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TWI468674B - Method for inspection of multi - crystalline wafers - Google Patents

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TWI468674B
TWI468674B TW99117151A TW99117151A TWI468674B TW I468674 B TWI468674 B TW I468674B TW 99117151 A TW99117151 A TW 99117151A TW 99117151 A TW99117151 A TW 99117151A TW I468674 B TWI468674 B TW I468674B
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polycrystalline wafer
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polycrystalline
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Inventor
Takayuki Matsuo
Original Assignee
Lossev Technology Corp
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Description

多結晶晶圓之檢查方法
本發明係有關於經由使紅外線透過而檢查太陽電池用多結晶矽晶圓等之多結晶晶圓內之缺陷之方法。
專利文獻1所揭示之方法係使紅外線照射在矽晶圓，利用CCD攝影機對透過之紅外線進行攝影，從此時之攝影影像利用影像處理而檢測微破裂等之缺陷。
另外，專利文獻2所揭示之方法是從多結晶晶圓之表面和背面照射紅外線，利用紅外線攝影機對來自表面之紅外線反射光和來自背面之紅外線透過光進行攝影，並利用來自表面和背面之影像資料的比較結果，檢測多結晶晶圓內部之破裂缺陷。
然而，在檢測對象為多結晶矽晶圓之情況，當利用一般的紅外線透過光之攝影手法時，會亦將涵蓋結晶方向、結晶邊界或其輪廓之結晶樣式取入為影像，因此在影像處理之過程中，結晶樣式和缺陷之識別將較為困難，而容易發生誤檢測或忽視缺陷。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2007-258555號公報
專利文獻2：日本專利特開2007-218638號公報
本發明之目的係在攝影過程中使涵蓋多結晶晶圓之結晶方向、結晶邊界或其輪廓之結晶樣式變淡，而確實地檢測多結晶晶圓內之缺陷。
根據上述課題，本發明人對多結晶晶圓照射紅外線，觀測其透過紅外線，而重複進行此種實驗。其結果是獲得以下之見解。亦即，當在紅外線之照射位置直接觀測透過多結晶晶圓之紅外線時，攝影影像之多結晶晶圓之結晶樣式無法變淡。但是，當使紅外線之照射位置、和所透過之紅外線之觀察位置、亦即攝影機之攝影位置離開適當之距離時，多結晶晶圓之結晶樣式可變淡，且可只使多結晶晶圓內之缺陷亮度與其他正常部分之亮度不同。本發明係根據此種見解而完成。
為達成上述目的，本發明係揭示以下內容。
