用于多层图案的印刷的闭环反馈控制的方法和装置的制作方法

专利名称：用于多层图案的印刷的闭环反馈控制的方法和装置的制作方法
用于多层图案的印刷的闭环反馈控制的方法和装置技术领域
本发明的实施例一般地涉及用于在衬底表面的所需区域上形成图案化层的方法和装置。具体来说，根据本发明的方法可以用在用于通过在衬底上进行多层印刷来产生多层图案的系统中，不论该多层印刷是通过丝网印刷、喷墨印刷、激光印刷还是其它类似类型的印刷。
背景技术：
太阳能电池是将太阳光直接转化为电功率的光伏(PV)设备。PV市场近十年来已经经历了以超过30%的年增长率的增长。一些文章指出全世界的太阳能电池发电量在不久的将来可能超过IOGWp。据估计，所有太阳能模块中超过95%为基于硅晶圆。高市场增长率连同对实质上减少太阳能电池成本的需要导致了对于廉价地形成高质量太阳能电池来说的若干严重挑战。因此，制造具有商业利益的太阳能电池的一个主要因素在于通过改进设备产率和增加衬底生产量来降低形成太阳能电池所需要的制造成本。
太阳能电池通常具有一个或多个p-n结。每个p-n结包括半导体材料内两个不同的区域，其中一侧被表示为P型区域，而另一侧被表示为η型区域。当太阳能电池的P-n结曝露于太阳光(由来自光子的能量构成)时，太阳光通过PV效应直接转化为电力。太阳能电池产生特定量的电功率，并被平铺成大小适于传递所需量的系统功率的模块。太阳能模块由特定框架和连接器接合为面板。太阳能电池通常形成于硅衬底上，该硅衬底可以是单晶或多晶硅衬底。典型的太阳能电池包括硅晶圆、衬底或薄片，薄片通常小于约0.3_厚，在形成于衬底上的P型区域顶部上具有薄η型硅层。
图1A和图1B示意性描绘制造于晶圆2上的标准硅太阳能电池I。晶圆2包括ρ型基极区域3Α、η型发射极区域3Β和设置于这两者之间的p-n结区域4。η型区域或η型半导体是通过向半导体掺杂某些类型的元素(例如，磷(P)、砷(As)或锑(Sb))以增加负电荷载流子(即，电子)的数量来形成。类似地，P型区域或P型半导体是通过将三价原子添加到晶格从而导致失去来自硅晶格常见的四个共价键中的一个的电子来形成。因此，掺杂剂原子可以接受来自相邻原子共价键的电子以完成第四个键。掺杂剂原子接受电子，引起失去来自相邻原子的一个键 的一半并导致形成“空穴”。
当光落到太阳能电池上时，来自入射光子的能量在p-n结区域4的两侧上产生电子空穴对。电子扩散经过P-n结而到达低能级，而空穴在相反方向上扩散，从而在发射极上形成负电荷并且在基极中积累相应的正电荷积累。当在发射极与基极之间形成电路并且P-n结曝露于某些光波长时，电流将流动。半导体在被照射时产生的电流流过设置于太阳能电池I的正面5A(即，光接收侧)和背面5B中的触点。如图1A所示的顶部接触结构通常被配置为宽间距的薄金属线或将电流供应给较大母线(bus bar) 7的指状物6。背部触点8通常被限制为形成在多个薄金属线中，因为背部触点8不会阻止入射光照到太阳能电池I上。太阳能电池I通常覆盖有薄介电材料(如Si3N4)层，以用作抗反射涂层9或ARC，以最小化来自太阳能电池I的顶表面10的光反射。
丝网印刷长期以来用于物体(如布料或陶瓷)上的印刷设计中，并且用在用于在衬底表面上印刷电气组件设计(如电触点或互连)的电子工业中。当前技术水平的太阳能电池制造过程也使用丝网印刷过程。在一些应用中，需要在太阳能电池衬底上丝网印刷接触线(如指状物6)。指状物6与衬底接触，并适应于形成与一个或多个掺杂区域(例如，η型发射极区域3Β)的欧姆接触。欧姆接触是半导体设备上已经制备成使得设备的电流电压(1-V)曲线为线性且对称的区域，即，在半导体设备的掺杂硅区域与金属接触之间不存在高电阻界面。低电阻的稳定的接触对于太阳能电池的性能和形成于太阳能电池制造过程中的电路的稳定性来说非常关键。
重掺杂区域11可以使用多种图案化技术以产生不同掺杂区域来形成在衬底表面上，例如，通过使用图案化扩散屏障执行磷扩散步骤。背面接触通过与衬底的P型基极区域形成欧姆接触而完成了太阳能电池产生电流所需的电路。为了增强与太阳能电池设备的接触，通常将指状物6定位在形成于衬底表面内的重掺杂区域11上，以形成欧姆接触。由于所形成的重掺杂区域11因其电学性质而趋向于阻挡或最小化能穿过其的光量，所以希望最小化重掺杂区域11的尺寸，同时也使得这些区域足够大以确保指状物6能够可靠地对准并形成于重掺杂区域11上。
重掺杂区域11和指状物6的形成可以包括多个连续材料层的沉积。形成重掺杂区域11的层的未对准可能导致重掺杂区域的表面积比必要的面积大，并阻挡光通过，否则这些光对太阳能电池来说是可利用的。此外，所沉积的指状物6与下层重掺杂区域11的未对准可能导致不良设备性能和低设备效率。重掺杂区域11和指状物6的形成中的未对准可能是由于将衬底定位在自动转移设备上的误差、衬底边缘的缺陷、衬底表面上的重掺杂区域11的未知配准和对准、和/或自动转移设备上的衬底的移位引起。因此，在印刷过程步骤期间存在足够大误差的情况下，所印刷的多个层的未对准将会引起衬底被废弃。
这些层的对准通常是通过衬底上的对准标记和/或检测仅在先前印刷和后续印刷中的不同印刷区域来确定。后者可以通过使用不同网状物或掩膜来获得，这些网状物或掩模确定所需最终图案但是形成对于每个印刷步骤来说个别重叠的不同印刷图案。然而，一旦已经在下部或先前层上形成了给定后续层，那么尤其难以精确知道后续印刷层的实际位置，因为后续印刷层被先前层部分地或完全地遮蔽。另外，为了进行如上对准目的而在特定区域中使用不同的印刷网或掩膜，实际上不能在衬底上具有叠印(即，在一个层上形成另一个层)，这降低了衬底的性 能。此外，使用对准标记可能掩盖了衬底的一部分有效表面，这种情况下也降低了衬底的性能。
也必须注意，为了进行如上对准目的而使用不同的印刷网或掩膜可能由于在后续印刷中通常使用的不同材料而导致印刷图案的审美问题，如印刷的颜色或质量(即，指状物的高度和/或宽度)。相反，可以使用相同印刷网或掩膜以使得最终颜色统一。然而，通过已知控制方法不可能区别各个叠加印刷层的位置，因为各个印刷层是叠加在其他层的顶部。另外，在这种情况下，存在印刷覆盖在先前印刷步骤中使用和印刷的任何标记的缺点。
因此，需要一种用于制造太阳能电池、电子电路或其它有用设备的装置，该装置具有控制图案化层与重掺杂区域11的对准的改进方法和/或使用丝网印刷或其它类似过程在重掺杂区域上形成金属特征结构(例如，指状物6)。发明内容
本发明的实施例提供用于在将多层图案印刷在衬底上时使用的闭环控制的装置和方法。在一个实施例中，提供一种太阳能电池形成方法。该方法包括:将衬底定位在第一印刷站的衬底接收表面上；将第一图案化层印刷在衬底的区域上；获取第一图案化层的第一图像并将第一图像存储在缓冲器中；将衬底转移到第二印刷站的衬底接收表面；以及将第二图案化层印刷在衬底的区域上，其中使用从所获取的第一图像接收到的信息来将第二图案化层在衬底的区域上对准。
在另一个实施例中，提供一种太阳能电池形成方法。该方法包括:将衬底定位在印刷站的衬底接收表面上；将第一图案化层印刷在衬底的区域上；获取第一图案化层的第一光学图像；将第二图案化层印刷在衬底的区域上，其中使用从所获取的第一光学图像接收到的信息来将第二图案化层在衬底的区域上对准；获取第二图案化层的第二光学图像；以及将第三图案化层印刷在第二图案化层上，其中使用从所获取的第一光学图像或所获取的第二光学图像接收到的信息来将第三图案化层在第二图案化层上对准。
在另一个实施例中，提供一种太阳能电池形成方法。该方法包括:将衬底定位在第一印刷站的衬底接收表面上；将第一图案化层印刷在衬底的区域上；获取第一图案化层的第一图像；将衬底转移到第二印刷站的衬底接收表面；将第二图案化层印刷在衬底的区域上，其中使用从所获取的第一图像接收到的信息来将第二图案化层在衬底的区域上对准；获取第二图案化层的第二图像；以及将第三图案化层印刷在第二图案化层上，其中使用从所获取的第一图像或所获取的第二图像接收到的信息来将第三图案化层在第二图案化层上对准，并且第三图案化层相对于第一图案化层对准在约10微米以内。
