一种在线检测与在线修补薄膜产品晶化率的系统及方法

专利名称：一种在线检测与在线修补薄膜产品晶化率的系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在线检测非晶硅或微晶硅薄膜的晶化率并进行修补的系统
及方法，尤其涉及一种在线检测与在线修补薄膜产品晶化率的检测与加工系统及方法。
背景技术：
目前在使用PECVD沉积大面积非晶硅/微晶硅薄膜时，会出现微晶硅本征层的晶 化率高低不均匀的现象，现有的检测方法是将薄膜切割成小面积的样品之后，通过拉曼光 谱议进行测试，根据测试结果确定不均匀区域的分布情况，然后再根据这一分布情况对薄 膜进行晶化处理。 现有的晶化处理可以采用激光进行处理。激光晶化处理技术具有结晶速度高、便 于准确定位、退火周期短、无需高真空或惰性气体保护等特点，在半导体领域中能消除缺陷 修复组织、再结晶及制备与活化掺杂层等。非晶硅薄膜在激光辐照下吸收能量，激发非平衡 的电子_空穴对，非平衡载流子通过热弛豫把吸收的部分或全部光子能量释放给晶格，导 致近表层极其迅速的升温。当激光的能量达到或大于阈值能量密度Ec时，薄膜会发生再结 晶现象。 但是，上述晶化处理只是通过激光热处理技术对膜层进行小面积或大面积晶化， 并不能在生产中预先检测得到膜层本身的晶化情况，无法及时得知膜层晶化率的高低以及 晶化率的分布是否均匀，因此，也就不能针对性的对膜层中低晶化率区域进行修补，使其晶 化率提高。目前利用激光进行部分晶化，采用掩模和金属诱导晶化的方法比较常见，也有利 用激光制备较大晶粒尺寸的晶化半导体膜的方法和装置。 现有技术中所采用的晶化率检测方法以及后续的热处理方法的操作都比较复杂， 无法实时地对产品进行检测并获得准确、详细的晶化率分布结果，只能大致的判断并进行 热处理，效果不佳，既浪费产品又延误生产时间，造成生产成本的增加。

发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种在线检测与在线修补薄膜产品 晶化率的系统及方法，通过对产品(例如大面积非晶硅/微晶硅薄膜)进行拉曼光谱检测， 得到详细的晶化率分布结果，并通过对晶化率分布不均匀的区域进行激光晶化处理(激光 退火热处理)，提高其晶化率，得到晶化率分布均匀的产品。 为达到上述目的，本发明首先提供了一种在线检测薄膜产品的晶化率分布，并对 不均匀区域进行在线修补的检测与加工系统，其中，该检测与加工系统位于传送带的上下 两侧，其包括 晶化率检测单元，所述晶化率检测单元包括暗室、工作台和至少一个拉曼光谱检 测装置，其中，所述工作台和拉曼光谱检测装置均位于所述暗室中，并且，所述拉曼光谱检 测装置固定在传送带上方的检测装置固定面板上，用于检测产品； 晶化率分析单元，用于接收所述拉曼光谱检测装置的检测结果，根据检测结果计算各个采样点的晶化率，并判断产品的晶化率分布是否均匀；在实际生产中，可以根据需要 在产品表面选择一定数量的采样点，通过检测各个采样点的晶化率来得到整个产品的晶化 率分布情况； 激光加工单元，所述激光加工单元包括一激光晶化处理装置和工作台，用于根据 晶化率分析单元的判断结果对产品进行激光晶化处理； 其中，所述工作台位于传送带的下方和侧面，用于将由传送带传送到其上方的产 品托起，并带动产品进行水平运动。 根据本发明的具体技术方案，在实际的使用过程中，上述晶化率检测单元是设置 在产品传送带的上下两侧，以便在生产过程中，对产品(例如大面积非晶硅/微晶硅薄膜 等)进行在线检测。 在上述检测与加工系统中，用于检测的部分均位于暗室中，产品首先在晶化率检 测单元处进行检测，然后由传送带输送到激光加工单元处根据需要进行激光晶化处理，激 光加工单元中的激光器可以是单独的，也可以采用现在常用的激光器阵列；优选地，可以将 多组晶化率检测单元和激光加工单元在生产线上并列设置或者依次间隔设置，这样就可以 实现同时对多个产品的晶化率检测以及激光晶化处理。 在本发明提供的上述检测与加工系统中，在晶化率检测单元以及激光加工单元处 均可以设置有工作台，以实现产品的升降以及水平运动，优选地，该工作台包括托架、升降 装置和水平移动装置；其中，托架用于托举产品，升降装置与托架连接，用于带动托架进行 升降运动，水平移动装置用于带动位于托架上的产品进行水平运动。