CN102132378B - 激光材料移除方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例一般提供在太阳能电池制造中利用激光的材料移除方法与设备。在一个实施例中，提供的设备准确地依照所欲图案移除沉积于太阳能电池基材上的介电层的部分并沉积导电层于图案化的介电层上。在一个实施例中，设备还依所欲图案移除导电层的部分。在某些实施例中，提供通过激光移除材料的部分且不伤害下方基材的方法。在一个实施例中，光束的强度分布是经调整以致形成于基材表面上的光斑中的最大强度与最小强度之间的差异被降低至理想范围。在一个实例中，基材是经定位以致降低基材中心处相对周边的尖峰强度。在一个实施例中，改善脉冲能量以提供介电层的所欲部分的热应力与物理剥离。

Description

激光材料移除方法和设备
技术领域
本发明的实施例一般涉及光伏特电池的制造。更具体来说，本发明的实施例涉及依照所欲图案激光移除材料层的部分的设备与方法。
背景技术
太阳能电池是将太阳光直接转换成电力的光伏特(PV)组件。最常见的太阳能电池材料为硅，所述材料处于单晶或多晶基材形式，有时称为晶片。因为形成硅基太阳能电池来产生电力的分摊成本目前高于利用传统方法产生电力的成本，因此希望可减少形成太阳能电池的成本。
许多方法能够制造太阳能电池的主动区、钝化区及导体。然而，上述先前制造方法与设备存在有许多问题。例如，目前在太阳能电池制造过程中提供的激光移除介电与导电层的部分的方法耗时且会导致伤害下方基材。
因此，需要可在太阳能电池制造过程中移除层的部分且改善基材产量的改良激光移除技术与设备。
发明内容
本发明的一个实施例中，材料移除设备包括第一机器人，所述第一机器人配置以将基材自输入区传送至基材运送表面上数个支撑特征结构中的一者，所述基材具有沉积于其第一表面上的介电层；显像系统，所述显像系统配置以侦测基材的实际位置并传达有关实际位置的信息至系统控制器；第一激光扫描仪，所述第一激光扫描仪定位以依所欲图案移除一部分的介电层；及自动化系统，所述自动化系统配置以将具有图案化介电层的基材自第一激光扫描仪运送至沉积室，所述沉积室配置以沉积导电层于介电层上。一个实施例中，系统控制器配置以确定基材的实际位置相对于预期位置的偏移，并调整第一机器人或激光扫描仪中的任一者以修正所述偏移。
另一实施例中，激光材料移除方法包括确定沉积于基材上的材料的激光烧蚀阀值、改变基材位置或激光参数(通过散焦激光)中的任一者以致由激光散发的光线的一部分以低于烧蚀阀值照射基材、并烧蚀材料而不伤害下方基材。
另一实施例中，激光材料移除方法包括通过聚焦激光散发的光线于沉积于基材上的介电材料的一区域以热加压所述区域，并自所述区域物理性移除材料而不蒸发材料。
本发明的另一实施例中，工艺包括第一机器人，所述第一机器人配置以将基材自输入区传送至基材运送表面上数个支撑特征结构中的一者；显像系统，所述显像系统配置以侦测基材的实际位置并传达有关实际位置的信息至系统控制器；第一沉积室，所述第一沉积室配置以沉积介电层于基材上；第一激光扫描仪，所述第一激光扫描仪定位以当基材定位于基材运送表面上时，依所欲图案自基材移除介电层的一部分；第二沉积室，所述第二沉积室配置以沉积导电层于图案化介电层上；及自动化系统，所述自动化系统配置以在第一沉积室、第一激光扫描仪与第二沉积室之间运送基材。一个实施例中，系统控制器配置以确定基材的实际位置相对于预测位置的偏移并调整激光扫描仪以修正偏移。
附图说明
为了更详细地了解本发明的上述特征，可参照实施例(某些图示于附图中)来理解本发明简短概述于上文的特定描述。然而，需注意附图仅图示本发明的典型实施例而因此不被视为本发明范围的限制因素，因为本发明可允许其它等效实施例。
图1A至图1E图示太阳能电池基材在工艺工序的不同阶段的示意性横截面图，所述工艺工序用于在太阳能电池的表面上形成接触结构。
图2图示用于在太阳能电池上形成接触结构的工艺工序。
图3A是用于根据本发明的一个实施例实行工艺工序的设备的示意性平面图。
图3B是用于根据本发明另一实施例实行工艺工序的设备的示意性平面图。
图4是根据本发明的一个实施例固持基材于显像系统上的机器人的示意性侧视图。
图5A是用于根据本发明另一实施例实行工艺工序的设备的示意性平面图。
图5B是用于根据本发明另一实施例实行工艺工序的设备的示意性平面图。
图6是根据本发明的一个实施例定位于基材固持件中的基材的示意性侧视图。
图7A是用于根据本发明另一实施例实行工艺工序的设备的示意性平面图。
图7B是用于根据本发明另一实施例实行工艺工序的设备的示意性平面图。
图8是用于根据本发明另一实施例实行工艺工序的设备的示意性平面图。
图9是用于根据本发明另一实施例实行工艺工序的设备的示意性平面图。
图10是激光自所述激光沿着一距离传播光束的示意图。
图11是图10中所示特定位置处光束的高斯强度分布的示意图。
图12是根据本发明的一个实施例于图10中所示的调整位置处光束的高斯强度分布的示意图。
图13是根据本发明的一个实施例的热生成氧化物的热应力与物理剥离造成激光移除的一个实例的示意图。
图14是根据本发明的一个实施例通过等离子增强化学气相沉积(PECVD)沉积的氧化硅的热应力与物理剥离造成激光移除的一个实例的示意图。
