(57)【要約】  少なくとも１つの半導体光電池またはモジュールを製造し半導体材料を分類する方法（３００）が開示される。一実装形態（５００）において、この方法は、製造工程の複数の段階（３１２〜３２４）各々においてウェーハをルミネセンス撮像するステップと、同じウェーハに関する撮像ステップから獲得される少なくとも２つの画像を比較して製造工程によって誘起された障害の発生または増大を識別するステップと、を含む。所定の許容レベルを超えるプロセス誘起の障害が識別されまたは障害が修復され得る場合には、ウェーハは製造工程（３１０）から除去され（３５１〜３５６）、またはウェーハはその特性に適合する別の製造工程に渡される。別の実装形態において、この方法は半導体材料を分類するステップを含む。例えば、少なくとも２つのウェーハを用意し、各ウェーハのルミネセンス画像を獲得し、画像を比較してウェーハの電気的構造の類似性を判定し、所定のレベルの電気的構造の類似性を有するウェーハを同じ系統にグループ化する。本発明の方法は、様々な形の機械的、電気的、および外見上の異常を判定するのに適する。
2010537434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの半導体光起電力素子を製造する方法であって、
半導体光起電力素子製造工程の少なくとも１つの段階と関連付けられる少なくとも１つの半導体ウェーハの複数の画像を獲得するステップと、
前記画像のうちの少なくとも２つの画像を比較して障害の発生または増大を識別するステップと、
識別された障害の発生または増大が所定の許容レベルを超えるか否かを判定するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
前記素子はウェーハ、光電池または光電池モジュールである請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記画像はルミネセンス画像である請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記障害の発生または増大は、ウェーハ生産からモジュール生産までの前記製造工程の１つまたは複数の段階によって誘起される前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記識別された障害が所定の許容レベルを超える場合、前記ウェーハが廃棄され、前記障害が修正され、かつ／または前記ウェーハが前記製造工程に戻される前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも２つの画像は、前記製造工程の異なる位置で撮られた１つのウェーハの画像である前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つのウェーハの撮像が、前記製造工程の一段階の前および／または後に行われる前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも１つのウェーハの撮像が、前記製造工程の複数の段階において撮られる前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも２つの画像は、電気的構造が十分に類似する２つのウェーハの前記製造工程の１つの位置で撮られた画像である前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記ウェーハは、同じ原材料に由来し、元来隣接する、前記原材料から連続して得られたものである請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ウェーハは、元来隣接する、前記原材料から連続して得られたものである請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ウェーハは多結晶シリコンで形成されている前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記障害は、ウェーハ、光電池または光電池モジュールにおける機械的、電気的または外見上の障害の１つまたは複数を含む前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記障害は、前記シリコンウェーハのクラック、分路または汚染を含む前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記画像各々を処理して前記ウェーハにおける障害の発生に関連する尺度を獲得するステップをさらに含む前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記処理するステップは、前記ウェーハの画像の空間的特徴を検出するステップと、前記ウェーハの少なくとも２つの画像からの空間的特徴情報を比較して、発生しているまたは変化している空間的特徴を明らかにするステップと、を含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記空間的特徴は、エッジ、線、粒界および転位線のいずれかである請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
