專利名稱：刻蝕液補給裝置、補給方法和具該裝置的濕法刻蝕設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及濕法刻蝕技術，特別涉及刻蝕液補給裝置、補給方法和包括該補給裝置的濕法刻蝕設備。
背景技術：
在進行濕法刻蝕時，將硅片浸泡在配制的化學試劑或試劑溶液中，使沒有被抗蝕劑掩蔽的那一部分薄膜表面與試劑發生化學反應而被除去。例如，用含有氫氟酸的溶液刻蝕二氧化硅薄膜，用磷酸刻蝕鋁薄膜等。這種在液態環境中進行刻蝕的方法稱為“濕法”刻蝕。其優點是操作簡便、對設備要求低、易于實現大批量生產以及刻蝕的選擇性好。在當前所采用的邊緣濕法刻蝕工藝中，邊緣PN結例如采用包含一定濃度的硝酸(HNO3)和氫氟酸 (HF)的刻蝕液進行刻蝕。在刻蝕過程中，隨著硅片與各種組分的化學反應以及刻蝕液本身的揮發，刻蝕液總量將不斷減少，并且其中各組分的濃度也可能會偏離原始設定值。為此， 刻蝕液補給系統需根據刻蝕液的液面高低，向刻蝕槽補充已經按照設定值的濃度比例配制的藥液。由于刻蝕槽中各種組分的消耗速率不一定相同，因此在經過一定次數的補液以后， 各組分的濃度比例將與原始設定值相差很大，從而導致刻蝕液失效，即，無法有效地進行邊緣濕法刻蝕。在這種情況下，需要將刻蝕槽和儲液槽內的刻蝕液全部排空并且更換新配置的刻蝕液。

發明內容
本發明的目的之一是提供一種刻蝕液補給裝置，其可以確保刻蝕液各組分濃度的穩定性。為此提供一種刻蝕液補給裝置，用于向濕法刻蝕設備的刻蝕槽補充刻蝕液，包括與刻蝕槽連通的進液管和出液管；儲液槽，其經所述進液管和出液管與刻蝕槽連通以形成供刻蝕液循環流動的回路；補液單元，其用于向所述儲液槽補給所述刻蝕液的各組分的備用溶液；以及濃度檢測單元和處理單元，所述濃度檢測單元用于檢測所述儲液槽、所述刻蝕槽和所述進液管和出液管中至少一個的各組分的濃度并將檢測結果發送至所述處理單元，所述處理單元依據所述檢測結果、刻蝕液中各組分的目標濃度范圍、儲液槽內刻蝕液的體積及各組分備用溶液的濃度計算出需向儲液槽中補給的各組分的備用溶液的體積，所述補液單元根據所述計算結果向所述儲液槽補充各組分的備用溶液以將所述儲液槽內的刻蝕液的各組分的濃度調整到目標濃度范圍內。優選地，在上述刻蝕液補給裝置中，所述濃度檢測單元設置所述進液管內、所述儲液槽內或所述刻蝕槽內。更優選地，在上述刻蝕液補給裝置中，還包含泵，其設置在進液管上，用于驅動刻蝕液從所述儲液槽流向所述刻蝕槽。
優選地，在上述刻蝕液補給裝置中，還包含液位檢測單元，用于檢測儲液槽內刻蝕液的液位，所述處理單元依據所述檢測結果計算出儲液槽內刻蝕液的體積。優選地，在上述刻蝕液補給裝置中，所述濃度檢測單元通過測量所述刻蝕液的近紅外光譜的吸收峰來確定各組分的濃度。優選地，在上述刻蝕液補給裝置中，所述刻蝕液由硝酸、氫氟酸和去離子水組成， 被刻蝕的對象為硅片。本發明的還有一個目的是提供一種通過上述的刻蝕液補給裝置的刻蝕液補充方法，用于向濕法刻蝕設備的刻蝕槽補充刻蝕液，包括以下步驟a、檢測所述儲液槽、所述刻蝕槽和所述進液管和出液管中至少一個的各組分的濃度；b、依據所述檢測結果、刻蝕液中各組分的目標濃度范圍、儲液槽內刻蝕液的體積及各組分備用溶液的濃度計算出需向儲液槽中補給的各組分的備用溶液的體積；以及C、根據所述計算結果向所述儲液槽補充各組分的備用溶液以將所述儲液槽內的刻蝕液的各組分的濃度調整到目標濃度范圍內。