专利名称：用于探测半导体衬底中的裂纹的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及对半导体衬底中的缺陷的探测。尤其是，本发明涉及对半导体衬底中(例如晶片中)的裂纹的识别方案和定位方案。
背景技术：
为了探测半导体衬底中的裂纹，公知的是机械、尤其是触感和听觉方法。于是，例如在WO 2008/112597 Al中公开了将硅晶片的谐振频率与参照晶片的谐振频率比较。然后， 根据谐振频率的偏差可以推断出裂纹。在此，不利的是如下的机械负荷，该机械负荷即使在晶片完好的情况下，也可能会导致破裂。此外，已知了光学方法。于是，在DE 01 46 879中所介绍的装置基于一种透射光系统。晶片被从一侧用光照射。在相对的侧上设置有摄像机，该摄像机检测穿过裂纹的光。 然而在此情况下，前提条件是，裂纹是连续的或至少深到使得光可以穿透裂纹。其他在结构上类似的光学方法同样基于明场观察，而其中，晶片从背侧被用光照射，该光由其相对于晶片透明的波长而通过晶片透射。该晶片在相对侧上以光学方式借助摄像机来分析。在裂纹处，透射率略微变化，使得借助摄像机可以检测到裂纹。这种装置在 JP 08220008A中公开。在此，不利的是，透射率改变的信号被通过晶片规则透射的光形式的显著更大的背景信号叠加。这恰好在小裂纹的情况下使探测变得困难。

发明内容
因此，本发明所基于的任务是，以如下方式改进对半导体衬底的裂纹探测，即一方面避免了机械负荷，而另一方面避免了高信号背景。该任务通过独立权利要求的主题来解决。根据本发明的方法和根据本发明的装置基于对裂纹处发生偏转的光的检测，或者一般而言基于对裂纹处发生偏转的电磁福射的检测。有利的扩展方案和改进方案在相应的从属权利要求中予以说明。因此，本发明设置了一种用于探测平面式的半导体衬底中的裂纹的方法，该半导体衬底具有两个对置的侧面和包绕的边沿面。其中，-将电磁辐射、优选为红外光引入到半导体衬底的边沿面中，其中，-电磁辐射、优选为光具有如下波长，即该波长至少部分透射通过半导体衬底的材料，从而-电磁辐射从边沿面上的入射部位通过在侧面上的反射被引导达到至边沿面的对置点的距离的至少一半，以及其中，-借助对引入的电磁辐射、优选为引入的光敏感的、起成像作用的光学探测器来探测辐射，所述光/辐射在裂纹处发生散射，并且在侧面之一上在裂纹位置处出射，并且其中，由被光学探测器所记录的信号来生成由光学探测器所观察的侧面的至少一个区域的散射强度的图像。用于对在具有两个对置的侧面和包绕的边沿面的平面式的半导体衬底中的裂纹加以探测的、适合用于执行前面所介绍的方法的装置相应地包括-用于支承半导体衬底(3)的机构，以及-辐射源、优选为红外光源，该辐射源相对于用于支承半导体衬底的机构这样布置使得电磁辐射、优选为光被引入到所支承的半导体衬底的边沿面中，其中，电磁辐射或辐射源的光或优选为光源的光具有如下波长，该波长至少部分地透射通过半导体衬底的材料，使得辐射或优选为光从边沿面的入射部位通过在侧面上的反射被引导达到至边沿面的对置点的距离的至少一半，以及-对所引入的辐射或优选为所引入的光敏感的、起成像作用的光学探测器，光学探测器相对于用于支承半导体衬底的机构被这样布置即，使得光学探测器探测如下的辐射或光，所述辐射或光在裂纹处发生散射，并且在侧面之一上在半导体衬底的裂纹位置处出射， 以及-计算机构，该计算机构适用于由被光学探测器所记录的信号生成被光学探测器所观察到的侧面的至少一个区域的散射强度的图像或在光源的情况下为散射光强度的图像。与现有技术中的光学探测器不同，半导体衬底例如半导体晶片并非被横向于侧面地透射，而是光被沿着侧面引导通过衬底。只要光不在裂纹或其他缺陷部位处发生散射，则在侧面上出现全反射并且光被进一步引导。因此，基本上只有缺陷部位本身对探测器可检测到的信号有贡献。由此，避免了在信号探测时的高背景。光源的选择尤其依赖于衬底的半导体材料。激光通常由于高光强度和射束平行性而是有利的。半导体典型地在红外区域中是透明的。这也针对硅衬底的技术上特别重要情况。 因此，优选的光源是红外线激光器，红外线激光器提供了高光强度的另一优点。激光器或激光器的光指向半导体衬底的边沿面并且事先必要时还被加以成形，例如聚焦或调准直。例如Nd:YAG(钇铝石榴石晶体)激光器作为红外线激光器也适用于硅衬底。在此，可以利用在1320nm和1444nm附近的激光过渡区。但特别优选激光二极管。激光二极管比Nd = YAG 激光器价格更为低廉，并且因此也获得了波长在硅的吸收限之上的红外范围中的激光二极管。在本发明的改进方案中，相应地设置的是，半导体衬底被以作为光源的红外线激光器透射。为了尽管呈线形地透射，但仍获得对半导体衬底的完全检测，在此优选借助进给机构，在用激光束照射半导体衬底期间，使半导体衬底与光源相对彼此沿着侧面的方向且横向于光入射方向运动，使得光束的入射位置沿着半导体衬底的边沿运动，并且其中，该装置包括计算机构，该计算机构适用于由在半导体衬底进给期间沿着被激光束透射的半导体衬底的区域所记录的探测器信号来产生由光学探测器所观察的半导体衬底的侧的图像。通常探测器理解为起成像作用的光学探测器，该探测器的测量定位地进行，使得测量值可以组合成表面的至少一个分区的图像。除了行扫描摄像机(Zeilenkamera)或矩阵摄像机之外，相应例如也可以使用扫描器，或以扫描方式检测表面的光学探测器。
