CN104272057A - 使用红外探测的用于处理系统的原位基板探测 - Google Patents

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Abstract

红外探测被用于监测在气相传输沉积处理室内的温度。当基板经过红外探测器时发生的温度的改变被探测并被用于精确地定位基板在室内的位置。还可实现基板的位置校正。

Description

使用红外探测的用于处理系统的原位基板探测
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年2月13日提交的第61/598,086号美国临时申请的优先权，所述美国临时申请通过引用完全包含于此。
技术领域
本公开涉及使用红外探测以探测在诸如以气相传输沉积系统为例的基板处理系统内传输的基板的位置。
背景技术
诸如以光伏模块或光伏电池为例的光伏器件可包括使用各种沉积系统和技术沉积在基板上的半导体材料和其他材料。一个示例是使用诸如以气相传输沉积(VTD)室为例的处理室在玻璃基板上的诸如硫化镉(CdS)或碲化镉(CdTe)薄膜的半导体材料的沉积。
在处理期间，对于系统控制器来说重要的是得知在处理室内的基板的位置以确保在基板之间的合适的距离以及此外得知基板当前正在经历什么处理。通常，在将基板放置到室内之前检查每个基板的边缘位置。这给了控制器初始点以当基板前进通过室时追踪基板。遗憾的是，在处理期间实际的基板位置可能在不同时间从控制器的计算的基板位置移动/偏离。例如，由于用于将基板放置到室中的高速输送，因此当基板进入处理室时会发生位置移动。由于由逐渐积累在传输基板的滚轴上的材料引起的速度变化，因此实际的位置与控制器计算的位置之间的其他移动会发生。
控制器计算的基板位置与实际的基板位置之间的差异可反过来影响基板的处理或导致对基板的处理不当。因此，处理系统将包含边缘探测机械装置，该机械装置的部分位于室内。每个探测机械装置包括穿过室窗沿着基板移动路径向位于某处的室内的反射器发射光束的激光器。反射器使光束反射回到探测器。当基板通过时，光束被打断，发信号证明基板的存在。控制器可使用该信息以设法补偿新的基板位置。
上面的探测机械装置具有一些缺点并依赖若干因素以获得成功，所述若干因素的中一些不能被控制。例如，室窗必须被清洗以使得光束能够进入室，被反射回来并被探测。保持窗口清洁将需要不期望的额外的维护和停机时间。此外，激光器、反射器和探测器必须保持合适地排列，由于在室内的处理和振动，因此保持合适地排列难以实现。此外，通常需要防止光束路径被除基板以外的任何其他物体阻挡或打断以阻止错误的探测，这是麻烦的任务。
因此，需要并期望更好的方法来探测在基板处理室内被传输的基板的位置。
附图说明
图1示出根据发明的实施例的用于探测在处理室的第一部分内的基板位置的系统。
图2示出来自在图1中示出的探测器的示例探测器输出。
图3示出根据发明的实施例的在处理室的第二部分内探测基板位置的图1系统。
图4示出来自在图3中示出的探测器的示例探测器输出。
图5示出根据发明的实施例的另一示例系统。
具体实施方式
图1示出根据发明的实施例的用于探测在处理室的第一部分20a(以下，“室部20a”)内的基板位置的系统10。在示例实施例中，室部20a是包括在VTD处理系统内的VTD室；然而，应该理解的是，系统10和室部20a可为使用物理气相沉积、化学气相沉积或溅射等的任何处理系统或室。在示出的实施例中，基板28是玻璃板且室部20a被用于制备诸如以薄膜光伏模块或薄膜光伏电池为例的薄膜光伏器件所需的一个或更多个工艺。示出的室部20a包括第一组加热器22、第二组加热器24和滚轴26。应该理解的是，为了清楚的目的未示出在处理室中常见的设备(例如，沉积材料所需的设备)的其他零件。在示出的实施例中，基板28通过滚轴26沿基板流动箭头的方向传输通过室。