托架以及升降装置均 位于生产线传送带的下侧，而水平移动装置设置在传送带上方的侧面。当待测产品传送到 工作台上方之后，升降装置带动托架垂直升起，在升起的同时，托架将产品托举并脱离传送 带；当产品达到用于进行检测或加工的高度(在检测时，拉曼光谱检测装置的高度固定，托 架将产品托起到拉曼光谱检测装置的激光焦点正好落在产品表面的高度；在进行激光晶化 处理时，产品位于适当的高度，形成大小适中的光斑，托架可以进行升降调整，以对光斑尺 寸等进行较大幅度的调整，激光器阵列中的各个激光器的聚光镜头可以进行上下伸縮，以 对光斑尺寸进行精细调整或者说小幅度调整)之后，水平移动装置就带动产品进行水平运 动，以使晶化率检测单元实现对产品的检测，使激光加工单元实现对产品的激光晶化处理。
在上述工作台中，为了更好地实现各种运动，优选地，所采用的升降装置可以是一 气动装置，通过活塞的升降带动托架升降；上述水平运动装置可以是水平设置的推杆、推臂 等装置，通过不同水平方向的推力推动产品使其在托架表面运动；在托架的表面可以设置 多组滚珠，当产品被托架托起并脱离传送带之后，产品位于托架的滚珠上面，在水平推力作 用下，产品可以在滚珠上运动，这样可以有效降低产品与托架之间的摩擦力，增加水平运动 的灵活性。 在本发明提供的上述的检测与加工系统中，优选地，所述晶化率检测单元可以具 有四个拉曼光谱检测装置。这四个拉曼光谱检测装置可以并排设置，也可以分别位于一个 正方形或者矩形的四个直角位置，当然也可以采取其他的方式。实际生产的检测过程中，拉 曼光谱检测装置可以是固定不同的，可以通过水平移动装置带动产品进行水平运动来进行 整个产品表面的检测，其运动轨迹可以根据实际需要进行选择，并且在检测过程中，沿产品 的运动方向每隔一定的距离(例如10-40cm)选取一个采样点，通过检测每个采样点处的晶化率数值，通过汇总分析就可以得到整个产品中晶化率分布的情况。 实际上，本发明所采用的上述拉曼光谱检测装置可以是本领域中经常用来进行晶 化率检测的拉曼光谱设备；为了使其能够更好地适应在线检测的要求，可以对其结构进行 改进。 一台完整的拉曼(Raman)光谱设备一般由激光系统、散射信号采集系统、摄谱仪、显 微镜、样品台、样品运动控制系统和暗室等几部分构成。由于一般拉曼光谱设备的样品台的 面积和承重能力有限，因此，在本发明的技术方案中，以用于整个检测与加工系统的工作台 予以替代，这样可以降低实际应用中的使用成本。 由于整个检测单元都处于暗室之中，因此，拉曼光谱仪自带的暗室也可以省略。由 于整块产品都处于工作台的托架之上，通过水平移动装置可以使其在水平推力作用下运 动，因此，拉曼光谱设备自带的样品台和样品运动控制系统也可以省略。本发明提供的检测 与加工系统是在线检测与加工系统，产品表面非常光滑和平整，而且在进行检测时，工作台 的高度恒定，因此，拉曼光谱设备自带的显微镜也可以省略，通过控制工作台高度就可以保 证激光的聚焦。因此，优选地，本发明的检测与加工系统所采用的拉曼光谱检测装置包括 激光器、相关光路、散射信号采集器和摄谱仪，其中，激光器、相关光路和散射信号采集器设 置于工作台上，而摄谱仪可以设置在远程，通过光纤等把采集到的散射信号发送到摄谱仪 中进行分析，获取各采样点的晶化率数据及整块产品的晶化率分布；可以通过附带的控制 部件对所采用的拉曼光谱检测装置进行控制。对产品进行检测时，可以使激光聚焦到产品 表面进行(检测状态下，激光出口与样品表面的距离是固定的，激光的焦点均位于样品表 面)。通过采用上述技术方案，可以有效地减小设备的体积、重量和成本，有利于增加光谱 仪的分布密度，进行快速检测。晶化率检测单元可以设有相应的控制装置，用于控制样品台 的升降、水平移动，以及检测等操作；该控制装置可以采用目前所常用的具有上述功能的装 置。 在本发明提供的上述检测与加工系统中，晶化率分析单元主要是用于接收晶化率 检测单元检测到的拉曼光谱(例如图l所示)，然后对拉曼光谱进行分峰处理(分峰的结果 例如图2所示)，得到晶化部分(i!c-Si特征峰)和非晶部分(a-Si特征峰)对拉曼光谱的 贡献，通过计算P c-Si特征峰的包覆面积与总包覆面积(a-Si特征峰和ii c-Si特征峰的 包覆面积之和)的比值得到采样点的晶化率，然后，对检测到的各点的晶化率数值进行汇 总分析，判断整块产品的晶化率的分布是否均匀。