EP2460176A1 - Verfahren zum abtragen von substratschichten - Google Patents

Verfahren zum abtragen von substratschichten

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Publication number
EP2460176A1
EP2460176A1 EP09799542A EP09799542A EP2460176A1 EP 2460176 A1 EP2460176 A1 EP 2460176A1 EP 09799542 A EP09799542 A EP 09799542A EP 09799542 A EP09799542 A EP 09799542A EP 2460176 A1 EP2460176 A1 EP 2460176A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
substrates
substrate
etching liquid
etching
thread
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09799542A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd-Uwe Sander
Steffen Queisser
Franck Delahaye
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rena GmbH
Original Assignee
Rena GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rena GmbH filed Critical Rena GmbH
Publication of EP2460176A1 publication Critical patent/EP2460176A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
    • H01L21/67075—Apparatus for fluid treatment for etching for wet etching
    • H01L21/67086—Apparatus for fluid treatment for etching for wet etching with the semiconductor substrates being dipped in baths or vessels
    • 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
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31105—Etching inorganic layers
    • H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means

Definitions

  • the present invention relates to a method for exclusively single-sided wet-chemical removal of passivating and / or dielectric oxide layers present on flat substrates, in particular silicon wafers, by etching the lower side of a substrate transported horizontally through a container filled with an etching liquid. Using this method, no protection of the non-treated substrate side in the form of a coating or mechanical aids is required.
  • the slices obtained are prepared after sawing one or both sides, such as. textured, polished, or saw-etched, followed by further, usually one-sided, manufacturing steps. It may be necessary to remove passivation layers formed during a process step, such as, in particular, oxide layers on one side from the substrate, ie to reduce their thickness or to remove them entirely on one side.
  • passivation layers formed during a process step such as, in particular, oxide layers on one side from the substrate, ie to reduce their thickness or to remove them entirely on one side.
  • silicon dioxide for example, the following processes and etching media known from the prior art are used:
  • Hexafluoroethane (C 2 F 6 ), octafluoropropane (C3F 8 ) and / or sulfur hexafluoride (SF 6 );
  • DRIE Deep Reactive Ion Etching
  • CMP Chemical-mechanical polishing
  • KOH potassium hydroxide
  • Document DE 10313127 A1 discloses a method according to which the substrates to be treated on one side are transported along the surface of a treatment liquid such that only the substrate underside to be treated comes into contact with the treatment liquid.
  • the document WO 2005/093788 shows that in addition to this "active (direct) wetting" procedure also a distance between the surface of the treatment medium and the underside of the substrates may be provided, wherein the treatment liquid by means of corresponding wheels to the Bottom of the substrates is brought (“passive (indirect) wetting").
  • the substrate edges can be included in the process or excluded from it.
  • the guide discs also serve as a bridge on which undesirably treatment fluid can reach the top of the substrates. Since the flow velocity also decreases with decreasing distance to the substrate surface and practically becomes zero directly at the substrate surface, in this region the exchange of treatment liquid and reaction products can only take place by slow diffusion and not by rapid flow exchange. Thus, a diffusion layer of reaction products is formed on the underside of the substrate with increasing duration of treatment, which hinders the progress of the process.
  • Unwanted bubbles may also have been introduced into the treatment liquid other than by chemical reaction, for example, by entry by means of circulating pumps or the like. In this respect, such sources of gas bubbles are included below.
  • the known in the prior art etching liquids also have the disadvantage of unfavorable creep, whereby the known liquids with relatively low viscosity tend to creep up at the edges of the substrate and thereby not only the edges, but also the upper non-treated substrate side disadvantageous and unwanted to wet.
  • This negative creep behavior proves to be disadvantageous not only for flat substrates with so-called blind or through-holes, but also for substrates with structured structures.
  • the object of the invention is therefore to provide an etching process with which the disadvantages of the prior art are overcome.
  • the invention is intended to serve to unilaterally ablate passivating and / or dielectric oxide layers, especially on monocrystalline and multicrystalline silicon or Galliumarsenidsubstraten without the surface of the non-treated side is attacked, and without the need for additional protection or masking of the same is required ,
  • the object is achieved by the method according to the skin claim.
  • Advantageous embodiments are given in the subclaims and in the following detailed description.
  • the method according to the invention serves for the one-sided wet-chemical removal of passivation layers on substrates such as in particular silicon wafers using an etching liquid. It should be noted that the method is also suitable for the removal of dielectrics such as silicon nitride and / or silicon dioxide layers. For reasons of clarity, however, only "passivation layers" will be discussed below.
  • the etching liquid contains water, hydrofluoric acid and at least one further component selected from the group consisting of sulfuric and phosphoric acids and their alkali, ammonium and organoammonium hydrogen salts and salts, hexafluorosilicic acid and silicon tetrafluoride.
  • the selection and use of the further component is provided according to the invention in order to increase the viscosity of the etching liquid or to influence its creep behavior on the substrate surface.
  • the etching liquid are added to it in its detachable, non-reacting mineral and / or organic substances. It is also envisaged to accelerate the chemical reaction by means of appropriate additives. It is not always a separation of the two functionalities "increase in viscosity" and “acceleration The chemical reaction "possible, which is why such additives are preferred, which combine both functionalities in itself.
  • the etching liquid contains as further component sulfuric acid, phosphoric acid, ammonium sulfate, ammonium phosphate, ammonium fluoride, silicon tetrafluoride and / or hexafluorosilicic acid and is preferably maintained at a temperature between 15 and 30 ° C during the treatment.
  • the concentration of hydrofluoric acid (HF) is increased, but this leads to an undesirable creep of the etching medium due to its low viscosity.
  • H 2 S0 4 as an additive to the etching liquid can - at similar high removal rates as in highly concentrated HF - the concentration of HF can be kept low in an advantageous manner, which is why the etching liquid depending on the completely or partially ablated oxide layer between 0.3 and 10% by weight, in a preferred embodiment, 1 to 4% by weight of hydrofluoric acid. This results in a high viscosity of the etching medium due to the low HF concentration, so that the unwanted creep is avoided.
  • the etching liquid contains 50 to 70 wt.% Sulfuric acid.
  • the substrates are transported horizontally along the surface of the etching liquid such that the substrate undersides are contacted with the etching liquid.
  • etching medium creeps up on the peripheral edges of the substrate and subsequently on its prevents top to be treated. Thus, can be dispensed with a separate protection of the top.
  • the substrates are first brought into contact with the etching liquid.
  • any transport devices can be used for this purpose.
  • roller conveyors are particularly suitable, as disclosed, for example, in document WO 2005/093788.
  • the treatment liquid for example, as likewise in the document WO 2005 / 093788, is brought by means of appropriate wheels to the underside of the substrates.
  • the substrates are transported along the surface of the etching liquid, which preferably also takes place with said roller conveyors.
  • transport devices such as grippers are conceivable.
  • the critical size of the gas bubbles is about 1 cm.
  • other values may apply, depending on the composition of the treatment medium. Thus, this value depends among other things on the actual viscosity of the treatment medium and its surface tension.
  • the transport of the substrates along the surface of the etching liquid is therefore preferably carried out using at least one transport roller whose lateral surface (3) has a thread structure (4) with at least one thread (5).
  • the thread structure is provided on several, more preferably on all transport rollers of the transport system used.
  • the at least one thread preferably has a pitch angle of less than 80 °, as will be explained in more detail below.
  • Thread structure means that the shell surface of the roll has one or more spiral protrusions or depressions similar to a screw
  • a thread structure may have one or more "threads”.
  • the thread structure carries gas bubbles that have accumulated at any location on the underside of the substrate, in the direction of the lateral edge regions of the objects. The reason for this lies in the fact that the gas bubbles always rise due to their low density in the treatment liquid.
  • the underside of the substrate forms a barrier, whereby the perpendicular degree of freedom is blocked to move a gas bubble. Further degrees of freedom now run exclusively parallel to the substrate underside. The degree of freedom in the direction of the lateral edge regions block the flanks of the thread.
  • the bubbles are also denied the last remaining degree of freedom, which is parallel to the transport direction.
  • the bubbles would otherwise have to sink due to the shape of the thread. However, this is also excluded due to their lower compared to the treatment medium density without external effects.
  • gas bubbles can only be in the cavity of the thread and at the same time directly on the underside of the substrate. Due to the progressive unwinding of the thread during substrate transport, these possible locations and thus the bubbles trapped in them move in the direction of the lateral edge areas of the substrates, where they finally rise as soon as the vertical degree of freedom is released when leaving the substrate area.
  • the advantage of discharging the gaseous reaction products in the direction of the lateral edge regions of the substrates is that the bubbles are no longer pushed along in the area of the migrating contact surface to the (threadless) roll on the substrate bottom. There, they continuously increase until they reach the rear substrate edge, where they then rise and collapse at the same time, which in particular can also lead to undesired wetting of the upper side of the following substrate. Instead, the bubbles are promptly discharged to their formation in areas that are not behind, but (as seen in the transport direction) from the side of the substrate. Since the removal is continuous, the bubbles also continuously emerge on the sides of the substrates. Because the Residence time of the bubbles is shortened below the substrate, the risk of accumulation and thus growth of the initially very small bubbles is reduced. Below a critical size of the then bursting bubbles but no risk of wetting the substrate top more.
  • the invention provides also that at least one thread preferably has a slope angle "of less than 80 °.
  • the angle of inclination is the angle between Gewindegang- wall and the circumferential surface of the cylinder force that is the roll, in a plan view
  • the pitch angle in a plan view is the angle between the axis of the feed roller and the direction in which the flanks of the thread are pointing. The further it moves into the area around 45 degrees or below (steep, coarse thread) .A small angle thus also leads to a faster lateral discharge of the bubbles.
  • the pitch angle should be selected so that a gas bubbles still safely led to the side can be and not due to a too large pitch angle of (for Side directed) discharge speed can no longer follow.
  • a too small pitch angle may thus be a crossing of the gas bubbles over the thread limiting flank into an upstream or downstream region of the same thread turn.
  • the pitch angle should be chosen so large that a gas bubbles in the context of the complete transport of a substrate over a certain role actually up to beyond the lateral edge of the substrate is also promoted. If the pitch angle chosen too large, the lateral discharge is too slow. The gas bubbles are not exiting the substrate from the roll the lateral edge, but in the area of the trailing edge.
