KR20120112586A - 도핑 반도체 물질용 시스템 및 방법 - Google Patents

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라스 하트윅
로비 에베르트
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이놀라스 시스템스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 레이저를 이용하여 기질을 도핑하는 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 방법에서 적어도 하나의 도핑제(doping agent)가 기질 표면과 접촉해 있고 기질 표면은 레이저 빔에 의해 국부적으로 가열된다. 본 발명의 목적은 고속으로 기질을 도핑하고, 기질 표면에 낮은 변위 밀도(dislocation density)를 생성하고, 불순물(dopant)의 양호한 전기 활성화를 달성하며, 또한 의도적으로 특정 영역을 고도로 도핑하는 옵션을 제공하는, 레이저 도핑 시스템을 제공하는 것이다. 상기 목적은 레이저를 이용하여 기질을 도핑하는 시스템에 의해 달성되며, 상기 시스템은 둥근 빔 단면을 가지는 레이저 빔을 가지는 적어도 하나의 파이버 레이저 및 레이저 빔이 기질 표면을 스캔할 수 있게 하는 스캐너 유닛을 포함하며, 상기 파이버 레이저가 방출하는 빛의 파장은 750㎚ 내지 3000㎚이다. 목적은 또한 기질을 도핑하는 방법에 의해 달성되며, 적어도 하나의 도핑제가 기질 표면과 접촉하고 기질 표면이 레이저 빔에 의해 국부적으로 가열되며, 파이버 레이저는 둥근 빔 단면을 가지는 레이저 빔을 생성하고 스캐너 유닛에 의해 기질 위에서 안내되며, 파이버 레이저는 750㎚ 내지 3000㎚의 파장을 가지는 빛을 방출한다.

Description

도핑 반도체 물질용 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DOPING SEMICONDUCTOR MATERIALS}
본 발명은 레이저를 이용하는 도핑 기질용 시스템 및 방법에 관한 것으로, 상기 방법에서 적어도 하나의 도핑 기질이 기질 표면과 접촉하고 레이저 빔에 의해 기질 표면의 국소 가열(local heating)이 일어난다.
산업 실무에서 언급한 유형의 시스템은 일반적으로 배치로(batch furnace) 또는 연속 도핑 시스템으로, 800℃ 이상의 불순물(dopant) 확산에 필요한 온도까지 태양 전지 기질을 가열한다. 도핑의 역 요구사항(contrary requirement)은 예를 들면 DE 10 2007 035 068에 기재된 대로, 태양 전지의 이미터(emitter)에 존재한다. 광학적으로 개방된 영역에서, 매우 높은 도핑 원자 농도가 전자-양공 쌍(electron hole pairs)의 재조합을 촉진하고 태양 전지의 원하는 높은 효율을 훼방하기 때문에, 도핑은 너무 많아서는 안 된다. 다른 한편으로, 특히 필요한 옴 접촉(ohmic contact)을 생성하기 위해 접속 전극(connection electrode)의 접촉 영역에서 초고농도로 도핑되어야 한다. 최근 역 요구사항은, 무엇보다 실험실 모델에서, 접촉 영역 및 소위 선택적 이미터(selective emitter)에서 고농도 도핑 영역을 실현시키는 것이다. 종래의 방법으로 실현하면, 이런 선택적 이미터(selective emitter)를 생성함에 있어 비경제적으로(uneconomically) 높은 지출을 요구한다.
최근 몇 년 동안, 반도체 도핑을 위한 레이저 시스템 또한 개발되었다. DE 10 2004 036 220 B4는 기존의 로 도핑 프로세스(furnace doping system)를 대체하기 위한 레이저 도핑 프로세스를 설명하며, 그 장점은 주로 처리 시간 및 처리 물류(process logistics)가 로 프로세스(furnace process)보다 유리하고 레이저 프로세스의 에너지 효율이 더 우수하다는 것이다. 그러나, 이 문서에서 설명하는 방법은 일반적으로 레이저-도핑 기질이 높은 변위 밀도(displacement density) 및 낮은 품질을 가지는 문제가 있다.
상기 문서는 레이저 빔을 너비가 10㎛이고 길이가 100㎛인 라인에 초점을 맞추고 이 라인 초점이 기질의 표면을 스캔하여 표면을 용융하고 재결정화(recrystalisation) 후에 높은 변위 밀도의 문제를 해결한다. 언급된 이 방법의 단점은 늦은 처리 속도 및 신뢰할 만한 자동초점(autofocusing) 시스템을 실현하기 위한 기술적 경비를 들 수 있다. 목적으로 하는 도핑에 대한 특징은 로 프로세스(furnace process)에서 생성되는 도핑의 특징에 기반을 둔다. 즉, 도핑의 깊이로서 1 마이크로미터까지 범위를 목적으로 한다. 따라서, 공지된 실리콘에서의 빛 침투 깊이로부터, 파장에 따라, 600㎚ 이하의 파장을 가지는 레이저 방출선이 이용되어야 한다고 결론지을 수 있다.
도핑을 위한 배치 시스템은 실리콘 태양 전지 생산에서의 현재 표준이다. 결점은 이 시스템에서 비교적 긴 처리 시간이 요구되며 기계 치수가 대형이라는 점이다. 조작할 수 있는 온도는 1000℃ 이하로 제한적이며 전체 기질의 가열로 인하여 기질 배면(substrate back) 위로 오염물이 삽입되는 문제도 있다. 또한 기존의 도핑 방법은 불순물(dopant)이 실리콘 결정 안으로 확산되는 문제점도 있지만 주로 격자 위치(lattice site)로 통합되지 않아 전기적으로 활성화되지 않는다.
본 발명의 목적은 빠른 속도로 기질을 도핑하고, 기질 표면에서 방법에서 생성될 변위 밀도가 낮으며, 불순물(dopant)의 양호한 전기 활성화(electrical activation)가 달성되고, 더 높은 타겟 방식으로 특정 영역을 도핑하는 옵션을 제공할 수 있는 레이저 도핑 방법을 제공하는 것이다.
이 목표는 둥근 빔 단면을 가지는 레이저 빔을 가지는 적어도 하나의 파이버 레이저(fibre laser) 및 레이저 빔으로 기질 표면을 스캔할 수 있는 스캐너 유닛(scanner unit)을 포함하며, 파이버 레이저(fibre laser)에서 방출되는 빛의 파장은 750 내지 3000㎚인, 상술한 유형의 시스템에 의해 달성된다.
