一種在線檢測與在線修補薄膜產品晶化率的系統及方法

專利名稱：一種在線檢測與在線修補薄膜產品晶化率的系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種用于在線檢測非晶硅或微晶硅薄膜的晶化率并進行修補的系統
及方法，尤其涉及一種在線檢測與在線修補薄膜產品晶化率的檢測與加工系統及方法。
背景技術：
目前在使用PECVD沉積大面積非晶硅/微晶硅薄膜時，會出現微晶硅本征層的晶 化率高低不均勻的現象，現有的檢測方法是將薄膜切割成小面積的樣品之后，通過拉曼光 譜議進行測試，根據測試結果確定不均勻區域的分布情況，然后再根據這一分布情況對薄 膜進行晶化處理。 現有的晶化處理可以采用激光進行處理。激光晶化處理技術具有結晶速度高、便 于準確定位、退火周期短、無需高真空或惰性氣體保護等特點，在半導體領域中能消除缺陷 修復組織、再結晶及制備與活化摻雜層等。非晶硅薄膜在激光輻照下吸收能量，激發非平衡 的電子_空穴對，非平衡載流子通過熱弛豫把吸收的部分或全部光子能量釋放給晶格，導 致近表層極其迅速的升溫。當激光的能量達到或大于閾值能量密度Ec時，薄膜會發生再結 晶現象。 但是，上述晶化處理只是通過激光熱處理技術對膜層進行小面積或大面積晶化， 并不能在生產中預先檢測得到膜層本身的晶化情況，無法及時得知膜層晶化率的高低以及 晶化率的分布是否均勻，因此，也就不能針對性的對膜層中低晶化率區域進行修補，使其晶 化率提高。目前利用激光進行部分晶化，采用掩模和金屬誘導晶化的方法比較常見，也有利 用激光制備較大晶粒尺寸的晶化半導體膜的方法和裝置。 現有技術中所采用的晶化率檢測方法以及后續的熱處理方法的操作都比較復雜， 無法實時地對產品進行檢測并獲得準確、詳細的晶化率分布結果，只能大致的判斷并進行 熱處理，效果不佳，既浪費產品又延誤生產時間，造成生產成本的增加。

發明內容
為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種在線檢測與在線修補薄膜產品 晶化率的系統及方法，通過對產品(例如大面積非晶硅/微晶硅薄膜)進行拉曼光譜檢測， 得到詳細的晶化率分布結果，并通過對晶化率分布不均勻的區域進行激光晶化處理(激光 退火熱處理)，提高其晶化率，得到晶化率分布均勻的產品。 為達到上述目的，本發明首先提供了一種在線檢測薄膜產品的晶化率分布，并對 不均勻區域進行在線修補的檢測與加工系統，其中，該檢測與加工系統位于傳送帶的上下 兩側，其包括 晶化率檢測單元，所述晶化率檢測單元包括暗室、工作臺和至少一個拉曼光譜檢 測裝置，其中，所述工作臺和拉曼光譜檢測裝置均位于所述暗室中，并且，所述拉曼光譜檢 測裝置固定在傳送帶上方的檢測裝置固定面板上，用于檢測產品； 晶化率分析單元，用于接收所述拉曼光譜檢測裝置的檢測結果，根據檢測結果計算各個采樣點的晶化率，并判斷產品的晶化率分布是否均勻；在實際生產中，可以根據需要 在產品表面選擇一定數量的采樣點，通過檢測各個采樣點的晶化率來得到整個產品的晶化 率分布情況； 激光加工單元，所述激光加工單元包括一激光晶化處理裝置和工作臺，用于根據 晶化率分析單元的判斷結果對產品進行激光晶化處理； 其中，所述工作臺位于傳送帶的下方和側面，用于將由傳送帶傳送到其上方的產 品托起，并帶動產品進行水平運動。 根據本發明的具體技術方案，在實際的使用過程中，上述晶化率檢測單元是設置 在產品傳送帶的上下兩側，以便在生產過程中，對產品(例如大面積非晶硅/微晶硅薄膜 等)進行在線檢測。 在上述檢測與加工系統中，用于檢測的部分均位于暗室中，產品首先在晶化率檢 測單元處進行檢測，然后由傳送帶輸送到激光加工單元處根據需要進行激光晶化處理，激 光加工單元中的激光器可以是單獨的，也可以采用現在常用的激光器陣列；優選地，可以將 多組晶化率檢測單元和激光加工單元在生產線上并列設置或者依次間隔設置，這樣就可以 實現同時對多個產品的晶化率檢測以及激光晶化處理。 在本發明提供的上述檢測與加工系統中，在晶化率檢測單元以及激光加工單元處 均可以設置有工作臺，以實現產品的升降以及水平運動，優選地，該工作臺包括托架、升降 裝置和水平移動裝置；其中，托架用于托舉產品，升降裝置與托架連接，用于帶動托架進行 升降運動，水平移動裝置用于帶動位于托架上的產品進行水平運動。