專利名稱：抗下垂制動(dòng)裝置及側(cè)壁加熱器擴(kuò)散爐的超低質(zhì)量運(yùn)送系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及連續(xù)輸送器、多線道式(multi-lane)擴(kuò)散爐用于通過使用在700-1100°C范圍內(nèi)的輻射電阻或/和IR燈加熱對(duì)太陽能電池晶片進(jìn)行加工，以使P和/或B摻雜劑組合物擴(kuò)散或/和共擴(kuò)散到晶片中的硅(或其他先進(jìn)材料)中，由此形成P_n結(jié)表面層或/和背表面電場(chǎng)層。具體來說，本發(fā)明涉及一種太陽能電池?cái)U(kuò)散爐，具有一或多個(gè)加熱區(qū)域以及超低質(zhì)量、低摩擦力、橫向金屬絲懸掛式氧化鋁管運(yùn)送系統(tǒng)，加上縱向側(cè)壁輻射加熱器和抗下垂制動(dòng)裝置組合件。
背景技術(shù)：
制造硅基太陽能電池需要用“線狀鋸”從硅錠上橫向切割下來薄片硅，用來形成粗糙的太陽能電池晶片。隨后對(duì)這些晶片(不論是由單晶形成還是由結(jié)合在一起的多晶形成)·進(jìn)行加工以形成厚度在140到330微米范圍內(nèi)的平滑晶片。由于合適的硅的稀缺，趨勢(shì)是使晶片更薄，通常厚度為140-180微米。隨后將完工的原始晶片(raw rafer)加工成能夠通過光伏效應(yīng)產(chǎn)生電的功能性太陽能電池。晶片加工包含稱為擴(kuò)散的兩段式工藝，其產(chǎn)生半傳導(dǎo)“P_n”結(jié)二極管；然后是第三個(gè)工藝，在這個(gè)工藝中分別將銀和鋁基漿料涂層絲網(wǎng)印刷到晶片的正面和背面上，然后燒成p-n結(jié)柵格以及背接觸層，其中這些層分別充當(dāng)歐姆集電極以及接地。擴(kuò)散工藝大致包括兩個(gè)階段第一個(gè)階段是向晶片的正面和/或背面涂覆(涂布)一或多種類型的摻雜劑材料并使這些材料干燥，然后，第二個(gè)階段是在擴(kuò)散爐、室或加熱區(qū)域中對(duì)已涂布的晶片進(jìn)行加熱(焙燒)，以使摻雜劑組合物擴(kuò)散到硅(或其他先進(jìn)材料)晶片基質(zhì)中，從而形成P-n結(jié)層或背接觸層。本發(fā)明涉及有所改進(jìn)的擴(kuò)散爐和焙燒工藝、進(jìn)程和熱首1J面。在有各種磷(P)或硼(B)源的情況下，在高溫下發(fā)生擴(kuò)散。使用磷在晶片的頂表面上產(chǎn)生P型結(jié)，而使用硼在背表面上產(chǎn)生n型結(jié)。摻磷硅(P-doped Si)形成光伏電池的“發(fā)射極”層，即，在暴露于陽光(常規(guī)光子源)時(shí)發(fā)射電子的層。如上所述，經(jīng)絲網(wǎng)印刷的金屬接點(diǎn)的精細(xì)網(wǎng)收集這些電子，所述金屬接點(diǎn)是通過金屬化爐燒結(jié)到電池的表面中。通過高溫?cái)U(kuò)散工藝驅(qū)使磷進(jìn)入到晶片中。當(dāng)前的工藝通常耗時(shí)20-30分鐘。另外的“電活性”磷使低電阻接點(diǎn)得以形成。在共擴(kuò)散中，向晶片的背表面涂覆硼化合物，并且向晶片的頂表面涂覆磷化合物。在單次焙燒中對(duì)晶片進(jìn)行加熱，以便同時(shí)使硼與磷兩者共擴(kuò)散到其對(duì)應(yīng)的底表面與頂表面中。在進(jìn)行擴(kuò)散以及各種清潔、激光邊緣燒蝕以及蝕刻工藝以便從晶片的兩面移除不需要的半導(dǎo)體結(jié)后，用抗反射涂層(ARC)(通常是氮化硅(SiN3))對(duì)所述晶片進(jìn)行涂布，這通常是通過等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(PECVD)來進(jìn)行。在ARC涂覆后，電池呈深藍(lán)色的表面顏色(或棕色，這取決于所用的涂布材料)。ARC使波長(zhǎng)約0. 6微米的入射光子的反射減到最低。由于ARC的形成而嵌入到硅中的氫湊巧有修復(fù)體缺陷的作用，尤其是多晶材料中的體缺陷。所述缺陷是一些陷阱，電子-空穴對(duì)可在這些陷阱中重組，從而減小電池效率或功率輸出。在隨后的IR金屬化焙燒過程中，高溫(超過850°C)會(huì)使氫從晶片中擴(kuò)散回去。因此，為了防止所述的氫從晶片“放氣”，需要焙燒時(shí)間較短。最好將氫捕獲并留在塊體材料中(尤其是在多晶材料的情況下)。本發(fā)明涉及有所改進(jìn)的擴(kuò)散焙燒爐以及擴(kuò)散工藝。當(dāng)前可用于這些擴(kuò)散焙燒工藝的IR輸送器爐具有長(zhǎng)的加熱室，其中多個(gè)IR燈在晶片運(yùn)送系統(tǒng)(金屬絲網(wǎng)帶或陶瓷輥輸送器)上方與下方實(shí)質(zhì)上均勻地隔開(通常隔開I. 5〃)。通過各種形式的絕緣，最常見的是壓縮型絕緣纖維板，使加熱區(qū)域與外部環(huán)境絕緣。紅外線(IR)燈使傳入的硅晶片的溫度升高到大約700°C到950°C。在擴(kuò)散工藝的30分鐘持續(xù)時(shí)間內(nèi)，保持這個(gè)溫度，然后使晶片冷卻并將其傳輸?shù)较乱粋€(gè)下游工藝操作和設(shè)備。當(dāng)前可用的擴(kuò)散爐通常使用兩種類型的晶片運(yùn)送系統(tǒng)之一 1)高質(zhì)量輸送器，其包括多個(gè)靜態(tài)(非縱向移動(dòng))的重型(>350Kg)實(shí)心陶瓷旋轉(zhuǎn)輥；或2)活動(dòng)(縱向移動(dòng))的金屬絲網(wǎng)帶，用來輸送晶片通過爐的焙燒區(qū)域。為了使晶片背表面的金屬污染減到最低或防止晶片背表面的金屬污染，當(dāng)前優(yōu)選靜態(tài)陶瓷旋轉(zhuǎn)輥爐。這些爐的工作寬度通常為I到2米，允許晶片并排放在帶或輥輸送器上，因此被稱為“多線道式”爐。典型的常規(guī)擴(kuò)散爐約為400〃長(zhǎng)，有160個(gè)36〃寬的IR燈放在輥上方，100到160個(gè)燈放在輥下方。 在這些高質(zhì)量靜態(tài)實(shí)心旋轉(zhuǎn)輥輸送器爐中，IR燈用很長(zhǎng)時(shí)間將爐室的溫度升高到擴(kuò)散溫度，擴(kuò)散溫度的范圍為700°c到950°C。操作原理顯然是這樣的輥下方的IR燈保持輥是熱的，且晶片與輥的接觸幫助熱傳遞到晶片，這種熱傳遞是通過熱接觸傳導(dǎo)進(jìn)行。沿著輸送器有顯著的熱剖面，其在入口處升高而在出口處降低。至于金屬絲網(wǎng)帶輸送器，必須用石英管在中間對(duì)帶進(jìn)行支撐，以防止帶下垂且提供低摩擦力的滑動(dòng)表面。由于管遮住晶片的下側(cè)，為了防止晶片上出現(xiàn)“冷”條帶，將管安排成人字形圖案。然而，管的價(jià)格很高，使輸送器系統(tǒng)的質(zhì)量增加，并且阻礙進(jìn)入爐的下部加熱區(qū)域。因此，當(dāng)前技術(shù)水平的實(shí)心旋轉(zhuǎn)陶瓷輥輸送器或金屬絲網(wǎng)帶爐無法滿足在控制基建費(fèi)用的同時(shí)加快生產(chǎn)并且加大生產(chǎn)能力的需求。為了補(bǔ)償，使?fàn)t橫向更寬，這樣就可以在每個(gè)爐區(qū)域中加工多條線路的晶片。這又需要更長(zhǎng)、價(jià)格更高的燈，這些燈的平均失效時(shí)間通常實(shí)質(zhì)上更短，從而顯著增加操作成本。同樣，當(dāng)前無法增加燈的功率，這是因?yàn)楦叩妮敵隹蓪?dǎo)致燈元件過熱，這是由爐的熱質(zhì)量引起的(主要是在高質(zhì)量實(shí)心陶瓷輥輸送器系統(tǒng)中)。為了防止過熱，使用熱電偶來降低功率密度，但這會(huì)導(dǎo)致IR燈發(fā)射的光譜輸出發(fā)生實(shí)質(zhì)變化(較低的光通量和能量輸出)。降低的光通量結(jié)果又需要降低輸送器帶的速度或延長(zhǎng)爐的長(zhǎng)度(同時(shí)維持原始的帶速度)，因此使加工變慢。因此，在擴(kuò)散爐和擴(kuò)散焙燒工藝的領(lǐng)域中有如下尚未滿足的需求顯著改進(jìn)焙燒區(qū)域的凈有效使用，提供對(duì)整個(gè)爐的更好控制和熱剖面，允許改進(jìn)焙燒能量的利用，改進(jìn)擴(kuò)散工藝的速度和均勻性，在保持或改進(jìn)生產(chǎn)能力的同時(shí)減小爐的長(zhǎng)度，并且在爐的占據(jù)面積減小且能量、操作和維護(hù)成本更低的情況下實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明滿足了此項(xiàng)領(lǐng)域中的這些需求，本發(fā)明涉及多區(qū)域太陽能電池?cái)U(kuò)散爐，所述擴(kuò)散爐具有超低質(zhì)量的活動(dòng)運(yùn)送系統(tǒng)，用來輸送晶片通過多個(gè)加熱和冷卻區(qū)域，所述區(qū)域包含至少一個(gè)入口擋板區(qū)域、升高區(qū)域，然后是下游的一或多個(gè)擴(kuò)散均熱區(qū)域和任選的擴(kuò)散焙燒區(qū)域，以及一或多個(gè)冷卻區(qū)域，用于磷或/和硼摻雜劑的正面和/或背面擴(kuò)散或/和共擴(kuò)散，從而在晶片基質(zhì)中形成P型或n型結(jié)和/或背接觸層。確切地說，本發(fā)明涉及晶片焙燒爐的超低質(zhì)量活動(dòng)運(yùn)送系統(tǒng)，所述運(yùn)送系統(tǒng)包含抗下垂制動(dòng)裝置和側(cè)壁加熱器，以確保對(duì)沿著多線道式爐的外側(cè)線道橫越的晶片進(jìn)行均勻的加熱。如本文中作為實(shí)例所揭示的，在兩個(gè)替代性實(shí)施例中說明了本發(fā)明的運(yùn)送系統(tǒng)A)帶/銷驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；以及B)輥鏈/鏈輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中輥鏈/鏈輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是當(dāng)前優(yōu)選實(shí) 施例。在兩個(gè)實(shí)施例中，晶片在縱向通過加工區(qū)域的過程中支撐在非旋轉(zhuǎn)式的小直徑中空耐火管上，所述耐火管是承載在橫跨運(yùn)送系統(tǒng)的寬度的懸掛金屬絲或桿上。在帶/銷驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，所述金屬絲的相對(duì)兩端由支架承載，所述支架是由驅(qū)動(dòng)帶形成或附于驅(qū)動(dòng)帶上。