TW201324592A - 高產量離子植入機 - Google Patents

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Abstract

離子植入機之一實施例包括：離子源及處理腔室。此處理腔室連接至離子源並藉由多個提取電極與離子源分離。載具固持多個工件。遮罩裝載器位於處理腔室中且使遮罩與載具連接。傳送腔室及載入鎖可與處理腔室連接。此離子植入機裝配成對工件進行毯覆式或選擇性植入。

Description

高產率離子植入機
本發明是有關於離子植入法，且更特別是有關於離子植入機架構（ion implanter architecture）。
離子植入法是一種用於將改變導電性之雜質（conductivity-altering impurities）引入工件（workpiece）中的標準技術。在離子源中將所需的雜質材料離子化，使離子加速以形成具規定能量的離子束，且將離子束引導至工件的表面處。離子束中的高能離子穿入工件材料主體中，且嵌進工件材料之晶格中以形成具有所需導電性的區域。
太陽能電池製造業之兩大關注點為生產量(manufacturing throughput)和電池效率。電池效率量測被轉換成電能之能量的量。為了保持競爭力，較高的電池效率可為必要的。然而，不能以犧牲掉生產量作為得到增加的電池效率的代價。
離子植入法已被證實為摻雜太陽能電池之可行方法。使用離子植入法可以免除現有技術中所需的處理步驟（例如擴散爐管），因此可增加產量及降低成本。舉例來說，因為離子植入法僅會摻雜所需表面，因此若使用離子植入法代替爐擴散法（furnace diffusion），則可免除雷射邊緣隔離（laser edge isolation）步驟。除了免除處理步驟以外，亦已被證實使用離子植入法能獲得較高的電池效率。離子植入法亦能對太陽能電池的整個表面進行毯覆式（blanket）植入或僅對太陽能電池的一部分進行選擇性（或圖案化）植入。使用離子植入法進行高產量的選擇性植入，可免於用於爐擴散法中昂貴且耗時的微影或圖案化步驟。對離子植入機的生產量或其可靠度的任何改進對於全球太陽能電池製造商而言是有利的。此可加快採用太陽能電池作為替代能源的速度。
根據本發明的第一態樣，提供一種離子植入機。此離子植入機包括離子源及連接至離子源的處理腔室，此處理腔室藉由多個提取電極（extraction electrode）與離子源分離。載具（carrier）被裝配成固持多個工件。遮罩裝載器（mask loader）位於處理腔室中。此遮罩裝載器被裝配成使遮罩與載具連接。
根據本發明的第二態樣，提供一種離子植入機。此離子植入機包括離子源及連接至離子源的處理腔室，此處理腔室藉由多個提取電極與離子源分離。載具被裝配成固持多個工件。遮罩裝載器位於處理腔室中。此遮罩裝載器被裝配成使遮罩與載具連接。傳送腔室與處理腔室連接，以及載入鎖（load lock）與傳送腔室連接。於傳送腔室中的傳送機械手臂（robot）被裝配成在載入鎖與處理腔室之間輸送多個工件。工件輸送系統與載入鎖連接且被裝配成從載入鎖裝載及卸載多個工件。
根據本發明的第三態樣，提供一種離子植入法。此方法包括將多個工件以矩陣方式裝載在載具上。進行毯覆式植入，其包括穿過離子束掃描載具，以對多個工件中之每一者的整個表面進行植入(scanning the carrier through an ion beam to implant an entirety of a surface of each of the plurality of workpieces)。使遮罩與載具連接。此遮罩定義多個孔隙（aperture）且此遮罩至少部分覆蓋多個工件中之每一者。在與遮罩連接後進行選擇性植入，其包括穿過離子束掃描載具，以經由遮罩對多個工件中之每一者的表面的一區域進行植入。
本文所描述的離子植入機與太陽能電池有關。然而，此離子植入機可用於其他工件，例如半導體晶圓、發光二極體（light emitting diode，LED）、絕緣層上有矽（silicon-on-insulator，SOI）之晶圓或其他裝置。因此，本發明不限於以下描述的特定實施例。
[圖1]是離子植入機架構之第一實施例的頂部透視的方塊圖。離子植入機100具有離子源101。在ㄧ實施例中，此離子源101在不進行質量分析狀態下操作的RF電漿源。RF電漿源使用天線自氣體產生電漿。亦可使用諸如間接加熱陰極（indirectly heated cathode，IHC）的其他離子源或所屬技術領域中具有通常知識者已知的其他設計。離子源101可在殼體（enclosure）中並可與氣體箱（gas box）（未繪示）連接。使用提取電極114自離子源101將離子束110提取至處理腔室102中。在一實例中，處理腔室102中的工件直接位在提取電極114的下游。在一特定實施例中，以直線方式將離子束110自離子源101向處理腔室102中的工件投射(project)。可將離子源101與處理腔室102之間的提取孔隙定位在提取電極114之間或鄰近提取電極114處。如[圖1]所示，鄰近提取電極114的壁（wall）直接位在離子源101與 處理腔室102之間。
