[发明专利]用于热处理衬底的设备和其中检测测量数据的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于热处理衬底的设备和用于在这样的设备内检测测量数据的方法。 

背景技术

热处理在许多工业处理中被应用。其特别在半导体技术中具有大的意义，例如在制造光伏电池时。 

在制造太阳能电池时半导体晶片一般经历三种金属化镀膜处理：总线金属化镀膜处理、铝背面接触金属化镀膜处理、和正面接触金属化镀膜处理。金属化镀膜处理用于半导体晶片的接触并且建立对半导体晶片的施主掺杂的区域的接触。 

接触处理一般分三级：在第一步骤例如借助一种印刷方法，例如丝网印刷，在要接触的表面上涂敷形式为要建立的触点的含金属的凝胶体。由此触点可以作为接触栅构成或者在半导体晶片的要接触的表面的全部面上涂敷。通过添加要在凝胶体中掺入的有机溶剂和粘接剂，在这种情况下保证，接触凝胶体至少在涂敷期间是黏稠的。 

在第二步骤把在半导体晶片上涂敷的凝胶体在大约250℃的温度下干燥，使得在凝胶体内包含的溶剂和粘接剂蒸发。 

在第三步骤使要接触的半导体晶片经受200到400℃的温度，在该温度下在凝胶体内包含的剩余的有机物质无残渣地燃烧。接着在600到1000℃的温度下短时(数秒)地烧结凝胶体。在该第三步骤中进行半导体晶片和金属凝胶体之间的真正的触点形成并且触点的导电性在烧结过程期间构成。 

在接触半导体晶片时必须注意，一方面半导体晶片和触点之间的结电阻应该低，另一方面，正如在太阳能电池的情况下，半导体晶片的有效的作用面的尽可能小的部分由触点覆盖。这点特别在为太阳能电池在朝向入射光的侧面上制造触点时成立，因为这些触点由于入射光的反射或者吸收遮挡半导 体材料。 

在这种情况下在金属化期间需要的温度曲线对于太阳能电池的质量和要得到的效率起决定的作用。除构成热处理的温度时间曲线的所谓的纵向曲线外，横向曲线(所谓的交叉曲线)表示在加热设备的宽度上的温度分布。纵向曲线一般具有温度分布的一个尖峰，其在快速生火设备的情况下可以直到1000℃并且表示燃烧过程，而横向曲线应该反应沿加热设备的宽度尽可能均匀的温度分布。特别感兴趣的是还可以在围绕该尖峰的周围环境中检测温度分布，或者在包括该尖峰的测量体积内检测温度分布。 

燃烧过程通常在连续式加热炉内进行，它具有多个加热区以及一个冷却段。在这种情况下半导体晶片位于一个金属履带上通过加热炉传送。通常加热元件在该带之上或之下设置。在大生产率制造过程中在干燥设备和生火设备中部分地使用多道连续式加热炉。一种典型的干燥设备可以由五个红外线区和一个中心的对流区的组合组成。在单个的加热区内温度独立于其他加热区被控制，由此能够在设备内部建立预先规定的温度曲线。这里必须注意，传送带在连续式加热炉内通过它自己的热容量参与决定温度分布。 

半导体晶片的接触的质量通过电气的和机械的触点构成来确定，同时其中不允许对半导体晶片形成任何损坏。这在接触太阳能电池的前面时特别重要，其中损坏可能导致短路，从而强烈地负面影响太阳能电池的效率。 

因此，确定加热炉和/或设备的纵向和横向的温度曲线和在加热炉或者设备内调整希望的温度分布并且保持具有重要的意义。 

从专利文献DE10325602B3中获知一种用于温度调整处理的方法，其中半导体晶片的温度在反应室内借助高温计无接触地测量。该高温计在反应室外固定设置，并且检测从半导体晶片的一侧辐射的穿过观察窗的射线。也就是说在这种测量方法中仅半导体晶片的一侧的温度在通过观察窗预先规定的点能够检测。然而不能够在反应室内沿任意的测量点以独立于要处理的半导体晶片的方式检测温度曲线。 

专利说明书DE102007020176A1公开了一种用于温度曲线测量的测量系统，其中具有阻抗匹配的探针天线的温度传感器借助传送带移动通过加热炉。在连续式加热炉中设置测试天线，它测试通过传感器确定的温度和传感器的位置。 

根据另一种进一步扩展的技术，单个测量晶片被传送通过连续式加热 炉。为温度检测大多使用热电偶和数据显示装置。在这种情况下热电偶要么仅借助一种机械的张力在一个作为测量晶片作用的硅晶片上接触，要么借助适宜的粘接材料在其上固定。一般热电偶在硅晶片上的接触容易出现问题，因为硅晶片脆而且非常薄(约为180μm)。借助张力的机械式固定具有这样的问题，即它在设备中出现高的温度的情况下容易松动。粘接材料会在测量位置上改变热容量并且会使温度测量结果错误。