半导体设备的在线光致发光成像制造技术

本发明专利技术涉及一种当硅太阳电池和晶片沿生产线（36）前进时用于采集硅太阳电池和晶片的光致发光图像的方法。在优选实施例中，该图像在保持样品移动的过程中被采集。在某些实施例中，光致发光通过短脉冲和高强度激发来产生，所述高强度激发例如闪光灯（50），而在其它一些实施例中，图像以在线扫描的方式被采集。光致发光图像被分析后能够得到关于许多样品特性的平均或空间分辨值的信息，所述特性包括样品的少数载流子扩散长度、少数载流子寿命、位错缺陷、杂质和分流等，或裂纹的发生或生长。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于对半导体设备进行光致发光分析的方法和系统，特别是在生产过程期间或之后对硅太阳能电池进行光致发光分析的方法和系统。相关申请本申请要求申请号为2010900018、2010903050和2010903975的澳大利亚在先专利申请的优先权，其内容此处作为引用并入。
技术介绍
本说明书中所提到的现在技术不应该被认为是已经被广泛地知晓，或不应该被认为构成本领域的公知常识的一部分。在公开号为WO 2007/041758A1名称为“用于检测间接带隙半导体结构的方法和系统”的PCT申请中，提出了一种用于光致发光(PL)成像的装置和方法，此处作为引用并入，已经表明其用于硅材料和设备，特别是硅晶片太阳能电池快速表征的价值。如图I所示，光源6的超越带隙光8宽范围光子激发半导体样品4使其产生发光2并通过集光元件11由照相机或CCD阵列成像，优选地包括用于改善宽范围激发的均匀性的各向同性的光学元件11，以及照相机前方的用于阻挡激发光长通滤波器。该系统还包括一个或多个滤波器15来选择光子激发的波长范围。对于相对薄的样品还可以将激发光源6和照相机10设置在样品4的相对侧，如图2所示，其中样品本身可充当长通滤波器的作用。然而，若杂散激发光很多的话则还是需要长通滤波器14，从而将到达照相机的其他成分反射掉。无论哪种方式，利用公开号为 WO 2008/014537AUW0 2009/026661A1 和 WO 2009/121133A1 的已公开PCT申请中提出的技术，计算机16均可对采集到的光致发光图像进行分析，以获得关于许多样品特性的平均或空间分辨值的信息，所述特性包括少数载流子扩散长度、少数载流子寿命、位错缺陷、杂质和分流等，或裂纹的发生或生长。原则上整个过程可以在几秒内或几分之秒内完成，这取决于诸如硅材料和照相机的读取速度的因素，其时间尺度通常能够与目前太阳能块、电池和晶片生产线兼容，例如晶片和电池生产线的产量为每一到两秒生产一个电池，以及对于块生产来说通常需要30秒对整个块面进行测量。但是，目前上述的光致发光成像系统还存在诸多缺陷。其中一个缺陷在于目前的光致发光成像系统要求样品从生产线上被移开，并被放置于光致发光成像工具处，例如需要利用机器或人工进行挑拣和放置处理。人工挑拣和放置处理劳动强度较大且过程较为缓慢，往往在缓慢的同时增加了成本，而尽管机器挑拣和放置处理系统采用压板或吸盘或类似的装置能够稍微快一点，但其仍然增加了成本。不管怎样，受限的速度意味着在生产过程中仅有小样品能够被测试。若能够测量所有或大部分工作产品将会是有益的。另一缺陷在于在目前的光致发光成像系统中样品必须在测量期间保持静止从而避免图像的模糊。模糊的图像会阻碍或影响空间分辨表征数据的采集，使得光致发光成像系统的设计和/或光致发光成像系统与生产线的配合复杂化，而越来越多的生产线采用不停顿持续模式操作。需要解释的是，通过宽范围ISun激发多个硅样品，特别是未经加工的或未钝化的硅样品，其所发出的光致发光，其强度之低以至于大部分市售敏感硅CCD照相机要求的曝光时间至少为O. 5s,以获取足够的光致发光信号。再一缺陷在于目前的光致发光成像系统通常依赖于激光光源，其通常位于近红外光谱区。需要解释的是，从低光致发光量子效率样品获得的测量光致发光信号通常要求照射强度为O. lffatts/cm2 ClSun)或更高，所述样品例如未经加工的或未钝化的硅晶片和硅块(其量子效率为10_6量级)。