各ウェーハの画像各々に対してパターン認識を行うステップをさらに含む前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
（ｉ）前記ウェーハの前記画像の少なくとも部分を位置合わせするステップと、
（ｉｉ）前記ウェーハまたは電池における障害の発生または増大とは実質的に無関係である前記位置合わせされた部分の電気的構造の類似性の尺度を求めるステップと、
（ｉｉｉ）前記尺度を所定の閾値と比較して、障害の発生または増大の正確な識別の確率が所定のレベルを超えるか否かを確定するステップと、
（ｉｖ）ステップ（ｉ）から（ｉｉｉ）において使用されるのと同じ位置合わせを使用して、前記位置合わせされた部分に対して、または前記画像のより大きいもしくはより小さい部分に対して実行される数学的演算による解析画像を生成するステップと、
（ｖ）前記解析画像からのデータと所定の閾値または分布との比較、前記解析画像に対して行われるパターン認識、またはデータの比較及びパターン認識の両方の組み合わせに基づいて障害の発生または増大を識別するステップと、
をさらに含む請求項１７または１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
（ｉ）前記ウェーハの前記画像の少なくとも部分を位置合わせするステップと、
（ｉｉ）前記ウェーハまたは電池における障害の発生または増大とは実質的に無関係である前記位置合わせされた部分の電気的構造の類似性の尺度を求めるステップと、
（ｉｉｉ）ステップ（ｉ）から（ｉｉ）において使用されるのと同じ位置合わせを使用して、前記位置合わせされた部分に対して、または前記画像のより大きいもしくはより小さい部分に対して実行される数学的演算による解析画像を生成するステップと、
（ｉｖ）前記解析画像からのデータと所定の閾値または分布との比較、前記解析画像に対して行われるパターン認識、またはデータの比較及びパターン認識の両方の組み合わせに基づいてプロセス誘起の障害の発生または増大を識別するステップと、
（ｖ）前記位置合わせされた部分の電気的構造の類似性の尺度、識別された障害のサイズの種類、およびこれらの量に関連するデータベース、行列またはルックアップテーブルを使用して、前記障害の識別が正確である確率を計算するステップと、
（ｖｉ）前記計算された確率を所定の最小閾値と比較するステップと、
をさらに含む請求項１７または１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
前記ステップ（ｉ）は、
（ａ）前記部分を正規化するステップと、
（ｂ）所定の空間変換パラメータに基づいて前記正規化された部分の１つまたは複数を空間変換するステップと、
（ｃ）前記変換された正規化部分から差分画像を求めるステップと、
（ｄ）前記差分画像の強度値のヒストグラムを計算し、前記ヒストグラムで与えられる分布の幅の尺度を求めるステップと、
（ｅ）ステップ（ａ）から（ｄ）を、前記幅の最小値を見つけるように設計されたアルゴリズムによって求められる前記空間変換パラメータの代替の値を用いて、前記尺度が所定の基準に従って最小化されるまで繰り返すステップと、
を含む請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項２２】
ステップ（ｉｉ）は、
（ｆ）前記位置合わせされた部分を正規化するステップと、
（ｇ）前記位置合わせされた画像から差分画像を獲得するステップと、
（ｈ）前記差分画像の強度値のヒストグラムを計算し、前記ヒストグラムで与えられる分布の幅の尺度を求めるステップと、
を含み、前記ヒストグラムで与えられる分布の幅の尺度は、前記位置合わせされた部分の前記電気的構造の類似性に逆相関する請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記画像は、前記ウェーハの少なくとも１つの光ルミネセンス画像を含む前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記ウェーハの少なくとも１つのエレクトロルミネセンス画像を含む前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
前記画像は、異なるウェーハの同じ面を撮像することによって獲得される前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記画像は、ウェーハの前面画像および裏面画像を含む前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
前記製造工程は光電池モジュール製造を含み、前記画像は、前記モジュール製造の工程の一段階において撮られる少なくとも１つのルミネセンス画像を含む前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
光電池製造工程の各段階と関連付けられる障害の発生および／または増大の統計を求めることで、前記各段階の性能のレベルを評価するステップをさらに含む前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
撮像は、前記製造工程の以下の各段階、
（ｉ）前記製造の開始の前、
（ｉｉ）前記ウェーハが原材料から製造された直後、
