WO2016162398A1 - Apparatus for detecting electronic faults on silicon-based semiconductor wafers - Google Patents

Apparatus for detecting electronic faults on silicon-based semiconductor wafers Download PDF

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WO2016162398A1
WO2016162398A1 PCT/EP2016/057578 EP2016057578W WO2016162398A1 WO 2016162398 A1 WO2016162398 A1 WO 2016162398A1 EP 2016057578 W EP2016057578 W EP 2016057578W WO 2016162398 A1 WO2016162398 A1 WO 2016162398A1
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measuring point
semiconductor
semiconductor wafer
radiation
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PCT/EP2016/057578
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Thomas JÄGER
Martin Kasemann
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Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
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Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for detecting electronic defects at dislocations and grain boundaries on silicon-based semiconductor wafers.
  • the apparatus comprises at least one illumination device for illuminating the semiconductor wafers with an optical excitation radiation, by means of which the semiconductor wafers can be excited to emit a photoluminescence radiation, a measuring device which has at least one semiconductor sensor chip with a sensor surface sensitive to the photoluminescence radiation and an optic, by means of which the The photoluminescence radiation emitted by the measuring point can be influenced with respect to its spatial propagation in such a way that it impinges on the entire sensor surface, a positioning device having a support surface for at least one semiconductor wafer, by means of which the semiconductor wafer can be positioned at the measuring point and parallel to a plane spanned by the support surface relative to the measuring point is movable, and an evaluation device connected to the at least one semiconductor sensor chip for detecting the position and frequency of Defects as a function of the measuring signal of the at least one semiconductor sensor chip.
  • Such an apparatus for classifying silicon-based semiconductor wafers intended for producing solar cells is known from US 2012/0142125 A1.
  • the device has an illumination device with a laser diode, by means of which the surface of the semiconductor wafer can be illuminated over its entire area with optical radiation of wavelength 805 nm.
  • the semiconductor material is excited to emit photoluminescence radiation, which is detected by means of a measuring device which has a line sensor, for example designed as a CCD, which is integrated in a silicon semiconductor chip.
  • the photoluminescent radiation is emitted from the semiconductor material at a greater intensity than at locations having electronic defects.
  • defects may be caused, in particular, by contamination of the semiconductor material that enters the semiconductor material during the manufacturing process.
  • the impurities cause a decrease in the electrical efficiency of the semiconductor wafers. If these are used for the production of solar cells, the solar cells have a correspondingly small amount of energy. on.
  • defects can be identified by evaluating the distribution of the camera-detected photoluminescence radiation, for example for purposes of quality control.
  • a disadvantage of the known device is that an expensive special camera must be used, which is sensitive to the wavelength range of the photoluminescence.
  • the photoluminescent radiation is typically in the wavelength range between about 850 nm and about 1700 nm and is subdividable into two wavelength ranges, a first wavelength range ranging from about 850 nm to about 1300 nm and a second wavelength range of about 1300 nm to about 1,700 nm is enough.
  • the luminescence is smaller at least in the first wavelength range than in a region which has no impurities.
  • the second wavelength range luminescence radiation is observed which is emitted by impurities and not directly by the carrier material silicon.
  • the invention is based on the finding that, for the detection of electronic defects at grain boundaries and dislocations, which are located in the volume of the semiconductor material, it is sufficient to measure the photoluminescence radiation only along a narrow strip of the wafer surface whose width is approximately the structure size corresponds to the local signal variations to be detected, which is at least smaller than 1 mm.
  • the width of the strip may be substantially smaller than the width of the surface of the semiconductor wafer.
  • the largest dimension which the measuring point has in the plane defined by the plane defined by the bearing surface is less than 500 ⁇ m and in particular less than 200 ⁇ m.
  • the largest dimension of the sensor surface is less than 500 ⁇ and the largest dimension, which has the measuring point in the plane defined by the support surface level is at most twice as large as the largest dimension of the sensor surface.
  • the evaluation device has localization means by means of which a time window can be determined in which the measuring point is arranged during the relative movement between it and the semiconductor wafer and / or in the semiconductor wafer, wherein the evaluation device comprises a comparison device for comparing the measurement signal of Having sensor chips with a limit, and wherein by means of the evaluation device, the ratio between the time duration during which the measurement signal within the time window exceeds the limit and the time duration during which the measurement signal within the time window below the limit, as a measure of the frequency of grain boundary defects determined is.
  • the semiconductor wafer can be positioned and moved relative to the measuring point by means of the positioning device in such a way that the measuring point has a predetermined minimum distance to the edges or edges of the semiconductor wafer, wherein the localization means of the evaluation device are additionally designed for determining a time window, within which the measuring point has at least the minimum distance to the edges of the semiconductor wafer, and that the minimum distance is at least 5 mm, optionally at least 15 mm and preferably at least 30 mm. This allows an even more accurate determination of the frequency of grain size defects.
  • the support surface is formed by at least one conveyor belt, which is guided over deflection devices.
  • the conveyor belt enables a flat support of the semiconductor wafers.
  • break-sensitive semiconductor wafers can be safely positioned at the measuring point.
  • the dimension or thickness, which have the semiconductor wafer normal to its surface is typically less than 2 mm, usually between 40 ⁇ and 700 ⁇ and preferably at about 180 ⁇ . Of course, other thicknesses are conceivable.
  • a support surface is also understood to mean a surface to which the semiconductor wafer can be sucked or pressed by means of a pressure difference.
  • the device may have a plurality of sensors connected to the evaluation device for detecting the photoluminescence radiation at different measuring points.
  • the device can be set up to detect luminescence radiation at at least two measuring points and to have at least two sensors.
  • the device may comprise at least three or five sensors.
  • the device can have at least seven sensors.
  • the measuring device can be equipped with an active cooling device for the sensors. This allows a further improvement of the measurement sensitivity.
  • the cooling device is preferably integrated by the manufacturer in a specially prepared housing of the sensor so that it does not come to a condensation of the sensor. An external cooling device can assist.
  • the material from which the sensor is designed is chosen such that a high sensitivity of detection for the photoluminescence radiation is given.
  • the preferred material for the realization of the sensors is therefore InGaAs, which can absorb the first and second wavelength ranges.
  • Other available materials with such properties are germanium, lead sulfide and mercury cadmium telluride.
  • the sensor may also be made of silicon, with the restriction that then only the first wavelength range of the photoluminescence radiation can be detected.
  • the senor is designed as a photodiode.
  • the photodiodes are preferably realized in or on a semiconductor chip whose material does not necessarily have to match the material of the photodiode and which is surrounded by a housing with electrical connections.
  • the electrical connections are directly connected to the two poles of the diodes.
  • the housing is made of metal and has an additional connection for grounding the housing. housing. By grounding the housing electrical interference is shielded in the photodiode and noise suppressed.
  • a plurality of photodiodes may be integrated in or on a semiconductor chip, but always in such a way that the connections to the two poles of the diodes are led out of the housing individually. If there are several diodes in a housing, it is also conceivable that one of the two poles is already connected in the housing and is implemented simply guided out of the housing and the respective other poles of the photodiodes are led out of the housing one at a time.
  • the illumination of the semiconductor wafer for excitation of photo luminescence is realized via at least one illumination unit with at least one light source, which generates an illumination spot on the semiconductor wafer, which is preferably greater in all directions than the extent of the measuring point.
  • a beam shaping device can be provided which influences the radiation emitted by the light source in its spatial propagation in such a way that the illumination spot is illuminated as completely as possible over the entire surface and at least in the region of the measuring point has a very homogeneous intensity.
  • the beam shaping device can be realized as an imaging or non-imaging beam shaping device.
  • components for beam shaping optical lenses with curved surfaces, scattered gratings, scattering disks, beam-shaping mirrors, Fresnel lenses or a combination of the named components can be used.
  • the illumination unit is designed such that its emitted light lies in a wavelength range below the photoluminescence radiation emitted by the semiconductor wafer.
  • the reason is that as a rule part of the excitation radiation is reflected on the surface of the semiconductor wafer and the measurement signal superimposing also falls on the detection unit, where the photoluminescence radiation relevant for the measurement has to be separated from the reflected excitation radiation via an optical filter system.
  • a very narrow-band light source such as a laser or a light-emitting diode, is used whose maximum emitted wavelength is significantly below the wavelength range of the photoluminescence radiation detected by the sensor.
  • a short-pass filter can be arranged in the illumination device between the light source and the measuring point, allowing light with wavelengths below a cutoff wavelength to pass and blocking it for light having wavelengths greater than the cutoff wavelength.
  • the senor is integrated into a detection unit, which has an optical filter device in addition to the sensor.
  • the optical filter tion first serves to separate the part of the excitation radiation reflected from the sample from the photoluminescence signal emitted by the measuring point.
  • the filter device preferably has a long-pass filter whose cutoff wavelength lies in the lower wavelength range of the luminescence radiation, but above the highest wavelength of the reflected excitation radiation.
  • the long-pass filter blocks radiation with wavelengths below the cut-off wavelength and lets radiation with wavelengths above the cut-off wavelength pass through.
  • the cut-off wavelength of the long-pass filter is typically below 1100 nm and often between 900 nm and 1000 nm.
  • the optical filter device of the detection unit serves to separate the detection of the first wavelength range of the photoluminescent radiation from the second wavelength range of the photoluminescent radiation. Since the photoluminescence radiation in the first wavelength range is much more intense than in the second wavelength range, no filtering measures must be taken to detect the signal in the first wavelength range.
  • the signal from the first wavelength range typically completely overlaps the signal from the second wavelength range. The signal is already sufficiently well measurable with the arrangement described so far.
  • a long-pass filter which passes through light having wavelengths above the lower limit of the second wavelength range and blocks it for light having wavelengths below the second wavelength range. At least one would use a long-pass filter with a cut-off wavelength above 1,250 nm and preferably a long-pass filter with a cut-off wavelength above 1,400 nm.
  • the functionality can be realized with a band-pass filter, which transmits light with wavelengths in the second wavelength range and for light with wavelengths outside of second waveband locks.
  • a wavelength range of about 1,500 to about 1,600 nm is transmitted.
  • the filters can be designed as absorption filters or as dielectric reflection filters or as filters made of semiconductor materials.
  • an optical system is additionally integrated in the detection unit. It is the task of the optics to influence the spatial distribution of the photoluminescence radiation emitted by the measuring point in such a way that the sensor is illuminated as completely as possible over the entire surface.
  • the optics can have optical lenses with curved surfaces, scattered gratings, beam-forming mirrors or a combination of the named components.
  • the optic has a domed lens or Fresnel lens.
  • the measuring device has at least two semiconductor sensor chips connected to the evaluation device.
  • the sensor chips are integrated in detection units such that one sensor chip detects the signal of the first wavelength range of the photoluminescence radiation and the other sensor chip detects the signal of the second wavelength range of the photoluminescence radiation. Both sensor chips are aligned with their detection units on the same measuring point, so that from the relative ratios of the two signals a deeper statement about the nature of the defect present at the measuring point can be made.
  • the two detection units can also be aligned with two different measuring points, which lie one behind the other on an imaginary straight line lying parallel to the direction of movement of the semiconductor wafer.
  • the device may further comprise a housing which is adapted to receive the measuring device, the illumination device and the evaluation unit.
  • the device can be designed as an embedded system, whereby a miniaturization and cost savings over a design by individual components may be possible.
  • the device, in particular the housing may for example have a power supply, in particular a power connection.
  • the device may further comprise a control unit.
  • a control unit is generally understood to mean an electronic device which can control and / or regulate the measuring device and / or the illumination device and / or the evaluation unit.
  • the control unit may, for example, comprise at least one data processing device, for example at least one computer or microcontroller.
  • the control unit may further comprise at least one interface, for example an electronic interface and / or a man-machine interface such as an input / output device such as a display and / or a keyboard.
  • the control unit can be constructed, for example, centrally or decentrally. Other embodiments are conceivable.
  • the housing may have at least one standardized interface, for example a standardized network factory interface.
  • the device can be integrated into a production line and / or a process line, in particular for production monitoring.
  • the Semiconductor wafer In the production line and / or process line, the Semiconductor wafer by means of the positioning device in the transport direction to the measuring device to be movable.
  • the measuring device can have a plurality of detection units with sensor chips.
  • the measuring device may have four to ten detection units.
  • the measuring device may have at least one outer detection unit, which is aligned with at least one detection point, also referred to as a measuring point, on edge regions of the semiconductor wafer.
  • a detection unit which is set up to detect photoluminescence radiation from edge regions of the semiconductor can be understood as an "external detection unit.”
  • the outer detection unit can be set up to detect photo-luminescence radiation from edge regions of the semiconductor wafer which are arranged parallel to the transport direction.
  • the measuring device may have at least two external detection units, which are each aligned with one or several detection sites in the edge regions of the semiconductor wafer,
  • the measuring device may comprise a plurality of external detection units, which in each case point to one or several detection points in the edge regions of the semiconductor wafer
  • the measuring device may comprise at least one inner detection unit which is set up to emit photoluminescence radiation from a region of the semiconductor wafer detect which of the border areas is limited.
  • the region can be arranged within the surface of the semiconductor wafer surrounded by the edge regions.
  • the inner detection unit may be arranged between the outer detection units.
  • the region may be arranged within a central region of the semiconductor wafer, in which the distance of the region from the edges of the semiconductor wafer corresponds at least to the width of the edge regions.
  • the measuring device can have three inner detection units, which are arranged between two outer detection units.
  • a plurality of measuring devices can be provided along the production line and / or process line in the transport direction of the semiconductor.
  • the device may comprise at least one image sensor.
  • the sensor can be designed as an image sensor, for example as a pixelated sensor, in particular as a CCD camera.
  • the device may have one or more image sensors which are set up to detect photoluminescence radiation in the edge regions of the semiconductor wafer.
  • the device can have one or more image sensors which are set up to detect photoluminescence radiation in the central region of the semiconductor wafer.
  • the device may have at least one image sensor which is set up to detect both photoluminescence radiation in the edge regions and in the central region.
  • a number of pixels of the image sensor for detecting photoluminescence radiation in the peripheral areas may be smaller than a number of pixels of the image sensor for detecting photoluminescence radiation in the central area.
  • the number of pixels of the image sensor for detecting photoluminescence radiation in the edge regions may be smaller by a factor of 10 than the number of pixels of the image sensor for detecting photoluminescence radiation in the central region.
  • Other numbers and ratios of pixels are conceivable.
  • a use of the device according to the invention for detecting electronic defects at dislocations and grain boundaries on silicon-based semiconductor wafers in a multi-lane device is proposed.
  • a "multi-lane device” can be understood as meaning a device which has a plurality of tracks, for example production and / or test tracks, and is set up for multi-track use.
  • Lane production line and / or a multi-lane tester, for example, a multi-lane wafer tester Due to their high production costs, known detection units for semi-conductor production testing are disadvantageous and multi-lane use (multi-lane use).
  • a device according to the invention can be simple and cost-efficient, so that multi-lane use
  • throughput in a wafer production inspection device may be such mentioned wafer sorter, are increased and a throughput of several production lines can be realized.
  • the throughput of such a multi-lane production line may be proportional to the number of tracks.
  • a multi-lane production line may comprise five, parallel lanes.
  • parallel can be understood to mean spatially and / or temporally parallel.
  • the device can be integrated into existing process plants, in particular with shared use of the available automation, so that 100% control is possible in a cost-efficient manner For example, immediately before and / or immediately after and / or in a first process step of a production line for producing a solar cell from wafers, so that early detection of defects and sorting out is possible
  • the first process step is typically a wet-chemical treatment of rough-cut silicon - Wafers.
  • the first process step in manufacturing solar cells may include etching wafers in a sequence of chemical baths to remove surface defects and to apply one or more textures. This can be realized, for example, in the process line by a so-called "inline texture.” Chemical processes can be slow in this case, for example, the feed rate can be less than one wafer per second. zess suits in several, for example, five, tracks parallel with slow feed done.
  • a wet chemistry process plant may include a loading unit located at a beginning of the wet chemistry process plant.
  • the loading unit can be set up to position wafers on at least one transport device of the wet chemical processing unit, for example a conveyor belt.
  • the wet scrubbing system transport device may be configured to convey the wafers into a reaction chamber with plastic rollers.
  • the device according to the invention can be arranged in the transport direction of the wafer in front of a wet chemical processing plant and / or in front of a reaction chamber of a wet chemical process plant.
  • a first sorting unit which is set up to sort out wafers before passing through a wet chemistry, may be arranged upstream of the wet-chemical processing installation.
