本申请要求2016年1月19日提交的美国临时申请no.62/280,638的优先权，其全部公开通过引用并入本文。
本发明涉及用于在处理期间支撑基板的卡盘，例如用于半导体基板的静电卡盘。本发明对于太阳能电池的制造是特别有利的，该制造是使用相对薄的硅晶片完成的。
背景技术：
静电卡盘(esc)在半导体工业中是众所周知的。大多数卡盘具有平坦且光滑的顶表面(即与晶片接触的表面)。相反，一些卡盘在顶表面上具有凸台。例如参见美国专利5903428，其公开了由高电阻电介质的薄膜沉积形成的凸台。薄的高电阻薄膜防止过量的dc待机电流并且降低静电卡盘性能对晶片背侧形态和成分的依赖性。另一个示例是美国专利7869184，其公开了一种通过对卡盘的绝缘层的凸台构造的高度的调节或初始制造来改变静电卡盘的电容分布的方法。图1和2示出了具有凸台的现有技术卡盘。在现有技术中，凸台106通常是圆化的“岛”，其用于将晶片108保持在距卡盘100的顶表面110的预定高度114处。电极104在凸台106下施加吸引力。在这种构造中，晶片的背表面仅接触凸台而不接触卡盘的顶表面。将晶片保持在距卡盘的顶表面一定距离处的主要原因之一是降低夹持功率，使得在处理之后更容易移除晶片。因此，凸台的高度和夹持功率被设计成将晶片保持在凸台的顶部、远离卡盘的顶表面。
在一些处理步骤期间，晶片的温度可能增加。这例如在等离子处理期间或在离子注入期间发生。大多数处理步骤在晶片的整个表面上执行，使得晶片的热膨胀不会影响处理。然而，一些处理被执行使得仅晶片表面的一部分暴露于处理。例如，当使用所谓的阴影掩模执行离子注入时，仅有穿过掩模中的开口的离子到达晶片，使得所得到的注入物根据阴影掩模中的开口被图案化。除非掩模开口必须以高精度对准晶片的某些区域，否则晶片的热膨胀可能不会造成问题。在这种情况下，热膨胀可能造成问题，因为掩模可能在一个温度下与晶片对准，但是随后由于该晶片的热膨胀该对准可能失效。因此，本领域中存在确保处理期间晶片的热膨胀不会在处理期间造成晶片的未对准的需求。
技术实现要素：
包括本公开的以下概述是为了提供对本发明的一些方面和特征的基本理解。该概述不是对本发明的广泛综述并且因此其并不旨在具体地标识本发明的关键或重要元素或者描绘本发明的范围。其唯一目的是以简化的形式呈现本发明的一些概念作为下面呈现的更详细描述的序言。
所公开的实施例提供了一种用于晶片处理的卡盘，该卡盘抵消了晶片的热膨胀的有害影响。所公开的各方面还包括卡盘和阴影掩模布置的组合，尽管晶片的热膨胀该组合仍维持掩模中的开口与晶片之间的相对对准。
所公开的发明的各方面提供了一种通过离子注入制造太阳能电池的方法，同时在晶片的热膨胀期间维持注入的特征的相对对准。
另外的方面包括提供锚固系统的卡盘装置，该锚固系统机械地约束运动以便在卡盘和晶片的热膨胀期间维持对准。
所公开的各方面提供了一种用于半导体晶片的卡盘，该卡盘包括：具有绝缘顶表面的本体；多个细长弯曲装置，每个弯曲装置被构造成在热膨胀时造成晶片的弯曲使得晶片呈现波纹形状，并且其中所有细长弯曲装置彼此平行地定位；以及嵌入本体内的电极。所述电极可以包括多个细长电极板，其中每个电极板位于两个细长弯曲装置之间，或者电极可以包括设置在卡盘的整个区域上的一个单个板。每个细长弯曲装置可以穿过绝缘顶表面的整个长度延伸或者可以穿过绝缘顶表面的一部分延伸，使得锚固区域被限定在其中没有细长弯曲装置的顶表面上。每个细长弯曲装置可以包括：线性凸台、沿着单行布置的多个线性凸台、穿过绝缘顶表面的整个长度或者穿过长度的一部分延伸的线性沟槽。卡盘还可以包括锚固件，该锚固件机械地约束卡盘在一侧的运动并且允许卡盘在相反侧上的热膨胀。