有利的是，探测定位地进行，即并不检测在半导体衬底的一侧上散射出的光的整体亮度，而是检测从分区散射出的光。这是合理的，由于散射可能以很少的量还在完好部位上进行。所检测的区域越大，则背景信号也越强。为了进行定位的测量，尤其合适的是，用作成像传感器的矩阵传感器或行传感器对在半导体衬底的侧面上散射出的光加以检测。于是，借助传感器可以测定局部的散射光强度的表面图像，在该表面图像中，裂纹以提高的散射率而明显相对于其周围突出。通常地，由被成像光学探测器所获得的图像数据可以通过评估局部亮度分布来测定裂纹。例如存在借助边沿滤波器评估图像的可能性。但除了矩阵传感器或行传感器之外，也可以考虑扫描半导体衬底表面的传感器。在优选的改进方案中，将波长为至少I. 2微米的红外光从相应的光源引入边沿面中。这种光源因此具有在硅吸收限之上的在大约为I. I微米左右的波长。Nd: YAG激光器又是合适的，该激光器在波长在所述的I. 2微米的情况下调节到激光过渡区上，或(特别优选)激光二极管是合适的。除了借助进给和定位的光束(如其尤其可以产生红外激光)对半导体衬底连续扫描之外，根据本发明的另一实施方式也存在如下可行性，即以沿着边沿面传播的光束透射半导体衬底的大部分或甚至整个半导体衬底。为此，可以设置有产生如下辐射的辐射源或者优选为光源，所述辐射对沿着垂直于光入射方向的方向测得的半导体衬底的宽度的至少三分之一、优选为整个宽度加以照射。于是，散射光的检测可以凭借在照射期间通过光学检测器在衬底之上运动的行状扫描进行。然而在此，对于达到短测量时间特别合适的是将半导体衬底的表面成像到作为光学探测器的组成部件的矩阵传感器上。根据本发明的该实施方式的这样的宽射束例如可以通过将激光束在沿着半导体衬底的边沿的方向上扩宽来进行。另一可能性在于使用发光二极管的如下系统。该发光二极管系统尤其可以成行地沿着半导体衬底的边沿布置，并且这样照射边沿面。特别是在对衬底进行局部探测和/或局部照射的情况下，还有利的是，设置有如下的进给方向，半导体衬底以该进给方向相对于光源在沿着侧面且横向于光入射方向的方向上运动，使得光束的入射位置沿着边沿运动。衬底以此方式在照射状况恒定的情况下，运动经过探测器，使得连续地检测衬底的整个侧面或至少检测对于进一步处理重要相关的区域。尤其地，光源可以相对于光学探测器固定地布置，其中，设置有如下的进给机构， 借助该进给机构使半导体衬底相对于具有光源和光学探测器的系统运动，并且探测器信号被计算机构加以记录。然后，连续获得的探测器信号组合成表面图像。然后，借助计算机构， 可以由在表面图像中的局部亮度分布来识别裂纹的存在。有些半导体衬底仅对于合适的光是部分透明的。在此，为了在沿着侧面穿出整个衬底地引导光时还具有能够实现裂纹探测的足够光强度，有利地可以使用多个光束，所述多个光束耦合输入到边沿的不同点上。尤其给出的是，将光在边沿的对置点上耦合输入。为此在本发明的改进方案中设置为，福射源、优选为光源产生两个对向的射束，该射束在相反的方向上横穿衬底。这在衬底高透明的情况下也是合理的，因为裂纹会如镜面那样起作用。在此情况下，光强度在入射方向上看在裂纹后强烈地降低，使得可能不再检测在如镜面那样起作用的第一裂纹之后可能的其他裂纹。即使在衬底透明的情况下仍存在另一效应在衬底上的耦合输入部位上多次发生光朝着探测器强烈地散射。这在扫描半导体衬底的边沿上的边缘区域时使探测器过调。但如果以对向的激光束透射半导体衬底的不同区域，则可以由光学探测器分别探测光出射部位上的未出现过调的边缘区域。于是，由两个分图可以生成表面的总图，其中，在生成分图时分别使在激光束的入射部位处的边缘区域渐隐(ausblenden)。与之相应地，在本发明的一个改进方案中设置为，两个对向的激光束引导穿过衬底，其中，利用起成像作用的检测器选择性地检测两个激光束的散射光，并且其中，由对每个激光束的散射光选择性地检测的探测器信号分别产生表面的分图，并且其中，分图组合成总图。如果在俯视图中观察到多晶半导体衬底，例如用于太阳能电池制造的多晶硅晶片，则可清楚地看到各个晶粒并且相应地也可清楚地看到在晶粒之间的晶界。相应地，在入射光探测方法或透射光探测方法中，也会发生将晶界与裂纹混淆。相应地令人惊讶地已表明的是，在多晶半导体衬底的情况下，晶界实际也不影响测量。晶界与裂纹混淆这样在实际中被排除。据此，在本发明的有利的改进方案中，多晶半导体衬底被透射，并且在裂纹方面得到检查。特别是已证明该方法对于太阳能电池的检查而言是合适的。已表明的是，已安装的接触指形件也不干扰测量。在接触指形件处并未发生附加的散射或至少未出现显著的附加的散射，从而避免了太阳能电池的接触指形件与裂纹的混淆。本发明相对于已知的裂纹探测系统的长处在于非常高的信噪比。于是，这也能够实现非常快速的检查半导体衬底，如尤其是晶片和太阳能电池。可以容易地在一秒内或几秒内检查边长为156毫米的衬底。相应地，在本发明的改进方案中设置为，在进给速度为每秒至少156毫米的情况下进行检查。


下面，参照所附的附图更为详细地阐述了本发明。在此，相同的附图标记指的是相同或者类似的元件。其中图I示出了根据本发明的装置的示意性结构，图2示出了在具有裂纹的半导体衬底中的光程，图3示出了具有裂纹的晶片的照片，图4在半导体衬底的俯视图中示出了裂纹探测的系统，图5示出了太阳能电池的所拍摄的表面与电致发光照片的对比，图6A示出了太阳能电池的电致发光照片，图6B示出了在图6A中所示的照片与散射光的照片的叠加，图7示出了利用相对于进给方向倾斜地透射半导体衬底的激光束的系统，以及图8示出了具有旋转的半导体衬底的系统，图9和图10示出了图I中所示的装置的两个变型方案，图11示出了图4中所示的具有间歇性时钟控制的、对向的同轴光束的实施方式的变形方案，图12示出了分图的组合成总图的方案，所述分图如借助图11中所示的系统来获得，图13示出了图11中所示的实施方式的改进方案，
图14示出了触发器信号的时间变化曲线，图15示出了用于将光耦合输入到半导体衬底的边沿面中的一实施例，图16示出了光耦合输入的另一实施例。