處理腔室102可包含掃描機械手臂或其他工件輸送系統。可將遮罩裝載器定位在處理腔室102中，使得遮罩可置放在離子束110的路徑中。舉例來說，遮罩可置放在含有工件的載具上。此遮罩可具有足夠大的尺寸以覆蓋多個工件 ，並可具有定義區域的孔隙，所述區域為每個工件中待進行植入之區域。因此，此遮罩至少部分覆蓋一個工件或多個工件，並可進行小於每個工件的整個表面的植入。在一可選實施例中，將遮罩固定在離子束110的路徑中，而不是置放在載具上。在另一可選實施例中，可移動遮罩使其進出離子束110，而不是將其置放在載具上。雖然遮罩中的孔隙允許部分離子束穿過，以於一個工件或多個工件的特定區域處進行植入，但遮罩的尺寸可使遮罩能夠覆蓋等於或小於100%的離子束110。因此，這些區域中之一者可為小於工件的整個表面。若遮罩覆蓋少於100%的離子束110，則隨後可對工件進行毯覆式及選擇性植入兩者。在此實例中，可分別進行毯覆式及選擇性植入或可至少部分地同步進行上述兩者。在一特定實施例中，遮罩具有足夠大的尺寸以覆蓋多個工件，其中所述多個工件可以陣列方式排列(arranged in an array)。此遮罩可具有多組孔隙，每組孔隙對應於多個工件中之一者。
度量系統（metrology system）103亦配置在離子束110的路徑中。儘管可有其他配置，但可將度量系統103定位在對工件進行植入的位置後方，且可僅在未對工件進行植入時才測量離子束110。
處理腔室102與含有至少一個傳送機械手臂115的傳送腔室104連接。在一特定實施例中，在傳送腔室104中使用兩個傳送機械手臂。舉例來說，每個傳送機械手臂可為單臂的機械手臂。在此實施例中，傳送腔室104與載入鎖105及載入鎖106連接。傳送腔室104中的傳送機械手臂115用於在處理腔室102與載入鎖105及載入鎖106之間輸送工件。 在一實例中，傳送機械手臂115可將工件置放在處理腔室102中的載具上。 在另一實例中，載具於傳送腔室104或載入鎖105中裝載工件，並使用傳送機械手臂115將載具移動至處理腔室102。
第一載入鎖105與工件輸送系統107連接且第二載入鎖106與工件輸送系統108連接。工件輸送系統107、108皆與界面109連接。可在真空下操作處理腔室102與傳送腔室104，而可在大氣壓或大氣下操作工件輸送系統107、108。在一實例中，載入鎖105及載入鎖106可在大氣與真空之間循環。
離子植入機100具有用於從處理腔室102裝載及卸載工件的兩條路徑。可例如使用包含工件堆(stacks of workpiece)的機架（rack）、卡匣（cassette）或載具，將工件（諸如太陽能電池）裝載至界面109中。在一實例中，使用工件輸送系統108將工件輸送至載入鎖106。此載入鎖106被抽降（pump down）至真空且工件被輸送至傳送腔室104。工件在處理腔室102中被植入，再將工件送回傳送腔室104且輸送至載入鎖105。一旦工件被送回至大氣中，便使用工件輸送系統107將工件輸送回界面109.  在另一實施例中，因為工件輸送系統107及工件輸送系統108中每一者皆具有可朝向不同方向操作的多個運輸帶（conveyor belt），因此工件輸送系統107及工件輸送系統108兩者皆裝載及卸載工件。當然，有可能存在其他使用離子植入機100的製造流程，且上述僅為實例。
在一可選實施例中，將另一載入鎖及工件輸送系統附接（attach）至傳送腔室104。此額外的工件輸送系統附接至界面109。此額外的載入鎖及工件輸送系統的增加將提供從處理腔室102裝載及卸載工件的第三路徑。可使用其他額外的載入鎖及工件輸送系統。在另一可選實施例中，每個載入鎖105及載入鎖106可包含多個腔室，且每個腔室各自具有用來裝載及卸載的孔隙或開口。
在處理腔室102中，可將工件置放在用來輸送及進行植入的載具上。舉例來說，載具可固持以陣列方式排列或呈4x4工件矩陣排列的16個工件，當然亦有可能是其他數目或排列方式。載具可由石墨、碳化矽或其他材料製造。在處理腔室102中，可將載具附接至另一裝置且自另一裝置移除載具，所述另一裝置例如是使用機械力、磁力或其他機制的掃描機械手臂、滾動板（roll plat）或一些其他機械手臂。
