專利名稱：測量物理參數(shù)的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及測量物理參數(shù)的方法和裝置，具體涉及測量產(chǎn)生于通常的處理步驟 (諸如太陽能電池的制造)期間的機械力或負荷的方法和裝置。在扁平、碟狀且易碎的物件(下文稱“基板”或“物件”)的處理過程(例如太陽能電池的生產(chǎn)和用于太陽能電池的硅片的初步生產(chǎn))中，減少破裂是改善生產(chǎn)率必不可少的要素。這已經(jīng)應用于300 μ m標準厚度的硅片并且還用于單晶硅。就太陽能電池制造來說， 由于越來越多地使用更薄基板(例如150 μ m或更薄)成為一種趨勢，故這一問題變得更加重要。當前越來越多地使用的材料，諸如聚乙烯或多晶硅，比單晶硅更容易破裂。因此，對于破裂，這種工藝或處理具有新的需求。破裂也可能產(chǎn)生于調(diào)節(jié)操作之外，例如在新安裝或改進的系統(tǒng)的試運行期間，或作為由必要的設備清潔和殘渣移除導致的機械可用性降低的結(jié)果。在生產(chǎn)線過程中，破裂可以導致制造材料的4%至8%的直接損失。由于例如不僅是太陽能電池還有其他半導體產(chǎn)品的工業(yè)批量生產(chǎn)需要高效率，故現(xiàn)代生產(chǎn)線采用用于連續(xù)處理的被稱為線上系統(tǒng)的生產(chǎn)設施。具體地，應通過借助于特別平穩(wěn)且振動少的操作輥傳輸系統(tǒng)將扁平基板(晶圓)從一個處理站傳輸至另一個處理站， 避免危險的轉(zhuǎn)移和排序工藝(即從一個載體轉(zhuǎn)移至另一個)。然而，這種輥傳輸系統(tǒng)依然承擔著破裂的風險。這還應用于僅向單個盤施加邊緣力并采用機構來使系統(tǒng)軌道內(nèi)的盤自動居中的系統(tǒng)。為了減少易碎基板破裂的風險，已經(jīng)發(fā)明了專用的傳輸傳輸系統(tǒng)，諸如PCT/EP 03/03738 或 WO 03/086914 中所公開的。除了不完善的傳輸傳輸系統(tǒng)，系統(tǒng)中還產(chǎn)生對齊誤差進而導致可能的破裂原因。 區(qū)分到底是基板材料的上游損害導致了高破裂率還是系統(tǒng)的對齊誤差導致了高破裂率常常是困難的。雖然對例如集成轉(zhuǎn)換電路的制造工藝進行監(jiān)測的方法和裝置在現(xiàn)有技術中是已知的，但這種技術僅涉及測量和估計直接涉及被制造產(chǎn)品的定性性質(zhì)的具體工藝的參數(shù)的可能性。例如，US 2004/0098216 Al公開了一種測量工藝參數(shù)的傳感器單元，這些工藝參數(shù)使得能夠?qū)σ蛏嫌喂に嚥襟E(諸如例如通過使用CVD (化學氣相沉積))使層沉積而導致的碟狀基板的改變進行定性估計。因此用于該目的的傳感器測量并分析沉積層的厚度，并因此能夠確定產(chǎn)品是否符合規(guī)范。雖然公開了機械傳感器(例如壓電電阻器和壓電傳感器)， 但它們同樣僅用于確保符合設定的規(guī)范(諸如符合施加至CMP處理的范圍內(nèi)的碟狀物件以獲得最佳的拋光結(jié)果所需的壓力)。目前最先進的系統(tǒng)(如果有的話)僅提供有限的能力來具體地測量在處理期間作用于基底在上的機械參數(shù)，諸如壓力、沖擊強度、加速度或彎曲力矩。具體地，不存在解決方案來測量在傳感器被安裝的位置(即，在設計階段被限定的某些特定位置)之外的參數(shù)。 因此，即使制造或操縱系統(tǒng)中集成了測量技術，也僅能探測到離散的而非連續(xù)的測量值。由于通常很難預測臨界負荷的位置，因此需要大量傳感器，或必須常常重新設置傳感器。如果系統(tǒng)停機或出現(xiàn)相應的生產(chǎn)停工并導致更多的生產(chǎn)率損失，則結(jié)果是損耗了時間和/或成本，并且成為更嚴重的問題。
現(xiàn)有調(diào)試系統(tǒng)的方式基本利用允許直接動作的具有較大數(shù)據(jù)基礎(歸因于較多的傳感器)的反復試驗法。然而，執(zhí)行調(diào)整的用戶的經(jīng)驗也是重要因素。因此在這種情況下，至少暫時必須考慮較長的停機時間和/或所處理材料的破裂率。最終，由于在處理過程中連續(xù)超負荷，可能確實會出現(xiàn)破裂。在首次出現(xiàn)增加負荷的位置進行調(diào)整可降低風險，但是未考慮到通過指示其他位置而進一步降低風險的可能性。如果多個負荷(例如壓力和彎矩)并行發(fā)生，則會使上述問題更加嚴重。在這種情況下，幾乎不可能對這種“外來”負荷進行指示，從而在常規(guī)的條件下，只是由于這些負荷是未知的，故沒有為這些系統(tǒng)計劃相應的調(diào)整。另一方面，如果作用于基底的負荷是已知的，則可將線上單元設計得更加高效，因此消除了用于保護基底(例如，尤其是低傳輸速度或加速度，以及大規(guī)模的操作裝置)的昂貴且不必要的措施的需求。除了上述的高負荷之外，材料缺陷也可引起基底的破裂，因此，將通過相應的檢查方法來檢測或彌補這些缺陷。因為這些材料的檢驗措施通常非常耗時，并會導致系統(tǒng)停工， 這也消耗了額外的時間，并造成成本劣勢。對于改進生產(chǎn)率，在制造工藝中有效地降低或防止破裂具有非常高的價值。破裂主要是歸因于晶圓的機械處理。即使在精細調(diào)整過的系統(tǒng)中，機械傳輸或從一個站至另一個站的轉(zhuǎn)移也是導致破裂的重要因素。因此，本發(fā)明的一個方面以簡單、經(jīng)濟且快速的方式測量在常規(guī)處理期間作用于扁平物件的物理參數(shù)，例如機械力和負荷。因此能夠可靠地檢測導致破裂率增加的原因并進行矯正。對期望參數(shù)的測量應在不導致有關系統(tǒng)停工的情況下進行。一方面由于成本的原因，僅需要少量的傳感器。另一方面應從基底處理位置檢測盡可能多的數(shù)據(jù)。另外，該方法應在不考慮特定用戶的經(jīng)驗的情況下使用。通過提供權利要求1的方法以及權利要求4的裝置解決了上述問題。在從屬權利要求以及后續(xù)的具體實施方式
