WO2010121753A1 - Verfahren zur detektion von fehlstellen in einer dünnen waferscheibe für ein solarelement sowie vorrichtung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

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WO2010121753A1
WO2010121753A1 PCT/EP2010/002333 EP2010002333W WO2010121753A1 WO 2010121753 A1 WO2010121753 A1 WO 2010121753A1 EP 2010002333 W EP2010002333 W EP 2010002333W WO 2010121753 A1 WO2010121753 A1 WO 2010121753A1
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WO
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wafer
light
light source
camera
stack
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PCT/EP2010/002333
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Inventor
Jörg Hoffmann
Thomas Wagner
Peter Plankensteiner
Original Assignee
Intego Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/9501—Semiconductor wafers
    • G01N21/9505—Wafer internal defects, e.g. microcracks

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting defects in a thin wafer wafer for a solar element and to an apparatus for carrying out the method.
  • wafer wafers are usually produced from a so-called ingot, for example of polycrystalline silicon, by sawing. These wafers, which are also referred to simply as wafers, serve as a starting point for further processing right through to finished solar elements, such as solar cells or solar modules, in which several solar cells are linked to one another.
  • the wafer slices are very thin and have a thickness of less than 500 microns and sometimes less than 200 microns. At the same time, the wafer slices have a lateral spread or a diameter in the range of several cm up to 30 cm.
  • the raw wafer slices are processed in several process steps, e.g. Doping, coating and printing, processed into finished solar cells, which are then connected to the solar modules.
  • microcracks are small cracks that do not immediately lead to breakage of the wafer, but may make the wafer more likely to break in mechanically heavy manufacturing steps. Safe sorting of wafers containing microcracks can therefore increase the production yield.
  • the production of solar cells and solar modules is a mass production that is largely continuous and automated.
  • the inspection of the individual wafer slices should therefore be integrable in the automated production process and also be carried out as quickly as possible.
  • the object of the invention is to make it easy to carry out a material-sparing inspection of the wafer disks for the presence of defects, such as micro-cracks, which is not disturbed by the grain structure present in polycrystalline cells.
  • an optical transmission method is used for checking in which the individual wafer slice is transilluminated laterally.
  • lateral fluoroscopy when understood that the light enters via a narrow side in the wafer wafer and propagates within the wafer wafer between the two opposite flat sides of the wafer wafer and thus in the transverse direction. Due to the extremely small thickness of the wafer wafer, which is typically below 500 microns and especially below 200 microns and due to the simultaneous large lateral extent of several cm, in particular> 10 cm, the exact plane-parallel alignment of the optical axis of the measuring system, consisting of light source and optical camera, not reliable to ensure.
  • the wafer wafer is arranged in an environment medium whose refractive index is less than the refractive index of the wafer wafer.
  • the refractive index is significantly lower, for example by at least about 1/3. This ensures that in the case of a non-optimal plane-parallel alignment of the optical axis with the flat sides of the wafer wafer, ie with a slightly oblique incidence of light, the light within the wafer wafer is repeatedly reflected at the interface to the surrounding medium due to total reflection, before it again on the opposite narrow side exit. This effect of the light guide by total reflection is similarly utilized in optical waveguides.
  • This embodiment is based on the finding that in reality, in particular in a continuous "in-line" process monitoring Although an exact plane-parallel alignment of the optical axis is usually not possible, but that is then negligible, if it is ensured that Reflection at the interface to the surrounding medium, the light (total) is reflected, so that a lateral irradiation is possible on the entire length of the wafer wafer Under wafer wafer, the wafer is generally understood in any manufacturing stage, so both the raw untreated wafer and the intermediate treated or to the finished solar cell finished wafer and also those solar cells to which ribbons (electrical contact strips for connection to other solar cells) are already attached.
  • microrises are very visible in lateral fluoroscopy, because they represent a true fracture in the material, which extends from one flat side to the other flat side and can not or almost not penetrate through the light parallel to the flat side, while grain boundaries still represent material-bonding connections , which weaken the transmitted light only slightly.
  • the contrast between different grains is very much dependent on the surface treatment and therefore leads (especially in glossy surfaces) to structures in the transmission image, which are much more noticeable as defects.
  • a suitable wavelength of the light is preferably set, in particular in the infrared range with a wavelength> 800 nm and preferably in a range of, for example, 800 to 5000 nm.
  • the light is emitted by the light source in a defined beam direction.
  • the light source used is preferably lines or matrix-shaped IR LEDs or an IR laser.
