DE102009017786B3 - Verfahren zur Detektion von Fehlstellen in einer dünnen Waferscheibe für ein Solarelement sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Detektion von Fehlstellen in einer dünnen Waferscheibe für ein Solarelement sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

Info

Publication number
DE102009017786B3
DE102009017786B3 DE200910017786 DE102009017786A DE102009017786B3 DE 102009017786 B3 DE102009017786 B3 DE 102009017786B3 DE 200910017786 DE200910017786 DE 200910017786 DE 102009017786 A DE102009017786 A DE 102009017786A DE 102009017786 B3 DE102009017786 B3 DE 102009017786B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
wafer
light source
light
camera
disk
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE200910017786
Other languages
English (en)
Inventor
Jörg Hoffmann
Thomas Dr. Wagner
Peter Dr.-Ing. Plankensteiner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
INTEGO GmbH
Original Assignee
INTEGO GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by INTEGO GmbH filed Critical INTEGO GmbH
Priority to DE200910017786 priority Critical patent/DE102009017786B3/de
Priority to PCT/EP2010/002333 priority patent/WO2010121753A1/de
Priority to TW99112154A priority patent/TW201110363A/zh
Application granted granted Critical
Publication of DE102009017786B3 publication Critical patent/DE102009017786B3/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/9501Semiconductor wafers
    • G01N21/9505Wafer internal defects, e.g. microcracks

Abstract

Bei dem Verfahren zur Detektion von Fehlstellen eiird die Waferscheibe (2) mit Licht einer Lichtquelle (4) durchleuchtet und das transmittierte Licht wird von einer Kamera (6) aufgenommen. Die Waferscheibe (2) wird von einem Umgebungsmedium geringerer Brechzahl (n1) als die Brechzahl (n2) der Waferscheibe (2) umgeben. Das Licht wird von einer Schmalseite (2b) der Waferscheibe (2) in Querrichtung lateral durchleuchtet. Vorzugsweise werden gleichzeitig mehrere zu einem Stapel (16) zusammengefasste Waferscheiben (2) geprüft. Im Vergleich zu einer vertikalen Durchleuchtung ist hiermit ein deutlich verbesserter Durchsatz, eine bessere Mikrorisserkennung sowie auch eine Prüfung von bereits bedruckten Solarzellen ermöglicht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Fehlstellen in einer dünnen Waferscheibe für ein Solarelement sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Schäden lassen sich insbesondere dadurch vermeiden, dass bruchgefährdete Wafer frühzeitig im Prozess erkannt und aussortiert werden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen jeweils in schematischen Darstellungen:
  • 1 eine stark vereinfachte Aufsicht auf eine Prüfvorrichtung,
  • 2 eine Seitenansicht der Prüfvorrichtung gemäß 1,
  • 3 eine vereinfachte Prinzipskizze zur Erläuterung der lateralen Transmission mit der Darstellung des Strahlengangs,
  • 4a–c von der Kamera von zwei Seiten aufgenommene Bilder eines Stapels sowie eine Aufsicht auf eine schadhafte Waferscheibe in schematisierten Darstellungen.
  • In den Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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

Claims (14)