(1)一種多結晶晶圓之檢查方法，其具有：從光軸被配置成通過多結晶晶圓上之照射位置的光源，朝向上述照射位置照射紅外線之步驟；使紅外線從上述照射位置射入，在上述多結晶晶圓內部重複折射和反射，而從朝上述多結晶晶圓之面方向離開上述照射位置既定距離之上述多結晶晶圓上之攝影位置射出後，藉由對上述攝影位置攝影之攝影機而加以攝影之步驟；及在由上述攝影機所獲得之攝影影像上，根據無缺陷部分和缺陷部分之亮度差異而檢測上述多結晶晶圓內之缺陷之步驟。
(2)係在(1)之多結晶晶圓之檢查方法中，其中，上述攝影位置係被設定在設定有上述照射位置的上述多結晶晶圓面之相反側之面。
(3)係在(1)之多結晶晶圓之檢查方法中，其中，上述攝影位置係被設定在設定有上述照射位置的上述多結晶晶圓面之相同面。
(4)係在(1)至(3)中任一項之多結晶晶圓之檢查方法中，其中，上述光源為單一光源，上述光源之光軸係對於上述多結晶晶圓之表面呈傾斜，而可從上述照射位置延伸到上述攝影位置側。
(5)係在(1)至(3)中任一項之多結晶晶圓之檢查方法中，其中，上述光源為對於上述攝影位置而大致對稱配置之複數光源，各個上述光源之上述光軸係對於上述多結晶晶圓之表面以同一傾斜角傾斜，而可從各個上述照射位置延伸到上述攝影位置側。
(6)係在(1)至(5)中任一項之多結晶晶圓之檢查方法中，其中，上述光源為線型光源，上述攝影機為線感測器型之攝影機，上述攝影機用於檢測經圓柱型透鏡聚光之紅外線。
(7)係在(1)至(5)中任一項之多結晶晶圓之檢查方法中，其中，上述光源為形成環型照射區域之環型光源，上述攝影機為使環型上述照射區域之內側為攝影區域之區域感測器型之攝影機，上述攝影機用於檢測經放大用透鏡聚光之上述紅外線。
依照本發明之多結晶晶圓之檢查方法，從照射位置射入到多結晶晶圓之紅外線係在多結晶晶圓內重複地反射或折射，從在多結晶晶圓之面方向離開照射位置既定距離後之多結晶晶圓上之攝影位置射出。利用攝影機對從該攝影位置射出之紅外線進行攝影，而可獲得使結晶樣式變淡且可明確地識別缺陷存在之攝影影像，可容易且確實地進行缺陷之檢測。
具體而言，當在多結晶晶圓未存在有缺陷之情況時，由於紅外線在多結晶晶圓內重複地反射或折射，因而到達攝影位置之紅外線強度大致均一，幾乎不會受到結晶樣式之影響，因此由攝影機所獲得之攝影影像將成為不會反映多結晶晶圓之結晶樣式之均一亮度影像。
然而，當多結晶晶圓內存在有缺陷之情況時，缺陷將使紅外線亂反射，到達攝影位置之紅外線的強度會變成不均一。因此，在由攝影機所獲得之攝影影像上，缺陷將以與不存在缺陷之情況相較下亮度不同之區域形式出現。如此，依照本發明，由攝影機所獲得之攝影影像大致不會受到涵蓋多結晶晶圓之結晶方向、結晶邊界或其輪廓之結晶樣式的影響，因為僅缺陷與沒有缺陷部分之亮度不同，因此可確實地檢測多結晶晶圓內之缺陷。
圖1和圖2係表示用以實施本發明多結晶晶圓1之檢查方法的光學系統。圖1係表示檢查方向(多結晶晶圓1之搬運方向)A從右向左狀態的光學系統之側視圖，圖2係表示檢查方向A為從紙面朝向紙面近前狀態的光學系統之前視圖。
參照圖1、圖2，說明用以實施本發明多結晶晶圓1之檢查方法的光學系統。
首先，從被配置在多結晶晶圓1下面側之線型光源2，朝向多結晶晶圓1之線狀照射位置P1照射沿與多結晶晶圓1之搬運方向A相正交之方向延伸之線狀紅外線3。此時，以通過照射位置P1之光源2之光軸相對多結晶晶圓1之表面之法線n1傾斜之方式，配置光源2。具體而言，光源2之光軸係對法線n1形成傾斜角α，以使光源2所射出之紅外線3從照射位置P1側延伸到攝影位置P2側。
此種線型光源2可藉由將複數紅外線發光二極體直線式地配置、或使棒狀之紅外線光源和形成有線狀縫隙之光源蓋體之組合而構成。
