DE102008041059A1 - Producing structurally processed/structurally coated surface of a substrate, comprises applying structured layer on the substrate in a shape corresponding to the negative image of the desired substrate surface, and processing the substrate - Google Patents

Producing structurally processed/structurally coated surface of a substrate, comprises applying structured layer on the substrate in a shape corresponding to the negative image of the desired substrate surface, and processing the substrate Download PDF

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Abstract

The method comprises applying a structured layer (2), which is made of a material expanding under the effect of heat and/or electromagnetic radiation, on a substrate (1) in a shape corresponding to the negative image of the desired structurally processed or structurally coated substrate surface, processing the substrate or applying a surface layer (5) on the substrate, and exposing the substrate provided with the structured layer to a defined electromagnetic radiation and/or a thermal treatment, where the structured layer expands by the absorption of defined electromagnetic radiation. The method comprises applying a structured layer (2), which is made of a material expanding under the effect of heat and/or electromagnetic radiation, on a substrate (1) in a shape corresponding to the negative image of the desired structurally processed or structurally coated substrate surface, processing the substrate or applying a surface layer (5) on the substrate, and exposing the substrate provided with the structured layer to a defined electromagnetic radiation and/or a thermal treatment, where the structured layer expands by the absorption of defined electromagnetic radiation and/or by heat effect, so that the structured layer is peeled off or blown off from the substrate. The material of the structured layer and the frequency spectrum of the defined electromagnetic radiation are chosen, so that the defined electromagnetic radiation is strongly absorbed more than 100 times in the structured layer compared to the surface layer and/or the substrate. The expansion of the structured layer is caused by thermal effect based on heating of the adjacent surface layer and/or heating of the adjacent substrate. The heating of the adjacent surface layer and/or heating of the adjacent substrate are caused by the absorption of defined electromagnetic radiation. The frequency spectrum of the defined electromagnetic radiation is chosen, so that the defined electromagnetic radiation is strongly absorbed more than 100 times in the surface layer and/or the substrate compared to the structured layer. The defined electromagnetic radiation uniformly hits on the substrate. The defined electromagnetic radiation is microwave radiation and laser radiation, and acts on the substrate from the top. The material of the surface layer consists of transparent material sufficient for the defined electromagnetic radiation. The defined electromagnetic radiation acts on the substrate from the free lower side consisting of a permeable material sufficient for the defined electromagnetic radiation. The substrate is arranged in such a manner that the direction of incidence of the defined electromagnetic radiation corresponds to the direction of the gravitation force. The structured layer is a lacquer or a paste and is applied on the substrate in a printing process. The surface layer is applied by evaporating, sputtering or chemical vapor deposition process. The surface layer consists of an electrically conducting metallic material. During or after the substrate is exposed to the thermal treatment and/or the defined electromagnetic radiation, a cleaning of the substrate is carried out.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer strukturiert prozessierten oder strukturiert beschichteten Substratoberfläche.The The invention relates to a method for producing a structured processed or structured coated substrate surface.

