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TW201426823A - 離子植入器及用於對離子植入器進行維護的方法 - Google Patents

離子植入器及用於對離子植入器進行維護的方法 Download PDF

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TW201426823A
TW201426823A TW102146204A TW102146204A TW201426823A TW 201426823 A TW201426823 A TW 201426823A TW 102146204 A TW102146204 A TW 102146204A TW 102146204 A TW102146204 A TW 102146204A TW 201426823 A TW201426823 A TW 201426823A
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TW
Taiwan
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chamber
transfer chamber
transfer
ion implanter
processing chamber
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Application number
TW102146204A
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亞隆Ｐ 威波
查理斯Ｔ 卡爾森
保羅 福德哈斯
威廉Ｔ 維弗
羅伯特 布然特 寶佩特
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瓦里安半導體設備公司
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Abstract

一種離子植入器以及用於以減少離子植入器的停機時間同時增加產量的方式促進離子植入器的組件的維護的快速進行的方法。所述離子植入器包含：處理室；轉移室，連接到所述處理室；第一隔離門，經配置以可控制地密封所述轉移室以阻隔所述處理室；以及第二隔離門，經配置以可控制地密封所述轉移室以阻隔大氣環境，其中所述離子植入器的組件可在所述處理室與所述轉移室之間轉移以用於對所述處理室外部的所述組件進行維護。對所述離子植入器的組件進行維護包含以下步驟：將所述組件從所述處理室轉移到所述轉移室；密封所述轉移室；將所述轉移室通到大氣壓力；以及將所述轉移室向大氣環境開放。

Description

轉移室以及使用轉移室的方法
本揭露大體上涉及半導體處理的領域，且更明確地說，涉及用於有效地將物品轉移到離子植入器的處理室中以及從離子植入器的處理室轉移出去的系統以及方法。
離子植入為用於將更改導電性的雜質引入到半導體工件中的技術。在離子植入期間，在離子源室中使所要雜質的材料離子化，使離子加速以形成指定能量的離子束，且將所述離子束集中並對準位於處理室中的工件的表面。所述離子束中的高能離子穿透到工件材料的主體中且嵌入到材料的晶格中以形成具有所要的導電性的區域。
太陽電池製造產業的兩個問題為製造產量以及電池效率。電池效率量測轉換為電力的能量的量。可能需要較高電池效率以在太陽電池製造產業中保持競爭性。然而，不能為了提高電池效率而犧牲製造產量。
離子植入已證明為用以對太陽電池摻雜的可行方法。使用離子植入移除現有技術所需要的處理步驟(例如，擴散爐)。舉例來說，如果使用離子植入來取代爐擴散，那麼可移除雷射邊緣隔離步驟，這是因為離子植入將僅對所要表面摻雜。除了移除處理步驟之外，還使用離子植入展示較高電池效率。離子植入還提供進行太陽電池的整個表面的毯覆式植入或僅太陽電池的部分的選擇性(或圖案化)植入的能力。在高產量下使用離子植入的選擇性植入避免用於爐擴散的昂貴且耗時的微影或圖案化步驟。選擇性植入還實現新太陽電池設計。對離子植入器的製造產量或其可靠性的任何改進對於全世界的太陽電池製造商將為有益的。這可加速採用太陽電池作為替代能源。
鑒於以上內容，提供離子植入器以及用於以顯著減少離子植入器的停機時間同時增加產量的方式促進對離子植入器的組件的維護的快速進行的對應方法將為有利的。
