DE102013102074A1 - System for coating substrates with polycrystalline silicon, comprises many process chambers for coating substrates with amorphous silicon and at least one lock for injecting and discharging substrates in process chambers - Google Patents

System for coating substrates with polycrystalline silicon, comprises many process chambers for coating substrates with amorphous silicon and at least one lock for injecting and discharging substrates in process chambers Download PDF

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Abstract

System (10) for coating substrates with polycrystalline silicon, comprises many process chambers (18) for coating substrates with amorphous silicon for thermal desorption of hydrogen and for converting the amorphous silicon layer using a laser into a polycrystalline silicon layer, and at least one lock (12) for injecting and discharging substrates in the process chambers. At least one process chamber is present as a coating chamber (14) for vacuum coating of substrates with amorphous silicon. At least one process chamber is formed from the silicon layer for the thermal desorption of hydrogen. System (10) for coating substrates with polycrystalline silicon, comprises many process chambers (18) for coating substrates with amorphous silicon for thermal desorption of hydrogen and for converting the amorphous silicon layer using a laser into a polycrystalline silicon layer, and at least one lock (12) for injecting and discharging substrates in the process chambers. At least one process chamber is present as a coating chamber (14) for vacuum coating of substrates with amorphous silicon. At least one process chamber is formed from the silicon layer for the thermal desorption of hydrogen. At least one process chamber is formed as a laser chamber (20) for converting the amorphous silicon layer into a polycrystalline silicon layer using a laser beam, The process chambers are operated under vacuum or inert gas, and the process chambers are coupled to each other. The steps of coating with amorphous silicon, thermal desorbing of hydrogen and conversion into polycrystalline silicon layer are carried out successively without an intermediary discharge from the system. An independent claim is also included for coating the substrates with polycrystalline silicon, comprising transferring substrates into the system having many process chambers, which are hermetically coupled to each other, vacuum coating the substrates having amorphous silicon layer in at least one of the process chambers, heating the substrates for thermal desorption of hydrogen from the silicon layer, and melting the amorphous silicon layer by means of laser for converting into the polycrystalline silicon layer.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten mit polykristallinem Silizium.The invention relates to a system and a method for coating substrates with polycrystalline silicon.

Die Beschichtung von Substraten mit polykristallinem Silizium ist im großtechnologischen Maßstab erforderlich, um zum Beispiel TFT-Displays, LCD-Displays oder OLEDs herzustellen.The coating of substrates with polycrystalline silicon is required on a large scale in order to produce, for example, TFT displays, LCD displays or OLEDs.

Aus der US 6403497 B1 ist es grundsätzlich bekannt, auf einer Substratoberfläche zunächst eine amorphe Siliziumbeschichtung aufzutragen, etwa durch ein PCVD-Verfahren, anschließend durch einen Heizschritt Wasserstoff zu entfernen und schließlich durch einen weiteren Heizschritt die amorphe Siliziumschicht thermisch in eine polykristalline Siliziumschicht umzuwandeln.From the US Pat. No. 4,603,497 B1 For example, it is generally known to first apply an amorphous silicon coating on a substrate surface, for example by a PCVD method, then to remove hydrogen by a heating step and finally thermally convert the amorphous silicon layer into a polycrystalline silicon layer by means of a further heating step.

Die Auftragung mit CVD oder PCVD erfolgt bei etwa 600 °C, die Wasserstoffentfernung zwischen 400 °C und 500 °C über eine Zeitdauer von ca. 30 min. Danach erfolgt eine Umwandlung des amorphen Siliziums in polykristallines Silizium bei etwa 1000 bis 1200 °C, wobei noch Isolationsschritte für die Bildung von TFT-Elektroden zwischengeschaltet sein können.The application with CVD or PCVD takes place at about 600 ° C, the hydrogen removal between 400 ° C and 500 ° C over a period of about 30 min. Thereafter, a conversion of the amorphous silicon in polycrystalline silicon at about 1000 to 1200 ° C, wherein still isolation steps for the formation of TFT electrodes can be interposed.

Derartig hohe Temperaturen sind für die heutigen Displays von großem Nachteil. Soweit es sich bei dem Substrat um Glas handelt, sollten zur Vermeidung von Schädigungen am Glas die Temperaturen 250 bis 300 °C, vorzugsweise 250 °C, nicht überschreiten, da sonst nachteilige Einflüsse auf die Glasstruktur nicht ausgeschlossen werden können. Soweit als Substrate Kunststoffe verwendet werden, ist die Temperatur natürlich strikt zu begrenzen, auf maximal etwa 200 °C, wobei nur wenige Kunststoffe bekannt sind, die eine Temperatur bis etwa 250 °C zulassen.Such high temperatures are of great disadvantage for today's displays. Insofar as the substrate is glass, to avoid damage to the glass, the temperatures should not exceed 250 to 300 ° C., preferably 250 ° C., since otherwise adverse effects on the glass structure can not be ruled out. As far as plastics are used as substrates, of course, the temperature is strictly limited to a maximum of about 200 ° C, with only a few plastics are known that allow a temperature up to about 250 ° C.

Aus der WO 01/59818 A1 ist es bekannt, definierte polykristalline Siliziumbereiche in einer amorphen Siliziumschicht zu erzeugen, und zwar unter Verwendung eines Excimer-Lasers. Hierzu werden zunächst eine isolierende Schicht und dann eine Schicht aus dotiertem amorphem Silizium aufgetragen. Zur Erzeugung von elektrisch leitfähigen Bereichen wird eine elektromagnetische Bestrahlung mit einer Laserquelle, insbesondere einem Excimer-Laser durchgeführt, wobei zwischen dem die Schicht aufweisenden Substrat und der Laserquelle eine Schattenmaske zur Definition der Konturen der elektrisch leitfähigen Bereiche positioniert wird. Durch die Laserbestrahlung wird die amorphe Siliziumschicht lokal in polykristallines Silizium umgewandelt.From the WO 01/59818 A1 It is known to generate defined polycrystalline silicon regions in an amorphous silicon layer using an excimer laser. For this purpose, first an insulating layer and then a layer of doped amorphous silicon are applied. To generate electrically conductive regions, an electromagnetic radiation is carried out with a laser source, in particular an excimer laser, wherein a shadow mask for defining the contours of the electrically conductive regions is positioned between the substrate having the layer and the laser source. The laser irradiation locally converts the amorphous silicon layer into polycrystalline silicon.

Ein derartiges Verfahren ist jedoch nur für die lokale Umwandlung von amorphem Silizium in polykristallines Silizium geeignet, nicht jedoch zur Erzeugung von flächigen Beschichtungen aus polykristallinem Silizium.However, such a method is suitable only for the local conversion of amorphous silicon into polycrystalline silicon, but not for the production of planar coatings of polycrystalline silicon.

Aus der WO 2010/069287 A2 ist es bekannt, in einem Plasmakammersystem unmittelbar eine mikrokristalline Siliziumschicht auf einem Substrat abzuscheiden, wobei eine Substrattemperatur zwischen 100 °C und 350 °C gewählt wird. Durch eine besondere Prozessführung mit einer Abscheidungsrate von > 0,5 nm/s wird die mikrokristalline Schicht mit einer Dicke von weniger als 1000 nm unmittelbar auf dem Substrat unter Verwendung eines PECVD-Verfahrens abgeschieden. Der Prozess ist insbesondere zur Solarzellenherstellung geeignet, wobei das mikrokristalline Silizium, das mit Wasserstoff dotiert ist, als Absorbermaterial genutzt wird.From the WO 2010/069287 A2 It is known to deposit a microcrystalline silicon layer on a substrate directly in a plasma chamber system, wherein a substrate temperature between 100 ° C and 350 ° C is selected. By a special process control with a deposition rate of> 0.5 nm / s, the microcrystalline layer with a thickness of less than 1000 nm is deposited directly on the substrate using a PECVD method. The process is particularly suitable for solar cell production, wherein the microcrystalline silicon, which is doped with hydrogen, is used as the absorber material.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anlage und ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten mit polykristallinem Silizium anzugeben, womit sich im großtechnologischen Maßstab polykristalline Siliziumschichten von hoher Qualität bei kurzen Durchlaufzeiten und möglichst geringen Gesamtkosten auf Substraten erzeugen lassen. Hierbei sollen zu hohe Temperaturen, die die Substrate schädigen könnten, vermieden werden. Ferner sollen die Anlage und das Verfahren besonders zur Herstellung von polykristallinen Siliziumschichten geeignet sein, wie sie auf TFT-Displays, LCD-Displays oder OLED-Displays verwendet werden.Against this background, the invention has for its object to provide a system and a method for coating substrates with polycrystalline silicon, which can be produced on a large scale polycrystalline silicon layers of high quality with short lead times and the lowest total cost on substrates. In this case, too high temperatures that could damage the substrates should be avoided. Furthermore, the plant and the method should be particularly suitable for the production of polycrystalline silicon layers, as used on TFT displays, LCD displays or OLED displays.