Zur Herstellung strukturierter Oberflächen, beispielsweise als strukturiert prozessierte oder strukturiert beschichtete Substratoberflächen, werden insbesondere für die Ausbildung der Kontaktstrukturen von Wafer-Solarzellen üblicherweise Siebdruckverfahren oder ein strukturiertes Aufdampfen mittels Schattenmasken angewandt. Die hier gemeinten Verfahren zur Strukturierung von Substratoberflächen umfassen grundsätzlich zwei Fälle. Im ersten Fall ist die Substratoberfläche nicht ganzflächig, d. h. nur abschnittsweise und somit strukturiert einem Bearbeitungsprozess (Ätzen, Diffusion, Ionenimplantation etc.) unterworfen worden. Im zweiten Fall wird die Substratoberfläche nicht ganzflächig, d. h. nur abschnittsweise und somit strukturiert beschichtet. Zu diesem Zweck kommen auch verschiedene Ätzverfahren zum Einsatz. Eine dafür typische Prozessfolge umfasst für den zweiten Fall der Strukturierung folgende Schritte: 1. Auftragen einer zu strukturierenden Oberflächenbeschichtung, beispielsweise durch Aufdampfen oder Sputtern; 2. Aufbringen eines Lackes entsprechend der auszubildenden Strukturierung, beispielsweise durch Siebdruck oder Tintenstrahldrucktechnik; 3. Ätzen der so vorbereiteten Oberfläche, bei dem die nicht mit Lack abgedeckten Materialbereiche der Oberflächenschicht abgetragen werden und 4. Entfernen des Lackes. Ein weiteres bekanntes Verfahren ist die Fotolithographie. Bei der besonders in der Halbleitertechnologie angewendeten subtraktiven Methode wird für den vorangehen beschriebenen zweiten Fall der Strukturierung auf eine auf ein Substrat aufgetragene Oberflächenbeschichtung aus dem betreffenden Material zunächst ein Fotolack aufgetragen. Für den ersten Fall der Strukturierung wird der Fotolack direkt auf die Substratoberfläche aufgebracht. Anschließend wird die jeweilige Strukturinformation über eine Fotomaske auf den Fotolack übertragen. Bei der nachfolgenden Entwicklung des Fotolacks werden die belichteten Bereiche herausgelöst und nur die unbelichteten Bereiche verbleiben auf dem Substrat. In einer anschließenden Wärmebehandlung werden die Lackstrukturen stabilisiert und Reste von Lösemitteln ausgetrieben. Die auf dem Substrat zu schützenden Bereiche sind jetzt durch den Fotolack abgedeckt. Die vom Fotolack freigelegten Bereiche können nun bearbeitet werden. Im eingangs definierten ersten Fall der Strukturierung wird die freigelegte Substratoberfläche mit dem gewünschten Verfahren prozessiert. In den benachbarten, noch vom Fotolack bedeckten Bereichen schirmt der Fotolack die Auswirkungen der Prozessierung von der Substratoberfläche ab. In dem zweiten Fall der Strukturierung wird die Oberflächenbeschichtung mit einem Ätzmittel entfernt, das den verbliebenen Fotolack nicht oder mit einer im Vergleich zur Oberflächenbeschichtung deutlich geringeren Ätzrate angreift. In beiden Fällen der Strukturierung wird in einem nachfolgenden Prozessschritt der unbelichtete Fotolack, beispielsweise in einem nasschemischen Verfahren oder durch Veraschung im Sauerstoffplasma, entfernt, so dass nun die gewünschte strukturiert prozessierte (Fall 1) oder die strukturiert beschichtete (Fall 2) Substratoberfläche ausgebildet ist.. Dieses bewährte Verfahren, mit dem Strukturierungen in hoher Qualität erzeugt werden können, ist jedoch aufgrund der hohen Anzahl von Prozessschritten arbeits- und kostenaufwendig.For the production of structured surfaces, for example as structured processed or structured coated substrate surfaces, screen printing methods or a structured vapor deposition by means of shadow masks are used in particular for the formation of the contact structures of wafer solar cells. The methods for structuring substrate surfaces which are meant here basically comprise two cases. In the first case, the substrate surface has not been subjected to the entire surface, ie, only in sections and thus structured, to a machining process (etching, diffusion, ion implantation, etc.). In the second case, the substrate surface is not over the entire surface, ie only partially coated and thus structured. Various etching processes are also used for this purpose. A typical process sequence for the second case of structuring comprises the following steps: 1. application of a surface coating to be patterned, for example by vapor deposition or sputtering; 2. applying a paint according to the structure to be formed, for example by screen printing or inkjet printing technology; 3. etching the surface thus prepared, during which the material areas of the surface layer which are not covered with varnish are removed, and 4. removing the varnish. Another known method is photolithography. In the case of the subtractive method used in particular in semiconductor technology, a photoresist is first applied to the second case of structuring described above for a surface coating made of the relevant material applied to a substrate. For the first case of structuring, the photoresist is applied directly to the substrate surface. Subsequently, the respective structure information is transmitted to the photoresist via a photomask. In the subsequent development of the photoresist, the exposed areas are dissolved out and only the unexposed areas remain on the substrate. In a subsequent heat treatment, the coating structures are stabilized and residues of solvents expelled. The areas to be protected on the substrate are now covered by the photoresist. The areas exposed by the photoresist can now be processed. In the first case of the structuring defined above, the exposed substrate surface is processed by the desired method. In the adjacent areas still covered by the photoresist, the photoresist shields the effects of processing from the substrate surface. In the second case of structuring, the surface coating is removed with an etchant which does not attack the remaining photoresist or has a significantly lower etch rate compared to the surface coating. In both cases of structuring, the unexposed photoresist is removed in a subsequent process step, for example in a wet-chemical process or as an ashing in the oxygen plasma, so that the desired structured process is then carried out (Fall 1 ) or the structured coated (case 2 However, this proven method, with which structuring can be produced in high quality, is laborious and expensive due to the high number of process steps.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung strukturiert prozessierter oder strukturiert beschichteter Oberflächenbeschichtungen anzugeben, das einen verminderten Arbeits- und Kostenaufwand erfordert.Of the Invention is based on the object, a process for the preparation structured processed or structured coated surface coatings indicate a reduced work and cost required.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.According to the invention Task with a method according to the features of claim 1. Advantageous developments of the invention will become apparent from the Dependent claims.

