JP6266523B2 - イオン注入装置及びイオン注入方法 - Google Patents

Description

本発明は、イオン注入、特にイオン注入装置のアーキテクチャに関するものである。

イオン注入は、導電率を変える不純物をワークピース（被加工物）内に導入する標準の技術である。所望の不純物材料はイオン源でイオン化され、イオンが加速されて所定のエネルギーのイオンビームを形成し、このイオンビームがワークピースの表面に指向される。イオンビーム中の高エネルギーイオンがワークピース材料のバルク内に侵入し、ワークピース材料の結晶格子内に埋め込まれて所望の導電率の領域を形成する。

太陽電池製造業の２つの関心事は、製造処理能力及び太陽電池効率である。太陽電池効率は、電気に変換されるエネルギーの量を測定することにある。競争力を保つには太陽電池効率を高くする必要がある。しかし、太陽電池効率を高くするのを犠牲にすることなしに、製造処理能力を高くすることはできない。

イオン注入は、太陽電池にドーピングするための実行可能な方法として証明されている。イオン注入を採用することにより、拡散炉のような現存の技術を必要とする処理工程が回避され、これにより製造処理能力を高めるとともに費用を低廉化しうる。例えば、炉拡散の代わりにイオン注入を用いる場合、レーザエッジアイソレーションステップを回避しうる。その理由は、イオン注入は所望の表面をドーピングするだけで良い為である。イオン注入を用いることにより、処理ステップを回避すること以外に太陽電池効率が高くなることが証明されている。又、イオン注入によれば、太陽電池の表面全体のブランケットイオン注入又は太陽電池の一部のみの選択的な（又はパターン化した）イオン注入を実行する能力が得られる。イオン注入を用いて高製造処理能力で選択的にイオン注入することにより、炉拡散に対して用いられる、費用のかかる且つ時間を浪費するリソグラフ又はパターン化ステップが回避される。イオン注入装置の製造処理能力又はその信頼性に対する何らかの改善が世界中で太陽電池の製造者にとって有益となるものである。これにより、太陽電池を代替エネルギー源として採用することを加速させることができる。

本発明の第１の態様により、イオン注入装置を提供する。このイオン注入装置はイオン源と、このイオン源に連結されているとともに、複数の抽出電極によりイオン源から分離されている処理室とを具えている。キャリアは複数のワークピースを保持するように構成されている。処理室内にはマスクローダが存在する。このマスクローダは、マスクをキャリアに連結するように構成されている。

本発明の第２の態様により、イオン注入装置を提供する。このイオン注入装置はイオン源と、このイオン源に連結されているとともに、複数の抽出電極によりイオン源から分離されている処理室とを具えている。キャリアは複数のワークピースを保持するように構成されている。処理室内にはマスクローダが存在する。このマスクローダは、マスクをキャリアに連結するように構成されている。処理室には移送室が連結され、この移送室にはロードロックが連結されている。移送室内の移送ロボットは、複数のワークピースをロードロックと処理室との間で移動させるように構成されている。ロードロックにはワークピース移動システムが連結されており、このワークピース移動システムは、ロードロックからの複数のワークピースのローディング（装填）及びアンローディング（除去）を行うように構成されている。

本発明の第３の態様により、イオン注入方法を提供する。この方法は、キャリア上に複数のワークピースをマトリックスにローディングするステップを有する。又、複数のワークピースの各々の表面全体にイオン注入するイオンビームによりキャリアをスキャニング（走査）するステップを有するブランケットイオン注入を実行する。キャリアにはマスクを連結させる。マスクは複数の孔を規定しており、マスクは複数のワークピースの各々を少なくとも部分的に被覆する。選択的なイオン注入はマスクを連結させた後に実行するものであり、この選択的なイオン注入は、マスクを通して複数のワークピースの各々の表面のある領域にイオン注入するためにイオンビームによりキャリアをスキャニングするステップを有する。

図１は、イオン注入装置のアーキテクチャの第１実施例のブロック線図を示す上面透視図である。 図２は、イオン注入装置のアーキテクチャの第２実施例のブロック線図を示す上面透視図である。 図３は、ここに開示するイオン注入装置のアーキテクチャを用いてイオン注入を実行する第１実施例を示す透視図である。 図４は、ここに開示するイオン注入装置のアーキテクチャを用いてイオン注入を実行する第１実施例を示す透視図である。 図５は、図３及び４に示すイオン注入を実行する第１実施例を示す上面透視図及び側面図である。 図６は、ここに開示するイオン注入装置のアーキテクチャを用いてイオン注入を実行する第２実施例を示す透視図である。 図７は、ここに開示するイオン注入装置のアーキテクチャを用いてイオン注入を実行する第２実施例を示す透視図である。 図８は、キャリアの一実施例を示す斜視図である。 図９は、キャリアの一実施例を示す斜視図である。 図１０は、キャリアの一実施例を示す斜視図である。 図１１は、イオン注入装置のアーキテクチャの第３実施例のブロック線図を示す上面透視図である。 図１２は、イオン注入装置のアーキテクチャの第４実施例のブロック線図を示す上面透視図である。 図１３は、イオン注入装置のアーキテクチャの第５実施例のブロック線図を示す上面透視図である。 図１４は、イオン注入装置のアーキテクチャの第６実施例のブロック線図を示す上面透視図である。

本発明の開示を一層良好に理解するために、添付図面を参照するが、これらの添付図面は参考のために導入したものである。

ここでは、イオン注入装置を太陽電池に関して説明する。しかし、イオン注入装置は、半導体ウエハ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウエハ、その他のデバイスのような他のワークピースに対しても用いることができる。従って、本発明は、以下に述べる特定の実施例に限定されるものではない。

図１は、イオン注入装置のアーキテクチャの第１実施例のブロック線図を示す上面透視図である。イオン注入装置１００はイオン源１０１を有する。一実施例では、このイオン源１０１は、質量分析なしに動作するＲＦプラズマ源とする。ＲＦプラズマ源は、ガスからプラズマを発生させるためにアンテナを用いている。傍熱陰極（ＩＨＣ）又は当業者にとって既知の他の設計のような他のイオン源を用いることもできる。イオン源１０１は筐体内に配置することができるとともに、ガスボックス(図示せず)に連結することができる。イオンビーム１１０は、抽出電極１１４を用いてイオン源１０１から処理室１０２内に抽出される。処理室１０２内のワークピースは、ある場合には抽出電極１１４のすぐ下流にあるようにする。特定の一実施例では、イオンビーム１１０をイオン源１０１から処理室１０２内のワークピースに向けて直線的に投射させる。イオン源１０１と処理室１０２との間の抽出孔は抽出電極１１４間に又はこれら抽出電極１１４に隣接させて配置することができる。図１に示すように、抽出電極１１４に隣接する壁部はまさに、イオン源１０１と処理室１０２との間にある。

