电化学蚀刻设备与电镀设备的制作方法

本发明是有关于一种用于电化学技术的设备，且特别是有关于一种电化学蚀刻设备与电镀设备。

背景技术：

电化学技术是有关电能与化学能交互变化作用及转换过程，例如电镀、电化学蚀刻等。

以目前用来降低太阳能电池制造成本的非切割芯片工艺为例，其中需要通过电化学蚀刻来进行多孔硅蚀刻的步骤。虽然多孔硅蚀刻在单一芯片的实验上非常容易，但是当多片芯片要同时进行时，困难度就高许多，原因有三点，第一是蚀刻溶液是氢氟酸，因此电极只能用白金，使用传统设计时，白金电极的用量庞大，再加上白金昂贵，白金用量的价格几乎就同等于一台设备的造价，成本考虑上来说不可行。第二个原因是电流必须贯穿芯片才能达到多孔硅蚀刻的目的，如果电流未贯穿芯片就由溶液中先行短路，蚀刻就不会进行，因此芯片与芯片之间需要把蚀刻液隔绝，这在量产型设备制造上有困难。第三个原因是气泡问题，硅芯片的电化学蚀刻会产生大量的气泡，这些气泡会造成蚀刻的不均匀，因此设备设计上必须考虑到气泡排除的问题。

近年来许多研究机构均有进行非切割芯片电池的相关研究，但是发表文献中仅看见实验结果，这是因为实验大多是使用单一芯片进行实验，不会同时使用大量的芯片进行。

技术实现要素：

本发明提供一种电化学蚀刻设备，适用于量产化并降低成本、均匀电流分布、消除气泡与避免短路。

本发明另提供一种电镀设备，能使电镀液浓度均匀而达到镀膜均匀的 效果，并避免短路。

本发明的电化学蚀刻设备可对一基板进行电化学蚀刻，所述基板具有一第一表面和一第二表面。所述电化学蚀刻设备包括蚀刻溶液喷洒头、基板载台、第一与第二电极。第一电极设置于蚀刻溶液喷洒头内为负极(阴极)，通过第一电极提供电流至蚀刻溶液喷洒头内的蚀刻溶液。基板载台则相对蚀刻溶液喷洒头配置。第二电极设置于基板载台上为正极(阳极)。在上述基板设置于第二电极上时，使基板的第一表面与第二电极电性接触，且自蚀刻溶液喷洒头喷洒出的蚀刻溶液能自然流经基板的第二表面并自基板载台的边缘流下。

在本发明的一实施例中，上述第一电极例如白金电极或银电极。

在本发明的一实施例中，上述蚀刻溶液例如氢氟酸与醇类的混合水溶液。

在本发明的一实施例中，上述蚀刻溶液喷洒头与基板载台的材料包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚二氟乙烯(PVDF)、全氟烷氧基树酯(PFA)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)或高密度聚乙烯(HDPE)。

在本发明的一实施例中，上述蚀刻溶液喷洒头与上述第二电极之间距，控制在能使蚀刻溶液于基板的第二表面形成的液膜不间断。

在本发明的一实施例中，上述蚀刻溶液喷洒头具有数个喷洒开口或数个喷嘴。

在本发明的一实施例中，上述基板包括硅芯片、锗芯片、硅锗芯片或砷化镓芯片。

本发明的电镀设备可对一基板进行电镀，所述基板具有一第一表面和一第二表面。所述电镀设备包括电镀液喷洒头、基板载台、第一与第二电极。第一电极设置于电镀液喷洒头内为正极(阳极)，通过第一电极提供电流至电镀液喷洒头内的电镀液。基板载台则相对电镀液喷洒头配置。第二电极设置于基板载台上为负极(阴极)。在上述基板设置于第二电极上时，使基板的第一表面与第二电极电性接触，且自电镀液喷洒头喷洒出的电镀液能自然流经基板的第二表面并自基板载台的边缘流下。

