TWI498064B - 用於印刷電子元件的印刷方法及相關控制裝置 - Google Patents

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Description

用於印刷電子元件的印刷方法及相關控制裝置
本發明係有關用於印刷電子元件、沉積一或多個印刷軌跡至基板上的印刷方法、以及相關控制裝置。
本發明之實施例係有關以用於沉積一或多個印刷軌跡至基板上之專家系統為基礎的控制方法，或者印刷支撐件例如用於絲網印刷、噴墨印刷、雷射或其它步驟，以例如印刷導電軌跡至晶圓、基板或薄片或矽板上，以處理生產線及製造光電電池、以及相關控制裝置。
特別地，方法係用於利用絲網印刷、噴墨印刷、雷射或其它印刷類型的方式來製造單層或多層圖案、或用以在印刷支撐件上定義物理圖案的工廠。
太陽能電池為將太陽光直接轉換成電能的光電元件。太陽能電池通常製作在矽基板上，其可為單晶或多晶或無定形矽基板。熟知的太陽能電池類型包含矽基板或晶圓，其厚度小於約0.3毫米(mm)且具矽薄層形成在基板的另一區頂部。
例如，用於太陽能電池技藝的印刷方法(例如多層)採行絲網印刷、噴墨印刷或其它已知方式，以例如依預定印刷遮罩，接續沉積相同材料、不同材料、金屬或絕緣層而形成預期電子圖案，其具有細導線、集流器及/或配電線，及/或基板上有絕緣軌跡。
此外，在多層印刷例子中，已知方法提供來高度精確對準印刷站或某一印刷與下一印刷間之各站的遮罩或印刷網，以沉積相等構造之二或多層至基板上，較佳為至彼此頂部而達預定高度。
已知印刷方法的一缺點在於，例如為確保導線的預定導電率，各導線之導電材料與基板之半導體材料間不可能一直獲得最佳接觸表面。
再者，由於各導線具有實質方形或矩形截面，其為同一重疊矩形截面與相關各層的總和，故其總體導電率取決於總層數高度和其寬度。
是以必須避免製造太窄的導線，但此實質上會因各線凸起於基板上的遮蔽區域，導致所製太陽能電池的效率降低。
另外，在此方法中，必須準確控制印刷步驟的操作條件、以及其它每一附屬工作步驟和每一個別操作片段所得結果。
為精確控制操作條件，可使用一連串調整機器參數。
解決方式和方法為眾所周知，其提供控制步驟，其中利用適合的偵測元件，在印刷圖案層至印刷支撐件上之前和之後、或在製造印刷支撐件本身相關的另一工作步驟期間，取得複數個參數，以偵測任何可能誤差。
若測得誤差落在預定或所需容差外，則修改對準構件、印刷頭或其它設備的設定，以達到適當的反饋修正 量讓後續印刷支撐件運作。
此控制方法的缺點在於，需在每次循環開始時調整對準構件、印刷頭和任何其它設備，例如在不同批次印刷支撐件間的片段。
另外，在處理期間，若偵測到所製印刷支撐件缺乏均一性或機器的功能參數不一致，則需重新設定所有的操作參數。
這些缺點造成機器停機時間延長，因而需採用有經驗的操作員，以致生產率不足，並增加製造印刷支撐件的生產成本而導致無效率的生產力。
本發明之目的為達成印刷方法，其能精進在印刷支撐件或基板上的印刷製程，及提高效率和所製太陽能電池的能源性能。
本發明之另一目的為精進控制方法及達成用於印刷圖案至印刷支撐件上的控制裝置，其能縮短機器的停機時間及/或設定操作參數相關的時間。
申請人設計、測試及體現本發明，以克服此技藝的缺點，並獲得這些和其它用途和優點。
本發明由申請專利範圍獨立項闡述及描繪特徵，申請專利範圍附屬項則描述本發明之其它特徵、或主要發明構想的變化例。
根據上述目的，利用印刷構件且依確定印刷圖案，沉積一或多個印刷軌跡至印刷支撐件上的印刷方法包含二或多個印刷步驟，其各自利用印刷構件，例如絲網印刷構件、雷射或噴墨或其它，並依預定印刷輪廓，沉積材料層至印刷支撐件上。
根據本發明，方法包含至少一工作循環，其中在各印刷步驟中，繼第一步驟後，各材料層至少部分沉積於前一印刷步驟印刷的材料層頂部。各印刷材料層相對底下的至少一材料層有預定之印刷輪廓，以便與先前印刷之至少一區域產生接觸區。再者，每一印刷步驟沉積之材料可和前一印刷步驟印刷之材料一樣或不同。
以下，提及印刷或下層，此參照與印刷或層是否緊臨下方無關。
藉此，可製造例如多層導線，其中第一層(接觸印刷支撐件之層)，即基板，是由包含玻化混合物之材料製成，故於高溫加熱處理時，金屬基膠可穿透絕緣層，並容許膠接觸基板而獲得預期接觸電阻。後續層例如由純粹導電或絕緣的材料製成。
玻化混合物可為市場上容易找到的任一材料。
在一實施例中，加熱處理溫度最好為500℃至900℃，較佳約700℃。
再者，由於後續層可依不同印刷輪廓印刷，即使是相對例如橫向尺寸較大的第一層，仍可實質縮減各線凸起於基板上的遮蔽區域，因而提高所製太陽能電池的轉換 效率。
根據本發明之方法提供對準步驟，其在對應之印刷步驟上游進行，其中利用對準構件，相應對準印刷支撐件和印刷構件，以於預定位置印刷對應層。
根據本發明，方法包含偵測步驟，其配合對準步驟，其中利用偵測構件，取得與正在操作之印刷支撐件和相關印刷步驟有關的資訊。
偵測步驟偵測之資料用來命令對準步驟中的對準構件。藉此，可修正印刷構件與正在操作之基板間的對準，以補償偵測誤差或差異、校正印刷構件的功能參數，及修正預期操作與所得間的差異。
其它獲取資料可與環境及/或操作參數有關。
