CN103258905A - 太阳能电池的制造方法、制造用掩模及制造系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种太阳能电池的制造方法、太阳能电池制造用掩模及太阳能电池制造系统，能够提高太阳能电池的各制造工艺中基板的定位精确度。本发明的一方式的太阳能电池的制造方法包括：检测工序（S12），在该检测工序中，检测由离子注入图案的至少一部分构成的定位用图案，所述离子注入图案是在太阳能电池用基板的预定区域进行离子注入而成的；及定位工序（S16），在该定位工序中，在执行针对太阳能电池用基板的预定工艺时，基于检测出的定位用图案对执行该工艺的工艺部与该太阳能电池用基板进行相对定位。

Description

太阳能电池的制造方法、制造用掩模及制造系统
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池的制造方法、太阳能电池制造用掩模及太阳能电池制造系统。
背景技术
在太阳能电池的制造中，当对基板在多个工序中依次进行处理时，通常在各工序中进行基板的对位。例如，在专利文献1中，公开有基于预先形成于基板的基准标志对基板的预定区域通过离子束注入掺杂物的技术。
专利文献1：日本特表2011-525303号公报
然而，在用摄像机等识别构件检测预先形成于基板的基准标志的位置，并基于该位置确定各工序中的基板的处理区域时，各工序中的检测误差被累积。因此，基板的定位精确度有进一步改善的余地。
发明内容
本发明的一方式的示例性目的之一在于提供一种提高太阳能电池的各制造工艺中基板的定位精确度的技术。
为了解决上述课题，本发明的一方式的太阳能电池的制造方法包括：检测工序，在该检测工序中，检测由离子注入图案的至少一部分构成的定位用图案，所述离子注入图案是在太阳能电池用基板的预定区域进行离子注入而成的；及定位工序，在该定位工序中，在执行针对太阳能电池用基板的预定工艺时，基于检测出的定位用图案对执行该工艺的工艺部与该太阳能电池用基板进行相对定位。
本发明的另一方式为太阳能电池制造用掩模。该太阳能电池制造用掩模是在对太阳能电池用基板进行离子注入时使用的掩模，该太阳能电池制造用掩模具备预定的掩模图案。预定的掩模图案包括与太阳能电池单元的接触电极对应的第1掩模图案、及用于形成基板的定位用图案的第2掩模图案。
本发明的又一方式为太阳能电池制造系统。该太阳能电池制造系统具备：获取部，所述获取部用于获取由离子注入图案的至少一部分构成的定位用图案的信息，所述离子注入图案是在太阳能电池用基板的预定区域进行离子注入而成的；定位部，在执行针对太阳能电池用基板的预定工艺时，所述定位部基于获取的定位用图案对执行该工艺的工艺部与该太阳能电池用基板进行相对定位；及工艺部，所述工艺部用于对定位过的基板的预定区域执行预定工艺。
根据本发明，能够提高太阳能电池的各制造工艺中基板的定位精确度。
附图说明
图1是示意性地示出本实施方式涉及的制造系统的一部分的概要结构的图。
图2是示意性地示出本实施方式涉及的离子注入装置的结构的图。
图3的（a）～图3的（c）是用于说明基于本实施方式涉及的离子注入方法的基板内的掺杂物浓度的变化的示意图。
图4是示出本实施方式涉及的离子注入装置采用的太阳能电池制造用掩模的一例的俯视图。
图5是用于说明本实施方式涉及的基板的定位方法的概要的流程图。
图6是图4的A区域的放大图。
图7的（a）～图7的（c）是示出形成定位用图案的变形例的太阳能电池制造用掩模的主要部分的图。
图中：10-太阳能电池制造系统，11-基板，20-太阳能电池制造用掩模，22、22a-掩模图案，30-太阳能电池制造用掩模，30a-第1掩模图案，30b-第2掩模图案，40-太阳能电池制造用掩模，40a-第1掩模图案，40b-第2掩模图案，50-太阳能电池制造用掩模，50a-第1掩模图案，50b-第2掩模图案，100-离子注入装置，122、124-离子注入源，200-印刷装置，202-检测部，204-获取部，206-定位部，208-工艺部。
具体实施方式
以下，对用于实施本发明的方式进行详细说明。另外，以下叙述的结构为例示，并不限定本发明的范围。