（ｉｉｉ）前記ウェーハの最初のソーダメージエッチングの後、
（ｉｖ）最初のソーダメージエッチングとエミッタ拡散との間、
（ｖ）エミッタ拡散とシリコン窒化膜の堆積との間、
（ｖｉ）シリコン窒化膜堆積と前記ウェーハ上の金属接点のスクリーン印刷との間、
（ｖｉｉ）前記ウェーハ上の金属接点のスクリーン印刷と前記ウェーハの熱処理との間、
（ｖｉｉｉ）光電池製造の完了時および光電池を光電池モジュールに組み込む前、
の少なくとも１つにおいて行われる前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
前記ウェーハは、原材料のブロックから前記ウェーハを切り出すことによって作られる前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
前記ウェーハは押し出し成形によって作られる前記請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
光電池およびモジュールの製造工程を分析する方法であって、
半導体光電池またはモジュールの製造工程の少なくとも１つの段階と関連付けられる少なくとも１つの半導体ウェーハの複数の画像を獲得する段階と、
前記画像のうちの少なくとも２つの画像を比較して、前記製造工程の特定の段階における前記ウェーハ内の障害の発生または増大を識別する段階と、
前記製造工程の段階各々と関連付けられる障害の発生または増大のデータを照合する段階と、
必要に応じて、前記段階に是正措置を適用する段階と、
を含む方法。
【請求項３３】
半導体材料サンプルを分類する方法であって、
前記半導体材料のサンプルの複数の画像を獲得するステップと、
前記画像のうちの少なくとも２つの画像を比較して、前記半導体材料サンプルの電気的構造の類似性の尺度を提供するステップと、
所定のレベルの電気的構造の類似性を有する前記半導体材料サンプルを同じ系統に由来するものとして分類するステップと、
を含む方法。
【請求項３４】
光起電力素子を製造する工程において適用される請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
製造工程の前、または製造工程の間に使用される請求項３３または３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記半導体材料はシリコンウェーハである請求項３３から３５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３７】
前記半導体材料は、光電池内に含まれ、または光電池になるように加工される請求項３３から３６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３８】
前記半導体材料は、光電池モジュール内に含まれ、または光電池モジュールになるように加工される請求項３３から３７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３９】
前記画像はルミネセンス画像である請求項３３から３８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４０】
前記電気的構造は、エッジ、線、粒界、および転位線のうちのいずれかである空間的特徴である請求項３３から３９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４１】
半導体材料を分類する方法であって、
半導体材料のサンプルの電気的特性を、前記サンプルの画像を獲得することによって判定するステップと、
複数の半導体サンプルの各獲得画像を比較するステップと、
前記比較を分析して、前記サンプルの前記電気的特性の類似性を判定するステップと、
それによって、前記電気的特性が所定の変動範囲内に入るサンプルを系統にグループ化することを可能にするステップと、
を含む方法。
【請求項４２】
前記サンプルは、ウェーハ、リボンウェーハ、ブロック、薄膜、光電池、または光電池モジュールである請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記サンプルは同じ原料からのものである請求項４１または４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記サンプルは異なる原料からのものである請求項４１または４２に記載の方法。
【請求項４５】
同じ系統からのサンプルが固有の特徴を判定するための更なる処理を受ける請求項４１から４４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４６】
前記固有の特徴は、前記サンプルの電気的、機械的、または外見上の異常を含む請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記固有の特徴は、前記サンプルのクラック、分路、汚染といった障害を含む請求項４５または４６に記載の方法。
【請求項４８】
原材料からシリコンウェーハを形成し、光電池またはモジュールを形成するように加工するための複数の段階を有する光起電力素子のための製造システムであって、
製造工程の前及び製造工程の間に、ウェーハの複数の画像を取り込むように構成された撮像装置と、