在本发明的另一实施例中，上述电镀液喷洒头具有数个喷洒开口或数个喷嘴。

在本发明的另一实施例中，上述电镀液喷洒头与上述第二电极的间距，控制在能使电镀液于基板的第二表面形成的液膜不间断。

在本发明的另一实施例中，上述第一电极的材料为欲镀在基板的第二表面上的金属材料。

在本发明的各个实施例中，上述基板的面积可大于第二电极的面积。

在本发明的各个实施例中，上述基板载台包括至少一吸附口，通过对吸附口抽气以真空吸附基板。

在本发明的各个实施例中，上述基板载台还可包括至少一排气口，设置于较吸附口的位置更靠基板载台的边缘的部位。

在本发明的各个实施例中，上述设备还可包括O型环(O-ring)，围绕第二电极并设在基板与基板载台之间，以防止蚀刻溶液或者电镀液被上述吸附口吸入。

在本发明的各个实施例中，上述设备还可包括溶液承接装置，用以承接自基板载台的边缘流下的蚀刻溶液或者电镀液。

在本发明的各个实施例中，上述设备还可包括溶液储存槽，用来储存上述蚀刻溶液，并通过帮浦压力将蚀刻溶液或者电镀液自溶液储存槽输送到上述喷洒头。

基于上述，本发明的设备通过溶液的导电特性作为非接触电极，并让溶液一边流动一边进行电化学蚀刻或者电镀反应，能使电流均匀分布于基板表面，且能使工艺放大容易而具有量产潜力。当本发明的设备应用于电化学蚀刻或者电镀反应，能移除蚀刻或电镀蚀产生的大量气泡，使电流不容易短路并让蚀刻或电镀更为均匀。而且当本发明的设备应用于电化学蚀刻，可降低设备成本。

附图说明

图1是依照本发明的第一实施例的一种电化学蚀刻设备的剖面示意图。

图2是第一实施例的另一种电化学蚀刻设备的剖面示意图。

图3A至图3C是第一实施例的电化学蚀刻设备中的基板载台的三种例子的剖面示意图。

图4是依照本发明的第二实施例的一种电镀设备的剖面示意图。

图5是第二实施例的另一种电镀设备的剖面示意图。

图6A与图6B是依照本发明的第三实施例的两种不同多片式处理设备的立体示意图。

附图标记说明

100：电化学蚀刻设备

102：蚀刻溶液喷洒头

102a：喷嘴

104、300、304、308、404、604：基板载台

104a、300a：边缘

106、406：第一电极

108、408、500：第二电极

110：蚀刻溶液

112、412、606：基板

112a、412a：第一表面

112b、412b：第二表面

114、414：液膜

116、416：溶液储存槽

118、418：溶液承接装置

200：喷洒开口

302：吸附口

306：排气口

310：O型环

312：空间

400：电镀设备

402：电镀液喷洒头

410：电镀液

600、612：设备

602、614：喷洒头

608：凸出部

610：排水孔

616：电镀液输入部

d1、d2、d3：间距

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图1是依照本发明的第一实施例的一种电化学蚀刻设备的剖面示意图。

请先参照图1，第一实施例的电化学蚀刻设备100至少包括蚀刻溶液喷洒头102、基板载台104、第一电极106与第二电极108。第一电极106设置于蚀刻溶液喷洒头102内为负极(阴极)，通过第一电极106提供电流至蚀刻溶液喷洒头102内的蚀刻溶液110，其中第一电极106如电极棒，且其数量可依需求调整。基板载台104则相对蚀刻溶液喷洒头102配置，譬如本图所示的上下相对，但是根据需求也可设为左右相对的位置。第二电极108设置于基板载台104上为正极(阳极)；优选为将第二电极108设置于基板载台104中央。当待蚀刻的基板112设置于第二电极108上时，使基板112的第一表面112a与第二电极108电性接触，且基板112的面积优选为大于第二电极108的面积，蚀刻溶液喷洒头102喷洒出的蚀刻溶液110能自然流经基板112的第二表面112b并自基板载台104的边缘104a流下，而不会和第二电极108接触，因此本实施例能以此轻易达到单面蚀刻。而且，因为蚀刻溶液110在基板112上是开放式流动，所以不像传统浸泡式蚀刻的方式，容易因压力导致蚀刻溶液渗入进而腐蚀第二电极108。

