JP2013524217A - 時間分解フォトルミネッセンス撮像システム及び光電池検査方法 - Google Patents

Abstract

光電池及びウェハーを撮像するための時間分解フォトルミネッセンス技術を開示する。高速応答を有する光検出器を用いて、有効寿命を直接測定する。パルス光源がウェハーを点滅照射して、シリコン中に過剰キャリアを生成する。フォトルミネッセンス減衰を長時間にわたって撮像することによって、キャリア再結合の速度を監視する。フォトルミネッセンス減衰曲線から有効寿命を抽出し、有効寿命を用いて、光電池及びウェハーの品質を判定することができる。

Description

関連出願のクロスリファレンス
本願は、米国特許仮出願第６１／３１８７３８号、２０１０年３月２９日出願（特許文献１）に基づいて優先権を主張し、その全文を参照する形で本明細書に含める。

１．分野
本願は、時間分解フォトルミネッセンス撮像（イメージング）システム、及び光電池検査の方法に関するものである。

２．関連技術
フォトルミネッセンスは、より高エネルギー（短波長）の光を吸収した後の、光の再放出である。太陽灯、レーザー、またはＬＥＤは、シリコンのような光起電性のウェハー材料中に電子を励起する。大部分の光発生電子は、そのエネルギーを熱として失うが、ごく一部の電子はシリコン中のホール（正孔）と再結合して、光子を放出する（放射再結合）。シリコン中の欠陥が多いほど、熱として失われるエネルギーが大きく、放出される光子が少ないのに対し、シリコン中の欠陥が少ないほど、より多数の放射再結合が生じて、より多数の光子が放出される。

フォトルミネッセンスは、光電池の撮像技術として頻繁に使用されてきた、というのは、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ：complementary metal oxide semiconductor）または電荷結合素子（ＣＣＤ：charge-coupled device）のような既存の画像検出器はいくつかの欠点を有するからである。例えば、既存の撮像装置（イメージャ）は、発光信号の全範囲のごく一部分しか収集することができないからである。これら既存のフォトルミネッセンス検出器は、ウェハー材料を光で連続して照射し、フィルタを用いてこの光を遮って、ウェハーから来る弱いフォトルミネッセンス・グローを収集する。光強度が高すぎる場合は、高強度の光が細部をぼかしがちなので、画像は高い解像度を有しない。高解像度のフォトルミネッセンス画像を収集する唯一の方法は、光強度を低減することである。しかし、このことは、画像を収集するために、少なくとも２、３秒間、より一般的には１分以上の露光を必要とする。しかし、この技法は、インライン測定には適さず、プロセス中のボトルネックとなる。

ＩnＧaＡs焦平面アレイも、フォトルミネッセンス画像を収集することができるが、その高いノイズフロアにより、最小限の信号を達成するのでさえ、非常に高い照明レベルが必要になる。この高い光レベルは、細部をぼかしがちであり、そして試験中の電池用の冷却システムが必要になる。上記検出器自体も、固有の暗電流がずっと弱い発光を圧倒することを避けるために、相当量の冷却を必要とする。

既存の定常状態フォトルミネッセンス信号技術は、信号を有効寿命に変換するための較正を必要とするので、不利である。フォトルミネッセンス強度はドーパント密度に比例するので、較正中には、（例えば、抵抗率及び厚さから測定した）ドーパント濃度を考慮に入れなければならない。強度−寿命の較正は、μ−ＰＣＤ（microwave photoconductive decay：マイクロ波光導電減衰）法または等価な技法を用いて「ゴールデン（金）」ウェハーの寿命を測定し、この「ゴールデン」ウェハーのフォトルミネッセンス強度を捕捉し、較正曲線を作成し、この較正曲線の精度を検証し、この曲線を改良して、ソフトウェア中にプログラムすることによって決定される。これに加えて、フォトルミネッセンス強度は励起光の吸収に依存し、この吸収は表面の反射率及び粗さに影響され得る。

仮出願第６１／３１８７３８号明細書 米国特許第６６５７１７８号明細書

本発明のいくつかの態様及び特徴の基本的理解をもたらすために、以下の発明の概要を含める。この概要は、本発明の広範囲の概説ではなく、このため、本発明の主要または重要な要素を特に識別すること、あるいは、本発明の範囲を線引きすることを意図したものではない。その唯一の目的は、本発明のいくつかの概念を、以下に提示するより詳細な簡略化形式で提示することにある。

本発明の態様によれば、シリコンウェハーの時間分解フォトルミネッセンス画像を生成するための撮像検査モジュールと、このシリコンウェハーを処理して光電池にするための複数の処理モジュールとを含むシステムが提供される。

この撮像検査モジュールは、パルス光源及びカメラを含むことができる。この撮像検査モジュールはさらに、ウェハーセンサ、及びこれらのパルス光源及びカメラと通信するコントローラを含むことができる。

上記複数の処理モジュールは、エッチング、拡散、ウェットエッチング、パシベーション及びＡＲＣ（anti-reflection coating：反射防止コーティング）、スクリーン印刷（スクリーンプリント）、焼成、及びこれらの組合せから成るグループから選択することができる。

上記撮像検査モジュールは第１撮像検査モジュールとすることができ、上記システムはさらに、上記複数の処理モジュールのうち２つの間に第２撮像検査モジュールを含むことができる。

本発明の他の態様によれば、ウェハー内にフォトルミネッセンスを発生させるためのパルス光源と、このウェハーからフォトルミネッセンス露光データを捕捉するための電子衝撃型アクティブ画素センサを具えたカメラと、上記フォトルミネッセンス露光データから時間分解フォトルミネッセンス減衰曲線を生成するためのコンピュータとを含む検査モジュールが提供される。

