DE102010017557A1

DE102010017557A1 - Verfahren zur Qualitätskontrolle eines zu prozessierenden Substrats

Info

Publication number: DE102010017557A1
Application number: DE201010017557
Authority: DE
Inventors: Dr. Seidl Albrecht; Dr. Birkmann Bernhard; Dr. Müller Matthias
Original assignee: Schott Solar AG
Current assignee: Ecoran GmbH
Priority date: 2010-06-24
Filing date: 2010-06-24
Publication date: 2011-12-29

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Qualitätskontrolle eines zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, wie Solarzelle, zu prozessierenden Substrats, wobei das Substrat durch eine ein Ätzbad enthaltende Fertigungslinie transportiert wird. Um massive Gitterstörungen in Fertigungslinien für Halbleiterbauelemente frühzeitig, sicher und eindeutig erkennen zu können, wird vorgeschlagen, dass das dem Ätzbad entnommene Substrat vor Durchführung eines weiteren Prozessschrittes in der Fertigungslinie mittels Bildauswertung auf durch Gitterstörung des Substrats entstandene strukturgestörte Bereiche in zumindest einer seiner Oberflächen überprüft wird und dass in Abhängigkeit ermittelter Fläche der strukturgestörten Bereiche das Substrat in der Fertigungslinie weiterprozessiert oder aus dieser entfernt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Qualitätskontrolle eines zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, wie Solarzelle, zu prozessierenden Substrats, insbesondere Siliciumwafer, wobei das Substrat durch eine ein Ätzbad enthaltende Fertigungslinie transportiert wird.
Die Massenfertigung von Solarzellen erfolgt auf Fertigungslinien, bei denen am Anfang ein unbehandelter Silliciumwafer aufgelegt wird. Auf dem Weg zur Solarzelle erfolgen verschiedene Arbeitsschritte, bei denen beide Seiten des Wafers, d. h. der späteren Solarzelle, unterschiedlich strukturiert und prozessiert werden.
Aus Gründen der Kostenoptimierung ist es sinnvoll, als schadhaft oder minderwertig erkannte Wafer bzw. teilprozessierte Wafer möglichst frühzeitig entlang der Fertigungslinie zu erkennen und auszusortieren oder einer angepassten Weiterprozessierung zuzuführen.
Der mögliche Wirkungsgrad der aus den Siliciumwafern gefertigten Solarzellen hängt unter anderem ganz wesentlich von der Präsenz bzw. Verteilung von Gitterdefekten ab, welche die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger mehr oder weniger stark reduzieren können. Zwar ist es möglich, solche Defekte durch angepasste Prozessschritte zu einem gewissen Grad zu passivieren. Es gibt jedoch Defekte, welche sich nur schlecht oder aufwändig passivieren lassen. Insbesondere in diesen Fällen wäre es wünschenswert, derartige Wafer vorab zu erkennen.
Massive Gitterstörungen in Teilen eines Wafers können Versetzungscluster, d. h. Anhäufungen von Versetzungslinien und Kleinwinkelkorngrenzen sein. Diese Art von Störungen können bei kristallinen Siliciumwafern bei sämtlichen Kristallisationstechnologien auftreten. Besonders häufig sind diese in ultikristallinen Wafer anzutreffen, welche aus gerichtet erstarrten Blöcken gesägt werden, oder aus Blöcken aus der EMC (electromagnetic casting technology). Genauso kommen sie vor in Siliciumwafern aus Folienerstarrungsverfahren wie SR (String Ribbon), EFG (Edge-defined Film-fed Growth), RGS (Ribbon Grown an Substrate). Diese Verfahren haben gemeinsam, dass eine mehr oder weniger hohe Versetzungsdichte auftritt. Eine massive Gitterstörung kann aber auch in nominell einkristallinen, versetzungsfreien Wafer aus Verfahren wie z. B. dem CZ-/Czochralski) oder dem FZ-(Floating Zone) Verfahren auftreten, falls das an sich bei diesen Verfahren angestrebte versetzungsfreie Wachstum nicht eingehalten wurde.
