TWI668795B - 半導體製程用的主動式基板對準系統及對準基板的方法 - Google Patents

半導體製程用的主動式基板對準系統及對準基板的方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種用於離子注入機的主動式基板對準系統， 其包含壓板；對齊裝置，其經調適以選擇性地移動鄰近於壓板安置的接合表面，用於限制安置在壓板上的基板的移動；相機，其經配置以在基板安置在壓板上之前捕捉基板的圖像，包含基板上的第一摻雜劑圖案；以及控制器，其與相機和對齊裝置通信。控制器可以經配置以命令對齊裝置基於圖像移動接合表面，以用預定的方式限制基板的移動。本發明另提出一種對準基板的方法。

Description

半導體製程用的主動式基板對準系統及對準基 板的方法
本發明的實施例涉及半導體和太陽能電池處理的領域，且更確切地說，涉及一種用於離子注入機的主動式基板對準系統和方法。
離子注入是用於將導電性改變的雜質引入到半導體和太陽能電池基板中的技術。在離子注入期間，將所需雜質材料在離子源室中離子化，所述離子經加速以形成具有指定能量的離子束並且將所述離子束聚焦且引導朝向位於處理室中的基板的表面。離子束中的高能離子穿透到大部分基板材料中並且被嵌入到材料的晶格中以形成所需導電性的區域。
太陽能電池製造業的兩個問題是製造生產率和太陽能電池效率。太陽能電池效率是太陽能電池能夠將其轉換成電力的太陽能的量的測量，並且與製造太陽能基板的精確度密切相關。隨著 技術進步，可能需要更高太陽能電池效率以在太陽能電池製造業中保持競爭性。提高精確度同時保持或提高製造生產率因此是非常合乎需要的。
已證實離子注入是以精確方式摻雜太陽能電池的可行方法。離子注入的使用去除現有技術所需的程序步驟，例如擴散爐(diffusion furnaces)。例如，如果使用離子注入代替爐擴散，那麼可以去除雷射邊緣隔離步驟，因為離子注入將僅僅摻雜所需的表面。除了去除程序步驟之外，更高電池效率已經證實是使用離子注入。離子注入還供應執行太陽能電池的整個表面的全面性離子注入(blanket implant)或僅僅太陽能電池的一部分的選擇性(或圖案化)注入的能力。在高生產率下使用離子注入的選擇性注入避免了用於爐擴散的昂貴且耗時的光刻或圖案化步驟。選擇性注入還能實現新的太陽能電池設計。
可能需要微米級精確度用於某些類型的太陽能電池的注入以實現必要幾何結構和公差。例如，選擇性發射器(selective emitter,SE)和指叉背接觸(interdigitated backside contact,IBC)太陽能電池具有僅相隔幾微米的摻雜區。如果在離子注入期間使用罩幕在電池中形成此摻雜區，那麼所述區域的位置是通過罩幕相對於電池的放置來指定。在一些情況下，可能需要連續將兩個或兩個以上雜質材料引入到電池的區域中。這可以通過在第一離子注入站處使用第一罩幕將第一摻雜劑注入電池且接著在第二離子注入站處使用第二罩幕將第二摻雜劑注入電池來實現。為了將第 一摻雜劑和第二摻雜劑注入到電池的特定區域中，第一罩幕和第二罩幕不僅必須具有實質上互補的圖案，而且還必須以實質上相同方式與電池對準。在其它情況下，可能需要精確地使經掩蔽摻雜劑圖案居中於電池上。如將瞭解，如果在任一上述情況下未實現精確罩幕對準(即，多個罩幕圖案的連續對準或單個罩幕圖案的居置中)，那麼電池可能無法如所需般作用和/或在電池的後續製造過程中可能無法適當地對準。
對製造太陽能電池的精確度、可靠性和速度的任何改進將對全世界的太陽能電池製造商有益並且可以加速採用太陽能電池作為替代能源。
提供此發明內容而以簡化形式引入下文在具體實施方式中進一步描述的概念選擇。此發明內容並非意圖確認所主張的標的物的關鍵特徵或基本特徵，並且也非意圖作為對決定所主張的標的物的範圍的輔助。