在另一个实施例中，提供一种用于处理衬底的系统。该系统包括:第一印刷站，其包括第一印刷丝网和耦接到第一印刷丝网的第一致动器；第二印刷站，其包括第二印刷丝网和耦接到第二印刷丝网的第二致动器；第三印刷站，其包括第三印刷丝网和耦接到第三印刷丝网的第三致动器；与第一印刷站或第二印刷站相关联的第一控制站；与第二印刷站或第三印刷站相关联的第二控制站，其中第一控制站和第二控制站中的每一个均包括检测设备和对准设备；以及与第一控制站和第二控制站通信的中央控制单元，其中中央控制单元被配置成使用从由 第一控制站或第二控制站中的检测设备形成的图像接收到的信息，来使用第一致动器改变第一印刷丝网的位置、使用第二致动器改变第二印刷丝网的位置或使用第三致动器改变第三印刷丝网的位置。
在另一个实施例中，提供一种用于处理衬底的系统。该系统包括:第一印刷站，其包括第一印刷丝网和耦接到第一印刷丝网的第一致动器；第二印刷站，其包括第二印刷丝网和耦接到第二印刷丝网的第二致动器；第三印刷站，其包括第三印刷丝网和耦接到第三印刷丝网的第三致动器；与第一印刷站或第二印刷站相关联的第一控制站；与第二印刷站或第三印刷站相关联的第二控制站，其中第一控制站和第二控制站中的每一个均包括检测设备和对准设备；以及与第一控制站和第二控制站通信的中央控制单元，其中中央控制单元被配置成使用从由第一控制站或第二控制站中的检测设备获取的图像计算出的数据来改变衬底与第二印刷丝网或第三印刷丝网的相对位置。


本发明的这些和其它特性将通过对优选实施例的以下描述而变得显而易见，优选实施例是被提供作为参考附图的非限制性示例，其中:
图1A示出含有正面金属化互连图案的现有技术太阳能电池的等距视图1B示出图1A所示的现有技术太阳能电池的横截面侧视图2是根据本发明的方法的示意性表示；
图3示出根据本发明的多层印刷过程的流程图4是根据本发明的用于多层印刷过程的装置的示意图5是图4中的装置的变体的示意图6是根据本发明的一个实施例的具有重掺杂区域和形成于其上的图案化金属接触结构的衬底表面的平面图7是沿图6中的线7-7的放大横向截面图8是根据本发明的另一个实施例的图6中所示的衬底表面的一部分的放大横向截面图9是可以与本发明的实施例结合使用的系统的示意性等距视图10是根据本发明的一个实施例的图8中的系统的示意性俯视平面图11是可以与本发明的实施例结合使用的另一个系统的示意性等距视图12是根据本发明的一个实施例的图11中的系统的示意性俯视平面图13是可以与本发明的实施例结合使用的另一个系统的示意性等距视图14是根据本发明的一个实施例的图13中的系统的示意性俯视平面图15是根据本发明的一个实施例的丝网印刷系统的印刷巢部分的等距视图16是根据本发明的一个实施例的旋转致动器组件的一个实施例的示意性等距视图，所述旋转致动器组件具有被定位以检验衬底正面的检验组件；
图17是根据本发明的一个实施例的光学检验系统的示意性横截面图18是根据本发明的一个实施例的定位在印刷巢中的光学检验系统的示意性横截面图。
为了便于理解，在可能的情况下已经使用相同参考数字来指示附图共有的相同元件。预期一个实施例的元件和特征可以有利地并入其它实施例中而无需进一步叙述。具体实施方式


本发明的实施例提供用于在衬底上印刷多层图案时使用的闭环控制的装置和方法。在一个实施例中，提供一种用于衬底上的多层印刷过程的闭环控制的系统。该系统可以是丝网印刷系统，丝网印刷系统适应于在晶体硅太阳能电池生产线的一部分内执行丝网印刷过程，其中衬底由所需材料图案化并随后在一个或多个后续处理腔室中进行处理。后续处理腔室适应于执行一个或多个热处理步骤和一个或多个清洁步骤。在一个实施例中，系统是定位在软线工具中的模块，该软线工具可从Santa Clara, California的AppliedMaterials, Inc.下属的Baccini S.p.A.购得。虽然以下论述主要论述在太阳能电池设备表面上丝网印刷图案(如互连或接触结构)的过程，但是这种配置并非打算对于此处描述的本发明范围而言为限制性。可受益于本发明的其它衬底材料包括可以具有有源区域的衬底，有源区域含有单晶硅、多晶硅、聚晶硅或其它所需衬底材料。
本发明的实施例可以提供一种方法，该方法包括在第一印刷站中将第一图案化层印刷衬底上。该方法也包括获取衬底上的第一图案化层的第一图像，并将与该第一图像相关联的衬底上的第一图案化层的位置坐标存储在特定缓冲器中。该方法还包括制备用于将被印刷在第一图案化层上的第二图案化层的衬底。制备可以包括将衬底转移到第二印刷站，并将第二图案化层印刷在第一图案化层上。制备还可以包括在第一印刷站中将第二图案化层印刷在第一图案化层上。第二图像可以与所存储的第一图像相比较，以确定第二图案化层相对于第一图案化层的对准。该方法还可以包括至少获取第二或后续图案化层的第二或后续图像，并使用闭环反馈控制来利用所记住或存储的第一图像和与第一图像相关联的衬底上的第一图案化层的位置坐标。本文所使用的图像记忆包括存储模拟数据、数字数据及其组合。该方法也可以包括在将第二图案化层印刷在第一图案化层上之后获取第二图案化层的第二图像。在一个方面，系统控制器使用第二图像和存储在特定缓冲器中的第一数据来执行计算步骤。
计算步骤确定第二图案化层与第一图案化层的重叠。如果确定了第一图案化层与第二图案化层的未对准，那么该方法也包括用于后续衬底上的校正步骤，该后续衬底上印刷有第一图案化层。该校正步骤是基于计算步骤，其中为将印刷在第一图案化层上的第二图案化层制备上面设置有第一图案化层的一个或多个后续衬底。校正步骤可以包括在必要时调整衬底的位置，以将第二图案化层沉积在衬底上。第二图案化层可以在第一印刷站或第二印刷站中印刷。校正步骤还可以包括确定在第一印刷站或第二印刷站中每个后续衬底的位置，以及在必要时在 将第二图案化层印刷在衬底上之前执行衬底位置的调整。
在一些实施例中，每个后续衬底可以定位在印刷巢(即，衬底运送件(substrateshuttle))上，以转移到第二印刷站内以用于将第二图案化层印刷在第一图案化层上。校正步骤也可以包括调整印刷巢的位置，以确保在将第二图案化层印刷在后续衬底上之前后续衬底被对准。校正步骤也可以包括通过使用设置在印刷站中的一个或多个致动器(例如，图9至10中的附图标记902A-902B)，在将第二图案化层印刷在第一图案化层上之前调整印刷丝网或掩膜的位置。
该方法的实施例可以用以调整和校正串联或并联的多个衬底上的第二或后续图案化印刷层的印刷，并提供这些衬底上的印刷层的精确对准。因此，本文描述的控制方法能够改进设备产率性能和衬底生产线的拥有成本(CoO)。
图2中给出该方法的示意性表示，其中方框I指示第一印刷步骤中的对第一印刷层的第一图像的第一次获取，以检测第一印刷层的位置的坐标。方框II指示记住至少所获取的第一图像和与该第一图像相关联的衬底上的第一图案化层的位置坐标的步骤。方框III指示第二图案化层印刷在第一印刷层上的第二印刷步骤。方框IV指示对印刷在第一层上的第二层的图像的第二次直接获取，方框V指示使用在方框II中记住(即，存储)并且与第一印刷层的位置坐标相关联的第一图像来执行闭环反馈控制计算以调整或校正第二印刷步骤的验证步骤。
在一个实施例中，使用丝网印刷系统，该系统适应于在晶体硅太阳能电池生产线的一部分内执行根据本发明的丝网印刷过程，其中衬底由所需材料图案化并随后在一个或多个后续处理腔室中被处理。后续处理腔室可以适应于执行一个或多个烘烤步骤和一个或多个清洁步骤。