この検査モジュールは、ウェハーセンサと、上記パルス光源及び上記カメラと通信するコントローラとを含むこともできる。上記カメラは、少なくとも約950nm〜少なくとも約1250nmの発光波長を検出するように構成することができる。上記カメラは、ＩnＧaＡsＰ焦点アレイを含むことができる。

本発明の他の態様によれば、光をウェハーにパルス照射してフォトルミネッセンスを発生させるステップと、第１時刻に第１フォトルミネッセンス露光データを捕捉するステップと、第１時刻後の第２時刻に第２フォトルミネッセンス露光データを捕捉するステップと、第２時刻後の第３時刻に第３フォトルミネッセンス露光データを捕捉するステップと、第１、第２、及び第３フォトルミネッセンス露光データを組み合わせて、上記ウェハーのフォトルミネッセンス減衰曲線を生成するステップとを含む。

この方法は、第３時刻後の第４時刻に第４フォトルミネッセンス露光データを捕捉するステップを含むこともでき、上記組み合わせるステップは、第１、第２、第３、及び第４フォトルミネッセンス露光データを組み合わせて、上記ウェハーのフォトルミネッセンス減衰曲線を生成することを含むことができる。

この方法は、第４時刻後の第５時刻に第５フォトルミネッセンス露光データを捕捉するステップを含むこともでき、上記組み合わせるステップは、第１、第２、第３、第４、及び第５フォトルミネッセンス露光データを組み合わせて、上記ウェハーのフォトルミネッセンス減衰曲線を生成することを含むことができる。

光をパルス照射するステップは、第１時刻に光をパルス照射することを含み、上記方法は、第２時刻に光をウェハーにパルス照射してフォトルミネッセンスを発生させるステップを含むこともできる。

上記方法は、上記第１時刻に第４フォトルミネッセンス露光データを捕捉するステップと、上記第２時刻に第５フォトルミネッセンス露光データを捕捉するステップと、上記第３時刻に第６フォトルミネッセンス露光データを捕捉するステップと、上記第１時刻における第１フォトルミネッセンス露光データと第４フォトルミネッセンス露光データとを組み合わせて、上記第１時刻における第１フォトルミネッセンス画像を生成するステップと、上記第２時刻における第２フォトルミネッセンス露光データと第５フォトルミネッセンス露光データとを組み合わせて、第２フォトルミネッセンス画像を生成するステップと、上記第３時刻における第３フォトルミネッセンス露光データと第６フォトルミネッセンス露光データとを組み合わせて、第３フォトルミネッセンス画像を生成するステップと、上記ウェハーの第１、第２及び第３フォトルミネッセンス画像を組み合わせて、このウェハーのフォトルミネッセンス減衰曲線を生成するステップとを含むこともできる。

上記方法は、光をパルス照射する前に、上記ウェハーを検出するステップを含むこともできる。

上記方法は、フォトルミネッセンス減衰曲線に基づいて、上記ウェハーのキャリア寿命を測定するステップを含むこともできる。

上記ウェハーは光電池とすることができる。上記ウェハーはシリコンを含むことができる。

本明細書に含まれ、本明細書の一部をなす以下の図面は、本発明の実施形態を例示するものであり、その説明と共に、本発明の原理を説明し例示する役割をする。これらの図面は、好適な実施形態の主要な特徴を、略図様式で例示することを意図したものである。これらの図面は、実際の実施形態のすべての特徴を表現することも、表現した要素の相対寸法を表現することも意図しておらず、原寸に比例していない。

光電池の概略図である。 代表的な光電池についての、レーザーパルス及びフォトルミネッセンス減衰曲線を示すグラフである。 図２Ａのフォトルミネッセンス減衰を正規化して示すグラフである。 本発明の一実施形態により収集した露光シーケンスの強度プロットを示すグラフである。 本発明の一実施形態による光電池検査装置のブロック図である。 本発明の一実施形態による図３の光電池検査装置の概略図である。 本発明の一実施形態によるカメラの詳細図である。 シリコンのフォトルミネッセンス・スペクトル、従来技術のセンサの感度、及び本発明の一実施形態によるカメラの感度を示すグラフである。 本発明の一実施形態による時間分解フォトルミネッセンス法を示す流れ図である。 本発明の一実施形態による図７の方法を例示する概略図である。 本発明の一実施形態による図７の方法を例示する概略図である。 本発明の一実施形態による、光パルスより短い寿命を例示する概略図である。 本発明の一実施形態による図７の方法を例示する概略図であり、光パルスより短い寿命を有する水についての減衰曲線が生成されている。 本発明の一実施形態による図７の方法を例示する概略図であり、光パルスより短い寿命を有する水についての減衰曲線が生成されている。 本発明の一実施形態による光電池の検査を示す概略図である。 本発明の一実施形態による光電池処理システムの概略図である。 本発明の一実施形態による好適なコンピュータシステムのブロック図である。

光電池を撮像して検査するための時間分解フォトルミネッセンス技術を開示する。フォトルミネッセンス強度はキャリア寿命に正比例し：即ち−Ｉ_PL＝ｃΔｎ＝ｃＴであり、ここに、ｎはキャリア電荷密度であり、ｃは定数であり、Ｔは寿命である。パルス光源がウェハーを点滅照射し、シリコン中に過剰キャリアを生成して、フォトルミネッセンスを発生させる。キャリア再結合の速度は、高速応答を有する光検出器を用いて、長時間にわたってフォトルミネッセンス減衰を撮像することによって監視する。フォトルミネッセンス減衰曲線を生成し、この曲線から有効寿命を抽出する。その結果、有効寿命が直接、測定される。

