DE19930043A1

DE19930043A1 - Beleuchtungsvorrichtung für die elektronische Bildverarbeitung

Info

Publication number: DE19930043A1
Application number: DE1999130043
Authority: DE
Inventors: Kai Buderer
Original assignee: WOLF SYSTEME AG
Current assignee: WOLF SYSTEME AG
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2001-01-04

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für die elektronische Bildverarbeitung zur Kontrolle, Fehlererkennung und Vermessung von auf mono- und multikristallinen Siliziumwafern aufgedruckte Leiterbahnen, wie sie insbesondere in der Solarzellenfertigung zum Einsatz kommen.

Bei der Herstellung von Solarzellen werden auf EFG, mono- und multikristallinen Siliziumwafern ein Netz von Leiterbahnen für die Stromführung aufgedruckt, die bei der Produktion einer sorgfältigen Sicht- und Vermessungskontrolle unterzogen werden müssen, um eine gleichmäßige Qualität und Stromleistung der Solarzellen sicher zu stellen. So können z. B. unterbrochene Leiterbahnen aufgrund von Fehldrucken, erfolgte Verunreinigungen beim Druck oder von den vorgeschriebenen Dimensionierungen abweichende Drucke zu erheblichen Qualitätseinbußen in den Leistungen der Solarzellen führen.

Die Kontrollen und Prüfungen in der Massenfertigung sind nicht nur sehr zeitaufwendig und ermüdend sondern erfordern auch einen sehr umfangreichen Personaleinsatzes, der mit hohen Kosten verbunden ist.

Um die Kontrolleistungen in der Solarzellenfertigung zu verbessern, hat man inzwischen die elektronische Bildverarbeitung eingesetzt, mittels welcher in wesentlich kürzeren Zeiten und sicherer als das menschliche Auge, Kontrollen durchgeführt und Fehlerquellen im Leiterdruckbild aufgespürt werden können. Dieser Vorgang wird relativ gut beherrscht bei monokristallinen Oberflächen oder Siliziumwafer aus monokristallinen Substraten. Man kann durch eine direkte Beleuchtung der monokristallinen Oberfläche ein kontrastreiches Bild erzeugen, bei welchem sich die aufgedruckten Leiterbahnen deutlich von der übrigen Oberfläche unterscheiden und somit sicher geprüft und vermessen werden können.

Bei der Solarzellenfertigung kommen jedoch nunmehr aufgrund neuer Fertigungsverfahren in der Silizumwaferherstellung immer mehr Wafer aus multikristallinen Substraten zum Einsatz, deren Oberflächen je nach Kristallage und Kristallschnitt partielle unterschiedliche Reflexionen des auffallenden Lichts hervorrufen, die das Leiterbahnendruckbild partiell überstrahlen, so daß ein vollständiges Druckbild der Leiterbahnen nicht mehr sichtbar wird oder zumindest in partiellen Bereichen nicht mehr kontrastreich dargestellt wird. Dadurch ist eine elektronische bildverarbeitende Überprüfung der Leiterbahnen nicht mehr möglich. Zusätzlich wird die Bildverarbeitung noch erschwert, wenn Solarzellen zum Einsatz kommen, deren Oberflächen ohne einer Antireflexschicht versehen sind. Außerdem ergibt jede Lageveränderung der Siliziumwafer ein anderes Reflexionsbild der Kristalle, so daß bei deren Veränderung der Lage immer wieder andere Leiterbahnenbereiche überstrahlt werden und es unmöglich ist ein gleichgerichtetes Kontrollbild aufzubauen.

Der Erfindung liegt eine Beleuchtungsvorrichtung zugrunde, die es ermöglicht, auf mono- wie auch multikristallinen Substraten und Oberflächen gedruckte Leiterbahnen so anzustrahlen, daß unabhängig von der Lage des Siliziumwafer und unabhängig von dem Vorhandensein einer Antireflexschicht auf dem Siliziumwafer, ein kontrastreiches Bild entsteht, auf welchem die aufgedruckten Leiterbahnen zur Kontrolle und Vermessung vollständig und kontrastreich gegenüber der Substratoberfläche für eine elektronische Bildverarbeitung erfaßbar dargestellt sind.