  1. Verfahren zur Detektion von Fehlstellen in einer dünnen Waferscheibe (2) insbesondere für ein Solarelement, bei dem die Waferscheibe (2) mit Licht einer Lichtquelle (4) durchleuchtet und das transmittierte Licht von einer Kamera (6) aufgenommen wird, wobei die Waferscheibe (2) über eine Schmalseite (2b) miteinander verbundene Flachseiten (2a) aufweist, von einem Umgebungsmedium mit geringerer Brechzahl (n1) als die Brechzahl (n2) der Waferscheibe (2) umgeben ist und in einer sich parallel zu den Flachseiten (24) erstreckenden Querrichtung durchleuchtet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Lichtstrahlen, die ober- oder unterhalb der Waferscheibe (2) verlaufen, mit Hilfe einer Blende (18) ausgeblendet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Schmalseite (2b) der Waferscheibe (2) schräg zum einfallenden Licht der Lichtquelle (4) orientiert ist, so dass das einfallende und das aus der Waferscheibe (2) austretende Licht zueinander versetzt angeordnet sind.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Kamera (6) seitlich versetzt zur Lichtquelle (4) angeordnet ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 2 und 3 oder 4, bei dem die Blende (18) zwischen der Waferscheibe (2) und der Kamera (6) angeordnet ist und zumindest einen Teil der Schmalseite (2b) der Waferscheibe (2) überdeckt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Waferscheibe (2) zur Detektion der räumlichen Lage der Fehlstelle aus mindestens zwei Richtungen durchleuchtet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mehrere einen Stapel (16) bildende Waferscheiben (2) gleichzeitig durchleuchtet und überprüft werden.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine linienförmige Lichtquelle (4) verwendet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 und 8, bei dem der Stapel (16) mit der linienförmige Lichtquelle (4) abgescannt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Waferscheibe (2) an der der Lichtquelle (4) vorbeigefahren wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein kontinuierliches Prüfen Einzelner oder einer Vielzahl von Waferscheiben (2) vorgesehen ist, die einer Prüfvorrichtung (1) über eine Fördereinrichtung (14) automatisch zugeführt werden.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine automatische Auswertung der aufgenommenen Bilder erfolgt und bei Erkennen einer Fehlstelle ein Fehlersignal erzeugt wird.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wahlweise rohe Waferscheiben (2) oder zu halbfertigen oder fertigen Solarzellen weiterverarbeitete Waferscheiben (2) geprüft werden.
  14. Prüfvorrichtung (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer optischen Transmissionsanordnung, umfassend eine Lichtquelle (4) sowie eine Kamera (6) und mit einem Träger (10) für eine Waferscheibe (2), auf den die Waferscheibe (2) mit einer Flachseite (2a) auflegbar ist, wobei die Lichtquelle (4) und die Kamera (6) derart bezüglich des Trägers (10) orientiert sind, dass die Waferscheibe (2) in einer sich parallel zu den Flachseiten (2a) erstreckenden Querrichtung durchleuchtet wird.
DE200910017786 2009-04-20 2009-04-20 Verfahren zur Detektion von Fehlstellen in einer dünnen Waferscheibe für ein Solarelement sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Expired - Fee Related DE102009017786B3 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200910017786 DE102009017786B3 (de) 2009-04-20 2009-04-20 Verfahren zur Detektion von Fehlstellen in einer dünnen Waferscheibe für ein Solarelement sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
PCT/EP2010/002333 WO2010121753A1 (de) 2009-04-20 2010-04-16 Verfahren zur detektion von fehlstellen in einer dünnen waferscheibe für ein solarelement sowie vorrichtung zur durchführung des verfahrens
TW99112154A TW201110363A (en) 2009-04-20 2010-04-19 Method for detecting flaws in a thin wafer for a solar element and device for carrying out said method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200910017786 DE102009017786B3 (de) 2009-04-20 2009-04-20 Verfahren zur Detektion von Fehlstellen in einer dünnen Waferscheibe für ein Solarelement sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102009017786B3 true DE102009017786B3 (de) 2010-10-14

Family

ID=42635254

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200910017786 Expired - Fee Related DE102009017786B3 (de) 2009-04-20 2009-04-20 Verfahren zur Detektion von Fehlstellen in einer dünnen Waferscheibe für ein Solarelement sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Country Status (3)