Massive Gitterstörungen bestehen darin, dass sich grundsätzlich vorhandene an und für sich wenig störende Versetzungen lokal zu Cluster von Versetzungslinien, Versetzungswänden und Kleinwinkelkorngrenzen anordnen. In RYNINGEN et al.: „ Dislocation clusters in multicrystaline silicon", Proc. 22nd Europ. Photovoltaic Solar Energy Conference, 3. bis 7. September 2007, Mailand, Italien, Seiten 1086 bis 1090, wird erläutert, wie diesbezügliche Bereiche mit gezielter aufwändiger Präparation von Waferbereichen sichtbar gemacht werden. Hierzu werden Wafer chemisch mechanisch poliert und sodann geätzt. Durch die enge Nachbarschaft vieler solcher die beiden Waferoberflächen verbindender Störungen ist der gesamte Waferbereich betroffen. Die Abstände der Störungen voneinander sind in diesen Regionen kleiner oder gleich der Diffusionslänge der Ladungsträger und reduzieren daher die Ladungsträgerlebensdauer lokal sehr effektiv. Massiv gestörte Bereiche eines Wafers unterscheiden sich somit deutlich von anderen Waferbereichen dahingehend, dass die an sich überall mehr oder weniger präsenten und den Wafer durchziehenden Versetzungen nicht mehr einzeln nebeneinander vorliegen, sondern in Versetzungswänden und Kleinwinkelkorngrenzen angeordnet sind, welche zudem flächig ausgedehnte und von nicht betroffenen Gebieten abgrenzbare Cluster bilden.
Diese Cluster mit massiver Gitterstörung führen über die im Bereich der Cluster stark reduzierte Ladungsträgerlebensdauer zu einer Reduzierung der erreichbaren elektrischen Kennzahlen einer Solarzelle. Dies betrifft insbesondere die Leerlaufspannung, den Kurzschlussstrom, und damit auch den Wirkungsgrad der Solarzelle. Dies wird in der Literaturstelle JULSRUD et al: „Directionally solidified multicristalline silicon: industrial perspectives, objectives, challenges", Proc. 3rd International Workshop an Crystalline Silicon Solar Cells, Trondheim, 2009, Seiten 1 bis 4 erläutert. Hierzu werden die Bereiche massiver Gitterstörung durch gezielte aufwändige Ätztechnik sichtbar gemacht. Die gleichen Bereiche zeigen bei Lebensdauermappings eine stark reduzierte Ladungsträgerlebensdauer. Ähnliches ergibt sich auch aus KADEN et al: „The impact of dislocations an the efficiency of multicrystalline silicon solar cells", Proc. 3rd International Workshop an Crystalline Silicon Cells, Trondheim, 2009, Seiten 1 bis 5.
Die Reduzierung der Leerlaufspannung, des Kurzschlussstroms oder des Wirkungsgrads hängt in erster Näherung linear davon ab, wie groß der Flächenanteil solcher Bereiche bzw. Cluster auf einer Solarzelle bzw. auf einem Wafer ist.
Allerdings sieht man den Wafern die Defekte am Beginn einer Zellproduktionslinie nicht ohne Weiteres an, so dass eine Eingangskontrolle der unbehandelten Wafer nur mit aufwändigen, indirekten Methoden möglich ist.
Hierbei gelangen Methoden zur Anwendung, bei denen die Verteilung der Ladungsträgerlebensdauer erfasst werden kann, wie z. B. Micro-PCD oder Photolumineszenz. Entsprechende Verfahren sind aufwändig, nicht immer in-line-fähig, da der gesamte Wafer im Takt weniger Sekunden charakerisiert und beurteilt werden muss, und vor allem indirekt; denn die Ladungsträgerlebensdauer großer Flächen eines Wafers kann auch durch andere Effekte signifikant reduziert werden. Diese sind aber unter Umständen unproblematisch, da sie leichter passivierbar sind. Beispielhaft sind lokal erhöhte Metallkontaminationen anzugeben, die durch Lebensdauermappings am Wafer nicht ohne Weiteres von Bereichen massiver Gitterstörungen zu separieren sind. Dies wird in HAUNSCHILD et al.: "Comparing luminescense imaging with illuminated lock-in thermography and carrier density imaging for inline inspection of silicon solar cells", Proc. 24th Europ. Photovoltaic Solar Enery Conference, Hamburg, 2009, Seiten 857–862 erläutert, wobei die Möglichkeit einer in-line-Überprüfung von Solarzellen durch Elektrolumineszenz- bzw. Photolumineszenz-Messungen in Betracht gezogen wird.