  • the first sorting unit can be set up to detect a signal of the sensor chips and / or of the evaluation device of the device and to take it into account when sorting the wafers.
  • the device can be set up to determine a spatial and temporal variation of the intensity of the photoluminescence radiation and to generate at least one classification signal dependent thereon.
  • the first sorting unit may be arranged to take into account the classification signal, for example by including the classification signal in automation sorting algorithms. For example, it is also possible to prevent defective wafers, for example wafers with a low efficiency potential, from undergoing wet chemistry. Furthermore, the probability of a mechanical breakage of the wafer can be reduced. Thus, a saving of the following process costs can be achieved.
  • the wet-chemical processing plant may have a discharge unit with a second sorting unit, which may be set up to classify and sort wafers on the basis of predetermined criteria.
  • the terms "first" and "second" sorting unit are used as pure names and in particular provide no information about an order and / or whether, for example, even more sorting units are available.
  • the device according to the invention can be arranged in the transport direction of the wafer behind a reaction chamber of a wet chemical processing plant.
  • the second sorting unit can be set up to detect a signal of the sensor chips and / or of the evaluation device of the device according to the invention or of the combined device and to take this into account when sorting the wafers.
  • the device according to the invention can be set up to determine a spatial and temporal variation of the intensity of the photoluminescence radiation and to generate at least one classification signal dependent thereon.
  • the second sorting unit may be arranged to take into account the classification signal, for example by including the classification signal in automation sorting algorithms.
  • the device according to the invention can be retrofitted into an existing wet-chemical processing plant and an existing sorting unit of the wet-chemical processing plant can be used.
  • a method is proposed for detecting electronic defects at dislocations and grain boundaries on silicon-based semiconductor wafers. In the method, a device according to one of the preceding embodiments is used. With regard to definitions and embodiments of the method, reference may be made to the above-described definitions and embodiments of the device.
  • the method comprises the following method steps:
  • Detecting the photoluminescence radiation emitted by the measuring point with a measuring device which has at least one semiconductor sensor chip with a sensor surface which is sensitive to the photo luminescence radiation and an optical system by means of which the photoluminescence radiation emitted by a measuring point influences the spatial propagation thereof. is flowed that it impinges on the entire sensor surface, and generating at least one measurement signal of the semiconductor sensor chip;
  • process steps can be carried out in the order given. However, another order is conceivable. Furthermore, the method and in particular the method steps can be carried out repeatedly.
  • the method it can be detected whether the measuring point is completely arranged within a central region and a time window is determined within which the measuring point is arranged within the central region of the semiconductor wafer.
  • a central region can be understood as meaning a region of the semiconductor wafer in which a distance of the region from the edges of the semiconductor wafer corresponds at least to the width of the edge regions.
  • the method may further comprise a comparing step of comparing the measurement signal to a predetermined threshold, wherein a ratio between a time period during which the measurement signal within the time window exceeds the threshold and a period during which the measurement signal within the time window is the threshold is determined as a measure of the frequency of grain boundary defects.
  • FIG. 1 is a side view of a first embodiment of a device for detecting grain boundary defects on semiconductor wafers
  • FIG. 1 is a plan view of the device shown in Fig. 1,
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a lighting device for emitting an excitation radiation onto a surface of a semiconductor wafer
  • 4A is a schematic representation of a first measuring device for detecting
  • 4B is a schematic representation of a second measuring device for detecting
  • Fig. 5 is a plan view of a portion of a arranged on a conveyor belt
  • FIG. 6 shows a side view of a second exemplary embodiment of the device for detecting grain boundary defects on semiconductor wafers
  • Fig. 7 is a graphical representation of a measurement signal of a photodiode, wherein on the
  • Fig. 8 shows an embodiment of a measuring device according to the invention.
  • FIG 9 shows an embodiment of a measuring device according to the invention in a multi-lane device.
  • a device designated as a whole by 1 in FIG. 1 serves to detect grain boundary defects on silicon-based semiconductor wafers 2 from which solar cells are to be produced.
  • the semiconductor wafers 2 have a planar surface with first, second, third and fourth edge regions 3, 4, 5, 6, each extending along an edge of the semiconductor wafer 2 adjacent thereto.
  • the width which the edge regions 3, 4, 5, 6 have at right angles to the direction of extension of the wafer edges and parallel to the wafer plane is 15 mm in the exemplary embodiment shown in the drawing.
  • the semiconductor wafers 2 have a square shape. But there are also other embodiments conceivable. Thus, the semiconductor wafer 2 can also be designed rectangular or diamond-shaped. The dimension or thickness which the wafers have normal to their surface is preferably about 180 ⁇ m. Of course, other thicknesses are conceivable.
  • the device 1 has a lighting device 7, by means of which the semiconductor wafers 2 can be illuminated at a measuring point 8 with an optical excitation radiation 9.
  • the wavelength of the excitation radiation 9 is selected such that the semiconductor wafers 2 can be excited by the excitation radiation 9 for emission of a photoluminescence radiation 10 with a wavelength deviating from the wavelength of the excitation radiation 9.
  • the intensity of the photo luminescence radiation 10 is dependent on the intensity of the excitation radiation 9 and the presence of grain boundary defects in the semiconductor material. In a semiconductor material that has no grain boundary defects, such as impurities, the intensity of the photo luminescence radiation 10 is greater than that of a corresponding semiconductor material has the defects.
  • the illumination device 7 has as light source 11 a light emitting diode whose radiation preferably comprises a wavelength of 790 nm. Instead of the light-emitting diode, a laser diode or another suitable light source can also be provided.
  • a beam-shaping device 12 is arranged, which may, for example, have a lens.
  • the beam shaping device 12 can be designed as imaging or non-imaging optics.
  • optical filters 13, 14 may be provided in the beam path of the illumination device 7, which are impermeable to the wavelength of the photo luminescence 10.
  • the device 1 also has a measuring device 15, which has a semiconductor sensor chip based on InGaAs, in which a single photodiode 16 is integrated, which has a sensor surface sensitive to the photoluminescence radiation 10.
  • the semiconductor chip can also have another semiconductor substrate, such as silicon.
  • the photodiode 16 is preferably sensitive in a wavelength range from 850 nm to 1600 nm and in particular between 950 nm and 1600 nm.
  • photo luminescence 10 detectable, which is emitted from the measuring point 8.
  • the measuring device 15 has an optical system 17 with a lens by means of which the light emitted by a measuring point 8 photo luminescence 10 can be influenced with respect to their spatial spread such that it impinges on the entire sensor surface.
  • another imaging or non-imaging optics may be provided, which directs the photoluminescence radiation 10 impinging on them from the direction of the measuring point 8 to the sensor surface of the photodiode 16.
  • optical filter elements 18, 19 may be arranged, which are transparent to the photo luminescence radiation 10 and radiation with the wavelength of the photo luminescence radiation 10 different wavelength lock.
  • the measuring device 15 for detecting photo luminescence radiation 10 which is emitted from the measuring point 12, two measuring units 15A, 15B, of which a first measuring unit 15A in a first wavelength range and a second measuring unit 15B in a second wavelength range is sensitive.
  • the first wavelength range extends from 850 nm to 1,300 nm and the second wavelength range from 1,300 nm to 1,700 nm.
  • Each measuring unit 15A, 15B has in each case a photodiode 16A, 16B and an optical system 17A, 17B associated therewith, which are shown as imaging or not imaging optics can be configured.
  • the optics 17A, 17B is configured in such a way that the photo luminescence radiation 10 emitted by the measuring point 8 strikes the entire sensor surface of the optics 17A, 17B in each case.
  • optical filter elements 18A, 19A and 18B, 19B are respectively arranged in the beam path in front of and / or behind the optics 17A, 17B of each measuring unit 15A, 15B.
  • the filter elements 18A, 19A are transparent to the first wavelength range and the filter elements 18B, 19B for the second wavelength range. Wavelengths outside the wavelength range associated with the respective measuring unit 15A, 15B are blocked by the filter arrangements formed by the filter elements 18A, 19A and 18B, 19B, respectively.
  • the measuring point 8 and the surface 20, which illuminates the first illumination device 7, each indicated schematically by a circular area.
  • the diameter of the illuminated surface 20 is greater than the diameter of the measuring point 8.
  • the difference a between the radius of the measuring point 8 and the radius of the illuminated surface 20 is greater than the diffusion length and is preferably about a few microns.
  • the illumination device 7 and the measuring device 15 are arranged on the same side of the semiconductor wafer 2. As can be seen in FIG. 6, however, it is also possible for the illumination device 7 and the measuring device 15 to be arranged on mutually opposite sides of the semiconductor wafer 2.
  • the device 1 further has a positioning device 21, by means of which the semiconductor wafers 2 can be positioned at the measuring point 8 and are movable relative to the measuring point 8 in a transport direction 22 oriented parallel to the wafer plane.
  • the positioning device 21 has two parallel spaced, about deflection devices 23, 24 circulating conveyor belts 25, 26 which are spaced apart in the direction of two mutually parallel axes about which they rotate.
  • the upper sides of the upper runs of the conveyor belts 25, 26 form a contact surface 27 arranged in a plane, on which the semiconductor wafers 2 can be positioned in order to move them in the transport direction 22 relative to the illumination device 7 and the measuring device 15.
  • the conveyor belts 25, 26 are drivable by means of a positioning drive, not shown in detail in the drawing.
  • the positioning drive for example, have a position-controlled servo motor, which is in drive connection with the conveyor belts 25, 26 via rollers and / or gears.
  • Other embodiments of the positioning are conceivable that allow a feed 35 of the semiconductor wafer 2 in the transport direction 22 with preferably constant speed.
  • the semiconductor wafers can be positioned relative to the measuring point 8 in such a way that the measuring point is completely within a central region bounded by the edge regions 3, 4, 5, 6 in the plan view of the plane in which the bearing surface 27 is arranged Semiconductor wafer 2 is arranged.
  • the measuring point 8 is completely within a circle which is arranged in the plane of the support surface 27 and has a diameter d which is less than 100 ⁇ and preferably less than 50 ⁇ .
  • the apparatus 1 has an evaluation device 28 connected to the photodiode 16, which serves to detect the frequency of the grain boundary defects as a function of the measurement signal 29 of the photodiodes 16.
  • the evaluation device 28 has locating means not shown in detail in the drawing, by means of which it can be detected whether the measuring point 8 is arranged completely within the central region, ie the distance between the measuring point 8 and the edges of the semiconductor wafer 2 is at least the width of the edge regions 3, 4, 5 , 6 corresponds.
  • the localization means are designed to determine a time window within which the measuring point 8 is arranged within the central region of the semiconductor wafer 2.
  • the evaluation device has a comparison device by means of which the measurement signal 29 of the photodiodes 16 is comparable to a predetermined limit value 30.
  • the ratio between the time duration during which the measurement signal 29 exceeds the limit value 30 within the time window and the time duration during which the measurement signal 29 falls below the limit value 30 within the time window can be determined as a measure of the frequency of the grain boundary defects.
  • 8 shows an exemplary embodiment of a measuring device 15.
  • the measuring device 15 may have at least two outer detection units 36, 37 which are each aligned with one or several measuring points 8 on edge regions 3, 4 of the semiconductor wafer 2.
  • the measuring device 15 can have a plurality of inner detection units 38, which are arranged between the outer detection units 36, 37.
  • the measuring device 15 may have three inner detection units 38, which are arranged between two outer detection units 36, 37.
  • the measuring device 15 can also have four, five, six, seven or up to ten internal detection units 38.
  • the sensors 42, 43 of the outer detection units 36, 37 and the sensors 39 of the inner detection units 38 can be designed as photodiodes and / or as image sensors.
  • the sensors 42, 43 may be configured identically to the sensors 39 of the inner detection units 38 or may be configured differently from the sensors 39 of the inner detection units 38.
  • the manufacture of a device 1 can be simple and cost-efficient, so that multi-lane use is possible.
  • the multi-lane device 41 may include a plurality of tracks 40.
  • a multi-lane device 41 may comprise five parallel tracks 40 on which the semiconductor wafers 2 are moved in the transport direction 22.
  • a measuring device 15 may be arranged.
  • the respective measuring device 15 may have at least two outer detection units 36, 37, which are respectively aligned with one or several measuring points 8 on edge regions 3, 4 of the semiconductor 2, and three inner detection units 38, which see between two outer detection units 36, 37 are.

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Abstract

An apparatus (1) for detecting electronic faults at inclusions and grain boundaries on silicon-based semiconductor wafers (2) has an illumination device (8) for illuminating the semiconductor wafers (2) with an optical excitation radiation (9) that can be used to excite the semiconductor wafers (2) to emit a photoluminescent radiation (10). To detect the photoluminescent radiation (10) emitted by a measuring point (8), a measuring device (15) is provided that has at least one semiconductor sensor chip, having a sensor area that is sensitive to the photoluminescent radiation (10), and an optical system (17), which can be used to influence the spatial propagation of the photoluminescent radiation (10) emitted by a measuring point (8) such that it impinges on the entire sensor area. The semiconductor wafer (2) is positionable at the measuring point (8) by means of a positioning device (21) that has a contact area (27) for the at least one semiconductor wafer (2), and is movable relative to the measuring point (8) parallel to a plane defined by the contact area (27). The at least one semiconductor sensor chip has an evaluation device (28) connected to it that is designed to detect the recurrence of grain boundary faults on the basis of the measurement signal (29) from the at least one semiconductor sensor chip. The largest dimension that the measuring point (8) has in the plane defined by the contact area (27) is smaller than 10 mm.

Description

Vorrichtung zum Detektieren von elektronischen Defekten an Halbleiterwafern auf Silizi- um-Basis  Apparatus for detecting electronic defects on silicon-based semiconductor wafers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Detektieren von elektronischen Defekten an Versetzungen und Korngrenzen an Halbleiterwafern auf Silizium-Basis. Die Vorrichtung umfasst mindestens eine Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten der Halbleiterwafer mit einer optischen Anregungsstrahlung, mittels welcher die Halbleiterwafer zur Emission einer Photolumineszenzstrahlung anregbar sind, eine Messeinrichtung, die mindestens einen Halbleiter-Sensorchip mit einer für die Photolumineszenzstrahlung empfindlichen Sensorfläche und einer Optik aufweist, mittels der die von der Messstelle ausgesandte Photolumineszenzstrahlung bezüglich ihrer räumlichen Ausbreitung derart beeinflussbar ist, dass sie auf die gesamte Sensorfläche auftrifft, eine eine Auflagefläche für mindestens einen Halbleiterwafer aufweisenden Positioniereinrichtung, mittels welcher der Halbleiterwafer an der Messstelle positionierbar und parallel zu einer von der Auflagefläche aufgespannten Ebene relativ zu der Messstelle bewegbar ist, und eine mit dem mindestens einen Halbleiter- Sensorchip verbundenen Auswerteeinrichtung zum Detektieren der Position und Häufigkeit der Defekte in Abhängigkeit vom Messsignal des mindestens einen Halbleiter-Sensorchips. The invention relates to a method and an apparatus for detecting electronic defects at dislocations and grain boundaries on silicon-based semiconductor wafers. The apparatus comprises at least one illumination device for illuminating the semiconductor wafers with an optical excitation radiation, by means of which the semiconductor wafers can be excited to emit a photoluminescence radiation, a measuring device which has at least one semiconductor sensor chip with a sensor surface sensitive to the photoluminescence radiation and an optic, by means of which the The photoluminescence radiation emitted by the measuring point can be influenced with respect to its spatial propagation in such a way that it impinges on the entire sensor surface, a positioning device having a support surface for at least one semiconductor wafer, by means of which the semiconductor wafer can be positioned at the measuring point and parallel to a plane spanned by the support surface relative to the measuring point is movable, and an evaluation device connected to the at least one semiconductor sensor chip for detecting the position and frequency of Defects as a function of the measuring signal of the at least one semiconductor sensor chip.