现有技术中凡是能够实现上述功能的装 置或者设备均可以用做晶化率分析单元。 在本发明的技术方案中，判断晶化率分布是否均匀的标准可以有多种，例如，以整 个产品的晶化率中，晶化率的最大值与最小值的差值是否在5%以下(小于或等于5%)为 标准，如果差值在5%以下，则认为其晶化率分布是均匀的，如果超过了 5%，则认为晶化率 分布是不均匀的，具体采用什么标准可以根据实际情况而定。当晶化率分布不均匀时，上述 晶化率分析单元把晶化处理指令发送到激光加工单元，激光加工单元则根据晶化要求，查 询内置数据列表，找到激光加工的控制参数和工艺参数，然后启动硬件系统，对产品中晶化 率分布不均匀的区域进行晶化处理；或者，也可以由晶化率分析单元通过访问内置数据库 确定控制参数以及工艺参数等之后，将其一并发送到激光加工单元。 在本发明的上述检测与加工系统中，激光加工单元设有一个激光晶化处理装置， 用于进行激光晶化处理；优选地，该激光晶化处理装置可以是一激光器或者多个激光器(例如10-20个)构成的激光器阵列。优选地，激光加工单元处的工作台可以具有一支架， 上述激光器阵列可以通过一激光器阵列固定面板固定到该支架上。 在检测和加工过程中，当产品传送到工作台上方之后，升降装置带动托架垂直升 起，在升起的同时，托架将产品托举并脱离传送带；然后进行加工位置的调整激光器或者 激光器阵列整体固定，通过调节激光输出功率、出口处的聚光镜头的上下伸縮程度以及工 作台的托架的高度，调整产品表面激光光斑的大小及功率密度等具体工艺参数，焦点距产 品表面的距离取决于焦距和聚光镜头距产品表面的距离；当产品达到进行加工的高度之 后，水平移动装置带动产品进行水平运动，使产品中需要处理的区域对准激光器或激光器 阵列，以进行激光晶化处理，在进行处理时，水平运动装置也可以带动产品进行相应的运 动。激光加工单元也可以设有相应的控制装置，在对产品进行晶化处理时，可以控制激光镜 头的伸縮以及产品的水平运动。 由于脉冲激光的输出功率在时间分布上的不均匀性(主要是脉冲的上升沿、下降 沿和脉冲峰值)，采用脉冲激光进行晶化处理时必然会引起极为显著的表面损伤，因此，本 发明采用连续激光进行扫描；优选地，本发明中所采用的激光器(包括激光器阵列中的激 光器)可以为二极管泵浦的Nd:YV03固态激光器或者Nd:YAG激光器等，激光波长为532nm。 激光器的最大输出功率一般为200W，光斑尺寸为l-4cm，优选为1. 75-3cm。
激光加工单元中的激光器可选择多级的激光功率，当采用不同的激光功率辐照材 料时，薄膜的晶化率会有不同程度的提高；在沉积大面积硅基薄膜材料时，常常会出现工艺 条件分布不均匀，导致晶化率分布的不均匀，通过上述技术方案可以使晶化率分布得到改 善，而不需让产品下线检测，调整工艺。 本发明还提供了一种在线检测晶化率的检测与加工方法，其包括
将待检测的产品传送到暗室中；
对产品进行拉曼光谱在线检测； 根据检测结果确定产品各采样点的晶化率，并判断产品晶化率的分布是否均匀； 如果不均匀，则对产品中晶化率分布不均匀的区域进行激光晶化处理。 本发明提供的上述检测与加工方法可以采用本发明提供的检测与加工系统进行，
各种工艺参数也可以通过对检测与加工系统的控制来达到。 本发明提供的上述检测与加工方法中，关键是采用改进的拉曼光谱检测装置对大 尺寸产品进行在线检测，并根据检测结果通过常规的方法确定产品表面的晶化率分布情 况，同时根据本发明提供的上述判断标准判断晶化率的分布是否均匀，如果分布不均匀，则 对相应的区域进行激光晶化处理，提高不均匀区域的晶化率，使晶化率的分布达到均匀的 标准，其中，上述激光晶化处理可以采用固体激光器进行。 在本发明提供的上述检测与加工方法中，当需要进行激光晶化处理时，首先可以 根据需要进行处理的区域的面积和形状等选择合适的光斑尺寸，即光斑直径；通过调节激 光器的聚光镜头的上下伸縮程度以及工作台的高度来对光斑直径进行调整，其中，可以通 过调节工作台的高度来对光斑尺寸进行较大幅度的调整，通过调节激光器的聚光镜头的上 下伸縮程度来对光斑尺寸进行微调，优选地，激光的光斑直径可以控制为l-4cm，更优选地 为1. 75-3cm。 在激光晶化处理过程中，激光功率密度越大，晶化率的最大值越大，因而，采用CN 101705477 A 适当功率密度的激光辐照，可以把产品的晶化率从任意起点提高到任意终点(通常小于 70% );优选地，在激光晶化处理中，激光的功率密度为IX 106W/cm2至3X 106W/cm2。