如圖3模式性所示，從照射位置P1射入之紅外線3係在多結晶晶圓1之內部重複地反射和折射，又在多結晶晶圓1之表面和背面重複地反射而到達攝影位置P2。到達攝影位置P2之紅外線3一部分進行反射，而一部分則直接從多結晶晶圓1之表面射出。其中，從攝影位置P2射出之紅外線3係利用光軸7被配置成通過攝影位置P2之攝影機6而進行攝影，並利用攝影機6獲得攝影影像。此處，該攝影位置P2係被設定在沿多結晶晶圓1之面方向離開照射位置P1既定距離D後之位置處。
本實施形態中，攝影機6係相對多結晶晶圓1而被配置在光源2之相反側。另外，該攝影機6之光軸7通過攝影位置P2，相對多結晶晶圓1之表面呈垂直。
線狀照射之紅外線3之波長最好為適合檢測內部缺陷之波長、例如，0.7μm~2.5μm之波長區域。另外，攝影機6亦最好在此波長區域具有良好之靈敏度。
攝影位置P2係被設定在離開照射位置P1既定距離D後之位置處。該距離D可依照多結晶晶圓1之結晶構造或其厚度等而設定，可設定在結晶樣式變淡之最佳位置處。
另外，本發明之檢查方法最好以厚度0.1~0.25mm之多結晶晶圓1為對象。其原因在於，當多結晶晶圓1之厚度越厚，紅外線3在多結晶晶圓1之內部越被折射反射而吸收，會使攝影機6所攝影之紅外線3強度降低，無法獲得明顯之攝影影像。若多結晶晶圓1之厚度變薄，紅外線3到達攝影位置P2為止所發生之折射或反射之次數將變少，攝影機6所獲得之攝影影像會殘留結晶樣式。
另外，光源2之光軸對多結晶晶圓1表面之法線n1之傾斜角α最好設定在20°以上40°以下之範圍。其原因在於，在傾斜角α未滿20°時，紅外線3從照射位置P1到達離開既定距離D後之攝影位置P2所需要之折射‧反射之次數將變大，而使攝影機6所攝影之紅外線3強度降低，無法獲得明顯攝影影像。在傾斜角α大於20°時，相反地紅外線3到達攝影位置P2所需要之折射‧反射之次數將變少，攝影影像會殘留結晶樣式。
更進一步，照射位置P1和攝影位置P2之間的既定距離D最好設定在1~3mm。當既定距離D比1mm還短時，紅外線3到達攝影位置P2所需要之折射‧反射之次數將變少，攝影影像會殘留結晶樣式。當既定距離D比3mm還長時，折射‧反射之次數將變大，攝影機6所攝影之紅外線3強度會降低，而無法獲得明顯之攝影影像。
在本發明之多結晶晶圓1之檢查方法中，為了使結晶樣式的影響變小且可以獲得明顯之攝影影像，而在上述範圍內適當地設定上述多結晶晶圓1之厚度、傾斜角α、既定距離D。
在用以實施如上述構成之多結晶晶圓1之檢查方法的光學系統中，通過多結晶晶圓1中不具缺陷之無缺陷區域的紅外線3，係在複數個隨機存在之結晶粒之結晶方向或結晶之邊界重複地折射或反射，而到達攝影位置P2。重複複數次隨機之折射或反射之紅外線3，在到達離開照射位置P1既定距離D後之攝影位置P2時各個結晶粒之折射，反射的影響將互相抵銷，因此利用攝影機6在攝影位置P2攝影到之攝影影像將成為具有均一亮度之線狀攝影影像。
另一方面，當多結晶晶圓1存在有缺陷4之情況時，則與上述不同，紅外線3在缺陷4將發生亂反射或被吸收，因此在攝影位置P2所攝影到之攝影影像會出現由於缺陷4造成之陰影或明亮部分。由於該缺陷4所造成之陰影或明亮部分係與由通過上述無缺陷區域之紅外線3所形成之攝影影像有不同亮度，因此經由比較兩者亮度而可檢測缺陷4。
在搬運方向A搬運多結晶晶圓1並連續重複進行以上步驟，而可獲得具有如圖4A、圖4B所示面積之攝影影像。
圖4A、圖4B係表示對透過含缺陷4之區域之紅外線3進行攝影的攝影機6之攝影影像。