Eine derartige Vorrichtung zum Klassifizieren von zum Herstellen von Solarzellen vorgesehenen Halbleiter-Wafern auf Silizium Basis ist aus US 2012/0142125 AI bekannt. Die Vorrichtung weist eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Laserdiode auf, mittels der die Oberfläche der Halbleiter- Wafer vollflächig mit optischer Strahlung der Wellenlänge 805 nm beleuchtet werden kann. Durch diese Strahlung wird der Halbleiterwerkstoff zur Aussendung einer Photolumineszenzstrahlung angeregt, die mit Hilfe einer Messeinrichtung detektiert wird, die einen Zeilen- sensor, beispielsweise ausgestaltet als CCD, aufweist, der in einen Silizium Halbleiterchip integriert ist. Such an apparatus for classifying silicon-based semiconductor wafers intended for producing solar cells is known from US 2012/0142125 A1. The device has an illumination device with a laser diode, by means of which the surface of the semiconductor wafer can be illuminated over its entire area with optical radiation of wavelength 805 nm. As a result of this radiation, the semiconductor material is excited to emit photoluminescence radiation, which is detected by means of a measuring device which has a line sensor, for example designed as a CCD, which is integrated in a silicon semiconductor chip.
An Stellen, an denen im Volumen des Halbleiterwerkstoffs keine elektronischen Defekte vorhanden sind, wird die Photolumineszenzstrahlung von dem Halbleiterwerkstoff mit einer größe- ren Intensität emittiert als an Stellen, die elektronische Defekte haben. Derartige Defekte können insbesondere durch Verunreinigungen des Halbleiterwerkstoffs verursacht sein, die während des Herstellungsprozesses in den Halbleiterwerkstoff gelangen. Die Verunreinigungen verursachen eine Abnahme der elektrischen Effizienz der Halbleiterwafer. Wenn diese für die Herstellung von Solarzellen verwendet werden, weisen die Solarzellen einen entsprechend geringen Wir- kungsgrad auf. Derartige Defekte können durch Auswertung der Verteilung der Kamera detek- tierten Photolumineszenzstrahlung identifiziert werden, beispielsweise zu Zwecken der Qualitätskontrolle. Nachteilig bei der vorbekannten Vorrichtung ist jedoch, dass eine teure Spezialkamera verwendet werden muss, die für den Wellenlängenbereich der Photolumineszenzstrahlung empfindlich ist. At locations where there are no electronic defects in the bulk of the semiconductor material, the photoluminescent radiation is emitted from the semiconductor material at a greater intensity than at locations having electronic defects. Such defects may be caused, in particular, by contamination of the semiconductor material that enters the semiconductor material during the manufacturing process. The impurities cause a decrease in the electrical efficiency of the semiconductor wafers. If these are used for the production of solar cells, the solar cells have a correspondingly small amount of energy. on. Such defects can be identified by evaluating the distribution of the camera-detected photoluminescence radiation, for example for purposes of quality control. A disadvantage of the known device, however, is that an expensive special camera must be used, which is sensitive to the wavelength range of the photoluminescence.
Weiter ist bekannt, dass die Photolumineszenzstrahlung typischerweise im Wellenlängenbereich zwischen etwa 850 nm und etwa 1.700 nm liegt und in zwei Wellenlängenbereiche unterteilbar ist, einen ersten Wellenlängenbereich, der von etwa 850 nm bis etwa 1.300 nm reicht und einen zweiten Wellenlängenbereich, der von etwa 1.300 nm bis etwa 1.700 nm reicht. In einem Bereich des Halbleiters, der Verunreinigungen aufweist ist die Lumineszenz zumindest im ersten Wellenlängenbereich kleiner als bei einem Bereich, der keine Verunreinigungen aufweist. Im zweiten Wellenlängenbereich wird Lumineszenzstrahlung beobachtet, die durch Verunreinigungen ausgesendet wird und nicht direkt durch das Trägermaterial Silizium. Durch Beschränkung der Detektion des Photolumineszenzsignals auf diesen Wellenlängenbereich kann zwischen verschiedenen Arten von Verunreinigungen unterschieden werden (Kittler, M., W. Seifert, T. Ar- guirov, I. Tarasov, and S. Ostapenko. "Room-Temperature Luminescence and Electron-Beam- Induced Current (EBIC) Recombination Behaviour of Crystal Defects in Multicrystalline Silicon." Solar Energy Materials and Solar Cells 72, no. 1 (2002): 465-72.). It is further known that the photoluminescent radiation is typically in the wavelength range between about 850 nm and about 1700 nm and is subdividable into two wavelength ranges, a first wavelength range ranging from about 850 nm to about 1300 nm and a second wavelength range of about 1300 nm to about 1,700 nm is enough. In a region of the semiconductor which has impurities, the luminescence is smaller at least in the first wavelength range than in a region which has no impurities. In the second wavelength range, luminescence radiation is observed which is emitted by impurities and not directly by the carrier material silicon. By restricting the detection of the photoluminescence signal to this wavelength range, a distinction can be made between different types of impurities (Kittler, M., W. Seifert, T. Arguirov, I. Tarasov, and S. Ostapenko. "Room-Temperature Luminescence and Electron- Beam Induced Current (EBIC) Recombination Behavior of Crystal Defects in Multicrystalline Silicon. "Solar Energy Materials and Solar Cells 72, no. 1 (2002): 465-72.).
Es besteht deshalb die Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die kostengünstig herstellbar ist und mit der elektronische Defekte an kristalligrafischen Versetzun- gen und Korngrenzen im Volumen des Halbleiterwerkstoffs auf einfache Weise schnell und kostengünstig detektiert und analysiert werden können. It is therefore an object to provide a device of the type mentioned, which is inexpensive to produce and can be detected and analyzed with the electronic defects at kristalligrafischen Versetzun- conditions and grain boundaries in the volume of the semiconductor material in a simple manner quickly and inexpensively.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Diese sehen vor, dass die größte Abmessung, welche die Messstelle in der von der Aufiagefiäche aufgespannten Ebene auf- weist, kleiner als 10 mm ist. This object is achieved with the features of claim 1. These stipulate that the largest dimension which the measuring point has in the plane defined by the bearing surface is smaller than 10 mm.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass es für die Erkennung von elektronischen Defekten an Korngrenzen und Versetzungen, die sich im Volumen des Halbleiterwerkstoffs befinden, ausreichend ist, die Photolumineszenzstrahlung nur entlang eines schmalen Streifens der Waferoberfläche zu messen, dessen Breite in etwa der Strukturgröße der zu detektierenden örtlichen Signalvariationen entspricht, die zumindest kleiner als 1 mm ist. Dabei kann die Breite des Streifens wesentlich kleiner sein als die Breite der Oberfläche des Halbleiterwafers. Somit kann die Photolumineszenzstrahlung mittels eines einfach aufgebauten, kostengünstig herstellbaren, nicht ortsaufgelösten Halbleiter-Sensorchips detektiert werden, der einer Messstelle zugeordnet ist, die entlang des Streifens relativ zu dem Halbleiterwafer bewegbar ist. The invention is based on the finding that, for the detection of electronic defects at grain boundaries and dislocations, which are located in the volume of the semiconductor material, it is sufficient to measure the photoluminescence radiation only along a narrow strip of the wafer surface whose width is approximately the structure size corresponds to the local signal variations to be detected, which is at least smaller than 1 mm. In this case, the width of the strip may be substantially smaller than the width of the surface of the semiconductor wafer. Thus, the photoluminescence radiation by means of a simple design, inexpensive to produce, non-spatially resolved semiconductor sensor chips are associated, which is associated with a measuring point which is movable along the strip relative to the semiconductor wafer.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die größte Abmessung, welche die Mess- stelle in der von der von der Auflagefläche aufgespannten Ebene aufweist, kleiner als 500 μιη und insbesondere kleiner als 200 μιη ist. Dadurch können auch kleine Defekte präzise detektiert werden. In a preferred embodiment of the invention, the largest dimension which the measuring point has in the plane defined by the plane defined by the bearing surface is less than 500 μm and in particular less than 200 μm. As a result, even small defects can be detected precisely.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung In a further preferred embodiment of the invention
- beträgt die größte Abmessung der Sensorfläche mindestens 500 μιη und die größte Abmessung, welche die Messstelle in der von der Auflagefläche aufgespannten Ebene aufweist, kleiner ist als die größte Abmessung der Sensorfläche oder - Is the largest dimension of the sensor surface at least 500 μιη and the largest dimension, which has the measuring point in the plane defined by the support surface plane, is smaller than the largest dimension of the sensor surface or
- die größte Abmessung der Sensorfläche ist kleiner als 500 μιη und die größte Abmessung, welche die Messstelle in der von der Auflagefläche aufgespannten Ebene aufweist, ist maximal dop- pelt so groß ist wie größte Abmessung der Sensorfläche.  - The largest dimension of the sensor surface is less than 500 μιη and the largest dimension, which has the measuring point in the plane defined by the support surface level is at most twice as large as the largest dimension of the sensor surface.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist die Auswerteeinrichtung Lokalisierungsmittel auf, mittels denen ein Zeitfenster ermittelbar ist, in dem die Messstelle während der Relativbewegung zwischen ihr und dem Halbleiterwafer an und/oder in dem Halbleiterwafer angeordnet ist, wobei die Auswerteeinrichtung eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des Messsignals des Sensorchips mit einem Grenzwert aufweist, und wobei mittels der Auswerteeinrichtung das Verhältnis zwischen der Zeitdauer, während der das Messsignal innerhalb des Zeitfensters den Grenzwert überschreitet und der Zeitdauer, während der das Messsignal innerhalb des Zeitfensters den Grenzwert unterschreitet, als Maß für die Häufigkeit der Korngrenzendefekte ermittelbar ist. Dies ermöglicht eine einfache und schnelle Auswertung des Messsignals. In one development of the invention, the evaluation device has localization means by means of which a time window can be determined in which the measuring point is arranged during the relative movement between it and the semiconductor wafer and / or in the semiconductor wafer, wherein the evaluation device comprises a comparison device for comparing the measurement signal of Having sensor chips with a limit, and wherein by means of the evaluation device, the ratio between the time duration during which the measurement signal within the time window exceeds the limit and the time duration during which the measurement signal within the time window below the limit, as a measure of the frequency of grain boundary defects determined is. This allows a simple and fast evaluation of the measurement signal.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Halbleiterwafer mittels der Positioniereinrichtung derart relativ zu der Messstelle positionierbar und bewegbar, dass Messstelle einen vorbestimmten Mindestabstand zu den Rändern oder Kanten des Halbleiterwafers auf- weist, wobei die Lokalisierungsmittel der Auswerteeinrichtung zusätzlich zum Ermitteln eines Zeitfensters ausgestaltet sind, innerhalb dem die Messstelle mindestens den Mindestabstand zu den Rändern des Halbleiterwafers aufweist, und dass der Mindestabstand mindestens 5 mm, gegebenenfalls mindestens 15 mm und bevorzugt mindestens 30 mm beträgt. Dies ermöglicht eine noch genauere Bestimmung der Häufigkeit der Korngrößendefekte. Dabei werden elektronische Defekte in den Randbereichen des Halbeiterwafers, welche das Messergebnis für die Häufigkeit der Korngrenzendefekte in einem von den Randbereichen beabstandeten zentralen Bereich des Halbleiterwafers verfälschen können, außer Acht gelassen. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Auflagefläche durch mindestens ein Förderband gebildet, welches über Umlenkeinrichtungen geführt ist. Das Förderband ermöglicht eine flächige Unterstützung der Halbleiterwafer. Somit können auch größere, bruchempfindliche Halbleiterwafer sicher an der Messstelle positioniert werden. Die Abmessung bzw. Dicke, welche die Halbleiterwafer normal zu ihrer Oberfläche aufweisen, liegt typischerweise unter 2 mm, meistens zwischen 40 μιη und 700 μιη und bevorzugt bei etwa 180 μιη. Selbstverständlich sind aber auch andere Dicken denkbar. Unter einer Auflagefläche wird auch eine Fläche verstanden, an die der Halbleiterwafer mittels einer Druck- differenz ansaugbar oder andrückbar ist. In an advantageous embodiment of the invention, the semiconductor wafer can be positioned and moved relative to the measuring point by means of the positioning device in such a way that the measuring point has a predetermined minimum distance to the edges or edges of the semiconductor wafer, wherein the localization means of the evaluation device are additionally designed for determining a time window, within which the measuring point has at least the minimum distance to the edges of the semiconductor wafer, and that the minimum distance is at least 5 mm, optionally at least 15 mm and preferably at least 30 mm. This allows an even more accurate determination of the frequency of grain size defects. In doing so, electronic defects in the peripheral areas of the semiconductor wafer, which can falsify the measurement result for the frequency of the grain boundary defects in a central area of the semiconductor wafer which is at a distance from the edge areas, are disregarded. In a preferred embodiment of the invention, the support surface is formed by at least one conveyor belt, which is guided over deflection devices. The conveyor belt enables a flat support of the semiconductor wafers. Thus, even larger, break-sensitive semiconductor wafers can be safely positioned at the measuring point. The dimension or thickness, which have the semiconductor wafer normal to its surface, is typically less than 2 mm, usually between 40 μιη and 700 μιη and preferably at about 180 μιη. Of course, other thicknesses are conceivable. A support surface is also understood to mean a surface to which the semiconductor wafer can be sucked or pressed by means of a pressure difference.
Bei Bedarf kann die Vorrichtung mehrere mit der Auswerteeinrichtung verbundene Sensoren zur Erfassung der Photolumineszenzstrahlung an unterschiedlichen Messstellen aufweisen. Durch diese Maßnahme kann die Messgenauigkeit der Vorrichtung weiter verbessert werden. Bei- spielsweise kann die Vorrichtung eingerichtet sein, an mindestens zwei Messstellen Photo lumi- neszenzstrahlung zu erfassen und mindestens zwei Sensoren aufweisen. Vorzugsweise kann die Vorrichtung mindestens drei oder fünf Sensoren aufweisen. Besonders bevorzugt kann die Vorrichtung mindestens sieben Sensoren aufweisen. Die Messeinrichtung kann mit einer aktiven Kühleinrichtung für die Sensoren ausgestattet sein. Dies ermöglicht eine weitere Verbesserung der Messempfindlichkeit. Die Kühleinrichtung ist vorzugsweise herstellerseitig in ein speziell präpariertes Gehäuse des Sensors integriert, damit es nicht zu einer Betauung des Sensors kommt. Eine externe Kühlvorrichtung kann unterstützen. Das Material aus dem der Sensor beschaffen ist, ist derart gewählt, dass eine hohe Detektions- empfmdlichkeit für die Photolumineszenzstrahlung gegeben ist. Bevorzugtes Material für die Realisierung der Sensoren ist deshalb InGaAs, das den ersten und zweiten Wellenlängenbereich absorbieren kann. Weitere verfügbare Materialien mit derartigen Eigenschaften sind Germanium, Bleisulfid und Quecksilber-Cadmium-Tellurid. Der Sensor kann auch Silizium beschaffen sein, mit der Einschränkung, dass dann nur der erste Wellenlängenbereich der Photolumineszenzstrahlung detektiert werden kann. If necessary, the device may have a plurality of sensors connected to the evaluation device for detecting the photoluminescence radiation at different measuring points. By this measure, the measurement accuracy of the device can be further improved. By way of example, the device can be set up to detect luminescence radiation at at least two measuring points and to have at least two sensors. Preferably, the device may comprise at least three or five sensors. Particularly preferably, the device can have at least seven sensors. The measuring device can be equipped with an active cooling device for the sensors. This allows a further improvement of the measurement sensitivity. The cooling device is preferably integrated by the manufacturer in a specially prepared housing of the sensor so that it does not come to a condensation of the sensor. An external cooling device can assist. The material from which the sensor is designed is chosen such that a high sensitivity of detection for the photoluminescence radiation is given. The preferred material for the realization of the sensors is therefore InGaAs, which can absorb the first and second wavelength ranges. Other available materials with such properties are germanium, lead sulfide and mercury cadmium telluride. The sensor may also be made of silicon, with the restriction that then only the first wavelength range of the photoluminescence radiation can be detected.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Sensor als Fotodiode ausgebildet. Dies ermöglicht eine kostengünstige Ausgestaltung des Sensorchips bei gleichzeitig hoher De- tektionsempfindlichkeit. Die Fotodioden sind bevorzugt jeweils in oder auf einem Halbleiterchip realisiert, dessen Material nicht notwendig mit dem Material der Fotodiode übereinstimmen muss und der durch ein Gehäuse mit elektrischen Anschlüssen umgeben ist. Die elektrischen Anschlüsse sind direkt mit den beiden Polen der Dioden verbunden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gehäuse aus Metall und hat einen zusätzlichen Anschluss zur Erdung des Ge- häuses. Durch die Erdung des Gehäuses werden elektrische Einstreuungen in die Fotodiode abgeschirmt und Störsignale unterdrückt. In dem Gehäuse können auch mehrere Fotodioden in oder auf einem Halbleiterchip integriert sein, jedoch immer in der Art, dass die Anschlüsse zu den beiden Polen der Dioden einzeln aus dem Gehäuse herausgeführt werden. Bei mehreren Di- oden in einem Gehäuse ist auch denkbar, dass einer der beiden Pole bereits im Gehäuse verbunden ist und nur einfach aus dem Gehäuse herausgeführt realisiert ist und die jeweils anderen Pole der Fotodioden jeweils einzeln aus dem Gehäuse herausgeführt werden. In a preferred embodiment of the invention, the sensor is designed as a photodiode. This enables a cost-effective design of the sensor chip with a simultaneously high detection sensitivity. The photodiodes are preferably realized in or on a semiconductor chip whose material does not necessarily have to match the material of the photodiode and which is surrounded by a housing with electrical connections. The electrical connections are directly connected to the two poles of the diodes. In an advantageous embodiment, the housing is made of metal and has an additional connection for grounding the housing. housing. By grounding the housing electrical interference is shielded in the photodiode and noise suppressed. In the housing, a plurality of photodiodes may be integrated in or on a semiconductor chip, but always in such a way that the connections to the two poles of the diodes are led out of the housing individually. If there are several diodes in a housing, it is also conceivable that one of the two poles is already connected in the housing and is implemented simply guided out of the housing and the respective other poles of the photodiodes are led out of the housing one at a time.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Beleuchtung des Halbleiterwafers zur Anregung von Photo lumineszenzstrahlung über mindestens eine Beleuchtungseinheit mit mindestens einer Lichtquelle realisiert, die auf dem Halbleiterwafer einen Beleuchtungsfleck erzeugt, der vorzugsweise in alle Richtungen größer ist als die Ausdehnung der Messstelle. Dazu kann eine Strahlformungseinrichtung vorgesehen sein, welche die von Lichtquelle ausgesandte Strahlung in ihrer räumlichen Ausbreitung so beeinflusst, dass der Beleuchtungsfleck möglichst ganzflächig ausgeleuchtet wird und zumindest im Bereich der Messstelle eine möglichst homogene Intensität aufweist. Die Strahlformungseinrichtung kann als abbildende oder nicht- abbildende Strahlformungseinrichtung realisiert sein. Als Komponenten zur Strahlformung können optische Linsen mit gewölbten Oberflächen, Streugitter, Streuscheiben, strahlformende Spiegel, Fresnel-Linsen oder eine Kombination der genannten Komponenten verwendet werden. In a preferred embodiment of the invention, the illumination of the semiconductor wafer for excitation of photo luminescence is realized via at least one illumination unit with at least one light source, which generates an illumination spot on the semiconductor wafer, which is preferably greater in all directions than the extent of the measuring point. For this purpose, a beam shaping device can be provided which influences the radiation emitted by the light source in its spatial propagation in such a way that the illumination spot is illuminated as completely as possible over the entire surface and at least in the region of the measuring point has a very homogeneous intensity. The beam shaping device can be realized as an imaging or non-imaging beam shaping device. As components for beam shaping, optical lenses with curved surfaces, scattered gratings, scattering disks, beam-shaping mirrors, Fresnel lenses or a combination of the named components can be used.