托架以及升降裝置均 位于生產線傳送帶的下側，而水平移動裝置設置在傳送帶上方的側面。當待測產品傳送到 工作臺上方之后，升降裝置帶動托架垂直升起，在升起的同時，托架將產品托舉并脫離傳送 帶；當產品達到用于進行檢測或加工的高度(在檢測時，拉曼光譜檢測裝置的高度固定，托 架將產品托起到拉曼光譜檢測裝置的激光焦點正好落在產品表面的高度；在進行激光晶化 處理時，產品位于適當的高度，形成大小適中的光斑，托架可以進行升降調整，以對光斑尺 寸等進行較大幅度的調整，激光器陣列中的各個激光器的聚光鏡頭可以進行上下伸縮，以 對光斑尺寸進行精細調整或者說小幅度調整)之后，水平移動裝置就帶動產品進行水平運 動，以使晶化率檢測單元實現對產品的檢測，使激光加工單元實現對產品的激光晶化處理。
在上述工作臺中，為了更好地實現各種運動，優選地，所采用的升降裝置可以是一 氣動裝置，通過活塞的升降帶動托架升降；上述水平運動裝置可以是水平設置的推桿、推臂 等裝置，通過不同水平方向的推力推動產品使其在托架表面運動；在托架的表面可以設置 多組滾珠，當產品被托架托起并脫離傳送帶之后，產品位于托架的滾珠上面，在水平推力作 用下，產品可以在滾珠上運動，這樣可以有效降低產品與托架之間的摩擦力，增加水平運動 的靈活性。 在本發明提供的上述的檢測與加工系統中，優選地，所述晶化率檢測單元可以具 有四個拉曼光譜檢測裝置。這四個拉曼光譜檢測裝置可以并排設置，也可以分別位于一個 正方形或者矩形的四個直角位置，當然也可以采取其他的方式。實際生產的檢測過程中，拉 曼光譜檢測裝置可以是固定不同的，可以通過水平移動裝置帶動產品進行水平運動來進行 整個產品表面的檢測，其運動軌跡可以根據實際需要進行選擇，并且在檢測過程中，沿產品 的運動方向每隔一定的距離(例如10-40cm)選取一個采樣點，通過檢測每個采樣點處的晶化率數值，通過匯總分析就可以得到整個產品中晶化率分布的情況。 實際上，本發明所采用的上述拉曼光譜檢測裝置可以是本領域中經常用來進行晶 化率檢測的拉曼光譜設備；為了使其能夠更好地適應在線檢測的要求，可以對其結構進行 改進。 一臺完整的拉曼(Raman)光譜設備一般由激光系統、散射信號采集系統、攝譜儀、顯 微鏡、樣品臺、樣品運動控制系統和暗室等幾部分構成。由于一般拉曼光譜設備的樣品臺的 面積和承重能力有限，因此，在本發明的技術方案中，以用于整個檢測與加工系統的工作臺 予以替代，這樣可以降低實際應用中的使用成本。 由于整個檢測單元都處于暗室之中，因此，拉曼光譜儀自帶的暗室也可以省略。由 于整塊產品都處于工作臺的托架之上，通過水平移動裝置可以使其在水平推力作用下運 動，因此，拉曼光譜設備自帶的樣品臺和樣品運動控制系統也可以省略。本發明提供的檢測 與加工系統是在線檢測與加工系統，產品表面非常光滑和平整，而且在進行檢測時，工作臺 的高度恒定，因此，拉曼光譜設備自帶的顯微鏡也可以省略，通過控制工作臺高度就可以保 證激光的聚焦。因此，優選地，本發明的檢測與加工系統所采用的拉曼光譜檢測裝置包括 激光器、相關光路、散射信號采集器和攝譜儀，其中，激光器、相關光路和散射信號采集器設 置于工作臺上，而攝譜儀可以設置在遠程，通過光纖等把采集到的散射信號發送到攝譜儀 中進行分析，獲取各采樣點的晶化率數據及整塊產品的晶化率分布；可以通過附帶的控制 部件對所采用的拉曼光譜檢測裝置進行控制。對產品進行檢測時，可以使激光聚焦到產品 表面進行(檢測狀態下，激光出口與樣品表面的距離是固定的，激光的焦點均位于樣品表 面)。通過采用上述技術方案，可以有效地減小設備的體積、重量和成本，有利于增加光譜 儀的分布密度，進行快速檢測。晶化率檢測單元可以設有相應的控制裝置，用于控制樣品臺 的升降、水平移動，以及檢測等操作；該控制裝置可以采用目前所常用的具有上述功能的裝 置。 在本發明提供的上述檢測與加工系統中，晶化率分析單元主要是用于接收晶化率 檢測單元檢測到的拉曼光譜(例如圖l所示)，然后對拉曼光譜進行分峰處理(分峰的結果 例如圖2所示)，得到晶化部分(i!c-Si特征峰)和非晶部分(a-Si特征峰)對拉曼光譜的 貢獻，通過計算P c-Si特征峰的包覆面積與總包覆面積(a-Si特征峰和ii c-Si特征峰的 包覆面積之和)的比值得到采樣點的晶化率，然后，對檢測到的各點的晶化率數值進行匯 總分析，判斷整塊產品的晶化率的分布是否均勻。