파이버 레이저는 레이저 기술 영역에서 최근 개발되었다. 이 새로운 유형의 레이저는 매우 높은 효율성 및 동시에 낮은 가격으로 매우 높은 빔 품질을 가진다는 점에 의해 구별된다. 새로운 유형의 레이저의 높은 효율성으로 인하여, 레이저 도핑 시스템을 구성할 때, 여러 가지 다른 방법을 강구할 수 있다. 프로세싱에 필요한 에너지는 더 이상 초점(focal point)에 국부적으로 제공되지 않아도 되고, 지름이 20 내지 500㎛인 둥근 빔 단면을 가지는 레이저 빔이 작용하며, 이 단면은 약 1㎜의 빔 길이에 적당하게 이용될 수 있다. 이 레이저의 전력은 태양광 기질(photovoltaic substrate)의 전체 기질 표면을 처리하는데 적합하다.
기존의 로 도핑 시스템(furnace doping system)과 본 발명에 따른 레이저 도핑 시스템의 에너지 효율성을 비교하면, 본 발명에 따른 레이저 도핑 시스템이 유리하다. 빔이 파이버 레이저에서 높은 효율로 생성되고 레이저 도핑 프로세스에서 빛 에너지가 기질의 표면에만 이용되고 전체 기질이 가열되지 않는다. 도핑 프로세스에서의 열 부하(thermal loading)로부터 기질을 보호하는 것은 태양 전지의 전체 기술에 대한 새로운 가능성을 연다. 따라서, 로 도핑과 달리, 레이저 도핑은 기질이 이미 온도에 민감한 요소를 가지는 경우에도, 전반적인 기술에서 후반 단계에서 일어날 수 있다. 이 장점은 무엇보다 더 복잡한 기술 및, 예를 들면, 양면 전지(bifacial cell) 개념에서도 가능하게 된다. 레이저 도핑 시스템에서, 복수의 도핑 프로세스가 연속하여 기질의 양 표면에서 실시될 수 있다.
기존의 로 도핑 시스템과 비교하면, 에너지를 보다 효율적으로 이용할 뿐만 아니라, 도핑 물질이 반도체 도핑의 작업에 보다 효율적으로 공급된다. 도핑 물질은 표면의 중간 격자 위치에서 원하지 않게(undesirably) 삽입되지 않지만, 그들이 고온 때문에 격자 위치에 유리하고(advantageously) 효율적으로 삽입된다. 더 효율적으로 활용할 수 있기 때문에 도핑 물질을 더 적게 활용하는 것이 충분하다.
레이저 빔을 기질 표면 위에서 이동시키기 위해, 본 발명에 따르면 요구되는 정확성 및 속도를 가지는 빔이 이동할 수 있는, 적합한 상용 스캐너 유닛이 이용될 수 있다. 따라서 스캐너의 속도가 다양할 수 있어서, 전체-표면 균일 처리를 제외하고, 국부적으로 차별화된 처리도 가능하다.
매우 유연하게, 조정가능하게(controllably) 그리고 스캐너 유닛 및 파이버 레이저 모두 매우 유연하게 작동되기 때문에 최적화될 수 있는 방식으로 레이저 프로세스를 제어할 수 있다. 파이버 레이저 및 스캐너 유닛을 포함하는 시스템의 속성 때문에 기판에서 도핑된 영역의 깊이를 유연하게 제어할 수 있다. 도핑 프로파일 및 전기 저항을 정확하게 조정할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 레이저 도핑 시스템을 이용하여 향상된 태양 전지 등과 같은 향상된 생성물을 얻을 수 있다.
실제 도핑 프로세스에서의 장점 외에도, 레이저 도핑을 이용하여 또한 프로세싱의 다른 장점을 얻을 수 있다. 레이저 빔이 부딪쳐서 기판 표면이 매우 빠르게 가열되기 때문, 기질을 위한 예열(preheating) 단계 및 냉각 단계가 필요없다. 따라서 빠른 전체 프로세스가 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 레이저 도핑 시스템은 도핑 로(doping furnace)보다 작은 공간 치수를 달성할 수 있다. 레이저 도핑 시스템을 이용하여 공간을 절약하면 제조 장치를 설정할 때 비용적인 면에서 장점을 얻을 수 있다.
본 발명에 따르면, 레이저 도핑 시스템은 파장이 750 내지 3000㎚인 빛을 방출하는, 파이버 레이저를 이용한다. 정교한(sophisticated) 파이버 레이저는 이 파장 범위에 존재한다. 그러나, 실리콘이 이 범위에서 투명하기 때문에 이 파장 범위는 실리콘 기질을 처리하는데 부적당한 것으로 보였다. 파이버 레이저 빔의 고전압 밀도 때문에, 공간 여기(volume excitation)의 열 축적(thermal accumulation)의 효과가 발생한다. 물질이 가열되어 기질의 광학 특성이 변한다. 실리콘에서 흡수(absorption)가 증가한다. 따라서 침투 깊이가 떨어진다. 전력, 스캐너 속도, 펄스 에너지, 펄스 기간 또는 원하는 범위까지의 반복 속도 등과 같은 적당한 매개변수를 조정하여 침투 깊이를 제어할 수 있다. 로 프로세스(furnace process)보다 이 파장 범위의 레이저 도핑 시스템으로, 실리콘 기질을 더 깊이 도핑할 수 있다. 예를 들면, 레이저 도핑 시스템에 의하여 태양 전지 생산시, 특히 태양 전지의 이미터의 인 도핑(phosphorus doping)에서, 1 내지 10㎛의 범위의 도핑 깊이를 실현할 수 있다. 도핑 깊이가 더 깊어지고 동시에 깊이에 대한 도핑이 균질함에 의해 태양 전지의 접촉 및 전체 효율을 향상시킬 수 있다.
기본적으로 파장이 500 내지 600㎚인 빛을 방출하는, 파이버 레이저를 이용하는 것이 가능하다. 이 파장 범위의 파이버 레이저만 단기간 동안 상업적으로 이용할 수 있다. 이 짧은 파장 범위에서 작동하는, 시스템은 특히 얕은 도핑 깊이를 원하는, 분야에 특히 유용하다.
본 발명의 바람직한 구조에서, 이용된 파이버 레이저는 80㎱ 내지 10㎲ 범위의 비교적 긴 펄스 길이를 가지는 연속파 (연속빔) 레이저 또는 펄스 레이저이다. 이러한 조건에서, 표면에서 기질의 결정 구조가 손상되지 않고 기질을 도핑할 수 있다. 또한, 불순물(dopant)이 기질 결정에 잘 삽입되고 전기적으로 활성화된다. 연속파로 작동하는 경우, 예를 들면 5㎾의 높은 전력을 이용할 수 있다. 그러므로, 특히 신속하고 빠른 프로세싱에 있어, 연속파 레이저를 이용하는 것이 유리하다. 펄스 작동에서, 예를 들면 300W의 낮은 전력이 이용가능하다. 펄스 작동시의 장점은 부가적으로 이용가능한 매개변수이다. 따라서, 펄스 형태, 펄스 지속 시간, 반복 속도 및 공간적 펄스-투-펄스 오버랩(spatial pulse-to-pulse overlap)에 의해, 도핑 물질 분배(doping material division)에 큰 영향을 미칠 수 있다.
