KR20120031171A - 워크피스 핸들링 시스템 - Google Patents

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KR20120031171A
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KR
South Korea
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mask
workpiece
station
selective
processing chamber
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Application number
KR1020117029279A
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English (en)
Inventor
벤자민 비. 리오돈
케빈 엠. 다니엘스
윌리암 티. 웨버
찰스 칼슨
Original Assignee
베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
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Filing date
Publication date
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Abstract

워크피스 핸들링 시스템(100)은 이온 주입을 위한 워크피스를 지지하는 처리 챔버(114), 상기 처리 챔버(114) 외측의 마스크 스테이션(170) 내에 저장되는 제1 마스크(172, 174, 176), 그리고 상기 마스크 스테이션(170)으로부터 상기 제1 마스크(172, 174, 176)를 회수하고, 상기 워크피스의 상향에 상기 제1 마스크를 배치하여 상기 워크피스에 대해 상기 제1 마스크를 통해 제1 선택적 주입이 수행되게 하는 로봇 시스템(106)을 구비한다. 방법은 처리 챔버(114) 외측의 마스크 스테이션(170) 내에 제1 마스크(172, 174, 176)를 저장하는 단계, 상기 마스크 스테이션(170)으로부터 상기 제1 마스크를 회수하는 단계, 이온 주입을 위해 상기 처리 챔버(114) 내에 위치하는 워크피스의 상향에 상기 제1 마스크를 배치하는 단계, 그리고 상기 제1 마스크를 통해 제1 선택적 주입을 수행하는 단계를 포함한다.

Description

워크피스 핸들링 시스템{WORKPIECE HANDLING SYSTEM}
본 발명은 워크피스(workpiece) 핸들링에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 워크피스 핸들링 시스템과 구동 방법에 관한 것이다.
워크피스 핸들링 시스템은 일반적으로 워크피스들을 처리 도구의 처리 챔버 내로 도입하고, 이를 상기 처리 챔버로부터 제거하며, 처리 후에 이를 워크피스 캐리어로 복귀시킨다. 상기 처리 챔버 내에서의 상기 워크피스의 처리는 전형적으로 진공 상태에서 수행된다. 상기 처리 도구는 이온들을 생성하고 처리를 위해 상기 워크피스의 표면을 향하여 유도하는 이온 주입기가 될 수 있다. 상기 이온 주입기는 빔 라인 이온 주입기 또는 플라즈마 도핑 이온 주입기에 해당될 수 있다. 빔 라인 이온 주입기는 이온 소스와 상기 이온 소스로부터 잘 정제된 이온들을 추출하는 추출 전극 어셈블리를 구비한다. 해당 기술 분야에서 알려져 있는 하나 또는 그 이상의 빔 라인 성분들이 이온 빔을 조절하고 변경하여 상기 워크피스의 전면 표면을 항해 유도되는 원하는 특성을 갖는 이온 빔을 수득할 수 있다. 상기 이온 빔은 이온 빔 운동, 워크피스의 운동 또는 이들 둘의 조합에 의해 상기 워크피스의 전면 표면을 가로 질러 분포될 수 있다. 이온 주입기는 또한 챔버 내에 플라즈마를 생성하는 알려진 플라즈마 도핑 이온 주입기들을 포함할 수 있다. 상기 플라즈마로부터의 이온들은 일정한 시간 간격 동안 워크피스의 전면 표면을 향해 유도된다. 상기 워크피스는 또한 상기 플라즈마 도핑 이온 주입기의 챔버 내에 배치된다. 두 가지 중 하나의 형태의 이온 주입기를 위해서, 상기 워크피스는 솔라 셀, 반도체 기판, 폴리머 기판 및 평판 패널을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
이온 주입기에 의해 처리되는 상기 워크피스는 상기 이온들에 대해 상기 워크피스의 선택된 부분들을 노출시키고 이온들로부터 다른 부분들을 보호하는 포토레지스트 마스크를 포함할 수 있다. 이러한 포토레지스트 마스킹 공정은 정밀한 반면, 이에 의해 장치 제작 공정에 관련된 비용과 함께 다단의 단계들이 추가된다. 제조 공정, 특히 전력 당 비용이 중점 문제인 솔라 셀 제조에 대해 어떠한 비용의 감소라도 바람직하다.
이에 따라, 보다 개선된 워크피스 핸들링 시스템이 요구된다.
본 발명의 일 측면에 따르면 워크피스 핸들링 시스템이 제공된다. 상기 워크피스 핸들링 시스템은, 이온 주입을 위한 워크피스를 지지하는 처리 챔버, 상기 처리 챔버의 외측의 마스크 스테이션 내에 저장되는 제1 마스크, 그리고 상기 마스크 스테이션으로부터 상기 제1 마스크를 회수하고, 상기 제1 마스크를 상기 워크피스의 상향에 배치하여 상기 워크피스에 상기 제1 마스크를 통해 제1 선택적 주입이 수행되게 하는 로봇 시스템을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 방법이 제공된다. 상기 방법은 처리 챔버 외측의 마스크 스테이션 내에 제1 마스크를 저장하는 단계, 상기 마스크 스테이션으로부터 상기 제1 마스크를 회수하는 단계, 이온 주입을 위해 상기 처리 챔버 내에 위치하는 워크피스의 상향에 상기 제1 마스크를 배치하는 단계, 그리고 상기 제1 마스크를 통해 제1 선택적 주입을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명은 첨부된 도면들에 도시된 예시적인 실시예들을 참조하여 보다 상세하게 설명된다. 다음의 예시적인 실시예들을 참조하여 본 발명을 설명하지만, 본 발명에 이에 의해 제한되는 것은 아님을 이해하여야 할 것이다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주 내에서 본 명세서에 개시된 사항들로부터 다른 분야에서의 용도뿐만 아니라 추가적인 실시예들, 변형예들 및 구현예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 보다 명확하게 이해될 것이며, 첨부 도면에서 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 워크피스 핸들링 시스템의 블록도이다.
