基板自动传输系统的制作方法
【专利摘要】一种基板自动传输系统，包含一晶盒加载机具、一输送机具与晶盒载入机具连结、一第一装载机具，中介在输送机具与一第一工艺机台之间、一翻面机具与输送机具连结，用以翻面经过第一工艺后的基板、一第二装载机具，中介在输送机具与一第二工艺机台之间、以及一晶盒载出机具与输送机具连结。
【专利说明】
基板自动传输系统
技术领域
[0001]本发明与一种基材自动传输系统有关，更具体地，是关于一种用来载送异质接面基材的传输系统，该类基材会需要翻面来进行不同的工艺处理。
【背景技术】
[0002]光伏(photovoltaic)电池或太阳能电池是一种可以将阳光转换成直流电力的装置。典型的太阳能电池包含有一 P型硅基板，厚度约小于0.3mm,以及一 η型薄层设置在P型硅基板的顶面。太阳能电池产生的电压或电流取决于其内部ρ-η接面、沉积层结构的接口特性、以及装置的表面区域而定。当暴露在阳光下，Ρ-η接面会产生自由电子/电洞对，Ρ-η接面空乏区的电场会将电子电洞分隔，进而产生电压。太阳能电池所产生的电流可输送到一电力负荷单元以提供电力。每个太阳能电池都可产生一定量值的电力，多个太阳能电池拼排在一起即可模块化来提供所需的系统电力。
[0003]据估计，超过90%的光伏模块都是使用硅园片为主的基材，高度的市场成长率再加上减少太阳能发电成本的实质需求为光伏电池用的硅基材的制作与开发带来了一系列的挑战。为了要克服这些挑战，太阳能电池一般会有下列的工艺需求:需降低硅基材的制作成本、提高系统生产量、增加工艺机台的运行时间、改善每道工艺循环可处理的基材面积、控制好所形成的迭层结构的质量。特别是以现在新开发、具有高转换效率的异质接面(heterojunct1n)娃基太阳能电池而言，其工艺中会需要在基材的正反两面形成不同的层结构，故会使用两台以上的沉积机台并增加不少工序，如何能在异质接面硅基太阳能电池的制作中达到上述的工艺需求，这有待本领域的技术人员不断地去研究、开发、以及改进。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种新颖的基材自动传输系统，通过使用链接两台不同工艺机台的输送装置的方式来达到同时、大量处理异质接面基材的发明诉求，且可相容于机台与机台间不同的基材尺寸要求与排列方式，并通过专用的翻面机具与装载机具来进行基材的翻面以及基材的预热动作。
[0005]为实现上述目的，本发明提供的基板自动传输系统，其包含:一晶盒载入机具；一输送机具，包含一第一输送机具与一第二输送机具，其中第一输送机具的前端与晶盒加载机具连结并可输送来自晶盒加载机具的基板载具，且基板载具系用来载送复数个基板；一第一装载机具，中介在第一输送机具与一执行第一工艺的第一工艺机台之间，用以加载或载出来自第一输送机具或第一工艺机台的基板载具；一翻面机具，与第一输送机具的后端连结，用以翻面经过第一工艺的基板并将其放置在第二输送机具上的另一基板载具上；一第二装载机具，中介在第二输送机具与一执行第二工艺的第二工艺机台之间，用以加载或载出来自第二输送机具或第二工艺机台的基板载具，其中第一装载机具与第二装载机具内设有预热装置用来加热容置在基板载具以及其上所载送的基板；以及一晶盒载出机具，与第二输送机具的后端连结并用以载出经过第一工艺与第二工艺的基板载具以及其上所载送的基板。
[0006]无疑地，本发明的这类目的与其他目的在阅者读过下文以多种附图与绘图来描述的较佳实施例细节说明后将变得更为显见。
【附图说明】
[0007]本发明的说明书含有附图并于文中构成了本说明书的一部分，使阅者对本发明实施例有进一步的了解。该些附图描绘了本发明一些实施例并连同本文描述一起说明了其原理。在该些附图中:
[0008]图1绘示出根据本发明一较佳实施例中一基板自动传输系统的示意图；
[0009]图2绘示出根据本发明一实施例一基板载具(托盘)的上视示意图；
