CN102484947A - 检测基板对准的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

一种在序列的印刷步骤中检测基材的对准的方法，至少包含以下步骤：在检测单元中检测至少一个印刷轨迹的位置，该至少一个印刷轨迹在第一印刷站台中形成印刷至该基材的表面上的图案；在该印刷轨迹的至少一个部分中判定参考点；在检测单元中比较该参考点的实际位置与该参考点的预期或先前检测位置；判定该参考点的实际位置与该参考点的预期或先前检测位置之间的偏移；考虑该经判定的偏移来调整第二印刷站台的印刷头与该基材的相互位置；及将第二图案印刷至该第一图案上。

Description

检测基板对准的方法及设备
技术领域
本发明实施例一般关于在序列的印刷步骤期间用来检测基材的对准或位置的方法与设备。本发明实施例可用来在基材上形成导电轨迹，使用该基材来形成太阳能电池装置。
背景技术
印刷过程为此领域的公知技术，特别是绢网(serigraph)印刷，其中使用一或多个印刷步骤在基材上沉积印刷材料，从而界定对应的印刷轨迹。
亦可知此技术广泛的使用在基材(例如晶圆或硅薄片)上形成光伏电池。一般而言，在部分的光伏形成过程期间，各种印刷轨迹(例如，导电轨迹)在不同印刷站台中依序相继沉积。
光伏电池的生产及后续的相关印刷过程可能会受到非常细微的容忍度(tolerance)的影响，且因此必须控制基材在一个印刷站台与下一印刷站台之间的移动和位置。
一种用于执行这种控制待沉积在基材上的图案的位置的公知技术是在印刷过程期间使用相同材料来沉积用于对准的至少一个标记组件。
然而，此公知技术由于需要沉积标记组件而具有一些缺点，包括增加印刷材料的使用量、增加生产时间，且所印刷的导电轨迹可能影响沉积的图案的电气性质，例如产生非期望的短路。此外，由于在不同印刷头中形成的印刷图案可能会丧失均匀性或各个印刷站台会有些许固有的误差，标记组件相对于导电轨迹的定位可能在一印刷头与另一印刷头之间是不一致的。尽管标记已尽可能的对准彼此，上述类型的误差仍可能会造成印刷轨迹的失准。
此外，沉积标记减少了光伏电池可使用的表面积，而可能影响太阳能电池将太阳能量转换成电能的能力。
目前技术的这些缺点并不只出现在丝网印刷技术上也出现在其它类型的印刷的中，例如激光印刷、喷墨等。
因此，需要一种可以简单、精确、可靠的方式来检测不同操作站台中的基材对准的方法与设备，以克服目前技术的缺点。
申请人已发展、测试及实施本发明来克服此技术的缺点并达成上述及其它的目的及优点。
发明内容
在独立权利要求中阐述本发明并描述本发明的特征，同时根据从属权利要求描述本发明的其它特征或针对主要发明构想的变化。
根据上述的目的，一种根据本发明的方法应用在序列的印刷步骤期间检测在基材上的图案的对准，其中在该基材的表面上沉积印刷轨迹。在本发明的实施例中，使用该第印刷轨迹作为参考点(例如印刷轨迹的交叉点)以助于在后续印刷步骤中待沉积在该基材上的第二印刷轨迹的对准与定位。
详细地说，根据本发明用于在序列印刷步骤期间检测基材的对准的方法包含以下步骤：在检测单元中检测至少一个印刷轨迹的位置，该至少一个印刷轨迹选自于指状物及总线之间，以及在第一印刷站台中形成印刷至该基材的表面的图案；在该印刷轨迹的至少一个部分中判定参考点；在检测单元中比较该参考点的实际位置与该参考点的预期或先前检测的位置；判定参考点的实际位置与预期或先前检测的位置之间的偏移；考虑该经判定的偏移，调整第二印刷站台的印刷头与该基材之间的相对位置；及将第二图案印刷至第一图案上。
详细地说，根据本发明的一个实施例的方法提供完整的辨识步骤，其中使用检测单元来判定至少一个参考点的位置，该至少一个参考点是通过沉积在该基材的表面上的印刷轨迹的至少一个部分所形成并在第一印刷站台中被印刷；且随后实行比较步骤，其中在印刷支撑件上比较该参考点的位置与参考点的预期、或先前检测的位置。
