CN108290694B - 用于衬底制造的晶圆板和掩模装置 - Google Patents

Abstract

一种用于在真空加工腔室中加工晶圆的***。载体包括具有多个开口的框架，每个开口被构造成容纳一个晶圆。传送机构被构造成贯穿***传送多个载体。多个晶圆板被构造成支撑晶圆。用于将多个晶圆板附接至每个载体的附接机构，其中，每个晶圆板附接至相应载体的底侧处的相应位置，使得被定位在其中一个晶圆载体上的晶圆中的每个晶圆被定位在载体中的多个开口的其中一个开口内。掩模附接在载体中的多个开口的其中一个开口的前侧上方。对准台将晶圆板支撑在载体中的开口下面。相机被定位成同时对掩模和晶圆进行成像。

Description

用于衬底制造的晶圆板和掩模装置

技术领域

本申请涉及用于真空加工的***，诸如在太阳能电池、平板显示器、触摸屏等的制造中使用的***。

背景技术

已知本领域中用于制造半导体IC、太阳能电池、触摸屏等的各种***。这些***的工艺在真空中进行，并且包括例如物理气相淀积(PVD)、化学气相淀积(CVD)、离子注入、刻蚀等。这类***有两种基本方法：单衬底加工或批量加工。在单晶圆加工中，在加工期间腔室内仅存在单个衬底。在批量加工中，在加工期间腔室内存在若干个衬底。单衬底加工实现对腔室内的工艺以及被制造在衬底上的最终得到的膜或结构的高水平控制，但导致相对较低的处理量。相反，批量加工造成对于加工条件以及最终得到的膜或结构的较低控制，但提供了高得多的处理量。

通常，通过以n×m个衬底的二维阵列的形式传送和制造衬底来实施批量加工(诸如在用于制造太阳能电池、触摸板等的***中所采用的批量加工)。例如，由Roth&Rau研发的用于太阳能制造的PECVD***利用5×5个晶圆的托盘实现2005年报道的1200个晶圆/小时的处理量。然而，其它***利用具有6×6、7×7、8×8甚至更多数量晶圆的二维阵列的托盘。虽然利用二维晶圆阵列的托盘提高了处理量，但是这类大型托盘的操纵以及装载和卸载操作变得复杂。

在一些工艺中，需要向正在被加工的衬底施加偏置(bias)，诸如RF(射频)或者DC(直流)电势。然而，由于批量***利用带有衬底的移动托盘，因而难以施加该偏置。

并且，一些工艺可以在被水平地保持时执行，而一些工艺能够从被竖向保持的衬底中获益。然而，衬底的竖向装载和卸载比水平装载和卸载更为复杂。

一些工艺可能需要使用掩模来遮挡衬底的一部分免于特定的制造工艺。例如，掩模可以用于触头的形成，或者用于边缘摒弃以防止电池分路(shunting)。即，对于在前侧和后侧上具有触头的电池，用于制成触头的材料可能淀积在晶圆的边缘上并且在前触头和后触头之间形成分路。因此，在制造至少前触头或后触头期间使用掩模来摒弃电池的边缘是可取的。

作为另一种说明，对于硅太阳能电池的制造，期望将毯覆金属(blanketmetal)淀积在后表面上以充当光反射器和电导体。该金属通常为铝，但是毯覆金属也可以是由于多种原因(诸如成本、导电性、可焊性等)而使用的任何金属。淀积膜厚度可以从非常薄(例如，约10nm)到非常厚(例如，2-3um)。然而，必须防止毯覆金属绕着硅晶圆的边缘卷绕，因为这在太阳能电池的前表面和后表面之间形成电阻连接，即分路。为了防止这种连接，可以在晶圆的后侧边缘上形成摒弃区域。该摒弃区域的常见尺寸小于2mm宽，但优选地使该摒弃尽可能薄。

形成这种摒弃区域的一个方法是通过使用掩模；然而，使用掩模具有许多挑战。由于太阳能工业的高度竞争性，掩模的生产必须是非常廉价的。而且，由于太阳能制造设备的高处理量(通常为每小时1500-2500个电池)，因此掩模必须快速且容易地用于大量生产。并且，由于掩模用于防止在晶圆的某些部分上的膜淀积，因此掩模必须能够吸收和适应淀积物累积。另外，由于膜淀积在升高的温度下完成，因此掩模必须能够在升高的温度(例如，高达350℃)下正确地起作用，同时仍精确地保持摒弃区域的宽度，同时适应由于热应力所导致的衬底翘曲。

发明内容

包括以下发明内容以提供对于本发明的一些方面和特征的基本理解。本发明内容不是对本发明的广泛概述，并且因此它既不旨在具体识别本发明的重要或关键元素也不旨在描绘本发明的范围。本发明内容的唯一目的是以简化形式呈现本发明的一些概念，作为下文呈现的更详细的描述的序言。

本发明的实施例提供了一种模块化的***架构，这是由于该***能够使用不同的工艺和工艺步骤，并且是通用的，这是由于该***适于制造多种装置，包括例如太阳能电池、平板显示器、触摸屏等。另外，该***可以通过简单地改变所使用的承载器来操纵不同类型和尺寸的衬底，而无需进行重新构造。

该***架构实现与真空加工分开的衬底操纵，诸如在大气环境中进行装载和卸载。此外，多种实施例能够在自动装置停机或未设有自动装置的情况下进行手动装载和卸载，即该***可以在没有装载/卸载自动装置的情况下实现。在真空环境内，该***实现衬底的静止加工或通过式(pass-by)加工。在某些实施例中，使用致动阀门在每个加工腔室之间设置真空隔离。多种实施例提供衬底的静电夹持，以实现有效的冷却并防止衬底的意外移动。在其它实施例中，使用例如具有用于装载/卸载衬底的释放机构的弹簧加载夹子来实现机械夹持。多种实施例还能够使用例如RF或DC偏置功率对衬底施加偏置，或者浮置衬底。

多种实施例通过对线性阵列载体执行操纵来实现简化的衬底操纵，并且通过同时加工若干个线性阵列载体来对n×m个衬底的二维阵列执行加工。其它实施例提供传送机构，其中衬底在竖直定向上被加工，但是在衬底被水平地操纵时执行装载和卸载。

本发明的实施例还使用掩模来实现衬底加工，这可以通过使用双掩模装置来实施。两件式掩蔽(masking)***被构造成掩蔽衬底，并且包括：内掩模，该内掩模由具有孔口的扁平金属片组成，这些孔口暴露待加工的晶圆部分；以及外掩模，该外掩模被构造成安置在内掩模上方并掩蔽内掩模，外掩模的开口切口的尺寸和形状类似于衬底的尺寸和形状，外掩模的厚度大于内掩模的厚度。掩模框架可以被构造成支撑内掩模和外掩模，使得外掩模被夹在掩模框架和内掩模之间。在双掩模装置被用于边缘隔离的一个示例中，内掩模中的开口切口的尺寸略小于太阳能晶圆的尺寸，使得当内掩模被安置在晶圆上时，内掩模覆盖晶圆的周边边缘，并且外掩模中的开口切口略大于内掩模中的开放切口。顶部框架载体可用于保持内掩模和外掩模，并将内掩模和外掩模固定至晶圆承载器。

提供一种装载和卸载机构，其同时操纵四排衬底。该装载/卸载机构被构造成进行竖直运动，具有降低位置和升高位置。在其降低位置，该机构被构造成同时地：从一个载体中移除一排经加工衬底，将一排新衬底置于空的载体上，将一排经加工衬底置于衬底移除机构上，以及从衬底递送机构获取一排新衬底。衬底移除机构和衬底递送机构可以是在相同或相反方向上行进的输送带。在其升高位置中，该机构被构造成转动180度。

在某些实施例中利用了一种装置，其中，晶圆板从底侧附接至载体，同时掩模装置从上方附接至该载体。晶圆板或掩模装置的其中一个以固定的定向附接至载体，同时另一个可以在装载每个新的晶圆时被重新对准。在示例性实施例中，掩模装置以固定的定向安置在载体上。当新的晶圆被装载到晶圆板上时，晶圆板被送入其在载体下面的位置。随后，使用相机来验证晶圆相对于掩模装置的对准。随后，晶圆板可以被平移和/或转动以达到与掩模装置的正确对准。当达到正确定向时，晶圆板被升起并通过例如一系列磁体附接至载体。在一个实施例中，晶圆板包括抽吸孔，使得在对准工艺期间真空被施加至抽吸孔，以便将晶圆保持并压靠到晶圆板上。

