Aufrausprühstrahlbehandlunqsvorrichtunq

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung texturierter Siliziumwafer sowie auf eine für ein derartiges Verfahren benutzbare Vorrichtung zur Aufrausprüh- strahlbehandlung von Siliziumwafern.

Multikristalline Siliziumwafer werden typischerweise zur Texturierung einer anisotropen, sauren Texturiernassätzung unterzogen. Bislang werden multikristalline Wafer häufig mit sogenannten Slurry-Sägen aus dem Ingot, d.h. dem Waferblock, getrennt. Alternativ können sie mittels Diamantdrahtsägen abgetrennt werden. Diese sind deutlich günstiger, weil sie schneller sind und weniger Silizium verschwenden. Der Diamantdraht hin- terlässt jedoch eine relativ glatte Oberfläche, die nicht direkt texturiert werden kann. Bisher bekannte Verfahren sind entweder sehr aufwändig und/oder umweltschädlich oder scheiterten an geforderten Qualitätsanforderungen.

Verfahren und Vorrichtungen zur Sprühstrahlbehandlung flacher Substrate in einem Durchlaufprozess sind verschiedentlich bekannt. So offenbart die Offenlegungsschrift US 2007/0221329 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Sprühstrahlbehandlung flacher Substrate, wie flexibler Leiterplatten und dergleichen, in einem Durchlaufprozess mit einem im Wesentlichen horizontalen Rollentransportsystem mit Transportrollen in Form unterseitiger Tragrollen, auf welche die Substrate mit ihrer Unterseite auflegbar sind, und oberseitiger Niederhalterrollen, die sich gegen die Oberseite der Substrate anlegen. Ein Behandlungsfluid, z.B. ein Ätzfluid, wird mittels Sprühdüsen auf die Oberseite und/oder die Unterseite der Substrate aufgesprüht. Um dieses Aufsprühen nicht zu behindern, weist das Rollentransportsystem an der jeweiligen Sprühstrahlauftreffpo- sition eine Lücke auf, d.h. dort befindet sich keine Transportrolle, so dass der aus der Sprühdüse kommende Sprühstrahl direkt auf das dort befindliche Substrat trifft.

Die Offenlegungsschrift US 2014/004369 A2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung texturierter Siliziumwafer, bei dem zur Bereitstellung entsprechender Waferrohlinge polykristalline Siliziumscheiben direkt mit einer Dicke von weniger als Ι .ΟΟΟμηη gegossen werden. Vor einem chemischen Ätzvorgang werden die Waferrohlinge in einer einzelstehenden Sandstrahlbehandlungsvorrichtung einem abrasiven Sandstrahlprozess unterzogen, bei dem sie einem trockenen oder feuchten Sandstrahl ausgesetzt werden. Für den feuchten Sandstrahl kann eine Abrasionspartikelsuspension auf Wasserbasis verwendet werden, wobei die abrasiven Partikel typischerweise glasartiges Siliziumoxid, Silizium, Siliziumkarbid, Aluminiumoxid, Quarz oder Kombinationen hiervon beinhalten. Der Suspension können Additive zugesetzt sein, um die Fließfähigkeit zu verbessern, ein Zusammenbacken zu verhindern oder eine Wiederverwertung zu erleichtern, wie Kühlmittel, Tenside, pH-Puffermittel, Säuren, Basen und Chelatbildner. Die abrasiven Partikel weisen mittlere Partikelgrößen, d.h. mittlere Partikeldurchmesser, zwischen 1 μηη und 20Όμηη auf.

Die Offenlegungsschrift DE 10 2014 013 591 A1 offenbart ein Verfahren zum Texturieren von multikristallinen Siliziumwafern, die unter Verwendung einer Diamantsäge oder einer Stahldrahtsäge in Kombination mit einer Glykol-Siliziumkarbid-Suspension aus einem Block gesägt werden, in sauren, flusssäurehaltigen Ätzmedien.

Die Offenlegungsschrift WO 2009/026648 A1 offenbart ein Verfahren zur Texturierung einer Substratoberfläche in einem Durchlaufprozess unter Verwendung eines horizontalen Rollentransportsystems, wobei vor einem eigentlichen Ätzschritt eine abrasive Behandlung zur Erzeugung von Mikrofrakturen in der Substratoberfläche durchgeführt wird. Bei dem Substrat kann es sich insbesondere um ein Borsilikatglassubstrat für Dünnschicht-Photovoltaikmodule handeln. Die abrasive Behandlung kann ein trockenes Sandstrahlen, ein Schleifen mit einer Suspension, ein Sandpapierschleifen oder ein nasses Sandstrahlen beinhalten. Als abrasive Partikel können z.B. solche aus Siliziumkarbid, Aluminiumoxid, Korund, Bornitrid, Borkarbid oder Glas verwendet werden.