根據本發明的用於離子注入機的主動式基板對準系統的示例性實施例可以包含壓板；對齊裝置，其經調適以選擇性地移動鄰近於所述壓板安置的接合表面，用於限制安置在所述壓板上的基板的移動；相機，其經配置以在所述基板安置在所述壓板上之前捕捉所述基板的圖像，包含所述基板上的第一摻雜劑圖案；以及控制器，其與所述相機和所述對齊裝置通信。控制器可以基於圖像經 配置以命令對齊裝置移動接合表面，以用預定的方式限制所述基板的移動。
根據本發明的用於離子注入機的主動式基板對準系統的另一示例性實施例可以包含壓板；第一對齊裝置及第二對齊裝置，其經調適以選擇性地移動與所述第一對齊裝置及所述第二對齊裝置相應的配置於所述壓板的第一側的第一接合表面及第二接合表面，以用於限制安置在所述壓板上的基板的移動；相機，其經配置以在所述基板安置在所述壓板上之前捕捉所述基板的圖像；控制器，其與所述相機和所述第一對齊裝置及所述第二對齊裝置通信。控制器可以基於圖像經配置以命令所述第一對齊裝置及所述第二對齊裝置移動所述第一接合表面及所述第二接合表面，以用預定的方式限制所述基板的移動；以及第一推動器及第二推動器，以彼此平行的關係配置於所述壓板的第二側且經調適以推動所述基板與所述第一接合表面及所述第二接合表面接合。
根據本發明的用於主動地對準基板的方法的示例性實施例可以包含捕捉所述基板的實時圖像；基於所述基板的所述實時圖像移動鄰近於壓板安置的接合表面，以使所述基板將在經配置在所述壓板上之後取得預定的定向；將所述基板安置在壓板上；以及將所述基板移動成與接合表面接合。
10‧‧‧系統
11‧‧‧離子注入機
12‧‧‧壓板
14‧‧‧基板
16、18、26‧‧‧對齊裝置
19‧‧‧罩幕
20‧‧‧離子束
21‧‧‧輸送機構
22‧‧‧相機
23‧‧‧控制器
24‧‧‧推動器
25‧‧‧儲存器
28‧‧‧軸杆
29‧‧‧基板支撐表面
30‧‧‧驅動機構
32‧‧‧指狀物
34‧‧‧接合表面
36、38‧‧‧箭頭
現將借助於實例參考附圖描述所揭示的裝置的各種實施例，在所述附圖中：
圖1是根據本發明的基板對準系統的示例性實施例的側視圖。
圖2是說明圖1中示出的示例性基板對準系統的壓板的平面圖。
圖3是說明圖1中示出的示例性基板對準系統的基板對齊裝置的沿著圖2中的線3-3截取的截面側視圖。
圖4是說明用於使用圖1的示例性基板對準系統以同樣地對準基板上的連續注入圖案的示例性方法的流程圖。以及 圖5是說明用於使用圖1的示例性基板對準系統來定向基板，使得投射到基板上的摻雜劑圖案將置中於基板上的示例性方法的流程圖。
現將在下文中參考附圖更全面地描述本發明的實施例，附圖中示出了一些實施例。然而，本發明的標的物可以通過許多不同形式實施並且不應解釋為限於本文所闡述的實施例。相反地，提供這些實施例是為了使得本發明將是透徹並且完整的，並且這些實施例將把標的物的範圍完整地傳達給所屬領域的技術人員。在圖式中，相同標號始終指代相同元件。
現將在下文中參考附圖更全面地描述根據本發明的主動式基板對準系統和方法，其中示出系統和方法的優選實施例。然 而，所述系統和方法可以通過許多不同形式實施，並且不應被解釋為限於本文所闡述的實施例。相反地，提供這些實施例是為了使得本發明將是透徹並且完整的，並且這些實施例將把所述系統和方法的範圍完整地傳達給所屬領域的技術人員。在圖式中，相同標號始終指代相同元件。
本文結合離子注入機以及相關聯的離子注入過程描述本發明的主動式基板對準系統和方法。然而，預期主動式基板對準系統和方法可以類似地實施於各種其它系統和過程中，例如，舉例來說，可以涉及太陽能電池或半導體的製造。另外，儘管結合太陽能電池的注入描述本文中所揭示的示例性系統和方法，但是應理解，僅出於說明性目的提供此揭示內容並且所述系統和方法可以類似地實施用於其它類型的電池的注入，包含但不限於，半導體晶片、發光二極管(light emitting diode,LED)、絕緣體上矽(silicon-on-insulator,SOI)晶片以及其它此類組件。
