CN107078012B - 用于半导体工艺的主动式衬底对准系统及对准衬底的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于离子注入机的主动式衬底对准系统以及一种对准衬底的方法，衬底系统包含压板；对齐装置，其经调适以选择性地移动邻近于压板安置的衬底接合表面，用于限制安置在压板上的衬底的移动；相机，其经配置以在衬底安置在压板上之前获取衬底的图像；以及控制器，其与相机和对齐装置通信，控制器可以经配置以命令对齐装置基于图像移动衬底接合表面，以用预定的方式限制衬底的移动。本发明使用上述系统使衬底定向，以使得投射到衬底上的掺杂剂图案将置中于衬底上。

Description

用于半导体工艺的主动式衬底对准系统及对准衬底的方法
相关申请案的交叉参考
本发明主张于2014年9月15日提出申请的美国临时专利申请案第62/050,363号的优先权，所述美国临时专利申请案的揭露内容全文并入本案供参考。
技术领域
本发明的实施例涉及半导体和太阳能电池处理的领域，且更确切地说，涉及一种主动式衬底对准系统和用于离子注入机的对应方法。
背景技术
离子注入是用于将导电性改变的杂质引入到半导体和太阳能电池衬底中的技术。在离子注入期间，将所需杂质材料在离子源室中离子化，所述离子经加速以形成具有指定能量的离子束并且将所述离子束聚焦且引导朝向位于处理室中的衬底的表面。离子束中的高能离子穿透到大部分衬底材料中并且被嵌入到材料的晶格中以形成所需导电性的区域。
太阳能电池制造业的两个问题是制造生产率和太阳能电池效率。太阳能电池效率是太阳能电池能够将其转换成电力的太阳能的量的测量，并且与制造精确度密切相关。随着技术进步，可能需要更高太阳能电池效率以在太阳能电池制造业中保持竞争性。提高精确度同时保持或提高制造生产率因此是非常合乎需要的。
已证实离子注入是以精确方式掺杂太阳能电池的可行方法。离子注入的使用去除现有技术所需的程序，例如炉扩散。例如，如果使用离子注入代替炉扩散，那么可以去除激光边缘隔离程序，因为离子注入将不会掺杂所需表面以外的区域。除了去除程序之外，更高电池效率已经证实是使用离子注入。离子注入还供应执行太阳能电池的整个表面的全面性离子注入(blanket implant)或太阳能电池的一部分的选择性(或图案化)注入的能力。在高生产率下使用离子注入的选择性注入避免了用于炉扩散的昂贵且耗时的光刻或图案化程序。选择性注入还能实现新的太阳能电池设计。
可能需要微米级精确度用于某些类型的太阳能电池的注入以实现必要几何结构和公差。例如，选择性发射器(selective emitter，SE)和指叉背接触(interdigitatedbackside contact，IBC)太阳能电池具有相隔几微米的掺杂区。如果在离子注入期间使用掩模在电池中形成此掺杂区，那么所述区域的位置是通过掩模相对于电池的放置来指定。在一些情况下，可能需要连续将两个或两个以上杂质材料引入到电池的区域中。这可以通过在第一离子注入站处使用第一掩模将第一掺杂剂注入电池且接着在第二离子注入站处使用第二掩模将第二掺杂剂注入电池来实现。为了将第一掺杂剂和第二掺杂剂注入到电池的特定区域中，第一掩模和第二掩模不仅必须具有几乎互补的图案，而且还必须以实质上相同方式与电池对准。在其它情况下，可能需要精确地使经掩蔽掺杂剂图案居中于电池上。如将了解，如果在任一上述情况下未实现精确掩模对准(即，多个掩模图案的连续对准或单个掩模图案的居置中)，那么电池可能无法如所需般作用和/或在电池的后续制造过程中可能无法适当地对准。
对制造太阳能电池的精确度、可靠性和速度的任何改进将对全世界的太阳能电池制造商有益并且可以加速采用太阳能电池作为替代能源。
发明内容
提供此“发明内容”而以简化形式引入下文在“具体实施方式”中进一步描述的概念选择。此发明内容并非意图确认所主张的标的物的关键特征或基本特征，并且也非意图作为对决定所主张的标的物的范围的辅助。
根据本发明的用于离子注入机的主动式衬底对准系统的示例性实施例可以包含压板；对齐装置，其经调适以选择性地移动邻近于压板安置的衬底接合表面，用于限制安置在压板上的衬底的移动；相机，其经配置以在衬底安置在压板上之前获取衬底的图像；以及控制器，其与相机和对齐装置通信，控制器可以经配置以命令对齐装置基于图像移动衬底接合表面，以用预定的方式限制衬底的移动。