在輥鏈/鏈輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，金屬絲的末端安裝在鏈節(jié)樞軸的中空管中。在當(dāng)前優(yōu)選的加熱系統(tǒng)中，在上部加熱區(qū)域中使用橫向定向式IR燈，而在下部加熱區(qū)域中使用IR燈與電阻加熱的組合。為了改進(jìn)跨越爐寬度的橫向加熱均勻性，將電阻加熱器放在與兩個(gè)縱向側(cè)壁相鄰處，所述側(cè)壁定向成平行于爐的中心線并且與所述中心線隔開，而將IR燈橫向放在縱向側(cè)壁電阻加熱元件上方或下方，優(yōu)選為下方?？v向側(cè)壁電阻加熱器布置在石英管、陶瓷管或穩(wěn)定SiC管中，所述管布置在緊靠輸送器下方。在5線道或更寬的爐中，所述加熱器用以保持與對(duì)應(yīng)的側(cè)壁相鄰的行I和5中的晶片處于適當(dāng)?shù)臄U(kuò)散溫度。這尤其適用于共擴(kuò)散加工。使用高強(qiáng)度IR燈隔離模塊的優(yōu)點(diǎn)在于，提供了短波長(zhǎng)、高通量IR光調(diào)節(jié)，從而促進(jìn)更快的擴(kuò)散。在本發(fā)明中，應(yīng)理解，在提到高強(qiáng)度IR燈(HI-IR)之處，可使用SiC輻射/再輻射加熱元件，HI-IR燈元件的揭示內(nèi)容僅作為實(shí)例。通過使用超低質(zhì)量、活動(dòng)(縱向移動(dòng))的、有防護(hù)的運(yùn)送系統(tǒng)在爐區(qū)域中實(shí)施先進(jìn)材料太陽能電池晶片(例如，硅、硒、鍺或鎵基太陽能電池晶片)的運(yùn)送，所述運(yùn)送系統(tǒng)包括橫向隔開的運(yùn)送元件的兩個(gè)或兩個(gè)以上連續(xù)環(huán)，所述運(yùn)送元件包括在晶片加工行進(jìn)路徑的每一側(cè)上的寬度窄的“帶”，所述帶承載重量輕、直徑小、非旋轉(zhuǎn)式的耐火管，所述耐火管是懸掛在綁在所述帶之間的金屬絲上。所述耐火管是薄壁的、堅(jiān)硬的陶瓷或玻璃質(zhì)材料，優(yōu)選為選自氧化鋁、二氧化硅、氧化鋯中的至少一個(gè)。以許多示范性實(shí)施例來實(shí)施運(yùn)送系統(tǒng)“帶”，第一項(xiàng)是橫向隔開的金屬、水平定向的扁平帶或帶子，每個(gè)帶都有多個(gè)垂直延伸的支架，所述支架沿著帶縱向隔開。所述支架承載金屬絲，所述金屬絲上穿有耐火管。所述金屬絲在匹配的支架對(duì)(每個(gè)帶上一個(gè)支架)之間跨晶片行進(jìn)路徑橫向延伸。在第二項(xiàng)目前優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)帶是輥鏈，例如，穩(wěn)固的自行車型鏈，這種鏈具有中空管而不是實(shí)心鏈節(jié)件。耐火管懸掛金屬絲穿過鏈節(jié)管，并且所述金屬絲的末端支撐在所述鏈節(jié)管中。在兩項(xiàng)實(shí)施例中，通過下文中詳細(xì)描述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)運(yùn)送元件或“帶”進(jìn)行同步驅(qū)動(dòng)。使所述帶的移動(dòng)保持同步可以保持承載了耐火管的金屬絲彼此平行并且是直的，即，與沿著加工路徑的晶片行進(jìn)方向正交。可使用適合的對(duì)齊輥或?qū)б?。重要的是，本發(fā)明的超低質(zhì)量輸送器系統(tǒng)有一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)，S卩，不需要使用輸送器支撐桿，因此基本上不會(huì)遮蔽晶片底表面，這就使在運(yùn)送速度更高或爐長(zhǎng)度更短的情況下進(jìn)行有效的共擴(kuò)散成為可能。在兩項(xiàng)實(shí)施例中，使晶片依次穿過擴(kuò)散爐的若干區(qū)域，同時(shí)位于沿著耐火管間隔開的環(huán)形支座上，這導(dǎo)致污染較少。所述支座可具有多種外部輪廓配置，例如，圓錐形、圓形(環(huán)形)、垂直的銳緣、傾斜的、雙圓錐形、正方形頂、鰭、肋以及這些形狀的組合等等。耐火材料優(yōu)選是選自高溫陶瓷或玻璃質(zhì)材料，所述材料可通過鑄造、干壓、擠壓或機(jī)械加工來進(jìn)行精確配置，并且優(yōu)選包含二氧化硅(包含二氧化硅玻璃)、氧化鋁和氧化鋯中的至少一種。升高區(qū)域和/或焙燒區(qū)域的配置對(duì)本發(fā)明的設(shè)備或操作方法并不重要，IR燈或電阻加熱元件有多種安排。例如，在第一項(xiàng)實(shí)施例中，在爐的寬度窄(運(yùn)送系統(tǒng)窄)的情況下，或在僅有頂面磷摻雜的情況下，可在全部區(qū)域中使用HI-IR輻射通量燈實(shí)施全部加熱。在這些工藝應(yīng)用中，任選地使用HI-IR區(qū)域，所述HI-IR區(qū)域采用IR燈隔離模塊來使溫度升高到優(yōu)選的均熱溫度。在其他實(shí)施例中，包含升高(緩沖)區(qū)域和均熱區(qū)域的若干區(qū)域可為 獨(dú)立的IR燈加熱式區(qū)域。在第二項(xiàng)實(shí)施例中，在爐的工藝路徑寬(運(yùn)送系統(tǒng)約為I到2米寬)的情況下，或在用硼進(jìn)行摻雜或用磷對(duì)正面進(jìn)行摻雜并且用硼對(duì)背面進(jìn)行摻雜的工藝中(其中溫度高于9500C，例如，在1000-1100°C的范圍內(nèi))，焙燒加熱元件可為電阻輻射型，例如SiC桿或盤管式元件，所述元件任選地裝在保護(hù)性石英管或再輻射(不透明)陶瓷型管中。在任一項(xiàng)加熱元件配置實(shí)施例中，可混合加熱元件，即，可使用獨(dú)立的IR燈、HI-IR輻射通量隔離模塊以及電阻熱輻射/再輻射元件。例如，輸入升高(擋板)區(qū)域可為獨(dú)立的IR燈，然后是任選的第一 HI-IR通量隔離模塊，然后是第二焙燒區(qū)域和均熱區(qū)域中的耐高溫輻射/再輻射元件。均熱區(qū)域可能僅僅是焙燒區(qū)域的延伸。同樣，焙燒區(qū)域可能是緩沖或升高區(qū)域的延伸。即，區(qū)域的名稱并不是決定因素，實(shí)施對(duì)運(yùn)送系統(tǒng)上方和下方的元件的類型、位置和數(shù)目的選擇是為了實(shí)現(xiàn)所需的焙燒溫度和加工進(jìn)程(磷擴(kuò)散、硼擴(kuò)散或兩者)。在本發(fā)明的低質(zhì)量運(yùn)送系統(tǒng)中，晶片不會(huì)碰到金屬絲網(wǎng)帶或陶瓷輥，而是支撐在陶瓷支座上，因此沒有金屬污染，晶片中不會(huì)形成熱點(diǎn)，并且晶片不會(huì)像常規(guī)的輥輸送器系統(tǒng)中一樣偏到一側(cè)或另一側(cè)。另外，本發(fā)明的擴(kuò)散工藝是高輻射通量驅(qū)動(dòng)的工藝，而不是導(dǎo)熱的、波長(zhǎng)較長(zhǎng)的工藝。在第一項(xiàng)晶片運(yùn)送系統(tǒng)實(shí)施例中，運(yùn)送系統(tǒng)側(cè)邊帶包含縱向均勻間隔的驅(qū)動(dòng)孔。每個(gè)帶配置成無限環(huán)，所述環(huán)包括運(yùn)送區(qū)段(用于向前運(yùn)動(dòng)，穿過加工區(qū)域)和返回區(qū)段。通過爐的出口端處的一或多個(gè)銷驅(qū)動(dòng)輥對(duì)所述帶環(huán)進(jìn)行同步驅(qū)動(dòng)。所述帶通常是耐高溫的金屬，例如，奧氏體鎳基超耐熱合金系列的一員，合適的實(shí)施方案是鎳鉻合金，即，80/20的鎳/鉻合金。其他的帶材料包含鈦、因科鎳(例如600型因科鎳)或其他高溫合金。所述帶在爐區(qū)域每一側(cè)上在有防護(hù)的通道中滑動(dòng)，通道部件由氧化鋁、二氧化硅、石英或其他高溫低摩擦力陶瓷材料構(gòu)成，以使對(duì)所述帶的加熱減到最低。任選地通過將環(huán)境空氣或冷卻后的壓縮空氣射到所述帶上來對(duì)所述帶進(jìn)行冷卻。在第二項(xiàng)運(yùn)送實(shí)施例中，使用輥鏈而不是所述帶，并且不需要垂直支架。相反，懸掛金屬絲的每一端安裝在側(cè)面鏈節(jié)的管狀套管樞軸部件中。每個(gè)側(cè)面鏈在低摩擦力高溫陶瓷材料滑塊中的凹槽或通道中滑動(dòng)，或者跨騎在所述滑塊上的導(dǎo)引脊上，并且充當(dāng)導(dǎo)引器，用來維持鏈的線性跟蹤和適當(dāng)對(duì)齊。通過位于擴(kuò)散爐的出口或入口端下方的鏈輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(同一個(gè)驅(qū)動(dòng)軸上的兩個(gè)橫向隔開的驅(qū)動(dòng)鏈輪)來驅(qū)動(dòng)所述鏈。在鏈輪驅(qū)動(dòng)位于返回路徑的入口端下方的情況下，對(duì)改向用的鋼空轉(zhuǎn)輪鏈輪或有凸緣的輪進(jìn)行適當(dāng)定位，得到牽拉驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在爐的前端，橫向隔開的第二改向空轉(zhuǎn)輪使鏈向上轉(zhuǎn)到入口空轉(zhuǎn)輪上，所述入口空轉(zhuǎn)輪使鏈改向回到工藝路徑上，從而形成回路。使用適當(dāng)?shù)母南蚩辙D(zhuǎn)輪和/或輥，任選地將所述驅(qū)動(dòng)定位于爐的入口端與出口端之間的的任何地方?？稍跔t的冷卻區(qū)段中和/或在返回路徑上對(duì)所述鏈進(jìn)行冷卻，優(yōu)選是通過誘導(dǎo)式通風(fēng)空氣或壓縮空氣進(jìn)行冷卻。關(guān)于高強(qiáng)度IR通量加熱元件實(shí)施例(在緩沖和/或升高區(qū)域的下游使用)，HI-IR區(qū)域使溫度快速(約2秒內(nèi))升高到擴(kuò)散工藝設(shè)定點(diǎn)，所述擴(kuò)散工藝設(shè)定點(diǎn)在約700°C到約950°C的范圍中，同時(shí)通過用高強(qiáng)度短波長(zhǎng)IR輻射通量對(duì)涂有摻雜劑的晶片表面進(jìn)行照 射來對(duì)所述表面進(jìn)行光調(diào)節(jié)，以使擴(kuò)散速度更快。與長(zhǎng)波長(zhǎng)輻射工藝相比，這個(gè)實(shí)施例在擴(kuò)散工藝中利用短波長(zhǎng)IR輻射通量，這使得擴(kuò)散加工時(shí)間縮短了一半或更多，導(dǎo)致生產(chǎn)能力翻倍或更大。作為實(shí)例，在操作中，本發(fā)明的爐可在6分鐘內(nèi)完成擴(kuò)散加工，而當(dāng)前常規(guī)工藝的速度為12到14分鐘。因此，生產(chǎn)能力翻倍或更大。另外，電池p-n結(jié)層的電阻率不僅在晶片上更均勻且在不同晶片中是一致的，而且是在介于45-100歐姆/平方厘米之間的“最佳點(diǎn)”中。