專利名稱：激光材料移除方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明的實施例大致關于光伏特電池的制造。明確地說，本發明的實施例關于依 照所欲圖案激光移除材料層的部分的設備與方法。
背景技術：
太陽能電池是將太陽光直接轉換成電力的光伏特(PV)組件。最常見的太陽能電 池材料為硅，其處于單晶或多晶基材形式，有時稱為晶片。因為形成硅基太陽能電池來產生 電力的分攤成本目前高于利用傳統方法產生電力的成本，樂于可減少形成太陽能電池的成 本。許多方法能夠制造太陽能電池的主動區、鈍化區及導體。然而，上述先前制造方法 與設備存在有許多問題。例如，目前在太陽能電池制造過程中提供激光移除介電與導電層 的部分的方法是耗時且會導致傷害下方基材。因此，需要可在太陽能電池制造過程中移除層的部分且改善基材產量的改良激光 移除技術與設備。
發明內容
本發明的一實施例中，材料移除設備包括第一機器人，設以將具有介電層沉積于 其的第一表面的基材自輸入區傳送至基材運送表面上數個支撐特征結構的一者；顯像系 統，設以偵測基材的實際位置并傳達有關實際位置的信息至系統控制器；第一激光掃描儀， 配置以依所欲圖案移除一部分的介電層；及自動化系統，設以將具有圖案化介電層的基材 自第一激光掃描儀運送至沉積室，該沉積室是設以沉積導電層于介電層上。一實施例中，系 統控制器是設以確定基材的實際位置相對預期位置的偏移，并調整第一機器人或激光掃描 儀任一者以修正該偏移。另一實施例中，激光材料移除方法包括確定沉積于基材上的材料的激光燒蝕閥 值、改變基材位置或激光參數(通過散焦激光)任一者以致由激光散發的光線的一部分以 低于燒蝕閥值照射基材、并燒蝕材料而不傷害下方基材。另一實施例中，激光材料移除方法包括通過聚焦激光散發的光線于沉積于基材上 的介電材料的一區域以熱加壓該區域、并自該區域物理性移除材料而不蒸發材料。本發明的另一實施例中，工藝包括第一機器人，設以將基材自輸入區傳送至基材 運送表面上數個支撐特征結構的一者；顯像系統，設以偵測基材的實際位置并傳達有關實 際位置的信息至系統控制器；第一沉積室，設以沉積介電層于基材上；第一激光掃描儀，設 置以當基材置于基材運送表面上時，依所欲圖案自基材移除介電層的一部分；第二沉積室， 設以沉積導電層于圖案化介電層上；及自動化系統，設以在第一沉積室、第一激光掃描儀與 第二沉積室之間運送基材。一實施例中，系統控制器是設以確定基材的實際位置相對于預 測位置的偏移并調整激光掃描儀以修正偏移。
為了更詳細地了解本發明的上述特征，可參照實施例(某些描繪于附圖中)來理 解本發明簡短概述于上的特定描述。然而，需注意附圖僅描繪本發明的典型實施例而因此 不被視為其的范圍的限制因素，因為本發明可允許其它等效實施例。圖1A-1E描繪太陽能電池基材在工藝工序的不同階段的概要剖面圖，該工藝工序 是用于在太陽能電池的表面上形成接觸結構。圖2描繪用于在太陽能電池上形成接觸結構的工藝工序。圖3A是用于根據本發明一實施例實行工藝工序的設備的概要平面圖。圖:3B是用 于根據本發明另一實施例實行工藝工序的設備的概要平面圖。圖4是根據本發明一實施例固持基材于顯像系統上的機器人的概要側視圖。圖5A是用于根據本發明另一實施例實行工藝工序的設備的概要平面圖。圖5B是用于根據本發明另一實施例實行工藝工序的設備的概要平面圖。圖6是根據本發明一實施例置于基材固持件中的基材的概要側視圖。圖7A是用于根據本發明另一實施例實行工藝工序的設備的概要平面圖。圖7B是用于根據本發明另一實施例實行工藝工序的設備的概要平面圖。圖8是用于根據本發明另一實施例實行工藝工序的設備的概要平面圖。圖9是用于根據本發明另一實施例實行工藝工序的設備的概要平面圖。圖10是激光自該激光沿著一距離傳播光束的概要圖示。圖11是圖10中所示特定位置處光束的高斯強度分布的概要圖示。圖12是根據本發明一實施例于圖10中所示的調整位置處光束的高斯強度分布的 概要圖示。圖13是根據本發明一實施例的熱生成氧化物的熱應力與物理剝離造成激光移除 的一實施例的概要圖示。圖14是根據本發明一實施例通過等離子增強化學氣相沉積(PECVD)沉積的氧化 硅的熱應力與物理剝離造成激光移除的一實施例的概要圖示。
