CN102066089B - 不规则表面的楔形压印图案形成 - Google Patents

不规则表面的楔形压印图案形成 Download PDF

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Abstract

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。

Description

不规则表面的楔形压印图案形成
背景技术
特定的处理方案和结构被公开在以EmanuelM.Sachs、JamesF.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.US60/901,511和2007年1月23日申请的No.US61/011,933。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(printingaspects)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200μm等级的厚度，因此如下是期望的：蚀刻的特征的大小为20μm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(raisedplanar)(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75-100um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。
部分发明内容
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，使得该抗蚀层流出通道并固化，展示该衬底的形成了特定图案的位置；
图11是图10中衬底的图形展示，在提供蚀刻并通过该抗蚀层内图案接触该衬底后，如图10所示，该衬底中已被蚀刻掉的部分用来形成具有几乎半圆的截面的线性通道；
图12是图11中被蚀刻衬底的图形展示，在该抗蚀层已经被移走以展示该通道后；
图13是用来形成衬底上纹理图案的几个常用工艺步骤构成的流程图的图形展示，使用印模和加热后流走的掩模材料；
图14是用来形成主模的几个常用工艺步骤构成的流程图的图形展示，其将被用于形成被用在如图13中处理的印模；
图15是用来形成印模的几个常用工艺步骤构成的流程图的图形展示，其将被用于在如图13中的处理；
图16是纹理光伏设备的图形展示，其已被采用上述印模进行纹理化；
图17是如图1所示的硅体的图形展示，该抗蚀层的部分被移走以形成具有分离，独立开孔的掩模，近似正方形；
图18是图17中硅体的图形展示，该硅体的部分被蚀刻掉以形成锥形凹陷；
图19是图18中被蚀刻硅体的图形展示，该抗蚀层的全部被移走以形成具有锥形凹陷的主模；
图20是图19中主模的图形展示，采用塑模材料进行填料；
图21是图19中主模的图形展示，进行塑模的塑模材料被剥开，以形成具有锥形前突部的印模；
图22是图21中印模的图形展示，正接近于涂有可遇热流动的抗蚀体如蜡的衬底；
图23是图22中印模的图形展示，正接触该抗蚀层；
图24是图22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25是图22中印模的图形展示，在接触该抗蚀层后，并接受加热和加压，使得该抗蚀层流出通道并固化，展示该衬底的形成了特定图案为独立分散正方形的位置；
图26是图25中衬底的图形展示，在提供蚀刻并通过该抗蚀层内图案接触该衬底后，如图25所示，该衬底中已被蚀刻掉的部分用来形成具有几乎圆形的凹坑，该凹坑可以重叠或不重叠，由此在其中形成尖点；
图27是图11中被蚀刻衬底的图形展示，在该抗蚀层已经被移走以展示蚀刻凹坑后；
图28A是此处装置的实施例的图形展示，用于对衬底图案化，使用通过加压启动的弹性膜，在松弛状态中；
图28B是图28A中实施例的图形展示，处于加压状态中，印模被压在工件上；
图29A是此处所用印模的实施例的图形展示，具有锥形尖的突出元件；
图29B是此处所用印模的实施例的图形展示，具有柱体突出元件，带有锥体，尖头；以及
图29C是此处所用印模的实施例的图形展示，具有带有平头的锥形突出元件；
图29D是此处所用印模的实施例的图形展示，具有柱体突出元件，带有具有与基座部分不同硬度的尖端部分；
图29E是此处所用印模的实施例的图形展示，具有带有圆头的柱体突出元件；以及
图30是此处方法的实施例的图形展示，使用了安装在滚动元件上的印模；
图31A是此处装置的实施例的图形展示，用于对衬底的两端图案化，使用通过加压启动的弹性膜，在松弛状态中；
图31B是图31A中实施例的图形展示，处于加压状态中，两个印模被压在工件上；
图32A是此处装置的实施例的图形展示，用于对两个衬底图案化，使用通过加压启动的弹性膜，在松弛状态中；
图32B是图32A中实施例的图形展示，处于加压状态中，两个印模被压在两个工件上；
图33是此处方法的实施例的图形展示，使用安装在被加热滚轴上的弹性印模，平移当加热到衬底时的可流动材料；
图34是晶圆的图形展示，由在粗图样中提供的受热可流动抗蚀材料来实现；
图35A是图34中晶圆的图形展示，从末端看起；
图35B是图35A中晶圆的图形展示，接触弹性印模；
图35C是图35B中晶圆的图形展示，弹性印模接触到该晶圆和抗蚀体上，在一些位置直接连接到该晶圆，在一些其他位置直接连接到该抗蚀体，该印模处于可伸缩设置；
图35D是图35B中晶圆的图形展示，该弹性印模在压力下压入该晶圆和抗蚀体，在另一些位置直接连接到该晶圆，作为与图35C所示的比较，该抗蚀体已从最初粗图样之外流到另外位置，该印模处于基本平坦设置；
图35E是图35D中晶圆的图形展示，该印模已被移走，以及该抗蚀体已流到具有比最初粗凹陷更细致特性的不同图案；
图36是图35B-35D中该印模的平面图的图形展示；
图37是此处方法发明的实施例的图形展示，使用连续载体，以印花形式将加热的可流动材料转移到衬底上。
具体实施方式
图1-12示出处于典型处理的不同阶段所形成的工件和使用的工具。在图13，14和15中大体地以流程图的形式示出有效的加工顺序。图13涉及制造硅主模。图14涉及使用该主模制造弹性印模。图15描述了对衬底图案化的印模的使用。
图1-6中示出了处于这样典型处理的不同阶段的用来形成母体以浇铸印模的工件。如图1所示，热氧化层102形成在1-0-0晶圆104之上。矩形开放图案103(图2)通过使用任意合适装置在该热氧化层102中形成1402(图14)，例如标准的光刻，采用商业上的缓冲效果的氧化物蚀刻(BOE)的处理，以形成蚀刻掩模105。该掩模的图案通常由5-12μm级别宽的开口组成，分布在10-25μm间隔之间。蚀刻1404各向异性地在该硅晶圆中形成细尖部分(108)，例如槽108带有三角截面。KOH的热液体解决方案常被用作蚀刻，由于在不同的速度下其蚀刻出不同的晶粒取向，通常产生与原平面形成54.7度角的倾斜侧壁。该技术被用于MEMS(微机电系统)制造中。该成型的热氧化物掩模105随后被剥去1405，例如，使用该晶圆104(图4)的BOE，其已成为一个用来形成下面所述印模110的成型母体106。