在本实施例中，蚀刻溶液喷洒头102可具有数个喷嘴102a，且喷嘴102a的数量、密度、分布状态、外型等，均可依需求做变化。蚀刻溶液喷洒头102与第二电极108的间距d1例如控制在能使蚀刻溶液110于基板112的第二表面112b形成的液膜114不间断，但本发明并不限于此，还可根据蚀刻溶液110的流速、喷嘴102a的密度等，来确保液膜114不间断。另外，蚀刻溶液喷洒头102与基板载台104中至少一个可设计成可移动的装置，以便在基板载台104上放置基板时，有适当的工作空间。举例来说，如果基板载台104是固定的，则蚀刻溶液喷洒头102优选为能上下移动，以便基板112被放置于基板载台104之后，将蚀刻溶液喷洒头102下降到 贴近基板112，再使蚀刻溶液110开始循环流经基板112的第二表面112b并透过第一与第二电极106与108施加电流于蚀刻溶液110与基板112。相反地，如果蚀刻溶液喷洒头102是固定的，则基板载台104优选为能上下移动。关于蚀刻期间电流的控制可为单段式固定电流，也可以是多段式可变电流。

请再次参照图1，第一实施例的电化学蚀刻设备100还可包括其他构件，如溶液储存槽116或溶液承接装置118。溶液储存槽116是用来储存蚀刻溶液110，并通过帮浦压力将蚀刻溶液110自溶液储存槽116输送到蚀刻溶液喷洒头102。溶液承接装置118是用来承接自基板载台104的边缘104a流下的蚀刻溶液110。溶液储存槽116与溶液承接装置118之间若设有管路(未绘示)，还可循环使用蚀刻溶液110。

第一实施例的电化学蚀刻设备100适用于各种电化学蚀刻工艺。举例来说，近来颇受注目的硅晶太阳能电池，由于其发电成本高，所以如何降低成本是一直以来各界重视的一项课题。随着技术的精进与发展，太阳能电池的制造成本已经压缩到达极限，因此目前发展出一种非切割芯片工艺，取代传统切割工艺，以避免浪费材料并以此降低芯片成本。所谓的非切割芯片工艺主要包含三个步骤，第一是多孔硅蚀刻、第二是EPI磊晶生长、第三是芯片分离。而第一实施例的电化学蚀刻设备100可用于所述多孔硅蚀刻的步骤，例如使用白金电极或银电极作为第一电极106，并搭配氢氟酸与醇类的混合水溶液作为蚀刻溶液110。此外，蚀刻溶液喷洒头102与基板载台104的材料可选用耐蚀刻的材料，如聚四氟乙烯(PTFE)、聚二氟乙烯(PVDF)、全氟烷氧基树酯(PFA)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)或高密度聚乙烯(HDPE)或其他适当的材料。

图2是第一实施例的另一种电化学蚀刻设备的剖面示意图，其中使用与图1相同的元件符号来代表相同或类似的构件。

在图2中，蚀刻溶液喷洒头102具有数个喷洒开口200，且喷洒开口200的数量、密度、分布状态等均可依照需求设计。蚀刻溶液喷洒头102与第二电极108的间距d2，控制在能使蚀刻溶液110于基板112的第二表面112b形成的液膜114不间断，但本发明并不限于此，还可根据蚀刻溶液110的流速、喷洒开口200的密度等，来确保液膜114不间断。

图3A至图3C是第一实施例的电化学蚀刻设备中的基板载台的三种例子的剖面示意图，其中使用与图1相同的元件符号来代表相同或类似的构件，且为了集中描述基板载台而省略电化学蚀刻设备中的部分构件。

