KR20120043067A - 고속-저속 스캔에 의한 마스킹된 이온 주입 - Google Patents

고속-저속 스캔에 의한 마스킹된 이온 주입 Download PDF

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KR20120043067A
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니콜라스 피. 티. 베이트맨
스티븐 엠. 안넬라
벤자민 비. 리오돈
아툴 굽타
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베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크.
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Abstract

솔라 셀들을 제조하는 개선된 방법은 이온 주입기에서 이온 빔에 대해 고정되는 마스크를 이용한다. 이온 빔은 마스크 내의 복수의 개구들을 통해 기판을 향해 보내진다. 기판은 상이한 속도로 이동되어, 기판이 제 1 스캔 레이트로 이동될 경우에는 기판이 이온 도우즈 레이트로 노출되고, 기판이 제 2 스캔 레이트로 이동될 경우에는 기판이 제 2 이온 도우즈 레이트로 노출된다. 스캔 레이트를 변형시킴으로써, 대응하느 기판 장소들에서 기판 위에 다양한 도우즈 레이트들로 주입될 수 있다. 이것은 이온 주입이 솔라 셀들을 제조하기 위해 유익한 정밀한 도핑 프로파일들을 제공하기 위해 이용되도록 한다.

Description

고속-저속 스캔에 의한 마스킹된 이온 주입{MASKED ION IMPLANT WITH FAST-SLOW SCAN}
발명의 실시예들은 디바이스 제조 분야에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 섀도우 마스크(shadow mask)를 이용한 이온 주입을 위한 스캐닝 방법에 관한 것이다.
이온 주입은 도전성-변경 불순물들을 기판들로 도입하기 위한 표준적인 기술이다. 기판 및 관련된 박막 구조체에서의 정밀한 도핑 프로파일은 적당한 디바이스 성능을 위해 중요하다. 일반적으로, 희망하는 불순물 물질은 이온 소스(ion source)에서 이온화되고, 이온들은 미리 규정된 에너지의 이온 빔을 형성하기 위해 가속되고, 이온 빔은 기판의 표면으로 보내진다. 빔 내의 활성 이온(energetic ion)들은 기판 물질의 벌크(bulk)로 침투하고, 희망하는 도전성의 영역을 형성하기 위하여 기판 물질의 결정질 격자(crystalline lattice) 속으로 포함된다.
이러한 이온 주입기는 솔라 셀(solar cell)들을 형성하기 위해 이용될 수 있다. 솔라 셀들은 다른 반도체 디바이스들을 위해 이용된 것과 동일한 처리들을 이용하여 전형적으로 제조되며, 종종 기판 물질로서 실리콘을 이용한다. 반도체 솔라 셀은 내장 전기장(in-built electric field)을 가지며, 이 내장 전기장은 반도체 물질에서의 광자들의 흡수를 통해 발생된 전하 캐리어(charge carrier)들을 분리시킨다. 이 전기장은 반도체 물질의 차등 도핑에 의해 생성되는 p-n 접합(다이오드)의 형성을 통해 전형적으로 생성된다. 반도체 기판의 일부(예를 들어, 표면 영역)를 반대 극성의 불순물들로 도핑하는 것은 광을 전기로 변환하는 광발전 디바이스(photovoltaic device)로서 이용될 수 있는 p-n 접합을 형성한다. 이 솔라 셀들은 순환되는 자연 자원을 이용하여 오염이 없고, 동등하게 접근하는 에너지를 제공한다. 환경적 염려들 및 상승하는 에너지 비용들로 인해, 솔라 셀들은 더욱 전세계적으로 중요해지고 있다. 제조하기 위한 비용을 감소시키는 것, 또는 이 고성능의 솔라 셀들의 생산 용량 또는 고성능의 솔라 셀들을 위한 다른 효율 개선을 증가시키는 것은 솔라 셀들의 전세계적인 구현에 긍정적인 영향을 가질 것이다. 이것은 이 청정 에너지 기술의 더욱 폭넓은 이용을 가능하게 할 것이다.
