トップ :: C 化学 冶金 :: C25 電気分解または電気泳動方法;そのための装置

【発明の名称】 平坦な壊れやすい基板を取り扱うための方法及び装置
【発明者】 【氏名】トマス コシコウスキー

【要約】 【課題】接触装置の望ましくない電気化学処理、特に接触装置の金属化が大部分低減される方法及び装置を提供すること。

【構成】1つ以上の基板(2)が水平通過で浴液(14)を通して案内される、平坦な壊れやすい基板(2)を処理するための方法及び装置が記載されている。この場合、基板(2)の接触面は接触装置(7)と接触させられ、浴液(14)内に配置された対向電極(5)の電位と区別されるような電位にされる。接触装置(7)における金属の望ましくない析出を回避するために、この少なくとも1つの吹付け又は吸引装置(11)が付設される。この吹付け又は吸引装置は、接触装置(7)と基板(2)との間の接触領域に処理液(14)を自由に吹き付けるか又はそれから浴液を吸引する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
特に半導体及び太陽エネルギ産業用の平坦な壊れやすい基板を処理するための方法であって、
前記基板が水平通過で浴液を通して案内され、また前記基板の少なくとも1つの接触面が、前記水平通過で接触装置と接触して、前記浴液内に配置された対向電極の電位と区別される電位にされる方法において、
前記接触装置(7)と前記基板(2)の接触面との間の前記接触領域が、処理液(14)によって自由吹付け又は吸引されることを特徴とする、
処理方法。
【請求項2】
自由吹付け用のガスとして、空気が使用されることを特徴とする、請求項1に記載の処理方法。
【請求項3】
自由吹付け用のガスとして、窒素が使用されることを特徴とする、請求項1に記載の処理方法。
【請求項4】
前記基板(2)の移動経路が追跡され、また前記接触装置(7)が前記基板(2)の接触面と接触している時間中のみ、前記基板(2)を処理するために必要な電位が前記少なくとも1つの接触装置(7)に印加されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の処理方法。
【請求項5】
前記接触装置(7)が前記基板(2)の接触面と接触していない時間中、前記第1の電位による処理の際に進行する反応を反転させるために適切である第2の電位が、前記少なくとも1つの接触装置(7)に印加されることを特徴とする、請求項4に記載の処理方法。
【請求項6】
特に半導体及び太陽エネルギ産業用の平坦な壊れやすい基板を処理するための装置であって、
a)規定液面まで処理液が充填された浴容器と、
b)前記基板を水平通過で浴液を通して案内することができる運搬装置と、
c)処理電源と、
d)前記基板に取り付けられた少なくとも1つの接触面と接触させることができ、次に前記接触面と前記処理電源の1つの極とを結合する少なくとも1つの接触装置と、
e)処理液内に配置されかつ前記処理電源の他方の極と結合される少なくとも1つの対向電極と、を有するものにおいて、
f)前記少なくとも1つの接触装置(7)に、前記接触装置(7)と前記基板(2)の接触面との間の接触領域を自由吹付け又は吸引できるように装備される、少なくとも1つの吹付け又は吸引装置(11)が付設されることを特徴とする、
処理装置。
【請求項7】
ガスが、自由吹付けのために使用される空気であることを特徴とする、請求項6に記載の処理装置。
【請求項8】
ガスが、自由吹付けのために使用される窒素であることを特徴とする、請求項6に記載の処理装置。
【請求項9】
a)各々の基板(2)のそれぞれの位置を検出できる位置決め装置(10)が設けられ、
b)前記位置決め装置(10)の出力信号に従って、前記接触装置(7)が前記基板(2)の接触面と接触している時間中のみ、前記基板(2)を処理するために必要な電位を前記少なくとも1つの接触装置(7)に印加する、制御部(9)が設けられることを特徴とする、請求項6〜8のいずれか1項に記載の処理装置。
【請求項10】
前記接触装置(7)が前記基板(2)の接触面と接触していない時間中、前記制御部が、前記第1の電位による処理の際に進行する反応を反転させるために適切である第2の電位を、前記少なくとも1つの接触装置(7)に印加することを特徴とする、請求項9に記載の処理装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、特に半導体及び太陽エネルギ産業用の平坦な壊れやすい基板を処理するための方法であって、