処理室１０２には、スキャン（走査）ロボット又はその他のワークピース移動システムを含めることができる。この処理室１０２内では、マスクをイオンビーム１１０の経路内に配置しうるように、マスクローダを位置決めしうる。マスクは例えば、ワークピースを収容しているキャリア上に配置しうる。このマスクは、複数のワークピースを覆うのに充分な大きさの寸法を有することができるとともに、各ワークピース内でイオン注入すべき領域を規定する孔を有することができる。従って、マスクはワークピースを少なくとも部分的に被覆するものであり、各ワークピースの表面全体よりも小さい個所のイオン注入を実行することができる。他の実施例では、マスクをキャリア上に配置することなしにイオンビーム１１０の経路内に固定させる。更に他の実施例では、マスクをキャリア上に配置することなしにイオンビーム１１０内とイオンビーム１１０の外部とで移動しうるようにする。マスクの大きさは、このマスク中の孔がイオンビームの一部を通過させてワークピースの特定の領域にイオン注入させるが、このマスクがイオンビーム１１０を１００％被覆するか又はイオンビーム１１０を１００％よりも少なく被覆しうるようにできる。従って、これらの領域の１つはワークピースの表面全体よりも小さくしうる。マスクがイオンビーム１１０を１００％よりも少なく被覆する場合には、ワークピースのブランケットイオン注入及び選択的なイオン注入の双方が生じるようにしうる。この場合、ブランケットイオン注入及び選択的なイオン注入は別々に行うか又は少なくとも部分的に同時にすることができる。特定の一実施例では、マスクの寸法は、アレイ状態に配置しうる複数のワークピースを被覆するのに充分な大きさとする。マスクは、複数の組の孔を有し、各組は複数のワークピースの１つに対応させる。

イオンビーム１１０の経路内には計測システム１０３を配置することもできる。この計測システム１０３は、ワークピースがイオン注入される個所の後に配置することができ、ワークピースにイオン注入されていない場合にイオンビーム１１０のみを測定しうるようにするが、他の構成も可能である。

処理室１０２は、少なくとも１つの移送ロボット１１５を収容している移送室１０４に連結されている。特定の一実施例では、移送室１０４内で２つの移送ロボットを用いるようにする。各移送ロボットは例えば、シングルアームロボットとしうる。移送室１０４は本例では、ロードロック１０５及びロードロック１０６に連結させる。移送室１０４内の移送ロボット１１５は、ワークピースを処理室１０２と、ロードロック１０５及びロードロック１０６との間に移動させるのに用いられる。一例では、移送ロボット１１５によりワークピースを処理室１０２内のキャリア上に配置しうるようにする。他の例では、移送室１０４又はロードロック１０５内でキャリアにワークピースをローディングし、移送ロボット１１５を用いてこのキャリアを処理室１０２に移動させるようにする。

第１のロードロック１０５はワークピース移動システム１０７に連結され、第２のロードロック１０６はワークピース移動システム１０８に連結されている。ワークピース移動システム１０７及び１０８は、インタフェース１０９に連結されている。処理室１０２及び移送室１０４は真空状態で動作させることができ、ワークピース移動システム１０７及び１０８は大気圧又は空気中で動作させることができる。一例では、ロードロック１０５及びロードロック１０６を大気及び真空状態間で循環させる。

イオン注入装置１００はワークピースを処理室からローディングし且つそのアンローディングを行なう２つの経路を有する。太陽電池のようなワークピースは、これらワークピースの積層体を収容しているラック、カセット又はキャリアを用いるようにしてインタフェース１０９内にローディングしうる。一例では、ワークピース移動システム１０８を用いてワークピースをロードロック１０６に移動させる。ロードロック１０６は真空排気され、ワークピースを移送室１０４に移動させる。これらワークピースは処理室１０２内でイオン注入され、移送室１０４に戻され、ロードロック１０５に移動される。これらワークピースは、大気状態に戻された後にワークピース移動システム１０７を用いてインタフェース１０９に戻るように移動される。他の実施例では、ワークピース移動システム１０７及びワークピース移動システム１０８の双方がワークピースをローディング及びアンローディングするようにする。その理由は、各ワークピース移動システムが、互いに異なる方向に進むように動作しうる複数のコンベヤベルトを有している為である。上述したことは単なる例示であり、イオン注入装置１００を用いる他の処理の流れも可能であること勿論である。

他の実施例では、他のロードロック及びワークピース移動システムを移送室１０４に取付ける。この追加のワークピース移動システムはインタフェース１０９に取付けられる。この追加のロードロック及びワークピース移動システムを加えることにより、処理室１０２からのワークピースのローディング及びアンローディングのための第３の経路を提供する。更に他の追加のロードロック及びワークピース移動システムを用いることもできる。他の代替例では、ロードロック１０５及びロードロック１０６の各々に複数の室を設け、各室がロードロック又はアンローディング用の独自の孔又はポートを有するようにする。

ワークピースは、移動及び処理室１０２内でのイオン注入のためにキャリア上に配置しうる。このキャリアは例えば、アレイ配置の１６個のワークピース又は４×４ワークピースのマトリックスを保持しうるが、他の個数又は他の配置も可能である。キャリアはグラファイト、炭化ケイ素又はその他の材料から形成しうる。キャリアは、機械力、磁気力又はその他の機構を用いるスキャンロボット、ロールプラット又はその他のあるロボットのような、処理室１０２内の他の装置に取付けたりこの他の装置から取外したりすることができる。