도 2a는 일 실시예에 따라 들어 올려진 위치에 있는 리프트 핀들을 구비하는 클램핑 어셈블리를 나타내는 단면도이다.
도 2b는 수축된 위치에 있는 리프트 핀들을 구비하는 도 2a의 클램핑 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 워크피스 핸들링 시스템에 사용될 수 있는 마스크의 일 형태를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 마스크로 제조될 수 있는 선택적 에미터 솔라 셀을 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 1의 워크피스 핸들링 시스템에 사용될 수 있는 마스크의 다른 형태를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5의 마스크로 제조될 수 있는 집적된 후면 전극 솔라 셀을 나타내는 단면도이다.
도 7은 원하는 주입 영역 패턴을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7의 원하는 주입 영역 패턴을 제공할 수 있지만 제조가 극히 어려운 하나의 마스크를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 7의 원하는 주입 영역 패턴을 함께 제공할 수 있는 2개의 마스크들을 나타내는 도면이다.
도 10은 히터를 구비하는 마스크 스테이션의 블록도이다.
도 1은 처리 챔버(114), 처리 챔버(114)의 외측의 마스크 스테이션(170) 내에 저장된 하나 또는 그 이상의 마스크들(172, 174, 176), 그리고 제1 진공 로봇(102), 제2 진공 로봇(104) 및 대기압 로봇(128)과 같이 하나 또는 그 이상의 로봇들, 로봇 시스템(106)을 구비하는 워크피스(workpiece) 핸들링 시스템(100)을 나타내는 블록도이다. 상기 마스크 스테이션(170)은 그 내부에 다양한 마스크들(172, 174, 176)을 저장하며, 상기 로봇 시스템(106)의 관련 로봇들이 접속된다. 따라서 상기 워크피스 핸들링 시스템(100)은, 워크피스의 형태와 상기 처리 챔버(114) 내에서의 이에 대한 원하는 선택적인 처리 과정에 따라 상이한 목적들로 서로 다른 마스크들의 선택함에 있어서 유연성을 가지게 된다. 비록 제1 로드 락(load lock)(116) 내에 상기 마스크 스테이션(170)이 위치하는 것으로 도시되었지만, 상기 마스크 스테이션(170)은 상기 로봇 시스템(106)의 하나 또는 그 이상의 로봇들이 접근할 수 있는 다른 위치에 배치될 수도 있다. 예를 들면, 상기 마스크 스테이션(170)은, 제2 로드 락(117), 워크피스 핸들러 챔버(118), 버퍼 챔버(120) 또는 상기 워크피스 핸들러 챔버(118)의 일측에 부착되는 챔버(107)와 같이 다른 특별하게 설계된 챔버 내에 배치될 수 있다. 상기 챔버(107)는 격리 밸브(도시되지 않음)를 통해 상기 워크피스 핸들러 챔버(118)에 연통될 수 있다.
상기 워크피스 핸들링 시스템(100)은, 또한 상기 버퍼 챔버(120), 상기 로드 락들(116, 117) 및 상기 워크피스 핸들러 챔버(118)를 구비할 수 있다. 상기 버퍼 챔버(120)는 대기압이나 대기압 부근의 압력을 수 있고, 조정된 낮은 분진 환경을 제공할 수 있다. 상기 버퍼 챔버(120)는 도어(131)를 통해 워크피스 캐리어들(130)에 접속될 수 있다. 상기 워크피스 캐리어들(130)은 상기 워크피스에 따라 표준화된 워크피스 캐리어일 수 있다. 상기 워크피스는 솔라 셀(solar cell), 반도체 기판, 폴리머 기판, 평판 패널 등을 포함할 수 있지만, 이에 의해 한정되는 것은 아니다. 반도체 제조 과정에 사용되는 반도체 기판을 위하여, 상기 워크피스 캐리어(130)는 조립 사설들 내에서 반도체 기판들을 이송하기 위한 표준화된 캐리어인 FOUP(front opening unified pod)에 해당될 수 있다. 상기 버퍼 챔버(120)는, 또한 트랙(126)을 따라 워크피스들을 이송하고 웨이퍼 캐리어들(130)과 로드 락들(116, 117) 사이에서 워크피스들을 이동시키도록 대기압 로봇(128)을 구비할 수 있다. 다른 예에 있어서는, 상기 버퍼 챔버(120)는 벨트를 따라 상기 워크피스들을 이동시키고, 상기 워크피스들을 로드 락들(116, 117)로 이송하는 2개의 스캔 암들을 갖는 벨트 형태의 시스템으로 대체될 수 있다.