根据本发明的用于离子注入机的主动式衬底对准系统的另一示例性实施例可以包含压板；第一对齐装置及第二对齐装置，其经调适以选择性地移动与其相应的安置于压板的第一侧的第一衬底接合表面及第二衬底接合表面，用于限制安置在压板上的衬底的移动；相机，其经配置以在衬底安置在压板上之前获取衬底的图像；以及控制器，其与相机和第一对齐装置及第二对齐装置通信，所述控制器基于图像经配置以命令第一对齐装置及第二对齐装置移动第一衬底接合表面及第二衬底接合表面，以用预定的方式限制衬底的移动；以及第一推动器及第二推动器，以彼此平行的关系安置于压板的第二侧且经调适以推动衬底与第一衬底接合表面及第二衬底接合表面接合。
根据本发明的用于对准衬底的方法的示例性实施例可以包含获取衬底的实时图像；基于衬底的实时图像移动邻近于压板安置的衬底接合表面，以使衬底将在经安置在压板上之后取得预定的定向；将衬底安置在压板上；以及将衬底移动成与衬底接合表面接合。
附图说明
现将借助于实例参考附图描述所揭示的装置的各种实施例，在所述附图中：
图1是根据本发明的衬底对准系统的示例性实施例的侧视图。
图2是说明图1中示出的示例性衬底对准系统的压板的平面图。
图3是说明图1中示出的示例性衬底对准系统的衬底对齐装置的沿着图2中的线3-3截取的截面侧视图。
图4是说明用于使用图1的示例性衬底对准系统以同样地对准衬底上的连续注入图案的示例性方法的流程图。以及
图5是说明用于使用图1的示例性衬底对准系统来定向衬底，以使得投射到衬底上的掺杂剂图案居中于衬底上的示例性方法的流程图。
具体实施方式
现将在下文中参考附图更全面地描述根据本发明的主动式衬底对准系统和方法，其中示出系统和方法的优选实施例。所述系统和方法可以通过许多不同形式实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例。提供这些实施例是为了使得本发明将是透彻并且完整的，并且这些实施例将把所述系统和方法的范围完整地传达给所属领域的技术人员。在附图中，相同标号始终指代相同元件。
本文结合离子注入机以及相关联的离子注入过程描述本发明的主动式衬底对准系统和方法。在其他实施例中，预期主动式衬底对准系统和方法可以类似地实施于各种其它系统和过程中，例如，举例来说，可以涉及太阳能电池或半导体的制造。另外，尽管结合太阳能电池的注入描述本文中所揭示的示例性系统和方法，出于说明性目的提供此揭示内容并且所述系统和方法可以类似地实施用于其它类型的电池的注入，包含半导体晶片、发光二极管(light emitting diode，LED)、绝缘体上硅(silicon-on-insulator，SOI)晶片以及其它此类组件。
图1说明根据本发明的衬底对准系统(下文称为“系统10”)的示例性实施例的示意性侧视图。系统10通常可以包含离子注入机11，所述离子注入机具有用于固持待注入的衬底14的压板12。离子注入机可以包含下文将更详细描述的动态衬底对齐装置16和动态衬底对齐装置18(图2中示出对齐装置18)。离子注入机11可以进一步包含掩模19，用于在离子束20投射通过掩模19且投射到衬底14上时在衬底14上产生所需的注入图案。系统10可以进一步包含可以经调适以将衬底14传送到压板12的输送机构21(例如，传送带、机械臂等)。系统10可以进一步包含可以经调适以获取位于输送机构21上或压板12上的衬底的图像的相机22，所述图像包含在此类衬底上的现有注入图案的图像。相机22可操作地连接到控制器23。控制器23进而可操作地连接到对齐装置16和对齐装置18，如下文进一步描述。
参考图2中示出的压板12的平面图(为了清楚起见，在图2中未在压板12上示出衬底14)，对齐装置16和对齐装置18可以邻近于压板12的第一侧彼此间隔开并且可以用于可控制地限制衬底14(图1中示出)沿着y轴的移动，如下文进一步描述。系统10可以进一步包含邻近于与对齐装置16和对齐装置18相对的压板的第二侧位置的一个或多个推动器24。推动器24可操作地连接到一个或多个驱动机构(未示出)，所述驱动机构可以经调适以选择性地水平来回驱动推动器24。当衬底14(图1中示出)放置在压板12顶上时，推动器24可以用于将衬底14推动成与对齐装置16和对齐装置18接合，如下文进一步描述。所述系统可以进一步包含与压板12的第三侧相邻的第三对齐装置26，用于可控制地限制衬底14(图1中示出)沿着x轴的移动，如下文进一步描述。或者，对齐装置26可以用不动的壁、支柱、止动器或其它静态结构代替，用于限制衬底沿着x轴的移动。
