CN105895734A - 刻蚀图案套印高精度对位方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种刻蚀图案套印高精度对位方法，包括下述步骤：S1：提供硅片和浆料载体；S2：视觉识别系统拍摄硅片的图片；S3：在图片上选取固定位置的ROI区域，通过垂直投影方法，获得一组ROI区域内的数据，通过离散数据曲线平滑算法对数据进行预处理，计算得出波峰的位置和线宽；S4：比对ROI区域内掩膜线的线宽与波峰的宽度，计算得出掩膜线图案的角度；S5：通过运动装置旋转硅片相应的角度和位置，使掩膜线的图案和浆料载体图案重合；S6：激光作用到浆料载体上，浆料最终作用到掩膜线的图案位置。同时，本发明还公开了一种刻蚀图案套印高精度对位装置。本发明提高了刻蚀图案与电极图案对位的精准度，提高了电池片的效率，节省了掩膜成本。

Description

刻蚀图案套印高精度对位方法及装置
技术领域
本发明涉及一种用于选择性刻蚀工艺的图案套印视觉对位方法及装置，尤其涉及一种刻蚀图案套印高精度对位方法及装置，用于太阳电池的选择性刻蚀(Selective Emmiter，简称SE)工艺，属于太阳电池电极制作技术领域。
背景技术
在传统光伏太阳能电池制作过程及基础上，有一种新的选择性刻蚀(Selective Emmiter，简称SE)工艺技术，其中一种实现SE工艺的方法与传统电池主要不同之处在于，在扩散后利用印刷方式把掩膜材料印刷至电池片正面，图形与最终的电极图案一致，但由于后面电极需在掩膜图案上，所以掩膜图案的线较电极宽，至于宽多少，取决于后续印刷电极时的对准精度。
当前由于掩膜和电极的制作都是由传统印刷机完成，而用机器视觉拍取掩膜图案的图象时，其清晰度非常不理想，导致现有技术中其对位是在印刷电极前，由机器视觉定位硅片边缘中心定位的方式，掩膜图案线宽较电极宽很多，分别是220um和60um。在激光转印技术中，套印SE图案，并且尽可能的减小SE图案的线宽，激光转印的金属电极线宽较传统丝网印刷电极更细，可以从现有的50~60um降至30um，掩膜图案线宽的目标是在100um以下。理想条件下，掩膜图案线宽与电极一致，此时，电池片的效率最高，并且也最节省掩膜材料。
但是，传统的掩膜图案对位方法中，由于掩膜材料与硅片表面的相似性，在拍出的图片上很难分辨出掩膜的位置（如图1），不能象传统的丝网印刷二次印刷过程中，套印所采用的设计特制MARK点的方法，在图中，由于硅片的晶格位置随机，而掩膜线与晶格的位置象素点的颜色值基本一致，并且MARK定位点的方式是印刷在硅片的固定位置，在晶格与MARK点位置重复时，则机器视觉算法（人也一样）是找不出MRAK点的位置，从而不能知道SE图案的位置。因此，需要设计一种新的刻蚀图案套印高精度对位方法。
发明内容
本发明针对现有技术中选择性刻蚀工艺掩膜图案与电极图案对位精度不高的技术问题，提供一种刻蚀图案定位方法、刻蚀图案套印高精度对位方法及装置，提高刻蚀图案与电极图案对位的精准度，尽可能减少SE图案的线宽，从而提高电池片的效率，节省掩膜成本。
为此，本发明采用如下技术方案：
S1：提供硅片和浆料载体；
S2：视觉识别系统拍摄硅片的图片；
S3：在图片上选取固定位置的ROI区域，通过垂直投影方法，获得一组ROI区域内的数据，通过离散数据曲线平滑算法对数据进行预处理，计算得出波峰的位置和线宽；
S4：比对ROI区域内掩膜线的线宽与波峰的宽度，计算得出掩膜线图案的角度；
S5：通过运动装置旋转硅片相应的角度和位置，使掩膜线的图案和浆料载体图案重合；
S6：激光作用到浆料载体上，浆料最终作用到掩膜线的图案位置。
一种刻蚀图案套印高精度对位装置，包括：
用于拍摄和记录硅片表面图片的视觉识别装置；用于旋转和移动硅片的运动装置；以及，用于接收和处理视觉识别系统输入的图像信息并输出控制指令给运动装置和激光扫描装置的控制系统。
进一步地，所述视觉识别装置包括镜头朝向硅片的工业相机、为相机提供光照的光源、对相机采集到的图像进行收集的图像采集部件，相机、图像采集部件、运动装置和激光扫描装置分别通过通讯传输电缆连接控制系统。
本发明通过将定位硅片的方式由原来的硅片的物理边缘改为硅片上面的SE图案，可以减少印刷掩膜时的各种误差（约正负50um），通过对硅片上每根掩膜线的位置以及硅片的角度进行精确的定位计算，精确地找到刻蚀图案在硅片的位置，为进一步刻蚀图案与电极图案的精确对位提供依据。
本发明的刻蚀图案套印高精度对位方法，在刻蚀图案被精确定位的基础上，将刻蚀图案与电极图案精确对位，极大地降低了SE图案的线宽，节省看掩膜成本。采用本发明的刻蚀图案套印高精度对位方法后，掩膜图案所覆盖的面积（减去金属电极）由现有的（106(根)*（220-60um）*154mm=2611840）减少至（160(根)*（100-30um）*154mm=1724800），减少34%，掩膜所用材料由原来的（106(根)*220um*154mm=3591280）减少至（160(根)*100um*154mm=2464000），减少31%。极大地降低了太阳电池的生产成本。
附图说明
图1为本发明的视觉识别系统拍摄的带有掩膜图案的硅片的部分区域图；
图2为图象处理过程中选取的固定感兴趣区域（ROI）；
图3为图案经垂直投影处理后的直观效果图；
图4为ROI区域内的数据平滑处理前后的对比图；
图5为多个硅片的图案经垂直投影处理后直观效果图；
图6为同一硅片不同区域的图案经垂直投影处理后直观效果图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例 1 ：
如图1-6所示，一种刻蚀图案套印高精度对位方法，包括下述步骤：
S1：提供硅片和浆料载体；
S2：视觉识别系统拍摄硅片的图片；
S3：在图片上选取固定位置的ROI区域，通过垂直投影方法，获得一组ROI区域内的数据，通过离散数据曲线平滑算法对数据进行预处理，计算得出波峰的位置和线宽；如图3，图4所示；
由于图象采集过程中及片子本身的原因，数据曲线有噪点，通过离散数据曲线平滑算法对数据进行预处理，然后可计算得出波峰的位置和线宽；
本实施例中，采用五点二次滤波曲线平滑算法；
以C语言代码为例，具体算法如下：
for(i=2+offsetpos;i<datanum-2;i++) {m_pfDataArray[i] = (12*(m_pfDataArray[i-1]+m_pfDataArray[i+1]) -3*(m_pfDataArray[i-2]+m_pfDataArray[i+2])+17*m_pfDataArray[i])/35;}
计算得出波峰的位置
const double W=20;//波峰宽度，同类电池片的理论值是一样的，可在软件算法界面上设置
const double PITCH=138;//波峰间距，同类电池片的理论值是一样的，可在软件算法界面上设置
double data[3000];
for(i=0;i<3000;i++)
data[i]=0;
int k=-1;
double dMax=0;
for(i=iLeft;i<iRight-W;i++)
{
for(j=i;j<i+W;j++)
{
data[i]=+lVerResult[j];
}
if(data[i]>dMax)
{
dMax=data[i];
k=i;//最大值出现的位置
}
}
S4：比对ROI区域内掩膜线的线宽与波峰的宽度，计算得出掩膜线图案的角度；
S5：通过运动装置旋转硅片相应的角度和位置，使掩膜线的图案和浆料载体图案重合；
S6：激光作用到浆料载体上，浆料最终作用到掩膜线的图案位置。
本发明的刻蚀图案定位方法及刻蚀图案套印高精度对位方法，由于硅片的来料方向基本一致，先用在ROI区域垂直投影的方法（如图2和图3），从两个图中可以明显看出ROI区域里面有18根掩膜线，而垂直投影得到的数据投影也能明显的数出有18个波峰，这个通过数学分析算法，很容易的知道每个波峰的位置和波的宽度，如果宽度与掩膜线宽不一致，理论分析是在硅片图案在有角度时，波的宽度会比掩膜线宽，根据掩膜线宽和波的宽度，可以算出硅片旋转的角度；如果需要更精确的对位，可以再让运动装置旋转硅片，旋转的角度为通过上述方法计算得出的角度，再通过视觉识别系统拍照和处理，直至波的宽度和掩膜线宽基本一致，此时再精确的算出每根线的位置和硅片的角度。通过此种方法，可以基本消除由于晶格与掩膜线颜色值相近带来的视觉处理找不出掩膜线位置的情况。
实施例 2 ：
一种刻蚀图案套印高精度对位装置，包括：
用于拍摄和记录硅片表面图片的视觉识别装置；用于旋转和移动硅片的运动装置；以及，用于接收和处理视觉识别系统输入的图像信息并输出控制指令给运动装置和激光扫描装置的控制系统；视觉识别装置包括镜头朝向硅片的工业相机、为相机提供光照的光源、对相机采集到的图像进行收集的图像采集部件，相机、图像采集部件、运动装置和激光扫描装置分别通过通讯传输电缆连接控制系统。激光扫描装置为刻蚀工艺中刻蚀装置，为现有技术中的部件。
采用本发明提供的刻蚀图案套印高精度对位方法及装置，经实验室验证，在设备传输达到的精度的任意位置的情况下，都能算出刻蚀图案的精确位置，并进行套印印刷。