根據本發明一變化例，方法包含至少一印刷步驟，其輸送能蝕刻至少部分印刷支撐件及/或其覆蓋層及/或印刷材料層的切口材料，以定義沉積座而確保改善印刷材料層與基板間的連結。
根據本發明另一變化例，於切口材料之印刷步驟後，方法提供清潔印刷支撐件及/或沉積座之步驟，以於印刷後續材料層前，消除任何殘餘雜質。
本發明之精神和範圍亦涵蓋提供在各印刷步驟間、或其結束時，不論其順序，施行印刷支撐件的其它工作步驟，例如氣態擴散步驟、化學侵蝕步驟、工作控管、測試步驟或其它。
根據本發明一變化例，工作循環包含至少一記憶步 驟，其中利用記憶構件，將偵測步驟取得之資料存入資料庫。再者，方法包含至少一比較步驟，其中利用處理構件，比較存入資料庫之資料與至少一先前工作循環之記憶步驟所記之資料。藉此，可執行對應之對準步驟及/或印刷步驟中可能的修正動作。修正動作包含例如修正印刷支撐件及/或印刷該層或材料層的位置。
本發明一變化例之精神和範圍涵蓋提供在目前正操作之印刷支撐件上，反饋執行修正動作或補償。
根據本發明另一變化例，在隨後將操作之印刷支撐件上，前饋執行修正動作或補償。
根據又一變化例，資料包含印刷材料層前後的印刷支撐件位置。
根據再一變化例，資料還包含印刷層相對一或多個可能前層及/或相對預定參考位置的對準及/或位置。
另一變化例提供：資料包含印刷支撐件相對對應之印刷平面的對準。
又一變化例提供：資料包含與印刷構件位置及/或印刷步驟涉及之所有部件位置有關的可能機械及/或熱偏差或偏移。
根據再一變化例，資料包含印刷步驟期間偵測之操作參數。
根據本發明一變化例，操作參數至少包含印刷步驟涉及之至少一些部件的溫度。
根據另一變化例，操作參數包含印刷步驟涉及之至少 一些部件的機械與氣動工作壓力。
根據本發明又一變化例，資料還包含印刷構件及/或其一些部件所經歷的操作循環次數，包括耗材部件，例如印刷網。
如此，藉由獲取一或多個資料、記憶資料及與先前取得資料相比，可定義個案記錄，其容許更準確又最佳化分析印刷支撐件的操作。處理及比較當可存取記憶資料及偶爾動態設定參數，以修正印刷構件和所有涉及部件的操作條件。
每一循環可施行方法之步驟，以獲得從一印刷到另一印刷間的印刷準確性，並用於印刷多層圖案，其不需操作員介入，即可補償任何例如因組成印刷構件的一或多個部件劣化、或印刷支撐件或印刷支撐件之印刷平面熱膨脹引起的偏差。
此亦容許從第一次印刷起，自動對準印刷構件和印刷支撐件，及防止或至少減少最初裝配時可能的手動操作。故新工作循環開始時、或轉換不同生產批次後，可避免不希望的機器停機時間和機器停機時間不當延長、提高生產率及減少印刷支撐件的最後成本。
根據本發明一變化例，資料係利用偵測構件取得，其可決定印刷前，印刷構件與印刷支撐件的相應位置、及/或印刷後，沉積層相對預期印刷圖案的位置。
根據另一變化例，資料係利用偵測構件取得，其偵測環境及/或印刷支撐件操作時的溫度及/或濕度。
根據又一變化例，資料係利用偵測構件取得，其偵測印刷構件及/或印刷步驟涉及部件相關的壓力或力量或位置。
本發明之精神和範圍涵蓋偵測構件包含偵測器，其偵測印刷支撐件的類型或批次。
參照所附圖式，根據本發明之方法為用於印刷圖案的多層印刷方法，例如絲網印刷多層至印刷支撐件或基板150或晶圓上，其由矽或其它半導體材料組成，且較佳是用於製造太陽能電池之方法。
所附圖式繪示能進行所示方法之控制裝置80的實施例、和本發明實施例相關的基板處理系統或系統100。
裝置80可安插在太陽能電池生產線，特別是利用絲網印刷來製造多層圖案於基板150上。
第1A圖為根據本發明一實施例之系統100的立體視圖。
在此例中，以下將參照導線11之實施例，其用來以毛細方式收集太陽能電池在所有表面進行光電作用所產生的電流，並將其輸送到導電集流器或配電線。
導線11可含金屬，例如鋁(Al)、銀(Ag)、錫(Sn)、鈷(Co)、錸(Rh)、鎳(Ni)、鋅(Zn)、鉛(Pb)、鈀(Pd)、鉬(Mo)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、釩(V)、鎢(W)或鉻(Cr)。在一實例中，導線11為至少部分由含銀(Ag)或錫(Sn)的金屬膠製成。
應理解根據本發明之方法也可用於製造其它導電或絕緣結構。
參照第2及3圖，其中部分導線11顯示沉積在基板150上，方法包含至少二印刷步驟，如下所述，其各自利用印刷站且依預定印刷輪廓，製造相等數量的導電材料層或導線11。印刷步驟可包括網印製程、噴墨印刷製程、微影或毯覆式金屬沉積製程、或其它類似的圖案化金屬製程。
第1B圖為印刷系統或系統100之一實施例的俯看平面視圖，其可配合本發明實施例使用而印刷圖案，例如印刷多層至太陽能電池基板150的表面。
在一實施例中，系統100大致包括二送進輸送器111、致動器組件140、複數個處理巢套131、複數個處理頭102、二送出輸送器112和系統控制器101。送進輸送器111配置成平行處理構造，藉以各自接收來自輸入元件(如輸入輸送器113)的未處理基板150，及將未處理基板150傳送到耦接至致動器組件140的處理巢套131。此外，送出輸送器112經平行配置以各自接收來自處理巢套131的已處理基板150，及將已處理基板150傳送到基板移除元件，例如出口輸送器114。
