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利用极低质量运送系统的扩散炉及 晶圆快速扩散加工处理的方法

阅读：972发布：2020-09-28

专利汇可以提供利用极低质量运送系统的扩散炉及晶圆快速扩散加工处理的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且多区域、太阳能电池扩散炉具有多个辐射元件(SiC)或/以及高强度红外线灯加热加工处理区域，包括有挡板、上升、点火、浸泡以及冷却区域。太阳能电池晶圆，例如，硅、硒、锗或是镓基太阳能电池晶圆的通过扩散炉的运送是借着使用一个极低质量的晶圆运送系统实施，该系统包含有侧向分隔的受到防护的金属带或是链条，其运载着非旋转的氧化铝管，所述氧化铝管是悬挂在介于其间的缆线上。晶圆停靠在突起的周围间隙器上，间隙器是沿着氧化铝管侧向地分隔，而可以减少污染。带或是链条是在极低张力下被在扩散炉的入口或是出口端部处的销驱动滚子或是链轮同步地驱动，且适当的张力系统是配置在回复路径中。高强度IR通量快速地光辐射调节晶圆，使得扩散可以比传统式高质量热扩散炉大3X更快地发生。，下面是利用极低质量运送系统的扩散炉及晶圆快速扩散加工处理的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于加工处理太阳能电池晶圆的连续输送扩散炉，其特征在于，其操作组合包含有：
a)从一个扩散炉入口到一个扩散炉出口相继地定向的多个加热以及冷却区域，所述区域是以相邻关系配置，用以界定出通过其中的连续纵向处理路径，该路径是定向在一个水平的平面中，以及所述扩散炉的加热区域是被从红外线灯、阻力辐射装置以及其组合所选出的元件所加热；
b)一个低质量运送系统，其具有的质量为传统式实心陶瓷滚子系统的质量的五十分之一的大小，用于接收太阳能电池晶圆以及沿着所述纵向处理路径将太阳能电池晶圆从所述扩散炉入口、通过所述区域移动到所述扩散炉出口，所述运送系统具有晶圆支撑元件，并且包含有：
i)多个分隔开的抗高温金属缆线，其是定向成与所述纵向处理路径横向，所述缆线具有一个长度界定出一个所述运送系统通过所述扩散炉区域的有用的晶圆运送宽度，以及所述缆线具有一个第一端部及一个第二端部；
ii)所述晶圆支撑元件包含有非旋转中空防火管，所述非旋转中空防火管具有小直径、薄壁、且是螺结在所述缆线上，以使得所述非旋转中空防火管为悬挂在所述缆线上，用以当晶圆被所述运送系统运送通过所述扩散炉区域时提供支撑给所述晶圆，以及用以防护所述晶圆不受到从所述缆线除气的金属蒸气的影响；
iii)所述防火管延伸了所述缆线的长度的至少一个实质部位以及定位在所述缆线上，用以留下只有所述缆线的相对的两个侧边端部暴露出来；
iv)一对分隔开的运送构件，所述缆线的每个第一及第二端部配置成与一个运送构件相邻，每个所述运送构件是形成一个连续的回路，其是从扩散炉入口通过所述纵向处理路径而到所述扩散炉出口，以及因此在一个所述扩散炉区域外侧的回复路径上回到所述入口；
v)每个所述运送构件包括有多个接收构件，所述接收构件是沿着每个所述运送构件的连续回路均匀地分隔，每个所述接收构件是被建构成可移除地保持一个缆线的所述侧边端部，使得所述缆线配置成悬挂在横过所述运送宽度的所述运送构件之间；以及c)一个驱动系统，其是配置在所述扩散炉区域外侧，所述驱动系统是配置成接合所述运送构件用于所述运送构件通过所述区域的同步运动，同時所述运送构件承载着所述多个防火管，在扩散炉操作加工处理期间，所述晶圆在所述防火管上被运送通过所述区域。
2.如权利要求1所述的连续输送扩散炉，其中所述运送构件是选自带以及滚子链条，以及所述带包括有垂直延伸的挂架，以及所述滚子链条包括有管状枢转连杆，所述缆线的第一、第二端部是接收在其中。
3.如权利要求2所述的连续输送扩散炉，其中所述运送系统的特征包括：
a)所述带以及链条是由低摩擦、抗高温的支撑构件所引导，所述带以及链条是在支撑构件上滑移；
b)所述防火管以及支撑构件是选自含有二氧化硅、氧化锆或氧化铝所形成的陶瓷或是玻璃材料；
c)所述防火管包括有环形间隙器，晶圆是停放在其上，当环形间隙器被包括時，所述间隙器是配置成沿着防火管分隔开，用以提供多个、与所述晶圆的点接触，藉此产生有较少的热传导以及来自所述运送系统的污染较少；以及
d)当使用环形间隙器时，所述间隙器具有广大范围的外部构造轮廓，包括选自锥形、浑圆形、垂直刀口、倾斜的、方形顶部鳍板、肋部以及其它的外部构造轮廓，以提供与所述晶圆的所述点接触。
4.如权利要求1所述的连续输送扩散炉，其中所述元件是配置在多个加工处理区域中，从入口端部到出口端部依序包括有从以下所选择的一个或多个区域：上升Ramp-Up区域、高强度IR点火区域、以及浸泡区域。
5.如权利要求4所述的连续输送扩散炉，其中在所述高强度IR点火区域中的IR加热是由高强度红外线灯元件提供，所述高强度红外线灯元件是配置在至少一个阵列之中，该阵列是选自：在所述纵向处理路径上方，用以将高强度、高通量的IR辐射向下引导到所述晶圆的顶部表面上，以及從所述路径下方在所述运送系统的纵向分隔开的防火管之间，将高强度、高通量IR辐射向上引导到所述晶圆的底侧表面的一个部位，以及所述运送构件是借着以下至少其中之一而被冷却：部分地防护不受所述高强度IR辐射的影响，以及用引导到所述分隔开的运送构件上的环境压缩空气喷射物的冷却作用。
6.如权利要求4所述的连续输送扩散炉，其中所述区域是具有一个上半部及一个下半部的模组元件，所述上半部及下半部是沿着一个平行于所述处理路径平面的水平平面而划分出来，所述上半部模组是装设在上方构架之中，以及所述下半部模组是装设在下方构架之中，以及所述区域包括有多个动力垂直举起构件，其是配置成连接到所述上方以及下方构架，所述垂直举起构件允许将所述上方构架相对于所述下方构架举起，用以暴露出以及允许接近运送系统运送构件以及所述缆线以及悬挂在所述缆线上的防火管，用于在需要时检查、调整、维护以及修理。
7.一种光伏打PV太阳能电池晶圆的连续扩散层点火方法，其特征在于，所述晶圆已经具有一个摻杂层，其含有一个涂布于所述晶圆的至少一个表面的摻杂物，所述至少一个表面是选自一个顶部表面以及一个底部表面，该方法包含有以下步骤：
a)运送多个晶圆从一个扩散炉入口连续地通过多个加热以及冷却区域而到达一个扩散炉出口，所述区域是以相邻关系配置，用以界定出通过其中的连续纵向处理路径，该路径是定向在一个水平的平面中，以及所述晶圆是以所述顶部表面为定向向上运送；
b)在所述运送步骤期间支撑所述晶圆于一个低质量运送系统上，该低质量运送系统在所述运送期间包含有支撑所述晶圆的非旋转防火管，所述防火管具有小直径以为了要被螺结且悬挂在缆线上，所述缆线是跨越纵向处理路径以及以预定的速率被连续地前进通过所述区域，所述运送系统具有的质量为传统式实心陶瓷滚子系统的质量的五十分之一的大小；以及
c)直接地通过红外线灯辐射以及热阻抗辐射的至少其中之一或是引导到所述顶部以及底部表面的再辐射加热所述晶圆持续一段时间，而足以促进将摻杂物从所述摻杂层扩散到所述晶圆材料之中，用以完成p-n接面层、一个背侧接触层或是所述层二者的发展。
8.如权利要求7所述的方法，其中至少一些所述加热是由以下至少其中之一提供：
a)在至少一个区域之中的高强度红外线灯，其是被提供电力来提供高强度、短波长的红外线辐射通量，所述灯是以在40％的最大灯额定动力下被操作持续至少一部分的加工处理时间，所述辐射是足够高的通量，用以光调节一个晶圆表面以及用以将所述晶圆的温度提高到一个从700℃到950℃的范围，用以促进含有P的摻杂物扩散到所述晶圆表面之中；
以及
b)碳化硅辐射元件，其是在足以将至少一个点火区域中的在从950℃到1100℃范围之内的温度加以提高的动力下操作，用以促进B从所述摻杂层扩散到所述晶圆材料之中，用以完成一背侧接触层的发展。
9.一种扩散炉低质量运送系统，其具有的质量为传动式实心陶瓷滚子系统的质量的五十分之一的大小，用于接收产品以及移动所述产品沿着一个纵向处理路径从一个扩散炉入口通过多个区域移动到一个扩散炉出口，其特征在于，所述运送系统包含有：
a)多个分隔开的抗高温金属缆线，其是定向成与所述纵向处理路径横向，所述缆线具有一个长度界定出一个所述运送系统通过所述扩散炉区域的有用的产品运送宽度，以及所述缆线具有一个第一端部及一个第二端部；
b)晶圆支撑元件，其悬挂在所述缆线上，用以当产品被所述运送系统运送通过所述扩散炉区域时提供支撑给所述产品，以及用以防护所述产品不受到从所述缆线除气的金属蒸气的影响，所述晶圆支撑元件包含有具有小直径、薄壁的非旋转中空防火管，以使得所述非旋转中空防火管为螺结在所述缆线上；
c)所述防火管延伸了所述缆线的长度的至少一个实质部位以及定位在所述缆线上，用以留下只有所述缆线的相对的两个侧边端部暴露出来；
d)一对分隔开的运送构件，所述缆线的每个第一及第二端部配置成与一个运送构件相邻，每个所述运送构件是形成一个连续的回路，其是从扩散炉入口通过所述纵向处理路径而到所述扩散炉出口，以及因此在一个所述扩散炉区域外侧的回复路径上回到所述入口；
e)每个所述运送构件包括有多个接收构件，所述接收构件是沿着每个所述运送构件的连续回路均匀地分隔，每个所述接收构件是被建构成可移除地保持一个缆线的所述侧边端部，使得所述缆线配置成悬挂在横过所述运送宽度的所述运送构件之间；以及f)一个驱动系统，其是配置在所述扩散炉区域外侧，所述驱动系统是配置成接合所述运送构件用于所述运送构件通过所述区域的同步运动，同時所述运送构件承载着所述多个防火管，在扩散炉操作加工处理期间，所述产品在所述防火管上被运送通过所述区域。
10.如权利要求9所述的扩散炉低质量运送系统，其中所述系统的特征包括：
a)运送构件，其是选自带以及滚子链条；
b)所述带包括有垂直延伸的挂架，以及所述滚子链条包括有管状枢转连杆，所述缆线端部是被接收于其中；
c)所述带以及链条是由低摩擦、抗高温的支撑构件所引导，所述带以及链条是在支撑构件上滑移；
d)所述防火管以及支撑构件是选自含有二氧化硅、氧化锆或氧化铝所形成的陶瓷或是玻璃材料；
e)所述防火管包括有环形间隙器，产品是停放在其上，当环形间隙器被包括時，所述间隙器是配置成沿着防火管分隔开，用以提供多个、与所述产品的点接触，藉此产生有较少的热传导以及来自所述运送系统的污染较少；以及
f)当使用环形间隙器时，所述间隙器具有广大范围的外部构造轮廓，包括选自锥形、浑圆形、垂直刀口、倾斜的、方形顶部鳍板、肋部以及其它的外部构造轮廓，以提供与所述产品的所述点接触。

