多级吹扫式硅片制绒处理装置及其控制方法.pdf

本发明公开了一种多级吹扫式硅片制绒处理装置及其控制方法，包括反应腔室，所述反应腔室内设有硅片运动载台，其中，所述反应腔室上至少设有两个等离子体下游吹扫式处理单元，所述反应腔室的进口处设有前缓冲腔室和前闸板阀，所述反应腔室的出口处设有后缓冲腔室和后闸板阀，所述反应腔室上靠近后缓冲腔室处设有反应腔真空抽口，所述硅片运动载台的下方设有恒温辐射块。本发明提供的多级吹扫式硅片制绒处理装置及其控制方法，采用了多级吹扫式硅片处理单元，可方便采用独立的工作气体流量比例及刻蚀时间，实现快捷高效的硅片处理过程；配合硅片运动载台及恒温辐射块提高刻蚀速率，从而实现在线连续处理，并提高硅片制绒效果。

权利要求书1.  一种多级吹扫式硅片制绒处理装置，包括反应腔室(1)，所述反应腔室(1)内设有硅片运动载台(7)，其特征在于，所述反应腔室(1)上至少设有两个等离子体下游吹扫式处理单元(2)，所述反应腔室(1)的进口处设有前缓冲腔室(10)和前闸板阀(11)，所述反应腔室(1)的出口处设有后缓冲腔室(6)和后闸板阀(5)，所述反应腔室(1)上靠近后缓冲腔室(6)处设有反应腔真空抽口(3)，所述硅片运动载台(7)的下方设有恒温辐射块(9)。2.  如权利要求1所述的多级吹扫式硅片制绒处理装置，其特征在于，所述等离子体下游吹扫式处理单元(2)包括等离子体激发腔(208)，所述等离子体激发腔(208)的一侧和微波谐振腔(201)相连通，所述等离子体激发腔(208)的上部和微波谐振腔(201)位于反应腔室(1)外，所述等离子体激发腔(208)的下部设有贯穿伸入反应腔室(1)中的喷管口(207)，所述喷管口(207)旁设有抽真空管道(204)，所述抽真空管道(204)内形成有气化腔室(206)并设有真空蝶阀(205)。3.  如权利要求1所述的多级吹扫式硅片制绒处理装置，其特征在于，所述恒温辐射块(9)的表面为透明石英板，所述透明石英板下方设有电阻加热管(8)。4.  如权利要求1所述的多级吹扫式硅片制绒处理装置，其特征在于，所述等离子体激发腔(208)为带有水冷层的不锈钢腔室，所述喷管口(207)内侧设有石英保护层或陶瓷套管，所述等离子体激发腔(208)的顶部设有进气口(202)，一侧设有冷却液进出口(203)。5.  如权利要求1所述的多级吹扫式硅片制绒处理装置，其特征在于，所述反应腔室(1)的材质为铝或带有防腐镀膜的不锈钢，所述等离子体下游吹扫式处理单元(2)处的反应腔室(1)内壁设有石英保护层或氧化铝陶瓷保护层，所述反应腔室(1)上靠近后缓冲腔室(6)处还设有真空压力表(4)。6.  一种如权利要求1所述的多级吹扫式硅片制绒处理装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：a)首先将硅片放入前缓冲腔室(10)，关闭反应腔室(1)抽真空后打开前闸板阀(11)，将硅片送入反应腔室(1)中硅片运动载台(7)上，然后关闭前闸板阀(11)；b)控制硅片运动载台(7)向后运动依次经过多个等离子体下游吹扫式处理单 元(2)，对硅片进行吹扫刻蚀；c)后缓冲腔室(6)抽真空，打开后闸板阀(5)，将硅片由反应腔室(1)送入后缓冲腔室(6)，关闭后闸板阀(5)，向后缓冲腔室(6)内充入惰性气体至大气压后取出硅片。7.  如权利要求6所述的多级吹扫式硅片制绒处理装置的控制方法，其特征在于，所述步骤a)中硅片运动载台(7)上并排放置有2～5个硅片，所述步骤b)中控制硅片运动载台(7)的移动速率为0.1～2m/min。8.  如权利要求6所述的多级吹扫式硅片制绒处理装置的控制方法，其特征在于，所述喷管口(207)与载台上的硅片的距离为0.5～15mm，所述抽真空管道(204)底部与载台上的硅片距离为2～20mm。9.  如权利要求6所述的多级吹扫式硅片制绒处理装置的控制方法，其特征在于，所述步骤b)控制硅片的温度为60～250℃。10.  如权利要求9所述的多级吹扫式硅片制绒处理装置的控制方法，其特征在于，所述等离子体下游吹扫式处理单元(2)的数目为两个，工作气体为SF6，N2，O2的混合气体，吹扫时控制反应腔室(1)内的压力为590～610Pa，所述步骤b)控制硅片的温度为148～152℃，控制第一个等离子体下游吹扫式处理单元(2)的工作气体SF6：N2：O2的流量比为10:3:1，对硅片刻蚀深度为3μm，第二个等离子体下游吹扫式处理单元(2)的工作气体SF6：N2：O2的流量比为10:5:2，对硅片刻蚀深度为2μm。