在激光晶化处理过程中，在功率密度等工艺参数不变的条件下，随着照射时间的 增加，产品(薄膜)的晶化率先增加后减小，表明辐照时间太短起不到理想的晶化效果，但 是辐照时间过长会使辐照区的温度持续上升，最终导致薄膜表面因熔化、氧化、蒸发等因素 发生变形和变质，破坏了材料的性能，使晶化率下降；优选地，在激光晶化处理中，当产品托 架的位置以及激光器的聚光镜头即产品的离焦距离等调整好之后，可以采用激光器整体固 定不动，产品水平运动的方式进行处理，以对需要晶化的区域进行扫描。产品的水平运动速 度可以控制在5-40cm/s，优选为15-25cm/s，更优选地为20cm/s。
上述各个参数之间的关系可以由以下的式子确定 PD= P，
兀(H-i)Ve 其中，PD为激光功率密度；P。utput为激光的输出功率；H为待测产品表面与激光出 口之间的垂直距离；1为激光出口与激光焦点之间的距离；h为离焦距离，h = H-l ;光斑半
径r与离焦距离h之间为正比例关系，比例系数为tge ，tge =r/h， e为光束的发散角。 通过样品托架的升降运动或者激光镜头的上下伸縮运动可以改变H和h的数值，
进而改变光斑尺寸r和辐照区域的功率密度PD，激光的扫描示意图如图12所示。 采用连续激光进行辐照时，激光功率密度太小可能达不到要求的晶化率，而功率
密度太高则有可能引起显著的表面损伤，影响后续工艺的进行，对于需要把晶化率提高到 60%左右的情况，一般采用一次激光晶化处理就可以满足要求；而优选地，在所要达到的晶 化率比较高(例如大于65% )或者晶化率的提升幅度比较大(例如20-60% )的情况下， 上述激光晶化处理是对产品中晶化率不均匀的区域进行至少一次激光晶化处理，在进行多 次激光晶化处理时，上述激光晶化处理的功率密度逐渐降低，即激光晶化处理可以采用高 低功率密度激光组合进行多次退火的方式进行，具体地，该方式是指对产品中晶化率不均 匀的区域进行至少两次激光晶化处理，并且，激光晶化处理的功率密度逐渐降低，即后一次 激光晶化处理的功率密度要小于前一次激光晶化处理的功率密度。例如，将晶化率由12% 提高到70%，可以先把晶化率为12%的非晶硅薄膜产品用功率密度为2. 6Xl(fW/cn^连续 激光辐照，使其晶化率提高到61 % ，然后再用功率密度为2. 08 X 106W/cm2的连续激光辐照， 可使其晶化率提高到69%，再用功率密度为1. 56X 106W/cm2的连续激光辐照，使其晶化率 提高到70%。该方法采用较低的功率密度得到了较高的晶化率，避免高功率密度引起表面 损伤。 在激光晶化处理过程中，激光对于产品的处理会形成热扩散，这容易弓I起产品表 面损伤，同时还会产生边缘效应，优选地，本发明采用离焦辐照快速扫描的方法，即避开激 光的焦点，使激光焦点高于产品的表面，从而在产品的表面形成较大的光斑。在采用本发明 提供的激光加工系统时，产品托架的高度和激光镜头的伸縮度均连续可调，可以通过调节 产品托架的高度(大幅度调整)和激光镜头(凸透镜)的伸縮度(小幅度调整)来调节光 斑尺寸。采用该方法既能增加辐照面积和速度，又能减弱边缘效应，降低辐照的功率密度， 避免引起表面损伤，提高晶化工艺的质量。