具体实施例方式图I示出了用于探测在平面半导体衬底中的裂纹的装置I的实施例的示意性结构。半导体衬底3例如硅晶片放置在合适的机构11上。机构11为此包括滑块，在滑块上放置有半导体衬底3。滑块沿着进给方向2运动，并且由此同时表现为进给机构13，借助进给机构通过该装置使半导体衬底运动。平面半导体衬底3包括两个对置的侧面30、31和包绕的边沿面33，边沿面33的高度相应于半导体衬底3的厚度。该装置I具有总体上以附图标记5标示的用于红外光的光源，光源相对于机构11 或相对于利用机构11支承的半导体衬底被这样布置，即光源的光在侧向上耦合输入到边沿面33中。半导体衬底3对于光源5的光至少为部分透明的，从而光在侧面30、31处在沿侧面30、31的方向上全反射的情况下通过光引导而被引导达到至边沿的与入射部位对置的部位的距离的至少一半。在图I所示的示例中，对红外线敏感的行扫描摄像机设置为光学探测器7，该行扫描摄像机对侧30的线状的区域9加以检测。线状的区域9通常横向于进给方向2地延伸， 但并不一定非得垂直于进给方向2地延伸。行扫描摄像机可以借助该装置来探测光，所述光在裂纹处发生散射，并且于是在裂纹处从侧30出射。代替行扫描摄像机地，也可以使用矩阵摄像机，其中，分别读取图像场的被激光束横穿的区域。在此，光源特别是包括两个红外线激光器51、52。例如合适的是Nd: YAG激光器， Nd:YAG激光器被这样调整，即使得Nd:YAG激光器在大于I. 2微米的波长下发射。尤其是， 可以使用波长为1320纳米和1444纳米的激光过渡区。在此，大约为10毫瓦的功率可以足以实现对半导体衬底的充分透射。在并不限于图I中所示的实施例的情况下，在此在本发明的改进方案中优选将红外线激光器设置为照射源的组成部件，所述红外线激光器具有至少为5毫瓦的辐射功率，以便在侧向上透射半导体晶片并且在裂纹处产生足够的光散射信号。但优选的是，将激光二极管用作光源，这是因为激光二极管比Nd:YAG激光器明显更为有利，并且也对于所需要的波长范围而言是可获得的。半导体衬底3的运动沿着衬底的表面进行，使得激光束56、57在测量时在进给过程中始终打到边沿面33上。光学探测器7的行扫描摄像机与计算机构15连接。计算机构15将在进给过程中连续获得的呈图像行形式的探测器信号组合成表面图像。为了将光指向边沿面33，将有带有纤维耦合输出件54的光导体纤维53设置到红外线激光器51、52上。将射束成形机构55接在纤维耦合输出件54的前面，纤维耦合输出件54将射束56、57聚焦和/或调准直达到包绕的边沿面33的对置部位上。图2示出了在具有裂纹33的半导体衬底3中的光程。激光束57也如参照图I所示的那样耦合输入到边沿面33中。在半导体衬底3内，激光束57通过在侧面30、31处的全反射得到引导。裂纹34分布在半导体衬底3中。在裂纹34处发生如散射或反射的将辐射偏转的效应。由此，射束57的一部分在裂纹处以如此大角度指向侧面，即，使得超过全反射的边界角度并且射束出射。然后，出射的光被对着侧面30的光学探测器7来检测。在侧 30的成像中，裂纹34则作为明亮突出的结构表现。图3示出了通过图像行组合生成的太阳能电池的晶片图像。图像行连续地在进给期间借助红外线矩阵摄像机来拍摄。该摄像机的矩阵传感器是InGaAs量子探测器。在此， 选取传感器的如下线状区域，在该线状区域上，对由激光束透射的区域进行成像。为了在矩阵传感器的情况下提高灵敏度并且由此提高可实现的扫描速度，也如在所示的图像中那样，对于表面图像的每个图像行，可以通过对多个例如三个相邻的图像行进行平均。在图3的照片中，激光束在边沿面33的在图像中位于上方的侧中入射。如参照图3可看到的那样，裂纹34能以高对比度容易地识别。太阳能电池的位于半导体衬底3的表面上的接触指形件也不干扰测量。然而，在激光束耦合输入其中的边沿面33附近，可以看到明场35，在该明场35中也会出现传感器的过调。在边缘区域中，于是由于过调而可能不能识别裂纹。在边缘区域中的过调尤其是由于以大于全反射的角度耦合输入到半导体衬底中的射束所引起。在耦合输入到半导体衬底3之后可能再次出射的分射束36在图2中绘出。原则上，通过合适的调准直和/或聚焦会碰到所述效应。根据图4的装置示出了另一可替选的或附加的具有如在图I中所示的带有两个对向激光束的装置的可能性。图4 中所示的系统的测量原理所基于的是，两个对向的激光束引导穿过衬底，其中，借助起成像作用的探测器选择性地检测两个激光束的散射光，并且其中，由激光束的每个的散射光的选择性检测到的探测器信号分别产生表面的分图并且将分图组合成总图。在不限于图4中所示的实施例的情况下，对于生成分图有利的是，两个激光束56、 57尽管对向地但沿着进给方向错开地引导穿过半导体衬底3。为了生成散射光图像，优选使用矩阵传感器。但也可能的是，对于每个由激光束 56、57透射的区域设置有行扫描摄像机。在矩阵传感器的情况下，由传感器读取两个线状区域70、71，半导体衬底3的由激光束56、57透射的区域成像到所述线状区域70、71上。例如，两个或更多个的相邻图像行可以作为区域70、71得到读取。于是还可以对多个图像行加以平均，用于改善沿着进给方向2相邻的像素之间的噪声间距。如借助图4可看到的那样，对图像行进行的评估并不超出所透射的区域的整个长度。而是在两个射束56、57的情况下，空出半导体衬底的相应射束所入射的边缘。另一方面，也可以评估在半导体衬底的边缘处的过度照亮的或者过调的区域。如果在该区域中存在裂纹，则裂纹会引起阴影，其在图像中作为明暗边缘而可见。在半导体衬底进给期间，两个线状区域70、71则循环地或者说连续地被读取。