JP6621874B2 - 独立駆動式フィルム分離機構 - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池の技術分野に関し、特に、独立駆動式フィルム分離機構に関し、具体的には、特有のウエットエッチングプロセスのエピタキシャルリフトオフシステムに適用でき、大生産能力のある機械プラットフォームに適用でき、一度に複数のフィルムを基板から独立して分離でき、製造効率及び装置利用率を大幅に向上させると共に、プロセスの要件を満たすことができる。
現在、典型的なウエットエッチングプロセスは、図１に示されるように、まず、ポリマーフイルム付きのウェハ（例えば、ガリウムヒ素ウェハ）を特製のバスケット部材内に置き、次に、マニピュレータによりバスケット部材をプロセスチャンバ室内に搬送してウエットエッチングプロセスを実行し、プロセスが完了した後にバスケット部材を荷下ろし位置に搬送してエッチング後のフィルムとウェハを荷下ろしし、その後、分離機構によりフィルムとウェハを分離し、最後にフィルムとウェハを各自のカセット内に荷下ろしする。
上記フィルムとウェハを分離する段階では、常にエピタキシャルリフトオフシステムを用いる。エピタキシャルリフトオフシステムは、フィルム（例えば、薄い太陽光発電フィルム）と、成長したウェハ（例えば、ガリウムヒ素基板）とを分離することを目的とし、該システムには、ウェハに貼り付けられたポリマーフィルムが送入されて、個別のウェハ（例えば、ガリウムヒ素ウェハ）とポリマーフレームに貼り付けられるフィルム（例えば、太陽光発電フィルム）とが送り出される。分離されたフィルムは、フィルム太陽電池を製造するために使用され、分離されたウェハ又は基板（例えば、ガリウムヒ素ウェハ）は、研磨し、洗浄した後に複数回繰り返し使用され、フィルム発電のコストを著しく低減する。
ガリウムヒ素太陽電池の生産ラインにおけるエピタキシャルリフトオフ装置を例にすれば、どのようにフィルムと基板の分離を迅速かつ確実に完了するかは装置全体のボトルネックとなり、大きな生産能力を取得するために、一般的には、主に以下のような方法がある。
（１）、二組又は複数組のマニピュレータを用い、各マニピュレータは、一度に１枚のフィルムを分離し、該方法は、占有空間が大きく、特に、フィルムと基板を積み込むバスケット部材のサイズに対する要求が高く、また、複数のマニピュレータの間の協調作業も複雑であるという明らかな欠点がある。
（２）、一度に複数のフィルムを荷下ろし、分離し、一般的には、一組の分離駆動装置で動力を供給することにより、同時に複数のフィルムを分離する。該方法は、分離過程において、１つ又はいくつかのフィルムの分離失敗が発生する場合、システム全体の柔軟性とフォールトトレランスが高くないという明らかな欠点がある。具体的には、プロセスは、１回目で分離に失敗した場合、２〜３回再試行することを要求すると、分離されたフィルムと基板が再度と接触するようになり、しかし、ガリウムヒ素フィルムの製造プロセスにでは、このような状況をできるだけ回避すべきである。
したがって、大生産能力を達成すると共に、独立して駆動される自動フィルム分離機構を設計する必要がある。
（一）発明が解決しようとする課題
本発明は、複数のフィルムを同時に分離できると共に、それぞれのフィルムの分離を独立して駆動できる、独立駆動式フィルム分離機構を提供することにより、従来のフィルム分離装置が大生産能力と独立駆動を両立できないという技術的問題を解決することを目的とする。
（二）課題を解決するための手段
上記技術的課題を解決するために、本発明は、取り付けプラットフォームを含み、前記取り付けプラットフォームの片側には、それぞれウェハの底面を吸着する複数の第１の吸着アセンブリが設けられ、各前記第１の吸着アセンブリは１つの前記ウェハに対応し、前記取り付けプラットフォームには、それぞれ前記ウェハの上面に位置するフィルムを吸着する複数の第２の吸着アセンブリが設けられ、前記第１の吸着アセンブリと第２の吸着アセンブリは一対一に対応して、吸着方向が逆であり、各前記第２の吸着アセンブリはいずれも１つの駆動機構に接続されて、前記駆動機構の駆動で上下に移動でき、各前記駆動機構は独立して設けられて、いずれも前記取り付けプラットフォームに設けられる独立駆動式フィルム分離機構を提供する。
さらに、各前記第１の吸着アセンブリは、いずれも同一平面に位置する。
