DE202018005633U1 - Device for the selective etching of substrates - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von flachen Substraten mit einem Fördermittel zum Transport des Substrates in einer vom Fördermittel bestimmten Transportebene und einem Prozessmedium zum Ätzen des flachen Substrates ist dadurch gekennzeichnet, dass das Fördermittel die Substratoberfläche mindestens zu einer Seite gegen das Prozessmedium abgrenzt und die Funktion einer Dichtung hat.

Figure DE202018005633U1_0000
A device for surface treatment of flat substrates with a conveying means for transporting the substrate in a transport plane determined by the conveyor and a process medium for etching the flat substrate is characterized in that the conveyor delimits the substrate surface at least to one side against the process medium and has the function of a seal ,
Figure DE202018005633U1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung bzw. Bearbeitung von Substratoberflächen insbesondere die einseitige Ätzung der Substratoberfläche.The present invention relates to a device for the treatment or processing of substrate surfaces, in particular the one-sided etching of the substrate surface.

Zur Herstellung von Silizium basierenden Solarzellen werden die Siliziumsubstrate (Silizium Wafer) in mehreren Prozessschritten behandelt. Hierbei werden zunächst die Silizium Wafer chemisch geätzt, wobei es von Vorteil ist, dass in Folge des Ätzprozesses die Oberfläche texturiert wird. Üblich ist hierbei, je nach Beschaffenheit des Silizium Wafer (mono- oder multikristallin), für die Texturierung entweder eine alkalische Ätzlösung oder eine saure Ätzlösung zu verwenden. Durch die Texturierung der Silizium Wafer wird die Einkopplung von Licht erhöht. Anschließend folgen Reinigungsprozesse. Die so behandelten Silizium Wafer werden dann in den folgenden Prozessschritten mit unterschiedlichen Verfahren mit Dotierstoffen behandelt, so dass eine Halbleiterstruktur mit pn-Übergang aufgebaut wird. Das hier meist eingesetzte Verfahren ist ein Gasphasenprozess bei Hochtemperatur, bei dem Dotierstoff in das Silizium oberflächlich hineinlegiert wird. Bei dem Dotierprozess werden beide Seiten des Silizium Wafers mit Dotierstoff behandelt. In einer besonderen Ausführungsform wird das Substrat mit 2 unterschiedlichen Dotierstoffen behandelt, wobei die Prozessschritte so ausgelegt sind, dass die Vorderseite und die Rückseite mit einem unterschiedlichen Dotierstoff legiert werden. Unabhängig vom Dotierverfahren legieren die Dotierstoffe auch auf den Kanten der Siliziumsubstrate. Dies hat zur Folge, dass es zu einem elektrischen Kurzschluss der Solarzelle kommt. Um dies zu verhindern werden die Silizium Substrate mit einem Ätzverfahren oder mit Laser elektrisch isoliert. Am häufigsten wird ein Nasschemisches Ätzverfahren eingesetzt, bei dem die Silizium Wafer einseitig mit einer Ätzlösung benetzt werden.For the production of silicon-based solar cells, the silicon substrates (silicon wafers) are treated in several process steps. In this case, first the silicon wafers are chemically etched, wherein it is advantageous that the surface is textured as a result of the etching process. It is customary here, depending on the nature of the silicon wafer (monocrystalline or multicrystalline), to use either an alkaline etching solution or an acid etching solution for the texturing. By texturing the silicon wafer, the coupling of light is increased. Then follow cleaning processes. The silicon wafers thus treated are then treated with dopants in the following process steps with different methods, so that a semiconductor structure with pn junction is built up. The most commonly used method is a gas phase process at high temperature, in which dopant is superficially alloyed into the silicon. In the doping process, both sides of the silicon wafer are treated with dopant. In a particular embodiment, the substrate is treated with 2 different dopants, wherein the process steps are designed such that the front side and the rear side are alloyed with a different dopant. Regardless of the doping process, the dopants also alloy on the edges of the silicon substrates. This has the consequence that there is an electrical short circuit of the solar cell. To prevent this, the silicon substrates are electrically isolated by an etching process or by laser. Most commonly, a wet chemical etching process is used in which the silicon wafers are wetted on one side with an etching solution.

