CN203055871U

CN203055871U - 一种用于加工半导体样品的系统

Info

Publication number: CN203055871U
Application number: CN201190000532.5U
Authority: CN
Inventors: 兰·安德鲁·马克思韦尔
Original assignee: BT Imaging Pty Ltd
Current assignee: BT Imaging Pty Ltd
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2021-03-30
Also published as: WO2011120089A1

Abstract

本申请涉及一种用于加工半导体样品的系统。一种用于加工半导体样品的系统，该系统包括光致发光成像设备和激光加工装置，其中光致发光成像设备包含：采用预定照度照射样品以响应照射从样品产生光致发光的照射光源；采集从样品发射的光致发光的至少一个图像的图像采集设备；和处理至少一个图像以获得关于样品中存在的或激光加工步骤在样品中引起的缺陷的信息的处理器；并且其中激光加工装置包括：对样品实施激光加工步骤的激光器；和控制激光器的控制器。该系统能够例如用于R&D环境以优化激光加工步骤，或用于太阳能电池生产线中激光加工步骤的在线实时工艺控制或质量控制。

Description

一种用于加工半导体样品的系统

技术领域

本申请涉及监控太阳能电池的生产中激光加工步骤的系统和方法，尤其涉及使用光致发光成像用于这些步骤的工艺控制和质量控制。然而本申请并非仅限于这种具体的使用领域。

背景技术

以下提供的现有技术的讨论用以将本申请置于合适的技术背景中而使其优点能够被人更加全面地理解。然而，应当理解到，整个说明书中任何现有技术的讨论不应该视为总所周知的这种现有技术的明确或默示承认或构成本领域内公知常识的部分。

生产半导体太阳能电池中的许多工艺步骤，无论是晶片-基（例如，多晶硅或单晶硅电池）和薄膜（例如，非晶硅玻璃），都需要使用高强度的激光束。例如，激光束1在边缘隔离工艺过程中能够用于蚀刻如图1所示的通过硅晶片6发射极层4，或如图2所示的通过玻璃基底10上的薄非晶硅层8的沟槽2硅层，例如，而隔离薄膜太阳能电池。某些高效率太阳能电池的设计需要钻孔通过晶片6的孔洞12以用于穿孔卷绕发射极层4或金属化14，分别如图3和图4所示，而同时也能够使用激光在介电层（例如，氮化硅或氧化硅）中形成局部开口用于改善背面钝化。激光也通常用于斑点隔离（spot isolation）和晶片标记与切割。

然而，在太阳能电池生产中激光的另一种应用是选择性发射极形成和金属化。发射极层，例如，通过例如将合适的掺杂剂（例如，n型掺杂的磷）扩散至表面以形成的p-型晶片上的n⁺⁺-型层，通常需要用于将电荷载流子传送至或进入金属触指层。然而，发射极层也吸收显著比例的太阳光谱高能量部分（蓝色），导致电池效率以绝对值计约2％的降低（例如，从17％降低至15％）。因此，对于高效率电池，以选择性的方式，除了在金属线下所有的区域内进行轻度掺杂（为了降低蓝色的吸收）以形成发射极层，是合乎需要的。一旦形成选择性发射极，则有必要在高度掺杂区上形成金属线。这两个要求都能通过描述于标题为“SelfAligning Method for Forming a Selective Emitter and Metallization in a Solar Cell”的美国专利No6429037中的‘激光掺杂的选择性发射极’（LDSE）工艺得以满足。简而言之，这个工艺过程包括以下步骤：用一种或多种起到发射极层扩散源和金属化掩模的介电层16对硅晶片6的前表面涂层（图5）；加热晶片以形成轻度掺杂的发射极层4（图6）；将晶片暴露于激光束1以熔化定域部分的硅和上覆介电层以产生一或多个比周围发射极层4具有更高掺杂密度的区域20（图7）；和最后自对齐的金属化步骤，其中例如通过电镀在高度掺杂区顶上产生金属触点22（图8）。自对准由于介电层16加倍作为金属化掩模而出现，金属化只发生于介电层通过激光已经中断的那些区域。

