KR101289789B1 - Apparatus and method for repeatedly fabricating thin film semiconductor substrates using a template - Google Patents
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Abstract
반도체 웨이퍼, 몇몇 실시예에서는 실리콘이, 고효율 박형 반도체 태양전지 기재를 가공하기 위한 기판 및 운반체의 역할을 하는데 반복적으로 이용되는 메커니즘이 개시된다. 일정한 품질 및 고수율로 이러한 기판의 반복적인 이용을 가능하게 하는 메커니즘이 개시된다.A mechanism is disclosed in which semiconductor wafers, in some embodiments silicon, are repeatedly used to serve as substrates and carriers for processing high efficiency thin semiconductor solar cell substrates. Mechanisms are disclosed that enable repetitive use of such substrates with consistent quality and high yield.
Description
본 발명은 일반적으로 태양전지 분야에 관한 것이고, 보다 상세하게는 반도체 기판으로부터 박막 태양전지 기재를 반복적으로 가공하는 분야에 관한 것이다.The present invention relates generally to the field of solar cells, and more particularly to the field of repetitive processing of thin film solar cell substrates from semiconductor substrates.
광전소자 분야에서, 본 발명은 박막 기재의 저비용 가공을 가능하게 하여, 반복적으로 이용될 수 있는 기판에 의한 태양전지 제조에 이용됨으로써, 상기 박막 기재를 가공한다. 본 발명의 기술 분야는, 기판을 재생하여 재사용 횟수를 늘리기 위한 목적으로, 박막 기재를 생성하고 상기 박막 기재를 생산하는데 이용되는 상기 기판을 처리하기 위한 몇몇 장치 및 방법을 포함한다.In the field of optoelectronic devices, the present invention enables low cost processing of thin film substrates, and thus is used in the manufacture of solar cells with substrates that can be used repeatedly, thereby processing the thin film substrates. The technical field of the present invention includes several apparatus and methods for treating the substrates used to produce thin film substrates and to produce the thin film substrates for the purpose of regenerating the substrates to increase the number of reuse.
결정질 실리콘(다결정질 및 단결정질 실리콘을 포함함)은 상업적인 광전소자용으로 가장 우세한 흡수재이다. 대량 생산된 결정질 실리콘 태양전지에 관련되고, 다수의 물질, 정보와 결합된, 비교적 높은 효율은 연속 이용 및 진보를 요구한다. 다만, 결정질 실리콘 물질 자체의 상대적으로 높은 비용은 이러한 태양전지 모듈의 이용 확대를 제한한다. 현재, "웨이퍼링(wafering)", 또는 실리콘 결정화 및 웨이퍼 절단 비용은 최종적인 태양전지 제조 비용의 약 40% 내지 60%를 차지한다. 웨이퍼를 제조하는 더 직접적인 방법이 가능하다면, 태양전지 비용을 낮추는데 큰 진보가 이루어질 수 있다.Crystalline silicon (including polycrystalline and monocrystalline silicon) is the most dominant absorber for commercial optoelectronic devices. Relatively high efficiency, associated with mass-produced crystalline silicon solar cells and combined with multiple materials, information, requires continuous use and advancement. However, the relatively high cost of the crystalline silicon material itself limits the expansion of the use of such solar cell modules. Currently, "wafering", or silicon crystallization and wafer cutting costs account for about 40% to 60% of the final solar cell manufacturing cost. If a more direct method of manufacturing wafers is available, great advances can be made in lowering solar cell costs.
단결정질 실리콘을 성장시키고 상기 성장된 웨이퍼를 박리 또는 이송하는 상이한 공지의 방법들이 있다. 이 방법들에 관계없이, 대량생산, 생산가치, 박리층을 형성하는 저비용 방법을 수반하는 저비용 에피택시얼(epitaxial) 실리콘 증착 공정은 실리콘 태양 전지의 이용 확대에 대한 전제조건이다. There are different known methods of growing monocrystalline silicon and peeling or transferring the grown wafers. Regardless of these methods, low cost epitaxial silicon deposition processes involving mass production, production value, and low cost methods of forming release layers are a prerequisite for the expanding use of silicon solar cells.
다른 하나의 전제조건은, 박리층 형성, 박막 증착, 상부-기판(on-template) 가공, 박막층 박리, 기판의 회수/재생의 순서를 반복적으로 수행하기 위한, 재사용 가능한 기판의 이용 가능성이다.Another prerequisite is the availability of a reusable substrate to repeatedly perform the sequence of release layer formation, thin film deposition, on-template processing, thin film layer peeling, recovery / regeneration of the substrate.
미세전자소자 산업은, 각각 연이은 신제품 생산과 함께, 웨이퍼 당 다이(die)(또는 칩) 수의 증가, 웨이퍼 크기의 스케일링(scaling), 및 칩 기능 강화에 의한 더 많은 생산량을 수득함으로써 규모의 경제를 이루었다. 태양전지 산업에서, 저비용 고생산성 장치에 의한 태양전지 및 모듈 제조 공정의 산업화를 통해 비용절감이 달성된다. 또한, 태양전지의 1 와트 출력 당 사용되는 물질의 감축을 통해 원료 가격을 인하함으로써 비용 절감이 달성된다.The microelectronics industry has achieved economies of scale by gaining more output by increasing die (or chip) count per wafer, scaling wafer size, and enhancing chip functionality, with each subsequent production of new products. Achieved. In the solar cell industry, cost savings are achieved through the industrialization of solar cell and module manufacturing processes by low cost, high productivity devices. In addition, cost savings are achieved by reducing raw material prices through the reduction of materials used per 1 watt output of solar cells.
상기 태양전지 산업에 필요한 비용 절감을 달성하기 위해, 장치 성능을 파악하고 최적화하는데 공정 비용 모델링(modeling)이 연구된다. 몇몇 종류의 비용: 고정 비용(FC), 반복 비용(RC) 및 산출 비용(YC)이 전체 비용 현황을 구성한다. 고정 비용(FC)은 장치 구입 비용, 설치 비용 및 로봇 또는 자동화 비용과 같은 항목으로 구성된다. 반복 비용(RC)은 크게 전기, 가스, 화학물질, 조업자 임금 및 정비 기술자 지원 비용으로 구성된다. 산출 비용(YC)은 생산간 손실되는 부분의 총 가치로 해석될 수 있다.In order to achieve the cost savings needed for the solar cell industry, process cost modeling is studied to identify and optimize device performance. Some types of costs: fixed costs (FC), recurring costs (RC), and output costs (YC) make up the overall cost picture. Fixed costs (FC) consist of items such as device purchase costs, installation costs, and robotic or automation costs. Recurring costs (RC) largely consist of electricity, gas, chemicals, operator wages and maintenance technician support costs. Output cost (YC) can be interpreted as the total value of the parts lost between production.
태양전지에 의해 요구되는 소유 비용(Cost of Ownership, CoO) 수를 달성하기 위해, 상기 비용 실황의 모든 측면이 최적화되어야 한다. 저비용 공정의 특성은: 1)고생산성, 2)고수율, 3)저반복 비용, 및 4)저고정 비용이다(우선순으로).In order to achieve the number of Cost of Ownership (CoO) required by the solar cells, all aspects of the cost practice must be optimized. The characteristics of low cost processes are: 1) high productivity, 2) high yield, 3) low repetition cost, and 4) low fixed cost (in order of preference).
