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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Fehlstellen in
einer dünnen
Waferscheibe für
ein Solarelement sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens.
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Zur
Herstellung von Solarmodulen werden aus einem so genannten Ingot,
beispielsweise aus polykristallinem Silizium, üblicherweise durch Sägen Roh-Waferscheiben hergestellt.
Diese kurz auch einfach als Wafer bezeichneten Waferscheiben dienen als
Ausgangspunkt für
die weitere Verarbeitung bis hin zu fertigen Solarelementen, wie
beispielsweise Solarzellen oder auch Solarmodulen, bei denen mehrere
Solarzellen miteinander verknüpft
sind.
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Die
Waferscheiben sind sehr dünn
und weisen eine Dicke von unter 500 μm und teilweise von unter 200 μm auf. Gleichzeitig
haben die Waferscheiben eine laterale Ausbreitung bzw. einen Durchmesser
im Bereich von mehreren cm bis hin zu 30 cm.
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Bei
der Herstellung von Solarmodulen werden die rohen Waferscheiben
in mehreren Prozessschritten, wie z. B. Dotieren, Beschichten und
Bedrucken, zu fertigen Solarzellen verarbeitet, die dann zu den
Solarmodulen verbunden werden.
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Bricht
ein Wafer während
der Produktion, so entstehen – neben
dem Schaden durch den verlorenen Roh-Wafer oder durch die verlorene
Solarzelle selbst – oft
Folgeschäden
durch Bruchreste in der Fertigungsanlage wie Beschädigungen
weiterer Wafer oder Solarzellen oder ein kurzzeitiger Anlagenstillstand.
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Die
Schäden
lassen sich insbesondere dadurch vermeiden, dass bruchgefährdete Wafer
frühzeitig
im Prozess erkannt und aussortiert werden.
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Spätere Brüche eines
Wafers kündigen
sich oft bereits im Vorfeld durch so genannte Mikrorisse an. Dies
sind kleine Risse, die noch nicht sofort zum Bruch des Wafers führen, jedoch
u. U. den Wafer in mechanisch stark belastenden Produktionsschritten mit
einer höheren
Wahrscheinlichkeit brechen lassen. Eine sichere Aussortierung mikrorisshaltiger Wafer
kann deshalb die Produktionsausbeute steigern.
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Für die Erkennung
von Mikrorissen in monokristallinen und multikristallinen Wafern
stehen unterschiedliche Verfahren zur Verfügung, die jedoch allesamt mit
Nachteilen behaftet sind. Beim Einsatz von Ultraschallverfahren
besteht die Gefahr, dass die mechanische Anregung Brüche erst
entstehen lässt. Gleiches
gilt für
Biegetests, die zudem nur schlecht in eine Fertigungslinie integrierbar
sind. Eine optische Durchleuchtung beispielsweise mit Infrarot-Licht
im direkten Durchstrahlverfahren durch die Flachseiten der Waferscheibe
lässt sich
nicht auf Solarzellen anwenden, da beim Herstellprozess aufgebrachte Druckpasten
lichtundurchlässig
sind. Auch lassen sich bei der Durchsicht durch die Flachseiten
eines multikristallinen Wafers Mikrorisse teilweise nur schwer von
Korngrenzen unterscheiden.
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In
der
DE 10 2007
006 525 B4 ist ein Verfahren zur Detektierung von Mikrorissen
in dünnen
Halbleitern-Waferplatten beschrieben, bei dem die Waferplatten im
Durchstrahlverfahren durch die Flachseiten der Wafer-Platten untersucht
werden. Aus der
WO
2009/027517 A1 sowie aus der
US 6,476,393 B1 sind weitere Verfahren zur Überprüfung und Überwachung
von Halbleiter-Substraten auf Anomalien hin zu entnehmen. Aus den
Dokumenten
DE 102
21 945 C1 und
DE
102 03 595 A1 sind weitere optische Verfahren zur Erkennung
von Fehlstellen bei einem Dünnglasband
beziehungsweise bei einem Kunststoff-Sichtfenster zu entnehmen.
