專利名稱：對(duì)硅太陽能襯底進(jìn)行切片的軌道配置和方法
對(duì)硅太陽能襯底進(jìn)行切片的軌道配置和方法 對(duì)相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用僅僅作為一個(gè)實(shí)例，太陽能電池依賴諸如硅的起始材料 (starting material)。這種硅通常使用多晶硅(即多晶體的硅)和/ 或多晶硅材料制成。這些材料通常難以制造。多晶硅電池通常通過制 造多晶硅板來形成。盡管這些板可以有效地形成，但是它們不具備高 效太陽能電池的最佳性能。單晶硅具有高級(jí)太陽能電池的適當(dāng)性能。 然而，這種單晶硅價(jià)格昂貴，還難以按照高效且成本有效的方式用于 太陽能用途。此外，多晶硅材料和單晶硅材料在傳統(tǒng)制造過程中均遭 受稱為"刮線損失(kerf loss)"的材料損失，其中，出于鑄件或生長(zhǎng) 晶錠(grown boule )并將材料單片化(singulate )成晶片形式的因素， 鋸割工藝消除起始材料的多達(dá)40%甚至達(dá)到60%。這是制備用作太 陽能電池的薄多晶硅或單晶硅板的非常低效的方法。

圖1是例示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例在具有軌道配置的工具 中加工材料膜的方法的簡(jiǎn)化示意圖。圖4是采用跑道(runway)型架構(gòu)的系統(tǒng)的簡(jiǎn)化頂視示意圖。
〖0017圖5是采用轉(zhuǎn)動(dòng)壓盤(rotating platen )而不是傳送帶來 移動(dòng)托盤、塊(brick)或村底的系統(tǒng)的簡(jiǎn)化頂-現(xiàn)示意圖。
具體實(shí)施例方式上述順序的步驟提供了 一種根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的使用注 入工藝和解理工藝形成村底的方法。如所示，方法100包括使用基 于加速器的高能注入工藝和受控解理工藝來利用按照軌道方式配置 的系統(tǒng)去除材料膜，該膜優(yōu)選是厚且獨(dú)立式的。在不脫離權(quán)利要求的 范圍的情況下，還可以提供其他替代方式，其中可以添加步驟，可以 去除一個(gè)或更多步驟，或者可以按不同的順序提供一個(gè)或更多步驟。 本方法的進(jìn)一步細(xì)節(jié)可以在本說明書的全文且從以下說明更具體地 找到。
0021簡(jiǎn)而言之，方法100包括至少兩個(gè)主要工藝。第一主要 工藝是至少包括工藝120和125的注入工藝，其中工件的表面暴露至 能量離子束。例如，工件是晶體硅的錠或塊，具有被制備為基本在特 定晶面(例如(111)或(110)面)內(nèi)的表面，具有若干度的誤切角 (miscut angle )。能量粒子束可以是注入氫的輕離子，其經(jīng)由相應(yīng)的 高電流高能加速器被加速至大于1MeV的高能。然后經(jīng)由磁束掃描器 將離子束引導(dǎo)并調(diào)整為具有期望的斑尺寸(spot size)和可控的掃描 模式。當(dāng)將離子束引入工件的表面時(shí)，離子到達(dá)并駐留在位于工件表 面下方明確限定的深度處的薄層中，限定其解理區(qū)或解理層。該解理 區(qū)或?qū)訕?gòu)建機(jī)械裂紋將沿其優(yōu)先傳播的面。使用基于加速器的離子注 入的技術(shù)及其注入工具的實(shí)例的有關(guān)細(xì)節(jié)可以在美國(guó)專利申請(qǐng) No.ll/936582 、美國(guó)專利申請(qǐng)No.60/997684和美國(guó)專利申請(qǐng) No.60/992086中找到，這些申請(qǐng)共同轉(zhuǎn)讓給力口利福尼亞圣何塞的 Silicon Genesis公司，在此通過參考并入這些申請(qǐng)用于所有目的。在 一個(gè)實(shí)施例中，在耦接至軌道結(jié)構(gòu)的注入子系統(tǒng)中進(jìn)行注入工藝，該 注入子系統(tǒng)是可擴(kuò)展且模塊化的以與其他工藝或服務(wù)模塊耦接。