利用極低質量運送系統的擴散爐及晶圓快速擴散加工處理的方法

2023-10-06 21:28:54

專利名稱：利用極低質量運送系統的擴散爐及晶圓快速擴散加工處理的方法
技術領域：
加工處理太陽能電池晶圓的連續輸送擴散爐是用於借著使用在900-1100°C的範圍內的輻射或/及紅外線燈加熱來導致P及/或B參雜物成分擴散到晶圓的矽(或其他先進材料)之中，而產生p-n接面的表面層或/及背表面電場層。更具體地說，本發明是針對一種太陽能電池擴散爐，其具有一個或多個點火區域以及一個超低質量、低摩擦的運送系統，在該系統中，晶圓是支撐在氧化鋁管上，其較佳地包括有支座突出部來將晶圓隔開於管的上方。
背景技術：
製造以矽為基礎的太陽能電池需要許多特定順序的特別處理，其是以在結晶成長爐之中成長的單結晶矽鑄塊或是在方向性「凝結」爐中鑄造成多結晶鑄塊開始。矽的薄切片是用從鑄塊是用「線鋸」被橫向地切削，用以形成粗製的太陽能電池晶圓。粗製切削晶圓接著被加工處理以形成光滑的150到330 μ m厚的裸晶圓，目前的典型厚度是140到180 μ m。這些裸晶圓是加工處理成有作用的太陽能電池，能夠借著光電伏打效果來產生電力。晶圓加工處理是以稱作擴散的2階段處理程序開始，用以創造出半導體「p-n」，接面二極體，繼之以一個第三金屬化處理程序，在其中鋁的糊狀物塗層是以網板印刷在晶圓的前側以及背側上，並且接著被擊發於P-n接面或是背側的接觸層之中，在此處它們是作分別用如同歐姆集極以及接地。擴散處理廣泛地來說包含有二個階段塗敷(塗層)及乾燥選擇的參雜材料於晶圓前側及/或背側的第一階段，繼之以擊發晶圓的第二階段，用以導致參雜物擴散到矽(或是其他先進材料)晶圓基板之中，用以形成P-n接面層或是背側的接觸層。擴散是在存在有各種P供應源的情況下在高溫下發生。參雜有P的矽形成了 PV 電池的「射極」層，也就是在暴露於陽光(一般的光子源)時發射出電子的層。這些電子是由網版印刷金屬接觸器的微細網狀物所收集，所述接觸器被一個金屬化爐燒結在電池的表面之中。P是透過高溫擴散處理而被驅入晶圓之中，該高溫擴散處理目前一般來說是持續 20到30分鐘。在擴散以及各種清潔之後，雷射邊緣燒蝕以及蝕刻加工處理是用來從晶圓側邊移除不想要的半導體接面，晶圓是被塗層以抗反射的塗層，一般來說是氮化矽(SiN3)。在金屬化期間，後側表面是完全以鋁基糊狀物所覆蓋，而前方或是頂部表面則以連接到較大總線導體的銀基線的微細網絡網版印刷，用以「收集」在位於下方的參雜矽射極或是接近表面的參雜區域之內所產生的電子。在乾燥這些糊狀物之後，它們是被「共同發射 (co-fired) 」。背側表面的鋁糊狀物是形成合金，前方表面的糊狀物則是在高速以及高溫下在輸送器類型的金屬化爐之中被燒結，用以在太陽能電池的前方表面上形成光滑的、低歐姆阻力的導體。目前可以取得的用於擴散射擊處理程序的頂輸送爐具有一個長的、隔熱的加熱容室，在該加熱容室之中，多個紅外線燈大致上是在晶圓運送系統(金屬線網輸送帶或是陶瓷滾子運送器)上方及下方均勻地分隔開(一般來說分開1. 5英寸)。紅外線(IR)燈將進入的矽晶圓溫度增加到大約700°C到950°C。此溫度是保持30分鐘的擴散加工處理持續時間，在此之後，冷卻及轉移晶圓到下一個下遊的處理操作以及設備。目前可以取得的擴散爐一般來說利用以下二種類型晶圓運送系統的其中一種1) 多個靜態的(非縱向移動的)、實心陶瓷、旋轉滾子；或是幻活動的(縱向地移動)金屬線網輸送帶，用以運送晶圓通過爐的點火區域。為了要將晶圓背側表面的金屬汙染降低到最低程度或是加以防止，靜態的、陶瓷旋轉滾子爐目前是較佳的。典型的傳統式擴散爐是在400英寸長的規模，具有160個36英寸寬的紅外線燈放置在滾子上方，從100到160個放置在下方。運送滾子的總質量是在800英磅的規模，並且被歸類為高質量的運送系統。在如此的高質量、靜態、固體、旋轉滾子的擴散爐中，紅外線燈是用掉大量的時間來將擴散爐容室帶到700°c到950°C範圍的擴散溫度。操作原理顯然是由於由一個具有實質熱容量的大型熱質量所提供的熱反轉，經加熱的滾子質量有助於將擴散爐從頭到尾保持在更加均勻的溫度。如此的擴散爐系統在短期來看是被認為如果遍及擴散爐各處的話，是能夠補償一個或數個紅外線燈的故障，這是因為熱的滾子是透過傳導及對流繼續提供熱。 滾子下方的紅外線燈將滾子保持在熱的狀態，並且晶圓與滾子的接處可以借著熱接觸的傳導幫助轉移熱到晶圓。由於在入口以及出口處的滾子並沒有被與在擴散爐中心中的那些燈相同數目的燈所加熱，運送器有的熱的量變曲線是在入口處上升並且在出口處下降。隨著對於太陽能電池的需求的增加，不管是借著加工處理的改善或是增加擴散爐來運作，製造的速率必須增加。相對於增加擴散爐，傳統式擴散爐具有大型的覆蓋區域並且擴散處理程序是非常緩慢。在大型的部件中，因為在提供熱能的爐中的陶瓷質量，紅外線燈是在從最大動力的大約15到20%下運作。在較大動力等級下運作該等紅外線燈是會將溫度升高到高於擴散所需要的溫度，並且金屬元件(例如，在緊固於滾子端部的滾子驅動元件之中)的接近是會失敗。據此，用以達成擴散的「浸泡(soak)」期間是很長的-在20到 30分鐘的規模。因此，由於爐是很大，增加爐需要增加資本支出，用於建築物、爐的本身以及相關的維修設備。為了要補償，擴散爐已經被製做成在橫向方向較寬，使得可以在每個爐區域中加工處理多條生產線的晶圓。這樣是從而需要較長、更加昂貴的燈，其一般來說會經歷大致上較短的平均時間而發生故障，因此顯著地增加操作成本。由於尺寸及紅外線燈故障的成本限制，增加爐中的燈的密度並不是一項可行的解決方案。同樣地，對燈增加動力並不可行，這是因為實心陶瓷滾子運送器的高熱質量，較高的輸出會產生燈的元件的過熱。過熱會嚴重地影響到燈的外部石英管。由於紅外線燈是並排地、分隔1.25英寸地放置，每個燈是會加熱與其相鄰的燈。當爐的熱耦檢測到溫度接近所選擇的擴散溫度設定點時，它們會自動降低到達燈的動力量，該量是取決於運送系統的熱質量。此較低的動力密度是借著實質改變紅外線燈發射改變的光譜輸出(產生較低的光通量以及能量輸出)而達成。降低的光通量產生了減慢運送帶的速度或是增長爐(同時保持原來的輸送帶速度)的速度，因此減慢了處理。燈的過熱導致燈的變形、下彎以及故障。 燈的變形也會降低被送到晶圓的頂輸出的均勻性。
據此，擴散爐以及擴散點火加工處理的現有技術中是存在著一項沒有被滿足的需求，顯著地改善點火區域淨有效使用、提供整個爐各處較好的控制以及熱量變曲線、允許增進的點火能量的利用、增進擴散加工處理的速度以及均勻性、降低爐的尺寸同時保持或是增進生產率、以及以減少的爐的覆蓋區域、較低能量、操作及維修成本來達成這些目標。

發明內容