虽然先前论述主要集中于在太阳能电池设备的表面上丝网印刷图案(如接触图案或互连结构图案)的过程，但是这种构造并非打算对于所描述的本发明范围而言为限制性。可受益于本发明的其它衬底材料包括可以具有有源区域的衬底，该有源区域含有单晶娃、多晶娃、聚晶娃或其它所需衬底材料。
在衬底上印刷多层图案的方法
图3描绘根据本发明用于在衬底上形成多个图案的方法100的另一个实施例。方法100包括在衬底上形成第一图案化层的至少第一印刷步骤105、用于在衬底上形成额外图案化层的第二印刷步骤110和第三印刷步骤115。在方法100的执行期间也提供对准步骤120A、120B来对准衬底。可以在第一印刷步骤105与第二印刷步骤110之间执行对准步骤120A。可以在第二印刷步骤110与第三印刷步骤115之间执行对准步骤120B。方法100也包括验证步骤125A、125B、125C (例如，控制操作)，以确定可以在第一印刷步骤105、第二印刷步骤110和第三印刷步骤115之后执行的衬底对准的精确性。方法100也包括排出步骤130，其中印刷过程完成并且衬底可以被转移到另一个处理环境。清楚的是，相同描述在适当修改之后适用于提供多于三个印刷步骤的方法并且也适用于具有两个印刷步骤的更简单情况。
在本发明的一些实施例中，每个验证步骤125A、125B、125C包括在相应印刷步骤的上游(例如，之前)和下游(例如，之后)执行的操作。例如，获取步骤135AU35B包括在相关的印刷步骤105、110之后和另一印刷步骤110、115之前执行的获取印刷在衬底上的第一图案化层的光学图像，以检测印刷在衬底上的第一图案化层的位置坐标。记忆步骤140、145包括记住(例如，存储)在获取步骤135AU35B中获取的光学图像和与该光学图像相关联的衬底上的第一图案化层的位置坐标。可以在第二印刷步骤110和第三印刷步骤115中的一个或两个之后执行另一获取步骤135BU35C，获取步骤135BU35C包括获取印刷在第一层上的其它图案化层的额外光学图像。
方法100可以包括第一闭环反馈计算步骤150A和第二闭环反馈计算步骤150B。第一闭环反馈计算步骤150A和第二闭环反馈计算步骤150B包括使用由在记忆操作140、145期间存储的光学图像所检测出的第一图案化印刷层的位置坐标，并且可以用以调整或校正第二图案化印刷层在第一图案化层上的印刷对准。光学图像包括利用可见范围内的光检测出的图像以及利用 红外范围中或其它波长的光检测出的图像。
可以在系统控制器中执行计算步骤150A和150B，其中将第一图案化层的坐标与印刷在第一图案化层上的第二图案化层的坐标相比较。例如，将第一图案化层和第二图案化层中的一个或两个的坐标存储(例如，记住)为类似于两个矩形的数据。在此示例中，将对应于第一图案化层和第二图案化层的每个矩形的顶点相比较。如果该顶点被最佳对准或重叠，那么停止计算步骤，并且通过将第二图案化层印刷于第一图案化层上而不进行调整来处理上面印刷有第一图案化层的后续衬底。然而，当顶点之间的X-Y偏移是非最优时，计算该偏移并在对准步骤120AU20B中使用适当的校正指令以校正在对被印刷于第一图案化层(第一图案化层印刷于后续衬底上)上的第二图案化层进行印刷期间的X-Y偏移。
图4示意性示出能够实施图2和3所示的方法的系统400的可能实施例。系统400可以顺序地包括第一印刷站450、第一控制站451、第一对准设备454、第二印刷站460、第二控制站461、第二对准设备464、第三印刷站470、第三控制站471、排出站480以及中央控制和数据处理单元490。质量控制站(未示出)也可以耦接到系统400，或者使用来自控制站451、461、471中的一个或多个的数据来连续监控质量控制。在一个实施例中，每个控制站451、461、471分别包括检测设备452、462、472以及命令和控制单元453、463、473。在图4中，箭头指示系统400的各个部分之间的数据流的方向。
根据本发明，在第一印刷步骤105中，在衬底(例如，基于硅的晶圆)的表面上实施丝网印刷，以与第一印刷站450相对应地形成多层图案的第一层，其中衬底是通过已知馈送系统(如机器人设备和/或输送机系统)来馈送。
在第一印刷步骤105的下游，根据本发明的方法的一些实施例提供通过第一检测设备452获取印刷在衬底上的第一图案化层的第一光学图像的第一操作(即，验证步骤125A)，从而识别出第一光学图像在衬底上的位置坐标。根据操作模式，第一图像和与其相关联的衬底上的第一图案化层的位置坐标被记忆在第一控制站451的第一命令和控制单元453的第一电子存储器453A中，并可能传输到第二控制站461的第二命令和控制单元463，或者直接传输到并存储在中央控制和数据处理单元490的中央电子存储器490A中。
利用第一图像检测出的第一图案化层的位置坐标的信息可以发送到第一对准设备454。第一获取操作135A之后可以进行第一对准步骤120A，其中与第一印刷层的位置有关，第一对准设备454(例如，推进器，其可以是气动、液压或机械致动器)准确定位衬底以执行第二印刷步骤110。
在另一种形式的实施例中，衬底的准确定位通过对准设备(如上述推进器)实现，以将衬底移动到存在于第二印刷站460中的印刷头的下方。第一对准设备454也可以包括用于定位存在于第二印刷站460中的印刷头的致动器。
在第二印刷步骤110(其中第二图案层被印刷在衬底上第一层上方)之后，本发明提供第二操作(即，验证步骤125B)以通过第二检测设备462获取印刷在衬底以及第一层上的第二图案化层的第二光学图像。
根据操作模式，可以仅获取第二图像，或者可以将第二图像存储在第二控制站461的第二命令和控制单元463的第二电子存储器463A中，并且可能传输到第三控制站471的第三命令和控制单元473，或者直接传输到并存储在中央控制和数据处理单元490的中央电子存储器490A中。
另外，与和直接获取的第二图像相关联的第二印刷层的位置坐标相比，第二控制站461的第二命令和控制·单元463使用由第一图像检测出的第一图案化印刷层的位置坐标来实施第一闭环反馈计算步骤150A，并且计算结果用于适当地命令第一对准设备454。
与第二图案化层的位置坐标有关的信息可以被发送到第一对准设备454。具体来说，在该数据并不一致的情况下，第二控制站461的第二命令和控制单元463将闭环反馈信号发送到第一对准设备454以传达不一致性，并因此调整或校正第二印刷。
第二获取操作135B之后可以进行第二对准步骤120B，其中与第二印刷层的位置有关，第二对准设备464 (例如，如上所述的推进器)准确定位衬底以执行第三印刷步骤31。在第二对准步骤120B之后，实施第三印刷步骤31和第三验证步骤125C。
具体来说，在第三印刷步骤115中，与第三印刷站470相对应，印刷第三图案层，并且在第三验证步骤125C中，执行第三操作(即，获取步骤135C)以通过第三检测设备472获取印刷在第二层上的第三图案化层的第三光学图像，而该第二层印刷在第一层上。
根据操作模式，可以仅获取第三图像，或者可以将第三图像存储在第三控制站471的第三命令和控制单元473的第三电子存储器473A中，或者存储在中央控制和数据处理单元490的中央电子存储器490A中。
此外，在第三检验步骤125C中，与和直接获取的第三图像相关的第三印刷层的位置坐标相比，第三控制站471的第三命令和控制单元473使用由第二图像检测出的第二图案化印刷层的位置的验证坐标来执行第二闭环反馈计算步骤150B，并且计算结果用于适当地命令第二对准设备464。
与第三图案化层的位置坐标有关的信息可以被发送到第二对准设备464。具体来说，在该数据并不一致的情况下，第三控制站471的第三命令和控制单元473将闭环反馈信号发送到第二对准设备464以传达不一致对准。
