不规则表面的楔形压印图案形成制造技术

通过将弹性印模压按到抗蚀材料的薄层上来制造用于光伏和其他用途的图案化的衬底，所述材料覆盖衬底，诸如晶圆。该抗蚀体改变相态或变成可流动，从压印位置流出，显露该衬底，该衬底被经受一些成型工艺，通常为蚀刻。由该模印暴露的部分被去除，并且由该抗蚀体保护的部分被保留。典型的衬底是硅，并且典型的抗蚀体是蜡。工件纹理包括延伸的槽，分离的、分隔的凹坑，以及它们的组合和它们的中间体。可使用平板或旋转图案形成装置。粗糙的和不规则的工件衬底可通过延伸的印模元件而被调节。抗蚀体可以被首先施用到该工件，该印模，或实质上同时，在任一个的分离的位置中，或在任一个的整个表面上。当期望时，该抗蚀体完全地去湿润所述衬底。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】不规则表面的楔形压印图案形成
技术介绍
特定的处理方案和结构被公开在以Emanuel Μ. Sachs, James F. Bredt和马萨诸 塞州技术学院的名义于2008年2月15日申请的，名称为具有绒面的太阳能电池且指定美 国的PCT申请NO.PCT/US2008/002058中，该申请也要求如下两项美国临时申请的优先权 2007 年 2 月 15 日申请的 No. US 60/901, 511 和 2007 年 1 月 23 日申请的 No. US 61/011, 933。 所有上述PCT申请和两个美国临时申请由此都以引用的方式被完全合并于此处。这些申请 中所公开的技术此处共同地被称为自对准电池(SAC)技术。于2008年12月12日申请的序列号为No. 61/201，595，名称为不规则表面的楔形 压印图案形成的美国临时专利申请与此处公开的内容相关，据此要求该申请的优先权，并 由此要求该临时申请61/201，595的权益，并且由此该申请以引用的方式被完全合并于此 处。于2008年4月18日申请的序列号为No. 61/124，608，名称为自对准电池结构的印 刷面(printing aspects)美国临时专利申请与此处公开的内容相关，据此要求该申请的优 先权，并由此要求该临时申请61/124，608的权益，并且由此该申请以引用的方式被完全合 并于此处。如下是期望的获得用于通过点和线特性在硅晶圆上形成图案以限定将被蚀刻的 区域的有效方法，允许形成在光伏(PV)电池中使用的光陷阱纹理和其他形貌特征。现代的 硅太阳能电池具有200 μ m等级的厚度，因此如下是期望的蚀刻的特征的大小为20 μ m的 等级或更小，以限制昂贵的用于蚀刻的硅损耗的量以及相关联的所述晶圆的机械性弱点。 经济的锯形晶圆原料具有明显的表面粗糙度，因此如下是更期望的该图案形成方法与粗 糙表面相适合。最高效的实验室PV电池利用常规的光刻形成图案来精确地限定纹理和金属化区 域，但是由于成本和速率问题，这些方法通常不用于电池的工业制造中。有限的使用光刻的 制造在一些情况中是可行的，但是即使在最佳环境情况中成本也将是高的，主要由于光化 学所需的特定性质，引入许多工艺步骤，以及相关联的产量损失。附加的要求包括减少通 过旋涂形成的薄膜中固有的抗蚀材料的极端浪费，在具有可变厚度的多晶硅衬底上聚焦曝 光，以及投影光刻设备的高资金成本。已知的非光刻图案形成方法包括软平版印刷技术和纳米压印平版印刷。软平版印 刷涉及使用具有凸起的平面(raised planar)(顶部平坦的)特征的弹性模来限定微型或 纳米级别上的图案。最早的软平版印刷技术涉及脆性自组装单分子层的沉积，所述单分子 层受限于其抵御强蚀刻化学作用的能力。随后的软平版印刷技术涉及在模中的通道内特定 聚合物的热处理或光固化，其限制了该技术的一般适用性并具有如光刻技术一样的材料成 本问题。软平版印刷技术目前没有以生产规模用于工业使用。纳米压印平版印刷是另外一种非光刻图案形成技术，其涉及聚合物薄膜借助于工 具的变形，所述工具具有凸起的平面特征，所述凸起的平面特征相对于该聚合物薄膜是刚 性的。其目标在于得到用于VLSI应用的20nm尺寸的超细特征，其中光学衍射效应补偿了光刻弊端。硬工具的使用限制了该技术应用于常规抛光的衬底，并且一般地，在压印后的被 压印的区域内，薄残留物层出现在该衬底的表面上，其必须在后续步骤中通过在真空条件 下的干法刻蚀来清除。虽然一个电子制造公司具有合格的纳米压印平版印刷技术用于制造 高性能德纳米级的微芯片，但是成本和速率的制约可能阻止其用在大尺寸、较低价值的衬 底上，例如太阳能电池。