圖4A中，在形成通過無缺陷區域之紅外線3的均一亮度之背景影像，形成由通過缺陷4之紅外線3所產生之呈現較暗陰影的亮影像。因此，經由從均一亮度之背景影像檢測亮度不同之區域，而可簡單且確實地辨識缺陷4。另外，圖4A係以厚度0.2mm之多結晶晶圓1為缺陷檢測對象並在既定距離D=2mm、傾斜角α=20°之設定條件下而得到之攝影影像。
另外，本發明中，攝影位置P2係被設定在沿多結晶晶圓1之面方向離開照射位置P1既定距離D=2mm後之位置處。與此不同地，當將攝影位置設定在光源2之光軸延長線上之既定距離D比1mm還短之位置P3處之情況時(參照圖1)，可在攝影位置P3攝影到在未充分重複折射或反射下而射出之紅外線3，因此攝影影像將為受到結晶邊界之影響之影像。因此，即使從通過含缺陷4之區域的紅外線3形成攝影影像，亦將如圖4B所示，受到缺陷4影響之部分會被埋於結晶樣式，而使缺陷4和結晶樣式之識別變為困難。
圖5係在多結晶晶圓1之下側將2個線型光源2相對攝影位置P2上之法線(攝影機6之光軸7)而配置在線對稱之位置處，從各光源2朝向多結晶晶圓1中2個位置處之照射位置P1以不同之傾斜方向照射線狀紅外線3。另外，本例中，各光源2之光軸與多結晶晶圓1面所形成之傾斜角係被設定為大致相同。依照此例，除了上述效果外，由於攝影機6可檢測到之紅外線3的光量變多，可獲得明亮之攝影影像，因此可容易對缺陷4進行檢測。
更進一步，圖6係利用圓柱型之透鏡8，將透過多結晶晶圓1之紅外線3進行聚光，並利用線感測器型之攝影機6檢測經聚光之紅外線3。在本例中，圓柱型之透鏡8係被配置成其長度方向沿著線狀之紅外線3，紅外線3之成像沿多結晶晶圓1之搬運方向放大。
如此，當紅外線3經由透鏡8放大時，而可容易由攝影機6來檢測紅外線3，對於多結晶晶圓1之連續移動，誤檢測或忽視情況亦可減少，故較為有利。附言之，透鏡8亦可如圖1和圖2所示組入於單一光源2之例。
另外，具體之尺寸或光學系統之配置等可依照多結晶晶圓1之厚度、紅外線3之波長區域、紅外線3之照射角度、攝影機6之靈敏度等而設定在適當之數值。
其次，圖7係將光源2設為環型光源，將攝影機6設為區域型之攝影機，並將光源2和攝影機6配置在對於多結晶晶圓1而言為不同之面側。環型光源2對於攝影機6之光軸7為同心狀配置。光源2之照射位置P1被設定在光源2所照射紅外線3之光束呈現最大之位置處，其為比光源2之圓形稍小之圓形。
依照本例，攝影位置(攝影區域)P2為區域型攝影機6之檢測範圍，其如圖8所示，為在環型光源2之內側從照射位置P1朝攝影機6之光軸7方向偏離距離D後之半徑較小的圓內側。另外，可視需要而配置攝影機6之物鏡側之放大用凸透鏡。另外，照射位置P1亦可以由環型之縫隙而形成。
依照圖7例，來自光源2之紅外線3將從圓形之照射位置P1進入到多結晶晶圓1之內部，在重複折射和反射後而到達攝影機6之圓形攝影位置P2內側，而由區域型之攝影機6進行攝影。
由環型光源2從攝影機6之全部方向朝向多結晶晶圓1之照射位置P1照射紅外線3，因此即使在多結晶晶圓1內之缺陷4不易從某一方向檢測時，亦可對該缺陷4進行檢測。另外，經由採用區域型之攝影機6，而可將多結晶晶圓1之檢查範圍(觀察範圍)設定在比線狀之檢查範圍還大之面，因此可提高檢查效率。
另外，圖9係將環型光源2和區域型之攝影機6配置在多結晶晶圓1之相同面側之實例。此例中，來自光源2之紅外線3亦從圓形之照射位置P1進入到多結晶晶圓1之內部，在重複折射和反射後而到達圓形之攝影位置P2內側，並由區域型之攝影機6進行攝影。
另外，當紅外線3在多結晶晶圓1之表面反射而使攝影影像不明顯時，亦可在攝影機6設置遮光用之遮光罩9，以防止紅外線3之反射光直接射入攝影機6。另外，此例中亦可利用環型之縫隙而形成照射位置P1。