Country Link
DE (1) DE102009017786B3 (de)
TW (1) TW201110363A (de)
WO (1) WO2010121753A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8220863B2 (en) 2009-12-14 2012-07-17 GM Global Technology Operations LLC Body for a motor vehicle
EP2494339B1 (de) 2009-10-26 2017-07-19 Schott Ag Verfahren und vorrichtung zur detektion von rissen in halbleitersubstraten
KR20170094289A (ko) * 2014-12-05 2017-08-17 케이엘에이-텐코 코포레이션 워크 피스들에서의 결함 검출을 위한 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9995677B2 (en) * 2016-09-06 2018-06-12 Sensors Unlimited, Inc. Silicon article inspection systems and methods
WO2019157271A2 (en) * 2018-02-09 2019-08-15 Massachusetts Institute Of Technology Systems and methods for crack detection
CN108445018B (zh) * 2018-03-20 2021-06-18 苏州巨能图像检测技术有限公司 应用于电池片黑心检测的有效特征曲线提取方法
CN110646436B (zh) * 2019-09-29 2023-11-21 东莞市庆颖智能自动化科技有限公司 一种太阳能晶柱内部瑕疵的检测标识设备及其检测方法
CN110658210B (zh) * 2019-10-09 2023-04-07 湖南工学院 一种镜面玻璃的杂质检测方法
TWI771920B (zh) * 2020-05-20 2022-07-21 馬來西亞商正齊科技有限公司 用於檢測電子元件中的內部缺陷的裝置和方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19814046C1 (de) * 1998-03-30 1999-11-18 Jenoptik Jena Gmbh Anordnung zur Detektion von scheibenförmigen Objekten in einer Kassette
US6476393B1 (en) * 1998-05-28 2002-11-05 Advantest. Corp Surface state monitoring method and apparatus
DE10221945C1 (de) * 2002-05-13 2003-07-31 Schott Glas Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung von Fehlstellen in einem kontinuierlich fortbewegten Band aus transparentem Material
DE10203595A1 (de) * 2002-01-30 2003-08-21 Intego Gmbh Erkennung von Fehlstellen in transparenten Stücken
WO2009027517A1 (en) * 2007-08-31 2009-03-05 Icos Vision Systems Nv Apparatus and method for detecting semiconductor substrate anomalies
DE102007006525B4 (de) * 2007-02-06 2009-05-14 Basler Ag Verfahren und Vorrichtung zur Detektierung von Defekten

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2604607B2 (ja) * 1987-12-09 1997-04-30 三井金属鉱業株式会社 欠陥分布測定法および装置
US5987160A (en) * 1997-04-02 1999-11-16 Delco Electronics Corporation Method and apparatus for inspecting a photoresist material by inducing and detecting fluorescence of the photoresist material
JP2001194320A (ja) * 2000-01-06 2001-07-19 Advantest Corp 表面状態測定装置及び方法
JP2005233773A (ja) * 2004-02-19 2005-09-02 Denso Corp 距離検出装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19814046C1 (de) * 1998-03-30 1999-11-18 Jenoptik Jena Gmbh Anordnung zur Detektion von scheibenförmigen Objekten in einer Kassette
US6476393B1 (en) * 1998-05-28 2002-11-05 Advantest. Corp Surface state monitoring method and apparatus
DE10203595A1 (de) * 2002-01-30 2003-08-21 Intego Gmbh Erkennung von Fehlstellen in transparenten Stücken
DE10221945C1 (de) * 2002-05-13 2003-07-31 Schott Glas Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung von Fehlstellen in einem kontinuierlich fortbewegten Band aus transparentem Material
DE102007006525B4 (de) * 2007-02-06 2009-05-14 Basler Ag Verfahren und Vorrichtung zur Detektierung von Defekten
WO2009027517A1 (en) * 2007-08-31 2009-03-05 Icos Vision Systems Nv Apparatus and method for detecting semiconductor substrate anomalies

