mittels Laserstrahlung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bearbeitung eines Halbleitersubstrats nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 1 2.

Zur Bearbeitung eines Halbleitersubstrats, insbesondere eines Halbleitersu bstrats bei der Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle, ist es bekannt, das Halbleitersubstrat lokal mittels Laserstrahlung zu beaufschlagen . H ierdurch können unterschiedliche Bearbeitungsarten erzielt werden : So kann eine Ablati- on von Schichten und/oder Teilbereichen des Halbleitersubstrates durch die Laserstrahlung erfolgen . Alternativ oder zusätzlich können aufgrund eines lokalen Aufschmelzens ein Eintrag von Stoffen , insbesondere von Dotierstoffen und/oder eine elektrische Kontaktierung erfolgen . Ebenso ist aufgrund der Wärmeeinwirkung ein U mkristallisieren eines oberflächennahen Bereiches durch die lokale Beaufschlagung mit Laserstrahlung möglich .

Bei solchen Bearbeitungsvorgängen des Halbleitersubstrats mittels lokaler Beaufschlagung mit Laserstrahlung ist es stets vorteilhaft, den Energieeintrag in einem engen Parameterbereich vorgeben zu können , um unerwünschte Effekte, insbesondere Schädigungen des Halbleitersubstrats, welche die elektronische Güte verringern , zu vermeiden. Weiterhin sind kurze Prozesszeiten vorteilhaft, um Kosteneinsparungen im Herstellungsprozess zu erzielen .

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, vorbekannte Verfahren zur Bearbeitung eines Halbleitersubstrates mittels lokaler Beaufschlagung mit Laserstrahlung weiterzubilden , um eine höhere Prozesssicherheit zu erzielen und/oder eine Verkürzung der Prozessdauer zu ermöglichen . Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen .

Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorteilhafterweise zur Durchführung mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere einer bevorzugten Ausführungsform hiervon , ausgebildet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise zur Durchführung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere einer vorteilhaften Ausführungsform davon , ausgeführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Bearbeitung eines Halbleitersubstrates. Der Begriff „Halbleitersubstrat" bezeichnet hierbei und im Folgenden ein Substrat, welches zumindest eine Halbleiterschicht aufweist. Ein solches Halbleitersubstrat kann ein Halbleiterwafer sein , insbesondere ein Siliziumwafer. Ebenso kann das Halbleitersubstrat aus einem Substrat mit mindestens einer Halbleiterschicht bestehen , beispielsweise ein mit einer Halbleiterschicht beschichtetes Keramiksubstrat. Weiterhin liegt es im Rahmen des Begriffs Halbleitersubstrat, dass eine oder mehrere zusätzliche Schichten von dem Halbleitersubstrat umfasst sein können . Diese Schichten können insbesondere weitere Halbleiterschichten , dielektrische Schichten , metallische Schichten sowie Kombinationen hiervon sein .

Das Halbleitersubstrat wird zur Bearbeitung in einem Laserbearbeitungsschritt lokal in einem Bearbeitungsbereich mittels Bearbeitungslaserstrahlung einer Bearbeitungslaserstrahlungsquelle beaufschlagt.

Wesentlich ist, dass vor und/oder während des Laserbearbeitungsschritts das Halbleitersubstrat in einem Konditionierungsbereich mittels Konditionierungsla- serstrahlung einer Konditionierungslaserstrahlungsquelle mit einer Beleuchtungsintensität größer 50.000 W/m ² beaufschlagt wird .

H ierbei und im Folgenden bezeichnet die Beleuchtungsintensität die I ntensität der Konditionierungsstrahlung an der Oberfläche des Halbleitersubstrats, welche mit der Konditionierungsstrahlung beaufschlagt wird . Die Erfindung ist in der Erkenntnis begründet, dass eine Beaufschlagung des Halbleitersubstrats mit Konditionierungsstrahlung durch eine zu der Bearbei- tungslaserstrahlungsquelle zusätzliche, separate Konditionierungslaserstrah- lungsquelle erhebliche Vorteile aufweist: Durch die Konditionierungsstrahlung wird zumindest in dem Konditionierungsbereich eine Erwärmung und/oder eine Erhöhung der freien Ladungsträgerdichte erzielt. Bei typischen Prozessen ist es vorteilhaft, dass in dem Bearbeitungsbereich , in welchem das Halbleitersubstrat mit der Bearbeitungslaserstrahlung bearbeitet wird , eine erhöhte Temperatur vorliegt und/oder eine erhöhte Dichte an freien Ladungsträgern . Durch die Verwendung einer separaten Konditionierungslaserstrahlungsquelle, welche mit hoher I ntensität größer 50.000 W/m ² zumindest in dem Konditionierungsbereich das Halbleitersubstrat beaufschlagt, kann somit in konstruktiv und verfahrenstechnisch einfacher Weise ein optimierter Zustand des Halbleitersubstrates in dem Bearbeitungsbereich erzielt werden . Hierdurch wird eine höhere Prozesssicherheit bei der Bearbeitung des Halbleitersubstrats und/oder eine Beschleun igung des Bearbeitungsprozesses erzielt.