参照图15中以流程图的形式大体地示出的步骤，以及参照图5，硅烷脱模剂，通常为三氯(1H，1H，2H，2H-全氟辛基)硅烷，在室温低真空下在该母体106上被进行气相沉积1502。下一步，可浇铸弹性材料109，例如PDMS(聚硅氧烷，也被称为有机硅橡胶)以及优选地道康宁Sylgard184被浇灌进该母体106以创建具有边坡侧壁的突出部分112，其形成了在该晶圆104中部分108的逆复制。该Sylgard产品在ShoreA硬度计上具有大约50的硬度，按照2MPa的弹性系数。基于将被图案化的表面的光滑性，显然会使用较硬的弹性体材料，例如聚氨酯弹性体，带有超过大约10MPa的弹性系数。对于非常光滑的表面例如常用抛光硅衬底，预期具有10GPa级别的系数的印模材料会有效果。该被浇灌材料被剥去1506，以形成印模110(图6)，具有突出部分112，例如伸长的三角截面脊。该印模110用于如下所述步骤以对用于太阳能电池中的衬底进行图案化。该母体106能够被反复使用以制造下一个印模110。这里所述的印模形成过程并不是发明方法的全部，也可使用其他印模形成技术，例如采用商业上可获得的用于上述塑模处理的弹性体进行注射塑模或反应注射塑模。类似地，可采用其他用来制造母体的材料和技术而并不脱离这里所公开发明的保护范围。
线性部分108可被各向异性地蚀刻进该硅母体106中，使得伸长的三角截面楔112处于该印模110中。如图17-27所示，母体1106中正方形蚀刻部分1108使得伸长的锥形凸起的楔形部分处于该印模110中。内棱角用于在使用各向异性的蚀刻系统时进行根切，但允许制造内棱角的技术是已知的，通常通过在该原始图案几何结构中进行预先补偿用以加快这里进行的蚀刻速度。常见的浮雕(特点是高于基底平面)能够宽范围地变化，但优选地在3-10μm范围内。用来制造和使用单一锥形凸起的特征的处理在下面进行简要描述。
使用印模110的典型顺序开始于程序1302，将由热流动有机抗蚀材料如合成或自然蜡、如聚烯烃的聚合物构成的薄层(大约1-5微米)702置于衬底704(图7)。例如，该衬底704可以是线锯多晶硅晶圆原料，具有大约200μm厚度，其已被使用各向同性的HNO3/HF腐蚀材料去除了在锯该晶圆过程中带来的该晶体的微观损伤，一种在硅光伏制造领域中的常用处理。通常可获得的备用晶圆可能具有典型的波状表面形貌，从波峰道波谷大约2微米到8微米，对比于有锯齿状缺口不规则表面的如锯状材料。其他衬底也容易受到上述技术影响，包括但不限于线锯单晶晶圆原料，常用抛光晶圆和持续弹性薄膜，包括但不限于薄膜太阳能电池。没有锯齿状缺口的接收表面之处，可避免该蚀刻损伤。该处理也可被引用在接收线锯晶圆原料上而保持对该图案的良好的逼真度。
可使用多种蜡和聚合物作为该抗蚀层102，包括棕榈蜡，PEG棕榈蜡，siliconyl棕榈蜡，烛，微晶蜡和支链高分子聚合物，但是优选具有易粘特性和相对高的断裂韧性的抗蚀刻材料。优选配方是KosterKeunen棒蜡77，合成蜂蜡，微晶蜡，松香，烃类松香以及添加剂的混合物，来自KosterKeunenHollandB.V.，属于Bladel，荷兰和沃特敦，康涅狄格。这种材料具有在100℃下大约1200厘泊的粘度和大约0.957的比重。该抗蚀材料将优选地在升高温度下展示出好的流动特性，包括优选地在100,000厘泊的相对底的粘度，更优选地在10,000厘泊，以及更优选地在大约1,000厘泊。优选地，该抗蚀材料的流变性并没展示出剪切屈服应力，其将在固定空间内限制压力下的流动。可使用处于可流动状态下具有较高粘度的材料，尽管处理时间可能较长；也可使用具有较低粘度的材料(例如烷烃)，尽管这些可能比较脆，使得粘附不佳。与该衬底和印模一起，该抗蚀材料的优选表面能量特性在下面进一步进行描述。
该蜡可被用于升温时进行旋涂，例如通过在硅晶圆的普通旋涂机器上引导来自热风枪的热风。此处公开方法的研发中，已经制造出了用于加热旋转涂器，且操作环境的优选设置被认为是225℃的周围气温，100℃的蜡传递温度，和在6000RPM下旋转30秒，以提供具有该Koster-Keunen蜡材料的大约3到大约4微米的膜厚度。当旋涂是用来形成均匀薄膜的常用实验室方法时，可预料到在工业实践中，蜡可优选地采用更快和更高的材料效率方法，例如喷涂，幕涂，凹版涂布，平凹版涂布，棒涂，辊涂布，刮涂，挤压涂布，或其他本领域已知涂刷技术。喷涂所用之处，采用合适溶剂减少粘度以稀释该抗蚀材料将是有用的，以获得更薄或更均匀的膜，这样的溶剂会通过蒸发被驱干。基于该沉积处理，需要在沉积后的简单加热技术以将该抗蚀材料回流或固化，并提供该涂层的均匀性。也应注意的是，蜡交付给该印模衬底系统的模式对该楔形压印技术并不重要。如下所述，可选择将该抗蚀材料置于该衬底上的不连续区域，而不是作为连续膜。上述技术都以对该晶圆预先使用薄膜的形式来提供蜡。但是也可能是喷涂或其他涂法涂在该印模上，作为游离膜而提供，层压在来自腹板的该印模或衬底上，或以大块融化的形式被置于在该衬底和该印模之间的空间中，其中该剩余材料在该压印过程中被横向弹出。这种方法特别有用于采用滚筒形式提供的楔形工具的楔压印系统中，如本文其他地方所述。
弹性印模110被用来接近该抗蚀已涂衬底702，704。该印模可采用上述各种弹性材料进行制造。硅化物(例如，道康宁184)是合理的替代品，由于其中度弹性系数，低表面能量，以及高温稳定性。对比于常用软平版印刷印模的常见平面顶部分，当前处理中所用的印模具有在截面为三角形的凸起的特征。
施加均匀压力该印模110的线性楔形部分112压着该衬底704上的该涂蜡层702。最佳压力视温度和热循环持续时间而定，但施加大约100到大约500kPa(基于衬底尺寸计算该区域)范围内的总压差最佳。通过该衬底和该印模之间真空来以整体或部分形式提供该压差是有用的，以减少被困空气的概率，尽管这尚未被视为一个严重问题。采用商业上可得到的真空泵有效地提供大约100kPa给接口，该接口处于所需的大约100-500kPa范围的下限。可气动地或通过其他方式将附加压力提供给该印模中该凸起的特征的对立面。在该印模的凸起特征形成封闭区域的情况中，优选地首先将该真空提供给该印模的两端，随后通风该凸起的特征的对立面，然后促进被困空气的排除。该弹性印模110的弹性允许该楔形部分112符合该衬底704表面中的不规则性，包括颗粒边界，锯痕，以及由于蚀刻损伤带来的缺陷。由于不但该印模的凸起的特征是弹性的，其主体也是弹性的，所公开的方法对于粗糙度上升的表面和包括对于该印模凸起的特征高度的顺序是适形和有效的，特别是如果可接受开放区域尺寸的一些变化时。其中该衬底具有在图案化的凸起的特征的高度的0.05和1.0倍之间的特性表面粗糙度。
印模110和衬底704的组装件816(图8)随后被简单加热1306(如通过IR灯或电阻散热)到该蜡702在压力下变得可流动的温度上，随后快速冷却1308(例如，通过强制对流)。当该蜡融化或变得可流动时，其局部地被移位到该楔形印模部分112的尖端113下的区域中，随后其以所需图案进行固化，因为冷却。在所用压力和该弹性印模的弹性特性之间局部地达到机械平衡，在该楔形部分112的尖端113位置，使得该印模110材料的一致和可再现的宽度将被弹性变形到与该衬底704的基底材料亲密接触。在优选实施例中，热电(Peltier)装置可用于双向对该组装件快速升温和降温。已经发现对于关注的抗蚀材料，90℃温度达10秒周期通常对于该衬底成型是必须的，可注意的是也可用甚至更快的周期。
在该技术环境中，一些材料可能不能展示出固体到液体的相变，但是尽管如此，在室温是有效固体，但在高温时有效地成为可流动的，以小于大约100,000厘泊的粘度为特性。进一步成为可能的是，有效抗蚀材料在通常室温下是可流动的，但在降温时是有效固体，这里所述的处理会被通过降低该处理的周围温度来快速用于这样的材料。
提供给该印模的附加压力将拓宽该开放区域，提供更广阔区域的间隙，而降低压力会带来相反效果。实践中科发现，在印模具有伸长线性楔形凸起特征时，沿着该方向的1μm或更少的开放区域通过双向箭头P以20μm间距进行指示，可能简单和一致地通过上述技术来形成，在控制处理参数方面不需要通常的照顾。在图22-25中具有锥形凸起特征的印模的情况中，可在一侧简单形成从大约1到大约6微米范围的正方形开放区域。在独立锥形部分中的较大开放区域尺寸可推测地归因于缩减的接触面积，导致更大效果的局部压力。在许多情况下，该蜡模702将充分薄以填入在被压缩时由该楔形部分的尖端113和该印模的平面115之间空间所设定的体积(图9)，但是在模非常薄的情况下，空白空间118会留在该蜡模和该印模的被缩减表面115之间。在这种情况下，通过该抗蚀材料对该衬底表面进行自发性去湿存在可能性，其会破坏所需抗蚀图案。