솔라 셀들은 효율을 개선하기 위하여 도핑을 필요로 할 수 있다. 이것은 도 1에서 관찰될 수 있으며, 도 1은 선택적인 이미터 솔라 셀(emitter solar cell)의 단면도이다. 이미터(200)를 도핑하고 추가적인 도펀트(dopant)를 컨택(contact)들(202) 하부의 영역들(201)에 제공하는 것은 솔라 셀의 효율을 증가시킬 수 있다. 영역들(201)을 더욱 고농도로 도핑하는 것은 도전성을 개선시키고, 컨택들(202) 사이에 적은 도핑을 가지는 것은 전하 수집(charge collection)을 개선시킨다. 컨택들(202)은 대략 2-3 mm만 서로 이격될 수 있다. 영역들(201)은 대략 50-300 ㎛만 가로질러 있을 수 있다.
도 2는 서로 맞물린 후방 접촉(IBC : interdigitated back contact) 솔라 셀의 단면도이다. IBC 솔라 셀에서, 접합은 솔라 셀의 후방에 있다. 도핑 패턴은 이 특정한 실시예에서 p-형 및 n-형 도펀트 영역들을 교대로 반복하고 있다. p+ 이미터(203) 및 n+ 후방 표면 필드(204)가 도핑될 수 있다. 이 도핑은 IBC 솔라 셀에서의 접합이 증가된 효율로 작동하거나 증가된 효율을 가지는 것을 가능하게 할 수 있다.
과거에는, 솔라 셀들은 도펀트들을 솔라 셀로 확산시키기 위해 가열되는 도펀트-함유 유리 또는 페이스트(paste)를 이용하여 도핑되었다. 이것은 솔라 셀의 다양한 영역들의 정밀한 도핑을 허용하지 않으며, 공극(void)들, 기포들, 또는 오염물질들이 존재하지 않을 경우에는, 불균일한 도핑이 발생할 수 있다. 이온 주입이 솔라 셀의 정밀한 도핑을 가능하게 하므로, 솔라 셀들은 이온 주입으로부터 이익을 볼 수 있었다. 그러나, 솔라 셀들의 이온 주입은 도펀트들의 일정한 패턴을 필요로 할 수 있거나, 솔라 셀 기판의 그 일정한 영역들만 이온들로 주입된다. 이미, 기판의 일정한 영역들만의 주입은 포토레지스트(photoresist) 및 이온 주입을 이용하여 달성되었다. 그러나, 포토레지스트의 이용은 여분의 처리 단계들이 개입되므로 솔라 셀 생산에 대해 여분의 비용을 추가한다. 솔라 셀 표면 위의 다른 하드 마스크들은 고가이며, 마찬가지로, 여분의 처리 단계들을 필요로 한다. 솔라 셀들의 작은 영역들을 주입하고, 직렬 저항을 개선시키기 위하여 주입된 영역들 사이에 더 낮은 면 저항(sheet resistance)을 가지는 것은 장점들이 있다. 이 둘은 이온 주입의 이용을 통해 달성될 수 있다. 따라서, 섀도우 마스크를 통해 주입하는 개선된 방법과, 더욱 구체적으로, 솔라 셀 제조와 함께 섀도우 마스크를 이용하는 이온 주입을 위한 스캐닝 방법에 대한 필요성이 당업계에 존재하고 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 이온 주입기에서 이온들을 기판으로 주입하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 예시적인 방법에서, 이온 빔은 섀도우 마스크의 개구(aperture)를 통해 타겟 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지체를 향해 보내진다. 마스크의 개구와 정렬된 기판의 제 1 부분은 이온 빔에 대해 노출된다. 기판의 제 1 부분이 이온 빔에 대해 노출될 때, 기판 지지체는 제 1 스캔 레이트로 이온 빔에 대해 이동된다. 마스크의 개구와 정렬된 기판의 제 2 부분은 이온 빔에 대해 노출된다. 기판의 제 2 부분이 이온 빔에 대해 노출될 때, 기판 지지체는 제 2 스캔 레이트로 이온 빔에 대해 이동되며, 제 1 스캔 레이트 및 제 2 스캔 레이트는 상이하다.