상기 로드 락들(116, 117)은 각기 격리 밸브들(121, 122)을 통해 상기 워크피스 핸들러 챔버(118)와 연통될 수 있다. 상기 워크피스 핸들러 챔버(118)는 상기 제1 진공 로봇(102), 상기 제2 진공 로봇(104) 및 워크피스 정렬 스테이션(105) 또는 정렬기(orienter)를 포함할 수 있다.
진공 펌핑 시스템(도시되지 않음)은 이에 한정되는 것은 아니지만 로드 락들(116, 117)을 포함하는 챔버들의 압력을 다르게 조절한다. 특히, 워크피스가 상기 대기압 로봇(128)에 의해 상기 버퍼 챔버(120)로부터 상기 제1 로드 락(116)까지 이송될 때, 상기 제1 로드 락(116)은 상기 격리 밸브(121)가 닫혀 상기 버퍼 챔버(120)의 압력, 전형적으로 대기압을 나타낸다. 그 후, 상기 제1 로드 락(116)과 상기 버퍼 챔버(120)를 연결하는 밸브가 닫히고, 상기 로드 락 챔버가 상기 워크피스핸들러 챔버(118)의 압력까지 진공 펌핑된다. 이 후에, 상기 격리 밸브(121)가 개방되고, 상기 제1 진공 로봇(102)이 워크피스들과 하나 또는 그 이상의 마스크들(172, 174, 176)에 접근할 수 있다.
상기 컨트롤러(112)는 원하는 입력/출력 기능들을 수행하도록 프로그램될 수 있는 통상적인 용도의 컴퓨터 또는 통상적인 용도의 컴퓨터들의 네트워크가 해당되거나 이를 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러(112)는 또한, 통신 장치들, 데이터 저장 장치들 및 소프트웨어를 구비할 수 있다. 상기 컨트롤러(112)는 사용자 인터페이스 시스템 및/또는 상기 워크피스 핸들링 시스템(100)의 하나 혹은 그 이상의 요소들로부터 신호들을 수신할 수 있으며, 이에 응답하여 상기 워크피스 핸들링 시스템(100)의 동작을 조절할 수 있다.
구동에 있어서, 상기 컨트롤러(112)는 상기 로드 락들(116, 117)의 하나로부터 워크피스를 선택적으로 회수하도록 상기 워크피스 핸들링 시스템(100)을 조절 할 수 있으며, 이를 처리 챔버(114)의 클램프(115) 상에 위치시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 로봇 시스템(106)의 제1 진공 로봇(102)은 상기 개방된 격리 밸브(121)를 통해 상기 제1 로드 락(116)으로부터 워크피스를 선택할 수 있고, 이온 주입을 위해 이를 상기 클램프(115) 상에 위치시킬 수 있다. 이온들의 "블랭킷(blanket)" 주입을 위하여, 상기 워크피스를 향하는 이온들의 진행에 의해 정의되는 방향을 따라 상기 워크피스의 상향에 마스크가 배치되지 않을 수 있다. 선택적 주입을 위해서는, 하나 또는 그 이상의 원하는 마스크들(172, 174, 176)이 상기 워크피스의 상향에 배치될 수 있다. 예를 들면, 상기 블랭킷 주입이 수행되는 경우, 후속하는 선택적 주입이 바람직하며, 따라서 이 경우에는 상기 제1 진공 로봇(102)이 상기 제1 로드 락(116) 내에 위치하는 상기 마스크 스테이션(170)으로부터 "마스크 A"(172)를 선택할 수 있다. 상기 워크피스 정렬 스테이션(105)에 의한 적절한 정렬 과정 후에, 상기 제1 로봇(102)이 "마스크 A"(172)를 이미 상기 클램프(115) 상에 위치하는 워크피스의 상향에 위치시킬 수 있으므로, 이러한 마스크에 커버되지 않는 부분들을 통해 선택적 주입이 시작될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 일 실시예에 따라 연장된 위치(도 2a) 및 완전히 수축된 위치(도 2b)에 있는 리프트 핀들(202)을 구비하는 클램핑 어셈블리(200) 단면도들이다. 상기 워크피스 206 및/또는 상기 마스크(172)의 삽입과 제거를 용이하게 하기 위하여, 상기 리프트 핀들(202)은 도 2a에 도시한 연장된 위치에 위치할 수 있다. 처리 과정 동안 이온들이 상기 마스크(172)의 개구들을 통해 상기 워크피스에 충돌할 때, 상기 리프트 핀들(202)은 도 2b에 도시한 완전히 수축된 위치에 위치할 수 있다. 상기 리프트 핀들(202)은 화살표(210) 방향을 따라 연장되거나 수축될 수 있다.
상기 클램핑 어셈블리(200)는 상기 클램프(115)에 대한 서로 다른 상기 워크피스와 상기 마스크의 조합을 용이하게 도입 및 제거할 수 있으며, 이의 정렬을 정확하게 수행할 수 있다. 도 2a에 도시한 바와 같이, 상기 리프트 핀들(202)은 각 리프트 핀(202)의 선반(204)이 제1 로드 평면(240) 상에서 상기 워크피스(206)의 위치를 지지할 수 있는 계단형 구조를 가질 수 있다. 상기 리프트 핀들(202)의 다른 부분은 상기 마스크(172)와 같은 마스크를 위한 제2 로드 평면(242)을 한정한다. 2개의 상이한 로드 평면들(240, 242)은 원하는 경우에 2개의 단부 이펙터(effector)들을 갖는 듀얼 픽(dual pick)의 용도로 사용된다. 선택적으로는, 각 로봇 당 하나의 단부 이펙터를 갖는 2개의 분리 로봇들이 사용될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 마스크(172)와 상기 워크피스(206)는 모두 하나의 단부 이펙터 상에서 서로 인접할 수 있다.