Claims (3)

1.一种刻蚀图案套印高精度对位方法，包括下述步骤：
S1：提供硅片和浆料载体；
S2：视觉识别系统拍摄硅片的图片；
S3：在图片上选取固定位置的ROI（感兴趣区域）区域，通过垂直投影方法，获得一组ROI区域内的数据，通过离散数据曲线平滑算法对数据进行预处理，计算得出波峰的位置和线宽；
S4：比对ROI区域内掩膜线的线宽与波峰的宽度，计算得出掩膜线图案的角度；
S5：通过运动装置旋转硅片相应的角度和位置，使掩膜线的图案和浆料载体图案重合；
S6：激光作用到浆料载体上，浆料最终作用到掩膜线的图案位置。
2.一种刻蚀图案套印高精度对位装置，其特征在于：包括：
用于拍摄和记录硅片表面图片的视觉识别装置；用于旋转和移动硅片的运动装置；以及，用于接收和处理视觉识别系统输入的图像信息并输出控制指令给运动装置和激光扫描装置的控制系统。
3.根据权利要求2所述的刻蚀图案套印高精度对位装置，其特征在于：所述视觉识别装置包括镜头朝向硅片的工业相机、为相机提供光照的光源、对相机采集到的图像进行收集的图像采集部件，相机、图像采集部件、运动装置和激光扫描装置分别通过通讯传输电缆连接控制系统。
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