예시적인 실시예에서, 이온 주입기는 이온 소스, 빔 라인 조립체(beam line assembly), 섀도우 마스크 및 스캐닝 조립체(scanning assembly)를 포함한다. 빔 라인 조립체는 이온 빔을 형성하여 기판 지지체 위에 배치된 기판을 향해 이온 빔을 보내기 위하여 이온 소스로부터 이온들을 추출하도록 구성된다. 마스크는 기판의 전방에 배치되고, 이온 빔의 각각의 부분들이 마스크를 통해 기판을 향하도록 하기 위하여 복수의 개구들을 가진다. 스캐닝 조립체는 기판의 제 1 부분들이 복수의 개구들과 정렬될 경우에 제 1 스캔 레이트로, 그리고 기판의 제 2 부분들이 복수의 개구들과 정렬될 경우에 제 2 스캔 레이트로, 이온 빔에 대해 기판을 이동시키도록 구성된다.
도 1은 선택적인 이미터 솔라 셀의 단면도이다.
도 2는 서로 맞물린 후방 접촉 솔라 셀의 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 대표적인 이온 주입기의 블럭도이다.
도 3b는 섀도우 마스크를 통한 이온 주입의 단면도이다.
도 4는 섀도우 마스크의 전방 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기판에 대한 속도 프로파일의 예이다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 실시예에 따른 도 5의 속도 프로파일에 대응하는 주입 방법을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 도 6a 내지 도 6e에서 예시되는 주입 방법으로부터 얻어지는 기판의 전방 사시도이다.
본 발명은 지금부터 첨부 도면들을 참조하여 이하에서 더욱 완전하게 설명될 것이며, 이 도면들에는 발명의 바람직한 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 이 발명은 여러 상이한 형태들로 구체화될 수 있고, 본 명세서에서 기재된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 이 실시예들은 이 개시 내용이 철저하고 완전할 것이며, 발명의 범위를 당업자들에게 완전하게 전달하도록 제공된다. 도면들에서, 유사한 번호는 그 전반에 걸쳐 유사한 구성요소들을 지칭한다.
도 3a는 이온 소스 챔버(120)를 포함하는 이온 주입기(115)의 블럭도이다. 전력 공급 장치(121)는 특정 종(species)의 이온들을 발생하도록 구성되어 있는 소스 챔버(120)에 요구되는 에너지를 공급한다. 발생된 이온들은 일련의 전극들(114)을 통해 소스로부터 추출되고, 질량 분석기 자석(116)을 통과하는 빔(101)으로 형성된다. 질량 분석기는 특정 자기장에 의해 구성되어, 희망하는 질량-대-전하 비율(mass-to-charge ratio)을 갖는 이온들만 질량 분해 슬릿(mass resolving slit)(117)을 통한 최대 투과를 위하여 분석기를 통해 이동할 수 있다. 희망하는 종의 이온들은 질량 슬릿(117)으로부터 감속 스테이지(118)를 거쳐 보정기 자석(119)으로 전달된다. 보정기 자석(119)은 활성화되어, 지지체(예를 들어, 플래튼)(102) 위에 위치된 작업물 또는 기판(도 3b의 100)을 향해 겨냥된 리본 빔을 제공하기 위하여 인가되는 자기장의 강도 및 방향에 따라 이온 빔렛(ion beamlet)들을 편향시킨다. 일부 실시예들에서는, 제 2 감속 스테이지(122)가 보정기 자석(119) 및 지지체(102) 사이에 배치될 수 있다. 이온들은 기판에서 전자들 및 핵들과 충돌할 경우에 에너지를 상실하고, 가속 에너지에 기초하여 기판 내의 희망하는 깊이에서 정지한다. (도 3b에 도시된) 마스크(104)는 플래튼(102)을 실장하는 처리 챔버 내의 (도 3b에서 100으로 도시된) 기판에 가장 근접하게 배치된다. 마스크(104)는 본 명세서에서 섀도우 또는 근접 마스크라고 지칭될 수 있다. 마스크는 복수의 개구들(도 3b의 105)을 가지며, 이 마스크는 개구들과 정렬된 이온 빔들의 부분들이 기판을 향해 이동하도록 하고, 개구들(105)과 정렬되지 않은 이온 빔들의 부분들을 차단한다.
