TW201822293A

TW201822293A - 連續式真空製程系統

Info

Publication number: TW201822293A
Application number: TW105140508A
Authority: TW
Inventors: 黃俊凱; 莊峻銘; 郭吉明; 翁敏航; 吳春森
Original assignee: 財團法人金屬工業研究發展中心
Priority date: 2016-12-07
Filing date: 2016-12-07
Publication date: 2018-06-16
Also published as: TWI626702B

Abstract

一種連續式真空製程系統，透過依序真空連接的第一真空製程裝置、翻轉裝置與第二真空製程裝置，利用第一真空製程裝置、翻轉裝置與第二真空製程裝置皆具有的滾輪輸送單元以製程路徑方向傳輸承載至少一晶片的承載組件，以及翻轉裝置翻轉承載組件與晶片，使得連續式真空製程系統可於真空環境中對晶片的雙表面進行連續式真空製程。

Description

連續式真空製程系統

本發明涉及一種真空製程系統，特別是連續式真空製程系統。

傳統製造雙面半導體元件的過程中，在真空環境中完成單面製程作業後，基板需出真空環境再透過夾取裝置或是真空吸盤進行基板的翻面動作，接著傳輸基板至真空環境中進行另一面的製程作業。然而，基板完成單面製程作業後的溫度極高，故需降溫後取出，再翻面然後重新置入真空環境中，此時需重新加熱及抽真空，以進行另一面的製程作業。因此，存在有製程時間長、抽真空次數多而無法保持一定真空參數的問題。此外，由於基板於翻面過程中暴露於大氣環境，會使完成單面製程作業的基板表面吸附污染物，於進行另一面的製程作業時易產生缺陷，進而影響半導體元件的性能。

綜上所述，可知先前技術中長期以來一直存在因破真空進行翻面作業而造成製程時間長、抽真空次數多而無法保持一定真空參數以及表面吸附污染物而產生缺陷之問題，因此實有必要提出改進的技術手段，來解決此一問題。

本發明揭露一種連續式真空製程系統。

首先，本發明揭露一種連續式真空製程系統，此系統包含：第一真空製程裝置、翻轉裝置及第二真空製程裝置。其中，第一真空製程裝置用以接收承載組件，並進行第一真空製程，其中承載組件承載至少一晶片。翻轉裝置真空連接第一真空製程裝置，用以接收來自第一真空製程裝置的承載組件，並利用旋轉驅動單元翻轉承載組件。第二真空製程裝置真空連接翻轉裝置，用以接收來自翻轉裝置的承載組件，並進行第二真空製程。其中，第一真空製程裝置、翻轉裝置與第二真空製程裝置皆包含滾輪輸送單元，該些滾輪輸送單元相互對應，用來以製程路徑方向傳輸承載組件，以使連續式真空製程系統對至少一晶片進行連續式真空製程。

本發明所揭露之系統與方法如上，與先前技術的差異在於本發明是透過依序真空連接的第一真空製程裝置、翻轉裝置與第二真空製程裝置，利用第一真空製程裝置、翻轉裝置與第二真空製程裝置皆具有的滾輪輸送單元以製程路徑方向傳輸承載至少一晶片的承載組件，以及翻轉裝置翻轉承載組件與晶片。

透過上述的技術手段，本發明可以達成於真空環境中對晶片的雙表面進行連續式真空製程，進而提高半導體元件的性能之技術功效。

以下將配合圖式及實施例來詳細說明本發明之實施方式，藉此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題並達成技術功效的實現過程能充分理解並據以實施。

請先參閱「第1圖」，「第1圖」為本發明連續式真空製程系統之一實施例側視示意圖，連續式真空製程系統100包含：第一真空製程裝置110、翻轉裝置120及第二真空製程裝置130。其中，翻轉裝置120真空連接第一真空製程裝置110與第二真空製程裝置130。更詳細地說，為保證第一真空製程裝置110、翻轉裝置120及第二真空製程裝置130的內部之真空度及潔淨度，第一真空製程裝置110與翻轉裝置120之間以及翻轉裝置120與第二真空製程裝置130之間藉由開關閘門90相互連接。進行製程程序時，第一真空製程裝置110、翻轉裝置120及第二真空製程裝置130可個別作為獨立之進行高真空置程的裝置。