Die Offenlegungsschrift US 2013/0306148 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung texturierter Siliziumwafer, bei dem ein Waferblock mittels Drahtsägen in einzelne Waferrohlinge zerteilt wird und die Waferrohlinge einem einseitigen Sandstrahlprozess unterzogen werden, bei dem sie auf einer Seite einem abrasiven Sandstrahlprozess ausgesetzt werden, bevor dann der Waferrohling beidseitig einem nasschemischen Ätzvorgang unter Verwendung von Flusssäure und/oder Salpetersäure unterzogen wird. Die Offenlegungsschrift WO 2012/1 18960 A2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufraubehandlung von direkt gegossenen bzw. gezogenen Siliziumwafern in einem Durchlaufprozess unter Verwendung eines horizontalen Transportbandes, wobei die auf das Transportband aufgelegten Siliziumwafer oberseitig einem trockenen oder feuchten Sandstrahl ausgesetzt werden. Dadurch sollen derartige Siliziumwafer, die verglichen mit gesägten Wafern eine relativ glatte Oberfläche aufweisen, aufgeraut bzw. texturiert werden. Dabei werden die Waferdicke, das Wafermaterial, der Sandpartikeltyp, die gewünschte Oberflächenrauigkeit, die Wafertemperatur und die Waferabmes- sung geeignet aufeinander abgestimmt, um ein Brechen der Siliziumwafer zu verhindern. An diese Aufraubehandlung kann sich bei Bedarf eine nasschemische, saure Tex- turierätzung anschließen.

Die Offenlegungsschrift EP 0 107 357 A2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung photovoltaischer Bauelemente eines Typs mit amorphen Halbleitermaterialien auf einem kontinuierlichen, elektrisch leitfähigen Substrat in einem Durchlaufprozess unter Verwendung eines horizontalen Transportsystems, wobei u.a. ein Sandstrahlprozess vorgesehen ist, um eine diffus reflektierende Oberfläche bereitzustellen.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung texturierter Siliziumwafer mit relativ geringem Aufwand und einer im Rahmen eines solchen Verfahrens benutzbaren Vorrichtung zur Aufrausprühstrahlbehand- lung von Siliziumwafern zugrunde.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Herstellungsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5.

Beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren werden einzelne Waferrohlinge bereitgestellt, z.B. als herkömmlich gezogene oder direkt aus einer Schmelze abgeschiedene Waferrohlinge oder dadurch, dass ein Waferblock mittels eines Drahtsägevorgangs, wie eines Diamantdrahtsägevorgangs, in an sich herkömmlicher Weise in einzelne Waferrohlinge zerteilt wird. Die Waferrohlinge werden dann in einem Durchlaufprozess unter Verwendung eines horizontalen Transportsystems, wie eines Rollentransportsystems oder eines Bandtransportsystems, mehreren aufeinanderfolgenden Behandlungsprozessen unterzogen.

Hierbei werden die Waferrohlinge in einem der Behandlungsprozesse einem Auf- rausprühstrahlprozess unterzogen, bei dem sie auf ihrer Oberseite und/oder ihrer Unterseite einem Sprühstrahl mit einer Abrasionspartikelsuspension auf Wasserbasis ausgesetzt werden. Es zeigt sich, dass durch diese spezifische Kombination von Herstellungsschritten texturierte Siliziumwafer mit vergleichsweise geringem Aufwand hergestellt werden können. Dieser aufrauende Behandlungsprozess kann problemlos in herkömmliche, modular aufgebaute Nassprozessanlagen ohne zusätzliche Aufwendungen in die bestehende Produktion integriert werden. Bei niedrigsten Betriebskosten erreicht dieses Behandlungsverfahren gleichmäßige Oberflächen. Mit einer anschließenden HF/HNO3-Standardtextur werden Reflexionswerte von weniger als 23% erreicht. Es stellt ein kostengünstiges Verfahren zur Textur z.B. von diamantdrahtgesägten multikristallinen Siliziumwafern dar, das auf einem Inline-Nassprozess basieren kann, und raut die relativ glatte Oberfläche der Wafer ohne signifikanten Materialabtrag auf, so dass sie anschließend z.B. mit der Standard-Textur HF/HNO3 bearbeitet werden kann. Im Vergleich zur direkten Verwendung slurry-gesägter Wafer lassen sich durch den Einsatz des Aufrausprühstrahlprozesses gleichmäßigere Oberflächen erzielen.

In einer Weiterbildung werden als abrasive Partikel in der Abrasionspartikelsuspension Korund-, Diamant- und/oder Siliziumkarbid-Partikel verwendet. Alternativ oder zusätzlich werden als abrasive Partikel in der Abrasionspartikelsuspension solche mit einer mittleren Partikelgröße zwischen 5μηη und 150μηη verwendet, insbesondere solche mit einer mittleren Partikelgröße zwischen 40μηη und 80μηη. Weiter alternativ oder zusätzlich werden abrasive Partikel in der Abrasionspartikelsuspension in einer Partikelkonzentration zwischen 10 Gew.-% und 60 Gew.-%, insbesondere zwischen 25 Gew.-% und 35 Gew.-%, verwendet. Es zeigt sich, dass die genannten Maßnahmen je für sich ebenso wie in beliebiger Kombination günstige Auswirkungen auf den Aufrausprüh- strahlprozess haben.