应该理解的是，即使并非所有也是大多数上述加工步骤都涉及烧蚀或熔化材料，需要来自，例如，按照连续波或脉冲模式的Nd:YAG激光（1064nm）或倍频Nd:YAG激光（532nm）的高强度激光束。这些加工步骤具有许多可以损害电池效率的复杂因素。例如，激光束的定域化加热在周围的硅中会引起热应力，而可以导致载流子寿命降低的位错或中断电流的裂纹和造成灾难性电池故障的潜在生长。这种加热作用也能够挥发钝化样品中的氢，导致载流子重组位点如表面、晶粒边界和点缺陷的去钝化作用，而且氢可以迁移至熔融硅的边界而产生金属化后可以会导致分流的微通道。激光曝光不足也可以导致问题，如不完全的边缘隔离或，在LDSE工艺过程中，熔融硅和发射极掺杂剂不完全混合，产生具有高浓度重组位点的混合相。尽管这些问题能够各自得到改善，但是它们有时会被反优化。例如，通过采用初始低功率激光束通过而局部除氢，能够减少分流问题，但，这却有助于去钝化问题。

如果激光加工步骤实施于不到理想部分的样品上，也可以出现一些问题。例如，如果选择性发射极/金属化部分避开具有高浓度位错或杂质的区域，这对于电池效率是较好的，但是激光加工具有包夹物（例如，硅晶片中包夹碳化硅晶体）的区域可以更容易引起开裂。

因此，对于在激光加工步骤之前、期间和/或之后检查半导体晶片或薄膜材料的技术，仍存需要。在理想的情况下，这种技术应该足够快速第用于在线检查所有或显著大部分通过激光加工装置的前体电池。

实用新型内容

本申请的一个目的是克服或缓解现有技术的至少一个缺点，或提供一个有用的备选方案。本申请的一个目的以其优选的形式是提供激光加工步骤之前、期间和/或之后检查所选半导体样品的方法和系统。本申请的另一目的以其优选的形式是提供传送通过激光加工装置的半导体样品在线检查的系统和方法。

根据本申请的第一方面，提供了一种用于加工半导体样品的方法，所述方法包括以下步骤：

（a）在所述半导体样品的一个区上实施激光加工步骤之后，采用预定照度照射至少所述区以响应所述照射从所述样品产生光致发光；

（b）采集从所述样品发射的光致发光的图像；和

（c）处理所述图像以获得所述激光加工步骤之后关于所述样品中存在的缺陷的信息。

优选该方法进一步包括步骤（d）基于所述信息调节激光加工步骤参数的步骤。所述参数优选包括激光功率、脉冲重复频率和/或扫描速率。

优选该方法进一步包括步骤（e）基于所述信息相对于后续加工位置调节所述样品的位置或取向。

优选本方法进一步包括步骤（f）基于所述信息确定所述样品的目的地。目的地优选包括废品箱、高品质电池线、标准品质电池线、或修补线。

根据本申请的第二方面，提供了一种用于加工半导体样品的方法，所述方法包括以下步骤：

（a）在所述半导体样品的一个区上实施激光加工步骤之前，采用预定照度照射至少所述区以响应所述照射从所述样品产生光致发光；

（b）采集从所述样品发射的光致发光的图像；

（c）处理所述图像以获得所述激光加工步骤之前关于所述样品中存在的缺陷的信息；和基于所述信息，

（d）实施所述激光加工步骤，或

（e）将所述样品重新引导至废品箱或修补线。

优选该方法进一步包括步骤（f）基于所述信息调节所述激光加工步骤参数。所述参数优选包括激光功率、脉冲重复频率和/或扫描速率。

优选该方法进一步包括步骤（g）基于所述信息相对于实施激光加工步骤的设备调节所述样品的位置或取向。

缺陷可以包括位错、裂纹、微通道、富杂质区、分流（shunt）和/或少数载流子寿命减少区域（areas of reduced minority carrier lifetime）。半导体样品可以包括多晶硅晶片、单晶硅晶片、或含非晶硅的薄膜、晶体硅、非晶硅-锗合金、晶体硅-锗合金、晶体锗、碲化镉、CIGS，或基于镓、铝和/或砷化铟的III-V半导体。

优选该激光加工步骤发生于太阳能电池生产阶段期间，所述阶段包括边缘隔离（edge isolation）、斑点隔离（spot isolation）、电池隔离（cell isolation）、选择性发射极形成（selective emitter formation）、发射极穿孔卷绕（发射极穿孔包覆，emitter wrap through）、金属化穿孔卷绕（金属化穿孔包覆，metallization wrap through）、背面钝化（back surface passivation）、激光打标或激光切割。