[0010]图3示意性地描绘出一种使用一机械手臂夹取晶盒中整批在制基板的实施态样的平面图；
[0011]图4示意性地描绘出另一种使用机械手臂夹取整批在制基板的实施态样的平面图；以及
[0012]图5绘示出根据本发明实施例中一装载机具(load lock)内部构造的截面示意图。
[0013]附图中符号说明
[0014]100(基板自动传输)系统；101晶盒载入机具；1lA限位机构；103输送机具；103A第一输送机具；103B第二输送机具；105基板载具；107预热站点；109第一装载机具；109a预热装置；111冷却站点；113翻面机具；114第二装载机具；114a预热装置；115晶盒载出机具；117载具回收装置；119载具清洗装置；200晶盒仓储系统；211机械手臂；213支撑臂；213A支承特征；216基板输送机构；300第一工艺机台；400第二工艺机台；500晶盒站；1091 腔体；1093, 1095，1097 子腔体；1093a, 1093b, 1095a, 1095b, 1097a, 1097b 载取口 ；1093c, 1095c, 1097c阀门；1099顶针；C晶盒；P1第一工艺；P2第二工艺；S基板。
[0015]须注意本说明书中的所有附图皆为图例性质，为了清楚与方便图标说明之故，图标中的各部件在尺寸与比例上可能会被夸大或缩小地呈现，一般而言，图中相同的参考符号会用来标示修改后或不同实施例中对应或类似的组件特征。
【具体实施方式】
[0016]在以下的细节描述中，组件符号会标示在随附的附图中成为其中的一部份，并且以可实行该实施例的特例描述方式来表示。这类实施例会说明足够的细节使本领域技术人员得以具以实施。阅者须了解到本发明中亦可利用其他的实施例或是在不悖离所述实施例的前提下作出结构性、逻辑性、及电性上的改变。因此，下文的细节描述将不欲被视为是一种限定，反之，其中所包含的实施例将由申请的权利要求范围来加以界定。此外，本领域技术人员可能用不同的称呼来指称相同或类似的部件，如基材与晶圆、载具或载板等，这类称呼上的差别并不影响或限定了本发明所欲请求的权利范围。
[0017]本发明提出了一种基材自动传输系统，其可与各种在线工艺机台整合用来载送待处理的基板，特别用在沉积镀膜工艺中用来载送及处理异质接面(heterojunct1n)太阳能电池硅基板。上述基材自动传输系统含有一或多个单元或功能性机具来对基板进行批处理。在本发明实施例中，复数个基板被排成平面阵列，使得每片基板的表面都可以直接且均匀地暴露在各种工艺环境下，如生成的等离子体、辐射热、工艺气体等，这样的批处理方式不会像一般垂直堆叠或背对背的批处理般，需仰赖扩散形式的工艺或是将能量依序传送给各个基板。
[0018]现在请参照图1，为根据本发明一实施例所绘示的一基板自动传输系统100的不意图。在此实施例中，如图1所不，基板自动传输系统100含有一晶盒加载机具(loader) 101，其设置在整个传输系统的最前端负责准备要加载系统中的在制品，如一批异质接面太阳能电池基板。在一实施例中，晶盒载入机具101会与一外部的晶盒站(cassettestat1n)或是晶盒仓储系统200链接，用户或自动化系统可以人工或发出指令的方式从晶盒站200中提出待处理的在制基板，如以复数个太阳能电池基板放置在一晶盒(cassette)C内以批次形式送出。晶盒C可以经由人工、工作台车或轨道送至晶盒加载机具101中准备基板的载入。晶盒载入机具101中一次可容置多个晶盒C并将其依序加载系统100中(图中仅绘示出一个作为代表)，避免工艺中断或系统闲置。
[0019]在本发明实施例中，如图1所示，晶盒加载机具101会与一输送机具103连结以加载在制品。输送机具103可为一输送带或轨道(conveyor)，其可能含有履带或滚轮等由致动器所驱动的构件来移动其上的物体。由于本实施例是以异质接面太阳能电池工艺为范例，在制基板在一道工艺循环中会受到两种以上不同的工艺机台处理，例如以一第一机台进行一道本质非晶硅沉积工艺加上以一第二机台进行一道掺杂非晶硅沉积工艺，故文中将输送机具103分为位于第一工艺端的第一输送机具103A以及位于第二工艺端的第二输送机具103B，以区别两道工艺区间。
