CN102481797B - 用于印刷多层图案的多重控制方法及相关设备 - Google Patents

用于印刷多层图案的多重控制方法及相关设备 Download PDF

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Abstract

在支撑件上多层印刷的方法包括：多个印刷步骤，其包括在相应印刷台中进行的第一印刷步骤和进一步后续印刷步骤；以及多个排列步骤，每个排列步骤设置在第一印刷步骤之后、且相应的进一步后续印刷步骤的上游，其中排列装置实现支撑件的准确配置和/或印刷台的调整以执行后续印刷步骤。方法在每个印刷步骤下游和每个排列步骤上游包括控制步骤，在控制步骤中，检测装置检测印刷在支撑件上的层的位置和/或支撑件在工作面上的位置，并且其中，至少命令与控制单元将检测的位置中的至少一者与预定位置和/或与先前控制步骤中检测的位置相比较，并且其中，比较的结果用于排列步骤。

Description

用于印刷多层图案的多重控制方法及相关设备
技术领域
本发明关于在衬底或支撑件上印刷多层图案的控制方法以及适于执行该控制方法的系统。
典型应用被用来处理例如由硅或氧化铝制成的衬底，该衬底可用于形成光伏电池或生瓷带(green-tape)型电路装置。
具体地，该方法可用于通过在衬底上多层印刷而产生多层图案的系统，不论为丝网印刷、喷墨印刷、激光印刷或其它类型的印刷。
背景技术
在适当的支撑件或衬底(例如，具有硅或氧化铝基体的晶片)上进行多个连续印刷步骤(例如，丝网印刷、激光、喷墨或其它类似处理)来产生多层图案的方法是众所周知的。
多层结构提供提高从触点输送的电流的方法，但因为需确保不同层彼此之间正确地排列，所以会使得印刷处理更为复杂。一般而言，如果没有很好地控制衬底在自动化传送装置上的移动以及印刷头的移动，将会导致不正确地形成沉积图案。
这些已知方法的缺点是仅可在印刷处理的下游检测到处理衬底上沉积层的均匀性不足，这将导致废弃一个或多个错误处理的衬底、且可能废弃相同批次中在生产线上处理的所有其它衬底。
因此，在每个印刷步骤后需要一个或多个控制步骤。
利用传统处理技术不可能在印刷处理中发现问题后不停止整个系统而重置或重新排列系统或衬底，因此这降低衬底产量。
此外，若在印刷处理步骤过程中发生错误(例如，多个印刷层的错误排列)将会导致衬底被丢弃。
因此，本发明的实施例提供在衬底上印刷多层的方法，该方法可以不考虑先前的印刷步骤而控制每个单独的印刷步骤，并且该方法可以实现所有印刷工作台的正确调整和/或衬底的正确排列而不需要停止系统。
申请人已经设计、测试并具现化本发明以克服当前技术的缺点并取得这些与其它目的与优点。
发明内容
在独立权利要求中提出并描述本发明的特征，而从属权利要求描述本发明的其它特征或主要发明概念的变化形式。
根据上述目的，在衬底表面上多层印刷(例如，丝网印刷、激光、喷墨等)的方法包括多个印刷步骤，印刷步骤包括依序在不同印刷台中执行的第一印刷步骤与进一步后续印刷步骤。在一种示例中，衬底可包括硅或氧化铝或其它类似材料。
根据本发明的方法还提供多个排列步骤，每个排列步骤设置在第一印刷步骤后且相应的所述进一步后续印刷步骤上游，其中排列装置执行衬底的定位和/或印刷台的调整以在衬底上印刷后续层。
根据本发明的特征，方法在每个印刷步骤下游且每个后续排列步骤(用来排列衬底)上游包括控制步骤，其中检测装置检测印刷在支撑件上的层的位置和/或支撑件在工作面上的位置，且其中至少命令与控制单元将检测的所述位置与预定位置和/或至少在先前控制步骤中检测的位置相比较，且其中比较结果用于排列步骤。
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(某些实施例在附图中示出)来更具体地描述上面简要总结的本发明。然而，需注意附图仅示出本发明的典型实施例而不应被视为对本发明范围的限制，因为本发明可允许有其它等效实施例。
图1显示根据本发明的多层印刷处理的流程图；
图2是根据本发明的多层印刷处理的装置的示意图；
图3是图2中的装置的变体的示意图；
图4是根据本发明的一个实施例的衬底的表面的俯视图，该衬底上形成有重度掺杂区与图案化金属触点结构；
图5是根据本发明的一个实施例在图4中所示的衬底的表面的一部分的放大侧截面图；
图5a是根据本发明的另一实施例在图4中所示的衬底的表面的一部分的放大侧截面图；
图6是可结合本发明的实施例使用的系统的示意性轴测图；
图7是根据本发明的一个实施例在图6中的系统的示意性俯视图；
图8是根据本发明的一个实施例的丝网印刷系统的印刷巢(printingnest)部分的轴测图；
图9是根据本发明的一个实施例的具有检测组件的旋转致动器组件的一个实施例的示意性轴测图，该检测组件定位成检测衬底的正面；
图10是根据本发明的一个实施例的光学检测系统的示意性截面图；以及
图11是根据本发明的一个实施例的设置在印刷巢中的光学检测系统的示意性截面图。
为了促进理解，尽可能应用相同的附图标记来标示图标中相同的组件。应考虑到一个实施例的元件和特征可有利地结合于其它实施例中而不需特别详述。
具体实施方式
根据本发明的方法用于在衬底的表面上执行多层丝网印刷处理。