고생산적이고 경제적인 방법 및 공정 장치를 설계하는 것은 상기 공정의 요구사항에 대한 이해 및 그러한 요구사항을 상기 장치 구조에 반영시키는 것을 필요로 한다. 장치 생산성이 증가하면 산출 비용 또한 증가하기 때문에, 고수율은 확고한 공정 및 신뢰 가능한 장치를 필요로 한다. 저반복 비용은 또한 전체적으로 낮은 소유 비용의 전제조건이다. 반복 비용은, 예를 들어, 지역 전력 비용 또는 대량의 화학물질 이용 가능성에 기초한 공장 입지 선정에 영향을 미칠 수 있다. 고정 비용은 장치 생산성에 의하여 가려졌으나, 중요하다. Designing high-productivity and economical methods and process equipment requires understanding the requirements of the process and incorporating such requirements into the device structure. Higher yields require more robust processes and more reliable devices, as the device productivity increases as the cost of production increases. Low recurring costs are also a prerequisite for low cost of ownership as a whole. Recurring costs may affect plant location selection based on, for example, local electricity costs or the availability of large quantities of chemicals. Fixed costs are masked by device productivity, but are important.
요약하면, 전술한 것과 같이, 고생산적이고, 신뢰 가능하며, 효율적인 제조 공정 및 장치는 저비용 태양전지에 대한 전제조건이다.In summary, as described above, high production, reliable and efficient manufacturing processes and apparatus are prerequisites for low cost solar cells.
박막 반도체 기재(TFSSs)의 생산에 대한 재사용 가능한 반도체 기판의 이용은 태양전지 분야에서 현저한 비용 절감을 야기한다. 희생 박리층이 상기 기판상에 생성된 다음, TFSS가 상기 희생층 상에 증착된다. 다만, 상기 TFSS가 상기 기판으로부터 박리되는 경우, 잔여 막(residual film)이 남을 수 있다. 본 발명은 주로 상기 잔여물을 제거하고 상기 기판을 재사용하기 위해 처리하는 방법을 다룬다.The use of reusable semiconductor substrates for the production of thin film semiconductor substrates (TFSSs) results in significant cost savings in the solar cell field. A sacrificial release layer is created on the substrate and then TFSS is deposited on the sacrificial layer. However, when the TFSS is peeled off from the substrate, a residual film may remain. The present invention mainly deals with the process of removing the residue and treating the substrate for reuse.
본 발명의 특징, 성질, 및 장점은 특징을 나타내는 참조 부호를 포함하는 도면과 함께 하기의 상세한 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.
도 1a 내지 1c는, 재사용 가능한 반도체 기판 상에서 표면 외관이 형성되는 일 실시예를 도시한 것이다.
도 2a는, 패터닝된(patterned) 반도체 기판, 다공질 반도체 다중층(multilayer), 및 TFSS를 도시한 것이다.
도 2b는, 2가지 상이한 공극률을 가지는 평면 기판 및 희생층의 전자 현미경 사진이다.
도 3은, 기판 및 TFSS의 경계면의 전자 현미경 사진이다.
도 4는, 기판에서 박리될 준비가 된 TFSS를 도시한 것이다.
도 5a는, TFSS 과증착(overdeposition)량이 상이한 2개의 기판을 도시한 것이다.
도 5b는, TFSS가 기판으로부터 박리되는 것을 도시한 것이다.
도 5c는, 과증착된 TFSS가 기판으로부터 제거되는 것을 도시한 것이다.
도 5d는, 연삭 테이프(grinding tape)를 이용하여 기판으로부터 잔여 TFSS 물질을 제거하는 것을 도시한 것이다.
도 5e는, 모서리 연삭기(edge grinder)를 이용하여 기판으로부터 잔여 TFSS 물질을 제거하는 것을 도시한 것이다.
도 5f는, 다변하는 입사각을 가지는 레이저를 이용하여 기판으로부터 잔여 TFSS 물질을 제거하는 것을 도시한 것이다.
도 5g는, 연삭에 의한 과잉 전면 TFSS 물질의 제거를 도시한 것이다.The features, properties, and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings, in which:
1A-1C illustrate one embodiment in which a surface appearance is formed on a reusable semiconductor substrate.
FIG. 2A illustrates a patterned semiconductor substrate, a porous semiconductor multilayer, and a TFSS.
2B is an electron micrograph of a planar substrate and a sacrificial layer having two different porosities.
3 is an electron micrograph of the interface between the substrate and the TFSS.
4 shows the TFSS ready to be peeled off the substrate.
5A shows two substrates with different amounts of TFSS overdeposition.
5B shows the TFSS peeling off from the substrate.
5C shows that the overdeposited TFSS is removed from the substrate.
5D illustrates the removal of residual TFSS material from the substrate using a grinding tape.
5E illustrates removal of residual TFSS material from the substrate using an edge grinder.
FIG. 5F illustrates the removal of residual TFSS material from the substrate using a laser having varying angles of incidence.
5G illustrates removal of excess front side TFSS material by grinding.
본 출원은 2010년 8월 13일 출원된 미국특허 가출원 제61/373,793호에 대한 우선권 주장을 수반하며, 그 전체 내용이 참조로 본 명세서에 통합된다. 본 출원은 또한 2007년 10월 6일 출원된 미국특허출원 제11/868,493호(미국특허 공개번호 제2008/0289684호로 공개됨)의 일부계속(continuation-in-part)출원이며, 그 전체 내용이 참조로 본 명세서에 통합된다.This application entails a priority claim for US Provisional Application No. 61 / 373,793, filed August 13, 2010, the entire contents of which are incorporated herein by reference. This application is also a continuation-in-part application of US patent application Ser. No. 11 / 868,493, filed Oct. 6, 2007, published as US Patent Publication No. 2008/0289684, which is incorporated by reference in its entirety. Incorporated herein.
본 명세서가 특정 실시예에 관하여 기재된다 하더라도, 당업자는 과도한 실험없이 본 명세서에 개시된 원리를 기타 기술 분야 및/또는 실시예에 적용할 수 있다.Although the present disclosure has been described with reference to specific embodiments, those skilled in the art may apply the principles disclosed herein to other technical fields and / or embodiments without undue experimentation.
본 발명은, 태양전지를 생성하는데 순차적으로 가공되는 박막층의 제조에 이용되는 기판의 반복적인 이용을 가능하게 하는 공정 흐름, 단위 공정, 및 장치, 및 그들의 변형을 포함한다. The present invention includes process flows, unit processes, and apparatus, and variations thereof that allow for the repeated use of substrates used in the manufacture of thin film layers that are subsequently processed to produce solar cells.
본 발명은 적당한 저항을 가지는 출발 반도체 웨이퍼(기판이라 함)를 포함하여 양극화(anodization)를 가능하게 함으로써 일면 또는 양면에 다공질 반도체 물질을 형성한다. 상기 이용되는 반도체는 실리콘, 및 특히 단결정질 실리콘을 포함할 수 있다. 상기 기판의 윤곽은 둥근형[노치(notches) 또는 평평한 부분을 가지거나 가지지 않음], 정방형, 또는 둥근 또는 면취된(chamfered) 모서리를 가지는 준-정방형(pseudo-square)을 포함하는 임의의 적합한 형태일 수 있다. 상기 다공질 반도체 물질은 이산적이거나 차등적인 공극률을 가지는 수개의 층으로 구성될 수 있다. 상기 다공질 반도체층 시스템의 1 이상의 부분이 상기 기판으로부터 상기 TFSS의 분리를 용이하게 하는 지정된 취약층(weakened layer)의 역할을 한다.The present invention includes a starting semiconductor wafer (referred to as a substrate) having a suitable resistance to enable anodization to form a porous semiconductor material on one or both sides. The semiconductor used may comprise silicon, and in particular monocrystalline silicon. The contour of the substrate may be any suitable shape, including rounded (with or without notches or flats), square, or pseudo-square with rounded or chamfered edges. Can be. The porous semiconductor material may be composed of several layers having discrete or differential porosity. One or more portions of the porous semiconductor layer system serve as a designated weakened layer that facilitates separation of the TFSS from the substrate.