附图说明

并入本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图举例说明了本发明的实施例，并且和说明书一起用于解释和示出本发明的原理。附图旨在以图解的方式示出示例性实施例的主要特征。附图既不旨在描绘出实际实施例的每个特征，也不旨在描绘出所描绘元件的相对尺寸，并且附图不是按比例绘制的。

图1示出了多衬底加工***的实施例，其中传送载体支撑衬底的线性阵列，但是加工在衬底的二维阵列上执行。

图1A示出了载体在传送和加工期间保持在水平定向的***的示例；同时图1B示出了载体在传送以及装载/卸载期间水平但是在加工期间竖直的示例。

图2示出了根据一个实施例的多晶圆载体，而图2A示出了局部横截面。

图2B示出了用于加工硅晶圆的载体的示例，而图2C示出了用于加工玻璃衬底的载体的示例。

图3A是根据一个实施例的装载/卸载机构的俯视图，而图3B是该机构的侧视图。图3C示出了衬底对准机构的实施例。

图4示出了可以与所公开的***一起使用的真空加工腔室400的实施例。

图5示出了掩模和载体组件的实施例。

图6A至图6C示出了三个实施例，这些实施例演示了真空腔室如何装配有各种尺寸和构型的不同加工源。

图7A至图7E示出了根据多种实施例的具有用于双掩模的装置的多晶圆载体的视图。

图8是根据一个实施例的框架、外掩模和内掩模的放大部分的横截面，并且图8A是根据另一个实施例的框架、外掩模和内掩模的放大部分的横截面。

图9示出了内掩模嵌在其中的外掩模的实施例。

图10示出了用于边缘隔离的内掩模的实施例。

图11示出了单晶圆载体的实施例。

图12从下侧视角示出了外掩模的实施例。

图13示出了支撑内掩模和外掩模的顶部框架的实施例。

图14示出了用于在晶圆中形成多个孔的内掩模的实施例。

图15示出了用于与图9的掩模一起使用的承载器的实施例。

图16A至图16D示出晶圆板从底侧附接至载体而双掩模从顶侧附接至载体的实施例。

图16E示出了根据一个实施例的双掩模装置。

图16F是根据一个实施例的***的一部分的横截面，其中放大部分在插图中示出。

图16G示出了根据另一个实施例的具有真空台面和周边缓冲部的晶圆板。

图16H示出了根据一个实施例的装载对准台的顶部部分。

图16I示出了根据一个实施例的卸载台的顶部部分。

具体实施方式

以下详细描述提供了强调本文所要求保护的创新性加工***的某些特征和方面的示例。各种公开实施方式提供了一种***，在该***中多个衬底(例如，半导体或玻璃衬底)在真空加工腔室(诸如等离子体加工腔室)内被同时加工。尽管玻璃衬底(诸如用于触摸屏的那些玻璃衬底)通常不被认为是晶圆，但应理解到，在本公开中以晶圆作为参考是为了方便和易于理解，而玻璃衬底可被所有这些参考替代。

图1是多衬底加工***的实施例的俯视图，其中传送载体支撑衬底的线性阵列，但是加工在衬底的二维阵列上执行。在图1示出的***100中，衬底在装载/卸载站105处即从***的同一侧被装载和卸载。然而，应理解到，该***还可以被设计成使得装载站设置在***的一侧上，而卸载站设置在***的相反侧上。在一些实施例中，可以手动地执行衬底到载体上的装载和/或衬底从载体的卸载，而在其它实施例中，提供自动装置来执行这些任务中的一项或全部。

衬底被装载到定位在装载/卸载站105中并且从载体返回站110传送的载体上。每个载体在垂直于***内行进方向的方向上支撑衬底的线性阵列(即，被布置成单排的两个或更多个衬底)。载体从装载/卸载站105经由载体返回站110移动至缓冲站115。载体停在缓冲站115中，直到低真空锁定室(low vacuum loadlock)(LVLL)120准备好接收它们为止。在后文将描述的一些实施例中，缓冲站还充当倾斜站，在缓冲站中水平定向的载体被倾斜90°以呈现竖直定向。在这种实施例中，当衬底呈竖直定向时，使用夹子(clip)将衬底保持在位。

在适当的时间，阀门112打开，并且定位在缓冲站115中的载体被传送至LVLL 120中。随后阀门112关闭，并且LVLL 120被抽空到粗真空水平。此后，阀门113打开，并且载体被从LVLL 120传送至高真空锁定室(high vacuum loadlock)(HVLL)125中。当HVLL被抽吸到其真空水平时，阀门114打开，并且载体被从HVLL 125传送至加工腔室130中。该***可以具有线性地对齐的任意数量的加工腔室130，使得载体可以经由定位在每两个加工腔室之间的阀门从一个腔室被传送至下一个腔室。在最后的加工腔室的末端处，布置有阀门以通向与***入口中的真空锁定装置相反的真空锁定装置，即首先是HVLL而随后是LVLL。此后，载体经由阀门116离开，到达载体返回模块135。使用例如被定位在加工腔室130上方或下方的输送机(未示出)使载体从返回模块135返回到载体返回站110。

如上文提到的，每个载体支撑衬底的线性阵列，这使得更容易装载和卸载衬底，并且使得更容易加工、操纵和传送载体。然而，为了使***具有高处理量，每个加工腔室130被构造成容纳并同时加工被定位在以一个接一个的方式布置的若干个(即，两个或更多个)载体上的衬底的二维阵列。为了更高的效率，在图1的具体实施例中，缓冲站115、LVLL 120和HVLL 125各自被构造成同时容纳与加工腔室130内同时容纳的载体数量相同的载体。例如，每个载体可以支撑成一排的三个玻璃衬底，但是每个加工腔室被构造成同时加工两个载体，由此加工3×2个衬底的二维阵列。

根据其它实施例，真空锁定室和缓冲腔室的尺寸被设计成对多个载体(例如，两个载体)进行作业，以提供增加的抽气/通气以及压力稳定次数。而且，缓冲腔室可用于使载体运动从一种站到站的运动过渡到加工腔室内一种持续通过运动。例如，如果一个加工腔室以静止模式加工载体而下一个腔室以行进模式进行加工，则可以在这两个腔室之间设置缓冲腔室。***中的载体在加工腔室或模块中形成连续的载体流，并且每个加工腔室/模块可以具有以头到脚的方式(head to toe fashion)持续移动通过加工源(例如，热源、PVD、刻蚀等)的5至10个载体。

如图1中所示，***专用于衬底的传送、装载和卸载衬底的部分被定位在大气环境中。另一方面，所有加工在真空环境中执行。在大气环境中进行传送、装载和卸载比在真空中容易得多。

图1A示出了***的一个示例(诸如图1中所示的***)，其中载体200在传送和加工期间保持处于水平定向。载体经由被定位在加工腔室上方的线性输送机140返回到出发点。线性输送机140可以是输送带或一系列机动轮。如图1A所示，每个载体200支撑被线性地布置成一排的四个衬底220。并且，为了说明的目的，腔室120的顶部被移除，以便暴露被同时定位在腔室120中的六个载体的布置。因此，根据该实施例，在每个载体支撑四个衬底时，每个腔室同时加工二十四个衬底。

图1B示出了载体在传送以及装载/卸载期间水平但是在加工期间竖直的示例。图1B中的装置非常类似于图1A中的装置，除了真空锁定室和加工腔室被竖直地翻转，以便加工处于竖直定向的衬底。图1A和图1B的两个实施例中的真空锁定室和加工腔室的构造可以完全相同，除了在图1A中它们被水平地安装，而在图1B中它们关于其侧面竖直地安装。因此，缓冲站115和位于***另一端上的缓冲站145被改型以包括将载体的定向改变90°的提升装置，该提升装置如在缓冲站145中所示。

图2示出了根据一个实施例的线性阵列载体，该载体可被构造成用于加工硅晶圆、玻璃衬底等。如图2所示，根据该实施例的线性阵列载体的结构相当简单且便宜。应理解到，载体可被构造成仅通过在该载体上面安装不同的夹具(chuck)来用于不同的衬底数量和衬底尺寸。并且，应理解到，每个加工腔室可以被构造成同时容置若干个载体，从而同时加工位于多个载体的多个晶圆。

图2的载体200由简单的框架205构造，该框架205由两个传送轨道215和两个陶瓷杆210形成。陶瓷杆210改善附接至其的承载器(未示出)与腔室的其余部分之间的热绝缘。如插图中所示，每个陶瓷杆210的至少一侧与传送轨道215一起形成叉形布置235。在叉形布置235中形成空腔245，以便使得陶瓷杆210能在热膨胀下自由移动(由双头箭头示出)，而不对传送轨道215施加压力。