為了達成連續地進行晶片雙面的真空製程，第一真空製程裝置110、翻轉裝置120及第二真空製程裝置130皆包含滾輪輸送單元80，所述滾輪輸送單元80相互對應，用來以製程路徑方向傳輸承載組件70（如「第2A圖」至「第2C圖」所示）。

請參閱「第2A圖」、「第2B圖」與「第2C圖」，「第2A圖」為本發明一實施例承載組件與晶片之爆炸示意圖，「第2B圖」為「第2A圖」之部分放大示意圖，「第2C圖」為組合「第2A圖」之承載組件與晶片之部分放大剖面示意圖。承載組件70包含承載座72、至少一晶片固定板74以及多個鎖固組件76。承載座72用以承載至少一晶片60，且具有多個第一貫穿口73，其中，第一貫穿口73的數量、晶片固定板74的數量與承載座72所承載的晶片60數量相同。在本實施例中，第一貫穿口73的數量、晶片固定板74的數量與承載座72所承載的晶片60數量皆為四個，鎖固組件76可為三十二個，但本實施例並非用以限定本發明，可依據實際需求進行數量的調整。

每一晶片固定板74具有第二貫穿口75，單一晶片60置於承載座72與單一晶片固定板74之間，藉以將每一晶片60的上表面62與下表面64由該些第一貫穿口73之一與第二貫穿口75暴露於外。換句話說，單一第一貫穿口73對應單一晶片60的下表面64，單一第二貫穿口75對應單一晶片60的上表面62。鎖固組件76用以將該些晶片固定板74鎖固於承載座72，使得該些晶片60固定於承載座72與該些晶片固定板74之間。其中，鎖固組件76可包含固定件761與靠抵件762，透過靠抵件762組合該些晶片固定板74與承載座72，再透過固定件761將該些晶片固定板74鎖固於承載座72。本實施例中，固定件761可為但不限於螺絲，但本實施例並非用以限定本發明，可依據實際需求進行鎖固組件76的調整。本發明承載組件70用以固設該些晶片60，使得後續翻轉承載組件70時，該些晶片60不會因翻轉而掉落。

請參閱「第1圖」至「第3A圖」，「第3A圖」為「第1圖」之翻轉裝置的俯視結構示意圖。第一真空製程裝置110用以接收承載組件70，並進行第一真空製程，其中承載組件70承載至少一晶片60。翻轉裝置120用以接收來自第一真空製程裝置110的承載組件70，並利用旋轉驅動單元50翻轉承載組件70。第二真空製程裝置130用以接收來自翻轉裝置120的承載組件70，並進行第二真空製程。

請參閱「第3A圖」與「第3B圖」，「第3B圖」為「第1圖」之翻轉裝置的滾輪輸送單元、壓片滾輪單元與壓力彈簧單元之側視結構示意圖。翻轉裝置120用以翻轉承載組件70，其更可包含另一滾輪輸送單元80，翻轉裝置120的二滾輪輸送單元80彼此相對設置並連接於旋轉驅動單元50，使得承載組件70定位於二滾輪輸送單元80之間，以利翻轉裝置120夾持或傳輸承載組件70。其中，每一滾輪輸送單元80包含多個傳輸滾輪82，在本實施例中，每一滾輪輸送單元80可包含五個傳輸滾輪82，但本實施例並非用以限定本發明，可依據實際需求進行調整。

此外，為了使得翻轉承載組件70時，承載組件70不會因為翻轉而掉落，可進一步夾緊承載組件70，翻轉裝置120更可包含至少一對壓片滾輪單元40，每一壓片滾輪單元40配置於每一滾輪輸送單元80之相鄰二傳輸滾輪82之間，且至少一對壓片滾輪單元40對應設置，翻轉裝置120利用至少一對壓片滾輪單元40進一步夾緊該承載組件，以利翻轉承載組件70。其中，每一壓片滾輪單元40包含多個抵靠滾輪42。在本實施例中，翻轉裝置120可包含二對壓片滾輪單元40，每一壓片滾輪單元40包含二個抵靠滾輪42，但本實施例並非用以限定本發明，可依據實際需求進行調整。