例 如，以下將按圖2更詳細(xì)地描述軌道結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，托盤服務(wù)模塊1200可以耦接至軌道結(jié) 構(gòu)1000。托盤模塊1200可用于設(shè)置(station)才羊品托盤1100，樣品 托盤1100中可以裝載一個(gè)或更多工件。在一種實(shí)施方式中，樣品托 盤1100被設(shè)計(jì)為能夠攜帶多個(gè)工件以最大化制造吞吐量。例如，托 盤1100可以具有6x6個(gè)貨盤(pallet)，每個(gè)貨盤放置156x156mm 的晶錠；或者可以具有8x8個(gè)貨盤，每個(gè)貨盤i文置125x125mm的晶 錠。每個(gè)晶錠可以具有達(dá)到100mm的總高度。在一個(gè)實(shí)施方式中， 取決于晶片形狀因子，每個(gè)注入/解理工藝對(duì)的吞吐量期望在每小時(shí) 185-300晶片的范圍內(nèi)。在實(shí)施例中，可以安裝多于一個(gè)托盤來增加 生產(chǎn)量。
00261在另一實(shí)施例中，工廠量產(chǎn)系統(tǒng)包括一個(gè)或更多注入子 系統(tǒng)。每個(gè)注入子系統(tǒng)包括基于加速器的離子注入器(例如1001)和 終端站(ES)(例如1011)。托盤1100可以;陂裝栽到終端站1011 中，終端站1011是真空室并耦接至加速器1001以對(duì)托盤1100中的 至少一個(gè)工件進(jìn)^f亍注入工藝?；诩铀倨鞯碾x子注入器1001的特征在于高電流、高能 離子束加速器，并被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生能量大于1MeV的質(zhì)子或其他輕離子 的單能量束。在一個(gè)實(shí)例中，使用基于RFQ或基于RFI的線性加速 器。在另一實(shí)例中，采用回旋加速器。在又一實(shí)例中，可以使用靜電 加速器。對(duì)本發(fā)明實(shí)施例有用的離子注入設(shè)備近來已經(jīng)通過使用直流 (DC)靜電粒子加速器(例如，從比利時(shí)Ion Beam Application SA 可以獲得的DYNAMITRON質(zhì)子加速器)變得可用。可以使用的其 他形式的DC靜電加速器包括范德格喇夫(Van De Graaff)或范德格 喇夫串列式靜電(Tandem Van De Graaff)力口速器類型。
0028由加速器1001產(chǎn)生的質(zhì)子束被引入終端站1011，并用適 當(dāng)?shù)陌咧睆胶蛣┝靠刂七M(jìn)行調(diào)整。在終端站1011內(nèi)，將托盤1100中 的工件的表面暴露至質(zhì)子束，質(zhì)子束可以被掃描并脈沖調(diào)制以提供跨越表面區(qū)域的適當(dāng)劑量。然后，將能量離子注入到每個(gè)工件的表面并 駐留在依據(jù)束的能量水平的明確限定的深度處，導(dǎo)致在薄層內(nèi)形成應(yīng) 力缺陷結(jié)構(gòu)，稱為解理區(qū)或解理層。在一個(gè)實(shí)施方式中，可以有某些
被耦接至軌道結(jié)構(gòu)1000的附加注入子系統(tǒng)。例如，另一注入子系統(tǒng) 包括加速器1002 (或1003，或100N)和終端站1012 (或1013，或 101N)，用于相應(yīng)地對(duì)保持至少一個(gè)工件的分離的托盤進(jìn)行類似注入 工藝。
0029再次參照?qǐng)D2，軌道結(jié)構(gòu)100還^皮配置為與沿軌道路徑的 若干工藝或服務(wù)模塊耦接。例如， 一個(gè)或更多解理模塊1211、 1212 或121N直接耦接至軌道結(jié)構(gòu)1000。在注入子系統(tǒng)之一中進(jìn)行了注入 工藝之后(在下一段落中描述)，可以經(jīng)由傳送裝置將托盤1100傳 送到解理模塊1211。解理模塊1211包括用于對(duì)托盤1100中的工件進(jìn) 行一個(gè)或更多熱機(jī)械處理的工具。