CN103988290A - 工件处理系统以及工件处理方法 - Google Patents

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Abstract

此工件处理系统的一实施例包括输送带与加载互锁区，第一交换机械臂在建造台与加载互锁区之间持有并传送工件，支架机械臂在每个输送带与第一交换机械臂之间传送工件。在一实例中，利用支架机械臂，将已加工工件从第一交换机械臂传送至第一输送带，并将未加工工件从第二输送带传送至第一交换机械臂。第二交换机械臂可与第一交换机械臂一起用来从加载互锁区负载并卸载工件。

Description

工件处理系统以及工件处理方法
技术领域
本发明涉及一种工件处理，且特别涉及一种高产率应用的工件处理。
背景技术
离子植入法是一种用于将改变导电性的杂质引入工件中的标准技术。在离子源中将所要的杂质材料离子化，使离子加速以形成具规定能量的离子束，且将离子束导向工件的表面处。离子束中的高能离子穿入工件材料主体中，且嵌进工件材料的晶格中以形成具有所要导电性的区域。
产率与电池效率为太阳能电池制造业的两个要点，电池效率为测量能量转换成电能的量，较高的电池效率对具竞争性是必须的。然而，提高电池效率的代价不能牺牲产率。
离子植入法已证实为掺杂太阳能电池的可行方法。离子植入法的利用省去了现今技术所需的诸如扩散炉的制程步骤，可提升产率并降低成本。例如因为离子植入法仅掺杂所要的表面，如果使用离子植入法代替炉扩散，可省去激光边缘分离步骤。除了省去制程步骤外，已证实使用离子植入法可达到较高的电池效率。离子植入法也能够对太阳能电池的整个表面进行毯覆式植入(blanket implant)，或仅对部分的太阳能电池进行选择性或图案化植入。利用离子植入法的高产率选择性植入法可避免用于炉扩散的高价且耗时的微影或图案化步骤。对于离子植入器的产率或其可靠度的任何改良将有益于全世界的太阳能制造者，可加速应用太阳能电池作为替代能源。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种工件处理系统。此系统包括多个输送带以及加载互锁区(load lock)；第一交换机械臂(robot)持有多个工件，且在建造台与加载互锁区之间传送多个工件；支架机械臂在多个输送带中的每一个与第一交换机械臂之间传送多个工件。
根据本发明的第二方面，提供一种工件处理方法。此方法包括：利用支架机械臂将多个已加工工件从交换机械臂传送至第一输送带，其中交换机械臂包含多列已加工工件；接着利用支架机械臂将多个未加工工件从第二输送带传送至交换机械臂；然后重复传送已加工工件与未加工工件，直到未加工工件已经取代交换机械臂上的所有已加工工件。
根据本发明的第三方面，提供一种工件处理方法。此方法包括：当第二交换机械臂位于该第一交换机械臂下时，将多个未加工工件负载于第一交换机械臂上；继而当第一交换机械臂位于加载互锁区外时，将第二交换机械臂移进加载互锁区内，以将多个已加工工件负载至该第二交换机械臂上；接着从加载互锁区移去第二交换机械臂及多个已加工工件；然后当第二交换机械臂位于加载互锁区外时，将第一交换机械臂移进加载互锁区内；接着从加载互锁区内移去第一交换机械臂；继而当第一交换机械臂在停放位置时，将第二多个未加工工件负载于第二交换机械臂上，并将多个已加工工件从第二交换机械臂卸载。
附图说明
参照附图以更清楚理解本发明，其以引用方式并入本说明书中，且其中：
图1为工件处理系统的第一实施例的透视图。
图2为图1所表示的工件处理系统的第一实施例的俯视图。
图3为图1所表示的工件处理系统的第一实施例的侧视图。
图4A～4E显示以图1～3所绘工件处理系统进行工件处理的一实施例。
图5A～5F显示以图1～3所绘工件处理系统进行工件处理的另一实施例。
具体实施方式