本發(fā)明的快速擴(kuò)散工藝的一個(gè)重要方面是，在使用IR燈的情況下，所述IR燈是在實(shí)質(zhì)上高于常規(guī)爐的功率下操作(最大的燈額定功率的百分?jǐn)?shù))。在第一項(xiàng)實(shí)施例中，控制器使用以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的算法來調(diào)整在每個(gè)區(qū)域中以及頂部與底部的燈的功率，所述調(diào)整是根據(jù)預(yù)設(shè)的所需溫度、僅通過電壓控制來進(jìn)行。在第二項(xiàng)實(shí)施例中，通過熱電偶來監(jiān)測(cè)每個(gè)對(duì)應(yīng)的區(qū)域中的溫度，并且通過反饋回路控制算法來調(diào)整燈的電壓。另外，監(jiān)測(cè)電壓以確保在熱電偶失效的情況下不會(huì)向燈供應(yīng)過量的電壓。在常規(guī)的靜態(tài)旋轉(zhuǎn)輥爐中，燈在5-20%的功率下操作，因此所述燈的特點(diǎn)為如果不進(jìn)行有效的光調(diào)節(jié)，那么通量更低且波長(zhǎng)更長(zhǎng)。在常規(guī)的金屬網(wǎng)帶爐中，主要問題是晶片的金屬離子污染，這是因?yàn)榫苯游挥诮饘倬W(wǎng)上或位于并入到帶中的金屬“點(diǎn)”上。即使在金屬網(wǎng)帶上使用了陶瓷球珠涂層，金屬離子云仍會(huì)從所述帶的網(wǎng)金屬中溢出，從而對(duì)太陽能電池層的化學(xué)性質(zhì)造成不利影響。已經(jīng)嘗試用磷摻雜劑對(duì)晶片的底部進(jìn)行涂布，以減少來自金屬網(wǎng)帶的金屬污染。然而，這導(dǎo)致在晶片的底部上形成P-n結(jié)層。這又需要額外的工藝步驟來蝕刻掉所述底部p-n結(jié)層。所述蝕刻步驟通常是分批處理，這要用額外的時(shí)間，因而減緩了生產(chǎn)速度。本發(fā)明的低質(zhì)量陶瓷管運(yùn)送系統(tǒng)處理并解決了這些問題。第一，金屬運(yùn)送組件(帶或鏈)放在爐區(qū)域的側(cè)面，并且這些組件配置成不受元件輻射[熱]，這延長(zhǎng)了組件壽命。第二，運(yùn)送用的橫金屬絲完全防護(hù)在低質(zhì)量陶瓷管中，所述陶瓷管是與晶片的接觸最少的非旋轉(zhuǎn)式陶瓷支撐件。有防護(hù)的驅(qū)動(dòng)帶或鏈元件結(jié)合由陶瓷管進(jìn)行防護(hù)的晶片支撐金屬絲確保了清潔的氛圍，從而使焙燒區(qū)域?qū)嵸|(zhì)上沒有金屬離子污染。第三，陶瓷管整體來說質(zhì)量比輥低得多，并且雖然是非旋轉(zhuǎn)式的，但還是活動(dòng)的，即，向爐中并且向爐外移動(dòng)，因此不存在大的靜態(tài)熱質(zhì)量，大的靜態(tài)熱質(zhì)量需要功率縮減。另外，因?yàn)樘沾晒軕覓煸诮饘俳z上，所以如果陶瓷管垂直地裂開，那么陶瓷管保持在金屬絲上并且不需要立即使?fàn)t停下來以便進(jìn)行更換。相比來說，在實(shí)心輥爐中，當(dāng)輥斷裂時(shí)，必須使?fàn)t停下來。最后，晶片不與陶瓷管接觸，在陶瓷肋支座上升高到陶瓷管上方，所述支座優(yōu)選配置成僅在邊緣處支撐晶片。與上述常規(guī)的當(dāng)前可用的熱擴(kuò)散爐的5-20%操作功率等級(jí)相對(duì)照，本發(fā)明的工藝實(shí)施例使用在40-70%功率或更大功率下操作的IR燈，其結(jié)果是，本發(fā)明的系統(tǒng)中的燈IR通量實(shí)質(zhì)上更高，并且峰值保持在短IR范圍(低于約I. 4微米)中，IR波長(zhǎng)峰值通常是約I. 25微米。根據(jù)本發(fā)明的工藝由IR燈產(chǎn)生的相對(duì)通量強(qiáng)度約為上述常規(guī)熱擴(kuò)散爐中的4到5倍大。通過使用封閉在石英、陶瓷或穩(wěn)定SiC管中的縱向電阻加熱元件，避免了兩個(gè)側(cè)面線道(例如，線道I和5)中的熱衰減。如上所述，本發(fā)明的爐在一些實(shí)施例中在升高或/和HI-IR爐區(qū)域中采用了HI-IR燈模塊，任選地包含隔離型模塊。所述模塊包括具有平行的橫向(與運(yùn)送方向橫切)冷卻/反射器通道的絕緣反射器元件，一或多個(gè)IR燈在所述通道中的每一個(gè)中居中。所述通道可選擇性地由IR透明的透射窗所覆蓋，例如,石英、Vicor、Pyrex、Robax、其他高溫玻璃、人造藍(lán)寶石等等。高強(qiáng)度多IR燈隔離模塊布置成彼此面對(duì)并且間隔開，一個(gè)模塊在爐輸送器運(yùn)送系統(tǒng)上方，而一個(gè)模塊任選地在所述系統(tǒng)下方，以便在所述模塊之間界定所選的IR燈加 熱式工藝焙燒區(qū)域，模塊燈和冷卻空氣通道與所述區(qū)域隔離開。在使用所述窗的情況下，所述通道優(yōu)選在其相對(duì)端上打開，以便冷卻氣流進(jìn)入或/和排出。通過歧管，至少在每個(gè)通道的一端引入冷卻氣體，并且在另一端或者在兩端的中間將冷卻氣體排出。透射板窗阻止高壓/高速的燈冷卻空氣/氣體進(jìn)入并且干擾工藝區(qū)(承載硅晶片的運(yùn)送系統(tǒng)穿過所述工藝區(qū))，而同時(shí)允許使用大量冷卻氣體來維持對(duì)燈石英以及玻璃/石英透射板的充分冷卻。通過隔離和冷卻，本發(fā)明允許IR燈在通常會(huì)使燈的殼體變軟且變彎(這會(huì)縮短使用壽命)的功率等級(jí)下操作。在另一項(xiàng)實(shí)施例中，隔離模塊包括隔開的IR燈，所述IR燈有或沒有通道反射器，并且有在所述燈下方隔開的Robax型玻璃窗，因此，所述窗(上方和下方)將輸送器(承載所述晶片)與燈的空間隔離開來。這種隔離幾何結(jié)構(gòu)，加上對(duì)本發(fā)明的IR燈的任選冷卻，允許燈的功率從15-20%的功率密度的當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)增大到40-70%的范圍或更高。在使用常規(guī)的100瓦/英寸的IR燈的情況下，這導(dǎo)致升高和HI-IR焙燒區(qū)域中的加熱速度從約30°C /秒(常規(guī)爐)增大到約80-150°C /秒。這使加熱速度比常規(guī)爐的速度有效增大了 2倍到4倍，而不會(huì)導(dǎo)致燈關(guān)小、關(guān)閉或變形。另外，本發(fā)明的燈隔離/任選的冷卻系統(tǒng)允許增大輸送器帶的速度。這導(dǎo)致產(chǎn)量實(shí)質(zhì)增大，或允許縮短爐的長(zhǎng)度(在產(chǎn)量相同的情況下)，這會(huì)減小爐的占據(jù)面積。為了在均熱區(qū)域中通過高的燈功率密度維持高通量以便進(jìn)行磷擴(kuò)散，以實(shí)現(xiàn)高速加工，從所述區(qū)域移除熱。冷卻空氣流在均熱區(qū)域中的方向是從上到下的，用以抑制微粒沉積在晶片的頂表面上并且移除所述微粒。因此，與高質(zhì)量靜態(tài)陶瓷旋轉(zhuǎn)輥輸送器系統(tǒng)(其中加工方法不會(huì)從加工區(qū)域移除熱)相對(duì)照，在本發(fā)明的系統(tǒng)和工藝中，移除了熱，以便能夠維持高功率密度并且允許高通量、短波長(zhǎng)的IR晶片光調(diào)節(jié)，從而使所述工藝加速。雖然熱的移除似乎有悖常理，但高通量、短波長(zhǎng)的IR不僅僅補(bǔ)償了熱的移除。對(duì)加熱元件(無論是IR燈還是電阻(SiC)輻射元件，頂部還是底部)的功率進(jìn)行獨(dú)立調(diào)整或按組調(diào)整，以在每個(gè)區(qū)域中實(shí)現(xiàn)精確的溫度梯度控制?？墒褂靡詿犭娕紴榛A(chǔ)的溫度調(diào)節(jié)、電壓控制式功率調(diào)節(jié)或混合式系統(tǒng)，采用如上所述的PID控制器來實(shí)現(xiàn)溫度控制。燈的功率調(diào)節(jié)優(yōu)選是電壓控制式，因?yàn)檫@允許便于維持穩(wěn)定的燈功率，以獲得優(yōu)選的高IR強(qiáng)度(輻射通量)值以及總是恒定的光譜輸出。另外，使燈在更高功率密度下運(yùn)行增大了IR通量，并且還提供了更好的光譜范圍，其峰值處于適當(dāng)位置。關(guān)于利用本發(fā)明的運(yùn)送系統(tǒng)的共擴(kuò)散工藝，對(duì)示范性加工流水線進(jìn)行如下配置I)將晶片定向成底表面面向上；2)將硼摻雜劑涂覆到晶片的面向上的底表面上且使晶片干燥；3)對(duì)晶片進(jìn)行倒裝(例如，用旋轉(zhuǎn)式倒裝器)，使得晶片的頂表面現(xiàn)在面向上；4)將磷摻雜劑涂覆到晶片的頂表面上且使晶片干燥；5)將共摻雜后的晶片傳輸?shù)奖景l(fā)明的擴(kuò)散爐中；6)在爐中一次性對(duì)晶片進(jìn)行共焙燒，使晶片冷卻并將其傳輸?shù)较掠蔚腁RC、漿料絲網(wǎng)印刷、干燥和金屬化操作。因?yàn)楸景l(fā)明的低質(zhì)量運(yùn)送系統(tǒng)并未明顯遮住晶片的底面，所以底面得到適當(dāng)焙燒，因此發(fā)生硼擴(kuò)散，以便隨后形成背接觸層。運(yùn)送失效保護(hù)系統(tǒng)作為爐的一個(gè)選項(xiàng)，爐的下半部可具備下垂制動(dòng)裝置組合件，用以防止承載了陶瓷管和支座的懸掛金屬絲或桿在失效時(shí)過度下垂，例如，這種失效是由于金屬絲斷裂或在應(yīng)力或熱的作用下拉長(zhǎng)引起的。在目前優(yōu)選實(shí)施例中，下垂制動(dòng)裝置組合件包括滑塊部件，例如，選自石英管、桿或條帶，所述滑塊部件與輸送器運(yùn)送路徑的中心 線平行對(duì)齊，所述中心線與爐加熱區(qū)域的縱向中心線一致。制動(dòng)裝置滑塊部件與爐室的側(cè)壁向內(nèi)間隔開某個(gè)距離，這個(gè)距離使所述制動(dòng)裝置滑塊部件與支座的行進(jìn)路徑對(duì)齊并且在所述行進(jìn)路徑下方間隔開。制動(dòng)裝置滑塊部件的每個(gè)縱向末端安裝在(例如)爐焙燒區(qū)域的橫向壁中，這樣，滑塊部件的頂部在橫向壁的頂部上方。因此，如果運(yùn)送金屬絲和管組合件下垂，在這個(gè)時(shí)候，支座會(huì)與滑塊部件接觸，隨著運(yùn)送的進(jìn)行沿著滑塊部件滑動(dòng)，并且跳出爐的橫向壁，而不會(huì)下垂和斷裂，或另外損害運(yùn)送系統(tǒng)。例如，制動(dòng)裝置滑塊部件的頂部與支座的底部之間的間隔可約為I到2厘米。另外，因?yàn)橹苿?dòng)裝置滑塊部件與支座路徑對(duì)齊地間隔開，所以制動(dòng)裝置滑塊部件不會(huì)遮住晶片，而是與晶片的側(cè)面隔開。