参考图3，示出说明沿着图2的线3-3截取的对齐装置16以及压板12和掩模19的相邻部分的剖视图。对齐装置16可以与对齐装置18和对齐装置26相同，并且因此对齐装置16的以下描述也可以应用于对齐装置18和对齐装置26。
对齐装置16可以包含耦合到位于压板12下方的驱动机构30的细长轴杆28。轴杆28可以以相对于y轴的一倾斜角定向。轴杆28可以在其最上端处在指状物32中终止，所述接触指状物32在衬底支撑表面29以及压板12的上方延伸并且具有垂直于衬底支撑表面29定向的衬底接合表面34。驱动机构30可以经调适以沿着其纵轴延伸和回缩轴杆28，如通过图3中示出的箭头36所指示。由于如上文所描述轴杆28相对于y轴以一倾斜角定向，因此轴杆28的延伸和回缩可以引起指状物32的衬底接合表面34的对应水平移动(即，沿着x轴的移动)，如通过图3中示出的箭头38所指示。轴杆28沿着其纵轴的移动还将引起指状物32在垂直方向上的移动(即，沿着y轴)，并且因此衬底接合表面34可以设定大小以沿着衬底接合表面34的合适部分与衬底14接合。
在所说明的实施例中，轴杆28的回缩可以引起衬底接合表面34的向左水平移动，而轴杆28的延伸可以引起衬底接合表面34的向右水平移动。因此在布置后，驱动机构30可以用于选择性地且精细地(例如以5μm的精确度)调整指状物32的衬底接合表面34的水平位置。衬底接合表面34因此可以用作用于限制由压板12支撑的衬底14的水平移动的选择性地可移动的边界。
参考图4，其示出说明用于使用上述系统10以同样地对准衬底上的连续注入图案的示例性方法的流程图。所述方法可以用于将两个或两个以上不同杂质材料(例如，硼和磷)连续地注入衬底的所需区域中。将结合图1-3中示出的系统10的示意性表示描述所述方法。
在区块100处，可以使用离子注入机11的掩模19在测试衬底(未示出)上形成测试图案，以便决定通过掩模19投射的掺杂剂图案的准确定向。这可以通过将测试衬底定位在压板12上并且将离子束投射通过掩模19到达测试衬底上来实现。相机22可以获取测试衬底的图像，包含在测试衬底上形成的掺杂剂图案，并且所述图像可以存储在例如与控制器23相关联的存储器25中。下文称为“测试图像”的图像随后可以用作用于调整对齐装置16和对齐装置18(以及任选地对齐装置26，如果有提供)的位置的参考点，如下文进一步描述。
在区块110处，先前已经在掩模图案中注入有第一杂质材料的衬底，例如，图1中示出的衬底14可以通过输送机构21朝向压板12传送。
当衬底14仍处于输送机构21上时，相机22可以在区块120处获取衬底14的图像，包含衬底的边缘以及衬底14上的现有掺杂剂图案。下文称为“实时图像”的图像由此可以指示现有掺杂剂图案相对于衬底14的定向的精确定向。
在区块130处，控制器23可以使用在区块120中所获取的实时图像的表示数据以及上文在区块100中所获取的测试图像的表示数据来决定衬底14应在压板12上如何定向，使得通过掩模19投射的掺杂剂图案可以与衬底14上的现有掺杂剂图案精确地对准。
在区块140处，控制器可以基于在区块130中作出的决定操纵对齐装置16、对齐装置18和对齐装置26的驱动机构30，以调整指状物32(如上文所描述)的衬底接合表面34的水平位置，使得衬底14上的现有掺杂剂图案在如下所述衬底14移动成与衬底接合表面34接合之后与通过掩模19投射的掺杂剂图案精确地对准。
在区块150处，衬底14可以与衬底14上的现有掺杂剂图案一起通过输送机构21(或通过另一装置)放置于压板12上。在区块160处，推动器24可以移动成与衬底14的一个或多个边缘接合，以朝向对齐装置16、对齐装置18和对齐装置26的指状物32的衬底接合表面34水平地移动衬底14。尽管图2示出经配置以沿着y轴将衬底14移动成与对齐装置16和对齐装置18接合的推动器24，但是还可以提供一个或多个额外推动器以沿着x轴将衬底移动成与对齐装置26接合。在衬底14因此与衬底接合表面34接合的情况下，以及在衬底接合表面34已如区块140中所描述再定位的情况下，衬底14可以经定向使得衬底上的现有掺杂剂图案相对于通过掩模19投射的掺杂剂图案精确地对准(例如达到40um的精确度)。
