TWI523252B - 摻雜劑塗佈系統以及塗佈蒸氣化摻雜化合物於光伏太陽能晶圓的方法 - Google Patents

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Description

摻雜劑塗佈系統以及塗佈蒸氣化摻雜化合物於光伏太陽能晶圓的方法
本發明係關於用於以高速操作藉由熱濃縮酸蒸氣(包括微觀小液滴之蒸氣)沈積將廣泛範圍之P及/或B摻雜化合物塗佈至太陽能電池晶圓之一或多個面的高速低溫連續摻雜劑塗佈裝置系統，相較於目前使用市售蒸氣、液體或噴霧摻雜劑塗佈器可能達成之情況，該摻雜劑塗佈裝置系統導致晶圓表面上之更均勻摻雜劑層(在一給定晶圓上之邊緣間更均勻，且在晶圓間更一致)。摻雜劑蒸氣藉由將高度濃縮酸性(液體)摻雜劑化合物惰性氣體霧化至經加熱之蒸氣產生腔室中來產生。接著經由一或多個定向狹縫將經加熱之濃縮酸蒸氣分配至摻雜腔室中，到達在該等狹縫下方通過的相對較冷之晶圓上。視需要，可遞送呈電漿形式之蒸氣(亦即，帶電熱蒸氣)。在摻雜之前及/或之後可使用UV晶圓處理步驟。隨後在擴散爐中處理經摻雜晶圓以藉由擴散至矽或其他高級晶圓材料中而產生 p-n 接面表面層或背面電場層。
基於矽之太陽能電池的製造需要對矽晶圓之以特定次序發生的多個專用製程。無論由單個晶體抑或結合在一起之多個晶體製成之此等晶圓(分別為單晶體晶圓或多晶體晶圓)接著經處理以形成厚度在140微米至200微米範圍內的平滑薄晶圓。因為合適矽之稀缺性，當前趨勢為使晶圓較薄，當前為180微米至200微米厚，即將達到120微 米至140微米。
成品原始晶圓經處理為藉由光伏打效應產生電的起作用的太陽能電池。晶圓處理以各種清潔及蝕刻操作開始，繼之以產生半導電「 p-n 」接面二極體的多階段擴散製程。
擴散製程以對矽基板晶圓進行摻雜開始，該擴散製程包含將一或多種類型摻雜劑材料(例如，含有P或/及B之化合物或組合物)塗佈(塗覆)至晶圓之前側及/或背側的第一階段，繼之以使摻雜劑乾燥的第二階段。在第三階段中，接著在擴散爐中燒製乾燥之塗佈有摻雜劑之晶圓，使得摻雜劑化合物之P原子擴散至Si(或其他先進材料)晶圓基板中以形成薄 p-n 接面層。
本發明係關於將一或多種類型摻雜劑化合物塗佈至晶圓之一或多個表面從而為擴散或共擴散燒製做準備。當前，存在塗佈含磷摻雜劑之三種主要模式：A)按兩個如下階段之分批式管式爐操作：首先在約400℃下藉由氧使晶圓氧化，藉由N2進行淨化繼之以在850℃至1000℃下注入POCl3氣體，總處理時間較長(花費約30分鐘)。在POCl3製程中，晶圓在晶舟中背靠背成對、豎著堆疊且通常垂直地定向，接著將該等晶舟推入至管式爐中，在該管式爐中將晶舟曝露至POCl3氣體。POCl3氣體處理亦導致底部及頂部邊緣相較於中心區段具有較厚之摻雜劑沈積的嚴重「邊緣效應」。頂部沈積區域及底部沈積區域兩者經左右弧形成形，每一相對角在接合較大角區域之頂部及底部中心處由較薄腹板覆蓋。將此圖案視為在晶舟中分開之成對晶圓 的約3至6mm之緊密間距的人為結果。
POCl3氣體批量處理之結果為上部「A條帶」、中心「B區」及底部「C條帶」，其各自具有在越過晶圓側向量測時相對一致之電阻值，但該等值在自頂部至底部垂直量測時自頂部區至中心至底部區極大地改變。為了獲得在側向及垂直兩個方向上跨越晶圓及晶圓間的更好一致性，犧牲電阻值。亦即，在可達成80Ω/sq.或更高之高點電阻(spot resistance)值的同時，跨越晶圓及晶圓間的一致性如此差以使得晶圓不可使用。因此，在生產中，使電阻值下降(通常降低至40至55範圍內)，且偶爾高達56至65的範圍。
亦存在於水中使用極低濃度(約5%)H3PO4(正磷酸)的兩個水溶液處理；B)經由超音波噴嘴將酸溶液噴霧至晶圓上；或C)使晶圓通過酸溶液之「瀑布」。在此等當前可用系統中，在摻雜單元中使晶圓乾燥。
在皆使用低濃度酸之噴霧或瀑布水性處理中，水為所使用溶液之約95%，H3PO4為剩餘5%。至少一噴霧系統使用5%酸、作為界面活性劑之小百分數的醇及余量的水的混合物。在此變化處理中，存在摻雜劑塗層之晶圓間之差的一致性，且同樣燒製後擴散層既不平整亦不一致。
在噴霧系統及瀑布系統兩者中，由於使用過多水，因此存在每晶圓約3至5分鐘的較長乾燥週期。在瀑布系統中，且新近在由意大利TechnoFimes宣佈之「雲」系統中，傳送晶圓通過專用紙之拋棄式輥上的潤濕及乾燥區。需要此專用紙來保持背側清潔，但為單次使用的，從而在將晶 圓轉移至擴散爐傳送機之後經收集並被拋棄。
除噴霧及瀑布處理之問題及限制外，晶圓表面上之相對厚之流體彎液面在延長之乾燥週期期間可導致跨越晶圓的磷酸鹽濃度變化，從而具有在晶圓表面上不均勻地塗覆摻雜劑(中心處較薄且邊緣處較厚)之結果。此乾燥處理階段為緩慢的且難以控制。濃度/厚度變化引起在擴散燒製期間形成之p-n接面層的不均勻厚度，及金屬化燒製之後的燒穿短路。
因此，在太陽能電池晶圓處理技術中存在未被滿足之需要：在不使用單次使用的可消耗性紙輸送基板、在整個太陽能電池晶圓生產製程中的下游不引入其他問題的情況下在塗佈速度及均勻性兩方面改良摻雜劑塗佈階段，並靠具有小設備佔據面積之連續處理經濟地實現此目標，且使摻雜劑塗佈系統生產量與擴散爐之增大之生產量需求匹配，從而保持1：1或較低之資本設備比率，從而使得摻雜處理並非太陽能電池生產瓶頸，同時生產跨越每一晶圓且在晶圓間具有一致之高電阻值的經摻雜晶圓。
本發明係針對一種連續、水平處理路徑、摻雜劑塗佈系統及製程，其用於藉由以一高速操作在一受控氣氛及溫度腔室中沈積熱之高度濃縮正磷酸蒸氣於經冷卻之晶圓上而將廣泛範圍之P及/或B摻雜化合物塗佈至單晶體及多晶體太陽能電池晶圓之一或多個側，該熱之高度濃縮正磷酸蒸氣包含一經霧化之高濃度酸蒸氣加上懸浮微觀小液滴， 相較於目前使用市售氣體、液體或噴霧摻雜劑塗佈器達成之情形，該摻雜劑塗佈系統及製程導致該等晶圓表面上更均勻之摻雜劑層(在一給定晶圓上之邊緣間更均勻，且在晶圓間更一致)。
藉由濃縮液體酸之惰性氣體霧化而將該熱蒸氣形成於一溫度控制蒸氣產生腔室中。經由使用內部IR或電阻燈及外部腔室表面冷卻來控制該蒸氣產生腔室的溫度。在一蒸氣沈積處理腔室中，引導該經加熱之蒸氣通過一狹縫而至水平移動之晶圓的頂面上。此種塗佈濃縮熱酸蒸氣之一經仔細控制的流以與該實質上更冷之晶圓頂面接觸導致一均勻之摻雜劑酸冷凝層沈積於該晶圓之該曝露面上，此製程在本文中稱為「層化」。本發明層化製程亦消除冗長之乾燥階段。
本發明製程亦消除對可消耗性單次使用紙輸送基板之需要，且縮短了整個太陽能電池晶圓生產循環之摻雜劑塗佈階段部分所需要的時間。因此，本發明的層化製程在受控氣氛溫度及壓力條件下將熱濃縮酸蒸氣引導至冷晶圓上准許在與當前塗佈器相同之佔據面積中使摻雜劑塗佈加速(從而增大生產量)。
該熱濃縮酸蒸氣藉由兩個主要替代實施來產生：第一，在目前較佳具體實例中，藉由將泵汲至一或多個霧化噴嘴中之高度濃縮(未稀釋或僅中度稀釋)正磷酸引入至一蒸氣產生腔室中來產生該濃縮酸蒸氣，藉由注入諸如N2之一或多種加壓惰性載氣流來使該酸霧化，該氣體視需要 可經加熱。在該濃縮酸蒸氣產生腔室或區中較佳藉由安置於該腔室內部之IR燈或電阻加熱器加熱該經霧化之酸加上載氣，以形成在約80℃至200℃範圍內之一熱濃縮正磷酸蒸氣。接著，經由至一蒸氣沈積腔室中之定向流強制通風系統將該熱濃縮酸蒸氣分配至該等晶圓上，在待摻雜面(表面)向上定向之情況下傳送該等晶圓通過該蒸氣沈積腔室。任何額外蒸氣在該晶圓路徑下方之一較冷腔室中冷凝出，或經移除及再循環出入口擋板區及出口擋板區。
