控制印在衬底上的图案的印刷的方法

控制印在衬底上的图案的印刷的方法
【专利摘要】本发明提供一种控制印在衬底，例如形成光生伏打电池或生带类型电路的晶圆上的图案的印刷的方法和装置。该方法包括：在衬底的表面上印刷多个印痕来限定图案；验证印痕的印刷。所述验证包含：在印刷之前获取衬底的表面的第一参考光学图像；处理第一图像，其中，处理单元或控制器确定第一图像的参考几何坐标并存储所述几何坐标；在印刷之后，获取第二图像；通过处理单元或控制器处理第二图像，所述处理单元或控制器将第一图像的参考几何坐标关联到第二图像；处理单元或控制器逐点减去第一图像与第二图像之间的着色来获得显示差异的第三图像。
【专利说明】控制印在衬底上的图案的印刷的方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施方式大体上涉及一种通过光学捕获控制印在衬底或支座上的图案的印刷的方法和装置，所述衬底或支座可用于形成光生伏打电池或生带类型电路器件。特别是，根据本发明的方法可用在用于通过衬底上的多层印刷来产生多层图案的系统中，无论所述多层印刷是丝网印刷、喷墨印刷、激光印刷或其他类型印刷。
【背景技术】
[0002]太阳能电池为将阳光直接转换成电力的光生伏打(PV)器件。在过去十年里，PV市场经历了年速率超过30%的增长。一些文章建议全球太阳能电池电力生产在不久的将来可超过lOGWp。据估计，超过95%的所有太阳能模块是基于硅晶圆。高市场增长率连同对大幅降低太阳能发电成本的需要已导致对廉价形成优质太阳能电池的大量严重挑战。因此，在制造商业上可行的太阳能电池的一个主要部分在于通过改进器件良率和提高衬底产量来降低形成太阳能电池所需的制造成本。
[0003]用于生产太阳能电池的方法是已知的，并向太阳能电池配置一或多个p-n结。每一 p-n结包含半导体材料内的两个不同区，其中一个侧面表示为P型区，并且，另一侧面表示为η型区。当太阳能电池的p-n结暴露到阳光下时，阳光通过PV效应直接转换成电力。太阳能电池产生特定数量的电能并平铺成模块，所述模块按大小来输出所需数量的系统功率。太阳能模块组合成具有特殊框架和连接器的面板。太阳能电池通常形成在硅衬底上，所述硅衬底可为单晶硅或多晶硅衬底。典型太阳能电池包括硅晶圆、衬底或通常小于约0.3mm厚的薄板，所述薄板具有在形成于衬底上的P型区的顶部上的η型硅薄层。
[0004]大体上，标准硅太阳能电池制造在晶圆上，所述晶圆包括P型基极区、η型发射极区和安置在P型基极区与η型发射极区之间的P-n结区。η型区或η型半导体通过用某些类型的元素(例如，磷(P)、砷(As)或锑(Sb))掺杂半导体来形成，以便提高负载流子(S卩，电子)的数目。类似地，P型区或P型半导体通过将三价原子添加到晶格来形成，导致从硅晶格正常的四个共价键中的一个共价键失去电子。因此，掺杂剂原子可接受来自邻近原子共价键的电子来完成第四键。掺杂剂原子接受电子，从而使得来自邻近原子的一个键的一半遗失并导致形成“空穴”。
[0005]当光落到太阳能电池上时，来自入射光子的能量在p-n结区的两侧上产生电子空穴对。电子扩散穿过P-n结到较低能级，并且，空穴在相反方向上扩散，在发射极上造成负电荷，且在基极中相应正电荷加强。当电路形成在发射极与基极之间，且P-n结暴露到某种波长的光中时，电流将流动。半导体在被辐照时所产生的电流流过安置在太阳能电池的正面(即，光接收侧)和背侧上的触点。顶部触点结构大体上配置为将电流供应给较大母线的宽间隔薄金属接线或指状件。背部触点大体上不约束于形成在多个薄金属接线中，因为背部触点不防止入射光穿透太阳能电池。太阳能电池大体上由电介质材料(例如，Si3N4)薄层覆盖以用作防反射涂层，或由ARC覆盖以最小化太阳能电池的顶表面的光反射。
[0006]丝网印刷一直用于物体(例如，织物或陶瓷制品)上的印刷设计，并用在电子工业中用于印刷电气元件设计，例如，衬底的表面上的电气接触或互连。太阳能电池制造工艺的当前发展状况还使用丝网印刷工艺。在一些应用中，太阳能电池衬底上的丝网印刷触点接线(例如，指状件)是可取的。指状件与衬底接触并适用于形成与一或多个掺杂区(例如，η型发射极区)的欧姆连接。欧姆接触为已制备的半导体器件上的区，以使得器件的电流-电压(1-V)曲线为线性且对称的，也就是说，半导体器件的掺杂硅区与金属触点之间不存在高电阻界面。低电阻稳定触点对太阳能电池的性能和在太阳能电池制造过程中形成的电路的可靠性是至关重要的。
[0007]重掺杂区可使用各种图案化技术形成在衬底表面上，来形成变掺杂区域，例如，通过使用图案化扩散阻挡层执行磷扩散步骤。背侧触点通过形成与衬底的P型基极区的欧姆接触来完成太阳能电池产生电流所需要的电路。为增强与太阳能电池器件的接触，通常将指状件定位在形成于衬底表面内的重掺杂区上，来使得能够形成欧姆接触。因为形成的重掺杂区由于重掺杂区的电气性质而趋向阻止或最小化可穿过所述区的光的数量，所以最小化所述区的大小是可取的，同时还将这些区制造得足够大，以保证指状件能可靠地对齐并形成于所述区上。