磁性驱动杆240被设置在每个传送轨道225上，以使得能够贯穿***传送载体。磁性驱动杆骑在磁化的轮上以传送载体。为了提高***的清洁度，驱动杆240可以是镀镍的。这种磁性装置确保精确传送，使载体不会由于高加速度而滑动。并且，这种磁性装置实现轮的大间距，使得载体通过磁力附接至轮，并且可以如悬臂似地向外伸出(cantilever)大的范围来横跨大的间隙。另外，由于载体通过磁力附接至轮，这种磁性装置使得能在竖直或水平定向上传送载体。

载体触头组件250被附接至传送轨道225并且与附接至腔室的腔室触头组件252(参见插图)配合。腔室触头组件具有绝缘杆260，该绝缘杆260具有嵌在其中的触头电刷262。触头组件250具有导电延伸部251(图2A)，该导电延伸部251插在绝缘弹簧264和绝缘杆260之间，从而被压靠在电刷触头264上以便接收来自配合触头的偏置电压。偏置可以用于例如衬底偏置、衬底夹持(针对静电夹具)等。偏置可以是RF或DC(连续的或脉冲的)。载体触头组件250可以被设置在载体的一侧或两侧上。

图2A是显示载体如何被传送以及载体如何接收偏置功率的局部横截面。具体而言，图2A示出了骑在附接至轴268的三个磁化的轮267上的驱动杆240。轴268延伸超出腔室壁269，使得该轴268能由在腔室的内部真空环境外面的装置转动。轴268经由诸如O形环的柔性带联接至马达，以适应轴直径的改变。

图2B示出了用于加工硅晶圆(例如，用于制造太阳能电池)的载体的示例。在图2B中，可以使用例如夹持电势来将晶圆220夹持到承载器223。提升器(lifter)215可用于提升和降低晶圆，以进行装载和卸载。图2C示出了载体可用于加工诸如触摸屏的玻璃衬底的实施例。在该实施例中，可以使用机械弹簧加载夹具或卡夹227来将衬底保持在位。承载器224可以是具有用于弹簧加载卡夹的装置的简单托盘(pallet)。

图3A和图3B结合载体返回示出了衬底装载和卸载机构的实施例。图3A是装载/卸载机构的俯视图，而图3B是侧视图。如图1A所示，输送机在加工完成后使载体返回。随后，载体通过升降器107下降并被水平地传送至装载/卸载站105。如图3A和图3B所示，双输送机(即输送机301和303)被用于带来新衬底以进行加工并移走经加工的晶圆。由于无论如何***都将完全一样地作业，因而哪个输送机带来新的晶圆以及哪个输送机移走经加工的晶圆并不重要。并且，在该实施例中，示出了输送机301和303在相反的方向上传送衬底，但是当两个输送机在相同的方向上行进时也可以达到相同的结果。

图3A和图3B的装置支持同时操纵两个载体。具体而言，在该实施例中，将经加工衬底从一个载体卸载，同时将新衬底装载到另一个载体上。另外，同时，经加工衬底被置于经加工衬底输送机上，并且新衬底被从新衬底输送机上拾取，以便在下一圈(round)中被递送到载体。这种操作如下执行。

衬底拾取机构被构造成具有两种运动：转动运动和竖直运动。四排夹具307被附接至衬底拾取机构305。夹具307可以是例如真空夹具、静电夹具等。在该具体示例中，使用四排伯努利(Bernoulli)夹具，伯努利夹具即可以利用伯努利吸力来保持衬底的夹具。四排夹具被定位成每侧两排，使得当两排夹具与载体对准时，另外两排夹具与输送机对准。因此，当拾取机构305处于其降低位置时，一排夹具从载体拾取经加工衬底，并且另一排夹具将新衬底置于另一个载体上，而在另一侧上，一排夹具将经加工衬底置于一个输送机上，并且另一排夹具从另一个输送机拾取新衬底。随后，拾取机构305处于其升高位置并且转动180度，其中同时，载体移动一个节距，即带有新衬底的载体移动一步，经加工衬底被从其上移走的载体移动到新衬底装载位置，并且带有经加工衬底的另一个载体移动到卸载位置中。拾取机构305随后处于其降低位置并且重复该过程。

为了提供具体的示例，在图3A的快照中，载体311具有正在由拾取装置305上的一排夹具拾取的经加工衬底。载体313正在装载来自拾取装置305的另一排夹具的新衬底。在拾取装置305的另一侧上，一排夹具正在将经加工衬底置于输送机303上，同时另一排夹具正在从输送机301拾取新衬底。当这些动作完成时，拾取装置305被提升至其升高位置并且如弯曲箭头所示地转动180度。同时，全部载体移动一步，即载体316移动到先前由载体317占据的位置，此时装载有新衬底的载体313移动到先前由载体316占据的位置，此时空的载体311移动到先前由载体313占据的位置，并且装载有经加工衬底的载体318移动到先前由载体311占据的位置。现在降低拾取装置，使得载体311装载有新衬底，经加工衬底被从载体318移走，从载体311移走的衬底被置于输送机303上，并且从输送机301拾取新衬底。随后，拾取装置305被升高，并且重复该过程。

图3A和图3B的实施例还利用了可选的掩模提升装置321。在该实施例中，掩模被用于在该衬底的表面上生成所需的图案，即暴露该衬底的某些区域以进行加工，同时覆盖其它区域以防止加工。载体在掩模被安置在衬底上面的情况下行进穿过***，直到载体到达掩模提升器321。当带有经加工衬底的载体到达掩模提升器时(图3A和图3B中的载体318)，掩模提升器321处于其升高位置并且从载体提升掩模。随后，载体可以前进至卸载站以卸载其经加工衬底。同时，带有新衬底的载体(图3B中的载体319)移动到掩模提升装置中，并且掩模提升器321处于其降低位置，以便将掩模安置到新衬底上以进行于加工。

如可以理解到的，在图3A和图3B的实施例中，掩模提升器从一个载体移走掩模并且将掩模安置在不同的载体上。也就是说，掩模不返回该掩膜被从其移走的载体，而是被安置在不同的载体上。根据***中载体的设计和数目，在若干圈之后，掩模将有可能返回到同一载体，但是仅在被从另一个载体提升后。反之亦然，即根据使用中的载体和掩模的设计和数目，每个掩模被***中的所有载体使用是可能的。也就是说，***中的每个载体将与***中的每个掩模一起使用，其中每个加工周期中载体将使用不同的掩模通过***。

如插图中所示，载体升降器可以通过设置两个竖直输送装置(在载体的每侧上各有一个)来实现。每个输送装置由通过辊336促动的一个或多个输送带333组成。提升销331附接至输送带333，使得当输送带333移动时，提升销331接合载体并且在竖直方向上移动载体(即，向上或向下，取决于升降器被定位在***的哪侧上以及载体返回输送机被定位在加工腔室上方或者下方)。

图3C示出了衬底对准机构的实施例。根据该实施例，夹具345在一侧上具有弹簧加载对准销329，并且在相反侧上具有凹口312。如虚线和转动箭头所示，转动推销341被构造成进入凹口312以顶推衬底320抵靠对准销329，并且随后收回。注意，转动推针341不是夹具345或载体的一部分并且不在***内行进，而是静止的。如果使用掩模，则弹簧加载对准销被压至较低位置。因此，提供包括夹具的衬底对准机构，该夹具具有被构造有对准销的第一侧、正交于第一侧并且被构造有两个对准销的第二侧、与第一侧相反并且被构造有第一凹口的第三侧以及与第二侧相反并且被构造有第二凹口的第四侧；对准机构还包括被构造成进入第一凹口以顶推衬底抵靠第一对准销的第一推销，以及被构造成进入第二凹口并且顶推衬底抵靠两个对准销的第二推销。

图4示出了可以与所公开的***一起使用的真空加工腔室400的实施例。在图4的图示中，腔室的盖子被移走以暴露其内部构造。腔室400可以在不对其组成或其构造做出任何修改的情况下成水平或竖直定向安装。腔室由具有用于抽真空的开口422的简单箱体框架构成。在一个侧壁中切割有入口开口412，同时在相对的侧壁中切割有出口开口413，以使得载体424能够进入腔室、横穿整个腔室并从另一侧离开腔室。闸阀(gate valve)被设置在每个开口412和413处，虽然为了图4的图示清晰仅示出了闸阀414。