一例では、一連のコンベヤ１１１及び一連のコンベヤ１１２を、インタフェース１０９と、ワークピース移動システム１０７、１０８又はロードロック１０５、１０６の一部分との間に位置させる。一連のコンベヤ１１１及び１１２の各々にはその一例で３つのコンベヤベルトを設けることができ、これら一連のコンベヤ１１１及び１１２の各々は、幅が１つのワークピースであるワークピースのラインを移動させるように構成されている。例えば、一連のコンベヤ１１２はワークピースをインタフェース１０９からロードロック１０６に移動させることができる。例えば、ワークピース移動システム１０８内のガントリーロボット、ガントリーロボット及びスワップロボット又はその他のあるロボットがワークピースを一連のコンベヤ１１２からロードロック１０６内にローディングすることができる。同様に、ワークピース移動システム１０７内のガントリーロボット、ガントリーロボット及びスワップロボット又はその他のあるロボットがワークピースをロードロック１０５から一連のコンベヤ１１１上にアンローディングすることができる。特定の一実施例では、ガントリーロボットが、一時に４つのワークピースを一連のコンベヤ１１２から持上げて、ロードロック１０６内に挿入するためのスワップロボット上に配置するようにする。このガントリーロボット又は異なるガントリーロボットが一時に４つのワークピースをスワップロボットから持上げて一連のコンベヤ１１１に移動させることができる。このガントリーロボットは、真空力、静電力、機械力又はその他のある機構を用いてワークピースを移動させることができ、各ガントリーロボットはワークピースをローディング又はアンローディングしうる。一連のコンベヤ１１１及び１１２はワークピースを直接インタフェース１０９に又はインタフェース１０９から移送することができ、或いは他の組のコンベヤにより一連のコンベヤ１１１及び１１２をインタフェース１０９に連結することができる。インタフェース１０９内には、ハンドラ―ロボットを設けて、例えば、カセットを一連のコンベヤ１１１及び１１２に且つこれらコンベヤから移動させるようにすることができる。より多くのロボットを必要とする場合があり、製造処理能力の仕様を満足させるために、ロボット間で幾つかのワークピース移送を行うことができる。

上述したところでは、ワークピース移動システム１０８及びワークピース移動システム１０７の特定の実施例につき説明したが、他の設計も可能である。ワークピース又はキャリア或いはこれらの組合せを移動させるロボット、コンベヤベルト、その他の機構を用いることもできる。

図２は、イオン注入装置のアーキテクチャの第２の実施例のブロック線図を示す上面透視図である。この実施例は、１つのみのロードロック（１０６）及び１つのみのワークピース移動システム（１０８）を有する。従って、イオン注入装置１１３は、処理室１０２からのワークピースのローディング及びアンローディングを行なう単一の経路を有するが、複数のキャリアをイオン注入装置１１３の周囲で少なくとも部分的で同時にシャッフルさせることができる。一連のコンベヤ１１２におけるコンベヤベルトの各々は、一実施例においてローディング及びアンローディングの双方を行うようにしうる。イオン注入装置１１３は、特定の一実施例で処理室１０２又は移送室１０４に連結したキャリア保管領域を有するようにしうる。

図３及び４は、ここに開示するイオン注入装置のアーキテクチャの例を用いてイオン注入を実施する第１の実施例を示す透視図である。図３では、ワークピース２０２がキャリア２０１上又は内に配置されている。キャリア２０１は、回転させるか又は傾けることのできるスキャンロボット２００上に配置されている。このキャリア２０１はワークピース２０２を物理的又は機械的に保持しうるが、システムは、ワークピース２０２を位置決めするのに静電クランプを採用することもできる。従って、スキャンロボット２００は、１つの表面上に静電クランプを有するようにしうる。

イオン源１０１は抽出孔２０４（図３では斜線を付してある）を有している。この抽出孔２０４は、図３に示すのとは異なる設計にすることができる。図１及び２のイオンビーム１１０のようなイオンビームは抽出孔２０４から射出される。抽出電極は、抽出孔２０４の付近に配置することができる。マスク２０３は、このマスク２０３の孔がワークピース２０２で選択的なイオン注入が望まれている領域に整列されるように、マスクローダ２０５を用いてｙ方向でキャリア２０１に取付け又は連結される。マスクローダ２０５は、マスク２０３を移動させる又は操作するロボットシステム、機械システム又は磁気システムとすることができる。

特定の一実施例では、スキャンロボット２００は、キャリア２０１がこのスキャンロボット２００上にローディングされるか、又はワークピース２０２がキャリア２０１内にローディングされる水平ローディング位置を有するようにする。スキャンロボット２００は、ワークピース２０２にイオン注入するとともにイオンビームによりワークピース２０２をスキャニングするための垂直イオン注入位置をも有する。スキャンロボット２００は、互いにほぼ直交しているようにしうる２つの位置間で回転させることができる。他の角度関係も可能であること勿論である。

特定の一例では、マスクローダ２０５を用いてマスク２０３をキャリア２０１上に降下させる。このマスクローダ２０５は、１段式のロボットとすることができる。このマスク２０３は、（ラッチのような）機械式の締め具又はクランプ部材や、磁気式の締め具又はクランプ部材や、その他の機構を用いてキャリアに連結することができる。ワークピース２０２は予めキャリア２０１内で整列させておき、このキャリア２０１へのマスク２０３の適切な連結により所望のイオン注入が確実に生じるようにしうる。

図４では、キャリア２０１とワークピース２０２とが９０°回転され、ワークピース２０２が、抽出孔２０４から抽出されたイオンビームの方向（すなわちｚ方向）に対し垂直となるようになっている。この回転にはスキャンロボット２００を用いることができる。ワークピース２０２は抽出孔２０４から射出されたイオンビームを交差するｘ方向でスキャニングされ、各ワークピースがイオン注入されるようにする。従って、イオンビームを通る又は交差するスキャニングは直線的としうる。イオン注入後、マスク２０３をワークピース２０２又はキャリア２０１から除去することができ、この処理にはマスクローダ２０５を用いることができる。マスク２０３は、処理室の第１の領域内でキャリア２０１に取付けるか又はワークピース２０２上に配置しうる。処理室の第２の領域は（イオン源１０１の反対側で）ｘ方向において第１の領域に対向させることができる。この第２の領域は、ワークピース２０２を一時的に保管するのに用いうるか、或いはマスク２０３を取付けるか又は除去するためのマスクローダ２０５を有するようにすることもできる。

図５は、図３及び４に示すイオン注入を実行する第１の実施例を示す上面透視図及び側面図である。図５の右側に示すように、キャリア２０１はその上に又は中に４つのワークピース２０２を有する。他の実施例では、キャリア２０１の上又は中に４つよりも多い又は少ないワークピース２０２を設けることができる。例えば、一実施例では１６個のワークピース２０２をキャリア２０１の上又は内に配置することができる。マスク２０３はワークピース２０２上のキャリア２０１に取付ける。

