CN106460164A - 用于衬底的双面处理的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于在等离子体室中处理衬底的系统，使得所有的衬底传输和装载/卸载操作被在大气环境中实施，但是处理被在真空环境中实施。衬底被贯穿该系统在载体上传输。该系统的室被直线地设置，使得载体从一个室直接移动到下一个室。被放置在该系统的室的上方或下方的传送装置在处理完成之后使载体返回到该系统的进口区域。载体被构造成用于支承具有不同尺寸的衬底。载体还被构造成用于翻转衬底，使得衬底的两个表面均可被进行处理。

Description

用于衬底的双面处理的系统及方法
相关申请
本申请要求来自于2014年2月20日提交的美国临时申请No.61/942,594和于2014年2月24日提交的美国临时申请No.61/943,999的优先权，并且是于2013年4月26日提交的美国临时申请No.13/871,871的部分继续申请，并且后一申请要求于2012年4月26日提交的美国临时申请No.61/639,052的优先权，这些申请的全部公开内容被通过参引结合到本文中。
技术领域
本发明涉及衬底(例如用于太阳能电池的衬底、用于平板显示器的衬底等)的双面处理。
背景技术
在现有技术中已知多种用于制造半导体集成电路、太阳能电池、触屏等的系统。这些系统的处理在真空中实施并且包括例如物理气相沉积(PVD)、化学气相淀积(CVD)、离子注入、刻蚀等。存在用于这种系统的两个基本方法：单个衬底处理或者批量处理。在单个晶片处理中，在处理期间仅仅单个衬底存在于该室内。在批量处理中，在处理期间，多个衬底存在于该室内。单个衬底处理能够实现对于室内处理的高水平控制以及对于在衬底上制成的最终得到的膜或结构的高水平控制，但是导致相对低的处理量。相反，批量处理导致对于处理状况及最终得到的膜或结构的较少控制，但是提供了高得多的处理量。
批量处理(例如在用于制造太阳能电池、触感控制板等的系统中所使用的批量处理)通常通过以nXm衬底的二维阵列的方式传送和制造衬底来实施。例如，由Roth及Rau研发的用于太阳能电池制造的PECVD系统将5X5晶片的承载器用于在2005年获得据报导的1200个晶片/小时的处理量。然而，其它系统利用具有6X6、7X7和8X8甚至更高数量的晶片的二维阵列的承载器，使得可同时处理较大数量的衬底。虽然通过利用二维晶片阵列的承载器提高了处理量，但这种大型承载器的处理和装载及卸载操作会变得复杂。
在一些过程中，需要向正被处理的衬底施加偏压、例如射频(RF)或者直流(DC)电位。然而，由于分批系统利用带有衬底的移动承载器，因此难以施加该偏压。
此外，虽然一些过程可被利用被水平地保持的衬底来实施，但一些过程能够从被竖直地保持的衬底中获益。然而，衬底的竖直装载和卸载相比于水平装载和卸载是复杂的。
一些过程可能需要利用掩膜(mask)来阻止衬底的部件受到具体制造过程的影响。例如，掩膜可被用于形成触头或者用于边缘排除(exclusion)以防止电池的分流。也就是说，对于在前侧和后侧上具有触头的电池而言，制造触头所用的材料可被存放在晶片的边缘上，并且使得前后触头分流。因此，建议至少在前触头或后触头的制造期间使用掩膜来去除电池的边缘。
作为另一例证，对于硅太阳能电池的制造而言，所需的是将覆层(blanket)金属沉积在背面上以充当光反射器和电导体。该金属通常是铝，但是覆层金属可以为出于多种原因(例如成本、传导性、可焊性等)而使用的任何金属。沉积膜的厚度是非常薄的(例如，约10nm)直到是非常厚的(例如，2-3um)。然而，必须防止覆层金属卷绕在硅晶片的边缘的周围，这是因为这将在太阳能电池的前表面和背面之间形成抗结，即，分流。为了防止该抗结出现，可在晶片的背侧边缘上形成排除区域。该排除区域通常的尺寸小于2mm宽，但是使得该排除尽可能薄是优选的。
形成该排除区域的一个方法是通过利用掩膜；然而，利用掩膜具有许多难题。由于太阳能工业的高度竞争的特性，该掩膜必须是制造非常廉价的。而且，由于太阳能制造设备的高处理量(通常每小时1500-2500个电池)，因此该掩膜必须是快速且容易用在高产量制造中的。此外，由于该掩膜被用于防止在晶片的某些部分上出现膜沉积，因此必须吸收和适合于沉积物累积。而且，由于膜沉积在升高的温度下进行，因此掩膜必须能够在升高的温度(例如，高达350℃)下适当地起作用，同时仍然精确地保持该排除区域的宽度，同时适应于由于热应力所导致的衬底翘曲。
作为另一示例，在许多的工艺流程中，所需的是翻转衬底，以便将膜沉积在该衬底的两侧上。一个示例是双面或其它太阳能电池，其中，将多个不同材料层沉积在衬底的前表面和背面上。然而，利用双向衬底阵列的大承载器使得该翻转操作复杂化，或者局限于手工操作，其中，将该承载器从该系统中除去或者技工逐一地翻转该衬底，从而潜在地导致了污染和/或破损。当涉及太阳能电池时，术语“前表面”意指在服务期间会接收直接的太阳辐射的表面。当涉及触屏时，术语“前表面”是指使用者的手指将会触摸到的表面。
对于许多薄膜应用而言，衬底尺寸在产品之间有所不同。这对于触控面板显示器使特别正确的。存在许多不同尺寸的掌上电脑和智能手机，并且能够利用同一处理系统来处理所有的这些衬底会是有利的。然而，在处理期间改变衬底是劳动密集的手工过程，这并不为其自身导致高产量的制造。
一些系统利用简单的承载器，其中衬底安置在袋(pocket)中。然而，利用这种承载器，竖直处理是不可能的。此外，在这种系统中装载和卸载衬底难以自动操作。而且，当该处理需要仅接触圆周边缘而并不接触衬底的表面时，承载器就会发生故障。同样非常重要的是，防止衬底接触来自更大衬底上的早期沉积的碎片或颗粒。
鉴于上述内容，需要一种通用载体，该通用载体通过仅接触边缘来保持该衬底并且能够承载处于竖直取向中的衬底。
发明内容
包括下列发明内容，以便提供对于本发明的一些方面和特征的基本理解。该发明内容并不是对于本发明的广泛概述，并且同样它并不意在具体确定本发明的关键或至关重要的元件或者描述本发明的范围。它唯一的目的在于以简化的形式呈现出本发明的一些概念，作为在下文中呈现的更为详细描述的序言。
本发明的实施例提供了一种系统结构体系，该系统结构体系是模块化的，这是因为它能够利用不同的过程和过程步骤，并且该系统结构体系是通用的，这是因为它适用于制造多种装置，这些装置包括例如太阳能电池、平板显示器、触屏等。此外，该系统可在无需结构变形的情况下而是仅通过改变所使用的衬托器来处理不同类型和尺寸的衬底。
该系统结构体系能够实现从真空处理中分离出来的衬底处理，例如在大气环境中进行装载和卸载。另外，多个实施例均可实现利用闲置的自动化装置或不利用自动化装置进行手动装载和卸载，即，该系统可在没有装载/卸载自动化装置的情况下实施。在真空环境内，该系统可实现衬底的静止处理或穿过处理。在某些实施例中，在每个处理室之间利用致动阀提供真空隔离。多个实施例提供衬底的静电卡夹以实现有效冷却，并且防止衬底的意外移动。在其它实施例中，机械卡夹可被使用例如用于装载/卸载衬底的带有释荷机构的弹簧加载的夹子。多个实施例还能够利用例如，射频或直流电偏置功率来实现偏压衬底或使该衬底浮动。
多个实施例能够通过在成线性阵列(即，1xn)的载体上执行处理来实现衬底的简化处理，同时在nXm个衬底的二维阵列上通过同时处理若干(即，m)个成线性阵列的载体来实施处理。其它实施例提供传输机构，其中衬底以竖直取向进行处理，但是装载和卸载被在水平地处理衬底时实施。
本发明的实施例还能够利用掩膜来实现衬底处理，该衬底处理可通过利用双掩膜结构来实施。两件式掩蔽系统被构造成用于掩蔽衬底，并且包括：内部掩膜，该内部掩膜由具有孔的扁平的金属片组成，这些孔暴露出待处理的晶片的多个部分；和外部掩膜，该外部掩膜被构造成用于放置在该内部掩膜上并且掩蔽该内部掩膜，该外部掩膜具有尺寸和形状类似于该衬底的尺寸和形状的开放的切口，该外部掩膜具有比该内部掩膜的厚度大的厚度。掩膜框架可被构造成用以支承该内部掩膜和该外部掩膜，使得该外部掩膜被夹置在掩膜框架和内部掩膜之间。在一个示例中，在将双掩膜结构用于边缘隔离的情况下，内部掩膜中的开放的切口具有略小于太阳能晶片的尺寸，使得当将该内部掩膜放置在该晶片上时，它覆盖该晶片的外围边缘，并且该外部掩膜中的开放的切口略大于该内部掩膜中的开放的切口。顶部框架载体可被用于保持内部掩膜和外部掩膜，并且将内部掩膜和外部掩膜固定于该晶片衬托器。