基板が水平通過で浴液を通して案内され、また基板の少なくとも1つの接触面が、水平通過で接触装置と接触して、浴液内に配置された対向電極の電位と区別される電位にされる方法と、
特に半導体及び太陽エネルギ産業用の平坦な壊れやすい基板を処理するための装置であって、
a)規定液面まで処理液が充填された浴容器と、
b)基板を水平通過で浴液を通して案内することができる運搬装置と、
c)処理電源と、
d)基板に取り付けられた少なくとも1つの接触面と接触させることができ、次に接触面と処理電源の1つの極とを結合する少なくとも1つの接触装置と、
e)処理液内に配置されかつ処理電源の他方の極と結合される少なくとも1つの対向電極と、を有する装置とに関する。
【背景技術】
【0002】
半導体及び太陽エネルギ産業では、シリコンディスク(ウェーハ)、シリコンプレート及びガラスプレートのような非常に平坦で薄い基板に、非常に多様な種類の湿式処理が施される。本発明の関連で、特に興味深いのは、このような基板の電気化学処理である。この処理では、基板は、電気的に接触されかつ電気分解処理され、例えば洗浄され、電気めっきされ又はエッチングされる。電気化学処理の場合、基板表面は、陰極又は陽極に切り換えることができる。電気めっきのため、基板表面は、常に陰極に分極され、エッチング及び洗浄のために陽極に分極される。
【0003】
この場合、一般に、対向電極も配置される浴液内の通過の際に下方を指す平坦な基板の片側のみが処理され、一方、接触は、基板の上方を指す側面の接触面を介して行われる。この場合、接触面は、処理電源の極と結合している接触装置によって接触される。この場合、接触装置それ自体に、望ましくない電気化学処理が施され、すなわち、例えばまた特に電気めっきされるという問題が生じる。
【0004】
ローラ接触は、特許文献1及び特許文献2から公知である。これらの文献に記載された接触装置は、時々金属除去しなければならず、費用がかかる。例えば金めっきの場合、接触装置の金属除去は、困難又は完全に不可能である。接触装置の電気分解による金属除去はしたがって不可能であり、それは特許文献3に記載されている。むしろ、接触装置は、この場合、周期的に交換されなければならない。公知の設備では、このことは、ほぼ12〜24時間にわたって行われる必要がある。これは、多くの時間を浪費させ、生産プラントの非常に長い休止時間をもたらす。
【0005】
さらに、特許文献4から、水平通過で基板表面の片側を処理するための方法が公知である。この方法では、通過する基板の下側のみが湿らされ、場合によっては、なお外側の上方縁部が湿らされる。しかし、実際には、正確に平坦な基板では、このことは、基板が小さく湾曲している場合、実施が非常に困難であるか又はそもそも不可能である。
【特許文献1】独国特許第196 28 784 A号明細書
【特許文献2】独国特許第196 33 797 A号明細書
【特許文献3】欧州特許第0 578 699 B1号明細書
【特許文献4】国際公開第2005/093 788 A1号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の課題は、接触装置の望ましくない電気化学処理、特に接触装置の金属化が大部分低減される冒頭に述べた種類の方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本方法が取り組む上記課題は、接触装置と基板との間の接触領域に浴液が自由吹付けされるか又はそこから浴液が吸引されることによって解決される。
【0008】
本発明によれば、すなわち、基板は、従来技術と異なり、浴液内に完全に浸漬されるが、浴液の液面の下方に比較的短い距離にのみ浸漬される。この場合、吹付け又は吸引装置を用いて、動的工程における接触装置を浴液から大部分離すことも可能である。この場合、接触装置と浴液との間には接触がないか又はほんの僅かにあるに過ぎないので、接触装置と浴液との間の望ましくない反応も、非常に限定的にのみ行われるに過ぎない。
【0009】
自由吹付け用のガスとして、空気中の酸素の存在が問題を生じない場合は、空気を最も簡単に使用することができる。
【0010】
しかし、多くの場合、浴液は空気中の酸素に対し敏感であるので、ガスとして、不活性ガス、好ましくは窒素が使用される。
【0011】