  • the pitch angle is 20 ° -40 °. Experiments have shown that in this area a particularly good and safe removal of the gaseous reaction products is achieved. Particularly preferably, the pitch angle is about 30 °.
  • a thread structure comprises a thread which is arranged to extend uniformly and in the same direction of rotation from one end of the roll to the other.
  • the thread structure of the same lateral surface comprises two opposing threads.
  • the directions of rotation of the two threads are chosen so that they point away from each other at a necessary for the transport of the substrates rotation of the respective role. Thought and inhibited in their rotation screws that are attached to these threads would thus also move away from each other.
  • the boundary region of both threads is preferably arranged such that it divides the track on which the substrates are transported into two halves of approximately equal size ("tractor profile"), which results in bubbles forming in the region of the underside of the substrates are continuously conveyed from the center of the track to their sides, thus avoiding the above-described enlargement, and in each case evenly discharging the bubbles to both sides, so that the bubbles formed at the bottom are approximately
  • a further advantage of this embodiment is that the respective travel distance of a given gas bubble to the substrate side is reduced.
  • it can be provided, for example, that the height of the elevations above the bottom of the thread at the edge of the track is slightly greater than in the middle of the track in the direction of the edge and thus "out of the track
  • a transport roller can have one or even several tracks running parallel to each other.
  • the same variations of a concrete embodiment exist mutatis mutandis for each of the tracks.
  • the distance of the tracks should be at least slightly greater than the width of the substrates to be transported.
  • the distance between two substrates transported side by side is at least 1 cm.
  • the spacing of the individual tracks from each other must be adapted to the largest substrate width.
  • tracks of different widths can be provided side by side on a roll, so that substrates of different widths can be transported side by side. Each track is then provided for the transport always the same width substrates.
  • the device comprises a plurality of transport rollers each having a threaded structure, wherein the thread structures of two consecutive roles in the transport direction are formed in opposite directions with respect to their direction of rotation.
  • the direction of rotation of the thread or turns of successive transport rollers alternates.
  • substrates of different widths can be transported both behind and next to each other in this way.
  • This embodiment is therefore particularly suitable for substrates with standard geometries (round, square) and / or standard dimensions (eg 30 cm substrates, 11 inch wafers).
  • it is also suitable for transporting and handling significantly larger objects, for example 90 cm ⁇ 120 cm glass substrates, such as those used for solar cell production.
  • the at least one thread has a profile depth of at least 1 mm and / or at most 10 mm and a profile shape whose cross-section round, rectangular, triangular, or can be produced with a standard threading tool.
  • the “profile shape” is the geometry of a thread turn that results when looking at a cut surface running through the roll axis.
  • “Tread depth” refers to the distance between the unstructured surface of the roll and the deepest point of a thread turn. The tread depth should not be less than a minimum depth. At a lower than the minimum depth effective removal of the gas bubbles is no longer guaranteed. It is also provided that the maximum depth of the thread is 10 mm. Particularly preferred here is the range of 1.5 to 5 mm profile depth. Most preferred is a square profile with a depth and a clear width of 5 mm each. Alternatively, it is provided that either the width or the depth of the profile is less than 1 cm.
  • Both the shape of the cross section and the profile depth preferably remain the same over the entire length of the thread.
  • the cross-sectional profile can be produced with a standard threading tool.
  • the flat objects are silicon substrates or glass sheets. According to the invention, however, other substrate materials such as ceramic, metal or plastic are conceivable.
  • the method according to the invention therefore also makes possible, in one of its preferred embodiments, controlled lateral discharge of gaseous reaction products from the underside of flat objects which are transported horizontally in the context of a production line through a wet-chemical treatment container.
  • the at least one thread of a transport roller has a tread depth of at least 1 mm and / or at most 10 mm and a profile shape whose cross section is round, rectangular, triangular, or can be produced with a standard threading tool.
  • a chemical additive is added to the etching medium, which prevents gas formation.
  • the substrates are transported rotated by approximately 45 degrees in the event that they are rectangular, so that not an edge but a tip of the substrate points in the transport direction.
  • At least one transport roller is used for transport, and preferably a multiplicity of such rollers arranged one behind the other (roller conveyor) is used. It is particularly preferred that for the transport and removal of the bubbles and / or reaction products at least one designed as a full roll transport roller is provided.
  • the etching process preferably takes place in a temperature range of 15-30 ° C.
  • the process requires less energy than comparable processes, which start only at higher temperatures.
  • temperatures below 15 ° C occurs on the non-treated side on a condensation of the etching medium, so that the surface of the substrate top is attacked.
  • Temperatures of more than 30 ° C can lead to premature depletion of the etching medium.
  • the undersides of the substrates are selectively supplied with etching liquid during transport.
  • a water rinse is used to remove the etching liquid and to stop the reaction. 'This step is advantageous in order to determine a defined endpoint of the reaction, and also the entrainment of etching medium if necessary to avoid in subsequent liquid baths or other processes.
  • deionized water is used for rinsing.
  • other detergents can be used.
  • ultrasound and / or egaschall acts on the substrates at least temporarily to assist the etching process.
  • the action can be done preferably from below, but also from above and / or from the side.
  • the etching medium is brought to the surface to be treated more effectively and the media exchange is improved. This results in an improvement of the treatment result or a shortening of the treatment time.
  • the side of the substrates to be treated is at least temporarily irradiated with light. In certain cases, an increase in the removal rate can be achieved by supplying light energy.
  • the light radiates at a wavelength which is in the range of the natural frequency of the molecular bonds of the passivation layer.
  • the light source should preferably emit in the infrared range, and particularly preferably in the wavelength range around 5000 nm.
  • both monochrome laser light and light with a continuous spectrum can be used.
  • a chemical attack of the substrate top side is reduced by a venting device.
  • This deaerator serves as a gas displacer which displaces the reaction gas liberated in the reaction from the region of the upper side of the substrates or sucks it from there.
  • the etching process is stopped uniformly by a stripping process.
  • a stripping process is particularly preferably proposed.
  • such a step should, however, be provided preferably only if the passivation layer is not to be completely removed. Otherwise, the removal is sufficient by means of the above-described Di-rinsing process.
  • the substrates are finally dried with a gas stream.
  • "Final” means after the etching process and the possibly existing subsequent cleaning steps.
  • This gas stream may be at room temperature or at an elevated temperature.
  • the flow rate is so high that the liquid is not only dried, ie evaporated, but also stripped off. It should be ensured that stripped liquid droplets can not get back to already dried surface areas of the substrates.
  • the method according to the invention can also be used for materials other than silicon using suitable etching liquids, the method always offering itself when etching liquids with comparatively low viscosity lead to undesired wetting and / or within the scope of a treatment those described above Problems (blistering, spraying, excessive fluid exchange, etc.) are present.
  • Example The process was used to treat 125 and 156 mm 2 square monowafes.
  • One group of seeds was polished on one side and on the other side had an alkaline induced texturing while another group of wafers were acid etched on both sides.
  • the wafers each carried on the front and back of an oxide layer of 100 to 300 nm.
  • equally dimensioned wafers were processed with through holes, said holes having a respective distance from each other of about 1 cm and a respective diameter of about 50 ⁇ had.
  • the wafers were processed in an in-line system in such a way that the texturized or saw-damaged side was completely removed.
  • the etching liquids used were mixtures of HF / H 2 SO 4 / H 2 O, HF / H 3 PO 4 / H 2 O, HF / NH 4 F / H 2 SO 4 / H 2 O, HF / NH 4 F / H 3 PO 4 / H 2 O, HF / NH 4 F / H 2 0 and HF / HCI / H2O used, wherein the mixtures of 50% HF solution, 95-97% H 2 S0 4 solution, 85% H 3 P0 4 solution, 40% NH 4 Solution, and 35% HCl solution were prepared.
  • the etching machine had suitable board disc transport rollers and a basin with an active length of 1600 mm.
  • the flow rate in the caustic was set at about 35 L / min, and the fill level was regulated via bypasses. At speeds below 21L / min, no oxide-free surface could be obtained.
  • the gas displacer used was adjusted to a pressure drop of at least 0.3 KPascal, with a value of 0.5 KPascal proved to be particularly suitable.
  • the 3 exhaust flaps on the etching basin were set to 45 ° each.
  • An air scraper was installed in the outlet area of the etching basin, which minimized the carryover of etching solution into the dishwashers.
  • the subsequent Di-dishwasher had a length of 620 mm. Downstream, followed by an air dryer and a discharge area.
  • etch times needed to remove the oxide from the wafer's bottom were dependent on the thickness of the oxide and the nature of the wafer surface.
  • Saw damage etched surfaces were faster oxide free than textured surfaces.
  • Oxide thicknesses of 300 nm were completely removed in saw-damaged etched surfaces at a temperature of 16 ° C and a transport speed of 1.2 m / min; at layer thicknesses of 200 nm, the same result could be achieved with a transport speed of 1.5 m / min.
  • 300 nm thick layers at 1.3 m / min and 200 nm thick layers at 1.0-1.3 m / min were removed.
  • higher transport speeds of 1.5 m / min resulted in 300 nm Oxide thickness and from 1.8 m / min for 200 nm oxide thickness to no complete removal.
  • Vias with contact holes and an oxide thickness of 210 to 230 nm on the textured side were successfully treated at 20 ° C, a transport speed of 0.85 m / min and a flow rate of 26 L / min, without the etching liquid passing through the holes pulled up.
  • the invention preferably proposed at least
  • FIG. 1A schematically shows a roll with a thread structure.
  • FIG. 1B schematically shows the roller according to FIG. 1A at a later method time.
  • Figure 2 shows a roll with several tracks.
  • FIG. 3 shows a roller whose thread structure has two opposing threads.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a roller 1 with a plurality of parallel threads 5, 5 'on a lateral surface 3 as a right-hand thread (FIG. 4A) and as
  • FIG. 5 shows various diagrammatic cross sections
  • Moldings for a thread namely a rectangular profile (Fig. 5A), a semi-circular profile (Fig. 5B), and a triangular profile (Fig. 5C).
  • FIG. 1A schematically shows a roller 1 with a thread structure 4.