以下、本発明の実施形態を、図１を参照しながら詳細に説明する。図１に、代表的な光電池１００を例示する。この光電池は一般に、太陽光からのエネルギーを電気エネルギーに変換する半導体ウェハー１０４を含む。半導体ウェハー１０４は一般にシリコンであるが、他の材料を用いることができることは明らかである。金属接点１０８、１１２（アノード（陽極）／カソード（陰極）リード）を、半導体ウェハー１０４の一方の端に設けて、電気エネルギー１２０を収集する。電流源１１６を設けることもできる。

図２Ａは、レーザーパルス２０８に続いて、代表的なシリコンウェハーのフォトルミネッセンス減衰曲線２００を示すグラフである。図２Ａに示すように、レーザーパルスは、フォトルミネッセンスの寿命よりずっと短い（即ち、フォトルミネッセンスの寿命約1μsに比べて、レーザーパルスは約50nsである）。図２Ｂは、図２Ａのフォトルミネッセンス減衰曲線２００についての、代表的な露光シーケンスの強度プロットである。図２Ｂに示す線２１２の傾きは、上記寿命が約1μsであることを示している。図２Ｂの線２１２は、200ns間の露光を250ns毎に収集するカメラで捕捉したものである。図２Ｃは、図２Ｂのフォトルミネッセンス減衰の露光シーケンスを対数尺（ログスケール）に当てはめたものである。図２Ｃの線２２０の傾きは、上記寿命の逆数に等しい。

図３に、本発明の実施形態による検査システム３００を例示する。検査システム３００は、コントローラ３０４、カメラ３０８、パルス光源３１２、及び光電池またはウェハー３１６を含む。システム３００は、ウェハーセンサ３２０を含むこともできる。図４に示すように、システム３００は、高効率の光学系４００、筐体４０４、及び試験中のデバイス３１６用の支持部４１２を含むこともできる。再び図３を参照すれば、コントローラ３０４は、プロセッサ３２４及びメモリ３２８を含むことができる。コントローラ３０４は、タイミング回路を含むことができる。カメラ３０８をパルス光源３１２と共に用いて、光電池３１６のフォトルミネッセンス減衰を直接、監視する。

一実施形態では、支持部４１２は静電チャックである。他の実施形態では、支持部４１２はコンベヤである。一実施形態では、検査システム３００は、10×10cmまたは15×15cmの光電池を、約50〜75cmの距離を隔てて撮像するように設計されている（即ち、支持部４１２とカメラ３０８との間の距離は約50〜75cmである）。

カメラ３０８は、システム３００内で検査を受けている光電池からフォトルミネッセンス画像を捕捉する。カメラ３０８は、これらのフォトルミネッセンス画像を捕捉するように最適化することができ、そして、特定種類の光電池（例えば、シリコン光電池）から画像を捕捉するように最適化することができる。カメラ３０８は、微光に感応し、急速に（即ち、1〜2μs毎に）オン／オフ切り換えすることができ、そして、シリコン発光の波長（例えば、約950nm〜1250nm）に感応することを特徴とする。

一実施形態では、カメラ３０８は電子衝撃型アクティブ画素センサ（ＥＢＡＰＳ：electron bombarded active pixel sensor）である。ＥＢＡＰＳセンサを有する代表的なカメラは、米国特許第６６５７１７８号明細書（特許文献２）に開示され、その全文を参照する形で本明細書に含める。図５に、ＥＢＡＰＳセンサの詳細図を示す。図５に示すように、ＥＢＡＰＳセンサ５００は、フェースプレート（前面板）５０４、フォトダイオード５０８、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ５１２（裏面照射型ＣＣＤ／ＣＭＯＳとすることができる）、及びパッケージ５１６を含む。フォトダイオード５０８とＣＣＤ／ＣＭＯＳアノード５１２との間に、真空５２０が形成される。使用中には、フォトダイオード５０８によって形成された光子が電子を生成し、これらの電子は、フォトカソードによって放出され、高電圧によって加速される。加速された電子は、ＣＣＤ／ＣＭＯＳアノード５１２に衝突する。この電子はアノード５１２内で減速して、多数の二次電子を生成する。これらの一次電子、及び二次電子の大群は記録されて、ＣＣＤ／ＣＭＯＳ５１２によって測定される。

１つの特定実施形態では、カメラ３０８は、電子衝撃型（ＥＢ）の裏面照射型1.3メガ（130万）画素ＣＭＯＳカメラであり、１秒当たり30フレームを捕捉することができる。一実施形態では、ＥＢＣＭＯＳカメラがＩnＧaＡsＰ焦点アレイを使用し、これは、固有の暗電流を１００倍以上低減し、ＩnＧsＡs焦点アレイカメラに比べて、ずっと低い読出しノイズを有する。カメラ３０８は、電子衝撃ゲインを有して、光子毎の信号を拡大することもできる。

図６は、シリコンについてのフォトルミネッセンス・スペクトル６００（即ち、約950nm〜1250nm、約1150nmの所にピークを有する）、従来技術のセンサの感度６０４、及び本発明の実施形態によるカメラの感度６０８を示すグラフである。図６に示すように、カメラ３０８は、線６０８によって証明されるように、線６００で示すフォトルミネッセンス・スペクトルの全強度範囲を収集することができるのに対し、線６０４で示す従来型のシリコンセンサの感度は、１％未満の範囲しか有しない。