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在本发明所提供的上述系统以及方法中，对于所涉及的检测结果的分析、晶化率 的计算以及晶化率分布的分析等均可以采用现有的装置或方法进行。其中，检测结果的分 析、拉曼光谱谱图的绘制以及解谱分析、晶化率的计算以及晶化率分布情况的确定等可以 根据现有的利用拉曼光谱仪进行晶化率检测所采用的方法进行，例如根据常用的计算方法 和公式计算得到，也可以通过目前常用的各种软件根据拉曼光谱检测结果计算得到，例如 origin软件(美国Microcal公司出品)、或者ThermoFisher公司生产的光谱仪所附带的 软件等。 当获得检测结果之后，根据该检测结果可以生成拉曼光谱图(例如图1所示的光 谱)，通过对该谱图进行解谱分析并通过计算(解谱分析是拉曼光谱检测时通常都要进行 的分析计算，主要是分析520cm—1和480cm—1两个拉曼峰与水平基准线的包覆面积，计算则是 指计算微晶硅的特征峰与水平基准线的包覆面积与原始拉曼光谱与水平基准线的包覆面 积的比值)，可以确定晶化率的大小(晶化率的数值等于微晶硅所占的比例除以微晶硅与 非晶硅所占比例之和)以及整块产品中晶化率的分布情况，并由此判断产品的晶化率分布 是否均匀。 下面举例予以说明薄膜的晶化率通过Raman光谱来表征，检测设备采用 Renishaw2000系统(英国雷尼绍公司出品)，光源是波长为532nm的Nd: YAG激光器。薄膜 的晶化率由以下公式获得
厶 Ae
J 520 T J 480 Xc为晶化率，152。和148。是中心分别在520cm—1和480cm—1附近的拉曼峰的面积(具 体数值可以由上述origin软件计算得出)，其中，中心为520cm—1附近的拉曼峰是晶体硅的 特征峰，位于480cm—1附近的拉曼峰则是非晶硅的约化声子谱密度，拉曼光谱谱图如图l所 示，解谱分析图如图2所示，晶体硅拉曼光谱的特征峰(例如图2中的iic-Si特征峰)位 于520cm—1左右，而非晶硅的特征峰(例如图2中的a-Si特征峰)位于480cm—1左右，通过 对拉曼光谱进行分峰，分别找出位于520cm—1附近的散射峰和位于480cm—1附近的散射谱带 与水平基准线之间的包覆面积，并算出晶态散射峰的包覆面积与非晶和微晶包覆面积之和 的百分比，得到材料的晶化率数值，计算得到该处的晶化率为61 % 。 本发明提供的上述检测与加工系统和检测与加工方法主要是用于大面积非晶硅 /微晶硅薄膜的晶化率检测和修补，因此，在本发明中，所有产品均以大面积非晶硅/微晶 硅薄膜(面积一般为2.2X2.6m2，或者1. 1X1.3m2)为例予以说明，但不代表本发明提供的 检测与加工系统以及检测与加工方法不适用于其他形式的产品，凡是表面带有硅材料形成 的、微晶硅或微晶硅与非晶硅复合而成的薄膜产品，本发明的检测与加工系统和检测与加 工方法都可以适用，例如多晶硅片的修补等。 本发明提供的上述检测与加工系统和检测与加工方法，能够对晶化率进行在线检 测，并且通过在线分析检测膜层晶化率的不均匀区域，能够针对不均匀区域进行激光晶化 处理，提高晶化率及其均匀性，克服了现有技术中无法及时、准确地检测晶化率并进行晶化 处理的问题。采用本发明的检测与加工系统和检测与加工方法，能够大大縮短产品的检测 时间，而且提升产品性能，节约了生产时间，提高了生产效率，同时还大大降低了生产成本，
8有利于获得晶化率分布均匀一致的微晶硅/非晶硅薄膜等产品'


以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其 中 图1为拉曼光谱谱图； 图2为图1所示的拉曼光谱谱图的解谱分析图； 图3为实施例1提供的检测与加工系统的示意图 图4为工作台托举起待测样品之前的侧视示意图 图5为工作台托举起待测样品之后的侧视示意图 图6为工作台的俯视示意图； 图7为水平推杆的设置方式示意图； 图8为激光器整列的设置方式示意图； 图9为激光加工单元的整体结构侧视示意图； 图10为检测过程中产品的运动轨迹示意图； 图11为产品的晶化率分布示意图； 图12为激光的扫描示意图； 图13为晶化率检测单元和激光加工单元的设置方式示意图 图14为晶化率检测单元和激光加工单元的设置方式示意图 图15为晶化率检测单元和激光加工单元的设置方式示意图 图16为晶化率检测单元和激光加工单元的设置方式示意图
具体实施例方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现参照说明书附 图对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1在线检测与在线修补薄膜产品晶化率的检测与加工系统
