专利名称：对硅太阳能衬底进行切片的轨道配置和方法
对硅太阳能衬底进行切片的轨道配置和方法 对相关申请的交叉引用仅仅作为一个实例，太阳能电池依赖诸如硅的起始材料 (starting material)。这种硅通常使用多晶硅(即多晶体的硅)和/ 或多晶硅材料制成。这些材料通常难以制造。多晶硅电池通常通过制 造多晶硅板来形成。尽管这些板可以有效地形成，但是它们不具备高 效太阳能电池的最佳性能。单晶硅具有高级太阳能电池的适当性能。 然而，这种单晶硅价格昂贵，还难以按照高效且成本有效的方式用于 太阳能用途。此外，多晶硅材料和单晶硅材料在传统制造过程中均遭 受称为"刮线损失(kerf loss)"的材料损失，其中，出于铸件或生长 晶锭(grown boule )并将材料单片化(singulate )成晶片形式的因素， 锯割工艺消除起始材料的多达40%甚至达到60%。这是制备用作太 阳能电池的薄多晶硅或单晶硅板的非常低效的方法。
图1是例示根据本发明的实施例在具有轨道配置的工具 中加工材料膜的方法的简化示意图。图4是采用跑道(runway)型架构的系统的简化顶视示意图。
〖0017图5是采用转动压盘(rotating platen )而不是传送带来 移动托盘、块(brick)或村底的系统的简化顶-现示意图。
具体实施例方式上述顺序的步骤提供了 一种根据本发明实施例的使用注 入工艺和解理工艺形成村底的方法。如所示，方法100包括使用基 于加速器的高能注入工艺和受控解理工艺来利用按照轨道方式配置 的系统去除材料膜，该膜优选是厚且独立式的。在不脱离权利要求的 范围的情况下，还可以提供其他替代方式，其中可以添加步骤，可以 去除一个或更多步骤，或者可以按不同的顺序提供一个或更多步骤。 本方法的进一步细节可以在本说明书的全文且从以下说明更具体地 找到。
0021简而言之，方法100包括至少两个主要工艺。第一主要 工艺是至少包括工艺120和125的注入工艺，其中工件的表面暴露至 能量离子束。例如，工件是晶体硅的锭或块，具有被制备为基本在特 定晶面(例如(111)或(110)面)内的表面，具有若干度的误切角 (miscut angle )。能量粒子束可以是注入氢的轻离子，其经由相应的 高电流高能加速器被加速至大于1MeV的高能。然后经由磁束扫描器 将离子束引导并调整为具有期望的斑尺寸(spot size)和可控的扫描 模式。当将离子束引入工件的表面时，离子到达并驻留在位于工件表 面下方明确限定的深度处的薄层中，限定其解理区或解理层。该解理 区或层构建机械裂紋将沿其优先传播的面。使用基于加速器的离子注 入的技术及其注入工具的实例的有关细节可以在美国专利申请 No.ll/936582 、美国专利申请No.60/997684和美国专利申请 No.60/992086中找到，这些申请共同转让给力口利福尼亚圣何塞的 Silicon Genesis公司，在此通过参考并入这些申请用于所有目的。在 一个实施例中，在耦接至轨道结构的注入子系统中进行注入工艺，该 注入子系统是可扩展且模块化的以与其他工艺或服务模块耦接。例 如，以下将按图2更详细地描述轨道结构。在一个实施例中，托盘服务模块1200可以耦接至轨道结 构1000。托盘模块1200可用于设置(station)才羊品托盘1100，样品 托盘1100中可以装载一个或更多工件。在一种实施方式中，样品托 盘1100被设计为能够携带多个工件以最大化制造吞吐量。例如，托 盘1100可以具有6x6个货盘(pallet)，每个货盘放置156x156mm 的晶锭；或者可以具有8x8个货盘，每个货盘i文置125x125mm的晶 锭。每个晶锭可以具有达到100mm的总高度。在一个实施方式中， 取决于晶片形状因子，每个注入/解理工艺对的吞吐量期望在每小时 185-300晶片的范围内。在实施例中，可以安装多于一个托盘来增加 生产量。