U m eine schnelle Konditionierung zu erzielen , wird das Halbleitersubstrat bevorzugt mit einer I ntensität größer 1 00.000 W/m ² , insbesondere größer

200.000 W/m ² , weiter bevorzugt größer 500.000 W/m ² beaufschlagt.

Vorzugsweise wird das Halbleitersubstrat vor dem Laserbearbeitungsschritt in dem Konditionierungsbereich mittels Konditionierungslaserstrahlung der Kond i- tionierungslaserstrahlungsquelle für eine Zeitdauer größer 0, 1 s, insbesondere im Bereich 0,01 s bis 2 s, insbesondere im Bereich 0, 1 s bis 1 s beaufschlagt, um eine ausreichende Konditionierung bei Beginn der lokalen Laserbearbeitung zu gewährleisten .

Vorzugsweise überdeckt der Konditionierungsbereich den Bearbeitungsbereich vollständig, insbesondere überragt der Konditionierungsbereich den Bearbeitungsbereich bevorzugt umlaufend in vorteilhafter Weise um mindestens

0,01 cm , vorzugsweise um mindestens 0, 1 cm , insbesondere zumindest 1 cm . H ierdurch ist sichergestellt, dass in dem Bearbeitungsbereich die gewünschten Prozessbedingungen vorliegen . Bei typischen Bearbeitungen eines Halbleitersubstrates mittels lokaler Beaufschlagung mit Bearbeitungslaserstrahlung erfolgt ein Bewegen eines Laserstrahls der Bearbeitungslaserstrahlungsquelle über die Oberfläche des Halbleitersubstrates und/oder ein sukzessives Beaufschlagen einer Mehrzahl lokaler Bereiche des Halbleitersubstrates mit der Bearbeitungslaserstrahlung. Hierbei ist es vorteilhaft, dass der Konditionierungsbereich einen großflächigen Bereich des Halbleitersubstrates überdeckt. I nsbesondere ist es vorteilhaft, dass der Konditionierungsbereich sich über die gesamte Breite des Halbleiterwafers erstreckt, bevorzugt, dass der Konditionierungsbereich quer zur Erstreckung über die Breite des Halbleiterwafers eine Länge von zumindest 0,01 cm , vorzugsweise zumindest 0, 1 cm , insbesondere zumindest 1 cm aufweist. H ierdurch ist eine großflächige Konditionierung des Halbleitersubstrats gegeben . Abhängig davon , in welchen Bereichen eine lokale Bearbeitung mittels der Bearbeitungslaserstrahlung erfolgt, kann der Bearbeitungsbereich relativ zu der photovolta ischen Solarzelle verschoben werden , um stets eine Konditionierung in den Bearbeitungsbereich sicherzustellen .

Vorteilhafterweise erstreckt sich der Konditionierungsbereich über das gesamte Halbleitersubstrat. Das Halbleitersubstrat wird somit in dieser vorteilhafter Ausgestaltung ganzflächig mit der Konditionierungslaserstrahlung beaufschlagt. H ierdurch ist eine Konditionierung des gesamten Halbleitersubstrats gewährleistet, sodass unabhängig davon , an welchen lokalen Bereichen eine Bearbeitung mittels Bearbeitungslaserstrahlung erfolgt, stets optimierte Prozessbedingu ngen vorliegen .

I n einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Halbleitersubstrat auf einer Bearbeitungsseite mit Bearbeitungslaserstrahlung und auf dieser Bearbeitungsseite mit der Konditionierungslaserstrahlung beaufschlagt. I n dieser vorteilhaften Ausführungsform erfolgt somit die Beaufschlagung sowohl mit Bearbeitungslaserstrahlung als auch mit Konditionierungslaserstrahlung von derselben Seite. Dies weist den Vorteil auf, dass das zu bearbeitende Halbleitersubstrat beliebig gelagert werden kann , insbesondere in an sich bekannten Fördervorrichtungen oder Aufnahmevorrichtungen gelagert werden kann .

