KR20110105382A - 스크린 프린팅 패턴 정렬을 위한 향상된 비젼 시스템 - Google Patents

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KR20110105382A
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티모시 더블유. 웨이드만
안드레아 바씨니
선홈 박 (스티브)
홍빈 팡
첸후아 창
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Abstract

본 발명의 실시예는 또한 일반적으로 솔라셀 형성 공정을 제공하며, 상기 공정은 무겁게 도핑된 영역 위에 금속 컨택부의 형성을 포함하며, 상기 영역은 기판의 표면 위에 바람직한 패턴으로 형성되어 있다. 본 발명의 실시예는 탐지 시스템 및 지지 하드웨어를 제공하며, 이는 유사하게 성형되거나 패턴화된 금속 컨택 구조를 상기 패턴화된 무겁게 도핑된 영역 위에 옴 컨택되도록 믿을 수 있게 위치시키기 위해 사용된다. 상기 금속 컨택 구조, 예컨대 핑거 또는 버스바는 상기 무겁게 도핑된 영역 위에 형성되어서 높은 퀄리티 연결은 이 두 영역 사이에서 형성될 수 있다.

Description

스크린 프린팅 패턴 정렬을 위한 향상된 비젼 시스템 {ENHANCED VISION SYSTEM FOR SCREEN PRINTING PATTERN ALIGNMENT}
본 발명의 실시예는 일반적으로 기판 표면의 원하는 영역 상에 패턴화된 층을 형성하기 위한 시스템 및 프로세스에 관한 것이다.
솔라셀은 태양광을 직접 전기적 전력으로 변환시키는 광전지(PV) 소자이다. PV 시장은 지난 10년 동안 30%를 초과하는 연 성장률로 성장해왔다. 일부 기사는 전세계 솔라셀 전력 생산이 근 미래에 10GWp를 초과할 수 있다고 제시하고 있다. 모든 태양 모듈의 95% 이상이 실리콘 웨이퍼에 기초하고 있다고 추정된다. 실질적으로 태양 전기 비용을 감소시키기 위한 필요와 함께 높은 시장 성장률은 값싸게 높은 품질의 솔라셀을 형성하기 위한 다수의 심각한 도전을 가져왔다. 따라서, 상업적으로 이용 가능한 솔라셀에서의 하나의 주요 성분은 소자 수율을 향상시키고 기판 처리량을 증가시킴에 의해 솔라셀을 형성하는데 필요한 제조 비용을 감소시키는 데 있다.
솔라셀은 일반적으로 하나 이상의 p-n 접합을 갖는다. 각각의 p-n 접합은 반도체 물질 내에 두 개의 상이한 영역을 포함하고, 이 경우 일 부분은 p-형 영역으로 표시되고 나머지 부분은 n-형 영역으로 표시된다. 솔라셀의 p-n 접합이 태양광에 노출될 때(광자로부터의 에너지로 이루어진), 태양광은 PV 효과를 통해 전기로 직접 변환된다. 솔라셀은 특정 양의 전력을 생성하고, 원하는 양의 시스템 전력을 전달하도록 크기 지어진 모듈로 기울어진다. 태양 모듈은 특정한 프레임 및 커넥터를 구비한 패널로 결합된다. 솔라셀은 실리콘 기판 상에 공통적으로 형성되고, 이는 단결정 또는 다결정 실리콘 기판일 수 있다. 일반적인 솔라셀은 기판 상에 형성된 p-형 영역 위에 n-형 실리콘의 박막층을 가진 약 0.3mm 미만의 두께의 실리콘 웨이퍼, 기판 또는 시트(sheet)를 포함한다.
도 1a 및 1b는 웨이퍼(11) 상에서 제작된 표준 실리콘 솔라셀(10)을 개략적으로 도시한다. 웨이퍼(11)는 p-형 베이스 영역(21), n-형 에미터 영역(22), 및 이들 사이에 배치된 p-n 접합 영역(23)을 포함한다. n-형 영역, 또는 n-형 반도체는 일정한 유형의 성분들(예를 들어 인(P), 비소(As), 또는 안티몬(Sb))로 반도체를 도핑함에 의해 형성되고, 이에 의해 네거티브 전하 캐리어, 즉 전자의 숫자를 증가시킨다. 유사하게, p-형 영역, 또는 p-형 반도체는 결정 격자로 3가 원자를 첨가함에 의해 형성되고, 그 결과 실리콘 격자를 위해 4개의 공유 결합 중 하나로부터 미싱 전자(missing electron)가 발생된다. 따라서 도펀트 원자는 공유 결합에서 네 번째 결합을 완성하기 위해 인접한 원자로부터 전자를 수용할 수 있다. 도펀트 원자는 전자를 수용하고, 그 결과 인접한 원자로부터 하나의 결합의 절반의 손실이 일어나며, 그 결과 "홀(hole)"이 형성된다.
광이 솔라셀에 쬐어질 때, 입사 광자로부터의 에너지는 p-n접합 영역(13)의 양 부분 상에서 전자-홀 쌍을 생성한다. 전자는 낮은 에너지 레벨로 p-n 접합을 가로질러 확산하고, 홀은 반대 방향으로 확산하며, 그 결과 에미터 상에 네거티브 전하를 생성하고 상응하는 포지티브 전하는 베이스에 축적된다. 전기 회로가 에미터 및 베이스 사이에서 만들어질 때, p-n 접합은 일정한 파장의 광에 노출되고, 전류가 흐를 것이다. 조명을 받을 때 반도체에 의해 생성된 전류는 솔라셀(10)의 전면부(18), 즉 광 수용부, 및 솔라셀(10)의 후면부(19) 상에 배치된 컨택을 통해 유동한다. 도 1a에서 도시된 것처럼 상부 컨택 구조는 넓게 이격된 얇은 금속 라인으로서 일반적으로 구성되거나 또는 핑거(fingers; 14)로서 구성되고, 전류를 큰 버스 바아(busbar)(15)에 공급한다. 후방 컨택(25)은 일반적으로 다수의 얇은 금속 라인에서 형성되도록 수축되지는 않는데, 왜냐하면 이는 입사광이 솔라셀(10)에 부딪히는 것을 막지 않기 때문이다. 솔라셀(10)은 Si3N4와 같은 유전 물질의 박막층으로 일반적으로 커버되고, 이는 반-반사 코팅(16) 또는 ARC로서 작용하고, 이에 의해 솔라셀(10)의 상부면(22A)으로부터 광의 반사를 최소화한다.
스크린 프린팅은 옷 또는 세라믹과 같은 물체 상에 디자인을 프린트하는데 오랫동안 이용되어 왔고, 이는 기판의 표면 상에 전기적 컨택 또는 상호연결부와 같은 전기적 구성요소 설계를 프린트하기 위해 전자 산업에서 이용된다. 최신의 솔라셀 제작 프로세스도 스크린 프린팅 프로세스를 이용한다. 일정한 응용에서, 솔라셀 기판 상에 핑거(14)와 같은 컨택 라인을 스크린 프린트하는 것이 바람직하다. 핑거(14)는 하나 이상의 도핑된 영역(예를 들어 n-형 에미터 영역(22))과 옴 연결부(Ohmic connection)를 형성하도록 이루어진 기판과 컨택한다. 옴 컨택은, 소자의 전류-전압(I-V) 커브가 선형적이고 대칭적이 되도록, 즉 반도체 소자의 도핑된 실리콘 영역 및 금속 컨택 사이에 높은 저항 인터페이스가 없도록 제조된 반도체 소자 상에서의 영역이다. 낮은 저항의 안정된 컨택은 솔라셀의 성능 및 솔라셀 제작 프로세스에서 형성된 회로의 신뢰성에 중요하다. 솔라셀 소자와의 컨택을 향상시키기 위해, 기판 표면 내에 형성된 다량으로 도핑된 영역(17) 상에 핑거(14)를 위치시키는 것이 일반적이고, 이에 의해 옴 컨택의 형성을 가능하게 한다. 전기적 성질 때문에 형성된 다량으로 도핑된 영역(17)은 통과할 수 있는 광의 양을 차단하거나 또는 최소화하는 경향이 있기 때문에, 핑거(14)가 신뢰성 있게 정렬되고 그 위에 형성될 수 있는 것을 보장하기에 충분하도록 크게 이러한 영역을 만든다. 자동화된 전달 소자 상에 기판을 위치시키는데 있어서의 에러에 의해 하부에 다량으로 도핑된 영역(17)에 대해 증착된 핑거(14)의 미정렬(misalignment)은 기판의 엣지에 결함을 만들고, 기판 표면 상에 다량으로 도핑된 영역(17)의 알려지지 않은 등록 및 정렬 및/또는 자동화된 전달 소자 상에서 기판의 시프트는 열악한 소자 성능 및 낮은 소자 효율을 유도할 수 있다. 다량으로 도핑된 영역(17)은 예를 들면 패턴화된 확산 배리어를 이용하여 인 확산 단계를 수행함에 의해 다량의 그리고 소량의 도핑의 구역을 생성하기 위한 다양한 패터닝 기술을 이용하여 기판 표면 상에 형성될 수 있다. 후방 컨택은 솔라셀에 필요한 전기 회로를 완성하고, 이에 의해 기판의 p-형 베이스 영역과의 옴 컨택을 형성함에 의해 전류를 생산한다.
따라서, 스크린 프린팅 또는 다른 유사한 프로세스를 이용하여 다량으로 도핑된 영역에 대해 증착된 금속 피쳐(들)(예를 들어 핑거(14))의 정렬을 제어하는 향상된 방법을 갖는 솔라셀, 전자 회로 또는 다른 유용한 소자의 생산을 위한 스크린 프린팅 장치에 대한 요구가 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 솔라셀 형성 프로세스는, 기판 수용면 상에 기판을 위치시키는 단계, 기판 상에서 패턴화된 도핑된 영역의 실제 위치를 결정하는 단계, 제 1 표면의 영역으로부터 제 1 파장으로 전자기적 복사를 받는 단계, 기판 상의 패턴화된 도핑된 영역의 결정된 실제 위치로부터 받은 정보를 이용하여 패턴화된 도핑된 영역으로 스크린 프린팅 마스크에서 하나 이상의 피쳐를 정렬하는 단계, 및 하나 이상의 피쳐를 통해 그리고 패턴화된 도핑된 영역의 적어도 일부 상에 물질층을 증착하는 단계를 포함하고, 이 경우 기판은 제 1 표면 및 그 위에 형성된 패턴화된 도핑 영역을 갖고, 실제 위치를 결정하는 단계는 제 1 표면을 향해 전자기 복사를 방출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예는 솔라셀 형성 프로세스를 추가로 제공할 수 있는데, 이는 기판의 제 1 표면 상에 패턴으로 제 1 도펀트 물질을 배치하는 단계, 제 1 도펀트 물질이 제 1 표면 상에 배치되어 있는 동안 제 1 표면의 일부를 에칭하는 단계, 제 1 도펀트 물질의 도펀트 원자가 제 1 표면으로 확산하고 패턴화된 도핑된 영역을 형성하도록 기판 및 제 1 도펀트 물질을 가열하는 단계, 패턴화된 도핑된 영역의 일부의 광 이미지를 캡쳐하는 단계, 캡쳐된 광 이미지로부터 받은 정보를 이용하여 패턴화된 도핑된 영역으로 스크린 프린팅 마스크에서 피쳐를 정렬하는 단계, 및 패턴화된 도핑된 영역의 적어도 일부에 그리고 피쳐를 통해 물질층을 증착하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예는, 솔라셀 형성 프로세스를 추가로 제공할 수 있는데, 이는 제 1 도핑된 영역을 형성하기 위해 기판의 제 1 표면으로 제 1 양의 제 1 도펀트 원자를 확산시키는 단계, 제 1 도핑된 영역의 적어도 일부 위에 제 1 표면 상에 패턴으로 마스킹 물질을 배치하는 단계, 마스킹 물질이 제 1 표면 상에 배치되어 있는 동안 제 1 표면의 일부를 에칭하는 단계, 제 1 표면 상에 마스킹 물질을 배치하고 제 1 표면의 일부를 에칭한 이후 제 2 도핑된 영역을 형성하도록 제 1 표면으로 제 2 양의 제 2 도펀트 원자를 확산시키는 단계, 제 1 도핑된 영역의 일부 및 제 2 도핑된 영역의 일부의 광학 이미지를 캡쳐하는 단계, 캡쳐된 광학 이미지로부터 받은 정보를 이용하여 제 1 도핑된 영역의 적어도 일부에 대해 스크린 프린팅 마스크에서 피쳐를 정렬하는 단계, 및 피쳐를 통해 그리고 제 1 도핑된 영역의 적어도 일부 상으로 물질층을 증착시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예는 솔라셀 형성 프로세스를 추가로 제공할 수 있는데, 이는 기판의 제 1 표면의 일부를 에칭하는 단계, 에칭된 제 1 표면의 일부 위에 제 1 층을 증착하는 단계, 기판의 영역을 노출시키도록 에칭된 제 1 표면 위에 배치된 증착된 제 1 층의 일부를 제거하는 단계, 기판 내에 도핑된 영역을 형성하기 위해 기판의 노출된 영역으로 도펀트를 함유한 물질을 전달하는 단계, 기판의 제 1 표면의 일부의 이미지를 캡쳐하는 단계로서 이미지는 노출된 영역의 일부 및 에칭된 제 1 표면의 일부를 포함하는 기판의 제 1 표면의 일부의 이미지를 캡쳐하는 단계, 캡쳐된 이미지로부터 받은 정보를 이용하여 노출된 영역에 대해 스크린 프린팅 마스크의 피쳐를 정렬시키는 단계, 및 노출된 영역에 대해 정렬된 이후 패턴화된 도핑된 영역의 적어도 일부로 그리고 피쳐를 통해 물질층을 증착하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예는 기판을 프로세스하기 위한 장치를 추가적으로 제공할 수 있고, 이는 기판 지지면, 기판 지지면을 향해 전자기 복사를 방출하도록 위치한 전자기 복사 소스, 기판 지지면 상에 배치된 기판의 표면을 향해 배향된 방출된 전자기 복사의 적어도 일부를 받도록 위치한 탐지기 어셈블리, 스크린 프린팅 마스크를 위치시키도록 구성된 하나 이상의 액츄에이터 및 스크린 프린팅 마스크를 가진 증착 챔버, 및 기판 지지면 상에 배치된 기판의 표면 상에 형성된 패턴화된 다량으로 도핑된 영역의 위치에 관하여 탐지기 어셈블리로부터 신호를 받고 탐지기 어셈블리로부터 받은 정보에 기초하여 패턴화된 다량의 도핑된 영역에 대해 스크린 프린팅 마스크의 위치를 조정하도록 구성된 제어기를 포함하고, 이 경우 받은 전자기 복사는 패턴화된 다량의 도핑된 영역을 포함하지 않는 기판의 영역에 의해 반사되거나 또는 이를 통해 바람직하게 전송되거나 또는 기판의 표면 상에 형성된 패턴화된 다량의 도핑된 영역에 의해 반사되거나 또는 이를 통해 우선적으로 전송되는 파장으로 제공된다.
본 발명의 실시예는 솔라셀 형성 프로세스를 추가적으로 제공할 수 있고, 이는 패턴을 형성하기 위해 기판의 제 1 표면 상에 제 1 도펀트 물질을 배치하는 단계, 제 1 도펀트 물질의 도펀트 원자를 제 1 표면으로 확산시키고 패턴화된 도핑된 영역을 형성하도록 기판 및 제 1 도펀트 물질을 가열하는 단계, 패턴화된 도펀트 물질에 의해 커버되지 않은 표면 구역을 에칭하는 단계, 이후에 텍스쳐된 구역의 가벼운 확산을 수행하는 단계, 마지막으로 매끄럽게 패턴화되고 다량으로 도핑된 영역의 일부의 광학 이미지를 캡쳐하는 단계, 캡쳐된 광학 이미지로부터 받은 정보를 이용하여 패턴화된 도핑된 영역에 대해 스크린 프린팅 마스크의 피쳐를 정렬시키는 단계, 및 패턴화된 도핑된 영역의 적어도 일부 상에 그리고 피쳐를 통해 물질층을 증착하는 단계를 포함한다. 일 구성에서, 패턴화된 도펀트 물질에 의해 커버되지 않은 표면 구역을 에칭하는 프로세스는 광 흡수를 향상시키는 텍스쳐를 제공하도록 최적화된 프로세스를 이용하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예는 기판을 프로세스하기 위한 장치를 추가적으로 제공할 수 있고, 이는 기판 지지면, 기판 지지면을 향해 전자기 복사를 방출하도록 위치한 전자기 복사 소스, 기판 지지면 상에 배치된 기판의 표면과 컨택하는 방출된 전자기 복사의 적어도 일부를 받도록 위치한 탐지기 어셈블리, 스크린 프린팅 마스크를 위치시키도록 구성된 하나 이상의 액츄에이터 및 스크린 프린팅 마스크를 가진 증착 챔버, 및 기판 지지면 상에 배치된 기판의 표면 상에 형성된 패턴화된 다량으로 도핑된 영역의 위치에 관하여 탐지기 어셈블리로부터 신호를 받고 패턴화된 다량의 도핑된 영역에 대해 스크린 프린팅 마스크의 위치를 조정하도록 구성된 제어기를 포함하고, 이 경우 받은 전자기 복사는 패턴화된 다량의 도핑된 영역을 포함하지 않는 기판의 영역에 의해 반사되거나 또는 이를 통해 바람직하게 전송되거나 또는 기판의 표면 상에 형성된 패턴화된 다량의 도핑된 영역에 의해 반사되거나 또는 이를 통해 우선적으로 전송되는 파장으로 제공된다.
본 발명의 상기 언급된 특징들이 더욱 상세히 이해될 수 있도록, 상기 간략히 요약된 본 발명의 더욱 특별한 설명은 첨부된 도면에서 도시된 실시예를 참고로 하여 이루어질 수 있다. 그러나, 첨부된 도면은 본 발명의 오직 전형적인 실시예를 도시하는 것이고, 따라서 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안되며, 본 발명은 다른 동등하게 유효한 실시예를 허용할 수 있다.
도 1a는 전방부 금속화 상호연결 패턴을 포함한 종래 기술의 솔라셀의 등각도이다.
도 1b는 도 1a에서 도시된 종래 기술의 솔라셀의 측단면도를 도시한다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따라 다량으로 도핑된 영역과 그 위에 형성된 패턴화된 금속 컨택 구조물을 가진 기판의 표면의 평면도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 2a에서 도시된 기판의 표면의 일부의 확대 측단면도이다.
도 3a는 원하는 패턴의 다중층을 형성하기 위해 본 발명의 실시예와 함께 이용될 수 있는 시스템의 개략적인 등각도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 3a의 시스템의 개략적인 상부 평면도이다.
도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 스크린 프린팅 시스템의 프린팅 네스트 부분의 등각도이다.
도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판의 전면을 검사하도록 위치한 검사 어셈블리를 가진 회전식 액츄에이터 어셈블리의 일 실시예의 개략 등각도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 검사 시스템의 개략 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 프린팅 네스트에 위치한 광학 검사 시스템의 개략 단면도이다.
도 5a-5g는 본 발명의 일 실시예에 따른 솔라셀 형성 프로세싱 순서의 상이한 단계 동안 솔라셀의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따라 솔라셀을 형성하는데 이용된 프로세싱 순서를 도시한다.
도 6b는 본 발명의 실시예에 따라 솔라셀을 형성하는데 이용된 프로세싱 순서를 도시한다.
도 6c는 본 발명의 실시예에 따라 솔라셀을 형성하는데 이용된 프로세싱 순서를 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 솔라셀의 다량으로 도핑된 영역 상에 전도층을 증착하는데 이용된 프로세싱 순서를 도시한다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따라 다량으로 도핑된 영역 및 그 위에 형성된 정렬 마크를 가진 기판의 표면의 평면도이다.