본 발명은 상기 기판으로부터 박형 결정질 태양전지 기재를 반복적으로 가공하기 위한 기판의 이용을 포함하며; 상기 태양전지 기재는 상기 기판의 일면 또는 상기 기판의 양면에 가공될 수 있다. 본 명세서의 도면이 특히 단일면 가공을 도시한다 하더라도, 본 발명의 모든 실시예가 본질적으로 단일면 및 양면 기재 가공의 경우에 적용되는 것이 가능하다. The present invention includes the use of a substrate for repeatedly processing a thin crystalline solar cell substrate from the substrate; The solar cell substrate may be processed on one surface or both surfaces of the substrate. Although the drawings herein specifically illustrate single sided machining, it is possible for all embodiments of the present invention to be applied essentially in the case of single sided and double sided substrate processing.
상기 출발 웨이퍼에 관하여, 몇몇 구조적 선택사항이 존재하고, 이는 후술하는 것과 같다. 가장 간단한 실시예에서, 상기 기판은 기본적으로 평평하고, 즉, 상기 표면은 임의의 선택된 표면 특징, 이를 테면 절삭 손상이 제거된 상태로 절삭되거나, 래핑(lapped) 또는 연삭되거나, 식각 또는 심지어 거울 연마(mirror polished)된 것일 수 있다. 다른 하나의 실시예에서, 상기 웨이퍼는, 예를 들어 전술한 다공질 반도체층 시스템의 형성 이전에 알칼리 무작위 텍스쳐링(texturing)에 의하여 텍스쳐링(textured)될 수 있다. 이에 따라, 텍스쳐링된 표면이 이후 상기 박막 태양전지 기재 상으로 이송된다. 제3의 대안으로, 상기 기판은 패터닝된(patterned) 3차원 구조를 수용할 수 있다. 이러한 3차원 구조는, 포토리소그래피(photolithography)와 같은, 다만 이에 제한되지 않는, 패터닝 기술을 통해 형성될 수 있다.With respect to the starting wafer, there are several structural options, as described below. In the simplest embodiment, the substrate is essentially flat, ie the surface is cut, lapped or ground, etched or even mirror polished with any selected surface features, such as cutting damage removed. It may be mirror polished. In another embodiment, the wafer may be textured by, for example, alkali random texturing prior to formation of the porous semiconductor layer system described above. Thus, the textured surface is then transferred onto the thin film solar cell substrate. As a third alternative, the substrate can accommodate a patterned three-dimensional structure. Such three-dimensional structures may be formed through patterning techniques, such as, but not limited to, photolithography.
예시적 공정이 도 1a 내지 1c에 개시된다. 도 1a에서, 출발 웨이퍼(100)가 제공된다. 3차원 구조를 형성하기 위해, 일반적으로, 하드 마스크(hard mask)가, 물질, 예를 들어 열 산화물 또는 기타 증착된 식각 저항층 또는 증착된 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물과 같은 층(다만, 이에 제한되지 않음)을 이용하여, 형성된다. 하드 마스크층(102)은 웨이퍼(100)의 표면 상에 형성된다. 이후 포토레지스트(photoresist, 104)의 필요한 패턴이 하드 마스크층(102) 상에 리소그래피로(lithographically) 패터닝된다. 도 1b에서, 상기 웨이퍼는 거치대(holder)에 놓이고, 오-링(O-ring)으로 봉인되어 전면을 제외한 부분이 보호된다. 이후 잔여 포토레지스트 하부의 영역을 제외한 모든 하드 마스크를 제거함으로써, 하드 마스크층(102)이 식각되어 필요한 패턴이 생성된다. Exemplary processes are disclosed in FIGS. 1A-1C. In FIG. 1A, a starting
도 1c에서, 반도체 식각 공정이 수반되고, 이는 건식 식각, 이를 테면 심도 반응성 이온 식각(DRIE), 또는 습식 식각, 이를 테면 수산화칼륨, 수산화나트륨, 테트라메틸 암모늄하이드록사이드(TMAH) 또는 기타 물질과 같은 화학물질을 포함하는 임의로 가열된 농축 알칼리 습식 식각 중 1에 의하여 이루어진다. 이는, 대형 역각뿔형(inverted pyramidal) 구조(108), 및 소형 각뿔형(pyramidal) 구조(110)를 포함하는 본 실험예에서, 상기 웨이퍼의 표면 상에 필요한 패턴을 생성한다. 최종적으로, 상기 포토레지스트 및 하드 마스크는 상기 웨이퍼로부터 벗겨지고, 상기 웨이퍼가 세척된다. 그 다음, 상기 텍스쳐링된 표면 상에 다공질 반도체를 형성할 준비가 된다. 이외에도, 유사한 공정들이 당업자에 의하여 도면으로부터 쉽게 유도된다.In FIG. 1C, a semiconductor etching process is involved, which includes dry etching, such as depth reactive ion etching (DRIE), or wet etching, such as potassium hydroxide, sodium hydroxide, tetramethyl ammonium hydroxide (TMAH) or other materials. By one of an optionally heated concentrated alkali wet etching comprising the same chemical. This creates the required pattern on the surface of the wafer in this experimental example, which includes a large inverted
3차원 기판 패터닝은 더욱 확장된 범위의 실시예를 포함하므로, 이는 본 명세서의 대부분의 도면에 도시된다. 다만, 다른 언급이 없는 한, 본 발명의 도면, 공정 흐름, 방법 및 장치는 평평하거나 무작위로 텍스쳐링된 기판에 동등하게 적용될 수 있다.Since three-dimensional substrate patterning includes a broader range of embodiments, this is shown in most of the drawings herein. However, unless otherwise stated, the drawings, process flows, methods and apparatus of the present invention may equally be applied to flat or randomly textured substrates.
패터닝되거나 패터닝되지 않은 기판 중 1과 함께, 다음의 공정 단계는 다공질 반도체 형성 단계 이후, 필요한 경우, 린싱(rinsing) 및 건조 단계이다. 다공질 반도체는 상기 기판의 1 이상의 면에 형성될 수 있다. 상기 반도체가 실리콘인 경우, 다공질 실리콘을 형성하는 공정은 종래 기술, 예를 들어 그 전체 내용이 참조로 본 명세서에 통합된 미국공개특허 제2011/0030610호에 기재되어 있다. 기본적으로, 상기 다공질 반도체 형성은 상기 표면에 1 이상의 저공극률(lower porosity) 영역(112) 및 상기 기판에 더 근접한 1 이상의 고공극률(higher porosity) 영역(114)의 가공을 수반한다.With one of the patterned or unpatterned substrates, the next process step is a rinsing and drying step, if necessary, after the porous semiconductor formation step. The porous semiconductor may be formed on one or more sides of the substrate. When the semiconductor is silicon, the process of forming porous silicon is described in the prior art, for example, published in US 2011/0030610, the entire contents of which are incorporated herein by reference. Basically, the porous semiconductor formation involves processing one or more
형성된 상기 다공질 반도체층을 가지는 상기 기판은 이후 에피택시얼 증착 반응기로 이송되고, 여기서 에피택시얼 층이 상기 기판의 1 이상의 면에 증착된다. 도 2a는 상기 다공질 반도체층 시스템의 상부에서의 에피택시얼 층(116)의 증착을 도시한 것이다. 도 2b는, 평면 기판 실시예에서, 상부에서 저공극률 및 하부에서 고공극률을 가지는 다공질 반도체 이중층(bi-layer) 구조를 도시한 것이다.The substrate having the porous semiconductor layer formed is then transferred to an epitaxial deposition reactor, where the epitaxial layer is deposited on one or more sides of the substrate. FIG. 2A illustrates the deposition of
상기 증착 이전에, 증가 단계 또는 분리 사전증착(pre-deposition)시간 중 1간에, 상기 기판은 몇몇 목적으로 수소 환경(hydrogen ambient)에서 유지된다: 상기 다공질 반도체의 상부 층은 리플로우되어(reflowed) 반도체의 준-단결정질 성장 표면(QMS)을 재형성(re-form)한다. 또한 상기 수소 베이크(hydrogen bake)는 임의의 산화된 표면 반도체를 그것의 기본 형태로 환원시킨다. 아울러, 상기 고공극률 반도체층이 응집되어, 이후 상기 성장층 및 상기 기판 간의 박리 경계로 작용하는 취약층을 형성한다. Prior to the deposition, during one of the incremental steps or separation pre-deposition time, the substrate is maintained in a hydrogen ambient for some purpose: the top layer of the porous semiconductor is reflowed. The quasi-monocrystalline growth surface (QMS) of the semiconductor is re-formed. The hydrogen bake also reduces any oxidized surface semiconductor to its basic form. In addition, the high porosity semiconductor layer is agglomerated to form a weak layer that acts as a separation boundary between the growth layer and the substrate.