根据其它方面，提供了一种用于半导体晶片处理的卡盘，其包括具有顶表面的板、多个细长直肋，每个细长直肋在卡盘的顶表面的整个长度延伸，其中每个细长肋的宽度和高度被构造成使得当夹持电位被施加到卡盘时，晶片围绕每个细长肋弯曲使得晶片的背表面接触卡盘的顶表面并且细长肋的数量被配置成产生膨胀补偿以补偿加热时晶片的热膨胀。卡盘还可以包括嵌入卡盘内的多个细长电极并且每个电极位于两个细长肋之间。卡盘还可以包括锚固件，该锚固件机械地约束卡盘在一侧的运动，并且允许卡盘在相反侧上的热膨胀。顶表面和/或直肋可以是绝缘体并且可以是阳极氧化铝。每个细长肋的宽度和高度被构造成使晶片能够弯曲到小于等于十度的偏转角，其中所述偏转角由从卡盘的顶表面到与由晶片弯曲造成的凸起相切的线的角度限定。
此外，提供了一种用于处理半导体晶片的方法，其包括：提供具有顶表面的卡盘和形成在所述顶表面上的多个细长弯曲装置；将晶片放置在卡盘上；确定晶片的热膨胀；以及将夹持电位施加到卡盘以造成晶片围绕每个细长弯曲装置弯曲使得晶片呈现波纹形貌。该方法还可以包括根据晶片的温度增加而增加夹持电位。该方法还可以包括机械地锚固卡盘的一侧。
附图说明
并入本说明书中并构成本说明书的一部分的各附图举例说明了本发明的各实施例并且与说明书一起用于说明和示出本发明的原理。各附图旨在以图解的方式示出各示例性实施例的主要特征。各附图并不旨在描绘实际实施例的每个特征或所描绘的元件的相对尺寸，并且未按比例绘制。
图1和2示出了具有凸台的现有技术卡盘。
图3示出了根据一个实施例的卡盘的侧视图。
图4是图3中虚线圆圈内所示区域的特写。
图5示出了根据一个实施例的卡盘的俯视图，而图5a示出了根据另一个实施例的俯视图，其中每个线性凸台布置包括沿着单条线布置的四个细长凸台。
图6示出了根据一个实施例的卡盘的一个部段的侧视图，其中晶片被拉过肋条。
图7a和7b示出了由于晶片的热膨胀在指状物的宽度上掺杂剂分布的扩宽的示例。
图8示出了其中在二维中获得热膨胀控制的实施例。
图9示出了用于抵消由于热膨胀引起的晶片未对准的另一个实施例，而图9a示出了其中在二维中获得热膨胀控制的实施例。
具体实施方式
本发明的各方面涉及在半导体器件的制造期间抵消晶片的热膨胀的有害影响。所公开的各实施例的特征可以在各种应用和处理中实现，并且一些特征可以单独使用或与其它公开的特征组合使用。不是讨论所有可能的应用和变型，而是以下公开将集中于最佳地示出所公开的特征的结构、使用和益处的实施例。可以从本发明的各方面获益的一个应用是选择性发射极太阳能电池的制造。
选择性发射极太阳能电池在前侧金属化网格线(汇流条和指状物)下方具有高掺杂区域并且在各前网格线之间具有低掺杂区域。本主题发明人设计了一个用于离子注入硅晶片的系统，例如用于太阳能电池的选择性发射极的离子注入，其中以太阳能电池的汇流条和指状物的形状注入离子。这种离子注入和许多其它图案化注入需要离子注入晶片的位置的高精度以确保注入的区域处于金属化将要形成的位置和形状。然而，本主题发明人注意到在处理期间晶片和卡盘的温度增加，由此引起晶片和/或卡盘的热膨胀，从而导致注入区域的未对准。本主题发明的各实施例抵消了晶片和/或卡盘的热膨胀使得晶片在整个处理中保持对准以用于离子注入。