도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따라 다량으로 도핑된 영역, 정렬 마크 및 차폐 물질(obscuring material)을 가진 기판의 표면의 측단면도이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 상에 프린트되는 정렬 마크의 다양한 예를 도시한다.
도 9b-9d는 본 발명의 실시예에 따른 기판의 전방 표면 상의 정렬 마크의 다양한 구성을 도시한다.
도 10은 회전식 액츄에이터 어셈블리의 일 실시예의 개략적인 등각도이고, 이경우 광학 검사 어셈블리는 본 발명의 실시예에 따른 다수의 광학 검사 시스템을 포함한다.
도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따라 다량으로 도핑된 영역 및 기판의 전방 표면 상에 형성된 정렬 마크를 가진 기판의 표면의 평면도이다.
도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판 상에 형성된 정렬 마크의 예를 도시하는 평면도이다.
도 11c는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판의 표면의 개략적인 단면도이다.
도 11d는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판에 대해 스크린 프린팅 마스크를 정렬시키는데 이용된 광학 검사 시스템의 개략 단면도이다.
도 11e는 본 발명의 일 실시예에 따라 정렬 마크 및 스크린 프린팅 마스크의 예를 도시하는 평면도이다.
도 11f는 본 발명의 일 실시예에 따라 다량으로 도핑된 영역 및 그 위에 형성된 정렬 마크를 가진 기판의 표면 위에 배치된 스크린 프린팅 마스크의 평면도이다.
도 11g는 본 발명의 일 실시예에 따라 다량으로 도핑된 영역 및 그 위에 형성된 정렬 마크를 가진 기판의 표면 위에 배치된 스크린 프린팅 마스크의 확대 평면도이다.
도 12a-12h는 본 발명의 일 실시예에 따른 솔라셀 형성 프로세싱 순서의 상이한 단계 동안 솔라셀의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 솔라셀을 형성하는데 이용된 프로세싱 순서를 도시한다.
도 14a-14d는 솔라셀 소자의 활성 영역을 형성하는데 이용된 프로세싱 순서의 상이한 단계 동안 솔라셀 기판의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 솔라셀 소자의 활성 영역을 형성하기 위한 방법의 순서도를 도시한다.
이해를 촉진시키기 위해, 동일한 도면 부호가 가능한 도면에서 공통되는 동일한 요소를 지칭하는데 이용되었다. 일 실시예의 요소 및 특징은 추가적인 인용이 없이 다른 실시예에서 유리하게 이용될 수 있다.
첨부된 도면은 오직 본 발명의 예시적인 실시예를 도시하고, 따라서 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 본 발명은 다른 동등하게 유효한 실시예를 허용할 수 있다.
본 발명의 실시예는 기판 프로세싱 라인의 소자 수율 성능 및 소유 비용을 향상시킬 수 있는 향상된 패턴화된 물질 증착 프로세싱 순서를 이용하는 시스템에서 기판을 프로세스하기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 일 실시예에서, 시스템은 결정질 실리콘 솔라셀 생산 라인의 일부 내에서 스크린 프린팅 프로세스를 수행하도록 이루어진 스크린 프린팅 시스템이고, 여기서 기판은 원하는 물질로 패턴화되고 이후 하나 이상의 이후의 프로세싱 챔버에서 프로세스된다. 이후의 프로세싱 챔버는 하나 이상의 베이크 단계 및 하나 이상의 세정 단계를 수행하도록 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 시스템은 미국 캘리포니아 산타 클라라의 어플라이드 머티어리얼스사 소유의 Baccini S.p.A.로부터 구입 가능한 SoftlineTM 내에 위치한 모듈이다. 이하의 논의는 솔라셀 소자의 표면 상에서 상호연결부 또는 컨택 구조물과 같은 패턴을 스크린 프린트하는 프로세스를 주로 논의하지만, 이러한 구성은 여기서 설명된 본 발명의 범위를 제한하려는 의도는 아니다. 본 발명으로부터 이익이 될 수 있는 다른 기판 물질은 단결정 실리콘, 다중결정 실리콘, 다결정 실리콘, 또는 다른 바람직한 기판 물질을 포함한 활성 영역을 가질 수 있는 기판을 포함한다.
향상된 광학 검사 시스템
또한, 본 발명의 실시예는 기판 표면 상의 원하는 패턴(230)에 형성된 다량으로 도핑된 영역(241) 위에 금속 컨택의 형성을 포함한 신규한 솔라셀 형성 프로세스를 일반적으로 제공한다. 또한, 본 발명의 실시예는 옴 컨택이 이루어지도록 패턴화된 다량으로 도핑된 영역 상에 유사하게 형상화되거나 또는 패턴화된 금속 컨택 구조물을 신뢰성 있게 위치시키는데 이용되는 검사 시스템 및 지지 하드웨어를 제공한다. 도 2a는 다량으로 도핑된 영역(241) 및 핑거(260)와 같은 그 위에 형성된 패턴화된 금속 컨택 구조물(242)을 가진 기판(250)의 표면(251)의 평면도이다. 도 2b는 도 2a에서 도시된 단면 라인(2B-2B)에서 생성된 측단면도이고, 다량으로 도핑된 영역(241) 상에 배치된 금속 핑거(260)를 가진 표면(251)의 일부를 도시한다. 상기에서 논의된 것처럼, 핑거(260) 및 버스바아(261)와 같은 금속 컨택 구조물은 다량으로 도핑된 영역(241) 상에 형성되고, 이에 의해 고품질 전기 연결부가 이러한 두 영역 사이에서 형성될 수 있다. 낮은 저항의 안정적인 컨택은 솔라셀의 성능에 중요하다. 다량으로 도핑된 영역(241)은 일반적으로 약 50 옴 퍼 스퀘어(Ω/□) 미만의 시이트 저항을 갖는 기판(250)의 일부를 포함한다. 일 실시예에서, 다량으로 도핑된 영역(241)은 약 1018 원자/cm3을 넘는 도핑 레벨을 갖고, 실리콘 기판에서 형성된다. 패턴화된 유형의 다량으로 도핑된 영역(241)은 이 기술에서 잘 알려진 종래의 리소그래픽 및 이온 주입 기술 또는 종래의 유전 마스킹 및 고온 퍼니스 확산 기술에 의해 형성될 수 있다. 그러나, 다량으로 도핑된 영역(241) 상에서 금속 컨택 구조물(242)을 정렬하고 증착하는 프로세스는 종래의 기술을 이용해서는 어려운데, 왜냐하면 이러한 기술을 이용해 기판(250)의 표면(251) 상에 형성된 다량으로 도핑된 영역(241) 패턴의 실제 정렬 및 방향을 쉽게 탐지할 길이 없기 때문이다. 형성된 다량으로 도핑된 영역(241) 패턴의 실제 정렬 및 방향을 탐지하는 능력은, 기판(250)에 형성된 다량으로 그리고 소량으로 도핑된 영역이 반-반사 코팅층으로 커버된 이후에는 특히 어렵다.
따라서, 본 발명의 실시예는 패턴화된 다량으로 도핑된 영역(241)의 실제적인 정렬 및 방향을 먼저 탐지하고, 이후에 수집된 정보를 이용하여 다량으로 도핑된 영역(241)의 표면 상의 패턴화된 금속을 형성하는 방법을 제공한다. 도 4a는 기판(250)의 표면 상에 형성된 다량으로 도핑된 영역(들)(241)의 패턴(230)의 실제적인 정렬 및 방향을 결정하도록 구성된 광학 검사 시스템(400)의 일 실시예를 도시한다. 광학 검사 시스템(400)은 일반적으로 하나 이상의 전자기 복사 소스를 포함하고, 이러한 복사 소스(402, 403)는 원하는 파장에서 복사를 방출하도록 구성되며 탐지기 어셈블리(401)는 반사되거나 또는 흡수되지 않은 복사를 포획하도록 구성되며, 이에 의해 다량으로 도핑된 영역(241)의 정렬 및 방향은 기판(250)의 다른 다량으로 도핑되지 않은 영역에 대해 광학적으로 결정될 수 있다. 이후 탐지기 어셈블리(401)에 의해 수집된 방향 및 정렬 데이터는 시스템 제어기(101)로 전달되고, 이러한 시스템 제어기는 패턴화된 금속 기술을 이용하여 다량으로 도핑된 영역(241)의 표면 상에서 핑거(260)와 같은 금속 컨택 구조물의 위치를 조정하고 제어하도록 구성된다. 패턴화된 금속화 기술은 스크린 프린팅 프로세스, 잉크젯 프린팅 프로세스, 리소그래픽 및 블랭킷(blanket) 금속 증착 프로세스, 또는 다른 유사한 패턴화된 금속화 프로세스를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 금속 컨택은 도 3a-3d와 함께 이하에서 설명되는 것처럼 스크린 프린팅 시스템(100)에서 수행되는 스크린 프린팅 프로세스를 이용하여 기판(250)의 표면 상에 배치된다.
다량으로 도핑된 영역(241)이 실리콘 기판 내에서 형성되는 구성에서, 자외선(UV) 및 적외선(IR) 파장 영역 내의 파장에서 방출되는 전자기 복사는 실리콘 기판 또는 다량으로 도핑된 영역에 의해 우선적으로 흡수되거나, 반사되거나 또는 전달될 것이다. 방출된 복사의 전달, 흡수 또는 반사의 차이는 탐지기 어셈블리(401) 및 시스템 제어기(101)에 의해 해결될 수 있는 일정한 분별 가능한 대조를 생성하는데 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 약 850nm 내지 4마이크론(μm)의 파장의 전자기 복사를 방출하는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 하나 이상의 복사 소스(402, 403)는 광의 원하는 파장 중 하나 이상을 전달하도록 이루어진 광 방출 다이오드(LEDs)이다.
일 실시예에서, 광학 검사 시스템(400)은, 탐지기 어셈블리(401)가 배치되는 기판의 측면과 대향하는 기판(250)의 표면(252)으로 전자기 복사 "B1"를 전달하도록 구성된 복사 소스(402)를 갖는다. 일례에서, 복사 소스(402)는 솔라셀 기판(250)의 후면에 인접하여 배치되고, 탐지기 어셈블리(401)는 기판(250)의 전방 표면에 인접하여 배치된다. 이러한 구성으로, 방출된 전자기 복사 "B1"가 기판(250)을 통과하는 것을 가능하게 하도록 약 1060nm보다 큰 것과 같은 실리콘의 흡수 엣지보다 큰 광학 복사를 이용하는 것이 바람직하고, 경로 "C"를 따라 탐지기 어셈블리(401)로 전달되는 것이 바람직하다. 일반적으로 솔라셀 응용에서 이용되는 다량으로 도핑된 영역의 높은 도핑 레벨 (예를 들어 >1018 원자/cm3) 대 일반적으로 소량으로 도핑된 실리콘 기판(예를 들어 <1017 원자/cm3)에 의해 흡수 또는 전달 성질은 이러한 파장 내에서 이러한 영역의 각각에 대해 상당히 상이하게 될 것이다. 일 실시예에서, 약 1.1μm 내지 약 1.5μm의 범위로 방출되는 파장을 한정하는 것이 바람직하다. 일례에서, 다량으로 도핑된 영역은 적어도 50옴 퍼 스퀘어의 시트 저항(sheet resistance)을 갖는다.
광학 검사 시스템(400)의 다른 실시예에서, 복사 소스(403)는 탐지기 어셈블리(401)로서 기판의 동일한 부분 상에 있는 기판(250)의 표면(251)으로 전자기 복사 "B2"를 전달하도록 구성되고, 이에 의해 하나 이상의 방출된 파장이 다량으로 도핑된 영역(241) 또는 기판(@50)의 일부에 의해 흡수 또는 반사될 것이며 경로 "C"를 따라 카메라로 전달될 것이다. 이러한 구성에서, 영역 사이의 원하는 대조가 탐지기 어셈블리(401)에 의해 탐지될 수 있을 때까지 약 300nm 내지 4마이크론(μm)의 파장으로 광학 복사를 방출하는 것이 바람직하다. 일례에서 약 850nm 내지 4마이크론(μm)의 파장으로 광학 복사를 방출하는 것이 바람직하다. 다른 예에서, UV 범위(예를 들어 300-450nm)에 근접한 블루의 파장과 같은 짧은 파장의 광을 방출하는 복사 소스(403)가 이용되는 것이 바람직한데, 왜냐하면 이러한 범위는 반사 유형 모드 광학 탐지 기술을 이용할 때 향상된 광학적 대조를 제공할 것이기 때문이다.
광학 검사 시스템(400)의 일 실시예에서, 두 개의 복사 소스(402, 403) 및 하나 이상의 탐지기 어셈블리(401)가 기판(250)의 표면 상에서 다량으로 도핑된 영역(241)의 패턴을 추가적으로 탐지하는 것을 돕는데 이용된다. 이러한 경우에, 복사 소스(402, 403)를 구성하는 것이 바람직할 수 있는데, 이에 의해 동일한 또는 상이한 파장으로 복사를 방출한다.
탐지기 어셈블리(401)는 전자기 복사 탐지기, 카메라 또는 하나 이상의 파장으로 받은 전자기 복사의 강도를 측정하도록 구성된 다른 유사한 소자를 포함한다. 일 실시예에서, 탐지기 어셈블리(401)는 하나 이상의 복사 소스(402, 403)에 의해 방출된 원하는 파장 범위 내에서 기판의 표면 상에서 피쳐를 탐지하고 해결하도록 구성된 카메라(401A)를 포함한다. 일 실시예에서, 카메라(401A)는 InGaAs 유형의 카메라이고, 이는 탐지 신호의 신호-대-노이즈의 비율을 향상시키기 위해 냉각된 CCD 배열을 갖는다. 일정한 구성에서, 카메라(401A) 및 기판(250)의 표면(251) 사이의 구역을 에워싸거나 또는 차폐함에 의해 대기의 광으로부터 탐지기 어셈블리(401)를 분리하는 것이 바람직하다.
일 실시예에서, 탐지기 어셈블리(401)는 또한 기판(251)의 표면 및 카메라(401A) 사이에 배치된 하나 이상의 광학 필터(미도시)를 포함한다. 이러한 구성에서, 광학 필터(들)은 탐지된 복사의 신호-대-노이즈 비율을 향상시키기 위해 카메라(401A)에 의해 받은 원하지 않는 에너지의 양을 감소시키도록 카메라(401A)로 오직 일정한 원하는 파장을 통과시키도록 선택된다. 광학 필터(들)은 밴드패스(bandpass) 필터, 내로우밴드(narrowband) 필터, 광학 엣지 필터, 노치(notch) 필터, 또는 와이드밴드 필터일 수 있고, 이는 예를 들어 Barr Associates, Inc. 또는 Andover Corporation으로부터 구입 가능하다. 본 발명의 다른 태양에서, 광학 필터는 복사 소스(402 또는 403) 및 기판(250) 사이에 부가되고 이에 의해 카메라(401A)에 의해 탐지되고 기판 상에 투사된 파장을 제한한다. 이러한 구성에서, 넓은 범위의 파장을 전달하고 기판 표면을 때리는 파장을 제한하기 위한 필터를 이용할 수 있는 복사 소스(402, 403)를 선택하는 것이 바람직할 수 있다.
도 3a는 스크린 프린팅 시스템, 또는 시스템(100)의 일 실시예를 도시하는 개략적인 등각도이고, 도 3b는 이의 개략적인 상부 평면도이며, 이러한 시스템은 광학 검사 시스템(400)을 이용하여 솔라셀 기판(250)의 표면 상에 원하는 패턴으로 금속 컨택을 형성하도록 본 발명의 실시예와 함께 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 시스템(100)은 인커밍 컨베이어(111), 회전식 액츄에이터 어셈블리(130), 스크린 프린트 챔버(102), 및 아웃고잉 컨베이어(112)를 포함한다. 인커밍 컨베이어(111)는 입력 컨베이어(113)(즉, 도 3b에서 경로 "A")와 같은 입력 장치로부터 기판(250)을 받고, 회전식 액츄에이터 어셈블리(130)에 커플링된 프린팅 네스트(131)로 기판(250)을 전달하도록 구성될 수 있다. 아웃고잉 컨베이어(112)는 회전식 액츄에이터 어셈블리(130)에 커플링된 프린팅 네스트(131)로부터 프로세스된 기판(250)을 받고 출구 컨베이어(114)와 같은 기판 제거 장치로 기판(250)을 전달하도록(도 3b에서 경로 "E") 구성될 수 있다. 입력 컨베이어(113) 및 출구 컨베이어(114)는 큰 생산 라인의 일부인 자동화된 기판 핸들링 장치일 수 있다. 예를 들면, 입력 컨베이어(113) 및 출구 컨베이어(114)는 시스템(100)의 모듈일 수 있는 SoftlineTM 툴의 일부일 수 있다.
회전식 액츄에이터 어셈블리(130)는 회전식 액츄에이터(미도시) 및 시스템 제어기(101)에 의해 "F" 축 주위로 각지게 위치하고 회전될 수 있으며, 이에 의해 프린팅 네스트(131)는 시스템(100) 내에서 선택적으로 각지게 위치할 수 있다(예를 들어 도 3b에서 경로 "D1" 및 "D2"). 회전식 액츄에이터 어셈블리(130)는 시스템(100)에서 기판 프로세싱 순서를 수행하도록 이용된 다른 자동화된 장치 또는 프린트 네스트(131)의 제어를 촉진하도록 하나 이상의 지지 구성요소를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 회전식 액츄에이터 어셈블리(130)는 4개의 프린팅 네스트(131) 또는 기판 지지부를 포함하고, 이는 각각 스크린 프린트 챔버(102) 내에서 수행되는 스크린 프린팅 프로세스 동안 기판(250)을 지지하도록 이루어진다. 도 3b는 회전식 액츄에이터 어셈블리(130)의 위치를 개략적으로 도시하고, 여기서 하나의 프린팅 네스트(131)는 인커밍 컨베이어(111)로부터 기판(250)을 받도록 위치 "1"에 있고, 다른 프린팅 네스트(131)는 스크린 프린트 챔버(102) 내에서 위치 "2"에 있으며, 이에 의해 다른 기판(250)은 표면 상에 스크린 프린트된 패턴을 받을 수 있고, 다른 프린팅 네스트(131)는 아웃고잉 컨베이어(112)로 프로세스된 기판(250)을 전달하기 위해 위치 "3"에 있으며, 다른 프린팅 네스트(131)는 위치 "4"에 있으며, 이는 위치 "1" 및 위치 "3" 사이의 중간 스테이지이다.
도 3C에서 도시된 것처럼, 프린팅 네스트(131)는 컨베이어 어셈블리(139)로 일반적으로 이루어지고, 이러한 어셈블리는 플래튼(platen; 138)에 걸쳐 위치한 지지 물질(137)을 주입하고 유지하도록 이루어진 주입 스풀(135) 및/또는 테이크-업 스풀(136)에 커플링되는 하나 이상의 액츄에이터(148), 롤러(140), 테이크-업 스풀(136), 또는 주입 스풀(135)을 갖는다. 플래튼(138)은 기판 지지면을 일반적으로 갖고, 이러한 표면 위에 기판(250) 및 지지 물질(137)은 스크린 프린트 챔버(102)에서 수행되는 스크린 프린팅 프로세스 동안 위치한다. 일 실시예에서, 지지 물질(137)은 다공성 물질이고, 이러한 다공성 물질은 지지 물질(137)의 일 측면 상에 배치된 기판(250)이 종래의 진공 생성 장치(예를 들어 진공 펌프, 진공 이젝터(ejector))에 의해 지지 물질(137)의 대향 측면에 인가된 진공에 의해 플래튼(138) 상에서 유지되게 한다. 일 실시예에서, 진공은 플래튼(138)의 기판 지지면(138A)에서 형성된 진공 포트(미도시)에 인가되고, 이에 의해 기판은 플래튼의 기판 지지면(138A)에 "처크"될 수 있다. 일 실시예에서, 지지 물질(137)은 동일한 기능을 수행하는 플라스틱 또는 텍스타일 물질과 같은 담배 또는 다른 유사한 물질에 이용되는 유형의 배출 가능한 페이퍼로 예를 들어 이루어진 배출 가능한(transpirable) 물질이다. 일례에서, 지지 물질(137)은 벤젠 라인을 함유하지 않은 담배 페이퍼(cigarette paper)이다.