在某些实施例中，呈线性阵列(即，1xn)的载体被构造成是可旋转的(被翻转成是颠倒的)，以便暴露出该衬底的任一侧用以处理。该呈线性阵列(即，1xn)的载体可被以关于旋转轴对称的方式设计，使得对该呈线性阵列的衬底的一个表面进行处理，随后载体旋转并且对该衬底的相反表面进行处理。衬底可被通过夹子于它们的外围处加以保持，使得前表面和背面对于处理并不是隐蔽的。
提供一种装载和卸载机构，该装载和卸载机构同时处理若干个(例如，4排)衬底。该装载/卸载机构被构造成用于竖直运动，从而具有降低位置和提升位置。在其降低位置中，该机构被构造成用以同时：从一个载体中移出一排处理过的衬底，将一排新衬底沉积在空载体上，将一排处理过的衬底放在衬底移除机构上，并且从衬底传输机构获取一排新衬底。该衬底移除机构和衬底传输机构可以是在相同或相反方向上移动的传送带。在其提升位置中，该机构被构造成用以旋转180度。
附图简要说明
被结合在本专利说明书中并且构成该专利说明书的一部分的附图例示出了本发明的实施例，并且和说明书一起用于解释和举例说明本发明的原则。附图意在以图表的方式举例说明示例性实施例的主要特征。附图并不意在描绘实际实施例的每个特征，也不意在描绘所描绘的元件的相对尺寸，并且也并未按比例绘制。
图1示出了多衬底处理系统的实施例，其中传输载体支承衬底的线性排列，但是处理被在衬底的二维阵列上实施。
图1A示出了一种系统的示例，其中在传输和处理期间，载体保持处于水平取向中，而图1B示出了一种示例，其中在传输和装载/卸载期间，载体是水平的，但是在处理期间，是竖直的。
图2示出了根据一个实施例的多晶片载体，而图2A示出了部分横截面。
图2B示出了用于处理硅晶片的载体的示例，而图2C示出了用于处理玻璃衬底的载体的示例。
图3A是根据一个实施例的装载/卸载机构的俯视图，而图3B是其侧视图。图3C示出了衬底定位机构的实施例。
图4示出了可与所公开的系统一起使用的真空处理室400的实施例。
图5示出了用于掩膜和载体组体的实施例。
图6A-6C示出了三个实施例，图示出了该真空室可被如何装配有具有变化尺寸和构造的不同的处理源。
图7A-7E示出了根据多个实施例的具有用于双掩膜的装置的多晶片载体的视图。
图8是根据一个实施例的框架、外部掩膜和内部掩膜的放大部分的横截面，并且图8A是根据另一实施例的框架、外部掩膜和内部掩膜的放大部分的横截面。
图9示出了外部掩膜的实施例，并且内部掩膜嵌置在其中。
图10示出了用于在边缘隔离中使用的内部掩膜的实施例。
图11示出了单个晶片载体的实施例。
图12示出了从下侧看到的外部掩膜的实施例。
图13示出了用以支承内部掩膜和外部掩膜的顶部框架的实施例。
图14示出了用于在晶片中形成多个孔的内部掩膜的实施例。
图15示出了用于与图9的掩膜一起使用的衬托器(susceptor)的实施例。
图16示出了可与在本文中公开的系统的多个实施例一起使用的载体升降机的实施例。
图17示出了可在同一处理系统中与具有不同尺寸和不同类型的衬底一起使用的载体的实施例。
图18示出了可在同一处理系统中与具有不同尺寸和不同类型的衬底一起使用的双侧倒装载体(flip carrier)的实施例。
图19A和图19B示出了简单的衬底夹子的实施例，其可与用于不同尺寸和不同类型衬底的双侧倒装载体一起使用。
图20A和图20B示出了可与如在本文中所公开的多种系统一起使用的装载和卸载模块的实施例。
图21示出了用于从载体上装载和卸载衬底的自动装置的实施例。
图22示出了可被在水平或者竖直取向中处理的衬底载体装置的实施例，而图23示出了竖直放置的图22的装置。
图24示出了可被翻转以处理衬底的两面的衬底载体装置的实施例。
图25示出了系统的实施例，其中该衬底载体装置可被翻转，以便处理衬底的两个表面。
具体实施方式
下面的详细描述提供了突出显示在本文中所要求保护的具有创新性的处理系统的某些特征和方面的示例。多个公开的实施例提供了一种系统，其中多个衬底(例如半导体或者玻璃衬底)在诸如等离子体处理室之类的真空处理室内被同时进行处理。尽管玻璃衬底(例如用于触摸屏的玻璃那些衬底)通常不视为是晶片，但应该理解的是，在本公开内容中参照晶片作出的说明是出于便利和易懂而作出的，因而用于所有这种说明的玻璃衬底可被进行替换。
图1是多衬底处理系统的实施例的俯视图，其中传输载体支承衬底的线性阵列，但是处理在衬底的二维阵列上实施。在图1中所示的系统100中，衬底在装载/卸载站105处(也就是，从系统的同一侧)进行装载和卸载。然而，应该理解的是，该系统还可被设计成使得将装载站设置在该系统的一侧上，而将卸载站设置在该系统的相对侧上。在一些实施例中，将衬底装载到载体上和/或将衬底从载体上卸载可被手动执行，而在其它自动槽作中其可被提供以实施这些任务中的一者或两者。
将衬底装载到被设置在装载/卸载站105中的载体上，并且将其从载体返回站110进行传输。每个载体均在该系统内在垂直于行进方向的方向上支承衬底的线性阵列，即，呈单排设置的两个或多个衬底。使载体经由载体返回站110从装载/卸载站105移动到缓冲站115。载体被搁置在缓冲站115中，直到低真空装载锁定室(LVLL)120准备好接受它们为止。在将被稍后进行描述的一些实施例中，该缓冲站还作为倾斜站，其中，水平取向的载体被倾斜90°以呈现出竖直取向。在这种实施例中，当呈现为竖直取向时，夹子被用来将衬底保持在适当位置中。
在恰当的时刻，阀112打开并且被设置在缓冲站115中的载体被传输到LVLL 120中。随后关闭阀112，并且LVLL 120被抽空达到低真空度的程度。此后，阀门113打开并且来自LVLL 120的载体被传输到高真空装载锁定室(HVLL)125中。一旦已将HVLL抽吸到其真空度，阀114就打开并且来自HVLL 125的载体被传输到处理室130中。该系统可具有线性排列的任意数量的处理室130，使得载体可以被经由定位在每两个处理室之间的阀从一个室传输到另一个室。在最后一个处理室的端部处，阀被设置成使得它通向逆转的装载锁定结构，如同在该系统的入口中一样，即，首先是HVLL并且随后是LVLL。此后，载体经由阀116离开到达载体返回模块135。从返回模块135开始，利用例如定位在处理室130的上方或下方的传送装置(未示出)使载体返回到载体返回站110。
通常，真空处理系统的设计者面临两种相互矛盾的解决方案：对于容易的进行装载/卸载和自动操作而言，最好是将衬底载体设计成承载少量的衬底，最终由每个载体支承单个衬底。相反，对于真空泵送的处理量和效率而言，优选的是，载体承载最大可能数量的衬底，这在装载/卸载和自动操作方面造成困难。本文中所公开的特征是一种系统，其中，每个载体支承给定数量的衬底，例如衬底的N×M阵列，但是在该真空系统内的每一个步骤被同时在多个载体上实施。例如，如果同时操作k个载体，则在每个处理步骤中，该系统对k×N×M个衬底起作用。
为了提供数字示例，设计一样支承6个衬底的载体的装载/卸载自动操作比设计支承18个衬底的载体的装载/卸载自动操作要简单得多。因此，在一个示例中，载体被设计成用以支承2×3的衬底阵列。然而，在包括装载锁定室的该系统中的每个步骤被设计成在3个载体上同时实施。由此，例如，在3个载体已经进入该装载锁定室之后，该装载锁定室被真空抽气。由此，在对该装载锁定室进行抽气之后，18个衬底在该装载锁定室内处于真空状态中。此外，可采用较为简单的设计，其中每个载体支承衬底的线性阵列，即，1×M。为了达到相同的效果，一个示例可采用各具有1×6个衬底的3个载体或各具有1×3个衬底的6个载体。总之，每个载体均被构造成用以承载给定数目的衬底，并且每个真空室均被构造成用以容置多个载体并且同时对多个载体起作用。
为简单起见，下列示例参照这种系统进行描述，其中，每个载体均支承衬底的线性阵列，这使得装载和卸载衬底更为容易，并且使得更容易制造、处理和传输载体。然而，为了使得该系统具有高处理量，每个处理室130均被构造成容纳和同时处理被设置在相继设置的若干个(即，两个或多个)载体上的二维阵列的衬底。为了获得更好的效率，在图1的具体实施例中，缓冲站115、LVLL 120和HVLL 125均被构造成用以同时容纳与被同时容纳在该处理室130内的载体数量相同的载体。例如，每个载体均可支承呈一排的3个玻璃衬底，但是每个处理室均被构造成用以同时处理2个载体，由此处理3×2个衬底的二维阵列。
