KR101751307B1 - 고-스루풋 이온 주입기 - Google Patents
고-스루풋 이온 주입기 Download PDFInfo
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Abstract
이러한 이온 주입기(100)의 일 실시예는 이온 소스(101) 및 프로세스 챔버(102)를 포함한다. 이러한 프로세스 챔버는 이온 소스에 연결되며, 복수의 추출 전극들(114)에 의해 이온 소스로부터 분리된다. 캐리어(201)는 복수의 작업물들(202)을 홀딩한다. 프로세스 챔버 내의 마스크 로더(205)는 마스크(203)를 캐리어에 연결한다. 이송 챔버(104) 및 로드 락(105, 106)이 프로세스 챔버에 연결될 수 있다. 이온 주입기는 작업물들의 블랭킷(blanket) 및/또는 선택적 주입을 수행하도록 구성된다.
Description
본 발명은 이온 주입에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 이온 주입기 아키텍처(architecture)들에 관한 것이다.
이온 주입은 전도성-변경 불순물들을 작업물(workpiece) 내로 도입하기 위한 표준 기술이다. 희망되는 불순물 재료가 이온 소스 내에서 이온화되며, 이온들은 규정된 에너지의 이온 빔을 형성하기 위하여 가속되고, 이온 빔이 작업물의 표면으로 보내진다. 이온 빔 내의 활성 이온들이 대부분의 작업물 재료 내로 침투하며, 희망되는 전도성의 영역을 형성하기 위하여 작업물 재료의 결정 격자 내에 내장된다.
솔라셀 제조 산업의 2가지 관심사는 제조 스루풋 및 셀 효율성이다. 셀 효율성은 전기로 변환되는 에너지의 양을 측정한다. 더 높은 셀 효율성들이 경쟁력을 유지하기 위해 필요할 수 있다. 그러나, 제조 스루풋은 아마 증가된 셀 효율성을 대가로 하여 희생되지 못할 것이다.
이온 주입이 솔라셀들을 도핑하기 위한 성공할 수 있는 방법으로서 증명되었다. 이온 주입의 사용은, 확산노(diffusion furnace)들과 같은 현존하는 기술에 대해 요구되는 프로세스 단계들을 제거하며, 이는 스루풋을 증가시키고 비용을 낮출 수 있다. 예를 들어, 이온 주입이 단지 희망되는 표면만을 도핑할 것이기 때문에, 노 확산 대신 이온 주입이 사용되는 경우, 레이저 에지 분리 단계(laser edge isolation step)가 제거될 수 있다. 프로세스 단계들의 제거 외에, 더 높은 셀 효율성들이 이온 주입을 사용하여 증명되었다. 이온 주입은 또한 솔라셀의 전체 표면의 블랭킷(blanket) 주입 또는 솔라셀의 부분만의 선택적 주입(또는 패턴화)을 수행하기 위한 능력을 제공한다. 이온 주입을 사용하는 고 스루풋들에서의 선택적 주입은 노 확산에 대해 사용되는 비용 및 시간 소모적인 리소그래피(lithography) 또는 패터닝 단계들을 회피한다. 이온 주입기의 제조 스루풋 또는 그것의 신뢰성에 대한 임의의 개선이 솔라셀 제조업체들에 대해 전 세계적으로 유익할 것이다. 이는 대체 에너지원으로서 솔라셀들의 채택을 가속할 수 있다.
본 발명의 제 1 측면에 따르면, 이온 주입기가 제공된다. 이온 주입기는 이온 소스 및 복수의 추출 전극들에 의해 이온 소스로부터 분리되는 이온 소스에 연결된 프로세스 챔버를 포함한다. 캐리어(carrier)는 복수의 작업물들을 홀딩하도록 구성된다. 마스크 로더(mask loader)가 프로세스 챔버 내에 존재한다. 마스크 로더가 마스크를 캐리어에 연결하도록 구성된다.
본 발명의 제 2 측면에 따르면, 이온 주입기가 제공된다. 이온 주입기는 이온 소스 및 복수의 추출 전극들에 의해 이온 소스로부터 분리되는 이온 소스에 연결된 프로세스 챔버를 포함한다. 캐리어는 복수의 작업물들을 홀딩하도록 구성된다. 마스크 로더가 프로세스 챔버 내에 존재한다. 마스크 로더는 마스크를 캐리어에 연결하도록 구성된다. 이송 챔버(transfer chamber)가 프로세스 챔버에 연결되며, 로드 락(load lock)이 이송 챔버에 연결된다. 이송 챔버 내의 이송 로봇은 로드 락과 프로세스 챔버 사이에서 복수의 작업물들을 운반하도록 구성된다. 작업물 운반 시스템이 로드 락에 연결되며, 로드 락으로부터 복수의 작업물들을 로딩하고 언로딩하도록 구성된다.
본 발명의 제 3 측면에 따르면, 이온 주입 방법이 제공된다. 방법은 복수의 작업물들을 캐리어 상에 매트릭스로 로딩하는 단계를 포함한다. 블랭킷 주입이 수행되며, 이는 복수의 작업물들의 각각의 표면의 전체를 주입하기 위하여 이온 빔을 통해 캐리어를 스캐닝(scan)하는 단계를 포함한다. 마스크가 캐리어에 연결된다. 마스크는 복수의 개구들을 규정(define)하며, 마스크는 복수의 작업물들의 각각을 적어도 부분적으로 커버한다. 마스크를 연결하는 단계 후 선택적 주입이 수행되며, 이는 마스크를 통해 복수의 작업물들의 각각의 표면의 영역을 주입하기 위하여 이온 빔을 통해 캐리어를 스캐닝하는 단계를 포함한다.
본 발명에 대한 더 양호한 이해를 위하여, 참조로써 본 명세서에 통합된 첨부된 도면들에 대한 참조가 이루어진다.
도 1은 이온 주입기 아키텍처의 제 1 실시예의 블록도의 상단 투시도이다.
도 2는 이온 주입기 아키텍처의 제 2 실시예의 블록도의 상단 투시도이다.
도 3 내지 도 4는 본 명세서에 개시된 주입기 아키텍처 실시예를 사용하여 이온 주입을 수행하는 제 1 실시예의 사시도이다.
도 5는 도 3 내지 도 4에 예시된 이온 주입을 수행하는 제 1 실시예의 평면도 및 측면도이다.
도 6 내지 도 7은 본 명세서에 개시된 주입기 아키텍처 실시예를 사용하여 이온 주입을 수행하는 제 2 실시예의 사시도이다.
도 8 내지 도 10은 캐리어의 일 실시예의 사시도들이다.
도 11은 이온 주입기 아키텍처의 제 3 실시예의 블록도의 상단 투시도이다.
도 12는 이온 주입기 아키텍처의 제 4 실시예의 블록도의 상단 투시도이다.
도 13은 이온 주입기 아키텍처의 제 5 실시예의 블록도의 상단 투시도이다.
도 14는 이온 주입기 아키텍처의 제 6 실시예의 블록도의 상단 투시도이다.
도 1은 이온 주입기 아키텍처의 제 1 실시예의 블록도의 상단 투시도이다.
도 2는 이온 주입기 아키텍처의 제 2 실시예의 블록도의 상단 투시도이다.
도 3 내지 도 4는 본 명세서에 개시된 주입기 아키텍처 실시예를 사용하여 이온 주입을 수행하는 제 1 실시예의 사시도이다.
도 5는 도 3 내지 도 4에 예시된 이온 주입을 수행하는 제 1 실시예의 평면도 및 측면도이다.
도 6 내지 도 7은 본 명세서에 개시된 주입기 아키텍처 실시예를 사용하여 이온 주입을 수행하는 제 2 실시예의 사시도이다.
도 8 내지 도 10은 캐리어의 일 실시예의 사시도들이다.
도 11은 이온 주입기 아키텍처의 제 3 실시예의 블록도의 상단 투시도이다.