상기 반도체가 실리콘인 경우, 이후 상기 증착 초기 단계에서 또는 베이크 간에, 상기 리플로우(reflow)는, 미량의 실란과 같은 염소 불포함 종(non-chlorine-containing species)에 의하거나 극히 낮은 유량의 기타 실리콘 함유 기체, 이를 테면 트리클로로실란(TCS)을 이용하여 촉진될 수 있다. 이는 불완전한 리플로우 간에 발생할 수 있는 고장 메커니즘(failure mechanism)을 안전하게 방지하는 역할을 하는 공정 요소 중 1 선택사항이다.If the semiconductor is silicon, then in the initial deposition phase or between bakes, the reflow may be caused by a non-chlorine-containing species, such as trace amounts of silane, or other silicon at extremely low flow rates. It can be promoted using a containing gas such as trichlorosilane (TCS). This is one option of the process element that serves to safely prevent failure mechanisms that can occur between incomplete reflows.
리플로우간 발생할 수 있는 잠재적인 고장 메커니즘이 존재한다. 이러한 고장 메커니즘에 대한 몇몇 완화 방안이 본 명세서에 일부 개시된다: 상기 기판이 상기 반도체 증착 반응기(예를 들어, 에피택시얼 반응기일 수 있음)에서 가열되면서, 상기 기판은 일반적으로 복수의 위치에서 서셉터(susceptor)와 접촉한다. 이러한 접촉점은 상기 다공질 반도체층의 전술한 리플로우에서의 비이상성(non-ideality)에 기여한다. 또한 이러한 접촉점은 상기 다공질 반도체층의 국부적인 연마에 기여한다. 결론적으로, 상기 다공질 반도체층은 밀봉되지 않은 국부 영역을 포함할 수 있다.There is a potential failure mechanism that can occur between reflows. Some mitigations for this failure mechanism are disclosed herein in part: while the substrate is heated in the semiconductor deposition reactor (which may be, for example, an epitaxial reactor), the substrate is generally standing at multiple locations. Contact with a susceptor. This contact point contributes to the non-ideality in the aforementioned reflow of the porous semiconductor layer. This contact point also contributes to local polishing of the porous semiconductor layer. In conclusion, the porous semiconductor layer may include an unsealed local region.
고장 메커니즘의 일례가 도 3에 나타나 있고, 이는 기판(118), QMS층(120)(보통 몇몇 포획된 홀(hole)을 함유함), 및 증착된 에피택시얼층(122)을 도시한다. 상기 리플로우 이후 상기 증착이 시작되면서, 2 가지 현상: a)QMS층(120)을 통한 물질의 증착 및 상기 기판 베이스 상으로의 직접 증착이 관찰될 수 있다. 융합 스팟(124)은 이러한 현상의 일례이다. 이 영역들은 취약 서브층(sub-layer)이 결여되어 있으므로 다음의 박리 공정을 저해한다(후술함). 증착의 개시 이후 상기 밀봉되지 않은 영역이 봉인되는 경우, 상부 증착층 아래에 증착 기체가 포획될 수 있다. 이러한 증착 기체는 TCS분자로부터 실리콘 증착 반응의 부산물로서 염소-함유 종과 같은 식각 성분을 함유할 수 있다. 이러한 부산물은 상기 기판 물질의 뒤이은 식각에 기여할 수 있다. 상기 식각 및 휘발된 기판 물질은 상기 상부 층을 재증착(redeposit)시킬 수 있으므로 상기 염소-함유 종을 재박리(re-releasing)한다. 도 3에서, 몇몇 재증착된 기판 물질(126)이 나타날 수 있다. 따라서, 준-봉인된 국부 환경에서 상기 공정이 연속될 수 있고, 기판 식각이 수 ㎛ 이하로 매우 정밀하게 관찰될 수 있다. 이러한 식각 및 재증착 메커니즘을 방지하기 위한 1 선택사항은, 부산물로서 식각 성분을 포함하지 않는 반응물을 이용하여 증착을 개시하는 것이다. 이러한 반응물의 예로는, 실리콘 증착의 경우 실란이 있다. 상기 기판 상으로의 직접적인 증착 및 상기 기판의 국부 식각을 방지하기 위한 다른 선택사항은, 상기 기판이 상기 서셉터와 공유하는 접촉 영역을 적절히 형성하는 것이다. 상기 접촉 영역에서는, 적합하게 큰 반경을 가지는 저접촉 영역(low contact area)이 바람직하다. 이는, 적절한 가열기 배치와 함께, 기판 내 및 기판 간에 균일한 열 증가 및 추이(thermal ramp and profile)를 가능하게 하는데 필요하다.An example of a failure mechanism is shown in FIG. 3, which shows the
상기 에피택시얼 증착 공정에 있어서, 에피택시얼 증착되는 상기 TFSS는, 반도체 증착 챔버에서 증착되는 인-시츄(in-situ) 이미터를 포함할 수 있다. 상기 이미터는 이후 상기 에피택시(epitaxy) 챔버 외부의 엑스-시츄(ex-situ) 이미터로서 부가될 수 있다. 상기 기판 상의 구조는 이미터 상층 또는 하층(emitter up or down)으로 이루어질 수 있다. 상기 에피택시얼 또는 비-에피택시얼(non-epitaxial) 증착은 장치를 통한 생성된 운반체의 필요한 흐름을 촉진하도록 설계된 적합한 도펀트(dopant) 구배(gradient)를 함유하거나 함유하지 않을 수 있다. In the epitaxial deposition process, the epitaxially deposited TFSS may include an in-situ emitter deposited in a semiconductor deposition chamber. The emitter may then be added as an ex-situ emitter outside of the epitaxy chamber. The structure on the substrate may consist of an emitter up or down. The epitaxial or non-epitaxial deposition may or may not contain a suitable dopant gradient designed to facilitate the required flow of the resulting carrier through the device.
고온내성(high temperature capable) 기판 상의 취약층 상에 증착된 반도체의 상기 가공된 층은 매우 가치있다. 그것은 고체 기판 상으로 박막을 옮기도록 하고, 후술할 상부-기판(on-template) 공정에서 큰 유연성을 가지도록 한다. The processed layer of semiconductor deposited on the weak layer on a high temperature capable substrate is very valuable. It allows the thin film to be transferred onto a solid substrate and has great flexibility in the on-template process described below.