根据其它实施例，装载锁定室和缓冲室的尺寸被确定成用以处理多个载体，例如，2个载体，以提供增大的输送量/通过量以及压力稳定时间。此外，缓冲室可被用于将载体运动从一种站到站的运动转换为处理室内的一种持续的穿过(pass-by)运动。例如，如果一个处理室以静止模式处理载体，而下一个室以穿过模式进行处理，则缓冲室可被放置在这两个室之间。该系统中的载体在该处理室或模块中形成了载体的连续流，并且每个处理室/模块均可具有被以头到脚的方式持续移动通过该处理源(例如，热源、物理气相沉积(PVD)、刻蚀等)的5-10个载体。
如图1中所示，专用于衬底的传输、装载和卸载的该系统的多个部分被设置在大气环境中。另一方面，所有的处理均被在真空环境中实施。在大气环境中进行的传输、装载和卸载比在真空中容易得多。
图1A示出了一种系统(例如在图1中所示的系统)的示例，其中载体200在传输和处理期间保持处于水平取向中。载体被借助于设置在处理室上方的传送装置140返回到初始位置。如图1A中所示，每个载体200支承在单排中线性设置的4个衬底220。此外，为了说明的目的，室120的顶部被移除，以便暴露出被同时布置在其中的6个载体的结构。因此，根据该实施例，在每个载体各支承4个衬底时，但每个室同时处理24个衬底。
图1B示出了一个示例，其中载体在传输和装载/卸载期间是水平的，但是在处理期间是竖直的。图1B的结构非常类似于图1A的结构，除了装载锁定室和处理室是竖直翻转的以便在竖直方向上处理衬底之外。图1A和图1B的两个实施例中的装载锁定室和处理室的结构可以是相同的，除了在图1A中，它们被水平安装，而在图1B中，它们被竖直地安装在它们的侧面上。因此，缓冲站115和位于该系统的另一端上的缓冲站145被改变，以包括改变载体的取向90°的提升结构，如在缓冲站145中所示。
图2示出了根据一个实施例的线性阵列的载体，该载体可被构造成用于处理硅晶片、玻璃衬底等。如图2中所示，根据该实施例的线性阵列的载体的结构是相当简单而廉价的。应该了解的是，该载体可被构造成通过将不同的卡盘简单地安装在该载体的顶部上而用于不同数目的衬底及衬底尺寸。此外，应该了解的是，每个处理室均可被构造成用以同时容置多个载体，因而在多个载体上同时处理多个晶片。
图2的载体200由简单的框架205构造而成，该框架205由两个传输轨道225和两个陶瓷杆210形成。该陶瓷杆210改善了附接于其上的衬托器(未示出)与该室的其余部分的热绝缘。每个陶瓷杆210的至少一侧与传输轨道225一起形成叉形结构235，如在该插图中所示。在该叉形结构235中形成空腔245，使得陶瓷杆210能够由于热膨胀而自由移动(由双头箭头所示)，并且并不在传输轨道225上施加压力。
磁性驱动杆240被设置在每个传输轨道225上，以便能够将载体遍及该系统进行传输。磁性驱动杆跨置在磁化轮上以传输该载体。为了提高该系统的清洁度，驱动杆240可以是镀镍的。该磁性结构能够进行精确传送，而并不会产生载体的由于高加速度而导致的滑动。此外，该磁性结构能够使得轮具有大间距，使得该载体被通过磁力附接于轮并且可在很大程度上向外伸展以横越大间隙。另外，该磁性结构能够传输处于竖直或水平取向中的载体，这是因为该载体被通过磁力附接于轮。
载体接触组件250被附接于传输轨道225并且与附接于该室的室接触组件252(参见插图)配合。该室接触组件具有绝缘杆260，该绝缘杆具有嵌置在其中的接触电刷262。该接触组件250具有导电的延伸部251(参图2A)，该延伸部被插置在绝缘弹簧264和绝缘杆260之间，由此被压靠在电刷触头264上，以从匹配的触头中接收偏置电压。该偏置电压可被用于例如衬底偏置、衬底卡夹(用于静电卡盘)等。该偏置电压可为射频(RF)或直流电(DC)(连续的或脉冲的)。该载体接触组件250可被设置在该载体的一侧或两侧上。
图2A是示出了如何传输该载体以及它如何接收偏置功率的部分横截面。具体地说，图2A示出了跨置在被附接于轴268的3个磁化轮267上的驱动杆240。轴268延伸超出室壁269，使得它可在该室的内部真空环境之外旋转。该轴268被经由柔性带(例如O环形)联接于电机，以适应在轴径方面的变化。
图2B示出了用于处理硅晶片(例如用于制造太阳能电池)的载体的示例。在图2B中，晶片220可被利用例如卡夹势能卡夹到衬托器223。升降器215可被用于提升和降低晶片，用于装载和卸载。图2C示出了一种实施例，其中该载体可被用于处理玻璃衬底(例如触摸屏)。在该实施例中，衬底可被利用机械弹簧加载的夹具或夹子227保持在适当位置中。该衬托器224可以是具有用于该弹簧加载的夹子的结构的简单的货盘(pallet)。
图3A和图3B示出了用于与载体返回相结合的衬底装载和卸载机构的实施例。图3A是该装载/卸载机构的俯视图，而图3B是侧视图。如在图1A中所示，在处理完成之后，传送装置使载体返回。载体随后被升降器107降低并且被水平地传输到该装载/卸载站105。如图3A和图3B中所示，双传送装置(即，传送装置301和303)被用于带来新衬底用于处理和移除处理过的晶片。哪个带来新晶片以及哪个移除处理过的晶片是相当不重要的，因为无论如何，该系统都会精确地操作相同的过程。此外，在该实施例中，示出了传送装置301和303在相反的方向上传输衬底，但是当两个传送装置在同一方向上行进时，即可获得相同的结果。
图3A和图3B的结构支持同时处理2个载体。具体地说，在该实施例中，处理过的衬底可被从一个载体上卸载下来，而同时将新衬底装载到另一载体上。而且，同时，处理过的衬底被放在处理过的衬底传送装置上，并且新衬底被从新衬底传送装置获取，以便在下一圈(round)中被传输到载体。该操作被以如下方式实施。
该衬底获取机构被构造成具有两种运动：旋转运动和竖直运动。4排卡盘307附接于是该衬底获取机构305。该卡盘307可为例如真空卡盘、静电卡盘等。在该具体示例中，使用了4排伯努利卡盘，即，可利用伯努利吸力保持衬底的卡盘。这4排卡盘可被设置成每侧2排，使得当2排卡盘与载体对齐时，另外两排卡盘与传送装置对齐。由此，当该获取机构305处于其降低位置中时，一排卡盘从载体获取处理过的衬底，并且另一排卡盘将会将新衬底放在另一载体上，而在另一侧上，一排卡盘在一个传送装置上存放处理过的衬底，而另一排卡盘从另一传送装置上获取新衬底。该获取机构305随后呈现出其提升位置并且旋转180度，其中同时，载体移动一个间距，即，带有新衬底的载体移动一步，从其上移除处理过的衬底的载体移动到新衬底装载站中，并且带有处理过的衬底的另一载体移动到该卸载站中。该获取机构305随后呈现出其降低位置并且该过程被反复进行。
为了提供具体示例，在图3A的瞬态图中，载体311具有处理过的衬底，这些处理过的衬底正被位于获取结构305上的一排卡盘获取。载体313正被从获取结构305的另一排卡盘装载新衬底。在获取结构305的另一侧上，一排卡盘正将处理过的衬底放在传送装置303上，而另一排卡盘正从传送装置301获取新衬底。当这些动作已经完成时，获取结构305被提升到其提升位置并且被旋转180度，如由弯箭头所示。同时，所有的载体移动一步，即，载体316移动到先前被载体317占据的位置，现在装载有新衬底的载体313移动到先前被载体316占据的地点，现在是空的载体311移动到先前被载体313占据的地点，并且装载有处理过的衬底的载体318移动到先前被载体311占据的地点中。现在，该获取结构被降低，使得将载体311装载有新衬底，将处理过的衬底从载体318移除，将从载体311移除的衬底放到传送装置303上，并且从传送装置301获取新衬底。该获取结构305随后被提升，并且该过程反复进行。
图3A和图3B的实施例还利用了可选择的掩膜升降器结构321。在该实施例中，掩膜被用于在该衬底的表面上产生所需的图案，即，暴露该衬底的某些区域用于处理，同时覆盖住其它区域以防止进行处理。在将掩膜放置在该衬底的顶部上的情况下，该载体行进穿过该系统，直到它到达掩膜升降器321为止。当带有处理过的衬底的载体到达该掩膜升降器(在图3A和图3B中，载体318)时，该掩膜升降器321呈现出其提升位置并且从该载体提升该掩膜。该载体随后继续行进到卸载站以卸载其处理过的衬底。同时，带有新衬底的载体(在图3B中，载体319)移动到该掩膜升降器结构中，并且掩膜升降器321呈现出其降低位置，以便将该掩膜放置到用于进行处理的新衬底上。
如可了解到的那样，在图3A和图3B的实施例中，该掩膜升降器从一个载体移除掩膜并且将它们放置在不同的载体上。也就是说，该掩膜不再返回到将其从中移除的载体，而是改为放置在不同的载体上。根据该系统中的载体的设计和数量，可能的是，在若干圈之后，会使掩膜返回到同一载体，但是仅仅在将它从另一载体提升之后使其返回。逆转同样是真实的，即，根据使用中的载体和掩膜的设计和数量，每个掩膜将会被系统中的所有载体加以使用是可能的。也就是说，该系统中的每个载体均会被与系统中的每个掩膜一起使用，其中，在通过该系统的每个处理循环处，该载体会使用不同的掩膜。