Anschließend müssen die so behandelten Substrate in einer Sequenz aus Reinigungsschritten behandelt werden. Danach werden Schichten zur Verbesserung der Oberflächenqualität sowie einer verbesserten Lichteinkopplung auf den Silizium Wafer aufgebracht. Abschließend werden auf die so prozessierten Silizium Wafer metallische Kontakte aufgebracht.Subsequently, the so treated substrates must be treated in a sequence of purification steps. Thereafter, layers for improving the surface quality and an improved light coupling are applied to the silicon wafer. Finally, metallic contacts are applied to the silicon wafers processed in this way.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass flache Substrate, insbesondere aber nicht ausschließlich Silizium Wafer, einseitig geätzt werden, um die Vorderseite und die Rückseite des flachen Substrates voneinander elektrisch zu isolieren.An object of the present invention is that flat substrates, in particular but not exclusively silicon wafers, are etched on one side to electrically isolate the front and the back of the flat substrate from each other.

Stand der Technik ist die alkalische Ätzung oder saure Ätzung eines Silizium Wafers im horizontalen Durchlaufverfahren (auch Inline Verfahren genannt).The prior art is the alkaline etching or acid etching of a silicon wafer in the horizontal flow method (also called inline method).

Aus EP1961035 B1 ist ein Verfahren und Vorrichtung bekannt, bei der eine nach unten gerichtete Substratoberfläche einseitig über Rollen mit einer Ätzlösung benetzt wird und somit nur eine Behandlungsseite mit dem Ätzmedium in Kontakt kommt. In DE10313127 B4 wird ein Verfahren und Vorrichtung beschrieben, bei dem das Substrat auf einer schrägen Transportebene an die Ätzlösung zur einseitigen Ätzung herangeführt und über eine Meniskusbildung mit der Ätzlösung nur einseitig benetzt wird. Aus DE102012210618 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der das flache Substrat auf einer Transportvorrichtung mit Auflageelemente punktuell aufliegt und im Kontakt mit der Oberfläche der Ätzlösung horizontal transportiert wird. US2008/0041526A1 wiederum beschreibt eine Vorrichtung bei dem das Substrat von oben mit einer Saugvorrichtung fixiert wird und mit der nach Unten gerichteten Seite einseitig mit einer Ätzlösung benetzt wird.Out EP1961035 B1 a method and apparatus is known in which a downwardly directed substrate surface is wetted on one side over rollers with an etching solution and thus only one treatment side comes into contact with the etching medium. In DE10313127 B4 a method and apparatus is described in which the substrate is introduced on an oblique transport plane to the etching solution for one-sided etching and wetted by meniscus formation with the etching solution only on one side. Out DE102012210618 A1 a device is known in which the flat substrate rests selectively on a transport device with support elements and is transported horizontally in contact with the surface of the etching solution. US2008 / 0041526A1 again describes a device in which the substrate is fixed from above with a suction device and is wetted on the one side with an etching solution with the downward side.

Bei den in EP1961035 B1 , DE10313127 B4 , DE102012210618 A1 und US2008/0041526A1 beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen werden die Substrate auf der gesamten Fläche mit Ätzlösung benetzt. In EP1960119 B1 wird eine weitere Ausführungsform beschrieben, bei dem die flachen Substrate über abgesetzte Rollen überwiegend auf einem Streifen an den Kanten mit der Ätzlösung benetzt werden. Dieses Verfahren zur Isolierung ist bei den Solarzellentypen sinnvoll, bei denen die Solarzellen beidseitig eine Dotierung des Silizium Wafers aufweisen müssen und diese nicht großflächig entfernt werden darf, um eine Verringerung der Solarzelleneffizienz zu vermeiden.At the in EP1961035 B1 . DE10313127 B4 . DE102012210618 A1 and US2008 / 0041526A1 described methods and devices, the substrates are wetted over the entire surface with etching solution. In EP1960119 B1 Another embodiment is described in which the flat substrates are wetted by offset rollers predominantly on a strip at the edges with the etching solution. This method of isolation is useful in the solar cell types in which the solar cells must have a doping of the silicon wafer on both sides and this may not be removed over a large area, in order to avoid a reduction of the solar cell efficiency.

In EP1961035 B1 , DE10313127 B4 , DE102012210618 A1 und US2008/0041526A1 beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren weisen alle den Nachteil auf, dass die Fläche großflächig geätzt wird.In EP1961035 B1 . DE10313127 B4 . DE102012210618 A1 and US2008 / 0041526A1 described devices and methods all have the disadvantage that the surface is etched over a large area.