I n einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das Halbleitersubstrat auf einer Bearbeitungsseite mit der Bearbeitungslaserstrahlung und auf einer ge- genüberliegenden Konditionierungsseite mit der Konditionierungslaserstrahlung beaufschlagt. I n diesem Fall erfolgt somit die Beaufschlagung mit Bearbeitungslaserstrahlung einerseits und Konditionierungslaserstrahlung andererseits von zwei gegenüberliegenden Seiten des Halbleitersubstrats. Dies weist insbesondere den konstruktiven Vorteil auf, dass die optischen Komponenten zum Abbilden der Bearbeitungslaserstrahlung einerseits und der Konditionierungslaserstrahlung andererseits optimiert ausgebildet und positioniert werden können , ohne dass die räumliche Anordnung der optischen Mittel für die Bearbeitungslaserstrahlung durch die räumliche Anordnung der optischen Mittel für die Konditionierungslaserstrahlung eingeschränkt ist. H ierdurch kann insbesondere in konstruktiv einfacher Weise eine homogene Ausgestaltung und Beaufschlagung des Halbleitersubstrates mit der Konditionierungslaserstrahlung, insbesondere eine ganzflächige, homogene Beaufschlagung erzielt werden .

Weiterhin ist es insbesondere vorteilhaft, dass der Halbleiterwafer auf einer für die Konditionierungslaserstrahlung transparenten Auflage angeordnet wird und durch die Auflage hindurch mit der Konditionierungslaserstrahlung beaufschlagt wird .

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für eines oder mehrere der nachfolgenden Verfahren verwendbar: a Erzeugen von lokalen elektrischen Kontaktierungen durch lokales Aufschmelzen mittels der Bearbeitungslaserstrahlung (im Folgenden „LFC");

b Erzeugen von Vias, welche den Halbleiterwafer durchdringen (im Folgenden„Via");

c Einbringen von Dotierstoff durch lokales Aufschmelzen des Halbleitersubstrats mittels der Bearbeitungslaserstrahlung (im Folgenden „Dotieren");

d U mkristallisieren einer Schicht des Halbleitersubstrats durch zumindest lokales Aufschmelzen des Halbleitersubstrats mittels der Bear- beitungslaserstrahlung (im Folgenden„U mkristallisieren"); e Erzeugen von lokalen Strukturen in dünnen Schichten durch deren Ab- lation mittels der Bearbeitungslaserstrahlung (im Folgenden„Ablati- on"). Wie bereits erwähnt, ermöglicht das Verfahren insbesondere zwei vorteilhafte Konditionierungen zur Bearbeitung des Halbleitersubstrates mittels der Bearbeitungslaserstrahlung, wobei die beiden Konditionierungen alternativ oder gemeinsam erzielt werden können :

Für eine Vielzahl von Verfahren ist zumindest eine Erwärmung des Halbleitersubstrates zur Bearbeitung mittels der Bearbeitungslaserstrahlung vortei lhaft. H ierbei ist es in der Regel unerheblich , ob zusätzlich die freie Ladu ngsträgerdichte aufgrund der Konditionierungsstrahlung erhöht wird oder nicht. Es ist somit insbesondere vorteilhaft, durch Beaufschlagen mittels der Konditionierungsstrahlung das Halbleitersubstrat zumindest im Konditionierungsbereich , vorzugsweise das gesamte Halbleitersubstrat, auf eine Temperatur von zumindest 50°C, insbesondere zu mindest 1 00°C zu erwärmen . Für eine Vielzahl von Prozessen sind weiter erhöhte Temperaturen vorteilhaft, so dass vorteilhafterweise durch Beaufschlagen mittels der Konditionierungsstrahlung das Halbleitersubstrat zumindest im Konditionierungsbereich , vorzugsweise das gesamte Halbleitersubstrat, auf eine Temperatur von zumindest 200°C, insbesondere zumindest 300°C erwärmt wird .

I nsbesondere für folgende Bearbeitungsverfahren ist eine Erwärmung auf die angegebenen Temperaturen zumindest im Konditionierungsbereich , vorzugsweise ein Erwärmen des gesamten Halbleitersubstrates, insbesondere eine E rwärmen der gesamten Solarzelle vorteilhaft:

Via zu mindest 400°C, bevorzugt auf eine Temperatur im

Bereich 500°C bis 1 500°C, insbesondere im Bereich 600°C bis 1400°C mit einer I ntensität bevorzugt größer 1 00.000 W/m ² , insbesondere größer

200.000 W/m ² , weiter bevorzugt größer

500.000 W/m ²

Dotieren zu mindest 400°C, bevorzugt auf eine Temperatur im

Bereich 500°C bis 1 500°C, insbesondere im Bereich 600°C bis 1400°C mit einer I ntensität bevorzugt größer 1 00.000 W/m ² , insbesondere größer

200.000 W/m ² , weiter bevorzugt größer

500.000 W/m ²

U mkristallisieren zu mindest 400°C, bevorzugt auf eine Temperatur im

Bereich 500°C bis 1 500°C, insbesondere im Bereich 600°C bis 1400°C mit einer I ntensität bevorzugt größer 1 00.000 W/m ² , insbesondere größer