일 구성에서, 액츄에이터(148)는 주입 스풀(135) 및 테이크-업 스풀(136)과 체결되도록 커플링되거나 또는 이루어지고, 이에 의해 지지 물질(137) 상에 위치한 기판(250)의 이동은 프린팅 네스트(131) 내에서 정확하게 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 주입 스풀(135) 및 테이크-업 스풀(136)은 각각 지지 물질(137)의 길이의 대향 단부를 수용하도록 이루어진다. 일 실시예에서, 액츄에이터(148)는 플래튼(138)에 걸쳐 지지 물질(137)의 위치 및 움직임을 제어하도록 주입 스풀(135) 및/또는 테이크-업 스풀(136) 상에 위치한 지지 물질(137)의 표면과 커플링되거나 또는 컨택하는 하나 이상의 드라이브 휠(147)을 각각 포함한다.
일 실시예에서, 시스템(100)은 위치 "1"에서 프린팅 네스트(131) 상에 위치한 기판(250)을 검사하도록 이루어진 검사 어셈블리(200)를 포함한다. 검사 어셈블리(200)는 위치 "1"에서 프린팅 네스트(131) 상에서 위치한 들어오거나 또는 프로세스된 기판(250)을 검사하도록 위치한 하나 이상의 카메라(121)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에서, 검사 어셈블리(200)는 프린팅 네스트(131) 상에서 기판(250)의 방향 및 위치를 분석하도록 이용되는 시스템 제어기(101)로 검사 결과를 통신하고 검사할 수 있는 다른 전자 구성요소 및 하나 이상의 카메라(121)(예를 들어 CCD 카메라)를 포함한다. 다른 실시예에서, 검사 어셈블리(200)는 상기에서 논의된 광학 검사 시스템(400)을 포함한다.
스크린 프린트 챔버(102)는 스크린 프린팅 프로세스 동안 위치 "2"에서 프린팅 네스트(131) 상에 위치한 기판(250)의 표면 상에 원하는 패턴으로 물질을 증착시키도록 이루어진다. 일 실시예에서, 스크린 프린트 챔버(102)는, 프린트되는 기판(250)에 대해 스크린 프린트 챔버(102) 내에 배치된 스크린 프린팅 마스크(102B)(도 3B)의 위치 및/또는 각 방향을 조정하는데 이용되고 시스템 제어기(101)와 소통하는 예를 들어 액츄에이터(102A)(예를 들어 스텝퍼 모터 또는 서보모터)와 같은 다수의 액츄에이터를 포함한다. 일 실시예에서, 스크린 프린팅 마스크(102B)는 기판(250)의 표면 상에서 스크린 프린트된 물질(즉, 잉크 또는 페이스트)의 패턴 및 위치를 형성하도록 관통하여 형성된 홀, 슬롯 또는 다른 개구와 같은 다수의 피쳐(102B)(도 3B)를 가진 금속 시트 또는 플레이트이다. 일반적으로, 기판(250)의 표면 상에 증착되는 스크린 프린트된 패턴은, 검사 어셈블리(200)로부터 시스템 제어기(101)에 의해 받은 정보 및 액츄에이터(102A)를 이용하여 기판 표면 위에 원하는 위치로 스크린 프린팅 마스크(102B)를 배향시킴에 의해 자동화된 방식으로 기판(250)에 정렬된다. 일 실시예에서, 스크린 프린트 챔버(102)는 약 70mm 내지 156mm의 길이 및 약 125mm 내지 156mm의 폭을 가진 솔라셀 기판 상에 금속 함유 또는 유전체 함유 물질을 증착시키도록 이루어진다. 일 실시예에서, 스크린 프린트 챔버(102)는 기판의 표면 상에 금속 컨택 구조물을 형성하도록 기판의 표면 상에 금속 함유 페이스트를 증착시키도록 이루어진다.
시스템 제어기(101)는 전체 시스템(100)의 제어 및 자동화를 촉진하고, 중앙 처리 유닛(CPU)(미도시), 메모리(미도시) 및 지지 회로(또는 I/O)(미도시)를 포함할 수 있다. CPU는 다양한 챔버 프로세스 및 하드웨어(예를 들어 컨베이어, 광학 검사 어셈블리, 모터, 유체 전달 하드웨어 등)를 제어하기 위해 산업 설정에 이용되는 컴퓨터 프로세서의 어떠한 형태 중 하나 일 수 있고, 시스템 및 챔버 프로세스(예를 들어 기판 위치, 프로세스 시간, 탐지기 신호 등)를 모니터한다. 메모리는 CPU에 연결되고, 로컬 또는 원격의, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 리드 온리 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 다른 형태의 디지털 저장부와 같은 쉽게 이용 가능한 메모리 중 하나 이상일 수 있다. 소프트웨어 명령 및 데이터는 코드되어 CPU에 명령하기 위한 메모리 내에 저장될 수 있다. 또한, 지지 회로는 종래의 방식으로 프로세서를 지지하기 위한 CPU에 연결된다. 지지 회로는 캐쉬, 파워 서플라이, 시계 회로, 입력/출력 회로, 서브 시스템, 및 이와 유사한 것을 포함할 수 있다. 시스템 제어기(101)에 의해 판독 가능한 프로그램(또는 컴퓨터 명령)은 기판 상에서 수행 가능한 작업을 결정한다. 바람직하게, 프로그램은 시스템 제어기(101)에 의해 판독 가능한 소프트웨어이고, 이는 적어도 기판 위치 정보, 다양한 제어된 구성요소의 이동 순서, 기판 광학 검사 시스템 정보 및 이의 조합을 생성하고 저장하기 위한 코드를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 시스템 제어기(101)는 도 4a-4b, 9a-9d 및 10에 대해 이후에 설명되는 것처럼 다량으로 도핑된 영역(241) 및/또는 정렬 마크(801)의 위치를 결정하기 위한 패턴 인식 소프트웨어를 포함한다.
위에 패턴화된 전도층을 형성하기 이전에 기판 표면(251) 상에 형성된 다량으로 도핑된 영역(241)의 정렬 및 방향을 직접 결정하기 위한 노력에서, 시스템 제어기(101)는 원하는 데이터를 수집하기 위해 하나 이상의 광학 검사 시스템(400)을 이용할 수 있다. 도 4b는 광학 검사 어셈블리(200) 및 프린팅 네스트(131)의 일부로 통합된 광학 검사 시스템(400)의 일 실시예를 도시한다. 일 실시예에서, 검사 어셈블리(200)는 카메라(401A) 및 프린팅 네스트(131)를 포함하고, 프린팅 네스트는 컨베이어 어셈블리(139), 지지 물질(137), 플래튼(138), 및 복사 소스(402)를 포함한다. 이러한 구성에서, 복사 소스(402)는, 기판(250)이 "처크"되는 플래튼(138) 및 지지 물질(137)을 통해 기판(250)의 표면(252)으로 전자기 복사 "B1"를 방출하도록 이루어진다. 이후 방출된 전자기 복사 "B1"는 기판의 일부분을 통과하고, 방출된 복사의 일부분을 수용하도록 위치한 카메라(401A)로 경로 "C"를 따른다. 일반적으로, 지지 물질(137) 및 플래튼(138)은 물질로 만들어지고, 카메라(401A) 및 시스템 제어기(101)에 의해 수용되고 프로세스되는 전자기 복사의 신호-대-노이즈 비율에 심각하게 영향을 미치지 않을 두께를 갖는다. 일 실시예에서, 플래튼(138)은 광의 UV 및 IR 파장을 심각하게 차단하지 아니할 사파이어와 같은 광학적으로 투명한 물질로 형성된다. 상기에서 논의된 것처럼, 다른 실시예에서, 복사 소스(403)는 지지 물질(137) 및 플래튼(138) 상에 위치한 기판(250)의 표면(251)으로 전자기 복사 "B2"를 전달하도록 구성되고, 이에 의해 방출된 파장의 하나 이상이 기판(250)의 일부에 의해 흡수되거나 또는 반사될 것이고, 경로 "C"를 따라서 카메라(401A)로 전달될 것이다.
도 3d는 프린팅 네스트(131) 상에 배치된 기판(250)의 표면(251)을 검사하도록 위치한 검사 어셈블리(200)를 도시하는 회전식 액츄에이터 어셈블리(130)의 일 실시예의 개략적인 등각도이다. 일 실시예에서, 카메라(401A)는 기판(250)의 표면(251) 위에 위치하고, 이에 의해 카메라(121)의 시야 구역(122)은 표면(251)의 적어도 한 영역을 검사할 수 있다. 카메라(401A)에 의해 받은 정보는, 시스템 제어기(101)로부터 액츄에이터(102A)로 보내진 명령을 이용하여 다량으로 도핑된 영역(241)으로 스크린 프린팅 마스크, 따라서 이후에 증착된 물질을 정렬시키는데 이용된다. 다량으로 도핑된 영역(241)을 순서 짓는 일반적인 프로세스 동안, 위치 정보 데이터는 스크린 프린트 챔버(102)로 전달되기 이전에 각각의 프린팅 네스트(13) 상에 위치한 각각의 기판(250)에 대해 수집된다. 또한, 검사 어셈블리(200)는 기판 상에 형성된 패턴(230)을 더 잘 결정하는 것을 돕기 위해 프린팅 네스트(131) 상에 위치한 기판(250)의 상이한 구역을 보도록 이루어진 다수의 광학 검사 시스템(400)을 포함할 수 있다. 도 10은 기판(250)의 표면(251) 상에 형성된 패턴(230)의 상이한 위치를 보도록 위치한 다수의 카메라(401B-401D)를 가진 광학 검사 시스템(400)의 일 구성을 도시한다. 일 실시예에서, 다수의 카메라(401B-401D)의 각각은 표면(251) 상에 형성된 하나 이상의 정렬 마크(801)(도 10) 및/또는 형성된 패턴(230)의 상이한 위치를 보도록 위치한다.
솔라셀 형성 프로세스
또한, 본 발명의 실시예는 높은 성능의 솔라셀 소자를 생성하도록 향상된 전방부 금속화 프로세스를 포함하는 신규한 솔라셀 형성 프로세스를 일반적으로 제공한다. 종래의 전방부 금속화 증착 프로세스는 솔라셀 기판의 텍스쳐된 전방 표면 내에 배치된 다량으로 도핑된 영역 상에 금속 컨택 구조물(예를 들어 핑거 또는 버스바아)의 형성을 포함한다. 일반적인 텍스쳐링 프로세스는 약 1마이크론(μm) 내지 약 10μm의 거칠기를 가진 표면을 제공한다. 텍스쳐된 표면 상에서 핑거 및 버스바아를 형성하는데 이용되는 금속 함유 물질의 증착은, 증착된 금속이 텍스쳐되지 않은 표면에 대해 커버해야하는 증가된 표면 구역 때문에, 형성된 핑거 및 버스바아의 전기적 저항에 크게 영향을 미칠 수 있다. 유사하게, 텍스쳐된 표면의 거칠기는 또한 텍스쳐되지 않은 표면에 대한 형성 프로세스 동안 도펀트 원자가 통과하는 이러한 영역의 표면 구역에서의 증가 때문에 형성된 다량으로 도핑된 영역의 공간적 해상도(resolution)에 크게 영향을 미칠 것이다. 또한, 상기에서 언급된 것처럼, 종래의 검사 기술은 기판 표면 상에 다량으로 도핑된 영역의 위치를 광학적으로 일반적으로 결정할 수 없다. 따라서, 낮은 저항 금속 컨택 구조물이 형성되는 것을 가능하게 하는 향상된 솔라셀 형성 프로세스에 대한 요구가 있다. 또한, 다량으로 도핑된 영역(241) 및 핑거와 버스바아 사이에 전체 옴 컨택이 생성되는 것을 보장하기 위해 다량으로 도핑된 영역 상에 핑거 및 버스바아를 신뢰성 있게 위치시키는 것이 바람직하다. 추가적으로, 핑거 및 버스바아가 텍스쳐되지 않은 전방 표면의 영역 상에 형성되는 것을 허용하는 솔라셀 형성 프로세스를 생성하는 것이 바람직하다.
일반적인 태양광 전지 형성 프로세싱 단계들
도 5a-5g는 표면(251)상에 형성된 금속 컨택 구조를 가지는 태양광 전지(300) 디바이스를 형성하기 위해 사용되는 프로세싱 시퀀스의 상이한 단계들 동안 태양광 전지 기판(250)의 도식적 단면도들을 도시한다. 도 6a는 태양광 전지(300)상에 금속 컨택 구조 및/또는 활성 영역(들)을 형성하기 위해 사용되는 프로세스 시퀀스(600A)를 도시한다. 도 6a에서 보여지는 시퀀스는 본 명세서에 논의된, 도 5a-5g에 도시된 단계들에 대응된다.
박스(602)에서, 그리고 5a 및 6a에 도시된 바와 같이, 기판(250)의 표면들은 임의의 바람직하지 않은 물질 또는 조도(roughness)를 제거하기 위해 세정된다. 일 실시예에서, 세정 프로세스는 기판들이 세정 용액에 노출되는 배치(batch) 클리닝 프로세스를 사용하여 수행될 수 있다. 기판들은 자신들이 세정 용액에 스프레잉되거나, 침수되거나, 담겨지는 습식 세정 프로세스를 사용하여 세정될 수 있다. 세정 용액은 종래의 SC1 세정 용액, SC2 세정 용액, HF-최종 타입 세정 용액, 오존수 세정 용액, 하이드로플루오릭 애시드(hydrofluoric, HF) 및 하이드로젠 페록사이드(hydrogen peroxide, H2O2) 용액 또는 다른 적합하고 비용 효율적인 세정 용액일 수 있다. 세정 프로세스는 약 120 초와 같이, 약 5초 및 약 600초 사이에서 기판상에서 수행될 수 있다. 다른 실시예에서, 습식 세정 프로세스는 절삭 결함 제거 단계가 기판상에서 먼저 수행되고, 그 다음에 제 2 선세정 단계가 수행되는 두 단계 프로세스를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 절삭 결함 제거 단계는 요구되는 시간 기간 동안 약 70℃에서 유지되는 포타슘 하이드록사이드(potassium hydroxide, KOH)를 포함하는 수용액에 기판을 노출시키는 단계를 포함한다.
박스(604)에서, 도 5b 및 6a에 도시된 바와 같이, 제 1 도펀트 물질(329)이 기판(250)의 표면(251)상에 형성되는 하나 이상의 고립 영역들(318)상에 증착된다. 일 실시예에서, 제 1 도펀트 물질(329)은 스크린 프린팅, 잉크 젯 프린팅, 고무 스탬핑 또는 다른 유사한 프로세스의 사용에 의해 요구되는 패턴(230)(도 2a)으로 증착 또는 프린팅된다. 일 실시예에서, 제 1 도펀트 물질(329)은 도면들(3a-3d 및 4a-4b)과 결합하여 논의되는 스크린 프린팅 프로세스를 사용하여 증착된다. 일 실시예에서, SoftlineTM 툴에 의해 수행되는 스크린 프린팅 프로세스는 캘리포니아주 산타클라라의 어플라이드 매터리얼즈 인크의 부서 바씨니 에스.피.에이로부터 이용가능하다. 제 1 도펀트 물질(329)은 초기에 후속 프로세싱 단계에서 기판(250)에 진하게 도핑되는 영역들(241)을 형성하기 위해 사용되는 액체, 페이스트 또는 젤일 수 있다. 일반적으로, 제 1 도펀트 물질(329)은 후속 텍스처라이징화(texturization) 단계(들) 동안 마스크로서 동작하도록 형성된다(박스(606)). 일 실시예에서, 제 1 도펀트 물질(329)은 텍스처라이징화 프로세스 케미스트리에 의해 공격받지 않는 유기 및/또는 유리 같은 물질을 포함하도록 형성되며, 후속하는 프로세스 중 하나 이상의 프로세스 동안 신뢰성있는 마스킹 재료가 될 수 있는 구조적인 능력을 가진다. 일부 경우들에서, 표면(251)상에 제 1 도펀트 물질(329)을 배치한 후에, 기판은 제 1 도펀트 물질(329)이 보존처리되고, 밀도가 높아지고, 그리고/또는 표면(251)과의 접합을 형성하도록 바람직한 온도로 가열된다. 일 실시예에서, 제 1 도펀트 물질(329)은 p-타입 도핑된 기판(110) 위에 배치되는 n-타입 도펀트를 포함하는 젤 또는 페이스트이다. 실리콘 태양광 전지 제조에 사용되는 전형적인 n-타입 도펀트들은 포스포러스(phosphorus, P), 아세닉(arsenic, As) 또는 안티몬(antimony, Sb)과 같은 엘리먼트들이다. 일 실시예에서, 제 1 도펀트 물질(329)은 그 안에 배치된 인산 칼슘 또는 인산 바륨을 포함하는 젤 또는 페이스트를 포함한다. 일 실시예에서, 제 1 도펀트 물질(329)은 표면(251)상에 증착되어 약 80 내지 약 500℃의 온도로 가열되는 도펀트 페이스트를 포함하는 포스포러스이다. 일 실시예에서, 제 1 도펀트 물질(329)은 포스포실리케이트 유리 전구체들(phosphosilicate glass precursors), 포스포릭 애시드(phosphoric acid, H3PO4), 포스포러스 애시드(phosphorus acid, H3PO3), 히포포스포러스 애시드(hypophosphorous, H3PO2), 및/또는 이들의 다양한 암모늄 솔트들을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 물질들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 도펀트 물질(329)은 실리콘에 비해 약 2 및 약 30 원자 % 사이의 포스포러스를 포함하는 포스포실리케이트 젤 또는 페이스트이다. 다른 실시예에서, 제 1 도펀트 물질(329)은 텍스처 에치 케미스트리로부터의 화학적 공격을 견딜 수 있도록 구성되는, 포스포러스 포함 유리 물질 및 바인더 물질과 같은, 도펀트 포함 유리 프릿(frit)을 포함한다. 다른 실시예에서, 제 1 도펀트 물질(329)은 배치된 포스포러스 도핑된 아모포스 실리콘 분자들을 포함하는 유기 바인더 물질을 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 제 1 도펀트 물질(329)은 습식 텍스처 에치 케미스트리로부터 공격을 견디도록 선택되는 하이드로포빅 바인더 물질을 포함한다. 상기 논의가 p-타입 기판을 이용하여 사용되는 n-타입 도펀트의 사용의 실시예를 제공하지만, 이 구성은 n-타입 기판을 이용하여 사용되는 p-타입 도펀트(예를 들어, 보론(boron, B), 알루미늄(aluminum, Al), 갈륨(gallium, Ga))가 또한 고려되기 때문에, 본 명세서에 설명된 본 발명의 범위에 대하여 제한하고자 의도되지 않는다.