Verfahren zur Messung der Lumineszenzstrahlung einer Halbleiterstruktur durch Messung von Photolumineszenz bzw. Lumineszenzstrahlung sind des Weiteren in der DE-A-10 2008 044 883 , der DE-A-10 2005 040 010 oder der WO-A-2009/121133 beschrieben. Allerdings lassen sich erwähntermaßen mit entsprechender Photolumineszenz bzw. Lumineszenzmessungen nicht eindeutig Rückschlüsse auf das Vorliegen von strukturgestörten Bereichen ziehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der zuvor geschriebenen Art so weiterzubilden, dass massive Gitterstörungen in Fertigungslinien für Halbleiterbauelemente, insbesondere Solarzellen frühzeitig, sicher und eindeutig erkannt werden können.
Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung im Wesentlichen vor, dass das dem Ätzbad entnommene Substrat vor Durchführung eines weiteren Prozessschrittes in der Fertigungslinie mittels Bildverarbeitung auf durch Gitterstörung des Substrats entstandene strukturgestörte Bereiche in zumindest einer seiner Oberflächen überprüft wird und dass in Abhängigkeit ermittelter Fläche der strukturgestörten Bereiche das Substrat in der Fertigungslinie weiterprozessiert oder aus dieser entfernt wird. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass in Abhängigkeit vom Verhältnis der Fläche der strukturgestörten Bereiche zur überprüften Oberfläche des Substrats ein angepasstes Prozessieren des Substrats erfolgt. Das angepasste Prozessieren schließt auch aus, dass das Substrat aussortiert und nicht weiterprozessiert wird.
Insbesondere wird die zu überprüfende Oberfläche mittels eines optischen Sensors wie Kamera aufgenommen und die Oberfläche mittels einer Bildverarbeitung ausgewertet.
Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass durch die Bildverarbeitung das von dem optischen Sensor aufgenommene Bild der Oberfläche derart kontrastiert wird, dass die Versetzungscluster, also die flächenmäßig in Erscheinung tretenden massiven Gitterstörungen, klar hervortreten mit der Folge, dass eine einfache Erfassung der entsprechenden Fläche und damit ein Vergleich mit der zu überprüfenden Gesamtoberfläche erleichtert wird.
Es erfolgt eine Bearbeitung des Kontrasts, wobei die Projektion des originalen Kontrasts auf eine engere Verteilung von schwarz bis weiß im vorliegenden Fall so eingestellt wird, dass die Bereiche massiver Gitterstörung sicher immer dunkel bleiben.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre werden in einer Fertigungslinie die Substrate wie Wafer selektiert und bezüglich ihres Flächenanteils quantifiziert.
Die erfindungsgemäße Lehre macht sich folgende Eigenschaften zu Nutze. Es ist bekannt, dass die „Durchstoßungspunkte” von Versetzungen an den Oberflächen von Siliciumwafern mit geeigneten Defektätzen sichtbar gemacht werden können. Grundsätzlich werden von derartigen Ätzen sowohl die Durchstoßpunkte einzelner Versetzungen als auch deren linienhafte Anordnung zu Gleitbändern oder Kleinwinkelkorngrenzen sichtbar gemacht. Derartige Methoden werden im Fall isoliert liegender Versetzungen zur Bestimmung der sogenannten Ätzgrubendichte (etch pit densitiy, EPD) unter dem Mikroskop genutzt. Die Ätzung darf nicht zu lang sein, damit benachbarte Durchstoßpunkte nicht überlappend angeätzt werden. Aus diesem Grund ist die Vermessung und Auszählung, ob von Hand oder automatisiert, nur unter dem Mikroskop möglich.