说明书多级吹扫式硅片制绒处理装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种硅片处理装置及其控制方法，尤其涉及一种多级吹扫式硅片制绒处理装置及其控制方法。
背景技术
硅太阳能电池发电已经被认为是未来绿色能源的主流技术之一，硅太阳能电池的市场份额远超过其他种类的太阳能电池，市场占有率为90％以上。随着各种高效硅太阳能电池工艺进入产业化生产，硅太阳能电池的光电转换效率在近年来不断提高。高效多晶硅太阳能电池的效率为约19％，高效单晶硅太阳能电池的效率为约21％。
在所有高效硅太阳能电池工艺中，实现低反射率、低表面复合率的绒面效果是提高硅太阳能电池效率的最直接的途径。目前，大部分的硅片绒面制作采用湿法刻蚀的方法，大量的酸碱液体耗费，对环境造成极大的污染，而且湿法刻蚀的方法在绒面效果上已经达到上限。因此，在高效硅太阳能电池工艺中，均采用干法刻蚀的方法如：反应离子刻蚀，等离子体刻蚀，激光刻蚀等。采用干法刻蚀的方法制绒后，硅太阳能电池片的光电转换效率平均提升0.5～1％。但是，干法腐蚀硅片仍存在一些问题，比如：由于高能粒子轰击造成的厚的表面晶格损伤层，单一等离子体源对硅片腐蚀速率慢，硅片去损伤层与制绒不能一次完成，不能实现产业线在线处理，需配合酸碱液预处理及后处理等，阻碍了干法刻蚀的产业化进程。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种多级吹扫式硅片制绒处理装置及其控制方法，能够实现在线连续处理的等离子体硅片预处理及制绒处理，解决干法刻蚀中存在的产业化难题且完全兼容传统太阳能电池工艺，提高硅片制绒效果。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种多级吹扫式硅片制绒处理装置，包括反应腔室，所述反应腔室内设有硅片运动载台，其中，所述反应腔室上至少设有两个等离子体下游吹扫式处理单元，所述反应腔室的进口处设有前缓 冲腔室和前闸板阀，所述反应腔室的出口处设有后缓冲腔室和后闸板阀，所述反应腔室上靠近后缓冲腔室处设有反应腔真空抽口，所述硅片运动载台的下方设有恒温辐射块。
上述的多级吹扫式硅片制绒处理装置，其中，所述等离子体下游吹扫式处理单元包括等离子体激发腔，所述等离子体激发腔的一侧和微波谐振腔相连通，所述等离子体激发腔的上部和微波谐振腔位于反应腔室外，所述等离子体激发腔的下部设有贯穿伸入反应腔室中的喷管口，所述喷管口旁设有抽真空管道，所述抽真空管道内形成有气化腔室并设有真空蝶阀。
上述的多级吹扫式硅片制绒处理装置，其中，所述恒温辐射块的表面为透明石英板，所述透明石英板下方设有电阻加热管。
上述的多级吹扫式硅片制绒处理装置，其中，所述等离子体激发腔为带有水冷层的不锈钢腔室，所述喷管口内侧设有石英保护层或陶瓷套管，所述等离子体激发腔的顶部设有进气口，一侧设有冷却液进出口。
上述的多级吹扫式硅片制绒处理装置，其中，所述反应腔室的材质为铝或带有防腐镀膜的不锈钢，所述等离子体下游吹扫式处理单元处的反应腔室内壁设有石英保护层或氧化铝陶瓷保护层，所述反应腔室上靠近后缓冲腔室处还设有真空压力表。
本发明为解决上述技术问题还提供一种上述多级吹扫式硅片制绒处理装置的控制方法，包括如下步骤：a)首先将硅片放入前缓冲腔室，关闭反应腔室抽真空后打开前闸板阀，将硅片送入反应腔室中硅片运动载台上，然后关闭前闸板阀；b)控制硅片运动载台向后运动依次经过多个等离子体下游吹扫式处理单元，对硅片进行吹扫刻蚀；c)后缓冲腔室抽真空，打开后闸板阀，将硅片由反应腔室送入后缓冲腔室，关闭后闸板阀，向后缓冲腔室内充入惰性气体至大气压后取出硅片。
上述的多级吹扫式硅片制绒处理装置的控制方法，其中，所述步骤a)中硅片运动载台上并排放置有2～5个硅片，所述步骤b)中控制硅片运动载台的移动速率为0.1～2m/min。
