激光材料移除方法和設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的實施例一般提供在太陽能電池制造中利用激光的材料移除方法與設(shè)備。在一個實施例中，提供的設(shè)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。在一個實施例中，設(shè)備還依所欲圖案移除導電層的部分。在某些實施例中，提供通過激光移除材料的部分且不傷害下方基材的方法。在一個實施例中，光束的強度分布是經(jīng)調(diào)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。在一個實例中，基材是經(jīng)定位以致降低基材中心處相對周邊的尖峰強度。在一個實施例中，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。
【專利說明】激光材料移除方法和設(shè)備
[0001]本申請是于2009年8月21日提交的，申請?zhí)枮?00980133793.1，題為“激光材料移除方法和設(shè)備”的專利申請的分案申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明的實施例一般涉及光伏特電池的制造。更具體來說，本發(fā)明的實施例涉及依照所欲圖案激光移除材料層的部分的設(shè)備與方法。
【背景技術(shù)】
[0003]太陽能電池是將太陽光直接轉(zhuǎn)換成電力的光伏特(PV)組件。最常見的太陽能電池材料為硅，所述材料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(chǎn)生電力的分攤成本目前高于利用傳統(tǒng)方法產(chǎn)生電力的成本，因此希望可減少形成太陽能電池的成本。
[0004]許多方法能夠制造太陽能電池的主動區(qū)、鈍化區(qū)及導體。然而，上述先前制造方法與設(shè)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的激光移除介電與導電層的部分的方法耗時且會導致傷害下方基材。
[0005]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(chǎn)量的改良激光移除技術(shù)與設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一個實施例中，材料移除設(shè)備包括第一機器人，所述第一機器人配置以將基材自輸入?yún)^(qū)傳送至基材運送表面上數(shù)個支撐特征結(jié)構(gòu)中的一者，所述基材具有沉積于其第一表面上的介電層；顯像系統(tǒng)，所述顯像系統(tǒng)配置以偵測基材的實際位置并傳達有關(guān)實際位置的信息至系統(tǒng)控制器；第一激光掃描儀，所述第一激光掃描儀定位以依所欲圖案移除一部分的介電層；及自動化系統(tǒng)，所述自動化系統(tǒng)配置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，所述沉積室配置以沉積導電層于介電層上。一個實施例中，系統(tǒng)控制器配置以確定基材的實際位置相對于預期位置的偏移，并調(diào)整第一機器人或激光掃描儀中的任一者以修正所述偏移。
[0007]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(shù)(通過散焦激光)中的任一者以致由激光散發(fā)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。
[0008]另一實施例中，激光材料移除方法包括通過聚焦激光散發(fā)的光線于沉積于基材上的介電材料的一區(qū)域以熱加壓所述區(qū)域，并自所述區(qū)域物理性移除材料而不蒸發(fā)材料。
[0009]本發(fā)明的另一實施例中，工藝包括第一機器人，所述第一機器人配置以將基材自輸入?yún)^(qū)傳送至基材運送表面上數(shù)個支撐特征結(jié)構(gòu)中的一者；顯像系統(tǒng)，所述顯像系統(tǒng)配置以偵測基材的實際位置并傳達有關(guān)實際位置的信息至系統(tǒng)控制器；第一沉積室，所述第一沉積室配置以沉積介電層于基材上；第一激光掃描儀，所述第一激光掃描儀定位以當基材定位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，所述第二沉積室配置以沉積導電層于圖案化介電層上；及自動化系統(tǒng)，所述自動化系統(tǒng)配置以在第一沉積室、第一激光掃描儀與第二沉積室之間運送基材。一個實施例中，系統(tǒng)控制器配置以確定基材的實際位置相對于預測位置的偏移并調(diào)整激光掃描儀以修正偏移。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]為了更詳細地了解本發(fā)明的上述特征，可參照實施例(某些圖示于附圖中)來理解本發(fā)明簡短概述于上文的特定描述。然而，需注意附圖僅圖示本發(fā)明的典型實施例而因此不被視為本發(fā)明范圍的限制因素，因為本發(fā)明可允許其它等效實施例。
[0011]圖1A至圖1E圖示太陽能電池基材在工藝工序的不同階段的示意性橫截面圖，所述工藝工序用于在太陽能電池的表面上形成接觸結(jié)構(gòu)。
[0012]圖2圖示用于在太陽能電池上形成接觸結(jié)構(gòu)的工藝工序。
[0013]圖3A是用于根據(jù)本發(fā)明的一個實施例實行工藝工序的設(shè)備的示意性平面圖。
[0014]圖3B是用于根據(jù)本發(fā)明另一實施例實行工藝工序的設(shè)備的示意性平面圖。
