JP2015520941A5 - 複数注入のために基板を位置合わせするための装置および方法 - Google Patents

Description

太陽電池セルを作製するような基板を処理するための改良された装置および方法が開示される。ドープ領域が基板上に形成される。基準マーカーをドープ領域の少なくとも１つに隣接して形成できる。次に、基準マーカーの視認を利用して、注入された正確な領域を特定することができる。この情報は、続く処理ステップにおいて位置合わせを維持または位置合わせするために使用できる。続く処理ステップの例は、追加の注入ステップ、スクリーンプリントステップ、メタライズステップ、レーザー処理ステップまたは別の同様の処理を含むことができる。位置合わせの位置に関する情報を（例えば注入機に）フィードバックするか、あるいは（例えば別の処理ツールに）フィードフォワードして、１以上の処理パラメータを変更することができる。これらの技術も別のイオン注入用途において使用できる。

ドーピングパターンを位置合わせする開示した装置および方法は、イオン注入機を用いた太陽電池セルの製造に使用できる。イオン注入特徴構造は、材料の組成および構造の変化により、イオン注入後に見ることができる。しかしながら、注入されたドーパント種を活性化して結晶ダメージを修復するための熱アニール後、注入特徴構造は、もはや見ることができない。このように、基準マーカーを基板上に配置して、続く処理ステップの間、続く処理ステップの前の注入と同様に基板上の同一の位置に向いていることを保証するように処理装置を位置合わせするのを可能にできる。

開示した装置および方法をイオン注入機に関連して説明する。太陽電池セルのイオン注入について詳細に述べるが、注入機は、例えば半導体ウェーハ、フラットパネルまたは発光ダイオード（ＬＥＤｓ）のような別のワークピースと使用できる。このように、本発明は、以下で説明する特定の実施形態に限定されない。図１は、ビームラインイオン注入機２００のブロック線図である。一例として、このビームラインイオン注入機２００は、太陽電池用基板へのドープ用とすることができる。当業者は、ビームラインイオン注入機２００は、イオンを生成できるビームラインイオン注入機の多くの例の１つに過ぎないことを理解するだろう。よって、ここで説明する装置および方法は、図１のビームラインイオン注入機２００のみに限定されない。また、イオン注入機は、「ビームライン」設計に限定されず、プラズマ浸漬、プラズマフラッドまたは別のプラズマ源設計に基づく注入機を含むことができる。

一般に、ビームラインイオン注入機２００は、イオンビーム２８１を形成するためのイオンを生成するイオン源２８０を含む。イオン源２８０は、イオンチャンバー２８３を含むことができ、イオンチャンバー２８３に供給される供給ガスはイオン化される。このガスは、水素、ヘリウム、別の希ガス、酸素、窒素、ヒ素、ホウ素、リン、アルミニウム、インジウム、ガリウム、アンチモン、カルボラン、アルカン、別の大きな分子化合物または別のｐ型またはｎ型ドーパントとすることができ、または含むことができる。生成されたイオンは、一続きの抽出電極によりイオンチャンバー２８３から抽出してイオンビーム２８１を形成することができる。特に、イオンチャンバー２８３の出口開孔、抑制電極２８４および接地電極２８５により形成されている抽出電極部により、イオンをイオンチャンバー２８３から抽出することができる。イオンビーム２８１は、分解磁石２８２と分解開孔２８９を有するマスク電極２８８とを含む質量分析器２８６により質量分析される。分解磁石２８２は、イオンビーム２８１におけるイオンを偏らせて、特定のドーパントイオン種に関連する所望の質量電荷比を有するイオンのみが分解開孔２８９を通過する。所望でないイオン種は、マスク電極２８８によりブロックされるため、分解開孔２８９を通過しない。

基板１３８へのイオン注入の深さは、イオン注入エネルギーとイオン質量に依存する。より小さな電子デバイスサイズは、低エネルギーレベル（例えば２ｋｅＶ以下）にて高いビーム電流密度を必要とする。基板１３８は、太陽電池用セルの場合、リボンイオンビーム２１２は、高ビーム電流および約１〜１０ｋｅＶのエネルギーで注入することができる。これを達成するために、処理チャンバー減速（ＰＣＤ）モードを使用し、ビームラインイオン注入機２００によりイオンビーム２８１およびリボンビーム２１２が比較的高エネルギーにて運ばれ、１以上の減速ユニット２９６を用いてエンドステーション２１１の上流から減速される。例えば、リボンイオンビーム２１２は、減速ユニット２９６によって減速される前に、ビームラインイオン注入機２００により３０ｋｅＶ〜５０ｋｅＶのエネルギーにて運ばれることができる。