如该插图中所示，该载体升降器可通过具有两个竖直传送结构来实现，载体的每一侧上各有一个竖直传送结构。每个传送结构均由一个或多个传送带333组成，这一个或多个传送带由辊336促动。提升销331附接于该带333，使得随着带331移动，销331接合该载体并且在竖直方向上(即，向上或向下，根据升降器设置在该系统的哪一侧上以及该载体返回传送装置是被设置在处理室的上方还是下方)移动该载体。
图3C示出了用于衬底定位机构的实施例。根据该实施例，卡盘345在一侧上具有弹簧加载的定位销329，并在另一侧上具有凹口312。旋转推针341被构造成用以进入该凹口312，以将衬底320推靠在定位销329上并随后缩回，如由虚线和旋转箭头所示。特别地，该旋转推针341不是卡盘345或载体的一部分并且并不在该系统内行进，而是静止的。此外，如果使用掩膜，则将弹簧加载的定位销按压于较低位置。由此，提供一种衬底定位机构，该衬底定位机构包括卡盘，该卡盘具有构造有定位销的第一侧、正交于该第一侧并且构造有两个定位销的第二侧、与第一侧相对并且构造有第一凹口的第三侧以及与第二侧相对并且构造有第二凹口的第四侧；该定位机构还包括：第一推针，其被构造成用以进入第一凹口以将衬底推靠在第一定位销上；和第二推针，其被构造成用以进入第二凹口并且将衬底推靠在两个定位销上。
图4示出了可被与所公开的系统一起使用的真空处理室400的实施例。在图4的图示中，室的盖被移除以暴露出其内部结构。该室400可被安装处于水平或者竖直取向中，而并不对其组成或者其结构作出任何修改。该室由具有用于真空抽气的开口422的简单的箱形框架构成。在一个侧壁中切割入口开口412，同时在相对的侧壁上切割出口开口413，以使得该载体424能够进入该室，横穿该整个室，并且从另一侧离开该室。闸阀被设置于每个开口412和413处，虽然为了图4的图示中的清楚性，仅示出了唯一的一个闸阀414。
为了实现处于水平和竖直取向中的载体424的有效而精确的传输，磁性轮402被设置在该室的相对侧壁上。该载体具有跨置在磁性轮402上的磁性杆。轮402安装于其上的轴延伸出该室并延伸到大气环境中，其中这些轴由电机401驱动。具体地说，设置若干个电机401，每个电机均利用带(例如，O形环)来驱动若干个轴。此外，设置惰轮404以横向地限制载体。
图4的实施例的特征在于磁性轮的直径小于室的侧壁厚度。这允许将磁性轮放置在进口开口412和出口开口413内，如由轮406和407所示。将轮406和407放置在进口开口412和出口开口413内使得载体能够更为平滑地传输出入该室，这是因为它最小化了载体在没有来自轮的支承的情况下所必须穿过的间隙。
图5示出了掩膜和载体组件的实施例。从左至右沿着弯箭头进行处理，单衬底掩膜组件501被安装到掩膜载体503上，从而支承若干个掩膜组件；并且掩膜载体503被安装到衬底载体505上。在一个实施例中，位于浮动的掩膜组件501之间的弹簧将它们保持在适当的位置中，用于与设置在衬底载体505上的引导销507接合，使得每个掩膜均被定位于其相应的衬底。每个单衬底掩膜组件均由廉价的且能够多次反复使用的内部箔掩膜构造而成。根据预期设计，该箔掩膜由具有穿孔的磁性材料的扁平薄片制成。通过经受热负荷，外部掩膜覆盖并保护该内部掩膜，使得箔掩膜并不扭曲。外部掩膜中的孔暴露出该内部掩膜的具有穿孔的区域。框架将内部掩膜和外部掩膜保持到掩膜载体503上。嵌置在衬底载体505中的磁体拉动该内部箔掩膜以与衬底相接触。
每个衬底支承件(例如，机械或静电卡盘)517支承单个衬底。各个卡盘517可被改变为支承不同类型和/或尺寸的衬底，使得同一系统可被用于利用相同的但是具有可互换的衬托器的载体处理不同尺寸和类型的衬底。在该实施例中，卡盘517具有衬底定位销519，这些衬底定位销是可收缩的并且设置成用以将该衬底定位在该卡盘的顶部上。在该实施例中，用以实现定位的上述设置由容置可收缩的推针的缝隙512构成，该可收缩的推针将衬底推靠在定位销519上并且随后从缝隙512中缩回。这允许将衬底和掩膜定位于该衬底载体，使得将该掩膜定位于该衬底。该可收缩的推针组件附接于装载站，而非附接于该载体。这显著减少了所需的推针的数量，即，该系统仅需要与被支承在一个载体上的衬底的数量一样多的推针。此外，它还简化了载体的结构，这是因为无需将定位机构结合到该载体中。
如可明白的那样，迄今为止所描述的系统是制造廉价的并且提供了对于多个衬底(例如，太阳能电池、触摸屏等)的有效的真空处理。该系统可被构造成两端或一端装载和卸载，也就是说，衬底从一侧进行装载和卸载，或者从一侧装载并且从相对侧卸载。在真空中并不实施衬底处理。该系统是模块化的，这是因为可将与所需数量一样多的真空处理室安装在输入装载锁定室和输出装载锁定室之间。真空室具有简单的设计，其中，很少的部件处于真空中。真空室可被安装成处于水平或竖直取向中。例如，对于太阳能电池处理而言，该系统可处理处于水平取向的衬底，而对于触摸屏而言，衬底可被在竖直取向中进行处理。无论如何，利用处于水平取向中的衬底在大气环境中实施装载、卸载和传输。处理源(例如，溅射源)可被安装在衬底的上方和/或下方。该系统能够实现穿过处理或静止处理，也就是说，在真空处理期间，该衬底是静止的或正在移动的。室可容置溅射源、加热器、注入射束源、离子蚀刻源等。
对于太阳能应用而言，该真空室可包括低能离子注入机(例如，小于30kV)。对于具体的太阳能电池设计(例如钝化发射极背面接触(PERC)、交错背接触(IBC)或选择性发射极(SE))而言，该掩膜结构可被用于实施掩蔽注入。此外，纹理刻蚀可在具有或者不具有掩膜的情况下利用离子刻蚀源或激光辅助刻蚀来实施。对于点接触电池而言，可使用具有许多定位于触头的孔的掩膜。此外，可通过连续地定位若干个PVD室以及以叠置的方式连续地形成多个层来形成厚金属层。
对于触控面板应用而言，室可被用于利用PVD源来沉积冷的和/或热的氧化铟锡(ITO)层。该处理被利用同时用于处理量较高但装卸较为简单的情况的横向地设置在每个载体上的若干个(例如3个)触控面板以及设置在每个室内的若干个(例如2个)载体来实施。同一系统可处理用于平板电脑或手机尺寸玻璃的触摸屏，而无需任何内部结构变形。简单来说，构造更为适当的载体并且整个系统保持不变。此外，在真空中并不实施衬底装卸。
装卸操作和处理操作对于衬底的所有类型和尺寸可能是相同的。空的载体移动以从载体返回升降器进行加载。如果使用掩膜，则该掩膜被移除并且保持于该升降器处。衬底被在大气环境中装载到该载体上。同时，所装载的载体移动到该升降器中，并且掩膜被放置在新衬底的顶部上。载体随后移动到装载锁定室中。一旦该装载锁定室内具有预定数目为pf的新近装载的载体，则关闭该闸阀并且在该装载锁定室内抽真空。在真空中，该载体传输被借助于简单的磁性轮进行，这些磁性轮设置在室壁中并且从处于大气或真空环境中的该室的外部供能。室可具有用于隔离的阀，并且可具有位于拔取工具(drawer)的上方或中的源，用于在衬底的下方进行的处理。衬底可被于该系统的卸载端处移除，或者留在载体上以返回到该系统的装载端，也就是，进口侧。载体在简单的传送带上从该系统的处理端返回到该系统的装载端。简单的销传送装置从装载站和卸载站提升载体或将载体降低到装载站和卸载站。
图6A-6C示出了3个实施例，它们表明了真空室如何被装配有具有变化的尺寸和构造的不同的处理源。在图6A-6C的示例中，假设横向地设置3个衬底，但是当然可将更多或更少的衬底横向地设置在载体上。此外，在图6A-6C中，假设该处理室可容置若干个(例如2或3个)载体，以同时进行处理。图6A-6C中所示的源可为任何处理源，例如，PVD、刻蚀、注入等。
图6A示出了一种实施例，其中单个源601设置在室600上。该单个源被用于处理位于该室600内的所有衬底。该源601可具有同时覆盖所有衬底的长度和/或宽度。对于一些源，可能是过于复杂或过于昂贵的以至于难以制造具有这种大尺寸的单个源。例如，如果源601是溅射源，则该对象必须被制造得非常大，这是昂贵的、复杂的并且导致利用不充分。因此，根据图6B和图6C的实施例，可利用若干个较小的源。在图6B的实施例中，每个源603A-603C均是足够宽的以覆盖住仅单个衬底，但是它可在纵向上(也就是，在衬底行进的方向上)覆盖超过一个衬底。通过错开这些源，使得每个源均覆盖每个载体中的衬底中的仅一个，可对所有的衬底进行处理。这种结构特别适用于穿过处理。相反，在图6C的实施例中，每个源606A-606C均是足够宽的，以便在横向上(即，在垂直于衬底行进方向的方向上)覆盖住一个载体上的所有衬底，但是过窄以至于不能覆盖住位于该室内的所有衬底。事实上，在一些实施例中，每个源606A-606C甚至比一个衬底更窄。这种结构同样适用于穿过处理或静止处理。