Es ist Stand der Technik, für die Prozessierung zu Solarzellen bestimmte Siliciumwafer zunächst mit einem nasschemischen Ätzprozess oberflächlich zu texturieren, um eine matte, möglichst absorbierende Oberfläche zu erreichen. Im Falle der drahtgesägten mono- und multikristallinen Wafer werden hierfür Ätzen verwendet, welche gezielt den Sägeschaden der Waferoberflächen angreifen und weiter vertiefen. Eine Sichtbarmachung von Durchstoßpunkten einzelner Versetzungen z. B. zum Zweck der Auszählung einer Ätzgrubendichte ist damit nicht möglich, da die Anätzung des mechanischen Oberflächenschadens die Anätzung einzelner Versetzungsdurchstoßpunkte bei Weitem dominiert. Auch das bei G. STOKKAN: „Charakterisation of dislocation density of multicrystalline silicon Wafers using the PVSCAN 6000", Proc. 22nd Europ. Photovoltaic Solar Energy Conference, Milan, 2007, beschriebene Verfahren, die Streulichtverteilung eines angeätzten Wafers mit der Versetzungsdichte zu korrelieren, ist bei massiver Überlagerung des Ätzbildes durch die Textur nicht möglich.
Überraschenderweise wurde jedoch gefunden, dass die oben beschriebenen Waferbereiche mit vorliegender massiver Gitterstörung nach der Texturierung deutlich sichtbar sind, und zwar mit bloßem Auge. Die Texturätze, typischerweise zusammengesetzt aus HF (1 bis 10 Gew.-%), HNO₃ (30 bis 50 Gew.-%) und H₂O (Rest), ätzt offenbar neben den sägerauen Flächen speziell die stark strukturgestörten Bereiche zusätzlich derart intensiv an, dass die diesbezüglichen Defektstrukturen neben den angeätzten Oberflächenschäden sichtbar werden. Bereiche mit nur singulär angeordneten Versetzungen bleiben dagegen ohne sichtbaren Zusatzangriff.
Da es bei Durchlaufätzanlagen möglich ist, dass Ober- und Unterseiten der Wafer unterschiedlich stark angeätzt werden, besteht die Möglichkeit, dass die zu erfassenden strukturgestörten Bereiche, also Versetzungscluster (massive Gitterstörungen) auf der Unter- oder Oberseite des Substrats ausgeprägter vorliegen können. Es liegen grundsätzlich die Defekte auf beiden Seiten des Substrats bzw. Wafers in gleicher Weise vor, sofern die Wafer senkrecht zur Kristallisationsrichtung geschnitten sind. Dies ist üblich. Ungeachtet dessen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei einer Charge von zu prozessierenden Substraten zunächst eine Überprüfung dahingehend erfolgt, ob Ober- oder Unterseiten flächenmäßig einen größeren Anteil an Defekten zeigen, so dass entsprechend bei der Aufnahme der Oberfläche mittels des optischen Sensors wie Kamera, insbesondere CCD-Kamera, sodann die Substrate entsprechend zu dem Sensor ausgerichtet werden.
Anstelle eines Texturierätzbades kann auch ein in einer Produktionslinie vorhandenes Ätzbad verwendet werden, das folgende Aufgabe zu erfüllen hat: Alle Ätzbäder sind prinzipiell geeignet, welche die Bereiche von Durchstoßpunkten von Versetzungen auf Halbleiterwafern stärker anätzen als Bereiche ohne Versetzungen. Man spricht von ”Schadensätzen” oder ”Versetzungsätzen”. Für Silicium ist das bevorzugt eine Mischung von HF, HNO₃ und H₂O, insbesondere 4 bis 8 Gew.-% HF, 35 bis 45 Gew.-% HNO₃, Rest H₂O, bei einer Temperatur von 5°C bis 15°C. Eine von vielen Alternativen ist 20 bis 40%iger KOH bei 80°C bis 100°C. Dies wird bevorzugt für III-V-Verbindungshalbleiter verwendet.