和附圖中描述了優(yōu)選的實施方式。本發(fā)明涉及一種對在扁平、碟狀且易碎物件的處理期間作用于所述物件的物理參數(shù)(例如機械力和負荷)進行測量的方法。這種物件例如是用作基底以供進一步處理的硅晶圓、玻璃碟或陶瓷碟。術語“常規(guī)處理”是指應用于扁平、碟狀且易碎的物件的現(xiàn)有技術。每次限定時， “處理”在“系統(tǒng)”中執(zhí)行。處理可以是步進式的，即物件被傳送到系統(tǒng)并在該系統(tǒng)中被處理，如果需要則隨后從該系統(tǒng)傳送到另一個系統(tǒng)。理論上，物件在處理期間不移動。然而， 優(yōu)選地，為了使處理更有效，還可以連續(xù)的形式進行，即物件被連續(xù)地傳送。這種“線上單元 (in-line-unit) ”具有避免重復裝載工藝的優(yōu)點，因此可減小損壞物件的風險并節(jié)約時間。根據(jù)本發(fā)明的方法指出，該處理應用于具有物件的基本幾何和/或機械特性的測試體。術語“測試體”因此限定了這樣一種物體，其在適于處理扁平物件的系統(tǒng)中以與處理扁平物件本身基本相同的方式被處理。然而，優(yōu)選地，測試體具有這種低破裂風險，即使在非常規(guī)(極限)負荷下，測試體也不會損壞。由于相似的處理特性，測試體在處理期間承受的機械力和負荷與施加于扁平物件的機械力和負荷相似。該性能還涉及測試體施加給系統(tǒng)的反作用力。也就是說，在該系統(tǒng)中，測試體在其“處理”期間的性能基本與扁平且易碎的物件的性能相當，其中該系統(tǒng)專為這些扁平且易碎的物件的處理而設計。
本文描述的測試體的任何“處理”僅指測試體進入系統(tǒng)并在其中經(jīng)受典型負荷 (尤其為機械負荷)，然后以扁平物件通常被處理的方式從系統(tǒng)中移出。應該注意到，“處理” 的目的并不是要改變測試體的特征或特性。當某些處理步驟對待測參數(shù)影響不大時可以將其省略，例如升起或烘干，優(yōu)選地可以省略這些步驟以及相應的媒介、溫度的增加等。一方面這將防止任何不必要的材料浪費，而另一方面，顯然應該避免使測試體可能受到損壞的特定處理步驟，例如回火處理。根據(jù)本發(fā)明的測試體包括至少一個傳感器，用于測量在處理期間作用于測試體的至少一個物理參數(shù)，尤其是作用于測試體的力。應指出，該至少一個傳感器還可測量多個不同的物理參數(shù)，例如力和力矩。就傳感器而言，這可以同時“通過設計”并“通過定義”來實現(xiàn)。術語“通過定義”是指傳感器的基本設計通常允許測量多個參數(shù)。術語“通過規(guī)定”是指傳感器實際包括結(jié)合為一個單元的多個傳感元件，例如通過將這些元件設置在一個共用的殼體中。如果殼體為結(jié)構單元，則這種殼體也應被認為是“傳感器”。優(yōu)選地，待由該至少一個傳感器測量的物理參數(shù)為機械參數(shù)，選自于拉力、壓力、 剪力、壓強、彎矩、扭矩、加速力及其組合。通過定義，旋轉(zhuǎn)力被認為是加速力(“角加速度”)。特別優(yōu)選地，至少一個傳感器可測量上述的多個參數(shù)，其中，最優(yōu)選地這些參數(shù)是力和彎矩。可選地或附加地，可由該至少一個傳感器測量的參數(shù)還可是溫度值、電學值或磁場力，或任何其他物理參數(shù)。根據(jù)優(yōu)選的實施方式，該至少一個傳感器優(yōu)選地選自力傳感器、壓力傳感器、力矩傳感器和加速度傳感器。通過定義，認為加速度傳感器中包括能夠測量角加速力的離心力傳感器。為了確保測試體與扁平物件的操作性質(zhì)在“處理”期間，并因此在穿過關于對作用力的敏感的系統(tǒng)期間相一致，測試體基本具有該物件的幾何和/或機械性質(zhì)。優(yōu)選地，測試體的幾何性質(zhì)涉及厚度、寬度、長度和/或輪廓，而測試體的機械性質(zhì)涉及彈性、彎曲剛度、 扭轉(zhuǎn)剛度和/或質(zhì)量(mass)。更多特性可以例如包括體積模量或剪切模量。這樣，當穿過該系統(tǒng)時，測試體的性能與所處理物件的性能基本相同。這是優(yōu)選的，因為與待處理的實際物件相關的作用力和/或形變能夠盡可能實際地測量。然而，在大多數(shù)情況下，測試體的過負荷不會導致破裂或破壞。因此，測試體應具有高的抗破裂能力，從而能夠重復使用。根據(jù)本發(fā)明，相比于待處理物件，并不排除測試體具有相同或更弱的抗破裂能力。因此，可選地， 還可以將測試體設計為一次性的。優(yōu)選地，可以執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法以首先獲得所謂的標準(基準)值。