一種硅片晶向檢測(cè)方法及檢測(cè)裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出一種硅片晶向檢測(cè)方法及檢測(cè)裝置。根據(jù)本發(fā)明的一種方法：采取攝像裝置（包括光源，一個(gè)或多個(gè)攝像探頭）在不同角方向旋轉(zhuǎn)照射硅片并獲得相應(yīng)的反射強(qiáng)度，依此為感興趣的晶粒在極坐標(biāo)系中繪制出反射曲線；通過(guò)在反射曲線中標(biāo)識(shí)出像素亮度極值，來(lái)確定晶粒<111>正八面體的三個(gè)或更多個(gè)面的法向，進(jìn)而計(jì)算出所有正八面體法向量，由此就可計(jì)算出感興趣晶粒的晶向。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種娃片晶向檢測(cè)方法及檢測(cè)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及硅片晶向的檢測(cè)方法及檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能鑄淀多晶娃片晶粒一般在Icm左右,單張娃片晶粒數(shù)量在500個(gè)以上。晶粒之間因晶向的不同，對(duì)后續(xù)電池工藝的影響也不盡相同。如〈100〉晶向可通過(guò)堿制絨而獲得高捕光效果的金字塔絨面，而〈111〉晶向則只能通過(guò)酸制絨或其它各向同性的制絨方式來(lái)獲得絨面。不同的晶粒具有不同的晶向，不同的晶向擁有不同的絨面特性，繼而產(chǎn)生了不同的表面復(fù)合速率，影響著最終電池的性能參數(shù)。因此，通過(guò)對(duì)整張硅片晶向的準(zhǔn)確檢測(cè)和評(píng)估，有利于對(duì)電池制備工藝的優(yōu)化。然而依靠目前的技術(shù)水平，尚不能達(dá)到對(duì)整張硅片晶向準(zhǔn)確測(cè)量的效果。
[0003]目前的晶向檢測(cè)方法主要有三種:
[0004]I) X射線衍射技術(shù)(X-Ray diffraction，簡(jiǎn)稱(chēng)XRD)，其束斑直徑一般在幾個(gè)mm，每次只能對(duì)硅片的單個(gè)晶粒的晶向進(jìn)行測(cè)量，成本高，耗時(shí)非常長(zhǎng)，完全不能滿足行業(yè)的需要。
[0005]2)電子背散射衍射分析技術(shù)(Electron backscattered selectivediffraction，簡(jiǎn)稱(chēng)EBSD)，適合用于微區(qū)晶向檢測(cè)，可以用于面掃描，其空間分辨率可達(dá)
0.1ym,但是測(cè)量的范圍也僅僅限制在幾個(gè)cm2，不適合對(duì)全尺寸硅片進(jìn)行快速表征。
[0006]3)由本申請(qǐng)的 申請(qǐng)人:此前提出的旋轉(zhuǎn)臺(tái)反射法(CN103151283A，該專(zhuān)利文獻(xiàn)的全文通過(guò)援引方式加入本申請(qǐng)并作為說(shuō)明書(shū)公開(kāi)內(nèi)容的一部分)。該技術(shù)方案能夠?qū)崿F(xiàn)大面積樣品的晶向計(jì)算。CN103151283A公開(kāi)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)反射法已經(jīng)具備充分的產(chǎn)業(yè)實(shí)用性，但 申請(qǐng)人:在對(duì)其實(shí)施的過(guò)程中進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了以下尚可改進(jìn)之處:其計(jì)算方法為與標(biāo)準(zhǔn)晶向比對(duì)的方法，理論精度有限。
[0007]鑒于本領(lǐng)域的技術(shù)現(xiàn)狀，當(dāng)前光伏領(lǐng)域存在的迫切需求是:提供一種更為快速且精確的娃片晶向檢測(cè)技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明利用硅片晶向?qū)Ρ砻嫘蚊灿绊憣?dǎo)致其表面反射能力各向異性的特點(diǎn)，使用CCD成像技術(shù)捕獲硅片表面的晶粒反射強(qiáng)度與空間角度的關(guān)系，進(jìn)而利用光學(xué)和晶體學(xué)原理計(jì)算出晶粒所對(duì)應(yīng)的晶向。