EP1960119 B1 weist den Nachteil auf, dass der Randbereich nicht gegen die Fläche dicht abgegrenzt ist und daher Ätzgase die gesamte Oberfläche angreifen können. EP1960119 B1 has the disadvantage that the edge region is not tightly delimited against the surface and therefore etching gases can attack the entire surface.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Behandlung von flachen Substraten zu schaffen, mit denen Probleme des Standes der Technik vermieden werden und insbesondere aber nicht ausschließlich Halbleitersubstrate (im folgenden Wafer genannt) im Inlineverfahren auf der Oberfläche einseitig geätzt werden können.The invention has for its object to provide an apparatus for the treatment of flat substrates, with which problems of the prior art are avoided and in particular but not exclusively semiconductor substrates (hereinafter referred to as wafers) can be etched in one-sided inline on the surface.

Die vorliegende Erfindung umfasst eine Vorrichtung, dass eine einfachere und verbesserte Lösung zum Stand der Technik darstellt. Dabei wird ein Wafer horizontal in einer Vorrichtung mit Hilfe eines Fördermittels oberhalb eines Prozessmediums transportiert. Der Wafer liegt am Randbereich auf einem schmalen Auflagebereich auf dem Fördermittel auf. In dem Randbereich wird der Wafer mit Ätzlösung benetzt, um diese Seite elektrisch zu isolieren.The present invention includes a device that provides a simpler and improved prior art solution. This is a Wafer horizontally transported in a device by means of a conveyor above a process medium. The wafer rests on the edge area on a narrow contact area on the conveyor. In the edge region, the wafer is wetted with etching solution to electrically isolate this side.

Der Auflagebereich des Fördermittels ist so ausgestaltet, dass der Wafer zu einer Seite soweit abgedichtet ist, dass nur ein schmaler Bereich am äußeren Rand den Wafer mit dem Ätzmedium benetzt wird.The support region of the conveying means is designed such that the wafer is sealed to one side to the extent that only a narrow region on the outer edge of the wafer is wetted with the etching medium.

Kennzeichen des Fördermittels ist, dass es neben dem Transport auch den Wafer in einem Bereich gegen die großflächige Benetzung mit Ätzlösung abgrenzt, so dass nur ein schmaler Bereich am Rand des Wafers geätzt wird. Characteristic of the conveying means is that apart from the transport, it also delimits the wafer in a region against the large-area wetting with etching solution, so that only a narrow region is etched at the edge of the wafer.

Die Auflagebereich des Fördermittels oder das Fördermittel erfüllt auch die Funktion einer Dichtung.The support area of the conveyor or the conveyor also fulfills the function of a seal.

Die Auflagevorrichtung des Fördermittels kann ein Substrathalter mit einer Dichtleiste sein, ein Transportband, das eine Lippendichtung aufweist, ein Transportband, das so ausgestaltet ist, dass es auch die Funktion einer Dichtung erfüllt oder eine Transportvorrichtung, die aus Segmenten besteht und dabei in ihrer Ausführungsform auch die Funktion einer Dichtung erfüllt.The supporting device of the conveying means may be a substrate holder with a sealing strip, a conveyor belt having a lip seal, a conveyor belt which is designed so that it also fulfills the function of a seal or a transport device which consists of segments and in its embodiment also fulfills the function of a seal.

In einer weiteren Ausführungsform kann das Fördermittel eine Auflagevorrichtung enthalten oder selbst einen Auflagevorrichtung sein, die in ihrer Ausführungsform die Ätzlösung über Kapillarkräfte an die Wafer-Oberfläche heranführt. Als weitere Ausführungsform wird der Wafer auf dem erfindungsgemäßen Fördermittel liegend über eine Sprühvorrichtung oder einer Schwallvorrichtung geführt oder über eine Vorrichtung angeströmt, die die Wafer-Unterseite mit Ätzlösung benetzt. Dabei verhindert die Auflagevorrichtung in der Ausführungsform einer Dichtung eine Benetzung des Wafers über den am Rand abgegrenzten Bereich hinaus.In a further embodiment, the conveying means may comprise a support device or may itself be a support device, which in its embodiment brings the etching solution via capillary forces to the wafer surface. As a further embodiment, the wafer is guided lying on the conveyor according to the invention lying over a spray device or a surge device or flowed through a device which wets the wafer bottom with etching solution. In the embodiment of a seal, the support device prevents wetting of the wafer beyond the area delimited at the edge.

