TWI435461B

TWI435461B - 記錄太陽能晶片製程履歷的方法及系統

Info

Publication number: TWI435461B
Application number: TW100107473A
Authority: TW
Inventors: Haw Yen; Jui Hai Hsieh; Jung Wu Chien
Original assignee: Inventec Solar Energy Corp
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2014-04-21
Also published as: CN102655186A; CN102655186B; TW201238068A

Description

記錄太陽能晶片製程履歷的方法及系統

本發明係關於一種記錄太陽能晶片製程履歷的方法及系統，特別是針對串列式連續生產線的製程型態。

近年來，由於環保意識的抬頭和其他能源逐漸的枯竭，太陽能電池(solar cell)產業逐漸興起，而如何提高太陽能電池的光電轉換效率，也成為現今研究的焦點。若能在太陽能製程中應用先進製程控制(APC)系統，也有利於提高太陽能電池的良率。

在傳統半導體積體電路的製程型態，如圖1所示，每次只將一片晶圓10由晶圓盒1中抽出，再放入腔體11，以在晶圓10上製作元件及元件之間的電路連線。為了提升晶圓10的產能及良率，利用先進製程控制系統來監控設備與晶圓的狀況，已非常普及。比如：自動偵測製程參數的錯誤，對製程配方(process recipes)進行調整，以消除或減少參數飄移等干擾因素對晶圓造成的影響，並記錄每一片晶圓的製程履歷。

此外，先進製程控制系統一旦偵測到設備發生異常狀況，造成晶圓的製程參數不在預設的範圍之內時，便會將該片晶圓加以標記，在完成所有的積體電路製程後，研發人員再藉由追蹤該晶圓的製程履歷，分析此異常狀況對電性量測結果是否造成影響。

雖然在半導體產業中，先進製程控制的技術已相當成熟，然而，對於太陽能電池產業而言卻尚未開發。原因是一片太陽能晶片的產值小於積體電路晶圓約數百甚至數仟倍，若將使用於半導體積體電路的先進製程控制系統，直接應用於太陽能晶片製程中，不符合整體製程的經濟效益。

並且，為了提高生產速率，太陽能晶片的製程型態趨向以串列式連續性生產(in-line continuous production line)。如圖2，多個太陽能晶片20放置於輸送帶21上，連續傳送至不同的製程站22、23進行處理。雖然此種製程方式可以有很大的生產量，但放置於輸送帶21上的太陽能晶片20彼此都很接近，而傳統的先進製程控制系統僅適用於每次進行單一晶片的製程，並不適用於串列式連續生產的製程型態。

目前在太陽能晶片製備過程中，雖然能做到針對設備本身的狀況進行監控，但是其設備的製程參數，卻沒有辦法一一對應到太陽能晶片，無法得知太陽能晶片製程履歷。當檢測結果不如預期時，很難由製程參數分析原因，以排除異常狀況，並且，要進一步對製程參數做最佳化的調整時，也具有一定的難度。

因此，針對太陽能晶片的製程型態，有必要發展一種類似先進製程控制系統的方法，以得知太陽能晶片的製程履歷。並可以在太陽能電池良率降低時，藉由分析製程參數及測試結果的關係，來找出問題所在，提升太陽能晶片的光電轉換效率。

有鑒於上述課題，本發明之目的之一在於提供一種記錄太陽能晶片製程履歷的方法，使用於太陽能晶片(solar cell)的串列式連續生產線，同時也可以作為太陽能晶片生產線的先進製程控制技術。

本發明的方法包括：預設複數個製程站於串列式連續生產線；預設至少一計數器於該些製程站中或該些製程站進出端；計算太陽能晶片通過每一該些計數器的時間，並依據計數器的晶片計數，建立每一片太陽能晶片的晶片序號，以得到晶片序號及時間的關係；記錄所述製程站的製程參數與時間的關係；最後，同步化製程參數及晶片序號所對應的時間，以得到每一片太陽能晶片的製程履歷。

本發明之另一目的是，提供一種記錄太陽能晶片製程履歷的系統，用於太陽能晶片的串列式連續生產線，其中串列式連續生產線具有複數個製程站，所述的系統包括：一晶片計數監控模組，包含：複數個計數器，一一設置於該些製程站，以記錄通過的太陽能晶片計數，藉此建立每一太陽能晶片的晶片序號；一輸出裝置，計算太陽能晶片通過每一計數器的時間，並輸出太陽能晶片的晶片序號與時間的關係；及一參數監控模組，用以輸出該些製程站的製程參數與時間的關係，其中，藉由同步化製程參數，及晶片序號所對應的時間，以得到每一片太陽能晶片的製程履歷。

本發明之方法及系統可以整合於原本的製程中，相較於傳統半導體積體電路製程中所使用的先進製程控制方法而言，不僅簡便且成本低廉。當製程參數出現問題時，本發明之系統可以自動對製程參數異常的太陽能電池做標記，以便事後追蹤此製程參數是否為造成太陽能晶片良率下降的主因。並且，檢測人員可以適時調整製程參數，來最佳化太陽能電池的品質。