도 12는 이온 주입기 아키텍처의 제 4 실시예의 블록도의 상단 투시도이다.
도 13은 이온 주입기 아키텍처의 제 5 실시예의 블록도의 상단 투시도이다.
도 14는 이온 주입기 아키텍처의 제 6 실시예의 블록도의 상단 투시도이다.
본 명세서에서 이온 주입기들이 솔라셀들과 관련되어 설명된다. 그러나, 이온 주입기들은, 반도체 웨이퍼들, 발광 다이오드(LED)들, 실리콘-온-인슐레이터(silicon-on-insulator: SOI) 웨이퍼들, 또는 다른 디바이스들과 함께 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에서 설명되는 특정 실시예들에 한정되지 않는다.
도 1은 이온 주입기 아키텍처의 제 1 실시예의 블록도의 상단 투시도이다. 이온 주입기(100)는 이온 소스(101)를 갖는다. 일 실시예에 있어, 이러한 이온 소스(101)는 질량 분석 없이 동작하는 RF 플라즈마 소스이다. RF 플라즈마 소스는 가스로부터 플라즈마를 생성하기 위하여 안테나들을 사용한다. 간접 가열식 음극(indirectly heated cathode: IHC) 또는 당업자들에게 공지된 다른 설계들이 또한 사용될 수 있다. 이온 소스(101)는 인클로저(enclosure) 내에 있을 수 있고, 가스 박스(예시되지 않음)에 연결될 수 있다. 이온 빔(110)이 이온 소스(101)로부터 추출 전극들(114)을 사용하여 프로세스 챔버(102) 내로 추출된다. 일 예에 있어, 프로세스 챔버(102) 내의 작업물들이 추출 전극들(114)의 바로 하류(downstream)에 있다. 특정 일 실시예에 있어, 이온 빔(110)이 이온 소스(101)로부터 프로세스 챔버(102) 내의 작업물들을 향해 직선으로 투사된다. 이온 소스(101)와 프로세스 챔버(102) 사이의 추출 개구는 추출 전극들(114) 사이에 또는 이에 인접하여 위치될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 추출 전극들(114)에 인접한 벽이 바로 이온 소스(101)와 프로세스 챔버(102) 사이에 있다.
프로세스 챔버(102)는 스캔 로봇 또는 다른 작업물 운반 시스템을 포함할 수 있다. 마스크 로더는, 마스크가 이온 빔(110)의 경로 내에 위치될 수 있도록, 프로세스 챔버(102) 내에 위치될 수 있다. 예를 들어, 마스크가 작업물들을 포함하는 캐리어 상에 위치될 수 있다. 이러한 마스크는 복수의 작업물들을 커버하기에 충분히 큰 치수들을 가질 수 있으며, 각각의 작업물의 주입될 영역들을 규정하는 개구들을 가질 수 있다. 따라서, 마스크는 작업물 또는 작업물들을 적어도 부분적으로 커버하며, 각 작업물의 전체 표면보다 작은 영역의 주입이 수행될 수 있다. 대안적인 실시예에 있어, 마스크가 캐리어 상에 위치되지 않고 이온 빔(110)의 경로 내에 고정된다. 또 다른 대안적인 실시예에 있어, 마스크가 캐리어 상에 위치되지 않고 이온 빔(110) 안팎으로 이동가능하다. 마스크의 치수들은, 작업물 또는 작업물들의 특정 영역들을 주입하기 위하여 이온 빔의 부분을 통과하게 하는 마스크 내의 개구들을 통해, 마스크가 이온 빔(110)의 100%를 또는 이온 빔(110)의 100% 미만을 커버할 수 있게 한다. 따라서, 이러한 영역들 중 하나가 전체 작업물 표면보다 작을 수 있다. 마스크가 이온 빔(110)의 100% 미만을 커버하는 경우, 작업물들의 블랭킷 주입 및 선택적 주입 둘 다가 일어날 수 있다. 이러한 예에 있어, 블랭킷 및 선택적 주입들이 분리되거나 또는 적어도 부분적으로 동시적일 수 있다. 특정 일 실시예에 있어, 마스크는 어레이로 배열될 수 있는 복수의 작업물들을 커버하기에 충분히 큰 치수들을 갖는다. 마스크는 각각의 세트가 복수의 작업물들 중 하나에 대응하는 개구들의 복수의 세트들을 가질 수 있다.
계측(metrology) 시스템(103)이 또한 이온 빔(100)의 경로 내에 배치된다. 계측 시스템(103)은 작업물들이 주입되는 위치 뒤에 위치될 수 있고, 작업물들이 주입되고 있지 않을 때에만 이온 빔(110)을 측정할 수 있지만, 다른 구성들도 가능하다.
프로세스 챔버(102)는 적어도 하나의 이송 로봇(115)을 포함하는 이송 챔버(104)에 연결된다. 특정 일 실시예에 있어, 이송 챔버(104) 내에서 2개의 이송 로봇들이 사용된다. 각각의 이송 로봇은, 예를 들어, 단일 암(arm) 로봇일 수 있다. 이러한 실시예에 있어, 이송 챔버(104)가 로드 락(load lock)(105) 및 로드 락(106)에 연결된다. 이송 챔버(104) 내의 이송 로봇(115)은 프로세스 챔버(102)와 로드 락(105) 및 로드 락(106) 사이에서 작업물들을 운반하는데 사용된다. 일 예에 있어, 이송 로봇(115)은 작업물들을 프로세스 챔버(102) 내의 캐리어 상에 놓을 수 있다. 다른 예에 있어, 이송 챔버(104) 또는 로드 락(105) 내에서 작업물들이 캐리어에 로딩되고, 이송 로봇(115)을 사용하여 프로세스 챔버(102)로 이동된다.
제 1 로드 락(105)이 작업물 운반 시스템(107)에 연결되며, 제 2 로드 락(106)은 작업물 운반 시스템(108)에 연결된다. 작업물 운반 시스템들(107, 108)은 인터페이스(109)에 연결된다. 프로세스 챔버(102) 및 이송 챔버(104)는 진공하에서 동작할 수 있으며, 반면 작업물 운반 시스템들(107, 108)은 대기압에서 또는 대기 중에서 동작할 수 있다. 로드 락(105) 및 로드 락(106)은 일 예에 있어 대기와 진공 사이에서 순환(cycle)된다.
이온 주입기(100)는 프로세스 챔버(102)로부터 작업물들을 로딩 및 언로딩하기 위한 2개의 경로들을 갖는다. 솔라셀들과 같은 작업물들이, 예컨대 작업물들의 적층들을 포함하는 랙(rack)들, 카세트들, 또는 캐리어들을 사용하여 인터페이스(109) 내로 로딩될 수 있다. 일 예에 있어, 작업물들은 작업물 운반 시스템(108)을 사용하여 로드 락(106)으로 운반된다. 로드 락(106)이 진공으로 펌핑 다운(pumped down)되며, 작업물들이 이송 챔버(104)로 운반된다. 작업물들은 프로세스 챔버(102) 내에서 주입되고, 이송 챔버(104)로 반환되며, 로드 락(105)으로 운반된다. 대기로 반환되면, 작업물들이 작업물 운반 시스템(107)을 사용하여 다시 인터페이스(109)로 운반된다. 다른 실시예에 있어, 작업물 운반 시스템(107) 및 작업물 운반 시스템(108) 둘 모두가 작업물들을 로딩 및 언로딩하며, 이는 이들 각각이 상이한 방향들로 움직이도록 동작할 수 있는 복수의 컨베이어 벨트들을 갖기 때문이다. 물론, 이온 주입기(100)를 사용하는 다른 프로세스 흐름들이 가능하며, 이들은 단지 예들에 불과하다.