在图3A中显示的基板载台300包括吸附口302，可通过对吸附口302抽气以真空吸附基板112。另外，基板载台300的边缘300a还可设计成弧状或有倾角，以利蚀刻溶液110排放。吸附口302的数量与位置均可根据需求作变更，譬如设置在基板载台300的中央并穿过第二电极108、或者如图3A是设置在第二电极108以外靠近边缘300a的区域。至于吸附口302的形状可以是圆形口、条状口或者环绕基板载台300的边缘300a的连续环状开口。

在图3B中显示的基板载台304除了具有吸附口302，还可在较吸附口302的位置更靠基板载台300的边缘300a的部位设置至少一排气口306，以防止蚀刻溶液110沿着基板112的第一表面112a渗入并腐蚀第二电极108。排气口306的位置优选为设在对应基板112边缘的位置。

在图3C中显示的基板载台308除了吸附口302与排气口306之外，还有一个可容置O型环(O-ring)310的空间312，O型环310围绕第二电极108并设在基板112与基板载台308之间，以防止蚀刻溶液110被吸附口302吸入，因此基板载台308的空间312也是围绕第二电极108。

图4是依照本发明的第二实施例的一种电镀设备的剖面示意图。

请参照图4，电镀设备400包括电镀液喷洒头402、基板载台404、第一电极406与第二电极408。第一电极406设置于电镀液喷洒头402内为正极(阳极)，通过第一电极406提供电流至电镀液喷洒头402内的电镀液410，并同时作为电镀所需的金属离子来源。基板载台404则相对电镀液喷洒头402配置，譬如本图所示的上下相对，但是根据需求也可设为左右相对的位置。第二电极408设置于基板载台404上为负极(阴极)。第一电极406的材料例如欲镀在基板412的第二表面412b上的金属材料，如铜、镍等。当基板412设置于第二电极408上时，基板412的第一表面412a与第二电极408能电性接触，且自电镀液喷洒头402喷洒出的电镀液410能自然流经基板412的第二表面412b并自基板载台404的边缘404a流下，因此本实施例能轻易达到单面电镀的效果。上述基板412的面积可大于第 二电极408的面积，能确保电镀液410不会和第二电极108接触。上述基板412例如电池片。基板载台404还可参照图3A至图3C做变化，故不再赘述。

请继续参照图4，电镀液喷洒头402可具有数个喷嘴402a，但本发明并不限于此，电镀液喷洒头也可像图2所示，具有数个喷洒开口，且不论喷嘴402a还是喷洒开口的数量、密度、分布状态、外型等，均可依需求做变化。电镀液喷洒头402与第二电极408的间距d3例如控制在能使电镀液410于基板412的第二表面412b形成的液膜414不间断，但本发明并不限于此，还可根据电镀液410的流速、喷嘴402a的密度等，来确保液膜414不间断。另外，电镀液喷洒头402与基板载台404中至少一个可设计成可移动的装置，如第一实施例的蚀刻溶液喷洒头102与基板载台104之间的连动关系。此外，第二实施例的电镀设备400还可包括其他构件，如溶液储存槽416或溶液承接装置418。溶液储存槽416是用来储存电镀液410，并通过帮浦压力将电镀液410自溶液储存槽416输送到电镀喷洒头402。溶液承接装置418是用来承接自基板载台404的边缘404a流下的电镀液410。溶液储存槽416与溶液承接装置418之间若设有管路(未绘示)，还可具有循环使用电镀液410的功能。

在本实施例中，利用电镀液410的流动与导电特性，在流动的电镀液410施加电流来进行电镀，可以让电镀液410的金属离子更加均匀，而且基板412(如电池片)的第一表面412a不需要加上保护层，节省了电池制作步骤。此技术可用于量产制造。

图5是第二实施例的另一种电镀设备的剖面示意图，其中使用与图4相同的元件符号来代表相同或类似的构件。

在图5中，第二电极500是直接与基板412的第二表面412b接触，譬如基板412本身为导电材料或其第二表面412b具有导电层或金属层时，可直接以第二电极500接触能导电的部位，通过电镀液410开始循环流经基板412的第二表面412b，并施加电流于电镀液410与第二电极500，即可开始电镀。在本实施例中，电流控制可为单段式固定电流，也可以是多段式可变电流。