図５の左側に示すように、イオンビーム１１０によりワークピース２０２にイオン注入する。イオンビーム１１０は、イオン源１０１の抽出孔２０４からｚ方向に抽出される。ワークピース２０２はスキャンロボット２００により回転させるか又は傾け、これらワークピースがｚ方向に対し垂直となるようにする。例えば、ワークピース２０２を９０°傾けて、図５の左側に示すように配置する。ワークピース２０２にイオン注入するために、キャリア２０１をｘ方向でスキャニングしうる。イオンビーム１１０を（重力に対し垂直としうる）ｚ方向に投射することにより、イオン注入装置の設計を簡単化するとともに、ワークピース２０２上の粒子の堆積を低減させることもできる。上述したところでは、単一のスキャニング軸（ｘ方向）のみを説明したが、他の実施例では（ｘ方向及びｙ方向のような）２軸のスキャニングを実行しうる。又、図５ではマスク２０３をワークピース２０２上に示してあるが、マスク２０３とワークピース２０２との間にギャップを設けることができる。

他の実施例では、キャリアが垂直位置にある際に（すなわち、ワークピース２０２が、抽出孔２０４から抽出されるイオンビームの方向に対し垂直にある際に）、マスク２０３がキャリア２０１上にローディングされる。マスク２０３は、キャリア２０１に移送される前に、機械力又は磁気力を用いるマスクローダを使用して処理室の壁部上に保持させることができる。このことは、図３に示すマスクローダ２０５に類似させることができ、或いはキャリア２０１へのこの特定の移送を可能としうる異なる設計を採用しうる。

上述したところでは特にキャリア２０１を開示してあるが、このようなキャリア２０１を用いない他の実施例も可能である。この特定の実施例では、ワークピース２０２を個々にプラテンにクランピング（緊締）させるか又はスキャンロボット２００の他のプラットホーム上に配置させ、イオン注入中にワークピース２０２を保持するようにする。１つ以上のワークピース２０２を同時にクランピング又は保持するようにしうる。一例では、イオン注入中にワークピース２０２を保持するのに静電クランプを用いる。

特定の一実施例では、ワークピース２０２をキャリア２０１上に又はこのキャリア内にマトリックスにローディングする。このマトリックスは２×２、２×４、４×４又はその他のマトリックス寸法とすることができる。ブランケットイオン注入及び選択的なイオン注入の双方を実行することができる。キャリア２０１上又は内に、或いはスキャンロボット２００上にローディングされたキャリア２０１上又は内にワークピース２０２をローディングする場合には、スキャンロボット２００を水平のローディング位置にすることができる。スキャンロボット２００はキャリア２０１を垂直のイオン注入位置に回転させるとともに、イオンビーム１１０を介してワークピース２０２をスキャニングする。この場合、このスキャンロボットが、ワークピース２０２をｘ方向に移動させ、各ワークピース２０２の表面全体のブランケットイオン注入を実行させる。イオンビーム１１０はこのブランケットイオン注入中に各ワークピース２０２の全体にイオン注入する。一例では、スキャンロボット２００によりキャリア２０１を水平のローディング位置に戻るように回転させ、マスク２０３をキャリア２０１上に又はワークピース２０２を覆うようにローディング又は連結するようにしうる。他の例では、スキャンロボット２００が依然としてその垂直のイオン注入位置にある間に、マスク２０３がキャリア２０１に又はワークピースを覆うようにローディング又は連結されるようにする。スキャンロボット２００はイオンビーム１１０を介してワークピース２０２及びマスク２０３をスキャニングする。この場合、このスキャンロボットが、ワークピース２０２をｘ方向に移動させ、マスク２０３がローディング又は連結された後に各ワークピース２０２の表面の領域の選択的なイオン注入を実行させる。この選択的なイオン注入中、イオンビーム１１０はマスク２０３を通して各ワークピース２０２の領域にイオン注入する。マスク２０３は、スキャンロボット２００が水平のローディング位置か又は垂直のイオン注入位置の何れかにある間、除去されている。スキャンロボット２００が水平のローディング位置にある間、ワークピース２０２はキャリア２０１からアンローディング、すなわち除去されるか、又はキャリア２０１がスキャンロボット２００からアンローディングされる。マスク２０３が選択的なイオン注入の前にローディング又は連結されており且つブランケットイオン注入前にアンローディング又は除去されている場合には、ブランケットイオン注入及び選択的なイオン注入を何れの順序でも実行することができること勿論である。他の実施例では、ブランケットイオン注入及び選択的なイオン注入の代わりに、２つの選択的なイオン注入を実行することができる。この場合、２つの異なるイオン注入パターンを形成するために２つの異なるマスク２０３を必要としうる。

図６及び７は、ここに開示するイオン注入装置のアーキテクチャの実施例を用いてイオン注入を実行する第２の実施例を示す透視図である。本例では、イオン源１０１がｙ方向でワークピース２０２又は処理室の上方に配置されている（すなわち、イオンビーム１１０が重力とほぼ平行な方向に投射される）。図６では、マスク２０３における孔が、ワークピース２０２で選択的なイオン注入が望まれている領域に整列されるように、例えばマスクローダ２０５により、このマスク２０３をｙ方向でキャリア２０１に取付けるか又は連結する。図７では、各ワークピースにイオン注入されるように、これらのワークピース２０２をｘ方向でスキャニングする。イオン注入後は、例えばマスクローダ２０５を用いて、マスク２０３をワークピース２０２又はキャリア２０１から除去しうる。この処理は処理室の第１領域内で実行しうる。処理室の第２領域はｘ方向で第１領域とは反対側に（イオン源１０１の反対側に）位置させることができる。この第２領域を用いてワークピース２０２を一時的に保管するようにするか、或いはこの第２領域が、マスク２０３を取付けるか又は除去するためのマスクローダ２０５を有するようにすることもできる。