根据本申请第三方面，提供了一种用于加工半导体样品的方法，所述方法包括以下步骤：

（a）对所述样品实施激光加工步骤之前采集所述样品第一光致发光图像；

（b）处理所述第一图像以获得实施所述激光加工步骤之前关于所述样品中存在的缺陷的曝光前的信息；

（c）对所述样品实施所述激光加工步骤；

（d）实施所述激光加工步骤之后采集所述样品第二光致发光图像；

（e）处理所述第二图像以获得实施所述激光加工步骤之后关于所述样品中存在的缺陷的曝光后信息；和

（f）将所述曝光后信息与所述曝光前信息对比以获得关于所述激光加工步骤在所述样品中引起的缺陷的数据。

优选数据包括样品中引起的缺陷的数量、类型和/或位置。

优选该方法进一步包括步骤（g）基于所述数据调节所述激光加工步骤的参数。参数优选包括激光功率、脉冲重复频率和/或扫描速率。

优选该方法进一步包括步骤（h）基于这些数据确定所述样品的目的地。目的地优选包括废品箱、高品质电池线、标准品质电池线、或修补线。

根据本申请的第四方面，提供了一种用于加工半导体样品的方法，所述方法包括以下步骤：

（a）在所述半导体样品的一个区上实施激光加工步骤的同时，采用预定照度照射至少所述区以响应所述照射从所述样品产生光致发光；

（b）采集从所述样品发射的光致发光的至少一个图像；和

（c）处理所述至少一个图像以获得关于所述样品中缺陷的信息。

优选步骤（c）包括获得有关激光加工步骤之前样品中存在的缺陷和/或激光加工步骤在样品中引入的缺陷的信息。

优选该方法进一步包括步骤（d）基于所述信息调节所述激光加工步骤的参数。参数优选包括激光功率、脉冲重复频率和/或扫描速率。

优选该方法进一步包括步骤（e）基于所述信息确定所述样品完成激光加工步骤之后的目的地。目的地优选包括废品箱、高品质电池线、标准品质电池线、或修补线。

优选本申请的方法在线实施于太阳能电池生产线。

根据本申请第五方面，提供了用于加工半导体样品的系统，所述系统包括光致发光成像设备和激光加工装置，其中所述光致发光成像设备包括：

采用预定照度照射所述样品以响应所述照射从所述样品产生光致发光的照射光源；

采集从所述样品发射的光致发光的至少一个图像的图像采集设备；和

处理所述至少一个图像以获得关于所述样品中存在的或激光加工步骤在所述样品中引起的缺陷的信息的处理器；

并且其中所述激光加工装置包含：

对所述样品实施激光加工步骤的激光器；和

控制所述激光器的控制器。

优选光致发光成像设备和激光加工装置容纳于公用激光安全罩（common laser safety enclosure）内。优选控制器被构造成响应有关样品中存在或引起的缺陷的信息调节激光器的参数。

