用于图案化处理的装置和方法制造方法及图纸

用于图案化处理的装置包括：输入气体(2)的源；适合于在等离子体区域中从输入气体(2)产生等离子体的能量源；以及被构造用于接收固体样品(5)的接地样品架(12)。根据本发明专利技术，该装置包括被布置在等离子体区域和接地样品架(12)之间的掩模(4)，该掩模(4)具有朝向等离子体区域的第一面(45)和朝向要处理的固体样品(5)的表面(51)的第二面(46)，掩模(4)包括从第一面到第二面延伸的掩模开口(40)，以及适用于将直流偏置电压施加到掩模上的电源(16)，并且掩模开口(40)的尺寸和形状被确定为以便在固体样品(5)的表面(51)上产生空间选择性的图案化处理。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于图案化处理的装置和方法
本专利技术涉及用于图案化处理的装置和方法。更精确地，本专利技术涉及用于以毫米或亚毫米的空间分辨率对固体样品表面进行图案化的系统和方法。特别地，本专利技术涉及通过等离子体沉积形成图案化的薄膜，或通过等离子体蚀刻分别形成图案化的开口的装置和方法，与常规的掩模、光刻或激光处理步骤相比，其成本适中。本专利技术还涉及需要图案化步骤的任何太阳能电池架构的制造。本专利技术可以以降低的制造成本用于高效太阳能电池。特别地，本专利技术适用于叉指式背接触(IBC)太阳能电池的制造。
技术介绍
许多文献描述了用于制造结合有图案化薄膜的设备(例如太阳能电池设备)的装置和方法。薄膜沉积和/或蚀刻的步骤可以通过不同的技术来实现，特别是通常在低温(低于300℃)下通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)来实现。在微电子学中，图案化步骤通常基于光刻法，以产生具有亚微米级空间分辨率和非常高的纵横比(aspectratio)(高达约1/100)的图案化薄膜。然而，光刻法需要附加的材料来沉积和去除光致抗蚀剂掩模层、处理步骤和昂贵的工具，例如步进式机器(stepper)，并且因此导致大的制造成本。可以使用低得多的分辨率的技术，但是这些技术也涉及多个掩模和蚀刻步骤。例如，专利文献US2015/0325410A1描述了一种蚀刻装置，该蚀刻装置包括等离子体室、基板架(holder)和具有孔的引出板，离子束通过该孔被朝向基板架导引。放置成与基板的表面接触的接地掩模已用于在单个步骤中获得图案化沉积。然而，所获得的图案化特征精度直接与掩模厚度相关，并且因此与掩模机械稳定性成反比。另外，该接地掩模和该表面之间的任何间隔都将导致图案化沉积的特征扩散。而且，掩模与表面之间的接触产生对该表面的污染和/或损坏。激光烧蚀也可以用于在薄膜堆叠中形成孔而不涉及掩模。但是，激光加工也很昂贵。高效工业晶体硅(c-Si)太阳能电池使用局部接触来减少与金属接触的表面积，或者通过减少由于金属网格线引起的阴影(shading)来获得几何优势。高效(>20％)太阳能电池使用点接触。效率最高的工业c-Si电池使用叉指式背接触(IBC)构造。然而，这种设计的实现成本很高，涉及许多处理步骤，例如用于形成用于点接触的电介质开口的激光烧蚀或用于形成IBC接触的光刻。虽然如此，如R.Swanson等人所述(第33届IEEEPVSC会议论文集(proceeding)，美国加利福尼亚州圣地亚哥，2008年)，IBC设计和点接触目前已在工业中使用。另一种工业高效设计(HIT技术)使用通过PECVD沉积的薄的本征非晶氢化硅(a-Si：H)层作为钝化层。HIT钝化有利地在低温(小于约250℃)下实现，从而减少了处理的热预算，并导致晶片表面的非常好的钝化性能。松下(Masuko等人，IEEE光电学报(IEEEJournalofPhotovoltaics)4(2014)1433-1435)最近展示了一种使用大面积HIT钝化的IBC太阳能电池设计。然而，在IBC构造中使用薄的本征a-Si：H钝化层涉及随后的使用光刻的掺杂层的图案化步骤，从而降低了低温HIT钝化的成本效益。在硅晶片的原始(pristine)表面上实现掩模操作的挑战之一，特别是在去除天然氧化物之后，是该表面对损坏和污染的高敏感性。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供一种用于形成图案化设备的装置和方法，该装置和方法以降低的制造成本并且优选地在低温下应用于任何类型的太阳能电池或半导体设备或光电设备。