[0020]在本发明实施例中，晶盒载入机具101中预备好的基板会先被机械手臂夹取放置在第一输送机具103A上一特定的基板载具105上。基板载具105可为进行第一工艺专用的托盘(tray)，从晶盒载入机具101中夹出的基板S会在基板载具105上排列成平面阵列态样，如图2中所示的5X6阵列形式。以如此设置方式，输送机具103可以批次方式一次传送大量的在制基板S (如30片)到工艺机台或站点，并使每片基板S在工艺期间都可直接且均匀地暴露在各种工艺环境下，如工艺腔体中生成的等离子体、辐射热、工艺气体等。在本发明的其中一种设置中，基板载具105上可设有多个限位机构101A，如凹槽(pocket)或顶针等，其形态设计成对应基板S的尺寸，如158_X 158mm，以支承或固定住基板S。此夕卜，在本发明中，基板载具105具有良好的导热性，以在后续定制的预热工艺中使得热能能均匀地散布在整个载具范围。
[0021]而在其他的实施态样中，基板载具105也可设计成可直接迭设在晶盒C中或是晶盒加载机具101中，如此在加载程序中仅需用机械手臂将已载有基板S的基板载具105从晶盒载入机具101中夹出置于第一输送机具103A上即可，不须进行各别在制基板S的夹取、设置、及排列等动作。
[0022]接下来图3与图4将列举一范例来说明上述夹取动作的实施细节。首先参照图3，其示意性地描绘出使用一机械手臂夹取晶盒中整批在制基板的平面图。如图3所示，机械手臂211含有复数个具有支承特征213A的支撑臂213来抓住待转移的在制基板S。每个支承特征213A会含有抓取件(未图示)，如机器加工过的凹槽或槽位等，其设计来固定基板S避免其在移动过程中滑动而离开预定位置。
[0023]图4示意性地描绘出另一种使用机械手臂夹取整批在制基板S的实施态样的平面图。如图4所示，机械手臂212具有复数条基板输送机构216，其设计来支承并传送晶盒内整批基板S。基板输送机构216可能含有履带或滚轮等由致动器所驱动的构件来移动其上的物体。晶盒加载机具101内可以设置对应的输送机构来与机械手臂212的基板输送机构216搭配共作，以促进整批在制基板的同步移送。
[0024]复参照图1，在基板载具105上设置好待处理的基板S后，基板载具105会沿着第一输送机具103A轨道传送至一第一工艺机台300。在这段期间，搭载有基板S的基板载具105会先经过一预热站点107进行初始的加热动作。此预热站点107的加热动作是在常温常压下进行，其可通过一机械手臂(未图示)将基板载具105从第一输送机具103A上夹挚升起至一定高度后进行加热。基板载具105上的基板S会被加热至不超过100°C的温度，较佳为80°C。此预热动作可以有效减少后续工艺中在抽真空环境下进行加热动作所需的时间。
[0025]进行常温加热过后的基板载具105与基板S接着会被传送至第一工艺机台300端。在本发明实施例中，第一工艺机台300较佳为一等离子体辅助化学气相沉积(plasmaenhanced CVD, PECVD)机台，其用以在异质接面太阳能电池娃基板上沉积非晶娃薄膜。然本发明并未意欲要限定其适用的机台类型。在其他实施例中，第一工艺机台300可包含但不限定于各种化学气相沉积(chemical vapor deposit1n, CVD)机台，如低压化学气相沉积(low pressure CVD, LPCVD)、次常压化学气相沉积(sub-atmosphere CVD, SACVD)、或是热丝化学气相沉积(hot wire CVD, HWCVD)等机台、原子层沉积(atomic layerdeposit1n, ALD)机台、各种热处理机台，如快速热氧化(rapid thermal oxidat1n, RT0)、快速热氮化(rapid thermal nitridat1n, RTN)、快速热退火(rapid thermalannealing, RTA)等机台、蚀刻机台、或是等离子体清洁机台等。