在現有技術中的這些以及其他未受滿足的需求是由本發明所滿足，本發明是針對一種多區域的太陽能電池擴散爐，其具有極低的質量、活動的運送系統，用於運送晶圓通過多個加熱以及冷卻區域，包括有至少一個入口擋板區域、一個擴散點火區域、在下遊處繼之以一個浸泡區域以及一個或多個冷卻區域，用於P或/以及B參雜物的前側及/或背側擴散，以在晶圓基板之中形成p-n接面及/或背側接觸層。如在本文之中以實施例的方式所揭示的，本發明的運送系統是以二個選擇性實施例來說明A) —個帶/銷驅動系統；以及B) —個滾子鏈條/鏈輪驅動系統，後者矽目前較佳的實施例。在二個實施例之中，晶圓在縱向的運送通過處理區域期間是被支撐在非旋轉的小直徑中空防火管上，該防火管是承載在橫跨運送系統寬度的懸吊纜線或是杆件上。在帶/ 銷驅動系統之中，纜線的相對端部是由從驅動帶形成或是接附到驅動帶的掛架所承載。在滾子鏈條/鏈輪驅動系統之中，纜線端部是系在中空管連杆杆樞轉銷之中。本發明的超低質量活動運送系統是可以運用於寬廣範圍的擴散爐構造、許多加工處理區域以及類型、定位以及許多加熱元件之中。使用在本發明擴散爐之中的與超低質量運送系統組合在一起的加熱元件是被選擇來提供適用於加工處理P擴散、B擴散或是二者的熱輻射或是頂通量輸出，並且在本文是借著實施例的方式顯示為紅外線燈元件、阻力型輻射/再輻射元件以及二者的組合。對於只有P擴散來說，特別是在狹窄寬度的爐(一般來說小於大約M英寸寬的加工處理運送器)之中，可以使用紅外線燈，並且較佳的是使用高強度的紅外線燈隔離模組。對於較高溫的加工處理來說，可以使用碳化矽杆類型的阻力元件，選擇性地是防護再陶瓷或是穩定化的碳化矽管之內。可以使用組合式加熱元件；舉例來說，獨立式(非包圍式)紅外線燈繼之以高強度紅外線燈(包圍式)隔離模組可以被用來急速增加到接近處理溫度，繼之以在峰值點火區域之中以及在浸泡區域之中的碳化矽阻力元件。使用高強度紅外線燈隔離模組具有以下優點提供波長短、高通量頂光調節作用，其是有助於較快的擴散。在本文的揭示內容之中， 是參照高強度紅外線燈(HI-IR)，應該可以了解的是可以使用碳化矽輻射/再輻射加熱元件，高紅外線燈元件的揭示內容只是實施例。借著使用包含有二個或是更多連續環圈的側向隔開的運送元件的超低質量、活動的(縱向移動)、防護運送系統，包含有懸掛在纜線上的狹窄寬度的「輸送帶」承載著重量輕、小直徑、非旋轉防火管件，所述纜線是拉緊在晶圓加工處理前進路徑每側上輸送帶之間，先進材料太陽能電池晶圓，像是矽、硒、鍺或是鎵基太陽能電池晶圓的運送是在爐區域之中實施。防火管是薄壁、剛性陶瓷或是玻璃材料，較佳地是選自氧化鋁、二氧化矽以及氧化鋯的至少其中之一。運送系統的「帶」是以許多示範性實施例實施，第一實施例是側向方隔開的金屬、 水平定向的平坦帶子或是繩帶，每個帶子或繩帶都具有多個沿著輸送帶縱向分隔開的垂直延伸的掛架。所述掛架承載著纜線，防火管是螺結在所述纜線上。纜線是側向地延伸跨過介於匹配的成對掛架之間的晶圓前進路徑，在每個帶子上是有一個纜線。在第二實施例之中， 每個輸送帶是一個滾子鏈條，例如，強固的腳踏車型鏈條，其具有中空管件取代實心的連杆件。防火管的懸吊纜線是被旋穿以及在它們的端部處支撐在鏈條連杆管件之中。在二項實施例之中，運送元件或是「輸送帶」是被一個驅動系統同步地驅動，其詳細地描述於下文之中。在輸送帶的運動之中保持輸送帶的同步化是保持承載著防火管的纜線平行於彼此以及筆直的，也就是，沿著處理路徑正交於晶圓的前進方向。在二項實施例之中，晶圓是被相繼運載通過擴散爐的數個區域，同時停靠在沿著防火管隔開的環形間隙器上，這樣可以產生較少的汙染。間隙器可以具有寬廣範圍的外部輪廓構造，例如，錐形、渾圓(甜甜圈形狀)、垂直的刀口 ；傾斜、圓錐形、方形頂部鰭片、肋部以及類似物。防火材料較佳地是選自能夠借著鑄造、壓模、擠制或切削被精確地建構的高溫陶瓷或是玻璃材料，以及較佳地包括有二氧化矽(包括有二氧化矽玻璃)、氧化鋁以及氧化鋯的至少其中之一。在二項實施例中本發明的擴散爐一般來說具有許多區域一個入口擋板區域，其是將溫度從室溫提高到500°C以及是在大約20到30公分長的規模；一個點火區域，其是將溫度提高到從大約900到1100°C範圍內的擴散點火設定點以及一般來說是大約30到100 公分長；一個溫度保持在大約900到1100°C以及一般來說120到200公分長(例如，4個40 公分的模組)的浸泡區域；以及一個或多個將溫度向下帶回到室溫的冷卻區域。冷卻區域一般來說是二個或是多個區域，第一個區域是30到50公分長，其將溫度從900到1100°C下降到500°C，以及第二區域是60到90公分長，其將溫度從500°C下降到室溫。第二冷卻區域可以在爐外殼的外部。當然，所屬技術領域具有通常知識者將可以立即了解，所述區域的長度取決於加工處理運送系統寬度、前進速率以及加熱量變曲線以及加工處理時程，包括有燈的動力等等。據此，所列區域的長度是非限制性的例子。所述點火區域的構造對於本發明的裝置或是操作方法並不是關鍵性的，有廣大範圍的高強度紅外線燈或是電阻加熱元件的配置。舉例來說，在第一實施例之中，針對窄寬度擴散爐(狹窄的運輸系統)或是針對只有頂部-側邊P參雜，所有的加熱可以在所有區域中使用HI4R輻射通量燈來實施。在如此的加工處理應用中，較佳的是使用至少一個利用紅外線燈隔離模組的HI-IR區域。在如此的實施例之中，其他區域，包括有上升擋板區域， 以及浸泡區域可以是獨立式紅外線燈加熱的。在第二實施例之中，用於在1-2公尺寬的運送系統上的寬的處理路徑擴散爐或是用於以B參雜、或是前側以P參雜以及背側以B參雜的處理程序，其中溫度是在950°C以上， 例如，在1000到1100°C的範圍中，點火加熱元件目前較佳的是抗輻射的類型，碳化矽杆件或是盤卷元件，選擇性地容置於保護再輻射(不透明)陶瓷類型管件之中。在任一種加熱元件構造實施例之中，加熱元件可以是混合式的，也就是，可以使用獨立式紅外線燈、HIHR輻射通量隔離模組、以及阻力熱輻射/再輻射元件。舉例來說，輸入上升(擋板)區域可以是獨立式紅外線燈，繼之以第一 HHR通量隔離模組，繼之以在浸泡區域中第二點火區域之中的高溫抗輻射/再輻射元件。浸泡區域可以只是點火區域的一個延伸部分。也就是，區域的名稱並不是決定性因素，可以選擇元件的類型、位置以及數目、 實施在運送系統上方或是下方來達成所需點火溫度，以及安排處理程序是P擴散、B擴散或是二者。晶圓並不會接觸纜線網狀物輸送帶或是陶瓷滾子，被支撐在支座上，使得其中不會有金屬的汙染，不會在晶圓中發展出熱點，以及晶圓不會漫遊到一側或是另一側，如在傳統式滾子運送系統所會發生的。除此之外，本發明的擴散加工處理程序是一種高輻射通量從動處理程序，而不是一種熱傳導、長波長的處理程序。在第一晶圓運送系統實施例之中，運送系統的側邊邊緣帶包括有縱向的均勻隔開的驅動洞孔。每個帶是建構成一個循環迴路，其包含有一個運送區段(通過加工處理區域的向前動作)以及一個回復區段。所述帶的迴路是被一個或多個在爐的出口端處的銷驅動滾子同步地驅動。帶是借著一個配置在回復路徑中的張緊系統而被個別地張緊。此驅動配置產生了被拉過擴散爐加工處理區域的運送(頂部)區段帶。運送系統是在非常低的張力下操作，在20psi或是更低，較佳地在大約5psi以下。如此產生了較少的帶的強度、長的壽命、在帶的運送期間摩擦低、較少磨損、大致上沒有金屬汙染以及整體上對於擴散爐操作來說較低的能量需求。