前記画像のうちの少なくとも２つの画像を比較、分析して、前記ウェーハにおける障害の発生または増大を識別し、前記障害が所定の許容レベルを超えるか否かを判定するように構成されたプロセッサと、
を備えるシステム。
【請求項４９】
前記光起電力素子は、ウェーハ、光電池または光電池モジュールのうちのいずれか１つである請求項４８に記載の製造システム。
【請求項５０】
請求項１から４７のいずれか１項に記載の方法を実行させる、または請求項４８および４９に記載のシステムを動作させるように構成されたコンピュータ可読プログラムコードを有するコンピュータで使用可能な媒体を備える製造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、シリコンウェーハ、光電池および光電池モジュールの製造に関し、詳細には、原材料からのシリコンウェーハの生産、ならびに光電池およびモジュールの製造に際して生じる問題および障害に関する。シリコン光電池の場合、この問題は、光電池製造に多結晶シリコンが使用されるときに最も顕著である。しかし、単結晶シリコン光電池の製造に際しても、この問題は顕在化し、本明細書で開示する装置が使用され得る。本発明は、クラックの検出だけに限定されるものではない。クラックは、経済的に重大な、製造工程により誘起される障害の例である。また、（Ｐ−Ｎ接合を貫通する金属「スパイキング（ｓｐｉｋｉｎｇ）」などによって生じる）局所的分路や、ウェーハ汚染といった他の障害も、本発明の方法によって検出され得る。
【０００２】
本明細書全体を通じて従来技術を論じる場合、それは、そのような従来技術が広く知られており、または当分野における一般的知識の一部を形成すると認めるものとみなすべきではない。
【背景技術】
【０００３】
シリコンウェーハ技術といった特定の半導体技術を使用した光電池および光電池モジュールの製造は、いくつかの段階を伴う。シリコンウェーハ製造、光電池製造および光電池モジュール製造においては、製造品質管理に使用される標準の光学的検査法による検出が困難な障害が、ウェーハ、完成品の電池またはモジュールに導入され得る。さらに、既存の障害が光電池およびモジュールの製造ステップの間に増大する可能性があり、光電池製造時のウェーハや、モジュール製造時、あるいは潜在的に、モジュールがインストールされ、昼夜熱サイクルといった物理的応力を被った後の完成品の光電池に、重大な損傷をもたらし得る。例えば、クラックはどんな段階にも発現し得るが、おそらく最悪の場合は、そのようなクラックや他の障害が、光電池製造の最終電気試験段階では電気的出力の著しい低下を生じず、そのようなクラックを含む電池が他の光電池と共に光電池モジュールに形成されたときに、破損が生じる場合である。これは、関与する特定のウェーハのみならず、その光電池モジュール全体も損なうおそれがある。よって、クラックの形成またはその他の障害や、シリコンウェーハ、光電池の加工および製造の各段階ならびにその後に行われるそうした電池を使用した光電池モジュールの製造による障害が大きくなる可能性は、大きな問題である。
【０００４】
世界規模でのシリコンの不足により、光電池製造では、ウェーハの厚さを低減することを余儀なくされている。このため、クラックの生成および成長による電池破損率が増大する可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、従来技術の欠点の少なくとも１つを克服または改善し、あるいは有益な代替技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
文脈で特に必要としない限り、本明細書および特許請求の範囲全体を通して、「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」などの語は、排他的、または網羅的意味としてではなく包含的意味、すなわち、「〜を含むがそれだけに限らない」という意味に解釈されるべきである。
【０００７】
一般的態様において、本発明は、少なくとも１つの半導体光起電力素子を製造する方法であって、
半導体光起電力素子製造工程の少なくとも１つの段階と関連付けられる少なくとも１つの半導体ウェーハの複数の画像を獲得するステップと、
前記画像のうちの少なくとも２つの画像を比較して障害の発生または増大を識別するステップと、
そのような識別された障害の発生または増大が所定の許容レベルを超えるか否かを判定するステップと、
を含む方法を提供する。
【０００８】
好ましくは、各画像はルミネセンス（ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）画像である。これらの画像は、ウェーハが工程に留まるのに十分な品質のものであるか否かを判定するための、障害、特にプロセス誘起の障害の発生または増大の識別を可能にする。しかし、障害の発生または増大が所定の許容レベルを超える場合、オペレータは、そのウェーハを廃棄し、その障害を修正する必要があると判断し、かつ／または引き続き製造するためにそのウェーハを戻すことができる。
【０００９】
少なくとも２つの画像は、製造工程において、例えば、製造工程の一段階の前および／または後などに、異なる位置において撮られる１つのウェーハの画像とすることができる。あるいは、少なくとも２つの画像は、製造工程の１つの位置において撮られる、電気的構造が十分に類似している２つのウェーハの画像である。そのような２つのウェーハは、好ましくは、同じ原材料に由来するもの、例えば、元来隣接する、同じ原材料から連続して得られたウェーハなどとして分類される。