上述の本発明の措置によって、接触装置の望ましくない電気化学的変化、特に金属化を大部分回避でき、いずれにしろ、著しく低減できる。接触装置のなお残りの障害となる変化、特に金属化が残る場合、方法の変形例を選択することができ、この変形例では、基板の移動経路が追跡され、また接触装置が基板の接触面と接触している時間中のみ、基板を処理するために必要な電位が少なくとも1つの接触装置に印加される。このようにして、接触装置に対し望ましくない電気化学作用が行われることができる時間が著しく短縮される。
【0012】
多くの電気化学処理では、極性の反転によって反応を反転できる。この場合、接触装置が基板の接触面と接触していない時間中、第1の電位による処理の際に進行する反応を反転させるために適切である第2の電位が少なくとも1つの接触装置に印加されるように、方法を実施することができる。金属化の場合、このことは、接触装置が基板の接触面に当接しない時間に、接触装置における金属析出が溶液内の対応する電位の選択によってもたらされることを意味する。このようにして、接触装置の耐用時間をなおさらに延長できる。
【0013】
装置が取り組む上述の課題は、
f)少なくとも1つの接触装置に、接触装置と基板の接触面との間の接触領域を自由吹付け又は吸引できるように装備される、少なくとも1つの吹付け又は吸引装置が付設されることによって解決される。
【0014】
本発明による装置の有利な発展形態は、請求項9又は10に示されている。本発明による装置及びそれらの発展形態の利点は、本発明による方法及びその様々な変形例の上に既述した利点に対応する。
【0015】
本発明の実施例について、図面を参照して以下に詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
太陽電池を製造するために、後に太陽に対し活性の側面となる側面に蒸着された薄い金属の電気導体列を備える約0.2mmの厚さのシリコンプレートが使用される。これらの導体路は、電気めっきにより1〜20μmの層厚に強化されなければならない。強化材料
では、銅、錫、銀又は金を対象とすることができる。基板の対向する側面に、このために必要な、例えば接触ストリップ及び/又は接触窓の形態の接触面があり、これらの接触面は、“太陽に対し活性の”側面に蒸着された電気導体列と電気的に結合している。
【0017】
図1は、全体が参照番号1で示された装置を示しており、この装置により、このようなシリコン基板の蒸着された導体路を強化することができる。図1には、このような3つのシリコン基板が示され、参照番号2a、2b及び2cで示されている。これらのシリコン基板2a、2b及び2cは、複数の被駆動ローラ3a、3b、3c及び3dを備えるローラ搬送システムを用いて、電気めっき浴液14を通して貫通案内される。移送方向は、矢印4で示されている。
【0018】
浴液14の液面15は、シリコン基板2a、2b及び2cの上側の上方に、近接して、例えば0.1〜10mmに位置する。シリコン基板2a、2b及び2cは、すなわち電気めっき浴を通した貫通の際に、浴液内に完全に浸漬する。
【0019】
この場合、シリコン基板2a、2b及び2cの導体列が設けられた“太陽に対し活性の”側面は、下方を指し、シリコン基板2a、2b及び2cの接触面を備える側面は上方を示す。
【0020】
シリコン基板2a、2b及び2cの移動経路の下方に、またそれに沿って、電気めっき電流源6のプラス極と結合される板状の陽極5が延びる。強化金属で銅、錫又は銀が対象とされる場合、可溶性の消費される陽極5を使用することができる。しかし、金浴が対象とされる場合、不溶性の陽極5が使用される。
【0021】
シリコン基板2a、2b及び2cの強化すべき導体路は、陰極電位にしなければならない。このことは、接触ローラ7a、7b、7c及び7dを用いて行われ、これらのローラは、搬送ローラ3a、3b、3c及び3dに対向するシリコン基板2a、2b及び2cの側面に配置され、また非常に小さな圧力で、好ましくは弾性的にばね的に、シリコン基板2a、2b及び2cの接触面を備える上方を指す側面に対し押圧される。これらの接触ローラ7a、7b、7c及び7dの各々は、制御可能な電子スイッチ8a、8b及び8cを介して、電気めっき電流源6のマイナス極と結合される。電子スイッチ8a、8b、8c及び8dは、機械制御部9からそれらの制御信号を受信し、これらの信号により電子スイッチが開くか、又は再び閉じることができる。
【0022】