[0008]形成重掺杂区和指状件可包含沉积多个连续材料层。形成重掺杂区的层的不对齐可导致重掺杂区的表面区域比必要的表面区域大，并阻止光的通过，否则这些光将可用于太阳能电池。另外，沉积的指状件与底层重掺杂区的不对齐可导致差器件性能和低器件效率。重掺杂区与指状件的形成的不对齐可能是因为衬底在自动化传递器件上的定位误差、衬底边缘中的缺陷、衬底表面上重掺杂区的未知配准和对齐和/或自动化传递器件上的衬底的移位。因此，如果在印刷工艺步骤期间出现足够大的误差，那么印刷的多层的不对齐将导致衬底被丢弃。
[0009]在这个领域中，通过上述丝网印刷技术、通过离子注入技术或其他技术在结晶硅基底上产生太阳能电池以在太阳能电池的正面和/或背面上实现选择性发射极结构是众所周知的。在印刷步骤期间，存在每一印刷步骤之后的一或多个控制步骤的需要，以验证在每一情况下印刷的层相对于下方的层的对齐，或验证相对于印刷表面的印刷对齐。控制步骤通过直接获取衬底图像完成，图案化层已沉积在所述衬底上，并且，与参考图像相比，以便确定可能的差别。此后，完成闭环反作用计算，来调节或改正随后一或多个印刷的位置。
[0010]也众所周知的是，在衬底的背面上印刷光生伏打电池的欧姆触点或母线，所述欧姆触点或母线通常为灰色并具有阴影，所述阴影与衬底的背面的着色不形成鲜明对比。在印刷了触点(通常通过沉积银和/或铝的导电糊剂实现)之后，铝层沉积在背面自身上且未被触点占据的区域中。最后印刷很难与先前沉积的触点区分，因为(在上一情况中也是如此)有限色差。
[0011]也众所周知的是，在完成的连续印刷工艺期间，必须通过获取图像来控制印刷的正确执行。在已知获取技术中，根据图案沉积的层很难与衬底表面和/或先前印刷的触点区分。
[0012]也众所周知的是，导电材料也可印刷在衬底的上表面或正面，以及上述下表面上。在这种情况下，上表面与印刷部分之间的对比更加强，且因此，避免与印刷表面相对于印痕的差可区分性相关的缺点。然而，在这种情况下，很难确定可能的印刷缺陷，例如，相对于电池表面沉积的印痕的不对齐或可能的斑点或印刷缺陷。[0013]因此，存在实现用于光学捕获与印在衬底上的图案有关的图像的方法的需要，所述方法高效并允许区分所印刷图案与印刷有图案的表面。
[0014]也存在完善用于光学捕获印刷衬底的方法的需要，所述方法允许检测可能的印刷缺陷，以能够干预来消除缺陷。

【发明内容】

[0015]本发明的实施方式提供一种控制印在衬底上的图案的印刷的方法，所述衬底可用于形成光生伏打电池或生带类型电路器件。所述方法包含印刷步骤:将多个印痕印刷在衬底的表面上，以便限定图案；和验证步骤:通过光学捕获，验证衬底上的印痕的印刷。验证步骤旨在验证印痕相对于衬底的正确位置，以及还有可能的印刷缺陷两者。
[0016]方法进一步提供验证步骤包含以下步骤:
[0017]第一子步骤:通过光学检查单元在印刷步骤之前完成获取将在印刷步骤期间印刷的衬底的、或参考衬底的表面的第一参考光学图像；
[0018]第二子步骤:处理第一参考光学图像，其中处理单元或控制器确定第一图像的参考几何坐标，例如，衬底的中心、衬底的顶点的坐标或其他，并将所有几何坐标存储在存储器中；
[0019]第三子步骤:在印刷步骤之后，其中光学检查单元获取衬底的表面的第二图像，印痕印刷在该表面上；
[0020]第四子步骤:处理第二图像，其中处理单元或控制器将第一图像的参考几何坐标关联到第二图像，以使得可能确定第一图像和第二图像的总重叠；和
[0021]第五子步骤:比较子步骤，在比较期间，处理单元或控制器完成第一图像和第二图像的着色的点状减法，来获得第三图像，两个图像之间的差异显示在第三图像中。
[0022]因此，对于本发明，可能具有已沉积的印痕之间的比较，并因此确定印痕相对于衬底的相互位置；而且，还可能确定可能的印刷缺陷，例如，斑点、印刷中断或印痕的不对齐。
[0023]第五比较子步骤允许消除可能的扰动着色，所述着色不允许检查单元明确地确定印痕或可能的印刷缺陷的位置。在检测印痕的位置的特定情况下，第五子步骤允许在降低的且轻微色差下克服衬底表面的着色不能与印痕区分的缺点。
[0024]在另一实施方式中，在第二子步骤和第四子步骤期间，控制器将第一图像和第二图像两者分成相同多个基础图像单元，并且，在第五子步骤期间，第一图像的基础单元中的每一基础单元从第二图像的相应基础单元中减去；以此方式，通过重叠两个图像，相同着色被抵消，并且，不同着色被突出显示且容易彼此区分。
[0025]在另一实施方式中，当必须控制印痕相对于衬底的印刷位置时，在第一获取步骤期间，获取与衬底的表面有关的第一图像，在随后的印刷步骤中，印痕将印刷在所述表面上。
[0026]在另一实施方式中，第二图像至少由对应于衬底的非印刷表面的第一区域和对应于沉积在衬底上的印痕的多个第二区域限定。由检查单元获取的这至少一个第一区域和多个第二区域具有相似色调的颜色，且因此，所述第一区域和第二区域很难由检查单元区分，在由控制器执行的处理之后例外。