Diese Aufgabe wird durch eine Anlage zur Beschichtung von Substraten mit polykristallinem Silizium gelöst, mit einer Mehrzahl von Prozesskammern zur Beschichtung von Substraten mit amorphem Silizium, zur thermischen Desorption von Wasserstoff und zum Umwandeln der amorphen Siliziumschicht mit Hilfe eines Lasers in eine polykristalline Siliziumschicht, und mit mindestens einer Schleuse zum Einschleusen und Ausschleusen von Substraten in die Prozesskammern, wobei zumindest eine Prozesskammer als Beschichtungskammer zur Vakuumbeschichtung von Substraten mit amorphem Silizium ausgebildet ist, wobei zumindest eine Prozesskammer zur thermischen Desorption von Wasserstoff aus der Siliziumschicht ausgebildet ist, und zumindest eine Prozesskammer als Laserkammer zum Umwandeln der amorphen Siliziumschicht in eine polykristalline Siliziumschicht mittels eines Laserstrahls ausgebildet ist, wobei die Prozesskammern unter Vakuum oder Schutzgas betreibbar sind, und wobei die Prozesskammern derart miteinander gekoppelt sind, dass die Schritte Beschichten mit amorphem Silizium, thermisches Desorbieren von Wasserstoff und Umwandlung in eine polykristalline Siliziumschicht nacheinander ohne eine zwischenzeitliche Ausschleusung aus der Anlage durchführbar sind.This object is achieved by a plant for coating substrates with polycrystalline silicon, comprising a plurality of process chambers for coating substrates with amorphous silicon, for the thermal desorption of hydrogen and for converting the amorphous silicon layer by means of a laser in a polycrystalline silicon layer, and at least one sluice for introducing and discharging substrates into the process chambers, wherein at least one process chamber is designed as a coating chamber for vacuum deposition of substrates with amorphous silicon, wherein at least one process chamber for thermal desorption of hydrogen from the silicon layer is formed, and at least one process chamber as a laser chamber is formed for converting the amorphous silicon layer into a polycrystalline silicon layer by means of a laser beam, wherein the process chambers are operable under vacuum or inert gas, and wherein the process chambers so mi coupled to each other, that the steps of coating with amorphous silicon, thermal desorbing of hydrogen and conversion into a polycrystalline silicon layer are successively without an interim discharge from the plant feasible.

Die Erfindung wird ferner durch ein Verfahren zum Beschichten von Substraten mit polykristallinem Silizium mit den folgenden Schritten gelöst:

  • – Einschleusen von Substraten in eine Anlage mit mehreren Prozesskammern, die luftdicht miteinander koppelbar sind,
  • – Vakuumbeschichten der Substrate mit einer amorphen Siliziumschicht in zumindest einer der Prozesskammern,
  • – Aufheizen der Substrate zur thermischen Desorption von Wasserstoff aus der Siliziumschicht, und
  • – Aufschmelzen der amorphen Siliziumschicht mittels eines Lasers zur Umwandlung in eine polykristalline Siliziumschicht.
The invention is further achieved by a method of coating polycrystalline silicon substrates with the following steps:
  • Introduction of substrates into a system having a plurality of process chambers which can be coupled airtight to one another,
  • Vacuum coating the substrates with an amorphous silicon layer in at least one of the process chambers,
  • - Heating the substrates for the thermal desorption of hydrogen from the silicon layer, and
  • - Melting of the amorphous silicon layer by means of a laser for conversion into a polycrystalline silicon layer.

Die Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.The invention is completely solved in this way.

Dadurch, dass die einzelnen Prozessschritte in zeitlicher Abfolge innerhalb der verschiedenen Prozesskammern innerhalb einer Anlage durchgeführt werden, ohne dass eine zwischenzeitliche Ausschleusung von Substraten aus der Anlage erforderlich ist, ergibt sich eine deutlich vereinfachte Prozessführung und eine erhöhte Qualität der erzielten Beschichtungen im Vergleich zu herkömmlichen Prozessen, bei denen die Einzelschritte in einzelnen Anlagen durchgeführt wird und nachfolgend eine Ausschleusung erfolgt, wobei weitere Handlingschritte und Waschschritte zwischen den einzelnen Prozessschritten erforderlich sind.The fact that the individual process steps are carried out in chronological order within the various process chambers within a plant, without an interim discharge of substrates from the plant is required, results in a significantly simplified process management and increased quality of the coatings obtained compared to conventional processes in which the individual steps are carried out in individual plants and subsequently a discharge occurs, with further handling steps and washing steps between the individual process steps are required.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die einzelnen Prozesskammern derart miteinander gekoppelt sind, dass ein Durchlauf von Substraten durch die Anlage mit einer gleichmäßigen Taktung erfolgt.In an advantageous embodiment of the invention, the individual process chambers are coupled to each other such that a passage of substrates through the system takes place with a uniform timing.

Auf diese Weise wird ein gleichmäßiger Prozessablauf und ein hoher Durchsatz gewährleistet.This ensures a smooth process flow and high throughput.

Grundsätzlich ist jedes Vakuumbeschichtungsverfahren zur Erzeugung der amorphen Siliziumbeschichtung geeignet. Dazu gehören insbesondere das CVD, insbesondere PECVD-Verfahren, das Sputtern, das ALD-Verfahren, das Evaporation-Verfahren (E-Beam und Thermal), das IBD-Verfahren (Ion Beam Deposition). In principle, any vacuum coating process is suitable for producing the amorphous silicon coating. These include, in particular, CVD, in particular PECVD methods, sputtering, the ALD method, the evaporation method (e-beam and thermal), the IBD method (ion beam deposition).

In weiter bevorzugter Ausführung der Erfindung weist die Beschichtungskammer einen beheizbaren Aufnahmetisch zur Aufnahme von Substraten auf, sowie eine Elektrode oberhalb des Aufnahmetisches und eine Gaszufuhr zur Zuführung von Prozessgasen, vorzugsweise mit Ausströmöffnungen in der Elektrode.In a further preferred embodiment of the invention, the coating chamber has a heatable receiving table for receiving substrates, and an electrode above the receiving table and a gas supply for supplying process gases, preferably with outflow openings in the electrode.

Eine derartige Beschichtungskammer ist zur Durchführung eines PECVD-Verfahrens besonders geeignet, wobei vorzugsweise Ausströmöffnungen in der Elektrode nach dem "Shower-Head-Prinzip" verwendet werden.Such a coating chamber is particularly suitable for carrying out a PECVD process, preferably using outflow openings in the electrode according to the "shower-head principle".

Die Prozesskammer zur thermischen Desorption von Wasserstoff kann mit der Beschichtungskammer kombiniert sein oder kann als separate Prozesskammer ausgebildet sein.The process chamber for the thermal desorption of hydrogen may be combined with the coating chamber or may be formed as a separate process chamber.

Ein höherer Durchsatz ergibt sich, wenn die Prozesskammer zur thermischen Desorption von Wasserstoff als separate Prozesskammer ausgebildet ist. Ist zumindest eine Prozesskammer als Heizkammer mit Heizelementen ausgebildet, die zur Vorheizung von Substraten auf eine bestimmte Prozesstemperatur für die Beschichtung mit amorphem Silizium und/oder für die Laserbehandlung und/oder zur thermischen Desorption von Wasserstoff geeignet ist, so kann die Heizkammer speziell zur Vorheizung der Substrate und/oder zur thermischen Desorption von Wasserstoff genutzt werden, womit sich eine bessere Prozessabstimmung zwischen den einzelnen Prozesskammern ergeben kann.A higher throughput results when the process chamber for the thermal desorption of hydrogen is designed as a separate process chamber. If at least one process chamber designed as a heating chamber with heating elements, which is suitable for preheating substrates to a certain process temperature for the coating with amorphous silicon and / or for the laser treatment and / or for the thermal desorption of hydrogen, the heating chamber can specifically for preheating the Substrates and / or used for the thermal desorption of hydrogen, which may result in a better process matching between the individual process chambers.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Laserkammer eine Lasereinheit mit einem Excimer-Laser, vorzugsweise mit einer Wellenlänge von 308 nm, oder einem Grünlichtlaser, vorzugsweise mit einer Wellenlänge von 532 nm, und mit einer Optik zur Aufweitung des Laserstrahls auf einen Streifen auf, sowie Mittel zur Relativbewegung zwischen der Lasereinheit und den Substraten, vorzugsweise zur Bewegung der Substrate relativ zur Lasereinheit.According to a further embodiment of the invention, the laser chamber has a laser unit with an excimer laser, preferably with a wavelength of 308 nm, or a green light laser, preferably with a wavelength of 532 nm, and with an optical system for expanding the laser beam onto a strip, and means for relative movement between the laser unit and the substrates, preferably for moving the substrates relative to the laser unit.

