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本研究采用電導(dǎo)率和pH傳感器監(jiān)測(cè)不同加工條件下氫氧化鉀的濃度。研究了各種添加劑以及硅酸鹽積累對(duì)pH和電導(dǎo)率的影響，結(jié)果表明，浴壽命可以延長和穩(wěn)定的過程。
在幾種酸和堿的電導(dǎo)率與濃度的關(guān)系中，可以了解到電導(dǎo)率隨濃度的增加而增加，直到達(dá)到最大值，當(dāng)溶液足夠濃縮時(shí)，解的程度會(huì)減慢，任何濃度的任何進(jìn)一步增加都會(huì)導(dǎo)致溶液中離子的相互作用，從而導(dǎo)致電導(dǎo)率的降低。應(yīng)該注意的是，在光伏行業(yè)中使用的濃度并沒有達(dá)到這個(gè)最大值，因此，電導(dǎo)率可以用來以相當(dāng)準(zhǔn)確的方式檢測(cè)化學(xué)濃度。
而且酸和堿的解離也有助于測(cè)量溶液的pH值，通過考慮氫離子(H+)的濃度，可以測(cè)量水溶液的pH值，這是使用標(biāo)準(zhǔn)的pH探頭和儀表來完成。對(duì)于堿性溶液(pH>7)，溶液中H-+離子的減少，pH隨著濃度的增加而增加。
為了測(cè)試控制方法，在全自動(dòng)GAMA?晶圓蝕刻和清洗系統(tǒng)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，濃度的測(cè)量是使用位于工藝罐的再循環(huán)回路內(nèi)的內(nèi)聯(lián)電導(dǎo)率和NIR（近紅外）傳感器進(jìn)行的，在90oC的一個(gè)由添加劑組成的容器中，一次生產(chǎn)30-50個(gè)硅晶片，調(diào)整前（即預(yù)前）以保持一致的蝕刻速率，并獲得晶片的完整紋理化，并將研究結(jié)果與已建立的理論模型進(jìn)行了比較。
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圖3
圖3和圖4顯示了不同添加劑、氫氧化鉀濃度和溫度的實(shí)驗(yàn)(DOE)設(shè)計(jì)結(jié)果；圖3中的數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)不采用溫度補(bǔ)償時(shí)，電導(dǎo)率隨溫度的升高而增大，這是意料之中的，因?yàn)殡x子的遷移率將在更高的溫度下增加，然而當(dāng)使用ATC時(shí)，電導(dǎo)率與參考溫度(25oC)相關(guān)，便于樣品之間的比較，可以看出ATC的數(shù)據(jù)顯示，隨著氫氧化鉀濃度的增加而增加，但隨著溫度的升高而保持相對(duì)穩(wěn)定。為了這些實(shí)驗(yàn)的目的，在電導(dǎo)率計(jì)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了線性溫度補(bǔ)償，由于生產(chǎn)過程可以根據(jù)情況在不同的溫度下運(yùn)行，因此使用ATC是最簡(jiǎn)單的方法，以便開發(fā)適合可能遇到的各種過程的算法。
圖4顯示了pH上的結(jié)果，可以看出，pH隨氫氧化鉀濃度的增加而增加，但隨著pH濃度的變化而保持相對(duì)穩(wěn)定，DOE的電導(dǎo)率和pH數(shù)據(jù)沒有顯示出添加IPA或各種添加劑的任何顯著影響，這表明，使用電導(dǎo)率/或pH作為氫氧化鉀的監(jiān)測(cè)和控制方法可以是目前采用的一種可行的替代方法，因?yàn)轫憫?yīng)將僅由于氫氧化鉀的變化。
圖4
由于溶解的硅似乎不影響電導(dǎo)率，氫氧化鉀電導(dǎo)率設(shè)定點(diǎn)可以在新浴的過程開始時(shí)作為槽參數(shù)輸入，通過這樣做，浴缸將使用原位化學(xué)濃度控制系統(tǒng)(ICE?)自動(dòng)調(diào)整，以始終保持到所需的設(shè)定點(diǎn)。然而如果要運(yùn)行多個(gè)生產(chǎn)批次，并且槽裝載硅，氫氧化鉀可能需要按照前面所述的每個(gè)批次進(jìn)行升級(jí)。
另外在兩種不同起始?xì)溲趸洕舛认录尤牍韬?/span>pH的變化中可以看出，加入硅酸鹽加載后，pH的變化相對(duì)較小，通過研究還發(fā)現(xiàn)，pH電極的準(zhǔn)確性可能不夠高，或者讀數(shù)可能不夠穩(wěn)定，無法可靠地檢測(cè)到濃度的微小變化，因此，電導(dǎo)率將是更適合用于控制浴液濃度的方法。
所以以上結(jié)果表明，通過電導(dǎo)率實(shí)時(shí)控制化學(xué)濃度有利于先進(jìn)的太陽能電池的制造，發(fā)現(xiàn)了浴液電導(dǎo)率與硅酸鹽負(fù)載以及氫氧化鉀濃度之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，在GAMA?太陽能工具上對(duì)新系統(tǒng)在氫氧化鉀浴(含無ipa添加劑)中保持穩(wěn)定蝕刻速率的驗(yàn)證測(cè)試，實(shí)驗(yàn)證明了新的控制方案在多次生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的蝕刻速率和完全紋理化的有效性。因此，這些低成本、實(shí)時(shí)的測(cè)量將顯著提高晶圓加工的穩(wěn)健性。