그러한 상부-기판 공정에서, 상기 기판은: 열 산화를 포함하나, 이에 제한되지 않는 열 공정, 이를 테면 산화 또는 막 증착; 나노초(ns), 피코초(ps) 또는 기타 레이저 공정, 이를 테면 스크라이빙(scribing), 도핑, 또는 융삭(ablation); 화학적 증착(CVD) 및 물리적 증착(PVD) 공정; 리소그래피, 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄, 분무 코팅 또는 식각, 액침(immersion) 세척, 식각 또는 증착(예를 들어, 도금), 적층(lamination), 다이(die) 부착 또는 결합, 박리, 상기 표면의 습식 화학적 텍스쳐링 또는 건식 텍스쳐링, 상기 표면의 린싱, 세척 및 건조; 를 포함하나, 이에 제한되지 않는 몇몇 상부-기판 공정 단계에 걸쳐, 상기 박형 취성(thin and fragile) TFSS를 이동시키고 지지하기 위한 운반체의 역할을 한다. 여기서 특이한 성질은, 상기 기판이 청결하고 태양전지에 적합하며, 단단하고 견고하며, 고온내성이고, 재작업 가능하다(reworkable)는 것이다.In such a top-substrate process, the substrate may comprise: a thermal process, including but not limited to thermal oxidation, such as oxidation or film deposition; Nanoseconds (ns), picoseconds (ps) or other laser processes such as scribing, doping, or ablation; Chemical vapor deposition (CVD) and physical vapor deposition (PVD) processes; Lithography, screen printing, inkjet printing, spray coating or etching, immersion cleaning, etching or deposition (eg plating), lamination, die attach or bonding, exfoliation, wet chemical of the surface Texturing or dry texturing, rinsing, cleaning and drying the surface; It serves as a carrier for moving and supporting the thin and fragile TFSS over several top-substrate processing steps, including but not limited to. The peculiar nature here is that the substrate is clean and suitable for solar cells, is rigid and robust, high temperature resistant and reworkable.
적합한 상부-기판 공정 이후, 상기 TFSS는 상기 기판 운반체로부터 박리될 수 있다. 기판(100)으로부터의 TFSS(116) 박리에 관한 개념도가 도 4에 나타난다. 상기 박리는 일시적이거나 영구적인 보강판(reinforcement plate)과 함께 또는 상기 보강판 없이 수행될 수 있고, 상기 보강판은 상기 박리 전에 에피층(epi layer)에 부착된다. 이 시점 또는 이후에, 상기 보강판은 조성, 이를 테면 유전성 또는 전도성 물질을 함유할 수 있다. 상기 보강판이 사용되는 경우, 상기 보강판은 천공(perforations)을 포함하거나, 그렇지 않은 경우 상기 TFSS의 상기 보강판을 통한 또는 보강판 주변의 전기적 접촉을 가능하게 하는 복수의 전도성 부위를 포함할 수 있고, 상기 천공은 TFSS의 박리 시 존재하거나 이후의 시점에 형성될 수 있다. 적합한 보강 물질은 실리콘, 유리, 실리콘-알루미늄 합금, 플라스틱 또는 고분자, 이를 테면 프리프레그(prepreg) 또는 기타 유전성 접착물질, 금속, 이를 테면 알루미늄, 세라믹 또는 그들의 조합을 포함할 수 있다. 박리 전 적합한 시점에, 박리되는 상기 TFSS 영역의 정의된 영역 또는 경계의 절단은, 예를 들어 레이저를 이용하여 이루어질 수 있다. 도 4는 TFSS(116) 주변의 경계 절단(128)을 나타낸다.After a suitable top-substrate process, the TFSS can be stripped from the substrate carrier. A conceptual diagram of peeling
이러한 경계 절단은 상기 TFSS의 박리 이전 또는 이후에 수행될 수 있다. 보강 공정 또는 물질에 따라, 상기 박리 이전 및 이후 모두 절단을 수행하는 것이 유리할 수 있다. 상기 경계 절단은 또한 상기 박형 TFSS를 약화시켜 더 용이한 박리를 촉진하는 역할을 한다. 더 용이한 박리를 촉진하는 또 다른 잠재적인 방법은 연삭 또는 그 외 연마 방법을 이용하는 것이고, 바람직하게는 상기 기판의 모서리에 적용된다. 그렇게 함으로써, 상기 기판의 모서리에서의 상기 TFSS 에피택시얼층 영역은 취약점(weak point)의 역할을 할 수 있고, 이로부터 박리가 개시될 수 있다. 이러한 사전-박리(pre-release) 연삭은 TFSS(116) 및 기판(100) 사이의 상기 약화된 영역으로의 공기 유입을 촉진시킬 수도 있고, 이에 따라 압력이 평형이 되도록 하며 상기 박리 공정에 대한 압력차 유도 저항(pressure-differential-induced resistance)을 제거한다. 상기 박리 자체는 상기 박리를 위한 개시 부위의 역할을 하는 국부적인 취약 영역의 존재를 이용하는 것에 의하여 수행될 수 있다.This boundary cleavage can be performed before or after exfoliation of the TFSS. Depending on the reinforcement process or the material, it may be advantageous to perform the cutting both before and after the exfoliation. The boundary cut also serves to weaken the thin TFSS to promote easier peeling. Another potential way to promote easier peeling is to use grinding or other polishing methods, preferably applied to the edges of the substrate. By doing so, the TFSS epitaxial layer region at the edge of the substrate can serve as a weak point from which peeling can be initiated. Such pre-release grinding may promote air ingress into the weakened region between the
선택적으로, 펄스 힘(pulsed force)이, 예를 들어 상기 기판 및 기재 샌드위치의 일면에 진공상태를 맥동시킴(pulsating)으로써 적용될 수 있다. 이러한 방법으로, 상기 박리 공정은 전체 영역 결합력 및 기판상의 대기압 유지력(holding force)을 극복해야 한다기 보다는, 위치 및 시간에 걸쳐서 연장될 수 있다(지퍼를 여는 것과 다르지 않음). 또한, 상기 활성 TFSS층의 과도한 스트레스 및 잠재적 균열을 일으킬 수 있는, 작은 곡률 반경을 방지하기 위하여, 상기 공정이 상기 기판 및 상기 일부 박리된 TFSS를 기본적으로 평행하게 유지하는 가운데, 상기 박리는 기재의 모서리 또는 모퉁이에서 개시된 이후 그 부분으로부터 진행될 수 있다.Optionally, a pulsed force can be applied, for example, by pulsating a vacuum on one side of the substrate and substrate sandwich. In this way, the exfoliation process can be extended over the location and time (not different from opening the zipper), rather than having to overcome the full area bonding force and the atmospheric holding force on the substrate. In addition, while the process keeps the substrate and the partially peeled TFSS essentially parallel, in order to prevent a small radius of curvature, which can cause excessive stress and potential cracking of the active TFSS layer, the peeling of the substrate It may proceed from that part after being initiated at the corner or corner.
