the thin-film company FHR Anlagenbau GmbH Sachsen Transfer von Mikrotechnologien in Photovoltaik-Applikationen Dr. Harald Liepack

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1 FR Anlagenbau Gmb Sachsen the thin-film company Transfer von Mikrotechnologien in Photovoltaik-Applikationen Dr. arald Liepack

2 FR Anlagenbau Gmb Überblick FR Anlagenbau Gmb Am ügel 2, D Ottendorf-Okrilla Gegründet 1991 in Dresden 6,600 qm Montageflächen 160 feste Mitarbeiter, 25 Zeitarbeitskräfte Umsatz: 21,5 Mio (2007) Gehört seit 2008 zur centrotherm pv AG

3 centrotherm photovoltaics Gruppe Überblick centrotherm photovoltaics AG Solar Silicon Solar Cell Thin Film Sales & Services centrotherm SiQ Gmb centrotherm photovoltaics Technology Gmb FR Anlagenbau Gmb centrotherm photovoltaics Asia Pte. Ltd., SING SolMiC Gmb GP Solar Gmb CT PV Asia Pte. Ltd., Taiwan Branch Schlüsselfertige Produktionslinien für Solarzellen Schlüsselequipment, Prozesstechnologie, Fabrikdesign > 800 Beschäftigte Auftragsbestand: > 950 Mio CT PV USA Inc. CT PV Italia S.r.L.

4 Das Ziel ist unsere Mission Beschichtungslösungen für jede Anwendung FR entwickelt Beschichtungslösungen für die Forschung und Industrieproduktion Fotovoltaik Solarthermie albleiter Mikroelektronik Mikrosysteme MEMS & Sensoren Datenspeicherung Optik Felgenveredelung Schmuckveredelung Verpackungen

5 Unsere Kernkompetenzen Technologien FR bietet die Schlüsseltechnologien für effiziente Vakuum- und Plasmaprozesse Beschichten Physical Vapor Deposition Chemical Vapor Deposition Atomic Layer Deposition Ätzen Plasma Etching Reactive Ion Etching Thermische Behandlung Rapid Thermal Processing Flash-Lamp Annealing Reinigen UV-Ozone Cleaning

6 Unsere Kernkompetenzen Sonderanlagenbau Basierend auf den Schlüsseltechnologien betreten unsere FR-Ingenieure Pionierpfade, um maßgeschneiderte und kundenspezifische Lösungen zu entwickeln. In-line-Systeme Cluster-Systeme Rolle-zu-Rolle-Systeme Schlüsselequipment Zubehör Sputtertargets

7 FR Anlagenbau Gmb Sachsen the thin-film company Reaktives Sputtern Reactive Magnetron Sputtering Technologie 1

8 Technologie 1 Reaktives Sputtern Oxide & Nitride the thin-film company Spannung, Intensität, Rate metallic mode transition mode oxide mode TiN SiO 2, Al 2 O 3 ITO, ZAO TiO 2, Ta 2 O 5, Nb 2 O 5 In 2 O 3, ZnO, Si 3 N 4, SnO 2 Reaktivgas-Fluss Quelle: VON Ardenne Anlagentechnik Gmb

9 Technologie 1 Reaktives Sputtern Dekorative Schichtsysteme

10 Technologie 1 Reaktives Sputtern Absorbtionsschichten the thin-film company

11 FR Anlagenbau Gmb Sachsen the thin-film company ochrate Plasmaätzen igh Rate Plasma Etching (PE) Technologie 2

12 Technologie 2 ochrate Plasmaätzen ICP-Quelle the thin-film company

13 Technologie 2 ochrate Plasmaätzen Ätzprofile the thin-film company ochrate-ätzlösung für Glas, Pyrex... Große Tiefen (> 100 µm) und hohe Raten (0,8... 1,6 µm/min) Kreisförmige bis senkrechte Ätzprofile einstellbar Zwei-Phasen-Ätzprozess: 1) Chemisch dominiertes ochrateätzen 2) Physikalisch dominiertes Reinigungsätzen Patentiertes Verfahren (FR/TU Chemnitz: DE ) Anwendung: Isolationen, Leitungsdurchgänge, Strömungskanäle...

14 Technologie 2 ochrate Plasmaätzen Schrägwandätzen the thin-film company Prozessbedingungen 1 SF 6 =10 sccm 20 Pa P ICP : 1000 W P BIAS : 50 W 400 C Prozessbedingungen 2 C 4 F 8 /Ar=36/20 sccm 1 Pa P ICP : 1000 W P BIAS : 300 W 400 C Vor Spülung DIW Definition Anisotropie A = 1 R lat /R vert A 0,3 ; Tiefe 45 µm 65 Nach Spülung DIW

15 FR Anlagenbau Gmb Sachsen the thin-film company Atomlagenabscheidung Atomic Layer Deposition (ALD) Technologie 3

16 Technologie 3 Atomlagenabscheidung Chemisorption 1 Saturation 1 Chemisorption 2 Saturation 2 Sequenzieller Prozess Gut steuerbares Wachstum einatomiger Schichten (Monolayer) omogene Schichtdicke auch auf komplexen 3D-Oberflächen Metallschichten, Sperr- und aftschichten, optische Schichten Plattformen für 100 mm bis 300 mm Wafer verfügbar