上述实施例提供了一种真空处理室，该真空处理室具有被确定尺寸用于同时容纳和处理若干个衬底载体的真空壳体。该壳体还被构造成用于同时支承若干个处理源。这些处理源可以是例如溅射源，其可以是具有足以横过由衬底载体所保持的所有衬底的长度，但是可比设置在该载体上的衬底的宽度窄的窄源。若干个这种源可被在该载体行进方向上背靠背地设置在该室的整个或部分长度上。该室具有设置在两个相对侧上的若干个轴，以传输该室内的载体。每个轴均由通过电机促动的柔性带旋转。每个轴均具有以交替的极次序(pole order)设置在其上的若干个磁性轮，也就是说，当一个轮可具有外周磁南和内径磁北时，相邻的轮会具有其外周磁北和内径磁南。该室还具有进口侧壁和出口侧壁，该进口侧壁具有入口开口，该出口侧壁与该进口侧壁相反并具有出口开口。其中磁化轮结构设置在该进口侧壁内并伸到该入口开口中，并且具有设置在该出口侧壁内且伸到该出口开口中的磁化轮结构，以便驱动穿过入口开口和出口开口的衬底载体。
所公开的系统是线性系统，其中，这些室呈线性布置，一个室联接于下一个室，使得衬底载体从一侧进入该系统，以线性方式横穿所有的室，并且在该相对侧上离开该系统。载体经由分离开各室的闸阀从一个室直接移动到另一个室。一旦载体离开该系统的真空环境，它就进入升降器并且竖直地移动到返回传送装置，该返回传送装置将载体水平地传输回该系统的进入侧，其中它进入另一个升降器并且竖直地移动以被装载新衬底，并且再次进入该系统的真空环境。当在大气环境中传输该载体的同时，它被保持处于水平取向中。然而，在一个实施例中，当该载体进入该真空环境时，它被旋转到竖直取向，使得衬底在被保持处于竖直取向中的同时受到处理。
该系统可具有设置于该系统的进入侧处的装载和卸载站。该装载和卸载系统具有旋转结构，4排卡盘设置在该旋转结构上，在旋转轴线的每一侧上各设置2排。在旋转轴线的每一侧上，一排卡盘被构造成用于卸载处理过的衬底，并且一排卡盘被构造成用于装载新衬底。该旋转结构被构造成用于竖直运动，其中当它呈现出其降低位置时，该结构获取衬底，并且当它呈现出其提升位置时，该结构旋转180度。此外，当该结构处于其降低位置中时，在旋转轴线的每一侧上，一排卡盘获取衬底，同时另一排卡盘放下(也就是，释放)其衬底。在一个实施例中，两个传送装置被越过该进口设置于该系统，其中一个传送装置传送新衬底，而另一传送装置移除处理过的衬底。该旋转结构被构造成使得在其降低位置中，一排卡盘被定位于传送新衬底的传送装置，而另一排卡盘被定位于移除处理过的衬底的传送装置。同时，在旋转轴线的另一侧上，一排卡盘定位于空的载体，而另一排卡盘定位于保持处理过的衬底的载体。
在一些实施例中，作出措施来向衬底施加电压。具体地说，每个载体均包括导电条和共形(conformal)的绝缘弹簧，当该载体进入处理室时，该导电条被插置在滑动触头中，该滑动触头包括细长的接触电刷，该绝缘弹簧被构造成用以将该导电条压靠在该细长的接触电刷上。绝缘条(例如Kapton条)可被用于将导电条附接于该载体。
当衬底的处理需要利用掩膜时，掩膜可被各自放置在每个衬底的顶部上，或者一个掩膜可被形成以同时覆盖住一个载体的所有衬底。该掩膜可被利用例如磁体保持在适当位置中。然而，为了精确处理，该掩膜必须被制造得非常薄，并且因此可在处理期间由于热应力而变形。另外，薄的掩膜可快速地收集沉积物，并且这些沉积物会妨碍该掩膜的精确放置和掩蔽。因此，使用根据下文中所公开的实施例的双掩膜结构会是有利的。
图7A-7E示出了根据多个实施例的具有用于双掩膜的结构的多晶片载体(在该示例中被线性地布置)的视图。图7A示出了具有双掩膜结构的多晶片载体，其中该掩膜结构处于降低位置中，使得内部掩膜与晶片处于密切的物理接触中；图7B示出了具有双掩膜结构的多晶片载体，其中掩膜结构处于提升位置中，从而实现晶片的替换；图7C示出了具有双掩膜结构的多晶片载体，其中包括晶片升降器以用于装载/卸载晶片(晶片被从该图示中省略掉)。图7D示出了具有双掩膜结构的多晶片载体的部分横截面，其中掩膜结构和晶片升降器处于提升位置中；并且图7E示出了具有双掩膜结构的多晶片载体的部分截面图，其中掩膜结构和晶片升降器处于降低位置中。
参见图7A，多晶片载体(还被称之为载体支承件700)包括3个分离开的单晶片载体或衬托器705，这些单晶片载体或衬托器705由例如陶瓷制成的衬托器框架或杆710支承。每个单晶片载体705被构造成用于保持单个晶片以及双掩膜结构。在图7A中，该双掩膜结构处于降低位置中，但是在任何载体上均未安置晶片，以便暴露出该载体的结构。在图7B中，该双掩膜结构被示出为处于提升位置中，同样在任何载体中均没有晶片。在图7A-7E的实施例中，升降器715被用于提升和降低该双掩膜结构；然而，为了低成本和较低的复杂度，可消除升降器715并且该双掩膜结构可被手动地提升。此外，掩膜提升结构可被设置在装载/卸载站中。传输轨道725被设置在框架710的每一侧上，以便能够遍及该系统输送该载体700。
每个单晶片载体705具有基座730(在图7B中可见)，该基座730具有带有凹处735的提升框架732，以支承通过其外围悬置的晶片。具有框架732的基座730在悬置的晶片的下方形成袋740，该袋对于捕获破损的晶片块是有益的。在一些实施例中，框架732是可与基座730分离开的。外部掩膜745被构造成用以被安装在该框架732上，以便覆盖该框架732并且覆盖该内部掩膜的外围，但是暴露出内部掩膜的对应于晶片的中央部分。这在图8的实施例中通过横截面视图加以例证。
在图8中，基座或衬托器805具有带有凹处835的提升框架832，该提升的框架832在其外围支承晶片820。带有框架832的基座830形成袋840，并且晶片820被悬置在该袋的上方。一系列磁体834定位在该提升框架832内，以便环绕该晶片820的外围。在一些实施例中，特别是对于高温操作而言，该磁体834可由钐钴(SmCo)制成。内部掩膜850位于提升框架832和晶片820的顶部上，并且由磁体834保持在适当位置中，使得它物理地接触该晶片。外部掩膜845被放置在内部掩膜850上并且物理地接触该内部掩膜850，使得除了该内部掩膜的被设计成用于向晶片施加处理的区域之外，它覆盖内部掩膜850的外围。外部掩膜945的示例示于图9中，在该示例中，由铝的折叠(例如，压印)薄片制成，其中除了小外围边缘952之外，该内部掩膜被外部掩膜覆盖住，这是因为该示例用于边缘分流隔离处理。在图10中示出了用于边缘分流隔离的内部掩膜750的示例，该内部掩膜750基本上是扁平的金属片，并且具有形状和尺寸与晶片的形状和尺寸相同的孔，不同之处在于它略小，例如，比晶片的尺寸小1-2mm。在图8的实施例中，掩膜框架836被设置成用以实现离开该载体的内部掩膜和外部掩膜的支承和提升。在这种构造中，外部掩膜845被夹置在掩膜框架836和内部掩膜850之间。
图8A示出了另一实施例，其可被用于例如在晶片的背面上形成接触图案。在该实施例中，衬托器形成顶部平台，以便在晶片的整个背面上支承该晶片。磁体834被嵌置在衬托器的位于该衬托器的顶面下方的整个区域上。内部掩膜850覆盖晶片820的整个表面并且根据该接触设计具有多个孔。
返回到图7A-7E，升降器715可被用于提升外部掩膜和内部掩膜。此外，晶片升降器752可被用于将晶片提升离开该框架730，使得它可被利用机械手替换为用于处理的新晶片。然而，升降器715和752可被消除并且提升掩膜和替换晶片的操作可被手动地实施，或者改为通过其它方式实施。
在上文中参照图8描述的实施例中，载体在其外围边缘上支承该晶片，使得该晶片被悬置。形成在该晶片下方的袋捕获破损的晶片块并且防止沉积材料的回转。另一方面，在图8A的实施例中，晶片在其整个表面上受到支承。掩膜组件被下降到适当位置中，用于溅射或者其它处理形式，并且被手动地或机械地提升，以用于晶片的装载和卸载。位于该载体上的一系列磁体帮助将该内部掩膜固定在适当位置中并且与该晶片紧密接触。在反复使用之后，内部掩膜和外部掩膜可被替换掉，同时可再使用其余的载体组件。框架710(还被称之为掩膜组件侧部杆)可由低热膨胀的材料(例如矾土或钛)制成。