Aus der
DE 198 14 046
C1 ist eine Anordnung zur Detektion von scheibenförmigen Elementen
zu entnehmen, um beispielsweise das Vorhandensein und die Position
von Wafern in einer Kassette zu überprüfen.
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Bei
der Herstellung von Solarzellen und Solarmodulen handelt es sich
um eine Massenfertigung, die weitgehend kontinuierlich und automatisiert abläuft. Die Überprüfung der
einzelnen Waferscheiben sollte daher in den automatisierten Produktionsprozess
integrierbar und auch möglichst
schnell durchführbar
sein.
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Ausgehend
hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfach durchzuführende und
Material schonende Überprüfung der
Waferscheiben auf das Vorhandensein von Fehlstellen, wie Mikrorissen,
zu ermöglichen,
die auch durch die in polykristallinen Zellen vorhandene Kornstruktur
nicht gestört
wird.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
gelöst
durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Danach ist
vorgesehen, dass zur Überprüfung ein
optisches Transmissionsverfahren angewendet wird, bei dem die einzelne
Waferscheibe lateral durchleuchtet wird. Unter lateraler Durchleuchtung
wird hierbei verstanden, dass das Licht über eine Schmalseite in die
Waferscheibe eintritt und sich innerhalb der Waferscheibe zwischen
den beiden gegenüberliegenden
Flachseiten der Waferscheibe und damit in Querrichtung ausbreitet.
Aufgrund der extrem geringen Dicke der Waferscheibe, die typischerweise
unter 500 μm
und insbesondere unter 200 μm liegt
und aufgrund der gleichzeitig großen lateralen Ausdehnung von
mehreren cm, insbesondere > 10 cm,
ist das exakte planparallele Ausrichten der optischen Achse des
Messsystems, bestehend aus Lichtquelle und optischer Kamera, nicht
zuverlässig sicherzustellen.
Um nunmehr die Transmission des Lichts durch die Waferscheibe zu
gewährleisten,
ist weiterhin vorgesehen, dass die Waferscheibe in einem Umgebungsmedium
angeordnet ist, dessen Brechzahl geringer ist als die Brechzahl
der Waferscheibe. Vorzugsweise ist hierbei die Brechzahl deutlich
geringer, beispielsweise um mindestens etwa 1/3. Hierdurch wird
sichergestellt, dass bei nicht optimaler planparalleler Ausrichtung
der optischen Achse zu den Flachseiten der Waferscheibe, also bei
einem leicht schrägen
Lichteinfall, das Licht innerhalb der Waferscheibe an der Grenzfläche zum
Umgebungsmedium aufgrund von Totalreflexion mehrfach reflektiert
wird, bevor es an der gegenüberliegenden Schmalseite
wieder austritt. Dieser Effekt der Lichtführung durch Totalreflexion
wird ähnlich
auch bei optischen Lichtwellenleitern ausgenutzt.
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Dieser
Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in der Realität, insbesondere
bei einer kontinuierlichen „In-Line”-Prozessüberwachung
zwar eine exakte planparallele Ausrichtung der optischen Achse üblicherweise
nicht möglich
ist, dass dies jedoch dann zu vernachlässigen ist, wenn sichergestellt
ist, dass durch Reflexion an der Grenzfläche zum Umgebungsmedium hin
das Licht (total) reflektiert wird, so dass eine laterale Durchstrahlung
auf gesamter Länge
der Waferscheibe ermöglicht
ist. Unter Waferscheibe wird der Wafer allgemein in jedweder Fertigungsstufe
verstanden, also sowohl der unbehandelte Roh-Wafer als auch der
zwischenbehandelte oder zur fertigen Solarzelle endbehandelte Wafer
und auch solche Solarzellen, an denen bereits Ribbons (elektrische
Kontaktstreifen zur Verbindung mit weiteren Solarzellen) befestigt
sind.
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Aufgrund
der lateralen Durchstrahlung werden Mikrorisse zweifelsfrei und
problemlos erkannt, da an Mikrorissen das Licht absorbiert wird.