這些標準值用于隨后與通過根據(jù)本發(fā)明的測試體測得的參數(shù)進行對比。通過使測試體至少一次或(優(yōu)選地)重復通過系統(tǒng)，由此測得相應的參數(shù)，進而獲得這些標準值。如果存在多個有效的數(shù)據(jù)記錄，則可對系統(tǒng)中的每一個位置計算各參數(shù)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)(例如平均值和標準偏差)。如果在系統(tǒng)中，這些扁平物件隨后在它們的處理期間損壞，可利用測試體再次測量該系統(tǒng)。通過將新測量的數(shù)據(jù)與標準值(在這種情況下為設定值)進行比較，可以確定在處理鏈中哪個位置的哪個參數(shù)偏離了相應的標準值。這樣能夠在這個具體位置再次對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，以避免連續(xù)處理期間出現(xiàn)更多的損壞。根據(jù)本發(fā)明的方法還有利地用于當在對系統(tǒng)進行粗略調(diào)節(jié)之后利用根據(jù)本發(fā)明的測試體測量參數(shù)(諸如尤其是力)時，精確地試運行新安裝或改進的系統(tǒng)。然后將這些參數(shù)分別與典型值或標準值進行對比，典型值或標準值例如可以是從待處理扁平物件的機械(和/或熱、磁等)負荷的知識中獲取的，或者是以被存儲數(shù)據(jù)的形式檢索。這些代表值或標準值可基于經(jīng)驗和/或計算。這些值還可從已經(jīng)穿過其他系統(tǒng)的測試體所獲得的測量結(jié)果中獲取。當測試的參數(shù)超過典型(被允許)值時，可以進行重新調(diào)整。這個程序確保系統(tǒng)非常有效地運行，從而節(jié)約時間和成本。另外，該方法提供特別安全且快速可能性來確定待處理物件在它們的處理期間突發(fā)損壞的原因。下面是該方法的實施例。首先，利用根據(jù)本發(fā)明的測試體記錄期望的物理參數(shù)，優(yōu)選地為機械負荷，例如力、矩(moment)和加速度。隨后，將被記錄參數(shù)與標準值對比，標準值是早期測得或計算出的，或者是基于經(jīng)驗值的。優(yōu)選地，標準值基于在系統(tǒng)中在早期借助于測試體記錄的多個測量結(jié)果，并且在合適的時候，已經(jīng)被統(tǒng)計地估計。然后判定所確定的偏差是否可被認為是所觀測的損壞的原因。如果判定結(jié)果是肯定的，則可在相應位置重新調(diào)整系統(tǒng)。如果判定結(jié)果是否定的，則很可能是物件的材料缺陷導致的損壞。因此，應該對物件材料進行徹底檢查， 而不需要對系統(tǒng)進行不必要的重新調(diào)試。根據(jù)本發(fā)明的方法的第一實施方式，由至少一個傳感器所測量的參數(shù)可存儲在測試體中，并在完成測試過程之后被讀出。另一個實施方式提供被記錄參數(shù)的傳送，例如從設置在測試體中或配置給測試體的發(fā)射器到接收和/或估計單元，從而能夠幾乎實時地分析被記錄的參數(shù)。這樣的程序在系統(tǒng)包括相當長的行進距離和/或測試體的傳輸速度相當?shù)蜁r特別有用。這意味著，測試體必須僅部分地穿過系統(tǒng)，即直到第一錯誤發(fā)生，因為能夠在該階段終止參數(shù)的測量以便能夠在錯誤位置對系統(tǒng)進行重新調(diào)整。最優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的方法用于制造或生產(chǎn)太陽能電池或太陽能晶圓。無論在處理中是否使用單晶硅或多晶硅，或者是否使用具有例如玻璃基底的薄層太陽能電池都無關緊要。另外，根據(jù)本發(fā)明的方法可有利地用于開發(fā)傳輸系統(tǒng)或處理系統(tǒng)，因為測試體能夠確定待處理扁平物件的傳輸或處理方案的機械效果的比較。本發(fā)明還涉及用于測量物理參數(shù)(諸如在扁平、碟狀且易碎物件的常規(guī)處理過程中作用于其上的非具體的機械力和負荷)的裝置。對于術語“參數(shù)”、“常規(guī)處理”以及“扁平、碟狀以及易碎的物件”的解釋參照以上的描述。術語“系統(tǒng)”和“基底”同上。根據(jù)本發(fā)明，該裝置包括測試體，測試體基本上具有物件的幾何和/或機械性質(zhì)。 根據(jù)第一實施方式，測試體被設計為至少一個傳感器，用于測量在測試體的處理過程期間作用于其上的至少一個物理參數(shù)(例如特別是機械負荷)。在該實施方式中，測試體和傳感器基本相同，其中本發(fā)明還考慮到，多個傳感器可集合在一起形成測試體。根據(jù)另一實施方式，測試體包括至少一個傳感器。根據(jù)該優(yōu)選實施方式的該至少一個傳感器設置在基體上或基體中，基體為測試體的一個部件。在基體上的結(jié)構因此構成附加設計，而在基體中的結(jié)構相當于完全或部分集成或者類似三明治的結(jié)構。因為本發(fā)明提供的該至少一個傳感器優(yōu)選地僅對測試體的幾何和/或機械特性具有較小影響，所以根據(jù)本發(fā)明的基體確定測試體的幾何和/或機械性質(zhì)?；w可以被設計為實心體或空心體。優(yōu)選地，基體包括嵌入式部件，諸如以化學耐腐蝕方式嵌入的電子設備，從而即使出現(xiàn)腐蝕介質(zhì)也能夠?qū)y量數(shù)據(jù)進行測量。