根据本发明的方法提供用来进行衬底上的至少第一印刷步骤、衬底的后续排列步骤、第二或后续印刷步骤的预备、衬底上的至少第二印刷步骤，并用来在第二印刷步骤后读取排列的精度。这一数据可反馈至先前排列步骤(通常反馈至所有的先前排列模块)以改善精度。
采用本发明，总是可以在不中断系统中所执行的处理的情况下，形成不仅与紧接在此之前形成的印刷层对齐、而且还与在此之前印刷的其他印刷层对齐的印刷层。
确实，在第一印刷步骤之后所执行的控制步骤用来检测印刷层相对于所有先前的印刷步骤是否一致。
此外，本发明的精神是将在每个控制步骤中所检测到的(通常在所述控制步骤之前得到的)位置用于后续排列步骤。
这种技术方案可使后续支撑件上的印刷处理最优化，而不需要停止系统来调整印刷处理设定。
根据变化形式，在连接至印刷台的命令与控制台中执行每个控制步骤。另一变化形式中，多对命令与控制台、和印刷台连接在一起以形成处理线(processing line)。
根据另一变化形式，处理线中所有的命令与控制台将检测的数据提供至中央控制与数据处理单元，该中央控制与数据处理单元将所收集的数据组织并储存在数据库中，以使得可以按照用户要求的所需方式来提供数据。以此方式，可以辨认生产处理中可能的关键点，以保存所执行工作的历史并处理所需要的统计。
根据另一变化形式，在每个控制步骤中，通过位于每个印刷台下游的检测装置来检测有关印刷层位置的数据，并将该数据传送至专用命令与控制单元，该专用命令与控制单元处理所接收的数据、根据预设程序来比较收集的数据、并将控制信号传送至不同的印刷台。
根据本发明的方法的实施例包括分别由数字11、21与31所表示的三个连续印刷步骤。
根据本发明的方法的实施例包括三个控制步骤12、22、32，两个排列步骤13、23以及卸载步骤40，这些步骤在后文中更详细描述。
图2示意性显示可执行图1所示方法的系统100的可能实施例。系统100可相继包括第一印刷台50、第一控制台51、第一排列装置54、第二印刷台60、第二控制台61、第二排列装置64、第三印刷台70、第三控制台71、卸载台80以及中央控制与数据处理单元90。
在一个实施例中，各个控制台51、61、71分别包括检测装置52、62、72和命令与控制单元53、63、73。
根据本发明，与第一印刷台50相对应，在第一印刷步骤11中，在衬底(例如，硅基晶片)的表面上执行丝网印刷以形成多层图案的第一层，通过已知的供给系统将衬底供给至第一印刷台50中。
在第一印刷步骤11下游，根据本发明的方法提供第一控制步骤12，第一控制步骤12包括第一检测子步骤12a和比较与第一数据传送子步骤12b，在第一检测子步骤12a中第一检测装置52(例如，光学型)检测印刷于衬底上的第一层的位置以及衬底本身在工作面(例如，下述印刷巢)上的位置。在该子步骤12b中，第一命令与控制单元53将检测的位置与预编定位置相比较，第一命令与控制单元53随后将检测与处理的数据发送至第一排列装置54和第二命令与控制单元63。
第一控制步骤12之后是第一排列步骤13，其中相对于第一印刷层的位置，第一排列装置54(例如，推进器)正确地定位衬底以执行第二印刷步骤21。
在实施例的另一形式中，通过对用于在处于第二印刷台中的印刷头下方移动衬底的装置进行调整，来实现衬底的正确定位。
第一排列装置54还可以提供致动器以定位存在于第二印刷台60中的印刷头。
在第二印刷步骤21(其中在衬底上印刷图案的第二层)之后，本发明提供第二控制步骤22，第二控制步骤22包括第二检测子步骤、以及比较与第二数据传送子步骤，在第二检测子步骤中第二检测装置62检测第二印刷层的位置，在比较与第二数据传送子步骤中将检测的数据与预定义数据相比较、并将检测的数据与从第一命令与控制单元53接收的数据相比较。
在数据不相符的情况下，第二命令与控制单元63将反馈信号传送至第一排列装置54以传达非一致性。
在来自第一命令与控制单元53的数据与第二检测装置62所检测的数据相符或不相符这两种情况中，第二控制步骤22还提供让第二命令与控制单元63将检测的数据传送至第一排列装置54和第三命令与控制单元73。
在第二排列步骤23中，第二排列装置64正确地定位衬底以执行第三印刷步骤31。
在第二排列步骤之后，执行第三印刷步骤31和第三控制步骤32。
具体地，在第三印刷步骤31中(与第三印刷台70相对应)，印刷图案的第三层，在被分成检测子步骤以及比较与第三数据传送子步骤的第三控制步骤32中，第三印刷层的位置被检测并被与从第二命令与控制单元63接收的数据相比较。
以与第二控制步骤22完全相同的方式，如果从第二命令与控制单元63接收的数据与那些检测的数据不一致，则第三命令与控制单元73将反馈信号传送至第二排列装置64。
此外，如果检测的数据与编定数据不一致，则第三命令与控制单元73将信号传送至卸载台40，卸载台40在卸载步骤中从系统向最终储藏处或朝向废弃物储藏处卸载产生的衬底。
在第一衬底已经离开第一印刷台且已经移动以便执行第一控制步骤12时，将第二衬底供应至第一印刷台而开始第二工作周期。
当第一衬底经历第二印刷步骤21时，执行对于第二衬底的第一控制步骤12和第一排列步骤13。