圖1說明根據本發明的基板對準系統(下文稱為“系統10”)的示例性實施例的示意性側視圖。系統10通常可以包含離子注入機11，所述離子注入機具有用於固持待注入的基板14的壓板12。離子注入機可以包含下文將更詳細描述的動態基板對齊裝置16和動態基板對齊裝置18(圖2中示出對齊裝置18)。離子注入機11可以進一步包含罩幕19，用於在離子束20投射通過罩幕19且投射到基板14上時在基板14上產生所需的注入圖案。系統10可以進一步包含可以經調適以將基板14傳送到壓板12的輸送 機構21(例如，傳送帶、機械臂等)。系統10可以進一步包含可以經調適以捕捉位於輸送機構21上或壓板12上的基板的圖像的相機22，所述圖像包含在此類基板上的現有注入圖案的圖像。相機22可操作地連接到控制器23，所述控制器23進而可操作地連接到對齊裝置16和對齊裝置18，如下文進一步描述。
參考圖2中示出的壓板12的平面圖(為了清楚起見，在圖2中未在壓板12上示出基板14)，對齊裝置16和對齊裝置18可以鄰近於壓板12的第一側彼此間隔開並且可以用於可控制地限制基板沿著y軸的移動，如下文進一步描述。系統10可以進一步包含鄰近于與對齊裝置16和對齊裝置18相對的壓板的第二側位置的一個或多個推動器24。推動器24可操作地連接到一個或多個驅動機構(未示出)，所述驅動機構可以經調適以在圖2中示出的箭頭的方向上選擇性地水平來回驅動推動器24。當基板14(圖1中示出)放置在壓板12頂上時，推動器24可以用於將基板14推動成與對齊裝置16和對齊裝置18接合，如下文進一步描述。所述系統可以進一步包含與壓板12的第三側相鄰的對齊裝置26，用於可控制地限制基板沿著x軸的移動，如下文進一步描述。或者，對齊裝置26可以用不動的壁、支柱、止動器或其它靜態結構代替，用於限制基板沿著x軸的移動。
參考圖3，示出說明沿著圖2的線3-3截取的對齊裝置16以及壓板12和罩幕19的相鄰部分的剖視圖。將理解，對齊裝置16可以與對齊裝置18和對齊裝置26實質相同，並且因此對齊裝 置16的以下描述因此也可以應用于對齊裝置18和對齊裝置26。
對齊裝置16可以包含耦合到位於壓板12下方的驅動機構30的細長軸杆28。軸杆28可以以相對於y軸的一傾斜角定向。軸杆28可以在其最上端處在接觸指狀物32中終止，所述接觸指狀物32在基板支撐表面29和壓板12的上方延伸並且具有實質上垂直於基板支撐表面定向的基板接合表面34。驅動機構30可以經調適以沿著其縱軸延伸和回縮軸杆28，如通過圖3中示出的箭頭36所指示。由於如上文所描述軸杆28以一傾斜角定向，因此軸杆28的延伸和回縮可以引起指狀物32的接合表面34的對應水平移動(即，沿著x軸的移動)，如通過圖3中示出的箭頭38所指示。應瞭解，軸杆28沿著其縱軸的移動還將引起指狀物32在垂直方向上的移動(即，沿著y軸)，並且因此接合表面34可以設定大小，使得其可以沿著接合表面的合適部分與基板14接合。
在所說明的實施例中，軸杆28的回縮可以引起接合表面34的向左水平移動，而軸杆28的延伸可以引起接合表面34的向右水平移動。因此在佈置後，驅動機構30可以用於選擇性地且精細地(例如，以約5μm的精確度)調整指狀物32的接合表面34的水平位置。接合表面34因此可以用作用於限制由壓板12支撐的基板14的水平移動的選擇性地可移動的邊界。
參考圖4，其示出說明用於使用上述系統10以同樣地對準基板上的連續注入圖案的示例性方法的流程圖。所述方法可以用於將兩個或兩個以上不同雜質材料(例如，硼和磷)連續地注入 基板的所需區域中。將結合圖1-3中示出的系統10的示意性表示描述所述方法。