Weiterhin ist die Beleuchtungseinheit so gestaltet, dass deren abgestrahltes Licht in einen Wellenlängenbereich unterhalb der vom Halbleiterwafer emittierten Photolumineszenzstrahlung liegt. Der Grund liegt darin, dass in der Regel ein Teil der Anregungsstrahlung auf der Oberfläche des Halbleiterwafers reflektiert wird und das Messsignal überlagernd ebenfalls auf die De- tektionseinheit fällt, wo die zur Messung relevante Photolumineszenzstrahlung über ein optisches Filtersystem von der reflektierten Anregungsstrahlung getrennt werden muss. Aus diesem Grund wird meist eine sehr schmalbandige Lichtquelle, wie ein Laser oder eine Leuchtdiode, verwendet, deren maximale ausgesandte Wellenlänge deutlich unterhalb des vom Sensor detek- tierten Wellenlängenbereichs der Photolumineszenzstrahlung liegt. Zur zusätzlichen Abschwä- chung der Anregungsstrahlung im Wellenlängenbereich der vom Sensor detektierten Photolumineszenzstrahlung kann in der Beleuchtungseinrichtung zwischen Lichtquelle und Messstelle ein Kurzpassfilter angeordnet sein, der Licht mit Wellenlängen unterhalb einer Grenzwellenlänge passieren lässt und für Licht mit Wellenlängen größer als die Grenzwellenlänge sperrt. Durch diese Vorrichtung wird eine Anregungsstrahlung mit Wellenlängen unterhalb von 1000 nm, typi- scherweise im Bereich von 600 nm bis 950 nm und vorzugsweise im Bereich von 750 bis 850 nm erzeugt. Furthermore, the illumination unit is designed such that its emitted light lies in a wavelength range below the photoluminescence radiation emitted by the semiconductor wafer. The reason is that as a rule part of the excitation radiation is reflected on the surface of the semiconductor wafer and the measurement signal superimposing also falls on the detection unit, where the photoluminescence radiation relevant for the measurement has to be separated from the reflected excitation radiation via an optical filter system. For this reason, usually a very narrow-band light source, such as a laser or a light-emitting diode, is used whose maximum emitted wavelength is significantly below the wavelength range of the photoluminescence radiation detected by the sensor. For additional attenuation of the excitation radiation in the wavelength range of the photoluminescence radiation detected by the sensor, a short-pass filter can be arranged in the illumination device between the light source and the measuring point, allowing light with wavelengths below a cutoff wavelength to pass and blocking it for light having wavelengths greater than the cutoff wavelength. Excitation radiation with wavelengths below 1000 nm, typically in the range of 600 nm to 950 nm and preferably in the range of 750 to 850 nm, is generated by this device.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Sensor in eine Detektionseinheit integriert, die neben dem Sensor eine optische Filtereinrichtung aufweist. Die optische Filtereinrich- tung dient zuerst dazu, den von der Probe reflektierten Teil der Anregungsstrahlung von dem von der Messstelle ausgesandten Photolumineszenzsignal zu trennen. Die Filtereinrichtung weist dazu bevorzugt einen Langpassfilter auf, dessen Grenzwellenlänge im unteren Wellenlängenbereich der Lumineszenzsstrahlung, aber oberhalb der höchsten Wellenlänge der reflektierten An- regungsstrahlung liegt. Der Langpassfilter blockiert Strahlung mit Wellenlängen unterhalb der Grenzwellenlänge und lässt Strahlung mit Wellenlängen oberhalb der Grenzwellenlänge passieren. Als Langpassfilter kommen Absorptionsfilter, dielektrische Reflexionsfilter und Filter aus Halbleitermaterialien in Betracht. Die Grenzwellenlänge des Langpassfilters liegt typischerweise unter 1.100 nm und häufig zwischen 900 nm und 1.000 nm. In a preferred embodiment of the invention, the sensor is integrated into a detection unit, which has an optical filter device in addition to the sensor. The optical filter tion first serves to separate the part of the excitation radiation reflected from the sample from the photoluminescence signal emitted by the measuring point. For this purpose, the filter device preferably has a long-pass filter whose cutoff wavelength lies in the lower wavelength range of the luminescence radiation, but above the highest wavelength of the reflected excitation radiation. The long-pass filter blocks radiation with wavelengths below the cut-off wavelength and lets radiation with wavelengths above the cut-off wavelength pass through. As long-pass filter absorption filter, dielectric reflection filter and filter of semiconductor materials come into consideration. The cut-off wavelength of the long-pass filter is typically below 1100 nm and often between 900 nm and 1000 nm.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung dient die optische Filtereinrichtung der Detektionseinheit dazu, die Detektion des ersten Wellenlängenlängenbereichs der Photolumineszenzstrahlung vom zweiten Wellenlängenbereich der Photolumineszenzstrahlung zu trennen. Da die Photolumineszenzstrahlung im ersten Wellenlängenbereich wesentlich intensiver ist als im zweiten Wellenlängenbereich, müssen zur Detektion des Signals im ersten Wellenlängenbereich keine Filtermaßnahmen ergriffen werden. Das Signal aus dem ersten Wellenlängenbereich überlagert typischerweise das Signal aus dem zweiten Wellenlängenbereich völlig. Das Signal ist mit der bisher beschriebenen Anordnung bereits hinreichend gut messbar. Zur Detektion der Strahlung aus dem zweiten Wellenlängenbereich der Photolumineszenzstrahlung wird anstatt des oben beschriebenen Langpassfilters oder zusätzlich zu diesem ein Langpassfilter eingesetzt, der Licht mit Wellenlän- gen oberhalb der unteren Grenze des zweiten Wellenlängenbereichs durchläset und für Licht mit Wellenlängen unterhalb des zweiten Wellenlängenbereichs sperrt. Zumindest würde man einen Langpassfilter mit einer Grenzwellenlänge oberhalb von 1.250 nm einsetzen und bevorzugt einen Langpassfilter mit einer Grenzwellenlänge oberhalb von 1.400 nm. Ebenso kann die Funktionalität mit einem Bandpassfilter realisiert werden, der Licht mit Wellenlängen im zweiten Wellenlängenbereich durchläset und für Licht mit Wellenlängen außerhalb des zweiten Wellenbereichs sperrt. Bevorzugt wird ein Wellenlängenbereich von etwa 1.500 bis etwa 1.600 nm durchgelassen. Die Filter können als Absorptionsfilter oder als dielektrische Reflexionsfilter oder als Filter aus Halbleitermaterialien gestaltet sein. In a further preferred embodiment of the invention, the optical filter device of the detection unit serves to separate the detection of the first wavelength range of the photoluminescent radiation from the second wavelength range of the photoluminescent radiation. Since the photoluminescence radiation in the first wavelength range is much more intense than in the second wavelength range, no filtering measures must be taken to detect the signal in the first wavelength range. The signal from the first wavelength range typically completely overlaps the signal from the second wavelength range. The signal is already sufficiently well measurable with the arrangement described so far. In order to detect the radiation from the second wavelength range of the photoluminescence radiation, instead of or in addition to the long-pass filter described above, a long-pass filter is used which passes through light having wavelengths above the lower limit of the second wavelength range and blocks it for light having wavelengths below the second wavelength range. At least one would use a long-pass filter with a cut-off wavelength above 1,250 nm and preferably a long-pass filter with a cut-off wavelength above 1,400 nm. Likewise, the functionality can be realized with a band-pass filter, which transmits light with wavelengths in the second wavelength range and for light with wavelengths outside of second waveband locks. Preferably, a wavelength range of about 1,500 to about 1,600 nm is transmitted. The filters can be designed as absorption filters or as dielectric reflection filters or as filters made of semiconductor materials.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in der Detektionseinheit zusätzlich eine Optik integriert. Aufgabe der Optik ist es, die von der Messstelle ausgesandte Photolumineszenzstrahlung in ihrer räumlichen Ausbreitung so zu beeinflussen, dass der Sensor möglichst ganzflächig ausgeleuchtet wird. Dies kann durch ein abbildendes optisches System oder ein nicht-abbildendes optisches System realisiert werden. Die Optik kann optische Linsen mit gewölbten Oberflächen, Streugitter, strahlformende Spiegel oder eine Kombination der genannten Komponenten aufweisen. Vorzugsweise hat die Optik eine gewölbte Linse oder eine Fresnellin- se. Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung hat die Messeinrichtung mindestens zwei mit der Auswerteeinrichtung verbundene Halbleiter-Sensorchips. Die Sensorchips sind derart in Detektionseinheiten integriert, dass der eine Sensorchip das Signal des ersten Wellenlängenbereichs der Photolumineszenzstrahlung detektiert und der andere Sensorchip das Signal des zweiten Wellenlängenbereichs der Photolumineszenzstrahlung. Beide Sensorchips sind über ihre Detektionseinheiten auf dieselbe Messstelle ausgerichtet, so dass aus den relativen Verhältnissen der beiden Signale eine vertiefte Aussage über die Art des an der Messstelle vorliegenden Defekts getroffen werden kann. In einer weiteren Realisierung der Erfindung können die beiden Detektionseinheiten auch auf zwei unterschiedliche Messpunkte ausgerichtet sein, die auf einer gedachten, parallel zur Fortbewegungsrichtung der Halbleiterwafer liegenden Gerade hintereinander liegen. In diesem Fall muss in der Auswerteeinheit das Signal der vorderen Diode zeitverzögert mit dem Signal der hinteren Diode verglichen werden. Die Zeitverzögerung t ergibt sich aus dem Abstand x der De- tektionsstellen und der Geschwindigkeit v der Vorwärtsbewegung der Wafer nach t = x / v. In a preferred embodiment of the invention, an optical system is additionally integrated in the detection unit. It is the task of the optics to influence the spatial distribution of the photoluminescence radiation emitted by the measuring point in such a way that the sensor is illuminated as completely as possible over the entire surface. This can be realized by an imaging optical system or a non-imaging optical system. The optics can have optical lenses with curved surfaces, scattered gratings, beam-forming mirrors or a combination of the named components. Preferably, the optic has a domed lens or Fresnel lens. In a further preferred embodiment of the invention, the measuring device has at least two semiconductor sensor chips connected to the evaluation device. The sensor chips are integrated in detection units such that one sensor chip detects the signal of the first wavelength range of the photoluminescence radiation and the other sensor chip detects the signal of the second wavelength range of the photoluminescence radiation. Both sensor chips are aligned with their detection units on the same measuring point, so that from the relative ratios of the two signals a deeper statement about the nature of the defect present at the measuring point can be made. In a further realization of the invention, the two detection units can also be aligned with two different measuring points, which lie one behind the other on an imaginary straight line lying parallel to the direction of movement of the semiconductor wafer. In this case, the signal of the front diode must be compared with the signal of the rear diode with a time delay in the evaluation unit. The time delay t results from the distance x of the detection points and the speed v of the forward movement of the wafers after t = x / v.
Die Vorrichtung kann weiterhin ein Gehäuse aufweisen, welches eingerichtet ist, die Messeinrichtung, die Beleuchtungseinrichtung und die Auswerteeinheit aufzunehmen. Insbesondere kann die Vorrichtung als eingebettetes System ausgestaltet sein, wodurch eine Miniaturisierung und Kosteneinsparung gegenüber einer Ausgestaltung durch Einzelkomponenten möglich sein kann. Die Vorrichtung, insbesondere das Gehäuse, kann beispielsweise eine Energieversorgung aufweisen, insbesondere einen Stromanschluss. Die Vorrichtung kann weiterhin eine Steuerungseinheit aufweisen. Unter einer Steuerungseinheit wird dabei allgemein eine elektronische Vorrichtung verstanden, welche die Messeinrichtung und/oder die Beleuchtungseinrichtung und/oder die Auswerteeinheit steuern und/oder regeln kann. Beispielsweise können zu diesem Zweck eine oder mehrere elektronische Verbindungen zwischen der Steuerungseinheit und der Messeinrichtung, der Beleuchtungseinrichtung und der Auswerteeinheit vorgesehen sein. Die Steuerungseinheit kann beispielsweise mindestens eine Datenverarbeitungsvorrichtung umfassen, beispielsweise mindestens einen Computer oder MikroController. Die Steuerungseinheit kann weiterhin mindestens eine Schnittstelle umfassen, beispielsweise eine elektronische Schnittstelle und/oder eine Mensch-Maschine-Schnittstelle wie beispielsweise eine Eingabe-/ Ausgabe- Vorrichtung wie ein Display und/oder eine Tastatur. Die Steuerungseinheit kann beispielsweise zentral oder auch dezentral aufgebaut sein. Auch andere Ausgestaltungen sind denkbar. Das Gehäuse kann mindestens eine standardisierte Schnittstelle aufweisen, beispielsweise eine standardisierte Netz- Werkschnittstelle. The device may further comprise a housing which is adapted to receive the measuring device, the illumination device and the evaluation unit. In particular, the device can be designed as an embedded system, whereby a miniaturization and cost savings over a design by individual components may be possible. The device, in particular the housing, may for example have a power supply, in particular a power connection. The device may further comprise a control unit. A control unit is generally understood to mean an electronic device which can control and / or regulate the measuring device and / or the illumination device and / or the evaluation unit. For example, one or more electronic connections between the control unit and the measuring device, the illumination device and the evaluation unit can be provided for this purpose. The control unit may, for example, comprise at least one data processing device, for example at least one computer or microcontroller. The control unit may further comprise at least one interface, for example an electronic interface and / or a man-machine interface such as an input / output device such as a display and / or a keyboard. The control unit can be constructed, for example, centrally or decentrally. Other embodiments are conceivable. The housing may have at least one standardized interface, for example a standardized network factory interface.