与纳米压印图案化处理相比，可发现如果合理选择该衬底704，印模110和蜡702的表面特性，以及该蜡的粘度足够低，该蜡702会对该衬底704局部去湿，在该凸起特征112的尖端下。这省略了任意昂贵的如在纳米压印处理中较为普遍的去除残留步骤。特别需要出现这种去湿举措，当该蜡印模和蜡衬底接口的合并接口能量超过了该印模-衬底接口时，因此导致了该蜡抗蚀材料热力学地良好地实现完全弹出。该印模的楔形剖面可被观察到实现了该处理过程，特别是在粗糙衬底的情况中，部分通过减少在该衬底表面上凹坑中陷入的抗蚀材料的发展趋向。该可流动抗蚀材料的相对低粘度和良好的流动特性在消除残余膜中同样重要。
一旦冷却1308，该楔形压印印模110被从该衬底704处撤回1308(图10)，留下由完全形成在该衬底702上的通道组成的已完成图案720，以形成掩模组件724。该掩模组件724可被直接带入酸蚀槽，沉积室，或其他处理装备，作为指定的微加工工艺流程。
通常，可使用下列蚀刻处理中的任意一种，以使用于即将进行的指定处理：湿法蚀刻；各向同性蚀刻；各向异性蚀刻；干法蚀刻；反应离子蚀刻；以及深反应离子蚀刻。
为了提供一个具体的例子，如图11所示，该掩模晶圆组件724可在6∶1∶1比例的HNO3∶CH3COOH∶HF槽中被蚀刻1310达到大约1-2分钟，以形成对应于该压印图案720的各向同性颗粒826或凹坑1826(图26)。该蜡720随后被移走1312以显露具有连续线性颗粒1230(如图12所示)的纹理化衬底，在印模具有线性楔形部分的情况下，或如图27所示，一种连续阵列，轻度重叠的实质上为半球的凹坑1826，在如图21所示具有锥形部分1112的印模1110的情况下。这样的结构可被用于光伏应用中，以及被已知的对硅太阳能电池的光捕获和电流产生非常有用。这些优点无法用于多晶硅PV电池的处理器，由于现有图案化技术的开销和复杂度。当前面提供的例子覆盖了线性颗粒纹理和半球凹坑的六角形阵列的具体例子时，因此可制造多种结构。例如，轻松生产在拉伸和正方形的锥形例子之间的中等长度的结构，作为除了上述该六角形阵列的其他阵列。类似地，分离锥形阵列和伸长的脊能够被一起使用。
当上述处理包括通过湿各向同性蚀刻对衬底材料进行大块去除时，该处理在微加工和其他需要微米级别图案的领域中具有通用意义。例如，在衬底表面上的预先沉积薄膜(例如金属或电介质)能通过多种湿或干法蚀刻技术被有选择地去除，而没有给该衬底材料本身带来严重影响。不仅去除而且添加处理也成为可能。例如，一种活性物质能被用于该被图案化衬底的表面并被允许在开放区域有选择地渗入该衬底。可选地，可通过以定向沉积方式蒸发在该被图案化晶圆上的薄均匀膜来实现图案金属化以及随后在溶剂中溶解该掩模，去除沉积在该掩模上的金属，但保留穿过该被图案化的开放区域的沉积金属。可期望的是，在楔形压印技术中，这种卸下技术将被限于相对薄或不连续的膜，因为优选的卸下实施例包括具有悬突部分的抗蚀层，其在该金属膜中产生断裂，促进溶剂的腐蚀。
太阳能电池1640，具有图案化表面1642，采用印模制造，根据与图13中那些步骤相似的步骤，概要地，如图16所示。颗粒1626遍布在该电池表面，从左到右，如图所示。总线电缆1644与该颗粒1626并行。金属指1646与总线电缆1644相交，并垂直于该纹理颗粒1626。
对于25mm左右级别的小衬底，采用安置在参照图1-12和17-27垂直被平移的刚性压板上的PDMS印模来实现该楔形压印处理会是方便的。对于较大尺寸的处理，例如78mm或156mm的正方形衬底，保持在该压板和涂蜡工件之间的平面性和压力的均匀变得更有挑战性。参照图28A和28B，装置2817具有安置在弹性橡胶膜2811上的PDMS印模2812，使得均匀压力P可被气动地应用于蜡2802遍布相对大的区域的衬底2804。如上所述，发现该过程中在该印模和被涂衬底之间区域使用真空也很有效，以阻止由于被困气体形成的缺陷。
在腔体2813内该膜2811在压力P的作用下偏向该衬底2804。该印模2810的突出部分2812，携带该膜2811并被压入该蜡或该衬底2804上其他涂层中，在加热和加压的情况下，如上所述，使得该抗蚀材料流走且该衬底2804被暴露使得其能被蚀刻，如上所述，以形成用于光伏的纹理化晶圆。
由于该处理时间稍多于需要对该印模和衬底816进行和冷却的时间，上述技术也可被用于滚动处理，除了上述的滚筒和软外壳技术。如图30所示，在旋转实施例中，蜡3002，已涂衬底3004经过具有弹性楔形压印印模3010的滚轴3015和线性预加热元件3053之间，使得该蜡3002在引入该压区之前恰好被融化，如上所述流动，以及重新固化，当在处于滚轴和备用滚轴3017之间的压区中时。突出部分，例如伸长部分3012和分散部分3013，分别进行相同的压印3022，3023，以上对伸长部分进行了所述，以及下面对分散部分进行所述。晶圆3024能够因此以适合当前太阳能电池处理设备的速度(以1-2秒周期时间处理6英寸(15.24cm)正方形晶圆)被处理。进一步地，滚动技术不局限于粗糙或不连续的衬底。连续的，基于腹板的衬底也可被图案化，提供合适的连续抗蚀涂层技术例如使用喷涂或幕涂。
应该注意到，上述操作顺序并不是该处理的根本。例如，当在最初例子中，首先提供在衬底上的蜡涂层，随后对着该蜡涂层衬底处理印模，以及最后该组装件被加热和冷却，在刚描述的滚动处理中，该顺序是，首先提供该抗蚀材料，随后加热，随后对着该衬底处理印模，以及最后冷却。可进一步注意到，在融化蜡被喷涂到热衬底上时，该顺序变成加热，提供蜡，对着该衬底处理模，接着冷却，而该处理的必要特性和最终结果没有改变。进一步地，有可能设置该处理使得在该衬底的至少一些区域中，该顺序是(处理印模和加热，在任意顺序中)，随后提供抗蚀材料。如下所述，该最后处理方法可能特别有用于所需图案的不同区域具有不同逼真要求，例如参照图35B和36所述。
也有可能提供一种围绕滚轴的印模，如图30所示，以及用来通过该压区提供给衬底。也可与该被加热可流动抗蚀材料一起提供在该压区处，使得其实质上被提供给该衬底，以及通过该印模进行图案化。尽管在图30中没有示出，该抗蚀材料能够通过喷嘴被注入，例如图34所示，进入该压区的上行(去往左边，如图所示)，在该线性预热元件3053和该滚轴3010之间。
在一些情况中，对晶圆的两侧同时图案化可能是有用的。例如，在晶圆对立面上的定向为90度角的线性颗粒已知作为有效纹理用来在太阳能电池中捕获光。当前创新方法尤其很适合对晶圆的两侧同时图案化。例如，参照图31A和31B的简要描述，第二膜3110b能被设置在该晶圆3104的下面，实施对该晶圆的任何一侧3102a，3102b进行楔形3112a，3112b压印处理的两个膜3110a，3110b同时动作。可选地，参照图32A和32B的简要描述，设置在同一装置内对两晶圆3204a，3204b同时进行图案化会是有用的，例如提高制造设备预定单元的产量。图32A，32B显示了两个膜3210a，3210b，在同一装置内对两晶圆3204a，3204b的每一个上同时进行单侧图案化。使用三个软外壳也是可能的(虽然未图示)，以及使用这些用来处理两晶圆的两侧面，用于两晶圆的总共四侧面。该配置可被扩展到任意数量的所需晶圆和侧面。
也可能有其他形状的印模和最终纹理。图17-27示出了即将称为母膜的元件的开发阶段，用于制造具有单一锥形楔部分的印模，其将被用于创建具有分离凹坑的纹理化表面，该凹坑为大致半球形状并可被设置在六角形紧密阵列中。半球凹坑的六角形阵列形成了非常有效的光陷阱结构。因为该处理与以上参照该扩展线性结构所述比较相似，其将不在此进行具体描述。但是，所提供图的每一个直接与用来描述该扩展方法的图相类似，参考标记具有相同的编号的次重要数字，最重要数字不同。