以下将叙述与太阳能电池有关的工件处理系统。然而，本发明的实例可用于其他工件，诸如半导体晶圆、发光二极体、绝缘层覆硅(silicon-on-insulator，SOI)晶圆或其他元件。工件处理系统可用于离子植入器或其他诸如沉积、蚀刻、或其他工件处理系统的制程设备。因此，本发明不受限于以下的实例。
图1～3所表示的工件处理系统100利用4×4的工件112的矩阵101每小时能够处理的晶圆或工件数(wph)约为3000。当然亦可使用其他矩阵101的设计，以下的实例不仅限于4×4矩阵101。
工件处理系统100从未图示的卡匣(cassette)或其他界面传送工件112，建立工件112的矩阵101，并将工件112的矩阵101移进加载互锁区102内。加载互锁区102至连接至离子植入器111的一部分或一些其他的制程设备。加载互锁区102用于将离子植入器111的真空状况与外面的大气状况隔离，且既可提升亦可降低加载互锁区102的压力。在一实例中，将工件112置于加载互锁区102或离子植入器111内利用机械式或静电式夹具的载具中。工件处理系统100也可执行可逆程序，将工件112传回至卡匣或其他界面。图1～3中的加载互锁区102可具有一个或多个加载互锁腔室。图1的实施例显示两个加载互锁孔113，每个加载互锁孔113导向连接至离子植入器111的分开的加载互锁腔室。加载互锁区102内的两个加载互锁腔室可置于彼此之一的顶部；在另一实施例中，这两个加载互锁腔室可由彼此之间的间隙分开。
在此实例中，三个输送带106a-c将从卡匣或其他界面传送工件112，工件112的传送以特定的速度、时距、或间距(pitch)来执行，在一实例中，可使用机械臂将工件112置于输送带106a-c上；在另一实例中，将工件112直接从卡匣卸载至输送带106a-c上。在其他实施例中，可使用多于或少于三个输送带106a-c，可指定输送带106a-c中的每一个是用于工件的负载或卸载，或可既用于负载又用于卸载。在一特定实例中，输送带106a用于从卡匣卸载工件112，同时另一输送带106c用于将工件112负载至卡匣内。但是输送带106a-c的负载或卸载功能于操作时可变化，例如根据由特定输送带106a-c所供应的卡匣是空的或满的而变化。
于传送至矩阵101的期间，位于输送带106a-c上的相机107和连接至相机107的处理器将确认工件112在输送带106a-c中的一个上的位置或相对于输送带106a-c中的一个的位置，且确认工件112的位置或方向是否须被校正。相机107可观看部分的输送带106a-c。在一实例中，相机107具有广大的视野足以观看或拍摄输送带106a-c中的一个上的多个工件112，诸如一排四个工件112。在另一实例中，相机107具有可拍摄每个输送带106a-c上的多个工件112的视野。例如相机107能够拍摄每个输送带106a-c上的四个工件112。
支架(gantry)模组108利用诸如静电力、机械力、或真空力，从输送带106a-c中的一个中选取工件112并建立矩阵101。在一实施例中，支架模组108包括输送带106a-c上可移动的框架或轨道。支架模组108包括支架机械臂200，可三维地移动且可倾斜。因此，支架模组108可从输送带106a-c的任一个中选取工件112，或将工件112置于输送带106a-c的任一个上。支架模组108可从矩阵101移去工件112，且为了传送回卡匣或其他界面，将工件112置于输送带106a-c的任一个上。矩阵末端作用器(end effector)105连接至支架模组108的支架机械臂200。在一特定实例中，此矩阵末端作用器105能够持有四个工件112，但是持有其他数量的工件112也是可能的。此支架模组108可使用来自于相机107与处理器的资讯以校正诸如传送期间的工件112的位置或方向。
一实施例中，支架模组108可含两个y轴致动器、一个x轴致动器、一个z轴致动器、与一个倾斜致动器。此提供四个自由度并使工件112的拾取及置放操作得以进行。支架模组108可调整矩阵末端作用器105的位置，以匹配输送带106a-c中的一个上的工件112位置。支架模组108亦可校正如x、y、及θ(倾斜)方向上的一或多个工件112。支架模组108可在输送带106a-c中的任一个与矩阵101中的任何位置之间传送输送带106a-c，矩阵101可位在诸如交换机械臂103a的交换模组109的一部分上的位置。例如在此传送期间可进行校正，通过支架模组108可执行沿θ方向的高达180°的旋转或倾斜。