外部線道的側(cè)壁加熱在目前優(yōu)選的加熱系統(tǒng)中，在上部加熱區(qū)域中使用橫向定向式IR燈，而在下部加熱區(qū)域中使用IR燈與電阻加熱的組合。為了改進(jìn)跨越爐寬度的橫向加熱均勻性，將電阻加熱器放在與兩個(gè)縱向側(cè)壁相鄰處，所述側(cè)壁定向成平行于爐的中心線并且與所述中心線隔開，而將IR燈橫向放在縱向側(cè)壁電阻加熱元件上方或下方，優(yōu)選為下方?？v向側(cè)壁電阻加熱器布置在石英管、陶瓷管或穩(wěn)定SiC管中，所述管布置在緊靠輸送器下方。在5線道或更寬的爐中，所述加熱器用以保持與對(duì)應(yīng)的側(cè)壁相鄰的線道I和5中的晶片處于適當(dāng)?shù)臄U(kuò)散溫度。這尤其適用于共擴(kuò)散加工。側(cè)壁加熱器用以修整與側(cè)壁相鄰處的爐溫度，這是因?yàn)?，為防止使燈燒毀，IR燈加熱元件還沒有到側(cè)壁就終止了。如果IR燈加熱元件延伸到側(cè)壁絕緣物中，那么絕緣物會(huì)導(dǎo)致燈的局部溫度超過安全操作值。電阻型縱向側(cè)壁加熱器不會(huì)像主要的橫向IR燈那樣發(fā)光，而是在較低功率等級(jí)下操作以調(diào)整側(cè)壁附近區(qū)域的溫度，即，邊緣溫度，使所述溫度足夠高，以補(bǔ)償在燈末端處損失的功率以及穿過側(cè)壁絕緣物到爐外部的任何損失。由于較低功率的操作，所述縱向加熱器可放在主要的IR燈的水平面上方并且靠近側(cè)壁，間隔通常為約I到5厘米。在擴(kuò)散爐使用本發(fā)明的低質(zhì)量運(yùn)送系統(tǒng)的情況下，所述縱向加熱器還可放在輸送器平面的略下方，大約比陶瓷管的水平面低I到3厘米，所述陶瓷管包括晶片運(yùn)送支撐元件。示范性側(cè)壁加熱元件包括盤管電阻加熱元件，所述盤管電阻加熱元件封閉在因科鎳護(hù)套中并且通過MgO粉末與所述護(hù)套絕緣。隨后將所述元件插入可能透明、半透明或不透明的石英管中；因?yàn)樗鲈赡懿恍枰诳梢姽庾V中或附近“發(fā)光”(這取決于所需輸出功率)，所以承載管透明度并不重要。另外，使用承載管所提供的一個(gè)重要安全特征在于，所述管充當(dāng)電護(hù)罩或絕緣體以免觸電?？墒褂闷渌愋偷募訜嵩鳛榭v向側(cè)壁加熱元件，所述元件包含引入到承載管中的功率為I到3千瓦的簡(jiǎn)單的鎳鉻合金金屬絲空氣盤管?？赏ㄟ^標(biāo)準(zhǔn)SCR控制器來控制所述側(cè)壁加熱元件。


圖I是本發(fā)明的擴(kuò)散爐的第一項(xiàng)實(shí)施例的示意圖，用側(cè)視圖繪示了入口過渡區(qū)域、擋板區(qū)域或/和升高區(qū)域、任選的焙燒區(qū)域、至少一個(gè)均熱區(qū)域、冷卻區(qū)域以及低質(zhì)量傳送系統(tǒng)；圖2是本發(fā)明的低質(zhì)量運(yùn)送系統(tǒng)(在這個(gè)實(shí)施例中為帶型運(yùn)送)的等距視圖，所述運(yùn)送系統(tǒng)安裝在擴(kuò)散爐的若干加熱區(qū)域中，其中爐的前入口端在右側(cè)，圖中還繪示了在氧·化鋁支撐管上的晶片；圖3A是圖2中的帶運(yùn)送實(shí)施例在入口擋板區(qū)域和任選的HI-IR燈區(qū)域中的等距放大視圖，所示為穿過所述爐對(duì)兩個(gè)示范性晶片的運(yùn)送；圖3B是下部區(qū)段的仰視等距視圖，所示為用于均熱區(qū)域的排氣歧管；圖4A是從圖3A分解出來的帶運(yùn)送的放大等距視圖，用來繪示詳情；圖4B是用于帶運(yùn)送實(shí)施例的支架組合件和彎曲金屬絲尖端保持器的放大等距視圖；圖5是本發(fā)明的爐的側(cè)視示意圖，下方是在相應(yīng)區(qū)域中形成的溫度對(duì)時(shí)間的圖形輪廓；圖6用圖說明了光譜輸出是IR燈加熱式擴(kuò)散工藝的速度的關(guān)鍵，其中圖6A用相對(duì)強(qiáng)度對(duì)波長(zhǎng)來繪示本發(fā)明的低質(zhì)量運(yùn)送系統(tǒng)的光譜輸出，而圖6B用相同的相對(duì)強(qiáng)度對(duì)波長(zhǎng)來繪示高質(zhì)量實(shí)心陶瓷輥系統(tǒng)的對(duì)照性光譜輸出；圖7是本發(fā)明的擴(kuò)散爐的第二項(xiàng)實(shí)施例的示意圖，所示為若干加工區(qū)域和鏈驅(qū)動(dòng)式晶片運(yùn)送系統(tǒng)；圖8是爐加工區(qū)域中的鏈運(yùn)送系統(tǒng)的等距放大視圖，所示為兩個(gè)示范性晶片穿過所述爐的運(yùn)送；圖9是鏈驅(qū)動(dòng)詳情的放大等距視圖，所示為懸掛金屬絲和陶瓷管怎樣安裝在中空鏈管中；圖IOA是穿過圖9的線10A/B-10A/B的垂直剖面圖，所示為用于鏈驅(qū)動(dòng)的滑塊板導(dǎo)引器的第一項(xiàng)實(shí)施例，在這個(gè)實(shí)施例中為通道；圖IOB是穿過圖9的線10A/B-10A/B的垂直剖面圖，所示為用于鏈驅(qū)動(dòng)的滑塊板導(dǎo)引器的第二項(xiàng)實(shí)施例，在這個(gè)實(shí)施例中為肋；圖IlA是穿過懸掛金屬絲和氧化鋁管的垂直剖面圖，所示為晶片支座的第三項(xiàng)實(shí)施例；圖IlB是穿過懸掛金屬絲和氧化鋁管的垂直剖面圖，所示為晶片支座配置的第四項(xiàng)實(shí)施例；
圖12A是橫向正視圖，所示為下垂制動(dòng)裝置滑塊部件相對(duì)于運(yùn)送陶瓷管、支座和金屬絲組合件的空間位置和安排；圖12B是本發(fā)明的擴(kuò)散爐底部區(qū)段的等距視圖，所述擴(kuò)散爐底部區(qū)段配備有一對(duì)下垂制動(dòng)裝置滑塊；圖13是用于使硼和磷兩者共擴(kuò)散到晶片中的工藝流水線的示意圖，這種共擴(kuò)散是將硅晶片加工成太陽能電池的部分；
圖14是采用本發(fā)明的輸送器系統(tǒng)且在均熱區(qū)域下部動(dòng)作中采用縱向側(cè)壁電阻加熱器的爐的水平示意圖；圖15是在上部與下部區(qū)域中采用縱向側(cè)壁加熱器的本發(fā)明的爐的替代示意性實(shí)施例；以及圖16是本發(fā)明的爐系統(tǒng)的等距視圖，所示為在示范性均熱區(qū)域中將縱向側(cè)壁加熱器放在IR燈上方。
具體實(shí)施例方式以下具體描述作為實(shí)例說明了本發(fā)明，而不是作為對(duì)本發(fā)明的范圍、等效物或原理的限制。本描述將明確使所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠進(jìn)行并使用本發(fā)明，并且描述了本發(fā)明的若干實(shí)施例、適應(yīng)形式、變化形式、替代形式以及用途，其中包含目前被認(rèn)為是商業(yè)實(shí)施方案的情況。圖I是本發(fā)明的擴(kuò)散爐10的示意圖，擴(kuò)散爐10包括框架和外殼12，其具有下部區(qū)段14和上部區(qū)段16，框架12任選地配置有沿著外部隔開的線性制動(dòng)器升降件(參見圖2和圖3)，用來使上部區(qū)段16相對(duì)于下部區(qū)段升高，以便允許對(duì)燈組合件和運(yùn)送系統(tǒng)進(jìn)行維修。爐10包括如下多個(gè)區(qū)段或區(qū)域，從入口或前端18 (在這個(gè)圖中，左側(cè))到出口或后(下游)端20 (右側(cè)),依次為 IT，S卩，來自上游的摻雜劑涂覆器單元(圖中未示)的入口傳輸端18 ； B-I,即，入口擋板區(qū)域，其使用一或多個(gè)壓縮空氣刀組合件22 ；B-1區(qū)域任選地包括升高區(qū)域，升高區(qū)域含有一或多個(gè)加熱元件(圖中未示)，用來使晶片溫度從環(huán)境溫度升高到約500°C ； FZ,即，初始焙燒區(qū)域，用于使晶片溫度升高到擴(kuò)散溫度，擴(kuò)散溫度在約900°C到約1100°C的范圍中，這取決于所擴(kuò)散的是磷、硼、還是兩者；FZ可進(jìn)一步細(xì)分成兩個(gè)或兩個(gè)以上區(qū)域,例如； HI-IR區(qū)域，S卩，高強(qiáng)度IR燈陣列，優(yōu)選為上部或/和下部隔離反射燈組合件24-U、24-L，用于獲得高達(dá)約950°C的溫度，然后是； HTZ, S卩，高溫區(qū)域，用電阻輻射(SiC)元件27對(duì)其進(jìn)行加熱，用于獲得高達(dá)1100°c的溫度，這取決于所擴(kuò)散的是磷、硼、還是兩者； S，S卩，均熱區(qū)域，具有隔開的上部和下部IR燈或電阻元件26-U、26_L ； B-2, S卩，出口擋板區(qū)域，具有空氣刀組合件22 ； C，S卩，冷卻區(qū)域，通常不具有電阻元件或IR燈；以及 0T, S卩，出口傳輸區(qū)域，用于將擴(kuò)散焙燒后的晶片傳輸?shù)接糜谶M(jìn)行絲網(wǎng)印刷的加工設(shè)備，所述加工設(shè)備在正面上絲網(wǎng)印刷集電極指狀物和總線并且在背面上絲網(wǎng)印刷背接觸層(圖中未示)，然后進(jìn)行焙燒以形成歐姆接點(diǎn)。出口傳輸區(qū)域可任選地包含與爐出口(右偵D相鄰的上部或/和下部空氣刀組合件。本發(fā)明的爐的上游和下游是低溫傳輸帶28-U (上游)和28-D (下游)，所述帶連接到抗反射層涂覆器、絲網(wǎng)印刷機(jī)，然后是金屬化爐。這些低溫傳輸帶28-U和28-D與本發(fā)明的爐10的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)30連接。在第一項(xiàng)實(shí)施例中，本發(fā)明的爐的低質(zhì)量驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)30包括銷驅(qū)動(dòng)輥32 (由布置在爐的出口(右)端的電動(dòng)機(jī)34和鏈或帶36驅(qū)動(dòng))、晶片運(yùn)送帶組合件38、空轉(zhuǎn)輥40以及包含張力輥42的張力系統(tǒng)44。張力系統(tǒng)44包含充當(dāng)緩沖器的自動(dòng)張力補(bǔ)償器彈簧，用來幫助防止松脫。應(yīng)注意，通過這個(gè)驅(qū)動(dòng)幾何結(jié)構(gòu)，沿著供給路徑F從左到右地拉著帶38穿過各個(gè)區(qū)域。本發(fā)明的爐包含多個(gè)高壓間，其界定了外殼12的區(qū)域內(nèi)部；以及多個(gè)空氣歧管，其包含入口和排氣口，用于使環(huán)境或加壓空氣流進(jìn)入各個(gè)區(qū)域，如箭頭I (入口)和E (排氣 口)所示，以便在各區(qū)域中維持適當(dāng)?shù)臏囟?。另外，在隔離燈組合件24-U和24-L (在使用的情況下)的反射器主體的通道中提供加壓空氣，以使布置在所述通道中的燈冷卻。