CN102105972B - 用于检测晶片中的微裂纹的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种检查方法包括以下步骤：接收大体上沿第一轴从晶片的第一表面发出的光，以据此获得第一表面的第一图像，该晶片具有在其中形成的裂纹，并且第一图像包含裂纹的至少一个部分。该检查方法还包括以下步骤：接收大体上沿第二轴从晶片的第一表面发出的光，以据此获得第一表面的第二图像，第二图像包含裂纹的至少一个第二部分，第一表面与一平面大体上平行地延伸，并且第一轴在该平面上的正投影大体上垂直于第二轴在该平面上的正投影。该检查方法还包括以下步骤：根据第一图像中的裂纹的所述至少一个第一部分和第二图像中的裂纹的至少一个第二部分而构建第三图像。更具体地说，第三图像能够大体上处理以检查晶片中的裂纹。

Description

用于检测晶片中的微裂纹的方法和系统
技术领域
本发明总体上涉及用于物体的检查的装置和方法，具体地说，本发明涉及一种用于检查晶片的缺陷的装置和方法。
背景技术
太阳能电池制造商例行地对其太阳能晶片执行检查。这是为了保证将任何有缺陷的晶片识别出来以控制太阳能电池的质量。
太阳能晶片是在制造太阳能电池时一般使用的硅晶体的薄片。太阳能晶片用作太阳能电池的基板并且在成为实用的太阳能电池之前经历例如淀积、刻蚀和构图的一系列制造工艺。因此，为了提高产出率并降低生产费用，从制造工艺的开始起就维护太阳能电池晶片的质量是非常重要的。
微裂纹是在太阳能晶片中的常见缺陷，由于一些微裂纹对于肉眼甚至对光学显微镜来说都是不可见的，因此检测微裂纹极其困难。一种检测太阳能晶片中的微裂纹的方法涉及了红外成像技术的使用。太阳能晶片由高纯度的硅制成，并且太阳能晶片在可见光下表现为不透明。但是，由于硅的带隙能级，当利用具有大于1127nm的波长的光照射太阳能晶片时，太阳能晶片表现为透明。
具有1127nm的波长的光被归类为近红外线(NIR)辐射。NIR对于肉眼是不可见的，但是可以被大多数市售的CCD或CMOS红外相机检测到。红外光源的例子为发光二极管(LED)、钨丝灯和卤素灯。
由于红外光能够透过由硅制成的太阳能晶片，因此通过使太阳能晶片在红外摄像机与光源之间移动，能够检查太阳能晶片的内部结构。
通常在生产线上按照每秒一个晶片的速度大量地制造太阳能晶片。太阳能晶片通常具有直线围起的形状和介于100mm×100mm和210mm×210mm之间的表面尺寸。太阳能晶片还具有150μm至250μm之间的标准厚度。常规的高速成像系统被用于检查太阳能晶片。常规的高速成像系统大都使用线扫描CCD/CMOS摄像机，线扫描CCD/CMOS摄像机具有高达12000(12K)像素的分辨率。
图1a示出常规高速成像系统10。常规高速成像系统10由计算机2和线扫描成像装置14组成。线扫描成像装置14包括摄像机和透镜系统，并且与太阳能晶片16的表面垂直地设置在太阳能晶片16的上方。红外光源18位于太阳能晶片16下方，使得红外光透过太阳能晶片16并到达线扫描成像装置14。
为了检查210mm×210mm的太阳能晶片，需要12K线扫描摄像机具有超过210mm/12000像素或18μm/像素的图像分辨率。基于抽样定理，该图像分辨率仅能用于检测具有大于2个像素的裂纹线宽的微裂纹。这意味着常规的高速成像系统限于检测具有大于2个像素×18μm/像素的裂纹线宽或36μm的裂纹线宽的微裂纹。因为微裂纹的宽度通常小于36μm，因此这是常规高速成像系统的主要限制。
图1b示出了在图1a的点A处沿太阳能晶片16的横截面的微裂纹20的特写镜头视图。微裂纹20的宽度小于常规高速成像系统10的图像分辨率22。结果，微裂纹20的输出图像不具有足够的对比度以允许图像分析软件检测到微裂纹20。
