(57)【要約】基板のパターン注入を行うためにマスクを動かす改善方法を開示する。マスクは複数のアパーチュアを有し、基板とイオン源との間に配置される。基板をイオンビームにさらした後、マスクは、基板に対し新たな位置にインデックスを付けられ、続いて注入工程が行われる。アパーチュアのサイズと形状、インデックス距離及び注入工程の数の選択により、様々な注入パターンを生成することができる。いくつかの実施態様では、注入パターンは、水平ストライプ間のより低濃度にドープした領域を有する高濃度にドープした水平ストライプを含む。いくつかの実施態様では、注入パターンは、高濃度ドープ領域の格子を含む。いくつかの実施態様では、注入パターンは、バスバー構造を用いて使用するのに適している。
2013508953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板にパターンを注入する方法であって、
少なくとも１つのアパーチュアを有するマスクを、前記基板とイオン源との間に、配置するステップと、
前記基板を前記イオン源にさらすステップであって、それにより、前記アパーチュアと位置合わせした前記基板の第１の領域にイオンを注入する、ステップと、
前記基板の第２の領域に前記アパーチュアを位置合わせするように、前記基板に対し第１の方向に前記マスクを動かすステップと、
前記基板を前記イオン源にさらすステップであって、それにより、前記基板の前記第２の領域にイオンを注入し、それにより、前記第１の領域の一部と前記第２の領域の一部とが重複し、高濃度注入領域を生成する、ステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記アパーチュアは水平方向の長方形を備え、
複数の注入量の異なる水平ストライプを生成するように、前記基板に対し垂直方向に前記マスクが動かされる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記アパーチュアは前記基板の幅より小さい幅を備え、
注入された水平ストライプを生成するように、前記基板に対し水平方向に前記マスクが動かされる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記基板が前記イオン源にさらされない場合に、前記基板に対し前記マスクが動かされる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
所望のパターンが前記基板に注入されるまで、前記マスクを動かすステップと、前記基板をさらすステップとを繰返すステップをさらに有する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記マスクは、隣接する一対のアパーチュア間の間隔を有する、複数の水平方向に配置したアパーチュアを備え、
前記マスクは、隣接する一対のアパーチュア間の前記間隔に等しい距離だけ、前記基板に対し動かされる、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記マスクは、隣接する一対のアパーチュア間の間隔を有する、複数の水平方向に配置したアパーチュアを備え、
前記マスクは、隣接する一対のアパーチュア間の前記間隔より小さい距離だけ、前記基板に対し動かされる、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記マスクは、２つの行の水平方向に配置したアパーチュアを備え、
第１の行の前記アパーチュアは、第１の幅を有し、第１の間隔によって互いに分離され、
第２の行の前記アパーチュアは、前記第１の幅と異なる第２の幅を有し、第２の間隔によって互いに分離され、
注入量の異なるイオンを有する行を生成するように、前記基板に対し水平方向に前記マスクが動かされる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第２の幅に等しい距離だけ、前記マスクが動かされる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記アパーチュアは、長方形の頂部又は底部の内の少なくとも１つから延びるインデントを備え、
高濃度注入領域を有する格子を生成するように、前記基板に対し垂直方向に前記マスクが動かされる、請求項３に記載の方法。
【請求項１１】
前記アパーチュアは、長方形の頂部又は底部の内の少なくとも１つから延びるインデントを備え、
少なくとも１つの垂直ストライプにより接続された水平ストライプを有するパターンを生成するように、前記基板に対し垂直方向に前記マスクが動かされる、請求項３に記載の方法。
【請求項１２】
前記基板の第３の領域に前記アパーチュアを位置合わせするように、前記基板に対し第２の方向に前記マスクを動かすステップと、
前記基板を前記イオン源にさらすステップであって、それにより、前記基板の前記第３の領域にイオンを注入し、それにより、前記第１の領域の一部と前記第２の領域の一部と前記第３の領域の一部とが重複し、高濃度注入領域を生成する、ステップと、
をさらに有する、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスクを介するイオン注入に関し、特に、基板のパターン注入を行うためにマスクを動かす方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入は、導電率を変える不純物を基板に導入するための標準的な技術である。所望の不純物質がイオン源でイオン化され、イオンは所定のエネルギーのイオンビームを形成するように加速され、イオンビームは基板の表面に向けられる。ビームの付勢イオンは基板物質の大部分に浸透し、所望の導電率の領域を形成するように基板物質の結晶格子に埋め込まれる。