室部20a在可发射可检测的红外辐射的足够的温度(例如，600℃)运行。根据公开的原理，将从室的外部探测来自室部20a的红外辐射，下面更详细地讨论提供的优点。这样，系统10还包括至少一个在外部安装到室部20a的红外探测器30。在期望的实施例中，探测器30被安装在具有指向室内的滤波器和聚焦透镜的室部20a的窗口上。探测器30将在沿着基板流动路径的点处使“瞄准线”进入室部20a中。通过以该方式安装红外探测器30，可在“瞄准线”处探测来自室部20a内的红外辐射的数量并以例如变化的输出电压的方式将红外辐射的数量报告到控制器50。如在下面更详细地讨论，控制器50将输入来自探测器30的输出电压并使用该电压以确定基板28的位置、它的边缘中的一个或基板28之间的间隙。控制器50可使用确定的位置来控制滚轴26此外调节基板28的位置。
期望将探测器30放置在基板28的温度将与在室部20a内的背景温度(即，加热器22、24的温度)不同的点处。在示出的实施例中，在室部20a内的背景温度比基板28的温度高得多。该条件可出现在例如新插入的基板28未在室部20a内经历任何处理或者已经在较低室温下经历处理时。如在下面参照图3和图4进行解释，对于背景温度还可能比基板28的温度低。根据图1示例，加热器22、24为例如600℃(造成背景温度为至少600℃)，且基板温度是例如小于400℃。
另外参照图2，当基板28之间的间隙在红外探测器30的“瞄准线”内时，探测器30将输出在与背景温度对应的某一电压范围内的电压。当基板28在红外探测器30的“瞄准线”内时，探测器30将输出在与基板28的较低的温度对应的某一较低的电压范围(与背景探测相比)内的电压。两个电压范围之间的不同可被用于探测基板28的后边缘和前边缘。
例如，在整个基板28经过探测器30之后，由于探测到高得多的背景温度，因此在探测器30的输出电压中将会有突然的上升。在输出电压中的该尖峰(与在探测的温度中的尖峰对应)可被用作正好探测到基板边缘的信号。在图2中，尖峰的最右边部分表明基板28的后边缘正好已经完全经过探测器30，而同一尖峰的最左边部分与正好已经进入探测器30的“瞄准线”内的基板28的前边缘对应。通过探测器30的定位来确定边缘的准确位置。如可被看到的，还可通过在图2中示出的相同信息来计算基板之间的间隙长度。
公开的原理还可被用于探测基板28在室部20a内是否已经从它的预期位置不正确地旋转或歪斜。基板28可能从它的预期位置旋转或移动。因此，移动的基板28的间隙或边缘的探测可能不能代表“真实的”间隙或基板28的方位。因此，室部20a可包括在沿着基板路径的同一点(分开已知距离)处的多个探测器30(见例如在图5中的探测器130a、130b)。通过分开已知距离的两个不同探测器而具有探测功能的控制器50将能够使用来自探测器的输出电压来确定板是否旋转或歪斜。应该理解的是，控制器50还可能够使用来自一个探测器30的输出电压来探测歪斜或旋转的基板。例如，如果控制器50探测到在输出电压中的渐变，而不是在图2中示出的突变，则控制器50可确定基板28的放置有问题。
图3示出根据发明的实施例的在处理室的第二部分20b(以下“第二室部20b”)内探测基板位置的系统10。与图1相似，红外探测器30在外部安装到第二室部20b。在期望的实施例中，探测器30安装在具有指向室内的滤波器和聚焦透镜的第二室部20b的窗口上。探测器30将在沿着基板流动路径的点处使“瞄准线”进入第二室部20b中。这样，在“瞄准线”的红外辐射的数量可被探测器30探测到，并以例如变化的输出电压的方式将红外辐射的数量报告给控制器50。控制器50将输入来自探测器30的输出电压并利用该电压来确定基板28的位置、它的边缘中的一个或基板28之间的间隙。控制器50可利用确定的位置来控制滚轴26，此外调节基板28的位置。