200.000 W/m ² , weiter bevorzugt größer

500.000 W/m ²

Ablation zu mindest 400°C, bevorzugt auf eine Temperatur im

Bereich 500°C bis 1 500°C, insbesondere im Bereich 600°C bis 1400°C mit einer I ntensität bevorzugt größer 1 00.000 W/m ² , insbesondere größer

200.000 W/m ² , weiter bevorzugt größer

500.000 W/m ²

Bei einigen Bearbeitungsverfahren ist es sinnvoll , die freie Ladungsträgerdichte zu erhöhen . Dies ist insbesondere darin begründet, dass sich die Absorption des Bearbeitungslasers in dem Halbleitersubstrat erhöht, sofern mittels der Konditionierungslaserstrahlung die freie Ladungsträgerdichte erhöht wird . H ierdurch kann somit die Effizienz der Bearbeitung verbessert werden .

Darüber hinaus bietet sich ein erheblicher Vorteil , indem aufgrund einer erhöhten Absorption durch Erhöhen der freien Ladungsträgerdichte mittels der Kond i- tionierungslaserstrahlung eine kostengünstigere Bearbeitungslaserstrahlungs- quelle gegenüber der bisher typischerweise verwendeten Bearbeitungslaser- Strahlungsquelle verwendet werden kann :

So werden für typische Bearbeitungsvorgänge Bearbeitungslaserstrahlungsquel- len mit einer Wellenlänge im Bereich 300 n m bis 600 nm verwendet, um eine hohe Bearbeitungseffizienz zu erzielen . Dies betrifft insbesondere die folgenden Bearbeitungsverfahren : Ablation und Dotieren . Nachteilig hierbei ist, dass Laserstrahlungsquellen für Laserstrahlen in dem genannten Wellenlängenbereich (insbesondere UV-Laser) kostenintensive Elemente einer entsprechenden Bearbeitungsvorrichtung darstellen . Wird hingegen die freie Ladungsträgerdichte aufgrund der Konditionierungslaserstrahlung erhöht, insbesondere bevorzugt auf eine freie Ladungsträgerdichte größer 1 x1 0 ¹⁶ cm ^"3 , insbesondere größer 1 x1 0 ¹⁷ cm ^"3 , so kann die Bearbeitungslaserstrahlungsquelle auch mit Bearbeitungslaserstrahlung mit einer Wellenlänge größer 500 nm , insbesondere größer 1 000 n m, bevorzugt größer 2000 nm verwendet werden . Solche Laserstrahlquellen sind kostengünstiger (insbesondere I R-Laser mit einer Wellenlänge im Bereich 1 000 n m bis 1200 nm), sodass trotz des zusätzlichen Vorsehens einer zusätzlichen Konditionierungslaserstrahlungsquelle eine Kosteneinsparung möglich ist. Es ist somit insbesondere vorteilhaft, mittels der Konditionierungslaserstrahlung zumindest in dem Konditionierungsbereich eine freie Ladungsträgerdichte größer 1 x1 0 ¹⁶ cm ^"3 , insbesondere größer 1 x1 0 ¹⁷ cm ^"3 zu erzeugen .

Die Möglichkeit der Kosteneinsparung durch die Verwendung einer anderen Be- arbeitungslaserstrahlungsquelle ist insbesondere bei den folgenden Bearbeitungsverfahren Ablation und Dotieren vorteilhaft, da dort eine hohe Eindringtiefe der Laserstrahlung in das Halbleitersubstrat zu unerwünschten Schädigungen führen kann .