Die Vorrichtung kann in eine Produktionslinie und/oder eine Prozesslinie integriert werden, insbesondere zur Produktionsüberwachung. In der Produktionslinie und/oder Prozesslinie kann der Halbleiterwafer mittels der Positioniereinrichtung in die Transportrichtung zu der Messeinrichtung bewegbar sein. The device can be integrated into a production line and / or a process line, in particular for production monitoring. In the production line and / or process line, the Semiconductor wafer by means of the positioning device in the transport direction to the measuring device to be movable.
Die Messeinrichtung kann eine Mehrzahl von Detektionsemheiten mit Sensorchips aufweisen. Beispielsweise kann die Messeinrichtung vier bis zehn Detektionsemheiten aufweisen. Die Messeinrichtung kann mindestens eine äußere Detektionseinheit aufweisen, welche auf mindestens eine Detektionsstelle, auch als Messstelle bezeichnet, auf Randbereichen des Halbleiterwafers ausgerichtet ist. Unter einer„äußeren Detektionseinheit" kann grundsätzlich eine Detektionseinheit verstanden werden, welche eingerichtet ist Photolumineszenzstrahlung von Randbereichen des Halbleiters zu erfassen. Die äußere Detektionseinheit kann eingerichtet sein, Photo lumines- zenzstrahlung von Randbereichen des Halbleiterwafers, welche parallel zur Transportrichtung angeordnet sind, zu erfassen. Beispielsweise kann die Messeinrichtung mindestens zwei äußere Detektionsemheiten aufweisen, welche jeweils auf eine oder verschiedene Detektionsstellen in den Randbereichen des Halbleiterwafers ausgerichtet sind. Beispielsweise kann die Messeinrich- tung eine Mehrzahl von äußeren Detektionsemheiten aufweisen, welche jeweils auf eine oder verschiedene Detektionsstellen in den Randbereichen des Halbleiterwafers ausgerichtet sind. Die Messeinrichtung kann mindestens eine innere Detektionseinheit aufweisen, welche eingerichtet ist, Photolumineszenzstrahlung von einem Bereich des Halbleiterwafers zu erfassen, welcher von den Randbereichen begrenzt wird. Der Bereich kann innerhalb der von den Randbereichen um- gebenen Oberfläche des Halbleiterwafers angeordnet sein. Die innere Detektionseinheit kann zwischen den äußeren Detektionsemheiten angeordnet sein. Der Bereich kann innerhalb eines Zentralbereichs des Halbleiterwafers angeordnet ist, bei welchem der Abstand des Bereichs zu den Kanten des Halbleiterwafers mindestens der Breite der Randbereiche entspricht. Beispielsweise kann die Messeinrichtung drei innere Detektionsemheiten aufweisen, welche zwischen zwei äußeren Detektionsemheiten angeordnet sind. Weiter können entlang der Produktionslinie und/oder Prozesslinie in Transportrichtung des Halbleiters mehrere Messeinrichtungen vorgesehen sein. The measuring device can have a plurality of detection units with sensor chips. For example, the measuring device may have four to ten detection units. The measuring device may have at least one outer detection unit, which is aligned with at least one detection point, also referred to as a measuring point, on edge regions of the semiconductor wafer. In principle, a detection unit which is set up to detect photoluminescence radiation from edge regions of the semiconductor can be understood as an "external detection unit." The outer detection unit can be set up to detect photo-luminescence radiation from edge regions of the semiconductor wafer which are arranged parallel to the transport direction. By way of example, the measuring device may have at least two external detection units, which are each aligned with one or several detection sites in the edge regions of the semiconductor wafer, For example, the measuring device may comprise a plurality of external detection units, which in each case point to one or several detection points in the edge regions of the semiconductor wafer The measuring device may comprise at least one inner detection unit which is set up to emit photoluminescence radiation from a region of the semiconductor wafer detect which of the border areas is limited. The region can be arranged within the surface of the semiconductor wafer surrounded by the edge regions. The inner detection unit may be arranged between the outer detection units. The region may be arranged within a central region of the semiconductor wafer, in which the distance of the region from the edges of the semiconductor wafer corresponds at least to the width of the edge regions. For example, the measuring device can have three inner detection units, which are arranged between two outer detection units. Furthermore, a plurality of measuring devices can be provided along the production line and / or process line in the transport direction of the semiconductor.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Vorrichtung mindestens einen Bildsensor aufwei- sen. Beispielsweise kann der Sensor als Bildsensor ausgestaltet sein, beispielsweise als pixelier- ter Sensor, insbesondere als eine CCD-Kamera. Beispielsweise kann die Vorrichtung einen oder mehrere Bildsensoren aufweisen, welche eingerichtet sind in den Randbereichen des Halbleiterwafers Photolumineszenzstrahlung zu erfassen. Beispielsweise kann die Vorrichtung einen oder mehrere Bildsensoren aufweisen, welche eingerichtet sind in dem Zentralbereich des Halbleiter- wafers Photolumineszenzstrahlung zu erfassen. Beispielsweise kann die Vorrichtung mindestens einen Bildsensor aufweisen, welcher eingerichtet ist, sowohl Photolumineszenzstrahlung in den Randbereichen als auch im Zentralbereich zu erfassen. Eine Anzahl Pixel des Bildsensors zur Erfassung von Photolumineszenzstrahlung in den Randbereichen kann geringer sein als eine Anzahl Pixel des Bildsensors zur Erfassung von Photolumineszenzstrahlung im Zentralbereich. Bei- spielsweise kann die Anzahl Pixel des Bildsensors zur Erfassung von Photolumineszenzstrahlung in den Randbereichen um einem Faktor 10 geringer sein als die Anzahl Pixel des Bildsensors zur Erfassung von Photolumineszenzstrahlung im Zentralbereich. Auch andere Anzahlen und Verhältnisse von Pixeln sind denkbar. In a further embodiment, the device may comprise at least one image sensor. For example, the sensor can be designed as an image sensor, for example as a pixelated sensor, in particular as a CCD camera. By way of example, the device may have one or more image sensors which are set up to detect photoluminescence radiation in the edge regions of the semiconductor wafer. For example, the device can have one or more image sensors which are set up to detect photoluminescence radiation in the central region of the semiconductor wafer. For example, the device may have at least one image sensor which is set up to detect both photoluminescence radiation in the edge regions and in the central region. A number of pixels of the image sensor for detecting photoluminescence radiation in the peripheral areas may be smaller than a number of pixels of the image sensor for detecting photoluminescence radiation in the central area. examples For example, the number of pixels of the image sensor for detecting photoluminescence radiation in the edge regions may be smaller by a factor of 10 than the number of pixels of the image sensor for detecting photoluminescence radiation in the central region. Other numbers and ratios of pixels are conceivable.
In einem weiteren Aspekt wird eine Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum De- tektieren von elektronischen Defekten an Versetzungen und Korngrenzen an Halbleiterwafem auf Silizium-Basis in einer Multi-Lane- Vorrichtung vorgeschlagen. Unter einer„Multi-Lane- Vorrichtung" kann eine Vorrichtung verstanden werden, welche mehrere Spuren, beispielsweise Produktions- und/oder Testspuren, aufweist und zu einer Mehr- Spur-Nutzung eingerichtet ist. Beispielsweise kann die Multi-Lane- Vorrichtung eine Multi-Lane-Produktionslinie und/oder ein Multi-Lane-Tester, beispielsweise ein Multi-Lane- Wafertester, sein. Auf Grund ihrer hohen Herstellungskosten sind bekannte Detektionseinheiten zur Produktionsüberprüfung von Halbleiten nachteilig und eine Mehr- Spur-Nutzung (Multi-Lane-Nutzung) aus Kostengründen nicht mög- lieh. Auf einer Spur können bei bekannten Detektionseinheiten jedoch nur etwa 3600 Wafer pro Stunde geprüft werden, welches dem Durchsatz der Prozesslinie entspricht. Die Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann einfach und kosteneffizient sein, so dass eine Multi- Lane-Nutzung möglich ist. So kann beispielsweise ein Durchsatz in einer Vorrichtung zur Produktionsüberprüfung von Wafern, einem so genannten Wafer-Sorter, erhöht werden und ein Durchsatz mehrerer Produktionslinien realisiert werden. Der Durchsatz einer derartigen Multi- Lane-Produktionslinie kann proportional zur Anzahl der Spuren sein. Beispielsweise kann eine Multi-Lane-Produktionslinie fünf, parallele Spuren umfassen. Unter „parallel" kann hierbei räumlich und/oder zeitlich parallel verstanden werden. Weiter kann die Vorrichtung in vorhandene Prozessanlagen, insbesondere unter Mitnutzung der vorhandenen Automation, integriert werden, so dass eine 100%-Kontrolle kosteneffizient möglich ist. Die Integration der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann beispielsweise unmittelbar vor und/oder unmittelbar hinter und/oder in einem ersten Prozessschritt einer Produktionslinie zur Herstellung einer Solarzelle aus Wafern erfolgen, so dass eine frühzeitige Detektion von Defek- ten und Aussortierung möglich ist. Der erste Prozessschritt ist typischerweise eine nasschemische Behandlung eines sägerauhen Silizium- Wafers. In a further aspect, a use of the device according to the invention for detecting electronic defects at dislocations and grain boundaries on silicon-based semiconductor wafers in a multi-lane device is proposed. A "multi-lane device" can be understood as meaning a device which has a plurality of tracks, for example production and / or test tracks, and is set up for multi-track use. Lane production line and / or a multi-lane tester, for example, a multi-lane wafer tester Due to their high production costs, known detection units for semi-conductor production testing are disadvantageous and multi-lane use (multi-lane use). However, in known detection units only about 3600 wafers per hour, which corresponds to the throughput of the process line, can be tested on one track, The production of a device according to the invention can be simple and cost-efficient, so that multi-lane use For example, throughput in a wafer production inspection device may be such mentioned wafer sorter, are increased and a throughput of several production lines can be realized. The throughput of such a multi-lane production line may be proportional to the number of tracks. For example, a multi-lane production line may comprise five, parallel lanes. The term "parallel" can be understood to mean spatially and / or temporally parallel.Furthermore, the device can be integrated into existing process plants, in particular with shared use of the available automation, so that 100% control is possible in a cost-efficient manner For example, immediately before and / or immediately after and / or in a first process step of a production line for producing a solar cell from wafers, so that early detection of defects and sorting out is possible The first process step is typically a wet-chemical treatment of rough-cut silicon - Wafers.
Beispielsweise kann eine Integration der Vorrichtung in eine Prozesslinie vor und/oder nach einer Nasschemie-Prozessanlage erfolgen. Typischerweise kann der erste Prozessschritt bei einer Herstellung von Solarzellen ein Ätzen von Wafern in einer Folge von Chemiekalienbädern umfassen, um Oberflächendefekte zu entfernen und um eine oder mehrere Texturen aufzubringen. Dieses kann beispielsweise in der Prozesslinie durch eine so genannte„Inline-Textur" realisiert werden. Chemische Prozesse können dabei langsam sein. Beispielsweise kann der Vorschub unter einem Wafer pro Sekunde liegen. Zur Erhöhung des Durchsatzes kann dieser erste Pro- zessschritt in mehreren, beispielsweise fünf, Spuren parallel mit langsamem Vorschub erfolgen. Eine Nasschemie-Prozessanlage kann eine Belade-Einheit aufweisen, welche an einem Anfang der Nasschemie-Prozessanlage angeordnet ist. Die Belade-Einheit kann eingerichtet sein, Wafer auf mindestens einer Transportvorrichtung der Nasschemie-Prozessanlage, beispielsweise einem Förderband, zu positionieren. Die Transportvorrichtung der Nasschemie- Anlage kann eingerichtet sein, die Wafer in eine Reaktionskammer mit Kunststoffrollen zu befördern. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in Transportrichtung des Wafers vor einer Nasschemie- Prozessanlage und/oder vor einer Reaktionskammer einer Nasschemie-Prozessanlage angeordnet sein. In dieser Ausführungsform kann vor der Nasschemie-Prozessanlage eine erste Sortierein- heit angeordnet sein, welche eingerichtet ist, Wafer vor einem Durchlaufen einer Nasschemie auszusortieren. Die erste Sortiereinheit kann eingerichtet sein, ein Signal der Sensorchips und/oder der Auswerteeinrichtung der Vorrichtung zu detektieren und bei der Sortierung der Wafer zu berücksichtigen. Beispielsweise kann die Vorrichtung eingerichtet sein, eine räumliche und zeitliche Variation der Intensität der Pho-tolumineszenzstrahlung zu bestimmen und mindes- tens ein davon abhängiges Klassifizierungssignal zu generieren. Die erste Sortiereinheit kann eingerichtet sein, das Klassifizierungssignal zu berücksichtigen, beispielsweise indem das Klassifizierungssignal in Sortieralgorithmen einer Automatisierung einbezogen wird. So kann beispielsweise auch verhindert werden, dass defekte Wafer, beispielsweise Wafer mit einem geringen Wirkungsgradpotential, die Nasschemie durchlaufen. Weiter kann, die Wahrscheinlichkeit für einen mechanischen Bruch des Wafers reduziert werden So kann eine Einsparung der folgenden Prozesskosten erreicht werden. For example, an integration of the device in a process line before and / or after a wet chemical process plant. Typically, the first process step in manufacturing solar cells may include etching wafers in a sequence of chemical baths to remove surface defects and to apply one or more textures. This can be realized, for example, in the process line by a so-called "inline texture." Chemical processes can be slow in this case, for example, the feed rate can be less than one wafer per second. zessschritt in several, for example, five, tracks parallel with slow feed done. A wet chemistry process plant may include a loading unit located at a beginning of the wet chemistry process plant. The loading unit can be set up to position wafers on at least one transport device of the wet chemical processing unit, for example a conveyor belt. The wet scrubbing system transport device may be configured to convey the wafers into a reaction chamber with plastic rollers. For example, the device according to the invention can be arranged in the transport direction of the wafer in front of a wet chemical processing plant and / or in front of a reaction chamber of a wet chemical process plant. In this embodiment, a first sorting unit, which is set up to sort out wafers before passing through a wet chemistry, may be arranged upstream of the wet-chemical processing installation. The first sorting unit can be set up to detect a signal of the sensor chips and / or of the evaluation device of the device and to take it into account when sorting the wafers. For example, the device can be set up to determine a spatial and temporal variation of the intensity of the photoluminescence radiation and to generate at least one classification signal dependent thereon. The first sorting unit may be arranged to take into account the classification signal, for example by including the classification signal in automation sorting algorithms. For example, it is also possible to prevent defective wafers, for example wafers with a low efficiency potential, from undergoing wet chemistry. Furthermore, the probability of a mechanical breakage of the wafer can be reduced. Thus, a saving of the following process costs can be achieved.
Weiterhin kann die Nasschemie-Prozessanlage eine Entlade-Einheit mit einer zweiten Sortiereinheit aufweisen, welche eingerichtet sein kann, Wafer anhand von vorbestimmten Kriterien zu klassifizieren und zu sortieren. Die Bezeichnungen„erste" und„zweite" Sortiereinheit werden als reine Bezeichnungen verwendet und geben insbesondere keine Auskunft über eine Reihenfolge und/oder darüber, ob beispielsweise noch weitere Sortiereinheiten vorhanden sind. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in Transportrichtung des Wafers hinter einer Reaktionskammer einer Nasschemie-Prozessanlage angeordnet sein. Die zweite Sortierein- heit kann eingerichtet sein, ein Signal der Sensorchips und/oder der Auswerteeinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung oder der kombinierten Vorrichtung zu detektieren und bei der Sortierung der Wafer zu berücksichtigen. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eingerichtet sein, eine räumliche und zeitliche Variation der Intensität der Photolumineszenzstrahlung zu bestimmen und mindestens ein davon abhängiges Klassifizierungssignal zu generieren. Die zweite Sortiereinheit kann eingerichtet sein, das Klassifizierungssignal zu berücksichtigen, beispielsweise indem das Klassifizierungssignal in Sortieralgorithmen einer Automatisierung einbezogen wird. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in eine bestehende Nasschemie-Prozessanlage nachträglich eingebaut werden und eine bestehende Sortiereinheit der Nasschemie-Prozessanlage mitgenutzt werden. In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Detektieren von elektronischen Defekten an Versetzungen und Korngrenzen an Halbleiterwafem auf Silizium-Basis vorgeschlagen. In dem Verfahren wird eine Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen verwendet. Hinsichtlich Definitionen und Ausführungsformen des Verfahrens kann auf oben beschriebene Definitionen und Ausführungsformen der Vorrichtung verwiesen werden. Furthermore, the wet-chemical processing plant may have a discharge unit with a second sorting unit, which may be set up to classify and sort wafers on the basis of predetermined criteria. The terms "first" and "second" sorting unit are used as pure names and in particular provide no information about an order and / or whether, for example, even more sorting units are available. For example, the device according to the invention can be arranged in the transport direction of the wafer behind a reaction chamber of a wet chemical processing plant. The second sorting unit can be set up to detect a signal of the sensor chips and / or of the evaluation device of the device according to the invention or of the combined device and to take this into account when sorting the wafers. For example, the device according to the invention can be set up to determine a spatial and temporal variation of the intensity of the photoluminescence radiation and to generate at least one classification signal dependent thereon. The second sorting unit may be arranged to take into account the classification signal, for example by including the classification signal in automation sorting algorithms. In particular, the device according to the invention can be retrofitted into an existing wet-chemical processing plant and an existing sorting unit of the wet-chemical processing plant can be used. In another aspect, a method is proposed for detecting electronic defects at dislocations and grain boundaries on silicon-based semiconductor wafers. In the method, a device according to one of the preceding embodiments is used. With regard to definitions and embodiments of the method, reference may be made to the above-described definitions and embodiments of the device.