優選地，在步驟a中，通過測量所述刻蝕液的近紅外光譜的吸收峰來確定各組分的濃度。優選地，所述刻蝕液由硝酸、氫氟酸和去離子水組成，在步驟c中，根據所述計算結果向所述儲液槽補充硝酸、氫氟酸和去離子水中的一種或多種以將所述刻蝕液中硝酸、 氫氟酸和氟硅酸的濃度均調整到目標濃度范圍內。本發明的還有一個目的是提供一種濕法刻蝕設備，其包括刻蝕槽和上述的刻蝕液補給裝置。優選地，在上述濕法刻蝕系統中，所述刻蝕槽包含設置在刻蝕槽底部的一組滾輪， 用于傳送被刻蝕的硅片。按照本發明的刻蝕液補給裝置、補給方法和濕法刻蝕設備通過精確分析刻蝕液中各組分的濃度并根據濃度分析結果指示藥液的添加，使得補液前后刻蝕槽中各組分藥液比例基本一致，確保了邊緣刻蝕的穩定性。按照本發明的刻蝕液裝置和濕法刻蝕系統具有下列優點(1)能夠精確監控刻蝕槽中各組分藥液的濃度；(2)確保了刻蝕液補充前后工藝的穩定性；(3)延長了刻蝕液的使用壽命；以及(4)降低了對人體和環境的危害。


從結合附圖的以下詳細說明中，將會使本發明的上述和其它目的及優點更加完全清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的標號表示。圖1為按照本發明一個實施例的濕法刻蝕設備的示意圖。圖2為在按照本發明實施例的濕法刻蝕系統中進行刻蝕液補給的流程圖。
具體實施方式
下面根據表示本發明實施方式的附圖具體描述本發明的實施例。圖1為按照本發明一個實施例的濕法刻蝕系統的示意圖。如圖1所示，濕法刻蝕系統1包括刻蝕槽10和刻蝕液補給裝置20。刻蝕槽10的底部設置有一組滾輪110，待刻蝕的硅片2由滾輪110承載，當滾輪110滾動時硅片2從刻蝕槽110的一端傳送至相對的另一端。如圖1所示，刻蝕液補給裝置20包含進液管210、出液管220、儲液槽230、補液單元M0、濃度檢測單元250、泵沈0、閥門270、液面高度檢測單元280和處理單元四0。進液管210和出液管220將儲液槽230與刻蝕槽10連通在一起，從而形成一條使刻蝕液從儲液槽230進液管210 —刻蝕槽10 —出液管220 —儲液槽230的循環流動的回路。此外，補液單元240經閥門270與儲液槽230連通，用于提供各種組分的備用溶液以補充刻蝕過程中被消耗掉的刻蝕液。閥門270在刻蝕液補給裝置20工作時為常開狀態。在本實施例中，為了監測刻蝕液的各組分的濃度，在進液管210內設置有濃度檢測單元250，用于采樣流經進液管210的刻蝕液并檢測采樣的各組分的濃度。另一方面，液面高度檢測單元280被設置在儲液槽230內以檢測刻蝕液的液面高度。濃度檢測單元250 和液面高度檢測單元觀0將測得的結果送往處理單元四0，由處理單元四0根據檢測得到的刻蝕液的液面高度和各組分濃度，并結合刻蝕液中各組分的目標濃度范圍及各組分備用溶液的濃度，計算出向儲液槽230注入的備用溶液的種類(最少可為0種)和數量(最少可為0L)并將計算結果輸出至補液單元M0，從而將刻蝕液各組分濃度控制在目標濃度范圍內。有關刻蝕液補給裝置20確定注入的備用溶液的種類和數量的方式將在下面作詳細描述。可以將近紅外光學探測裝置用作濃度檢測單元250。