00261在另一实施例中，工厂量产系统包括一个或更多注入子 系统。每个注入子系统包括基于加速器的离子注入器(例如1001)和 终端站(ES)(例如1011)。托盘1100可以;陂装栽到终端站1011 中，终端站1011是真空室并耦接至加速器1001以对托盘1100中的 至少一个工件进^f亍注入工艺。基于加速器的离子注入器1001的特征在于高电流、高能 离子束加速器，并被设计为产生能量大于1MeV的质子或其他轻离子 的单能量束。在一个实例中，使用基于RFQ或基于RFI的线性加速 器。在另一实例中，采用回旋加速器。在又一实例中，可以使用静电 加速器。对本发明实施例有用的离子注入设备近来已经通过使用直流 (DC)静电粒子加速器(例如，从比利时Ion Beam Application SA 可以获得的DYNAMITRON质子加速器)变得可用。可以使用的其 他形式的DC静电加速器包括范德格喇夫(Van De Graaff)或范德格 喇夫串列式静电(Tandem Van De Graaff)力口速器类型。
0028由加速器1001产生的质子束被引入终端站1011，并用适 当的斑直径和剂量控制进行调整。在终端站1011内，将托盘1100中 的工件的表面暴露至质子束，质子束可以被扫描并脉冲调制以提供跨越表面区域的适当剂量。然后，将能量离子注入到每个工件的表面并 驻留在依据束的能量水平的明确限定的深度处，导致在薄层内形成应 力缺陷结构，称为解理区或解理层。在一个实施方式中，可以有某些
被耦接至轨道结构1000的附加注入子系统。例如，另一注入子系统 包括加速器1002 (或1003，或100N)和终端站1012 (或1013，或 101N)，用于相应地对保持至少一个工件的分离的托盘进行类似注入 工艺。
0029再次参照图2，轨道结构100还^皮配置为与沿轨道路径的 若干工艺或服务模块耦接。例如， 一个或更多解理模块1211、 1212 或121N直接耦接至轨道结构1000。在注入子系统之一中进行了注入 工艺之后(在下一段落中描述)，可以经由传送装置将托盘1100传 送到解理模块1211。解理模块1211包括用于对托盘1100中的工件进 行一个或更多热机械处理的工具。具体地，可以应用并控制热机械处 理以导致在靠近解理区处引发工件的机械裂紋，并且随后沿解理区进 行受控传播。在一个实施例中，热机械处理导致体工件的薄上层的解 理工艺或受控裂紋传播。解理工艺将导致完全厚度独立的材料独立式 膜或简单的薄晶片的形成以及从托盘中的每个工件分离。在另一实施 例中，例如，通过添加冗余的解理才莫块1212至U1N，可以增加与轨 道结构IOOO相关联的解理模块的数目，以利用与相同轨道结构1000 中安装的注入子系统的数目的适当比率实现平衡的流水作业。
[0030当然，可以有按轨道配置的系统的其他替代物、变体和 修改。例如，轨道结构1000可以被设计为与退火站1201耦接，在退 火站1201可以在装载到解理模块1211中之前对托盘1100中的工件 进行热处理。在另一实例中，轨道结构1000可以包括用于在形成厚 度独立的材料之后进行任何必要步骤的可选^^莫块1221。在特定实施例 中，每个解理模块，例如1211或1212，可以包括用于在厚度独立的 材料分离之后对其进行传送的输出端口 1311或1312。厚度独立的材 料可以首先被检验然后装盒，或者直接放置到与轨道结构1000关联 的第二传送装置1300上。在特定实施例中，轨道结构还可以包括质量控制(QC)模块1231,用于在去除厚度独立的材料之后，对托盘 1100中的每个工件的剩余部分进行质量检验。QC模块1231还可以 能够进行必要的工件再制备(包括表面平滑化工艺)以使得每个工件 为重复的注入/解理工艺做好准备。特别地，携带工件的托盘1100可 以被再次传送到终端站1011-101N之一中来进行下一轮注入工艺。随 后在具有轨道配置的工具中制造材料膜的方法的细节可以在上述图1 中找到。
[0031j替代实施例落入本发明的范围内。例如，图3示出采用 具有多于一个环路的轨道的实施例的简化示意图。轨道的第 一环路 300被用于接收承载工件的托盘，并在注入站与解理站之间循环该托 盘。在解理之后，将晶片输出到传送装置。
[00321轨道的第二环路320被用于为托盘重新填充块， 一旦连 续的注入和解理工艺已经减少了现有块中存在的材料的量。第二轨道 还与各种站连通，例如装载锁(load lock)、块检验节点、块研磨节 点和块储存点。
[0033尽管图2和3的实施例示出闭环架构，但是这不是必须 的。根据替代实施例，可以采用单跑道架构。