具体实施方式
本发明的实施例大致提供在太阳能电池制造中利用激光的材料移除方法与设备。在一个实施例中，提供一设备，所述设备可依照所欲图案准确地移除沉积于太阳能电池基材上的介电层的部分，并沉积导电层于图案化介电层上。在一个实施例中，所述设备还依所欲图案移除导电层的部分。在某些实施例中，提供通过激光移除材料的一部分而不伤害下方基材的方法。在一个实施例中，光束的强度分布经调整以致形成于基材表面上的光斑中最大与最小强度之间的差异减少至最理想的范围。在一个实例中，基材经定位以致降低基材中心处相对周边的尖峰强度。在一个实施例中，改善脉冲能量以提供介电层的所欲部分的热应力与物理剥离。
图1A至图1E描述太阳能电池基材110在工艺工序的不同阶段过程中的示意性横截面图，所述工艺工序用以于太阳能电池100的表面上形成接触结构。图2描述用以于太阳能电池上形成接触结构的工艺工序200。
参照图1A，太阳能电池基材110具有正面101与背面120。在一个实施例中，基材110包括单晶硅、浇铸多晶硅(multicrystalline silicon)或原生多晶硅(polycrystalline silicon)。在其它实施例中，基材110可包括有机材料、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、碲化镉(CdTe)、硫化镉(CdS)、铜铟镓硒(ClGS)、铜铟硒(CulnSe2)或磷化铟镓(GalnP2)以及异接面电池(诸如，GalnP/GaAs/Ge或ZnSe/GaAs/Ge)，所述基材110用以将太阳能转换成电力。
在步骤202，如图1A所示，介电层111形成于基材110的背面120上。在一个实施例中，介电层111形成于含硅基材的表面120上的氧化硅层，诸如二氧化硅层。在一个实施例中，介电层111是氮化硅层、氧氮化硅层、碳化硅层、氧碳化硅层或其它相似类型的层。介电层111可利用传统氧化处理加以形成，诸如炉管退火处理、快速热氧化处理、常压或低压化学气相沉积(CVD)处理、等离子增强CVD处理、物理气相沉积(PVD)处理、蒸发处理、喷涂式处理、旋转式处理、卷绕式处理、网版印刷处理或另一相似沉积处理。
在一个实施例中，介电层111为厚度介于约与约
Figure GSB00000627967800042
之间的二氧化硅层。在另一实施例中，介电层111为厚度小于约
Figure GSB00000627967800043
的二氧化硅层。在一个实施例中，介电层111为厚度介于约
Figure GSB00000627967800051
与约之间的氮化硅层。在另一实施例中，介电层111包括多层薄膜堆栈，诸如氧化硅/氮化硅层堆栈、非晶硅/氧化硅层堆栈或非晶硅/氮化硅层堆栈。在一个实施例中，氧化硅层厚度介于约与约
Figure GSB00000627967800054
之间，而氮化硅层厚度介于约
Figure GSB00000627967800055
与约
Figure GSB00000627967800056
之间。在一个实施例中，非晶硅层厚度介于约
Figure GSB00000627967800057
与约
Figure GSB00000627967800058
之间，而氧化硅层厚度介于约
Figure GSB00000627967800059
与约
Figure GSB000006279678000510
之间。在一个实施例中，非晶硅层厚度介于约
Figure GSB000006279678000511
与约之间，而氮化硅层厚度介于约
Figure GSB000006279678000513
与约
Figure GSB000006279678000514
之间。
在步骤204，基材110的背面120的区域125如图1B所示般暴露。在一个实施例中，通过利用一或更多个激光装置190移除介电层111的部分来暴露区域125。在一个实施例中，激光装置190是固态激光，诸如Nd:YAG激光、Nd:YVO4激光或光纤激光。利用一或更多个激光移除介电层111的方法接着描述于标题名称为“激光移除方法”的段落中。
在步骤206，如图1C所示，导电层114沉积于基材110的背面120的介电层111上。导电层114通过基材110的背面120上的暴露区域125电连接至基材110。在一个实施例中，形成的导电层114厚度介于约与约之间，且含有金属，诸如铜(CU)、银(Ag)、锡(Sn)、钴(Co)、铼(Rh)、镍(Ni)、锌(Zn)、铅(Pb)和/或铝(Al)。在一个实施例中，导电层114为通过PVD处理或蒸发处理形成的铝(Al)层。在一个实施例中，导电层114包括两层，所述两层通过PVD处理或蒸发处理首先沉积铝(Al)层并接着通过PVD处理沉积镍钒(NiV)覆盖层而加以形成。
在导电层114施加于指叉型完全背接触太阳能电池结构上的实施例中，图案化沉积的导电层114以形成隔离区域可能是理想的。在上述实施例中，执行步骤208，如图1D所示。在一个实施例中，通过利用相同或另一激光装置190自区域130中的导电层114移除材料来形成导电特征结构115与116，所述电特征结构115与116各自电连接至形成于基材110中的主动区域。在一个实施例中，导电特征结构115与基材110中的p-型掺杂区141电接触，而导电特征结构116与形成于基材110中的n-型掺杂区142电接触，两者形成太阳能电池100的主动区的部分。
