[发明专利]用于检测晶片中微小裂纹的装置及其方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及物体的检查。具体来讲，本发明涉及一种检查晶片(wafer)缺陷的装置和方法。

背景技术

太阳能电池厂商在其太阳能晶片上进行例行检查。这是为了确保识别出任何有缺陷的太阳能电池，以控制太阳能电池的质量。

太阳能晶片是在制造太阳能电池的过程中通常使用的硅晶体薄片。太阳能晶片充当了太阳能电池的基板，并且在成为可用的太阳能电池之前要经受一系列的制造工艺，例如，沉积、刻蚀以及构图。因此，为了提高产品生产率(production yield)并降低生产成本，从制造工艺的开始就保持太阳能电池的质量是非常重要的。

微小裂纹是太阳能晶片中出现的常见缺陷，它非常难以检测，因为一些微小裂纹对于人眼甚至对于光学显微镜都是不可见的。在太阳能晶片中检测微小裂纹的一种方法涉及红外成像技术的使用。太阳能晶片由高纯度硅制成，在可见光下看上去是不透明的。然而，由于硅的带隙能级，当用波长大于1127nm的光照射太阳能晶片时，它会显得透明。

波长1127nm的光被归类为近红外(NIR：near infrared)辐射。NIR对于人眼是不可见的，但是可以由大多数商用CCD或CMOS红外照相机检测到。红外光源的例子是发光二极管(LED：Light Emitting Diode)、钨丝灯以及卤素灯。

由于红外线能够穿透由硅制成的太阳能晶片，所以通过将太阳能晶片放置在红外照相机与光源之间可以检查太阳能晶片的内部结构。

通常以每秒一个晶片的速度在生产线上大量地制造太阳能晶片。太阳能晶片通常为直线形状，并且表面尺寸在100mm乘100mm和210mm乘210mm之间。太阳能晶片还具有150μm至250μm之间的典型厚度。使用传统的高速成像系统来检查太阳能晶片。大多数传统的高速成像系统都使用分辨率高达12000(12K)的逐行扫描CCD/CMOS照相机。

图1a示出了传统的高速成像系统10。传统的高速成像系统10包括计算机12和逐行扫描成像装置14。逐行扫描成像装置14包括照相机以及镜头系统，并且位于太阳能晶片16的上面并与之表面垂直。红外光源18位于太阳能晶片16的下面，使得红外线能够穿透太阳能晶片16并到达逐行扫描成像装置14。

为了检查210mm乘210mm的太阳能晶片，需要12K逐行扫描照相机，以具有优于210mm/12,000像素或18μm/像素的图像分辨率。基于采样定理，该图像分辨率仅针对检测裂纹线宽大于2个像素的微小裂纹是有用的。这意味着，传统的高速成像系统被限制为检测裂纹线宽大于2个像素×18μm/像素或36μm的微小裂纹。因为微小裂纹的宽度通常小于36μm，所以这是对于传统的高速成像系统的严重限制。

图1b示出了太阳能晶片16沿着图1a中点A处的横截面的微小裂纹20的特写视图。微小裂纹20的宽度小于传统的高速成像系统10的图像分辨率22。结果，微小裂纹20的输出图像没有足够的对比度以允许图像分析软件来检测微小裂纹20。

除了图像分辨率问题以外，当太阳能晶片是多晶型时，在太阳能晶片中检测微小裂纹变得更加复杂。太阳能晶片通常是由单晶或多晶晶片制成的。单晶太阳能晶片通常是通过对单晶硅切片来制造的。另一方面，多晶太阳能晶片通常是通过将一坩埚硅熔化并且使熔化的硅缓慢冷却，然后将凝固的硅切片来获得的。虽然由于硅中更高的杂质水平，多晶太阳能晶片的质量要低于单晶太阳能晶片，但是多晶太阳能晶片有更高的性价比，因此比单晶太阳能晶片更广泛地用于制造太阳能电池。单晶太阳能晶片看上去有均匀的表面纹理。如图2所示，由于在凝固过程中形成了各种尺寸的晶粒，所以多晶太阳能晶片表现出复杂的随机表面纹理。

多晶太阳能晶片中的随机表面纹理也出现在传统的高速成像系统10的输出图像中。晶粒界面以及不同晶粒之间的对比度增加了检测微小裂纹的难度。

因此需要改进的方法与系统来使晶片中微小裂纹的检测更加方便。

发明内容

在此公开的本发明的实施方式包括用于使晶片中微小裂纹的检测更加方便的改进系统与方法。