具體實施例方式本發明的實施例大致提供在太陽能電池制造中利用激光的材料移除方法與設備。 一實施例中，提供一設備，其可依照所欲圖案準確地移除沉積于太陽能電池基材上的介電 層的部分，并沉積導電層于圖案化介電層上。一實施例中，該設備亦依所欲圖案移除導電層 的部分。某些實施例中，提供透過激光移除材料的一部分而不傷害下方基材的方法。一實 施例中，光束的強度分布經調整以致形成于基材表面上的光斑中最大與最小強度之間的差 異減少至最理想的范圍。一實例中，基材經配置以致降低基材中心處相對周邊的尖峰強度。 一實施例中，改善脈沖能量以提供介電層的所欲部分的熱應力與物理剝離。圖1A-1E描述太陽能電池基材110在工藝工序的不同階段過程中的示意性剖面 圖，該工藝工序是用以于太陽能電池100的表面上形成接觸結構。圖2描述用以于太陽能 電池上形成接觸結構的工藝工序200。參照圖1A，太陽能電池基材110具有正面101與背面120。一實施例中，基材110 包括單晶娃、多晶娃(multicrystalline silicon)或多晶娃(polycrystalline silicon)。其它實施例中，基材110可包括有機材料、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)、碲化鎘(CdTe)、硫化鎘 (CdS)、銅銦鎵硒(CIGS)、銅銦硒(Cdr^e2)或磷化銦鎵(GaInP2)以及異接面電池(諸如， GalnP/GaAs/Ge或S^e/GaAs/Ge)，其是用以將太陽能轉換成電力。步驟202，如圖IA所示，介電層111是形成于基材110的背面120上。一實施例 中，介電層111是形成于含硅基材的表面120上的氧化硅層，例如二氧化硅層。一實施例 中，介電層111是氮化硅層、氧氮化硅層、碳化硅層、氧碳化硅層或其它相似類型的層。介電 層111可利用傳統氧化處理加以形成，諸如爐管退火處理、快速熱氧化處理、常壓或低壓化 學氣相沉積(CVD)處理、等離子增強CVD處理、物理氣相沉積(PVD)處理、蒸發處理、噴涂式 處理、旋轉式處理、卷繞式處理、網版印刷處理或另一相似沉積處理。一實施例中，介電層111為厚度介于約50 A與約3000 A之間的二氧化硅層。另 一實施例中，介電層111為厚度小于約2000 A的二氧化硅層。一實施例中，介電層111為 厚度介于約100 A與約1000 A之間的氮化硅層。另一實施例中，介電層ill包括多層薄膜 堆棧，諸如氧化硅/氮化硅層堆棧、非晶硅/氧化硅層堆棧或非晶硅/氮化硅層堆棧。一實 施例中，氧化硅層厚度介于約20 A與約3000 A之間，而氮化硅層厚度介于約100 A與約 1000 A之間。一實施例中，非晶硅層厚度介于約30 A與約100 A之間，而氧化硅層厚度介 于約100 A與約3000 A之間。一實施例中，非晶硅層厚度介于約30 A與約100 A之間，而 氮化硅層厚度介于約100 A與約1000A之間。步驟204，基材110的背面120的區域125如圖IB所示般暴露。一實施例中，通過 利用一或更多激光裝置190移除介電層111的部分來暴露區域125。一實施例中，激光裝置 190是固態激光，諸如Nd: YAG激光、Nd: YVO4激光或光纖激光。利用一或更多激光移除介電 層111的方法是接著描述于名稱為“激光移除方法”的段落中。步驟206，如圖IC所示，導電層114是沉積于基材110的背面120的介電層111 上。導電層114透過基材110的背面120上的暴露區域125電連接至基材110。一實施例 中，形成的導電層114厚度介于約500 A與約500,000 A之間，且含有金屬，諸如銅(⑶)、 銀(Ag)、錫(Sn)、鈷(Co)、錸(Rh)、鎳(Ni)、鋅(Zn)、鉛(Pb)、與 / 或鋁(Al)。一實施例中， 導電層114為通過PVD處理或蒸發處理形成的鋁(Al)層。一實施例中，導電層114包括兩 層，其通過PVD處理或蒸發處理首先沉積鋁(Al)層并接著通過PVD處理沉積鎳釩(NiV)覆 蓋層而加以形成。在導電層114施加于指叉完全背接觸太陽能電池結構上的實施例中，樂見圖案化 沉積的導電層114以形成隔離區域。上述實施例中，執行步驟208，如圖ID所示。一實施例 中，通過利用相同或另一激光裝置190自區域130中的導電層114移除材料來形成導電特 征結構115與116，其各自電連接至形成于基材110中的主動區域。一實施例中，導電特征 結構115是電接觸基材110中的ρ-型摻雜區141，而導電特征結構116是電接觸形成于基 材110中的η-型摻雜區142，兩者形成太陽能電池100的主動區的部分。接著，可執行不同處理步驟以制備與/或紋理化基材的正面101，如圖IE所示。一 實施例中，在已經形成太陽能電池后，正面101是適以接收太陽光。一實例中，正面101經 紋理化并接著利用噴涂式或氣相高溫擴散處理任一者選擇性摻雜。接著通過沉積抗反射 (ARC)層119(例如，氮化硅)來鈍化正面101。一實施例中，具有一或更多主動層118(例 如，ρ-型基材上的i-n類型層)的異接面類型太陽能電池結構形成于紋理化正面101上。一實施例中，在實施工藝工序200之前實施正面101的制備。一實施例中，在制備正面101 之后，可利用傳統處理于其上形成一或更多導電正面接觸配線(未顯示)以形成太陽能電 池100的正面接觸結構。一實施例中，利用一或更多激光裝置(例如，上述的激光裝置190)移除配置于基 材Iio的正面101上的一或更多層的部分。移除鈍化與/或ARC層的方法隨后描述于名稱 為“激光移除方法”的段落中。一實例中，接著將一或更多導電正面接觸配線(或指狀物) 沉積于激光移除處理所暴露的區域上。