Bei manchen Bearbeitungsverfahren ist es insbesondere vorteilhaft, dass die freie Ladungsträgerdichte erhöht wird , um die Absorption der Bearbeitungslaserstrahlung wie zuvor beschrieben zu erhöhen , dass jedoch die Temperatur des Halbleitersubstrats eine vorgegebene Temperatur nicht überschreitet, um negative Einflüsse auf das Halbleitersubstrat, insbesondere auf die elektron ische Qualität des Halbleitersubstrates, aufgrund einer zu starken Erwärmung zu vermeiden . I n einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist es daher insbesondere vorteilhaft, dass während und/oder vor der Beaufschlagung des Halb- leitersubstrates (insbesondere vorteilhafterweise zumindest während der Beaufschlagung des Halbleitersubstrates mittels der Bearbeitungslaserstrahlung) mittels der Konditionierungslaserstrahlung ein aktives Kühlen des Halbleitersu bstrates erfolgt. Durch das aktive Kühlen wird gewährleistet, dass das Halbleitersubstrat eine vorgegebene Temperaturobergrenze nicht überschreitet. Das aktive Kühlen kann durch Anblasen mittels eines Kühlgases oder U mgebungsluft, bevorzugt gekühlter Umgebungsluft, erfolgen. Ebenso kann ein Kühlen durch Besprühen und/oder Benetzen des Halbleitersubstrates mit Kühlflüssigkeit erfolgen . Ebenso kann ein aktives Kühlen durch einen mittelbaren oder bevorzugt unmittelbaren thermischen Kontakt der Solarzelle mit einem Kühlblock, welcher aktiv gekühlt ist, erfolgen . Ein solcher Kühlblock kann insbesondere in an sich bekannter Weise zum flächigen Auflegen der photovoltaischen Solarzelle auf den Kühlblock und besonders bevorzugt zum Ansaugen der Solarzelle an den Kü hlblock ausgebildet sein , um einen guten thermischen Kontakt zwischen Solarzelle und Kühlblock auszubilden . Der Kühlblock kann an sich eine aktive Kühlung aufweisen oder mittels Durchfluss von einem Kühlmedium , insbesondere einer Kühlflüssigkeit, aktiv gekühlt werden .

Bearbeitungsvorgänge, bei welchen vorteilhafterweise ein aktives Kühlen der photovoltaischen Solarzelle zumindest während der Beaufschlagung des Halbleitersubstrats mittels der Konditionierungslaserstrahlung erfolgt, sind insbesondere LFC.

U m eine erhöhte Absorption der Bearbeitungslaserstrahlung in dem Halbleitersubstrat zu erzielen , wird bevorzugt mittels der Konditionierungslaserstrahlung in dem Halbleitersubstrat zumindest in dem Konditionierungsbereich , bevorzugt im gesamten Halbleitersubstrat, eine freie Ladungsträgerdichte von zumindest 1 x1 0 ¹⁶ cm ^"3 , insbesondere zumindest 1 x1 0 ¹⁷ cm ^"3 bewirkt. Für eine erhöhte Absorption der Bearbeitungslaserstrahlung ist es hierbei insbesondere vorteilhaft, eine Bearbeitungslaserstrahlung mit einer Wellenlänge größer 1 000 nm , insbesondere größer 2000 nm zu verwenden . H ierbei ist insbesondere eine Kombination einer Ladungsträgerdichte von mindestens 1 x1 0 ¹⁶ cm ^"3 in Kombination mit einer Bearbeitungslaserstrahlung mit einer Wellenlänge größer 2000 nm oder eine Kombination einer Ladungsträgerdichte von mindestens 1 x1 0 ¹⁷ cm ^"3 in Kombination mit einer Bearbeitungslaserstrahlung mit einer Wellenlänge größer 1 000 nm vorteilhaft. Die Konditionierungslaserstrahlung liegt bevorzugt in einem Wellenlängenbereich 400 nm bis 1200 nm . Sofern ausschließlich eine Erwärmung des Halbleitersubstrates, jedoch nicht oder nur geringfügig eine Erhöhung der freien Ladungsträgerdichte gewünscht ist, kann eine Konditionierungslaserstrahlungs- quelle mit einem Wellenlängenbereich gewählt werden , welcher nicht oder nur geringfügig von dem Halbleitersubstrat absorbiert wird . Vorzugsweise liegt in diesem Fall der Wellenlängenbereich der Bearbeitungslaserstrahlungsquelle im Bereich 900 bis 1200 nm . Alternativ und/oder zusätzlich ist es in diesem Fall möglich , sofern das Halbleitersubstrat eine für die Konditionierungslaserstrahlung absorbierende Schicht aufweist, wie beispielsweise eine metallisierte Rückseite bei typischen Solarzellen , die photovoltaische Solarzelle von der dem Halbleitersubstrat gegenüberliegenden Seite der vorgenannten absorbierenden Schicht mit Konditionierungslaserstrahlung zu beaufschlagen , sodass die Kond itionierungslaserstrahlung ganz oder zumindest im Wesentlichen von der für die Konditionierungslaserstrahlung absorbierenden Schicht (insbesondere einer metallischen Schicht) absorbiert wird und somit die photovoltaische Solarzelle im Wesentlichen erwärmt wird und nicht oder nur geringfügig freier Ladungsträger durch Absorption der Konditionierungslaserstrahlung generiert werden .

Die vorliegende Erfindung ist weiterhin durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den von Anspruch 12 abhängigen Ansprüchen .