移送方向4で見て、第1の接触ローラ7aの前に、通り過ぎる様々なシリコン基板2a、2b及び2cの前部及び後部エッジの通過を検出できるセンサ10が配置される。センサ10は、機械制御部9のこれらの時点を伝送する。機械制御部は、シリコン基板2a、2b及び2cの移動速度及び設備の幾何学的データに基づき、電気めっき浴内のすべてのシリコン基板2a、2b及び2cの正確な位置を常に算出できる。特に、機械制御部9は、したがって、接触ローラ7a、7b、7c及び7dのどれがシリコン基板2a、2b及び2cの接触面とまさに電気接触しているか、またどれが接触していないかを検出できる。機械制御部9は、後になお明らかになる理由から、対応する接触ローラ7a、7b及び7dがこのような接触面とまさに接触している当該電子スイッチ8a、8b及び8dのみが閉じるように機能する。これに対し、対応する接触ローラ7cがシリコン基板2a、2b及び2cの接触面と接触していない電子スイッチ8cが、開く。
【0023】
移送方向4で見て、各々の接触ローラ7a、7b、7c及び7dの前に、吹付け装置11a、11b、11c及び11dが配置される。図2から最善に理解されるように、吹付け装置11は、管状の吹付けノズルの形状を有し、このノズルに、矢印12の方向に圧力下のガスを供給でき、また矢印13の方向に、対応する接触ローラ7の近傍にあるシリコン基板2の上側の当該領域にガスが加えられる。
【0024】
設備1に入る前に、上に既述したように、シリコン基板2a、2b及び2cが用意される。すなわち、“太陽に対し活性の”側面に蒸着することによって、シリコン基板に、非常に薄い金属導体路が設けられる。シリコン基板2a、2b及び2cの対向する側面に、接触面が被着されて、金属導体路と結合される。次に、シリコン基板2a、2b及び2cは、搬送ローラシステムに載置され、このシステムは、両側で、装置1のハウジング壁部(図示せず)内の狭いスリットを通して貫通案内される。
【0025】
次に、基板2の経路が設備1を通して追跡される。
【0026】
基板2は、浴液面15の下方の既述のハウジングスリットを通して電気めっき浴内に進入する。基板の前縁がセンサ10を通過すると、センサは当該の時点を機械制御部9に伝送する。この時点に、すべての接触ローラ7a、7b、7c及び7dの電子スイッチ8a、8b、8c及び8dはなお開いており、この結果、接触ローラ7a、7b、7c及び7dに電圧はかかっておらず、接触ローラに金属の析出物は形成されない。
【0027】
機械制御部9は、機械制御部に既知のシリコン基板2の移動速度と、センサ10と移送方向4の第1の接触ローラ7aとの間の距離とに基づき、接触ローラ7aがシリコン基板2の接触面と接触する時点を算出する。この時点に、機械制御部9は電子スイッチ8aを閉じ、この結果、接触ローラ7aの電位がもたらされ、電気めっきによる強化工程が開始できる。
【0028】
第1の接触ローラ7aに付設される吹付け装置11aは、図2に示したように、シリコン基板2の上方に位置する側面で、接触ローラ7aの近傍の領域に浴液14を自由に吹き付け、この結果、この時点にも、印加電圧にもかかわらず、接触ローラ7aはほとんど金属化されない。これに対し、シリコン基板2aの強化すべき導体路を備える下方を指す側面は浴液14内に完全にあるので、この浴液内で所望の電気めっきによる強化工程を行うことができる。
【0029】
その間、センサ10は、シリコン基板2aの移動方向に後部の縁部の通過を検出しており、このことを機械制御部9に伝送している。機械制御部は、その既知のデータに基づき、シリコン基板2aの接触面が接触ローラ7aを通過する時点を新たに算出し、スイッチ8aを開くことによって接触ローラ7aに対する電流供給を遮断する。
【0030】
同一のプロセスが、接触ローラ7b、7c及び7dの領域で繰り返される。
【0031】
実用では、装置1を通過するのは1つのみの個々のシリコン基板2aだけではないことは当然である。むしろ、図1に示したように、多くのシリコン基板2a、2b及び2cが互いに比較的小さな間隔で装置1を通して搬送される。電子スイッチ8a、8b、8c及び8dの開閉は、この場合同様に行われる。図1の実施例では、第1のシリコン基板2aの接触ローラ7aが接触面のほぼ中央で接触し、このため、対応するスイッチ8aが閉じている状態が示されている。第2のシリコン基板2bの場合、対応する接触ローラ7bは移動方向に後方の接触面の領域にすでにあり、対応するスイッチ8bは依然として閉じられている。しかし、第3の接触ローラ7cは、シリコン基板2a、2b及び2cの接触面と接触しておらず、この結果、対応するスイッチ8cが開かれている。