在第一排列步骤13过程中，第一排列装置54根据来自第一命令与控制单元53的(且关于第一印刷步骤11之后的第二衬底的)数据以及根据来自第二命令与控制单元63的(且关于第二印刷步骤21之后的第一衬底的位置的)任何数据两者而起作用，以例如通过利用排列装置或致动器来移动衬底或校正后续衬底的位置，来开始对第二衬底的排列进行相应校正操作。
以此方式，对第二衬底所执行的第一排列步骤13补偿在第一印刷步骤11之后第二衬底的定位中可能有的缺陷，以及补偿第二印刷台60可能有的固有缺陷(例如在丝网印刷头的具体实例中，网的缺陷)。
以相同方式，在第二衬底的第二排列步骤23过程中，第二排列装置64根据来自第二命令与控制单元63且关于第二印刷步骤21之后的第二衬底的数据、以及来自第三控制单元73且关于第三印刷步骤31之后的第一衬底位置的任何数据两者而起作用，以开始对第二衬底的排列进行相应校正操作。
相同方法用于在后续衬底上产生多层图案。
命令与控制单元53、63、73中的每一者还将检测的数据提供至中央控制与数据处理单元90，中央控制与数据处理单元90根据使用者预定义的数据库来整理、存储收集的数据，并且中央控制与数据处理单元90按照使用者要求的形式与方法(例如，统计上的)或者以可辨认生产处理的关键点的方式来处理这些数据。
在图2中，箭头代表数据在系统100的不同部分之间的流动方向。
根据变化形式，本发明可用来制造具有超过三层的图案。
根据图3所示的另一变化形式，所有的数据传送子步骤可由单一中央命令与控制单元120所管理，中央命令与控制单元120处理来自印刷台50、60、70中每一者下游的检测装置52、62、72的数据，中央命令与控制单元120根据预设程序比较这些数据并将控制信号传送至不同的排列装置54、64。
一般而言，很显然上述控制单元90和120也可以构造成上述控制单元53、63、73。
本发明关于上述更概括性的印刷步骤11、21、31的实施例可具体应用于太阳能电池形成处理，太阳能电池形成处理包括在衬底250表面上的所需图案230中所形成的重度掺杂区241上形成金属触点(图4和图5)。
本发明的实施例提供：在第一印刷步骤11中印刷掺杂浆料以确定重度掺杂区241，在第二印刷步骤12中在重度掺杂区241上印刷界定宽指260的金属线，而在第三印刷步骤13中在宽金属线上印刷界定窄指260a的窄金属线(参见图5和图5A)。
根据在下文中更准确描述的本发明的实施例，上述印刷台50、60、70中的一者或多者、或每一者可构造成参照图6-9所述的印刷系统110。
此外，上述具有检测装置52、62、72和控制单元53、63、73的控制台51、61、71可构造成在下文中参照图9-11所述的检测系统400以及图6、7、9-11所例示的系统控制器101。具体地，控制单元53、63、73可构造成下文所述的系统控制器101。
再者，上述排列装置54、64可构造成与图6和图7的印刷腔室102相连的下述致动器102A。
本发明关于上述更概括性的控制步骤12、22、32和排列步骤12、23、33的实施例还可具体提供检测系统与支持硬件，该支持硬件用来可靠地将相似形状或图案的金属触点结构定位在图案化的重度掺杂区上以实现欧姆接触。
图4是衬底250的表面251的俯视图，表面251上面形成有重度掺杂区241和图案化金属触点结构242(例如，指260)。图5是图2A所示的横剖线5-5处产生的侧截面图，图5描述表面251的具有设置在重度掺杂区241上的金属指260的部分。金属触点结构(例如，指260与汇流条)形成于重度掺杂区241上，以使得可以在这两个区241之间形成高质量电连接。低电阻且稳定的触点对于太阳能电池的性能是关键的。重度掺杂区241通常包括中间设置有约0.1原子百分比或更少的掺杂原子的一部分衬底250材料。可通过本领域中众所周知的常规平版印刷和离子注入技术、或常规电介质掩模和高温熔炉扩散技术来形成重度掺杂区241的图案类型。然而，在重度掺杂区241上排列和沉积金属触点结构242的处理通常不可能利用常规技术，因为利用这些技术通常无法在光学上确定衬底250的表面251上形成的重度掺杂区241图案的实际排列与方向。
因此，本发明实施例提供对第一印刷步骤21中印刷的图案化重度掺杂区241的实际排列和方向的第一检测，对应于第一控制步骤12且具体对应于第一检测子步骤12a；然后利用收集的信息在重度掺杂区241的表面上形成图案化的金属触点(第二印刷步骤21)。图10描绘光学检测系统400的一个实施例，光学检测系统400可用作上述更概括性的第一检测装置52、并因此构造成确定衬底250的表面上形成的重度掺杂区241的图案230的实际排列与方向。光学检测系统400通常包括一个或多个电磁辐射源(例如，辐射源402与403)、以及检测组件401，电磁辐射源构造成以所需波长发射辐射，检测组件401构造成捕获反射的或未吸收的辐射，以使得可以在光学上确定重度掺杂区241相对于衬底250的其它非重度掺杂区的排列与方向。然后，将检测组件401收集的方向与排列数据输送至系统控制器101，系统控制器101构造成运行上述第一排列步骤13以调整与控制衬底的定位排列以用于第二印刷步骤21，第二印刷步骤21通过图案金属化技术在重度掺杂区241的表面上形成金属触点结构(例如，指260)。图案金属化技术可包括丝网印刷处理、喷墨印刷处理、平版印刷与橡皮布(blanket)金属沉积处理或其它类似的图案金属化处理。在一个实施例中，如下参照图6-9所述，利用在丝网印刷系统100中执行丝网印刷处理将金属触点设置在衬底250的表面上。