所述帶一般來說是抗高溫度的金屬，像是沃斯田鐵鎳基超合金族的其中之一，目前較佳的是鎳鉻牌，80/20鎳/鉻合金。其帶的材料包括有鈦、英高鎳，例如，600型英高鎳、 或是其他高溫合金。帶是為1英寸寬以及.020英寸厚。驅動輪子的銷是成錐形的，並且帶的驅動洞孔的直徑為1/8英寸到3/16英寸。銷的驅動洞孔一般來說是沿著帶隔開1英寸到3英寸，此是視銷的數目及銷驅動滾子的直徑而定。帶是在擴散爐區域每側的防護通道之內滑移，通道構件是以氧化鋁、二氧化矽、石英或是其他高溫、低摩擦的陶瓷材料建構成的。或者，帶是借著引導周圍或是冷卻的壓縮空氣到帶上，較佳地是在帶的下方，而被冷卻， 以及通道或是入口是設在擴散爐區域模組的外部橫向側邊上，在帶的上方，用以排出冷卻空氣。在第二運送實施例之中，是使用滾子鏈條來取代帶，並且不需要垂直的掛架。反而是，懸吊纜線是系在鏈條的管狀套管中的每個端部處。如同在帶的實施例之中，每個鏈條是在一個凹槽或是通道之中滑動，或是跨立於一個在低摩擦、高溫陶瓷材料滑子塊件的上引導隆起部。滑子塊件可以是連續的或是分隔開的，用以橋接相鄰區域的接面，以及亦用作引導件，用以保持鏈條的線性軌道。鏈條是由一個鏈輪驅動系統(在一個共同的驅動軸杆上的二個橫向分隔開的驅動鏈輪)所驅動，該鏈輪驅動系統是在擴散爐的出口端部下方，於將鏈條從水平處理路徑轉動向下轉動到驅動鏈輪的轉向惰鏈輪下遊。鏈條接著向後經過在回復路徑上的一個彈簧偏壓的張力系統。在擴散爐的前方端部處，側向分隔開的第二轉向惰鏈輪是將鏈條向上轉動到入口的惰鏈輪，入口的惰鏈輪是將鏈條轉向回到處理路徑，而完成該迴路。或者，鏈條可以在擴散爐的冷卻區段之中及/或在回復路徑上被冷卻，較佳地是被導入的通風空氣或是壓縮空氣所冷卻。已經嘗試著將晶圓底部以一種P參雜物來塗層，用以減少來自於金屬網狀帶的金屬汙染。然而，這會在晶圓底部上產生p-n接面層。從而，這需要一項額外的加工處理步驟將底部的P-n接面層蝕刻掉。該蝕刻步驟一般來說是一項批次的處理程序，其花費掉額外的時間、減慢生產率。此種回蝕刻問題是發展出的堅固、高質量靜態的陶瓷旋轉滾子系統的主要動機。本發明的低質量陶瓷管件運送系統是針對及解決這些問題。首先，金屬運送元件、帶或是鏈條是放置在擴散爐區域的側邊處，以及這些元件被建構成被保護不會受到元件輻射[熱]，而延長了元件的壽命。其次，運送的交叉纜線是完全地被保護在低質量的陶瓷管之內，所述陶瓷管是與晶圓有最少接觸的非旋轉的陶瓷支撐件。受到防護的從動帶或是鏈條元件與被陶瓷管所防護的晶圓支撐纜線結合在一起而確保了有乾淨的大氣、使得點火區域大致上沒有金屬離子汙染。第三，陶瓷管件總體來說質量遠低於滾子，以及，在不轉動的同時也是活動的，亦即，移動進入以及離開擴散爐，因此不會有需要降低動力尺寸的大型靜態熱質量。此外，因為陶瓷管是被懸吊在纜線上，如果陶瓷管垂直地破裂的話，陶瓷管是被保持在攬線上並且擴散爐不需要為了更換而被立刻停止。相反地，在堅固的滾子擴散爐之中，當一個滾子破裂時，擴散爐必須停止。最後，晶圓不會與陶瓷管接觸，晶圓是在支座上在陶瓷管上方升起，所述支座較佳地被建構成只在邊緣處支撐。與5到20%操作動力等級的上文描述的傳統式、目前可獲得的熱擴散爐相反的， 在本發明的利用紅外線燈的加工處理實施例之中，熱擴散爐是以40到70%的動力或是更大動力操作。這樣是有可能的借著使用HI-紅外線燈隔離模組與一個極低質量的活動運送系統組合，使得貢獻到加工處理操作的靜態運送熱質量很少。由於是在兩倍或是較大動力下操作，在使用HIHR模組的本發明系統中的燈的頂通量大致上是較高的，並且高峰是保持在低於大約1. 4微米的頂範圍之爭。本發明處理程序的頂波長峰值大約為1. 25微米。根據本發明加工處理的紅外線燈所發展出的相對強度是比上文描述的傳統式熱擴散爐大大約4到5倍。除了具有低很多的頂強度的傳統式擴散爐操作之外，在那些加工處理之中的高峰是較為寬廣、較淺(強度較低)以及轉移到較長的波長，具有在大約1.75微米的最大值， 但是具有在超過3. 0微米的長波長下的實質貢獻。因此，傳統式紅外線燈擴散爐的較低動力操作是將光譜輪廓轉移到較低的能量波長，以及強化了它們的熱傳導操作模型。相反地， 使用在本發明加工處理中的燈的高動力、高強度、短波長的頂光譜輪廓確定了輻射通量的本質。如所注意到的，在一些實施例中的本發明擴散爐是在斜坡或/以及HI-IR區域之中利用高紅外線燈隔離模組。這些模組包含有具有平行橫向(相對於運送方向)通道的隔熱反射器元件，而一個或多個紅外線燈是定心在每個通道之中。所述通道是以IR-透明傳動窗，像是石英、Vicor、Pyrex、Robax、其他高溫玻璃、人造藍寶石以及類似物所覆蓋。高強度、多個紅外線燈、隔離的模組是配置成面對彼此並且分隔開，一個模組是在擴散爐運送系統上方，以及選擇性地一個模組是在下方，用以在其間界定出選擇的紅外線燈加熱處理區域，模組的燈以及冷卻空氣通道是與該區域隔離開。這樣的隔離幾何加上本發明紅外線燈隔離模組的冷卻作用允許到達燈的動力從目前標準的15到20%動力密度，增加到40到70%的範圍或是更高。這樣使得使用傳統式 100瓦/英寸的紅外線燈，可以在上升區域以及HI-IR區域之中的加熱速率從大約30°C / 秒(傳統式擴散爐)增加到大約80到150°C /秒。這樣可以有效地增加加熱速率比傳統式擴散爐大3X到5X，而不會造成燈的衰退、停工或是變形。除此之外，本發明的燈隔離/冷卻系統允許輸送帶速度的增加。這樣會使得生產率有實質的增加，或是允許擴散爐長度縮短(針對相同的產量)，其是降低了擴散爐的覆蓋區。也就是說，對於示範性的前方-側邊 P擴散來說，根據本發明原理的擴散爐可以具有較窄的覆蓋區，而借著較大速率的操作的功
1效，可以具有與較寬擴散爐相同的生產量。不管是紅外線燈或是阻抗式(SiC)輻射元件、頂部以及底部，到達加熱元件的動力是受到獨立的調整或是成組地調整，用以達成在每個區域中的精確溫度梯度的控制。溫度控制可以使用上文描述的以熱耦為基礎的溫度調節、電壓控制的動力調節、或是使用PID 控制器的混合式系統的其中任一者來實現。燈的動力調節較佳地是以電壓控制的方式，因為這樣是能夠容易地保持穩定的燈的動力，用於較佳的高數值的頂強度(輻射通量)，以及隨時有對比光譜的輸出。除此之外，以較高的動力密度運作燈是增加了頂通量以及亦提供了較佳的光譜範圍，且峰值是在適當位置之中。