为了实现载体424在水平和竖直定向上的高效和精确传送，磁性轮402被设置在腔室的相对侧壁上。载体具有骑在磁性轮402上的磁性杆。其上安装有轮402的轴延伸到腔室外部的大气环境中，其中轴由马达401促动。具体而言，设置若干个马达401，每个马达利用皮带(例如，O形环)促动若干个轴。并且，设置惰轮404以侧向地限制载体。

图4的实施例的特征是磁性轮的直径小于腔室的侧壁厚度。这使得能够将磁性轮安置在入口开口412和出口开口413内，如轮406和407所示。由于将轮406和407安置在进口开口412和出口开口413内最小化了载体在没有来自轮的支撑的情况下所必须横跨的间隙，因此使得载体能更平滑地传送进入腔室和从腔室传送离开。

图5示出了掩模与载体组件的实施例。从左至右沿着弯曲箭头进行，单衬底掩模组件501被安装到支撑若干个掩模组件的掩模载体503上；并且掩模载体503被安装到衬底载体505上。在一个实施例中，位于浮置的掩模组件501之间的弹簧将掩模组件保持在位，以便与设置在衬底载体505上的引导销507接合，使得每个掩模与其相应的衬底对准。每个单衬底掩模组件由廉价的且能够多次重复使用的内箔片掩模构造。根据期望的设计，箔片掩模由具有穿孔的磁性材料的扁平片材制成。外掩模覆盖并通过经受热负荷来保护内掩模，使得箔片掩模不会变形。外掩模中的孔口暴露具有穿孔的内掩模区域。框架将内掩模和外掩模保持在掩模载体503上。嵌在衬底载体505中的磁体将内箔片掩模拉至与衬底接触。

每个衬底支撑件(例如，机械或静电夹具)517支撑单个衬底。各个夹具517可被改变以支撑不同类型和/或尺寸的衬底，使得同一***可被用于加工不同尺寸和类型的衬底。在该实施例中，夹具517具有可缩回的衬底对准销519以及使衬底对准在夹具上面的装置(provision)。在该实施例中，实现对准的装置由容纳可缩回销的狭缝512构成，该可缩回销顶推衬底抵靠对准销519，并且随后缩回退出狭缝512。这使得衬底和掩模能对准衬底载体，以使得掩模对准衬底。

如可以理解到的，到目前为止所描述的***制造成本低并且提供对各种衬底(诸如太阳能电池、触摸屏等)的高效真空加工。***可以被构造有两端(double end)或单端的装载和卸载，即从一侧进行衬底装载和卸载，或者从一侧装载并从相反侧卸载。不在真空中对衬底执行操纵。由于所需的许多真空加工腔室可以安装在输入真空锁定室和输出真空锁定室之间，因此***是模块化的。真空腔室具有简单的设计，在真空中只有很少的零件。真空腔室可以成水平或竖直定向地安装。例如，对于太阳能电池加工，***可以在水平定向上加工衬底，而对于触摸屏，可以在竖直定向上加工衬底。无论如何，在大气环境中的装载、卸载和传送是在衬底处于水平定向的情况下完成的。加工源(例如，溅射源)可以被安装在衬底上方和/或下方。***能够进行通过式加工或静态加工，即使衬底在真空加工期间静止或移动。腔室可以容纳溅射源、加热器、注入束源、离子刻蚀源等。

对于太阳能应用，真空腔室可以包括低能量注入器(例如，小于15KV)。对于特定的太阳能电池设计(例如，PERC、IBC或SE)，掩模装置可以用于执行施加掩膜的注入。并且，纹理刻蚀可以在具有或没有掩模的情况下使用离子刻蚀源或激光辅助刻蚀来执行。对于点接触电池，可以使用具有许多被对准触头的孔的掩模。并且，可通过连续地对准若干个PVD腔室并且在一层上连续地形成另一层来形成厚金属层。

对于触摸板应用，腔室可被用于利用PVD源来淀积冷和/或热的ITO层。该过程以若干个(例如，三个)触摸板被沿宽度方向布置在每个载体上并且若干个(例如两个)载体被同时定位在每个腔室内的方式来执行，以实现更高的处理量和更简单的操纵。同一***可以对平板电脑的触摸屏或手机尺寸的玻璃进行操纵，而无需任何内部重新构造。简单来说，构造适当的载体而整个***保持不变。此外，不在真空中对衬底执行操纵。

对于所有类型和尺寸的衬底，操纵和加工作业可以相同。空的载体移动以从载体返回升降器加载。如果使用掩模，则掩模被移走并且停留在升降器处。衬底在大气环境中被装载到载体上。载体移动回到升降器并且掩模被安置在衬底上面。随后，载体移动到真空锁定室中。在真空中，载体的传送经由定位在腔室壁中并且被从腔室外部的大气或真空环境致动(energized)的简单的磁性轮。腔室可以具有用于隔离的阀门，并且可以具有在抽屉(drawer)上方或抽屉中的源，以加工下方的衬底。衬底可以在***的卸载端被移走，或者停留在载体上以返回到装载端(即，***的进口侧)。载体在简单的输送带上从***的加工端返回到***的装载端。简单的销式输送机将载体提升或降低到转载和卸载站或者从装载和卸载站提升或降低载体。

图6A至图6C示出了三个实施例，展示了真空腔室如何能够装配有不同尺寸和构型的不同加工源。在图6A至图6C的示例中，呈现的是沿宽度布置的三个衬底，但使当然可以在载体上沿宽度方向布置更多个或更少个衬底。而且，在图6A至图6C中，呈现的是加工腔室可容纳若干个(例如，两个或三个)载体，以同时进行加工。图6A至图6C所示的源可以是任何加工源，诸如PVD、刻蚀、注入等。

图6A示出了在腔室600上设置单个源601的实施例。该单个源用于加工被定位在腔室600内的所有衬底。源601可以具有同时覆盖所有衬底的长度和/或宽度。对于某些源，制作如此大尺寸的单个源可能太复杂或太昂贵。例如，如果源601是溅射源，则靶体必须制造得非常大，这是昂贵、复杂的，并且导致利用率不足。因此，根据图6B和图6C的实施例，使用若干个较小的源。在图6B的实施例中，源603A-603C中的每个都足够宽以仅覆盖单个衬底，但是其也可以沿着长度方向(即，在衬底行进的方向上)覆盖多于一个衬底。通过将源交错排列，使得每个源仅覆盖每个载体中的其中一个衬底，所有衬底可以被加工。这种布置特别适合通过式加工。相反，在图6C的实施例中，源606A-606C中的每个都足够宽即在垂直于衬底行进方向的方向上覆盖一个载体中的所有衬底，但是它们太窄而不能覆盖定位在腔室内的所有衬底。事实上，在一些实施例中，源606A-606C中的每个甚至比一个衬底窄。这种布置同样适用于通过式加工或静止加工。

上述实施例提供了一种真空加工腔室，该真空加工腔室具有尺寸被设计成用于容纳并同时加工若干个衬底载体的真空壳体。该壳体还被构造成用于同时支撑若干个加工源。加工源例如可以是溅射源，该溅射源可以是长度足以横跨由衬底载体保持的所有衬底但是宽度可以比位于载体上的衬底的宽度窄的窄源。若干个这种源可以在载体行进方向上以背对背的方式(back-to-back)定位在腔室的整个长度或部分长度上。腔室具有被定位在两个相对侧上的若干个轴，以在腔室内传送载体。每个轴由通过马达促动的柔性带转动。每个轴具有以交替的极次序(pole order)定位在其上的若干个磁性轮，即当一个轮的外周被磁化为南并且内径被磁化为北时，相邻的轮的外周被磁化为北并且内径被磁化为南。腔室还具有带有入口开口的进口侧壁以及与该进口侧壁相反并具有出口开口的出口侧壁；其中磁化轮装置被定位在进口侧壁内并突出到入口开口中，并且将磁化轮装置定位在出口侧壁内且突出到出口开口中，以便驱动衬底载体穿过入口开口和出口开口。

所公开的***是线性***，其中腔室被以一个腔室联接至下一个腔室的方式线性地布置，使得衬底载体从一侧进入***、以线性方式横穿所有腔室并且在相反侧上离开***。载体经由隔开腔室的闸阀从一个腔室直接移动到下一个腔室。一旦载体离开***的真空环境，载体就进入升降器并且竖直地移动到返回输送机，该返回输送机将载体水平地传送回***的入口侧，在入口侧载体进入另一个升降器并且被竖直地移动以装载新衬底，并且再次进入***的真空环境。当载体在大气环境中传送时，载体被保持成水平定向。然而，在一个实施例中，当载体进入真空环境时，它被转动到竖直定向，使得衬底在被保持于竖直定向中时受到加工。