상기 클램핑 어셈블리(200)는 또한, 상기 워크피스(206)에 대한 상기 마스크(172)의 적절한 정렬을 확보하는 정렬 메커니즘을 포함한다. 상기 마스크(172)는 상기 클램핑 어셈블리(200)의 다른 부분들과 관련되는 정렬 특징을 가진다. 도 2a 및 도 2b에 도시한 실시예에 있어서, 상기 마스크(172)의 정렬 특징은 포스트(214)에 정렬되는 구멍(173)이다. 상기 포스트(214)는 상기 클램프(115)의 클램핑 표면(217)로부터 연장된다. 도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 마스크(172)가 적절하게 정렬될 때, 상기 포스트(214)는 상기 마스크의 해당 구멍(173)에 대해 정렬된다. 본 발명에 따른 다른 정렬 메커니즘에 있어서, 도 2b에서 상기 워크피스(206)에 마주보는 상기 마스크(172)의 하측 상에 점선으로 도시한 돌출부(270)가 상기 워크피스(206)에 대한 상기 마스크(172)의 적절한 정렬을 용이하게 할 수 있다. 상기 클램핑 어셈블리(200)는 또한, 상기 처리 챔버(114) 내에서 처리되도록 상기 워크피스(206)에 대한 상기 마스크(172)의 상대적인 위치를 고정한다. 즉, 상기 마스크(172)와 상기 워크피스(206)가 상기 처리 챔버(114) 내의 이온들을 통해 동일한 비율로 함께 이동한다.
다른 실시예에 따른 클램핑 어셈블리에 있어서, 단일 계단형 리프트 핀들(202)이 2개의 리프트 핀들의 분리 세트들로 대체될 수 있다. 하나의 리트프 핀들의 세트는 제1 로드 평면상에서 상기 워크피스(206)를 지지하도록 제공될 수 있으며, 두 번째 리프트 핀들의 세트는 제2 로드 평면상에서 상기 마스크(172)를 지지하도록 제공될 수 있다.
상기 마스크 스테이션(170)은 상이한 목적들 및 주입 패턴들에 유용하도록 서로 다른 사이즈들과 형상들을 갖는 하나 또는 그 이상의 마스크들(172, 174, 176)을 저장할 수 있다. 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따라 이온들이 진행하는 방향의 하향으로 바라본 단순화된 마스크(302)가 도시되어 있다. 상기 마스크(302)도 상기 마스크 스테이션(170) 내에 저장될 수 있으며, 상기 워크피스 핸들링 시스템(100)에 사용될 수 있다. 상기 마스크(306)의 하향에 위치하는 워크피스(306)는 점선으로 도시되어 있다. 본 실시예에 따른 워크피스(306)는 선택적 에미터 솔라 셀에 해당될 수 있고, 후속하여 이와 같이 언급될 수 있다. 상기 마스크(302)는 이온들을 충분히 차단하는 흑연 또는 다른 물질로 제조될 수 있다. 상기 마스크(302)는 도시의 명확성만을 위하여 4개의 구멍들(322, 324, 326, 328)을 가지는 것으로 도시되어 있다. 실제로, 상기 마스크(302)는 구멍들과 각 구멍의 폭(X2) 사이의 중심에서 중심까지의 간격(X1)에 따라 보다 많은 구멍들을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 마스크(302)는 약 2-3 밀리미터의 중심에서 중심까지의 간격(X1)을 가질 수 있고, 각 구멍은 선택적 에미터 솔라 셀(306)을 선택적으로 도핑하기 위해 약 150-170 마이크로미터의 폭(X2)을 가질 수 있다.
제1 이온 주입 단계 동안, 상기 마스크(302)는 저농도로 도핑된 에미터 영역을 위해 상기 선택적 에미터 솔라 셀 워크피스(306)에 대해 수행되는 "블랭킷" 주입이 가능하도록 상기 워크피스의 상향에 위치하지 않는다. 제2 이온 주입 단계 동안, 상기 제1 진공 로봇(106)을 거쳐 상기 로봇 시스템(106)이 상기 마스크 스테이션(170)으로부터 원하는 마스크(302)를 회수하며, 이를 상기 선택적 에미터 솔라 셀 워크피스(306)의 상향에 배치한다. 이러한 단계들은 역으로 수행될 수 있으므로 마스크된 주입이 수행되고 그 후에 제1 및 제2 "블랭킷" 주입이 진행될 수 있다. 전술한 순서에 관계없이, 상기 구멍들(322, 324, 326, 328)에 의해 한정되는 길이와 폭을 갖는 연장된 부분들에 이온들이 충돌하도록 하는 동안, 상기 마스크(302)는 이온들이 상기 저농도로 도핑된 에미터 영역의 어떤 부분들에 충돌하는 것을 차단한다. 고농도로 도핑된 영역들의 이러한 연장된 부분들은 상기 선택적 에미터 솔라 셀의 전면의 전기적 콘택들 또는 "핑거(finger)들"이 추가되는 위치의 아래에 배치된다.