在一實例中，一系列（a series of）運輸機111及一系列運輸機112位於界面109與部分工件輸送系統107、108或載入鎖105、106之間。在一實例中，一系列運輸機111及112中的每一者可包含三個運輸帶，且一系列運輸機111、112中之每一者可被裝配成用以輸送呈一直線排列的工件（a line of workpieces），所述一直線排列的工件的寬度為一個工件的寬度。舉例來說，一系列運輸機112可將工件自界面109帶至載入鎖106。舉例來說，在工件輸送系統108中，高架機械手臂（gantry robot）、高架機械手臂及交換機械手臂或一些其他機械手臂可將工件從一系列運輸機112裝載至載入鎖106中。同樣地，在工件輸送系統107中，高架機械手臂、高架機械手臂及交換機械手臂或一些其他機械手臂可將工件從載入鎖105卸載至一系列運輸機111上。在一特定實施例中，高架機械手臂一次將四個工件從一系列運輸機112抬（lift）至交換機械手臂上，以將工件***載入鎖106中。此高架機械手臂或其他高架機械手臂亦可一次將四個工件從交換機械手臂抬至一系列運輸機111。此高架機械手臂可使用真空力、靜電力、機械力或一些其他機制來輸送工件，且每個高架機械手臂可裝載或卸載工件。一系列運輸機111、112可直接將工件傳送至界面109、或從界面109傳送工件，或另一組運輸機可將一系列運輸機111、112與界面109連接。界面109中可包括搬運器機械手臂(handler robot)，以諸如卡匣移動至一系列運輸機111、112，以及從一系列運輸機111、112移動卡匣。為了滿足產量需求，可能需要更多機械手臂以及可在機械手臂之間進行的一些工件傳送。
儘管已揭示工件輸送系統108及工件輸送系統 107之一特定實施例，但亦可有其他設計。亦可使用機械手臂、運輸帶、輸送工件或載具的其他機制或其組合。
[圖2]是離子植入機架構之第二實施例的頂部透視的方塊圖。此實施例僅具有載入鎖106及工件輸送系統108。因此，離子植入機113具有用於從處理腔室102裝載及卸載工件的單一路徑，但多個載具可至少部分地同時在離子植入機113附近移動(shuffle)。在一實施例中，一系列運輸機112中的每個運輸帶皆能夠裝載及卸載。在一特定實施例中，離子植入機113可具有與處理腔室102或傳送腔室104連接的載具存放區。
[圖3]至[圖4]是離子植入法之第一實施例的透視圖，其中所述離子植入法是使用本文揭示的植入機架構的實施例來進行。在[圖3]中，工件202配置在載具201上或在載具201中。載具201配置在可旋轉或傾斜的掃描機械手臂200上。此載具201可物理式或機械式固持工件202，但系統亦可使用靜電夾具（electrostatic clamp）來定位工件202。因此，掃描機械手臂200可在一表面上包括靜電夾具。
離子源101具有提取孔隙204（[圖3]中的斜線處）。提取孔隙204的設計可與[圖3]所示的提取孔隙不同。自提取孔隙204投射出離子束（諸如[圖1]至[圖2]的離子束110）。提取電極可位於鄰近提取孔隙204處。使用遮罩裝載器205在y方向上將遮罩203附接或連接至載具201，使得遮罩203中的孔隙對準工件202中需所需進行選擇性植入的區域。遮罩裝載器205可為移動或操控（manipulate）遮罩203的機械手臂、機械系統或磁性系統。
在一特定實施例中，掃描機械手臂200具有將載具201裝載於掃描機械手臂200上或將工件202裝載於載具201中的水平裝載位置。掃描機械手臂200亦具有用於植入工件202並經由離子束掃描工件202(scanning the workpieces 202 through the ion beam)的垂直植入位置。掃描機械手臂200可在上述近乎彼此垂直的兩個位置之間旋轉。當然，可有其他角度關係。
在一特定實施例中，使用遮罩裝載器205將遮罩203下降至載具201上。此遮罩裝載器205可為單一置台機械手臂(single stage robot)。可使用機械緊固件（fastening）或夾具（諸如止動銷(latch)）、磁性緊固件或夾具、或其他機制，使此遮罩203與載具連接。工件202可已在載具201中對準，如此可確保遮罩203與載具201的適當連接，以進行所需植入。
在[圖4]中，載具201及工件202被旋轉90o，使得工件202與自提取孔隙204提取出的離子束的方向（即z方向）垂直。可使用掃描機械手臂200進行此旋轉。在x方向上使工件202橫越自提取孔隙204投射出的離子束以掃描工件202，以對每個工件進行植入。因此，穿過(through)或橫越(across)離子束的掃描可為線型掃描。在進行植入之後，可使用遮罩裝載器205從工件202或載具201移除遮罩203。在處理腔室的第一區域中，遮罩203可附接至載具201或置放在工件202上。在x方向上與第一區域相對的區域（在離子源101的其他側上）可為處理腔室的第二區域。此第二區域可被用來暫時存放工件202或亦可具有遮罩裝載器205以附接或移除遮罩203。
[圖5]是進行[圖3]至[圖4]中所示的離子植入法之第一實施例的頂部透視圖。在[圖5]的右邊，四個工件202位在載具201上或在載具201中。在其他實施例中，可有更多或更少工件202位在載具201上或在載具201中。舉例來說，在一實施例中，可將十六個工件202置放在載具201上或在載具201中。遮罩203於工件202上方附接至載具201。