在本发明的一个实施例中，根据所检测的参考点的位置与通过印刷轨迹形成的参考点的预期位置之间可能存在的偏移，使用比较步骤所得的结果来对准后续的印刷头。
在另一个实施例中，将支撑件对准保持固定的印刷头。
在一个实施例中，使用一或多个印刷轨迹作为虚拟的参考点以判定基材在后续印刷步骤中的位置。使用部分印刷轨迹作为虚拟参考点，因而降低生产时间及材料的使用，同时也减少协调印刷轨迹整体性的风险。此外，通过使用在印刷轨迹上所发现的虚拟参考点，而非提供外部标记组件，可确保在后续印刷站台中所进行的对准的任何校正是直接关于印刷轨迹本身，因此避免标记组件相对于印刷轨迹的位置误差。
在一个实施例中，其中该基材为(例如)硅晶圆，而具有由导体糊浆所制成的印刷轨迹设置于其上。以图案来沉积导体糊浆，该图案包含实质平行彼此对准的导体糊浆轨迹阵列(亦称为“指状物”)并在端部通过至少两个横向轨迹(亦称为“总线”)连接。在一个实施例中，一或多个参考点形成在指状物与总线的交叉点处。在一个实施例中，形成三个参考点，并基于在先前站台中所印刷的指状物与总线的位置，通过控制系统使用该三个参考点来确保晶圆在后续印刷站台中的正确定位与对准。
附图说明
所以，上述简介的本发明特征可参考对本发明更具体描述的实施例进一步理解和叙述，部分实施例示出于附图中。然而要指出的是，附图仅说明本发明的典型实施例，因此不应被视为其范围的限制，本发明也适用于其它具有同等功效的实施例。
图1为根据本发明实施例的设备的示意图。
图2为基材的可能印刷形态的示意图。
图3图标根据本发明实施例的方法比较的步骤。
为了方便理解，在多个图中尽可能使用相同的附图标记来表示各图共有的相同组件。应理解，可将一个实施例的组件与结构特征有利地结合至其它实施例中，而不需进一步列举。
具体实施方式
本发明实施例一般提供设备10，其可在用于生产光伏电池的设备100中用来将印刷装置对准至形成在基材(例如晶圆11)上的印刷图案。在此例子中，使用设备10来检测晶圆11的对准，晶圆11是定位在两个印刷站台之间，分别是第一站台12及第二站台13。在一个实施例中，设备100包含一系列的印刷单元，印刷单元是设在各个印刷站台中以及在设备100中使用来生产光伏电池。
图1为设备100的一个实施例的示意等角视图，其中可使用本发明的对准设备10。在此实施例中，设备100一般包括两个传送带111、两个印刷站台12及13、两个传出传送带112、及指挥及控制单元20。传入传送带111经配置为平行处理配置，使得各个传入传送带可从输入装置(例如输入传送带113)接收未处理的晶圆11，并将各个未处理的晶圆11传送至一对印刷站台12、13。此外，传出传送带112是以平行方式配置，使得各个传出传送带可自印刷站台12、13接收经处理的晶圆11，并将经处理的晶圆11传送至晶圆移除装置(例如出口传送带114)。在一个实施例中，输入传送带113及出口传送带114为自动基材处理装置，其为庞大生产线的一部分，例如连接至设备100的SoftlineTM工具。在一个实施例中，各个出口传送带114适于使经过印刷站台12、13的经处理晶圆11通过烤箱199以固化沉积在晶圆11上的材料。
在一个实施例中，传入传送带111及传出传送带112包括至少一个带116，该至少一个带116用于支撑晶圆11并通过使用与控制单元20通信的致动器(未示出)将晶圆11输送至设备100内的预期位置。尽管图1只例示两个带式传送系统，在不背离本发明的基本范围的情况下，也可使用其它类型的传送机构来实行相同的基材传送及定位功能。