本实施例提供了一种在线检测与在线修补薄膜产品晶化率的检测与加工系统，其 是一种在线检测薄膜产品晶化率分布并对晶化率分布不均匀区域进行在线的激光修补的 系统，其包括晶化率检测单元、晶化率分析单元和激光加工单元(或称晶化率加工单元)， 晶化率检测单元和激光加工单元设置在生产线的传送带上下两侧，二者前后间隔设置，如 图3所示。其中 晶化率检测单元包括暗室、工作台和至少一个拉曼光谱检测装置，工作台和拉曼 光谱检测装置设置在暗室中，并且分别位于传送带的下侧和上侧，另外，该晶化率检测单元 还可以有一控制装置，以用于控制晶化率检测单元的各种操作。上述工作台包括托架、升降 装置和水平移动装置，其中，托架和升降装置位于传送带的下方，而水平移动装置设置在传 送带的上方侧面，与托架升起的高度相适应，以便带动产品水平运动。如图4至6所示，工 作台的大部分结构位于传送带1下方，工作台上设置有滚珠4，托举起产品3之后，产品3位 于滚珠4之上；本实施例中所采用的升降装置为一气动升降装置6，其具有一活塞7，该气动 升降装置的下端固定，上端与托架2连接，通过活塞的升降来带动托架进行升降运动；在上述气动升降装置6与托架2之间，还可以设置一托架固定和托举装置5，以便更好地对样品架进行固定并带动其做垂直方向升降；上述水平移动装置为相互成90。夹角的两个水平推杆，即X轴方向推杆701和Y轴方向推杆702，分别设置在产品3的两侧面，如图7所示。
图4和图5分别是工作台托举起产品之前和之后的侧视示意图。如图所示，在工作过程中，传送带1把产品3输运到工作台的正上方，气动装置6通过活塞7的上升把托架固定和托举装置5向上举起，使产品3脱离传送带1 (如图5所示)。脱离传送带1之后的产品3位于托架2的滚珠4上面，在水平推力作用下，产品可以在滚珠4上做水平运动。图6是工作台的俯视示意图。如图6所示，托架2与传送带1之间为平行交替设置，当托架固定和托举装置5上升时，传送带1位于托架2之间。 本实施例提供的检测与加工系统中，晶化率检测单元包括四个拉曼光谱检测装置。这四个拉曼光谱检测装置固定在传送带上方的检测装置面板上，分别位于一个正方形的四个直角处。该拉曼光谱检测装置包括激光发生器、散射信号采集器和摄谱仪，其中，摄谱仪通过光纤与散射信号采集器连接。 在本实施例提供的检测与加工系统中，激光加工单元包括工作台、半导体泵浦的Nd:YV03固态激光器(激光波长为532nm)阵列以及相应的控制装置(接受指令并控制激光晶化处理的进行)，以该激光器作为激光源，对产品进行激光晶化处理。该激光器设置在激光器阵列固定面板之上，激光镜头可以上下伸縮，以调节激光器的焦点与样品表面之间的距离，对加工时的光斑尺寸进行微调，进而对功率密度进行微调。其中，激光器阵列的设置方式如图8所示，多个激光器8设置在激光器阵列固定面板9之上，各个激光器相互独立，同时在该激光器阵列固定面板9上还设有一分别与各个激光器8相连接的系统总线11，以实现对各个激光器8的集中控制，既可以单独启动进行局部扫描，也可以全部启动进行全局扫描，还可以通过控制装置进行控制使阵列中的各个激光器按照任意的次序和时间间隔选择性启动，配合产品的水平运动，加工任意的尺寸和形状。激光的扫描痕迹12如图所示。检测与加工系统可以通过晶化率分析单元对检测信号的分析来对激光器发出控制信号。
图9是本实施例提供的检测与加工系统中的激光加工单元的整体结构侧视示意图。如图所示，激光加工单元设置在传送带的上方，其中，激光器阵列8设置在工作台上部(可以设置在一个阵列面板9上，然后将阵列面板9连接到工作台的支架10上)，通过调整阵列面板9的高度，可以调节激光器阵列8的高度，同时通过调整激光镜头的伸縮程度，可以控制激光焦点的位置。对于晶化率检测单元，其整体结构与图9所示的激光加工单元的结构类似，只是托架上升的高度是正好使激光的焦点落在产品表面。
实施例2在线检测与在线修补薄膜产品晶化率的检测与加工方法
本实施例提供一种在线检测与在线修补薄膜产品晶化率的检测与加工方法，其是一种晶化率分布在线检测和不均匀微区在线修补的方法，其是采用实施例1提供的检测与加工系统对产品的晶化率进行在线检测。本实施例所检测的产品为大面积微晶硅/非晶硅薄膜(用于太阳能电池板)，形状为矩形；检测过程包括以下步骤 1、由生产线的传送带将产品传送到检测与加工系统的暗室中，然后，传送带停止； 2、气动装置的活塞上升，将托架举起，托架同时将产品向上举起，脱离传送带，产品进入检测位置；
