用于处理基板的下侧的方法和设备与流程

本发明涉及一种用于处理二维基板的下侧的方法和根据权利要求12的用于实施该方法的设备。

在半导体部件的制造领域，有时需要对二维基板进行单侧处理。为此目的，通常要处理基板的下侧。根据应用的不同，可能需要保护基板的上侧免受所使用的处理介质的作用或来自处理介质的气体的作用。例如，半导体器件的上侧可能由于这种作用而被损坏。

从wo2011/047894a1已知，通过调压管进行喷雾、喷射、滴落或施加保护液以保护基板的上侧。为了使保护液不到达通常是处理液的处理介质，可以在用处理液润湿基板的下侧之前将保护液施加到上侧。以这种方式，可以减少进入处理液体中的保护液的量。如wo2011/047894a1中已经描述的，不能防止保护液滴入处理介质或处理液中。如果使用水作为保护液体，则会导致处理液体的稀释，从而增加化学品消耗。此外，为了确保恒定的处理条件，例如处理液的恒定组成，从而确保处理的可靠性，需要增加工艺的复杂性。如果使用除处理液之外的材料，处理介质的污染通常会发生且有类似甚至更复杂的后果。

此外，在用处理介质进行处理期间，在保护性液滴在基板的边缘从上侧落下并滴落的位置，会形成条纹。这是由于在这些位置处基板的下侧被蚀刻得不那么强烈。当使用蚀刻溶液作为处理介质时，尤其是从基板的下侧进行相当大量的材料去除时，这个问题特别会发生。这种强烈的单面蚀刻在新的硅太阳能电池生产过程中是特别需要的，例如在生产具有钝化发射极和钝化的背导电部的太阳能电池的处理中，即生产所谓的perc太阳能电池的处理中。由于在蚀刻期间的上述的不均匀性，导致基板的下侧的不均匀的外观，并且除了半导体部件的可能的电缺陷之外，还导致了成品太阳能电池的外观不均匀。此外，在随后的处理步骤中可能会出现问题。例如，随后在不同时间在基板的下侧上进行的蚀刻步骤可导致设置在基板的下侧上的氧化物层的厚度的不均匀。

此外，在已知的方法中，存在一种危险，即：作为润湿基板的处理介质的处理液由于浓度差异或由于润湿现象而在基板的边缘上爬行并因此到达基板的上侧。因此，处理介质会局部地或二维地损伤基板的表面，例如象蚀刻作用的结果那样。

在此背景下，本发明的一个目的是提供一种用于二维基板的下侧的处理的方法，利用该方法可以以成本有效的方式克服上述的缺点中的至少一些。

该目的是通过具有权利要求1的特征的方法来实现。

此外，本发明的一个目的是提供一种能够实施该方法并且能够进一步降低对基板上侧的损坏的风险的设备。

该目的通过具有另一独立权利要求的特征的设备来实现。

有利的进一步的方案分别在各从属权利要求中限定。

在根据本发明的方法中，为了用处理介质对二维基板的下侧进行处理，首先将基板的下侧进行疏水化处理。随后，在基板的上侧上形成保护液膜。此后，使处理介质与基板的下侧接触，并且借助保护液膜防止上侧受到处理介质和/或来自其的气体的作用。

作为疏水化的结果，在把基板从保护液体移出之后，没有保护液体从上侧流到基板的下侧。因此可以避免上述条纹问题和由此产生的缺点。此外，可以防止处理介质从底侧向上侧的上述爬行。这在无硫酸处理介质的情况下是特别有利的。此外，疏水化可以被用于许多应用中以提供干燥步骤，该干燥步骤在先前已知的方法中在另外的工艺步骤之前是必需的。此外，该过程可以被设计为连续过程，并且可以容易地整合到现有的连续化生产系统中。

当保护液体以大于60°的接触角润湿被疏水化的表面时，就提供了本发明意义上的疏水作用。

借助保护液体，基本上可以防止上侧受到处理介质的作用，该处理介质具体可以以液体或气体或气体混合物的形式存在。如果使用处理液，则优选使用保护液膜作为对到达上侧的处理液的防护，并且作为对到达基板上侧的来自处理液的气体的防护。这样的气体可以例如通过处理液的部分蒸发而产生。

