[发明专利]离子注入设备和注入离子的方法

说明书

交叉参照相关申请

本申请要求2011年11月15日提交的美国专利申请号13/296,436的权益。

背景技术

对使用光伏技术的再生能源的需求越来越大。特别是，光伏电池通常形成在晶体硅晶片上，该晶体硅晶片通常通过将硅结晶块切片来获得。该工艺，其典型地生产比115微米更厚的硅晶片,由于在切口损失中消耗高达50％的硅体而浪费相当量的硅。由此产生的晶片比有用的光伏装置所需要的也厚得多。

更薄的硅片层已经通过在典型地用H⁺离子进行大剂量离子注入之后加热来剥落薄膜得以实现。然而，为了通过剥离制造有用的硅片层用于光伏应用，必须在高能量下注入离子，以便在足够的深度产生不牢固层。

并且，为了提供比较高的生产力，希望采用高射束(beam)电流。离子电流为100毫安且能量为1兆电子伏的注入射束现在正被考虑。投射到正被注入的衬底(substrate)的有效射束功率可为100千瓦或更高的量级。对防止衬底由这样高的注入射束功率加热到过热的温度的需要提供了相当大的挑战。

在已知类型的离子注入工具中，要注入的离子束被定向在批量安装于处理轮的圆周周围的衬底(典型地硅晶片)上。处理轮(process wheel)或旋转扫描组件被安装用于围绕一轴旋转以使得在该轮上的晶片相继地通过离子束。这样，离子束的能量可在所述处理轮上的所述批量的晶片之间共享。晶片被安装在处理轮上的衬底保持器上。衬底保持器包括用于支撑所述晶片的热沉表面。热沉表面的强制冷却典型地是借助于水冷结构提供的。

晶片和热沉支撑表面之间的接触通过使支撑表面向内朝向旋转轴倾斜得以保持，由此所述晶片随着处理轮旋转而通过离心力压靠所述支撑表面。

在这样的使用旋转扫描组件的注入设备中晶片的冷却的有效性可取决于晶片通过其压靠下面的热沉表面的力。已知的离子注入设备提供了为鼓形式的旋转扫描组件，晶片安装在所述鼓的内面周围，大体上面向旋转轴线。该配置使在晶片上的离心力的效果最大化以使在注入工艺期间所述晶片冷却最优化。

旋转鼓类型的离子注入设备体积会非常大。旋转鼓它本身的直径不得不足够大以使得鼓的圆周容纳要以单个批量处理的所需要数量的衬底晶片。因为安装在旋转鼓上的衬底晶片大体上面向鼓的旋转轴，因此离子束必须以相对于所述鼓的旋转轴相对较大的角度定向(direct)在围绕所述鼓的内圆周的所述衬底处。现有技术中关于离子注入器的射束线路结构典型地需要射束线路(beam line)的元件，包括离子源，分析器磁体和射束加速单元，所有的都要位于所述鼓的圆周的外侧。这样，射束可以直线方式沿着穿过所述鼓的直径的漂移路径定向。不仅该典型的结构导致鼓式离子注入器占据半导体装配设施的底面上的相对大的覆盖区，而且离子束穿过所述鼓的直径的长的漂移路径长度可在一些应用中产生一些困难。

发明内容

提供一种离子注入设备，包括具有旋转轴和圆周的旋转扫描组件。多个衬底保持器被分布在圆周周围。这些衬底保持器被布置成以共同的衬底倾角保持相应的平面衬底以限定围绕旋转轴的小于60°的总锥角。

衬底倾角被限定为，围绕穿过衬底的中心且与旋转扫描组件的圆周相切的轴，相对于平行于所述轴扫描组件的旋转轴并包含相切轴的平面，衬底平面的旋转角。

安装在旋转扫描组件上的平面衬底的总锥角是现有技术术语，其是本领域内的技术人员所熟知的。如果安装在旋转扫描组件的衬底保持器上的平面衬底的共同衬底倾角，如上所限定的，是α，那么总锥角是2α。因此，可看到，为了使由安装在旋转扫描组件上的保持器上的平面衬底形成的总锥角小于60°，衬底的共同的倾角应当小于30°。

离子注入设备进一步包括射束线路组件，以提供一束离子用于注入在衬底保持器上的平面衬底中。射束线路组件被布置成以将射束定向在沿着相对于旋转轴为至少45°角度的最后射束路径的预定离子注入方向上。

在设备的操作中，衬底保持器上的平面衬底随着旋转扫瞄组件旋转在运行方向上与最后射束路径相交。

射束线路组件在离子束方向上按顺序进一步包括离子源，离子加速器和射束弯曲磁体。离子加速器对将来自于离子源的离子加速以产生具有所希望的至少500千电子伏特的注入能量的加速射束是有效的。射束弯曲磁体具有接收加速射束的射束进口。离子源，加速器和射束进口限定从离子源到射束弯曲磁体的射束进口是线性的的射束加速路径。