在太阳能电池、LED等半导体元件的制造中，在对基板执行多个工艺时，在各工艺中需要基板的准确对位。例如，考虑下述技术：在太阳能电池的制造中，在发射极的一部分形成掺杂物浓度较高的接触区域，对准该接触区域的位置，用印刷装置等在基板的表面形成指形（梳齿）电极。作为如此在基板的一部分选择性地注入离子来形成掺杂物浓度较高的接触区域的方法（也叫作选择性发射极。），可以使用光刻蚀、印刷、硬掩模等各方法。通过这些方法，在掩蔽不需要离子注入的部位后进行离子注入，从而在基板的预定区域形成与未掩蔽的部分对应的选择性的离子注入图案。
这种离子注入图案与之后形成的指形电极需要将彼此的位置精确度良好地对准。通常，作为对准两者的位置的方法，考虑下述方法：利用预先用激光等在晶片基板形成的定位用标记或基板角部等边缘，分别在离子注入装置、印刷装置中利用CCD摄像机等对该标记或基板边缘进行探测，从而确保两者的位置精确度。
然而，在这种方法的情况下，离子注入装置、印刷装置各自都需要用于识别标记的机构，制造系统整体的成本上升。并且，在两个装置中，需要对从标记位置至离子注入图案、及从标记位置至指形电极图案的相对位置进行整合。而且，在各个装置中产生的误差直接叠加起来，对两个图案的重合精确度带来影响，成为质量下降的主要原因。
因此，本发明人鉴于这些课题想到了以下方式。
本实施方式涉及的太阳能电池的制造方法包括：检测工序，在该检测工序中，检测由离子注入图案的至少一部分构成的定位用图案，所述离子注入图案是在基板的预定区域进行离子注入而成的；及定位工序，在该定位工序中，在执行针对基板的预定工艺时，基于检测出的定位用图案进行该工艺中的基板的定位。
根据该方式，即使不预先利用激光等在基板形成定位用标记，也能够通过利用离子注入图案来进行基板的定位。特别地，在太阳能电池的制造工序中，当存在对基板进行离子注入的离子注入工序时，通过将在离子注入工序中形成的离子注入图案用于定位，消除了制造中的不必要的工序。能够省略例如在基板形成激光标记等原本并不有助于产品性能的部分，或在离子注入工序中检测激光标记等。
并且，由于定位工序中基于离子注入图案进行之后的工艺中的基板的定位，因此与以基板的预定位置为基准确定各工序中的基板的处理区域的情况相比，能够抑制定位误差的累积。其结果是，提高基板的定位精确度。
图1是示意性地示出本实施方式所涉及的制造系统的一部分的概要结构的图。在图1中示出了太阳能电池的制造工序中主要进行离子注入与指形电极（以下叫作“接触电极”）的形成的装置结构。
图1所示的太阳能电池制造系统10具备离子注入装置100及印刷装置200作为多个工艺装置。
离子注入装置100形成离子注入图案，所述离子注入图案是在基板的预定区域进行离子注入而成的。对于离子注入装置100的结构的详细内容将后述。通过离子注入装置100而形成有离子注入图案的基板通过输送机械手等而被输送至印刷装置200。
印刷装置200具备：检测部202，其用于检测由在输送过来的基板形成的离子注入图案的至少一部分构成的定位用图案；获取部204，其用于获取检测出的定位用图案的信息；定位部206，其在作为针对基板的预定工艺而形成接触电极时，基于获取的定位用图案进行要形成接触电极的基板的定位；及工艺部208，其对定位过的基板的预定区域形成接触电极。
检测部202例如使用CCD摄像机。并且，定位部206基于从获取部204传送过来的控制信号进行基板的定位，以使要印刷的电极图案与离子注入图案整合。作为定位部206，能够适用如机械手臂之类的操纵装置或XY载物台。另外，检测部202也可以设置于印刷装置200以外的其它装置。例如，可以在离子注入装置100设置检测部202，将检测出的定位用图案的信息存储于容纳基板的输送托盘的存储构件（存储芯片等）中，或以将装置间连接起来的在线通信构件使后继工序的印刷装置200的获取部204获取该信息。
并且，在上述说明中，通过调整基板侧的位置来进行基板的定位，但只要能够进行执行预定工艺的工艺部与基板的相对定位，则不限于该结构。例如，可以通过使基板始终在预定位置停止并使工艺部基于获取的基板的定位用图案适当移动来进行基板与工艺部的相对定位。或者，也可以基于获取的基板的定位用图案使基板与工艺部都移动来进行基板与工艺部的相对定位。具体地，例如可以通过调整印刷装置200内部的作为工艺部208的印刷屏的位置来进行基板与工艺部的相对定位。
接着，对离子注入装置、及包括定位用图案的离子注入图案进行说明。