接著，一或更多導電正面接觸配線可經進一步處理 以確保所欲的電連接透過基材110的正面101上的暴露區域形成至基材110。一實施例中， 一或更多導電正面接觸配線包含金屬，諸如銅(Cu)、銀(Ag)、錫(Sn)、鈷(Co)、錸(1 )、鎳 (Ni)、鋅(Zn)、鉛(Pb)、與 / 或鋁(Al)。圖3A是根據本發明一實施例執行步驟204-208的設備300A的示意性平面圖。圖 3B是根據本發明另一實施例執行步驟204-208的設備300B的示意性平面圖。一實施例中， 具有介電層111沉積于其的背面120上的基材110透過進入輸送器310傳送進入接收區 320。一實施例中，基材110個別傳送于進入輸送器310上。另一實施例中，基材110是以 匣傳送。另一實施例中，基材110是以堆棧盒傳送。一實施例中，一但各個基材110運送進 入接收區320后，運送機器人330自接收區320收回各個基材110并固持基材110于顯像 系統340上。圖4是機器人330固持基材110于顯像系統340上的示意性側面圖。一實施例中， 顯像系統340包括向上觀察檢測裝置342、照明源344與激光掃描儀346。一實施例中，檢測 裝置342是照相機，諸如彩色或黑白照相機。一實施例中，照明源344是發光二極管(LED) 源，其設以在特定波長范圍散發光線。另一實施例中，照明源344包括寬帶帶燈與一或更多 過濾器(未顯示)，用以散發所欲波長光線朝向基材110。一實施例中，激光掃描儀346包 括固態激光，例如先前描述的激光裝置190。一實施例中，檢測裝置342、照明源344與激光 掃描儀346是連通于系統控制器301。系統控制器301促進整體設備300A或300B的控制與自動化，并可包括中央處理 單元(CPU)(未顯示)、內存(未顯示)與支持電路(或I/O)(未顯示)。CPU可為用于工業 設定的任何形式計算機處理器的一者，以控制不同的腔室處理與硬件(諸如，輸送器、光學 檢測組件、馬達、流體輸送硬件等)并監控系統與腔室處理(諸如，基材位置、工藝時間、偵 測器信號等)。內存是連接至CPU，并可為輕易取得內存的一或多者，諸如本地或遠程的隨 機存取內存(RAM)、只讀存儲器(ROM)、軟盤、硬盤或任何其它形式的數字儲存器。軟件指令 與數據可經編碼并儲存與內存中以指示CPU。支持電路亦連接至CPU用傳統方式支持處理 器。支持電路可包括快取區(cache)、電源、計時電路、輸入/輸出電路系統、子系統等等。 系統控制器301可讀取的程序(或計算機指令)確定哪個工作可執行于基材上。程序最好 為系統控制器301可讀取的軟件，其包括編碼以產生并儲存至少基材位置信息、不同受控 部件的移動順序、基材光學檢測系統信息及上述的任何組合。一實施例中，當機器人330固持基材110于顯像系統340上時，檢測裝置342與照 明源344配合系統控制器301作用來確定基材110相對激光掃描儀346的準確位置。該測 量接著用來相對激光掃描儀346準確地排列基材110以進行激光圖案化。一實施例中，該 測量是用來相對基材110準確地排列激光掃描儀346以進行激光圖案化。接著，激光掃描儀346根據上述的步驟204依所欲圖案移除介電層111的部分。圖案化之后，在進一步處 理之前可通過檢測裝置342檢查基材110的圖案化表面。 另一實施例中，顯像系統340是位于接收區320中。此實施例中，照明源344可位 于基材Iio的一側而檢測裝置342可位于基材110的相對側。例如，檢測裝置342可位于 基材110上方，而照明源344則位于基材110下方。此實施例中，照明源344可提供背側照 明而檢測裝置342捕獲基材110的影像并傳達這些影像至系統控制器301。
再度參照圖3，機器人330接著將圖案化基材110置入基材運送表面350上的特定 特征結構352中。一實施例中，特征結構352是穴部而基材運送表面350為基材載體。另一 實施例中，特征結構352是支撐組件而基材運送表面350包括數個橫向臂于基材搬運機器 人上。另一實施例中，特征結構352是支撐組件或穴部，而基材運送表面350是自動化系統 381的平臺部分，例如基材輸送器的上表面。在基材運送表面350的每個特征結構352裝填 有圖案化基材110之后，基材110是透過自動化系統381運送進入沉積室360，諸如PVD室 或蒸發室。一實施例中，自動化系統381包括滾軸(未顯示)與致動器(未顯示)用以線 性移動基材運送表面350上的基材110。一實施例中，自動化系統381是基材搬運機器人。 沉積室360中，導電層114是根據上述的步驟206而沉積于圖案化介電層111上。一實施例中，在沉積導電層114之后，基材110透過自動化系統381在基材運送表 面350上運送離開沉積室360。此時，相同或另一機器人330可移動個別基材110離開其各 自的特征結構352并固持其于相同或另一顯像系統340上。一實施例中，再度通過檢測裝 置342與照明源344搭配系統控制器301來確定基材110的準確位置。