在步驟100處，可以使用離子注入機11的罩幕19在測試基板或另一測試基板(未示出)上形成測試圖案，以便決定通過罩幕19投射的摻雜劑圖案的準確定向。這可以通過將測試基板定位在壓板12上並且將離子束投射通過罩幕19到達測試基板上來實現。相機22可以捕捉測試基板的圖像，包含在測試基板上形成的摻雜劑圖案，並且所述圖像可以儲存在例如與控制器23相關聯的儲存器25中。下文稱為“測試圖像”的圖像隨後可以用作用於調整對齊裝置16和對齊裝置18(以及任選地對齊裝置26，如果有提供)的位置的參考點，如下文進一步描述。
在步驟110處，先前已經在罩幕圖案中注入有第一雜質材料的基板，例如，圖1中示出的基板14可以通過輸送機構21朝向壓板12傳送。
當基板14仍處於輸送機構21上時，相機22可以在步驟120處捕捉基板14的圖像，包含但不限於，基板的邊緣以及基板14上的現有摻雜劑圖案。下文稱為“實時圖像”的圖像由此可以指示現有摻雜劑圖案相對於基板14的定向的精確定向。
在步驟130處，控制器23可以使用在步驟120中所捕捉的實時圖像的表示數據以及上文在步驟100中所捕捉的測試圖像的表示數據來決定基板14應在壓板12上如何定向，使得通過罩幕19投射的摻雜劑圖案可以與基板14上的現有摻雜劑圖案精確 地對準。
在步驟140處，控制器可以基於在步驟130中作出的決定操縱對齊裝置16、對齊裝置18和對齊裝置26的驅動機構30，以調整指狀物32(如上文所描述)的接合表面34的水平位置，使得基板14上的現有摻雜劑圖案將在如下所述基板14移動成與接合表面34接合之後與將通過罩幕19投射的摻雜劑圖案精確地對準。
在步驟150處，基板14可以與基板14上的現有摻雜劑圖案一起通過輸送機構21(或通過另一裝置)放置於壓板12上。在步驟160處，推動器24可以移動成與基板14的一個或多個邊緣接合，以朝向對齊裝置16、對齊裝置18和對齊裝置26的指狀物32的接合表面34水平地移動基板14。儘管圖2示出經配置以沿著y軸將基板14移動成與對齊裝置16和對齊裝置18接合的推動器24，但是應瞭解，還可以提供一個或多個額外推動器以沿著x軸將基板移動成與對齊裝置26接合。在基板14因此與接合表面34接合的情況下，以及在接合表面34已如步驟140中所描述再定位的情況下，基板14可以經定向使得基板上的現有摻雜劑圖案相對於將通過罩幕19投射的摻雜劑圖案精確地對準(例如，達到約40um的精確度)。
在步驟170處，離子注入機11可以將含有第二雜質材料的離子的離子束(如上文所描述，第一雜質材料先前已注入基板14中)投射通過罩幕19且投射到基板上。在基板14已如步驟160中 所描述進行定向的情況下，通過罩幕19投射到基板14上的摻雜劑圖案可以與基板上的現有摻雜劑圖案精確地對準。
在步驟180處，基板14可以從壓板12中移除並且傳遞用於進一步處理。
參考圖5，示出用於使用上述系統10以使基板定向，使得投射到基板上的摻雜劑圖案將置中於基板上(例如，相對於基板的邊緣置中)的示例性方法的流程圖。將結合圖1-3中示出的系統10的示意性表示描述所述方法。
在步驟200處，可以使用離子注入機11的罩幕19在測試基板或另一測試基板(未示出)上形成測試圖案，以便決定通過罩幕19投射的摻雜劑圖案的準確定向。這可以通過將測試基板定位在壓板12上並且將離子束投射通過罩幕19到達測試基板上來實現。相機22隨後可以捕捉測試基板的圖像，包含在測試基板上形成的摻雜劑圖案，並且所述圖像的表示數據可以儲存在例如與控制器23相關聯的儲存器25中。下文稱為“測試圖像”的圖像隨後可以用作用於調整對齊裝置16和對齊裝置18(以及任選地對齊裝置26，如果有提供)的位置的參考點，如下文進一步描述。
在步驟210處，基板，例如，圖1中示出的基板14可以通過輸送機構21朝向壓板12傳送。