본 발명의 유리한 개선안에서, 멀티-빔 배열(multi-beam arrangemnet)을 형성함에 있어, 복수의 레이저 부분 빔(laser partial (part) beams)을 생성하기 위해 시스템은 복수의 파이버 레이저 및/또는 적어도 하나의 빔 스플리터(beam splitter)를 가진다. 평행하게 작동되는, 복수의 레이저를 사용하면 시스템의 처리량을 증가시키는데 유리할 것이다. 따라서, 한 빔에 전체 전력을 필요로 하지 않는, 더 강력한 레이저 빔이 레이저 스플리터를 이용하여 복수의 레이저 부분 빔으로 분리되어서, 복수의 레이저 빔 또는 레이저 부분 빔으로 또한 빠른 처리 속도로 기질을 동시에 처리할 수 있다.
본 발명의 특별한 구체예에서, 레이저 도핑 시스템은 50 내지 400 레이저 부분 빔으로 홀로그램 빔을 분할하는 회전 요소(diffractive element)를 이용한다. 이 빔 스플리터는 각 작업에 일치된다. 예를 들면, 태양 전지 기질에 이 유형의 분할 빔을 이용하여 복수의 선택적 이미터 핑거(selective emitter finger)를 형성할 수 있다. 이 경우, 바람직하게 빔 스플리터는 핑거(finger)의 배열에 구조적으로 적용된다. 핑거(finger)를 제외하고, 태양 전지의 접촉 전극은, 개별 핑거(finger)의 부하가 집중되는, 소위 "버스 바(bus bars)"라는 주요 라인을 포함한다. 태양 전지의 선택적 이미터(selective emitter)는 개별 핑거(finger) 영역 및 "버스 바(bus bars)" 영역으로 구성된다. 따라서 레이저 도핑 프로세스는 개별 핑거(finger) 및 "버스 바(bus bars)"를 형성하는데 이용되는, 복수의 작업 단계로 분할된다. 선택적 이미터(selective emitter)를 생성하는 동안 개별 작업 단계에서 더 깊은 도핑을 형성하기 위해, 레이저 도핑 프로세스에서, 이용할 수 있는, 도핑 깊이가 변경될 수 있다.
본 발명의 다른 유리한 변형예에서, 스캐너 유닛은 갈보스캐너(galvoscanner), 다각형 스캐너(polygon scanner) 및/또는 공명스캐너(resonance scanner) 등일 수 있는 적어도 하나의 고속 스캐너(fast scanner)를 가진다. 이 유형의 고속 스캐너(fast scanner)를 이용하여, 생산시 요구에 대응하는, 넓은 영역 기질에서 적절히 빠른 처리 속도가 가능하다. 사용된 레이저 및 계획된 레이저 빔 이동에 따라 스캐너 구성요소를 선택한다. 1 MHz까지의 반복 속도를 가지는 펄스 레이저를 이용할 때 현재 달성할 수 있는 방법 속도에 대한 가이드라인은 20 m/s이고, 연속 레이저를 이용하는 경우 400m/s이다.
기질을 도핑하는 시스템의 유리한 구성에서, 스캐너 유닛은 적어도 두 기질 위로 확장하는, 스캐닝 영역을 가진다. 시스템에서, 웨이퍼 등과 같은 작은 기질이 처리되면, 예를 들면 7×8 웨이퍼가 한 기질 캐리어 위에서 처리되고, 스캐너 유닛이 기질 캐리어만큼 큰, 스캐닝 영역을 가지면, 이 경우 시스템당 단 하나의 파이버 레이저 및 하나의 스캐너 유닛이 설치될 수 있다. 그러나, 프로세싱 영역은 둘 이상의 레이저 빔으로 분할될 수 있고, 각 레이저 빔이 기질 캐리어보다 작은 하나의 스캔 영역을 가질 수 있다.
다른 구체예에서, 본 발명에 따른 시스템은 레이저의 스캔 영역에서 기질을 위한 적어도 하나의 위치결정 장치(positioning device) 및/또는 기질을 위한 적어도 하나의 제어 장치를 가진다. 기질이 전체 영역뿐만 아니라 국부적으로 정의된 방식으로 특별한 프로세싱을 한다면, 스캐너 유닛에 대하여 기질을 정확하게 위치결정할 필요가 있다. 레이저 도핑 시스템에서 매우 정확한 위치결정을 보장하기 위해, 종래 기술에서 공지된 위치결정 장치가 레이저 도핑 모듈에 통합될 수 있고, 또는 위치결정 장치가 수송 방향에서 레이저 도핑 모듈 앞에 배열될 수 있고, 정확하게 기질 위치를 수송하는 수송 시스템과 함께 이용되어야 한다.
또한, 유리한 다른 구체예에서, 도핑을 완료하기 위해 제어 장치가 제공될 수 있다. 이 제어 장치는 광학 또는 전기적 표면 특성을 위해 종래 기술에서 공지된 측정 장치일 수 있다. 그들의 위치에 대하여 측정된 값을 정확하게 할당하기 위해 정확한 기질 위치 수송이 필요하다.
또한 제시된 목표는 적어도 하나의 도핑 기질이 기질 표면과 접촉하고 레이저 빔에 의해 기질 표면이 국부적으로 가열되는, 기질을 도핑하는 방법에 의해 해결된다. 이 경우, 둥근 빔 단면을 생성하고 기질 표면 위에서 스캐너 유닛과 함께 가이드되는, 파이버 레이저가 이용되며, 파이버 레이저는 파장이 750㎚ 내지 3000㎚인 빛을 방출한다.
기술된 방법을 실현하는 전제조건(prerequisite)은 강력하고 경제적인 파이버 레이저가 주도한 최근 몇 년간의 레이저 산업이 급속한 발전을 했다는 것이다. 기술적으로 기능적이고 경제적으로 합리적인 레이저 도핑 방법을 실현하는, 중요한 특징은 파이버 레이저의 가격이 저렴하고, 빔 단면에서 가우스 전력 밀도 분포를 가지는 양호한 빔 품질, 및 기질 표면을 스캔할 수 있는, 고도로 발달된 스캐너 유닛을 가진다는 것이다.
