CN103250230B - 掺杂剂涂布系统以及涂布蒸气化掺杂化合物于光伏太阳能晶圆的方法 - Google Patents

掺杂剂涂布系统以及涂布蒸气化掺杂化合物于光伏太阳能晶圆的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种在处理为PV太阳能电池期间用热浓缩酸掺杂剂化合物对硅晶圆进行掺杂从而形成p‑n接面及背部接触层的硅晶圆处理系统、装置及方法。高度浓缩酸掺杂剂藉由加压气体雾化，并经加热至80℃至200℃的范围内，接着引入至一浓缩酸蒸气处理腔室中从而在1.5分钟至6分钟中将蒸气涂布至晶圆，这些晶圆在一多道传送机系统上水平地移动通过该处理腔室。这些晶圆经干燥并转递至一扩散炉。一可选UV预处理总成在掺杂剂涂布之前藉由UV辐射预调节这些晶圆，且经掺杂晶圆在进行烧制之前可在一UV处理模组中进行后处理。这些晶圆可在该处理腔室中经冷却。烧制之后，这些晶圆显现在60Ω/sq.至95Ω/sq.范围内的极好薄层电阻，且在这些晶圆上且在晶圆之间为高度均匀的。

Description

掺杂剂涂布系统以及涂布蒸气化掺杂化合物于光伏太阳能晶圆的方法
技术领域
本发明系关于用于以高速操作藉由热浓缩酸蒸气（包括微观小液滴的蒸气）沈积将广泛范围的P及/或B掺杂化合物涂布至太阳能电池晶圆的一或多个面的高速低温连续掺杂剂涂布装置系统，相较于目前使用市售蒸气、液体或喷雾掺杂剂涂布器可能达成的情况，该掺杂剂涂布装置系统导致晶圆表面上的更均匀掺杂剂层（在一给定晶圆上的边缘间更均匀，且在晶圆间更一致）。掺杂剂蒸气藉由将高度浓缩酸性（液体）掺杂剂化合物惰性气体雾化至经加热的蒸气产生腔室中来产生。接着经由一或多个定向狭缝将经加热的浓缩酸蒸气分配至掺杂腔室中，到达在这些狭缝下方通过的相对较冷的晶圆上。视需要，可递送呈电浆形式的蒸气（亦即，带电热蒸气）。在掺杂之前及/或之后可使用UV晶圆处理步骤。随后在扩散炉中处理经掺杂晶圆以藉由扩散至硅或其他高级晶圆材料中而产生p-n接面表面层或背面电场层。
背景技术
基于硅的太阳能电池的制造需要对硅晶圆的以特定次序发生的多个专用制程。无论由单个晶体抑或结合在一起的多个晶体制成的此等晶圆（分别为单晶体晶圆或多晶体晶圆）接着经处理以形成厚度在140微米至200微米范围内的平滑薄晶圆。因为合适硅的稀缺性，当前趋势为使晶圆较薄，当前为180微米至200微米厚，即将达到120微米至140微米。
成品原始晶圆经处理为藉由光伏打效应产生电的起作用的太阳能电池。晶圆处理以各种清洁及蚀刻操作开始，继之以产生半导电“p-n”接面二极体的多阶段扩散制程。
扩散制程以对硅基板晶圆进行掺杂开始，该扩散制程包含将一或多种类型掺杂剂材料（例如，含有P或/及B的化合物或组合物）涂布（涂覆）至晶圆的前侧及/或背侧的第一阶段，继之以使掺杂剂干燥的第二阶段。在第三阶段中，接着在扩散炉中烧制干燥的涂布有掺杂剂的晶圆，使得掺杂剂化合物的P原子扩散至Si（或其他先进材料）晶圆基板中以形成薄p-n接面层。
本发明系关于将一或多种类型掺杂剂化合物涂布至晶圆的一或多个表面从而为扩散或共扩散烧制做准备。当前，存在涂布含磷掺杂剂的三种主要模式：A）按两个如下阶段的分批式管式炉操作：首先在约400℃下藉由氧使晶圆氧化，藉由N2进行净化继之以在850℃至1000℃下注入POCl3气体，总处理时间较长（花费约30分钟）。在POCl3制程中，晶圆在晶舟中背靠背成对、竖着堆迭且通常垂直地定向，接着将这些晶舟推入至管式炉中，在该管式炉中将晶舟曝露至POCl3气体。POCl3气体处理亦导致底部及顶部边缘相较于中心区段具有较厚的掺杂剂沈积的严重“边缘效应”。顶部沈积区域及底部沈积区域两者经左右弧形成形，每一相对角在接合较大角区域的顶部及底部中心处由较薄腹板覆盖。将此图案视为在晶舟中分开的成对晶圆的约3至6mm的紧密间距的人为结果。
POCl3气体批量处理的结果为上部“A条带”、中心“B区”及底部“C条带”，其各自具有在越过晶圆侧向量测时相对一致的电阻值，但这些值在自顶部至底部垂直量测时自顶部区至中心至底部区极大地改变。为了获得在侧向及垂直两个方向上跨越晶圆及晶圆间的更好一致性，牺牲电阻值。亦即，在可达成80Ω/sq.或更高的高点电阻（spot resistance）值的同时，跨越晶圆及晶圆间的一致性如此差以使得晶圆不可使用。因此，在生产中，使电阻值下降（通常降低至40至55范围内），且偶尔高达56至65的范围。
亦存在于水中使用极低浓度（约5%）H3PO4（正磷酸）的两个水溶液处理；B）经由超音波喷嘴将酸溶液喷雾至晶圆上；或C）使晶圆通过酸溶液的“瀑布”。在此等当前可用系统中，在掺杂单元中使晶圆干燥。
在皆使用低浓度酸的喷雾或瀑布水性处理中，水为所使用溶液的约95%，H3PO4为剩余5%。至少一喷雾系统使用5%酸、作为界面活性剂的小百分数的醇及余量的水的混合物。在此变化处理中，存在掺杂剂涂层的晶圆间之差的一致性，且同样烧制后扩散层既不平整亦不一致。
在喷雾系统及瀑布系统两者中，由于使用过多水，因此存在每晶圆约3至5分钟的较长干燥周期。在瀑布系统中，且新近在由意大利TechnoFimes宣布的“云”系统中，传送晶圆通过专用纸的抛弃式辊上的润湿及干燥区。需要此专用纸来保持背侧清洁，但为单次使用的，从而在将晶圆转移至扩散炉传送机之后经收集并被抛弃。
除喷雾及瀑布处理的问题及限制外，晶圆表面上的相对厚的流体弯液面在延长的干燥周期期间可导致跨越晶圆的磷酸盐浓度变化，从而具有在晶圆表面上不均匀地涂覆掺杂剂（中心处较薄且边缘处较厚）的结果。此干燥处理阶段为缓慢的且难以控制。浓度/厚度变化引起在扩散烧制期间形成的p-n接面层的不均匀厚度，及金属化烧制之后的烧穿短路。
因此，在太阳能电池晶圆处理技术中存在未被满足的需要：在不使用单次使用的可消耗性纸输送基板、在整个太阳能电池晶圆生产制程中的下游不引入其他问题的情况下在涂布速度及均匀性两方面改良掺杂剂涂布阶段，并靠具有小设备占据面积的连续处理经济地实现此目标，且使掺杂剂涂布系统生产量与扩散炉的增大的生产量需求匹配，从而保持1:1或较低的资本设备比率，从而使得掺杂处理并非太阳能电池生产瓶颈，同时生产跨越每一晶圆且在晶圆间具有一致的高电阻值的经掺杂晶圆。
发明内容
本发明系针对一种连续、水平处理路径、掺杂剂涂布系统及制程，其用于藉由以一高速操作在一受控气氛及温度腔室中沈积热的高度浓缩正磷酸蒸气于经冷却的晶圆上而将广泛范围的P及/或B掺杂化合物涂布至单晶体及多晶体太阳能电池晶圆的一或多个侧，该热之高度浓缩正磷酸蒸气包含一经雾化的高浓度酸蒸气加上悬浮微观小液滴，相较于目前使用市售气体、液体或喷雾掺杂剂涂布器达成的情形，该掺杂剂涂布系统及制程导致这些晶圆表面上更均匀的掺杂剂层（在一给定晶圆上的边缘间更均匀，且在晶圆间更一致）。