Im Unterschied zu einem vertikalen Durchleuchtungsverfahren lassen
sich die Mikrorisse auch ohne weiteres von Korngrenzen unterscheiden.
Mikrorisse sind bei lateraler Durchleuchtung sehr gut sichtbar,
weil sie einen echten Bruch im Material darstellen, der von einer
Flachseiten bis zur anderen Flachseite reicht und durch den Licht
parallel zur Flachseite nicht oder fast nicht durchdringen kann,
während
Korngrenzen immer noch materialschlüssige Verbindungen darstellen,
die das transmittierte Licht nur leicht abschwächen. Bei Durchleuchtung senkrecht
zur Flachseite ist der Kontrast zwischen verschiedenen Körnern dagegen
sehr stark von der Oberflächenbehandlung abhängig und
und führt
deshalb (insbesondere bei glanzgeäzten Oberflächen) zu Strukturen im Transmissionsbild,
die sehr viel deutlicher als Mikrorisse zu sehen sind.
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Für die Durchleuchtung
wird vorzugsweise eine geeignete Wellenlänge des Lichts eingestellt, insbesondere
im infraroten Bereich mit einer Wellenlänge > 800 nm und vorzugsweise in einem Bereich von
beispielsweise 800 bis 5000 nm. Das Licht wird von der Lichtquelle
in einer definierten Strahlrichtung abgegeben. Als Lichtquelle werden
vorzugsweise in Zeilen oder matrixförmig angeordnete IR-LEDs oder auch ein
IR-Laser eingesetzt.
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Die
Waferscheiben sind vorzugsweise polykristalline Silizium-Waferscheiben,
die eine Brechzahl im Bereich von etwa 3,5 aufweisen. Als Umgebungsmedium
eignet sich daher beispielsweise Luft mit einer Brechzahl von in
etwa 1. Unter Brechzahl wird hier allgemein der reale Anteil des
komplexen Brechungsindex verstanden.
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Gemäß einer
zweckdienlichen Ausgestaltung werden von der Lichtquelle ausgehende
Lichtstrahlen, die an der Waferscheibe vorbeilaufen, mit Hilfe einer
im Strahlengang insbesondere nach der Waferscheibe angeordneten
Blende ausgeblendet. Dadurch werden Bildartefakte vermieden. Aufgrund der
geringen Dicke der einzelnen Waferscheibe lässt sich das Licht nämlich üblicherweise
nicht ausreichend genau begrenzen, so dass einige Lichtanteile direkt,
ohne die Wafer scheibe durchlaufen zu haben, auf die Kamera auftreffen
würden.
Als Kamera wird üblicherweise
eine digitale Kamera mit einer Vielzahl von Sensorelementen verwendet.
Da aufgrund der großen
lateralen Ausdehnung der Waferscheiben nur eine vergleichsweise
geringe Lichtmenge durch die Waferscheibe gelangt, muss bei der
Kamera eine hohe Empfindlichkeit eingestellt werden. Diese hohe Empfindlichkeit
würde jedoch
bei einem direkten Lichteinfall zu Artefakten im Bild führen, insbesondere
kann das so genannte „Blooming” auftreten,
welches sich durch weiße
Streifen im Bild äußert.
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Vorzugsweise
ist ergänzend
oder alternativ zur Vermeidung derartiger Artefakte die Schmalseite der
Waferscheibe schräg
zum einfallenden Licht der Lichtquelle orientiert ist, so dass das
einfallende und das aus der Waferscheibe austretende Licht zueinander
versetzt angeordnet sind. Hierbei wird ausgenutzt, dass bei nicht
senkrechtem Auftreffen des Lichtes durch die Lichtbrechung an den
beiden Grenzflächen
der ein- und austretende Lichtstrahl seitlich versetzt zueinander
verlaufen. Durch diese Maßnahme
besteht nunmehr die Möglichkeit
und ist vorzugsweise vorgesehen, die Kamera seitlich versetzt anzuordnen,
so dass sie nicht direkt gegenüberliegend
zu der Lichtquelle ausgerichtet ist. Unter seitlich versetzt wird
hierbei verstanden, dass eine Orthogonale der sensoraktiven Fläche der
Kamera seitlich versetzt zur Strahlungsrichtung der Lichtquelle angeordnet
ist.