이온 빔(101)은 기판을 향해 (Z 방향으로) 이동할 때, 그 폭(X 방향)보다 작은 높이(Y 방향)를 가진다. 이온 빔의 높이는 폭보다 작으므로, 기판의 일부분만 이온 빔에 대해 노출된다. 따라서, 전체 기판을 스캔하기 위하여, 이온 빔(101)(및 궁극적으로 마스크(104))은 기판에 대하여 이동해야 하거나, 기판이 이온 빔(101)에 대하여 이동되어야 한다. 그러나, 이온 빔 및 마스크가 기판의 표면을 스캔하기 위하여 이동될 경우, 복잡한 냉각 및 접지 접속들은 공간이 이미 희귀한 처리 챔버에서 이 스캐닝 운동을 수용해야 한다. 따라서, 기판을 이온 빔(101)에 대해 이동하는 것이 덜 복잡하다. 스캐닝 조립체(102a)는 플래튼(102)에 결합되고, 이온 빔에 대해 기판을 이동하도록 구성되어 있다. 특히, 스캐닝 조립체는 상기 기판의 제 1 부분들이 복수의 개구들과 정렬되어 있을 경우에 제 1 스캔 레이트로, 그리고 상기 기판의 제 2 부분들이 상기 복수의 개구들과 정렬되어 있을 경우에 제 2 스캔 레이트로 기판을 이동시킨다.
이온 빔이 기판 위에서 희망하는 이온 도우즈 양을 주입할 때, 스캐닝 조립체는 Y 방향으로 가변적인 속도로 기판을 이동시키기 위해 이용된다. 대안적으로, 이온 빔이 기판 위에서 희망하는 이온 도우즈 양을 주입할 때, 스캐닝 조립체는 X 방향으로 가변적인 속도로 기판을 이동시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 스캐닝 속도는 솔라 셀의 컨택 영역들을 고농도로 도핑하기 위하여 기판의 특정 부분들에서 더 긴 체류 시간들을 가지도록 느려질 수 있고, 셀의 노출된 이미터 영역들을 저농도로 도핑하기 위하여 더 짧은 체류 시간들을 가지도록 더 빠르게 이동할 수 있다.
도 3b는 마스크를 통한 주입의 단면도이다. 기판(100)에서의 이온 주입의 특정 패턴이 희망될 때, 마스크(104)는 이온 빔(101)의 경로에서 기판(100)의 전방에 배치될 수 있다. 이 마스크(104)는 섀도우 또는 근접 마스크일 수 있다. 기판(100)은 플래튼(102) 위에 배치된 예를 들어, 솔라 셀일 수 있다. 솔라 셀들을 위해 이용되는 전형적인 기판들은 매우 얇고, 종종 대략 300 마이크론(micron)의 두께 또는 그보다 작다. 기판(100)은 정전기 또는 물리적 힘들을 이용하여 플래튼(102) 위에 제 위치에 유지된다. 비록 요구되지는 않지만, X 방향의 기판의 폭은 이온 빔(101)의 폭보다 작은 것이 바람직하다. 그러나, 이러한 한정은 기판의 직교 방향에 대해서는 바람직하지 않다.
마스크(104)는 이온 주입의 희망하는 패턴에 대응하는 하나 이상의 개구들(105)을 가진다. 섀도우 마스크(104)의 이용은 다른 이온 주입 기술들을 위해서는 필요한 화면 인쇄(screen printing) 또는 리소그래피(lithography)와 같은 처리 단계들을 제거한다. 이미 기술된 바와 같이, 도 1의 영역들(201)에서 관측되는 바와 같은 솔라 셀의 컨택 부분들 하부에서 높은 도펀트 레벨들을 갖는 것은 장점이 있다. 선택적인 이미터 솔라 셀이 논의되어 있지만, 이 방법의 실시예들은 다른 솔라 셀 설계들에 대해 적용될 수 있다. 포인트 컨택(point contact)들은 금속-대-실리콘 컨택 영역을 최소화할 것이다. 소수 캐리어들로부터 컨택들을 차폐하기 위한 전기장을 제공하기 위하여, 이 포인트 컨택들에 대하여, 도펀트는 컨택들(202)의 하부에 국소화되어야 한다. 컨택들(202) 사이에 존재할 수 있는 부동화된(passivated) 표면들 하부에서는 고농도로 도핑된 영역들이 불리하므로, 도펀트는 국소화되어야 한다.