说明书全文

利用极低质量运送系统的扩散炉及 晶圆快速扩散加工处理

的方法

技术领域

[0001] 加工处理太阳能电池晶圆的连续输送扩散炉是用于借着使用在900-1100℃的范围内的辐射或/及红外线灯加热来导致P及/或B参杂物成分扩散到晶圆的硅(或其他先进材料)之中，而产生p-n接面的表面层或/及背表面电场层。更具体地说，本发明是针对一种太阳能电池扩散炉，其具有一个或多个点火区域以及一个超低质量、低摩擦的运送系统，在该系统中，晶圆是支撑在氧化铝管上，其较佳地包括有支座突出部来将晶圆隔开于管的上方。

背景技术

[0002] 制造以硅为基础的太阳能电池需要许多特定顺序的特别处理，其是以在结晶成长炉之中成长的单结晶硅铸块或是在方向性“凝结”炉中铸造成多结晶铸块开始。硅的薄切片是用从铸块是用“线锯”被横向地切削，用以形成粗制的太阳能电池晶圆。粗制切削晶圆接着被加工处理以形成光滑的150到330μm厚的裸晶圆，目前的典型厚度是140到180μm。

[0003] 这些裸晶圆是加工处理成有作用的太阳能电池，能够借着光电伏打效果来产生电力。晶圆加工处理是以称作扩散的2阶段处理程序开始，用以创造出半导体“p-n”，接面二极管，继之以一个第三金属化处理程序，在其中铝的糊状物涂层是以网板印刷在晶圆的前侧以及背侧上，并且接着被击发于p-n接面或是背侧的接触层之中，在此处它们是作分别用如同欧姆集极以及接地。

[0004] 扩散处理广泛地来说包含有二个阶段：涂敷(涂层)及干燥选择的参杂材料于晶圆前侧及/或背侧的第一阶段，继之以击发晶圆的第二阶段，用以导致参杂物扩散到硅(或是其他先进材料)晶圆基板之中，用以形成p-n接面层或是背侧的接触层。

[0005] 扩散是在存在有各种P供应源的情况下在高温下发生。参杂有P的硅形成了PV电池的“射极”层，也就是在暴露于阳光(一般的光子源)时发射出电子的层。这些电子是由网版印刷金属接触器的微细网状物所收集，所述接触器被一个金属化炉烧结在电池的表面之中。

[0006] P是透过高温扩散处理而被驱入晶圆之中，该高温扩散处理目前一般来说是持续20到30分钟。在扩散以及各种清洁之后，激光边缘烧蚀以及蚀刻加工处理是用来从晶圆侧边移除不想要的半导体接面，晶圆是被涂层以抗反射的涂层，一般来说是氮化硅(SiN3)。

[0007] 在金属化期间，后侧表面是完全以铝基糊状物所覆盖，而前方或是顶部表面则以连接到较大总线导体的银基线的微细网络网版印刷，用以“收集”在位于下方的参杂硅射极或是接近表面的参杂区域之内所产生的电子。在干燥这些糊状物之后，它们是被“共同发射(co-ﬁred)”。背侧表面的铝糊状物是形成合金，前方表面的糊状物则是在高速以及高温下在输送器类型的金属化炉之中被烧结，用以在太阳能电池的前方表面上形成光滑的、低欧姆阻力的导体。

[0008] 目前可以取得的用于扩散射击处理程序的IR输送炉具有一个长的、隔热的加热容室，在该加热容室之中，多个红外线灯大致上是在晶圆运送系统(金属线网输送带或是陶瓷滚子运送器)上方及下方均匀地分隔开(一般来说分开1.5英寸)。红外线(IR)灯将进入的硅晶圆温度增加到大约700℃到950℃。此温度是保持30分钟的扩散加工处理持续时间，在此之后，冷却及转移晶圆到下一个下游的处理操作以及设备。

[0009] 目前可以取得的扩散炉一般来说利用以下二种类型晶圆运送系统的其中一种：1)多个静态的(非纵向移动的)、实心陶瓷、旋转滚子；或是2)活动的(纵向地移动)金属线网输送带，用以运送晶圆通过炉的点火区域。为了要将晶圆背侧表面的金属污染降低到最低程度或是加以防止，静态的、陶瓷旋转滚子炉目前是较佳的。

[0010] 典型的传统式扩散炉是在400英寸长的规模，具有160个36英寸宽的红外线灯放置在滚子上方，从100到160个放置在下方。运送滚子的总质量是在800英磅的规模，并且被归类为高质量的运送系统。