[0027]在另一实施方式中，在通过使第一图像和第二图像相减的比较之后获得的第三图像由对应于衬底的非印刷表面的至少一第三区域和由对应于沉积在衬底上的印痕的多个第四区域限定；第三区域和这多个第四区域可彼此区分。事实上，由于第三图像通过第一图像和第二图像的着色的点状减法获得，所以第三图像包括上文限定的对应于非印刷区域的第三区域；非印刷区域是(例如)黑色，考虑到相同颜色被减去；对应于第四区域的印刷区域因此被突出显示且可容易区分。在第五子步骤中，控制器确定第四区域的轮廓并确定可与该些轮廓相关联的坐标对，以便评估印痕相对于参考几何坐标采取的位置。
[0028]在另一实施方式中，第一获取步骤提供来获取与参考衬底的表面有关的第一图像，印痕已按最佳方式沉积在该表面上。这个图像被视为样本图像，并且，相对于该样本图像，完成对可能的印刷缺陷(例如，斑点的出现、印痕的中断或可能的不对齐)的比较，所述缺陷发生在每一情况下印刷的衬底上。在这种情况下，在获取的第三图像中，只显示对应于衬底的表面的存在印刷缺陷的区域。
[0029]在另一实施方式中，在印刷步骤和验证步骤之前，提供校准步骤，其中，确定绝对笛卡尔参考系，以便评估至少参考几何坐标。
[0030]在另一实施方式中，校准步骤提供通过检查单元检测与校准衬底有关的样本图像，参考部件传递到该校准衬底上。
[0031]在另一实施方式中，参考部件包含多个球状物，所述球状物印刷在预定位置中并根据矩阵配置。
[0032]在另一实施方式中，参考部件包含成形部件，所述成形部件形成在校准衬底的中心位置并具备相对于彼此正交安置的两条边。
[0033]本发明的实施方式提供一种控制印在衬底上的图案的印刷的装置；在一个实施方式中，所述装置包含至少一印刷站(例如印刷巢)，所述印刷站适用于在衬底的表面上沉积多个印痕来限定图案；和光学检查单元，所述光学检查单元用于获取第一图像和第二图像。
[0034]装置进一步包含处理单元或控制器，所述处理单元或控制器具备处理构件(即，处理器)，所述处理构件适用于处理第一图像和第二图像并如上所述地将参考几何坐标与这些图像相关联。处理构件也适用于通过各自着色的点状减法比较第一图像与第二图像，以便获得第三图像，第一图像与第二图像之间的差异显示在第三图像中。
【专利附图】

【附图说明】
[0035]本发明的这些特性和其他特性根据实施方式的优选形式(正如非限制性实例)的以下描述参考附图将变得显而易见，其中:
[0036]图1是可连同本发明的一些实施方式一起使用的系统的示意性等距视图；
[0037]图2是根据本发明的一个实施方式的图1中的系统的示意性俯视图；
[0038]图3是可连同本发明的一些实施方式一起使用的另一系统的示意性等距视图；
[0039]图4是根据本发明的一个实施方式的图3中的系统的示意性俯视图；
[0040]图5是可连同本发明的一些实施方式一起使用的另一系统的示意性等距视图；
[0041]图6是根据本发明的一个实施方式的图5中的系统的示意性俯视图；
[0042]图7是根据本发明的一个实施方式的丝网印刷系统的印刷巢的一部分的等距视图；
[0043]图8是旋转致动器单元的一个实施方式的示意性等距视图，该旋转致动器单元具有定位以检查衬底的正面的检查单元；
[0044]图9是例示根据本发明的方法的第一实施方式的示意图；
[0045]图10是用于校准在根据本发明的方法期间获取的图像的衬底的示意图；
[0046]图11是例示根据本发明的方法的第二实施方式的示意图；
[0047]为了方便理解，在可能情况下使用了相同元件符号指定为诸图所共用的相同元件。考虑到一个实施方式的元件和特征可在不进一步叙述的情况下有益地并入其他实施方式中。
【具体实施方式】
[0048]本发明的实施方式提供一种控制印在衬底上的图案的印刷的方法和装置，所述方法和装置可应用在丝网印刷系统或系统110上，以在太阳能电池衬底250的表面上的所需图案中形成金属触点。
[0049]在一个实施方式中(图1)，丝网印刷系统110包含引入输送装置111、旋转致动器总成130、丝网印刷腔室102和引出输送装置112。引入输送装置111可配置为从输入器件(例如，输入输送装置113)接收衬底250 (S卩，图1中的路径“A”)，并将衬底250传递到印刷巢131，所述印刷巢131耦接到旋转致动器总成130。引出输送装置112可配置为从耦接到旋转致动器总成130的印刷巢131接收已处理衬底250，并将衬底250传递到衬底移除器件，例如，出口输送装置114 (B卩，图1中的路径“E”)。输入输送装置113和出口输送装置114可为自动化衬底处理器件，所述自动化衬底处理器件是较大生产线的一部分。
[0050]旋转致动器总成130可通过旋转致动器(未图示)和系统控制器101关于“F”轴旋转并成角度地定位，以使得印刷巢131可选择地成角度地定位在丝网印刷系统110内(例如，图1的路径“D1”和“D2”)。旋转致动器总成130也可具有一或多个支持元件来促进控制印刷巢131或用于在丝网印刷系统110中执行衬底处理顺序的其他自动化器件。