优选该系统进一步包含：

将样品从光致发光成像设备传送至激光加工装置的传送机构；和

设置在光致发光成像设备和激光加工装置之间的样品处理机构。

在一个实施方式中，样品处理机构被构造成响应有关样品中存在或引起的缺陷的信息将样品引导至废品箱。

在另一个实施方式中，样品处理机构被构造成响应有关样品中存在或引起的缺陷的信息将样品引导至修补线（remediation line）。

在还有的一个实施方式中，样品处理机构被构造成响应有关样品中存在或引起的缺陷的信息将样品引导至备选加工线（alternate process line）。

在还有的另一个实施方式中，样品处理机构被构造成响应有关样品中存在或引起的缺陷的信息相对于所述激光加工装置调节所述样品的位置或取向。

另外，该系统进一步包含：

将样品从激光加工装置传送至光致发光成像设备的传送机构；和

设置在所述光致发光成像设备之后的样品处理机构。

在一个实施方式中，该样品处理机构被构造成响应有关样品中存在或引起的缺陷的信息将样品引导至废品箱。

在另一个实施方式中，该样品处理机构被构造成响应有关样品中存在或引起的缺陷的信息将样品引导至修补线。

在还有的一个实施方式中，该样品处理机构被构造成响应有关样品中存在或引起的缺陷的信息将样品引导至备选加工线。

优选这种光致发光成像设备和激光加工装置是共同定位的（co-located）。

在其它实施方式中，该系统进一步包括在样品退出光致发光成像设备和激光加工装置之后将半导体样品引导至目的地的样品处理机构。

在某些实施方式中，该系统进一步包括被构造成响应有关样品中存在或引起的缺陷的信息相对于后续加工位置调节所述样品的位置或取向的样品处理机构。

优选单一光源用作照射光源和作为激光器。

根据本申请的六方面，提供了用于实施根据本申请第一至第五方面任何一方面的方法的系统。

根据本申请的七方面，提供了通过根据本申请第一至第四方面任何一方面的方法或通过根据本申请第五方面的系统加工的半导体样品。

除非上下文清楚地要求，否则整个说明书和权利要求中词语“包括”，“包含”等都应该解释为包含的意义，而与唯一或穷尽的意义相对；也就是说，“包括但不限于”的意义。

在本申请描述和权利要求中，应当理解的是，本文所使用的术语是仅仅用于描述本申请具体实施方式之目的而非为了限制性的。除非另有定义，本文所用的所有技术和科学术语具有本申请涉及的本技术领域的普通技术人员所通常理解的相同含义。

附图说明

结合附图，根据随后示例性实施方式的描述和所附权利要求对于本申请涉及的技术领域内的那些技术人员而言将是显而易见的，其中：

图1以侧视图显示了激光边缘隔离工艺；

图2以侧视图显示了激光蚀刻通过玻璃上的薄半导体层的沟槽；

图3示以侧视图显示了具有穿孔卷绕（包覆）发射极层的太阳能电池截面；

图4以侧视图显示了具有穿孔卷绕（包覆）金属化路径的太阳能电池截面；

图5以侧视图显示了硼掺杂硅晶片表面上的含磷电介质层；

图6显示了通过热处理图5中所示电介质层在硅表面上形成轻度掺杂的发射极层；

图7显示了通过激光曝光图6中所示的轻度掺杂的发射极层而选择性地形成高度掺杂的发射极区域；

图8显示了通过金属化图7中所示的高度掺杂的发射极区域而形成的半导体轨迹（conductortrack）；

图9显示了举例说明根据本申请某些实施方式的‘曝光后’工艺监控方法的流程图；

图10显示了举例说明根据本申请某些实施方式的‘曝光前’工艺监控方法的流程图；

图11显示了举例说明根据本申请某些实施方式的工艺监控方法的流程图；

图12以侧视图显示了太阳能电池生产线中监控激光加工步骤的系统；

图13显示了根据本申请一个优选实施方式的太阳能电池生产线中监控激光加工步骤的系统；和

图14显示了根据本申请另一优选实施方式的太阳能电池生产线中监控的激光加工步骤系统。

具体实施方式

本申请优选的实施方式现在仅以示例的方式参照附图进行描述。

光致发光（PL）成像已知是表征半导体样品如硅砖、晶片和薄膜，而尤其是硅基太阳能电池生产期间和之后的一种快速方便技术。正如在T.Trupke等“Progress with Luminescence Imaging for the Characterisation of Silicon Wafers and Solar Cells”,22^nd European Photovoltaic Solar Energy Conference,Milan,September2007（2007年9月米兰的第22届欧洲光伏太阳能会议）中的讨论，硅样品的PL发射能够提供有关与太阳能电池性能的许多材料和电参数方面的信息，包括少数载流子扩散长度、少数载流子寿命、串联电阻、分流、杂质、位错和裂纹。硅的PL发射主要产生于在波长范围900~1300nm范围内的能带-能带重组，但是在较长波长下的发射也能够由缺陷如位错产生。实施硅和其它半导体材料的PL成像的合适设备和方法描述于题目为“Method and System for Inspecting Indirect Bandgap Semiconductor Structure”的PCT公开号WO2007/041758A1，该文献结合于本文中作为参考。

半导体样品的PL成像通常涉及将样品表面暴露于所选的照射以产生PL（通常带隙以上的光，用于产生能带至能带的PL），采集或捕捉样品响应照射而发出的PL的图像，并加工这些图像以突出或获得所关注的一个或多个功能特性的测量值。成像过程的描述有时可以忽略照射或光激发步骤，但这会隐含地存在于PL图像的采集或捕捉中。光电激发组合产生的发光，例如，太阳能电池端子处的电流注入或提取，例如，在标题为“Method and System for Testing Indirect Bandgap Semiconductor Devices Using Luminescence Imaging”的PCT公开号WO2007/128060A1中进行了讨论，而该文献结合于本文中作为参考，也被认为是本说明书目的的光致发光。