水优选地被用作保护液体，更优选是使用去离子水。这在许多应用中已被证明，并通常可以相对简单地进行处理或弃置。

有利地，硅基板被处理，并且为了对该硅基板的下侧进行疏水化的目的，从硅基板的下侧去除硅酸盐玻璃层，例如磷或硼硅酸盐玻璃层。这种硅酸盐玻璃层经常用于半导体部件的制造，特别是硅太阳能电池的制造，因此这种去除使得可以进行特别成本有效的工艺控制。此外，已知技术可被用于硅基板的疏水化。

在该方法的一个变形实施方案中，为了通过施加设备形成保护液膜，将保护液体施加到基板的上侧。作为一种施加设备，原则上可以使用所有已知的施加设备，例如喷嘴。优选地，至少一个调压管被用作施加设备。

在一种替代变形实施例中，为了形成保护液膜，将基板浸没在保护液体中并从其中取出。当基板被从保护液体中取出时，基板被定向成使其在基本上水平延伸的平面中延伸，从而使得所需的保护液膜被保留在基板的顶侧上。当基板从保护液体中被取出时被定向为使得其在基本上水平延伸的平面中延伸这一情况，应被理解为可以在短时间内与水平方向有轻微的偏差。与水平方向的偏离可以有多长时间，且偏离的程度可以有多大，取决于所用材料的性质，特别是保护液的粘度和基板上侧与保护液之间的附着力。在这样的实施例中，不需要复杂的施加设备，如喷嘴、调压管等。此外，不需要计量装置和测量装置来确定基板的位置并确保在适当的时间精确地将保护液体计量施加到基板的顶部以减少从基板顶部落入保护液的液体的量。

优选地，在将基板浸入保护液中之前，基板的边缘也被疏水化且优选地完全被疏水化。这有利地在其中基板的下侧被疏水化的同一处理步骤中进行。这意味着基板的下侧和边缘在同一个处理步骤中同时被疏水化。由于被疏水化了的边缘，当处理液与非疏水性边缘部分接触时存在的由于某种原因而存在的处理液爬行到基板上侧的危险性被进一步降低了。

基板的下侧可以有利地通过单面的湿化学蚀刻而被疏水化。在此，单面意味着没有用于湿化学蚀刻的蚀刻溶液被施加到顶侧。以这种方式，可以使用已经在不同场合下得到了实用证明的系统。此外，在该方法的变形实施例中，边缘也可以以成本有效的方式在同一处理步骤中被完全或部分地疏水化。

为了对基板的下侧进行疏水化，特别优选用蚀刻液从下方对基板进行润湿。这使得能够在包括量产系统的工业规模上进行疏水化。特别地，可以使基板以在蚀刻液体的表面上准漂浮的方式通过蚀刻槽，使得蚀刻液润湿基板的下侧。然而，原则上，蚀刻液体也可以以任何其他方式被施加到基板的下侧，例如通过传送辊，该传送辊携带蚀刻液并将其传到在其上传送的基板。在这些方法的变形方案中，边缘可以有利地也被完全或部分地疏水化。

有利地，在为了疏水化目的进行的湿化学蚀刻之后，基板被清洗。在该方法的一种变形方案中，这通过将清洗液体例如通过调压管或其它施加装置施加到基板来进行。施加到基板上的清洗液体的量被适当选择，使得清洗液的至少一半、优选地至少70％、特别优选地至少80％从基板滴下，并且对蚀刻液的剩余残留物进行清洗。最后保留在上侧的清洗液随后被用作保护液膜，从而保护液膜的形成不再需要额外的工艺步骤。

在该方法的一种替代变形方案中，将基板浸入用于清洗的清洗液体中，并且该清洗液体同时被用作保护液体。在此从清洗液体中移出基板与从保护液体中移出基板同时进行。当从保护液中移出基板时，基板以上述方式取向，使得其在基本上水平的平面上延伸，从而使保护液膜被保留在基板的上侧。以这种方式，该方法可以特别快速且经济地得到实施。