도 1 및 도 3을 참조하여 보다 상세하게 설명하면, 6개의 선택적 에미터 솔라 셀들이 2×3의 행렬 형태로 이를 운반하는 크기의 캐리어 상으로 로딩될 수 있다. 상기 캐리어는 상기 대기압 로봇(128)에 의해 상기 제1 로드 락(116) 내로 로딩될 수 있다. 상기 마스크(302)와 같은 마스크는 이미 상기 마스크 스테이션(170) 내에 저장될 수 있다. 어떤 경우에 있어서, 상기 제1 로드 락(116) 내의 수직 저장 위치에 캐리어들과 마스크들이 교대로 저장될 수 있다. 상기 제1 진공 로봇(102)은 상기 제1 로드 락(116)으로부터 캐리어를 회수할 수 있으며, 상기 웨이퍼 정렬 스테이션(105)과 함께 이를 정렬한 후에 이를 상기 처리 챔버(114) 내의 클램프(115) 상에 위치시킬 수 있다. 이후에 상기 캐리어 상의 6개의 선택적 에미터 솔라 셀들에 제1 블랭킷 이온 주입이 수행될 수 있다. 상기 블랭킷 주입이 수행되는 동안, 제1 로봇(102)은 상기 마스크(302)와 같은 마스크를 상기 마스크 스테이션(170)으로부터 회수할 수 있고, 상기 블랭킷 주입이 완료된 후에 이를 상기 캐리어의 상향에 위치시킬 수 있다. 다시, 전술한 단계들의 순서가 반대가 될 수 있다.
상기 마스크(302)를 통해 선택적 주입이 이후에 수행되어 보다 고농도로 도핑된 영역들을 형성할 수 있다. 상기 마스크(302)와 6개의 선택적 에미터 솔라 셀들을 지지하는 캐리어는 이후에 상기 제2 진공 로봇(104)에 의해 동시에 제거될 수 있다. 상기 캐리어 상의 처리된 선택적 에미터 솔라 셀들은 이후에 상기 마스크(302)가 상기 마스크 스테이션(170)으로 복귀하는 동안 상기 제2 로드 락(117) 내에 배치될 수 있다. 상기 격리 밸브(122)는 그 후에 닫히며, 상기 제2 로드 락(117)은 상기 버퍼 챔버(120)와 동일한 압력, 전형적으로 대기압을 가지게 된다. 상기 처리된 선택적 에미터 솔라 셀들은 상기 대기압 로봇(128)에 의해 회수될 수 있고, 후속하는 이송을 위해 상기 워크피스 캐리어들(130) 중 하나에 위치할 수 있다.
도 4를 참조하면, 도 1의 워크피스 핸들링 시스템과 도 3의 마스크(302)와 일치하는 마스크로 부분적으로 제조될 수 있는 선택적 에미터 솔라 셀의 단면도가 도시되어 있다. 상기 선택적 에미터 솔라 셀(400)은 고농도로 도핑된 영역(430)과 더욱 고농도로 도핑된 영역들(470)을 포함한다. 상기 고농도로 도핑된 영역(430)은 N형 영역이 될 수 있으며, P형 베이스(400)와 고농도로 도핑된 N형 영역(430) 사이에는 p-n 정션(junction)이 형성될 수 있다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 P형 및 N형 영역들이 반대로 될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 상기 고농도로 도핑된 영역(430)은 상기 블랭킷 주입에 의해 형성될 수 있는 반면 상기 더욱 고농도로 도핑된 영역(470)은 상기 마스크(302)의 구멍들(322, 324, 326, 328)을 통해 선택적 주입에 의하여 형성될 수 있다. 상기 전면 콘택들(426)의 아래에 위치하는 상기 더욱 고농도로 도핑된 영역(470)은 상기 콘택들(426)과 상기 솔라 셀 사이의 전도도를 향상시킨다. 따라서 상기 솔라 셀의 효율도 향상된다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따라 이온들이 진행하는 방향의 하향으로 바라본 다른 마스크(502)가 도시되어 있다. 마스크의 다른 예인 상기 마스크(502)도 상기 마스크 스테이션(170)에 저장될 수 있으며, 상기 워크피스 핸들링 시스템(100)에 사용될 수 있다. 이러한 마스크(502)의 하향에 위치하는 워크피스는 집적된 후면 콘택(IBC) 솔라 셀에 해당될 수 있다. 상기 마스크(502)는 상기 집적된 후면 콘택 솔라 셀의 서로 다른 영역들의 도핑에 사용되는 2개의 마스크들 중에서 하나이다.