所读取的线状区域70、71或其信号于是可以组合成两个分区71、73，其中，分图72由所读取的线状区域70组成，而分区73由所读取的线状区域71组成。两个分图70、71于是可以组合成散射光分布的总图。这两个分图72、73也可以如在图4中所示的那样叠加。这可以有利地使分图72、73的结合变得容易或避免在分图的交接部位处的赝像(Artefakte)。在太阳能电池中应用的另一广泛使用的检查方法是电致发光的摄影照片。在此， 太阳能电池与发光二极管相反地运行并且所发出的电致的发光的光被拍摄。图5为此示出了该方法的结果与根据本发明的裂纹探测的比较。用(a)表示的左侧图像是具有裂纹34 的太阳能电池的成像。用(b)表示的在右侧上的图像是对太阳能电池的电致发光照片。值得注意的是，在电致发光照片中几乎不能够识别裂纹。图像中裂纹分布于其内的圆形区域在对比度上突显出来。甚至随着对比度增强，也几乎不能够识别裂纹。此外，亮度变化是由多晶结构造成的。在电致发光法中，以交替发光和不发光的复合来产生并排区域的亮度对比度。除了电子空穴对发光复合(发光)之外，在晶体缺陷(如复合活性的晶界或位错) 处进行非发光复合。裂纹也可以借助在裂纹附近的非发光复合而可看到。其他亮/暗对比在电流路径中断时如导体带(例如正面栅极的各指形件)中断时形成。表面的干扰部也在电致发光图像中作为暗对比而成像。为了区分众多对比度成因，尝试通过图像评估算法来将裂纹与其他结构分离。然而这仅可基于形状观察或对比度观察来进行，使得该方法目前并不有效并且导致极大的误识别。通过将电致发光图像与显微镜以及电子显微镜组合进行实际在过程中非常费时的检查已得出在特别窄的裂纹的情况下并非在所有情况下都可以被明确地识别，即并非所有在电致发光图像中所估测的宏观裂纹都可以借助上述方法来识别。而在使用本发明时能以简单而且快速的方式精确地进行明确的识别。因此，由电致发光照片与根据本发明的裂纹探测方法构成的组合的大优点是，在仅一个探测过程中并且借助该试验系统I.可以对太阳能电池的所有重要相关的干扰部加以识别，2.可以对位于所述干扰部之下的裂纹进行毫无问题地探测，以及3.可以将有缺陷的太阳能电池根据清楚的标准剔出。不可靠的数学方法可以被明确的识别方法所取代，这在制造过程中显著地提高了良好行的产率。对于在太阳能晶片中的裂纹探测而言，从光致发光图像和/或红外线透射光图像与在明场装置和/或暗场装置中的背侧照明的组合和/或微波使用寿命映射与本发明组合的可能性而得到用于明确识别和剔出的类似可能性。为了阐明，在图6A中示出了有裂纹的太阳能电池的另一电致发光照片。太阳能电池具有两个裂纹340、341。图6B示出了通过在侧向透射时检测散射光而对根据本发明的裂纹探测的成像与电致发光照片的图像的合成。电致发光图像的结构作为暗对比在图6B中示出，裂纹作为亮线在图6B中示出。在本发明的改进方案中，因此提出了根据本发明的透射方法与电致发光拍摄和/ 或其他上面所述的红外线透射的方法的组合。相应地，根据本发明的该实施方式，除了对散射光拍摄之外还至少执行电致发光拍摄和/或光致发光拍摄和/或明场或暗场拍摄，尤其是通过背侧透射或入射光照射来执行。用红外光进行背侧透射在此表示对半导体衬底的与光学探测器对置的(光学探测器所观察的)侧面进行照射。由此实现了明场拍摄。以此方式除了裂纹之外还可以立即识别其他缺陷，如尤其是接触部的脱落。如果连接结构的电接触部典型地接触梁和接触指形件受损或中断，则这可以通过电致发光照片借助在电致发光图像中的局部或全局变暗来快速且可靠地识别。在图6A所示的图像中，作为示例裂纹341也将在该裂纹左侧的区域342中的太阳能电池的接触中断。因此，未接触的区域342在电致发光照片中显得暗。如果裂纹平行于射束的透射方向，则散射效率会非常低，使得尽管可通过根据本发明的测量方法来实现对比，但可能这种效应不能可靠识别。为了避免这一点，合理的可以是，以激光束横向于进给方向地透射半导体衬底。图7类似图4地以俯视图示出了这种构型，其中，半导体衬底3在该示例中又被两个激光束56、57透射并且激光束中的至少一个 (在此为激光束57)相对于进给方向倾斜地透射半导体衬底3。在前面的示例中，半导体衬底3和激光束相对于彼此以线状运动互相挨着引导经过。然而，进给方向也可以是旋转。这种运动尤其在圆形晶片的情况下如其被很多地用于制造电子部件和集成电路那样是有利的。图8以俯视图示出了这种装置。圆形半导体衬底 3的边沿面33在此通过沿着圆形进给方向2旋转而运动经过激光束56。这提供了如下优点在边沿面33与激光之间的间距如在直的边沿面和线状进给的情况下那样可以保持恒定。为了获得半导体衬底的整个图像，例如在传感器中可以选择如下线状区域，该线状区域从边沿面33上光出射部位直至转动点或超出转动点。图9和图10以俯视图示出了图I中所示的装置I的两个变型方案。两个变型方案基于的是，光源产生两个射束，其分别对沿垂直于光入射方向的方向测得的半导体衬底的整个宽度加以照射。在图9所示的装置I的变型方案中，类似图I所示的实施方式地使用了两个红外线激光器51、52，红外线激光器51、52从对置的侧照射半导体衬底3的边沿面33。附加地， 设置有射束扩宽机构58、59，借助射束扩宽机构58、59将激光束56、56在沿着边沿的方向上扩宽。射束56、57在此扩宽到使得每个耦合输入到半导体衬底3中的射束都完全透射半导体衬底。因此，光学探测器7已经通过单次拍摄获得散射光分布的完整图像。为了避免如图3中可看到的过量辐射效应，可以进行两次拍摄，其中，激光器56、57交替地关断，使得在每次拍摄中，半导体衬底分别被以另外那个激光器透射。为了扩宽射束，可以使用例如适于作为射束扩宽机构58、59的衍射光学元件或圆柱形透镜。