박스(606)에서, 도 5c 및 6a에 도시된 바와 같이, 텍스처라이징 프로세스는 텍스처라이징된 표면(351)을 형성하기 위해 기판(250)의 표면(251)상에 형성된다. 일 실시예에서, 기판(251)은 태양광 셀이 형성된 후에 햇빛을 받도록 적응되는 태양광 전지 기판의 전면이다. 일 실시예에서, 기판은 약 30분 동안 약 79-80℃의 기온에서 유지되는 300MW PEG의 약 4500ppm 및 포타슘 하이드록사이드(KOH)의 볼륨만큼 약 2.7% 사이를 포함하는 에칭 용액에서 에칭된다. 예시적인 텍스처라이징화 프로세스의 실시예는 전체로서 본 명세서에 참조로서 결합되는, 2009년 3월 23일 출원되고, 미국 특허 출원 제12/383,350호(대리인 서류 제APPM/13323호)에 더 기재된다.
박스(608)에서, 도 5d 및 6a에 도시된 바와 같이, 기판은 제 1 도펀트 물질(329)의 도핑 엘리먼트들이 진하게 도핑된 영역들(241)을 형성하기 위해 표면(251)에서 용해되도록 약 800℃보다 더 큰 온도로 가열된다. 그러므로, 제 1 도펀트 물질(329)이 텍스처 케미스트리에 대하여 마스크로서 동작하도록 형성되기 때문에, 진하게 도핑된 영역들(241)은 텍츠처되지 않고 광학 검사 기술들 및 심지어 맨 눈에 의해 파악가능한 상대적으로 편평한 영역들(341)을 일반적으로 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 도펀트 물질(329)의 부분들은 증기들이 태양광 전지 디바이스의 연결의 부분의 형성을 돕기 위해 기판 표면(251)의 다른 노출된 영역들(328)을 가볍게 도핑하도록 가열 프로세스 동안 기화하도록하는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 기판은 약 1 및 약 120 분들 사이에 대하여 나이트로젠(nitrogen, N2), 옥시젠(oxygen, O2), 하이드로젠(hydrogen, H2), 공기 또는 이들의 조합의 존재 시 약 800℃ 및 약 1300℃ 사이의 온도로 가열된다. 일 실시예에서, 기판은 약 5분 동안 약 1000℃의 온도로 급속 열 어닐링(RTA) 챔버에서 나이트로젠(N2) 풍부 환경에서 가열된다. 박스(608)에서 프로세스들을 수행한 후에, 진하게 도핑된 영역들(241)은 박스(604)에서 수행되는 프로세스들 동안 표면(251)상에 증착된 제 1 도펀트 물질(329)의 형상 및 패턴에 매칭하는 형상 및 패턴을 일반적으로 가질 수 있다. 일 실시예에서, 도 2a에 도식적으로 도시된 바와 같이, 형성된 진하게 도핑된 영역들(241)의 패턴은 핑거들(260) 및 버스바들(261)과 같은 패터닝된 금속 컨택 구조(242)에 포함된 엘리먼트들에 매칭하도록 구성된다. 표면(251)은 그러므로 도 5d에 도시된 바와 같이, 텍스처되지 않은 편평한 영역들(341) 및 텍스처된 영역들(예를 들어, 텍스처된 표면(351)의 영역들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 선택적 세정 프로세스는 박스(608)에서 수행된 프로세스가 임의의 원하지 않은 잔여물을 제거하기 위해 그리고/또는 부동태화(passivate)된 표면을 형성하기 위해 완료된 후에 기판(250)상에서 수행된다. 일 실시예에서, 세정 프로세스는 세정 용액을 이용하여 기판의 표면들을 적심으로써 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 세정 프로세스는 SC1 세정 용액, SC2 세정 용액, HF-최종 타입 세정 용액, 오존수 용액, 하이드로플루오릭 애시드(HF) 및 하이드로젠 페록사이드(H2O2) 용액과 같은 세정 용액 또는 다른 적합하고 비용 효율적인 세정 프로세스를 이용하여 기판을 적심으로써 수행될 수 있다. 세정 프로세스는 약 30초 내지 약 240초, 예를 들어, 약 120초와 같은 약 5 초 및 약 600 초 사이에서 기판상에서 수행될 수 있다.
박스(610)에서, 도 5e 및 도 6a에 도시되는 바와 같이, 반사방지막 층(antireflection layer)(354)이 표면(251)상에 형성된다. 일 실시예에서, 반사방지막 층(354)은 얇은 부동태화/반사방지막 층(예를 들어, 실리콘 옥사이드, 실리콘 나이트라이드 층)을 포함한다. 다른 실시예에서, 반사방지막 층(354)은 얇은 부동태화/반사방지막 층(예를 들어, 실리콘 옥사이드, 실리콘 나이트라이드 층) 및 투명 도전성 옥사이드(TCO) 층을 포함한다. 일 실시예에서, 부동태화/반사방지막 층은 물리적 기상 증착 프로세스(PVD) 또는 화학적 기상 증착 프로세스의 이용에 의해 증착될 수 있는, ARC 층(예를 들어, 실리콘 나이트라이드)에 의해 후속되는 얇은(20-100Å) 고유 아모포스 실리콘(i-a-Si:H) 층을 포함할 수 있다.
박스(612)에서, 도 5f 및 6a에 도시된 바와 같이, 반사방지막 층(354)의 부분들은 이후에 증착된 금속층(들)이 진하게 도핑된 영역들(241)과 밀접하게 컨택하게 놓여질 수 있도록 진하게 도핑된 영역들의 영역들(361)을 노출시키도록 선택적으로 에칭된다. 일 실시예에서, 에칭된 패턴은 도 2에 도시된 바와 같이, 진하게 도핑된 영역들(241)을 형성하기 위해 사용되는 패턴에 매칭한다. 반사방지막 층(354)을 패턴화하기 위해 사용될 수 있는 전형적인 에칭 프로세스들은 패터닝 및 건식 에칭 기술들, 레이저 삭마 기술들, 패턴화 및 습식 에칭 기술들, 또는 다른 유사한 프로세스들을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 에칭 젤은 도 3a-3b 및 7dp 도시되고 본 명세서에 기재된 시스템 및 스크린 프린팅 프로세스를 사용하여 표면(251)상에 증착된다. 일 실시예에서, SoftlineTM 툴에 의해 수행되는 스크린 프린팅 프로세스는 캘리포니아주 산타클라라의 어플라이드 매터리얼즈 인크의 부서 바씨니 에스.피.에이로부터 이용가능하다. 하나 이상의 패턴화된 층들을 형성하기 위해 이용될 수 있는 에칭 젤 타입 건식 에칭 프로세스의 실시예는 추가적으로 공통으로 양도되고 계속중인, 전체가 참조로서 본 명세서에 통합되는, 2009년 11월 19일자로 출원된 미국 특허 출원 제12/274,023호[대리인 서류 제APPM 12974.02호]에서 추가적으로 기재된다.
박스(614)에서, 도 5g 및 6a에 도시된 바와 같이, 도전층(370)은 기판(250)의 표면(251)상의 진하게 도핑된 영역들(241)상에 패턴으로 증착된다. 일 실시예에서, 형성된 도전층(370)은 알루미늄(Al), 실버(Ag), 주석(Sn), 코발트(Co), 레늄(Rh), 니켈(Ni), 징크(Zn), 레드(Pb), 팔라듐(Pd), 몰리브데늄(Mo), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 바나듐(V), 텅스텐(W) 또는 크롬(Cr)과 같은 금속을 포함하고, 약 500 및 약 50,000 옴스트롬(Å) 두께, 약 10μm 내지 약 200μm 폭 사이이다. 일 실시예에서, 도전층(370)은 실버(Ag) 또는 주석(Sn)을 포함하는 금속 페이스트이다.
박스(614) 동안 수행되는 프로세스들의 일 실시예에서, 도 7에 도시되는 바와 같이, 도전층(370)은 프로세스 시퀀스(700)에 보여지는 프로세싱 단계들 및 시스템(100)을 사용하여 기판(250)의 표면(251)상에서 프린트되는 스크린이다. 프로세스 시퀀스(700)는 위치 "1"에 있는 프린팅 네스트(131)는 인입 컨베이어(111)로부터 기판(250)을 받고 압반(138)상에 기판을 "처킹(chuck)"한다.
다음으로, 단계(704)에서, 도 4b에서 도시된 것과 유사하게 구성되는, 광학 검사 시스템(400) 및 시스템 컨트롤러(101)는 방사 소스들(402 및/또는 403) 중 하나에 의해 방출되고 카메라(401A)에 의해 수신되는 전자기 방사선의 사용에 의해 진하게 도핑된 영역들(241)의 패턴을 검출하기 위해 사용된다.
다음으로, 단계(706)에서, 회전식 액추에이터 어셈블리(130)는 스크린 프린트 챔버(102)에 대하여 프린팅 네스트(131)를 회전시킨다(예를 들어, 경로 D1). 단계(706)에서, 시스템 컨트롤러(101) 및 액추에이터들(102A)은 그 다음에 단계(704) 동안 수신된 데이터르 랏용하여 기판(250)상에 형성되는 진하게 도핑된 영역들(241)에, 형성된 원하는 스크린 프린팅 패턴을 가지는, 스크린 프린팅 마스크를 지향하게 하고 정렬시킨다. 일단 스크린 프린팅 마스크가 정렬되면, 도전층(370)은 스크린 프린팅 마스크(102B)에서 형성된 특징들을 통해 도전층 페이스트 또는 젤을 전달함으로써 진하게 도핑된 영역들(241)상에 배치된다. 이후에, 프로세싱된 기판(250)은 그 다음에 다른 후속 프로세싱 챔버들에 전달될 수 있도록 인출 컨베이어(112)에 전달된다(예를 들어, 경로 D2).
박스(614)에 포함된 단계(704)의 대안적 실시예에서, 광학 검사 어셈블리(200) 및 시스템 컨트롤러(101)는 박스들(602-612)에 포함된 프로세싱 단계들 동안 형성되는 텍스처된 표면(351) 및 편평한 영역들(341) 사이에서 생성된 콘트라스트에 기인하여 기판 표면(251)상에 형성되는 진하게 도핑된 영역들(241)의 위치 및 지향을 결정하도록 구성된다. 이 구성에서, 광학 검사 어셈블리(200)는 은은한(ambient) 빛 또는 종래의 전구 또는 램프로부터의 빛을 사용하여 표면 조도의 변화에 기인하여 형성된 패턴을 검출할 수 있는 카메라 또는 다른 유사한 디바이스를 포함한다. 일 실시예에서, 광학 검사 어셈블리(200)의 시야 영역은 편평한 영역들(341) 대 표면(251)상에 도시된 텍스처된 표면(351)의 영역들(도 8a)을 보고(view) 해상(resolve)할 수 있도록 위치된다. 다음으로, 광학 검사 어셈블리(200)로부터 수신된 정보를 사용하여, 시스템 컨트롤러(101)는 상기 논의된 단계들 이후에, 그 다음에 편평한 영역들(341) 그리고 그러므로 진하게 도핑된 영역들(241) 상에 도전층(370)의 증착을 제어한다.
도 6a를 참조하여, 박스(616)에서, 열은 도전층(370)의 금속이 진하게 도핑된 영역들(241)에 대한 전기적 접속을 형성하게 하기 위해 도전층(370)으로 전달된다. 가열 프로세스는 시스템(100)의 스크린 프린팅 부분에 인접한 가열 오븐에서 수행될 수 있다. 박스(616)의 프로세스 단계들을 수행하기 위해 이용될 수 있는 오븐의 실시예는 공통으로 양도되고 계속중인, 전체가 본 명세서에 참조로서 통합되고, 2008년 10월 24일 출원된 미국 특허 출원 제12/274,023호[대리인 서류 제APPM 14118호]에 추가적으로 기재된다.
대안적 기판 프로세싱 시퀀스
도 6b는 기판(250)의 표면(251)상에 형성된 금속 컨택 구조를 가지는 태양광 전지(300) 디바이스를 형성하기 위해 두 별개의 도핑 단계들을 사용하는, 프로세싱 시퀀스(600A) 또는 프로세싱 시퀀스(600B)의 대안적 실시예를 도시한다. 일반적으로, 도 6a와 결합하여 상기 설명된 프로세싱 단계들이 부가적인 프로세싱 단계 또는 박스(603)가 부가되고 원래 프로세싱 단계들(604 및 608)이 아래 논의되는 바와 같이 수정되는 것(예를 들어, 박스들(604A 및 608A))을 제외하고, 새로운 프로세싱 시퀀스(600B)의 단계들과 동일하다.
박스(603)에서, 박스(602)의 단계들을 선택적으로 수행한 후에, 기판 표면(251)은 확산 퍼니스 타입 도핑 기술과 같은, 종래의 도핑 기술을 사용하여 도핑된다. 일 실시예에서, 기판 표면(251)에서 기판(250) 내에 형성된 도핑된 층은 상기 설명된 진하게 도핑된 영역들에 유사한 특성들을 가지는, 진하게 도핑된 영역이다. 일 실시예에서, 종래의 도핑 기술은 기판이 도핑 엘리먼트들이 진하게 도핑된 영역을 형성하기 위해 표면(251)으로 확산하게 하기 위해 약 800℃보다 더 높은 온도로 가열된다.
일 실시예에서, 선택적 세정 프로세스는 박스(603)에서 수행된 프로세스가 임의의 바람직하지 않는 잔여물을 제거하고 그리고/또는 부동태화된 표면을 형성하도록 완료된 후에 기판(250)상에서 수행된다. 일 실시예에서, 선택적 세정 프로세스는 도 6a와 결합하여 상기 설명된 프로세스들과 유사하다.
박스(604A)에서, 박스(603)의 단계들을 선택적으로 수행한 후에, 마스킹 물질은 기판(250)의 표면(251)상에 형성된 하나 이상의 고립된 영역들 상에 증착된다. 일 실시예에서, 마스킹 물질은 스크린 프린팅, 잉크 젯 프린팅, 고무 스탬프 또는 스크린 프린팅 프로세스와 같은 다른 유사한 프로세스의 사용에 의해 원하는 패턴(230)(도 2A)에 증착되거나 또는 프린팅된다. 마스킹 물질은 상기 논의된 제 1 도핑 물질(329)과 유사하지만, 일반적으로 도펀트 포함 물질의 부가를 포함하지 않는다. 마스킹 물질은 초기에 액체, 페이스트 또는 젤일 수 있다. 일반적으로, 마스킹 물질은 후속 텍스처라이징화 단계(들) 동안 마스크로서 동작할 수 있도록 형성된다(박스(606)). 일 실시예에서, 마스킹 물질은 텍스처라이징화 프로세스 케미스트리에 의해 공격되지 않는 유기 및/또는 유리 같은 물질을 포함하도록 형성되고, 구조적으로 후속 프로세싱 단계들 중 하나 이상 동안 신뢰가능한 마스킹 물질일 수 있다. 일부 경우들에서, 표면(251)상에 마스킹 물질을 증착한 후에, 기판은 마스킹 물질이 보존처리되고, 밀도가 높아지고, 그리고/또는 표면(251)과의 접합을 형성하도록 바람직한 온도로 가열된다. 일 실시예에서, 마스킹 물질은 물질을 포함하는 스크린 프린트가능 실리콘 다이옥사이드(SiO2)와 같은 에칭 저항성 물질이다.
박스(606)에서, 도 6b에 도시된 바와 같이, 텍스처라이징 프로세스는 도 5c에 도시된 텍스처된 표면(351)에 유사한, 텍스처된 표면을 형성하기 위해 기판(250)의 표면(251)상에 형성된다. 일 실시예에서, 박스(604A)에 증착된 마스킹 물질에 의해 커버되지 않는 표면(251)의 영역들이 에칭된다. 박스(606)에서 수행되는 프로세스의 일 실시예에서, 텍스처 프로세스는 박스(603) 동안 수행되는 진하게 도핑된 영역의 적어도 대부분이 제거될 때까지 수행된다. 일 실시예에서, 기판은 에칭 용액 및 박스(606) 동안 수행되는 프로세스들과 결합하여 상기 설명된 프로세스들에 유사한 프로세스에서 에칭된다.
일 실시예에서, 마스킹 물질은 텍스처라이징 프로세스 동안 에칭되도록 형성된다. 그러므로, 박스들(604A 및 606)에서 수행되는 프로세스들의 일 실시예에서 마스킹 물질의 요구되는 두께는 마스킹 물질 아래에 배치된 기판 물질이 텍스터 프로세스가 완료되거나 적어도 거의 완료될 때까지 주로 공격되지 않은 채로 남아있도록 기판의 표면에 증착된다. 이 구성은 상기 논의된, 광학 검사 시스템이 표면 조도의 콘트라스트에 기인하여 후속 단계에서 기판의 진하게 도핑된 영역들(예를 들어, 박스(603)에서 형성된) 및 다른 영역들 사이에서 더 쉽게 구별하게 하다록 할 것이다.
박스(608A)에서, 박스(606)의 단계들을 수행한 후에, 기판 표면(251)이 확산 퍼니스 타입 도핑 기술과 같이, 종래의 도핑 기술을 사용하여 도핑된다. 일 실시예에서, 기판 표면(251)에서 기판(250) 내에 형성된 도핑된 층은 스퀘어당 약 50옴(Ω/□)보다 큰 시트 저항(sheet resistance)을 가지는, 얇게 도핑된 영역이다. 일 실시예에서, 종래의 도핑 기술은 기판이 진하게 도핑된 영역을 형성하기 위해 도핑 엘리먼트들이 표면(251)으로 확산하게 하기 위해 약 800℃보다 큰 온도로 가열되는 도펀트 활성 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 박스들(603 및 608A)에서 수행되는 프로세스들 동안 제공되는 도펀트 원자들은 예를 들어, 포스포러스, 아세닉, 또는 보론과 같은 도펀트 원자와 동일한 타입이다. 다른 실시예에서, 박스들(603 및 608A)에서 수행되는 프로세스들 동안 제공되는 도펀트 원자들은 상이한 도펀트 원자들이다.
박스(608A)에서 프로세스를 수행한 후에, 마스킹 물질은 도 5d에 도시된 표면(251)에 유사한 표면이 형성되도록 가열, 워싱 또는 헹굼 프로세스 단계의 사용에 의해 제거된다. 일 실시예에서, 선택적 세정 프로세스는 박스(608A)에서 수행되는 프로세스가 임의의 바람직하지 않은 잔여물을 제거하고 그리고/또는 부동태화된 표면을 형성하기 위해 완료된 후 기판(250)상에서 수행된다. 일 실시예에서, 세정 프로세스는 세정 용액을 이용하여 기판의 표면들을 적심으로써 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 세정 프로세스는 SC1 세정 용액, SC2 세정 용액, HF-최종 타입 세정 용액, 오존수 용액, 하이드로플루오릭 애시드(HF) 및 하이드로젠 페록사이드(H2O2) 용액과 같은 세정 용액 또는 다른 적합하고 비용 효율적인 세정 프로세스를 이용하여 기판을 적심으로써 수행될 수 있다. 세정 프로세스는 예를 들어, 약 30초 내지 약 240초(예를 들어, 약 120초)와 같은 약 5초 및 약 600초 사이에 기판상에서 수행될 수 있다.
다음으로 상기 논의된 바와 같이 도 6b와 결합하여, 프로세싱 시퀀스(600B)는 도 6a와 결합하여 상기 논의되는, 박스들(610-616)에서 수행되는 프로세싱 단계들에서 계속된다. 박스들(610-616)에서 수행되는 프로세싱 단계들은 그러므로 본 명세서에서 다시 언급되지 않을 것이다.