藉由浓缩液体酸的惰性气体雾化而将该热蒸气形成于一温度控制蒸气产生腔室中。经由使用内部IR或电阻灯及外部腔室表面冷却来控制该蒸气产生腔室的温度。在一蒸气沈积处理腔室中，引导该经加热的蒸气通过一狭缝而至水平移动的晶圆的顶面上。此种涂布浓缩热酸蒸气的一经仔细控制的流以与该实质上更冷的晶圆顶面接触导致一均匀的掺杂剂酸冷凝层沈积于该晶圆的该曝露面上，此制程在本文中称为“层化”。本发明层化制程亦消除冗长的干燥阶段。
本发明制程亦消除对可消耗性单次使用纸输送基板的需要，且缩短了整个太阳能电池晶圆生产循环的掺杂剂涂布阶段部分所需要的时间。因此，本发明的层化制程在受控气氛温度及压力条件下将热浓缩酸蒸气引导至冷晶圆上准许在与当前涂布器相同的占据面积中使掺杂剂涂布加速（从而增大生产量）。
该热浓缩酸蒸气藉由两个主要替代实施来产生：第一，在目前较佳具体实例中，藉由将泵汲至一或多个雾化喷嘴中的高度浓缩（未稀释或仅中度稀释）正磷酸引入至一蒸气产生腔室中来产生该浓缩酸蒸气，藉由注入诸如N2的一或多种加压惰性载气流来使该酸雾化，该气体视需要可经加热。在该浓缩酸蒸气产生腔室或区中较佳藉由安置于该腔室内部的IR灯或电阻加热器加热该经雾化的酸加上载气，以形成在约80℃至200℃范围内的一热浓缩正磷酸蒸气。接着，经由至一蒸气沈积腔室中的定向流强制通风系统将该热浓缩酸蒸气分配至这些晶圆上，在待掺杂面（表面）向上定向的情况下传送这些晶圆通过该蒸气沈积腔室。任何额外蒸气在该晶圆路径下方的一较冷腔室中冷凝出，或经移除及再循环出入口挡板区及出口挡板区。
经由该蒸气沈积腔室的该顶部处的一狭缝进口来实施该浓缩蒸气于这些晶圆上的分配。或者，可经由类似于一空气幕或气刀总成的一狭缝管或经由诸如雷射穿孔氧化铝、开放气室式硅石、氧化铝或氧化锆发泡体、硅石烧结板或其类似者的多孔扩散板来将蒸气沈积于晶圆的该顶面上。该定向流包括在该蒸气沈积处理腔室的一受限区中将该浓缩酸蒸气向下抽汲至这些晶圆上，经由皆作用于这些晶圆上的输入N2压力及由冷凝产生的负压的一组合及在这些晶圆下方的一冷凝区中的额外蒸气冷凝来实施该蒸气流动路径。或者，定向流可藉由该处理腔室中的风扇及额外蒸气（例如，在这些晶圆下方）的诱发通风排气来产生。
在气刀实施中，定向流藉由跨越该晶圆顶表面按一实质上层流引导由该气刀总成狭缝产生的一蒸气幕来产生。在此具体实例中，随着这些晶圆沿输送皮带通过蒸气沈积处理区，藉由靠近这些晶圆且在这些晶圆上方安置的类似于气刀的复数个有槽管而将该热蒸气引导至这些相对冷或经冷冻的晶圆的顶表面上。在此实施中，随着这些相对冷或经冷冻的晶圆在这些气刀下通过，以一狭窄流将处于正压的热蒸气向下引导至这些晶圆的该顶表面上，且经由一诱导通风排气（例如，一N2引射器）连续地汲出额外蒸气，从而跨越这些晶圆的顶表面产生该浓缩酸蒸气的连续层流。在此蒸气分配系统中，该压力在这些晶圆上方通常为正，且在这些晶圆下方且在入口挡板区及出口挡板区中为负。
该藉由雾化形成该热浓缩酸蒸气较佳发生于一单独的雾化腔室、该蒸气产生腔室或区中，其中该所得热蒸气经管道输送至该蒸气沈积处理腔室的顶部，输送这些晶圆通过该蒸气沈积处理腔室。该雾化器蒸气产生腔室以背负样式装配于该蒸气沈积处理腔室的顶部上为较佳的，其中蒸气向下脱离至该蒸气沈积腔室中。在一替代具体实例中，该蒸气产生腔室可靠向一边，或以其他方式相对远离该蒸气沈积腔室，且藉由一管线歧管连接至该蒸气沈积腔室。
藉由多个侧向隔开的连续循环皮带、条带、股线或绳索将这些晶圆输送通过该掺杂机涂布单元，这些皮带、条带、股线或绳索藉由在该皮带路径的回行侧上通过一槽型清洗容器而经连续清洁。这些晶圆通过本发明掺杂机装置的停留时间通常在1.5分钟至6分钟的范围内。可使这些晶圆连续输送通过该蒸气沈积区，或该输送可为半分批的分度（断续）移动处理流程。
虽然可单独使用该掺杂机装置及制程，但结合本发明掺杂系统使用一UV预处理装置及处理步骤为较佳的。已发现使掺杂剂化合物将涂布至的Si晶圆面曝露于UV光历时1.5分钟至6分钟、较佳2分钟至3分钟范围内的周期会预调节该晶圆表面以更易于接受磷酸或硼酸掺杂剂化合物，结果为该掺杂涂布跨越晶圆（左右地及顶部至底部地）为更均匀且浓缩的，且在晶圆间为更均匀的。亦可由氧进行补充的UV预处理亦缩短整个Si晶圆处理操作的掺杂步骤的处理时间。此情形准许该掺杂操作的较大生产量以向扩散炉进行馈送。该UV预处理诱发该Si晶圆顶表面的表面层的氧化，藉此在下一个下游掺杂机装置中促进冷凝成核及结合至晶圆表面。
因此，作为一选项，但作为尤其用于处理多晶体（亦称为多个晶体）硅晶圆的本发明掺杂机系统装置及方法的一较佳具体实例，本发明包括一沿一水平传送机皮带分为一上部部分及一下部部分的UV预处理模组，该水平传送机皮带将多个行的晶圆自一输入端输送至一输出端。复数个导螺杆类型升降机用以实现该上部部分升高至该固定下部部分上方以准许对携载这些灯的外壳的内部的接近及对该传送机的接近，该传送机与该固定的下部部分一起维持于适当位置。由于该预处理模组的传送机较佳随动于该掺杂机传送机系统，因此该预处理模组的该输出端以同一处理速率馈送掺杂机的这些行。
该UV预处理模组的该上部部分包括复数个间隔开的UV灯，这些灯横向于晶圆的移动方向而定向。在目前较佳的实施中，可使用具有在10nm至400nm范围内的输出的4至16个UV灯。一合适灯为具有包括峰值的波长输出的一低压汞蒸气UV灯，这些峰值藉由促进一氧化层形成于晶圆的表面上而尤其适于对晶圆的硅进行预调节，该氧化层更易于接受浓缩酸掺杂剂化合物的成层。该预处理模组包括一进口挡板及一出口挡板，可经由气刀系统将压缩干燥空气（CDA）或惰性气体（视需要补充有氧）引入至该进口挡板及该出口挡板中。可在一CDA气氛中或一在一惰性载气中包括足够氧的受控气氛中操作该预处理模组以辅助在这些晶圆上形成一氧化层。
在一第二重要替代实施中，将呈电浆形式的蒸气（亦即，一带电热雾或蒸气）引导至这些晶圆的表面上。在此具体实例中，该热电浆雾/蒸气藉由一或多个电荷集管或一导电多孔扩散板而带正电荷。这些晶圆较佳藉由使用由诸如含碳聚丙烯腈橡胶的导电弹性体或诸如氮化不锈钢的其他导电材料形成的皮带而接地。该带电热电浆雾被吸引至经接地晶圆，从而形成一均匀涂层。
在一用于产生该热浓缩酸蒸气的替代性雾化制程中，浓缩酸（有或无小量水）及载气经由一喷嘴向下雾化至一诸如一玻璃柱体的腔室中，该腔室藉由在该腔室周围排列安置的高强度IR灯（例如，在外壁周围且向内指向地安置的6个灯）而自外部加热。将加压N2气射流引导至该雾化器总成中，在该雾化器总成处将该加压N2气射流与该浓缩酸混合，且接着向下雾化至该经照射（经IR辐射加热）雾化腔室中，在该雾化腔室中形成该浓缩热蒸气，其在压力下悬浮于该载气中。一管将该雾化腔室连接至该晶圆处理腔室的顶部。由于该雾化腔室中的该所产生的热浓缩酸蒸气被加压，且藉由诱导通风风扇或压缩空气文氏管（引射器）自下方连续对该蒸气腔室排气，因此该热浓缩酸蒸气被从该雾化腔室汲出并引入至该晶圆处理腔室的该蒸气区中以涂覆这些晶圆。