上述的多级吹扫式硅片制绒处理装置的控制方法，其中，所述喷管口与载台上的硅片的距离为0.5～15mm，所述抽真空管道底部与载台上的硅片距离为2～20mm。
上述的多级吹扫式硅片制绒处理装置的控制方法，其中，所述步骤b)控制硅片的温度为60～250℃。
上述的多级吹扫式硅片制绒处理装置的控制方法，其中，所述等离子体下游吹 扫式处理单元的数目为两个，工作气体为SF6，N2，O2的混合气体，吹扫时控制反应腔室内的压力为590～610Pa，所述步骤b)控制硅片的温度为148～152℃，控制第一个等离子体下游吹扫式处理单元的工作气体SF6：N2：O2的流量比为10:3:1，对硅片刻蚀深度为3μm，第二个等离子体下游吹扫式处理单元的工作气体SF6：N2：O2的流量比为10:5:2，对硅片刻蚀深度为2μm。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的多级吹扫式硅片制绒处理装置及其控制方法，通过采用了微波等离子体源，具有刻蚀各向同性，较低的离子能量的特点，对硅片表面刻蚀均匀且表面损伤较小；采用了等离子体下游喷管吹扫硅片表面，可有效避免高能离子轰击损伤硅片表面晶格，造成死层，又可减少离子轰击引起的硅片大的热负荷；采用了吹扫喷口配套的微型抽真空管道，可有效减少硅片表面附着副产物，定向引导腐蚀性等离子气对硅片进行腐蚀，增加刻蚀的均匀性；采用了多级吹扫式硅片处理单元，对硅片表面的清洁、损伤层去除、制绒、应力消除等工艺段可依据工艺特点，并可方便采用独立的工作气体流量比例及刻蚀时间，实现快捷高效的硅片处理过程；配合使用硅片运动载台及载台下的恒温辐射块提高刻蚀速率，从而实现在线连续处理并提高硅片制绒效果，解决了干法刻蚀中存在的产业化难题且完全兼容传统太阳能电池工艺。
附图说明
图1为本发明多级吹扫式硅片制绒处理装置结构示意图；
图2为本发明多级吹扫式硅片制绒处理装置中的等离子体下游吹扫式处理单元结构示意图。
图中：
1反应腔室         2等离子体下游吹扫式处理单元       3反应腔真空抽口
4真空压力表       5后闸板阀                        6后缓冲腔室
7硅片运动载台     8电阻加热管                      9恒温辐射块
10前缓冲腔室      11前闸板阀                       201微波谐振腔
202进气口         203冷却液进出口                  204抽真空管道
205真空蝶阀       206气化腔室                      207喷管口
208等离子体激发腔
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
图1为本发明多级吹扫式硅片制绒处理装置结构示意图。
请参见图1，本发明提供的多级吹扫式硅片制绒处理装置，包括反应腔室1，所述反应腔室1内设有硅片运动载台7，其中，所述反应腔室上1上至少设有两个等离子体下游吹扫式处理单元2，所述反应腔室1的进口处设有前缓冲腔室10和前闸板阀11，所述反应腔室1的出口处设有后缓冲腔室6和后闸板阀5，所述反应腔室1上靠近后缓冲腔室6处设有反应腔真空抽口3，所述硅片运动载台7的下方设有恒温辐射块9。
请继续参见图2，本发明提供的多级吹扫式硅片制绒处理装置，所述等离子体下游吹扫式处理单元2包括等离子体激发腔208，所述等离子体激发腔208的一侧和微波谐振腔201相连通，所述等离子体激发腔208的上部和微波谐振腔201位于反应腔室1外，所述等离子体激发腔208的下部设有贯穿伸入反应腔室1中的喷管口207，所述喷管口207旁设有抽真空管道204，所述抽真空管道204内形成有气化腔室206并设有带有流量控制的真空蝶阀205。所述抽真空管道204底部与等离子体喷管口207底部的距离小于待处理硅片的外径，当硅片尺寸为156mm×156mm时，真空抽口与等离子体喷管口的距离小于156mm。所述恒温辐射块9的表面为透明高导热率石英板，所述透明石英板下方设有电阻加热管8，电阻加热管8功率恒定，保证处于载台上的硅片加热快速，且温度稳定。最佳的硅片温度范围为60～250℃。