제 2 대안적 기판 프로세싱 시퀀스
도 6c는 기판(250)의 표면(251)상에 형성된 금속 컨택 구조를 가지는 태양광 전지(300) 디바이스를 형성하기 위해 두 별개의 도핑 단계들을 사용하는, 프로세싱 시퀀스(600A) 또는 프로세싱 시퀀스(600C)의 대안적 실시예를 도시한다. 일반적으로, 도 6a와 결합하여 상기 설명된 프로세싱 단계들은 부가적인 프로세싱 단계 또는 박스(605)가 부가되고 원래 프로세싱 단계(608)가 아래에 논의된 바와 같이 수정(예를 들어, 박스(608B))되는 것을 제외하고, 도 6c에 도시된 새로운 프로세싱 시퀀스(600C)에 개시된 단계들과 동일하다.
박스(605)에서, 박스(602) 및 박스(604)의 단계들을 수행한 후에, 기판은 제 1 도펀트 물질(329)의 도핑 엘리먼트들이 진하게 도핑된 영역들(241)을 형성하기 위해 기판(250)의 표면(251)으로 확산하게 하기 위해 약 800℃보다 큰 온도로 가열된다. 이 구성에서, 기화하여 기판의 노출된 영역들을 도핑하는 제 1 도펀트 물질(329)의 부분은 후속하는 텍스처링 프로세스(예를 들어 박스(606))에서 제거되고, 이로써 텍스처된 표면의 도핑 레벨(예를 들어, 노출된 표면들)이 박스(608B)에서 수행된 이후의 도핑 단계의 사용에 의해 더 쉽게 제어되도록 한다(도 6C). 일 실시예에서, 배치된 제 1 도펀트 물질(329)을 가지는 기판은 약 1 및 약 120 분 사이에 대하여 나이트로젠(N2), 옥시젠(O2), 하이드로젠(H2), 공기 또는 이들의 조합의 존재 시 약 800℃ 및 약 1300℃ 사이의 온도로 가열된다. 일 실시예에서, 기판은 약 5분에 대하여 약 1000℃의 온도로 급속 열 어닐링(RTA) 챔버에서 나이트로젠(N2) 풍부 환경에서 가열된다. 박스(605)의 프로세스들을 수행한 후, 형성된 진하게 도핑된 영역들(241)은 일반적으로 박스(604)에서 수행된 프로세스들 동안 표면(251)상에 배치된 제 1 도펀트 물질(329)의 형상 및 패턴에 매칭하는 형상 및 패턴을 가질 것이다. 일 실시예에서, 제 1 도펀트 물질(329)의 부분이 텍스처 에칭 마스크로서 동작하기 위해 표면(251)상에 유지되는 것이 바람직하다.
박스(606)에서, 일 실시예에서, 제 1 도펀트 물질(329)에 의해 커버되지 않는 표면(251)의 도핑된 영역들이 에칭된다. 일 실시예에서, 제 1 도펀트 물질(329)은 상기 논의된, 박스(606) 동안 수행되는 텍스처라이징 프로세스 동안 에칭되도록 형성된다. 그러므로, 박스들(604 및 606)에서 수행되는 프로세스들의 일 실시예에서, 제 1 도펀트 물질(329)의 요구되는 두께는 제 1 도펀트 물질(329)아래에 배치되는 기판 물질이 텍스처링 프로세스가 완료되거나 또는 적어도 거의 완료될 때까지 주로 공격되지 않은 채로 유지될 수 있도록 기판의 표면상에 증착된다. 이 구성은 상기 논의된, 광학 검사 시스템이 표면 조도의 콘트라스트에 기인하여 후속 단계에서 진하게 도핑된 영역(예를 들어, 박스(605)에서 형성된) 및 기판의 다른 영역들 사이를 더 쉽게 구별할 것이다.
박스(608B)에서, 도 6a와 결합하여 상기 설명된, 박스(606)에서 단계들을 수행한 후에, 기판 표면(251)은 확산 퍼니스 타입 도핑 기술과 같은 종래의 도핑 기술을 사용하여 도핑된다. 일 실시예에서, 기판(250) 내에 형성된 도핑된 층은 스퀘어당 약 50옴(Ω/□)보다 큰 시트 저항(sheet resistance)을 가지는, 얇게 도핑된 영역이다. 일 실시예에서, 종래의 도핑 기술은 기판이 진하게 도핑된 영역을 형성하기 위해 도핑 엘리먼트들이 표면(251)으로 확산하게 하기 위해 약 800℃보다 큰 온도로 가열되는 도펀트 활성 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 박스(604B)에서 수행되는 프로세스들 동안 제공되고 제 1 도펀트 물질(329)에서 배치된 도펀트 원자들은 예를 들어, 포스포러스, 아세닉, 또는 보론과 같은 도펀트 원자와 동일한 타입이다. 다른 실시예에서, 박스(608B)에서 수행되는 프로세스들 동안 제공되고 제 1 도펀트 물질(329)에서 배치되는 도펀트 원자들은 상이한 도펀트 원자들이다.
박스(608B)에서 프로세스를 수행한 후에, 일 실시예에서, 선택적 세정 프로세스는 임의의 바람직하지 않은 잔여물을 제거하고 그리고/또는 부동태화된 표면을 형성하기 위해 기판(250)상에서 수행된다. 일 실시예에서, 세정 프로세스는 세정 용액을 이용하여 기판의 표면들을 적심으로써 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 세정 프로세스는 SC1 세정 용액, SC2 세정 용액, HF-최종 타입 세정 용액, 오존수 용액, 하이드로플루오릭 애시드(HF) 및 하이드로젠 페록사이드(H2O2) 용액과 같은 세정 용액 또는 다른 적합하고 비용 효율적인 세정 프로세스를 이용하여 기판을 적심으로써 수행될 수 있다. 세정 프로세스는 예를 들어, 약 30초 내지 약 240초(예를 들어, 약 120초)와 같은 약 5초 및 약 600초 사이에 기판상에서 수행될 수 있다.
다음으로 상기 논의된 바와 같이 도 6c와 결합하여, 프로세싱 시퀀스(600C)는 도 6a와 결합하여 상기 논의되는, 박스들(610-616)에서 수행되는 프로세싱 단계들에서 계속된다. 박스들(610-616)에서 수행되는 프로세싱 단계들은 그러므로 본 명세서에서 다시 언급되지 않을 것이다.
부가적인 프로세싱 단계들은 본 명세서에 설명된 발명의 기본적 범위로부터 벗어남이 없이 도 6a, 6b 및 6c와 결합하여 상기 논의된 프로세싱 단계들 중 하나 이상 사이에서 수행될 수 있음이 주목될 것이다. 일 실시예에서, 이질 접합 타입 전지의 부분들을 형성하기 위해 반사방지막층(354)의 증착 전에 기판 표면(251)상에 하나 이상의 고유 실리콘 및/또는 도핑된 실리콘 영역을 형성하는 것이 바람직할 수 있다.
광학 검사 기술들
일 실시예에서, 프로세스 시퀀스(600A)는 패터닝된 진하게 도핑된 영역들(241)상에 도전층(370)을 증착하기 전에 형성되는 하나 이상의 정렬 마크들(801)의 형성을 포함한다. 하나 이상의 정렬 마크들(801)은 광학 검사 어셈블리(200)가 패턴의 정렬 및 지향을 결정하는 것을 돕기 위해 사용된다. 도 8a는 표면(251)상에 형성되는 복수의 정렬 마크들(801) 및 패터닝된 진하게 도핑된 영역(들)(241)을 가지는 도 2a에 도시된 기판(250)의 일 실시예를 도시한다. 일 실시예에서, 마크들이 적절히 패턴(230)에 정렬됨을 보장하기 위해 진하게 도핑된 영역(들)(241)의 패턴(230)이 형성되는 것과 실질적으로 동시에 알려진 패턴으로 정렬 마크들(801)을 형성하는 것이 바람직하다. 이 구성에서, 광학 검사 어셈블리(200)는 기판(250)의 표면상에서 이상적인 위치(800)로부터 진하게 도핑된 영역들(241)의 실제 위치 오프셋(△X, △Y) 및 각 오프셋(△R)에 관한 정보를 제공하기 위해 사용된다(도 8a). 표면(251)상에서 진하게 도핑된 영역(들)(241)의 실제 위치 오프셋 및 각 오프셋은 그러므로 후속 단계에서, 진하게 도핑된 영역(들)(241)상에서 도전층(370)의 설치를 더 정확히 조정하기 위해 사용되고 시스템 컨트롤러(101)에 의해 더 정확히 결정될 수 있다.
전형적으로, 기판(250)의 표면(251)상에서 패턴(230)의 정렬은 기판(250)의 특징에 대한 패턴(230)의 정렬에 의존한다. 일 실시예에서 박스(604) 동안 생성된 패턴(230)의 정렬은 에지들(250A, 250B)과 같은 기판상에서 특징에 대한 스크린 프린팅 디바이스의 정렬에 기반한다(도 8a). 패턴(230)의 설치는 에지들(250A)에 관하여 예상되는 위치(X) 및 예상되는 각 방향(R) 및 기판(250)의 에지(250B)에 관하여 예상되는 위치(Y)를 가질 수 있다. 표면(251)상의 예상되는 위치(X, Y) 및 예상되는 각 방향(R)으로부터 표면(251)상의 패턴(230)의 위치 에러는 위치 오프셋(△X, △Y) 및 각 오프셋(△R)으로 기재될 수 있다. 그러므로, 위치 오프셋(△X, △Y)은 에지들(250A, 250B)에 대하여 진하게 도핑된 영역(들)(241)의 패턴(230)의 설치의 에러이고, 각 오프셋(△R)은 기판(250)의 에지(250B)에 대하여 진하게 도핑된 영역(들)(241)의 패턴(230)의 각 정렬의 에러이다. 기판(250)의 표면(251)상에서 스크린 프린팅된 패턴(230)의 잘못된 설치는 정확히 수행할 현성된 디바이스의 능력에 영향을 줄 수 있고 그러므로 시스템(100)의 디바이스 수율에 영향을 줄 수 있다. 하지만, 위치 에러들을 최소화하는 것은 스크린 프린팅된 층이 진하게 도핑된 영역(들)(241)상에 도전층(370)을 배치하는 것과 같이 다른 형성된 패턴의 상부에 증착되도록 하는 애플리케이션들에서 더 중요하게 된다.
도전층(370)이 진하게 도핑된 영역(들)(241)과 정렬되는 정확도를 향상시키기 위해, 본 발명의 실시예들은 하나 이상의 광학 검사 디바이스들, 시스템 컨트롤러(101) 및 진하게 도핑된 영역(들)(241)에 대한 도전층(370)의 정확한 정렬이 생성될 수 있도록 진하게 도핑된 영역(들)(241)의 형성 동안 기판(250)의 표면(251)상에 형성되는, 하나 이상의 정렬 마크들을 이용한다. 일 실시예에서, 도전층(370)은 하나 이상의 광학 검사 디바이스들로부터 시스템 컨트롤러(101)에 의해 수신되는 정보 및 스크린 프린트 챔버(102)에서 발견되는 하나 이상의 액추에이터들(102A)를 사용하여 진하게 도핑된 영역(들)(241)에 대하여 스크린 프린팅 마스크의 위치 및 지향을 제어하기 위한 시스템 컨트롤러(101)의 능력의 사용에 의해 진하게 도핑된 영역(들)(241)에 자동화된 방법으로 정렬된다. 일 실시예에서, 광학 검사 디바이스는 검사 어셈블리(200)에 포함된 하나 이상의 컴포넌트들을 포함한다. 일 실시예에서, 하나 이상의 정렬 마크들(801) 또는 기준(fiducial) 마크들은 아래 설명되는, 도 9a-9d에 도시되는 것들과 유사한 패턴으로 형성될 수 있다. 정렬 마크들(801)은 정렬 마크들(810)이 형성된 태양광 전지 디바이스의 성능에 영향을 주는 것을 방지하기 위해 기판(250)의 표면(251)의 사용되지 않은 영역들상에 형성될 수 있다.
일부 태양광 전지 프로세싱 시퀀스들에서, 도 8b에서 도시된 바와 같이, 기판(250)의 표면의 적어도 일부분은 패턴(230)을 검출할 광학 검사 어셈블리들(200) 능력을 차단하는 차폐(obscuring) 물질(805)로 코팅된다. 일 실시예에서, 금속 코팅은 표면(251)의 반대인 표면(252)상에 배치됨으로써 진하게 도핑된 영역(241)의 패턴(230)을 직접 결정하기 위한 광학 검사 어셈블리(200)의 능력에 영향을 미친다. 일 실시예에서, 광학 검사 시스템(400)은 기판(250)의 모든 영역들을 통해 방사 소스(들)(402)로부터 전자기 방사선을 전송하는 것을 방지한다. 그러므로, 일 실시예에서, 진하게 도핑된 영역들(241)의 패턴(230)이 여전히 정렬 마크들(801)의 위치로부터 결정 또는 추론될 수 있도록 하나 이상의 영역들(806)(예를 들어, 에지 영역들)로부터 차폐 물질(805)의 부분들을 선택적으로 제거하고 하나 이상의 영역들(806) 위 또는 내에 하나 이상의 정렬 마크들(801)을 위치시키는 것이 바람직하다.
도 9a는 진하게 도핑된 영역(들)(241)을 형성하는 프로세스 동안 기판(250)의 표면(251)상에 형성되고 진하게 도핑된 영역(들)(241)의 위치 오프셋(△X, △Y) 및 각 오프셋(△R)을 발견하기 위해 검사 어셈블리(200)에 의해 사용될 수 있는, 예를 들어, 정렬 마크들(801A-801D)에 대하여 정렬 마크들(801)의 다양한 실시예들을 도시한다. 일 실시예에서, 정렬 마크들(801)은 원형 형상(예를 들어, 정렬 마크(801A)), 각 형상(예를 들어, 정렬 마크(801B)), 십자가 형상(예를 들어, 정렬 마크(801C)) 또는 영숫자 형상(예를 들어, 정렬 마크(801D))을 가질 수 있다. 일반적으로 시스템 컨트롤러(801)에서 발견되는 패턴 인식 소프트웨어가 검사 어셈블리(200)에 의해 보여지는 영상으로부터 정렬 마크(801)의 실제 위치 및 기판(250)의 표면(251)상의 진하게 도핑된 영역(241)의 실제 위치를 해상하도록 하는 정렬 마크(801) 형상을 선택하는 것이 바람직하다. 시스템 컨트롤러(101)는 그 다음에 위치 오프셋(△X, △Y) 및 각 오프셋(△R)을 해상하고 도전층(370)을 프린팅할 때 위치 오정렬(misalignment) 및 각 오정렬을 최소화하기 위해 스크린 프린팅 디바이스를 조정하도록 적응된다.
일 실시예에서, 정렬 마크들(801)은 진하게 도핑된 영역(들)(241)을 형성하기 위해 사용되는 동일 물질로부터 형성되고 그러므로 상기 설명된 기술들을 사용하여 광학 검사 시스템(400)의 사용에 의해 검출될 수 있다. 이 구성에서, 정렬 마크들(801)은 진하게 도핑된 영역(들)(241)과 동시에 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 진하게 도핑된 영역(들)(241)의 패턴(230)이 박스(604)(도 6a) 동안 형성된 정렬 마크들(801)에 정렬될 수 있고 도전층(370)이 박스(614) 동안 정렬 마크들(801)에 정렬될 수 있도록 정렬 마크들(801)은 진하게 도핑된 영역들(2410)의 형성 전에 레이저 삭마, 기계적 스크라이빙 또는 건식 에칭 기술들을 사용하여 기판(250)의 표면(251)로 에칭 또는 스크라이빙된다.
도 9b-9d는 검사 어셈블리(200)에서 컴포넌트들에 의해 수신되는 영상들로부터 시스템 컨트롤러(101)에 의해 계산되는 오프셋 측정들의 정확도를 향상시키기 위해 사용될 수 있는 기판(250)의 표면(251)상의 정렬 마크들(801)의 다양한 구성들을 도시한다. 도 9b는 두 개의 정렬 마크들(801)이 기판(250)의 표면(251)상에서 가까운 반대측 코너들에 위치되는 일 구성을 도시한다. 가능한한 멀리 정렬 마크들(801)을 확산시킴으로써, 예를 들어, 에지(250A 또는 250B)와 같은, 기판(250)상의 특징 및 패턴(230) 사이의 상대적인 위치 에러는 더 정확히 해상될 수 있다. 도 9c는 세 개의 정렬 마크들(801)이 진하게 도핑된 영역들(241)의 패턴(230)의 오프셋을 해상하는 것을 돕기 위해 다양한 코너들 근처 기판(250)의 표면(251)상에 프린팅되는 다른 구성을 도시한다.
도 9d는 세 개의 정렬 마크들이 기판(250)의 표면(251)에 걸쳐 전략적인 위치들에 프린팅되는 다른 구성을 도시한다. 이 실시예에서, 정렬 마크들(801) 중 두 개는 에지(250A)에 평행한 라인에 위치되고, 제 3 정렬 마크(801)는 에지(250A)에 수직인 거리에 위치된다. 이 구성에서, 시스템 컨트롤러(101)의 패턴 인식 소프트웨어는 기판(250)에 대하여 진하게 도핑된 영역(들)(241)의 위치 및 지향에 관하여 부가적인 정보를 제공하기 위해 수직 참조 라인들(L1 및 L2)을 생성한다.
도 10은 검사 어셈블리(200)가 둘 이상의 광학 검사 디바이스들과 같은 복수의 광학 검사 디바이스들을 포함하는 회전 액추에이터 어셈블리(130)의 일 실시예의 도식적 이소메트릭 뷰이다. 일 실시예에서, 검사 어셈블리(200)는 방사 소스(403)와 같은, 하나 이상의 방사 소스들에 의해 조명되는 기판(250)의 표면(251)의 세 개의 상이한 영역들을 보도록 적응되는 세 개의 카메라들(401B, 401C, 및 401D)을 포함한다. 일 구성에서, 카메라들(401B, 401C 및 401D)은 그 안에 포함된 형성된 정렬 마크(801)를 가지는 기판(250)의 표면(251)의 영역을 보기 위해 각각 위치된다. 진하게 도핑된 영역(들)(241)의 설치의 정확도는 정렬 마크들(801)의 위치들이 정렬 에러의 양을 가능한 한 많이 감소시키기 위해 기판(250)의 표면(251)에 걸쳐 확산되도록 하면서, 각 시야 영역들(122A, 122B, 및 122C)의 각각의 크기를 감소시키고 그러므로 해상도 또는 유닛 영역 당 픽셀들의 수를 증가시키기 위한 능력에 기인하여 향상될 수 있다.
일 실시예에서, 프로세싱 도안, 검사 어셈블리(200) 및 시스템 컨트롤러(101)는 기판(250)의 표면(251)상에 형성된 정렬 마크들(801) 중 적어도 두 개의 영상들을 캡처한다. 영상들은 시스템 컨트롤러(101)의 영상 인식 소프트웨어에 의해 판독된다. 시스템 컨트롤러(101)는 그 다음에 적어도 두 개의 정렬 마크들(801)을 분석하고 예상되는 위치(X, Y) 및 각 방위(R)와 이들을 비교함으로써 스크린 프린팅된 패턴의 위치 오프셋(△X, △Y) 및 각 오프셋(△R)을 결정한다. 시스템 컨트롤러(101)는 그 다음에 진하게 도핑된 영역(들)(241) 위에 도전층(370)의 정렬된 설치를 허용하도록 스크린 프린트 챔버(102)의 스크린 프린팅 마스크의 위치를 조정하기 위해 이 분석으로부터 획득된 정보를 사용한다.