依照圖9例，照射位置P1和攝影位置P2對於多結晶晶圓1而言係在相同面，因此當多結晶晶圓1內缺陷4之部分對紅外線3具有比其他正常部分還強之反射特性時，則可有效且容易地對該缺陷4進行檢測。進而，即使在照射位置P1或攝影位置P2無法設定在多結晶晶圓1之一面之狀態下，亦可檢測缺陷4。
當然，關於上述圖1、圖2、圖5及圖6例，線型光源2亦可配置在對多結晶晶圓1而言為與攝影機6相同側之面。
進而，來自線型光源2之紅外線3亦可如圖9中二點鏈線所示，視需要利用光纖或丙烯酸樹脂板等之導光體，從多結晶晶圓1之4個端面(4個側面)中之至少1個端面朝向多結晶晶圓1之內部進行照射。
在此情況下，依照圖5、圖6、圖7及圖9例，在多結晶晶圓1之移動過程中，即使多結晶晶圓1之行進方向之前側端緣部或行進方向之後側端緣部從1個光源2或光源2之一部分脫離，若其他光源2或光源2之其他部分未從移動中之多結晶晶圓1之端緣部脫離，則可以持續進行缺陷4之檢測。因此，對於多結晶晶圓1之端緣部亦可進行缺陷4之檢測。
以上例，係使紅外線3朝向多結晶晶圓1之照射位置P1沿傾斜方向照射。因此，在紅外線3通過多結晶晶圓1之過程中，折射及反射之機會比垂直方向之照射還多，可使紅外線3較難受到結晶樣式的影響。但是，紅外線3之照射方向亦可設定在對多結晶晶圓1之照射位置P1為大致垂直方向。即使如此設定，由於紅外線3在複數之結晶邊界反射，因此紅外線3亦朝垂直方向以外之方向擴散，故經由對該擴散之紅外線3進行攝影，而可獲得不受到結晶樣式影響之攝影影像。
另外，以上例係使紅外線3於朝向多結晶晶圓1之照射位置P1且指向攝影位置P2而傾斜之狀態進行照射。因此，多數紅外線3將經過多結晶晶圓1而朝向攝影位置P2，因此可在攝影位置P2確保必要之光量。但是，即使紅外線3經過多結晶晶圓1朝向攝影位置P2以外之方向，由於在多結晶晶圓1內部之折射及反射和亂反射，而在攝影位置P2會出現可攝影之光量，因此原理上可進行缺陷4之檢查。
多結晶晶圓1若在檢查位置停止，則可使攝影條件良好。另一方面，在快門速度較為優先之情況時，亦可使多結晶晶圓1連續地移動。另外，多結晶晶圓1之姿勢亦可非為水平，可依照檢查空間而設定為垂直或傾斜狀態。
另外，本發明並不受限於矽晶圓，亦可利用在其他多結晶構造之晶圓。
以上已參照特定之實施態樣詳細說明本發明，但本發明所屬技術領域具通常知識者可明瞭在不脫離本發明之精神和範圍內可施加各種之變更或修正。
本申請案係根據2009年5月29日申請之日本專利案(特願2009-130725)和2009年8月11日申請之日本專利案(特願2009-186304)者，其內容已取入於此而作為參考。
(產業上之可利用性)
依照本發明之多結晶晶圓之檢查方法，可獲得使涵蓋多結晶晶圓之結晶方向、結晶邊界或其輪廓之結晶樣式變淡而明確地識別缺陷存在之攝影影像，並可容易且確實地進行缺陷之檢測。
1‧‧‧多結晶晶圓
2‧‧‧光源
3‧‧‧紅外線
4‧‧‧缺陷
6‧‧‧攝影機
7‧‧‧光軸
8‧‧‧透鏡
9‧‧‧遮光罩
A‧‧‧檢查方向(多結晶晶圓1之搬運方向)
D‧‧‧既定距離
n1‧‧‧法線
P1‧‧‧照射位置
P2‧‧‧攝影位置
P3‧‧‧攝影位置
α‧‧‧傾斜角
圖1係用以實施本發明多結晶晶圓之檢查方法的光學系統之側視圖。
圖2係用以實施本發明多結晶晶圓之檢查方法的光學系統之前視圖。
圖3係多結晶晶圓內部之紅外線反射及折射狀況之說明圖。
圖4A係本發明之利用紅外線之多結晶晶圓的攝影影像之照片。
圖4B係參考例之利用紅外線之多結晶晶圓的攝影影像之照片。
圖5係用以實施本發明變化例之多結晶晶圓之檢查方法的光學系統之側視圖。