Der Kern des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass auf die Oberfläche eines Substrats zunächst eine strukturierte Schicht aus einem unter einer definierten elektromagnetischen Strahlung und/oder unter Wärmeeinwirkung expansiblen Material aufgetragen wird, dessen Struktur im Wesentlichen ein Negativbild der zu erstellenden strukturierten Substratoberfläche darstellt, während die nicht abgedeckten Bereiche auf dem Substrat im Wesentlichen das Positivbild der gewünschten strukturierten Substratoberfläche bilden. Für den ersten Fall der strukturiert prozessierten Substratoberfläche wird nach dem Aufbringen der strukturierten Schicht das Substrat prozessiert. Für den zweiten Fall der strukturiert beschichteten Substratoberfläche wird eine Deckschicht auf der Substratoberfläche abgeschieden. Sowohl im ersten als auch im zweiten Fall der Strukturierung wird die strukturierte Schicht einer definierten elektromagnetischen Strahlung und/oder einer Wärmebehandlung ausgesetzt. Durch die Bestrahlung und die dabei ablaufende Absorption der definierten elektromagnetischen Strahlung und/oder durch die Wärmebehandlung wird die strukturierte Schicht erwärmt und expandiert dabei derart, dass die strukturierte Schicht abplatzt oder abgesprengt wird. Im zweiten Fall der Strukturierung führt das Expandieren der Schicht dazu, dass das kontaktierende Deckschichtmaterial abplatzt oder abgesprengt wird. Der zeitliche Verlauf des Abplatzens bzw. Absprengens der strukturierten Schicht bzw. von Abschnitten der Deckschicht hängt von der Wechselwirkung zwischen eingesetzter elektromagnetischer Strahlung und Materie zusammen. Abhängig von den Strahlungs-Absorptionseigenschaften der strukturierten Schicht und der Leistungsdichte der definierten elektromagnetischen Strahlung und/oder abhängig von den wärmeabhängigen Expansionseigenschaften wird die strukturierte Schicht entweder allmählich expandieren oder explosionsartig verdampfen. Der Übergang vom festen in den gasförmigen Zustand geht praktisch immer mit einer Erwärmung der strukturierten Schicht einher. Das Verfahren erfordert eine stark verminderte Zahl von Prozessschritten und ist daher weniger arbeits- und kostenaufwendig als herkömmliche Verfahren; außerdem bietet insbesondere der Einsatz elektromagnetischer Strahlung im Frequenzspektrum der Mikrowellen die Möglichkeit, vergleichsweise preisgünstige Bauelemente einzusetzen.The core of the method according to the invention consists in first applying to the surface of a substrate a structured layer of a material which is expansible under a defined electromagnetic radiation and / or under heat, the structure of which essentially represents a negative image of the structured substrate surface to be created, while the uncovered areas on the substrate substantially form the positive image of the desired patterned substrate surface. For the first case of the structured processed substrate surface, the substrate is processed after the application of the structured layer. For the second case of the structured coated substrate surface, a cover layer is deposited on the substrate surface. Both in the first and in the second case of structuring, the structured layer is exposed to a defined electromagnetic radiation and / or a heat treatment. As a result of the irradiation and the absorption of the defined electromagnetic radiation occurring during this process and / or by the heat treatment, the structured layer is heated and expands in such a way that the structured layer flakes off or is blasted off. In the second case of structuring, expanding the layer causes the contacting cover layer material to flake off or be blasted off. The time course of the flaking off or blasting off of the structured layer or of sections of the cover layer depends on the interaction between the electromagnetic radiation and the material used. Depending on the radiation absorption properties of the structured layer and the power density of the defined elek Depending on the heat-dependent expansion properties, the structured layer will either gradually expand or explode explosively. The transition from the solid to the gaseous state is virtually always associated with a heating of the structured layer. The process requires a greatly reduced number of process steps and is therefore less labor and costly than conventional processes; In addition, in particular the use of electromagnetic radiation in the frequency spectrum of microwaves offers the opportunity to use comparatively inexpensive components.

Im zweiten Fall der Strukturierung verbleibt nur der unmittelbar auf das Substrat aufgebrachte Teil der Deckschicht, der die gewünschte strukturierte Oberflächenbeschichtung bildet. Die zunächst aufgebrachte strukturierte Schicht kann je nach Ausbildung des Verfahrens mehr oder weniger schnell und sogar explosionsartig heftig abgesprengt werden. Aus diesem Grund entsprechen die abgedeckten Bereiche auf dem Substrat nur „im Wesentlichen” dem Negativbild der gewünschten strukturierten Oberflächenbeschichtung. Insbesondere bei einer schnellen und heftigen Wechselwirkung wird es dazu kommen, dass die Abschnitte der strukturierten Oberfläche, die beispielsweise explosionsartig sublimieren einen Teil der benachbarten Abschnitte der Deckschicht mit sich reißen. Insofern ist das Merkmal „im Wesentlichen” hier so auszulegen, dass dem vorangehend geschilderten Ablauf geschuldete Toleranzen im Vergleich zwischen dem letztlich erhaltenen Positivbild und der Ausdehnung der Zwischenbereiche der Deckschicht auftreten können.in the In the second case of the structuring, only the immediate one remains the substrate applied portion of the cover layer, which structured the desired surface coating forms. The first Applied structured layer may vary depending on the design of the method more or less fast and even explosively violently blown off become. For this reason, the covered areas correspond to the substrate only "im Essentially "the negative image the desired structured surface coating. Especially with a fast and violent interaction It happens that the sections of the structured surface, for example explosively sublimate part of the adjacent sections the cover layer with it. In this respect, the feature "im Essentially "here be interpreted as being due to the procedure described above Tolerances in comparison between the final positive image and the expansion of the intermediate regions of the cover layer can occur.

Eine bevorzugte erste Variante des Verfahrens für den zweiten Fall der Strukturierung sieht vor, dass das Material der strukturierten Schicht derart ausgewählt ist, dass die definierte elektromagnetische Strahlung in der strukturierten Schicht im Vergleich zur Deckschicht und/oder dem Substrat mehr als 10 mal, bevorzugt mehr als 100 mal stärker absorbiert wird. Auf diese Weise wird sicher gestellt, dass die gewünschte Wechselwirkung zwischen Strahlung und Materie in den dafür vorgesehenen Bereichen um Größenordnungen schneller zu einer Erwärmung führt als in den Bereichen, die als Oberflächenstruktur erhalten bleiben sollen. Auf Grund der vielfältigen Auswahlmöglichkeiten lässt sich der Werkstoff im Hinblick auf die zum Einsatz kommende, definierte elektromagnetische Strahlung optimieren.A preferred first variant of the method for the second case of structuring provides that the material of the structured layer is selected such that that the defined electromagnetic radiation in the structured Layer compared to the cover layer and / or the substrate more than 10 times, preferably more than 100 times more strongly absorbed. To this Way, it is ensured that the desired interaction between radiation and matter in that envisaged by orders of magnitude faster to a warming leads as in the fields, as a surface texture should be preserved. Due to the diverse selection options let yourself the material with regard to the used, defined optimize electromagnetic radiation.