【０００３】
太陽電池は、無料の天然資源を用いて無公害で平等に利用できるエネルギーを提供する。環境問題及びエネルギーコストの上昇により、シリコン基板で構成することができる太陽電池が、ますます世界的に重要になっている。高性能太陽電池の製造コストの減少又は高性能太陽電池の効率の向上は、世界中で、太陽電池の実装にプラスの影響を与える。これにより、このクリーンエネルギー技術のより広い利用が可能となる。
【０００４】
ドーピングは太陽電池の効率を向上することができる。図１は選択エミッタ型太陽電池２１０の横断面図である。エミッタ２００にドープし、追加のドーパントを接点２０２の下の領域２０１に供給することにより、太陽電池２１０の効率（例えば、太陽電池を電気回路に接続したときに変換され収集された電力の百分率）を向上することができる。領域２０１のより高濃度なドーピングは導電率を向上し、接点２０２間のより少量のドーピングは電荷収集を向上する。接点２０２は約２〜３ｍｍだけ相隔たることができる。領域２０１の直径は約１００〜３００μｍに過ぎない。図２は相互嵌合型バックコンタクト（interdigitated back contact (ＩＢＣ)）太陽電池２２０の横断面図である。ＩＢＣ太陽電池では、接合は太陽電池２２０の裏面にある。ドーピングパターンは、この特定の実施態様では、交互に起こるｐ型及びｎ型ドーパント領域である。ｐ＋エミッタ２０３及びｎ＋裏面電界２０４がドープされる。このドーピングは、ＩＢＣ太陽電池の接合が機能し、増加した効率を有することを可能にする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、太陽電池は、ドーパントを含むガラス又はドーパントを太陽電池内に拡散するように加熱されるペーストを用いてドープされてきた。この方法は、太陽電池の様々な領域の正確なドーピングを可能にしないで、空隙、気泡又は汚染物質がある場合、不均一なドーピングを生成し得る。イオン注入は太陽電池の正確なドーピングを可能にするため、太陽電池には、イオン注入が役立つ。しかしながら、太陽電池のイオン注入は、ドーパントの特定のパターンを必要とし、又は、太陽電池基板の特定の領域のみがイオン注入されることを必要とする。従来、基板の特定の領域のみの注入は、フォトレジスト及びイオン注入を用いて成し遂げられてきた。しかしながら、フォトレジストの使用は、追加の処理工程を含むため、太陽電池の製造に追加のコストを加える。太陽電池表面上の他の堅いマスクは、同様に、高価であり、追加の工程を必要とする。
【０００６】
シャドウマスク又はプロキシミティマスクのようなマスクを介して基板に注入することには、欠点がある。第１に、マスクを介して基板に注入する場合、イオンビームのいくつかは遮断されるため、イオン注入装置のスループットは減少する。第２に、マスクは、特に、小さいアパーチュアサイズのマスクは、コスト効率よく製造することが難しい。第３に、マスク自体が、アパーチュアのサイズにより、壊れやすい。アパーチュア間の支持体又は固体のマスク部分が弱くなる場合、アパーチュアは、基板の所望の領域に整列することができない。注入領域の悪い配置、悪い寸法公差、熱膨張又はマスクへの損傷は、注入中に生じ得る。第４に、マスクの使用は２つのドーズ領域を生成する、注入ドーズを有する第１の領域と、０ドーズを有する第２の領域とである。いくつかのアプリケーション用の交互に起こるストライプのパターンで、もっと可変のドーズレベルを有することが望ましい。しかしながら、基板の全面にわたってブランケット注入をし、次いで、マスクを用いて選択注入をするには、マスクかそれとも基板の再配置を必要とする。これは注入装置のスループットを減少し、注入装置に複雑性を加え、注入パターンの忠実性を減少する。従って、マスクを介する注入の改善方法、特に、基板のパターン注入を行うためにマスクを動かす方法の技術のニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
基板のパターン注入を行うためにマスクを動かす改善方法を開示する。マスクは複数のアパーチュアを有し、基板とイオン源との間に配置される。基板をイオンビームにさらした後、マスクは、基板に対し新たな位置にインデックスを付けられ、続いて注入工程が行われる。アパーチュアのサイズと形状、インデックス距離及び注入工程の数の選択により、様々な注入パターンを生成することができる。いくつかの実施態様では、注入パターンは、水平ストライプ間のより低濃度にドープした領域を有する高濃度にドープした水平ストライプを含む。いくつかの実施態様では、注入パターンは、高濃度ドープ領域の格子を含む。いくつかの実施態様では、注入パターンは、バスバー構造を用いて使用するのに適している。
【０００８】
本発明をより良く理解するために、以下に、本明細書に参照用として含まれる添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】選択エミッタ型太陽電池の横断面図である。
【図２】相互嵌合型バックコンタクト太陽電池の横断面図である。
【図３】マスクを介する注入の横断面図である。