高強(qiáng)度燈組合件24-U和24-L中的每一個(gè)的表面由一片透明石英所覆蓋，以便密封反射器通道，使其與正在HI-IR區(qū)域中接受光調(diào)節(jié)的晶片隔開。這種燈冷卻允許燈在約60%到100%的最大功率下運(yùn)行，這遠(yuǎn)高于目前可用的競(jìng)爭(zhēng)單元。這向晶片提供了立即熱升高以及高強(qiáng)度IR照射，從環(huán)境溫度升高到700°C到950°C (磷擴(kuò)散)的峰值擴(kuò)散調(diào)節(jié)溫度，并且提供了高強(qiáng)度光調(diào)節(jié)。圖I的尺度使得無法在每個(gè)位置繪示固體熱絕緣材料46，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，外殼包含必要的絕緣材料配置塊。任選地提供穿過絕緣物進(jìn)入?yún)^(qū)域中的空氣逆流(由箭頭48繪示)，所述空氣逆流與熱流相反?？諝庠谶M(jìn)入時(shí)從絕緣物吸取熱并使熱再循環(huán)到區(qū)域中，這是效率很高的熱交換操作。應(yīng)注意，將燈26-U和26-L或電阻元件27繪示為交錯(cuò)的，用以提供均勻的加熱和/或IR光子場(chǎng)；任選地將燈26-U和26-L或電阻元件27安排成不交錯(cuò)的?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到低質(zhì)量運(yùn)送系統(tǒng)30，圖2用等距視圖繪示爐12，其中移除了外部面板和絕緣物以便繪示下部區(qū)段14的框架，所述下部區(qū)段14具有入口端18 (右下方)和出口端20(左上方)。為了清楚起見，未繪示入口和出口傳輸帶28-U和28-D。在爐的側(cè)軌52的四個(gè)角上繪示了托架和升降器50 ;這些托架和升降器50用以從下部區(qū)段14 (圖中已示)提升上部區(qū)段16 (圖中未示)以便對(duì)零件(例如，燈、電阻加熱元件、運(yùn)送系統(tǒng)元件等等)進(jìn)行檢查、調(diào)整、維護(hù)和修理/更換。下部區(qū)段14包含側(cè)軌52、側(cè)壁絕緣塊46-S以及絕緣物內(nèi)部區(qū)域分割塊54。為了不混淆帶38的詳情，未繪示前方的絕緣塊，所述絕緣塊位于擋板區(qū)域B-I的前端且將B-I與高強(qiáng)度IR區(qū)域HI-IR分割開來，以及位于冷卻區(qū)域C的后端。絕緣塊56形成若干區(qū)域的底層。這些底層絕緣塊56通常有孔口，此處為狹槽88，這些孔口加上底層下方的高壓間(圖中未示)允許用ID風(fēng)扇(圖中未示)抽出熱的廢氣。這個(gè)空氣流從各個(gè)區(qū)域移除了熱，從而允許元件(燈、SiC桿或盤管)的運(yùn)行產(chǎn)生更高輸出，并且還允許抽出污染物，因?yàn)榭諝饬魇菑纳系较碌摹＿@個(gè)熱氣體/空氣流模式導(dǎo)致爐區(qū)域的污染物水平降低，并且因此導(dǎo)致產(chǎn)品更干凈。在面前的側(cè)軌52和遠(yuǎn)端的側(cè)壁絕緣塊46-S中繪示了孔口 58，所述孔口 58是用于安裝電阻元件27或/和高強(qiáng)度燈管26 (為清楚起見，僅繪示了每種元件中的一個(gè))以及用于連接電導(dǎo)線，所述元件/燈橫跨爐區(qū)域的寬度。用于下部高強(qiáng)度IR燈區(qū)域24-L的壓縮空氣室60通過線路62將壓縮空氣供給到反射器通道與燈之間的環(huán)中，并且按需要在下方排到外部，或排到相鄰的下游均熱區(qū)域中。為清楚起見，在右端僅繪示了低質(zhì)量活動(dòng)傳輸帶系統(tǒng)30的一部分。側(cè)帶38與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)30的隔開的空轉(zhuǎn)輥40中的銷嚙合。僅僅在冷卻區(qū)域C內(nèi)部可以看見空轉(zhuǎn)輥40和在其下方的驅(qū)動(dòng)輥32。在入口端(右側(cè))繪示了兩個(gè)晶片W-I和W-2，所述晶片放在橫向氧化鋁管64上，位于傳輸穿過爐的位置上。圖3A是圖2的爐10的入口端18的放大等距視圖，所不為承載兩個(gè)晶片W-I和W-2的帶運(yùn)送系統(tǒng)30的一部分。運(yùn)送系統(tǒng)30的兩個(gè)隔開的帶38布置在U形通道66中，所述U形通道66形成于左和右側(cè)壁絕緣塊46-S的頂部中。每個(gè)帶包含精確隔開的孔68，所述孔68與空轉(zhuǎn)輥40的銷90嚙合。豎立的支架70也沿著所述帶有規(guī)律地隔開，所述支架 70承載金屬絲72，陶瓷管64放在所述金屬絲72上。示范性金屬絲是直徑為0. 080〃的鎳鉻合金。支座84 (在這個(gè)實(shí)施例中，此處為環(huán))設(shè)置在、安裝在管64上,或形成于管64中，并且沿著所述管橫向隔開。在運(yùn)送穿過爐10的過程中，晶片位于支座環(huán)上，這樣，晶片背表面與運(yùn)送組合件元件之間的接觸很少，參見圖4A中的占據(jù)面積96。在管64斷裂或裂開的情況下，金屬絲72會(huì)保持管64，直到可以更換管64。由于帶中的孔68與輥(驅(qū)動(dòng)輥和空轉(zhuǎn)輥)中的銷90標(biāo)定，每個(gè)帶的支架按平行對(duì)齊的關(guān)系移動(dòng)，因此氧化鋁管保持與晶片供給行進(jìn)方向(如箭頭F所示)橫切。圖3B是爐的下部區(qū)段12的下方等距視圖，為清楚起見，移除了框架。底層絕緣塊56橫跨側(cè)框52，所述底層絕緣塊56具有排氣狹槽88 (圖3A最能看出)。鋼板100與絕緣塊56的底部間隔開來，這個(gè)間隔為熱空氣提供了收集器高壓間。排氣歧管組合件102通過橫管106的末端上的卡圈104連接到所述高壓間(56與100之間的空間)。橫管的另一端連接到收集器管道108，所述管道108從排氣管或煙道管110排放出熱氣體。圖4A用等距視圖繪示了低質(zhì)量運(yùn)送系統(tǒng)30，以及U形通道組合件74，這個(gè)實(shí)施例的帶38在所述U形通道組合件74中移動(dòng)。圖4B是圖4A的單支架組合件的特寫。每個(gè)帶38支撐在石英滑塊部件74上，所述滑塊部件74的橫截面是U形并且具有較短的垂直側(cè)壁。用高溫陶瓷膠泥將一對(duì)保持器條帶部件76粘到U形臂的頂部上，所述保持器條帶部件76是由石英、氧化鋁或其他高溫纖維型陶瓷材料制成，如此充分重疊以便通過物理手段將帶保持在通道中并且防護(hù)所述帶，使其不會(huì)接觸到加熱元件，從而保持所述帶是冷的。任選地使用環(huán)境壓縮環(huán)境空氣對(duì)所述帶進(jìn)行冷卻。支架70包含緊固到豎直凸出部78上的垂直腿80，所述凸出部78是通過從所述帶進(jìn)行穿孔92所形成的。腿80和凸出部78可通過任何適當(dāng)方式緊固在一起，例如，通過點(diǎn)焊、通過對(duì)齊的凸出部與腿孔94進(jìn)行鉚接或用螺釘緊固。支架腿80的上端帶有一或多個(gè)耳片82，每個(gè)耳片有一個(gè)洞，耐高溫金屬絲或桿72插入到所述洞中。氧化鋁管64在所述金屬絲上滑動(dòng)并且由所述金屬絲承載。每個(gè)管任選地包含多個(gè)橫向隔開的支座部件84，此處為環(huán)，晶片位于支座部件84上，如圖4A中的占據(jù)面積96所示。支座環(huán)84可具有多種橫截面配置，范圍為簡(jiǎn)單的平坦表面圓環(huán)(如圖4A中所示)到漸縮型輪廓，例如，橫截面輪廓為鐘形曲線形的輪廓。各種輪廓參見圖10A、圖10B、圖IlA和圖11B。應(yīng)注意，在圖4B中，金屬絲72的彎曲尖端86裝在兩個(gè)耳片之間，從而鎖定金屬絲，以防止金屬絲的橫向移動(dòng)，這種橫向移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致另一端(右側(cè))從右側(cè)支架的耳片中掉下來。應(yīng)注意，在圖4A中，金屬絲的右側(cè)充分延伸穿過了其對(duì)應(yīng)的支架的外部耳片。使用具有自由端的金屬絲可以允許金屬絲長(zhǎng)度擴(kuò)大以及縮短，而不會(huì)從耳片中的孔中掉下來。本發(fā)明的運(yùn)送系統(tǒng)的帶和鏈實(shí)施例的重要特征在于其超低的質(zhì)量、容易安裝、容易保持清潔、在運(yùn)送晶片穿過爐時(shí)晶片上的接觸點(diǎn)很少，并且容易維護(hù)。如圖4A中所示，因?yàn)橛羞@么多充分緊密地間隔的金屬絲來為晶片提供支撐，所以破損的管和/或金屬絲通常會(huì)留待在計(jì)劃好的停工時(shí)進(jìn)行更換，因?yàn)槭ヒ粋€(gè)管或金屬絲不會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品生產(chǎn)能力。在本發(fā)明的爐實(shí)施方案中，極快地(幾秒內(nèi))將晶片加熱到擴(kuò)散溫度范圍內(nèi)或接近擴(kuò)散溫度范圍，在所述實(shí)施方案中，在與緊接在本發(fā)明的爐的入口相鄰處或下游使用高強(qiáng)度IR燈或隔離模塊。用高強(qiáng)度短波長(zhǎng)IR輻射能量對(duì)晶片進(jìn)行光調(diào)節(jié)，所述輻射能量約為目前輥爐的4到5倍大或者更大，因此擴(kuò)散進(jìn)行的速度更快。作為實(shí)例，在本發(fā)明的爐中，溫度在幾秒內(nèi)達(dá)到擴(kuò)散溫度。更重要的是，通過在HI-IR區(qū)域中使用隔離模塊，并且由于能 夠在較高電壓下給所述HI-IR區(qū)域和均熱區(qū)域元件供電，在工藝過程中的IR通量較高，并且在少于6到8分鐘內(nèi)完成擴(kuò)散，這個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度是目前系統(tǒng)的二分之一到三分之一。圖5和圖6說明這些原理。圖5的上部部分用側(cè)視圖示意性繪示了本發(fā)明的爐，下方是在相應(yīng)區(qū)域中形成的溫度對(duì)時(shí)間的圖形輪廓；虛曲線P是在僅通過IR燈加熱在正面上進(jìn)行磷擴(kuò)散以便形成p-n結(jié)層時(shí)，本發(fā)明的爐中的溫度輪廓。實(shí)曲線顯示，本發(fā)明的爐中為了形成背接觸層而進(jìn)行的硼擴(kuò)散的進(jìn)行溫度要高出約200°C，并且需要用電阻元件(例如所揭示的SiC桿)對(duì)至少一些區(qū)域進(jìn)行加熱。應(yīng)注意，本發(fā)明的爐的IR燈或電阻元件所產(chǎn)生的極陡輪廓，這會(huì)使晶片快速達(dá)到磷(和/或硼)擴(kuò)散的工藝溫度。使用IR燈加熱的在市場(chǎng)上可買到的對(duì)照性實(shí)心陶瓷輥爐表現(xiàn)出大體上遵循虛線輪廓的磷擴(kuò)散曲線，在圖上標(biāo)為“P.A. ”(現(xiàn)有技術(shù))。