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bearbeitung eines Halbleitersubstrats mittels eines Lasers, insbesondere zur Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle weist eine Bearbeitungslaserstrahlungsquelle zum lokalen Beaufschlagen des Halbleitersubstrates mit Bearbeitungslaserstrahlung auf. Hinsichtlich dieses Grundaufbaus kann die Vorrichtung in an sich bekannter Weise ausgebildet sein . I nsbesondere liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die Vorrichtung Mittel für eine Relativbewegung zwischen photovoltaischer Solarzelle und Bearbeitungslaserstrahlung aufweist. Solche Mittel können mechanische Mittel zum Bewegen der photovoltaischen Solarzelle und/oder optische Mittel zum Abbilden der Bearbeitungslaserstrahlung auf einen gewünschten Bearbeitungsort auf der photovoltaischen Solarzelle sein , insbesondere beweg- und/oder dreh- und/oder kippbare Ablenkspiegel im Strahlengang der Bearbeitungslaserstrahlung.

Wesentlich ist, dass die Vorrichtung zusätzlich zu der Bearbeitungslaserstrah- lungsquelle eine Konditionierungslaserstrahlungsquelle aufweist, zum Beaufschlagen des Halbleitersubstrates mit Konditionierungslaserstrahlung, einer Beleuchtungsintensität größer 50.000 W/m ² .

H ierdurch ergeben sich die bereits bei den Verfahren und insbesondere zu Anspruch 1 aufgeführten Vorteile.

Die Konditionierungslaserstrahlungsquelle ist bevorzugt als Diodenlaser, insbesondere als ein Array umfassend eine Mehrzahl von Diodenlasern ausgebildet. Diodenlaser weisen den Vorteil auf, dass ein raumsparender Aufbau , verglichen mit anderen Laserquellen , möglich ist. Darüber hinaus erfolgt eine einfache An- steuerung über die entsprechende zugeführte elektrische Leistung, sodass insbesondere in schnellen Taktraten die Konditionierungslaserstrahlung an- und ausgeschaltet werden und/oder während des Prozesses nachgeregelt werden kann . Die Verwendung einer Meh rzahl von Lasern , insbesondere einer Mehrzahl von Diodenlasern , weist den Vorteil auf, dass in einfacher und kostengünstiger Weise eine flächige Ausleuchtung eines Konditionierungsbereiches, insbesondere eine flächige Ausleuchtung der gesamten photovoltaischen Solarzelle möglich ist. Bevorzugt ist eine Mehrzahl von Laserdioden als Array angeordnet, insbesondere mit zumindest 2 Spalten und zumindest 1 Zeile.

Die Konditionierungslaserstrahlungsquelle weist bevorzugt eine Wellenlänge im Bereich 400 nm bis 1200 nm auf, insbesondere im Bereich 600 nm bis 900 nm , hierdurch ergeben sich die zuvor genannten Vorteile, wobei je nach Anwendung insbesondere auch die beim Verfahren als vorteilhaft genannten Wellenlängenbereiche, vorteilhafterweise durch eine entsprechende Ausgestaltung der Kondi- tionierungslaserstrahlungsquelle, gewährleistet sind .

Wie bereits zuvor ausgeführt, ist zur Vermeidung einer zu starken Erwärmung der photovoltaischen Solarzelle eine aktive Kühlung zumindest während der Beaufschlagung mittels Konditionierungslaserstrahlung vorteilhaft. Vorzugsweise weist daher die Vorrichtung eine aktive Kühlung zum aktiven Kühlen des Halbleitersubstrates auf. Diese kann wie zuvor beschrieben ausgebildet sein .

I nsbesondere ist es vorteilhaft, dass die Vorrichtung eine Halterung für das Halbleitersubstrat aufweist und die Halterung aktiv gekühlt ist, um mittels thermischen Kontakts zwischen Halterung und photovoltaischer Solarzelle eine aktive Kühlung der photovoltaischen Solarzelle zu bewirken .

I n einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Ha lterung für das Halbleitersubstrat auf, welche für die Konditionierungslaserstrahlung transparent ausgebildet ist. Die Halterung ist hierbei im Strahlengang der Konditionierungslaserstrahlung zwischen Kondition lerungslaserstrahlungsquelle und Halbleitersubstrat angeordnet. H ierdurch kann somit eine Beaufschlagung der photovoltaischen Solarzelle mittels Konditionierungslaserstrahlung durch die Halterung hindurch erfolgen . Daraus ergibt sich der Vorteil, dass ein Bearbeiten von der der Halterung gegenüberliegenden Seite des Halbleitersubstrates mittels Bearbeitungslaserstrahlung möglich ist, ohne dass Komponenten der Kond i- tionierungslaserstrahlungsquelle oder optische Mittel zum Abbilden der Konditionierungslaserstrahlung im Strahlengang zwischen Bearbeitungslaserstrah- lungsquelle und photovoltaischer Solarzelle angeordnet sein müssen .