上述傳輸滾輪82與抵靠滾輪42的材質可選自由聚醚醚酮（polyetheretherketone，PEEK）、聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethene，TEFLON）與橡膠所組成的群組。在本實施例中，傳輸滾輪82與抵靠滾輪42的材質可為橡膠，但本實施例並非用以限定本發明，可依據實際需求進行調整。

其中，為了控制至少一對壓片滾輪單元40對承載組件70的夾持力量，翻轉裝置120更可包含至少一對壓力彈簧單元44，連接至少一對壓片滾輪單元40，用以控制至少一對壓片滾輪單元40對承載組件70的夾持力量。其中，單一壓力彈簧單元44對應單一壓片滾輪單元40。在本實施例中，由於翻轉裝置120可包含二對壓片滾輪單元40，因此壓力彈簧單元44的數量亦為二對，但本實施例並非用以限定本發明，可依據實際需求進行調整。

在本實施例中，翻轉裝置120所包含的旋轉驅動單元50，用來以一百八十度翻轉承載組件70。其中，旋轉驅動單元50可為汽缸或馬達，且旋轉驅動單元50的軸封為真空磁流體軸封。因此，翻轉裝置120可於真空環境中翻轉承載組件70。

請參閱「第1圖」，在本實施例中，第一真空製程裝置110具有依序真空連接的預熱腔32與半導體沉積腔34，第一真空製程包含加熱製程與半導體沉積製程，第一真空製程裝置於預熱腔32內對至少一晶片進行加熱製程，於半導體沉積腔34內對至少一晶片的進行半導體沉積製程。其中，預熱腔32與半導體沉積腔34之間利用開關閘門90相互連接，以保持預熱腔32與半導體沉積腔34的真空度及潔淨度，且於加熱製程或半導體沉積製程時，預熱腔32與半導體沉積腔34為個別作為獨立之高真空腔室。

第二真空製程裝置130具有依序真空連接的導電沉積腔22與降溫腔24，第二真空製程包含導電沉積製程與降溫製程，第二真空製程裝置於導電沉積腔22內對至少一晶片進行導電沉積製程，於降溫腔24內對至少一晶片的進行降溫製程。其中，導電沉積腔22與降溫腔24之間利用開關閘門90相互連接，以保持導電沉積腔22與降溫腔24的真空度及潔淨度，且於導電沉積製程或降溫製程時，導電沉積腔22與降溫腔24為個別作為獨立之高真空腔室。

上述實施例之連續式真空製程系統100可用以製作異質接面太陽能電池500（如「第4圖」所示，「第4圖」為異質接面太陽能電池之結構示意圖），其中，異質接面太陽能電池500包含基板502、第一本質半導體層504、P型半導體層506、第二本質半導體層508、N型半導體層510、第一導電層512、第二導電層514、多個第一導電線516與多個第二導電線518。基板502係為N型半導體，第一本質半導體層504與第二本質半導體層508係分別形成於半導體基板502之兩側。P型半導體層506係形成於第一本質半導體層504上，而N型半導體層510係形成於第二本質半導體層508上。透過上述實施例之連續式真空製程系統100可使多個晶片（即基板）於真空環境中連續地進行雙面的半導體層與導電層的沉積，提高半導體層與導電層的品質，進而提升異質接面太陽能電池500的光電轉換效率。