3、由水平移动装置的推杆推动产品在托架表面上水平移动，同时，拉曼光谱检测装置对产品进行检测，激光器向产品表面发射激光，然后由散射信号采集器将收集到的散射光传送给摄谱仪，由摄谱仪得出检测结果并传送给晶化率分析单元；在水平移动过程中，
产品可以按照以下的轨迹移动，如图io所示，前后左右的方向以传送带的前进方向为基准
进行判断(1)沿对角线向左前方移动1/2对角线长度的距离；(2)向右移动1/2宽度的距离；(3)向左后方移动1/2对角线长度的距离；(4)向右移动1/2宽度的距离；(5)向前移动1/2长度的距离；在检测的过程中，可以根据需要选择所需要检测的采样点的具体数量，可以沿产品的运动方向每隔10-40cm(优选20-30cm)进行一次检测，以获得这一位置的晶化率数值，然后由所有检测到的晶化率数值组成整个产品表面的晶化率分布情况；检测完毕之后，托架下降，产品重新落到传送带上，并由传送带带离暗室，进入加工位置(激光加工单元处)等待； 4、检测完毕之后，晶化率分析单元根据检测结果绘出拉曼光谱图，并根据该谱图
计算得出晶化率数值以及在产品表面的分布，然后对晶化率分布是否均匀进行判断；图11是产品的晶化率分布示意图，其中，圆圈圈住的"48"表示该处薄膜的晶化率为48%，而其它区域的晶化率约为66%，48%的晶化率远低于其他区域，差值明显超过了 5%，因此，该产品的晶化率分布不均匀，该区域将成为遏制电池板整体效率提升的重要因素，需要通过激光晶化处理以提高其晶化率，消除遏制整体效率提升的"瓶颈"效应；晶化率分析单元根据晶化率分布状况，可以确定需要进行处理部分的初始晶化率(即检测到的晶化率)以及目标晶化率(目标晶化率可以取其他不需要处理的部分的晶化率的平均值，也可以取与该平均值最接近的整数，但不限于此)，然后通过访问内置数据库(在数据库中预置有与初始晶化率和目标晶化率所对应的相关的工艺条件和工艺参数)，找出对该部分进行激光晶化处理所需要的各项工艺参数，向激光加工单元发出进行激光晶化处理的指令及各项工艺参数； 5、激光加工单元的控制装置接收上述指令，并控制进行激光晶化处理首先，气动装置的活塞将托架以及产品托起，水平移动装置带动产品进行水平移动，使需要处理的区域对准激光器(半导体泵浦的Nd:YV03固态激光器)；然后，根据需要，设定好工艺参数，根据所需要的光斑和功率密度等调整托架的上升高度和激光器的聚光镜头的上下伸縮程度。调整好之后，激光器固定不动，产品在水平推杆的带动下进行水平运动，进行激光晶化处理。产品的水平运动速度控制在20cm/s左右。如果需要获得较高晶化率(> 70% )，可以采用多次激光晶化处理的方法进行处理。 6、激光晶化处理完成之后，托架下降，产品重新落到传送带之上，并由传送带带离加工位置，完成晶化率的检测和修补。经过检测激光晶化处理之后，晶化率为48%的区域，其晶化率上升到70%，并且薄膜表面未受到任何损伤。
实施例3 在采用实施例1提供的检测与加工系统以及实施例2提供的检测与加工方法在实际生产中进行晶化率在线检测和局部修补时，可以采用并行流水线结构使晶化率检测单元和激光加工单元在生产线上顺序设置，如图13所示，晶化率的检测和加工同时进行，当一个产品完成检测之后，就进入下一个加工位置等待(如果需要热处理，则进行热处理；如果不需要热处理，则等待下次检测完成之后被带离生产线)。各个晶化率检测单元和激光加工单元也可以共用同一个晶化率分析单元，如图14所示。
实施例4 在采用实施例1提供的检测与加工系统以及实施例2提供的检测与加工方法在实际生产中进行晶化率在线检测和局部修补时，也可以使晶化率检测单元和激光加工单元在生产线上按照串联、并联相结合的方式予以设置，如图15和图16所示，具体设置几条检测和加工分支，可以根据实际需要进行，并不限于三条；其中，各个晶化率检测单元和激光加工单元可以采用类似实施例3所提供的方式与晶化率分析单元连接，这里不再赘述。