具體地，可以應(yīng)用并控制熱機(jī)械處 理以導(dǎo)致在靠近解理區(qū)處引發(fā)工件的機(jī)械裂紋，并且隨后沿解理區(qū)進(jìn) 行受控傳播。在一個(gè)實(shí)施例中，熱機(jī)械處理導(dǎo)致體工件的薄上層的解 理工藝或受控裂紋傳播。解理工藝將導(dǎo)致完全厚度獨(dú)立的材料獨(dú)立式 膜或簡(jiǎn)單的薄晶片的形成以及從托盤中的每個(gè)工件分離。在另一實(shí)施 例中，例如，通過添加冗余的解理才莫塊1212至U1N，可以增加與軌 道結(jié)構(gòu)IOOO相關(guān)聯(lián)的解理模塊的數(shù)目，以利用與相同軌道結(jié)構(gòu)1000 中安裝的注入子系統(tǒng)的數(shù)目的適當(dāng)比率實(shí)現(xiàn)平衡的流水作業(yè)。
[0030當(dāng)然，可以有按軌道配置的系統(tǒng)的其他替代物、變體和 修改。例如，軌道結(jié)構(gòu)1000可以被設(shè)計(jì)為與退火站1201耦接，在退 火站1201可以在裝載到解理模塊1211中之前對(duì)托盤1100中的工件 進(jìn)行熱處理。在另一實(shí)例中，軌道結(jié)構(gòu)1000可以包括用于在形成厚 度獨(dú)立的材料之后進(jìn)行任何必要步驟的可選^^莫塊1221。在特定實(shí)施例 中，每個(gè)解理模塊，例如1211或1212，可以包括用于在厚度獨(dú)立的 材料分離之后對(duì)其進(jìn)行傳送的輸出端口 1311或1312。厚度獨(dú)立的材 料可以首先被檢驗(yàn)然后裝盒，或者直接放置到與軌道結(jié)構(gòu)1000關(guān)聯(lián) 的第二傳送裝置1300上。在特定實(shí)施例中，軌道結(jié)構(gòu)還可以包括質(zhì)量控制(QC)模塊1231,用于在去除厚度獨(dú)立的材料之后，對(duì)托盤 1100中的每個(gè)工件的剩余部分進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。QC模塊1231還可以 能夠進(jìn)行必要的工件再制備(包括表面平滑化工藝)以使得每個(gè)工件 為重復(fù)的注入/解理工藝做好準(zhǔn)備。特別地，攜帶工件的托盤1100可 以被再次傳送到終端站1011-101N之一中來進(jìn)行下一輪注入工藝。隨 后在具有軌道配置的工具中制造材料膜的方法的細(xì)節(jié)可以在上述圖1 中找到。
[0031j替代實(shí)施例落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，圖3示出采用 具有多于一個(gè)環(huán)路的軌道的實(shí)施例的簡(jiǎn)化示意圖。軌道的第 一環(huán)路 300被用于接收承載工件的托盤，并在注入站與解理站之間循環(huán)該托 盤。在解理之后，將晶片輸出到傳送裝置。
[00321軌道的第二環(huán)路320被用于為托盤重新填充塊， 一旦連 續(xù)的注入和解理工藝已經(jīng)減少了現(xiàn)有塊中存在的材料的量。第二軌道 還與各種站連通，例如裝載鎖(load lock)、塊檢驗(yàn)節(jié)點(diǎn)、塊研磨節(jié) 點(diǎn)和塊儲(chǔ)存點(diǎn)。
[0033盡管圖2和3的實(shí)施例示出閉環(huán)架構(gòu)，但是這不是必須 的。根據(jù)替代實(shí)施例，可以采用單跑道架構(gòu)。
[0034圖4示出采用跑道架構(gòu)的一個(gè)所述替代實(shí)施例。在本實(shí) 施例中，單個(gè)線性傳送裝置400傳送工件402 (其可以在托盤上支撐) 以暴露至一個(gè)或更多線性加速器的終端站中的注入。傳送裝置還與各 種其他節(jié)點(diǎn)連通，例如，可用于分析或加工晶片/襯底或塊的解理模塊 或服務(wù)模塊。
[00351在解理之后，可以采用機(jī)器人(robot) 404將塊從靠近 傳送裝置的末端的區(qū)域傳送至傳送裝置的開始區(qū)域。該傳送將允許塊 的注入以解理附加材料。在特定實(shí)施例中，機(jī)器人可以是軌道機(jī)器人 (track robot)(如圖所示)或者可以是自動(dòng)導(dǎo)向車輛(AGV )。
