(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマをプラズマ領域に供給するプラズマ源と、
電源によって正にバイアスされ、プラズマ領域からのイオンが通過することができる複数の開口を有する第１のグリッドプレートと、
電源によって負にバイアスされ、上記第１のグリッドプレートを通過した後のイオンが通過することができる複数の開口を有する第２のグリッドプレートと、
接地され、上記第２のグリッドプレートを通過した後のイオンが通過することができる複数の開口を有する第３のグリッドプレートと、
基板を、ドーピングして太陽電池を製造するために、上記第３のグリッドプレートを通過した後のイオンを注入する基板の位置に支持する基板ホルダとを備え、
上記第３のグリッドプレートは、上記第２のグリッドプレートと上記基板ホルダとの間に配置され、
上記第１のグリッドプレート、上記第２のグリッドプレート及び上記第３のグリッドプレートは、グリッドプレートアセンブリを形成し、
上記グリッドプレートアセンブリ及び上記基板ホルダのうちの少なくとも１つの位置は、均一注入位置と選択注入位置の間に調整され、
上記均一注入位置は、上記基板ホルダ上の基板全体で１回の横方向の均一イオン注入を可能にする位置であり、該１回の横方向の均一イオン注入は、上記第３のグリッドプレートの異なる開口を通過して均一ビームに空間電荷拡大によって結合されたビームレットの組合せから形成され、
上記選択注入位置は、上記基板ホルダ上の基板の複数回の横方向に間隔を空けられた別々のイオン注入を可能にする位置であり、該複数回の横方向に間隔を空けられた別々のイオン注入は、上記第３のグリッドプレートの異なる開口を通過した個々のイオンビームレットから形成され、
上記グリッドプレートアセンブリは、ビームレットの焦点を基板上の既知の形状に合わせ、それによって、選択注入を形成することを特徴とするプラズマグリッド注入装置。
【請求項２】
上記第１のグリッドプレート及び上記第２のグリッドプレートのうちの少なくとも１つの開口は、略丸穴であることを特徴とする請求項１記載のプラズマグリッド注入装置。
【請求項３】
上記第１のグリッドプレート及び上記第２のグリッドプレートのうちの少なくとも１つの開口は、細長いスロットであることを特徴とする請求項１記載のプラズマグリッド注入装置。
【請求項４】
上記第１のグリッドプレート及び上記第２のグリッドプレートのうちの少なくとも１つの開口のそれぞれは、上端部と、下端部とを有し、該下端部は、該上端部よりも上記基板ホルダに近く、
上記各開口の直径は、上記上端部から上記下端部に向かって徐々に拡大することを特徴とする請求項１記載のプラズマグリッド注入装置。
【請求項５】
上記第１のグリッドプレート及び上記第２のグリッドプレートは、シリコン、グラファイト、シリコンカーバイド及びタングステンを含むグループから選択された材料からなることを特徴とする請求項１記載のプラズマグリッド注入装置。
【請求項６】
チャンバ壁によって画定され、上記プラズマ領域、上記第１のグリッドプレート及び上記第２のグリッドプレートを収容するチャンバを更に備え、
上記チャンバ壁は、イオンを、電界を用いて上記プラズマ領域に反発することを特徴とする請求項１記載のプラズマグリッド注入装置。
【請求項７】
上記チャンバ壁には１つ以上の磁石が設けられていることを特徴とする請求項６記載のプラズマグリッド注入装置。
【請求項８】
プラズマをチャンバのプラズマ領域に供給するステップと、
複数の開口を有し、第１の位置に配置された第１のグリッドプレートを、正にバイアスするステップと、
複数の開口を有し、第１の位置に配置された第２のグリッドプレートを、負にバイアスするステップと、
上記プラズマ領域のプラズマからのイオンを、上記正にバイアスされた第１のグリッドプレートの開口を通して流すステップと、
上記正にバイアスされた第１のグリッドプレートの開口を通して流されたイオンの少なくとも一部を、上記負にバイアスされた第２のグリッドプレートの開口を通して流すステップと、
上記負にバイアスされた第２のグリッドプレートの開口を通して流されたイオンの少なくとも一部を、基板ホルダにより支持されて第１の位置に配置された基板に注入するステップと、
上記第１のグリッドプレート、上記第２のグリッドプレート及び上記基板ホルダーのうちの少なくとも１つの位置を、第２の位置に調整するステップと、
上記第２の位置に調整の後、上記プラズマ領域にプラズマを供給し、上記プラズマ領域のプラズマからのイオンを、上記正にバイアスされた第１のグリッドプレートの開口を通して流すステップと、
上記第２の位置に調整の後、上記正にバイアスされた第１のグリッドプレートの開口を通して流されたイオンの少なくとも一部を、上記負にバイアスされた第２のグリッドプレートの開口を通して流すステップと、
上記第２の位置に調整の後、上記負にバイアスされた第２のグリッドプレートの開口を通して流されたイオンの少なくとも一部を、基板に注入するステップとを有し、
上記第１の位置は、上記基板ホルダ上の基板全体で１回の横方向の均一イオン注入を可能にする位置であり、上記第１の位置において実行される上記注入は、上記基板全体で１回の横方向の均一イオン注入を形成し、該１回の横方向の均一イオン注入は、上記第２のグリッドプレートの異なる開口を通過して均一ビームに空間電荷拡大によって結合されたイオンの組合せから形成され、
上記第２の位置は、上記基板ホルダ上の基板の複数回の横方向に間隔を空けられた別々のイオン注入を可能にする位置であり、上記第２の位置において実行される上記注入は、上記基板の複数回の横方向に間隔を空けられた別々のイオン注入を形成し、該複数回の横方向に間隔を空けられた別々のイオン注入は、イオンビームレットの焦点を基板上の既知の形状に合わせるために上記第２のグリッドプレートの異なる開口を通過したイオンから形成されることを特徴とするイオン注入方法。
【請求項９】
複数の開口が形成されたシャドウマスクが、上記基板から所定の距離離れて配置されており、
上記負にバイアスされた第２のグリッドプレートの開口を通して流されたイオンの少なくとも一部を、上記基板に注入する前に、上記シャドウマスクの開口を通して流すステップを更に有することを特徴とする請求項８記載のイオン注入方法。
【請求項１０】
複数の開口が形成されたフォトレジストマスクが、上記基板に接触して配置されており、
上記負にバイアスされた第２のグリッドプレートの開口を通して流されたイオンの少なくとも一部を、上記基板に注入する前に、上記フォトレジストマスクの開口を通して流すステップを更に有することを特徴とする請求項８記載のイオン注入方法。
【請求項１１】
上記第１のグリッドプレート及び上記第２のグリッドプレートのうちの少なくとも１つの開口は、略丸穴であることを特徴とする請求項８記載のイオン注入方法。
【請求項１２】
上記第１のグリッドプレート及び上記第２のグリッドプレートのうちの少なくとも１つの開口は、細長いスロットであることを特徴とする請求項８記載のイオン注入方法。
【請求項１３】
上記第１のグリッドプレート及び上記第２のグリッドプレートのうちの少なくとも１つの開口のそれぞれは、上端部と、下端部とを有し、該下端部は、該上端部よりの上記基板ホルダに近く、
上記各開口の直径は、上記上端部から上記下端部に向かって徐々に拡大することを特徴とする請求項８記載のイオン注入方法。
【請求項１４】
上記第１のグリッドプレート及び上記第２のグリッドプレートは、シリコン、グラファイト、シリコンカーバイド及びタングステンを含むグループから選択された材料からなることを特徴とする請求項８記載のイオン注入方法。
【請求項１５】
上記プラズマ領域、上記第１のグリッドプレート及び上記第２のグリッドプレートは、チャンバ壁によって画定されるチャンバに収容され、
上記チャンバ壁は、イオンを、電界を用いて上記プラズマ領域に反発することを特徴とする請求項８記載のイオン注入方法。
【請求項１６】
上記プラズマにパルス電圧を印加するステップを更に有することを特徴とする請求項８記載のイオン注入方法。
【請求項１７】
上記基板にパルス電圧を印加するステップを更に有することを特徴とする請求項８記載のイオン注入方法。
【請求項１８】
上記パルス電圧は、上記基板上の複数の異なる位置に向けられることを特徴とする請求項１７記載のイオン注入方法。
【請求項１９】
上記基板にイオンを注入する前に、該基板を、第１の複数の区分排気ステージを通過させるステップと、
上記第１の複数の区分排気ステージから、上記基板を注入ステージに直接渡すステップと、
上記基板にイオンを注入した後、上記注入ステージから、該基板を、第２の複数の区分排気ステージに直接渡し、該基板を該第２の複数の区分排気ステージを通過させるステップとを有し、
上記第１の複数の区分排気ステージの各ステージは、該第１の複数の区分排気ステージの前のステージよりも圧力が低く、
上記第２の複数の区分排気ステージの各ステージは、該第２の複数の区分排気ステージの前のステージよりも圧力が高く、
上記注入ステージは、上記第１の複数の及び上記第２の複数の区分排気ステージの全てのステージよりも圧力が低いことを特徴とする請求項８記載のイオン注入方法。
【請求項２０】
プラズマを供給するプラズマ源と、
上記プラズマからのイオンが通過することができる複数の開口をそれぞれ有する複数のグリッドプレートを有するグリッドアセンブリと、
基板を、上記グリッドプレートの複数の開口を通過した後のイオンを注入する位置に支持する基板ホルダとを備え、
上記基板ホルダ及び上記グリッドプレートのうちの少なくとも１つは、均一注入位置と選択注入位置の間に調整され、
上記均一注入位置は、上記基板が上記グリッドプレートからより遠くに配置され、それによって、上記基板ホルダ上の基板全体で１回の横方向の均一イオン注入を可能にする位置であり、該１回の横方向の均一イオン注入は、上記グリッドプレートの異なる開口を通過して均一ビームに空間電荷拡大によって結合されたイオンの組合せから形成され、
上記選択注入位置は、上記基板が上記グリッドプレートのより近くに配置され、それによって、上記基板ホルダ上の基板の複数回の横方向に間隔を空けられた別々のイオン注入を可能にする位置であり、該複数回の横方向に間隔を空けられた別々のイオン注入は、イオンビームレットの焦点を基板上の既知の形状に合わせるために上記グリッドプレートの異なる開口を通過したイオンから形成されることを特徴とするプラズマグリッド注入装置。
【請求項２１】
上記複数のグリッドプレートは、
プラズマ領域のプラズマからのイオンが通過することができる複数の開口を有する第１のグリッドプレートと、
上記第１のグリッドプレートを通過した後のイオンが通過することができる複数の開口を有する第２のグリッドプレートとを含むことを特徴とする請求項２０記載のプラズマグリッド注入装置。
【請求項２２】
上記第１のグリッドプレートは、電源によって、ＤＣモードで連続的に、あるいはパルスモードで、正にバイアスされることを特徴とする請求項２１記載のプラズマグリッド注入装置。
【請求項２３】
上記第２のグリッドプレートは、電源によって、ＤＣモードで連続的に、あるいはパルスモードで、負にバイアスされることを特徴とする請求項２２記載のプラズマグリッド注入装置。
【請求項２４】
上記複数のグリッドプレートは、上記第２のグリッドプレートを通過した後のイオンが通過することができる複数の開口を有する第３のグリッドプレートを更に含むことを特徴とする請求項２３記載のプラズマグリッド注入装置。
【請求項２５】
上記第３のグリッドプレートは、接地されていることを特徴とする請求項２４記載のプラズマグリッド注入装置。
【請求項２６】
上記第１のグリッドプレート、上記第２のグリッドプレート及び上記基板ホルダは、全てそれらが調整される位置を有することを特徴とする請求項２１記載のプラズマグリッド注入装置。
【請求項２７】
プラズマをチャンバのプラズマ領域に供給するステップと、
複数の開口をそれぞれ有する複数のグリッドプレートを有するグリッドアセンブリを配置するステップと、
上記複数のグリッドプレートのそれぞれが第１の位置にある間に、上記プラズマ領域のプラズマからのイオンの第１のセットを、上記グリッドアセンブリのグリッドプレートのそれぞれの開口を通して流すステップと、
基板が基板ホルダによって第１の位置に支持されている間に、上記グリッドプレートの開口を通して流されたイオンの第１のセットの少なくとも一部を、該基板に均一に注入し、それによって、同じグリッドプレートの異なる開口を通過したイオンの第１のセットの組合せから、基板全体で１回の横方向の均一イオン注入を形成するステップと、
上記基板又は上記グリッドプレートの少なくとも１つの位置を、第２の位置に調整するステップと、