[0051]在一个实施方式(图1)中，旋转致动器总成130包括四个印刷巢131或衬底支座，所述衬底支座各自适用于在丝网印刷腔室102内执行的丝网印刷工艺期间支持衬底250。图2示意性图示旋转致动器总成130的位置，其中一个印刷巢131在位置“I”中以从引入输送装置111接收衬底250 ;另一印刷巢131在丝网印刷腔室102内的位置“2”中，以使得另一衬底250可将丝网印刷图案接收在该衬底250的表面上；另一印刷巢131在位置“3”中用于将已处理衬底250传递到引出输送装置112 ;并且，另一印刷巢131在位置“4”中，所述位置“4”是位置“ I”与位置“3”之间的中间阶段。
[0052]图3是示意性等距视图，且图4是示意性俯视图，它们图示丝网印刷系统或系统110的另一实施方式，所述系统110也可连同本发明的实施方式一起使用以在太阳能电池衬底250的表面上的所需图案中形成金属触点。
[0053]在一个实施方式中，图3和图4中的系统110大体上包含两个引入输送装置111，以及致动器总成130，所述致动器总成130配置为旋转台或旋转致动器。系统110还包括多个印刷巢131、多个丝网印刷腔室102、两个引出输送装置112、以及系统控制器101。引入输送装置111配置为并行处理配置，以使得每一引入输送装置111可从输入器件(例如，输入输送装置113)接收未处理的衬底250，并将每一未处理衬底250传递到印刷巢131，所述印刷巢131耦接到致动器总成130。另外，引出输送装置112配置为平行，以使得每一引出输送装置112可从印刷巢131接收已处理衬底250，并将每一已处理衬底250传递到衬底移除器件，例如，出口输送装置114。
[0054]在一个实施方式中，图3和图4中的丝网印刷系统110具有两个印刷巢131(在位置“I”和位置“3”中)，每一印刷巢131都被定位以将已处理衬底250传递到引出输送装置112，且还从引入输送装置111接收未处理的衬底250。
[0055]因此，在系统110中，衬底的移动大体上遵循路径“A”。在这种配置中，两个其他印刷巢131 (在位置“2”和位置“4”中)中的每一印刷巢131定位在丝网印刷腔室102之下，以使得丝网印刷可在未处理的衬底250上完成，所述未处理的衬底250位于各自印刷巢131上。
[0056]这种并行处理配置允许提高处理系统的最小体积的生产能力。尽管图3和图4中图示系统110具有两个丝网印刷腔室102和四个印刷巢131，但系统110可包含额外丝网印刷腔室102和/或印刷巢131，而不脱离本发明的领域。
[0057]图5是示意性等距视图，且图6是示意性俯视图，它们图示丝网印刷系统或系统101的另一实施方式，所述系统110也可连同本发明的实施方式一起使用以在太阳能电池衬底250的表面上的所需图案中形成金属触点。
[0058]在一个实施方式中，图5和图6中的丝网印刷系统110包含引入输送装置111、致动器总成230、丝网印刷腔室102、引出输送装置112和系统控制器101，所述致动器总成230在这个实施方式中配置为线性移动单元。引入输送装置111可配置为从输入器件(例如，输入输送装置113)接收衬底250 (S卩，图5和图6中的路径“A”)，并将衬底250传递到印刷巢131，所述印刷巢131在入口处耦接到致动器总成230。引出输送装置112可配置为从在出口处耦接到致动器总成230的印刷巢131接收已处理衬底250，并将衬底250传递到衬底移除器件，例如，出口输送装置114 (B卩，图5和图6中的路径“E”)。输入输送装置113和出口输送装置114可为自动化衬底处理器件，所述自动化衬底处理器件是较大生产线的一部分。
[0059]引入输送装置111从位置“I”(图6)、丝网印刷腔室102内的位置“2”和第三位置“3”运送衬底250，在位置“I”中，衬底250引入丝网印刷腔室102，在第三位置“3”中，已处理衬底250从丝网印刷腔室102卸出并输送到其他操作站。在双印刷或多印刷的情况下，衬底250再次在位置“2”中引入丝网印刷腔室102来完成第二印刷步骤或进一步印刷步骤，并且，衬底250接着再次从丝网印刷腔室102卸出传到位置“3”。这种交替移动被重复数次，该次数与将要印刷的层的数目相一致，直到最终产品决定性地卸出为止。
[0060]如图7中所示，印刷巢131大体上由输送装置总成139组成，所述输送装置总成139具有输带轴135、收带轴136、滚子140和一或多个致动器148，所述一或多个致动器148耦接到输带轴135和/或收带轴136，所述输带轴135和/或收带轴136适用于馈送和保持定位在压板138上的支持材料137。压板138大体上具有衬底支持表面，在丝网印刷腔室102中执行的丝网印刷工艺期间，衬底250和支持材料137定位在所述衬底支持表面上。在一个实施方式中，支持材料137为允许通过真空将衬底250保持在压板138上的多孔材料，所述衬底250安置在支持材料137的一个侧面上，所述真空由常规真空产生器件(例如，真空泵、真空喷射器)施加到支持材料137的相对侧面。在一个实施方式中，真空施加到形成在压板138的衬底支持表面中的真空口(未图示)，以使得衬底250可“被投掷”到压板138的衬底支持表面。在一个实施方式中，支持材料137为可蒸发材料，所述可蒸发材料由(例如)用于卷烟纸类型的可蒸发纸或另一相似材料构成，例如，执行相同功能的塑料或纺织材料。