그 위에 포인트들을 갖는 마스크를 통해 주입함으로써, 포인트 컨택들이 도핑될 수 있다. 그러나, 이러한 도핑 구조를 갖는 솔라 셀의 직렬 저항은 컨택들(202) 사이의 도펀트의 양에 의해 여전히 제한될 수 있다. 마스크(104)를 통한 주입에서는, 기판(100)이 스캔될 때, 마스크(104)는 기판(100)과 함께 이동해야 한다. 위에서 언급된 바와 같이, 이 이동은 마스크(104)를 냉각 및 접지함에 있어서 어려움을 증가시킨다. 또한, 작은 개구들(105)을 갖는 마스크(104)는 생산성 및 디바이스 스루풋(throughput)을 감소시키는 이온 빔(103)을 많이 차단할 것이다.
복수의 개구들(105)을 갖는 고정된 마스크(104)는 이온 빔(101)의 높이(Y 방향)를 덮도록 구성된다. 이것은 예를 들어, 리본 이온 빔(101)의 높이이거나, 스캔된 이온 빔(101)의 최대 및 최소 수직 크기일 수 있다. 이러한 설계는 이온 빔(101)이 스캔되는 치수(dimension)(예를 들어, Y 방향) 또는 리본 이온 빔(101)의 긴 치수(예를 들어, X 방향)와 같이, 하나의 치수에서 위치상의 정의를 제공한다. 기판(100)이 스캔되는 방향과 같은, 제 2 치수에서의 위치상의 정의는 기판(100)의 스캔 속도를 변경함으로써 제공된다.
도 4는 7개의 개구들(405)을 가지며, 이온 빔(101)에 대해 고정되어 있는(즉, 병진하거나 스캔하지 않음) 섀도우 마스크(404)의 전방 사시도이다. 7개의 개구들(405)이 예시되어 있지만, 마스크(404)는 전적으로 7개의 개구들(405)에 한정되지 않으며 다른 수도 가능하다. 이온 빔(101)과 같은 이온 빔은 주입 처리 전반에 걸쳐 마스크(404) 위에 입사하고, 마스크(404)는 이 이온 빔에 대해 정지되어 있거나 고정되어 있다. 기판(100)은 마스크(404)의 후방에서 스캔된다. 개구들(404) 사이 및 마스크(405b 및 405c)의 단부들에서 정의된 마스크(405a)의 부분들은 이온 빔이 기판(100) 위에 주입하는 것을 차단한다.
도 5는 예시적인 기판에 대한 대응하는 스캐닝 속도 프로파일의 예이다. 이 속도 프로파일은 제 1 속도로 속도 프로파일의 큰 백분율 동안 이동하는 기판(100)을 가지지만, 이온 빔(101)이 기판(100) 위의 5개의 균등하게 이격된 장소들의 각각에 있을 때, 기판(100)은 제 2 속도로 느려진다. 특히, 기판(100)은 참조 번호(501)로 나타낸 tN 및 tN -1 사이에 정의된 예시적인 시간 동안 제 1 속도(S1)로 이동한다. 기판(100)의 이동 속도는 참조 번호(500)로 나타낸 tN -1 및 tN -2 사이에 정의된 예시적인 시간 간격 동안 속도(S2)로 변경된다. S1에서의 스캔 속도는 속도(S2)보다 느리므로, 속도(S2)에서의 기판(100)의 표면 위의 이온 빔(101)으로부터의 이온들의 도우즈 레이트(dose rate)는 기판이 이온 빔을 통해 더 빠르게 이동 중이므로 더 느릴 것이다. 따라서, 기판(100) 위의 이 5개의 장소들(501로 나타냄) 사이에 주입된 도우즈는 더 높은 스캔 속도(S1)로 인해 기판 위의 5개의 장소들(500으로 나타냄)에서의 도우즈보다 낮을 것이다. 이것은 기판의 더 높은 도우즈 레이트 장소들을 예시적인 솔라 셀 위의 포인트 금속 컨택들에 정렬하기 위하여 이용될 수 있다.
도 6a 내지 도 6e는 도 5의 속도 프로파일에 대응하는 주입 방법의 결과들을 예시한다. 도 6a에서, 이온 빔(101)은 제 1 위치 내의 마스크(404)의 개구들(405)을 통해 기판(100)에 주입된다. 하부 도우즈 영역들(601)은 스캔 속도가 더 빠른(S1) 도 5의 속도 프로파일의 부분에 대응한다. 도 6b에서, 이온 빔(101)은 더 높은 도우즈로 주입된 영역들(600)이 더 느린 스캔 속도(S2)를 갖는 속도 프로파일의 그 부분에 대응하는 제 2 위치에서 마스크(404) 내의 개구들(405)을 통해 주입된다. 따라서, 도 6b는 더 높은 도우즈로 주입된 영역들(600), 제 1 위치로부터 더 낮은 도우즈로 주입된 영역들(601), 및 개구들(405) 사이에서 마스크(405a)의 영역들에 대응하는 도핑되지 않은 영역들(602)을 예시한다.