[0009]本發(fā)明所利用的基本原理:用光源照射晶片表面的晶粒時(shí)，晶粒將反射光。通常，晶粒各個(gè)方向的反射強(qiáng)度不同，即呈現(xiàn)出反射能力各向異性。發(fā)明人經(jīng)研究后發(fā)現(xiàn)，晶粒之所以出現(xiàn)各個(gè)方向反射強(qiáng)度的不同，主要原因在于硅的〈111〉密排面在機(jī)械加工和腐蝕過(guò)程中更容易保留。參考圖3a，八個(gè)〈111〉密排面在空間組成一個(gè)正八面體?？紤]理想情況，假設(shè)對(duì)于硅片上任何晶粒，只有〈111〉面才能裸露在表面。則對(duì)于任意晶向的晶面A，其金字塔的形狀將如圖3b所示。各個(gè)〈111〉向量在以硅片表面為xoy平面的新坐標(biāo)系的向量表示如圖3c。其晶粒反射曲線的最強(qiáng)值將出現(xiàn)在如圖4c所示的法線方向，其二維形式如圖3d所示。
[0010]基于上述前提，可以進(jìn)行理論計(jì)算:只要得到圖3d中二維法向中的三個(gè)以上(含三個(gè))，即可組建如下方程組來(lái)重建四個(gè)法向量的三維形式:
[0011]Vi, Vj = cos(a。).Vi.Vj，aQ 為 70.53。或 109.47。
[0012]i, j={l, 2，3，4}，i 關(guān) j (式 I)
[0013]上述方程式組中，Vi,'表示八面體的面法向量。特征角度的取值就是八面體相鄰兩個(gè)面的夾角，這是基于硅的客觀晶格結(jié)構(gòu)可得的常量。上述示例中取值精確到小數(shù)點(diǎn)后第二位，但更高或更低的精度也是可以的。求解上述方程組并結(jié)合晶體的對(duì)稱(chēng)性質(zhì)，即可計(jì)算出所有正八面體法向量，由此就可計(jì)算出每個(gè)晶粒的晶向。還需說(shuō)明的是，由于八面體的對(duì)稱(chēng)性，因此只要利用式I重建出四個(gè)法向量即可。
[0014]因此，本發(fā)明提出一種方案:采取攝像裝置(包括光源，一個(gè)或多個(gè)攝像探頭)在不同角方向旋轉(zhuǎn)照射硅片并獲得相應(yīng)的反射強(qiáng)度，依此為感興趣的晶粒在極坐標(biāo)系中繪制出反射曲線；通過(guò)在反射曲線中標(biāo)識(shí)出像素亮度極值，來(lái)確定晶?！?11〉正八面體的三個(gè)或更多個(gè)面的法向，進(jìn)而計(jì)算出所有正八面體法向量，由此就可計(jì)算出感興趣晶粒的晶向。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出一種硅片晶向的檢測(cè)方法，包括:a)用包括光源的攝像裝置對(duì)放置在平臺(tái)上的硅片在不同旋轉(zhuǎn)角度下拍照，每次拍照后，使所述平臺(tái)和所述攝像裝置發(fā)生圍繞所述平臺(tái)主軸的角度為α的相對(duì)旋轉(zhuǎn)，并再次拍照，直至獲得η個(gè)旋轉(zhuǎn)角度下的圖像，η = 360/a ；b)對(duì)拍照得到的圖像進(jìn)行投影變換和配準(zhǔn)；c)針對(duì)所述硅片上的晶粒，獲取每一圖像上同一位置處的像素亮度，并按拍照時(shí)的累計(jì)旋轉(zhuǎn)角度排列，得到所述晶粒的晶粒反射曲線；d)在晶粒反射曲線中標(biāo)識(shí)出三個(gè)或更多個(gè)不同拍攝角度下的像素亮度極值；e)基于所確定的像素亮度極值，確定晶?！?11〉正八面體的三個(gè)或更多個(gè)面的法向；f)基于所確定的三個(gè)或更多個(gè)面的法向，結(jié)合晶粒正八面體的對(duì)稱(chēng)性質(zhì)，計(jì)算出所有八面體法向量；以及g)根據(jù)所計(jì)算的八面體法向量確定硅片上所述晶粒的晶向。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在前述方案的所述步驟f)中，基于所確定的三個(gè)或更多個(gè)面的法向，求解以下方程:
[0017]Vi, Vj = cos (α 0).Vi.Vj, i, j={l, 2，3，4}，i 關(guān) j