詳細地說，請參閱「第5圖」，「第5圖」為應用本發明連續式真空製程系統製作異質接面太陽能電池之方法流程圖，其步驟包括：固設多個晶片於承載組件，其中每一晶片的上、下表面暴露於外（步驟210）；於預熱腔內加熱該些晶片（步驟220）；於半導體沉積腔內形成第一本質半導體層於每一晶片的上表面上（步驟230）；於半導體沉積腔內形成P型半導體層於每一晶片的第一本質半導體層上（步驟240）；利用翻轉裝置以一百八十度翻轉承載組件（步驟250）﹔於半導體沉積腔內形成第二本質半導體層於每一晶片的下表面上（步驟260）﹔於半導體沉積腔內形成N型半導體層於每一晶片的第二本質半導體層上（步驟270）﹔於導電沉積腔內形成第一導電層於每一晶圓的N型半導體層上（步驟280）﹔利用翻轉裝置以一百八十度翻轉承載組件（步驟290）﹔於導電沉積腔內形成第二導電層於每一晶片的P型半導體層上（步驟292）﹔以及於降溫腔內使該些晶片與承載組件降溫（步驟294）。其中，當於半導體沉積腔34內形成第一本質半導體層504、P型半導體層506、第二本質半導體層508或N型半導體層510後（即形成每一半導體層之後），可將惰性氣體通入半導體沉積腔34，進行氣體清潔動作，避免汙染後續半導體層的生成。透過第一真空製程裝置、翻轉裝置及第二真空製程裝置皆包含的滾輪輸送單元傳輸承載組件與晶片，執行上述步驟，即可使多個晶片於真空環境中連續地進行雙面的半導體層與導電層的沉積。

綜上所述，可知本發明與先前技術之間的差異在於透過依序真空連接的第一真空製程裝置、翻轉裝置與第二真空製程裝置，利用第一真空製程裝置、翻轉裝置與第二真空製程裝置皆具有的滾輪輸送單元以製程路徑方向傳輸承載至少一晶片的承載組件，以及翻轉裝置翻轉承載組件與晶片。藉由此一技術手段可以解決先前技術所存在的問題，進而達成於真空環境中對晶片的雙表面進行連續式真空製程，進而提高半導體元件的性能之技術功效。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

22‧‧‧導電沉積腔

24‧‧‧降溫腔

32‧‧‧預熱腔

34‧‧‧半導體沉積腔

40‧‧‧壓片滾輪單元

42‧‧‧抵靠滾輪

44‧‧‧壓力彈簧單元

50‧‧‧旋轉驅動單元

60‧‧‧晶片

62‧‧‧上表面

64‧‧‧下表面

70‧‧‧承載組件

72‧‧‧承載座

73‧‧‧第一貫穿口

74‧‧‧晶片固定板

75‧‧‧第二貫穿口

76‧‧‧鎖固組件

80‧‧‧滾輪輸送單元

82‧‧‧傳輸滾輪

90‧‧‧開關閘門

100‧‧‧連續式真空製程系統

110‧‧‧第一真空製程裝置

120‧‧‧翻轉裝置

130‧‧‧第二真空製程裝置

500‧‧‧異質接面太陽能電池

502‧‧‧基板

504‧‧‧第一本質半導體層

506‧‧‧P型半導體層

508‧‧‧第二本質半導體層

510‧‧‧N型半導體層

512‧‧‧第一導電層

514‧‧‧第二導電層

516‧‧‧第一導電線

518‧‧‧第二導電線

761‧‧‧固定件

762‧‧‧靠抵件

步驟210‧‧‧固設多個晶片於承載組件，其中每一晶片的上、下表面暴露於外

步驟220‧‧‧預熱腔內加熱該些晶片

步驟230‧‧‧於半導體沉積腔內形成第一本質半導體層於每一晶片的上表面上

驟240‧‧‧於半導體沉積腔內形成P型半導體層於每一晶片的第一本質半導體層上步

步驟250‧‧‧利用翻轉裝置以一百八十度翻轉承載組件

步驟260‧‧‧於半導體沉積腔內形成第二本質半導體層於每一晶片的下表面上

步驟270‧‧‧於半導體沉積腔內形成N型半導體層於每一晶片的第二本質半導體層上

步驟280‧‧‧於導電沉積腔內形成第一導電層於每一晶圓的N型半導體層上

步驟290‧‧‧利用翻轉裝置以一百八十度翻轉承載組件

步驟292‧‧‧於導電沉積腔內形成第二導電層於每一晶片的P型半導體層上

步驟294‧‧‧於降溫腔內使該些晶片與承載組件降溫

第1圖為本發明連續式真空製程系統之一實施例側視示意圖。第2A圖為本發明一實施例承載組件與晶片之爆炸示意圖。第2B圖為第2A圖之部分放大示意圖。第2C圖為組合第2A圖之承載組件與晶片之部分放大剖面示意圖。第3A圖為第1圖之翻轉裝置的俯視結構示意圖。第3B圖為第1圖之翻轉裝置的滾輪輸送單元、壓片滾輪單元與壓力彈簧單元之側視結構示意圖。第4圖為異質接面太陽能電池之結構示意圖第5圖為應用本發明連續式真空製程系統製作異質接面太陽能電池之方法流程圖。