再び図３を参照すれば、パルス光源３１２が光を発生して、この光が光電池セル３１６内でフォトルミネッセンスを発生させる。一実施形態では、パルス光源３１２はパルスＬＥＤまたはフラッシュランプ（閃光電球）である。一実施形態では、光源３１２は、約100ns未満の任意値または任意値域内でオン／オフ切り換えすることができ、パルス間の時間は約100kHz〜5kHzである。パルス光源３１２は、光電池／ウェハー３１６に向けて光を指向させ、この光は可視光だけでなく、赤外光及び紫外光も含むことは明らかである。

光電池３１６の寿命よりずっと短いパルスを使用する。このことは、カメラ３０８がウェハー３１６を、フォトルミネッセンス減衰に沿った複数時点で撮像することを可能にする。カメラ３０８は、調査中の材料の寿命と同じオーダーかそれより短い露光を捕捉する。（シリコンの少数キャリアの寿命は、1μs弱から数msまで変化し得る。）従って、カメラ３０８は、光パルスとほぼ同じ速度（例えば、約100kHz〜5kHz）で露光を集積することができる。

使用中には、光電池またはウェハー３１６は、カメラの視野内に位置決めされる。一実施形態では、センサ３２０を用いて、光電池／ウェハー３１６がカメラの視野内に位置決めされた時点を検出する。コントローラ３０４が、光電池／ウェハー３１６が適切な位置にあることの信号を受信すると、トリガ信号を、カメラ３０８及び光源３１２に送信することができる。

次に、光電池／ウェハー３１６がカメラ３０８の視野内にある間に、パルス光源が点滅して、光電池／ウェハー３１６を２、３マイクロ秒間照射する。短い光バーストがウェハー３１６を照射し、フォトルミネッセンス・グローが何マイクロ秒かの間に、明るくぼやけた状態から薄暗くくっきりした状態になる。適切な時間遅延後に、カメラの内部タイミング発生器が、第２トリガパルスをフォトカソード（光電陰極）のゲートに送信して、ウェハー３１６からのフォトルミネッセンスを捕捉する。カメラ３０８は、何十または何百マイクロ秒間か持続する薄暗いグローを捕捉する。光パルス、及びこれに遅延する露光は、１ミリ秒未満存在する。画像の読出しは33msを要し、プロセス全体を１秒当たり少なくとも２０回の頻度で容易に行うことができる。

次に、カメラ３０８が記録した画像を、コンピュータ（コントローラ３０４、あるいはカメラ３０８と通信する他のコンピュータ）に送信して分析する。次に、この情報をプロセス制御システムにフィードバックし、プロセスを何回か反復して、複数回の時間遅延後に、そして複数個のパルス後に、（例えば図２Ｂに示すような）露光データを収集する。

次に、上記コンピュータは、露光データに線を当てはめて、（例えば図２Ｃに示すような）フォトルミネッセンス減衰曲線を生成する。一実施形態では、上記コンピュータが、複数回のパルスに続く露光データどうしを組み合わせて、時間遅延毎の画像を生成する。上記コンピュータは、上記曲線の傾きを計算して、有効寿命を計算することもできる。

上記コンピュータは、上記光電的曲線及び寿命情報を表示することができ、そして、光電池／ウェハー３１６についての情報、例えば全体効率、均一性、暗欠陥、等を提供することもできる。上記コンピュータは、光電池／ウェハー３１６の画像を表示することもできる。そして、この情報を用いて、光電池／ウェハー３１６を合格／不合格にし、グループ分けすることができ、これにより、太陽電池パネルを一貫した速度で製造することができる。上記コンピュータは、上記寿命情報を用いて、プロセス監視及び／または光電池／ウェハーの等級付けを提供することもできる。

レーザーパルス幅及びカメラ露光時間がフォトルミネッセンス寿命と同じオーダーであれば、この寿命を抽出することもできることは明らかである。この場合は、最小二乗反復リコンボリューション（再畳み込み）を用いて、フォトルミネッセンス寿命を測定することができる。測定される減衰プロファイルは、レーザーパルス、カメラ露光プロファイル、及びフォトルミネッセンス寿命のコンボリューション（畳み込み）である。レーザーパルス及びカメラ露光プロファイルを測定し、そして、測定した減衰プロファイルに最も近い減衰プロファイルを生成する寿命が見つかるまで、これらの測定値を種々の寿命と共に畳み込むことができる。

検査モジュール３００を他の既知の検査技術と組み合わせて、光電池／ウェハー３１６についての追加的情報を収集することができることも明らかである。

図７は、本発明の一実施形態による、フォトルミネッセンス寿命を測定するための時間分解プロセスを示す流れ図である。以下に説明するプロセス７００は単なる例示であり、より少数またはより多数のステップを含むことができ、少なくとも一部のステップの順序を、以下に説明する順序から変更することができることは明らかである。

図７に示すように、プロセス７００は、ウェハー（または光電池）を検出すること（ブロック７０２）によって開始することができる。例えば、センサ３２０が、ウェハー／光電池３１６がカメラ３０８の下の定位置にあることを検出して、信号をコントローラ３０４に送信することができる。

光源をパルス発光させて（ブロック７０４）ウェハーを照射し、これによりウェハーをグロー発光させる（ブロック７０８）。例えば、コントローラ３０４がトリガ信号３０４をパルス光源３１２に送信して、ウェハー／光電池３１６に向けてパルス発光することができる。

