檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】檢測系統(tǒng)
[0001] 本發(fā)明涉及用于就缺陷特別是斜面或傾斜邊緣上的缺陷來檢測諸如晶片、太陽能 電池或其中間階段等的平面半導(dǎo)體物體的檢測方法。特別地，本發(fā)明涉及平面光敏半導(dǎo)體 裝置的、尤其是不需處理（例如停止物體或使物體轉(zhuǎn)動或者移動檢測系統(tǒng)或其部件）的運(yùn) 行中的硅晶片和太陽能電池的前后緣的檢測。本發(fā)明還涉及用于檢測平面半導(dǎo)體物體的檢 測系統(tǒng)。
[0002] 光伏工業(yè)中用于晶片質(zhì)量控制裝置在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的（例如，來自亨內(nèi)克系 統(tǒng)有限責(zé)任公司（Hennecke Systems GmbH))。
[0003] 這種檢測模塊適用于測量從例如125_X 125mm高達(dá)210_X 210mm或更大的單晶 片或多晶片。
[0004] 可以利用亨內(nèi)克系統(tǒng)晶片檢測模塊測量以下參數(shù)：
[0005] 厚度，TTV(總厚度變量=硅晶片最大厚度數(shù)值和最小厚度數(shù)值之差）
[0006] 鋸標(biāo)記（鋸標(biāo)記=在晶片表面上由線鋸在鋸切過程中產(chǎn)生的槽）
[0007] 邊緣缺陷（邊緣缺陷=在晶片邊緣處的材料缺口（breakout)
[0008] 切肩（切肩=晶片表面碎片）
[0009] 電阻率（電阻率=晶片的具體電阻）
[0010] 污漬（污漬=晶片表面上的可見污垢區(qū)域）
[0011] 微裂縫/雜質(zhì)（雜質(zhì)=在碳錠生長過程期間生成的碳雜質(zhì)）
[0012] 幾何形狀（幾何形狀=晶片在長度和寬度上的尺寸、矩形度（rectangularity)、 平行度）
[0013] 彎度，粗糙度（Sori，Bow)(彎度=晶片表面的波紋度，粗糙度=一個(gè)晶片表面最 尚點(diǎn)和相同晶片表面最低點(diǎn)之差）
[0014] 壽命（壽命=晶片內(nèi)少數(shù)載流子的壽命。該結(jié)果是晶片污染程度的指示）
[0015] 晶粒大?。ňЯ４笮?組成多晶硅晶片的不同硅晶粒的大?。?br>[0016] 利用標(biāo)準(zhǔn)亨內(nèi)克邊緣缺陷檢測系統(tǒng)，可以檢測在所有四個(gè)晶片邊緣上的V型破損 和切肩。該系統(tǒng)是光學(xué)測量系統(tǒng)。為了檢測晶片邊緣上的缺陷，安裝有分辨率為7500像素 并且最大觸發(fā)頻率為4kHz的兩部線性掃描攝像機(jī)。因此，用于邊緣檢測的最大分辨率是用 于與運(yùn)行方向橫向?qū)R的邊緣的28 μm/像素和用于沿運(yùn)行方向?qū)R的邊緣的55 μm/像 素。兩部線性掃描發(fā)光器與晶片表面呈45°安裝。每一部線性掃描攝像機(jī)定位成垂直于兩 個(gè)晶片表面中的一個(gè)（參見附圖15)。每一部線性掃描攝像機(jī)的光學(xué)軸線定位成垂直于兩 個(gè)晶片表面中的一個(gè)。晶片由傳送帶沿傳輸方向在水平傳輸路徑上連續(xù)地傳輸。
[0017] 由于在標(biāo)準(zhǔn)邊緣缺陷系統(tǒng)中攝像機(jī)與晶片表面垂直對齊的事實(shí)，因此不能檢測到 并未延伸至上晶片表面或下晶片表面的一些邊緣缺陷。
[0018] 另一個(gè)缺點(diǎn)是根據(jù)切肩位置而不同的切肩檢測靈敏度。由于部分地指向傳輸方向 的45°照明角度，因此晶片的前緣和后緣以不同方式照明，意味著檢測后緣上切肩的機(jī)會 高于檢測前緣上切肩的機(jī)會。
[0019] Yasunaga公司的邊緣檢測系統(tǒng)
[0020] 利用Yasunaga的邊緣檢測系統(tǒng)，可以從上表面和下表面以及從邊緣位置檢查側(cè) 晶片邊緣。在傳輸路徑的側(cè)面處，安裝有鏡子以衍射在該路徑上的光，使得可以僅利用一部 線性掃描攝像機(jī)從上部、下部和邊緣側(cè)捕捉圖像。這構(gòu)成第一檢測單元。然而，不可能同時(shí) 檢測晶片的前緣和/或后緣。為了也檢測晶片的前緣和后緣，晶片不得不旋轉(zhuǎn)90°，并且不 得不在第一檢測單元和旋轉(zhuǎn)步驟的下游設(shè)置第二檢測單元。