其他可能性在于使用光导体阵列。在图10的变型方案中，代替激光而使用两行500、502的发光二极管503。成行布置的发光二极管在所示的实施例中沿着边沿面33延伸。可以实施对散射光分布的总图的拍摄，用以通过这些行500、502的交替运行来避免如在图9中所示的示例那样的过量辐射效应。如可用于该示例的发光二极管可如对于波长为1200纳米和更大的激光二极管那样获得。在图4所述的实施例中，这两个激光束56、57尽管对向地、但沿着进给方向错开地引导穿过半导体衬底3。图11示出了另一实施方式，所述另一实施方式基于通过两个又对向的激光束56、 57的间歇性照射。为此，设置有触发器机构76。该触发器机构76构造为用于对两个射束加以间歇性时钟控制。这两个辐射源、优选为光源、特别优选为激光器从对置的侧彼此正对 (ineinander verlaufend)地或者说共轴地照射测量对象,然而并非同时而是交替地照射。 为了获得高测量频率，优选的是可调制的激光源。光学探测器7通过触发器机构76被与两个射束的时钟控制同步地进行时钟控制，使得由探测器间歇地产生第一光束56和第二光束57的散射光的探测器信号。作为探测器在此尤其合适的是行扫描摄像机701。光束56、57在此不仅是对向的而且是共轴的。如在前面的示例中那样，设置有计算机构15，计算机构15将在进给过程中连续获得的呈图像行形式的探测器信号组合成表面图像。在此，半导体衬底3的在拍摄时在光入射中出现过调的边缘区域可以分别通过图像数据来代替，图像数据通过相对地耦合输入的在相应的边缘区域处出射的光束来获得。 分别针对两个光束56、57的光脉冲所记录的图像行在此能以按行的方式直接组合成总图， 或可以生成具有多个图像行的两个分图，然后将这两个分图加以结合。将两个分别反映两个光束56、57之一的散射光强度的分图72、73结合而成的总图80在图12中示出。在分图 72,73中，为了组合成总图，分别仅考虑探测器信号的一部分，使得其中，在半导体衬底3的光入射区域处出现过调的条带78、79分别被渐隐。但过调的区域也可以如上面已说明的那样附加地就裂纹的存在性予以评估，方式为寻找由裂纹造成的阴影。该双通道的、具有对向测量射束的、时钟控制的测量装置的优点在于针对两个光束56、57交替获得的探测器信号归属于相同的线状区域70。在组合之前对分图移位过程 (使得分图为了总图的组合而匹配起来)相应地在此可以省去。红外线矩阵探测器的使用除了相对于行扫描摄像机带来高购置成本之外也带来了降低的位置分辨率和更低的测量频率(=图像拍摄速率)的缺点，即至少必须读入和评估分图以及总图。现代红外线行扫描摄像机与矩阵摄像机相比提供了高图像分辨率(单位长度的高像素数)的优点，并且典型地在购置成本更低的情况下提供了明显更高的行频率。对光源(优选为红外线激光器51、52)尤其在调制、曝光时间、激光器功率方面的控制以及对行扫描摄像机701的控制可以借助合适的触发器信号(例如TTL信号)来进行。 在各照射时钟段(Bleuchtungstakten)中通过行扫描摄像机701进行的图像拍摄可以根据一个实施例通过摄像机链接(CL)-巾贞捕获器(CameraLink(CL)-FrameGrabber)来进行,其借助合适的软件或也能以经编程的现场可编程门阵列(FPGA)来将读入的摄像机行数据组合成测量对象在不同的照射状态下的两个图像。两个图像中的每个都在测量对象中的缺陷方面如例如图12中所示的裂纹340、 341,342那样进行评估并且也允许在相应未被照射的测量对象即半导体衬底3的边沿的边缘区域中对缺陷进行探测，使得总体上对半导体衬底3的所有边沿进行检查。如果在两个分图72和73中的评估分开进行，则也并不一定非得组合成总图，如图12中所示。如已经在上面深入提及的那样，本发明也可以与其他方法相组合，例如对电致发光的检测、凭借照射背侧的红外线透射光图像、微波使用寿命映射，以及也与入射光图像组合。这尤其也可以借助对前面所介绍的具备时钟控制的间歇信号记录的装置来实现。以下更为详细地阐述了本发明的改进方案。本发明的该改进方案基于的是，将一个或者如在根据图11的实施方式中两个脉冲式在侧向上透射的红外光源的光信号与另一光源的至少另一个的光信号加以交替地记录。于是，由光源的间歇获得的信号分别可以生成测量对象的图像，即在此生成半导体衬底的图像，所述图像与不同的光源相对应。在电致发光和微波激励的使用寿命映射的情况下，半导体衬底本身表现为光源。为除了在侧向透射的情况下根据本发明检测散射光之外，还检测另外的光信号，相应地设置有另外的触发器信号。相应地，在本发明的改进方案中设置有触发器机构76，触发器机构76输出触发器信号，触发器信号与红外光源5同步地对探测器7加以时钟控制， 其中，触发器机构76还在探测器与红外光源同步时钟控制的触发器脉冲之间的间隔中，向探测器7输出另外的触发器脉冲，使得探测器7在红外光源5关断的时段期间分别探测另外的光源的光。另外的光源可以是另一对向耦合输入到对置的边沿中的激光束，如在图11 的示例中所阐述的那样。附加地，另外的光源可以经触发地或者必要时也可以未经触发地运行、被使用。如果使用未经触发的光源，其中，该光源也提供光信号，而来自经触发地运行的侧向透射的红外光源的散射光被记录，则所述光源的相应信号于是可以通过简单地对探测器信号求差来提取。一个示例性结构借助图13和14来阐述。根据图13的装置的布置方案相应于根据图11的实施方式。除了两个耦合输入半导体衬底3的对置边沿面中的激光51、52之外， 设置有呈明场红外光源6形式的另一光源。该明场红外光源6用光束60照射与侧面30对置的侧面31，侧面30被光学探测器7或在此由行扫描摄像机701来观察。