次に、カメラが露光を捕捉する（ブロック７１２）。例えば、上述したように、カメラ３０８がフォトルミネッセンス・データを露光として捕捉する。複数個の光パルスを発生させ、各光パルスに後続する露光データを捕捉することによって、このプロセスを何回か反復して、特定時点で画像を生成するのに十分な露光を生成することができる。一旦、十分な露光データを捕捉すると（ブロック７１６）、時間遅延を発生させて（ブロック７２４）、上記プロセスを再度反復する。例えば、上述したように、光源を１回以上パルス発光させて、カメラが露光データを捕捉する。フォトルミネッセンス減衰曲線を生成するのに十分な露光データが得られるまで、時間遅延に続く上記プロセスの再度の反復を複数回行う。一実施形態では、フォトルミネッセンス減衰曲線を生成するために、約５回〜約５０回の範囲内の時間遅延が発生する。５回より少ない時間遅延、あるいは５０回より多い時間遅延を発生させることもできることは明らかである。一実施形態では、これらの時間遅延を２、３ナノ秒または２、３マイクロ秒だけ異ならせることができ、一実施形態では、これらの時間遅延を、約10ns〜約200μsの間の任意の値または値の範囲で発生させることができる。この時間遅延は、10ns未満、あるいは200μs以上にすることができることは明らかである。一実施形態では、上記プロセスを、約１０回〜約２０００回の範囲内で反復することができる。上記プロセスを、１０回未満、あるいは２０００回以上反復することができることは明らかである。一実施形態では、所定の時間遅延に対して、露光データを捕捉する回数を変化させる。例えば、減衰曲線の初めに信号が強い際には、上記プロセスを約１０回〜約１００回反復するが、信号が弱い際には、上記プロセスを約１００回〜約２０００回反復する。データ点または時間遅延毎に露光を収集することによって、信号対雑音比が改善される。

例えば、図７Ａ及び７Ｂに、上述したように、複数個のパルス７５０に対する複数回の露光の捕捉を例示する。図７Ｂでは、カメラ露光７５６に先行する時間遅延７５４は、時間遅延７５２より大きい。図７Ａ及び７Ｂに示すように、好適なパルス間の時間は1ms以下である。

再び図７を参照すれば、一旦、カメラが、フォトルミネッセンス減衰曲線を生成するのに十分な露光を捕捉すると（ブロック７２８）、コンピュータにおいて、これらの露光を組み合わせて画像にし、種々の時間遅延における異なる画像に基づいてフォトルミネッセンス減衰曲線を生成する（ブロック７３２）。上述したように、このフォトルミネッセンス減衰曲線を用いて、ウェハーの寿命を測定することができる（ブロック７３６）。

次に、この寿命を用いてウェハーを合格／不合格にする。一実施形態では、上記コンピュータが、ウェハーが合格であるか否かを判定する。他の実施形態では、上記コンピュータがこの寿命をディスプレイに出力して、人間のオペレータ（操作員）が、ウェハーが合格であるか否かを判定する。

減衰曲線の測定が直接的であるので、較正を必要としない。データ収集は２、３秒間で行われ、その結果は、高い分解能のウェハー／光電池の寿命である。寿命の画像は、フォトルミネッセンスの輝度とは無関係であり、吸収または反射効果は存在しない。

図８に示すように、試料の寿命が、照射源のパルス時間、あるいは撮像装置の最小露光時間より短い場合が存在する。照射と露光との間の遅延を、寿命よりも精密に制御することができれば、照射パルスより短いフォトルミネッセンス減衰からでさえも、正しい寿命を抽出することができる。この実施形態用には、ＥＢＡＰＳカメラが有利である、というのは、ＥＢＡＰＳカメラは固有のフィルタを有し、短波長の光には応答せず、このため、互いに重複する照射と露光を実行することができる。従って、光源３１２とカメラ３０８とが同時に動作することができる。図９Ａに示すように、露光が照射パルスに時間的に重複するようなパルス列（パルスチェーン）を用いて、フォトルミネッセンス減衰曲線を生成する。図９Ａに示すパルス列では、所定遅延時間をおいた単一回の露光を示すが、有用な画像を作り上げるための、特定遅延時間をおいた何十回〜何千回の露光があり得る。重複する露光から構成した例示的な減衰曲線を図９Ｂに示す。最小二乗反復リコンボリューションのような統計的方法、あるいはモーメント法を用いて、図９Ｂに示す測定した減衰曲線からフォトルミネッセンス寿命を抽出することができる。

図１０に、検査システム１０００の概略図を例示し、これは、コンベヤ１０００を有する検査システム３００を示す。図１０に示すように、複数個の光電池３１６ａ〜ｅを、コンベヤ１０００上で、カメラ３０８及びパルス光源３１２の下に搬送する。パルス化されるフォトルミネッセンスは、ストロボ照射を使用するので、コンベヤベルトを停止する必要はない。最大処理能力を制限する要因は、もはや撮像サブシステムではなく、システムがウェハーを物理的に処理して搬送する能力であり、このことは、この検査システムを、インライン・プロセス監視システムにおいて使用することを可能にする。

図１１に、好適なインライン・プロセス監視システム１１００を例示する。図１１に示すように、ウェハー処理時間を増加させることなしに、モニターをプロセスライン中のどこにでも配置することができる、というのは、材料処理が速度を制限するステップである（撮像はもはや、速度を制限するステップではない）からである。