ここに開示した実施例を用いてブランケットイオン注入を行いたい場合には、マスク２０３を使用しない。この場合には、抽出孔２０４から抽出されたイオンビームによりマスク２０３を用いずにワークピース２０２をスキャニングする。ある実施例では、ブランケットイオン注入と選択的なイオン注入との双方が望まれているものとする。ブランケットイオン注入と、マスク２０３を用いる選択的なイオン注入との双方は、イオン注入の順序に応じてワークピース２０２の周囲の真空を遮断することなく実行することができる。例えば、ブランケットイオン注入を実行し、次いでマスク２０３をキャリア２０１に又はキャリア２０１を覆うように取付け、選択的なイオン注入を実行するようにしうる。他の例では、マスク２０３をキャリア２０１に又はキャリア２０１を覆うように取付け、選択的なイオン注入を実行し、マスク２０３をキャリア２０１から除去し、次いでブランケットイオン注入を実行する。ブランケットイオン注入及び選択的なイオン注入に際し所望のドーズ量を得るためには、イオンビーム１１０を通過させる１つ以上の経路が必要となりうる。

他の実施例では、マスクを用いる代わりに又はマスクを補完するために、孔を有するシ−スモディファイアをイオン源上に又はイオン源内に配置する。このシ−スモディファイアは、プラズマシースに影響を与えることによりイオンを選択的なイオン注入となるように集束させる。イオン源又はビーム電流に対するワークピースのスキャニング速度は、選択的なイオン注入を実行するか、又はブランケットイオン注入と選択的なイオン注入との組合せを実行するように変化させることができる。シ−スモディファイアにおける孔の形状も、選択的な且つブランケットイオン注入を実行するか、又はブランケットイオン注入だけを実行するように変えることができる。又、イオン源に対して他の集束イオンビームシステムを用いて選択的なイオン注入を達成するようにしうる。

ここに開示した実施例は、ブランケットイオン注入に対して約３０００ウエハ／時間（ｗｐｈ）の処理能力で、又は選択的なイオン注入に対して約２０００ｗｐｈの処理能力で動作しうる。他の処理能力も可能であること勿論である。ある構成では、ここに開示したイオン注入装置が６０００ｗｐｈまで達成するように動作するようにすることができる。

一実施例ではワークピースを冷却させるように特徴づける。一実施例では裏面ガス冷却法を用いることができ、裏面ガス冷却システムを、例えばキャリア２０１又はスキャンロボット２００の一部とすることができる。ワークピースは、例えば３００℃又は２００℃よりも低く保つようにしうる。リン、ヒ素、ホウ素や、当業者にとって知られている他のｎ型ドーパント、他のｐ型ドーパント、金属や、その他の種をイオン注入することができる。イオン注入のドーズ量はＥ１５cm^-2程度とすることができるが、他のイオン注入ドーズ量も可能である。マスクを用いるか、又はその他の選択的なイオン注入方法を用いるイオン注入手段の寸法は約３００μｍよりも小さくしうる。ここに開示した実施例では、イオンビームは質量分析されていない。しかし、他の実施例では、処理室１０２に取付けられているビームラインには質量分析器が含まれているようにする。このような一実施例では、イオンビームが湾曲又は偏向されて、不所望なイオン種を、又は不所望なエネルギーを有するイオンを除外する。これにより、あるイオン注入処理に対する汚染を低減させることができる。ここに開示したイオン源の１つを、堆積、エッチング又はその他の機能が得られるように変更又は構成することもできる。

図８〜１０はキャリアの実施例を示す斜視図である。図８におけるキャリア２０１は４×４のマトリックスとした１６個のワークピース２０２を有している。各ワークピース２０２はフレーム３００で囲まれている。キャリア２０１は、一実施例では、ワークピース２０２がローディングされている側とは反対のキャリア２０１の側に基部を有するようにしうる。他の実施例では、フレーム３００を両側で開放状態にする。

各フレーム３００は、図９に示すように１つ以上の押圧部（プッシャ）３０１を有することができる。この押圧部３０１は、バネ仕掛けの回転アームに連結することができる。押圧部３０１は、突出している場合に、ワークピース２０２をフレーム３００の反対側の壁部の方向に移動させる。一例では、フレーム３００の２つの隣接壁部の各々が１つ以上の押圧部３０１を有するようにする。これにより、ワークピース２０２を押圧部３０１側とは反対側のフレーム３００の壁部の方向に移動させる。これにより、ワークピース２０２を隅部内に圧入させるか又は壁部に対接させるように押圧することによりワークピースの整列を達成することができる。押圧部３０１は、ワークピース２０２に接触してワークピース２０２を保持又は把持するのに役立つようにする溝付端部又は湾曲端部を有するようにしうる。

図１０に示すように、フレーム３００は１つ以上の保持機構３０２を有することもできる。一実施例では、これらの保持機構３０２を保持ピンとすることができる。各保持機構３０２は、ワークピース２０２に接触してワークピース２０２を保持又は把持するのに役立つようにする溝付端部又は湾曲端部を有するようにしうる。押圧部３０１は保持機構３０２と作用して、ワークピース２０２をフレーム３００内に保持させるようにしうる。フレーム３００には、一例ではワークピース２０２を保持機構３０２から外部に押出すことのできる１つ以上の釈放機構３０３を設けることもできる。

図１１は、イオン注入装置のアーキテクチャの第３実施例のブロック線図を示す上面透視図である。本例の一部は図１の実施例に類似している。しかし、イオン注入装置４００はロードロック４０２及び４０３に連結された第２の移送室４０１を有している。移送室（第１の移送室）１０４及び第２の移送室４０１の各々は、移送ロボット１１５に類似させることのできる少なくとも１つの移送ロボット(図示せず)を有することができる。ロードロック４０２及び４０３はそれぞれワークピース移動システム４０４及び４０５に連結され、これらワークピース移動システム４０４及び４０５はそれぞれ一連のコンベヤ４０７及び４０８を有している。ワークピース移動システム４０４及び４０５は、ワークピース移動システム１０７及び１０８に類似させることができる。ワークピース移動システム４０４及び４０５は、インタフェース４０６に連結されている。ワークピース移動システム４０４及び４０５におけるガントリーロボット又はその他の何らかのロボットや、これらのロボットの組合せにより、一連のコンベヤ４０７及び４０８とロードロック４０２及び４０３との間にワークピースをローディングすることができる。本例によれば、ワークピースに対する入力及び出力経路を複数にすることができる。キャリアは、処理室１０２の内外で１又は２方向において循環させることができる。