  • the roller 1 is designed as a cylinder and has a base 2 and a lateral surface 3. Not shown are other features such as the axis on which the roller 1 is rotatably mounted, and possibly existing drive elements, etc ..
  • the threaded structure 4 On the lateral surface 3 there is a threaded structure 4. The parts hidden by the roller 1 are shown as a dashed line.
  • the threaded structure 4 has, according to FIG. 1, a continuous thread 5.
  • the roller 1 rotates during conveyance of a substrate 6 (shown as a dotted line) in the direction of rotation 7.
  • the transport direction 8 is formed. This has parallel to the base 2 of the roll 1.
  • the thread 5 is not in the transport direction 8, but forms with the lateral surface 3 a pitch angle 9.
  • the pitch angle 9 is approximately 70 °.
  • a gas bubble 10 is trapped in the area between the underside of the substrate 6 and the lateral surface 3 of the roller 1. Due to its density, it tries to ascend, but strikes against the underside of the substrate 6. A lateral breaking is also not possible, since it can move only in the interior of the thread 5, which is provided as a notch or recess in the lateral surface 3 of the roller 1 ,
  • FIG. 1B shows the situation from FIG. 1A after a few rotations of the roll 1 in the direction of rotation 7.
  • the substrate 6 has moved further in the transport direction 8.
  • the gas bubble 10, which is trapped in the thread 5 migrates in the direction of the lateral edge region 6 'of the substrate 6. Since further gas bubbles (not shown) also form continuously on the underside of the substrate 6 due to the continuous chemical reaction, there is thus a continuous discharge of the gas bubbles. Due to the barrier that form the flanks of the thread 5, multiple gas bubbles can not unite to one or more large gas bubbles.
  • FIG. 2 shows two rollers 1, 1 'which are provided for transport on a plurality of (here two) tracks.
  • a track is characterized by a respective thread 5 and 5 '.
  • the rollers 1 and 1 'and the threads 5, 5' are dimensioned so that a plurality of substrates (not shown) can be transported side by side.
  • the tracks are different in width.
  • the pitch angle 9 of the threads 5, 5 ' are the same on both rollers 1 and 1' in magnitude. So that the substrates do not run off the track during continuous rotation of the rollers 1, 1 'due to the transport component pointing in the axial direction of the rollers, the pitch angles 9 of the two rollers 1 and 1' are formed in exactly opposite directions.
  • the directions of rotation 7 of the rollers 1 and 1 ' are identical.
  • the threads 5 and 5 'of two consecutive in the transport direction 8 rollers 1, 1' are formed in opposite directions with respect to their direction of rotation 11. In this way, although substrates are transported slightly out of the track by a first roller 1, the subsequent roller 1 'leads the substrates back into the track again.
  • FIG. 3 shows a roller 1 with a thread structure 4 with two opposing threads 5, 5 '.
  • the threads 5, 5 ' together form a track.
  • the pitch angle 9 of the two threads 5, 5 ' are the same size, but have opposite signs.
  • the roller 1 rotates in the direction of rotation 7.
  • the directions of rotation 11, 11 ' which thus result, lead to imaginary and inhibited in their rotation screws that are attached to the threads 5 and 5', upon rotation of the roll from each other would move away.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a roller 1 with several parallel threads 5, 5 ', 5 ", 5" on a lateral surface 3 as a right-hand thread (FIG. 4A) and as a left-hand thread (FIG. 4B).
  • FIG. 4A right-hand thread
  • FIG. 4B left-hand thread
  • the lateral surface 3 at a constant pitch angle 9 a larger number of corresponding recesses, which serve to discharge the gas bubbles (not shown).
  • FIG. 5 shows various profile shapes for a thread 5 on the basis of schematic cross sections.
  • FIG. 5A shows a rectangular profile
  • FIG. 5B shows a semicircular profile
  • Fig. 5C shows a triangular profile.
  • the value a represents in each case the profile depth
  • the value b the profile width.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum ausschließlich einseitigen nasschemischen Abtragen von auf flachen Substraten wie insbesondere Siliziumscheiben vorhandenen passivierenden und/oder dielektrischen Oxidschichten durch einseitiges Ätzen der unteren Seite eines horizontal durch einen mit einer Ätzflüssigkeit gefüllten Behälter transportierten Substrates. Unter Anwendung dieses Verfahrens ist kein Schutz der nicht zu behandelnden Substratseite in Form einer Beschichtung oder mechanischer Hilfsmittel erforderlich. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Ätzflüssigkeit Wasser, Flusssäure sowie mindestens eine weitere aus der Gruppe bestehend aus Schwefel- und Phosphorsäure sowie deren Alkali-, Ammonium-, und Organoammonium-Hydrogensalzen und Salzen, Hexafluorokieselsäure, und Siliziumtetrafluorid ausgewählte Komponente enthält.

Description

Verfahren zum Äbtragen von Substratschichten
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum ausschließlich einseitigen nasschemischen Abtragen von auf flachen Substraten wie insbesondere Siliziumscheiben vorhandenen passivierenden und/oder dielektrischen Oxidschichten durch einseitiges Ätzen der unteren Seite eines horizontal durch einen mit einer Ätzflüssigkeit gefüllten Behälter transportierten Substrates. Unter Anwendung dieses Verfahrens kein Schutz der nicht zu behandelnden Substratseite in Form einer Beschichtung oder mechanischer Hilfsmittel erforderlich.
Bei der Herstellung von beispielsweise Solarzellen werden die erhaltenen Scheiben nach dem Sägen ein- oder beidseitig vorbereitet, wie z.B. texturiert, poliert, oder sägeschadenge- ätzt, bevor sich weitere, meist einseitig durchzuführende Fertigungsschritte anschließen. Dabei kann es notwendig sein, während eines Prozessschrittes entstandene Passivierungsschichten wie insbesondere Oxidschichten einseitig vom Substrat abzutragen, also in der Dicke zu verringern oder gänzlich einseitig zu entfernen. Zum Entfernen von Siliziumdioxid kommen beispielsweise folgende aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren und Ätzmedien zum Einsatz:
- Glasätzen mit Fluorwasserstoff (HF) , Berylliumoxid (BeO) , Fluorwasserstoff/Ammoniumfluorid (HF/NH4F) , Tetramethyl- ammoniumhydroxid (TMAH) ; - Plasmaätzen mit Fluoroform (CHF3) , Tetrafluormethan (CF4) ,
Hexafluoroethan (C2F6) , Octafluoropropan (C3F8) und/oder Schwefelhexafluorid (SF6) ;
- DRIE (Deep Reactive Ion Etching) -Siliziumätzen;
BESTÄTIGUNGSKOPIE - Chemisch-Mechanisches Polieren (CMP) mit Kaliumhydroxid (KOH) , beispielsweise beschrieben in der Druckschrift DE 10 2007 024 142 AI.
Bei sämtlichen dieser Verfahren sind jedoch zusätzliche Schutzschichten erforderlich, um die nicht zu behandelnde Seite des Substrats vor Angriffen des Ätzmedium zu schützen.
Das Problem der Notwendigkeit, die nicht zu behandelnde Seite des Substrats vor dem Ätzmedium zu schützen, da andernfalls ein Angriff auch dieser Seite die Folge ist, wird im Stand der Technik auf unterschiedliche Weise gelöst. Beispielsweise können hierzu mechanische Hilfsmittel wie Vakuumchucks oder Platten mit umlaufenden Dichtringen dienen, die ggf. auch als Transportmittel eingesetzt werden. Ferner können temporär aufgebrachte Schutzschichten verwendet werden. Verbunden damit ist der erhöhte Aufwand, um diese Dichtmittel bereitzustellen, sowie (im Falle von Schutzschichten) der Aufwand, um diese wieder zu entfernen. Wünschenswert ist es daher, die Ätzflüssigkeit überhaupt nicht in den nicht zu behandelnden Bereich vordringen zu lassen.
In der Druckschrift DE 10313127 AI ist ein Verfahren offenbart, wonach die einseitig zu behandelnden Substrate derart an der Oberfläche einer Behandlungsflüssigkeit entlang transportiert werden, dass nur die zu behandelnde Substratunterseite mit der Behandlungsflüssigkeit in Kontakt kommt. In einer Weiterbildung dieser Druckschrift zeigt das Dokument WO 2005/093788, dass neben dieser „aktive (direkte) Benetzung" genannten Vorgehensweise auch ein Abstand zwischen der Oberfläche des Behandlungsmediums und der Unterseite der Substrate vorgesehen sein kann, wobei die Behandlungsflüssigkeit mittels entsprechender Räder an die Unterseite der Substrate gebracht wird („passive (indirekte) Benetzung"). Je nach Anforderung können die Substratkanten mit in den Prozess einbezogen oder von ihm ausgeschlossen werden. Aufgrund der Verwendung von Rädern sowie von Führungsscheiben, die aufgrund ihres geringfügig größeren Durchmessers als seitliche Führungen für die Substrate wirken, werden jedoch nicht unerhebliche Biegekräfte auf die Substrate ausgeübt. Die Führungsscheiben dienen jedoch auch als eine Brücke, auf der unerwünschterweise Behandlungsflüssigkeit an die Oberseite der Substrate gelangen kann. Da die Strömungsgeschwindigkeit mit abnehmendem Abstand zur Substratoberfläche ebenfalls abnimmt und direkt an der Substratoberfläche praktisch zu Null wird, kann in diesem Bereich der Austausch von Behandlungsflüssigkeit und Reaktionsprodukten lediglich durch langsam ablaufende Diffusion und nicht durch schnell ablaufenden Strömungsaustausch erfolgen. Somit bildet sich an der Substratunterseite mit zunehmender Behandlungsdauer eine Diffusionsschicht aus Reaktionsprodukten aus, die den Fortgang des Prozesses behindert.