現有技術中凡是能夠實現上述功能的裝 置或者設備均可以用做晶化率分析單元。 在本發明的技術方案中，判斷晶化率分布是否均勻的標準可以有多種，例如，以整 個產品的晶化率中，晶化率的最大值與最小值的差值是否在5%以下(小于或等于5%)為 標準，如果差值在5%以下，則認為其晶化率分布是均勻的，如果超過了 5%，則認為晶化率 分布是不均勻的，具體采用什么標準可以根據實際情況而定。當晶化率分布不均勻時，上述 晶化率分析單元把晶化處理指令發送到激光加工單元，激光加工單元則根據晶化要求，查 詢內置數據列表，找到激光加工的控制參數和工藝參數，然后啟動硬件系統，對產品中晶化 率分布不均勻的區域進行晶化處理；或者，也可以由晶化率分析單元通過訪問內置數據庫 確定控制參數以及工藝參數等之后，將其一并發送到激光加工單元。 在本發明的上述檢測與加工系統中，激光加工單元設有一個激光晶化處理裝置， 用于進行激光晶化處理；優選地，該激光晶化處理裝置可以是一激光器或者多個激光器(例如10-20個)構成的激光器陣列。優選地，激光加工單元處的工作臺可以具有一支架， 上述激光器陣列可以通過一激光器陣列固定面板固定到該支架上。 在檢測和加工過程中，當產品傳送到工作臺上方之后，升降裝置帶動托架垂直升 起，在升起的同時，托架將產品托舉并脫離傳送帶；然后進行加工位置的調整激光器或者 激光器陣列整體固定，通過調節激光輸出功率、出口處的聚光鏡頭的上下伸縮程度以及工 作臺的托架的高度，調整產品表面激光光斑的大小及功率密度等具體工藝參數，焦點距產 品表面的距離取決于焦距和聚光鏡頭距產品表面的距離；當產品達到進行加工的高度之 后，水平移動裝置帶動產品進行水平運動，使產品中需要處理的區域對準激光器或激光器 陣列，以進行激光晶化處理，在進行處理時，水平運動裝置也可以帶動產品進行相應的運 動。激光加工單元也可以設有相應的控制裝置，在對產品進行晶化處理時，可以控制激光鏡 頭的伸縮以及產品的水平運動。 由于脈沖激光的輸出功率在時間分布上的不均勻性(主要是脈沖的上升沿、下降 沿和脈沖峰值)，采用脈沖激光進行晶化處理時必然會引起極為顯著的表面損傷，因此，本 發明采用連續激光進行掃描；優選地，本發明中所采用的激光器(包括激光器陣列中的激 光器)可以為二極管泵浦的Nd:YV03固態激光器或者Nd:YAG激光器等，激光波長為532nm。 激光器的最大輸出功率一般為200W，光斑尺寸為l-4cm，優選為1. 75-3cm。
激光加工單元中的激光器可選擇多級的激光功率，當采用不同的激光功率輻照材 料時，薄膜的晶化率會有不同程度的提高；在沉積大面積硅基薄膜材料時，常常會出現工藝 條件分布不均勻，導致晶化率分布的不均勻，通過上述技術方案可以使晶化率分布得到改 善，而不需讓產品下線檢測，調整工藝。 本發明還提供了一種在線檢測晶化率的檢測與加工方法，其包括
將待檢測的產品傳送到暗室中；
對產品進行拉曼光譜在線檢測； 根據檢測結果確定產品各采樣點的晶化率，并判斷產品晶化率的分布是否均勻； 如果不均勻，則對產品中晶化率分布不均勻的區域進行激光晶化處理。 本發明提供的上述檢測與加工方法可以采用本發明提供的檢測與加工系統進行，
各種工藝參數也可以通過對檢測與加工系統的控制來達到。 本發明提供的上述檢測與加工方法中，關鍵是采用改進的拉曼光譜檢測裝置對大 尺寸產品進行在線檢測，并根據檢測結果通過常規的方法確定產品表面的晶化率分布情 況，同時根據本發明提供的上述判斷標準判斷晶化率的分布是否均勻，如果分布不均勻，則 對相應的區域進行激光晶化處理，提高不均勻區域的晶化率，使晶化率的分布達到均勻的 標準，其中，上述激光晶化處理可以采用固體激光器進行。 在本發明提供的上述檢測與加工方法中，當需要進行激光晶化處理時，首先可以 根據需要進行處理的區域的面積和形狀等選擇合適的光斑尺寸，即光斑直徑；通過調節激 光器的聚光鏡頭的上下伸縮程度以及工作臺的高度來對光斑直徑進行調整，其中，可以通 過調節工作臺的高度來對光斑尺寸進行較大幅度的調整，通過調節激光器的聚光鏡頭的上 下伸縮程度來對光斑尺寸進行微調，優選地，激光的光斑直徑可以控制為l-4cm，更優選地 為1. 75-3cm。 在激光晶化處理過程中，激光功率密度越大，晶化率的最大值越大，因而，采用CN 101705477 A 適當功率密度的激光輻照，可以把產品的晶化率從任意起點提高到任意終點(通常小于 70% );優選地，在激光晶化處理中，激光的功率密度為IX 106W/cm2至3X 106W/cm2。