图6A与图6B是依照本发明的第三实施例的两种不同的多片式处理 设备的立体示意图。图6A与图6B中的设备可采用第一实施例的电化学蚀刻设备或者第二实施例的电镀设备中的设计。

图6A的设备600具有9个的蚀刻溶液(或电镀液)喷洒头602以及一个基板载台604，因此可同时9片基板606进行电化学蚀刻或电镀。每个蚀刻溶液喷洒头602内设有第一电极(未绘示)。基板载台604则具有对应上述9个蚀刻溶液喷洒头602的凸出部608，每个凸出部608中可设置第二电极(未绘示)。当执行多片电镀或者电化学蚀刻时，可采用串联或并联的方式供应电流；如要避免蚀刻时电流过大，优选为采用串联的方式。此外，在基板载台604的凸出部608之间还可设置排水孔610，以防止蚀刻溶液或电镀液聚积在基板载台604内。

图6B的设备612虽只有一个蚀刻溶液(或电镀液)喷洒头614，但同样可对应多片基板并设有数个电镀液输入部616，因此搭配上述基板载台604，同样能对多片基板进行电化学蚀刻或者电镀处理，而达到量产化的成果。

尤其是要对多片芯片同时进行电化学蚀刻，第三实施例的设备600与612跟传统多孔硅蚀刻的设备相比，能大幅降低白金电极的用量，并进而降低设备成本。再者，因为设备600与612中流经每个基板606(即，芯片)的蚀刻溶液彼此分离，所以能避免传统多孔硅蚀刻的设备中电流未贯穿芯片就在溶液中先行短路的问题发生。而且，因为蚀刻溶液是开放式地流动，所以多孔硅蚀刻产生的大量气泡能被流动的蚀刻溶液冲掉，而避免因气泡造成的蚀刻不均匀问题。

以下列举实验用以验证本发明设备的效果，但本发明的范围并不局限于以下实验。

电镀设备：如图4所示的电镀设备，其中第一电极为铜电极板，且铜电极板接上正极；第二电极为钛电极板，且钛电极板接上负极。

基板：表面镀有200nm的银层的P-type硅芯片，硅芯片的直径3吋、厚度375μm，硅芯片电阻率为0.05ohm-cm。

电镀

首先，将基板置于钛电极板上，欲进行电镀之面(镀有银层的表面)朝上，基板背面与载台中间的钛电极板接触。然后，将电镀液喷洒头放在基板上方，距离基板10mm。于电镀液喷洒头内持续倒入硫酸铜电镀液，使 得基板表面均匀沾满电镀液，液膜高度维持在5mm，并让电镀液持续流动，流速为2liter/min。开启电流，电流密度设定0.01A/cm²，持续进行30秒。经观察可确认硅芯片表面确实已镀上铜层。

综上所述，本发明至少有以下效果：

1.本发明通过流动的溶液，可以避免气泡累积，让蚀刻或是电镀更均匀。

2.本发明的蚀刻设备中的(正极)电极不会接触到蚀刻溶液，可以使用任何可导电金属材料。

3.本发明通过溶液使(负极)电流导通，因此只需要电极棒深入蚀刻溶液中即可，可在均匀电流的前提下将白金用量降到最低。

4.本发明的蚀刻溶液或电镀液连续喷洒，可解决溶液高度监控困难的问题。

5.本发明的电流可均匀贯穿基板，所以用于多孔硅蚀刻或电镀方面均可更加均匀。

6.本发明通过单一设备即可做电流强度的调变，因此不需要移动芯片即可蚀刻出双层甚至多层的多孔硅层，譬如施加第一电流强度形成第一种孔隙度层后，直接改变电流强度来形成第二种孔隙度，依此类推。

7.本发明的设备可以量产，在工艺放大后仍然可以保持蚀刻均匀性，工艺设备体积也可以最小化，设计上更为简单，操作上也更加便利。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。