除了图像分辨率问题以外，当太阳能晶片是多晶硅类型时，检测太阳能晶片中的微裂纹变得更加复杂。太阳能晶片通常是由单晶硅晶片或多晶硅晶片制造而成。单晶硅太阳能晶片通常是通过将单晶硅切割为薄片来制造。另一方面，多晶硅太阳能晶片是通过将炉中的硅熔化并接着在熔化的硅缓慢冷却后将凝固的硅切割为薄片而获得的。尽管多晶硅太阳能晶片由于硅中的杂质水平较高而在质量上低于单晶硅太阳能晶片，但多晶硅太阳能晶片成本更低并且比单晶硅太阳能晶片更广泛地用于制造太阳能电池。单晶硅太阳能晶片表现为具有均匀的表面纹理。如图2中所示，由于在凝固过程中形成了不同尺寸的晶粒，因此多晶硅太阳能晶片展现了复杂随机的表面纹理。
多晶硅太阳能晶片中的随机的表面纹理也表现在常规高速成像系统10的输出图像中。晶粒的边界和不同晶粒之间的对比度增加了检测微裂纹的困难。
因此，存在对便于检测晶片中的微裂纹的经改善的系统和方法的需要。
发明内容
这里公开的本发明的实施方式涉及一种便于检测晶片中的微裂纹的经改善的系统和方法。
因此，根据本发明的第一实施方式，公开了一种检查方法。该检查方法包括以下步骤：接收大体上沿第一轴从晶片的第一表面发出的光，以据此获得所述第一表面的第一图像，所述晶片具有形成在其中的裂纹，并且所述第一图像包含该裂纹的至少一个部分。该检查方法还包括以下步骤：接收大体上沿第二轴从所述晶片的所述第一表面发出的光，以据此获得所述第一表面的第二图像，所述第二图像包含所述裂纹的至少一个第二部分，所述第一表面与一平面大体上平行地延伸，并且所述第一轴在所述平面上的正投影大体上垂直于所述第二轴在所述平面上的正投影。该检查方法还包括以下步骤：根据所述第一图像中的所述裂纹的所述至少一个第一部分和所述第二图像中的所述裂纹的所述至少一个第二部分来构造第三图像。更具体地说，所述第三图像大体上可以处理以检查所述晶片中的所述裂纹。
根据本发明的第二实施方式，公开了一种检查装置，该检查装置包括：灯组件，该灯组件用于朝向晶片的第一表面引导光，所述晶片具有形成在其中的裂纹。该检查装置还包括第一成像装置，该第一成像装置用于接收大体上沿第一轴从所述晶片的第二表面发出的光，由此能够获得包含所述裂纹的至少一个第一部分的第一图像，所述第二表面与一平面大体上平行并且大体上向外地与所述第一表面相对。该检查装置还包括第二成像装置，该第二成像装置用于接收大体上沿第二轴从所述晶片的所述第二表面发出的光，由此能够获得包含所述裂纹的至少一个第二部分的第二图像。所述第一成像装置和所述第二成像装置被相互配置为使所述第一轴在所述平面上的正投影大体上垂直于所述第二轴在所述平面上的正投影，并且数据可以与计算机结合，以使能获得所述第一图像和所述第二图像。更具体地说，所述计算机可以根据所述第一图像和所述第二图像来构建第三图像，并且随后可以处理所述第三图像以检查所述晶片中的所述裂纹。
附图说明
以下参照附图公开了本发明的实施方式，在附图中：
图1a示出了检查太阳能晶片的常规系统，并且图1b是太阳能晶片的放大横截面图；
图2示出了太阳能晶片的多晶体结构；
图3是根据本发明第一实施方式的检查方法；
图4是根据本发明第二实施方式的检查装置；
图5a是图4的装置的沿x轴的侧视图，并且图5b是太阳能晶片的放大横截面图；
图6a至图6c是图4的装置获得的微裂纹的图像；
图7示出了在对由图4的装置获得的微裂纹的图像进行处理中包括的4个工艺；
图8示出了由图4的装置获得的微裂纹的图像的合并；
图9示出了本发明的另一实施方式；以及
图10示出了本发明的又一实施方式。
具体实施方式
参照附图，本发明的实施方式涉及为了检查的目的而创建太阳能晶片的高对比度图像以便于检测太阳能晶片上的微裂纹。
创建太阳能晶片的图像的常规系统和方法不产生对于检测太阳能晶片上的非常小的微裂纹来说具有足够高的对比度的图像。此外，将多晶硅晶片更多地用于制造太阳能电池增加了利用前述的常规方法和系统检测微小的微裂纹的困难。