Eine zweite vorteilhafte Variante des Verfahrens für den zweiten Fall der Strukturierung sieht vor, dass das Frequenzspektrum der definierten elektromagnetische Strahlung derart ausgewählt wird, dass die definierte elektromagnetische Strahlung in der strukturierten Schicht im Vergleich zur Deckschicht und/oder dem Substrat mehr als 10 mal, bevorzugt mehr als 100 mal stärker absorbiert wird. Bei dieser Variante wird das Spektrum der zum Einsatz kommenden Strahlung auf die fest vorgegebenen physikalischen Absorptionsparameter der zu bestrahlenden Schichten angepasst.A second advantageous variant of the method for the second case of structuring provides that the frequency spectrum of the defined electromagnetic Radiation selected in such a way is that the defined electromagnetic radiation in the structured Layer compared to the cover layer and / or the substrate more than 10 times, preferably more than 100 times more strongly absorbed. In this variant the spectrum of the radiation used is fixed on the given physical absorption parameters of the irradiated Adapted layers.

Sowohl für den ersten Fall der Strukturierung als auch für den zweiten Fall der Strukturierung ist eine bevorzugte weitere Verfahrensvariante dadurch gegeben, dass die Expansion der strukturierten Schicht im Wesentlichen durch Wärmeeinwirkung ausgehend von einer Erwärmung der benachbarten Deckschicht und/oder ausgehend von einer Erwärmung des benachbarten Substrats verursacht wird. Dabei lässt sich das Substrat beispielsweise einer heißen Umgebungsatmosphäre in einem Ofen aussetzen und heizt sich durch eine Kombination von Konvektion und thermischer Strahlung auf.Either for the first case of structuring as well as for the second case of structuring a preferred further process variant is given by that the expansion of the structured layer essentially by Heat effect starting from a warming the adjacent cover layer and / or starting from a heating of the caused adjacent substrate. In this case, the substrate can be, for example a hot one ambient atmosphere expose in an oven and heats up by a combination of convection and thermal radiation.

In einer bevorzugten Weiterbildung dieser Verfahrensvariante ist jedoch vorgesehen, dass die Erwärmung der zur strukturierten Schicht benachbarten Deckschicht und/oder die Erwärmung des zur strukturierten Schicht benachbarten Substrats durch die Absorption der definierten elektromagnetischen Strahlung verursacht wird. Für diesen Fall kann es weiterhin vorteilhaft sein, dass das Frequenzspektrum der definierten elektromagnetischen Strahlung derart ausgewählt wird, dass die definierte elektromagnetische Strahlung im Vergleich zur strukturierten Schicht in der Deckschicht und/oder im Substrat mehr als 10 mal, bevorzugt mehr als 100 mal stärker absorbiert wird. Auf diese Weise wird eine mittelbare Erwärmung der strukturierten Schicht gewährleistet, die zur gewünschten Expansion der strukturierten Schicht führt.In However, a preferred development of this variant of the method is provided that warming the cover layer adjacent to the structured layer and / or the warming of the substrate adjacent to the patterned layer through the Absorption of the defined electromagnetic radiation caused becomes. For In this case, it may also be advantageous that the frequency spectrum the defined electromagnetic radiation is selected in such a way that the defined electromagnetic radiation in comparison to structured layer in the cover layer and / or in the substrate more than 10 times, preferably more than 100 times more strongly absorbed. To this Way becomes an indirect warming the structured layer ensures that to the desired Expansion of the structured layer leads.

Für beide vorangehend genannten Varianten ist es vorteilhaft, wenn die definierte elektromagnetische Strahlung im Wesentlichen gleichmäßig auf die das Substrat trifft. Dadurch müssen keine Mittel vorgesehen sein, um die Strahlung sukzessiv mit unterschiedlichen Bereichen des Substrats in Wechselwirkung zu bringen.For both Previous variants mentioned, it is advantageous if the defined Electromagnetic radiation substantially uniformly which hits the substrate. As a result, no funds must be provided be to successively radiation with different areas of the substrate to interact.

Die definierte elektromagnetische Strahlung zur Bestrahlung der expansiblen strukturierten Schicht umfasst Mikrowellen-, optische Strahlung im Bereich von Ultraviolett bis Infrarot, insbesondere Laserstrahlung.The defined electromagnetic radiation for irradiation of the expansible structured layer includes microwave, optical radiation in the range of ultraviolet to infrared, in particular laser radiation.

Bevorzugt wirkt die definierte elektromagnetische Strahlung von oben über die Deckschicht auf die expansible strukturierte Schicht. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass das Material der Deckschicht aus einem für die definierte elektromagnetische Strahlung hinreichend transparenten Werkstoff besteht. Ebenso ist jedoch denkbar, dass die Laserstrahlung in der Deckschicht sehr stark absorbiert wird und somit die teilweise benachbart vorgesehene strukturierte Schicht, wie vorangehend beschrieben, mittelbar erhitzt wird.The defined electromagnetic radiation preferably acts from above over the cover layer on the expansible structured layer. In an advantageous development of this method variant, it is provided that the material of the cover layer consists of a material which is sufficiently transparent for the defined electromagnetic radiation. However, it is also conceivable that the laser radiation is absorbed very strongly in the cover layer and thus the partially adjacent provided structured layer, as described above, is indirectly heated.