Mit einer derartigen Ausführung lässt sich die thermische Umwandlung von amorphem Silizium zu polykristallinem Silizium lokal weitgehend auf die Siliziumbeschichtung beschränken, so dass eine thermische Schädigung des darunterliegenden Substrates weitgehend vermieden werden kann. Infolge der Aufweitung des Laserstrahls auf einen Streifen lässt sich eine Umwandlung des amorphen Siliziums in eine polykristalline Siliziumschicht bei großen Substraten in kurzer Zeit bewerkstelligen.With such an embodiment, the thermal conversion from amorphous silicon to polycrystalline silicon can be locally largely limited to the silicon coating, so that thermal damage to the underlying substrate can be largely avoided. As a result of the expansion of the laser beam onto a strip, a conversion of the amorphous silicon into a polycrystalline silicon layer can be achieved in a short time with large substrates.

Vorzugsweise sind zwischen einigen der der Prozesskammern, vorzugsweise zwischen allen Prozesskammern, Trennmittel zum Abtrennen, insbesondere verschließbare Schotts, vorgesehen.Preferably, separating means, in particular closable bulkheads, are provided between some of the process chambers, preferably between all process chambers.

Auf diese Weise können die einzelnen Prozesse in den verschiedenen Prozesskammern vollständig voneinander abgekoppelt werden, beispielsweise der PECVD-Prozess, der unter Vakuum erfolgt, von einem nachfolgenden Heizschritt zur thermischen Desorption von Wasserstoff, was auch unter Schutzgas erfolgen kann.In this way, the individual processes in the various process chambers can be completely decoupled from each other, for example, the PECVD process, which takes place under vacuum, from a subsequent heating step for the thermal desorption of hydrogen, which can also be done under inert gas.

Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung weist die Beschichtungskammer eine Heizeinrichtung zur Vorheizung der Substrate auf eine Temperatur von etwa 150 bis 220 °C, vorzugsweise auf etwa 180 bis 210 °C, besonders bevorzugt auf etwa 200 °C zum Beschichten auf. According to a further embodiment of the invention, the coating chamber has a heater for preheating the substrates to a temperature of about 150 to 220 ° C, preferably to about 180 to 210 ° C, more preferably to about 200 ° C for coating.

Hierdurch wird eine Beschichtung bei einer optimalen Beschichtungstemperatur gewährleistet.This ensures a coating at an optimum coating temperature.

Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung sind die verschiedenen Prozesskammern hintereinander angeordnet, wobei eine Einschleuskammer zum Einschleusen von Substraten vorgesehen ist, nachfolgend eine Beschichtungskammer zur Beschichtung mit amorphem Silizium, eine Heizkammer zur thermischen Desorption von Wasserstoff, nachfolgend eine Laserkammer und eine Ausschleuskammer zum Ausschleusen von Substraten angeordnet sind. Zur Erzeugung eines gleichmäßig getakteten Durchlaufs können einige der Prozesskammern parallel angeordnet sein. Wenn zum Beispiel der Prozessschritt der thermischen Desorption im Vergleich zur Beschichtung mit amorphem Silizium deutlich länger dauert, so können zwei Heizkammern zur thermischen Desorption parallel zueinander betrieben werden.According to a further embodiment of the invention, the various process chambers are arranged one behind the other, wherein a Einschleuskammer is provided for introducing substrates, subsequently a coating chamber for coating with amorphous silicon, a heating chamber for the thermal desorption of hydrogen, subsequently a laser chamber and a discharge chamber for discharging substrates are arranged. To generate a smoothly cycled pass some of the process chambers may be arranged in parallel. For example, if the process step of thermal desorption takes significantly longer compared to the coating with amorphous silicon, then two heating chambers for thermal desorption can be operated in parallel.

Gemäß einer alternativen Ausführung der Erfindung ist eine Prozesskammer als zentrale Transferkammer ausgebildet, die vorzugsweise auch Heizelemente aufweist, wobei die weiteren Prozesskammern sternförmig um die Transferkammer herum angeordnet sind, und wobei vorzugsweise eine gemeinsame Kammer zum Ein- und Ausschleusen von Substraten vorgesehen ist.According to an alternative embodiment of the invention, a process chamber is designed as a central transfer chamber, which preferably also has heating elements, wherein the further process chambers are arranged in a star shape around the transfer chamber, and wherein preferably a common chamber is provided for the inward and outward transfer of substrates.

Mit einer derartigen sternförmigen Anordnung lässt sich ein sehr hoher Durchsatz bei gleichzeitig flexibler Betriebsweise ermöglichen.With such a star-shaped arrangement, a very high throughput and simultaneously flexible operation can be made possible.

Auch hierbei können gleichartige Prozesskammern vorgesehen sein, die bei länger dauernden Prozessschritten parallel betreibbar sind, um eine gleichmäßige Taktung durch die gesamte Anlage zu gewährleisten.Here, too, similar process chambers can be provided which can be operated in parallel for longer-lasting process steps in order to ensure uniform clocking through the entire system.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Laserkammer Elemente zum Vorheizen oder zum Kühlen der Substrate auf, vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 150 bis 250 °C, vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 180 bis 220 °C.According to a further embodiment of the invention, the laser chamber has elements for preheating or cooling the substrates, preferably to a temperature of about 150 to 250 ° C, preferably to a temperature of about 180 to 220 ° C.

Es hat sich gezeigt, dass die thermische Umwandlung der amorphen Siliziumschicht in eine polykristalline Siliziumschicht mit Hilfe des Lasers deutlich effektiver abläuft, wenn die Substrate in geeigneter Weise vorgeheizt werden.It has been found that the thermal conversion of the amorphous silicon layer into a polycrystalline silicon layer with the aid of the laser proceeds significantly more effectively if the substrates are preheated in a suitable manner.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Prozesskammern mit einem Heiz-/Kühlsystem, vorzugsweise mit einem Fluidkreislauf, etwa mit einem Ölkreislauf, versehen, um die Prozesskammern auf eine bestimmte Temperatur zu heizen oder zu kühlen, vorzugsweise auf eine Temperatur von 150 bis 200 °C, besonders bevorzugt auf eine Temperatur von etwa 200 °C.According to a further embodiment of the invention, the process chambers are provided with a heating / cooling system, preferably with a fluid circuit, such as an oil circuit, to heat or cool the process chambers to a certain temperature, preferably to a temperature of 150 to 200 ° C, more preferably at a temperature of about 200 ° C.

Durch die Verwendung eines derartigen Heiz-/Kühlsystems lassen sich die Substrate während der verschiedenen Prozessschritte besser auf einer optimalen Temperatur halten, wodurch sich insgesamt eine deutlich höhere Prozesssicherheit und eine höhere Qualität der Beschichtung ergibt.By using such a heating / cooling system, the substrates can be kept better at an optimum temperature during the various process steps, resulting in a significantly higher overall process reliability and a higher quality of the coating.

Wie bereits erwähnt, kann die Beschichtung mit einer amorphen Siliziumschicht mittels eines CVD-Verfahrens, vorzugsweise mittels eines PECVD-Verfahrens, unter Vakuum bei einer Beschichtungstemperatur von 150 bis 250 °C, vorzugsweise von 180 bis 220 °C, besonders bevorzugt bei etwa 200 °C durchgeführt werden.As already mentioned, the coating with an amorphous silicon layer by means of a CVD method, preferably by means of a PECVD method, under vacuum at a coating temperature of 150 to 250 ° C, preferably from 180 to 220 ° C, more preferably at about 200 ° C be performed.