본 발명에 따른 방법에서, 파이버 레이저는 파장이 750㎚ 내지 3000㎚인 빛을 방출한다. 이 파장 범위에서 실리콘은 낮은 전력을 가지는 빛에 투명하다. 그러나 파이버 레이저의 빔에서 발생하는 것과 같이 높은 전력 밀도에서, 기질 표면이 신속하게 가열되고 광학 속성이 변한다. 그 결과, 실리콘으로 빛의 침투 깊이가 약 1㎛로 감소한다. 프로세스 매개변수를 조정하여 정확한 침투 깊이를 조정할 수도 있다.
그러나, 또한 기본적으로 파장이 500㎚ 내지 600㎚인 빛을 방출하는, 파이버 레이저를 이용하는 것을 생각할 수 있다. 기질에 레이저 침투 깊이가 얕은 것이 바람직할 때 또는 얕은 도핑 깊이가 바람직할 때 무엇보다 그런 방법이 사용된다.
본 발명에 따른 레이저 도핑 방법을 실행할 때, 연속해서 작동하는 80㎱ 내지 10㎲ 범위의 비교적 긴 펄스 길이를 가지는 연속파 레이저 또는 펄스 레이저를 이용하는 것이 유리하다는 것이 입증되었다. 이러한 긴 펄스를 이용하면 기질 표면 위에 비교적 긴 온도 활동 시간(temperature action time)을 야기해서, 용융되지 않아야 하며, 또는 약간만 용융되어, 도핑 후에 기질 표면에서 결정 손상이 일어나지 않는다. 레이저 도핑 프로세스 동안 비교적 낮은 온도에도 불구하고 비교적 긴 온도 활동 시간(temperature action time)에 의해 도핑 물질을 적절하게 삽입할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 유리한 구체예에서, 펄스 레이저의 펄스 형태가 눈에 띄는 전력 피크 없이 적어도 짧은 증가 시간 및 80㎱ 내지 10㎲의 펄스 길이를 가지는 거의 직사각형 형태로 시간-전력 그래프에 나타나도록 펄스 레이저의 펄스 형태가 구성된다. 매우 짧은 전력 피크에서 이용가능한 전력이 집중되는, 다른 펄스 레이저와 달리, 파이버 레이저로 균일한 펄스 전력을 가지고 매우 긴 펄스를 생성할 수 있다. 이러한 긴 펄스는 기질이 용융될 경우에, 결정 손상이 적고 따라서 강력한 태양 전지 생성물을 얻을 수 있는, 부드러운 기질 프로세싱(gentle substrate processing)을 허용한다. 선도 펄스 플랭크(leading pulse flank)가 가파른 경우 기질의 신속한 처리에 유리하며, 즉 레이저의 펄스 전력이 매우 빠르게 도달된다. 다른 한편으로, 온도 황동 시간을 증가하고 재결정화를 더 느리고 덜 스트레스 받게 하기 위해 하향 플랭크(falling flank)를 평평하게 할(flatter) 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 유리한 변형예에서, 고체 상태가 유지될 정도로만 기질 표면을 가열하도록 작업이 실행된다. 본 발명에 따른 레이저 도핑은 여기서 비교적 낮은 온도에서 일어나고, 즉 기질의 용융 온도 이하에서, 차례로, 비교적 긴도핑 시간 동안 일어난다. 이것은 기질을 매우 부드럽게 처리할 수 있다. 용융 및 재결정화(recrystalisation)를 피하여, 재결정화(recrystalisation)와 연결된 오류 메커니즘(fault mechanism)을 완전히 방지한다. 태양 전지 기질의 프로세싱에 있어서, 도핑 방법이 이용되는, 광 민감도(light sensitivity)를 증가시키는 구조로 된 표면이 완전히 유지되고 생성된 표면 구조가 용융되지 않는 것이 필수적이다.
본 발명에 따른 방법의 유리한 구체예에서, 기질의 전체 표면을 도핑하는 방법이 이용된다. 기술적으로 그리고 경제적으로 연속파 레이저 또는 긴 펄스를 가지는 파이버 레이저 펄스 둘 다로의 부드러운 기질 프로세싱(gentle substrate processing)은 태양 전지에서의 광학 활성 영역 등과 같은 넓은 기질 표면의 도핑을 허용한다.
본 발명에 따른 방법의 유리한 구체예에서, 기질 표면의 모든 영역이 동일 하게 처리되는 것이 아니라, 결정된 기질 영역이 열적으로 더 부하되고 더 강하게 도핑된다. 더 강한 도핑을 실현하기 위한 중요한 방법 매개변수는 스캐너 움직임의 감소된 속도이다. 또는, 이를 지원하는 방식으로, 레이저 도핑 방법의 다른 매개변수도 변할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 가능한 변형예에서, 기질 표면이 국부적으로 용융되도록 작업이 수행된다. 기질의 표면 형태가 유지될 필요가 없는 경우, 기질 표면을 용융 및 재결정화(recrystalisation)하는 레이저 도핑도 가능하다. 고온 및 표면에서의 액체 상태로 인하여, 도핑이 매우 높게 생성될 수 있다. 고에너지 밀도를 이용할 때, 필요하다면 절연층을 제거하거나 또는 절연층을 기질 용융으로 확산시키기 위해 기질에 존재하는 절연층을 개방할 수도 있다. 본 발명에 따른 방법의 변형예는, 예를 들면, 이미 이미터 도핑 및 반사방지막(anti-reflection coating)이 존재하는 태양 전지 기질을 이용할 때, 후자 접촉(contacting)의 영역에서 반사방지막을 개방하고 동시에 선택적 이미터(selective emitter) 영역에서 높은 도핑을 수행하는데 이용될 수 있다. 이 방법에서, 접촉(contact)을 위해 제공되는 표면 영역만 전기 전도성이며, 특히, 접촉(contact)의, 간단한 자동조절 갈바닉 증착(self-adjusting galvanic deposition)이 가능하다.
본 발명에 따른 방법의 다른 구체예에서, 복수의 레이저가 동시에 기질 표면의 다양한 공간 영역을 조사하고(irradiate) 평행 처리로 인하여 처리 속도의 증대(multiplication)가 이루어진다는 점에서 처리 속도가 증가한다.