【図４】マスクの実施形態の正面図及び横断面図である。
【図５】Ａ〜Ｄは、第１のシーケンシャルスキャン方法を例示する図である。
【図６】単一ドーズのセグメント化されたマスクの正面図である。
【図７−１】Ａ〜Ｃは、２：１のセグメントの影に対する比を有するシーケンシャルスキャンを例示する図である。
【図７−２】Ｄ〜Ｆは、２：１のセグメントの影に対する比を有するシーケンシャルスキャンを例示する図である。
【図８】複数回ドーズのセグメント化されたマスクの正面図である。
【図９−１】Ａ〜Ｅは、図８の実施形態のマスクを用いるシーケンシャルスキャンを例示する図である。
【図９−２】Ｆ〜Ｊは、図８の実施形態のマスクを用いるシーケンシャルスキャンを例示する図である。
【図１０】Ａ〜Ｄは、第２のシーケンシャルスキャン方法を例示する図である。
【図１１−１】Ａ〜Ｃは、マスクの比較及びその結果として生じる注入領域の図である。
【図１１−２】Ｄ〜Ｆは、マスクの比較及びその結果として生じる注入領域の図である。
【図１２】Ａ及びＢは、結果として生じた注入パターンを有するマスクの実施形態の図である。
【図１３】Ａ〜Ｃは、段階的マスクの実施形態及びその結果として生じた注入パターンの図である。
【図１４】Ａ〜Ｄは、バスバーの段階的マスク注入の実施形態の図である。
【図１５】Ａ〜Ｃは、傾斜注入を用いた実施形態を示す図である。
【図１６−１】Ａ及びＢは、別のマスクの実施形態及びその結果として生じる注入領域の図である。
【図１６−２】Ｃ〜Ｅは、別のマスクの実施形態及びその結果として生じる注入領域の図である。
【図１７】Ａ〜Ｅは、二次元で平行移動することができるマスクを示す実施形態の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本システムの実施形態を太陽電池に関連して以下に説明する。しかしながら、本システムの実施形態は、例えば、半導体基板又はフラットパネルと共に用いることができる。従って、本発明は、以下に説明する特定の実施形態に限定されない。
【００１１】
図３は、マスクを介する注入の横断面図である。基板１００内のイオン注入の特定のパターンが望ましい場合、マスク１０４を用いることができる。このマスク１０４はシャドウマスク又はプロキシミティマスクとすることができる。マスク１０４は、イオンビーム１０１の経路内で基板１００の前に置かれる。基板１００は、例えば、太陽電池とすることができる。基板１００は、基板１００を保持するように静電力又は物理力を用いることができるプラテン１０２上に置くことができる。マスク１０４は、基板１００内のイオン注入の所望のパターンに対応するアパーチュア１０５を有する。アパーチュア１０５は、ストライプ、ドット又は他の形状とすることができる。マスク１０４の使用は、他のイオン注入技術に必要なシルクスクリーン捺染法又はリソグラフィーのような処理工程を除去する。
【００１２】
図４は、マスクの実施形態の正面図及び横断面図である。マスク１０４は基板１００の前に位置付けられる。各注入照射の後に、マスク１０４はインデックスを付けられ、又は、新しい位置に平行移動させられる。マスク１０４のアパーチュア１０５は、各照射の後に、ターゲット領域用の全所望ドーズの一部を基板１００に当てるように設計される。マスク１０４のアパーチュア１０５は、各領域のドーズを変えるように、インデックスを付けた長さに沿って間隔を空けられる。マスク１０４は、マスクアラインメントピン１０７のようなマスク位置決め機構を介して駆動機構１０６に取り付けられる。マスク１０４は、基板１００に対して平行になるように、駆動機構１０６の反対側のマスクスペーサ１０８により支持される。プラテン１０２の一例である基板クランプ１０９は、静電気式又は機械式にすることができる。一実施形態では、基板１００は、接地ピンを用いて基板クランプ１０９上に配置される。マスク駆動機構１０６は、接地ピンを用いて位置付けることができる。駆動機構１０６は、マスクパターンの長さに等しい動作範囲を有することができる。駆動機構１０６は、ラックアンドピニオン式又は当業者に既知の任意の他の駆動機構とすることができる。
【００１３】
図４に例示する基準ピン１１０に対する代わりの実施形態では、基板１００は、クランプする前に、基板１００のエッジをマスク機構に摺動することにより、マスク１０４に、直接、位置合わせをするか、又は、平行にすることができる。これは、マスク１０４を直接、走査機構１１１の上に位置付けることができるため、基板１００を位置合わせをするか、又は、平行にすることができる。マスク１０４は、新しい注入位置に動かすために、位置合わせ面から離れる必要はない。これは基板の位置合わせの再現性を向上することができる。
【００１４】
マスク１０４内のアパーチュアは、図４に示す正方形又は図１３に示す長方形のような任意の形状とすることができる。図１２及び図１４に示すような他の形状も用いることができる。各アパーチュアは、幅（水平方向の大きさ）及び高さ（垂直方向の大きさ）を有するといわれている。ある実施形態では、マスクは水平（又は横）方向にインデックスを付け、一方、他の実施形態では、マスクは垂直方向にインデックスを付ける。図１７に記載したような他の実施形態では、マスクは２つの方向にインデックスを付ける。アパーチュアの大きさと形状、アパーチュア間の間隔、インデックスを付ける距離の方向と大きさ、及び、注入工程の数は、全て、最終の注入パターンの決定に寄与する。
【００１５】
