DE102009010837A1 - Method for inspecting existence of sawing grooves on wafers utilized for manufacturing solar cells, involves evaluating wafer based on images of partial region at short exposure time - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a method according to the preamble of Claim 1.
Wafer für Solarzellen weisen mitunter herstellungsbedingt Sägerillen und Sägestufen auf. Sägerillen und Sägestufen entstehen mitunter beim Sägevorgang, während die Wafer aus einem massiven Block gesägt werden. Als Wafer wird in der Halbleiter-, Photovoltaikindustrie und Mikromechanik kreisrunde oder quadratische, etwa 1 mm dicke Scheibe bezeichnet, die als Träger (Substrat) dienen, auf dem elektronische Bauelemente, integrierte Schaltkreise, mikromechanische Bauelemente oder photoelektrische Beschichtungen hergestellt werden können. Hergestellt werden die monokristallinen oder polykristallinen Wafer nach verschiedenen bekannten Verfahren, die im Wesentlichen mehr oder weniger zylinderförmige oder quadratische Ein- oder Polykristalle liefern, die quer zu ihrer Längsachse in Scheiben, die sogenannten Wafer, zersägt werden.wafer For solar cells sometimes have Sägerillen due to production and sawing steps on. Saw blades and saw steps sometimes occur during the sawing process, while the Wafers are sawn off a massive block. As a wafer is used in the semiconductor, photovoltaic industry and micromechanics circular or square disk about 1 mm thick, which serve as a carrier (substrate) on which electronic Components, integrated circuits, micromechanical components or photoelectric coatings can be made. Produced become the monocrystalline or polycrystalline wafer according to different known methods, which are substantially more or less cylindrical or square single or polycrystals that are transverse to their Longitudinal axis in slices, the so-called wafers, sawed become.
Beim
Zersägen hervorgerufenen Sägespuren, wie Sägerillen
und Sägestufen, werden als ein Mangel erachtet, weshalb
Wafer, welche derartige Defekte ab einer gewissen Tiefe aufweisen,
aussortiert und nicht in Solarmodule eingebaut. In diesem Zusammenhang
sei auf die deutsche
Im
Stand der Technik sind verschiedene lichtoptische Verfahren bekannt,
um räumliche Vermessungen vorzunehmen. Es ist ein Verfahren
bekannt, um Objekte in Bewegung zu vermessen. Dabei wird entweder
eine Laserlichtlinie oder ein Laserpunkt auf das Objekt projiziert.
Das Objekt wird auf einem Fließband unterhalb der Kamera
transportiert. Wird eine Linie projiziert, so ist deren Ausrichtung
(y-Achse) stets senkrecht zur Transportrichtung (x-Achse). Die Bildaufnahme
erfolgt üblicherweise mit einer Zeilenkamera. Durch den
Bandtransport erfolgt eine Relativbewegung zwischen der Projektion
des Lichtpunktes und der Kamera. Die durch die unterschiedliche
Höhen des Objektes (z-Achse) bedingte Verschiebung der
projizierten Linie im Kamerabild wird mit den Methoden der Photogrammetrie
in räumliche Koordinaten umgerechnet. Bekannt ist das Verfahren beispielsweise
aus der
Es ist ferner an anderes Verfahren bekannt, bei dem kein Laser zum Einsatz kommt, sondern eine oder mehrere Weislichtquellen genutzt werden. Dieses Verfahren wird bereits zur Detektion von Sägeartefakten auf Wafer genutzt. Auch dieses Verfahren funktioniert nach dem sogenannten Lichtschnitt-Verfahren. Es handelt sich ebenfalls um ein Verfahren, der optischen 3D-Messtechnik. Die mathematische Grundlage dazu liefert ebenfalls die Triangulation. Dabei wird das Höhenprofil eines Wafers anhand einer projizierten Weislichtlinie vermessen. Bei diesem Verfahren wird eine schmale Lichtlinie auf den Wafer projiziert. Der Wafer befindet sich während der Vermessung allerdings in Ruhe, er wird also nicht bewegt. Das Bild der Lichtlinie wird mit einer Kamera oder einer Vielzahl von Kameras erfasst. Das Bild der Kamera wird einer digitalen Bildverarbeitung zugeführt. Mithilfe bekannter Algorithmen werden Unebenheiten der Oberfläche rechnerisch aus dem Bild ermittelt.It is also known to another method in which no laser for Use comes, but one or more Weislichtquellen used become. This method is already used for the detection of sawing artifacts used on wafers. This method also works according to the so-called Light-section method. It is also a procedure that 3D optical metrology. The mathematical basis provides also the triangulation. This is the height profile of a wafer using a projected white light line. In this process, a narrow line of light is projected onto the wafer. The wafer is located during the survey, however in peace, so he is not moved. The image of the light line is captured with a camera or a variety of cameras. The picture The camera is fed to a digital image processing. Using well-known algorithms, unevenness of the surface calculated from the image.