Alternativ lässt sich das Verfahren so ausbilden, dass die definierte elektromagnetische Strahlung von der freien unteren Seite auf das aus einem für die definierte elektromagnetische Strahlung hinreichend durchlässigen Material bestehende Substrat einfällt. Erweiternd dazu ist in einer weiteren vorteilhaften Variante vorgesehen, dass das Substrat derart angeordnet ist, dass die die Expansion der strukturierten Schicht im Wesentlichen in Richtung der Gravitationskraft erfolgt. Auf diese Weise lässt sich die Gravitationskraft mit dazu ausnutzen, dass die vom Substrat abplatzenden oder abgesprengten Schichtreste vom Substrat entfernt werden.alternative let yourself form the method so that the defined electromagnetic Radiation from the free bottom side to the one defined for the Electromagnetic radiation sufficiently permeable material existing Substrate is incident. Expanding to this is provided in a further advantageous variant, that the substrate is arranged such that the expansion the structured layer substantially in the direction of gravitational force he follows. That way you can use the gravitational force with that of the substrate peeling or blown off layer residues from the substrate become.

Bevorzugt ist die strukturierte, expansible Schicht ein Lack oder eine Paste und wird in einem Druckverfahren auf das Substrat aufgebracht. Dadurch lassen sich bewährte Siebdruck- bzw. Tröpfchen-Jet-Druckverfahren einsetzen.Prefers The structured, expansible layer is a varnish or paste and is applied to the substrate in a printing process. Thereby can be proven Screen printing or droplet jet printing process deploy.

Die Deckschicht wird bevorzugt durch Bedampfen, Sputtern oder durch ein Chemical Vapor Deposition(CVD)-Verfahren abgeschieden. Hier sind sämtliche Verfahren denkbar, sofern sie nicht die zuvor abgeschiedene strukturierte Schicht in ihrer Wirkungsweise beeinträchtigen.The Cover layer is preferably by vapor deposition, sputtering or by a chemical vapor deposition (CVD) process deposited. Here are all Method conceivable, unless they are the previously deposited structured Impact layer in their mode of action.

Insbesondere für die Realisierung von Elektrodenstrukturen auf Solarzellen-Halbleitern besteht die aus der Deckschicht hervorgehende strukturierte Oberflächenbeschichtung aus einem elektrisch leitenden, insbesondere metallischen, Material.Especially for the Realization of electrode structures on solar cell semiconductors is the from the top layer resulting structured surface coating from an electrically conductive, in particular metallic, material.

Sämtliche Varianten des Verfahrens sowohl im Hinblick auf den ersten oder den zweiten Fall der Strukturierung sehen als vorteilhafte Weiterbildung vor, dass während oder nachdem das Substrat der Wärmebehandlung und/oder der definierten elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt wird eine Reinigung des Substrats durchgeführt wird. Dies lässt sich insbesondere auf mechanische und/oder auf chemische Weise realisieren. Dazu können beispielsweise Mittel zum Abblasen und Absaugen eines inerten oder chemisch reaktiven Gases vorgesehen sein.All Variants of the method both with regard to the first or see the second case of structuring as an advantageous development, that while or after the substrate of the heat treatment and / or the defined electromagnetic radiation a cleaning of the substrate is carried out. This is especially possible realized in mechanical and / or chemical way. For this purpose, for example, means for blowing off and sucking off an inert or chemically reactive Be provided for gas.

Ebenso ist denkbar, dass zumindest zeitweise während oder nach dem Verfahrensschritt des Bestrahlens und/oder der Wärmebehandlung mittels einer Absaugung das von der Oberfläche abgetrennte Material entfernt wird.As well It is conceivable that at least temporarily during or after the process step of irradiation and / or heat treatment removed by means of a suction material separated from the surface becomes.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils in stark vergrößerter rein schematischer Darstellung:embodiments The invention will be explained in more detail with reference to the drawing. It show each in greatly enlarged pure schematic representation:

1 ein Substrat mit einer auf dessen Oberfläche aufgetragenen strukturierten expansionsfähigen Schicht; 1 a substrate having a patterned expandable layer coated on the surface thereof;

2 das Substrat nach 1 mit einer darauf abgeschiedenen Oberflächenschicht; 2 the substrate after 1 with a surface layer deposited thereon;

3a die Behandlung der in 2 gezeigten Beschichtung mit direkt auf diese wirkenden Laserstrahlen; 3a the treatment of in 2 shown coating with directly acting on these laser beams;

3b die Behandlung der in 2 gezeigten Schichtstruktur durch über das Substrat auf die Beschichtung wirkenden Laserstrahlen; 3b the treatment of in 2 shown layer structure by acting on the coating on the substrate laser beams;

3c die Behandlung der in 2 gezeigten Beschichtung mit ungerichteten Mikrowellen oder ungerichteter Infrarotstrahlung und 3c the treatment of in 2 shown coating with undirected microwaves or undirected infrared radiation and

4 das Substrat mit einer strukturierten Oberflächenbeschichtung. 4 the substrate with a textured surface coating.

Auf ein – beispielsweise von einem Siliziumwafer oder einer Glasplatte gebildetes – Substrat 1 wird eine nicht leitende, strukturierte – aus einem Lack oder einer Paste bestehende – strukturierte, expansionsfähige Schicht 2 gedruckt. Eine wichtige Eigenschaft der Schicht 2 besteht darin, dass diese in Wechselwirkung mit Wärme und/oder in Wechselwirkung mit definierter elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise beim dadurch verursachten Verdampfen oder Sublimieren stark expandiert. Das Auftragen der Lackstruktur erfolgt hier in einem Siebdruck- oder Tintenstrahldruckverfahren. Die Lackstruktur, das heißt die strukturierte Schicht 2 stellt im Wesentlichen das Negativbild der auf dem Substrat 1 auszubildenden strukturierten Substratoberfläche dar. Das heißt, die Oberflächenbereiche des Substrats 1, die in der zu erstellenden strukturierten Substratoberfläche frei bleiben, sind mit der expansiblen strukturierten Schicht 2 bedruckt, während die in 1 freien Bereiche 3 des Substrats 1 im Wesentlichen das Positivbild der zu erstellenden – in 4 gezeigten – strukturierten Substratoberfläche darstellen.On a - formed for example of a silicon wafer or a glass plate - substrate 1 is a non-conductive, structured - consisting of a paint or a paste - structured, expandable layer 2 printed. An important feature of the layer 2 is that it greatly expands in interaction with heat and / or in interaction with defined electromagnetic radiation, for example, the resulting evaporation or sublimation. The application of the paint structure takes place here in a screen printing or ink jet printing process. The paint structure, that is the structured layer 2 essentially represents the negative image of the on the substrate 1 that is, the surface areas of the substrate 1 that remain free in the structured substrate surface to be created are with the expansible structured layer 2 printed while the in 1 free areas 3 of the substrate 1 essentially the positive image of the 4 shown - structured substrate surface.