[0015]圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例固持基材于顯像系統(tǒng)上的機器人的示意性側(cè)視圖。
[0016]圖5A是用于根據(jù)本發(fā)明另一實施例實行工藝工序的設(shè)備的示意性平面圖。
[0017]圖5B是用于根據(jù)本發(fā)明另一實施例實行工藝工序的設(shè)備的示意性平面圖。
[0018]圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例定位于基材固持件中的基材的示意性側(cè)視圖。
[0019]圖7A是用于根據(jù)本發(fā)明另一實施例實行工藝工序的設(shè)備的示意性平面圖。
[0020]圖7B是用于根據(jù)本發(fā)明另一實施例實行工藝工序的設(shè)備的示意性平面圖。
[0021]圖8是用于根據(jù)本發(fā)明另一實施例實行工藝工序的設(shè)備的示意性平面圖。
[0022]圖9是用于根據(jù)本發(fā)明另一實施例實行工藝工序的設(shè)備的示意性平面圖。
[0023]圖10是激光自所述激光沿著一距離傳播光束的示意圖。
[0024]圖11是圖10中所示特定位置處光束的高斯強度分布的示意圖。
[0025]圖12是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例于圖10中所示的調(diào)整位置處光束的高斯強度分布的示意圖。
[0026]圖13是根據(jù)本發(fā)明的一個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個實例的示意圖。
[0027]圖14是根據(jù)本發(fā)明的一個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個實例的示意圖。
【具體實施方式】
[0028]本發(fā)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(shè)備。在一個實施例中，提供一設(shè)備，所述設(shè)備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。在一個實施例中，所述設(shè)備還依所欲圖案移除導電層的部分。在某些實施例中，提供通過激光移除材料的一部分而不傷害下方基材的方法。在一個實施例中，光束的強度分布經(jīng)調(diào)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。在一個實例中，基材經(jīng)定位以致降低基材中心處相對周邊的尖峰強度。在一個實施例中，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。
[0029]圖1A至圖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橫截面圖，所述工藝工序用以于太陽能電池100的表面上形成接觸結(jié)構(gòu)。圖2描述用以于太陽能電池上形成接觸結(jié)構(gòu)的工藝工序200。
[0030]參照圖1A，太陽能電池基材110具有正面101與背面120。在一個實施例中，基材110包括單晶娃、燒鑄多晶娃(multicrystalline silicon)或原生多晶娃(polycrystalline silicon)。在其它實施例中，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(CuInSe2)或磷化銦鎵(GaInP2)以及異接面電池(諸如，GalnP/GaAs/Ge或ZnSe/GaAs/Ge)，所述基材110用以將太陽能轉(zhuǎn)換成電力。
[0031]在步驟202，如圖1A所示，介電層111形成于基材110的背面120上。在一個實施例中，介電層111形成于含娃基材的表面120上的氧化娃層,諸如二氧化娃層。在一個實施例中，介電層111是氮化娃層、氧氮化娃層、碳化娃層、氧碳化娃層或其它相似類型的層。介電層111可利用傳統(tǒng)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(fā)處理、噴涂式處理、旋轉(zhuǎn)式處理、卷繞式處理、網(wǎng)版印刷處理或另一相似沉積處理。
[0032]在一個實施例中，介電層111為厚度介于約50 A與約3000 A之間的二氧化娃
層。在另一實施例中，介電層111為厚度小于約2000 A的二氧化硅層。在一個實施例中，介電層ill為厚度介于約100 Λ與約1000 A之間的氮化硅層。在另一實施例中，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。在一個實施例中，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。在一個實施例中，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 Λ之間。在一個實施例中，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1000 A之間。
[0033]在步驟204，基材110的背面120的區(qū)域125如圖1B所示般暴露。在一個實施例中，通過利用一或更多個激光裝置190移除介電層111的部分來暴露區(qū)域125。在一個實施例中，激光裝置190是固態(tài)激光，諸如Nd = YAG激光、NdiYVO4激光或光纖激光。利用一或更多個激光移除介電層111的方法接著描述于標題名稱為“激光移除方法”的段落中。
[0034]在步驟206，如圖1C所示，導電層114沉積于基材110的背面120的介電層111上。導電層114通過基材110的背面120上的暴露區(qū)域125電連接至基材110。在一個實