[0021] 該邊緣檢測系統(tǒng)的缺陷是額外的晶片壓緊旋轉(zhuǎn)步驟。90°旋轉(zhuǎn)對于利用Yasunaga 邊緣檢測系統(tǒng)檢測所有四個(gè)晶片邊緣是必要的。而且，旋轉(zhuǎn)位置需要很大空間。
[0022] EP1348947A1公開了用于半導(dǎo)體晶片邊緣檢測的設(shè)備。該裝置包括橢圓鏡、朝被檢 測邊緣發(fā)射相干光的光源、阻擋從光源發(fā)射并由被檢測邊緣反射的低階衍射光的擋光元件 以及光檢測器。晶片本身在檢測過程期間被旋轉(zhuǎn)但不被傳輸。晶片的邊緣通過設(shè)備的空隙 凸出。由于每個(gè)晶片不得不布置成晶片的邊緣通過檢測設(shè)備的空隙凸出，所以這種步驟是 非常復(fù)雜并且耗時(shí)的。這種檢測僅僅適合于圓形晶片。而且，由于該方法不是基于圖像技 術(shù)，所以晶片損壞的檢測、位置和確定都是不準(zhǔn)確的。
[0023] DE202004020330U1和W02007144671A1未涉及檢測平面感光半導(dǎo)體物體技術(shù)領(lǐng) 域。這里，通過攝像機(jī)檢測玻璃板。然而，這些文獻(xiàn)并未公開用于傳輸玻璃板的傳輸裝置， 也未公開在前緣和/或后緣在傳輸裝置上傳輸期間檢測前緣和/或后緣。
[0024] W02006093381A1也未涉及檢測平面感光半導(dǎo)體物體技術(shù)領(lǐng)域，并且公開了用于檢 測玻璃基底邊緣缺陷和褪色的設(shè)備和方法。該方法通過攝像機(jī)從上方拍攝玻璃基底執(zhí)行。 利用W02006093381A1中公開的設(shè)備在玻璃基底傳輸期間得到可靠邊緣檢測是不可能的。
[0025] 從申請?zhí)枮镋P11191122的我們自己的專利申請中，已知相對于晶片平面成角度 地看晶片邊緣，該晶片平面通常與晶片傳輸?shù)钠矫嬉恢?。已?jīng)發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)可以在以下方面 進(jìn)行改善：
[0026] 攝像機(jī)系統(tǒng)具有有限的景深。意味著如果被檢測晶片不是二次型的（quadratic) (由于晶片具有大的斜面，所以晶片幾乎不用于單晶太陽能電池），則傾斜區(qū)域（斜面）不 會以具有期望清晰度成像。
[0027] 本發(fā)明的目標(biāo)是克服現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的這些問題，以及提供用于在不改變傳輸裝置 上的平面物體的取向的情況下，檢測平面物體前緣和/或后緣的檢測系統(tǒng)。而且，檢測步驟 應(yīng)當(dāng)對任何類型的缺陷都是靈敏和可靠的，特別地，比從現(xiàn)有技術(shù)中獲知的系統(tǒng)更好地檢 測斜面或傾斜邊緣上的缺陷。檢測系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)替代上述系統(tǒng)是有成本效益的，并且不干擾被 檢測物體流。
[0028] 該目標(biāo)是通過上述檢測方法實(shí)現(xiàn)的，檢測方法包括以下步驟：
[0029] 在傳輸方向中沿傳輸路徑傳輸平面物體，傳輸運(yùn)動界定平面物體的前緣和后緣，
[0030] 利用至少一個(gè)成像系統(tǒng)、優(yōu)選為攝像機(jī)在平面物體沿傳輸路徑的運(yùn)動期間，連續(xù) 拍攝平面物體的、尤其是平面物體的前部和/或后部的多個(gè)圖像，
[0031] 從多個(gè)圖像中選擇圖像數(shù)據(jù)，該圖像數(shù)據(jù)是從在成像系統(tǒng)景深內(nèi)的平面物體的目 標(biāo)點(diǎn)拍攝的，
[0032] 基本通過所選擇的圖像數(shù)據(jù)識別（辨認(rèn)出）平面物體的缺陷。
[0033] 術(shù)語"識別"包括辨別出缺陷本身的含義。在下一步中，就缺陷的形狀、尺寸和位 置方面評估所辨別出的缺陷。
