DE102004022221A1

DE102004022221A1 - Verfahren zur Prüfung, insbesondere zur Haarriß- und Strukturprüfung, von Siliziumscheiben

Info

Publication number: DE102004022221A1
Application number: DE200410022221
Authority: DE
Inventors: Hans Thoma; Jürgen Kunstmann
Original assignee: IFKEWITSCH BODO
Current assignee: IFKEWITSCH BODO
Priority date: 2004-05-04
Filing date: 2004-05-04
Publication date: 2006-03-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Prüfung, insbesondere zur Haarriß- und Strukturprüfung, von mono- oder polykristallinen Siliziumsubstraten, insbesondere von polykristallinen Siliziumscheiben zur Bildung von Solarzellen, mit einer Erzeugung von breitbandigen numerischen Signalfolgen und Hüllkurvenverläufen durch einen digitalen Signalprozessor, einer Abgabe der erzeugten Signalfolgen und Hüllkurvenverläufe auf ein Siliziumsubstrat, einer Aufnahme der Systemantwort des Siliziumsubtrats, einer Echtzeitverarbeitung der Rohdaten der Systemantwort und anschließender Echtzeit-Fouriertransformation, einem Vergleich von erhaltenen Frequenz- und Zeitverläufen mit Referenzdaten und einer Ausgabe eines Vergleichsergebnisses, insbesondere entweder "tauglich" oder "nicht tauglich".

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Prüfung, insbesondere zur Haarriß- und Strukturprüfung, von mono- oder polykristallinen Siliziumsubstraten und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Als Stand der Technik ist es bekannt, Siliziumscheiben zur Bildung von Solarzellen vor ihrer Weiterverarbeitung z.B. in einer nachgeordneten Lötstation einer manuellen Überprüfung auf Materialinhomogenitäten oder Rißbildung zu unterziehen. Hierbei wird von einer Prüfperson die jeweilige Siliziumscheibe manuell unter Druckbeaufschlagung leicht verwunden. Bei Siliziumscheiben mit Haarrissen und Strukturfehlern kommt es zum Materialbruch, die Siliziumscheibe wird dadurch unbrauchbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Prüfung von Siliziumsubstraten anzubieten, welches zerstörungsfrei und schnell und wiederholgenau arbeitet. Ferner soll eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens angeboten werden.
Diese Aufgabe wird durch für das Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Verfahrensvarianten werden in den Unteransprüchen 2 – 4 beschrieben. Für die Vorrichtung wir die Aufgabe durch Patentanspruch 5 gelöst, mit einer vorteilhaften Ausführungsform in Anspruch 6.
Die Erfindung ist von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren weiter erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 einen Frequenz-/Zeitverlauf mit Charakteristik „tauglich" sowie
3 einen Frequenz-/Zeitverlauf mit Charakteristik „nicht tauglich".
1 zeigt eine Vorrichtung zur Prüfung von in einer an sich bekannten Aufnahmevorrichtung (z.B. einem Rahmenelement – nicht abgebildet) lösbar aufgenommenen Siliziumscheiben 1 mit einem Schallgenerator 2 zur Erzeugung von Schallwellen zur Schallbeaufschlagung der zu überprüfenden Siliziumscheibe 1. In der Aufnahmevorrichtung wird die zu überprüfende Siliziumscheibe 1 eingelegt. Nach Beaufschlagung der Siliziumscheibe 1 mit Schallwellen strahlt diese Schallwellen ab, welche von einem Meßwertaufnehmer 3 (z.B. einem Mikrofon) aufgenommen und einem über einen Verstärker 4 und einen A/D-Wandler 5 einem Auswerteelement 6, nämlich einem digitalen Signalprozessor zur Auswertung zugeleitet werden. Im Auswerteelement 6 wird das von der Siliziumscheibe 1 abgestrahlte Schallsignal mit einem Sollsignal verglichen, welches in Abhängigkeit vom Schallsignal des Schallgenerators 2 zum Vergleich vorliegt.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Prüfung, insbesondere zur Haarriß- und Strukturanalyse von Siliziumscheiben dient der digitale Signalprozessor (DSP) 6 mit geeigneter Software zur Erzeugung von numerischen Sequenzen (numerischen Signalfolgen und Hüllkurvenverläufen), welche nach unterschiedlichen Verfahren erzeugt werden (z.B. Most-Length-Sequences (MLS), Nadelpulse, oder "Chirp"').
Diese Datensätze werden mit Zeitmarkern versehen, in einem D/A-Wandler 7 gewandelt, in einem Verstärker 8 verstärkt und genutzt, um die zu überprüfenden Siliziumscheiben 1 anzuregen.
Die in der Aufnahmevorrichtung an den Stirnflächen gehaltene Siliziumscheibe 1 gibt nun ihrerseits entsprechend ihrer Kristallstruktur und/oder Fehlerhaftigkeit ein typisches zeitveränderliches Frequenzspektrum ab. Dieses Spektrum wird nun über einen Meßwertaufnehmer 3 (Mikrofon), Verstärker 4 und A/D Wandler 5 wieder dem Eingang des DSP-Systems zugeführt und dort erneut mit Zeitindices versehen.
Durch eine Echtzeit-Fouriertransformation der gewonnenen Daten im DSP-System wird nun ein dreidimensionales Wasserfalldiagramm (Amplitude, Frequenz und Zeit) errechnet, aus welchem die Energieverteilung und der Amplitudenverlauf in Frequenz- und Zeitebenen hervorgeht. Dieser Datensatz ist nun charakteristisch für die vorliegende und geprüfte Struktur der Siliziumscheibe 1.
Das DSP-System nimmt nun eine Subtraktion dieses Datensatzes (Differenzbildung) von einem unter Idealbedingungen (REM-geprüft, etc.) ermittelten Referenzdatensatz (abgespeicherter Amplituden-/Frequenz-/Zeitverlauf) vor. Überschreitet der Betrag des Ergebnisses einen festzulegenden Wert, liegt eine Siliziumscheibe 1 mit fehlerhafter bzw. unbrauchbarer Struktur vor. Eine unbeabsichtigte Zerstörung der Siliziumscheibe 1 findet dabei nicht statt, die Prüfung ist zerstörungsfrei.
Durch eine geeignete Charakterisierung der Subtraktionsergebnisse ist ferner eine weiterreichende Qualitätskontrolle der Siliziumsubstrate möglich. Damit können nicht nur Haarrisse, sondern auch weitere Inhomogenitäten und Fehler in der Bedruckung oder Lötung der Substrate detektiert werden.
Vorteilhafterweise kann diese Prozedur mehrmals innerhalb eines Solarzellenherstellzyklus durchgeführt werden, so kann ein qualitatives Tracing einer jeden Solarzelle während unterschiedlicher aufeinenderfolgender Bearbeitungsprozeduren während eines Herstellungsprozesses gewährleistet werden.
Durch Vergleich mit Datensätzen von Referenzmustern können somit auch Serienstreuungen der einzelnen Bearbeitungsschritte ermittelt und dokumentiert werden.
Die gleichzeitige Erfassung des Verhaltens der Siliziumsubstrate in Frequenz- und Zeitebenen charakterisiert jede Siliziumscheibe 1 eindeutig und unverwechselbar, somit sind auch Ausschußkriterien quantitativ zweifelsfrei zu beschreiben.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung als Prüfstation zwischen einer ersten Handlingeinrichtung mit bereitgehaltenen zu überprüfenden Siliziumscheiben 1 und einer zweiten Handlingeinrichtung mit überprüften und als einwandfrei detektierten Siliziumscheiben 1 angeordnet. Die beiden Handlingeinrichtungen können über an sich bekannte Erfassungselemente (z.B. Saugnäpfe) die einzelnen Siliziumscheiben 1 der ersten Handlingeinrichtung entnehmen und der Prüfstation einzeln zur Überprüfung zuführen. Bei erfolgreicher Überprüfung kann die zweite Handlingeinrichtung mit als einwandfrei detektierten Siliziumscheiben 1 aufgefüllt werden (nicht abgebildet).
Aus 2 geht ein Frequenz-/Zeitverlauf hervor, welcher auf der Hochachse die Amplitude, auf der Querachse den Frequenzverlauf und in der Tiefe den Zeitverlauf eines ausgesendeten Breitbandsignals zeigt. Bei Vergleich von 2 und 3 fällt auf, daß über den Zeitverlauf von 0,0 ms bis 10,0 ms bei der Frequenz-/Zeitverlaufsdarstellung nach 3 ein stärkerer Amplitudenabfall auftritt als bei 2. Ein derartiger starker und über einen einstellbaren Grenzwert hinausgehender Amplitudenabfall ist ein Hinweis auf eine defekte Siliziumscheibe 1.
Die Darstellungen 2 und 3 ermöglichen ferner das Auftreten von Amplitudenmaxima innerhalb des Breitbandsignals, wodurch bestimmte Charakteristiken der Siliziumscheibe 1 festgestellt werden können.