대안적인 실시예에 있어, 다른 로드 락 및 작업물 운반 시스템이 이송 챔버(104)에 부착된다. 이러한 추가적인 작업물 운반 시스템은 인터페이스(109)에 부착된다. 이러한 추가적인 로드 락 및 작업물 운반 시스템을 부가하는 것은 프로세스 챔버(102)로부터 작업물들을 로딩 및 언로딩하기 위한 제 3 경로를 제공할 것이다. 다른 추가적인 로드 락들 및 작업물 운반 시스템들이 사용될 수 있다. 다른 대안적인 실시예에 있어, 로드 락(105) 및 로드 락(106) 각각이 복수의 챔버들을 포함하며, 이들 각각은 로딩 및 언로딩을 위한 자체적인 개구 또는 포트를 구비한다.
작업물들은 프로세스 챔버(102)에서의 운반 및 주입을 위하여 캐리어 상에 위치될 수 있다. 다른 수의 배열들이 가능하지만, 캐리어는, 예를 들어, 4x4 작업물들의 어레이 또는 매트릭스로 16개의 작업물들을 홀딩할 수 있다. 캐리어는 흑연, 실리콘 카바이드, 또는 다른 재료들로 제조될 수 있다. 캐리어는, 스캔 로봇, 롤 플랫(roll plat), 또는 기계력(mechanical force), 자기력, 또는 다른 메커니즘들을 사용하는 어떤 다른 로봇과 같은, 프로세스 챔버(102) 내의 다른 디바이스에 부착되거나 또는 이로부터 제거될 수 있다.
일 예에 있어, 일련의 컨베이어들(111) 및 일련의 컨베이어들(112)이 인터페이스(109)와 작업물 운반 시스템들(107, 108) 또는 로드 락들(105, 106)의 부분 사이에 위치된다. 일련의 컨베이어들(111, 112)은, 일 예에 있어, 각각이 3개의 컨베이어 벨트들을 포함할 수 있으며, 일련의 컨베이어들(111, 112)의 각각은 하나의 작업물 폭인 작업물들의 라인을 운반하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일련의 컨베이어들(112)이 인터페이스(109)로부터 작업물들을 로드 락(106)으로 전달할 수 있다. 작업물 운반 시스템(108) 내의 갠트리 로봇(gantry robot), 갠트리 로봇 및 스왑 로봇(swap robot), 또는 어떤 다른 로봇이, 예를 들어, 일련의 컨베이어들(112)로부터 작업물들을 로드 락(106) 내로 로딩할 수 있다. 마찬가지로, 작업물 운반 시스템(107) 내의 갠트리 로봇, 갠트리 로봇 및 스왑 로봇, 또는 어떤 다른 로봇이 로드 락(105)으로부터 작업물들을 일련의 컨베이어들(111) 상에 언로딩할 수 있다. 특정 일 실시예에 있어, 갠트리 로봇은 일련의 컨베이어들(112)로부터 한번에 4개의 작업물들을 로드 락(106) 내로의 삽입을 위한 스왑 로봇 상으로 들어올린다. 이러한 갠트리 로봇 또는 다른 갠트리 로봇은 또한 한번에 4개의 작업물들을 스왑 로봇으로부터 일련의 컨베이어들(111)로 들어올릴 수 있다. 이러한 갠트리 로봇은 작업물들을 운반하기 위하여 진공압(vacuum force)들, 정전기력, 기계력, 또는 어떤 다른 메커니즘을 사용할 수 있으며, 각각의 갠트리 로봇이 작업물들을 로딩 또는 언로딩할 수 있다. 일련의 컨베이어들(111, 112)이 인터페이스(109)로 또는 이로부터 작업물들을 직접적으로 전달할 수 있으며, 또는 컨베이어들의 다른 세트가 일련의 컨베이어들(111, 112)을 인터페이스(109)에 연결할 수 있다. 취급 로봇이, 예를 들어, 일련의 컨베이어들(111, 112)로 및 이로부터 카세트들을 이동시키기 위하여 인터페이스(109) 내에 포함될 수 있다. 스루풋 사양들을 만족시키기 위하여, 더 많은 로봇들이 요구될 수 있으며, 일부 작업물 이송들이 로봇들 사이에서 존재할 수 있다.
작업물 운반 시스템(108) 및 작업물 운반 시스템(107)의 특정 실시예가 개시되었지만, 다른 설계들이 가능하다. 로봇들, 컨베이어 벨트들, 작업물들 또는 캐리어들을 운반하는 다른 메커니즘들, 또는 이들의 조합이 또한 사용될 수 있다.
도 2는 이온 주입기 아키텍처의 제 2 실시예의 블록도의 상단 투시도이다. 이러한 실시예는 단지 로드 락(106) 및 작업물 운반 시스템(108)만을 갖는다. 따라서, 이온 주입기(113)가 프로세스 챔버(102)로부터 작업물들을 로딩 및 언로딩하기 위한 단일 경로를 갖지만, 복수의 캐리어들이 적어도 부분적으로 동시에 이온 주입기(113) 주변에서 셔플(shuffle)될 수 있다. 일 실시예에 있어, 일련의 컨베이어들(112) 내의 컨베이터 벨트들의 각각이 로딩 및 언로딩 둘 모두를 할 수 있을 수 있다. 특정 일 실시예에 있어, 이온 주입기(113)는 프로세스 챔버(102) 또는 이송 챔버(104)에 연결된 캐리어 보관 구역(area)을 가질 수 있다.
도 3 내지 도 4는 본 명세서에 개시된 주입기 아키텍처 실시예를 사용하여 이온 주입을 수행하는 제 1 실시예의 사시도이다. 도 3에서, 작업물들(202)이 캐리어(201) 상에 또는 캐리어 내에 배치된다. 캐리어(201)은 회전 또는 틸팅(tilt)할 수 있는 스캔 로봇(200) 상에 배치된다. 이러한 캐리어(201)는 작업물들(202)을 물리적으로 또는 기계적으로 홀딩할 수 있지만, 시스템은 또한 작업물들(202)을 위치시키기 위해 정전기 클램핑을 사용할 수 있다. 따라서, 스캔 로봇(200)은 일 표면 상에 정전기 클램프들을 포함할 수 있다.
이온 소스(101)는 추출 개구(204)(도 3에서 음영으로 표현된)를 갖는다. 이러한 추출 개구(204)는 도 3에 도시된 것과 상이한 설계들을 가질 수 있다. 도 1 내지 도 2의 이온 빔(110)과 같은 이온 빔이 추출 개구(204) 밖으로 투사된다. 추출 전극들이 추출 개구(204)에 인접하여 위치될 수 있다. 마스크(203)는, 마스크(203) 내의 개구들이 작업물들(202) 내의 선택적 주입들이 희망되는 영역들과 정렬될 수 있도록, 마스크 로더(205)를 사용하여 y-방향에서 캐리어(201)에 부착되거나 또는 이에 연결된다. 마스크 로더(205)는 마스크(203)를 이동시키거나 또는 조작하는 로봇, 기계, 또는 자기 시스템일 수 있다.
특정 일 실시예에 있어, 스캔 로봇(200)은 캐리어(201)가 스캔 로봇(200) 상에 로딩되거나 또는 작업물들(202)이 캐리어(201) 내로 로딩되는 수평 로딩 위치를 갖는다. 스캔 로봇(200)은 또한 이온 빔을 통한 작업물들(202)의 스캔 및 작업물들(202)의 주입을 위한 수직 주입 위치를 갖는다. 스캔 로봇(200)은 서로에 대해 거의 수직일 수 있는 이러한 2개의 위치들 사이에서 회전할 수 있다. 물론, 다른 각도 관계들이 가능하다.