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(CU)、銀(Ag)、錫(Sn)、鈷(Co)、錸(Rh)、鎳(Ni)、鋅(Zn)、鉛(Pb)和 / 或鋁(Al)。在一個實施例中，導電層114為通過PVD處理或蒸發(fā)處理形成的鋁(Al)層。在一個實施例中，導電層114包括兩層，所述兩層通過PVD處理或蒸發(fā)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。[0035]在導電層114施加于指叉型完全背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)上的實施例中，圖案化沉積的導電層114以形成隔離區(qū)域可能是理想的。在上述實施例中，執(zhí)行步驟208，如圖1D所示。在一個實施例中，通過利用相同或另一激光裝置190自區(qū)域130中的導電層114移除材料來形成導電特征結(jié)構(gòu)115與116，所述電特征結(jié)構(gòu)115與116各自電連接至形成于基材110中的主動區(qū)域。在一個實施例中，導電特征結(jié)構(gòu)115與基材110中的P-型摻雜區(qū)141電接觸，而導電特征結(jié)構(gòu)116與形成于基材110中的η-型摻雜區(qū)142電接觸，兩者形成太陽能電池100的主動區(qū)的部分。
[0036]接著，可執(zhí)行不同處理步驟以制備和/或紋理化基材的正面101，如圖1E所示。在一個實施例中，在已經(jīng)形成太陽能電池后，正面101經(jīng)調(diào)適用于接收太陽光。在一個實例中，正面101經(jīng)紋理化并接著利用噴涂式或氣相高溫擴散處理中的任一者進行選擇性摻雜。接著通過沉積抗反射(ARC)層119 (例如，氮化硅)來鈍化正面101。在一個實施例中，具有一或更多個主動層118 (例如，P-型基材上的1-η類型層)的異接面類型太陽能電池結(jié)構(gòu)形成于紋理化的正面101上。在一個實施例中，在實施工藝工序200之前實施正面101的制備。在一個實施例中，在制備正面101之后，可利用傳統(tǒng)處理于正面101上形成一或更多個導電正面接觸配線(未圖示)以形成太陽能電池100的正面接觸結(jié)構(gòu)。
[0037]在一個實施例中，利用一或更多個激光裝置(諸如，上述的激光裝置190)移除配置于基材Iio的正面101上的一或更多個層的部分。移除鈍化和/或ARC層的方法隨后描述于標題名稱為“激光移除方法”的段落中。在一個實例中，接著將一或更多個導電正面接觸配線(或指狀物)沉積于激光移除處理所暴露的區(qū)域上。接著，一或更多個導電正面接觸配線可經(jīng)進一步處理以確保所欲的電連接通過基材110的正面101上的暴露區(qū)域形成至基材110。在一個實施例中，一或更多個導電正面接觸配線包含金屬，諸如銅(Cu)、銀(Ag)、錫(Sn)、鈷(Co)、錸(Rh)、鎳(Ni)、鋅(Zn)、鉛(Pb)和 / 或鋁(Al)。
[0038]圖3A是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例執(zhí)行步驟204-208的設(shè)備300A的示意性平面圖。圖3B是根據(jù)本發(fā)明另一實施例執(zhí)行步驟204-208的設(shè)備300B的示意性平面圖。在一個實施例中，具有介電層111沉積于其背面120上的基材110通過進入輸送器310傳送進入接收區(qū)320。在一個實施例中，基材110個別傳送于進入輸送器310上。在另一實施例中，基材110以匣傳送。在另一實施例中,基材110以堆棧盒傳送。在一實施例中，一旦各個基材110運送進入接收區(qū)320，運送機器人330就自接收區(qū)320收回各個基材110并固持基材110于顯像系統(tǒng)340上。
[0039]圖4是機器人330固持基材110于顯像系統(tǒng)340上的示意性側(cè)面圖。在一個實施例中，顯像系統(tǒng)340包括向上觀察檢測裝置342、照明源344與激光掃描儀346。在一個實施例中，檢測裝置342是照相機，諸如彩色或黑白照相機。在一個實施例中，照明源344是發(fā)光二極管(LED)源，所述LED源配置以在特定波長范圍散發(fā)光線。在另一實施例中，照明源344包括寬帶燈與一或更多個過濾器(未圖示)，用以朝向基材110散發(fā)所欲波長的光線。在一個實施例中，激光掃描儀346包括固態(tài)激光，諸如先前描述的激光裝置190。在一個實施例中，檢測裝置342、照明源344與激光掃描儀346連通于系統(tǒng)控制器301。
[0040]系統(tǒng)控制器301促進整體設(shè)備300A或300B的控制與自動化，并可包括中央處理單元(CPU)(未圖示)、內(nèi)存(未圖示)與支持電路(或I/O)(未圖示)。CPU可為用于工業(yè)設(shè)定的任何形式計算機處理器中的一者，以控制不同的腔室處理與硬件(例如，輸送器、光學檢測組件、馬達、流體輸送硬件等)并監(jiān)控系統(tǒng)與腔室處理(例如，基材位置、工藝時間、偵測器信號等)。內(nèi)存連接至CPU，并可為可輕易取得的內(nèi)存中的一或更多個，諸如本地或遠程的隨機存取內(nèi)存(RAM)、只讀存儲器(ROM)、軟盤、硬盤或任何其它形式的數(shù)字儲存器。軟件指令與數(shù)據(jù)可經(jīng)編碼并儲存于內(nèi)存中以指示CPU。支持電路還連接至CPU以用傳統(tǒng)方式支持處理器。支持電路可包括快取區(qū)(cache)、電源、計時電路、輸入/輸出電路系統(tǒng)、子系統(tǒng)等等。系統(tǒng)控制器301可讀取的程序(或計算機指令)確定哪個工作可執(zhí)行于基材上。程序最好為系統(tǒng)控制器301可讀取的軟件，所述軟件包括編碼，以產(chǎn)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(tǒng)信息及其任何組合。