根据上述实施例，内部掩膜与衬底建立了密切的无间隙的接触。外部掩膜保护内部掩膜、载体和载体框架使其不受到所沉积的材料的影响。在所示实施例中，外部掩膜开口和内部掩膜开口呈伪正方形形状，适合于在边缘分流隔离过程期间施加到单晶太阳能电池的应用。在其它过程期间，内部掩膜具有某些孔结构，而外部掩膜具有伪正方形形状的孔。伪正方形形状是一种正方形，其拐角被根据从其上切割晶片的圆形坯料进行切割。当然，如果使用多晶正方形晶片，则内部掩膜开口和外部掩膜开口会同样是正方形的。
图11示出l单个晶片衬托器1105的实施例，其对应于图8的实施例。该晶片以其外围安置在凹处1132上。以虚线示出的磁体1134被设置在该载体内，全部围绕该晶片。定位销1160被用于将外部掩膜定位于衬托器1105。在图12中示出了从下侧看过去的外部掩膜的实施例。该外部掩膜1245由压印的片状金属制成。它具有与载体1205的定位销1260相对应的定位孔或凹处1262。外部掩膜1245被构造成用以覆盖和保护该衬托器。
图13示出了顶部框架1336的实施例，该顶部框架1336被用于保持外部掩膜和内部掩膜并且将掩膜固定于该衬托器。顶部框架1336可由例如两个纵向杆1362制成，这两个纵向杆1362被通过两个横向杆1364保持在一起。该外部掩膜被保持在袋1366内。定位孔1368被设置成用以将顶部框架定位于衬托器。
图14示出了具有孔图案的内部掩膜的示例，该内部掩膜被设计成例如用于在该晶片上制造多个触头。这种内部掩膜可被与图15中示出的衬托器一起使用，其中磁体1534被分布在位于该晶片的表面下方的整个区域上。磁体被定向成处于交替偏振中。
上部掩膜或外部掩膜可由薄的(例如，约0.03”的)铝、钢或其它类似的材料制成，并且被构造成用以与衬底载体匹配。内部掩膜由非常薄的(例如，约0.001到0.003”的)平钢板或其它磁性材料制成，并且被构造成用以被嵌套在该外部掩膜内。
根据其它实施例，提供一种用于在处理期间支承晶片的结构，该结构包括：具有提升框架的晶片载体或衬托器，该提升框架具有用于围绕该晶片的外围支承晶片并且将该晶片限制于预定位置的凹处；被构造成用于放置在该提升框架的顶部上的内部掩膜，该内部掩膜具有被构造成用以掩蔽该晶片的一部分并暴露处该晶片的其余部分的孔结构；和外部掩膜，该外部掩膜被构造呈用于将提升框架放置在内部掩膜的顶部上，该外部掩膜具有被构造成用以部分地覆盖该内部掩膜的单个开口。顶部框架载体可被用于保持内部掩膜和外部掩膜，并且将内部掩膜和外部掩膜固定于该晶片衬托器。
磁体位于该衬托器中，并且使完全围绕该框架或完全位于该衬托器的整个表面下方并且直接位于该晶片的下方的N-S-N-S-N交替出现。外部掩膜和内部掩膜被设计成用以被仅通过磁力保持于框架，以便实现衬底的容易且快速的装载和卸载。
该掩膜组件是可从该晶片载体和支承框架中移除的，以将该衬底装载到该载体中。外部掩膜和内部掩膜两者均被作为该掩膜组件的一部分提升。一旦将该晶片定位在位于该晶片袋中的载体上，该掩膜组件就被向后降低到该载体上。该内部掩膜叠覆在该晶片的顶面上。位于该载体框架中的磁体将该内部掩膜向下拉动成与该衬底紧密接触。这在该晶片的边缘上形成了紧密的顺从性密封。该外部掩膜被设计成用于防止在薄而顺从的内部掩膜上和该衬托器上出现沉积。如上所述，该沉积过程可能导致该内部掩膜加热，从而导致掩膜翘曲并且松开与该晶片的接触。如果该掩膜松开了与该晶片的接触，则金属膜将沉积在位于衬底晶片的表面上的排除区中。该袋和由磁体所产生的摩擦力在传输和沉积期间防止该衬底和掩膜相对于彼此移动，并且外部掩膜防止膜沉积在内部掩膜上并且防止内部掩膜翘曲。
该掩膜组件可被利用真空载体交换装置周期性地从具有该载体的系统中移除。该载体交换装置是具有载体传输机构的便携式真空盒。它使得载体能够被“在传输中”进行交换，而无需停止该系统的持续运转。
如上所公开的那样，在某些实施例中，载体被在大气环境中返回到例如位于该真空处理室上方的传送装置上。在这种实施例中，载体可被利用升降器提升和/或降低。图16示出了载体升降器的实施例，该载体升降器可被与在本文中公开的系统的多个实施例一起使用。该升降器1600部分由于载体的简化设计而被相当简单且经济地进行构造。通常，该升降器1600被通过实施竖直地移动的传送带或链条1605进行构造，该传送带或链条1605具有正交于行进方向从其延伸的销1607。随着该传送装置1605移动，销1607接合和提升载体1610。
在图16中，载体1610被以在装载/卸载或缓冲站1620上没有衬底或掩膜的方式示出。如果被用于装载，缓冲站1620具有衬底定位机构，在该实施例中，该衬底定位机构包括贯穿该载体1610中的开口延伸的衬底定位销1612。在该实施例中，一旦将衬底定位在该载体的顶部上，就可卡夹衬底，并且可将定位销1612降低，并且载体在不带有销1612的情况下移动。此外，如果使用掩蔽方案，掩膜定位销1614贯穿位于载体和掩膜中的开口延伸，以便将掩膜各自定位于每个衬底。一旦定位，掩膜定位销1614就可被脱离接合，使得该载体在不带有掩膜定位销1614的情况下行进。
该升降器结构可被实施在于衬底的上方使用或不使用掩膜的系统中。如在图16的示例中所示，使该载体1610移动到该传送站1600中，并且掩膜升降器1613接合掩膜组件1615并将掩膜组件1615提升离开该载体1610。载体1610被随后移动到装载/卸载站1620，其中将处理过的衬底移除，并且装载新衬底。在图16中，载体1610被示出为处于已将处理过的衬底移除之后，但是处于已装载新衬底之前。定位销1614在装载/卸载站处延伸，以确保衬底在载体1610上的适当定位。随后将销1614降低并且使该载体返回到传送站1600。如果不使用掩膜，则使该传送装置1605向上移动，使得该传送装置的销接合且提升该载体，并且将它输送到该过程序列中的下一阶段。
相反，当使用掩膜时，在将载体1610输送到传送装置1600之后，该掩膜升降器1613随后降低该掩膜组件1615，以将该掩膜组件1615放回到该载体1610上。在图16中，该掩膜组件包括主框架1616和3个独立的掩膜1619。载体随后被返回到装载站1620，并且提升掩膜定位销1614，以将每个掩膜定位于对应的单独衬底。随后，可降低掩膜定位销1614，并且可将载体1610移动到处于该过程中的下一步骤。
图17示出通用载体的实施例，该通用载体可被在同一处理系统或下列一种系统中与不同尺寸和不同类型的衬底一起使用，该系统具有与在本文中所公开的结构体系相同的结构体系，不同之处在于室的尺寸可被改变以容置不同尺寸的衬底。该特征能够反复使用尽可能多的普通元件，即使在需要改变该室尺寸时也是如此。例如，整个载体传输系统(包括升降器)可以是相同的，从而针对任何尺寸的系统使用相同的部件。由于大规模经济的效益，导致相同部件的使用降低了该系统的总成本。
在图17的示例中，通用载体被以三个不同的构造示出：载体1701被构造成用以接受用于制造例如太阳能电池的掩膜；载体1702是不带有掩膜的载体并且可能处于例如离子注入或刻蚀期间；以及载体1703被构造成用于支承玻璃衬底，以用于制造例如用于手机或平板电脑的触控面板。所有的这3个载体均可被与同一传输系统一起使用，使得它们可被用在同一处理系统中。为了该目的，该载体包括共用轨道1705，该共用轨道1705对于诸如载体1702和1703之类的所有载体而言均是相同的，并且被设计成用以在使用时，与传输机构和升降器接合。载体本体被专门设计成用于每种应用，并且它被附接于共用轨道1705。此外，每个载体本体均具有特定的衬底附接机构，该特定的衬底附接机构适合于针对该应用所使用的具体衬底，例如，用于太阳能电池的硅晶片或用于触屏的玻璃。例如，载体本体1707具有基座1708，该基座1708被构造成用于在其上接收衬底。基座1708可以是例如简单的衬托器、静电卡盘等。相反，本体1706具有夹子1709，该夹子1709被设计成用以接合诸如玻璃面板之类的衬底。
图18示出了可在同一处理系统中与不同尺寸和不同类型的衬底一起使用的双侧可翻转载体的实施例。如所示，该载体可被利用共用轨道1805形成，该共用轨道1805类似于图17的实施例中的共用轨道。载体本体1806由简单的滑动轨道1802构成，这些滑动轨道1802可由廉价的金属片制成。在一些实施例中，滑动轨道1802可以被弹簧加载以便通常处于闭合位置中，即，处于接合衬底1801的位置中。为了装载衬底，滑动轨道1802被滑动到打开位置，如由双线箭头所示，衬底1801被定位在夹子1808之间，并且轨道1802被允许返回到闭合位置，从而将衬底1801保持于边缘处，从而充分暴露出衬底1801的两个表面。