在[圖5]的左邊，藉由離子束110對工件202進行植入。在z方向上由離子源101的提取孔隙204提取出離子束110。已藉由掃描機械手臂200使工件202旋轉或傾斜，使得工件202與z方向垂直。舉例來說，如[圖5]的左邊所示，工件202可以傾斜90o的方式定位。可在x方向上掃描載具201以對工件202進行植入。在z方向上（可與重力垂直）投射離子束110能簡化離子植入機的設計且亦可減少工件202上的微粒沉積。儘管僅揭示單一掃描軸（x方向），但在一可選實施例中亦可在兩個軸上進行掃描（諸如在x方向及y方向上）。再者，儘管在[圖5]中遮罩203被繪示在工件202上，但在遮罩203及工件202之間亦可有間隙。
在一可選實施例中，當載具處於垂直位置時（即當工件202與自提取孔隙204提取出的離子束的方向垂直時），將遮罩203裝載在載具201上。在將遮罩203傳送至載具201之前，可藉由使用機械力或磁力的遮罩裝載器將遮罩203固持在處理腔室的壁上。所述遮罩裝載器可與[圖3]所示的遮罩裝載器205相似或可使用能夠進行載具201的此特定傳送的不同設計。
儘管已具體揭示載具201，另一實施例可未使用此載具201。在此特定實施例中，在植入期間，工件202被個別夾持至平台或定位在掃描機械手臂200的另一平台上以固持工件202。可同時夾持或固持一個或多個工件202。在一實例中，在植入期間使用靜電夾具固持工件202。
在一特定實施例中，將工件202以矩陣方式裝載在載具201上或在載具201中。此矩陣可為2x2、2x4、4x4或其他尺寸。可對工件202進行毯覆式植入及選擇性植入兩者。當將工件202裝載至載具201上或載具201中時或當將載具201裝載在掃描機械手臂200上時，掃描機械手臂200可位於水平裝載位置。掃描機械手臂200將載具201旋轉至垂直植入位置且經由離子束110來掃描工件202，掃描機械手臂200在x方向上輸送工件202以對每個工件202的整個表面進行毯覆式植入。在此毯覆式植入期間，離子束110對每個工件202的整體進行植入。在一實例中，掃描機械手臂200可將載具201旋轉回水平裝載位置，以將遮罩203裝載或連接至載具201上或在工件202上方。在另一實例中，在掃描機械手臂200仍處於其垂直植入位置的同時，將遮罩203裝載或連接至載具201或在工件202上方。在將遮罩203裝載及連接之後，掃描機械手臂200經由離子束110掃描工件202及遮罩203，掃描機械手臂200在x方向上輸送工件202以對每個工件202的表面區域進行選擇性植入。在此選擇性植入期間，離子束110經由遮罩203對每一工件202的區域進行植入。在掃描機械手臂200處於水平裝載或垂直植入位置的同時移除遮罩203。在掃描機械手臂200處於水平裝載位置的同時，將工件202卸載或不與載具201連接，或將載具201從掃描機械手臂200卸載。當然，可按任意順序進行毯覆式植入及選擇性植入，其限制條件為在選擇性植入之前先裝載或連接遮罩203，且在毯覆式植入之前先卸載或不連接遮罩203。在一可選實施例中，可進行兩個選擇性植入來代替毯覆式及選擇性植入。所述兩個選擇性植入可需要兩個不同的遮罩203以形成兩個不同的植入圖案。
[圖6]至[圖7]是離子植入法之第二實施例的透視圖，其中所述離子植入法是使用本文揭示的植入機架構的實施例來進行。在此實施例中，離子源101在y方向上被配置在工件202或處理腔室上方（即在與重力近乎平行的方向上投射離子束110）。在[圖6]中，在例如是具有遮罩裝載器205的y方向上將遮罩203附接或連接至載具201，使得遮罩203中的孔隙對準工件202中所需進行選擇性植入的區域。在[圖7]中，在x方向上掃描工件202，以對每個工件202進行植入。在進行植入之後，諸如可使用遮罩裝載器205從工件202或載具201移除遮罩203。可在處理腔室的第一區域中進行上述移除步驟。在x方向上與第一區域相對的區域（在離子源101的其他側上）可為處理腔室的第二區域。此第二區域可被用來暫時存放工件202或亦可具有遮罩裝載器205以附接或移除遮罩203。
若使用本文所述的實施例需要進行毯覆式植入，則不需使用遮罩203。在此實例中，經由自提取孔隙204提取出的離子束掃描工件202，而不是經由遮罩203。在一些實施例中，需要進行毯覆式及選擇性植入兩者。可根據植入順序使用遮罩203進行毯覆式植入及選擇性植入兩者，而不破壞工件202周圍的真空。舉例來說，可進行毯覆式植入，隨後將遮罩203附接至載具201或使其位在載具201上方，以及進行選擇性植入。在另一實例中，將遮罩203附接至載具201或使其位在載具201上方、進行選擇性植入、從載具201移除遮罩203以及隨後進行毯覆式植入。在進行毯覆式或選擇性植入期間，或許需要一次或多次通過離子束110來獲得所需的劑量。
在一可選實施例中，有孔隙的鞘修改器（sheath modifier）置放在離子源上或在離子源中，而不是使用遮罩或補充遮罩。此鞘修改器藉由影響電漿鞘使離子集中以進行選擇性植入。可改變工件相對於離子源或離子束電流的掃描速度來進行選擇性植入或進行毯覆式與選擇性植入的結合。亦可改變鞘修改器中的孔隙的形狀，以進行選擇性與毯覆式植入或僅進行毯覆式植入。可使用離子源與其他集中型離子束系統來進行選擇性植入。