Auf den Abbildungen sind folgende Darstellungen gezeigt:

Abb. 1 eine fotografische Darstellung einer Solarzelle aus EFG-Substrat in der Draufsicht,

Abb. 2 eine fotografische Darstellung einer Solarzelle aus monokristallinen Substrat in der Draufsicht,

Abb. 3 eine fotografische Darstellung einer Solarzelle aus multikristallinen Substrat mit Antireflexschicht in der Draufsicht,

Abb. 4 eine fotografische Darstellung einer Solarzelle aus multikristallinen Substrat ohne Antireflexschicht in der Draufsicht,

Abb. 5 eine fotografische Darstellung in Vergrößerung eines Teilbereiches einer Solarzelle aus multikristallinen Substrat bei einer direkten Beleuchtung in der Draufsicht,

Abb. 6 dieselbe Solarzelle wie Abb. 5 unter Verwendung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung,

Abb. 7 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung in perspektivischer Sicht,

Abb. 8 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung im Längsschnitt einer Draufsicht.

Die Beleuchtungsvorrichtung besteht aus einem von Außenlicht abgeschirmten Gehäuse 1, dessen Wände 2 innenseitig eine rauhe lichtstreuende Oberfläche 3 aufweist. In dem Gehäuse 1 befinden sich im oberen Teil Lichtquellen 4 und darunter die bildverarbeitende Kamera 5. Zwischen Lichtquelle 4 und Objektiv 6 befestigt, befindet sich eine lichtundurchlässige und mit matter Oberfläche versehene Abschirmwand 8, die kleiner als der Querschnittsfläche des Gehäuses 1 bemessen ist, wodurch in dem Bereich der Wände 2 des Gehäuses 1 Lichtspalte 9 gebildet werden.

Das Objektiv 6 der Kamera 5 ragt in ein undurchsichtiges mattschwarzes Rohr 10, dessen Länge abhängig von der Brennweite des jeweiligen Objektivs 6 ist. Der Öffnungswinkel 11 des Rohres 10, ausgehend von Front des Objektives 6, ist hierbei größer bemessen als der Öffnungswinkel 12 des optischen Systems der Kamera 5. An dem vorderen Ende 13 des Rohres 10 befindet sich ein matter lichtstreuender Filter 14, in der Form einer Kunststoff- oder Glaskuppel, der die zu prüfende Solarzelle 15 umfänglich vollständig überdeckt. In dem Filter 14 ist ein Lochfenster 16 vorgesehen, das das vordere Ende 13 des Rohres 10 spaltfrei einfaßt. Der Filter 14 wird hierbei von dem Boden 17 des Gehäuses 1 ebenfalls spaltfrei eingefaßt.

Unterhalb der Beleuchtungsvorrichtung läuft ein Förderband 18, auf welchem die Solarzellen 15 kontinuierlich oder in Taktzeiten unter den Filter 14 zur Bilderfassung geführt werden. Hierbei wird der Abstand 19 zwischen Solarzelle 15 und Filter 14 so gering wie möglich gehalten, damit keine äußeren Lichteinflüsse auf die Oberflächen der Solarzellen 15 während der Bilderfassung treffen können.