17 Technologie 3 Atomlagenabscheidung Zyklus für Al 2 O 3 (1) Trimethylaluminium Al(C3)3(g) Methylgruppe (C3) Al C ydroxylgruppe (O) O Substratoberfläche 2 O-Dampf aus der Luft wird an vielen Oberflächen absorbiert, es bildet sich eine ydroxylgruppe Trimethylaluminium (TMA) wird in die Reaktionskammer eingelassen

18 Technologie 3 Atomlagenabscheidung Zyklus für Al 2 O 3 (2) Reaktionsprodukt Methan C4 Reaktion TMA mit O C Al C C O Substratoberfläche Trimethylaluminium (TMA) reagiert mit ydroxylgruppe Als Reaktionsprodukt entsteht Methan

19 Technologie 3 Atomlagenabscheidung Zyklus für Al 2 O 3 (3) Überschüssiges TMA Reaktionsprodukt Methan C4 C Al O C Substratoberfläche Trimethylaluminium (TMA) reagiert mit der absorbierten ydroxylgruppe bis die Oberfläche gesättigt ist TMA reagiert nicht weiter mit sich selbst (selbstbegrenzende Reaktion) Das überschüssige TMA wird zusammen mit dem Methan abgepumpt

20 Technologie 3 Atomlagenabscheidung Zyklus für Al 2 O 3 (4) 2O O C Al O C Substratoberfläche Nach dem Abpumpen von TMA und Methan wird Wasserdampf ( 2 O) in die Reaktionskammer eingelassen

21 Technologie 3 Atomlagenabscheidung Zyklus für Al 2 O 3 (5) Neue ydroxylgruppe Reaktionsprodukt Methan Reaktionsprodukt Methan O Al O O Sauerstoffbrücke Substratoberfläche 2 O reagiert mit den freien Methylgruppen Auf der neuen Oberfläche bilden sich Aluminium-Sauerstoff-Brücken und neue ydroxylgruppen Wieder ist Methan das Reaktionsprodukt

22 Technologie 3 Atomlagenabscheidung Zyklus für Al 2 O 3 (6) Al O O Al O O Al Substratoberfläche Das Reaktionsprodukt Methan ist abgepumpt, der überschüssige Was- serdampf reagiert nicht mit den ydroxylgruppen an der Oberfläche

23 Technologie 3 Atomlagenabscheidung Zyklus für Al 2 O 3 (7) O O O O Al O Al O Al O Al O Al Al Al Al Al O O O O O O O Substratoberfläche Eine TMA- und eine 2 O-Spülung zusammen formen einen Zyklus

24 Technologie 3 Atomlagenabscheidung In Gräben the thin-film company

25 Technologie 3 Atomlagenabscheidung ALD-Reaktor the thin-film company ALD 300 Reaktor zur Atomlagenabscheidung 300 mm Waferdurchmesser Oxide: fo 2, Al 2 O 3, La 2 O 3, SiO 2... Nitride: TiN, TaN, SiN x... Metalle: W, Ta, Ti, Cu, Ru... Dielektrika, Metallschichten, Nanolaminate Abscheidung von nanoporösen Strukturen Anwendungen: albleiter, OLEDs, MEMS Bereit für F & E und Serienproduktion

26 FR Anlagenbau Gmb Sachsen the thin-film company Blitzlampen-Temperung Flash Lamp Annealing (FLA) Technologie 4

27 Technologie 4 Blitzlampen-Temperung Flash Lamp Annealing (FLA) Zweigeteiltes System (1) Vorheizen mit alogenlampen ähnlich RTP, bis max C (2) Blitzlampenmodul mit Xenon-Gasentladungslampen und Reflektor zur Realisierung von Oberflächentemperturen bis 2000 C Pulslängen von 20 ms bis 0.6 ms Energiedichten bis zu 120 Joule/cm 2 Endtemperatur Waferoberfläche T end = T Vorheizung + T Blitz

28 Technologie 4 Blitzlampen-Temperung (FLA) Schaltungsaufbau Pulsdauer t = (L * C) 1/2 C... Kapazität der Kondensatoren L... Induktivität der Spulen Ladestation Umax_ 4 kv Trigger-Transformator Uzünd_ kv LC-Netzwerk zur Pulsformung Xe-Gasentladungslampen

29 Technologie 4 Blitzlampen-Temperung FLA-Anlagen the thin-film company FLA 100 DL FLA 100

30 Technologie 4 Blitzlampen-Temperung Vergleich RTP mit FLA erkömmliches RTP (Rapid Thermal Processing) FLA (Flash Lamp Annealing) Vorteile FLA gegenüber RTP Ultra-schnelle Aufheizraten: 250 K/s vs. > 10 5 K/s Kürzere altezeiten: 1 s (Spike) vs. 20 ms µs Nur Oberflächenaufheizung des Materials Rückseite bleibt nahezu kalt Reduzierter Energieeintrag