每个命令和控制单元453、463、473也将检测出的数据提供给中央控制和数据处理单元490，中央控制和数据处理单元490根据由用户预先确定的数据库来组织、存储所收集的数据，并按照用户所请求的形式和方式(例如，统计地)或者以识别生产过程的临界点的方式对这些数据进行处理。
根据图5所示的其它变体，通过例如获取步骤135A-135C和/或验证步骤125A-125C获得的数据的所有数据传送子步骤可以由单个中央命令和控制单元500来控制。单个中央命令和控制单元500可以设有电子存储器510，在电子存储器510中存储至少所获取的第一图像并且可能在每次存储后续获取并且用于上述闭环反馈计算操作中的图像。在一个示例中，中央命令和控制单元500处理来自每个印刷站450、460、470下游的检测设备452、462、472的数据，根据预先设定的程序比较这些数据，并且将控制信号传输到不同的对准设备454、464。同样清楚的是，以上提及的中央控制和数据处理单元490和500通常可以被配置为上述控制单元453、463、473。
记住至少所 获取的第一光学图像(从该第一光学图像检测出在闭环反馈控制中使用的衬底上的第一图案化印刷层的位置坐标)，第二和第三沉积层可能可以与第一印刷图案化层可靠地对准。在一个实施例中，相对于第一图案化印刷层来定位后续第二和第三层的精度可以约10微米(ym)或更少。在丝网印刷实施例中，第二印刷站460和第三印刷站470各自配备有丝网印刷网或掩膜(与第一印刷站450中的相同)，这防止了后续层的重叠并使得可以叠印。另外，至少在第一印刷步骤中，并不必须印刷对准标记或其它独特的识别和对准标志，该标志随后可以由额外层覆盖并减少了衬底的有效表面积。
图6是上面形成有多层图案630的衬底650的表面651的平面图。多层图案630包括形成于表面651上的多个重掺杂区域641。重掺杂区域641通常包括中间设置有约0.1原子百分比或更少的掺杂剂原子的一部分衬底650材料。图案化类型的重掺杂区域641可以通过常规平版印刷和离子注入技术或者本领域已知的常规介电屏蔽和高温炉扩散技术形成。图案化金属接触结构642可以形成于重掺杂区域641上以形成金属指状物660和/或母线662。
图7示出衬底650的表面651的一部分，该衬底具有设置于重掺杂区域641上的金属指状物660 (例如由银(Ag)制成)。金属接触结构642 (如金属指状物660和母线662)形成于重掺杂区域641上，从而使得可以在这两个区域之间形成高质量电连接。低电阻的稳定接触对于太阳能电池的性能非常关键。然而，使用常规技术通常不能进行在重掺杂区域641上对准和沉积金属接触结构642的过程，因为使用这些技术通常没有方法来视觉确定所形成的重掺杂区域641图案在衬底650的表面651上的实际对准和定向。
图8是衬底650的表面651的一部分的示意性横截面图，该衬底具有设置于重掺杂区域641上的金属指状物660(例如由银(Ag)制成)。可以使用叠印过程来在金属指状物660上形成第二图案化层，以形成宽度小于金属指状物660的宽度的窄金属指状物结构800。
可以在太阳能电池形成过程中执行与图3中描述的更一般印刷步骤105、110、115有关的本发明的实施例，该太阳能电池形成过程包括通过叠印在重掺杂区域641上形成金属接触(例如银)，该重掺杂区域641形成于衬底650的表面上的所需的多层图案630中(图6和图7)。
可以执行叠印过程，例如，以制造具有不同宽度尺寸的叠加的指状物(例如，图8中所示的窄金属指状物结构800)，或者具有相同宽度尺寸但是由不同材料制成或具有不同功能的叠加的指状物，或者这两种类型的组合。
例如，本发明的实施例提供叠印模式，其中在第一印刷步骤105(图3)中，印刷掺杂剂膏以形成重掺杂区域641，在第二印刷步骤110 (图3)中，将界定金属指状物660 (图6和图7)的宽金属线(例如，银)印刷到所形成的重掺杂区域641上，并且在第三印刷步骤115(图3)中，将界定窄金属指状物结构800 (图8)的窄金属线(例如，银)印刷到形成具有多层图案630的金属接触结构642 (参见图6、7和8)的宽金属线(例如，金属指状物660)上。将注意到，可以在印刷步骤(例如，步骤105、110和115)的每个步骤之间对系统(例如，系统400)中的衬底执行一个或多个热处理步骤，以进一步处理印刷层，如驱动掺杂剂膏中的掺杂剂原子以形成重掺杂区域641，和/或在第二和第三印刷层中得到的金属材料与衬底表面(例如重掺杂区域641)之间致密化和形成良好电接触。
在其它实施例中，可以在第一印刷步骤105之后使用叠印模式，以从接触膏形成金属化层(例如，在第二印刷步骤Iio中形成金属指状物660)，并且在第三印刷步骤115之后，提供印刷以从与接触膏不同的导电膏形成金属化层(例如，形成窄金属指状物结构800)。导电膏和接触膏都可以包含金属，例如，基于银的金属。
根据本发明的实施例，如以下将更详细描述，图4中描述的印刷站450、460、470中的一个或多个或者每一个可以被配置为结合图9至图14描述的印刷系统910。
此外，图4中描述的控制站451、461、471 (具备检测设备452、462、472和控制单元453、463、473)可以被配置为与图9、10、13、14、16和17中例示的系统控制器900相关联的以下结合图16至图18描述的检验系统400。具体来说，控制单元453、463、473可以被配置为下文描述的系统控制器900。
此外，图4中所示的上述对准设备454、464可以被配置为以下结合图9至14的印刷腔室902描述的致动器902A。
与图3中描述的更一般的控制步骤(例如，验证步骤125A、125B、125C)和对准步骤120AU20B有关的本发明的实施例也具体地提供检验系统和支持硬件，检验系统和支持硬件用以将类似形状或图案的金属接触结构可靠地定位在图案化重掺杂区域上以允许进行欧姆接触。
丝网印刷系统
根据本发明的另一个方面，图9和图10分别是示出丝网印刷系统910的一个实施例的示意性等距视图和示意性俯视平面图，该丝网印刷系统910可以用作图4和图5的系统的印刷站450、460、470中的一个或多个。丝网印刷系统910可以结合本发明的实施例来使用，以使用光学检验系统1100(在图11中示出并且在图16中更详细描述)在太阳能电池衬底650的表面上的所需图案中形成金属接触。
在一个实施例中，丝网印刷系统910包括传入输送机911、致动器组件930 (在此实施例中被配置为旋转致动器台或旋转转移设备)、丝网印刷腔室902和传出输送机912。传入输送机911可以包括移动表面916,移动表面916可以被配置成从输入设备(如传入输送机913)接收衬底650 (即，图10中的路径“A”)，并将衬底650转移到耦接到致动器组件930的印刷巢931。在一个方面，印刷巢931包括衬底运送件，该衬底运送件提供对其上的衬底650相对于丝网印刷腔室902中的印刷头进行定位。传出输送机912可以被配置成从耦接到致动器组件930的印刷巢931接收处理后的衬底650，并将该衬底650转移到衬底去除设备(如离开输送机914)( S卩，图10中的路径“E”)。传入输送机913和离开输送机914可以是作为较大生产线的一部分的自动衬底处理设备。
致动器组件930可以通过旋转致动器(未示出)和系统控制器900而绕“F”轴旋转和成角度定位，从而使得印刷巢931可以选择性地成角度定位在丝网印刷系统910内(例如，图10中的路径“D1”和“D2”)。致动器组件930也可以具有一个或多个支撑组件，以促进控制印刷巢931和用以在丝网印刷系统910中执行衬底处理程序的其它自动设备。