在区块170处，离子注入机11可以将含有第二杂质材料的离子的离子束(如上文所描述，第一杂质材料先前已注入衬底14中)投射通过掩模19且投射到衬底上。在衬底14已如区块160中所描述进行定向的情况下，通过掩模19投射到衬底14上的掺杂剂图案可以与衬底上的现有掺杂剂图案精确地对准。
在区块180处，衬底14可以从压板12中移除并且传递用于进一步处理。
参考图5，示出用于使用上述系统10以使衬底定向，使得投射到衬底上的掺杂剂图案将置中于衬底上(例如相对于衬底的边缘置中)的示例性方法的流程图。结合图1-3中示出的系统10的示意性表示描述所述方法。
在区块200处，可以使用离子注入机11的掩模19在测试衬底(未示出)上形成测试图案，以便决定通过掩模19投射的掺杂剂图案的准确定向。这可以通过将测试衬底定位在压板12上并且将离子束投射通过掩模19到达测试衬底上来实现。相机22随后可以获取测试衬底的图像，包含在测试衬底上形成的掺杂剂图案，并且所述图像的表示数据可以存储在例如与控制器23相关联的存储器25中。下文称为“测试图像”的图像随后可以用作用于调整对齐装置16和对齐装置18(以及任选地对齐装置26，如果有提供)的位置的参考点，如下文进一步描述。
在区块210处，衬底例如图1中示出的衬底14可以通过输送机构21朝向压板12传送。
尽管衬底14仍处于输送机构21上，但是相机22可以在所述方法的区块220处获取衬底14的图像，包含衬底的边缘。下文称为“实时图像”的图像由此可以指示衬底14的精确大小和形状。
在区块230处，控制器23可以使用在区块220中所获取的实时图像的表示数据以及在区块200中所获取的测试图像的表示数据来决定衬底14可在压板12上如何定向，使得通过掩模19投射的掺杂剂图案精确地居中于衬底上。
在区块240处，控制器23可以基于在区块230中作出的决定操纵对齐装置16、对齐装置18和对齐装置26的驱动机构30，以水平再定位指状物32(如上文所描述)的衬底接合表面34，使得通过掩模19投射的掺杂剂图案在如下所述衬底14移动成与衬底接合表面34接合之后精确地居中于衬底14上。
在区块250处，衬底14可以通过输送机构21(或通过另一装置)放置于压板12上。
在区块260处，推动器24可以移动成与衬底14的边缘接合并且可以强制性地水平移动衬底14(即，沿着水平衬底平面的x轴和y轴)，使得与推动器24相对的衬底14的边缘移动成与对齐装置16、对齐装置18和对齐装置26的指状物32的衬底接合表面34接合。尽管图2未示出与对齐装置26相对定位的推动器24，但是可以提供一个。在衬底14因此与衬底接合表面34接合的情况下以及在衬底接合表面34已如区块240中所描述再定位的情况下，衬底14可以经定向使得通过掩模19投射的掺杂剂图案精确地置中于(例如达到40um的精确度)衬底14上。
在区块270处，离子注入机11可以将离子束投射通过掩模19且投射到衬底14上。在衬底14已如区块260中所描述进行定向的情况下，通过掩模19投射到衬底14上的掺杂剂图案可以精确地居中于衬底14上。
在区块280处，衬底14可以从压板12中移除并且传递用于进一步处理。
本发明的范围不应受本文所描述的具体实施例限制。实际上，根据以上描述和附图，除本文中描述的那些实施例和修改外，本发明的其它各种实施例和对本发明的修改对所属领域的一般技术人员将是显而易见的。因此，此类其它实施例和修改意图落入本发明的范围内。此外，尽管已出于特定目的在特定环境下在特定实施方案的上下文中描述了本发明，但所属领域的一般技术人员将认识到其有用性并不限于此，并且出于任何目的，本发明可以有益地在任何环境中实施。

Claims (15)

1.一种用于离子注入机的主动式衬底对准系统，其特征在于，包括：
压板；
对齐装置，其经调适以选择性地移动邻近于所述压板安置的衬底接合表面，用于限制安置在所述压板上的衬底的移动；
相机，其经配置以在所述衬底安置在压板上之前获取所述衬底的图像；以及