在所有具体实例中，将加压N2用以在该雾化腔室中使该液体酸化合物雾化从而产生该热浓缩酸蒸气。在至该处理腔室蒸气区的入口处，该热浓缩酸蒸气系恰稍高于大气压力，以防止外部潜在受污染的空气泄漏至该蒸气区中。该处理腔室在其排气埠处维持为轻微负压以诱发流动。然而，在该雾化器蒸气产生腔室与该蒸气涂覆处理腔室之间保持一正压差，使得该酸冷凝物流动至该处理腔室中，在其中冷凝发生于相对较冷的晶圆上。尽管处理腔室的顶壁可能经加热以刚好足以阻止该顶壁上的可导致酸小液滴滴落于晶圆上的冷凝，但该处理腔室内部并不经加热。在该处理蒸气涂覆区中将晶圆曝露于浓缩正磷酸的气氛，且随着浓缩正磷酸流过该处理腔室蒸气区，该酸涂覆晶圆顶表面或冷凝于晶圆顶表面上。较佳地提供气刀，从而在该晶圆/皮带入口及出口处在室温下提供加压的经过滤空气或诸如N2的载气，从而防止周围外部空气渗入及酸蒸气逸出到蒸气区及处理腔室外部。
以一用浓缩酸蒸气装载处理腔室蒸气区但不产生在晶圆表面水平面处导致紊流的涌流的方式将该热处理蒸气引导至该腔室中在目前为较佳的。因此，该蒸气通过该腔室的该流动可描述为在静态至轻微层流的范围内。在使用气刀的实施中，该流速及方向经定向以提供层流，以便并不向上升高这些晶圆或升高这些晶圆离开转移皮带。经由该腔室的顶部（或者或另外经由相邻于该腔室顶部的一或多个侧壁）将该热浓缩酸处理蒸气引入至这些晶圆上方从而至该蒸气区中。在通过这些晶圆之后，自该腔室的该底部汲出耗乏的蒸气。可以广泛范围的方式吸取该耗乏的蒸气，这些方式包括ID风扇、使用压缩空气或N2气文氏管的引射器或产生一诱导通风的烟囱。该热浓缩酸蒸气为相对厚重且黏稠的，且因此该雾化器腔室及该处理蒸气腔室中的该蒸气可特征化为一光学上与雾一样致密且以一流体方式移动的白色蒸气。
此外，该浓缩正磷酸为相对吸湿的。因此，使湿气不进入该雾化器蒸气产生腔室、该处理腔室及蒸气区为较佳的。此情形可藉由以下操作来实施：使该处理设备定位于的气氛维持除湿或/及藉由在使用之前通过合适吸附剂塔或蒸气捕集器，将“密封”该掺杂涂布装置的进口及出口的至这些空气帘幕刀的加压N2及该压缩空气维持为干燥的。
该处理腔室包括侧向（横向）垂直端壁，这些端壁各自具有一垂直方向上小的水平狭缝从而准许用于引入并撤回晶圆的皮带输送系统延伸通过。该处理腔室的内部为合适的额外侧向、水平或/及倾斜挡板，这些挡板限定并引导该蒸气流以辅助控制该蒸气处理腔室内的气氛。水平及成角度的顶板的一组合以及该腔室内的在皮带输送机下方的地板辅助控制所引入蒸气及至吸取歧管的已用蒸气的流动方向或/及蒸气冷凝物的收集。
如所注释，该输送系统为一连续循环，较佳为复数个塑胶皮带，一皮带针对该掺杂机的每一道。在以下所描述的例示性具体实例中，该掺杂机具有5个道。在一替代输送系统中，使用通常为织带或横截面为圆形的侧向隔开的条带、股线或绳索。该输送皮带或条带由一或多个驱动辊驱动，且由一系列空转辊或滑轮沿一上部水平晶圆输送区段导向从而使晶圆移动通过该处理腔室。藉由在一回行区段中在倾斜挡板下方使辊重定向来导向这些皮带或条带。在该回行区段中相邻于该出口端安置的为一向这些输送皮带及条带提供可调整的张紧力的驱动及空转辊系统。
将一张紧辊安置于一容器槽中为较佳的，将干净的去离子水连续引入至该容器槽中，且将来自该蒸气产生及蒸气沈积区的废冷凝物引导至该容器槽中。皮带或条带通过空转轮，这些空转轮将该皮带重定向从而向下至该容器中并围绕张紧辊，并在浸没于水中的同时返回。该水清洁皮带或条带，且该“清洗”水越过一堰而汲出至一排水沟。经清洁的皮带或条带继续返回该单元的该入口端，在该入口端处皮带或条带经重定向以形成该水平晶圆输送区段。视需要，将逆向旋转硬毛刷定位于皮带或条带的面，或面与背面上以辅助清洁。这些硬毛刷较佳地包括装配有刷子的空心心轴，且在该心轴的一末端处供应水。水经由沿该心轴的孔洞离开以用净水润湿这些刷子，且自核心向外连续地冲洗这些刷子。
在另一重要替代具体实例中，这些晶圆随着进入处理腔室或/及随着其穿过处理腔室蒸气沈积区而经冷却，以辅助热处理蒸气冷凝于该晶圆表面上。相较于一喷雾或瀑布涂布系统，蒸气的水含量为相对较低的。此外，冷凝释放了蒸气的潜热。因此，这些经涂覆晶圆并不需要延长的干燥时间；确切而言，其实际上干燥地离开腔室，使得其可立即行进至下游扩散炉，本发明的掺杂机系统馈送涂覆有掺杂剂的晶圆至该下游扩散炉以供烧制。
在需要之处，与恰在蒸气沈积腔室的出口端外部（下游）的出口挡板腔室相关联地安置的一简单加热系统可用以使这些晶圆干燥。较佳加热构件包括一辐射光或IR灯系统，或诸如经由挡板气刀引导至晶圆的一或多个表面上的压缩干燥空气（CDA）或N2气的温暖干燥空气。在替代例中，将一短挡板类型干燥腔室安置于该掺杂机装置的该出口与该下游扩散炉中间以在将这些经干燥的经磷酸涂覆的晶圆引入至该扩散炉以形成该p-n接面层之前（例如）藉由使用CDA或IR灯来提供一初步干燥转变。
在一重要替代性实施例中，该掺杂机的出口处的该干燥腔室可包括UV灯以针对该扩散烧制处理来调节这些经掺杂晶圆，此调节导致使该扩散烧制循环缩短（掺杂后的UV调节或扩散前调节）。这些UV灯可与上文针对该预处理模组所描述者相同，但中压汞蒸气UV灯为较佳的。此掺杂后的扩散烧制预调节模组可为该掺杂机系统的部分、恰在扩散炉上游的一单独的转变模组，或可整合于该扩散炉的第一预热区中。
在使用处理电浆（带电荷热蒸气或雾）的又一重要具体实例中，该腔室的这些横向入口端挡板及出口端挡板带正电荷以排斥电浆，其有助于防止这些电浆泄漏出这些末端狭缝且藉此控制腔室气氛。在另一替代例中，一电荷棒可用于该腔室的入口端处以向这些晶圆提供负电荷。在此具体实例中，这些皮带由不导电弹性体制成，使得这些晶圆的唯一放电系藉由与带正电荷的电浆组合。可提供诸如一氮化不锈钢杆或电刷系统的一接地以提供必要电荷流。
在处理腔室内部（包括其中的蒸气沈积区）包括经定向以将清洁DI水引导至该腔室的内部表面从而周期性地进行冲洗清洁的复数个小喷雾喷嘴为较佳的。这些喷嘴藉由一合适的管线歧管连接至一计量式DI水源及计时器。此情形防止诸如POCl3的酸副产品的不适当堆积物积聚于这些壁上。
在目前较佳具体实例中，该蒸气产生系统背负于该处理腔室的顶部上，且包括底部孔隙从而为经由一或多个狭缝直接引入至该处理腔室的顶部中的该蒸气提供一流动路径，该一或多个狭缝平行于晶圆处理路径或横向于该晶圆处理路径而定向。
熟习此项技术者将易于认识到并了解，可在无不适当实验的情况下实施本文中所描述的若干具体实例的各种特征的任一组合的实施。在此方面，引入至该背负式蒸气产生腔室中的浓缩酸溶液系在约40%至86%的范围内，且逼近该蒸气处理腔室中的平衡。关于带电电浆具体实例，该电压为相对低的，例如为约1000伏特至约2000伏特。关于晶圆的UV调节，该步骤为可选的，但UV预处理较佳地在本发明掺杂机系统装置的入口端处实施，且较佳地连续地处于与晶圆被馈送至掺杂机的传送机皮带中或上的速率相同的速率。该蒸气冷凝腔室区的冷却系统为可选的，但在使用时较佳地在蒸气涂布及冷凝处理腔室（掺杂腔室）的至少一部分中安置于皮带之下。尽管皮带、织带或绳索类型橡胶或聚合物皮带目前较佳地用于通过掺杂腔室的输送系统，但亦可使用钝化金属带或指状驱动器，诸如氮化不锈钢或镍铬合金钢丝带或侧指型驱动器。