為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文依本發明於記錄太陽能晶片製程履歷的方法及系統，特舉較佳實施例，並配合所附相關圖式，作詳細說明如下，其中相同的元件將以相同的元件符號加以說明。

本發明記錄太陽能晶片製程履歷的方法，是藉由設置多個計數器，其中，藉由計數器所記錄的太陽能晶片計數可建立每一太陽能晶片的晶片序號，並藉由推算太陽能晶片通過計數器的時間，得到晶片序號與時間的關係。在同步化各個製程站的製程參數及晶片序號所對應的時間後，可進一步得知太陽能晶片的製程履歷。

如前所述，太陽能晶片的製程型態屬於串列式連續生產線，且包含多道製程。本實施例中，僅以其中兩道製程為例，以便具有通常知識者能了解本發明之精神。

請參照圖3，顯示記錄太陽能晶片製程履歷的系統3應用於部分製程的實施例。圖中顯示太陽能晶片20放置於一輸送帶21上，依序運送至第一製程站6及第二製程站7進行熱處理製程。記錄太陽能晶片製程履歷的系統3包括一晶片計數監控模組33及一參數監控模組34。

晶片計數監控模組33包括一輸出裝置330及複數個計數器331~333。其中，計數器331~333的數量及位置，可依照需求，設置於製程站中，或製程站的進出端。本發明實施例中，於第一製程站6及第二製程站7進出端，分別設置了第一至第三計數器331~333。

由於計數器之間的距離，及輸送帶21的傳送速率是固定的，因此，可以計算太陽能晶片20通過每一計數器的時間。並且，太陽能晶片20通過這些計數器時，所被記錄的晶片計數，可視為每一片太陽能晶片的晶片序號。

輸出裝置330記錄每一片太陽能晶片通過每一計數器的時間，並輸出晶片序號與時間的關係，可選擇以列表清單及/或關係圖表示。其中，以列表清單表示方式舉例如下表1。

為了將製程站的製程參數對應至太陽能晶片20，參數監控模組34用來監控並記錄第一製程站6及第二製程站7的製程參數，並輸出製程參數與時間的關係。其記錄或輸出的方式可以選擇文字、列表清單、關係圖及其任意組合之群組其中之一種方式表示。

本發明實施例中，不同製程站的製程參數和時間的關係，如圖4所示。其中，圖4中顯示第一製程站6及第二製程站7在不同時間，分別依序記錄參數表410~412及420~422。其中P₁₁ 、P₁₂ ...P_1n 及P₂₁ 、P₂₂ ...P_2n 分別代表第一製程站6及第二製程站7的製程參數，依據不同製程站，被記錄的參數也會不同。在本發明實施例中，由於第一及第二製程站用來做熱處理製程，製程參數包括溫度、壓力、持溫時間、通入的氣氛等等。但若是在粗糙化製程站，製程參數則改為記錄化學溶液的種類、濃度、晶片浸泡的時間等等。

記錄製程參數與時間的關係時，可以預設一較長週期，比如：設定每十分鐘或半小時記錄一次，如圖4中參數表420~422。當參數監控模組34偵測到異常狀況，如原本設定的製程參數，超過一預設範圍，才在異常狀況產生的時間點增加記錄，或改為較短週期記錄一次，直到異常排除，如圖4中參數表411~412。

參數監控模組34會自動記錄並標記事件發生時間區域。請參照圖4，在10:00:25至10:00:35時，假設第一製程站6的溫度參數P₁₁ 由於燈管破裂，熱處理溫度由預設的500±5℃降到400℃，參數監控模組34會將此時間區段，及異常的參數加框標示，或者以不同顏色或字體的方式顯示，當然，具有通常知識者所能想到的註記方式皆可以使用。

最後，同步化參數監控模組34輸出的製程參數，及晶片序號所對應的時間，以得到每一片太陽能晶片的製程履歷。比如，以上表1及圖4來做對比，可以看出序號”1”之太陽能晶片在第一製程站6的製程參數，即為圖4中參數表411所列舉的參數，依此類推。

可以選擇性的藉由一處理器35來做數據的計算分析及比對。除此之外，當製程站有異常狀況產生時，只要對照晶片序號，即可追蹤當時是哪一片太陽能晶片在異常的製程參數下進行製程。

如圖4所示，當時間在10:00:25至10:00:35時，第一製程站6的參數P₁₁ 發生異常，對照表1，就可以得知是序號”2~4”的太陽能晶片製程有問題。處理器35記錄序號”2~4”的太陽能晶片，以便在整批太陽能晶片完成製程後，有利於研發人員追蹤此因素是否造成良率下降。