Erfindungsgemäß ist im Rahmen einer Fertigungslinie zur Prozessierung von insbesondere Siliciumwafern zu Solarzellen zwischen Abschluss der Oberflächentexturierung und Beginn des nächsten Prozessschrittes eine 100%-Kontrolle aller texturierten Wafer mittels einer Kamera oder einer entsprechenden Bildaufnahme möglich. Dabei werden erwähntermaßen die texturierten Wafer ggfs. vorher so gewendet, dass die Oberfläche, die die angeätzte Defektstruktur besser zeigt als die andere, der Kamera bzw. der Bildaufnahmeeinrichtung zugewandt ist. Eine angeschlossene Bildauswertung mit Mustererkennung detektiert den Flächenanteil der so sichtbar gemachten Bereiche mit massiver Gitterstörung.
Diese Information kann sodann genutzt werden für

– Aussortierung von Wafer mit zu hohem Anteil von massiver Gitterstörung
– Sortierung/Klassifizierung von Wafer je nach Anteil
– ggf. angepasste Weiterverarbeitung der so gebildeten Klassen
– Korrelation mit elektrischen und anderen Kenngrößen der Solarzellen
– Qualitätsprüfung von Lieferchargen
– Qualifizierung von Lieferanten
– Überprüfung von Waferspezifikationen.

Erwähntermaßen ist die Bildverarbeitung vorzugsweise so ausgelegt, dass eine Kontrastverstärkung derart erfolgt, dass die defekt behafteten Flächenanteile dunkel bzw. schwarz auf weißem Untergrund dargestellt sind, um sodann das Ausmessen der Flächen zu erleichtern und aufgrund der Testergebnisse die Wafer zu klassifizieren.
Insbesondere ist vorgesehen, dass dann, wenn Defekte zwischen 60 und 70% Flächenanteil betragen, die Wafer aussortiert werden. Bei Defekten bis maximal 20 bis 30% Flächenanteil kann entschieden werden, in welchem Umfang ein angepasstes Prozessieren bzw. ein ursprünglich vorgesehenes Prozessieren in der Fertigungslinie erfolgt.
Üblicherweise werden Substrate wie Wafer einer Dicke im Bereich von 180 μm verwendet, wobei Dicken zwischen 140 μm und 300 μm ganz allgemein in Betracht gezogen werden.
Auch können Wafer zunächst in einer Test- oder Kalibrierphase prozessiert und sodann in Abhängigkeit von den durchgeführten Prozessen Norm- oder Kalibrterkurven erstellt werden, in denen die Defektflächen und ermittelten charakteristischen Parameter wie u. a Wirkungsgrad in Beziehung gesetzt sind. Die Kurven können sodann genutzt werden, um bei der Produktion von prozessierten Wafer nach Ermitteln der Defektfläche anhand der Kalibierkurven ein automatisches Sortieren z. B. in Abhängigkeit von dem aufgrund der Defektfläche zu erwartenden Wirkungsgrad vorzunehmen.
Die erfindungsgemäße Lehre ist für folgende Halbleiterbauelemente anwendbar: Für solche Bauelemente, welche auf versetzungsbehafteten Halbleiterwafern aufgebracht werden, insbesondere falls mit der Prozessierung ein Oberflächenätzschritt verbunden ist, der sensitiv auf die Präsenz von Versetzungen ist. Für Silicium sind das Solarzellen, insbesondere solche auf multikristallinen Siliciumwafern, gesägt aus Siliciumblöcken, welche nach dem VGF (Vertical Gradient Freeze) oder nach dem Bridgman-Verfahren oder nach dem EMC (Electromagnetic Casting) Verfahren kristallisiert wurden. Auch Solarzellen auf multikristallinen Siliciumwafern, welche nach Folienziehverfahren hergestellt wurden, d. h. nach dem String Ribbon Verfahren oder dem EFG (Edge-defined Film-fed Growth) Verfahren. Auch Solarzellen auf monokristallinen, nominell versetzungsfreien Siliciumwafern, welche aus nach dem CZ (Czochralski) oder FZ (Float Zone) Verfahren hergestellten Kristallen gesägt wurden, da derartige Kristalle durchaus auch versetzungsbehaftet sein können, ohne dass das am gesägten Wafer offensichtlich ist. Auch Solarzellen auf monokristallinen Wafern aus Galliumarsenid oder Indiumphosphid oder anderen Verbindungshalbleitern aus Elementen der III. und V. Gruppe des Periodensystems. Diese Kristalle bzw. Wafer sind immer versetzungsbehaftet und haben dem multikristallinen Silicium sehr ähnliche Defektstrukturen.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen, – für sich und/oder in Kombination-, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1 einen Ausschnitt einer Fertigungslinie zur Herstellung von Solarzellen,
2 ein Bild eines texturgeätzten Wafers,
3 das Bild des Wafers gemäß 2 in kontrastverstärkter Darstellung,
4 das Bild gemäß 2 nach Maximalkontrastierung und
5–7 Prüfkurven.