图18中的俯视插图示出了用于通用载体的致动机构的实施例，该通用载体可在同一处理系统中与不同尺寸和不同类型的衬底一起使用，无论是处于水平取向中还是处于竖直取向中。该通用载体在每个边缘处均具有行进轨道1805，用于接合传输机构。在每个轨道1805上均设置有致动器1811，该致动器1811被构造成用于利用滑动操作来打开和关闭细长的侧杆1802，如由箭头所示。根据衬底的宽度，该致动器1811还将侧杆1802锁定在适当位置中以处于所需的开口尺寸。每个侧杆1802均具有衬底固定夹1808。此外，为了进行竖直处理，每个侧杆可还具有支承夹(在图18中被衬底1801从视角方面遮蔽住)。该致动器1811包括载体夹具1804，这些载体夹具1804由磁性材料(例如400系列磁性不锈钢)制成，使得它们可被利用电磁体致动。夹持杆1817具有开槽表面并且接合载体夹具1804的底部上的开槽表面，以将该夹具锁定在所需位置中。弹簧(从视角方面是被隐藏的)推动该载体夹具以使其与夹持杆接触。滑块1816具有用于跨置在提供滑块运动的线性轨道1819上的线性支承件。
参见图18的实施例，该装载操作如下。水平的空载体移动到该装载位置。无论该处理是处于水平取向中还是处于竖直取向中，该载体总是被在水平取向中进行装载和卸载。4个电磁体(未示出-设置在该系统的室中)接合4个载体夹具1804并且被供电，从而从夹持杆1817上提升夹具1804或者使夹具1804与夹持杆1817脱离接合。4个单独的线性滑动件上的电磁体打开载体侧壁1802。衬底1801被在载体侧部轨道1802之间提升。衬底被提升到载体中，其中侧壁或侧杆1802被打开成比衬底的宽度宽。侧杆1802随后被移动到所需位置，以通过夹子1808保持衬底，并且被通过致动器1811牢固地锁定到适当位置中。例如，4个单独的线性滑动件上的电磁体通过移动固定的距离而闭合载体侧壁1802，使得弹簧夹子1808将衬底保持于它们的边缘处。操作者已经从用户界面选择面板尺寸。电磁体是不带电的，从而使得该载体夹具1804能够接合夹持杆1817。对于选定的面板尺寸而言，这将载体侧部轨道牢固地保持在所需距离处。装载好的载体移动到缓冲区域，在那里，如果想要进行竖直处理，则它可被移动到用于进行处理的竖直取向。另一空载体移动以进行装载并且该过程反复进行。该卸载过程基本上是上述步骤的逆转。
图19A和图19B示出了简单的衬底夹子1908的实施例，该衬底夹子1908可被用在用于不同尺寸和不同类型的衬底1901的双侧翻转载体中。该夹子可由金属片廉价地制成。当被用于制造薄衬底(例如，太阳能电池)时，夹子被构造成用以不在衬底上施加压力。也就是说，在闭合位置中，位于夹子之间的开口等于所保持的衬底的宽度。
夹子的一个特征在于它们是自屏蔽的。该特征在该制造包括将材料沉积在该衬底上时是特别重要的。如图19B中所见，夹子呈“S形”，其中S形曲线的顶部面对所沉积的材料的方向。图19B中的箭头表示沉积材料到达该衬底1901，而非该夹子的S形曲线的内部部分。因此，该夹子的内部并不积聚沉积材料，使得它防止沉积材料颗粒落在后面的衬底上。
图20A和图20B示出了用于从载体装载和卸载衬底的自动化装置的实施例。装载/卸载模块2000具有引入衬底传送装置2005、引出衬底传送装置2010、衬底装载机器人刀片2007、衬底卸载机器人刀片2017、引入衬底升降器2020和引出衬底升降器2027、衬底装载/卸载站2030、可选择的载体致动器2032、载体升降销2034、可被构造为图16中所示的升降器的载体返回升降器2040、带有用于竖直处理的可选择的倾斜机构(如果需要)的两个载体缓冲器2050和2052。每个载体缓冲器位于载体装载锁定室(未示出)内，并且位于该升降器的不同于该装载站的另一侧。也就是说，该升降器被设置成使得该装载站位于该升降器的一侧上，并且该缓冲站位于该升降器的相对侧上。
随着载体进入该卸载站2030，该衬底卸载机器人刀片2017从该载体上提升衬底。该载体随后移动到该装载站，同时卸载机器人刀片2017将衬底降低到引出衬底传送装置2010上。同时，引入机器人刀片2007将新衬底从引入衬底传送装置2005上移除并且将它们装载到现在空的载体上。装载好的载体随后移动到该升降器中以便被送回到该系统用于进行处理。
图21示出了可被与如在本文中公开的多个系统一起使用的装载和卸载模块的另一实施例。该简化的装载/卸载站并不使用机器人也不使用机器人刀片。此外，该站的设计能够在不触及衬底的前表面或侧面的情况下装载和卸载衬底。仅该背面被在很少的点处接触。图21的实施例被示出为具有图18的可调整载体；然而，打开和关闭滑动轨道的机构是被隐藏的。通过利用图18的载体，通过简单的软件修改以及通过不修改硬件，可处理不同尺寸的衬底。也就是说，所需要的所有事情就是改变软件，以表示滑动轨道的不同打开宽度和不同关闭宽度，以容纳不同尺寸的衬底。整个系统保持不变。
该装载/卸载站2100包括引入衬底传送装置2105、引出衬底传送装置2110、设置在该引入衬底传送装置2015的下方的引入衬底升降器2120和设置在引出衬底传送装置2110的下方的引出衬底升降器2127。载体致动器2132将载体从上部位置降低到下部位置。衬底载体在由空心箭头示出的方向上移动，同时传送装置/衬底在填宠箭头所示的方向上移动。
衬底的调换根据下列步骤执行，其中所列举的步骤在图21中通过带圈的数字表示出。在步骤1中，通过将引入衬底传送装置2015推进一个间距来传递引入衬底2111。一个间距等于定位在一个载体上的所有衬底的累计长度。在步骤2中，带有处理过的衬底的载体2101从该处理系统返回。在步骤3中，载体2101位于该载体卸载站2131处。在该位置处，卸载衬底升降器2127被提升以接合处理过的衬底，该载体的滑动轨道2102被延伸到该打开位置，以便将衬底释放到该卸载衬底升降器2127，并且卸载衬底升降器2127被降低，以便将处理过的衬底沉积到引出衬底传送装置2110上。在步骤4处，载体随后被移动到装载站2133，滑动轨道仍然处于打开位置中。在该位置中，装载载体升降器2120提升新衬底，以将衬底定位成使得滑动轨道可被闭合以使衬底与夹子接合。如果使用竖直处理，衬底就被定位成使得底缘仅在底缘支承件的上方排成一行，用于竖直操作。一旦滑动轨道闭合并且使衬底与夹子接合，装载载体升降器2120就可被降低。在步骤5中，该载体随后被移动到载体升降器2132，并且该升降器将带有新引入衬底的载体移动到下一排。该载体随后被在步骤6中移到装载锁定室(未示出)中或移动到用于竖直操作的倾斜缓冲室上。同时，如由步骤7所示，引出衬底传送装置2110被起动以移动一个间距，以便将处理过的衬底从该系统中移出。
图21的实施例中的用于从载体装载和卸载衬底的自动化装置的操作序列可被概述如下。在最后一个处理步骤及脱离真空之后，上一排的载体向左移位一步。该装载传送带将衬底移位到装载位置中，而该卸载传送带将衬底移位远离该卸载站(在将处理过的衬底沉积在其上之后)。装载好的载体和空载体的滑动轨道被打开，使得装载好的载体将处理过的衬底释放到卸载升降器，而该装载传送装置处的衬底升降器将新衬底提升到适当位置中，直到衬底被夹到该载体中为止。同时，该载体升降器下降到下一排位置，以降低已装载的载体。在该阶段处，衬底升降器根据操作者指定的衬底宽度来定位衬底的底缘。这通过利用通向该系统的控制器的用户界面选择位置来实施。当卸载载体打开使得卸载升降器可移除处理过的衬底时，装载载体闭合以捕获新衬底，并且下一排的载体向右(也就是，朝向该系统)移位一个位置。该装载载体根据操作者指定的衬底宽度闭合。随后，衬底升降器降低并且载体升降器提升，以便为下一装载好的载体作准备。该序列随后反复进行。
图22示出了可被在水平取向中或竖直取向中进行处理的衬底载体装置的实施例，而图23示出了竖直放置的图22的该装置。特别地，共用轨道2205结合由顺磁材料制成的杆2209。该系统在处理室的每一侧上装配有一排磁化辊子2267，使得载体被磁性地附接于辊子。这提供了至少两个益处。首先，当使辊子旋转时，在辊子旋转和载体的运动之间不存在打滑，使得载体运动可被紧密地控制。其次，如图23中所示，对于竖直处理而言，辊子被设置在该处理室的顶部和底部上，并且载体仍然被磁性地附接于辊子，但处于竖直取向中。在竖直取向中，增加底部辊子2269以支承和引导载体的底部轨道。此外，护罩2224被设置以防止从该辊子机构产生的任何颗粒污染衬底。该护罩2224包括延伸部2226，该延伸部2226被构造成用以被容纳在对应的空腔2228内，该空腔2228被设置在共用轨道中。该延伸部2226基本上环绕该杆2209，使得杆2209位于辊子2267和延伸部2226之间。