[0034图4示出采用跑道架构的一个所述替代实施例。在本实 施例中，单个线性传送装置400传送工件402 (其可以在托盘上支撑) 以暴露至一个或更多线性加速器的终端站中的注入。传送装置还与各 种其他节点连通，例如，可用于分析或加工晶片/衬底或块的解理模块 或服务模块。
[00351在解理之后，可以采用机器人(robot) 404将块从靠近 传送装置的末端的区域传送至传送装置的开始区域。该传送将允许块 的注入以解理附加材料。在特定实施例中，机器人可以是轨道机器人 (track robot)(如图所示)或者可以是自动导向车辆(AGV )。
[0036尽管前面的实施例示出具有一个或更多传送装置结构， 但是这不是本发明必须的。替代实施例可以使用不同于传送装置的结 构来移动托盘/块/衬底。移动这些元件的替代方式的一个实例可以采
15用基于轨道的机器人。移动这些元件的替代方式的另一实例可以采用
AGV。
[0037替代实施例的又一实例采用旋转盘型(lazy susan-type ) 结构来实现移动。如图5的实施例所示，将环形平台500配置为转动 以允许其上的块/托盘与不同的注入站或分析加工节点连通。环形平台 还与输入和输出接点连通，允许托盘/块/解理碎t底的连续装栽和卸栽。
[0038通过参考并入以下的非临时专利申请的全部用于所有目 的美国非临时专利申请No.ll/782289;和美国非临时专利申请 No.l 1/784524。
[0039j尽管以上是具体实施例的完整描述，但是可以使用各种 修改、替代构造和等同物。尽管以上已经使用选定的步骤顺序进行了 描述，但是可以使用上述步骤以及其他步骤的任何元素的任意组合。 另外，取决于实施例，特定步骤可以被组合和/或消除。此外，根据替 代实施例，可以使用氦和氢离子的共注入来代替氢粒子，以允许用修 改的剂量和/或解理性质形成解理面。在其他实施例中，工件可以是一 个或更多硅锭和/或晶片等。在其他实施例，工件可以被配置为具有轻 微误切或在空间上成角度(具有或没有误切)。当然，可以有其他变 体、修改好替代物。因此，上述说明和例示不应该被认为限制本发明 的范围，该范围由所附权利要求限定。
权利要求
1.一种用于由体工件制造独立式膜的系统，所述系统包括轨道结构，所述轨道结构被配置为传送至少一个工件；经由终端站耦接至所述轨道结构的一个或更多基于加速器的离子注入器，每个基于加速器的离子注入器被配置为将粒子引入以注入到载入终端站的工件的表面中，从而在工件中形成解理区；以及耦接到所述轨道结构的一个或更多解理模块，每个解理模块被配置为进行解理工艺以沿解理区从工件释放独立式膜，由此从工件释放独立式膜之后，将工件返回至终端站以引入更多粒子。
2. 如权利要求1的系统，还包括耦接至所述解理模块的输出 端口，用于输出从工件分离的独立式膜。
3. 如权利要求1的系统，还包括 一个或更多服务模块，每个 服务模块连接至所述轨道结构。
4. 如权利要求3的系统，其中所述一个或更多服务模块包括托 盘服务模块，用于将一个或更多工件装载到支撑托盘，并进行对所述 托盘的维护。
5. 如权利要求3的系统，其中所述一个或更多服务模块包括退 火站，用于在所述一个或更多解理模块中的解理工艺之前或之后进行 热处理。
6. 如权利要求3的系统，其中所述一个或更多服务模块包括质 量控制站，用于检验和制备用于重复注入和解理工艺的工件。
7. 如权利要求1的系统，其中所述至少一个基于加速器的离子 注入器被配置为引入具有大于1MeV的能量的粒子。
8. 如权利要求1的系统，其中所述轨道结构可以被配置为闭环 架构或单跑道架构。
9. 如权利要求l的系统，其中所述轨道结构包括第一传送装置， 用于将托盘中的至少一个工件从一个位置传送至另一位置，所述另一 位置包括终端站、所述一个或更多解理模块之一、或所述一个或更多服务模块之一。
10. 如权利要求9的系统，其中所述轨道结构是可扩展的以延伸 所述第一传送装置和添加与其耦接的附加工艺模块。
11. 如权利要求l的系统，其中采用轨道机器人、机械手、自动 导向车辆或转动平台。
12. 如权利要求l的系统，还包括用于所述轨道结构的生产线平 衡装置，其中所述一个或更多基于加速器的离子注入器的数目与所述 一个或更多解理模块的数目的比率可调整。