該光學探測裝置利用刻蝕液各種組分對近紅外光的選擇性吸收的特性，根據近紅外光譜上與各種組分相對應的吸收峰的大小來計算各種組分的濃度。值得指出的是，雖然濃度檢測裝置250在這里通過有線方式將檢測的結果傳送至處理單元四0，但是濃度檢測裝置250也可以通過無線方式傳送檢測結果。另外，由于刻蝕液在由儲液槽230 —進液管210 —刻蝕槽10 —出液管220 —儲液槽230構成的循環流動回路中充分流動，因此可以合理地假設在進液管210處測得的刻蝕液各組分的濃度與回路中其它位置處的濃度基本上一致，而且即使有略有差異也不會對刻蝕液濃度控制結果產生實質性的不利影響。有鑒于此，濃度檢測單元250也可以設置在循環流動回路的其它位置，例如刻蝕槽10或儲液槽230內。在本實施例中，在進液管210內還設置有泵沈0，用于將儲液槽230內的刻蝕液抽吸至位于儲液槽230上方的刻蝕槽10。圖2為在按照本發明實施例的濕法刻蝕系統中進行刻蝕液補充的流程圖。在本實施例中，假設刻蝕液主要由硝酸、氫氟酸和水配置而成，其中，硝酸和氫氟酸的濃度目標值范圍分別為40% 士2%和5% 士 1%。如上所述，隨著刻蝕液與晶片(例如硅片)之間發生的化學反應，刻蝕液中的硝酸和氫氟酸被不斷消耗并且消耗的數量并不一致。此外，在上述化學反應中還將產生副產物&SiF6。由于該副產物會影響刻蝕速率，產生不合格的晶片， 因此在刻蝕過程中需要嚴格控制其濃度，在一般情況下，要求將KSiF6的濃度控制在之內。參見圖2，結合參見圖1，在步驟410中，濃度檢測單元250和液面高度檢測單元280分別檢測刻蝕液各組分的當前濃度和儲液槽230內的刻蝕液的液面高度。如上所述，在本實施例中，濃度檢測單元250將測量刻蝕液中的硝酸、氫氟酸和 H2SiF6等組分的濃度。隨后在步驟420中，濃度檢測單元250和液面高度檢測單元280將測量值發送至處理單元四0。接著進入步驟430，處理單元290判斷刻蝕液中各組分的當前濃度是否在目標濃度范圍內。如果各組分的當前濃度都位于目標濃度范圍內，則結束刻蝕液補充過程，否則進入步驟440。在步驟440中，處理單元290根據刻蝕液中各組分的當前濃度、刻蝕液中各組分的目標濃度范圍以及儲液槽230內的刻蝕液液面高度計算應該向儲液槽230內補充的備用溶液的種類和數量。接著進入步驟450，處理單元290將計算結果輸出至補液單元M0。隨后進入步驟460，補液單元240指示閥門270開啟，并根據接收的計算結果向儲液槽230輸送所計算種類和數量的備用溶液。上述步驟410-460代表的刻蝕液補充過程可以定期(例如每隔5分鐘)或不定期地執行，以將刻蝕液的各組分的濃度控制在目標設定值范圍內。以下給出步驟440中的計算被添加的備用溶液的種類和數量的方法的具體實例。下列表1示出了該計算方法中將要涉及的變量。表 權利要求
1.一種刻蝕液補給裝置，用于向濕法刻蝕設備的刻蝕槽補充刻蝕液，包括與刻蝕槽連通的進液管和出液管；儲液槽，其經所述進液管和出液管與刻蝕槽連通以形成供刻蝕液循環流動的回路；補液單元，其用于向所述儲液槽補給所述刻蝕液各組分的備用溶液；其特征在于，還包含濃度檢測單元和處理單元，所述濃度檢測單元用于檢測所述儲液槽、所述刻蝕槽和所述進液管和出液管中至少一個的各組分的濃度并將檢測結果發送至所述處理單元，所述處理單元依據所述檢測結果、刻蝕液中各組分的目標濃度范圍、儲液槽內刻蝕液的體積及各組分備用溶液的濃度計算出需向儲液槽中補給的各組分的備用溶液的體積，所述補液單元根據所述計算結果向所述儲液槽補充各組分的備用溶液以將所述儲液槽內的刻蝕液的各組分的濃度調整到目標濃度范圍內。