为了简洁和清楚起见，本发明的描述此后限于涉及便于检测用于制造太阳能电池的晶片中的微裂纹的经改善的系统和方法的应用。但是这不限制或排除本发明的实施方式在其他领域的应用，这些应用有助于出于缺陷检测的目的而对其他晶片类型进行检查。本发明的实施方式所基于的基本发明原理和概念在各种实施方式中始终保持相同。
下面根据在附图中的图3至图10中提供的例示更详细地描述本发明的示例性实施方式，其中使用相同的附图标记来标识相同的要素。
为了解决上述问题，下面描述了用于晶片检查的方法和装置。该方法和装置适合于检查太阳能晶片以及其他晶片类型，诸如在集成电路芯片的制造中使用的半导体裸晶片或处理后的晶片。
图3示出了根据本发明示例性实施方式的用于检查晶片(例如，太阳能晶片)的方法300的流程图。太阳能晶片中如微裂纹的缺陷通常在两个向外地相对的表面(即，太阳能晶片的第一表面和第二表面)之间延伸。方法300包括与太阳能晶片的表面成锐角地朝向太阳能晶片的第一表面引导红外光的步骤302。太阳能晶片的第一表面是该太阳能晶片的下侧面。
方法300还包括接收沿第一方向来自太阳能晶片的第二表面的红外光的步骤304，其中太阳能晶片的第二表面大体上向外地与太阳能晶片的第一表面相对。太阳能晶片的第二表面是该太阳能晶片的上侧面。
方法300还包括基于沿第一方向从晶片的第二表面接收的红外光形成太阳能晶片的第二表面的第一图像的步骤306。
该方法还包括接收沿第二方向来自晶片的第二表面的红外光的步骤308。具体地说，第一方向在太阳能晶片的第一或第二表面上的正投影大体上垂直于第二方向在该太阳能晶片的第一或第二表面上的正投影。
方法300之后包括基于沿第二方向从晶片的第二表面接收的红外光形成太阳能晶片的第二表面的第二图像的步骤310。方法300之后还包括将第一和第二图像叠加以获得第三图像的步骤312，其中可以对第三图像进行处理以检查晶片，由此识别太阳能晶片上的缺陷。
根据本发明的示例性方式，参照图4来描述用于进行检查的装置100，图4示出了根据本发明的第一实施方式的装置100的立体图。装置100优选用于执行检查太阳能晶片的上述方法300。参照三维坐标系统的x轴、y轴和z轴对装置100进行下面的描述。x轴和y轴沿传送太阳能晶片的平面延伸并且与其重合。
装置100包括计算机102以及第一成像装置104和第二成像装置106。第一成像装置104和第二成像装置106优选为线扫描成像摄像机，并连接到计算机102。由第一成像装置104和第二成像装置106捕捉的图像被发送到计算机102以进行图像分析。
装置100还包括灯组件，该灯组件包括第一光源108和第二光源110。第一光源108和第二光源110优选地发射第一成像装置104和第二成像装置106能检测到的红外光。具体地说，相对于第一成像装置104和第二成像装置106设置第一光源108和第二光源110，以分别朝向第一成像装置104和第二成像装置106引导红外光。
传送器系统112用于传送太阳能晶片114以由装置100进行检查。传送器系统112具有第一部分116和第二部分118。传送器系统112的第一部分116沿x轴直线地传送大体平坦的太阳能晶片114，而传送器系统112的第二部分118沿y轴直线地传送太阳能晶片114。因此，大体上在x-y平面上传送太阳能晶片114。
更具体地说，传送器系统112的第一部分116在第一成像装置104和第一光源108之间移动，而传送器系统112的第二部分118在第二成像装置106和第二光源110之间移动。
随着传送器系统112的第一部分116沿x轴传送太阳能晶片114，第一光源108发射红外光并大体上以锐角θ朝向太阳能晶片114的下表面引导红外光。第一成像装置104相对于z轴被配置为垂直于太阳能晶片114，以捕捉沿第一方向107从第一光源108发射的红外光。按照该方式，装置100能够捕捉和提供太阳能晶片114沿x轴的第一图像。