[0041]在一個實施例中，當機器人330固持基材110于顯像系統(tǒng)340上時，檢測裝置342與照明源344配合系統(tǒng)控制器301作用，以確定基材110相對激光掃描儀346的準確位置。所述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。在一個實施例中，所述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(jù)上述步驟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檢測基材110的圖案化表面。
[0042]另一實施例中，顯像系統(tǒng)340位于接收區(qū)320中。在此實施例中，照明源344可位于基材Iio的一側(cè)而檢測裝置342可位于基材110的另一相對側(cè)。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。在此實施例中，照明源344可提供背側(cè)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(tǒng)控制器301。
[0043]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(jié)構(gòu)352中。在一個實施例中，特征結(jié)構(gòu)352是穴部而基材運送表面350為基材載體。在另一實施例中，特征結(jié)構(gòu)352是支撐組件而基材運送表面350包括基材搬運機器人上的數(shù)個橫向臂。在另一實施例中，特征結(jié)構(gòu)352是支撐組件或穴部，而基材運送表面350是自動化系統(tǒng)381的平臺部分，諸如基材輸送器的上表面。在基材運送表面350的每個特征結(jié)構(gòu)352裝填有圖案化基材110之后，基材110是通過自動化系統(tǒng)381運送進入沉積室360，諸如PVD室或蒸發(fā)室。在一個實施例中，自動化系統(tǒng)381包括滾軸(未圖示)與致動器(未圖示)，用以線性移動基材運送表面350上的基材110。在一個實施例中，自動化系統(tǒng)381是基材搬運機器人。在沉積室360中，導電層114根據(jù)上述步驟206而沉積于圖案化介電層111上。
[0044]在一個實施例中，在沉積導電層114之后,在基材運送表面350上,基材110通過自動化系統(tǒng)381經(jīng)運送離開沉積室360。此時，相同或另一機器人330可將個別基材110從所述基材各自的特征結(jié)構(gòu)352移除并固持所述基材于相同或另一顯像系統(tǒng)340上。在一個實施例中，再度通過檢測裝置342與照明源344搭配系統(tǒng)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(jù)上述步驟208激光圖案化導電層114。在一個實施例中，接著可通過顯像系統(tǒng)340檢測圖案化的導電層114。機器人330接著將基材110置入離開區(qū)370，在此基材接著在離開輸送器380上經(jīng)運送離開設(shè)備300A或300B。
[0045]圖3A與圖3B中圖示的實施例提供基材110的層上的激光圖案的極度準確位置，因為每個個別基材110是相對激光掃描儀346的坐標系統(tǒng)而定位。此實施例還允許相當簡單的激光頭設(shè)計，因為激光操作區(qū)域局限于單一基材110的大小。此外，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(cè)面移動一次并在沉積室360的沉積后側(cè)面移動一次。
[0046]圖5A是根據(jù)本發(fā)明另一實施例執(zhí)行步驟204-208的設(shè)備500A的示意性平面圖。圖5B是根據(jù)本發(fā)明另一實施例執(zhí)行步驟204-208的設(shè)備500B的示意性平面圖。在一個實施例中，具有介電層111沉積于其背面120上的基材110通過進入輸送器510傳送進入接收區(qū)520。在一個實施例中，基材110個別地傳送于進入輸送器510上。在另一實施例中，基材110以匣傳送。在另一實施例中，基材110以堆棧盒傳送。
[0047]在一個實施例中，顯像系統(tǒng)540位于接收區(qū)520中。在此實施例中，照明源544可位于基材110的一側(cè)而檢測裝置542可位于基材110的另一相對側(cè)。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。在此實施例中，照明源544可提供背側(cè)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(tǒng)控制器301。在一個實施例中，檢測裝置542與照明源544配合系統(tǒng)控制器301作用以確定基材110的準確位置。
[0048]在一個實施例中，一旦每個個別基材110輸送進入接收區(qū)520，運送機器人530就自接收區(qū)520收回基材110并利用有關(guān)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定位于基材固持件541中的示意性側(cè)視圖。在一個實施例中，當設(shè)置介電層111于基材110向下的側(cè)面上時，基材固持件541包括基材穴部548與定位于基材穴部548下方的激光掃描儀546。在一個實施例中，介電層111設(shè)置于基材110向上的一側(cè)面上，則激光掃描儀546定位于基材穴部548的上方。在一個實施例中，激光掃描儀546包括固態(tài)激光，諸如激光裝置190。在一個實施例中，激光掃描儀546接著根據(jù)上述步驟204依所欲圖案移除介電層111的部分。在一個實施例中，當一個基材110正在基材固持件541的一個基材穴部548中圖案化時，可自相鄰基材穴部548移除另一(已經(jīng)圖案化的)基材110和/或?qū)⒌谌?10裝載于相鄰基材穴部548上。在一個實施例中，基材固持件541可進一步包括檢測裝置542與照明源544，以檢測基材110的圖案化表面。