因?yàn)檩佋跔t中已經(jīng)是熱的，所以將燈自動(dòng)調(diào)整成在較低功率下運(yùn)行(參見圖6B，下方)，因此導(dǎo)致溫度輪廓斜率實(shí)質(zhì)上且明顯較低，并且達(dá)到溫度的時(shí)間較長(zhǎng)，長(zhǎng)了約幾分鐘。這個(gè)圖5的曲線圖最重要的方面在于，在使用本發(fā)明的爐時(shí)，完成擴(kuò)散的速度實(shí)質(zhì)上更快(縱坐標(biāo)上的點(diǎn)“D終點(diǎn)”)，晶片繼續(xù)進(jìn)行冷卻并且傳輸?shù)浇z網(wǎng)印刷(縱坐標(biāo)上的點(diǎn)“XroR”)。相比來說，對(duì)照性現(xiàn)有技術(shù)磷擴(kuò)散工藝(圖5中的虛線)在較低功率設(shè)定下繼續(xù)進(jìn)行均熱，時(shí)間要長(zhǎng)得多，如所述虛線上指向右的箭頭所示。本發(fā)明的高強(qiáng)度IR輻射通量磷擴(kuò)散工藝通常用時(shí)為常規(guī)熱傳導(dǎo)工藝時(shí)間的1/2到1/3。因此，生產(chǎn)能力實(shí)質(zhì)上更高，并且與相等輸出的常規(guī)爐(400〃長(zhǎng)乘以36〃寬)相比，爐體積小得多(長(zhǎng)度小于300"，并且寬度為一半)。圖6A和圖6B用圖說明了光譜輸出是在光調(diào)節(jié)、升高和HI-IR區(qū)域中改進(jìn)IR擴(kuò)散工藝速度的關(guān)鍵。燈的光譜輸出隨燈的功率而變化，可以表達(dá)為燈的最大功率容量的百分?jǐn)?shù)。圖6A用相對(duì)強(qiáng)度對(duì)波長(zhǎng)來繪示本發(fā)明的低質(zhì)量運(yùn)送系統(tǒng)的光譜輸出曲線。上部曲線是理論最大值T，繪示了 IR峰值為約I. 2微米并且相對(duì)強(qiáng)度為約12.5。應(yīng)注意，可見光譜VS在左側(cè)，用虛線繪示。標(biāo)為“本發(fā)明”的下部曲線顯示，在使用HI-IR燈模塊的本發(fā)明的超低質(zhì)量運(yùn)送系統(tǒng)中，可使用燈電壓控制系統(tǒng)在約40-100%額定最大值(此處顯示約40-70%)下操作IR燈，并且峰值處的強(qiáng)度最大值為8。相比來說，圖6B用相同的相對(duì)強(qiáng)度對(duì)波長(zhǎng)來繪示高質(zhì)量實(shí)心陶瓷輥系統(tǒng)的對(duì)照性光譜輸出。在與熱電偶型熱監(jiān)測(cè)控制反饋系統(tǒng)一起運(yùn)行的這種對(duì)照系統(tǒng)中，燈必須在約20%的功率下運(yùn)行。然而，相對(duì)強(qiáng)度呈指數(shù)降低，并且在約1.8的峰值強(qiáng)度下，標(biāo)為“PA”的峰值移位到更靠近I. 75微米，這個(gè)輻射通量是本發(fā)明的工藝的四分之一以下。常規(guī)系統(tǒng)中，移位到更長(zhǎng)的波長(zhǎng)、更低的能量光譜輪廓也很重要。因此，在本發(fā)明的系統(tǒng)中，燈可在更大功率下操作，從而導(dǎo)致相對(duì)強(qiáng)度增大到4到5倍。更快地施加到晶片上的這種增大的IR強(qiáng)度對(duì)晶片進(jìn)行調(diào)節(jié)，以促進(jìn)磷或/和硼更快地?cái)U(kuò)散到先進(jìn)晶片材料中，從而形成相應(yīng)的結(jié)和背接觸層。因此，在本發(fā)明的系統(tǒng)中，IR強(qiáng)度更高并且維持時(shí)間足夠長(zhǎng)，以便進(jìn)行更快的加工。圖7到圖IOB涉及本發(fā)明的超低質(zhì)量運(yùn)送系統(tǒng)的第二項(xiàng)實(shí)施例，這個(gè)實(shí)施例采用一對(duì)隔開的鏈，晶片支撐金屬絲和陶瓷管從所述鏈懸掛下來。圖7中，上文對(duì)圖I進(jìn)行的·描述適用于編號(hào)相同的零件。應(yīng)注意，IT和BI區(qū)域在這個(gè)實(shí)施例中組合成升高區(qū)域，在所述升高區(qū)域中使晶片溫度從室溫升高到約500°C到900°C，在升高區(qū)域包含HI-IR隔離燈模塊的情況下為900°C。在這之后是焙燒區(qū)域，所述焙燒區(qū)域使溫度升高到擴(kuò)散加工溫度約950-1100°C，這取決于所擴(kuò)散的是磷或硼，還是兩者。如圖所示，焙燒區(qū)域采用所揭示的示范性電阻SiC元件。在均熱區(qū)域中保持焙燒設(shè)定點(diǎn)溫度，為防止使圖混亂，未繪示加熱元件，但請(qǐng)參見圖I和圖5。如圖所示，冷卻區(qū)域分成兩個(gè)子區(qū)域CZ-I和CZ-2，但CZ-2可在外部。在圖7和圖8中，通過輥鏈112進(jìn)行運(yùn)送，由電動(dòng)機(jī)34提供動(dòng)力的鏈輪114使輥鏈112移動(dòng)，所述電動(dòng)機(jī)34位于爐20的出口端下方?？辙D(zhuǎn)輪(在這種情況下是鏈輪或帶凸緣的輪)40A-40C布置在入口、出口處和返回路徑R的上游，用以使所示驅(qū)動(dòng)環(huán)中的鏈改變方向。布置在驅(qū)動(dòng)器30下游的彈簧偏置式張力和空轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)44提供適當(dāng)?shù)膹埩?。沿著鏈環(huán)設(shè)置了導(dǎo)輥116和滑道塊74，用以維持所述路徑為直的。空氣刀22在冷卻區(qū)域中或冷卻區(qū)域外對(duì)所述鏈提供冷卻壓縮空氣。另外，可在返回區(qū)段中設(shè)置管冷卻器118，用來對(duì)所述鏈進(jìn)行進(jìn)一步冷卻。圖8所示為兩個(gè)隔開的鏈112-L (左側(cè))和112-R (右側(cè))怎樣支撐在滑塊74中的凹槽或通道120中。支撐陶瓷管64的橫金屬絲72具有末端122，所述末端122穿過管狀鏈節(jié)套管124。金屬絲72隔開約1〃 (2. 5厘米)。圖9是顯示金屬絲72的交替性鏈節(jié)安裝的放大圖。中間的鏈節(jié)具有實(shí)心鏈節(jié)銷126。鏈節(jié)套管124與鏈節(jié)銷126上均覆有鏈節(jié)輥128(圖9中未示；顯示于圖IOA和圖IOB中)金屬絲的自由端122終結(jié)于推型或螺紋型螺母或者其他類型的緊固件130、140中，以防止所述金屬絲從套管124中掉下來(參見圖10A、10B)。圖IOA和圖IOB繪示滑塊板74的兩項(xiàng)實(shí)施例。圖IOA中，滑塊板包含凹槽或通道120，鏈112支撐在所述凹槽或通道120中。金屬絲72的自由端122有螺紋，用來接收鎖定螺母130。顯示了任選的間隔墊圈132。支座84具有倒V形外圍，因此晶片支撐在圓周脊134上。圖IOB中，滑塊板74包含可具有多種配置的脊136，所述配置包含直線型或曲線型(傾斜的)側(cè)壁。鏈112的側(cè)面鏈節(jié)跨騎在脊136上并且由脊136導(dǎo)引。在這個(gè)實(shí)施例中，滑塊板74通常不具有外側(cè)塊138，所述板在所述脊的兩側(cè)上是平坦的，如界定了側(cè)面塊138的虛線所示。另外，金屬絲72的尖端122終結(jié)于蓋型或推型螺母140。在這個(gè)實(shí)施例中，支座的輪廓是漸縮型頂，橫截面是半正弦波。圖IlA和圖IlB所示為支座84的兩項(xiàng)另外的實(shí)施例，圖IlA所示為不對(duì)稱的鰭形支座，所述支座具有傾斜的外表面(脊134的右側(cè))以及垂直或傾斜的側(cè)表面。圖IlB所示為支座的當(dāng)前最好形式的實(shí)施例，即，兩側(cè)漸縮型圓錐形，在頂點(diǎn)處任選地有環(huán)形肋134，兩個(gè)漸縮側(cè)面在所述頂點(diǎn)處匯合。所述肋或長(zhǎng)的斜面均對(duì)晶片產(chǎn)品提供支撐，如分別由晶片W-I和W-2的位置所示，這取決于支座84沿著管64的間隔相比于(晶片)產(chǎn)品的寬度。如果產(chǎn)品很大，那么底表面位于所述肋上，如晶片W-I所示(還參見圖4A中的96)，而如果產(chǎn)品沒有晶片W-2所示那么寬，那么僅產(chǎn)品的外部下緣位于斜面上(如圖所示)。這個(gè)支座是粘在陶瓷管64上而不是一體形成的。支座的垂直高度可選擇性地變化，以便適應(yīng)各種運(yùn)送和爐設(shè)計(jì)以及配置。 圖12A和圖12B說明了任選的運(yùn)送失效保護(hù)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括并列地安排在支座行進(jìn)路徑下方的下垂制動(dòng)裝置。圖12A所示為運(yùn)送組合件下方的下垂制動(dòng)裝置滑塊部件144的空間位置和安排，所述運(yùn)送組合件包括驅(qū)動(dòng)鏈112、陶瓷管64、支座84和金屬絲72。如圖12A中所示，下垂制動(dòng)裝置組合件144用以防止承載了陶瓷管64和支座84的懸掛金屬絲或桿72在失效時(shí)過度下垂，例如，這種失效是由于金屬絲在應(yīng)力或熱的作用下斷裂或拉長(zhǎng)弓I起的。在示范性實(shí)施方案中，下垂制動(dòng)裝置包括滑塊部件144，例如，選自石英管、桿或條帶，所述滑塊部件144與箭頭F所示的輸送器運(yùn)送路徑的中心線平行對(duì)齊，所述中心線與爐焙燒區(qū)域的縱向中心線一致。制動(dòng)裝置滑塊部件144與爐室的側(cè)壁向內(nèi)間隔開某個(gè)距離，這個(gè)距離使所述制動(dòng)裝置滑塊部件144與所選支座的行進(jìn)路徑對(duì)齊并且在所述行進(jìn)路徑下方間隔開。制動(dòng)裝置滑塊部件的每個(gè)縱向端安裝在爐焙燒區(qū)域23的橫向壁54中的凹口 146中，這樣，滑塊部件的頂部在橫向壁54的頂部上方間隔開。因此，如果運(yùn)送金屬絲和管組合件下垂，在這個(gè)時(shí)候，支座84會(huì)與滑塊部件接觸，隨著運(yùn)送的進(jìn)行沿著滑塊部件滑動(dòng)，并且跳過爐的橫向壁，而不會(huì)下垂和斷裂，或另外損害運(yùn)送系統(tǒng)。例如，制動(dòng)裝置滑塊部件144的頂部與支座134的底部之間的間隔可約為I到2厘米。另外，因?yàn)橹苿?dòng)裝置滑塊部件與支座路徑對(duì)齊地間隔開，所以制動(dòng)裝置滑塊部件不會(huì)遮住晶片(參見圖IlB的晶片W-I和W-2)，而是與晶片的側(cè)面隔開。圖12A還顯示，在其絕緣側(cè)壁塊46S中的每個(gè)運(yùn)送鏈滑塊板74上方、下方或一側(cè)上設(shè)置了壓縮空氣管148，用來向滑塊74的底部提供冷卻空氣并且通過滑塊板74中的孔150向驅(qū)動(dòng)鏈112提供冷卻空氣。