根據本揭露的離子植入器的示範性實施例可包含：處理室；轉移室，連接到所述處理室；第一隔離門，經配置以可控制地密封所述轉移室以阻隔所述處理室；以及第二隔離門，經配置以可控制地密封所述轉移室以阻隔大氣環境，其中所述離子植入器的組件可在所述處理室與所述轉移室之間轉移以用於對所述處理室外部的所述組件進行維護。
根據本揭露的用於對離子植入器進行維護的示範性方法可包含以下步驟：將所述離子植入器的組件從處理室轉移到轉移室，所述處理室以及所述轉移室處於真空壓力下；密封所述轉移室；將所述轉移室通到大氣壓力，同時將所述處理室保持在真空壓力下；以及將所述轉移室暴露於大氣環境。所述方法可更包含：對所述組件進行維護；密封所述轉移室；將所述轉移室抽氣到與所述處理室的內部相容的真空壓力；將所述轉移室暴露於所述處理室；以及將所述組件從所述轉移室轉移回到所述處理室中。
100‧‧‧離子植入器
102‧‧‧離子源
103‧‧‧轉移室
104‧‧‧離子束
106‧‧‧處理室
107‧‧‧萃取電極
108‧‧‧萃取孔
110‧‧‧壁
112‧‧‧對準器/工件對準機構
114‧‧‧工件
116‧‧‧罩幕
118‧‧‧裝載鎖定室
119‧‧‧大氣環境
120‧‧‧隔離閥
122‧‧‧隔離閥
130‧‧‧轉移室
132‧‧‧第一隔離門
134‧‧‧第二隔離門
136‧‧‧真空泵
138‧‧‧氣體源
140‧‧‧第一轉移機械手臂
142‧‧‧第二轉移機械手臂
200、210、220、230、240、250、260‧‧‧步驟
270、280、290、300、310、320、330‧‧‧步驟
圖1為說明根據本揭露的示範性離子植入器的示意性上視圖。
圖2為說明根據本揭露的用於對圖1所示的離子植入器進行維護的示範性方法的流程圖。
現將在下文中參看附圖來更全面地描述根據本揭露的系統以及方法，附圖中繪示了所述系統以及方法的較佳實施例。然而，所述系統以及方法可按許多不同形式體現且不應視為限於本文中闡述的實施例。而是，提供這些實施例以使得本揭露將為詳盡且完整的，且將向所屬領域的技術人員全面地傳達所述系統以 及方法的範圍。在圖式中，相同元件符號始終指相同元件。
本文中結合離子植入器以及相關聯的離子植入處理來描述用於促進工件提高產量的轉移室。然而，轉移室不限於此，且預期本揭露的轉移室以及使用所揭露的轉移室的方法可類似地在多種其他系統以及處理中實施，例如可在(例如)太陽電池或半導體的製造中有所涉及。另外，當結合太陽電池的植入而描述本文中所揭露的示範性離子植入器時，應理解，提供此揭露僅是用於說明性目的，且離子植入器可類似地實施以用於其他類型的工件的植入，所述工件包含(但不限於)半導體晶圓、發光二極體(light emitting diode,LED)、絕緣體上矽(silicon-on-insulator,SOI)晶圓以及其他此類組件。
圖1為根據本揭露的實施例的示範性離子植入器100的示意性上視圖。離子植入器100可包含離子源102，在一個非限制性實例中，離子源102可為在無質量分析(mass analysis)下操作的射頻(radio frequency,RF)電漿源。此RF電漿源可使用天線來以所屬領域的技術人員將熟悉的方式從工作氣體產生電漿。預期其他類型的離子源(例如，間接加熱陰極(indirectly heated cathode,IHC)離子源)可類似地實施在離子植入器100中而不會脫離本揭露的範圍。
離子源102可容納於轉移室103中，轉移室103可連接到將工作氣體供應到轉移室103的氣體箱(未圖示)。離子源102可從工作氣體產生離子束104，且離子束104可使用萃取電極107 而經萃取到處理室106中。萃取孔108可形成於分離離子源102與處理室106的壁110中，以用於允許離子束104在離子源102與處理室106之間通過。
離子束104可對準位於處理室106中的工件對準機構112(下文中，稱為“對準器112”)。對準器112可固持及/或對準將被植入的一個或一個以上工件114。在一個非限制性實例中，對準器112可安置在壓板(未圖示)上，且工件114可為太陽電池。如圖1所示，工件114可直接位於萃取電極107的下游，且離子束104可按直線從離子源102朝工件114投射。或者，預期離子束104可沿著非線性路徑從離子源102投射到工件114，其例如可通過離子植入器100中的額外束線組件(例如，電極、透鏡等)的實施而促進。