為此，基體可在至少一側(cè)或者優(yōu)選地在所有側(cè)面設置有保護層?？蛇x地，如果各應用范圍允許，可以不保護電子設備。優(yōu)選地， 基體由金屬或金屬性材料制成；但是也可以使用其他材料?？蛇x地，基體因此還可由合成材料、印刷電路板材料或環(huán)氧樹脂類材料制成。優(yōu)選地，基體可彎曲到一定程度，因而整個測試體也能夠彎曲到一定程度。優(yōu)選地，待測的物理參數(shù)為機械參數(shù)并選自拉力、壓力、剪力、壓強、彎曲力矩、扭矩、加速力以及上述的結(jié)合，其中加速力還包括旋轉(zhuǎn)加速力。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明提供的該至少一個傳感器選自力傳感器、壓強傳感器、力矩傳感器以及加速度傳感器。加速度傳感器還包括能夠測量角加速力的傳感器。可以使用與機械負荷有關的任何現(xiàn)有公知技術的傳感器，特別優(yōu)選地使用基于壓電塑料膜的傳感器?？蛇x地，可以使用壓電陶瓷或涂有壓電陶瓷的壓電膜?？蛇x地或附加地，該至少一個傳感器適于測量溫度、電場、磁場或其他物理參數(shù)。根據(jù)優(yōu)選的實施方式，測試體的幾何特性涉及其厚度、寬度、長度，和/或輪廓。根據(jù)另一實施方式，測試體的機械性質(zhì)涉及其彈性、彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度，和/或質(zhì)量。與這些性質(zhì)相關的描述參照對根據(jù)本發(fā)明的方法的描述。根據(jù)另一優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的裝置還包括存儲單元和/或發(fā)射單元，存儲單元用于存儲至少一個所測得的物理參數(shù)，發(fā)射單元用于所測得的物理參數(shù)的無線傳送。優(yōu)選地，存儲單元安裝在基體的腔中，或者以其他方式配置在基體中?？蛇x地或附加地，由該至少一個傳感器記錄的全部或部分數(shù)據(jù)可以被無線地傳送至接收器。關于數(shù)據(jù)的存儲和/ 或發(fā)送的進一步解釋，可參照上述根據(jù)本發(fā)明的方法的描述。為了分析被記錄的數(shù)據(jù)(具體是測量到的力)，根據(jù)本發(fā)明的裝置還可以包括估計單元，用于對測量到的至少一個物理參數(shù)(具體是機械力)進行進一步的處理。優(yōu)選地， 該估計單元設置在測試體的本體外部，并僅配置給測試體和/或配置給根據(jù)本發(fā)明的裝置。優(yōu)選地，設置有顯示單元(諸如監(jiān)視器)，該顯示單元允許顯示所記錄的數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，本發(fā)明的裝置還包括輸出單元，輸出單元用于輸出監(jiān)測狀態(tài)的光信號、聲信號和/或電信號。這些信號可以例如是超出特定閾值或標準值時發(fā)出的告警信號，以使用戶能即時獲得特定信息，而不需要附加的、可能設置或配置在外部的顯示裝置。這些信號可以是聲信號、光信號和/或電信號，其中電信號主要適于通過設置在系統(tǒng)處的或被系統(tǒng)包括的相應接收器進行測量。通過這種方法，可以將系統(tǒng)例如設計為如果接收到相應的信號，則該系統(tǒng)可以從制造模式自動切換至適于測試操作的記錄模式。因此能夠輕松地對在運行操作期間進入系統(tǒng)的測試體進行分類。最后，優(yōu)選地，本發(fā)明的裝置包括能量供給單元。能量供給單元可專門地設置在測試體處或設置在測試體中(例如電池、電容器)，或者能量供給單元可包括附加的外部部件 (例如依靠線圈的電感式能量轉(zhuǎn)移器)。特別優(yōu)選地，能量供給單元是可充電或可更換的。優(yōu)選地，測試體具有矩形形狀。根據(jù)特別優(yōu)選的實施方式，測試體被設計為正方形。為了測量該至少一個物理參數(shù)，現(xiàn)有技術提供大量不同的傳感器類型。一個可能的選擇標準是傳感器將物理參數(shù)轉(zhuǎn)換為測量信號所采用的轉(zhuǎn)換類型。根據(jù)優(yōu)選的實施方式，該至少一個傳感器被設計為該傳感器承受由作用于測試體的該至少一個參數(shù)引起的傳感器的形狀變化，并且該變化用于測量該至少一個物理參數(shù)。根據(jù)簡化的實施方式，傳感器包括或者被設計為可塑性變形層。該層以永久形變的方式反映作用于其上的機械負荷，其中形變的程度近似地對應于機械負荷的大小。最優(yōu)選的是能夠在測量之后(例如，在暫時的溫度升高之后)恢復其初始狀態(tài)的材料。具體地，這樣的傳感器的類型是優(yōu)選的當形變時生成電信號和/或能夠改變它們的電性質(zhì)。根據(jù)特別優(yōu)選的實施方式，電信號由傳感器主動生成?？蛇x地，參數(shù)可由傳感器被動地測量。一個示例為僅能通過連接外部施加的電壓和/或電流供給來進行測量的電性質(zhì)引發(fā)的形變的改變。最后，所有這些基本以二維平面形狀為特征的傳感器類型是優(yōu)選的。特別優(yōu)選地還有測量信號和/或與傳感器的形變近似成比例的電性質(zhì)的變化的傳感器類型。根據(jù)優(yōu)選的實施方式，該至少一個傳感器包括或被設計為至少一個壓電塑料膜。 