此測量接著可用來 相對激光掃描儀346準確地排列基材110或相對基材110準確地排列激光掃描儀346，以根 據上述的步驟208激光圖案化導電層114。一實施例中，接著通過顯像系統340檢查圖案 化的導電層114。機器人330接著將基材110置入離開區370，在此基材接著在離開輸送器 380上運送離開設備300A或300B。圖3A與圖;3B中描述的實施例提供基材110的層上激光圖案的極度準確配置，因 為每一個別基材110是相對激光掃描儀346的坐標系統而定位。此實施例亦允許相當簡單 的激光頭設計，因為激光操作區域局限于單一基材110的大小。此外，將基材破損的可能性 降至最小，因為各個基材僅通過機器人340在沉積室360的沉積前側面移動一次與在沉積 室360的沉積后側面移動一次。圖5A是根據本發明另一實施例執行步驟204-208的設備500A的示意性平面圖。 圖5B是根據本發明另一實施例執行步驟204-208的設備500B的示意性平面圖。一實施例 中，具有介電層111沉積于其的背面120上的基材110透過進入輸送器510傳送進入接收 區520。一實施例中，基材110是個別傳送于進入輸送器510上。另一實施例中，基材110 是以匣傳送。另一實施例中，基材110是以堆棧盒傳送。一實施例中，顯像系統540是位于接收區520中。此實施例中，照明源544可位于 基材Iio的一側而檢測裝置542可位于基材110的相對側。例如，檢測裝置542可位于基 材110上方，而照明源544則位于基材110下方。此實施例中，照明源544可提供背側照明 而檢測裝置542捕獲基材110的影像并傳達這些影像至系統控制器301。一實施例中，檢測 裝置542與照明源544配合系統控制器301作用以確定基材110的準確位置。一實施例中，一但每一個別基材110輸送進入接收區520后，運送機器人530自接收區520收回基材110并利用有關基材110位置的信息固持基材110于基材固持件541上。 圖6是基材110置于基材固持件541中的示意性側視圖。一實施例中，當提供介電層111于 基材110向下的側面上時，基材固持件541包括基材穴部548與位于基材穴部548下方的 激光掃描儀M6。一實施例中，介電層111提供于基材110向上的一側面上，則激光掃描儀 546是位于基材穴部548的上方。一實施例中，激光掃描儀546包括固態激光，例如激光裝 置190。一實施例中，激光掃描儀546接著根據上述的步驟204依所欲圖案移除介電層111 的部分。一實施例中，當一基材110正在基材固持件541的一基材穴部548中圖案化時，可 自相鄰基材穴部548移除另一(已經圖案化)基材110與/或將第三基材110裝載于相鄰 基材穴部548上。一實施例中，基材固持件541可進一步包括檢測裝置542與照明源M4， 以檢查基材110的圖案化表面。再度參照圖5A與圖5B，機器人530接著將圖案化基材110置入基材運送表面550 上的特定特征結構陽2中。一實施例中，特征結構552是穴部而基材運送表面550為基材 載體。另一實施例中，特征結構552是支撐組件而基材運送表面550包括數個橫向臂于基 材搬運機器人上。另一實施例中，特征結構552是支撐組件或穴部，而基材運送表面550是 自動化系統581的平臺部分，例如基材輸送器的上表面。在基材運送表面550的每個特征 結構552裝填有圖案化基材110之后，基材110透過自動化系統581運送進入沉積室560， 諸如PVD室或蒸發室。一實施例中，自動化系統581包括滾軸(未顯示)與致動器(未顯 示)用以線性移動基材運送表面550上的基材110。一實施例中，自動化系統581是基材搬 運機器人。接著，導電層114是根據上述的步驟206而沉積于圖案化介電層111上。一實施例中，在沉積導電層114之后，基材110是運送離開沉積室560。此時，相同 或另一機器人530可移動個別基材110離開其各自的特征結構552并將其置于相同或另一 基材固持件Ml中。接著，激光掃描儀546根據上述的步驟208而激光圖案化導電層114。 一實施例中，檢測裝置542與照明源544可用來檢查圖案化的導電層114。一實施例中，機 器人530接著將基材110置入離開區570，在此基材接著在離開輸送器580上運送離開設備 500A 或 500B。圖5A與圖5B中描述的實施例提供基材110的層上激光圖案的極度準確配置，因 為每一個別基材110是相對激光掃描儀546的坐標系統而定位。此實施例亦允許相當簡單 的激光頭設計，因為激光操作區域局限于單一基材110的大小。此外，可達成設備500A或 500B的基材110產量的增加，因為機器人530可負載/卸載一基材110同時相鄰基材110 正被激光圖案化。圖7A是根據本發明另一實施例執行步驟204-208的設備700A的示意性平面圖。 圖7B是根據本發明另一實施例執行步驟204-208的設備700B的示意性平面圖。一實施例 中，具有介電層111沉積于其的背面120上的基材110透過進入輸送器710傳送進入接收 區720。一實施例中，基材110是個別傳送于進入輸送器710上。另一實施例中，基材110 是以匣傳送。另一實施例中，基材110是以堆棧盒傳送。一實施例中，顯像系統740是位于 接收區720中。此實施例中，照明源744可位于基材110的一側而檢測裝置742可位于基 材110的相對側。例如，檢測裝置742可位于基材110上方，而照明源744則位于基材110 下方。此實施例中，照明源744可提供背側照明而檢測裝置742捕獲基材110的影像并傳 達這些影像至系統控制器301以確定基材110相對預期位置的準確位置。