在激光晶化處理過程中，在功率密度等工藝參數不變的條件下，隨著照射時間的 增加，產品(薄膜)的晶化率先增加后減小，表明輻照時間太短起不到理想的晶化效果，但 是輻照時間過長會使輻照區的溫度持續上升，最終導致薄膜表面因熔化、氧化、蒸發等因素 發生變形和變質，破壞了材料的性能，使晶化率下降；優選地，在激光晶化處理中，當產品托 架的位置以及激光器的聚光鏡頭即產品的離焦距離等調整好之后，可以采用激光器整體固 定不動，產品水平運動的方式進行處理，以對需要晶化的區域進行掃描。產品的水平運動速 度可以控制在5-40cm/s，優選為15-25cm/s，更優選地為20cm/s。
上述各個參數之間的關系可以由以下的式子確定 PD= P，
兀(H-i)Ve 其中，PD為激光功率密度；P。utput為激光的輸出功率；H為待測產品表面與激光出 口之間的垂直距離；1為激光出口與激光焦點之間的距離；h為離焦距離，h = H-l ;光斑半
徑r與離焦距離h之間為正比例關系，比例系數為tge ，tge =r/h， e為光束的發散角。 通過樣品托架的升降運動或者激光鏡頭的上下伸縮運動可以改變H和h的數值，
進而改變光斑尺寸r和輻照區域的功率密度PD，激光的掃描示意圖如圖12所示。 采用連續激光進行輻照時，激光功率密度太小可能達不到要求的晶化率，而功率
密度太高則有可能引起顯著的表面損傷，影響后續工藝的進行，對于需要把晶化率提高到 60%左右的情況，一般采用一次激光晶化處理就可以滿足要求；而優選地，在所要達到的晶 化率比較高(例如大于65% )或者晶化率的提升幅度比較大(例如20-60% )的情況下， 上述激光晶化處理是對產品中晶化率不均勻的區域進行至少一次激光晶化處理，在進行多 次激光晶化處理時，上述激光晶化處理的功率密度逐漸降低，即激光晶化處理可以采用高 低功率密度激光組合進行多次退火的方式進行，具體地，該方式是指對產品中晶化率不均 勻的區域進行至少兩次激光晶化處理，并且，激光晶化處理的功率密度逐漸降低，即后一次 激光晶化處理的功率密度要小于前一次激光晶化處理的功率密度。例如，將晶化率由12% 提高到70%，可以先把晶化率為12%的非晶硅薄膜產品用功率密度為2. 6Xl(fW/cn^連續 激光輻照，使其晶化率提高到61 % ，然后再用功率密度為2. 08 X 106W/cm2的連續激光輻照， 可使其晶化率提高到69%，再用功率密度為1. 56X 106W/cm2的連續激光輻照，使其晶化率 提高到70%。該方法采用較低的功率密度得到了較高的晶化率，避免高功率密度引起表面 損傷。 在激光晶化處理過程中，激光對于產品的處理會形成熱擴散，這容易弓I起產品表 面損傷，同時還會產生邊緣效應，優選地，本發明采用離焦輻照快速掃描的方法，即避開激 光的焦點，使激光焦點高于產品的表面，從而在產品的表面形成較大的光斑。在采用本發明 提供的激光加工系統時，產品托架的高度和激光鏡頭的伸縮度均連續可調，可以通過調節 產品托架的高度(大幅度調整)和激光鏡頭(凸透鏡)的伸縮度(小幅度調整)來調節光 斑尺寸。采用該方法既能增加輻照面積和速度，又能減弱邊緣效應，降低輻照的功率密度， 避免引起表面損傷，提高晶化工藝的質量。