本文所述實施例可以約每小時對約3000片晶圓（wafers per hour，wph）進行毯覆式植入的產量或對約2000 wph進行選擇性植入的產量的方式來處理晶圓。當然，亦可具有其他產量。在特定裝配中，如本文揭示的離子植入機可以高達6000 wph的方式來處理晶圓。
一實施例以冷卻工件為特徵。在一實施例中可使用背面氣體冷卻，且背面氣體冷卻系統可例如是載具201或掃描機械手臂200的一部分。舉例來說，工件可維持在300oC或200oC下。可進行磷、砷、硼、其他n型摻質、其他p型摻質、金屬或所屬領域的技術人員已知的其他物種的植入。儘管可有其他植入劑量，但植入劑量可在E15 cm-2範圍內。使用遮罩或使用其他選擇性植入法的植入特徵(implanted features)的尺寸可小於約300微米。在本文所述實施例中，未對離子束進行質量分析。然而，在一可選實施例中，附接至處理腔室102的射束線（beamline）包括質量分析器。在一此實施例中，離子束彎曲或偏轉以移除不適當的離子物種或具有不適當能量的離子。此離子束彎曲或偏轉可降低污染，以進行特定植入處理。本文所示離子源中之一者亦可為經修改或經裝配以提供沉積、蝕刻或其他功能。
[圖8]至[圖10]是載具之實施例的透視圖。[圖8]中的載具201具有以4x4矩陣方式排列的16個工件202。每個工件202被框架300圍繞。在一實施例中，載具201可包括在載具201的一側上的基座（base），所述載具201的一側為工件202被裝載處的對面。在另一實施例中，框架300的兩側是開放的。
如[圖9]所示，每個框架300可包括一個或多個推桿（pusher）301。此推桿301可與彈簧加載旋轉臂（spring-loaded rotary arm）連接。當伸出時，推桿301將工件202移動至框架300的對面壁上。 在一實例中，框架300的兩相鄰壁具有一個或多個推桿301。此一個或多個推桿301將工件202從推桿301移動至框架300的對面壁上或框架300的壁上。此可藉由將工件202按壓至壁角中或壁上而能進行對準。 推桿301 可具有觸及工件202的溝槽端或弧形端以幫助保持（retain）或夾住（grip）工件202。
如[圖10]所示，框架300亦可包括一個或多個保持機構（retention mechanism）302。在一實施例中，此保持機構302可為保持插針（pin）。每個保持機構302可具有觸及工件202的溝槽端或弧形端以幫助保持或扣住工件202。推桿301可與保持機構302一同運作以在框架300中固持工件202。在一實例中，框架300亦可包括可將工件202推出保持機構302的一個或多個釋放機構303。
[圖11]是離子植入機架構之第三實施例的頂部透視的方塊圖。部分此實施例與[圖1]的實施例相似。然而，離子植入機400包括與載入鎖402、403連接的第二傳送腔室401。傳送腔室104及第二傳送腔室401皆可具有至少一個傳送機械手臂（未繪示），此傳送機械手臂可與傳送機械手臂115相似。載入鎖402、403與工件輸送系統404、405連接，其中工件輸送系統404、405各具有一系列運輸機 407、408。工件輸送系統404、405可與工件輸送系統107、108相似。工件輸送系統404、405與界面406連接。工件輸送系統404、405中的高架機械手臂、一些其他機械手臂或機械手臂的組合可在一系列運輸機407、408與載入鎖402、403之間裝載工件。此實施例能夠有多個輸入及輸出工件的路徑。載具可於處理腔室102中及處理腔室102外在一個或兩個方向上循環。
[圖12]是離子植入機架構之第四實施例的頂部透視的方塊圖。此實施例與[圖11]相似，但僅具有使載入鎖403連接至界面406的工件輸送系統405，以及使載入鎖106連接至界面109的工件輸送系統108。此離子植入機409能夠有多個輸入及輸出工件的路徑。在一實例中，工件輸送系統108、405中之一者是用於裝載工件，而另一者是用於卸載工件。在另一實例中，工件輸送系統108、405皆用於裝載及卸載工件。
在[圖11]至[圖12]的實施例中，界面406亦可與界面109相同或與界面109連接。因此，界面406可為相同單元的一部分且可共用用於裝載或卸載卡匣的機械手臂。當然，如[圖11]至[圖12]所示，界面406亦可與界面109分離。
本文所揭示實施例可固持多個載具。可在植入及裝載或卸載工件期間於各種位置中循環或存放這些載具。[圖2]的實施例可使用五個載具。[圖1]的實施例可使用八個載具。[圖12]的實施例可使用10個載具。[圖11]的實施例可使用16個載具。當然，在每個實施例中可使用更多或更少載具。這些數字僅為說明性的。
[圖13]是離子植入機架構之第五實施例的頂部透視的方塊圖。離子植入機410具有處理腔室102及處理腔室412。此兩者皆與傳送腔室104連接，所述傳送腔室104可具有與傳送機械手臂115相似的傳送機械手臂（未繪示）。處理腔室412具有產生離子束414的離子源411。處理腔室412亦具有度量系統413。處理腔室412、離子源411及度量系統413可分別與處理腔室102、離子源101及度量系統103相似。在此實例中，處理腔室102與載具存放區415連接。儘管[圖13]中僅繪示一個載具存放區415，但亦可在離子植入機410中使用一個以上的載具存放區415。舉例來說，處理腔室102可與兩個載具存放區415連接。
