CN102376518B - 离子注入系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离子注入系统，其包括一离子源系统、一扫描磁铁、一质量分析磁铁、一工件传输设备；该离子源系统包括：一处于地电位的微波源，该微波源通过一波导管与一离子源相连，该波导管上设有一高压隔离装置；一处于地电位的气柜，该气柜通过一进气管与该离子源相连；一处于地电位的冷却水系统，该冷却水系统与该离子源的头部相连并用于冷却该离子源头部；一设于该离子源头部前方的离子束引出系统，该离子束引出系统包括抑制电极和地电极；一处于地电位的高压电源系统，该高压电源系统用于向该离子源头部及该抑制电极供电。本发明还公开了两种离子注入方法。本发明使得离子源系统无需整体工作于高电压下，并且能够实现最佳的生产效率。

Description

离子注入系统及方法

技术领域

本发明涉及太阳能晶片制造领域，特别是涉及一种离子注入系统及相应的离子注入方法。

背景技术

新能源是二十一世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一，太阳能便是一种清洁、高效、永不衰竭的新能源。在新世纪中，各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容，光伏发电具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简便等诸多优点。近几年来，国际光伏发电产业迅猛发展，太阳能晶片供不应求，于是提高太阳能晶片的光电转化效率和太阳能晶片的生产能力已经成为一个重要的课题。

当前在太阳能晶片制造工艺的掺杂制程中，使用最为广泛的是热扩散掺杂工艺，热扩散方法虽然生产效率较高，但是仍然需要采用一些后续的工艺，例如去边工艺等作为补充，因此整体工艺步骤较多，使得购置设备的成本增高。另外，热扩散工艺无法较为精确地控制掺杂离子的剂量和均匀性，这会导致在太阳能晶片的生产过程中损失一部分太阳能转化效率。

另外，在目前国际上用于太阳能晶片制造或半导体制造的离子注入机中，整个离子源系统都工作在高电压状态下，这给整个系统的控制和供电设计都带来了极大的不便，也极大地增加了系统的成本。

另外，由于太阳能晶片的许多制程都需要在真空条件下完成，所以如何减少太阳能晶片进出真空的时间，以及有效利用太阳能晶片在真空中的制程时间对提高太阳能晶片制造设备的生产效率而言至关重要。现有的许多太阳能晶片制造方法都具有较高的生产效率，例如美国专利20080038908所提到的方法，但是基于该方法的设计原理，其生产效率仍然会受到一些天然的限制，诸如，当不同批次的工件进出真空环境时，或是在真空环境中从已加工工件切换至下批次待加工工件时，对工件的加工制程都不得不发生中断，在该中断时间段内，整个设备完全处于无效运行状态，即浪费了加工资源，又浪费了加工时间。由此可以看出，该专利所公开的该生产设备自然不可能实现最佳的生产效率。而除了该专利所公开的该设备及方法以外，在现有的各种其它真空制程方法中也未见能够获得最佳生产效率的模式。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的离子注入系统因离子源系统整体工作于高电压下而导致控制和供电设计不便、成本较高，并且无法实现最佳生产效率的缺陷，提供一种使得离子源系统无需整体工作于高电压下、并且可以实现最佳生产效率的离子注入系统以及相应的离子注入方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种离子注入系统，其包括一用于生成一离子束的离子源系统，该离子束传输于一真空腔中，在该离子束的传输路径上依次设有：一用于扫描该离子束的扫描磁铁；一质量分析磁铁，用于偏转该离子束以从中滤除超出一荷质比范围的离子；一具有至少一传输平台的工件传输设备，该传输平台用于承载工件移进该真空腔、穿过该离子束完成注入、然后移出该真空腔；其特点在于，该离子源系统包括：一处于地电位的微波源，该微波源通过一波导管与一离子源相连，该波导管上设有一高压隔离装置；一处于地电位的气柜，该气柜通过一进气管与该离子源相连；一处于地电位的冷却水系统，该冷却水系统与该离子源的头部相连并用于冷却该离子源头部；一设于该离子源头部前方的离子束引出系统，该离子束引出系统包括抑制电极和地电极；一处于地电位的高压电源系统，该高压电源系统用于向该离子源头部及该抑制电极供电。

较佳地，该工件传输设备包括：至少两个通过可开闭密封件与该真空腔的一端相连的进件腔，该些进件腔可以在大气状态与真空状态之间切换，且该离子束传输经过该真空腔的临近该些进件腔的该端处；与各进件腔一一对应的至少两个所述传输平台，各传输平台用于相继地将工件从各进件腔传输至该真空腔、再从该真空腔传输回各进件腔，各传输平台的移动平面各不相同，且每个传输平台上承载的工件均沿该传输平台的移动方向分两侧排列；一移位装置，用于在每个传输平台即将从该真空腔移回进件腔时，使该传输平台与该离子束垂直于该传输平台的移动方向相对移位；其中，每个传输平台在从进件腔移向该真空腔时，该传输平台一侧的工件将穿过该离子束完成加工，在该传输平台从该真空腔移回该进件腔时，该传输平台另一侧的工件将穿过该离子束完成加工。

较佳地，该工件传输设备包括：至少两个通过可开闭密封件与该真空腔的一端相连的进件腔，该些进件腔可以在大气状态与真空状态之间切换，且该离子束传输经过该真空腔的临近该些进件腔的该端处；与各进件腔一一对应的至少两个所述传输平台，各传输平台用于相继地将工件从各进件腔传输至该真空腔、再从该真空腔传输回各进件腔，各传输平台的移动平面各不相同；其中，在每个传输平台从进件腔移向该真空腔以及从该真空腔移回该进件腔的过程中，该传输平台上的工件将两次穿过该离子束完成加工。

较佳地，每个进件腔完成充气至大气状态、取出已加工工件、放入下批次待加工工件、抽气至真空状态的耗时，小于或等于其余所有进件腔中的当前批次待加工工件相继地由各传输平台传输穿过该离子束完成加工的总耗时。