***可以具有被定位在***入口侧的装载和卸载站。装载和卸载***具有转动结构，四排夹具以在转动轴线的每侧各两排的方式定位在该转动结构上。在转动轴线的每侧上，一排夹具被构造成用于卸载经加工衬底，并且一排夹具被构造成用于装载新衬底。转动结构被构造成竖直运动，其中当该转动结构处于其降低位置时该结构拾取衬底，并且当该转动结构处于其升高位置时该结构转动180度。并且，当该结构处于其降低位置时，在转动轴线的每侧上，一排夹具拾取衬底，同时另一排夹具安置(即，释放)其衬底。在一个实施例中，跨越***的入口设置两个输送机，其中一个输送机递送新衬底，而另一个输送机移走经加工衬底。转动结构被如此构造以使得，在其降低位置一排夹具被与递送新衬底的输送机对准，而另一排夹具被与移走经加工衬底的输送机对准。同时，在转动轴线的另一侧上，一排夹具被与空的载体对准，而另一排夹具被与保持经加工衬底的载体对准。

在一些实施例中，设置向衬底施加电势的装置。具体而言，每个载体包括导电条，当载体进入加工腔室时，导电条***到包括细长触头电刷和顺应式(conformal)绝缘弹簧的滑动触头中，该顺应式绝缘弹簧被构造成将导电条压靠在该细长触头电刷上。绝缘条(诸如Kapton条)可用于将导电条附接至载体。

当衬底的加工需要使用掩模时，掩模可以被单独地安置在每个衬底上面，或者一个掩膜可以被形成以同时覆盖一个载体的所有衬底。可以利用例如磁体来将掩模保持在位。然而，为了精确加工，掩模必须被做得非常薄，并且因此可能在加工期间由于热应力而变形。此外，薄的掩模可以快速地收集淀积物，并且这些淀积物可能会干扰掩模的精确安置和掩蔽。因此，使用根据下文所公开的实施例的双掩模装置将是有利的。

图7A至图7E示出了根据各种实施例的具有用于双掩模的装置的多晶圆载体的视图。图7A示出了具有双掩模装置的多晶圆载体，其中掩模装置处于降低位置，使得内掩模与晶圆处于紧密的物理接触；图7B示出了具有双掩模装置的多晶圆载体，其中掩模装置处于升高位置，从而实现晶圆的替换；图7C示出了具有双掩模装置的多晶圆载体，其中包括晶圆提升器用于装载/卸载晶圆；图7D示出了具有双掩模装置的多晶圆载体的局部横截面，其中掩模装置和晶圆提升器处于升高位置；以及图7E示出了具有双掩模装置的多晶圆载体的局部横截面图，其中掩模装置和晶圆提升器处于降低位置。

参考图7A，多晶圆载体，也被称为载体支撑件700，具有三个单独的单晶圆载体或承载器705，这些单晶圆载体或承载器由承载器框架或杆710支撑，承载器框架或杆710例如由陶瓷制成。每个单晶圆载体705被构造成用于将单个晶圆与双掩模装置保持在一起。在图7A中，双掩模装置处于降低位置，但是没有晶圆位于任意载体中，以便暴露载体的构造。在图7B中，双掩模装置被示出处于提升位置，同样没有晶圆在任意载体中。在图7A至图7E的实施例中，提升器715用于提升和降低双掩模装置；然而，为了降低成本和减小复杂度，可以取消提升器715并且可以手动提升双掩模装置。传送轨道725被设置在框架710的每侧上，以使得能贯穿***传送载体700。

每个单晶圆载体705具有基部730(在图7B中可见)，该基部730具有带有凹部735的凸起框架732，以支撑由其周边悬置的晶圆。具有框架732的基部730在悬置的晶圆下形成袋状部(pocket)740，该袋状部740对于捕获破损的晶圆碎片是有益的。在一些实施例中，框架732可与基部730分离。外掩模745被构造成安装在框架732上，以便覆盖框架732并且覆盖内掩模的周边，但暴露对应于晶圆的内掩模中心部分。这通过图8的实施例中的横截面图举例说明。

在图8中，基部或承载器805具有带有凹部832的凸起框架830，该凸起框架在其周边处支撑晶圆820。具有框架830的基部805形成袋状部840，并且晶圆被悬置在该袋状部上方。一系列磁体834被定位在凸起框架830内，以便围绕晶圆820的周边。在一些实施例中，尤其对于高温作业，磁体834可以由钐钴(SmCo)制成。内掩模850被定位在凸起框架830和晶圆820上面，并且被磁体834保持在位，使得该内掩模物理地接触晶圆。外掩模845被安置在内掩模850上方并且物理地接触该内掩模，使得外掩模覆盖除了内掩模被设计成用于对晶圆赋予加工的区域以外的内掩模850周边。图9示出了外掩模945的示例，在该示例中外掩模由折叠的铝片制成，其中由于该示例用于边缘分路隔离加工，因而外掩模覆盖内掩模除了小周边边缘952以外的区域。图10示出了用于边缘分路隔离的内掩模750的示例，内掩模基本是扁平的金属片，具有孔口，该孔口除了略小于晶圆的尺寸(例如，比晶圆的尺寸小1-2mm)以外，尺寸和形状与晶圆的尺寸和形状相同。在图8的实施例中，掩模框架836被设置成使能够支撑内掩模和外掩模并将内掩模和外掩模提升离开载体。在这种构型中，外掩模845被夹在掩模框架836和内掩模850之间。

图8A示出了另一种实施例，其可以例如用于在晶圆的背面上形成触头图案。在该实施例中，承载器形成顶部平台以将晶圆支撑在其整个表面上。磁体834在承载器的顶部表面下被嵌在承载器的整个区域中。内掩模850覆盖晶圆820的整个表面，并且根据触头设计具有多个孔。

回到图7A至图7E，提升器715可被用于将外掩膜和内掩膜一起升起。并且，晶圆提升器752可被用于将晶圆提升离开框架730，以便可以利用机械手将该晶圆替换为用于加工的新晶圆。然而，可以取消提升器715和752，替代地以手动的方式完成提升掩模和替换晶圆的作业。

在以上参考图8描述的实施例中，载体在其周边边缘上支撑晶圆，使得晶圆被悬置。形成在晶圆下方的袋状部捕获破损的晶圆碎片并且防止淀积材料的包裹。另一方面，在图8A的实施例中，晶圆在其整个表面上受到支撑。掩模组件被下降到用于溅射或者其它加工形式的位置，并且被手动地或机械地提升以进行晶圆的装载和卸载。载体上的一系列磁体帮助将内掩模固定在位并使内掩膜与晶圆紧密接触。在反复使用后，内掩模和外掩模可被更换，同时载体组件的其余部分可以被再次使用。框架810，也被称为掩模组件侧杆，可由低热膨胀材料(诸如氧化铝或钛)制成。

根据以上实施例，内掩模与衬底建立了紧密且无间隙的接触。外掩模保护内掩模、载体和载体框架不受淀积材料的影响。在所示实施例中，外掩模开口和内掩模开口呈准方形形状，适合应用于边缘分路隔离工艺期间的单晶太阳能电池。在其它工艺期间，内掩模具有某些孔口布置，而外掩模具有准方形形状的孔口。准方形形状是角部根据晶圆从其切下的圆锭切割的方形。当然，如果使用多晶方形晶圆，则外掩模开口和内掩模开口也是方形的。

图11示出了单晶圆载体1105的实施例。晶圆在其周边处安置于凹部1132上。以虚线示出的磁体1134全部绕着晶圆地设置在载体内部。对准销1160用于使外部模块对准载体1105。图12从下侧的视角示出了外掩模的实施例。外掩模1245具有对应于载体1205的对准销1260的对准孔或凹部1262。

图13示出了用于保持外掩模和内掩模并且将掩模固定至承载器的顶部框架1336的实施例。顶部框架1336可以由例如两个纵向杆1362组成，这两个纵向杆1362通过两个横向杆1364保持在一起。外掩膜被保持在袋状部1366内。对准孔1368被设置成使顶部框架对准承载器。