接着，可执行不同处理步骤以制备和/或纹理化基材的正面101，如图1E所示。在一个实施例中，在已经形成太阳能电池后，正面101经调适用于接收太阳光。在一个实例中，正面101经纹理化并接着利用喷涂式或气相高温扩散处理中的任一者进行选择性掺杂。接着通过沉积抗反射(ARC)层119(例如，氮化硅)来钝化正面101。在一个实施例中，具有一或更多个主动层118(例如，p-型基材上的i-n类型层)的异接面类型太阳能电池结构形成于纹理化的正面101上。在一个实施例中，在实施工艺工序200之前实施正面101的制备。在一个实施例中，在制备正面101之后，可利用传统处理于正面101上形成一或更多个导电正面接触配线(未图示)以形成太阳能电池100的正面接触结构。
在一个实施例中，利用一或更多个激光装置(诸如，上述的激光装置190)移除配置于基材110的正面101上的一或更多个层的部分。移除钝化和/或ARC层的方法随后描述于标题名称为“激光移除方法”的段落中。在一个实例中，接着将一或更多个导电正面接触配线(或指状物)沉积于激光移除处理所暴露的区域上。接着，一或更多个导电正面接触配线可经进一步处理以确保所欲的电连接通过基材110的正面101上的暴露区域形成至基材110。在一个实施例中，一或更多个导电正面接触配线包含金属，诸如铜(Cu)、银(Ag)、锡(Sn)、钴(Co)、铼(Rh)、镍(Ni)、锌(Zn)、铅(Pb)和/或铝(Al)。
图3A是根据本发明的一个实施例执行步骤204-208的设备300A的示意性平面图。图3B是根据本发明另一实施例执行步骤204-208的设备300B的示意性平面图。在一个实施例中，具有介电层111沉积于其背面120上的基材110通过进入输送器310传送进入接收区320。在一个实施例中，基材110个别传送于进入输送器310上。在另一实施例中，基材110以匣传送。在另一实施例中，基材110以堆栈盒传送。在一实施例中，一旦各个基材110运送进入接收区320，运送机器人330就自接收区320收回各个基材110并固持基材110于显像系统340上。
图4是机器人330固持基材110于显像系统340上的示意性侧面图。在一个实施例中，显像系统340包括向上观察检测装置342、照明源344与激光扫描仪346。在一个实施例中，检测装置342是照相机，诸如彩色或黑白照相机。在一个实施例中，照明源344是发光二极管(LED)源，所述LED源配置以在特定波长范围散发光线。在另一实施例中，照明源344包括宽带灯与一或更多个过滤器(未图示)，用以朝向基材110散发所欲波长的光线。在一个实施例中，激光扫描仪346包括固态激光，诸如先前描述的激光装置190。在一个实施例中，检测装置342、照明源344与激光扫描仪346连通于系统控制器301。
系统控制器301促进整体设备300A或300B的控制与自动化，并可包括中央处理单元(CPU)(未图示)、内存(未图示)与支持电路(或I/O)(未图示)。CPU可为用于工业设定的任何形式计算机处理器中的一者，以控制不同的腔室处理与硬件(例如，输送器、光学检测组件、马达、流体输送硬件等)并监控系统与腔室处理(例如，基材位置、工艺时间、侦测器信号等)。内存连接至CPU，并可为可轻易取得的内存中的一或更多个，诸如本地或远程的随机存取内存(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘或任何其它形式的数字储存器。软件指令与数据可经编码并储存于内存中以指示CPU。支持电路还连接至CPU以用传统方式支持处理器。支持电路可包括快取区(cache)、电源、计时电路、输入/输出电路系统、子系统等等。系统控制器301可读取的程序(或计算机指令)确定哪个工作可执行于基材上。程序最好为系统控制器301可读取的软件，所述软件包括编码，以产生并储存至少基材位置信息、不同受控部件的移动顺序、基材光学检测系统信息及其任何组合。
在一个实施例中，当机器人330固持基材110于显像系统340上时，检测装置342与照明源344配合系统控制器301作用，以确定基材110相对激光扫描仪346的准确位置。所述测量接着用来相对激光扫描仪346准确地排列基材110，以进行激光图案化。在一个实施例中，所述测量是用来相对基材110准确地排列激光扫描仪346以进行激光图案化。接着，激光扫描仪346根据上述步骤204依所欲图案移除介电层111的部分。图案化之后，在进一步处理之前可通过检测装置342检测基材110的图案化表面。
另一实施例中，显像系统340位于接收区320中。在此实施例中，照明源344可位于基材110的一例而检测装置342可位于基材110的另一相对侧。例如，检测装置342可位于基材110上方，而照明源344则位于基材110下方。在此实施例中，照明源344可提供背侧照明而检测装置342捕获基材110的影像并传达这些影像至系统控制器301。