因此，为了照射通常面积为15. 6X 15. 6cm2的硅太阳能电池晶片，要求总计光功率为几十个瓦特，并且激光激发光源通常被认为是提供所需光谱纯度和光束成形的关键。此外，对于硅样品来说，激发光通常在近红外范围内(750-1000nm)，其可能是非常有害的，这是因为眼睛将近红外光汇聚到视网膜上，而保护性的“眨眼”反应仅针对可见光。激光光源的潜在危害还在于它比其它光源要亮的多，其亮度(以每单位立体角每单位面积的功率为单位)可以被定义为通过光孔径(如激光输出孔径)的光功率除以孔径面积除以与远场光束相对的固定角。当人眼看到非常亮的光源时，不管是直接地或通过中间光学系统，如准直透镜，视网膜上所成的像会非常强烈，从而导致瞬时以及永久的损害。然 而，尽管对于非相干近红外光来说其发生的可能性较小，例如高功率LED，需要理解的是由于亮度是关键参数，光的安全问题不能因为采用了非激光(非相干)光源而被忽视。因此，目前的光致发光成像系统由于光安全问题变得更加复杂，这是因为光致发光测量室通常必须进行视觉隔离，从而避免操作者被暴露在会损害眼睛的高亮度近红外光的风险。通常这要求快门、门或同等机构，增加了将样品传送进和传送出光致发光测量室的样品传送机构的复杂性和成本。由于这些复杂性，图I或图2中的基本光致发光装置需要诸多改进使其能够安全地和经济地被用于生产线上的硅太阳能电池的表征。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服或改善现有技术中的至少一项缺点，或者提供一项有用的可选方案。本专利技术优选形式的目的在于提供在半导体设备生产过程中无需将其移出生产线的采集所述半导体设备的光致发光图像的方法和系统。本专利技术优选形式的另一目的在于提供了在半导体设备生产过程中无需中断其在生产线上的移动采集所述半导体设备的光致发光图像的方法和系统。本专利技术优选形式的另一目的在于提供了用于采集半导体设备光致发光图像的方法和系统，所述方法和系统利用的对视力无害的且无需光安全快门的成像系统。本专利技术优选形式的另一目的在于提供了用于采集硅晶片或电池的光致发光图像的方法和系统，其整体测量时间每片晶片或电池O. I至I秒。本专利技术优选形式的另一目的在于提供了不必要或无需集成样品搬运阶段的光致发光成像系统。根据第一方面，本专利技术提供了一种用于分析半导体材料样品的方法，所述方法包括以下步骤将所述样品传送至测量区；照射所述半导体材料来产生光致发光响应；以及在保持所述样品移动的同时在所述测量区对所述样品进行至少一次光致发光分析。根据第二方面，本专利技术提供了一种在半导体材料通过测量区时对半导体材料样品进行光致发光分析的方法，所述方法包括以下步骤以充足的时间和强度照射半导体材料以产生光致发光；以及捕捉由所述半导体材料发出的光致发光的图像，其中，所述图像是在距离成像照相机I或2个像素距离内被捕捉得到的。优选地，所述光致发光分析包括以下步骤通过预设照度来照射所述样品的一个区域，从而从所述样品处产生 与所述照度相对应的光致发光；以及通过区域图像捕捉设备在采集时间t内采集所述光致发光的图像，其中，所述样品以相对于区域图像捕捉设备的速度V移动，并且采集时间t (S)与速度v(m. S-1)的乘积小于所述样品上相当于所述图像捕捉设备中一行像素的距离。优选地，所述照射包括非相干光。所述照射可包括脉冲光。优选地，所述光致发光分析包括以下步骤提供具有预设照度的光源，所述照度适于从所述样品中产生光致发光，所述光源被置于能够照射所述样品第一部分的位置；提供图像捕捉设备，用于探测从所述样品的第二部分发出的光致发光，其中，所述第一部分和所述第二部分至少部分重叠；使所述样品与所述光源和所述图像捕捉设备发生相对于运动，从而使得所述第二部分在所述样品的主体区域上被扫描；以及重复询问所述图像捕捉设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊恩·安德鲁·麦克斯威尔，托斯顿·特鲁普克，罗伯特·安德鲁·巴多斯，肯尼斯·艾德蒙·阿内特，
申请(专利权)人：BT成像股份有限公司，
类型：发明
国别省市：