도 6에는 도 1의 워크피스 핸들링 시스템과 도 5의 마스크(502)로 부분적으로 제조될 수 있는 집적된 후면 콘택 솔라 셀(600)의 단면도가 도시되어 있다. 상기 집적된 후면 콘택 솔라 셀은 해당 기술 분야에서는 알려져 있으며, 기판의 저부 표면에 위치하는 금속성 콘택들(670)을 포함한다. 상기 저부 표면의 중앙부들에는 P형 도펀트들이 주입되어 에미터 영역(640)이 형성된다. 다른 부분들에는 N형 도펀트들이 주입되어 더욱 부적인(negatively) 바이어스된 후면 전계(back surface field: BSF) 영역(650)을 생성한다. 구동 시에, 제1 마스크가 상기 처리 챔버(114) 외측의 상기 마스크 스테이션(170)에 저장될 수 있다. 상기 로봇 시스템(106)의 로봇은 상기 제1 마스크를 회수할 수 있고, 이를 상기 집적된 후면 콘택 솔라 셀(600)의 하향에 배치할 수 있다. 상기 제1 마스크의 차단하지 않는 부분들(non-blocking portions)을 통해 N형 도펀트를 사용하여 선택적 주입이 이후에 수행될 수 있다. 상기 제1 마스크를 통한 이와 같은 선택적 주입은 상기 집적된 후면 콘택 솔라 셀(600)의 상기 후면 전계 영역(650)을 정의할 수 있다. 상기 제1 마스크를 통해 상기 제1 선택적 주입이 수행되는 동안, 상기 로봇 시스템(106)은 상기 마스크 스테이션(170)으로부터 도 5의 마스크(502)와 유사한 제1 마스크를 회수할 수 있다. 상기 제1 마스크를 상기 처리 챔버(1140로부터 제거될 수 있으며, 상기 마스크 스테이션(170)으로 복귀할 수 있다. 한편, 상기 마스크(502)는 회수될 수 있으며, 상기 집적된 후면 콘택 솔라 셀의 하향에 배치될 수 있다. 이후에 상기 마스크(502)를 통해 P형 도펀트를 사용하는 제2 선택적 주입이 수행되어 상기 에미터 영역(640)을 형성할 수 있다. 2개의 다른 마스크들을 사용하는 이러한 주입들의 순서에 의해 상기 집적된 후면 콘택 솔라 셀을 위해 요구되는 콘택 패턴을 생성할 수 있다. 상기 후면 전계 영역(650)과 상기 에미터 영역(640)을 형성하는 순서도 먼저 상기 에미터 영역(650)을 형성하고 이후에 상기 후면 전계 영역(650)을 형성하는 것과 같이 반대가 될 수 있다.
상기 워크피스 핸들링 시스템(100)의 유연성에 따라 하나의 마스크로 수득하기에는 극히 어렵거나 불가능한 원하는 주입 패턴을 구현하기 위해 2개 또는 그 이상의 마스크들이 연속적으로 또는 동시에 사용될 수 있다. 예를 들면, 도 7을 참조하면, 원하는 주입 패턴(702)이 도시되어 있다. 도 7의 원하는 주입 패턴(702)을 제공하기 위해 하나의 마스크만이 제조된다면, 이러한 마스크(802)는 도 8에 도시한 바와 같은 형상이 될 수 있다. 불행하게도, 연장된 좁은 부분들(806)을 갖는 도 8의 마스크(802) 형상은 흑연과 같은 전형적인 마스크 물질들로 제조하기 어렵거나 불가능할 수 있다, 비록 제조가 가능하다고 하더라도, 이와 같은 마스크(802)는 손상을 입기 쉬우며 조작하기 어렵다.
유리하게는, 도 9에 도시한 바와 같이, 도 7의 언하는 주입 패턴(702)은 연속하여 사용되는 제1 마스크(902)와 제2 마스크(904)로 수득될 수 있거나, 동시에 사용되어 도 7의 원하는 주입 패턴(702)과 동일한 원하는 총제적인 선택적 주입 패턴(906)을 구현할 수 있다. 도 8의 마스크(802)와 비교할 경우, 상기 마스크들(902, 904)은 연장된 좁은 부분들을 구비하지 않으며, 보다 용이하게 제조될 수 있고 조작 시에 보다 적게 손상을 받을 수 있다.
구동 시에, 상기 로봇 시스템(106)은 상기 마스크 스테이션(170)으로부터 상기 제1 마스크(902)를 회수할 수 있고, 이를 이온들로 처리되는 워크피스(901)의 상향에 배치할 수 있다. 상기 제1 마스크(902)의 구멍들(910, 911, 912, 913, 914)은 상기 워크피스(901) 상에 형성되는 하나의 충전 패턴(fill pattern) 내에 도시된 도핑된 영역들(920, 921, 922, 923, 924)을 형성하게 한다. 상기 제1 마스크(902)는 이후에 상기 워크피스의 상향의 그 위치로부터 제거될 수 있고, 상기 로봇 시스템(106)이 상기 마스크 스테이션(170)으로부터 상기 제2 마스크(902)를 회수할 수 있으며, 이를 상기 워크피스(901)의 상향에 배치할 수 있다. 상기 제2 마스크(904)의 구멍들(930, 931, 932, 933)은 동일한 워크피스(901) 상에 형성되는 다른 충전 패턴 내에 도시한 도핑된 영역들(940, 941, 942, 943)을 형성하게 한다. 이러한 방식으로, 상기 제1 마스크(902)를 통한 제1 선택적 주입과 상기 제2 마스크(904)를 통한 제2 선택적 주입이 함께 도 7의 원하는 주입 패턴(702)과 동일한 원하는 총체적인 선택적 주입 패턴(906)을 제공하게 된다.
상기 마스크 스테이션(170)은 그 내부에 저장되는 하나 또는 그 이상의 마스크들에 대한 열처리를 추가적으로 제공할 수 있다. 이러한 열처리에 따라 상기 마스크가 이온들이 그에 부딪칠 때 가열될 수 있기 때문에 상기 하나 또는 그 이상의 마스크들의 열팽창에 기인하는 변수들을 조절하고 최소화할 수 있다. 상기 열처리는 냉각, 가열 또는 이들 모두를 포함할 수 있다.