기판(100)은 마스크(404)의 후방에서 연속적으로 스캔될 수 있다. 그러나, 도 5에서 관측되는 바와 같이, 이온 빔(101)이 기판(100)의 더 낮은 도우즈의 영역들(601)에 비해 더 높은 도우즈로 주입된 영역들(600)에 주입하는 중일 때, 기판(100)은 제 2 속도로 더욱 느리게 스캔한다. 따라서, 기판(100)은 도 6a 내지 도 6b에서 예시된 제 1 위치 및 제 2 위치에서 주입하는 동안보다는, 제 1 위치 및 제 2 위치(예시되지 않음) 사이에서 제 1 속도로 더 빠르게 이동한다. 마스크는 이온 빔(101)에 대해 고정되어 있으므로, 특히 더 낮은 도우즈 레벨들에서 증가된 제조 스루풋을 제공하는 기판의 스캐닝 동안에 마스크를 기판과 함께 이동시킬 필요가 없다.
도 6c 내지 도 6e는 기판(100)이 예시적인 Y 방향으로 이동할 때, 기판(100)의 위치들에 각각 대응하는 제 3 위치, 제 4 위치 및 제 5 위치에서 마스크(404) 내의 개구들(405)을 통해 주입되는 이온 빔(101)의 결과들을 나타낸다. 도 7은 도 6a 내지 도 6e에서 예시된 주입 방법으로부터 얻어지는 기판의 전방 사시도이다. 도 7에 예시된 바와 같이, 일련의 더 높은 도우즈로 주입된 영역들(600)은 그 사이에 더 낮은 도우즈로 주입된 영역들(601)을 갖도록 기판(100) 내에 형성되었다. 도핑되지 않은 영역들(602)은 개구들(405) 사이 및 마스크(404)의 외연(periphery)에서 마스크 영역들(405a, 405b 및 405c) 후방에서 정렬되어 있는 기판의 부분들에 대응한다. 더 높은 도우즈로 주입된 영역들(600)은 솔라 셀 내의 미래의 포인트 컨택들에 대응할 수 있고, 이 포인트 컨택들은 금속배선(metallization) 단계 동안에 추가된다. 마스크(404)는 도 6a 내지 도 6e에서 정지되어 있거나 고정되어 있으므로, 마스크(404)는 기판(100)과 같이 이동하지 않기 때문에, 이것은 덜 복잡한 냉각 및 접지 접속들로 귀착된다. 이것은 또한 마스크(404)에 대한 냉각 및 접지 접속들의 효율성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 7의 기판(100)은 기판(100)과 함께 스캔되는 마스크(104)와 같은 섀도우 마스크에 의해 만들어질 수 있다. 그러나, 전체 기판(100)은 도 6a 내지 도 6edptj 도시된 주입 단계들의 각각과 동일한 시간량 동안 이온 빔(101)에서 남겨져 있어야 할 것이다. 이것은 주입들을 수행하기 위해 요구되는 이온 빔(101) 도우즈는 Sh/((Bh)(n))배 만큼 증가될 것이고, Sh는 기판(100)의 높이이고, Bh는 이온 빔(101)의 높이이고, n은 더 높은 도우즈로 주입된 영역들(600)의 행(row)들의 수임을 의미한다. 4 mm의 높이, 156 mm의 기판(100) 높이, 및 더 높은 도우즈로 주입된 영역들(600)의 4개의 행들을 갖는 이온 빔(101)에 대하여, 전체 도우즈는 스캐닝 마스크(104)에 의한 주입 방법보다는, 도 6a 내지 도 6e에서 예시된 방법을 이용하여 10배 더 낮을 수 있다. 이 감소된 도우즈는 증가된 스루풋 및 더 낮은 생산 비용들로 귀착된다. 또한, 감소된 도우즈는 마스크(404) 위에서의 더 적은 열 부하에 이를 수 있다.