再度参照图3，机器人330接着将图案化基材110置入基材运送表面350上的特定特征结构352中。在一个实施例中，特征结构352是穴部而基材运送表面350为基材载体。在另一实施例中，特征结构352是支撑组件而基材运送表面350包括基材搬运机器人上的数个横向臂。在另一实施例中，特征结构352是支撑组件或穴部，而基材运送表面350是自动化系统381的平台部分，诸如基材输送器的上表面。在基材运送表面350的每个特征结构352装填有图案化基材110之后，基材110是通过自动化系统381运送进入沉积室360，诸如PVD室或蒸发室。在一个实施例中，自动化系统381包括滚轴(未图示)与致动器(未图示)，用以线性移动基材运送表面350上的基材110。在一个实施例中，自动化系统381是基材搬运机器人。在沉积室360中，导电层114根据上述步骤206而沉积于图案化介电层111上。
在一个实施例中，在沉积导电层114之后，在基材运送表面350上，基材110通过自动化系统381经运送离开沉积室360。此时，相同或另一机器人330可将个别基材110从所述基材各自的特征结构352移除并固持所述基材于相同或另一显像系统340上。在一个实施例中，再度通过检测装置342与照明源344搭配系统控制器301来确定基材110的准确位置。此测量接着可用来相对激光扫描仪346准确地排列基材110或相对基材110准确地排列激光扫描仪346，以根据上述步骤208激光图案化导电层114。在一个实施例中，接着可通过显像系统340检测图案化的导电层114。机器人330接着将基材110置入离开区370，在此基材接着在离开输送器380上经运送离开设备300A或300B。
图3A与图3B中图示的实施例提供基材110的层上的激光图案的极度准确位置，因为每个个别基材110是相对激光扫描仪346的坐标系统而定位。此实施例还允许相当简单的激光头设计，因为激光操作区域局限于单一基材110的大小。此外，基材破损的可能性降至最小，因为各个基材仅通过机器人340在沉积室360的沉积前侧面移动一次并在沉积室360的沉积后侧面移动一次。
图5A是根据本发明另一实施例执行步骤204-208的设备500A的示意性平面图。图5B是根据本发明另一实施例执行步骤204-208的设备500B的示意性平面图。在一个实施例中，具有介电层111沉积于其背面120上的基材110通过进入输送器510传送进入接收区520。在一个实施例中，基材110个别地传送于进入输送器510上。在另一实施例中，基材110以匣传送。在另一实施例中，基材110以堆栈盒传送。
在一个实施例中，显像系统540位于接收区520中。在此实施例中，照明源544可位于基材110的一侧而检测装置542可位于基材110的另一相对侧。例如，检测装置542可位于基材110上方，而照明源544则位于基材110下方。在此实施例中，照明源544可提供背侧照明而检测装置542捕获基材110的影像并传达这些影像至系统控制器301。在一个实施例中，检测装置542与照明源544配合系统控制器301作用以确定基材110的准确位置。
在一个实施例中，一旦每个个别基材110输送进入接收区520，运送机器人530就自接收区520收回基材110并利用有关基材110位置的信息固持基材110于基材固持件541上。图6是基材110定位于基材固持件541中的示意性侧视图。在一个实施例中，当设置介电层111于基材110向下的侧面上时，基材固持件541包括基材穴部548与定位于基材穴部548下方的激光扫描仪546。在一个实施例中，介电层111设置于基材110向上的一侧面上，则激光扫描仪546定位于基材穴部548的上方。在一个实施例中，激光扫描仪546包括固态激光，诸如激光装置190。在一个实施例中，激光扫描仪546接着根据上述步骤204依所欲图案移除介电层111的部分。在一个实施例中，当一个基材110正在基材固持件541的一个基材穴部548中图案化时，可自相邻基材穴部548移除另一(已经图案化的)基材110和/或将第三基材110装载于相邻基材穴部548上。在一个实施例中，基材固持件541可进一步包括检测装置542与照明源544，以检测基材110的图案化表面。
再度参照图5A与图5B，机器人530接着将图案化基材110置入基材运送表面550上的特定特征结构552中。在一个实施例中，特征结构552是穴部而基材运送表面550为基材载体。在另一实施例中，特征结构552是支撑组件而基材运送表面550包括基材搬运机器人上的数个横向臂。在另一实施例中，特征结构552是支撑组件或穴部，而基材运送表面550是自动化系统581的平台部分，诸如基材输送器的上表面。在基材运送表面550的每个特征结构552装填有图案化基材110之后，基材110通过自动化系统581运送进入沉积室560，诸如PVD室或蒸发室。在一个实施例中，自动化系统581包括滚轴(未图示)与致动器(未图示)，用以线性移动基材运送表面550上的基材110。在一个实施例中，自动化系统581是基材搬运机器人。接着，导电层114根据上述步骤206而沉积于图案化的介电层111上。
在一个实施例中，在沉积导电层114之后，基材110经运送离开沉积室560。此时，相同或另一机器人530可将个别基材110自所述基材各自的特征结构552移除并将所述基材置于相同或另一基材固持件541中。接着，激光扫描仪546可根据上述步骤208而激光图案化导电层114。在一个实施例中，检测装置542与照明源544可用来检测图案化的导电层114。在一个实施例中，机器人530接着将基材110置入离开区570，在此基材接着在离开输送器580上经运送离开设备500A或500B。