[0049]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(jié)構(gòu)552中。在一個實施例中，特征結(jié)構(gòu)552是穴部而基材運送表面550為基材載體。在另一實施例中，特征結(jié)構(gòu)552是支撐組件而基材運送表面550包括基材搬運機器人上的數(shù)個橫向臂。在另一實施例中，特征結(jié)構(gòu)552是支撐組件或穴部，而基材運送表面550是自動化系統(tǒng)581的平臺部分，諸如基材輸送器的上表面。在基材運送表面550的每個特征結(jié)構(gòu)552裝填有圖案化基材110之后，基材110通過自動化系統(tǒng)581運送進入沉積室560，諸如PVD室或蒸發(fā)室。在一個實施例中，自動化系統(tǒng)581包括滾軸(未圖示)與致動器(未圖示)，用以線性移動基材運送表面550上的基材110。在一個實施例中，自動化系統(tǒng)581是基材搬運機器人。接著，導電層114根據(jù)上述步驟206而沉積于圖案化的介電層111上。
[0050]在一個實施例中，在沉積導電層114之后，基材110經(jīng)運送離開沉積室560。此時，相同或另一機器人530可將個別基材110自所述基材各自的特征結(jié)構(gòu)552移除并將所述基材置于相同或另一基材固持件541中。接著，激光掃描儀546可根據(jù)上述步驟208而激光圖案化導電層114。在一個實施例中，檢測裝置542與照明源544可用來檢測圖案化的導電層114。在一個實施例中，機器人530接著將基材110置入離開區(qū)570，在此基材接著在離開輸送器580上經(jīng)運送尚開設(shè)備500A或500B。
[0051]圖5A與圖5B中描述的實施例提供基材110的層上的激光圖案的極度準確位置，因為每個個別基材110是相對于激光掃描儀546的坐標系統(tǒng)而定位。此實施例還允許相當簡單的激光頭設(shè)計，因為激光操作區(qū)域局限于單一基材110的大小。此外，可達成設(shè)備500A或500B的基材110產(chǎn)量的增加，因為在相鄰基材110正被激光圖案化的同時，機器人530可裝載/卸載一個基材110。
[0052]圖7A是根據(jù)本發(fā)明另一實施例執(zhí)行步驟204-208的設(shè)備700A的示意性平面圖。圖7B是根據(jù)本發(fā)明另一實施例執(zhí)行步驟204-208的設(shè)備700B的示意性平面圖。在一個實施例中，具有介電層111沉積于其背面120上的基材110通過進入輸送器710傳送進入接收區(qū)720。在一個實施例中，基材110個別地傳送于進入輸送器710上。在另一實施例中，基材110以匣傳送。在另一實施例中，基材110以堆棧盒傳送。在一個實施例中，顯像系統(tǒng)740位于接收區(qū)720中。在此實施例中，照明源744可位于基材110的一側(cè)而檢測裝置742可位于基材110的另一相對側(cè)。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。在此實施例中，照明源744可提供背側(cè)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(tǒng)控制器301，以確定基材110相對于預期位置的準確位置。
[0053]在另一實施例中，一旦各個基材110運送進入接收區(qū)720，運送機器人730就自接收區(qū)720收回各個基材110并固持基材110于顯像系統(tǒng)740上。在一個實施例中，當機器人730固持基材110于顯像系統(tǒng)740上時，顯像系統(tǒng)740配合系統(tǒng)控制器301作用以確定基材110相對于預期位置的準確位置。
[0054]接著，所述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(jié)構(gòu)752。在一個實施例中，特征結(jié)構(gòu)752是穴部而基材運送表面750為基材載體。在另一實施例中，特征結(jié)構(gòu)752是支撐組件而基材運送表面750包括基材搬運機器人上的數(shù)個橫向臂。在另一實施例中，特征結(jié)構(gòu)752是支撐組件或穴部，而基材運送表面750是自動化系統(tǒng)781的平臺部分，諸如基材輸送器的上表面。在一個實施例中，自動化系統(tǒng)781包括滾軸(未圖示)與致動器(未圖示)，用以線性移動基材運送表面750上的基材110。在一個實施例中，自動化系統(tǒng)781是基材搬運機器人。
[0055]在基材運送表面750的每個特征結(jié)構(gòu)752裝填有圖案化基材110之后，基材110通過自動化系統(tǒng)781運送于激光掃描儀746上(介電層111是設(shè)置于基材110向下側(cè)面上的實施例中)或激光掃描儀746下(介電層111是設(shè)置于基材110向上側(cè)面上的實施例中)，以依照上述步驟204并根據(jù)所欲圖案移除定位于基材運送表面750上的各個基材110的介電層111的部分。在一個實施例中，激光掃描儀746包括固態(tài)激光，諸如激光裝置190。在一個實施例中，激光掃描儀746配置以在Y方向中移動。在上述實施例中，基材110 —次標志一個列，且通過自動化系統(tǒng)781經(jīng)過激光掃描儀746，以在各個列中圖案化各個基材110。在另一實施例中，激光掃描儀746配置以在X方向與Y方向中移動。