Ferner treten bei derartigen Behandlungen häufig auch gasförmige Reaktionsprodukte auf. Diese sich während der Behandlung bildenden Gasbläschen können zu einer Reihe von Problemen führen. Zunächst ändern die aufsteigenden Bläschen lokal die Höhe des Flüssigkeitspegels. Dies wiederum führt im Randbereich der Substrate zu einem möglicherweise unerwünschten Benetzen der Substrat kanten, schlimmstenfalls sogar zu einem lokalen Überschwemmen derselben. Beim nachfolgenden Zerplatzen der Gasbläschen an der Flüssigkeitsoberfläche kommt es häufig zu Spritzern und somit zu einer unerwünschten Benetzung der umlaufenden Kante und/oder der Oberseite des Substrats. Auch eine Benetzung der Oberseite des nachfolgenden Substrats ist dabei möglich. Das Problem wird durch die Verwendung von Vollrollen, welche aus mechanischer Sicht zu bevorzugen sind, als Transportmittel noch verstärkt. Die Bläschen werden im Bereich der wandernden Kontaktfläche zur Rolle an der Substratunterseite entlang geschoben. Dort vergrößern sie sich fortlaufend, bis sie den hinteren Substratrand erreichen, wo sie dann zeitgleich aufsteigen und zerplatzen.
Unerwünschte Bläschen können auch anders als durch chemische Reaktion in die Behandlungsflüssigkeit eingebracht worden sein, beispielsweise durch Eintrag mittels Umwälzpumpen oder dergleichen. Insofern sind nachfolgend auch derartige Quellen von Gasblasen eingeschlossen.
Die im Stand der Technik bekannten Ätzflüssigkeiten weisen zudem den Nachteil eines ungünstigen Kriechverhaltens auf, wodurch die bekannten Flüssigkeiten mit relativ niedriger Viskosität dazu neigen, an den Kanten des Substrates hochzukriechen und dadurch nicht nur die Kanten, sondern auch die obere nicht zu behandelnde Substratseite nachteilig und ungewollt zu benetzen. Dieses negative Kriechverhalten erweist sich nicht nur bei ebenen Substraten mit sogenannten Sack- oder Durchgangslöchern, sondern auch bei Substraten mit strukturierten Aufbauten als nachteilig.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Bereitstellung eines Ätzverfahrens, mit welchem die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden.
Demnach soll die Erfindung dazu dienen, passivierende und/oder dielektrische Oxidschichten insbesondere auf mono- und multikristallinen Silizium- oder Galliumarsenidsubstraten einseitig abzutragen, ohne dass die Oberfläche der nicht zu behandelnden Seite angegriffen wird, und ohne dass hierzu ein zusätzlicher Schutz oder Maskieren derselben erforderlich ist.
Zum Behandeln der Substratoberfläche sollen keine abrasiven Partikel eingesetzt werden, sondern ausschließlich chemische Reagenzien . Ferner soll das Verfahren im Rahmen einer Fertigungsstraße oder Durchlaufanläge ( Inline-Anlage ) einsetzbar sein.
Die Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Hautanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen sowie in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung angegeben. Das erfindungsgemäße Verfahren dient dem einseitigen nasschemischen Abtragen von Passivierungsschichten auf Substraten wie insbesondere Siliziumscheiben unter Verwendung einer Ätzflüssigkeit. Es sei dabei angemerkt, dass sich das Verfahren sinngemäß auch zum Abtragen von Dielektrika wie beispielsweise Siliziumnitrid- und/oder Siliziumdioxidschichten eignet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird jedoch nachfolgend lediglich von „Passivierungsschichten" gesprochen.
Unter „Abtragen" wird definitionsgemäß sowohl das nur teilweise als auch das vollständige Entfernen besagter Passivierungsschich- ten verstanden. Als Passivierungsschichten kommen insbesondere Oxidschichten auf Siliziumsubstraten in Frage, wie sie bei der Solarzellenfertigung auftreten. Es ist ferner denkbar, dass die Substrate Löcher für die Durchkontaktierung von Leiterbahnen oder das Durchführen von Emittern aufweisen, welche bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht verschlossen werden müssen. Erfindungsgemäß sind auch andere Substratmaterialien wie beispielsweise Glas, Metall oder Kunststoffe denkbar. Das Verfahren wird nachfolgend jedoch anhand von Siliziumscheiben beispielhaft beschrieben.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Ätzflüssigkeit Wasser, Flusssäure sowie mindestens eine weitere aus der Gruppe bestehend aus Schwefel- und Phosphorsäure sowie deren Alkali-, Ammonium-, und Organoammonium-Hydrogensalzen und Salzen, Hexafluoro- kieselsäure, und Siliziumtetrafluorid ausgewählte Komponente enthält . Die Auswahl sowie Verwendung der weiteren Komponente ist erfindungsgemäß vorgesehen, um die Viskosität der Ätzflüssigkeit zu erhöhen bzw. deren Kriechverhalten an der Substratoberfläche zu beeinflussen. Hierzu ist vorgesehen, dass der Ätzflüssigkeit in ihr lösbare, nicht mit ihr reagierende mineralische und/oder organische Stoffe hinzugefügt werden. Es ist ferner vorgesehen, die chemische Reaktion mittels entsprechender Zusatzstoffe zu beschleunigen. Dabei ist nicht immer eine Trennung der beiden Funktionalitäten "Erhöhung der Viskosität" und "Beschleunigung der chemischen Reaktion" möglich, weshalb solche Zusätze bevorzugt sind, die beide Funktionalitäten in sich vereinen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Ätzflüssigkeit als weitere Komponente Schwefelsäure, Phosphorsäure, Ammonium- sulfat, Ammoniumphosphat, Ammoniumfluorid, Siliziumtetrafluorid und/oder Hexafluorokieselsäure und wird während der Behandlung vorzugsweise auf einer Temperatur zwischen 15 und 30° C gehalten.
Insbesondere bei höheren abzutragenden Dicken der Passivierungs- schicht und unter der Maßgabe nicht zu langer Behandlungszeiten wird gewöhnlich die Konzentration von Flusssäure (HF) erhöht, was jedoch zu einem unerwünschten Kriechen des Ätzmediums aufgrund dessen geringer Viskosität führt. Durch die beispielhafte Verwendung von H2S04 als Zusatz zur Ätzflüssigkeit kann - bei ähnlich hohen Abtragsraten wie bei hochkonzentriertem HF - die Konzentration von HF in vorteilhafter Weise gering gehalten werden, weshalb die Ätzflüssigkeit in Abhängigkeit der vollständig oder teilweise abzutragenden Oxidschicht zwischen 0,3 und 10 Gew.%, nach einer bevorzugten Ausführungsform 1 bis 4 Gew.% Flusssäure enthält. Daraus resultiert eine hohe Viskosität des Ätzmediums aufgrund der niedrigen HF-Konzentration, so dass das unerwünschte Kriechen vermieden wird. Derartige Effekte sind auch mit anderen, weiter oben genannten Zusatzstoffen oder mit Kombinationen derselben erreichbar. Bevorzugt ist ferner, dass die Ätzflüssigkeit 50 bis 70 Gew.% Schwefelsäure enthält. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Substrate derart horizontal entlang der Oberfläche der Ätzflüssigkeit transportiert, dass die Substratunterseiten mit der Ätzflüssigkeit kontaktiert werden.
Da erfindungsgemäß eine hochviskose Ätzflüssigkeit eingesetzt wird, wird durch die (im Vergleich zu Ätzmedien aus dem Stand der Technik) höhere Viskosität ein Heraufkriechen des Ätzmediums an den umlaufenden Kanten des Substrats und nachfolgend auf seine nicht zu behandelnde Oberseite verhindert. Somit kann auf einen separaten Schutz der Oberseite verzichtet werden.
Erfindungsgemäß werden zunächst die Substrate mit der Ätzflüssigkeit in Kontakt gebracht. Hierzu können grundsätzlich beliebige Transportvorrichtungen Verwendung finden. Besonders geeignet sind jedoch Rollenfördereinrichtungen, wie sie beispielsweise in der Druckschrift WO 2005/093788 offenbart sind. Erfindungsgemäß ist dabei sicherzustellen, dass die Substrate lediglich mit ihrer zu behandelnden Unterseite mit der Ätzflüssigkeit in Kontakt kommen, oder dass ein Abstand zwischen der Oberfläche des Ätzmediums und der Unterseite der Substrate besteht, wobei die Behandlungsflüssigkeit beispielsweise, wie ebenfalls in der Druckschrift WO 2005/093788 dargelegt, mittels entsprechender Räder an die Unterseite der Substrate gebracht wird.
Anschließend oder gleichzeitig erfolgt ein Transportieren der Substrate entlang der Oberfläche der Ätzflüssigkeit, was bevorzugt ebenfalls mit besagten Rollenförderern geschieht. Selbstverständlich sind auch andere Transportvorrichtungen wie beispielsweise Greifer denkbar.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass während des Transportierens der Substrate entlang der Oberfläche der Ätzflüssigkeit zusätzlich ein kontinuierliches Entfernen von während des Ätzvorgangs gebildeten Bläschen und/oder Reaktionsprodukten aus der Diffusionsschicht erfolgt, welche sich unmittelbar im Bereich der Unterseite des zu behandelnden Substrats bildet. Derartige Bläschen können beispielsweise durch chemische Reaktionen entstehen und behindern den Ätzvorgang. Zudem führen ' sich sammelnde und somit vergrößernde Bläschen beim Verlassen der Unterseite eines Substrats und dem anschließenden Aufsteigen im unmittelbaren Bereich der Substratkante zu Flüssigkeitsspritzern der Ätzmediums, die durch das Zerplatzen der Bläschen an der Oberfläche der Ätzflüssigkeit hervorgerufen werden. Unter- suchungen haben ergeben, dass die kritische Größe der Gasbläschen bei ca. 1 cm liegt. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Behandlungsmediums können jedoch auch andere Werte gelten. So ist dieser Wert unter anderem von der tatsächlichen Viskosität des Behandlungsmediums und dessen Oberflächenspannung abhängig.
Durch das kontinuierliche Entfernen der Bläschen wird dieser unerwünschte Effekt, der zu Verunreinigungen der Substratoberseite mit Ätzmedium und somit zu Beschädigungen führt, unterbunden oder zumindest weitgehend vermieden. Gleiches gilt sinngemäß auch für andere Reaktionsprodukte, die zu einem Anhaften an der zu behandelnden Substratunterseite neigen und somit den Fortgang der chemischen Reaktion behindern. Das Entfernen der Reaktionsprodukte erlaubt zudem eine kontinuierliche Erneuerung der Ätzflüssigkeit im Bereich der zu behandelnden Substratoberfläche, so dass laufend unverbrauchtes Ätzmedium in an die Substratoberfläche gelangen kann.
