专利名称：用于红外线输送机炉的双独立运输系统与烧制薄工件的方法
技术领域：
本发明系针对炉输送机系统，且更重要地是针对尤其适用于诸如硅晶圆的薄工件在输送带上转移穿过用于将该等晶圆转化成太阳能电池的处理设备的并排双独立驱动运输系统，该处理设备包括UV预处理器、掺杂器、干燥器、扩散炉及金属化炉。本发明运输系统可使用广泛范围的输送带，包括具有浮桥式晶圆支撑系统的金属丝网带，该金属丝网带包含纵向隔开的承载器金属丝“侧翼”元件，该等承载器金属丝“侧翼”元件在晶圆的侧边缘处藉助于相对的内倾下斜晶圆支撑区段而仅以点接触来支撑该等晶圆。
背景技术：
自薄硅晶圆(典型地140微米至180微米厚)制造硅基光伏打太阳能电池需要多个处理步骤，包括用以产生半导“p-n”接面二极体层的2阶段扩散制程，继之以在晶圆前侧及背侧上网版印刷“焊接膏”涂层，晶圆前侧及背侧经烧制成P-n接面或背接触层，其中晶圆前侧及背侧分别充当欧姆集电极及接地。扩散制程包括藉由磷酸或/及硼酸组成物来涂布晶圆，继之以在扩散炉中烧制以在前侧上产生P掺杂的p/n光伏打层接面或/及在背侧上产生掺B接触层。在扩散及各种清洗步骤之后，该等晶圆经涂布以抗反射涂层(ARC)(典型地为氮化硅(SiN3))，该抗反射涂层(ARC)取决于所使用的ARC涂层而使晶圆呈现深蓝或棕色。为了形成背接触接地层，晶圆背表面经涂布以Al基的膏体。晶圆顶部表面经网版印刷有Ag基的膏体线的精细网路，该等Ag基的膏体线连接至较大汇流排导体以“收集”所产生的电子。在此等膏体经干燥之后，在IR灯加热的输送机型金属化炉中在高温下“共烧制”此等膏体。用于此类处理步骤的当前可用的IR输送机炉为单线式，亦即输送晶圆而使该等晶圆以单一纵列通过处理步骤的单一输送带或辊轮系统。在每一处理区中根据相同处理排程及停留时间来处理所有晶圆。使生产加倍需要购买及安装具有端至端配置的多个模组的第二线。每一模组具有其自身驱动器、其自身运输系统、包括顶侧及底侧的自身架构，且要求相同的工厂地面空间占据面积。使生产加倍得使工厂的不动产加倍且对于处理机械及操作人员的资本设备加倍。举例而言，在扩散烧制制程的情况下，炉具有一长的加热室，在该加热室中，在晶圆运输系统(金属丝网带或陶瓷辊轮输送机)的上方及下方实质上均匀间隔开(典型地间隔开1.5吋)复数个IR灯。加热区藉由各种形式的绝缘而与外部环境绝缘，其中以压缩绝缘纤维板为最常见。红外线(IR)灯将传入的硅晶圆的温度增加至约700°C至950°C。保持此温度达该扩散制程的30分钟持续时间，此后，该等晶圆经冷却并转移至下一下游制程操作及设备。当前可用的输送机型液体掺杂器(区别于马弗管及承载器型P0C13气体掺杂器)使用供移送晶圆的实心或弹性带型输送机。将晶圆黏贴至剥落型可抛弃式纸衬底以保护晶圆背侧，免于曝露出掺杂化学品。此等输送机为非传导输送机系统，其涉及用以移除纸衬底的额外晶圆处置步骤。当前可用的扩散炉典型地使用用以输送晶圆穿过炉烧制区的两种类型的晶圆运输系统中之一者:1.复数个静态(非纵向移动)的实心陶瓷旋转辊轮；或2.作用中(纵向移动)的金属丝网带。静态陶瓷旋转辊轮炉于当前受青睐的最小化或防止晶圆背表面的金属污染。典型习知扩散炉为大约400吋长，具有置放于辊轮上方的160个36吋宽IR灯，以及置放于下方的100至160个。输送机辊轮的总质量为大约800磅，且被分类为高质量输送机系统。随着对于太阳能电池的需求增加，生产率必须增加(藉由制程改良抑或添加炉至生产作业中)。对于添加炉，习知炉具有大的占据面积。因而,添加炉要求增加的资本支出以用于建筑、炉自身及相关服务设施。在金属化炉中所使用的金属丝网带的情况下，必须在网带下方支撑该等带以防止下垂。业界的长期作法为提供支撑物，该等支撑物包含成对的不透明白色石英管，其直径典型地为大约2cm至3cm，经置放而(例如)以交错的汇聚或发散(鱼骨状)图案而使其长轴平行于或稍微倾斜于该带的移送方向。该等石英管系平滑的，且提供线接触表面，随着该带输送经印刷的晶圆穿过金属化炉处理区，该带的底侧在该等线接触表面上滑动。为最小化该等管的荫蔽，长期作法为使该等管折曲(不论是沿着移送线汇聚或发散)以使得在移送穿过该炉的整个持续时间期间晶圆的相同部分不被荫蔽。荫蔽效应藉由此长期使用的使支撑管折曲的作法而减小，但并未消除，此是因为在现阶段在运输穿过该炉的时间中的至少些许时间内整个晶圆处于荫蔽中。实际上，荫蔽线存在，较不明显且更为扩散，但较宽。此外，晶圆背侧与输送带的众多金属丝的接触促成在金属化烧制制程期间背接触层膏体的摩擦及污染。在最小化此问题的尝试中，当前输送带使用“尖头(pip)”，该等尖头将晶圆提升于该带上方数毫米。藉由将金属丝网带的复数个束圈沿该带的顶部平面向上弯曲来制得该等尖头。然而，晶圆底部仍直接居于该等尖头(每个晶圆大约10至20个)上，且在运输晶圆穿过处理区期间晶圆仍横向及向前或向后移动，大约在每一方向上移动一毫米。归因于废弃经尖头损坏及污染的晶圆，此情形造成减小的产量。因而，藉由现有技术的具有晶圆支撑尖头的石英管支撑的金属带无法满足对于更快的生产及更大的产量同时降低设施资本支出的需要。为进行补偿，已将输送机型掺杂器及炉制得在横向上更宽，使得在每一处理区中可处理多个晶圆线。在炉的情况下，此情形又要求更长更昂贵的灯，该等灯典型地经历实质上更短的至失效的平均时间，因而显著地增加操作成本。因为存在尺寸及IR灯成本限制，所以增加在炉中的灯密度大体上并非可行的解决方案。同样，增加至灯的功率在当前并不可行，此是因为较高输出可由于炉的热质量而造成灯元件的过热(主要在高质量实心陶瓷辊轮输送机系统中)。过热尤其影响灯的外部石英管。大多数炉经热电偶控制。因为IR灯经并排置放，大约间隔开1.25吋，所以每一灯加热其邻近的灯。当该等热电偶侦测到温度趋近于处于700°C至950°C范围中的所选择的扩散或烧结温度设定点时，热电偶自动地将至灯的功率回截一量，该量取决于运输系统(辊轮或金属网带及石英管支撑物)的热质量。此较低的功率密度伴随IR灯发散的光谱输出的实质改变(因此伴随较低的光通量及能量输出)。又，此减小的光通量造成减慢输送带速度或加长炉(同时维持原始带速度)的需要，因而减慢处理。灯的过热(例如，归因于热电偶延迟或故障)可导致灯变形、下垂及最终失效。灯变形亦影响经递送至晶圆的IR输出的均一性。相应地，在晶圆处理技术中存在尚未满足的在小于重复制程线的单位成本的成本下增加生产的需要。此外，在扩散及金属化炉及烧制制程技术中，存在尚未满足的藉由以下操作显著地改良烧制区的净有效使用的需要:减小晶圆尖头损坏及污染，准许改良的烧制能量利用，改良烧制制程的速度及均一性，减小炉大小同时保持或改良产量，及在减小的炉占据面积及较低的能量、操作及维护成本下完成此等目标。
发明内容
发明内容，包含其目标以及优点。本发明薄工件运输系统包含在一单一架构中的多个独立的并排输送机驱动系统，因而相比于重复制程设备线以使生产加倍的一般作法消除两个侧壁。可将每一线与另一线同步地驱动，或可仅在每一线的自身独立排程上驱动每一线。因而，举例而言，在例示性双线系统中，可以不同的移送速率在相同的UV预处理器、掺杂器、干燥器、扩散炉或金属化炉中处理具有不同大小的晶圆。本文中将此等设备模组称作“处理器”。该等并排线中的每一者包括其自身的驱动器、感测器及控制系统，包括具有可经个别组态以在独特操作排程上操作的输入器件及显示器件的电脑化控制电脑。本发明运输系统包括左侧及右侧运输支撑构件(壁)及共同的相对薄的中央支撑构件(分隔壁)。可自上方接取每一线以用于调整、维护及修理，此是由于设备模组具有以“顶部升起”组态在隅角线性致动起重器上提升的共同上半部。同样，存在共同下半部。上半部与下半部藉由分别界定两个制程线的分隔壁而沿输送机系统的制程运输路径纵向分开。下半分隔壁包含用于两个并排运输系统的共同中央支撑物，每一线具有一运输系统。上半分隔壁居于与共同中央支撑分隔壁相同的垂直平面中。在炉的情况下，该等中线壁经绝缘以使得每一线可沿着个别线工件运输制程路径于其中形成自身的个别的、独立的、独特的热分布。举例而言，可藉由使用双区横向IR灯、延伸两个线的整体宽度来实施此热独立性，或每一线可具有仅横跨其线宽度的其自身若干灯。在另一实施中，每一线的每一区可具有根据对于每一线的特定功率排程供电的相同数目个灯。或者，灯的数目及/或其置放(亦即，沿着处理路径间隔开之距离)可不同。仅可自一侧经由升起起重器的顶部升起功能性接取每一线。该炉的共同但纵向上分开的下半部为静态的(其既不升起亦不下落)，且分别于双运输系统的两个制程线输送带的水平平面上方及下方界定设备上半部分及下半部分。因而，在上半部分升起时，输送带为可完全接取的。概念上，相较于消除两个面向彼此的侧壁的复式建筑，其比较结果为在两个独立结构(dwelling)之间的差异，每一结构具有个别侧壁、端壁及顶壁。藉由自每一线消除一壁且将两个线接合在一起，存在构造材料的明显节省。同样，工厂地面占据面积并未加倍，此是因为在两个独立的单一宽线之间的共同中央通道已经消除。对于运输机构的输送机，较佳藉由拉动驱动几何构造移动两个带穿过处理器(例如，炉)。在较佳具体实例中，每一线具有其自身驱动马达及正弦形带路径驱动转筒、辊轮或链轮。处理器的进入端及退出端包括一带重定向辊轮系统，该系统包含用于该等带中的每一者的辊轮，该辊轮安装于该系统自身的轴杆上。两个轴杆经共轴对准，但藉由在中央壁处的共同轴颈轴承而分离。处理器典型地将具有横跨两个线的宽度的单一宽脱除带或输送机