Hierzu werden die Substrate vor dem Beschichten vorzugsweise auf die Beschichtungstemperatur vorgeheizt oder zumindest teilweise bis auf die Beschichtungstemperatur vorgeheizt.For this purpose, the substrates are preferably preheated to the coating temperature before coating or at least partially preheated to the coating temperature.

Zur Beschichtung wird ein Gemisch aus Silan (SiH4) und einem Schutzgas, vorzugsweise Argon, vorzugsweise mit einem Mischungsverhältnis von etwa 1:3 bis 1:6, besonders bevorzugt von etwa 1:5 von Silan zu Argon zugeführt, vorzugsweise mit einem Druck von etwa 0,5 bis 10 mbar, weiter bevorzugt mit einem Druck von 1 bis 5 mbar.For coating, a mixture of silane (SiH 4 ) and a protective gas, preferably argon, preferably with a mixing ratio of about 1: 3 to 1: 6, more preferably from about 1: 5 of silane to argon, preferably at a pressure of about 0.5 to 10 mbar, more preferably at a pressure of 1 to 5 mbar.

Auf diese Weise lassen sich hochwertige amorphe Siliziumschichten auftragen.In this way, high-quality amorphous silicon layers can be applied.

Für eine Schichtdicke von etwa 50 nm wird hierbei meist eine Beschichtungszeit von etwa 0,3 bis 3 min, vorzugsweise von etwa 0,5 bis 1,5 min, weiter bevorzugt von etwa 1 min, eingehalten.For a layer thickness of about 50 nm, a coating time of about 0.3 to 3 minutes, preferably of about 0.5 to 1.5 minutes, more preferably of about 1 minute, is usually followed.

Alternativ lässt sich die amorphe Siliziumschicht auch mittels beliebiger anderer Vakuumbeschichtungsverfahren, insbesondere mittels eines Sputter-Verfahrens erzeugen.Alternatively, the amorphous silicon layer can also be produced by means of any other vacuum coating method, in particular by means of a sputtering method.

Zur thermischen Desorption von Wasserstoff werden die Substrate vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 150 bis 300 °C, vorzugsweise von etwa 180 bis 250 °C aufgeheizt, besonders bevorzugt auf eine Temperatur von etwa 200 bis 220 °C, und vorzugsweise etwa 0,5 bis 5 min, weiter bevorzugt etwa 1 bis 3 min bei dieser Temperatur gehalten.For the thermal desorption of hydrogen, the substrates are preferably heated to a temperature of about 150 to 300 ° C, preferably from about 180 to 250 ° C, more preferably to a temperature of about 200 to 220 ° C, and preferably about 0.5 to Held for 5 minutes, more preferably for about 1 to 3 minutes at this temperature.

Weiter bevorzugt werden die Substrate im noch warmen Zustand in eine Laserkammer übergeben und dort mittels eines Excimer-Lasers, vorzugsweise mit 308 nm, oder mittels eines Grünlichtlasers, vorzugsweise mit 532 nm, behandelt, um die amorphe Siliziumschicht in eine polykristalline Siliziumschicht umzuwandeln.More preferably, the substrates are in the still warm state in a laser chamber passed and treated there by means of an excimer laser, preferably at 308 nm, or by means of a green light laser, preferably with 532 nm, to convert the amorphous silicon layer into a polycrystalline silicon layer.

Vorzugsweise werden die Substrate während der Laserbehandlung auf einer mittleren Substrattemperatur (gemessen an ihrer Auflagefläche auf einem Substratträger) von etwa 100 bis 250 °C, vorzugsweise von etwa 100 bis 200 °C, weiter bevorzugt von etwa 150 bis 200 °C, gehalten.Preferably, during the laser treatment, the substrates are maintained at an average substrate temperature (as measured on their support surface on a substrate support) of about 100 to 250 ° C, preferably about 100 to 200 ° C, more preferably about 150 to 200 ° C.

Es hat sich gezeigt, dass hierdurch der Laserprozess verkürzt werden kann und eine besonders hohe Qualität gewährleistet werden kann.It has been shown that in this way the laser process can be shortened and a particularly high quality can be ensured.

Weiter bevorzugt werden die Substrate während der Laserbehandlung relativ zu einer Lasereinheit bewegt, die einen linienförmig aufgeweiteten Laserstrahl ausgibt, vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,5 bis 5 cm/s, weiter bevorzugt mit 1 bis 3 cm/s, besonders bevorzugt mit etwa 1 bis 2 cm/s.More preferably, during the laser treatment, the substrates are moved relative to a laser unit which outputs a linearly expanded laser beam, preferably at a speed of about 0.5 to 5 cm / s, more preferably 1 to 3 cm / s, more preferably about 1 to 2 cm / s.

Auf diese Weise lässt sich eine sichere Umwandlung der amorphen Siliziumschicht in eine polykristalline Siliziumschicht mit hoher Qualität gewährleisten.In this way, a safe conversion of the amorphous silicon layer into a high-quality polycrystalline silicon layer can be ensured.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung der Erfindung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.It is understood that the above-mentioned and below to be explained features of the invention not only in the particular combination, but also in other combinations or in isolation of the invention can be used without departing from the scope of the invention.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the drawings. Show it:

1 eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Anlage in Linearanordnung in schematischer Darstellung; 1 a first embodiment of a system according to the invention in linear arrangement in a schematic representation;

2 eine zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen Anlage in sternförmiger Anordnung mit einer zentralen Transferkammer, in schematischer Darstellung; 2 a second embodiment of a system according to the invention in a star-shaped arrangement with a central transfer chamber, in a schematic representation;

3 eine vereinfachte Schnittdarstellung einer Beschichtungskammer zur Beschichtung mit amorphem Silizium unter Verwendung des PECVD-Verfahrens; 3 a simplified sectional view of a coating chamber for coating with amorphous silicon using the PECVD method;

4 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung einer alternativen Beschichtungskammer unter Verwendung eines Sputter-Verfahrens zur Beschichtung mit amorphem Silizium und 4 a simplified schematic sectional view of an alternative coating chamber using a sputtering process for coating with amorphous silicon and

5 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Laserkammer zur Umwandlung der amorphen Siliziumbeschichtung in eine polykristalline Siliziumschicht. 5 a simplified schematic representation of a laser chamber for converting the amorphous silicon coating in a polycrystalline silicon layer.

In 1 ist eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Anlage schematisch dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet.In 1 a first embodiment of a system according to the invention is shown schematically and in total with the numeral 10 designated.

Die Anlage 10 umfasst eine Mehrzahl von Prozesskammern, die in einer Linearanordnung hintereinander angeordnet sind, wobei die einzelnen Prozesskammern durch Trennmittel, etwa in Form von beweglichen Schotten 26, vorzugsweise luftdicht gegeneinander abtrennbar sind.The attachment 10 comprises a plurality of process chambers, which are arranged in a linear arrangement one behind the other, wherein the individual process chambers by separating means, such as in the form of movable bulkheads 26 , preferably airtight to each other are separable.

Die einzelnen Substrate, etwa Glassubstrate, wie sie für TFT-Displays vorgesehen sind, durchlaufen die Anlage 10 in Richtung der Pfeile 11, 25.The individual substrates, such as glass substrates, such as those intended for TFT displays, pass through the system 10 in the direction of the arrows 11 . 25 ,

Die Anlage 10 weist eine Einschleuskammer 12 auf, die nach außen hin luftdicht über ein Schott 26 verschließbar ist. Nachfolgend ist eine Beschichtungskammer 14 zur Beschichtung der Substrate mit einer amorphen Siliziumschicht etwa mittels eines PECVD-Verfahrens (vgl. 3) oder mittels eines Sputter-Verfahrens (vgl. 4) vorgesehen. Hieran schließt sich eine Heizkammer 16 mit Heizelementen 18 an, die zur thermischen Desorption von Wasserstoff aus dem vorhergehenden Beschichtungsprozess vorgesehen ist. Daran schließt sich eine Laserkammer 20 mit einer Lasereinheit 22 an, unter der die Substrate durchgefahren werden. Anschließend werden die Substrate über eine Ausschleuskammer 24 aus der Anlage 10 wieder nach außen ausgeschleust.The attachment 10 has a Einschleuskammer 12 on, the outside airtight on a bulkhead 26 is closable. Below is a coating chamber 14 for coating the substrates with an amorphous silicon layer, for example by means of a PECVD method (cf. 3 ) or by means of a sputtering process (cf. 4 ) intended. This is followed by a heating chamber 16 with heating elements 18 which is provided for the thermal desorption of hydrogen from the preceding coating process. This is followed by a laser chamber 20 with a laser unit 22 at, under which the substrates are driven through. Subsequently, the substrates via a discharge chamber 24 from the plant 10 discharged again to the outside.