明确地说，各个晶圆11的上表面适于接收多个印刷轨迹(例如导电轨迹)，印刷轨迹用来收集所形成的太阳能电池装置产生的部分电流。在图示于图2及3的示例中，印刷轨迹包括多个第一轨迹15(也称为指状物)，其实质平行彼此；及多个第二轨迹16(也称为总线)，其实质垂直第一轨迹15并与第一轨迹15相交以在其间形成电连接。虽然提供在图2及3中所示的晶圆11上的印刷图案具有两个印刷轨迹，由于可取决于光伏电池的操作需要使用单印刷轨迹、三或多个不同轨迹，此配置并不欲将本发明的范围限制于本文所述内容。
印刷站台12及13经配置以在晶圆11的表面上沉积不同印刷层或图案。在示例中，两个印刷站台12及13具体经配置而以不同的互补图案来沉积第一轨迹15及第二轨迹16。在另一示例中，可使用两个印刷站台12及13以形成多个具有相同印刷图案的重叠层及(或)具有不同物理或化学性质的材料层。
然而，无论如何，在第一印刷站台12所获得的印刷图案必须与第二印刷站台13所获得的印刷图案精确地对准或以严格相关的方式定位。
在一个实施例中，印刷站台12及13包括多个致动器(例如步进马达或伺服马达)，致动器与指挥及控制单元20通信并且用来调整印刷头40的位置及(或)角度定向，印刷头相对于被印刷的晶圆11被设置在相对的站台12、13中。在一个实施例中，印刷头40为具有多个特征结构(例如孔洞、沟槽或其它穿过其间形成的穿孔)的金属片或板，以在晶圆11的表面上界定网印材料(例如，墨水或糊浆)的图案及位置。一般而言，通过使用致动器及单元20所接收的信息来将印刷头定向在晶圆表面上方的期望位置，可使待沉积在晶圆11的表面上的网印图案以自动的方式对准至晶圆11，如后文所述。在一个实施例中，印刷站台12及13适于在晶圆11上沉积含有金属或含有介电质的材料，晶圆11具有介于约125毫米至156毫米的宽度及介于约70毫米及156毫米的长度。在一个实施例中，印刷站台12及13适于在晶圆11的表面上沉积含有金属的糊浆，以在晶圆11的表面上形成金属接触结构。
根据本发明的设备10包含：辨识或检测站台17，紧邻第一印刷站台12的下游(相对于晶圆11的移动方向)设置；比较站台19，紧邻第二印刷站台13的上游设置；及指挥及控制单元20，至少电连接至辨识站台17及比较站台19。
控制单元20可包括中央处理单元(CPU)(未示出)、内存(未示出)、及支持电路(I/O)(未示出)。CPU可为任何一种可使用在工业设备中的计算机处理器，用于控制各种腔室过程及硬件(例如，传送带、光学检验组件、马达、流体递送硬件等)，并监视系统及腔室过程(例如，基材位置、处理时间、检测器讯号等)。内存可连接至CPU且可为一或多个可轻易获得的内存(例如随机存取内存(RAM)、只读存储器(ROM))、软盘、硬盘、或任何其它形式的数字储存器，本地或远程皆可。可在内存中编码及储存软件指令与资料以指示CPU。支持电路也可连接到CPU而以公知的方式支持CPU。支持电路可包括快取、电源、时脉电路、输入/输出电路、子系统等。可通过控制单元20读取的程序(或计算机指令)来判定基材上可实行哪个任务。较佳地，可通过控制单元20的软件来读取程序，其包括产生及储存至少一个基材位置信息、各种受控部件的移动的序列、基材光学检验系统信息及其组合的编码。
应注意，尽管在图标中并未示出，可在两个印刷站台12及13之间设置一或多个过程腔室以实行各种不同的操作步骤，操作步骤可补充印刷过程，例如干燥、掺杂印刷材料、高温退火、对准所获得的图案、印刷金属或其它相似的功能。
辨识站台17包含影像照相机21(例如CCD照相机)，影像照相机21设置于晶圆11的表面上方并与晶圆11的表面实质垂直，晶圆11的表面平行传送平面60，晶圆11在离开第一印刷站台12后通过传送平面60。