在一个实施例中，致动器组件930包括四个印刷巢931或衬底支撑，每个印刷巢或衬底支撑均适应于在丝网印刷腔室902内执行的丝网印刷过程期间支撑衬底650。图10示意性示出致动器组件930的位置，其中一个印刷巢931处于位置“I”以从传入输送机911接收衬底650，另一个印刷巢931处于丝网印刷腔室902内的位置“2”以使得另一衬底650可以在其表面上接收丝网印刷图案，再一个印刷巢931处于位置“3”以将处理后的衬底650转移到传出输送机912，并且又一个印刷巢931处于位置“4”，位置“4”为位置“I”与位置“3”之间的中间阶段。
丝网印刷腔室902适应于在丝网印刷过程期间将所需图案的材料沉积在位于处于位置“2”的印刷 巢931上的衬底650的表面上。在一个实施例中，丝网印刷腔室902包括多个致动器(例如，致动器902A(例如，步进电机或伺服电机))，这些致动器与系统控制器900通信并用以调整设置于丝网印刷腔室902内的丝网印刷掩膜902B(图9和图13)相对于被印刷的衬底650的位置和/或角定向。在另一个实施例中，印刷巢931可以用以基于来自系统控制器900的指令来相对于丝网印刷掩膜902B定位衬底650。印刷巢931可以用来径向移动衬底650 (朝向或远离致动器组件930的F轴)。致动器组件930也可以绕F轴旋转，以调整印刷巢931 (和位于印刷巢931上的衬底650)的角位置。印刷巢931和衬底650的定位可以基于在系统控制器900中根据衬底650的所获取图像或衬底650上的丝网印刷层的所获取图像执行的计算。
在一个实施例中，丝网印刷掩膜902B为具有多个特征结构902C(图9和图13)的金属片或板，该特征结构为诸如洞、槽或穿过该特征结构形成的其它孔，以在衬底650的表面上界定丝网印刷材料(即，墨水或膏)的图案和布置。一般来说，将沉积于衬底650的表面上的丝网印刷图案是通过使用致动器902A和由系统控制器900从检验组件1000接收到的信息来将丝网印刷掩膜902B定位在衬底表面上所需的位置来以自动方式与衬底650对准。在一个实施例中，丝网印刷腔室902适应于将含金属材料或含电介质材料沉积在太阳能电池衬底650上，该太阳能电池衬底650具有约125mm到156mm之间的宽度和约70mm到156mm之间的长度。在一个实施例中，丝网印刷腔室902适应于将含金属膏状物沉积在衬底650的表面上，以在衬底650的表面上形成金属接触结构。
系统控制器900便于全部丝网印刷系统910的控制和自动化，并且可以包括中央处理单元(CPU)(未示出)、存储器(未示出)和支持电路(或1/0)(未示出)。CPU可以是用于控制各种腔室过程和硬件(例如，输送机、光学检验组件、电机、流体运送硬件等)的工业设置中的任何形式的计算机处理器中的一种，并且监控系统和腔室过程(例如，衬底位置、处理时间、检测器信号灯)。存储器连接到CPU，并且可以是本地或远程的易于获得的存储器中的一个或多个，如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘或任何其它形式的数字存储器。软件指令和数据可以编码和存储在存储器中以指示CPU。支持电路也连接到CPU以用常规方式支持处理器。支持电路可以包括高速缓存、电源、时钟电路、输入/输出电路、子系统等。可由系统控制器900读取的程序(或计算机指令)确定哪些任务在衬底上是可执行的。优选地，程序为可由系统控制器900读取的软件，程序包括代码，以产生和存储至少衬底定位信息、各个受控部件的移动的序列、衬底光学检验系统信息和其任何组合。在本发明的一个实施例中，系统控制器900包括图案识别软件，以解析重掺杂区域641 (图6至图8)和/或对准标记(如果存在)的位置。系统控制器900也包括图案识别软件，以解析形成于重掺杂区域641上的图案化层的位置。
图11和图12分别为描述丝网印刷系统或系统910的另一个实施例的等距示意图和俯视平面示意图，该系统可以用作图4和图5中的系统400的印刷站450、460、470中的一个或多个。丝网印刷系统910可以结合本发明的实施例使用以使用在图16至图18中更详细描述的光学检验系统1100在太阳能电池衬底650的表面上形成根据所需图案的金属接触。
在一个实施例中，图11和图12中的系统910通常包括两个传入输送机911和致动器组件930，该致动器组件930被配置为图11中所示的实施例中的线性致动器或输送机或图12中的旋转台或旋转致动器。系统910也包括多个印刷巢931、多个丝网印刷腔室902、两个传出输送机912和系统控制器900。传入输送机911被配置成并行处理构造，以使得每一个传入输送机911可以从传入设备(例如，传入输送机913)接收未处理的衬底650,并将每个未处理的衬底650转移到耦接到致动器组件930的印刷巢931。此外，传出输送机912被并行配置，以使得每个传出输送机912可以从印刷巢931接收处理后的衬底650，并将每个处理后的衬底650转移到衬底去除设备(如离开输送机914)。
在一个实施例中，图11和图12中的丝网印刷系统910具有两个印刷巢931 (处于位置“I”和“3”)，每个印刷巢被定位成将处理后的衬底650转移到传出输送机912并也从传入输送机911接收未处理的衬底650。
因此，在图11和图12的系统910中，衬底的移动通常沿着路径“A”。在此配置中，两个其它印刷巢931 中的每一个(处于位置“2”和“4”)被定位在丝网印刷腔室902下方，从而使得可以在位于相应印刷巢931上的未处理衬底650上进行丝网印刷。
此平行处理配置允许以最小的处理系统体积来增加生产能力。尽管系统910在图11和图12中示出为具有两个丝网印刷腔室902和四个印刷巢931，但是在不脱离本发明范围的情况下，系统910可以包括额外的丝网印刷腔室902和/或印刷巢931。在一个实施例中，印刷巢931中的致动器(例如，附图标记1048(图15))可以用以基于来自系统控制器900的指令相对于丝网印刷腔室902定位衬底650。印刷巢931可以用来径向移动衬底650 (朝向或远离致动器组件930的中心)。另外地或可替代地，每个印刷巢931可以沿X和Y方向独立移动以及旋转移动，以在印刷过程之前将衬底650定位在丝网印刷腔室902内。印刷巢931和衬底650的定位可以基于系统控制器900中根据衬底650的所获取的图像而执行的计算。
图13和图14分别为示出丝网印刷系统或系统910的另一个实施例的等距示意图和俯视平面示意图，该系统可以用作图4和图5中的系统400的印刷站450、460、470中的一个或多个。丝网印刷系统910可以结合本发明的实施例使用以使用在图16至图18中更详细描述的光学检验系统1100在太阳能电池衬底650的表面上形成根据所需图案的金属接触。
在一个实施例中，图13和图14中的丝网印刷系统910包括传入输送机911、致动器组件930 (致动器组件930在此实施例中被配置为线性运动单元)、丝网印刷腔室902、传出输送机912和系统控制器900。传入输送机911可以被配置成从传入设备(如传入输送机913)接收衬底650 (即，图14中的路径“A”)，并将衬底650转移到在入口处耦接到致动器组件930的印刷巢931。传出输送机912可以被配置成从在出口处耦接到致动器组件930的印刷巢931接收未处理的衬底650，并将该衬底650转移到衬底去除设备(如离开输送机914) ( S卩，图14中的路径“E”)。传入输送机913和离开输送机914可以是作为较大生产线的一部分的自动衬底处理设备。
传入输送机911从如下位置运输衬底650:衬底650被引入丝网印刷腔室902中的位置“I”、丝网印刷腔室902内的位置“2”和从丝网印刷腔室902排出处理后的衬底650并将该处理后的衬底650运送到其它操作站的第三位置“3”。在叠印或多重印刷的情况下，衬底650再次被引入到丝网印刷腔室902中的位置“2”，以进行第二或另一个印刷步骤，并且随后再次从丝网印刷腔室902排出传递到位置“3”。此替代运动被重复与将被印刷的层数协调的若干次，直到最后排出最终产品。