2 zeigt ein alternatives Design der erfindungsgemäßen Anlage, die insgesamt mit Ziffer 10a bezeichnet ist. 2 shows an alternative design of the system according to the invention, the total with numeral 10a is designated.

Im Unterschied zur Linearanordnung gemäß 1 handelt es sich hierbei um eine Anordnung mit einer zentralen Transferkammer 28, um die herum die übrigen Prozesskammern nach außen angrenzend angeordnet sind, so dass sich, wie hier dargestellt, ein kreuzförmiges Design ergibt. Alternativ könnte die Transferkammer 28 statt einer quadratischen Grundfläche auch eine fünfeckige oder allgemein eine oktaedrische Form aufweisen, so dass sich außen an die Transferkammer insgesamt fünf oder mehr Prozesskammern anschließen würden.In contrast to the linear arrangement according to 1 this is an arrangement with a central transfer chamber 28 around which the remaining process chambers are arranged outwardly adjacent, so that, as shown here, results in a cross-shaped design. Alternatively, the transfer chamber could 28 Instead of a square base area also have a pentagonal or generally an octahedral shape, so that would join the outside of the transfer chamber a total of five or more process chambers.

Eine derartige Anordnung weist im Vergleich zu der Anordnung gemäß 1 insgesamt eine höhere Flexibilität auf und erleichtert es, verschiedene Prozesse parallel zu fahren. Such an arrangement has in comparison to the arrangement according to 1 Overall, a higher flexibility and makes it easier to drive different processes in parallel.

Die zentrale Transferkammer 28 weist hierbei eine Handlingeinrichtung ein, mittels derer die Substrate auf ihren Substratträgern jeweils zur Nachbarkammer bewegt werden können. Außerdem ist die Transferkammer vorzugsweise mit Heizelementen 18 versehen, so dass in der Transferkammer auch eine Vorheizung von Substraten für nachfolgende Prozesse durchgeführt werden kann, oder eine thermische Desorption von Wasserstoff. The central transfer chamber 28 has here a handling device, by means of which the substrates can be moved on their substrate carriers in each case to the adjacent chamber. In addition, the transfer chamber is preferably with heating elements 18 provided so that in the transfer chamber also a preheating of substrates for subsequent processes can be performed, or a thermal desorption of hydrogen.

Die Transferkammer ist gegenüber allen angrenzenden Kammern jeweils über ein Schott 26 luftdicht verschließbar, so dass die einzelnen Prozesse unabhängig voneinander ablaufen können.The transfer chamber is in front of all adjacent chambers each with a bulkhead 26 hermetically sealed, so that the individual processes can run independently.

In 2 ist schematisch eine parallele Anordnung von zwei Beschichtungskammern 14, 30 gezeigt, was dann sinnvoll ist, wenn der Beschichtungsprozess länger dauert als die thermische Desorption von Wasserstoff. Sollte dagegen etwa die thermische Desorption von Wasserstoff und ggf. ein Vorheizen länger in Anspruch nehmen als etwa der Beschichtungsprozess, so könnte eine der beiden Kammern, etwa die Kammer 30 stattdessen etwa als zusätzliche Heizkammer ausgebildet sein.In 2 schematically is a parallel arrangement of two coating chambers 14 . 30 shown what makes sense if the coating process takes longer than the thermal desorption of hydrogen. If, on the other hand, the thermal desorption of hydrogen and, possibly, preheating take longer than, say, the coating process, one of the two chambers, such as the chamber, could take longer 30 instead be designed as an additional heating chamber.

In 3 ist eine erste Ausführung einer Beschichtungskammer 14 schematisch dargestellt. In 3 is a first embodiment of a coating chamber 14 shown schematically.

Die Beschichtungskammer 14 weist ein Gehäuse 34 auf, das luftdicht ausgeführt ist und an einer Seitenwand ein Schott 26 besitzt, das ein Ein- oder Ausfahren von Substraten 44 auf Substratträgern 42 im geöffneten Zustand erlaubt. Der Innenraum 32 der Beschichtungskammer 14 kann über eine Absaugleitung 36 und eine daran angeschlossene Vakuumpumpe 38 evakuiert werden.The coating chamber 14 has a housing 34 on, which is designed airtight and on a side wall a bulkhead 26 owns, that is a retraction or extension of substrates 44 on substrate carriers 42 allowed in the open state. The interior 32 the coating chamber 14 can via a suction line 36 and a connected vacuum pump 38 be evacuated.

Die Substrate 44 liegen auf einem Substrathalter 42, der mittels eines Antriebs 50 in die Beschichtungskammer 14 eingefahren werden kann, oder daraus ausgefahren werden kann und auf einem Aufnahmetisch 46 abgelegt werden kann. Der Aufnahmetisch 46 weist eine Reihe von integrierten Heizelementen 48 (zum Beispiel Widerstandsheizelemente) auf, die im Aufnahmetisch 46 verteilt sind und ggf. einzeln oder in Gruppen angesteuert werden können, um eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung zu ermöglichen.The substrates 44 lie on a substrate holder 42 that by means of a drive 50 in the coating chamber 14 can be retracted, or can be extended from it and on a shooting table 46 can be stored. The shooting table 46 has a number of integrated heating elements 48 (For example, resistance heaters), which in the shooting table 46 are distributed and may be controlled individually or in groups, to allow the most uniform temperature distribution.

Oberhalb des Aufnahmetisches 46 befindet sich eine Elektrode 52, die rahmenförmig ausgebildet ist und in der eine Reihe von Gasaustrittsöffnungen 54 vorgesehen sind, um Prozessgase, die über eine Gaszufuhrleitung 40 zugeführt werden, möglichst gleichmäßig in Richtung auf die Substratoberfläche austreten zu lassen („Shower-Head-Prinzip“). Der Aufnahmetisch 46 wird dabei als Gegenelektrode zur Elektrode 52 geschaltet.Above the shooting table 46 there is an electrode 52 , which is formed like a frame and in a number of gas outlet openings 54 are provided to process gases via a gas supply line 40 be fed as uniformly as possible in the direction of the substrate surface to emerge ("shower-head principle"). The shooting table 46 is doing as a counter electrode to the electrode 52 connected.

Um etwa eine 50 nm Dicke amorphe Siliziumschicht auf einem Glassubstrat 44 abzuscheiden, werden die Substrate 44 mittels der Heizelemente 48 im Aufnahmetisch 46 auf eine Beschichtungstemperatur von etwa 200 °C vorgeheizt, und dann wird Silan (SiH4) gemischt mit Argon zugeführt. Das Mischungsverhältnis von (SiH4) zu Argon beträgt etwa 1:5. Der Druck liegt bei 1 bis 5 mbar. Für eine Schichtdicke von etwa 50 nm reicht etwa 1 min Beschichtungszeit aus. To about a 50 nm thick amorphous silicon layer on a glass substrate 44 to separate, become the substrates 44 by means of the heating elements 48 in the shooting table 46 preheated to a coating temperature of about 200 ° C, and then silane (SiH 4 ) mixed with argon is fed. The mixing ratio of (SiH 4 ) to argon is about 1: 5. The pressure is 1 to 5 mbar. For a layer thickness of about 50 nm, about 1 min coating time is sufficient.

Alternativ kann eine Beschichtung mit einer amorphen Siliziumschicht mittels einer Sputter-Verfahrens in einer Beschichtungskammer 14a (vgl. 4) durchgeführt werden.Alternatively, a coating with an amorphous silicon layer by means of a sputtering process in a coating chamber 14a (see. 4 ) be performed.

Hierbei wird an einer Elektrode 52, die in geringem Abstand oberhalb der Substrate 44 angeordnet ist, ein Target 56 aus Silizium befestigt. Die Elektrode 52 wird mit einem HF-Generator 58 gekoppelt, während die Substrate 44 als Gegenelektrode geschaltet werden.This is done on an electrode 52 at close range above the substrates 44 is arranged, a target 56 made of silicon. The electrode 52 comes with an RF generator 58 coupled while the substrates 44 be switched as a counter electrode.