适用于各种应用的液体原则上都可以被用作清洗液体。由于污染的原因，水特别是去离子水被优选地用于如太阳能电池的半导体组件的生产。

在一种经过试验和测试的方法的变形方案中，一种蚀刻介质被用作处理介质，并且用该蚀刻介质蚀刻基板的下侧。在该蚀刻期间，可以发生材料去除。例如，它可以是抛光蚀刻。特别地，可以蚀刻硅太阳能电池基板的下侧。因此，该方法的变形方案在生产具有钝化发射结和钝化背接触部分的新型高效太阳能电池方面已经被证明是特别成功的。

有利地，为了形成保护液膜，将保护液多次施加到基板的上侧。这意味着保护液在以时间间隔发生的多个施加过程中被施加。例如，在第一级处理已经开始之后或在第一级处理结束之后开始第二级处理。优选地，第二级处理在第一级处理结束之后开始。

已经表明，通过多次施加保护液，保护液可以在基板的上侧更好地分布。特别地，已经表明，在各种应用中，保护液体能够更好地达到基板的角部和基板的边缘区域。基板上侧形成没有保护液体的岛而使得基板上侧的部分不被覆盖的危险可以被减少甚至被避免。因此，根据应用，为了形成保护液膜而施加到基板上侧的保护液的总量可以被减小，而不会导致基板上侧的子区域未被保护膜覆盖的风险的加大。特别地，在上述的方法变型方案的情况下，即在其中将基板浸入保护液中并在移出过程中对准以使保护膜被保留在基板上侧的情况下，保护流膜也可以通过上述的多次施加而得到补充或被保持完整。这在个别应用中可以是有利的，例如，在将基板从保护液体中移出的过程中的过程控制不太有利时过多的保护液体从基板的上侧流下，或者在进一步的处理中过多的保护液体从保护液膜蒸发。顺便提及，上述把基板从保护液体中的水平移出及同时使保护液膜被保留在基板上侧，就表示了保护液在基板的上侧的施加。

根据本发明的设备具有预处理池，其包含液体，借助该液体可以使待处理的基板变得疏水。沿着基板输送方向在预处理池的下游设置有一个池。该池可以包含漂洗介质，或被用于吸收滴下的清洗液。此外，含有处理液的一个处理槽被设置在该池的沿着基板输送方向的下游处。在该处理槽中设有适于输送基板通过处理槽的输送辊。这些输送辊主要地(且优选地完全地)被设计成平台状结构辊。

在这种情况下，平台状结构辊应被理解为具有围绕输送辊的表面的环形凹槽(所谓的凹槽)的输送辊。这些凹槽彼此直接相邻地被布置在输送辊上。在凹槽彼此邻接的位置处，相邻凹槽的壁彼此邻接并在输送辊表面上形成凸起区域。在平台状结构辊的情况下，相邻的凹槽被布置得彼此靠近到如此程度，以致这些凸起区域不再呈现为平台，而是可以被认为是一种峰。通过平台状结构辊可以实现基板下侧的均匀润湿。在蚀刻过程中形成的气泡均匀分布在基板的下侧，并被反复剥离。这能够形成更均匀的蚀刻结果，特别是在高蚀刻速率下。此外，已经表明，在使用平台状结构的辊的情况下，在基板离开该输送辊的时刻，输送辊将疏水化液体或其他处理液体带到该基板的顶侧的风险被大大减小了。因此，在预处理池中使用平台状结构辊可以进一步降低损坏基板上侧的风险。

o形环辊在每种情况下都具有转轴部件和沿着轴元件的纵向方向彼此间隔开的多个o形环接收部，这些o形环辊作为输送辊而被有利地设置在池中以用于输送基板。在每个所述o形环接收部中布置有一个o形环，其围绕轴元件和相应的o形环接收部。在一个劣化的实施例中，可以提供轴元件的变形而不是设置在其上的o形环接收部和o形环。