In Weiterbildung der Erfindung wird in der Abrasionspartikelsuspension ein Viskositätserhöhendes Additiv verwendet, das eine oder mehrere der Substanzen aus einer Gruppe enthält, die aus Polyethylenglykol, Hydroxyethylcellulose, Hydroxymethylcellulose und Xanthan besteht. Dies stellt eine vorteilhafte Maßnahme zur Einstellung einer jeweils geeigneten Viskosität für die Abrasionspartikelsuspension dar.

In Weiterbildung der Erfindung wird für den Sprühstrahl ein Sprühdruck zwischen 0,5bar und 3bar, insbesondere zwischen 0,8bar und 1 ,2bar, eingestellt. Es ist für den Auf- rausprühstrahlprozess in entsprechenden Anwendungen förderlich, wenn der Sprühdruck für den Sprühstrahl in diesem Bereich gehalten wird.

Die erfindungsgemäße Aufrausprühstrahlbehandlungsvorrichtung beinhaltet ein horizontales Transportsystem, auf das drahtgesägte Siliziumwafer mit ihrer Unterseite auflegbar sind, einen Sprühfluidtank zur Bevorratung einer Abrasionspartikelsuspension auf Wasserbasis als Aufrausprühfluid sowie eine Sprühdüseneinheit mit einer oder mehreren Sprühdüsen bzw. Sprührohren zur jeweiligen Erzeugung eines auf die Oberseite und/oder die Unterseite der Siliziumwafer gerichteten Aufrausprühstrahls der im Sprühfluidtank bevorrateten Abrasionspartikelsuspension. Diese Vorrichtung erlaubt mit relativ geringem Aufwand eine vorteilhafte aufrauende Sprühstrahlbehandlung der Siliziumwafer im Durchlaufverfahren. Das Transportsystem kann insbesondere ein Rollentransportsystem mit wenigstens unterseitigen Tragrollen sein, auf welche die Siliziumwafer auflegbar sind. Alternativ ist z.B. ein Bandtransportsystem verwendbar.

In Weiterbildung der Erfindung beinhaltet das Rollentransportsystem an einer Stelle, die einer Sprühstrahlauftreffposition gegenüberliegt, eine Stützverstärkung für die durchlaufend transportierten Siliziumwafer. Dadurch wird einer übermäßigen Belastung der Siliziumwafer durch den auftreffenden Sprühstrahl entgegengewirkt, was unerwünschten Verformungen bzw. Verbiegungen der Wafer vorbeugt. Alternativ können bei beidseitiger Behandlung der Wafer sich gegenüberliegende Sprühdüsen bzw. Sprührohren angeordnet sein, deren Druckbelastungen auf die Wafer sich dann kompensieren.

In Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens eine Sprühdüse der Sprühdüseneinheit eine Flachstrahldüse mit einem Sprühwinkel zwischen 40° und 60°, insbesondere zwischen 55° und 65°. Die Verwendung dieser Art von Sprühdüse ist für die Aufrausprüh- strahlbehandlung der Siliziumwafer in entsprechenden Anwendungen sehr vorteilhaft. Beispielsweise können mehrere solche Flachstrahldüsen quer zur Transportrichtung der Siliziumwafer aufeinanderfolgend und/oder in Transportrichtung der Siliziumwafer auf- einanderfolgend angeordnet sein. Speziell können sowohl quer zur Wafertransportnchtung als auch in Wafertransportnchtung jeweils mehrere Flachstrahldüsen aufeinanderfolgend derart angeordnet sein, dass in Wafertransportnchtung benachbarte Flachstrahldüsen relativ zueinander quer zur Wafertransportnchtung versetzt angeordnet sind. Dies begünstigt eine gleichmäßige Sprühstrahlbehandlung der Siliziumwafer über ihre gesamte behandelte Oberfläche hinweg. Die Flachstrahldüsen können z.B. aus einem keramischen Material gefertigt oder mit einem solchen beschichtet sein, was die Verschleißanfälligkeit mindert.

In Ausgestaltung der Erfindung weist die Sprühdüseneinheit eine oder mehrere, quer zur Wafertransportnchtung verlaufende Sprührohre auf, wobei wenigstens ein Sprührohr eine Mehrzahl von in Längsrichtung des Sprührohres aufeinanderfolgend angeordneten Sprühdüsen aufweist. Dadurch können die Sprühdüsen des jeweiligen Sprührohres gemeinsam über dieses Sprührohr gespeist werden. Dazu kann das Aufrausprüh- fluid dem Sprührohr beispielsweise an beiden Rohrendbereichen zugeführt werden, was eine gleichmäßige Versorgung der Sprühdüsen mit dem Aufrausprühfluid begünstigt, oder alternativ an nur einem Endbereich des Sprührohres oder an einem Mittenabschnitt des Sprührohres.