在一些實施例中，處理室106可含有用於在植入期間按所要方式移動工件114的掃描機械手臂(scan robot)或其他工件運輸系統(未圖示)。處理室106還可設有經配置以將罩幕116定位於離子束104的路徑中的罩幕裝載器(未圖示)。舉例來說，罩幕116可直接放置在對準器112上。罩幕116可足夠大以覆蓋對準器112上的多個工件114且其中可形成有孔以用於定義每一工件中將被植入的區域。因此，罩幕116可覆蓋工件114或若干工件的選定部分，且不足每一工件114的整個表面的植入可因此受到促進。在一些實施例中，罩幕116可固定於離子束104的路徑中而不與對準器112接合(engage)。在其他實施例中，罩幕116可移動到離 子束104的路徑中和從離子束104的路徑移動出去而不與對準器112接合。罩幕116可經設定大小以使得其整體尺寸等於或大於離子束104的尺寸。或者，罩幕可經設定大小以使得其整體尺寸小於離子束104的尺寸。罩幕116中的孔可允許離子束的一部分或若干部分穿過其中以使得一個或一個以上工件114的特定區域被植入。因此，這些特定區域中的至少一者可經設定大小以小於工件的整個表面。如果罩幕116自身小於離子束104的尺寸，那麼工件114的毯覆式植入以及選擇性植入兩者都可發生。在此實例中，毯覆式植入以及選擇性植入可為獨立的或至少部分同時的。在一個特定實施例中，罩幕116具有足夠大以覆蓋可按陣列佈置的多個工件的尺寸。罩幕116可具有多組孔，每組孔對應於多個工件中的一者。
再次參看圖1，處理室106可連接裝載鎖定室(load-lock)118以用於允許工件在處理室106外部的大氣環境119與處理室106內部的真空環境之間轉移。舉例來說，位於處理室外部的大氣機械手臂(未圖示)可將一個或一個以上工件移動到裝載鎖定室118中，此後，裝載鎖定室118的隔離閥120可關閉且裝載鎖定室118的內部可排空到與處理室106內部的真空環境相容的真空等級(例如，100毫托耳)。在裝載鎖定室118排空之後，裝載鎖定室118的隔離閥122可打開，且位於處理室106中的真空機械手臂(未圖示)可將工件從裝載鎖定室118移動到對準器112上。為了從處理室106移除工件(例如，在工件被植入 之後)，可顛倒上述過程，將裝載鎖定室118在工件從處理室106移除之前通到大氣壓力。
如上所述，離子植入器100的對準器112以及罩幕116可位於處理室106中。對準器112與罩幕116兩者可能需要週期性地清潔、修理或替換，例如在進行離子植入器100的日常預防性維護(PM)期間進行清潔、修理或替換。在常規離子植入器中，PM通常在植入器的處理室中進行，且需要關斷植入器且使處理室通到大氣壓力。在完成PM之後，在可恢復離子植入操作之前，將處理室106抽回到充足的真空等級。應瞭解，對傳統離子植入器進行PM顯著地減少離子植入器的正常運行時間、產量以及總生產率。
為了減少與進行PM相關聯的停機時間，本揭露的離子植入器100可設有連接到處理室106的轉移室130。在所說明的實施例中，轉移室130位於與裝載鎖定室118相對的處理室106的一側上，但此並非關鍵的。轉移室130可設有用於可控制地密封轉移室130以阻隔處理室106的第一隔離門132、以及用於可控制地密封轉移室130以阻隔大氣環境119的第二隔離門134。如下文將進一步描述，轉移室130可耦接到真空泵136，真空泵136經配置以可控制地將轉移室130抽氣到與處理室106相稱的真空等級(例如，100毫托耳)。如下文將進一步描述，轉移室130可另外耦接到氣體源138，氣體源138經配置以可控制地將轉移室130通到大氣壓力。
離子植入器100可設有第一轉移機械手臂140，第一轉移機械手臂140經配置以在處理室106與轉移室130之間轉移罩幕116。離子植入器100可進一步設有第二轉移機械手臂142，第二轉移機械手臂142經配置以在處理室106與轉移室130之間轉移對準器112。預期在一些實施例中，離子植入器100可設有單一轉移機械手臂(例如，第一轉移機械手臂140或第二轉移機械手臂142)，其用以在處理室106與轉移室130之間轉移罩幕116與對準器112兩者。雖然第一轉移機械手臂140以及第二轉移機械手臂142在圖1中繪示為安置於轉移室130內，但預期第一轉移機械手臂140以及第二轉移機械手臂142中的一者或兩者可交替地安置於處理室106內或位於處理室106與轉移室130之間的中間間距(未圖示)中。