圖12B所示為寬度為5個(gè)線道的示范性擴(kuò)散爐10的底部區(qū)段14，所述底部區(qū)段14配備有一對(duì)下垂制動(dòng)裝置滑塊144，每個(gè)下垂制動(dòng)裝置滑塊144與一系列支座84并列對(duì)齊且在所述支座84下方間隔開?？稍谌肟诙丝鐮t的寬度放置橫向間隙防護(hù)板152，以在運(yùn)送改向成向上然后又到水平產(chǎn)品運(yùn)送水平面時(shí)確保任何下垂的金屬絲的間隙。圖13所示為工藝流水線154，其包括第一摻雜器設(shè)備Do-1，用于用硼摻雜組合物(箭頭B)對(duì)預(yù)備的硅晶片的底表面進(jìn)行摻雜。在Do-I中用硼對(duì)晶片進(jìn)行摻雜并使晶片干燥后，在倒裝器158中反轉(zhuǎn)所述晶片，使得晶片的頂表面面向上。然后將反轉(zhuǎn)后的頂面朝上的晶片傳輸?shù)降诙诫s器設(shè)備Do-2，在這個(gè)摻雜器設(shè)備Do-2中將磷摻雜組合物(箭頭P )涂布到晶片的頂表面上并使晶片干燥。然后將用硼/磷進(jìn)行了雙重涂布后的晶片傳輸?shù)奖景l(fā)明的擴(kuò)散爐10，進(jìn)行如本文中上文所述的共擴(kuò)散焙燒，在爐的冷卻區(qū)段中進(jìn)行冷卻，并且傳輸?shù)娇狗瓷渫繉釉O(shè)備ARC 158，在抗反射涂層設(shè)備ARC 158中，通過等離子增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積來涂覆抗反射涂層，例如SiN3。在涂覆ARC后，將晶片傳輸?shù)接∷⒄?，在印刷站中，印刷機(jī)/干燥器設(shè)備160將銀基漿料“墨水”以精細(xì)的隔開的線路的形式涂覆到摻磷/擴(kuò)散后的頂表面上(僅當(dāng)需要時(shí)，將背接觸層鋁基漿料涂覆到摻硼/擴(kuò)散后的底表面上；摻硼底表面通常不需要鋁基背接觸層漿料)。然后將“印刷后的”晶片傳輸?shù)礁稍锲?62，干燥器162在不超過約600-650°C定溫度下燒掉漿料中的有機(jī)粘合劑，如圖所示，在164處排放出VOC，然后使廢氣冷凝下來或者在熱氧化器中燒盡。將印刷后的晶片傳輸?shù)浇饘倩癄t166中，在金屬化爐166中對(duì)晶片進(jìn)行焙燒以使選擇性的背接觸漿料流到連續(xù)層中，并且在正面上形成歐姆集電極的精細(xì)柵格，所述柵格被燒到P-n結(jié)層中，但不穿過P-n結(jié)層。所得的電池168繼續(xù)進(jìn)行各個(gè)清潔、修邊和測(cè)試步驟，然后形成條帶并組裝成陣列，以便在各玻璃層之間層積成完成的太陽能電池板。圖14到圖16說明了使用縱向側(cè)壁加熱器來改進(jìn)各個(gè)區(qū)域(主要是均熱區(qū)域)中的加熱的橫向均勻性，使得在最靠近爐的側(cè)壁的對(duì)應(yīng)線道(例如，在寬度為5個(gè)線道的爐中，線道I和5)中所運(yùn)送的晶片處于加工溫度，這個(gè)溫度在其寬度上是均勻的。對(duì)圖I和圖7 中相同零件和區(qū)域的描述適用于圖15。在這個(gè)實(shí)施例中，爐區(qū)域?yàn)樯邊^(qū)域19，然后是多
個(gè)均熱區(qū)域S 1、S2......Sn，然后是至少一個(gè)冷卻區(qū)域CZ，例如Cl或/和C2。所述區(qū)域中
的燈26U和26L提供高IR通量來進(jìn)行調(diào)節(jié)和加熱。升高區(qū)域19 (上部和下部分別是19U和19L)使晶片從環(huán)境溫度快速升高到約500°C到700°C或更高的范圍內(nèi)。第一均熱區(qū)域SI使晶片的正面和背面、頂面和底面升高到所需的擴(kuò)散溫度，所述擴(kuò)散溫度在約950°C (僅有磷摻雜)到約1100°C (磷和硼的共摻雜)的范圍內(nèi)。其余的均熱區(qū)域S2-Sn保持所需的擴(kuò)散加工設(shè)定點(diǎn)溫度。然后在一或多個(gè)冷卻區(qū)域C1、C2等中對(duì)晶片進(jìn)行冷卻。在這個(gè)實(shí)施例中，在區(qū)域SI、S2的下半部中，以及在區(qū)域Cl中(當(dāng)區(qū)域Cl由均熱區(qū)域Sn所替換時(shí)，在這個(gè)實(shí)施例中Sn是S3)，在燈的上方布置側(cè)壁加熱器170。圖15所示為在上部與下部區(qū)域中使用側(cè)壁加熱器170U和170L。在這個(gè)實(shí)施例中，在下部升高區(qū)域中使用側(cè)壁加熱器170L。在所顯示的所有均熱區(qū)域中使用加熱器。圖16所示為3線道式爐，所述爐在方向F上輸送晶片W-l、W-2和W-3。其余零件編號(hào)與圖3A中相同。在均熱區(qū)域中，分別用于右和左側(cè)壁的兩個(gè)側(cè)壁加熱器170R、170L顯示為與其側(cè)壁46R和46L相鄰并且在橫向下部燈26L上方。所述側(cè)壁加熱器可任選地延伸到升高區(qū)域19或任選焙燒區(qū)域中。所述側(cè)壁加熱器放在離對(duì)應(yīng)的側(cè)壁46R、46L有預(yù)先選擇的距離172處，所述距離172的范圍是約I厘米到約5厘米。所述側(cè)壁加熱器可支撐在橫向區(qū)域分割塊54中切割出來的凹口 173中，或支撐在所述塊中的通孔(圖中未示)中。如圖所示，所述側(cè)壁加熱器包括外部石英管174，桿或盤管式電阻元件ITS放在所述外部石英管174中。這些側(cè)壁加熱器確保線道I中的晶片W-I和線道3中的晶片W-3的外緣(最靠近側(cè)壁46R和46L的邊緣)逐個(gè)邊緣地得到均勻加熱。本申請(qǐng)案的本發(fā)明的擴(kuò)散爐廣泛適用于太陽能電池制造產(chǎn)業(yè)，S卩，適用于以下工藝步驟對(duì)太陽能電池晶片進(jìn)行焙燒以使磷或/和硼擴(kuò)散并且共擴(kuò)散到晶片基質(zhì)中，從而形成P-n結(jié)層或傳導(dǎo)性背表面層。所述系統(tǒng)顯然是對(duì)當(dāng)前可用的爐的改進(jìn)，從而提供了更高的生產(chǎn)能力，這是由于加工時(shí)間實(shí)質(zhì)上更短、遮蔽更少、能量需求更低、晶片的工藝污染更少，并且P-n結(jié)層和摻硼背表面層中的均勻性有所改進(jìn)。因此，本發(fā)明的系統(tǒng)顯然有可能被用作使摻雜劑擴(kuò)散到太陽能電池先進(jìn)材料晶片中的設(shè)備和方法的新標(biāo)準(zhǔn)。 零件列表(這個(gè)零件列表是為了方便審查而提供的并且可在得到允許的情況下進(jìn)行刪減)
權(quán)利要求
1.一種用于加工太陽能電池晶片的連續(xù)輸送器擴(kuò)散爐，所述擴(kuò)散爐以可操作的組合形式包括 a)多個(gè)加熱和冷卻區(qū)域，所述區(qū)域是按爐入口到爐出口的順序來定向的， i)所述區(qū)域是按鄰接關(guān)系來布置的，以便通過所述區(qū)域界定連續(xù)的縱向加工輸送器路徑，所述路徑定向于大體上水平的平面中，所述區(qū)域中的每一個(gè)包含隔開的外側(cè)壁，加工體積界定于所述外側(cè)壁之間，所述加工體積沿著大體上平行于所述加工路徑平面的水平平面分成區(qū)域上半部分和區(qū)域下半部分； ii)所述加熱區(qū)域包含選自IR燈和電阻輻射元件的加熱元件，所述加熱元件定向成與所述縱向加工輸送器路徑橫切，用以加熱所述加工體積； iii)所述橫向定向的加熱元件布置在所述加熱區(qū)域的至少一些中，位于所述區(qū)域上半部分和所述區(qū)域下半部分中的至少一個(gè)中； iv)至少一對(duì)電阻加熱元件，所述電阻加熱元件布置在所述區(qū)域下半部分或/和上半部分中的至少一個(gè)中，所述電阻輻射元件定向成平行于所述縱向加工輸送器路徑，每一對(duì)中的一個(gè)布置成與所述外側(cè)壁中的一個(gè)相鄰； b)低質(zhì)量輸送器系統(tǒng)，用于接收太陽能電池晶片并使太陽能電池晶片沿著所述縱向加工路徑從所述爐入口穿過所述區(qū)域移動(dòng)到所述爐出口，所述輸送器系統(tǒng)包括 i)多個(gè)隔開的耐高溫金屬絲，所述金屬絲定向成與所述縱向加工路徑橫切，所述金屬絲的長(zhǎng)度在所述輸送器系統(tǒng)的所述側(cè)壁之間界定穿過所述爐區(qū)域的有用的晶片運(yùn)送寬度； ii)直徑小、壁薄、非旋轉(zhuǎn)式的耐火管，所述耐火管懸掛在所述金屬絲上，用以在通過所述輸送器系統(tǒng)將所述晶片運(yùn)送穿過所述爐區(qū)域時(shí)對(duì)所述晶片提供支撐，并且用以實(shí)質(zhì)上完全防護(hù)所述晶片免受從所述金屬絲排放出來的金屬蒸氣； iii)所述耐火管的延伸長(zhǎng)度為所述金屬絲的所述長(zhǎng)度的至少大部分，并且在所述金屬絲上定位成僅露出所述金屬絲的短的相對(duì)側(cè)端； iv)—對(duì)隔開的運(yùn)送部件，一個(gè)運(yùn)送部件布置成與所述金屬絲的每一末端相鄰，所述運(yùn)送部件中的每一個(gè)形成連續(xù)環(huán)，所述連續(xù)環(huán)穿過從爐入口到所述爐出口的所述縱向加工路徑，然后在所述爐區(qū)域外的返回路徑上回到所述入口 ； V)所述運(yùn)送部件中的每一個(gè)包含沿著所述運(yùn)送部件連續(xù)環(huán)中的每一個(gè)均勻地隔開的多個(gè)收納部件，每個(gè)所述收納部件經(jīng)配置以可移除式保持所述金屬絲的所述短的側(cè)端，所述金屬絲布置成跨所述運(yùn)送寬度懸掛在所述運(yùn)送部件之間；以及 c)布置在所述爐區(qū)域外的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置成嚙合所述兩個(gè)運(yùn)送部件，以隨著所述運(yùn)送部件承載所述多個(gè)耐火管以及懸掛在所述收納部件之間的金屬絲實(shí)現(xiàn)穿過所述區(qū)域的同步移動(dòng)，在爐操作過程中，在所述耐火管上將所述晶片運(yùn)送穿過所述區(qū)域以對(duì)所述晶片進(jìn)行加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的連續(xù)輸送器擴(kuò)散爐，其中所述運(yùn)送系統(tǒng)包含以下各項(xiàng)中的至少一個(gè) a)選自帶和輥鏈的環(huán)式部件； b)其中在使用帶時(shí)，所述帶包含垂直延伸的支架，所述金屬絲末端收納于所述支架中；C)其中在使用輥鏈時(shí)，所述輥鏈包含管狀樞軸鏈節(jié)，所述金屬絲末端收納于所述鏈節(jié)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的連續(xù)輸送器擴(kuò)散爐，其中所述下半?yún)^(qū)域部分安裝成固定在框架中無法移動(dòng)，所述爐包含多個(gè)用動(dòng)力推進(jìn)的垂直提升部件，所述垂直提升部件布置成連接到所述上和下半部爐區(qū)域部分，所述垂直提升部件經(jīng)布置以相對(duì)于所述固定的下半部區(qū)域部分而提升所述上半部區(qū)域部分，從而露出爐加熱區(qū)域內(nèi)部并且允許進(jìn)入所述爐加熱區(qū)域內(nèi)部，以便按需要進(jìn)行檢查、調(diào)整、維護(hù)和修理。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的連續(xù)輸送器擴(kuò)散爐，其中所述上半部分安裝成固定在框架中無法移動(dòng)，所述爐包含多個(gè)用動(dòng)力推進(jìn)的垂直提升部件，所述垂直提升部件布置成連接到所述上和下半部爐區(qū)域部分，所述垂直提升部件經(jīng)布置以相對(duì)于所述固定的上半部區(qū)域部分而降低所述下半部區(qū)域部分，從而露出所述爐加熱區(qū)域內(nèi)部并且允許進(jìn)入所述爐加熱區(qū)域內(nèi)部，以便按需要進(jìn)行檢查、調(diào)整、維護(hù)和修理。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的連續(xù)輸送器擴(kuò)散爐，包含下垂制動(dòng)裝置組合件，所述下垂制動(dòng)裝置組合件安裝在所述爐區(qū)域中的至少ー些的下半部分中，并且布置成在所述支座下方間隔開且與所述支座并列對(duì)齊。