Weitere bevorzugte Merkmale und Ausführungsformen werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und der Figuren beschrieben . Dabei zeigt:

Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher Bearbeitungslaserstrahlungsquelle und Konditionierungs- laserstrahlungsquelle auf der gleichen Seite einer zu bearbeitenden photovoltaischen Solarzelle angeordnet sind und

Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel, bei welcher Konditionierungslaser- strahlungsquelle und Bearbeitungslaserstrahlungsquelle auf gegenüberliegenden Seiten der Solarzelle angeordnet sind .

Die Figuren zeigen schematische, nicht maßstabsgetreue Darstellungen . I n den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwirkende Elemente. Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bearbeitung eines Halbleitersubstrats mittels eines Lasers.

Die Vorrichtung weist eine Bearbeitungslaserstrahlungsquelle 1 auf, welche als gepulster I R-Laser ausgebildet ist. Mittels eines solchen Lasers ist es insbesondere vorteilhaft möglich , Punktkontakte mittels des an sich bekannten LFC- Verfahrens zu erzeugen , wie beispielsweise in DE 1 00 46 1 70 A1 beschrieben .

Der Bearbeitungslaserstrahlungsquelle 1 ist eine Bearbeitungsablenkeinheit 1 a zugeordnet, welche zum Ablenken eines mittels der Bearbeitungslaserstrah- lungsquelle 1 erzeugten Laserstrahls auf einem beliebigen Punkt einer zu bearbeitenden Solarzelle 2 dient. Beispielhaft ist ein Bearbeitungslaserstrahl 1 b da rgestellt, welcher auf einen einer Vielzahl sukzessive zu bearbeitender Punkte an der Vorderseite der Solarzelle 2 auftrifft.

Die Bearbeitungslaserstrahlungsquelle erzeugt eine Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von 1 030 nm .

Wesentlich ist, dass die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung zusätzlich eine Kon- ditionierungslaserstrahlungsquelle 3 aufweist. Diese ist als Diodenlaser ausgebildet. Der Konditionierungslaserstrahlungsquelle 3 kann als optisches Mittel eine Optik 3a zugeordnet werden , um eine Vorderseite der photovoltaischen Solarzelle 2 flächig und homogen mit Konditionierungslaserstrahlung 3b zu beaufschlagen .

Konditionierungslaserstrahlungsquelle 3 und die optische Linse 3a sind derart zusammenwirkend ausgestaltet, dass auf der Oberfläche der Solarzelle 2 die Konditionierungslaserstrahlung mit einer Beleuchtungsintensität von etwa 1 00.000 W/m ² auftrifft. H ierdurch werden Ü berschussladungsträger in der Solarzelle 2 generiert und darüber hinaus wird die Solarzelle auf eine Temperatur von etwa 350°C erwärmt.

Die Solarzelle 2 ist auf einer Halterung 4 der Vorrichtung angeordnet. I n diesem Fall ist eine nur geringfügige Wärmeleitung zwischen Solarzelle 2 und Halterung 4 gewünscht, da mittels der Konditionierungslaserstrahlung 3b insbesonde- re eine Erwärmung der Solarzelle 2 erfolgen soll . H ierzu weist die Halterung 4 Haltestifte auf, auf weichen die Solarzelle 2 rückseitig aufliegt, sodass nur eine gegenüber der Rückseitenfläche der Solarzelle 2 vergleichsweise geringe Kontaktfläche zwischen Solarzelle 2 und Halterung 4 und ein entsprechend vergleichsweise geringer thermischer Kontakt besteht.

I n einer alternativen Ausführungsform kann die Halterung 4 aus einem thermisch isolierenden Material ausgebildet sein und/oder auf der, der Solarzelle 2 zugewandten Seite mit einer thermisch isolierenden Schicht beschichtet sein .

Mit einer Vorrichtung gemäß Figur 1 lassen sich insbesondere die folgenden bevorzugten Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchführen : a. Erzeugen von lokalen elektrischen Kontaktierungen durch lokales Aufschmelzen mittels der Bearbeitungslaserstrahlung (Wellenlänge 1 000 nm bis 1200 nm). Eine erhöhte Halbleitersubtrattemperatur durch den Kond i- tionierungslaser (Wellenlänge von 700 nm bis 900 nm) steigert die Schmelzeffizienz und durch eine langsamere Abkühlung der Schmelze nach der Bearbeitung wird die Kristallinität erhöht und die Ausbildung einer lokalen Hochdotierung im Kontaktbereich verbessert.