[0056]在一個實施例中，設(shè)備700A或700B包括顯像系統(tǒng)790以確定基材運送表面750相對于激光掃描儀746的準確位置。在一個實施例中，利用顯像系統(tǒng)790與一或更多個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(tǒng)790包括偵測器，所述偵測器定位以查看基材運送表面750上發(fā)現(xiàn)的基準點。接著可通過系統(tǒng)控制器301確定基材運送表面750相對于激光掃描儀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定位激光掃描儀746，以圖案化各個基材110的介電層111。此外，顯像系統(tǒng)790可用于檢測各個基材110的圖案化介電層111。
[0057]在一個實施例中，圖案化各個基材110的介電層111后，通過自動化系統(tǒng)781將基材運送進入沉積室760，諸如PVD室或蒸發(fā)室。在沉積室760中，根據(jù)上述步驟206將導電層114沉積于各個基材110的圖案化介電層111上。
[0058]在一個實施例中，在將導電層114沉積于各個基材110上之后，通過自動化系統(tǒng)781將基材110運送離開沉積室760。在一個實施例中，另一激光掃描儀746接著根據(jù)上述步驟208圖案化各個基材110的導電層114。
[0059]此時，相同或另一機器人730可將各個基材110移除所述基材各自的特征結(jié)構(gòu)752并將基材110置入離開區(qū)770，在此基材接著在離開輸送器780上經(jīng)運送離開設(shè)備700A或700B。
[0060]圖7A與圖7B中描述的實施例提供基材110的層上的激光圖案的極度準確位置，因為每個個別基材110可相對于激光掃描儀746的坐標系統(tǒng)而定位和/或各個基材運送表面750可相對于激光掃描儀746的坐標系統(tǒng)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(chǎn)量，因為所有的圖案化處理在基材110的加載后和/或卸載前執(zhí)行。
[0061]圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例執(zhí)行步驟202-208的設(shè)備800的示意性平面圖。在一個實施例中，通過進入輸送器810將基材110運送進入接收區(qū)820。在一個實施例中，基材110個別地傳送于進入輸送器810上。在另一實施例中，基材110以匣傳送。在另一實施例中，基材110以堆找盒傳送。在個實施例中，顯像系統(tǒng)840位于接收區(qū)820中。在此實施例中，照明源844可位于基材110的一側(cè)而檢測裝置842可位于基材110的另一相對側(cè)。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。在此實施例中，照明源844可提供背側(cè)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(tǒng)控制器301，以確定基材110相對于預期位置的準確位置。
[0062]接著，所述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(jié)構(gòu)852。在一個實施例中，特征結(jié)構(gòu)852是穴部而基材運送表面850為基材載體。在另一實施例中，特征結(jié)構(gòu)852是支撐組件或穴部，而基材運送表面850是自動化系統(tǒng)881的平臺部分，諸如基材輸送器的上表面。
[0063]在基材運送表面850的每個特征結(jié)構(gòu)852裝填有圖案化基材110之后，基材110通過自動化系統(tǒng)881運送進入沉積室855，諸如CVD室或PVD室。在一個實施例中，自動化系統(tǒng)881包括滾軸(未圖示)與致動器(未圖示)，用以線性移動基材運送表面850上的基材110。在沉積室855中，介電層111沉積于各個基材110的背面120上。
[0064]在沉積介電層111之后，將基材運送至激光掃描儀846，以依照上述步驟204根據(jù)所欲圖案移除定位于基材運送表面850上的各個基材110的介電層111的部分。在一個實施例中，激光掃描儀846包括固態(tài)激光，諸如激光裝置190。在一個實施例中，激光掃描儀846配置以在Y方向中移動。在上述實施例中，基材110 —次標志一個列，且通過自動化系統(tǒng)881經(jīng)過激光掃描儀846，以在各個列中圖案化各個基材110。在另一實施例中，激光掃描儀846配置以在X與Y方向中移動。[0065]在一個實施例中，設(shè)備800包括顯像系統(tǒng)890，以確定基材運送表面850相對激光掃描儀846的準確位置。在一個實施例中，利用顯像系統(tǒng)890與一或更多個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(tǒng)890包括偵測器，所述偵測器定位以查看基材運送表面850上發(fā)現(xiàn)的基準點。接著可通過系統(tǒng)控制器301確定基材運送表面850相對于激光掃描儀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定位激光掃描儀846，以圖案化各個基材110的介電層111。此外，顯像系統(tǒng)890可用于檢測各個基材110的圖案化介電層111。