圖1是本發明擴散爐的第一實施例的概要圖，其以側視圖說明了入口過渡區域、 一個擋板區域或/以及上升區域，一個點火區域、一個浸泡區域、一個冷卻區域以及一個低質量驅動系統；圖2是本發明低質量運送系統的等角視圖，在這項實施例之中，其是一個帶型運送裝置，裝設在一個擴散爐的其中數個加熱區域之中，且該擴散爐的前方、入口端部是在右側，以及亦顯示出在氧化鋁支撐管上的晶圓；圖3A是圖2帶運送裝置實施例在入口擋板區域以及一個HI-紅外線燈區域中的等角放大圖，其說明了將二個示範性晶圓運送通過擴散爐；圖;3B是下方區段的等角仰視圖，其說明了用於一個浸泡區域的排出歧管；圖4A是帶運送裝置的放大等角視圖，其是從圖3A分解來說明細部；圖4B是用於帶運送裝置實施例的掛架組件以及彎折纜線頂端限制器的放大等角視圖；圖5是以側視圖概略說明了本發明的擴散爐，在該擴散爐下方是對應區域中所發展出的溫度輪廓對於時間的圖形；圖6以圖形說明了光譜輸出對於紅外線燈加熱的擴散加工處理速度是一項關鍵， 圖6A顯示出在相對強度對于波長方面，本發明低質量運送系統的光譜輸出，以及圖6B顯示出在相同的相對強度對于波長方面，高質量、實心陶瓷滾子系統中的比較光譜輸出；圖7是本發明擴散爐第二實施例的概略圖，其顯示出數個加工處理區域以及鏈條驅動晶圓運送系統；圖8是擴散爐加工處理區域中的鏈條運送系統的放大等角圖，其說明了將二個示範性晶圓運送通過擴散爐；圖9是鏈條驅動的細節的放大等角視圖，其說明了懸吊纜線以及陶瓷管是如何系在中空的鏈條件之中；圖IOA是通過圖9的線10A/B-10A/B的垂直剖面圖，其說明了用於鏈條驅動的滑子板件引導件的第一實施例，在這項實施例中是一個通道；圖IOB是通過圖9的線10A/B-10A/B的垂直剖面圖，其說明了用於鏈條驅動的滑子板件引導件的第二實施例，在這項實施例中是一個肋部；圖IlA是通過懸吊纜線以及氧化鋁管的垂直剖面圖，其說明了晶圓支座的第三實施例；以及
11
圖IlB是通過懸吊纜線以及氧化鋁管的垂直剖面圖，其說明了晶圓支座構造的第四實施例。
具體實施例方式以下的詳細說明是以實施例說明本發明，而不是要限制本發明的範圍、同等物或是原理。此說明很清楚地將可以使所屬技術領域具有通常知識者能夠製造以及使用本發明，以及描述了數個實例、修改、變化、替代物以及本發明的用法，包括有目前相信是實施本發明最佳的模式者。圖1是本發明擴散爐10的概略示圖，該擴散爐10包含有一個具有一個下方區段 14以及一個上方區段16的機架以及殼體12，該機架12選擇地被建構成具有沿著外部分隔開的線性致動器舉升裝置(參見圖2及圖3)，用以將上方區段16相對於下方區段抬高，以允許燈組件以及運送系統的運作。擴散爐10包含有如下所述從進入或是前方端部18(在此圖左側)到出口或是背側的下遊端部20 (在右側)的多個區段或是區域· IT，從一個上遊參雜物施加單元(未顯示於圖中)的入口轉移端部18 ；·Β_1，入口擋板區域，其利用一個或多個壓縮空氣刀組件22 ；選擇地該B-I區域包含有一個上升區域，其含有一個或多個加熱元件，用以將晶圓溫度從環境溫度升高到 500°C左右； FZ，初始的點火區域，用於視P、B或是二者是被擴散而定將晶圓溫度升高到從大約900°C到大約1100°C的範圍的擴散溫度；FZ可以進一步被細分成例如二個或更多個區域；· HI-IR區域，高強度紅外線燈陣列，較佳地是上方或/以及下方隔離反射器燈組件M-U，M-L，用於高達大約950°C的溫度，接下來是；·ΗΤΖ，高溫區域，其是視P，B或是二者要被擴散而定而被阻力輻射(SiC)元件27 所加熱，用於高達1100°c的溫度；· S，浸泡區域，具有分隔的上方以及下方紅外線燈或是阻力元件，26-U，26_L ；· B-2，具有空氣刀組件22的出口擋板區域；· C，冷卻區域，一般來說沒有元件或是紅外線燈；以及·0Τ，出口轉移區域，用於將擴散已點火的晶圓轉移到處理設備，用於網板印刷在背側上於前側以及背側接觸層上的集極指以及總線(未顯示於圖中)，接下來是被點火來形成歐姆接觸器。出口轉移區域可以選擇地包括有與擴散爐出口相鄰的上方或/以及下方空氣刀組件(在右側)。本發明擴散爐的上遊以及下遊是低溫轉移帶觀-U (上遊)以及觀-D (下遊)，一般來說，從一個參雜物塗層施加器組件的上遊端部上的彈性體(0形環)帶，以及在到一個抗反射層施加器的下遊端部上的纜線網狀帶，一個網版印刷器以及因此到一個金屬化擴散爐。這些低溫度轉移帶8-U以及觀-D是與本發明擴散爐10的驅動系統30相接。在第一實施例之中，本發明擴散爐的低質量驅動系統30包含有一個由配置在擴散爐出口(右側)端部處的一個馬達34以及鏈條或是輸送帶36所驅動的銷驅動滾子32、 晶圓輸送帶組件38、惰輪滾子40以及一個包括有一個張力滾子42的張力系統44。張力系統44包括有一個自動張力補償彈簧，其是作用如同一個緩衝器，用以幫助防止浪湧。可以注意到，借著這種驅動幾何，帶38是沿著饋送路徑F從被左側到右側拉過區域。這是借著將上層的帶從左側拉到右側(如以箭頭F-向前所示的)的驅動組件30來實施。本發明的擴散爐包括有多個界定出殼體12內側的區域的充氣室，以及多個空氣歧管，包括有入口以及排出口，用於環境或是加壓的空氣流入各種區域之中，如圖中以箭頭 1(用於入口)以及E(用於排出口)所示的，以便於在各自的區域之中維持適當的溫度。除此之外，加壓空氣是提供在隔離燈組件M-U以及M-L(在使用處)的反射器主體的通道之中，用以冷卻配置在通道之中的燈。每個高強度燈組件M-U以及M-L的面是以一片透明石英覆蓋，用以從在HI-IR區域中以光調整的晶圓密封住反射器通道。這確保了空氣停留在介於輪廓配合的反射器表面與燈之間的圓環區域之中，用以提供所需要的冷卻。也就是說，燈是從加工處理區域隔離開。借著實施的實施例，空氣是在燈的每個端部(擴散爐的側邊)處被導入，以及在中間中的出口被排出，也就是說，沿著擴散爐的垂直中心線。這種燈的冷卻允許所述燈可以在從大約60%到100%的最大動力下運作，其是遠高於目前可獲得的單元。此提供了一種從環境溫度到700°C到950°C (針對P擴散)的高峰擴散調節溫度的晶圓的立即熱提高以及高強度頂輻射，以及高強度的光調節。圖1的比例尺是使得不能在每個位置中顯示出實心的隔熱材料46，但是對於所屬技術領域中具有通常知識者來說很明白的是殼體包括有所需的被建構成塊件的隔熱材料。 舉例來說，在浸泡區域之中，隔熱塊件包括有一個橫向孔以及一個垂直的入口孔，其是連接到入口空氣管，使得加壓空氣可以被餵入塊件之中，以及空氣可以均勻地通過多孔的隔熱材料，用以提供受到控制的流動進入浸泡區域之中，藉此將溫度維持在所需的範圍中，同時將能量成本降低到最低。也就是，存在有逆流的空氣(以箭頭48表示)通過隔熱進入與熱流相對的區域之中。隨著空氣進入，這樣是產生空氣從隔熱取出熱量並且將熱量循環到區域之中。結果是對於這個區域來說有高效率的熱交換。可以注意到燈沈-U以及沈-L或是阻抗元件27是顯示成交錯的，用以提供均勻的加熱及/或頂光場，但是它們可以選擇地配置程不會交錯，也就是，燈/元件可以座落成在一個共同垂直平面中彼此分隔。現在轉向低質量運送系統30，圖2顯示出擴散爐12的等角視圖，且外部面板以及隔熱被移除來說明下方區段14的框架。入口端部18是在右下方，以及出口端部20是在左上方。為了清楚起見，並未顯示出入口轉移帶觀-U以及出口轉移帶觀-D。亦為了清楚起見，所示的支架以及舉起器50是在擴散爐側邊軌道52的四個角落處；這些是作用來將上方區段16(未顯示於圖中)舉起離開下方區段14(顯示於圖中)，用於容易檢視、調整、維修以及修理/更換零件，例如，燈、阻抗加熱元件、運送系統元件以及類似者。下方區段14包括有側邊軌道52、側邊壁部隔熱塊件46-S、以及內部區域的隔熱分配塊件M。在擋板區域 B-I的前方端部處且將擋板區域B-I從高強度頂區域HMR劃分開的前方隔熱塊件以及在冷卻區域C後端處的隔熱塊件沒有顯示出來，以便於不會擋住帶38的細節。圖1亦顯示出形成數個區域的地板的隔熱塊件56。這些地板隔熱塊件56 —般來說設有開孔，此處是狹長孔88，其是與一個在地板下方的充氣室(未顯示於圖中)一起，以允許借著一個ID風扇(未顯示於圖中)抽出熱的排出氣體。由於空氣是從頂部流動到底部，空氣流是從各自的區域移除熱，允許以較高的輸出運作元件(燈、碳化矽杆或是線圈)、 以及亦用於去出汙染物。這種熱氣體/空氣的流動模式產生了具有汙染物減少的爐區域， 以及因此有較乾淨的生產。