[0011] 在如此的高质量、静态、固体、旋转滚子的扩散炉中，红外线灯是用掉大量的时间来将扩散炉容室带到700℃到950℃范围的扩散温度。操作原理显然是由于由一个具有实质热容量的大型热质量所提供的热反转，经加热的滚子质量有助于将扩散炉从头到尾保持在更加均匀的温度。如此的扩散炉系统在短期来看是被认为如果遍及扩散炉各处的话，是能够补偿一个或数个红外线灯的故障，这是因为热的滚子是透过传导及对流继续提供热。滚子下方的红外线灯将滚子保持在热的状态，并且晶圆与滚子的接处可以借着热接触的传导帮助转移热到晶圆。由于在入口以及出口处的滚子并没有被与在扩散炉中心中的那些灯相同数目的灯所加热，运送器有的热的量变曲线是在入口处上升并且在出口处下降。

[0012] 随着对于太阳能电池的需求的增加，不管是借着加工处理的改善或是增加扩散炉来运作，制造的速率必须增加。相对于增加扩散炉，传统式扩散炉具有大型的覆盖区域并且扩散处理程序是非常缓慢。在大型的部件中，因为在提供热能的炉中的陶瓷质量，红外线灯是在从最大动力的大约15到20％下运作。在较大动力等级下运作该等红外线灯是会将温度升高到高于扩散所需要的温度，并且金属元件(例如，在紧固于滚子端部的滚子驱动元件之中)的接近是会失败。据此，用以达成扩散的“浸泡(soak)”期间是很长的-在20到30分钟的规模。因此，由于炉是很大，增加炉需要增加资本支出，用于建筑物、炉的本身以及相关的维修设备。

[0013] 为了要补偿，扩散炉已经被制做成在横向方向较宽，使得可以在每个炉区域中加工处理多条生产线的晶圆。这样是从而需要较长、更加昂贵的灯，其一般来说会经历大致上较短的平均时间而发生故障，因此显著地增加操作成本。

[0014] 由于尺寸及红外线灯故障的成本限制，增加炉中的灯的密度并不是一项可行的解决方案。同样地，对灯增加动力并不可行，这是因为实心陶瓷滚子运送器的高热质量，较高的输出会产生灯的元件的过热。过热会严重地影响到灯的外部石英管。由于红外线灯是并排地、分隔1.25英寸地放置，每个灯是会加热与其相邻的灯。当炉的热耦检测到温度接近所选择的扩散温度设定点时，它们会自动降低到达灯的动力量，该量是取决于运送系统的热质量。此较低的动力密度是借着实质改变红外线灯发射改变的光谱输出(产生较低的光通量以及能量输出)而达成。降低的光通量产生了减慢运送带的速度或是增长炉(同时保持原来的输送带速度)的速度，因此减慢了处理。灯的过热导致灯的变形、下弯以及故障。灯的变形也会降低被送到晶圆的IR输出的均匀性。

[0015] 据此，扩散炉以及扩散点火加工处理的现有技术中是存在着一项没有被满足的需求，显著地改善点火区域净有效使用、提供整个炉各处较好的控制以及热量变曲线、允许增进的点火能量的利用、增进扩散加工处理的速度以及均匀性、降低炉的尺寸同时保持或是增进生产率、以及以减少的炉的覆盖区域、较低能量、操作及维修成本来达成这些目标。

发明内容

[0016] 在现有技术中的这些以及其他未受满足的需求是由本发明所满足，本发明是针对一种多区域的太阳能电池扩散炉，其具有极低的质量、活动的运送系统，用于运送晶圆通过多个加热以及冷却区域，包括有至少一个入口挡板区域、一个扩散点火区域、在下游处继之以一个浸泡区域以及一个或多个冷却区域，用于P或/以及B参杂物的前侧及/或背侧扩散，以在晶圆基板之中形成p-n接面及/或背侧接触层。

[0017] 如在本文之中以实施例的方式所揭示的，本发明的运送系统是以二个选择性实施例来说明：A)一个带/销驱动系统；以及B)一个滚子链条/链轮驱动系统，后者硅目前较佳的实施例。在二个实施例之中，晶圆在纵向的运送通过处理区域期间是被支撑在非旋转的小直径中空防火管上，该防火管是承载在横跨运送系统宽度的悬吊缆线或是杆件上。在带/销驱动系统之中，缆线的相对端部是由从驱动带形成或是接附到驱动带的挂架所承载。在滚子链条/链轮驱动系统之中，缆线端部是系在中空管连杆杆枢转销之中。

[0018] 本发明的超低质量活动运送系统是可以运用于宽广范围的扩散炉构造、许多加工处理区域以及类型、定位以及许多加热元件之中。使用在本发明扩散炉之中的与超低质量运送系统组合在一起的加热元件是被选择来提供适用于加工处理P扩散、B扩散或是二者的热辐射或是IR通量输出，并且在本文是借着实施例的方式显示为红外线灯元件、阻力型辐射/再辐射元件以及二者的组合。对于只有P扩散来说，特别是在狭窄宽度的炉(一般来说小于大约24英寸宽的加工处理运送器)之中，可以使用红外线灯，并且较佳的是使用高强度的红外线灯隔离模组。对于较高温的加工处理来说，可以使用碳化硅杆类型的阻力元件，选择性地是防护再陶瓷或是稳定化的碳化硅管之内。

[0019] 可以使用组合式加热元件；举例来说，独立式(非包围式)红外线灯继之以高强度红外线灯(包围式)隔离模组可以被用来急速增加到接近处理温度，继之以在峰值点火区域之中以及在浸泡区域之中的碳化硅阻力元件。使用高强度红外线灯隔离模组具有以下优点：提供波长短、高通量IR光调节作用，其是有助于较快的扩散。在本文的揭示内容之中，是参照高强度红外线灯(HI-IR)，应该可以了解的是可以使用碳化硅辐射/再辐射加热元件，高红外线灯元件的揭示内容只是实施例。

[0020] 借着使用包含有二个或是更多连续环圈的侧向隔开的运送元件的超低质量、活动的(纵向移动)、防护运送系统，包含有悬挂在缆线上的狭窄宽度的“输送带”承载着重量轻、小直径、非旋转防火管件，所述缆线是拉紧在晶圆加工处理前进路径每侧上输送带之间，先进材料太阳能电池晶圆，像是硅、硒、锗或是镓基太阳能电池晶圆的运送是在炉区域之中实施。防火管是薄壁、刚性陶瓷或是玻璃材料，较佳地是选自氧化铝、二氧化硅以及氧化锆的至少其中之一。

[0021] 运送系统的“带”是以许多示范性实施例实施，第一实施例是侧向方隔开的金属、水平定向的平坦带子或是绳带，每个带子或绳带都具有多个沿着输送带纵向分隔开的垂直延伸的挂架。所述挂架承载着缆线，防火管是螺结在所述缆线上。缆线是侧向地延伸跨过介于匹配的成对挂架之间的晶圆前进路径，在每个带子上是有一个缆线。在第二实施例之中，每个输送带是一个滚子链条，例如，强固的脚踏车型链条，其具有中空管件取代实心的连杆件。防火管的悬吊缆线是被旋穿以及在它们的端部处支撑在链条连杆管件之中。在二项实施例之中，运送元件或是“输送带”是被一个驱动系统同步地驱动，其详细地描述于下文之中。在输送带的运动之中保持输送带的同步化是保持承载着防火管的缆线平行于彼此以及笔直的，也就是，沿着处理路径正交于晶圆的前进方向。

[0022] 在二项实施例之中，晶圆是被相继运载通过扩散炉的数个区域，同时停靠在沿着防火管隔开的环形间隙器上，这样可以产生较少的污染。间隙器可以具有宽广范围的外部轮廓构造，例如，锥形、浑圆(甜甜圈形状)、垂直的刀口；倾斜、圆锥形、方形顶部鳍片、肋部以及类似物。防火材料较佳地是选自能够借着铸造、压模、挤制或切削被精确地建构的高温陶瓷或是玻璃材料，以及较佳地包括有二氧化硅(包括有二氧化硅玻璃)、氧化铝以及氧化锆的至少其中之一。