본 발명에 따른 레이저 도핑 방법의 특별한 변형예에서, 레이저 스플리터(laser splitter)에 의해 레이저 빔이 레이저 부분 빔으로 나뉜다. 이 유형의 방법은 무엇보다 전체 기질이 처리되지 않고 국부 영역만 처리될 때 흥미롭다. 예를 들면, 선택적 이미터(selective emitter)의 50 내지 400 핑거(finger) 구조가 태양 전지 기질에 형성될 경우 이 유형의 방법을 이용할 수 있다. 도핑 방법에서, 50 내지 400 레이저 부분 빔으로 홀로그램 빔을 분할하는 회절 요소(diffractive element)에 의해 레이저 빔이 분리될 수 있고, 이는 선택적 이미터(selective emitter)의 50 내지 400 핑거(finger) 라인을 동시에 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 유리한 구체예에서, 스캐너 유닛은 적어도 두 기질 위에서 적어도 하나의 공간 방향에서 레이저 빔을 이동한다. 본 발명에 따른 레이저 도핑 방법을 이용할 때, 복수의 기질이 레이저의 스캐닝 방향에서 일렬로 배열되는 경우가 자주 있다. 레이저 빔이 복수의 기질 위로 동일하게 이동하기 때문에, 특히 방법이 간단하다. 시스템의 구성에 따라, 한 공간 방향 또는 두 공간 방향으로 레이저 빔이 복수의 기질 위로 움직일 수 있다.
본 발명의 유리 구체예에 따르면, 도핑되는 동안 기질은 캐리어에 의해 유지되거나 수송되며, 캐리어는 기질의 방향에서 레이저 빔을 반사하는 표면을 가진다. 즉, 캐리어는 기질을 관통한 레이저 빔을 다시 반사하는, 반사 표면을 가진다. 이 경우 기질 표면을 가열해서 기질로 도핑 물질의 확산을 향상시키기 위해 반사된 레이저 빔을 다시 이용할 수 있다.
이 경우, 불순물(dopant)이 기질 속으로 침투할 수 있는, 도핑층이 기질의 전면 및 배면 모두에 제공될 수 있다.
본 발명을 도면의 도움으로 아래에서 자세히 설명할 것이다.
도 1은 회로도의 도움으로 본 발명에 따른 레이저 도핑 시스템의 가능한 기본 구조를 도시한다.
도 2는 빔 스플리터에 의해 레이저 빔이 부분 빔으로 나뉘는, 본 발명의 다른 가능한 구체예를 개략적으로 도시한다.
도 3은 파이버 레이저의 가능한 펄스 형태를 개략적으로 도시한다.
도 4는 인라인 기질 처리 시스템(inline substrate processing system)의 구성요소로서 본 발명에 따른 시스템의 가능한 구체예를 도시한다.
도 5는 레이저의 스캐닝 길이가 복수의 기질 위로 확대될 수 있는 것을 개략적으로 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 시스템의 다른 가능한 구체예 및 레이저 도핑의 가능한 절차를 개략적으로 도시한다.
도 7은 기질을 도핑하기 위한, 본 발명에 따른 방법의 응용 변형예를 개략적으로 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저 도핑 시스템의 가능한 구체예를 개략적으로 도시한다. 도 1에 도시된 레이저 도핑 시스템의 개별 요소는 그들의 작동 원리를 설명할 목적으로 도시될 뿐이고 규모와 세부 사항을 실제와 동일하게 도시하지 않는다; 도면의 요소 배열은 보여주기 위한 것이다. 도면은 레이저 도핑 시스템의 특별한 배열을 나타내지 않는다. 파이버 레이저(1)는 레이저 빔(2)을 방출하고, 이 레이저 빔은 기질(8)의 기질 표면(4) 위에 정의된 경로(D)에서 스캐너 유닛(3)에 의해 가이드된다. 이제 하기에서 레이저 도핑 시스템의 개별 구성요소를 설명한다.
레이저 도핑 시스템은, 도시된 예에서, 적어도 하나의 파이버 레이저(1)를 가지며, 이 파이버 레이저는 허용된 시간 안에 기질(8)을 처리하기에 충분히 높은 전력을 가지는, 강력한 레이저이다. 도 1의 구체예에서 사용된 파이버 레이저(1)의 파장은, 750㎚ 내지 3㎛의 파장 범위의, 근적외선 스펙트럼 범위에 있다. 파이버 레이저(1)의 파장 범위 및 전원은 기질(8)로의 레이저 빔(2)의 침투 깊이를 결정하다. 실리콘 기질에서, 레이저 빔(2)의 침투 깊이는 바람직하게 1㎛ 내지 10㎛ 사이의 유리한 깊이 범위로 조정된다.
특히 이용되는 파이버 레이저(1) 또는 특별히 이용되는 파장은 기질(8)의 유형 및 원하는 침투 깊이에 따라 결정된다. 따라서, 실리콘에서 또는 다른 기질 물질에서 플랫 도핑(flat doping)에 있어, 750㎚보다 짧은 파장이 이용될 수 있다. 이용된 레이저 파장은 상업적으로 파이버 층(fibre layer)의 이용가능성에 따라 선택된다. 현재, 근적외선 범위에서 작동하는, 파이버 레이저를 제외하고, 주파수 배가(frequency doubling)에 의해 적외선으로부터 500㎚ 내지 600㎚의 스펙트럼 범위의 녹색광을 생성하는 파이버 레이저를 이용할 수 있다. 얕은 도핑 깊이가 바람직한 구체예에서는 이러한 단파 레이저(short wave laser)가 바람직하다.
그러나, 본 발명에 따르면, 실리콘 태양 전지 이미터의 도핑 이외에 레이저 개발 및 새로운 기질, 적용분야에 따라, 파장이 150㎚인 자외선 및 파장이 11㎛인 적외선 사이의 다른 파장 범위도 이용될 수 있다.
태양 전지 기질의 레이저 도핑을 적용하면 비교적 장기간 안에 기질(8)로 열 수지(thermal budget)를 도입하는데 유리하다는 것이 입증되었다. 이동(displacement)을 피하기 위해 레이저 프로세싱에 의해 가능한 적게 기질 표면(4)이 용융될 것이다. 따라서, 도 1에 이용되는 파이버 레이저(1)는 연속 작업 레이저(continuously working laser), 즉 cw-레이저이다. 도시되지 않은, 다른 구성에서, 파이버 레이저(1)는 80㎱ 내지 10㎲로 비교적 긴 펄스 길이를 가지는 펄스 레이저이다. 펄스 레이저를 이용하는 경우, 펄스 형태에 의하여 도핑 프로파일(doping profile)이 추가로 조정될 수 있다. 펄스 시작부에서 가파른 플랭크(steep flank)를 가지는 직사각형 펄스가 특히 유리하다는 것이 증명되었다. 그러나 펄스 형태는, 다른 매개변수와 함께 고려하고 조정해야 하는 단 하나의 매개변수이다. 따라서, 레이저 전력, 빔 지름, 빔 품질, 빔 단면에서 세기 분포, 레이저 빔의 상대 이동 속도, 펄스-투-펄스 오버랩(pulse-to-pulse overlap), 라인 오버랩(line overlap), 기질 물질, 그 질감, 결정화도(crystallinity) 및 품질, 이용된 도핑 물질, 주변 온도 및 일련의 다른 매개변수가 일조한다.