在用于选择性发射极的离子注入期间，感兴趣的直径是晶片的顶部投影，即通过离子流看到的晶片的顶表面。根据一个实施例，卡盘的顶表面设置有细长突起，例如大致上横穿卡盘的整个长度或宽度的细长凸台或肋。突起的高度、宽度、间隔和数量被配置成使得当夹持电位被施加到卡盘时，晶片被吸向卡盘并弯曲使得晶片的一部分接触各突起之间的卡盘的顶表面，由此呈现波纹形状。波纹形状意味着具有波状表面或具有交替的沟和脊的表面。所述波纹形状缩小了晶片的顶部投影。然而，波纹(沟和脊)必须极其浅以免破坏晶片。
图3示出了一个实施例的侧视剖视图，其中晶片308被放置在细长凸台306的顶部上并且不接触卡盘300的顶表面310。在该实施例中，凸台306的轮廓(即宽度和长度)被计算使得当来自电源p的足够的夹持电位被施加到电极板304时，凸台306吸引晶片308使得晶片308弯曲并且甚至可能在各凸台306之间的区域中接触卡盘300的顶表面310。也就是说，各凸台306的轮廓和各凸台之间的间隔必须被构造成使得晶片308弯曲并接触卡盘300的顶表面310而不会破损。还注意到在图3的实施例中，夹持电极以多个电极板304的形式提供，每个电极板304仅设置在两个凸台之间的区域处，除了在中心处电极还在中心凸台下方延伸以防止晶片的过度弯曲。如果没有设置中心凸台，则可以仅在各凸台之间的区域处设置电极304使得在凸台的位置处不向晶片施加夹持力。卡盘的顶表面310或卡盘的顶表面可以是绝缘体，例如阳极氧化铝。类似地，细长凸台306可以由绝缘体(例如阳极氧化铝)形成。
如图4中所描绘的放大部段所示，取决于施加到电极板404的夹持电位，晶片408围绕细长凸台406弯曲使得不同量的晶片接触卡盘的顶表面410。弯曲的特征可以在于晶片的凸起与卡盘400的平坦顶表面410形成的角度。该偏转角是通过测量从卡盘的平坦顶表面410到与凸起的上升沿相切的线的角度来限定的，如图4中的点划线所示。图4中叠加了三个不同的示例，示出了由于不同的夹持力引起的弯曲，由此将角度从4°增加到9.8°。该角度不可增加到晶片破裂的程度并且在该实施例中极限为10°。而且，在一些实施例中，凸台的上角是圆化的，如标注所示，以防止在晶片弯曲时损坏晶片。
为了使晶片弯曲成波纹形状，各凸台需要是细长的并且横跨卡盘的整个长度或大部分长度线性地且彼此平行地布置。图5是示出一个示例的俯视图，其中每个细长凸台506在卡盘的整个长度延伸。如图所示，所有凸台506在一个方向上线性布置并且彼此平行定位。因此，当夹持力被施加到电极板504(以虚线示出)时，晶片弯曲以产生几个凸起，某种程度上类似波浪或波纹金属片材。注意到在所公开的各实施例中，卡盘是方形(或准方形)的使得长度和宽度是可互换的。
凸台不一定需要形成为在卡盘的整个长度延伸的单个凸台。然而，它们必须沿着在整个长度上延伸的线对准并且所述线必须彼此平行。如图5a中所示的示例，其中每个线性凸台布置包括沿着横跨卡盘的长度延伸的单条线布置的四个细长凸台。
图6示出了晶片608被拉过肋606的卡盘的一个部段的侧视图。在图6中，f/a表示由电极板604上的电势施加在晶片上的每单位面积的静电力，o表示从第一(或最后)肋到晶片边缘的距离，x表示各肋之间的距离，l表示晶片与卡盘的顶表面的接触面积的量(例如作为晶片的百分比)，l可以通过改变施加到电极的电位p从而改变f/a来控制，z表示各肋的高度。如图6所示，细长凸台606的结构在本文中也称为肋，其可被数学地描述为z＝f(x,l,f)。当晶片的总热膨胀为a并且由每个肋产生的补偿的量为b时，所需的肋的数量n被给出为n＝a/b。随后x被给出为(基板的总宽度)/(n+1)或(基板的总宽度-o)/(n-1)。