用於安裝阻抗元件27或/以及高強度燈管沈(為了清楚說明只顯示出每個的其中一個)以及連接電導線的開孔58並沒有顯示在面對的側邊軌道52以及遠側壁部隔熱塊件46-S，跨越擴散爐區域寬度的元件/燈。用於下方高強度紅外線燈區域M-L的壓縮空氣充氣室60是透過管線62將壓縮空氣饋入一個介於反射器通道與燈之間的圓環區域之中， 以及在下方排出到外部、或是在需要時進入相鄰的下遊浸泡區域。為了清楚起見，只有低質量、活動式轉移帶系統30的一個部位顯示在右側端部。 側邊的帶38卡合在驅動系統30的隔開的惰輪滾子40之中的銷。正在在冷卻區域C內側之中，可以看到惰輪滾子40以及在其下方的驅動滾子32。在轉移通過擴散爐的位置之中， 二個晶圓W-I以及W-2是顯示在放置在橫向氧化鋁管64上的入口端部(在右側)處。圖3A是說明了圖2本發明擴散爐10的入口端部18的放大等角視圖，顯示出帶運送系統30運載著二個晶圓W-I以及W-2的一個部位，零件與元件與圖1以及圖2相同。運送系統30的二個分隔開的帶38是配置在U形通道66中，U形通道66是形成在隔熱塊件 46-S的左側以及右側側邊壁部的頂部之中。每個帶包括有精確分隔開的洞孔68，其是卡合惰輪滾子40的銷90。亦沿著帶而規則地分隔的是直立式掛架70，其是承載著纜線72，陶瓷管64是放置在該纜線72上。一項示範性的纜線為0.080英寸直徑的鎳鉻合金。晶圓是停放在陶瓷管上。較佳地設有間隙器84，在此處的這項實施例之中是環，所述間隙器84裝設在陶瓷管上或是形成在陶瓷管之中，並且沿著陶瓷管側向地分隔開。晶圓是在運送通過擴散爐10期間停放在支座環上，使得晶圓的背側表面與運送組件元件的接觸是最小的，參見圖4A中的「覆蓋區域」 96。在一陶瓷管64破掉或是裂開的情況中，該陶瓷管將會被纜線72所保持住，直到可以更換該陶瓷管為止。每個帶的掛架是以平行的協調關係移動，這是因為在帶中的洞孔68 是與滾子(驅動以及惰輪)的銷90對準，因此氧化鋁管是繼續保持與晶圓的饋送行進方向橫向，如圖中以箭頭F所示。使用了多個照相光學帶破裂的傳感器，一般來說每個帶的每個端部處一個是有一個傳感器，用以快速地感測是否有帶破裂，以發送訊號到控制器來停止運送系統、關掉燈以及發出警告的聲音。圖;3B是從擴散爐下方區段12下方處看到的等角視圖，其中為了清楚說明而移除了架構。具有排出狹長孔88 (可以最清楚地在圖3A中看出)的地板隔熱塊件56是跨過側邊框架52。與隔熱塊件56的底部分隔開的是一個鋼面板100，該空間設有一個用於熱氣體的收集器充氣室。一個排出歧管組件102被透過在交叉管106的端部上的軸環104連接到充氣室(介於56與100之間的空間)。交叉管的相反端部被連接到一個收集器導管108， 其是將熱的氣體排出一個排出管或是煙管110。可以用任何適當方式來實現通風，例如，借著強迫空氣在頂部處進入擴散爐、借著在排出路徑引起漂流、借著自然煙(煙效應、或是借著引出管效應，像是其中壓縮空氣是被饋送到一個文氏管周圍，來形成將熱空氣吸出擴散爐的真空。圖4A以及圖4B應該一起考慮。圖4A以等角視圖顯示出低質量運送系統30以及 U形通道組件74，此實施例的帶38是在該通道組件74中移動、被隔離且從圖3分解出來以說明構造以及操作的細節。圖4B是圖4A的單一掛架元件的放大圖。每個帶38被支撐在一個石英滑子構件74上、具有U形剖面以及具有短的垂直側邊壁部。一對以石英、氧化鋁或是其他高溫、纖維型陶瓷材料的保持器條帶構件76是以高溫陶瓷膠結材料，像是美國賓州匹茲堡Sauereisen公司的#1 Insa-Lute或是#2 Aluseal 高強度二氧化矽或是氧化鋁膠結材料被膠黏到U形臂部的頂部。保持器條帶與通道部分重疊，而足以完全地有助於將帶保持在通道之中以及用以防護帶不受到在區域中的加熱元件的影響，藉此保持帶是冷的。或者，滑子構件的底部可以鑽有洞孔以及連接到一個輸入空氣歧管，使得環境的壓縮空氣可以被用來冷卻帶。所述掛架70包括有一個垂直支柱80，其是被緊固於一個直立凸塊78，所述直立凸塊78已經借著衝切部92從帶形成。支柱80以及凸塊78可以用任何適當方式，例如，借著點焊、鉚揭通過協調的凸塊以及支柱洞孔94、或是用螺絲而緊固在一起。掛架支柱80的上方端部承載著一個或多個耳狀物82，所示的實施例是顯示出一對耳狀物，每個耳狀物具有一個洞孔，一個抗高溫的纜線或杆件72是系在該洞孔中。一氧化鋁管64滑過纜線且被該纜線所承載。晶圓W是承載在氧化鋁管上。較佳地，每個管件包括有多個橫向分隔開的支座構件84，此處是環，晶圓是停靠在該支座構件84上。環部構件存在著非常小的表面積用於接觸晶圓的底側，如圖中以圖4中的虛線表示的覆蓋區域96所示。此支座是作用保持晶圓在較乾淨的狀態，並且有助於將頂通量或是熱輻射集中在晶圓上。支座環84可以具有寬廣的各種剖面構造，其範圍是從如圖4A所示的簡單平坦表面凸形圓盤(torus)到逐漸變細的輪廓，例如，鐘形曲線形的剖面輪廓。各種輪廓參見圖 10A、圖10B、圖IlA以及圖11B。可以在圖4B中注意到，纜線72是被捕捉在二個耳狀物之間，用以防止纜線的側向運動，使得另一個端部(右側)在該側邊處落出掛架的耳狀物。可以在圖4A注意到，纜線的右側是延伸通過各自的掛架的外部耳狀物。使用具有自由端部的纜線是允許纜線長度可以擴張及收縮，而不會掉落出耳狀物之中的洞孔。除此之外，纜線的至少一個端部包括有一個彎折頂端86，其是保持該纜線鎖定在適當位置之中。雖然該彎折頂端可以被座落成超過外側耳狀物，較佳的是使得彎折頂端被捕捉在所述耳狀物之間，如圖所示者。此是鎖住纜線使其沒有側向運動，而又能容易地將一個簡單角度的插入物插過內側耳狀物的洞孔。0. 080英寸直徑的纜線是足夠緊密地裝配在一個管件64的0. 120英寸的鑽孔之中，而使得在纜線中彎折部的自然小曲線可以防止支架側向地滑移。它們亦作用如同一個擋止，防止纜線脫離耳狀物。本發明運送系統的帶以及鏈條實施例的一項重要特點為，它們是有極低的質量、 安裝簡單、容易保持乾淨、在將晶圓運送通過擴散爐的同時於晶圓上的接觸點很少，並且容易維修。針對後者，一項選擇是當帶是在循環的回覆部份上時更換一個陶瓷管件，而不需要停止生產。然而，如可以在圖4A中看到的，由於有許多纜線足夠緊密地分隔來提供用於晶圓的支撐，一個破掉的管件及/或纜線通常將會留到在計劃的停工時更換。也就是，損失一個管或是纜線將不會嚴重地影響產品的生產率。本發明運送系統的極低質量的觀點是非常重要的。在一些目前可獲得的紅外線燈或是阻抗加熱元件擴散爐之中，並不是使用金屬網狀帶，一陣列的緊密分隔、堅固、精密加工、相當大型、旋轉但是為靜態(並非縱向移動通過擴散爐)的陶瓷滾子是用來當做一個滾子運送系統。晶圓直接地乘坐在滾子上，滾子是被緊固到每個滾子的端部的驅動鏈輪或是滑輪旋轉地提供動力，而每個滾子的端部是由一個正弦曲線的驅動鏈條或是輸送帶所驅動。在這些擴散爐中，滾子是靜態地留在適當位置中，但是是旋轉以提供動力給在它們上的晶圓運動通過擴散爐。這是與本發明的系統相反。