如图15中所示，印刷巢931通常由输送机组件1039构成，该输送机组件1039具有馈送轴1035、卷带轴1036、滚筒1040和一个或多个致动器1048，该致动器耦接到馈送轴1035和/或卷带轴1036,该馈送轴1035和/或卷带轴1036适应于馈送和保持定位在平板1038上的支撑材料1037。平板1038通常具有衬底支撑表面，在丝网印刷腔室902中执行的丝网印刷过程期间衬底650和支撑材料1037定位于该衬底支撑表面上。在一个实施例中，支撑材料1037为多孔材料，其允许设置于支撑材料1037的一侧上的衬底650通过由常规真空产生设备(例如，真空泵、真空发生器)施加到支撑材料1037的相对侧面上的真空而被保持在平板1038上。在一个实施例中，真空被施加到形成在平板1038的衬底支撑表面中的真空口(未示出)，从而使得衬底650可以“夹紧”到平板1038的衬底支撑表面上。在一个实施例中，支撑材料1037为可透气材料，其由例如用于香烟卷纸的类型的可透气纸或另一种相似材料(如执行相同功能的塑料或纺织材料)构成。
在一种配置中，致 动器1048耦接到馈送轴1035和卷带轴1036或适应于与馈送轴1035和卷带轴1036接合，从而使得可以在印刷巢931内准确控制定位在支撑材料1037上的衬底650的运动。在一个实施例中，馈送轴1035和卷带轴1036各自适应于接收支撑材料1037的长度的相对的末端。在一个实施例中，致动器1048各自含有一个或多个驱动轮1047，驱动轮1047耦接到定位在馈送轴1035和/或卷带轴1036上的支撑材料1037的表面或者与该表面接触，以控制支撑材料1037在平板1038上的运动和位置。
在一个实施例中，图9至图14中所示的系统910包括检验组件1000，该检验组件1000在图16至图18中进行更详细描述。检验组件1000适应于检验位于印刷巢931上的衬底650。
具体参考图9和图10中的系统910，检验组件1000能够检验设置于处于位置“I”和位置“3”的印刷巢931上的衬底650。检验组件1000可以包括一个或多个相机921，相机921定位成随着致动器组件930的旋转方向、检验设置于位置“I”的印刷巢931上的进入或处理后的衬底650和位置“3”的处理后的衬底650。
具体参考图11和图12的系统910，检验组件1000能够在已经进行处理之前和之后检验衬底650。检验组件1000可以包括一个或多个相机921，相机921定位成检验定位在位置“ I ”和“3”的衬底650以进行装载/卸载。
具体参考图13和图14的系统910，检验组件1000能够检验设置在位于位置“3”处的印刷巢931上的衬底650。检验组件1000可以包括相机921，相机921定位成根据印刷巢931相对于依据致动器组件930的运动方向的路径“A”来说是向前还是向后运动，来检验处于位置“I”或处于位置“3”的处理后的衬底650。
在这些配置中，检验组件1000包括至少一个相机921 (例如，CXD相机)和能够检验并将检验结果传达到系统控制器900的其它电子元件，系统控制器900用以分析印刷巢931上的衬底650的定向和位置。在另一个实施例中，检验组件1000包括如上所述的光学检验系统1100。
为了直接确定在衬底表面651上形成图案化导电层之前形成在衬底表面651上的重掺杂区域641的对准和定向，系统控制器900可以使用一个或多个检验组件1000来收集所需数据。
图17示出光学检验系统1100的一个实施例，光学检验系统1100并入到如图14中例示的印刷巢931和检验组件1000的一部分中。在一个实施例中，检验组件1000包括检测器设备1101 (如相机)，并且印刷巢931包括输送机组件1039、支撑材料1037、平板1038和辐射源1102。在此配置中，辐射源1102适应于穿过支撑材料1037和平板1038将电磁辐射I1 ”发射到衬底650的表面652，其中衬底650被“夹紧”到支撑材料1037和平板1038上。所发出的电磁辐射“B/’随后穿过衬底的部分，并沿着路径“C”到达检测器设备1101，检测器设备1101被定位成接收所发出的辐射中的一部分。一般来说，支撑材料1037和平板1038由材料制成，并且支撑材料1037和平板1038的厚度具有不会显著影响由检测器设备1101和系统控制器900接收和处理的电磁辐射的信噪比。在一个实施例中，平板1038由光学透明材料(如蓝宝石)形成，该材料不会显著阻挡UV和IR波长的光。如上所述，在另一个实施例中，辐射源1103被配置成将电磁辐射“B2”传递到定位在支撑材料1037和平板1038上的衬底650的表面651，以使得所发出的波长中的一个或多个波长将由衬底650的部分吸收或反射并沿路径“C”传递到检测器设备1101。
图9和图11示出与检验组件1000相关联的致动器组件930的一个实施例，该检验组件1000被定位成检验设置于位于位置“I”和位置“3”的印刷巢931上的衬底650的表面651。
图13示出与检验组件1000相关联的致动器组件930的一个实施例，该检验组件1000被定位成检验设置于位于位置“I”或位置“3”的印刷巢931上的衬底650的表面651。
通常，系统910中的衬底650的适当对准是取决于相对于衬底650的特征结构的对准，或者相对于适当印刷的一个或多个标记的对准。然而，本领域技术人员将了解，对于本发明，不是必须在第一印刷与第二印刷之间提供衬底650的不同特征结构，而且不是必须在印刷第一图案化印刷层期间印刷或定位标记。
在任何情况下，丝网印刷在衬底650的表面651上的后续层的不良对准会影响被形成的设备正确执行功能的能力，因此会影响设备性能。然而，在丝网印刷层将被沉积在另一个形成的图案顶部上(如将导电层设置在重掺杂区域641上)的应用中，使位置误差最小化变得更为关键。
光学检验系统
本发明的实施例因此提供确定在第一印刷步骤105中印刷的图案化重掺杂区域641的实际对准和定向(对应于如图3中所描述的验证步骤125A、125B、125C)，并随后执行第二印刷步骤110和第三印刷步骤115，以使用由闭环反馈计算步骤收集到的信息在重掺杂区域641 (图6至8和图17)的表面上形成根据多层图案的金属接触，闭环反馈计算步骤使用先前图案化印刷层的存储图像。
图16至图18示出光学检验系统1100的实施例，该光学检验系统1100可以用作上述更一般的第一检测设备452 (图4和图5)，且因此被配置成确定形成在衬底650的表面上的(一个或多个)重掺杂区域641的图案的实际对准和定向(图6至8和图17)。光学检验系统1100通常含有一个或多个电磁辐射源(如被配置成在所需波长发出辐射的辐射源1102和1103)和配置成捕获反射或未吸收的辐射以获取印刷图案化层的相对光学图像的检测器设备1101，从而使得重掺杂区域641与多层图案的较宽金属指状物660(图6至8)和窄金属指状物结构800 (图8)的对准和定向可以相对于衬底650的其它非重掺杂区域来视觉确定。为了通过使用图案化的金属化技术在重掺杂区域641的表面上进行金属接触结构(如金属指状物660和窄金属 指状物结构800)的第二印刷步骤110 (图3)和第三印刷步骤115 (图3)，由检测器设备1101获取的光学图像(从该光学图像推导出定向和对准数据)随后被传递到系统控制器900，系统控制器900被配置成操作闭环反馈计算步骤135C、150B (图3)并因此调整和控制衬底的位置对准。
多层图案化的金属化技术可以包括丝网印刷过程、喷墨印刷过程、平版印刷和覆盖金属沉积(blanket metal deposition)过程或其它类似的图案化金属化过程。在一个实施例中，使用在丝网印刷系统910中执行的丝网印刷过程将金属接触沉积在衬底650的表面上，如本文结合图9至14所描述的。