Das Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte: The method comprises the following method steps:
- Bewegen der Halbleiterwafer parallel zu einer von einer Auflagefläche aufgespannten Ebene relativ zu einer Messstelle;  Moving the semiconductor wafers parallel to a plane spanned by a bearing surface relative to a measuring point;
- Positionieren der Halbleiterwafer an der Messstelle;  - Positioning the semiconductor wafer at the measuring point;
- Beleuchten der Halbleiterwafer mit einer optischen Anregungsstrahlung, mittels welcher die Halbleiterwafer zur Emission einer Photolumineszenzstrahlung anregbar sind;  - Illuminating the semiconductor wafer with an optical excitation radiation, by means of which the semiconductor wafer for the emission of a photoluminescence radiation can be excited;
- Erfassen der von der Messstelle ausgesandten Photolumineszenzstrahlung mit einer Messein- richtung, die mindestens einen Halbleiter-Sensorchip mit einer für die Photo lumineszenzstrah- lung empfindlichen Sensorfläche und eine Optik aufweist, mittels der die von einer Messstelle ausgesandte Photolumineszenzstrahlung bezüglich ihrer räumlichen Ausbreitung derart beein- flusst wird, dass sie auf die gesamte Sensorfläche auftrifft, und Generieren mindestens eines Messsignals des Halbleiter-Sensorchips;  Detecting the photoluminescence radiation emitted by the measuring point with a measuring device which has at least one semiconductor sensor chip with a sensor surface which is sensitive to the photo luminescence radiation and an optical system by means of which the photoluminescence radiation emitted by a measuring point influences the spatial propagation thereof. is flowed that it impinges on the entire sensor surface, and generating at least one measurement signal of the semiconductor sensor chip;
- Detektieren einer Häufigkeit einer Position und/oder einer Häufigkeit der Defekte in Abhängigkeit vom Messsignal. Detecting a frequency of a position and / or a frequency of the defects in dependence on the measurement signal.
Die Verfahrensschritte können in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Eine andere Reihenfolge ist jedoch denkbar. Weiter kann das Verfahren und insbesondere die Verfahrens- schritte wiederholt durchgeführt werden. The process steps can be carried out in the order given. However, another order is conceivable. Furthermore, the method and in particular the method steps can be carried out repeatedly.
In dem Verfahren kann detektiert werden, ob die Messstelle vollständig innerhalb eines Zentralbereichs angeordnet ist und ein Zeitfenster ermittelt wird, innerhalb dem die Messstelle innerhalb des Zentralbereichs des Halbleiterwafers angeordnet ist. Unter Zentralbereich kann ein Bereich des Halbleiterwafers verstanden werden, bei welchem ein Abstand des Bereichs zu den Kanten des Halbleiterwafers mindestens der Breite der Randbereiche entspricht. Das Verfahren kann weiter einen Vergleichsschritt aufweisen, in welchem das Messsignal mit einem vorbestimmten Grenzwert verglichen wird, wobei ein Verhältnis zwischen einer Zeitdauer, während der das Messsignal innerhalb des Zeitfensters den Grenzwert überschreitet, und einer Zeitdauer, während der das Messsignal innerhalb des Zeitfensters den Grenzwert unterschreitet, als Maß für die Häufigkeit der Korngrenzendefekte ermittelt wird. In the method, it can be detected whether the measuring point is completely arranged within a central region and a time window is determined within which the measuring point is arranged within the central region of the semiconductor wafer. A central region can be understood as meaning a region of the semiconductor wafer in which a distance of the region from the edges of the semiconductor wafer corresponds at least to the width of the edge regions. The method may further comprise a comparing step of comparing the measurement signal to a predetermined threshold, wherein a ratio between a time period during which the measurement signal within the time window exceeds the threshold and a period during which the measurement signal within the time window is the threshold is determined as a measure of the frequency of grain boundary defects.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum De- tektieren von Korngrenzendefekten an Halbleiterwafem, Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing. It shows 1 is a side view of a first embodiment of a device for detecting grain boundary defects on semiconductor wafers,
Fig. 2 eine Aufsicht auf die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung, 2 is a plan view of the device shown in Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Beleuchtungseinrichtung zum Aussenden einer Anregungsstrahlung auf eine Oberfläche eines Halbleiter- Wafers, 3 shows a schematic representation of a lighting device for emitting an excitation radiation onto a surface of a semiconductor wafer,
Fig. 4A eine schematische Darstellung einer ersten Messeinrichtung zum Erfassen von 4A is a schematic representation of a first measuring device for detecting
Photolumineszenzstrahlung,  photoluminescence,
Fig. 4B eine schematische Darstellung einer zweiten Messeinrichtung zum Erfassen von 4B is a schematic representation of a second measuring device for detecting
Photolumineszenzstrahlung,  photoluminescence,
Fig. 5 eine Aufsicht auf einen Teilbereich eines auf einem Förderband angeordneten Fig. 5 is a plan view of a portion of a arranged on a conveyor belt
Halbleiter- Wafers,  Semiconductor wafers,
Fig. 6 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung zum De- tektieren von Korngrenzendefekten an Halbleiterwafem, 6 shows a side view of a second exemplary embodiment of the device for detecting grain boundary defects on semiconductor wafers,
Fig. 7 eine graphische Darstellung eines Messsignals einer Fotodiode, wobei auf der Fig. 7 is a graphical representation of a measurement signal of a photodiode, wherein on the
Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate die Signalstärke aufgetragen ist,  Abscissa the time t and on the ordinate the signal strength is plotted
Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung, und Fig. 8 shows an embodiment of a measuring device according to the invention, and
Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung in einer Mul- ti-Lane- Vorrichtung. 9 shows an embodiment of a measuring device according to the invention in a multi-lane device.
Eine in Fig. 1 im Ganzen mit 1 bezeichnete Vorrichtung dient zum Detektieren von Korngrenzendefekten an Halbleiterwafem 2 auf Silizium-Basis, aus den Solarzellen hergestellt werden sollen. Die Halbleiterwafer 2 weisen eine ebene Oberfläche mit einem ersten, zweiten, dritten und vierten Randbereich 3, 4, 5, 6 auf, die sich jeweils entlang einer daran angrenzenden Kante des Halbleiterwafers 2 erstrecken. Die Breite, welche die Randbereiche 3, 4, 5, 6 rechtwinklig zur Erstreckungsrichtung der Waferkanten und parallel zu der Waferebene aufweisen, beträgt bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel 15 mm. A device designated as a whole by 1 in FIG. 1 serves to detect grain boundary defects on silicon-based semiconductor wafers 2 from which solar cells are to be produced. The semiconductor wafers 2 have a planar surface with first, second, third and fourth edge regions 3, 4, 5, 6, each extending along an edge of the semiconductor wafer 2 adjacent thereto. The width which the edge regions 3, 4, 5, 6 have at right angles to the direction of extension of the wafer edges and parallel to the wafer plane is 15 mm in the exemplary embodiment shown in the drawing.
Wie in Fig. 2 erkennbar ist, verlaufen der erste Randbereich 3 und der zweite Randbereich 4 parallel zueinander. Der dritte Randbereich 5 ist quer zu dem ersten und dem zweiten Randbereich 3, 4 angeordnet und verläuft parallel zu dem vierten Randbereich 6. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Halbleiterwafer 2 eine quadratische Form auf. Es sind aber auch andere Ausgestaltungen denkbar. So können die Halbleiterwafer 2 auch rechteckig oder rautenförmig ausgestaltet sein. Die Abmessung bzw. Dicke, welche die Wafer normal zu ihrer Oberflä- che aufweisen, beträgt bevorzugt etwa 180 μιη. Selbstverständlich sind aber auch andere Dicken denkbar. As can be seen in FIG. 2, the first edge region 3 and the second edge region 4 run parallel to one another. The third edge region 5 is transverse to the first and the second edge region 3, 4 and extends parallel to the fourth edge region 6. In the embodiment shown in FIG. 2, the semiconductor wafers 2 have a square shape. But there are also other embodiments conceivable. Thus, the semiconductor wafer 2 can also be designed rectangular or diamond-shaped. The dimension or thickness which the wafers have normal to their surface is preferably about 180 μm. Of course, other thicknesses are conceivable.
Zum Detektieren der Korngrenzendefekte hat die Vorrichtung 1 eine Beleuchtungseinrichtung 7, mittels der die Halbleiterwafer 2 an einer Messstelle 8 mit einer optischen Anregungsstrahlung 9 beleuchtet werden können. Die Wellenlänge der Anregungsstrahlung 9 ist derart gewählt, dass die Halbleiterwafer 2 durch die Anregungsstrahlung 9 zur Emission einer Photolumineszenzstrahlung 10 mit von der Wellenlänge der Anregungsstrahlung 9 abweichender Wellenlänge anregbar sind. Die Intensität der Photo lumineszenzstrahlung 10 ist von der Intensität der Anregungsstrahlung 9 und der Anwesenheit von Korngrenzendefekten in dem Halbleitermaterial ab- hängig. Bei einem Halbleitermaterial, das keine Korngrenzendefekte, wie zum Beispiel Verunreinigungen, aufweist, ist die Intensität der Photo lumineszenzstrahlung 10 größer als bei einem entsprechenden Halbleitermaterial das Defekte hat. Die Beleuchtungseinrichtung 7 hat als Lichtquelle 11 eine Leuchtdiode, deren Strahlung vorzugsweise eine Wellenlänge von 790 nm um- fasst. Anstelle der Leuchtdiode kann auch eine Laserdiode oder eine andere geeignete Lichtquel- le vorgesehen sein. In order to detect the grain boundary defects, the device 1 has a lighting device 7, by means of which the semiconductor wafers 2 can be illuminated at a measuring point 8 with an optical excitation radiation 9. The wavelength of the excitation radiation 9 is selected such that the semiconductor wafers 2 can be excited by the excitation radiation 9 for emission of a photoluminescence radiation 10 with a wavelength deviating from the wavelength of the excitation radiation 9. The intensity of the photo luminescence radiation 10 is dependent on the intensity of the excitation radiation 9 and the presence of grain boundary defects in the semiconductor material. In a semiconductor material that has no grain boundary defects, such as impurities, the intensity of the photo luminescence radiation 10 is greater than that of a corresponding semiconductor material has the defects. The illumination device 7 has as light source 11 a light emitting diode whose radiation preferably comprises a wavelength of 790 nm. Instead of the light-emitting diode, a laser diode or another suitable light source can also be provided.
Wie in Fig. 3 erkennbar ist, ist zwischen der Lichtquelle 11 und der mit dieser zu beleuchtenden Messstelle 8 eine Strahlformungseinrichtung 12 angeordnet, die zum Beispiel eine Linse aufweisen kann. Die Strahlformungseinrichtung 12 kann als abbildende oder als nicht abbildende Optik ausgestaltet sein. Vor und/oder hinter der Strahlformungseinrichtung 12 können optische Filter 13, 14 im Strahlengang der Beleuchtungseinrichtung 7 vorgesehen sein, die für die Wellenlänge der Photo lumineszenzstrahlung 10 undurchlässig sind. As can be seen in FIG. 3, between the light source 11 and the measuring point 8 to be illuminated with it a beam-shaping device 12 is arranged, which may, for example, have a lens. The beam shaping device 12 can be designed as imaging or non-imaging optics. Before and / or behind the beam shaping device 12, optical filters 13, 14 may be provided in the beam path of the illumination device 7, which are impermeable to the wavelength of the photo luminescence 10.
Die Vorrichtung 1 weist außerdem eine Messeinrichtung 15 auf, die einen Halbleiter-Sensorchip auf InGaAs-Basis hat, in den eine einzige Fotodiode 16 integriert ist, die eine für die Photolumineszenzstrahlung 10 empfindliche Sensorfläche aufweist. Der Halbleiterchip kann aber auch ein anderes Halbleitersubstrat, wie Silizium aufweisen. Die Fotodiode 16 ist bevorzugt in einem Wellenlängenbereich von 850 nm bis 1600 nm und insbesondere zwischen 950 nm und 1.600 nm empfindlich. Mittels der Messeinrichtung 15 ist Photo lumineszenzstrahlung 10 detektierbar, die von der Messstelle 8 ausgesandt wird. The device 1 also has a measuring device 15, which has a semiconductor sensor chip based on InGaAs, in which a single photodiode 16 is integrated, which has a sensor surface sensitive to the photoluminescence radiation 10. However, the semiconductor chip can also have another semiconductor substrate, such as silicon. The photodiode 16 is preferably sensitive in a wavelength range from 850 nm to 1600 nm and in particular between 950 nm and 1600 nm. By means of the measuring device 15 is photo luminescence 10 detectable, which is emitted from the measuring point 8.
In Fig. 4A ist erkennbar, dass die Messeinrichtung 15 eine Optik 17 mit einer Linse aufweist, mittels der die von einer Messstelle 8 ausgesandte Photo lumineszenzstrahlung 10 bezüglich ihrer räumlichen Ausbreitung derart beeinflussbar ist, dass sie auf die gesamte Sensorfiäche auftrifft. Anstelle der Linse kann aber auch eine andere abbildende oder nicht abbildende Optik vorgesehen sein, welche die auf sie aus Richtung der Messstelle 8 auftreffende Photolumineszenzstrahlung 10 zu der Sensorfläche der Fotodiode 16 leitet. Im Strahlengang vor und/oder hinter der Optik 17 können optische Filterelemente 18, 19 angeordnet sein, die für die Photo lumineszenz- Strahlung 10 durchlässig sind und Strahlung mit von der Wellenlänge der Photo lumineszenz- strahlung 10 abweichender Wellenlänge sperren. In Fig. 4A it can be seen that the measuring device 15 has an optical system 17 with a lens by means of which the light emitted by a measuring point 8 photo luminescence 10 can be influenced with respect to their spatial spread such that it impinges on the entire sensor surface. Instead of the lens, however, another imaging or non-imaging optics may be provided, which directs the photoluminescence radiation 10 impinging on them from the direction of the measuring point 8 to the sensor surface of the photodiode 16. In the beam path in front of and / or behind the optics 17 optical filter elements 18, 19 may be arranged, which are transparent to the photo luminescence radiation 10 and radiation with the wavelength of the photo luminescence radiation 10 different wavelength lock.