控制器，其与所述相机和所述对齐装置通信，所述控制器可以经配置以命令所述对齐装置基于所述图像移动所述衬底接合表面，以用预定的方式限制所述衬底的移动。
2.根据权利要求1所述的用于离子注入机的主动式衬底对准系统，其特征在于，还包括推动器，所述推动器邻近于所述压板安置且经调适以推动所述衬底与所述衬底接合表面接合。
3.根据权利要求2所述的用于离子注入机的主动式衬底对准系统，其特征在于，所述推动器包括第一推动器及第二推动器，所述第一推动器及所述第二推动器以彼此平行的关系安置于压板的第一侧上。
4.根据权利要求1所述的用于离子注入机的主动式衬底对准系统，其特征在于，所述对齐装置包括第一对齐装置及第二对齐装置，所述第一对齐装置及所述第二对齐装置安置于所述压板的第一侧上。
5.根据权利要求4所述的用于离子注入机的主动式衬底对准系统，其特征在于，所述对齐装置还包括第三对齐装置，所述第三对齐装置安置于所述压板的第二侧上。
6.根据权利要求1所述的用于离子注入机的主动式衬底对准系统，其特征在于，所述相机经配置以在所述衬底安置在所述压板上之前获取所述衬底上的第一掺杂剂图案的图像，且所述控制器经配置以命令所述对齐装置基于所述图像移动所述衬底接合表面，以使所述衬底上的所述第一掺杂剂图案将在所述衬底设置在所述压板上之后对齐于投射到所述衬底上的第二掺杂剂图案。
7.根据权利要求1所述的用于离子注入机的主动式衬底对准系统，其特征在于，所述控制器经配置以命令所述对齐装置基于所述图像移动所述衬底接合表面，以使投射到所述衬底上的掺杂剂图案将在所述衬底设置在所述压板上之后居中于所述衬底上。
8.一种用于离子注入机的主动式衬底对准系统，其特征在于，包括：
压板；
第一对齐装置及第二对齐装置，其经调适以选择性地移动与所述第一对齐装置及所述第二对齐装置相应的安置于所述压板的第一侧的第一衬底接合表面及第二衬底接合表面，以用于限制安置在所述压板上的衬底的移动；
相机，其经配置以在所述衬底安置在所述压板上之前获取所述衬底的图像；
控制器，其与所述相机和所述第一对齐装置及所述第二对齐装置通信，所述控制器基于所述图像经配置以命令所述第一对齐装置及所述第二对齐装置移动所述第一衬底接合表面及所述第二衬底接合表面，以用预定的方式限制所述衬底的移动；以及
第一推动器及第二推动器，以彼此平行的关系安置于所述压板的第二侧且经调适以推动所述衬底与所述第一衬底接合表面及所述第二衬底接合表面接合。
9.一种对准衬底的方法，其特征在于，包括：
获取所述衬底的实时图像；
基于所述衬底的所述实时图像，移动邻近于压板安置的衬底接合表面，以使所述衬底将在经安置在所述压板上之后取得预定的定向；
将所述衬底安置在所述压板上；以及
将所述衬底移动成与所述衬底接合表面接合。
10.根据权利要求9所述的对准衬底的方法，其特征在于，获取所述衬底的所述实时图像包括获取所述衬底上的第一掺杂剂图案的实时图像，且移动所述衬底接合表面包括移动所述衬底接合表面使所述第一掺杂剂图案将在所述衬底设置在所述压板上之后对齐于投射到所述衬底上的第二掺杂剂图案。
11.根据权利要求10所述的对准衬底的方法，其特征在于，还包括：
获取所述第二掺杂剂图案的测试图像；以及
比较所述第一掺杂剂图案的所述实时图像及所述第二掺杂剂图案的所述测试图像。
12.根据权利要求9所述的对准衬底的方法，其特征在于，移动所述衬底接合表面包括移动所述衬底接合表面使投射到所述衬底上的掺杂剂图案将在所述衬底设置在所述压板上之后居中于所述衬底上。
13.根据权利要求12所述的对准衬底的方法，其特征在于，还包括获取所述掺杂剂图案的测试图像以及比较所述衬底的所述实时图像及所述掺杂剂图案的所述测试图像。
14.根据权利要求9所述的对准衬底的方法，其特征在于，将所述衬底移动成与所述衬底接合表面接合包括使安置于所述压板的相对于所述衬底接合表面的对侧上的推动器推动所述衬底与所述衬底接合表面接合。
15.根据权利要求9所述的对准衬底的方法，其特征在于，将所述衬底移动成与所述衬底接合表面接合包括将所述衬底移动成与第一衬底接合表面及第二衬底接合表面接合，所述第一衬底接合表面及所述第二衬底接合表面在所述压板的一侧上彼此间隔开。
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