在重掺杂区域641形成于硅衬底内的配置中，认为在紫外(UV)和红外(IR)波长区域内的波长下发出的电磁辐射将由硅衬底或重掺杂区域641优先吸收、反射或透射。所发出的辐射的透射、吸收或反射的差异因此可以用以产生一些可辨别的对比度，该对比度可由检测器设备1101和系统控制器900解析。在一个实施例中，需要在约850nm与4微米(μ )之间的波长下发出电磁辐射。在一个实施例中，辐射源1102和1103中的一个或多个是适应于传递所需光波长中的一个或多个光波长的发光二极管(LED)。
在一个实施例中，光学检验系统1100具有辐射源1102，辐射源1102被配置成将电磁辐射“B/’传递到与设置有检测器设备1101的衬底侧面相反的衬底650的表面652。在图17所不的一个不例中，福射源1102与太阳能电池衬底650的背面(例如,表面652)相邻设置，并且检测器设备1101与衬底650的正面(例如，表面651)相邻设置。在此配置中，希望使用大于硅的吸收边缘(如大于1060nm)的光学辐射，以允许所发出的电磁辐射“B/’穿过衬底650并沿着路径“C”被传递到检测器设备1101。认为由于与通常用于太阳能电池应用中的通常轻掺杂硅衬底(例如，< IO17原子/cm3)相比在重掺杂区域中有高掺杂度(例如，> IO18原子/cm3)，在这些波长内吸收或透射性质对于这些区域中的每一个将显著不同。在一个实施例中，期望将所发出的波长限制在约1.1ym与约1.5μπι之间的范围内。在一个示例中，重掺杂区域具有每平方(per square)至少50欧姆的电阻率。
在光学检验系统1100的另一个实施例中，辐射源1103被配置成将电磁辐射“B2”传递到衬底650的表面651,该表面651与检测器设备1101位于相同的衬底侧面上。以此方式，所发出的波长中的一个或多个将由衬底650的部分、重掺杂区域641的部分以及金属指状物660 (图6至8)和窄金属指状物结构800 (图8)(如果存在于衬底650上)的部分所吸收或反射。所反射的辐射被沿着路径“C”发 射到检测器设备1101。在此配置中，希望在约850nm与4微米(μ m)之间的波长发出光学辐射，直到检测器设备1101能够检测到区域之间的所需对比度。
在光学检验系统1100的一个实施例中，两个辐射源1102和1103以及一个或多个检测器设备1101和1101A(图18中示出)用以帮助进一步检测衬底650的表面上的重掺杂区域641、金属指状物660(图6至8)和窄金属指状物结构800 (图8)的图案。在这种情况下，希望配置辐射源1102和1103，以使得辐射源1102和1103在相同或不同波长发出辐射。
检测器设备1101包括电磁辐射检测器、相机或被配置成测量在一个或多个波长下的接收到的电磁辐射强度的其它类似设备。在一个实施例中，检测器设备1101包括相机1105(图16和图18)，该相机被配置成在由辐射源1102或1103中的一个或多个发出的所需波长范围内检测并解析衬底表面上的特征。在一个实施例中，相机1105为InGaAs型相机，其具有冷却的CCD阵列以提高检测到的信号的信噪比。在一些配置中，希望通过包围或屏蔽衬底650的表面651与相机1105之间的区域来将检测器设备1101与周围光隔离。
在一个实施例中，检测器设备1101还包括设置于相机1105与衬底650的表面651之间的一个或多个光学滤波器(未示出)。在此配置中，(一个或多个)光学滤波器被选择成仅允许某些所需波长传到相机1105，以减少由相机1105接收到的不需要的能量的量，从而提高检测到的辐射的信噪比。光学滤波器可以为带通滤波器、窄带滤波器、光学边缘滤波器、陷波滤波器或宽带滤波器(从例如Barr Associates, Inc.或AndoverCorporation购得)。在本发明的另一个方面，在辐射源1102或1103与衬底650之间添加光学滤波器，以限制投射到衬底上并由相机1105检测到的波长。在此配置中，希望选择能够传递广范围波长的辐射源1102或1103，并使用滤波器来限制入射到衬底650的表面651上的波长。
为此目的，在一个实施例中，将相机1105定位在衬底650的表面651上，以使得相机1105的观察区域675可以检验表面651的至少一个区域。如上所述，由相机1105接收到的信息用以通过使用从系统控制器900发送到致动器902A的命令来将丝网印刷掩膜并因此将随后沉积的材料与重掺杂区域641对准。在对重掺杂区域641测序的正常过程期间，在定位在每个印刷巢931上的每个衬底650被传递到丝网印刷腔室902之前，对该衬底650收集位置信息。检验组件1000也可以包括多个光学检验系统1100，该光学检验系统1100适应于观察定位在印刷巢931上的衬底650的不同区域，以帮助更好地解析形成在衬底上的图案630。在独立权利要求中阐述并特征化本发明，然而独立权利要求也描述本发明的其它特征或主要发明概念的变体。根据以上目的，根据本发明的方法的一个实施例用于衬底上的多层图案的印刷的闭环反馈控制。根据本发明的方法包括第一图案化层在衬底上的至少第一印刷步骤、至少对准衬底的步骤、在第一图案化层上的第二或后续图案化层在衬底上的至少第二或后续印刷步骤、和在至少一个第二或后续印刷步骤之后验证对准精确度的步骤，其中验证结果用于对准步骤中以提高精确度。在一个实施例中，验证步骤包括在第一印刷步骤之后并且在至少一个第二或后续印刷步骤之前的获取第一图案化层的第一光学图像的第一操作，以检测该衬底上的第一图案化层的位置坐标。该验证可以包括记住至少第一光学图像和与该第一光学图像相关的衬底上的第一图案化层的位置坐标的步骤。该验证步骤也可以包括在至少一个第二或后续印刷步骤之后获取印刷在第一图案化层上的第二或后续图案化层的第二或后续光学图像的至少第二或后续操作。该验证步骤也可以包括通过介入对准步骤中、使用记住的第一光学图像和与该第一光学图像相关联的衬底上的第一图案化印刷层的位置坐标以及直接获取的第二或后续光学图像在闭环反馈中进行的计算步骤，以控制或校正第二或后续图案化层的位置。在另一个实施例中，提供一种用于在衬底上印刷多层图案的闭环反馈控制的装置。该装置包括:第一印刷站，其将第一图案化层印刷在衬底上；对准衬底的至少对准构件；至少第二印刷站，其将第二`或后续图案化层印刷在衬底上的第一图案化层上；至少控制构件，其在印刷该第二或后续图案化层之后验证对准精确度并被配置成将从验证得出的数据反馈到至少该对准构件，以提高精确度。本发明的一个目的在于提供一种用于将多层图案印刷在衬底上的闭环反馈控制的方法，该方法允许印刷层的正确相互对准。即使先前层被后续层完全覆盖，该方法也同样有用。另外，本发明的一个目的在于防止不存在叠印的区域，以提高可如此获得的多层衬底的性能。另一个目的在于减少(如果未消除)由于标记的存在引起的对有效表面的掩蔽效应。例如由第一层和叠加于第一层上的第二层形成的多层结构允许增加从触点传递的电流，但是由于需要确保各个层彼此准确对准而使得印刷过程更加复杂，其中精确度通常在10微米(μπι)的范围内。通常，如果自动传送设备上的衬底的运动和印刷头的运动未得到很好控制，那么将会不适当地形成所沉积的图案。在一个实施例中，该控制构件:与检测设备相关联，该检测设备被配置成在印刷第二或后续层之前直接获取第一图案化层的第一光学图像、检测该衬底上的第一图案化层的位置坐标和印刷在第一图案化层上的第二或后续图案化层的至少第二或后续光学图像；该检测设备与记忆构件相关联，在该记忆构件中记住第一图案化层的至少第一光学图像和与该第一光学图像相关联的衬底上的第一图案化层的位置坐标；以及该检测设备也与一个或多个控制和命令单元相关，该控制和命令单元被配置成通过使用记住的第一光学图像和与该第一光学图像相关联的衬底上的第一图案化层的位置坐标以及直接获取的第二或后续光学图像而在闭环反馈中进行的计算来进行对准验证，以基于闭环反馈中的该计算来命令衬底的对准构件，从而校正第二或后续图案化层的位置。