Erfindungsgemäß erfolgt der Transport der Substrate entlang der Oberfläche der Ätzflüssigkeit daher bevorzugt unter Verwendung mindestens einer Transportrolle, deren Mantelfläche (3) eine Gewindestruktur (4) mit mindestens einem Gewindegang (5) aufweist. Bevorzugt ist die Gewindestruktur auf mehreren, besonders bevorzugt auf allen Transportrollen des eingesetzten Transportsystems vorgesehen. Der mindestens eine Gewindegang weist vorzugsweise einen Steigungswinkel von weniger als 80° auf, wie weiter unten genauer erläutert wird.
„Gewindestruktur" bedeutet, dass die Mantelfläche der Rolle eine oder . mehrere spiralförmige Erhebungen oder Vertiefungen ähnlich einer Schraube aufweist. Demnach kann eine Gewindestruktur einen oder mehrere „Gewindegänge" aufweisen. Die Gewindestruktur führt Gasbläschen, die sich an einer beliebigen Stelle an der Unterseite des Substrats angesammelt haben, in Richtung der seitlichen Randbereiche der Gegenstände ab. Der Grund hierfür liegt in der Tatsache, dass die Gasbläschen aufgrund ihrer geringen Dichte in der Behandlungsflüssigkeit stets nach oben steigen. Dabei bildet die Unterseite des Substrats eine Barriere, wodurch der senkrecht verlaufende Freiheitsgrad zur Bewegung eines Gasbläschens blockiert ist. Weitere Freiheitsgrade verlaufen nunmehr ausschließlich parallel zur Substratunterseite. Den Freiheitsgrad in Richtung der seitlichen Randbereiche blockieren die Flanken des Gewindegangs. Schließlich ist den Bläschen auch der letzte verbleibende, Freiheitsgrad verwehrt, der parallel zur Transportrichtung verläuft. Die Bläschen müssten sonst aufgrund der Form des Gewindegangs absinken. Dies ist jedoch aufgrund ihrer im Vergleich zum Behandlungsmedium geringeren Dichte ohne externe Einwirkungen ebenfalls ausgeschlossen. Somit können sich Gasbläschen nur im Hohlraum des Gewindegangs und gleichzeitig direkt an der Unterseite des Substrats aufhalten. Aufgrund des fortschreitenden Abrollens des Gewindegangs während des Substrattransports bewegen sich diese möglichen Aufenthaltsorte und somit die in ihnen „gefangenen" Bläschen in Richtung der seitlichen Randbereiche der Substrate. Dort steigen sie schließlich auf, sobald der senkrechte Freiheitsgrad bei Verlassen des Substratbereiches wieder freigegeben wird.
Der Vorteil des Abführens der gasförmigen Reaktionsprodukte in Richtung der seitlichen Randbereiche der Substrate liegt darin, dass die Bläschen nicht mehr im Bereich der wandernden Kontaktfläche zur (gewindelosen) Rolle an der Substratunterseite entlang geschoben werden. Dort vergrößern sie sich fortlaufend, bis sie den hinteren Substratrand erreichen, wo sie dann zeitgleich aufsteigen und zerplatzen, was insbesondere auch zu einer unerwünschten Benetzung der Oberseite des nachfolgenden Substrats führen kann. Stattdessen werden die Bläschen zeitnah zu ihrer Entstehung in Bereiche abgeführt, die nicht hinter, sondern (in Transportrichtung gesehen) seitlich vom Substrat liegen. Da das Abführen kontinuierlich erfolgt, treten die Bläschen auch kontinuierlich an den Seiten der Substrate aus. Da die Verweilzeit der Bläschen unterhalb des Substrats verkürzt ist, wird die Gefahr eines Ansammeins und somit Anwachsens der zunächst sehr kleinen Bläschen verringert. Unterhalb einer kritischen Größe geht von den dann zerplatzenden Bläschen aber keine Gefahr der Benetzung der Substratoberseite mehr aus.
Wie weiter oben bereits angesprochen, ist erfindungsgemäß außerdem vorgesehen, dass der mindestens eine Gewindegang vorzugsweise einen Steigungswinkel " von weniger als 80° aufweist. Der Steigungswinkel bezeichnet den Winkel zwischen Gewindegang- wand und der Mantelfläche des Zylinders, den die Rolle darstellt, in einer Draufsicht. Anders ausgedrückt ist der Steigungswinkel in einer Draufsicht der Winkel zwischen der Achse der Transportrolle und der Richtung, in die die Flanken des Gewindeganges weisen. Bei Feingewinden liegt der Wert der Steigung näher bei 90 Grad (flaches Gewinde) . Je gröber das Gewinde wird, desto weiter bewegt er sich in den Bereich um 45 Grad oder darunter (steiles, grobes Gewinde). Ein kleiner Winkel führt somit auch zu einem schnelleren seitlichen Abführen der Bläschen . Grundsätzlich ist der Steigungswinkel so zu wählen, dass ein Gasbläschen noch sicher zur Seite abgeführt werden kann und nicht aufgrund eines zu großen Steigungswinkels der (zur Seite gerichteten) Abführgeschwindigkeit nicht mehr folgen kann. Die Folge eines zu kleinen Steigungswinkels kann somit ein Übertreten der Gasbläschen über die einen Gewindegang begrenzende Flanke hinweg in einen stromauf- oder abwärts gelegenen Bereich desselben Gewindeganges sein. Gleichzeitig sollte der Steigungswinkel so groß gewählt sein, dass ein Gasbläschen im Rahmen des vollständigen Transports eines Substrats über eine bestimmte Rolle auch tatsächlich bis über den seitlichen Substratrand hinaus gefördert wird. Wird der Steigungswinkel zu groß gewählt, so erfolgt das seitliche Abführen zu langsam. Das Gasbläschen befindet sich beim Verlassen des Substrats von der Rolle nicht an der seitlichen Kante, sondern im Bereich der Hinterkante. Die oben genannten Probleme sind dann die Folge.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Steigungswinkel 20°-40°. Versuche haben ergeben, dass in diesem Bereich ein besonders gutes und sicheres Abführen der gasförmigen Reaktionsprodukte erreicht wird. Besonders bevorzugt beträgt der Steigungswinkel ca. 30°.
Nach einer ersten Ausführungsform umfasst eine Gewindestruktur einen Gewindegang, der so angeordnet ist, dass er sich gleichförmig und mit gleicher Drehrichtung von einem Ende der Rolle zum anderen erstreckt. Nach einer weiteren Ausführungsform umfasst die Gewindestruktur derselben Mantelfläche zwei gegenläufige Gewindegänge.
Die Drehrichtungen der beiden Gewindegänge sind dabei so gewählt, dass sie bei einer für den Transport der Substrate notwendigen Rotation der jeweiligen Rolle voneinander weg weisen. Gedachte und in ihrer Rotation gehemmte Schrauben, die auf diese Gewindegänge aufgesteckt sind, würden sich somit ebenfalls voneinander weg bewegen. Der Grenzbereich beider Gewindegänge ist dabei bevorzugt so angeordnet, dass er die Spur, auf welcher die Substrate transportiert werden, in zwei etwa gleich große Hälften teilt („Traktorprofil"). Dadurch wird erreicht, dass Bläschen, die sich im Bereich der Unterseite der Substrate bilden und/oder sammeln, kontinuierlich von der Mitte der Spur zu deren Seiten gefördert werden, so dass das oben beschriebene Vergrößern vermieden wird. Zudem erfolgt ein jeweils gleichmäßiges Abführen der Bläschen zu beiden Seiten hin, so dass die an der Unterseite entstehenden Bläschen in etwa gleichen Teilen zu beiden Seiten hin abgeführt werden. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass die jeweilige Wegstrecke einer gegebenen Gasblase zur Substratseite reduziert wird. Ein erfindungsgemäßes „Traktorprofil" kann außerdem zentrierend auf die transportierten Substrate wirken. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Höhe der Erhebungen über dem Grund des Gewindeganges am Rand der Spur geringfügig größer ist als in der Mitte der Spur. Dadurch laufen Substrate, die sich in Richtung des Randes und somit „aus der Spur" bewegen, in die Mitte derselben zurück.
Wie bereits erwähnt, kann eine Transportrolle eine oder auch mehrere, parallel zueinander verlaufende Spuren aufweisen. Dabei bestehen für jede der Spuren sinngemäß die gleichen Variationen einer konkreten Ausführungsform.
Für den Fall, dass eine Transportrolle mehrere nebeneinander liegende Spuren für die Substrate bereitstellt, sollte der Abstand der Spuren zueinander zumindest geringfügig größer sein als die Breite der zu transportierenden Substrate. Bevorzugt beträgt der Abstand zweier nebeneinander transportierter Substrate mindestens 1 cm. Für den Fall, dass nacheinander Substrate mit unterschiedlicher Breite transportiert werden sollen, ist der Abstand der einzelnen Spuren voneinander an die größte Substratbreite anzupassen. Selbstverständlich können auf einer Rolle auch Spuren unterschiedlicher Breite nebeneinander vorgesehen werden, so dass Substrate unterschiedlicher Breiten nebeneinander transportiert werden können. Jede Spur ist dann für den Transport immer gleich breiter Substrate vorgesehen. Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Vorrichtung mehrere, jeweils eine Gewindestruktur aufweisende Transportrollen umfasst, wobei die Gewindestrukturen zweier in Transportrichtung aufeinander folgender Rollen hinsichtlich ihrer Drehrichtung gegenläufig ausgebildet sind. Mit anderen Worten wechselt sich die Drehrichtung des oder der Gewindegänge aufeinander folgender Transportrollen jeweils ab. Das bedeutet, dass - in Transportrichtung gesehen - einer Rolle mit einem rechtsläufigen eine solche mit linksläufigem Gewindegang folgt usw. Der Gewindegang einer Rolle ist dabei jeweils durchgängig ausgestaltet. Das Fördern der Bläschen erfolgt somit ebenfalls abwechselnd zur linken und zur rechten Seite hin. Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausführungsform ist in der Möglichkeit begründet, Substrate unterschiedlicher Breiten transportieren zu können, ohne dafür jeweils die entsprechende Spurbreite anpassen zu müssen. Zudem können auf diese Weise Substrate unterschiedlicher Breite sowohl hinter- als auch nebeneinander transportiert werden. Diese Ausführungsform ist somit besonders für Substrate mit Standardgeometrien (rund, quadratisch) und/oder Standardabmessungen (z.B. 30-cm-Substrate , 11-Zoll-Wafer) geeignet. Sie ist aber auch geeignet, deutlich größere Gegenstände zu transportieren und zu behandeln, beispielsweise 90 cm x 120 cm große Glassubstrate, wie sie zur Solarzellenfertigung verwendet werden .
