用於真空加工系統中的基板放置的方法和設備的製作方法

2023-05-25 11:34:26

用於真空加工系統中的基板放置的方法和設備的製作方法
【專利摘要】本發明涉及用於使基板相對於基板固持器對準的方法和設備。基板在第一方向上移動到相對於基板固持器的某一位置。使基板固持器移動以便經由可以與第一方向垂直的第二方向上的旋轉移動和平移移動中的一個或更多個移動與基板對準，使得基板和基板固持器對準。一旦對準，則基板按期望的位置或設置安置在基板固持器上。
【專利說明】用於真空加工系統中的基板放置的方法和設備
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求於2012年6月19日提交的美國臨時專利申請N0.61/661，416的優先權，其整體內容通過引用合併與此。
【技術領域】
[0003]本發明涉及太陽能和半導體工業中的基板固持器和基板相對彼此的機械對準的領域。
【背景技術】
[0004]定義
[0005]本發明的意義上的加工包括作用在基板上的任何化學、物理或機械效應。
[0006]本發明的意義上的基板是加工裝置中待處理的零件、部件或工件。基板包括，但不限於，具有矩形、方形或圓形的平坦的、板形的部件。在優選實施例中，本發明基本上涉及尺寸>lm2的平面基板，諸如薄玻璃板。
[0007]真空加工或真空處理系統或裝置至少包括用於在低於周圍環境的大氣壓力的壓力下處理基板的殼體。
[0008]CVD化學汽相澱積是允許在加熱基板上澱積層的公知技術。通常液體或氣體的前體材料被饋送到加工系統，其中前體的熱反應導致層的澱積。LPCVD是低壓CVD的通用術語。
[0009]DEZ 二乙基鋅是用於在真空加工設備中用於生產TCO層的前體材料。
[0010]TCO表示透明傳導氧化物，並且因此TCO層是透明傳導層。
[0011]在本公開中術語層、塗層、澱積物和膜可互換地使用，用於真空加工設備中澱積的膜，其中的工藝是CVD、LPCVD、等離子體增強CVD (PECVD)或PVD (物理汽相澱積)。
[0012]太陽能電池或光伏電池(PV電池)是電氣部件，能夠經由光電效應將光(例如，日光)直接變換成電能。
[0013]通常意義上的薄膜太陽能電池包括通過半導體化合物的薄膜澱積建立的支承基板上的至少一個p-1-n結，其夾在兩個電極或電極層之間。
[0014]發明背景
[0015]圖1示意性地圖示了真空處理系統I，其具有由殼體3包圍的加工體積2。待加工的基板5 (例如，晶片或玻璃基板)需要高精度地安置在基板固持器4上。該基板固持器4通常按特定的機械、幾何關係設置在處理源6 (加熱器，塗覆材料、氣體、離子等的源)附近。圖1進一步示出了用於工藝氣體(例如，惰性氣體、反應氣體、前體等)的入口 7和排放口 8。入口和排放口的尺寸、數目和設計可以根據各個應用而變化。泵、供氣裝置以及裝載/卸載閉鎖和處置系統已被省略。
[0016]處理源6可以在基板固持器4的平面中呈現效果的變化。圖1將這種變化示意性地圖示為指示作用在基板5、基板固持器4和相鄰區域上的源6的不同強度的區域10和9。基板5相對於處理源6或基板固持器的未對準能夠引起基板固持器4的(額外的)塗覆或者層性質(諸如組分、厚度、處理結果等)的改變。在CVD系統中情況更是如此。在這一點上，基板固持器4對基板進行加熱並且基板固持器(還被稱為卡盤、基座或電熱臺)和基板5 (例如，玻璃、分劃板、光罩基板、晶片等)之間的移位能夠導致加熱圖樣的改變，並且作為結果，導致層性質的改變。此外，例如，如果基板的邊緣投影越過基板固持器，則移位可能引起基板的背面塗覆。
[0017]在現有技術的CVD設備中，基板固持器可以處於澱積工具內的固定位置。輸送或處置系統可以包括諸如叉的機械部件或者基於真空抽吸或其他升舉和定位部件的系統。機器人可以通過取入和移除基板而服務於基板固持器。通過教導機器人或對其編程以將基板準確地安置在正確的位置來實現正確的定位。
[0018]現有技術的缺陷