。在一第一具体实例中(本文中将其论述为对于金属化炉的实施实例)，本发明双线运输系统及炉装置的每一输送带包含一全制程路径宽度且连续的螺旋金属丝网带，其具有复数个纵向上间隔开的金属丝晶圆承载器元件，该等金属丝晶圆承载器元件藉由金属丝与晶圆底部及侧边缘的接合点处的点接触来将晶圆支撑于该带上方。该等金属丝承载器元件包括一对垂直抬升部区段，每一垂直抬升部区段邻近于外边缘紧固至该带，其上端在一倾斜工件产品支撑斜区段中朝该带的中央向内且向下弯曲(一起被称作“侧翼”)。两个侧翼可藉由水平中央区段接合。该等斜区段各自跨越该带的约10%至20%横向地延伸且接合一中央区段。该中央区段包含带宽度的60%至80%。每一承载器金属丝饿每一末端于金属丝垂直抬升部区段的基部及中央区段的中央处安装至该带。该等承载器金属丝在该带上方延伸，且以规则间隔沿着该带的纵向长度安置以将薄工件(例如，晶圆)支撑于包含带网的编织金属丝上方。该带与一驱动系统啮合，该驱动系统在界定穿过炉的处理路径的水平平面中移动该带。该等承载器金属丝的斜产品支撑区段横向地间隔开一足够的距离以使得随着晶圆经运输穿过一或多个处理区，相对的金属丝倾斜区段各自支撑晶圆的一侧边缘。在本文中所描述的例示性实施中，该等晶圆为在转化为太阳能电池期间(例如，UV预处理、掺杂、干燥、扩散烧制及金属化烧制)经运输穿过一或多个处理区的硅晶圆。然而，本发明承载器金属丝可用以运输要求与工件的一或两个表面的最小接触的任何薄工件。对于双线并排运输系统的每一线(该等线中之每一者为用于单一晶圆纵列之处理线)，使用两个隔开的斜区段(右侧斜面及左斜面，如在末端立视图中所见)。在一例示性具体实例中，该等斜 区段斜面为直角三角形的斜边，该等直角三角形的底为金属丝网带自身。右侧承载器金属丝的斜边向左朝处理路径中央线延伸，且左侧承载器金属丝的斜边向右朝处理路径中央线延伸。在一第一具体实例中，该等承载器金属丝侧翼元件(垂直区段外加倾斜区段)为独立的、间隔开的且跨越该带在相同垂直横向平面中对准。在此具体实例中，将该等侧翼倾斜及垂直区段认为系间隔开的成对的承载器金属丝元件。在一第二具体实例中，该两个承载器金属丝侧翼元件在倾斜区段的底部(亦即，斜边的内末端)处藉由充当横向宽度间隔物的中央区段接合，使得跨越该带宽度延伸的单一连续承载器金属丝形成所有三个区段:中央连接器区段、侧翼(包含两个倾斜区段)及垂直抬升部区段。将该单一承载器金属丝元件在每一垂直区段的基部处的短水平尾部区段处及在中央间隔物区段的中央处焊接至带网金属丝。相应地，将具有连续承载器金属丝元件的金属丝网输送带通俗地称作“浮桥式”带，此是由于该等金属丝承载器元件处于该带上方且横跨该带的一侧。因而，可将该等承载器金属丝实施为独立的成对侧翼，或具有由中央金属丝接合的两个横向隔开的面向彼此的内倾产品支撑区段的单一连续元件。在成对的间隔侧翼的情况下，使用四个焊接点以将该等侧翼紧固至该带的金属丝网。
可沿该网带在纵向上将该等侧翼的相对的倾斜斜边斜区段对准或交错。因而，可将自该带的右侧向内延伸的斜区段紧固至奇数编号网列1、3、5等，同时自该带的左侧向内延伸的斜区段可为一致的(亦即，紧固至对应相同奇数编号网列)，或可相对于右斜区段交错，紧固至偶数编号链列2、4、6等。此外，尽管出于该带的可挠性而较佳地将该等承载器金属丝元件紧固至相同网列，但该等承载器金属丝元件可向前折曲或向后折曲一或多个列，或一列的纵向宽度。在该具体实例中，将右侧尾部焊接至列I，将中央焊接至列二，且将左侧尾部焊接至列I抑或列3。本发明双线运输系统亦包括一“四重”具体实例。在此具体实例中，使用一对双宽带(其造成具有并排成对两线宽带的一炉)，从而造成4线处理器。在两线宽带的情况下(其中成对晶圆以并排关系前进穿过处理区)，使用一双倾斜区段中央构件。在此具体实例中，左侧翼及右侧翼如上文所描述，且该中央包含截头等边三角形或等腰梯形的两侧边。亦即，在该中央使用升高的间隔物区段。在替代例中，使用两个浮桥式承载器金属丝元件，其中右侧线的左尾部为左侧线悬持构件的右尾部的延续或接合至左侧线悬持构件的右尾部。在另一替代例中，简单地藉由以恰当定向焊接至该带的一对并排完整单线承载器金属丝元件来形成两线带的右线及左线。在此后者具体实例中，线A承载器金属丝元件焊接至奇数编号网列，且线B承载器金属丝元件焊接至偶数编号网列。最后，可使用两对侧翼。然而，出于制造的简易，最佳对于两个或两个以上线带(双、三重、四重带)，双承载器金属丝元件由跨越该带的连续金属丝形成，此是由于连续金属丝维持恰当横向间隔。悬持构件的倾斜区段足够长以具有通用性。亦即，倾斜区段的高度、横向间隔及倾斜角度经选择以准许承载宽范围的晶圆宽度，例如5吋、6吋、8吋等等。用于炉应用的带材料为高温金属丝，诸如直径处于0.050吋至约0.1吋范围中的不锈钢、镍铬合金(较佳)或英高镍金属丝，其中较佳范围为0.064吋至0.092吋(取决于作业要求)。