[0018]其中Vi, Vj表示八面體的面法向量，角度％為晶粒〈111〉正八面體的相鄰面的銳角夾角或鈍角夾角。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在前述方案中，所述攝像裝置包括一個(gè)或多個(gè)成像探頭，所述光源主軸和所述一個(gè)或多個(gè)成像探頭的各自主軸基本設(shè)置在相同角平面中。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在前述方案中，所述攝像裝置包括第一成像探頭和第二成像探頭，所述光源主軸、第一成像探頭主軸、第二成像探頭主軸基本設(shè)置在相同角平面中。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在前述方案中，所述第一成像探頭主軸和硅片表面的夾角Θ1為75°，所述第二成像探頭主軸和硅片表面的夾角Θ2為45°。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在前述方案的所述步驟a)中，利用第一成像探頭和第二成像探頭分別獲得第一組η個(gè)圖像和第二組η個(gè)圖像，在所述步驟c)中，基于第一組η個(gè)圖像得到第一晶粒反射曲線，基于第二組η個(gè)圖像得到第二晶粒反射曲線。[0023]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在前述方案的所述步驟d)中，當(dāng)在相同拍攝角度下從第一晶粒反射曲線和第二晶粒反射曲線中均標(biāo)識(shí)出像素亮度極值時(shí)，取亮度大者。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在前述方案中，還包括:確定第一成像探頭所在角平面角平面和第二成像探頭所在角平面的夾角Y，基于夾角Y校正第一晶粒反射曲線和第二晶粒反射曲線中的一者。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在前述方案的所述步驟c)中，所述晶粒反射曲線在極坐標(biāo)下繪出，極角和拍照時(shí)的累計(jì)旋轉(zhuǎn)角度對(duì)應(yīng)，極徑和像素亮度對(duì)應(yīng)。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在前述方案的所述步驟e)中，假定像素亮度極值出現(xiàn)在〈111〉八面體的裸露的面上的垂線方向。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在前述方案中，所述光源是漫反射光源。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在前述方案中，所述光源是LED平板光源。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在前述方案的所述步驟a)中:保持所述攝像裝置不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)所述平臺(tái)；或者保持所述平臺(tái)不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)所述攝像裝置。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在前述方案中，所述硅片是多晶硅片，所述方法包括:對(duì)多晶硅片上的每一個(gè)晶粒執(zhí)行步驟c) 一 g)以確定其晶向；將各個(gè)晶粒的晶向按角度歸類(lèi)統(tǒng)計(jì)；以及基于統(tǒng)計(jì)結(jié)果得到多晶硅片的晶向分布。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出一種硅片晶向的檢測(cè)裝置，包括:平臺(tái)，用于放硅片；包括光源的攝像裝置，用于對(duì)放置在所述平臺(tái)上的硅片拍照，所述平臺(tái)和所述攝像裝置的其中一者可相對(duì)于另一者發(fā)生圍繞所述平臺(tái)主軸的旋轉(zhuǎn)；圖像處理裝置，耦合于所述攝像裝置；以及控制單元，用于控制所述平臺(tái)、所述攝像裝置、和所述圖像處理裝置，實(shí)施前述的任一檢測(cè)方法。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出一種晶界類(lèi)型分析方法，包括:對(duì)硅片執(zhí)行前述的任一檢測(cè)方法，以獲得硅片上晶粒的晶向；基于所計(jì)算的晶向確定晶界類(lèi)型。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0033]包括附圖是為提供對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步的理解，它們被收錄并構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并與本說(shuō)明書(shū)一起起到解釋本發(fā)明原理的作用。附圖中:
[0034]圖1示出一種根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的晶向檢測(cè)裝置的示例結(jié)構(gòu)。
[0035]圖2a示出根據(jù)圖1的裝置所采集的原始圖像，圖2b示出對(duì)原始圖像進(jìn)行配準(zhǔn)后的圖像，圖2c示出硅片圖像排列的假想圖，圖2d示出根據(jù)圖2a的圖像而獲取的晶粒上某一點(diǎn)處的反射曲線(極坐標(biāo)系)。
[0036]圖3a示出八個(gè)〈111〉密排面在空間組成的正八面體，圖3b示出任意晶面上的示例金字塔形狀，圖3c示出晶粒反射曲線的最強(qiáng)值所出現(xiàn)的位置，圖3d示出圖3c中法線方向的二維表示。
[0037]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的晶向檢測(cè)方法的示例流程。
[0038]圖5示出根據(jù)實(shí)驗(yàn)例2分析得到的多晶硅表面的晶向分布情況。
【具體實(shí)施方式】
[0039]在以下的描述中，參考各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可在沒(méi)有一個(gè)或多個(gè)特定細(xì)節(jié)的情況下或者與其它替換和/或附加方法、材料或組件一起實(shí)施各實(shí)施例。在其它情形中，未示出或未詳細(xì)描述公知的結(jié)構(gòu)、材料或操作以免使本發(fā)明的各實(shí)施例的諸方面晦澀。類(lèi)似地，為了解釋的目的，闡述了特定數(shù)量、材料和配置，以便提供對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的全面理解。然而，本發(fā)明可在沒(méi)有特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施。此夕卜，應(yīng)理解附圖中示出的各實(shí)施例是說(shuō)明性表示且不一定按比例繪制。
[0040]示例晶向檢測(cè)裝置
[0041]參考圖1，其示出一種根據(jù)本發(fā)明的晶向檢測(cè)裝置的示例結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一個(gè)晶向檢測(cè)裝置，其通常設(shè)置在暗室內(nèi)，暗室內(nèi)壁為粗糙黑色表面，接近黑體為佳。該晶向檢測(cè)裝置包括:
[0042]I)水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)1，其可360°精確控制旋轉(zhuǎn)角度，其最小分辨率可為，例如，至少
0.1°，水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)I的分辨率決定最終晶向檢測(cè)的精度。硅片2可置于該旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，隨旋轉(zhuǎn)臺(tái)而旋轉(zhuǎn)。
[0043]2)第一成像探頭4-1和第二成像探頭4-2，其規(guī)格可為，例如，工業(yè)級(jí)單色圖像采集攝像頭，圖像的位深16位以上。第一成像探頭和第二成像探頭對(duì)著水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)I的中心(通常也就是待測(cè)硅片的中心)。
[0044]第一成像探頭4-1的主軸與娃片表面夾角為Θ I,且主軸交于娃片表面的中心點(diǎn)，在本實(shí)施例中，Θ I的推薦值為75°，但也可取其他適當(dāng)值。第二成像探頭4-2的主軸與硅片表面夾角為Θ 2,且主軸交于娃片表面的中心點(diǎn),在本實(shí)施例中，Θ 2的推薦值為45° ,但也可取其他適當(dāng)值。
[0045]假設(shè)成像探頭4-1和4-2的主點(diǎn)為Cl、C2。理想情況下，Cl、C2和旋轉(zhuǎn)中心O都在XOZ平面上。實(shí)際情況是安裝不太可能使之完全重合，ClOZ平面與C20Z平面總是存在一個(gè)小夾角Y。由于旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)精度很高(如前所述，最小分辨率可為0.1° )，因此在后續(xù)計(jì)算中，優(yōu)選情況下，需將小夾角Y作為校正因子考慮進(jìn)去。