[0023] 在二项实施例中本发明的扩散炉一般来说具有许多区域：一个入口挡板区域，其是将温度从室温提高到500℃以及是在大约20到30公分长的规模；一个点火区域，其是将温度提高到从大约900到1100℃范围内的扩散点火设定点以及一般来说是大约30到100公分长；一个温度保持在大约900到1100℃以及一般来说120到200公分长(例如，4个40公分的模组)的浸泡区域；以及一个或多个将温度向下带回到室温的冷却区域。冷却区域一般来说是二个或是多个区域，第一个区域是30到50公分长，其将温度从900到1100℃下降到500℃，以及第二区域是60到90公分长，其将温度从500℃下降到室温。第二冷却区域可以在炉外壳的外部。当然，所属技术领域具有通常知识者将可以立即了解，所述区域的长度取决于加工处理运送系统宽度、前进速率以及加热量变曲线以及加工处理时程，包括有灯的动力等等。据此，所列区域的长度是非限制性的例子。

[0024] 所述点火区域的构造对于本发明的装置或是操作方法并不是关键性的，有广大范围的高强度红外线灯或是电阻加热元件的配置。举例来说，在第一实施例之中，针对窄宽度扩散炉(狭窄的运输系统)或是针对只有顶部-侧边P参杂，所有的加热可以在所有区域中使用HI-IR辐射通量灯来实施。在如此的加工处理应用中，较佳的是使用至少一个利用红外线灯隔离模组的HI-IR区域。在如此的实施例之中，其他区域，包括有上升挡板区域，以及浸泡区域可以是独立式红外线灯加热的。

[0025] 在第二实施例之中，用于在1-2公尺宽的运送系统上的宽的处理路径扩散炉或是用于以B参杂、或是前侧以P参杂以及背侧以B参杂的处理程序，其中温度是在950℃以上，例如，在1000到1100℃的范围中，点火加热元件目前较佳的是抗辐射的类型，碳化硅杆件或是盘卷元件，选择性地容置于保护再辐射(不透明)陶瓷类型管件之中。

[0026] 在任一种加热元件构造实施例之中，加热元件可以是混合式的，也就是，可以使用独立式红外线灯、HI-IR辐射通量隔离模组、以及阻力热辐射/再辐射元件。举例来说，输入上升(挡板)区域可以是独立式红外线灯，继之以第一HI-IR通量隔离模组，继之以在浸泡区域中第二点火区域之中的高温抗辐射/再辐射元件。浸泡区域可以只是点火区域的一个延伸部分。也就是，区域的名称并不是决定性因素，可以选择元件的类型、位置以及数目、实施在运送系统上方或是下方来达成所需点火温度，以及安排处理程序是P扩散、B扩散或是二者。

[0027] 晶圆并不会接触缆线网状物输送带或是陶瓷滚子，被支撑在支座上，使得其中不会有金属的污染，不会在晶圆中发展出热点，以及晶圆不会漫游到一侧或是另一侧，如在传统式滚子运送系统所会发生的。除此之外，本发明的扩散加工处理程序是一种高辐射通量从动处理程序，而不是一种热传导、长波长的处理程序。

[0028] 在第一晶圆运送系统实施例之中，运送系统的侧边边缘带包括有纵向的均匀隔开的驱动洞孔。每个带是建构成一个循环回路，其包含有一个运送区段(通过加工处理区域的向前动作)以及一个回复区段。所述带的回路是被一个或多个在炉的出口端处的销驱动滚子同步地驱动。带是借着一个配置在回复路径中的张紧系统而被个别地张紧。此驱动配置产生了被拉过扩散炉加工处理区域的运送(顶部)区段带。运送系统是在非常低的张力下操作，在20psi或是更低，较佳地在大约5psi以下。如此产生了较少的带的强度、长的寿命、在带的运送期间摩擦低、较少磨损、大致上没有金属污染以及整体上对于扩散炉操作来说较低的能量需求。

[0029] 所述带一般来说是抗高温度的金属，像是沃斯田铁镍基超合金族的其中之一，目前较佳的是镍铬牌，80/20镍/铬合金。其带的材料包括有钛、英高镍，例如，600型英高镍、或是其他高温合金。带是为1英寸宽以及.020英寸厚。驱动轮子的销是成锥形的，并且带的驱动洞孔的直径为1/8英寸到3/16英寸。销的驱动洞孔一般来说是沿着带隔开1英寸到3英寸，此是视销的数目及销驱动滚子的直径而定。带是在扩散炉区域每侧的防护通道之内滑移，通道构件是以氧化铝、二氧化硅、石英或是其他高温、低摩擦的陶瓷材料建构成的。或者，带是借着引导周围或是冷却的压缩空气到带上，较佳地是在带的下方，而被冷却，以及通道或是入口是设在扩散炉区域模组的外部横向侧边上，在带的上方，用以排出冷却空气。

[0030] 在第二运送实施例之中，是使用滚子链条来取代带，并且不需要垂直的挂架。反而是，悬吊缆线是系在链条的管状套管中的每个端部处。如同在带的实施例之中，每个链条是在一个凹槽或是通道之中滑动，或是跨立于一个在低摩擦、高温陶瓷材料滑子块件的上引导隆起部。滑子块件可以是连续的或是分隔开的，用以桥接相邻区域的接面，以及亦用作引导件，用以保持链条的线性轨道。链条是由一个链轮驱动系统(在一个共同的驱动轴杆上的二个横向分隔开的驱动链轮)所驱动，该链轮驱动系统是在扩散炉的出口端部下方，于将链条从水平处理路径转动向下转动到驱动链轮的转向惰链轮下游。链条接着向后经过在回复路径上的一个弹簧偏压的张力系统。在扩散炉的前方端部处，侧向分隔开的第二转向惰链轮是将链条向上转动到入口的惰链轮，入口的惰链轮是将链条转向回到处理路径，而完成该回路。或者，链条可以在扩散炉的冷却区段之中及/或在回复路径上被冷却，较佳地是被导入的通风空气或是压缩空气所冷却。

[0031] 已经尝试着将晶圆底部以一种P参杂物来涂层，用以减少来自于金属网状带的金属污染。然而，这会在晶圆底部上产生p-n接面层。从而，这需要一项额外的加工处理步骤将底部的p-n接面层蚀刻掉。该蚀刻步骤一般来说是一项批次的处理程序，其花费掉额外的时间、减慢生产率。此种回蚀刻问题是发展出的坚固、高质量静态的陶瓷旋转滚子系统的主要动机。

[0032] 本发明的低质量陶瓷管件运送系统是针对及解决这些问题。首先，金属运送元件、带或是链条是放置在扩散炉区域的侧边处，以及这些元件被建构成被保护不会受到元件辐射[热]，而延长了元件的寿命。其次，运送的交叉缆线是完全地被保护在低质量的陶瓷管之内，所述陶瓷管是与晶圆有最少接触的非旋转的陶瓷支撑件。受到防护的从动带或是链条元件与被陶瓷管所防护的晶圆支撑缆线结合在一起而确保了有干净的大气、使得点火区域大致上没有金属离子污染。第三，陶瓷管件总体来说质量远低于滚子，以及，在不转动的同时也是活动的，亦即，移动进入以及离开扩散炉，因此不会有需要降低动力尺寸的大型静态热质量。此外，因为陶瓷管是被悬吊在缆线上，如果陶瓷管垂直地破裂的话，陶瓷管是被保持在揽线上并且扩散炉不需要为了更换而被立刻停止。相反地，在坚固的滚子扩散炉之中，当一个滚子破裂时，扩散炉必须停止。最后，晶圆不会与陶瓷管接触，晶圆是在支座上在陶瓷管上方升起，所述支座较佳地被建构成只在边缘处支撑。

[0033] 与5到20％操作动力等级的上文描述的传统式、目前可获得的热扩散炉相反的，在本发明的利用红外线灯的加工处理实施例之中，热扩散炉是以40到70％的动力或是更大动力操作。这样是有可能的借着使用HI-红外线灯隔离模组与一个极低质量的活动运送系统组合，使得贡献到加工处理操作的静态运送热质量很少。

[0034] 由于是在两倍或是较大动力下操作，在使用HI-IR模组的本发明系统中的灯的IR通量大致上是较高的，并且高峰是保持在低于大约1.4微米的IR范围之争。本发明处理程序的IR波长峰值大约为1.25微米。根据本发明加工处理的红外线灯所发展出的相对强度是比上文描述的传统式热扩散炉大大约4到5倍。