本专利技术的另一个目的是提供一种用于在IBC太阳能电池中形成叉指式接触和/或用于在太阳能电池中形成用于点接触的电介质开口的替代装置和方法。本专利技术的另一个目的是提供一种用于图案化电子或光电设备的系统和方法，例如用于形成图案化的层或图案化的表面，而无需直接在该设备的表面上或与该设备的表面接触地施加掩模。本专利技术的另一个目的是提供一种完全集成的方法和装置，该方法和装置使得能够进行不同沉积和/或蚀刻步骤，用于在相同的基板上以及在相同的处理流程中和/或在相同的处理工具室中形成各种图案化和非图案化的特征，以防止表面损坏、污染并避免附加的与工具相关的资本成本。根据本专利技术，通过提供一种用于图案化处理的装置来实现上述目的，该装置包括输入气体源、适合于激发输入气体并用于在等离子体区域中产生等离子体的能量源以及被构造用于接收固体样品的接地样品架。根据本专利技术，该装置包括：布置在等离子体区域和接地样品架之间的掩模，该掩模具有朝向等离子体区域的第一面和朝向要处理的固体样品的表面的第二面，该掩模包括从第一面到第二面延伸穿过掩模的至少一个掩模开口；以及电源，该电源适于将直流非零(non-null)偏置电压施加到掩模，掩模被放置在从固体样品表面小于阈值距离的距离处以防止在掩模和固体样品之间产生等离子体，并且所述掩模开口的尺寸和形状被确定以通过从等离子体选择离子并将其聚集(focus)在固体样品的表面上来产生空间选择性的图案化处理。使用DC偏置掩模的优势在于，可以使用施加到掩模的DC偏置电压来限制甚至调节图案化特征扩散。结果，图案化特征具有比对应的掩模开口更小的空间尺寸。根据本专利技术的特定方面，掩模开口具有沿平行于掩模的第二面的第一方向截取的亚毫米至毫米范围内的开口宽度，掩模开口具有在横向于掩模的第二面截取的另一方向的开口高度，从而限定开口高度在开口宽度上的纵横比，并且该纵横比大于1。根据特定并且有利的实施例，掩模开口具有圆锥形或圆柱形形状或被选择为在基板的表面上产生具有确定的空间轮廓的图案的形状。根据另一个特定方面，掩模包括以一维或二维周期性阵列布置的多个掩模开口。根据一个实施例，掩模由导电材料制成，并且掩模与固体样品的表面以非零距离放置。根据另一实施例，掩模包括在第一面上的导电部分、部分或完全覆盖掩模开口的侧壁的导电部分，并且掩模的第二面包括电绝缘部分，掩模的第二面的该电绝缘部分与要处理的固体样品的表面接触。根据另一特定并且有利的实施例，掩模包括第一导电部分、与第一导电部分电隔离的第二导电部分，第一导电部分包括第一类型掩模开口，并且第二导电部分包括第二类型掩模开口，电源适于将第一直流偏置电压施加到第一导电部分，并且电源适于将第二直流偏置电压施加到第二导电部分。优选地，在该最后的实施例中，第一直流偏置电压和第二直流偏置电压在同一时刻(instant)具有相反的极性。在特定实施例中，掩模还包括将第一导电部分机械地连接到第二导电部分的电绝缘部分。根据特定实施例，掩模安装在平移(translation)或旋转台上。根据不同的实施例，能量源包括连接到平行于样品架布置并被构造为产生电容耦合等离子体的平面电极的另一电源，或连接到被布置为产生电感耦合等离子体的线圈电极、通过波导耦合到等离子体产生室并被布置为产生微波等离子体的微波天线和/或用于在等离子体区域中产生磁场的磁场产生系统的另一电源。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于图案化处理的装置，包括：/n-输入气体的源(2)；/n-适合于激发所述输入气体(2)并在等离子体区域中产生等离子体(20)的能量源；以及/n-被构造成用于接收固体样品(5)的接地样品架(12)；/n其特征在于，所述装置包括：/n-掩模(4)，被布置在所述等离子体区域和所述接地样品架(12)之间，所述掩模(4)具有朝向所述等离子体区域的第一面(45)和朝向要处理的所述固体样品(5)的表面(51)的第二面(46)，所述掩模(4)包括从所述第一面穿过所述掩模延伸到所述第二面的至少一个掩模开口(40、43、44)；以及/n-电源(16)，适于将直流非零偏置电压施加到所述掩模，所述掩模(4)被放置在距所述固体样品(5)的所述表面(51)小于阈值距离的距离(D2)处，以防止在所述掩模(4)和所述固体样品(5)之间产生等离子体，并且所述掩模开口(40、43、44)的尺寸和形状被确定为通过从所述等离子体(20)选择离子并将其聚集在所述固体样品(5)的所述表面(51)上来产生空间选择性的图案化处理。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170519 EP 17305586.41.一种用于图案化处理的装置，包括：