在一實施例中，每一出口輸送器114適於將已處理基板150傳送通過烤箱199，以利用處理頭102，固化沉積於基板150上的材料。
在本發明之一實施例中，系統100為網印處理系統，處理頭102包括網印部件，其配置以網印圖案化材料層至基板150上。
在另一實施例中，系統100為噴墨印刷處理系統，處理頭102包括噴墨印刷部件，其配置以沉積圖案化材料層至基板150上。在又一實施例中，系統100為處理系統，其在處理頭102中包括材料移除部件，例如用以剝除或蝕刻基板150之一或多個區域的雷射。在其它實施例中，系統100包含其它基板處理模組，其需精確移動及放置基板以供處理。
第1A及1B圖繪示系統100具有二個處理巢套131(設在位置「1」和「3」)，其各自設置來將已處理基板150傳送到送出輸送器112，及接收來自送進輸送器111的未處理基板150。故在系統100中，基板大致依循第1A及1B圖路徑「A」移動。在此構造中，其餘二個處理巢套131(設在位置「2」和「4」)各自設在處理頭102下方，以進行製程(如網印、噴墨印刷、材料移除)處理置於各處理巢套131上的未處理基板150。
此平行處理構造能增加處理容量並有最小的處理系統佔地面積。雖然圖式顯示系統100具有二個處理頭102和四個處理巢套131，但系統100也可包含附加處理頭102及/或處理巢套131，此不脫離本發明之保護範圍。
在一實施例中，送進輸送器111和送出輸送器112包括至少一傳送帶116，其利用與系統控制器101通訊的致動器(未繪示)來支撐及運送基板150至系統100內的預定位置。儘管第1A及1B圖大致繪示二傳送帶型基板傳送系統，然其它類型的傳送機構也可用來進行同樣的基板傳送及定位功能，此不脫離本發明之基本範圍。
在一實施例中，系統100還包括檢視系統200，其適於在進行處理前後定位及檢視基板150。檢視系統200包括一或多個偵測構件或照相機120，其設置以檢視位於第1A及1B圖所示之裝載/卸載位置「1」與「3」的基板150。
檢視系統200一般包括至少一照相機120(如電荷耦合元件(CCD)照相機)和其它電子部件，其能定位、檢視及把結果傳遞到系統控制器101。在一實施例中，檢視系統200找出送入基板150的特定特徵結構位置，並把檢視結果傳遞到系統控制器101來分析基板150的方向和位置，以於處理基板150前，協助精確放置處理頭102下方的基板150。
在一實施例中，檢視系統200檢視基板150，從而將遭破壞或不當處理之基板移出生產線。在一實施例中，處理巢套131含有照燈或其它類似的光輻射元件，其照射放置其上的基板150，以供檢視系統200更易檢視。
系統控制器101協助整體系統100的控制及自動化，且可包括中央處理單元(CPU)或處理子單元25(第10圖)、記憶體128和支援電路(或I/O)(未繪示)。CPU或處理子單元25可為任一型式的電腦處理器，其可用於工業設定來控制不同的腔室製程與硬體(如輸送器、偵測器、馬達、流體輸送硬體等)，及監控系統與腔室製程(如基板位置、製程時間、偵測訊號等)。記憶體128連接CPU或處理子單元25，且可為一或多種容易取得的記憶體，例如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、軟碟、硬碟、或任何其它近端或遠端的數位儲存器。
軟體指令與資料可加以編碼及存入記憶體，用以指示CPU。支援電路亦連接至CPU，以藉由傳統方式支援處理器。支援電路可包括快取、電源、時鐘電路、輸入/輸出電路、次系統等。系統控制器101可讀取的程式(或電腦指令)決定施行於基板的任務。較佳地，程式為系統控制器101可讀取的軟體，其包括至少產生及儲存基板位置資訊的代碼、各種控制部件的移動順序、基板檢視系統資訊、和其任何組合物，此將說明於後。
在一實施例中，用於系統100的二個處理頭102可為取自Applied Materials Italia Srl的傳統網印頭，其適於在網印製程期間，沉積預定圖案之材料至位於位置「2」或「4」之處理巢套131上的基板150表面。在一實施例中，處理頭102包括複數個致動器，例如致動器105(如步進馬達或伺服馬達)，其與系統控制器101通訊，並用來調整設於處理頭102內之網印遮罩(未繪示)相對正在印刷之基板150的位置及/或角向。
在一實施例中，網印遮罩為金屬片或板，其具複數個孔洞、狹縫或其它穿孔貫穿其中，藉以定義圖案及供網印材料配置於基板150的表面。在一實施例中，網印材料包含導電墨水或膠、介電墨水或膠、摻質凝膠、蝕刻凝膠、一或多種遮罩材料、或其它導電或介電材料。
通常，利用致動器105和系統控制器101所接收來自檢視系統200之資訊，可定向網印遮罩，進而使待沉積至基板150表面的網印圖案層自動對準基板150。在一實施例中，處理頭102適於沉積含金屬或含介電質之材料至寬度約125毫米(mm)至156mm、長度約70mm至156mm的太陽能電池基板上。
特別地，在第一印刷步驟中，利用絲網印刷站的第一印刷網或網印遮罩，沉積第一金屬材料之第一層12，以例如最佳化第一層12和線11與半導體材料基板150間的接觸。第一層12依預定印刷輪廓沉積。
第一金屬材料例如包含玻化混合物，故其可穿透絕緣層，並與基板150間有良好的電氣接觸。