优选地，仅将所述的o形环辊被布置为池中的输送辊。以这种方式，输送辊与其上运送的基板之间的接触表面被最小化。结果，仍然粘附到基板上的、来自预处理池的疏水化液体可以更好地被清洗掉。在基板离开o形环辊时，o形环辊有非常小的可能把流体带到基板的顶部。然而，它们在预处理池或处理池中的使用是不利的，因为它们留下不利于均匀蚀刻结果的滚动迹线。然而，如已经发现的那样，被带到基板上侧的槽中液体对基板顶部的损坏的风险极低的优点，才是主要的。

有利地，在用于将基板输送通过处理池方面，优选地将平台状结构辊设置为输送辊，且优选地是仅设置这样的辊。已经结合预处理池描述的平台状结构的辊的效果对处理池也具有有利的效果，并且能够进一步降低被处理的基板的上侧被损坏的风险。

可以在预处理槽中提供氢氟酸蚀刻溶液作为疏水化液体。这已被证明在从硅基板去除硅酸盐玻璃层方面特别有用。

可以提供含有氢氟酸和氧化剂(优选地是硝酸或过氧化氢)的蚀刻溶液，作为处理液。在另一个变形实施方案中，可以提供一种蚀刻溶液作为处理液，其除了所述氢氟酸和所述氧化剂外，还含有添加剂，优选地是硫酸。两种变形实施方案都被证明在硅基板的处理中特别有用。

有利地，提供了多个施加装置，通过这些施加装置可以将保护液体施加到基板的上侧。这些多个施加装置沿着基板的输送方向有偏移。如上所述，这使得可以将保护液多次施加到基板的上侧。

优选地，多个施加装置中的至少一个被设置在池的上方。施加装置可以包括例如调压管或类似装置或输送辊，借助该输送辊在漂洗池的至少一部分中将基板完全在清洗液进行输送。

已经证明有利的是，多个施加装置中的至少一个被设置在池沿着基板的输送方向的下游。以这种方式，例如由于蒸发导致的基板的上侧的保护液的损失，可以有效地得到补偿。

有利地，多个施加装置中的至少一个被布置在处理池的上方。以这种方式，在处理液的作用期间，基板的上侧的保护液体的蒸发损失或不足量可以得到补偿。这最大限度地减小了保护液体不足量或蒸发损失的风险。

附图说明

在附图中，相同的元件具有相同的附图标记。本发明不限于附图中示出的示例性实施例。在此以及以下对附图和实施例及其特征的描述并非用于限定本发明的范围。这些附图的特征，以及以上描述的的特征，及以下结合附图描述的所有特征，可以分别地由本领域技术人员进行理解并被组合成有意义的进一步的组合。特别地，这些特征可以在每种情况下单独地或适当组合地被结合成方法或设备的独立的保护范围。在附图中：

图1示出了根据本发明的方法的第一示例性实施例和根据本发明的设备的示意图。

图2是图1的平台状结构辊的侧视图。

图3示出了图2的部分区域a的细节。

图4是o形环辊的示意图。

图5示出了根据本发明的方法的第二示例性实施例以及根据本发明的设备的示意图。

图6示出了根据本发明的方法的第三示例性实施例和根据本发明的设备的示意图。

图1以示意图显示了根据本发明的方法的一个实施例以及根据本发明的设备。在该示例性实施例中，包括例如通过磷扩散在其整个表面上设置的磷硅玻璃层12的硅基板10通过输送辊16沿着输送方向16通过一系列不同的池。首先，基板10的底侧14以及基板10的边缘13在预调节池50中被疏水化。为此，基板10的下侧14被疏水化液体52从下面润湿，在本示例性实施例中，疏水化液体52是含酸的含水蚀刻溶液。在预处理池中，只有平台状结构辊54作为输送辊被设置，这使得能够实现均匀蚀刻。结果，在下侧14以及边缘13均匀地除去了磷硅玻璃层12。

图2显示了图1的示例性实施例中使用的平台状结构辊54的侧视图。图3中示出了图2中的部分区域a的放大表示。在该图中可以看到在结构辊54上彼此直接相邻设置并形成凸起区域的深凹部80。两个相邻凹部80的壁82被布置得如此彼此靠近，以至于这些凸起区域不包括平台，而是包括尖端55的形状。平台状结构辊54使得能够在预处理池50中进行如上所述的对基板10的下侧14的均匀蚀刻，同时使由于疏水化液体52被舀到上侧15上而在上侧15上形成不希望的局部疏水化的风险处于较低水平。