Der Innenraum 32 der Beschichtungskammer 14a wird evakuiert und es wird ein Prozessgas, vorzugsweise Argon, zugeführt, das durch die HF-Spannungsquelle in ein Plasma umgesetzt wird. Die so erzeugten Ionen schlagen auf das Target 56 ein, wodurch sich eine amorphe Siliziumschicht auf den Substraten 44 abscheidet.The interior 32 the coating chamber 14a is evacuated and it is a process gas, preferably argon, fed, which is converted by the RF voltage source in a plasma. The ions thus generated hit the target 56 a, resulting in an amorphous silicon layer on the substrates 44 separates.

Nach der Aufbringung der amorphen Siliziumschicht in einer der Beschichtungskammern 14, 14a erfolgt eine thermische Desorption von Wasserstoff, was entweder gemäß 1 in einer hierzu besonders vorgesehenen Heizkammer mit Heizelementen 18 durchgeführt werden kann, oder aber etwa gemäß 2 in der Transferkammer 28, die gleichfalls mit entsprechenden Heizelementen ausgestattet ist.After application of the amorphous silicon layer in one of the coating chambers 14 . 14a there is a thermal desorption of hydrogen, which either according to 1 in a specially provided for this heating chamber with heating elements 18 can be performed, or about according to 2 in the transfer chamber 28 , which is also equipped with appropriate heating elements.

Die thermische Desorption von Wasserstoff wird bei 150 bis 300 °C, vorzugsweise bei 180 bis 250 °C, vorzugsweise bei etwa 200 bis 220 °C durchgeführt. Hierbei reicht eine Desorptionszeit von 0,5 bis 5 min, bevorzugt von etwa 1 bis 3 min aus. The thermal desorption of hydrogen is carried out at 150 to 300 ° C, preferably at 180 to 250 ° C, preferably at about 200 to 220 ° C. In this case, a desorption time of 0.5 to 5 minutes, preferably from about 1 to 3 minutes is sufficient.

Nach der thermischen Desorption wird die amorphe Siliziumschicht in der Laserkammer 20 lokal aufgeheizt und in eine polykristalline Siliziumschicht umgewandelt, wobei das darunterliegende Substrat 44 möglichst kaum thermisch beeinflusst wird.After thermal desorption, the amorphous silicon layer in the laser chamber 20 locally heated and converted into a polycrystalline silicon layer, wherein the underlying substrate 44 as little as possible thermally influenced.

5 zeigt eine Laserkammer 20 mit einem luftdicht abschließbaren Gehäuse 34, in das die Substratträger 42 bei geöffnetem Schott 26 eingefahren bzw. ausgefahren werden können. Etwa in der Mitte der Laserkammer 20 ist an der Decke eine Lasereinheit 22 mit einem Laser 60 und einer damit gekoppelten Optik 62 vorgesehen. Die Optik 62 erlaubt eine Aufweitung des Laserstrahls auf eine Streifenform. Die Substrate 44 können mittels des Antriebs 50 unter der Lasereinheit 22 durchgefahren werden, so dass der streifenförmig aufgeweitete Laserstrahl 64 nach und nach mit der gesamten Substratoberfläche in Kontakt kommt. Die Geschwindigkeit, mit der die Substrate 44 unter der Lasereinheit durchgefahren werden, liegt bei etwa 0,5 bis 5 cm/s, bevorzugt bei 1 bis 3 cm/s, besonders bevorzugt bei etwa 1 bis 2 cm/s, oder insbesondere bei 1,5 cm/s. 5 shows a laser chamber 20 with an airtight lockable housing 34 into which the substrate carrier 42 with the bulkhead open 26 can be retracted or extended. Approximately in the middle of the laser chamber 20 is a laser unit on the ceiling 22 with a laser 60 and a coupled optics 62 intended. The optics 62 allows a widening of the laser beam on a Strip form. The substrates 44 can by means of the drive 50 under the laser unit 22 be driven through, so that the strip-shaped widened laser beam 64 gradually comes into contact with the entire substrate surface. The speed with which the substrates 44 are traversed under the laser unit is about 0.5 to 5 cm / s, preferably at 1 to 3 cm / s, more preferably at about 1 to 2 cm / s, or in particular at 1.5 cm / s.

Beim Laser handelt es sich entweder um einen Excimer-Laser mit einer Wellenlänge von 308 nm oder um einen Grünlichtlaser mit einer Wellenlänge von 532 nm. die Substrate werden mit einer Geschwindigkeit von bevorzugt etwa 1,5 cm/s unter dem aufgeweiteten Laserstrahl durchbewegt.The laser is either an excimer laser with a wavelength of 308 nm or a green light laser with a wavelength of 532 nm. The substrates are moved at a speed of preferably about 1.5 cm / s under the expanded laser beam.

Es hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn die Substrate 44 für den Laserschritt auf eine Substrattemperatur von etwa 100 bis 250 °C, vorzugsweise von etwa 100 bis 200 °C, besonders bevorzugt von etwa 150 bis 200 °C vorgeheizt werden.It has been shown that it is advantageous if the substrates 44 for the laser step to a substrate temperature of about 100 to 250 ° C, preferably from about 100 to 200 ° C, more preferably preheated from about 150 to 200 ° C.

Hierzu befinden sich ein oder mehrere Heizelemente 66 im Eingangsbereich der Laserkammer 20. Es kann sich hierbei beispielsweise um IR-Strahler handeln.For this purpose there are one or more heating elements 66 in the entrance area of the laser chamber 20 , This may be, for example, IR emitters.

Vorzugsweise werden die Substrate 44 aus dem vorherigen thermischen Desorptionsprozess im noch warmen Zustand in die Laserkammer 20 eingefahren, so dass ggf. keine weitere Vorheizung für den Laserprozess notwendig ist. Preferably, the substrates become 44 from the previous thermal desorption process while still warm in the laser chamber 20 retracted, so that, if necessary, no further preheating for the laser process is necessary.

Als weitere Alternative können sämtliche Prozesskammern mit einem Heiz-/Kühlsystem versehen sein, das schematisch in 5 mit 68 angedeutet ist. Hierbei können etwa im Gehäuse 34 der einzelnen Prozesskammern Rohre 70 verlaufen, durch ein Fluid geführt wird, das auf eine geeignete Prozesstemperatur für die gesamte Anlage 10 bzw. 10a geheizt bzw. gekühlt wird. Auf diese Weise können sämtliche Prozesskammern der Anlage 10 bzw. 10a auf einer für die einzelnen Prozessschritte besonders geeigneten Temperatur, bzw. 150 bis 200 °C, insbesondere auf etwa 200 °C gehalten werden.As a further alternative, all process chambers may be provided with a heating / cooling system, which is schematically shown in FIG 5 With 68 is indicated. Here, for example, in the housing 34 the individual process chambers tubes 70 run, is guided by a fluid that is at a suitable process temperature for the entire system 10 respectively. 10a is heated or cooled. In this way, all process chambers of the plant 10 respectively. 10a be kept at a particularly suitable for the individual process steps temperature, or 150 to 200 ° C, in particular to about 200 ° C.

Insgesamt wird die Anlage gemäß 1 oder gemäß 2 derart ausgelegt, dass eine möglichst gleichmäßige Taktung durch die gesamte Anlage ohne Verzögerungen gewährleistet ist.Overall, the system is in accordance with 1 or according to 2 designed so that a uniform as possible timing is guaranteed by the entire system without delays.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 6403497 B1 [0003] US 6403497 B1 [0003]
  • WO 01/59818 A1 [0006] WO 01/59818 A1 [0006]
  • WO 2010/069287 A2 [0008] WO 2010/069287 A2 [0008]

Claims (23)