此種滾子類型擴散爐的第一項嚴重問題是晶圓背側表面與每個滾子表面的全部側邊邊緣到側邊邊緣、及前方邊緣到背側邊緣的接觸，從而助長了汙染。除此之外，加熱高質量滾子以及將它們保持在適當溫度所需要的能量是遠高於本發明的系統。在本發明的低質量運送系統中，使用具有0. 120英寸鑽孔的0.8盎司的中空管件，而不是3到5磅的杆子， 陶瓷管是小於滾子。因此，本發明運送系統的質量是為實心陶瓷滾子系統的五十分之一的大小，並且運送機構是快速得多、較簡單以及較容易維修。要清洗本發明的系統，只需要簡單更換一些管件，不需要擦洗、研磨、燒掉或是更換在互相連結的實心陶瓷滾子擴散爐之中的一個或多個笨重實心杆件。本發明的擴散爐可以寬度只有如此的傳統式滾子擴散爐的一半，且仍然能夠提供較大的生產率及較好的產量。實心陶瓷杆類型的滾子系統的另一項問題為產生熱點的可能，以及藉此會發生不均勻的擴散，在晶圓橫過擴散爐時，晶圓的前導邊緣重複地接觸較熱的滾子。相反地，在本發明擴散爐運送系統之中，晶圓從首次被引導到高強度頂區域之中是受到防護，且永不會相對於晶圓是停放於其上的防火管支座移動。由於晶圓是被支座分隔於小直徑氧化鋁管的表面上方，其中是有空間用於熱空氣在晶圓背側表面以及管件之間循環，以及容許借著相鄰的加熱元件從前方以及背側(頂部以及底部側邊s)的間接輻射加熱，用以提供輻射能量。由於本發明的管件是如此的小，晶圓不會有陰影，因此提供更均勻的晶圓加熱。也不會有間歇性地暴露於大型的熱滾子，以及與支撐件的背側表面接觸較少，其是停留在均勻的溫度。最後，在擴散爐實施例之中是使用與本發明擴散爐的最接近入口相鄰且在下遊的高強度紅外線燈或是隔離模組，可以將晶圓極快速地加熱(在數秒之內)到或是接近擴散溫度範圍。在這項實施例之中，晶圓是以比目前的滾子擴散爐的4到5倍或是更大的高強度短波長頂輻射能量來進行光調節，使得擴散能夠以快得很多的速度來進行。舉例來說， 在本發明擴散爐之中，溫度是會在數秒內上升到擴散溫度。更重要的，借著在HIHR區域使用隔離模組，以及提供動力給較高電壓的那些以及浸泡區域的元件，在加工處理期間頂通量是較高的，以及與目前系統的2到3倍長的時間相較，擴散可以在小於6到8分鐘之內完成。圖5以及圖6說明了這些原理。圖5的上方部分概略地以上方側視圖顯示出本發明擴散爐在對應區域中所發展出的溫度輪廓對於時間的圖形。虛線的曲線P是在本發明擴散爐中，針對主要是由紅外線燈加熱以發展出p-n接面層的前側上的P擴散溫度輪廓。實線曲線顯示出在本發明擴散爐中用以形成背側接觸層的B擴散是在大約比200°C更高下進行，並且需要至少一些區域用阻抗式元件加熱，像是揭示的碳化矽管。可以注意到本發明擴散爐紅外線燈或是阻力元件所產生的極為陡峭的輪廓是使得晶圓快速地上升到用於P(及 /或B)擴散加工處理溫度。可比較的市面上可獲得的使用紅外線燈加熱的實心陶瓷滾子擴散爐是顯示出P擴散的曲線大體上遵循著在圖形中以「P. A.，，(現有技術)標示的虛線輪廓。由於滾子在擴散爐中已經是熱的了，燈是自動地調整以較低動力運作(以下參見圖 6B)，因此產生了一個大致上以及顯著較低的溫度輪廓斜率，並且到達溫度需要較長，大約是較長數分鐘。在圖5的圖形中一項顯著的觀點是，用本發明的擴散爐，擴散大致上會較快完成，在縱坐標上的點「D端點」處，晶圓是繼續冷卻以及轉移到網版印刷，在縱坐標上的點 "XFEn
相反的，比較的現有技術P擴散加工處理(在圖5之中的虛線)是繼續到以如圖以指向右側的虛線箭頭所示的設定的較低動力時間進行要久得多的熱浸泡。本發明的高強度頂輻射通量P擴散加工處理一般來說需要的時間為傳統式熱傳導加工處理的1/2到 1/3的時間。因此，與可以比較的輸出傳統式擴散爐GOO英寸長，36英寸寬)比較，用小得多的擴散爐(在300英寸長以及一半寬度以下)生產續大致上是較高的。圖6A以及圖6B以圖形說明光譜輸出是在光調節、上升以及HI-IR區域中的改良的IR擴散加工處理速度的一項關鍵。一個燈的光譜輸出是燈動力的一個函數，以燈的最大動力容量的百分比來表示。圖6A顯示出本發明低質量運送系統的相對強度對上波長的光譜輸出曲線。上方曲線是理論的最大值T，其說明了在大約1. 2微米的頂峰值，且相對強度為大約12.5。可以注意到的是視覺上的光譜VS是在左側以虛線表示。以「本發明」標示的下方曲線顯示出本發明的極低質量運送系統使用Hi-紅外線燈模組，紅外線燈可以用燈的電壓控制系統在從大約40到100%的最大速率下操作，此處顯示在大約40到70%，以及在高峰處的強度最大值為8。相反的，圖6B顯示出在高質量、實心陶瓷滾子系統中相同強度對于波長的比較光譜輸出。在如此的與熱耦型的熱監視控制回饋系統運作的比較系統之中，燈必須以大約 20%的動力運作。然而，相對指數是有一個指數下降，並且以「PA」標示的峰值在大約1.8 的峰值強度下是移到更加接近1. 75微米，這是比本發明加工處理小超過四倍的輻射通量。 也很重要的是傳統系統中較長的波長、較低能量光譜輪廓的變動。因此，在本發明的系統中，由於燈基本上只是輻射調節以及加熱晶圓，HIHR區域的燈以及浸泡區域是被冷卻，以及一個相當巨大質量滾子大致上沒有貢獻熱量，燈可以用較大動力操作，產生了相對強度的4到5倍的增加。這種較快應用到晶圓的增加的頂強度是調節晶圓來促進快得很多的將P或/以及B擴散到先進的晶圓材料之中，用以形成各自的接面及背側接觸層。因此，在本發明的系統中，IR強度是較高的，以及保持足夠久用於較快的加工處理。圖7到圖IOB是針對本發明超低質量運送系統的第二實施例，其是使用一對與隔開的鏈條，晶圓支撐纜線以及陶瓷管是從所述鏈條垂吊下來。在圖7中，上文針對圖1的說明可以用於具有相同元件符號的元件。可以注意到IT以及Bl區域在此實施例之中是組合成一個上升(Ramp-邱)區域，其中晶圓溫度是從室溫上升到大約500°C到900°C，在後者的情況中是上升區域包括有一個HI-IR隔離燈模組。接下來的是點火區域，其是將溫度上升到大約950-1100°C的擴散處理溫度，此是視擴散的是P、或是B、或是二者而定。如圖所示， 點火區域使用了揭示的說明性阻抗式碳化矽SiC元件。點火設定點溫度是保持在浸泡區域之中，沒有顯示出加熱元件以防止圖變得雜亂，但是可以參見圖1及圖5。如圖所示，冷卻區域是劃分成二個子區域，CZ-I以及CZ-2。雖然二者是顯示在擴散爐12的架構之內，CZ-2 可以是在外部，在轉移(XFER)到運送下遊晶圓的帶28D用於進一步加工處理，例如塗敷抗反射塗層之後。可以注意到圖1的帶是以滾子鏈條112來取代，滾子鏈條112是由位於擴散爐20 出口端部下方的馬達34提供電力的鏈輪114所移動。在這種情況中，惰滾子鏈輪40A到 40C是配置在入口、出口處以及在回復路徑R的上遊端部處，用以在所示的驅動迴路中重新引導鏈條。適當的張力是由彈簧偏壓的張力以及鏈輪系統44提供，其配置在驅動裝置30下