期望将探测器30放置在基板28的温度将与在第二室部20b内的背景温度(即，加热器22、24的温度)不同的点处。在示出的实施例中，在第二室部20b内的背景温度比基板28的温度低得多。该条件可出现在基板28已经经历一些处理之后以及即将在较低的室温下经历不同的处理时。根据图3示例，加热器22、24是例如小于600℃(造成背景温度为小于600℃)，且基板28的温度是例如大于600℃。
另外参照图4，当基板28之间的间隙在红外探测器30的“瞄准线”内时，探测器30将输出在与低的背景温度对应的某一电压范围内的电压。当基板28在红外探测器30的“瞄准线”内时，探测器30将输出在与较高的基板28的温度对应的某一较高的电压范围(与背景探测相比)内的电压。两个电压范围之间的不同可被用于探测基板28的后边缘和前边缘。
例如，在整个基板经过探测器30之后，由于探测到低得多的背景温度，因此在探测器30的输出电压中将有下降。在输出电压中的该下降(与在探测的温度中的下降对应)可被用作基板边缘正好被探测到的信号。在图4中，电压下降的最右边部分表明基板28的后边缘正好已经完全通过探测器30，而同一下降的最左边部分与正好已经进入探测器30的“瞄准线”的基板28的前边缘对应。通过探测器30的定位来确定边缘的准确位置。还可通过在图4中示出的相同信息来计算基板之间的间隙长度。此外，如上所提及的，控制器50将能够确定基板是否已经被从它的预期方位旋转或歪斜(如上所讨论的)。
图5示出根据公开的原理构造的另一系统110。系统110包括在外部安装到处理室120的窗口的多个红外探测器130a、130b、130c、130d。与其他探测器30(图1和图3)一样，示出的探测器130a、探测器130b、探测器130c、探测器130d将在期望探测基板或基板边缘的存在或不存在或者探测基板是否已经被不正确地旋转的点处使“瞄准线”进入室120内。应该理解的是，系统110可根据应用来使用多于或少于三个的红外探测器130a、130b、130c、130d，且公开的原理不应限于使用的探测器的具体数量。
来自红外探测器130a、130b、130c、130d的电压输出被输入到控制器150中。控制器150将监测输入电压以探测基板在室120内的位置，且如果需要的话调节控制以减速或加速处理的部分。一个示例调节将是，控制在室120内的滚轴的速度来改变某些基板的位置以保持基板之间的一致间隙。应该理解的是，温度改变的监测和探测将遵循上面关于图2和图4讨论的原理。在示出的示例中，控制器150可使用放置在距离彼此已知的距离内的探测器130a、探测器130b的输入，以确定是否任何基板已经旋转或歪斜。
因为精确的基板探测，所以公开的系统10、110将在例如VTD工艺的工艺中经历改进的周期时间。还应该理解的是，使用红外探测器来减少通过使用激光器、光反射器和光探测器的传统基板探测机械装置所经历的错误探测以及其他失败的可能性。公开的系统10、110更适合于沉积环境或溅射环境并具有超过其他探测机械装置的许多优点。例如，因为红外波长穿过在室内使用的通常的沉积物，所以在这里公开的系统10、110将不需要清洗室窗。因此，将不需要额外的维护和停机时间。此外，因为不需要反射器，所以在这里公开的系统10、110中将不存在由依赖激光、光反射器和光探测器的探测机械装置而经历的排列问题。如可被看到的，公开的系统10、110的一个主要的优点是，由于探测是基于温度且不反射光，因此不需要保证进入室内的洁净的光束路径。
在附图和描述中阐明了一个或更多个实施例的细节。其他特征、物体和优点将通过说明书、附图和权利要求而明显。虽然已经描述了本发明的一些实施例，但将理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可作出各种修改。另外，还应该理解的是，附图不必按比例绘制，以呈现本发明的各种特征和基本原理的稍微简化的表示。发明不意图受限于公开内容的任何部分，而是仅通过权利要求来限定。

Claims (26)

1.一种方法，包括：
使用红外探测器监测在基板处理室的一部分内的温度；
凭借基板的通过来确定何时发生温度的改变；以及