-输入气体的源(2)；
-适合于激发所述输入气体(2)并在等离子体区域中产生等离子体(20)的能量源；以及
-被构造成用于接收固体样品(5)的接地样品架(12)；
其特征在于，所述装置包括：
-掩模(4)，被布置在所述等离子体区域和所述接地样品架(12)之间，所述掩模(4)具有朝向所述等离子体区域的第一面(45)和朝向要处理的所述固体样品(5)的表面(51)的第二面(46)，所述掩模(4)包括从所述第一面穿过所述掩模延伸到所述第二面的至少一个掩模开口(40、43、44)；以及
-电源(16)，适于将直流非零偏置电压施加到所述掩模，所述掩模(4)被放置在距所述固体样品(5)的所述表面(51)小于阈值距离的距离(D2)处，以防止在所述掩模(4)和所述固体样品(5)之间产生等离子体，并且所述掩模开口(40、43、44)的尺寸和形状被确定为通过从所述等离子体(20)选择离子并将其聚集在所述固体样品(5)的所述表面(51)上来产生空间选择性的图案化处理。


2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述掩模开口(40、43、44)具有沿着平行于所述掩模(4)的所述第二面(42)的第一方向(X)截取的在亚毫米至毫米范围内的开口宽度(W)，所述掩模开口(40、43、44)具有在与所述掩模(4)的所述第二面(42)成横向地截取的另一方向(Z)的开口高度(H)，从而限定了所述开口高度(H)相对于所述开口宽度(W)的纵横比(H/W)，并且所述纵横比(H/W)大于1。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其中，所述掩模开口(40、43、44)具有圆锥形或圆柱形形状或者被选择为在所述基板(5)的所述表面(51)上产生具有确定的空间轮廓的图案的形状。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述掩模(4)包括以一维或二维周期性阵列布置的多个掩模开口(40、43、44)。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述掩模(4)由导电材料制成，并且所述掩模(4)被放置在距所述固体样品(5)的所述表面(51)非零距离(D2)处。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述掩模(4)包括在所述第一面(45)上的导电部分、部分或全部覆盖所述掩模开口(40、43)的侧壁的导电部分，并且其中，所述掩模的所述第二面(46)包括电绝缘部分，所述掩模(4)的所述第二面(46)的所述电绝缘部分与要处理的所述固体样品(5)的所述表面(51)接触。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，所述掩模(4)包括第一导电部分(41)、与所述第一导电部分(41)电隔离的第二导电部分(42)，所述第一导电部分(41)包括第一类型掩模开口(43)，所述第二导电部分(42)包括第二类型掩模开口(44)，其中，所述电源(16)适于将第一直流偏置电压施加到所述第一导电部分(41)，并且其中，所述电源(16)适于将第二直流偏置电压施加到所述第二导电部分(42)。


8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第一直流偏置电压和所述第二直流偏置电压在同一时刻具有相反的极性。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其中，所述能量源包括：另一电源(13)，连接至被布置为与所述样品架平行并被构造为产生电容耦合...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·布鲁诺，E·约翰逊，P·巴克林，N·哈布卡，G·普兰，N·本曼玛，
申请(专利权)人：道达尔公司，综合工科学校，科学研究国家中心，
类型：发明
国别省市：法国;FR