17遊。引導滾子116以及滑軌塊件74是沿著鏈條迴路設置，以保持路徑筆直。空氣刀22提供了冷卻壓縮空氣於冷卻區域中或是其外部的鏈條上方。除此之外，管冷卻器118可以設在回復區段中以進一步冷卻鏈條。圖8相似於圖4A以及顯示出如何二個分隔開的鏈條112-L(左側側邊)以及 112-R(右側側邊)是搭載在滑子塊件74中的凹槽或是通道120之中。支撐著陶瓷管64的橫向纜線72具有端部122通過管狀連杆套管124。連杆樞軸分隔開大約1/2英寸(1. 27公分)，以及管狀連杆套管1 是設在每隔一個連杆中，使得纜線72分隔開大約1英寸(分開 2. 5公分)。圖9是與圖4B相似的放大細部圖，其更清楚地顯示纜線72的供選擇的連杆軸頸。 中間連杆具有實心的連杆銷126。連杆套管124以及連杆銷1 二者均具有重疊的連杆滾子128(未顯示在圖9中；顯示在圖IOA以及圖IOB中)。纜線的自由端部122是終止在推動或是具有螺紋的螺帽或是其他類型的扣件130，140之中，用以保持纜線不會掉出套管 124(參見圖 10A、圖 10B)。圖IOA以及圖IOB顯示滑子板件74的實施例。在圖IOA中，滑子板件包括有一個凹槽或是通道120，鏈條112搭載在其中。纜線72的自由端部122具有螺紋，用以接收一個鎖定螺帽130。顯示有一個選擇的間隔墊圈132。間隙器84具有倒V形外部周圍，使得晶圓可以搭載在周圍邊緣134上。在圖IOB中，滑子板件74包括有一個脊狀物136，其可以具有廣大範圍的構造，包括有筆直或是彎曲(傾斜)側邊壁部。鏈條112的側邊連杆是跨過脊狀物136且由脊狀物136引導。在這項實施例之中，滑子板件74通常不具有外側塊件 138，脊狀物的二側上的板件是平坦的，如圖中以界定側邊塊件138的虛線所示的。除此之外，纜線72的頂端122是由蓋形或是推動螺帽140所終止。支座的輪廓是變細的高峰，在此實施例中是半個正弦波的剖面。圖IlA及圖IlB說明了間隙器84的二個另外的實施例，圖IlA顯示出一個非對稱鰭片形狀的間隙器，其具有一個傾斜外部面(脊狀物134右側)，以及垂直或是傾斜的側面。 圖IlB顯示一個雙側向變細的圓錐形狀，選擇地具有一個在二個變細側邊會合的頂峰處的環形肋部134。不論是肋部或是長的輕斜面都可以提供支撐給晶圓產品，這取決於間隙器 84沿著管64的間隔與產品寬度的比較而定。當產品很大時，底部表面停靠在肋部(參見圖 4A中的96)上，以及當產品不是這麼寬時，只有產品的外部下方邊緣會停靠在傾斜的面上， 如圖所示。可以注意到的是，較大(較寬)的晶圓或是產品是停在斜坡上較遠處或是在周邊的周圍肋部134上。此間隙器實施例是膠黏到陶瓷管64，而不是與管件一體形成。所使用的黏膠是如上文所描述。產業利用性本申請所發明的擴散爐對於太陽能電池製造業，也就是對於觸發太陽能電池晶圓加工處理步驟以造成P及/或B擴散到晶圓的基質之中，而產生Ρ-Π接面的表面層或/及導電背表面層，具有廣大的產業利用性。本系統明顯地是一種現行的擴散爐的改良，藉由實質地縮短加工處理時間，降低能源需求，減少晶圓的加工處理汙染，而提供較好的生產力， 並且基於在所述p-n接面層以及所述參雜有B的背表面層所改良的一致性而使全部晶圓具有改良的表現。因此，本發明的系統具有明顯的潛力可以成為將參雜物擴散至太陽能電池先進材料晶圓的裝置及方法的新標準。所屬技術領域中具有通常知識者在不超出本發明
18的精神範疇以及無須過度實驗的狀況下，可以實現在本發明的範疇內的不同變化。舉例而言，加熱，浸泡，以及冷卻可產生廣大的變化以提供在此所揭露的諸多功能。同樣地，低質量運送系統可經由構形成在尺寸，導向以及設計，或冷卻，或具有防護的許多替代方式，以及適用於許多其它的產品類型。在背景技術的允許下，並且可依需要參酌說明書，包含現行的及未來的相等物，本發明可因此藉由隨附的權利要求項的範圍儘可能寬廣地界定。
權利要求
1.一種用於加工處理太陽能電池晶圓的連續輸送擴散爐，其特徵在於，其操作組合包含有a)從一個擴散爐入口到一個擴散爐出口相繼地定向的多個加熱以及冷卻區域，所述區域是以相鄰關係配置，用以界定出通過其中的連續縱向加工處理運送路徑，該路徑是定向在一個大體上水平的平面中，以及所述擴散爐區域是被從紅外線燈、阻力輻射裝置以及其組合所選出的元件所加熱；b)一個低質量運送系統，用於接收太陽能電池晶圓以及沿著所述縱向處理路徑將太陽能電池晶圓從所述擴散爐入口、通過所述區域移動到所述擴散爐出口，所述運送系統包含有i)多個分隔開的抗高溫金屬纜線，其是定向成與所述縱向處理路徑橫向，所述纜線具有一個長度界定出一個所述運送系統通過所述擴散爐區域的有用的晶圓運送寬度； )小直徑、薄壁、非旋轉防火管，其懸掛在所述纜線上，用以當晶圓被所述運送系統運送通過所述擴散爐區域時提供支撐給所述晶圓，以及用以大致上完全地防護所述晶圓不受到從所述纜線除氣的金屬蒸氣的影響；iii)所述防火管延伸了所述纜線的長度的至少一個實質部位以及定位在所述纜線上， 用以留下只有所述纜線的短相反側邊端部暴露出來；iv)一對分隔開的運送構件，一個運送構件是配置成與所述纜線的每個端部相鄰，每個所述運送構件是形成一個連續的迴路，其是從擴散爐入口通過所述縱向處理路徑而到所述擴散爐出口，以及因此在一個所述擴散爐區域外側的回覆路徑上回到所述入口 ；ν)每個所述運送構件包括有多個接收構件，所述接收構件是沿著每個所述運送構件的連續迴路均勻地分隔，每個所述接收構件是被建構成可移除地保持一個纜線的所述短側邊端部配置成懸掛在橫過所述運送寬度的所述運送構件之間；以及c)一個驅動系統，其是配置在所述擴散爐區域外側，所述擴散爐區域是配置成接合所述運送構件用於當所述運送構件承載著所述多個防火管時同步運動通過所述區域以及懸掛在所述接收構件之間的纜線二者，在擴散爐操作期間，所述晶圓在所述防火管上被運送通過所述區域以加工處理所述晶圓。
2.如權利要求1所述的連續輸送擴散爐，其特徵在於，所述運送迴路構件是選自帶以及滾子鏈條，以及選擇地所述帶可以包括有垂直延伸的掛架，以及所述滾子鏈條可以包括有管狀樞轉連杆，所述纜線端部是接收在其中。
3.如權利要求2所述的連續輸送擴散爐，其特徵在於，所述運送系統包括有以下至少之一a)所述帶以及鏈條是由低摩擦、抗高溫的支撐構件所引導，所述帶以及鏈條是在支撐構件上滑移；b)所述防火管以及支撐構件從含有二氧化矽、氧化鋯以及氧化鋁的至少其中之一的陶瓷或是玻璃材料形成；c)選擇地所述防火管包括有環形間隙器，晶圓是停放在其上，所述環形間隙器是配置成沿著防火管分隔開，用以提供多個、大致上與所述晶圓的點接觸，藉此產生有較少的熱傳導以及來自所述運送系統的汙染較少；以及d)當使用間隙器時，所述間隙器具有廣大範圍的外部構造輪廓，其實例可以從錐形、渾圓形(甜甜圈形狀)、垂直刀口、傾斜的、圓錐形、方形頂部鰭板、肋部以及類似者。