随后在一扩散炉中处理这些经掺杂晶圆以藉由扩散至硅或其他高级晶圆材料中而产生p-n接面表面层或背面电场层。本发明掺杂剂涂布器可为与一扩散炉配对的上游模组，且该两者可为一整合制造线的部分，该制造线包括晶圆上的耙指及汇流排的后续丝网印刷及这些晶圆的后续烧制以与硅或其他晶圆材料形成欧姆接触。在一共烧制系统中，这些晶圆的顶侧涂覆有一磷酸掺杂剂，且底侧涂覆有硼酸掺杂剂。
附图说明
图1为包含一将晶圆馈送至掺杂机模组的UV晶圆预处理模组的本发明装置系统的自左至右的示意性侧向立面图，该掺杂机模组又经由短的中间干燥区将涂覆有酸掺杂剂的晶圆馈送至扩散炉中；
图2为UV模组及掺杂机模组的等角视图，入口系在左侧上且出口系在右侧上，其中UV模组的上半部的右侧经移除以展示模组内部的UV灯，且掺杂机模组的顶半部经移除以展示掺杂机的输送皮带；
图3为本发明掺杂机模组装置的自右前侧起的立面等角视图，其中晶圆输入系在左侧上且晶圆输出系在右侧上，且展示背负于晶圆处理道区的顶部上的雾预备腔室，并以虚线展示在晶圆处理腔室内部的倾斜的滴流地板挡板；
图4为图3的本发明掺杂机模组的自相反的左后（出口）侧所见的立面等角视图；
图5为本发明掺杂机模组的侧向立面图，其中前面（入口）在左侧且后面（出口）在右侧，从而展示雾预备腔室的准许排水的斜面；
图6为掺杂机模组的前横向立面图，为了明晰及比例而省略了框架的一部分；
图7为图2至图6的本发明掺杂机模组的自右侧入口端所见的立面等角视图，从而展示外壳的右侧经移除以显露输送系统、晶圆冷却板的第一具体实例、输送皮带清洗槽、将处理腔室分为用于每一处理道的区的各种内部挡板及上文的雾预备腔室的内部；
图8为本发明掺杂机模组的下半部的等角视图，其中侧壁被移除以展示包括皮带张紧及清洁/槽装置的输送皮带系统；
图9为示意性地说明用于对Si晶圆进行掺杂的本发明制程的操作流程示意图；
图10为本发明掺杂机模组的下半部的等角视图，其中侧壁经移除以展示使用条带、绳索或挠性管路的替代性输送系统具体实例；
图11为本发明掺杂机模组的下半部的等角视图，其中右侧壁及所有皮带（除一皮带外）经移除以展示安置于晶圆输送路径之下的横向冷却散热器，且展示地板冷凝物回行挡板；
图12为本发明掺杂机模组的下半部的等角视图，其中皮带经移除但展示纵向冷却散热器的第二具体实例，且垂直张紧辊在皮带槽的每一末端处抬起；
图13为本发明掺杂机模组的第二具体实例的示意图，其中雾预备腔室与晶圆处理腔室分离并经由集管连接至晶圆处理腔室，喷雾器喷嘴安置于垂直雾预备腔室的顶部处，且包括恰在晶圆处理腔室上方的电浆产生器集管。
图14为图11的本发明掺杂机模组的第二具体实例的示意图，其中喷雾器喷嘴定位于雾预备腔室的侧壁中；及
图15为在图13或/及图1至图12及图14的具体实例中使用的电浆电荷集管的垂直剖面图。
具体实施方式
参看附图更详细地描述本发明。
以下详细描述举例而言而非藉由限制本发明的范畴、等效物或原理来说明本发明。此描述将清楚地使得熟习此项技术者能够制造并使用本发明，且描述本发明的包括目前咸信为进行本发明的最佳模式的若干具体实例、调适、变化、替代例及使用。
图1展示本发明晶圆处理系统10的若干模组的示意图，该晶圆处理系统10自左至右顺序地包含：A）UV预处理模组10A；B）转移马弗炉10B，其视需要但较佳地藉由引导至晶圆顶部或/及底部表面上的冷N2气来冷冻经过该马弗炉10B的晶圆；C）掺杂机模组10C，其中藉由作为蒸气层涂布的高度浓缩的正磷酸涂覆晶圆的顶表面；D）第二转移马弗炉，其视需要但较佳地藉由将热的干燥N2气引导至经酸涂覆的晶圆的顶表面及底表面两者上来充当辅助干燥器；及E）扩散炉10E，该扩散炉10E在具有如图所示的单独转移皮带的出口马弗炉10F中终止于其出口末端处。若干个模组中的每一者较佳地被水平分为可垂直移动的上半部12a及固定的下半部12b。藉由若干个模组的转移系统16a至16f沿藉由左侧的箭头P指示的处理路径引导晶圆14。各种处理步骤区中的例示性晶圆在进口处识别为14a，直至在马弗炉10F的出口末端处的转移皮带16f处识别为16g。晶圆14g一般将向下游转移至用于藉由抗反射涂覆层涂覆晶圆的顶表面的涂布器中，接着经干燥，藉由精细收集器线对晶圆的顶表面进行丝网印刷，并将膏涂覆于整个底表面上以用于背部接触层，且最终在金属化炉中烧制以完成晶圆至太阳能电池的转化。
UV模组包括藉由侧向隔开的端壁定界的进口挡板区18，这些端壁具有仅垂直方向上足够宽从而接纳皮带16a上的晶圆的狭缝。进口挡板区18包括定位于晶圆上方及下方的气刀20。随着晶圆在UV预处理调节区22中于转移皮带16a上移动通过，可经由气刀23将受控气氛气体流施加至晶圆上。受控气氛较佳选自压缩干燥空气（CDA）、O2或具有预先选择量的氧的惰性气体（例如，具有约5%至约20%O2的N2）；亦即，足以诱发Si晶圆顶表面的氧化藉此促进下一个下游掺杂机装置中的冷凝成核及至晶圆表面的结合的氧量。气刀20、23在UV模组中辅助提供正压，以排斥周围空气及湿气，藉此控制UV模组内的气氛。针对若干个挡板区中的每一者展示了排气烟囱21；这些排气烟囱21可能补充有碳滤器。
主要UV预处理腔室22包括复数个横向定向的UV灯24，其沿处理路径P隔开以随着晶圆自进口位置14a过渡至出口14b而诱发对晶圆的顶表面的氧化。例示性UV腔室总成22使用在皮带上方3至4''、间隔开4.5''的12个灯。与转移皮带16a、16C及16e相关联的箭头T展示皮带的回行方向；晶圆14a至14g的运动在图1中系自左至右。因为比例，未展示UV模组的驱动；较佳地该驱动随动于掺杂机入口辊中间动轴以确保UV模组输送率与掺杂机相同。
转移马弗炉10B可为UV模组10A或掺杂机模组10C的一部分，或可为独立模组。此转移马弗炉10B提供至掺杂机模组10C的过渡，且较佳地包括气刀20，该气刀20将经冷冻的干燥N2气25引导至晶圆的顶部上从而对晶圆进行预先冷却，以便辅助诱发晶圆上的在掺杂机晶圆处理区28中涂布的浓缩酸蒸气的冷凝。
掺杂机模组10C分别包括进口挡板区18及出口挡板区26，其每一者包括气刀20。经由进口挡板区18中的气刀施加经冷冻的压缩干燥N2气，而经由出口挡板区26及可选过渡干燥马弗炉10D中的气刀施加经加热的压缩干燥空气或N2气。经冷冻的气体使晶圆冷却，而在将浓缩酸蒸气涂布于晶圆上的后经加热的气体对晶圆进行干燥。经冷冻的气体及经加热的气体皆用以防止周围空气吸入至掺杂机10C的中央晶圆处理区28的受控气氛中。视需要，随着晶圆经过掺杂机模组，使用置放于皮带下的冷却板或散热器30使晶圆冷却，将散热器实施为横向于或平行于晶圆14c、14d的处理行进路径定向的复数个区段。散热器合适地由如图所示的经冷冻的水31（入）及33（出）冷却，或可使用诸如乙二醇或经核准的“绿色”碳氟化合物致冷剂中的任一者的致冷液。