上記第２の位置の調整の後、上記プラズマ領域のプラズマからのイオンの第２のセットを、上記グリッドアセンブリのグリッドプレートのそれぞれの開口を通して流すステップと、
イオンビームレットの焦点を基板上の既知の形状に合わせるために上記第２の位置の調整の後、上記グリッドプレートの開口を通して流されたイオンの第２のセットの少なくとも一部を、上記基板に選択的に注入し、それによって、同じグリッドプレートの異なる開口を通過したイオンの第２のセットの一部から、該基板の複数回の横方向に間隔を空けられた別々のイオン注入を形成するステップとを有することを特徴とするイオン注入方法。
【請求項２８】
上記調整するステップでは、上記基板の位置を調整することを特徴とする請求項２７記載のイオン注入方法。
【請求項２９】
上記基板の位置を調整することは、該基板を上記グリッドアセンブリに近づけることであることを特徴とする請求項２８記載のイオン注入方法。
【請求項３０】
上記調整するステップでは、上記グリッドプレートのうちの１つの位置を調整することを特徴とする請求項２７記載のイオン注入方法。
【請求項３１】
上記グリッドプレートのうちの１つの位置を調整することは、該グリッドプレートのうちの１つを上記基板に近づけることであることを特徴とする請求項３０記載のイオン注入方法。
【請求項３２】
上記複数のグリッドプレートは、正にバイアスされた第１のグリッドプレートと、負にバイアスされた第２のグリッドプレートとを含むことを特徴とする請求項２７記載のイオン注入方法。
【請求項３３】
上記複数のグリッドプレートは、接地された第３のグリッドプレートを更に含むことを特徴とする請求項３２記載のイオン注入方法。
【請求項３４】
プラズマ領域に第１の単一種類のドーパント材料を供給するステップと、
上記プラズマ源において、上記第１の単一種類のドーパント材料を、第１の複数のドーパント種に分解するステップと、
上記第１の複数のドーパント種を基板に注入するステップとを有することを特徴とする請求項１３記載のイオン注入方法。
【請求項３５】
上記基板は、１回の注入ステップで、上記第１の複数のドーパント種が注入されることを特徴とする請求項３４記載のイオン注入方法。
【請求項３６】
上記ドーパント種のそれぞれは、上記基板に異なる深さで注入されることを特徴とする請求項３４記載のイオン注入方法。
【請求項３７】
上記第１の単一種類のドーパント材料は、フォスフィンであることを特徴とする請求項３４記載のイオン注入方法。
【請求項３８】
上記第１の複数のドーパント種は、Ｐ＋、Ｐ＋＋、Ｐ＋＋＋、Ｐ２＋、Ｐ３＋及びＰ５＋を含むことを特徴とする請求項３７記載のイオン注入方法。
【請求項３９】
上記第１の単一種類のドーパント材料は、ホウ素又はヒ素であることを特徴とする請求項３４記載のイオン注入方法。
【請求項４０】
第２の単一種類のドーパント材料が、上記プラズマ発生器に供給され、
上記プラズマ発生器は、上記第１の単一種類のドーパント材料を上記第１の複数のドーパント種に分解するのと同じ期間中に、上記第２の単一種類のドーパント材料を第２の複数のドーパント種に分解し、
上記第２の複数のドーパント種は、上記第１の複数のドーパント種が上記基板に注入されているのと同じ期間中に、該基板に注入されることを特徴とする請求項３４記載のイオン注入方法。
【請求項４１】
上記第１の単一種類のドーパント材料及び上記第２の単一種類のドーパント材料は、それぞれ前駆体ガスであることを特徴とする請求項４０記載のイオン注入方法。
【請求項４２】
上記第１の単一種類のドーパント材料は、アルシンであり、上記第２の単一種類のドーパント材料は、フォスフィンであることを特徴とする請求項４１記載のイオン注入方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
この出願は、２００９年６月２３日に出願された係属中の米国仮出願番号第６１／２１０,３７９号、発明の名称「PLASMA GRID IMPLANT SYSTEM FOR USE IN SOLAR CELL FABRICATIONS」に対して優先権を主張し、明細書に記載の如く、その全体は、引用することにより、本願に援用される。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、一般的には、太陽電池の分野に関する。より詳しくは、本発明は、太陽電池及び他の大きな基板の注入用途に関する。
【背景技術】
【０００３】
ウエハの従来のビームライン注入は、高出力密度で行うことができるが、それには、幾つかの問題がある。例えば、注入は、単一のビームレットに行われるだけである。さらに、注入は、大電力を用いて、小さなビームスポットで行われ、ウエハは、非常に熱くなる。その結果、生産性が低い。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一側面では、プラズマグリッド注入装置を提供する。プラズマグリッド注入装置は、プラズマをプラズマ領域に供給するプラズマ源と、電源によって、ＤＣモードで連続的に、あるいはパルスモードで、正にバイアスされ、プラズマ領域からのイオンが通過することができる複数の開口を有する第１のグリッドプレートと、電源によって、ＤＣモードで連続的に、あるいはパルスモードで、負にバイアスされ、第１のグリッドプレートを通過した後のイオンが通過することができる複数の開口を有する第２のグリッドプレートと、接地され、第２のグリッドプレートを通過した後のイオンが通過することができる複数の開口を有する第３のグリッドプレートと、基板を、ドーピングして太陽電池を製造するために、第３のグリッドプレートを通過した後のイオンを注入する基板の位置に支持する基板ホルダとを備え、第３のグリッドプレートは、第２のグリッドプレートと基板ホルダとの間に配置され、第１のグリッドプレート、第２のグリッドプレート及び第３のグリッドプレートは、グリッドプレートアセンブリを形成し、グリッドプレートアセンブリ及び基板ホルダのうちの少なくとも１つの位置は、均一注入位置と選択注入位置の間に調整され、均一注入位置は、基板ホルダ上の基板全体で１回の横方向の均一イオン注入を可能にする位置であり、１回の横方向の均一イオン注入は、第３のグリッドプレートの異なる開口を通過して均一ビームに空間電荷拡大によって結合されたビームレットの組合せから形成され、選択注入位置は、基板ホルダ上の基板の複数回の横方向に間隔を空けられた別々のイオン注入を可能にする位置であり、複数回の横方向に間隔を空けられた別々のイオン注入は、第３のグリッドプレートの異なる開口を通過した個々のイオンビームレットから形成され、グリッドプレートアセンブリは、ビームレットの焦点を基板上の既知の形状に合わせ、それによって、選択注入を形成することを特徴とする。
【０００７】
幾つかの実施の形態において、第１のグリッドプレート及び第２のグリッドプレートのうちの少なくとも１つの開口は、略丸穴である。幾つかの実施の形態において、第１のグリッドプレート及び第２のグリッドプレートのうちの少なくとも１つの開口は、細長いスロットである。  幾つかの実施の形態において、第１のグリッドプレート及び第２のグリッドプレートのうちの少なくとも１つの開口のそれぞれは、上端部と、下端部とを有し、下端部は、上端部よりも上記基板ホルダに近く、各開口の直径は、上端部から下端部に向かって徐々に拡大する。
【０００８】
幾つかの実施の形態において、第１のグリッドプレート及び第２のグリッドプレートは、シリコン、グラファイト、シリコンカーバイド及びタングステンを含むグループから選択された材料からなる。幾つかの実施の形態において、プラズマグリッド注入装置は、チャンバ壁によって画定され、プラズマ領域、第１のグリッドプレート及び第２のグリッドプレートを収容するチャンバを更に備え、チャンバ壁は、イオンを、電界を用いて上記プラズマ領域に反発する。幾つかの実施の形態において、チャンバ壁には１つ以上の磁石が設けられている。
【０００９】
本発明の他の側面では、イオン注入方法を提供する。イオン注入方法は、
プラズマをチャンバのプラズマ領域に供給するステップと、複数の開口を有し、第１の位置に配置された第１のグリッドプレートを、正にバイアスするステップと、複数の開口を有し、第１の位置に配置された第２のグリッドプレートを、負にバイアスするステップと、プラズマ領域のプラズマからのイオンを、正にバイアスされた第１のグリッドプレートの開口を通して流すステップと、正にバイアスされた第１のグリッドプレートの開口を通して流されたイオンの少なくとも一部を、負にバイアスされた第２のグリッドプレートの開口を通して流すステップと、負にバイアスされた第２のグリッドプレートの開口を通して流されたイオンの少なくとも一部を、基板ホルダにより支持されて第１の位置に配置された基板に注入するステップと、第１のグリッドプレート、第２のグリッドプレート及び基板ホルダーのうちの少なくとも１つの位置を、第２の位置に調整するステップと、第２の位置に調整の後、プラズマ領域にプラズマを供給し、プラズマ領域のプラズマからのイオンを、正にバイアスされた第１のグリッドプレートの開口を通して流すステップと、第２の位置に調整の後、正にバイアスされた第１のグリッドプレートの開口を通して流されたイオンの少なくとも一部を、負にバイアスされた第２のグリッドプレートの開口を通して流すステップと、第２の位置に調整の後、負にバイアスされた第２のグリッドプレートの開口を通して流されたイオンの少なくとも一部を、基板に注入するステップとを有し、 第１の位置は、基板ホルダ上の基板全体で１回の横方向の均一イオン注入を可能にする位置であり、第１の位置において実行される注入は、基板全体で１回の横方向の均一イオン注入を形成し、該１回の横方向の均一イオン注入は、第２のグリッドプレートの異なる開口を通過して均一ビームに空間電荷拡大によって結合されたイオンの組合せから形成され、第２の位置は、基板ホルダ上の基板の複数回の横方向に間隔を空けられた別々のイオン注入を可能にする位置であり、第２の位置において実行される注入は、基板の複数回の横方向に間隔を空けられた別々のイオン注入を形成し、該複数回の横方向に間隔を空けられた別々のイオン注入は、イオンビームレットの焦点を基板上の既知の形状に合わせるために第２のグリッドプレートの異なる開口を通過したイオンから形成されることを特徴とする。
【００１０】
幾つかの実施の形態において、イオン注入方法は、複数の開口が形成されたシャドウマスクが、基板から所定の距離離れて配置されており、負にバイアスされた第２のグリッドプレートの開口を通して流されたイオンの少なくとも一部を、基板に注入する前に、シャドウマスクの開口を通して流すステップを更に有する。
【００１１】
幾つかの実施の形態において、イオン注入方法は、複数の開口が形成されたフォトレジストマスクが、基板に接触して配置されており、負にバイアスされた第２のグリッドプレートの開口を通して流されたイオンの少なくとも一部を、基板に注入する前に、フォトレジストマスクの開口を通して流すステップを更に有する。
【００１４】
幾つかの実施の形態において、第１のグリッドプレート及び第２のグリッドプレートのうちの少なくとも１つの開口は、略丸穴である。  幾つかの実施の形態において、第１のグリッドプレート及び第２のグリッドプレートのうちの少なくとも１つの開口は、細長いスロットである。幾つかの実施の形態において、第１のグリッドプレート及び第２のグリッドプレートのうちの少なくとも１つの開口のそれぞれは、上端部と、下端部とを有し、下端部は、上端部よりの上記基板ホルダに近く、各開口の直径は、上端部から下端部に向かって徐々に拡大する。
【００１５】
幾つかの実施の形態において、第１のグリッドプレート及び第２のグリッドプレートは、シリコン、グラファイト、シリコンカーバイド及びタングステンを含むグループから選択された材料からなる。幾つかの実施の形態において、プラズマ領域、第１のグリッドプレート及び第２のグリッドプレートは、チャンバ壁によって画定されるチャンバに収容され、チャンバ壁は、イオンを、電界を用いてプラズマ領域に反発する。
【００１６】
幾つかの実施の形態において、イオン注入方法は、プラズマにパルス電圧を印加するステップを更に有する。幾つかの実施の形態において、イオン注入方法は、基板にパルス電圧を印加するステップを更に有する。幾つかの実施の形態において、パルス電圧は、基板上の複数の異なる位置に向けられる。
【００１７】