Im zweiten Verfahrensschritt (2) wird das mit der strukturierten Lackstruktur versehene Substrat 1 durch Bedampfen oder Sputtern mit einer geschlossenen Deckschicht 5 abgedeckt, die aus elektrisch leitfähigem Material, beispielsweise aus Silber oder Aluminium, oder auch aus einem transparenten leitenden Werkstoff, beispielsweise Zinn- oder Zinkoxid bestehen kann. Dies stellt den zweiten Fall der Strukturierung dar, der zu einer strukturiert beschichteten Substratoberfläche führt. Im ersten Fall der Strukturierung tritt an Stelle der Abscheidung der Deckschicht 5 der Verfahrensschritt des Prozessierens des Substrats mit der strukturierten Schicht. Dieser erste Fall der Strukturierung resultiert schließlich in einer strukturiert prozessierten Substratoberfläche.In the second process step ( 2 ) becomes the substrate provided with the structured lacquer structure 1 by vapor deposition or sputtering with a closed cover layer 5 covered, which may consist of electrically conductive material, for example of silver or aluminum, or of a transparent conductive material, such as tin or zinc oxide. This represents the second case of the structuring, which leads to a structured coated substrate surface. In the first case of structuring occurs in place of the deposition of the topcoat 5 the step of processing the substrate with the patterned layer. The The first case of the structuring finally results in a structured processed substrate surface.

Im dritten Verfahrensschritt (3a bis 3c) werden die geschlossene Deckschicht 5 und die strukturierte Schicht 2 samt dem Substrat 1 einer definierten elektromagnetischen Strahlung und/oder Wärme, beispielsweise Konvektionswärme in einem Ofen, ausgesetzt und dabei durch zumindest teilweise Absorption der Strahlung bzw. durch Übertragung der Wärme erhitzt. Aufgrund der dabei auftretenden Expansion der strukturierten Schicht 2 wird diese von der Oberfläche des Substrats 1 gelöst und abgesprengt. Im hier dargestellten Fall der zweiten Strukturierung nimmt die expandierende Schicht 2 dabei auch den unmittelbar über der Schicht 2 liegenden Teil der geschlossenen Deckschicht 5 mit.In the third process step ( 3a to 3c ) become the closed cover layer 5 and the structured layer 2 including the substrate 1 a defined electromagnetic radiation and / or heat, for example, convection heat in an oven exposed and thereby heated by at least partial absorption of the radiation or by transfer of heat. Due to the occurring expansion of the structured layer 2 This will be from the surface of the substrate 1 solved and blown up. In the case of the second structuring shown here takes the expanding layer 2 as well as the one immediately above the layer 2 lying part of the closed cover layer 5 With.

Gemäß 3a erfolgt die Erwärmung des strukturierten Lackes 2 durch Laserstrahlen 6 von oben über die aus transparentem Material, zum Beispiel Zinnoxid, bestehende Deckschicht 5. Ebenso ist denkbar, dass eine metallische Deckschicht 5 die Laserstrahlung sehr stark absorbiert. In diesem Fall wird die strukturierte Schicht 2 mittelbar über die per Laserstrahlung erhitzte Deckschicht 5 aufgewärmt und expandiert.According to 3a the heating of the structured lacquer takes place 2 by laser beams 6 from above over the transparent material, such as tin oxide, existing topcoat 5 , It is also conceivable that a metallic cover layer 5 the laser radiation is very strongly absorbed. In this case, the structured layer 2 indirectly via the cover layer heated by laser radiation 5 warmed up and expanded.

Die Bestrahlung mit Laserstrahlen 6 kann auch von unten über das Substrat 1 erfolgen, wenn das Substrat 1 aus einem transparenten Material wie Glas besteht. Insbesondere mittels eines in seinem Frequenzspektrum durchstimmbaren Lasers ist es möglich ein durch den Lack 2 vorgegebenes spektrales Absorptionsmaximum zu wählen. Dadurch ist sicher gestellt, dass die Laserstrahlung 6 im Vergleich zur Deckschicht 5 und dem Substrat 1 in einem um viele Größenordnungen höheren Maße mit dem Lack 2 in Wechselwirkung tritt.The irradiation with laser beams 6 can also from the bottom over the substrate 1 done when the substrate 1 made of a transparent material such as glass. In particular, by means of a tunable in its frequency spectrum laser, it is possible through the paint 2 Preselected spectral absorption maximum to choose. This ensures that the laser radiation 6 compared to the cover layer 5 and the substrate 1 in a many orders of magnitude higher with the paint 2 interacts.