經由該蒸氣沈積腔室之該頂部處的一狹縫進口來實施該濃縮蒸氣於該等晶圓上之分配。或者，可經由類似於一空氣幕或氣刀總成之一狹縫管或經由諸如雷射穿孔氧化鋁、開放氣室式矽石、氧化鋁或氧化鋯發泡體、矽石燒結板或其類似者的多孔擴散板來將蒸氣沈積於晶圓之該頂面上。該定向流包括在該蒸氣沈積處理腔室之一受限區中將該濃縮酸蒸氣向下抽汲至該等晶圓上，經由皆作用於該等晶圓上的輸入N2壓力及由冷凝產生之負壓的一組合及在該等晶圓下方之一冷凝區中的額外蒸氣冷凝來實施該蒸氣流動路徑。或者，定向流可藉由該處理腔室中之風扇及額外蒸氣(例如，在該等晶圓下方)之誘發通風排氣來產生。
在氣刀實施中，定向流藉由跨越該晶圓頂表面按一實質上層流引導由該氣刀總成狹縫產生的一蒸氣幕來產生。在此具體實例中，隨著該等晶圓沿輸送皮帶通過蒸氣沈積處理區，藉由靠近該等晶圓且在該等晶圓上方安置的類似於氣刀之複數個有槽管而將該熱蒸氣引導至該等相對冷或 經冷凍之晶圓的頂表面上。在此實施中，隨著該等相對冷或經冷凍之晶圓在該等氣刀下通過，以一狹窄流將處於正壓之熱蒸氣向下引導至該等晶圓之該頂表面上，且經由一誘導通風排氣(例如，一N2引射器)連續地汲出額外蒸氣，從而跨越該等晶圓之頂表面產生該濃縮酸蒸氣的連續層流。在此蒸氣分配系統中，該壓力在該等晶圓上方通常為正，且在該等晶圓下方且在入口擋板區及出口擋板區中為負。
該藉由霧化形成該熱濃縮酸蒸氣較佳發生於一單獨的霧化腔室、該蒸氣產生腔室或區中，其中該所得熱蒸氣經管道輸送至該蒸氣沈積處理腔室之頂部，輸送該等晶圓通過該蒸氣沈積處理腔室。該霧化器蒸氣產生腔室以揹負樣式裝配於該蒸氣沈積處理腔室之頂部上為較佳的，其中蒸氣向下脫離至該蒸氣沈積腔室中。在一替代具體實例中，該蒸氣產生腔室可靠向一邊，或以其他方式相對遠離該蒸氣沈積腔室，且藉由一管線歧管連接至該蒸氣沈積腔室。
藉由多個側向隔開之連續循環皮帶、條帶、股線或繩索將該等晶圓輸送通過該摻雜機塗佈單元，該等皮帶、條帶、股線或繩索藉由在該皮帶路徑之回行側上通過一槽型清洗容器而經連續清潔。該等晶圓通過本發明摻雜機裝置之停留時間通常在1.5分鐘至6分鐘的範圍內。可使該等晶圓連續輸送通過該蒸氣沈積區，或該輸送可為半分批的分度(斷續)移動處理流程。
雖然可單獨使用該摻雜機裝置及製程，但結合本發明 摻雜系統使用一UV預處理裝置及處理步驟為較佳的。已發現使摻雜劑化合物將塗佈至的Si晶圓面曝露於UV光歷時1.5分鐘至6分鐘、較佳2分鐘至3分鐘範圍內的週期會預調節該晶圓表面以更易於接受磷酸或硼酸摻雜劑化合物，結果為該摻雜塗佈跨越晶圓(左右地及頂部至底部地)為更均勻且濃縮的，且在晶圓間為更均勻的。亦可由氧進行補充之UV預處理亦縮短整個Si晶圓處理操作之摻雜步驟的處理時間。此情形准許該摻雜操作之較大生產量以向擴散爐進行饋送。該UV預處理誘發該Si晶圓頂表面之表面層的氧化，藉此在下一個下游摻雜機裝置中促進冷凝成核及結合至晶圓表面。
因此，作為一選項，但作為尤其用於處理多晶體(亦稱為多個晶體)矽晶圓的本發明摻雜機系統裝置及方法的一較佳具體實例，本發明包括一沿一水平傳送機皮帶分為一上部部分及一下部部分的UV預處理模組，該水平傳送機皮帶將多個行的晶圓自一輸入端輸送至一輸出端。複數個導螺桿類型升降機用以實現該上部部分升高至該固定下部部分上方以准許對攜載該等燈之外殼之內部的接近及對該傳送機的接近，該傳送機與該固定之下部部分一起維持於適當位置。由於該預處理模組之傳送機較佳隨動於該摻雜機傳送機系統，因此該預處理模組之該輸出端以同一處理速率饋送摻雜機之該等行。
該UV預處理模組之該上部部分包括複數個間隔開之UV燈，該等燈橫向於晶圓之移動方向而定向。在目前較佳 之實施中，可使用具有在10nm至400nm範圍內之輸出的4至16個UV燈。一合適燈為具有包括峰值之波長輸出的一低壓汞蒸氣UV燈，該等峰值藉由促進一氧化層形成於晶圓之表面上而尤其適於對晶圓之矽進行預調節，該氧化層更易於接受濃縮酸摻雜劑化合物的成層。該預處理模組包括一進口擋板及一出口擋板，可經由氣刀系統將壓縮乾燥空氣(CDA)或惰性氣體(視需要補充有氧)引入至該進口擋板及該出口擋板中。可在一CDA氣氛中或一在一惰性載氣中包括足夠氧的受控氣氛中操作該預處理模組以輔助在該等晶圓上形成一氧化層。
在一第二重要替代實施中，將呈電漿形式之蒸氣(亦即，一帶電熱霧或蒸氣)引導至該等晶圓之表面上。在此具體實例中，該熱電漿霧/蒸氣藉由一或多個電荷集管或一導電多孔擴散板而帶正電荷。該等晶圓較佳藉由使用由諸如含碳聚丙烯腈橡膠之導電彈性體或諸如氮化不鏽鋼之其他導電材料形成的皮帶而接地。該帶電熱電漿霧被吸引至經接地晶圓，從而形成一均勻塗層。
在一用於產生該熱濃縮酸蒸氣之替代性霧化製程中，濃縮酸(有或無小量水)及載氣經由一噴嘴向下霧化至一諸如一玻璃柱體之腔室中，該腔室藉由在該腔室周圍排列安置之高強度IR燈(例如，在外壁周圍且向內指向地安置之6個燈)而自外部加熱。將加壓N2氣射流引導至該霧化器總成中，在該霧化器總成處將該加壓N2氣射流與該濃縮酸混合，且接著向下霧化至該經照射(經IR輻射加熱)霧 化腔室中，在該霧化腔室中形成該濃縮熱蒸氣，其在壓力下懸浮於該載氣中。一管將該霧化腔室連接至該晶圓處理腔室之頂部。由於該霧化腔室中之該所產生之熱濃縮酸蒸氣被加壓，且藉由誘導通風風扇或壓縮空氣文氏管(引射器)自下方連續對該蒸氣腔室排氣，因此該熱濃縮酸蒸氣被從該霧化腔室汲出並引入至該晶圓處理腔室之該蒸氣區中以塗覆該等晶圓。
在所有具體實例中，將加壓N2用以在該霧化腔室中使該液體酸化合物霧化從而產生該熱濃縮酸蒸氣。在至該處理腔室蒸氣區之入口處，該熱濃縮酸蒸氣係恰稍高於大氣壓力，以防止外部潛在受污染之空氣洩漏至該蒸氣區中。該處理腔室在其排氣埠處維持為輕微負壓以誘發流動。然而，在該霧化器蒸氣產生腔室與該蒸氣塗覆處理腔室之間保持一正壓差，使得該酸冷凝物流動至該處理腔室中，在其中冷凝發生於相對較冷之晶圓上。儘管處理腔室之頂壁可能經加熱以剛好足以阻止該頂壁上之可導致酸小液滴滴落於晶圓上之冷凝，但該處理腔室內部並不經加熱。在該處理蒸氣塗覆區中將晶圓曝露於濃縮正磷酸之氣氛，且隨著濃縮正磷酸流過該處理腔室蒸氣區，該酸塗覆晶圓頂表面或冷凝於晶圓頂表面上。較佳地提供氣刀，從而在該晶圓/皮帶入口及出口處在室溫下提供加壓之經過濾空氣或諸如N2之載氣，從而防止周圍外部空氣滲入及酸蒸氣逸出到蒸氣區及處理腔室外部。
以一用濃縮酸蒸氣裝載處理腔室蒸氣區但不產生在晶 圓表面水平面處導致紊流之湧流的方式將該熱處理蒸氣引導至該腔室中在目前為較佳的。因此，該蒸氣通過該腔室之該流動可描述為在靜態至輕微層流的範圍內。在使用氣刀之實施中，該流速及方向經定向以提供層流，以便並不向上升高該等晶圓或升高該等晶圓離開轉移皮帶。經由該腔室之頂部(或者或另外經由相鄰於該腔室頂部之一或多個側壁)將該熱濃縮酸處理蒸氣引入至該等晶圓上方從而至該蒸氣區中。在通過該等晶圓之後，自該腔室之該底部汲出耗乏的蒸氣。可以廣泛範圍之方式吸取該耗乏的蒸氣，該等方式包括ID風扇、使用壓縮空氣或N2氣文氏管的引射器或產生一誘導通風的煙囪。該熱濃縮酸蒸氣為相對厚重且黏稠的，且因此該霧化器腔室及該處理蒸氣腔室中之該蒸氣可特徵化為一光學上與霧一樣緻密且以一流體方式移動的白色蒸氣。