本发明提供的多级吹扫式硅片制绒处理装置，所述等离子体激发腔208为带有水冷层的不锈钢腔室，中间为等离子体激发区，将离子激发区域与硅片刻蚀区域分开，经喷管口207到达硅片表面的等离子体中含有较大比例的自由基，带电的高能离子较少，大大减少了高能离子对硅片表面的轰击造成的热负荷和晶格损伤，形成类似于湿法刻蚀的无损伤环境。本发明采用微波波导耦合型等离子体，微波频率范围为900～5800MHz，功率为100～3000W，激发的等离子体中离子能量较低，对硅片进行刻蚀时，各向同性。所述喷管口207内侧设有石英保护层或陶瓷套管，所述等离子体激发腔208的顶部设有进气口202，一侧设有冷却液进出口203。所述反应腔室1的材质为铝或带有防腐镀膜的不锈钢，所述等离子体下游吹扫式处理单元2处为高腐蚀性区域，此处的反应腔室1内壁设有石英保护层或氧化铝陶瓷保护层， 所述反应腔室1上靠近后缓冲腔室6处还设有真空压力表4。
本发明的反应腔室1外具有前缓冲腔室10及后缓冲腔室6，缓冲腔室具有真空抽口及惰性气体进气口，缓冲腔室为能容纳及传送硅片的微型腔，能快速将真空度抽到与反应腔室一致，自大气压至目标真空度的时间不多于5秒，待缓冲腔室气压与反应腔室一致后，打开闸板阀将硅片由前缓冲腔室送入反应腔室或由反应腔室送入后缓冲腔室实现在线连续处理。具体控制过程如下：
采用微波等离子体，微波频率为2450MHz，功率为500W；
等离子体刻蚀充入的工作气体为SF6，N2，O2的混合气体，在等离子体激发区域的等离子中包含正离子、电子、自由基、中性粒子，在等离子下游喷管口处，接触硅片的等离子体几乎为F自由基，对硅片表面具有很强的无损伤腐蚀效果；通过改变工作气体的比例，如SF6气与O2气的流量比例，微波等离子体的离子密度，等离子下游喷管的尺寸，使得一级吹扫式硅片处理单元和二级吹扫式硅片处理单元在对硅片的刻蚀速率，刻蚀形貌，刻蚀深度上具有明显的差异，满足工艺需求。比如控制一级吹扫式硅片处理单元的工作气体流量比例为SF6：O2：N2＝10:3:1,二级吹扫式硅片处理单元的工作气体流量比例为SF6：O2：N2＝10:5:2；
等离子体下游喷管口207距离硅片的距离为0.5～15mm，优选为4mm，配套的抽真空管道204的底部距离硅片的距离为2～20mm，优选为5mm，抽真空管道204与下游等离子体喷管口的距离优选为8cm；
固定一级及二级硅片处理单元的微型真空抽口的抽速，固定充气流量，通过自动调节反应腔室的真空抽口的流量大小调节腔室内气压，反应腔室内的压力稳定，工作气压范围在100～100000Pa，优选保持在600±10Pa；
调整硅片载台下恒温辐射块的温度，稳定硅片温度范围为60～250℃，优选保持在150±2℃；
硅片运动载台宽度方向采取3片硅片并排方式，3片同步进行等离子体吹扫；
首先将硅片放入前缓冲腔室，关闭腔体，抽真空至气压值为600Pa后打开闸板阀，将硅片由前缓冲室送入反应腔室，然后关闭闸板阀，待缓冲腔内充入惰性气体到大气压后方可放入下一批次硅片；
反应腔室1内硅片运动载台7的运动速率0.1～2m/min，优选设置为0.5m/min,进行等离子体刻蚀，由于接触硅片的大部分为F自由基，刻蚀损伤小，腐蚀效果接近于湿法化学腐蚀效果；一级硅片处理单元的刻蚀深度为约3μm，二级硅片处理单 元的刻蚀深度为约2μm；配套的抽真空管道204可有效引导等离子体气对硅片进行刻蚀，并可有效减少硅片表面刻蚀副产物的附着；
待载台上的硅片经过吹扫刻蚀后，进入反应腔室1后段部分非刻蚀工作区，同时后缓冲腔室6抽真空至气压值为600Pa，打开后闸板阀5，将硅片由反应腔室1送入后缓冲腔室6，关闭后闸板阀5，待后缓冲腔室6内充入惰性气体至大气压后方可取出硅片。载台上每排硅片之间具有一定的间隙，且硅片运动载台7的运动采取非匀速设计的方法，为前后缓冲腔室的硅片转运提供了缓冲时间，同时由于前后缓冲腔室为微型腔室且反应腔室的真空度较低，达到真空要求并传送硅片的时间较短，所以本发明的多级吹扫式硅片制绒处理装置可实现在线连续硅片处理。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。