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在本發明所提供的上述系統以及方法中，對于所涉及的檢測結果的分析、晶化率 的計算以及晶化率分布的分析等均可以采用現有的裝置或方法進行。其中，檢測結果的分 析、拉曼光譜譜圖的繪制以及解譜分析、晶化率的計算以及晶化率分布情況的確定等可以 根據現有的利用拉曼光譜儀進行晶化率檢測所采用的方法進行，例如根據常用的計算方法 和公式計算得到，也可以通過目前常用的各種軟件根據拉曼光譜檢測結果計算得到，例如 origin軟件(美國Microcal公司出品)、或者ThermoFisher公司生產的光譜儀所附帶的 軟件等。 當獲得檢測結果之后，根據該檢測結果可以生成拉曼光譜圖(例如圖1所示的光 譜)，通過對該譜圖進行解譜分析并通過計算(解譜分析是拉曼光譜檢測時通常都要進行 的分析計算，主要是分析520cm—1和480cm—1兩個拉曼峰與水平基準線的包覆面積，計算則是 指計算微晶硅的特征峰與水平基準線的包覆面積與原始拉曼光譜與水平基準線的包覆面 積的比值)，可以確定晶化率的大小(晶化率的數值等于微晶硅所占的比例除以微晶硅與 非晶硅所占比例之和)以及整塊產品中晶化率的分布情況，并由此判斷產品的晶化率分布 是否均勻。 下面舉例予以說明薄膜的晶化率通過Raman光譜來表征，檢測設備采用 Renishaw2000系統(英國雷尼紹公司出品)，光源是波長為532nm的Nd: YAG激光器。薄膜 的晶化率由以下公式獲得
厶 Ae
J 520 T J 480 Xc為晶化率，152。和148。是中心分別在520cm—1和480cm—1附近的拉曼峰的面積(具 體數值可以由上述origin軟件計算得出)，其中，中心為520cm—1附近的拉曼峰是晶體硅的 特征峰，位于480cm—1附近的拉曼峰則是非晶硅的約化聲子譜密度，拉曼光譜譜圖如圖l所 示，解譜分析圖如圖2所示，晶體硅拉曼光譜的特征峰(例如圖2中的iic-Si特征峰)位 于520cm—1左右，而非晶硅的特征峰(例如圖2中的a-Si特征峰)位于480cm—1左右，通過 對拉曼光譜進行分峰，分別找出位于520cm—1附近的散射峰和位于480cm—1附近的散射譜帶 與水平基準線之間的包覆面積，并算出晶態散射峰的包覆面積與非晶和微晶包覆面積之和 的百分比，得到材料的晶化率數值，計算得到該處的晶化率為61 % 。 本發明提供的上述檢測與加工系統和檢測與加工方法主要是用于大面積非晶硅 /微晶硅薄膜的晶化率檢測和修補，因此，在本發明中，所有產品均以大面積非晶硅/微晶 硅薄膜(面積一般為2.2X2.6m2，或者1. 1X1.3m2)為例予以說明，但不代表本發明提供的 檢測與加工系統以及檢測與加工方法不適用于其他形式的產品，凡是表面帶有硅材料形成 的、微晶硅或微晶硅與非晶硅復合而成的薄膜產品，本發明的檢測與加工系統和檢測與加 工方法都可以適用，例如多晶硅片的修補等。 本發明提供的上述檢測與加工系統和檢測與加工方法，能夠對晶化率進行在線檢 測，并且通過在線分析檢測膜層晶化率的不均勻區域，能夠針對不均勻區域進行激光晶化 處理，提高晶化率及其均勻性，克服了現有技術中無法及時、準確地檢測晶化率并進行晶化 處理的問題。采用本發明的檢測與加工系統和檢測與加工方法，能夠大大縮短產品的檢測 時間，而且提升產品性能，節約了生產時間，提高了生產效率，同時還大大降低了生產成本，
8有利于獲得晶化率分布均勻一致的微晶硅/非晶硅薄膜等產品'


以下附圖僅旨在于對本發明做示意性說明和解釋，并不限定本發明的范圍。其 中 圖1為拉曼光譜譜圖； 圖2為圖1所示的拉曼光譜譜圖的解譜分析圖； 圖3為實施例1提供的檢測與加工系統的示意圖 圖4為工作臺托舉起待測樣品之前的側視示意圖 圖5為工作臺托舉起待測樣品之后的側視示意圖 圖6為工作臺的俯視示意圖； 圖7為水平推桿的設置方式示意圖； 圖8為激光器整列的設置方式示意圖； 圖9為激光加工單元的整體結構側視示意圖； 圖10為檢測過程中產品的運動軌跡示意圖； 圖11為產品的晶化率分布示意圖； 圖12為激光的掃描示意圖； 圖13為晶化率檢測單元和激光加工單元的設置方式示意圖 圖14為晶化率檢測單元和激光加工單元的設置方式示意圖 圖15為晶化率檢測單元和激光加工單元的設置方式示意圖 圖16為晶化率檢測單元和激光加工單元的設置方式示意圖
具體實施例方式
為了對本發明的技術特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現參照說明書附 圖對本發明的技術方案進行以下詳細說明，但不能理解為對本發明的可實施范圍的限定。
實施例1在線檢測與在線修補薄膜產品晶化率的檢測與加工系統
