在线计量系统及方法技术方案

用于对基底上的半导体材料进行测量和空间描绘的计量系统可以用于控制沉积和热活化工艺。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于测量基底上的半导体材料的计量系统。
技术介绍
椭圆率计和分光光度计可用于预测半导体膜的厚度。类似的工具可以基于入射光的吸收或通过测量半导体的漫反射率来测量半导体的带隙。期望功能比已知系统更强大的系统。附图说明图1是示出了计量系统的视图。图2是示出了计量系统的视图。图3是示出了计量系统的视图。图4是示出了计量系统的视图。图5是示出了计量系统的操作步骤的流程图。图6是不出了计量系统和沉积系统的视图。图7是示出了计量系统的控制原理的视图。图8是示出了实时光学测量的视图。图9是示出了从光学测量得到的装置参数的视图。图10是示出了从光学测量得到的半导体质量的视图。具体实施例方式光伏装置可以包括在基底上构建的多个层(或覆盖物)。例如，光伏装置可以包括在基底上堆叠形成的阻挡层、透明导电氧化物(TCO)层、缓冲层和半导体层。每个层进而可以包括多于一个的层或膜。例如，半导体层可以包括:第一膜，包括形成在缓冲层上的诸如硫化镉层的半导体窗口层；第二膜，包括形成在半导体窗口层上的诸如碲化镉层的半导体吸收体层。另外，每个层可以覆盖装置的全部或一部分和/或覆盖在该层下面的层或基底的全部或一部分。例如，“层”可以包括与表面的全部或一部分接触的任何量的任何材料。可以基于入射光的吸收或通过测量半导体的漫反射率来测量半导体的带隙。可用的工具包括分光光度计、椭圆率计和量子效率测量装置。这些装置表征被测量的材料的光学性质。存在一些用于在薄膜光伏制造中来监测和控制半导体膜沉积以及退火工艺的测量装置；这些装置包括真空压力表、热电偶以及用于自动化处理的先进的电子控制系统。然而，不存在可以基于包括测量的光学性质的输入与工艺变量的状态的结合来预测半导体装置的最终性能的统一测量系统。开发了用于测量半导体材料的计量系统和相关方法。所述系统可以测量装置的光学性质，其中，光学性质是在半导体装置(例如，光伏)制造工艺中的特定操作水平的工艺变量的结果。因此可以使用得到的光学信息和工艺信息来控制装置结构(电子掺杂、结形成)和最终的装置性能。一个方面，用于在半导体膜沉积和退火工艺中测量基底上的半导体材料的计量系统可以包括:光源，产生光福射来照射半导体材料的一部分；传感器，测量光福射在半导体材料中的吸收或反射；以及处理模块，用于分析传感器测量以获得包括但不限于带隙或吸收带边、半导体材料的厚度以及甚至表面粗糙度的信息。处理模块可以基于传感器测量提供对装置性能的评估。计量系统可以包括分光光度计。计量系统可以包括椭圆率计。计量系统可以包括量子效率测量机构。入射到半导体材料上的光信号可以转换为电信号以测量半导体材料的量子效率。半导体材料可以包括碲化镉。半导体材料可以包括硫化镉。计量系统可以涉及对产生入射到待测量样品上的探测光束的光源的使用。计量系统可以包括光学组件以从基底收集漫反射或镜面反射。计量系统可以包括光学组件以收集透射半导体的光。传感器可以包括分光计以将光解析成波长的组成。传感器可以包括光电二极管或光电倍增管以将光信号转换为用于处理的电信号。半导体材料可以包括双层半导体材料。可以在传送装置上传送基底。将计量系统构造成在基底移动时测量半导体材料。当半导体膜沉积和退火工艺脱离其期望基准时，系统可以通过反馈控制回路调节半导体膜沉积和退火工艺。另一个方面，在半导体膜沉积和退火工艺中测量基底上的半导体材料的方法可以包括:产生光辐射以照射半导体材料的一部分；测量从半导体材料吸收或反射的光辐射；以及分析测量数据以获得关于半导体材料的光学带隙或吸收限、厚度和表面粗糙度的信息。所述方法可以包括在传送装置上传送基底。