通常类似数字之间的对应关系如下所示：
伸长的 分离的
1 -
2 17
3 18
4 19
5 20
6 21
7 22
8 23
9 24
10 25
11 26
12 27
参照图17，18和19所示，制造主模1106采用第一矩形图案，在抗蚀层1102中也许存在的正方形孔1103，覆盖1-0-0硅的晶圆1104，其被各向异性地蚀刻以形成锥形凹陷1108。该掩模1102被移走以解开主模1106(图19)。通过塑模材料提供该模具，1109(图20)，如上，其适配进具有锥形突出楔元件112(图21)的印模1110中。该主模1106能被重新使用以形成另一个塑形印模。
涂有蜡膜1702的晶圆1704被提供(图22)，如上所述。该印模1110被带来以覆盖该蜡(图23)，提供压力和温度使得该蜡从该锥形楔1112(图24)的尖1113下的位置处融化开，从而以矩形开放区域1722(图25)的图案(其在表面面积上小于用来制造该主模的模具中的矩形开放区域1103)暴露出下面的硅。该蜡塑模晶圆被蚀刻(图26)，其形成被蚀刻出去的大致半球形凹坑1826。该凹坑可重叠，如图所示，或可被充分的独立分布使他们不重叠。总体效果类似于蜂巢。该蜡模1702随后被移走(图27)，以显露该硅表面，其具有良好的光陷阱容量，如在SAC专利中所述。该产生的阵列可以是对称，或不对称的。
上述技术主要集中在该抗蚀膜中伸长部分722，尖1722(图25)和开放区域的产生。但是至少对于由道康宁184印模，多晶硅晶圆，和棒蜡77抗蚀材料组成的材料系统来说，通过对压力和接触时间的细致控制，能形成中度宽(大约5到大约20μm)的特征而没有残留。因此，具有小尺寸平坦区域的工具，例如图29C中所示的平锥头2912C能被成功地进行使用。楔形部分(具有基座尺寸大于顶部尺寸的凸起的特征作为特征，以及典型地通常从基座到顶部渐尖)在至少两方面有用。第一，在荷载下该楔形结构比柱形结构更强硬，更牢固。第二，当该印模咬合该衬底时，该渐尖形状自然地引导系统地向前进，而不是同时在所有区域相接触如自然地由平头结构导致的那样。这使得该楔形压印处理不易受到在被开放区域中具有被困抗蚀材料的残留区域的影响。这种具有其类似楔形压印结构的图案化方法的健壮性能与纳米压印技术成对比，其中薄的残留层通常会出现并必须在后续步骤被移走。相对于纳米压印平版印刷的一些关键差别是该楔形的特性，该印模的可变形性，以及完全流动的(而不是仅仅变形的)抗蚀材料的使用，其通过该抗蚀材料实现该衬底的去湿。制造各种渐尖压印结构的其他技术如下所述。
如图35B和36所示，具有梯形截面的尖锐楔形部分3412和伸长部分3413的组合可根据单个印模3410通过计算该各向异性蚀刻处理1404的持续时间来产生，使得该宽部分3413的平表面3415与该较狭窄部分3412的高峰共平面。可获得相同结果，通过使用绝缘体上硅(SOI)晶圆，一种半导体处理中常用结构，由粘在氧化物层上的薄硅层组成，该氧化物层随后粘到更厚的硅衬底上。对该薄硅层的表面进行图案化和各向异性蚀刻，以及被嵌入的氧化物层提供了硬停，定义了该部分的高度并阻止宽部分比狭窄部分蚀刻得更深。尖点部分与适度宽的线的组合对于产生具有被定义并限定了狭窄携带电流的金属指的周期蚀刻颗粒所中断的光捕获蚀刻凹坑的太阳能电池来说是理想的，其可通过自对准光伏制造技术例如SAC来产生。这样的结构在提供的PCT申请PCT/US2009/尚未分配申请号中示出，以AndrewM.Gabor，RichardL.Wallace和1366科技股份有限公司的名义，标题为“在太阳能电池中对扩散层图案化的方法以及使用这样方法制造的太阳能电池”，代理案件号1366-0014，按照此处同一天归档的快递标签号EM355266261US进行归档，其全公开文本在这里被参照引用。狭窄金属指的制造在高效太阳能电池的制造中是另一个关键挑战。
在一些情况中(例如具有被携带电流的线性指点缀的图案化光陷阱纹理的区域的自对准电池)，一些区域中(在此情况下是所述指)图案保真性可能比其他区域(例如光陷阱纹理)对设备的性能而言更重要。此时参照图34，35A-35E和36，将该抗蚀材料3402以粗图案3403大致分布在该非重要区域的方式赋予该晶圆3404会比较有利。该抗蚀材料3402随后将从上述沉积区域向外流出以形成所需图案，但是该印模3410将抢先保护所选重要区域，避免在那些区域中对需要对该衬底表面进行除湿。该粗图案可通过图示配料喷嘴来提供，或可选地，通过例如网版印刷，柔性胶版印刷，凹版印刷，移印，或模版印刷的印刷技术。进一步地，该粗图案可被赋予该印模而不是该衬底。这些可选抗蚀材料传送技术的任意一个可被与上述处理方法中的任意一个结合使用，包括以上其他地方所述的基于压板，软外壳，和滚筒的技术。
在示范性实施例中，以三条总线提供该抗蚀材料，大致分布在将提供导电指图案的印模3413的部分之间。该印模3404的分散部分，分离元件3412将对应于光陷阱凹坑。该印模3410被对着该抗蚀材料3402的粗图案3403的粗略设置的压膜线进行放置。根据其弹性，如图35C中以夸大的方式所示，该印模3410屈曲并适配由该抗蚀堆和该衬底3404平面的结合呈现的该不规则、非平面的表面。该伸长印模部分3413的被伸长的，平的表面3415阻止该抗蚀材料3402，在被加热时，流进该伸长部分3413附近的位置。因此，如图35E所示，该衬底3404的部分3513临近这些位置，保留抗蚀材料不懂，并不需要随后在处理中将抗蚀材料去湿。在其他位置，例如该衬底的位置3512，对应于尖3412在印模3410上的位置，抗蚀材料被抛去，当该尖3412用来接触该衬底3404表面时，如图35D所示。因此，这些区域必须对抗蚀材料去湿，其通常实现了。指出来会有所帮助，当该抗蚀材料3402被加热到其流动温度时，可通过该尖元件3412之间的空间流出。
当对非常粗糙的衬底进行图案化的情况中，具有如图29A的54.7度侧壁角度的该楔形压印部分2912A，不能充分地适配以确保一致位移和在尖端部分区域的去湿。在这样的情况中，可制造一个更能适配的压印部分。如图29B所示的一种可能途径是创建一个柱状底座2912B，在其尖端带有楔形部分。这可通过在已完成母晶圆1106(图21)表面上使用和图案化聚合物层(例如MicrochemSU-8负性光刻胶)来实现，具有该聚合物抗蚀层中在大小，形状，和位置对应于该主模的成型开放区域，以及随后按该形成的复杂几何浇灌印模。可选地，直接蚀刻技术(例如深反应离子蚀刻)能被用来在该主模中创建深直壁部分，伴随着侧壁钝化处理和各向异性湿蚀刻以形成所需锥形尖端。
参照图29D简要地示出的另一种修改印模性能的技术是将该凸起的特征2912脱出不同弹性体2913而不是该印模的主体2915。这可以通过在该主模表面熨平可浇灌弹性材料层来实现，使得该凹进部分被填满，固定该弹性体因而定位，以及随后采用与在第一层上初始层不同机械特性的可浇灌弹性体来浇灌一主体层。通过这种方式，能制造出具有相对硬的凸起的特征2913和相对软的衬垫2915的印模，例如为了在波形，不平的衬底上绘出非常小的开放区域。
该抗蚀材料的用于在楔形压印中对该衬底的去湿高度依赖于该印模，抗蚀材料，和衬底材料的化学特性。如上所述，对于良好的材料，更原始的类似楔形的工具已经足够，可能需要具有更简单的技术以创建楔形压印工具。具有圆形尖端2912E(图29E)的工具能被期望用来展示在尖2912A和平顶(未图示)的这些中的中间性能，以及可通过对正性光刻胶的厚层的曝光不足和后续的开发来制造。该形成的开放区域将不能完全地渗透进该光刻胶的厚度，以及上述开放区域的最深部分将具有圆形边缘。如果该光刻胶接着采用脱模剂进行处理并用来浇灌弹性印模，该部分将具有该轮廓2912E(图29E)。