레이저 빔(2)은 바람직하게 단면에 걸쳐 가우스 세기 분포(Gaussian intensity distribution)를 가지는 간단한 둥근 빔 단면을 가진다. 이 유형의 빔은 간단한 광학 시스템이 빔 형성에 있어 충분하고 빔이 초점 지름이 20㎛ 내지 500㎛에서 초점 깊이가 약 1㎜인 장점을 가진다. 이 긴 초점 범위는 강하고 문제없는 프로세스를 초래한다. 따라서 레이저 빔(2)에서 복잡하고 비싼 자동 초점 시스템이 없다.
스캐너 유닛(3)은 기질 표면(4) 위에서 레이저 빔(2)의 안내를 실현한다. 도 1에 도시된 것처럼, 스캐너 유닛(3)은 다양한 스캐너 구성요소(3a, 3b)를 포함할 수 있다. 각 스캐너 구성요소(3a, 3b)는 일반적으로 여기서 한 공간 방향에서 레이저 빔(2)의 움직임에 책임을 진다. 그러나, 또한 스캐너 유닛(3)이 한 공간 방향에서 레이저 빔(2)의 움직임을 위한 스캐너만을 가질 수 있다. 이 경우, 여기에 도시되지 않은, 기질 수송 장치(substrate transporting device)가 제2 공간 방향에서 기질(8) 및 레이저 빔(2) 사이의 상대적 움직임을 보장한다.
도 1에서, 스캐너 구성요소(3a)는 회전축 A에 대해 회전할 수 있고 따라서 기질(8) 위에서 x-방향으로 레이저 빔을 이동시킬 수 있는, 다각형 스캐너이다. 스캐너 구성요소(3b)로 갈보스캐너(galvoscanner)가 도시되어 있다. 이 스캐너는 정지 위치(rest position)로부터 양방향 C에서 회전축 B에 대해 이동할 수 있어서 기질 위에서 y-방향으로 레이저 빔을 이동시킬 수 있다.
스캐너 구성요소(3a)가 활성화되면 기질 표면(4) 위에서 정의된 루트 D에서 레이저 빔(2)의 움직임을 유도한다. 기질이 균일하게 도핑되도록 루트 D가 정의될 수 있고 또한 국부적으로 도핑이 더 일어나도록 루트 D가 결정될 수도 있다. 사용된 파이버 레이저(1) 및 기질(8)에서의 원하는 루트에 따라 스캐너 구성요소(3a, 3b)를 선택한다. 언급하는 스캐너 유형을 제외하고, 공명 스캐너 또는 기타 스캐너도 사용할 수도 있다.
레이저 도핑 프로세서에서 기질 표면(4)은, 고체, 액체 또는 기체 상태로 존재할 수 있는, 도핑 물질 소스와 접촉한다. 그러나, 도핑 물질은 에어로졸의 형태일 수 있고, 레이저 도핑과 함께 특별하게 다른 특정한 형태로 이용될 수 있다. 따라서, 레이저 빔(2)의 영향 하에 액체 전구체(liquid precursor)가 증기 벨(vapour bell)로 변환될 수 있고, 이로부터 도핑이 일어난다. 종래 기술에 알려진 모든 화합물이 불순물(dopant)로 이용될 수 있다. 실리콘의 도핑을 위해 2족, 3족, 5족 또는 6족 원소의 화합물이 이용되며 예를 들면 붕소 화합물 및 인 화합물이 자주 이용된다. 특히 실리콘의 도핑에 있어서, n-도핑에 인산(phosphoric acid)이, p-도핑에 붕산(boric acid)이 바람직하다. 액체 불순물(dopant)의 스프레이, 롤링 또는 스핀 코팅 등과 같은, 종래 기술에서 알려진 방식대로 불순물(dopant)이 도포된다.
액체 불순물(dopant)을 처리하기 위해, 유기용매 또는 무기용매로 희석되는 것이 유리할 것이다; 특히 물이 용매로서 자주 이용된다. 인산을 이용하는 경우, 예를 들면 그 농도는 0.001% 내지 85%로 사용된다. 특히, 가스 전구체(gas precursor)가 이용될 때, 비활성가스(noble gas), 질소, 수소 또는 산소 등과 같은, 불활성 또는 활성 희석제 또는 플러싱 가스(flushing gas)가 이용된다. 이용되는 도핑 물질에 따라, 도핑 물질 또는 기질(8)을 온도 200℃까지 가열하는 것이 유리할 수 있다. 이것은 기술적 처리 이유 때문에 또는 에칭 활성과 같은 원하는 부작용 때문에 필요할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 레이저 도핑 시스템의 다른 구체예를 도시한다. 이 경우, 동일한 요소는 도 1과 동일한 참조 번호로 지정된다. 레이저 빔(2)을 복수의 부분 빔(9)으로 나누는, 레이저 스플리터(laser spliter)가 레이저 빔(2)의 경로에 배열된다. 여기서 이용된 레이저 빔(1)은 매우 강한 레이저로서, 그 전력은 복수의 부분 빔(9)에 걸쳐 분산될 수 있고, 그러고 나서 멀티-빔 배열(multi-beam arrangement)을 형성해서 다양한 기질 표면의 동시 프로세싱에 의해 빠른 전체 프로세싱을 허용한다. 멀티-빔 배열(multi-beam arrangement)은 또한 복수의 레이저를 동시에 사용하여 형성할 수도 있다.
그러나 도시되지 않은, 특히 바람직한 구체예에서, 멀티-빔 배열(multi-beam arrangement)은 파이버 레이저(1) 및 홀로그램 빔 분할을 위한 회절 요소(diffractive element)를 가진다. 이런 유형의 레이저 스플리터를 이용하여 50 내지 400 레이저 부분 빔(9)으로 분리할 수 있다. 예를 들면, 선택적 이미터(selective emitter) 구조를 생성하기 위해 이런 식으로 펼쳐지는 빔이 태양 전지에서 이용될 수 있다.
선택적 이미터(selective emitter)는 후에 접촉 전극이 형성될, 기질 표면의 고농도로 도핑된 영역을 포함한다. 선택적 이미터(selective emitter) 구조는 도 2에 개략적으로 도시된 것처럼, 다수의 얇은 핑커(6), 및 "버스 바(bus bars)"를 지시하는, 거기에 대해 세로 방향으로 배열되는, 메인 라인(7)을 포함한다. 레이저 도핑 시스템의 유리한 구체예에서, 개별 부분 빔(9)이 선택적 이미터(selective emitter) 구조의 개별 핑거(6)를 형성하는데 이용할 수 있도록 파이버 레이저(1)의 레이저 빔(2)이 분할된다.