另一實施例中，一但各個基材110運送進入接收區720后，運送機器人730自接收 區720收回各個基材110并固持基材110于顯像系統740上。一實施例中，當機器人730 固持基材110于顯像系統740上時，顯像系統740配合系統控制器301作用以確定基材110 相對預期位置的準確位置。接著，該測量可用來準確地將基材110置入基材運送表面750上的特定特征結構 752。一實施例中，特征結構752是穴部而基材運送表面750為基材載體。另一實施例中， 特征結構752是支撐組件而基材運送表面750包括數個橫向臂于基材搬運機器人上。另一 實施例中，特征結構752是支撐組件或穴部，而基材運送表面750是自動化系統781的平臺 部分，例如基材輸送器的上表面。一實施例中，自動化系統781包括滾軸(未顯示)與致動 器(未顯示)用以線性移動基材運送表面750上的基材110。一實施例中，自動化系統781 是基材搬運機器人。在基材運送表面750的每個特征結構752裝填有圖案化基材110之后，基材110 是透過自動化系統781運送于激光掃描儀746上(介電層111是提供于基材110向下側面 上的實施例中)或激光掃描儀746下(介電層111是提供于基材110向上側面上的實施例 中)，以依照上述的步驟204根據所欲圖案移除置于基材運送表面750上的各個基材110的 介電層111的部分。一實施例中，激光掃描儀746包括固態激光，例如激光裝置190。一實 施例中，激光掃描儀746是設以在Y方向中移動。上述實施例中，基材110 —次標志一列， 透過自動化系統781經過激光掃描儀746以在各個列中圖案化各自基材110。另一實施例 中，激光掃描儀746是設以在X與Y方向中移動。一實施例中，設備700A或700B包括顯像系統790以確定基材運送表面750相對 激光掃描儀746的準確定位。一實施例中，利用顯像系統790與一或更多形成于基材運送 表面750上的基準點來確定基材運送表面750的確切位置。顯像系統790包括偵測器，其 配置以查看基材運送表面750上發現的基準點。接著可通過系統控制器301確定基材運送 表面750相對激光掃描儀746的已知位置的位置與角度方向。接著可利用此偏移來準確地 配置激光掃描儀746以圖案化各個基材110的介電層111。此外，顯像系統790可用于檢查 各個基材110的圖案化介電層111。一實施例中，圖案化各個基材110的介電層111后，透過自動化系統781將基材運 送進入沉積室760，諸如PVD室或蒸發室。沉積室760中，根據上述的步驟206將導電層114 沉積于各個基材110的圖案化介電層111上。一實施例中，在將導電層114沉積于各個基材110上之后，透過自動化系統781將 基材110運送離開沉積室760。一實施例中，另一激光掃描儀746接著根據上述的步驟208 圖案化各個基材110的導電層114。此時，相同或另一機器人730可移動各個基材110離開其各自特征結構752并將 基材110置入離開區770，在此基材接著在離開輸送器780上運送離開設備700A或700B。圖7A與圖7B中描述的實施例提供基材110的層上激光圖案的極度準確配置，因 為每一個別基材110是相對激光掃描儀746的坐標系統而定位與/或各個基材運送表面 750是相對激光掃描儀746的坐標系統而定位。此外，圖7A與圖7B的實施例不會影響運送 機器人730的基材產量，因為所有的圖案化處理是在基材110的負載后與/或卸載前執行。圖8是根據本發明一實施例執行步驟202-208的設備800的示意性平面圖。一實施例中，透過進入輸送器810將基材110運送進入接收區820。一實施例中，基材110是個 別傳送于進入輸送器810上。另一實施例中，基材110是以匣傳送。另一實施例中，基材 110是以堆棧盒傳送。一實施例中，顯像系統840是位于接收區820中。此實施例中，照明 源844可位于基材110的一側而檢測裝置842可位于基材110的相對側。例如，檢測裝置 842可位于基材110上方，而照明源844則位于基材110下方。此實施例中，照明源844可 提供背側照明而檢測裝置842捕獲基材110的影像并傳達這些影像至系統控制器301以確 定基材110相對預期位置的準確位置。接著，該測量可用來準確地將基材110置入基材運送表面850上的特定特征結構 852。