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2494339B1 (de) 2009-10-26 2017-07-19 Schott Ag Verfahren und vorrichtung zur detektion von rissen in halbleitersubstraten
EP2494339B2 (de) 2009-10-26 2021-03-24 Schott Ag Verfahren zur detektion von rissen in halbleitersubstraten
US8220863B2 (en) 2009-12-14 2012-07-17 GM Global Technology Operations LLC Body for a motor vehicle
KR20170094289A (ko) * 2014-12-05 2017-08-17 케이엘에이-텐코 코포레이션 워크 피스들에서의 결함 검출을 위한 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품
US11105839B2 (en) 2014-12-05 2021-08-31 Kla Corporation Apparatus, method and computer program product for defect detection in work pieces
KR102386192B1 (ko) * 2014-12-05 2022-04-12 케이엘에이 코포레이션 워크 피스들에서의 결함 검출을 위한 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품
KR20220103200A (ko) * 2014-12-05 2022-07-21 케이엘에이 코포레이션 워크 피스들에서의 결함 검출을 위한 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품
US11726126B2 (en) 2014-12-05 2023-08-15 Kla Corporation Apparatus, method and computer program product for defect detection in work pieces
KR102589607B1 (ko) 2014-12-05 2023-10-13 케이엘에이 코포레이션 워크 피스들에서의 결함 검출을 위한 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품
US11892493B2 (en) 2014-12-05 2024-02-06 Kla Corporation Apparatus, method and computer program product for defect detection in work pieces
EP3164723B1 (de) * 2014-12-05 2024-02-28 Kla-Tencor Corporation Verfahren für fehlererkennung in werkstücken

Also Published As

Publication number Publication date
TW201110363A (en) 2011-03-16
WO2010121753A1 (de) 2010-10-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102009017786B3 (de) Verfahren zur Detektion von Fehlstellen in einer dünnen Waferscheibe für ein Solarelement sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE102009039685B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Detektion von Defekten in einem Objekt
DE19717488C2 (de) Vorrichtung zur Inspektion der Oberfläche von Objekten
DE102012101301B4 (de) Vorrichtung zur berührungslosen Kantenprofilbestimmung an einem dünnen scheibenförmigen Objekt
DE102007006525B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Detektierung von Defekten
DE102009050711A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Detektion von Rissen in Halbleitersubstraten
WO2013117282A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum erkennen von fehlstellen innerhalb des volumens einer transparenten scheibe und verwendung der vorrichtung
DE102016011497B4 (de) Optische Untersuchungseinrichtung und optisches Untersuchungsverfahren mit sichtbarem und infrarotem Licht für Halbleiterbauteile
DE10330006B4 (de) Vorrichtung zur Inspektion eines Wafers
EP1669741A1 (de) Verfahren und System zur Inspektion eines Wafers
DE102012010406A1 (de) Vorrichtung zur Prüfung einer Solarzelle
DD239475A5 (de) Verfahren und vorrichtung zum pruefen transparenter gegenstaende auf lichtbrechungsfehler
DE102013108308A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Detektion in Bandrollen aus sprödhartem oder sprödbrechendem, zumindest teiltransparentem Material, sowie deren Verwendung
DE112008003262T5 (de) Prüfvorrichtung und Prüfverfahren für Substratoberflächen
EP3134726B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum erkennen von nickelsulfid-einschlüssen in einer glasplatte
DE102010031919B4 (de) Messsonde für einen Sensor zur Analyse eines Mediums mittels Infrarotspektroskopie und Verfahren zur Herstellung der Messsonde
EP2144052A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Detektieren und Klassifizieren von Defekten
DE102007062020A1 (de) Defektprüfeinrichtung
DE102005007715B4 (de) Vorrichtung zur Erfassung von Fehlstellen und Verwendung der Vorrichtung
DE102008028869A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Inspektion eines scheibenförmigen Gegenstandes
DE19713973C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum optischen Prüfen der Mantelfläche zylindrischer Körper
DE112019004954T5 (de) Laserverarbeitungsverfahren, Halbleiterbauelement-Herstellungsverfahren und Prüfvorrichtung
DE102010029133A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Charakterisierung von pyramidalen Oberflächenstrukturen auf einem Substrat
DE3232885A1 (de) Verfahren zur automatischen pruefung von oberflaechen
EP1561097B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur aufzeichnung der oberflächenbeschaffenheit eines faserartig strukturierten langestreckten gegenstandes

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee