[發明專利]離子注入設備和注入離子的方法

無效

• 申請號: 201280067098.1
• 申請日: 2012-11-13
• 公開（公告）號: CN104054155A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: T.斯米克;G.賴丁;H.格拉維施;T.薩卡斯;W.帕克;P.艾德;D.阿諾德;R.霍納;J.吉萊斯皮
• 申請（專利權）人: GTAT公司
• 主分類號: H01J37/317
• 分類號: H01J37/317;H01L21/265;H01L31/18
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 吳艷

交叉參照相關申請

本申請要求2011年11月15日提交的美國專利申請號13/296,436的權益。

背景技術

對使用光伏技術的再生能源的需求越來越大。特別是，光伏電池通常形成在晶體硅晶片上，該晶體硅晶片通常通過將硅結晶塊切片來獲得。該工藝，其典型地生產比115微米更厚的硅晶片,由于在切口損失中消耗高達50％的硅體而浪費相當量的硅。由此產生的晶片比有用的光伏裝置所需要的也厚得多。

更薄的硅片層已經通過在典型地用H⁺離子進行大劑量離子注入之后加熱來剝落薄膜得以實現。然而，為了通過剝離制造有用的硅片層用于光伏應用，必須在高能量下注入離子，以便在足夠的深度產生不牢固層。

并且，為了提供比較高的生產力，希望采用高射束(beam)電流。離子電流為100毫安且能量為1兆電子伏的注入射束現在正被考慮。投射到正被注入的襯底(substrate)的有效射束功率可為100千瓦或更高的量級。對防止襯底由這樣高的注入射束功率加熱到過熱的溫度的需要提供了相當大的挑戰。

在已知類型的離子注入工具中，要注入的離子束被定向在批量安裝于處理輪的圓周周圍的襯底(典型地硅晶片)上。處理輪(process?wheel)或旋轉掃描組件被安裝用于圍繞一軸旋轉以使得在該輪上的晶片相繼地通過離子束。這樣，離子束的能量可在所述處理輪上的所述批量的晶片之間共享。晶片被安裝在處理輪上的襯底保持器上。襯底保持器包括用于支撐所述晶片的熱沉表面。熱沉表面的強制冷卻典型地是借助于水冷結構提供的。

晶片和熱沉支撐表面之間的接觸通過使支撐表面向內朝向旋轉軸傾斜得以保持，由此所述晶片隨著處理輪旋轉而通過離心力壓靠所述支撐表面。

在這樣的使用旋轉掃描組件的注入設備中晶片的冷卻的有效性可取決于晶片通過其壓靠下面的熱沉表面的力。已知的離子注入設備提供了為鼓形式的旋轉掃描組件，晶片安裝在所述鼓的內面周圍，大體上面向旋轉軸線。該配置使在晶片上的離心力的效果最大化以使在注入工藝期間所述晶片冷卻最優化。

旋轉鼓類型的離子注入設備體積會非常大。旋轉鼓它本身的直徑不得不足夠大以使得鼓的圓周容納要以單個批量處理的所需要數量的襯底晶片。因為安裝在旋轉鼓上的襯底晶片大體上面向鼓的旋轉軸，因此離子束必須以相對于所述鼓的旋轉軸相對較大的角度定向(direct)在圍繞所述鼓的內圓周的所述襯底處。現有技術中關于離子注入器的射束線路結構典型地需要射束線路(beam?line)的元件，包括離子源，分析器磁體和射束加速單元，所有的都要位于所述鼓的圓周的外側。這樣，射束可以直線方式沿著穿過所述鼓的直徑的漂移路徑定向。不僅該典型的結構導致鼓式離子注入器占據半導體裝配設施的底面上的相對大的覆蓋區，而且離子束穿過所述鼓的直徑的長的漂移路徑長度可在一些應用中產生一些困難。

發明內容

提供一種離子注入設備，包括具有旋轉軸和圓周的旋轉掃描組件。多個襯底保持器被分布在圓周周圍。這些襯底保持器被布置成以共同的襯底傾角保持相應的平面襯底以限定圍繞旋轉軸的小于60°的總錐角。

襯底傾角被限定為，圍繞穿過襯底的中心且與旋轉掃描組件的圓周相切的軸，相對于平行于所述軸掃描組件的旋轉軸并包含相切軸的平面，襯底平面的旋轉角。

安裝在旋轉掃描組件上的平面襯底的總錐角是現有技術術語，其是本領域內的技術人員所熟知的。如果安裝在旋轉掃描組件的襯底保持器上的平面襯底的共同襯底傾角，如上所限定的，是α，那么總錐角是2α。因此，可看到，為了使由安裝在旋轉掃描組件上的保持器上的平面襯底形成的總錐角小于60°，襯底的共同的傾角應當小于30°。

離子注入設備進一步包括射束線路組件，以提供一束離子用于注入在襯底保持器上的平面襯底中。射束線路組件被布置成以將射束定向在沿著相對于旋轉軸為至少45°角度的最后射束路徑的預定離子注入方向上。

在設備的操作中，襯底保持器上的平面襯底隨著旋轉掃瞄組件旋轉在運行方向上與最后射束路徑相交。

射束線路組件在離子束方向上按順序進一步包括離子源，離子加速器和射束彎曲磁體。離子加速器對將來自于離子源的離子加速以產生具有所希望的至少500千電子伏特的注入能量的加速射束是有效的。射束彎曲磁體具有接收加速射束的射束進口。離子源，加速器和射束進口限定從離子源到射束彎曲磁體的射束進口是線性的的射束加速路徑。