2.如權利要求1所述的刻蝕液補給裝置，其特征在于，所述濃度檢測單元設置在所述進液管內、所述儲液槽內或所述刻蝕槽內。
3.如權利要求2所述的刻蝕液補給裝置，其特征在于，還包含泵，其設置在進液管上， 用于驅動刻蝕液從所述儲液槽流向所述刻蝕槽。
4.如權利要求1所述的刻蝕液補給裝置，其特征在于，還包含液位檢測單元，用于檢測儲液槽內刻蝕液的液位，所述處理單元依據所述檢測結果計算出儲液槽內刻蝕液的體積。
5.如權利要求1所述的刻蝕液補給裝置，其特征在于，所述濃度檢測單元通過測量所述刻蝕液的近紅外光譜的吸收峰來確定各組分的濃度。
6.如權利要求1所述的刻蝕液補給裝置，其特征在于，所述刻蝕液由硝酸、氫氟酸和去離子水組成，被刻蝕的對象為硅片。
7.—種通過權利要求1所述的刻蝕液補給裝置的刻蝕液補充方法，用于向濕法刻蝕設備的刻蝕槽補充刻蝕液，其特征在于，包括以下步驟a、檢測所述儲液槽、所述刻蝕槽和所述進液管和出液管中至少一個的各組分的濃度；b、依據所述檢測結果、刻蝕液中各組分的目標濃度范圍、儲液槽內刻蝕液的體積及各組分備用溶液的濃度計算出需向儲液槽中補給的各組分的備用溶液的體積；以及c、根據所述計算結果向所述儲液槽補充各組分的備用溶液以將所述儲液槽內的刻蝕液的各組分的濃度調整到目標濃度范圍內。
8.如權利要求7所述的刻蝕液補充方法，其中，在步驟a中，通過測量所述刻蝕液的近紅外光譜的吸收峰來確定各組分的濃度。
9.如權利要求7所述的刻蝕液補充方法，其中，所述刻蝕液由硝酸、氫氟酸和去離子水組成，在步驟c中，根據所述計算結果向所述儲液槽補充硝酸、氫氟酸和去離子水中的一種或多種以將所述刻蝕液中硝酸、氫氟酸和氟硅酸的濃度均調整到目標濃度范圍內。
10.一種包括刻蝕槽和權利要求1所述的刻蝕液補給裝置的濕法刻蝕設備。
11.如權利要求10所述的濕法刻蝕設備，其特征在于，所述刻蝕槽包含設置在刻蝕槽底部的一組滾輪，用于傳送被刻蝕的硅片。
全文摘要
本發明涉及刻蝕液補給裝置、補給方法和包括該補給裝置的濕法刻蝕設備。本發明的刻蝕液補給裝置包括與刻蝕槽連通的進液管和出液管、經進液管和出液管與刻蝕槽連通的儲液槽、向儲液槽補給所述刻蝕液各組分的備用溶液的補液單元及濃度檢測單元和處理單元，濃度檢測單元檢測儲液槽、刻蝕槽和進液管和出液管中至少一個的各組分的濃度，處理單元依據濃度檢測結果、刻蝕液中各組分的目標濃度范圍、儲液槽內刻蝕液的體積及各組分備用溶液的濃度計算出需向儲液槽中補給的各組分的備用溶液的體積，補液單元根據計算結果向儲液槽補充各組分的備用溶液以將各組分的濃度調整到目標濃度范圍內。本發明可有效確保刻蝕液各組分濃度的穩定性。
文檔編號H01L21/66GK102569015SQ20101062314
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月23日 優先權日2010年12月23日
發明者何悅, 葉俊, 馬曉光, 黃治國 申請人:尚德太陽能電力有限公司, 無錫尚德太陽能電力有限公司