较佳地，各传输平台相互平行、但设置高度各不相同。

较佳地，该传输平台的承载表面由一个或多个斜面和/或弧面构成，以使得该离子束以一注入角度注入工件。

较佳地，该传输平台的承载表面设置为：使得该离子束垂直注入工件。

较佳地，该离子注入系统还包括一设于该质量分析磁铁与该工件传输设备之间的离子束传输路径上的校正磁铁，该校正磁铁用于偏转该离子束并对该离子束在扫描维度内的张角进行校正，以使得该离子束以一注入角度注入工件。

较佳地，该校正磁铁设置为：使得该离子束在扫描维度内平行传输，并垂直注入工件。

较佳地，该离子注入系统还包括一设于工件穿过该离子束的位置处的束流诊断装置，用于测量该离子束的流强分布和角度分布，并将测量结果反馈至一用于对该离子注入系统进行控制的控制单元。

本发明的另一技术方案为：一种利用上述离子注入系统实现的离子注入方法，在该方法中，利用该离子源系统生成该离子束，依次利用该扫描磁铁扫描该离子束、并利用该质量分析磁铁偏转该离子束以从中滤除超出该荷质比范围的离子之后，其特点在于，针对各进件腔中的当前批次待加工工件的各轮加工过程相继进行，在每轮加工过程中，仅一个已经完成了充气至大气状态、取出已加工工件、放入下批次待加工工件、抽气至真空状态的进件腔中的当前批次待加工工件将由传输平台进行传输，其中在该传输平台从该进件腔移向该真空腔时，该传输平台一侧的工件将依次穿过该离子束完成加工，此后该移位装置使该传输平台与该离子束垂直于该传输平台的移动方向相对移位，而后在该传输平台从该真空腔移回该进件腔时，该传输平台另一侧的工件将依次穿过该离子束完成加工；与此同时，其余所有进件腔均处于充气至大气状态、取出已加工工件、放入下批次待加工工件、抽气至真空状态的过程中或是过程结束后的等待状态。

较佳地，每个进件腔完成充气至大气状态、取出已加工工件、放入下批次待加工工件、抽气至真空状态的耗时，小于或等于其余所有进件腔中的当前批次待加工工件相继地由各传输平台传输穿过该离子束完成加工的总耗时。

较佳地，该传输平台的承载表面由一个或多个斜面和/或弧面构成，利用该传输平台使得该离子束以一注入角度注入工件。

较佳地，该传输平台的承载表面设置为：使得该离子束垂直注入工件。

较佳地，该离子注入系统还包括一设于该质量分析磁铁与该工件传输设备之间的离子束传输路径上的校正磁铁，利用该校正磁铁偏转该离子束并对该离子束在扫描维度内的张角进行校正，以使得该离子束以一注入角度注入工件。

较佳地，该校正磁铁设置为：使得该离子束在扫描维度内平行传输，并垂直注入工件。

较佳地，该离子注入系统还包括一设于工件穿过该离子束的位置处的束流诊断装置，利用该束流诊断装置测量该离子束的流强分布和角度分布，并将测量结果反馈至一用于对该离子注入系统进行控制的控制单元。

本发明的又一技术方案为：一种利用上述离子注入系统实现的离子注入方法，在该方法中，利用该离子源系统生成该离子束，依次利用该扫描磁铁扫描该离子束、并利用该质量分析磁铁偏转该离子束以从中滤除超出该荷质比范围的离子之后，其特点在于，针对各进件腔中的当前批次待加工工件的各轮加工过程相继进行，在每轮加工过程中，仅一个已经完成了充气至大气状态、取出已加工工件、放入下批次待加工工件、抽气至真空状态的进件腔中的当前批次待加工工件将由传输平台进行传输，其中在该传输平台从该进件腔移向该真空腔以及从该真空腔移回该进件腔的过程中，该传输平台上的工件将两次穿过该离子束完成加工；与此同时，其余所有进件腔均处于充气至大气状态、取出已加工工件、放入下批次待加工工件、抽气至真空状态的过程中或是过程结束后的等待状态。

较佳地，每个进件腔完成充气至大气状态、取出已加工工件、放入下批次待加工工件、抽气至真空状态的耗时，小于或等于其余所有进件腔中的当前批次待加工工件相继地由各传输平台传输穿过该离子束完成加工的总耗时。

较佳地，该传输平台的承载表面由一个或多个斜面和/或弧面构成，利用该传输平台使得该离子束以一注入角度注入工件。

较佳地，该传输平台的承载表面设置为：使得该离子束垂直注入工件。

较佳地，该离子注入系统还包括一设于该质量分析磁铁与该工件传输设备之间的离子束传输路径上的校正磁铁，利用该校正磁铁偏转该离子束并对该离子束在扫描维度内的张角进行校正，以使得该离子束以一注入角度注入工件。

较佳地，该校正磁铁设置为：使得该离子束在扫描维度内平行传输，并垂直注入工件。

较佳地，该离子注入系统还包括一设于工件穿过该离子束的位置处的束流诊断装置，利用该束流诊断装置测量该离子束的流强分布和角度分布，并将测量结果反馈至一用于对该离子注入系统进行控制的控制单元。

本发明的积极进步效果在于：通过将本发明的该离子注入系统及方法应用于太阳能晶片制造的掺杂制程，将能够较为精确地实现对掺杂的剂量和均匀性的控制，相比于目前最常用的热扩散掺杂工艺而言，这不但能够进一步地提高太阳能晶片的光电转化效率，还能够极大地降低太阳能晶片的离子注入掺杂成本，同时还能够使生产效率得到极大的提升。另外，本发明还对离子注入系统中的离子源系统进行了改进，在本发明的该离子源系统中，除了离子源头部、抑制电极以及与离子源相连的部分波导管和部分进气管之外，其它所有的供电、供气、控制组件都工作在地电位状态下，这极大地降低了离子源系统的设计难度和设备成本，而且由于只有一小部分组件工作在高电位状态下，这也能够提高该离子源系统的使用安全性。另外，本发明的该工件传输设备结构简单，其不但能够在传输平台进出真空腔的过程中保证加工的连续有效进行，还能够较佳地在进件腔及相应的传输平台发生切换的过程中同样地保证加工的连续有效进行，从而使得该离子注入系统的利用率实现了最大化，保证了各批次工件能够高速地在大气环境与真空环境之间传输、并且连续不间断地在真空环境下获得加工，由此便实现了最佳的生产效率。

附图说明

图1为本发明的离子注入系统的实施例一的俯视图。

图2为本发明的离子注入系统中的扫描磁铁扫描离子束的侧视图。

图3为本发明的离子注入系统中的校正磁铁校正离子束的示意图。

图4为本发明的离子注入系统的实施例二的正视图。

图5为本发明的离子注入系统中的传输平台的一个示例的示意图。

图6为本发明的离子注入系统中的工件传输设备的一个示例的侧视图。

图7为图6的工件传输设备在运行状态下的侧视图。

图8为图6的工件传输设备在运行状态下的俯视透视图。

图9为图6的工件传输设备在运行状态下的侧视图。

图10为图6的工件传输设备在运行状态下的俯视透视图。

图11为图6的工件传输设备在运行状态下的侧视图。

图12为图6的工件传输设备在运行状态下的俯视透视图。

图13为图6的工件传输设备在运行状态下的侧视图。

图14为图6的工件传输设备在运行状态下的俯视透视图。

图15为图6的工件传输设备在运行状态下的侧视图。

图16为图6的工件传输设备在运行状态下的俯视透视图。

图17为图6的工件传输设备在运行状态下的侧视图。

图18为图6的工件传输设备在运行状态下的俯视透视图。

图19为图6的工件传输设备在运行状态下的侧视图。

图20为图6的工件传输设备在运行状态下的俯视透视图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

实施例1

参考图1和图6所示，本发明的该离子注入系统首先包括一离子源系统1，其用于生成一离子束，该离子束在一真空腔6中传输。在该离子束的传输路径上则依次设有：一扫描磁铁2，如图2所示，该扫描磁铁2会在图2的纸面维度内不停地上下扫描通过的离子束，从而使离子束在经过扫描的维度内具有一定的角度分布，在图2所示的时刻下，该扫描磁铁2正在将通过的离子束在纸面维度内向上偏转，在下文中将该离子束的经过扫描的该维度称为扫描维度，图1中在该离子束到达下文中将要提到的一校正磁铁4之前，其扫描维度均垂直于纸面；一质量分析磁铁3，其使该离子束在图1的纸面内发生例如40°至120°的偏转，以将超出一预设的荷质比范围的离子从该离子束中滤除，并且该质量分析磁铁3在偏转该离子束时，并不会改变该离子束中的离子在束流横截面上的相对位置，即不会改变该离子束的束流形状，在本实施例中该质量分析磁铁3可以采用一二极磁铁实现；上述的该校正磁铁4，其能够偏转该离子束至一预设的注入方向，并对该离子束在扫描维度内的张角进行校正，在本实施例中该校正磁铁4可以采用一二极磁铁实现，例如图3所示便为沿着图1中由左至右的方向观察时该质量分析磁铁3之后的离子束被该校正磁铁4校正的正视图，该离子束在通过该校正磁铁4之后，由原先的大致水平传输偏转约90°成为大致竖直向下传输，此时该离子束的扫描维度已经被偏转为与图1或图3中的一工件传输设备5的移动方向垂直，并且该校正磁铁4还将该离子束在扫描维度内校正为平行传输；上述的该工件传输设备5，其具有至少一传输平台51，该传输平台51用于承载着待加工工件(例如太阳能晶片)移进该真空腔6，使待加工工件穿过该离子束、接受一预设的注入角度下的离子注入从而完成加工，然后再将完成加工的工件移出该真空腔6。在图1和图3所示的实施例中，该传输平台51承载着工件沿着与该离子束的扫描维度相垂直的方向穿过该离子束，使工件接受该离子束的垂直注入(离子注入的方向为图1中的垂直纸面方向以及图3中纸面内竖直向下的方向)，从而完成加工。该扫描磁铁2、该质量分析磁铁3以及该校正磁铁4均可以利用公知的电磁效应实现，故在此对其实现方法不做赘述。

其中，特别地，该离子源系统1包括：一处于地电位的微波源11，该微波源11通过一波导管12与一离子源13相连，该微波源11用于提供该离子源13放电所需的微波；一处于地电位的气柜14，该气柜14通过一进气管15与该离子源13相连，该气柜14用于提供该离子源13放电所需的气体；一处于地电位的冷却水系统(图中未示)，该冷却水系统通过去离子水管道与该离子源13的头部相连，用于对该离子源13的头部进行冷却；一设于该离子源13的头部前方的离子束引出系统，该离子束引出系统用于从该离子源13引出放电电离生成的离子束，该离子束引出系统包括抑制电极16及地电极17；一处于地电位的高压电源系统18，该高压电源系统18用于向该离子源13的头部以及该抑制电极16供电。该离子源13的主体结构为一放电室，来自该气柜14的气体将在其中放电电离产生离子。另外，为了在传输微波的同时隔离该离子源13头部的高电压，该波导管12上设有一高压隔离装置19。由此，在本发明采用的该离子源系统1中，只有图1中虚线框内的组件，即该离子源13的头部、该抑制电极16以及与该离子源13相连的部分波导管12和部分进气管15工作于高电压状态下。

在该实施例中，通过对该扫描磁铁2、该质量分析磁铁3以及该校正磁铁4的精确参数控制，便能够精确控制离子束的流强分布和角度分布，并提高束流的利用效率，从而使得该离子束按照预设的注入角度注入工件，并且同时保证该注入制程的剂量均匀性以及角度均匀性。

实施例2

该实施例中的该离子注入系统的正视图如图4所示，该离子注入系统与实施例1的区别仅在于：首先，本实施例中省去了该校正磁铁4；其次，假设保证该传输平台51与实施例1中一样也承载着工件水平移动，则本实施例的该离子注入系统中的该离子源系统1、该扫描磁铁2以及该质量分析磁铁3的设置方向将与实施例1中的情况相差90°，但它们的结构均保持不变。

由于省去了整个校正磁铁4的磁铁系统，不但能够显著地提高整个离子注入系统的可靠性，还能够大幅地缩短离子束传输路径的长度，从而使得束流传输部分的设计也更加简单。

但是如图5所示，其中图5为沿着图4中由左至右的方向观察时从该质量分析磁铁3开始的离子束传输路径的正视图，由于失去了该校正磁铁4对该离子束在扫描维度内的张角校正作用，该离子束在到达该传输平台51时在其扫描维度(即图5中纸面内的水平维度)内会呈发散状态，这会使得承载于该传输平台51的不同位置处的工件所接受到的离子注入的角度产生不同，显然这将会对注入制程的剂量均匀性和角度均匀性产生不利影响。因此相应地，可以将该传输平台51设计为：该传输平台51的承载表面由一个或多个斜面和/或弧面构成，该一个或多个斜面和/或弧面可以沿着该传输平台51的移动方向呈对称分布或非对称分布。在实际设计时，根据该传输平台51与该离子束的相对位置以及预设的注入角度，对该承载表面上各个位置处的斜率进行设计，即对上述斜面和/或弧面的分布进行设计，以使得该承载表面上各个位置处的斜率能够部分地或是完全地抵消该离子束在扫描维度内的张角所引起的注入不均匀，从而使得承载于该传输平台51的承载表面上各个不同位置处的工件均可以按照预设的注入角度获得较为理想的离子注入。图5所示为该传输平台51从该离子束的正中区域穿过，并且预设以垂直角度对工件进行注入，此时该传输平台51的承载表面由沿着其移动方向对称分布的两个斜面构成，该两个斜面的斜率设计为能够完全抵消该离子束在扫描维度内的张角，从而使得承载于该传输平台51上的全部工件都可以获得近乎垂直的离子注入。在其它的离子注入条件以及其它的预设注入要求下，本领域技术人员能够比较容易地对该传输平台51的承载表面进行恰当的设计，故具体的设计方法在此不做赘述。

在该实施例中，通过对该扫描磁铁2和该质量分析磁铁3的精确参数控制，同样能够精确控制离子束的流强分布和角度分布，并提高束流的利用效率，从而使得该离子束按照预设的注入角度注入工件，并且同时保证该注入制程的剂量均匀性以及角度均匀性。

下面将参考图6-20，对本发明中的该工件传输设备5的较佳结构进行详细说明。

图6所示为该工件传输设备5的第一实施方式的侧视图。该工件传输设备5包括有至少两个进件腔52、至少两个上述的传输平台51以及一移位装置(图中未示)。

各进件腔52均与该真空腔6的一端相连，较佳地，通过实施例1中的该校正磁铁4或是通过实施例2中的该质量分析磁铁3之后的该离子束将如图6所示地传输经过该真空腔6的临近该些进件腔52的该端处。该些进件腔52可以选用体积相较于该真空腔6而言较小的真空盒，它们可以快速地由大气状态抽气至真空状态，或是由真空状态充气至大气状态。利用该些进件腔52，工件便可以在大气环境与该真空腔6之间实现快速传递。而为了不对该真空腔的真空环境产生影响，各进件腔52均通过可开闭的密封件与该真空腔6相连，该可开闭的密封件可以为例如密封阀门等等。在需要将待加工工件放入进件腔，或是需要将已加工工件从进件腔中取出时，便首先关闭例如上述的密封阀门，然后将进件腔充气至大气状态；在需要将待加工工件从进件腔传输至该真空腔6，或是需要将已加工工件从该真空腔6中传输回进件腔时，便首先将进件腔抽气至真空状态，然后打开例如上述的密封阀门。

各传输平台51与各进件腔52一一对应，即每个进件腔52均配有一相应的传输平台51。每个传输平台51均具有一定的宽度，该宽度可以根据待加工工件的实际尺寸进行合适的设计，以使得每个传输平台51上所承载的工件均可以沿着该传输平台的长度方向(即其移动方向)分两侧排列，每侧排列的工件可以不止一排，根据传输到达该传输平台51时该离子束的横截面尺寸(尤其是横截面在扫描维度方向上的尺寸)，每侧甚至可以排列多排工件，以提高加工效率。每个传输平台51均可以将待加工工件从相应的进件腔52传输至该真空腔6中进行加工，然后再将已加工工件从该真空腔6传输回该进件腔52，其中，用于驱动各传输平台51移动的驱动机构既可以设于各相应的进件腔52中，也可以设于该真空腔6中。

本发明中对各传输平台51的移动路径与该离子束的位置关系进行了特别的设计，使得每个传输平台51在从进件腔移向该真空腔6的过程中，仅承载于其一侧上的工件将随着该传输平台的移动穿过该离子束，从而完成注入加工。此后，当该传输平台已经完全进入该真空腔6中、并即将从该真空腔6移回该进件腔时，启动该移位装置，使该传输平台与该离子束发生一相对移位，该相对移位将使得在该传输平台51从该真空腔6移回该进件腔的过程中，承载于其另一侧上的工件将随着该传输平台的移动穿过该离子束，从而完成注入加工，其中，该相对移位较佳地垂直于该传输平台的移动方向进行，并且在本文中所谓的垂直于该传输平台的移动方向的该相对移位均包括以下两种情况：即，严格地垂直于该传输平台的移动方向的相对移位，以及基本上垂直于该传输平台的移动方向的相对移位。通过对各传输平台51的往返移动过程的充分利用，便实现了对每个传输平台上所承载的全部工件的连续不间断加工，由此保证了在传输平台移进及移出该真空腔的过程中对工件的离子注入能够始终连续有效运行，从而极大地提高了加工效率。

为了使承载于每个传输平台51上的成排待加工工件从一进入该真空腔6的时刻起便可以开始接受离子注入，以省去该传输平台51因无效移动而浪费的加工时间，在本发明中将该离子束的传输路径设计为经过该真空腔6的临近该些进件腔52的该端处。

由于每次只能够对一层工件进行连续加工，因此各传输平台51在进件腔与该真空腔之间的移动过程是相继进行的，即，当有一个传输平台51正处于承载着工件接受离子注入的移动过程中时，其余的各传输平台则均等待于相应的进件腔中。为了在当上一个传输平台移回进件腔后，下一个传输平台能够尽可能迅速地开始承载着工件移动以接受加工，本发明中特别地将各传输平台之间的相对位置设计为：它们均移动于互不相同的平面内，但同时又保证每个传输平台均能够如上所述地在移进及移出该真空腔的过程中分别使其两侧经过该加工区域。这样一来，一旦上一个进件腔中的传输平台已经完全回到该进件腔内，而下一个进件腔又已经做好了加工准备，则该下一个进件腔中的传输平台便可以立即承载着工件开始移出进件腔，再加之该离子束正位于该真空腔的临近各进件腔的该端处，因此该下一个传输平台上的工件从一进入该真空腔的时刻起便已经开始接受离子注入了。这样的设计方式能够尽可能地缩短在传输平台发生切换时的无效运行时间，甚至能够较佳地实现在传输平台发生切换时的连续有效运行(将在下文中进行说明)，从而进一步地极大地提高了加工效率。图6所示即为该设计的一个示例，如图所示该离子束垂直向下传输，各传输平台51相互平行、但设置高度则各不相同，进一步地，还可以将各传输平台均水平地设置于不同高度处。

该移位装置可以采用各种方式实现传输平台与该离子束之间的相对移位，例如：通过调节该扫描磁铁2、该质量分析磁铁3和/或该校正磁铁4的参数，使该离子束在传输平台的移动平面的平行平面内垂直于该传输平台的移动方向移位，在图6中即为该离子束在垂直纸面的方向上移位；通过机械控制方式，使各传输平台在该传输平台的移动平面内垂直于该传输平台的移动方向移位，在图6中即为各传输平台在垂直纸面的方向上移位；等等。

在进行离子注入加工时，每个进件腔以及相应的传输平台的运行均为一循环过程：当该进件腔中的当前批次工件已经全部加工完成后，其传输平台应当已经移回该进件腔内，此时，关闭例如上述的密封阀门，将该进件腔充气至大气状态，然后取出其中的已加工工件，接着放入下批次的待加工工件，将该进件腔重新抽气至真空状态，然后打开例如上述的密封阀门进入等待状态，当轮到对该进件腔中的工件进行加工时，该传输平台便可以承载着当前批次的待加工工件向该真空腔移动，在此移动过程中，承载于该传输平台一侧上的待加工工件将依次穿过该离子束完成加工，此后该移位装置将使该传输平台与该离子束进行相对移位，然后该传输平台再从该真空腔移回该进件腔，在该移回过程中，承载于该传输平台另一侧上的工件将依次穿过该离子束完成加工。

对各进件腔中的工件的加工过程是相继进行的，即，在某一个进件腔所对应的传输平台正承载着工件移动于该进件腔与该真空腔之间，以对工件进行加工的同时，其余的所有进件腔则均应当处于充气至大气状态、取出已加工工件、放入下批次待加工工件、抽气至真空状态的过程中的某一步骤下，或是已经完成了该过程而处于一等待状态下。

当然，最佳的情况将为：每当即将完成对上一个进件腔中的工件的加工处理时，便已经有另一个进件腔完成了充气至大气状态、取出已加工工件、放入下批次待加工工件、抽气至真空状态的该过程而处于一等待状态下，也就是说，每个进件腔完成充气至大气状态、取出已加工工件、放入下批次待加工工件、抽气至真空状态的耗时，应当小于或等于其余所有进件腔中的当前批次待加工工件相继地由各传输平台传输穿过该离子束完成加工的总耗时。从而一旦该上一个进件腔中的工件的加工过程彻底结束，则该另一个进件腔中的工件的加工过程便可以立即衔接开始，这便可以保证即使在传输平台发生切换时该离子注入系统也能够连续有效运行，从而也就实现了对各批次待加工工件的连续不间断加工，这样一来该离子注入系统的利用率便实现了最大化，由此极大地节省了加工时间，实现了最理想的极高的加工效率。

以下将在图6所示的该工件传输设备5的基础上，参考图7-图20，对本发明的该离子注入方法进行详细的举例描述，其中将两个进件腔分别标记为进件腔52a、52b，并将两个传输平台分别标记为传输平台51a、51b。

首先，由该离子源系统1生成该离子束，然后利用该扫描磁铁2对该离子束进行扫描，并利用该质量分析磁铁3对该离子束进行偏转以及离子滤除，而后可选地利用该校正磁铁4对该离子束进行偏转以及扫描维度内的张角校正，从而使得已经被调整为预备注入状态的该离子束传输经过该真空腔6的临近该些进件腔52a、52b的该端处。

步骤100，如图7和图8所示，向进件腔52a、52b中分别放入一批次待加工工件，然后将该两个进件腔均抽气至真空状态，接着打开该两个进件腔与该真空腔之间的密封阀门，此时该两个进件腔的相应传输平台51a、51b均承载着该批次待加工工件等待于进件腔内。要加以说明的是，在图8中虽然同时绘出了该两个传输平台51a、51b以及它们的移动路径，但这仅是为了便于解释本发明，实质上该两个传输平台以及它们的移动路径分别位于不同的高度处，在下文中将要提到的图10、12、14、16、18、20中也存在着同样的情况。另外，在该具体实施方式中，将该两个传输平台与该离子束的相对位置设置为：在初始状态下，该离子束的注入角度所对准的为该两个传输平台的移动路径的位于图8中上方的一侧。

步骤101，如图9和图10所示，该进件腔52a中的该批次待加工工件由该传输平台51a以一恒定的速度传输出该进件腔52a并进入该真空腔6，其中该恒定的速度应当被设置为保证穿过该离子束的工件能够获得高质量的注入，在此过程中，承载于该传输平台51a的位于图10中上方的一侧上的两排工件将会依次穿过该离子束，从而完成注入加工。

步骤102，如图11和图12所示，该传输平台51a已经从该进件腔52a完全地进入了该真空腔6，并即将重新移回该进件腔52a，在该状态下，承载于该传输平台51a的位于图12中上方的一侧上的全部两排工件均已经完成了注入，此时，利用该移位装置使该传输平台51a与该离子束发生一相对移位，以使得该离子束的注入角度在此后所对准的将为该两个传输平台的传输路径的位于图12中下方的一侧。

步骤103，如图13和图14所示，该传输平台51a开始以上述恒定的速度从该真空腔6移回该进件腔52a，在此过程中，承载于该传输平台51a的位于图14中下方的一侧上的两排工件将会依次穿过该离子束，从而完成注入加工。

步骤104，如图15和图16所示，该传输平台51a已经完全地从该真空腔6移回了该进件腔52a，在该状态下，承载于该传输平台51a的位于图16中下方的一侧上的全部两排工件也已经完成了注入，这即意味着该传输平台51a上承载着的该批次工件已经全部完成了加工并被送回了该进件腔52a，此后，关闭该进件腔52a与该真空腔6之间的密封阀门，并将该进件腔52a充气至大气状态，然后取出其中的已加工工件，接着放入下批次待加工工件，然后开始对该进件腔52a抽气；与此同时，该进件腔52b中的该批次待加工工件开始由该传输平台51b以上述恒定的速度传输出该进件腔52b并进入该真空腔6，在此过程中，承载于该传输平台51b的位于图15中下方的一侧上的两排工件将会依次穿过该离子束，从而完成加工。

步骤105，如图17和图18所示，该传输平台51b已经从该进件腔52b完全地进入了该真空腔6，并即将重新移回该进件腔52b，在该状态下，承载于该传输平台51b的位于图18中下方的一侧上的全部两排工件均已经完成了注入，此时，利用该移位装置使该传输平台51b与该离子束发生一相对移位，以使得该离子束的注入角度在此后所对准的将为该两个传输平台的传输路径的位于图18中上方的一侧。

步骤106，如图19和图20所示，该传输平台51b开始以上述恒定的速度从该真空腔6移回该进件腔52b，在此过程中，承载于该传输平台51b的位于图20中上方的一侧上的两排工件将会依次穿过该离子束，从而完成注入加工；与此同时，该进件腔52a完成抽气至真空状态的步骤，并打开该进件腔52a与该真空腔6之间的密封阀门。

步骤107，如图9和图10所示，该传输平台51b已经完全地从该真空腔6移回了该进件腔52b，在该状态下，承载于该传输平台51b的位于图10中上方的一侧上的全部两排工件也已经完成了注入，这即意味着该传输平台51b上承载着的该批次工件已经全部完成了加工并被送回了该进件腔52b，此后，关闭该进件腔52b与该真空腔6之间的密封阀门，并将该进件腔52b充气至大气状态，然后取出其中的已加工工件，接着放入下批次待加工工件，然后再次开始对该进件腔52b抽气；与此同时，该进件腔52a中的下批次待加工工件开始由该传输平台51a以上述恒定的速度传输出该进件腔52a并进入该真空腔6，在此过程中，承载于该传输平台51a的位于图10中上方的一侧上的两排工件将会依次穿过该离子束，从而完成注入加工。

步骤108，如图11和图12所示，该传输平台51a已经从该进件腔52a完全地进入了该真空腔6，并即将重新移回该进件腔52a，在该状态下，承载于该传输平台51a的位于图12中上方的一侧上的全部两排工件均已经完成了注入，此时，利用该移位装置使该传输平台51a与该离子束发生一相对移位，以使得该离子束的注入角度在此后所对准的将为该两个传输平台的传输路径的位于图12中下方的一侧。

步骤109，如图13和图14所示，该传输平台51a开始以上述恒定的速度从该真空腔6移回该进件腔52a，在此过程中，承载于该传输平台51a的位于图14中下方的一侧上的两排工件将会依次穿过该离子束，从而完成注入加工；与此同时，该进件腔52b完成抽气至真空状态的步骤，并打开该进件腔52b与该真空腔6之间的密封阀门。

此后，重复执行步骤104至步骤109，直至对所有批次的待加工工件完成注入制程。

以下，以对太阳能晶片进行离子注入掺杂的情况为例，对采用该工件传输设备5的上述第一实施方式时，本发明的该离子注入系统的加工效率进行演示性计算。

仍以图6-20所示为基础，假设：每个进件腔可以放入48片晶片，并且相应地每个传输平台均可以承载48片晶片，该48片晶片将在传输平台上按照4排每排12片的方式排列，其中每片晶片的长宽均为150mm；理想的晶片注入剂量为1.5E15每平方厘米；用于离子注入的束流流强为30mA，并将离子束的扫描幅度调整至其横截面尺寸可以均匀地覆盖两片晶片。

根据上述数据可以计算得出：对每片晶片的离子注入加工的耗时平均约为1.79秒，因此每批次48片晶片的加工总耗时约为86秒。根据实际的生产条件，86秒已经足以让另一个进件腔完成充气至大气状态、取出已加工工件、放入下批次待加工工件、抽气至真空状态的整个过程、并进入等待状态了，由此便确保了各批次工件的加工过程能够连续不间断地进行。

在这种情况下，本发明的该离子注入系统的每小时理论连续加工效率可以高达2010片晶片，即使考虑到实际生产中可能会因加工时在各进片腔之间切换而浪费些许加工时间，以及可能会因排放晶片的间隙而浪费些许束流，对于每批次48片晶片而言，加工总耗时也仅会延长100秒左右，因此该离子注入系统的实际连续加工效率仍将超过1700片每小时，这一加工效率已经明显超过了现在国际市场上任一一款同类设备的生产效率，而且该工件传输设备5设计简单可靠，并且制造成本也较低，这便能够进一步地降低每片晶片的生产成本。

当进件腔以及相应的传输平台的数量多于两个时，本发明的实现方式与上述的实施方式完全类似，例如：当设有三个进件腔时，将相继地并循环地对该三个进件腔中的工件进行连续的加工处理，而当设有四个进件腔时，将相继地并循环地对该四个进件腔中的工件进行连续的加工处理，依此类推。故在此对这些实施方式均不做赘述。

该工件传输设备5的第一实施方式针对的是工件只需一次穿过该离子束便可以高质量地完成加工的情况，而当每个工件需要的加工时间较长时，还可以采用该工件传输设备5的第二实施方式来完成工件的注入加工。

该工件传输设备5的第二实施方式与第一实施方式的不同之处仅在于，其省去了该移位装置，各个传输平台虽然仍然移动于互不相同的平面内，但每个传输平台均能够保证在移进及移出该真空腔的过程中使其上承载的全部工件均穿过该离子束，而其余的各个组件的结构和运行方式则与第一实施方式完全相同。在该第二实施方式中，相应地，承载于每个传输平台上的工件也无需再分两侧排列。

在该第二实施方式中，在一个传输平台承载着待加工工件从相应的进件腔中移出、并开始进入该真空腔的过程中，该传输平台上承载的全部工件均将依次地第一次穿过该离子束获得初步注入，然后当该传输平台承载着半加工状态的工件完全进入该真空腔时，并不使该传输平台与该离子束进行相对移位，而是直接控制该传输平台立即开始从该真空腔移回该进件腔，在该返回过程中，该传输平台上承载的全部工件又将依次地第二次穿过该离子束彻底完成注入，由此通过对各传输平台的往返移动过程的充分利用，便实现了对每个传输平台上所承载的全部工件的连续不间断加工，由此保证了在传输平台移进及移出该真空腔的过程中该离子注入系统能够始终连续有效运行，从而极大地提高了加工效率。而与第一实施方式同样地，各个传输平台的运行仍然是相继进行的，当一个已经完成了充气至大气状态、取出已加工工件、放入下批次待加工工件、抽气至真空状态的进件腔中的当前批次待加工工件正在由相应的传输平台两次传输穿过该离子束获得注入时，其余所有进件腔则均较佳地处于充气至大气状态、取出已加工工件、放入下批次待加工工件、抽气至真空状态的过程中或是过程结束后的等待状态下。这便可以保证即使在传输平台发生切换时该离子注入系统也能够连续有效运行，从而也就实现了对各批次待加工工件的连续不间断加工，这样一来该离子注入系统的利用率便实现了最大化，由此极大地节省了加工时间，实现了最理想的极高的加工效率。

另外，本发明的该离子注入系统还可以在工件穿过该离子束的位置处设置一束流诊断装置，该束流诊断装置能够测量该离子束的流强分布和角度分布，并将测量结果反馈至一用于对该离子注入系统进行控制的控制单元，从而实现对该离子注入系统中的各个元件的精确参数调整，以实现较佳的流强分布和角度分布，获得较佳的注入质量。

综上所述，本发明使得该离子注入系统中的离子源系统无需整体工作于高电压状态下，极大地降低了离子源系统的设计难度和设备成本，还能够提高该离子源系统的使用安全性。另外，本发明的该工件传输设备结构简单，其不但能够在传输平台进出真空腔的过程中保证加工的连续有效进行，还能够较佳地在进件腔及相应的传输平台发生切换的过程中同样地保证加工的连续有效进行，由此便实现了该离子注入系统的最佳的生产效率。因此，本发明能够极大地降低太阳能晶片的离子注入掺杂成本，提高生产效率，并且还能够对掺杂离子的剂量和均匀性实现较为精确的控制，从而进一步地提高太阳能晶片的光电转化效率。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (24)

1.一种离子注入系统，其包括一用于生成一离子束的离子源系统，该离子束传输于一真空腔中，在该离子束的传输路径上依次设有：

一用于扫描该离子束的扫描磁铁；

一质量分析磁铁，用于偏转该离子束以从中滤除超出一荷质比范围的离子；

一具有至少一传输平台的工件传输设备，该传输平台用于承载工件移进该真空腔、穿过该离子束完成注入、然后移出该真空腔；

其特征在于，该离子源系统包括：

一处于地电位的微波源，该微波源通过一波导管与一离子源相连，该波导管上设有一高压隔离装置；

一处于地电位的气柜，该气柜通过一进气管与该离子源相连；

一处于地电位的冷却水系统，该冷却水系统与该离子源的头部相连并用于冷却该离子源头部；

一设于该离子源头部前方的离子束引出系统，该离子束引出系统包括抑制电极和地电极；

一处于地电位的高压电源系统，该高压电源系统用于向该离子源头部及该抑制电极供电。

2.如权利要求1所述的离子注入系统，其特征在于，该工件传输设备包括：

至少两个通过可开闭密封件与该真空腔的一端相连的进件腔，该些进件腔可以在大气状态与真空状态之间切换，且该离子束传输经过该真空腔的临近该些进件腔的该端处；

与各进件腔一一对应的至少两个所述传输平台，各传输平台用于相继地将工件从各进件腔传输至该真空腔、再从该真空腔传输回各进件腔，各传输平台的移动平面各不相同，且每个传输平台上承载的工件均沿该传输平台的移动方向分两侧排列；

一移位装置，用于在每个传输平台即将从该真空腔移回进件腔时，使该传输平台与该离子束垂直于该传输平台的移动方向相对移位；

其中，每个传输平台在从进件腔移向该真空腔时，该传输平台一侧的工件将穿过该离子束完成加工，在该传输平台从该真空腔移回该进件腔时，该传输平台另一侧的工件将穿过该离子束完成加工。

3.如权利要求1所述的离子注入系统，其特征在于，该工件传输设备包括：

至少两个通过可开闭密封件与该真空腔的一端相连的进件腔，该些进件腔可以在大气状态与真空状态之间切换，且该离子束传输经过该真空腔的临近该些进件腔的该端处；

与各进件腔一一对应的至少两个所述传输平台，各传输平台用于相继地将工件从各进件腔传输至该真空腔、再从该真空腔传输回各进件腔，各传输平台的移动平面各不相同；

其中，在每个传输平台从进件腔移向该真空腔以及从该真空腔移回该进件腔的过程中，该传输平台上的工件将两次穿过该离子束完成加工。

4.如权利要求2或3所述的离子注入系统，其特征在于，每个进件腔完成充气至大气状态、取出已加工工件、放入下批次待加工工件、抽气至真空状态的耗时，小于或等于其余所有进件腔中的当前批次待加工工件相继地由各传输平台传输穿过该离子束完成加工的总耗时。