所描述的各实施例抵消了晶片的热膨胀的有害影响。这在要注入的各特征全部在一个方向上构造的情况下提供了巨大的益处。一个示例是在选择性发射极的指状物的位置下注入掺杂剂。如果没有提供补偿，则随着注入进行和晶片升温，注入物膨胀使得注入物形成比设计的更宽的指状物。而且，由于热膨胀，指状物宽度上的掺杂剂分布将不均匀。这在图7a和7b中示出。
在图7a中，使用限定的束以在设计的宽度w的线中注入掺杂剂。随着注入进行，晶片经受热膨胀，如图7b所示。因此，线的宽度也扩大到w+δw。通过以上所描述的各实施例使用凸台将晶片的投影减小消除热膨胀的量克服了该问题。该量由施加到卡盘的电极的功率控制。在图6中，阴影掩模被用于限定离子注入的区域。例如，掩模可以描绘选择性发射极的指状物下方的区域。随着晶片加热，可以增加夹持力从而造成晶片的增加的弯曲，使得阴影掩模中的开口下方的区域的投影保持不变。因此，注入线的宽度保持恒定。
示例1
卡盘设计有七个凸台，一个中心凸台在其下方具有电极，并且每侧上有三个凸台，仅在各凸台之间而不在它们下方具有电极。施加夹持电压造成4°偏转产生每个凸台2.8微米的收缩，增加夹持电压造成8°偏转产生每个凸台7.4微米的收缩，以及增加夹持电压造成9.8°偏转产生每个凸台10.5微米的收缩，没有晶片破损。因此，使用该卡盘可获得的总收缩为7×10.5微米＝73.5微米。
在期望二维中的热控制的情况下，使用以上所描述的方法控制一个维度，并且使用图8中所示的方法控制另一个维度。在图8中，在卡盘的宽度方向上的热膨胀使用肋806抵消。为了抵消卡盘的长度方向上的热膨胀，卡盘通过锚固件818被锚固在一侧上，机械地约束卡盘在一侧上的运动，同时晶片被锚固以便通过锚固件818被约束在相反方向上的运动。因此，在卡盘在一个方向上膨胀时，晶片在相反方向上膨胀，由此抵消了由于热膨胀引起的未对准。
图9示出了用于抵消由于热膨胀引起的晶片未对准的另一个实施例。在图9的实施例中没有使用凸台。相反，夹持力被不均匀地施加到晶片，由此允许晶片的部分膨胀造成其弯曲。实现的效果如下。卡盘900的顶表面910设置有多个线性凹槽907。因此，当晶片被放置在卡盘上时，晶片的大部分接触卡盘的顶部电介质层，但是在沟槽处，晶片以距离d远离电介质，如图9的标注所示，取决于所执行的处理，晶片处于空气或真空中。晶片上的夹持力是介电常数、所施加的夹持电压和从晶片上的电荷到卡盘的电极上的电荷的距离的倒数平方的函数。在凹槽处，介电常数是1，而远离凹槽，介电常数将取决于卡盘的电介质材料，并且作为示例如果该材料是阳极氧化铝，则介电常数可以是9-10。因此，晶片上远离凹槽907的夹持力f大约是凹槽907处的十倍。因此，在晶片热膨胀时，由于其通过强大的夹持力被锚固在凹槽的两侧上，但是在凹槽上方经受较低的夹持力，晶片将在标注中标记为b的方向上在凹槽907上向上弯曲。
图9的热膨胀控制可以通过图9a中所示的实施例与图8的热膨胀控制集成。如图9a所示，线性凹槽907仅部分地横跨卡盘延伸，由此形成无凹槽区域916。由于在区域916处不存在凹槽，因此在该区域上的晶片上的夹持力是均匀的。因此，区域916用作晶片的锚固件。相反，由于在存在凹槽的卡盘的其余部分上的夹持力较低，晶片可以在远离区域916的方向上膨胀。通过将卡盘在与区域916相反的方向上机械地锚固918，卡盘可以在与晶片膨胀相反的方向上热膨胀。因此，可以消除晶片和卡盘的热膨胀。