In 1 ist ein Ausschnitt einer Fertigungslinie dargestellt, in der Wafer zur Herstellung von Solarzellen prozessiert werden. So werden von einem Stapel 10 über eine Handhabungseinrichtung 12 Wafer 14 über eine Transportvorrichtung wie ein Transportband 16 einem Texturätzbad 18 zugeführt, in dem in bekannter Weise eine Oberflächenstrukturierung erfolgt. Diese wird dadurch ermöglicht, dass gezielt Sägeschäden der Waferoberflächen angegriffen und weiter vertieft werden. Die Ätzflüssigkeit setzt sich bevorzugterweise aus einer Mischung von HF, HNO₃ und H₂O, insbesondere 4 bis 8 Gew.-% HF, 35–45 Gew.-% HNO₃, Rest H₂O, bei einer Temperatur von 5°C bis 15°C oder aus HF (1 bis 10 Gew.-%), HNO₃ (30–50 Gew.-%) und H₂O (Rest) oder 20 bis 40%iger KOH bei 80°C bis 100°C zusammen. Nach Entfernen der Wafer 14 aus dem Ätzbad 18 werden deren transportabgewandten Oberflächen 20 mit einem optischen Sensor wie CCD-Kamera 22 aufgenommen. Über eine mit der CCD-Kamera verbundene Bildauswertung 24 wird sodann der Flächenanteil der defekt behafteten Gebiete auf dem Wafer 14, also die Versetzungscluster, die im Wesentlichen durch eine Anhäufung von Versetzungslinien und Kleinwinkelkomgrenzen und Versetzungswänden gebildet werden. In Abhängigkeit des Flächenanteils der defekt behafteten Flächen von der Gesamtfläche der Oberfläche 18 des Wafers 14 erfolgt anschließend eine automatische Sortierung bzw. Klassifizierung der texturgeätzten Wafer 14, um sodann diese in derselben Fertigungslinie oder in einer an die Größe der Defektfläche angepasste Prozessierungsschritte aufweisende Prozesslinie zu übergeben. Dies wird in der 1 durch die Stapel 26, 28, 30 angedeutet, durch die Wafer 14 mit voneinander abweichenden Defektflächen klassifiziert sind.
Die 2 bis 4 verdeutlichen, dass mittels der Bildverarbeitung 24 die Defektflächen eindeutig herausarbeitbar sind. So ist der 2 eine Aufnahme eines texturgeätzten Wafers des Formats 125 × 125 mm mit verteilten Bereichen massiver Gitterstörungen zu entnehmen. Diese sind kaum erkennbar. Mittels der Bildverarbeitung 24 erfolgt nunmehr eine Kontrastverstärkung zur besseren Sichtbarmachung der gestörten Bereiche. Dies wird anhand der 3 und 4 erkennbar. Durch Kontrastverstärkung ergibt sich ein quasi Schwarz-Weiß-Bild derart, dass die Versetzungscluster als schwarze Flächenbereiche erkennbar werden, die sich von dem weißen Untergrund der ungestörten Bereiche oder keine Versetzungscluster aufweisenden Bereiche abheben. Die entsprechenden in der 4 schwarzen Bereiche werden sodann mittels der Bildverarbeitung 24 ausgewertet, um den Flächenanteil zu ermitteln.