5.如权利要求2或3所述的离子注入系统，其特征在于，各传输平台相互平行、但设置高度各不相同。

6.如权利要求1-3中任意一项所述的离子注入系统，其特征在于，该传输平台的承载表面由一个或多个斜面和/或弧面构成，以使得该离子束以一注入角度注入工件。

7.如权利要求6所述的离子注入系统，其特征在于，该传输平台的承载表面设置为：使得该离子束垂直注入工件。

8.如权利要求1-3中任意一项所述的离子注入系统，其特征在于，该离子注入系统还包括一设于该质量分析磁铁与该工件传输设备之间的离子束传输路径上的校正磁铁，该校正磁铁用于偏转该离子束并对该离子束在扫描维度内的张角进行校正，以使得该离子束以一注入角度注入工件。

9.如权利要求8所述的离子注入系统，其特征在于，该校正磁铁设置为：使得该离子束在扫描维度内平行传输，并垂直注入工件。

10.如权利要求1-3中任意一项所述的离子注入系统，其特征在于，该离子注入系统还包括一设于工件穿过该离子束的位置处的束流诊断装置，用于测量该离子束的流强分布和角度分布，并将测量结果反馈至一用于对该离子注入系统进行控制的控制单元。

11.一种利用权利要求2所述的离子注入系统实现的离子注入方法，在该方法中，利用该离子源系统生成该离子束，依次利用该扫描磁铁扫描该离子束、并利用该质量分析磁铁偏转该离子束以从中滤除超出该荷质比范围的离子之后，其特征在于，针对各进件腔中的当前批次待加工工件的各轮加工过程相继进行，在每轮加工过程中，仅一个已经完成了充气至大气状态、取出已加工工件、放入下批次待加工工件、抽气至真空状态的进件腔中的当前批次待加工工件将由传输平台进行传输，其中在该传输平台从该进件腔移向该真空腔时，该传输平台一侧的工件将依次穿过该离子束完成加工，此后该移位装置使该传输平台与该离子束垂直于该传输平台的移动方向相对移位，而后在该传输平台从该真空腔移回该进件腔时，该传输平台另一侧的工件将依次穿过该离子束完成加工；与此同时，其余所有进件腔均处于充气至大气状态、取出已加工工件、放入下批次待加工工件、抽气至真空状态的过程中或是过程结束后的等待状态。

12.如权利要求11所述的离子注入方法，其特征在于，每个进件腔完成充气至大气状态、取出已加工工件、放入下批次待加工工件、抽气至真空状态的耗时，小于或等于其余所有进件腔中的当前批次待加工工件相继地由各传输平台传输穿过该离子束完成加工的总耗时。

13.如权利要求11或12所述的离子注入方法，其特征在于，该传输平台的承载表面由一个或多个斜面和/或弧面构成，利用该传输平台使得该离子束以一注入角度注入工件。

14.如权利要求13所述的离子注入方法，其特征在于，该传输平台的承载表面设置为：使得该离子束垂直注入工件。

15.如权利要求11或12所述的离子注入方法，其特征在于，该离子注入系统还包括一设于该质量分析磁铁与该工件传输设备之间的离子束传输路径上的校正磁铁，利用该校正磁铁偏转该离子束并对该离子束在扫描维度内的张角进行校正，以使得该离子束以一注入角度注入工件。

16.如权利要求15所述的离子注入方法，其特征在于，该校正磁铁设置为：使得该离子束在扫描维度内平行传输，并垂直注入工件。

17.如权利要求11或12所述的离子注入方法，其特征在于，该离子注入系统还包括一设于工件穿过该离子束的位置处的束流诊断装置，利用该束流诊断装置测量该离子束的流强分布和角度分布，并将测量结果反馈至一用于对该离子注入系统进行控制的控制单元。

18.一种利用权利要求3所述的离子注入系统实现的离子注入方法，在该方法中，利用该离子源系统生成该离子束，依次利用该扫描磁铁扫描该离子束、并利用该质量分析磁铁偏转该离子束以从中滤除超出该荷质比范围的离子之后，其特征在于，针对各进件腔中的当前批次待加工工件的各轮加工过程相继进行，在每轮加工过程中，仅一个已经完成了充气至大气状态、取出已加工工件、放入下批次待加工工件、抽气至真空状态的进件腔中的当前批次待加工工件将由传输平台进行传输，其中在该传输平台从该进件腔移向该真空腔以及从该真空腔移回该进件腔的过程中，该传输平台上的工件将两次穿过该离子束完成加工；与此同时，其余所有进件腔均处于充气至大气状态、取出已加工工件、放入下批次待加工工件、抽气至真空状态的过程中或是过程结束后的等待状态。

19.如权利要求18所述的离子注入方法，其特征在于，每个进件腔完成充气至大气状态、取出已加工工件、放入下批次待加工工件、抽气至真空状态的耗时，小于或等于其余所有进件腔中的当前批次待加工工件相继地由各传输平台传输穿过该离子束完成加工的总耗时。

20.如权利要求18或19所述的离子注入方法，其特征在于，该传输平台的承载表面由一个或多个斜面和/或弧面构成，利用该传输平台使得该离子束以一注入角度注入工件。

21.如权利要求20所述的离子注入方法，其特征在于，该传输平台的承载表面设置为：使得该离子束垂直注入工件。

22.如权利要求18或19所述的离子注入方法，其特征在于，该离子注入系统还包括一设于该质量分析磁铁与该工件传输设备之间的离子束传输路径上的校正磁铁，利用该校正磁铁偏转该离子束并对该离子束在扫描维度内的张角进行校正，以使得该离子束以一注入角度注入工件。

23.如权利要求22所述的离子注入方法，其特征在于，该校正磁铁设置为：使得该离子束在扫描维度内平行传输，并垂直注入工件。

24.如权利要求18或19所述的离子注入方法，其特征在于，该离子注入系统还包括一设于工件穿过该离子束的位置处的束流诊断装置，利用该束流诊断装置测量该离子束的流强分布和角度分布，并将测量结果反馈至一用于对该离子注入系统进行控制的控制单元。