  • the wafer slices are preferably polycrystalline silicon wafer slices having a refractive index in the range of about 3.5.
  • air with a refractive index of approximately 1 is suitable as the surrounding medium.
  • the term "refractive index” is generally understood here to mean the real proportion of the complex refractive index.
  • light beams emanating from the light source and passing past the wafer disk are masked out with the aid of a diaphragm arranged in the beam path, in particular after the wafer disk.
  • This avoids image artifacts. Because of the small thickness of the individual wafer wafer, the light can not usually be exploited. limit exactly enough so that some lights directly on the camera without having to go through the wafer wafer.
  • a digital camera having a plurality of sensor elements is usually used. Since only a comparatively small amount of light passes through the wafer wafer due to the large lateral extent of the wafer slices, a high sensitivity must be set in the camera. However, this high sensitivity would lead to artifacts in the image in the case of a direct incidence of light, in particular, the so-called "blooming" can occur, which manifests itself by white stripes in the image.
  • the narrow side of the wafer wafer is oriented obliquely to the incident light of the light source, so that the incident light and the light emerging from the wafer wafer are offset from one another.
  • the incoming and outgoing light beam extend laterally offset from one another.
  • Laterally offset is understood to mean that an orthogonal of the sensor-active surface of the camera is arranged laterally offset from the radiation direction of the light source.
  • the aperture can also cover the narrow side of the wafer disc without further ado, it also being ensured that the transmitted light reaches the camera.
  • the wafer wafer is transilluminated from at least two different directions, in particular from two mutually perpendicular directions.
  • the simultaneous checking of a plurality of wafer slices forming a stack is provided.
  • the transillumination of several wafer slices is made possible for the first time by means of the lateral transmission. This is not possible with the transmission methods usually provided, in which the wafer disks are individually illuminated from their flat sides. In that regard, this is the first time an efficient, fast and at the same time safe and material-friendly review allows.
  • a line-shaped light source is used as the light source and the wafer wafer, in particular the stack, is quasi successively scanned linearly.
  • the wafer disk or several wafer disks combined into a stack are moved.
  • images are taken continuously with the (line) camera, which are then reassembled to form a two-dimensional overall image with the aid of suitable software.
  • the software is preferably designed to generate three-dimensional images.
  • a so-called line camera is preferably used, in which the individual sensor elements are arranged in a row next to each other.
  • the sensor elements may also be arranged in matrix form in the case of an area camera.
  • the wafer disk is expediently moved past the light source.
  • the linear light source is oriented vertically, ie in the longitudinal direction of the stack.
  • a continuous testing of the wafer wafers is provided in this case, which are automatically fed to a test device via a conveyor, such as a conveyor belt, possibly several times in succession after rotation of the wafer or wafer stack by 90 °.
  • a conveyor such as a conveyor belt
  • an automatic evaluation of the images is expediently provided by a suitable evaluation unit with corresponding evaluation software. If a defect is detected in this automatic evaluation, an error signal is generated.
  • the error signal is for example an optical or acoustic signal, but may also consist in a corresponding note in a log file.
  • the method optionally tests raw wafer slices, semi-finished or also finished solar cells.
  • Raw wafer slices are understood to mean the wafer slices after separation from the ingot block.
  • a finished solar cell is understood to mean the treated (for example, etched, acid-textured, p-n-doped, or antireflex-coated) and in particular also printed wafer disk, which is then already provided with the necessary electrical contacts and conductor tracks, etc.
  • the method with the lateral fluoroscopy allows for the first time, even to check finished solar cells, since previously was not possible due to the printing of the flat sides of a transillumination.
  • test device for carrying out the method with the features of claim 14.
  • advantages and preferred embodiments cited with regard to the method are also to be transferred analogously to the test device.
  • FIG. 2 shows a side view of the testing device according to FIG. 1, FIG.
  • 3 is a simplified schematic diagram for explaining the lateral transmission with the representation of the beam path, 4 a - c images of a stack taken by the camera from two sides as well as a plan view of a defective wafer slice in schematized representations,
  • 5a is a side view of a stack of wafer slices, with some wafer slices showing inclusions;
  • 5b shows a view of a stack of wafer slices in a side view, with some wafer slices showing a microcrack as well
  • 5c shows a view of a stack of solar cells in a side view, with some solar cells showing a microcrack.
  • a test apparatus 1 is shown, which is generally provided for testing an extremely thin specimen on defects in the transmitted light process.