[0036盡管前面的實(shí)施例示出具有一個(gè)或更多傳送裝置結(jié)構(gòu)， 但是這不是本發(fā)明必須的。替代實(shí)施例可以使用不同于傳送裝置的結(jié) 構(gòu)來移動(dòng)托盤/塊/襯底。移動(dòng)這些元件的替代方式的一個(gè)實(shí)例可以采
15用基于軌道的機(jī)器人。移動(dòng)這些元件的替代方式的另一實(shí)例可以采用
AGV。
[0037替代實(shí)施例的又一實(shí)例采用旋轉(zhuǎn)盤型(lazy susan-type ) 結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)移動(dòng)。如圖5的實(shí)施例所示，將環(huán)形平臺(tái)500配置為轉(zhuǎn)動(dòng) 以允許其上的塊/托盤與不同的注入站或分析加工節(jié)點(diǎn)連通。環(huán)形平臺(tái) 還與輸入和輸出接點(diǎn)連通，允許托盤/塊/解理碎t底的連續(xù)裝栽和卸栽。
[0038通過參考并入以下的非臨時(shí)專利申請(qǐng)的全部用于所有目 的美國(guó)非臨時(shí)專利申請(qǐng)No.ll/782289;和美國(guó)非臨時(shí)專利申請(qǐng) No.l 1/784524。
[0039j盡管以上是具體實(shí)施例的完整描述，但是可以使用各種 修改、替代構(gòu)造和等同物。盡管以上已經(jīng)使用選定的步驟順序進(jìn)行了 描述，但是可以使用上述步驟以及其他步驟的任何元素的任意組合。 另外，取決于實(shí)施例，特定步驟可以被組合和/或消除。此外，根據(jù)替 代實(shí)施例，可以使用氦和氫離子的共注入來代替氫粒子，以允許用修 改的劑量和/或解理性質(zhì)形成解理面。在其他實(shí)施例中，工件可以是一 個(gè)或更多硅錠和/或晶片等。在其他實(shí)施例，工件可以被配置為具有輕 微誤切或在空間上成角度(具有或沒有誤切)。當(dāng)然，可以有其他變 體、修改好替代物。因此，上述說明和例示不應(yīng)該被認(rèn)為限制本發(fā)明 的范圍，該范圍由所附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種用于由體工件制造獨(dú)立式膜的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括軌道結(jié)構(gòu)，所述軌道結(jié)構(gòu)被配置為傳送至少一個(gè)工件；經(jīng)由終端站耦接至所述軌道結(jié)構(gòu)的一個(gè)或更多基于加速器的離子注入器，每個(gè)基于加速器的離子注入器被配置為將粒子引入以注入到載入終端站的工件的表面中，從而在工件中形成解理區(qū)；以及耦接到所述軌道結(jié)構(gòu)的一個(gè)或更多解理模塊，每個(gè)解理模塊被配置為進(jìn)行解理工藝以沿解理區(qū)從工件釋放獨(dú)立式膜，由此從工件釋放獨(dú)立式膜之后，將工件返回至終端站以引入更多粒子。
2. 如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括耦接至所述解理模塊的輸出 端口，用于輸出從工件分離的獨(dú)立式膜。
3. 如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括 一個(gè)或更多服務(wù)模塊，每個(gè) 服務(wù)模塊連接至所述軌道結(jié)構(gòu)。
4. 如權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或更多服務(wù)模塊包括托 盤服務(wù)模塊，用于將一個(gè)或更多工件裝載到支撐托盤，并進(jìn)行對(duì)所述 托盤的維護(hù)。
5. 如權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或更多服務(wù)模塊包括退 火站，用于在所述一個(gè)或更多解理模塊中的解理工藝之前或之后進(jìn)行 熱處理。