此外，該濃縮正磷酸為相對吸濕的。因此，使濕氣不進入該霧化器蒸氣產生腔室、該處理腔室及蒸氣區為較佳的。此情形可藉由以下操作來實施：使該處理設備定位於之氣氛維持除濕或/及藉由在使用之前通過合適吸附劑塔或蒸氣捕集器，將「密封」該摻雜塗佈裝置的進口及出口的至該等空氣簾幕刀之加壓N2及該壓縮空氣維持為乾燥的。
該處理腔室包括側向(橫向)垂直端壁，該等端壁各自具有一垂直方向上小之水平狹縫從而准許用於引入並撤回晶圓的皮帶輸送系統延伸通過。該處理腔室之內部為合適之額外側向、水平或/及傾斜擋板，該等擋板限定並引導 該蒸氣流以輔助控制該蒸氣處理腔室內之氣氛。水平及成角度之頂板之一組合以及該腔室內之在皮帶輸送機下方的地板輔助控制所引入蒸氣及至吸取歧管之已用蒸氣之流動方向或/及蒸氣冷凝物之收集。
如所註釋，該輸送系統為一連續循環，較佳為複數個塑膠皮帶，一皮帶針對該摻雜機之每一道。在以下所描述之例示性具體實例中，該摻雜機具有5個道。在一替代輸送系統中，使用通常為織帶或橫截面為圓形的側向隔開之條帶、股線或繩索。該輸送皮帶或條帶由一或多個驅動輥驅動，且由一系列空轉輥或滑輪沿一上部水平晶圓輸送區段導向從而使晶圓移動通過該處理腔室。藉由在一回行區段中在傾斜擋板下方使輥重定向來導向該等皮帶或條帶。在該回行區段中相鄰於該出口端安置的為一向該等輸送皮帶及條帶提供可調整之張緊力的驅動及空轉輥系統。
將一張緊輥安置於一容器槽中為較佳的，將乾淨之去離子水連續引入至該容器槽中，且將來自該蒸氣產生及蒸氣沈積區之廢冷凝物引導至該容器槽中。皮帶或條帶通過空轉輪，該等空轉輪將該皮帶重定向從而向下至該容器中並圍繞張緊輥，並在浸沒於水中的同時返回。該水清潔皮帶或條帶，且該「清洗」水越過一堰而汲出至一排水溝。經清潔之皮帶或條帶繼續返回該單元之該入口端，在該入口端處皮帶或條帶經重定向以形成該水平晶圓輸送區段。視需要，將逆向旋轉硬毛刷定位於皮帶或條帶之面，或面與背面上以輔助清潔。該等硬毛刷較佳地包括裝配有刷子 之空心心軸，且在該心軸之一末端處供應水。水經由沿該心軸的孔洞離開以用淨水潤濕該等刷子，且自核心向外連續地沖洗該等刷子。
在另一重要替代具體實例中，該等晶圓隨著進入處理腔室或/及隨著其穿過處理腔室蒸氣沈積區而經冷卻，以輔助熱處理蒸氣冷凝於該晶圓表面上。相較於一噴霧或瀑布塗佈系統，蒸氣之水含量為相對較低的。此外，冷凝釋放了蒸氣之潛熱。因此，該等經塗覆晶圓並不需要延長之乾燥時間；確切而言，其實際上乾燥地離開腔室，使得其可立即行進至下游擴散爐，本發明之摻雜機系統饋送塗覆有摻雜劑之晶圓至該下游擴散爐以供燒製。
在需要之處，與恰在蒸氣沈積腔室之出口端外部(下游)之出口擋板腔室相關聯地安置之一簡單加熱系統可用以使該等晶圓乾燥。較佳加熱構件包括一輻射光或IR燈系統，或諸如經由擋板氣刀引導至晶圓之一或多個表面上的壓縮乾燥空氣(CDA)或N2氣的溫暖乾燥空氣。在替代例中，將一短擋板類型乾燥腔室安置於該摻雜機裝置之該出口與該下游擴散爐中間以在將該等經乾燥之經磷酸塗覆之晶圓引入至該擴散爐以形成該 p-n 接面層之前(例如)藉由使用CDA或IR燈來提供一初步乾燥轉變。
在一重要替代性實施例中，該摻雜機之出口處的該乾燥腔室可包括UV燈以針對該擴散燒製處理來調節該等經摻雜晶圓，此調節導致使該擴散燒製循環縮短(摻雜後之UV調節或擴散前調節)。該等UV燈可與上文針對該預處 理模組所描述者相同，但中壓汞蒸氣UV燈為較佳的。此摻雜後之擴散燒製預調節模組可為該摻雜機系統之部分、恰在擴散爐上游之一單獨的轉變模組，或可整合於該擴散爐之第一預熱區中。
在使用處理電漿(帶電荷熱蒸氣或霧)之又一重要具體實例中，該腔室之該等橫向入口端擋板及出口端擋板帶正電荷以排斥電漿，其有助於防止該等電漿洩漏出該等末端狹縫且藉此控制腔室氣氛。在另一替代例中，一電荷棒可用於該腔室之入口端處以向該等晶圓提供負電荷。在此具體實例中，該等皮帶由不導電彈性體製成，使得該等晶圓之唯一放電係藉由與帶正電荷之電漿組合。可提供諸如一氮化不鏽鋼桿或電刷系統之一接地以提供必要電荷流。
在處理腔室內部(包括其中的蒸氣沈積區)包括經定向以將清潔DI水引導至該腔室之內部表面從而週期性地進行沖洗清潔的複數個小噴霧噴嘴為較佳的。該等噴嘴藉由一合適之管線歧管連接至一計量式DI水源及計時器。此情形防止諸如POCl3之酸副產品之不適當堆積物積聚於該等壁上。
在目前較佳具體實例中，該蒸氣產生系統揹負於該處理腔室之頂部上，且包括底部孔隙從而為經由一或多個狹縫直接引入至該處理腔室之頂部中的該蒸氣提供一流動路徑，該一或多個狹縫平行於晶圓處理路徑或橫向於該晶圓處理路徑而定向。
熟習此項技術者將易於認識到並瞭解，可在無不適當 實驗的情況下實施本文中所描述之若干具體實例之各種特徵的任一組合之實施。在此方面，引入至該揹負式蒸氣產生腔室中之濃縮酸溶液係在約40%至86%之範圍內，且逼近該蒸氣處理腔室中之平衡。關於帶電電漿具體實例，該電壓為相對低的，例如為約1000伏特至約2000伏特。關於晶圓之UV調節，該步驟為可選的，但UV預處理較佳地在本發明摻雜機系統裝置之入口端處實施，且較佳地連續地處於與晶圓被饋送至摻雜機之傳送機皮帶中或上之速率相同的速率。該蒸氣冷凝腔室區之冷卻系統為可選的，但在使用時較佳地在蒸氣塗佈及冷凝處理腔室(摻雜腔室)之至少一部分中安置於皮帶之下。儘管皮帶、織帶或繩索類型橡膠或聚合物皮帶目前較佳地用於通過摻雜腔室之輸送系統，但亦可使用鈍化金屬帶或指狀驅動器，諸如氮化不鏽鋼或鎳鉻合金鋼絲帶或側指型驅動器。
隨後在一擴散爐中處理該等經摻雜晶圓以藉由擴散至矽或其他高級晶圓材料中而產生 p-n 接面表面層或背面電場層。本發明摻雜劑塗佈器可為與一擴散爐配對之上游模組，且該兩者可為一整合製造線之部分，該製造線包括晶圓上之耙指及匯流排的後續絲網印刷及該等晶圓的後續燒製以與矽或其他晶圓材料形成歐姆接觸。在一共燒製系統中，該等晶圓之頂側塗覆有一磷酸摻雜劑，且底側塗覆有硼酸摻雜劑。
參看附圖更詳細地描述本發明。
以下詳細描述舉例而言而非藉由限制本發明之範疇、等效物或原理來說明本發明。此描述將清楚地使得熟習此項技術者能夠製造並使用本發明，且描述本發明之包括目前咸信為進行本發明之最佳模式的若干具體實例、調適、變化、替代例及使用。
圖1展示本發明晶圓處理系統10之若干模組的示意圖，該晶圓處理系統10自左至右順序地包含：A)UV預處理模組10A；B)轉移馬弗爐10B，其視需要但較佳地藉由引導至晶圓頂部或/及底部表面上之冷N2氣來冷凍經過該馬弗爐10B的晶圓；C)摻雜機模組10C，其中藉由作為蒸氣層塗佈之高度濃縮之正磷酸塗覆晶圓的頂表面；D)第二轉移馬弗爐，其視需要但較佳地藉由將熱的乾燥N2氣引導至經酸塗覆之晶圓的頂表面及底表面兩者上來充當輔助乾燥器；及E)擴散爐10E，該擴散爐10E在具有如圖所示之單獨轉移皮帶之出口馬弗爐10F中終止於其出口末端處。若干個模組中之每一者較佳地被水平分為可垂直移動之上半部12a及固定之下半部12b。藉由若干個模組之轉移系統16a至16f沿藉由左側之箭頭P指示的處理路徑引導晶圓14。各種處理步驟區中之例示性晶圓在進口處識別為14a，直至在馬弗爐10F之出口末端處的轉移皮帶16f處識別為16g。晶圓14g一般將向下游轉移至用於藉由抗反射塗覆層塗覆晶圓之頂表面的塗佈器中，接著經乾燥，藉由精細收集器線對晶圓之頂表面進行絲網印刷，並將膏塗覆於整個底表面上以用於背部接觸層，且最終在金屬化爐中燒製以 完成晶圓至太陽能電池的轉化。