幾つかの実施の形態において、イオン注入方法は、基板にイオンを注入する前に、基板を、第１の複数の区分排気ステージを通過させるステップと、第１の複数の区分排気ステージから、基板を注入ステージに直接渡すステップと、基板にイオンを注入した後、注入ステージから、基板を、第２の複数の区分排気ステージに直接渡し、基板を第２の複数の区分排気ステージを通過させるステップとを有し、第１の複数の区分排気ステージの各ステージは、第１の複数の区分排気ステージの前のステージよりも圧力が低く、第２の複数の区分排気ステージの各ステージは、第２の複数の区分排気ステージの前のステージよりも圧力が高く、注入ステージは、第１の複数の及び第２の複数の区分排気ステージの全てのステージよりも圧力が低い。
【００１８】
本発明の更なる他の側面では、プラズマグリッド注入装置を提供する。プラズマグリッド注入装置は、プラズマを供給するプラズマ源と、プラズマからのイオンが通過することができる複数の開口をそれぞれ有する複数のグリッドプレートを有するグリッドアセンブリと、基板を、グリッドプレートの複数の開口を通過した後のイオンを注入する位置に支持する基板ホルダとを備え、基板ホルダ及びグリッドプレートのうちの少なくとも１つは、均一注入位置と選択注入位置の間に調整され、均一注入位置は、基板がグリッドプレートからより遠くに配置され、それによって、基板ホルダ上の基板全体で１回の横方向の均一イオン注入を可能にする位置であり、１回の横方向の均一イオン注入は、グリッドプレートの異なる開口を通過して均一ビームに空間電荷拡大によって結合されたイオンの組合せから形成され、選択注入位置は、基板がグリッドプレートのより近くに配置され、それによって、基板ホルダ上の基板の複数回の横方向に間隔を空けられた別々のイオン注入を可能にする位置であり、複数回の横方向に間隔を空けられた別々のイオン注入は、イオンビームレットの焦点を基板上の既知の形状に合わせるためにグリッドプレートの異なる開口を通過したイオンから形成されることを特徴とする。
【００１９】
幾つかの実施の形態において、複数のグリッドプレートは、プラズマ領域のプラズマからのイオンが通過することができる複数の開口を有する第１のグリッドプレートと、第１のグリッドプレートを通過した後のイオンが通過することができる複数の開口を有する第２のグリッドプレートとを含む。幾つかの実施の形態において、第１のグリッドプレートは、電源によって、ＤＣモードで連続的に、あるいはパルスモードで、正にバイアスされる。幾つかの実施の形態において、第２のグリッドプレートは、電源によって、ＤＣモードで連続的に、あるいはパルスモードで、負にバイアスされる。幾つかの実施の形態において、複数のグリッドプレートは、第２のグリッドプレートを通過した後のイオンが通過することができる複数の開口を有する第３のグリッドプレートを更に含む。幾つかの実施の形態において、第３のグリッドプレートは、接地されている。幾つかの実施の形態において、第１のグリッドプレート、第２のグリッドプレート及び基板ホルダは、全てそれらが調整される位置を有する。
【００２０】
本発明の更なる他の側面では、イオン注入方法を提供する。イオン注入方法は、プラズマをチャンバのプラズマ領域に供給するステップと、複数の開口をそれぞれ有する複数のグリッドプレートを有するグリッドアセンブリを配置するステップと、複数のグリッドプレートのそれぞれが第１の位置にある間に、プラズマ領域のプラズマからのイオンの第１のセットを、グリッドアセンブリのグリッドプレートのそれぞれの開口を通して流すステップと、基板が基板ホルダによって第１の位置に支持されている間に、グリッドプレートの開口を通して流されたイオンの第１のセットの少なくとも一部を、基板に均一に注入し、それによって、同じグリッドプレートの異なる開口を通過したイオンの第１のセットの組合せから、基板全体で１回の横方向の均一イオン注入を形成するステップと、基板又はグリッドプレートの少なくとも１つの位置を、第２の位置に調整するステップと、第２の位置の調整の後、プラズマ領域のプラズマからのイオンの第２のセットを、グリッドアセンブリのグリッドプレートのそれぞれの開口を通して流すステップと、イオンビームレットの焦点を基板上の既知の形状に合わせるために第２の位置の調整の後、グリッドプレートの開口を通して流されたイオンの第２のセットの少なくとも一部を、基板に選択的に注入し、それによって、同じグリッドプレートの異なる開口を通過したイオンの第２のセットの一部から、基板の複数回の横方向に間隔を空けられた別々のイオン注入を形成するステップとを有することを特徴とする。
【００２１】
幾つかの実施の形態において、調整するステップでは、基板の位置を調整する。幾つかの実施の形態において、基板の位置を調整することは、基板をグリッドアセンブリに近づけることである。
【００２２】
幾つかの実施の形態において、調整するステップでは、グリッドプレートのうちの１つの位置を調整する。幾つかの実施の形態において、グリッドプレートのうちの１つの位置を調整することは、グリッドプレートのうちの１つを基板に近づけることである。
【００２３】
幾つかの実施の形態において、複数のグリッドプレートは、正にバイアスされた第１のグリッドプレートと、負にバイアスされた第２のグリッドプレートとを含む。幾つかの実施の形態において、複数のグリッドプレートは、接地された第３のグリッドプレートを更に含む。
【００２４】
幾つかの実施の形態において、プラズマ領域に第１の単一種類のドーパント材料を供給するステップと、プラズマ源において、第１の単一種類のドーパント材料を、第１の複数のドーパント種に分解するステップと、第１の複数のドーパント種を基板に注入するステップとを有する。
【００２５】
幾つかの実施の形態において、基板は、１回の注入ステップで、第１の複数のドーパント種が注入される。幾つかの実施の形態において、ドーパント種のそれぞれは、基板に異なる深さで注入される。幾つかの実施の形態において、第１の単一種類のドーパント材料は、フォスフィンである。幾つかの実施の形態において、第１の複数のドーパント種は、Ｐ＋、Ｐ＋＋、Ｐ＋＋＋、Ｐ２＋、Ｐ３＋及びＰ５＋を含む。
【００２６】
幾つかの実施の形態において、第１の単一種類のドーパント材料は、ホウ素又はヒ素である。幾つかの実施の形態において、異なる種類のドーパント材料の組合せを用いて、異なる複数のドーパント種を注入する。幾つかの実施の形態においては、異なる種類のドーパント材料は、ガス、液体、固体又はあらゆるそれらの組合せとして、前駆体の形で供給する。
【００２７】
幾つかの実施の形態において、第２の単一種類のドーパント材料が、プラズマ発生器に供給され、プラズマ発生器は、第１の単一種類のドーパント材料を第１の複数のドーパント種に分解するのと同じ期間中に、第２の単一種類のドーパント材料を第２の複数のドーパント種に分解し、第２の複数のドーパント種は、第１の複数のドーパント種が基板に注入されているのと同じ期間中に、基板に注入される。幾つかの実施の形態において、第１の単一種類のドーパント材料及び第２の単一種類のドーパント材料は、それぞれ前駆体ガスである。幾つかの実施の形態において、第１の単一種類のドーパント材料は、アルシンであり、第２の単一種類のドーパント材料は、フォスフィンである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の原理に基づいて均一にドーピングされた太陽電池の一実施の形態の断面を示す側面図である。
【図２Ａ】本発明の原理に基づいて太陽電池を選択的に注入する異なる方法の断面を示す側面図である。
【図２Ｂ】本発明の原理に基づいて太陽電池を選択的に注入する異なる方法の断面を示す側面図である。
【図２Ｃ】本発明の原理に基づいて太陽電池を選択的に注入する異なる方法の断面を示す側面図である。
【図３】本発明の原理に基づくコンタクトグリッド線を有する太陽電池の一実施の形態の断面を示す側面図である。
【図４】本発明の原理に基づくプラズマイオン注入装置の一実施の形態を示す図である。
【図５】本発明の原理に基づく均一注入による太陽電池の一実施の形態の断面を示す側面図を示すである。
【図６】本発明の原理に基づく均一注入及び選択注による太陽電池の他の実施の形態の断面を示す側面図である。
【図７】本発明の原理に基づくプラズマグリッド注入装置の一実施の形態の断面を示す側面図である。
【図８】本発明の原理に基づくプラズマグリッド注入装置の他の実施の形態の断面を示す三次元斜視図である。
【図９Ａ】本発明の原理に基づく異なるグリッドプレート開口の断面を示す側面図である。
【図９Ｂ】本発明の原理に基づく異なるグリッドプレート開口の断面を示す側面図である。
【図１０】本発明の原理に基づいてグリッドプレートを通過するプラズマイオンの一実施の形態の断面を示す側面図である。
【図１１Ａ】本発明の原理に基づく異なるグリッドプレート開口を示す平面図である。
【図１１Ｂ】本発明の原理に基づく異なるグリッドプレート開口を示す平面図である。
【図１２】本発明の原理に基づくロードロック注入システムの一実施の形態を示す平面図である。
【図１３】本発明の原理に基づくマルチステージ区別排気注入システムの一実施の形態を示す断面図ある。
【図１４】本発明の原理に基づくイオン注入方法の一実施の形態のプロセスフローチャートである。
【図１５】本発明の原理に基づくイオン注入方法の他の実施の形態のプロセスフローチャートである。
【図１６】本発明の原理に基づくイオン注入方法の更なる他の実施の形態のプロセスフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、当該技術分野の通常の知識を有する者が発明を行い、使用することができように、且つ特許出願及びその要件に従って説明を行う。当業者にとっては容易に明らかなように、以下に説明する実施の形態に様々な変更を加えることができるとともに、明細書中の一般的な原理は、他の実施の形態にも適用することができる。したがって、本発明は、以下に説明する実施の形態に限定されるものではなく、ここに説明する原理及び特徴に基づいて最も広く解釈される。
【００３０】
さらにまた、ある実施の形態の特徴と他の実施の形態の特徴は、組み合わせることができると考えられる。このイオン注入方法では、以下に説明する実施の形態を組み合わせた構成は、本発明の範囲内である。
【００３１】
開示の様々な特徴は、フローチャートを用いて説明することができる。多くの場合、開示する特徴の一実施の形態を示す。しかしながら、当該技術分野の通常の知識を有する者が理解できるように、ここに説明する手順、処理及び手続は、絶えず、すなわち、ここに説明する必要性を満たすのに必要となる毎に繰り返されてもよい。さらに、方法における各ステップは、明示的に又は暗示的に示さない限り、図に示す順番と異なる順番で実行できると考えられる。
【００３２】
本発明は、太陽電池の製造だけではなく、半導体及び他の表面、及び表面の近傍の修飾の用途に対しても調整される注入装置を目的とするものである。この注入装置は、太陽電池の製造に必要な緩い仕様に基づいて開発されている。注入装置は、正確なドーピングを行うことができ、また、太陽電池の性能に合わせて、固有の原子プロファイルを調整することができる（２００９年６月１１日に共同出願された米国特許出願番号第１２／４８３，０１７号、発明の名称「FORMATION OF SOLAR CELL-SELECTIVE EMITTER USING IMPLANT AND ANNEAL METHOD」）の構成と、２００８年６月１１日に共同出願された米国仮特許出願番号第６１／１３１，６９８号、発明の名称「FORMATION OF SOLAR CELL-SELECTIVE EMITTER USING IMPLANT AND ANNEAL METHOD」の構成とを引用することにより、本願に援用される。これらには、ドーピングレベル、コンタクトの抵抗、バスバー、フィンガ、金属／シリコン界面の接触抵抗及び裏面メタライゼーションの抵抗を変化させること、高効率太陽電池に適合させるために、金属グリッドコンタクトの下の所望の抵抗率（好ましくは１０〜３０Ω／□）、フィンガの間に所望の抵抗率（好ましくは１００Ω／□）を実現することが含まれている（２００９年６月１１日に共同出願された米国特許出願番号第１２／４８２，９８０号、発明の名称「SOLAR CELL FABRICATION USING IMPLANTATION」）の構成と、２００８年６月１１日に共同出願された米国仮特許出願番号第６１／１３１，６８７号、発明の名称「SOLAR CELL FABRICATION USING IMPLANTATION」の構成と、２００９年６月１１日の共同出願された米国特許出願番号第１２／４８２，６８５号、発明の名称「SOLAR CELL FABRICATION WITH FACETING AND ION IMPLANTATION」の構成と、２００８年６月２４日を共同出願した米国仮特許出願番号第６１／１３３，０２８号、発明の名称「SOLAR CELL FABRICATION WITH FACETING AND ION IMPLANTATION」の構成とを引用することにより、本願に援用される。また、注入装置は、コンタクト金属の幅及び間隔だけでなく、太陽電池ウエハの厚さの将来の必要条件に適合する。
