PECVD工序硅片上下料时掉片的解决措施

德州职业技术学院 施秉旭

在太阳能电池片的生产工艺流程中，镀膜（PECVD）工序硅片的自动化传输由全自动石墨舟上下料装机完成。通过对机械精度的调整和优化机器人运动轨迹，制定了针对机器人插片时掉片这一问题的解决措施。

氮化硅薄膜具备较好的阻隔钠离子、掩蔽金属以及水蒸气散发的功能，可以加强在硅片上进行光的投射，降低反射，由此加强硅片的光电转化效果。镀膜工艺是制备高效晶体硅太阳能电池的重要步骤之一，通过PECVD镀膜制作较高效率的晶体硅太阳能电池片，这对大范围运用太阳能发电具备及其关键的含义。

1 典型硅片器件结构

硅片叠层中的每一层由一种单独的成膜技术形成，这项技术的独特优势体现在以下三个方面。

首先，它是非常多功能的，同一个设备几何结构通过许多不同的路线。

第二，从另一个角度来看，这是很重要的知识产权（IPR）的观点，因为这意味着要有效保护太阳能电池片几乎是不可能的产品，除非是特定材料。因为两个可用的设备几何图形和许多材料都是现有技术。更进一步复杂之处在于，使用手边的印刷胶片，用来确定它是如何制作的。而有些印刷方法会在印刷胶片上产生考虑到他们的身份，可以预计多层膜很难。

第三，这个方面使得发明新的设备结构和电极，可以准备有竞争力的设备。

2 硅片的成膜的重要性

值得注意的是，这么多已知的成膜（PECVD工序）技术还很少他们已经进入了聚合物太阳能电池的世界。至少有三个原因可以解释这一点。首先，许多技术需要大量的材料。第二，再现性有时是困难的，第三，许多技术不适合通常采用的小规模在实验室试验中。已经探索的技术包括通常非常适合小基板的单独加工（即旋涂、刮墨和铸造）。但也有，更多的成膜技术已经被开发出来适用于纸张、塑料和纺织品的大批量加工基材呈连续卷状的材料。这通常称为卷对卷涂布或卷对卷涂布涂层（简称R2R涂层）及加工设备一般包括：放卷、涂布、收卷材料。可能会涉及更多的过程，比如清洁，织物的前后处理、加热、干燥等涂层技术的重要性在于它们适合于高速涂布或印刷，它们已经被开发出来以达到非常低的加工成本。虽然这已经发生在没有被反复展示的情况下，聚合物太阳能电池普遍认为R2R加工便宜快捷。

其他技术允许一维控制图案和基板通过涂层头这意味着可以创建条纹图案。此外，一些方法允许对图像进行二维控制可在屏幕上复制任何形状的印刷图案基板。最后，一些涂层方法允许形成多层膜在同一涂层步骤中的厚度。组合这些技术原则上可以实现伪三维印刷过程中的控制（即图案和多层结构）。第二个挑战是每种涂层技术方面，通常有一个操作窗口处理速度和湿层厚度。粘度，表面张力，表面张力能量、挥发性是油墨的几个重要特性，在购买时必须考虑到这一点。应该注意，在涂料行业，通常采用添加到油墨中以调节油墨粘度的添加剂和助剂使油墨达到可涂布性的特性。

这一切都是传统涂层和印刷的优势。对于聚合物太阳能电池在镀膜后，涂层图案必须形成作用。

3 PECVD工序硅片上下料时掉片原因分析

3.1 机器人插入和移除过程的一个周期

机器人从石墨舟上取下已涂覆的硅晶片，将其放入卸载和卸载转移花篮中，然后从装载和转移花篮Wafer中抓取未涂覆的硅。并将其插入舟中。机器人同时在石墨舟中吸取26个硅晶片，合上舟叶，旋转并插入卡片点，然后关闭吸盘真空，使硅晶片落入每个舟的卡片槽中。为了确保每个硅晶片都可以正确放置在石墨舟叶片的卡点中，有必要使用吸盘拾取26个硅晶片。

3.2 硅片一致性产生的关键原因

材料投入以及输送机构的位置准确度；石墨舟的位置准确度；机器人进行方向的规划。芯片掉出因为无法将硅芯片顺利放入卡中在里面单击。

4 PECVD工序硅片上下料时掉片解决措施

4.1 上料机构的定位精度

4.1.1 动作流程

蚀刻后，用手将花篮放在已安装的花篮上。在传送组件中，硅晶片被传送到传送机构，并且对于每次传送，硅晶片都被传送该结构从网格中升起。传送带装满26个零件后，上升到机器上机器人的抓握位置，等待机器人抓握。

4.1.2 晶圆一致性的原因

机器人同时抓取26个硅晶片。如果前后26个晶片未对齐，则在插入和拾取晶片后操纵器的左侧和右侧将不准确。这可能导致从石墨舟中去除硅晶片掉落。

4.1.3 解决方案

硅晶片由滚轴推动，夹子在两个方向上，花篮在中间，当存够26个硅晶片，并通过伺服和推动将它们定位到机器人的抓取位置，硅晶体圆柱体将硅晶片推到一起，固定硅晶体圆柱体，然后夹持一对硅晶片夹紧，使26个晶片的三面机械结构完全一致，确保准确抓握。