  • the test apparatus is designed for integration in a continuous manufacturing process for automatic "in-line" testing during the manufacturing process, wafer wafers 2 being used for a solar element, such as a solar cell or a solar cell composed of multiple solar cells
  • the wafer disks 2 to be tested have a thickness of, for example, less than 200 ⁇ m
  • a thin test body is generally understood to be a test body having a thickness of preferably ⁇ 500 ⁇ m connecting and circumferential narrow side 2b limited (see in particular Fig. 3) -
  • the test apparatus 1 comprises a light source 4, in particular an IR light source. This emits 5 light in a defined direction of radiation in the direction of an optical axis.
  • a digital camera 6 is arranged. Both the light source 4 and the camera 6 are preferably formed linear. That is, as a camera 6, a so-called line camera is preferably used, in which several sensor-active elements next to each other lined up in a row.
  • the light source 4 and the camera 6 are each connected to a control unit 8.
  • the control unit 8 is used to control the light source 4 and the camera 6 and in particular for the evaluation of the image signals supplied by the camera 6.
  • the control unit 8 therefore also serves as an evaluation unit. Control and evaluation can also be separated.
  • the test apparatus 1 further comprises a carrier 10, on which the wafer disks 2 can be placed.
  • the carrier 10 is preferably rotatable.
  • the carrier 10 by means of a conveyor, such as a conveyor belt 12, in the conveying direction 14 movable.
  • the conveyor belt 12 itself forms a carrier, the wafer wafers 2 thus rest directly on the conveyor belt 12.
  • a stack 16 consisting of a plurality of individual wafer slices 2 is arranged on the carrier 10. Between the stack 16 and the camera 6, a diaphragm 18 is interposed.
  • the diaphragm 18 is arranged such that it prevents direct illumination of the camera 6. It is positioned in the exemplary embodiment in the beam path along the optical axis 5 of the test apparatus. In this case, the optical axis 5 is defined by the light beams emanating from the light source which are oriented orthogonally to the detector surface of the camera 6.
  • the stack 16 is inclined with respect to the optical axis 20, that is rotated about a staple longitudinal axis slightly with respect to the optical axis 5, so that the light obliquely, so not at right angles, on the narrow side 2b incident.
  • the light is refracted at the entrance and at the exit, respectively, and the exiting light impinges laterally offset from the optical axis 5 on the camera 6.
  • Radiation components which run above the wafer disk 2 along the optical axis 5 are absorbed by the diaphragm 18. This rotation is achieved by a rotation of the illumination arrangement with respect to the conveying direction 14, to which the wafer disks 2 are aligned in parallel. In the side view of FIG. 2 is due to this rotation to recognize a stack edge as a vertical line in the stack 16.
  • each wafer wafer 2 Due to the very small thickness of the wafer wafer 2 at the same time relatively large lateral extent, it is not in reality, in particular for integration in a continuous process with reasonable effort possible that the optical axis 5 extends plane-parallel through the wafer wafer 2. Also, a wafer (for example, in the state as a printed solar cell) may be so curved due to weight or residual stress that straight light passage is not possible. The light will therefore enter the wafer wafer 2 at a certain angle and, due to the small thickness of the wafer wafer 2, will reach one of the two flat sides 2a.
  • the surrounding medium outside the wafer disk 2 is now selected such that its refractive index n1 is significantly smaller than the refractive index n2 of the wafer disk 2.
  • n1 is significantly smaller than the refractive index n2 of the wafer disk 2.
  • microcracks If defects occur, for example in the form of microcracks, this leads to absorption and / or scattering at the site of the microcrack, which manifests itself in a corresponding light / dark distribution.
  • FIG. 4 shows, by way of example, images of a stack 16.
  • One of the wafer slices 2 ' is defective and has a microcrack 20 whose course can be seen in the plan view according to FIG. 4a.
  • To create the two side views of the stack 16 ( Figure 4b, c) images were taken from two directions rotated by 90 °.
  • the stack 16 was rotated, for example, by 90 ° and passed twice on the camera 6.
  • the camera 6 has sufficient spatial resolution, so that each individual wafer slice 2 can be detected.
  • the interfaces between two adjacent wafer slices 2 appear in the image as dark lines.
  • a partial region of a wafer wafer 2 has a crack.
  • both a vertical orientation of the line-shaped light source 4 and the line camera 6 is provided, so that in each case all the wafer slices 2 of the stack 16 are linearly illuminated and recorded by the camera 6 accordingly.