本實施例提供了一種在線檢測與在線修補薄膜產品晶化率的檢測與加工系統，其 是一種在線檢測薄膜產品晶化率分布并對晶化率分布不均勻區域進行在線的激光修補的 系統，其包括晶化率檢測單元、晶化率分析單元和激光加工單元(或稱晶化率加工單元)， 晶化率檢測單元和激光加工單元設置在生產線的傳送帶上下兩側，二者前后間隔設置，如 圖3所示。其中 晶化率檢測單元包括暗室、工作臺和至少一個拉曼光譜檢測裝置，工作臺和拉曼 光譜檢測裝置設置在暗室中，并且分別位于傳送帶的下側和上側，另外，該晶化率檢測單元 還可以有一控制裝置，以用于控制晶化率檢測單元的各種操作。上述工作臺包括托架、升降 裝置和水平移動裝置，其中，托架和升降裝置位于傳送帶的下方，而水平移動裝置設置在傳 送帶的上方側面，與托架升起的高度相適應，以便帶動產品水平運動。如圖4至6所示，工 作臺的大部分結構位于傳送帶1下方，工作臺上設置有滾珠4，托舉起產品3之后，產品3位 于滾珠4之上；本實施例中所采用的升降裝置為一氣動升降裝置6，其具有一活塞7，該氣動 升降裝置的下端固定，上端與托架2連接，通過活塞的升降來帶動托架進行升降運動；在上述氣動升降裝置6與托架2之間，還可以設置一托架固定和托舉裝置5，以便更好地對樣品架進行固定并帶動其做垂直方向升降；上述水平移動裝置為相互成90。夾角的兩個水平推桿，即X軸方向推桿701和Y軸方向推桿702，分別設置在產品3的兩側面，如圖7所示。
圖4和圖5分別是工作臺托舉起產品之前和之后的側視示意圖。如圖所示，在工作過程中，傳送帶1把產品3輸運到工作臺的正上方，氣動裝置6通過活塞7的上升把托架固定和托舉裝置5向上舉起，使產品3脫離傳送帶1 (如圖5所示)。脫離傳送帶1之后的產品3位于托架2的滾珠4上面，在水平推力作用下，產品可以在滾珠4上做水平運動。圖6是工作臺的俯視示意圖。如圖6所示，托架2與傳送帶1之間為平行交替設置，當托架固定和托舉裝置5上升時，傳送帶1位于托架2之間。 本實施例提供的檢測與加工系統中，晶化率檢測單元包括四個拉曼光譜檢測裝置。這四個拉曼光譜檢測裝置固定在傳送帶上方的檢測裝置面板上，分別位于一個正方形的四個直角處。該拉曼光譜檢測裝置包括激光發生器、散射信號采集器和攝譜儀，其中，攝譜儀通過光纖與散射信號采集器連接。 在本實施例提供的檢測與加工系統中，激光加工單元包括工作臺、半導體泵浦的Nd:YV03固態激光器(激光波長為532nm)陣列以及相應的控制裝置(接受指令并控制激光晶化處理的進行)，以該激光器作為激光源，對產品進行激光晶化處理。該激光器設置在激光器陣列固定面板之上，激光鏡頭可以上下伸縮，以調節激光器的焦點與樣品表面之間的距離，對加工時的光斑尺寸進行微調，進而對功率密度進行微調。其中，激光器陣列的設置方式如圖8所示，多個激光器8設置在激光器陣列固定面板9之上，各個激光器相互獨立，同時在該激光器陣列固定面板9上還設有一分別與各個激光器8相連接的系統總線11，以實現對各個激光器8的集中控制，既可以單獨啟動進行局部掃描，也可以全部啟動進行全局掃描，還可以通過控制裝置進行控制使陣列中的各個激光器按照任意的次序和時間間隔選擇性啟動，配合產品的水平運動，加工任意的尺寸和形狀。激光的掃描痕跡12如圖所示。檢測與加工系統可以通過晶化率分析單元對檢測信號的分析來對激光器發出控制信號。
圖9是本實施例提供的檢測與加工系統中的激光加工單元的整體結構側視示意圖。如圖所示，激光加工單元設置在傳送帶的上方，其中，激光器陣列8設置在工作臺上部(可以設置在一個陣列面板9上，然后將陣列面板9連接到工作臺的支架10上)，通過調整陣列面板9的高度，可以調節激光器陣列8的高度，同時通過調整激光鏡頭的伸縮程度，可以控制激光焦點的位置。對于晶化率檢測單元，其整體結構與圖9所示的激光加工單元的結構類似，只是托架上升的高度是正好使激光的焦點落在產品表面。
實施例2在線檢測與在線修補薄膜產品晶化率的檢測與加工方法
本實施例提供一種在線檢測與在線修補薄膜產品晶化率的檢測與加工方法，其是一種晶化率分布在線檢測和不均勻微區在線修補的方法，其是采用實施例1提供的檢測與加工系統對產品的晶化率進行在線檢測。本實施例所檢測的產品為大面積微晶硅/非晶硅薄膜(用于太陽能電池板)，形狀為矩形；檢測過程包括以下步驟 1、由生產線的傳送帶將產品傳送到檢測與加工系統的暗室中，然后，傳送帶停止； 2、氣動裝置的活塞上升，將托架舉起，托架同時將產品向上舉起，脫離傳送帶，產品進入檢測位置；