【００３３】
さらに、選択エミッタ及び裏面電界（ＢＳＦ）を形成することができ、性能を高めることができる（２００９年６月１１日に共同出願された米国特許出願番号第１２／４８２，９４７号、発明の名称「APPLICATION SPECIFIC IMPLANT SYSTEM AND METHOD FOR USE IN SOLAR CELL FABRICATIONS」の構成と、２００８年６月１１日に共同出願した米国仮特許出願番号第６１／１３１，６８８号、発明の名称「APPLICATIONS SPECIFIC IMPLANT SYSTEM AND METHOD FOR USE IN SOLAR CELL FABRICATIONS」）の構成と、２００９年３月２０日を共同出願した米国仮特許出願番号第６１／２１０，５４５号、発明の名称「ADVANCED HIGH EFFICIENCY CRYSTALLINE SOLAR CELL FABRICATION METHOD」の構成と、２０１０年３月１９日に共同出願した米国特許出願番号第１２／７２８，１０５号、発明の名称「ADVANCED HIGH EFFICIENCY CRYSTALLINE SOLAR CELL FABRICATION METHOD」の構成とを引用することにより、本願に援用される。本発明は、シリコン、又は太陽電池の形成及び他の用途に用いられる他の材料に非常に薄い膜を蒸着させる場合だけではなく、シングル、すなわち単結晶シリコン、ポリ、すなわち多結晶シリコンを成長させる場合にも適用することができる。また、本発明は、多接合素子に適用することができ、また、接合の形成及び金属／半導体接合面の促進に用いられるあらゆる他の材料に対する原子種の配置まで拡張することができる。
【００３４】
図５は、本発明の原理に基づく均一注入（homogeneous implant）による太陽電池５００の一実施の形態の断面を示す側面図である。太陽電池５００は、ｐドーピング領域５１０と、ｎドーピング領域５２０とを有する半導体ウエハからなる。ｎドーピング領域５２０は、均一にドーピングされ、均一エミッタを形成している。ｎドーピング領域５２０上には、反射防止コーティング５６０が配置されている。反射防止コーティング５６０は、好ましくは、７０〜８０ｎｍの厚さを有する。半導体ウエハ上には、金属コンタクト５５０が堆積されており、金属コンタクト５５０は、好ましくは、３〜２００μｍの幅５５４を有し、１〜３ｍｍの間隔５５２で配置されている。半導体ウエハには、ｎドーピング領域５２０とは反対側にｐドーピング領域５７０が形成されており、ｐドーピング領域５７０は、均一ＢＳＦを形成している。ｐドーピング領域５７０の底面上には、不活性化層５８０（例えばＳｉ３Ｎ４又はＡｌ２Ｏ３）が配置され、不活性化層５８０の底面上には、後部金属コンタクト層５９０（例えばＡｇ）が配置されている。
【００３５】
図６は、太陽電池６００の断面を示す側面図であり、太陽電池６００は、太陽電池５００に選択注入された領域が設けられている。これらの選択注入は、ｎドーピング選択エミッタ領域６３０と、選択金属シード注入６５５と、選択ＢＳＦ領域６７５とを含む。
【００３６】
幾つかの実施の形態において、本発明では、基板に負電位のパルスを印加することによって、ガスプラズマ中のイオンを基板に対して加速する。プラズマは、基板近傍のシース内に移行され、電位を印加することにより、プラズマ中に存在するイオンが加速されて、注入が行われる。基板のこのような等角ドーピングを用いて、均一ドーピング領域を形成することができ、また、マスク又は他の選択注入技術を用いることによる選択ドーピング領域（selectively doped regions）を形成することができる。同時に、パルス波形及びプラズマ成分を調整することによって、独立した表面濃度、プロファイルの形状及び接合の深さが得られるように、ドーパントプロファイルを調整することができる。さらにまた、ドーパント化学量論比及び分子ラジカルの比率を用いることによって、ドーパントプロファイルを、更に向上させることができる。また、基板をパルスでバイアスし、可能な基板裏面アンテナを用い、あるいは基板を動かすことにより、選択注入に必要とされる横方向の位置決めを良くすることができる。
【００３７】
本発明は、基板サイズとは無関係であり、プラズマの均一性が保たれている限り、基板の複数の部分を同時に注入することができるイオン注入装置を提供する。この特徴により、ウエハ１０００枚／時間（1000+ wph）を十分超える生産性が可能である。さらに、本発明は、非見通し線注入方法（non-line-of-sight implantation method）を提供し、したがって、収縮された領域、例えば、表面上にヒロック（hillocks）及び凹角形状（re-entrant features）を有するマルチ級シリコンのテクスチャ加工表面にドーピングすることができる。このような表面に対するドーピングは、ドーピングの不足が金属短絡を起こす可能性があるときには、重要である。
【００３８】
本発明の１つの用途は、エミッタ及び裏面電界（ＢＳＦ）をドーピングするための均一注入を行うことである。このステージでは、表面濃度、プロファイルの形状及び接合の深さを独立して制御することにより、太陽電池の光変換特性を満たす重要な役割を果たすことができる。このような注入能力により、現在の拡散法では一般的である「不感層」の形成を防止する。これらの不感層は、拡散を用いて電気的な接合を形成する際に、表面近傍に集められる不活性の過剰なドーパントの結果として形成される。本発明のイオン注入で実行されるプロファイル管理により、このような欠点を避けることができる。
【００３９】
図１は、本発明の原理に基づいて均一にドーピングされた太陽電池１００の一実施の形態の断面を示す側面図である。太陽電池１００は、半導体基板１１０、例えばシリコンウエハを備える。太陽電池１００が電子正孔対を発生する領域１２０を形成する場合、ドーピングレベルは、少なくとも１００Ω／□が好ましい。一般的に、この領域１２０の過剰なドーパントは、このような電荷キャリアの発生及び輸送を妨げる。このドーピングは、通常、低エネルギ注入、例えばホウ素、ＢＦ２、リン、ヒ素、アンチモン及び他の同様なドーパントの１５０ｋｅＶ未満での注入である。このような注入は、低濃度で行われる。好ましい実施の形態において、これらの注入の濃度は、１Ｅ１５ｃｍ−２未満である。太陽電池用途の場合、有効範囲の均一性の必要条件は、５〜１０％と推定される。同様の均一性が、プラズマの均一性でも必要とされる。単一ウエハシステムの利点を実現するためには、各太陽電池は独立して注入されると思われる。この特徴により、注入の重要な能力が得られ、それによって、選択エミッタに対するドーパントの配置及び活性化を調整することができ、従来の不感層の形成の問題を回避することができる。
【００４０】
図２Ａ〜２Ｃは、本発明の原理に基づいて選択的に注入し、選択エミッタ領域２３０を形成した太陽電池２００の断面を示す側面図である。太陽電池２００は、半導体基板２１０を備え、半導体基板２１０は、均一にドーピングされ、均一エミッタ領域２２０が形成されており、この均一エミッタ領域２２０は、図１に示す領域１２０と同じである。
【００４１】
図２Ａは、半導体基板２１０内に選択エミッタ領域２３０を形成するために用いられるシャドウマスク方法を説明するための図である。シャドウマスク方法において、プラズマ注入技術の装置内で物理的なシャドウマスク２４２を用いて、イオンビーム２４０を、必要とされる正確な寸法に画定する。ここで、シャドウマスク２４２のアスペクト比は、典型的な高エネルギプラズマイオンが１：１０のアスペクト比を簡単に貫通できると推定されるように、また、低エネルギプラズマ堆積方法によって示されているように、重要である。半導体基板２１０の近傍にシャドウマスク２４２を調整することにより、１００μｍ幅のグリッド線よりも約＋／−１０〜３０μｍ広いドーピング領域を、グリッド線の下に設ける構成に対して有利に潜在的なビームの揺らぎを用いることができる。この調整により、後続のグリッド線の印刷及び位置合せを容易に行うことができ、あらゆる潜在的な電気リークを最少にするオーバラップ領域を設けることができる。好ましい実施の形態において、シャドウマスク２４２に用いる材料は、処理に無害であり、好ましくは、注入方法に影響を与えないために、導電性である。このような材料のスパッタリングは、このシャドウマスク２４２の寿命及び使用方法を決定し、したがって、標準の交換条件で、消耗部品であるシャドウマスク２４２を破棄する。また、イオンビーム２４０が通過する切欠きの形状及び表面条件は、汚染及びスパッタ率を最小にするための重要な考慮点である。太陽電池業界で既に一般的となっている典型的な成形は、シャドウマスク２４２の製造に用いることができる。
【００４２】
図２Ｂは、半導体基板２１０に選択エミッタ領域２３０を形成するために用いるウエハマスク方法を説明するための図である。ここでは、マスク２４４は、半導体ウエハである半導体基板２１０に接触して配置される。このようなマスク２４４は、注入ステップの前のウエハのハード又はソフトマスクである。ウエハマスク方法は、リソグラフィ、密着印刷又はより一般的なスクリーン印刷ステップを用いることによって、行うことができる。また、ウエハマスク方法は、コンタクト堆積の形成に用いられる既存のマスク及び開口処理ステップを利用することができる。この注入方法の分布出力密度により、結果として、過去の注入方法で用いられなかったマスク材料を利用することができる。このような材料の一例としては、伝統的に、基板製造及び他の低温マスク材料で用いられていたレジストがある。
【００４３】
図２Ｃは、半導体基板２１０に選択エミッタ領域２３０を形成するための局所プラズマビーム成形方法を説明するための図である。ここで、プラズマが選択的に半導体基板のある領域に向かうように、ビームの必要なパルス駆動及び想定される裏面アンテナを、閉ループ制御に入れることができる。幾つかの実施の形態において、更なるグリッド構造、例えば以下により詳細に説明する構造を用い、負及び／又は正の電圧を印加することによって、プラズマビームの形状を更に最適化して、このような成形を実行することができる。図２Ｃに示すように、選択エミッタ領域２３０は、半導体ウエハである半導体基板２１０の裏面の電圧２４６が直接印加された位置に位置合わせされる。この方法は、より薄いウエハに適している。あるいは、プラズマのパルス駆動と半導体基板の可能な位置決めを組み合わせて用いることにより、高濃度ドーピング領域及び低濃度ドーピング領域を生成することができる。これらの領域をオーバラップさせることにより、光変換に適した低濃度ドーピング領域から、電気コンタクトグリッド線に適した高濃度ドーピング選択注入領域までの正孔の制御された流れを最適化することができる。半導体基板を、正確に制御された動きに基づいて、イオンビームの下で動かしながら、高濃度ドーピング領域と低濃度ドーピング領域をオーバラップさせることができる。これらの異なる領域は、明確な境界を有さず、ドーピングレベルを緩やかに変化させることにより、基板内の電荷の流れを良くすることができる。
【００４４】
図３は、本発明の原理に基づくコンタクトグリッド線（以下、単にコンタクト線ともいう。）３５０を有する太陽電池３００の一実施の形態の断面を示す側面図である。太陽電池３００は、ウエハからなる。幾つかの実施の形態において、ウエハは、１５６×１５６ｍｍのウエハである。好ましくは、ウエハは、半導体材料、例えばシリコン（単結晶又は多結晶）で形成されており、ｐｎ接合を有する。ｐｎ接合は、ｐ型ドーピング領域３１０とｎ型ドーピング領域３２０の間に形成されている。ウエハの表面上には、金属製のコンタクト線３５０が印刷又は形成されている。また、コンタクト線３５０は、金属以外の導電材料から形成できると考えられる。幾つかの実施の形態において、また、ウエハの表面上には、コンタクト線３５０から電荷を集めて外部負荷に運ぶ導電性のフィンガ（図示せず）が配置されている。
【００４５】