[0061]在一个配置中，致动器148耦接到、或适用于啮合输带轴135和收带轴136，以使得可在印刷巢131内准确地控制定位在支持材料137上的衬底250的移动。在一个实施方式中，输带轴135和收带轴136各自适用于接收一定长度的支持材料137的相对末端。在一个实施方式中，致动器148各自含有一或多个驱动轮147，所述一或多个驱动轮147耦接到或接触定位在输带轴135和/或收带轴136上的支持材料137的表面，来控制穿过压板138的支持材料137的运动和位置。
[0062]参考图1至图6描述的印刷系统中的丝网印刷腔室102中的每一丝网印刷腔室102适用于在丝网印刷工艺期间将材料沉积在衬底250的表面上的所需图案中，所述衬底250定位在位置“2”中的印刷巢131上。在一个实施方式中，丝网印刷腔室102包括多个致动器，例如，致动器102A (例如，步进电机或伺服电机)，所述致动器102A与系统控制器101通信并用于调整丝网印刷遮罩102B (图1和图5)相对于正被印刷的衬底250的位置和/或角定向，所述丝网印刷遮罩102B安置在丝网印刷腔室102内。在一个实施方式中，丝网印刷遮罩102B为具有多个区分性特征102C (图1和图5)的金属片或板材，所述多个区分性特征102C为例如孔、狭槽或借此形成来限定衬底250的表面上的丝网印刷材料(即，墨水或糊剂)的图案和布置的其他缝隙。大体来说，通过使用致动器102A和由系统控制器101从检查总成200接收的信息将丝网印刷遮罩102B定向在衬底表面之上的所需位置中，以自动化形式使将要沉积在衬底250的表面上的丝网印刷图案对齐衬底250。在一个实施方式中，丝网印刷腔室102适用于将含金属材料或含电介质材料沉积在太阳能电池衬底250上，所述太阳能电池衬底250具有在约125mm与156mm之间的宽度和在约70mm与约156mm之间的长度。在一个实施方式中，丝网印刷腔室102适用于将含金属糊剂沉积在衬底250的表面上，以在衬底表面上形成金属接触结构。
[0063]对于图1至图6中所示的丝网印刷系统110中的每一丝网印刷系统110，关联有检查总成200，该检查总成200适用于检查安置在印刷巢131上的衬底250，该衬底250上通过丝网印刷而被印刷所需图案。
[0064]检查总成200适用于在印刷之前和之后识别和检查衬底250，并可包含一或多个摄像机121 (例如，CXD摄像机)和其他电子元件，所述电子元件能够检查和将检查结果通信给用于分析印刷巢131上的衬底250的定向和位置的系统控制器101。
[0065]在一个实施方式中，图8中的摄像机121定位在衬底250的表面251上方，以使得摄像机121的观察区域122可检查表面251的至少一个区。如上所述，由摄像机121接收的信息用于对齐丝网印刷遮罩102B且因此对齐随后沉积的材料，且还用于获取沉积在衬底250上的层的图像。
[0066]在一个实施方式中,摄像机121为InGaAs型摄像机,所述InGaAs型摄像机具有制冷CCD阵列来增强检测信号的信噪比。在一些配置中，需要通过封闭或遮蔽衬底250的表面251与摄像机121之间的区来隔离检查总成200与环境光。
[0067]在一个实施方式中，检查总成200还包括一或多个滤光器(未图示)，所述一或多个滤光器安置在摄像机121与衬底250的表面251之间。在这种配置中，一或多个滤光器被选择成仅允许某些所需波长传到摄像机121，以降低由摄像机121接收的不必要的能量的量，来改进检测到的辐射的信噪比。一或多个滤光器可为带通滤波器、窄带滤波器、边缘光滤波器、陷波滤波器或购自(例如)Barr Associates或购自Andover Corporation的宽带滤波器。
[0068]系统控制器101促进总丝网印刷系统110的控制和自动化，并可包括中央处理单元(CPU)(未图示)、存储器(未图示)和支持电路(或I/O)(未图示)。CPU可为任何形式的计算机处理器中的一个计算机处理，所述计算机处理器用在工业环境中用于控制各种腔室处理和硬件(例如，输送装置、光学检查总成、电机、流体输送系统硬件等)并监视系统和腔室处理(例如，衬底位置、工艺时间、检测器信号等)。存储器连接到CPU，并可为现成存储器(例如，随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘或任何其他形式的数字存储(本地或远程))中的一或多个。软件指令和数据可编码并存储在存储器中用于指示CPU。支持电路也连接到CPU，用于以常规方式支持处理器。支持电路可包括缓存、电源、时钟电路、输入/输出电路、子系统等等。系统控制器101可读的程序(或计算机指令)确定哪些任务可在衬底上执行。优选地，程序为系统控制器101可读的软件，所述软件包括用于产生和存储至少衬底位置信息、各种受控元件的移动序列、衬底光学检查系统信息和任何其他相应组合的代码。
[0069]图9提供一种控制印在衬底上的图案的印刷的方法。控制方法提供第一获取步骤，其中摄像机121在印刷衬底250之前获取与安置在丝网印刷腔室102 (图1至图6)中的衬底250有关的第一图像301。