Bevorzugt ist ferner vorgesehen, dass der mindestens eine Gewindegang eine Profiltiefe von mindestens 1 mm und/oder höchstens von 10 mm sowie eine Profilform aufweist, deren Quer- schnitt rund, rechteckig, dreieckig, oder mit einem Standard- Gewindewerkzeug herstellbar ist.
Die „Profilform" ist dabei die Geometrie eines Gewindeganges, die sich bei einem Blick auf eine durch die Rollenachse verlaufende Schnittfläche ergibt. „Profiltiefe" bezeichnet den Abstand zwischen der unstrukturierten- Mantelfläche der Rolle und der tiefsten Stelle eines Gewindeganges. Die Profiltiefe sollte eine Mindesttiefe nicht unterschreiten. Bei einer geringeren als der Mindesttiefe ist ein wirkungsvolles Abführen der Gasbläschen nicht mehr gewährleistet. Ebenso ist vorgesehen, dass die Höchsttiefe des Gewindeganges 10 mm beträgt. Besonders bevorzugt ist hierbei der Bereich von 1,5 bis 5 mm Profiltiefe. Am meisten bevorzugt ist ein quadratisches Profil mit einer Tiefe und einer lichten Breite von jeweils 5 mm. Alternativ ist vorgesehen, dass entweder die Breite oder die Tiefe des Profils weniger als 1 cm beträgt.
Sowohl die Form des Querschnitts als auch die Profiltiefe bleiben bevorzugt über die gesamte Länge des Gewindeganges gleich. Es kann aber in bestimmten Fällen vorteilhaft sein, die Form des Querschnitts und/oder die Profiltiefe zu variieren, und zwar im Bereich eines einzelnen Gewindeganges und/oder im Hinblick auf einander benachbarte Spuren und/oder im Falle aufeinander folgender Transportrollen. Neben einem runden oder einem rechteckigen Querschnitt sind selbstverständlich auch andere wie beispielsweise ovale oder anders geformte Querschnitte möglich. Besonders bevorzugt ist jedoch, dass das Querschnittsprofil mit einem Standard-Gewindewerkzeug herstellbar ist. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die flachen Gegenstände Siliziumsubstrate oder Glasscheiben sind. Erfindungsgemäß sind jedoch auch andere Substratmaterialien wie beispielsweise Keramik, Metall oder Kunststoff denkbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht nach einer seiner bevorzugten Ausführungsformen daher ferner ein kontrolliertes seitliches Abführen gasförmiger Reaktionsprodukte von der Unterseite flacher Gegenstände, die im Rahmen einer Fertigungsstraße horizontal durch einen nasschemischen Behandlungsbehälter transportiert werden. Bevorzugt ist ferner vorgesehen, dass der mindestens eine Gewindegang einer Transportrolle eine Profiltiefe von mindestens 1 mm und/oder höchstens von 10 mm sowie eine Profilform aufweist, deren Querschnitt rund, rechteckig, dreieckig, oder mit einem Standard-Gewindewerkzeug herstellbar ist. Nach einer anderen Ausführungsform wird dem Ätzmedium ein chemischer Zusatz beigefügt, welcher die Gasbildung unterbindet. Nach einer weiteren Ausführungsform ist alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass die Substrate für den Fall, dass sie rechteckig sind, um ca. 45 Grad gedreht transportiert werden, so dass nicht eine Kante, sondern eine Spitze des Substrats in Transportrichtung weist.
Wie erwähnt wird zum Transport vorzugsweise mindestens eine Transportrolle, und bevorzugt eine Vielzahl derartiger hintereinander angeordneter Rollen (Rollenförderer) verwendet. Besonders bevorzugt ist dabei, dass zum Transport und zum Entfernen der Bläschen und/oder Reaktionsprodukte mindestens eine als Vollrolle ausgebildete Transportrolle vorgesehen ist.
Schon bei einer Verwendung von Vollrollen erfolgt ein Transport frischen Ätzmediums an die Reaktionsfläche sowie ein Abstreifen verbrauchten Mediums, woraus bereits ein schnellerer Ätzprozess erfolgt. Schon durch die Verwendung von Vollrollen wird die sich während des Behandeins bildenden Diffusionsschicht gestört, was zu einer Beschleunigung der chemischen Reaktion und somit des Ätzens führt. Durch das Umwälzen des Ätzmediums insbesondere im Bereich der Reaktionsfläche kann die ansonsten benötigte hohe Anströmgeschwindigkeit verringert werden. Daraus resultiert unter Anderem auch eine Beruhigung der Flüssigkeitsoberfläche und somit eine weitere Verringerung der Gefahr unerwünschter Spritzer und Wellen, welche die Oberseite der Substrate benetzen könnten. Auch sorgen die Vollrollen für einen Abtransport eventuell auftretender und an der Reaktionsfläche anhaftender Bläschen in Richtung der Hinterkante eines jeweiligen Substrats. Da die Reaktionsschicht ständig erneuert wird und dünner ist, weisen Anlangen mit Vollrollen im Vergleich zu Anlagen, bei denen die Substrate auf Rädern anstatt auf Rollen transportiert werden, eine signifikant erhöhte Abtragsleistung auf. Allerdings kann es auch aufgrund des simultanen Aufsteigens von vielen, gleichzeitig über die Hinterkante eines Substrats hinweg geschobenen Bläschen zu einer unerwünschter Benetzung der Substratoberseite aufgrund des Zerplatzens der Bläschen kommen. Daher wird besonders bevorzugt ein so genanntes „Gewindeprofil" auf der Rollenoberfläche vorgesehen.
Erfindungsgemäß ist außerdem vorgesehen, dass - in Abhängigkeit der Zusammensetzung der Ätzflüssigkeit - der Ätzvorgang bevorzugt in einem Temperaturbereich von 15-30°C stattfindet. Auf diese Weise benötigt der Prozess weniger Energie als vergleichbare Prozesse, die nur bei höheren Temperaturen anlaufen. Bei Temperaturen von unter 15°C tritt auf der nicht zu behandelnden Seite eine Kondensation des Ätzmediums auf, so dass die Oberfläche der Substratoberseite angegriffen wird. Temperaturen von mehr als 30 °C können zu einer vorzeitigen Verarmung des Ätzmediums führen.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Unterseiten der Substrate während des Transports gezielt mit Ätzflüssigkeit angeströmt werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Wasser-Spüler zum Entfernen der Ätzflüssigkeit und zum Stoppen der Reaktion eingesetzt wird. ' Dieser Schritt ist vorteilhaft, um einen definierten Endpunkt der Reaktion bestimmen zu können, und außerdem ein Verschleppen von Ätzmedium in ggf. nachfolgende Flüssigkeitsbäder oder andere Prozesse zu vermeiden. Bevorzugterweise wird zum Spülen deionisiertes Wasser verwendet. Alternativ können auch andere Spülmittel Verwendung finden.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass während des Transports Ultraschall und/oder egaschall zur Unterstützung des Ätzvorgangs zumindest zeitweise auf die Substrate einwirkt. Die Einwirkung kann dabei bevorzugt von unten, aber auch von oben und/oder von der Seite geschehen. Durch die Schwingungen wird das Ätzmedium effektiver an die zu behandelnde Oberfläche gebracht, und der Medienaustausch wird verbessert. Daraus resultiert eine Verbesserung des Behandlungsergebnisses bzw. eine Verkürzung der Behandlungszeit . Nach einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass während des Transports die zu behandelnde Seite der Substrate zumindest zeitweise mit Licht bestrahlt wird. In bestimmten Fällen kann durch Zufuhr von Lichtenergie eine Erhöhung der Abtragrate erreicht werden. Dazu ist erforderlich, dass das Licht mit einer Wellenlänge strahlt, die im Bereich der Eigenfrequenz der Molekülbindungen der Passivierungsschicht liegt. Im vorliegenden Fall bedeutet dies, dass die Lichtquelle bevorzugt im Infrarot- Bereich abstrahlen sollte, und besonders bevorzugt im Wellenlängenbereich um 5000 nm. Dabei kann sowohl monochromes Laserlicht als auch Licht mit einem kontinuierlichen Spektrum verwendet werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass zumindest während des Transports ein chemischer Angriff der Substratoberseite durch eine Entlüftungsvorrichtung vermindert wird. Diese Entlüftungsvorrichtung dient als Gasverdränger, der bei der Reaktion freiwerdendes Reaktionsgas aus dem Bereich der Oberseite der Substrate verdrängt oder von dort absaugt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Ätzvorgang durch einen AbstreifVorgang gleichmäßig gestoppt wird. Dies ist vorteilhaft, um ein definiertes Enden des Ätzprozesses herbeizuführen und somit eine bessere Kontrolle über den gesamten Prozess auszuüben, was sich wiederum vorteilhaft auf die Gleichmäßigkeit der Qualität des Prozessergebnisses auswirkt. Hierzu wird besonders bevorzugt die Verwendung einer Abstreifrolle vorgeschlagen. Ein derartiger Schritt ist im Übrigen jedoch nur dann vorzugsweise vorzusehen, wenn die Passivierungsschicht nicht vollständig entfernt werden soll. Andernfalls reicht das Entfernen mittels des vorstehend beschriebenen Di-Spülvorgangs aus.
Schließlich ist nach einer anderen Ausführungsform vorgesehen, dass die Substrate abschließend mit einem Gasstrom getrocknet werden. „Abschließend" meint dabei nach dem Ätzprozess und den ggf. vorhandenen nachfolgenden Reinigungsschritten. Dieser Gasstrom kann Raumtemperatur oder auch eine erhöhte Temperatur aufweisen. Bevorzugt ist die Strömungsgeschwindigkeit so hoch, dass die Flüssigkeit nicht nur abgetrocknet, also verdunstet, sondern auch abgestreift wird. Dabei ist sicherzustellen, dass abgestreifte Flüssigkeitströpfchen nicht wieder an bereits getrocknete Oberflächenbereiche der Substrate gelangen können.