在一實例中，處理腔室 412中的工件直接位在提取電極420的下游。在一特定實施例中，將離子束414以直線方式自離子源411向處理腔室412中的工件投射。可將離子源411與處理腔室412之間的提取孔隙定位在提取電極420之間或鄰近提取電極420處。如[圖13]所示，鄰近提取電極420的壁直接在離子源411與處理腔室412之間。
離子植入機 410中的處理腔室102、412皆可進行毯覆式及選擇性植入、兩次毯覆式植入或兩次選擇性植入。每個離子束110、414可使用不同的植入物種或相同的植入物種。兩次選擇性植入可對工件的不同區域進行植入，其中工件的各區域分別形成在每個處理腔室102、412中。因此，此兩次選擇性植入所使用的遮罩可為不同的。可進行所有上述植入，而不破壞工件周圍的真空。本文所揭示的其他實施例亦可具有以相似方式附接的兩個或兩個以上處理腔室。可將各種傳送腔室連接，使得每個傳送腔室與每個處理腔室連接。當然，亦可有一實例，其為可僅一個傳送腔室與兩個處理腔室中之一者連接。
在一實例中，兩個處理腔室及兩個傳送腔室可與載入鎖及與傳送腔室連接的工件輸送系統形成環形路徑。因此，外加的傳送腔室可與[圖13]中繪示的處理腔室102、412連接。可穿過整個環形路徑循環工件或可僅穿過半個環形路徑循環工件。兩個工件流程（flow）可改進可用時間（uptime）及產量。因此，在使用兩個工件流程的植入機中的工件可進出相同傳送腔室，而不是通過其他傳送腔室。在此實例中，藉由兩個離子源對工件進行植入，但工件皆循環回原來的傳送腔室。
在又一實例中，兩個處理腔室可以環形路徑連接在一起，且可在每個處理腔室中進行毯覆式及選擇性植入。因此，總共可在每個工件上進行四次植入。每個離子源可進行不同離子物種的植入。工件可穿過兩個傳送腔室循環且可穿過原來的傳送腔室或其他傳送腔室離去(exit)。每個處理腔室可在相同工件上進行選擇性及毯覆式植入兩者。因此，可存在兩個工件流程，且循環(cycling)可補償用於進行選擇性植入的遮罩的定位或移除。
[圖14]是離子植入機架構之第六實施例的頂部透視的方塊圖。離子植入機417具有兩個處理腔室102、412、兩個傳送腔室104、401及兩個載具存放區415、416。可使用平行路徑操作離子植入機 417，使得單點故障不會導致操作中的整個離子植入機417暫停。因此，將增加離子植入機417上的可用時間。另一優點為工件可在相同位置處進出。由於第一組工件可以等待待進行植入的第二組工件(a second set of workpieces to be implanted)，且在第二組工件在等待或被輸送至他處時以及被第三組工件替代的同時，第一組工件才立即開始進行植入，因此離子植入機 417可具有較高的離子束運用。當裝載或卸載其他組工件時，可對第一組工件進行植入以增加產量。
[圖14]的虛線418、419繪示上述平行路徑。每組工件從載入鎖403或載入鎖106進入。將此組工件送回至相同載入鎖以從離子植入機 417被移除。可對來自一路徑的一組工件進行植入，且於此同時，來自任一路徑的其他組工件在離子植入機417內循環。可將工件移動、裝載、卸載及進行植入的時間與順序設定成提供最高產量。在一實施例中，離子束110及離子束414使用不同的植入物種，但離子束110及414亦可使用相同的植入物種。在另一實施例中，每組工件通過(pass past)每個離子源101及411來進行多次植入，以獲得所需的植入劑量或從每個離子源101及411獲得毯覆式及選擇性植入。當然，若會增加產量或若在離子植入機417內會導致破損或錯誤，則工件可穿過不同的載入鎖106、403進出離子植入機。
如[圖11]至[圖12]所示，具兩個工件流程的相似離子植入機可僅具有一個離子源及一個處理腔室。工件可進出相同的傳送腔室，而不通過其他傳送腔室。單一處理腔室可對相同工件進行選擇性及毯覆式植入兩者。因此，可有兩個工件流程，且循環可補償用於進行選擇性植入的遮罩的定位或移除。
若進行連鎖式（chained）植入，則可包括翻轉台（flip station）。此翻轉台可將載具翻轉180o（若其例如是未包括基板）或可將工件翻轉180o，且將這些工件放在不同的載具中或放回相同的載具中。可使用機械手臂翻轉工件或載具。翻轉能夠對工件的兩面進行植入，此對於一些太陽能電池而言是必要的。在一實施例中，工件可以一表面朝上的方式進入離子植入機且以相反表面朝上的方式離開離子植入機。
翻轉台可在相同的真空條件下與處理腔室連接，翻轉台可在相同的真空條件下與傳送台連接，或翻轉台可在非真空下進行連接(connected outside of vacuum)。舉例來說，傳送台可藉由外部的運輸機與翻轉台連接。在一特定實施例中，[圖13]的載具存放區415或[圖14]的載具存放區415、416亦可用作翻轉台。