同理，随着传送器系统112的第二部分118从第一部分接收太阳能晶片114并且沿y轴传送太阳能晶片114，第二光源110发射红外光并大体上以锐角θ朝向太阳能晶片114的下表面引导红外光。第二成像装置106相对于z轴被配置为垂直于太阳能晶片114，以捕捉沿第二方向109从第一光源108发射的红外光。按照该方式，装置100能够捕捉和提供太阳能晶片114沿y轴的第二图像。具体地说，第一方向107在x-y平面上的正投影大体上垂直于第二方向109在x-y平面上的正投影。
参照图5a，相对于第一光源108和第二光源110倾斜地布置第一成像装置104和第二成像装置106，使得装置100捕捉的图像能够显示出高对比度的微裂纹500。图5b是在图5a的点B处的太阳能晶片114的放大横截面图。微裂纹500沿x和y轴在太阳能晶片114的上表面中延伸。
数学上，根据下面的数学关系，由装置100捕捉的图像中的微裂纹500的宽度wi是晶片厚度tw和锐角θ的函数：
wi＝twxsinθ
例如，太阳能晶片114通常具有200μm的厚度。如果锐角θ是30°，则由装置100捕捉的图像中的微裂纹500的宽度wi是100μm。这有利地增大了微裂纹500的显著性，从而利于装置100对微裂纹500的检测。
在不使用上述的倾斜布置的情况下，由常规方法和装置检查的微裂纹500将在图像中表现为具有5个像素的宽度，由于不够显著而不能检测到微裂纹500。
此外，根据上述数学关系，由装置100捕捉的图像中所包含的微裂纹500的宽度wi与微裂纹500的实际宽度无关。这表明装置100能够如检测50μm宽的微裂纹那样容易地检测到1μm宽的微裂纹。
装置100优选地包括用于创建微裂纹500的高对比度图像的一对成像装置104、106和一对光源108、110，以利于沿x和y轴有效地检测太阳能晶片114上的微裂纹500。实际上，微裂纹500通常随机地在全部方向上延伸。
微裂纹500在由装置100捕捉到的太阳能晶片114的图像中优选地表现为暗线。另选地，微裂纹500在太阳能晶片114的相同图像中表现为亮线。装置100有利地创建微裂纹500的高对比度图像以利于对微裂纹的检测。
图6a示出在与太阳能晶片114垂直地设置第一和第二成像装置104、106时由装置100捕捉到的微裂纹500的第一视图600。微裂纹500被示为具有大体上恒定的宽度。图6b和图6c分别是第一成像装置104沿x轴捕捉到的微裂纹500的第二视图和第二成像装置106沿y轴捕捉到的微裂纹500的第三视图。
第二视图602和第三视图604的每一个都显示出图中的微裂纹500沿各个裂纹方向具有变化的线宽。当出于检查的目的而使用第二视图602和第三视图604中任何一个时，存在着这样的可能性：微裂纹500未被检测为单个裂纹，而是被检测为若干个稍短的微裂纹。在此情况下，如果微裂纹500改变方向太频繁并且仅产生比装置100的用户所设定的控制极限更短的多段裂纹，则微裂纹500甚至可以完全地避开检测。
本发明使用了能够在计算机102中执行的软件应用来防止微裂纹500未被检测到。
如图7所示，第一成像装置104获得太阳能晶片114的沿x轴的第一图像700，并且第二成像装置106获得太阳能晶片114的沿y轴的第二图像702。第一图像700和第二图像702都被发送到计算机112，在计算机112中，第一进程704相对于第二图像702旋转第一图像700，使得图像700、702具有相同的取向。