図２Ａ〜２Ｃを参照すると、代表的な基板３００は、一例において基板１３８に一致することができ、全体の注入手続の間の様々なステップにて示されている。図２Ａは、パターンイオン注入ステップ後の基板３００を示している。図から分かるように、このイオン注入ステップ後に、イオンの衝撃により引き起こされた基板材料の組成および構造の変化により、複数の注入特徴構造３０２が見える。カメラ３０４（図３参照）を用いて、注入特徴構造３０２より形成されたパターンの画像を得ることができる。次に、画像情報は、カメラ３０４によりコントローラー３０６に与えられる。一実施形態において、カメラ３０４は、電荷結合ダイオード（ＣＣＤ）カメラである。カメラ３０４は、赤外線カメラ、フォトダイオードおよびレーザーを含む様々な別の撮像装置を備えることもできる。コントローラー３０６は、今度は、レーザー３０８に基準３１０を１以上の注入特徴構造３０２に関して既知の位置にて基板３００上に配置するよう命令することができる。代わりに、レーザー３０８は、カメラ３０４が注入特徴構造３０２により形成されたパターンのイメージを得る前に、基準３１０を基板３００上に配置することができる。この代わりに、カメラ３０４によりコントローラー３０６に提供された画像情報は、基準３１０の位置および注入特徴構造３０２の位置に関する情報を含むことができる。基準３１０は、レーザー以外の様々な任意の技術を用いて基板３００上に配置できることが理解されよう。例えば、１以上の基準３１０は、インクジェット技術、機械的スクライブ、放電加工（ＥＤＭ）、エッチング等を用いて基板３００上に配置できる。コントローラー３０６は、ビームラインイオン注入機２００（図１）の一部とすることができるし、別々の処理ツールとすることもできることが理解されよう。

図４Ａおよび４Ｂは、開示した方法の一実施形態を示しており、基準３１０は、任意の処理ステップの前、または第１のパターン化イオン注入ステップの前に基板３００上に配置されている。この実施形態において、基準３１０の位置はカメラ３０４を用いて決定され、この情報はコントローラー３０６に提供される。次いで、この位置情報を用いてビームラインイオン注入機２００において１以上のマスクを基板３００に位置合わせできる。図４Ａは、イオン注入前の基板３００を示している。基準３１０が示されている。図４Ｂは、再びイオン注入前の基板３００を示しており、基準３１０および複数のパターン注入サイト３１２はパターンマスク３１４を介して見える。パターン注入サイト３１２は、イオン注入ステップの間に注入特徴構造が形成される位置に対応する。この技術の１つの利点は、基板エッジへの正確な位置合わせが不要なことである。むしろ、イオン注入ステップの間、基板３００は、パターンマスク３１４下に配置することができ、そのパターンマスク３１４は、カメラ３０４が基準３１０を見ることができる開孔３１６を含むことができる。このパターンマスク３１４は、例えばグラファイトまたはシリコンで作製でき、基板３００から上方のある距離に配置できる。カメラ３０４により画像情報をコントローラー３０６に提供でき、パターンマスク３１４の動きに対して、パターンマスク３１４を基準３１０に位置合わせするように命令して、得られた注入特徴構造に正確に位置合わせすることを達成できる。このように、パターンマスク３１４の活発なフィードバックおよび位置合わせを達成できる。

代わりに、カメラ３０４は、基板３００がビームラインイオン注入機２００に入る前の、最後の取り扱いステーションに位置することができる。基板３００および基準３１０の画像を取得して位置のキャリブレーションを行い、基板３００をビームラインイオン注入機２００中に移動させてイオン注入処理を実行して注入特徴構造を形成することができる。

図５Ａ〜５Ｃは、開示した方法の一実施形態を示しており、全ての処理ステップの前、または少なくとも第１のパターンイオン注入ステップの前に、基準３１０が基板３００上に配置されている（図５Ａ）。基準３１０の配置後、基準の位置は、基板３００の基板エッジ３１８、３２０および／またはコーナー３２２、３２４に関して測定される（図５Ｂ）。測定は、上述の方法の一部として、注入パターンを検出するのに使用される同じ装置を用いて行うことができる。例えば、カメラ３０４は、例としてＣＣＤカメラとすることができ、基準３１０を検出するのに使用できる。基板３００のエッジ３１８、３２０は、同様にカメラ３０４により観察するのが比較的容易である。幾つかの実施形態において、エッジ３１８、３２０の検出を目的として、基板３００のバックライトを設けることができる。この画像情報をコントローラー３０６に提供してエッジおよび基準の相対位置を測定して関連するメモリ３２６に情報を格納して後のパターンステップの間、基準３１０の位置を含めて、カメラ３０４を用いて基板３００を再び観察できる（図５Ｃ）。基準の位置に関する以前に得たデータを用いて、パターンマスク３１４の位置を基板３００の基板エッジ３１８、３２０および／または３２２、３２４に関して調整して、パターンマスク３１４をパターン注入サイト３１２に位置合わせすることができる。