Bei dem in Fig. 4B gezeigten Ausführungsbeispiel hat die Messeinrichtung 15 zum Erfassen von Photo lumineszenzstrahlung 10, die von der Messstelle 12 ausgesandt wird, zwei Messeinheiten 15A, 15B, von denen eine erste Messeinheit 15A in einem ersten Wellenlängenbereich und einer zweite Messeinheit 15B in einem zweiten Wellenlängenbereich empfindlich ist. Der erste Wellenlängenbereich erstreckt sich von 850 nm bis 1.300 nm und der zweite Wellenlängenbereich von 1.300 nm bis 1.700 nm. Jede Messeinheit 15A, 15B weist jeweils eine Fotodiode 16A, 16B und eine dieser zugeordnete Optik 17A, 17B auf, die als abbildende oder als nicht abbildende Optik ausgestaltet sein kann. Die Optik 17A, 17B ist derart ausgestaltet, dass das die der Messstelle 8 ausgesandte Photo lumineszenzstrahlung 10 jeweils auf die gesamte Sensorfläche der Optik 17A, 17B auftrifft. Im Strahlengang vor und/oder hinter der Optik 17A, 17B jeder Messeinheit 15A, 15B sind jeweils optische Filterelemente 18A, 19A bzw. 18B, 19B angeordnet. Die Filterelemente 18A, 19A sind für den ersten Wellenlängenbereich und die Filterelemente 18B, 19B für den zweiten Wellenlängenbereich durchlässig. Wellenlängen, die außerhalb des der betreffenden Messeinheit 15A, 15B zugeordneten Wellenlängenbereichs liegen, werden von den durch die Filterelemente 18A, 19A bzw. 18B, 19B jeweils gebildeten Filteranordnungen gesperrt. In the embodiment shown in Fig. 4B, the measuring device 15 for detecting photo luminescence radiation 10, which is emitted from the measuring point 12, two measuring units 15A, 15B, of which a first measuring unit 15A in a first wavelength range and a second measuring unit 15B in a second wavelength range is sensitive. The first wavelength range extends from 850 nm to 1,300 nm and the second wavelength range from 1,300 nm to 1,700 nm. Each measuring unit 15A, 15B has in each case a photodiode 16A, 16B and an optical system 17A, 17B associated therewith, which are shown as imaging or not imaging optics can be configured. The optics 17A, 17B is configured in such a way that the photo luminescence radiation 10 emitted by the measuring point 8 strikes the entire sensor surface of the optics 17A, 17B in each case. In the beam path in front of and / or behind the optics 17A, 17B of each measuring unit 15A, 15B optical filter elements 18A, 19A and 18B, 19B are respectively arranged. The filter elements 18A, 19A are transparent to the first wavelength range and the filter elements 18B, 19B for the second wavelength range. Wavelengths outside the wavelength range associated with the respective measuring unit 15A, 15B are blocked by the filter arrangements formed by the filter elements 18A, 19A and 18B, 19B, respectively.
In Fig. 5 sind die Messstelle 8 und die Fläche 20, welche die erste Beleuchtungseinrichtung 7 beleuchtet, jeweils schematisch durch eine Kreisfläche angedeutet. Dabei ist der Durchmesser der beleuchteten Fläche 20 größer als der Durchmesser der Messstelle 8. Die Differenz a zwischen dem Radius der Messstelle 8 und dem Radius der beleuchteten Fläche 20 ist größer als die Diffusionslänge und beträgt vorzugsweise etwa einige Mikrometer. In Fig. 5, the measuring point 8 and the surface 20, which illuminates the first illumination device 7, each indicated schematically by a circular area. The diameter of the illuminated surface 20 is greater than the diameter of the measuring point 8. The difference a between the radius of the measuring point 8 and the radius of the illuminated surface 20 is greater than the diffusion length and is preferably about a few microns.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Beleuchtungseinrichtung 7 und die Messeinrichtung 15 an derselben Seite des Halbleiterwafers 2 angeordnet. Wie in Fig. 6 zu sehen ist, ist es aber auch möglich, dass die die Beleuchtungseinrichtung 7 und die Messeinrichtung 15 an einander gegenüberliegenden Seiten des Halbleiterwafers 2 angeordnet sind. Die Vorrichtung 1 hat ferner eine Positioniereinrichtung 21, mittels der die Halbleiterwafer 2 an der Messstelle 8 positionierbar und in eine parallel zur Waferebene ausgerichteten Transportrichtung 22 relativ zu der Messstelle 8 bewegbar sind. Die Positioniereinrichtung 21 hat zwei parallel zueinander beabstandete, über Umlenkeinrichtungen 23, 24 umlaufende Förderbänder 25, 26, die in Richtung zweier parallel zueinander angeordneter Achsen, um die sie umlaufen, voneinander beabstandet sind. Die Oberseiten der Obertrume der Förderbänder 25, 26 bilden eine in einer Ebene angeordnete Auflagefläche 27, auf welcher die Halbleiterwafer 2 positionierbar sind, um sie in Transportrichtung 22 relativ zu der Beleuchtungseinrichtung 7 und der Messeinrichtung 15 zu verschieben. Die Förderbänder 25, 26 sind mittels eines in der Zeichnung nicht näher dargestellten Positionierantriebs antreibbar. Der Positionierantrieb kann beispielsweise einen lagegeregelten Servomotor aufweisen, welcher mit den Förderbändern 25, 26 über Rollen und/oder Zahnräder in Antriebsverbindung steht. Selbstverständlich sind auch andere Ausgestaltungen der Positioniereinrichtung denkbar, die einen Vorschub 35 der Halbleiterwafers 2 in Transportrichtung 22 mit vorzugsweise konstanter Geschwindigkeit ermöglichen. Mit Hilfe der Positioniereinrichtung 21 sind die Halbleiterwafer derart relativ zu der Messstelle 8 positionierbar, dass die Messstelle in der Aufsicht auf die Ebene, in welcher die Auflagefläche 27 angeordnet ist, vollständig innerhalb eines von den Randbereichen 3, 4, 5,6 umgrenzten Zentralbereichs des Halbleiterwafers 2 angeordnet ist. Dabei befindet sich die Messstelle 8 vollständig innerhalb eines Kreises, der in der Ebene der Auflagefläche 27 angeordnet ist und einen Durchmesser d aufweist, der kleiner als 100 μιη und bevorzugt kleiner als 50 μιη ist. In the embodiment shown in FIG. 1, the illumination device 7 and the measuring device 15 are arranged on the same side of the semiconductor wafer 2. As can be seen in FIG. 6, however, it is also possible for the illumination device 7 and the measuring device 15 to be arranged on mutually opposite sides of the semiconductor wafer 2. The device 1 further has a positioning device 21, by means of which the semiconductor wafers 2 can be positioned at the measuring point 8 and are movable relative to the measuring point 8 in a transport direction 22 oriented parallel to the wafer plane. The positioning device 21 has two parallel spaced, about deflection devices 23, 24 circulating conveyor belts 25, 26 which are spaced apart in the direction of two mutually parallel axes about which they rotate. The upper sides of the upper runs of the conveyor belts 25, 26 form a contact surface 27 arranged in a plane, on which the semiconductor wafers 2 can be positioned in order to move them in the transport direction 22 relative to the illumination device 7 and the measuring device 15. The conveyor belts 25, 26 are drivable by means of a positioning drive, not shown in detail in the drawing. The positioning drive, for example, have a position-controlled servo motor, which is in drive connection with the conveyor belts 25, 26 via rollers and / or gears. Of course, other embodiments of the positioning are conceivable that allow a feed 35 of the semiconductor wafer 2 in the transport direction 22 with preferably constant speed. With the aid of the positioning device 21, the semiconductor wafers can be positioned relative to the measuring point 8 in such a way that the measuring point is completely within a central region bounded by the edge regions 3, 4, 5, 6 in the plan view of the plane in which the bearing surface 27 is arranged Semiconductor wafer 2 is arranged. In this case, the measuring point 8 is completely within a circle which is arranged in the plane of the support surface 27 and has a diameter d which is less than 100 μιη and preferably less than 50 μιη.
Wie in Fig. 1 und 6 erkennbar ist, weist die Vorrichtung 1 eine mit der Fotodiode 16 verbundene Auswerteeinrichtung 28 auf, die zum Detektieren der Häufigkeit der Korngrenzendefekte in Abhängigkeit vom Messsignal 29 der Fotodioden 16 dient. Die Auswerteeinrichtung 28 hat in der Zeichnung nicht näher dargestellte Lokalisierungsmittel, mittels denen detektierbar ist, ob die Messstelle 8 vollständig innerhalb des Zentralbereichs angeordnet ist, also der Abstand der Messstelle 8 zu den Kanten des Halbleiterwafers 2 mindestens der Breite der Randbereiche 3, 4, 5,6 entspricht. Die Lokalisierungsmittel sind zum Ermitteln eines Zeitfensters ausgestaltet, innerhalb dem die Messstelle 8 innerhalb des Zentralbereichs des Halbleiterwafers 2 angeordnet ist. As can be seen in FIGS. 1 and 6, the apparatus 1 has an evaluation device 28 connected to the photodiode 16, which serves to detect the frequency of the grain boundary defects as a function of the measurement signal 29 of the photodiodes 16. The evaluation device 28 has locating means not shown in detail in the drawing, by means of which it can be detected whether the measuring point 8 is arranged completely within the central region, ie the distance between the measuring point 8 and the edges of the semiconductor wafer 2 is at least the width of the edge regions 3, 4, 5 , 6 corresponds. The localization means are designed to determine a time window within which the measuring point 8 is arranged within the central region of the semiconductor wafer 2.
Außerdem weist die Auswerteeinrichtung eine Vergleichseinrichtung auf, mittels der das Messsignal 29 der Fotodioden 16 mit einem vorbestimmten Grenzwert 30 vergleichbar ist. Mittels der Auswerteeinrichtung 28 ist das Verhältnis zwischen der Zeitdauer, während der das Messsignal 29 innerhalb des Zeitfensters den Grenzwert 30 überschreitet und der Zeitdauer, während der das Messsignal 29 innerhalb des Zeitfensters den Grenzwert 30 unterschreitet, als Maß für die Häufigkeit der Korngrenzendefekte ermittelbar. Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Messeinrichtung 15. Die Messeinrichtung 15 kann mindestens zwei äußere Detektionseinheiten 36, 37 aufweisen, welche jeweils auf eine oder verschiedene Messstellen 8 auf Randbereichen 3, 4 des Halbleiterwafers 2 ausgerichtet sind. Die Messeinrichtung 15 kann mehrere innere Detektionseinheiten 38 aufweisen, welche zwischen den äußeren Detektionseinheiten 36, 37 angeordnet sind. Beispielsweise kann die Messeinrichtung 15 drei innere Detektionseinheiten 38 aufweisen, welche zwischen zwei äußeren Detektionseinheiten 36, 37 angeordnet sind. Beispielsweise kann die Messeinrichtung 15 auch vier, fünf, sechs, sieben oder bis zu zehn innere Detektionseinheiten 38 aufweisen. Grundsätzlich sind auch Ausführungsformen mit mehr als zehn inneren Detektionseinheiten 38 denkbar. Die Senso- ren 42, 43 der äußeren Detektionseinheiten 36, 37 und die Sensoren 39 der inneren Detektionseinheiten 38 können als Fotodioden und/oder als Bildsensoren ausgestaltet sein. Die Sensoren 42, 43 können identisch zu den Sensoren 39 der inneren Detektionseinheiten 38 ausgestaltet sein oder können verschieden von den Sensoren 39 der inneren Detektionseinheiten 38 ausgestaltet sein. In addition, the evaluation device has a comparison device by means of which the measurement signal 29 of the photodiodes 16 is comparable to a predetermined limit value 30. By means of the evaluation device 28, the ratio between the time duration during which the measurement signal 29 exceeds the limit value 30 within the time window and the time duration during which the measurement signal 29 falls below the limit value 30 within the time window can be determined as a measure of the frequency of the grain boundary defects. 8 shows an exemplary embodiment of a measuring device 15. The measuring device 15 may have at least two outer detection units 36, 37 which are each aligned with one or several measuring points 8 on edge regions 3, 4 of the semiconductor wafer 2. The measuring device 15 can have a plurality of inner detection units 38, which are arranged between the outer detection units 36, 37. For example, the measuring device 15 may have three inner detection units 38, which are arranged between two outer detection units 36, 37. For example, the measuring device 15 can also have four, five, six, seven or up to ten internal detection units 38. In principle, embodiments with more than ten internal detection units 38 are also conceivable. The sensors 42, 43 of the outer detection units 36, 37 and the sensors 39 of the inner detection units 38 can be designed as photodiodes and / or as image sensors. The sensors 42, 43 may be configured identically to the sensors 39 of the inner detection units 38 or may be configured differently from the sensors 39 of the inner detection units 38.
Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Messeinrichtung 15 in einer Multi-Lane- Vorrichtung 41, beispielsweise einer Multi-Lane-Produktionslinie. Die Herstellung einer Vorrichtung 1 kann einfach und kosteneffizient sein, so dass eine Multi-Lane-Nutzung möglich ist. Die Multi-Lane- Vorrichtung 41 kann eine Mehrzahl von Spuren 40 aufweisen. Beispielsweise kann eine Multi- Lane- Vorrichtung 41 fünf, parallele Spuren 40 umfassen, auf welchen die Halbleiterwafer 2 in Transportrichtung 22 bewegt werden. Über jeder Spur 40 kann eine Messeinrichtung 15 angeordnet sein. Die jeweilige Messeinrichtung 15 kann mindestens zwei äußere Detektionseinheiten 36, 37, welche jeweils auf eine oder verschiedene Messstellen 8 auf Randbereichen 3, 4 des Halbleiters 2 ausgerichtet sind, und drei innere Detektionseinheiten 38 aufweisen, welche zwi- sehen zwei äußeren Detektionseinheiten 36, 37 angeordnet sind. 9 shows an exemplary embodiment of a measuring device 15 in a multi-lane device 41, for example a multi-lane production line. The manufacture of a device 1 can be simple and cost-efficient, so that multi-lane use is possible. The multi-lane device 41 may include a plurality of tracks 40. For example, a multi-lane device 41 may comprise five parallel tracks 40 on which the semiconductor wafers 2 are moved in the transport direction 22. Over each track 40, a measuring device 15 may be arranged. The respective measuring device 15 may have at least two outer detection units 36, 37, which are respectively aligned with one or several measuring points 8 on edge regions 3, 4 of the semiconductor 2, and three inner detection units 38, which see between two outer detection units 36, 37 are.