儘管基板14仍處於輸送機構21上，但是相機22可以在所述方法的步驟220處捕捉基板14的圖像，包含基板的邊緣。下文稱為“實時圖像”的圖像由此可以指示基板14的精確大小和形 狀。
在步驟230處，控制器23可以使用在步驟220中所捕捉的實時圖像的表示數據以及在步驟200中所捕捉的測試圖像的表示數據來決定基板14應在壓板12上如何定向，使得通過罩幕19投射的摻雜劑圖案可以精確地置中於基板上。
在步驟240處，控制器23可以基於在步驟230中作出的決定操縱對齊裝置16、對齊裝置18和對齊裝置26的驅動機構30，以水平再定位指狀物32(如上文所描述)的接合表面34，使得將通過罩幕19投射的摻雜劑圖案將在如下所述基板14移動成與接合表面34接合之後精確地置中於基板14上。
在步驟250處，基板14可以通過輸送機構21(或通過另一裝置)放置於壓板12上。
在步驟260處，推動器24可以移動成與基板14的邊緣接合並且可以強制性地水平移動基板14(即，沿著水平基板平面的x軸和y軸)，使得與推動器24相對的基板的邊緣移動成與對齊裝置16、對齊裝置18和對齊裝置26的指狀物32的接合表面34接合。(如先前所述，儘管圖2未示出與對齊裝置26相對定位的推動器24，但是應瞭解可以提供一個。)在基板14因此與接合表面34接合的情況下以及在接合表面34已如步驟240中所描述再定位的情況下，基板14可以經定向使得將通過罩幕19投射的摻雜劑圖案將精確地置中於(例如，達到約40um的精確度)基板14上。
在步驟270處，離子注入機11可以將離子束投射通過罩幕19且投射到基板14上。在基板14已如步驟260中所描述進行定向的情況下，通過罩幕19投射到基板上的摻雜劑圖案可以精確地置中於基板上。
在步驟280處，基板14可以從壓板12中移除並且傳遞用於進一步處理。
本發明的範圍不應受本文所描述的具體實施例限制。實際上，根據以上描述和附圖，除本文中描述的那些實施例和修改外，本發明的其它各種實施例和對本發明的修改對所屬領域的一般技術人員將是顯而易見的。因此，此類其它實施例和修改意圖落入本發明的範圍內。此外，儘管已出於特定目的在特定環境下在特定實施方案的上下文中描述了本發明，但所屬領域的一般技術人員將認識到其有用性並不限於此，並且出於任何數目的目的，本發明可以有益地在任何數目的環境中實施。因此，應鑒於如本文所描述的本發明的全部廣度和精神來解釋上文闡述的權利要求書。

Claims (15)

  1. 一種用於離子注入機的主動式基板對準系統，其包括：壓板；對齊裝置，其經調適以選擇性地移動鄰近於所述壓板安置的接合表面，用於限制安置在所述壓板上的基板的移動；相機，其經配置以在所述基板安置在所述壓板上之前捕捉所述基板的圖像，包含所述基板上的第一摻雜劑圖案；以及控制器，其與所述相機和所述對齊裝置通信，所述控制器經配置以命令所述對齊裝置基於所述圖像移動所述接合表面，以用預定的方式限制所述基板的移動。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的用於離子注入機的主動式基板對準系統，更包括推動器，其中所述推動器鄰近於所述壓板配置且經調適以推動所述基板與所述接合表面接合。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的用於離子注入機的主動式基板對準系統，其中所述推動器包括第一推動器及第二推動器，所述第一推動器及所述第二推動器以彼此平行的關係配置於所述壓板的第一側上。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的用於離子注入機的主動式基板對準系統，其中所述對齊裝置包括第一對齊裝置及第二對齊裝置，所述第一對齊裝置及所述第二對齊裝置配置於所述壓板的第一側上。