该承载器金属丝可为与该带相同的材料及规格以简化焊接操作。此外，若需要在扩散炉或掺杂器中使用侧翼或浮桥式带，则可(例如)藉由用TiN涂布来使该承载器金属丝钝化，或可用陶瓷、石英、氧化锆或高温玻璃的管或涂层来覆盖该等倾斜区段。对于在低温下操作但在腐蚀性化学气氛(例如，正磷酸)中操作的掺杂器，该带的金属丝及侧翼或浮桥式承载器金属丝元件可由不锈钢(SS)组成(视情况氮化，例如，藉由钛的经蒸气沈积的涂层处理且接着氮化以形成TiN涂层)。对于扩散炉，该等带及承载器金属丝形式可为经TiN钝化的镍铬合金及用陶瓷、氧化锆或石英管装配的倾斜区段。典型地，承载器金属丝“桥”或侧翼对相对于所运输的工件间隔开以使得存在两个或两个以上倾斜区段支撑每一晶圆侧边缘。在6吋硅晶圆的情况下，3或4个倾斜区段支撑晶圆的每一边缘，以使得稳定且等高地将该晶圆运输穿过该等制程区。因而，该等带网列在长度上为大约2cm至4cm，且该等承载器金属丝倾斜区段在纵向上隔开一类似尺寸。该等侧翼或桥承载器金属丝元件可采用宽范围的组态。在本文中所揭示的例示性当前较佳具体实例中，该等斜边倾斜区段向下折曲大约5°至45°，使得晶圆边缘的底部隅角接触该倾斜区段的上边缘，该等金属丝在横截面中为圆形。在指状物在横截面中为圆形或三角形(尖点向上)(例如，金属丝)的情况中，该等晶圆藉由最小点接触而得以支撑。在归因于金属带与晶圆底侧接触的晶圆污染而于当前未使用金属网带的扩散炉的情况下，可藉由在倾斜区段上滑动的小陶瓷管来装配本发明承载器金属丝侧翼或“浮桥式”带。晶圆的边缘接触陶瓷管而非倾斜区段的金属丝，进而消除污染的来源。在又一具体实例中，可用经配置以与金属结合的类型的玻璃(诸如电子管玻璃)来涂布该等倾斜区段。在替代例中，可用粉末化的玻璃或陶瓷外加黏合剂的配制物来涂布倾斜区段，且接着烧制倾斜区段以形成玻璃或陶瓷粉型涂层。熟习此项技术者将显而易见，可使用宽范围的侧翼及浮桥设计同时维持在本发明的原理的范畴内。在一重要替代例中，可在每一线中使用无质量无荫蔽指状物驱动系统。此类驱动器包含间隔开的链，较佳为具有在中空链枢轴管中安装的单一或双指状物的辊轮连结链，其中指状物朝向彼此突出。该等指状物链间隔开以仅足够使得仅藉由指状物金属丝与晶圆的底侧边缘的点接触来沿处理路径承载该等晶圆。此驱动系统为无荫蔽的，此是在于其消除了对于在金属丝网带的情况下所使用的石英滑动器或管的需要，更具能量效益且随着更多辐射能量经同时递送至该等晶圆的两侧而准许更快的晶圆处理。实际上，在指状物驱动器上运输的晶圆的移送速率趋近或超过每分钟500吋，准许在传过峰值烧制区中的停留时间为大约I秒或更少，该停留时间处于比当前可用的炉快约2倍至10倍的范围中。
图1为展示带路径及例示性拉动驱动系统的本发明多线炉的第一具体实例的纵向侧视图；图2为展示具有并排双处理路径的炉的入口端的部分分解的等角视图，每一处理路径使用具有承载器金属丝浮桥以沿晶圆的侧边缘在隔开的点处支撑晶圆的例示性金属丝网带；图3为在炉中实施的本发明双独立运输系统的等角视图，其展示出口端及至共同脱除转移带总成的过渡区；图4为在驱动系统在返回路径方向上将其各别运输带拉离该炉的输出端时自入口末端展示双独立驱动系统装置的等角视图；图5为自与图4相反的视点展示双独立驱动系统的出口端的等角视图，其展示张力器装置；图6为自双独立驱动器的左输出侧的等角视图，其中一带经移除以展示驱动转筒如何在不损坏本发明承载器金属丝浮桥元件的情况下处置该等元件；图7为说明缠绕及浮动张力器辊轮装置的驱动器及张力器装置的放大侧视图；图8为穿过双并排具体实例的横向等角截面，其展示在晶圆在处理期间移送穿过各个炉区时的带支撑物、线分隔壁及晶圆如何在倾斜区段上得到支撑的更多细节；图9为藉由指状物链驱动总成实施的本发明炉多线独立运输系统的第二具体实例的入口端的等角视图；图1OA为用以运输晶圆的典型螺旋金属丝网带的平面图；图1OB为经由图1OA的线10B-10B截取的垂直立视图，其展示承载器金属丝如何定位于带网上且焊接至带网；图1OC为经由图1OA的线10C-10C截取的垂直立视图，其展示不具有中央区的承
载器金属丝的第二侧翼具体实例；
图11为经由图7的线11-11截取的垂直截面，其展示缠绕辊轮垫如何经组态以在不损坏带承载器金属丝的情况下处置经翻转的带。