[0034] 景深（DOF)或者清晰度深度（depth of sharpness)是在場景中（在本情形中：平 面物體）將清晰記錄的最近目標(biāo)點(diǎn)和最遠(yuǎn)目標(biāo)點(diǎn)之間的距離。
[0035] 與線性攝像機(jī)作為成像系統(tǒng)的例子中，一條被記錄的線作為一個(gè)圖像。記錄多條 線對應(yīng)于"連續(xù)拍攝多個(gè)圖像"。
[0036] 平面物體的前緣和后緣可以是直的，但是也可以是彎曲的，例如在圓形晶片的情 形中。平面物體的平面平行于傳輸裝置的傳輸面，例如，傳送帶的平面。傳輸方向優(yōu)選為縱 向，即，至少在從平面物體連續(xù)拍攝多個(gè)照片的區(qū)域中基本是直的。
[0037] 本發(fā)明的目標(biāo)通過僅使用在成像系統(tǒng)景深內(nèi)的像素基本實(shí)現(xiàn)，意味著對于缺陷評 估，僅使用（一個(gè)或多個(gè)）圖像的相對于成像傳感器具有給定距離的那些部分。這可以通 過以下方式實(shí)現(xiàn)：
[0038] 測量到像素的距離并且辨認(rèn)出像素，這可以通過例如3D攝像機(jī)完成。如果需要灰 度圖像來檢測邊緣缺陷，則3D攝像機(jī)將不得不也提供該信息（飛行時(shí)間攝像機(jī)通常也提供 該信息）。替換地，可能具有更高分辨率的第二灰度攝像機(jī)可以拍攝灰度圖像；
[0039] 確定或者測量晶片的位置，以及根據(jù)其已知幾何形狀和/或初始位置以及其速度 推算相關(guān)像素的位置；
[0040] 評估圖像中的清晰度，以及僅僅使用（一個(gè)或多個(gè)）圖像中的足夠清晰的那些區(qū) 域；或者
[0041] 可以僅僅照亮晶片的邊緣，使得僅僅晶片邊緣在圖像中顯得亮并且可以相當(dāng)容易 地例如利用閾值濾鏡被隔離。如果使用線性攝像機(jī)（以及（TDI)線性掃描攝像機(jī)），則連續(xù) 圖像顯示連續(xù)的晶片邊緣部分。該方式當(dāng)然取決于晶片的速度。當(dāng)使用具有2D像素陣列 的攝像機(jī)時(shí)，可以使用圖像中多行清晰像素。現(xiàn)在連續(xù)圖像可以基于圖像中的不同行的像 素結(jié)合在一起。行意味著差不多平行于待檢測晶片邊緣成像的ID像素陣列。
[0042] 基本通過所選擇的圖像數(shù)據(jù)評估平面物體的缺陷意味著，僅僅或主要是從在成像 系統(tǒng)景深內(nèi)的平面物體的目標(biāo)點(diǎn)拍攝的那些圖像數(shù)據(jù)（即，像素）用于幾何缺陷的評估。換 言之，缺陷識別是基于那些所選擇的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行的。當(dāng)評估平面物體的缺陷時(shí)，不考慮從 景深外側(cè)的目標(biāo)點(diǎn)拍攝的其他圖像數(shù)據(jù)（即，圖像的其他部分）（可能需要在圖像的清晰范 圍外的像素上做一些圖像處理以排除這些像素）。術(shù)語"基本"考慮選擇步驟地可能的不準(zhǔn) 確，例如，緊鄰景深處的像素也可能被選擇。然而，對于平面物體缺陷的評估，不考慮從景深 外側(cè)的目標(biāo)點(diǎn)拍攝的圖像數(shù)據(jù)的主要部分。
[0043] 發(fā)現(xiàn)對于晶片在傳輸裝置上的不同階段/位置應(yīng)當(dāng)拍攝多個(gè)圖像，并且從這些圖 像中僅清晰像素用于識別晶片邊緣的缺陷。以這種方式，可以處理來自一個(gè)圖像的像素 (通常在相同圖像中幾個(gè)相鄰像素是清晰的）或可以使用來自多個(gè)圖像的像素。在后者情 形中，來自多個(gè)圖像的像素可以放在一起以形成一個(gè)圖像（參見圖5)。
[0044] 以這種方式，即使晶片不是方形以及或者其前緣和/或后緣沒有很好地垂直于傳 輸方向延伸，也可以使晶片的前緣和后緣以期望的清晰度成像。
[0045] 使用線性掃描攝像機(jī)（其通常具有高分辨率）確保期望的幀速率。此外，由于攝 像機(jī)觀察角必須大于0 (否則晶片將與攝像機(jī)碰撞或者晶片將不得不改變方向），到由攝像 機(jī)看到的清晰邊緣像素的距離保持恒定。
[0046] 為了容易