在本发明的一个实施例中，记忆构件包括在该一个或多个控制和命令单元中。在本发明的另一个实施例中，第一印刷站与第二或后续印刷站相一致。在本发明的另一个实施例中，第一印刷站与第二或后续印刷站不同。检测设备可以根据不同变体形式来制造和配置，例如，为所有印刷步骤和/或印刷站和/或将要印刷的衬底提供单个检测设备，或者为每个印刷步骤和/或印刷站和/或将要印刷的衬底提供专用检测设备。在一个实施例中，例如，可以在去往确定的印刷站的入口或离开该印刷站的出口处提供特定检测设备，并 且在离开该印刷站的出口处提供另一个特定检测设备。在另一个实施例中，例如，可以在去往确定的印刷站的入口或离开该印刷站的出口处提供单个特定检测设备，其中适当地移动衬底以使得该单个检测设备能够获取第一印刷与第二或后续印刷的图像。发明人已经设计、测试和实施了本发明，以克服现有技术水平的缺点并获得这些和其它目的和优点。本发明的实施例包括用于将多层图案印刷在衬底或支撑体上的闭环反馈控制的方法和设备。本发明的典型应用是用于处理衬底(例如由硅或氧化铝制成)，该衬底可以用以形成光伏电池或绿带式电路。通过本发明，即使后续印刷完全覆盖先前印刷，也能够使用闭环反馈控制。此外，由于本发明不必使用不同的印刷网或掩膜，所以能够避免获得不存在叠印的区域，从而提高了可如此获得的多层衬底的性能。此外，通过减少或消除标记(可能仅在第二或后续印刷操作中印刷的标记)的使用，消除了有效表面的掩蔽效应。虽然以上内容是针对本发明的实施例，所以可以在不脱离本发明的基本范围的情况下，设计出本发明的实施例的其它和进一步实施例，本发明的范围由以上权利要求书确定。
权利要求
1.一种太阳能电池形成方法，其包括如下步骤 将第一衬底定位在第一印刷站的衬底接收表面上； 将第一图案化层印刷在所述第一衬底的区域上； 获取所述第一图案化层的第一图像并将所述第一图像存储在缓冲器中； 将所述第一衬底转移到第二印刷站的衬底接收表面； 将第二图案化层印刷在所述第一衬底的所述区域上； 获取所述第二图案化层的第二图像；以及 使用所述第一图像和所述第二图像执行闭环计算步骤，以确定所述第二图案化层与所述第一图案化层的对准。
2.如权利要求I所述的方法，进一步包括 将上面设置有所述第一图案化层的第二衬底定位在所述第二印刷站的衬底接收表面上；以及 在执行所述闭环计算步骤之后将第二图案化层印刷在所述第一图案化层上。
3.如权利要求2所述的方法，进一步包括 将第三图案化层印刷在所述第二衬底上的所述第二图案化层上，其中使用从所述闭环计算步骤接收到的信息将所述第三图案化层在所述第二图案化层上对准。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述第二图案化层和所述第三图案化层包括金属材料。
5.如权利要求3所述的方法，进一步包括 使用从所述闭环计算步骤接收到的信息，在印刷所述第三图案化层之前对准所述衬。
6.如权利要求I所述的方法，其中所述第一图像包括光学图像。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述光学图像被作为数字数据存储在控制单元中，所述数字数据包括所述第一图案化层的位置的坐标。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述数字数据被传输到设置于所述第二印刷站中的对准设备。
9.如权利要求I所述的方法，其中获取所述第一图像进一步包括用电磁辐射来照射第一表面。
10.如权利要求I所述的方法，其中获取所述第一图像进一步包括用电磁辐射来照射所述衬底的第二表面，所述第二表面与第一表面相反。
11.一种太阳能电池形成方法，其包括如下步骤 将衬底定位在印刷站的衬底接收表面上； 将第一图案化层印刷在所述衬底的区域上； 获取所述第一图案化层的第一光学图像并将所述第一光学图像存储在缓冲器中； 将第二图案化层印刷在所述衬底的所述区域上，其中使用从获取的所述第一光学图像接收到的信息来将所述第二图案化层在所述衬底的所述区域上对准；以及获取所述第二图案化层的第二光学图像。
12.如权利要求11所述的方法，进一步包括 将第三图案化层印刷在所述第二图案化层上，其中使用从获取的所述第一光学图像或获取的所述第二光学图像接收到的信息来将所述第三图案化层在所述第二图案化层上对准。
13.如权利要求12所述的方法，进一步包括 在印刷所述第二图案化层或所述第三图案化层之前，对准所述衬底。
14.如权利要求13所述的方法，其中在所述印刷站中执行所述衬底的对准。
15.如权利要求13所述的方法，其中所述印刷站包括执行所述第一图案化层的印刷的第一印刷站，并且在第二印刷站中执行所述第二图案化的印刷。
16.如权利要求15所述的方法，其中在所述第二印刷站中执行所述衬底的对准。
17.一种太阳能电池形成方法，其包括如下步骤 将第一衬底定位在第一印刷站的衬底接收表面上； 将第一图案化层印刷在所述第一衬底的区域上； 获取所述第一图案化层的第一图像； 将所述第一图像存储在缓冲器中； 将所述第一衬底转移到第二印刷站的衬底接收表面； 将第二图案化层印刷在所述第一衬底的所述区域上，其中使用从获取的所述第一图像接收到的信息来将所述第二图案化层在所述衬底的所述区域上对准； 获取所述第二图案化层的第二图像；以及 将所述第二图像存储在所述缓冲器中。
18.如权利要求17所述的方法，进一步包括 使用所述第一图像和所述第二图像执行闭环计算步骤，以确定所述第二图案化层与所述第一图案化层的对准。
19.如权利要求18所述的方法，进一步包括 将上面设置有所述第一图案化层的第二衬底定位在所述第二印刷站的衬底接收表面上；以及 在执行所述闭环计算步骤之后将第二图案化层印刷在所述第一图案化层上。
20.如权利要求19所述的方法，进一步包括 在印刷所述第二图案化层之前对准所述第二衬底。
21.如权利要求19所述的方法，进一步包括 将第三图案化层印刷在所述第二衬底上的所述第二图案化层上，其中使用从所述闭环计算步骤接收到的信息将所述第三图案化层在所述第二图案化层上对准。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述第三图案化层相对于所述第一图案化层对准在约10微米之内。
23.如权利要求17所述的方法，其中光学图像被作为数字数据存储在控制单元中。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述数字数据被传输到设置于所述第一印刷站或所述第二印刷站中的对准设备。
25.如权利要求24所述的方法，进一步包括 在印刷所述第二图案化层之前对准所述衬底。
全文摘要
本发明涉及用于多层图案的印刷的闭环反馈控制的方法和装置。本发明的实施例提供用于在将多层图案印刷在衬底上时使用的闭环控制的装置和方法。在一个实施例中，提供了一种太阳能电池形成方法。该方法包括将衬底定位在印刷站的衬底接收表面上；将第一图案化层印刷在衬底的区域上；获取第一图案化层的第一光学图像并将第一光学图像存储在缓冲器中；将第二图案化层印刷在衬底的区域上，其中使用从所获取的第一光学图像接收到的信息来将第二图案化层在衬底的区域上对准。
文档编号B41F15/08GK103252991SQ201210423
公开日2013年8月21日 申请日期2012年10月24日 优先权日2011年10月24日
发明者乔治欧·塞勒里, 恩里科·波斯克罗·马尔奇, 亚历山大·沃尔坦, 阿尔贝托·威尔拉塔, 卢奇·德·萨缇, 托马索·沃尔克斯, 马科·加里亚左 申请人:应用材料意大利有限公司