In Weiterbildung der Erfindung weist die Aufrausprühstrahlbehandlungsvorrichtung einen Hydrozyklon zur Reinigung des Aufrausprühfluids auf. Dabei steht ein Unterlauf des Hydrozyklons mit dem Sprühfluidtank in Verbindung, während ein Oberlauf des Hydro- zyklons mit einer/einem in Wafertransportnchtung letzten Sprühdüse/Sprührohr der Sprühdüseneinheit in Verbindung steht. Dies ermöglicht eine Minimierung von Verunreinigungen der Siliziumwafer bzw. einer Verschleppung von Abrasionspartikeln in ein nachfolgendes Anlagenmodul.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung texturierter Siliziumwafer bzw. ähnlicher flacher Substrate, Fig. 2 eine schematische teilweise Seitenansicht einer Vorrichtung zur Herstellung texturierter Siliziunnwafer bzw. ähnlicher flacher Substrate,

Fig. 3 eine schematische teilweise Seitenansicht einer in der Vorrichtung von Fig. 2 verwendbaren Aufrausprühstrahlbehandlungsvorrichtung,

Fig. 4 eine schematische, ausschnittweise Seitenansicht der Behandlungsvorrichtung von Fig. 3 in einer Variante mit oberseitiger Sprühbehandlung,

Fig. 5 eine schematische, ausschnittweise Draufsicht auf ein in der Vorrichtung von

Fig. 4 verwendbares Rollentransportsystem,

Fig. 6 die Ansicht von Fig. 4 für eine Ausführungsvariante mit unterseitiger Sprühbehandlung,

Fig. 7 die Ansicht von Fig. 4 für eine Ausführungsvariante mit beidseitiger Sprühbehandlung,

Fig. 8 eine Perspektivansicht einer in der Vorrichtung von Fig. 3 verwendbaren

Sprühdüseneinheit,

Fig. 9 eine ausschnittweise Seitenansicht der Sprühdüseneinheit von Fig. 8,

Fig. 10 eine schematische Blockdiagrammdarstellung eines Teils der Herstellungsvorrichtung von Fig. 2 mit der Behandlungsvorrichtung gemäß Fig. 7 in einer Ausführungsvariante mit Abspülsystem und

Fig. 1 1 die Darstellung von Fig. 10 für eine Ausführungsvariante mit Partikelrückgewinnungssystem.

Das in Fig. 1 nur mit seinen hier interessierenden Herstellungsschritten illustrierte Verfahren dient zur Herstellung texturierter Siliziumwafer oder anderer, ähnlicher starrer oder flexibler flacher Substrate. Hierfür wird zunächst in einem Schritt 10 ein Waferblock mittels eines Drahtsägevorgangs in einzelne Waferrohlinge zerteilt. Die Fertigung eines entsprechenden Waferblocks und der Drahtsägevorgang können in an sich bekannter Weise erfolgen, was hier keiner näheren Erläuterungen bedarf. Beim Drahtsägevorgang kann es sich z.B. um einen solchen unter Verwendung einer Diamantdrahtsäge handeln. Alternativ können herkömmlich einzeln gezogene oder direkt aus einer Schmelze abgeschiedene Waferrohlinge verwendet werden.

Die drahtgesägten Waferrohlinge werden dann in einem Durchlaufprozess unter Verwendung eines horizontalen Rollentransportsystems mehreren aufeinanderfolgenden Behandlungsprozessen unterzogen und werden zu diesem Zweck zunächst in einem Verfahrensschritt 1 1 in eine zugehörige Durchlauf-Fertigungsanlage bzw. kurz Durchlaufanlage eingebracht.

In einem der Behandlungsprozesse werden die Waferrohlinge einem Aufrausprühstrahl- prozess unterzogen, siehe Verfahrensschritt 12. Hierbei wird eine Abrasionspartikelsuspension auf Wasserbasis auf die Oberseite und/oder die Unterseite der Waferrohlinge aufgesprüht. Dadurch wird die betreffende Oberfläche aufgeraut, und zwar, wie sich zeigt, ohne signifikanten Materialabtrag. Der Reflexionsgrad der Oberfläche lässt sich damit mit einer nachfolgenden HF/HNO3-Standardtextur z.B. auf einen Wert unterhalb von 23% reduzieren.

In einem abschließenden, typischerweise mehrstufigen Verfahrensschritt 13 werden die Waferrohlinge nach ihrer Aufrauspruhstrahlbehandlung weiter prozessiert, so dass aus ihnen die gewünschten texturierten Siliziumwafer und daraus Endprodukte wie z.B. Solarzellenbauelemente gebildet werden. Die hierzu erforderlichen Prozesse sind wiederum herkömmlicher Art und bedürfen vorliegend keiner weiteren Erläuterung. So können sich an die Aufrausprühstrahlbehandlung beispielsweise eine ergänzende texturie- rende Ätzbehandlung, insbesondere eine herkömmliche, saure nasschemische Ätzbehandlung z.B. mittels einer Standard-Texturätzlösung mit HF/HNO3, sowie eine Waferreinigungsbehandlung anschließen.