這種膜包括例如聚偏二氟乙烯(PVDF)，或包括至少一層這種材料，這種材料具有通過電荷運動來對機械形變作出反應的性質(zhì)。從DE-OS 31 26 340 Al中可知，由PVDF制成的膜用于制造用作按鈕的機電轉(zhuǎn)換器。其中描述的轉(zhuǎn)換器包括扁平壓電基體，該扁平壓電基體能夠在其扁平表面上自由地運動。彈性體安裝至至少一個扁平表面。彈性體面對基體的面具有間隙，從而使彈性體能夠在基體增強信號的扁平表面方向上生成分力。專家知曉在這種構造中，信號將在作用壓力負荷時通過非固定的基體在其扁平表面上的擴展而生成。此外，還指出，負荷不會直接和即刻地施加于壓電膜，而是通過彈性體間接地施加于壓電膜。在基體扁平表面的方向上通過彈性體作用的該間接力會導致分力增加，并使基體在其扁平表面的方向上膨脹。然而，不發(fā)生顯著的彎曲，從而使負荷基本上被轉(zhuǎn)化為基體的擴展力。可選地或附加地，該至少一個傳感器包括至少一個應變計(DMS)或該傳感器本身被設計為應變計。其他相似的傳感器類型例如被設計為導電通路，導電通路還可以由除應變計之外的其他材料制成。導電通路可壓印在柔性膜上，如果發(fā)生形變則柔性膜通過抵抗變化來做出反應，或者作為最低要求，導電通路可以通過暫停來指示機械超負荷。這種傳感器能夠具有非常扁平且重載的設計，并能夠基于該設計提供非常寬廣的測量范圍。而且，可利用這種傳感器非常精準地測量力、壓強和力矩。另外，這種傳感器滿足形狀變化與測試信號的變化近似成比例的要求。特別優(yōu)選地的是基于扁平壓電塑料膜的傳感器，這些傳感器或機械地安裝或以其他方式安裝，從而在發(fā)生機械負荷并且該膜在機械負荷的方向上彎曲時能夠生成信號。而且，優(yōu)選地，該負荷直接且即刻作用于傳感器膜并基本被轉(zhuǎn)化為彎曲力。因此，這種膜通過相應的形變(彎曲)對各負荷或負荷變化做出反應。由于內(nèi)部電荷的運動，生成了可測量的電壓，使得在理想狀態(tài)下不需要運行功率來操作傳感器并生成電測量信號。因此可以設想， 這種傳感器生成的電壓可用于其他部件(諸如可選擇性設置的存儲單元或發(fā)射器單元)的能量供給。根據(jù)特別優(yōu)選的實施方式，該至少一個傳感器平行于測試體的邊緣設置，或者與測試體的緣邊成對角的設置。在多個這種傳感器的情況下，最優(yōu)選平行于測試體的邊緣設置，或者與測試體的邊緣成對角的設置。更優(yōu)選地，該至少一個傳感器為矩形并被設置為這種構造使得待測試的機械負荷同時作用于最大的傳感器表面以生成相應大的測量信號。 在具有垂直于傳輸方向設置的輥的輥送裝置的情況下，將一個或多個傳感器與輥軸平行設置的構造因此是優(yōu)選。這能夠使負荷同時作用于各矩形傳感器的最大表面積，從而產(chǎn)生相應大的測試信號。根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式指出，該裝置包括至少兩個傳感器，這兩個傳感器設置在測試體的上面和下面。根據(jù)進一步的實施方式，該裝置包括至少一個傳感器，該至少一個傳感器設置在測試體的一個或多個邊緣處。此外，優(yōu)選地，該裝置包括至少一個能夠進行高幀頻和/或高測試頻率的傳感器， 以測試例如可能發(fā)生于測試體邊緣的短的和類似脈沖的沖擊。為此，最低測量頻率必須為 5Hz。優(yōu)選地，測量頻率的范圍從20赫茲至1kHz，甚至更高。特別優(yōu)選地，測量頻率在IkHz 以上。根據(jù)本發(fā)明的裝置的優(yōu)選實施方式，基體的表面上設置有彈性夾層。該至少一個傳感器功能性地并因此至少部分地設置在該層頂部，從而使負荷或力仍然能夠即刻并直接地作用于傳感器。在本文中，術語“彈性”基本上用于區(qū)別術語“塑性”。這意味著在傳感器傳遞(mediate)機械負荷之后夾層將再次回到靜止位置。不期望(永久)塑性形變。由于該夾層，到達特定程度的該至少一個傳感器可與基體和/或經(jīng)驗形變、升壓(boost)機械地分開，后者的性質(zhì)能夠放大測量信號。在示例性情況下，傳感器包括壓電塑料膜，該放大基于壓電塑膜能夠行進的形變路徑在機械負荷的方向上的延伸。如果沒有彈性夾層，由于塑料膜較低的形變能力，該膜直接設置并固定在一般十分堅硬的基體上，因此形變路徑是受限的。因為彈性夾層的低剛度和/或高彈性和/或可壓縮性，因此，塑料膜與彈性夾層一起能夠更大程度地改變其形狀。如果夾層沒有自動地保持在其位置，則將該至少一個傳感器設置以使其固定夾層是有利的。如果傳感器在夾層上向側(cè)面突出并在傳感器的自由邊緣與基體結(jié)合(例如粘合)，則這可以例如被實現(xiàn)?？蛇x地或附加地，夾層可被設計為具有一個或多個通路，該一個或多個通路例如填充有粘性物質(zhì)，以便能夠?qū)鞲衅骱蛫A層固定至基體。如上所述，在適于與夾層一起的情況下，可將該至少一個傳感器設置在基體上，或者完全或部分地集成在基體中。如果需要，后者會使基體具有平坦的外表面。在本發(fā)明范圍內(nèi)，彈性夾層可實現(xiàn)多個任務，其中特別優(yōu)選地，同時滿足后面描述的多個要求。夾層的第一任務是允許根據(jù)本發(fā)明的該至少一個傳感器的形變路徑延伸。為此， 根據(jù)本發(fā)明，彈性夾層可具有一定的剛度和/或可壓縮性，該剛度和/或可壓縮性在兩種情況下都低于基體和該至少一個傳感器的剛度和/或可壓縮性。