正如背景技术部分中的讨论，激光能够用于在太阳能电池生产中的许多工艺阶段。有几个方面使得PL成像非常适合用于监控基于激光的加工步骤。首先，硅发射的PL信号已知对即使不是全部也是大多数可以由激光曝光引起的缺陷类型的存在是很敏感的。例如，位错充当了少数载流子重组位点，并在PL图像中显示为“黑暗”区，因为局部增强的非辐射复重组速率，相当于局部降低的载流子寿命，降低了辐射重组的可用载流子浓度。与少数载流子寿命（或扩散长度）和位错密度测定相关的特定技术分别描述于PCT公开号WO2008/014537A1和WO2009/121133A1中。同样地，由氢挥发所致的去钝化作用可以导致载流子寿命局部降低，这将就是由氢累积所产生的微通道。太阳能电池中分流区也能够通过PL成像检测，这公开于O.Breitenstein等的论文“On the Detection of Shunts in Silicon Solar Cells by Photo-and Electroluminescence Imaging”（Prog.Photovolt：Res.Appl.16：325-330，2008）和M.Kasemann等的论文“Luminescence Imaging for the Detection of Shunts in Silicon Solar Cells”（Prog.Photovolt：RES.APPL.16:297-305，2008）中。此外，这还公开于PCT公开号WO2010/019992A1中，PL测量也可用于检测潜在的分流，即金属化之前的部分加工处理的电池中的分流。应该注意到，分流和潜在的分流也能够综合通过其对来自样品的整个PL信号的影响进行检测。PL成像也具有检测太阳能电池或太阳能电池前体中的裂纹的能力，这描述于例如PCT公开号WO2009/1026661A1和WO2011/1017772A1中。

高浓度重组位点，源自熔融硅和发射极掺杂剂由于LDSE工艺过程中激光曝光不充分的混合不完全，由PL信号中的局部减少能够检测，其原因如上所述。混合不充分，也可以导致高的局部串联电阻，这能够通过PCT公开号WO2007/128060A1/WO2009/129575A1中公开的方法进行检测。

在本申请的第一方面中，所介绍的方法能够用于监控太阳能电池生产线中的激光加工步骤。在本申请的某些实施方式中，PL成像用于通过在激光曝光之后检查样品，寻找可以由曝光引起的任何上述缺陷而监控激光加工步骤。在某些实施方式中，这种“曝光后”检查适用于工艺控制目的。正如图9中所示，激光加工样品的PL图像采集于PL成像步骤26而分析于确定和评估样品中存在缺陷的图像加工步骤28。该图像处理步骤，例如，可以包括电子过滤/线检测算法或具有能够更清楚暴露功能特性如位错和裂纹的点扩展函数的解卷积。最后，在工艺控制步骤30中，如果需要，就调节所述激光加工步骤的参数，例如激光功率、脉冲频率或扫描速度。尽管有可能在给定的样品中可能已然存在给定的缺陷（例如，裂纹或低寿命区），但是在重复样品中这种缺陷的存在则是对采用激光曝光的问题更明确的指示。此外，这种工艺控制步骤能够包括相对于太阳能电池生产线中后续加工位置调节所述样品的位置或取向。在其它实施方式中，“曝光后”检查适用于质量控制目的。再次参照图9，在图像处理步骤28中检测到样品中任何缺陷的存在之后，样品质量检测后在质量控制步骤31中实施某些行动。例如，严重缺陷样品可以传送至废品箱，以避免在其上进一步浪费资源，而同时其它样品根据质量评估可以发送到高效率的电池生产线、标准电池生产线或修补生产线。修补生产线例如可以用于改善激光加工步骤引起的缺陷。工艺控制步骤30和质量控制步骤31可以视为可替换方案，但是在其它实施方式中二者都被实施。

尽管可以设想，LDSE工艺过程最有害的影响会由于如图7中所示的激光曝光而发生，但也有可能随后的金属化步骤（图8）可以例如通过完成分流而对样品性能产生不利影响。因此，在某些实施方式中，PL测量（无论是空间分辨的图像或是全局测量，这描述于PCT公开号WO2010/019992AI中）在金属化步骤中之后或者另外地或者交替地实施激光掺杂后图像采集。金属化之后，如果需要通过电激发，通过将触点端子连接于电压源也能够产生发光。