図１２は、イオン注入装置のアーキテクチャの第４実施例のブロック線図を示す上面透視図である。本例は図１１に類似しているが、ロードロック４０３をインタフェース４０６に連結する１つのみのワークピース移動システム４０５と、ロードロック４０６をインタフェース１０９に連結する１つのみのワークピース移動システム１０８とを有するものである。このイオン注入装置４０９は、ワークピースに対する入力及び出力経路を複数とすることができる。一例では、ワークピース移動システム１０８及び４０５の一方がワークピースをローディングするためのものとし、他方がワークピースをアンローディングするためのものとする。他の例では、ワークピース移動システム１０８及び４０５の各々がワークピースをローディング及びアンローディングするためのものとする。

図１１及び１２の実施例におけるインタフェース４０６はインタフェース１０９と同じものとするか又はインタフェース１０９に連結するようにすることもできる。従って、これらインタフェースは同じユニットの一部とし、カセットをローディング又はアンローディングするのに用いるロボットを共有するようにしうる。インタフェース４０６は、図１１及び１２に示すようにインタフェース１０９から分離させることもできること勿論である。

ここに開示した実施例は複数のキャリアを保持することができる。これらのキャリアは、ワークピースのイオン注入及びローディング又はアンローディング中に種々の位置に循環させるか又は保管させることができる。図２の実施例は５個のキャリアを用いることができる。図１の実施例は８個のキャリアを用いることができる。図１２の実施例は１０個のキャリアを用いることができる。図１１の実施例は１６個のキャリアを用いることができる。各実施例では、より多くの又はより少ないキャリアを用いることができること勿論である。これらの個数は単に例示のためだけのものである。

図１３は、イオン注入装置のアーキテクチャの第５実施例のブロック線図を示す上面透視図である。イオン注入装置４１０は処理室１０２及び処理室４１２を有する。これら処理室は双方とも移送室１０４に連結されており、この移送室は移送ロボット１１５に類似する移送ロボット(図示せず)を有することができる。処理室４１２は、イオンビーム４１４を発生するイオン源４１１を有している。処理室４１２は計測システム４１３も有している。処理室４１２、イオン源４１１及び計測システム４１３は、処理室１０２、イオン源１０１及び計測システム１０３にそれぞれ類似させることができる。この場合、処理室１０２はキャリア保管領域４１５に連結されている。イオン注入装置４１０では１つ以上のキャリア保管領域４１５を用いることができるが、図１３には１つのみのキャリア保管領域を示している。例えば、処理室１０２を２つのキャリア保管領域４１５に連結させることができる。

処理室４１２におけるワークピースは、一例では抽出電極４２０のすぐ下流に位置させる。特定の一実施例では、イオンビーム４１４をイオン源４１１から処理室４１２内のワークピースに向けて直線で投射させる。イオン源４１１及び処理室４１２間の抽出孔は抽出電極４２０間又は抽出電極４２０の付近に位置させることができる。図１３に示すように、抽出電極４２０に隣接する壁部はまさに、イオン源４１１と処理室４１２との間にある。

イオン注入装置４１０における処理室１０２及び処理室４１２の各々は、ブランケットイオン注入及び選択的なイオン注入を、又は２つのブランケットイオン注入を、又は２つの選択的なイオン注入を実行しうる。イオンビーム１１０及び４１４の各々に対しては、互いに異なるイオン注入種又は同じイオン注入種を用いることができる。従って、これらの２つの選択的なイオン注入に対して用いるマスクは互いに異ならせることができる。これらのイオン注入の全ては、ワークピースの周囲の真空を遮断することなく実行することができる。ここに開示した他の実施例にも同様に、２つ以上の処理室を取付けることができる。又、各移送室が各処理室に連結されるように、種々の移送室を連結させることができる。１つの移送室が２つの処理室の一方にのみ連結しうるようにする場合も存在しうること勿論である。

一例では、２つの処理室及び２つの移送室により、移送室に連結されたワークピース移送システム及びロードロックを有するリング状の経路を形成しうる。従って、追加の移送室により図１３に示す処理室１０２及び４１２を結合させることができる。ワークピースは、リング状の経路の全体を通るように循環しうるか、又はリング状の経路の半分のみを通るように循環しうる。２つのワークピースの流れにより、動作可能時間（アップタイム）及び処理能力を改善することができる。従って、２つのワークピースの流れを用いるイオン注入装置におけるワークピースは、他方の移送室を通過することなく同じ移送室に入るとともにここから出ることができる。本例では、ワークピースは双方のイオン源によりイオン注入されるが、元の移送室に戻るように循環される。

更に他の例では、２つの処理室をリング状に結合させるようにすることができるとともに、ブランケットイオン注入及び選択的なイオン注入が各処理室で生じるようにすることができる。従って、各ワークピースには合計で４回のイオン注入を行うことができる。各イオン源は異なるイオン種をイオン注入するようにすることができる。ワークピースは双方の移送室を通して循環させることができるとともに、元の移送室か又は他の移送室の何れかを通して出すようにしうる。各処理室は、同じワークピースに対してブランケットイオン注入及び選択的なイオン注入の双方を実行することができる。従って、ワークピースの２つの流れを存在させることができ、循環により選択的なイオン注入に対するマスクの配置又は除去を補償しうるようにする。

図１４は、イオン注入装置のアーキテクチャの第６実施例のブロック線図を示す上面透視図である。イオン注入装置４１７は、２つの処理室１０２及び４１２と、２つの移送室１０４及び４０１と、２つのキャリア保管領域４１５及び４１６とを有している。このイオン注入装置４１７は並列経路を用いて動作でき、１個所の故障がイオン注入装置４１７の全体の動作を停止させないようになっている。これにより、イオン注入装置４１７に関する動作可能時間を増大させる。他の利点は、ワークピースを同じ個所で入れたり出したりしうることである。イオン注入装置４１７はイオンビームの利用を高めることができる。その理由は、第１の組のワークピースは、第２の組のワークピースがイオン注入されるのを待っているとともに、第２の組のワークピースが待っているか又はほかの個所に移動され且つ第３の組のワークピースと置換えられている間に直ちにイオン注入を開始することができる為である。第１の組のワークピースを、他の組のワークピースがローディング又はアンローディングされている間にイオン注入することにより、処理能力を高めることができる。