根據(jù)可選的實施方式，因為夾層具有凹槽和/或腔，因此還可設置有延伸的形變路徑，通過充填這些凹槽和/或腔，傳感器可以在凹槽和/或腔中自己形變，而不會遭受任何明顯的抵抗，因為當在凹槽和/或腔中形變時，沒有固體材料必須被推開或擠壓。根據(jù)該實施方式，夾層還可包括基本無彈性的或固體的材料并設置有充分數(shù)量的凹槽和/或腔。 根據(jù)該實施方式，夾層還可包括多個柔性材料并具有同質(zhì)或異質(zhì)結(jié)構，其中術語“異質(zhì)結(jié)構”指存在柔性和非柔性成分。通過彈性膜的相應設計，至少一個傳感器的敏感性在大范圍上適于即將發(fā)生的各個任務。夾層的第二任務是將基體與傳感器的負荷機械地分開。由于夾層部分地吸收了負荷和彈性形變，諸如壓電塑料膜或應變計，因此基于剛度的該負荷僅部分地傳遞至基體，從而基體(特別是其集成的電子部件)可受到保護以防過載過高。第三任務涉及通過設置彈性夾層而將因基體和/或該至少一個傳感器的條件而產(chǎn)生的測試體的剛度調(diào)整為適當?shù)闹怠Ｍㄟ^這種方法，即使給定基體具有偏離扁平物件的剛度，測試體也可通過與適合的夾層(例如與扁平物件的剛度基本相當)結(jié)合而獲得的特定剛性。彈性夾層的第四任務是通過從產(chǎn)生的信號中盡可能地過濾由系統(tǒng)產(chǎn)生的或與待測參數(shù)無關的任何機械負荷來改進該至少一個傳感器的性噪比。如果存在能夠改變其形態(tài)的傳感器類型，則還可減弱熱噪聲，因為基體的任何溫度變化對傳感器造成的沖擊要小得多。因此，彈性夾層確實影響傳感器的信噪比?；诩磳l(fā)生的任務或具體的應用，根據(jù)本發(fā)明的夾層能夠以不同的方式實現(xiàn)。 根據(jù)第一實施方式，夾層被設計為同質(zhì)(例如橡膠類)層。這種層具有柔性，僅具有較小程度的可壓縮性。因此特別適于緩沖和/或分散點負荷。根據(jù)另一實施方式，夾層可設置為海綿狀泡沫材料層，泡沫材料具有開放和/或閉合的腔(孔)，腔中充滿氣體，諸如，特別是空氣。這種泡沫材料的優(yōu)勢在于泊松比(張力下的彈性模量，收縮系數(shù))接近于零，相當于當單軸形變(例如壓縮力)時在其他軸向上表現(xiàn)出基本無形變的性質(zhì)。因此這種材料制成的層壓縮性很好，并因此傳感器在負荷下的形變路徑得到延伸。將彈性夾層設計為密封閉合的氣體容積(“氣壓彈簧”)也是有利的，如果未施加負荷，則氣壓彈簧使可延展的傳感器與基體保持一定的距離，從而在施加負荷的情況下，不需顯著的負荷增加也能產(chǎn)生相應的形變。根據(jù)另一實施方式，彈性夾層被設計為幾何形狀。在這種情況下，彈性夾層在一側(cè)或兩側(cè)上可具有二維或三維波浪圖案，或者具有蜂巢或網(wǎng)狀的結(jié)構，或者被設計為支承結(jié)構。 多孔箔片的設計也是可以的。根據(jù)層結(jié)構的期望性能，主要利用具有較小間隙的固體來設計構造，或主要利用較大間隙以及較小的固體材料部分來設計構造可能是有用的。如果施加機械負荷，則上述設計中的彈性夾層主要為傳感器提供的額外的形變路徑。如上所述，彈性夾層還可主要由剛性支承元件(諸如具有多個和/或大間隙的金屬網(wǎng))構造。還能夠部分地或完全地對上述間隙提供填充材料。如果填充物表現(xiàn)出比環(huán)境材料更低的剛度，則夾層剛度的增加將不顯著。反過來，還可設想環(huán)境材料具有比填充材料更低的剛度，例如，用環(huán)氧樹脂填充由硅制成的多孔箔片。最后，在傳感器下方設置多個不同的夾層區(qū)域是有利的。如果具有大表面積的傳感器應具有高負荷面積和具有高敏感性的面積，這樣做是適合的。根據(jù)特別優(yōu)選的實施方式，彈性夾層被設計為網(wǎng)狀硅膜。為了夾層一方面與基體、 另一方面與塑膜的非剛性(nonpositive)連接，可采用適當?shù)恼辰Y(jié)劑，優(yōu)選地，粘結(jié)劑具有與硅膜相同的機械性質(zhì)。特別優(yōu)選地，完全排除氣泡或僅允許具有規(guī)則形狀的氣泡來確保彈性夾層的性質(zhì)保持同質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明適合的夾層因此同時涉及同質(zhì)結(jié)構和異質(zhì)結(jié)構，其可包括相同彈性材料或不同彈性材料。根據(jù)另一實施方式，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選具有不同尺寸的多個傳感器可以相互層疊設置。最優(yōu)選地，例如測量作用于整個測試體的壓力的第一傳感器直接設置在基體上。在這種情況下，優(yōu)選地，傳感器的表面積盡可能地與測試體的表面積相同。在該第一傳感器上，可以設置一個或多個其他傳感器，該一個或多個其它傳感器最好具有較小尺寸并可進行“局部”測量。通過這種方法，可以通過空間分解的方式測量點作用力。對于多個形變傳感器(例如壓電塑料膜)，單個彈性夾層可能就足夠了，例如，如果多個傳感器設置在連續(xù)的帶上并在共用的彈性夾層上相互平行。將根據(jù)本發(fā)明的該至少一個傳感器設計為與測試體或基體可分離(例如通過粘接、螺紋連接或夾接)也是有利的。通過這種方法，可以在測試體或基體上改變該至少一個傳感器的位置。傳感器還可快速且經(jīng)濟地更換，或更換為具有其他靈敏度的類型，或由于缺陷而需要更換。