動作において、光が、コンタクト線３５０の間の露出した表面を通過して、ウエハの半導体材料内に入射すると、光は、通常、ｎ型ドーピング領域３２０内で、電子正孔対に変換される。電子は一方向に流れて、コンタクト線３５０に引きつけられ、一方、正孔は、他の方向に、すなわちｐ型ドーピング領域３１０の方向に流れる。ドーパントがより多い特定の領域ほど、その領域内により多くの電子正孔対が再捕獲され、結果として、より多くの電気が損失される。したがって、異なる領域に対して、ドーピングのレベルを制御することは有益である。光が電子正孔対に変換される領域のドーピングのレベルは、比較的低くなければならない。電荷がコンタクト線３５０に通り抜ける領域のドーピングのレベルは、高くなければならない。ｎ型ドーピング領域３２０は、ｎ型ドーパントが低レベルで均一にドーピングされた領域（以下、均一エミッタ領域３２０ともいう。）を表している。ウエハの表面近傍のコンタクト線３５０の下に配置された領域３３０は、ｎ型ドーパントが比較的高いレベルで選択的にドーピングされた領域（以下、選択エミッタ領域３３０ともいう。）を表している。
【００４６】
ｎ型ドーピング領域３２０のドーパント濃度を最小にし（それによって、抵抗率を最大にし）、選択エミッタ領域３３０のドーパント濃度を最大にする（それによって、抵抗率を最小にする）結果として、均一エミッタ領域３２０から発生した電子をコンタクト線３５０に転送する太陽電池３００の性能を高め、一方、電子正孔対の再結合により電気を損失するリスクを軽減する。さらに、コンタクト線３５０をより太くすることによって、より多くの電気を導通することができるが、また、コンタクト線３５０を太くすることは、太陽電池３００に入射して電子に変換される光を遮蔽する。コンタクト線３５０近傍の選択エミッタ領域３３０のドーパント濃度を最大にすることによって、コンタクト線３５０を実際に細くすることができ、それによって、太陽電池３００により多くの光を入射させることができ、その一方で、電子正孔対発生領域から電子をコンタクト線３５０に転送する太陽電池３００の性能を向上させることができる。
【００４７】
幾つかの実施の形態において、均一エミッタ領域３２０は、約８０Ω／□〜約１６０Ω／□のシート抵抗を有し、一方、選択エミッタ領域３３０は、約１０Ω／□〜約４０Ω／□のシート抵抗を有する。幾つかの実施の形態において、均一エミッタ領域３２０は、約１００Ω／□のシート抵抗を有し、一方、選択エミッタ領域３３０は、約２５Ω／□未満のシート抵抗を有する。
【００４８】
幾つかの実施の形態において、選択エミッタ領域３３０は、互いに横方向に約１ｍｍ〜約３ｍｍの間隔が空けられている。しかしながら、他の間隔も本発明の範囲内であると考えられる。さらに、太陽電池業界では、選択エミッタ用途の場合、注入されるコンタクトグリッド線３５０の幅は、２００μｍから５０μｍ未満になることが必要であると予測されている。
【００４９】
プラズマ注入装置を用いて、表面近傍に金属／シリサイドを形成することにより、コンタクト堆積の仕事関数の形成及び調整と、バンドギャップ設計とを行うことができる。ウエハの表面近傍の位置に、金属の化学種（例えばＴａ、Ｔｉ等）を非常に少ないドーズ量で注入することによって、金属／シリコンコンタクトは、著しく改善される。このようなシード注入又は仕事関数調整注入によって、コンタクト特性を高めることができる。
【００５０】
図４は、本発明の原理に基づくプラズマイオン注入装置４００の一実施の形態を示すブロック図である。このプラズマイオン注入装置４００は、２００９年６月１０日に出願された米国仮出願番号第６１／１８５，５９６号、発明の名称「APPLICATION SPECIFIC PLASMA IMPLANT SYSTEM FOR USE IN SOLAR CELL FABRICATIONS」に開示されており、明細書に記載の如く、その全体は、引用によって、本願に援用される。プラズマイオン注入装置４００は、真空チャンバ４１０と、ガス入力装置４２０と、プラズマ発生器４３０と、１つ以上の真空ポンプ４５０と、高電圧パルス発生器４８０とを備える。ガス入力装置４２０、プラズマ発生器４３０及び真空ポンプ４５０は、協働して、真空チャンバ４１０内のターゲット基板４４０の近くの位置にプラズマ４６０を供給する。高電圧パルス発生器４８０を用いて、ターゲット基板４４０を負にバイアスする。利用できるパルス発生器の例としては、真空管パルス発生器、例えばプレーナ型三極管、電力用四極管及びホバートロン（hobertron）がある。他のパルス発生器も同様に用いることができると考えられる。ターゲット基板４４０に高負電圧パルスを印加した結果、プラズマ４６０とターゲット基板４４０間にシースが形成され、プラズマ４６０からのイオン４７０は、ターゲット基板４４０に向けて加速される。
【００５１】
このプラズマイオン注入技術により、あらゆる質量分析器を必要としない。このプラズマイオン注入技術は、許容可能な出力密度及び優れた生産性を提供する。このプラズマイオン注入装置４００は、太陽電池の用途に対して固有の性能を有する。太陽電池業界で必要とされる生産性を満たすために、複数のピースの同時注入が考えられる。０．２５ｍ２の総面積を有する１５６×１５６ｍｍの擬似正方形の典型的な４ピース基板の場合、このようなプラズマイオン注入装置４００は、好ましくは、０．３ｍの高さ及び０．５ｃｍのシースを有する大きなプラズマと、最大１５Ａのプラズマピーク電流を発生する総高１ｍのチャンバとを有する。このプラズマイオン注入装置４００は、太陽電池の分野に必要な可変で１５０ｋＶ未満のパルスエネルギを満たすのに役に立つ。これらの電源は、プラグコンパティブルであり、用いられる化学種及び質量に応じて、必要な浸透の深さを提供する。
【００５２】
幾つかの実施の形態において、プラズマイオン注入装置４００は、複数のドーパントのあらゆる相互汚染を避けるために、１つの化学種の注入に用いられる。さらに、幾つかの実施の形態において、真空チャンバ４１０の内部は、金属又は他の物質の不必要な汚染の可能性を最小にするために、適切な材料で覆われている。
【００５３】
好ましくは、部品、例えば真空チャンバと、マルチパスロードロックと、ガス供給装置と、自動化及び工場インタフェースとは、このような特定用途向け装置と直列に、あるいは典型的な大量太陽電池製造装置と直列に設けられている。好ましい実施の形態において、プラズマイオン注入装置４００は、太陽電池製造ラインの自動化に適した１時間当たりウエハ１０００枚以上（1000+）の生産能力で稼働する。
【００５４】
ドーパントプロファイルは、太陽電池（ＰＶ）製造に必要な調整に適したパルス波形調整を通じて、変更することができる。１つの方法は、パシベーションパルス整形回路機構を用いることである。ドーパントプロファイルは、マイクロ波又はＲＦ結合を特別に用いて実現できるプラズマ含有量の調整を用いることによって、あるいは、プラズマ条件を変更するために、したがって物質の電離を制御するために、ドーパントの化学量論比に、及びプラズマに存在するラジカルの分子比に影響を及ぼすことができるあらゆる多様な一般的なプラズマ形成技術をプラズマに用いることによって、更に調整することができる。例えば、固体リンを用いる場合、その様々な成分（例えばＰ＋、Ｐ＋＋、Ｐ＋＋＋、Ｐ２＋、Ｐ３＋、Ｐ５＋等）を用いて、表面近傍の調整を行うことを保証することができる。このような調整は、他のドーパント、例えばｐ型ホウ素に対しても用いることができる。
【００５５】
プラズマ注入技術の直接的な副作用は、水素（例えばドーパントのソースがＰＨ３又はＢ２Ｈ６である場合）の発生である。水素は、同時に且つより高いエネルギで注入され、品質が劣った太陽電池材料に対して固有で要求されるオートゲッタリング効果を与えるのに役立つ。
【００５６】
また、プラズマのパルス駆動中に、エネルギを明確に又は連続して変えることにより、必要なプロファイルを形成し、表面濃度、原子プロファイルの成形及び接合の深さを独立して管理することができる。これは、別の及び既知のステップであってもよく、あるいは、所望のプロファイルと対比するために、必要とされるエネルギで適切な休止まで連続させることができる。
【００５７】
このプラズマイオン注入装置の平均分布出力密度は、それ自体を、非常に薄いウエハ（すなわち、２０μｍ未満のウエハ）の注入に適合させ、また、より厚いウエハが、処理を通して１００℃未満の温度に留まることを保証する。このような分布出力密度により、高温を使用する拡散、及び高い平均分布出力密度を使用する定方向注入の前には考えられなかった様々なハードマスク（例えばレジスト）材料を利用することができる。所望のＰＶ用途に応じて、本発明の平均分布出力密度は、高い（３００℃以上の）及び低い（１００℃未満の）基板温度で、パルスの周波数及び継続時間を調整することによって、調整することができる。
【００５８】
後続の拡散は必要でない。可能な限り５００℃に近い低温アニールにより、十分に活性化することができ、太陽電池の製造のためのダメージアニールを行うことができる。プラズマ注入は、その高い生産性のために、高いドーズ量で行うことができ、したがって、ドーパントの一部だけを活性化する場合、所望の抵抗率及び性能を実現することができる。
【００５９】
幾つかの実施の形態において、様々な材料又は化合物を用いて、太陽電池製造における表面パシベーションを行う。例えば、幾つかの実施の形態において、Ｓｉ３Ｎ４又はＳｉＯ２は、高温で、あるいはパイロジェニック成長法を用いて、堆積及び／又は成長される。このようなパイロジェニック成長法は、一般的な化学及び分子構成に限定されており、変更することはできない。しかしながら、本発明のプラズマ注入技術を用いることにより、分子構成は、パシベーション特性を改良するために、調整することはできる。ＳｉＮｘを形成し、又は過剰に窒素を導入することにより、このパシベーション膜のパシベーション特性を改良することができる。
【００６０】
上述のプラズマイオン注入装置の効果にもかかわらず、本発明は、更に有益な注入装置を、プラズマグリッド注入装置の形で提供する。プラズマグリッド注入装置は、ビームライン注入の有益な出力密度を提供するが、一方、プラズマ注入技術の生産性を提供する。
【００６１】
図７は、本発明の原理に基づくプラズマグリッド注入装置７００の一実施の形態の断面を示す側面図である。プラズマグリッド注入装置７００は、チャンバ７１０を備え、チャンバ７１０は、第１のグリッドプレート７５０と、第２のグリッドプレート７５５と、第３のグリッドプレート７５７とを収容している。第１、第２及び第３のグリッドプレート７５０、７５５、７５７は、これらには限定されないが、グラファイト、シリコンカーバイド及びタングステンを含む様々な異なる材料で形成することができる。グリッドプレート７５０、７５５、７５７のそれぞれは、イオンを通過させる複数の開口を有する。プラズマ源は、プラズマをチャンバ７１０のプラズマ領域に供給する。図７において、このプラズマ領域は、第１のグリッドプレート７５０の上方に位置する。幾つかの実施の形態において、チャンバ壁は、イオンを、電界を用いてプラズマ領域に反発する。例えば、幾つかの実施の形態において、チャンバ７１０の壁には、１つ以上の磁石７９０が設けられている。磁界は、プラズマを壁から押しのけるのに用いられ、それによって、プラズマとチャンバ壁間にギャップを維持し、壁材料がプラズマでスパッタリングされるのを防止する。ターゲット基板は、グリッドプレートとは反対側に配置される。図７において、ターゲット基板は、第３のグリッドプレート７５７の下方に配置される。以下詳細に説明するように、ターゲット基板は、好ましくは、調整可能な基板ホルダによって支持され、それによって、ターゲット基板は、均一注入位置７４０ａと選択注入位置７４０ｂ間に調整することができる。
【００６２】
このプラズマグリッド注入装置７００の主な特徴は、第１のグリッドプレート７５０にＤＣ又はパルス電圧を印加することによってターゲット基板に向けて加速されたプラズマイオンを用いることである。これらのイオンは、ターゲット基板に注入される。ターゲット基板及び他の材料にイオンが衝突することによって生じる二次電子の悪い影響は、第１のグリッドプレート７５０に対して負にバイアスされた第２のグリッドプレート７５５を用いることによって避けられる。この負にバイアスされた第２のグリッドプレート７５５は、ターゲット基板から離れる電子を抑制する。幾つかの実施の形態において、第１のグリッドプレート７５０は、８０ｋＶにバイアスされ、第２のグリッドプレート７５５は、−２ｋＶにバイアスされる。しかしながら、他のバイアス電圧を採用できると考えられる。第３のグリッドプレート７５７は、ビーム画定グリッドとして機能し、好ましくは、接地されている。第３のグリッドプレート７５７は、注入の最終的な解像度を決定するために、ターゲット基板の表面に接触して、あるいは非常に近く配置される。選択注入が必要な場合、第３のグリッドプレート７５７は、ビーム画定マスクとして機能することができ、必要とされる重要な位置合せを行う。第３のグリッドプレート７５７は、ビームを画定する選択注入を実行するために、図２Ａの実施の形態に示すシャドウマスク又は図２Ｂの実施の形態に示すウエハマスクに基づいて構成することができる。さらに、第３のグリッドプレート７５７は、マスクを必要としないビーム成形、例えば図２Ｃの実施の形態に示すパルスビーム成形を含むあらゆる形式のビーム成形によって、置換又は補足することができる。