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Die
Kombination der schrägen
Orientierung der Waferscheibe mit der Anordnung der Blende zwischen
der Waferscheibe und der Kamera ist besonders vorteilhaft. Die Blende
kann hierbei auch ohne weiteres die Schmalseite der Waferscheibe überdecken,
wobei weiterhin sichergestellt ist, dass das transmittierte Licht
die Kamera erreicht.
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Um
die Fehlstellen innerhalb der Waferscheibe örtlich genau lokalisieren zu
können
wird gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung die Waferscheibe aus mindestens zwei unterschiedlichen
Richtungen durchleuchtet, insbesondere aus zwei unter einem rechten
Winkel zueinander stehenden Richtungen.
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Um
eine zügige
und effiziente Auswertung einer Vielzahl von Waferscheiben zu ermöglichen,
ist in einer bevorzugten Ausgestaltung die gleichzeitige Überprüfung von
mehreren, einen Stapel bildenden Waferscheiben vorgesehen. Das Durchleuchten mehrerer
Waferscheiben ist erstmalig mit Hilfe der lateralen Transmission
ermöglicht.
Bei den üblicherweise
vorgesehenen Transmissionsverfahren, bei denen die Waferscheiben
einzeln von ihren Flachseiten her durchleuchtet werden, ist dies
nicht möglich. Insoweit
ist hierdurch erstmalig eine effiziente, schnelle und zugleich sichere
sowie Material schonende Überprüfung ermöglicht.
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Vorzugsweise
wird als Lichtquelle eine linienförmige Lichtquelle verwendet
und die Waferscheibe, insbesondere der Stapel wird quasi sukzessive
linienförmig
abgescannt. Dabei wird vorzugsweise die Waferscheibe oder mehrere
zu einem Stapel zusammengefassten Waferscheiben verfahren. Dabei
werden kontinuierlich mit der (Zeilen-)Kamera Bildaufnahmen gemacht,
die anschließend
mit Hilfe einer geeigneten Software wieder zu einem zweidimensionalen
Gesamtbild zusammengesetzt werden. Liegen darüber hinaus Daten aus einer
zweiten Bestrahlungsrichtung vor, so ist die Software vorzugsweise zur
Erzeugung von dreidimensionalen Bildern ausgebildet.
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Als
Kamera wird vorzugsweise eine sogenannte Zeilenkamera eingesetzt,
bei der die einzelnen Sensorelemente in einer Zeile nebeneinander angeordnet
sind. Alternativ hierzu können
die Sensorelemente bei einer Flächenkamera
auch matrixförmig
angeordnet sein.
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Im
Sinne einer einfachen Integration in eine In-Line-Prozessüberwachung
wird die Waferscheibe zweckdienlicherweise an der Lichtquelle vorbeigefahren.
Gleichzeitig ist vorzugsweise vorgesehen, dass die linienförmige Lichtquelle
vertikal orientiert ist, also in Längsrichtung des Stapels.
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Zweckdienlicherweise
ist hierbei insgesamt ein kontinuierliches Prüfen der Waferscheiben vorgesehen,
die einer Prüfeinrichtung über eine
Fördereinrichtung,
wie beispielsweise ein Förderband,
automatisch zugeführt
werden, u. U. auch mehrmals hintereinander nach Drehung des Wafers
oder Waferstapels um 90°.
Im Rahmen einer kontinuierlichen Prozessüberwachung ist weiterhin zweckdienlicherweise
eine automatische Auswertung der Bilder durch eine geeignete Auswerteeinheit
mit entsprechender Auswertesoftware vorgesehen. Wird bei dieser
automatischen Auswertung eine Fehlstelle erkannt, so wird ein Fehlersignal
erzeugt. Das Fehlersignal ist beispielsweise ein optisches oder
auch akustisches Signal, kann jedoch auch in einem entsprechenden
Vermerk in einer Protokolldatei bestehen.