図５のＡ〜Ｄは、第１のシーケンシャルスキャン方法を例示する。基板１００のスキャンが例示されているのに、イオンビーム１０１は、基板のスキャンの代わりに、又は、基板のスキャンと併せて、スキャンされる。基板１００は、マスク１０４を介して注入される。次いで、マスク１０４及び基板１００は、互いに対して平行移動させられ（図５のＢ〜Ｃ）、第２の位置で再び注入される。このようなシーケンシャルスキャンは、全基板１００が所望のパターンで注入されることを可能にする。
【００１６】
図５のＡ〜Ｄに示すような実施形態では、基板がイオンビーム１０１から出た場合、移動中に不注意に注入イオンにならないように、マスクの平行移動が生じ得る。例えば、図５のＡでは、イオンを基板１００に注入するように、イオンビーム１０１が使用される時に、マスク１０４は基板１００に対して第１の位置で保持される。基板１００及びマスク１０４がイオンビームを超えて動いた後（図５のＢ）、マスク１０４は基板１００に対して第２の位置にインデックスを付けられる。次いで、基板１００及びマスク１０４は、図５のＣに示すように、イオンビーム１０１中を移動する。次いで、マスク１０４は、図５のＤに示すように、基板１００に対して第３の位置に動かされる。動作効率を増大するために、図５のＢに示すように、基板がイオンビーム１０１の上方にある場合、又は、図５のＤに示すように、基板がイオンビームの下方にある場合、マスク１０４を平行移動させることができる。パターンは段階的関数として加えるように意図することができる。
【００１７】
他の実施形態では、基板１００がイオンビーム１０１中を進む間に、マスク１０４を動かすことができる。この統合された動き（即ち、マスク１０４も基板１００も異なる方向に同時に動く）は、基板１００上のパターンを不鮮明にする傾向がある。この実施形態では、パターンは水平方向にわたって一体の任意のプロファイルとすることができる。
【００１８】
特定の例では、基板１００の表面の少なくとも５０％以上の注入が第１のドーズで行われる。次いで、基板１００のもっと少ない％が、もっと高い第２のドーズで注入される。
【００１９】
図５のＡ〜Ｄに示すシーケンシャルスキャン方法を用いて、注入された複数の水平ストライプを有し、注入されていない水平ストライプが散在している基板１００を生成する。図５のこの実施形態では、２つの隣接するアパーチュア１０４間の間隔に等しい距離だけ、マスク１０４を横に（即ち、水平に）動かすことができる。マスク１０４を基板１００に対し動かす距離は、インデックス距離として知られる。アパーチュアの幅がアパーチュア間の間隔の幅に等しいマスクでは、これは所望のストライプのパターンを２回の照射で生成する。第１の照射はドープした格子状のパターンを生成する。第２の照射はドープした正方形の間のスペースを満たし、それによりそれらをストライプに変換する。
【００２０】
この技術の利点は、マスクの構造的完全性により向上する。（ストライプの形状の）長いアパーチュアを有するマスクは、脆弱であり、疲労や破損になりやすい。図５のマスク１０４は、アパーチュア１０５がマスク内の物質量と比較して小さいため、強化されている。
【００２１】
図６は、単一ドーズのセグメント化されたマスク１０４の正面図である。上記のように、単一ドーズのセグメント化されたマスクは、スロット又はアパーチュア１０５を介して基板１００に一連の水平ストライプで注入する。各注入されたストライプは、同一のドーズを有し、従って、用語「単一ドーズの」マスクとなる。マスクの１つの特徴は、隣接するセグメント化されたアパーチュア１０５間のマスクの部分の長さと比較したセグメント化されたアパーチュア１０５の長さ（又は幅）である。この比をセグメントの影に対する比という。例えば、６回の照射でストライプの領域に注入するように設計したマスクは、５：１のセグメントの影に対する比を有する。従って、より大きいセグメントの影に対する比を有するマスクは、ストライプにわたって均一なドーズのパターンを生成するために、多くの照射を必要とする。しかしながら、各照射の間中、マスクによる遮断量が制限されているため、多くのイオンが注入される。より小さいセグメントの影に対する比を有するマスクは、もっと構造的に堅固であり、均一なストライプの注入を完了するのに、より少ない工程を必要とする。
【００２２】
アパーチュアの形状の別の例は、長方形である。長方形の形状を用いる場合、隣接する注入工程は、ドーズ均一性がないことを最小にする。製造用に、丸みを帯びた角、楕円形及び開けられた穴を有する長方形が、製造コストを減少し、ストライプの厚さを減少するために、用いることができる。
【００２３】
図７−１のＡ〜Ｃは、２：１のセグメントの影に対する比を有するシーケンシャルスキャンを例示する。２：１のセグメントの影に対する比を有するマスク１１４は、異なる位置（図７−１のＡ〜Ｃ）の３回の注入のシーケンスで、注入パターンを生成することができる。図７−１のＡ〜Ｃにおいて、マスク１１４を上部に例示し、基板１００への図７−１のＡ〜Ｃの結果として得られた注入をそれぞれ下部に例示する。この特定の実施形態では、マスク１１４及び／又は基板１００は、平行移動することができる。第１の照射後（図７−１のＡ）、基板１００は、格子状のパターン１１６に似ている注入領域を有する。第２の照射時（図７−１のＢ）、アパーチュア１０５は、格子状のパターン間の領域が注入されることを可能にするように動いている。しかしながら、格子状のパターンの部分１１７が第２の注入を受け、それ故、水平ストライプ１１８が生成されたけれども、そのストライプのドーズは、まだ均一ではない。第３の照射後（図７−１のＣ）、各水平ストライプ１１８の全ての部分が、ちょうど２回、イオンビームにさらされて、それにより、均一にドープされた領域を生成する。