UV模組包括藉由側向隔開之端壁定界之進口擋板區18，該等端壁具有僅垂直方向上足夠寬從而接納皮帶16a上之晶圓的狹縫。進口擋板區18包括定位於晶圓上方及下方的氣刀20。隨著晶圓在UV預處理調節區22中於轉移皮帶16a上移動通過，可經由氣刀23將受控氣氛氣體流施加至晶圓上。受控氣氛較佳選自壓縮乾燥空氣(CDA)、O2或具有預先選擇量之氧之惰性氣體(例如，具有約5%至約20%O2的N2)；亦即，足以誘發Si晶圓頂表面之氧化藉此促進下一個下游摻雜機裝置中之冷凝成核及至晶圓表面的結合之氧量。氣刀20、23在UV模組中輔助提供正壓，以排斥周圍空氣及濕氣，藉此控制UV模組內的氣氛。針對若干個擋板區中之每一者展示了排氣煙囪21；該等排氣煙囪21可能補充有碳濾器。
主要UV預處理腔室22包括複數個橫向定向之UV燈24，其沿處理路徑P隔開以隨著晶圓自進口位置14a過渡至出口14b而誘發對晶圓之頂表面的氧化。例示性UV腔室總成22使用在皮帶上方3至4"、間隔開4.5"之12個燈。與轉移皮帶16a、16C及16e相關聯之箭頭T展示皮帶之回行方向；晶圓14a至14g之運動在圖1中係自左至右。因為比例，未展示UV模組之驅動；較佳地該驅動隨動於摻雜機入口輥中間動軸以確保UV模組輸送率與摻雜機相同。
轉移馬弗爐10B可為UV模組10A或摻雜機模組10C之一部分，或可為獨立模組。此轉移馬弗爐10B提供至摻 雜機模組10C之過渡，且較佳地包括氣刀20，該氣刀20將經冷凍之乾燥N2氣25引導至晶圓之頂部上從而對晶圓進行預先冷卻，以便輔助誘發晶圓上的在摻雜機晶圓處理區28中塗佈之濃縮酸蒸氣的冷凝。
摻雜機模組10C分別包括進口擋板區18及出口擋板區26，其每一者包括氣刀20。經由進口擋板區18中的氣刀施加經冷凍之壓縮乾燥N2氣，而經由出口擋板區26及可選過渡乾燥馬弗爐10D中的氣刀施加經加熱之壓縮乾燥空氣或N2氣。經冷凍之氣體使晶圓冷卻，而在將濃縮酸蒸氣塗佈於晶圓上之後經加熱之氣體對晶圓進行乾燥。經冷凍之氣體及經加熱之氣體皆用以防止周圍空氣吸入至摻雜機10C之中央晶圓處理區28的受控氣氛中。視需要，隨著晶圓經過摻雜機模組，使用置放於皮帶下之冷卻板或散熱器30使晶圓冷卻，將散熱器實施為橫向於或平行於晶圓14c、14d之處理行進路徑定向的複數個區段。散熱器合適地由如圖所示之經冷凍之水31(入)及33(出)冷卻，或可使用諸如乙二醇或經核准之「綠色」碳氟化合物致冷劑中之任一者的致冷液。
作為一選項，內部乾燥區32可安置於晶圓處理區28內部。此區包含具有皮帶/晶圓進出狹縫之橫向進口擋板及出口擋板、以及使此區與酸霧隔離的頂部。此乾燥區包括一或多個高強度紅外線(IR)燈34，舉例而言展示了三個燈。隨著晶圓自位置14c向右移動，此等IR燈在第一層化處理步驟中將酸最初塗佈至晶圓14之後使晶圓乾燥。接 著，隨著晶圓自內部乾燥區32出現，此等晶圓再次由第二層酸予以塗覆，經雙重塗覆之晶圓14d在擋板區26及乾燥器10D中被乾燥。
本發明摻雜機裝置10C亦包括熱濃縮酸蒸氣產生腔室36，該熱濃縮酸蒸氣產生腔室36在此圖中展示為「揹負」地裝配於晶圓處理腔室區28上方。酸蒸氣產生腔室36包括一或多個內部IR燈34，且濃縮酸及N2氣被引入(此情形在此處展示於左端處)。霧化噴嘴37及來自燈之熱產生熱濃縮酸蒸氣，其經由蒸氣轉移歧管38離開而至晶圓處理區28的頂部中。晶圓轉移皮帶16c在其回行路徑上通過槽40，在其中藉由通過水浴來清潔皮帶。自入口擋板18及出口擋板26之煙道排出之任何酸蒸氣被(例如)經由槽40發送至再循環裝置41。
晶圓14d行進通過對氣體加熱之出口擋板區26、通過乾燥模組10D而至擴散爐模組10E中。出口擋板26及乾燥模組10D中之任一者或兩者較佳地包括將壓縮乾燥空氣或N2遞送至晶圓以輔助使晶圓乾燥的氣刀20。出口擋板及乾燥模組10D兩者亦可包括鹵素燈或IR燈34以輔助使晶圓之頂表面上之酸/水層乾燥。當經乾燥之晶圓14e進入擴散爐10E之處理區時，該等晶圓在頂表面上具有粉末狀白色塗層。
在重要替代例中，摻雜機模組10C之出口處的乾燥腔室10D可包括一或多個UV燈24以針對爐10E/10F中之擴散燒製處理來調節經摻雜晶圓。此UV調節導致使擴散燒製 循環縮短。對於此擴散預調節模組較佳之UV燈24為中功率汞蒸氣燈。此摻雜後之擴散燒製調節模組可為摻雜機裝置系統10C或10A/10B/10C的部分、單獨之過渡模組10D，或可整合至擴散爐10E之第一預熱區11中。此調節可視為摻雜後調節或擴散燒製前調節。
擴散爐10E包括專用傳送機系統16e，其並不將金屬污染物引入至晶圓中。爐10E包括在預熱區11下游之藉由高強度IR燈加熱之複數個區，該等燈在傳送機系統上方及下方。該等區經控制以隨著晶圓自位置14e行進至出口位置14f而提供沿處理路徑之加熱及冷卻的預定所選擇熱分佈。
模組10A、10C及10E全部具有頂部升「高」接近設計，其中模組12b之下部部分緊固至框架，且安置於每一模組之角處之升降機為了接近皮帶以供維修而使模組12之上部部分在轉移皮帶上方升高並降低。模組升降機較佳具有導螺桿類型，使得在模組處於關閉、下降位置時不存在功率汲取(power draw)，為模組操作做好準備。通常，存在針對摻雜機模組10C之控制器，該摻雜機模組10C可控制UV預處理模組10A，儘管兩個模組10A及10C可獨立地升高及降低。擴散爐模組10E包括針對其操作之專用控制器，使得擴散爐模組10E可獨立於其他模組10A及10C而升高及降低。在轉移馬弗爐緊固至其相鄰模組之上部部分12A之情況下，轉移馬弗爐可與各別模組一起(例如，10B與10A一起及10D與10C一起)經升高及降低。
操作實施例：
經由UV預處理模組10A、包括轉移馬弗爐10B之摻雜機模組10C及乾燥模組10D處理標準多晶6平方吋Si晶圓，且接著在擴散爐10E中加以燒製。在UV預處理模組及摻雜機兩者中之停留時間各自為2分鐘。
藉由Jandel Model 3000之四點探測系統(可購自Bridge Technology,sales@bridgetec.com)來評估所有5條線中之所得經摻雜並經燒製之晶圓，以判定在側向跨越晶圓且在晶圓上垂直上/下地均勻隔開1"(自每一邊緣起之1"開始)之25個點處的晶圓的薄層電阻。對於關於使用四點探測以判定薄層電阻及電阻率計算之技術資訊，參見http：//www.four-point-probes.com/short.html。跨越來自所有線之16個例示性晶圓且跨越所有晶圓，以歐姆/平方為單位(標準量測量度)之電阻率為極好的，在66Ω/sq.的低值至個別點處的94.2Ω/sq.的高值的範圍內，其中與晶圓平均值之偏差在±2.1Ω/sq.的低值至±3.16Ω/sq.的範圍內。整個晶圓上之平均值在69.44±2.2Ω/sq.至91.11±2.67Ω/sq.的範圍內。