為了便於查詢每一太陽能晶片的資料，處理器35中更包括一儲存單元350，以儲存晶片序號、個數、製程參數與時間的關係，以及太陽能晶片的製程履歷。

本發明實施例中，為了判斷計數器331~333是否累加計次，每一計數器331~333更包括一偵測器3310~3330，偵測器3310~3330可週期性的發射脈衝信號，並藉由是否接收到太陽能晶片20反射的信號，來判別太陽能晶片20是否通過計數器331~333。

由於太陽能晶片20具有一定的寬度，因此，通過計數器331~333時，偵測器3310~3330會收到密集的反射信號。請參照圖5A，顯示通過計數器331的晶片個數和時間的關係，圖5B則表示在不同時間點，偵測器所接收的反射訊號強度。

由圖5B中可以看出，在t=0至t=t₁ 時，偵測器3310連續接收到5次太陽能晶片的反射訊號，代表太陽能晶片完全通過計數器331，此時，計數器331才自動累加計次，但在t=t₁ 至t=t₂ 的時間內，偵測器就只能收到背景訊號。

另外，若太陽能晶片在被傳送過程中，由於破裂被清掉時，由關係圖中也能夠判別。請參照圖5C及圖5D，在t=t₂ 至t=t₃ 的時間，沒有出現預期的反射訊號，即可判定該太陽能晶片已經被清掉，則通過此計數器的晶片個數會比原先所預估的少。並且，由時間點及圖示中，也可以推知哪一片太陽能晶片已被清除，所以當晶片序號對應到製程參數時，不會造成太陽能晶片的製程履歷混淆的問題。

將本發明之方法及系統擴展應用於整個太陽能晶片製程的實施例如圖6所示。一般太陽能晶片的製程依序為粗糙化90(texturing)、擴散摻雜91(diffusion)、絕緣92(isolation)、鍍抗反射層93(ARC deposition)、網印電極94(screen printing)、燒結95(co-firing)及測試分類96(testing and sorting)等製程站，並記錄上述製程站的製程參數P₁ ~P_n 與時間的關係。

如前述方式，將多個計數器分設於製程站中，並記錄晶片序號與時間的關係，藉由將該些製程參數及晶片序號的時間同步化，以得到每一片太陽能晶片的製程履歷。

綜上所述，本發明所提供的記錄太陽能晶片製程履歷的方法及系統，具有下列優點：

(1)　僅利用設置計數器，利用同步化時序的方式，即解決以往在串列式連續生產線的製程型態，無法追蹤太陽能晶片製程參數的問題，其功效如同串列式連續生產線的先進控制製程系統(APC)。

(2)　製程參數校正更容易。由於每一片太陽能晶片的製程參數都可以被記錄及建檔，並且，對於製程參數異常的晶片也可以加以標記。當太陽能電池的良率下降時，檢測人員可以進行分析，確認問題所在，也可以適時調整製程參數，最佳化太陽能電池的品質。

(3)　方法簡單，成本低廉，可整合於原先的製程中使用，達到對太陽能晶片的製程參數做追蹤，以排除異常或最佳化製程的目的。相較於半導體積體電路中的先進控制製程系統，本發明所耗費成本卻更低廉。

本發明雖以較佳實例闡明如上，然其並非用以限定本發明精神與發明實體僅止於上述實施例。凡熟悉此項技術者，當可輕易了解並利用其它元件或方式來產生相同的功效。是以，在不脫離本發明之精神與範疇內所作之修改，均應包含在下述之申請專利範圍內。

1．．．晶圓盒

10．．．晶圓

11．．．腔體

20．．．太陽能晶片

21．．．輸送帶

22、23．．．製程站

3．．．記錄太陽能晶片製程履歷的系統

33．．．晶片計數監控模組

330．．．輸出裝置

332．．．第二計數器

331．．．第一計數器

3310~3330．．．偵測器

333．．．第三計數器

35．．．處理器

34．．．參數監控模組

6．．．第一製程站

350．．．儲存單元

7．．．第二製程站

410、411、412．．．第一製程站參數表

420、421、422．．．第二製程站參數表

90．．．粗糙化製程站

91．．．擴散摻雜製程站

92．．．絕緣製程站

93．．．鍍抗反射層製程站

94．．．網印電極製程站

95．．．燒結製程站

96．．．測試分類站

P₁ ~P_n 、P₁₁ ~P_1n 、P₂₁ ~P_2n ．．．製程參數

圖1顯示傳統半導體積體電路的製程型態；

圖2顯示太陽能晶片的製程型態；

圖3顯示本發明記錄太陽能晶片製程履歷的系統應用於部分製程的實施例；

圖4顯示不同製程站的製程參數和時間的關係；

圖5A及圖5C顯示計數器的晶片計數和時間的關係圖；

圖5B及圖5D顯示偵測器測到太陽能晶片反射訊號強度和時間的關係；及

圖6顯示本發明記錄太陽能晶片製程履歷的系統應用於太陽能晶片全部製程的實施例。