同样，涉及的作用力(1900psi等级)可能会使易碎的不规则多晶 硅晶圆破裂。纳米压印平版印刷技术没有出现在广泛的工业使用中，也没有在其他产业中 看到显著的发展。各种印刷技术已知的，用于产生聚合物墨水的图形，包括丝网印刷，凹版印刷，胶 版印刷，以及苯胺印刷，并且这些技术对于太阳能电池工艺而言是足够快的，但这些技术通 常受限于75-lOOum或更大级别的特征尺寸，这对于形成纹理图案而言太大了。在印刷期间 油墨的动态压出，也被称为“网点增大”，限制了这些工艺在尺寸下限处的质量。上述已知的技术具有局限性，所述局限性导致他们不适合用于在标准硅太阳能电 池上进行表面纹理的工业化图案形成。因此如下是期望的获得一种能够在该PV产业中典 型的多晶硅晶圆原料的不规则表面上进行微米级图案形成的低成本工艺。如下是进一步期 望的这种方法有效地利用廉价的抗蚀材料，其需要相对少的工艺步骤，并且其适用于以每 秒一个晶圆级别的速度进行高速连续处理。部分
技术实现思路
此处公开的创新包括方法。制造了用于光伏和其他用途的具有特定纹理的图案化 的衬底。该衬底通过将弹性印模压印到抗蚀材料的薄层上而被制造，其覆盖了衬底晶圆。该 抗蚀体一旦受热将变得易于流动，并且在受热和受压情况下远离压印的位置流动，将该衬 底晶圆的区域显露给该印模。该晶圆随后随印模在原地一起被冷却，该印模被移走，并且该 晶圆被进一步经受一些成型处理，通常是蚀刻处理，保留通过印模被移除的动作而暴露出 的该衬底的部分，以及被该抗蚀体保护的该衬底的部分。典型的衬底是硅，典型的抗蚀体是 蜡。该印模可以反复再次使用。该印模典型地通过将弹性材料浇铸到主模内而被制成。该 主模也可以被重复使用。该主模可通过提供衬底(其典型的可以是硅)、用常规光刻形成图 案以及各向异性刻蚀而被制成。因此，为了使用，通过掩模，形成图案和成型来准备主模。该模具被用于制造弹性 印模。该印模被用于图案化工件上的抗蚀层，其随后被经受不同的成型步骤，以成型该工 件。该工件随后被用于光伏或其他用途。可以被提供给该工件的纹理包括延伸的槽，分离 的，间隔的凹坑(pits)，和它们的组合，以及它们的中间体。基于压板和旋转的技术可被用 于图案化该工件。粗糙和不规则的工件衬底可通过使用延伸的印模元件而被调节以确保该 印模的成型部分接触该工件的表面。可通过任意合适的方式运送该印模以对该工件施压， 例如平移压板，或优选地，通过将该印模安装在弹性膜上，该膜在跨越其上的压力差的影响 下平移。这里所述的方法被称为“楔形压印”。至少两种可替代的方法也被描述。可流动的 材料也可被提供在该印模上，在该印模和该衬底之间的压区中，或仅仅在该印模的特定区 域内。附图说明图1是即将用于形成主模的硅体的透视图的图形展示，覆盖了抗蚀层；图2是图1中硅体的图形展示，该抗蚀层的部分被移走以形成具有通常为矩形的 线性开放区域的掩模；图3是图1中硅体的图形展示，该硅体的部分被蚀刻出去；图4是图3中被蚀刻体的图形展示，该抗蚀层的全部被移走以形成主模；图5是图4中主模的图形展示，采用塑模材料进行填料；图6是图4中主模的图形展示，进行塑模的塑模材料被剥开，以形成一印模；图7是图6中印模的图形展示，正接近于涂有抗蚀体如蜡的衬底；图8是图6中印模的图形展示，正接触该抗蚀层；图9是图6中印模的图形展示，正接触该抗蚀层，并接受加热和加压，使得该抗蚀 层软化并流出通道，使得该印模的前突部触及，或即将触及，该衬底；图10是图6中印模的图形展示，在接触该抗蚀层后，并接受加热和加压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将图案赋予衬底的方法，所述方法包括以下步骤：　　ａ．提供衬底和具有图案化的凸起的特征的可变形印模，其中所述印模具有小于１０ＧＰａ的弹性系数；　　ｂ．在所述印模和所述衬底之间的空间的至少一个区域中提供一旦加热到流动温度时变为可流动的材料；ｃ．布置所述图案化的印模以接触由以下项构成的组中的至少一个：所述衬底和所述可流动的材料；　　ｄ．将所述印模和衬底加热到所述材料的所述流动温度之上；　　ｅ．冷却所述印模和衬底组件使得所述可流动的材料变为不可流动；　　ｆ．收回所述印模以显露覆盖所述衬底的区域的图案化的材料，所述图案包括未被可流动的材料覆盖的衬底的至少一个开区域；以及　　ｇ．使所述图案化的衬底经受至少一个随后的工艺步骤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·F·波利托，
申请(专利权)人：麻省理工学院，
类型：发明
国别省市：US