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的用於離子注入機的主動式基板對準系統，其中所述對齊裝置更包括第三對齊裝置，所述第三對齊裝置配置於所述壓板的第二側上。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的用於離子注入機的主動式基板對準系統，其中所述相機經配置以在所述基板安置在所述壓板上之前捕捉所述基板上的第一摻雜劑圖案的圖像，且所述控制器經配置以命令所述對齊裝置基於所述圖像移動所述接合表面，以使所述基板上的所述第一摻雜劑圖案將在所述基板設置在所述壓板上之後對齊於投射到所述基板上的第二摻雜劑圖案。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的用於離子注入機的主動式基板對準系統，其中所述控制器經配置以命令所述對齊裝置基於所述圖像移動所述接合表面，以使投射到所述基板上的摻雜劑圖案將在所述基板設置在所述壓板上之後居中於所述基板上。
  8. 一種用於離子注入機的主動式基板對準系統，其包括：壓板；第一對齊裝置及第二對齊裝置，其經調適以選擇性地移動與所述第一對齊裝置及所述第二對齊裝置相應的配置於所述壓板的第一側的第一接合表面及第二接合表面，以用於限制安置在所述壓板上的基板的移動；相機，其經配置以在所述基板安置在所述壓板上之前捕捉所述基板的圖像；控制器，其與所述相機和所述第一對齊裝置及所述第二對齊裝置通信，所述控制器經配置以命令所述第一對齊裝置及所述第 二對齊裝置基於所述圖像移動所述第一接合表面及所述第二接合表面，以用預定的方式限制所述基板的移動；以及第一推動器及第二推動器，以彼此平行的關係配置於所述壓板的第二側且經調適以推動所述基板與所述第一接合表面及所述第二接合表面接合。
  9. 一種對準基板的方法，其包括：捕捉所述基板的實時圖像；基於所述基板的所述實時圖像，移動鄰近於壓板安置的接合表面，以使所述基板將在經配置在所述壓板上之後取得預定的定向；將所述基板安置在所述壓板上；以及將所述基板移動成與所述接合表面接合。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的對準基板的方法，其中捕捉所述基板的所述實時圖像包括捕捉所述基板上的第一摻雜劑圖案的實時圖像，且移動所述接合表面包括移動所述接合表面使所述第一摻雜劑圖案將在所述基板設置在所述壓板上之後對齊於投射到所述基板上的第二摻雜劑圖案。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的對準基板的方法，更包括：捕捉所述第二摻雜劑圖案的測試圖像；以及比較所述第一摻雜劑圖案的所述實時圖像及所述第二摻雜劑圖案的所述測試圖像。
  12. 如申請專利範圍第9項所述的對準基板的方法，其中移動所述接合表面包括移動所述接合表面使投射到所述基板上的摻 雜劑圖案將在所述基板設置在所述壓板上之後居中於所述基板上。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的對準基板的方法，更包括捕捉所述摻雜劑圖案的測試圖像以及比較所述基板的所述實時圖像及所述摻雜劑圖案的所述測試圖像。
  14. 如申請專利範圍第9項所述的對準基板的方法，其中將所述基板移動成與所述接合表面接合包括使配置於所述壓板的相對於所述接合表面的對側上的推動器推動所述基板與所述接合表面接合。
  15. 如申請專利範圍第9項所述的對準基板的方法，其中將所述基板移動成與所述接合表面接合包括將所述基板移動成與第一接合表面及第二接合表面接合，所述第一接合表面及所述第二接合表面在所述壓板的一側上彼此間隔開。
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