다른 실시예에서, 광학 검사 어셈블리(200) 및 시스템 컨트롤러(101)는 기판 표면(251)상에 배치된 세 개의 정렬 마크들(801)의 영상들을 캡처한다. 일 실시예에서, 시스템 컨트롤러(101)는 이론적 참조 프레임에 대하여 세 개의 정렬 마크들(801)의 실제 위치를 식별한다. 시스템 컨트롤러(101)는 그 다음에 이론적 참조 프레임으로부터 세 개의 정렬 마크들(801)의 각각의 오프셋을 결정하고 진하게 도핑된 영역(들)(241)에 관하여 상당히 더 정확한 정렬로 도전층(370)을 이후에 프린팅하기 위해 이상적 위치에 프린팅 챔버(102) 내의 스크린 프린팅 디바이스의 위치를 조정하기 위해 좌표 전달 알고리즘을 사용한다. 일 실시예에서, 최소 자승(ordinary least square, OLS) 방법 또는 유사한 방법은 도전층(370)을 프린티하기 위한 스크린 프린팅 디바이스의 이상적 위치를 최적화하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 이론적 참조 프레임으로부터의 정렬 마크들(801)의 각각의 오프셋이 결정될 수 있고, 스크린 프린팅 디바이스의 이상적 위치는 정렬 마크들(801)의 실제 위치 및 이론적 참조 프레임 사이의 거리를 최소화하는 함수에 따라 최적화될 수 있다. 위치 캡처 프로세스 동안 시스템 컨트롤러(101)에 의해 수신되는 정렬 마크 위치 정보는 그러므로 진하게 도핑된 영역(들)(241)의 형성 동안 생성되는 정렬 마크들(801)의 실제 위치에 대하여 도전층(370)을 지향 및 위치하기 위해 사용된다. 그러므로, 도전층(370)의 설치의 에러는 감소되는데, 이는 도전층(370)의 설치가 기판(250)의 특징에 대한 진하게 도핑된 영역(들)(241) 및 기판(250)의 특징(들)에 대한 도전층(270)의 관계가 아닌 진하게 도핑된 영역(들)(241)의 실제 위치에 의존하기 때문이다. 당업자는 기판(250)의 특징에 대한 진하게 도핑된 영역(들)(241) 및 기판(250)의 특징에 대한 도전층(370)의 설치가 진하게 도핑된 영역(들)(241)에 대한 도전층(370)의 직접적인 정렬의 에러의 대략적으로 두 배를 제공한다는 점을 인식할 것이다.
통합 정렬 구성들
도 11a는 진하게 도핑된 영역들(241)의 형성 동안 기판(250)의 표면(251)상에 형성된 정렬 마크(1102)의 일 실시예를 도시한다. 정렬 마크들(1102)은 그러므로 진하게 도핑된 영역들(241)상의 핑거들(260) 및 버스 바들(261)의 설치의 정확도를 향상시키기 위해 사용된다. 핑거들(260) 및 버스 바들(261)의 불량한 설치가 태양광 전지 디바이스의 반대 영역들 사이에서 단락이 형성되도록 할 수 있기 때문에, 진하게 도핑된 영역들(241)에 대한 핑거들(260) 및 버스 바들(261)의 설치 및/또는 정렬이 중요함을 주목하여야 한다.
도 11b는 기판(250)의 표면(251)상에 반대 코너들에 놓여질 수 있는 정렬 마크(1102)의 일 구성을 도시하는 클로즈-업 뷰이다. 도 11c는 기판(250)에 형성된 정렬 마크(1102)의 부분을 통해 통과하는 단면(11C-11C)(도 11b)을 따라 절단함으로써 형성되는 단면 뷰이다. 검출기 어셈블리(401)에 의해 수집되는 지향 및 정렬 데이터는 패턴화된 광화 작용(metallization) 기술의 사용에 의해 진하게 도핑된 영역들(241)의 표면상에 금속 컨택 구조(예를 들어, 핑거들(260) 및 버스 바들(261))의 설치를 조정 및 제어하도록 구성되는 시스템 컨트롤러(101)에 의해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 금속 컨택들은 도 3a-3d와 결합하여 상기 논의되는, 스크린 프린팅 시스템(100)에 형성된 스크린 프린팅 프로세스를 사용하여 기판(250)의 표면상에 배치된다.
일 실시예에서, 정렬 마크(1102)는 도 5a-5g, 6a 및 7와 결합하여 상기 논의된 단계들을 사용하여 기판(250)상에 형성되는 외부 특징(1110), 중간 특징(1111), 및 내부 특징(1112)과 같은 네스팅된(nested) 특징들의 패턴을 포함한다. 기판(250)의 표면상의 정렬 마크(1102) 및 진하게 도핑된 영역(들)(241)의 형성의 프로세스는 패턴화된 마스크 및 종래의 도핑 프로세스(들)의 사용을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 패턴 마스킹 프로세스는 옥사이드 층 또는 포토레지스트 물질을 패턴화하는 단계를 포함할 수 있고, 종래의 도핑 프로세스는 이온 주입 프로세스 또는 확산 퍼니스 타입 도핑 프로세스를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 정렬 마크(1102) 및 다른 진하게 도핑된 영역(들)(241)을 형성하는 프로세스는 기판의 표면(251)상에 증착된다. 먼저, 유전체 층(예를 들어, 실리콘 옥사이드, 실리콘 나이트라이드)은 기판의 표면(251)상에 증착된다. 다음으로, 패턴은 레이저 삭마, 패턴화된 부식제 물질들 및/또는 종래의 포토리소그래피와 같은 하나 이상의 패턴화 기술들 및 건식 또는 습식 에칭 기술들을 사용하여 유전체층에서 형성된다. 패턴화된 부식제 물질 프로세스의 실시예는 또한 전체가 참조로서 본 명세서에 결합되는 공통으로 양도된 미국 특허 출원 제12/274,023호[서류 제APPM 12974.02호]에 추가적으로 기재된다. 최종적으로, 진하게 도핑된 영역(들)(241)은 도핑 가스(예를 들어, POCl3)의 컴포넌트들이 이전 패턴화 단계 동안 형성되는 기판의 노출된 표면들로 투입되는, 고온 확산 퍼니스 타입 도핑 단계(~T≥800℃)를 사용하여 형성된다. 일부 경우들에서, 선택적 세정 단계는 패턴 유전체 층 및 노출된 기판 표면들을 제거하기 위한 도핑 단계 이후에 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 도 11d 및 11e에 도시된 바와 같이, 스크린 프린팅 마스크(102B)(도 3a)의 위치 및/또는 각 지향은 광학 검사 시스템(400), 하나 이상의 액추에이터들(예를 들어, 기판 이동 액추에이터, 액추에이터(102A)) 및 시스템 컨트롤러(101)를 사용하여 정렬 마크(1102)에 대하여 정렬된다. 이 구성에서, 정렬 마스크(1102)에 대한 스크린 프린팅 마스크(102B)의 정렬은 스크린 프린팅 마스크(102B)에서 형성되는 특징들(102C)을 통해 투영되는, 방사 소스(402)로부터 방출된 방사의 상요에 의해 결정되고, 검출기 어셈블리(401)에 의해 수집된다. 일 실시예에서, 정렬 마크(1102)의 특징(1110)은 특징들(1110, 1111 및/또는 1112)의 각각의 폭(W1)이 약 100 및 120μm 사이에 있는 동안, 약 1mm 크기인 x-방향 및/또는 y-방향의 외부 치수(outer dimension)를 가진다. 일 구성에서, 외부 특징(1110), 중간 특징(1111) 및 내부 특징(1112)은 서로에 대하여 네스팅된 패턴으로 모두 균등한 거리를 가진다. 외부 특징(1110), 중간 특징(1111) 및 내부 특징(1112)은 각각 서로의 사이에 형성된 갭(G)(도 11c)에 의해 분리될 수 있다. 일 실시예에서, 스크린 프린팅 마스크(102B)의 특징들(102C)은 적어도 하나의 특징(102C)이 네스팅된 특징들의 각각의 중심 라인에서 명목상으로 위치되고 각 특징(102C)이 폭(W1)보다 더 작은 폭(W2) 약 20-40μm이도록 구성된다. 특징들(102C)을 정렬 마크 특징들보다 더 작은 폭이도록 구성함으로써, 일반적으로 정렬 마크(1102)에 프린팅 마스크(102B)를 신뢰적으로 정렬하는 것이 더 쉬울 수 있다고 믿어진다. 일 실시예에서, 폭(W2)은 약 60 및 약 80μm사이이다. 일반적으로, 진하게 도핑된 영역(241)에 대한 스크린 프린팅 마스크(102B) 정렬은 정렬 마크(1102)에서 보여지는 진하게 도핑된 영역들(241) 및 스크린 프린팅 마스크(102B)에서 형성된 특징들(102C)를 통해 보여지는 기판(250) 물질 사이에서 형성되는 광학 콘트라스트에 의해 검출될 수 있다. 일 실시예에서, 특징들(102C)이 바람직하게 정렬 마크(1102)에 대하여 정렬되는 경우, 특징들(102C)의 각각이 개별적인 네스팅된 특징들(1110, 1111 및 1112) 위에 위치될 수 있기 때문에, 검출기 어셈블리(401) 및 시스템 컨트롤러(101)에 의해 어떤 광학 콘트라스트도 보여지지 않을 것이다. 도 11e는 스크린 프린팅 마스크(102B)의 특징들(102C)이 액추에이터들(102A) 및 시스템 컨트롤러(101)에 의해 이루어지는 정렬 이전에 정렬 마크(1102)에 대하여 오-정렬되는 구성을 도시하는 클로즈-업 플랜 뷰이다. 이 구성에서, 검출기 어셈블리(401)는 특징들(102C)을 통해 통과하는 전자기적 방사선의 강도의 변화를 검출하기 위해 사용되고 정렬 마크(1102)(예를 들어, 네스팅된 특징들(1110, 1111 및 1112)의 부분들 및 기판(250)의 인접 영역들(예를 들어, 진하게 도핑되지 않은 영역들)과 전자기 방사선의 상호작용에 기인하여 검출기 어셈블리(401)에 의해 수신될 수 있다. 일 실시예에서, 시스템 컨트롤러(101)는 검출기 어셈블리(401)의 카메라에 의해 형성되는 영상의 적어도 둘 이상의 부분들에 걸친 강도의 변화가 바람직한 범위 내에 있을 때까지 기판(250)에 대하여 스크린 프린팅 마스크(102B)의 지향 및/또는 위치를 조정하기 위해 사용된다. 일 실시예에서, 카메라에 의해 형성되는 영상의 적어도 둘 이상의 부분들에 걸친 강도의 변화는 네스팅된 특징들(1110, 1111 및/또는 1112)로 지향되고, 직접 위치되는, 폭(W1)보다 더 작은 폭(W2)을 가지는, 특징들(102C)과 일치할 수 있는 변화가 최소화될 때까지 조정된다.
도 11f 및 11g를 참조하면, 일 실시예에서, 진하게 도핑된 영역(들)(241)에 대한 스크린 프린팅 마스크(102B)의 위치 및/또는 각 방위는 정렬 마크(1103), 광학 검사 시스템(400), 하나 이상의 액추에이터들(예를 들어, 기판 위치 액추에이터, 액추에이터(102A)) 및 시스템 컨트롤러(101)를 사용하여 조정된다. 도 11f는 진하게 도핑된 영역(241)의 부분으로서 형성되는 정렬 마크(1103)의 일 실시예를 도시한다. 도 11f는 또한 정렬 마크들(1103)에 정렬되고 위에 위치되는 스크린 프린 마크(102B)를 도시한다. 도 11g는 스크린 프린팅 마스크(102B)가 정렬 마크(1103)에 정렬되는 구성을 도시하는 도 11f의 부분의 클로즈-업이다. 일 구성에서, 스크린 프린팅 마스크(102B)의 개구(1161)는 정렬 마크(1103)의 에지들이 정렬 마크(1103)의 에지들이 정렬 마크(1103)에 보여지는 진하게 도핑된 영역들(241) 및 기판(250) 사이에 생성되는 광학 콘트라스트를 사용하여 위치 및/또는 지향 에러들을 결정하기 위해 광학 검사 시스템(400)의 컴포넌트들에 의해 보여질 수 있도록 크기가 정해진다. 정렬 마크들(1103)은 그러므로 이후 프로세싱 단계 동안 진하게 도핑된 영역들(241)상에 핑거들(260) 및 버스 바들(261)의 설치의 정확도를 향상시키기 위해 시스템 컨트롤러(101)에 의해 사용된다. 스크린 프린팅 마스크(102B)의 개구(1161)가 정렬 마크(1103)의 에지들이 개구(1161) 내부에 존재하도록 크기가 정해지는 구성들에서, 스크린 프린팅 프로세스 동안 개구(1161)를 통해 기판 표면의 진하게 도핑된 영역들 상에 배치되고 금속은 태양광 전지의 성능에 영향을 줄 수 있는 단점들을 야기할 수 있기 때문에, 이러한 정렬 마크(들)(1103)를 기판(250)의 사용되지 않은 영역들 내에 설치하는 것이 바람직할 수 있다.
대안적인 솔라셀 형성 프로세싱 단계
도 12A - 12H는 표면(251)상에 형성된 금속 컨택 구조를 가지는 솔라셀(1200)을 형성하기 위해 사용된 공정 서열의 상이한 단계들 중 솔라셀 기판(250)의 개략적 단면을 예시한다.
도 13은 솔라셀(1200) 상의 금속 컨택 구조 및 활성 영역을 형성하기 위해 사용된 공정 서열(1300)을 예시한다. 도 13의 서열은 도 12A-12H에서 묘사된 단계에 해당하며, 이들은 본원에서 논의되어 있다.
박스(1302), 및 도 12A 및 13에 도시된 바와 같이, 기판(250)의 표면은 임의의 원치않는 물질 또는 거침을 제거하기 위해 세척된다. 일 실시예에서, 상기 세척 공정은 단계(602)와 함께 상기 논의된 단계들을 포함할 수 있다.
박스(1306)에서 도 12B 및 13에 도시되어 있는 바와 같이, 텍스처라이징 공정(texturizing process)은 텍스추어된 표면(351)을 형성하기 위해 기판(250)의 표면(251) 상에서 수행된다. 일 실시예에서, 표면(251)은 솔라셀 기판의 전면이고, 여기서 상기 솔라셀 기판은 솔라셀이 형성된 후 태양 빛을 수용하도록 구성되어 있다. 기판(250)의 표면(251)은 단계(606)와 함께 상기 논의된 단계를 사용하여 에칭될 수 있다.
박스(1308)에서, 도 12C 및 13에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 기판은 도펀트 함유 가스의 존재에서 약 800 ℃보다 높은 온도로 가열되며, 상기 도펀트 함유 가스 내 도핑 성분들이 표면(251)으로 확산되어 가볍게 도핑된 영역(1242)을 형성한다. 일 실시예에서, 상기 기판은 약 1 내지 약 120분 동안 인 옥시 염화물 (POCl3) 함유 가스의 존재에서 약 800 ℃ 내지 약 1300 ℃ 사이의 온도로 가열된다.
일 실시예에서, 박스(1308)에서 수행된 공정이 임의의 원친 않은 잔여물을 제거하고/거나 부동태화된 표면을 형성함이 완성된 후에, 선택적 세척 공정은 기판(250) 상에서 수행된다. 일 실시예에서, 상기 세척 공정은 세척 용액으로 기판의 표면을 습윤화함에 의해 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 세척 공정은 세척 용액, 예컨대 SC1 세척 용액, SC2 세척 용액, HF-라스트 타입 세척 용액, 오존 물 용액, 불산(HF) 및 과산화수소(H2O2) 용액으로 기판을 습윤화함에 의하거나 다른 적합한 및 비용 효율적인 세척 공정에 의해 수행될 수 있다. 상기 세척 공정은 약 5 초 내지 약 600 초, 예컨대 약 30 초 내지 약 240 초, 예를 들어 약 120 초동안 기판 상에서 수행될 수 있다.
박스(1310)에서, 도 12D 및 13에 도시되어 있는 바와 같이, 반사 방지 층(1254)은 표면(251) 상에 형성된다. 일 실시예에서, 상기 반사 방지 층(1254)은 얇은 부동태화/반사방지 층(예를 들어, 실리콘 옥사이드, 실리콘 니트라이드 층)을 포함한다. 또 다른 예에서, 반사방지 층(1254)은 얇은 부동태화/반사방지 층(예를 들어, 실리콘 옥사이드, 실리콘 니트라이드 층)을 포함한다. 일 실시예에서, 부동태화/반사방지 층은 얇은(예를 들어, 20-100 Å) 고유 무정형 실리콘(i-a-Si:H) 층을 포함할 수 있고, 후속하여 ARC 층(예를 들어, 실리콘 니트라이드)을 포함할 수 있고, 이는 물리 기상 증착 공정(PVD) 또는 화학 기상 증착 공정의 사용에 의해 증착될 수 있다.
박스(1312)에서, 도 12E 및 13에 도시된 바와 같이, 부동태화 층(1245)의 부분은 기판(250)의 표면 상에 복수의 패턴화된 영역(1251)을 노출시키기 위해 선택적으로 에칭되어서, 상기 후속 증착된 금속 층은 후속 단계에서 기판(250)의 표면과 치밀한 컨택(intimate contact)되어 위치될 수 있다. 부동태화 층(1245)를 패턴화하기 위해 사용될 수 있는 전형적 에칭 공정은 제한됨 없이 패턴 및 건조 에칭 기술, 레이저 제거 기술, 패턴 및 습윤 에칭 기술 또는 다른 유사 공정을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 레이저(1290)는 부동태화 층(1245)에 있는 물질의 층을 제거하고 재-용융하거나 기판(250) 물질의 일부를 제거하기 위해 사용되며, 이는 또한 단계(1306)에서 형성된 텍스츄어된 표면보다 더 부드러운 표면을 일반적으로 만든다. 일 예에서, 레이저(1290)는 패턴화된 영역(1251)을 형성하기 위해 기판(250)의 표면을 가로질러 스캔된 펄스된 IR 파장 레이저이다. 일 실시예에서, 패턴화된 영역(1251)을 형성하는 공정의 일부는 패턴 기술의 사용에 의해 기판(250)의 표면의 영역 상에 하나 또는 그 초과의 얼라이먼트 마스크(예를 들어, 도 9A-9D, 11B, 및 11G)를 형성하는 것을 포함한다.
박스(1314)에서, 도 12F 및 13에 예시된 바와 같이, 기판은 도펀트 함유 가스의 존재에서 약 800 ℃ 보다 높은 온도로 가열되어서 상기 도펀트 함유 가스 내 도핑 성분이 패턴화된 영역(1251)로 확산되어 무겁게 도핑된 영역(1261)을 형성하도록 한다. 따라서 상기 부동태화 층(1245)은 노출된 패턴화된 영역(1251)의 무거운 도핑을 가능하게 하며, 한편, 기판 표면의 다른 영역의 도핑을 차단하는 경향이 있는 마스크로서 기능 한다. 일 배치에서, 얇은 실리콘 디옥사이드 또는 실리콘 니트라이드 부동태화 층(1245)은 후속 단계에서 제거되는 희생 마스킹 층으로서 사용된다. 박스(1314)에서 형성된 공정의 일 예에서, 결정성 p-타입 도핑된 기판은 약 3 내지 약 120분 동안 인 옥시 염화물(POCl3) 함유 가스의 존재에서 약 800 ℃ 내지 약 1300 ℃의 온도로 가열된다.
공정 서열(1300)의 또 다른 실시예에서, 박스(1312 및 1314)에서 수행된 공정은 하나의 단일 단계로 합쳐진다. 이 경우에, 상기 무겁게 도핑된 영역(1261)은 레이저 도핑 공정으로서 본원에서 참조된 박스(1312)와 함께 논의된 단계 중 형성된 공정 중 형성된다. 이 배열에서, 상기 무거운 도핑된 영역(1261)은 도펀트 가스 함유 환경에서 기판을 위치시킴에 의해 형성되며, 한편 상기 패턴화된 영역(1251)은 레이저 제거 공정을 사용하여 기판(250)의 표면 상에 형성된다. 일 실시예에서, 부동태화 층(1245) 내 상기 도핑된 무정형 실리콘 (i-a-Si:H) 층은 상기 레이저 제거 공정 중 도핑된 무정형 실리콘(i-a-Si:H) 층 및 기판 표면으로 전달된 열의 사용에 의해 무겁게 도핑된 영역(1261)을 형성함을 돕도록 사용된다.