플랫 베이직 도핑(flat basic doping) 및 국부 선택적 이미터 도핑(local selective emitter doping)을 모두 형성하는, 일반적 도핑 시스템에서 본 발명에 따라 선택적 이미터(selective emitter) 구조가 생성된다. 그러나, 플랫 베이직 도핑(flat basic doping) 또는 국부 선택적 이미터 도핑(local selective emitter doping)을 형성하도록 전문화된 시스템이 형성될 수 있다. 선택적 이미터(selective emitter) 구조를 생성하는 특별한 시스템이 종래의 로 도핑 프로세스(furnace doping process)와 결합할 수도 있다. 이 경우, 원하지 않는 층으로서 로 도핑에서 제공되는, 소위 "불감층(dead layer)"과 같은, 고농도로 도핑된 표면층이 도핑 물질 소스로 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 레이저 도핑 방법에 의해 생성된, 선택적 이미터(selective emitter) 구조는 특히 유리한 속성에 의해 구분된다. 본 발명에 따른 레이저 도핑 방법을 이용하여 생성될 수 있는, 고농도로 도핑된 깊이는 이미 언급하였다. 깊고, 균일하게 도핑된 이미터로부터 얻는, 다른 긍정적인 특성은 기질 물질로 구리 등과 같은 접촉 물질의 확산에 대한 양호한 배리어 효과(barrier effect)이다. 본 발명에 따른 레이저 도핑 방법에 의해 생성된 선택적 이미터(selective emitter) 구조에서 강조되는 다른 특성은 인접한 영역에 대하여 고농도로 도핑된 영역의 가파른 측면 한계(lateral delimitation)이다. 또한, 선택적 이미터(selective emitter) 도핑으로 인하여 인접한 영역은 어떤 손상도 일어나지 않는다. 본 발명에 따른 레이저 도핑을 이용하면, 표면 영역에서 1020 at/㎤ 이상의 고농도 도핑 물질 농도 및 < 20Ω/sq.의 낮은 층 저항을 실현할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 파이버 레이저의 바람직한 실질적으로 직사각형인 펄스 형태를 개략적으로 도시한다. 펄스 길이에 비하여 짧은 증가시간 후에, 파이버 레이저 빔은 높은 최대 전력을 신속하게 달성할 수 있다. 그 결과, 기질을 급속하게 가열한다. 그러고 나서 고전력이 80㎱ 내지 10㎲일 수 있는, 비교적 긴 시간 동안 유지된다. 이 경우 레이저 펄스는 레이저 펄스의 시작부에서조차, 주목할 만한 전원 피크를 가지지 않는다. 비교적 긴 기간 내에 에너지가 투입되어 불순물(dopant)이 양호하게 확산되며 부드러운 기질 프로세싱(gentle substrate processing)이 이루어진다. 기본적으로 여기서 기질 표면(4)의 적어도 일부가 용융될 수 있다. 그러나, 본 발명의 바람직한 구체예에서, 파이버 레이저(1)에 의해 기질 표면(4)만 기질 표면의 고체 상태를 유지할 정도로 가열된다. 따라서, 원하지 않는 용융 및 재결정화(recrystalisation) 효과를 피할 수 있고 도핑 결과도 역시 매우 좋을 것이다.
도 4는 구성요소로서 레이저 도핑 모듈의 형태로 본 발명에 따른 레이저 도핑 시스템을 가지는, 가능한 인라인 시스템을 상세히 도시한다. 인라인 시스템은 수문 챔버(sluice chamber) 등과 같은 다른 구성요소를 가지지만, 다른 구성요소는 도시하지 않는다. 레이저 도핑 시스템(10)은 프로세스 챔버(11) 및 프로세스 챔버(11) 외부의 구성요소를 포함한다. 파이버 레이저(1)는 레이저 빔(2)을 생성하고, 이 레이저 빔은 윈도우(12)를 통해 프로세스 챔버(11)로 방출된다. 도시된 구체예에서, 레이저 도핑 시스템(10)은, 특별히 다각형 스캐너(3a)인 단 하나의 스캐너를 가진다. 스캐너는 레이저 빔(2)을 한 공간 방향으로 이동시킬 수 있다; 도시된 구체예에서, 제2 공간 방향에서 평면 기질 표면(2)에서 레이저 프로세싱의 위치를 조정하기 위해, 기질 수송 장치(15)와 함께, 기질이 이동한다. 도시되지 않은, 레이저 도핑 모듈의 다른 구체예에서, 불연속 수송 장치 및 2차원 스캐너 유닛이 이용된다. 또한 레이저 도핑 시스템은 제어하면서 액체 및 가스 매체를 제공할 수 있는, 매체 공급장치(media supply; 13) 및, 사용된 액체, 기체 및 보조 기체를 방출하는데 이용되는, 매체 처리 유닛(media disposal unit)을 더 포함한다.
이전 도면의 보충으로, 도 5는 스캐너 유닛(3)이 복수의 기질(8) 위에서 경로 E에서 레이저 빔(2)을 이동할 수 있는 것을 개략적으로 도시한다. 도시된 구체예에서, 레이저 빔(2)이 y-방향으로 이동한다. 기질(8) 위의 제2 공간 방향에서 레이저 경로를 제어하기 위해, 이동 수단이 도시되어 있지 않다. 이동을 위해, 빔 또는 웨이퍼가 이동할 수 있고 또는 웨이퍼와 빔이 모두 이동할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 레이저 도핑 시스템 및 레이저 도핑 절차의 다른 가능한 구체예를 도시한다. 하나 이상의 기질(8)이 시스템 안으로 수송 방향 T에서, 벨트 수송 시스템(belt transporting system), 에어 쿠션 시스템(air cushion transporting system) 또는 트래블링 척 수송 시스템(travelling chuck transporting system) 등일 수 있는, 수송 시스템(15)에 의해 제1 단계에서 이동된다. 제1 방법 단계 E에서, 스프레이 기술 또는 롤링 기술로 액체일 수 있는 도핑 물질을 기질(8) 위에 도포한다. 다음 방법 단계 F에서, 기질(8)이 척(chuck; 18)에 의해 픽업되는, 위치 검출 시스템(17)까지 기질(8)이 더 수송되고 나서 정확한 기질 위치를 검출하고 기질(8)이 상기 구체예에서 기술된 파이버 레이저의 스캐닝 영역으로 높은 공간 위치결정 정확도(high spatial positioning precision)로 척(chuck; 18)으로 수송된다. 다음 방법 단계 G에서, 여기서 개략적으로 도시된 파이버 레이저의 레이저 빔(2)을 이용하여 기질(8)의 레이저 도핑이 일어나며, 높은 위치결정 정확도(high positioning precision)로 인하여 기질(8)에서 국부적으로 정의된 도핑이 일어날 수 있다. 다음 방법 단계 H에서, 제어 장치(18)의 아래로 높은 위치결정 정확도로 기질(8)이 더 수송되어, 레이저 도핑의 결과를 체크할 수 있다. 체크가 완료되면, 일반 수송 시스템(15)을 이용하여 기질(8)을 더 수송한다. 다음 방법 K 단계에서, 예를 들면 액체를 헹구어서 기질(8)을 세정한다.