在重度掺杂区241形成于硅衬底中的构造中，相信硅衬底或重度掺杂区可较佳地吸收、反射或透射在紫外线(UV)与红外线(IR)波长区中的波长下发射的电磁辐射。因此，发射辐射的透射、吸收或反射中的差别可用来产生某种可辨别的对比，该对比可由检测组件401与系统控制器101所分辨。在一个实施例中，期望在约850nm和4微米(μm)之间的波长下发射电磁辐射。在一个实施例中，一个或多个辐射源402和403是发光二极管(LED)，该发光二极管适于输送一个或多个所需波长的光。
在一个实施例中，光学检测系统400具有辐射源402，辐射源402构造成将电磁辐射“B1”输送至衬底250的表面252，表面252与衬底设置有检测组件401的一侧相反。在一个示例中，辐射源402设置在太阳能电池衬底250的背侧附近，检测组件401设置在衬底250的正面附近。在这种构造中，期望利用大于硅的吸收边缘的光学辐射(例如大于1060nm)来使得发射的电磁辐射“B1”能够穿过衬底250并沿着路径“C”被输送至检测组件401。可以相信，相对于太阳能电池应用中通常使用的轻度掺杂硅衬底(例如，＜1017原子/cm3)，由于重度掺杂区中的高掺杂水平(例如，＞1018原子/cm3)，在这些波长中各个这些区的吸收或透射特性将显著不同。在一个实施例中，期望将发射的波常限定在约1.1μm与约1.5μm之间的范围中。在一个实例中，重度掺杂区的电阻率是至少50欧姆每平方(Ohms per square)。
在光学检测系统400的另一实施例中，辐射源403构造成将电磁辐射“B2”输送至衬底250的表面251，表面251与检测组件401在衬底的同一侧上，以使得一个或多个发射的波长将被衬底250或重度掺杂区241的一部分吸收或反射、并沿着路径“C”被输送至相机。在这种构造中，期望在约850nm与4微米(μm)之间的波长下发射光学辐射，直到检测组件401可以检测到这些区之间所需的对比为止。
在光学检测系统400的一个实施例中，两个辐射源402和403、以及一个或多个检测组件401用于帮助进一步检测衬底250的表面上的重度掺杂区241的图案。在这种情况下，期望将辐射源402和403构造成可在相同或不同波长下发射辐射。
检测组件401包括构造成在一个或多个波长下测量接收的电磁辐射的强度的电磁辐射检测器、相机、或其它类似装置。在一个实施例中，检测组件401包括相机401A，相机401A构造成在一个或多个辐射源402或403所发射的所需波长范围内检测和分辨衬底的表面上的特征。在一个实施例中，相机401A是InGaAs型相机，该InGaAs型相机具有冷却式CCD阵列以提高检测信号的信噪比。在某些构造中，期望通过包围或遮蔽衬底250的表面251与相机401A之间的区域而将检测组件401与环境光隔离开。
在一个实施例中，检测组件401还包括一个或多个滤光器(未示出)，该滤光器设置在相机401A与衬底表面251之间。在这种构造中，滤光器经选择以仅让某些所需波长通过而到达相机401A，以降低相机401A所接收的不期望能量的量来改善检测的辐射的信噪比。滤光器可以是从例如Barr Associates，Inc.或Andover Corporation购买的带通滤波器、窄带滤波器、光学边缘滤波器、陷波滤波器或宽带滤波器。本发明的另一方面，在辐射源402或403与衬底250之间添加滤光器以限制投射在衬底上并由相机401A所检测到的波长。在这种构造中，期望选择可输送宽范围波长的辐射源402或403并利用滤波器来限制照到衬底表面的波长。
根据本发明的另一方面，图6是示意性轴测图而图7是示意性俯视图，图6和图7示出丝网印刷系统110的一个实施例，丝网印刷系统110可用作图2或图3的系统100的一个或多个印刷台50、60、70，并且丝网印刷系统110还结合本发明的实施例以利用光学检测系统400在太阳能电池衬底250的表面上在所需图案中形成金属触点。在一个实施例中，丝网印刷系统110包括引入输送器111、旋转致动器组件130、丝网印刷腔室102、以及送出输送器112。引入输送器111可构造成从输入装置(例如，输入输送器113)接收衬底250(即，图6中的路径“A”)，并将衬底250传送至与旋转致动器组件130耦接的印刷巢131。送出输送器112可构造成从耦接至旋转致动器组件130的印刷巢131接收经处理的衬底250，并将衬底250传送至衬底移除装置(例如，输出输送器114)(即，图7中的路径“E”)。输入输送器113与输出输送器114可以是作为较大生产线的一部分的自动化衬底操作装置。例如，输入输送器113与输出输送器114可以是SoftlineTM工具的一部分，丝网印刷系统110可以是SoftlineTM工具的模块。
可通过旋转致动器(未示出)和系统控制器101来使得旋转致动器组件130围绕“F”轴旋转且成角度地定位，以使得可在丝网印刷系统110中选择性成角度地定位印刷巢131(例如，图7中的路径“D1”与“D2”)。旋转致动器组件130还可具有一个或多个支撑部件，以促进控制用于在丝网印刷系统110中执行衬底处理序列的印刷巢131或其它自动化装置。