[0070]特别是，来自输入输送装置113的衬底250安置在将要在适当时刻传递到印刷位置“2”的位置“I”中。当衬底250在位置“2”中时，且在印刷工艺开始之前，摄像机121检测衬底相对于印刷巢131的位置并获取衬底的第一图像301。
[0071]在一个实施方式中，第一图像301只不过是表面251的相片，在印刷操作期间，印痕302根据所需图案印刷在表面251上。如前所述，衬底250的表面251，在这种情况下为下表面(又称为背面)在颜色上接近深灰色，印痕302沉积在表面251上。事实上，表面251通常由电介质材料或金属材料(例如，铝)覆盖。
[0072]获取的第一图像301由控制器101适当地处理、分成图像的多个基础单元(即，多个像素)并保存在控制器101的存储器中。在这种操作期间，例如，通过确定衬底250的顶点的位置来确定衬底250的几何性质。
[0073]参考附图，衬底250的形状实质上为矩形，且因此，评估衬底250的四个顶点的位置。
[0074]更具体地说，在第一图像301 (图9)中，确定第一对坐标(X1、Y1)、第二对坐标(X2、Υ2)、第三对坐标(Χ3、Υ3)和第四对坐标(Χ4、Υ4)。很明显，为了确定衬底250的位置和衬底250的特性，确定四对坐标中的三对就足够了。
[0075]在获取图像的第一步骤中，也可提供相对于印刷巢131对齐衬底250的步骤，以下将描述，来允许将印痕302正确沉积在衬底250上。此后，在丝网印刷腔室102中，印痕302通常沉积有导电材料，例如，银、铝或银和铝，所述印痕302具有与衬底250的沉积表面251的颜色差别不大的灰色。一旦印刷操作完成，同一摄像机121获取衬底250的沉积表面251的第二图像，印痕302沉积在所述沉积表面251上。[0076]获取的第二图像303具有第一区域305，无材料沉积在第一区域305上；和多个第二区域306，所述第二区域306表示印痕。第二区域306很难与第一区域305区分，考虑到印痕302与表面251之间的对比是最小的，也就是说，色彩明暗不是非常容易区分。这样使得很难通过第二图像303的直接获取来获得衬底250上的印痕302的位置的直接确定。
[0077]为此，在一个实施方式中，方法提供比较步骤来比较第一图像301与第二图像303。更具体来说，在比较步骤期间，第一对坐标、第二对坐标、第三对坐标和第四对坐标也与第二图像303相关联。换句话说，各自的中心通过重叠检测到的四个坐标中的至少三个坐标使得与第一图像301和第二图像303 —致。这样允许调整第二图像303相对于第一图像301的位置，以便获得两个图像的完美重叠。第二图像303还有利地使用与用于第一图像301相同的划分方法分成多个基础单元或像素。
[0078]而且，在比较步骤期间，提供子步骤，在该子步骤期间，第二图像303从第一图像301减去，以使得第二图像303的每一像素从安置在第一图像301的相应位置中的相应像素减去。因此，在没有沉积表面251 (在该沉积表面251上还未沉积印痕302)的背景分量的情况下，从减法操作获得第三图像307。因此，第三图像307由对应于不存在印痕302的表面251的第三区域308和对应于存在印痕302的位置的第四区域309限定。
[0079] 在如上所述图像比较之后，第四区域309相对于第三区域308形成鲜明对比。当确定了第三图像307时，控制器101适用于区分和确定印痕302中的每一印痕302的轮廓310。特别是，控制器101与轮廓310中的每一轮廓310相关联，所述轮廓310与印痕302特性点有关，所述特性点允许确定由每一印痕302相对于沉积表面251采取的位置。例如，对于与印痕302有关的第四区域309中的每一区域309，关联有正中线M，正中线M识别印痕302在衬底250上的沉积。
[0080]在这种情况下，对于第四区域309中的每一第四区域309，关联有两对坐标，在这种情况下，是关于第四区域309中的一个第四区域309的第五对坐标《5、￥5)、第六对坐标(X6、Y6)和关于第四区域309中的另一个第四区域309的第七对坐标(Χ7、Υ7)及第八对坐标(Χ8、Υ8 )。对于第四对坐标和第五对坐标，正中线M中的一个正中线M安置通过，而对于第六对坐标和第七对坐标，正中线M的另一个正中线M穿过。因此，可能确定个别印痕302相对于衬底250的表面251的精确位置。
[0081]衬底250在印刷巢131的正确定位和确定笛卡尔参考系X、Y通过校准检查总成200的第一步骤获得以允许控制器101确定将要在印刷工艺期间应用的参考系。
[0082]例如，在印刷工艺开始、或如果替换摄像机或当修改了印刷参数(例如，丝网印刷腔室102与衬底250之间的距离)时，执行最初校准步骤。
[0083]校准步骤通过校准衬底313 (图10)实现，所述校准衬底313实质上为与最佳衬底250相同的形状和大小。特别是，校准衬底313具备参考部件，在这种情况下，为形成在校准衬底313的表面中且在行和列中根据矩阵配置的多个丝网印刷球状物315 ;在这种情况下，每行和每列均存在十七个丝网印刷球状物315。在衬底313的中心位置中，还形成L形部件316，即，具有实质上相对于彼此正交的两条边。