특정 일 실시예에 있어, 마스크(203)가 마스크 로더(205)를 사용하여 캐리어(201) 상으로 하강된다. 이러한 마스크 로더(205)는 단일 스테이지 로봇일 수 있다. 마스크(203)는, 기계적 고정(fastening) 또는 클램핑(래치(latch)와 같은), 자기적 고정 또는 클램핑, 또는 다른 메커니즘들을 사용하여 캐리어에 연결될 수 있다. 작업물들(202)이 이미 캐리어(201) 내에서 정렬되었을 수 있으며, 따라서 캐리어(201)에 대한 마스크(203)의 적절한 연결이 희망되는 주입이 발생할 것을 보장할 수 있다.
도 4에서, 작업물들(202)이 추출 개구(204)로부터 추출되는 이온 빔의 방향(즉, z-방향)에 수직이 되도록, 캐리어(201) 및 작업물들(202)이 90° 회전된다. 이러한 회전은 스캔 로봇(200)을 사용할 수 있다. 각각의 작업물이 주입될 수 있도록, 작업물들(202)이 추출 개구(204)로부터 투사되는 이온 빔에 걸쳐 x-방향으로 스캐닝된다. 따라서, 이온 빔을 통한 또는 이온 빔에 걸친 스캔이 선형적일 수 있다. 주입 후, 마스크(203)가 작업물들(202) 또는 캐리어(201)로부터 제거될 수 있으며, 이는 마스크 로더(205)를 사용할 수 있다. 마스크(203)는 프로세스 챔버의 제 1 영역에서 캐리어(201)에 부착되거나 또는 작업물들(202) 위에 위치될 수 있다. x-방향으로 제 1 영역의 반대편(이온 소스(101)의 다른 면 상의)이 프로세스 챔버의 제 2 영역일 수 있다. 이러한 제 2 영역이 일시적으로 작업물들(202)을 보관하는데 사용될 수 있으며, 또는 마스크(203)를 부착하거나 제거하기 위한 마스크 로더(205)를 또한 가질 수 있다.
도 5는 도 3 내지 도 4에 예시된 이온 주입을 수행하는 제 1 실시예의 평면도 및 측면도이다. 우측에서, 그 위에 또는 그 안에 4개의 작업물들(202)을 갖는 캐리어(201)가 존재한다. 다른 실시예들에 있어, 캐리어(201) 상에 또는 캐리어 내에 더 많거나 또는 더 적은 작업물들(202)이 존재할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 16개의 작업물들(202)이 캐리어(201) 상에 또는 캐리어 내에 위치될 수 있다. 마스크(203)는 작업물들(202) 위에서 캐리어(201)에 부착된다.
도 5의 좌측에서, 작업물들(202)이 이온 주입기(110)에 의해 주입된다. 이온 빔(110)은 이온 소스(101)의 추출 개구(204)로부터 z-방향으로 추출된다. 작업물들(202)은, 작업물들이 z-방향에 수직이 되도록, 스캔 로봇(200)에 의해 회전되었거나 또는 틸팅되었다. 예를 들어, 작업물들(202)이 도 5의 좌측에 예시된 바와 같이 위치되도록 90° 틸팅될 수 있다. 캐리어(201)가 작업물들(202)을 주입하기 위하여 x-방향으로 스캐닝될 수 있다. z-방향(중력에 대해 수직일 수 있는)으로 이온 빔(110)을 투사하는 것이 이온 주입기의 설계를 단순화하며, 또한 작업물(202) 상의 입자 증착을 감소시킬 수 있다. 단지 단일의 스캐닝 축(x-방향)이 개시되었지만, 대안적인 실시예에 있어 2개의 축들에서의 스캐닝이 수행될 수 있다(예컨대, x-방향 및 y-방향으로). 또한 도 5에서 마스크(203)가 작업물들(202) 상에 있는 것으로 예시되었지만, 마스크(203)와 작업물들(202) 사이에 간극(gap)이 존재할 수 있다.
대안적인 실시예에 있어, 캐리어가 수직 위치에 있을 때(즉, 작업물들(202)이 추출 개구(204)로부터 추출되는 이온 빔의 방향에 수직일 때) 마스크(203)가 캐리어(201) 상으로 로딩된다. 마스크가 캐리어(201)로 이송되기 전에, 마스크(203)는 기계력 또는 자기력을 사용하는 마스크 로더를 사용하여 프로세스 챔버의 벽 상에 홀딩될 수 있다. 이는 도 3에 예시된 마스크 로더(205)와 유사할 수 있으며, 또는 캐리어(201)로의 이러한 특정 이송을 가능하게 하는 상이한 설계를 사용할 수도 있다.
캐리어(201)가 명확하게 개시되었지만, 다른 실시예는 이러한 캐리어(201)를 사용하지 않는다. 이러한 특정 실시예에 있어, 작업물들(202)이 개별적으로 주입 동안 작업물(202)을 홀딩하기 위한 스캔 로봇(200)의 다른 플랫폼 상에 위치되거나 또는 플래튼(platen)에 클램핑된다. 하나 이상의 작업물들(202)이 동시에 클램핑되거나 또는 홀딩될 수 있다. 일 예에 있어, 정전기 클램프가 주입 동안 작업물들(202)을 홀딩하는데 사용된다.
특정 일 실시예에 있어, 작업물들(202)이 매트릭스로 캐리어(201) 상에 또는 캐리어 내에 로딩된다. 이러한 매트릭스는 2x2, 2x4, 4x4, 또는 다른 크기들일 수 있다. 작업물들(202)의 블랭킷 주입 및 선택적 주입 둘 다가 수행될 수 있다. 작업물들(202)이 캐리어(201) 또는 스캔 로봇(200) 상에 로딩된 캐리어(201) 상으로 또는 이 안으로 로딩될 때, 스캔 로봇(200)은 수평 로딩 위치에 있을 수 있다. 스캔 로봇(200)은 캐리어(201)를 수직 주입 위치로 회전시키고, 이온 빔(110)을 통해 작업물들(202)을 스캐닝하며, 이는 각각의 작업물(202)의 표면의 전체의 블랭킷 주입을 수행하기 위하여 x-방향으로 작업물들(202)을 운반한다. 이온 빔(110)은 이러한 블랭킷 주입 동안 작업물들(202)의 각각의 전체를 주입한다. 일 예에 있어, 스캔 로봇(200)이 마스크(203)를 캐리어(201) 상에 또는 작업물들(202) 위에 로딩하거나 또는 연결하기 위하여, 캐리어(201)를 다시 수평 로딩 위치로 회전시킬 수 있다. 다른 예에 있어, 스캔 로봇(200)이 계속해서 그것의 수직 주입 위치에 있는 동안 마스크(203)가 캐리어(201)에 또는 작업물들(202) 위에 로딩되거나 또는 연결된다. 마스크(203)가 로딩되거나 또는 연결된 후, 각각의 작업물(202)의 표면의 영역들의 선택적 주입을 수행하기 위하여 작업물들(202)을 x-방향으로 운반하는 스캔 로봇(200)이 이온 빔(110)을 통해 작업물들(202) 및 마스크(203)를 스캐닝한다. 이온 빔(110)은 이러한 선택적 주입 동안 마스크(203)를 통해 작업물들(202)의 각각의 영역을 주입한다. 스캔 로봇(200)이 수평 로딩 위치 또는 수직 주입 위치 중 어느 하나에 있는 동안 마스크(203)가 제거된다. 스캔 로봇(200)이 수평 로딩 위치에 있는 동안, 작업물들(202)이 캐리어(201)로부터 언로딩 또는 분리되거나, 또는 캐리어(201)가 스캔 로봇(200)으로부터 언로딩된다. 물론, 블랭킷 주입 및 선택적 주입이, 선택적 주입 이전에 마스크(203)가 로딩되거나 또는 연결되고 그리고 블랭킷 주입 이전에 언로딩되거나 또는 분리되도록 제공된 어떠한 순서로도 수행될 수 있다. 대안적인 실시예에 있어, 2개의 선택적 주입들이 블랭킷 및 선택적 주입 대신에 수행될 수 있다. 이는 2개의 상이한 주입 패턴들을 형성하기 위하여 2개의 상이한 마스크들(203)을 필요로 할 수 있다.
도 6 내지 도 7은 본 명세서에 개시된 주입기 아키텍처 실시예를 사용하여 이온 주입을 수행하는 제 2 실시예의 사시도이다. 이러한 실시예에 있어, 이온 소스(101)가 y-방향으로 작업물들(202) 또는 프로세스 챔버 위에 배치된다(즉, 이온 빔(110)이 중력과 거의 평행한 방향으로 투사된다). 도 6에서, 마스크(203)는, 마스크(203) 내의 개구들이 작업물들(202) 내의 선택적 주입들이 희망되는 영역들에 정렬될 수 있도록, 예를 들어, 마스크 로더(205)를 이용하여 y-방향으로 캐리어(201)에 부착되거나 또는 연결된다. 도 7에서, 작업물들 각각이 주입될 수 있도록 작업물들(202)이 x-방향으로 스캐닝된다. 주입 후, 마스크(203)가, 예컨대 마스크 로더(205)를 사용하여 작업물들(202) 또는 캐리어(201)로부터 제거될 수 있다. 이는 프로세스 챔버의 제 1 영역에서 수행될 수 있다. x-방향에서 제 1 영역의 반대편(이온 소스(101)의 다른 면 상의)이 프로세스 챔버의 제 2 영역일 수 있다. 이러한 제 2 영역은 일시적으로 작업물들(202)을 보관하는데 사용될 수 있으며, 또는 마스크(203)를 부착하거나 또는 제거하기 위한 마스크 로더(205)를 또한 가질 수 있다.
본 명세서에서 설명된 실시예들을 사용하여 블랭킷 주입이 희망되는 경우, 마스크(203)가 사용되지 않는다. 이러한 예에 있어, 작업물들(202)이 마스크(203) 없이 추출 개구(204)로부터 추출되는 이온 빔을 통해 스캐닝된다. 일부 실시예들에 있어, 블랭킷 주입 및 선택적 주입 둘 모두가 희망된다. 마스크(203)를 사용하는 선택적 주입 및 블랭킷 주입 둘 모두가 주입들의 시퀀스에 따라 작업물들(202) 주변의 진공을 차단(break)하지 않고 수행될 수 있다. 예를 들어, 블랭킷 주입이 수행될 수 있고, 그 뒤 마스크(203)가 캐리어(201)에 또는 캐리어 위에 부착되며 선택적 주입이 수행된다. 다른 예에 있어, 마스크(203)가 캐리어(201)에 또는 캐리어 위에 부착되고, 선택적 주입이 수행되며, 마스크(203)가 캐리어(201)로부터 제거되고, 그 뒤 블랭킷 주입이 수행된다. 이온 빔(110)을 통한 하나 이상의 패스(pass)들이 블랭킷 또는 선택적 주입 동안 희망되는 도우즈(dose)를 획득하기 위하여 필요할 수 있다.
대안적인 실시예에 있어, 개구들을 구비한 쉬스 수정기(sheath modifier)가 마스크를 사용하는 것 대신에 또는 마스크를 보충하기 위하여 이온 소스 상에 또는 이온 소스 내에 위치된다. 이러한 쉬스 수정기는 플라즈마 쉬스에 영향을 줌으로써 이온들이 선택적 주입 내로 포커싱되게 한다. 이온 소스에 대한 작업물들의 스캔 속도 또는 빔 전류가 선택적 주입 또는 블랭킷 및 선택적 주입의 조합을 수행하기 위하여 변화될 수 있다. 쉬스 수정기 내의 개구들의 형태가 또한 선택적 및 블랭킷 주입 또는 단지 블랭킷 주입만을 수행하기 위하여 변화될 수 있다. 다른 포커스형 이온 빔 시스템들이 선택적 주입들을 제공하기 위하여 이온 소스와 함께 사용될 수 있다.
본 명세서에 설명된 실시예들은 블랭킷 주입들에 대하여 대략 시간당 3000 웨이퍼들(wafers per hour: wph)의 스루풋으로 또는 선택적 주입들에 대하여 대략 2000 wph의 스루풋으로 동작할 수 있다. 물론, 다른 스루풋들이 가능하다. 특정 구성들에 있어, 본 명세서에 개시된 바와 같은 이온 주입기는 최대 6000 wph로 동작할 수 있다.
일 실시예는 작업물 냉각을 특징으로 한다. 일 실시예에서 후면 가스 냉각이 사용될 수 있으며, 후면 가스 냉각 시스템은, 예를 들어, 캐리어(201) 또는 스캔 로봇(200)의 부분일 수 있다. 작업물들은, 예를 들어, 300℃ 또는 200℃ 밑으로 유지될 수 있다. 인, 비소, 붕소, 다른 n-형 도펀트들, 다른 p-형 도펀트들, 금속들, 또는 당업자들에게 공지된 다른 종이 주입될 수 있다. 다른 주입 도우즈들이 가능하지만, 주입 도우즈가 E15 cm-2 범위 내에 있을 수 있다. 마스크를 사용하여 또는 다른 선택적 주입 방법들을 사용하여 주입된 특징부들이 약 300 μm 미만의 치수일 수 있다. 본 명세서의 실시예들에 있어, 이온 빔은 질량 분석되지 않는다. 그러나, 대안적인 실시예에 있어 프로세스 챔버(102)에 부착된 빔라인이 포함된 질량 분석기를 갖는다. 이러한 일 실시예에 있어, 이온 빔이 희망되지 않는 에너지를 갖는 이온들 또는 희망되지 않는 이온 종을 제거하기 위하여 만곡되거나 또는 편향된다. 이는 특정 주입 프로세스들에 대하여 오염을 감소시킬 수 있다. 본 명세서에 예시된 이온 소스들 중 하나는 또한 증착, 에칭, 또는 다른 성능들을 제공하기 위하여 수정되거나 또는 구성될 수 있다.
도 8 내지 도 10은 캐리어의 일 실시예의 사시도들이다. 도 8의 캐리어는 4x4 매트릭스로 16개의 작업물들(202)을 갖는다. 각각의 작업물(202)이 프레임(300)에 의해 둘러싸인다. 일 실시예에 있어, 캐리어(201)는 작업물들(202)이 로딩되는 곳의 반대쪽의 캐리어(201)의 면 상에 베이스(base)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 있어, 프레임(300)은 양쪽 면들 모두에서 개방되어 있다.
각각의 프레임(300)은 도 9에 도시된 바와 같은 하나 이상의 푸셔(pusher)들(301)을 포함할 수 있다. 이러한 푸셔(301)는 스프링-로딩형 회전식 암(spring-loaded rotary arm)에 연결될 수 있다. 연장될 때, 푸셔(301)는 프레임(300)의 맞은편 벽을 향하여 작업물(202)을 이동시킬 것이다. 일 예에 있어, 프레임(300)의 2개의 인접한 벽들이 각기 하나 이상의 푸셔들(301)을 갖는다. 이는 푸셔들(301)로부터 프레임(300)의 맞은편 벽 또는 벽들을 향해 작업물(202)을 이동시킬 것이다. 이는 코너 내로 또는 벽을 향하여 작업물(202)을 누름으로써 정렬을 가능하게 할 수 있다. 푸셔들(301)은 작업물(202)을 유지하거나 또는 잡는데 도움을 주도록 작업물(202)과 접촉하는 홈이 파인(grooved) 또는 만곡된 단부를 가질 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 프레임(300)은 또한 하나 이상의 유지 메커니즘들(302)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어 이러한 유지 메커니즘들(302)은 유지 핀일 수 있다. 각각의 유지 메커니즘(302)은 작업물(202)을 유지하거나 또는 잡는데 도움을 주도록 작업물(202)과 접촉하는 홈이 파인 또는 만곡된 단부를 가질 수 있다. 푸셔들(301)이 작업물(202)을 프레임(300) 내에 홀딩하기 위하여 유지 메커니즘(302)과 함께 작용할 수 있다. 일 예에 있어, 프레임(300)은 또한 하나 이상의 해제 메커니즘들(303)을 포함할 수 있으며, 이는 작업물(202)을 유지 메커니즘(302) 밖으로 밀어낼 수 있다.