在一个实施例中，旋转致动器组件130包括各自适合于在丝网印刷腔室102内执行丝网印刷处理期间支撑衬底250的四个印刷巢131或衬底支撑件。图7示意性描述旋转致动器组件130的位置，其中一个印刷巢131位于位置“1”以从引入输送器111接收衬底250，另一印刷巢131位于丝网印刷腔室102内的位置“2”以使得另一衬底250可以在表面上接收丝网印刷的图案，另一印刷巢131位于位置“3”以将经处理的衬底250传送至送出输送器112，另一印刷巢131位于位置“4”，位置“4”是位置“1”与位置“3”之间的中间阶段。
如图8所示，印刷巢131通常由输送器组件139构成，输送器组件139具有适合于供给并保持沿着平台138定位的支撑材料137的供给卷轴135、收取卷轴136、滚轴140、以及一个或多个致动器148，致动器148耦接至供给卷轴135和/或收取卷轴136。平台138通常具有衬底支撑表面，在丝网印刷腔室102中执行丝网印刷处理期间，衬底250与支撑材料137定位在该衬底支撑表面上。在一个实施例中，支撑材料137是多孔材料，多孔材料可使得放置在支撑材料137的一侧上的衬底250由常规真空产生装置(例如，真空泵、真空发生器)施加至支撑材料137相对侧的真空保持在平台138上。在一个实施例中，将真空施加至平台138的衬底支撑表面138A中形成的真空端口(未示出)，以使得衬底可以被“夹持”至平台的衬底支撑表面138A。在一个实施例中，支撑材料137是可透散(transpirable)材料，该可透散材料由例如用于香烟类型的可透散纸或其他相似材料(例如，实现相同功能的塑料或织物材料)构成。在一个实例中，支撑材料137是不含苯衬里的香烟纸。
在一种构造中，致动器148是耦接至(或适合于联接)供给卷轴135和收取卷轴136，以使得可在印刷巢131中准确地控制定位在支撑材料137上的衬底250的移动。在一个实施例中，供给卷轴135和收取卷轴136是各自适于接收支撑材料137的长度的相对端。在一个实施例中，致动器148各自包括一个或多个驱动轮147，驱动轮147是耦接至(或接触)定位在供给卷轴135和/或收取卷轴136上的支撑材料137的表面，以控制支撑材料137在平台138上的移动和位置。
在一个实施例中，丝网印刷系统110可包括检测组件200，检测组件200适合于检测位于位置“1”中的印刷巢131上的衬底250。检测组件200可包括一个或多个相机121，相机121定位成检测位于位置“1”中的印刷巢131上的引入或经处理的衬底250。在这种构造中，检测组件200包括至少一个相机121(例如，CCD相机)和能够检测并传达检测结果至系统控制器101的其他电子部件，系统控制器101用于分析印刷巢131上的衬底250的方向与位置。在另一实施例中，如上所述，检测组件200包括光学检测系统400。
丝网印刷腔室102适合于在丝网印刷处理期间将材料以所需图案沉积在位于位置“2”的印刷巢131上的衬底250的表面上。在一个实施例中，丝网印刷腔室102包括多个致动器，例如致动器102A(例如，步进电机或伺服电机)，致动器102A与系统控制器101通信并用于相对于印刷的衬底250来调整设置在丝网印刷腔室102中的丝网印刷掩模102B(图7)的位置和/或角度方向。在一个实施例中，丝网印刷掩模102B是金属片或金属板，该金属片或金属板具有从中穿过而形成的多个特征102C(例如，孔、槽或其它孔隙)(图7)以在衬底250的表面上限定丝网印刷材料(即，墨水或浆料)的图案和布置。一般而言，通过利用致动器102A和由系统控制器101从检测组件200接收的信息、而将丝网印刷掩模102B调整到衬底表面上的所需位置中，来以自动方式使即将被沉积于衬底250的表面上的丝网印刷图案对齐衬底250。在一个实施例中，丝网印刷腔室102适合于在宽度约125mm与156mm之间且长度约70mm与156mm之间的太阳能电池衬底上沉积含金属材料或含电介质材料。在一个实施例中，丝网印刷腔室102适合于在衬底的表面上沉积含金属浆料，以在衬底的表面上形成金属触点结构。
系统控制器101促进整个丝网印刷系统110的控制与自动化，并且系统控制器101可包括中央处理器(CPU)(未示出)、存储器(未示出)和支持电路(或I/O)(未示出)。CPU可以是任何形式的计算机处理器，该计算机处理器用于工业环境中以控制各种腔室处理和硬件(例如，输送器、光学检测组件、电机、流体输送硬件等)、并监测系统和腔室处理(例如，衬底位置、处理时间、检测器信号等)。存储器连接至CPU，并且存储器可以是本地或远程的一种或多种易于获得的存储器，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘或任何其它形式的数字储存器。软件指令和数据可经编码并储存在存储器中以指示CPU。支持电路也可连接至CPU而以常规方式支持处理器。支持电路可包括缓存(cache)、电源、时钟电路、输入/输出电路系统、子系统等。系统控制器101可读取的程序(或计算机指令)确定可在衬底上执行哪种任务。优选地，程序是系统控制器101可读取的软件，该软件包括代码以产生并储存至少衬底位置信息、各种受控部件的移动顺序、衬底光学检测系统信息、和其任意组合。在本发明的一个实施例中，系统控制器101包括图案辨别软件以分辨重度掺杂区241和/或排列标记的位置。