图2是示意性地示出本实施方式涉及的离子注入装置100的结构的图。如图2所示，离子注入装置100是用于在基板形成包括本实施方式涉及的定位用图案在内的离子注入图案的装置。基板以容纳于输送容器的状态被输送。离子注入装置100具备：装载锁定腔室（以下适当称作“LC”。）104，其临时容纳从输送机械手102输送的输送容器，且具有用于进行从大气到真空的连接的粗抽机构和基于氮等的通风机构；工艺腔室（以下适当称作“PC”。）108a、108c，其维持在真空状态或接近真空的状态，且各自具有离子注入源122、124；3个缓冲腔室（以下适当称作“BC”。）106、108b、110，其配置于工艺腔室的前后，在内部具有掩模驱动机构，能够维持在真空状态或接近真空的状态；及卸载锁定腔室（以下适当称作“ULC”。）112，其向真空腔室的外部排出输送容器时临时保管输送容器，且具有用于进行从真空到大气的连接的基于氮等的通风机构。
在此，由于BC106、108b、110是以缓解由真空连接产生的影响且稳定PC108a和PC108c的压力为目的而设置的，因此还能够通过LC、PC的尺寸的设定及掩模驱动机构的配置部位的改变而省略掉。
并且，离子注入装置100具备：载置部114，其用于载置从前置工序由输送机械手102搬运过来的输送容器；及输送部115，其用于将所述输送容器从载置部114向各腔室输送。作为前置工序，可举出在基板的表面形成凹凸（纹理）结构的工序。该工序是为了提高太阳能电池中的光的吸收而实现基板表面的光的散射从而进行的工序。输送部115例如通过传送带驱动系统实现。本实施方式所涉及的输送部115以输送容器能够在离子注入装置100的内部直线且连续地移动的方式设置。
在图2所示的离子注入装置100中，输送容器置于载置部114。载置于载置部114的输送容器通过输送部115送出至LC104。当输送容器被搬入LC104时，LC104与载置部114之间的闸阀116关闭，当通过与LC104连接的粗抽泵使LC104达到预定的粗抽真空度时，LC104与BC106之间的闸阀118打开。接着，在输送容器向BC106送出后，闸阀118关闭，为了搬入下一个输送容器而对LC104以氮等通风。
BC106的内部通过涡轮分子泵（以下适当称作“TMP”。）119一直维持高真空，因此搬入BC106的输送容器瞬间达到高真空气氛。当BC106达到预定的真空度时，在BC106与进行离子注入的真空腔室108之间设置的闸阀120打开，输送容器乘着传送带从BC106被输送到真空腔室108的内部，之后闸阀120关闭。
真空腔室108由途中未配置闸阀且以高真空连接的作为3个处理室的PC108a、BC108b、PC108c构成。在PC108a、108c各自配置有能够以不同条件设定的离子注入源122、124。并且，设置有与PC108a、BC108b、PC108c对应的3个TMP126、128、130。TMP126、128、130能够使真空腔室108成为真空状态。
图3的（a）～图3的（c）是用于说明基于本实施方式涉及的离子注入方法的基板内的掺杂物浓度的变化的示意图。以下，对太阳能电池用的基板11为p型硅晶片（图3的（a））的情况进行说明，但当然也可以为n型硅晶片和其他种类的半导体基板的情况。
对于输送至真空腔室108的PC108a的基板11，离子注入源122在通过电弧放电或高频放电对包含n型掺杂物的PH3气体等进行离子化并进行电场加速后，针对基板11的表面整体进行离子注入。由此，如图3的（b）所示，在基板11的表面整体形成n层11b。
之后，容纳基板11的输送容器被经由BC108b输送至PC108c。在PC108c，在离子注入源124与基板11之间配置有太阳能电池制造用掩模。
图4是示出本实施方式涉及的离子注入装置所采用的太阳能电池制造用掩模的一例的俯视图。太阳能电池制造用掩模20（以下适当称作“掩模20”。）在针对太阳能电池用的基板11进行离子注入时使用，该掩模20具备预定的掩模图案22。离子注入源124在通过电弧放电或高频放电对包含n型掺杂物的PH3气体等进行离子化并进行电场加速后，利用通过了掩模20的掩模图案22的离子对基板11的表面的预定区域进行离子注入。由此，如图3的（c）所示，在基板11的表面的预定区域形成掺杂物浓度高于n层11b的n+层11c。这种发射极结构被称作选择发射极层，其有助于降低在太阳能电池制造的后继工序中形成的接触电极与基板11的接触阻抗。