[0019]聯線加工系統可以包括具有用於將被依次加工的所有基板的公共路徑的一系列工藝腔室。輥可用於將基板從一個工作檯輸送到下一工作檯。如上文提及的，也可以使用機器人。輥位置和末端傳感器可以確定基板在基板固持器上的定位。在聯線工具中，這種輥定位方法對於基板的安置可能不是足夠精確的。原因是機械本質上的:輥的主要目的在於安全地輸送基板通過例如設備。因此可以使輥對準，使得基板被平穩地輸送通過腔室。由於基板的製造公差和系統的熱膨脹，基板固持器可能沒有與基板的輸送軌跡對準。此外，輥可能需要允許輥和基板之間的間隙(play)，特別是在基板具有特定尺寸(例如，Im2或更大)並且需要避免傾斜(canting)的情況下。傾斜可能損害或破壞基板或者阻塞輸送路徑。不幸地，該間隙還可以允許基板旋轉，引起基板在基板固持器上的不準確的安置。
[0020]圖2至6在示圖的幫助下圖示了前述情形。所示出的實施例涉及用於方形或矩形基板的聯線系統，但是問題以及解決方案不限於基板尺寸、基板形狀、基板設計或基板材料。圖2圖示了僅一個工藝腔室20 (沒有入口、出口、氣體和材料源或者裝載和卸載設備)。基板23上的箭頭指示輸送通過處理系統或工藝腔室20的方向。輥26允許使基板23在工藝腔室20中移動。基板固持器21包括銷或升舉設備22。一旦基板23已與基板固持器21的位置對準，則銷22從基板固持器的表面延伸並且升舉基板23，使得輥26清空。輥26隨後可以從基板23縮回，並且銷可以將基板放置在基板固持器21上。安置方法的該描述並非是限制性的，因為例如具有叉的機器人也可以進行該安置。
[0021]圖4更詳細地圖示了輥元件26的基本部件。輥元件可以包括圓柱部分31，其被配置成承載基板35。圓柱部分的區域可以被設計為允許某種橫向間隙(即，與箭頭指示的輸送方向垂直)。墊環(rim)32可以防止基板35橫向移動過遠並且可以用作橫向軌道。軸部33連接到外殼體壁34並且被構造為可縮回的(藉助於氣動缸或液壓缸或者其他類型的驅動)以允許基板35被安置在基板固持器(圖4中未示出)上。
[0022]圖3突出顯示了關於基板安置的不合需要的情景。基於輥26的定位和設置，基板23已被旋轉並且橫向移位到可允許的程度。與基板固持器21的適當對準是不可能的。圖5圖示(放大)了相對於基板固持器旋轉的基板24，並且圖6圖示了相對於基板固持器橫向移位的基板25。在圖5和6兩者中省略了輥26。

【發明內容】
[0023]通常來說，本發明涉及一種使基板固持器27與基板28對準的方法。在第一步驟中，輸送系統可以使基板28在第一方向上移動到相對於基板固持器27的某一位置。在第二步驟中基板固持器27可以經由在橫越(例如，垂直)第一方向的第二方向上，基板固持器27的旋轉移動和基板固持器27在與基板28的平面平行的平面中的移動(即，平移)中的一個或更多個移動與基板28對準，使得基板28和基板固持器27對準。在第三步驟中，基板28可以按期望的位置或設置安置在基板固持器27上。在可選的第四步驟中，基板固持器27可以再次通過第二方向上的旋轉和橫向移動進行移動以返回中性位置(例如，與工藝腔室20自身對準)，使得可以通過相對於輸送系統的經校正的位置來執行(例如，開始)後面的腔室20外的基板28的輸送。
[0024]通過例如光學傳感器(例如，光學末端傳感器)或相機系統的傳感器，可以觀察並且控制對準工藝。分析可以由計算機和相應的軟體完成。第一步驟可能沒有足夠精確地定位基板以允許第二步驟成功地結束。在該情況下，在第二步驟開始或結束之前，有必要例如使基板再次在第一方向上向後或向前移動。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]被併入說明書並且構成其一部分的附圖圖示了一個或更多個實施例，並且連同描述一起說明了這些實施例。附圖不一定依比例繪製。所附曲線和示圖中圖示的任何取值尺寸僅用於說明的目的，並且可以表示或者可以不表示實際的或優選的取值或尺寸。在適當的情況下，一些或所有特徵可能未被圖示以協助底層特徵的描述。在附圖中:
[0026]圖1圖示了根據【背景技術】的真空處理系統。
[0027]圖2圖示了根據【背景技術】的工藝腔室中的基於輥的基板定位系統。
[0028]圖3圖示了關於基板安置的不合需要的情形。
[0029]圖4圖示了根據【背景技術】的輥元件的基本部件。
[0030]圖5圖不了相對於基板固持器旋轉的基板。
[0031]圖6圖不了相對於基板固持器橫向移位的基板。
[0032]圖7圖示了根據本發明的基板安置和對準方法和設備的框圖。
[0033]圖8圖示了根據本發明的一個實施例的移位單元的示例。
【具體實施方式】
[0034]下文結合附圖闡述的描述旨在作為本發明的各種實施例的描述並且不一定旨在僅表示其中可以實踐本發明的實施例。在某些實例中，出於提供對本發明的理解的目的，描述包括具體細節。然而，對於本領域技術人員顯見的是，本發明可以在沒有這些具體細節的情況下實踐。在一些實例中，一些結構和部件可以以框圖的形式示出以避免模糊所公開的主題內容的概念。
[0035]此外，注意，除非上下文清楚地指出另外的情況，否則如說明書和所附權利要求中使用的單數形式「一個(a、an)」和「該」包括複數的所指對象。就是說，除非清楚地指明其他情況，否則如這裡使用的詞彙「一個(a和an)」等帶有「一個或更多個」的含義。此外，本發明及其實施例旨在涵蓋修改和變形。例如，將理解，這裡可能使用的諸如「左」、「右」、「頂」、「底」、「前」、「後」、「側面」、「高度」、「長度」、「寬度」、「上」、「下」、「內部」、「外部」、「內」、「外」等的術語僅描述了參考點，並未將本發明限於任何特定的取向或配置。此外，諸如「第一」、「第二」、「第三」等的術語僅識別如這裡公開的許多個部分、部件、步驟和/或參考點中的一個，同樣地並未將本發明限於任何特定的配置、取向、數目或順序。
[0036]用於使基板與基板固持器對準的發明概念包括基板固持器的移動。基板輸送可以被配置成平穩地和安全地分別處置並輸送基板通過設備或系統。將在圖7的幫助下說明對準自身。
[0037]藉助於輸送系統(例如，基於輥的)，基板28可以被輸送到相對於根據本發明的可移動基板固持器27的第一位置。隨後，基板固持器27可以根據如輸送系統取入的基板28的取向與基板28的取向對準。可移動基板固持器27因此可以補償例如與基板28的輸送方向垂直的安置不準確，以及基板28相對於輸送方向的旋轉(具有垂直移動的形式的示例性橫向移動由圖7中的與中心點相鄰的箭頭指示，標明與其表面垂直的基板固持器的旋轉軸)。在技術上，這種基板固持器的移動可以通過如下方式實現，將基板固持器27的基板臺設置在例如滑導、輥或導軌上，該滑導、輥或導軌可以允許相對於輸送方向的移動，例如基板固持器27的垂直移動。可旋轉性可以通過旋轉裝置或機構實現，諸如例如具有滾球軸承和相應的驅動機構的轉盤。
[0038]通過例如光學傳感器(例如，光學末端傳感器)控制並測量輸送方向上的任何安置誤差。替選地，相機系統可用於檢測基板28的實際取向。檢測基板28和結束輸送之間的延遲時間可用於基於輸送方向確定準確位置。可選地，不需要機械對準。因此可以避免與輸送系統相關聯的損害和/或對基板的損害，並且可以提高處理效率以實現例如經濟優點。
[0039]作為一個示例，該對準系統的一個應用已在用於生產薄膜太陽能電池中的某些處理步驟的TCO塗覆系統中實現。
[0040]可以在第一澱積之後基於留在電熱臺上的澱積軌跡進行對準。通過基板固持器移位單元測量並補償移位。
[0041]圖8圖示了該移位單元的示例。該移位單元可以例如安置在澱積腔室和基板支承物之間。移位底板101單元可以通過諸如螺釘102的緊固器固定在腔室底部。基板支承物可以通過銷103移動，銷103可以通過可旋轉柱104移動。杆105可以促成或實現可旋轉柱104的移動，並且進一步允許移位單元位於基板支承物下方，在此處被遮擋以抵禦澱積氣體。定位銷103的位置可以通過例如固定螺釘106進行固定。一旦確定了基板支承物的位置，則螺釘106可以被旋緊以固定基板支承物的位置。在移位單元的安裝期間可以使用支柱107以確定用於對準的開始位置。定位銷103可以被安置在對準支柱107中的孔或銷(這裡未示出)的一個視線中。這種移位單元可以在用於基板支承物的所有定位部件上使用。