Fig. 2 zeigt schematisch und ausschnittweise einen vorliegend interessierenden Teil einer Durchlaufanlage, mit der das Verfahren gemäß Fig. 1 durchführbar ist. Die Durchlaufanlage kann beispielsweise eine Mehrzahl paralleler Durchlaufspuren, z.B. fünf Spuren für Siliziumwafer gängiger Größe z.B. mit einer Abmessung von 156mmx156mm, besitzen. Typischerweise umfasst die Durchlaufanlage einen oder mehrere Prozessbehälter 20 mit einem optionalen Sprühsystem 21 und mit einem horizontalen Rollentransportsystem 22. Die Prozessbehälter 20 sind bedarfsweise mit Böden ausgestattet, die ein starkes Gefälle aufweisen, um das Absetzen von Partikeln zu vermeiden. An die in Durchlaufrichtung bzw. Transportrichtung T der Wafer aufeinanderfolgend angeordneten Prozessbehälter 20 können sich optional, wie in Fig. 2 gezeigt, ein Vorspülmodul 23 mit Partikelrückgewinnung, ein Kaskadenspülmodul 24 und ein Trocknungsmodul 25 zur Reinigung und Trocknung der in der Durchlaufanlage prozessierten flachen Substrate, wie Wafer zur Solarzellenherstellung, anschließen.

Fig. 3 zeigt schematisch eine in der Durchlaufanlage von Fig. 2 verwendbare Auf- rausprühstrahlbehandlungsvorrichtung mit einem Behandlungsmodul 26, das eine geeignete seitliche Durchführung 27 für das horizontale Rollentransportsystem aufweist. Ein Benutzer 28 kann die Aufrausprühstrahlbehandlungsvorrichtung über eine optionale Behandlungssteuereinheit 29 steuern. Weiter umfasst die Behandlungsvorrichtung einen vom Behandlungsmodul 26 vorzugsweise separat aufgestellten Sprühfluidtank 30 mit zugehörigen Pumpen 31 zur Umwälzung eines im Tank 30 bevorrateten Abrasions- sprühfluids. Je nach Bedarf und Anwendungsfall kann der Sprühfluidtank 30 mit Schrägböden und/oder einem Mischsystem z.B. unter Verwendung einer zusätzlichen Pumpe mit Injektordüsen oder eines Rührwerks ausgerüstet sein, um im Abrasions- sprühfluid in Suspension enthaltene abrasive Partikel in Schwebe im Fluid zu halten.

Als Aufrausprühfluid wird eine Abrasionspartikelsuspension auf Wasserbasis verwendet, in welcher die abrasiven Partikel in Form einer Suspension in Wasser als Trägerflüssigkeit enthalten sind. Als abrasive Partikel werden vorzugsweise Korund- oder Diamant- oder Siliziumkarbid-Partikel oder eine beliebige Mischung derselben verwendet. Für die abrasiven Partikel wird vorzugsweise eine mittlere Partikelgröße zwischen 5μηη und 150μηη gewählt, insbesondere zwischen 40μηη und 80μηη. Die abrasiven Partikel sind in der Abrasionspartikelsuspension in einer Partikel konzentration enthalten, die vorzugsweise zwischen 10 Gew.-% und 60 Gew.-% liegt, insbesondere zwischen 25 Gew.-% und 35 Gew.-%.

Der Abrasionspartikelsuspension ist vorzugsweise ein Viskositätserhöhendes Additiv zugesetzt. Das Additiv bewirkt, dass die Partikel gut in der Schwebe gehalten werden und nicht sedimentieren oder agglomerieren. Hierfür eignet sich als Additiv beispielsweise Polyethylenglykol, insbesondere Polyethylenglykol 200-10.000, oder Hydroxy- ethylcellulose oder Hydroxymethylcellulose oder Xanthan oder ein beliebiges Gemisch mehrerer dieser Substanzen.

Mit der Aufrausprühstrahlbehandlungsvorrichtung gemäß Fig. 3 lässt sich insbesondere die Aufrausprühstrahlbehandlung gemäß Verfahrensschritt 12 von Fig.1 durchführen. Für den Sprühvorgang mit der Abrasionspartikelsuspension auf Wasserbasis, der die Waferrohlinge auf ihrer Oberseite und/oder ihrer Unterseite ausgesetzt werden, wird vorzugsweise ein Sprühdruck zwischen 0,5bar und 3bar eingestellt, insbesondere zwischen 0,8bar und 1 ,2bar.

Die Fig. 4 bis 7 veranschaulichen verschiedene Ausführungsvarianten der Aufrausprüh- strahlbehandlungsvorrichtung, um gezielt die Waferrohlinge nur auf ihrer Oberseite, nur auf ihrer Unterseite oder beidseitig auf ihrer Oberseite und ihrer Unterseite dem Auf- rausprühstrahl auszusetzen.

So veranschaulichen die Fig. 4 und 5 speziell eine Ausführungsvariante zur einseitigen Sprühstrahlbehandlung der Siliziumwafer auf ihrer Oberseite. Wie in den Fig. 4 und 5 zu erkennen, umfasst das horizontale Rollentransportsystem Transportrollen in Form unterseitiger Tragrollen 32 und oberseitiger Niederhalterrollen 33. Zu behandelnde Siliziumwafer 34 sind mit ihrer Unterseite auf die Tragrollen 32 auflegbar. Die Niederhalterrollen 33 dienen zum Niederhalten der Siliziumwafer 34 gegen die Tragrollen 32.