この手法の利点は、如何なるエッジの登録を必要としないことである。追加の利点は、オフライン（つまり、基板がビームラインイオン注入機２００中に導入される前）にある基準の位置の測定を可能にすることである。位置情報をコントローラー３０６に提供して、基板３００および基準３１０に関するパターンマスク３１４の位置調整を命令できる。

ここで、第３の代表的な論理フローを図８に関連して説明する。ステップ３０００にて、第１のパターンイオン注入ステップ前に、基準が基板上に配置される。ステップ３１００にて、基準の位置を基板の第１および第２の基板エッジおよび／または第１および第２の基板コーナーに関して測定し、基準の測定位置を得る。ステップ３２００にて、基準の測定位置をコントローラーに提供し、コントローラーに関連するメモリ中に格納する。ステップ３３００にて、パターンマスクを基板に隣接して設け、パターンマスクは基準に関連する開孔を含み、基板上の位置に関連する複数の開孔に沿ってイオンを注入する。ステップ３４００にて、カメラは、関連する開孔を介して基準を見て、基板の第１および第２の基板エッジおよび／または第１および第２の基板コーナーに関する基板上の基準の位置を測定する。ステップ３５００にて、基準の位置に関する情報をコントローラーに提供する。ステップ３６００にて、コントローラーは、基準の位置に関する情報を用いてパターンマスクの基板に関する位置合わせを命令する。ステップ３７００にて、基板中の複数の注入特徴構造を形成する位置にあるパターンマスクを用いてイオンを注入する。基板の第１および第２の基板エッジおよび／または第１および第２の基板コーナーに関する基板上の基準の位置に関する情報も、スクリーンプリントのような後の処理に用いることができる。

Claims (14)

1. 基板を処理する方法であって、
   イオンを基板に注入して注入特徴構造を形成するステップと、
   前記注入特徴構造の位置を測定するステップと、
   前記注入特徴に関連する既知の位置にて基準を前記基板上に配置するステップと、
   続く処理ステップにて前記基準の位置を検出するステップと、
   前記続く処理ステップの間、前記基準の位置を用いて前記注入特徴構造に位置合わせするステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記注入特徴構造の位置を測定するステップは、前記基準を検出するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記注入特徴構造の位置を測定するステップは、ＣＣＤカメラ、赤外線カメラ、フォトダイオードおよびレーザーの少なくとも１つを用いて前記基準を検出するステップを含む、請求項２に記載の方法。
4. ＣＣＤカメラ、赤外線カメラ、フォトダイオードおよびレーザーの少なくとも１つを用いて、マスクの位置を調整して前記基準に位置合わせするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記イオンを前記基板に注入するステップの前に、前記基準を前記基板上に配置する、請求項１に記載の方法。
6. 前記基準は、前記イオンを前記基板に注入するステップに続いて前記基板上に配置される、請求項１に記載の方法。
7. 前記イオンを前記基板に注入するステップの前に、前記基準を前記基板のエッジまたはコーナーの少なくとも１つに登録するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記イオンを前記基板に注入するステップの前に、前記基準を前記基板の第１および第２の隣接するエッジに登録するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記イオンを前記基板に注入するステップの後に、前記基板を熱アニールするステップを含み、前記注入特徴構造は前記熱アニール前には光学的に視認でき、前記熱アニール後には視認不可能であり、前記基準は熱アニールの結果光学的に視認できる、請求項１に記載の方法。
10. ワークピースに注入する装置であって、
    イオンを基板に注入して注入特徴構造を形成するイオン注入機と、
    前記基板上の基準の位置を検出する検出器と、
    前記基準の前記位置を測定し、
    マスクの位置を調整して前記基準に位置合わせしてマスクを位置合わせし、
    前記イオン注入機を用いて前記マスクを介してイオンを前記基板に注入するための命令を実行するコントローラーと、
    を備えることを特徴とする装置。
11. 前記基準の前記位置の測定は前記検出器を用い、前記検出器は、ＣＣＤカメラ、赤外線カメラ、フォトダイオードおよびレーザーからなるリストから選択される、請求項１０に記載の装置。
12. 基板を処理する方法であって、
    イオンを基板に注入して光学的に見える注入特徴構造を形成するステップと、
    前記基板を熱アニールするステップであって、前記熱アニールは、前記注入特徴構造を光学的に見えなくし、前記熱アニールの結果前記基板上の基準は光学的に見える、ステップと、
    マスクの位置を調節して基準に位置合わせして前記マスクを前記注入特徴構造に位置合わせするステップと、
    前記マスクを介してイオンを前記基板に注入するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
13. 前記基板への熱アニールの前に前記基準を前記基板に適用するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記基準から前記基板の第１および第２の隣接するエッジまでの距離を測定するステップと、前記測定された距離を前記調整ステップに用いるステップとを含む、請求項１２に記載の方法。