在對同一類型晶圓不使用UV預處理之比較性測試中，就跨越晶圓及晶圓間之電阻而言，均勻性低得多(約>5Ω/sq.)，該偏差為使用UV預處理步驟時之偏差的兩倍。此情形表明在摻雜處理步驟上游使用UV輻射預處理的出乎意料且有益之結果。
返回諸圖之詳細描述，圖2更詳細地說明UV模組10A及摻雜機模組10C，為了明晰，省略了中間轉移馬弗爐 10B。如藉由左側處之箭頭P可見，晶圓轉移移動在此圖中係自左至右。在此實施例中，每一模組裝配於機架42上，其包含合適之縱向軌道、垂直支腳及橫跨部件。4支柱類型導螺桿類型升降機系統44被展示為連接至UV模組10A之上區段及下區段，使得上半部可經升高從而接近轉移皮帶16a，在轉移皮帶16a上描繪了五個晶圓14b。如可看到，下半部12b固定至機架部件42，而上半部12a藉由同步工作之升降機44而可相對於下半部12b垂直移動。摻雜機模組10C之整個上半部28U已被省略，以展示與摻雜機模組之下半部28L相關聯的轉移系統之多皮帶具體實例。在此具體實例中，UV預處理模組具有一足夠寬從而以稱為五條線A至E之5並列陣列輸送晶圓的單一皮帶。相應地，每一皮帶16c包含摻雜機的單獨線，多線摻雜機模組10C之具體實例經展示。單一連續構架系統可用於兩個模組，或每一模組可具有其自己之機架，在後一狀況下，將配對連接器用以準確對準地接合兩個模組。展示了摻雜機模組升降機44，以及在模組之槽40下方以捕獲任何酸溢出的酸滴收集盤50。
圖3展示自右前側觀察到之摻雜機模組10C，其中上半部12a(28U)係在操作位置中，其向下閉合於固定之下半部12b(28L)上。下半部固定地裝配至機架部件42，且如上文所描述之升降機44相鄰於其四個角經緊固以相對於固定之下半部12b提昇上半部12a從而存取五個皮帶16a，一皮帶界定每一線L1至L5。展示為箭頭P之晶圓處理路徑係 自左至右，且輸出之經摻雜晶圓14e離開而進入下游擴散爐10E(參見圖1)中。請注意，將晶圓處理腔室28水平地一分為二為上半部28U及下半部28L。進口擋板區18包括一具有進口狹縫48之橫向進口端壁46，經UV預處理之晶圓在皮帶16c上通過該進口狹縫48。相同情形適用於出口擋板區26，該端壁在此視圖中不可見。模組之下為安全收集托盤50，該安全收集托盤50具有升高之側壁以防酸溢出。請注意，此實施為5道摻雜機模組，該等道界定於28U之外部側壁與橫向隔開之內部縱向擋板(在此視圖中不可見)之間，從而界定道L-1至L-5。對應於每一道為蒸氣產生腔室36，該等腔室被識別為VGC1至VGC5。如圖所示，在(舉例而言)VGC5之左端處向每一蒸氣產生腔室36饋送N2氣(視需要經加濕)及高度濃縮酸(視需要酸/水混合物)。每一蒸氣產生腔室36包括一內部IR燈34。展示VGC1之濃縮酸蒸氣轉移歧管38，而在此視圖中看不到其他濃縮酸蒸氣轉移歧管。可移除面板49提供對處理蒸氣塗佈腔室28U之內頂壁之可選加熱器(未圖示)的接近。以虛線來展示具有IR燈34的可選內部乾燥區32的位置。由於需要將IR燈維持於全功率，因此如藉由箭頭C所示，空氣冷卻蒸氣產生腔室之外側，鼓風機將空氣引入至相鄰蒸氣產生腔室VGC1與VGC2等之間的間隙中。
圖4為類似於圖3但自相反之對角角落獲取的等角視圖，零件經相同編號。在出口擋板區26之橫向端壁46中展示出口狹縫48，且在左側展示蒸氣產生腔室36a至36e (VGC1至VGC5)中之每一者的IR燈34。在圖3及圖4兩者中識別具有IR燈34的可選內部乾燥區32的位置，其中在上半部模組28U之頂部上展示出入艙口49。如藉由處理路徑箭頭P所示，經UV預處理之未經摻雜晶圓14b的摻雜機之輸入端係在右側。
圖5為用相同零件編號所說明之圖3及圖4之摻雜機之右側立面圖，將晶圓沿路徑(箭頭P)自左側之進口位置14b輸送至右側之14e出口。在此視圖中，溢出托盤50之側壁為明顯的。此外，起重器44之馬達54為可見的。如圖所示，槽40包括底部處之標記為H2O的水入口及標記為排水溝之溢流堰式排水溝。蒸氣產生腔室36在其末端處藉由支架56支撐，且左側之低端包括排水溝58。請注意，入口擋板區18之左側端壁46a短於出口擋板區26之右側端壁46b。因此，摻雜機蒸氣塗佈處理腔室區段28U之上半部具有傾斜頂壁，在該傾斜頂壁上裝配蒸氣產生腔室36a至36e。由於支腳56長度在每一末端處相等，因此蒸氣產生腔室朝向霧化器37定位所在之末端向下傾斜，從而准許蒸氣產生腔室排出可能形成之任何冷凝物。內部IR燈34使所產生之蒸氣維持於所選擇之高溫，以確保蒸氣經由歧管38向下遞送至界定於內部橫向擋板壁68a與68b之間的蒸氣塗佈腔室28U中。霧化器噴霧及所產生之蒸氣在內部分別示意性地展示為線及點。摻雜機模組12a之上半部的完全提昇之輪廓由點劃線R來表示，該情形起因於升降機44使蒸氣產生腔室28U升高以提供對蒸氣產生腔室28U內部之接近 的致動。
圖6為自摻雜機10C之入口端起之端視圖，該端視圖更清楚地展示專用於個別線L-1至L-5的皮帶16c1至16c5，每一線藉由可透過進口狹縫48看見之內部縱向擋板52分離。在酸產生腔室36a及36e之端壁中更清楚地可見用於酸及N2氣之引入的單獨線，以及用於燈34之電力連接，針對蒸氣產生腔室36a至36e中之每一者有一電力連接。請注意，存在經由集管38a至38e將熱濃縮酸饋送至界定於每一線之側擋板52之間的每一單獨線L1至L5的專用蒸氣產生腔室。摻雜機模組12a之上半部的完全提昇之輪廓由點劃線R來表示，該情形起因於升降機44使蒸氣產生腔室28U升高以提供對蒸氣產生腔室28U內部之接近的致動。請注意，線L5之皮帶16c5經展示為較佳具有防滑表面之耐酸塑膠鏈帶。
圖7為摻雜機模組10C之等角視圖，其中右側壁經移除以沿道L1之縱向(處理路徑)中線曝露道L1。摻雜機模組之上半部的頂部63橫越縱向側壁46a與端壁46b之間。此視圖在摻雜機模組之上半部28U中展示界定於共同端壁68a與68b之間的晶圓蒸氣層化處理區70。此等壁分別為入口擋板區18及出口(乾燥)擋板區26之內壁。因此，入口擋板區18界定於橫向模組外壁46a與共同橫向內壁68a之間，而出口擋板區26界定於共同橫向內壁68b與出口端處的橫向模組外壁46b之間。由於模組10C之右側外壁在此視圖中已被移除，因此可看見係道L-1區之左側之內垂直 縱向擋板52。經由展示之若干個轉移歧管38、38a及38b、經由橫向狹縫72將產生於蒸氣產生腔室36a至36e中之經加熱酸蒸氣遞送至蒸氣層化處理區70。隨著晶圓沿詳細展示之各別道L1通過，狹縫72形成層化於晶圓之頂表面上的蒸氣流或片。蒸氣處理區70包括雙向傾斜之頂板64，該頂板64輔助將蒸氣自狹縫向下引導至皮帶，在皮帶上在此視圖中晶圓自左至右傳遞以實現使蒸氣層化於晶圓上。在此視圖中，並未展示皮帶；確切而言，描繪了皮帶在上面移動之滑動器。
此視圖在下半部模組28L中亦展示傾斜底板76，其成一角度以准許額外冷凝之酸/水化合物排泄至槽40中。下半部28L之底部由在橫向端壁90a與90b之間延伸的底部壁78形成。剩餘的有編號零件係如上文所描述。