[0046]3)光源3。光源3可以為平行光，也可為附圖中例示的漫反射光源。優(yōu)選實(shí)施例中，可使用LED平板光源，亮度穩(wěn)定，無(wú)頻閃。不同光源的反射圖譜有一定差異，但無(wú)礙于最終理論計(jì)算。
[0047]漫反射光源3的位置其實(shí)不需要很精確，唯一的要求是與C10Z、C20Z兩個(gè)平面都有交線。優(yōu)選的情況下,光源3主軸、第一成像探頭4-1主軸、第二成像探頭4-1主軸基本設(shè)置在相同角平面中。
[0048]4)某些實(shí)施方式中，本發(fā)明的主題包括上述的晶向檢測(cè)裝置和與其配套使用的暗室機(jī)構(gòu)。
[0049]示例晶向檢測(cè)方法
[0050]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可利用圖1所示的晶向檢測(cè)裝置來(lái)檢測(cè)硅片表面晶粒的晶向。結(jié)合圖4的流程，一個(gè)示例性的方法描述如下，需說(shuō)明的是，為便于理解，以下實(shí)施例給出了很多實(shí)施細(xì)節(jié)，但這些技術(shù)細(xì)節(jié)僅為示例之目的，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。同時(shí)，應(yīng)理解，并非所有技術(shù)細(xì)節(jié)都是實(shí)施本發(fā)明所必要的。
[0051]I)硅片準(zhǔn)備:硅片可為直接采用砂漿線切機(jī)制備的多晶硅片，也可將其放在堿溶液中制絨l-10min。制絨可使反射信號(hào)更明銳，但不是實(shí)施本發(fā)明所必須的。
[0052]2)圖像采集(410):水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)I每旋轉(zhuǎn)(例如，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn))一定小角度α，拍攝一張如圖2a所示的硅片照片，并標(biāo)識(shí)該照片拍攝時(shí)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的累計(jì)旋轉(zhuǎn)角度Φ。
[0053]φ = n X α
[0054]其中η為總共旋轉(zhuǎn)次數(shù)。旋轉(zhuǎn)角度α即為晶向計(jì)算的分辨率，一般要求小于或等于0.1°。以旋轉(zhuǎn)角度0.1°為例，旋轉(zhuǎn)一周后將獲得3600張帶有累計(jì)角度標(biāo)識(shí)的硅片照片。關(guān)于圖2a，還需說(shuō)明的是，晶粒在大部分角度下是較暗的，只有在處于特征角度時(shí)才會(huì)很亮，并與周邊產(chǎn)生較大對(duì)比，這在照片中即顯示為高亮部分。
[0055]3)圖像畸變校正和圖像配準(zhǔn)(420):由于鏡頭可能存在畸變，因此需要根據(jù)相機(jī)內(nèi)外參數(shù)對(duì)圖片進(jìn)行畸變校正。因成像探頭4-1和4-2的主軸與硅片2表面的夾角遠(yuǎn)偏離90°，因此需要將所拍攝的照片需要投影變換并進(jìn)行配準(zhǔn)，轉(zhuǎn)化為圖2b的正向俯視圖，再進(jìn)行后續(xù)計(jì)算。因示例的硅片2為規(guī)則正方形，因此在投影變換后，只需將圖形順時(shí)針旋轉(zhuǎn)φ即可完成配準(zhǔn)。
[0056]4)反射曲線獲取(430):對(duì)于每個(gè)感興趣的晶粒，獲取其在所拍得的各個(gè)圖像上的亮度。例如，在圖上拾取感興趣晶粒上的一點(diǎn)，返回其坐標(biāo)(Xtl, %)。取出每一張圖片位于(x0,y0)處像素點(diǎn)的亮度，并按累計(jì)旋轉(zhuǎn)角度φ將其排列，得到數(shù)組οη即為晶粒反射曲線。將0?在極坐標(biāo)下繪出，如圖2d所示。該反射曲線的意義為不同角方向下晶粒的光反射強(qiáng)度。
[0057]由于本實(shí)施例中采用了兩個(gè)成像探頭4-1和4-2，每個(gè)成像探頭得到拍到一組圖像?？筛鶕?jù)兩組圖像分別獲取 兩個(gè)反射曲線。此外，如果ClOZ平面與C20Z平面存在的小夾角Y相對(duì)于旋轉(zhuǎn)角度α是不可忽略的，則需利用該夾角Y來(lái)校正兩個(gè)反射曲線中的一個(gè)。