박스(1316)에서, 일 실시예에서, 상기 부동태화 층(1245) 내 무정형 실리콘 (i-a-Si:H) layer을 제거하고/거나 박스(1314) 내 형성된 공정으로부터 위에 임의의 남겨젼 잔여물을 제거하고/거나 노출된 패턴화된 영역(1251) 위에 부동태화된 표면을 형성하기 위해 박스(1314)에서 형성된 공정이 완성된 후에 선택적 세척 공정은 기판(250)에 수행된다. 일 실시예에서, 상기 세척 공정은 세척 용액으로 상기 기판의 표면을 습윤화함에 의해 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 세척 공정은 세척 용액, 예컨대 SC1 세척 용액, SC2 세척 용액, HF-라스트 타입 세척 용액, 오존 물 용액, 불산(HF) 및 과산화수소(H2O2) 용액으로 기판을 습윤화함에 의하거나 다른 적합한 그리고 비용 효율적인 세척 공정에 의해 수행될 수 있다. 상기 세척 공정은 약 5 초 내지 약 600 초, 예컨대 약 30 초 내지 약 240 초, 예를 들어 약 120 초 동안 기판에 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 도 12G에 도시된 바와 같이, 상기 세척 공정은 또한 원치 않는 물질을 표면으로부터 제거하기 위해 기판(250)의 표면(252)의 기계적 광택 또는 문지름(abrading)의 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 본원에서 논의된 임의의 세척 공정에서와 같이, 상기 습윤 세척 공정은 린스/스핀 건조 장치에서 스프레이/미스트 화학 세척 공정을 사용하여 수행될 수 있다.
박스(1318)에서, 도 12H 및 13에서 도시된 바와 같이, 전도성 특징부(1270)는 기판(250)의 표면(251) 상의 무겁게 도핑된 영역(1261) 상에 일 패턴으로 놓인다. 일 실시예에서, 상기 형성된 전도성 특징부(1270)는 약 500 내지 약 50,000 옹스트롬 (Å) 두께, 약 10 ㎛ 내지 약 200 ㎛ 너비이며, 금속, 예컨대 알루미늄 (Al), 은 (Ag), 주석 (Sn), 코발트 (Co), 레늄 (Rh), 니켈 (Ni), 아연 (Zn), 납 (Pb), 팔라듐 (Pd), 몰리브덴 (Mo), 티타늄 (Ti), 탄탈늄 (Ta), 바나듐 (V), 텅스텐 (W), 또는 크롬 (Cr)를 함유한다. 일 예에서, 상기 전도성 특징부(1270)는 은 (Ag) 또는 주석 (Sn)을 함유하는 금속 페이스트이다.
박스(1318) 중 형성된 공정의 일 실시예에서, 전도성 특징부(1270)는 상기 논의된 공정 서열(700)의 공정 단계 및 시스템(100)을 사용하여 기판(250)의 표면(251) 상에 스크린 프린트된다. 이 공정에서, 상기 광학 탐지 시스템(400)은 카메라(401A)에 의해 수용되고 방사선 소스(402 및/또는 403) 중 하나에 의해 방사된 전자기 방사선의 바람직한 파장의 사용에 의해 무겁게 도핑된 영역(1261)의 패턴을 탐지하기 위해 사용된다. 또 다른 실시예에서, 상기 광학 탐지 어셈블리(200)는 형성된 패턴을 탐지할 수 있는데, 이는 통상적 전구 또는 램프로부터의 빛 또는 주위 빛을 사용하여 패턴화된 영역(1251)과 기판의 택스추어된 표면 사이에 형성된 표면 거침의 변화 때문이다. 다음, 시스템 컨트롤러(101) 및 액츄에이터(102A)는 그 다음에 상기 시스템 컨트롤러에 의해 수용된 데이터를 사용하여 기판(250) 상에 형성된 무겁게 도핑된 영역(1261)으로, 거기에 형성된 바람직한 스크린 프린팅 패턴을 가지는, 스크린 프린팅 마스크를 오리엔트하고 얼라이언트한다. 스크린 프린딩 마스크가 얼라이먼트 되자마자, 전도성 특징부(1270)는 스크린 프린팅 마스크(102B)에 형성된 상기 특징부를 통해 상기 전도성 층 페이스트 또는 젤을 전달시킴에 의해 무겁게 도핑된 영역(1261) 상에 배치된다.
추가로, 박스(1318) 중 형성된 공정의 일 실시예에서, 백 금속 층(1271)은 통상적 증착 공정, 예컨대 스크린 프린팅 또는 PVD 공정을 사용하여 기판(250)의 표면 252 상에 형성된다. 일 실시예에서, 상기 형성된 백 금속 층(1271)은 약 500 내지 약 50,000 옹스트롬 (Å) 두께이고, 금속, 예컨대 알루미늄 (Al), 은 (Ag), 주석 (Sn), 코발트 (Co), 레늄 (Rh), 니켈 (Ni), 아연 (Zn), 납 (Pb), 팔라듐 (Pd), 몰리브덴 (Mo), 티타늄 (Ti), 탄탈늄 (Ta), 바나듐 (V), 텅스텐 (W), 또는 크롬 (Cr)을 함유한다.
박스(1320)에서, 열은 전도성 특징부(1270) 및 기판 250으로 전달되어서 전도성 특징부(1270) 내 금속이 무겁게 도핑된 영역(1261)으로 전기 연결을 형성하도록 한다. 상기 가열 공정은 상기 논의된 바와 같은, 시스템(100)의 스크린 프린팅 파트에 인접한 가열 오븐에서 수행될 수 있다.
대안적 선택식 이미터 형성 공정
도 14A-14D은 본 발명의 대안적 예를 예시하며, 솔라셀 장치의 활성 영역을 형성하기 위해 수행된 공정 서열에서 상이한 단계들 중 솔라셀 기판(1410)의 개략적 단면도를 예시하고 있다. 도 15에 예시된 공정 서열(1600)은 도 14A-14D에 묘사된 단계에 해당하며, 이는 솔라셀 장치, 예컨대 솔라셀(1400)의 전면(1401) 상에 선택식 이미터 구조를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 도 14D에 도시된 바와 같이, 상기 형성된 솔라셀(1400)은 기판 1410, 무겁게 도핑된 영역(1420), 및 컨택 층(1414)을 일반적으로 함유하며, 이는 기판(1410)의 백면(1402) 상에 위치되어 있다. 일 예에서, 기판(1410)은 p-타입 도핑된 결정성 실리콘 기판이다. 일 배열에서, 상기 컨택 층(1414)은 유전층(1411), 예컨대 실리콘 디옥사이드 층, 실리콘 니트라이드 층 또는 실리콘 옥시니트라이드 층 위에 위치하고 있으며, 이는 뒷면(1402) 상에 형성되거나 위치되어 있다. 일 실시예에서, 상기 컨택 층(1414)은 금속이며, 이는 약 2000 옹스트롬 (Å) 내지 약 50,000 옹스트롬 (Å) 두께이다. 일 실시예에서, 상기 컨택 층(1414)은 내화성 금속 또는 내화성 금속 합금 층, 예컨대 티타늄 (Ti), 탄탈늄 (Ta), 텅스텐 (W), 몰리브덴 (Mo), 티타늄 니트라이드 (TiN), 탄탈늄 니트라이드 (TaN), 텅스텐 니트라이드 (WN), 및/또는 몰리브덴 니트라이드 (MoN)이다. 컨택 층(1414)을 함유하는, 상기 내화성 금속, 또는 내화성 금속 합금은 따라서 아래에 논의된 공정 서열(1600)의 고온 공정 단계의 일부 중 존재할 수 있다. 그러나, 컨택 층(1414)을 함유하는 내화성 금속, 또는 내화성 금속 합금의 존재는 본 발명의 범위로 한전됨을 의도하지 않으며, 왜냐하면, 고온 공정이 수행된 후, 상기 컨택 층(1414)은 일부 경우에 증착될 수 있었기 때문이다. 일 실시예에서, 전면(1412)은 상기 형성된 솔라셀(1400)의 광 포획을 개선하기 위해 텍스쳐 가공되어 있다.
박스(1602)에서, 도 14A 및 15에 도시된 바와 같이, 제 1 도펀트 물질(1419)은 기판(1410)의 전면(1401) 상에 증착된다. 일 실시예에서, 제 1 도펀트 물질(1419)은 잉크젯 프린팅, 러버 스탬핑, 스크린 프린팅, 또는 다른 유사한 공정의 사용에 의해 바람직한 패턴으로 증착되거나 프린트된다. 상기 제 1 도펀트 물질(1419)은 초기에 액체, 페이스트, 또는 젤일 수 있으며, 이는 도핑된 영역을 형성하기 위해 사용될 것이다. 일부 경우에, 제 1 도펀트 물질(1419)을 배치시킨 후에, 상기 기판은 바람직한 온도로 가열되어서 상기 제 1 도펀트 물질(1419)이 전면(1401) 상에 있고, 상기 도펀트 물질(1419)이 제 1 표면(1401)과의 결합을 경화, 조밀화 및/또는 형성하도록 하기 위할 것을 보장한다. 일 실시예에서, 제 1 도펀트 물질(1419)은 젤 또는 페이스트이며, 이는 n-타입 도펀트를 함유하고, 이는 기판(1410)을 무겁게 도핑하기 위해 사용된다. 실리콘 솔라셀 제조에서 사용되는 전형적 n-타입 도펀트는 원소, 예컨대, 인 (P), 비소 (As), 또는 안티몬 (Sb)이다. 일 실시예에서, 제 1 도펀트 물질(1419)은 인 함유 도펀트 페이스트이며, 이는 기판(1410)의 제 1 표면(1401) 상에 증착되며, 상기 기판은 약 80℃ 내지 약 500℃의 온도로 가열된다. 일 실시예에서, 제 1 도펀트 물질(1419)은 폴리인산, 포스포실리케이트 글라스 전구체, 인산(H3PO4), 아인산 (H3P03), 차아인산 (H3PO2), 및/또는 이의 여러 암모늄 염로 구성되는 군으로부터 선택된 물질을 함유할 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 도펀트 물질(1419)은 젤 또는 페이스트이며, 이는 약 6 내지 약 30 원자%의 인을 함유하고 있다.
박스(1602)에 기재된 공정은 이전에 논의되고 도 3A에 도시된 시스템(100) 내 위치한 스크린 프린트 챔버(102)에 의해 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 도핑 층은 캘리포니아 산타 클라라의 Applied Materials, Inc.에 의해 소유된 Baccini S.p.A.로부터 입수 가능한 SoftlineTM 도구에서 수행된 스크린 인쇄 공정을 사용하여 기판에 증착된다. 상기 스크린 프린트 챔버(102) 및 시스템(100)의 예는, 상기 참조로서 통합되어 있으며, 2009년 4월 6일에 출원된, 미국 가특허 출원 제 12/418,912(변호서 도켓 번호 APPM/13541, 제목 "NEXT GENERATION SCREEN printing SYSTEM") 및 2008년 11월 19일에 출원된 미국 특허 공개 제 2009/0142880호, 제목 “SOLAR CELL CONTACT FORMATION PROCESS USING A PATTERNED ETCHANT MATERIAL,”에 상세히 추가 기재되어 있다.
박스(1604)에서, 도 14B 및 15에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 기판은 약 750℃보다 더 높은 온도로 가열되어서, 제 1 도펀트 물질(1419) 내 도핑 원소가 기판(1410)의 전면(1401)으로 환산되도록 하며, 이로써, 기판(1410) 내 무겁게 도핑된 영역(1420)을 형성한다. 상기 형성된 무겁게 도핑된 영역(1420)의 각각은 따라서 무겁게 도핑된 영역으로서 사용될 수 있으며, 여기서 우수한 전기 연결은 솔라셀(1400)의 전면에 이뤄질 수 있다. 일 예에서, 상기 형성된 무겁게 도핑된 영역(1420)이 스퀘어 당 약 10-50 Ohms 시트 저항을 가지는 것이 바람직하다. 박스(1604)에서 수행된 공정의 일 실시예에서, 상기 기판은 약 1 분 내지 약 120 분 동안 질소 (N2), 산소 (O2), 수소 (H2), 공기 또는 이의 조합물의 존재에서 약 750℃ 내지 약 1300℃의 온도로 가열된다. 일 예에서, 상기 기판은 약 5분 동안 약 1000℃의 온도로 질소(N2) 풍부 환경에서 빠른 열 어닐링(RTA)으로 가열된다.
박스(1604)에서 수행된 방법의 일 실시예에서, 상기 증착된 제 1 도펀트 물질(1419) 사이의 기판(1410)의 전면(1401)의 영역은 도핑된 영역(1430)을 형성하기 위해 바람직한 도펀트 원자(예를 들어, n-타입 도펀트)로 도핑된다. 일 실시예에서, 기판의 전면(1401)로 제 1 도펀트 물질(1419)의 드라이빙-인의 과정 중 일부 중, 상기 전면은 도핑된 영역(1430)을 형성하기 위해 도펀트 함유 증기 또는 가스에 노출된다. 일 예에서, 상기 도펀트 함유 증기의 일부 또는 전부는 열 공정 중 제 1 도펀트 물질(1419)의 일부의 증기화에 의해 만들어진다. 또 다른 예에서, 상기 전면(1401)은 n-타입 솔라셀 기판에서 도핑된 영역(1430)을 형성하기 위해 열 공정 중 인산에 노출된다. 또 다른 예에서, 기판의 전면(1401)은 POCl3, 또는 다른 바람직한 도펀트 함유 가스에 노출되며, 한편, 기판은 튜브 난로에서 열에 의해 가공된다. 여기서 기재되지 않았지만, 무겁게 도핑된 영역(1420)과 상기 도핑된 영역(1430)을 형성하는 부산물이거나 이를 형성하기 위해 사용된 임의의 원친 않는 도펀트 함유 증기로 도핑되는 것으로부터 뒷면(1402)을 막을 수 있는 신뢰가는 마스크를 이롭게 형성하는 것으로 상기 접착 층(1414)이 여겨지는 것은 알 것이다. 일 예에서, 스퀘워 당 약 80-200 Ohms의 시트 저항성을 상기 형성된 도핑된 영역(1430)이 가지도록 함이 바람직하다.
박스(1604)에서 기재된 상기 드라이브-인 공정은 시스템(100)에 부착될 수 있는 열 처리 모듈 또는 제 2 프로세싱 모듈에 의해 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 열 처리 모듈은 캘리포니아, 산타 클라라의 Applied Materials Inc.로부터 입수가능한 Vantage Radiance PlusTM RTP 챔버와 같은 빠른 열 어닐링(RTA) 챔버이다. 다른 공정 챔버 예컨대 어닐링 챔버, 튜브 난로 또는 벨트 난로 챔버는 또한 본 발명을 실시하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 공정 챔버는 캘리포니아 산타클라라의 Applied Materials Inc.의 디비젼인, Baccini S.p.A로부터 입수가능한 SoftLineTM 툴 내에 위치된 공정 모듈에 포함되어 있다.
박스(1606)에서, 도 14C 및 15에 도시된 바와 같이, 반사방지 층(1431)은 기판의 전면(1401) 상에 형성된다. 일 실시예에서, 반사방지 층(1431)은 얇은 부동태화/반사방지 층(예를 들어, 실리콘 니트라이드, 실리콘 옥사이드)을 포함한다. 도 14C가 반사방지 층(1431)을 예시하며, 상기 반사방지 층이 단일 층이지만, 이 배열은 본원에 기재된 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니고, 반사방지 층의 일 예를 예시하기 위한 것일 뿐이다. 일 예에서, 상기 얇은 부동태화/반사방지 층은 실리콘 니트라이드, 또는 실리콘 디옥사이드 또는 실리콘 니트라이드을 포함하는 둘 이상의 층을 포함한다. 박스(1606)에서 기재된 반사방지 층의 증착은 시스템(100) 내 위치한 제 4 증착 공정 모듈에 의해 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 반사방지 층은 PVD 챔버 또는 CVD 챔버를 사용하여 증착된다. 상기 반사방지 층은 상기 논의된 캘리포니아 산타클라라에 있는 Applied Materials로부터 입수 가능한 ATONTM 툴을 사용하여 솔라셀 기판의 하나 또는 그 초과의 표면 상에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 반사방지 층 형성 공정은 시스템(100)에 부착된 제 3 공정 모듈, 예를 들어, 플라스마 강화 CVD 증착 모듈의 사용에 의해 수행될 수 있다.
박스(1608)에서, 도 14D 및 15에서 예시된 바와 같이, 패턴화된 전도성 층(1432)은 반사방지 층(1431) 위에 증착된다. 일 실시예에서, 상기 형성된 전도성 층(1432)은 약 2000 옹스트롬 (Å) 내지 약 50,000 옹스트롬 (Å) 두께이며, 금속을 함유한다. 일 실시예에서, 상기 형성된 전도성 층(1432)은 기판의 전면(1401) 상에 스크린 프린트된 금속 함유 페이스트 예컨대 은 (Ag) 함유 페이스트로부터 형성된다. 일 실시예에서, 전도성 층(1432)의 바람직한 패턴은 형성된 무겁게 도핑된 영역(1420) 위에 증착되어서, 상기 전도성 층(1432)은 후속 열 공정이 박스(1610)에서 수행된 후에 무겁게 도핑된 영역(1420)과의 우수한 전기 컨택을 형성할 것이다. 일 실시예에서, 무겁게 도핑된 영역(1420) 상에 전도성 층(1432)을 증착하기 전, 무겁게 도핑된 영역(1420) 위에 증착된 반사방지 층(1431)의 부분을 제거하는 것이 바람직하다. 일반적으로 무겁게 도핑된 영역(1420)과 함께 전도성 층(1432)을 배열하고 위치시키는 공정은 도 7에서 예시한 공정 서열(700)과 같은 상기 기재된 공정 중 하나 이상을 사용할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 전도성 층(1432)은 은 함유 물질이며, 이는 시스템(100)에 커플링된 제 4 공정 모듈에서 스크린 프린팅 공정, 잉크 젯 프린팅, 또는 다른 유사한 공정의 사용에 의해 바람직한 패턴으로 증착된다.
박스(1608)에 기재된 전도성 층의 증착은 시스템(100) 상에 위치한 제 4 증착 공정 모듈에 의해 수행될 수 있다. 제 4 증착 공정 모듈은 물리 기상 증착(PVD) 챔버, 스퍼터링 챔버, 화학 기상 증착(CVD) 챔버, 플라스마 강화 화학 기상 증착(PECVD) 챔버에 제한됨 없이 이를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 전도성 층은 캘리포니아, 산타클라라에 위치한 Applied Materials, Inc.로부터 입수가능한 PVD 챔버를 사용하여 증착된다. 다른 공정 챔버 예컨대 핫 와이어 화학 기상 증착(HWCVD) 챔버, 철 임플랜드/도핑 챔버, 원자 층 증착(ALD) 챔버 또는 빠른 열 산화(RTO) 챔버, 등은 본 발명을 실시하기 위해 또한 사용될 수 있다.