4.如權利要求1所述的連續輸送擴散爐，其特徵在於，所述元件是配置在多個加工處理區域中，從入口端部到出口端部依序包括有從以下所選擇的一個或多個區域擋板區域、 上升Ramp-Up區域、高強度頂區域、點火區域、浸泡區域以及冷卻區域。
5.如權利要求4所述的連續輸送擴散爐，其特徵在於，所述頂加熱是由高強度紅外線燈元件提供，所述高強度紅外線燈元件是配置在至少一個陣列之中，該陣列是選自在所述晶圓運送路徑上方，用以將高強度、高通量的頂輻射向下引導到所述晶圓的頂部表面上， 以及在所述路徑下方，用以在所述分隔開的運送系統之間將防火管引導高強度、高通量頂輻射向上引導到所述晶圓的底側表面的一個部位，所述運送構件是借著以下至少其中之一而被冷卻部分地防護不受所述高強度頂輻射的影響，以及用引導到所述分隔開的運送構件上的大致上環境壓縮空氣噴射物的冷卻作用。
6.如權利要求4所述的連續輸送擴散爐，其特徵在於，所述區域是具有一個上半部及一個下半部的每個模組元件，所述上半部及下半部是沿著一個大體上平行於所述處理路徑平面的水平平面而劃分出來，所述上半部模組是裝設在第一、上方構架之中，以及所述下半部模組是裝設在第二、下方構架之中，以及所述區域包括有多個動力垂直舉起構件，其是配置成連接到所述上方以及下方構架，所述垂直舉起構件允許將所述上方構架相對於所述下方構架舉起，用以暴露出以及允許接近運送系統運送構件，纜線以及懸掛在其上的防火管， 用於在需要時檢查、調整、維護以及修理。
7.一種光伏打PV太陽能電池晶圓的連續擴散層點火方法，其特徵在於，所述晶圓已經具有一個參雜層，其含有一個塗布於所述晶圓基板的至少一個表面的參雜物，所述至少一個表面是選自一個第一頂部表面以及一個第二底部表面，該方法包含有以下步驟a)運送多個晶圓從一個擴散爐入口連續地通過多個加熱以及冷卻區域而到達一個擴散爐出口，所述區域是以相鄰關係配置，用以界定出通過其中的連續縱向加工處理運送路徑，該路徑是定向在一個大體上水平的平面中，以及所述晶圓是定向成所述第一表面的方為是向上的；b)在所述運送步驟期間支撐所述晶圓於一個低質量運送系統上，該低質量運送系統包含有支撐所述晶圓的小直徑的非旋轉防火管，所述防火管是懸掛在纜線上，所述纜線是跨越晶圓處理路徑以及以預定的速率被連續地前進通過所述區域；以及c)直接地通過紅外線燈輻射以及熱阻抗輻射的至少其中之一或是引導到所述頂部以及底部表面的再輻射加熱所述晶圓持續一段時間，而足以促進將參雜物從所述參雜層擴散到所述晶圓基板材料之中，用以完成p-n接面層、一個背側接觸層或是所述層二者的發展。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，至少一些所述加熱是由以下至少其中之一提供a)在至少一個區域之中的高強度紅外線燈，其是被提供電力來提供高強度、短波長的紅外線輻射通量，所述燈是以在大約40%的最大燈額定動力下被操作持續至少一部分的加工處理時間，所述輻射是足夠高的通量，用以光調節一個晶圓表面以及用以將所述晶圓的溫度提高到一個從大約700°C到大約950°C的範圍，用以促進含有P的參雜物擴散到所述晶圓基板表面之中；以及b)碳化矽輻射元件，其是在足以將至少一個點火區域中的在從大約950°C到大約1100°C範圍之內的溫度加以提高的動力下操作，用以促進B從所述參雜層擴散到所述晶圓基板材料之中，用以完成一背側接觸層的發展。
9.一種擴散爐低質量運送系統，用於接收產品以及移動所述產品沿著一個縱向處理路徑從一個擴散爐入口通過多個區域移動到一個擴散爐出口，其特徵在於，所述運送系統包含有a)多個分隔開的抗高溫金屬纜線，其是定向成與所述縱向處理路徑橫向，所述纜線具有一個長度界定出一個所述運送系統通過所述擴散爐區域的有用的產品運送寬度；b)小直徑、薄壁、非旋轉防火管，其懸掛在所述纜線上，用以當產品被所述運送系統運送通過所述擴散爐區域時提供支撐給所述產品，以及用以大致上完全地防護所述產品不受到從所述纜線除氣的金屬蒸氣的影響；c)所述防火管延伸了所述纜線的長度的至少一個實質部位以及定位在所述纜線上，用以留下只有所述纜線的短相反側邊端部暴露出來；d)一對分隔開的運送構件，一個運送構件是配置成與所述纜線的每個端部相鄰，每個所述運送構件是形成一個連續的迴路，其是從擴散爐入口通過所述縱向處理路徑而到所述擴散爐出口，以及因此在一個所述擴散爐區域外側的回覆路徑上回到所述入口 ；e)每個所述運送構件包括有多個接收構件，所述接收構件是沿著每個所述運送構件的連續迴路均勻地分隔，每個所述接收構件是被建構成可移除地保持一個纜線的所述短側邊端部配置成懸掛在橫過所述運送寬度的所述運送構件之間；以及f)一個驅動系統，其是配置在所述擴散爐區域外側，所述擴散爐區域是配置成接合所述運送構件用於當所述運送構件承載著所述多個防火管時同步運動通過所述區域以及懸掛在所述接收構件之間的纜線二者，在擴散爐操作期間，所述產品在所述防火管上被運送通過所述區域以加工處理所述產品。
10.如權利要求9所述的擴散爐低質量運送系統，其特徵在於，所述系統包括有至少以下的其中之一a)運送迴路構件，其是選自帶以及滾子鏈條；b)選擇地，所述帶可以包括有垂直延伸的掛架，以及所述滾子鏈條可以包括有管狀樞轉連杆，所述纜線端部是被接收於其中；c)所述帶以及鏈條是由低摩擦、抗高溫的支撐構件所引導，所述帶以及鏈條是在支撐構件上滑移；d)所述防火管以及支撐構件從含有二氧化矽、氧化鋯以及氧化鋁的至少其中之一的陶瓷或是玻璃材料形成；e)選擇地所述防火管包括有環形間隙器，產品是停放在其上，所述環形間隙器是配置成沿著防火管分隔開，用以提供多個、大致上與所述產品的點接觸，藉此產生有較少的熱傳導以及來自所述運送系統的汙染較少；以及f)當使用間隙器時，所述間隙器具有廣大範圍的外部構造輪廓，其實例可以從錐形、渾圓形(甜甜圈形狀)、垂直刀口、傾斜的、圓錐形、方形頂部鰭板、肋部以及類似者。
全文摘要
多區域、太陽能電池擴散爐具有多個輻射元件(SiC)或/以及高強度紅外線燈加熱加工處理區域，包括有擋板、上升、點火、浸泡以及冷卻區域。太陽能電池晶圓，例如，矽、硒、鍺或是鎵基太陽能電池晶圓的通過擴散爐的運送是借著使用一個極低質量的晶圓運送系統實施，該系統包含有側向分隔的受到防護的金屬帶或是鏈條，其運載著非旋轉的氧化鋁管，所述氧化鋁管是懸掛在介於其間的纜線上。晶圓停靠在突起的周圍間隙器上，間隙器是沿著氧化鋁管側向地分隔，而可以減少汙染。帶或是鏈條是在極低張力下被在擴散爐的入口或是出口端部處的銷驅動滾子或是鏈輪同步地驅動，且適當的張力系統是配置在回復路徑中。高強度IR通量快速地光輻射調節晶圓，使得擴散可以比傳統式高質量熱擴散爐大3X更快地發生。
文檔編號H01L21/677GK102356458SQ201080008230
公開日2012年2月15日 申請日期2010年4月16日 優先權日2009年4月16日
發明者彼得·G·拉給, 理查·W·帕克斯, 路易斯·阿雷安卓·芮加希亞 申請人:Tp太陽能公司