  • the stack 16 is scanned successively over its entire width in a continuous process, the camera continuously takes pictures.
  • the image shown by way of example in FIG. 4 shows the 2D reconstruction of the plurality of individual images taken by the camera 6 and subsequently carried out in the control unit 8.
  • the latter is moved in the conveying direction 14. This allows a simple adjustment of the optical components of the test apparatus 1. In principle, it is also possible to move the optical components.
  • both an entire stack 16 and a single wafer wafer 2 can be tested.
  • the stack 16 is preferably rotated by 90 °.
  • For the recording from the second direction preferably a second light source and a second camera is provided. Overall, then two test stations would be formed within the tester.
  • the wafer wafers 6 and the camera 6 can be provided in principle.
  • the Camera 6 for a dark field recording laterally offset, for example, by 90 ° to the light source 4 may be arranged.
  • two cameras can be provided at the same time, which are oriented at different angles of incidence to the wafer 2, for example at angles of incidence of -20 ° and + 20 °.
  • the test is preferably fully automatic and is controlled by the control unit 8.
  • the automatic control also includes, optionally or in combination, the automatic transport of the stack 16, an automatic rotation of the carrier 10, and an automated image analysis up to a possibly automatic sorting in the detection of defective wafer wafers.
  • FIGS. 5a-5c show images of a stack 16 recorded and processed by the camera 6.
  • a multiplicity (> 100) of elements forming the stack 16 are shown, which lie horizontally on one another.
  • these are 175 elements (wafer wafers 2 in FIGS. 5a, 5b and solar cells in FIG. 5c).
  • the typical dimensions are given in the figures.
  • the length / width of the elements in the example is about 156 mm and the entire stack 16 has a height of about 35 mm.
  • 5 a shows a stack 16 of wafer disks 2, many of these wafer disks 2 showing inclusions 22, that is to say unwanted impurities or foreign bodies which are trapped in the (pure) material of the wafer and form defects. These are very well recognizable by the dark / black areas.
  • the inclusions 22 can occur in various forms. They can occur in only one, in a few or even in all wafer wafers 2.
  • 5b likewise shows a side view of a stack 16 of wafer disks 2. Some of the wafer disks 2 show microcracks 20. The lower picture shows an enlarged detail. The horizontals to be recognized in the pictures dark lines show microcracks 20 in each case a wafer slice 2. In the lower image with the enlarged section therefore 3 defective wafer wafers 2 can be seen.
  • Fig. 5c shows finally - similar to Fig. 5b - a side view of a stack 16, but now from to (solar) cells further processed wafer slices 2.
  • the visible in the upper image vertically extending dark stripes are the so-called busbars of the cells, ie the electrical connection contacts for the cells.
  • busbars of the cells ie the electrical connection contacts for the cells.
  • the enlarged illustration in the lower picture it can be clearly seen that with the method described here, defects even in finished, printed / coated solar cells can be identified very well.
  • a solar cell with micro crack 20 can be seen.
  • the height of the micro-crack 20 corresponds to the thickness of the solar cell, which is typically in the range of about 200 microns.
  • Semi-finished or finished (printed) solar cells can also be tested with the test arrangement. Better distinctness of microcracks and grain boundaries.

Abstract

Bei dem Verfahren zur Detektion von Fehlstellen einer dünnen Waferscheibe (2) für ein Solarelement wird 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

Beschreibung
Verfahren zur Detektion von Fehlstellen in einer dünnen Waferscheibe für ein Solarelement sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
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 Wa- fern 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.
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 hier- bei 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 Fehlstellen, insbesondere Mikroris- se, aber auch andersartige Fehlstellen wie Einschlüsse von Verunreinigungen im Material, zweifelsfrei und problemlos erkannt, da an den Fehlstellen das Licht absorbiert wird. Im Unterschied zu einem vertikalen Durchleuchtungsverfahren lassen sich die Fehlstellen auch ohne weiteres von Korngrenzen unterscheiden. Mik- rorisse 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 führt deshalb (insbesondere bei glanzgeäzten Oberflächen) zu Strukturen im Transmissionsbild, die sehr viel deutlicher als Fehlstellen 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 aus- reichend genau begrenzen, so dass einige Lichtanteile direkt, ohne die Waferscheibe 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 matrix- förmig 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, sau- ertexturierte, 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:
Fig. 1 eine stark vereinfachte Aufsicht auf eine Prüfvorrichtung,
Fig. 2 eine Seitenansicht der Prüfvorrichtung gemäß Fig. 1 ,
Fig. 3 eine vereinfachte Prinzipskizze zur Erläuterung der lateralen Transmission mit der Darstellung des Strahlengangs, Fig. 4 a - c von der Kamera von zwei Seiten aufgenommene Bilder eines Stapels sowie eine Aufsicht auf eine schadhafte Waferscheibe in schematisierten Darstellungen,
Fig. 5a eine Aufnahme eines Stapels von Waferscheiben in einer Seitenansicht, wobei einige Waferscheiben Einschlüsse zeigen,
Fig. 5b eine Aufnahme eines Stapels von Waferscheiben in einer Seitenansicht, wobei einige Waferscheiben einen Mikroriss zeigen sowie
Fig. 5c eine Aufnahme eines Stapels von Solarzellen in einer Seitenansicht, wobei einige Solarzellen einen Mikroriss zeigen.