圖6係用以實施本發明變化例之多結晶晶圓之檢查方法的光學系統之側視圖。
圖7係用以實施本發明變化例之多結晶晶圓之檢查方法的光學系統之側視圖。
圖8係多結晶晶圓上之檢查範圍(觀察範圍)之俯視圖。
圖9係用以實施本發明變化例之多結晶晶圓之檢查方法的光學系統之側視圖。
1．．．多結晶晶圓
2．．．光源
3．．．紅外線
6．．．攝影機
7．．．光軸
A．．．檢查方向(多結晶晶圓1之搬運方向)
D．．．既定距離
n1．．．法線
P1．．．照射位置
P2．．．攝影位置
P3．．．攝影位置
α．．．傾斜角

Claims (11)

  1. 一種多結晶晶圓之檢查方法，其具有：從光軸被配置成通過多結晶晶圓上之照射位置的光源，朝向上述照射位置照射紅外線之步驟；使紅外線從上述照射位置射入，在上述多結晶晶圓內部之結晶粒界和缺陷重複折射和反射，而從朝上述多結晶晶圓之面方向離開上述照射位置既定距離之上述多結晶晶圓上之攝影位置射出後，藉由對上述攝影位置攝影之攝影機而加以攝影之步驟；及在由上述攝影機所獲得之攝影影像上，根據無缺陷部分和缺陷部分之亮度差異而檢測上述多結晶晶圓內之缺陷之步驟；上述攝影位置係被設定在設定有上述照射位置的上述多結晶晶圓面之相反側之面，或者設定有上述照射位置的上述多結晶晶圓面之相同面。
  2. 如申請專利範圍第1項之多結晶晶圓之檢查方法，其中，上述光源為單一光源，上述光源之光軸係對於上述多結晶晶圓之表面呈傾斜，而可從上述照射位置延伸到上述攝影位置側。
  3. 如申請專利範圍第1項之多結晶晶圓之檢查方法，其中，上述光源為對於上述攝影位置而大致對稱配置之複數光源， 各個上述光源之上述光軸係對於上述多結晶晶圓之表面以同一傾斜角傾斜，而可從各個上述照射位置延伸到上述攝影位置側。
  4. 如申請專利範圍第1項之多結晶晶圓之檢查方法，其中，上述光源為線型光源，上述攝影機為線感測器型之攝影機，上述攝影機用於檢測經圓柱型透鏡聚光之紅外線。
  5. 如申請專利範圍第1項之多結晶晶圓之檢查方法，其中，上述光源為形成環型照射區域之環型光源，上述攝影機為使環型上述照射區域之內側為攝影區域之區域感測器型之攝影機，上述攝影機用於檢測經放大用透鏡聚光之上述紅外線。
  6. 如申請專利範圍第2項之多結晶晶圓之檢查方法，其中，上述光源為線型光源，上述攝影機為線感測器型之攝影機，上述攝影機用於檢測經圓柱型透鏡聚光之紅外線。
  7. 如申請專利範圍第2項之多結晶晶圓之檢查方法，其中，上述光源為形成環型照射區域之環型光源，上述攝影機為使環型上述照射區域之內側為攝影區域之區域感測器型之攝影機，上述攝影機用於檢測經放大用透鏡聚光之上述紅外線。
  8. 如申請專利範圍第3項之多結晶晶圓之檢查方法，其中， 上述光源為線型光源，上述攝影機為線感測器型之攝影機，上述攝影機用於檢測經圓柱型透鏡聚光之紅外線。
  9. 如申請專利範圍第3項之多結晶晶圓之檢查方法，其中，上述光源為形成環型照射區域之環型光源，上述攝影機為使環型上述照射區域之內側為攝影區域之區域感測器型之攝影機，上述攝影機用於檢測經放大用透鏡聚光之上述紅外線。
  10. 如申請專利範圍第1至9項中任一項之多結晶晶圓之檢查方法，其中，上述既定距離係被設定為在上述攝影影像中不殘留結晶樣式，且能夠獲得可識別缺陷之明顯上述攝影影像的距離。
  11. 如申請專利範圍第10項之多結晶晶圓之檢查方法，其中，上述既定距離在上述多結晶晶圓的厚度為0.1~0.25mm之情況，被設定為1~3mm。
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