【００２４】
図７−２のＤ〜Ｆは、各工程の間に達成した注入の異なる表示を示す。図７−２のＤは、第１の照射後（図７−１のＡ）の水平ストライプ１１８の注入パターンを示す。この時点で、イオンは斜交平行領域１１２に注入されている。図７−２のＥは、第２の照射後（図７−１のＢ）のイオン注入を示す。前に注入された領域１１３を白色領域として示す。なお、いくつかの領域は、より高いブロックにより示す２つの注入を受けている。他の領域は、最初のイオン注入を受けており、それ故、斜交平行領域１１２が２つの異なるレベルで示される。図７−２のＦは、第３の照射後（図７−１のＣ）のイオン注入を示す。なお、基板１００内の水平ストライプ１１８の全ての部分は、ちょうど２回、イオン注入のドーズを受けている。
【００２５】
図８は、複数回ドーズのセグメント化されたマスク１２４の正面図である。直角にスキャンされるマスクのセグメントの間隔は、様々なストライプに加えられるドーズを変えるように、変えることができる。従って、複数回ドーズの基板は、基板の全面にわたる「ブランケット」注入（この「ブランケット」注入はマスクを使用できない）を行う必要はなく、単一のマスクの下で注入を受けることができる。図８に例示する実施形態では、マスクのアパーチュア１２５は、一連の交互に起きる行に分割される。大きい方のアパーチュア１２６は、４：１のセグメントの影に対する比を有し、小さい方のアパーチュア１２７は、１：４のセグメントの影に対する比を有する。このマスク１２４の実施形態は、アパーチュア１０５間の領域に対するもっと構造的な支持を与える。マスク１２４は、均一なストライプを生成するように、５つの異なる位置を介してスキャンする。これは図９−１のＡ〜Ｅに例示される。
【００２６】
図９−１のＡ〜Ｅは、図８の実施形態のマスクを用いるシーケンシャルスキャンを例示する。マスクは、図９−１のＡ〜Ｅに対応して、５つの異なる位置を介してスキャンする。第１の照射後（図９−１のＡ）、基板１００に対して、大きいアパーチュア１２６は、オープンフィールドドーズの８０％のドーズを達成し、小さいアパーチュア１２７は、オープンフィールドドーズの２０％のドーズを達成する。第２の照射後（図９−１のＢ）、マスク１２４の横方向の動きが大きいアパーチュア１２６間の領域に注入することを可能にするので、大きいアパーチュア１２６により水平ストライプ１２８が形成される。なお、小さいアパーチュア１２７により生成される狭いストライプ１２９は、まだ完全に形成されていない。実際、ストライプ１２９の２／５だけ注入されている。各照射後（図９−１のＣ、図９−１のＤ）、水平ストライプ１２８は、その領域に当てられるドーズを増加し続け、一方、狭いストライプ１２９は、照射間に重なりはなく、形成され続ける。第５の照射後、水平ストライプ１２８の全ての部分は４回注入される（又は、８０％のドーズを受ける）。対照的に、水平ストライプ１２９は、ちょうど１回注入される（これは、２０％のドーズに等しい）。
【００２７】
図９−２のＦ〜Ｊは、これらの注入パターンの第２の表示を示す。各図の上部の行は水平ストライプ１２８の注入を示し、各図の下部の行は狭いストライプ１２９の注入を示す。第１の注入後（図９−１のＡ及び図９−２のＦ）、斜交平行領域１２２により示されるように、水平ストライプ１２８のほとんどは注入されている。しかしながら、狭いストライプ１２９の１／５だけ注入されている。図９−２のＧで、前に注入された領域１２３を白色領域として示し、一方、新たに注入された領域を斜交平行領域１２２として示す。このプロセスは５回の注入に対して継続する。なお、５回の注入後、上部の行は、ストライプ１２８の全ての部分がちょうど４回注入されたことを示す。対照的に、下部の行は、狭いストライプ１２９が、このプロセスの間に１回だけ注入されたことを示す。
【００２８】
なお、本発明は、複数回ドーズのセグメント化されたマスク１２４に限定されない。例えば、様々なアパーチュアの行の間に垂直の間隔があり、これが注入されていない基板の水平ストライプを生成することができる。さらに、本発明は、２つの異なるドーズのみに限定されない。様々なドーズの水平ストライプを生成するために、異なるセグメントの影に対する比を有する追加のアパーチュアを用いることができる。無段階型パターンを生成するために、アパーチュアを混ぜ合わせることができる。ドーズプロファイルが垂直に測定される場合、アパーチュアを適切に配置すれば、ほとんどの任意のターゲットプロファイルを得ることができる。
【００２９】
これに対して、基板の表面にわたるブランケット注入は、その後に単一のマスクされた注入が行われ、ターゲット領域で、各々１００％のドーズを受ける。しかしながら、ブランケット注入を行うためのマスクの移動は、注入装置のスループットを減少する。
【００３０】