[0026]在本发明实施例中，第一输送机具103A与第一工艺机台300之间中介有一第一装载机具(load lock) 109，用以载入或载出来自第一输送机具103A或第一工艺机台300的基板载具105。第一装载机具109可以容置一或多个基板载具105，较佳者如以层迭分隔方式设置。以下将以图5来说明一具有层迭设置型态的第一装载机具109的细部构造。
[0027]现在请参照图5，其绘示出根据第一装载机具109的截面示意图。如图5所示，第一装载机具109含有一腔体1091，其中具有数个垂直层迭分隔、与外部环境隔绝的子腔体1093，1095，1097。每个子腔体1093，1095，1097都设计成能容置一基板载具105及其上搭载的基板S，即一批基板。此实施例中子腔体的设计可减少加载载出程序中腔体抽气/充气所需的时间。当然，在其他实施例中，第一装载机具109亦可能不采隔间的设计，而所有基板载具105皆层迭设置在单一腔体中。一般而言，每个子腔体1093，1095，1097都会具有个别的载取口，例如子腔体1093分别经由载取口 1093a，1093b来与第一输送机具103A以及第一工艺机台300相通，并通过阀门1093c来控制载取口 1093a，1093b的开关，其他腔体亦采用此设计。在实际的流程中，设置在外部的机械手臂(未图示)会将第一输送机具103A上装载有基板S的基板载具105经由载取口送入第一装载机具109的子腔体中，基板载具105在腔体内会被顶针1099固定。接着，子腔体会进行抽真空的程序，待达到真空环境，第一工艺机台300内部的机械手臂(未图示)再经由载取口夹取并升起基板载具105，再传送进入机台处理。
[0028]值得注意的是，本发明的另一特点在于第一装载机具109内设置有预热装置109a，如图1所示，其可用来加热基板载具105以及其上所载送的基板S，特别是在第一装载机具109内抽真空的环境下进行加热，其可预先将基板S加热至接近进行第一工艺所需的工艺温度。此装载机具内的预热动作搭配前述预热站点107在常温常压下的加热动作，基板S在进入工艺机台之前就可以完成加热或初步加热的程序，如此便可以不用在系统或工艺机台中设置额外的加热腔体或站点，以减少加热步骤影响到工艺的流畅度，进而增加整体产能。
[0029]复请参照图1，第一工艺机台300会对加载的基板S进行一第一工艺Pl，以本发明实施例为例，第一工艺为在异质接面太阳能电池基板上沉积一层本质性非晶硅薄膜。当然在本发明中对于不同的工艺机台会进行不同的工艺。进行完第一工艺后的基板载具105与基板S会以前述相同的程序从第一装载机具109内载出至第一输送机具103A。载出后的基板载具105会经过一冷却站点111进行冷却，其较佳系冷却至温度在100°C以下，可以静置或送风气冷的方式来冷却，之后冷却至常温的基板载具105会被传送至第一输送机具103A的后端进行翻面动作。
[0030]就本发明实施例中，由于异质接面太阳能电池基板的两面要形成不同的薄膜，基板S的翻面是必要动作，其会由设置在第一输送机具103A后端的一翻面机具113来执行。在一实施例中，翻面机具113可为滚轮态样，其上具有多个刀具可同时夹起基板载具105上一整排或一整列的基板S，将其翻面并置于邻近第二输送机具103B上所预设的另一基板载具105上，故翻面机具113同时作为第一输送机具103A与第二输送机具103B之间的桥梁。对本发明来说，保持两道工艺之间的独立是非常重要的事，以避免工艺间的交互污染造成产品质量下降或失效。故此第一工艺Pl与第二工艺P2的过程中会使用不同的输送机具与基板载具。
[0031]复请参照图1，翻面过后的基板S接下来会进行第二工艺P2，其流程与第一工艺Pl类似，基板载具105会沿着第二输送机具103B轨道传送，其会先经过一预热站点107进行初始的加热动作。此预热站点107的加热动作是在常温常压下进行，其可通过一机械手臂(未图示)将基板载具105从第一输送机具103A上夹挚升起至一定高度后进行加热。基板载具105上的基板S会被加热至不超过100°C的温度，较佳为80°C。
[0032]经常温加热过后的基板载具105与基板S接着会被传送至第二工艺机台400端。在本发明实施例中，第二工艺机台400较佳为一等离子体辅助化学气相沉积(plasmaenhanced CVD, PECVD)机台，其用以在异质接面太阳能电池娃基板的背面(翻过来的那一面)上沉积掺杂非晶硅薄膜。然本发明并未意欲要限定其适用的机台类型。在其他实施例中，第一工艺机台300可包含但不限定于各种化学气相沉积(chemical vapordeposit1n, CVD)机台，如低压化学气相沉积(low pressure CVD, LPCVD)、次常压化学气相沉积(sub-atmosphere CVD, SACVD)、或是热丝化学气相沉积(hot wire CVD, HffCVD)等机台、原子层沉积(atomic layer deposit1n, ALD)机台、各种热处理机台，如快速热氧化(rapid thermal oxidat1n, RT0)、快速热氮化(rapid thermal nitridat1n, RTN)、快速热退火(rapid thermal annealing, RTA)等机台、蚀刻机台、或是等离子体清洁机台等。
[0033]第二输送机具103B与第二工艺机台400之间中介有一第二装载机具(loadlock) 114，用以载入或载出来自第二输送机具103B或第二工艺机台400的基板载具105。第二装载机具114的细部构造范例详如图5所示，于此不再多加赘述。同样地，第二装载机具114内亦设置有预热装置114a，其可用来加热基板载具105以及其上所载送的基板S，特别是在第一装载机具109内抽真空的环境下进行加热，其可预先将基板S加热至接近进行第二工艺P2所需的工艺温度。此预热动作搭配前述预热站点107在常温常压下的加热动作，基板S在进入工艺机台之前就可以完成加热或初步加热的程序，进而增加整体产能。
[0034]载出第二工艺机台400的基板载具105之后会在第二输送机具103B末端经过一冷却站点111进行冷却，其较佳是冷却至温度在100°C以下。最终冷却过后的成品会送到末端的一晶盒载出机具115进行载出动作，如同晶盒加载机具101，其可能是由如图3或图4所示的机械手臂211将基板载具105上的基板S整批移置到晶盒载出机具115中预设的空晶盒C中。最后，晶盒载出机具115可将完成本阶段工艺的成品以晶盒的批次形式传送到其他的晶盒站(cassette stat1n)、晶盒仓储系统、机台或是工艺系统500进行后续的储放或是制作流程。
[0035]除了上述实施例中沿着第一输送机具103A与第二输送机具103B所布设的各种功能性机具与站点，如图1所示，第一输送机具103A的末端可以额外设置一载具回收装置117来回收经过第一工艺Pl的基板载具105。载具回收装置117可与第一输送机具103A的起始端连结，以将回收来的基板载具105再次提供到晶盒加载机具101端来承载载入的基板So第二工艺端亦可设置同样的回收机构。
[0036]此外，亦可选择性地在第一输送机具103A与第二输送机具103B末端或是载具回收路径上设置一载具清洗装置119来清洗经过工艺步骤的基板载具105。载具清洗装置119可提供湿式的化学清洗程序与送风干燥程序等来清除其上所残留的杂质粒子或沉积物，以便后续再重新使用。