더 높은 도우즈로 주입된 영역들(600) 사이의 더 낮은 도우즈로 주입된 영역들(601)은 임의의 결과적인 솔라 셀의 직렬 저항을 낮출 수 있다. 다수 캐리어(majority carrier)들은 발생 부위(site)들로부터 컨택들로 수송되어야 하며, 수송 도중에 이들이 조우하는 저항은 솔라 셀의 출력을 감소시킨다. 컨택 포인트들 사이에서 발생하는 다수 캐리어들에 대하여, 컨택들 사이의 약간 더 높은 도우즈는 저항을 낮출 것이다. 이것은 솔라 셀에서의 더욱 양호한 내부 직렬 저항으로 귀착될 수 있다.
본 개시 내용은 본 명세서에서 설명된 특정 실시예들에 의해 그 범위가 한정되지 않아야 한다. 실제로, 본 명세서에서 설명된 것들에 부가하여, 본 개시 내용의 다른 다양한 실시예들 및 본 개시 내용에 대한 변형들은 상기한 설명 및 첨부 도면들로부터 당업자들에게는 명백할 것이다. 따라서, 이러한 다른 실시예들 및 변형들은 본 개시 내용의 범위 내에 속하는 것으로 의도한 것이다. 또한, 본 개시 내용은 특정 목적을 위하여 특정 환경에서 특정한 구현예의 상황에서 본 명세서에서 설명되었지만, 당업자들은 그 유용성이 그것으로 제한되지 않고 본 개시 내용은 임의의 수의 목적들을 위하여 임의의 수의 환경들에서 유익하게 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 이하에 기재되는 청구항들은 본 명세서에서 설명된 바와 같은 본 개시 내용의 완전한 범위 및 취지를 고려하여 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 이온들을 솔라 셀 기판으로 주입하는 방법으로서,
    이온 빔을 섀도우 마스크의 개구를 통해, 타겟 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지체를 향해 보내는 단계;
    상기 마스크의 상기 개구와 정렬된 상기 기판의 제 1 부분을 상기 이온 빔에 대해 노출시키는 단계;
    상기 기판의 상기 제 1 부분이 상기 이온 빔에 대해 노출될 때, 제 1 스캔 레이트로 상기 이온 빔에 대해 상기 기판 지지체를 이동시키는 단계;
    상기 마스크의 상기 개구와 정렬된 상기 기판의 제 2 부분을 상기 이온 빔에 대해 노출시키는 단계; 및
    상기 기판의 상기 제 2 부분이 상기 이온 빔에 대해 노출될 때, 제 2 스캔 레이트로 상기 이온 빔에 대해 상기 기판 지지체를 이동시키는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 스캔 레이트는 상기 제 2 스캔 레이트보다 더 느린, 이온들을 솔라 셀 기판으로 주입하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판은 솔라 셀을 형성하기 위해 이용되는 물질이고, 상기 제 1 스캔 레이트는 상기 솔라 셀의 포인트 컨택(point contact)들에 대응하는, 이온들을 솔라 셀 기판으로 주입하는 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 섀도우 마스크를 상기 이온 빔에 대해 고정적으로 위치시키는 단계를 더 포함하는, 이온들을 솔라 셀 기판으로 주입하는 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 섀도우 마스크는 상기 이온 빔의 제 1 치수에 대해 고정되는, 이온들을 솔라 셀 기판으로 주입하는 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제 1 치수에 대응하는 상기 기판 위에서 상기 이온 빔을 스캐닝하는 단계를 더 포함하는, 이온들을 솔라 셀 기판으로 주입하는 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제 1 치수는 상기 이온 빔의 높이에 대응하는, 이온들을 솔라 셀 기판으로 주입하는 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제 1 치수는 상기 이온 빔의 폭에 대응하는, 이온들을 솔라 셀 기판으로 주입하는 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 섀도우 마스크를 상기 이온 빔의 경로에 대해 직교 방향으로 정렬하는 단계를 더 포함하는, 이온들을 솔라 셀 기판으로 주입하는 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 이온 빔의 높이 치수보다 더 큰 높이 치수를 가지는 개구들을 상기 마스크에 제공하는, 이온들을 솔라 셀 기판으로 주입하는 방법.