图5A与图5B中描述的实施例提供基材110的层上的激光图案的极度准确位置，因为每个个别基材110是相对于激光扫描仪546的坐标系统而定位。此实施例还允许相当简单的激光头设计，因为激光操作区域局限于单一基材110的大小。此外，可达成设备500A或500B的基材110产量的增加，因为在相邻基材110正被激光图案化的同时，机器人530可装载/卸载一个基材110。
图7A是根据本发明另一实施例执行步骤204-208的设备700A的示意性平面图。图7B是根据本发明另一实施例执行步骤204-208的设备700B的示意性平面图。在一个实施例中，具有介电层111沉积于其背面120上的基材110通过进入输送器710传送进入接收区720。在一个实施例中，基材110个别地传送于进入输送器710上。在另一实施例中，基材110以匣传送。在另一实施例中，基材110以堆栈盒传送。在一个实施例中，显像系统740位于接收区720中。在此实施例中，照明源744可位于基材110的一侧而检测装置742可位于基材110的另一相对侧。例如，检测装置742可位于基材110上方，而照明源744则位于基材110下方。在此实施例中，照明源744可提供背侧照明而检测装置742捕获基材110的影像并传达这些影像至系统控制器301，以确定基材110相对于预期位置的准确位置。
在另一实施例中，一旦各个基材110运送进入接收区720，运送机器人730就自接收区720收回各个基材110并固持基材110于显像系统740上。在一个实施例中，当机器人730固持基材110于显像系统740上时，显像系统740配合系统控制器301作用以确定基材110相对于预期位置的准确位置。
接着，所述测量可用来准确地将基材110置入基材运送表面750上的特定特征结构752。在一个实施例中，特征结构752是穴部而基材运送表面750为基材载体。在另一实施例中，特征结构752是支撑组件而基材运送表面750包括基材搬运机器人上的数个横向臂。在另一实施例中，特征结构752是支撑组件或穴部，而基材运送表面750是自动化系统781的平台部分，诸如基材输送器的上表面。在一个实施例中，自动化系统781包括滚轴(未图示)与致动器(未图示)，用以线性移动基材运送表面750上的基材110。在一个实施例中，自动化系统781是基材搬运机器人。
在基材运送表面750的每个特征结构752装填有图案化基材110之后，基材110通过自动化系统781运送于激光扫描仪746上(介电层111是设置于基材110向下侧面上的实施例中)或激光扫描仪746下(介电层111是设置于基材110向上侧面上的实施例中)，以依照上述步骤204并根据所欲图案移除定位于基材运送表面750上的各个基材110的介电层111的部分。在一个实施例中，激光扫描仪746包括固态激光，诸如激光装置190。在一个实施例中，激光扫描仪746配置以在Y方向中移动。在上述实施例中，基材110一次标志一个列，且通过自动化系统781经过激光扫描仪746，以在各个列中图案化各个基材110。在另一实施例中，激光扫描仪746配置以在X方向与Y方向中移动。
在一个实施例中，设备700A或700B包括显像系统790以确定基材运送表面750相对于激光扫描仪746的准确位置。在一个实施例中，利用显像系统790与一或更多个形成于基材运送表面750上的基准点来确定基材运送表面750的确切位置。显像系统790包括侦测器，所述侦测器定位以查看基材运送表面750上发现的基准点。接着可通过系统控制器301确定基材运送表面750相对于激光扫描仪746的已知位置的位置与角度方向。接着可利用此偏移来准确地定位激光扫描仪746，以图案化各个基材110的介电层111。此外，显像系统790可用于检测各个基材110的图案化介电层111。
在一个实施例中，图案化各个基材110的介电层111后，通过自动化系统781将基材运送进入沉积室760，诸如PVD室或蒸发室。在沉积室760中，根据上述步骤206将导电层114沉积于各个基材110的图案化介电层111上。
在一个实施例中，在将导电层114沉积于各个基材110上之后，通过自动化系统781将基材110运送离开沉积室760。在一个实施例中，另一激光扫描仪746接着根据上述步骤208图案化各个基材110的导电层114。
此时，相同或另一机器人730可将各个基材110移除所述基材各自的特征结构752并将基材110置入离开区770，在此基材接着在离开输送器780上经运送离开设备700A或700B。
图7A与图7B中描述的实施例提供基材110的层上的激光图案的极度准确位置，因为每个个别基材110可相对于激光扫描仪746的坐标系统而定位和/或各个基材运送表面750可相对于激光扫描仪746的坐标系统而定位。此外，图7A与图7B的实施例不会影响运送机器人730的基材产量，因为所有的图案化处理在基材110的加载后和/或卸载前执行。