在另一实施例中，支架模组108可跳过或不置放“坏的”工件，这些“坏的”工件可能是损坏的或破碎的。支架模组108也可补偿未适当置于矩阵101中输送带106a-c上的“遗漏”的工件。在此方面，相机107与连接至相机的处理器可用于协助支架模组108。
支架模组108的末端作用器105为多夹爪(gripper)设计，其为矩阵101的小型版本。因此当矩阵101可为4×4个工件112时，支架模组108可为1×4或一些其他设计。工件112可由支架模组108单独地或群组地校正。
在运作的一实施例中，支架模组108取得四个已加工的工件112，并将这些置于输送带106a-c中的一个上。然后支架模组108从输送带106a-c取得四个未加工工件112并置于矩阵101中。已加工及未加工工件112会在不同的输送带106a-c上运行。此缩减支架模组108的运行时间，并缩减支架模组108不传送工件112的时间。未加工工件112置于之前已加工工件112被移除处的矩阵101中。可重复此程序，且由支架模组108进行的对矩阵101的负载及卸载组合，可将整个矩阵101以不同的工件112取代。
交换模组109将在建造台104与加载互锁区102之间传送工件112的矩阵101。此交换模组109包含至少一个交换机械臂103，每个交换机械臂103可使用一个或多个线性致动器，例如图1的实施例显示交换机械臂103a及交换机械臂103b。交换机械臂103a置于交换机械臂103b之上，且于负载并卸载时，将交换机械臂103a-b的一个放在路线之外。在一实施例中，每个交换机械臂103a-b具有一个z轴致动器及两个y轴致动器，用于置放或抓持工件112的叶片。
在一实例中，交换机械臂103a可从建造台104的矩阵101中取得未加工工件112，且交换机械臂103b可延伸至加载互锁区102内以取得已加工工件112。然后从加载互锁区102移去已加工工件112，并将未加工工件112置于加载互锁区102内。接着已加工工件112回至建造台104以卸载，同时植入或另外加工未加工工件112。
矩阵101的建立与加载互锁区102的抽降(pumping down)或排气可以一致，此可增加连接至加载互锁区102的系统(如离子植入器111)的产率。
图4A～4E显示利用图1～3所绘工件处理系统进行工件处理的一实施例。在图4A中，将可为图1～3的支架模组108的部分的支架机械臂200置于第一个输送带106c上。在此实施例中，矩阵101包含16个4×4排列的已加工工件201，包括4列已加工工件201。矩阵101可置于如图1至图3所表示的交换机械臂103a-b的一个上或被其持有。输送带106a-c中的一个(即此实例中的输送带106a)包含未加工工件202(图4A的实例的阴暗处)。已加工工件201及未加工工件202为图1至图3所表示的工件112的实例。
在图4B中，将支架机械臂200置于矩阵101上，并从矩阵101选取四个已加工工件201，此四个已加工工件201代表一列。在已加工工件201已被夹住或选取后，支架机械臂200可校正已加工工件201的位置或倾斜。
在图4C中，支架机械臂200已经将四个已加工工件201传送至输送带106a-c中的一个(即此实例中的输送带106c)以卸载。接着，图4D中，将支架机械臂200置于未加工工件202上并选取这些未加工工件202。在未加工工件202已被夹住或选取后，支架机械臂200可校正未加工工件202的位置或倾斜。因为来自卡匣或其他界面卸载的错误(未图示)，未加工工件202会弯曲或放置错误。