Es ist klar, dass das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung geeigneter Ätzflüssigkeiten auch für andere Materialien als Silizium einsetzbar ist, wobei sich das Verfahren immer dann anbietet, wenn Ätzflüssigkeiten mit vergleichsweise niedriger Viskosität zu einer unerwünschten Benetzung führen und/oder im Rahmen einer Behandlung die oben beschriebenen Probleme (Blasenbildung, Spritzen, zu hoher Flüssigkeitsaustausch etc.) vorliegen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Beispiel Das Verfahren wurde zur Behandlung von quadratischen Monowafern der Größen 125 und 156 mm2 angewendet. Eine Gruppe von afern war auf einer Seite poliert und wies auf der anderen Seite eine alkalisch herbeigeführte Texturierung auf, während eine weitere Wafergruppe beidseitig sägeschadengeätzt war. Die Wafer trugen auf der Vorder- und Rückseite jeweils eine Oxidschicht von 100 bis 300 nm. Weiterhin wurden gleichdimensionierte Wafer mit Durchgangslöchern bearbeitet, wobei diese Löcher einen jeweiligen Abstand zueinander von etwa 1 cm und einen jeweiligen Durchmesser von etwa 50 μπι aufwiesen. Anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden die Wafer in einer Inline-Anlage derart prozessiert, dass die texturierte oder Sägeschaden geätzte Seite vollständig abgetragen wurde.
Als Ätzflüssigkeiten wurden Mischungen aus HF/H2SO4/H2O, HF/H3P04/H20, HF/NH4F/H2SO4/H2O, HF/NH4F/H3P04/H20, HF/NH4F/H20 und HF/HCI/H2O eingesetzt, wobei die Mischungen aus 50% iger HF- Lösung, 95-97% iger H2S04-Lösung, 85% iger H3P04-Lösung, 40% iger NH4-Lösung, und 35% iger HCl-Lösung hergestellt wurden.
Als gute Mischungen für die einseitige Behandlung erwiesen sich Mischungen aus HF/H2S04/H20, HF/NH4F/H2S04/H20, HF/H3P04/H20 und HF/NH4F/H3PO4/H2O . Bei diesen Mischungen zeigte sich im Wesentlichen kein Kriechen an Oxidoberflächen, während sich die Mischungen aus HF/NH4F/H20 und HF/HC1/H20 aufgrund massiven Kriechens als ungeeignet erwiesen. Die beste Mischung aus HF/H2S04/H20 hatte ein relatives Mischverhältnis von 1:5:2,5. Mit ihr gelang der Abtrag einer 300 nm Oxidschicht im stehenden Medium innerhalb von 180 Sekunden. Bei Anströmung der Substratunterseite konnte diese Zeitdauer auf 80 bis 90 Sekunden reduziert werden. Dies gelang bei einer 200 nm Schicht innerhalb von 47 bis 60 Sekunden.
Mischungen aus HF/NH4F/H2S04/H20 mit relativen Mischverhältnissen von 1:1:10:3 und 1:1:10:5 führten innerhalb von 115 bzw. 110 Sekunden im stehenden Medium zum vollständigen Abtragen einer 300 nm Oxidschicht.
Eine Mischung aus HF/NH4F/H3P04/H20 im Verhältnis 1:7:4:12 zeigte ein tolerierbares Kriechverhalten bei schnellster Reaktionszeit von 50 Sekunden im stehenden Medium.
Mischungen aus HF/H3P04/H20 im Verhältnis von · 1 : 2 : 0 bis 1:11:5 benötigten für das Abtragen einer 300 nm Oxidschicht zwischen 70 und 240 Sekunden. Beispielhaft wird das Herstellen der obigen Ätzlösung aus HF/H2S04/H20 im Verhältnis 1:5:2,5 beschrieben. Zunächst wurde Wasser vorgelegt und die Schwefelsäure (95%) unter ständiger Kühlung des Gemisches zugegeben, wobei darauf geachtet wurde, dass die Temperatur dieser Lösung 80° C nicht übersteigt. Anschließend wurde die Mischung auf 20° C gekühlt und Flusssäure (50%) wurde zugegeben. Dabei wurde wieder gekühlt, damit die Temperatur 40° C nicht übersteigt.
Die Ätzanlage verfügte über geeignete Boardscheiben- Transportrollen und ein Becken mit einer aktiven Länge von 1600 mm. Die Strömungsgeschwindigkeit im Ätzbecken wurde auf etwa 35L/min eingestellt, und die Füllstandshöhe wurde über Beipässe reguliert. Bei Geschwindigkeiten unterhalb von 21L/min konnte keine oxidfreie Oberfläche erhalten werden. Der verwendete Gasverdränger war auf einen Druckabfall von mindestens 0,3 KPascal eingestellt, wobei sich ein Wert von 0,5 KPascal als besonders geeignet erwies. Die 3 Exhaustklappen am Ätzbecken wurden auf jeweils 45° eingestellt. Im Auslaufbereich des Ätzbeckens war ein Luftabstreifer angebracht, der das Verschleppen von Ätzlösung in die Spüler minimierte. Der anschließende Di-Spüler hatte eine Länge von 620 mm. Stromabwärts folgten ein Lufttrockner und ein Ausgabebereich.
Die Ätzzeiten, die benötigt wurden, um von der Waferunterseite das Oxid zu entfernen, hingen von der Dicke des Oxids und der Beschaffenheit der Waferoberfläche ab. Sägeschaden geätzte Oberflächen waren schneller oxidfrei als texturierte Oberflächen. Oxiddicken von 300 nm wurden bei Sägeschaden geätzten Oberflächen bei einer Temperatur von 16° C und einer Transportgeschwindigkeit von 1,2 m/min vollständig entfernt; bei Schichtdicken von 200 nm konnte dasselbe Ergebnis mit einer Transportgeschwindigkeit von 1,5 m/min erzielt werden. Bei einer Temperatur von 25° C konnten 300 nm dicke Schichten bei 1,3 m/min und 200 nm dicke Schichten bei 1,0-1,3 m/min abgetragen werden. Bei dieser Temperatur führten höhere Transportgeschwindigkeiten ab 1,5 m/min für 300 nm Oxiddicke und ab 1,8 m/min für 200 nm Oxiddicke zu keinem vollständigen Abtrag mehr.
Unter Verwendung von Vollwalzen als Transportmittel bei ansonsten gleichen Bedingungen wurde festgestellt, dass bei Strömungs- geschwindigkeiten unter 16 L/min keine Oxidfreien Oberflächen erzeugt werden konnten. Auffallend war, dass mit · Vollwalzen gleichmäßigere Ätzabträge als mit Boardscheibenrollen erzielt werden konnten. 200 nm Oxiddicken konnten von Sägeschaden geätzten Oberflächen bei 20° C und einer Transportgeschwindigkeit von 1,4-1,8 m/min vollständig entfernt werden, während bei 300 nm dieselben Ergebnisse mit einer Transportgeschwindigkeit von 1,2- 1,4 m/min erzielt wurden.
Bei Verwendung der erfindungsgemäß bevorzugten Rollen mit Gewindestruktur (Einkerbung mit einer Breite von 1 cm und einer Tiefe von 0,5 cm) wurde unter ansonsten gleichen Bedingungen ebenfalls festgestellt, dass bei einer Strömungsgeschwindigkeit unter 16 L/min keine oxidfreien Oberflächen erzeugt werden konnten. 110 nm Oxiddicken wurden bei einer Temperatur von 20° C, einer Strömungsgeschwindigkeit von 26 L/min, und einer Transportgeschwindigkeit von 2,2 m/min von Sägeschaden geätzten Oberflächen vollständig abgetragen werden. Für 200 nm Oxiddicken ergab sich ein Wert für die Transportgeschwindigkeit von 1,4 m/min, der bei Dicken von 250 nm 0,9 m/min betrug. Wafer mit Kontaktlöchern und einer Oxiddicke von 210 bis 230 nm auf der texturierten Seite wurden bei 20° C, einer Transportgeschwindigkeit von 0,85 m/min und einer Strömungsgeschwindigkeit von 26 L/min erfolgreich behandelt, ohne dass sich die Ätzflüssigkeit durch die -Löcher hochzog.
Die erfindungsgemäß bevorzugt vorgeschlagene mindestens
Transportrolle wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Figurenbeschreibung
Figur 1A zeigt schematisch eine Rolle mit einer Gewindestruktur.
Figur 1B zeigt schematisch die Rolle gemäß Fig. 1A zu einem späteren Verfahrenszeitpunkt. Figur 2 zeigt eine Rolle mit mehreren Spuren.
Figur 3 zeigt eine Rolle, deren Gewindestruktur zwei gegenläufige Gewindegänge aufweist.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Rolle 1 mit mehreren parallel verlaufenden Gewindegängen 5, 5' auf einer Mantelfläche 3 als Rechtsgewinde (Fig. 4A) und als
Linksgewinde (Fig. 4B) .
Figur 5 zeigt anhand schematischer Querschnitte verschiedene
Profilformen für einen Gewindegang, nämlich ein Rechteckprofil (Fig. 5A) , ein Halbrundprofil (Fig. 5B) , sowie ein Dreieckprofil (Fig. 5C) .
In der Figur 1A ist schematisch eine Rolle 1 mit einer Gewindestruktur 4 gezeigt. Die Rolle 1 ist als Zylinder ausgebildet und weist eine Grundfläche 2 und eine Mantelfläche 3 auf. Nicht dargestellt sind weitere Merkmale wie die Achse, auf der die Rolle 1 drehbar gelagert ist, sowie ggf. vorhandene Antriebselemente, etc..
Auf der Mantelfläche 3 befindet sich eine Gewindestruktur 4. Deren durch die Rolle 1 verdeckten Teile sind als gestrichelte Linie dargestellt. Die Gewindestruktur 4 weist gemäß der Fig. 1 einen durchgängigen Gewindegang 5 auf.