圖8為摻雜機模組之下半部28L之展示皮帶路徑的視圖。此視圖部分地為截面，展示左側壁79b(右側壁79a經移除且因此並未展示)。道L1之可選縱向下擋板經移除以便不使圖式複雜。在此視圖中，道L1至L5之皮帶16c1至16c5經展示為自左側之進口開始，如由箭頭P所示。皮帶纏繞軸80上之進口輥，延伸通過摻雜機至軸82上之脫離輥，且由此沿其回行路徑環繞重定向界面輥86及安置於槽40中之張緊輥88延伸。在一具體實例中，在左側之進口端處，驅動輥安置於右端處之中間動軸82上，該軸經由驅動齒輪(未被展示為裝配於該軸上)驅動，該驅動齒輪以習知方式藉由鏈條連接至驅動馬達(未圖示)。在回行路徑 上，皮帶經過界面輥86，該界面輥86圍繞安置於槽40中之張緊輥88向下轉動皮帶，在槽40中皮帶被水清洗。傾斜滴液面板76支撐於底部面板78上方。
圖9示意性展示用於對Si晶圓進行摻雜(P)及共摻雜(B及P)之本發明製程的整個操作流程。遵循圖，保存於儲存器中之經過濾之濃縮正磷酸經泵汲至處理酸容器中，將該容器維持於足夠之N2壓力下以防止空氣及濕氣滲透。酸濃度係在約40%至90%之範圍內，且較佳地在60%至86%之範圍內。酸經過濾，且經由酸分佈歧管及計量泵引入至摻雜機10C之五個蒸氣產生腔室(VCG)36中的每一者，在該等蒸氣產生腔室(VCG)36中，酸藉由加壓之乾燥(且視需要經加熱)N2氣在霧化器37中經霧化，該N2氣經壓力及流量調節而至每一VCG。每一VGC 36藉由腔室內部之IR燈34加熱。形成於VGC 36中之任何冷凝物被排出並收集於蒸氣捕集器中，接著投送至槽40或再循環至處理酸容器中。熱濃縮酸蒸氣HCAV經由歧管38分配至摻雜機上部部分28U之處理蒸氣塗佈(層化)區70中。隨著蒸氣通過狹縫72進入，摻雜機內部之加熱器66輔助維持蒸氣之適當溫度。轉移皮帶16c1至16c5將晶圓自入口移動至出口(14b至14e)。在通過蒸氣塗佈處理區70期間，蒸氣在相對較冷之晶圓上冷凝。額外蒸氣在處理區70下方冷凝，且被回送至槽40。轉移皮帶藉由驅動系統84驅動，且接著在槽中藉由新鮮DI水92進行清洗。在處理操作期間維持自處理區70之底部之蒸氣冷凝及晶圓層化部分處的冷(低於 濃縮酸之露點)至蒸氣產生區中之熱(高達約200℃)的熱梯度。為了輔助熱控制，冷卻構件30(諸如水冷盤管)可提供於皮帶路徑下方。此外，在蒸氣產生區36及處理區70中將壓力維持為輕微正壓，其中在皮帶及擋板18及26中之引射器下方的冷凝提供輕微負壓。結果為功能上密封之處理區。
圖10展示本發明摻雜機模組之輸送系統的替代具體實例。再次部分地展示摻雜機模組之下半部28L的截面，其中道L-1之右側壁79a及左側(進口)端擋板被移除。在此視圖中，輸送系統包含(例如)橫截面為圓形之彈性體條帶、股線或繩索對16c1至16c5，道L1至L5中之每道使用兩個側向隔開之帶。晶圓路徑藉由箭頭P識別，且展示輸送條帶的完整路徑，該完整路徑包括圍繞左側之進口端處之張緊輥80、右端處之中間動軸82上的驅動輥的回行路徑。驅動齒輪84以習知方式藉由鏈條連接至驅動馬達(未圖示)。在回行路徑上，皮帶經過界面輥86，該界面輥86圍繞安置於槽40中之張緊輥88向下轉動皮帶，在槽40處皮帶被水92清洗。經由底部入口及以上圖9中之側溢流排水溝示意性地展示水之供給。在右側可見垂直下擋板對74，但為了明晰已被從左側移除。在左側，可見傾斜排水子面板76支撐於底部面板78上方。展示例示性橫向冷卻板30a、30d，為了明晰在此比例下省略冷卻水入口及出口(對於該細節參見圖1、圖11及圖12)。
圖11為類似於圖8及圖10的等角視圖，其中為了明 晰移除了所選擇零件。在此視圖中，展示道L1對之僅一傳送機帶16c，為了明晰省略了道L2至L5之剩餘四對側向隔開之平行皮帶。此視圖展示額外橫向散熱器30b、30c及30d，其各自包含裝配於翼片中之正弦形銅管106。散熱器元件30中之每一者包括冷凍水之至少一入口102及一出口104。以該方式來控制散熱器30a至30d之每一區的溫度。舉例而言，在摻雜機10C具有內部乾燥區(在圖1中參見32)之狀況下，在散熱器區段30c或其部分中可使用加熱過之水。此視圖亦展示下半部28L之端壁90a及90b中的凹口98從而為輸送系統之帶或皮帶16c之回行路徑提供間隙。
圖12為取自與圖8、圖10及圖11相同之視角的另一等角視圖，該等圖可一起被視為漸進系列。在此視圖中，使用複數個縱向散熱器100，每一道有一散熱器，展示了用於道L3之散熱器。展示入口102及出口104配件以及正弦形冷卻流體管道106。散熱器元件100支撐於橫向部件108上。界面輥86中之溝槽使皮帶維持於其適當路徑中。此圖亦展示在張緊輥88(未圖示，參見圖9)之每一末端處之線性致動器或導螺桿110，從而垂直地定位輥88以調整皮帶上的張緊力。剩餘零件係如上文所描述。
圖13及圖14為蒸氣產生腔室36並未以揹負樣式裝配於晶圓摻雜模組10C之上半部29U之頂部上的替代具體實例之示意圖。在此具體實例中，蒸氣產生腔室36包含一玻璃柱體，該玻璃柱體由加熱器(熱盤管或加熱毯)自外部加熱。對此具體實例之腔室36進行加熱之較佳模式為使用 圍繞周邊排列之IR燈34，該等IR燈34平行於柱體之中心軸線經垂直定向。在圖13中，在腔室36之頂部將濃縮酸/水混合物及N2氣引入至霧化器噴嘴37中以產生酸蒸氣116。所產生之任何冷凝物92收集於底部，並再循環96至處理酸容器(參見圖9)。經加熱之管38將蒸氣傳送至上半部模組28U並經由狹縫72傳送至酸層化晶圓處理區70中，在該酸層化晶圓處理區70處藉由酸冷凝物對皮帶16上之晶圓14d進行塗覆。在此具體實例中，可選風扇114輔助將蒸氣驅動至晶圓頂表面上。內部IR燈加熱器34可用以維持處理區70中之蒸氣或電漿116的溫度。視需要，蒸氣可帶電，並藉由具有合適電極62之集管60轉化為熱的帶電電漿。在圖14中，霧化器噴嘴37定位於柱體之下側壁而非頂部上。剩餘零件及功能係如上文所描述。請注意，在此具體實例中，複數個風扇114a及114b用以控制並引導蒸氣或電漿流。加熱器66可用以按需維持蒸氣或電漿溫度。
圖15為展示於圖13中之電漿集管60之等角垂直剖視圖，蒸氣自右側如藉由箭頭V所示流動至集管本體之孔112中，經過電極(陽極)62a、62b(將約1000至2000伏特之低電壓施加至該等電極)，其中所得帶電電漿蒸氣或霧如藉由箭頭pV所示向下離開至酸層化晶圓處理區(如在圖13中可見之70)中。在此具體實例中，經加熱之蒸氣或霧電漿帶正電，且藉由使用導電彈性體皮帶16而使晶圓帶負電，該等導電彈性體皮帶16如圖13中可見經接地118。陽 極充電間隙120為可調整的以向通過其之經加熱酸霧提供所選擇之電荷位準。
在一或多個區中使塗覆有酸之晶圓乾燥，該等區包括出口擋板區26及乾燥馬弗爐10D，將乾燥空氣及/或N2氣及/或熱選擇性地提供至出口擋板區26及乾燥馬弗爐10D中之每一者或兩者。摻雜機模組10C之多皮帶轉移系統16c將經摻雜晶圓14e直接卸下至擴散爐模組10E之爐傳送機系統16e上，以用於太陽能電池晶圓之連續處理，該等太陽能電池晶圓離開輸出端14e，同時形成了 p-n 接面層。擴散爐10E包括複數個處理區，該等處理區包括高強度IR燈燒製區、浸透區及至少一下游冷卻區。燒製區視需要可將隔離燈模組用於在數秒內將晶圓快速照射加熱至在約700℃至約1000℃之範圍內的燒製溫度。浸透區較佳亦使用高強度IR燈以將晶圓溫度維持於約800°至約950℃之範圍內歷時一時間，該時間對於摻雜劑化合物之P或B遷移至晶圓表面中以形成 p-n 接面層而言為足夠的。其後，在14g處在冷卻區中藉由強制之周圍空氣將晶圓冷卻至周圍溫度以供在下一個下游處理步驟裝置中進行處置。爐傳送機系統較佳為低質量或近零質量之系統，其准許更快速之處理速度及更大之生產量，同時節省能量。