【００６３】
グリッドプレート７５０、７５５、７５７は、様々な方法で間隔を空けることができると考えられる。一実施の形態において、第１のグリッドプレート７５０は、第２のグリッドプレート７５５から約１２ｍｍの距離離され、第２のグリッドプレート７５５は、第３のグリッドプレート７５７から約３ｍｍの距離離される。しかしながら、他の寸法も用いることができる。
【００６４】
一般的に、幾つかのグリッド配置、例えば三極管、四極管及び他の配置を想定することができ、これらのグリッド配置は、イオンビームレットを光学的に制御するのに用いられる。均一注入の場合、ビーム画定マスクは無くすことができ、ウエハの均一な有効範囲が得られる。シャドウマスクによる選択注入の場合と、均一注入の場合とで、ウエハの位置を変えることによって、複数のグリッドビーム鮮明度の効果を得ることができる。例えば、選択注入の場合、ウエハ７４０ｂは、複数のグリッドプレート（７５０、７５５、７５７）のアセンブリの近くに移動され、一方、均一注入の場合、ウエハ７４０ａは、グリッドプレート（７５０、７５５、７５７）のアセンブリから均一なビームが得られるように、十分遠くに移動され、そして、均一なビームは、ビームレット７７６の空間電荷拡大の結果として、形成される。このグリッドプレートのアセンブリを用いて、更にビームレット７７６の焦点を基板上の既知の形状に合わせることができ、例えば、グリッドプレートの互いの位置を調整することによって、シャドウマスク又はあらゆる他の基板マスクの必要性を無くすことができる。このグリッドプレートアセンブリの配置によって、イオンの加速用に、ＤＣ又はパルスバイアスを用いることができ、エネルギ範囲を制限することによって、プラズマ注入技術を妨げる逆流電子を最小にすることができ、パルス発生器／ＰＳＵのコストを抑制することができる。これは、非常に、必要な電源を簡単にする。
【００６５】
さらに、本発明は、プラズマ形成をイオン加速から分離することによって、グリッドプレート７５０、７５５、７５７よりも上のプラズマ形成に、独立した方法を用いることができる。グリッドプレート７５０、７５５、７５７により、ある程度のビーム鮮明度を得ることができる。例えば、抽出されたイオンビームは、選択エミッタ用途における特定の大きさに集中させることができる。
【００６６】
プラズマグリッド注入装置７００のチャンバ７１０は、プラズマを形成して、拡大することができる。上述したように、第１のグリッドプレート７５０は、グラウンドに対して正電位である。このバイアスグリッドプレート（電極）を成形加工して、その開口のそれぞれ上に形成されるメニスカス７８０の形状を管理することによって、イオンは抽出されて、光学的に成形される。
【００６７】
上述したように、第２のグリッドプレート７５５は、負にバイアスされ、逆流電子を阻止する。基板の位置７４０ｂで示すように、基板及び第３のグリッドプレート７５７（シャドウマスク又はウエハマスクとして構成されているかにかかわらず）は、グリッドアセンブリによるパターン鮮明度を利用するために、第２のグリッドプレート７５５の非常に近く配置することができる。この位置において、抽出されたイオンは、鮮明なビームレットの形であり、位置７４０ｂの基板の選択領域に注入される。また、基板は、シャドウマスクを用いて又は用いないで均一注入を実行するために、第１及び第２のグリッドプレート７５０、７５５から離れた位置、例えば基板の位置７４０ａに配置することができる。基板の位置７４０ａに示すように、ビームレット７７６は、空間電荷拡大により、合流している。あるいは、均一注入と選択注入の両方に対して１つの位置を用いるようにしてもよく、選択注入は、必要な選択性を提供するシャドウマスク又はウエハマスクの存在の下で、実行される。
【００６８】
開口を通過したイオンビームは、その性質によって、すなわちプラズマの典型的な平衡状態が凸であるので、発散される。イオンは、同じ極性の電荷であるので、互いに反発し、プラズマ内での熱運動に起因して、ランダムな方向の速度を有する。したがって、イオンのエミッタンスとイオンビームに対するシステムアクセプタンスの両方を制御するためには、グリッドプレートの開口及びプラズマ条件を注意深く設計することが必要である。エミッタンスは、ビーム質の尺度である。通常、高品質ビームは、低エミッタンスを有し、それは、伝播中におけるイオンの最少の損失を意味する。これは、システム固有の位相空間境界に対して、ビームがこの境界内に適合し、すなわち良好なアクセプタンスを有するように、バランスをとられなければならない。
【００６９】
本発明のプラズマグリッド注入装置７００におけるイオン発散の制御は、主に、プラズマ境界における次のメニスカス７８０の形状を、イオンが第１のグリッドプレート電極７５０に入力するように調整することによって、行われる。このような成形は、それぞれの電極間の電位差と、開口の形状及びそれぞれの電極間の間隔と、プラズマの温度と、どれくらいのプラズマガスを用いるかと、プラズマ及びイオン種の密度と、流し出す電流とを調整することによって、制御することができる。図７のメニスカス７８０が凹ドーム形の場合、第２のグリッドプレート７５５は、第１のグリッドプレート７５０に対して負電位を有しなければならず、プラズマイオン密度は、プラズマ境界よりも低くなければならない。図７には、ドーム形を有するメニスカス７８０を示しているが、メニスカス７８０は、これに限定されないが、ドーム形に完全に反対の形状を含む他の形状の形でも管理することができると考えられる。メニスカス７８０の形状を用いて、得られるイオン注入ビームを成形することができる。ドーム形のメニスカス、例えば図７に示すメニスカス７８０は、通常、細くなるビームを生じるのに対して、逆ドーム形のメニスカスは、通常、拡大するビームを生じる。
【００７０】
図８は、プラズマグリッド注入装置７００と同様の、本発明の原理に基づくプラズマグリッド注入装置８００の他の実施の形態の断面を示す三次元斜視図である。プラズマグリッド注入装置８００は、チャンバ８１０を備え、チャンバ８１０は、第１のグリッドプレート８５０と、第２のグリッドプレート８５５と、第３のグリッドプレート８５７とを収納している。グリッドプレート８５０、８５５、８５７は、これらには限定されないが、シリコン、グラファイト、シリコンカーバイド及びタングステンを含む様々な異なる材料から形成することができる。各グリッドプレート８５０、８５５、８５７は、イオンが通過することができるように構成された複数の開口を有する。プラズマ源は、プラズマを、チャンバ８１０のプラズマ領域に供給する。図８において、このプラズマ領域は、第１のグリッドプレート８５０の上方に位置する。幾つかの実施の形態において、プラズマガスは、ガス入口８２０を介してプラズマ領域に供給される。幾つかの実施の形態において、チャンバ８１０の内部は、吸引孔８３０を介して減圧される。幾つかの実施の形態において、チャンバ８１０の外壁の周りには、絶縁体８９５が配置されている。幾つかの実施の形態において、チャンバ壁は、上述したように、電界を用いて、イオンをプラズマ領域に反発するように構成されている。
【００７１】
ターゲットウエハ８４０は、グリッドプレートに対してプラズマ領域とは反対側に配置される。図８において、ターゲットウエハ８４０は、第３のグリッドプレート８５７の下方に配置される。上述したように、幾つかの実施の形態において、ターゲットウエハ８４０は、調整可能な基板ホルダによって支持され、それによって、ターゲットウエハ８４０は、均一注入位置（グリッドプレートに近い位置）と選択注入位置（グリッドプレートから離れた遠い位置）の間に調整することができる。プラズマイオンは、第１のグリッドプレート８５０にＤＣ又はパルス電圧を印加することによって、イオンビーム８７０の形で、ターゲットウエハ８４０に向けて加速される。これらのイオンは、ターゲットウエハ８４０に注入される。ターゲットウエハ８４０及び他の材料にイオンが衝突することによって生じる二次電子の悪い影響は、第１のグリッドプレート８５０に対して負にバイアスされた第２のグリッドプレート８５５を用いることによって避けられる。この負にバイアスされた第２のグリッドプレート８５５は、ターゲットウエハ８４０から離れる電子を抑制する。幾つかの実施の形態において、第１のグリッドプレート８５０は、８０ｋＶにバイアスされ、第２のグリッドプレート８５５は、−２ｋＶにバイアスされる。しかしながら、他のバイアス電圧も採用できると考えられる。第３のグリッドプレート８５７は、ビーム画定グリッドとして機能し、好ましくは接地されている。第３のグリッドプレート８５７は、注入の最終的な鮮明度を決定するために、基板の表面に接触して、あるいは非常に近く配置される。選択注入が必要な場合、この第３のグリッドプレート８５７は、ビーム画定マスクとして機能することができ、必要とされる重要な位置合せを行う。第３のグリッドプレート８５７は、ビーム画定選択注入を実行するために、図２Ａの実施の形態に示すシャドウマスク又は図２Ｂの実施の形態に示すウエハマスクに基づいて構成することができる。さらに、第３のグリッドプレート８５７は、マスクを必要としないビーム成形、例えば図２Ｃの実施の形態に示すパルスビーム成形を含むあらゆる形式のビーム成形によって、置換又は補足することができる。
【００７２】
グリッドプレートの開口は、様々な異なる方法で形成することができると考えられる。図９Ａ〜９Ｂは、イオンビームが通過する異なるグリッドプレート開口の断面を示す側面図である。図９Ａにおいて、グリッドプレート９５０ａは、均一の幅を有する開口９６５ａを備える。グリッドプレート９５０ａが正にバイアスされたとき、その周りに電界が形成される。この電界は、等電位線（electric field lines）９５１ａ、９５３ａによって示され、等電位線９５１ａ、９５３ａは、グリッドプレート９５０ａの輪郭をなぞっている。イオンビームが開口９６５ａを通過するときに、等電位線９５１ａ、９５３ａは、イオンが進むパスを規定する。この結果、イオンが開口９６５ａを通過するときに、電界は、イオンを絞り、それによって、得られるイオンビームの幅は狭くなる。図９Ｂにおいて、グリッドプレート９５０ｂは、上から下に向かって拡大した幅を有する開口９６５ｂを備える。図９Ａのグリッドプレート９５０ａと同様に、グリッドプレート９５０ｂが正にバイアスされたとき、その周りに電界が形成される。この電界は、等電位線９５１ｂ、９５３ｂによって示され、等電位線９５１ｂ、９５３ｂは、グリッドプレート９５０ｂの輪郭をなぞっている。イオンビームが開口９６５ｂを通過するとき、等電位線９５１ｂ、９５３ｂは、イオンが進むパスを規定する。開口９６５ｂの幅は、イオンが開口９６５ｂに入力する点からイオンが開口９６５ｂを出る点に向かって拡大しているので、この開口形状は、均一な形状よりも大きな表面積を網羅できるイオンビームを生じる。
【００７３】
図１０は、本発明の原理に基づいてグリッドプレートを通過するプラズマイオンの一実施の形態の断面を示す側面図である。図７〜８と同様に、プラズマ１０６０は、上述したように、正にバイアスされた第１のグリッドプレート電極１０５０及び負にバイアスされた第２のグリッドプレート電極１０５５の上方に生成される。プラズマイオンが第１のグリッドプレート電極１０５０の開口に入力するとき、プラズマ境界にメニスカス１０８０が形成される。イオンビーム１０７０は、第１のグリッドプレート電極１０５０を通過し、そして、第２のグリッドプレート電極１０５５を通過した後、グリッドプレートアセンブリの下方に配置されたターゲット基板にイオンが注入される。グリッドプレートの上面及び底面は、様々な方法で、イオンビーム１０７０を管理するように形成することができる。例えば、幾つかの実施の形態において、第２のグリッドプレート１０５５の開口の入口を、第１のグリッドプレート１０５０の開口の出口により近く持っていくことができるように、第１のグリッドプレート１０５の底面１０５２は、凹形状の内向きに角度をつけることができ、第２のグリッドプレート１０５５の上面１０５４は、凸形状の外向きに角度をつけることができる。
【００７４】