[0058]5)從反射曲線中標(biāo)識(shí)出像素亮度極值(440):從步驟4)所獲得的反射曲線中標(biāo)識(shí)出像素亮度極值(表示最強(qiáng)的晶粒反射)和對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度。像素亮度極值通常對(duì)應(yīng)于圖2d中的尖峰部分。本優(yōu)選實(shí)施例中使用兩個(gè)攝像探頭獲得兩個(gè)反射曲線，因此在每個(gè)反射曲線均標(biāo)識(shí)像素亮度極值。如前所述，需要至少3個(gè)不同旋轉(zhuǎn)角度的像素亮度極值，因此使用兩個(gè)攝像探頭可確保拍攝到足夠多的像素亮度極值。如果相同旋轉(zhuǎn)角度下從兩個(gè)反射曲線中均標(biāo)識(shí)出像素亮度極值時(shí)，可取亮度大者。
[0059]6)基于所確定的像素亮度極值，確定晶粒正八面體的三個(gè)或更多個(gè)面的法向(450)；
[0060]7)基于所確定的三個(gè)或更多個(gè)面的法向，結(jié)合晶粒正八面體的對(duì)稱(chēng)性質(zhì)，計(jì)算出所有八面體法向量(460);以及
[0061]8)根據(jù)所計(jì)算的八面體法向量確定感興趣晶粒的晶向(470)。
[0062]至此已獲得感興趣晶粒的晶向。如果待測(cè)娃片是多晶娃片，可對(duì)娃片表面的每一個(gè)晶粒執(zhí)行步驟4) - 8)，將各個(gè)晶粒的晶向按角度歸類(lèi)，從而得到整個(gè)多晶硅片的晶向分布。
[0063]上述方法步驟的編號(hào)僅為描述之便，并不意味著各步驟一定要依此順序先后實(shí)施。例如，步驟2)中的圖像采集和步驟3)中的圖像畸變校正和圖像配準(zhǔn)，是可以同時(shí)進(jìn)行的。
[0064]本發(fā)明的變化例
[0065]上述方法僅是實(shí)施本發(fā)明的諸多實(shí)施例中的一種。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明存在多種變型。
[0066]變化例1:上述晶向檢測(cè)裝置和晶向檢測(cè)方法的實(shí)施例中，攝像裝置包括兩個(gè)攝像探頭。使用兩個(gè)攝像探頭可確保拍攝到足夠多的像素亮度極值。但本發(fā)明也涵蓋了僅使用一個(gè)攝像探頭的實(shí)施方式。相比于上述實(shí)施例中兩個(gè)攝像頭的方案，使用一個(gè)攝像探頭可能會(huì)降低對(duì)于像素亮度極值/法向的識(shí)別率。但如前所述的，本發(fā)明只需識(shí)別出三個(gè)法向即可計(jì)算出八面體的全部法向量，因此單攝像探頭盡管對(duì)識(shí)別率有所折衷，但依然是可行的。(此處嘗試覆蓋單相機(jī)方案)
[0067]同理，本發(fā)明的變型也包括使用多個(gè)(3個(gè)以上)攝像探頭的方案，這可以進(jìn)一步提高識(shí)別率。
[0068]變化例2:本發(fā)明提供了高速且準(zhǔn)確的晶向檢測(cè)結(jié)果?；谠摍z測(cè)結(jié)果可以有很多擴(kuò)展應(yīng)用，包括:基于所檢測(cè)的晶向來(lái)確定晶界類(lèi)型。
[0069]變化例3:上述實(shí)施例中，光源3和攝像探頭4-1、4-2固定，而水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)I旋轉(zhuǎn)。與之相反，如果采用固定的平臺(tái)，以及可旋轉(zhuǎn)的光源和探頭，也是可行的。更具體地說(shuō)，只要平臺(tái)和光源之間發(fā)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)，都屬于本發(fā)明的范疇。
[0070]本發(fā)明同時(shí)涵蓋對(duì)應(yīng)的晶向檢測(cè)裝置。根據(jù)本發(fā)明的示例晶向檢測(cè)裝置，還可包括專(zhuān)門(mén)的控制器，用于根據(jù)上述的方法實(shí)施例來(lái)操作水平旋轉(zhuǎn)臺(tái)1、光源3、探頭4-1、4_2以拍得多晶硅片的圖像。該控制器還可具備對(duì)所拍得的圖像進(jìn)行數(shù)字處理(圖像畸變校正、圖像配準(zhǔn)、反射曲線獲取、像素亮度極值標(biāo)識(shí)、八面體法向量計(jì)算等)以得出最終檢測(cè)結(jié)果的能力。
[0071]實(shí)駘例I
[0072]實(shí)驗(yàn)例I將本發(fā)明的方法用于檢測(cè)具有已知標(biāo)準(zhǔn)晶向的硅片，以驗(yàn)證本發(fā)明檢測(cè)方法的準(zhǔn)確性。以下給出實(shí)驗(yàn)例I的步驟以及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[0073]1.將一塊IcmX 2cm標(biāo)準(zhǔn)的商用〈100〉晶向小硅片放入2.5%體積濃度的KOH溶液中腐蝕3分鐘；