Mit anderen Worten wird mittels Bildverarbeitung der Kontrast verstärkt. Der bearbeitete Kontrast, d. h. die Projektion des originalen Kontrasts auf eine enge Verteilung von schwarz bis weiß wird so eingestellt, dass die Bereiche massiver Gitterstörung sicher immer dunkel bleiben. Der Anteil der dunklen Pixel wird sodann als Flächenanteil ausgewertet. Im Ausführungsbeispiel beträgt der Flächenanteil der dunklen Flecke ca. 9%.
Die Flächeninformationen können sodann genutzt werden für

– Aussortierung von Wafern mit zu hohem Anteil von massiver Gitterstörung
– Sortierung/Klassifizierung von Wafern je nach Anteil
– ggf. angepasste Weiterverarbeitung der so gebildeten Klassen
– Korrelation mit elektrischen und anderen Kenngrößen der Solarzellen
– Qualitätsprüfung von Lieferchargen
– Qualifizierung von Lieferanten.
– Überprüfung von Waferspezifikationen.

Der 7 ist rein prinzipiell eine vereinfacht dargestellte lineare Korrelation zwischen erzielbarem Wirkungsgrad von zu Solarzellen prozessierten Wafern und Flächenanteil massiver Gitterstörung auf Wafern dargestellt. Hierzu erfolgen Messungen an Wafern, die definierten Kristallisations- bzw. Zellprozessen unterzogen worden sind. Beispielhaft sind der Defektflächenanteil gegenüber erzielbarem Wirkungsgrad der Solarzellen in Abhängigkeit von den durchgeführten Zellprozessen dargestellt. Entsprechende „Normkurven” können sodann zur Klassifizierung der in-line, 100% und automatisch in der Fertigungs- bzw. Produktionslinie prozessierten Wafern herangezogen werden.
Werden z. B. Wafer dem Zellprozess C unterzogen, so wird dann, wenn festgestellt wird, dass der Defektflächenanteil eines Wafers mehr als 32% beträgt, der entsprechende Wafer aussortiert wird, um einer den Zellprozess B durchführenden Fertigungslinie zugeführt zu werden. Auch können dann, wenn vorgegebene Wirkungsgrade unterschritten werden, Wafer aus der Fertigungslinie aussortiert und von einer weiteren Prozessierung ausgeschlossen werden.
Der 6 ist ebenfalls rein prinzipiell eine lineare Korrelation zwischen Defektflächenanteil und erzielbarer offener Klemmspannung zu entnehmen, wobei in Abhängigkeit des zum Einsatz gelangenden Zellprozesses A, B oder C voneinander abweichende Verhältnisse erzielbar sind.
Eine weitere Korrelation zwischen Defektflächenanteil und mittlerer Minoritätsleitungsträger Lebensdauer τ an einem Wafer gemessen ist der 5 zu entnehmen. Die der 5 zu entnehmenden Kurven sind dabei so zu verstehen, dass der gemessene Wert vom Messverfahren abhängig ist, nicht vom Zellprozess. Unabhängig hiervon erkennt man die Abhängigkeit von Defektflächenanteil und mittlerer Ladungsträgerlebensdauer τ.