これらの並列経路を図１４において破線４１８及び４１９で示してある。各組のワークピースはロードロック４０３又はロードロック１０６から入れられる。この組のワークピースは同じロードロックに戻されてイオン注入装置４１７から除去される。１つの経路からの１組のワークピースには、何れかの経路からの他の組のワークピースがイオン注入装置４１７内で循環している間にイオン注入させることができる。ワークピースの移動、ローディング、アンローディング及びイオン注入のタイミング及び順序付けは最大の処理能力が得られるように設定しうる。一実施例では、イオンビーム１１０とイオンビーム４１４とが互いに異なるイオン注入種を用いるようにするが、これらイオンビーム１１０及び４１４が互いに同じイオン注入種を用いるようにすることもできる。他の実施例では、各組のワークピースの複数のイオン注入経路がイオン源１０１及び４１４の各々を通過し、所望のイオン注入ドーズ量が得られるように、又はイオン源１０１及び４１４の各々からのブランケットイオン注入及び選択的なイオン注入が得られるようにする。ワークピースは、処理能力を増大させるか、又はイオン注入装置４１７内に破損個所又はエラーがある場合に、異なるロードロック１０６又は４０３を通ってイオン注入装置に入れたりイオン注入装置から出したりすることができること勿論である。

２つのワークピースの流れを有する同様なイオン注入装置は、図１１及び１２に示すように１つのみのイオン源と１つのみの処理室とを有するようにしうる。ワークピースは、他の移送室を通過させることなく同じ移送室入れたり同じ移送室から出したりすることができる。単一の処理室により同じワークピースに対して選択的なイオン注入とブランケットイオン注入との双方を実行しうる。従って、ワークピースの２つの流れを存在させることができ、循環により選択的なイオン注入に対するマスクの配置又は除去を補償しうるようにする。

連鎖的なイオン注入を実行させる場合、反転ステーションを含めることができる。この反転ステーションによれば、キャリアを１８０°反転させるか（例えば、キャリアが基部を有さない場合）、或いはワークピースを１８０°反転させてこれらのワークピースを異なるキャリアに配置するか、同じキャリアに戻すようにしうる。ワークピース又はキャリアを反転させるのにロボットを用いることができる。この反転処理によればワークピースの両面にイオン注入を行うことができるものであり、このことはある種の太陽電池の設計に必要となりうるものである。一実施例では、ワークピースを、その一方の表面を上に向けてイオン注入装置に入れ、他方の表面を上に向けてイオン注入装置から出すようにしうる。

反転ステーションは、同じ真空状態で処理室に連結させるか、又は同じ真空状態で移送ステーションに連結させるか、或いは真空以外で連結させることができる。移送ステーションは例えば、外部のコンベヤにより反転ステーションに連結することができる。特定の一実施例では、図１３のキャリア保管領域４１５又は図１４のキャリア保管領域４１５及び４１６を反転ステーションとして機能させることもできる。

ここに開示した実施例は、連鎖的に又は非連鎖的に動作しうる。連鎖的イオン注入を実行しうるイオン注入によれば、ブランケットイオン注入及び選択的なイオン注入を、又は２つのブランケットイオン注入を、又は２つの選択的なイオン注入を、又は同じ１つ以上の処理室内で２つ以上のイオン注入の他の組合せを、真空を遮断することなく実行することができる。連鎖的なイオン注入を実行する単一のイオン注入装置を用いることにより例えば、製造設備における製造装置の設置面積を減少させるか、使用する交換部品又は消費部品を少なくするか、全費用を低減させることができる。その理由は、必要とするコンベヤ又はその他の構成要素が少なくて足りる為である。ここに開示した実施例を用いる連鎖的なイオン注入装置及び非連鎖的なイオン注入装置は双方共、現存するイオン注入装置に比べて処理能力を高めることができる。

ここに開示した種々の構成要素（例えば、ワークピース移動システム、移送室）はモジュール形式の要素とすることができる。従って、標準の構成要素を組合せて異なる構成にすることができる。これらの異なる構成は異なる処理能力を有し、異なる種類のイオン注入を実行するか、又は異なる種類のワークピースにイオン注入するのに用いることができる。

一例では、単一のイオン注入装置を用いて選択エミッタ（ＳＥ）太陽電池を製造することができる。他の例では、単一のイオン注入装置を用いてインターディジテイト加工された（櫛形）バックコンタクト（ＩＢＣ）太陽電池を製造することができる。この場合、少なくとも２つの選択的なイオン注入を用い、これらの選択的なイオン注入がそれぞれ異なるイオン注入種を有するようにしうる。しかし、ある種のＳＥ及びＩＢＣ太陽電池は、この場合よりも多くのイオン注入ステップを用いる。他の設計の太陽電池もここに開示したイオン注入の設計を用いてイオン注入しうる。

本発明の範囲は、ここに開示した特定の実施例に限定されるものではない。実際に、上述したこと及び添付図面から当業者にとって明らかなように、他の種々の実施例及び変形例を、ここに開示したことに加えうるものである。すなわち、これらの他の実施例及び変形例は本発明の範囲に入るものである。更に、特定の目的のための特定の環境における特定の実施の関連で本発明を開示したが、当業者にとって認識されるように、本発明の有効性はこれらに限定されるものではなく、本発明は如何なる目的にも対する如何なる環境においても有効に実施しうるものである。従って、特許請求の範囲は上述した本発明の全範囲及び精神を考慮して解釈されるべきものである。

Claims (21)