为了在衬底表面251上形成图案化导电层之前、直接确定形成于衬底表面251上的重度掺杂区241的排列与方向，系统控制器101可利用一个或多个光学检测系统400来收集所需的数据。图11描绘光学检测系统400的一个实施例，光学检测系统400结合于印刷巢131和光学检测组件200的部分中。在一个实施例中，检测组件200包括相机401A、印刷巢131和辐射源402，印刷巢131包括输送器组件139、支撑材料137、平台138。在这种构造中，辐射源402适合于发射电磁辐射“B1”穿过支撑材料137和平台138而到达衬底250的表面252，衬底250被“夹持”在平台138上。发射的电磁辐射“B1”然后穿过衬底的一部分并沿着路径“C”到达相机401A，相机401A定位成接收一部分的发射辐射。一般而言，支撑材料137与平台138由一材料制成，并且支撑材料137与平台138的厚度不明显影响由相机401A和系统控制器101接收和处理的电磁辐射的信噪比。在一个实施例中，平台138是由光学透明材料(例如，蓝宝石)所构成，该材料不会明显阻挡光线的UV和IR波长。如上所述，在另一实施例中，辐射源403构造成将电磁辐射“B2”输送至定位在支撑材料137和平台138上的衬底250的表面251，以使得一个或多个发射的波长将被衬底250的一部分吸收或反射、并沿着路径“C”被输送至相机401A。
图9是旋转致动器组件130的一个实施例的示意性轴测图，图9描述定位成对设置在印刷巢131上的衬底250的表面251进行检测的检测组件200。
一般而言，衬底250的表面251上的图案230的排列取决于图案230对衬底250的特征的排列。在一个示例中，图案230的排列基于丝网印刷装置对衬底的特征(例如，边缘250A、250B)的排列(图9)。图案230的布置将具有相对于衬底250的边缘250A的期望位置X与期望角度方向R、以及相对于衬底250的边缘250B的期望位置Y。表面251上的图案230与表面251上的期望位置(X，Y)和期望角度方向R的位置误差可描述成位置偏移(ΔX，ΔY)与角度偏移ΔR。因此，位置偏移(ΔX，ΔY)是重度掺杂区241的图案230的布置相对于边缘250A和250B的误差，而角度偏移ΔR是重度掺杂区241的图案230的角度布置相对于边缘250A与250B的误差。衬底250的表面251上的丝网印刷图案230的错位会影响形成的装置正确执行的能力、并因此影响系统100的装置产量。然而，在将丝网印刷层沉积于另一形成图案的顶部的应用(例如，在重度掺杂区241上沉积导电层)中，使位置误差最小化变得更为重要。
为此，在一个实施例中，相机401A定位在衬底250的表面251上，以使得相机121的观察区122可检测表面251的至少一个区域。通过利用从系统控制器101发送至致动器102A的指令，由相机401A接收的信息被用于将丝网印刷掩模以及随后沉积的材料对准重度掺杂区241。在正常处理序列过程中，在将每个衬底250输送至丝网印刷腔室102之前，对定位在每个印刷巢131上的每个衬底250收集重度掺杂区241位置信息数据。检测组件200还可包括多个光学检测系统400，光学检测系统400适合于观测定位在印刷巢131上的衬底250的不同区域以帮助更好地分辨衬底上所形成的图案230。
但是，很明显，能在不悖离本发明的领域和范围的情况下对前述的方法与系统100进行步骤或部件的修改和/或添加。
同样很明显，虽然已经参照特定实例来描述本发明，但本领域技术人员必然能够实现用于在支撑件上印刷的多重控制方法和装置的很多其它等效形式，该等效形式具有权利要求书中所述的特征、因此全部落入由权利要求书限定的保护范围中。

Claims (23)

1.一种在支撑件上多层印刷的方法，所述支撑件是晶片、衬底或硅制薄片，所述方法包括如下步骤：
多个印刷步骤(11，21，31)，其包括在相应印刷台(50，60，70)中进行的第一(11)印刷步骤和进一步后续印刷步骤(21，31)，以及多个排列步骤(13，23)，所述多个排列步骤中每一者设置在所述第一(11)印刷步骤之后、且所述进一步后续印刷步骤(21，31)中相应一者的上游，其中，排列装置(54，64)实现所述支撑件的正确定位和/或所述印刷台(50，60，70)的调整以执行所述后续印刷步骤，其中，所述方法在每个印刷步骤(11，21，31)下游和每个排列步骤(13，23)上游包括控制步骤(12，22，32)，在所述控制步骤中，检测装置(52，62，72)检测印刷在所述支撑件上的层的位置和/或所述支撑件在工作面上的位置，并且至少一个命令与控制单元(53，63，73，120)将检测的位置中的至少一者与预定位置和/或与在先前控制步骤中检测的位置相比较，并且其中，比较的结果用于后续排列步骤(13，23)中，所述方法的特征在于：在每个控制步骤(12，22，32)中检测的位置由所述命令与控制单元(53，63，73，120)用于后续工作周期对后续支撑件上多层印刷的所述每个控制步骤中的相应控制步骤之前的相应排列步骤中。