影像照相机21适于检测晶圆11的上表面的影像，晶圆11的上表面具有通过在第一印刷站台12中实行印刷过程所设置于其上的第一轨迹15及第二轨迹16。通过控制单元20处理所检测到的影像，以检测第一轨迹15与第二轨迹16之间的至少三个交叉点，以及建立直接通过轨迹15、16本身所提供的三个参考点22，而不需使用公知的标记组件或基准点。在示例中，如图2及3所示，通过不连续线所围绕的圆形区域来示意性呈现参考点22。在一个实施例中，检测到三个参考点22，以辨识形成在晶圆11上的图案的定位。在一些配置中，期望检测少于或多于三个参考点22。
通过指挥及控制单元20将影像中所含有的资料(含有虚拟参考点22)从影像照相机21送到比较站台19。
比较站台19包含影像照相机23(例如CCD照相机)，影像照相机23也设置在传送平面上方并垂直传送平面，晶圆11在传送平面上通过(例如)入口到第二印刷站台13。
在一个实施例中，影像照相机23一般适于使用参考点22而在影像照相机23下方投影晶圆11的虚拟影像，晶圆11的虚拟影像是通过影像照相机21检测的基材当前位置。
为了考虑晶圆11在后续步骤中的对准，以该方式，可在辨识站台17及比较站台19之间检测晶圆11或其支撑件的移动。
此外，在一个实施例中，将印刷轨迹15及16上所辨识的参考点22的位置与已知位置做比较，以及将参考点22的位置发送至控制单元20以在印刷站台13中调整后续的印刷头。
在图3中，通过一系列的虚线来图标虚拟的投影影像，此图经简化以示意性例示其功能但不代表真实的操作情况。
因此，通过比较影像照相机21及影像照相机23所检测的虚拟影像，可检测多个参考点22之间的偏位，以判定晶圆11在影像照相机23下方的目前位置与定位在第一印刷站台12的出口处的影像照相机21所收集的资料之间的差异。在一个实施例中，使用形成在第一轨迹15及第二轨迹16的交叉点上的参考点22来直接检测并判定该偏位，而不需其它参考点。
在一个实施例中，使用设置于控制单元20中的软件进行在两个站台17与19间所检测的资料的比较。
所检测到的偏位值被发送至指挥及控制单元20，其中指挥及控制单元20根据程序化或可程序化的容忍度参数来处理资料，且可以实质上已知的类型或未示出的方式指挥站台以校正晶圆11的位置，以在进入第二印刷站台13的前正确地定位及对准基材。
然而显而易见地，可在不背离本发明的领域及范围的前提下，可对上述的方法及设备10进行部件或步骤的修改及(或)添加。
例如，本发明的技术领域中具有通常知识者可提供一种方法与设备，其中晶圆11永远保持静止在其初始位置，且印刷站台12及13各自相继定位在晶圆11上以沉积相应的印刷轨迹15及16。
在此实施例中，参考点22的检测及后续晶圆11的预期位置的比较用来校正第二印刷站台13相对于晶圆11的位置，以确保通过相对印刷站台12及13所印刷的印刷轨迹15及16的正确对准。
在此实施例中，提供单检测单元是有利而非必要的，单检测单元功能性皆包含辨识站台17以及比较站台19的技术特征，使得其可执行检测参考点22以及比较参考点22与其预期位置的操作。
尽管已参照特定实施例来描述本发明，但本领导技术人员可完成其它具有如本发明权利要求及本发明范围所保护的特性的等效类型的方法及设备来检测基材的对准。

Claims (13)

1.一种在序列的印刷步骤中检测基材(11)的对准的方法，至少包含以下步骤：
在检测单元中检测至少一个印刷轨迹的位置，所述至少一个印刷轨迹选自于指状物(15)及总线(16)之间，其中所述至少一个印刷轨迹(15，16)用来收集已形成的太阳能电池装置所产生的部分电流，所述印刷轨迹(15，16)在第一印刷站(12)中形成印刷至所述基材(11)的表面上的图案；
在所述印刷轨迹(15，16)的至少一个部分中判定参考点(22)；
在检测单元中比较所述参考点(22)的实际位置与所述参考点(22)的预期或先前检测的位置；
判定所述参考点(22)的实际位置与所述参考点(22)的预期或先前检测位置之间的偏移；
考虑所述经判定的偏移来调整第二印刷站台(13)的印刷头与所述基材(11)的相互位置；及