在图4E中，支架机械臂200将四个未加工工件202放进矩阵101中，利用输送带106a-c中的一个，将已卸载的已加工工件201移至卡匣或其他介面。更多的未加工工件202可负载至输送带106a-c中的一个上。重复此程序直到已加工工件201从矩阵101卸载，且未加工工件202已被负载至矩阵101内。于是，矩阵101中的已加工工件201由未加工工件202取代。
如图4A～4E所示，负载与卸载程序于支架机械臂200移动期间相继进行。于支架机械臂200作动的特定期间，支架机械臂200既将未加工工件202负载至矩阵101内，也将已加工工件201从矩阵101卸载。在此活动期间，各种负载与卸载程序的步骤可能以相继的形式发生，直到矩阵101中已加工工件201被未加工工件202取代为止。此外，利用支架机械臂200来负载或卸载矩阵101的步骤可能有其他顺序。
图5A～5F显示利用图1～3所绘工件处理系统的工件处理的另一实施例。第一交换机械臂300与第二交换机械臂301可为图1的3的交换模组109的一部分，且可对应至一实例中的交换机械臂103a-b。在图5A中，支架机械臂200已将未加工工件202从输送带106的一个负载至第一交换机械臂300上。这些未加工工件202可为4×4矩阵，但由于图5A是截面图，图5A只绘出四个。于负载时，将第二交换机械臂301置于第一交换机械臂300之下。
在图5B中，第一交换机械臂300与第二交换机械臂301在垂直方向上移动，且空的第二交换机械臂301延伸至加载互锁区102内。在图5C中，第二交换机械臂301移去也是4×4矩阵的已加工工件201。接着第一交换机械臂300将未加工工件202置放于加载互锁区102内。如果加载互锁区102仅具单孔，于加载互锁区102负载并卸载期间，第一交换机械臂300与第二交换机械臂301可改变垂直位置。如果加载互锁区102具有多孔或具有足以同时容纳第一交换机械臂300与第二交换机械臂301的大孔，则于负载并卸载期间不需要垂直位置的变化。
在图5D中，第一交换机械臂300放在路线之外，例如第一交换机械臂300可放在加载互锁区102下面或其他处。这使支架机械臂200将已加工工件201从第二交换机械臂300卸载至输送带106的一个上，支架机械臂200亦可将未加工工件202负载至第二交换机械臂301上。接着如图5E所示，第一交换机械臂300从停放位置离开，并从加载互锁区102卸载已加工工件201，然后如图5F所示，第二交换机械臂301将未加工工件202放进加载互锁区102内。支架机械臂200将已加工工件201从第一交换机械臂300卸载至输送带106中的一个上，并从输送带106中的一个负载未加工工件202至第一交换机械臂300上。然后后续程序如图5A所示再次开始，于第一交换机械臂300负载与卸载期间，将第二交换机械臂301置于停放位置或仅保持在第一交换机械臂300之下。
图5A～5F所表示的程序可用于具有两个加载互锁腔室的系统，在垂直方向上一个位于另一个之上。在此实施例中，第一交换机械臂300与第二交换机械臂301在垂直方向上具有较大的移动范围，例如可将第一交换机械臂300置于两加载互锁腔室的间隙中或于最底下的加载互锁区之下。
本揭示不以本说明书中所描述的具体实施例的范围为限。事实上，除本说明书中所描述的实施例之外，通过以上描述及附图，本发明的其他各种实施例及修饰对本领域技术人员是显而易见的。这些其他实施例及修饰意欲涵盖于本发明的范围内。此外，虽然本说明书是以在特定环境中针对特定目的的特定实施方案的脉络来描述本发明，本领域技术人员将了解，本发明的效用不局限于此，且本发明可有利地出于许多目的而在许多环境中实施。因此，应如本说明书中所描述本发明的完整广度及精神来解释以下所述的权利要求。

Claims (18)

1.一种工件处理系统，包括：
多个输送带；
加载互锁区；
第一交换机械臂，用以持有多个工件，其中所述第一交换机械臂用以在建造台与所述加载互锁区之间传送所述多个工件；以及
支架机械臂，用以在所述多个输送带中的每一个与所述第一交换机械臂之间传送多个工件。
2.根据权利要求1所述的工件处理系统，还包括相机，其具有能拍摄所述多个输送带的视野。