Bezugszeichenliste Vorrichtung List of Reference Devices
Halbleiterwafer  Semiconductor wafer
erster Randbereich  first edge area
zweiter Randbereich  second border area
dritter Randbereich  third edge area
vierter Randbereich  fourth edge area
Beleuchtungseinrichtung  lighting device
Messstelle  measuring point
Anregungsstrahlung  excitation radiation
Photo lumineszenzstrahlung  Photo luminescence radiation
Lichtquelle  light source
Strahlformungseinrichtung  Beamformer
Optischer Filter  Optical filter
Optischer Filter  Optical filter
Messeinrichtung  measuring device
A MesseinheitA measuring unit
B Messeinheit B measurement unit
Fotodiode photodiode
A FotodiodeA photodiode
B Fotodiode B photodiode
Optik optics
A OptikA look
B Optik B optics
optisches Filterelement  optical filter element
A optisches FilterelementA optical filter element
B optisches Filterelement B optical filter element
optisches Filterelement optical filter element
A optisches FilterelementA optical filter element
B optisches Filterelement B optical filter element
Fläche  area
Positioniereinrichtung  positioning
Transportrichtung  transport direction
Umlenkeinrichtung  deflecting
Umlenkeinrichtung  deflecting
Förderband  conveyor belt
Förderband  conveyor belt
Aufiagefläche Auswerteeinrichtung Messsignal Aufiagefläche Evaluation device measuring signal
Grenzwert limit
Vorschub feed
äußere Detektionsemheit äußere Detektionsemheit innere Detektionsemheit Sensor outer detection unit outer detection unit inner detection unit sensor
Spur track
Multi-Lane- Vorrichtung Sensor Multi-lane device sensor
Sensor sensor

Claims

Ansprüche claims
Vorrichtung (1) zum Detektieren von elektronischen Defekten an Versetzungen und Korngrenzen an Halbleiterwafern (2) auf Silizium-Basis, mit mindestens einer Beleuchtungseinrichtung (8) zum Beleuchten der Halbleiterwafer (2) mit einer optischen Anregungsstrahlung (9), mittels welcher die Halbleiterwafer (2) zur Emission einer Photolumineszenzstrahlung (10) anregbar sind, mit einer Messeinrichtung (15), die mindestens einen Halbleiter-Sensorchip mit einer für die Photo lumineszenzstrahlung (10) empfindlichen Sensorfläche und eine Optik (17) aufweist, mittels der die von einer Messstelle (8) aus gesandte Photo lumineszenzstrahlung (10) bezüglich ihrer räumlichen Ausbreitung derart beeinflussbar ist, dass sie auf die gesamte Sensorfläche auftrifft, mit einer eine Auflagefläche (27) für mindestens einen Halbleiterwafer (2) aufweisenden Positioniereinrichtung (21), mittels welcher der Halbleiterwafer (2) an der Messstelle (8) positionierbar und parallel zu einer von der Auflagefläche (27) aufgespannten Ebene relativ zu der Messstelle (8) bewegbar ist, und mit einer mit dem mindestens einen Halbleiter- Sensorchip verbundenen Auswerteeinrichtung (28) zum Detektieren der Häufigkeit der Position und/oder der Häufigkeit der Defekte in Abhängigkeit vom Messsignal (29) des mindestens einen Halbleiter-Sensorchips, dadurch gekennzeichnet, dass die größte Abmessung, welche die Messstelle (8) in der von der von der Auflagefläche (27) aufgespannten Ebene aufweist, kleiner als 10 mm ist. Device (1) for detecting electronic defects at dislocations and grain boundaries on semiconductor wafers (2) based on silicon, with at least one illumination device (8) for illuminating the semiconductor wafers (2) with an optical excitation radiation (9), by means of which the semiconductor wafers ( 2) for emitting a photoluminescent radiation (10) are excitable, with a measuring device (15) having at least one semiconductor sensor chip with a luminescence for the photo (10) sensitive sensor surface and an optic (17), by means of the from a measuring point (8) from sent photo luminescence (10) with respect to their spatial spread is influenced such that it impinges on the entire sensor surface, with a support surface (27) for at least one semiconductor wafer (2) having positioning means (21), by means of which the semiconductor wafer (2) positionable at the measuring point (8) and parallel to one of the bearing surface (27) plane spanned relative to the measuring point (8) is movable, and with an at least one semiconductor sensor chip associated evaluation device (28) for detecting the frequency of the position and / or the frequency of defects in dependence on the measuring signal (29) of the at least one semiconductor sensor chip, characterized in that the largest dimension, which has the measuring point (8) in the of the bearing surface of (27) plane spanned, smaller than 10 mm.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die größte Abmessung, welche die Messstelle (8) in der von der Auflagefläche (27) aufgespannten Ebene aufweist, kleiner als 500 μιη und insbesondere kleiner als 200 μιη ist. Device (1) according to claim 1, characterized in that the largest dimension, which has the measuring point (8) in the plane defined by the bearing surface (27), is less than 500 μιη and in particular less than 200 μιη.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, Device (1) according to claim 1 or 2, characterized
dass die größte Abmessung der Sensorfläche mindestens 500 μιη beträgt und die größte Abmessung, welche die Messstelle (8) in der von der Auflagefläche (27) aufgespannten Ebene aufweist, kleiner ist als die größte Abmessung der Sensorfläche oder  the largest dimension of the sensor surface is at least 500 μm and the largest dimension which the measuring point (8) has in the plane defined by the support surface (27) is smaller than the largest dimension of the sensor surface or
dass die größte Abmessung der Sensorfläche kleiner als 500 μιη ist und dass die größte Abmessung, welche die Messstelle (8) in der von der Auflagefläche (27) aufgespannten Ebene aufweist, maximal doppelt so groß ist wie größte Abmessung der Sensorfläche.  that the largest dimension of the sensor surface is less than 500 μιη and that the largest dimension, which has the measuring point (8) in the plane defined by the support surface (27) level, at most twice as large as the largest dimension of the sensor surface.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (15) zwischen der Messstelle (8) und der Sensorfläche eine optische Fil- tereinrichtung aufweist, die einen Langpassfilter enthält, dessen Grenzwellenlänge unter 1.100 nm und insbesondere zwischen 900 nm und 1.000 nm liegt. Device (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the measuring device (15) between the measuring point (8) and the sensor surface an optical film tereinrichtung having a long-pass filter whose cut-off wavelength is below 1100 nm and in particular between 900 nm and 1000 nm.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (8) eine Lichtquelle und/oder mindestens ein Filterelement aufweist, die derart ausgestaltet sind, dass die Anregungsstrahlung (9) auf einen Wellenlängenbereich unterhalb 1.000 nm, insbesondere auf einen Wellenlängenbereich unterhalb von 950 nm, gegebenenfalls auf einen Wellenlängenbereich unterhalb von 850 nm, insbesondere auf einen Wellenlängenbereich zwischen 600 nm und 950 nm und bevorzugt auf einen Wellenlängenbereich zwischen 750 nm und 850 nm begrenzt ist oder in einem solchen Wellenlängenbereich liegt. Device (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the illumination device (8) comprises a light source and / or at least one filter element, which are designed such that the excitation radiation (9) to a wavelength range below 1000 nm, in particular is limited to a wavelength range below 950 nm, optionally to a wavelength range below 850 nm, in particular to a wavelength range between 600 nm and 950 nm and preferably to a wavelength range between 750 nm and 850 nm or lies in such a wavelength range.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorchip als Fotodiode (16, 16A, 16B) ausgebildet ist, die vorzugsweise mit InGaAs, Germanium oder Quecksilber-Cadmium-Tellurid realisiert ist. Device (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the sensor chip as a photodiode (16, 16A, 16B) is formed, which is preferably realized with InGaAs, germanium or mercury-cadmium telluride.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mehrere mit der Auswerteeinrichtung (28) verbundene Halbleiter- Sensorchips zur Erfassung der Photo lumineszenzstrahlung (10) an unterschiedlichen Messstellen (8) aufweist. Device (1) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the device (1) has a plurality of the evaluation device (28) connected semiconductor sensor chips for detecting the photo luminescence (10) at different measuring points (8).
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (15) mindestens zwei Messeinheiten (15A, 15B) zum Erfassen der Photolumineszenzstrahlung (9) aufweist, von denen wenigstens eine erste Messeinheit (15A) in einem ersten Wellenlängenbereich und zumindest eine zweite Messeinheit (15B) in einem zweiten Wellenlängenbereich empfindlich ist, und dass der erste Wellenlängenbereich bevorzugt zwischen 850 nm bis 1.300 nm und der zweite Wellenlängenbereich bevorzugt zwischen 1.300 nm bis 1.700 nm liegt. Device (1) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the measuring device (15) at least two measuring units (15A, 15B) for detecting the photoluminescent radiation (9), of which at least a first measuring unit (15A) in a first Wavelength range and at least one second measuring unit (15B) is sensitive in a second wavelength range, and that the first wavelength range is preferably between 850 nm to 1300 nm and the second wavelength range preferably between 1300 nm to 1700 nm.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefläche (27) durch mindestens ein Förderband (25, 26) gebildet ist. Device (1) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the bearing surface (27) by at least one conveyor belt (25, 26) is formed.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (28) Lokalisierungsmittel aufweist, mittels denen ein Zeitfenster ermittelbar ist, in dem die Messstelle (8) während der Relativbewegung zwischen ihr und dem Halbleiterwafer (2) an und/oder in dem Halbleiterwafer (2) angeordnet ist, dass die Auswerteeinrichtung (28) eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des Messsignals (29) des Sensorchips mit einem Grenzwert (30) aufweist, und dass mittels der Auswerteeinrichtung (28) das Verhältnis zwischen der Zeitdauer, während der das Messsignal (29) innerhalb des Zeitfensters den Grenzwert (30) überschreitet und der Zeitdauer, während der das Messsignal (29) innerhalb des Zeitfensters den Grenzwert (30) unterschreitet, als Maß für die Häufigkeit der Korngrenzendefekte ermittelbar ist. Device (1) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the evaluation device (28) has localization means by which a time window can be determined, in which the measuring point (8) during the relative movement between it and the semiconductor wafer (2) and / or in the semiconductor wafer (2), that the evaluation device (28) has a comparison device for comparing the measurement signal (29) of the sensor chip with a limit value (30), and that by means of the evaluation device (28) the ratio between the time duration while the measuring signal (29) within the time window exceeds the limit value (30) and the time duration during which the measuring signal (29) within the time window below the limit value (30) can be determined as a measure of the frequency of the grain boundary defects.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterwafer (2) mittels der Positioniereinrichtung (21) derart relativ zu der Messstelle (8) positionierbar und bewegbar ist, dass die Messstelle (8) einen vorbestimmten Mindestabstand zumindest zu den parallel zur Bewegungsrichtung orientierte Rändern oder Kanten des Halbleiterwafers (2) aufweist, und dass der Mindestabstand mindestens 10 mm, gegebenenfalls mindestens 20 mm und bevorzugt mindestens 30 mm beträgt. Device (1) according to one of claims 1 to 10, characterized in that the semiconductor wafer (2) by means of the positioning device (21) relative to the measuring point (8) positionable and movable, that the measuring point (8) at least a predetermined minimum distance to the parallel to the direction of movement oriented edges or edges of the semiconductor wafer (2), and that the minimum distance is at least 10 mm, optionally at least 20 mm and preferably at least 30 mm.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Messeinrichtung (15) mindestens eine äußere Detektionseinheit (36, 37) aufweist, welche auf mindestens eine Messstelle (8) in den Randbereichen (3, 4) des Halbleiterwafers (2) ausgerichtet ist. Device (1) according to one of claims 1 to 11, wherein the measuring device (15) has at least one outer detection unit (36, 37), which on at least one measuring point (8) in the edge regions (3, 4) of the semiconductor wafer (2). is aligned.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Messeinrichtung (15) mindestens eine innere Detektionseinheit (38) aufweist, welche eingerichtet ist, Photo lu- mineszenzstrahlung (10) von einem Bereich des Halbleiterwafers (2) zu erfassen, welcher von den Randbereichen (3, 4) begrenzt wird. Device (1) according to one of claims 1 to 12, wherein the measuring device (15) has at least one inner detection unit (38) which is set up to detect photo-luminescence radiation (10) from a region of the semiconductor wafer (2) is limited by the edge regions (3, 4).
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Vorrichtung (1) mindestens einen Bildsensor aufweist. Device (1) according to one of claims 1 to 13, wherein the device (1) comprises at least one image sensor.
Verwendung einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zum Detektieren von elektronischen Defekten an Versetzungen und Korngrenzen an Halbleiterwafern (2) auf Silizium-Basis in einer Multi-Lane- Vorrichtung (41). Use of a device (1) according to any one of claims 1 to 14 for detecting electronic defects at dislocations and grain boundaries on silicon-based semiconductor wafers (2) in a multi-lane device (41).
Verfahren zum Detektieren von elektronischen Defekten an Versetzungen und Korngrenzen an Halbleiterwafern (2) auf Silizium-Basis, wobei eine Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst: A method of detecting electronic defects at dislocations and grain boundaries on silicon-based semiconductor wafers (2), wherein a device (1) according to any one of the preceding claims is used, the method comprising the steps of:
Bewegen der Halbleiterwafer (2) parallel zu einer von einer Auflagefläche (27) aufgespannten Ebene relativ zu einer Messstelle (8);  Moving the semiconductor wafer (2) parallel to a plane defined by a support surface (27) relative to a measuring point (8);
Positionieren der Halbleiterwafer (2) an der Messstelle (8);  Positioning the semiconductor wafer (2) at the measuring point (8);
Beleuchten der Halbleiterwafer (2) mit einer optischen Anregungsstrahlung (9), mittels welcher die Halbleiterwafer (2) zur Emission einer Photolumineszenzstrahlung (10) anregbar sind;  Illuminating the semiconductor wafer (2) with an optical excitation radiation (9) by means of which the semiconductor wafers (2) can be excited to emit a photoluminescence radiation (10);
Erfassen der von der Messstelle (8) ausgesandten Photo lumineszenzstrahlung (10) mit einer Messeinrichtung (15), die mindestens einen Halbleiter-Sensorchip mit einer für die Photo lumineszenzstrahlung (10) empfindlichen Sensorfläche und eine Optik (17) aufweist, mittels der die von einer Messstelle (8) ausgesandte Photolumineszenzstrahlung (10) bezüglich ihrer räumlichen Ausbreitung derart beeinflusst wird, dass sie auf die gesamte Sensorfläche auftrifft, und Generieren mindestens eines Messsignals (29) des Halbleiter-Sensorchips; Detecting the from the measuring point (8) emitted photo luminescence (10) with a measuring device (15), the at least one semiconductor sensor chip with a for the photo luminescence radiation (10) sensitive sensor surface and an optics (17), by means of which of a measuring point (8) emitted photoluminescence (10) is influenced with respect to their spatial spread such that it impinges on the entire sensor surface, and generating at least one Measuring signal (29) of the semiconductor sensor chip;
Detektieren einer Häufigkeit einer Position und/oder einer Häufigkeit der Defekte in Abhängigkeit vom Messsignal (29).  Detecting a frequency of a position and / or a frequency of the defects in dependence on the measurement signal (29).
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei in dem Verfahren detektiert wird, ob die Messstelle (8) vollständig innerhalb eines Zentralbereichs angeordnet ist und ein Zeitfenster ermittelt wird, innerhalb dem die Messstelle (8) innerhalb des Zentralbereichs des Halbleiterwafers (2) angeordnet ist. Method according to the preceding claim, wherein in the method it is detected whether the measuring point (8) is arranged completely within a central region and a time window is determined within which the measuring point (8) is arranged within the central region of the semiconductor wafer (2).
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Verfahren weiter einen Vergleichsschritt aufweist, in welchem das Messsignal (29) mit einem vorbestimmten Grenzwert (30) verglichen wird, wobei ein Verhältnis zwischen einer Zeitdauer, während der das Messsignal (29) innerhalb des Zeitfensters den Grenzwert (30) überschreitet, und einer Zeitdauer, während der das Messsignal (29) innerhalb des Zeitfensters den Grenzwert (30) unterschreitet, als Maß für die Häufigkeit der Korngrenzendefekte ermittelt wird. Method according to the preceding claim, wherein the method further comprises a comparing step in which the measuring signal (29) is compared with a predetermined limit value (30), wherein a ratio between a time period during which the measuring signal (29) within the time window the limit value (30), and a time period during which the measurement signal (29) within the time window below the limit (30) is determined as a measure of the frequency of the grain boundary defects.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4174474A1 (en) * 2021-11-02 2023-05-03 Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives Method for determining the position of at least one defectivity on semiconductor substrates, associated detection method and device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011153410A1 (en) * 2010-06-04 2011-12-08 Hemlock Semiconductor Corporation A method for measuring bulk impurities of semiconductor materials using edge - on photoluminescence
US20120142125A1 (en) 2009-08-14 2012-06-07 Bt Imagin Pty Ltd. Photoluminescence imaging systems for silicon photovoltaic cell manufacturing
CN103521463A (en) * 2013-10-29 2014-01-22 高佳太阳能股份有限公司 Solar silicon wafer sorting system and method based on photoluminescence
CN104122266A (en) * 2013-04-28 2014-10-29 苏州中导光电设备有限公司 Solar silicon wafer high-speed line scanning photoluminescence imaging detection equipment

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120142125A1 (en) 2009-08-14 2012-06-07 Bt Imagin Pty Ltd. Photoluminescence imaging systems for silicon photovoltaic cell manufacturing
WO2011153410A1 (en) * 2010-06-04 2011-12-08 Hemlock Semiconductor Corporation A method for measuring bulk impurities of semiconductor materials using edge - on photoluminescence
CN104122266A (en) * 2013-04-28 2014-10-29 苏州中导光电设备有限公司 Solar silicon wafer high-speed line scanning photoluminescence imaging detection equipment
CN103521463A (en) * 2013-10-29 2014-01-22 高佳太阳能股份有限公司 Solar silicon wafer sorting system and method based on photoluminescence

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KITTLER, M.; W. SEIFERT; T. ARGUIROV; I. TARASOV; S. OSTAPENKO: "Room-Temperature Luminescence and Electron-Beam-Induced Current (EBIC) Recombination Behaviour of Crystal Defects in Multicrystalline Silicon", SOLAR ENERGY MATERIALS AND SOLAR CELLS, vol. 72, no. 1, 2002, pages 465 - 72
OSTAPENKO S ET AL: "Defect monitoring using scanning photoluminescence spectroscopy in multicrystalline silicon wafers", SEMICONDUCTOR SCIENCE AND TECHNOLOGY, IOP PUBLISHING LTD, GB, vol. 15, no. 8, 1 August 2000 (2000-08-01), pages 840 - 848, XP002496279, ISSN: 0268-1242, DOI: 10.1088/0268-1242/15/8/310 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4174474A1 (en) * 2021-11-02 2023-05-03 Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives Method for determining the position of at least one defectivity on semiconductor substrates, associated detection method and device
FR3128788A1 (en) * 2021-11-02 2023-05-05 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Method for determining the position of at least one defect on semiconductor substrates, associated manufacturing method and device

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