さらに、各前記第１の吸着アセンブリは、少なくとも２つの真空チャックを含み、隣接した２つの前記真空チャックが間隔を隔てて設けられ、かつそれぞれマニピュレータにより取り付けプラットフォームの同じ側に設けられる。好ましくは、前記マニピュレータは真空フォークである。
さらに、前記マニピュレータの上面は、前記第１の吸着アセンブリを取り付けるために用いられ、前記マニピュレータの端部は、前記取り付けプラットフォームに接続される。
前記駆動機構の配置には２つの解決手段がある。
第１について、前記駆動機構は、接続ロッド、軸受、第１の回転軸、第２の回転軸付きのモータを含み、前記軸受が前記取り付けプラットフォームに設けられ、前記第１の回転軸が前記軸受を通過して前記軸受の内輪に固定的に接続され、前記接続ロッドの一端は前記第２の吸着アセンブリに接続され、他端は前記第１の回転軸の外周に固定的に嵌着され、前記第１の回転軸に第１の歯車が嵌着され、前記第２の回転軸に前記第１の歯車に噛み合わされる第２の歯車が嵌着される。
さらに、各前記第１の回転軸は、いずれも同軸である。
さらに、前記第１の回転軸は、前記接続ロッドに垂直である。
第２について、各前記第２の吸着アセンブリは、いずれも接続ロッドにより前記駆動機構に接続され、前記接続ロッドの一端は、前記第２の吸着アセンブリに接続され、他端は、前記駆動機構の回転軸の外周に固定的に嵌着され、かつ前記接続ロッドは、前記駆動機構の駆動で前記回転軸を中心に回転する。
さらに、前記第１の吸着アセンブリと第２の吸着アセンブリは、いずれも真空チャックであり、前記真空チャックには、ホースを介して真空発生器が接続される。
さらに、前記フィルム分離機構は、スライドレールをさらに含み、前記取り付けプラットフォームは、前記スライドレールにスライド可能に設けられる。好ましくは、前記取り付けプラットフォームの底部には、前記スライドレールに嵌合してスライドするスライド溝が設けられる。
（三）発明の効果
本発明の上記技術手段は以下のような有益な効果を有する。
１、本発明のフィルム分離機構には、第１の吸着アセンブリと第２の吸着アセンブリが設けられ、各第２の吸着アセンブリは、いずれも１つの駆動機構に接続されて、駆動機構の駆動で上下に移動できる。使用の場合、まず、第１の吸着アセンブリをウェハの底面に置き、第２の吸着アセンブリをフィルムの表面に置き、第１の吸着アセンブリと第２の吸着アセンブリとの逆の吸引力及び駆動機構を利用して、第２の吸着アセンブリを上方に移動するように駆動し、ウェハからフィルムを徐々に剥離する。第１の吸着アセンブリと第２の吸着アセンブリが複数組あるので、該フィルム分離機構は、複数のフィルムの自動的分離を行うことができ、便利かつ迅速で、製造効率が高く、生産能力が高い。さらに、各駆動機構が独立して設けられるので、それぞれのフィルムの分離又は再分離を独立して行うことができ、互いに影響しない。したがって、従来のフィルム分離装置が大生産能力と独立駆動を両立できないという技術的問題を解決する。該分離機構は、フィルム分離を行う場合に柔軟性が高く、したがって、太陽電池製造の分野で高い応用価値及び普及させるだけの価値がある。
２、本発明の各前記第１の吸着アセンブリは、いずれも同一平面に位置するので、取り付けプラットフォームを１回移動すれば、各マニピュレータを同時にウェハの底部に置くことができ、作業効率をさらに向上させる。
３、本発明の駆動機構は、回転軸を利用して第２の吸着アセンブリを回転するように駆動し、作業の自動化レベルをさらに向上させ、かつ構造が簡単で、操作しやすく、取り付けや普及を容易にする。
４、本発明では、設けられたスライドレールにより、取り付けプラットフォームと駆動機構がより大きな範囲内に自由に移動でき、該分離機構がより大きな範囲内のフィルムを分離でき、さらに、分離した後のフィルムとウェハに対して搬送と次の洗浄などの処理を行いやすく、自動化レベルをさらに向上させ、手間を節約する。
従来の典型的なウエットエッチングプロセスの概略図である。 本発明の実施例に記載のフィルム分離機構の概略構成図である。 本発明の実施例に記載のフィルムとウェハの分離後の状態の概略図である。 本発明の実施例に記載のフィルムの分離失敗を個別に処理する状態の概略図である。