6. 如權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或更多服務(wù)模塊包括質(zhì) 量控制站，用于檢驗(yàn)和制備用于重復(fù)注入和解理工藝的工件。
7. 如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)基于加速器的離子 注入器被配置為引入具有大于1MeV的能量的粒子。
8. 如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述軌道結(jié)構(gòu)可以被配置為閉環(huán) 架構(gòu)或單跑道架構(gòu)。
9. 如權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述軌道結(jié)構(gòu)包括第一傳送裝置， 用于將托盤中的至少一個(gè)工件從一個(gè)位置傳送至另一位置，所述另一 位置包括終端站、所述一個(gè)或更多解理模塊之一、或所述一個(gè)或更多服務(wù)模塊之一。
10. 如權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中所述軌道結(jié)構(gòu)是可擴(kuò)展的以延伸 所述第一傳送裝置和添加與其耦接的附加工藝模塊。
11. 如權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中采用軌道機(jī)器人、機(jī)械手、自動(dòng) 導(dǎo)向車輛或轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)。
12. 如權(quán)利要求l的系統(tǒng)，還包括用于所述軌道結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)線平 衡裝置，其中所述一個(gè)或更多基于加速器的離子注入器的數(shù)目與所述 一個(gè)或更多解理模塊的數(shù)目的比率可調(diào)整。
13. 如權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或更多基于加速器的離 子注入器包括用于產(chǎn)生具有達(dá)到約5 MeV的能量的粒子的基于RFQ 的線性加速器、基于QFI的線性加速器、回旋加速器或靜電加速器。
14. 如權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述粒子包括具有正電荷或負(fù)電 荷的氫離子或其它輕離子。
15. 如權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述工件可以是晶體硅的錠，并 且所述表面可以被選擇為沿(111)或(110)晶面，具有若干度的小 誤切角和方形或偽方形的截面形狀。
16. 如權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或更多解理模塊還包括 用于對(duì)所述工件使用電子-磁工藝照射和掃描并進(jìn)行解理工藝的工具。
17. —種用于從體工件量產(chǎn)厚度獨(dú)立的材料的方法，所述方法包 括以下步驟提供包括第一傳送裝置的軌道結(jié)構(gòu)；在所述傳送裝置中裝栽至少一個(gè)工件，所述工件具有基本上位于 預(yù)定晶面的表面；經(jīng)由第一傳送裝置將工件傳送到耦接至軌道結(jié)構(gòu)的終端站；通過耦接至軌道結(jié)構(gòu)的注入子系統(tǒng)產(chǎn)生離子粒子束，所述離子粒 子束被引入終端站中的工件的表面，并被注入到限定解理區(qū)的深度；經(jīng)由第一傳送裝置將工件傳送到耦接至軌道結(jié)構(gòu)的解理模塊，通 過一個(gè)或更多工藝對(duì)工件進(jìn)行處理以沿解理區(qū)解理厚度獨(dú)立的材料;釋放厚度基本等于所述深度的厚度獨(dú)立的材料；將工件返回至終端站；以及經(jīng)由第二傳送裝置將所述厚度獨(dú)立的材料傳送出解理模塊。