상기 활성 TFSS의 박리 이후, 특히 상기 기판이 상기 활성 TFSS에 대하여 다소 과대한 경우에 상기 활성 영역의 외부에 남아있는 잔여 증착 박막이 있을 수 있다. 도 5a는 2가지 가능성을 나타낸다. 기판(200)은 TFSS(204)의 모서리를 초과하여 연장된 다공질 반도체층(202)을 가진다. 이것은 박리에 문제되지 않는다. After exfoliation of the active TFSS, there may be a residual deposited thin film remaining outside of the active region, especially if the substrate is somewhat excessive with respect to the active TFSS. 5A shows two possibilities. The
다만, 일반적인 CVD 증착 공정은, 전면뿐만 아니라, 구조에 따라 상기 기판의 모서리 및 후면 상에도 물질을 증착시킬 수 있다. 상기 막의 범위가 기판(210)에 도시된다. 사면 영역에서 반도체층의 후막 증착(thick deposition)은 바람직하지 않을 수 있다. 공정에 따라, 후면 증착이 다음의 공정에 불리할 수 있으나, 양면 공정에서 후면 증착이 전면 증착과 유사한 막을 생성하는 경우, 후면 증착이 필요하다. 기판(210) 대신 기판과 유사한 것(200)으로 대체하기 위해 몇몇 대안을 취할 수 있다. 후면 및 사면 증착을 방지 또는 최소화하기 위한 제1방식은, 상기 증착 단계 간 상기 기판의 모서리 및 후면 부근에서 중성 기체, 이를 테면 수소를 퍼지 기체(purge gas)로 이용하는 것이다. 후면 및 사면 증착을 방지 또는 최소화하기 위한 제2방식은, 증착 기체로부터 증착이 불필요한 영역을 차단하는 차단 마스크(shadow mask)를 이용하는 것이다. 후면 및 사면 증착을 저감시키기 위한 제3방식은, 기체 상으로부터 물질을 우선적으로 증착시키는 역할을 할 수 있는 대형 표면 영역 또는 그 외 최적화된 형상의 서셉터(susceptor) 구조를 이용함으로써, 증착이 불필요한 영역에서 증착 기체를 고갈시키는 것이다. 증착 공정은 바람직하지 않은 영역에서 더 많거나 적은 물질이 증착되는 위치 및 방향을 선호하였을 것이다. 상기 동일 기판의 몇몇 재사용에 걸쳐, 상기 불필요한 물질의 증착을 대칭적으로 하는 것이 유리할 수 있다. 상기 목적을 위해, 상기 기판 배향은 그것이 필요한 곳에 놓일 수 있고, 배향 또는 위치의 변동은 생산 공정의 일부로서 프로그램될 수 있다.However, in the general CVD deposition process, the material may be deposited not only on the front surface, but also on the edge and the rear surface of the substrate depending on the structure. The range of the film is shown on the
기판(210)에서, 다공질 실리콘층(212)은 상기 기판의 모서리 주변을 부분적으로 둘러싸지만, TFSS(214)는 더 멀리까지 둘러싼다. 상기 TFSS가 상기 다공질 반도체의 모서리를 초과하여 확대되는 경우, 기타 방법들이 이용되어 상기 기판과 직접적으로 접촉하는 상기 TFSS의 부분을 제거할 수 있다.In the
도 5b는 기판(200)에서의 TFSS 박리를 도시한다. TFSS(204)는 모서리 이물질을 거의 또는 전혀 남기지 않고 박리된다. 박리 이후, TFSS(204)는 레이저(206)에 의하여 크기에 맞추어 절단될 수 있다. 5B illustrates TFSS delamination on
도 5c는, 상기 TFSS가 상기 다공질 반도체층의 모서리를 초과하여 확대되거나 상기 다공질 반도체가 상기 TFSS의 용이한 박리를 위해 적합한 사면 영역에서의 공극률 또는 두께로 형성되지 않은 경우, 기판(210)을 나타낸다. TFSS(214)는 레이저(216)에 의하여 크기에 맞추어 절단된 다음 기판(210)으로부터 박리된다. 박리 후, 잔여 막은 순차적으로 제거되어야 한다. 기판(210)에 직접적으로 결합되지 않고 다공질 반도체층에 결합된, 부분(218)은 압축 공기, 고압수 또는 기타 적합한 유체, 테이핑-디테이핑(taping-detaping) 공정의 이용, 음파(초음파) 에너지, 또는 기계가공 공정, 이를 테면 상기 기판으로부터 상기 잔여 막을 연삭 또는 래핑(lapping)하는 것에 의하여 제거될 수 있다. 예를 들어, 상기 연삭은, 연마성이고 상기 반도체에 대하여 적합한 경도(hardness)를 가지는 연삭 물질을 이용하거나 과잉 박막 증착을 전단하는(shear off) 연질(soft) 물질에 의하여 이루어질 수 있다. 후자의 방법은 과잉 물질의 결합력이 더 낮고, 이는 상기 박막 및 상기 기판 사이의 상기 약화된 층에 의하여 제어된다는 사실을 이용한다. 과잉 박막의 제거는 적합한 화학적 식각에 의하여 이루어질 수도 있다. 적합한 화학적 식각이 선택됨으로써 증착된 막 및 기판 간의 선택도에 기초하는 우수한 도펀트 농도 또는 조성을 수득할 수 있다. 이는 또한 직접적, 국부적 식각을 이용할 수도 있다. FIG. 5C shows the
상기 잔여 증착 박막의 제거는 단일 웨이퍼 상에서 또는 회분식으로 이루어질 수 있다. 전술한 제거 공정은, 적어도 활성 영역의 외부 및 상기 사면에서 상기 기판의 사면 상으로 확대된 기판의 평평한 부분에서 물질을 제거하도록 설계된다. 상기 다공질 반도체층의 국부적인 결함 또는 불완전한 특성에 기인하여 기판(210)에 직접적으로 결합되는 상기 TFSS의 잔부(220)를 제거하는데 기타 방법이 이용될 수 있다. Removal of the residual deposited thin film may be on a single wafer or batchwise. The removal process described above is designed to remove material from a flat portion of the substrate at least outside the active area and from the slope to the slope of the substrate. Other methods may be used to remove the remainder of the
전술한 대안과는 관계없이, 사면 또는 후면 영역에 과잉 증착 물질을 제거하는 것은 유리할 수 있다. 이러한 과잉 증착 물질의 제거는 각각의 재사용 순환 이후 또는 몇몇 재사용 순환 이후에 수행될 수 있고, 상기 기판의 수명에 걸쳐 반복될 수 있다. 도 5d는 연삭 테이프(224)를 이용하여 잔부(220) 및 국부적인 결함(222)을 제거하는 것을 도시한 것이고, 도 5e는 연삭, 연마용 기계 도구, 또는 그 외 기타 연마 장치의 이용을 도시한 것이다. 이러한 장치에 의하여, 사면 또는 후면 영역의 과잉 증착 물질이 저감되거나 완전히 제거될 수 있다. 테이프 기반 연삭기의 경우, 상기 기판은 테이프의 존재 하에 회전될(spun) 수 있고, 상기 테이프는 일반적으로 다이아몬드 또는 실리콘 카바이드로 충전된다. 비원형(non-round) 기판 형태, 이를 테면 정방형 또는 준-정방형(pseudo-square)의 경우, 상기 제거 공정은 다른 방법일 수 있고, 이는 예를 들어 상기 기판이 회전되지 않지만, 수평(side to side) 이동, 선회(swiveled), 또는 진동되는(oscillated) 방법; 또는 테이프 보유/주입 메커니즘이 이동, 선회, 또는 진동되는 방법일 수 있다. 상기 제거 공정은 더 많은 과잉 물질이 증착되어 있는 영역에서 물질을 우선적으로 제거하도록 조정될 수 있다. 상기 사면 또는 후면 영역 주변의 다른 지점에서의 증착 물질을 제거하는 것은, 상기 기판에 대하여 다른 각도, 압력 또는 위치에서 도구, 테이프 또는 판(sheet)을 적용함으로써 이루어질 수 있다. 증착 물질에 대한 기타의 제거 구현예들은 당업자에게 자명할 것이다. 상기 기판으로부터 과잉 증착을 기계적으로 제거하는 이러한 유형의 또 다른 공정은, 상기 기판으로부터 상기 과잉 증착을 제거하기 위해 국부적으로 적용되는 적합한 화학물질을 사용하는 것이다. Regardless of the alternative described above, it may be advantageous to remove excess deposition material in the slope or backside region. Removal of such excess deposition material may be performed after each reuse cycle or after several reuse cycles, and may be repeated over the life of the substrate. 5D illustrates removal of the
도 5e에서, 정밀 연삭 휠(226)(wheel)[또는 연마 휠 또는 슬러리(slurry)]은 기판(210)의 모서리 주변의 상기 막을 제거하는데 이용된다. 다만, 이것은 후면 잔여물(228)을 남길 것이고, 이는, 예를 들어 후면 연삭기(230)의 이용에 의하여 이후에 제거될 수 있다. 사면 연삭 휠의 기능을 모서리 후면 연삭 휠과 1 도구로 조합하는 것도 가능하다. In FIG. 5E, a precision grinding wheel 226 (or abrasive wheel or slurry) is used to remove the film around the edge of the
상기 테이프, 판 또는 정밀 사면 연삭/연마 단계에 관한 다른 하나의 공정은, 직접 또는 워터-젯-가이드된(water-jet-guided) 레이저를 이용하여 상기 사면 및 상기 기판의 하부에서 과잉 증착을 제거하고 상기 사면을 개조(reshape)하는 것이다. 레이저 기반 사면 물질 제거 공정의 효과는 도 5f에 나타난다. 이 방법은 특히 정밀 규격(dimensional) 제어를 가능하게 하는 장점을 가질 수 있다. 상기 방법들의 조합 또한 가능하다. 나타난 것과 같이, 기판(210)은 도 5f에서 이용되는 상기 레이저 모서리 융삭에 의하여 거의 또는 전혀 제거되지 않았다.Another process for the tape, plate or precision slope grinding / polishing step is to remove excess deposition on the slope and the bottom of the substrate using a direct or water-jet-guided laser. And reshape the slope. The effect of the laser based slope material removal process is shown in FIG. 5F. This method can in particular have the advantage of enabling precise dimensional control. Combinations of the above methods are also possible. As shown, the