Die Behandlungsvorrichtung gemäß den Fig. 4 und 5 beinhaltet eine Sprühdüseneinheit 36 mit vorzugsweise mehreren Sprühdüsen bzw. Sprührohren zur jeweiligen Erzeugung eines im Wesentlichen vertikal nach unten auf die Oberseite der Siliziumwafer 34 gerichteten Aufrausprühstrahls 35 der im Sprühfluidtank 30 gemäß Fig. 3 bevorrateten Abrasionspartikelsuspension, wobei in Fig. 4 schematisch und stellvertretend ein Sprührohr 36a gezeigt ist. Das Rollentransportsystem weist an einer Stelle, die einer Sprüh- strahlauftreffposition 37 unterseitig gegenüberliegt, eine Stützverstärkung 38 für die durchlaufend transportierten Siliziumwafer 34 auf. Im gezeigten Beispiel besteht die Stützverstärkung 38 darin, dass die dort befindliche Tragrolle 32a breitere Röllchen 38a aufweist, die drehfest auf einer Transportwelle 40 sitzen. Bei den anderen Tragrollen 32 sitzen schmalere Röllchen 39 auf der Transportwelle 40.

Wie weiter aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich, sind die Tragrollen 32, 32a in Transportrichtung T mit relativ geringem Abstand derart angeordnet, dass die Röllchen 38a, 39 einer jeweiligen Tragrolle 32, 32a in Zwischenräume zwischen den Röllchen 38a, 39 einer jeweils benachbarten Tragrolle 32, 32a eingreifen, wozu die Röllchen 38a, 39 mit geeignetem Abstand voneinander auf der jeweiligen Transportwelle 40 angeordnet sind. Dies ermöglicht einen schonenden Transport insbesondere für empfindliche, zerbrechliche Substrate, wie Siliziumwafer mit relativ geringer Dicke. Die breiteren Röllchen 38a stützen die Siliziumwafer 34 gegenüber dem Druck bzw. Impuls des Sprühstrahls 35 sicher ab, was einem etwaigen Brechen der Siliziumwafer 34 vorbeugt.

Wie speziell aus Fig. 4 ersichtlich, weist das Rollentransportsystem jeweils im Bereich unterhalb einer Sprühdüse bzw. eines Sprührohres 36a eine Lücke auf, so dass der Sprühstrahl 35 von der Sprühdüse bzw. dem Sprührohr 36a direkt auf die zu behandelnde Seite bzw. Oberfläche der horizontal transportierten Siliziumwafer 34 trifft, ohne dass dies von den Transportrollen, hier speziell den oberseitigen Niederhalterrollen 33, behindert wird.

Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsvariante werden die Siliziumwafer 34 nur an ihrer Unterseite der abrasiven Sprühstrahlbehandlung ausgesetzt. Dazu ist die Sprühdüseneinheit 36 mit ihren einen oder mehreren Sprühdüsen bzw. Sprührohren 36a unterhalb der Transportebene der Siliziumwafer 34 angeordnet, und der Sprühstrahl 35 ist in diesem Fall im Wesentlichen vertikal nach oben gerichtet. Dazu weist die Anordnung der unterseitigen Tragrollen 32 eine Lücke auf, durch die hindurch der Sprühstrahl 35 von der Sprühdüseneinheit 36 direkt auf die Unterseite der Siliziumwafer 34 gelangen kann. Analog weist eine der Sprühstrahlauftreffposition 37 oberseitig gegenüberliegende Niederhalterrolle 33a die Stützverstärkung 38 in Form verbreiterter Röllchen 38a zur Abstützung der Siliziumwafer 34 gegen den Impuls des Sprühstrahls 35 auf.

Bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsvariante werden die Siliziumwafer 34 beidseitig, d.h. an ihrer Oberseite und an ihrer Unterseite, gleichzeitig der Aufrausprühstrahl- behandlung unterzogen. Dazu beinhaltet die Sprühdüseneinheit 36 jeweils eine oder mehrere Sprühdüsen bzw. Sprührohre 36a sowohl oberhalb als auch unterhalb der Substrattransportebene, um sowohl einen Aufrausprühstrahl 35 von oben auf die Waferoberseite als auch einen Aufrausprühstrahl 35 von unten auf die Waferunterseite zu richten, wobei je zwei Sprühdüsen bzw. Sprührohre 36a und entsprechend je zwei Aufrausprühstrahlen 35 vorzugsweise auf gleicher Höhe in Bezug auf die Wafertrans- portrichtung T vorgesehen sind. Letzteres hat den Vorteil, dass sich bei der gleichzeitigen Beaufschlagung der Siliziumwafer 34 mit dem oberseitigen Sprühstrahl 35 und dem unterseitigen Sprühstrahl 35 die Druckbelastungen bzw. die Druckimpulse der beiden Sprühstrahlen 35 auf die behandelten Siliziumwafer 34 kompensieren. Dies beugt Verformungen bzw. Verbiegungen sowie Brucherscheinungen selbst im Fall sehr dünner, empfindlicher Siliziumwafer 34 vor, ohne dass dazu Abstützmaßnahmen durch das Rollentransportsystem zwingend erforderlich sind. Das Rollentransportsystem weist in der Anordnung der unterseitigen Tragrollen 32 und der oberseitigen Niederhalterrollen 33 wiederum eine Lücke an der Position des jeweiligen Sprühstrahls 35 auf, so dass die Sprühstrahlen 35 direkt auf die zu behandelnde Waferoberseite bzw. Waferunterseite auftreffen.