[0074]2.如圖2a中的方框所示，將其置于旋轉(zhuǎn)臺(tái)上并采集感興趣的晶粒點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)曲線；
[0075]3.獲得旋轉(zhuǎn)曲線后，獲取其極值所在角度，并按式I求解其(111)面法向量，可得到該點(diǎn)晶粒的晶向指數(shù)向量為〈0.990.0120.021〉，與標(biāo)準(zhǔn)〈100〉晶向角度差小于1.5°。
[0076]實(shí)駘例2
[0077]實(shí)驗(yàn)例2將本發(fā)明的方法用于檢測(cè)多晶硅片的整個(gè)表面，確定各晶粒的晶向，從而了解整個(gè)多晶硅片表面的晶向分布情況。
[0078]以下給出實(shí)驗(yàn)例2以及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[0079]1.將碳化硅砂漿切割多晶硅片放入2.5%體積濃度的KOH溶液中腐蝕3分鐘；
[0080]2.將腐蝕后的硅片放到圖1裝置上進(jìn)行光學(xué)測(cè)量，其中旋轉(zhuǎn)臺(tái)步進(jìn)角度0.1 ；
[0081]3.用數(shù)字圖像處理方法獲得所有晶粒的反射圖譜；
[0082]4.將反射圖譜按式I進(jìn)行晶向計(jì)算，得到所有晶粒的精確晶向。為方便統(tǒng)計(jì)，將各個(gè)晶向按角度將其歸并為7類(lèi)，可得到如圖5所示的晶向分布，以及以下表I所示的晶向分布量化統(tǒng)計(jì)。
[0083]表1.實(shí)驗(yàn)例2各種晶向所占比例
[0084]<100> |<110> |<111> |<124> |<205> |<113> |<122>~
35.9% 3.6%~ 27.5% 8.5%~ 7.6% 0.4%~16.5%~
_5] 技術(shù)效果
[0086]本發(fā)明使用光學(xué)成像和數(shù)字圖像處理技術(shù)，定量分析了多晶硅片各向異性的反射規(guī)律，并將規(guī)律結(jié)合晶體學(xué)的基本原理，可以計(jì)算硅片中晶粒的精確晶向。根據(jù)精度的不同，整個(gè)檢測(cè)過(guò)程耗時(shí)10分鐘左右，相比于現(xiàn)有技術(shù)，在準(zhǔn)確度和速度方面均有提升。
[0087]以上描述了本發(fā)明的若干實(shí)施例。然而，本發(fā)明可具體化為其它具體形式而不背離其精神或本質(zhì)特征。所描述的實(shí)施例在所有方面都應(yīng)被認(rèn)為僅是說(shuō)明性而非限制性的。因此，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書(shū)而非前述描述限定。落入權(quán)利要求書(shū)的等效方案的含義和范圍內(nèi)的所有改變被權(quán)利要求書(shū)的范圍所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種硅片晶向的檢測(cè)方法，包括: a)用包括光源的攝像裝置對(duì)放置在平臺(tái)上的硅片在不同旋轉(zhuǎn)角度下拍照，每次拍照后，使所述平臺(tái)和所述攝像裝置發(fā)生圍繞所述平臺(tái)主軸的角度為α的相對(duì)旋轉(zhuǎn)，并再次拍照，直至獲得η個(gè)旋轉(zhuǎn)角度下的圖像，η = 360/α ； b)對(duì)拍照得到的圖像進(jìn)行投影變換和配準(zhǔn)； c)針對(duì)所述硅片上的晶粒，獲取每一圖像上同一位置處的像素亮度，并按拍照時(shí)的累計(jì)旋轉(zhuǎn)角度排列，得到所述晶粒的晶粒反射曲線； d)在晶粒反射曲線中標(biāo)識(shí)出三個(gè)或更多個(gè)不同拍攝角度下的像素亮度極值； e)基于所確定的像素亮度極值，確定晶?！?11〉正八面體的三個(gè)或更多個(gè)面的法向； f)基于所確定的三個(gè)或更多個(gè)面的法向，結(jié)合晶粒正八面體的對(duì)稱(chēng)性質(zhì)，計(jì)算出所有八面體法向量；以及 g)根據(jù)所計(jì)算的八面體法向量確定硅片上所述晶粒的晶向。
2.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)方法，其特征在于，在所述步驟f)中，基于所確定的三個(gè)或更多個(gè)面的法向 ，求解以下方程:
Vi, Vj = COS (α 0).Vi.Vj, i, j={l, 2，3，4}，i 關(guān) j 其中W表示八面體的面法向量，角度a ^為晶粒〈111〉正八面體的相鄰面的銳角夾角或鈍角夾角。
3.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)方法，其特征在于，所述攝像裝置包括一個(gè)或多個(gè)成像探頭，所述光源主軸和所述一個(gè)或多個(gè)成像探頭的各自主軸基本設(shè)置在相同角平面中。
4.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)方法，其特征在于，所述攝像裝置包括第一成像探頭和第二成像探頭，所述光源主軸、第一成像探頭主軸、第二成像探頭主軸基本設(shè)置在相同角平面中。
5.如權(quán)利要求4所述的檢測(cè)方法，其特征在于，所述第一成像探頭主軸和硅片表面的夾角Θ1為75°，所述第二成像探頭主軸和硅片表面的夾角Θ2為45°。
6.如權(quán)利要求4所述的檢測(cè)方法，其特征在于， 在所述步驟a)中，利用第一成像探頭和第二成像探頭分別獲得第一組η個(gè)圖像和第二組η個(gè)圖像，在所述步驟c)中，基于第一組η個(gè)圖像得到第一晶粒反射曲線，基于第二組η個(gè)圖像得到第二晶粒反射曲線。
7.如權(quán)利要求6所述的檢測(cè)方法，其特征在于，在所述步驟d)中，當(dāng)在相同拍攝角度下從第一晶粒反射曲線和第二晶粒反射曲線中均標(biāo)識(shí)出像素亮度極值時(shí)，取亮度大者。
8.如權(quán)利要求4中任一項(xiàng)所述的檢測(cè)方法，其特征在于，還包括:確定第一成像探頭所在角平面角平面和第二成像探頭所在角平面的夾角Y，基于夾角Y校正第一晶粒反射曲線和第二晶粒反射曲線中的一者。
9.如權(quán)利要求1一 8中任一項(xiàng)所述的檢測(cè)方法，其特征在于，在所述步驟c)中，所述晶粒反射曲線在極坐標(biāo)下繪出，極角和拍照時(shí)的累計(jì)旋轉(zhuǎn)角度對(duì)應(yīng)，極徑和像素亮度對(duì)應(yīng)。
10.如權(quán)利要求1一 8中任一項(xiàng)所述的檢測(cè)方法，其特征在于，在所述步驟e)中，假定像素亮度極值出現(xiàn)在〈111〉八面體的裸露的面上的垂線方向。
11.如權(quán)利要求1一 8中任一項(xiàng)所述的檢測(cè)方法，其特征在于，所述光源是漫反射光源。
12.如權(quán)利要求1一 8中任一項(xiàng)所述的檢測(cè)方法，其特征在于，所述光源是LED平板光源。
13.如權(quán)利要求1一 8中任一項(xiàng)所述的檢測(cè)方法，其特征在于，在所述步驟a)中: 保持所述攝像裝置不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)所述平臺(tái)；或者 保持所述平臺(tái)不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)所述攝像裝置。
14.如權(quán)利要求1一 8中任一項(xiàng)所述的檢測(cè)方法，其特征在于，所述硅片是多晶硅片，所述方法包括: 對(duì)多晶硅片上的每一個(gè)晶粒執(zhí)行步驟c) - g)以確定其晶向； 將各個(gè)晶粒的晶向按角度歸類(lèi)統(tǒng)計(jì)；以及 基于統(tǒng)計(jì)結(jié)果得到多晶硅片的晶向分布。
15.一種硅 片晶向的檢測(cè)裝置，包括: 平臺(tái)，用于放硅片； 包括光源的攝像裝置，用于對(duì)放置在所述平臺(tái)上的硅片拍照，所述平臺(tái)和所述攝像裝置的其中一者可相對(duì)于另一者發(fā)生圍繞所述平臺(tái)主軸的旋轉(zhuǎn)； 圖像處理裝置，耦合于所述攝像裝置；以及 控制單元，用于控制所述平臺(tái)、所述攝像裝置、和所述圖像處理裝置，實(shí)施權(quán)利要求1 - 14中任一項(xiàng)所述的檢測(cè)方法。
16.一種晶界類(lèi)型分析方法，包括: 對(duì)硅片執(zhí)行如權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的方法，以獲得硅片上晶粒的晶向； 基于所計(jì)算的晶向確定晶界類(lèi)型。
【文檔編號(hào)】H01L21/66GK103928363SQ201410146800
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】付少永, 熊震 申請(qǐng)人:常州天合光能有限公司