3、由水平移動裝置的推桿推動產品在托架表面上水平移動，同時，拉曼光譜檢測裝置對產品進行檢測，激光器向產品表面發射激光，然后由散射信號采集器將收集到的散射光傳送給攝譜儀，由攝譜儀得出檢測結果并傳送給晶化率分析單元；在水平移動過程中，
產品可以按照以下的軌跡移動，如圖io所示，前后左右的方向以傳送帶的前進方向為基準
進行判斷(1)沿對角線向左前方移動1/2對角線長度的距離；(2)向右移動1/2寬度的距離；(3)向左后方移動1/2對角線長度的距離；(4)向右移動1/2寬度的距離；(5)向前移動1/2長度的距離；在檢測的過程中，可以根據需要選擇所需要檢測的采樣點的具體數量，可以沿產品的運動方向每隔10-40cm(優選20-30cm)進行一次檢測，以獲得這一位置的晶化率數值，然后由所有檢測到的晶化率數值組成整個產品表面的晶化率分布情況；檢測完畢之后，托架下降，產品重新落到傳送帶上，并由傳送帶帶離暗室，進入加工位置(激光加工單元處)等待； 4、檢測完畢之后，晶化率分析單元根據檢測結果繪出拉曼光譜圖，并根據該譜圖
計算得出晶化率數值以及在產品表面的分布，然后對晶化率分布是否均勻進行判斷；圖11是產品的晶化率分布示意圖，其中，圓圈圈住的"48"表示該處薄膜的晶化率為48%，而其它區域的晶化率約為66%，48%的晶化率遠低于其他區域，差值明顯超過了 5%，因此，該產品的晶化率分布不均勻，該區域將成為遏制電池板整體效率提升的重要因素，需要通過激光晶化處理以提高其晶化率，消除遏制整體效率提升的"瓶頸"效應；晶化率分析單元根據晶化率分布狀況，可以確定需要進行處理部分的初始晶化率(即檢測到的晶化率)以及目標晶化率(目標晶化率可以取其他不需要處理的部分的晶化率的平均值，也可以取與該平均值最接近的整數，但不限于此)，然后通過訪問內置數據庫(在數據庫中預置有與初始晶化率和目標晶化率所對應的相關的工藝條件和工藝參數)，找出對該部分進行激光晶化處理所需要的各項工藝參數，向激光加工單元發出進行激光晶化處理的指令及各項工藝參數； 5、激光加工單元的控制裝置接收上述指令，并控制進行激光晶化處理首先，氣動裝置的活塞將托架以及產品托起，水平移動裝置帶動產品進行水平移動，使需要處理的區域對準激光器(半導體泵浦的Nd:YV03固態激光器)；然后，根據需要，設定好工藝參數，根據所需要的光斑和功率密度等調整托架的上升高度和激光器的聚光鏡頭的上下伸縮程度。調整好之后，激光器固定不動，產品在水平推桿的帶動下進行水平運動，進行激光晶化處理。產品的水平運動速度控制在20cm/s左右。如果需要獲得較高晶化率(> 70% )，可以采用多次激光晶化處理的方法進行處理。 6、激光晶化處理完成之后，托架下降，產品重新落到傳送帶之上，并由傳送帶帶離加工位置，完成晶化率的檢測和修補。經過檢測激光晶化處理之后，晶化率為48%的區域，其晶化率上升到70%，并且薄膜表面未受到任何損傷。
實施例3 在采用實施例1提供的檢測與加工系統以及實施例2提供的檢測與加工方法在實際生產中進行晶化率在線檢測和局部修補時，可以采用并行流水線結構使晶化率檢測單元和激光加工單元在生產線上順序設置，如圖13所示，晶化率的檢測和加工同時進行，當一個產品完成檢測之后，就進入下一個加工位置等待(如果需要熱處理，則進行熱處理；如果不需要熱處理，則等待下次檢測完成之后被帶離生產線)。各個晶化率檢測單元和激光加工單元也可以共用同一個晶化率分析單元，如圖14所示。
實施例4 在采用實施例1提供的檢測與加工系統以及實施例2提供的檢測與加工方法在實際生產中進行晶化率在線檢測和局部修補時，也可以使晶化率檢測單元和激光加工單元在生產線上按照串聯、并聯相結合的方式予以設置，如圖15和圖16所示，具體設置幾條檢測和加工分支，可以根據實際需要進行，并不限于三條；其中，各個晶化率檢測單元和激光加工單元可以采用類似實施例3所提供的方式與晶化率分析單元連接，這里不再贅述。