好適なインライン処理システム１１００では、システム１１００が、検査システム３００／１０００、エッチング兼テクスチャモジュール１１０４、拡散モジュール１１０８、ウェットエッチング・モジュール１１１２、パシベーション兼ＡＲＣモジュール１１１６、スクリーン印刷モジュール１１２０、焼成モジュール１１２４、及びテスト兼ソート（並べ替え）モジュール１１２８を含む。一実施形態では、コンベヤ１０００がウェハー／光電池を、インライン処理システム１１００を通して、検査モジュール３００／１０００からテスト兼ソートモジュール１１２８まで搬送する。

図１１に示すように、検査システム３００／１０００は、プロセスの始点に、結晶欠陥及びエッチング残留物を検査するためにエッチング兼テクスチャモジュール１１０４と拡散モジュール１１０８との間に、ドーパントの均一性及びクラックを監視するために拡散モジュール１１０８とウェットエッチング・モジュール１１１２との間に、膜のパシベーション均一性及びクラックを監視するためにパシベーション兼ＡＲＣモジュール１１１６とスクリーン印刷モジュール１１２０との間に、金属化の欠陥及びクラックを監視するためにスクリーン印刷モジュール１１２０と焼成モジュール１１２４との間に、そしてソート及び分類用のテスト兼ソートモジュール１１２８として配置することができる。このことは、処理が始まる前にウェハーを除去すること、及び欠陥ウェハーをラインから除去することを可能にし、これにより、インライン検査全体を通して迅速に光電池を送る高効率が可能になり、かつ誤処理が回避される。一実施形態では、処理中の材料及び完成品の光電池のフォトルミネッセンス画像を、１時間当たり３６００枚のウェハーについて収集する。その利点は、歩留まりの増加、より厳密なプロセス制御による光電池効率の改善、及び処理コストの低減を含む。

図１２に、マシンの概略的表現を、例示的なコンピュータシステム１２００の形式で示し、このシステム内で一組の命令を実行して、本明細書で説明する方法の１つ以上をこのマシンに実行させることができる。代案の実施形態では、マシンが独立型（スタンドアロン）装置として動作するか、マシンを他のマシンと接続（例えばネットワーク接続）することができる。ネットワーク化の展開では、上記マシンがサーバー−クライアント・ネットワーク環境内のサーバーまたはクライアントマシンとして、あるいは、ピア・ツー・ピア（または分散）環境内のピアマシンとして動作することができる。上記マシンは、サーバー、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ：personal computer）、タブレットＰＣ、セットトップボックス（ＳＴＢ：set-top box）、ウェブ機器、ネットワーク・ルータ、スイッチまたはブリッジ、あるいは、当該マシンが行う動作を指定した一組の（順序的であるか、そうでない）命令を実行することのできる他のあらゆるマシンとすることができる。さらに、単一のマシンを図示しているが、「マシン」とは、本明細書で説明する方法の１つ以上を実行するための一組（または複数組）の命令を、個別に、あるいは連帯して実行するマシンの任意の集合を含むものと解釈することもできる。

好適なコンピュータシステム１２００は、プロセッサ１２０２（例えば、中央処理装置（ＣＰＵ：central processing unit）、グラフィック処理装置（ＧＰＵ：graphics processing unit）、または両者）、メインメモリ（主記憶装置）１２０４（例えば、リードオンリー（読出し専用）メモリ（ＲＯＭ：read only memory）、フラッシュメモリ、ダイナミック・ランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ：dynamic random access memory）、例えば同期型ＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ：synchronous DRAM）またはランバスＤＲＡＭ（ＲＤＲＡＭ：Rambus DRAM）等））を含み、これらはバス１２０８を介して互いに通信する。

コンピュータシステム１２００はさらに、ビデオ表示装置１２１０（例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：liquid crystal display）または陰極線管（ＣＲＴ：cathode ray tube））を含むことができる。コンピュータシステム１２００は、英数字入力装置１２１２（例えばキーボード）、カーソル制御装置１２１４（例えばマウス）、ディスク駆動装置１２１６、信号発生装置１２２０（例えばスピーカ）、及びネットワーク・インタフェース装置１２２２も含む。

ディスク駆動装置１２１６はコンピュータ可読媒体１２２４を含み、この媒体上に、本明細書で説明する方法または機能の１つ以上を具現するための一組以上の命令（例えばソフトウェア１２２６）が記憶されている。ソフトウェア１２２６は、コンピュータシステム１２００によるその実行中に、全体的に、あるいは少なくとも部分的に、メインメモリ１２０４内、及び／またはプロセッサ１２０２内に駐在することもでき、メインメモリ１２０４及びプロセッサ１２０２も、コンピュータ可読媒体を構成する。ソフトウェア１２２６はさらに、ネットワーク・インタフェース装置を１２２２介して、ネットワーク１２２８上で送信または受信することができる。

好適な実施形態では、コンピュータ可読媒体１２２４を単一媒体として示しているが、「コンピュータ可読媒体」とは、一組以上の命令を記憶する単一媒体または複数媒体（例えば、集中型または分散型データベース、及び／またはこれに関連するキャッシュ及びサーバー）を含むものとして解釈すべきである。「コンピュータ可読媒体」とは、上記マシンによって実行されて、本発明の方法の１つ以上を上記マシンに実行させるための一組の命令を記憶、符号化、または搬送することのできる、あらゆる有形媒体を含むものとしても解釈すべきである。従って、「コンピュータ可読記憶媒体」とは、これらに限定されないが、固体メモリ、光媒体、及び磁気媒体を含むものとして解釈される。