图22和图23的载体基本上包括两个共用轨道2205和附接于这些轨道的平面面板2207。该平面面板2207包括夹子(例如该插图中所示的那些夹子)，以便将衬底保持在适当位置中。该面板2207可以是实心面板，在这种情况下，夹子可仅将衬底推靠在该实心面板上。相反，面板2207可具有如同画框的内部一样形成的去掉部分，其中衬底被推靠在该去掉部分的唇缘上，就像将图框玻璃推靠在该框架上。
图24示出了可被翻转以便处理衬底的两个表面的衬底载体装置的实施例。如图24中所示，每个共用轨道2405具有两个由磁性材料制成的杆-一个位于该共用轨道的顶部上而一个位于该共用轨道的底部上。载体的本体2407具有无阻碍的切口，每个切口均被确定尺寸成大于该衬底，使得在该衬底的外围和该切口的边缘之间存在空间。这可在图24的点划线的插图中更为清楚地看到。夹子2408将该衬底保持在该切口内。如此，该衬底的前表面和背面均被暴露出来。该载体被制造成是对称的并且将衬底保持在中间，使得实际上没有前和后，而是仅有两个侧面，其中任一侧均提供了通向到该衬底的表面的相同通路。
图25示出了一种系统的实施例，其中该衬底载体结构可被翻转以便处理该衬底的两个表面。图24中所示的载体可被有利地用在该系统中。该实施例示出了一种系统，其中载体被在真空中进行翻转；然而，如果需要，同一装置可被用于在大气中翻转载体。当应该在不破坏其间的真空的情况下实施连续的过程步骤时，在真空中翻转该载体是优选的。在图25的具体示例中，两个翻转站被作为示例示出，但是可使用更少或更多的翻转站。在图25的系统中，带有衬底的载体横穿第一处理室2501和第二处理室2502。例如，在室2502中，金属层可被沉积在该衬底的一个表面上。
该载体随后移动到该第一翻转站2511中。在该翻转站中，该载体移动到可旋转的护架(cradle)2520中。护架2520具有磁化轮结构2567，使得载体被保持在适当位置中。随后使该护架围绕轴2530旋转。再次，由于载体由磁化辊子2567磁性地保持住，因此可使带有载体2530的护架2520组件旋转，并且该载体会在辊子的磁力的帮助下颠倒。载体2530随后移动到位于该翻转站内的下一站，其中辊子位于该载体的下方，使得该载体现在呈现衬底的另一表面。贯穿该过程，衬底保持被夹在该载体上。
一旦被翻转，该载体移动到下一处理站2503中。例如，金属层可现在被沉积在衬底的另一表面上。在该具体示例中，该载体随后移动到又一处理室2504。这可能是例如位于第一金属层上方的第二金属层。该载体可随后移动到另一翻转站，或者，如果完成处理，则可省略掉该第二翻转站，并且将该载体移动到装载/卸载站。
虽然已经就具体材料和具体步骤的示例性实施例讨论了本发明，但是所属领域技术人员应该明白的是，这些具体示例的变化可被作出和/或使用，并且这种结构和方法将从由所描述和所示出的实践以及对于操作进行的说明所给予的理解中得出，以便促成可在不背离本发明的由所附权利要求书限定的范围的情况下作出的改变。

Claims (24)

1.一种用于在真空处理室中处理衬底的系统，包括：
多个载体，每个载体都被构造成用于遍及所述系统支承和传输衬底；
所述载体中的每一个都包括用于保持衬底同时暴露出每个衬底的两个表面的夹子；
所述载体中的每一个在它的每一个端部处都包括两个顺磁性的共用轨道；
多个磁化辊子，所述多个磁化辊子用于通过接合和磁性地保持所述共用轨道来遍及所述系统传输所述载体；
翻转站，所述翻转站包括被联接于旋转轴的可旋转框架，并且其中所述多个磁化辊子的子集位于所述框架的每一端上。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述载体中的每一个都被构造成用于支承1×n个衬底的线性阵列，其中n是大于1的整数。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述载体中的每一个还包括两个滑动轨道，所述滑动轨道被构造成用于保持不同的具有不同尺寸的衬底。
4.如权利要求3所述的系统，其中，所述滑动轨道被在闭合位置中弹簧加载。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述载体被在所述真空处理室内以竖直取向进行传输。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述系统还包括用于在处理完成之后使载体返回到所述装载站的传送装置。
7.如权利要求6所述的系统，其中，所述传送装置在大气环境下在所述真空处理室的上方通过。
8.如权利要求1所述的系统，其中，所述多个磁化辊子中的每一个都包括旋转轴，所述旋转轴具有以交替的磁极附接在其上的多个磁性轮。
9.如权利要求8所述的系统，其中，所述轴中的每一个被柔性拉伸元件旋转。
10.如权利要求9所述的系统，其中，所述柔性拉伸元件包括带或链条。
11.如权利要求1所述的系统，其中，所述系统还包括被联接到装载/卸载站的载体升降器。
12.如权利要求11所述的系统，其中，所述载体升降器包括多个竖直取向的传送带，每个传送带都具有被延伸以接合所述共用轨道的多个销。
13.如权利要求11所述的系统，其中，所述装载/卸载站包括引入衬底传送装置、引出衬底传送装置、衬底装载升降器、衬底卸载升降器、和被构造成用于致动所述载体以释放它的衬底的载体致动器。
14.如权利要求13所述的系统，其中，所述系统还包括用于将掩膜装载到所述载体上的掩膜装载机构。
15.如权利要求13所述的系统，其中，所述装载/卸载站包括上部载体传送装置和位于所述上部载体传送装置的下方竖直地间隔开的下部载体传送装置，并且所述引入衬底传送装置和所述引出衬底传送装置在被竖直地定位在所述上部载体传送装置和所述下部载体传送装置之间的空间中通过。
16.如权利要求11所述的系统，其中，所述装载/卸载站还包括可收缩的衬底定位销，所述衬底定位销被构造成用以定位被装载到所述载体上的衬底。
17.一种能够与不同尺寸和不同类型的衬底一起使用的通用载体，包括：
两个行进轨道，每个边缘处一个以接合传输机构；
两个细长的侧杆，每个细长的侧杆被在它的边缘处连接到所述行进轨道；
多个固定夹子，所述固定夹子被设置在所述侧杆上并且被构造成用于接合衬底的边缘以便在不触及所述衬底的任何表面的情况下保持所述衬底；
设置在每个行进轨道上的两个致动器，每个致动器都被构造成用于利用滑动操作打开和关闭对应的侧杆；
锁定机构，所述锁定机构被设置在所述致动器上，以将所述对应的侧杆锁定在所需的滑动位置中。
18.如权利要求17所述的通用载体，其中，所述通用载体还包括被设置在所述侧杆上的多个支承夹子。
19.如权利要求17所述的通用载体，其中，所述致动器包括由磁性材料制成的载体夹具。
20.如权利要求19所述的通用载体，其中，所述致动器还包括夹持杆，所述夹持杆具有带槽表面并且接合位于所述载体夹具的底部上的带槽表面，以将所述夹具锁定在所需位置中。
21.如权利要求20所述的通用载体，其中，所述致动器还包括弹簧，所述弹簧被构造成用以推动所述载体夹具以使其与所述夹持杆接触。
22.如权利要求21所述的通用的载体，其中所述致动器包括滑块，所述滑块具有用于跨置在线性轨道上的线性支承件。
23.如权利要求17所述的通用载体，其中，所述致动器包括滑块，所述滑块具有用于跨置在线性轨道上的线性支承件。
24.一种用于将衬底装载到载体上的方法，包括：
将空载体移动到装载站中；
使载体夹具与电磁体接合并且为所述电磁体供电，从而从夹持杆上提升所述载体夹具；
为滑动电磁体供电并且使直线滑块滑动以打开所述载体的侧部轨道；
将衬底装载在所述载体的侧部轨道中间；
致动所述滑动电磁体以通过移动固定距离来关闭所述载体的侧部轨道，使得弹簧夹子于所述衬底的边缘处保持所述衬底；
使所述电磁体不带电，从而使所述载体夹具接合所述夹持杆，以在所选定的衬底尺寸所需的距离处牢固地保持所述载体的侧部轨道。
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