich
33, 33a, 33b Kanal
Zuleitung
37a Hauptzuleitung
37b Nebenzuleitung
38 Aufbau

Claims

Ansprüche
1. Begrenzungselement (10, 20, 30) für ein Prozessbecken zur Aufnahme einer chemischen Prozesslösung, wobei das Begrenzungselement (10, 20, 30) mit mindestens einem Schlitz (12, 22, 32) zum Durchführen von Wafern durch das Begrenzungselement (10, 20, 30) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandung (11, 21, 31) des Schlitzes (12, 22, 32) derart strukturiert ist, dass aus dem Prozessbecken ausfließende Prozesslösung eine derartige Impulsänderung erfährt, dass der ausfließende Volumenstrom gemindert wird.
2. Begrenzungselement (10, 20, 30) nach Anspruch 1 , wobei die Strukturierung der Innenwandung (11, 21, 31) des Schlitzes (12, 22, 32) Einbuchtungen (13, 23, 33) umfasst.
3. Begrenzungselement (10, 20, 30) nach Anspruch 2, wobei die Einbuchtungen (13, 23, 33) derart angeordnet sind, dass sie mit der Ausflussrichtung der Prozesslösung einen spitzen Winkel bilden.
4. Begrenzungselement (10, 20, 30) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strukturierung der Innenwandung (11 , 21 , 31) des Schlitzes (12, 22, 32) tropfenförmige Einbuchtungen (13, 23) umfasst.
5. Begrenzungselement (10, 20, 30) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strukturierung der Innenwandung (11 , 21 , 31) des Schlitzes (12, 22, 32) mindestens einen Kanal (33) aufweist, durch den ein Gegenstrom zur ausfließenden Prozesslösung erzeugt werden kann, indem der Kanal (33) über eine Zuleitung (37) mit einem Fluid versorgt werden kann.
6. Begrenzungselement (10, 20, 30) nach Anspruch 5, wobei das Fluid ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Stickstoff, Druckluft, Prozesslösung und Kombinationen von zwei oder mehr davon.
7. Prozessbecken zur Aufnahme einer chemischen Prozesslösung, wobei das Prozessbecken ein oder mehrere Begrenzungselemente (10, 20, 30) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6 umfasst, und wobei der mindestens eine Schlitz (12, 22, 32) vertikal ausgerichtet ist.
8. Vorrichtung zur Bearbeitung von Wafern mit einer chemischen Prozesslösung umfassend ein Prozessbecken nach Anspruch 7. Inline-Verfahren zur Bearbeitung von Wafern mit einer chemischen Prozesslösung umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen von vertikal ausgerichteten Wafern, b) Bereitstellen eines Prozessbeckens nach Anspruch 7 mit darin befindlicher Prozesslösung, c) Einführen der vertikal ausgerichteten Wafer in das Prozessbecken, d) Durchführen der vertikal ausgerichteten Wafer durch das Prozessbecken und die darin befindliche Prozesslösung, so dass die Wafer mit der Prozesslösung in Kontakt gebracht werden, e) Ausführen der vertikal ausgerichteten Wafer aus dem Prozessbecken, wobei das Ein-, Durch- und Ausführen gemäß den Schritten c) bis e) in im Wesentlichen horizontaler Bewegungsrichtung erfolgt. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 8 für die Herstellung von Solarzellen und/oder Leiterplatten.
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