なお、上記コンピュータは、特定機能を実行し、互いに相互作用する種々のモジュールを有するものとして、本明細書に例示して説明している。なお、これらのモジュールは、説明のため、単にそれらの機能を基に分けており、コンピュータのハードウェア、及び／または、適切なコンピュータ・ハードウェア上での実行用にコンピュータ可読媒体上に記憶された実行可能なソフトウェアコードを表す。異なるモジュール及び装置の種々の機能は、ハードウェア、及び／または上記のようなコンピュータ可読媒体上に記憶されたソフトウェアとして、任意様式のモジュールとして組み合わせるか分離することができ、そして、別個に、あるいは組み合わせて使用することができる。

本明細書で説明したプロセス及び技術は、特定装置に本質的に関係するものではなく、あらゆる適切な構成要素の組合せによって実現することができる。さらに、各種の汎用装置を、本明細書に記載した教示に従って使用することができる。本明細書で説明した方法のステップを実行すべく特化した装置を構成することが、有利であることも分かっている。本発明は、特定の例に関連して説明してきたが、これらの例は、あらゆる点で、限定的でなく例示的なものであることを意図している。多数の異なるハードウェア、ソフトウェア、及びファームウェアの組合せが、本発明を実施するのに適していることは、当業者にとって明らかである。これらのコンピュータ装置は、ＰＣ、ハンドセット、サーバー、ＰＤＡ（personal digital assistant：個人用携帯情報端末）、あるいは、媒体上に記録されているコンピュータ可読の命令に応答して、開示した機能を実行することのできる他のあらゆる装置または装置の組合せとすることができる。従って、本明細書で用いる「コンピュータシステム」とは、こうした装置または装置の組合せのあらゆるものを称する。

さらに、本明細書を検討して、開示された発明を実施することにより、本発明の他の実現も、当業者にとって明らかである。説明した実施形態の種々の態様及び／または構成要素は、単独でも、任意の組み合わせでも用いることができる。本明細書で説明したプロセス及び技術は、特定装置に本質的に関係するものではなく、構成要素のあらゆる適切な組合せによって実現することができる。本発明は、特定の例に関連して説明してきたが、これらの例は、あらゆる点で、限定的でなく例示的なものであることを意図している。多数の異なる組合せが、本発明を実施するのに適していることは、当業者にとって明らかである。本明細書及び上記の例は好適なものに過ぎず、本発明の真の範囲は、以下の特許請求の範囲に示されていることを意図している。

光電池の概略図である。 代表的な光電池についての、レーザーパルス及びフォトルミネッセンス減衰曲線を示すグラフである。 本発明の一実施形態により収集した露光シーケンスの強度プロットを示す グラフである。 図２Ａのフォトルミネッセンス減衰を正規化して示すグラフである。 本発明の一実施形態による光電池検査装置のブロック図である。 本発明の一実施形態による図３の光電池検査装置の概略図である。 本発明の一実施形態によるカメラの詳細図である。 シリコンのフォトルミネッセンス・スペクトル、従来技術のセンサの感度、及び本発明の一実施形態によるカメラの感度を示すグラフである。 本発明の一実施形態による時間分解フォトルミネッセンス法を示す流れ図である。 本発明の一実施形態による図７の方法を例示する概略図である。 本発明の一実施形態による図７の方法を例示する概略図である。 本発明の一実施形態による、光パルスより短い寿命を例示する概略図である。 本発明の一実施形態による図７の方法を例示する概略図であり、光パルスより短い寿命を有する水についての減衰曲線が生成されている。 本発明の一実施形態による図７の方法を例示する概略図であり、光パルスより短い寿命を有する水についての減衰曲線が生成されている。 本発明の一実施形態による光電池の検査を示す概略図である。 本発明の一実施形態による光電池処理システムの概略図である。 本発明の一実施形態による好適なコンピュータシステムのブロック図である。

Claims (21)