몇몇 경우에, 도 5c 내지 5e와 연계하여 전술한 상기 공정들은, 여전히 상기 기판의 전면 및 후면 상에 불필요한 추가적인 TFSS 물질을 남겨둘 것이다. 이 경우, 도 5g에 나타난 것과 같이, 연삭기(232)가 상기 물질을 제거하는데 이용될 수 있다. 이것이 수행되지 않는 경우, 잔여 전면 TFSS 물질은 기판(210) 상에 생성되는 이후의 TFSS로 하여금 그 지점에 고정되도록 하여 박리를 더 어렵게 한다. 상기 기판을 재사용하기 전에 상기 과잉 물질을 제거함으로써, 상기 문제점이 완화될 수 있다.In some cases, the processes described above in conjunction with FIGS. 5C-5E will still leave unnecessary additional TFSS material on the front and back of the substrate. In this case, as shown in FIG. 5G, a grinding
임의의 방법에 의한 상기 불필요한 TFSS 물질의 제거 이후, 일반적인 공정 흐름은 재사용 세척을 포함할 수 있고, 이는 몇몇 목적: 첫째, 반복적인 재사용에 저항할 수 있는 재사용 가능한 조건으로 상기 기판을 이동시키는 것; 둘째, 상기 희생 박리층의 잔부(remnants)를 제거하는 것; 다음으로, 동일 기판 상에 증착되는 순차적인 TFSS들의 수명에 불리할 수 있는 금속 오염물질을 제거하는 것; 최종적으로, 임의의 상부-기판 공정의 불리한 잔부, 이를 테면 유기물 또는 금속-함유 잔여물을 제거하는 것; 을 만족시킨다. 일반적으로, 상기 재사용 세척 이후, 상기 기판이 상기 다공질 반도체 형성 공정에 투입되어 또 다른 희생 박리층을 형성시킨다. 이후 박리되는 박막의 증착이 이루어진다. 다음의 공정이 전술한 것과 같이 연속된다.After removal of the unnecessary TFSS material by any method, a general process flow may include a reuse wash, which may include some purposes: first, moving the substrate to reusable conditions that can resist repeated reuse; Second, removing remnants of the sacrificial release layer; Next, removing metal contaminants that may be detrimental to the lifetime of sequential TFSSs deposited on the same substrate; Finally, removing adverse residues of any top-substrate process, such as organic or metal-containing residues; Satisfies In general, after the reuse cleaning, the substrate is introduced into the porous semiconductor forming process to form another sacrificial release layer. Thereafter, the thin film is peeled off. The following process is continued as described above.
상기 기판의 후면 상으로 확대되는 잔여 증착은 추가적인 공정에 불리할 수 있고, 상기 기판이 상기 희생층 형성/증착/추가공정/박리/사후-박리(post-release) 처리 공정에 반복적으로 투입됨에 따라 누적될 수 있다. 상기 후면 상의 잔여 증착은 처리하기 불리한 국부적인 스트레스 지점(stress point) 및 매끄럽지 않은 기판 표면을 야기할 수 있고, 이는 상기 기판의 파단 성향을 증가시킬 수 있다. 따라서, 후면 증착 물질을 방지(전술함)하거나 제거하는 것이 유리할 수 있다. 이는 각각의 재사용 순환 이후 또는 몇몇 재사용 순환 이후에 수행될 수 있고 상기 기판의 수명에 걸쳐 반복될 수 있다. 이 방법들은 완성된 후면 영역으로부터 물질을 제거하거나 주로 상기 후면의 모서리에 증착된 물질을 상기 웨이퍼 모서리에서 국부적으로만 제거함으로써 수행될 수 있다. Residual deposition that extends onto the backside of the substrate may be detrimental to further processing, as the substrate is repeatedly introduced into the sacrificial layer formation / deposition / addition process / peel / post-release treatment process. Can accumulate. Residual deposition on the backside can result in local stress points and unsmooth substrate surfaces that are unfavorable to process, which can increase the fracture propensity of the substrate. Thus, it may be advantageous to prevent (described above) or remove backside deposition material. This may be done after each reuse cycle or after some reuse cycles and may be repeated over the life of the substrate. These methods can be performed by removing material from the completed backside area or by mainly removing material deposited at the edge of the backside only locally from the wafer edge.
상기 기판은 전체 공정에서 매우 유용한 부재(commodity)이다. 따라서, 상기 기판이 유지될 수 있는 증착 순환의 잠재 횟수를 연장시키는 역할을 하는 임의의 공정은 실질적으로 가치 제안(value proposition)을 증가시킨다. 따라서, 상기 기판 상의 결함 가공 또는 불완전 박리 또는 상기 TFSS 막 제거의 경우, 상기 기판은 재생 공정에 투입될 수 있다. 이러한 재생 공정은 상기 기판 전체 영역 또는 상기 기판의 문제가 있는 부분의 연삭 및/또는 연마로 구성될 수 있다. 성공적인 재생 이후, 상기 기판은 공정 루프(loop)로 재진입될 수 있고, 재사용이 재개될 수 있다.The substrate is a very useful commodity for the whole process. Thus, any process that serves to extend the potential number of deposition cycles in which the substrate can be maintained substantially increases the value proposition. Thus, in the case of defect processing or incomplete exfoliation on the substrate or removal of the TFSS film, the substrate may be subjected to a regeneration process. This regeneration process may consist of grinding and / or polishing the entire area of the substrate or problematic portions of the substrate. After successful regeneration, the substrate can be reentrant into the process loop and reuse can be resumed.
연삭 및/또는 연마는 단면 또는 양면 연삭기/연마기를 이용하여 이루어질 수 있다. 상기 연삭/연마 가공은 표면 마감의 필요성에 따라 선택된다. 이후 상기 태양전지용 기재를 형성하는 전술한 TFSS는 상기 기재의 거울 연마 표면 마감을 필요로 하지 않는다. 따라서, 상기 다공질 반도체 희생층이, 거울 연마 반도체 표면으로 개시할(start out) 필요가 없는 기판 표면 상에 형성될 수 있는 점을 주목하는 것이 중요하다. 종래 어느 단계에서 상기 기판의 불완전한 공정이 일어나는지가 알려지지 않았고, 두께가 알려진 경우 HVM 호환성 연삭/연마 공정이 상기 개시 기판으로부터 최소량의 물질을 사용하기 때문에, 상기 박리 공정 다음 하나의 단계에서 상기 기판을 점검하고, 그것을 두께 범위로 분류함으로써, 다수의 기판들이 연삭/연마 공정에서 동시에, 동일한 목표 두께로 가공될 수 있다. 상기 두께 및 증착에 의한 국부적인 잔부에 따른 분류는 적합한 장비, 이를 테면 광학, 정전용량, 또는 기체 배압(gas back pressure)에 기반한 검출법으로 동시에 이루어질 수 있다.Grinding and / or polishing may be accomplished using single or double side grinding / grinding machines. The grinding / polishing process is selected according to the needs of the surface finish. Thereafter, the above-described TFSS forming the solar cell substrate does not require mirror polishing surface finish of the substrate. It is therefore important to note that the porous semiconductor sacrificial layer can be formed on the substrate surface without the need to start out to the mirror polished semiconductor surface. It is not known at which stage the incomplete process of the substrate takes place, and if the thickness is known the HVM compatible grinding / polishing process uses the least amount of material from the starting substrate, thus checking the substrate in one step following the exfoliation process. And sorting it into thickness ranges, multiple substrates can be processed simultaneously to the same target thickness in a grinding / polishing process. The classification according to the thickness and the local residue by deposition can be done simultaneously with a detection method based on suitable equipment, such as optics, capacitance, or gas back pressure.