Die Rolle 1 rotiert während des Förderns eines Substrats 6 (dargestellt als strichpunktierte Linie) in Rotationsrichtung 7. Dabei bildet sich auch die Transportrichtung 8 aus. Diese weist parallel zu der Grundfläche 2 der Rolle 1. In der dargestellten Draufsicht weist der Gewindegang 5 nicht in Transportrichtung 8, sondern bildet mit der Mantelfläche 3 einen Steigungswinkel 9. In der dargestellten Figur beträgt der Steigungswinkel 9 in etwa 70° . In dem Bereich zwischen Unterseite des Substrats 6 und Mantelfläche 3 der Rolle 1 ist eine Gasblase 10 gefangen. Aufgrund ihrer Dichte versucht sie aufzusteigen, stößt jedoch gegen die Unterseite des Substrats 6. Ein seitliches Ausbrechen ist ebenso nicht möglich, da sie sich nur im Innenraum des Gewindegangs 5 bewegen kann, der als Kerbe oder Ausnehmung in der Mantelfläche 3 der Rolle 1 vorgesehen ist.
Die Figur 1B zeigt die Situation aus Fig. 1A nach einigen Rotationen der Rolle 1 in Rotationsrichtung 7. Das Substrat 6 hat sich weiter in Transportrichtung 8 fortbewegt. Durch Rotieren der Rolle 1 in Rotationsrichtung 7 wandert die Gasblase 10, die in dem Gewindegang 5 gefangen ist, in Richtung des seitlichen Randbereichs 6' des Substrats 6 ab. Da sich weitere Gasblasen (nicht dargestellt) aufgrund der kontinuierlich stattfindenden chemischen Reaktion an der Unterseite des Substrats 6 ebenfalls kontinuierlich bilden, erfolgt somit ein kontinuierliches Abführen der Gasblasen. Aufgrund der Barriere, die die Flanken des Gewindegangs 5 bilden, können sich mehrere Gasblasen nicht zu einer oder mehreren großen Gasblasen vereinigen. Als Folge davon vermeidet die gezeigte Vorrichtung effektiv die Verunreinigungen, die durch Spritzer sich sammelnder Gasblasen beim Aufsteigen derselben an die Oberfläche der Behandlungsflüssigkeit (nicht dargestellt) auf der Oberseite des Substrats 6 erzeugen können. Durch das Abführen in Richtung der seitlichen Randbereiche 6' des Substrats 6 wird ferner der unerwünschte Effekt verhindert, dass eine Rolle 1 Gasblasen während des Transports in der Kontaktzone zum Substrat sammelt und diese dann bei Verlassen des Substrats 6 von der Rolle 1 gleichzeitig an der Hinterkante 6' ' des Substrats aufsteigen . In der Figur 2 sind zwei Rollen 1, 1' gezeigt, die für einen Transport auf mehreren (hier: zwei) Spuren vorgesehen sind. Eine Spur ist dabei durch jeweils einen Gewindegang 5 bzw. 5' charakterisiert. Die Rolle 1 bzw. 1' und die Gewindegänge 5, 5' sind dabei so bemessen, dass mehrere Substrate (nicht dargestellt) nebeneinander transportiert werden können. In der dargestellten Ausführungsform sind die Spuren unterschiedlich breit .
Die Steigungswinkel 9 der Gewindegänge 5, 5' sind auf beiden Rollen 1 und 1' jeweils dem Betrage nach gleich. Damit die Substrate bei fortlaufender Rotation der Rollen 1, 1' aufgrund der in axiale Richtung der Rollen weisenden Transportkomponente nicht aus der Spur laufen, sind die Steigungswinkel 9 der beiden Rollen 1 bzw. 1' gerade entgegengesetzt ausgebildet. Die Rotationsrichtungen 7 der Rollen 1 und 1' sind hingegen identisch. Mit anderen Worten, die Gewindegänge 5 bzw. 5' zweier in Transportrichtung 8 aufeinander folgender Rollen 1, 1' sind hinsichtlich ihrer Drehrichtung 11 gegenläufig ausgebildet. Auf diese Weise werden Substrate von einer ersten Rolle 1 zwar geringfügig aus der Spur transportiert, die nachfolgende Rolle 1' führt die Substrate jedoch wieder in die Spur zurück. Somit werden die Substrate zwar auf einer als leichte Zickzacklinie verlaufenden Transportbahn 12 (gepunktet dargestellt) transpor¬ tiert, bleiben aber im Wesentlichen in der vorbestimmten Spur. In der Figur 3 ist eine Rolle 1 mit einer Gewindestruktur 4 mit zwei gegenläufigen Gewindegängen 5, 5' gezeigt. Die Gewindegänge 5, 5' bilden dabei gemeinsam eine Spur. Die Steigungswinkel 9 der beiden Gewindegänge 5, 5' sind gleich groß, haben aber umgekehrte Vorzeichen. Die Rolle 1 rotiert in Rotationsrichtung 7. Die Drehrichtungen 11, 11', die sich somit ergeben, führen dazu, dass sich gedachte und in ihrer Rotation gehemmte Schrauben, die auf die Gewindegänge 5 bzw. 5' aufgesteckt sind, bei Rotation der Rolle voneinander weg bewegen würden. Je nach Entstehungsort (linke, bzw. rechte Hälfte der Substratunterseite) werden auf diese Weise Gasblasen jeweils von der Mitte eines Substrats nach links bzw. nach rechts abgeführt.
Diese Ausführungsform hat mehrere Vorteile. Zunächst entfällt die Notwendigkeit der Anordnung einer weiteren Rolle mit einer Gewindestruktur, deren Drehrichtungen jedoch entgegen gesetzt sein müsste, wie in Fig. 2 dargestellt. Auch die seitwärts gerichteten Transportkomponenten gleichen sich in etwa aus, so dass sich das Substrat auf einer geradlinigen Transportbahn in Transportrichtung bewegt. Schließlich muss eine Gasblase im ungünstigsten Fall nicht ganz von einer Seite zur anderen Seite eines Substrats abgeführt werden. Da das Abführen von der Mitte ausgehend beginnt, ist somit maximal die Halbe Substratbreite während des Abführens zu überwinden. Größere Steigungswinkel und somit ein sichereres Abführen der Gasblasen ist die Folge. In der Figur 4 ist eine schematische Darstellung einer Rolle 1 mit mehreren parallel verlaufenden Gewindegängen 5, 5' , 5' ' , 5' ' ' auf einer Mantelfläche 3 als Rechtsgewinde (Fig. 4A) und als Linksgewinde (Fig. 4B) gezeigt. Zur besseren Visualisierung sind auch die . auf der Rückseite der Mantelfläche verlaufenden Gewindegänge jeweils als verdeckte Linien dargestellt. Durch die Anordnung mehrerer parallel verlaufender Gewindegänge weist die Mantelfläche 3 bei gleichbleibendem Steigungswinkel 9 eine größere Anzahl entsprechender Vertiefungen auf, die einem Abführen der Gasblasen (nicht dargestellt) dienen. Zwar ließe sich der gleiche Effekt mit einem einzelnen Gewindegang erreichen. Dieser hätte dann jedoch einen sehr großen Steigungswinkel, so dass Gasblasen in ungünstigen Fällen (Entstehung ganz am Rand des Substrats, kurzes und/oder breites Substrat, großer Rollendurchmesser) nicht bis zu dem jeweiligen seitlichen Randbereich des Substrats abgeführt werden würden.
In der Figur 5 sind anhand schematischer Querschnitte verschiedene Profilformen für einen Gewindegang 5 gezeigt. Die Fig. 5A zeigt ein Rechteckprofil, die Fig. 5B zeigt ein Halbrundprofil, nd die Fig. 5C zeigt ein Dreieckprofil. Der Wert a stellt dabe eweils die Profiltiefe, der Wert b die Profilbreite dar.
Bezugs zeichenliste
I, 1' Rolle, Transportrolle
2 Grundfläche
3 Mantelfläche
4 Gewindestruktur
5, 5' Gewindegang
6 Substrat, flacher Gegenstand
6' seitliche Randbereiche des Substrats 6' ' Hinterkante des Substrats
7 Rotationsrichtung
8 Transportrichtung
9 Steigungswinkel
10 Gasblase, gasförmige Reaktionsprodukte
II, 11' Drehrichtung
12 Transportbahn
a Profiltiefe
b Profilbreite

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum ausschließlich einseitigen nasschemischen Abtragen von auf flachen Substraten wie insbesondere Siliziumscheiben vorhandenen passivierenden und/oder dielektrischen Oxidschichten durch einseitiges Ätzen der unteren Seite eines horizontal durch einen mit einer Ätzflüssigkeit gefüllten Behälter transportierten Substrates, wobei die Ätzflüssigkeit Wasser, Flusssäure sowie mindestens eine weitere aus der Gruppe bestehend aus Schwefel- und Phosphorsäure sowie deren Alkali-, Ammonium-, und Organoammo- nium-Hydrogensalzen und Salzen, Hexafluorokieselsäure, und Siliziumtetrafluorid ausgewählte Komponente enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ätzflüssigkeit auf einer Temperatur zwischen 15 und 30° C gehalten wird und als weitere Komponente Schwefelsäure, Phosphorsäure, Ammoniumsulfat, Ammoniumphosphat, Ammonium- fluorid, Siliziumtetrafluorid und/oder Hexafluorokieselsäure enthält .
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ätzflüssigkeit 1 bis 4 Gew.% Flusssäure enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ätzflüssigkeit 50 bis 70 Gew.% Schwefelsäure enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transport der Substrate entlang der Oberfläche der Ätzflüssigkeit unter Verwendung mindestens einer Transportrolle erfolgt, deren Mantelfläche (3) eine Gewindestruktur (4) mit mindestens einem Gewindegang (5) aufweist .
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Gewindegang (5) einen Steigungswinkel (9) von weniger als 80°, bevorzugt von 20°-40° aufweist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseiten der Substrate gezielt mit Ätzflüssigkeit angeströmt werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseiten der Substrate zum
Stoppen der Reaktion und zum Entfernen der Ätzflüssigkeit mit Wasser gespült und/oder einem AbstreifVorgang unterzogen werden .
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate unter Anwendung von
Ultraschall und/oder Megaschall geätzt werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Seite der Substrate mit Licht bestrahlt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entlüftungsvorrichtung zur Abwehr eines chemischen Angriffes der Substratoberseite eingesetzt wird .
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate abschließend unter
Verwendung eines Gasstromes getrocknet werden.
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