特定の実施形態では、マスク及び基板は、イオンビーム１０１に対し回転させ、又は、傾けることができる。この実施形態では、セグメント化されたマスクの注入は、本明細書に記載した他の実施形態に類似のプロセスで、インデックスを付けられる。各々インデックスを付けた角度に対し、影を異なる位置に動かすように、マスクを基板から離して位置付ける。マスクの移動は、傾斜角がアパーチュアを通過するビームに対して有する影響を考慮する必要がある。図１５のＡは、注入領域１９６を生成するように、直交するイオンビーム１０１により注入されるマスク１９４及び基板１００を示す。図１５のＢは、イオンビーム１０１に対し傾けられた同一の基板１００及びマスク１９４を示す。なお、イオンビーム１０１は、直交する注入により注入される領域と異なる領域に注入する。これを補償するために、図１５のＣに示すように、傾斜角の方向に基づいて、マスク１９４は、その直交位置から最初に垂直に又は水平に補正する必要がある。注入中、傾斜角が一定である場合、インデックス距離は直交する注入に対して用いる距離から変更しなくてよい。複数の傾斜角を用いて複数回注入を行う場合、最初の補正を各傾斜角に対して正しく計算しなければならない。注入されたストライプに沿ってのドーズの均一性は、本明細書に記載したインデックスを付けられマスクされた直交する注入に類似する。
【００３１】
さらに別の実施形態では、インデックスを付けた方向に沿って特定の分布を得るために、インデックス距離を変えることができる。言い換えれば、マスクを基板に対し平行移動させる距離を一定にしないようにできる。これは基板上に非均一なドーズ分布を供給することができる。セグメント間の間隔を減少するために、又は、注入された特徴の平滑さを増大するために、インデックスを付けられた距離のセグメントの長さに対する比を増大することができる。同一のドーズを維持するために、インデックス付け又は段階を増加することが望ましい。そうするために、スキャン当りのドーズを減少するように、スキャンの速度を増大することができる。
【００３２】
上記のように、マスクと基板との間の平行移動は、水平（横）方向かそれとも垂直方向にすることができる。図１０のＡ〜Ｄは、第２のシーケンシャルスキャン方法を例示する。図５のＡ〜Ｄは、スキャン方向に垂直な方向に（即ち、横方向に）マスク１０４がインデックスを付けられた実施形態を示す。これはマスクが水平ストライプから成る注入領域を生成することを引き起こす。第２のスキャン方法では、スキャン方向に平行な方向に（即ち、垂直方向に）マスク１３４が動かされる。マスク１３４は、基板１００の前に位置付けられて、所定数の注入照射の後に、新たな位置にインデックスを付けられる。マスク１３４のアパーチュア１３５及びインデックス距離は、基板１００の他の領域よりも高いドーズを必要とする基板１００の領域が、イオンビーム１０１に２回さらされるように、設計される。図１０のＡは、マスク１３４が基板１００に対し第１の位置にあることを示す。注入が完了した後に、マスク１３４は、図１０のＣに示すように、基板１００に対し垂直方向に動かされる。次いで、図１０のＤに示す第２の位置で基板１００に注入するように、マスク１３４及び基板１００は、イオンビーム１０１に沿って動かされる。第１の位置でも第２の位置でもさらされる基板１００の任意の領域は、イオンの二重の照射を受ける。
【００３３】
言い換えれば、マスクのタイプ及び所望の注入パターンに依存して、マスクを基板１００に対し垂直方向かそれとも水平方向に動かすことができる。
【００３４】
図１１−１のＡ〜Ｃは、マスクの比較及びその結果として生じる注入領域である。図１１−１のＡのマスク１４４は１：１のマスク対スパン比を有するマスク１４４である。図１１−１のＢのマスク１５４は、図１１−１のＡのマスク１４４のアパーチュア１４５の３つの行の幅のスパンであるアパーチュア１５５を有する。アパーチュアのサイズ、形状及び幅に対する他の変化は可能である。特定の実施形態で、太陽電池の注入を完了するのに、図１１−１のＢのマスク１５４に、３つの異なる位置で、工程を付け、インデックスを付けることができる。図１１−１のＣは、３つの異なる注入位置の内の１つのみの後に、図１１−１のＢのマスク１５４を用いた結果として生じる基板１００の注入である。図１１−２のＤは注入パターンの異なる表示を示す。この図は基板１００の垂直横断面図を表わす。基板１００の全ての領域は、隣接するアパーチュア１５５間のマスク１５４の直接下の領域を除いて、注入される。注入領域１５２を斜交平行領域として示す。図１１−２のＤは、注入位置の１つ（即ち、図１１−１のＣ）の後に、結果として生じた注入を示す。図１１−２のＥは、２つの注入工程の後に、図１１−１のＢのマスク１５４を用いた結果として生じた基板１００の注入を示す。第１の工程の間に行った注入工程を白色領域１５３として示し、一方、新たな注入領域を斜交平行領域１５２として示す。マスク１５４は上方へ平行移動されるため、注入される領域１５２は、前の注入領域１５３と合致せず、その結果、２回注入される領域と、１回だけ注入される他の領域とを生成する。図１１−２のＦは、３つの注入工程が完了した後に、図１１−１のＢのマスク１５４を用いた結果として生じた基板１００の注入を示す。再び、最初の２つの工程の間に行った注入工程を白色領域１５３として示し、一方、新たな注入領域を斜交平行領域１５２として示す。領域１５９は、全ての３つの注入工程の間に注入され、一方、他の領域は、３つの注入工程の内のちょうど２つの注入工程の間に、注入されるだけである。従って、このマスクパターン及びインデックス距離は、いくつかの領域が他の領域１５９により受ける最大のドーズの２／３に等しいドーズを受ける基板を生成する。
【００３５】
この例において、より高濃度に注入した領域１５９の幅、インデックス距離及び分離距離（アパーチュア間の間隔）は、ほとんど等しい。しかしながら、これは要件ではない。実際、分離距離は一定である必要はない。さらに、各アパーチュアのサイズは所望のように変えることができる。図１６−１のＡは１：１のセグメントの影に対する比を有するマスク１４４を示す。図１６−１のＢは、分離距離がアパーチュア１６５の開口幅のほぼ３倍に等しいマスク１６４を示す。しかしながら、その結果として生じる高濃度注入領域１６７（図１６−２のＥを参照）は、分離距離よりずっと狭い。本実施形態では、高濃度注入領域１６７が他の領域のドーズの３倍のドーズを受けるパターンを生成するように、３回の注入工程を行う。図１６−１のＡのマスクは１：１のマスク対スパン比を有するマスク１４４である。図１６−１のＢのマスク１６４は、図１６−１のＡのマスク１４４の１つのアパーチュアの幅のスパンであるアパーチュア１６５を有する。図１６−１のＢのマスク１６４は、また、図１６−１のＡのマスク１４４の３つの行のアパーチュアの幅のスパンであるアパーチュア１６６を有する。隣接するアパーチュア１６５、１６６間の分離距離も、アパーチュア１４５の１行のスパンである。アパーチュアのサイズ、形状及び幅に対する他の変化は可能である。図１６−２のＣは、３つの異なる注入位置の内の１つのみの後に、図１６−１のＢのマスク１６４を用いた結果として生じる基板１００の注入の垂直横断面図である。この工程の間に注入された領域を斜交平行領域１６２として示す。図１６−２のＤは、２つの注入工程の後に、図１６−１のＢのマスク１６４を用いた結果として生じた基板１００の注入を示す。第１の工程の間に行った注入工程を白色領域１６３として示し、一方、新たな注入を斜交平行領域１６２として示す。図１６−２のＥは、３つの注入工程が完了した後に、図１６−１のＢのマスク１６４を用いた結果として生じた基板１００の注入を示す。領域１６７は、３つの注入工程の間に注入され、一方、他の領域は、３つの注入工程の内のちょうど１つの注入工程の間に、注入されるだけである。
【００３６】
段階的マスキングの概念は、ストライプ形状のアパーチュアを有するマスクに限定されない。図１２のＡ〜Ｂは、結果として生じた注入パターンを有するマスク１７４の実施形態である。適切な重複領域を生成するようにマスクを設計することにより、多くの異なるパターンを基板に注入することができる。高濃度ドーズの特徴を個別にすることができ、パターンを少なくともある程度まで繰返すことができる。図１２のＡ〜Ｂの実施形態では、段階的マスク１７４のパターンは、基板１００上に格子状パターンを生成する。この場合のアパーチュア１７５は、小さいインデント１７６を除いて、重複を有しない。これらのインデント領域１７６は、２回注入され、基板１００上に格子を形成する。図１２のＢは、マスク１７４を第２の位置に動かした後、基板１００に結果として生じた注入パターンである。基板１００のいくつかの領域（インデント領域）は、基板１００の他の領域より高いドーズで注入される。
【００３７】
図１７のＡ〜Ｅは、マスク２８４及び対応する注入を表わす。図１７のＡはアパーチュア２８５を有するマスク２８４を示す。図１７のＢは、マスク２８４を一工程の間、用いた後の注入パターンを示す。この工程の完了後、マスク２８４を基板１００に対し右の方へ動かし、第２の注入を行う。図１７のＣは、２回注入を行った後の結果として生じた注入パターンを示す。なお、マスク２８４のこの動きは、非均一なドーピング濃度を有する水平ストライプ２８６を生成する。次いで、マスク２８４を下へ垂直に移し、別の注入を行う。図１７のＤは、３回注入を行った後の結果として生じた注入パターンを示す。次いで、マスク２８４を左へ移し、第４の注入を行う。その結果として生じた注入パターンは、より高濃度のドープ領域２８７が基板上に水平ストライプ及び垂直ストライプを形成するので、十字形状のパターンで追加のドーピングを有し、全基板１００上にブランケット注入を有する。
【００３８】
図１３のＡ〜Ｃは、段階的マスクの実施形態及びその結果として生じた注入パターンである。理解しやすいように、マスク１８４を基板１００から分離して示す。マスク１８４は、図３に示すように、注入の間、実際に、基板１００の上方に配置される。この実施形態では、マスク１８４は３つのアパーチュア１８５を有する。図１３のＡでは、マスク１８４は第１の位置にあり、注入が行われる。これは、太陽電池になり得る基板１００に第１の注入領域１８６をもたらす。図１３のＢでは、マスク１８４は、基板１００に対し第２の位置に動かされ又はインデックスを付けられる。図１３のＣでは、第２の注入が行われる。これは、基板１００に第２の注入領域１８７をもたらす。今や基板１００は、第１の注入領域１８６及び第２の注入領域１８７を有する。いくつかの部分では、第１の注入領域１８６及び第２の注入領域１８７は重複し、高濃度ドープ領域１８８を形成する。高濃度注入領域１８８は、この基板１００の特定領域が２回注入を受けるため、第１の注入領域１８６及び第２の注入領域１８７のドーズの約２倍のドーズを有する。勿論、他のドーズは可能である。第１の注入領域１８６は、線により離されて示されているが、様々な注入領域は、第１の注入領域１８６が、その間の隙間がなく互いに隣接することを引き起こすか、又は、高濃度注入領域１８７のようにわずかな重複を有することを引き起こす。しかしながら、注入とマスク１８４のインデックス付けの機構により、小さい隙間が第１の注入領域１８６間に存在し得る。高濃度注入領域１８７は、例えば、図１の接点２０２の下の領域２０１に相当し、第１の注入領域１８６及び第２の注入領域１８７は、例えば、図１のエミッタ２００に相当する。
【００３９】