当前技术中的一些的另外一个优点，在蜡抗蚀层702中形成的部分(如，颗粒722(图10))会实质上小于在该印模主模110中通过各向异性蚀刻所创建的母体部分(楔112)，允许相对便宜的低精度技术用来形成该主模110。
这里所述的技术绝不限制于太阳能电池处理。而是他们可广泛地应用于任意衬底，其中需要快速，便宜的微米等级图案化，以及可接收相对狭窄的部分。
展示热相变化或可流动性的抗蚀材料的使用有利于提高柔性版印刷的逼真性。
使用柔性版印刷以所需等级为大约5到大约20um进行图案化的一个重要限制是墨水被从在弹性印模(或平版，当用于柔性版印刷工业中)上的凸起的特征之间限定的空间处被挤出。在当前创新的另一方面，热可流动的抗蚀材料被传送到衬底，通过具有凸起的特征的弹性印模，以及该热可流动材料的固化限制了挤出，保存该印模的部分尺寸。该处理在图33中简要示出。具有微尺寸凹坑3319的网状辊计量滚筒3317，获取融化抗蚀材料3301，例如来自储层的蜡(例如KosterKeunen棒蜡77)，以及刮刀3313移去多余的材料，精确地测量出每一区域的抗蚀材料体积。一种相似类型网状辊系统在印刷器领域中已知，尽管其不在高温下工作。被交付的膜3321的厚度可以在大约1到大约5微米范围内，或稍微处于1微米下用以最精细间距的滚筒。被加热网状辊滚筒将抗蚀材料3302交付给成型在加热圆柱滚筒3315周围的弹性印模3319的凸起的特征3311。本领域已知印模通常由丙烯酸感光弹性体组成，尽管PDMS印模也可以。将印模提供给氧等离子有利于修正该润湿动作。
被加热弹性滚筒3315将融化抗蚀材料3302从该印模的凸起的特征交付到该衬底3304的表面3320。由于该印模3311是弹性的，其适合在该衬底表面3320中的形貌变化。当该抗蚀材料3321接触该冷衬底3304时，该抗蚀材料3321开始固化，在该衬底表面3320处开始并朝着该印模3311的表面进行。该冻结前端的前进速度可通过适当选择该衬底3304和柔性版印刷滚筒3319的初始温度轻易地进行控制。
该冻结前端的动作可通过求解傅立叶方程模式化，本领域技术人员已知的一种瞬态热传送分析技术。在实施例分析中，15厘米每秒的表面速度和初始晶圆温度为低于该抗蚀材料熔点的6℃形成了1um厚度的膜和75微秒的冻结时间。将温度提高到15℃，其他参数不变，形成了1.5um厚度的膜。通过选择适合通过该网状辊传送的抗蚀材料总量的速度和温度，该抗蚀材料可以所需厚度的蜡被填充在该印模凸起区域和该衬底之间的空间中，没有蜡材料从该空间中溢出。该晶圆3304随后离开该滚筒3315，以在该印模上的凸起结构3311的高逼真复制被进行图案化。
需要注意的是，本实施例中，该衬底3304接收抗蚀材料，例如蜡，3321在已被靠近该印模3319的凸起的特征3311的位置。作为比较，在上述实施中，如参照图30所示，在该印模3010和该衬底3004相互作用后，该衬底3004在已被靠近该印模3015的凸起的特征3012，3013的位置3023，3022处未带有抗蚀材料3002。因此，本实施例中参照图33所示的凸起的特征3311，其功能不同于图30中的凸起的特征3012，3013以及其他已述实施例。
如上所述，较早基于置换的图案化技术例如纳米压印平版印刷的主要缺点是，在该衬底上出现留下的膜或浮渣层。强抗蚀材料例如PMMA的使用需要极其高的压力，基于1900psi等级，与高温一起作用，以替换该抗蚀材料，以及仍有膜留下，其必须通过干法蚀刻被移除。上述当前创新的实施例避免了该难点，通过低粘度热可流动的抗蚀材料和楔形软工具的结合使用，使得通过该抗蚀材料自发对该衬底去湿。另一实施例通过不同方式避免该浮渣层，并根据材料选择和处理监视提供了附加的优势。
在该途径中，参照图37简要示出了在临时载体3719上作为印花形成的图案，接着被传送给目标衬底3704。在较大范围内印花技术是已知的，且通常通过网版印刷或其他相对粗糙印刷技术获得。在当前实施例中，该图案被形成在临时载体上，通过微工艺技术，例如通过纳米压印平版印刷，微传送塑模，相变苯胺印刷，或楔形压印。在临时载体上的构成允许处理参数(例如极其高的压力)的使用，其与该伸长多晶硅晶圆衬底并不一致。柔性载体的使用可实现该印花脱模于该图案化工具。该印花可通过机器视觉系统进行光学检查以在提交昂贵晶圆前发现缺陷。该印花随后被应用于该目标衬底3704，优选地通过滚筒3715，带有加热和/或加压的结合，以及随后该载体3719被收回，留下该目标抗蚀图案3721在该衬底3704上。
该印花实施例子的一个显著优点中，如果该抗蚀材料和该载体之间的粘接物充足，在该最初图案形成期间，任意沉积在该载体上的在该凸起区域之间的抗蚀材料的薄残留物将粘附到该载体上，当该载体被收回时，从留在该载体上的该主体抗蚀材料的图案处撕开，避免了纳米平版印刷具有的重要问题之一。粘附在该衬底上的抗蚀材料必须大于粘附在该载体上的抗蚀材料。具有宽范围表面粘附特性的载体膜在商业上可获得。该抗蚀材料可以是上述的蜡，但优选如EVA的聚合物，其具有在固态和液态之间的逐渐相变过程，以实现在避免尺寸变化的同时粘接在该衬底上。
与上述其他技术类似，该印花转移技术被轻易地适用于晶圆两侧的同时图案化，其特别有利于光捕获。
该创新具有用于介入常用多晶硅太阳能电池处理的明显前景，对现有工艺步骤进行最少变化即实现在光捕获和能量产生～10％的增长。他们也适合与“SAC”技术一起工作。该SAC处理利用非纹理材料分开的纹理区域，其被用来限定出金属化和非金属化区域的长度，通过自发或辅助的毛细管型流动。该技术同样具有更普遍用于其他应用领域的前景，其中低成本，高速度图案化技术将减少成本和提高速度，包括常用的VLSI制造，RFID标签和其他印刷电子，显示制造，微波和RF隐形设备，以及其他大范围的图案化应用。
当特定实施例已被示出和描述时，本领域技术人员将容易理解可以做出各种变化和修改而不背离以其更广泛方式公开的内容。希望上述发明内容中包括的和附图中示出的所有内容应被解释为描述性的以及不具备限定意义。
发明内容
因此，这里公开的创新包括方法和该方法制造的产品。用作光伏和其他用途的带有指定纹理的被图案化的衬底被制造。该衬底通过将弹性印模压印到抗蚀材料的薄层上的方法制造而成，该薄层覆盖了衬底晶圆。该抗蚀材料改变相态或被软化并从加热和加压条件下进行压印的位置处流走，显露该衬底晶圆。该晶圆随后经受一些成型工艺，通常为蚀刻处理，通过该被移位的印模的动作暴露该衬底的一部分，以及该衬底的一部分通过该抗蚀材料被保护，保留下来。一种常用的衬底是硅，以及一种常用的抗蚀材料是蜡。该印模可被反复使用。该印模通过将一种弹性材料浇灌进主模中制造而成。该主模也能被重复使用。该主模通过提供衬底来制造，其也一般可以是由硅组成，其也被涂有抗蚀层。该抗蚀层通过常规方式被图案化，例如光刻，以显露该衬底的一部分。该衬底随后进行成型处理，例如各向异性蚀刻，其移出该衬底的一些部分，以形成空腔，由此形成该主模。
因此，按照使用顺序，通过掩模，图案化，和成型来准备主模。该模具被用来制造弹性印模。该印模用来在工件上对抗蚀层图案化，其随后经受不同的成型步骤，以对该工件成型。该工件随后可被用于光伏，或其他用途。能被提供给该工件的纹理包括伸长的槽，分离，分隔的凹坑，以及它们的组合，与它们的中间体。基于平版或旋转的技术可被用来对该工件图案化。粗糙和不规则工件衬底可通过使用伸长的印模元件进行调节以确保该印模的成型部分接触到该工件的表面。该印模可被用来使用任意合适方式压在该工件上，诸如平移平板，其通过将该平板安装在弹性组件上而被实现，该组件在跨越其的差压的影响下平移。