光束60适当地扇状地展开，使得由行扫描摄像机7所检测的线状区域被光束60从背侧完全照亮。为此例如可以将IR光源的光必要时由光导体纤维引导地借助柱状透镜从朝向背侧的侧面31的摄像机视角指向半导体衬底3，从而由行扫描摄像机701记录晶片的透射光图像。除了图13中示例性地示出的用于附加拍摄透射光明场图像的结构变型方案之外，与其他测量方法如透射光暗场拍摄、光致发光或电致发光组合是可能的。在透射光暗场拍摄时，光源6的光束于是指向自光学探测器7视角来看背侧的侧面31上，使得光在无干扰地通过之后经过光学探测器7。所有光源的控制和通过红外传感器的图像记录在此也可以借助CL帧捕获器和合适的软件来进行。根据本发明对边沿面的检测与其他IR透射光照片相组合的优点在于关于缺陷如刮痕、洞、夹杂物等的扩展的探测可能性。为了驱控明场红外光源6，明场红外光源6同两个红外线激光器51、52—样与触发器机构76连接。由触发器机构76输出的触发器信号或时钟信号的不例性时间序列在图14中不出。除了四个所示的触发器脉冲序列之外，用附图标记表示触发器脉冲发送至其处的部件。 相应地，在图表最上部示出的脉冲序列由触发器机构发送至明场光源6，其下所示的序列发送至第二红外线激光器51，再其下再示出的序列发送给第一红外线激光器51，以及最下部的序列发送至光学探测器7，或者说特别是发送至行扫描摄像机701。如可看到的那样，触发器脉冲81、82、83是如下的脉冲序列，其被发送至光源6、51、52并且在脉冲的持续时间中使相应的光源关断、彼此在时间上错开，使得光源间歇性地运行。发送至行扫描摄像机710 的触发器脉冲84分别与触发器脉冲81、82、83同步，从而在每个光源6、51、52每次接通时由行扫描摄像机701记录一个图像行。相应地，由触发器机构76在触发器脉冲之间的时间间隔中将另外的时钟脉冲输出给探测器7，使得探测器7在红外光源5 (即在图13的示例中为红外线激光器51、52)关断的时段期间分别探测另一光源(在图13的示例中相应地为明场光源6)的光，其中，该探测器7或在此具体而言为行扫描摄像机701凭借所述触发器脉冲与红外光源5或在此为红外线激光器51或红外线激光器52同步地得到时钟控制。当然，在图13所示的示例中，明
14场光源6可以通过其他光源来替代或补充。如果使用另外的光源，则触发器脉冲的时间序列如例如在图14中所示的那样相应地匹配，使得通过照射相继接通的光源来拍摄连续的图像行。在图I和2所示的实施例中，聚焦机构用作射束成形机构55，聚焦机构将光源5的射束56、57聚焦到包绕的边沿面33的对置的部位上。在图15中示出了光耦合输入到边沿面33中的可替选方案。光源5的平行光束56并未以如下方式聚焦到边沿面33上，即光斑在边沿面33上的直径小于半导体衬底3的厚度。而是通常借助合适构造的光源5来将光束56指向边沿面33,光束56在边沿面33上在垂直于侧面的方向上的伸展大于半导体衬底3的厚度d。在图15所示的示例中，为此将准直器86设置为射束成形机构55，准直器86设置在光导体53的出射端的前面。借助准直器产生平行或至少近似平行的光束56。尽管光束 56准直，但光束56的射束直径87大于半导体衬底3的厚度d，大于即侧面30、31的间距。 使用具有如此大的伸展的光源56来检查半导体衬底会使得即使当半导体衬底3在垂直于侧面的方向上发生位置改变，仍保证光耦合输入到半导体衬底3中。平行射束(如其在图15中所示的示例中借助准直器产生的那样)还有利的是，使得耦合输入对于沿着对在沿着光入射的方向上的位置改变更不敏感，因为平行化射束具有最小的可能的发散。通过这些措施即一般具有如下射束伸展的平行光束的耦合输入使测量景深最大化并且就半导体衬底的取向而言该系统比较不敏感，其中，所述射束伸展在垂直于侧面的方向上大于半导体的厚度。优选地，光束垂直于侧面的伸展(在圆形光束的情况下则相应地为射束直径)为半导体衬底3的厚度的至少I. 5倍、特别优选至少为3倍。例如，在半导体衬底3的厚度为 200微米的情况下，使用射束直径为800微米的射束。图16示出了光耦合输入的另一变形方案，其相应地也可以应用于图I和图2所示的将光束聚焦到边沿面上的过程。如借助图16可看到的是，设置有光源，使得光束56倾斜地射到半导体衬底3的边沿33上，或者说相对于侧面30、31的平面以一角度地射到半导体衬底3的边沿33上。半导体衬底3的倾斜照射已证明为有利的，起干扰作用的照射效应，例如散射光通过半导体衬底3的表面的反射或在用于支承半导体衬底3的机构11上的反射被最小化。当如在图15的示例中使用在边沿面33上在垂直于侧面30、31的方向上的伸展大于半导体衬底33的厚度d的光束时，倾斜照射是特别有利的。在如图15中所示平行于侧面30、31照射的情况下，发射的光束56的在半导体衬底3上方和下方射过的部分在侧面 30的结构上发生光散射。这样的结构的示例一般是粗糙部以及接触部和汇流排，如它们例如在太阳能电池上多见地存在。所散射的光部分同样可以被光学检测器7检测。必要时， 这会导致错误判断。至少为3°或更大的角度优选作为相对于侧面的平面的倾斜角度α。为了光束56能够不受干扰地耦合输入，有利的是，如在图16中所示的那样，半导体衬底3的边沿33在空间中露置或从机构11的安放部伸出。此外，对于避免散射效应证明为略微更有利的是，如在图16中所示，光束从背向探测器7的侧照射。换言之，光入射方向远离通过探测器观察到的侧面30地倾斜。以此方式，没有光射到朝向光学探测器7的侧上，从而在该侧上也在光束在半导体衬底的边沿处入射的区域中避免了在表面结构上的散射。