6.一種光伏(PV)太陽能電池晶片的連續(xù)擴(kuò)散或共擴(kuò)散層焙燒方法，所述晶片具有底表面和頂表面，所述方法包括以下步驟 a)向所述晶片底表面和所述晶片頂表面中的至少ー個(gè)涂覆至少ー摻雜劑組合物，以產(chǎn)生多個(gè)晶片，所述晶片在所述頂表面和底表面中的至少ー個(gè)上由一層摻雜劑組合物進(jìn)行了摻雜； b)運(yùn)送所述多個(gè)所述共摻雜后的晶片，從爐入口到爐出口，依次穿過多個(gè)加熱和冷卻區(qū)域，所述區(qū)域是按鄰接關(guān)系來布置的，以便界定連續(xù)的縱向加工輸送器路徑，所述路徑定向于大體上水平的平面中，且所述晶片定向成所述頂表面面向上； c)在所述運(yùn)送步驟中在低質(zhì)量輸送器系統(tǒng)上支撐所述晶片，所述輸送器系統(tǒng)包含直徑小的非旋轉(zhuǎn)式耐火管，所述耐火管支撐所述晶片，所述耐火管懸掛在金屬絲上，所述金屬絲從所述爐的第一縱向外側(cè)面到所述爐的第二縱向外側(cè)面橫跨所述晶片加工路徑，并且所述晶片按選定的速率不斷前進(jìn)穿過所述區(qū)域； d)在所述加熱區(qū)域中直接通過射到所述頂表面和底表面上的IR燈輻射和熱電阻輻射或再輻射中的至少ー個(gè)對(duì)所述晶片進(jìn)行加熱，加熱的時(shí)間足以促進(jìn)所述摻雜劑從所述涂布層擴(kuò)散到所述晶片基質(zhì)材料中，從而完成p_n結(jié)頂表面層和背接觸底表面層中的至少ー個(gè)的形成；以及 e)通過從縱向電阻加熱元件所施加的電阻輻射來維持橫跨所述晶片加工路徑的均勻的熱，所述縱向電阻加熱元件布置在所述加熱區(qū)域中的至少ー個(gè)中，與所述外側(cè)壁相鄰并且平行于所述外側(cè)壁。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述加熱區(qū)域沿著大體上平行于所述加工路徑水平平面的平面分成上部加熱區(qū)域部分和下部加熱區(qū)域部分，且從布置在至少ー個(gè)下部加熱區(qū)域部分中的電阻加熱元件施加熱。
8.一種用于在擴(kuò)散和金屬化步驟中對(duì)硅晶片進(jìn)行熱加工的設(shè)備，所述晶片具有頂表面和底表面，所述設(shè)備以可操作的組合形式包括a)至少一個(gè)摻雜器模塊，用于涂覆摻雜組合物，所述摻雜組合物選自硼摻雜劑組合物和磷摻雜劑組合物中的至少一個(gè)； b)連續(xù)輸送器IR燈加熱式擴(kuò)散爐，所述擴(kuò)散爐從所述摻雜器模塊接收摻雜后的硅晶片，所述擴(kuò)散爐具有狹長(zhǎng)的加熱區(qū)域，所述加熱區(qū)域在輸送器層面水平分割成上部部分和下部部分，且所述擴(kuò)散爐包含提升裝置，所述提升裝置允許所述上部部分和下部部分相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以便可以進(jìn)入所述加熱區(qū)域的內(nèi)部，所述爐適用于對(duì)摻雜后的硅晶片進(jìn)行擴(kuò)散焙燒； c)抗反射涂層模塊，所述抗反射涂層模塊布置在所述擴(kuò)散爐的下游，用以從所述擴(kuò)散爐接收擴(kuò)散焙燒后的硅晶片，并且包含用于向所述硅晶片的至少頂表面涂覆抗反射涂層(ARC)的構(gòu)件； d)印刷機(jī)/干燥器模塊，所述印刷機(jī)/干燥器模塊布置在所述抗反射涂層模塊的下游， 用以接收所述涂有ARC的硅晶片，所述印刷機(jī)/干燥器模塊包含用于向所述底表面涂覆背接觸漿料并且在所述頂表面上印刷精細(xì)的集電極線路以產(chǎn)生印刷后的晶片的構(gòu)件； e)干燥器模塊，用于接收所述印刷后的晶片并且在IR燈加熱的區(qū)域中將所述印刷后的晶片加熱到高達(dá)約650°C，以便從所述印刷后的硅晶片的所述頂表面和底表面上的所述漿料和線路中燒掉揮發(fā)性有機(jī)粘合劑；以及 f)金屬化爐，所述金屬化爐具有狹長(zhǎng)的加熱區(qū)域，所述加熱區(qū)域在所述輸送器層面水平分割成上部部分和下部部分，且所述金屬化爐包含提升裝置，所述提升裝置允許所述上部部分和下部部分相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以便可以進(jìn)入所述加熱區(qū)域的內(nèi)部，所述爐適用于對(duì)印刷后的硅晶片進(jìn)行IR燈加熱式金屬化焙燒，燒到約750°C到約1100°C的范圍內(nèi)；從而產(chǎn)生可以加工成太陽能電池板陣列的硅晶片，所述加工包含清潔、測(cè)試以及層積。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于對(duì)硅晶片進(jìn)行熱加工的設(shè)備，其中所述擴(kuò)散爐包含 a)多個(gè)加熱和冷卻區(qū)域，所述區(qū)域是按爐入口到爐出口的順序來定向的，所述區(qū)域是按鄰接關(guān)系來布置的，以便通過所述區(qū)域界定連續(xù)的縱向加工輸送器路徑，所述路徑定向于大體上水平的平面中； b)低質(zhì)量輸送器系統(tǒng)，用于接收太陽能電池晶片并使太陽能電池晶片沿著所述縱向加工路徑從所述爐入口穿過所述區(qū)域移動(dòng)到所述爐出口，所述輸送器系統(tǒng)包括 i)多個(gè)隔開的耐高溫金屬絲，所述金屬絲定向成與所述縱向加工路徑橫切，所述金屬絲的長(zhǎng)度界定所述輸送器系統(tǒng)的穿過所述爐區(qū)域的有用的晶片運(yùn)送寬度； ii)直徑小、壁薄、非旋轉(zhuǎn)式的耐火管，所述耐火管懸掛在所述金屬絲上，用以在通過所述輸送器系統(tǒng)將所述晶片運(yùn)送穿過所述爐區(qū)域時(shí)對(duì)所述晶片提供支撐，并且用以實(shí)質(zhì)上完全防護(hù)所述晶片免受從所述金屬絲排放出來的金屬蒸氣； iii)所述耐火管的延伸長(zhǎng)度為所述金屬絲的長(zhǎng)度的至少大部分，并且在所述金屬絲上定位成僅露出所述金屬絲的短的相對(duì)側(cè)端； iv)—對(duì)隔開的運(yùn)送部件，一個(gè)運(yùn)送部件布置成與所述金屬絲的每一端相鄰，所述運(yùn)送部件中的每一個(gè)形成連續(xù)環(huán)，所述連續(xù)環(huán)穿過從爐入口到所述爐出口的所述縱向加工路徑，然后在所述爐區(qū)域外的返回路徑上回到所述入口 ； V)所述運(yùn)送部件中的每一個(gè)包含沿著所述運(yùn)送部件連續(xù)環(huán)中的每一個(gè)均勻地隔開的多個(gè)收納部件，每個(gè)所述收納部件經(jīng)配置以可移除式保持所述金屬絲的所述短的側(cè)端，所述金屬絲布置成跨所述運(yùn)送寬度懸掛在所述運(yùn)送部件之間；以及 C)布置在所述爐區(qū)域外的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置成嚙合所述兩個(gè)運(yùn)送部件，以隨著所述運(yùn)送部件承載所述多個(gè)耐火管以及懸掛在所述收納部件之間的金屬絲實(shí)現(xiàn)穿過所述區(qū)域的同步移動(dòng)，在爐操作過程中，在所述耐火管上將所述晶片運(yùn)送穿過所述區(qū)域。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于對(duì)硅晶片進(jìn)行熱加工的設(shè)備，其包含第一摻雜器模塊，用于向所述晶片的所述底表面涂覆硼摻雜劑合物；以及第ニ摻雜器模塊，用于向所述晶片的所述頂表面涂覆磷摻雜劑合物，所述第一摻雜器模塊將摻雜后的晶片供給到倒裝器模塊，所述倒裝器模塊具有用于反轉(zhuǎn)所述晶片以使所述頂表面面向上的構(gòu)件，并且所述反轉(zhuǎn)后的頂表面向上的晶片被傳輸?shù)剿龅诙诫s器模塊?！?br> 全文摘要
多區(qū)域太陽能電池?cái)U(kuò)散爐具有多個(gè)輻射元件(SiC)或/和高強(qiáng)度IR燈加熱式加工區(qū)域，區(qū)域包含擋板區(qū)域、升高區(qū)域、焙燒區(qū)域、均熱區(qū)域及冷卻區(qū)域。通過超低質(zhì)量晶片運(yùn)送系統(tǒng)來實(shí)施將太陽能電池晶片運(yùn)送穿過爐的操作，太陽能電池晶片，晶片運(yùn)送系統(tǒng)包括橫向隔開、有防護(hù)、并且同步驅(qū)動(dòng)的金屬帶或鏈，金屬帶或鏈承載懸掛在金屬帶或鏈之間的金屬絲上的非旋轉(zhuǎn)式氧化鋁管。晶片位于沿著氧化鋁管橫向隔開的凸起圓周支座上，減少污染。高強(qiáng)度IR通量對(duì)晶片進(jìn)行快速光輻射調(diào)節(jié)，使得擴(kuò)散發(fā)生的速度比常規(guī)高質(zhì)量熱爐快兩倍以上。使用插在運(yùn)送管中的因科鎳護(hù)套的縱向側(cè)壁加熱器來確保對(duì)鄰近側(cè)壁的晶片邊緣進(jìn)行均勻加熱，加熱器包括盤管式加熱器。
文檔編號(hào)C30B31/02GK102953123SQ201210279698
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月19日
發(fā)明者理查·W·帕克斯, 路易斯·阿雷安卓·芮·加希亞, 彼得·G·拉給 申請(qǐng)人:Tp太陽能公司