図１３のＡ〜Ｃに例示しているような段階的マスク１８４の使用は、スループットを増加することができる。マスク１８４は、基板１００の前から除去する必要はない。一例では、マスク１８４及び基板１００は、サンドイッチのように一緒に除去される。別の例では、マスク１８４は所定位置に保持され、基板１００のみが除去される。このような段階的マスク１８４の使用は、また、基板１００又はプラテン１０２への熱負荷を減少することができる。段階的マスク１８４は、アパーチュア１８５がより大きいため、マスク１８４のツーリングを向上し、そのコストを減少することができる。
【００４０】
図１４のＡ〜Ｄは、バスバーの下に高濃度ドープ領域を生成するための、段階的マスク注入の実施形態である。図１４のＡは、所望の注入パターンを生成するように用いることができるマスク２４４を示す。マスク２４４のアパーチュア２４５は、各アパーチュア２４５の上面に沿ってインデント２４６を有する不規則的な形状である。図１４のＢ〜Ｄは、最終的に基板１００のバスバーの下にある領域にドーピングを可能にする一連の３つの注入を表わす。一実施形態では、図１の接点２０２のような接点が、より大きいバスバーに電流を供給する。ここで、図１４のＢの左側に例示した注入パターンを生成するマスク２４４を用いる。１回の注入後の注入パターンを図１４のＢの右側に示す。この特定の実施形態では、注入領域２４７はＴ字形である。図１４のＣは、２回の注入工程を行った後の結果として生じた注入パターンを示す。この実施形態では、マスク２４４は基板１００に対し垂直にインデックスを付けられる。インデックス距離及びアパーチュアの形状により、２回の注入工程の間に注入された、逆Ｔ字形の高濃度ドープ領域２４８が生成される。１回だけ注入された領域及び注入されていない他の領域も存在する。このマスク２４４が、第３の位置に、ステップされる場合、又はインデックスを付けられる場合、その結果として生じる注入パターンを図１４のＤの右側に例示する。より暗い領域２４８は、より明るいドープ領域（斜線により示す）よりも、もっと高濃度にドープされる。バスバーの下の注入は、再結合及び直列抵抗を減少する。
【００４１】
本発明は、本明細書に記載した特定の実施形態による範囲に限定すべきではない。実際に、本明細書に記載した実施形態に加えて、本発明の他の様々な実施形態及び変更は、前述の記載及び添付図面から当業者には明らかであろう。従って、そのような他の実施形態及び変更は、本発明の範囲内に入ることを意図している。さらに、本発明は、特定の目的のため、特定の環境で、特定の実施のコンテキストで、本明細書に記載したけれども、当業者は、その有用性がそれらに限定されず、本発明が、任意の数の目的のため、任意の数の環境で、有用に実施することができることを理解するであろう。従って、以下に記載の特許請求の範囲は、本明細書に記載されているように、本発明の全容及び精神に鑑みて解釈すべきである。
【図１】
2013508953.tif 000003
【図２】
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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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図９Ｇ】
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【図９Ｈ】
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【図９Ｉ】
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【図９Ｊ】
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【図１０】
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【図１１−１】
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【図１１−２】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
2013508953.tif 000034
【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６Ａ】
2013508953.tif 000037
【図１６Ｂ】
2013508953.tif 000038
【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
2013508953.tif 000040
【図１６Ｅ】
2013508953.tif 000041
【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
2013508953.tif 000043
【図１７Ｃ】
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【図１７Ｄ】
2013508953.tif 000045
【図１７Ｅ】
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【国際調査報告】
2013508953.tif 000047
2013508953.tif 000048
2013508953.tif 000049