图14示出了具有孔图案的内掩模的示例，孔图案例如被设计成用于在晶圆上制造多个触头。这种内掩模可以与图15所示的承载器一起使用，其中磁体1534分布在位于晶圆表面下方的整个区域上。磁体被定向为交替极化。

上部或外掩模可由薄(例如，约0.03英寸)的铝、钢或其它类似的材料制成，并且被构造成与衬底载体配合。内掩模由非常薄(例如，约0.001到0.003英寸)的扁平钢片或其它磁性材料制成，并且被构造成嵌套在外掩模内。

根据其它实施例，提供用于在加工期间支撑晶圆的装置，该装置包括：具有凸起框架的晶圆载体或承载器，该凸起框架具有用于绕着晶圆的周边支撑晶圆并且将晶圆限制到预定位置的凹部；被构造成安置在凸起框架上面的内掩模，该内掩模具有被构造成掩蔽晶圆的一部分并且暴露晶圆的其余部分的孔口布置；以及被构造成安置在凸起框架上方位于内掩模上面的外掩模，该外掩模具有被构造成部分地覆盖内掩模的单个开口。顶部框架载体可用于保持内掩模和外掩模，并将内掩模和外掩模固定至晶圆承载器。

磁体被定位在承载器中，并且以N-S-N-S-N的形式完全绕着框架或者完全在承载器的整个表面下方并且在晶圆正下方交替。外掩模和内掩模被设计成仅通过磁力保持至框架，以使能够方便且快速地装载和卸载衬底。

掩模组件能够从晶圆载体和支撑框架中移走，以将衬底装载到载体中。外掩模和内掩模作为掩模组件的一部分被提升。一旦晶圆被定位在载体上、位于晶圆袋状部中，掩模组件就被降低向下回到载体上。内掩模与晶圆的顶部表面交迭。载体框架中的磁体将内掩模向下拉至与衬底紧密接触。这对晶圆的边缘形成了紧密的顺应密封。外掩模被设计成用于防止在薄的顺应性内掩模上淀积。如上所述，淀积工艺可能导致内掩模变热，致使掩模翘曲并使与晶圆的接触变松。如果掩模失去与晶圆的接触，则金属膜会淀积在衬底晶圆的表面上的排除区域中。袋状部和由磁体产生的摩擦力在传送和淀积期间防止衬底和掩模相对彼此移动，并且外掩模防止在内掩模上发生膜淀积并且防止内掩模翘曲。

通过使用真空载体交换器，掩模组件可以被周期性地从具有载体的***中移走。该载体交换器是具有载体传送机构的便携式真空壳体。它使得载体能够“在运行中(onthefly)”被交换，而无需停止***的持续作业。

图16A至图16D示出了可以在装载站(诸如装载站105)内实现的实施例。在该实施例中，晶圆板用于支撑晶圆，其中晶圆板从底侧可拆卸地附接至载体，同时双掩模从顶侧附接。图16A至图16D仅示出了***的相关部分以简化说明。并且，已经去除了一些元素以便实现实施例的特征的可视化。

在图16A至图16D中，载体1600包括具有多个开口1602的简单框架1605，所述多个开口1602具有待加工衬底(例如，半导体晶圆)的形状，但是可以稍大以使衬底能够从其中通过。多个晶圆板1610附接至每个载体1600的底部。晶圆板1610通常是简单形式的铝板，并且可以包括将晶圆板附接至载体1600的底侧的附接机构。当晶圆板1610被附接至载体1600时，定位在晶圆板1610的正面上的衬底1620与开口1602对准并通过该开口1602暴露。附接机构可以包括机械卡夹、弹簧、磁体等。在示出的示例中，多个磁体1612(图16C)被用作附接机构。

掩模装置1649被定位在每个载体1600的顶侧上，使得每个掩模装置1649覆盖通过开口1602暴露的一个衬底。掩模装置1645可以是类似于图9和图10中所示装置的双掩模装置，但也可以使用其它装置，这取决于待执行的加工。例如，图16E示出了双掩模装置，其中内掩模1650是冲压出的简单扁平金属片，在本示例中该金属片由顺磁性材料制成。外掩模1645是简单的铝板，其具有形状与内掩模的开口类似但稍大的开口。注意，在这种双掩模装置中，只有内掩模的开口的内尺寸是关键的，而所有其它尺寸不需要高的制造容差，因此降低了制造掩模的复杂性和成本。并且在该装置中，掩模以固定的定向附接至载体1600，使得内掩模1650的开口与载体中的开口1602对准。

为了清楚起见，载体1600在一些附图中被示出为好像被悬置，但当然，载体被支撑并且由诸如图1A所示的传送机构传送。另一方面，晶圆板在专用输送带1632上独立地行进，直到它们被递送到台1664并随后附接至载体1600。该机构的操作如下。提升机构1662被设置成将晶圆板1610装载到晶圆板线性输送机(诸如输送带)1633上。台机构1664被设置成对每个晶圆板1610进行对准，(使用相机1670来)使得被定位在其上的晶圆对准内掩模1650的开口，并随后升起晶圆板以使它附接至载体1600。在该实施例中，当晶圆板被定位在台1662上时，通过晶圆板1610中的孔1614施加真空，以便在对准过程期间保持晶圆并防止它移动。由于将晶圆板夹持到载体防止了晶圆移动，因此一旦晶圆板被附接至载体1600就可以终止该真空。

此外，可以使用装载机构1605(图16D)来将衬底装载到晶圆板1610上。注意，可以在将晶圆板1610装载到载体上之前使晶圆板1610装载有衬底。例如，在图16A所示的时刻，示出了以下工序：两个晶圆板(标识为A和B)没有晶圆，一个晶圆板(标识为C)具有安置在其上的晶圆但该晶圆板尚未被附接至载体1600，并且一个晶圆板(标识为D)具有安置在其上的晶圆并且被升起和附接至载体1600。

图16A至图16D所示的实施例的优点是，用于装载和卸载晶圆的晶圆板的传送与载体和掩模的传送分开完成。通过这种方式，可以从***中移走晶圆板以进行清洁。而且，由于晶圆板由相对便宜的铝板坯(slab)制成，因而能够容易地换成新的晶圆板，而不影响***的运行。

如在图16B和图16D中更清楚地示出的，空的载架1600通过升降器1635递送到工作站，随后被定位到输送机(例如，输送带1633)上。在这个示例中，每个载体被构造成容纳两个晶圆板，以便同时加工两个晶圆，但是载体也可以被制成容纳其它数量的晶圆板。另一个输送机(例如，输送带1632)在输送机1633下方传送晶圆板1610。晶圆装载机构(例如，机器人1605)将晶圆安置到晶圆板1610上。当晶圆被安置到晶圆板1610上时，输送机1632将晶圆板1610移动到对准台1664上方的对准站。随后使用真空泵1647向晶圆板递送吸力，以便将晶圆保持在晶圆板上并且将晶圆板保持在对准台上。具体而言，晶圆板在晶圆下方具有真空孔1614。当通过这些孔1614施加吸力时，晶圆被保持在晶圆板上并且密封这些孔。因此，晶圆所阻挡的相同吸力致使晶圆板通过真空被抵靠对准台保持。同时，输送机1633将空的载体1600递送到台1664正上方的对准站。对准站中的载体在开口1602上具有附接至该载体的掩模装置1649。为了执行对准，致动器1667将载体1600升起离开输送机，使得载体被机械地保持在静止位置。随后，台1664提升晶圆板并且根据需要执行转动或平移，以如控制器1671通过由相机1670获得的图像所确定的那样来使晶圆对准掩模1645的开口。一旦实现正确对准，台进一步升起晶圆板，直到晶圆板接触载体的底侧。此时终止真空，使得晶圆板经由机械或磁性装置附接至载体。随后，台1664下降以接受另一个晶圆板，同时输送机1633将经装载的载体移出对准站并且带来未装载的载体以重复该工艺。