作为一选项，内部干燥区32可安置于晶圆处理区28内部。此区包含具有皮带/晶圆进出狭缝的横向进口挡板及出口挡板、以及使此区与酸雾隔离的顶部。此干燥区包括一或多个高强度红外线（IR）灯34，举例而言展示了三个灯。随着晶圆自位置14c向右移动，此等IR灯在第一层化处理步骤中将酸最初涂布至晶圆14之后使晶圆干燥。接着，随着晶圆自内部干燥区32出现，此等晶圆再次由第二层酸予以涂覆，经双重涂覆的晶圆14d在挡板区26及干燥器10D中被干燥。
本发明掺杂机装置10C亦包括热浓缩酸蒸气产生腔室36，该热浓缩酸蒸气产生腔室36在此图中展示为“背负”地装配于晶圆处理腔室区28上方。酸蒸气产生腔室36包括一或多个内部IR灯34，且浓缩酸及N2气被引入（此情形在此处展示于左端处）。雾化喷嘴37及来自灯的热产生热浓缩酸蒸气，其经由蒸气转移歧管38离开而至晶圆处理区28的顶部中。晶圆转移皮带16c在其回行路径上通过槽40，在其中藉由通过水浴来清洁皮带。自入口挡板18及出口挡板26的烟道排出的任何酸蒸气被（例如）经由槽40发送至再循环装置41。
晶圆14d行进通过对气体加热的出口挡板区26、通过干燥模组10D而至扩散炉模组10E中。出口挡板26及干燥模组10D中的任一者或两者较佳地包括将压缩干燥空气或N2递送至晶圆以辅助使晶圆干燥的气刀20。出口挡板及干燥模组10D两者亦可包括卤素灯或IR灯34以辅助使晶圆的顶表面上的酸/水层干燥。当经干燥的晶圆14e进入扩散炉10E的处理区时，这些晶圆在顶表面上具有粉末状白色涂层。
在重要替代例中，掺杂机模组10C的出口处的干燥腔室10D可包括一或多个UV灯24以针对炉10E/10F中的扩散烧制处理来调节经掺杂晶圆。此UV调节导致使扩散烧制循环缩短。对于此扩散预调节模组较佳的UV灯24为中功率汞蒸气灯。此掺杂后的扩散烧制调节模组可为掺杂机装置系统10C或10A/10B/10C的部分、单独的过渡模组10D，或可整合至扩散炉10E的第一预热区11中。此调节可视为掺杂后调节或扩散烧制前调节。
扩散炉10E包括专用传送机系统16e，其并不将金属污染物引入至晶圆中。炉10E包括在预热区11下游的藉由高强度IR灯加热的复数个区，这些灯在传送机系统上方及下方。这些区经控制以随着晶圆自位置14e行进至出口位置14f而提供沿处理路径的加热及冷却的预定所选择热分布。
模组10A、10C及10E全部具有顶部升“高”接近设计，其中模组12b的下部部分紧固至框架，且安置于每一模组的角处的升降机为了接近皮带以供维修而使模组12的上部部分在转移皮带上方升高并降低。模组升降机较佳具有导螺杆类型，使得在模组处于关闭、下降位置时不存在功率汲取（power draw），为模组操作做好准备。通常，存在针对掺杂机模组10C的控制器，该掺杂机模组10C可控制UV预处理模组10A，尽管两个模组10A及10C可独立地升高及降低。扩散炉模组10E包括针对其操作的专用控制器，使得扩散炉模组10E可独立于其他模组10A及10C而升高及降低。在转移马弗炉紧固至其相邻模组的上部部分12A的情况下，转移马弗炉可与各别模组一起（例如，10B与10A一起及10D与10C一起）经升高及降低。
操作实施例：
经由UV预处理模组10A、包括转移马弗炉10B的掺杂机模组10C及干燥模组10D处理标准多晶6平方吋Si晶圆，且接着在扩散炉10E中加以烧制。在UV预处理模组及掺杂机两者中的停留时间各自为2分钟。
藉由Jandel Model3000的四点探测系统（可购自Bridge Technology,sales@bridgetec.com）来评估所有5条线中的所得经掺杂并经烧制的晶圆，以判定在侧向跨越晶圆且在晶圆上垂直上/下地均匀隔开1''（自每一边缘起的1''开始）的25个点处的晶圆的薄层电阻。对于关于使用四点探测以判定薄层电阻及电阻率计算的技术资讯，参见http://www.four-point-probes.com/short.html。跨越来自所有线的16个例示性晶圆且跨越所有晶圆，以欧姆/平方为单位（标准量测量度）的电阻率为极好的，在66Ω/sq.的低值至个别点处的94.2Ω/sq.的高值的范围内，其中与晶圆平均值的偏差在±2.1Ω/sq.的低值至±3.16Ω/sq.的范围内。整个晶圆上的平均值在69.44±2.2Ω/sq.至91.11±2.67Ω/sq.的范围内。
在对同一类型晶圆不使用UV预处理的比较性测试中，就跨越晶圆及晶圆间的电阻而言，均匀性低得多（约>5Ω/sq.），该偏差为使用UV预处理步骤时的偏差的两倍。此情形表明在掺杂处理步骤上游使用UV辐射预处理的出乎意料且有益的结果。
返回诸图的详细描述，图2更详细地说明UV模组10A及掺杂机模组10C，为了明晰，省略了中间转移马弗炉10B。如藉由左侧处的箭头P可见，晶圆转移移动在此图中系自左至右。在此实施例中，每一模组装配于机架42上，其包含合适的纵向轨道、垂直支脚及横跨部件。4支柱类型导螺杆类型升降机系统44被展示为连接至UV模组10A的上区段及下区段，使得上半部可经升高从而接近转移皮带16a，在转移皮带16a上描绘了五个晶圆14b。如可看到，下半部12b固定至机架部件42，而上半部12a藉由同步工作的升降机44而可相对于下半部12b垂直移动。掺杂机模组10C的整个上半部28U已被省略，以展示与掺杂机模组的下半部28L相关联的转移系统的多皮带具体实例。在此具体实例中，UV预处理模组具有一足够宽从而以称为五条线A至E的5并列阵列输送晶圆的单一皮带。相应地，每一皮带16c包含掺杂机的单独线，多线掺杂机模组10C的具体实例经展示。单一连续构架系统可用于两个模组，或每一模组可具有其自己的机架，在后一状况下，将配对连接器用以准确对准地接合两个模组。展示了掺杂机模组升降机44，以及在模组的槽40下方以捕获任何酸溢出的酸滴收集盘50。
图3展示自右前侧观察到的掺杂机模组10C，其中上半部12a（28U）系在操作位置中，其向下闭合于固定的下半部12b（28L）上。下半部固定地装配至机架部件42，且如上文所描述的升降机44相邻于其四个角经紧固以相对于固定的下半部12b提升上半部12a从而存取五个皮带16a，一皮带界定每一线L1至L5。展示为箭头P的晶圆处理路径系自左至右，且输出的经掺杂晶圆14e离开而进入下游扩散炉10E（参见图1）中。请注意，将晶圆处理腔室28水平地一分为二为上半部28U及下半部28L。进口挡板区18包括一具有进口狭缝48的横向进口端壁46，经UV预处理的晶圆在皮带16c上通过该进口狭缝48。相同情形适用于出口挡板区26，该端壁在此视图中不可见。模组之下为安全收集托盘50，该安全收集托盘50具有升高的侧壁以防酸溢出。请注意，此实施为5道掺杂机模组，这些道界定于28U的外部侧壁与横向隔开的内部纵向挡板（在此视图中不可见）之间，从而界定道L-1至L-5。对应于每一道为蒸气产生腔室36，这些腔室被识别为VGC1至VGC5。如图所示，在（举例而言）VGC5的左端处向每一蒸气产生腔室36馈送N2气（视需要经加湿）及高度浓缩酸（视需要酸/水混合物）。每一蒸气产生腔室36包括一内部IR灯34。展示VGC1的浓缩酸蒸气转移歧管38，而在此视图中看不到其他浓缩酸蒸气转移歧管。可移除面板49提供对处理蒸气涂布腔室28U的内顶壁的可选加热器（未图示）的接近。以虚线来展示具有IR灯34的可选内部干燥区32的位置。由于需要将IR灯维持于全功率，因此如藉由箭头C所示，空气冷却蒸气产生腔室的外侧，鼓风机将空气引入至相邻蒸气产生腔室VGC1与VGC2等之间的间隙中。