一實施例中，特征結構852是穴部而基材運送表面850為基材載體。另一實施例中， 特征結構852是支撐組件或穴部，而基材運送表面850是自動化系統881的平臺部分，例如 基材輸送器的上表面。在基材運送表面850的每個特征結構852裝填有圖案化基材110之后，基材110 是透過自動化系統881運送進入沉積室855，諸如CVD室或PVD室。一實施例中，自動化系 統881包括滾軸(未顯示)與致動器(未顯示)用以線性移動基材運送表面850上的基材 110。沉積室855中，介電層111是沉積于各個基材110的背面120上。在沉積介電層111之后，將基材運送至激光掃描儀846以依照上述的步驟204根 據所欲圖案移除置于基材運送表面850上的各個基材110的介電層111的部分。一實施例 中，激光掃描儀846包括固態激光，例如激光裝置190。一實施例中，激光掃描儀846是設 以在Y方向中移動。上述實施例中，基材110—次標志一列，透過自動化系統881經過激光 掃描儀846以在各個列中圖案化各自基材110。另一實施例中，激光掃描儀846是設以在X 與Y方向中移動。一實施例中，設備800包括顯像系統890以確定基材運送表面850相對激光掃描 儀846的準確定位。一實施例中，利用顯像系統890與一或更多形成于基材運送表面850 上的基準點來確定基材運送表面850的確切位置。顯像系統890包括偵測器，其配置以查 看基材運送表面850上發現的基準點。接著可通過系統控制器301確定基材運送表面850 相對激光掃描儀846的已知位置的位置與角度方向。接著可利用此偏移來準確地配置激光 掃描儀846以圖案化各個基材110的介電層111。此外，顯像系統890可用于檢查各個基材 110的圖案化介電層111。一實施例中，圖案化各個基材110的介電層111后，透過自動化系統881將基材運 送進入沉積室860，諸如PVD室或蒸發室。沉積室860中，根據上述的步驟206將導電層114 沉積于各個基材110的圖案化介電層111上。一實施例中，在將導電層114沉積于各個基材110上之后，透過自動化系統881將 基材110運送離開沉積室860。一實施例中，另一激光掃描儀846接著根據上述的步驟208 圖案化各個基材110的導電層114。此時，另一機器人830可移動各個基材110離開其各自特征結構852并將基材110 置入離開區870，在此基材接著在離開輸送器880上運送離開設備800。圖9是根據本發明一實施例執行步驟202-208的設備900的示意性平面圖。一實 施例中，透過進入輸送器910將基材110運送進入接收區920。一實施例中，基材110是個 別傳送于進入輸送器910上。另一實施例中，基材110是以匣傳送。另一實施例中，基材110是以堆棧盒傳送。一實施例中，顯像系統940是位于接收區920中。此實施例中，照明 源944可位于基材110的一側而檢測裝置942可位于基材110的相對側。例如，檢測裝置 942可位于基材110上方，而照明源944則位于基材110下方。此實施例中，照明源944可 提供背側照明而檢測裝置942捕獲基材110的影像并傳達這些影像至系統控制器301以確 定基材110相對預期位置的準確位置。接著，該測量可用來準確地將基材110置入基材運送表面950上的特定特征結構
952。一實施例中，特征結構952是穴部而基材運送表面950為基材載體。另一實施例中， 特征結構952是支撐組件，而基材運送表面950包括基材搬運機器人上數個橫向臂。在基材運送表面950的每個特征結構952裝填有圖案化基材110之后，基材110 是透過自動化系統981運送進入負載鎖定室953。一實施例中，自動化系統981是基材搬運 機器人。接著，一實施例中，利用真空泵(未顯示)抽吸負載鎖定室953至所欲壓力。在達 到負載鎖定室953中的所欲壓力后，透過自動化系統981將基材110運送至沉積室955，諸 如CVD或PVD室。一實施例中，自動化系統包括額外的基材搬運機器人。沉積室955中，介 電層111是根據上述的步驟202而沉積于各個基材110的背面120上。在沉積介電層111之后，將基材運送至激光掃描儀946以依照上述的步驟204根 據所欲圖案移除置于基材運送表面950上的各個基材110的介電層111的部分。一實施例 中，激光掃描儀946包括固態激光，例如激光裝置190。一實施例中，設備900包括顯像系統990以確定基材運送表面950相對激光掃描 儀946的準確定位。一實施例中，利用顯像系統990與一或更多形成于基材運送表面950 上的基準點來確定基材運送表面950的確切位置。顯像系統990包括偵測器，其配置以查 看基材運送表面950上發現的基準點。接著可通過系統控制器301確定基材運送表面950 相對激光掃描儀946的已知位置的位置與角度方向。接著可利用此偏移來準確地配置激光 掃描儀946以圖案化各個基材110的介電層111。此外，顯像系統990可用于檢查各個基材 110的圖案化介電層111。一實施例中，圖案化各個基材110的介電層111后，透過自動化系統981將基材運 送進入沉積室960，諸如PVD室或蒸發室。沉積室960中，根據上述的步驟206將導電層114 沉積于各個基材110的圖案化介電層111上。一實施例中，在將導電層114沉積于各個基材110上之后，基材110是運送至相同 或不同的激光掃描儀946以根據上述的步驟208圖案化導電層114。一實施例中，顯像系統 990可用來檢查各個基材110的圖案化導電層114。一實施例中，基材110接著被移回負載鎖定室953并接著運送離開負載鎖定室室