優(yōu)選地，測試體或基體配備有許多電連接，這些電連接被設計為由可分離的傳感器覆蓋，從而通過這些連接傳送待傳送的測量信號，而不需要提供額外的線纜等。根據(jù)另一優(yōu)選實施方式，測試體被設計為層狀結(jié)構，包括抗化學腐蝕的外層和一個內(nèi)層。內(nèi)層包括至少一個傳感器以及其他電子部件(如果需要)。如上所述，所涉及部件各自的剛度顯著影響傳感器和彈性夾層的性能。在許多情況下，夾層優(yōu)選地具有比基體和該至少一個傳感器的剛度更低的剛度。根據(jù)本申請，與標準的偏差是可能的且適合的。特別優(yōu)選地，基體的剛度高于夾層剛度100至1，000倍，優(yōu)選地約為250倍。可選地或附加地，基體的剛性具有100至3，000，OOOMPa(N/mm2)的值，優(yōu)選地約為500MPa(N/mm2)，并且/或者夾層的剛性具有1至30MPa(N/mm2)的值，優(yōu)選地約為 2MPa (N/mm2)。根據(jù)上述描述，專家應該理解，本發(fā)明的方法和裝置尤其適于測量在處理易碎扁平物件期間發(fā)生的負荷。具體地，本發(fā)明的方法和裝置適于在操作和處理期間的任何位置和/或任何時間連續(xù)測量負荷，而不需要很多傳感器。對于每個待測參數(shù)(特別是機械負荷)，本發(fā)明能夠使用單個傳感器。通過使用高掃描率，還可測量短期負荷，諸如對根據(jù)本發(fā)明的測試體的撞擊?？梢詼p小過載后排除故障或新試運行或改進的系統(tǒng)的初始調(diào)整的時間消耗和成本。此外，本發(fā)明適于減小用戶對測量過程的結(jié)果的影響。還可減小生產(chǎn)停止和停機的時間。最后，本發(fā)明還可用于防止過大的效果以避免大程度的過載。本方法還便于單獨地、可靠地并可重復地測量負荷，該負荷包括多個單獨負荷。本發(fā)明還可用于有效地澄清， 在扁平物件的處理期間突然發(fā)生的損壞是由系統(tǒng)錯誤導致還是由物件的材料缺陷導致。由于假如彈性夾層的設計和/或與傳感器和基體相比更低的剛度和/或更高的可壓縮性，故通過使用根據(jù)本發(fā)明的具有彈性夾層的裝置，優(yōu)選被設計為壓電塑料膜的傳感器的靈敏度得到顯著提高，從而基體有助于使傳感器獲得比不使用該夾層更高的形變度。此外，夾層對基體和/或基體中包含的部件具有保護功能，能夠調(diào)節(jié)測試體的剛度，并提高性噪比。附圖描述

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的優(yōu)選實施方式。圖1示出的裝置包括測試體1，測試體1包括基體3和傳感器2?；w3被設計為空心主體。傳感器2位于基體頂部。根據(jù)上述實施方式，傳感器可以例如被設計為由粗實線指示的壓電塑膜。借助傳感器2可記錄感興趣的物理參數(shù)，例如機械力。夾層9位于傳感器2和基體3之間。該夾層吸收在常規(guī)處理中作用于測試體1進而作用于傳感器2的某些機械負荷和/或熱負荷。而且，如果施加機械負荷時，則夾層可允許變形路徑延伸。優(yōu)選地，與傳感器2和基體3相比，夾層9具有較低的剛度。因此，傳感器2的變形和重新設置被傳遞到基體3，但是延伸的變形路徑使傳感器2或基體3同時緩和以及更強。根據(jù)所示出的實施方式，夾層9完全置于基體3上。根據(jù)可選的實施方式(圖中未示出)，夾層9可部分或完全地平鑲在基體3的壁中，而且在適當?shù)那闆r下，傳感器2也可部分或完全地平鑲在基體3的壁中。這種部分和/或完全集成的構造盡可能地實現(xiàn)了基體3的平坦的外表面，進而實現(xiàn)了測試體1的平坦的外表面。毫無疑義地，該壁必須設計有相應的最小厚度，優(yōu)選地稍厚于夾層9的厚度。可選地，該壁隨后應具有用于夾層9的相應的凹槽，在適當?shù)那闆r下，該壁具有用于傳感器2的相應的凹槽 (圖中未示出)。其它元件設置在基體3中。這些元件包括電源8、用于保存所記錄參數(shù)的存儲單元 4、以及發(fā)射器單元5，發(fā)射器單元5能夠?qū)⑺涗泤?shù)無線傳送至估計單元6，根據(jù)所示出的實施方式，估計單元6設置在測試體1的外面?；w3還包括輸出單元7，根據(jù)所示出的實施方式，輸出單元7能夠生成聲信號。例如，該信號可向用戶指示測試體1的具體狀態(tài)， 而不需要其它顯示設備。為簡明起見，根據(jù)本發(fā)明的裝置的操作所需要的電連接等沒有示出。附圖也不是按照比例繪出，尤其是測試體1的厚度和寬度之間的關系。圖2A-D示出根據(jù)本發(fā)明的裝置以及彈性夾層9的多個實施方式的橫截面示意圖。 圖中包括基體3的一部分(由折線顯示)、彈性夾層9 (由虛線示出的面)、以及被設計為壓電塑料膜的傳感器2 (陰影示出的面)。圖2A示出的彈性夾層9是同質(zhì)、均勻厚度的層，在其上設置有傳感器2。如截面圖中所示，夾層9設置在基體3的一部分上。因為沖擊更大表面的力僅導致夾層9的均勻壓縮而不是顯著地延伸傳感器2的變形路徑，因此所示的實施方式適于在不同位置處具有斑狀沖擊的一個或多個力。圖2B示出作為被幾何設計的形狀的彈性夾層9，該形式的特征在于在二維截面圖中具有一側(cè)為波浪狀的輪廓。如果施加負荷(箭頭F所示的力)，傳感器2改變形狀并變形至彈性夾層9的波浪狀間隙內(nèi)。傳感器將彎曲并沿著長度方向L擴張，與彈性夾層9不具有相應間隙情況相比，傳感器彎曲的程度明顯更為劇烈。虛線粗略地指示了傳感器2的止動位置，其中彈性夾層9表現(xiàn)出較高的剛度。