當采用如圖15所示的設置方式時，在生產線上，當產品被傳送帶輸送到檢測與加工系統中時，首先被輸送到空閑的晶化率檢測單元處進行檢測，檢測完畢之后，再被輸送到與該晶化率檢測單元相連的激光加工單元進行激光晶化處理。 當采用如圖16所示的設置方式時，在生產線上，當產品被傳送帶輸送到檢測與加工系統中時，將首先被輸送到空閑的晶化率檢測單元處進行檢測，檢測完畢之后，再被輸送到空閑的激光加工單元處進行激光晶化處理。采用這種優選的設置方式，能夠提高檢測和加工的效率。 以上實施例僅用于說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而未脫離本發明技術方案的精神和范圍。
權利要求
一種在線檢測薄膜產品的晶化率分布并對不均勻區域進行在線修補的檢測與加工系統，其中，該檢測與加工系統位于傳送帶的上下兩側，其包括晶化率檢測單元，所述晶化率檢測單元包括暗室、工作臺和至少一個拉曼光譜檢測裝置，其中，所述工作臺和拉曼光譜檢測裝置位于所述暗室中，并且，所述拉曼光譜檢測裝置固定在位于傳送帶上方的檢測裝置固定面板上，用于檢測產品；晶化率分析單元，用于接收所述拉曼光譜檢測裝置的檢測結果，根據檢測結果計算各個采樣點的晶化率，并判斷產品的晶化率分布是否均勻；激光加工單元，所述激光加工單元包括激光晶化處理裝置和工作臺，用于根據晶化率分析單元的判斷結果對產品進行激光晶化處理；其中，所述工作臺位于傳送帶的下方和側面，用于將由傳送帶傳送到其上方的產品托起，并帶動產品進行水平運動。
2. 如權利要求1所述的檢測與加工系統，其中，所述工作臺包括托架、升降裝置和水平 移動裝置，并且，所述托架用于托舉產品，所述升降裝置與所述托架連接，用于帶動所述托 架進行升降運動，所述水平移動裝置用于帶動位于所述托架上的產品進行水平運動。
3. 如權利要求1所述的檢測與加工系統，其中，所述激光加工單元的激光晶化處理裝 置為一激光器或者由多個激光器構成的激光器陣列。
4. 如權利要求3所述的檢測與加工系統，其中，在所述激光加工單元中，所述工作臺具 有一支架，所述激光器陣列通過一激光器陣列固定面板固定到所述支架上，并且，所述激光 器具有一能上下伸縮的聚光鏡頭，用于調節激光光斑的大小。
5. 如權利要求3所述的檢測與加工系統，其中，所述激光器為二極管泵浦的Nd: YV03固 態激光器或Nd:YAG激光器，激光波長為532nm。
6. —種在線檢測晶化率的檢測與加工方法，其中，該檢測與加工方法包括 將待檢測的產品傳送到暗室中； 對產品進行拉曼光譜在線檢測；根據檢測結果確定產品各采樣點的晶化率，并判斷產品晶化率的分布是否均勻； 如果不均勻，則對產品中晶化率分布不均勻的區域進行激光晶化處理。
7. 如權利要求6所述的檢測與加工方法，其中，在所述激光晶化處理中，通過調節激光 器的聚光鏡頭的上下伸縮程度以及工作臺的高度來對光斑直徑進行調整，并且，激光的光 斑直徑控制為l-4cm。
8. 如權利要求6所述的檢測與加工方法，其中，在所述激光晶化處理中，所述激光的功 率密度為1 X 106W/cm2至3 X 106W/cm2。
9. 如權利要求6所述的檢測與加工方法，其中，在所述激光晶化處理中，采用激光器整 體固定而產品運動的方式，并且所述產品的水平運動速度控制為15-25cm/s。
10. 如權利要求6所述的檢測與加工方法，其中，所述激光晶化處理是對產品中晶化率 不均勻的區域進行至少一次激光晶化處理，在進行多次激光晶化處理時，所述激光晶化處 理的功率密度逐漸降低。
全文摘要
本發明涉及一種在線檢測與在線修補薄膜產品晶化率的系統及方法。該檢測與加工系統包括晶化率檢測單元，用于對產品進行拉曼光譜檢測；晶化率分析單元，用于計算晶化率，并判斷晶化率分布是否均勻；激光加工單元，用于根據判斷結果對產品進行激光晶化處理。上述方法包括對產品進行拉曼光譜在線檢測，根據檢測結果確定產品晶化率，并判斷產品晶化率的分布是否均勻；如果不均勻，則進行激光晶化處理。上述系統及方法通過在線分析檢測產品的晶化率的分布，針對不均勻區域進行激光晶化處理，提高其晶化率，使產品的晶化率分布更加均勻。本發明克服了現有技術無法在線檢測產品的晶化率分布并對不均勻區域進行在線修補的問題。
文檔編號H01L21/66GK101705477SQ20091025275
公開日2010年5月12日 申請日期2009年12月9日 優先權日2009年12月9日
發明者張曉勇, 王凌云, 郭鐵 申請人:新奧光伏能源有限公司