Die Fig. 8 und 9 veranschaulichen eine vorteilhafte Realisierung für die Sprühdüseneinheit 36, wie sie in der Sprühstrahlbehandlungsvorrichtung von Fig. 3 z.B. in einer der Varianten gemäß den Fig. 4 bis 7 verwendbar ist. In dieser Ausführungsvariante beinhaltet die Sprühdüseneinheit 36 ein jeweiliges Sprühmodul aus einer Anordnung mehrerer Sprührohe 36a, z.B. zwischen fünf und fünfzehn Sprührohren 36a, parallel zueinander und in Wafertransportrichtung T hintereinander, d.h. die Rohrlängsachsen der Sprührohre 36a verlaufen horizontal und quer zur Wafertransportrichtung T.

Im gezeigten Beispiel sind die Sprührohre beidseits endseitig gespeist. Dazu sind an beiden seitlichen Endbereichen der Sprührohranordnung jeweils ein Sprühfluid- Einlassanschluss 41 a, 41 b und ein endseitig beidseits geschlossenes Verteilerrohr 42a, 42b vorgesehen. Der jeweilige Einlassanschluss 41 a, 41 b mündet in einen Mittenbereich des zugehörigen Verteilerrohrs 42a, 42b, und die Sprührohre 36a münden endseitig jeweils in eines der beiden Verteilerrohre 42a, 42b an einer Rohrmantelfläche derselben. Damit wird eine sehr gleichmäßige Versorgung der Sprührohre 36a mit der zu versprühenden Abrasionspartikelsuspension mit gleichbleibender Konzentration der Abrasionspartikel in den einzelnen Sprührohren 36a erreicht. In alternativen Ausführun- gen erfolgt die Versorgung der Sprührohre 36a mit der Abrasionspartikelsuspension über nur einen Endbereich der Sprührohre 36a oder in einem Mittenbereich der einzelnen Sprührohre 36a z.B. über ein dort angeordnetes Verteilerrohr.

Jedes Sprührohr 36a ist entlang seiner Länge mit einer Mehrzahl von voneinander be- abstandeten Sprühdüsen 43 versehen. Die Sprühdüsen 43 sind vorzugsweise aus einem keramischen Material gefertigt oder mit einer keramischen Beschichtung versehen. Weiter sind die Sprühdüsen 43 vorzugsweise als Flachstrahldüsen eines an sich herkömmlichen und daher hier nicht näher zu beschreibenden Typs mit einem Sprühwinkel α zwischen 40° und 60°, insbesondere zwischen 55° und 65°, ausgeführt.

Die Sprühdüsen je zweier in Wafertransportrichtung T aufeinanderfolgender Sprührohre 36a sind bevorzugt zueinander versetzt angeordnet, d.h. in Längsrichtung der Sprührohre 36a gesehen befindet sich die jeweilige Sprühdüse 43 eines in Wafertransportrichtung T nächsten Sprührohres 36a zwischen zwei Sprühdüsen 43 des davor liegenden Sprührohres 36a. Der Versatz kann z.B. mittig sein, d.h. jede Sprühdüse 43 des nächsten Sprührohres 36a liegt mittig zwischen zwei Sprühdüsen 43 des vorigen Sprührohres 36a. Diese Sprühdüsenanordnung begünstigt ein gleichmäßiges Sprüh- behandlungsergebnis für alle behandelten Substrate bzw. Siliziumwafer quer zur Wafertransportrichtung T. Dabei ist der Abstand der Sprührohre 36a und damit auch der Sprühdüsen 43 von den zu besprühenden Siliziumwafern, d.h. von der Wafertransport- ebene, so gewählt, dass die von den Sprühdüsen 43 eines jeden Sprührohres 36a mit dem Sprühwinkel α abgegebenen einzelnen Flachsprühstrahlen 35 einander quer zur Wafertransportrichtung T überlappen bzw. überlagern. Die Gleichmäßigkeit des Aufsprühens der Abrasionspartikelsuspension wird zusätzlich durch die in Längsrichtung der Sprührohre 36a versetzte Anordnung der Sprühdüsen 43 je zweier aufeinanderfolgender Sprührohre 36a gefördert.

Dies ergibt in Summe einen sehr gleichmäßigen Sprühauftrag der Abrasionspartikelsuspension durch die Sprühdüseneinheit 36 auf die Waferoberseite und/oder die Waferunterseite. Es versteht sich, dass je nach dem, ob die Sprühbehandlung nur auf der Waferoberseite, nur auf der Waferunterseite oder auf beiden Waferseiten erfolgen soll, jeweils ein oder mehrere Sprühmodule der in den Fig. 8 und 9 gezeigten Art für die Sprühdüseneinheit 36 über und/oder unter der Wafertransportebene angeordnet sein können, wie sie durch das horizontale Rollentransportsystem 22 definiert ist.