도 11은 이온 주입기 아키텍처의 제 3 실시예의 블록도의 상단 투시도이다. 이러한 실시예의 일부분이 도 1의 실시예와 유사하다. 그러나, 이온 주입기(400)는 로드 락들(402, 403)에 연결된 제 2 이송 챔버(401)를 포함한다. 이송 챔버(104) 및 제 2 이송 챔버(401)는 이송 로봇(115)과 유사할 수 있는 적어도 하나의 이송 로봇(예시되지 않음)을 각기 가질 수 있다. 로드 락들(402, 403)은 각각이 일련의 컨베이어들(407, 408)을 구비한 작업물 운반 시스템들(404, 405)에 연결된다. 작업물 운반 시스템들(404, 405)은 작업물 운반 시스템들(107, 108)과 유사할 수 있다. 작업물 운반 시스템들(404, 405)은 인터페이스(406)에 연결된다. 작업물 운반 시스템들(404, 405) 내의 갠트리 로봇, 어떤 다른 로봇, 또는 로봇들의 조합이 일련의 컨베이어들(407, 408)과 로드 락들(402, 403) 사이에서 작업물들을 로딩할 수 있다. 이러한 실시예는 작업물들에 대한 복수의 입력 및 출력 경로들을 가능하게 한다. 캐리어들이 하나 또는 2개의 방향들로 프로세서 챔버(102) 안팎으로 순환될 수 있다.
도 12는 이온 주입기 아키텍처의 제 4 실시예의 블록도의 상단 투시도이다. 이러한 실시예는 도 11과 유사하지만, 단지 로드 락(403)을 인터페이스(406)에 연결하는 작업물 운반 시스템(405) 및 로드 락(106)을 인터페이스(109)에 연결하는 작업물 운반 시스템(108)만을 갖는다. 이러한 이온 주입기(409)는 작업물들에 대한 복수의 입력 및 출력 경로들을 가능하게 한다. 일 예에 있어, 작업물 운반 시스템들(108, 405) 중 하나가 작업물들의 로딩을 위한 것이며, 반면 다른 하나가 작업물들의 언로딩을 위한 것이다. 다른 예에 있어, 작업물 운반 시스템들(108, 405)이 각각 작업물들의 로딩 및 언로딩을 위해 사용된다.
도 11 내지 도 12의 실시예들의 인터페이스(406)가 또한 인터페이스(109)와 동일할 수 있거나 또는 이에 연결될 수 있다. 따라서, 이는 동일한 유닛의 부분일 수 있으며, 카세트들을 로딩 또는 언로딩하는데 사용되는 로봇들을 공유할 수 있다. 물론, 인터페이스(409)가 또한 도 11 내지 도 12에 예시된 바와 같이 인터페이스(109)로부터 분리될 수도 있다.
본 명세서에 개시된 실시예들을 복수의 캐리어들을 홀딩할 수 있다. 이러한 캐리어들은 작업물들의 주입과 로딩 및 언로딩 동안 다양한 위치들에 보관되거나 또는 다양한 위치들로 순환될 수 있다. 도 2의 실시예는 5개의 캐리어들을 사용할 수 있다. 도 1의 실시예는 8개의 캐리어들을 사용할 수 있다. 도 12의 실시예는 10개의 캐리어들을 사용할 수 있다. 도 11의 실시예는 16개의 캐리어들을 사용할 수 있다. 물론, 각각의 실시예에서 더 많거나 또는 더 적은 캐리어들이 사용될 수 있다. 이러한 수들은 단지 예시적인 것으로 여겨진다.
도 13은 이온 주입기 아키텍처의 제 5 실시예의 블록도의 상단 투시도이다. 이온 주입기(410)는 프로세스 챔버(102) 및 프로세스 챔버(412)를 갖는다. 이들 둘 모두가 이송 로봇(115)과 유사한 이송 로봇(예시되지 않음)을 가질 수 있는 이송 챔버(104)에 연결된다. 프로세스 챔버(412)는 이온 빔(414)을 생성하는 이온 소스(411)를 갖는다. 프로세스 챔버(412)는 또한 계측 시스템(413)을 갖는다. 프로세스 챔버(412), 이온 소스(411), 및 계측 시스템(413)은 각기 프로세스 챔버(102), 이온 소스(101), 및 계측 시스템(103)과 유사할 수 있다. 이러한 예에서 프로세스 챔버(102)가 캐리어 보관 구역(415)에 연결된다. 도 13에 단지 하나가 예시되었지만, 2개 이상의 캐리어 보관 구역(415)이 이온 주입기(410)에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 프로세스 챔버(102)가 2개의 캐리어 보관 구역들(415)에 연결될 수 있다.
일 예에 있어, 프로세스 챔버(412) 내의 작업물들이 추출 전극들(420)의 바로 하류에 있다. 특정 일 실시예에 있어, 이온 빔(414)이 이온 소스(411)로부터 프로세스 챔버(412) 내의 작업물들을 향해 직선으로 투사된다. 이온 소스(411)와 프로세스 챔버(412) 사이의 추출 개구는 추출 전극들(420) 사이에 또는 이들에 인접하여 위치될 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 추출 전극들(420)에 인접한 벽이 바로 이온 소스(411)와 프로세스 챔버(412) 사이에 있다.
이온 주입기(410) 내의 프로세스 챔버들(102, 412)이 각기 블랭킷 및 선택적 주입들, 2개의 블랭킷 주입들, 또는 2개의 선택적 주입들을 수행할 수 있다. 상이한 주입 종 또는 동일한 주입 종이 각각의 이온 빔(110, 414)에 대하여 사용될 수 있다. 2개의 선택적 주입들이 각각의 프로세스 챔버(102, 412) 내에서 형성되는 하나의 영역을 이용하여 작업물의 상이한 영역들을 주입할 수 있다. 따라서, 이러한 2개의 선택적 주입들에 사용되는 마스크들이 상이할 수 있다. 이러한 모든 주입들이 작업물 주위의 진공을 차단하지 않고 수행될 수 있다. 본 명세서에 개시된 다른 실시예들이 또한 동일한 방식으로 부착된 2개 이상의 프로세스 챔버들을 가질 수 있다. 각각의 이송 챔버가 각각의 프로세스 챔버에 연결되도록, 다양한 이송 챔버들이 연결될 수 있다. 물론, 하나의 이송 챔버가 단지 2개의 프로세스 챔버들 중 하나에만 연결되는 예가 또한 존재할 수 있다.
일 예에 있어, 2개의 프로세스 챔버들 및 2개의 이송 챔버들이 이송 챔버들에 연결된 작업물 운반 시스템들 및 로드 락들과 함께 링-형태 경로를 형성할 수 있다. 따라서, 추가 이송 챔버가 도 13에 예시된 프로세스 챔버들(102, 412)을 연결할 수 있다. 작업물들이 전체 링-형태 경로를 통해 순환할 수 있으며, 또는 단지 링-형태 경로의 절반만을 통해 순환할 수 있다. 2개의 작업물 흐름들이 스루풋 및 가동시간을 개선할 수 있다. 따라서, 2개의 작업물 흐름들을 사용하는 주입기 내의 작업물들이 다른 이송 챔버를 거치지 않고 동일한 이송 챔버에 진입하고 빠져나올 수 있다. 이러한 예에 있어, 작업물들이 이온 소스들 둘 다에 의해 주입되지만, 원래의 이송 챔버로 다시 순환된다.