상기 마스크 스테이션(170)으로 복귀되는 마스크들을 다시 사용하기 전에 충분하게 냉각하는 것에 의한 수동적인 냉각도 제공될 수 있다. 예를 들면, 상기 마스크 스테이션(170)이 상기 로드 락들(116, 117) 내부 또는 상기 버퍼 챔버(120) 내부와 같이 대기압에 노출될 때, 대기압 조건들에 노출시키는 것만으로도 주위의 공기에 의해 상기 마스크로부터 열이 보다 신속하게 전도되는 것과 같이 상기 마스크들을 냉각시킬 수 있다. 능동적인 냉각은 추가적인 냉각도 적극적으로 제공하도록 상기 마스크 스테이션(170) 내에 하나 또는 그 이상의 냉각 유닛들(도시되지 않음)을 추가하는 것을 포함할 수 있다. 상기 추가적인 냉각 유닛은 가스 냉각 어셈블리 또는 냉각 스테이션을 통해 극저온 유체(cryogenic fluid)가 펌핑되는 냉각 스테이션에 해당될 수 있다. 냉각은 상기 마스크를 이를 사용하기 전에 주위의 온도 이하로의 예비 냉각하는 데 이용되거나, 상기 마스크가 사용된 이후에 높은 온도로부터 주위의 온도로 복귀시키는 데 사용될 수 있다.
도 10에 도시한 바와 같이, 상기 마스크 스테이션(170)은 또한, 하나 또는 그 이상의 마스크들을 가열을 제공할 수 있다. 냉각과 유사하게, 하나 또는 그 이상의 마스크들이 열팽창에 기인하는 변수들을 최소화하기 위해 가열될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 히터(1004)가 상기 마스크(174)에 근접하여 배치되어 이를 능동적으로 가열할 수 있다. 상기 히터(1004)는 상기 마스크의 상부에 위치하는 가열된 표면으로서 수행될 수 있다. 상기 히터(1004)는 또한 상기 마스크의 아래에 위치하거나 원하는 열을 제공할 수 있는 상기 마스크에 근접한 임의의 위치에 배치될 수 있다. 상기 히터(1004)는 상기 마스크(174)에 추가적으로 열을 제공하여 상기 마스크의 복사 냉각을 최소화하거나 상기 마스크를 소정의 높은 온도 범위로 가열할 수 있다. 또한, 상기 마스크(172)와 같은 마스크는 상기 마스크(172)를 가열하기 위한 어떠한 히터도 없이 비열전도성(non-thermally conductive) 패드들(1002) 상에 배치될 수 있다. 상기 비열전도성 패드들(1002)은 상기 마스크(172)의 열 손실을 최소화한다.
이에 따라, 하나 또는 그 이상의 다른 마스크들을 상이한 목적들로 선택할 수 있는 유연성을 제공하는 워크피스 핸들링 시스템이 제공된다. 하나 또는 그 이상의 마스크들로 많은 상이한 워크플로 공정들이 수행될 수 있다. 따라서 신속하게 공정이 변경될 수 있다. 또한, 상기 워크피스 핸들링 시스템은 어떠한 마스크도 구비하지 않은 기존의 이온 주입기에 용이하게 적용될 수 있다. 상기 마스크 스테이션(170)은 상기 이온 주입기가 여전히 동작하는 동안에 그 내부의 어떠한 마스크의 검사 또는 교환을 위한 접속을 제공하도록 선택될 수 있다. 이에 따라, 진행되는 마스크 검사 또는 마스크 교환에 의해 상기 이온 주입기의 효율이 불리한 영향을 받지 않는다. 예를 들면, 일 실시예에 있어서, 상기 챔버(107) 상에 윈도우가 배치되어 시각적으로 마스크 검사를 수행할 수 있다. 다른 형태들의 마스크 검사도 수행될 수 있다.
본 발명의 범위가 상술한 특정 실시예들에 의해 제한되는 것은 아니다. 실질적으로, 전술한 실시예들에 추가적으로 본 발명에 따른 다른 다양한 실시예들과 변형예들이 상술한 기재 사항들과 첨부된 도면으로부터 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다. 따라서 그러한 다른 실시예들과 변형예들은 본 발명의 범위 내에 속하는 것이다. 또한, 비록 본 발명이 구체적인 목적을 위한 구체적 환경에서 구체적인 구현에 대한 사항들로 기재되었으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 그 유용성이 이에 의해 제한되는 것은 아니며, 본 발명이 많은 목적들을 위한 많은 환경들에 유익하게 실시될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 다음의 특허 청구 범위는 본 명세서에 개시된 본 발명의 폭 넓은 범주와 사상적인 관점에서 이해되어야 할 것이다.