图8是根据本发明的一个实施例执行步骤202-208的设备800的示意性平面图。在一个实施例中，通过进入输送器810将基材110运送进入接收区820。在一个实施例中，基材110个别地传送于进入输送器810上。在另一实施例中，基材110以匣传送。在另一实施例中，基材110以堆栈盒传送。在一个实施例中，显像系统840位于接收区820中。在此实施例中，照明源844可位于基材110的一侧而检测装置842可位于基材110的另一相对侧。例如，检测装置842可位于基材110上方，而照明源844则位于基材110下方。在此实施例中，照明源844可提供背侧照明而检测装置842捕获基材110的影像并传达这些影像至系统控制器301，以确定基材110相对于预期位置的准确位置。
接着，所述测量可用来准确地将基材110置入基材运送表面850上的特定特征结构852。在一个实施例中，特征结构852是穴部而基材运送表面850为基材载体。在另一实施例中，特征结构852是支撑组件或穴部，而基材运送表面850是自动化系统881的平台部分，诸如基材输送器的上表面。
在基材运送表面850的每个特征结构852装填有图案化基材110之后，基材110通过自动化系统881运送进入沉积室855，诸如CVD室或PVD室。在一个实施例中，自动化系统881包括滚轴(未图示)与致动器(未图示)，用以线性移动基材运送表面850上的基材110。在沉积室855中，介电层111沉积于各个基材110的背面120上。
在沉积介电层111之后，将基材运送至激光扫描仪846，以依照上述步骤204根据所欲图案移除定位于基材运送表面850上的各个基材110的介电层111的部分。在一个实施例中，激光扫描仪846包括固态激光，诸如激光装置190。在一个实施例中，激光扫描仪846配置以在Y方向中移动。在上述实施例中，基材110一次标志一个列，且通过自动化系统881经过激光扫描仪846，以在各个列中图案化各个基材110。在另一实施例中，激光扫描仪846配置以在X与Y方向中移动。
在一个实施例中，设备8D0包括显像系统890，以确定基材运送表面850相对激光扫描仪846的准确位置。在一个实施例中，利用显像系统890与一或更多个形成于基材运送表面850上的基准点来确定基材运送表面850的确切位置。显像系统890包括侦测器，所述侦测器定位以查看基材运送表面850上发现的基准点。接着可通过系统控制器301确定基材运送表面850相对于激光扫描仪846的已知位置的位置与角度方向。接着可利用此偏移来准确地定位激光扫描仪846，以图案化各个基材110的介电层111。此外，显像系统890可用于检测各个基材110的图案化介电层111。
在一个实施例中，图案化各个基材110的介电层111后，通过自动化系统881将基材110运送进入沉积室860，诸如PVD室或蒸发室。在沉积室860中，根据上述步骤206将导电层114沉积于各个基材110的图案化介电层111上。
在一个实施例中，在将导电层114沉积于各个基材110上之后，通过自动化系统881将基材110运送离开沉积室860。在一个实施例中，另一激光扫描仪846接着根据上述步骤208图案化各个基材110的导电层114。
此时，另一机器人830可将各个基材110自所述基材的各自特征结构852移除并将基材110置入离开区870，在此基材接着在离开输送器880上经运送离开设备800。
图9是根据本发明的一个实施例执行步骤202-208的设备900的示意性平面图。在一个实施例中，通过进入输送器910将基材110运送进入接收区920。在一个实施例中，基材110个别地传送于进入输送器910上。在另一实施例中，基材110以匣传送。在另一实施例中，基材110以堆栈盒传送。在一个实施例中，显像系统940位于接收区920中。在此实施例中，照明源944可位于基材110的一侧而检测装置942可位于基材110的另一相对侧。例如，检测装置942可位于基材110上方，而照明源944则位于基材110下方。在此实施例中，照明源944可提供背侧照明而检测装置942捕获基材110的影像并传达这些影像至系统控制器301，以确定基材110相对于预期位置的准确位置。
接着，所述测量可用来准确地将基材110置入基材运送表面950上的特定特征结构952。在一个实施例中，特征结构952是穴部而基材运送表面950为基材载体。在另一实施例中，特征结构952是支撑组件，而基材运送表面950包括基材搬运机器人上的数个横向臂。
在基材运送表面950的每个特征结构952装填有图案化基材110之后，基材110通过自动化系统981运送进入负载锁定室953。在一个实施例中，自动化系统981是基材搬运机器人。接着，在一个实施例中，利用真空泵(未图示)抽吸负载锁定室953至所欲压力。在达到负载锁定室953中的所欲压力后，通过自动化系统981将基材110运送至沉积室955，诸如CVD或PVD室。在一个实施例中，自动化系统包括额外的基材搬运机器人。在沉积室955中，介电层111根据上述步骤202而沉积于各个基材110的背面120上。
在沉积介电层111之后，将基材110运送至激光扫描仪946，以依照上述步骤204并根据所欲图案移除定位于基材运送表面950上的各个基材110的介电层111的部分。在一个实施例中，激光扫描仪946包括固态激光，诸如激光装置190。