1. シリコンウェハーの時間分解フォトルミネッセンス画像を生成するための撮像検査モジュールであって、パルス光源及び電子衝撃型アクティブ画素センサを具えた撮像検査モジュールと；
   前記シリコンウェハーを処理して光電池にするための複数の処理モジュールと
   を具えていることを特徴とするシステム。
2. 前記撮像検査モジュールが、ウェハーセンサと、前記電子衝撃型アクティブ画素センサを具えたカメラ及び前記パルス光源と通信するコントローラとを、さらに具えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記複数の処理モジュールが、エッチング・モジュール、拡散モジュール、ウェットエッチング・モジュール、パシベーション兼ＡＲＣモジュール、スクリーン印刷モジュール、焼成モジュール、及びこれらの組合せから成るグループから選択したモジュールであることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 前記撮像検査モジュールが第１撮像検査モジュールであり、前記システムが、前記複数の処理モジュールのうち２つの間にある第２撮像検査モジュールをさらに具えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. ウェハー内にフォトルミネッセンスを発生させるためのパルス光源と；
   前記ウェハーからフォトルミネッセンス露光データを捕捉するための電子衝撃型アクティブ画素センサを具えたカメラと；
   前記フォトルミネッセンス露光データから時間分解フォトルミネッセンス減衰曲線を生成するためのコンピュータと
   を具えていることを特徴とする検査モジュール。
6. ウェハーセンサと、前記パルス光源及び前記カメラと通信するコントローラとを、さらに具えていることを特徴とする請求項５に記載の検査モジュール。
7. 前記ウェハーが光電池であることを特徴とする請求項５に記載の検査モジュール。
8. 前記ウェハーがシリコンを含むことを特徴とする請求項５に記載の検査モジュール。
9. 前記カメラが、少なくとも約950nm〜少なくとも約1250nmの発光波長を検出するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の検査モジュール。
10. 前記カメラがＩnＧaＡsＰ焦点アレイを具えていることを特徴とする請求項５に記載の検査モジュール。
11. 第１光パルスをウェハーに指向させて、フォトルミネッセンスを発生させるステップと；
    第１時刻に、第１フォトルミネッセンス露光データを捕捉するステップと；
    前記第１時刻後の第２時刻に、第２フォトルミネッセンス露光データを捕捉するステップと；
    前記第２時刻後の第３時刻に、第３フォトルミネッセンス露光データを捕捉するステップと；
    第２光パルスを前記ウェハーに指向させて、フォトルミネッセンスを発生させるステップと；
    前記第１時刻に、第４フォトルミネッセンス露光データを捕捉するステップと；
    前記第２時刻に、第５フォトルミネッセンス露光データを捕捉するステップと；
    前記第３時刻に、第６フォトルミネッセンス露光データを捕捉するステップと；
    前記第１時刻における前記第１フォトルミネッセンス露光データと前記第４フォトルミネッセンス露光データとを組み合わせて、前記第１時刻における第１フォトルミネッセンス画像を生成するステップと；
    前記第２時刻における前記第２フォトルミネッセンス露光データと前記第５フォトルミネッセンス露光データとを組み合わせて、第２フォトルミネッセンス画像を生成するステップと；
    前記第３時刻における前記第３フォトルミネッセンス露光データと前記第６フォトルミネッセンス露光データとを組み合わせて、第３フォトルミネッセンス画像を生成するステップと；
    前記ウェハーの前記第１フォトルミネッセンス画像と、前記第２フォトルミネッセンス画像と、前記第３フォトルミネッセンス画像とを組み合わせて、前記ウェハーのフォトルミネッセンス減衰曲線を生成するステップと
    を含むことを特徴とする方法。
12. 前記第３時刻後の第４時刻に、第４フォトルミネッセンス露光データを捕捉するステップをさらに含み、前記組み合わせるステップが、前記第１フォトルミネッセンス露光データと、前記第２フォトルミネッセンス露光データと、前記第３フォトルミネッセンス露光データと、前記第４フォトルミネッセンス露光データとを組み合わせて、前記ウェハーのフォトルミネッセンス減衰曲線を生成することを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記第４時刻後の第５時刻に、第５フォトルミネッセンス露光データを捕捉するステップをさらに含み、前記組み合わせるステップが、前記第１フォトルミネッセンス露光データと、前記第２フォトルミネッセンス露光データと、前記第３フォトルミネッセンス露光データと、前記第４フォトルミネッセンス露光データと、前記第５フォトルミネッセンス露光データとを組み合わせて、前記ウェハーのフォトルミネッセンス減衰曲線を生成することを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
14. 前記第１光パルスを前記ウェハーに指向させるステップの前に、前記ウェハーを検出するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
15. 前記フォトルミネッセンス減衰曲線に基づいて、前記ウェハーのキャリア寿命を測定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
16. 光をウェハーにパルス照射して、フォトルミネッセンスを発生させるステップと；
    第１時刻に第１フォトルミネッセンス露光データを捕捉するステップと；
    前記第１時刻後の第２時刻に、第２フォトルミネッセンス露光データを捕捉するステップと；
    前記第２時刻後の第３時刻に、第３フォトルミネッセンス露光データを捕捉するステップとを含み、
    前記第２フォトルミネッセンス露光データを捕捉するステップが、前記第１フォトルミネッセンス露光データを捕捉するステップ及び前記第３フォトルミネッセンス露光データを捕捉するステップの少なくとも一方に重複し、
    前記第１フォトルミネッセンス露光データと、前記第２フォトルミネッセンス露光データと、前記第３フォトルミネッセンス露光データとを組み合わせて、前記ウェハーのフォトルミネッセンス減衰曲線を生成するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
17. 前記光をパルス照射するステップの前に、前記ウェハーを検出するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 前記フォトルミネッセンス減衰曲線に基づいて、前記ウェハーのキャリア寿命を測定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
19. 第１の複数の光パルスをウェハーに指向させて、フォトルミネッセンスを発生させるステップと；
    第１時間遅延後に、前記第１の複数の光パルスにおける光パルス毎に、フォトルミネッセンス露光データを捕捉するステップと；
    第２の複数の光パルスを前記ウェハーに指向させて、フォトルミネッセンスを発生させるステップと；
    前記第１時間遅延とは異なる第２時間遅延後に、前記第２の複数の光パルスにおける光パルス毎に、フォトルミネッセンス露光データを捕捉するステップと；
    第３の複数の光パルスを前記ウェハーに指向させて、フォトルミネッセンスを発生させるステップと；
    前記第１時間遅延及び前記第２時間遅延とは異なる第３時間遅延後に、前記第３の複数の光パルスにおける光パルス毎に、フォトルミネッセンス露光データを捕捉するステップと；
    前記フォトルミネッセンス露光データから、前記ウェハーのフォトルミネッセンス減衰曲線を生成するステップと
    を含むことを特徴とする方法。
20. 前記第１の複数の光パルスを前記ウェハーに指向させるステップの前に、前記ウェハーを検出するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 前記フォトルミネッセンス減衰曲線に基づいて、前記ウェハーのキャリア寿命を測定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。

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