與圖2A所示的實施方式不同，圖2B示出的實施方式特別適于沖擊大面積的力或適于壓力。圖2C示出的結(jié)構中彈性夾層為氣壓彈簧。在這種情況下，傳感器必須連續(xù)且密閉地焊接至基體3，或者彈性夾層9應該具有如虛線所指示的氣泡的形式。最后，圖2D示出作為具有孔的均勻厚度層的彈性夾層9。通過改變尺寸，可以在整個表面上或僅在特定部位容易地調(diào)整剛度以及孔的位置和數(shù)量?？蛇x地，可以設置間隙，例如在俯視圖(圖中未示出)中呈現(xiàn)為槽或螺旋輪廓的間隙。如果需要，可以降低或增加彈性夾層9的剛度。在這種情況下，彈性夾層9和/或其間隙的設計將確保當負荷被施加時 (圖中未示出)，傳感器2具有足夠的潛力在基體3的方向上形變。附圖標記列表1測試體2傳感器3 基體
4存儲單元
5發(fā)射器單元
6估計單元
7輸出單元
8能量供給單元
9彈性夾層
F力的箭頭
L長度方向
權利要求
1.一種測量在常規(guī)處理過程期間作用于扁平、碟狀且易碎物件的負荷或負荷變化的方法，通過將所述處理應用于測試體(1)，所述測試體具有與所述物件基本相同的幾何性質(zhì)和/或機械性質(zhì)并且包括至少一個傳感器O)，所述至少一個傳感器用于測量在所述測試體的處理過程期間作用于所述測試體的至少一個物理參數(shù)，所述至少一個物理參數(shù)選自拉力、壓力、剪力、壓強、彎矩、扭矩、加速力及其組合，其中所述至少一個傳感器( 包括或者被設計為壓電塑料膜，并能夠?qū)⒅苯忧壹纯套饔糜谒鰝鞲衅魃系呢摵赊D(zhuǎn)換為彎曲力。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述測試體(1)的所述幾何性質(zhì)涉及所述測試體的厚度、寬度、長度和/或輪廓，所述測試體(1)的所述機械性質(zhì)涉及所述測試體的彈性、彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度和/或質(zhì)量。
3.如權利要求1或2所述的方法，其中所述處理用于制造或生產(chǎn)太陽能電池或太陽能晶圓。
4.一種測量在常規(guī)處理過程期間作用于扁平、碟狀且易碎物件的負荷或負荷變化的裝置，包括測試體(1)，所述測試體具有與所述物件基本相同的幾何性質(zhì)和/或機械性質(zhì)并且被設計為至少一個傳感器(2)或包括所述至少一個傳感器O)，所述至少一個傳感器用于測量在所述測試體的處理過程期間作用于所述測試體的至少一個物理參數(shù)，所述至少一個物理參數(shù)選自拉力、壓力、剪力、壓強、彎矩、扭矩、加速力及其組合，其中所述至少一個傳感器( 包括或者被設計為壓電塑料膜，并能夠?qū)⒅苯忧壹纯套饔糜谒鰝鞲衅魃系呢摵赊D(zhuǎn)換為彎曲力。
5.如權利要求4所述的裝置，其中，所述測試體(1)包括基體C3)作為部件，在所述基體(3)上或基體(3)中設置有所述至少一個傳感器。
6.如權利要求4或5所述的裝置，其中，所述測試體(1)的所述幾何性質(zhì)涉及所述測試體的厚度、寬度、長度和/或輪廓，并且其中所述測試體(1)的所述機械性質(zhì)涉及所述測試體的彈性、彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度和/或質(zhì)量。
7.如權利要求4至6中任一項所述的裝置，還包括-存儲單元⑷和/或發(fā)射器單元(5)，所述存儲單元(4)用于存儲測量到的至少一個物理參數(shù)，所述發(fā)射器單元(5)用于所述測量到的至少一個物理參數(shù)的無線傳輸；-估計單元(6)，進一步處理所述測量到的至少一個物理參數(shù)；-輸出單元(7)，輸出用于監(jiān)測狀態(tài)的光信號、聲信號和/或電信號；-能量供給單元(8)。
8.如權利要求5至7中任一項所述的裝置，其中，在所述基體C3)的表面上設置有彈性夾層(9)，并且所述至少一個傳感器(2)至少部分地設置在所述彈性夾層上。
9.如權利要求4至8中任一項所述的裝置，其中，所述測試體(1)被設計為層狀結(jié)構， 其中所述層狀結(jié)構包括抗化學腐蝕的外層和具有所述至少一個傳感器O)的內(nèi)層，當需要時，所述層狀結(jié)構還包括其他電子部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及測量諸如在扁平、碟狀且易碎物件的常規(guī)處理過程期間作用于其上的機械力的物理參數(shù)的方法和裝置。該方法和裝置特別用于太陽能電池或太陽能晶圓的制造。根據(jù)本發(fā)明的方法提供待施加于測試體(1)的處理，測試體(1)具有與所述物件基本相同的幾何性質(zhì)和/或機械性質(zhì)，并包括至少一個傳感器(2)，所述至少一個傳感器用于測量在所述測試體的處理過程期間作用于所述測試體(1)的物理參數(shù)。優(yōu)選地，傳感器(2)設置在彈性夾層(9)上以放大測量的信號。
文檔編號H01L21/00GK102171546SQ200980139645
公開日2011年8月31日 申請日期2009年10月2日 優(yōu)先權日2008年10月2日
發(fā)明者克勞斯·波凌戈爾, 塞巴斯蒂安·斯迪克, 朱爾根·斯維肯德耶克, 格哈德·林迪納, 羅蘭·蒂昌特-瓦格納, 辛格·費迪南, 邁克爾·蒙克 申請人:瑞納股份有限公司