또 다른 예에 있어, 2개의 프로세스 챔버들이 링-형태 경로로 링크될 수 있으며, 블랭킷 및 선택적 주입들이 각각의 프로세스 챔버에서 일어날 수 있다. 따라서 총 4개의 주입들이 각각의 작업물 상에 수행될 수 있다. 각각의 이온 소스는 상이한 이온 종을 주입할 수 있다. 작업물들은 이송 챔버들 둘 모두를 통해 순환할 수 있으며, 원래의 이송 챔버 또는 다른 이송 챔버 중 하나를 통해 빠져나갈 수 있다. 각각의 프로세스 챔버는 동일한 작업물들 상에 선택적 및 블랭킷 주입들 둘 다를 수행할 수 있다. 따라서, 작업물들의 2개의 흐름들이 존재할 수 있으며, 순환이 선택적 주입을 위한 마스크의 배치 또는 제거를 보상할 수 있다.
도 14는 이온 주입기 아키텍처의 제 6 실시예의 블록도의 상단 투시도이다. 이온 주입기(417)는 2개의 프로세스 챔버들(102, 412), 2개의 이송 챔버들(104, 401), 및 2개의 캐리어 보관 구역들(415, 416)을 갖는다. 단일 지점의 고장이 전체 이온 주입기(417)의 동작을 중단시키지 않도록, 이온 주입기(417)는 병렬 경로들을 사용하여 동작할 수 있다. 이는 이온 주입기(417)에 대한 가동시간을 증가시킬 것이다. 다른 이점은 작업물들이 동일한 위치에서 진입하고 빠져나온다는 것이다. 작업물들의 제 1 세트가 주입될 작업물들의 제 2 세트를 기다릴 수 있고, 작업물들의 제 2 세트가 대기하고 있거나 또는 다른 곳으로 운반되고 작업물들의 제 3 세트로 대체되는 동안 즉시 주입을 개시할 수 있기 때문에, 이온 주입기(417)가 더 높은 이온 빔 이용률을 가질 수 있다. 작업물들의 다른 세트가 로딩되거나 또는 언로딩되는 동안 작업물들의 제 1 세트를 주입하는 것이 스루풋을 증가시킬 수 있다.
이러한 병렬 경로들이 도 14의 점선들(418, 419)에 의해 예시된다. 작업물들의 각각의 세트가 로드 락(403) 또는 로드 락(106)으로부터 진입한다. 작업물들의 이러한 세트는 이온 주입기(417)로부터 제거되기 위하여 동일한 로드 락으로 복귀한다. 어느 경로로부터의 작업물들의 다른 세트가 이온 주입기(417) 내에서 순환하는 동안, 하나의 경로로부터의 작업물들의 하나의 세트를 주입하는 것이 가능하다. 작업물 이동, 로딩, 언로딩, 및 주입의 타이밍 및 시퀀싱이 최대 스루풋을 제공하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에 있어, 이온 빔(110) 및 이온 빔(414)이 상이한 주입 종을 사용하지만, 또한 이온 빔들(110, 414)이 동일한 주입 종을 사용할 수도 있다. 다른 실시예들에 있어, 각각의 이온 소스(101, 411)로부터의 블랭킷 및 선택적 주입을 획득하기 위하여 또는 희망되는 이온 도우즈를 획득하기 위하여 작업물들의 각각의 세트가 복수의 주입 패스들을 각각의 이온 소스(101, 411)를 통과하게 만든다. 물론, 이것이 스루풋을 증가시키는 경우 또는 이온 주입기(417) 내에 파손 또는 오류가 존재하는 경우, 작업물들이 상이한 로드 락들(106, 403)을 통해 이온 주입기에 진입하고 떠날 수도 있다.
2개의 작업물 흐름들을 갖는 유사한 이온 주입기가, 도 11 내지 도 12에 예시된 바와 같이, 단지 하나의 이온 소스 및 하나의 프로세스 챔버를 가질 수 있다. 작업물들이 다른 이송 챔버를 거치지 않고 동일한 이송 챔버로 진입하고 빠져나갈 수 있다. 단일 프로세스 챔버가 동일한 작업물들 상에 선택적 및 블랭킷 주입들 둘 모두를 수행할 수 있다. 따라서, 작업물들의 2개의 흐름들이 존재할 수 있으며, 순환이 선택적 주입을 위한 마스크의 배치 또는 제거를 보상할 수 있다.
체인화된 주입들이 수행되는 경우, 플립 스테이션(flip station)이 포함될 수 있다. 이는 캐리어를 180° 플립하거나(예컨대, 베이스를 포함하고 있지 않은 경우) 또는 작업물들을 180° 플립할 수 있으며, 이러한 작업물들을 상이한 캐리어 내에 위치시키거나 또는 동일한 캐리어 내에 다시 위치시킬 수 있다. 로봇이 작업물들 또는 캐리어를 플립하는데 사용될 수 있다. 플리핑이 작업물들의 면들 둘 모두의 주입을 가능하게 하며, 이는 일부 솔라셀 설계들에 대해 필요할 수 있다. 일 실시예에 있어, 작업물들이 하나의 면을 위로 하여(facing up) 이온 주입기에 진입하고, 대향 면을 위로 하여 이온 주입기를 빠져나올 수 있다.
플립 스테이션이 동일한 진공 조건들 하에서 프로세스 챔버들에 연결될 수 있거나, 동일한 진공 조건들 하에서 이송 스테이션에 연결될 수 있거나, 또는 진공의 외부에 연결될 수 있다. 예를 들어, 이송 스테이션이 외부 컨베이어에 의해 플립 스테이션에 연결될 수 있다. 특정 일 실시예에 있어, 도 13의 캐리어 보관 구역(415) 또는 도 14의 캐리어 보관 구역들(415, 416)이 플립 스테이션으로서 기능할 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시예들은 체인화된 방식으로 또는 비-체인화된 방식으로 동작할 수 있다. 체인화된 주입들을 수행할 수 있는 이온 주입기는, 진공을 차단하지 않고 동일한 프로세스 챔버 또는 프로세스 챔버들 내에서 블랭킷 및 선택적 주입, 2개의 블랭킷 주입들, 2개의 선택적 주입들, 또는 2 이상의 주입들의 다른 조합들을 수행하는 것이 가능할 수 있다. 체인화된 주입들을 수행하는 단일 이온 주입기를 사용하는 것이, 예를 들어, 제조 설비의 제조 장비 풋프린트(footprint)를 감소시키거나, 더 적은 교체 또는 소모성 부분들을 사용하거나, 또는 전체 비용을 낮출 수 있으며, 이는 더 적은 컨베이어들 또는 다른 컴포넌트들이 요구될 수 있기 때문이다. 본 명세서에 설명된 실시예들을 사용하는 체인화된 주입들 및 비-체인화된 주입들 둘 모두가 현존하는 이온 주입기들에 비해 증가된 스루풋들을 가질 수 있다.
본 명세서에 개시된 다양한 컴포넌트들(예를 들어, 작업물 운반 시스템들, 이송 챔버들)이 모듈식일 수 있다. 따라서 표준 컴포넌트들이 상이한 구성들로 조합될 수 있다. 이러한 상이한 구성들이 상이한 스루풋들을 가질 것이며, 상이한 유형들의 주입들을 수행하기 위하여 또는 상이한 유형들의 작업물들을 주입하기 위하여 사용될 수 있다.
일 예에 있어, 단일 이온 주입기가 선택적 에미터(selective emitter: SE) 솔라셀들을 제조하는데 사용될 수 있다. 이는 블랭킷 및 선택적 주입을 사용할 수 있다. 다른 예에 있어, 단일 이온 주입기는 후면 전극(interdigitated backside contact: IBC) 솔라셀들을 제조하는데 사용될 수 있다. 이는 각각이 상이한 주입 종을 이용하는 적어도 2개의 선택적 주입들을 사용할 수 있다. 그러나, 일부 SE 및 IBC 솔라셀들은 이보다 더 많은 주입 단계들을 사용한다. 다른 솔라셀 설계들이 또한 본 명세서에 설명된 주입기 설계들을 사용하여 구현될 수 있다.