尽管已经就具体材料和具体步骤的各示例性实施例而言讨论了本发明，但是本领域技术人员应当理解，可以制备和/或使用这些具体实施例的变型并且这些结构和方法将遵循由所描述和示出的实践以及操作的讨论所赋予的理解以便在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下促成修改。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(原始)一种用于半导体晶片的卡盘，其包括：
具有绝缘顶表面的本体；
多个细长弯曲装置，每一个被构造成在热膨胀时造成晶片的弯曲，使得所述晶片呈现波纹形状，并且其中所有的所述细长弯曲装置彼此平行定位；
嵌入所述本体内的电极。
2.(原始)根据权利要求2所述的卡盘，其中所述电极包括多个细长电极板，每个电极板位于两个所述细长弯曲装置之间。
3.(原始)根据权利要求2所述的卡盘，其中每个所述细长弯曲装置穿过所述绝缘顶表面的整个长度延伸。
4.(原始)根据权利要求3所述的卡盘，其中每个所述细长弯曲装置包括线性凸台。
5.(原始)根据权利要求3所述的卡盘，其中每个所述细长弯曲装置包括沿着单行布置的多个线性凸台。
6.(原始)根据权利要求1所述的卡盘，其中所述电极包括单个电极板。
7.(原始)根据权利要求6所述的卡盘，其中每个所述细长弯曲装置包括穿过所述绝缘顶表面的整个长度延伸的线性沟槽。
8.(原始)根据权利要求6所述的卡盘，其中每个所述细长弯曲装置穿过所述绝缘顶表面的一部分延伸，使得在其中没有所述细长弯曲装置的顶表面上限定出锚固区域。
9.(原始)根据权利要求8所述的卡盘，其中每个所述细长弯曲装置包括线性沟槽。
10.(原始)根据权利要求9所述的卡盘，其进一步包括锚固件，所述锚固件机械地约束所述卡盘在一侧的运动并且允许所述卡盘在相反侧上热膨胀。
11.(原始)一种用于半导体晶片的卡盘，其包括具有顶表面的板、多个细长直肋，每个所述细长直肋在所述卡盘的顶表面的整个长度延伸，其中每个所述细长肋的宽度和高度被构造成使得当夹持电位被施加到卡盘时，晶片围绕每个细长肋弯曲使得所述晶片的背表面接触所述卡盘的顶表面并且所述细长肋的数量被配置成产生膨胀补偿以补偿在加热时晶片的热膨胀。
12.(原始)根据权利要求11所述的卡盘，其进一步包括嵌入所述卡盘内的多个细长电极，并且每个电极位于两个细长肋之间。
13.(原始)根据权利要求11所述的卡盘，其进一步包括锚固件，所述锚固件机械地约束所述卡盘在一侧的运动，并且允许所述卡盘在相反侧上的热膨胀。
14.(原始)根据权利要求11所述的卡盘，其中所述顶表面是绝缘体。
15.(原始)根据权利要求11所述的卡盘，其中所述顶表面包括阳极氧化铝。
16.(原始)根据权利要求11所述的卡盘，其中所述细长直肋表面是绝缘体。
17.(原始)根据权利要求11所述的卡盘，其中所述细长直肋包括阳极氧化铝。
18.(原始)根据权利要求11所述的卡盘，其中每个所述细长肋的宽度和高度被构造成使得晶片能够弯曲到小于等于十度的偏转角，其中所述偏转角由从所述卡盘的顶表面到与由所述晶片的弯曲引起的凸起相切的线的角度限定。
19.(原始)一种用于处理半导体晶片的方法，其包括：
提供一种具有顶表面和形成在所述顶表面上的多个细长弯曲装置的卡盘；
将所述晶片放置在所述卡盘上；
确定所述晶片的热膨胀；
向所述卡盘施加夹持电位以便造成所述晶片围绕每个所述细长弯曲装置弯曲使得所述晶片呈现波纹形貌。
20.(原始)根据权利要求19所述的方法，其进一步包括根据所述晶片的温度增加来增加所述夹持电位。
21.(原始)根据权利要求20所述的方法，其进一步包括机械地锚固所述卡盘的一侧。