通过所述的确定的温度的改变来识别基板在处理室内的位置。
2.如权利要求1所述的方法，其中，基板的识别的位置与已经通过探测器的基板的后边缘对应。
3.如权利要求1所述的方法，其中，识别的基板位置与正好接近探测器的基板的前边缘对应。
4.如权利要求1所述的方法，其中，基板的温度比处理室的所述部分的背景温度低且所述确定步骤包括确定何时温度升高。
5.如权利要求1所述的方法，其中，基板的温度比处理室的所述部分的背景温度高且所述确定步骤包括确定何时温度下降。
6.如权利要求1所述的方法，还包括：
凭借第二基板的通过来确定何时发生温度的第二改变；以及
通过所述确定的温度的第二改变来识别第二基板的位置。
7.如权利要求6所述的方法，还包括确定基板的末端与第二基板的开端之间的间隙长度。
8.如权利要求1所述的方法，还包括改变在处理室的所述部分内的处理以改变基板的位置。
9.如权利要求7所述的方法，其中，改变的处理是基板的传输速度。
10.如权利要求1所述的方法，其中，处理室是气相传输沉积室。
11.如权利要求1所述的方法，还包括：
使用第二红外探测器监测在基板处理室的第二部分内的温度；
凭借基板的通过来确定何时在室的第二部分中发生温度的改变；以及
通过在室的第二部分中的所述确定的温度的改变来识别基板的第二位置；以及
使用识别的位置来确定基板是否旋转。
12.一种系统，包括：
基板处理室；以及
红外探测器，安装在处理室的第一部分处，所述探测器具有第一输出；以及
控制器，连接到探测器的第一输出，所述控制器利用从第一输出接收的信号来监测在处理室的第一部分内的温度，确定何时发生温度的改变，基于确定的温度改变来识别当基板在处理室内传输时基板的位置。
13.如权利要求12所述的系统，其中，红外探测器在外部安装在处理室的第一部分上。
14.如权利要求12所述的系统，其中，基板的识别的位置与已经通过探测器的基板的后边缘对应。
15.如权利要求12所述的系统，其中，识别的基板位置与正好接近探测器的基板的前边缘对应。
16.如权利要求12所述的系统，其中，基板的温度比处理室的所述部分的背景温度低且所述控制器通过确定温度何时升高来确定温度的改变。
17.如权利要求12所述的系统，其中，基板的温度比处理室的所述部分的背景温度高且所述控制器通过确定温度何时下降来确定温度的改变。
18.如权利要求12所述的系统，其中，控制器基于第二基板的通过来确定何时发生温度的第二改变，并基于确定的温度的第二改变来识别当第二基板在处理室内传输时第二基板的位置。
19.如权利要求18所述的系统，其中，控制器确定基板的末端与第二基板的开端之间的间隙长度。
20.如权利要求12所述的系统，其中，控制器改变在处理室的第一部分内的处理以改变基板的位置。
21.如权利要求20所述的系统，其中，改变的处理是基板的传输速度。
22.如权利要求12所述的系统，还包括：
第二红外探测器，安装在处理室的第二部分处，所述第二红外探测器具有连接到控制器的第二输出，
其中，所述控制器利用从第二输出接收的信号来监测在处理室的第二部分内的温度，确定何时在第二部分处发生温度的改变，基于确定的温度的第二改变来识别在处理室内正在传输的第二基板的位置。
23.如权利要求12所述的系统，还包括：
第二红外探测器，安装在处理室的第二部分处，所述第二红外探测器具有连接到控制器的第二输出，
其中，所述控制器利用从第二输出接收的信号来监测在处理室的第二部分内的温度，确定何时在第二部分处发生温度的改变，基于确定的温度的第二改变来识别在处理室内正在传输的基板的新位置。
24.如权利要求23所述的系统，其中，新位置与基板的旋转对应。
25.如权利要求12所述的系统，其中，处理室是气相传输沉积室。
26.如权利要求12所述的系统，其中，识别的基板位置与安装探测器的位置对应。
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