Bezug
nehmend auf
Das herkömmliche Lichtschnittverfahren, bei dem eine Laserlinie senkrecht zur Transportrichtung projiziert wird, kann zwar im Prinzip bewegte Objekte vermessen. Jede Vibration wird aber als Höhenänderung der Objektoberfläche interpretiert. Da Sägespuren schon ab einer Tiefe von wenigen Mikrometer bereits zum Aussortieren der Wafer führen, wären extrem hohe Anforderungen an das Transportband zu stellen, um mit dieser Methode während des Transportes derart geringe Höhenunterschiede zuverlässig messen zu können, insbesondere muss sichergestellt sein, dass während des Transportes keine Vibrationen auftreten und der Wafer keine Bewegung in der zum Transportband senkrechten Richtung (z-Achse) die größer als ein Mikrometer ist. Dies ist in der Praxis mit einem angemessenen Aufwand nicht lösbar. Daher wird die bekannte Lasertriangulation nicht zur Bestimmung von Sägeartefakten bei Wafern für Solarzellen eingesetzt.The conventional light-section method in which a laser line can be projected perpendicular to the transport direction, although in principle Measure moving objects. But every vibration is a change in altitude the object surface interpreted. As saw marks already at a depth of a few microns already to sort out leading the wafer would be extremely demanding to put on the conveyor belt, with this method during the transport reliably measure such low height differences In particular, it must be ensured that during transport no vibrations occur and the wafer does not move in the direction perpendicular to the conveyor belt (z-axis) which is larger than a micrometer. This is in the Practice with a reasonable effort not solvable. Therefore the known laser triangulation is not used to determine sawing artifacts used in wafers for solar cells.
Das oben erwähnte System mit Verwendung einer Weißlichtquelle, bei dem eine Lichtlinie parallel zur Transportrichtung des Bandes projiziert wird, macht es aufgrund der im Vergleich zu einem Laser relativ schwachen Beleuchtung erforderlich, für den Zeitpunkt der Kamera-Aufnahme, das Band anzuhalten. Anderenfalls würde es zu Belichtungsartefakten kommen. Das Anhalten des Bandes ist nachteilig für den Ablauf des Produktionsprozesses, da der Transport unterbrochen werden muss. Ferner erfordert das Weislichtverfahren, dass zwei Aufnahmen gemacht werden, um aus den beiden Bildern durch Differenzbildung der Hintergrund, der auf Wafern außerordentlich auffällig ist, abzuziehen. Nachteilig ist, dass zwei Aufnahmen gemacht werden und rechnerisch ein Differenzbild erstellt wird. Diese Aufgaben benötigen zusätzliche Kameras sowie Zeit. Beides erhöht die Kosten der Inspektion. Weiterhin nachteilig ist, dass in der Praxis zahlreiche Kameras verwendet werden. Eine erste Gruppe von Kameras macht eine erste Aufnahmeserie und eine zweite Gruppe von Kameras macht eine zweite Serie von Aufnahmen. Der apparative Aufwand ist hoch.The above-mentioned system using a white light source in which a line of light is projected parallel to the direction of conveyance of the tape makes it necessary to stop the tape at the time of taking the camera because of the relatively weak illumination compared to a laser. Otherwise, exposure artifacts would occur. The stopping of the tape is disadvantageous for the