第二进程706校正经旋转的第一图像700以针对透视缩放差异在位置上将经旋转的第一图像700与第二图像702对准，并产生校正后的第一图像700。在第三进程708中，按照算术函数(如最小函数)叠加校正后的第一图像700和第二图像702，以产生最终处理后的图像710。接着使用第四进程712来分析最终处理后的图像710，以检测太阳能晶片114上的微裂纹500。第四函数712包括用于分析和检测最终处理后的图像710上的微裂纹的二值化和分割函数。
图8示出了在最终处理后的图像710中的微裂纹800，微裂纹800是通过组合图6b和图6c的第一和第二视图而得出的。微裂纹800在最终处理后的图像710上表现为具有均匀的宽度并且显著得足以令图像分析进程检测到。
图9示出了本发明的另一实施方式。与太阳能晶片114相邻地设置光学单元或反射镜900，以使透射过太阳能晶片114的红外光转向第一或第二成像装置104、106。反射镜900有利地允许将第一或第二成像装置104、106设置为与太阳能晶片114成不同角度，以经由太阳能晶片114接收来自第一或第二光源108、110的红外光。
如图10所示，第二成像装置106重新布置到新的位置，使得第一和第二成像装置104、106共用如第一光源的公共光源。这样的布置对于满足装置100的特定设计限制或者在安装传送器系统112的第二部分时空间受到限制时是有用的。
在上述方式中，根据本发明的示例性实施方式而描述了用于晶片检查的装置和方法，以解决前述的执行检查的常规方法的缺点。尽管仅公开了本发明的少数实施方式，但是根据本公开，本领域技术人员将明白，在不偏离本发明的范围和精神的情况下，可以做出多种改变和/或修改以应对更大范围的缺陷尺寸和高度。

Claims (22)

1.一种检查方法，该检查方法包括以下步骤：
接收大体上沿第一轴从晶片的第二表面发出的红外光，以据此获得所述第二表面的第一图像，所述晶片具有形成在其中的裂纹，所述第一图像包含所述裂纹的至少一个第一部分；
接收大体上沿第二轴从所述晶片的所述第二表面发出的红外光，以据此获得所述第二表面的第二图像，所述第二图像包含所述裂纹的至少一个第二部分，所述第二表面与一平面大体上平行地延伸，并且所述第一轴在所述平面上的正投影大体上垂直于所述第二轴在所述平面上的正投影；以及
根据所述第一图像中的所述裂纹的所述至少一个第一部分和所述第二图像中的所述裂纹的所述至少一个第二部分来构建第三图像，
其中，所述第三图像大体上能够处理以检查所述晶片中的所述裂纹，并且其中所述第一轴和所述第二轴中的每一方与所述晶片的第一表面大体上成锐角，所述第一表面大体向外地与所述第二表面相对。
2.根据权利要求1所述的检查方法，该检查方法还包括以下步骤：大体上沿所述第一轴朝向所述晶片的所述第一表面引导红外光，由此获得沿所述第一轴从所述晶片的所述第二表面发出的红外光；和大体上沿所述第二轴朝向所述晶片的所述第一表面引导红外光，由此获得沿所述第二轴从所述晶片的所述第二表面发出的红外光。
3.根据权利要求1所述的检查方法，根据所述第一图像和所述第二图像来构建第三图像的步骤包括以下步骤：叠加所述第一图像和所述第二图像以获得所述第三图像。
4.根据权利要求1所述的检查方法，其中，接收大体上沿第一轴从晶片的第二表面发出的红外光以据此获得所述第二表面的第一图像的步骤包括以下步骤：与所述晶片的所述第二表面成锐角地接收来自所述第二表面的红外光。
5.根据权利要求1所述的检查方法，该检查方法还包括以下步骤：提供光学单元，该光学单元用于沿所述第一轴在所述平面上的正投影来引导从所述晶片的所述第二表面接收的红外光。
6.根据权利要求1所述的检查方法，其中，接收大体上沿第二轴从所述晶片的所述第二表面发出的红外光以据此获得所述第二表面的第二图像的步骤包括以下步骤:与所述晶片的所述第二表面大体上成锐角地接收来自所述第二表面的红外光。
7.根据权利要求1所述的检查方法，其中，接收大体上沿第一轴从晶片的第二表面发出的红外光以据此获得所述第二表面的第一图像的步骤包括以下步骤：沿所述第一轴在所述平面上的正投影来传送所述晶片。