[0037]综合上述说明，本发明的优点在于连结了两道独立的工艺系统，特别是PECVD系统，使其能在单一载具上大量、快速地处理多个基板，并藉由晶盒等共同接口链接各种的工艺机台，同时由翻面机具的便而不会造成工艺与工艺之间的交互污染。此自动化系统并同时降低了因人工处理、加载/载出、或运送等造成的破片风险，进一步增进了整体工艺的产能与可靠度。
[0038]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请的权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1.一种基板自动传输系统，包含: 一晶盒载入机具； 一输送机具，包含一第一输送机具与一第二输送机具，其中该第一输送机具的前端与该晶盒加载机具连结并可输送基板载具，其中该基板载具用以载送复数个基板； 一第一装载机具，中介在该第一输送机具与一执行第一工艺的第一工艺机台之间，用以加载或载出来自该第一输送机具或该第一工艺机台的该基板载具； 一翻面机具，与该第一输送机具的后端连结，用以翻面经过该第一工艺的该些基板并将其放置在该第二输送机具上的另一该基板载具上； 一第二装载机具，中介在该第二输送机具与一执行第二工艺的第二工艺机台之间，用以加载或载出来自该第二输送机具或该第二工艺机台的该基板载具，其中该第一装载机具与该第二装载机具内设有预热装置用来加热该基板载具以及其上所载送的该些基板；以及 一晶盒载出机具，与该第二输送机具的后端连结并用以载出经过该第一工艺与该第二工艺的该基板载具以及其上所载送的该些基板。2.根据权利要求1所述的基板自动传输系统，其中，该第一装载机具与该输送机具之间或该第二装载机具与该输送机具之间设置有机械手臂用以夹取该输送机具上的该基板载具。3.根据权利要求1所述的基板自动传输系统，其中，该基板载具上设置有一限位机构。4.根据权利要求1所述的基板自动传输系统，其中，包含一预热站点设置在该输送机具中，用以在进行该第一工艺或该第二工艺之前预热该基板载具以及其上所载送的该些基板。5.根据权利要求1所述的基板自动传输系统，其中，包含一冷却装置设置在该输送机具中，用以冷却工艺过后的该基板载具以及其上所载送的该些基板。6.根据权利要求1所述的基板自动传输系统，其中，包含一载具回收装置用来回收经过该第一工艺的该基板载具。7.根据权利要求6所述的基板自动传输系统，其中，经该载具回收装置回收的该基板载具被传输到该第一输送机具前端用来载送新加载的基材。8.根据权利要求1所述的基板自动传输系统，其中，该晶盒加载机具与该晶盒载出机具内可容置一或多个晶盒或是该基板载具。9.根据权利要求1所述的基板自动传输系统，其中，另包含一载具清洗装置设置在该输送机构中用来清洗经过该第一工艺或该第二工艺的该基板载具。10.根据权利要求1所述的基板自动传输系统，其中，该晶盒加载机具以及该晶盒载出机具与一晶盒站连结。11.根据权利要求1所述的基板自动传输系统，其中，该晶盒加载机具以及该晶盒载出机具与另一机台或是工艺系统链接。12.根据权利要求1所述的基板自动传输系统，其中，该基板为异质接面太阳能电池硅基板。13.根据权利要求1所述的基板自动传输系统，其中，该第一工艺机台与该第二工艺机台包含化学气相沉积机台、原子层沉积机台、热处理机台、蚀刻机台或是等离子体清洁机台ο14.根据权利要求13所述的基板自动传输系统，其中，该化学气相沉积机台包含等离子体辅助化学气相沉积机台、低压化学气相沉积机台、次常压化学气相沉积机台或是热丝化学气相沉积机台。15.根据权利要求13所述的基板自动传输系统，其中，该热处理机台包含快速热氧化机台、快速热氮化机台、快速热退火机台。
【文档编号】H01L21/677GK105845610SQ201510013393
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年1月12日
【发明人】雷仲礼, 罗讷德·罗得·罗斯, 张晓彤, 林司仲, 陈建兴
【申请人】英属开曼群岛商精曜有限公司