図１１Ａ〜１１Ｂは、本発明の原理に基づく異なるグリッドプレート開口を示す平面図である。図１１Ａは、それに形成された複数の開口１１６５ａを有するグリッドプレート１０５０ａを示す。これらの開口１１６５ａは、略円形である。図１１Ｂは、それに形成された複数の開口１１６５ｂを有するグリッドプレート１０５０ｂを示す。これらの開口１１６５ｂは、略細長くて長方形のスロットである。幾つかの実施の形態において、細長いスロット１１６５ｂは、プラズマビームレットの利用率を最大にし、最後のビームを画定するグリッドの画像を生成するために、１〜２ｍｍの間隔の１０ｃｍ代の長さ×１００μｍの幅の寸法を有する。しかしながら、間隔をより大きくすることも考えられ、それによる空間電荷ビーム拡大を利用して、必要な有効範囲を与える均一ビームを得る。開口は、円形及び長方形の他に、他の形状に形成することができると考えられる。グリッドプレートの開口の形状及び寸法は、特定の注入に必要とされる一連のビームレットの形状及び寸法によって定まる。ビームの光学計算及び問題点、例えばエミッタンス及び空間電荷効果は、このような開口の形状及び製造に使用される材料を規定する。第１のグリッドプレートの開口は、特に、グリッドプレート開口で得られるプラズマのメニスカスの形状を維持するために重要である。このメニスカスの形状は、イオンビームの後続の光学特性にとって重要である。第２のグリッドプレートの位置、形状及び印加する負電位場及びメニスカスの形状に対する干渉のその可能性は、イオンビームを、最小限のイオン光学効果で通過させることを保証するために重要であり、一方、逆方向の電子の流れを防止するのに、依然として十分である。
【００７５】
２、３個以上のグリッドプレートの組合せにより、グリッドプレートに電圧を加えるＤＣ又はパルス電源装置を単純化することができる。これらの用途の場合、加速電位は、略−５ｋＶの負にバイアスされたグリッドプレートに対して１５０ｋＶ未満であると想定される。適正な真空中の第１のグリッドプレートと第２のグリッドプレート間の間隔は、好ましくは、数ｃｍのオーダであり、第２のグリッドプレートと第３のグリッドプレート間の間隔は、好ましくは、数ｍｍのオーダである。特定の計算及び真空中の距離を用いて、印加電圧を計算することができる。
【００７６】
また、第２のグリッドプレート電極は、注入接合プロファイルを最適化するために、抽出イオン特性を最適化、例えば所望のイオン種の密度及びイオンエネルギを高めるパルス整形回路に接続することができる。また、チャンバのプラズマ源は、上述したように、抽出イオン特性を最適化するために、同様のパルス整形回路を用いて、第２のグリッドプレート電極の変調と同時に、パルスでバイアスして変調することができる。
【００７７】
イオン注入装置を複雑なマルチモジュールシステム化したシングルビーム（拡大ビームを含む）及び走査機構とは対照的に、本発明のプラズマグリッド注入装置は、それ自体を注入チャンバの構成内に入れた簡単な配置を有する。このような簡単なイオンビーム発生（プラズマによる）及びイオン加速（グリッドプレートアセンブリによる）は、一般的なウエハハンドリングプラットホームと組み合わせることができる単一チャンバアセンブリ内に構成することができる。このようなプラットホームは、製造ラインの他のプロセス、例えば真空蒸着、エッチング及びメタライゼーションをサポートすることができる。図１２は、本発明の原理に基づくロードロック注入システム１２００の一実施の形態を示す平面図である。ターゲットウエハは、真空チャンバ１２１０にロードすることができ、そして、真空チャンバ１２１０において、ロボットは、ターゲットウエハを、真空の下で、幾つかのロードロックチャンバのうちの１つに移動することができる。例えば、ターゲットウエハは、幾つかの注入装置のうちの１つの注入装置１２２０、例えばプラズマグリッド注入装置７００に移動することができる。また、ターゲットウエハは、窒化処理チャンバ１２３０又は酸化処理及びアニールチャンバ１２４０、例えばＲＴＰアニールチャンバに移動することができる。
【００７８】
さらにまた、このようなプラットホームは、特定のロード―ロック機構を必要としないマルチステージ真空排気方式をサポートすることができる。図１３は、本発明の原理に基づいて、注入システム１３００を区別して排気するマルチステージの一実施の形態を示す断面図である。注入システム１３００において、ターゲットウエハ１３８０は、注入ステージに到着する前後に、マルチステージを介して移動される。幾つかの実施の形態において、ターゲットウエハ１３８０は、コンベヤベルト１３９０によって移動される。しかしながら、他の移転手段を使用することができると考えられる。図１３において、ターゲットウエハ１３８０は、右から左に移動し、次第により強い真空度を印加する各ステージ、すなわちステージ１３１０、ステージ１３２０、ステージ１３３０を通過した後、ステージ１３４０に到着する。ステージ１３１０は、より低い真空度Ｖ１（例えば０．１ｍｂの圧力になる）を印加する。ステージ１３２０は、ステージ１３１０よりも高い真空度Ｖ２（例えば０．０１ｍｂの圧力になる）を印加する。ステージ１３３０は、更にステージ１３２０よりも高い真空度Ｖ３（例えば１０−４ｍｂの圧力になる）を印加する。最後のステージ１３４０は、最高の真空度Ｖ４を印加する。ステージ１３４０では、上述した、複数のグリッドプレートアセンブリ（例えば、グリッドプレート１３４２、１３４４）を採用したプラズマグリッド注入装置を用いる。一旦、注入ステージが完了すると、ターゲットウエハ１３８０は、次第により低い真空度を印加するステージ１３５０、ステージ１３６０を通過して、最終的にステージ１３７０に移動する。
【００７９】
真空チャンバと、マルチパスロードロック又はマルチステージ区分排気パススルーと、ガス供給装置と、自動化及び工場インタフェースとは、特定用途向け注入装置と直列に構成することができ、あるいは、典型的な大量太陽電池製造システムと直列に構成することができる。好ましくは、注入システム１３００の生産能力は、太陽電池製造ラインの自動化に適した１時間当たりウエハ１０００枚以上である。
【００８０】
エミッタ及び裏面電界（ＢＳＦ）をドーピングするための均一注入の場合、表面濃度、プロファイル形状及び接合の深さを独立して制御することにより、太陽電池の光変換特性を満たす重要な役割を果たすことができる。このような注入能力は、現在の拡散法では一般的なエミッタの『不感層』の形成を防止する。これらの不感層は、拡散を用いて電気的な接合を形成する際に、表面近傍に集められる不活性の過剰なドーパントの結果として形成される。イオン注入によって実現されるプロファイルの管理により、このような欠点を避けることができる。ＢＳＦ注入を用いて、一連の不整合問題を有するアルミニウムメタライゼーションの現在の方法を置き換えることができる。また、このようなＢＳＦ注入の制御は、バックコンタクトの形成において、重要な利点を与える。
【００８１】
太陽電池が正孔対を発生する領域を形成する場合、ドーピングレベルとしては、好ましくは、少なくとも１００Ω／□を用いる。一般的に、この領域の過剰なドーパントは、このような電荷キャリアの発生及び輸送を妨げる。この領域は、通常、低エネルギ注入、例えばホウ素、ＢＦ２、リン、ヒ素、アンチモン及び他の同様なｎ型又はｐ型ドーパントが１５０ｋｅＶ未満で注入される。このような注入は、１Ｅ１６ｃｍ−２未満のドーズ量で実行される。太陽電池用途の場合、有効範囲の均一性の必要条件は、５〜１０％と推定される。同様の均一性が、プラズマの均一性でも必要とされる。単一ウエハシステムの利点を実現するためには、各太陽電池は独立して注入されると思われ、それは、注入の重要な能力であり、それによって、選択エミッタ領域に対するドーパントの配置及び活性化を調整して、従来の不感層形成の問題を回避することができる。注入が片面プロセスであるとき、太陽電池のエッジのエッチング又は切断は必要でない。
【００８２】
この性能は、ターゲット基板を、グリッドアセンブリ電極の下方に、ビームレットが、均一ビームに空間電荷拡大するのに起因して収束する十分に遠い距離に配置したときだけ、達成される。この位置決めは、ターゲット基板をグリッドアセンブリに及びから離して移動するエレベータを用いることによって、実行することができる。プラズマ強度を変化させ、及び第２のグリッドプレート上の電位を変化させ、また、ときには第１のグリッドプレート上の電位を変化させることにより、ビームの均一性を５％（１σ）未満とする。
【００８３】
上述したように、本発明の他の用途は、選択的に注入された領域を生成するための何らかのマスキングを用いることである。このような領域は、選択エミッタ又は選択ＢＳＦであるかに応じて、ｎ型又はｐ型とすることができる。また、それは、全てのバックコンタクト太陽電池の一連の櫛形交番ドーピング（ｎ／ｐ／ｎ／ｐ・・・等）領域とすることができる。この用途の場合、ターゲット基板に加えるマスクは、グリッドアセンブリに非常に近く保持することができ、そこでは、ビームレットは、より区別可能であり、間隔を空けて配置されている。あるいは、必要とされる注入選択性を与えるために、ウエハにシャドウマスクを設けてもよい。グリッドプレートの開口の寸法は、イオンビームを最大に利用するために、基板マスクと一致させることができる。これは、ウエハ上に選択性を保証するマスクが存在するときには、重要でない。
【００８４】
他の実施の形態において、本発明のプラズマグリッド注入装置は、金属／半導体コンタクト領域の仕事関数の形成及び調整と、バンドギャップ設計とに用いられる。このステップでは、表面に非常に近い位置に、金属の化学種を注入することによって、金属／シリコンコンタクトは、著しく改善される。同様の装置は、上述したように、選択ドーピング注入の後のグリッド線注入にも用いることができる。このようなシード注入又は仕事関数調整注入によって、コンタクト特性を高めることができる。
【００８５】
また、ドーパント原子プロファイルの制御は、プラズマで利用可能な複数の化学種の発生率によって行うことができる。各プラズマ条件は、割合を変えて混合した荷電化学種を有する。このような割合は、制御することができ、再現可能である。このような混合化学種は、所望の原子の分子状態及び多重荷電状態であり、同じ電位バイアスが印加された場合でも、異なるエネルギを有する。例えば、一種類のドーパント材料をプラズマ発生器に供給することができ、そこで、ドーパント材料は、複数のドーパント種に分解される。そして、ターゲット基板に、複数のドーパント種が注入される。例えば、プラズマガス、例えばフォスフィンを用い、フォスフィンは、分解することにより形成されるドーパント種（Ｐ＋、Ｐ＋＋、Ｐ＋＋＋、Ｐ２＋、Ｐ３＋、Ｐ５＋等）の電荷が異なり、生じる量が異なるので、異なる種類の注入を１回の注入ステップだけで行うことができる。各ドーパント種の量（すなわち、全体のイオンビームと比較したそのパーセンテージ）は、プラズマの条件、例えば用いる電力を調整することによって、調整することができる。この点で、ユーザは、ドーパントの分解を管理することができ、要望の割合（例えば、８０％のＰ＋、１０％のＰ＋＋、５％のＰ＋＋＋、３％のＰ２＋等）に調整することができる。各化学種は、エネルギが異なるので、異なる深さでウエハに注入される。この特徴は、製造に理想的な所望の形状になる複数の原子プロファイルを形成するために用いることができる。
【００８６】
プラズマを収容するチャンバ領域と基板を収容するチャンバ領域間に制限された開口を有する本発明のグリッドプレートを用いることにより、有効な区分排気領域を保証する。プラズマ領域の真空度は、プラズマの形成及びあらゆる他の不必要な化学種の存在を最小にする目的で、制御しなければならない。しかしながら、また、区分排気された基板チャンバも、真空度が、基板表面の気体放出の衝突及びガスのロードロッキングバーストのために幾分変化するので、重要である。また、このグリッドアセンブリは、フリーラジカルと、逆に基板の表面に影響を及ぼす可能性がある他の潜在的な空気中の炭化水素とを防止する。
【００８７】
ビームレットの形成と、自然な空間電荷ビームの拡大の結果としてのそれらの後続の拡大とを用いて、横方向の選択領域注入、すなわち均一注入を行うことができる。上述したように、選択注入の場合、ターゲット基板と、画定グリッド又はシャドウマスクとは第３のグリッドプレートに非常に近く配置することができ、あるいは均一注入に関しては、同じ位置とすることができる。グリッドに対して基板が接近する最小距離は、グリッドアセンブリに維持する電圧及び印加した電位によって、決定される。ビームを画定するシャドウマスクの役割は、注入領域の位置決めの忠実度を保証することである。このマスクを用いて、基板に対するマスクの位置合せを向上させることができ、したがって、選択注入領域と、スクリーン印刷又はジェットインク印刷される後続の金属グリッド線との高い重なり度合いを保証する。