953。此時，相同或另一機器人930可移動各個基材110離開其各自特征結構952并將基材 110置入離開區970，在此基材接著在離開輸送器980上運送離開設備900。激光移除方法如先前所示，可通過利用激光裝置190達成材料層(諸如，介電層111或導電層 114)的部分的移除。一般而言，通過以特定頻率、波長、脈沖周期與通量脈沖激光裝置190 于基材110上特定位置上來執行材料燒蝕以達成完全蒸發材料層。然而，難以達成完全蒸 發材料層(特別是介電層111)的一部分而不傷害下方基材110。移除介電層111的一部分而不傷害基材110的困難度的其中一個原因是橫跨聚焦于基材110上的激光光斑的強度變化。以完全高斯分布(即，在基礎橫向或TEMOO模式上運 作)散發光束的理想激光中，即將被移除的材料上所欲光斑中心的尖峰強度是高于光斑周 邊附近。圖10是激光裝置190的概要圖標，其自激光裝置190沿著距離Z傳播光束1000。 圖11是光束1000在圖10的位置1100的高斯強度分布的概要圖示。圖12是光束1000在 圖10的位置1200的高斯強度分布的概要圖示。參照圖10與圖11，光束1000上的位置1100代表基材110相對激光裝置190的 典型“對焦”位置，以達成所欲光斑1050各處的介電層111的完全蒸發。如所示般，因為光 斑1050周邊必須設定在介電層111材料的燒蝕閥值，光斑1050中心處的尖峰強度1110明 顯高于光斑1050周邊的強度1120。因此，雖然周邊強度1120剛好高到足以達成沿著光斑 1050周邊的介電層111的燒蝕，但顯著的高尖鋒強度1110會造成光斑1050中心處下方基 材110的傷害。本發明的一實施例中，完全移除所欲光斑1050各處的介電層111而不傷害基材 110是通過散焦輸送至介電層111的光束1000強度分布，這是通過例如調整基材110相對 光束1000的位置。一實施例中，如圖10所示，基材110是自光束較對焦的位置(例如，位 置1100)被移動至較失焦的位置(例如，位置1200)。參照圖10與圖12，可見到光斑1050 中心處的尖峰強度1210剛好稍微高于沿著光斑1050周邊的周邊強度1220。由于激光裝置 190的失焦(即，將基材110置于光束1000的正常聚焦區域外)造成尖峰強度1210明顯較 低，可移除所欲光斑1050中的介電層111的完全燒蝕而不造成下方的基材110的傷害。再 者，雖然光束1000被散發于大于光斑1050所欲大小的基材110的一區域上，但僅會移除光 斑1050中的介電層111的部分，因為周邊強度1220剛好高到足以達成沿著光斑1050周邊 的介電層111的燒蝕。并不會移除任何接收低于此閥值的光束的介電層111。另一實施例中，操作某些光學部件(諸如，鏡片與擴束器)以修飾光束1000，以致 達成類似圖12中所示的高斯強度分布而不需散焦激光裝置190。相似地，可移除所欲光斑 1050中的介電層111的完全移除而不造成下方基材110的傷害，因為尖峰強度僅稍微高于 圍繞光斑1050周邊的周邊強度。難以移除介電層111的所欲部分而不傷害基材110的另一原因是蒸發介電材料所 需的高脈沖能量。本發明的一實施例中，應用明顯較低的脈沖能量來熱加壓并造成介電層 111的所欲區域的物理剝離而非蒸發的。圖13是熱生成氧化物的熱應力與物理剝離造成激光移除的一實施例的概要圖 示。一實施例中，介電層111是熱生成于基材110上的氧化硅，其具有約1000 A與約 3000 A之間的厚度。一實施例中，通過激光裝置190利用約 ο皮秒與約15皮秒的脈沖周 期與約355nm的波長達成熱應力與物理剝離。完全物理剝離介電層111的光斑所需的激光 通量是約0. 18J/cm2。此實例中，任何較低通量無法達成完全剝離而明顯較高通量會造成下 方基材110的傷害。圖14是通過等離子增強化學氣相沉積(PECVD)沉積的氧化硅的熱應力與物理剝 離造成的激光移除的一實施例的概要圖示。一實施例中，介電層111是通過PECVD沉積于 基材110上的氧化娃，其具有約1000 A與約3000 A之間的厚度。一實施例中，通過激光裝 置190利用約10皮秒與約15皮秒的脈沖周期與約355nm的波長達成熱應力與物理剝離。 完全物理剝離介電層111的光斑所需的激光通量是約0. 08J/cm2。此實例中，任何較低通量無法達成完全剝離而明顯較高通量會造成下方基材110的傷害。 雖然上述是針對本發明的實施例，但可在不悖離本發明的基本范圍下設計出本發 明的其它與更多實施例，而本發明的范圍是由權利要求所界定。