以下に図面と実施例に合わせて、本発明の実施形態をさらに詳細に説明する。以下の実施例は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
本発明の説明において、別に記載されていない限り、「複数」の意味は二つ又は二つ以上である。用語「上」、「下」、「左」、「右」、「内」、「外」、「前端」、「後端」、「頭部」、「尾部」などで示された方位又は位置関係は、図面に基づいて示された方位又は位置関係であり、本発明を容易に説明し、記載を簡潔にするためのみであり、示された装置又は素子が特定の方位を有しなければならず、特定の方位にして構成され、操作することを指示又は暗示することではなく、したがって本発明を限定するものと理解すべきではない。また、用語「第１」、「第２」、「第３」などは、説明を目的としたものであり、相対的な重要性を指示又は暗示するものとして理解すべきではない。
本発明の説明において、説明すべきことは、別に明確な規定及び限定を有しない限り、用語「取付」、「連結」、「接続」を広義に理解すべきであり、例えば、固定接続であっても、着脱可能な接続であっても、一体的な接続であってもよく、機械的接続であっても、電気的接続であってもよく、直接接続であっても、中間媒体による間接的接続であってもよい。当業者にとって、具体的な状況に基づいて上記用語の本発明での具体的な意味を理解することができる。
図２〜図４に示すように、本実施例は、取り付けプラットフォーム７を含み、取り付けプラットフォーム７の片側には、それぞれウェハの底面を吸着する複数の第１の吸着アセンブリ２が設けられ、各第１の吸着アセンブリ２が１つのウェハに対応し、取り付けプラットフォーム７には、それぞれウェハの上面に位置するフィルムを吸着する複数の第２の吸着アセンブリ１が設けられ、第１の吸着アセンブリ２と第２の吸着アセンブリ１は一対一に対応して、吸着方向が逆であり、各第２の吸着アセンブリ１はいずれも１つの駆動機構に接続されて、駆動機構の駆動で上下に移動できる独立駆動式フィルム分離機構を提供する。独立駆動式フィルム分離機構が駆動機構からなり、各駆動機構は独立して設けられて、いずれも取り付けプラットフォーム７に設けられる。
各第１の吸着アセンブリ２は、いずれも同一平面に位置する。各第１の吸着アセンブリ２は、いずれも２つの真空チャックを含み、隣接した２つの真空チャックが間隔を隔てて設けられ、かつそれぞれフォーク１４により取り付けプラットフォーム７の同じ側に設けられ、具体的には、前記真空チャックは、真空フォーク１４の上面に取り付けられ、真空フォーク１４の端部は、取り付けプラットフォーム７に接続される。
駆動機構は、接続ロッド１１、軸受４、第１の回転軸３、第２の回転軸１２付きのモータ５を含み、軸受４が取り付けプラットフォーム７に設けられ、第１の回転軸３が軸受４を通過て軸受４の内輪に固定的に接続され、接続ロッド１１の一端は第２の吸着アセンブリ１に接続され、他端は第１の回転軸３の外周に固定的に嵌着され、第１の回転軸３に第１の歯車８が嵌着され、第２の回転軸１２に第１の歯車８に噛み合わされる第２の歯車１３が嵌着される。本実施例では、第１の回転軸３は、接続ロッド１１に垂直であり、かつ各第１の回転軸３は、複数の駆動機構からなり、いずれも同軸である。
本実施例では、第２の吸着アセンブリ１は、第１の吸着アセンブリ２と同様に、真空チャックであり、真空チャックには、ホースを介して真空発生器が接続される。本実施例のフィルム分離機構は、スライドレール６をさらに含み、取り付けプラットフォーム７は、スライドレール６にスライド可能に設けられる。具体的には、取り付けプラットフォーム７の底部には、スライドレール６に嵌合してスライドするスライド溝が設けられる。
また、本実施例のフィルム分離機構では、毎回処理可能なフィルムの数は、２つ以上であり、具体的には、バスケット部材の列数と一致する必要があり、このように、一度に一層のプロセス実行後のソーラーフィルム基板を荷下ろしすることを保証できる。分離機構の駆動方式に対して、モータ５に限定されるものではなく、ウォームギヤ又は回転シリンダのような他の方式を用いてもよい。