2.一种在支撑件上多层印刷的设备，所述支撑件是晶片、衬底或硅制薄片，所述设备包括多个印刷台(50，60，70)与排列装置，所述排列装置设置在第一印刷台后的每个印刷台上游、且能够对所述支撑件和/或能够进行后续印刷步骤以印刷后续层的印刷装置进行定位，其中，所述设备包括至少命令与控制台(51，61，71)，所述命令与控制台包括检测装置(52，62，72)，所述检测装置位于每个印刷台(50，60，70)下游、且能够检测印刷在所述支撑件上的层的位置和/或所述支撑件的位置；以及命令与控制单元(53，63，73)，所述命令与控制单元能够将由与每个印刷台(50，60，70)相关的检测装置(52，62，72)所检测的这些位置中的至少一者、与预定位置和/或与由至少先前印刷台相关的检测装置(52，62，72)所检测的位置相比较，并且所述命令与控制单元能够将比较的结果传送至设置在后续印刷台上游的排列装置(54，64)，所述设备的特征在于：所述命令与控制单元(53，63，73，120)能够将由所述检测装置(52，62，72)所检测的位置利用于后续工作周期对后续支撑件上多层印刷，以在所述检测装置(52，62，72)启动检测之前指示所述排列装置(54，64)。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于：所述设备包括多个命令与控制单元(53，63，73)，每个命令与控制单元(53，63，73)与印刷台(50，60，70)相对应，并且每个命令与控制单元连接至设置在所述印刷台上游的排列装置、连接至设置在后续印刷台上游的排列装置、和连接至与后续印刷台相对应的命令与控制单元。
4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于：所述设备包括单一命令与控制单元(120)，所述单一命令与控制单元(120)从每个印刷台(50，60，70)的检测装置(52，62，72)接收位置数据、根据预设程序将这些位置数据彼此相比较并与预定位置相比较、并将控制信号传送至不同的排列装置(54，64)。
5.根据权利要求2至4中任一权利要求所述的设备，其特征在于：所述设备包括中央控制与处理单元(90)，所述中央控制与处理单元(90)接收由至少一个命令与控制台(51，61，71)所处理的数据、根据预定数据库存储这些数据、并以使用者要求的形式处理这些数据。
6.一种在衬底的表面上印刷多层印刷层的方法，所述方法包括如下步骤：
在第一印刷台中在所述衬底的表面上印刷第一印刷层；
使用与控制单元通信的第一检测装置来检测所述衬底的第一位置或印刷在所述衬底的所述表面上的所述第一印刷层的位置；
将所述衬底传送至第二印刷台；
使用排列装置，使用从检测所述衬底的所述第一位置或印刷在所述衬底的所述表面上的所述第一印刷层的位置所收集的数据，来使所述衬底与所述第二印刷台的期望部分对准；
在所述第二印刷台中在所述衬底的所述表面上印刷第二印刷层；和
使用与所述控制单元通信的第二检测装置来检测所述衬底的第二位置或印刷在所述衬底的所述表面上的所述第二印刷层的位置，其中在所述第二检测装置中检测出的数据被反馈至所述排列装置。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第二印刷台的所述期望部分包括设置在所述第二印刷台内的印刷头。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，使用连接至所述控制单元并设置在所述第二印刷台内的排列装置来执行使所述衬底与所述第二印刷台的所述期望部分对准。
9.根据权利要求6所述的方法，还包括如下步骤：
将从所述第一检测装置接收的数据与存储在所述控制单元中的预定数据集相比较；并且然后
调整设置在所述第一印刷台内的所述衬底的位置。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述控制单元还包括与所述第一印刷台通信的第一控制单元和与所述第二印刷台通信的第二控制单元。
11.根据权利要求10所述的方法，其中
所述第一印刷台还包括第一排列装置，所述第一控制单元与所述第一检测装置和所述第一排列装置通信；并且
所述第二印刷台还包括第二排列装置，所述第二控制单元与所述第二检测装置、所述第二排列装置、所述第一控制单元以及所述第一排列装置通信。
12.一种在衬底的表面上印刷多层印刷层的方法，所述方法包括如下步骤：
在第一印刷台中在所述衬底的表面上印刷第一印刷层；
使用与控制单元通信的第一检测装置来检测所述衬底的第一属性，其中所述第一属性包括所述衬底在所述第一印刷台中的第一位置或印刷在所述衬底的所述表面上的所述第一印刷层的位置；
将存储在所述控制单元内的数据与由所述第一检测装置获得的第一数据集相比较，其中在检测所述衬底的所述第一属性时收集所述第一数据集；
使用第一排列装置，使用对存储在所述控制单元内的数据与所述第一数据集进行对比所获得的信息，来调整设置在所述第一印刷台内的所述衬底的位置；
当所述衬底被设置在第二印刷台中时，在所述衬底的所述表面上印刷第二印刷层；
使用与所述控制单元通信的第二检测装置来检测所述衬底的第二属性，其中所述第二属性包括印刷在所述衬底的所述表面上的所述第二印刷层的位置或所述衬底位于所述第二印刷台内的位置，其中在所述第二检测装置中检测出的数据被反馈至所述第一排列装置；