具体实施例方式参考图式来更详细描述本发明。以下详细描述作为实例而非作为对本发明的范畴、等效物或原理的限制来说明本发明。图1展示具有双独立运输系统18的本发明炉10的第一具体实例，在此实例中展示为实施于用于在将晶圆转化为太阳能电池的制程的至少一步骤中处理薄Si晶圆的IR灯加热输送机炉中。在图1中，工件(薄Si晶圆28)于左侧进入且在处理之后于右侧退出，黑箭头B展示在处理期间的移送方向及晶圆运输带的返回。本发明运输系统包含支撑炉总成的固定下半部14L的架构12，及在线性致动器上可垂直升起的上半部14U，在该炉总成的四个隅角中的每一者处安置一线性致动器，进而界定“顶部升起”型炉。模组化炉处理区由IR高强度灯16来加热，IR高强度灯16沿着指向右的箭头B的处理路径在纵向上间隔开。将上半部灯指定为16U，且将下半部灯指定为16L。如在图1中可见，该等灯的间隔随着为提供适宜于在每一特定区中产生所需要的热量的辐射强度所要求而随不同区变化。因而，指示符16L指向在峰值加热区中的紧密集丛的灯，而靠左的其他灯在预热区中间隔地较远(藉由指示符16U识别)或靠右而于冷却区中无任何灯。该炉包括一可程式化电脑控制系统，该系统包括对于基于在处理路径的全长度的在逐线、逐区、上半炉及下半炉上的精确的温度梯度的经预选或可组态的热分布。较佳使用一填入式模板系统以用于组态每一线(独立于另一线或与另一线相同)。每一线具有其自身的单独的运输驱动系统(运输速度可独立于其他驱动系统加以控制)。在线A中的灯的数目或间隔可不同于在线B中的数目。或者，在两个线中灯的数目为相同的情况中，逐区地，提供至在一线中的灯的功率可不同于另一线。因此，每一线的每一区可按需要个别且独立地组态及控制以对于所处理(例如，烧制)的特定产品沿着整个处理路径提供独特热分布。本发明装置包括一双带驱动系统18，在所展示的此较佳具体实例中将其实施为在炉总成的下半部分14L下方安置的双独立拉动驱动器38及张力器40。分别在炉10的入口端及退出端处在重定向空转辊轮22及24上引导驱动带20，下文参考图2至图11更详细描述驱动带20。在退出端处，晶圆过渡至脱除带26上。图2以等角视图展示炉10的架构总成12的各种元件，12L形成炉架构的右侧且12R形成右侧。在左侧及右侧上的黑箭头B展示晶圆移送穿过炉的处理区的方向。将晶圆28L展示为在线A运输带20L上，且将晶圆28R展示为在线B运输带20R上。空转辊轮(对于线A为22L，且对于线B为22R)安装于独立但经共轴对准的轴杆30L及30R上。每一轴杆30安装于其在轴承外壳总成32L及32R中的各别外侧末端处，紧固至其各别侧壁12L及12R。两轴杆30L及30R的内末端安装于共同轴承外壳34中，共同轴承外壳34紧固于中央带“分隔物”壁36的左侧进入端中。图3展示炉总成10的退出端(分别识别线A带20L及线B带20R)、重定向退出空转总成24及晶圆28L及28R至共同脱除带26上的馈入。
图4自炉的退出端展示双带驱动系统18，炉的退出端(在以箭头B展示的带返回方向上)为驱动器38及张力器总成40的进入端。该驱动系统包括驱动总成区38及张力器/卷取总成区40。张力/卷取总成区40亦以可调整的方式适应对于具有不同数目的区模组的炉总成的不同长度带。此张力器/卷取区包括对于带长度松弛束圈56间隔开的一对上部辊轮52 (最佳见于图7中)及下部重定向空转辊轮54 (最佳见于图5中)。一对风扇42L及42R冷却各别带20L及20R，且每一线具有其自身的驱动马达44，驱动马达44经由驱动链及链轮总成48连接至其各别驱动转筒或辊轮50。传入的带20L及20R经围绕可调整位置缠绕辊轮或压辊轮46而重定向至驱动转筒50。在该等带之间的间隔由中央带分隔壁36维持，且轨迹由轴环68维持。图5自相对隅角，亦即自炉的入口端展示双带驱动系统18，炉的入口端在由箭头B所展示的带返回方向上为驱动总成的退出端。张力器/卷取区40空转辊轮总成(上对52及下对54)更容易地见于此视图中，且带悬吊束圈56为在两个上对52之间的可变长度束圈。如最佳见于图7中，束圈56由自由旋转辊轮86维持，自由旋转辊轮86的中央轴杆经限制以在张力器/卷取区40的每一侧壁中的槽112中垂直地移动。图6自左侧展示双带驱动系统18，其中线A左带20L经移除，而展示线B右带20R。注意，缠绕转筒46为独立的且安装于经共轴对准的轴杆上。在转筒或辊轮46L、46R上的垫96 (见于图11中)在宽度上为窄的，以使得垫96仅接触承载器金属丝元件64的水平中部区段62而不接触倾斜区段60，此是因为在返回路径上承载器金属丝元件64面向下。此情形最佳见于图11中。注意，该带的底部与摩擦驱动转筒50R及50L接触，摩擦驱动转筒50R及50L具有该带的全宽度。对于张力器40的空转辊轮，注意，三个辊轮引导器安装于轴杆