박스(1610)에서, 상기 기판은 400℃ 초과 및/또는 약 800℃ 미만의 온도로 일반적으로 가열되어서, 무겁게 도핑된 영역(1420)의 부분과 바람직한 옴-컨택을 형성하기 위해 상기 전도성 층(1432)이 기판(1410)의 전면(1401)로 확산되고/확산되거나 조밀화되도록 한다. 박스(1610)에서 수행된 공정의 일 실시예에서, 상기 기판은 약 1분 내지 약 120분 동안 질소 (N2), 산소 (O2), 수소 (H2), 공기, 또는 이의 조합물의 존재에서 약 400℃ 내지 약 500℃의 온도로 가열된다.
일 실시예에서, 상기 기판은 시스템(100) 내 위치한 제 4 증착 공정 모듈에서 가열된다. 일 실시예에서, 제 4 증착 공정 모듈은 상기 논의한 캘리포니아 산타클라라의 Applied Materials Inc.의 디비젼인, Baccini S.p.A로부터 입수할 수 있는 SoftLineTM 툴 내 위치한 공정 챔버이다. 대안적으로, 시스템(100) 내 위치한 열 처리 모듈은 기판을 가열하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 어닐링 챔버, 튜브 난로 또는 벨트 난로 챔버는 사용될 수 있다. 본원에 기재된 실시예들은, 다른 통상적 기술에 비해 이점이 있는데, 왜냐하면, 전도성 층(1432) 사이의 상기 형성된 전기 연결이 낮은 컨택 저항성을 가질 것이고 근원적 p-타입 물질로 형성된 이미터를 통해 "스파이킹"에 의해 상기 형성된 솔라셀 연결을 손상시키지 않을 것이기 때문이다. 본원에 기재된 배열에서, 시스템(100)에 위치한 파이어 난로 모듈을 사용하여 반사방지 층 및/또는 유전층을 통해, 상기 전도성 층(1432)은 파이어된다. 일 예에서, 상기 파이어 난로 모듈은 상기 기판 표면에 형성된 패턴화된 금속 층과의 바람직한 연결을 형성하기 위해 바람직한 온도로 기판을 가열하도록 구성된 난로이다. 예시적인 파이어링 난로 모듈의 예는, 본원에 참조로서 위에 통합되어 있는, 2009년 3월 3일에 출원된, 미국 가특허 출원 제 61/157,179호(변호사 도켓 번호 APPM/14258L, 제목 “CRYSTALLINE SILICONE SOLAR CELL PRODUCTION LINE HAVING A WAFER SAWING MODULE”)에서 상세히 추가로 기재되어 있다.
상기 제공된 공정 서열(1600)이 솔라셀 장치의 활성 영역을 형성하는 대안적 방식을 기재하였지만, 상기 기재된 공정 단계의 양 및 서열은 본원에 기재된 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 일 예에서, 제 1 도펀트 물질(1419)은 단계(1602) 이전에 별도의 공정 단계에서 p-타입 도핑된 기판(1410)에서 형성된 가볍게 도핑된 또는 중간 도핑된, n-타입 영역에서 증착된다. 또 다른 예에서, 공정 단계(1606)는 공정 단계(1602-1604) 이전에 수행될 수 있다.
상기 대부분의 논의는 주로 본 발명의 실시예의 하나 이상을 기재하는 것을 돕기 위해 스크린 프린팅 챔버 및 시스템의 사용을 논의하지만, 이 배열은 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것이 아닌데, 왜냐하면, 다른 패턴된 물질 증착 공정 및 시스템은 본원에 기재된 발명의 기초 범위로부터 벗어남 없이 본원에 기재된 상기 광학 탐지 시스템 및 솔라셀 공정 방법과 함께 사용될 수 있기 때문이다.
상기 내용이 본 발명의 실시예에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 및 추가 실시예는 그 기본적인 범위로부터 벗어남 없이 변경될 수 있고, 본 발명의 범위는 아래 청구범위에 의해 결정된다.

Claims (32)

  1. 솔라셀 형성 공정으로서, 상기 공정은:
    기판 수용 표면 상에 기판을 위치시키며, 여기서 상기 기판은 제 1 표면 및 상기 표면 위에 형성된 패턴화된 도핑된 영역을 가지고;
    상기 기판 상의 상기 패턴화된 도핑된 영역의 실제 위치를 결정하며, 여기서 상기 실제 위치를 결정하는 것이:
    제 1 표면을 향해 전자기 방사선을 방출시키며;
    상기 제 1 표면의 영역으로부터 제 1 파장의 전자기 방사선을 수용하는 것을 포함하고;
    상기 기판 상의 상기 패턴화된 도핑된 영역의 상기 결정된 실제 위치로부터 수용된 정보를 사용하여 상기 패턴화된 도핑된 영역에 스크린 프린팅 마스크 내에 하나 또는 그 초과의 특징부를 정렬시키며;
    상기 패턴화된 도핑된 영역에 상기 하나 또는 그 초과의 특징부를 정렬시킨 후 상기 하나 또는 그 초과의 특징부를 통해 그리고 패턴화된 도핑된 영역의 전부 또는 일부 위에 층 물질을 증착시키는 것을 포함하는,
    솔라셀 형성 공정.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 층은 전도성 물질을 포함하며, 상기 기판은 실리콘을 포함하고, 상기 패턴화된 도핑된 영역은 약 1 x 1018 원자/cm3보다 더 큰 도펀트 농도를 가진,
    솔라셀 형성 공정.
  3. 제 1항에 있어서,
    제 1 파장의 전자기 방사선을 수용하는 것이 상기 제 1 표면에 인접한 위치에 있는 광학 탐지기에 의해 수행되며, 상기 방출된 전자기 방사선이 상기 제 1 표면의 반대편에 있는 제 2 표면에 제공되는,
    솔라셀 형성 공정.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 패턴화된 도핑된 영역의 실제 위치를 결정하는 것이 상기 기판의 표면 위에 위치한 둘 또는 그 초과의 정렬 마스크의 광학 이미지를 캡쳐하고, 상기 광학 이미지에 기초한 오프셋을 결정하기 위해 이상적 위치에 대한 각 정렬 마스크의 위치 차이를 결정하는 것을 포함하는,
    솔라셀 형성 공정.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 정렬 마스크의 상기 이상적 위치는 제 1 층을 프린팅하기 전에 상기 기판의 하나 이상의 특징부와 관련하여 결정되는,
    솔라셀 형성 공정.
  6. 제 4항에 있어서,
    스크린 프린팅 공정을 사용하여 상기 기판의 표면상에 3개 이상의 정렬 마스크가 형성되는,
    솔라셀 형성 공정.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 정렬 마스크의 실제 위치를 비교하는 것이 2개의 정렬 마스크 사이에 제 1 참조 라인을 만들고, 제 3 정렬 마스크와 상기 제 1 참조 라인 사이에 제 2 참조 라인을 만드는 것을 포함하며, 여기서, 상기 제 2 참조 라인이 상기 제 1 참조 라인에 수직인,
    솔라셀 형성 공정.
  8. 제 1항에 있어서,
    기판 수용 표면 상에 기판을 위치시키는 것이:
    지지 물질의 제 1 표면상에 기판을 수용하고;
    상기 지지 물질에 커플링된 엑츄에이터를 사용하여 기판 지지부 표면을 가로질러 상기 지지 물질을 이동시키며;
    상기 기판 지지부에 대해 제 1 표면상에 위치한 기판을 유지하기 위해 상기 지지 물질의 제 1 표면 뒤 영역을 배기(evacuating)시키는 것을 포함하고,
    상기 패턴화된 도핑된 영역에 스크린 프린팅 마스크 내 특징부를 정렬시키는 것은 상기 지지 물질의 제 1 표면 상에 유지된 기판을 상기 스크린 프린팅 마스크 아래에 위치시키는 것을 추가로 포함하는,
    솔라셀 형성 공정.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 기판 상의 상기 패턴화된 도핑된 영역의 실제 위치를 결정하는 것이:
    상기 방출된 전자기 방사선의 일부가, 탐지기에 의해 수용되기 전에, 상기 기판 수용 표면 상에 위치한 기판의 제 1 표면 및 상기 스크린 프린팅 마스크에 형성된 하나 또는 그 초과의 특징부를 통과하도록, 상기 기판 수용 표면 또는 스크린 프린팅 마스크를 위치시키는 것을 포함하며,
    여기서, 상기 패턴화된 도핑된 영역에 스크린 프린팅 마스크 내 상기 하나 또는 그 초과의 특징부를 정렬시키는 것이, 상기 기판 상에 형성된 상기 패턴화된 도핑된 영역의 일부에 상기 스크린 프린팅 마스크에 형성된 상기 특징부의 위치를 조절하는 것을 포함하는,
    솔라셀 형성 공정.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 기판 상에 형성된 상기 패턴화된 도핑된 영역의 일부는 둘 또는 그 초과의 중첩된 요소를 포함하며, 상기 중첩된 요소들은 그 사이에 형성된 갭을 가지며, 여기서, 상기 둘 또는 그 초과의 중첩된 요소 중 하나 이상은 제 1 너비를 가지며,
    상기 스크린 프린팅 마스크에 형성된 특징부는 상기 제 1 너비보다 좁은 제 2 너비를 가지는,
    솔라셀 형성 공정.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 기판 상의 상기 패턴화된 도핑된 영역의 실제 위치를 결정하는 것이, 상기 패턴화된 도핑된 영역의 둘 또는 그 초과의 영역으로부터 상기 탐지기에 의해 수용된 상기 방출된 전자기 방사선의 강도 변화를 탐지하는 것을 추가로 포함하는,
    솔라셀 형성 공정.
  12. 솔라셀 형성 공정으로서, 상기 공정이:
    기판의 제 1 표면 상에 일정 패턴의 마스킹 물질을 위치시키며;
    상기 마스킹 물질이 상기 제 1 표면 위에 위치해 있는 동안, 상기 제 1 표면의 일부를 에칭하고, 여기서, 상기 마스킹 물질은 상기 마스킹 물질이 위치한 제 1 표면의 복수의 영역의 에칭을 실질적으로 차단하며,
    제 1 표면의 일부의 광학 이미지를 캡쳐하고,
    상기 캡쳐된 광학 이미지로부터 수용된 정보를 사용하여 상기 복수의 영역의 일부 또는 전부에 대해 스크린 프린팅 마스크의 특징부를 정렬시키며,
    상기 복수의 영역의 일부 또는 전부 상에 그리고 상기 특징부를 통해 물질의 층을 증착시키는 것을 포함하는,
    솔라셀 형성 공정.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 마스킹 물질은 제 1 도펀트 물질을 포함하는,
    솔라셀 형성 공정.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제 1 도펀트 물질이 상기 제 1 표면으로 확산되고 패턴화된 도핑된 영역을 형성하도록 하기 위해 상기 기판 및 마스킹 물질을 가열하며, 여기서, 상기 기판 및 상기 마스킹 물질을 가열시키는 것이 상기 제 1 표면의 일부를 에칭한 후 수행되는 것을 추가로 포함하는,
    솔라셀 형성 공정.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 제 1 표면의 일부를 에칭한 후 상기 제 1 표면의 일부로 상기 제 1 도펀트 물질의 일정 양을 확산시키는 것을 추가로 포함하는,
    솔라셀 형성 공정.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 제 1 표면의 일부의 광학 이미지를 캡쳐하는 것이 상기 기판의 표면 상에 위치한 둘 또는 그 초과의 정렬 마스크의 광학 이미지를 캡쳐하고, 상기 광학 이미지에 기초한 오프셋을 결정하기 위해 이상적 위치에 대한 각 정렬 마스크의 위치 차이를 결정하는 것을 포함하는,
    솔라셀 형성 공정.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 기판이 실리콘을 포함하고, 상기 패턴화된 도핑된 영역이 약 1 x 1018 원자/cm3보다 더 큰 도펀트 농도를 가지는,
    솔라셀 형성 공정.
  18. 제 12항에 있어서,
    상기 기판 및 마스킹 물질을 가열하여, 상기 마스킹 물질에 위치한 제 1 도펀트 물질이 상기 제 1 표면으로 확산되고 패턴화된 도핑된 영역을 형성하는 것을 추가로 포함하며,
    여기서 상기 패턴화된 도핑된 영역의 일부의 광학 이미지를 캡쳐하는 것이:
    상기 제 1 표면을 향해 전자기 방사선을 방출시키고;
    상기 제 1 표면의 영역으로부터 약 850 nm 내지 약 4 ㎛의 파장의 전자기 방사선을 수용하는 것을 포함하는,
    솔라셀 형성 공정.
  19. 제 12항에 있어서,
    상기 패턴화된 도핑된 영역의 일부의 광학 이미지를 캡쳐하는 것이, 상기 제 1 표면의 일부를 에칭하는 공정 중 상기 마스킹 층에 의해 커버되지 않은 제 1 표면의 일부 및 상기 마스킹 층에 의해 커버된 제 1 표면의 일부를 통해 전송되거나 이로부터 반사된 상기 전자기 방사선의 강도의 차이를 알리는 것을 추가로 포함하는,
    솔라셀 형성 공정.
  20. 제 12항에 있어서,
    상기 제 1 표면 상에 상기 마스킹 물질을 위치시키기 전에 제 1 도핑된 영역을 형성하기 위해 상기 기판의 제 1 표면으로 제 1 도펀트 원자의 제 1 양을 확산시키고;
    상기 제 1 표면상에 상기 마스킹 물질을 위치시키고 상기 제 1 표면의 일부를 에칭시킨 후 제 2 도핑된 영역을 형성하기 위해 상기 제 1 표면으로 제 2 도펀트 원자의 제 2 양을 확산시키는 것을 추가로 포함하는,
    솔라셀 형성 공정.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 제 1 도펀트 원자 및 제 2 도펀트 원자가 인, 비소 안티몬, 보론, 알루미늄 및 갈륨으로 구성되는 원소의 군으로부터 각각 선택되는,
    솔라셀 형성 공정.
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 제 1 도펀트 원자 및 상기 제 2 도펀드 원자는 동일한 타입의 도펀트 원자이며, 상기 제 1 도핑된 영역 내 제 1 도펀트 원자의 상기 제 1 양이 상기 제 2 도핑된 영역 내 상기 제 2 도펀트 원자의 상기 제 2 양보다 큰,
    솔라셀 형성 공정.
  23. 솔라셀 형성 공정으로서, 상기 공정이:
    기판의 제 1 표면의 일부를 에칭하며;
    상기 에칭된 제 1 표면의 일부 위에 제 1 층을 위치시키고;
    상기 기판의 일정 영역을 노출시키기 위해 상기 에칭된 제 1 표면 위에 위치한 상기 증착된 제 1 층의 일정 부분을 제거시키며;
    상기 기판 내에 도핑된 영역을 형성하기 위해 상기 기판의 상기 노출된 영역으로 도펀트 함유 물질을 전달시키고;
    상기 기판의 상기 제 1 표면의 일부의 이미지를 캡쳐하며, 여기서 상기 이미지가 상기 에칭된 제1 표면의 일부 및 상기 노출된 영역의 일부를 포함하며;
    상기 캡쳐된 이미지로부터 수용된 정보를 사용하여 상기 노출된 영역으로 스크린 프린팅 마스크 내 특징부를 정렬시키고;
    상기 특징부가 상기 노출된 영역에 정렬된 후 상기 패턴화된 도핑된 영역의 일부 또는 전부로 그리고 상기 특징부를 통해 층 물질을 증착시키는 것을 포함하는,
    솔라셀 형성 공정.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 제 1 표면의 일부의 이미지를 캡쳐하는 것이 상기 기판의 표면에 위치한 둘 또는 그 초과의 정렬 마스크의 광학 이미지를 캡쳐하고, 상기 광학 이미지에 기초한 오프셋을 결정하기 위해 이상적 위치에 대해 각 정렬 마스크의 위치 차이를 결정하는 것을 포함하는,
    솔라셀 형성 공정.
  25. 제 23항에 있어서,
    상기 패턴화된 도핑된 영역의 일부의 광학 이미지를 캡쳐하는 것이:
    상기 제 1 표면을 향해 전자기 방사선을 방출하고;
    상기 제 1 표면의 영역으로부터 약 850 nm 및 약 4 ㎛의 파장의 전자기 방사선을 수용하는 것을 포함하는,
    솔라셀 형성 공정.
  26. 제 23항에 있어서,
    상기 제 1 층이 실리콘 니트라이드 (SiN), 무정형 실리콘 (a-Si), 및 실리콘 디옥사이드 (SiO2)로 구성되는 군으로부터 선택된 물질을 포함하는,
    솔라셀 형성 공정.
  27. 제 23항에 있어서,
    상기 제 1 층은 상기 기판의 제 1 표면 위에 위치한 제 2 층 및 상기 제 2 층 위에 위치한 제 3 층을 포함하고, 여기서, 상기 제 2 층은 실리콘 니트라이드 (SiN) 및 실리콘 디옥사이드 (SiO2)로 구성되는 군으로부터 선택된 물질을 포함하고, 상기 제 3 층은 무정형 실리콘 (a-Si)을 포함하는,
    솔라셀 형성 공정.
  28. 기판 공정 장치로서, 상기 장치는:
    기판 지지 표면;
    상기 기판 지지 표면을 향해 전자기 방사선을 방출하기 위해 위치된 전자기 방사선 소스;
    상기 기판 지지 표면에 위치한 기판의 표면을 향하는 상기 방출된 전자기 방사선의 일부 또는 전부를 수용하기 위해 위치한 탐지기 어셈블리로서, 여기서, 상기 수용된 전자기 방사선은 상기 기판의 표면 상에 형성되는 패턴화된 다량 도핑 영역에 의해 반사되거나 이를 통해 우선 전송되거나, 상기 패턴화된 다량 도핑 영역을 포함하지 않는 상기 기판의 영역에 의해 반사되거나 이를 통해 우선 전송되는 파장으로 제공된, 탐지기 어셈블리;
    스크린 프린팅 마스크 및 상기 스크린 프린팅 마스크를 위치시키도록 구성된 하나 이상의 엑츄에이터를 가지는 증착 챔버 ; 및
    컨트롤러로서:
    상기 기판 지지 표면 상에 위치한 기판의 표면 상에 형성된 패턴화된 다량 도핑 영역의 위치에 대해서 상기 탐지기 어셈블리로부터 신호를 수용하고;
    상기 탐지기 어셈블리로부터 수용된 정보에 기초하여 상기 패턴화된 다량 도핑 영역에 대한 상기 스크린 프린팅 마스크의 위치를 조절하도록 구성된 컨트롤러를 포함하는,
    기판 공정 장치.
  29. 제 28항에 있어서,
    상기 기판 지지부는 플래튼(platen)에 지지 물질을 제공하도록 구성된 제 1 물질 위치 메커니즘을 포함하는 물질 컨베이어 어셈블리의 일부이며, 여기서, 상기 지지 물질이 상기 플래튼의 표면과 접촉한 상기 지지 물질의 또 다른 면의 반대편인 상기 지지 물질의 일 면 상에 위치한 상기 기판 지지 표면을 포함하는,
    기판 공정 장치.
  30. 제 28항에 있어서,
    상기 지지 물질의 제 1 표면은 상기 기판 지지 표면 상에 위치하고, 상기 지지 물질은 상기 제 1 표면에 진공이 적용될 때 제 2 표면으로부터 상기 제 1 표면으로 공기가 통과하도록 하는 다공성 물질을 포함하는,
    기판 공정 장치.
  31. 제 28항에 있어서,
    상기 전자기 방사선 소스는, 상기 기판 지지 표면의 제 1 면 근처에 장착되고, 상기 탐지기 어셈블리는 상기 제 1 면의 반대편 면에 장착되는,
    기판 공정 장치.
  32. 제 28항에 있어서,
    상기 탐지기 어셈블리가 카메라 및 상기 카메라와 상기 기판 지지 표면 사이에 위치한 하나 이상의 광학 필터를 포함하며, 상기 광학 필터는 상기 파장이 이를 통과할 수 있도록 구성되는,
    기판 공정 장치.
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