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Mit
dem Verfahren werden in bevorzugten Ausgestaltungen wahlweise Roh-Waferscheiben, halbfertige
oder auch fertige Solarzellen geprüft. Unter Roh-Waferscheiben werden
die Waferscheiben nach dem Trennen vom Ingot-Block verstanden. Unter
einer fertigen Solarzelle wird die behandelte (z. B. geäzte, sauertexturierte,
p-n-dotierte, oder antireflexbeschichtete) und insbesondere auch
bedruckte Waferscheibe verstanden, die dann bereits mit den notwendigen
elektrischen Kontaktierungen und Leitungsbahnen etc. versehen ist.
Das Verfahren mit der lateralen Durchleuchtung erlaubt hierbei erstmalig, auch
fertige Solarzellen zu überprüfen, da
bisher aufgrund der Bedruckung der Flachseiten ein Durchleuchten
nicht möglich
war.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
weiterhin gelöst
durch eine Prüfvorrichtung
zur Durchführung
des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Die im Hinblick
auf das Verfahren angeführten
Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf
die Prüfvorrichtung
zu übertragen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Diese
zeigen jeweils in schematischen Darstellungen:
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1 eine
stark vereinfachte Aufsicht auf eine Prüfvorrichtung,
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2 eine
Seitenansicht der Prüfvorrichtung gemäß 1,
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3 eine
vereinfachte Prinzipskizze zur Erläuterung der lateralen Transmission
mit der Darstellung des Strahlengangs,
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4a–c von der
Kamera von zwei Seiten aufgenommene Bilder eines Stapels sowie eine
Aufsicht auf eine schadhafte Waferscheibe in schematisierten Darstellungen.
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In
den Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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In
den 1 und 2 ist eine Prüfvorrichtung 1 dargestellt,
die allgemein zur Prüfung
eines extrem dünnen
Prüfkörpers auf
Fehlstellen im Durchlichtverfahren vorgesehen ist. Insbesondere
ist die Prüfvorrichtung
für eine
Integration in einem kontinuierlichen Herstellungsprozess zum automatischen „In-Line”-Prüfen während des
Herstellungsprozesses ausgebildet. Als dünne Prüfkörper werden insbesondere Waferscheiben 2 eingesetzt,
die für
ein Solarelement, wie beispielsweise eine Solarzelle oder ein aus
mehreren Solarzellen zusammengesetztes Solarmodul, vorgesehen sind.
Die zu prüfenden
Waferscheiben 2 weisen eine Dicke von beispielsweise unter
200 μm auf.
Unter einem dünnen
Prüfkörper wird allgemein
ein Prüfkörper mit
einer Dicke von vorzugsweise < 500 μm verstanden.
Die Waferscheiben 2 sind jeweils durch zwei gegenüberliegende
Flachseiten 2a sowie eine diese verbindende und umlaufende Schmalseite 2b begrenzt
(vgl. insb. 3).
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Die
Prüfvorrichtung 1 umfasst
eine Lichtquelle 4, insbesondere eine IR-Lichtquelle. Diese
gibt in definierter Strahlungsrichtung in Richtung einer optischen
Achse 5 Licht ab. Gegenüberliegend
der Lichtquelle 4 ist eine digitale Kamera 6 angeordnet.
Sowohl die Lichtquelle 4 als auch die Kamera 6 sind
vorzugsweise linienförmig
ausgebildet. D. h. als Kamera 6 wird vorzugsweise eine
so genannte Zeilenkamera eingesetzt, bei der mehrere sensoraktive
Elemente nebeneinander in einer Zeile aufgereiht sind. Die Lichtquelle 4 und
die Kamera 6 sind jeweils mit einer Steuereinheit 8 verbunden.