本実施例の独立駆動式フィルム分離機構の作業過程は以下のとおりである。各モータ５は、それぞれ、各自の第２の回転軸１２を回転するように駆動し、第２の回転軸１２は、歯車の噛み合いにより第１の回転軸３を回転するように駆動し、順に接続ロッド１１及び第２の吸着アセンブリ１を上下に回転するように駆動し、第２の吸着アセンブリ１を第１の吸着アセンブリ２に対して一定の角度（例えば、１０°）を持たせ、取り付けプラットフォーム７全体は、スライドレール６に沿って荷下ろし位置のバスケット部材（図示せず）内に移動し、真空フォーク１４をウェハ底部に挿入することにより、第１の吸着アセンブリ２がウェハを吸着し、第２の回転軸１２は、第２の吸着アセンブリ１がプロセス実行後のフィルムを押し付け、真空発生器を起動して、第１の吸着アセンブリ２と第２の吸着アセンブリ１の真空吸着機能を起動するまで、回転し続けて、第２の吸着アセンブリ１を下方に移動し続けるように駆動し、取り付けプラットフォーム７全体は、スライドレール６に沿って移動し続け、プロセス実行後のフィルムとウェハをバスケット部材内から取り出し、フィルム分離を行うように分離位置に移動し、第１の吸着アセンブリ２がウェハの底面を吸着し、第２の吸着アセンブリ１がフィルムの表面を吸着し、第１の吸着アセンブリ２と第２の吸着アセンブリ１の吸着方向が逆になり、モータ５が第２の回転軸１２を逆回転するように駆動し、最終的に、順に接続ロッド１１及び第２の吸着アセンブリ１を逆回転するように駆動するため、ウェハの上面からフィルムを徐々に剥離し、最終的に、該分離機構は、フィルム１０とウェハ９の分離を成功裏に達成し、図３に示すとおりである。
分離過程において、１枚のフィルムの分離失敗が発生すると、図４に示されるように、左側の２番目のフィルムの分離が失敗すれば、プログラムには、２番目のフィルムを個別に分離することを設定し、図４中のＡ部に示されるように、プロセス又は実際の状況に応じて、分離動作を２〜３回繰り返すことができる。分離過程において、脱イオン水を必要とすれば、モータ５及び歯車部分に対して特定の防護を行う必要があり、例えば、その直上に防護板を増設する。
上記から分かるように、本実施例のフィルム分離機構には、第１の吸着アセンブリ及び第２の吸着アセンブリが設けられ、各第２の吸着アセンブリは、いずれも１つの駆動機構に接続されて、駆動機構の駆動で上下に移動できる。使用の場合、まず、第１の吸着アセンブリをウェハの底面に置き、第２の吸着アセンブリをフィルムの表面に置き、第１の吸着アセンブリと第２の吸着アセンブリとの逆の吸引力及び駆動機構を利用して、第２の吸着アセンブリを上方に移動するように駆動し、ウェハからフィルムを徐々に剥離する。第１の吸着アセンブリと第２の吸着アセンブリが複数組あるので、該フィルム分離機構は、複数のフィルムの自動的分離を行うことができ、便利かつ迅速で、製造効率が高く、生産能力が高い。さらに、各駆動機構が独立して設けられるので、それぞれのフィルムの分離又は再分離を独立して行うことができ、互いに影響しない。したがって、従来のフィルム分離装置が大生産能力と独立駆動を両立できないという技術的問題を解決する。該分離機構は、フィルム分離を行う場合に柔軟性が高く、したがって、太陽電池製造の分野で高い応用価値及び普及させるだけの価値がある。
本実施例の各第１の吸着アセンブリは、いずれも同一平面に位置するので、取り付けプラットフォームを１回移動すれば、各マニピュレータを同時にウェハの底部に置くことができ、作業効率をさらに向上させる。本実施例の駆動機構は、回転軸を利用して第２の吸着アセンブリを回転するように駆動し、作業の自動化レベルをさらに向上させ、かつ構造が簡単で、操作しやすく、取り付けや普及を容易にする。本実施例では、設けられたスライドレールにより、取り付けプラットフォームと駆動機構がより大きな範囲内に自由に移動でき、該分離機構がより大きな範囲内のフィルムを分離でき、さらに、分離した後のフィルムとウェハに対して搬送と次の洗浄などの処理を行いやすく、自動化レベルをさらに向上させ、手間を節約する。
前記のように、本実施例のフィルム分離機構は、複数の個別の分離機構を一体化し、フィルムとウェハ（例えば、ガリウムヒ素ソーラー基板）の自動的分離を成功裏に達成し、便利かつ迅速で、生産能力を向上させ、かつ、それぞれのフィルムに対応する分離機構は、いずれも独立した駆動機構を有することにより、プロセス要件に応じて、分離に失敗したフィルムを個別に再分離し、再処理し、そして、分離に失敗したフィルムに対する処理回数を任意に設定でき、フィルム分離の柔軟性及びフォールトトレランスを向上させる。かつ、該フィルム分離機構は、構造が簡単で、操作やメンテナンスを容易にし、普及しやすく、コストが低く、実現しやすい。