已发现的是，尤其是在使用激光的情况下由于强化的红外光在裂纹处的散射而可能甚至发现这样的裂纹，该裂纹被位于其上的不透光的结构遮盖，所述结构例如为钎焊上的串行连接器(Serienverbinder)(也称作汇流排)或接触指形件。在裂纹处发生散射的光在太阳能电池的情况下通过背侧接触部或一般通过与探测器背向的侧面被朝向探测器反射并且这样可以在盖件的一侧上从太阳能电池出射。这以图17为例来阐述具有半导体衬底3的太阳能电池10设有前侧接触部100和背侧接触部101。在前侧上并且也在背侧上分别钎焊有串行连接器103。串行连接器103例如为2mm宽并且 200 μ m厚。如果裂纹34处在面向探测器的串行连接器103下方，使得裂纹34并不能直接被探测器7所识别，则因此裂纹34可以通过如下方式被识别在半导体衬底的表面上强化的激光的一部分被散射回来，其中，散射的光104可能如图17中所示的那样也在接触部之间多次反射。由于半导体表面典型地存在显微的粗糙部，所以光也可以朝IR摄像机40的方向从表面出射，由此，暴露裂纹。根据本发明的该改进方案，在串行连接器下方或一般在半导体衬底的面向探测器 7的侧面上的不透光的结构下的裂纹于是通过如下方式来识别当位于不透光的结构下的裂纹造成光散射时，不透光的结构的边缘闪烁(aufIeuchten)。对于本领域技术人员而言清楚的是，本发明并不限于前面所介绍的实施例，而是在后续的权利要求的范围中能以多样的方式加以改变。尤其是，各个实施例的特征也可以彼此组合。附图标记列表I用于探测平面半导体衬底中的裂纹的装置
2进给方向
3半导体衬底
5光源
6明场光源
7行扫描摄像机
9线状的被行扫描摄像机7检测的区域
10太阳能电池
11用于支承半导体衬底3的机构
13进给机构
15计算机构
30半导体衬底3的侧面
33半导体衬底3的边沿
34、
340,341 裂纹
35在半导体衬底的边沿上的明场
36激光束的分射束
51,52红外线激光器
53光导体纤维
54纤维耦合输出件
55射束成形机构
56,57红外线激光器51、52的射束
58,59射束扩宽机构
60明场光源6的光束
70,71在传感器上的线状区域
72,73分图
76触发器机构
78,79在分图72、73中的渐隐区域
80由分图72、73组合的总图
81,82
83,84触发器脉冲
86准直器
87射束直径
100太阳能电池10的前侧接触部
101太阳能电池10的背侧接触部
103太阳能电池10的串行连接器
104在裂纹34处散射的光
342在太阳能电池上的未被接触连接的区域
500,502发光二极管的行
503发光二极管
701行扫描摄像机
权利要求
1.用于探测平面式的半导体衬底(3)中的裂纹(34)的方法，所述半导体衬底(3)具有两个对置的侧面(30、31)和包绕的边沿面(33)，在所述方法中，-将电磁辐射引导到所述半导体衬底(3)的边沿面中，其中，-所述电磁辐射具有如下的波长，所述波长至少部分透射通过所述半导体衬底(3)的材料，从而-所述电磁辐射从在所述边沿面(33)上的入射部位通过在所述侧面(30、31)上的反射而被引导达到至所述边沿面(33)的对置点的距离的至少一半，并且其中，-借助对所导入的所述电磁辐射敏感的、起成像作用的光学探测器(7)来探测辐射，所述辐射在所述裂纹(34)处发生散射并且在所述侧面(30、31)之一上在裂纹位置处出射，并且其中，由被所述光学探测器(7)记录的信号来生成由所述光学探测器观察的所述侧面的至少一个区域的散射强度的图像。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，所述半导体衬底被作为光源(5)的激光器透射， 并且其中，-借助进给结构(13)在用激光束照射所述半导体衬底(3)期间使所述半导体衬底(3) 和所述光源(5)相对彼此在沿着所述侧的方向上且横向于光入射方向地运动，从而光束的入射位置沿着所述半导体衬底(3)的边沿运动，并且其中，所述装置包括计算机构，所述计算机构由在所述半导体衬底进给期间沿着所述半导体衬底的被所述激光束透射的区域所记录的探测器信号来产生所述半导体衬底的由所述光学探测器(7)所观察的侧的图像。
3.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，波长为至少I.2微米的红外光被引导进入所述边沿面(33)中。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，由被起成像作用的所述光学探测器(7)获得的图像数据，通过评估局部亮度分布来测定裂纹(34)。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，两个对向的激光束(56、57)被引导通过所述半导体衬底(3)，其中，借助起成像作用的所述探测器选择性地检测两个激光束 (56、57)的散射光，并且其中，由每个所述激光束(56、57)的散射光的选择性检测的探测器信号分别产生表面的分图(72、73)，并且其中，所述分图(72、73)组合成总图。
6.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述半导体衬底(3)被两个激光束(56、57)透射，其中，所述激光束中的至少一个相对于进给方向倾斜地透射所述半导体衬底⑶。
7.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，附加地执行至少一次电致发光拍摄和/或光致发光拍摄和/或明场拍摄或暗场拍摄。
8.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，光束(56)指向所述边沿面(33)，所述光束(56)在所述边沿面(33)上在垂直于所述半导体衬底(3)的所述侧面(30、31)的方向上的伸展大于所述半导体衬底(3)的厚度d。