sequence of the production process, since the transport must be interrupted. Further, the white light method requires two images to be taken to subtract from the two images the background that is extremely noticeable on wafers. The disadvantage is that two shots are made and computationally a difference image is created. These tasks require additional cameras as well as time. Both increase the cost of the inspection. Another disadvantage is that numerous cameras are used in practice. A first group of cameras takes a first series of pictures and a second group of cameras takes a second series of pictures. The expenditure on equipment is high.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Inspektion von Wafern für Solarzellen zur Verfügung zu stellen, womit die Vermessung der Tiefe und Breite von Sägerillen und Sägestufen ermöglicht wird und bei einer Höhenauflösung von ungefähr 1 μm und einer Ortsauflösung von ungefähr 10 μm unempfindlich sind gegen Vibrationen, die bei dem Transport der zu inspizierenden Wafer unweigerlich auftreten, sodass die Messung ohne eine Unterbrechung des Transportes möglich ist.task The invention is therefore a method and an apparatus for Inspection of wafers for solar cells available with which the measurement of the depth and width of Sägerillen and Sägestufen is possible and at a height resolution of about 1 μm and a spatial resolution of about 10 μm are insensitive to vibrations, which inevitably occur during the transport of the wafers to be inspected, so that the measurement is possible without interrupting the transport is.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruch 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 18 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen sind in den jeweils abhängigen Unteransprüchen angegeben.These The object is achieved by a method having the features of the claim 1 and a device having the features of claim 18 solved. Advantageous embodiments and developments are in the respective specified dependent claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist unempfindlich gegen Vibrationen des Wafers. Dadurch ermöglicht es, den Wafer während des Transportes inspizieren zu können, ohne den Transport anzuhalten. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass das erfindungsgemäße Verfahren schneller ist, als eingangs beschriebene Verfahren. Weiterhin vorteilhaft ist es, dass ein kontinuierlicher Betrieb gewählt werden kann, wodurch die Prozessabläufe einfacher werden. Ferner stellt das erfindungsgemäße Verfahren durch die Verwendung einer Laserlichtquelle mehr Licht zur Verfügung, als eine Weißlichtquelle. Dies ermöglicht erheblich kürzer Belichtungszeiten, wodurch Bewegungsartefakte vermieden werden.The inventive method is insensitive to Vibrations of the wafer. This allows the wafer to be able to inspect during transport without stopping the transport. Another advantage is that the inventive method faster is as the method described above. Further advantageous is that a continuous operation can be chosen which makes the process easier. Further notes the inventive method by the use a laser light source more light available than one White light source. This allows considerably shorter Exposure times, avoiding motion artifacts.