An Stelle einer Laserstrahlungsquelle können auch geeignete konventionelle Leuchtmittel oder Leuchtdioden zum Einsatz kommen.At Location of a laser radiation source may also be suitable conventional Bulbs or LEDs are used.

Gemäß einer in 3c gezeigten Ausführungsvariante wird das Substrat 1 mit der strukturierten Schicht 2 und der Deckschicht 5 Mikrowellenstrahlung bzw. Infrarotstrahlung 7 ausgesetzt. Ähnlich wie bei den vorangehend geschilderten Varianten sind der Frequenzbereich der Mikrowellen/Infrarotstrahlung bzw. die entsprechenden Absorptionseigenschaften des Lacks 2 derart zu wählen, dass dieser die Mikrowellen/Infrarotstrahlung um Größenordnungen stärker absorbiert als das Substrat 1 bzw. die Deckschicht 5. Als eine weitere Variante ist der Einsatz von Wärme, die üblicherweise über Konvektion übertragen wird denkbar. Dabei erhitzen sich Deckschicht 5 und/oder Substrat 1 und somit mittelbar die Lackschicht 2. Die Eigenschaften des Lackes 2 müssen als Reaktion auf die Erwärmung zu einem hinreichend starken Aufquellen führen.According to a in 3c embodiment shown is the substrate 1 with the structured layer 2 and the topcoat 5 Microwave radiation or infrared radiation 7 exposed. Similar to the previously described variants, the frequency range of the microwaves / infrared radiation or the corresponding absorption properties of the lacquer 2 such that it absorbs the microwave / infrared radiation by orders of magnitude stronger than the substrate 1 or the cover layer 5 , As a further variant, the use of heat, which is usually transmitted via convection is conceivable. This heat cover layer 5 and / or substrate 1 and thus indirectly the lacquer layer 2 , The properties of the paint 2 must cause a sufficiently high swelling in response to warming.

Das abgeplatzte bzw. abgesprengte Material lässt sich in einem während und/oder nach der Behandlung mit der definierten elektromagnetischen Strahlung und/oder mit Wärme in einem Reinigungsschritt entfernen. Dies kann beispielsweise mechanisch durch Abbürsten oder Abblasen geschehen, so dass auf dem Substrat 1 die in 4 gezeigte strukturierte Oberflächenschicht 5' zurückbleibt. Alternativ oder kumulativ ist ebenso denkbar, dass eine chemische oder chemisch unterstützte Reinigung der Oberfläche vorgenommen wird.The flaked material can be removed during and / or after treatment with the defined electromagnetic radiation and / or with heat in a cleaning step. This can be done, for example, mechanically by brushing or blowing off, so that on the substrate 1 in the 4 shown structured surface layer 5 ' remains. Alternatively or cumulatively, it is also conceivable that a chemical or chemically assisted cleaning of the surface is carried out.

Die strukturierte Oberflächenschicht 5' kann beispielsweise die elektrisch leitfähige Elektroden-Fingerstruktur einer Wafer-Solarzelle bilden.The structured surface layer 5 ' For example, it may form the electrically conductive electrode finger structure of a wafer solar cell.

11
Substratsubstratum
22
strukturierte expansionsfähige Schichtstructured expandable layer
33
freie Bereiche, Positivbild von 5' free areas, positive image of 5 '
55
Deckschichttopcoat
5'5 '
strukturierte Oberflächenbeschichtungstructured surface coating
66
Laserstrahlunglaser radiation
77
Mikrowellenstrahlung/InfrarotstrahlungMicrowave radiation / infrared radiation

Claims (16)