52、窄中央辊轮垫66及侧引导器68上，中央辊轮垫66接触承载器金属丝元件64的中部区段62从而使侧翼60自由，侧引导器68连同中央带分隔壁36 —起维持该等带免于在辊轮上横向地晃动。图7更详细展示在带20的穿过驱动区38及张力器/卷取区40的返回路径(箭头B)上的带20的路径。注意，缠绕转筒46的轴杆58以可旋转的方式安装于缠绕臂88上，缠绕臂88在一末端90处枢转。可选推杆92可提升或降低臂88 (如由双头箭头W所展示)，此情形可造成围绕摩擦驱动转筒50的带的缠绕量的调整。缠绕量愈大，则驱动转筒垫与带底部的摩擦啮合愈多，从而准许自前端(如见于图1中之右端)拉动该带穿过炉。此外，图7展示在张力器总成40中的下垂束圈56的操作。该带退出驱动转筒50且通过第一张力器辊轮52A，且接着下行至束圈56，此后通过第二张力器辊轮52B，下至下部辊轮54，下部辊轮54将该带重新定向至炉的进入端。重的自由浮动辊轮86定位于该束圈的底部中以藉由其质量向该带提供张力。如图所示，辊轮86可抬升或降低在底部处的位置S-1至处于升高位置中的S-2之间的距离(由双头箭头S来展示)。在张力器总成40的外侧壁中的槽112中自由旋转的轴杆上承载该辊轮(见于图4至图6中)。每一线具有用于其自身束圈的其自身专用辊轮。每一辊轮轴杆的另一末端在区域分隔壁36中的对应槽(图中未示)中自由旋转。图8、图10A、图1OB及图1OC更详细展示带20的构造及侧翼具体实例(图1OA及图10C)，带20具有安装于上侧上的复数个承载器金属丝元件64，在此实施中将其展示为实质上横跨带20的宽度的连续承载器金属丝元件(图1OA及图10B)。承载器金属丝元件64包含垂直末端区段70，垂直末端区段70的基部末端于94处焊接至该带的网。该等垂直区段的上部末端朝网带20的中央向内转向，且向下斜而形成倾斜区段60。该等倾斜区段的内部末端由中央区段62接合，中央区段62较佳于其中央点处的94处焊接至该带的中央。如见于图8、图10A、图1OB及图1OC中，晶圆28为平坦的，在厚度上大约为0.0130吋至0.0200吋且大体上为矩形，该矩形由前引边缘72、尾接边缘74、右侧边缘76、左侧边缘78、顶部表面80及底部表面82所界定。典型地，承载器金属丝元件64相对于正在运输的工件(此处为晶圆28)间隔开，使得存在两个或两个以上倾斜工件产品支撑区段沿由底部表面82及侧边缘76或78 (视状况而定)的相交线所界定的边缘来支撑晶圆。在6吋硅晶圆的情况下，3或4个倾斜金属丝区段支撑该晶圆的每一侧/底部边缘以使得稳定且等高地将该晶圆运输穿过制程区。因而，该等链连结在长度上为大约2cm至4cm，且该等承载器金属丝类似地隔开。因为承载器金属丝倾斜产品支撑区段60在横截面上为圆形，且晶圆28为平坦的且经定向为水平(其中侧边缘76及78为垂直)，所以底部表面82与侧边缘76、78的接合点为一线。因而，每一晶圆侧/底部边缘接合线82/76及82/78以切向与该承载器金属丝的倾斜区段的环周相交。结果为仅存在晶圆与承载器金属丝运输机构的点接触，此点在图8、图1OB及图1OC中经识别为D。当然，多个倾斜产品支撑区段啮合晶圆的每一侧/底部边缘，较佳在运输贯穿特定单元的处理区的整个长度期间在每一晶圆的每一侧/底部边缘上维持至少两个接触点。如见于图8中，带20的底部在习知石英管支撑物84上滑动，习知石英管支撑物84以标准汇聚或发散配置排列以防止晶圆底侧在处理期间的荫蔽。图2、图3及图8亦展示分隔壁36，分隔壁36用以将各别工件产品线路径(线A及线B)彼此隔离，从而使得藉由在每一产品线路径中相对于其他路径个别地控制工件的运输速率同时将晶圆工件的至少一面曝露至高强度IR辐射以对其进行热处理达一预选持续时间及藉由控制在每一产品线的每一区中的温度(不论独立于其他线或与其他线同步)，沿穿过炉加热区的每一产品线处理路径选择性地提供独特热分布，该热分布经组态以用于正在该炉中处理的一特定产品(例如，晶圆类型、大小，及在掺杂晶圆之情况下，不同的掺杂化合物)。在此方法中，藉由本发明的多线输送机工件转移系统实施的穿过在金属化炉中的峰值烧制区的传过时间可缩短至大约I秒或I秒以下。高效能晶圆的产量及良率藉由本发明而大大增加。图9自炉10的前进入端展示替代具体实例，其中多带驱动系统18包括成对的隔开的无质量无荫蔽指状物驱动链运输器98R及98L，指状物驱动链运输器98R及98L在箭头B的方向上移动从而在进入区空转链轮22上传入该炉。一对承载器指状物100的每一链构件朝彼此向内突出，在彼此之间存在开放空间。该等链在每一线(此处为驱动系统18的线A及线B)的引导轨道中在滑动器上移送，其中该等晶圆沿其下侧边缘藉由与该等指状物的点接触而得到支撑。晶圆藉由对应进入转移带102R及102L经引入至驱动器98L及98R，对应进入转移带102R及102L窄于晶圆的宽度，从而使得指状物驱动器98L、98R的抬升指状物100具有轻柔地拾取晶圆的空隙。转移带102L、102R的前向末端110L、IlOR处于空转链轮22之内以准许调整藉由指状物100对晶圆的轻柔拾取。该等转移带由从属于空转链轮轴杆的链及链轮驱动器114来驱动以使得该等转移带同步地以与指状物/链驱动器相同的速度移动。注意，无质量指状物/链驱动器亦为无荫蔽的，此系由于对于网带不要求在图8中所展示的类型的任何石英管支撑物(项目84)。