在进一步的处理流程中，将基板10输送到池58中，该池58含有作为清洗介质的去离子水60。在那里，将基板10浸入作为清洗液的去离子水60中。去离子水60同时被用作保护液。基板10在槽58中的传送是借助o形环辊56实现的，而o形环辊56使基板的支撑表面最小化，从而能够进行有效的清洗操作。从池58溢出的水62被收集在溢流池64中。

图4显示了o形环辊56的一个截面的示意图。o形环辊56具有轴元件72以及沿着轴元件72的纵向方向彼此间隔开的o形环接收部，在本实施例的情况下，o形环接收部被以轴元件72上的凹部74的形式实施；每个凹部74中安装有一个o形环76。图4所示的o形环辊56的截面具有两个o形环76。该数目对于输送平坦的基板10基本上足够了。根据需要，可以设置更多数量的o形环，例如在更大或易碎基板的情况下。

如果基板10借助o形环辊56沿着输送方向16被进一步输送，则其以这样的方式被从池58移出。基板10在水平面上延伸。o形环辊56为此而被相应地对准。先前被疏水化的边缘13和被疏水化的下侧14在基板10被从池58移出之后不带有去离子水60。离子水60形成的一个保护液膜66则保留在上侧15上。保留在基板10的上侧15上的亲水性的磷硅玻璃层12进一步促进了保护液膜66的形成；在当前意义上，亲水性被理解为表面和润湿液体之间的小于15°的一个接触角。上侧15的亲水性额外抵消了去离子水从保护液膜66的流出。

随后，将基板10输送到含有蚀刻溶液70的处理池68中。在本示例性实施例中，提供含有氢氟酸和硝酸的蚀刻溶液作为蚀刻溶液。或者，特别地，还可以使用除了氢氟酸和硝酸之外还含有硫酸的蚀刻溶液。通过借助平台状结构辊54将基板输送过处理池68，使蚀刻溶液70与基板的底表面14接触并对后者进行蚀刻。另一方面，基板10的上侧15被保护液膜66保护，而免受到达上侧15的蚀刻溶液70的作用，并且免受来自蚀刻溶液70的气体的作用，特别是免受蒸气的作用。在基板10的敏感的上侧15不受影响的情况下，底面14被蚀刻。去离子水从保护液膜66的滴落或蚀刻溶液70向基板10的上侧15的爬上，都被阻止了。在基板10的下侧14上不出现条纹，并且蚀刻溶液70不被从基板10的上侧15下来的保护液膜66所污染或稀释。平台状结构辊54的上述优点在处理池中也具有积极的作用，因此通过只使用平台状结构辊54，进一步减小了基板10的上侧15被损坏的风险。

基板10在预处理池50中的停留时间被适当选择，从而从基板10的下侧14确定地去除掉磷硅玻璃层12。预处理槽50的长度被相应地调整。然而，基板不能暴露于疏水化液体52任意长的时间。否则，疏水化液体52会爬到基板10的上侧15上并且可以在相当程度上损坏这些层或其下的层。因此，必须相应地选择基板在预处理槽50中的停留时间或该槽的长度。此外，根据硅磷酸盐玻璃层12的厚度，或根据所要除去的其它层的材料性质和厚度，使用适配的输送辊可以是有利的。作为一个例子，可以使用槽更深或较浅的平台状结构辊。

图5示意示出了根据本发明的方法的第二示例性实施例和根据本发明的设备。其与图1的第一示例性实施例的不同之处在于：代替清洗池58设置有接收清洗液体的池158。为了清洗的目的，提供了调压管160，借助调压管160，将用作清洗液的去离子水60施加到硅基板的顶侧15。去离子水60的施加量使得沿着硅基板10的边缘13滴下的水对硅基板进行清洗。当硅基板10已经通过浪涌管160下方时，用作保护液膜66的去离子水膜保留在了硅基板10的上侧15上。如果不需要清洗基板，原则上，可以借助调压管160将去离子水或其它合适的保护液体，以形成保护液膜66但使得尽可能少的保护液从硅基板10的边缘13落入槽158中的方式，施加到硅基板10的上侧15上。