權利要求
1.一種用于材料移除的設備，其至少包括第一機器人，設以將具有介電層沉積于其第一表面上的基材自輸入區傳送至基材運送 表面上的數個支撐特征結構的一個；顯像系統，設以檢測該基材的實際位置，并將關于該實際位置的信息傳達至系統控制器；第一激光掃描儀，配置以依照所欲圖案移除該介電層的一部分，其中該系統控制器設 以確定該實際位置相對于該基材的預期位置的偏移，并調整該第一機器人或該激光掃描儀 任意一個以修正該偏移；及自動化系統，設以將該具有圖案化介電層的基材自該第一激光掃描儀運送至設以沉積 導電層于該介電層上的沉積室。
2.如權利要求1所述的設備，其中該基材經配置以致由該第一激光掃描儀散發的光 線的一部分以低于燒蝕閥值照射該基材，同時該介電材料的部分被移除而不傷害該下方基 材。
3.如權利要求1所述的設備，其中該第一激光掃描儀通過聚焦光線于該介電層的部分 上而熱加壓該部分并物理性移除該介電層的該部分而不蒸發該介電材料。
4.如權利要求1所述的設備，更包括第二激光掃描儀，配置以依照所欲圖案移除該導電層的一部分；及 第二機器人，設以將該基材自該基材運送表面傳送至離開區。
5.如權利要求1所述的設備，其中當該第一激光掃描儀移除該介電層的部分時，該第 一機器人設以固持該基材且讓該第一表面朝向下方。
6.如權利要求5所述的設備，其中該系統控制器設以確定該實際位置相對于該基材的 預期位置的偏移，并調整該第一機器人或該激光掃描儀任意一個以修正該偏移。
7.如權利要求1所述的設備，更包括第一基材固持件，設以在該激光掃描儀移除該介 電層的部分時固持該基材。
8.如權利要求1所述的設備，其中當該基材置于該基材運送表面的支撐特征結構中 時，該激光掃描儀經配置以自該基材移除該介電層的一部分。
9.一種工藝設備，其至少包括第一機器人，設以將基材自輸入區傳送至基材運送表面上的數個支撐特征結構的一個；顯像系統，設以檢測該基材的實際位置并將關于該實際位置的信息傳達至系統控制器；第一沉積室，設以沉積介電層于該基材上；第一激光掃描儀，經配置以在該基材被置于該基材運送表面上時依照所欲圖案自該基 材移除該介電層的一部分，其中該系統控制器設以確定該實際位置相對于該基材的預期位 置的偏移并調整該激光掃描儀以修正該偏移；第二沉積室，設以沉積導電層于該圖案化的介電層上；及自動化系統，設以在該第一沉積室、該第一激光掃描儀與該第二沉積室之間運送該基材。
10.如權利要求9所述的設備，其中該基材經配置以致由該第一激光掃描儀散發的光線的一部分以低于燒蝕閥值照射該基材，同時該介電材料的部分被移除而不傷害該下方基 材。
11.如權利要求9所述的設備，其中該第一激光掃描儀設以通過聚焦光線于該介電層 的部分上而熱加壓該部分并物理性移除該介電層的該部分而不蒸發該介電材料。
12.如權利要求9所述的設備，更包括第二激光掃描儀，經配置以依照所欲圖案移除該導電層的一部分；及 第二機器人，設以將該基材自該基材運送表面傳送至一離開區。
13.一種處理基材的方法，其至少包括偵測具有介電材料沉積于其表面上的基材的實際位置； 確定該實際位置相對于該基材的預期位置的偏移； 透過機器人將該基材傳送至基材運送表面上的數個支撐特征結構的一個； 基于該偏移調整第一激光；透過該第一激光依照所欲圖案自該基材的表面移除該介電材料的一部分； 移動該基材進入沉積室； 沉積導電層于該圖案化的介電層上； 基于該偏移調整第二激光；及透過該第二激光依照所欲圖案移除該導電層的一部分。
14.如權利要求13所述的方法，其中移除該介電材料的一部分的步驟包括配置該基材 以致由該第一激光散發的光線的一部分以低于燒蝕閥值照射該基材，同時移除該介電材料 的部分而不傷害該下方基材。
15.如權利要求13所述的方法，其中移除該介電材料的一部分的步驟包括通過聚焦光 線于該介電材料的該部分而熱加壓該部分，并物理性移除該介電材料的該部分而不蒸發該 介電材料。
全文摘要
本發明實施例大致提供在太陽能電池制造中利用激光的材料移除方法與設備。一實施例中，提供的設備準確地依照所欲圖案移除沉積于太陽能電池基材上的介電層的部分并沉積導電層于圖案化的介電層上。一實施例中，設備亦以所欲圖案移除導電層的部分。某些實施例中，提供透過激光移除材料的部分且不傷害下方的基材的方法。一實施例中，光束的強度分布是經調整以致形成于基材表面上的光斑中的最大強度與最小強度之間的差異被降低至理想范圍。一實例中，基材是經配置以致降低基材中心處相對周邊的尖峰強度。一實施例中，改善脈沖能量以提供介電層的所欲部分熱應力與物理撥離。
文檔編號H01L21/027GK102132378SQ200980133793
公開日2011年7月20日 申請日期2009年8月21日 優先權日2008年8月26日
發明者C·埃博斯帕切, V·K·沙哈, V·V·s·拉納, 張震華 申請人:應用材料股份有限公司