在此具体实例中，该等链藉由进入张力器总成104a、104b等(仅展示104a以不使该图繁杂)来在进入端处获得张力。此等张力器包含由气动或液动推杆108 (或替代地由线性致动器)偏置的滑动链轮总成106。推杆108使链轮总成106向右滑动以增加张力且向左滑动以降低在该链上的张力。每一指状物/链驱动器98可具有其自身的可独立调整的张力器总成104。典型地，一推杆同时给予驱动对的两链以张力。图1OC以沿图1OA中的线10C-10C截取的垂直截面图展示承载器金属丝总成116RU16L的替代具体实例，此具体实例不具有中央金属丝区62且包含两个单独的倾斜金属丝侧翼60R及60L，倾斜金属丝侧翼60R及60L间隔开一足够距离以大致在斜向产品支撑构件60R及60L的半途支撑晶圆28。如在图1OB的第一具体实例中，垂直抬升部区段70的向外弯曲尾部于94处焊接至编织金属丝网带。靠近斜伸部分的内部末端终止于肩凸部118及弯曲内部尖端120中，弯曲内部尖端120经组态以如图示装配于带网金属丝下部，弯曲内部尖端120于94处焊接至带网金属丝。如见于在此具体实例中的在图1OA中的平面图，使用了四个焊接点。图11展示在带20通过缠绕辊轮46时的第一具体实例的经翻转的带20，垫96具有足够厚度以准许承载器金属丝提升侧“侧翼”60不接触转筒或轴杆58的表面。本发明包括在制程期间沿工件底部表面与侧边缘的相交线仅以点接触来运输薄工件的方法。产业利用性明显地，本申请案的本发明双独立运输系统具有对处理工业(亦即，对于Si晶圆处理及其类似者)的宽应用性。该系统藉由具有比两个单独炉更紧凑的占据面积而明显地改良产量。因而，本发明系统具有采用作为运输薄工件穿过处理区的装置及方法的新标准的明显潜力。应理解，一般熟习此项技术者可在不偏离本发明的精神且不进行过度实验的情况下进行在本发明的范畴内的各种修改。举例而言，承载器金属丝元件的形状可具有宽范围的设计以提供本文中所揭示的功能性。同样，本发明驱动系统不限于仅双线几何构造，而是可容易地调适为多线式，且可使用金属丝网带或无质量无荫蔽指状物/链驱动系统。本发明包括其全范围的当前及未来等效物。
权利要求
1.一种具有多个工件运输线的改良式IR炉，其在操作性组合中包含: a.一炉架构，其支撑至少一纵向加热区总成，每一该加热区总成具有分别在一水平工件运输路径上方及下方界定的一上部部分及一下部部分，且该总成具有起重器，该等起重器经安置以提供分别在该水平工件路径上方及下方的该上部加热区部分及该下加热区部分的相对垂直运动以提供对该加热区的接取； b.复数个连续纵向输送机运输系统，其以并排关系安置于该架构中，每一该等运输系统经组态以在一第一方向上沿该水平路径运输工件，该第一方向系自该炉的一入口端经由用于该工件的至少一表面的IR热处理的该炉的该加热区至该炉的一退出端，且接着在自该退出端回至该入口端的一输送机返回路径上运输； c.该等运输系统中的每一者具有在该输送机返回路径中安置的可个别控制的输送机驱动系统及输送机张紧系统；及 d.一控制器，其用于藉由在独立于抑或同步于该等线中的一第二线的一第一线中的该驱动器来控制工件穿过该等加热区的移动速率，以沿穿过该等加热区的整个处理路径提供一独特热分布，该热分布经组态以用于正在该炉中处理的一特定工件。
2.如权利要求1所述的改良式炉，其中该等输送机系选自金属丝网带及指状物链中的至少一者。
3.如权利要求2所述的改良式炉，其中该输送机为具有复数个纵向间隔开的承载器金属丝元件的一金属丝网带，该复数个纵向间隔开的承载器金属丝元件经组态以在处理期间仅沿该工件的底部与该工件的侧边缘的相交线以实质上点接触支撑薄工件。
4.如权利要求3所述的改良式炉，其中该输送机金属丝网带于中部藉由安置于该等下加热区部分中的滑动器元件支撑于侧边缘之间。
5.如权利要求2所述的改良式炉，其中该等输送机各自包含一对指状物链，该对指状物链于该处理路径的每一纵向侧上隔开且由该驱动系统同步驱动，该等链包括朝彼此横向指向的指状物，该等指状物终止于该处理路径的一垂直中央线之前以在该等指状物之间提供一间隙，且该等指状物经组态以在处理运输期间仅沿该工件的该底部与该工件的侧边缘的该相交线以实质上点接触支撑薄工件。
6.如权利要求3所述的改良式炉，其中该等承载器金属丝元件包含一对间隔开的侧翼，该对侧翼包括朝该带的一中央线向内且向下斜的一工件支撑部分，该等侧翼在一外侧抬升部分的底部处及在该带的该等侧的中部处紧固至该金属丝网带。
7.如权利要求6所述的改良式炉，其中该等侧翼的该等工件支撑部分由在该中部位置处紧固至该带的一连续金属丝部分接合。