[0066]在一個實施例中，圖案化各個基材110的介電層111后，通過自動化系統(tǒng)881將基材110運送進入沉積室860，諸如PVD室或蒸發(fā)室。在沉積室860中，根據(jù)上述步驟206將導電層114沉積于各個基材110的圖案化介電層111上。
[0067]在一個實施例中，在將導電層114沉積于各個基材110上之后,通過自動化系統(tǒng)881將基材110運送離開沉積室860。在一個實施例中，另一激光掃描儀846接著根據(jù)上述步驟208圖案化各個基材110的導電層114。
[0068]此時，另一機器人830可將各個基材110自所述基材的各自特征結(jié)構(gòu)852移除并將基材110置入離開區(qū)870，在此基材接著在離開輸送器880上經(jīng)運送離開設(shè)備800。
[0069]圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例執(zhí)行步驟202-208的設(shè)備900的示意性平面圖。在一個實施例中，通過進入輸送器910將基材110運送進入接收區(qū)920。在一個實施例中，基材110個別地傳送于進入輸送器910上。在另一實施例中，基材110以匣傳送。在另一實施例中，基材110以堆找盒傳送。在個實施例中，顯像系統(tǒng)940位于接收區(qū)920中。在此實施例中，照明源944可位于基材110的一側(cè)而檢測裝置942可位于基材110的另一相對側(cè)。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。在此實施例中，照明源944可提供背側(cè)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(tǒng)控制器301，以確定基材110相對于預期位置的準確位置。
[0070]接著，所述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(jié)構(gòu)952。在一個實施例中，特征結(jié)構(gòu)952是穴部而基材運送表面950為基材載體。在另一實施例中，特征結(jié)構(gòu)952是支撐組件，而基材運送表面950包括基材搬運機器人上的數(shù)個橫向臂。
[0071]在基材運送表面950的每個特征結(jié)構(gòu)952裝填有圖案化基材110之后，基材110通過自動化系統(tǒng)981運送進入負載鎖定室953。在一個實施例中，自動化系統(tǒng)981是基材搬運機器人。接著，在一個實施例中，利用真空泵(未圖示)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，通過自動化系統(tǒng)981將基材110運送至沉積室955，諸如CVD或PVD室。在一個實施例中，自動化系統(tǒng)包括額外的基材搬運機器人。在沉積室955中，介電層111根據(jù)上述步驟202而沉積于各個基材110的背面120上。
[0072]在沉積介電層111之后，將基材110運送至激光掃描儀946，以依照上述步驟204并根據(jù)所欲圖案移除定位于基材運送表面950上的各個基材110的介電層111的部分。在一個實施例中，激光掃描儀946包括固態(tài)激光，諸如激光裝置190。
[0073]在一個實施例中，設(shè)備900包括顯像系統(tǒng)990,以確定基材運送表面950相對于激光掃描儀946的準確位置。在一個實施例中，利用顯像系統(tǒng)990與一或更多個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(tǒng)990包括偵測器，所述偵測器定位以查看基材運送表面950上發(fā)現(xiàn)的基準點。接著可通過系統(tǒng)控制器301確定基材運送表面950相對于激光掃描儀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定位激光掃描儀946以圖案化各個基材110的介電層111。此外，顯像系統(tǒng)990可用于檢測各個基材110的圖案化介電層111。
[0074]在一個實施例中，圖案化各個基材110的介電層111后，通過自動化系統(tǒng)981將基材110運送進入沉積室960，諸如PVD室或蒸發(fā)室。在沉積室960中，根據(jù)上述步驟206將導電層114沉積于各個基材110的圖案化介電層111上。
[0075]在一個實施例中，在將導電層114沉積于各個基材110上之后，基材110運送至相同或不同的激光掃描儀946，以根據(jù)上述步驟208圖案化導電層114。在一個實施例中，顯像系統(tǒng)990可用來檢測各個基材110的圖案化導電層114。
[0076]在一個實施例中，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可將各個基材110自所述基材的各自特征結(jié)構(gòu)952移除并將基材110置入離開區(qū)970，在此基材接著在離開輸送器980上經(jīng)運送離開設(shè)備900。
[0077]激光移除方法
[0078]如先前所示，可通過利用激光裝置190達成材料層(例如，介電層111或?qū)щ妼?14)的部分的移除。一般而言，通過在基材110上的特定位置以特定頻率、波長、脈沖周期與通量脈沖激光裝置190來執(zhí)行材料燒蝕，以達成完全蒸發(fā)材料層。然而，難以達成完全蒸發(fā)材料層(特別是介電層111)的一部分而不傷害下方基材110。
[0079]難以移除介電層111的一部分而不傷害基材110的一個原因是橫跨聚焦于基材110上的激光光斑的區(qū)域的強度變化。在以完全高斯分布(即，在基礎(chǔ)橫向模式或TEMOO模式上運作)散發(fā)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高于光斑周邊附近。圖10是激光裝置190的示意圖，所述激光裝置190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的高斯強度分布的示意圖。圖12是光束1000在圖10的位置1200的高斯強度分布的示意圖。