Ist die erfindungsgemäße Lehre anhand der Prozessierung von Wafern erläutert worden, um Solarzellen herzustellen, wobei es ich bei den Wafern insbesondere um solche aus kristallinem oder multikristallinem Silizium handelt, wird hierdurch die erfindungsgemäße Lehre nicht eingeschränkt. Vielmehr ist diese für zu prozessierende Halbleitersubstrate geeignet, die in einer Fertigungslinie einem Ätzprozessschritt unterzogen werden, um anschließend an dem geätzten Substrat durch Bildauswertung Cluster von Kristalldefekten zu ermitteln.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2008044883 [0011]
DE 102005040010 A [0011]
WO 2009/121133 A [0011]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

RYNINGEN et al.: „ Dislocation clusters in multicrystaline silicon”, Proc. 22nd Europ. Photovoltaic Solar Energy Conference, 3. bis 7. September 2007, Mailand, Italien, Seiten 1086 bis 1090 [0006]
JULSRUD et al: „Directionally solidified multicristalline silicon: industrial perspectives, objectives, challenges”, Proc. 3rd International Workshop an Crystalline Silicon Solar Cells, Trondheim, 2009, Seiten 1 bis 4 [0007]
KADEN et al: „The impact of dislocations an the efficiency of multicrystalline silicon solar cells”, Proc. 3rd International Workshop an Crystalline Silicon Cells, Trondheim, 2009, Seiten 1 bis 5 [0007]
HAUNSCHILD et al.: ”Comparing luminescense imaging with illuminated lock-in thermography and carrier density imaging for inline inspection of silicon solar cells”, Proc. 24th Europ. Photovoltaic Solar Enery Conference, Hamburg, 2009, Seiten 857–862 [0010]
G. STOKKAN: „Charakterisation of dislocation density of multicrystalline silicon Wafers using the PVSCAN 6000”, Proc. 22nd Europ. Photovoltaic Solar Energy Conference, Milan, 2007 [0019]

Claims

Verfahren zur Qualitätskontrolle eines zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, wie Solarzelle, zu prozessierenden Substrats, insbesondere Siliciumwafer, wobei das Substrat durch eine ein Ätzbad enthaltende Fertigungslinie transportiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Ätzbad entnommene Substrat vor Durchführung eines weiteren Prozessschrittes in der Fertigungslinie mittels Bildauswertung auf durch Gitterstörung des Substrats entstandene strukturgestörte Bereiche in zumindest einer seiner Oberflächen überprüft wird und dass in Abhängigkeit ermittelter Fläche der strukturgestörten Bereiche das Substrat in der Fertigungslinie weiterprozessiert oder aus dieser entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Fläche der strukturgestörten flächigen Bereiche Art des weiteren Prozessierens des Substrats erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zu überprüfende Oberfläche mittels eines optischen Sensors wie Kamera aufgenommen und Bild der Oberfläche mittels einer Bildverarbeitung ausgewertet wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diejenige Oberfläche des Substrats optisch überprüft wird, in der flächenmäßig größere strukturgestörte Bereiche auftreten.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung des Substrats nach Entnahme aus einem Texturätzbad der Fertigungslinie als das Ätzbad überprüft wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Bildverarbeitung eine Kontrastverstärkung des Bildes derart erfolgt, dass die strukturgestörten Bereiche als dunkle Flächen auf einem hellen Untergrund hervortreten.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Prozessschritt der Fertigungslinie eine durch Ätzen texturierte Oberfläche das Substrat mittels Bildverarbeitung auf oberflächenseitig durch das Ätzen sichtbar gemachte in Cluster angeordnete Gitterstörungen überprüft wird und dass in Abhängigkeit der Fläche der Cluster zur Fläche der Oberfläche ein angepasstes Prozessieren des Substrats erfolgt.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Fläche der strukturgestörten Bereiche eine Sortierung bzw. Klassifizierung des Substrats erfolgt.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Qualitätskontrolle in-line und für sämtliche zu prozessierende Substrate automatisch durchgeführt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Messungen an Substraten durchgeführt werden, die definierten Kristallisations- und Prozessierverfahrensschritten unterzogen werden, dass in Abhängigkeit zwischen zumindest einer gemessenen Größe eines charakteristischen Parameters des prozessierten Substrats, wie Wirkungsgrad einer Solarzelle, und der gemessenen Fläche der strukturgestörten Bereiche Normkurven ermittelt werden und dass beim Prozessieren von Substraten, hergestellt in einem entsprechenden Kristallisationsverfahrensschritt, in einer Produktionslinie mit entsprechenden Prozessierstufen in Abhängigkeit von der in-line gemessenen Fläche der strukturgestörten Bereiche unter Zugrundelegung der Normkurven der zumindest eine charakteristische Parameter ermittelt wird und in Abhängigkeit von diesem die Substrate klassifiziert werden.