[0084]在校准步骤期间，校准衬底313安置在印刷巢131上，并且，摄像机121检测发送到控制器101的样本图像。
[0085]取决于检测到的样本图像，且因此取决于丝网印刷球状物315和成形部件316的位置，控制器101适用于居中校准衬底313并将笛卡尔坐标系X、Y与校准衬底313相关联，所述笛卡尔坐标系X、Y随后将考虑检测第一图像301和第二图像303，且因此考虑确定笛卡尔坐标对。
[0086]在另一实施方式中，获取图11中的图像的方法还可用于控制沉积在衬底250上的印痕302的印刷质量。这个方法可在衬底250的两个表面上启用，也就是说，就涉及光生伏打电池而言，在收集表面和形成接触的表面两者上启用。在这个实施方式中，步骤提供来检测摄像机121获得的参考图像1301。参考图像1301从参考衬底或校准衬底250检测到，印痕302已经以最佳方式沉积在该参考衬底或校准衬底250上。检测步骤可在印刷工艺开始时完成，其中印痕302视为已经以最佳方式沉积在衬底250上，并且参考图像1301与在印刷工艺期间在每一情况下检测到的图像相比。在与用于上述第一图像301相同的方式中，参考图像1301也由控制器101适当地处理、分成多个基础图像单元或多个像素并保存储在控制器101的存储器中。同样地，对于参考图像1301，确定衬底250的几何性质，也就是说，确定第一对坐标(Χ1、Υ1)、第二对坐标(Χ2、Υ2)、第三对坐标(Χ3、Υ3)和第四对坐标(Χ4、Υ4)。
[0087]在印刷工艺期间，一旦印痕302已被沉积在衬底250上，摄像机121就检测表面251的第二图像1303，在第二图像1303中检测印刷工艺的可能缺陷318，例如，斑点、中断、印痕的可能不对齐或其他。第二图像1303分成多个基础图像单元(S卩，多个像素)，并存储在控制器101的存储器中。同样对于第二图像1303，确定衬底250的顶点的坐标，即，对参考图像1301所确定的坐标对。以此方式，可能在随后比较参考图像1301与第二图像1303的步骤期间确定两个图像的完美重叠。
[0088]在比较步骤期间，个别基础单元(即，参考图像1301和第二图像1303的像素)从彼此减去。
[0089]因此，根据减法操作，在没有表面251的背景分量和没有与最佳沉积在衬底250上的印痕302有关的分量的情况下，获得第三图像1307。因此，第三图像1307由对应于基础分量的第三区域1308和由对应于缺陷318的多个第四区域1309限定。
[0090]在比较参考图像1301与第二图像1303之后，因此，可能获得第三图像1307，在第三图像1307中只标识了印刷缺陷318，而没有印痕302的相应区域。
[0091]在印痕与缺陷的色彩明暗基本相同的情况下，比较步骤允许控制器101区分源自沉积印痕302的分量与源自缺陷318的分量，且因此，理解已印刷的衬底250是否在质量方面可视为可接受的或必须丢弃。
[0092]如上所提及，显而易见的是，如果印痕彼此形成鲜明对比，那么图像之间的这种比较也可完成，且因此，避免关于如上所述的本发明的第一实施方式所描述的问题。
[0093]在印刷工艺之前，且一旦将衬底250定位在印刷巢131上，那么可能提供操作来相对于丝网印刷遮罩102Β定位衬底250，以便防止印痕302相对于衬底250的不对齐。
[0094]显而易见的是，控制方法也可以相同方式完成来控制形成在衬底250上的多个印刷。
[0095]尽管前文针对本发明的实施方式，但在不脱离本发明的基本范围的情况下，可设想本发明的其他实施方式和进一步实施方式，并且，本发明的范围由以下权利要求确定。
【权利要求】
1.一种控制印在衬底(250)，诸如形成光生伏打电池或生带类型电路的晶圆上的图案的印刷的方法，所述方法包含以下步骤: 在所述衬底(250)的表面(251)上印刷多个印痕(302)来限定所述图案；和 通过光学捕获验证所述衬底上的所述印痕的所述印刷，其中所述验证步骤包含以下步骤: 通过检查单元(200 )在印刷之前完成获取所述衬底或参考衬底的所述表面(251)的第一参考光学图像(301、1301)； 处理所述第一图像(301、1301)，其中，处理单元或控制器(101)确定所述第一图像的参考几何坐标(X1、Yl ;Χ2、Υ2 ;Χ3、Υ3 ;Χ4、Υ4)并存储所述几何坐标； 在所述印刷之后，通过所述检查单元获取所述衬底的所述表面的第二图像(303、1303)，所述印痕(302)印刷在所述表面上； 通过所述处理单元或控制器(101)处理所述第二图像(303、1303)，所述处理单元或控制器(101)将所述第一图像(301、1301)的所述参考几何坐标关联到所述第二图像(303、1303)； 所述处理单元或控制器(101)逐点减去所述第一图像(301、1301)与所述第二图像(303、1303)之间的着色来获得第三图像(307)，所述第一图像与所述第二图像之间的差异显示在所述第三图像(307)中。