当采用如图15所示的设置方式时，在生产线上，当产品被传送带输送到检测与加工系统中时，首先被输送到空闲的晶化率检测单元处进行检测，检测完毕之后，再被输送到与该晶化率检测单元相连的激光加工单元进行激光晶化处理。 当采用如图16所示的设置方式时，在生产线上，当产品被传送带输送到检测与加工系统中时，将首先被输送到空闲的晶化率检测单元处进行检测，检测完毕之后，再被输送到空闲的激光加工单元处进行激光晶化处理。采用这种优选的设置方式，能够提高检测和加工的效率。 以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而未脱离本发明技术方案的精神和范围。
权利要求
一种在线检测薄膜产品的晶化率分布并对不均匀区域进行在线修补的检测与加工系统，其中，该检测与加工系统位于传送带的上下两侧，其包括晶化率检测单元，所述晶化率检测单元包括暗室、工作台和至少一个拉曼光谱检测装置，其中，所述工作台和拉曼光谱检测装置位于所述暗室中，并且，所述拉曼光谱检测装置固定在位于传送带上方的检测装置固定面板上，用于检测产品；晶化率分析单元，用于接收所述拉曼光谱检测装置的检测结果，根据检测结果计算各个采样点的晶化率，并判断产品的晶化率分布是否均匀；激光加工单元，所述激光加工单元包括激光晶化处理装置和工作台，用于根据晶化率分析单元的判断结果对产品进行激光晶化处理；其中，所述工作台位于传送带的下方和侧面，用于将由传送带传送到其上方的产品托起，并带动产品进行水平运动。
2. 如权利要求1所述的检测与加工系统，其中，所述工作台包括托架、升降装置和水平 移动装置，并且，所述托架用于托举产品，所述升降装置与所述托架连接，用于带动所述托 架进行升降运动，所述水平移动装置用于带动位于所述托架上的产品进行水平运动。
3. 如权利要求1所述的检测与加工系统，其中，所述激光加工单元的激光晶化处理装 置为一激光器或者由多个激光器构成的激光器阵列。
4. 如权利要求3所述的检测与加工系统，其中，在所述激光加工单元中，所述工作台具 有一支架，所述激光器阵列通过一激光器阵列固定面板固定到所述支架上，并且，所述激光 器具有一能上下伸縮的聚光镜头，用于调节激光光斑的大小。
5. 如权利要求3所述的检测与加工系统，其中，所述激光器为二极管泵浦的Nd: YV03固 态激光器或Nd:YAG激光器，激光波长为532nm。
6. —种在线检测晶化率的检测与加工方法，其中，该检测与加工方法包括 将待检测的产品传送到暗室中； 对产品进行拉曼光谱在线检测；根据检测结果确定产品各采样点的晶化率，并判断产品晶化率的分布是否均匀； 如果不均匀，则对产品中晶化率分布不均匀的区域进行激光晶化处理。
7. 如权利要求6所述的检测与加工方法，其中，在所述激光晶化处理中，通过调节激光 器的聚光镜头的上下伸縮程度以及工作台的高度来对光斑直径进行调整，并且，激光的光 斑直径控制为l-4cm。
8. 如权利要求6所述的检测与加工方法，其中，在所述激光晶化处理中，所述激光的功 率密度为1 X 106W/cm2至3 X 106W/cm2。
9. 如权利要求6所述的检测与加工方法，其中，在所述激光晶化处理中，采用激光器整 体固定而产品运动的方式，并且所述产品的水平运动速度控制为15-25cm/s。
10. 如权利要求6所述的检测与加工方法，其中，所述激光晶化处理是对产品中晶化率 不均匀的区域进行至少一次激光晶化处理，在进行多次激光晶化处理时，所述激光晶化处 理的功率密度逐渐降低。
全文摘要
本发明涉及一种在线检测与在线修补薄膜产品晶化率的系统及方法。该检测与加工系统包括晶化率检测单元，用于对产品进行拉曼光谱检测；晶化率分析单元，用于计算晶化率，并判断晶化率分布是否均匀；激光加工单元，用于根据判断结果对产品进行激光晶化处理。上述方法包括对产品进行拉曼光谱在线检测，根据检测结果确定产品晶化率，并判断产品晶化率的分布是否均匀；如果不均匀，则进行激光晶化处理。上述系统及方法通过在线分析检测产品的晶化率的分布，针对不均匀区域进行激光晶化处理，提高其晶化率，使产品的晶化率分布更加均匀。本发明克服了现有技术无法在线检测产品的晶化率分布并对不均匀区域进行在线修补的问题。
文档编号H01L21/66GK101705477SQ20091025275
公开日2010年5月12日 申请日期2009年12月9日 优先权日2009年12月9日
发明者张晓勇, 王凌云, 郭铁 申请人:新奥光伏能源有限公司