13. 如权利要求l的系统，其中所述一个或更多基于加速器的离 子注入器包括用于产生具有达到约5 MeV的能量的粒子的基于RFQ 的线性加速器、基于QFI的线性加速器、回旋加速器或静电加速器。
14. 如权利要求l的系统，其中所述粒子包括具有正电荷或负电 荷的氢离子或其它轻离子。
15. 如权利要求l的系统，其中所述工件可以是晶体硅的锭，并 且所述表面可以被选择为沿(111)或(110)晶面，具有若干度的小 误切角和方形或伪方形的截面形状。
16. 如权利要求l的系统，其中所述一个或更多解理模块还包括 用于对所述工件使用电子-磁工艺照射和扫描并进行解理工艺的工具。
17. —种用于从体工件量产厚度独立的材料的方法，所述方法包 括以下步骤提供包括第一传送装置的轨道结构；在所述传送装置中装栽至少一个工件，所述工件具有基本上位于 预定晶面的表面；经由第一传送装置将工件传送到耦接至轨道结构的终端站；通过耦接至轨道结构的注入子系统产生离子粒子束，所述离子粒 子束被引入终端站中的工件的表面，并被注入到限定解理区的深度；经由第一传送装置将工件传送到耦接至轨道结构的解理模块，通 过一个或更多工艺对工件进行处理以沿解理区解理厚度独立的材料;释放厚度基本等于所述深度的厚度独立的材料；将工件返回至终端站；以及经由第二传送装置将所述厚度独立的材料传送出解理模块。
18. 如权利要求17的方法，其中将所述工件装栽在支撑在托盘 上的传送装置中。
19. 如权利要求18的方法，其中将至少一个工件装载在托盘中 的步骤在耦接至所述轨道结构的托盘服务模块中进行。
20. 如权利要求18的方法，其中所述托盘是包括多个货盘的压 盘，每个货盘被配置为利用机构保持一个工件以调整相对表面角和相 对高度。
21. 如权利要求17的方法，其中所述轨道结构可以被配置为闭 环架构或单跑道架构。
22. 如权利要求17的方法，其中通过注入子系统产生离子粒子 束的步骤包括使用加速器来产生具有若干MeV的能量的离子粒子 束；将所述离子粒子束重定向到所述终端站；和使用磁扫描器来扫描 所述离子粒子束。
23. 如权利要求17的方法，其中限定所述解理区的深度取决于 所述离子粒子束的能量水平和剂量的组合。
24. 如权利要求17的方法，还包括在经由第一传送装置将工 件传送到所述解理模块之前，在耦接至轨道结构的退火模块中使工件 退火。
25. 如权利要求17的方法，还包括在所述厚度独立的材料已 经从工件释放之后，将工件从所述解理模块传送至QC模块，并在所 述QC模块中进行工件的检验，所述QC模块耦接至所述轨道结构。
26. 如权利要求17的方法，其中所述工件釆用传送装置、轨道 机器人、机械手、自动导向车辆或转动平台返回至所述终端站。
27. —种方法，包括以下步骤采用轨道结构将工件传送至基于加速器的离子注入器； 将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区；块，每个解理模块被配置为进行解理工艺以沿所述解理区从所述工件释》文独立式膜；以及在从所述工件释放所述独立式膜之后，采用所述轨道将所述工件 返回至基于加速器的离子注入器。
28.如权利要求27的方法，其中所述轨道包括传送装置、轨道 机器人、机械手、自动导向车辆或转动平台。
全文摘要
本发明涉及对硅太阳能衬底进行切片的轨道配置和方法。提供一种用于由工件制造独立式膜的系统。该系统包括轨道结构，该轨道结构被配置为传送至少一个工件；和经由终端站耦接至该轨道结构的一个或更多基于加速器的离子注入器。每个基于加速器的离子注入器被配置为将具有大于1MeV的能量的粒子引入以注入到载入终端站的工件表面中，从而在工件中形成解理区。该系统包括耦接到轨道结构的一个或更多解理模块，解理模块被配置为进行解理工艺以沿解理区从工件释放独立式膜。此外，该系统包括输出端口和一个或更多服务模块，该输出端口耦接至每个解理模块以输出从工件分离的独立式膜，每个服务模块连接至轨道结构。
文档编号H01L31/18GK101661973SQ20091016747
公开日2010年3月3日 申请日期2009年8月25日 优先权日2008年8月25日
发明者A·布雷洛夫, F·J·亨利 申请人:硅源公司