Die Steuereinheit 8 dient zur Ansteuerung der Lichtquelle 4 und
der Kamera 6 sowie insbesondere auch zur Auswertung der
von der Kamera 6 gelieferten Bildsignale. Die Steuereinheit 8 dient
daher zugleich auch als Auswerteeinheit. Steuer- und Auswerteeinheit
können
auch getrennt sein.
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Die
Prüfvorrichtung 1 umfasst
weiterhin einen Träger 10,
auf den die Waferscheiben 2 aufgelegt werden können. Der
Träger 10 ist
vorzugsweise drehbar. Weiterhin ist der Träger 10 mit Hilfe einer Fördereinrichtung,
wie ein Förderband 12,
in Förderrichtung 14 verfahrbar.
Alternativ bildet das Förderband 12 selbst
einen Träger,
die Waferscheiben 2 liegen also unmittelbar auf dem Förderband 12 auf.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
ist auf den Träger 10 ein
Stapel 16 bestehend aus einer Vielzahl von einzelnen Waferscheiben 2 angeordnet. Zwischen
dem Stapel 16 und der Kamera 6 ist eine Blende 18 zwischengeschaltet.
Die Blende 18 ist derart angeordnet, dass sie eine direkte
Beleuchtung der Kamera 6 verhindert. Sie ist im Ausführungsbeispiel in
den Strahlengang entlang der optischen Achse 5 der Prüfvorrichtung
positioniert. Die optische Achse 5 wird hierbei definiert
durch die von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen, welche
orthogonal zu der Detektorfläche
der Kamera 6 ausgerichtet sind.
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Wie
aus der Aufsicht gemäß 1 zu
entnehmen ist, ist der Stapel 16 bezüglich der optischen Achse 20 schräg gestellt,
also um eine Stapellängsachse
etwas bezüglich
der optischen Achse 5 verdreht, so dass das Licht schräg, also
nicht rechtwinklig, auf die Schmalseite 2b auftrifft. Dadurch
wird das Licht beim Eintritt sowie beim Austritt jeweils gebrochen
und das austretende Licht trifft seitlich versetzt zur optischen
Achse 5 auf die Kamera 6 auf. Strahlenanteile,
die oberhalb der Waferscheibe 2 entlang der optischen Achse 5 verlaufen,
werden durch die Blende 18 absorbiert. Diese Verdrehung
wird durch eine Verdrehung der Beleuchtungsanordnung bezüglich der
Förderrichtung 14 erreicht,
zu der die Waferscheiben 2 parallel ausgerichtet sind.
In der Seitendarstellung der 2 ist aufgrund
dieser Verdrehung eine Stapelkante als vertikale Linie im Stapel 16 zu erkennen.
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Das
Prinzip der lateralen Durchstrahlung der jeweils einzelnen Waferscheibe 2 wird
anhand der Skizze der 3 erläutert: Aufgrund der sehr geringen
Dicke der Waferscheibe 2 bei zugleich relativ großer lateraler
Ausdehnung ist es in Realität
insbesondere für
eine Integration in einem kontinuierlichen Verfahren nicht mit vertretbarem
Aufwand möglich, dass
die optische Achse 5 planparallel durch die Waferscheibe 2 verläuft. Auch
kann ein Wafer (z. B. im Zustand als bedruckte So larzelle) aufgrund
von Gewicht oder Eigenspannung so gekrümmt sein, dass ein geradliniger
Lichtdurchgang nicht möglich
ist. Das Licht wird daher unter einem gewissen Winkel in die Waferscheibe 2 eintreten
und aufgrund der geringen Dicke der Waferscheibe 2 zu einer
der beiden Flachseiten 2a gelangen. Das Umgebungsmedium außerhalb
der Waferscheibe 2 ist nunmehr derart gewählt, dass
dessen Brechzahl n1 deutlich kleiner ist als die Brechzahl n2 der
Waferscheibe 2. Dadurch wird das Licht innerhalb der Waferscheibe 2 an
der Grenzfläche
total reflektiert und gelangt zu der gegenüberliegenden Schmalseite 2b.