Unterhalb der Fläche wo der Wafer nicht mit Ätzlösung benetzt wird, liegt die Oberfläche der Ätzlösung tiefer als in dem Bereich, wo der Wafer mit Ätzlösung benetzt wird. In einer Ausführungsform befindet sich die Ätzlösung nur unterhalb des zu ätzenden Bereichs.Below the area where the wafer is not wetted with etching solution, the surface of the etching solution is deeper than in the area where the wafer is wetted with etching solution. In one embodiment, the etching solution is located only below the area to be etched.

In einer weiteren Ausführungsform kommt der Wafer nicht direkt mit der Ätzlösung in Kontakt, sondern die Ätzung wird über vom Ätzmedium aufsteigende ätzende Dämpfe oder Aerosole geätzt.In a further embodiment, the wafer does not come into direct contact with the etching solution, but the etching is etched via corrosive vapors or aerosols rising from the etching medium.

In 1, ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) zur Behandlung von flachen Substraten (2), hier als Wafer (2) dargestellt. Die Wafer (2) werden auf einem Fördermittel (3), das den Wafer (2) zu einer Seite gegen das Prozessmedium abgrenzt, horizontal über dem mit Ätzlösung (4) befüllten Behältnis transportiert, dabei benetzt die Ätzlösung (4) den Wafer im Randbereich (5). Das Ätzmedium unterhalb des nicht benetzten Bereichs liegt tiefer (6) als auf der Seite wo der Wafer mit dem Ätzmedium benetzt wird.In 1 , is an embodiment of the device according to the invention ( 1 ) for the treatment of flat substrates ( 2 ), here as a wafer ( 2 ). The wafers ( 2 ) are used on a grant ( 3 ), the wafer ( 2 ) is delimited to one side against the process medium, horizontally above that with etching solution ( 4 ) filled container, thereby wetting the etching solution ( 4 ) the wafer in the edge area ( 5 ). The etching medium below the non-wetted area is deeper (6) than on the side where the wafer is wetted with the etching medium.

In 2, ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) dargestellt. Dabei werden die Wafer (2) auf einem Fördermittel (3), das in seiner Ausführungsform als Kapillare (7) die Ätzlösung an das flache Substrat heranführt und den Wafer (2) zu einer Seite gegen das Prozessmedium abgrenzt, horizontal und oberhalb dem mit Ätzlösung (4) befüllten Behältnis transportiert.In 2 , is an embodiment of the device according to the invention ( 1 ). The wafers ( 2 ) on a grant ( 3 ), which in its embodiment as a capillary ( 7 ) brings the etching solution to the flat substrate and the wafer ( 2 ) delimits to one side against the process medium, horizontally and above with etching solution ( 4 ) transported container.

In 3, ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) dargestellt. Dabei werden die Wafer (2) auf einem Fördermittel (3), das zu einer Seite den Wafer (2) gegen das Prozessmedium abgrenzt, über eine Sprühvorrichtung mit Prozessmedium (8) transportiert und im Randbereich (5) des Wafers mit der Ätzlösung benetzt.In 3 is another embodiment of the device according to the invention ( 1 ). The wafers ( 2 ) on a grant ( 3 ), which to one side the wafer ( 2 ) against the process medium, via a spray device with process medium ( 8th ) and in the edge area ( 5 ) of the wafer is wetted with the etching solution.

In 4, ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) dargestellt. Dabei werden die Wafer (2) auf einem Fördermittel (3), das den Wafer (2) zu einer Seite das gegen das Prozessmedium (4) abgrenzt, transportiert und über ätzende Dämpfe oder Aerosole (9) des Prozessmediums im Randbereich (5) benetzt und geätzt.In 4 , is an embodiment of the device according to the invention ( 1 ). The wafers ( 2 ) on a grant ( 3 ), the wafer ( 2 ) to a page that against the process medium ( 4 ), transported and corrosive vapors or aerosols ( 9 ) of the process medium in the edge area ( 5 ) and etched.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Behandlungsanlage zur selektiven Ätzung von SubstratenTreatment plant for the selective etching of substrates
22
Flaches Substrat, WaferFlat substrate, wafer
33
Fördermittelfunding
44
Prozesslösung, ÄtzlösungProcess solution, etching solution
55
Randbereich des flachen SubstratesEdge region of the flat substrate
66
Tiefer liegendes ÄtzmediumLower etching medium
77
Fördermittel mit KapillareConveyor with capillary
88th
Sprühvorrichtung mit ProzessmediumSpray device with process medium
99
Ätzende Dämpfe oder AerosoleCorrosive vapors or aerosols