도 7은 기질(8)을 도핑하는 본 발명에 따른 방법의 가능한 응용 변형예를 개략적으로 도시한다. 도시된 구체예에서, 도핑될 기질(8)은, 기질 표면(4) 및 기질 배면(24)에 모두, 도핑층(19) 또는 도핑층(20)을 가진다. 본 발명의 다른 변형예에서, 도핑층(19) 또는 도핑층(20)이 기질 표면(4)에만 또는 기질 배면(24)에만 제공될 수 있다. 도핑되는 동안 기질(8)은 캐리어(22)에 의해 유지되거나 캐리어(22)에 의해 도핑 시스템을 통해 수송된다. 예를 들면, 캐리어(22)는 척(chuck) 또는 기질(8)을 유지하고 또는 수송하기에 적합한 캐리어이다. 캐리어(22)는 반사 표면(23)을 가져서, 이를 통해 기질(8)을 통해 캐리어(22)에 부딪친 레이저 빔(2)이 반사된 레이저 빔(21)으로서 기질(8)을 통해 다시 반사된다. 다시 반사되는 동안, 기질 표면(4)뿐만 아니라 기질 배면(24)도 열적으로 활성화된다. 그 결과, 도핑층(19) 및 도핑층(20)으로부터 기질(8)로 불순물(dopant)이 확산된다. 따라서, 도 7에 도시된 방법을 이용하여, 기질(8)이 전면 및 배면에서 도핑될 수 있다.
상술한 것처럼, 기질 배면(24)에서의 도핑층(20)은 선택적이며, 즉 도핑층(20)이 제공되지 않을 수도 있다. 도 7에 도시된 방법은 기질(8)의 기질 전면의 도핑을 향상시키고, 도핑을 가속화하고 및/또는 기질(8)로의 불순물(dopant)의 침투 깊이를 증가시키는데 적합하다.
도 7의 구체예에서 도시된 것처럼, 기질 배면(24)의 도핑층(20) 및 캐리어(22) 사이에 선택적으로 공극(air gap; 25)이 제공될 수 있다.

Claims (19)

  1. 레이저를 이용한 기질(8)을 도핑하는 시스템으로서,
    상기 시스템은 둥근 빔 단면(2)을 가지는 레이저 빔(2)을 방출하는 적어도 하나의 파이버 레이저(fibre laser; 1) 및 상기 레이저 빔(2)에 의해 기질 표면(4)이 스캐닝될 수 있게 하는, 스캐너 유닛(scanner unit; 3)을 포함하며,
    상기 파이버 레이저(1)가 방출하는 빛의 파장은 750㎚ 내지 3000㎚인 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파이버 레이저(1)는 연속파 레이저 또는 80㎱ 내지 10㎲의 펄스 길이를 가지는 펄스 레이저인 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 시스템은 복수의 파이버 레이저(1) 및/또는 멀티-빔 배열(multi-beam arrangement)을 형성하는 복수의 레이저 부분 빔(laser partial beams; 9)을 생성하는 적어도 하나의 빔 스플리터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 멀티-빔 배열(multi-beam arrangement)은 50 내지 200 레이저 부분 빔(9)으로 홀로그램 빔을 분할하는 회절 요소(diffractive element)를 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스캐너 유닛(3)은 적어도 갈보스캐너(galvoscanner; 3b), 다각형 스캐너(polygon scanner; 3a) 및/또는 공명 스캐너(resonance scanner)를 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스캐너 유닛(3)은 적어도 두 기질(8)로 확대되는, 스캐너 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 레이저(1)의 스캐닝 범위 안에서 상기 기질(8)을 위한 적어도 하나의 위치결정 장치(positioning device) 및/또는 상기 기질(8)을 위한 적어도 하나의 제어장치를 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 적어도 하나의 도핑 기질이 기질 표면(4)에 접촉하고, 레이저 빔(2)에 의해 상기 기질 표면(4)이 국부적으로 가열되는, 기질(8)을 도핑하는 방법으로서,
    파이버 레이저(1)는 스캐너 유닛(3)에 의해 상기 기질 표면(4) 위에서 안내되는 둥근 빔 단면을 가지는 레이저 빔(2)을 생성하고, 상기 파이버 레이저(1)는 파장이 750㎚ 내지 3000㎚인 빛을 방출하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 파이버 레이저(2)는, 연속파 레이저로서, 연속하여 방출하거나, 80㎱ 내지 10㎲의 펄스 길이를 가지는 펄스 레이저로서 방출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 파이버 레이저(1)의 펄싱(pulsing)은 전력 피크가 없는 직사각형 펄스 형태를 가지는 시간-전력 그래프(time-power graph)를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    기질의 용융 온도 미만에서 레이저 도핑이 일어나는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 기질(8)의 전체 표면을 도핑하는데 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스캐너 유닛(3)의 이동 속도가 상기 기판 표면(4)의 국부적으로 제한된 영역에서 감소하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제8항 내지 제10항, 제12항 및 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기질 표면(4)이 국부적으로 용융되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 레이저(1)가 동시에 기질 표면(4)의 다른 특정 영역을 조사하는(irradiate) 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제8항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    빔 스플리터(5)를 이용하여 적어도 하나의 레이저 빔(2)이 레이저 부분 빔(laser partial beam; 9)으로 분할되며, 상기 레이저 부분 빔(9)은 동시에 국부적으로 결정된 구조를 생성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제8항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스캐너 유닛(3)은 적어도 두 기질(8) 위에서 적어도 한 공간 방향에서 레이저 빔(2)을 이동시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제8항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기질(8)은 캐리어(22)에 의해 도핑되는 동안 유지되거나 수송되며, 상기 캐리어(22)는 기질(8)의 방향에서 상기 레이저 빔(2)을 다시 반사시키는 표면(23)을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    도핑 물질은 기질 표면(4)의 도핑층(19) 및 기질 배면(24)의 도핑층(20)의 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.

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