【0032】
第3の接触ローラ7cの近傍にシリコン基板はないが、対応する吹付け装置11cが動作する。この吹付け装置は、浴液14と接触することなしに、接触ローラ7cの下部領域がある浴液14内に吹き付けて“へこみ(Delle)”を作る。すなわち、スイッチ11dの開放は必ずしも必要ではないであろう。しかし、この開放は追加の安全措置を提供するが、この理由は、おそらくは浴液14の飛沫が、接触ローラ7cに到達するからである。
【0033】
移動方向の第4の接触ローラ7dは、図1では、そこに存在するシリコン基板2cの接触面の始めの領域にある。対応する電子スイッチ8dは、したがって閉じられている。
【0034】
このことがそれぞれの工程の化学を許容する限り、吹付け装置11a、11b、11c及び11dに供給されるガスとして、空気を簡単に使用することができる。しかし、電気めっき浴が空気中の酸素に敏感に反応する限り、ガスとして窒素が選択される。この場合、装置1のハウジング内部で吸引して、循環運転のために使用される送風機によって、吹付け装置11a、11b、11c及び11dに供給される。処理室全体は小さな窒素過圧下に置かれ、この結果、周囲空気からの酸素の進入が阻止される。
【0035】
簡単な管状の吹付け装置11a、11b、11c及び11dの代わりに、ベンチュリノズルも使用できる。これらの方法では、送風機によって移動されたガスは周囲ガスで濃縮されることができ、これによって、ガスの総量が上昇し、効率が高まる。
【0036】
吹付け装置11a、11b、11c及び11dの出口開口部は、円形である必要はない。出口開口部は、むしろ、対応する接触ローラ7a、7b、7c及び7dを囲むリングとしても形成できる。
【0037】
最後に、吹付けによる代わりに、接触ローラ7a、7b、7c及び7dの周りのシリコン基板2a、2b及び2cの上方を指す側面の周囲を吸引ノズルによって、浴液14から離間することも可能である。
【0038】
図示していない第2の実施例では、対応する接触ローラ7を選択的に電気めっき電流源6の両方の極と結合するために電子スイッチ8が使用される。対応する接触ローラ7がシリコン基板2の接触面と接触している限り、電気めっき電流源6のプラス極との従来の方法による結合が行われ、この場合、代わりに所望の電気めっきによる強化が行われる。これに対し、連続するシリコン基板2の接触面の間で、接触ローラ7は、電気めっき電流源6のマイナス極と結合される。このようにして、接触ローラ7に存在する金属の析出物は、溶液内に再溶解することができ、これにより、接触ローラ7の耐用時間がさらに延長される。しかし、この措置は、電気分解で溶液にされかつ金の使用の際に析出する強化金属の場合にのみ可能であることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【図1】シリコン基板に被着された金属導体列を電気めっきにより強化するための装置の概略側面図である。
【図2】図1の細部の拡大図である。
【符号の説明】
【0040】
1 処理装置
2 シリコン基板
3 駆動ローラ
4 移送方向
5 陽極
6 電気めっき電流源
7 接触ローラ(接触装置)
8 電子スイッチ
9 機械制御部
10 センサ(位置決め装置)
11 吹付け装置(吸引装置)
12 ガス供給方向
13 ガス供給方向
14 電気めっき浴液
15 浴液面
【出願人】 【識別番号】506038121
【氏名又は名称】ヘルミューラー マシネンバウ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング
【出願日】 平成19年7月17日(2007.7.17)
【代理人】 【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤

【識別番号】100092624
【弁理士】
【氏名又は名称】鶴田 準一

【識別番号】100102819
【弁理士】
【氏名又は名称】島田 哲郎

【識別番号】100110489
【弁理士】
【氏名又は名称】篠崎 正海


【公開番号】 特開2008−25030(P2008−25030A)
【公開日】 平成20年2月7日(2008.2.7)
【出願番号】 特願2007−185775(P2007−185775)