图4为类似于图3但自相反的对角角落获取的等角视图，零件经相同编号。在出口挡板区26的横向端壁46中展示出口狭缝48，且在左侧展示蒸气产生腔室36a至36e（VGC1至VGC5）中的每一者的IR灯34。在图3及图4两者中识别具有IR灯34的可选内部干燥区32的位置，其中在上半部模组28U的顶部上展示出入舱口49。如藉由处理路径箭头P所示，经UV预处理的未经掺杂晶圆14b的掺杂机的输入端系在右侧。
图5为用相同零件编号所说明的图3及图4的掺杂机的右侧立面图，将晶圆沿路径（箭头P）自左侧的进口位置14b输送至右侧的14e出口。在此视图中，溢出托盘50的侧壁为明显的。此外，起重器44的马达54为可见的。如图所示，槽40包括底部处的标记为H2O的水入口及标记为排水沟的溢流堰式排水沟。蒸气产生腔室36在其末端处藉由支架56支撑，且左侧的低端包括排水沟58。请注意，入口挡板区18的左侧端壁46a短于出口挡板区26的右侧端壁46b。因此，掺杂机蒸气涂布处理腔室区段28U的上半部具有倾斜顶壁，在该倾斜顶壁上装配蒸气产生腔室36a至36e。由于支脚56长度在每一末端处相等，因此蒸气产生腔室朝向雾化器37定位所在的末端向下倾斜，从而准许蒸气产生腔室排出可能形成的任何冷凝物。内部IR灯34使所产生的蒸气维持于所选择的高温，以确保蒸气经由歧管38向下递送至界定于内部横向挡板壁68a与68b之间的蒸气涂布腔室28U中。雾化器喷雾及所产生的蒸气在内部分别示意性地展示为线及点。掺杂机模组12a的上半部的完全提升的轮廓由点划线R来表示，该情形起因于升降机44使蒸气产生腔室28U升高以提供对蒸气产生腔室28U内部的接近的致动。
图6为自掺杂机10C的入口端起的端视图，该端视图更清楚地展示专用于个别线L-1至L-5的皮带16c1至16c5，每一线藉由可透过进口狭缝48看见的内部纵向挡板52分离。在酸产生腔室36a及36e的端壁中更清楚地可见用于酸及N2气的引入的单独线，以及用于灯34的电力连接，针对蒸气产生腔室36a至36e中的每一者有一电力连接。请注意，存在经由集管38a至38e将热浓缩酸馈送至界定于每一线的侧挡板52之间的每一单独线L1至L5的专用蒸气产生腔室。掺杂机模组12a的上半部的完全提升的轮廓由点划线R来表示，该情形起因于升降机44使蒸气产生腔室28U升高以提供对蒸气产生腔室28U内部的接近的致动。请注意，线L5的皮带16c5经展示为较佳具有防滑表面的耐酸塑胶链带。
图7为掺杂机模组10C的等角视图，其中右侧壁经移除以沿道L1的纵向（处理路径）中线曝露道L1。掺杂机模组的上半部的顶部63横越纵向侧壁46a与端壁46b之间。此视图在掺杂机模组的上半部28U中展示界定于共同端壁68a与68b之间的晶圆蒸气层化处理区70。此等壁分别为入口挡板区18及出口（干燥）挡板区26的内壁。因此，入口挡板区18界定于横向模组外壁46a与共同横向内壁68a之间，而出口挡板区26界定于共同横向内壁68b与出口端处的横向模组外壁46b之间。由于模组10C的右侧外壁在此视图中已被移除，因此可看见系道L-1区的左侧的内垂直纵向挡板52。经由展示的若干个转移歧管38、38a及38b、经由横向狭缝72将产生于蒸气产生腔室36a至36e中的经加热酸蒸气递送至蒸气层化处理区70。随着晶圆沿详细展示的各别道L1通过，狭缝72形成层化于晶圆的顶表面上的蒸气流或片。蒸气处理区70包括双向倾斜的顶板64，该顶板64辅助将蒸气自狭缝向下引导至皮带，在皮带上在此视图中晶圆自左至右传递以实现使蒸气层化于晶圆上。在此视图中，并未展示皮带；确切而言，描绘了皮带在上面移动的滑动器。
此视图在下半部模组28L中亦展示倾斜底板76，其成一角度以准许额外冷凝的酸/水化合物排泄至槽40中。下半部28L的底部由在横向端壁90a与90b之间延伸的底部壁78形成。剩余的有编号零件系如上文所描述。
图8为掺杂机模组的下半部28L的展示皮带路径的视图。此视图部分地为截面，展示左侧壁79b（右侧壁79a经移除且因此并未展示）。道L1的可选纵向下挡板经移除以便不使图式复杂。在此视图中，道L1至L5的皮带16c1至16c5经展示为自左侧的进口开始，如由箭头P所示。皮带缠绕轴80上的进口辊，延伸通过掺杂机至轴82上的脱离辊，且由此沿其回行路径环绕重定向界面辊86及安置于槽40中的张紧辊88延伸。在一具体实例中，在左侧的进口端处，驱动辊安置于右端处的中间动轴82上，该轴经由驱动齿轮（未被展示为装配于该轴上）驱动，该驱动齿轮以习知方式藉由链条连接至驱动马达（未图示）。在回行路径上，皮带经过界面辊86，该界面辊86围绕安置于槽40中的张紧辊88向下转动皮带，在槽40中皮带被水清洗。倾斜滴液面板76支撑于底部面板78上方。
图9示意性展示用于对Si晶圆进行掺杂（P）及共掺杂（B及P）的本发明制程的整个操作流程。遵循图，保存于储存器中的经过滤的浓缩正磷酸经泵汲至处理酸容器中，将该容器维持于足够的N2压力下以防止空气及湿气渗透。酸浓度系在约40%至90%的范围内，且较佳地在60%至86%的范围内。酸经过滤，且经由酸分布歧管及计量泵引入至掺杂机10C的五个蒸气产生腔室（VCG）36中的每一者，在这些蒸气产生腔室（VCG）36中，酸藉由加压的干燥（且视需要经加热）N2气在雾化器37中经雾化，该N2气经压力及流量调节而至每一VCG。每一VGC36藉由腔室内部的IR灯34加热。形成于VGC36中的任何冷凝物被排出并收集于蒸气捕集器中，接着投送至槽40或再循环至处理酸容器中。热浓缩酸蒸气HCAV经由歧管38分配至掺杂机上部部分28U的处理蒸气涂布（层化）区70中。随着蒸气通过狭缝72进入，掺杂机内部的加热器66辅助维持蒸气的适当温度。转移皮带16c1至16c5将晶圆自入口移动至出口（14b至14e）。在通过蒸气涂布处理区70期间，蒸气在相对较冷的晶圆上冷凝。额外蒸气在处理区70下方冷凝，且被回送至槽40。转移皮带藉由驱动系统84驱动，且接着在槽中藉由新鲜DI水92进行清洗。在处理操作期间维持自处理区70的底部的蒸气冷凝及晶圆层化部分处的冷（低于浓缩酸的露点）至蒸气产生区中的热（高达约200℃）的热梯度。为了辅助热控制，冷却构件30（诸如水冷盘管）可提供于皮带路径下方。此外，在蒸气产生区36及处理区70中将压力维持为轻微正压，其中在皮带及挡板18及26中的引射器下方的冷凝提供轻微负压。结果为功能上密封的处理区。