18. 如權(quán)利要求17的方法，其中將所述工件裝栽在支撐在托盤 上的傳送裝置中。
19. 如權(quán)利要求18的方法，其中將至少一個(gè)工件裝載在托盤中 的步驟在耦接至所述軌道結(jié)構(gòu)的托盤服務(wù)模塊中進(jìn)行。
20. 如權(quán)利要求18的方法，其中所述托盤是包括多個(gè)貨盤的壓 盤，每個(gè)貨盤被配置為利用機(jī)構(gòu)保持一個(gè)工件以調(diào)整相對(duì)表面角和相 對(duì)高度。
21. 如權(quán)利要求17的方法，其中所述軌道結(jié)構(gòu)可以被配置為閉 環(huán)架構(gòu)或單跑道架構(gòu)。
22. 如權(quán)利要求17的方法，其中通過注入子系統(tǒng)產(chǎn)生離子粒子 束的步驟包括使用加速器來產(chǎn)生具有若干MeV的能量的離子粒子 束；將所述離子粒子束重定向到所述終端站；和使用磁掃描器來掃描 所述離子粒子束。
23. 如權(quán)利要求17的方法，其中限定所述解理區(qū)的深度取決于 所述離子粒子束的能量水平和劑量的組合。
24. 如權(quán)利要求17的方法，還包括在經(jīng)由第一傳送裝置將工 件傳送到所述解理模塊之前，在耦接至軌道結(jié)構(gòu)的退火模塊中使工件 退火。
25. 如權(quán)利要求17的方法，還包括在所述厚度獨(dú)立的材料已 經(jīng)從工件釋放之后，將工件從所述解理模塊傳送至QC模塊，并在所 述QC模塊中進(jìn)行工件的檢驗(yàn)，所述QC模塊耦接至所述軌道結(jié)構(gòu)。
26. 如權(quán)利要求17的方法，其中所述工件釆用傳送裝置、軌道 機(jī)器人、機(jī)械手、自動(dòng)導(dǎo)向車輛或轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)返回至所述終端站。
27. —種方法，包括以下步驟采用軌道結(jié)構(gòu)將工件傳送至基于加速器的離子注入器； 將粒子引入并注入到所述工件的表面以在所述工件中形成解理區(qū)；塊，每個(gè)解理模塊被配置為進(jìn)行解理工藝以沿所述解理區(qū)從所述工件釋》文獨(dú)立式膜；以及在從所述工件釋放所述獨(dú)立式膜之后，采用所述軌道將所述工件 返回至基于加速器的離子注入器。
28.如權(quán)利要求27的方法，其中所述軌道包括傳送裝置、軌道 機(jī)器人、機(jī)械手、自動(dòng)導(dǎo)向車輛或轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)。
全文摘要
本發(fā)明涉及對(duì)硅太陽能襯底進(jìn)行切片的軌道配置和方法。提供一種用于由工件制造獨(dú)立式膜的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括軌道結(jié)構(gòu)，該軌道結(jié)構(gòu)被配置為傳送至少一個(gè)工件；和經(jīng)由終端站耦接至該軌道結(jié)構(gòu)的一個(gè)或更多基于加速器的離子注入器。每個(gè)基于加速器的離子注入器被配置為將具有大于1MeV的能量的粒子引入以注入到載入終端站的工件表面中，從而在工件中形成解理區(qū)。該系統(tǒng)包括耦接到軌道結(jié)構(gòu)的一個(gè)或更多解理模塊，解理模塊被配置為進(jìn)行解理工藝以沿解理區(qū)從工件釋放獨(dú)立式膜。此外，該系統(tǒng)包括輸出端口和一個(gè)或更多服務(wù)模塊，該輸出端口耦接至每個(gè)解理模塊以輸出從工件分離的獨(dú)立式膜，每個(gè)服務(wù)模塊連接至軌道結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01L31/18GK101661973SQ20091016747
公開日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月25日
發(fā)明者A·布雷洛夫, F·J·亨利 申請(qǐng)人:硅源公司