可以連鎖式或非連鎖式的方式來操作本文所揭示的實施例。可進行連鎖式植入的離子植入機能在相同的處理腔室或未破壞真空的處理腔室中進行毯覆式及選擇性植入、兩次毯覆式植入、兩次選擇性植入或其他兩次或兩次以上植入的組合。因為可需要較少的運輸機或其他組件，因此使用進行連鎖式植入的單一離子植入機可例如減少製造廠中製造設備的佔地面積、可使用較少更換或耗材零件或可降低總成本。使用本文所述實施例的連鎖式或非連鎖式的離子植入機相較於現有離子植入機皆可增加產量。
可模組化本文所揭示的各種組件（諸如工件輸送系統、傳送腔室）。因此，可將標準組件結合至不同組態中。這些不同組態將具有不同產量且可被用來進行不同類型的植入或對不同類型的工件進行植入。
在一實例中，可使用單一離子植入機製造選擇性射極（selective emitter，SE）太陽能電池。此可使用毯覆式及選擇性植入。在另一實例中，可使用單一離子植入機製造指叉背面接觸（interdigitated backside contact ，IBC）太陽能電池。此可使用至少兩次選擇性植入，每次選擇性植入用不同的植入物種。然而，一些SE及IBC太陽能電池相較於此使用更多植入步驟。其他太陽能電池設計亦可使用本文所述植入機設計進行植入。
本揭示不以本說明書中所描述之具體實施例的範圍為限。事實上，除本說明書中所描述的實施例之外，藉由以上描述及附圖，本揭示的其他各種實施例及修改對本領域具有通常知識者是清楚的。因此，此類其他實施例及修改意欲落入於本揭示的範圍內。此外，雖然本說明書中已在特定目的之特定環境中以特定實施方案描述本揭示，但本領域具有通常知識者將了解，本揭示的效用不局限於此，且本揭示可有利地出於許多目的而在許多環境中實施。因此，應如本說明書中所描述本揭示的整個廣度及精神來解釋下文陳述的申請專利範圍。
100、113、400、409、410、417．．．離子植入機
101、411．．．離子源
102、412．．．處理腔室
103、413．．．度量系統
100、401．．．傳送腔室
105、106、402、403．．．載入鎖
107、108、404、405．．．工件輸送系統
109、406．．．界面
110、414．．．離子束
111、112、407、408．．．一系列運輸機
114、420．．．提取電極
115．．．傳送機械手臂
200．．．掃描機械手臂
201．．．載具
202．．．工件
203．．．遮罩
204．．．提取孔隙
205．．．遮罩裝載器
300．．．框架
301．．．推桿
302．．．保持機構
303．．．釋放機構
415、416．．．載具存放區
418、419．．．虛線
X、Y、Z．．．方向
參照附圖以更清楚理解本揭示，所述附圖以引用的方式併入本文且其中：
[圖1]是離子植入機架構之第一實施例的頂部透視的方塊圖。 [圖2]是離子植入機架構之第二實施例的頂部透視的方塊圖。 [圖3]至[圖4]是離子植入法之第一實施例的透視圖，其中所述離子植入法是使用本文揭示的植入機架構的實施例來進行。 [圖5]是進行[圖3]至[圖4]中所示的離子植入法之第一實施例的頂部透視圖。 [圖6]至[圖7]是離子植入法之第二實施例的透視圖，其中所述離子植入法是使用本文揭示的植入機架構的實施例來進行。 [圖8]至[圖10]是載具之實施例的透視圖。 [圖11]是離子植入機架構之第三實施例的頂部透視的方塊圖。 [圖12]是離子植入機架構之第四實施例的頂部透視的方塊圖。 [圖13]是離子植入機架構之第五實施例的頂部透視的方塊圖。 [圖14]是離子植入機架構之第六實施例的頂部透視的方塊圖。
100．．．離子植入機
101．．．離子源
102．．．處理腔室
103．．．度量系統
104．．．傳送腔室
105、106．．．載入鎖
107、108．．．工件輸送系統
109．．．界面
110．．．離子束
111、112．．．一系列運輸機
114．．．提取電機
115．．．傳送機械手臂

Claims (25)

  1. 一種離子植入機，包括： 離子源； 處理腔室，連接至所述離子源並藉由多個提取電極與所述離子源分離； 載具，裝配成固持多個工件；以及 遮罩裝載器，位於所述處理腔室中，其中所述遮罩裝載器裝配成使遮罩與所述載具連接。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入機，其中所述離子源包括RF離子源。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入機，其中所述遮罩與所述載具磁性緊固。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入機，其中所述遮罩與所述載具機械緊固。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入機，其中所述遮罩具有足夠大的尺寸以覆蓋所述多個工件。