본 발명은 본 명세서에서 설명된 특정 실시예들에 의해 그 범위가 제한되지 않는다. 오히려, 본 명세서에 설명된 실시예들에 더하여, 본 발명의 다른 다양한 실시예들 및 본 발명에 대한 수정예들이 이상의 설명 및 첨부된 도면들로부터 당업자들에게 명백할 것이다. 이러한 다른 실시예들 및 수정예들이 본 발명의 범위 내에 속하도록 의도된다. 더욱이, 본 명세서에서 본 발명이 특정 목적을 위한 특정 환경에서의 특정 구현예의 맥락에서 설명되었지만, 당업자들은 본 발명의 유용성이 이에 한정되지 않으며, 본 발명이 임의의 수의 목적들을 위한 임의의 수의 환경들에서 유익하게 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 이하에서 기술되는 청구항들은 본 명세서에 설명된 것과 같은 본 발명의 완전한 폭과 사상의 관점에서 해석되어야 한다.
Claims (25)
- 이온 주입기로서,
이온 소스;
상기 이온 소스에 연결되며, 복수의 추출 전극들에 의해 상기 이온 소스로부터 분리되는 프로세스 챔버;
복수의 작업물들을 홀딩하며, 스캔 로봇에 착탈가능하게 부착가능하도록 구성된 캐리어(carrier);
상기 이온 소스로부터 보내지는 이온 빔을 관통해 상기 캐리어를 운반하도록 구성된 상기 스캔 로봇; 및
상기 프로세스 챔버 내의 마스크 로더(mask loader)로서, 상기 마스크 로더는 상기 캐리어가 상기 스캔 로봇 상에 배치되어 있는 동안 마스크를 상기 캐리어에 연결하도록 구성되며, 상기 마스크는 상기 복수의 작업물들을 커버하기에 충분히 큰 치수들을 갖는, 상기 마스크 로더를 포함하는, 이온 주입기.
- 청구항 1에 있어서,
상기 이온 소스는 RF 이온 소스를 포함하는, 이온 주입기.
- 청구항 1에 있어서,
상기 마스크는 자기적으로 상기 캐리어에 고정되는, 이온 주입기.
- 청구항 1에 있어서,
상기 마스크는 기계적으로 상기 캐리어에 고정되는, 이온 주입기.
- 청구항 1에 있어서,
상기 스캔 로봇은 서로에 대해 수직하는 수평 로딩(load) 위치 및 수직 주입 위치를 가지며,
상기 스캔 로봇은 상기 복수의 작업물들이 상기 이온 빔의 경로 내에 있도록 상기 수평 로딩 위치로부터 상기 캐리어를 상기 수직 주입 위치로 회전시키도록 구성된, 이온 주입기.
- 청구항 1에 있어서,
상기 복수의 작업물들은 상기 추출 전극들의 바로 하류(downstream)에 있는, 이온 주입기.
- 청구항 1에 있어서,
이온 빔이 상기 이온 소스로부터 상기 복수의 작업물들을 향해 직선으로 투사되는, 이온 주입기.
- 이온 주입기로서,
이온 소스;
상기 이온 소스에 연결되며, 복수의 추출 전극들에 의해 상기 이온 소스로부터 분리되는 프로세스 챔버;
복수의 작업물들을 홀딩하며, 스캔 로봇에 착탈가능하게 부착가능하도록 구성된 캐리어;
상기 이온 소스로부터 보내지는 이온 빔을 관통해 상기 복수의 작업물들을 홀딩하는 상기 캐리어를 운반하도록 구성된 상기 스캔 로봇;
상기 프로세스 챔버 내의 마스크 로더로서, 상기 마스크 로더는 상기 캐리어가 상기 스캔 로봇 상에 배치되어 있는 동안 마스크를 상기 캐리어에 연결하도록 구성된, 상기 마스크 로더;
상기 프로세스 챔버에 연결된 이송 챔버;
상기 이송 챔버에 연결된 로드 락(load lock);
상기 복수의 작업물들을 상기 캐리어 상에 로딩하고, 상기 로드 락과 상기 프로세스 챔버 사이에서 상기 복수의 작업물들을 운반하도록 구성된 상기 이송 챔버 내의 이송 로봇; 및
상기 로드 락에 연결되며, 상기 로드 락으로부터 상기 복수의 작업물들을 로딩 및 언로딩하도록 구성된 작업물 운반 시스템을 포함하며,
상기 마스크는 상기 복수의 작업물들을 커버하기에 충분히 큰 치수들을 갖는, 이온 주입기.
- 청구항 8에 있어서,
상기 이온 소스는 RF 이온 소스를 포함하는, 이온 주입기.
- 청구항 8에 있어서,
상기 마스크는 자기적으로 상기 캐리어에 고정되는, 이온 주입기.
- 청구항 8에 있어서,
상기 마스크는 기계적으로 상기 캐리어에 고정되는, 이온 주입기.
- 청구항 8에 있어서,
상기 스캔 로봇은 서로에 대해 수직하는 수평 로딩 위치 및 수직 주입 위치를 가지며,
상기 스캔 로봇은 상기 복수의 작업물들이 상기 이온 빔의 경로 내에 있도록 상기 수평 로딩 위치로부터 상기 캐리어를 상기 수직 주입 위치로 회전시키도록 구성된, 이온 주입기.
- 청구항 8에 있어서,
상기 이송 챔버에 연결된 제 2 로드 락을 더 포함하는, 이온 주입기.
- 이온 주입기로서,
제 1 이온 소스;
제 2 이온 소스로서, 상기 이온 소스 및 상기 제 2 이온 소스 중 하나가 n-형 이온들을 생성하고, 상기 이온 소스 및 상기 제 2 이온 소스 중 다른 하나가 p-형 이온들을 생성하는, 상기 제 2 이온 소스;
상기 제 1 이온 소스에 연결되며, 복수의 추출 전극들에 의해 상기 제 1 이온 소스로부터 분리되는 제 1 프로세스 챔버;
복수의 작업물들을 홀딩하도록 구성된 캐리어;
상기 제 1 프로세스 챔버 내의 제 1 마스크 로더로서, 상기 마스크 로더는 마스크를 상기 캐리어에 연결하도록 구성된, 상기 제 1 마스크 로더;
상기 제 1 프로세스 챔버에 연결된 이송 챔버;
상기 이송 챔버에 연결된 로드 락;
상기 로드 락과 상기 제 1 프로세스 챔버 사이에서 상기 복수의 작업물들을 운반하도록 구성된 상기 이송 챔버 내의 이송 로봇;
상기 이송 챔버 및 상기 제 2 이온 소스에 연결된 제 2 프로세스 챔버로서, 상기 제 2 프로세스 챔버는 제 2의 복수의 추출 전극들에 의해 상기 제 2 이온 소스로부터 분리되는, 상기 제 2 프로세스 챔버;
상기 제 2 프로세스 챔버 내의 제 2 마스크 로더로서, 상기 제 2 마스크 로더는 제 2 마스크를 상기 캐리어에 연결하도록 구성된, 상기 제 2 마스크 로더; 및
상기 로드 락에 연결되며, 상기 로드 락으로부터 상기 복수의 작업물들을 로딩 및 언로딩하도록 구성된 작업물 운반 시스템을 포함하는, 이온 주입기.
- 청구항 14에 있어서,
상기 프로세스 챔버 및 상기 제 2 프로세스 챔버에 연결된 제 2 이송 챔버를 더 포함하는, 이온 주입기.
- 청구항 8에 있어서,
상기 복수의 작업물들은 상기 추출 전극들의 바로 하류에 있는, 이온 주입기.
- 청구항 8에 있어서,
이온 빔이 상기 이온 소스로부터 상기 복수의 작업물들을 향해 직선으로 투사되는, 이온 주입기. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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