在进入激光加工装置的样品中可以存在几种缺陷，包括裂纹、位错、内含物和杂质，这可能存在于初始原料中或由早期加工步骤所致。在本申请的某些实施方式中，PL成像用于通过检查激光曝光之前的样品，寻找可以损害该步骤产量的缺陷而监控激光加工步骤。在某些实施方式中，这种“曝光前“的检查适用于工艺控制目的。如图10中所示，样品激光加工之前的PL图像在PL成像步骤32中采集并在图像处理步骤28中分析以确定样品中缺陷的存在。最后，在工艺控制步骤30中，如果需要，调节所述激光加工步骤的参数，例如激光功率、脉率或扫描速度，例如，以缓解诸如裂纹扩展的不良影响的风险。另外，这种工艺控制步骤能够包括相对于在激光加工装置调节所述样品的位置或取向，例如，通过转动或移动样品或移动的激光束，以避免富缺陷或富杂质区或微裂纹。在其它实施方式中，这种“暴露前”的检查用于质量控制目的。再次参照图10，在图像处理步骤28中确定样品中出现任何缺陷之后，质量测定后在质量控制步骤31中实施一些行动。例如，严重缺陷样品可以分流至废品箱，高品质样品可以继续行进至激光加工步骤（例如，选择性发射极形成），而根据质量评估较低质量的样品可以发送至标准电池生产线或修补生产线。这种工艺控制步骤30和质量控制步骤31可视为备选方案，但是在其它实施方式这二者都要实施。

在本申请还有的其它实施方式中，PL成像用于通过在所述激光曝光之前和之后检查样品以监控激光加工步骤，例如以提供给定缺陷实际是由激光曝光引起或确定所述激光曝光放大了微裂纹的更多的确定性。同样，这中检查过程能够用于质量控制或工艺控制目的。

在本申请还有的实施例中，PL成像通过在所述激光曝光期间检查样品，寻找激光引起的缺陷而用于监控激光加工步骤。在某些实施方式中，这种检查作用适用于工艺控制目的。如图11所示，在PL成像步骤35中采集激光加工期间的一个或多个PL图像，并在图像加工步骤28中进行分析以确定和评估样品中引起的缺陷的存在。最后，在工艺控制步骤30中，例如，如果需要，调节所述激光加工步骤参数，例如激光功率、脉率或扫描速度，以降低缺陷形成率。通过采集和处理给定激光加工步骤期间的几个PL图像，可以识别问题（只要发生），并相应地调节工艺条件。在其它实施方式中，这种检查适用于质量控制目的。再次参照图11，在图像处理步骤28中确定样品中出现任何缺陷之后，样品质量检测后在质量控制步骤31中实施某些行动。例如，根据质量评估，样品可以引导至废品箱、修补生产线、高品质电池线或标准品质电池线。工艺控制步骤30和质量控制步骤31可视为备选方案，但是在其它实施方式中这二者都要实施。

实施激光加工步骤期间的PL成像，尤其是，如果激光波长足够短（即在半导体材料带隙以上）以诱导光致发光之时，可能需要一定小心谨慎。例如倍频Nd：YAG激光（532nm）可以诱导硅光致发光，这具有的带隙约为1.1eV（~1125nm），而CO₂激光（10.6μm）却不能。这个潜在的问题，通过采集激光束关闭时，例如，脉冲之间或在激光移动到样品另一部分时的PL图像就能够避免。因此，应该理解到，激光加工步骤期间PL图像的采集不一定意味着该PL图像采集于激光束实际正作用于样品之时，尽管可能存在这种情况。对于从样品背面收集PL发射以使样品本身有助于检测器屏蔽激光光线，也可以是有利的。在任何情况下，通过合适的过滤器防止激光进入相机都应该是相对简单的，而在许多情况下，在PL成像中通常使用长通过滤器就足以防止激光进入相机。

尤其是对于通常在太阳能电池生产线激光加工阶段如边缘隔离或选择性发射极形成中遇到的钝化后样品，能够按照1秒至2秒的时间分数刻度进行采集和处理硅样品的PL图像。这是因为钝化作用显著提高了辐射量子效率，而因此增强了硅晶片PL信号。这个时间刻度对于当前以每秒1个晶片的产量级别运行的硅太阳能电池生产线上的样品在线表征是足够快速的。因此，在本申请的某些实施方式中，测量按照在线方式实施于PL图像采集于激光加工之前或之后的所有或大部分样品的情况。在还有的其它实施方式中，PL图像能够采集于激光加工期间。