[0035] 除了具有低很多的IR强度的传统式扩散炉操作之外，在那些加工处理之中的高峰是较为宽广、较浅(强度较低)以及转移到较长的波长，具有在大约1.75微米的最大值，但是具有在超过3.0微米的长波长下的实质贡献。因此，传统式红外线灯扩散炉的较低动力操作是将光谱轮廓转移到较低的能量波长，以及强化了它们的热传导操作模型。相反地，使用在本发明加工处理中的灯的高动力、高强度、短波长的IR光谱轮廓确定了辐射通量的本质。

[0036] 如所注意到的，在一些实施例中的本发明扩散炉是在斜坡或/以及HI-IR区域之中利用高红外线灯隔离模组。这些模组包含有具有平行横向(相对于运送方向)通道的隔热反射器元件，而一个或多个红外线灯是定心在每个通道之中。所述通道是以IR-透明传动窗，像是石英、Vicor、Pyrex、Robax、其他高温玻璃、人造蓝宝石以及类似物所覆盖。高强度、多个红外线灯、隔离的模组是配置成面对彼此并且分隔开，一个模组是在扩散炉运送系统上方，以及选择性地一个模组是在下方，用以在其间界定出选择的红外线灯加热处理区域，模组的灯以及冷却空气通道是与该区域隔离开。

[0037] 这样的隔离几何加上本发明红外线灯隔离模组的冷却作用允许到达灯的动力从目前标准的15到20％动力密度，增加到40到70％的范围或是更高。这样使得使用传统式100瓦/英寸的红外线灯，可以在上升区域以及HI-IR区域之中的加热速率从大约30℃/秒(传统式扩散炉)增加到大约80到150℃/秒。这样可以有效地增加加热速率比传统式扩散炉大3X到5X，而不会造成灯的衰退、停工或是变形。除此之外，本发明的灯隔离/冷却系统允许输送带速度的增加。这样会使得生产率有实质的增加，或是允许扩散炉长度缩短(针对相同的产量)，其是降低了扩散炉的覆盖区。也就是说，对于示范性的前方-侧边P扩散来说，根据本发明原理的扩散炉可以具有较窄的覆盖区，而借着较大速率的操作的功效，可以具有与较宽扩散炉相同的生产量。

[0038] 不管是红外线灯或是阻抗式(SiC)辐射元件、顶部以及底部，到达加热元件的动力是受到独立的调整或是成组地调整，用以达成在每个区域中的精确温度梯度的控制。温度控制可以使用上文描述的以热耦为基础的温度调节、电压控制的动力调节、或是使用PID控制器的混合式系统的其中任一者来实现。灯的动力调节较佳地是以电压控制的方式，因为这样是能够容易地保持稳定的灯的动力，用于较佳的高数值的IR强度(辐射通量)，以及随时有对比光谱的输出。除此之外，以较高的动力密度运作灯是增加了IR通量以及亦提供了较佳的光谱范围，且峰值是在适当位置之中。附图说明

[0039] 图1是本发明扩散炉的第一实施例的概要图，其以侧视图说明了入口过渡区域、一个挡板区域或/以及上升区域，一个点火区域、一个浸泡区域、一个冷却区域以及一个低质量驱动系统；

[0040] 图2是本发明低质量运送系统的等角视图，在这项实施例之中，其是一个带型运送装置，装设在一个扩散炉的其中数个加热区域之中，且该扩散炉的前方、入口端部是在右侧，以及亦显示出在氧化铝支撑管上的晶圆；

[0041] 图3A是图2带运送装置实施例在入口挡板区域以及一个HI-红外线灯区域中的等角放大图，其说明了将二个示范性晶圆运送通过扩散炉；

[0042] 图3B是下方区段的等角仰视图，其说明了用于一个浸泡区域的排出歧管；

[0043] 图4A是带运送装置的放大等角视图，其是从图3A分解来说明细部；

[0044] 图4B是用于带运送装置实施例的挂架组件以及弯折缆线顶端限制器的放大等角视图；

[0045] 图5是以侧视图概略说明了本发明的扩散炉，在该扩散炉下方是对应区域中所发展出的温度轮廓对于时间的图形；

[0046] 图6以图形说明了光谱输出对于红外线灯加热的扩散加工处理速度是一项关键，图6A显示出在相对强度对于波长方面，本发明低质量运送系统的光谱输出，以及图6B显示出在相同的相对强度对于波长方面，高质量、实心陶瓷滚子系统中的比较光谱输出；

[0047] 图7是本发明扩散炉第二实施例的概略图，其显示出数个加工处理区域以及链条驱动晶圆运送系统；

[0048] 图8是扩散炉加工处理区域中的链条运送系统的放大等角图，其说明了将二个示范性晶圆运送通过扩散炉；

[0049] 图9是链条驱动的细节的放大等角视图，其说明了悬吊缆线以及陶瓷管是如何系在中空的链条件之中；

[0050] 图10A是通过图9的线10A/B-10A/B的垂直剖面图，其说明了用于链条驱动的滑子板件引导件的第一实施例，在这项实施例中是一个通道；

[0051] 图10B是通过图9的线10A/B-10A/B的垂直剖面图，其说明了用于链条驱动的滑子板件引导件的第二实施例，在这项实施例中是一个肋部；

[0052] 图11A是通过悬吊缆线以及氧化铝管的垂直剖面图，其说明了晶圆支座的第三实施例；以及

[0053] 图11B是通过悬吊缆线以及氧化铝管的垂直剖面图，其说明了晶圆支座构造的第四实施例。

具体实施方式

[0054] 以下的详细说明是以实施例说明本发明，而不是要限制本发明的范围、同等物或是原理。此说明很清楚地将可以使所属技术领域具有通常知识者能够制造以及使用本发明，以及描述了数个实例、修改、变化、替代物以及本发明的用法，包括有目前相信是实施本发明最佳的模式者。

[0055] 图1是本发明扩散炉10的概略示图，该扩散炉10包含有一个具有一个下方区段14以及一个上方区段16的机架以及壳体12，该机架12选择地被建构成具有沿着外部分隔开的线性致动器举升装置(参见图2及图3)，用以将上方区段16相对于下方区段抬高，以允许灯组件以及运送系统的运作。扩散炉10包含有如下所述从进入或是前方端部18(在此图左侧)到出口或是背侧的下游端部20(在右侧)的多个区段或是区域：

[0056] ●IT，从一个上游参杂物施加单元(未显示于图中)的入口转移端部18；

[0057] ●B-1，入口挡板区域，其利用一个或多个压缩空气刀组件22；选择地该B-1区域包含有一个上升区域，其含有一个或多个加热元件，用以将晶圆温度从环境温度升高到500℃左右；

[0058] ●FZ，初始的点火区域，用于视P、B或是二者是被扩散而定将晶圆温度升高到从大约900℃到大约1100℃的范围的扩散温度；FZ可以进一步被细分成例如二个或更多个区域；

[0059] ●HI-IR区域，高强度红外线灯阵列，较佳地是上方或/以及下方隔离反射器灯组件24-U，24-L，用于高达大约950℃的温度，接下来是；

[0060] ●HTZ，高温区域，其是视P，B或是二者要被扩散而定而被阻力辐射(SiC)元件27所加热，用于高达1100℃的温度；

[0061] ●S，浸泡区域，具有分隔的上方以及下方红外线灯或是阻力元件，26-U，26-L；

[0062] ●B-2，具有空气刀组件22的出口挡板区域；

[0063] ●C，冷却区域，一般来说没有元件或是红外线灯；以及

[0064] ●OT，出口转移区域，用于将扩散已点火的晶圆转移到处理设备，用于网板印刷在背侧上于前侧以及背侧接触层上的集极指以及总线(未显示于图中)，接下来是被点火来形成欧姆接触器。出口转移区域可以选择地包括有与扩散炉出口相邻的上方或/以及下方空气刀组件(在右侧)。

[0065] 本发明扩散炉的上游以及下游是低温转移带28-U(上游)以及28-D(下游)，一般来说，从一个参杂物涂层施加器组件的上游端部上的弹性体(O形环)带，以及在到一个抗反射层施加器的下游端部上的缆线网状带，一个网版印刷器以及因此到一个金属化扩散炉。这些低温度转移带8-U以及28-D是与本发明扩散炉10的驱动系统30相接。