因此，本申請案之教示指導熟習此項技術者選擇操作參數，從而提供晶圓之邊至邊及晶圓間的均勻且一致之塗層，該等操作參數包括晶圓輸送率、晶圓冷卻、多層化、酸蒸氣及電漿處置(例如，流質量及體積、溫度、酸濃度、 經由蒸氣刀狹縫之置放及定向的流動引導、電氣化為霧電漿，及可選的風扇置放及cfm)。
產業利用性：
所揭示之本發明UV處理及摻雜機裝置及方法對於矽晶圓處理行業、亦即對於整體太陽能電池生產處理之摻雜及擴散步驟具有廣泛適用性。透過跨越晶圓表面及晶圓間一致性兩者的摻雜劑化合物之厚度的較好均勻性，本發明系統清楚地提供藉由P或B對晶圓之高速摻雜方面的實質改良，同時在小佔據面積上增大生產量以與下游擴散爐匹配。因此，本發明系統具有被採用作為太陽能電池行業中晶體矽晶圓之摻雜之裝置及方法的新標準之明顯潛能。
可在不偏離本發明之精神且無不適當實驗的情況下由一般熟習此項技術者做出在本發明之範疇內的各種修改。舉例而言，處理腔室可具有廣泛設計以提供本文中所揭示之功能性。同樣，藉由使用本發明的摻雜化合物塗佈裝置，可以廣泛範圍的化合物(包括含有B及P兩者之化合物)及操作條件(其皆完全在熟習此項技術者之能力範圍內且並無不適當實驗)應用蒸氣、霧及電漿沈積，藉此准許處理器客戶開發其自己之個別專有處理操作。
10‧‧‧晶圓處理系統
10A‧‧‧UV預處理模組
10B‧‧‧轉移馬弗爐
10C‧‧‧摻雜機模組
10D‧‧‧乾燥器/乾燥模組
10E‧‧‧擴散爐模組
10F‧‧‧出口馬弗爐
11‧‧‧第一預熱區
12a‧‧‧上半部
12b‧‧‧下半部
14‧‧‧晶圓
14a‧‧‧晶圓
14b‧‧‧晶圓
14c‧‧‧晶圓
14d‧‧‧晶圓
14e‧‧‧經乾燥之晶圓
14f‧‧‧晶圓
14g‧‧‧晶圓
16a‧‧‧轉移皮帶
16b‧‧‧轉移皮帶
16c‧‧‧轉移皮帶
16d‧‧‧轉移皮帶
16e‧‧‧轉移皮帶
16f‧‧‧轉移皮帶
16c1‧‧‧皮帶
16c2‧‧‧皮帶
16c3‧‧‧皮帶
16c4‧‧‧皮帶
16c5‧‧‧皮帶
18‧‧‧入口擋板
20‧‧‧氣刀
21‧‧‧排氣煙囪
22‧‧‧UV預處理腔室
23‧‧‧氣刀
24‧‧‧UV燈
25‧‧‧乾燥N2氣
26‧‧‧出口擋板/擋板區
28‧‧‧晶圓處理區
28L‧‧‧下半部
28U‧‧‧上半部
30‧‧‧冷卻板或散熱器
30a‧‧‧橫向散熱器
30b‧‧‧橫向散熱器
30c‧‧‧橫向散熱器
30d‧‧‧橫向散熱器
31‧‧‧經冷凍之水
32‧‧‧內部乾燥區
33‧‧‧經冷凍之水
34‧‧‧高強度紅外線(IR)燈
36‧‧‧濃縮酸性蒸氣產生腔室
36a‧‧‧蒸氣產生腔室
36b‧‧‧蒸氣產生腔室
36c‧‧‧蒸氣產生腔室
36d‧‧‧蒸氣產生腔室
36e‧‧‧蒸氣產生腔室
37‧‧‧霧化噴嘴
38‧‧‧蒸氣轉移歧管
38a‧‧‧集管
38b‧‧‧集管
38c‧‧‧集管
38d‧‧‧集管
38e‧‧‧集管
40‧‧‧槽
41‧‧‧再循環裝置
42‧‧‧機架部件
44‧‧‧升降機
46‧‧‧進口端壁
46a‧‧‧左側端壁
46b‧‧‧右側端壁
48‧‧‧進口狹縫
49‧‧‧出入艙口
50‧‧‧滴液收集盤
52‧‧‧內部縱向擋板
54‧‧‧馬達
56‧‧‧支架
58‧‧‧排水溝
60‧‧‧集管
62‧‧‧電極
64‧‧‧頂板
66‧‧‧加熱器
68a‧‧‧內部橫向擋板壁
68b‧‧‧內部橫向擋板壁
70‧‧‧晶圓蒸氣層化處理區
72‧‧‧狹縫
74‧‧‧垂直下擋板對
76‧‧‧傾斜底板
78‧‧‧底部壁
79a‧‧‧右側壁
79b‧‧‧左側壁
80‧‧‧軸
82‧‧‧軸
84‧‧‧驅動系統
86‧‧‧重新導向界面輥
88‧‧‧張緊輥
90a‧‧‧端壁
90b‧‧‧端壁
92‧‧‧冷凝物
98‧‧‧凹口
100‧‧‧縱向散熱器
102‧‧‧入口
104‧‧‧出口
106‧‧‧正弦形銅管
108‧‧‧橫向部件
110‧‧‧線性致動器或導螺桿
112‧‧‧孔
114‧‧‧風扇
114a‧‧‧風扇
114b‧‧‧風扇
116‧‧‧酸性蒸氣
118‧‧‧接地
120‧‧‧陽極充電間隙
L-1‧‧‧道
L-2‧‧‧道
L-3‧‧‧道
L-4‧‧‧道
L-5‧‧‧道
P‧‧‧箭頭
R‧‧‧點劃線
T‧‧‧箭頭
VGC1‧‧‧腔室
VGC2‧‧‧腔室
VGC3‧‧‧腔室
VGC4‧‧‧腔室
VGC5‧‧‧腔室
圖1為包含一將晶圓饋送至摻雜機模組之UV晶圓預處理模組的本發明裝置系統之自左至右的示意性側向立面圖，該摻雜機模組又經由短的中間乾燥區將塗覆有酸摻雜劑之晶圓饋送至擴散爐中； 圖2為UV模組及摻雜機模組之等角視圖，入口係在左側上且出口係在右側上，其中UV模組之上半部的右側經移除以展示模組內部之UV燈，且摻雜機模組之頂半部經移除以展示摻雜機的輸送皮帶；圖3為本發明摻雜機模組裝置之自右前側起之立面等角視圖，其中晶圓輸入係在左側上且晶圓輸出係在右側上，且展示揹負於晶圓處理道區之頂部上的霧預備腔室；圖4為圖3之本發明摻雜機模組之自相反之左後(出口)側所見的立面等角視圖；圖5為本發明摻雜機模組之側向立面圖，其中前面(入口)在左側且後面(出口)在右側，從而展示霧預備腔室之准許排水的斜面；圖6為摻雜機模組之前橫向立面圖，為了明晰及比例而省略了框架之一部分；圖7為圖2至圖6之本發明摻雜機模組之自右側入口端所見的立面等角視圖，從而展示外殼之右側經移除以顯露輸送系統、輸送皮帶清洗槽、將處理腔室分為用於每一處理道之區的各種內部擋板、在晶圓處理腔室內部的傾斜之滴流地板擋板、及上文之霧預備腔室的內部；圖8為本發明摻雜機模組之下半部之等角視圖，其中側壁被移除以展示包括皮帶張緊及清潔/槽裝置的輸送皮帶系統；圖9為示意性地說明用於對Si晶圓進行摻雜之本發明製程的操作流程示意圖； 圖10為本發明摻雜機模組之下半部之等角視圖，其中側壁經移除以展示使用條帶、繩索或撓性管路的替代性輸送系統具體實例；圖11為本發明摻雜機模組之下半部之等角視圖，其中右側壁及所有皮帶(除一皮帶外)經移除以展示安置於晶圓輸送路徑之下的晶圓冷卻板之第一具體實例的橫向冷卻散熱器，且展示地板冷凝物回行擋板；圖12為本發明摻雜機模組之下半部之等角視圖，其中皮帶經移除但展示縱向冷卻散熱器之第二具體實例，且垂直張緊輥在皮帶槽之每一末端處抬起；圖13為本發明摻雜機模組之第二具體實例的示意圖，其中霧預備腔室與晶圓處理腔室分離並經由集管連接至晶圓處理腔室，噴霧器噴嘴安置於垂直霧預備腔室之頂部處，且包括恰在晶圓處理腔室上方之電漿產生器集管。
圖14為圖13之本發明摻雜機模組之第二具體實例的示意圖，其中噴霧器噴嘴定位於霧預備腔室之側壁中；及圖15為在圖13或/及圖1至圖12及圖14之具體實例中使用的電漿電荷集管的垂直剖面圖。
10‧‧‧晶圓處理系統
10A‧‧‧UV預處理模組
10B‧‧‧轉移馬弗爐
10C‧‧‧摻雜機模組
10D‧‧‧乾燥器/乾燥模組
10E‧‧‧擴散爐模組
10F‧‧‧出口馬弗爐
11‧‧‧第一預熱區
12A‧‧‧上半部
12B‧‧‧下半部
14‧‧‧晶圓
14a‧‧‧晶圓
14b‧‧‧晶圓
14c‧‧‧晶圓
14d‧‧‧晶圓