在本申请其它实施方式中，测量按照“离线”方式实施，例如，可适用于在将激光加工装置引入太阳能电池生产线之前为了工艺开发目的优化激光加工条件或检测故障模式，或适用于从太阳能电池生产线去除所选与样品的工艺监控/质量控制目的。在这些情况下可用的测量时间显然比在线情况大得多，能够使用更大量的PL测量和图像处理技术。例如，根据所需的空间解析度和精度等其它因素，定量串联电阻成像能够采取30秒或更长的时间的级别。其它激光也能够进行试验，以确定精确的波长或操作模式（例如，脉冲波长相对于连续波长）对激光加工是否具有显著影响和可能的负效应。

在本申请的第二方面中，提供了用于监控太阳能电池生产线中激光加工步骤的系统。在本申请的某些实施方式中，系统33包括激光加工装置34和PL成像设备36的组合，如图12所示。合适的PL成像设备描述于上述PCT公开号WO2007/041758A1中，通常包括：包含照射光源、短通过滤器和准直光学系统的激发模块38，包含聚焦光学系统、长通滤波器和合适相机的成像模块40，和进行PL图像处理的图像处理器42。典型激光加工装置包括激光器44和控制功率、脉率（如果适用）和激光束方向等其它因素的控制器46。

在适合在线应用的实施方式中，系统33进一步包括在激光加工装置和PL成像设备之间传送样品50的传送机构48如传送带，和样品处理机构52，用于移动或转动样品或用于将样品引导至废品箱或其他工艺生产线。在某些实施方式中，传送机构按照箭头54所示的方向运行以使样品在激光加工步骤之前通过PL成像设备进行检测，而同时在其它实施方式中传送机构按照箭头56所示方向运行以使样品在激光加工之后通过PL成像设备检测。在还有的其它实施方式中，PL成像设备设置于激光加工装置之前和之后。在优选的实施方式中，PL成像设备和激光加工装置共同定位以使PL图像能够按需要在激光加工步骤之前、期间或之后进行采集，通过去除独立激光加工和PL成像平台之间的样品传送要求以有可能提高加工速度。对于样品能够手动处理的离线应用，可以不需要自动传送和样品处理机构。

硅或其它间接带隙半导体的PL成像，一般需要相对高强度的照射光源，经常而并非一定是激光。因此，激光加工装置的光安全要求不太可能不比PL成像设备严格，降低了PL成像设备与激光加工装置组合所需的工程量。在本申请优选的实施方式中，包含激光加工装置34和PL成像设备36的系统33提供于公用激光安全罩58内，如图13中所示。应该理解，安全罩将具有手动或自动门或百叶窗，以使之能够插入或移出样品。提供公用激光安全罩是采取同定位激光加工和PL成像平台的另一个优点。正如前面的讨论，从样品的另一侧到激光采集PL图像可以是有利的，例如，在公用激光安全罩58内采用如图14所示的构造，其中PL成像设备36和激光加工装置34处于样品50的相对侧面。

在某些实施方式中，样品大部分区域在采用适合激发样品光致发光的光的单个照射步骤中进行照射，而在采用区域照相机如硅CCD相机的单个曝光中采集该区域的PL图像。这些实施方式经常适用于固定样品，例如，在离线情况下或在修改的工艺生产线上以使样品能够停驻进行检查，但是如果这种照射通过高强度脉冲光源如闪光灯提供时样品就不必是固定的。在可替换的实施方式中，样品区域可以按照在线扫描模式，即采用线性光源逐线照射，也就是说随着样品沿着工艺生产线移动，而PL图像采用在线相机逐线采集。应该注意的是，因为任何线性光源具有有限宽度，照射线被认为是照射区域。PL图像也能够采用小区域激发光束（例如，聚焦激光束）扫描穿过样品表面以逐点方式采集，在这种情况下，可以使用简单光检测器从每个点检测PL发射；我们将这种情形称为“PL映射”，而不是PL成像。一般来说，宽区域照射能够使PL图像更快速采集，而小区域（高强度）照射能够产生较强的PL信号。线扫描的构造尤其适用于在线应用。

如果用于激光加工步骤的激光具有由样品产生PL的合适波长和强度，则可以对这两个目的使用单一激光，即激光加工装置和PL成像设备能够共享一个激光源。为此，激光具有两个可相互变化的光学系统是有利的，一个设置提供聚焦束用于激光加工而另一个提供PL成像的宽区域或线照射。