做為玻化混合物和絕緣層的材料並無限制，且可為市場上容易取得的任一材料。
第一印刷網符合製造整體待印刷圖案的至少一部分，且具有印刷遮罩來定義以第一層12製造的圖案部分尺寸。
在第二印刷步驟中，利用絲網印刷站的第二印刷網，輸送第二金屬材料而沉積第二層14。如第2及3圖所示，第二層14至少部分沉積在第一層12上。
在此例中，第二印刷網適於依第二印刷輪廓沉積第二層14，其實質類似第一印刷輪廓、但有較小面積且對應該層12的接觸表面。
第二印刷網或網印遮罩設有複數個特徵結構，例如寬度比第一印刷網小的孔洞、狹縫或其它穿孔，以於印刷第二層14後，定義較小面積的接觸表面。第一印刷網的寬度值可為約80微米(μm)至約120μm，第二印刷網的第二印刷網典型寬度值則為約20μm至約40μm，其小於第一印刷網。
第二金屬材料例如不含玻化混合物、而僅純粹由導電材料組成，如此可最佳化層12、14間的電氣接觸電阻和導線11的導電率。
印刷方法繼第二步驟後還提供其它印刷步驟，以例如利用第二網，製造其它金屬層且恰沉積在第二層14的頂部，直到達預定總體厚度，進而依預期電性參數製造導線11。
對準步驟提供在對應印刷步驟的上游，其中利用致動器105，使網印遮罩對準相對基板150，以於預定位置印刷對應層。
印刷方法還提供偵測步驟，其配合對準步驟，其中利用檢視系統200，取得與正在操作之基板150和相關印刷步驟有關的資訊。
應理解印刷步驟可於相等數量的印刷頭102內進行，且各印刷步驟間可進一步提供工作步驟，例如使用乾燥箱或其它適合元件乾燥化沉積層的其它步驟。
乾燥步驟可在鄰接系統100之印刷頭102的乾燥箱(如位置「4」)或烤箱199中進行。可用之烤箱實例更描述於申請人於西元2008年10月4日提出申請之美國專利申請案序號12/274,023，其一併附上供作參考。
在第4A至4E圖中，顯示根據本發明方法之一些工作步驟的操作順序。
在第一印刷步驟中(第4A、4E圖)，依預定及預期印刷輪廓，沉積一層切口膠18至具有絕緣襯層或層16(如氧化層)的半導體材料基板150上。
輪廓經決定而構成例如結晶太陽能電池的圖案化選擇性射極結構。
包含蝕刻凝膠且可用於形成一或多個圖案化層的切口膠實例更描述於共同受讓之美國專利申請案序號12/274,023。
在後續步驟中(第4B、4E圖)，切口膠停留作用一段預定時間，藉以移除/侵蝕絕緣層16的對應部分，從而定義符合切口膠18印刷的印刷座20。材料移除製程可利用蝕刻膠進行，其與絕緣層16反應形成揮發性蝕刻產物。
應理解在切口步驟後，可以已知方式施行清潔步驟，例如利用熟知的乾式或溼式清潔製程，以自印刷座20移除可能雜質或材料殘餘物。
在一實施例中，清潔製程的進行為使用清潔液濕潤基板150的表面。在一實施例中，清潔製程的進行為使用諸如SC1清潔液、SC2清潔液、氫氟酸(HF)持續型清潔液、臭氧水溶液、氫氟酸(HF)與過氧化氫(H2 O2 )溶液等清潔液濕潤基板、或採行其它適合又具成本效益的清潔製程。
在第二印刷步驟中(第4C、4E圖)，依和先前印刷步驟一樣的印刷輪廓，沉積第一金屬膠22，並使膠22沉積至座20內。藉此，可使第一膠22緊黏基板150。如上所述，第一金屬膠22例如包含玻化混合物。
假定有同樣的印刷輪廓高度或輪廓，亦可得到比完成基板低的高度，以定義導線11的保護座。
在第三印刷步驟中(第4D、4E圖)，再次依相同印刷輪廓，沉積第二金屬膠26至第一金屬膠22的正上方。在此例中，第二金屬膠26也可不含任何玻化混合物，而為最佳化形成層和沉積於上之其它層的導電性。第二金屬膠26可只含導電材料，例如銀(Ag)或錫(Sn)。
在第5A至5D圖中，顯示根據本發明不同方法實施例之一些工作步驟的操作順序。
在第一印刷步驟中(第5A圖)，利用第一印刷網且依預定及預期印刷輪廓，沉積摻雜膠28(如含磷膠等)或摻雜墨水至半導體材料基板150上。
摻雜膠28選自市場上容易取得的材料，其濃度則依個案選擇，此為熟諳此技藝者所周知。
在後續步驟中(第5B圖)，實質依沉積摻雜膠28時所得之印刷輪廓，使摻雜膠28擴散到基板150中而定義摻雜部29，並且達預期厚度。擴散步驟例如係利用熱退火製程或其它使摻雜材料於半導體材料基板中擴散的已知製程。
擴散步驟的時間和溫度值乃互相配合調整，且可視情況依材料本性選擇，此為熟諳此技藝者所周知。
在第二印刷步驟中(第5C圖)，利用印刷輪廓寬度比摻雜膠28窄的第二印刷網，沉積第一金屬膠22，以將第一金屬膠22實質沉積在摻雜部29的頂部中間。
在一實施例中，輪廓寬度介於50μm至110μm之間。
在第三印刷步驟中(第5D圖)，利用印刷輪廓寬度比膠22窄的第三印刷網，沉積第二金屬膠26至第一金屬膠22上，以將第二金屬膠26實質沉積在膠22的頂部中間。在此例中，第二金屬膠26也可選擇來最佳化與底下第一膠22間的接觸。
第6及7圖顯示用於製造導線的不同多層印刷實施例，其中如前所述，寬度L1 之第一金屬層12印刷在基板150上，寬度L2 之第二金屬層26實質沉積其上，且寬度L2 大於寬度L1 。在一實施例中，寬度L1 介於30μm至150μm範圍之間。藉此，可於基板150上定義遮蔽部32，其具傾斜遮蔽輪廓，因此比印刷相同寬度之重疊層窄。藉此，可增加參與太陽能轉換的基板實際部分，進而提高太陽能電池的整體性能。