Die Waferscheibe 2 wirkt daher nach Art eines Lichtwellenleiters.
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Treten
Fehlstellen in Form von Mikrorissen auf, so führt dies am Ort des Mikrorisses
zu einer Absorption und/oder Streuung, die sich in einer entsprechenden
Hell/Dunkel-Verteilung äußert.
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4 zeigt beispielhaft Bilder eines Stapels 16.
Eine der Waferscheiben 2' ist
schadhaft und weist einen Mikroriss 20 auf, dessen Verlauf
in der Aufsicht gemäß 4a zu
erkennen ist. Zur Erstellung der beiden Seitendarstellungen des
Stapels 16 (4b, c) wurden Bilder aus zwei
um 90° verdrehten
Richtungen aufgenommen. Hierzu wurde der Stapel 16 beispielsweise
um 90° gedreht
und zweimal an der Kamera 6 vorbeigefahren. Neben der Identifizierung der
schadhaften Waferscheibe 2 ist auch damit die Lokalisierung
des Mikrorisses 20 möglich.
Die Kamera 6 weist eine ausreichende Ortsauflösung auf,
so dass jede einzelne Waferscheibe 2 erfassbar ist. Die Grenzflächen zwischen
zwei aneinander angrenzenden Waferscheiben 2 erscheinen
im Bild als dunkle Linien. Im Ausführungsbeispiel weist im mittleren
Bereich des Stapels 16 ein Teilbereich einer Waferscheibe 2 einen
Riss auf.
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Im
Ausführungsbeispiel
ist sowohl eine vertikale Ausrichtung der linienförmigen Lichtquelle 4 als auch
der Zeilenkamera 6 vorgesehen, so dass also jeweils alle
Waferscheiben 2 des Stapels 16 linienförmig beleuchtet
und von der Kamera 6 entsprechend auch aufgenommen werden.
Der Stapel 16 wird über seine
ganze Breite sukzessive in einem kontinuierlichen Vorgang abgescannt,
wobei die Kamera kontinuierlich Bilder aufnimmt. Das in 4 beispielhaft dargestellte Bild zeigt
die anschließend
in der Steuereinheit 8 vorgenommene 2D-Rekonstruktion der
Vielzahl von einzelnen von der Kamera 6 aufgenommenen Bilder.
Im Ausführungsbeispiel
ist vorgesehen, dass zum Abscannen des Stapels 16 dieser
in Förderrichtung 14 bewegt
wird. Dies erlaubt eine einfache Justage der optischen Komponenten
der Prüfvorrichtung 1.
Prinzipiell besteht auch die Möglichkeit,
die optischen Komponenten zu verfahren.
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Anstelle
der senkrechten Orientierung der Lichtquelle 4 und der
Kamera 6 ist auch eine waagrechte Orientierung möglich. Schließlich ist
anstelle der Zeilenkamera 6 auch eine Flächenkamera
verwendbar.
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Mit
der dargestellten Prüfanordnung
kann sowohl ein ganzer Stapel 16 als auch eine einzelne Waferscheiben 2 geprüft werden.
Bei der Durchführung
des Verfahrens ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Waferscheiben 2 bzw.
der Stapel 16 aus insbesondere 90° zueinander versetzten Richtungen aufgenommen
werden. Hierzu wird vorzugsweise der Stapel 16 um 90° gedreht.
Für die
Aufnahme aus der zweiten Richtung ist vorzugsweise eine zweite Lichtquelle
sowie eine zweite Kamera vorgesehen. Insgesamt wären dann innerhalb der Prüfvorrichtung
zwei Prüfstationen
ausgebildet.
