[发明专利]薄膜成像方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及对薄膜的性质进行成像，具体地讲，公开了一种用于半导体薄膜的光致发光成像的方法和设备，特别是用于基于薄膜的光伏电池的方法和设备。然而，应理解的是，本发明不限于这样的特定领域的应用。

背景技术

贯穿说明书的对现有技术的任何讨论不应以任何方式被理解为承认这样的现有技术是公知的或者形成本领域的公知常识的一部分。

薄膜沉积包括用于将薄膜的材料沉积到基底上或沉积到先前沉积的层上的技术。“薄”是相对术语，但大多数沉积技术允许将层厚度控制在几十纳米内，诸如分子束外延的一些沉积技术允许一次沉积单层的原子。

在现有技术中，薄膜用于制造光学器件(例如，用于反射或减反射涂层)、电子器件(例如，用于集成电路的绝缘体、半导体和导体的层)、光电器件(例如，III-V LED和激光二极管)、封装器件(例如，覆铝PET膜)。在这些应用中的许多应用中，沉积的膜的厚度和品质即使不是决定性的性质也是重要的性质。在诸如利用电镀的铜的纯化以及在气相工艺之后利用如CVD的工艺的铀的浓缩和硅的沉积的其他应用中，膜厚度不是重要的。

根据工艺主要是化学工艺还是物理工艺，沉积技术落入两大类中。化学沉积是流体前驱体在固体表面经历化学改变从而留下固体层。因为流体围绕固体对象，所以沉积在每个表面上发生，而几乎与方向无关，从而来自化学沉积技术的薄膜趋于是共形的而非方向性的。化学沉积因前驱体的相而进一步分为：基于液体前驱体的镀覆和化学溶液沉积(CSD)，而化学气相沉积(CVD)通常使用气相前驱体。等离子体增强CVD(PECVD)使用离子化的气体或等离子体作为前驱体。另一方面，物理沉积使用机械或热力学方式，以制造固体材料的薄膜。还可以根据执行沉积技术的温度来划分沉积技术。例如，在室温或低于室温执行的技术可以被描述为“冷”，而在升高的温度执行的技术可以被描述为“热”。

上面的沉积工艺中的许多沉积工艺是极其昂贵并也是极其缓慢的。例如，通过PECVD生长的多层III-V薄膜堆叠可在昂贵的高真空沉积室中生长达五小时。因为生长室中的高电压和高温度，所以对于评估正在生长的膜的品质的项目受到限制，因此，难以评估品质直到完成样品之后(而此时成本已经产生了)。

一种表征半导体薄膜(诸如蓝/绿LED中的GaN、InGaN、AlGaN膜)的技术是光致发光(PL)映射。PL映射通常用于监视成分和晶格缺陷，可用的工具(诸如来自Nanometrics的VerteX^TM仪器)通常以逐点方式将经聚焦的激发激光束扫描横跨过样品，并测量得到的PL的强度和光谱含量(特别是峰发射波长)。如在已公布的第WO 2004/010121 A1号PCT专利申请和已公布的第2007/0000434 A1号US专利申请中公开的，PL映射还被用于表征用于集成电路应用的在硅上生长的间接半导体(indirect semiconductor)SiGe的薄膜。

尽管PL映射有着用于薄膜表征的毋庸置疑的价值，但是PL映射的逐点性质导致其成为具有根据样品面积和点间距的以30秒至几分钟为数量级的测量时间的相对缓慢的技术。虽然这样对于表征需要几小时来生长的多层薄膜堆叠来说是可以接受的，但有可能成为例如用于光伏(或太阳能)电池工业的单层薄膜的常规或流水线内(in-line)表征的限制。此外，在PL映射中使用的经聚焦的激发激光的强度也为大于光伏电池在操作中经历的1日照强度(～100mW/cm²)的幅值的数量级，且因此将给出基于薄膜的光伏电池的预测性能的与实际不符的图片。

PL映射的相对缓慢性也限制了其用于薄膜生长的原位监视的适用性，这是因为PL映射可能不能将信息足够快地反馈到沉积工艺中以阻止或纠正问题。

发明内容

本发明的一个目的在于克服或改善现有技术中的至少一个缺点，或者提供可用的替代物。本发明优选形式的一个目的在于提供一种用于薄膜沉积技术的有效监视的方法和设备。

根据本发明的第一方面，提供一种监视薄膜沉积工艺的方法，所述方法包括如下步骤：(a)利用预定的照明照射通过所述沉积工艺生长的半导体薄膜的区域或正在通过所述沉积工艺生长的半导体薄膜的区域，以从所述薄膜产生光致发光；(b)捕捉所述光致发光的图像；(c)处理所述图像，以确定所述薄膜的一种或一种以上的性质；(d)使用所述一种或一种以上的性质来推导关于所述沉积工艺的信息。