參照第8A-8D圖，其顯示獲得第6及7圖多層印刷的方法，在第一印刷步驟中(第8A圖)，依預定及預期印刷輪廓，沉積一層切口膠18至具有絕緣襯層或層16(如由適合之氧化物或氮化物或犧牲矽層組成)的半導體材料基板150上，以定義寬度L1 之第一層12。
在後續步驟中(第8B圖)，切口膠停留作用一段預定時間，藉以移除/侵蝕絕緣層16的對應部分，從而定義符合切口膠18印刷的印刷座20。
應理解類似前述，在切口步驟後，可以已知方式施行一或多個清潔步驟，例如利用熟知的乾式或溼式清潔製程，以自印刷座20移除可能雜質或材料殘餘物。
在一實施例中，清潔製程的進行為使用清潔液濕潤基板150的表面。在一實施例中，清潔製程的進行為使用諸如SC1清潔液、SC2清潔液、HF持續型清潔液、臭氧水溶液、氫氟酸(HF)與過氧化氫(H2 O2 )溶液等清潔液濕潤基板、或採行其它適合又具成本效益的清潔製程。
在相繼之第二與第三印刷步驟中(第8C圖)，依和第一印刷步驟一樣的印刷輪廓，沉積第一金屬層12，以依寬度L1 之相同印刷輪廓，使層12沉積至座20內，並使第二金屬層14部分沉積在第一層12的頂部且具寬度L2 。
應理解在第三和第四印刷步驟後，可以已知方式施行一或多個加熱步驟來固化及/或穩定層12、14，在此不再贅述。
在第四印刷步驟中(第8D圖)，依實質與製作第二金屬材料層14所用之印刷輪廓呈互補的印刷輪廓，沉積第二層切口膠18a。
在後續步驟中，如前所述，切口膠18a停留作用一段預定時間，藉以移除/侵蝕絕緣層16的所有部分，從而達成第6及7圖之最終印刷構造。
故和最佳化後續之不同材料層印刷步驟所沉積的導線一樣，材料取決於基板150或緊臨下層，其亦可依實質不同的印刷輪廓來形成層，進而提高所製太陽能電池的整體性能及實質減少遮蔽部32。
第10圖為控制裝置80的示意圖，其未提及系統100，而僅說明及部分描繪主要部件。
控制裝置80包含至少一設於印刷站的處理頭(在此例為印刷頭102)、具有處理子單元25與記憶體128的系統控制器101或控制單元、一或多個連結印刷頭102或正在操作之基板150的對準致動器105、偵測構件120、220(如一或多個影像或光學感測器或照相機)、至少一溫度感測器32和至少一濕度感測器33。
有利地，以已知方式將基板150運往印刷站，例如利用傳送帶116朝箭頭「A」指示方向(第1B及10圖)運送。基板150來自裝置80上游的工作步驟。基板150亦可放電，絲網印刷結束時，亦再次利用同一傳送帶116或其它已知運送構件，朝箭頭「U」指示方向(第10圖)運往下游施行的其它工作步驟，例如基板150之功能測試步驟。
所示方法包含多個工作循環，其各自具有一或多個印刷步驟，其中利用印刷頭102，按預定圖案將相等數量 的材料層放置到基板150上。在一實例中，印刷步驟包括促使印刷材料通過印刷頭102之網內形成的預定印刷圖案，其通常稱為絲網印刷製程。
沉積於基板150上之印刷材料可為導電材料層、絕緣材料層或摻雜材料層或其它。
印刷步驟經反覆進行，直到獲得預期圖案，其化學性和物理性為各層物理性和化學性的加總或任意疊加而成獨特性質，例如能依電流大小定義預定導電率。
另外，在各印刷步驟中，利用可得預期結果的構造參數，調節印刷頭102，例如印刷層的厚度、同質性、清晰度或品質。在各印刷步驟中，用來裝配印刷頭102的調節參數包含例如印刷頭102之葉片(未繪示)壓力相關的參數、或待印刷之特殊印刷材料類型相關的參數。
方法包含複數個對準步驟，其各自在對應之印刷步驟上游進行。在各對準步驟中，利用對準致動器105，相應對準正在操作之基板150和印刷頭102，以於預定位置印刷對應層，例如在基板150表面的預定位置或先前印刷層上。
方法包含複數個偵測步驟，其將詳述於後，其中利用偵測構件，取得與基板150和對應印刷步驟有關的資料。
在此例中，方法在印刷60一層至正在操作之基板150上前，提供獲取步驟，其中利用設置對應印刷頭102的影像感測器或照相機120，取得基板150或其特殊部分對應提供之印刷區214的至少一影像。影像經由獲取線路35以適當格式傳遞到系統控制器或控制單元101。
提供方法來獲取一連串參數，其描述印刷頭102於印刷時的行為，例如周遭壓力或溫度、施加至印刷頭102之特殊部件的壓力或力量、氣動系統的條件(若有)等。
例如，已知類型的力量感測器附接致動器，其移動網印葉片。力量感測器連接系統控制器101，故其能偵測每一印刷步驟期間，致動器施予的實際力量，並在後續步驟中，比較其與系統控制器本身設定來驅動致動器的驅動力。在另一實例中，一或多個壓力感測器設在氣動電路或系統的不同位置，以偵測氣動系統不同處的實際壓力，然後比較其與系統控制器101設定的操作壓力。
方法還在印刷62對應層至正在操作之基板150上後，提供獲取步驟，其中利用影像感測器或照相機120，取得基板150或其特殊部分對應提供之印刷區214和實際印刷區218的至少一影像。影像以適當格式傳遞到控制單元101，例如與先前取得影像一致。
方法包含複數個記憶與比較步驟，其中各偵測步驟獲取及傳遞到系統控制器或控制單元101的資料連續地存入記憶體128而產生資料庫。再者，利用處理子單元25，連續比較與正在操作之基板150有關的資料和與正在操作或先前操作之基板150有關且已存入記憶體128的資料。