Verfahren zur Herstellung einer strukturiert prozessierten oder strukturiert beschichteten Substratoberfläche, eines Substrats (1), dadurch gekennzeichnet, dass auf das Substrat (1) in einer im Wesentlichen dem Negativbild der gewünschten strukturiert prozessierten oder beschichteten Substratoberfläche entsprechenden Form zunächst eine strukturierte Schicht (2) aus einem unter Einwirkung von Wärme und/oder unter Einwirkung elektromagnetischer Strahlung expandierenden Material aufgebracht wird, anschließend das Substrat (1) prozessiert wird oder auf dem Substrat (1) eine Deckschicht (5) aufgebracht wird und das mit der strukturierten Schicht (2) versehene Substrat (1) einer definierten elektromagnetischen Strahlung (6, 7) und/oder einer Wärmebehandlung ausgesetzt wird, wobei die strukturierte Schicht (2) durch Absorption der definierten elektromagnetischen Strahlung (6, 7) und/oder durch Wärmeeinwirkung derart expandiert, dass die strukturierte Schicht (2) vom Substrat (1) abplatzt oder abgesprengt wird.Process for producing a structured processed or structured coated substrate surface, a substrate ( 1 ), characterized in that on the substrate ( 1 ) in a substantially substantially the negative image of the desired structured processed or coated substrate surface corresponding shape first a structured layer ( 2 ) is applied from a material which expands under the action of heat and / or under the action of electromagnetic radiation, then the substrate ( 1 ) or on the substrate ( 1 ) a cover layer ( 5 ) and that with the structured layer ( 2 ) provided substrate ( 1 ) of a defined electromagnetic radiation ( 6 . 7 ) and / or a heat treatment, wherein the structured layer ( 2 ) by absorption of the defined electromagnetic radiation ( 6 . 7 ) and / or expanded by the action of heat in such a way that the structured layer ( 2 ) from the substrate ( 1 ) flakes off or is blown off. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der strukturierten Schicht (2) derart ausgewählt ist, dass die definierte elektromagnetische Strahlung (6, 7) in der strukturierten Schicht (2) im Vergleich zur Deckschicht (5) und/oder dem Substrat (1) mehr als 10 mal, bevorzugt mehr als 100 mal stärker absorbiert wird.Method according to claim 1, characterized in that the material of the structured layer ( 2 ) is selected such that the defined electromagnetic radiation ( 6 . 7 ) in the structured layer ( 2 ) compared to the top layer ( 5 ) and / or the substrate ( 1 ) more than 10 times, preferably more is absorbed as 100 times stronger. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Frequenzspektrum der definierten elektromagnetische Strahlung (6, 7) derart ausgewählt wird, dass die definierte elektromagnetische Strahlung (6, 7) in der strukturierten Schicht (2) im Vergleich zur Deckschicht (5) und/oder dem Substrat (1) mehr als 10 mal, bevorzugt mehr als 100 mal stärker absorbiert wird.Method according to Claim 1, characterized in that the frequency spectrum of the defined electromagnetic radiation ( 6 . 7 ) is selected such that the defined electromagnetic radiation ( 6 . 7 ) in the structured layer ( 2 ) compared to the top layer ( 5 ) and / or the substrate ( 1 ) is absorbed more than 10 times, preferably more than 100 times more strongly. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansion der strukturierten Schicht (2) im Wesentlichen durch Wärmeeinwirkung ausgehend von einer Erwärmung der benachbarten Deckschicht (5) und/oder ausgehend von einer Erwärmung des benachbarten Substrats (1) verursacht wird.Method according to claim 1, characterized in that the expansion of the structured layer ( 2 ) essentially by the action of heat, starting from a heating of the adjacent outer layer ( 5 ) and / or starting from a heating of the adjacent substrate ( 1 ) is caused. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung der benachbarten Deckschicht (5) und/oder die Erwärmung des benachbarten Substrats (1) durch die Absorption der definierten elektromagnetischen Strahlung (6, 7) verursacht wird.A method according to claim 4, characterized in that the heating of the adjacent cover layer ( 5 ) and / or the heating of the adjacent substrate ( 1 ) by the absorption of the defined electromagnetic radiation ( 6 . 7 ) is caused. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Frequenzspektrum der definierten elektromagnetischen Strahlung (6, 7) derart ausgewählt wird, dass die definierte elektromagnetische Strahlung (6, 7) im Vergleich zur strukturierten Schicht (2) in der Deckschicht (5) und/oder im Substrat (1) mehr als 10 mal, bevorzugt mehr als 100 mal stärker absorbiert wird,Method according to claim 5, characterized in that the frequency spectrum of the defined electromagnetic radiation ( 6 . 7 ) is selected such that the defined electromagnetic radiation ( 6 . 7 ) compared to the structured layer ( 2 ) in the top layer ( 5 ) and / or in the substrate ( 1 ) is absorbed more than 10 times, preferably more than 100 times more, Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte elektromagnetische Strahlung (6, 7) im Wesentlichen gleichmäßig auf die das Substrat (1) trifft.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the defined electromagnetic radiation ( 6 . 7 ) substantially evenly on the substrate ( 1 ) meets. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte elektromagnetische Strahlung (6, 7) eine Mikrowellenstrahlung, eine optische Strahlung im Bereich von Ultraviolett bis Infrarot, insbesondere eine Laserstrahlung, ist.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the defined electromagnetic radiation ( 6 . 7 ) is a microwave radiation, an optical radiation in the range of ultraviolet to infrared, in particular laser radiation. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte elektromagnetische Strahlung von oben auf das Substrat (1) wirkt.A method according to claim 7 or 8, characterized in that the defined electromagnetic radiation from above onto the substrate ( 1 ) acts. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Deckschicht (5) aus einem für die definierte elektromagnetische Strahlung (6, 7) hinreichend transparenten Werkstoff besteht.A method according to claim 9, characterized in that the material of the cover layer ( 5 ) from one for the defined electromagnetic radiation ( 6 . 7 ) is sufficiently transparent material. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte elektromagnetische Strahlung von der freien unteren Seite auf das aus einem für die definierte elektromagnetische Strahlung hinreichend durchlässigen Material bestehende Substrat (1) wirkt.Method according to claim 7 or 8, characterized in that the defined electromagnetic radiation from the free lower side to the substrate consisting of a material which is sufficiently permeable to the defined electromagnetic radiation ( 1 ) acts. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) derart angeordnet ist, dass die Einfallsrichtung der definierten elektromagnetischen Strahlung im Wesentlichen der Richtung der Gravitationskraft entspricht.Method according to claim 11, characterized in that the substrate ( 1 ) is arranged such that the direction of incidence of the defined electromagnetic radiation substantially corresponds to the direction of the gravitational force. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Schicht (2) ein Lack oder eine Paste ist und in einem Druckverfahren auf das Substrat (1) aufgebracht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the structured layer ( 2 ) is a paint or a paste and in a printing process on the substrate ( 1 ) is applied. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (5) durch Bedampfen, durch Sputtern oder durch ein CVD-Verfahren aufgebracht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the cover layer ( 5 ) is applied by vapor deposition, by sputtering or by a CVD method. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (5) aus einem elektrisch leitenden metallischen Material besteht.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the cover layer ( 5 ) consists of an electrically conductive metallic material. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während oder nachdem das Substrat (1) der Wärmebehandlung und/oder der definierten elektromagnetischen Strahlung (6, 7) ausgesetzt wird eine Reinigung des Substrats durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that during or after the substrate ( 1 ) of the heat treatment and / or the defined electromagnetic radiation ( 6 . 7 ) a cleaning of the substrate is performed.
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