图6示意显示了根据本发明的方法的第三示例性实施例和根据本发明的和设备。其与图5所示的第二示例性实施例的不同之处在于：除了调压管160a之外，还设置有另外的调压管160b，其被布置在调压管160a沿着基板10的输送方向16的下游。借助这些调压管160a和160b，去离子水60作为保护液体被施加到基板10上。如此，调压管160a、160b被用作施加装置。由于它们沿着基板的输送方向16是错开的，所以通过这些调压管160a和160b去离子水60作为保护液体被多次施加到基板10的上侧15上。

通过调压管160a施加到基板10的上侧15的去离子水60形成保护液膜66a，其在相应的施加中可能还没有完全覆盖上侧15或者还不具有足够的厚度。特别地，保护液膜66a可形成岛，使得上侧15的某些部分不被保护液覆盖或没有被保护液充分地覆盖。通过借助调压管160b第二次施加作为保护液体的去离子水60，可以消除保护液膜66a中的缺陷，从而形成完全覆盖基板10的上侧15的保护液膜66b。如果保护液膜66a仅有不足的厚度，则通过调压管160b施加去离子水60会提供较厚的保护液膜66b。

如上所述，通过多次施加保护液体即本例中的去离子水60，可以实现保护液体在基板10的角部和基板10的边缘的更好分布。因此，在图6的示例性实施例中，在通过清洗池158之后，提供了完全且均匀地覆盖基板10的上侧15的保护膜66c。根据应用，可以通过反复施加去离子水60或保护液，来减小溢流水162的总量。这使得可以降低处理控制的复杂性，特别是当使用除水以外的保护液体时。

如图6所示，在池158的沿着基板10的运送方向16的下游，设置了另一个调压管160c，以向在处理池68上方的基板10的上侧15上施加去离子水60。在图6所示的实施例中，象调压管160a和160b一样，设置了调压管160c以将去离子水60作为保护液体施加到基板10的上侧15。这样，保护液膜66c在去往处理池68的路途上例如由于蒸发而受到的去离子水60的损失可得到补偿，使得处理池68中的处理介质70和/或来自它的气体对基板10的上侧15的作用被理想的保护性液体膜66d所阻止。

在图6的示例性实施例中，用于保护液体的三个施加装置被设置为调压管160a、160b、160c。根据个别应用的要求，可以省略这些施加装置之一，优选地是调压管160b或调压管160c。借助剩余的两个调压管，沿着基板10的运送方向16依然交错设置有允许多次施加保护液体(在本例中为去离子水60)的多个施加装置，以形成保护液膜。在一种以这样的计量方式施加保护液的应用中，即：当将保护液体施加到处理池68上方的基板的上侧15时几乎没有保护液溢流因此几乎没有保护液到达蚀刻溶液70，已经发现采用设置在处理池68上方的调压管160c或更一般地说设置在处理池68上方的施加装置是特别有利的。

在图6所示的示例性实施例中显示的沿着基板10的传送方向16错开地设置多个施加装置的构思，可以容易地转到图1所示的实施例。为此，在图1所示的实施例中，应在池沿着基板的输送方向16的下游设置一个或多个施加装置，借此，可以将去离子水作为保护液体施加到基板的顶侧15。例如，图6中显示的调压管160b或160c等可得到采用。特别地，这种进一步的施加装置可以被设置在图1的处理池68的上方。

以上已经结合所示和所讨论的实施例详细地描述和显示了本发明。然而，本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员可以从这些实施例中导出其它变型而不脱离本发明的基本原理。

附图标记列表

10硅基板

12磷硅酸盐玻璃层

13边缘

14底侧

15顶侧

16行进方向

50预处理池

52疏水化液体

54结构辊

55尖端

56o形环辊

58池

60去离子水

62溢出的水

64溢流池

66保护液膜

66a保护液膜

66b保护液膜

66c保护液膜

66d保护液膜

68处理池

70蚀刻溶液

72轴元件

74凹部

76o形环

80凹部

82壁

158池

160调压管

160a调压管

160b调压管

160c调压管

162溢流水