處理子單元25中的軟體用於比較接收資料和已存入記憶體128的資料，藉以偵測誤差或差異，及邏輯執行正在操作之基板和尚待處理之基板上之可能修正動作。事實上，依據連續比較存入記憶體128之資料與連續偵測之資料的結果，系統控制器101可利用驅動線路37命令對準致動器105，以修正印刷頭102與正在操作之基板150間的相應對準，進而補償偵測誤差或差異，並校正印刷頭102的功能參數，以修正預期操作與所得間的差異。
故控制單元101可反饋處理正在操作之基板及前饋處理隨後將操作之基板，從而監督及命令基板及/或各對應步驟印刷材料層的位置。
因此，連續獲取資料、記憶資料及連續與先前取得資料相比，可建立資料庫，其儲存大量記錄。如此，利用先前處理基板150之儲存資料進行分析，可漸漸改善製程準確性，其可從自身操作經驗獲得一組資訊，並持續改善印刷品質。
例如，比較印刷層之預期位置和實際偵測位置，二者差異可用來修正後續印刷位置。製程應用於每一循環，從而獲得改善從一印刷到另一印刷間的印刷準確性，並且不需操作員介入，即可調適例如因組成印刷頭102之一或多個部件劣化、或基板150及/或基板150之支撐平面熱膨脹引起的可能偏差。
在另一實例中，連續比較絲網印刷製程作用在印刷頭102之葉片(未繪示)上的壓力和設於葉片本身之網接觸部件內一或多個感測器偵測的壓力。作用值與偵測值間的差異經記憶及用來補償致動器為控制印刷頭102之葉片移動所傳送的力量。
在又一實例中，絲網印刷單元印刷的圖案特徵取決於不同參數，例如絲網印刷膠的特殊類型(如導電、介電或摻質膠或墨水)和所用特殊網，如取決於其組成材料，或印刷所經歷的印刷循環次數。
故利用根據本發明之方法，可依裝置80及/或其諸如耗材部件(如絲網印刷網)之一些特殊部件所經歷的操作循環次數、依網的類型(因不同的網會以不同方式老化-彈性隨特殊材料變化-及/或視所用絲網印刷膠而定)，動態調適印刷參數。
因此，可徑從第一次印刷起，相應且實質自動對準印刷頭102與(例如新的一批基板)和正在操作之基板150，以防止或至少減少最初裝配及/或設定對準致動器105與印刷頭102及/或其它部件或設備時可能的手動操作，及避免不希望的機器停機時間和機器停機時間不當延長。此可利用已儲存於先前工作循環或從批次檔預載之資料。
方法提供複數個偵測步驟，其實質連續偵測溫度或濕度64或其它周遭參數。事實上，裝置80提供至少一組溫度及/或濕度感測器32，設置鄰接印刷頭102。此組溫度及/或濕度感測器32包含數位型整合式溼度與溫度感測器，其例如可在整個工業範圍操作。溫度感測器最終可包含更簡易的電子元件，例如正溫度係數(PTC)或負溫度係數(NTC)電阻器，其電氣連接處理子單元25的類比至數位轉換器(ADC)輸入。
感測器32組經由對應之偵測線路35將溫度與濕度值傳遞到控制單元101。在記憶與比較步驟中，這些值亦接連存入記憶體128且與已存入資料庫的資料相比。如此藉由執行適當修正動作、或反饋及前饋補償，可偵測顯著差異，進而偵測及/或預見可能的熱偏移現象。適當修正動作可由下述由系統控制器101之軟體提供並以儲存資料和其與實際偵測資料比較結果為函數的邏輯、及/或供給系統控制器101來執行不同修正動作並以在處理步驟期間收集之實際資料為函數的資訊施行。
本發明之精神和範圍亦涵蓋提供資料設定步驟66，例如記憶存入預定批次檔的特殊工作順序，或者提供動態自動校正步驟68、或動態手動校正步驟(若有必要)，其例如由操作員依需求施行並且存入記憶體128，以當每次依記憶之先前經驗發現有特殊需求時發揮作用。
在絲網印刷機器的特例中，在本發明之精神和範圍內還提供偵測步驟，其包含在印刷前後，例如利用影像感測器220直接偵測、或甚至利用周遭參數(如溫度及/或濕度感測器32組偵測之周遭溫度及/或濕度)間接偵測，以偵測印刷頭102中可能的網偏移及/或偵測機械偏移72。例如，了解網組成材料的溫度/溼度變化曲線，可預見其機械偏移，從而補償及調節網之致動器的傳送力量。
本發明之精神和範圍尚涵蓋提供偵測步驟，其亦包含直接或間接偵測正在操作之基板150的類型，例如利用影像感測器220或其它類型的偵測裝置，例如無線射頻識別器(RFID)。藉此，可以實質自動方式偵測正在操作之基板的類型和批次，並容許依已記憶資訊而近乎自動設定印刷頭102。RFID資訊包括正在操作之基板的特定尺寸和種類、或為特定半導體材料的特殊基板材料。
第11圖為應用到印刷多層特例的流程圖，其顯示印刷、偵測、記憶和比較步驟之連續順序，其中若產生異常誤差或超出預定或容許限制，即讓機器停止，並發送誤差信號通知操作員。
利用本發明之實施例特別有利於雙重及多重印刷軌跡(如突指與匯電條)至基板150上。事實上，多重軌跡的印刷準確性與再現性可由根據本發明之控制方法達成。
本發明之實施例提供太陽能電池形成製程，其包括例如於重摻雜區241上形成金屬觸點，其在基板150的表面251形成預定圖案230。
本發明之實施例提供來印刷摻質膠以決定重摻雜區241、在重摻雜區241上印刷定義寬突指260之寬金屬線、在寬金屬線上印刷定義窄突指260a之窄金屬線(參見第13A及13B圖)，接著印刷匯電條261(第12圖)。