该发明优选实施例为将图案赋予衬底的方法，包括以下步骤：提供衬底和具有图案化的凸起的特征的可变形印模，其中该印模具有小于大约10GPa的弹性系数；在该印模和该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；布置该被图案化的印模以接触该衬底或该可流动材料中的至少一个；将该印模和衬底加热到该材料的流动温度之上；冷却该印模和衬底组装件使得该可流动材料变成不可流动；收回该印模以显露该衬底的被图案化的材料覆盖的区域，其图案包括未被可流动材料覆盖的衬底的至少一个开区；以及对该被图案化的衬底进行至少一种后续处理步骤。
在重要的实施例中，变为可流动的材料可包括蜡，或聚合物。当在该流动温度下处于可流动状态时，具有小于大约100,000厘泊的粘度比较合适，以及当处于上述状态时甚至可具有小于大约10,000厘泊或甚至小于大约2,000厘泊的粘度。
对于相对有效的实施例，该可变形印模的弹性系数小于大约0.1GPa，以及甚至可小于大约10Mpa。
该凸起的特征可具有在大约2到大约20微米的高度。
该可变形印模可包括硅化物。
该可变形印模包括至少两部分是有利的，其中第一部分具有实质上大于第二部分的弹性系数的弹性系数。
该印模可被重复使用以将图案提供给另一个衬底。
该衬底可包括单晶或多晶硅。
该衬底可包括粗糙度在大约0.5和大约20微米之间的特性表面，从顶端到谷底。
该布置印模的步骤可包括在对着该被图案化的凸起的特征的该印模的一侧上加压。其可进一步包括采用在大约100到大约500kPa之间的压力，基于该衬底面积而被计算。或，其可包括在该印模和衬底之间的区域中应用真空，或对着的压力和之间的真空都使用。
弹性薄膜也可被用来通过应用差压布置该印模。具有将被图案化的第二表面的第二衬底可被提供，并可进一步提供具有对着该第二衬底可借助于第二弹性薄膜处置的第二图案化表面的第二印模，使得两衬底都能实质上同时被图案化。
该衬底可以是平面的。在此情况下，布置该被图案化的印模的步骤可包括：提供被图案化的印模以围绕与该衬底的平面实质上平行的轴旋转；当沿着实质上垂直于该旋转轴的路径经过该与图案化的印模相邻的衬底时，将该被图案化的印模围绕该轴旋转，以便形成在该印模和该衬底结构之间的接口，以及邻近所述旋转的印模与所述衬底的所述接口提供加热，使得该接口的一部分在该可流动材料的流动温度之上，以及一部分在该流动温度之下。通过该印模两侧间的差压至少部分地支持和布置该旋转的印模。该衬底可被通过一对滚筒的压区，其中所述一对滚筒中的第一个压挤其圆周上的被图案化的印模，另一个与第一个形成压区。该衬底可以是连续的。
又一重要实施例具有在加热该印模步骤之前提供可流动材料的步骤，其在布置该印模步骤之前。或者，该加热印模的步骤可在提供可流动材料的步骤之前，其在布置该印模步骤之前。对于另一实施例，提供可流动材料的步骤在加热该印模和布置该印模的步骤之后。
对于相关的实施例的组，该被图案化的凸起的特征包括带有基部和顶端的截面的伸长的结构，其中该顶端的横向尺寸小于该基部的横向尺寸。该顶端可通过尖点来特征化。该被图案化的凸起的特征可具有三角形或梯形截面。该顶端可具有小于该基部的横向尺寸的半径的曲率。该凸起的特征可具有实质上均匀的横向尺寸的基部和顶端部分，该顶端部分具有邻近该基部的区域和远离该基部的区域，该远离区域具有小于该邻近区域的横向尺寸的横向尺寸。
在又一有效实施例中，该被图案化的凸起的特征包括具有基部的和顶端的特征，该基部在平面图中具有小于大约3∶1的长宽比，其中该顶端具有小于该基部的对应的横向尺寸的横向尺寸。至少在一方面该顶端可通过尖点来特征化。该顶端可具有小于该基部的横向尺寸的半径的曲率。
该印模可包括锥尖突出的元件，具有尖的，平的或圆的顶端。
该凸起的特征可包括至少一个伸长的特征，该特征的特征为在平面图中具有至少大约3∶1的长宽比，以及至少一个简明的特征，该简明的特征的特征为在平面图中具有小于大约3∶1的长宽比。该伸长的特征可实质上包括线性特征，以及该简明的特征可包括锥体。
己可使用模具生产出该印模，该模具的形状已经通过各向异性蚀刻而被建立。
该凸起的特征的至少一部分可被设置在六角形阵列中，其可以是对称或不对称的。
该凸起的特征可包括锥体。
后续处理步骤可包括蚀刻。
具有又一实施例，后续处理步骤可包括从该被图案化的材料下面的部分根切衬底材料，使得该衬底被根切的部分大于在该被图案化的材料至少一个开区处的相应部分。该蚀刻步骤可以是湿法蚀刻，各向同性蚀刻，各向异性蚀刻，干法蚀刻，反应离子蚀刻或深反应离子蚀刻。
一种特别有效的实施例为用于包括至少两个相互背离的被同时图案化的表面的衬底的方法。
对于一组实施例，提供材料的步骤包括在该衬底的表面上建立材料涂层。该涂层可以在大约1和大约10微米厚之间，其可通过旋涂而被涂布。可替代地，该涂层可通过幕涂，喷涂，凹版涂布，平凹版涂布，棒涂，辊涂布，刮涂或挤压涂布来实现。
具有又一组实施例，提供材料的步骤包括在该印模的表面上建立材料涂层。
对于基本实施例，提供材料的步骤包括喷涂。
可通过混入挥发性载体的方式提供该材料，该载体随后挥发。
又一组实施例包括在该印模和该衬底之间的空间中提供材料薄膜。
该材料可被选择性地提供在离散的区域中，其中至少一个区域初始未被提供可流动材料。该加热步骤使得材料流动到至少一个初始未被提供材料的区域。该可流动材料可被选择性地从多个孔处通过印刷或分配材料的方式提供。
上述任一实施例，可进一步包括在先前被材料湿润的衬底的至少一个区域中对材料去湿润，该被去湿润的区域对应于该印模的凸起的特征。
关于基本实施例，该至少一个开区具有一个在大约0.1和大约2微米之间的特性最小横向尺寸。其可具有一个在大约2和大约10微米之间的特性最大横向尺寸。
该表面形貌可包括光陷阱纹理，或限定用来携带光电流的表面导体的部分，或两者都被包括。
本发明的许多技术和方面在这里已述。本领域技术人员将理解到上述技术中的许多能与其他公开的技术一起使用，即使他们尚未明显的以一起使用的形式被描述。例如，使用基于覆盖抗蚀材料衬底的印模的任意适合方法可被使用，其中该抗蚀材料软化或变化相态，以及因此流走以显露该衬底。该抗蚀材料可以是蜡或其他热可流动材料。该印模可以基于平板，基于旋转，或其他类型。该成型可以是各向同性蚀刻，或，如果合适，另一种蚀刻形式。不是蚀刻，可使用另一种材料移除方法，削去该相态改变的掩模材料，如上所述。也可使用附属步骤(例如“凸起的”图案化金属沉积)。如上所述制造该印模，或，通过任意其他合适的方式。不通过被塑模，其能通过其他方式被制造出。其可是一次性的，而不是重复使用的。
抗蚀材料可被用于该工件衬底作为被旋涂，印上，喷涂，或印刷的涂层。可使用任意其他提供抗蚀层的合适方式。该抗蚀材料可以是如上所述被预先涂在该衬底上，被预先涂在该印模上，或被直接传送到该印模和该衬底之间的空间。
关于其他制造主模的方法，如果该印模将被塑模，该抗蚀层的图案化可通过任意合适的方式。未被该掩模材料保护的材料移除可以是任意合适的方式。
本公开描述和公开了多个发明。这些发明在本文的权利要求和相关文献中被进行了阐述，不仅如所提交的，而且如在基于本公开的任意专利申请的执行期间所发展的。该发明人想要按照现有技术允许的界限请求所有这些发明的权利，如其随后被决定的一样。这里没有任何描述的特征对这里公开的每一个发明来说是必不可少的。因此，该发明人想要的是，不仅这里描述的特征，而且基于本公开的任意专利的任意特定权利要求中所请求的权利，都应该被结合进任意这样的权利要求中
一些硬件的组件，或步骤的组合，在这里被作为发明来参照。但是，这不是允许任意这样的组装和组合为必须专利性明显的发明，尤其当通过法律和条例来研究关于在一个发明申请中将被审查的发明数量，或发明的整体时。其意欲成为陈述一个发明实施例的简单方式。
此处提交了摘要。强调了该摘要被提供用来遵循摘要所满足的规则，其将允许审查员和其他检索员能快速确定该公开技术的主题。其被提交且被理解为将不被用于解释或限定该权利要求的保护范围和含义，如专利局条法承诺的一样。