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入機，更包括掃描機械手臂，所述掃描機械手臂裝配成輸送所述載具穿過自所述離子源引導出的離子束。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之離子植入機，其中所述掃描機械手臂具有彼此垂直的水平裝載位置及垂直植入位置，且所述掃描機械手臂裝配成將所述載具自所述水平裝載位置旋轉至所述垂直植入位置，使所述多個工件在所述離子束的路徑中。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入機，其中所述多個工件直接位在所述提取電極的下游。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之離子植入機，其中離子束以直線方式自所述離子源向所述多個工件投射。
  10. 一種離子植入機，包括： 離子源； 處理腔室，連接至所述離子源並藉由多個提取電極與所述離子源分離； 載具，裝配成固持多個工件； 遮罩裝載器，位於所述處理腔室中，其中所述遮罩裝載器裝配成使遮罩與所述載具連接； 傳送腔室，與所述處理腔室連接； 載入鎖，與所述傳送腔室連接； 傳送機械手臂，位於所述傳送腔室中，裝配成在所述載入鎖及所述處理腔室之間輸送所述多個工件；以及 工件輸送系統，與所述載入鎖連接且裝配成從所述載入鎖裝載及卸載所述多個工件。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之離子植入機，其中所述離子源包括RF離子源。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之離子植入機，其中所述遮罩與所述載具磁性緊固。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之離子植入機，其中所述遮罩與所述載具機械緊固。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之離子植入機，其中所述遮罩具有足夠大的尺寸以覆蓋所述多個工件。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之離子植入機，更包括掃描機械手臂，所述掃描機械手臂裝配成輸送所述載具穿過自所述離子源引導出的離子束。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之離子植入機，其中所述掃描機械手臂具有彼此垂直的水平裝載位置及垂直植入位置，且其中所述掃描機械手臂裝配成將所述載具自所述水平裝載位置旋轉至所述垂直植入位置，使所述多個工件在所述離子束的路徑中。
  17. 如申請專利範圍第10項所述之離子植入機，更包括第二載入鎖，所述第二載入鎖與所述傳送腔室連接。
  18. 如申請專利範圍第10項所述之離子植入機，更包括： 第二離子源，其中所述離子源及所述第二離子源中之一者產生n型離子且所述離子源及所述第二離子源中之另一者產生p型離子； 第二處理腔室，連接至所述傳送腔室及所述第二離子源，其中所述第二處理腔室藉由多個第二提取電極與所述第二離子源分離； 第二遮罩裝載器，位於所述第二處理腔室中，其中所述第二遮罩裝載器裝配成使第二遮罩與所述載具連接。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之離子植入機，更包括第二傳送腔室，與所述處理腔室及所述第二處理腔室連接。
  20. 如申請專利範圍第10項所述之離子植入機，其中所述多個工件直接位在所述提取電極的下游。
  21. 如申請專利範圍第10項所述之離子植入機，其中離子束以直線方式自所述離子源向所述多個工件投射。
  22. 一種離子植入法，包括： 將多個工件以矩陣方式裝載在載具上； 進行毯覆式植入，其中所述毯覆式植入包括穿過離子束掃描所述載具，以對所述多個工件中之每一者的整個表面進行植入； 使遮罩與所述載具連接，其中所述遮罩定義多個孔隙且所述遮罩至少部分覆蓋所述多個工件中之每一者；以及 在所述與所述遮罩連接之後進行選擇性植入，其中所述選擇性植入包括穿過所述離子束掃描所述載具，以經由所述遮罩對所述多個工件中之每一者的所述表面的一區域進行植入。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之離子植入法，其中所述選擇性植入是在所述毯覆式植入之前進行。
  24. 如申請專利範圍第22項所述之離子植入法，其中所述裝載發生在水平裝載位置時且所述毯覆式植入及所述選擇性植入發生在垂直植入位置時，其中所述水平裝載位置及所述垂直植入位置彼此垂直。
  25. 如申請專利範圍第22項所述之離子植入法，其中在包含所述多個工件的腔室中進行所述毯覆式植入、所述連接及所述選擇性植入，而不破壞真空。
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