第12圖為基板150之表面251的平面視圖，其具有重摻雜區241和圖案化金屬接觸結構242形成於上，例如突指260和匯電條261。
第13A圖為從第12圖之橫切線13-13截切的側視圖，其繪示重摻雜區241上設有寬金屬突指260的局部表面251。
第13B圖為另一實施例的側視圖，其繪示寬金屬突指260上設有窄金屬突指260a的局部表面251。
諸如突指260、260a、匯電條261之金屬接觸結構形成在重摻雜區241上，因而在二區域間形成高品質之電氣連接。低電阻之穩定觸點為太陽能電池性能的關鍵。重摻雜區241一般包含部分基板150的材料，其內含配置於其中的約0.1原子%或以下之摻質原子。圖案化型重摻雜區241可利用此技藝熟知的傳統微影及離子佈植技術、或傳統介電遮罩及高溫爐擴散技術形成。
然所述印刷方法和控制裝置當可加以修改及/或增加部件及/或步驟，此不脫離本發明之領域和保護範圍。
例如，本發明之精神和範圍亦涵蓋偵測印刷頭102相關的預定操作參數，例如網的彈性或其它流變性、印刷步驟將沉積之實際材料密度。
雖然本發明已以一些特定實例揭露如上，然熟諳此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍內，當可得到眾多其它具申請專利範圍提及特徵的印刷電子元件之印刷方法和相關控制裝置的等效形式，因此本發明之保護範圍視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1-4．．．位置
11．．．導線
12、14、16．．．層
13．．．橫切線
18、18a．．．切口膠
20．．．座
22、26．．．金屬膠
25．．．處理子單元
28．．．摻雜膠
29．．．摻雜部
32．．．遮蔽部
32、33．．．感測器
35、37．．．線路
60．．．印刷
64、72．．．偵測
66、68．．．步驟
80．．．控制裝置
100．．．系統
101．．．控制器
102．．．處理頭
105．．．致動器
111-114．．．輸送器
116．．．傳送帶
120．．．照相機/偵測裝置
128．．．記憶體
131．．．巢套
140．．．致動器組件
150．．．基板
199．．．烤箱
200．．．檢視系統
214、218．．．印刷區
220．．．偵測裝置
230．．．圖案
241．．．重摻雜區
242．．．接觸結構
251．．．表面
260、260a．．．突指
261．．．匯電條
A、U．．．箭頭
L1 、L2 ．．．寬度
本發明之上述和其它特徵在參考較佳實施例說明後，將變得更明顯易懂，其乃配合如附圖式當作非限定實例，其中：
第1A圖為根據本發明一實施例之處理系統的立體視圖；
第1B圖為第1A圖系統的平面視圖；
第2圖為根據本發明之多層印刷方法沉積二材料層後的俯視圖；
第3圖為第2圖的側視圖；
第4A-4D圖為根據本發明之方法的工作步驟示意圖；
第4E圖為根據本發明實施例之操作順序的示意圖；
第5A-5D圖為根據本發明之方法按不同操作順序的工作步驟示意圖；
第6圖為依多層印刷方法沉積二材料層後的側視圖；
第7圖為第6圖的俯視圖；
第8A-8D圖為按操作順序進行第6及7圖印刷的工作步驟示意圖；
第9圖為根據本發明，用於印刷圖案之控制方法的示意圖；
第10圖為根據本發明之控制裝置的俯視圖；
第11圖為根據本發明之控制多層圖案印刷的方法流程圖；
第12圖為根據本發明一實施例之基板表面的平面視圖，其具有重摻雜區和圖案化金屬接觸結構形成於上；
第13A圖為根據本發明一實施例，第12圖所示之部分基板表面的特寫側視圖；
第13B圖為根據本發明另一實施例，第12圖所示之部分基板表面的特寫側視圖。
為助於了解，各圖中相同的元件符號盡可能代表相似的元件。應理解某一實施例的元件和特徵結構當可併入其它實施例，在此不另外詳述。
100．．．系統
101．．．控制器
102．．．處理頭
111-114．．．輸送器
116．．．傳送帶
120．．．照相機
131．．．巢套
140．．．致動器組件
150．．．基板
199．．．烤箱
200．．．檢視系統

Claims (24)

  1. 一種在一基板之一表面上印刷一材料的方法，包含使用一印刷裝置之一第一印刷頭，在該基板之該表面上沉積一第一印刷層，其中沉積之該第一印刷層在該基板之該表面上之一第一印刷圖案中形成複數個第一印刷軌跡；在該第一印刷層之一表面的至少一部分上沉積一第二印刷層；使用一偵測元件偵測在該基板之該表面上的該第一印刷層和該第二印刷層之位置；將偵測到之該第一印刷層和該第二印刷層之位置資訊儲存在一控制單元中；以及使用該控制單元比較在該基板之該表面上之該第一印刷層和該第二印刷層的位置；其中該第一印刷層包含一第一印刷材料，該第一印刷材料包含一導電材料和一玻璃料，且其中該第二印刷層包含一第二印刷材料，該第二印刷材料包含一導電材料。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含：使用一偵測元件偵測該基板之該表面上的該第一印刷軌跡之位置；以及 在該第一印刷層之該表面上沉積該第二印刷層之前，使用一對準元件和從該偵測元件接收之資訊，將該基板之位置與該印刷頭之位置對準。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含：在該基板之該表面上沉積一絕緣層。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在該至少一沉積步驟中傳送一切口材料，其中該切口材料能蝕刻至少部分之該基板及/或其一覆蓋層及/或已沉積之一材料層，以定義一材料層的一沉積座。