在一个实施例中，设备900包括显像系统990，以确定基材运送表面950相对于激光扫描仪946的准确位置。在一个实施例中，利用显像系统990与一或更多个形成于基材运送表面950上的基准点来确定基材运送表面950的确切位置。显像系统990包括侦测器，所述侦测器定位以查看基材运送表面950上发现的基准点。接着可通过系统控制器301确定基材运送表面950相对于激光扫描仪946的已知位置的位置与角度方向。接着可利用此偏移来准确地定位激光扫描仪946以图案化各个基材110的介电层111。此外，显像系统990可用于检测各个基材110的图案化介电层111。
在一个实施例中，图案化各个基材110的介电层111后，通过自动化系统981将基材110运送进入沉积室960，诸如PVD室或蒸发室。在沉积室960中，根据上述步骤206将导电层114沉积于各个基材110的图案化介电层111上。
在一个实施例中，在将导电层114沉积于各个基材110上之后，基材110运送至相同或不同的激光扫描仪946，以根据上述步骤208图案化导电层114。在一个实施例中，显像系统990可用来检测各个基材110的图案化导电层114。
在一个实施例中，基材110接着被移回负载锁定室953并接着运送离开负载锁定室室953。此时，相同或另一机器人930可将各个基材110自所述基材的各自特征结构952移除并将基材110置入离开区970，在此基材接着在离开输送器980上经运送离开设备900。
激光移除方法
如先前所示，可通过利用激光装置190达成材料层(例如，介电层111或导电层114)的部分的移除。一般而言，通过在基材110上的特定位置以特定频率、波长、脉冲周期与通量脉冲激光装置190来执行材料烧蚀，以达成完全蒸发材料层。然而，难以达成完全蒸发材料层(特别是介电层111)的一部分而不伤害下方基材110。
难以移除介电层111的一部分而不伤害基材110的一个原因是横跨聚焦于基材110上的激光光斑的区域的强度变化。在以完全高斯分布(即，在基础横向模式或TEM00模式上运作)散发光束的理想激光中，即将被移除的材料上所欲光斑中心的尖峰强度高于光斑周边附近。图10是激光装置190的示意图，所述激光装置190自激光装置190沿着距离Z传播光束1000。图11是光束1000在图10的位置1100的高斯强度分布的示意图。图12是光束1000在图10的位置1200的高斯强度分布的示意图。
参照图10与图11，光束1000上的位置1100代表基材110相对于激光装置190的典型“对焦”位置，以达成所欲光斑1050各处的介电层111的完全蒸发。如所示的，因为光斑1050的周边必须设定为介电层111的材料的烧蚀阀值，光斑1050中心处的尖峰强度1110明显高于光斑1050周边的周边强度1120。因此，虽然周边强度1120刚好高到足以达成沿着光斑1050的周边烧蚀介电层111，但显著地，高尖锋强度1110会造成对光斑1050中心处下方基材110的伤害。
在本发明的一个实施例中，完全移除所欲光斑1050各处的介电层111而不伤害基材110是通过散焦输送至介电层111的光束1000强度分布达成的，所述散焦是通过例如调整基材110相对于光束1000的位置实现的。在一个实例中，如图10所示，基材110自光束较对焦的位置(例如，位置1100)被移动至较失焦的位置(例如，位置1200)。参照图10与图12，可见到光斑1050中心处的尖峰强度1210刚好稍微高于沿着光斑1050周边的周边强度1220。由于激光装置190的失焦(即，将基材110置于光束1000的正常聚焦区域外)造成尖峰强度1210明显较低，可完全烧蚀并移除所欲光斑1050中的介电层111而不造成下方的基材110的伤害。再者，虽然光束1000被散发于大于光斑1050所欲大小的基材110的区域上，但仅会移除光斑1050中的介电层111的部分，因为周边强度1220刚好高到足以达成沿着光斑1050的周边烧蚀介电层111。并不会移除接收低于此阀值的光束的介电层111的任何区域。
在另一实施例中，操作某些光学部件(例如，镜片与扩束器)以修饰光束1000，以致达成类似图12中所示的高斯强度分布而不需散焦激光装置190。相似地，可完全移除所欲光斑1050中的介电层111而不造成下方基材110的伤害，因为尖峰强度仅稍微高于围绕光斑1050周边的周边强度。
难以移除介电层111的所欲部分而不伤害基材110的另一原因是蒸发介电材料所需的高脉冲能量。在本发明的一实施例中，应用明显较低的脉冲能量来热加压并造成介电层111所欲区域的物理剥离而非蒸发。
图13是热生成氧化物的热应力与物理剥离造成的激光移除的一个实例的示意图。在一个实施例中，介电层111是热生成于基材110上的氧化硅，所述氧化硅具有约
Figure GSB00000627967800171
与约
Figure GSB00000627967800172
之间的厚度。在一个实施例中，通过激光装置190利用从约10皮秒至约15皮秒的脉冲周期与约355nm的波长达成热应力与物理剥离。完全物理剥离介电层111的光斑所需的激光通量是约0.18J/cm2。在此实例中，任何较低的通量都无法达成完全剥离，而明显较高的通量会造成对下方基材110的伤害。
图14是通过等离子增强化学气相沉积(PECVD)沉积的氧化硅的热应力与物理剥离造成的激光移除的一个实例的示意图。在一个实施例中，介电层111是通过PECVD沉积于基材110上的氧化硅，所述氧化硅具有约