1: Siliziumscheibe
2: Schallgenerator
3: Meßwertaufnehmer
4: Verstärker
5: A/D-Wandler
6: Auswerteelement
7: Wandler
8: Verstärker

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Prüfung, insbesondere zur Haarriß- und Strukturprüfung, von mono- oder polykristallinen Siliziumsubstraten, insbesondere von polykristallinen Siliziumscheiben zur Bildung von Solarzellen, mit folgenden Verfahrensschritten: – Erzeugung von breitbandigen numerischen Signalfolgen und Hüllkurvenverläufen durch einen digitalen Signalprozessor, – Abgabe der erzeugten Signalfolgen und Hüllkurvenverläufe auf ein Siliziumsubstrat, – Aufnahme der Systemantwort des Siliziumsubstrats, – Echtzeitverarbeitung der Rohdaten der Systemantwort und anschließende Echtzeit-Fouriertransformation, – Vergleich von erhaltenen Frequenz- und Zeitverläufen mit Referenzdaten sowie – Ausgabe eines Vergleichsergebnisses, insbesondere entweder „tauglich" oder „nicht tauglich".
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Vergleich von erhaltenen Frequenz- und Zeitverläufen mit Referenzdaten eine Differenzbildung zwischen erhaltenen Frequenz- und Zeitverläufen und abgelegten idealisierten erhaltenen Frequenz- und Zeitverläufen durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei bei Ausgabe des Vergleichsergebnisses die Ausgabe des Ergebnisses „tauglich" erfolgt, wenn bei der Differenzbildung ein einstellbarer Abstand nicht überschritten wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei bei Ausgabe des Vergleichsergebnisses die Ausgabe des Ergebnisses „nichttauglich" erfolgt, wenn bei der Differenzbildung ein einstellbarer Abstand überschritten wird.
Vorrichtung zur Prüfung, insbesondere zur Haarriß- und Strukturprüfung von mono- oder polykristallinen Siliziumsubstraten, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 – 4, mit einem digitalen Signalprozessor (6) zur Erzeugung von breitbandigen numerischen Signalfolgen und Hüllkurvenverläufen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Vorrichtung zwischen einer ersten Handlingeinrichtung mit zu überprüfenden Siliziumsubstraten zum Bestücken der Vorrichtung und einer zweiten Handlingeinrichtung mit überprüften und als tauglich detektierten Siliziumsubstraten angeordnet ist.