[0066] 在第一实施例之中，本发明扩散炉的低质量驱动系统30包含有一个由配置在扩散炉出口(右侧)端部处的一个马达34以及链条或是输送带36所驱动的销驱动滚子32、晶圆输送带组件38、惰轮滚子40以及一个包括有一个张力滚子42的张力系统44。张力系统44包括有一个自动张力补偿弹簧，其是作用如同一个缓冲器，用以帮助防止浪涌。可以注意到，借着这种驱动几何，带38是沿着馈送路径F从被左侧到右侧拉过区域。这是借着将上层的带从左侧拉到右侧(如以箭头F-向前所示的)的驱动组件30来实施。

[0067] 本发明的扩散炉包括有多个界定出壳体12内侧的区域的充气室，以及多个空气歧管，包括有入口以及排出口，用于环境或是加压的空气流入各种区域之中，如图中以箭头I(用于入口)以及E(用于排出口)所示的，以便于在各自的区域之中维持适当的温度。除此之外，加压空气是提供在隔离灯组件24-U以及24-L(在使用处)的反射器主体的通道之中，用以冷却配置在通道之中的灯。每个高强度灯组件24-U以及24-L的面是以一片透明石英覆盖，用以从在HI-IR区域中以光调整的晶圆密封住反射器通道。这确保了空气停留在介于轮廓配合的反射器表面与灯之间的圆环区域之中，用以提供所需要的冷却。也就是说，灯是从加工处理区域隔离开。借着实施的实施例，空气是在灯的每个端部(扩散炉的侧边)处被导入，以及在中间中的出口被排出，也就是说，沿着扩散炉的垂直中心线。这种灯的冷却允许所述灯可以在从大约60％到100％的最大动力下运作，其是远高于目前可获得的单元。此提供了一种从环境温度到700℃到950℃(针对P扩散)的高峰扩散调节温度的晶圆的立即热提高以及高强度IR辐射，以及高强度的光调节。

[0068] 图1的比例尺是使得不能在每个位置中显示出实心的隔热材料46，但是对于所属技术领域中具有通常知识者来说很明白的是壳体包括有所需的被建构成块件的隔热材料。举例来说，在浸泡区域之中，隔热块件包括有一个横向孔以及一个垂直的入口孔，其是连接到入口空气管，使得加压空气可以被喂入块件之中，以及空气可以均匀地通过多孔的隔热材料，用以提供受到控制的流动进入浸泡区域之中，藉此将温度维持在所需的范围中，同时将能量成本降低到最低。也就是，存在有逆流的空气(以箭头48表示)通过隔热进入与热流相对的区域之中。随着空气进入，这样是产生空气从隔热取出热量并且将热量循环到区域之中。结果是对于这个区域来说有高效率的热交换。可以注意到灯26-U以及26-L或是阻抗元件27是显示成交错的，用以提供均匀的加热及/或IR光场，但是它们可以选择地配置程不会交错，也就是，灯/元件可以座落成在一个共同垂直平面中彼此分隔。

[0069] 现在转向低质量运送系统30，图2显示出扩散炉12的等角视图，且外部面板以及隔热被移除来说明下方区段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。为了清楚起见，并未显示出入口转移带28-U以及出口转移带28-D。亦为了清楚起见，所示的支架以及举起器50是在扩散炉侧边轨道52的四个角落处；这些是作用来将上方区段16(未显示于图中)举起离开下方区段14(显示于图中)，用于容易检视、调整、维修以及修理/更换零件，例如，灯、阻抗加热元件、运送系统元件以及类似者。下方区段14包括有侧边轨道52、侧边壁部隔热块件46-S、以及内部区域的隔热分配块件54。在挡板区域B-1的前方端部处且将挡板区域B-1从高强度IR区域HI-IR划分开的前方隔热块件以及在冷却区域C后端处的隔热块件没有显示出来，以便于不会挡住带38的细节。

[0070] 图1亦显示出形成数个区域的地板的隔热块件56。这些地板隔热块件56一般来说设有开孔，此处是狭长孔88，其是与一个在地板下方的充气室(未显示于图中)一起，以允许借着一个ID风扇(未显示于图中)抽出热的排出气体。由于空气是从顶部流动到底部，空气流是从各自的区域移除热，允许以较高的输出运作元件(灯、碳化硅杆或是线圈)、以及亦用于去出污染物。这种热气体/空气的流动模式产生了具有污染物减少的炉区域，以及因此有较干净的生产。

[0071] 用于安装阻抗元件27或/以及高强度灯管26(为了清楚说明只显示出每个的其中一个)以及连接电导线的开孔58并没有显示在面对的侧边轨道52以及远侧壁部隔热块件46-S，跨越扩散炉区域宽度的元件/灯。用于下方高强度红外线灯区域24-L的压缩空气充气室60是透过管线62将压缩空气馈入一个介于反射器通道与灯之间的圆环区域之中，以及在下方排出到外部、或是在需要时进入相邻的下游浸泡区域。

[0072] 为了清楚起见，只有低质量、活动式转移带系统30的一个部位显示在右侧端部。侧边的带38卡合在驱动系统30的隔开的惰轮滚子40之中的销。正在在冷却区域C内侧之中，可以看到惰轮滚子40以及在其下方的驱动滚子32。在转移通过扩散炉的位置之中，二个晶圆W-1以及W-2是显示在放置在横向氧化铝管64上的入口端部(在右侧)处。

[0073] 图3A是说明了图2本发明扩散炉10的入口端部18的放大等角视图，显示出带运送系统30运载着二个晶圆W-1以及W-2的一个部位，零件与元件与图1以及图2相同。运送系统30的二个分隔开的带38是配置在U形通道66中，U形通道66是形成在隔热块件46-S的左侧以及右侧侧边壁部的顶部之中。每个带包括有精确分隔开的洞孔68，其是卡合惰轮滚子40的销90。亦沿着带而规则地分隔的是直立式挂架70，其是承载着缆线72，陶瓷管64是放置在该缆线72上。一项示范性的缆线为0.080英寸直径的镍铬合金。晶圆是停放在陶瓷管上。较佳地设有间隙器84，在此处的这项实施例之中是环，所述间隙器84装设在陶瓷管上或是形成在陶瓷管之中，并且沿着陶瓷管侧向地分隔开。晶圆是在运送通过扩散炉10期间停放在支座环上，使得晶圆的背侧表面与运送组件元件的接触是最小的，参见图4A中的“覆盖区域”96。

[0074] 在一陶瓷管64破掉或是裂开的情况中，该陶瓷管将会被缆线72所保持住，直到可以更换该陶瓷管为止。每个带的挂架是以平行的协调关系移动，这是因为在带中的洞孔68是与滚子(驱动以及惰轮)的销90对准，因此氧化铝管是继续保持与晶圆的馈送行进方向横向，如图中以箭头F所示。使用了多个照相光学带破裂的传感器，一般来说每个带的每个端部处一个是有一个传感器，用以快速地感测是否有带破裂，以发送讯号到控制器来停止运送系统、关掉灯以及发出警告的声音。

[0075] 图3B是从扩散炉下方区段12下方处看到的等角视图，其中为了清楚说明而移除了架构。具有排出狭长孔88(可以最清楚地在图3A中看出)的地板隔热块件56是跨过侧边框架52。与隔热块件56的底部分隔开的是一个钢面板100，该空间设有一个用于热气体的收集器充气室。一个排出歧管组件102被透过在交叉管106的端部上的轴环104连接到充气室(介于56与100之间的空间)。交叉管的相反端部被连接到一个收集器导管108，其是将热的气体排出一个排出管或是烟管110。可以用任何适当方式来实现通风，例如，借着强迫空气在顶部处进入扩散炉、借着在排出路径引起漂流、借着自然烟(烟囱)效应、或是借着引出管效应，像是其中压缩空气是被馈送到一个文氏管周围，来形成将热空气吸出扩散炉的真空。

[0076] 图4A以及图4B应该一起考虑。图4A以等角视图显示出低质量运送系统30以及U形通道组件74，此实施例的带38是在该通道组件74中移动、被隔离且从图3分解出来以说明构造以及操作的细节。图4B是图4A的单一挂架元件的放大图。