当两个阶段的注入工序结束时，闸阀132打开，当输送容器被输送至后继的BC110后，闸阀132关闭。在BC110设置有用于实现预定的真空度的TMP134。当闸阀132关闭后，位于BC110与ULC112之间的闸阀135打开，输送容器被输送至ULC112，然后闸阀135关闭。之后，通过氮等而对ULC112通风，接着闸阀136打开，输送容器被搬出至大气中。当输送容器被搬出至大气中后，闸阀136再次关闭，为了搬出下一个输送容器，通过粗加工泵对ULC112进行粗抽。在离子注入装置100的下游侧配置有输送机械手138，所述输送机械手138用于将对己进行离子注入的基板11进行保持的输送容器输送至之后的工序。接着，从离子注入装置100输送过来的输送容器依次容纳于输送机械手138，并被搬运至作为后继工序的印刷装置200。
另外，在图2所示的离子注入装置100中，以一个离子注入源对基板的整个面进行离子注入，以另一个离子注入源和被固定的太阳能电池制造用掩模对基板的预定区域进行离子注入，但例如也可以将一个离子注入源与能够进退的移动式的太阳能电池制造用掩模组合起来实现整个面的离子注入和局部的离子注入。
如上述，离子注入装置100能够在基板上形成与掩模20的掩模图案对应的、掺杂物浓度高于其他区域的离子注入图案。由于该离子注入图案的掺杂物浓度相对于其他区域较高，因此处于与其周围区域不同的状态。因此，通过以所述CCD摄像机对基板表面进行拍摄，能够以图像方式捕捉到基于掺杂物的浓度差异的图案。由此，检测出定位用图案。另外，只要是能够检测出在基板分布的掺杂物的浓度差异的装置或方法，则不特别限定于CCD摄像机。并且，在因防反射膜等基板表面的膜的存在等而很难基于CCD摄像机进行离子注入图案与其他区域的辨别的情况下，可以调整紫外线或其他照明光的光源、波长或强度、利用漫反射法等，通过调整照射方法来提高图案的可见度。
并且，在离子注入图案与其他区域中掺杂物的种类不同的情况，或图案间存在阶梯差的情况等也能够利用相同的方法。在该情况下，只要检测部202为能够检测出在基板分布的掺杂物的种类差异或形状差的装置，则不特别限定于CCD摄像机。
图5是用于说明本实施方式所涉及的基板的定位方法的概要的流程图。如上述，通过离子注入装置100在基板的预定区域形成掺杂物浓度高于其他区域的离子注入图案（S10）。之后，进行对基板进行退火处理的工序、形成防反射膜的工序等。接着，通过CCD摄像机等检测装置对基板11的表面进行拍摄，检测出由离子注入图案的至少一部分构成的定位用图案（S12）。在太阳能电池制造用掩模为如图4所示的掩模图案的情况下，通过对基板整个面进行拍摄，能够将离子注入图案整体用作定位用图案。并且，根据太阳能电池制造用掩模的图案形状，能够通过拍摄基板的一部分来检测出定位用图案。图6是图4的A区域的放大图。图6所示的区域的掩模图案22a是在图4所示的掩模图案22中属于非重复图案的部分。由此，即使不对离子注入图案的整体进行检测，也能够进行基板的定位。并且，拍摄的区域狭窄也可以，因此能够实现摄像机的小型化、图像处理的减轻。
接着，作为离子注入装置100的后继工序装置的印刷装置200获取定位用图案的信息（S14），基于该定位用图案进行基板的定位（S16），以与离子注入图案重叠的方式形成接触电极（S18）。由此，提高相对于基板11的接触区域使接触电极重合形成时的定位精确度。
如上述，基于由离子注入图案的至少一部分构成的定位用图案，进行形成接触电极时的基板的定位，因此相对于基板的预定区域形成接触电极时的对位的误差降低。
图7的（a）～图7的（c）是示出形成定位用图案的变形例的太阳能电池制造用掩模的主要部分的图。所有太阳能电池制造用掩模的主要部分均为将与图4所示的掩模的A区域对应的区域放大的部分。
图7的（a）所示的太阳能电池制造用掩模30（以下适当称作“掩模30”。）与图4所示的掩模20同样地在针对太阳能电池用基板进行离子注入时使用。掩模30包括与太阳能电池单元的接触电极对应的第1掩模图案30a、及用于形成基板的定位用图案的第2掩模图案30b。第2掩模图案30b为比第1掩模图案30a靠基板的边缘部侧地形成的点状图案。通过利用具有这种第2掩模图案30b的掩模30，在离子注入工序中，不仅能够形成与接触电极对应的离子注入图案，还能够同时形成定位用图案。