8.根据权利要求1所述的检查方法，其中，接收大体上沿第二轴从所述晶片的所述第二表面发出的红外光以据此获得所述第二表面的第二图像的步骤包括以下步骤：沿所述第二轴在所述平面上的正投影来传送所述晶片。
9.根据权利要求1所述的检查方法，其中，接收大体上沿第二轴从所述晶片的所述第二表面发出的红外光以据此获得所述第二表面的第二图像的步骤包括以下步骤：旋转所述第一图像和所述第二图像中的至少一个，以在空间上将所述第一图像与所述第二图像对准。
10.根据权利要求1所述的检查方法，其中，接收大体上沿第二轴从所述晶片的所述第二表面发出的红外光以据此获得所述第二表面的第二图像的步骤包括以下步骤：补偿所述第一图像与所述第二图像之间的透视缩放差异。
11.根据权利要求1所述的检查方法，其中，根据所述第一图像和所述第二图像来构建第三图像的步骤包括以下步骤：通过算术函数合并所述第一图像与所述第二图像。
12.根据权利要求11所述的检查方法，其中，通过算术函数合并所述第一图像与所述第二图像的步骤包括以下步骤：通过最小函数获得所述第三图像。
13.一种检查装置，该检查装置包括：
灯组件，该灯组件被布置为朝向晶片的第一表面引导红外光，所述晶片具有形成在其中的裂纹；
第一成像装置，该第一成像装置被布置为接收大体上沿第一轴从所述晶片的第二表面发出的红外光，由此能够获得包含所述裂纹的至少一个第一部分的第一图像，所述第二表面与一平面大体上平行并且大体上向外地与所述第一表面相对；以及
第二成像装置，该第二成像装置被布置为接收大体上沿第二轴从所述晶片的所述第二表面发出的红外光，由此能够获得包含所述裂纹的至少一个第二部分的第二图像，所述第一成像装置和所述第二成像装置被相互配置为使所述第一轴在所述平面上的正投影大体上垂直于所述第二轴在所述平面上的正投影，并且数据能够与计算机结合，以使得能够由此获得所述第一图像和所述第二图像，
其中，所述计算机能够根据所述第一图像和所述第二图像来构建第三图像，并且随后能够处理所述第三图像以检查所述晶片中的所述裂纹，并且其中所述第一轴和所述第二轴中的每一方与所述晶片的第一表面大体上成锐角，所述第一表面大体向外地与所述第二表面相对。
14.根据权利要求13所述的检查装置，该检查装置还包括光学单元，该光学单元用于沿与所述第一轴在所述平面上的正投影大体上平行的方向引导从所述晶片的所述第二表面接收的红外光。
15.根据权利要求13所述的检查装置，其中，由所述第一成像装置和所述第二成像装置中的至少一个与所述晶片的所述第二表面大体上成锐角地接收来自所述第二表面的红外光。
16.根据权利要求13所述的检查装置，该检查装置还包括传送器系统，该传送器系统具有第一部分，该第一部分用于在与所述第一轴在所述平面上的正投影大体上平行的第一方向上传送所述晶片。
17.根据权利要求16所述的检查装置，其中，所述传送器系统具有第二部分，该第二部分用于在与所述第二轴在所述平面上的正投影大体上平行的第二方向上传送所述晶片。
18.根据权利要求13所述的检查装置，其中，所述计算机旋转所述第一图像和所述第二图像中的至少一个，以在空间上将所述第一图像与所述第二图像对准。
19.根据权利要求13所述的检查装置，其中，所述计算机补偿所述第一图像与所述第二图像之间的透视缩放差异。
20.根据权利要求13所述的检查装置，其中，所述计算机通过算术函数构建所述第一图像与所述第二图像。
21.根据权利要求20所述的检查装置，其中，通过最小函数构建所述第一图像与所述第二图像。
22.根据权利要求13所述的检查装置，其中，所述灯组件包括第一红外光源和第二红外光源中的至少一个。
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