8.如权利要求3所述的改良式炉，其中该驱动系统包含一第一个别且独立控制的马达驱动驱动转筒及一第二非驱动缠绕转筒，该缠绕转筒相对于该驱动转筒以一压轮-辊轮关系安置于直接上游位置以确保由该驱动转筒对该带的分区夹持，且该张力器系统安置于该驱动系统的直接下游，该张力器系统包括在纵向上隔开的升高空转辊轮之间形成的一重力束圈且具有在该束圈中安置的一垂直自由浮动辊轮以提供带张力。
9.如权利要求8所述的改良式炉，其中该带在该等驱动系统转筒处由空气冷却。
10.如权利要求8所述的改良式炉，其中该等承载器金属丝元件包含一对间隔开的侧翼，该对侧翼包括朝该带的一中央线向内且向下斜的一工件支撑部分，且该缠绕转筒包括在该缠绕转筒表面上的一垫，该垫的宽度不宽于在该等承载器金属丝斜产品支撑部分的相对内部末端之间的间隔，使得该等工件支撑部分不会因该缠绕转筒的压力而变形。
11.如权利要求1所述的改良式炉，其中藉由高强度IR灯阵列在该等加热区提供辐射加热，该炉为一顶部升起炉，且该驱动系统及该张力器系统在该输送机的该返回路径中安置于该等加热区中的至少一者的一固定下部部分下方。
12.如权利要求11所述的改良式炉，其包含由在一共同炉架构中的一输送机分隔壁分离的以并排线配置的双输送机运输系统，该等炉加热区部分横向地横跨两个输送机运输系统且在该等部分中的至少一者中具有一纵向分离器以隔离对于可独立控制的每一输送机的个别加热区。
13.如权利要求5所述的改良式炉，其中该驱动系统包含一马达驱动链轮总成，且该张力器系统在该返回路径中安置于邻近于该炉的该入口端处。
14.如权利要求1所述的改良式炉，其包括一入口及一出口转移输送机，该入口及该出口转移输送机用于将工件引入至该等炉输送机系统的该入口端上且自该等炉输送机系统的该出口端移除经热处理的工件。
15.—种处理横穿在一热处理炉中的至少一运输线的工件的方法,该热处理炉具有一架构，该架构支撑复数个顺序排列的纵向加热区总成，该等纵向加热区总成具有分别在一水平产品运输路径上方及下方界定的一上部部分及一下部部分，且该等总成具有起重器，该等起重器经安置以提供分别在该水平路径上方及下方的该上加热区部分及该下加热区部分的相对垂直运动以提供对该加热区的接取，该方法包含以下步骤: a.运输在至少一对并排处理路径中排列的复数个薄工件，每一处理路径在一第一方向上沿该水平工件路径界定在该架构内的一独立产品线，该第一方向系自该炉的一入口端经由用于该等工件的至少一表面的热处理的该炉的该加热区至该炉的一退出端，且接着在自该退出端回至该入口 端的一输送机返回路径上运输； b.将该等产品线处理路径彼此隔离； c.相对于其他路径个别地控制在每一产品线路径中的工件的运输速率； d.在该等工件经运输穿过该等热处理区的同时将该等工件的至少一面曝露至高强度IR辐射以热处理该等工件达一预选持续时间； e.独立于抑或同步于该等线中的另一者来控制在每一产品线的每一区中的温度，以沿穿过该等加热区的每一产品线处理路径提供一独特热分布，该热分布经组态以用于正在该炉中处理的一特定产品。
16.如权利要求15所述的工件处理方法，其中薄工件在处理期间的该运输包括沿一工件底部表面与侧边缘的相交线而仅以点接触支撑该等工件。
17.如权利要求16所述的工件处理方法，其中该运输步骤包括输送在金属丝网带及指状物链中的至少一者上支撑的该等薄工件。
18.如权利要求17所述的工件处理方法，其中在金属丝网带上运输该等工件，该等带包括承载器金属丝，该等承载器金属丝经组态以将该等工件支撑于该带上方同时仅以该等点接触接触该等工件。
19.如权利要求16所述的工件处理方法，其中该炉包括复数个纵向加热区总成，该复数个纵向加热区总成对于每一线包括至少一预热区、一峰值烧制区及一冷却区。
20.如权利要求19所述的工件处理方法，其包括控制工件穿过该峰值烧制区的该运输速率以提供大约不 超过约I秒的一传过时间。
全文摘要
本发明提供尤其适用于诸如硅晶圆的薄工件在输送带或指状物/链上转移穿过用于将该等晶圆转化成太阳能电池的处理设备的多线并排独立驱动运输系统，该处理设备包括UV预处理器、掺杂器、干燥器、扩散炉及金属化炉。本发明多线运输系统可使用具有一浮桥式晶圆支撑系统的金属丝网带，该等金属丝网带包含纵向隔开的承载器金属丝元件，该等承载器金属丝元件在晶圆的侧边缘处藉助于相对的内倾下斜区段或侧翼而仅以点接触支撑该等晶圆。或者，包含具有向内突出的指状物之间隔开的链的指状物驱动器可用于藉由侧边缘接触来运输该等晶圆。具有相关联的张力器总成的摩擦或链轮驱动器用以移动运输带或指状物链穿过炉区。每一线可经独立控制以沿晶圆处理路径提供独特热分布。
文档编号F27B9/24GK103210272SQ201280003555
公开日2013年7月17日 申请日期2012年1月19日 优先权日2011年1月21日
发明者理查德·W·帕克斯, 彼得·G·拉给, 路易斯·阿雷安卓·芮·加希亚 申请人:Tp太阳能公司