Das von den Lichtquellen 4 ausgehende Licht wird hierbei zunächst von den rauhen Oberflächen 3 der Wände 2 des Gehäuses 1 als diffuses Licht gestreut, welches die Lichtspalte 9 zwischen Abschirmwand 8 und Wände 2 passieren kann. Der Filter 14 wird vor direkt einfallendem Licht der Lichtquelle 4 durch die Abschirmwand 8 geschützt. Das so unterhalb der Abschirmwand 8 diffus gestreute Licht trifft nunmehr auf den kuppelförmigen Filter 14, durch welchen das Licht abermals gestreut auf die Solarzelle 15 trifft. Das somit absolut diffus gestreute Licht wird nun an den aufgedruckten, erhabenen Leiterbahnen 20 so reflektiert, daß es zu wesentlich größeren Lichtanteilen in das Objektiv 6 der Kamera 5 fällt, als das von der unbedruckte kristallinen Substratoberfläche 21 reflektierte. Dadurch wird bei dieser ein Dunkelfeldabbildung erzeugt, innerhalb welchem das gedruckte Leiterbahnenbild deutlich und kontrastreich hervorgehoben wird. (Siehe Abb. 6) Dabei spielt es keine Rolle, in welcher Aufnahmelage sich die Solarzelle 15 befindet. Auch wird die gleiche Verbesserung bei Wafern mit oder ohne Antireflexbeschichtung erzielt.

Auch ist es ohne weiteres möglich die Lichtquellen 4 selbst zusätzlich mit einem das Licht streuenden Filter zu versehen, so daß sichergestellt ist, daß ausschließlich diffuses Licht auf den zweiten Filter 14 trifft. Um den Streueffekt des Lichtes der Lichtquellen (4) in Einzelfällen zu variieren und den Substratoberflächen anzupassen, können auch bekannte, die Lichtwellenlänge reduzierende Vorrichtungen, vorgesehen werden.

Eine weiter Optimierung wäre durch die Verringerung des Abstandes 19 gegen Null. Diese wäre durch eine Zufuhr des Wafer in einer vertikalen Hubbewegung an die entsprechende Stelle unter dem Filter 14 möglich.

Damit wurde mit dieser Beleuchtungseinrichtung die Möglichkeit geschaffen, alle verwendeten Siliziumware die in der Solarzellenfertigung verwendeten EFG-, mono- und multikristalline Substrate mit aufgedruckten Leiterbahnenbilder mit einer Kamera so zu erfassen, daß Fehlerquellen und Abweichungen an den Leiterbahnenbildern sicher erkannt und an das nachgeschalteten Bildverarbeitungssystem weiter geleitet werden können.

Claims

1. Beleuchtungsvorrichtung für die elektronische Bildverarbeitung zur kontrastreichen Darstellung für die Kontrolle und Vermessung von gedruckten Leiterbahnen auf EFG-, mono- und multikristallinen Siliziumwafer insbesondere Solarzellen, bestehend aus einem vom Außenlicht abgeschirmten Gehäuse, in welchem eine Kamera für die Bilderfassung sowie eine oder mehrere Beleuchtungsquellen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht der Lichtquellen (4) durch Reflektoren oder Filter in ein diffuses Licht gestreut auf einen zweiten Filter (14) gelenkt wird, der die zu erfassende Solarzelle (15) vollständig überdeckt und mit einem Lochfenster (16) ausgestattet ist, das ein Rohr (10) einfaßt, in welches das Objektiv (6) einer bildverarbeitenden Kamera (5) hineinragt.

2. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die innenseitigen Oberflächen (3) der Wände (2) des Gehäuses (1) eine lichtstreuende Struktur haben und unterhalb der Leuchtquellen (4) eine lichtundurchlässige Abschirmwand (8) vorgesehen ist, die kleiner als die Querschnittsfläche des Gehäuses (1) ist und hierbei Lichtspalte (9) zwischen Abschirmwand (8) und der Wände (2) des Gehäuses (1) bildet und jede Vorzugsrichtung des Lichtes der Lichtquellen (4) unterdrückt.

3. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (4) selbst mit einem Lichtstreufilter versehen sind.

4. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß eine die Wellenlänge des Lichts der Lichtquellen (4) variierende Vorrichtung vorgesehen ist.

5. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (14) aus einer matten, lichtstreuenden aus Kunststoff oder Glas bestehenden Kuppel besteht.

6. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungs winkel (11) des Rohres (10) größer als der Öffnungswinkel (12) des optischen Systems des Objektives (6) der Kamera (5) bemessen ist.