[0077] 每个带38被支撑在一个石英滑子构件74上、具有U形剖面以及具有短的垂直侧边壁部。一对以石英、氧化铝或是其他高温、纤维型陶瓷材料的保持器条带构件76是以高温陶瓷胶结材料，像是美国宾州匹兹堡Sauereisen公司的#1 Insa-Lute或是#2 Aluseal高强度二氧化硅或是氧化铝胶结材料被胶黏到U形臂部的顶部。保持器条带与通道部分重叠，而足以完全地有助于将带保持在通道之中以及用以防护带不受到在区域中的加热元件的影响，藉此保持带是冷的。或者，滑子构件的底部可以钻有洞孔以及连接到一个输入空气歧管，使得环境的压缩空气可以被用来冷却带。

[0078] 所述挂架70包括有一个垂直支柱80，其是被紧固于一个直立凸块78，所述直立凸块78已经借着冲切部92从带形成。支柱80以及凸块78可以用任何适当方式，例如，借着点焊、铆揭通过协调的凸块以及支柱洞孔94、或是用螺丝而紧固在一起。挂架支柱80的上方端部承载着一个或多个耳状物82，所示的实施例是显示出一对耳状物，每个耳状物具有一个洞孔，一个抗高温的缆线或杆件72是系在该洞孔中。一氧化铝管64滑过缆线且被该缆线所承载。晶圆W是承载在氧化铝管上。较佳地，每个管件包括有多个横向分隔开的支座构件84，此处是环，晶圆是停靠在该支座构件84上。环部构件存在着非常小的表面积用于接触晶圆的底侧，如图中以图4中的虚线表示的覆盖区域96所示。此支座是作用保持晶圆在较干净的状态，并且有助于将IR通量或是热辐射集中在晶圆上。

[0079] 支座环84可以具有宽广的各种剖面构造，其范围是从如图4A所示的简单平坦表面凸形圆盘(torus)到逐渐变细的轮廓，例如，钟形曲线形的剖面轮廓。各种轮廓参见图10A、图10B、图11A以及图11B。可以在图4B中注意到，缆线72是被捕捉在二个耳状物之间，用以防止缆线的侧向运动，使得另一个端部(右侧)在该侧边处落出挂架的耳状物。可以在图4A注意到，缆线的右侧是延伸通过各自的挂架的外部耳状物。

[0080] 使用具有自由端部的缆线是允许缆线长度可以扩张及收缩，而不会掉落出耳状物之中的洞孔。除此之外，缆线的至少一个端部包括有一个弯折顶端86，其是保持该缆线锁定在适当位置之中。虽然该弯折顶端可以被座落成超过外侧耳状物，较佳的是使得弯折顶端被捕捉在所述耳状物之间，如图所示者。此是锁住缆线使其没有侧向运动，而又能容易地将一个简单角度的插入物插过内侧耳状物的洞孔。0.080英寸直径的缆线是足够紧密地装配在一个管件64的0.120英寸的钻孔之中，而使得在缆线中弯折部的自然小曲线可以防止支架侧向地滑移。它们亦作用如同一个挡止，防止缆线脱离耳状物。

[0081] 本发明运送系统的带以及链条实施例的一项重要特点为，它们是有极低的质量、安装简单、容易保持干净、在将晶圆运送通过扩散炉的同时于晶圆上的接触点很少，并且容易维修。针对后者，一项选择是当带是在循环的回复部份上时更换一个陶瓷管件，而不需要停止生产。然而，如可以在图4A中看到的，由于有许多缆线足够紧密地分隔来提供用于晶圆的支撑，一个破掉的管件及/或缆线通常将会留到在计划的停工时更换。也就是，损失一个管或是缆线将不会严重地影响产品的生产率。

[0082] 本发明运送系统的极低质量的观点是非常重要的。在一些目前可获得的红外线灯或是阻抗加热元件扩散炉之中，并不是使用金属网状带，一阵列的紧密分隔、坚固、精密加工、相当大型、旋转但是为静态(并非纵向移动通过扩散炉)的陶瓷滚子是用来当做一个滚子运送系统。晶圆直接地乘坐在滚子上，滚子是被紧固到每个滚子的端部的驱动链轮或是滑轮旋转地提供动力，而每个滚子的端部是由一个正弦曲线的驱动链条或是输送带所驱动。在这些扩散炉中，滚子是静态地留在适当位置中，但是是旋转以提供动力给在它们上的晶圆运动通过扩散炉。这是与本发明的系统相反。

[0083] 此种滚子类型扩散炉的第一项严重问题是晶圆背侧表面与每个滚子表面的全部侧边边缘到侧边边缘、及前方边缘到背侧边缘的接触，从而助长了污染。除此之外，加热高质量滚子以及将它们保持在适当温度所需要的能量是远高于本发明的系统。在本发明的低质量运送系统中，使用具有0.120英寸钻孔的0.8盎司的中空管件，而不是3到5磅的杆子，陶瓷管是小于滚子。因此，本发明运送系统的质量是为实心陶瓷滚子系统的五十分之一的大小，并且运送机构是快速得多、较简单以及较容易维修。要清洗本发明的系统，只需要简单更换一些管件，不需要擦洗、研磨、烧掉或是更换在互相连结的实心陶瓷滚子扩散炉之中的一个或多个笨重实心杆件。本发明的扩散炉可以宽度只有如此的传统式滚子扩散炉的一半，且仍然能够提供较大的生产率及较好的产量。

[0084] 实心陶瓷杆类型的滚子系统的另一项问题为产生热点的可能，以及藉此会发生不均匀的扩散，在晶圆横过扩散炉时，晶圆的前导边缘重复地接触较热的滚子。相反地，在本发明扩散炉运送系统之中，晶圆从首次被引导到高强度IR区域之中是受到防护，且永不会相对于晶圆是停放于其上的防火管支座移动。由于晶圆是被支座分隔于小直径氧化铝管的表面上方，其中是有空间用于热空气在晶圆背侧表面以及管件之间循环，以及容许借着相邻的加热元件从前方以及背侧(顶部以及底部侧边s)的间接辐射加热，用以提供辐射能量。由于本发明的管件是如此的小，晶圆不会有阴影，因此提供更均匀的晶圆加热。也不会有间歇性地暴露于大型的热滚子，以及与支撑件的背侧表面接触较少，其是停留在均匀的温度。

[0085] 最后，在扩散炉实施例之中是使用与本发明扩散炉的最接近入口相邻且在下游的高强度红外线灯或是隔离模组，可以将晶圆极快速地加热(在数秒之内)到或是接近扩散温度范围。在这项实施例之中，晶圆是以比目前的滚子扩散炉的4到5倍或是更大的高强度短波长IR辐射能量来进行光调节，使得扩散能够以快得很多的速度来进行。举例来说，在本发明扩散炉之中，温度是会在数秒内上升到扩散温度。更重要的，借着在HI-IR区域使用隔离模组，以及提供动力给较高电压的那些以及浸泡区域的元件，在加工处理期间IR通量是较高的，以及与目前系统的2到3倍长的时间相较，扩散可以在小于6到8分钟之内完成。

[0086] 图5以及图6说明了这些原理。图5的上方部分概略地以上方侧视图显示出本发明扩散炉在对应区域中所发展出的温度轮廓对于时间的图形。虚线的曲线P是在本发明扩散炉中，针对主要是由红外线灯加热以发展出p-n接面层的前侧上的P扩散温度轮廓。实线曲线显示出在本发明扩散炉中用以形成背侧接触层的B扩散是在大约比200℃更高下进行，并且需要至少一些区域用阻抗式元件加热，像是揭示的碳化硅管。可以注意到本发明扩散炉红外线灯或是阻力元件所产生的极为陡峭的轮廓是使得晶圆快速地上升到用于P(及/或B)扩散加工处理温度。可比较的市面上可获得的使用红外线灯加热的实心陶瓷滚子扩散炉是显示出P扩散的曲线大体上遵循着在图形中以“P.A.”(现有技术)标示的虚线轮廓。由于滚子在扩散炉中已经是热的了，灯是自动地调整以较低动力运作(以下参见图6B)，因此产生了一个大致上以及显著较低的温度轮廓斜率，并且到达温度需要较长，大约是较长数分钟。在图5的图形中一项显著的观点是，用本发明的扩散炉，扩散大致上会较快完成，在纵坐标上的点“D端点”处，晶圆是继续冷却以及转移到网版印刷，在纵坐标上的点“XFER”处。