在對離子植入器100進行PM之前，轉移室130的第一隔離門132以及第二隔離門134可密封且轉移室130的內部可抽氣到與處理室106的內部相容的真空等級。第一隔離門132可接著打開且對準器112以及罩幕116中的一者或兩者可藉由第一轉移機械手臂140及/或第二轉移機械手臂142而從處理室106移動到轉移室130中。第一隔離門132可接著密封且轉移室130的內部可使用氣體源136而通到大氣壓力。第二隔離門134可接著打開，使得可從大氣環境達到轉移室130的內部。可使用第一轉移機械手臂140以及第二轉移機械手臂142中的一者或兩者從轉移室130移除對準器112及/或罩幕116。可接著視需要而清潔、修 理或替換對準器112及/或罩幕116。接著可顛倒上述過程，其中將清潔的、修理的或替換的對準器112及/或罩幕116返回到轉移室130，且將第二隔離門134關閉以密封轉移室以阻隔大氣。可接著使用真空源138而將轉移室130的內部抽氣到真空等級。接著可打開第一隔離門132且可使用第一轉移機械手臂140以及第二轉移機械手臂142中的一者或兩者而將對準器112及/或罩幕116移動回到處理室106中。接著可恢復離子植入器100的操作。
如將瞭解，以上述方式實施轉移室130因此允許進行對準器112以及罩幕116的PM，而不需要處理室106通到大氣壓力以及隨後在恢復操作之前抽氣回到真空。通過所揭露的系統以及方法，僅轉移室130需要抽氣以及通氣，這比將與處理室106相關聯的容積抽氣以及通氣消耗的時間少得多。由轉移室130促進的另一優點為在對準器112及/或罩幕116從處理室106移除以用於維護的同時，可將替換對準器及/或替換罩幕交換到處理室106中，從而進一步減少PM時間。在這些狀況下，離子植入器100的操作可使用替換組件幾乎立即恢復，而不必等待完成對準器112及/或罩幕116的PM。與傳統離子植入器相比，離子植入器100的正常運行時間以及產量因此顯著增加。
現參看圖2，繪示說明根據本揭露的操作離子植入器100的方法的流程圖。現將參看圖1所示的離子植入器100的示意圖來描述所述方法。
在第一步驟200中，可將轉移室130的第一隔離門132 以及第二隔離門134配置於閉合位置，進而密封轉移室130以阻隔處理室106以及大氣環境119。在步驟210中，可啟動真空泵136以將轉移室130的內部抽氣到與處理室106的真空條件相容的真空等級(例如，100毫托耳)。
在步驟220中，可打開第一隔離門132，從而將轉移室130的內部暴露於處理室106。在步驟230中，可將需要維護的一個或一個以上組件(例如，對準器112以及罩幕116中的一者或兩者)從處理室106轉移到轉移室130。可由第一轉移機械手臂140以及第二轉移機械手臂142中的一者或兩者進行此轉移。在可選步驟240中，可將一個或一個以上替換組件(例如，替換對準器112及/或替換罩幕116)從轉移室130轉移到處理室106。也可由第一轉移機械手臂140以及第二轉移機械手臂142中的一者或兩者及/或由一個或一個以上獨立機械手臂進行此轉移。
在步驟250中，可關閉第一隔離門132，從而密封轉移室130以阻隔處理室106。在步驟260中，可啟動氣體源138以將轉移室130內部的壓力增大到大氣壓力或接近大氣壓力。在步驟270中，可打開第二隔離門132，從而使轉移室130對大氣環境119開放。
在步驟280中，可視需要而清潔、修理或替換在步驟230中轉移到轉移室的離子植入器100的組件，例如，可在進行日常PM期間進行需要的清潔、修理或替換。可在轉移室130內進行清潔及/或修理，或可從轉移室130移除組件以用於清潔及/或修理。
在完成組件的維護之後，在步驟290中，可將組件放回到轉移室130中(即，如果所述組件先前已從轉移室130移除)，且在步驟300中，可密封第二隔離門134。在步驟310中，可接著啟動真空泵136以將轉移室130的內部抽氣到與處理室106一致的真空壓力。
在步驟310中，可打開第一隔離門132，從而使轉移室130對處理室106開放。在步驟320中，可將組件從轉移室130轉移回到處理室106。可由第一轉移機械手臂140以及第二轉移機械手臂142中的一者或兩者進行此轉移。
因此，從上述描述將瞭解，本揭露的用於實施轉移室130的離子植入器100以及對應方法日常地或者以與傳統系統及方法相比顯著減少停機時間同時增大離子植入器的產量的方式促進維護的快速進行。
如本文中所使用，以單數敍述且接在“一”之後的元件或步驟應解釋為不排除多個元件或步驟，除非明確地敍述此排除。另外，對本發明的「一個實施例」的引用不意欲解釋為排除存在也併有所敍述的特徵的額外實施例。
本揭露在範圍上不受本文中描述的具體實施例限制。實際上，除本文中描述的實施例之外，根據上述描述和隨附圖式，本揭露的其他各種實施例和修改對於所屬領域的技術人員而言將為明顯的。希望這些其他實施例和修改落入本揭露的範圍內。此外，儘管本文中已在特定實施方案的上下文中在特定環境中針對 特定目的描述了本揭露，但所屬領域的技術人員應認識到，其用處不限於此且本揭露可有益地在任何數目個環境中針對任何數目個目的而實施。因此，本文闡述的申請專利範圍應鑒於如本文中描述的本揭露的全廣度和精神來解釋。