图10展示本发明掺杂机模组的输送系统的替代具体实例。再次部分地展示掺杂机模组的下半部28L的截面，其中道L-1的右侧壁79a及左侧（进口）端挡板被移除。在此视图中，输送系统包含（例如）横截面为圆形的弹性体条带、股线或绳索对16c1至16c5，道L1至L5中的每道使用两个侧向隔开的带。晶圆路径藉由箭头P识别，且展示输送条带的完整路径，该完整路径包括围绕左侧的进口端处的张紧辊80、右端处的中间动轴82上的驱动辊的回行路径。驱动齿轮84以习知方式藉由链条连接至驱动马达（未图示）。在回行路径上，皮带经过界面辊86，该界面辊86围绕安置于槽40中的张紧辊88向下转动皮带，在槽40处皮带被水92清洗。经由底部入口及以上图9中的侧溢流排水沟示意性地展示水的供给。在右侧可见垂直下挡板对74，但为了明晰已被从左侧移除。在左侧，可见倾斜排水子面板76支撑于底部面板78上方。展示例示性横向冷却板30a、30d，为了明晰在此比例下省略冷却水入口及出口（对于该细节参见图1、图11及图12）。
图11为类似于图8及图10的等角视图，其中为了明晰移除了所选择零件。在此视图中，展示道L1对的仅一传送机带16c，为了明晰省略了道L2至L5的剩余四对侧向隔开的平行皮带。此视图展示额外横向散热器30b、30c及30d，其各自包含装配于翼片中的正弦形铜管106。散热器元件30中的每一者包括冷冻水的至少一入口102及一出口104。以该方式来控制散热器30a至30d的每一区的温度。举例而言，在掺杂机10C具有内部干燥区（在图1中参见32）的状况下，在散热器区段30c或其部分中可使用加热过的水。此视图亦展示下半部28L的端壁90a及90b中的凹口98从而为输送系统的带或皮带16c的回行路径提供间隙。
图12为取自与图8、图10及图11相同的视角的另一等角视图，这些图可一起被视为渐进系列。在此视图中，使用复数个纵向散热器100，每一道有一散热器，展示了用于道L3的散热器。展示入口102及出口104配件以及正弦形冷却流体管道106。散热器元件100支撑于横向部件108上。界面辊86中的沟槽使皮带维持于其适当路径中。此图亦展示在张紧辊88（未图示，参见图9）的每一末端处的线性致动器或导螺杆110，从而垂直地定位辊88以调整皮带上的张紧力。剩余零件系如上文所描述。
图13及图14为蒸气产生腔室36并未以背负样式装配于晶圆掺杂模组10C的上半部29U的顶部上的替代具体实例的示意图。在此具体实例中，蒸气产生腔室36包含一玻璃柱体，该玻璃柱体由加热器（热盘管或加热毯）自外部加热。对此具体实例的腔室36进行加热的较佳模式为使用围绕周边排列的IR灯34，这些IR灯34平行于柱体的中心轴线经垂直定向。在图13中，在腔室36的顶部将浓缩酸/水混合物及N2气引入至雾化器喷嘴37中以产生酸蒸气116。所产生的任何冷凝物92收集于底部，并再循环96至处理酸容器（参见图9）。经加热的管38将蒸气传送至上半部模组28U并经由狭缝72传送至酸层化晶圆处理区70中，在该酸层化晶圆处理区70处藉由酸冷凝物对皮带16上的晶圆14d进行涂覆。在此具体实例中，可选风扇114辅助将蒸气驱动至晶圆顶表面上。内部IR灯加热器34可用以维持处理区70中的蒸气或电浆116的温度。视需要，蒸气可带电，并藉由具有合适电极62的集管60转化为热的带电电浆。在图14中，雾化器喷嘴37定位于柱体的下侧壁而非顶部上。剩余零件及功能系如上文所描述。请注意，在此具体实例中，复数个风扇114a及114b用以控制并引导蒸气或电浆流。加热器66可用以按需维持蒸气或电浆温度。
图15为展示于图13中的电浆集管60的等角垂直剖视图，蒸气自右侧如藉由箭头V所示流动至集管本体的孔112中，经过电极（阳极）62a、62b（将约1000至2000伏特的低电压施加至这些电极），其中所得带电电浆蒸气或雾如藉由箭头pV所示向下离开至酸层化晶圆处理区（如在图13中可见的70）中。在此具体实例中，经加热的蒸气或雾电浆带正电，且藉由使用导电弹性体皮带16而使晶圆带负电，这些导电弹性体皮带16如图13中可见经接地118。阳极充电间隙120为可调整的以向通过其的经加热酸雾提供所选择的电荷位准。
在一或多个区中使涂覆有酸的晶圆干燥，这些区包括出口挡板区26及干燥马弗炉10D，将干燥空气及/或N2气及/或热选择性地提供至出口挡板区26及干燥马弗炉10D中的每一者或两者。掺杂机模组10C的多皮带转移系统16c将经掺杂晶圆14e直接卸下至扩散炉模组10E的炉传送机系统16e上，以用于太阳能电池晶圆的连续处理，这些太阳能电池晶圆离开输出端14e，同时形成了p-n接面层。扩散炉10E包括复数个处理区，这些处理区包括高强度IR灯烧制区、浸透区及至少一下游冷却区。烧制区视需要可将隔离灯模组用于在数秒内将晶圆快速照射加热至在约700℃至约1000℃的范围内的烧制温度。浸透区较佳亦使用高强度IR灯以将晶圆温度维持于约800°至约950℃的范围内历时一时间，该时间对于掺杂剂化合物的P或B迁移至晶圆表面中以形成p-n接面层而言为足够的。其后，在14g处在冷却区中藉由强制的周围空气将晶圆冷却至周围温度以供在下一个下游处理步骤装置中进行处置。炉传送机系统较佳为低质量或近零质量的系统，其准许更快速的处理速度及更大的生产量，同时节省能量。
因此，本申请案的教示指导熟习此项技术者选择操作参数，从而提供晶圆的边至边及晶圆间的均匀且一致的涂层，这些操作参数包括晶圆输送率、晶圆冷却、多层化、酸蒸气及电浆处置（例如，流质量及体积、温度、酸浓度、经由蒸气刀狭缝的置放及定向的流动引导、电气化为雾电浆，及可选的风扇置放及cfm）。
产业利用性：
所揭示的本发明UV处理及掺杂机装置及方法对于硅晶圆处理行业、亦即对于整体太阳能电池生产处理的掺杂及扩散步骤具有广泛适用性。透过跨越晶圆表面及晶圆间一致性两者的掺杂剂化合物的厚度的较好均匀性，本发明系统清楚地提供藉由P或B对晶圆的高速掺杂方面的实质改良，同时在小占据面积上增大生产量以与下游扩散炉匹配。因此，本发明系统具有被采用作为太阳能电池行业中晶体硅晶圆的掺杂的装置及方法的新标准的明显潜能。
可在不偏离本发明的精神且无不适当实验的情况下由一般熟习此项技术者做出在本发明的范畴内的各种修改。举例而言，处理腔室可具有广泛设计以提供本文中所揭示的功能性。同样，藉由使用本发明的掺杂化合物涂布装置，可以广泛范围的化合物（包括含有B及P两者的化合物）及操作条件（其皆完全在熟习此项技术者的能力范围内且并无不适当实验）应用蒸气、雾及电浆沈积，藉此准许处理器客户开发其自己的个别专有处理操作。

Claims (22)