本発明の説明は、例示及び説明のために提示され、包括的であること、又は、開示された形態の発明に限定されることを意図していない。多くの修正態様及び変形態様は当業者にとって明らかである。実施形態は、本発明の原理、実用的な適用を最良に説明するために、また、当業者が、考えられる特定の使用に適するように様々な修正点を有する様々な実施形態についても、本発明を理解することができるように、選択され説明されている。
符号の説明：１ 第２の吸着アセンブリ、２ 第１の吸着アセンブリ、３ 第１の回転軸、４ 軸受、５ モータ、６ スライドレール、７ 取り付けプラットフォーム、８ 第１の歯車、９ 分離した後のウェハ、１０ 分離した後のフィルム、１１ 接続ロッド、１２ 第２の回転軸、１３ 第２の歯車、１４ 真空フォーク、Ａ 分離に失敗したフィルムを再分離することを表す。

Claims (10)

  1. 取り付けプラットフォームを含み、前記取り付けプラットフォームの片側には、それぞれウェハの底面を吸着する複数の第１の吸着アセンブリが設けられ、各前記第１の吸着アセンブリは１つの前記ウェハに対応し、前記取り付けプラットフォームには、それぞれ前記ウェハの上面に位置するフィルムを吸着する複数の第２の吸着アセンブリが設けられ、前記第１の吸着アセンブリと第２の吸着アセンブリは一対一に対応して、吸着方向が逆であり、各前記第２の吸着アセンブリはいずれも１つの駆動機構に接続されて、前記駆動機構の駆動で上下に移動でき、複数の前記駆動機構からなり、各前記駆動機構は独立して設けられて、いずれも前記取り付けプラットフォームに設けられることを特徴とする、独立駆動式フィルム分離機構。
  2. 各前記第１の吸着アセンブリは、いずれも同一平面に位置することを特徴とする、請求項１に記載の独立駆動式フィルム分離機構。
  3. 各前記第１の吸着アセンブリは、少なくとも２つの真空チャックを含み、隣接した２つの前記真空チャックが間隔を隔てて設けられ、かつそれぞれマニピュレータにより取り付けプラットフォームの同じ側に設けられることを特徴とする、請求項２に記載の独立駆動式フィルム分離機構。
  4. 前記マニピュレータの上面は、前記第１の吸着アセンブリを取り付けるために用いられ、前記マニピュレータの端部は、前記取り付けプラットフォームに接続されることを特徴とする、請求項３に記載の独立駆動式フィルム分離機構。
  5. 前記駆動機構は、接続ロッド、軸受、第１の回転軸、第２の回転軸付きのモータを含み、前記軸受が前記取り付けプラットフォームに設けられ、前記第１の回転軸が前記軸受を通過し前記軸受の内輪に固定的に接続され、前記接続ロッドの一端は前記第２の吸着アセンブリに接続され、他端は前記第１の回転軸の外周に固定的に嵌着され、前記第１の回転軸に第１の歯車が嵌着され、前記第２の回転軸に前記第１の歯車に噛み合わされる第２の歯車が嵌着されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の独立駆動式フィルム分離機構。
  6. 各前記第１の回転軸は、いずれも同軸であることを特徴とする、請求項５に記載の独立駆動式フィルム分離機構。
  7. 前記第１の回転軸は、前記接続ロッドに垂直であることを特徴とする、請求項５に記載の独立駆動式フィルム分離機構。
  8. 各前記第２の吸着アセンブリは、いずれも接続ロッドにより前記駆動機構に接続され、前記接続ロッドの一端は、前記第２の吸着アセンブリに接続され、他端は、前記駆動機構の回転軸の外周に固定的に嵌着され、かつ前記接続ロッドは、前記駆動機構の駆動で前記回転軸を中心に回転することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の独立駆動式フィルム分離機構。
  9. 前記第１の吸着アセンブリと第２の吸着アセンブリは、いずれも真空チャックであり、前記真空チャックには、ホースを介して真空発生器が接続されることを特徴とする、請求項１に記載の独立駆動式フィルム分離機構。
  10. さらに、スライドレールを含み、前記取り付けプラットフォームは、前記スライドレールにスライド可能に設けられることを特徴とする、請求項１に記載の独立駆動式フィルム分離機構。
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