31 Technologie 4 Blitzlampen-Temperung Vergleich Xenon & alogen

32 Technologie 4 Blitzlampen-Temperung Angepasste Pulsformen LC-Netzwerkes ermöglich Verändern der Pulsform innerhalb des ms-bereiches Pulsform kann so direkt an die spezielle Anwendung angepasst werden

33 Technologie 4 Blitzlampen-Temperung Temperaturverlauf Si-Wafer Pulslänge: 3 ms Pulslänge: 20 ms Quellen: Dr. W. Skorupa (FZD Rossendorf, Dr. Thoralf Gebel (IONServices Dresden,

34 Technologie 4 Blitzlampen-Temperung Vergleich FLA mit RTP 1100 C 1200 C the thin-film company Quelle: Dr. Thoralf Gebel (IONServices Dresden, Flash lamp annealing with millisecond pulses for ultra shallow boron profiles in silicon; T. Gebel, M. Voelskow, W. Skorupa, G. Mannino, V. Privitera, F. Priolo, Napolitani, A. Carnera; Nucl. Instr. Meth. B 186, 287 (2002) Erzeugung flacher Leitungsübergänge durch Aktivierung von in Silizium implantiertem Bor

35 Technologie 4 Blitzlampen-Temperung Anwendung für flexible Solarzellen Sputterbeschichtung Rückkontakt Mo Thermische Behandlung Flash Lamp Annealing Sputterbeschichtung Frontkontakt ZnO Ionenstrahlverdampfung Absorberschicht CIGS Chemische Beschichtung Pufferschicht CdS

36 Technologie 4 Blitzlampen-Temperung Anwendungsbeispiele Kristallisation von amorphem Si auf Glas (TFT LCD) Thermische Behandlung von ITO-Schichten auf Glas & Polymeren (OLED) Defektausheilung in oberflächennahen Bereichen Flache pn-übergänge Produkte für die Datenspeicherung (D)

37 FR Anlagenbau Gmb Sachsen the thin-film company Sonderanlagenbau Special Purpose Machine Construction Ingenieurleistungen und Produkte

38 Engineering & Products IN-LINE Type SV 400 Vertical substrate position Substrate width: 400 mm Substrate length: 3,300 mm Processing: sputtering & etching S 700 orizontal substrate position Substrate size: 700 mm Processing: reactive sputtering Coating: 7 layers simultaneous

39 Engineering & Products Large Area Coating IN-LINE Type FR developes advanced metallization and etching technologies and offers equipment for efficient large area coating Large area sputtering solutions for glass substrates Coating width from 400 mm to 4,000 mm Optical layers, conductive layers, oxide & nitrite layers Applications in architecture, photovoltaics, solar thermals

40 Engineering & Products Large Area Glas Coating Next Generation general features Flexible system based on identical design of compartments Compartments used either for sputtering or pumping Compartment pitch: 680 mm 2 rotatable cathodes or 1 planar cathode per sputtering compartment Coating width according to requirements Rectangular openings on both sides of the compartment (flanges mountable for rotary feedthroughs, sensors, process gas...) Chamber material: stainless steel or mild steel Double sealing system applied on top and between the chambers Be composed of four identical compartments the new chamber design by FR. substrate transport features Belt system on air Ferrofluidic feedthrough used for torque transmission Roller material: aluminium, stainless steel, mild steel, ceramics Roller diameter selectable from 70 to 140 mm process gas system Process gas system at the separation wall of the compartment Main gas and trim gas inlet (up to 5 segments) cathode surround Water cooled or heated environment feasible

41 Engineering & Products CLUSTER Type MS 120 Multi purpose sputtering system Substrate size: 120 mm diameter Substrate materials: metals, synthetics, glass Processing: sputtering, etching, annealing

42 Engineering & Products Schematic Diagram CLUSTER Type Sputtering 2 RF DC CIGS-Chamber DC DC Sputtering 1 DC DC Metal- & TCO-Chamber RTP Robot DC Res. Load lock

43 Engineering & Products Various Modules CLUSTER Type substrate sizes 75 mm to 300 mm diameter various process chambers available Single process chambers Multi process chambers supported sputtering Metals, alloys, oxides, nitrites additional process modules RTP, Flash-RTP, Etching PECVD on request

44 Engineering & Products ROLL Type RC 200 Roll-to-roll coating system Substrate materials: foils, plastic films Substrate width: 200 mm Applicable for flexible CIGS solar cells

45 Exhibitions and Trade Shows Meet FR the thin-film company upcoming presentations SEMICON Europe October, Stuttgart glasstec October, Düsseldorf nano tech February, Tokyo SEMICON China March, Shanghai

46 Please Visit Our Webpage for Additional Information

47 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit FR Anlagenbau Gmb Dr. arald Liepack Am ügel 2, Ottendorf-Okrilla (Sachsen) Telefon , Fax Bitte kontaktieren Sie uns für weitere Informationen.

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