  5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中一蝕刻膠被沉積，其中該蝕刻膠包含一材料，該材料選自由一蝕刻劑、一切口膠、及前兩者之組合所組成之群組。
  6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其中在二或多個沉積步驟間，施行該基板的其它工作步驟，該等其他工作步驟包含一及/或另一下列步驟：摻雜材料之氣態擴散、蝕刻步驟、控管步驟、以及檢查步驟。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含：在印刷該第一印刷層和該第二印刷層之前，清潔該基板之該表面，以消除殘餘物。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含：使用由比較該第一印刷層和該第二印刷層之位置而得到之資訊，調整相對於一第二印刷頭之該基板的位置。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含：使用從該控制單元發送出之一訊號，修正相對於該印刷頭之該基板的位置。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含：在一第二基板上沉積一第一印刷層和一第二印刷層之前及之後，使用由比較該第一印刷層和該第二印刷層的位置得到之資訊，調整該第二基板之位置。
  11. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含：在該印刷裝置中決定一參考位置；以及在沉積該第一印刷層和該第二印刷層之前及之後，調整相對於該參考位置之該基板的位置。
  12. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含：對準相對於該印刷頭下的一印刷工作平面之該基板的位置。
  13. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含：在該基板上沉積該第一印刷層和該第二印刷層時或之前，取得配置在該印刷頭周圍之一環境的溫度和濕度資訊。
  14. 如申請專利範圍第13項之方法，進一步包含：使用得到之溫度和濕度資訊，調整該基板之位置。
  15. 一種用於沉積一或多個印刷軌跡(11、12、14、16、18、18a、22、26、28、29、241、260、260a、261)至一基板(150)上的控制裝置，該裝置適以實行如申請專利範圍第1項之方法，該裝置包含印刷構件(102)，其用以沉積二或更多層材料至該基板(150)上，對準構件(105)，其用以相應對準該基板(150)和該印刷構件(102)，以於一預定位置印刷該二或更多層，其中該裝置包含偵測構件(120、200)，其配合該對準構件(105)，用以取得與正在操作之該基板(150)和該等相關印刷步驟有關的資訊而命令該對準構件(105)，藉以修正該印刷構件(102)與正在操作之該基板(150)間的該相應對準。
  16. 如申請專利範圍第15項之裝置，其中該裝置包含一記憶構件(128)，其用以將一取得資料存入一資料庫、以及一處理構件(101)，其用以比較該取得資料和存入資料，以在該對準構件(105)及/或該印刷構件(102)及/或涉 及印刷之其它部件上進行修正動作。
  17. 如申請專利範圍第16項之裝置，其中該記憶構件(128)能記憶該基板(150)於印刷一層之前與之後的一位置。
  18. 如申請專利範圍第16項之裝置，其中該記憶構件(128)能記憶該印刷層相對一或多個可能前層及/或相對多個預定參考位置的對準及/或位置。
  19. 如申請專利範圍第16項之裝置，其中該記憶構件能記憶該基板(150)相對一對應印刷平面的對準。
  20. 如申請專利範圍第16項之裝置，其中該記憶構件(128)能記憶與該印刷構件(102)之位置及/或涉及印刷之所有部件之位置有關的可能機械及/或熱偏差或偏移。
  21. 如申請專利範圍第16項之裝置，其中該記憶構件(128)能記憶在印刷期間偵測之操作參數。
  22. 如申請專利範圍第16項之裝置，其中該記憶構件(128)能記憶該印刷構件(102)及/或其包括耗材部件之一些它們的部件所經歷的操作循環之次數。
  23. 如申請專利範圍第15或16項之裝置，其中該裝置包含一偵測構件(120、200)，其用以決定該印刷構件(102)與該基板(150)的一相應位置、及/或沉積之該等層的位置。
  24. 如申請專利範圍第15或16項之裝置，其中該裝置包含溫度及/或濕度偵測構件(120、200)，其用以獲取環境及/或該基板(150)操作時的溫度及/或濕度。
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