图7的（b）所示的太阳能电池制造用掩模40包括与太阳能电池单元的接触电极对应的第1掩模图案40a、及用于形成基板的定位用图案的第2掩模图案40b。第2掩模图案40b为与第1掩模图案40a的一个狭缝40a1相连且沿与狭缝40a1交叉的方向形成的小狭缝。
图7的（c）所示的太阳能电池制造用掩模50包括与太阳能电池单元的接触电极对应的第1掩模图案50a、及用于形成基板的定位用图案的第2掩模图案50b。第2掩模图案50b为在第1掩模图案50a的一个狭缝50a1被去除而变短的部分形成的点状的图案。
通过图4、图7的（a）～图7的（c）所示的各掩模所形成的离子注入图案包括与太阳能电池的接触电极对应的第1图案、及用作定位用图案的第2图案。第1图案与第2图案作为离子注入图案是一体的，通过基于第2图案进行之后的电极印刷工艺中的定位来精确度良好地确定第1图案的位置。因此，提高了通过印刷装置200等将接触电极相对于掺杂物浓度因离子注入而变高的基板的接触区域重合而形成时的对位精确度。
另外，第2掩模图案可以与第1掩模图案完全不同，也可以为包含第1掩模图案的一部分的图案。
以上，参照上述实施方式说明了本发明，但本发明不限于上述实施方式，对实施方式的结构进行适当组合或置换得到的方式也包含于本发明中。并且，也能够基于本领域技术人员的知识在实施方式中的太阳能电池的制造方法、太阳能电池制造用掩模、太阳能电池制造系统等中对实施方式附加各种设计变更等变形，被附加了这种变形的实施方式也包含于本发明的范围内。
本申请主张基于2012年2月21日申请的日本专利申请第2012-035538号的优先权。该申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

Claims (8)

1.一种太阳能电池的制造方法，其特征在于，
该太阳能电池的制造方法包括：
检测工序，在该检测工序中，检测由离子注入图案的至少一部分构成的定位用图案，所述离子注入图案是在太阳能电池用基板的预定区域进行离子注入而成的；及
定位工序，在该定位工序中，在执行针对太阳能电池用基板的预定工艺时，基于检测出的所述定位用图案对执行该工艺的工艺部与该太阳能电池用基板进行相对定位。
2.如权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，
所述离子注入图案包括与太阳能电池的接触电极对应的第1图案、及用作所述定位用图案的第2图案。
3.如权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，
所述定位用图案是所述离子注入图案中成为非重复图案的部分。
4.如权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，
在所述检测工序中，基于在所述太阳能电池用基板分布的掺杂物的浓度的差异来检测所述定位用图案。
5.如权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，
在所述检测工序中，基于在所述太阳能电池用基板分布的掺杂物的种类的差异来检测所述定位用图案。
6.一种太阳能电池制造用掩模，所述太阳能电池制造用掩模是在针对太阳能电池用基板进行离子注入时使用的掩模，其特征在于，
所述掩模具备预定的掩模图案，
所述预定的掩模图案包括与太阳能电池单元的接触电极对应的第1掩模图案、及用于形成基板的定位用图案的第2掩模图案。
7.一种太阳能电池制造系统，其特征在于，
所述太阳能电池制造系统具备：
获取部，所述获取部用于获取由离子注入图案的至少一部分构成的定位用图案的信息，所述离子注入图案是在太阳能电池用基板的预定区域进行离子注入而成的；
定位部，在执行针对太阳能电池用基板的预定工艺时，所述定位部基于获取的所述定位用图案对执行该工艺的工艺部与该太阳能电池用基板进行相对定位；及
工艺部，所述工艺部用于针对所述太阳能电池用基板的预定区域执行预定工艺。
8.如权利要求7所述的太阳能电池制造系统，其特征在于，
所述工艺部以与所述离子注入图案的至少一部分重叠的方式形成电极。
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