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Anstelle
der in der 1 dargestellten gegenüberliegenden
Anordnung von Lichtquelle 4 und Kamera 6 können prinzipiell
auch andere Beleuchtungs- und Aufnahmesituationen, also andere Positionierungen
der Lichtquelle 4, der Waferscheiben 6 und der
Kamera 6 vorgesehen sein. So kann beispielsweise die Kamera 6 für eine Dunkelfeldaufnahme
seitlich beispielsweise um 90° versetzt
zur Lichtquelle 4 angeordnet sein. Auch können gleichzeitig zwei
Kameras vorgesehen sein, die unter unterschiedlichen Einfallswinkeln
zum Wafer 2 orientiert sind, beispielsweise unter Einfallswinkeln
von –20° und von
+20°. Durch
diese Anordnung lassen sich räumliche
Informationen erhalten, ohne den Wafer 2 verdrehen zu müssen.
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Die
Prüfung
erfolgt vorzugsweise vollautomatisch und wird von der Steuereinheit 8 gesteuert. Die
automatische Steuerung umfasst dabei auch wahlweise oder in Kombination
den automatischen Transport des Stapels 16, ein automatisches
Drehen des Trägers 10,
sowie eine automatisierte Bildauswertung bis hin zu einer evtl.
automatischen Aussortierung bei der Erkennung von schadhaften Waferscheiben.
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Mit
der hier beschriebenen lateralen Prüfmethode im Durchlichtverfahren
lassen sich insbesondere folgende unterschiedliche Prüfsituationen
verwirklichen:
- – Prüfung von einzelnen, insbesondere
rohen Waferscheiben 2 am Ende einer Waferfertigungslinie bzw.
am Materialeingang einer Solarzellenfertigungslinie; die Waferscheibe 2 wird
einzeln auf dem Förderband 12 in
der normalen Fertigungslinie geprüft.
- – Prüfung eines
Stapels von (rohen) Waferscheiben 2 am Anfang oder am Ende
eines Förderbandes
einer Fertigungslinie, bei der die einzelnen Waferscheiben 2 in
einem Stapel 16 zusammengefasst sind.
- – Prüfung von
einzelnen Waferscheiben 2, die bereits zu halbfertigen
oder fertigen Solarzellen weiterverarbeitet sind. Die Prüfung erfolgt
hierbei in der Fertigungslinie für
die Solarzellen oder auch zu Beginn der Fertigungslinie für die Herstellung von
Solarmodulen oder auch innerhalb der Fertigungslinie bei zusammengebauten
so genannten Strings, also aneinandergereihten Solarzellen, die elektrisch
in Reihe geschalten sind, insbesondere bevor diese auf ein Trägersubstrat
des Solarmoduls aufgelegt werden.
- – Prüfung eines
Stapels 16 von einzelnen Waferscheiben 2, die
bereits zu halbfertigen oder fertigen Solarzellen weiterverarbeitet
sind.
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Das
hier beschriebene laterale Durchlicht-Prüfverfahren hat gegenüber einem
vertikalen Durchlicht-Prüfverfahren
insbesondere folgende Vorteile:
- – Deutlich
erhöhter
Durchsatz, d. h. es können
pro Zeiteinheit mit der Prüfvorrichtung
deutlich mehr einzelne Waferscheiben 2 geprüft werden.
Dies wird insbesondere durch die gleichzeitige Prüfung von
mehreren Waferscheiben 2 innerhalb eines Stapels 16 ermöglicht.
Der Durchsatz liegt hierbei beispielsweise um den Faktor 10 höher.
- – Mit
der Prüfanordnung
können
auch halbfertige oder fertige (bedruckte) Solarzellen geprüft werden.
- – Bessere
Unterscheidbarkeit von Mikrorissen und Korngrenzen.
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- 1
- Prüfvorrichtung
- 2
- Waferscheibe
- 2'
- schadhafte
Waferscheibe
- 2a
- Flachseite
- 2b
- Schmalseite
- 4
- Lichtquelle
- 5
- optische
Achse
- 6
- Kamera
- 8
- Steuereinheit
- 10
- Träger
- 12
- Förderband
- 14
- Förderrichtung
- 16
- Stapel
- 18
- Blende
- 20
- Mikroriss
- n1
- Brechzahl
des Umgebungsmediums
- n2
- Brechzahl
der Waferscheibe