9.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，在所述半导体衬底(3)的面向所述探测器(7)的侧面上的不透光的结构之下的裂纹借助不透光的结构的边缘的闪烁来识别。
10.用于探测平面式的半导体衬底(3)中的裂纹的装置，所述半导体衬底(3)具有两个对置的侧面(30、31)和包绕的边沿面(33)，所述装置尤其是适用于实施根据上述权利要求之一所述的方法，该装置包括-用于支承半导体衬底⑶的机构，以及-辐射源(5)，所述辐射源(5)被以如下方式与用于支承半导体衬底(3)的机构(11)相关地布置，即电磁辐射引导进入所支承的半导体衬底(3)的所述边沿面(33)中，其中，所述辐射源(5)的电磁辐射具有如下波长，所述波长至少部分透射通过所述半导体衬底(3) 的材料，从而所述辐射从所述边沿面(33)上的入射部位通过在所述侧面(30、31)上的反射被引导达到至所述边沿面(33)的对置点的距离的至少一半，以及-对所引入的辐射敏感的、起成像作用的光学探测器(7)，所述光学探测器(7)被相对于用于支承半导体衬底(3)的机构(11)以如下方式布置，即所述光学探测器(7)探测如下的辐射，所述辐射在裂纹处发生散射，并且在所述侧面之一上在所述半导体衬底(3)的裂纹位置处出射，以及-计算机构，所述计算机构适用于由被所述光学探测器(7)记录的信号来生成由所述光学探测器观察的侧面的至少一个区域的散射强度的图像。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述辐射源包括激光器，并且-设置有进给机构(13)，借助所述进给机构(13)使所述半导体衬底(3)和所述激光器相对彼此地在沿着所述侧(30、31)的方向上且横向于光入射方向地运动,从而光束的入射位置沿着所述边沿运动，并且其中，所述装置包括计算机构，所述计算机构适用于由在所述半导体衬底(3)进给期间沿着所述半导体衬底的由所述激光器产生的光束透射的区域所记录的探测器信号来产生所述半导体衬底(3)的图像。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述光源(5)相对于所述光学探测器(7)固定地布置，即所述半导体衬底的由所述激光束透射的区域在进给期间位置固定地保持在被所述光学探测器(7)探测的区域中，并且其中，所述进给机构适用于将所述半导体衬底相对于由光源和探测器组成的系统运动，并且其中，所述计算机构适用于连续地记录探测器信号并且组合成表面图像。
13.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述光学探测器(7)包括一个或多个矩阵传感器或行传感器。
14.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述辐射源(5)产生对向的两个射束(56、57)。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，-辐射源(5)，所述辐射源(5)产生对向的两个共轴的射束(56、57)，-触发器机构，所述触发器机构适用于间歇地对两个所述射束加以时钟控制，以及-与两个所述射束(56、57)的时钟控制同步地被时钟控制的光学探测器(7)，从而由所述探测器间歇地产生第一光束和第二光束的散射光的探测器信号。
16.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于触发器机构(76)，所述触发器机构(76)适用于输出触发器信号，所述触发器信号对探测器以与红外光源(5)同步的方式加以时钟控制，其中，所述触发器机构(76)还适用于在触发器脉冲之间的间隔中向所述探测器(7)输出另外的时钟脉冲，使得所述探测器(7)在所述红外光源(5)被关断的时段期间分别探测另外的光源的光，其中，所述探测器借助所述触发器脉冲与红外光源(5)同步地被时钟控制。
17.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述辐射源产生如下射束，所述射束对所述半导体衬底的沿着垂直于光入射方向的方向测得的宽度的至少三分之一、优选整个宽度加以照射。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述光源包括扩宽的激光器或成行的发光二极管的系统，所述扩宽的激光器或成行的发光二极管的系统照射所述半导体衬底(3)的所述边沿面(33)。
19.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述光源(5)被以如下方式布置，即所述光源(5)的光相对于所述半导体衬底(3)的所述侧面(30、31)的平面成角度地投射。
全文摘要
本发明涉及一种用于探测平面半导体衬底中的裂纹的方法和装置，该半导体衬底具有两个对置的侧面(30、31)和包绕的边沿面，半导体衬底例如为硅晶片和太阳能电池。该方法和装置基于对裂纹(34)处发生偏转的光的检测，所述光被引导到半导体衬底(3)的边沿面中并且在侧面之一上在裂纹位置处出射。
文档编号G01N21/95GK102597752SQ201080048527
公开日2012年7月18日 申请日期2010年8月13日 优先权日2009年10月26日
发明者克劳斯·格斯特纳, 安德烈亚斯·奥特纳, 希尔马·冯坎佩, 米夏埃尔·史特尔策 申请人:肖特公开股份有限公司