上述描述应被理解为说明性的，不应被认为是任何意义上的限制。尤其是当本发明已经参照此处优选的实施例而被示出和描述时，其应被本领域技术人员理解为，其中所做出的各种形式和细节中的变化并不背离该权利要求所限定发明的精神和保护范围。
在以下权利要求中的相应结构，材料，动作和所有方法或步骤加功能元件的等同物，在被明确请求权利时，意欲包括任何与其他被请求权利的元件一起执行上述功能的结构，材料，或动作。

Claims (70)

1.一种将图案赋予衬底的方法，所述方法包括以下步骤：
a.提供衬底和印模，所述印模具有图案化的、可变形的和凸起的特征，其中所述印模具有小于0.1GPa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.在所述印模相对于所述图案化的、凸起的特征的一侧施加相对压力，以便所述印模的所述凸起的特征被弹性变形到与所述衬底紧密接触；
e.将所述可流动的材料加热到所述材料的所述流动温度；
f.冷却所述可流动的材料以便其变为不可流动；
g.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
h.使所述图案化的衬底经受随后的蚀刻工艺步骤。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变为可流动的材料包括蜡。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变为可流动的材料包括聚合物。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变为可流动的材料在所述流动温度处具有小于100,000厘泊的粘度。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述凸起的特征具有在2和20微米之间的高度。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可变形的印模包括硅化物。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可变形的印模包括至少两个部分，其中所述凸起的部分具有实质上大于衬垫部分的弹性系数的弹性系数。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括所述衬底的所述至少一个区域中的材料的去湿润，所述衬底的至少一个区域先前已被用材料湿润，所述被去湿润的区域对应于所述印模的凸起的特征。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括重复使用所述印模以将图案赋予另一个衬底的步骤。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底包括多晶硅。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底包括单晶硅。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底具有在0.5和20微米之间的特性表面粗糙度，从顶端到谷底。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底具有在所述图案化的凸起的特征的高度的0.05和1.0倍之间的特性表面粗糙度。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加压的步骤包括施加在100和500kPa之间的压力，基于衬底面积进行计算。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述施加相对压力的步骤包括在所述印模和衬底之间的区域中应用真空。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述施加相对压力的步骤包括向所述印模的相对所述图案化的凸起的特征的一侧施加压力以及在所述印模和衬底之间的区域中应用真空。
17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述施加相对压力的步骤包括通过施加差别压力使弹性膜活动，其中所述弹性膜携载所述印模，并且是可弹性变形的，以致所述印模接触所述可流动的材料。
18.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底实质上是平面的，所述布置所述图案化的印模的步骤包括：
a.提供图案化的印模以围绕平行于所述衬底的平面的轴旋转；
b.当沿着实质上垂直于所述旋转轴的路径经过与所述图案化的印模相邻的所述衬底时，围绕所述轴旋转所述图案化的印模，以便形成在所述印模和所述衬底之间的接口；以及
c.邻近所述旋转的印模与所述衬底的所述接口提供加热，使得所述接口的一部分在所述可流动的材料的所述流动温度之上，并且一部分在所述流动温度之下。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，通过所述印模两侧之间的压差，所述旋转的印模至少部分地被支持和布置。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述邻近所述旋转的图案化的印模经过所述衬底的步骤包括提供一对滚筒，所述一对滚筒的第一个在圆周上压挤所述图案化的印模，另一个与所述第一个形成压区，并且进一步包括将至少一个衬底通过所述两个滚筒之间的所述压区的步骤。
21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述衬底包括连续的衬底。
22.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述提供可流动的材料的步骤在加热所述可流动的材料的步骤之前，加热所述可流动的材料的步骤在布置所述印模的步骤之前。
23.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述印模在加热所述可流动的材料之前被加热，加热所述可流动的材料在布置所述印模的步骤之前。
24.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中在所述加热印模和布置所述印模之后提供所述可流动的材料。
25.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图案化的凸起的特征包括带有具有基部和顶端的截面的伸长的结构，其中所述顶端具有小于所述基部的横向尺寸的横向尺寸。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在先前已被用材料湿润的所述衬底的至少一个区域中的材料的去湿润，所述被去湿润的区域对应于所述印模的凸起的特征。
27.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述顶端的特征为尖点。
28.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述图案化的凸起的特征具有三角形截面。
29.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述图案化的凸起的特征具有梯形截面。
30.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述顶端具有曲率，所述顶端的曲率的半径小于所述基部的所述横向尺寸。