将存储在所述控制单元内的数据与由所述第二检测装置获得的第二数据集相比较，其中在检测所述衬底的所述第二属性时收集所述第二数据集；和
使用对存储在所述控制单元内的数据与所述第二数据集进行对比所获得的信息，来调整设置在所述第二印刷台内的所述衬底的位置。
13.一种在衬底的表面上印刷多层印刷层的方法，所述方法包括如下步骤：
在第一印刷台中在所述衬底的表面上印刷第一印刷层；
使用与控制单元通信的第一检测装置来检测所述衬底的第一属性，其中所述第一属性包括所述衬底在所述第一印刷台中的第一位置或印刷在所述衬底的所述表面上的所述第一印刷层的位置；
将所述衬底传送至第二印刷台；
当所述衬底被设置在第二印刷台中时，在所述衬底的所述表面上印刷第二印刷层；
使用与所述控制单元通信的第二检测装置来检测所述衬底的第二属性，其中所述第二属性包括印刷在所述衬底的所述表面上的所述第二印刷层的位置或所述衬底位于所述第二印刷台内的位置；
对从检测所述衬底的所述第一属性所获得的第一数据集和从检测所述衬底的所述第二属性所获得的第二数据集进行比较；和
使用从所述比较获得的数据来调整设置在所述第二印刷台内的所述衬底的位置，
其中，所述控制单元还包括设置在所述第一印刷台内的第一控制单元和设置在所述第二印刷台内的第二控制单元，
其中，所述第一印刷台还包括第一排列装置，所述第一控制单元连接至所述第一检测装置和所述第一排列装置；
其中，所述第二印刷台还包括第二排列装置，所述第二控制单元连接至所述第二检测装置、所述第二排列装置、所述第一控制单元、所述第一排列装置以及第三印刷台中的第三排列装置，其中在所述第二检测装置中检测出的数据被反馈至所述第一排列装置。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，调整所述衬底的位置包括：
相对于设置在所述第二印刷台中的印刷头来调整所述衬底的位置。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，对比所述第一数据集还包括将来自所述第一检测装置的所述第一数据集与所述衬底的预定位置相比较，并且所述方法还包括如下步骤：
使用对所述第一数据集与所述衬底的所述预定位置进行对比所获得的信息，来调整设置在所述第一印刷台内的所述衬底的位置。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，对比所述第二数据集还包括将来自所述第二检测装置的所述第二数据集与所述衬底的预定位置相比较，并且所述方法还包括如下步骤：
使用对所述第二数据集与所述衬底的所述预定位置进行对比所获得的信息，来调整设置在所述第二印刷台内的所述衬底的位置。
17.根据权利要求13所述的方法，还包括如下步骤：
在调整所述衬底的位置之前，将一个或多个控制信号传送到设置在所述第二印刷台内的排列装置。
18.一种用于在衬底的表面上印刷多个层的装置，所述装置包括：
第一印刷台，其与第一控制台通信并构造成在所述衬底的所述表面上印刷第一印刷层，其中所述第一印刷台包括第一工作面，所述第一工作面构造成在所述第一工作面上接收衬底；
所述第一控制台，其包括第一检测装置，所述第一检测装置构造成检测设置在所述第一印刷台内的所述第一工作面上的所述衬底的位置；
第一排列装置，其与所述第一控制台通信并构造成相对于设置在所述第一印刷台中的第一印刷头来调整所述衬底；
第二印刷台，其与第二控制台通信并构造成在所述衬底的所述表面上印刷第二印刷层，其中所述第二印刷台包括第二工作面，所述第二工作面构造成在所述第二工作面上接收衬底；
所述第二控制台，其包括第二检测装置，所述第二检测装置构造成检测设置在所述第二印刷台内的所述第二工作面上的所述衬底的位置；
第二排列装置，其与所述第二控制台通信并构造成相对于所述第二工作面来调整所述衬底；和
控制单元，其与所述第一控制台和所述第二控制台通信，并且所述控制单元构造成分别对位于所述第一印刷头和第二印刷头下的所述第一工作面和所述第二工作面上的所述衬底的位置进行比较，
其中在所述第二检测装置中检测出的数据被反馈至所述第一排列装置。
19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述第一控制台还包括与所述第一检测装置和所述第一排列装置通信的第一控制单元，所述第二控制台还包括与所述第二检测装置和所述第二排列装置通信的第二控制单元。
20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述第二控制单元与所述第一控制单元、所述第一排列装置以及第三印刷台中的第三排列装置通信。
21.根据权利要求18所述的装置，其中，所述第一检测装置构造成检测所述第一印刷层的位置，所述第二检测装置构造成检测所述第二印刷层的位置。
22.根据权利要求18所述的装置，其中，所述第二排列装置构造成定位并调整设置在所述第二印刷台内的所述第二工作面上的所述衬底的位置。
23.根据权利要求18所述的装置，其中，所述第二排列装置构造成定位并调整设置在所述第二印刷台内的所述第二工作面上方的印刷头的位置。
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