In den Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In den Fig. 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. Fig. 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 Stapel16 und der Kamera 6 ist eine Blende 18 zwischengeschaltet. Die Blende18 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 Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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 Solarzelle) 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 beispielsweise 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.
Fig. 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 Fig 4a zu erkennen ist. Zur Erstellung der beiden Seitendarstellungen des Stapels 16 (Fig 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 damit auch 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 Ausfüh- rungsbeispiel 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 Fig. 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 Fig. 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.
Zur weitergehenden Illustration zeigen die Fig. 5a- 5c mit der Kamera 6 erfasste und aufbereitete Aufnahmen jeweils eines Stapels 16. Im Ausführungsbeispiel sind jeweils eine Vielzahl (>100) von den Stapel 16 bildende Elemente dargestellt, die waagrecht aufeinander liegen. Im Ausführungsbeispiel sind dies 175 Elemente (Waferscheiben 2 in Fig. 5a, 5b und Solarzellen in Fig. 5c). Die typischen Abmessungen sind in den Figuren angegeben. So beträgt die Länge / Breite der Elemente im Beispiel etwa 156 mm und der gesamte Stapel 16 weist eine Höhe von etwa 35 mm auf.
Fig. 5a zeigt hierbei einen Stapel 16 von Waferscheiben 2, wobei viele dieser Waferscheiben 2 Einschlüsse 22 zeigen, also ungewollte Verunreinigungen oder Fremdkörper, die im (Rein-) Material des Wafers eingeschlossen sind und Fehlstellen bilden. Diese sind sehr gut anhand der dunklen / schwarzen Bereiche erkennnbar. Die Einschlüsse 22 können in verschiedenster Form vorkommen. Sie können in nur einem, in wenigen oder auch in allen Waferscheiben 2 auftreten.
Fig. 5b zeigt ebenfalls eine Seitenaufnahme eines Stapels 16 aus Waferscheiben 2. Einige der Waferscheiben 2 zeigen Mikrorisse 20. Das untere Bild zeigt dabei einen vergrößerten Ausschnitt. Die in den Bildern zu erkennenden waagrechten dunklen Linien zeigen Mikrorisse 20 in jeweils einer Waferscheibe 2. Im unteren Bild mit dem vergrößerten Ausschnitt sind daher 3 schadhafte Waferscheiben 2 zu erkennen.
Fig. 5c zeigt schließlich - ähnlich wie Fig. 5b - eine Seitenaufnahme eines Stapels 16, nunmehr jedoch aus zu (Solar-) Zellen weiter aufbereiteten Waferscheiben 2. Die im oberen Bild zu erkennenden vertikal verlaufenden dunklen Streifen sind die sogenannten Busbars der Zellen, also die elektrischen Anschlusskontakte für die Zellen. Anhand der vergrößerten Darstellung im unteren Bild ist sehr gut zu erkennen, dass mit dem hier beschriebenen Verfahren auch bei fertigen, bedruckten / beschichteten Solarzellen Fehlstellen 20,22 sehr gut zu identifizieren sind. In der vergrößerten Darstellung ist eine Solarzelle mit Mikroriss 20 zu erkennen. Die Höhe des Mikrorisses 20 entspricht dabei der Dicke der Solarzelle, die typischerweise im Bereich von etwa 200 μm liegt.
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.
Bezugszeichenliste
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
22 Einschluss
n1 Brechzahl des Umgebungsmediums n2 Brechzahl der Waferscheibe

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Detektion von Fehlstellen (20,22) in einer dünnen Wafer- scheibe (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.
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