14e‧‧‧經乾燥之晶圓
14f‧‧‧晶圓
14g‧‧‧晶圓
16a‧‧‧轉移皮帶
16c‧‧‧晶圓轉移皮帶
16e‧‧‧轉移皮帶
16f‧‧‧轉移皮帶
18‧‧‧入口擋板
20‧‧‧氣刀
21‧‧‧排氣煙囪
22‧‧‧UV預處理腔室
23‧‧‧氣刀
24‧‧‧UV燈
25‧‧‧乾燥N2氣
26‧‧‧出口擋板/擋板區
28‧‧‧晶圓處理區
30‧‧‧冷卻板或散熱器
31‧‧‧經冷凍之水
32‧‧‧內部乾燥區
33‧‧‧經冷凍之水
34‧‧‧高強度紅外線(IR)燈
36‧‧‧濃縮酸性蒸氣產生腔室
37‧‧‧霧化噴嘴
38‧‧‧蒸氣轉移歧管
40‧‧‧槽
41‧‧‧再循環裝置
P‧‧‧箭頭
T‧‧‧箭頭

Claims (22)

  1. 一種用於將一摻雜化合物塗佈至一矽太陽能電池晶圓之至少一表面以供後續燒製從而形成一 p-n 接面或背部接觸層的摻雜機總成，其按操作性組合包含：a)一熱磷酸或硼酸蒸氣產生腔室，其包括：i.一霧化器，其用於藉由加壓氣體使高度濃縮液體摻雜劑酸化合物霧化以產生一高度濃縮酸蒸氣；及ii.用於對該蒸氣加熱之構件；b)一連續傳送機系統，其用於在一大體上水平之路徑中輸送冷的矽晶圓，該連續傳送機系統包括並排排列之多個道，每一道具有其自己之至少一輸送皮帶，所有區之該等皮帶由一共同驅動系統同步驅動；c)一蒸氣塗佈處理腔室，該蒸氣塗佈處理腔室具有供該傳送機輸送該等晶圓通過該處理腔室之一進口及一出口，該等晶圓在輸送期間經定向使得將被塗佈該摻雜劑酸化合物的一表面面向上；d)該蒸氣產生腔室與該蒸氣塗佈處理腔室連通地安置以將該熱濃縮酸蒸氣傳遞至該塗佈處理腔室中；e)該蒸氣處理腔室將該酸蒸氣之一層限定並引導至該晶圓表面上以在該表面上形成一酸冷凝層；及f)用於在於該晶圓表面上形成一酸蒸氣冷凝層之後在 該水平之路徑的輸送期間使該等晶圓乾燥從而產生經摻雜晶圓的構件。
  2. 如申請專利範圍第1項之摻雜機總成，其中該乾燥構件包括一氣刀總成，其經安置以隨著該等晶圓離開該蒸氣處理腔室而將一乾燥氣體流提供至該晶圓表面上。
  3. 如申請專利範圍第1項之摻雜機總成，其中該乾燥構件包括一IR燈加熱器總成。
  4. 如申請專利範圍第1項之摻雜機總成，其中用於對該蒸氣產生腔室中之該蒸氣加熱的該構件包含一IR燈加熱器總成。
  5. 如申請專利範圍第1項之摻雜機總成，其中該蒸氣塗佈處理腔室包括至少一升降機以選擇性地將該腔室提昇至該皮帶上方從而提供至該腔室中之維修接近並降低該腔室以供操作。
  6. 如申請專利範圍第1項之摻雜機總成，其中該蒸氣塗佈處理腔室包括用於隨著該等矽晶圓在該傳送機上輸送通過該處理腔室而使該等矽晶圓冷卻的構件。
  7. 如申請專利範圍第1項之摻雜機總成，其包括一電荷集管，通過該電荷集管傳遞該熱濃縮酸蒸氣以形成一熱酸電漿。
  8. 如申請專利範圍第1項之摻雜機總成，其包括該摻雜機上游之一UV預處理總成，該UV預處理總成經安置以向該摻雜機總成饋送矽晶圓，該UV預處理總成 包含上方安置有一UV腔室之一晶圓輸送總成，UV燈安置於該UV腔室中且該等UV燈經定向以隨著該等晶圓被輸送通過該UV腔室而將該晶圓表面曝露至UV輻射。
  9. 如申請專利範圍第8項之摻雜機總成，其中該UV預處理總成包括用於將一含氧氣體遞送至該UV腔室中之構件。
  10. 如申請專利範圍第8項之摻雜機總成，其中該UV腔室包括至少一升降機以選擇性地將該UV腔室提昇至該UV總成輸送器上方從而提供至該UV腔室中之維修接近且降低該UV腔室以供操作，且該UV總成輸送器隨動於該摻雜機傳送機。
  11. 如申請專利範圍第1項之摻雜機總成，其包括一擴散爐並安置於該擴散爐上游以將經摻雜晶圓同步饋送至該爐中以供擴散燒製，從而在該等晶圓中形成該 p-n 接面或背部接觸層。
  12. 如申請專利範圍第11項之摻雜機總成，其中該擴散爐包括至少一升降機以選擇性地將該擴散爐之一上部部分提昇至一固定下部部分上方以提供對該下部部分之維修接近且降低該上部部分以供操作，該擴散爐包括一輸送系統，在該上部部分經升高時，該輸送系統曝露於該下部部分之水平面處。
  13. 如申請專利範圍第11項之摻雜機總成，其包括一經摻雜晶圓後處理模組，該模組包括用於在擴散燒製之前 UV輻射地調節經摻雜晶圓的UV燈。
  14. 一種處理已沈積有一摻雜劑化合物之矽太陽能電池晶圓以用於在一擴散爐中燒製從而形成用於太陽能電池之一 p-n 或背部接觸層的方法，該方法包含以下步驟：a)藉由壓縮氣體使一濃縮液體磷酸或硼酸化合物霧化並對該經霧化之液體加熱從而形成一熱濃縮磷酸或硼酸蒸氣；b)在一大體上水平之路徑中將冷的矽太陽能電池晶圓連續地輸送通過一濃縮酸蒸氣塗佈處理區，該連續的輸送包括在同步驅動之多個道中並排排列之太陽能電池晶圓；c)將該熱濃縮磷酸或硼酸蒸氣引導至與該等冷的矽太陽能電池晶圓接觸，隨著該等矽晶圓被輸送通過該蒸氣塗佈處理區，該等矽晶圓之將被塗佈該濃縮酸蒸氣的一表面面向上以使液體濃縮酸冷凝於該晶圓表面上；及d)在該等晶圓之該連續的輸送期間使該晶圓表面上之該經冷凝之濃縮酸乾燥以形成經摻雜晶圓，以用於在該擴散爐中後續燒製從而形成該 p-n 接面或背部接觸層。
  15. 如申請專利範圍第14項之處理矽晶圓的方法，該方法包括一步驟：在將該濃縮酸蒸氣塗佈至該等晶圓之該表面之前或期間，使該等晶圓冷卻。
  16. 如申請專利範圍第14項之處理矽晶圓的方法，該方法包括一步驟：藉由曝露至UV輻射來預處理該矽晶圓表面。
  17. 如申請專利範圍第14項之處理矽晶圓的方法，該方法包括一步驟：擴散燒製該等經摻雜之晶圓以形成該 p-n 接面或背部接觸層。
  18. 如申請專利範圍第17項之處理矽晶圓的方法，該方法包括一步驟：藉由在擴散燒製之前曝露至UV輻射來調節該等經摻雜之晶圓。
  19. 如申請專利範圍第14項之處理矽晶圓的方法，該方法包括一步驟：在將該濃縮酸電漿引導至該等晶圓之該表面之前，使該熱濃縮酸蒸氣帶電荷從而形成一電漿。
  20. 一種用以將矽太陽能電池晶圓饋送至一磷或硼酸摻雜機總成之摻雜機UV預處理總成，該UV預處理總成包含：一連續線性的晶圓輸送總成、一UV腔室，其中UV燈係安置在該晶圓輸送總成上方，且該等UV燈經定向以隨著該等晶圓被輸送通過該腔室而將一待摻雜之該太陽能電池晶圓表面曝露至UV輻射，該UV預處理總成包含至少一升降機以選擇性地將該UV腔室提昇至該晶圓輸送上方從而提供至該UV腔室中之維修接近並降低該腔室以供操作，並且該UV預處理晶圓輸送總成饋送UV處理的太陽能電池晶圓至該摻雜機總成之連續輸送總成。
  21. 一種用以將經P或B摻雜矽太陽能晶圓饋送至一擴散爐用以將P或B擴散燒製至該等太陽能晶圓表面之摻雜機UV後處理總成，該UV後處理總成包含一具有至少一UV燈之經P或B摻雜晶圓後處理UV腔室，該至少一UV燈經安置以用於在該擴散燒製之前，UV輻射地調節該等太陽能電池晶圓之經P或B摻雜的表面，該UV預處理總成包含至少一升降機以選擇性地將該UV腔室提昇至該晶圓輸送上方從而提供至該UV腔室中之維修接近並降低該腔室以供操作。
  22. 如申請專利範圍第21項之摻雜機UV處理總成，其中該後處理腔室為該擴散爐之一部分。
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