Ein erstes Ausführungsbeispiel umfasst ein Transportband als Transportvorrichtung auf dem ein oder mehrere Wafer in Transportrichtung transportiert werden. Das Transportband erstreckt sich in der Breite in eine Richtung quer zur Transportrichtung. Oberhalb des Transportbandes befindet sich eine elektronische, insbesondere digitale, Flächenkamera. Eine Flächenkamera ist eine Kamera, deren Sensor Zeilen und Reihen aufweist. Die Beleuchtung erfolgt mittels einer Projektionseinrichtung, die einen Laser und eine Optik aufweist. Das Licht des Lasers wird mittels der Optik in Form einer Linie, also einer Lichtlinie oder Laserlinie auf den wenigstens einen Wafer projiziert. Die Laserlinie kann sowohl in der Wafermitte oder am Rand des Wafers projiziert werden. Die Ausrichtung der Laserlinie erfolgt vorteilhaft in Transportrichtung des wenigstens einen Wafers. Die Ausrichtung der projizierten Lichtlinie ist also gegenüber der aus dem Stand der Technik üblichen Ausrichtung um 90° gedreht. Dies hat zur Folge, dass nicht die gesamte Breite eines Wafers inspiziert wird, sondern nur eine Spur, die der Breite der projizierten Lichtlinie entspricht.One first embodiment comprises a conveyor belt as Transport device on the one or more wafers in the transport direction be transported. The conveyor belt extends in width in a direction transverse to the transport direction. Above the conveyor belt is an electronic, especially digital, area camera. An area camera is a camera whose sensor lines and has rows. The illumination takes place by means of a projection device, which has a laser and an optic. The light of the laser is by means of optics in the form of a line, ie a line of light or Laser line projected onto the at least one wafer. The laser line can be projected in the middle of the wafer or on the edge of the wafer become. The alignment of the laser line is advantageously carried out in the transport direction of the at least one wafer. The orientation of the projected light line So is compared to the usual from the prior art alignment turned by 90 degrees. As a result, not the entire Width of a wafer is inspected, but only a trace, the corresponds to the width of the projected light line.
Die Lichtlinie wird in bevorzugten Ausführungen unter einem flachen Winkel von 2° bis 12°, insbesondere von ungefähr 6°, auf den wenigstens einen Wafer projiziert. Dies hat zur Folge, dass die Höhenauflösung circa zehnmal größer ist, als die laterale Auflösung der Kamera ist, weil durch den flachen Winkel eine geringe Höhenänderung eine starke Verschiebung der Lichtlinie bewirkt.The Light line is in preferred embodiments under a flat angle of 2 ° to 12 °, in particular of about 6 ° projected onto the at least one wafer. This has the consequence that the height resolution circa ten times greater than the lateral resolution the camera is because of the shallow angle a small change in height causes a strong shift of the light line.
Die Lichtlinie kann so breit eingestellt werden, dass ihre Intensität im Sichtbereich der Kamera nicht mehr als 50% (idealerweise nicht mehr als 20%) abnimmt. Die Intensität der Laserlinie wird bevorzugt so gewählt, dass die Kamera bei einer Belichtungszeit von unter 100 μs noch ausreichend belichtet ist. Für die Laserleistung hat sich herausgestellt, dass es von Vorteil ist, wenn die Leistung oberhalb von 1 mW, besser oberhalb von 5 mW liegt. Es wurde auch gefunden, dass die Emissionswellenlänge des Lasers nicht entscheidend ist, solange das Licht von der Flächenkamera detektiert werden kann. Ein roter Laser ist am kostengünstigsten.The Light line can be set so wide that its intensity in the field of view of the camera not more than 50% (ideally not more than 20%) decreases. The intensity of the laser line is preferably chosen so that the camera at an exposure time is sufficiently exposed from below 100 μs. For the laser power has been found to be beneficial if the power is above 1 mW, better above 5 mW. It was also found that the emission wavelength of the Laser is not crucial as long as the light from the area camera can be detected. A red laser is the cheapest.
Kamera und Objektiv werden bevorzugt so gewählt, dass die laterale Auflösung im Bereich von circa 10 μm pro Pixel liegt. Die Bildfolge der Kamera oder die Transportgeschwindigkeit der Transportvorrichtung wird bevorzugt so gewählt, dass ein Wafer zwischen zwei Bildaufnahmen maximal um den Sichtbereich der Kamera weiterbewegt wird. Für die spätere Auswertung ist ein Überlapp der Bilder von etwa 10% zudem hilfreich. Idealerweise wird die Belichtungszeit so kurz gewählt, dass sich ein Wafer während der Belichtung um max. 2 Pixel bewegt. Beispielsweise sind dies bei einer Translationsgeschwindigkeit von 200 mm/s etwa 100 μs. Der Gain der Kamera wird bevorzugt möglichst niedrig eingestellt, um Bildrauschen zu vermeiden.camera and lens are preferably chosen so that the lateral Resolution in the range of about 10 μm per pixel lies. The image sequence of the camera or the transport speed the transport device is preferably chosen so that a wafer between two images maximally around the field of view the camera is moved on. For the future Evaluation is an overlap of the pictures of about 10% moreover helpful. Ideally, the exposure time is chosen to be so short That a wafer during exposure by max. 2 pixels emotional. For example, these are at a translation speed from 200 mm / s to about 100 μs. The gain of the camera is preferred set as low as possible to avoid image noise.