【００８８】
基板のこのような等角ドーピングを用いて、均一領域と、マスク及び他の独特の選択ドーピング技術を用いることによる選択エミッタ領域との両方を形成することができる。同時に、ドーパントプロファイルは、直流電圧と、露光時間と、ビーム及びプラズマ成分調整の下での基板の移動とによって、独立した表面濃度、プロファイルの形状及び接合の深さが得られるように、調整することができる。さらにまた、ドーパント理論混合比及びプラズマに存在する分子ラジカルの比を用いて、ドーパントプロファイルを、更に向上させることができる。この方法は、選択注入に必要とされる横方向の位置決め利点を与える基板のパルス駆動と、可能な基板裏面アンテナ又は基板の移動を用いることを排除するものではない。
【００８９】
本発明の注入装置は、基板サイズから独立して構成することができる。さらに、プラズマの均一性が保たれている限り、基板の複数の部分を同時に注入することができ、それによって、ウエハ１０００枚／時間を十分超える生産性が可能である。
【００９０】
さらに、本発明は、非見通し線注入方法を提供し、したがって、収縮された領域、例えば表面上にヒロック及び凹角の形状を有することができるマルチ級金属シリコンのテクスチャ加工表面にドーピングすることができる。このような領域をドーピングすることは、ドーピングの不足が金属短絡を起こす可能性があるときには、重要である。ターゲット基板のパルス駆動を採用して、イオンを収縮されたこれらの領域に案内することができる。
【００９１】
本発明の注入装置は、太陽電池の用途に対して固有の性能を有する。太陽電池業界で必要とされる生産性を満たすために、複数のピースの同時の均一注入を採用することができ、その後、マスクにより選択注入を行うことができる。しかしながら、このような注入は、あらゆる順番で行うことができる。０．２５ｍ２の総面積を有する１５６×１５６ｍｍの擬似正方形の典型的な４ピース基板の場合、このようなプラズマイオン注入装置は、好ましくは、幅１．２ｍ×高さ０．４ｍの寸法を有するチャンバを備える。これにより、基板上の注入の均一性を保証するプラズマ及びグリッドオーバフロー領域を可能にする。このような注入装置は、上述したように、マルチステージ区分排気非ロードロック設備と共に用いることができ、基板を、コンベヤ又は他の搬送機構によって大気側から真空側に及び真空側から大気側に移動させることができ、それは、全システムを単純化し、材料費を削減する。
【００９２】
本発明の注入装置は、９０ｋＶの高電圧バイアスで、以下の式から導かれる少なくとも０．５ｍＡ／ｃｍ２の平均イオン電流密度を発生することになっている：
Ｉｐ＝（Ｄ・Ｚｅ（１＋γＳＥ）Ａ）／（ｆΔｔ・Ｔ）×ａ×ｂ
ここで、典型的なプラズマシステムを考える：
Ｄ＝ドーズ量［ｃｍ−２］
ｆ＝パルス周波数［ｓ］
ｔ＝パルス幅［μｓ］
Ｉｐ＝ピーク電流［Ａ］
Ｔ＝注入時間［ｓ］
Ｚ＝荷電状態
ｅ＝電子電荷［Ａ−ｓ］
γＳＥ＝二次電子放出係数
Ａ＝表面積［ｃｍ−２］
ａ＝ドーパントの理論混合比
ｂ＝プラズマ中のラジカルの分子比
一具体例として、ＰＨ３のガス、１Ｅ１６ｃｍ−２のドーズ量、０．２５のドーパントの理論混合比及び０．３のプラズマ中のラジカルの分子比を与える。
【００９３】
本発明の注入装置は、複数の化学種に対しても、ドーパントのあらゆる相互汚染を防止するように用いることができる。さらに、幾つかの実施の形態において、チャンバの内壁は、金属汚染及び他の不必要な汚染の可能性を最小にして、清浄、手入れ及び交換を少なくするために、適切な材料で覆われている。さらに、上述したように、周囲の材料からプラズマ又はイオンの相互干渉を制限するために、閉込め型場、例えば電界を、チャンバの内壁に加えることができる。幾つかの実施の形態において、ターゲット基板に必要とされる化学種だけを通過できるように、イオンビームは曲げることができ、固有の場を印加することができる。
【００９４】
上述したように、太陽電池のプロファイルは、本発明のプラズマ含有量の調整を用いることによって、更に調整することができ、それは、プラズマ強度及び温度を変更するために、プラズマに結合するマイクロ波又はＲＦを特別に用いることによって達成することができ、したがって、構成物質の分解を制御することができる。この調整は、ドーパントの理論混合比及びプラズマに存在するラジカルの分子比に影響を及ぼす可能性がある。例えば、固体リンを用いた場合、その様々な成分、例えばＰ＋、Ｐ＋＋、Ｐ＋＋＋、Ｐ２＋、Ｐ３＋、Ｐ５＋等を用いて、表面近傍の調整を行うことを保証することができる。この調整は、同様に、他のドーパント、例えばｎ型ホウ素に対して用いることができる。
【００９５】
ドーパントの適切なソース、例えばＰＨ３又はＢ２Ｈ６を用いた場合、本発明のプラズマ注入技術の他の利点は、水素の発生である。水素は、他のドーパントと同時に、より高いエネルギで注入され、品質が劣った太陽電池材料に対して固有で役立つオートゲッタリング効果及び表面パシベーション効果を与えるのに役立つ。
【００９６】
また、プラズマを加速するエネルギを、別のステップで又は連続して変えることにより、必要とされるプロファイルを形成し、独立した表面濃度を生成し、原子プロファイルの成形及び接合の深さを管理することができる。これは、別の及び既知のステップであってもよく、あるいは、所望のプロファイルと対比するために、必要とされるエネルギで、適切な休止まで連続させることができる。
【００９７】
本発明によって生成された平均分布出力密度は、ウエハが独立しているか、あるいは他の基板上に搭載されているかどうかにかかわらず、それ自体を、非常に薄いウエハ（例えば、２０μｍ未満）の注入に適合させ、より厚いウエハが、プロセスを通して１００℃未満の温度に留まることを保証する。また、分布出力密度は、非シリコンに基づく基板、例えばＣｄＴｅ、ＣＩＧＳ及びａ−Ｓｉ薄膜基板の処理を可能にし、それは、低い基板温度動作を必要とする。特にウエハの厚さが薄いとき、ウエハの冷却及び加熱が必要とされ、それは、典型的な裏面水冷又は気体冷却又は他の同様の方法の形で行うことができる。
【００９８】
このような分布出力密度により、拡散（高温）及び定方向注入（高い瞬間出力密度）の前には考えられなかった様々なハードマスク（例えば、レジスト）材料を利用することができる。
【００９９】
本発明の他の利点は、後続の拡散が必要でないということであり、したがって、可能な限り５００℃に近い低温アニールにより、十分に活性化することができ、太陽電池の製造に用いることができるダメージアニールを行うことができる。プラズマグリッド注入は、その高い生産性のために、高いドーズ量で行うことができる。したがって、ドーパントの一部を活性化する場合、また、所望の抵抗率及び性能を達成することができる。また、自動アニーリングを用いることができ、ビームの電力を用いて、基板を、自己アニーリングが起こることができるこのような所望の温度まで加熱することができる。さらにまた、基板、マスク及びグリッドアセンブリの高温のバランスをとることは、注入装置の一般的な動作、制御及び測定における主要な利点とすることができる。
【０１００】
また、独特なプラズマグリッド注入装置の高い生産性を利用して、接合−ドーピング用途に関連したＳｉＮｘ堆積の集積モジュールは、真空を弱めることなく、実現することができる。本発明のプラズマグリッド注入装置を用いて、表面パシベーションを実現することができる。注入と堆積の違いは、イオンのエネルギである。エネルギがより低いほど、イオンは、表面上により留まる。本発明は、非常に低いエネルギ注入を用いることにより、ウエハの表面上に不活性化層、例えば窒化皮膜を形成することができる。現在用いられる技術は、化学プロセスである。本発明は、不活性ガス、例えばシリコン又は窒素をチャンバのプラズマ領域に流し出すことによって、簡単に不活性化層の用途を可能にする。
【０１０１】
図１４は、本発明の原理に基づくイオン注入方法１４００の一実施の形態を示すプロセスフローチャートである。ステップ１４１０において、プラズマを、チャンバのプラズマ領域に供給する。第１のグリッドプレート及び第２のグリッドプレートを、チャンバ内に配置する。ステップ１４２０において、第２のグリッドプレートを負にバイアスする。第２のグリッドプレートは、複数の開口を有し、第１の位置に配置される。ステップ１４３０において、第１のグリッドプレートを正にバイアスする。第１のグリッドプレートは、複数の開口を有し、第１の位置に配置される。図１４では、第１のグリッドプレートを正にバイアスするステップの前に、第２のグリッドプレートを負にバイアスするステップを示しているが、幾つかの実施の形態においては、第１のグリッドプレートのバイアスは、第２のグリッドプレートのバイアス前に又は同時に開始される。ステップ１４４０において、プラズマ領域のプラズマからのイオンは、正にバイアスされた第１のグリッドプレートの開口を通して流される。ステップ１４５０において、正にバイアスされた第１のグリッドプレートの開口を通して流されたイオンの少なくとも一部は、負にバイアスされた第２のグリッドプレートの開口を通して流される。ステップ１４６０において、基板を第１の位置に配置することによって、負にバイアスされた第２のグリッドプレートの開口を通して流されたイオンの少なくとも一部を基板に注入する。そして、均一イオン注入と選択イオン注入の両方を実行するために、調整するグリッドプレート及び／又は基板を配置することによって、プロセスを繰り返すことができる。
【０１０２】
図１５は、本発明の原理に基づくイオン注入方法１５００の他の実施の形態を示すプロセスフローチャートである。ステップ１５１０において、プラズマを、チャンバのプラズマ領域に供給する。ステップ１５２０において、複数のグリッドプレートを備えるグリッドアセンブリを配置する。各グリッドプレートは、複数の開口を有する。ステップ１５３０において、グリッドプレートのそれぞれが第１の位置にある間、プラズマ領域のプラズマからのイオンの第１のセットは、グリッドアセンブリのグリッドプレートのそれぞれの開口を通して流される。ステップ１５４０において、基板を基板ホルダによって第１の位置に支持している間に、グリッドプレートの開口を通して流されたイオンの第１のセットの少なくとも一部を、基板に均一に注入し、それによって、同じグリッドプレートの異なる開口を通過したイオンの第１のセットの組合せから、基板全体で１回の横方向の均一イオン注入を構成する。ステップ１５５０において、基板の位置又はグリッドプレートのうちの少なくとも１つを、第２の位置に調整する。ステップ１５６０において、プラズマ領域のプラズマからのイオンの第２のセットは、第２の位置に調整された後のグリッドアセンブリのグリッドプレートのそれぞれの開口を通して流される。ステップ１５７０において、上記基板は、第２の位置に調整された後のグリッドプレートで開口を通して流されたイオンの第２のセットの少なくとも一部を、基板に選択的に注入し、それによって、同じグリッドプレートの異なる開口を通過したイオンの第２のセットの一部から、基板上で複数回の横方向に間隔を空けられた別々のイオン注入を構成する。
【０１０３】
図１６は、本発明の原理に基づくイオン注入方法１６００の更に別の実施の形態を示すプロセスフローチャートである。ステップ１６１０において、一種類のドーパント材料を、プラズマ発生器に供給する。ステップ１６２０において、プラズマ発生器は、一種類のドーパント材料を複数のドーパント種に分解する。ステップ１６３０において、複数のドーパント種を基板に注入する。
【０１０４】
幾つかの実施の形態においては、異なる種類のドーパント材料の組合せを用いて、異なる複数のドーパント種を注入する。幾つかの実施の形態においては、異なる種類のドーパント材料は、ガス、液体、固体又はあらゆるそれらの組合せとして、前駆体の形で供給することができる。
【０１０５】
本発明を、構成の原理及び発明の動作の理解を容易にするために、詳細を組み入れた特定の実施の形態について説明した。特定の実施の形態及びその詳細に対するこのような参照は、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲によって定義されるような発明の精神と範囲から逸脱することなく、説明のために選択した実施の形態に他の様々な変更を加えてもよいことは、当業者にとって容易に明らかである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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