상기 기판 운반체로부터 박리되고 기판 상에서 몇몇 공정을 이미 거쳤을 TFSS는, 상기 박리 이후 더 가공될 수 있다. 상기 TFSS 및 그것의 처리 방법에 대한 추가적인 몇몇 가능한 실시예가 있다. 충분한 층 두께에 대하여, 상기 TFSS는 자기-지지형(self-supporting)일 수 있으며 추가적인 공정을 통해 처리될 수 있다. 상기 TFSS 물질을 상면에 증착시키는데 이용되었던 상기 기판이 3차원 구조, 이를 테면 각뿔, 각기둥 또는 기타 3차원 도형의 배열을 형성하도록 구성되는 경우, 상기 TFSS는 이후 증착된 TFSS 물질의 양이 매우 적은 경우에도 자기-지지형일 수 있다. 이러한 구조적 특징은 상기 3차원 기판 및 TFSS의 잠재적인 장점이다. 상기 층 두께가 상기 TFSS의 자기-지지에 충분하지 않은 경우, 상기 TFSS는 추가적인 공정간 적합한 지지판에 의하여 지지될 수 있다.TFSS, which may have been peeled from the substrate carrier and already undergone some processing on the substrate, may be further processed after the peeling. There are some additional possible embodiments of the TFSS and its processing method. For sufficient layer thickness, the TFSS may be self-supporting and processed through additional processes. When the substrate used to deposit the TFSS material on top is configured to form a three dimensional structure, such as an array of pyramids, prisms or other three dimensional figures, the TFSS is then used if the amount of TFSS material deposited is very small. May also be self-supporting. This structural feature is a potential advantage of the three-dimensional substrate and TFSS. If the layer thickness is not sufficient for self-support of the TFSS, the TFSS may be supported by a suitable support plate between additional processes.
당업자는 본 발명의 실시예가 전술한 특정 실시예 및 광범위한 기술 영역과의 관련성을 가진다는 것을 인지할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that embodiments of the present invention relate to the specific embodiments described above and to the broader technical scope.
전술한 실시예의 기재는 당업자가 특허청구범위의 기술사항을 생산 또는 이용할 수 있도록 제공되는 것이다. 이러한 실시예에 대한 다양한 조작은 당업자에게 자명하고, 여기서 정의된 일반적인 원리는 혁신적인 추고없이 기타의 실시예에 대하여 적용될 수 있다. 따라서, 특허청구범위의 기술사항이 여기에 개시된 상기 실시예에 제한되는 것은 아니며, 여기에 개시된 원리 및 신규한 특징과 일관되어 최광의로 해석되어야 한다.The description of the above-described embodiments is provided to enable those skilled in the art to produce or use the technical details of the claims. Various operations on these embodiments will be apparent to those skilled in the art, and the general principles defined herein may be applied to other embodiments without innovative consideration. Accordingly, the technical details of the claims are not limited to the above embodiments disclosed herein, but should be construed broadly consistent with the principles and novel features disclosed herein.
본 명세서에 포함되는 모든 추가적인 시스템, 방법, 특징, 및 장점은 본 발명의 권리범위에 포함된다.All additional systems, methods, features, and advantages included herein are included in the scope of the present invention.
Claims (19)
상기 재사용 가능한 반도체 기판의 전면 상에 희생 박리층을 형성하는 단계;
상기 희생 박리층에 대하여 등각으로(conformally) 박막 반도체 기재를 에피택시얼 증착하는 단계(epitaxially depositioning);
상기 희생 박리층에서 분리에 의하여 상기 박막 반도체 기재를 상기 재사용 가능한 반도체 기판으로부터 박리하는 단계; 및
상기 재사용 가능한 반도체 기판을 재생하여 과도하게 에피택시얼 증착된(epitaxially deposited) 박막 반도체 기재 물질을 제거함으로써 제2박막 반도체 기재의 생산을 가능하게 하는 단계를 포함하는 박막 반도체 기재의 제조 방법.Providing a reusable semiconductor substrate;
Forming a sacrificial release layer on a front surface of the reusable semiconductor substrate;
Epitaxially depositing a thin film semiconductor substrate conformally to the sacrificial release layer;
Peeling the thin film semiconductor substrate from the reusable semiconductor substrate by separation in the sacrificial release layer; And
Regenerating the reusable semiconductor substrate to remove the overly epitaxially deposited thin film semiconductor substrate material to enable production of a second thin film semiconductor substrate.
상기 재사용 가능한 반도체 기판의 전면 상에 희생 박리층을 형성하는 단계;
상기 희생 박리층에 대하여 등각으로(conformally) 박막 반도체 기재를 에피택시얼 증착하되(epitaxially depositioning), 상기 증착은 후면 기체 퍼징(purging) 또는 모서리 차단 마스크(shadow mask) 중 1 이상에 의하여 감소된 후면 및 모서리 증착을 이루는 것인, 단계; 및
상기 희생 박리층에서 분리에 의하여 상기 박막 반도체 기재를 상기 재사용 가능한 반도체 기재로부터 박리하는 단계를 포함하는 박막 반도체 기재의 제조 방법.Providing a reusable semiconductor substrate;
Forming a sacrificial release layer on a front surface of the reusable semiconductor substrate;
Epitaxially depositing a thin film semiconductor substrate conformally to the sacrificial release layer, the deposition being reduced by at least one of a backside gas purging or a shadow mask. And edge deposition; And
Peeling the thin film semiconductor substrate from the reusable semiconductor substrate by separation in the sacrificial release layer.
상기 재사용 가능한 반도체 기판의 전면 상에 희생 박리층을 형성하는 단계;
상기 희생 박리층에 대하여 등각으로(conformally) 박막 반도체 기재를 에피택시얼 증착하는 단계(epitaxially depositioning);
상기 희생 박리층에서 분리에 의하여 상기 박막 반도체 기재를 상기 재사용 가능한 반도체 기판로부터 박리하는 단계;
상기 재사용 가능한 반도체 기판에 대하여 실리콘 식각, 금속 세척, 및 유기 세척 중 1 이상을 수행하여 사전에 생산 및 박리된 박막 반도체 기재 및 상기 박막 반도체 기재 상에서 수행된 상부-기판(on-template) 공정으로부터의 잔여물을 제거하는 단계; 및
상기 재사용 가능한 반도체 기판을 재생하여 제2박막 반도체 기재의 생산을 가능하게 하는 단계를 포함하는 박막 반도체 기재의 제조 방법.
Providing a reusable semiconductor substrate;
Forming a sacrificial release layer on a front surface of the reusable semiconductor substrate;
Epitaxially depositing a thin film semiconductor substrate conformally to the sacrificial release layer;
Peeling the thin film semiconductor substrate from the reusable semiconductor substrate by separation in the sacrificial release layer;
The reusable semiconductor substrate may be subjected to at least one of silicon etching, metal washing, and organic cleaning to produce a previously produced and exfoliated thin film semiconductor substrate and from an on-template process performed on the thin film semiconductor substrate. Removing residue; And
Regenerating the reusable semiconductor substrate to enable production of a second thin film semiconductor substrate.
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