b. Erzeugung von Löchern , sogenannten Vias, die den Halbleiterwafer

durchdringen mit einem gepulsten I R Laser (Wellenlänge 1 000 nm bis 1200 nm). Eine Konditionierungsstrahlung mit einer Wellenlänge von 700 bis 900 nm fü hrt zu einer Erhöhung der Wafertemperatur. Dies steigert die Materialabtragsrate und somit die Bohreffizienz. Die erhöhte Halbleitersubstrattemperatur reduziert zusätzlich die Rekristallisierungsschä- den an den Rändern der Vias aufgrund einer langsameren Abkühlrate. c. Einbringen von Dotierstoff durch lokales Aufschmelzen des Halbleitersu bstrats mittels der Bearbeitungslaserstrahlung (Wellenlänge 500 nm bis 1200 nm). Eine Konditionierungsstrahlung mit einer Wellenlänge von 700 bis 900 nm führt zu einer Erhöhung der Wafertemperatur. Die Erhöhung der Temperatur verbessert die Diffusion des Dotierstoffs im Halbleitersubstrat und mögliche erzeugt Schädigungen am Material können auf Grund langsamerer Abkühlrampen rekristallisieren . d . U mkristallisation mit gepulstem Laser (Wellenlänge 500 nm bis 1200 nm) durch Aufschmelzen . Eine erhöhte Halbleitersubtrattemperatur durch den Kond itionierungslaser (Wellenlänge von 700 nm bis 900 nm) steigert die Schmelzeffizienz und durch eine langsamere Abkühlung der Schmelze nach der Bearbeitung wird die Kristallinität erhöht.

I n Figur 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt.

Auch diese Vorrichtung weist eine Bearbeitungslaserstrahlungsquelle 1 und eine Bearbeitungsablenkeinheit 1 a auf, um einen Bearbeitungslaserstrahl 1 b sukzessive auf mehrere vorgegebene Ortspunkte auf einer Vorderseite einer Solarzelle 2 abzubilden .

I m Gegensatz zu der Vorrichtung gemäß Figur 1 ist eine Konditionierungslaser- strahlungsquelle 3' auf der der Bearbeitungslaserstrahlungsquelle 1 gegenüberliegenden Seite der Solarzelle 2 angeordnet.

Die Konditionierungslaserstrahlungsquelle 3' ist als ein Array von Halbleiterdiodenlasern ausgebildet sodass die Halbleiterlaser auf den Kreuzungspunkten eines Rechteckgitters mit quadratischen Grundelementen angeordnet sind . I n Draufsicht von oben weist das Array eine Fläche von etwa 1 5 x 1 5 cm ² auf. H ierdurch wird eine vergleichsweise homogene, flächige Konditionierungslaser- strah lung 3b' von der Mehrzahl von Halbleiterlaserdioden erzeugt.

Die Solarzelle 2 ist auf einer für die Konditionierungslaserstrahlung - mit einer Wellenlänge von 808 nm - transparente Halterung 4' angeordnet, sodass die Konditionierungslaserstrahlung die Halterung 4' durchdringt und rückseitig auf die Solarzelle 2 auftrifft.

Die Solarzelle 2 weist in diesem Verfahrensstadium rückseitig bereits eine vollflächig oder annähernd vollflächige Metallisierung auf, sodass die Konditionierungslaserstrahlung 3b' nicht oder nur geringfügig in eine Halbleitersolarzelle 2 eindringt und somit im Wesentlichen eine Erwärmung der Solarzelle 2 erfolgt und keine oder nur eine geringfügige Generation von freien Ladungsträgern in der Solarzelle 2 aufgrund von Absorption der Konditionierungslaserstrahlung 3b' in dem Halbleitersubstrat der Solarzelle 2 erfolgt.

I n einem alternativen Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung gemäß Figur 1 eine aktiv gekühlte Halterung 4 auf, an welcher die Solarzelle 2 rückseitig flächig aufliegt, sodass ein guter thermischer Kontakt zwischen Solarzelle 2 und Halterung 4 besteht. Die Halterung 4 weist hierzu Leitungen für eine Kühlflü ssigkeit auf, welche von einem externen Kühlaggregat gekühlt zugeführt wird . Die Halterung 4 ist im Wesentlichen aus Metall , insbesondere aus Kupfer, ausgebildet und weist somit eine große thermische Masse und eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf.

Bei dieser alternativen Ausführungsform des ersten Ausführungsbeispiels kann somit durch die aktive Kühlung gewährleistet werden , dass die Solarzelle 2 während der Beaufschlagung mit Konditionierungslaserstrahlung 3b sich nicht über eine vorgegebene Temperatur erwärmt.

Bei dem zuvor erwähnten LFC Prozess ist dies von Vorteil , da eine Temperatur von über 450°C über einen Zeitraum von mehreren Sekunden zu einer Verschlechterung der Vorderseitenkontaktierung (Silberpaste) führen kann .