Anlage zur Beschichtung von Substraten mit polykristallinem Silizium, mit einer Mehrzahl von Prozesskammern (12, 14, 16, 18, 20, 24, 28, 30, 14a) zur Beschichtung von Substraten (44) mit amorphem Silizium, zur thermischen Desorption von Wasserstoff und zum Umwandeln der amorphen Siliziumschicht mit Hilfe eines Lasers (60) in eine polykristalline Siliziumschicht, und mit mindestens einer Schleuse (12, 24) zum Einschleusen und Ausschleusen von Substraten (44) in die Prozesskammern (12, 14, 16, 18, 20, 24, 28, 30, 14a), wobei zumindest eine Prozesskammer als Beschichtungskammer (14, 30, 14a) zur Vakuumbeschichtung von Substraten (44) mit amorphem Silizium, wobei zumindest eine Prozesskammer (16, 28) zur thermischen Desorption von Wasserstoff aus der Siliziumschicht ausgebildet ist, und zumindest eine Prozesskammer als Laserkammer (20) zum Umwandeln der amorphen Siliziumschicht in eine polykristalline Siliziumschicht mittels eines Laserstrahls ausgebildet ist, wobei die Prozesskammern 12, 14, 16, 18, 20, 24, 28, 30, 14a) unter Vakuum oder Schutzgas betreibbar sind und wobei die Prozesskammern (12, 14, 16, 18, 20, 24, 28, 30, 14a) derart miteinander gekoppelt sind, dass die Schritte Beschichten mit amorphem Silizium, thermisches Desorbieren von Wasserstoff und Umwandlung in eine polykristalline Siliziumschicht nacheinander ohne eine zwischenzeitliche Ausschleusung aus der Anlage (10, 10a) durchführbar sind.Plant for coating substrates with polycrystalline silicon, having a plurality of process chambers ( 12 . 14 . 16 . 18 . 20 . 24 . 28 . 30 . 14a ) for coating substrates ( 44 ) with amorphous silicon, for the thermal desorption of hydrogen and for converting the amorphous silicon layer by means of a laser ( 60 ) in a polycrystalline silicon layer, and with at least one lock ( 12 . 24 ) for introducing and removing substrates ( 44 ) into the process chambers ( 12 . 14 . 16 . 18 . 20 . 24 . 28 . 30 . 14a ), wherein at least one process chamber as a coating chamber ( 14 . 30 . 14a ) for vacuum coating of substrates ( 44 ) with amorphous silicon, wherein at least one process chamber ( 16 . 28 ) is formed for the thermal desorption of hydrogen from the silicon layer, and at least one process chamber as a laser chamber ( 20 ) for converting the amorphous silicon layer into a polycrystalline silicon layer by means of a laser beam, wherein the process chambers 12 . 14 . 16 . 18 . 20 . 24 . 28 . 30 . 14a ) are operated under vacuum or inert gas and wherein the process chambers ( 12 . 14 . 16 . 18 . 20 . 24 . 28 . 30 . 14a ) are coupled together in such a way that the steps of coating with amorphous silicon, thermal desorbing of hydrogen and conversion into a polycrystalline silicon layer successively without an interim discharge from the plant ( 10 . 10a ) are feasible. Anlage nach Anspruch 1, bei der die einzelnen Prozesskammern (12, 14, 16, 18, 20, 24, 28, 30, 14a) derart miteinander gekoppelt sind, dass ein Durchlauf von Substraten (44) durch die Anlage (10, 10a) mit einer gleichmäßigen Taktung erfolgt.Plant according to claim 1, in which the individual process chambers ( 12 . 14 . 16 . 18 . 20 . 24 . 28 . 30 . 14a ) are coupled together in such a way that a passage of substrates ( 44 ) through the annex ( 10 . 10a ) takes place with a uniform timing. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Beschichtungskammer (14, 30) zur CVD-Beschichtung, insbesondere mittels eines PECVD-Verfahrens ausgebildet ist und einen beheizbaren Aufnahmetisch (46) zur Aufnahme von Substraten (44) aufweist, sowie eine Elektrode (52) oberhalb des Aufnahmetisches (46) und eine Gaszufuhr (40) zur Zuführung von Prozessgasen, vorzugsweise mit Ausströmöffnungen (54) in der Elektrode (52).Plant according to Claim 1 or 2, in which the coating chamber ( 14 . 30 ) for CVD coating, in particular by means of a PECVD method is formed and a heated receiving table ( 46 ) for receiving substrates ( 44 ), and an electrode ( 52 ) above the receiving table ( 46 ) and a gas supply ( 40 ) for the supply of process gases, preferably with outflow openings ( 54 ) in the electrode ( 52 ). Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Prozesskammer zur thermischen Desorption von Wasserstoff mit der Beschichtungskammer (14, 30) kombiniert ist oder als separate Prozesskammer (16, 28) ausgebildet ist.Plant according to one of the preceding claims, in which the process chamber for the thermal desorption of hydrogen with the coating chamber ( 14 . 30 ) or as a separate process chamber ( 16 . 28 ) is trained. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zumindest eine Prozesskammer als Heizkammer (16, 28) mit Heizelementen (18) ausgebildet ist, die zur Vorheizung von Substraten (44) auf eine bestimmte Prozesstemperatur für die Beschichtung mit amorphem Silizium und/oder für die Laserbehandlung und/oder zur thermischen Desorption von Wasserstoff ausgebildet ist.Installation according to one of the preceding claims, in which at least one process chamber is used as heating chamber ( 16 . 28 ) with heating elements ( 18 ), which is used for preheating substrates ( 44 ) is designed for a specific process temperature for the coating with amorphous silicon and / or for the laser treatment and / or for the thermal desorption of hydrogen. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Laserkammer (20) eine Lasereinheit (22) mit einem Excimer-Laser, vorzugsweise mit einer Wellenlänge von 308 Nanometer, oder einem Grünlichtlaser (60), vorzugsweise mit einer Wellenlänge von 532 Nanometer, und mit einer Optik (62) zur Aufweitung des Laserstrahls auf einen Streifen aufweist und Mittel zur Relativbewegung zwischen der Lasereinheit (22) und den Substraten (44), vorzugsweise zur Bewegung der Substrate (44) relativ zur Lasereinheit (22).Plant according to one of the preceding claims, in which the laser chamber ( 20 ) a laser unit ( 22 ) with an excimer laser, preferably with a wavelength of 308 Nanometer, or a green light laser ( 60 ), preferably with a wavelength of 532 Nanometer, and with an optic ( 62 ) for expanding the laser beam onto a strip and means for relative movement between the laser unit ( 22 ) and the substrates ( 44 ), preferably for moving the substrates ( 44 ) relative to the laser unit ( 22 ). Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zwischen einigen der Prozesskammern (12, 14, 16, 18, 20, 24, 28, 30, 14a), vorzugsweise zwischen allen Prozesskammern, Trennmittel zum Abtrennen, insbesondere verschließbare Schotts (26), vorgesehen sind.Plant according to one of the preceding claims, in which between some of the process chambers ( 12 . 14 . 16 . 18 . 20 . 24 . 28 . 30 . 14a ), preferably between all process chambers, separation means for separating, in particular closable bulkheads ( 26 ) are provided. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Beschichtungskammer eine Heizeinrichtung (14) zur Vorheizung der Substrate (44) auf eine Temperatur von etwa 150 bis 220 °C, vorzugsweise auf etwa 180 bis 210 °C, besonders bevorzugt auf etwa 200 °C zum Beschichten aufweist. Plant according to one of the preceding claims, in which the coating chamber has a heating device ( 14 ) for preheating the substrates ( 44 ) to a temperature of about 150 to 220 ° C, preferably to about 180 to 210 ° C, more preferably to about 200 ° C for coating. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine Einschleuskammer (12) zum Einschleusen von Substraten (44), die Beschichtungskammer (14, 30, 14a) die Prozesskammer zur thermischen Desorption von Wasserstoff, die Laserkammer (20) und eine Ausschleuskammer (24) zum Ausschleusen von Substraten (44) hintereinander angeordnet sind und, soweit notwendig, zur Erzeugung eines gleichmäßig getakteten Durchlaufs einige Prozesskammern parallel angeordnet sind.Plant according to one of the preceding claims, in which an infeed chamber ( 12 ) for introducing substrates ( 44 ), the coating chamber ( 14 . 30 . 14a ) the process chamber for the thermal desorption of hydrogen, the laser chamber ( 20 ) and a reject chamber ( 24 ) for discharging substrates ( 44 ) are arranged one behind the other and, as far as necessary, some process chambers are arranged in parallel to produce a uniformly cycled passage. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der eine Prozesskammer (28) als zentrale Transferkammer ausgebildet ist, die vorzugsweise auch Heizelemente aufweist, wobei die weiteren Prozesskammern sternförmig um die Transferkammer herum angeordnet sind, und wobei vorzugsweise eine gemeinsame Kammer (12) zum Ein- und Ausschleusen von Substraten (44) vorgesehen ist.Plant according to one of Claims 1 to 8, in which a process chamber ( 28 ) is formed as a central transfer chamber, which preferably also has heating elements, wherein the further process chambers are arranged in a star shape around the transfer chamber, and wherein preferably a common chamber ( 12 ) for introducing and removing substrates ( 44 ) is provided. Anlage nach Anspruch 10, bei der mehrere gleichartige Prozesskammern (14, 30) vorgesehen sind, die bei länger dauernden Prozessschritten parallel betreibbar sind, um eine gleichmäßige Taktung durch die gesamte Anlage (10, 10a) zu gewährleisten.Plant according to Claim 10, in which several similar process chambers ( 14 . 30 ) are provided, which can be operated in parallel with longer-lasting process steps in order to ensure uniform clocking through the entire plant ( 10 . 10a ) to ensure. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Laserkammer (20) Elemente (66) zum Vorheizen oder zum Kühlen der Substrate (44) aufweist, vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 150 bis 250 °C, vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 180 bis 220 °C.Plant according to one of the preceding claims, in which the laser chamber ( 20 ) Elements ( 66 ) for preheating or cooling the substrates ( 44 ), preferably to a temperature of about 150 to 250 ° C, preferably to a temperature of about 180 to 220 ° C. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Prozesskammern (12, 14, 16, 18, 20, 24, 28, 30, 14a) mit einem Heiz-/Kühlsystem, vorzugsweise mit einem Fluidkreislauf, etwa mit einem Ölkreislauf, versehen sind, um die Prozesskammern (12, 14, 16, 18, 20, 24, 28, 30, 14a) auf eine bestimmte Temperatur zu heizen oder zu kühlen, vorzugsweise auf eine Temperatur von 150 bis 200 °C, besonders bevorzugt auf eine Temperatur von etwa 200 °C. Plant according to one of the preceding claims, in which the process chambers ( 12 . 14 . 16 . 18 . 20 . 24 . 28 . 30 . 14a ) are provided with a heating / cooling system, preferably with a fluid circuit, such as an oil circuit, around the process chambers ( 12 . 14 . 16 . 18 . 20 . 24 . 28 . 30 . 14a ) to a certain temperature or to cool, preferably to a temperature of 150 to 200 ° C, more preferably to a temperature of about 200 ° C. Verfahren zum Beschichten von Substraten mit polykristallinem Silizium, mit den folgenden Schritten: – Einschleusen von Substraten (44) in eine Anlage (10, 10a) mit mehreren Prozesskammern (12, 14, 16, 18, 20, 24, 28, 30, 14a), die luftdicht miteinander koppelbar sind, – Vakuumbeschichten der Substrate (44) mit einer amorphen Siliziumschicht in zumindest einer (14, 30, 14a) der Prozesskammern, – Aufheizen der Substrate (44) zur thermischen Desorption von Wasserstoff aus der Siliziumschicht, und – Aufschmelzen der amorphen Siliziumschicht mittels eines Lasers (60) zur Umwandlung in eine polykristalline Siliziumschicht.Process for coating substrates with polycrystalline silicon, comprising the following steps: - introducing substrates ( 44 ) in an annex ( 10 . 10a ) with several process chambers ( 12 . 14 . 16 . 18 . 20 . 24 . 28 . 30 . 14a ), which are airtight coupled to each other, - Vacuum coating of the substrates ( 44 ) with an amorphous silicon layer in at least one ( 14 . 30 . 14a ) of the process chambers, - heating of the substrates ( 44 ) for the thermal desorption of hydrogen from the silicon layer, and - melting of the amorphous silicon layer by means of a laser ( 60 ) for conversion into a polycrystalline silicon layer. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Beschichtung mit einer amorphen Siliziumschicht mittels eines CVD-Verfahrens, vorzugsweise mittels eines PECVD-Verfahrens, unter Vakuum bei einer Beschichtungstemperatur von 150 bis 250 °C, vorzugsweise von 180 bis 220 °C, besonders bevorzugt bei etwa 200 °C durchgeführt wird.The method of claim 14, wherein the coating with an amorphous silicon layer by means of a CVD method, preferably by means of a PECVD method, under vacuum at a coating temperature of 150 to 250 ° C, preferably from 180 to 220 ° C, more preferably at about 200 ° C is performed. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Substrate (44) vor dem Beschichten zumindest teilweise auf die Beschichtungstemperatur vorgeheizt werden.Process according to claim 15, in which the substrates ( 44 ) are at least partially preheated to the coating temperature prior to coating. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem zur Beschichtung ein Gemisch aus Silan (SiH4) und einem Schutzgas, vorzugsweise Argon, vorzugsweise mit einem Mischungsverhältnis von etwa 1:3 bis 1:6, besonders bevorzugt von etwa 1:5 von Silan zu Argon zugeführt wird, vorzugsweise mit einem Druck von etwa 0,5 bis 10 mbar, weiter bevorzugt mit einem Druck von 1 bis 5 mbar.The method of claim 15 or 16, wherein for the coating, a mixture of silane (SiH 4 ) and a protective gas, preferably argon, preferably with a mixing ratio of about 1: 3 to 1: 6, more preferably from about 1: 5 of silane to Argon is supplied, preferably at a pressure of about 0.5 to 10 mbar, more preferably at a pressure of 1 to 5 mbar. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem für eine Schichtdicke von etwa 50 Nanometer eine Beschichtungszeit von etwa 0,3 bis 3 Minuten, vorzugsweise von etwa 0,5 bis 1,5 Minuten, weiter bevorzugt von etwa 1 Minute, eingehalten wird. Method according to one of claims 14 to 17, wherein for a layer thickness of about 50 nanometers, a coating time of about 0.3 to 3 minutes, preferably from about 0.5 to 1.5 minutes, more preferably about 1 minute, is maintained , Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die amorphe Siliziumschicht mittels eines Sputter-Verfahrens, eines ALD-Verfahrens, eines IBD-Verfahrens (Ion Beam Deposition oder eines Evaporation-Verfahrens (E-Beam und Thermal) aufgetragen wird.Method according to claim 14, in which the amorphous silicon layer is applied by means of a sputtering method, an ALD method, an IBD method (ion beam deposition or an evaporation method (e-beam and thermal). Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, bei dem die Substrate (44) zur Desorption von Wasserstoff auf eine Temperatur von etwa 150 bis 300 °C, vorzugsweise von etwa 180 bis 250 °C aufgeheizt werden, vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 200 bis 220 °C, und vorzugsweise etwa 0,5 bis 5 min, weiter bevorzugt etwa 1 bis 3 min bei dieser Temperatur gehalten werden.Method according to one of Claims 14 to 19, in which the substrates ( 44 ) are heated to a temperature of about 150 to 300 ° C, preferably from about 180 to 250 ° C for the desorption of hydrogen, preferably to a temperature of about 200 to 220 ° C, and preferably about 0.5 to 5 min, on preferably kept at this temperature for about 1 to 3 minutes. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, bei dem die Substrate (44) vorzugsweise im noch warmen Zustand in eine Laserkammer (20) übergeben werden und dort mittels eines Excimer-Lasers, vorzugsweise mit 308 nm, oder eines Grünlichtlasers, vorzugsweise mit 532 nm, behandelt, um die amorphe Siliziumschicht in eine polykristalline Siliziumschicht umzuwandeln.Method according to one of Claims 14 to 20, in which the substrates ( 44 ) preferably in the still warm state in a laser chamber ( 20 ) and there treated by means of an excimer laser, preferably 308 nm, or a green light laser, preferably 532 nm, to convert the amorphous silicon layer into a polycrystalline silicon layer. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, bei dem die Substrate (44) während der Laserbehandlung auf einer mittleren Substrattemperatur (gemessen an ihrer Auflagefläche auf einem Substratträger (42)) von etwa 100 bis 250 °C, vorzugsweise von etwa 100 bis 200 °C, weiter bevorzugt von etwa 150 bis 200 °C, gehalten werden.Process according to Claim 20 or 21, in which the substrates ( 44 ) during the laser treatment at an average substrate temperature (measured on its support surface on a substrate support ( 42 )) of about 100 to 250 ° C, preferably from about 100 to 200 ° C, more preferably from about 150 to 200 ° C, are held. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, bei dem die Substrate (44) während der Laserbehandlung relativ zu einer Lasereinheit (22) bewegt werden, die einen linienförmig aufgeweiteten Laserstrahl (64) ausgibt, vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,5 bis 5 cm/s, weiter bevorzugt mit 1 bis 3 cm/s, besonders bevorzugt mit etwa 1 bis 2 cm/s.Process according to Claim 21 or 22, in which the substrates ( 44 ) during the laser treatment relative to a laser unit ( 22 ) are moved, which a linearly widened laser beam ( 64 ), preferably at a rate of about 0.5 to 5 cm / s, more preferably 1 to 3 cm / s, more preferably about 1 to 2 cm / s.
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