4.2 石墨舟的定位精度

4.2.1 动作流程

将石墨舟放在合适的位置，墨轮安置齿轮箱部件上面，伺服电机通过双导向装置驱动同时间导轨机构将石墨舟转到机器人的插入和退出位置，等待机器人插入并取出硅晶片。

4.2.2 晶圆一样的因素

石墨舟位置准确度对机器人抓握结果产生一定的影响，倘若全部不能达到石墨舟的位置准确度，就会造成机器人与石墨舟间的相关安置地点产生错误的情况。

4.2.3 相关处理方案

在石墨舟的位置设计了一个弹簧销，该弹簧销由石墨制成，快速将其移至插入位置并检测传感器信号，切换到慢速传输。托盘接触弹簧销后，当预算达到设定值时，处于预算控制模式的伺服电机停止运行。当前位置是墨水盒的摆放位置。之后运用x，y使用鼓的方向实行双向定位，保障定位的精准度。在机械精准达到相关标准后，能够断定机器人的行驶轨迹设置是降低插入结果的重要原因。

4.3 机器人轨迹设计

4.3.1 动作方式

为了取得较好的结果，需要给机器人设置设计软件时创建抓取点和抓取参数的3D模型，沿x轴环绕航天器逆时针旋转1.5°，以确保硅片可以顺利进入左右两侧。在这种情况下，到中心轴Z的距离及最外层触点的距离分别是7.01mm和3.76mm。

沿x轴环绕航天器当它在Z方向上向下移动时，它将顺时针旋转3.3°，这是最近的方向。通过这些动作机器人最终到达目标位置。

4.3.2 芯片掉落的原因

首先，找不到停止点1，通常表示晶片向下倾斜。原因有两个：

（1）硅片相对较小。

（2）角度C（绕X轴的旋转角度）。

附着点1或X附近的间隙太大，键合方向与硅晶片之间的距离太大，无法定位在键合点上。在这种情况下，可以根据实际情况修改Y和C的角度值。Y值可在0.1～0.3mm范围内增减，C角度可调节从0.01°增加到0.02°。

其次，位于结点2处通常意味着晶片垂直下落。这种情况是由两个方面引起的：

（1）胶片沿Z方向放置。

（2）x键合方向与硅芯片之间的距离过大，导致硅芯片失效。在这种情况下，按照真实状况改变X和Z值，或更改角度B（绕Y轴的旋转角度）将下部放在舟上。X值可在0-0.05mm的范围内增加Z值可以在0.2-0.5mm的范围内增大或减小，B角可以在0.2-0.5mm的范围内增大或减小从0.01°增加到0.02°。

最后，不能放在卡的顶部3通常意味着卡的顶部被覆盖了。

通常需要更改Y和X值或C角度值。另外，对于卡点3的特殊情况是：硅芯片和舟之间没有缝隙。卡住了，但是硅芯片边缘远离结合点，涂层易于在工艺炉中加热膨胀将导致硅片变形并跳出死点，从而导致熔炉破裂。这是由于Y方向不一致引起的。一方面，硅晶片的粘附力太强。另一方面，Z方向不合适，并详细分析了具体情况。X的值可以是y的值可以在0.2-0.5mm的范围内，Z的范围可以增大或减小，Z的值可以在0.2-0.5mm的范围内增大或减小，C的角度可以在0.2-0.5mm的范围内增大或减小，从0.01°到0.02°。

4.3 处理方式

运用较大数量的3D模拟测试并根据现场实时数据反应，归纳了下面预防止油膜脱落的相关措施。

在机器人运动的第一步中，机器人把硅芯片存放进舟内时，从硅片下面周边到最低死点的距离为5mm。在事实中，发现能够通过对比底卡点的一致性来对比差高低。在机器人实行下一步时，它绕x轴移动逆时针旋转后，倘若晶片的下边缘距离下止点太高。那么会出现以下情况：

位置1：机械手放置胶片的最终位置。

位置2（机器人运动的第一步）：从外部到垂直当舟处于较低位置时，硅芯片左右两侧之间的距离为2.5mm（y），晶片的下边缘与下附着点之间的距离为5mm（z方向）。离舟的距离很容易导致硅芯片覆盖右上死点，这可能导致硅芯片掉落。因此，通过观察动作，如果硅芯片覆盖了右侧的盲点，导致芯片掉落。第一步是中间距离从下止点开始，逐渐将设定值减小5mm，确保留出足够的余量来获取。

经过加强中转花篮组件和石墨舟传输定位组件的精度，还有改进机器人的运动轨迹，高效降低了机器人插片时掉片现象，由此减少了因为PECVD工序产生的电池片不合格率。