Claims

一種連續式真空製程系統，其包含：一第一真空製程裝置，用以接收一承載組件，並進行一第一真空製程，其中該承載組件承載至少一晶片；一翻轉裝置，真空連接該第一真空製程裝置，用以接收來自該第一真空製程裝置的該承載組件，並利用一旋轉驅動單元翻轉該承載組件﹔以及一第二真空製程裝置，真空連接該翻轉裝置，用以接收來自該翻轉裝置的該承載組件，並進行一第二真空製程；其中，該第一真空製程裝置、該翻轉裝置與該第二真空製程裝置皆包含一滾輪輸送單元，該些滾輪輸送單元相互對應，用來以一製程路徑方向傳輸該承載組件，以使該連續式真空製程系統對該至少一晶片進行一連續式真空製程。
根據申請專利範圍第1項之連續式真空製程系統，其中該翻轉裝置更包含另一滾輪輸送單元，該翻轉裝置的該些滾輪輸送單元彼此相對設置並連接於該旋轉驅動單元，使得該承載組件定位於該些滾輪輸送單元之間，以利該翻轉裝置夾持或傳輸該承載組件。
根據申請專利範圍第2項之連續式真空製程系統，其中該翻轉裝置更包含至少一對壓片滾輪單元，每一該壓片滾輪單元配置於每一該滾輪輸送單元之相鄰二傳輸滾輪之間，且該至少一對壓片滾輪單元對應設置，該翻轉裝置利用該至少一對壓片滾輪單元進一步夾緊該承載組件，以利翻轉該承載組件。
根據申請專利範圍第3項之連續式真空製程系統，其中該翻轉裝置更包含至少一壓力彈簧單元，連接該至少一對壓片滾輪單元，用以控制該至少一對壓片滾輪單元對該承載組件的夾持力量。
根據申請專利範圍第1項之連續式真空製程系統，其中該承載組件包含：一承載座，用以承載該至少一晶片，且具有多個第一貫穿口；至少一晶片固定板，該至少一晶片固定板具有一第二貫穿口，該至少一晶片置於該承載座與該至少一晶片固定板之間，藉以將該至少一晶片的一上表面與一下表面由該些第一貫穿口之一與該第二貫穿口暴露於外，其中該晶片固定板的數量與該承載座承載的該晶片的數量相同﹔以及多個鎖固組件，用以將該至少一晶片固定板鎖固於該承載座，使得該至少一晶片固定於該承載座與該至少一晶片固定板之間。
根據申請專利範圍第1項之連續式真空製程系統，其中該旋轉驅動單元為汽缸或馬達。
根據申請專利範圍第6項之連續式真空製程系統，其中該旋轉驅動單元的軸封為真空磁流體軸封。
根據申請專利範圍第1項之連續式真空製程系統，其中該第一真空製程裝置具有依序真空連接的一預熱腔與一半導體沉積腔，該第一真空製程包含一加熱製程與一半導體沉積製程，該第一真空製程裝置於該預熱腔內對該至少一晶片進行該加熱製程，於該半導體沉積腔內對該至少一晶片的進行該半導體沉積製程。
根據申請專利範圍第1項之連續式真空製程系統，其中該第二真空製程裝置具有依序真空連接的一導電沉積腔與一降溫腔，該第二真空製程包含一導電沉積製程與一降溫製程，該第二真空製程裝置於該導電沉積腔內對該至少一晶片進行該導電沉積製程，於該降溫腔內對該至少一晶片的進行該降溫製程。