本申请根据硅晶片-基太阳能电池进行了描述，但并不仅限于此。例如，它可以适用于其它硅-基器件或太阳能电池或基于其它间接带隙半导体如锗或硅-锗合金或直接带隙半导体如GaAs的其它设备。基于各种半导体材料的薄膜太阳能电池也是已知的，包括非晶硅、晶体硅、非晶硅-锗合金s、晶体硅-锗合金s、晶体锗、碲化镉、Cu(In,Ga)Se₂(CIGS)，或基于镓、铝和/或砷化铟的III-V半导体。在薄膜太阳能电池的生产中，激光适用于电池隔离、边缘消融、基板切割、样品识别、打标、半导体和金属层结构化，以及性能差区隔离而降低其对模块效率的影响等其它用途。每一个这些工艺过程都可以由于半导体、基板（通常是玻璃）、金属层或其它层的损伤而不良影响薄膜太阳能电池。此外，通过在激光加工之前，或激光加工期间或在激光加工中与激光相互作用之后的PL成像检测的功能特性，可以导致进一步的现场具体问题。在薄膜的情况下，我们注意到，激光加工之前、之后或期间或其一些组合的PL成像，可以同时导致质量控制和工艺控制的行动。

尽管本申请具体参照其某些优选实施方式，本申请的变体和修改能够在所附权利要求的精神和范围内进行实施。

Claims

1.一种用于加工半导体样品的系统，所述系统包括光致发光成像设备和激光加工装置，其中所述光致发光成像设备包含：

并且其中所述激光加工装置包括：

对所述样品实施激光加工步骤的激光器；和

控制所述激光器的控制器。

2.根据权利要求1所述系统，其中所述光致发光成像设备和所述激光加工装置容纳于公用激光安全罩内。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器被构造成响应关于在所述样品中存在的或引起的缺陷的所述信息调节所述激光器的参数。

4.根据权利要求1~3任一项所述的系统，进一步包括：

将所述样品从所述光致发光成像设备传送至所述激光加工装置的传送机构；和

设置在所述光致发光成像设备和所述激光加工装置之间的样品处理机构。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述样品处理机构被构造成响应关于在所述样品中存在的或引起的缺陷的所述信息将所述样品引导至废品箱。

6.根据权利要求4所述的系统，其中所述样品处理机构被构造成响应关于在所述样品中存在的或引起的缺陷的所述信息将所述样品引导至修补线。

7.根据权利要求4所述的系统，其中所述样品处理机构被构造成响应关于在所述样品中存在的或引起的缺陷的所述信息将所述样品引导至备选加工线。

8.根据权利要求4所述的系统，其中所述样品处理机构被构造成响应关于在所述样品中存在的或引起的缺陷的所述信息相对于所述激光加工装置调节所述样品的位置或取向。

9.根据权利要求1~3任一项所述的系统，进一步包括：

将所述样品从所述激光加工装置传送至所述光致发光成像设备的传送机构；和

设置在所述光致发光成像设备之后的样品处理机构。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述样品处理机构被构造成响应关于在所述样品中存在的或引起的缺陷的所述信息将所述样品引导至废品箱。

11.根据权利要求9所述的系统，其中所述样品处理机构被构造成响应关于在所述样品中存在的或引起的缺陷的所述信息将所述样品引导至修补线。

12.根据权利要求9所述的系统，其中所述样品处理机构被构造成响应关于在所述样品中存在的或引起的缺陷的所述信息将所述样品引导至备选加工线。

13.根据权利要求1~3任一项所述的系统，其中所述光致发光成像设备和所述激光加工装置是共同定位的。

14.根据权利要求13所述的系统，进一步包括所述样品退出所述光致发光成像设备和所述激光加工装置之后将所述半导体样品引导至目的地的样品处理机构。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述样品处理机构被构造成响应关于在所述样品中存在的或引起的缺陷的所述信息将所述样品引导至废品箱。

16.根据权利要求14所述的系统，其中所述样品处理机构被构造成响应关于在所述样品中存在的或引起的缺陷的所述信息将所述样品引导至修补线。

17.根据权利要求14所述的系统，其中所述样品处理机构被构造成响应关于在所述样品中存在的或引起的缺陷的所述信息将所述样品引导至备选加工线。

18.根据权利要求13所述的系统，进一步包括被构造成响应关于在所述样品中存在的或引起的缺陷的所述信息相对于后续加工位置调节所述样品的位置或取向的样品处理机构。

19.根据权利要求13所述的系统，其中单一光源用作所述照射光源和所述激光器。