31.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述凸起的特征包括实质上均匀的横向尺寸的基部和顶端部分，所述顶端部分具有邻近于所述基部的区域和远离所述基部的区域，所述远离区域具有小于所述邻近区域的横向尺寸的横向尺寸。
32.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图案化的凸起的特征包括具有基部和顶端的特征，所述基部在平面图中具有小于3∶1的长宽比，其中所述顶端具有小于对应的所述基部的横向尺寸的横向尺寸。
33.如权利要求32所述的方法，其特征在于，进一步包括在先前已被用材料湿润的所述衬底的至少一个区域中的材料的去湿润，所述被去湿润的区域对应于所述印模的凸起的特征。
34.如权利要求32所述的方法，其特征在于，在至少一个方面所述顶端的特征为尖点。
35.如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述图案化的凸起的特征包括至少在一个方面具有三角形截面的特征。
36.如权利要求32所述的方法，其特征在于，至少在一个方面所述图案化的凸起的特征具有梯形截面。
37.如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述顶端具有曲率，所述顶端的曲率的半径小于所述基部的所述横向尺寸。
38.如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述凸起的特征包括实质上均匀的横向尺寸的基部和顶端部分，所述顶端部分具有邻近所述基部的区域和远离所述基部的区域，所述远离区域具有小于所述邻近区域的横向尺寸的横向尺寸。
39.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述印模包括锥尖凸起的特征。
40.如权利要求39所述的方法，其特征在于，进一步包括对在先前已被用材料湿润的所述衬底的至少一个区域中的材料的去湿润，所述被去湿润的区域对应于所述印模的凸起的特征。
41.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述印模包括具有平头的锥尖突出的元件。
42.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述凸起的特征包括圆尖。
43.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述凸起的特征包括至少一个伸长的特征，所述伸长的特征的特征为在平面图中具有至少3∶1的长宽比，以及至少一个分散的特征为在平面图中具有小于3∶1的长宽比的特征。
44.如权利要求43所述的方法，其特征在于，其中所述伸长的特征包括实质上为线性的特征，以及所述分散的特征包括锥体。
45.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用模具生产所述印模，所述模具的形状已经通过各向异性刻蚀而被建立。
46.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述凸起的特征的至少一部分被布置在六角形阵列中。
47.如权利要求35所述的方法，其特征在于，所述凸起的特征包括锥体。
48.如权利要求1所述的方法，其特征在于，随后的处理步骤包括蚀刻。
49.如权利要求48所述的方法，其特征在于，随后的处理步骤包括从所述图案化材料下面的部分根切衬底材料，使得所述衬底的被根切的特征大于对应的所述图案化的材料的至少一个开区。
50.如权利要求48所述的方法，其特征在于，所述蚀刻的步骤选自下列项构成的组：湿法蚀刻，各向同性蚀刻，各向异性蚀刻，干法蚀刻，反应离子蚀刻。
51.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底包括至少两个彼此背离的、实质上被同时图案化的表面。
52.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括具有将被图案化的第二表面的第二衬底，并进一步包括具有对着所述第二衬底借助于第二弹性膜处置的第二图案化的表面的第二印模，使得两个衬底都能够实质上同时被图案化。
53.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述提供材料的步骤包括在所述衬底的表面上建立材料涂层，该涂层具有1微米和5微米之间的厚度。
54.如权利要求53所述的方法，其特征在于，所述建立涂层的方法包括旋涂。
55.如权利要求53所述的方法，其特征在于，所述建立涂层的方法选自下列项构成的组：幕涂，喷涂，凹版涂布，平凹版涂布，棒涂，辊涂布，刮涂，以及挤压涂布。
56.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供材料的步骤包括在所述印模的表面上建立材料涂层。
57.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供材料的步骤包括喷涂。
58.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述材料包括具有挥发性载体的混合物，所述载体随后蒸发。
59.如权利要求1所述的方法，其特征在于，提供所述可流动的材料的步骤包括在所述印模和所述衬底之间的空间中引入材料薄膜。
60.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供材料的步骤包括在离散的区域中选择性地提供材料，其中至少一个区域未被提供，并且所述加热的步骤使得可流动的材料流动到至少一个初始未被提供材料的区域。
61.如权利要求60所述的方法，其特征在于，所述选择性地提供的步骤包括印刷材料。
62.如权利要求60所述的方法，其特征在于，所述选择性地提供的步骤包括从多个孔分发材料。
63.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括对在先前已被用材料湿润的所述衬底的至少一个区域中的材料的去湿润，所述被去湿润的区域对应于所述印模的凸起的特征。
64.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个开区域具有在0.1和2微米之间的特性最小横向尺寸。
65.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个开区域具有在2和10微米之间的特性最大横向尺寸。
66.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将被图案化的所述衬底的表面具有在0.5和10微米之间的特性粗糙度。
67.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括处理所述衬底以形成光伏电池。
68.如权利要求67所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括产生包括光陷阱纹理的表面形貌。
69.如权利要求68所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括产生包括用来限定用于携带光电流的表面导体的特征的表面形貌。
70.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中在施加相对压力的所述步骤期间，在所施加的压力和所述凸起的特征的弹性特性之间建立机械平衡，以致所述印模的凸起的特征的一致宽度被弹性变形成与所述衬底紧密接触。
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