  10. 이온들을 기판으로 주입하는 방법으로서,
    이온 빔을 섀도우 마스크의 복수의 개구들을 통해, 타겟 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지체를 향해 보내는 단계;
    상기 기판의 제 1 부분들을 상기 마스크의 상기 복수의 개구들에 대응하는 상기 이온 빔에 대해 노출시키는 단계;
    상기 기판의 상기 제 1 부분들이 상기 이온 빔에 대해 노출될 때, 제 1 레이트로 상기 이온 빔에 대해 상기 기판 지지체를 이동시키는 단계;
    상기 기판의 제 2 부분들을 상기 마스크의 상기 복수의 개구들에 대응하는 상기 이온 빔에 대해 노출시키는 단계; 및
    상기 기판의 상기 제 2 부분들이 상기 이온 빔에 대해 노출될 때, 제 2 레이트로 상기 이온 빔에 대해 상기 기판 지지체를 이동시키는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 스캔 레이트는 상기 제 2 스캔 레이트보다 더 빠른, 이온들을 기판으로 주입하는 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 기판의 상기 제 1 및 제 2 부분들이 사기 이온 빔에 대해 노출될 때, 상기 이온 빔이 상기 복수의 개구들 사이의 상기 섀도우 마스크의 영역들과 정렬된 상기 기판의 제 3 부분들에 도달하는 것을 차단하는 단계를 더 포함하는, 이온들을 기판으로 주입하는 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 섀도우 마스크를 상기 이온 빔의 경로에 대하여 직교 방향으로 정렬하는 단계를 더 포함하는, 이온들을 기판으로 주입하는 방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 섀도우 마스크를 상기 이온 빔에 대하여 고정적으로 위치시키는 단계를 더 포함하는, 이온들을 기판으로 주입하는 방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 제 2 스캔 레이트는 솔라 셀의 포인트 컨택들에 대응하는, 이온들을 기판으로 주입하는 방법.
  15. 솔라 셀을 형성하기 위해 이용되는 물질을 기판에 주입하기 위한 이온 주입기로서,
    이온 소스;
    이온 빔을 형성하고 기판 지지체 위에 배치된 기판을 향해 상기 이온 빔을 보내기 위하여, 상기 이온 소스로부터 이온들을 추출하도록 구성된 빔 라인 조립체;
    상기 기판의 전방에 배치된 마스크로서, 상기 마스크는 상기 이온 빔의 각각의 부분들이 상기 마스크를 통해 상기 기판을 향하도록 하는 복수의 개구들을 가지는, 상기 마스크; 및
    상기 기판의 제 1 부분들이 상기 복수의 개구들과 정렬될 경우에 제 1 스캔 레이트로, 그리고 상기 기판의 제 2 부분들이 상기 복수의 개구들과 정렬될 경우에 제 2 스캔 레이트로, 상기 이온 빔에 대해 상기 기판 지지체를 이동시키도록 구성된 스캐닝 지지체를 포함하고,
    상기 제 1 스캔 레이트는 상기 제 2 스캔 레이트보다 더 빠르고, 상기 제 2 스캔 레이트는 상기 솔라 셀의 포인트 컨택들에 대응하는, 이온 주입기.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 섀도우 마스크는 상기 기판의 전방에서 상기이온 빔에 대해 고정적으로 배치되는, 이온 주입기.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 이온 빔은 높이 치수를 가지고, 상기 개구들은 상기 개구들의 상기 높이에 대응하는 길이를 가지는, 이온 주입기.
  18. 청구항 14에 있어서,
    상기 섀도우 마스크에 접속되어 상기 마스크의 온도를 유지하기 위한 냉각 하위조립체를 더 포함하는, 이온 주입기.
  19. 청구항 14에 있어서,
    상기 제 1 스캔 레이트는 상기 제 2 스캔 레이트보다 더 느리고, 상기 기판의 상기 제 1 부분들은 상기 기판의 상기 제 2 부분들에 비해 상기 이온 빔으로부터의 이온들의 더 높은 도우즈 레이트를 가지는, 이온 주입기.
  20. 청구항 18에 있어서,
    상기 기판은 솔라 셀을 형성하기 위해 이용되는 물질이고, 상기 기판의 상기 제 1 부분들은 상기 솔라 셀에서 포인트 컨택들에 대응하는, 이온 주입기.
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