Claims (19)

  1. 이온 주입을 위한 워크피스를 지지하는 처리 챔버;
    상기 처리 챔버의 외측의 마스크 스테이션 내에 저장되는 제1 마스크; 및
    상기 마스크 스테이션으로부터 상기 제1 마스크를 회수하고, 상기 제1 마스크를 상기 워크피스의 상향에 배치하여 상기 워크피스에 상기 제1 마스크를 통해 제1 선택적 주입이 수행되게 하는 로봇 시스템을 포함하는 워크피스 핸들링 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 로드 락 챔버를 더 포함하며, 상기 마스크 스테이션은 상기 로드 락 챔버 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 핸들링 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 처리 챔버 내에 배치되어 상기 이온 주입을 위한 워크피스를 지지하는 클램핑 어셈블리를 더 포함하며,
    상기 클램핑 어셈블리는,
    상기 워크 피스를 지지하는 클램핑 표면을 갖는 클램프; 및
    상기 클램핑 표면으로부터 연장된 위치로 연장되는 2개의 수축 가능한 리프트 핀들을 구비하며,
    상기 2개의 수축 가능한 리프트 핀들은 상기 워크피스를 지지하는 제1 평면과 상기 연장된 위치에서 상기 제1 마스크를 지지하는 제2 평면을 한정하는 것을 특징으로 하는 핸들링 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 클램핑 어셈블리는 상기 클램프의 상기 클램핑 표면으로부터 연장되는 포스트를 더 구비하며, 상기 포스트는 상기 2개의 수축 가능한 리프트 핀들이 수축된 위치로 들어갈 경우에 상기 제1 마스크의 해당 구멍에 맞물려 상기 마스크와 상기 워크피스의 정렬을 용이하게 하는 것을 특징으로 하는 핸들링 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 처리 챔버 외측의 상기 마스크 스테이션 내에 저장되는 제2 마스크를 더 포함하며, 상기 로봇 시스템은 상기 제2 마스크를 회수하고 상기 워크피스의 상향에 상기 제2 마스크를 배치하여 상기 워크피스에 대해 상기 제2 마스크를 통해 제2 선택적 주입이 수행되며, 상기 제1 선택적 주입과 상기 제2 선택적 주입이 함께 원하는 총체적인 선택적 주입 패턴을 제공하는 것을 특징으로 하는 핸들링 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 마스크 스테이션은 상기 마스크 스테이션에 저장될 때에 상기 제1 마스크를 지지하는 복수의 비열전도성 패드들을 포함하는 것을 특징으로 하는 핸들링 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 마스크 스테이션은 상기 마스크 스테이션에 저장될 때에 상기 제1 마스크를 가열하는 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 핸들링 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 마스크 스테이션은 상기 마스크 스테이션에 저장될 때에 상기 제1 마스크를 냉각시키는 냉각 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 핸들링 시스템.
  9. 처리 챔버 외측의 마스크 스테이션 내에 제1 마스크를 저장하는 단계;
    상기 마스크 스테이션으로부터 상기 제1 마스크를 회수하는 단계;
    이온 주입을 위해 상기 처리 챔버 내에 위치하는 워크피스의 상향에 상기 제1 마스크를 배치하는 단계; 및
    상기 제1 마스크를 통해 제1 선택적 주입을 수행하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제1 선택적 주입을 수행한 후에 상기 제1 마스크를 상기 마스크 스테이션에 복귀시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 마스크 스테이션에 제2 마스크를 저장하는 단계;
    상기 마스크 스테이션으로부터 상기 제2 마스크를 회수하는 단계;
    이온 주입을 위해 상기 처리 챔버 내에 위치하는 상기 워크피스의 상향에 상기 제2 마스크를 배치하는 단계; 및
    상기 제2 마스크를 통해 제2 선택적 주입을 수행하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제1 선택적 주입과 상기 제2 선택적 주입은 함께 원하는 총체적인 선택적 주입 패턴을 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제1 마스크 및 상기 제2 마스크는 동시에 상기 워크피스의 상향에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 제1 마스크 및 상기 제2 마스크는 연속하여 상기 워크피스의 상향에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 워크피스는 선택적 에미터 솔라 셀을 포함하며, 상기 제1 선택적 주입은 상기 선택적 에미터 솔라 셀의 연장된 부분들에 이온들을 주입하여 상기 선택적 에미터 솔라 셀의 전면 콘택들 아래에 위치하는 길이와 폭을 갖는 고농도로 도핑된 영역들을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 선택적 에미터 솔라 셀을 상기 제1 마스크에 의해 가로막히지 않는 블랭킷 주입으로 주입하는 단계를 더 포함하며, 상기 블랭킷 주입은 상기 선택적 에미터 솔라 셀 내에 p-n 정션을 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 9 항에 있어서, 상기 워크피스는 집적된 후면 콘택(IBC) 솔라 셀을 포함하며, 상기 제1 선택적 주입은 상기 집적된 후면 콘택 솔라 셀의 부분들에 이온들을 주입하여 N형 도펀트의 후면 전계 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 마스크 스테이션으로부터 상기 제2 마스크를 회수하는 단계;
    이온 주입을 위해 상기 처리 챔버 내에 위치하는 상기 워크피스의 상향에 상기 제2 마스크를 배치하는 단계; 및
    상기 제2 마스크를 통해 상기 집적된 후면 콘택 솔라 셀의 다른 부분들에 이온들을 주입하는 제2 선택적 주입을 수행하여, P형 도펀트의 에미터 영역을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 9 항에 있어서, 상기 제1 마스크를 상기 마스크 스테이션 내의 복수의 비열전도성 패드들 상에 배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 9 항에 있어서, 상기 마스크 스테이션 내의 상기 제1 마스크를 냉각시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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