1.一种掺杂机总成，该掺杂机总成用于将一掺杂化合物涂布至一硅太阳能电池晶圆的至少一表面以供后续烧制从而形成一p-n结或背部接触层，该掺杂机总成按操作性组合包含：
a)一磷酸或硼酸的热高度浓缩蒸气产生腔室，其包括：
i.一雾化器，其用于通过加压气体使高度浓缩液体掺杂剂酸化合物雾化以产生一热高度浓缩酸蒸气；及
ii.用于对该蒸气加热的加热构件；
b)一连续传送机系统，其用于在一大体上水平的路径中输送冷的硅晶圆，该连续传送机系统包括并排排列的多个道，每一道具有其自己的至少一输送皮带，所有区的这些皮带由一共同驱动系统同步驱动；
c)一蒸气涂布处理腔室，该蒸气涂布处理腔室具有供该传送机输送这些晶圆通过该处理腔室的一进口及一出口，这些晶圆在输送期间经定向使得将被涂布该掺杂剂酸化合物的一表面面向上；
d)该蒸气产生腔室与该蒸气涂布处理腔室连通地安置以将该热高度浓缩酸蒸气传递至该涂布处理腔室中；
e)该蒸气处理腔室将该酸蒸气的一层限定并引导至该晶圆表面上以在该表面上形成一酸冷凝层；及
f)干燥构件，用于在该晶圆表面上形成一酸蒸气冷凝层之后，在输送期间在该水平的路径中干燥该晶圆从而产生经掺杂晶圆。
2.如权利要求1所述的掺杂机总成，其中该干燥构件包括一气刀，其经安置以随着这些晶圆离开该蒸气处理腔室而将一干燥气体流提供至该晶圆表面上。
3.如权利要求1所述的掺杂机总成，其中该干燥构件包括一IR灯加热器。
4.如权利要求1所述的掺杂机总成，其中用于对该蒸气产生腔室中的该蒸气加热的该加热构件包含一IR灯加热器。
5.如权利要求1所述的掺杂机总成，其中该蒸气涂布处理腔室包括至少一升降机以选择性地将该蒸气涂布处理腔室提升至该皮带上方，从而提供进入至该蒸气涂布处理腔室中的维修权限并从而降低该蒸气涂布处理腔室以供操作。
6.如权利要求1所述的掺杂机总成，其中该蒸气涂布处理腔室包括用于随着这些硅晶圆在该传送机上输送通过该蒸气涂布处理腔室而使这些硅晶圆冷却的构件。
7.如权利要求1所述的掺杂机总成，其包括一电荷集管，通过该电荷集管传递该热高度浓缩酸蒸气以形成一热酸电浆。
8.如权利要求1所述的掺杂机总成，其包括在该掺杂机上游的一UV预处理装置，该UV预处理装置经安置以向该掺杂机总成馈送硅晶圆，该UV预处理装置包含上方安置有一UV腔室的一晶圆输送装置，UV灯安置于该UV腔室中且这些UV灯经定向以随着这些晶圆被输送通过该UV腔室而将该晶圆表面曝露至UV辐射。
9.如权利要求8所述的掺杂机总成，其中该UV预处理装置包括用于将一含氧气体递送至该UV腔室中的构件。
10.如权利要求8所述的掺杂机总成，其中该UV腔室包括至少一升降机以选择性地将该UV腔室提升至该晶圆输送装置上方从而提供进入至该UV腔室中的维修权限且降低该UV腔室以供操作，且该晶圆输送装置随动于该掺杂机传送机。
11.如权利要求1所述的掺杂机总成，其更包括一扩散炉，且该掺杂机总成以安置于在该扩散炉上游的方式将经掺杂晶圆同步馈送至该扩散炉中以供扩散烧制，从而在这些晶圆中形成该p-n结或背部接触层。
12.如权利要求11所述的掺杂机总成，其中该扩散炉包括至少一升降机以选择性地将该扩散炉的一上部部分提升至一固定下部部分上方，用以提供对该下部部分的维修权限且用以降低该上部部分以供操作，该扩散炉包括一输送系统，在该上部部分经升高时，该输送系统曝露于该下部部分的水平面处。
13.如权利要求11所述的掺杂机总成，其包括一经掺杂晶圆后处理模组，该模组包括UV灯，该UV灯用于在扩散烧制之前UV辐射地调节经掺杂晶圆。
14.一种处理硅太阳能电池晶圆的方法，沉积以用于在一扩散炉中烧制从而形成用于太阳能电池的一p-n结或背部接触层，该硅太阳能电池晶圆已沉积有一掺杂剂化合物，该方法包含以下步骤：
a)通过压缩气体使一浓缩液体磷酸或硼酸酸化合物雾化并对该经雾化的液体加热从而形成一热浓缩磷酸或硼酸酸蒸气；
b)将冷的硅太阳能电池晶圆在一水平的路径中连续地输送通过一浓缩酸蒸气涂布处理区，该连续地输送的硅太阳能电池晶圆包括并排排列在多个同步驱动的道中的太阳能电池晶圆；
c)将该热浓缩磷酸或硼酸酸蒸气引导至与这些冷的硅太阳能电池晶圆接触，随着这些硅太阳能电池晶圆被输送通过该蒸气涂布处理区，这些硅太阳能电池晶圆的将被涂布该浓缩酸蒸气的一表面面向上以使液体浓缩酸冷凝于该晶圆表面上；及
d)在该晶圆连续地输送期间使该晶圆表面上的该经冷凝的浓缩酸干燥以形成经掺杂晶圆，以用于在该扩散炉中后续烧制从而形成该p-n结或背部接触层。
15.如权利要求14所述的处理硅太阳能电池晶圆的方法，该方法包括一步骤：在将该浓缩酸蒸气涂布至这些硅太阳能电池晶圆的该表面之前或期间，使这些硅太阳能电池晶圆冷却。
16.如权利要求14所述的处理硅太阳能电池晶圆的方法，该方法包括一步骤：通过曝露至UV辐射来预处理该硅太阳能电池晶圆表面。
17.如权利要求14所述的处理硅太阳能电池晶圆的方法，该方法包括一步骤：扩散烧制这些经掺杂的晶圆以形成该p-n结或背部接触层。
18.如权利要求17所述的处理硅太阳能电池晶圆的方法，该方法包括一步骤：通过在扩散烧制之前曝露这些经掺杂的晶圆至UV辐射来调节这些经掺杂的晶圆。
19.如权利要求14所述的处理硅太阳能电池晶圆的方法，该方法包括一步骤：在将一热高度浓缩酸电浆引导至这些硅太阳能电池晶圆的该表面之前，使该热高度浓缩酸蒸气带电荷从而形成该热高度浓缩酸电浆。
20.一种处理硅太阳能电池晶圆的方法，该方法包含以下步骤：提供一用以将硅太阳能电池晶圆馈送至一磷酸或硼酸掺杂机总成的掺杂机UV预处理装置，该UV预处理装置包含：一连续线性的晶圆输送装置、一UV腔室，其中UV灯系安置在该晶圆输送装置上方，且这些UV灯经定向以随着这些晶圆被输送通过该腔室而将一待掺杂的该太阳能电池的晶圆表面曝露至UV辐射，该UV预处理装置包括至少一升降机以选择性地将该UV腔室提升至该晶圆输送上方，从而提供进入至该UV腔室中的维修权限并从而降低该UV腔室以供操作，且该UV预处理晶圆输送装置馈送经UV处理的太阳能电池晶圆至该掺杂机总成的一连续输送装置。
21.一种处理硅太阳能电池晶圆的方法，该方法包含以下步骤：提供一用以将经磷或硼掺杂硅太阳能电池晶圆馈送至一扩散炉用于扩散烧制磷或硼至该太阳能电池晶圆的表面的掺杂机UV后处理装置，该UV后处理装置包含一具有至少一UV灯的经磷或硼掺杂晶圆后处理UV腔室，该至少一UV灯经安置以用于在该扩散烧制之前，UV辐射地调节该太阳能电池晶圆的经磷或硼掺杂的表面，该UV预处理装置包括至少一升降机以选择性地将该UV腔室提升至该晶圆输送上方，从而提供进入至该UV腔室中的维修权限并从而降低该UV腔室以供操作。
22.一种处理硅太阳能电池晶圆的方法，该方法包含以下步骤：提供一如权利要求21所述的掺杂机UV处理装置，其中该后处理装置为该扩散炉的一部分。
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