[0087] 相反的，比较的现有技术P扩散加工处理(在图5之中的虚线)是继续到以如图以指向右侧的虚线箭头所示的设定的较低动力时间进行要久得多的热浸泡。本发明的高强度IR辐射通量P扩散加工处理一般来说需要的时间为传统式热传导加工处理的1/2到1/3的时间。因此，与可以比较的输出传统式扩散炉(400英寸长，36英寸宽)比较，用小得多的扩散炉(在300英寸长以及一半宽度以下)生产续大致上是较高的。

[0088] 图6A以及图6B以图形说明光谱输出是在光调节、上升以及HI-IR区域中的改良的IR扩散加工处理速度的一项关键。一个灯的光谱输出是灯动力的一个函数，以灯的最大动力容量的百分比来表示。图6A显示出本发明低质量运送系统的相对强度对上波长的光谱输出曲线。上方曲线是理论的最大值T，其说明了在大约1.2微米的IR峰值，且相对强度为大约12.5。可以注意到的是视觉上的光谱VS是在左侧以虚线表示。以“本发明”标示的下方曲线显示出本发明的极低质量运送系统使用Hi-红外线灯模组，红外线灯可以用灯的电压控制系统在从大约40到100％的最大速率下操作，此处显示在大约40到70％，以及在高峰处的强度最大值为8。

[0089] 相反的，图6B显示出在高质量、实心陶瓷滚子系统中相同强度对于波长的比较光谱输出。在如此的与热耦型的热监视控制回馈系统运作的比较系统之中，灯必须以大约20％的动力运作。然而，相对指数是有一个指数下降，并且以“PA”标示的峰值在大约1.8的峰值强度下是移到更加接近1.75微米，这是比本发明加工处理小超过四倍的辐射通量。
也很重要的是传统系统中较长的波长、较低能量光谱轮廓的变动。

[0090] 因此，在本发明的系统中，由于灯基本上只是辐射调节以及加热晶圆，HI-IR区域的灯以及浸泡区域是被冷却，以及一个相当巨大质量滚子大致上没有贡献热量，灯可以用较大动力操作，产生了相对强度的4到5倍的增加。这种较快应用到晶圆的增加的IR强度是调节晶圆来促进快得很多的将P或/以及B扩散到先进的晶圆材料之中，用以形成各自的接面及背侧接触层。因此，在本发明的系统中，IR强度是较高的，以及保持足够久用于较快的加工处理。

[0091] 图7到图10B是针对本发明超低质量运送系统的第二实施例，其是使用一对与隔开的链条，晶圆支撑缆线以及陶瓷管是从所述链条垂吊下来。在图7中，上文针对图1的说明可以用于具有相同元件符号的元件。可以注意到IT 以及B1区域在此实施例之中是组合成一个上升(Ramp-Up)区域，其中晶圆温度是从室温上升到大约500℃到900℃，在后者的情况中是上升区域包括有一个HI-IR隔离灯模组。接下来的是点火区域，其是将温度上升到大约950-1100℃的扩散处理温度，此是视扩散的是P、或是B、或是二者而定。如图所示，点火区域使用了揭示的说明性阻抗式碳化硅SiC元件。点火设定点温度是保持在浸泡区域之中，没有显示出加热元件以防止图变得杂乱，但是可以参见图1及图5。如图所示，冷却区域是划分成二个子区域，CZ-1以及CZ-2。虽然二者是显示在扩散炉12的架构之内，CZ-2可以是在外部，在转移(XFER)到运送下游晶圆的带28D用于进一步加工处理，例如涂敷抗反射涂层之后。

[0092] 可以注意到图1的带是以滚子链条112来取代，滚子链条112是由位于扩散炉20出口端部下方的马达34提供电力的链轮114所移动。在这种情况中，惰滚子链轮40A到40C是配置在入口、出口处以及在回复路径R的上游端部处，用以在所示的驱动回路中重新引导链条。适当的张力是由弹簧偏压的张力以及链轮系统44提供，其配置在驱动装置30下游。引导滚子116以及滑轨块件74是沿着链条回路设置，以保持路径笔直。空气刀22提供了冷却压缩空气于冷却区域中或是其外部的链条上方。除此之外，管冷却器118可以设在回复区段中以进一步冷却链条。

[0093] 图8相似于图4A以及显示出如何二个分隔开的链条112-L(左侧侧边)以及112-R(右侧侧边)是搭载在滑子块件74中的凹槽或是通道120之中。支撑着陶瓷管64的横向缆线72具有端部122通过管状连杆套管124。连杆枢轴分隔开大约1/2英寸(1.27公分)，以及管状连杆套管124是设在每隔一个连杆中，使得缆线72分隔开大约1英寸(分开
2.5公分)。

[0094] 图9是与图4B相似的放大细部图，其更清楚地显示缆线72的供选择的连杆轴颈。中间连杆具有实心的连杆销126。连杆套管124以及连杆销126二者均具有重叠的连杆滚子128(未显示在图9中；显示在图10A以及图10B中)。缆线的自由端部122是终止在推动或是具有螺纹的螺帽或是其他类型的扣件130，140之中，用以保持缆线不会掉出套管
124(参见图10A、图10B)。

[0095] 图10A以及图10B显示滑子板件74的实施例。在图10A中，滑子板件包括有一个凹槽或是通道120，链条112搭载在其中。缆线72的自由端部122具有螺纹，用以接收一个锁定螺帽130。显示有一个选择的间隔垫圈132。间隙器84具有倒V形外部周围，使得晶圆可以搭载在周围边缘134上。在图10B中，滑子板件74包括有一个脊状物136，其可以具有广大范围的构造，包括有笔直或是弯曲(倾斜)侧边壁部。链条112的侧边连杆是跨过脊状物136且由脊状物136引导。在这项实施例之中，滑子板件74通常不具有外侧块件138，脊状物的二侧上的板件是平坦的，如图中以界定侧边块件138的虚线所示的。除此之外，缆线72的顶端122是由盖形或是推动螺帽140所终止。支座的轮廓是变细的高峰，在此实施例中是半个正弦波的剖面。

[0096] 图11A及图11B说明了间隙器84的二个另外的实施例，图11A显示出一个非对称鳍片形状的间隙器，其具有一个倾斜外部面(脊状物134右侧)，以及垂直或是倾斜的侧面。图11B显示一个双侧向变细的圆锥形状，选择地具有一个在二个变细侧边会合的顶峰处的环形肋部134。不论是肋部或是长的轻斜面都可以提供支撑给晶圆产品，这取决于间隙器
84沿着管64的间隔与产品宽度的比较而定。当产品很大时，底部表面停靠在肋部(参见图
4A中的96)上，以及当产品不是这么宽时，只有产品的外部下方边缘会停靠在倾斜的面上，如图所示。可以注意到的是，较大(较宽)的晶圆或是产品是停在斜坡上较远处或是在周边的周围肋部134上。此间隙器实施例是胶黏到陶瓷管64，而不是与管件一体形成。所使用的黏胶是如上文所描述。

[0097] 产业利用性

[0098] 本申请所发明的扩散炉对于太阳能电池制造业，也就是对于触发太阳能电池晶圆加工处理步骤以造成P及/或B扩散到晶圆的基质之中，而产生p-n接面的表面层或/及导电背表面层，具有广大的产业利用性。本系统明显地是一种现行的扩散炉的改良，藉由实质地缩短加工处理时间，降低能源需求，减少晶圆的加工处理污染，而提供较好的生产力，并且基于在所述p-n接面层以及所述参杂有B的背表面层所改良的一致性而使全部晶圆具有改良的表现。因此，本发明的系统具有明显的潜力可以成为将参杂物扩散至太阳能电池先进材料晶圆的装置及方法的新标准。所属技术领域中具有通常知识者在不超出本发明的精神范畴以及无须过度实验的状况下，可以实现在本发明的范畴内的不同变化。举例而言，加热，浸泡，以及冷却可产生广大的变化以提供在此所揭露的诸多功能。同样地，低质量运送系统可经由构形成在尺寸，导向以及设计，或冷却，或具有防护的许多替代方式，以及适用于许多其它的产品类型。在背景技术的允许下，并且可依需要参酌说明书，包含现行的及未来的相等物，本发明可因此藉由随附的权利要求项的范围尽可能宽广地界定。

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