Figure GSB00000627967800173
与约
Figure GSB00000627967800174
之间的厚度。在一个实施例中，通过激光装置190利用从约10皮秒至约15皮秒的脉冲周期与约355nm的波长达成热应力与物理剥离。完全物理剥离介电层111的光斑所需的激光通量是约0.08J/cm2。在此实例中，任何较低的通量无法达成完全剥离，而明显较高的通量会造成下方基材110的伤害。
虽然上述是针对本发明的实施例，但可在不脱离本发明基本范围的情况下设计出本发明的其它与更多实施例，而本发明的范围由权利要求书所界定。

Claims (14)

1.一种用于材料移除的设备，所述设备包括：
第一机器人，所述第一机器人配置以将具有介电层沉积于其第一表面上的基材自输入区传送至基材运送表面上的数个支撑特征结构中的一个；
显像系统，所述显像系统配置以侦测所述基材的实际位置，并将关于所述实际位置的信息传达至系统控制器；
第一激光扫描仪，所述第一激光扫描仪定位以依照所欲图案移除所述介电层的部分，其中所述系统控制器配置以确定所述基材的实际位置相对于预期位置的偏移，并调整所述第一机器人或所述激光扫描仪中的任意一个以修正所述偏移；及
自动化系统，所述自动化系统配置以将具有图案化介电层的基材自所述第一激光扫描仪运送至配置以沉积导电层于所述介电层上的沉积室。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述基材经定位以致由所述第一激光扫描仪散发的光线的部分以低于烧蚀阀值照射所述基材，同时所述介电材料的部分被移除而不伤害下方的基材。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述第一激光扫描仪通过聚焦光线于所述介电层的部分上而热加压所述部分并物理性移除所述介电层的所述部分，而非蒸发所述介电材料。
4.如权利要求1所述的设备，还包括：
第二激光扫描仪，所述第二激光扫描仪定位以依照所欲图案移除所述导电层的部分；及
第二机器人，所述第二机器人配置以将所述基材自所述基材运送表面传送至离开区。
5.如权利要求1所述的设备，其中当所述第一激光扫描仪移除所述介电层的部分时，所述第一机器人配置以固持所述基材且让所述第一表面朝向下方。
6.如权利要求1所述的设备，还包括第一基材固持件，所述第一基材固持件配置以在所述激光扫描仪移除所述介电层的部分时固持所述基材。
7.如权利要求1所述的设备，其中当所述基材定位于所述基材运送表面的支撑特征结构中时，所述激光扫描仪经定位以自所述基材移除所述介电层的部分。
8.一种处理设备，所述设备包括：
第一机器人，所述第一机器人配置以将基材自输入区传送至基材运送表面上的数个支撑特征结构中的一个；
显像系统，所述显像系统配置以侦测所述基材的实际位置并将关于所述实际位置的信息传达至系统控制器；
第一沉积室，所述第一沉积室配置以沉积介电层于所述基材上；
第一激光扫描仪，所述第一激光扫描仪经定位以在所述基材被定位于所述基材运送表面上时依照所欲图案自所述基材移除所述介电层的部分，其中所述系统控制器配置以确定所述基材的实际位置相对于预期位置的偏移并调整所述激光扫描仪以修正所述偏移；
第二沉积室，所述第二沉积室配置以沉积导电层于图案化的介电层上；及
自动化系统，所述自动化系统配置以在所述第一沉积室、所述第一激光扫描仪与所述第二沉积室之间运送所述基材。
9.如权利要求8所述的设备，其中所述基材经定位以致由所述第一激光扫描仪散发的光线的部分以低于烧蚀阀值照射所述基材，同时所述介电材料的部分被移除而不伤害下方的基材。
10.如权利要求8所述的设备，其中所述第一激光扫描仪配置以通过聚焦光线于所述介电层的部分上而热加压所述部分并物理性移除所述介电层的所述部分而不蒸发所述介电材料。
11.如权利要求8所述的设备，还包括：
第二激光扫描仪，所述第二激光扫描仪经定位以依照所欲图案移除所述导电层的部分；及
第二机器人，所述第二机器人配置以将所述基材自所述基材运送表面传送至离开区。
12.一种处理基材的方法，所述方法包括：
侦测具有介电材料沉积于其表面上的基材的实际位置；
确定所述基材的实际位置相对于预期位置的偏移；
通过机器人将所述基材传送至基材运送表面上的数个支撑特征结构中的一个；
基于所述偏移调整第一激光；
通过所述第一激光依照所欲图案自所述基材的表面移除所述介电材料的部分；
移动所述基材进入沉积室；
沉积导电层于图案化的介电层上；
基于所述偏移调整第二激光；及
通过所述第二激光依照所欲图案移除所述导电层的部分。
13.如权利要求12所述的方法，其中移除所述介电材料的部分的步骤包括定位所述基材以致由所述第一激光散发的光线的部分以低于烧蚀阀值照射所述基材，同时移除所述介电材料的部分而不伤害下方的基材。
14.如权利要求12所述的方法，其中移除所述介电材料的部分的步骤包括通过聚焦光线于所述介电材料的所述部分而热加压所述部分，并物理性移除所述介电材料的所述部分，而非蒸发所述介电材料。
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