将第二图案印刷至所述第一图案上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述检测步骤使用所述检测单元的特定辨识构件(17)来执行，且其中所述比较步骤使用所述检测单元的特定比较构件(19)来执行。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述检测步骤与所述比较步骤皆通过相同的检测单元来执行。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，为了调整所述基材(11)相对于所述第二印刷站台(13)的印刷头的位置，根据比较步骤的结果来指挥所述基材(11)的位置的校正。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，为了调整所述第二印刷站台(13)的印刷头相对于所述基材(11)的位置，根据比较步骤的结果来指挥所述第二印刷站(13)的印刷头的位置的校正。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述基材是用于生产光伏电池的晶圆(11)，且所述印刷轨迹包含多个实质彼此平行并通过多个第二轨迹(16)彼此连接的第一轨迹(15)，且其中在所述检测步骤中，在介于所述第一轨迹(15)的一者与所述第二轨迹(16)的一者之间的至少一个交叉点中检测所述至少一个参考点(22)。
7.根据权利要求1所述的方法，其中在所述辨识步骤中，检测至少三个参考点(22)。
8.一种用于在序列印刷步骤中检测基材(11)的对准的设备，包含：
至少一个印刷站台，经配置以在所述基材(11)上沉积至少一个印刷轨迹(15，16)，其中所述至少一个印刷轨迹(15，16)选自于指状物(15)及总线(16)之间并用来收集已形成的太阳能电池装置所产生的部分电流；
至少一个检测单元，经配置以使用由所述印刷轨迹的至少一部分所形成的至少一个参考点(22)来检测所述基材(11)的位置；及
控制单元，适于在所述至少一个印刷站台中基于在所述基材上的所述至少一个参考点(22)被检测到的位置来调整形成在所述基材上的印刷图案的位置。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述检测单元包含可检测所述至少一个参考点(22)在平面上的位置的辨识构件(17)，及可比较所述参考点(22)在所述基材上的实际位置与预期或先前检测位置的比较构件(19)。
10.根据权利要求8所述的设备，其中所述检测单元包含单个辨识构件，其可检测所述至少一个参考点(22)在平面上的位置且可比较所述参考点(22)在所述基材上的实际位置与预期或先前检测位置。
11.根据权利要求9所述的设备，其中所述辨识构件包含影像摄影机(21)，其实质垂直定位在所述基材(11)上方并经配置以检测所述至少一个参考点(22)。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述比较构件包含影像摄影机(21)，经配置以比较由所述辨识构件(17)的所述影像摄影机(21)所检测的影像与所述基材(11)实际被检测到的影像。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的设备，其包含至少一个指挥及控制单元(20)，所述至少一个指挥及控制单元(20)电连接至所述辨识构件(17)与所述比较构件(19)，并经配置或可选择性经配置以管理所述辨识构件(17)与所述比较构件(19)之间的信息交流，并可用来解读所述比较构件(19)产生的比较信号。
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