Fig. 10 zeigt schematisch eine Behandlungsvorrichtung mit beidseitiger Aufrausprüh- strahlbehandlung der Siliziumwafer 34 nach Art von Fig. 7 mit einem zusätzlichen Abspülsystem. Über eine Speiseleitung 44 führt eine Pumpe 45 das Aufrausprühfluid aus dem Tank 30 der Sprühdüseneinheit 36 zu. Über eine Abzweigleitung 46 wird ein Teilstrom des Aufrausprühfluids einem Hydrozyklon 47 zugeleitet. Ein in einem Unterlauf des Hydrozyklons 47 anfallendes Konzentrat wird über eine Rückführleitung 48 in den Tank zurückgeführt. Im Hydrozyklon 47 gereinigte Flüssigkeit wird aus einem Oberlauf des Hydrozyklons 47 über eine Abspülspeiseleitung 49 einem Sprührohr 50 am in Wafertransportrichtung T hinteren Endbereich der Aufrausprühbehandlungsvorrichtung zugeführt.

Aus dem Sprührohr 50 tritt die zugeführte Flüssigkeit in Form eines Spülstrahls 51 aus, der unter einem relativ kleinen, spitzen Winkel vertikal entgegen der durch die Transportrichtung T gegebenen Laufrichtung der behandelten Siliziumwafer 34 geneigt ist. Das Sprührohr 50 befindet sich über der Wafertransportebene des in Fig. 10 nicht gezeigten Rollentransportsystems 22, wobei der Spülstrahl 51 auf die Oberseite der zuvor der Aufrausprühstrahlbehandlung unterzogenen Siliziumwafer 34 gerichtet wird. Dadurch werden auf der Oberseite der behandelten Wafer 34 eventuell verbliebene Abrasionspartikel 52 von der Waferoberfläche abgespült und bleiben in der Aufrausprüh- strahlbehandlungsvorrichtung. Dies verhindert, dass die Abrasionspartikel 52 in merklicher Menge in nachfolgende Behandlungseinheiten verschleppt werden, z.B. in ein anschließendes Spülbehandlungsmodul 53, das mit entsprechenden Reinigungs- /Spülrohren 54 ausgerüstet ist.

Fig. 1 1 veranschaulicht eine Ausführungsvariante einer Durchlaufanlage mit einem Partikelrückgewinnungssystem. Hierbei schließt sich an die Aufrausprühstrahlbehand- lungsvorrichtung, in welcher die Siliziumwafer 34 mittels der Sprühdüseneinheit 36 einer beidseitigen Aufrausprühstrahlbehandlung unterzogen werden, ein Vorspülmodul 55 an. Das im Tank 30 bevorratete Aufrausprühfluid wird wiederum über die Zufuhrleitung 44 und die Förder-/Umwälzpumpe 45 der Sprühdüseneinheit 36 zugeführt. Das Vorspülmodul 55 weist Vorspüldüsen bzw. Vorspülrohre 56 auf, mit denen die zuvor der Auf- rausprühstrahlbehandlung unterzogenen Siliziumwafer 34 einer beidseitigen Vor- spülbehandlung unterzogen werden können, wobei diesen Vorspüldüsen bzw. Vor- spülrohren 56 ein entsprechendes Vorspülfluid aus einem Vorspültank 57 über eine zugehörige Förderpumpe 58 zugeführt wird.

Das Vorspülfluid bzw. Spülwasser wird dann aus dem Vorspülmodul 55 über eine Rückführleitung 59 in einen Rücklauftank 60 geleitet. Das dort gesammelte Spülwasser wird über eine Förderpumpe 61 kontinuierlich einem Hydrozyklon 47' nach Art des Hydro- zyklons 47 in der Ausführungsvariante von Fig. 10 zugeführt. Aus dem Unterlauf des Hydrozyklons 47' wird zugehöriges Konzentrat über eine Rückführleitung 62 in den Tank 30 mit dem Aufrausprühfluid geleitet. Um ein Überlaufen des Tanks 30 zu verhindern und das Gesamtsystem des Fluidkreislaufs im Gleichgewicht zu halten, wird überschüssiges Wasser an der Oberfläche des Tanks 30 mit einer zugehörigen Förderpumpe 63 wieder in den Rücklauftank 60 zurückgeleitet. Gereinigte Flüssigkeit wird vom Oberlauf des Hydrozyklons 47' in den Vorspültank 57 geleitet.

Durch dieses Partikelrückgewinnungssystem können die Siliziumwafer 34 stets mit vorgereinigtem Vorspülfluid bzw. Spülwasser abgespült werden, was ein Verschleppen der Abrasionspartikel z.B. in ein nachfolgendes Kaskadenspülmodul vermeidet bzw. vermindert. Als weiterer Vorteil können eventuell aus dem Aufrausprühprozess verschleppte Partikel mittels des Vorspülmoduls 55 ganz oder jeweils zum größten Teil wieder zurückgewonnen und zurückgeführt werden.