DE102010018415A1

DE102010018415A1 - Einzelwafer air-to-air Mikrowellenplasmabehandlungsanlage

Info

Publication number: DE102010018415A1
Application number: DE102010018415A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-06-24
Filing date: 2010-04-08
Publication date: 2010-12-30

Abstract

I-line air-to-air Vakuumanlage für die Mikrowellenplasma Behandlung von Silizium Einzelwafer für die Photovoltaik Industrie.

Description

EINFÜHRUNG
Siliziumwafer für Photovoltaikanwendungen durchlaufen verschiedene Prozessstufen bis sie zu einer brauchbaren Solarzelle werden. Ein Teil dieser Prozesse wird üblicherweise mittels einer Niederdruckplasmabehandlung in Vakuumanlagen durchgeführt. Bei einem industriellen Durchsatz von tausenden von Wafern pro Stunde, müssen zur Zeit eine Vielzahl dieser Wafer auf sogenannten Carriers platziert und in riesigen Vakuumanlagen gefördert werden. Diese Anlagen bestehen aus einer Reihe von Schleusen, Puffer- und Behandlungskammern mit entsprechenden Pump- und Transportsystemen. Sie sind platzraubend und wegen des aufwendigen Schleusesystems besonders störanfällig.
Heutezutage sind die Wafer mit einer Stärke um die 180 Mikrometer fast so dünn wie Papier, es liegt daher nahe, statt massive Carriers zu befördern, eine änliche Technologie wie für die Beschichtung von Papier oder Folien zu vewenden. Dies geschieht zum Teil in sogenannten air-to-air Anlagen, die mit dünnspaltigen Driftstrecken, Druckstufen und entsprechenden Pumpsystemen ausgebildet sind, und ohne störanfällige Schleusen oder Ventile auskommen. Wird als Niederdruckplasmaerzeuger eine Mikrowellequelle verwendet, verkürzen sich die Behandlungszeiten erheblich und eine Einzelwaferbehandlung kann in Frage kommen, was ein enormes Sparpotential bedeutet. Statt meterbreite Carriers zu verwenden, kann die Kammergröße an der maximalen Waferbreite von 156 mm angepasst werden.
ANLAGEBESCHREIBUNG
Die Wafer werden atmosphäreseitig auf ein endloses Metallband platziert, das die gesamte Anlage in längsrichtung passiert und am Ende ebenfalls atmosphäreseitig wieder entnommen. Das Band laüft unter der Vakuumkammer an Atmosphäre zum Anfang zurück. Durch übliche Driftstrecken und Druckstufen gelingt das Band samt Wafer in die Behandlungskammern wo das nötige Vakuum herscht um ein geignetes Prozessgas einlassen zu können und ein Plasma zu zünden. Gegebenfalls wird das Band mit den Wafern beheizt um sich an die nötigen Prozessparameter anzupassen.
Es können unterem anderem folgenden Prozesse durchgeführt werden:

– Trockenätzen, sogenannte Strukturierung um die Waferoberfläche gezielt zu modifiezieren um die größtmögliche Lichtabsorption zu bewirken.
– Beschichten mit einer Antireflexschicht wie Si3N4 um ebenfalls den Wirkungsgrad der Zelle zu erhöhen
– Aufbringen einer Isolierschicht, z. B. SiO2
– Regenerieren von Zellen mit fehlgeschlagener Beschichtung
– Selbstreinigung der Anlage mit durchlaufendem leeren Band und entsprechendem Ätzgas

Als Plasmaquelle werden vorzugsweise sogenannten ”Plasmaköpfen” beschrieben in Auslegungsschriften ” DE 100 10 831 A1 ” und ” DE 101 64 120 A1 ” verwendet. Der Vorteil dieser Köpfe ist dass sie eine Wirkfläche die etwa der dem Wafer entpricht und in beliebiger Kombination und Reihenfolgen montierbar sind. Darüberhinaus sind sie sehr preiswert.
Die Produktivität der Anlage ist proportional zur Zahl der Plasmaköpfe und kann fast beliebig erhöht werden, in den man die Zentralbehandlungskammer entsprechend verlängert und bestückt. Die Anfangs- und Enddruckstufen bleiben dabei unverändert. Da die Anlage kaum breiter ist als ein Wafer ist sie natürlich wesenlich preiswerter als große Carrierssysteme
Um ein Beispiel zu nennen: um eine 78 nm dicke Si3N4 Antireflexschicht herzustellen, beträgt die Behandlungszeit im Mikrowellenplasma etwa 30 Sekunden. Strebt man eine Produktivität von 1.200 Wafer pro Stunde an muss jede dritte Sekunde ein Wafer ausgestoßen werden, bzw. eine Strecke von 160 mm ablegen. Bei 30 S. Behandlungszeit, beträgt der Plasmabehandlungsweg 1.6 Meter und die Zahl der Köpfe 10
PROTOTYPANLAGE
Es wird eine Si3N4 Testanlage beschrieben, die für eine Kapazität von 600 Wafer pro Stunde ausgelegt wurde
Die Anlage besteht aus:

– eine Chargier-Dechargier-Einrichtung an beiden Enden der Maschine
– ein endloses, dünnes Edelstahlband als Träger für die Wafers die quasi ohne Abstand daraus liegen.

Das Band ist so strukturiert, dass die Wafer nicht durch den Luftdruck verrutschen können. Das Band laüft in der Maschine auf Rollen mit interner Schmierung ohne Verbindung zur Atmosphäre um Leckprobleme zu umgehen. An beiden Enden, ausserhalb der Anlage befinden sich die Roll- und Spannmechanismen des Bandes. Da der Antrieb an Atmosphäre stattfindet ist die Konstruktion wesentlich vereinfacht.

– mehrere Druck- und Driftstufen sorgen dafür dass die Wafers auch ohne Ventile von Atmosphäre in die Behandlungskammer mit dem richtigen Arbeitsdruck und zurück zur Atmosphäre gefördert werden, in den vorderen Kammern werden die Wafer bereits vorgeheizt und in den hinteren Kammern wieder abgekühlt.

AUFBAU
Die Anlage ist auf einem Chassis aus Kohlenstoffstahl mit einer Schutzlackierung montiert. Stellglieder erlauben eine Ausrichtung der Maschine. Schutzbleche verkleiden die Anlage.
– Druckkammern 1 und 9

Rechteckige Edelstahlkammer der Maßen 1000 × 160 × 1 mm (L × H × B)

Aus zwei Hälften gefertigt, um eine Demontage für Wartungsswecke zu ermöglichen. Die Abdichtung erfolgt mit reinem Al-Band. Blechstärke 10 mm für den oberen Bereich 20 mm für den unteren.
Das Band laüft auf internen Rollen mit Gleitlagern und für Hochtemperatur geeigneter Schmierung
Rohrheizelemente erlauben eine Temperierung der Wafer bis auf 400 C Schmiervorrichtungen und Anschluß für Druckmessung sind ebenfalls vorhanden
– Druckkammer 2 und 8

Aufbau ähnlich Kammer 1 und 9. Maße jedoch anders 500 × 160 × 1 mm

– Druckkammer 3 und 7

Maße und Aufbau wie 2 und 8 Die Abdichtung erfolgt jedoch mit einer Doppeldichtung mit Zwischenabsaugung

– Driftkammer 4 und 6

Maße und Aufbau wie 3 und 7 jedoch ohne eigenen Pumpanschluss

– Behandlungskammer 5
Maße 1000 × 160 × 250 Aufbau änhlich wie vorher, jedoch mit Flanschen für die Plasmaköpfe, Meßeinrichtugen und Gasführung
– Pumpanschlüsse a, b, f, g

Befindet zwischen den verschiedenen Kammern Maße 100 × 160 × 100 mm Doppeldichtung mit Zwischenabsaugung.

Pumpsystem und Messeinrichtungen sind aus dem Schema zu entnehmen
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10010831 A1 [0005]
- DE 10164120 A1 [0005]

Claims

Einzelwafer Air-to-Air Mikrowellenplasma Behandlungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass die Wafer bei Atmosphärendruck auf einem endlosen Metallband in die Vakuumanlage und einem stetigen Prozess hinein- und herausbefördert werden.
Einzelwafer Air-to-Air Mikrowellenplasma Behandlungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung erfolgt mittels in Reihe stehenden ”Plasmaköpfe”
Einzelwafer Air-to-Air Mikrowellenplasma Behandlungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass Wafer geätzt bzw. strukturiert werden können.
Einzelwafer Air-to-Air Mikrowellenplasma Behandlungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass Wafer mit Si3N4 beschichtet werden können.
Einzelwafer Air-to-Air Mikrowellenplasma Behandlungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass Wafer mit SiO2 beschichtet werden können.
Einzelwafer Air-to-Air Mikrowellenplasma Behandlungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass fehlgeschlagene Beschichtungen wieder weggeätzt werden können.
Einzelwafer Air-to-Air Mikrowellenplasma Behandlungsanlage, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage ohne Charge eine Selbstreinigung durchführen kann.