1. イオン源と、
   このイオン源に連結されているとともに、複数の抽出電極によりこのイオン源から分離されている処理室と、
   複数のワークピースを保持するように構成され、着脱可能にスキャンロボットに取付けられたキャリアと、
   前記キャリアを、前記イオン源から指向されるイオンビームを通って移動させるように構成された前記スキャンロボットと、
   前記処理室内のマスクローダであって、前記複数のワークピースを覆うのに充分な大きさの寸法を有するマスクを、前記スキャンロボット上に配置された前記キャリアに連結させるように構成された当該マスクローダと
   を具えるイオン注入装置。
2. 請求項１に記載のイオン注入装置において、前記イオン源がＲＦイオン源を有しているイオン注入装置。
3. 請求項１に記載のイオン注入装置において、前記マスクは前記キャリアに磁気的に固着されているイオン注入装置。
4. 請求項１に記載のイオン注入装置において、前記マスクは前記キャリアに機械的に固着されているイオン注入装置。
5. 請求項１に記載のイオン注入装置において、前記スキャンロボットは、互いに直交している水平ローディング位置及び垂直イオン注入位置を有しており、前記スキャンロボットは、前記複数のワークピースが前記イオンビームの経路内に位置するように、前記キャリアを前記水平ローディング位置から前記垂直イオン注入位置へ回転させるように構成されているイオン注入装置。
6. 請求項１に記載のイオン注入装置において、前記複数のワークピースは前記抽出電極のすぐ下流にあるようになっているイオン注入装置。
7. 請求項１に記載のイオン注入装置において、イオンビームは前記イオン源から前記複数のワークピースに向けて直線状に投射されるようになっているイオン注入装置。
8. イオン源と、
   このイオン源に連結されているとともに、複数の抽出電極によりこのイオン源から分離されている処理室と、
   複数のワークピースを保持するように構成され、着脱可能にスキャンロボットに取付けられたキャリアと、
   前記複数のワークピースを保持する前記キャリアを、前記イオン源から指向されるイオンビームを通って移動させるように構成された前記スキャンロボットと、
   前記処理室内のマスクローダであって、マスクを、前記スキャンロボット上に配置された前記キャリアに連結させるように構成された当該マスクローダと、
   前記処理室に連結された移送室と、
   この移送室に連結されたロードロックと、
   前記移送室内の移送ロボットであって、前記複数のワークピースを前記キャリアにローディングし、前記複数のワークピースを前記ロードロックと前記処理室との間で移動させるように構成された当該移送ロボットと、
   前記ロードロックに連結され、前記複数のワークピースを前記ロードロックからローディング及びアンローディングするように構成されたワークピース移動システムと
   を具え、
   前記マスクは前記複数のワークピースを覆うのに充分な大きさの寸法を有している、イオン注入装置。
9. 請求項８に記載のイオン注入装置において、前記イオン源がＲＦイオン源を有しているイオン注入装置。
10. 請求項８に記載のイオン注入装置において、前記マスクは前記キャリアに磁気的に固着されているイオン注入装置。
11. 請求項８に記載のイオン注入装置において、前記マスクは前記キャリアに機械的に固着されているイオン注入装置。
12. 請求項８に記載のイオン注入装置において、前記スキャンロボットは、互いに直交している水平ローディング位置及び垂直イオン注入位置を有しており、前記スキャンロボットは、前記複数のワークピースが前記イオンビームの経路内に位置するように、前記キャリアを前記水平ローディング位置から前記垂直イオン注入位置へ回転させるように構成されているイオン注入装置。
13. 請求項８に記載のイオン注入装置において、このイオン注入装置が更に、前記移送室に連結されている他の、すなわち第２のロードロックを具えているイオン注入装置。
14. 第１のイオン源と、
    他の、すなわち第２のイオン源であって、前記第１のイオン源と、この第２のイオン源との一方がｎ型イオンを発生し、他方がｐ型イオンを発生するようにした当該第２のイオン源と、
    この第１のイオン源に連結されているとともに、複数の抽出電極によりこの第１のイオン源から分離されている第１の処理室と、
    複数のワークピースを保持するように構成され、着脱可能にスキャンロボットに取付けられたキャリアと、
    前記複数のワークピースを保持する前記キャリアを、前記イオン源から指向されるイオンビームを通って移動させるように構成された前記スキャンロボットと、
    前記第１の処理室内の第１のマスクローダであって、第１のマスクを、前記スキャンロボット上に配置された前記キャリアに連結させるように構成された当該第１のマスクローダと、
    前記第１の処理室に連結された移送室と、
    この移送室に連結されたロードロックと、
    前記移送室内の移送ロボットであって、前記複数のワークピースを前記キャリアにローディングし、前記複数のワークピースを前記ロードロックと前記第１の処理室との間で移動させるように構成された当該移送ロボットと、
    前記移送室及び前記第２のイオン源に連結された他の、すなわち第２の処理室であって、この第２の処理室が他の、すなわち第２の複数の抽出電極により前記第２のイオン源から分離されているようにした当該第２の処理室と、
    この第２の処理室内の他の、すなわち第２のマスクローダであって、この第２のマスクローダは他の、すなわち第２のマスクを、前記スキャンロボット上に配置された前記キャリアに連結させるように構成されている当該第２のマスクローダと、
    前記ロードロックに連結され、前記複数のワークピースを前記ロードロックからローディング及びアンローディングするように構成されたワークピース移動システムと
    を具え、
    前記第１のマスク及び前記第２のマスクは前記複数のワークピースを覆うのに充分な大きさの寸法を有している、イオン注入装置。
15. 請求項１４に記載のイオン注入装置において、このイオン注入装置が更に、前記処理室、すなわち第１の処理室及び前記第２の処理室に連結された他の、すなわち第２の移送室を具えているイオン注入装置。
16. 請求項８に記載のイオン注入装置において、前記複数のワークピースは前記抽出電極のすぐ下流にあるようになっているイオン注入装置。
17. 請求項８に記載のイオン注入装置において、イオンビームは前記イオン源から前記複数のワークピースに向けて直線状に投射されるようになっているイオン注入装置。
18. 請求項１に記載のイオン注入装置を用いるイオン注入方法であって、
    複数のワークピースをキャリア上にマトリックスにローディングするステップと、
    前記複数のワークピースの各ワークピースの表面の全体にイオン注入するためにイオンビームにより前記キャリアをスキャニングするステップを有するブランケットイオン注入を実行するステップと、
    前記キャリアに、複数の孔が規定されているマスクを連結し、このマスクにより前記複数のワークピースの各ワークピースを少なくとも部分的に覆うようにするステップと、
    前記マスクを前記キャリアに連結した後に、前記イオンビームにより前記キャリアをスキャニングして、前記マスクを介して前記複数のワークピースの各ワークピースの前記表面の領域にイオン注入する選択的なイオン注入を実行するステップと
    を具えているイオン注入方法。
19. 請求項１８に記載のイオン注入方法において、前記選択的なイオン注入を前記ブランケットイオン注入の前に実行するイオン注入方法。
20. 請求項１８に記載のイオン注入方法において、前記ローディングを水平ローディング位置で行い、前記ブランケットイオン注入及び前記選択的なイオン注入を垂直イオン注入位置で行い、前記水平ローディング位置及び前記垂直イオン注入位置は互いに直交しているようにするイオン注入方法。
21. 請求項１８に記載のイオン注入方法において、前記ブランケットイオン注入と、前記マスクの前記連結と、前記選択的なイオン注入とを、前記複数のワークピースを収容している室内の真空を遮断することなく実行するイオン注入方法。