100‧‧‧離子植入器
102‧‧‧離子源
103‧‧‧轉移室
104‧‧‧離子束
106‧‧‧處理室
107‧‧‧萃取電極
108‧‧‧萃取孔
110‧‧‧壁
112‧‧‧對準器/工件對準機構
114‧‧‧工件
116‧‧‧罩幕
118‧‧‧裝載鎖定室
119‧‧‧大氣環境
120‧‧‧隔離閥
122‧‧‧隔離閥
130‧‧‧轉移室
132‧‧‧第一隔離門
134‧‧‧第二隔離門
136‧‧‧真空泵
138‧‧‧氣體源
140‧‧‧第一轉移機械手臂
142‧‧‧第二轉移機械手臂

Claims (15)

  1. 一種半導體製造設備，包括：處理室；轉移室，連接到所述處理室；第一隔離門，經配置以可控制地密封所述轉移室以阻隔所述處理室；以及第二隔離門，經配置以可控制地密封所述轉移室以阻隔大氣環境；其中所述離子植入器的組件可在所述處理室與所述轉移室之間轉移以用於對所述處理室外部的所述組件進行維護。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的半導體製造設備，更包括連接到所述轉移室的真空泵，所述真空泵經配置以將所述轉移室的內部抽氣到預定真空壓力。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的半導體製造設備，更包括氣體源，所述氣體源連接到所述轉移室且經配置以將所述轉移室的內部的壓力增大到預定值。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的半導體製造設備，更包括第一機械手臂，所述第一機械手臂安置於所述轉移室內以用於在所述處理室與所述轉移室之間轉移所述組件。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的半導體製造設備，其中所述組件為對準器。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的半導體製造設備，其中所 述組件為罩幕。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的半導體製造設備，更包括連接到所述處理室的裝載鎖定室，所述裝載鎖定室與所述轉移室分離，所述裝載鎖定室用於在所述處理室與大氣環境之間轉移工件。
  8. 一種用於對離子植入器進行維護的方法，包括：將所述離子植入器的組件從處理室轉移到轉移室，所述處理室以及所述轉移室處於真空壓力下；密封所述轉移室以阻隔所述處理室；將所述轉移室通到大氣壓力，同時將所述處理室保持在真空壓力下；以及將所述轉移室暴露於大氣環境。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的用於對離子植入器進行維護的方法，更包括：對所述組件進行維護；密封所述轉移室；將所述轉移室抽氣到與所述處理室的真空壓力一致的真空壓力；打開所述轉移室與所述處理室之間的隔離門；以及將所述組件從所述轉移室轉移到所述處理室。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的用於對離子植入器進行維護的方法，其中對所述組件進行維護包括對所述組件進行清潔、 修理以及替換中的至少一者。
  11. 如申請專利範圍第8項所述的用於對離子植入器進行維護的方法，其中將所述組件從所述處理室轉移到所述轉移室的步驟由安置於所述轉移室內的第一機械手臂進行。
  12. 如申請專利範圍第8項所述的用於對離子植入器進行維護的方法，更包括在密封所述轉移室的步驟之前將替換組件從所述轉移室轉移到所述處理室。
  13. 如申請專利範圍第8項所述的用於對離子植入器進行維護的方法，其中所述組件包括罩幕以及對準器，且將所述組件從所述處理室轉移到所述轉移室的步驟包括藉由第一機械手臂以及第二機械手臂將所述罩幕以及所述對準器從所述處理室移動到所述轉移室。
  14. 如申請專利範圍第8項所述的用於對離子植入器進行維護的方法，其中所述組件為對準器。
  15. 如申請專利範圍第8項所述的用於對離子植入器進行維護的方法，其中所述組件為罩幕。
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