[0080]參照圖10與圖11，光束1000上的位置1100代表基材110相對于激光裝置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(fā)。如所示的，因為光斑1050的周邊必須設(shè)定為介電層111的材料的燒蝕閥值，光斑1050中心處的尖峰強度1110明顯高于光斑1050周邊的周邊強度1120。因此，雖然周邊強度1120剛好高到足以達成沿著光斑1050的周邊燒蝕介電層111，但顯著地，高尖鋒強度1110會造成對光斑1050中心處下方基材110的傷害。
[0081 ] 在本發(fā)明的一個實施例中，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強度分布達成的，所述散焦是通過例如調(diào)整基材110相對于光束1000的位置實現(xiàn)的。在一個實例中，如圖10所示，基材110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(qū)域外)造成尖峰強度1210明顯較低，可完全燒蝕并移除所欲光斑1050中的介電層111而不造成下方的基材110的傷害。再者，雖然光束1000被散發(fā)于大于光斑1050所欲大小的基材110的區(qū)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的周邊燒蝕介電層111。并不會移除接收低于此閥值的光束的介電層111的任何區(qū)域。[0082]在另一實施例中，操作某些光學部件(例如，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，可完全移除所欲光斑1050中的介電層111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。
[0083]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(fā)介電材料所需的高脈沖能量。在本發(fā)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所欲區(qū)域的物理剝離而非蒸發(fā)。
[0084]圖13是熱生成氧化物的熱應力與物理剝離造成的激光移除的一個實例的示意圖。在一個實施例中，介電層111是熱生成于基材Iio上的氧化硅，所述氧化硅具有約
1000 A與約3000 A之間的厚度。在一個實施例中，通過激光裝置190利用從約?ο皮秒
至約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。在此實例中，任何較低的通量都無法達成完全剝離，而明顯較高的通量會造成對下方基材110的傷害。
[0085]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個實例的示意圖。在一個實施例中，介電層111是通過PECVD沉積于
基材110上的氧化硅,所述氧化硅具有約1000 A與約3000 A之間的厚度。在一個實施
例中，通過激光裝置190利用從約10皮秒至約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。在此實例中，任何較低的通量無法達成完全剝離，而明顯較高的通量會造成下方基材110的傷害。
[0086]雖然上述是針對本發(fā)明的實施例，但可在不脫離本發(fā)明基本范圍的情況下設(shè)計出本發(fā)明的其它與更多實施例，而本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書所界定。
【權(quán)利要求】
1.一種使用激光的材料移除方法，所述方法包括: 移除置于基材的表面上的材料層的一部分，該移除通過將來自激光的脈沖能量傳送至該材料層的表面上而達成，其中該脈沖能量以低于預定的所述基材的激光燒蝕閥值照射該材料層的表面的一部分。
2.如權(quán)利要求1所述的使用激光的材料移除方法，其特征在于，移除材料層的一部分還包括調(diào)整所述基材和所述激光的相對位置。
3.如權(quán)利要求1所述的使用激光的材料移除方法，其特征在于，移除材料層的一部分還包括調(diào)整來自激光的脈沖能量的強度分布。
4.如權(quán)利要求1所述的使用激光的材料移除方法，其特征在于，移除包括燒蝕該材料層的一部分。
5.如權(quán)利要求1所述的使用激光的材料移除方法，其特征在于，移除包括對材料層的所述部分熱加壓并物理性移除材料層的所述部分而不蒸發(fā)該材料。
6.如權(quán)利要求1所述的使用激光的材料移除方法，其特征在于，所述材料層包含介電材料，而所述基材包含硅。
7.—種移除材料的方法，所述方法包括: 對置于基材的表面上的材料層的一區(qū)域熱加壓以物理性移除該區(qū)域中的材料層的一部分，其中對該區(qū)域熱加壓包括將來自激光的脈沖能量傳送至該材料層的表面上，且該脈沖能量低于預定的所述基材的激光燒蝕閥值。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述材料層包含介電材料，而所述基材包含硅。
【文檔編號】B23K26/70GK103537811SQ201310590403
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2009年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2008年8月26日
【發(fā)明者】張震華, V·V·s·拉納, V·K·沙哈, C·埃博斯帕切 申請人:應用材料公司