In bevorzugten Ausführungen wird die Breite des Kamerasichtbereiches so gewählt, dass die Lichtlinie das Bild der Kamera nicht verlässt, auch wenn der Wafer sich um 200 μm nach oben oder unten bewegt. Folglich sollte bei 1 μm Höhenauflösung die Breite des Kamerabildes mind. 400 Pixel betragen.In preferred embodiments will be the width of the camera viewing area so chosen that the light line does not match the image of the camera leaves, even if the wafer is after 200 microns after moved up or down. Consequently, at 1 micron height resolution should Width of the camera image is at least 400 pixels.
Eine Koordinate, beispielsweise die x-Koordinate, des Kamerabildes, d. h. des Kamerasensors, kann senkrecht oder parallel zur Lichtlinie liegen. Erfindungsgemäß erfolgt die Auswertung, ob eine Sägerille oder eine Sägestufe, vorliegt aus je einem einzelnen Bild (auch Frame genannt), also innerhalb einer Einzelbildaufnahme. Da die Belichtungszeit kurz gewählt ist, entsteht eine Momentaufnahme. Eventuell auftretenden Vibrationen des Transportbandes oder andere Bewegungen des Wafers, in jede beliebige Raumrichtung, spielen innerhalb eines Frame keine Rolle.A Coordinate, for example the x-coordinate, of the camera image, d. H. of the camera sensor, can be perpendicular or parallel to the light line lie. According to the evaluation, whether a saw blade or a sawing stage, is present each from a single image (also called frame), ie within a single shot. Since the exposure time is short is, creates a snapshot. Possible vibrations of the conveyor belt or other movements of the wafer, in any Direction of space, play no role within a frame.
In einer vorteilhaften Weiterbildung werden gleichzeitig die Ober- und Unterseite des Wafers vermessen, sodass aus diesen beiden Messungen die Dicke des Wafers bestimmt werden kann.In In an advantageous further development, the upper and bottom of the wafer to measure, so from these two measurements the thickness of the wafer can be determined.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung werden mehrere parallele Laserlinien auf den wenigstens einen Wafer projiziert und von einer oder von mehreren Kameras aufgenommen. Dies ermöglicht eine Reduzierung der Messungenauigkeit durch Mittelung der Messergebnisse.In In a further advantageous embodiment, several parallel Laser lines projected onto the at least one wafer and from a or taken by multiple cameras. this makes possible a reduction of the measurement inaccuracy by averaging the measurement results.
Sägerillen
kommen in unterschiedlichen Formen vor. Die deutsche
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren weiter erläutert, welche den Stand der Technik und einige bevorzugte Ausführungsformen schematisch darstellen. Es zeigen:The Invention will be further explained below with reference to figures, those of the prior art and some preferred embodiments schematically represent. Show it:
In
In
Ein
Wafer
Die
Auswertung der aufgenommenen Bilder ist wie folgt: Die Laserlinie
Für
jede Spalte des Sensors, d. h. im Beispiel der
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - US 2005/111009 (A1) [0004] US 2005/111009 (A1) [0004]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- - Vornorm DIN V VDE V 0126-18-2-4 [0003] - Pre-standard DIN V VDE V 0126-18-2-4 [0003]
- - Vornorm DIN V VDE V 0126-18-2-4 [0020] - Pre-standard DIN V VDE V 0126-18-2-4 [0020]
- - Vornorm DIN V VDE V 0126-18-2-4 [0033] - Pre-standard DIN V VDE V 0126-18-2-4 [0033]
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