在一种实施例中，用于装载和加工衬底的程序如下进行：没有晶圆的载体从卸载站返回。在晶圆板通过附接至载体而被递送的实施例中，晶圆板例如通过提升机构1662被从载体移走并且降低至输送机。可选择地，晶圆板1610可以独立于载体被递送。装载机构将多个晶圆以每个晶圆板一个晶圆的方式安置到相应的晶圆板上。随后，晶圆板和载体被独立地移动到对准站，其中相机1670对晶圆和掩模进行成像。这些图像被提供给控制器1671，该控制器1617检查掩模开口相对于晶圆的对准。也就是说，在这个具体示例中，掩模1645以固定的定向附接至载体。晶圆载体被定位在位于相机下方的x-y-z-θ台1664上。利用由相机1670提供的图像通过控制器来计算晶圆相对于掩模开口的位置/定向，控制器1671向台1664发送信号以根据需要通过平移或转动x-y-z-θ台1664来修正定向。随后，晶圆板被台提升并且附接至载体，其中晶圆被定位成与内掩模接触。在这个位置中，磁力将晶圆板保持在载体中，使得晶圆不能移动，随后可以解除真空。而且，相同的磁力保持双掩模装置压靠晶圆。因此，防止晶圆相对其对准位置移动。也就是说，在一个实施例中，当晶圆板位于对准站中并且晶圆已经被定位在对准位置时，经由晶圆板对晶圆施加真空，以防止晶圆移动。然而，一旦晶圆板附接至载体并且掩模接触晶圆，就可以终止真空抽吸。随后，载体移动穿过用于加工的***，并且当加工完成时重复该工序。

在一个实施例中，在加工完成后，晶圆在卸载站中被从晶圆板移走，并且随后晶圆板被倾斜成竖直定向。这使得如果任何晶圆在加工期间破损，则能够在晶圆板返回以进行其它加工前倾倒碎片。

图16F是***的部分的横截面，插图中示出了放大部分。可以看出，在该实施例中使用了双掩模装置，其中内掩模1650被外掩模1645覆盖。磁体1612绕着晶圆板1610的周边设置，以将晶圆板1610保持至载体1605的底侧。

在具体实施例中，执行以下工序，其中每个载体能够支撑五个晶圆板。五个晶圆被装载到五个单独的晶圆板上。随后五个经装载的晶圆板移动到对准站。在这个具体实施例中，每个晶圆板具有磁体绕着边缘设置的垫片。垫片可以由类属于在ASTM D1418和ISO1629标准下被命名为FKM的含氟弹性体制成。在对准站中，对准台将五个晶圆板从输送机提升离开(在此提供五个单独的对准台以便同时对五个晶圆板进行对准)。当晶圆板被从输送机提升离开时，真空将晶圆板稳固地保持在提升器上并且将晶圆稳固地保持在晶圆板上。这时，五个相机分别对五个晶圆进行成像。随后，输送机将载体移动到位于晶圆板正上方的对准站中，使得载体中的每个开口位于其中一个晶圆板上方。随后，载体被从输送带提升离开，以将载体定位在机械固定的静止位置。随后，启动相机以对载体上的五个开口进行成像。随后，***计算每个掩模开口的x轴和y轴以及五个晶圆中的每个的x轴和y轴。随后，五个X/Y/θ台移动每个晶圆，以使每个晶圆的x轴和y轴与每个相应掩模的x轴和y轴重合。随后，五个晶圆板被向上提升，直到晶圆板接触并附接至载体，使得每个晶圆板上的晶圆被定位在载体中的相应开口内并且接触相应的内掩模。随后，真空被解除，使得晶圆板此时机械地或磁性地附接至载体。随后，降低载体和台并对第二排重复该工序。

图16G示出了晶圆板1610的可选实施例。在该实施例中，晶圆板1610仍由铝板坯制成。三个真空台面(mesa)1613设置在晶圆板1610的正面上，每个台面具有真空孔1614。在一个实施例中，台面由软材料制成，并且每个台面包括绕着每个孔1614的密封件1611。因此，当晶圆被安置在晶圆板1610上面并且真空被施加至台面时，晶圆通过真空被保持在三个台面上面，使得晶圆不接触晶圆板1610的表面。由于仅设置三个台面，因此不会对晶圆施加使其弯曲或折断的力。而且，缓冲环1618绕着晶圆板1610的周边设置。磁体1612嵌在缓冲环1618中。在该实施例中，缓冲环不给晶圆提供气密密封，以避免朝着晶圆板1610的表面抽吸晶圆。这通过例如使用多孔材料制造缓冲环1618或设置空气通道1619以提供从环境到晶圆与晶圆板1610的顶部表面之间的空间的流体连通来实现。

图16H示出了根据一个实施例的座板1672的顶部表面，该座板1672可以被装配至装载台1669或对准台1664，或者装配至这两者。座板1672固定至装载台1669和对准台1664的顶部，并且晶圆板1610被安放在座板1672上。如图16H所示，穿过座板1672的顶部表面设置两组真空孔：第一组孔1668与晶圆板1610的相应真空孔1614对准并且对其形成真空通路，以给晶圆递送吸力以便将晶圆保持至晶圆板1610。第二组孔1667提供吸力以将晶圆板1610保持至对准台1664的座部。因此，在一个实施例中，当载体被递送到装载站时，装载台被升起并且至少启动对第二组孔1667的抽吸，使得每个装载台通过真空力附接相应的晶圆板。当装载台降低时，晶圆板1610通过将晶圆板保持至座板1672的真空力来与载体分离。由于在一个实施例中，载体在没有晶圆(晶圆在卸载站处被卸载)的情况下返回，因此在该工艺中不需要对孔1668递送真空。事实上，这些孔可以被堵塞，或者装载台设置有仅具有真空孔1667的座板1672。

图16I示出了座板1674的顶部表面，该座板1674可以被装配至例如在图1、图1A和图1B所示的载体返回腔室135处的卸载台。座板1674固定至卸载台的顶部，并且晶圆板1610被安放在座板1674上。如图16I所示，第一组孔1668被阻塞或者未设置第一组孔1668，使得没有通向晶圆板1610的相应真空孔1614的真空通路。也就是说，在卸载台中没有被施加到晶圆以将晶圆保持至晶圆板1610的吸力。第二组孔1667提供吸力以将晶圆板1610保持至对准台1664的座部。因此，在一个实施例中，当载体被递送到卸载站时，启动对孔1667的抽吸以通过真空力保持相应晶圆板。随后，如弯曲箭头所示，卸载台使座板1674倾斜，使得如果在晶圆台1610上存在任何破损的晶圆碎片，则该碎片将从晶圆板1610滑落并进入到收集槽1682中。

如可以从上述公开中理解到的，提供了一种用于加工晶圆的***，该***包括：装载站，该装载站具有能够在竖直方向上移动并具有装载座板的装载台，该装载座板具有第一组抽吸孔；对准站，该对准站具有能够在x-y-z方向以及转动方向上移动并具有对准座板的对准台，该对准座板具有第二组抽吸孔和第三组抽吸孔；卸载站，该卸载站具有能够在竖直方向和倾斜方向上移动并具有卸载座板的卸载台，该卸载座板具有第四组抽吸孔，当卸载台在倾斜方向上移动时卸载座板呈现竖直定向；位于对准站和卸载站之间的至少一个真空加工腔室；多个晶圆板，每个晶圆板被构造成支撑一个晶圆并且具有第五组抽吸孔，该第五组抽吸孔被构造成对定位在晶圆板上的晶圆施加真空；传送机构，该传送机构被构造成将多个晶圆板从装载站连续地传送至对准站、真空加工腔室、卸载站并返回到装载站；其中第一组抽吸孔、第二组抽吸孔和第四组抽吸孔被构造成对晶圆板施加真空，第三组真空孔与第五组抽吸孔对准并向其提供流体连通。该***还可以包括多个载体，每个载体被构造成从载体的底侧支撑多个晶圆板；以及多个掩模，每个掩模附接在其中一个载体的顶部表面上方。

每个晶圆板可以包括三个台面，每个台面容纳其中一个抽吸孔。每个台面还可以包括绕着抽吸孔的密封件。每个晶圆板还可以包括缓冲环以及附接至该缓冲环的多个磁体。***可以包括被构造成当卸载站在倾斜方向上移动时从晶圆板接受晶圆片段的容器。对准站还可以包括相机，该相机被对准以对位于晶圆板上的晶圆进行成像以及对附接至载体的掩模进行成像，该晶圆板被安放在对准台。而且，控制器接收来自相机的图像并向对准台发送对准信号，以便使晶圆对准掩模。传送机构可以包括被构造成传送载体的第一输送带以及被构造成传送晶圆板的第二输送带。

虽然已经就具体材料以及具体步骤的示例性实施例讨论了本发明，但是所属领域技术人员应该明白的是，可以作出和/或使用这些具体示例的变型，并且这种结构和方法将从由所描述和所示出的实践以及对于操作进行的说明所给予的理解中得出，以便促成可在不背离本发明的由所附权利要求限定的范围的情况下作出的修改。

Claims (28)