所述方法可以包括测量半导体材料的量子效率。所述方法可以包括测量半导体材料的折射率。所述方法可以包括使光学性质相互关联，以将材料的物理变化(如半导体层的相互扩散)量化。半导体材料可以包括碲化镉。半导体材料可以包括硫化镉。所述方法可以包括基于传感器测量和一同预测的材料性质的变化来评估装置的性能。所述方法可以包括在半导体膜沉积和退火工艺脱离其期望基准时利用反馈控制回路调节半导体膜沉积和退火工艺。另一方面，制造光伏装置的方法在半导体膜沉积和退火工艺中对基底上的半导体材料进行测量和空间描绘，该方法可以包括:在传送装置上传送基底；在基底上沉积半导体材料；使基底上的半导体材料退火；产生光辐射以照射半导体材料的一部分；测量半导体材料的光学性质；以及分析测量数据以获得关于半导体材料的带隙、厚度和表面粗糙度的信息。所述方法可以包括测量半导体材料的折射率。所述方法可以包括基于传感器测量和预测模型来评估装置的性能。所述方法可以包括测量半导体材料中的杂质比例。半导体材料可以包括互相扩散的双层半导体材料。所述方法可以包括在半导体材料沉积和退火工艺脱离其期望基准时利用反馈控制回路调节半导体材料沉积和退火工艺。所述方法可以包括调节半导体材料的测量位置以对半导体材料进行空间描绘。所述方法可以包括使用测量的半导体材料的带隙来控制半导体装置的电子结的形成并影响半导体装置的性能。计量系统可以将半导体装置(例如，光伏模块)制造工艺中的特定的工艺变量与装置的光学性质相互关联。由此，计量系统可以利用特定半导体装置中的带隙测量结果来控制结的形成并影响装置的性能。例如，计量系统可以测量在目标区域中的精确的带隙并直接将带隙与结被限定的制造碲化镉(CdTe)光伏装置的半导体沉积和扩散退火工艺相互关联。计量系统还可以评估构成装置的特定层的厚度。另外，当工艺脱离其期望基准时，计量系统可以使用反馈控制回路调节工艺。计量系统还可以提供基于测量指标对装置性能进行的评估。参照图1，计量系统100可以包括光源10，光源10产生光辐射11以照射基底40上的半导体材料50的一部分。计量系统100可以包括测量半导体材料50的光学性质的传感器20。滤光器23可以位于传感器20的前面以控制入射辐射21的检测波长光谱。可以包括电缆22来将测量结果传输至处理模块30，以获得半导体材料50的带隙和厚度的信息。基底40可以在传送装置60上传送。计量系统100可以提供对薄膜计量的测量。在一些实施例中，计量系统100中可以不包括滤光器23。在其他实施例中，滤光器23可以位于光源10的输出侧。光源10可以相对于基底法线以范围为2度-90度的角度设置。相似地，传感器20可以相对于基底法线以2度-90度的角度设置。可以将系统100封起以防止环境光线干扰测量。可以存在检测面板的存在的如摄影眼的附件以开始测量。另一个附件可以是红外线高温计以测量基底的温度。由于材料性质随着温度而改变，所以温度信息对于将在被测量的任何光学数据标准化来讲是必不可少的。光源10和传感器20可以安装在平移安装件上并自动化成相对于基底映射。可以存在多于一对的10-20进行同时测量。对于图1中示出的反射测量机构，计量系统100可以包括至少一个偏光器，以实现用于研究薄膜的介电性质(复折射率或介电函数)的椭圆偏振技术。根据对从半导体材料50的样品部分反射的光的偏振变化的分析，处理模块30可以产生关于半导体材料50中的比探测光束本身的波长更薄并且甚至薄至单原子层的层的信息。计量系统100可以探测复折射率或介电函数张量，这提供了半导体材料50的基本物理参数的信息并且可以涉及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：阿诺德·阿莱林克，史蒂芬保罗·II·乔治，斯瑞瓦斯·贾亚拉曼，欧蕾·卡尔盆库，林忠维，
申请(专利权)人：第一太阳能有限公司，
类型：
国别省市：