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一图像和第二图像的所述处理步骤期间，所述处理单元或控制`器(101)将所述第一图像(301、1301)和所述第二图像(303、1303)两者再分成相同多个基础图像单元，并且，在所述减去步骤期间，所述第一图像的所述基础单兀中的每一基础单兀从所述第二图像的相应基础单兀中减去。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述获取步骤中，获取与所述衬底(250)的所述表面(251)有关的所述第一图像，在所述印刷步骤中，所述印痕(302)印刷在所述表面(251)上。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二图像至少由对应于所述衬底(250)的非印刷表面的第一区域(305)和由对应于沉积在所述衬底(250)上的所述印痕(302)的多个第二区域(306)限定，所述至少第一区域(305)和所述多个第二区域(306)具有彼此相似的色彩明暗。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第三图像(307)由对应于所述衬底(250)的非印刷表面的至少一第三区域(308)和由对应于沉积在所述衬底(250)上的所述印痕(302)的多个第四区域(309)限定，所述第三区域(308)和所述多个第四区域(309)彼此是可区分的。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述获取步骤中，所述处理单元或控制器(101)确定所述第四区域(309)的轮廓(310)并确定可与所述轮廓(310)相关联的坐标对，以便评估由所述印痕(302)相对于所述参考几何坐标(X1、Yl ;Χ2、Υ2 ;Χ3、Υ3 ;Χ4、Υ4)采取的位置。
7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述获取步骤提供来获取与参考衬底的所述表面有关的所述第一图像，印痕已沉积在所述表面上。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述第三图像(309)中，只显示所述衬底(250)的所述表面(251)中存在印刷缺陷(318)的区域。
9.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述印刷步骤和所述验证步骤之前，提供校准，在所述校准中确定绝对笛卡尔参考系(X、Y)，以便评估至少所述参考几何坐标(X1、Yl ;Χ2、Υ2 ;Χ3、Υ3 ;Χ4、Υ4)。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述校准提供来通过所述检查单元(200)检测与校准衬底(313)有关的样本图像，参考部件(315、316)传递到所述校准衬底(313)上。
11. 如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述参考部件包含多个球状物(315)，所述球状物(315)在预定位置中并根据矩阵配置形成。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述参考部件包含成形部件(316)，所述成形部件(316)形成在所述校准衬底(313)的中心位置并具备相对于彼此正交安置的两条边。
13.—种控制印在衬底(250)(例如，形成光生伏打电池或生带类型电路的晶圆)上的图案的印刷的装置，所述装置包含: 印刷站(131)，所述印刷站(131)适用于在所述衬底(250)的表面(251)上沉积多个印痕(302)来限定所述图案；和 光学检查单元，所述光学检查单元获取所述表面的图像，所述印痕印刷在所述表面上， 其中所述检查单元(200)配置为检测所述衬底或参考衬底的所述表面(251)的至少一第一参考光学图像和所述衬底的所述表面的至少一第二图像(303、1303)，所述印痕(302)已印刷在所述表面上， 所述装置进一步包含具备处理器的处理单元或控制器(101 )，所述处理器配置为处理所述第一图像(301、1301)并将参考几何坐标关联到所述第一图像，并且处理所述第二图像(303、1303)以将所述参考几何坐标关联到所述第二图像(303、1303)， 所述处理器进一步配置为通过各自着色的点状减法来比较所述第一图像与所述第二图像，以便获得第三图像(307)，所述第一图像与所述第二图像之间的差异显示在所述第三图像(307)中，所述控制器(101)还包含存储器来存储至少所述第一图像(301、1301)。
【文档编号】B41F17/00GK103481690SQ201310130296
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年4月15日 优先权日:2012年4月13日
【发明者】E·M·博斯科罗, T·瓦塞斯, A·罗马内罗 申请人:应用材料意大利有限公司