1.一种用于在真空加工腔室中加工晶圆的***，包括：

多个载体，每个所述载体包括具有多个开口的框架，每个所述开口被构造成容纳一个晶圆；

多个晶圆板，每个所述晶圆板被构造成支撑一个晶圆；

传送机构，所述传送机构被构造成传送所述多个晶圆板以及贯穿所述***传送所述多个载体；

用于将所述多个晶圆板附接至每个所述载体的附接机构，其中，每个所述晶圆板附接至相应载体的底侧处的相应位置，使得被定位在每个所述晶圆板上的所述一个晶圆被定位在所述载体中的所述多个开口的其中一个开口内；

多个掩模，每个所述掩模被附接在所述载体中的所述多个开口的其中一个开口的顶侧上方；

对准台，所述对准台被构造成将其中一个所述晶圆板支撑在所述载体的所述多个开口的其中一个开口下面，所述对准台被构造成进行平移、转动和升降运动；

相机，所述相机被定位成在所述晶圆板被定位在所述对准台上时对所述多个掩模的其中一个掩模进行成像以及对被定位在其中一个所述晶圆板上的晶圆进行成像；

接收来自所述相机的图像并向所述对准台发送修正信号的控制器。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述多个掩模包括：

多个内掩模，每个所述内掩模被构造成安置在所述载体中的所述多个开口的其中一个开口上面，所述内掩模具有掩蔽所述晶圆的一部分并且暴露所述晶圆的其余部分的开口图案；以及

多个外掩模，每个所述外掩模被构造成安置在相应内掩模上面，具有开口的所述外掩模被构造成部分地覆盖所述内掩模。

3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，每个所述晶圆板包括由铝制成的平板。

4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述附接机构包括附接至所述多个晶圆板中的每个晶圆板的多个磁体。

5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述多个晶圆板中的每个晶圆板还包括真空孔。

6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，还包括被构造成将所述晶圆板传送至所述相机的视场内的位置的输送带。

7.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述传送机构包括被构造成贯穿所述***传送所述载体的第一线性输送机以及被构造成在所述晶圆板从所述载体卸下时传送所述晶圆板的第二线性输送机。

8.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述对准台包括座板，所述座板具有与所述晶圆板的所述真空孔对准的第一组真空孔以及被构造成递送吸力以将所述晶圆板保持至所述座板的第二组真空孔。

9.根据权利要求5所述的***，其特征在于，还包括卸载台，所述卸载台包括卸载座板，所述卸载座板被构造成阻挡所述晶圆板的所述真空孔，从而阻止到所述真空孔的流体连通，所述卸载座板包括被构造成递送吸力以将所述晶圆板保持至所述卸载座板的一组真空孔。

10.根据权利要求1所述的***，其特征在于，还包括被构造成用于收集来自所述晶圆板的衬底碎片的容器以及衬底卸载站，所述衬底卸载站具有倾斜机构，所述倾斜机构用于使所述晶圆板在所述容器上方倾斜至竖直定向以便收集来自所述晶圆板的任何衬底碎片。

11.一种用于加工晶圆的***，包括：

装载站，所述装载站具有能够在竖直方向上移动并具有装载座板的装载台，所述装载座板具有第一组抽吸孔；

对准站，所述对准站具有能够在x-y-z方向以及转动方向上移动并具有对准座板的对准台，所述转动方向绕着所述z方向，所述对准座板具有第二组抽吸孔和第三组抽吸孔；

卸载站，所述卸载站具有能够在竖直方向和倾斜方向上移动并具有卸载座板的卸载台，卸载座板具有第四组抽吸孔，当所述卸载台在所述倾斜方向上移动时，所述卸载座板呈现竖直定向；

位于所述对准站和所述卸载站之间的至少一个真空加工腔室；

多个晶圆板，每个所述晶圆板被构造成支撑一个晶圆，并且具有第五组抽吸孔，所述第五组抽吸孔被构造成向被定位在所述晶圆板上的晶圆施加真空；

传送机构，所述传送机构被构造成将所述多个晶圆板从所述装载站连续地传送至所述对准站、所述真空加工腔室、所述卸载站，并使所述多个晶圆板返回至所述装载站；

其中，所述第一组抽吸孔、所述第二组抽吸孔和所述第四组抽吸孔被构造成向所述晶圆板施加真空，所述第三组抽吸孔与所述第五组抽吸孔对准并且提供到所述第五组抽吸孔的流体连通。

12.根据权利要求11所述的***，其特征在于，还包括多个载体，每个所述载体被构造成从所述载体的底侧支撑多个晶圆板。

13.根据权利要求12所述的***，其特征在于，还包括多个掩模，每个所述掩模被附接在其中一个所述载体的顶部表面上方。

14.根据权利要求11所述的***，其特征在于，每个所述晶圆板包括三个台面，每个所述台面容纳所述第五组抽吸孔中的一个。

15.根据权利要求14所述的***，其特征在于，每个所述台面还包括绕着所述第五组抽吸孔中的相应一个的密封件。

16.根据权利要求14所述的***，其特征在于，每个所述晶圆板还包括缓冲环以及附接至所述缓冲环的多个磁体。

17.根据权利要求11所述的***，其特征在于，还包括被构造成当所述卸载站在所述倾斜方向上移动时接受来自晶圆板的晶圆碎片的容器。

18.根据权利要求13所述的***，其特征在于，所述对准站还包括相机，所述相机被对准以对被定位在安放于所述对准台上的晶圆板上的晶圆进行成像以及对附接至载体的掩模进行成像。

19.根据权利要求18所述的***，其特征在于，还包括接收来自所述相机的图像并向所述对准台发送对准信号以便使所述晶圆对准所述掩模的控制器。

20.根据权利要求12所述的***，其特征在于，所述传送机构包括被构造成传送所述载体的第一输送带以及被构造成传送所述晶圆板的第二输送带。

21.一种用于在真空加工腔室中加工晶圆的方法，包括：

将掩模固定在载体的顶部表面上，所述掩模与所述载体中的开***迭；

将晶圆装载到晶圆板的顶部表面上；

将带有所述晶圆的所述晶圆板传送至对准站，并且将所述晶圆板安置到对准台上；

启动相机以对所述对准台上的所述晶圆进行成像；

将带有所述掩模的所述载体传送至所述对准站；

启动所述相机以对所述掩模进行成像；

使用所述晶圆和所述掩模的图像来计算未对准程度，并且致动所述对准台以使所述晶圆对准所述掩模；

一旦所述晶圆对准所述掩模，升起所述对准台，以便将所述晶圆板附接至所述载体的底侧，使得所述晶圆被定位在所述载体中的所述开口内；

降低所述对准台；

将所述载体传送到所述真空加工腔室中，以加工所述晶圆。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括当所述晶圆板被定位在所述对准台上时向所述晶圆施加吸力。

23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，固定所述掩模包括将内掩模附接至所述载体以及将外掩模附接在所述内掩模上方。

24.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，将所述晶圆板附接至所述载体的底侧包括在所述晶圆板和所述载体之间施加磁力。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，还包括对所述掩模施加所述磁力。

26.一种用于在真空加工腔室中加工晶圆的方法，包括：

将晶圆板传送至装载位置，并将晶圆装载到所述晶圆板上；

将所述晶圆板移动到对准站，并将所述晶圆板安置在对准台上；

施加吸力以将所述晶圆保持在所述晶圆板上；

使用相机对所述晶圆进行成像，并根据图像计算所述晶圆的x轴和y轴；

将载体传送到所述对准站中，并将所述载体定位在所述晶圆板上方，使得所述载体中的开口位于所述晶圆板上方，其中，具有掩模开口的掩模被定位在所述载体上面；

提升所述载体，以便将所述载体定位在机械固定的静止位置；

启动所述相机以对所述载体上的所述掩模开口进行成像，并计算所述掩模开口的x轴和y轴；

致动所述对准台以移动所述晶圆板，以使得所述晶圆的所述x轴和所述y轴与所述掩模开口的所述x轴和所述y轴重合；

向上提升所述晶圆板，直到所述晶圆板接触所述载体并被附接至所述载体，使得所述晶圆被定位在所述载体中的所述开口内；

解除所述吸力；以及，

将带有所述晶圆板的所述载体传送到所述真空加工腔室中。

27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述施加吸力包括施加吸力以将所述晶圆保持至所述晶圆板以及将所述晶圆板保持至所述对准台。

28.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，还包括将所述载体传送离开所述真空加工腔室并将所述晶圆板装载到卸载台上，以及致动所述卸载台以使所述晶圆板倾斜，从而移除位于所述晶圆板上的任何晶圆碎片。

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