[0042]現已描述了本發明的實施例，對於本領域技術人員應顯見的是，前文僅是說明性的而非限制性的，僅作為示例而被呈現。因此，儘管這裡討論並圖示了具體配置，但是也可以採用其他配置。通過本公開實現了許多修改和其他實施例(例如，組合，重新設置等)，並且所述修改和其他實施例在本領域普通技術人員的範圍內，並且被視為落在所公開的主題內容及其任何等同物的範圍內。所公開的實施例的特徵可以在本發明的範圍內組合、重新設置、省略等以產生額外的實施例。此外，某些特徵有時可以在沒有相應地使用其他特徵的情況下被有利地使用。因此， 申請人:旨在涵蓋本發明的精神和範圍內的所有這些提選、修改、等同和變化方案。
【權利要求】
1.一種裝置，包括: 真空加工腔室； 可移動基板固持器，其安裝在所述真空腔室內，所述可移動基板固持器具有選自如下自由度的至少一個移動自由度:相對基板移動進入和離開所述真空加工腔室的方向平移的平移自由度、或者旋轉自由度； 基板輸送系統，其耦接到所述真空加工腔室，並且被配置成將基板傳送到所述真空加工腔室中並且將所述基板安置在所述可移動基板固持器上； 基板升舉系統，其設置成使所述基板在所述基板輸送系統和所述可移動基板固持器的基板支承表面之間豎直平移；以及 基板固持器移位單元，其耦接到所述可移動基板固持器，並且被配置成可移動地調整所述可移動基板固持器並且校正所述可移動基板固持器和所述基板之間的未對準。
2.根據權利要求1所述的裝置，進一步包括: 檢測系統，其設置在所述真空加工腔室中以檢測所述可移動基板固持器和所述基板之間的所述未對準。
3.根據權利要求2所述的裝置，其中所述檢測系統包括光學檢測系統。
4.根據權利要求2所述的裝置，其中所述檢測系統包括光學末端傳感器或相機。
5.根據權利要求2所述的裝置，進一步包括: 控制器，其耦接到所述檢測系統和所述基板固持器移位單元，所述控制器被配置成使用所述基板固持器移位單元和從所述檢測系統接收到的數據來可控地調整所述可移動基板固持器。
6.根據權利要求1所述的裝置，其中所述可移動基板固持器設置在滑導、輥或導軌上以提供相對基板移動進入和離開所述真空加工腔室的方向平移的所述平移自由度。
7.根據權利要求1所述的裝置，其中所述可移動基板固持器設置在滾球軸承上以提供所述旋轉自由度。
8.根據權利要求1所述的裝置，其中所述基板輸送系統包括安裝在所述真空加工腔室的側壁上的可縮回的輪或輥。
9.根據權利要求1所述的裝置，其中所述基板固持器移位單元包括: 底板，其可固定地安裝在所述真空加工腔室的底部； 可旋轉柱，其可旋轉地安裝到所述底板，所述可旋轉柱具有從上遠端延伸並且接合所述可移動基板固持器的銷；以及 杆臂，可固定地耦接到所述可旋轉柱並且被設置為允許經由所述可旋轉柱的旋轉來手動調整所述可移動基板固持器。
10.一種方法，包括: 使用基板輸送系統將基板傳送到真空加工腔室中並且將所述基板定位在安裝在所述真空加工腔室內的可移動基板固持器之上； 通過執行以下操作至少之一來使所述可移動基板固持器相對於所述基板移位以校正所述可移動基板固持器和所述基板之間的未對準:使所述可移動基板固持器沿平移自由度平移以及使所述可移動基板固持器旋轉，其中平移自由度相對基板移動進入和離開所述真空加工腔室的方向平移；以及使用基板升舉系統使所述基板從所述基板輸送系統下降到所述可移動基板固持器上的基板支承表面。
【文檔編號】H01L21/67GK103515268SQ201310243221
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年6月19日 優先權日:2012年6月19日
【發明者】馬庫斯·波佩勒, 馬可·紹爾, 安德烈亞斯·京茨勒 申請人:Tel太陽能公司