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1961035 B1 [0006, 0007, 0008]EP 1961035 B1 [0006, 0007, 0008]
  • DE 10313127 B4 [0006, 0007, 0008]DE 10313127 B4 [0006, 0007, 0008]
  • DE 102012210618 A1 [0006, 0007, 0008]DE 102012210618 A1 [0006, 0007, 0008]
  • US 2008/0041526 A1 [0006, 0007, 0008]US 2008/0041526 A1 [0006, 0007, 0008]
  • EP 1960119 B1 [0007, 0009]EP 1960119 B1 [0007, 0009]

Claims (8)

Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von flachen Substraten mit einem Fördermittel zum Transport des Substrates in einer vom Fördermittel bestimmten Transportebene und einem Prozessmedium zum Ätzen des flachen Substrates ist dadurch gekennzeichnet, dass das Fördermittel die Substratoberfläche mindestens zu einer Seite gegen das Prozessmedium abgrenzt und die Funktion einer Dichtung hat.A device for surface treatment of flat substrates with a conveying means for transporting the substrate in a transport plane determined by the conveyor and a process medium for etching the flat substrate is characterized in that the conveyor delimits the substrate surface at least to one side against the process medium and has the function of a seal , Vorrichtung nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagevorrichtung des Fördermittels ein Substrathalter mit einer Dichtleiste ist oder ein Transportband, das eine Lippendichtung aufweist oder ein Transportband, das so ausgestaltet ist, dass es die Funktion einer Dichtung erfüllt.Device after Claim 1 is characterized in that the support means of the conveyor is a substrate holder with a sealing strip or a conveyor belt having a lip seal or a conveyor belt which is designed so that it performs the function of a seal. Vorrichtung nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Transportvorrichtung aus Segmenten besteht und die Segmente in ihrer Ausführungsform die Funktion einer Dichtung erfüllen.Device after Claim 1 is characterized in that the transport device consists of segments and the segments fulfill the function of a seal in their embodiment. Vorrichtung mindestens einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Fördermittel eine Auflagevorrichtung aufweist oder selbst einen Auflagevorrichtung ist, die in ihrer Ausführungsform die Ätzlösung über Kapillarkräfte an das flache Substrat heranführt.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the conveying means comprises a support device or even a support device, which brings in its embodiment, the etching solution via capillary forces to the flat substrate. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche ist dadurch gekennzeichnet, dass das flache Substrat auf dem Fördermittel liegend über eine Sprühvorrichtung oder einer Schwallvorrichtung geführt oder über eine Vorrichtung angeströmt wird, die die Silizium Wafer-Unterseite mit Ätzlösung benetzt.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the flat substrate is guided lying on the conveying means via a spraying device or a surge device or is impinged by a device which wets the silicon wafer underside with etching solution. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche ist dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der nicht geätzten Fläche des flachen Substrats die Oberfläche des Prozessmediums tiefer liegt als der Bereich, wo der Silizium Wafer mit dem Prozessmedium benetzt wird.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that below the non-etched surface of the flat substrate, the surface of the process medium is lower than the area where the silicon wafer is wetted with the process medium. Vorrichtung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ätzlösung nur unterhalb des zu ätzenden Bereichs des Substrates befindet.Device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the etching solution is located only below the portion of the substrate to be etched. Vorrichtung unter Anwendung mindestens einer der vorangehenden Ansprüche ist dadurch gekennzeichnet, dass das flache Substrat nicht direkt mit der Prozesslösung in Kontakt kommt und das Substrat oberhalb der Ätzlösung auf dem Transportmittel aufliegt.Device using at least one of the preceding claims is characterized in that the flat substrate does not come into direct contact with the process solution and the substrate rests on the means of transport above the etching solution.
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