3.根据权利要求1所述的工件处理系统，其中所述多个输送带包括三个输送带，每个所述输送带用于负载并卸载所述工件。
4.根据权利要求1所述的工件处理系统，其中所述第一交换机械臂二维地移动。
5.根据权利要求1所述的工件处理系统，还包括第二交换机械臂，其中所述第二交换机械臂在所述建造台与所述加载互锁区之间传送所述多个工件，且其中所述第二交换机械臂二维地移动。
6.根据权利要求1所述的工件处理系统，还包括第二加载互锁区及第二交换机械臂，其中所述第一交换机械臂及所述第二交换机械臂在所述建造台与所述加载互锁区与该第二加载互锁区之间传送所述多个工件，且所述第一交换机械臂及所述第二交换机械臂二维地移动。
7.一种工件处理方法，包括：
利用支架机械臂将多个已加工工件从交换机械臂传送至第一输送带，其中所述交换机械臂包含多列所述已加工工件；
利用所述支架机械臂将多个未加工工件从第二输送带传送至所述交换机械臂；以及
重复对所述已加工工件与所述未加工工件的所述传送，直到所述未加工工件已经取代所述交换机械臂上的所有所述已加工工件。
8.根据权利要求7所述的工件处理方法，其中所述交换机械臂包含四个所述列。
9.根据权利要求7所述的工件处理方法，还包括于利用所述支架机械臂在进行所述传送期间调整所述工件的位置。
10.根据权利要求7所述的工件处理方法，其中所述支架机械臂将所述未加工工件置于所述多个列中的一列中，于所述支架机械臂之前移去所述已加工工件处。
11.根据权利要求7所述的工件处理方法，还包括利用所述支架机械臂将所述未加工工件负载至加载互锁区内。
12.一种工件处理方法，包括：
当第二交换机械臂位于第一交换机械臂下时，将多个未加工工件负载于所述第一交换机械臂上；
当所述第一交换机械臂位于所述加载互锁区外时，将所述第二交换机械臂移进所述加载互锁区内，以将多个已加工工件负载至所述第二交换机械臂上；
从所述加载互锁区移去所述第二交换机械臂及所述多个已加工工件；
当所述第二交换机械臂位于所述加载互锁区外时，将所述第一交换机械臂移进所述加载互锁区内；
从所述加载互锁区中移出所述第一交换机械臂；以及
当所述第一交换机械臂在停放位置时，将第二多个未加工工件负载于所述第二交换机械臂上，并将所述多个已加工工件从所述第二交换机械臂卸载。
13.根据权利要求12所述的工件处理方法，其中所述停放位置在所述加载互锁区之下。
14.根据权利要求12所述的工件处理方法，其中所述将所述多个未加工工件负载于所述第一交换机械臂上的步骤，还包括从所述第一交换机械臂卸载第二多个已加工工件。
15.根据权利要求12所述的工件处理方法，还包括从所述停放位置移去所述第一交换机械臂，并将所述第一交换机械臂移进所述加载互锁区内以将第二多个已加工工件负载于所述第一交换机械臂上。
16.根据权利要求12所述的工件处理方法，还包括在所述将所述多个未加工工件负载于所述第一交换机械臂上的步骤与所述将所述第二交换机械臂移进所述加载互锁区内的步骤之间，改变所述第一交换机械臂与所述第二交换机械臂的垂直位置。
17.根据权利要求12所述的工件处理方法，其中所述将所述多个未加工工件负载于所述第一交换机械臂上的步骤，包括利用支架机械臂，将所述多个未加工工件从输送带传送至所述第一交换机械臂。
18.根据权利要求12所述的工件处理方法，其中所述将所述多个已加工工件从所述第二交换机械臂卸载以及所述将所述第二多个未加工工件负载于所述第二交换机械臂上的步骤还包括：
利用支架机械臂，将所述多个已加工工件从所述第二交换机械臂传送至第一输送带，其中所述第二交换机械臂包含多列所述已加工工件；
利用所述支架机械臂，将所述第二多个未加工工件从输送带传送至所述第二交换机械臂；以及
重复所述多个已加工工件与所述多个未加工工件的所述传送步骤，直到所述交换机械臂上的所述多个已加工工件全部被所述第二多个未加工工件取代为止。
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