【００１０】
代替の実施形態では、撮像は、製造工程の一段階の前および／または後に、１つのウェーハに対して行われ得る。
【００１１】
前述の方法は、ウェーハに、そのウェーハから製造される光電池またはモジュールの性能不良を生じさせ得る障害があるか否かを判定する信頼できる機構を提供する。
【００１２】
本出願によって識別され得る障害には、ウェーハ、光電池または光電池モジュールにおける任意の機械的障害、電気的障害、および外見上の障害さえもが含まれる。特に、このプロセスは、シリコンウェーハのクラック、分路または汚染の位置を特定することができる。
【００１３】
撮像は、ウェーハが最初に、すなわち、原材料のブロックから切り出すことによって、または押し出し成形によって生産されるときから、製造工程のどの時点においても行うことができる。
【００１４】
また、各プロセスは、光電池製造工程の各段階と関連付けられる障害の発生および／または増大の統計を求めるのにも使用され得る。当業者に理解されるように、この技法は、各段階の性能レベルを評価し、必要な場合には、その段階に是正措置を講じるのに、非常に役立つ。
【００１５】
また、当業者には、撮像が、製造工程の各段階においても、工程全体を通しても行われ得ることも理解されるであろう。詳細には、撮像は、少なくとも、製造工程の以下の各段階において行われ得る。
（ｉ）製造の開始の前、
（ｉｉ）ウェーハが原材料から製造された直後、
（ｉｉｉ）ウェーハの最初のソーダメージエッチングの後、
（ｉｖ）最初のソーダメージエッチングとエミッタ拡散との間、
（ｖ）エミッタ拡散とシリコン窒化膜堆積との間、
（ｖｉ）シリコン窒化膜堆積とウェーハ上の金属接点のスクリーン印刷との間、
（ｖｉｉ）ウェーハ上の金属接点のスクリーン印刷とウェーハの熱処理との間、
（ｖｉｉｉ）光電池製造の完了時、および光電池の光電池モジュールへの組み込みの前。
【００１６】
第２の態様において、本発明は、光電池およびモジュールの製造工程を分析する方法であって、
半導体光電池またはモジュールの製造工程の少なくとも１つの段階と関連付けられる少なくとも１つの半導体ウェーハの複数の画像を獲得するステップと、
前記画像のうちの少なくとも２つの画像を比較して、製造工程の特定の段階における前記ウェーハ内の障害の発生または増大を識別するステップと、
製造工程の各段階と関連付けられる障害の発生または増大のデータを照合するステップと、
必要に応じて、前記段階に是正措置を適用するステップと、
を含む方法を提供する。
【００１７】
第３の態様において、本発明は、原材料からシリコンウェーハを形成し、光電池またはモジュールを形成するように加工するための複数の段階を有する光起電力素子のための製造システムであって、
前記製造工程の前と前記製造工程の間とに、ウェーハの複数の画像を取り込むように構成された撮像装置と、
前記画像のうちの少なくとも２つの画像を比較、分析して、ウェーハにおける障害の発生または増大を識別し、前記障害が所定の許容レベルを超えるか否かを判定するように構成されたプロセッサと、
を備えるシステムを提供する。
【００１８】
ウェーハの撮像は光ルミネセンス（ＰＬ）撮像であるが、ウェーハ上の金属接点の形成の後に続くステップ（すなわち、光電池の実際の形成）におけるエレクトロルミネセンス（ＥＬ）撮像も使用され得る。完成品の電池については、ＥＬが可能であり、より安くつくが、普通は、ＰＬが多少良好な結果をもたらす。モジュール内の電池については、ＥＬがより実際的であり、安くつく。これらの監視装置は、ＰＬまたはＥＬ画像において生じる大量の構造の間で、電気的に活性な結晶粒境界、変動性の高い電気的品質の結晶粒、および結晶欠陥や不純物などによる電気的品質が不良な領域からクラックを容易に見分けられない多結晶シリコンから光電池が製造される場合に特に適用できる。とはいえ、単結晶電池では、クラックにおいて生じる電子−正孔再結合の強化により、ＰＬ撮像でクラックの存在を暗線として容易に示すことができるため、同じ工程が適用され得る。
【００１９】
前述のように、光ルミネセンス（ＰＬ）および／またはエレクトロルミネセンス（ＥＬ）撮像が本発明の方法と共に使用され得る。
【００２０】
ＰＬ撮像は、典型的には、各原料多結晶ウェーハの画像を、そのウェーハが製造された後で、光電池生産施設または工程に入る前に記録するのに使用される。類似のＰＬ画像が、ウェーハ上の金属接点の形成の後に続くステップにおいて撮られる１つまたは複数のＰＬ（またはＥＬ）画像までこれらを含めて、後続の製造ステップの一部または全部の後で記録される。初期ＰＬ画像（または後続のＰＬ画像）と、少なくとも１つの追加の加工ステップの後に撮られるＰＬまたはＥＬ画像との自動化された比較を使用して、クラッキングに起因し得る暗線の追加など、障害の存在を明らかにすることができる。クラッキングは、「プロセス誘起の欠陥」、すなわち、製造工程によって導入される欠陥の重要な一例である。個々のウェーハまたは電池における欠陥の発生は、各製造ステップにおけるばらつきまたは誤差や、ウェーハにプロセス誘起の欠陥を生じ易くする材料特性のばらつきに左右され得る。クラッキングの場合、材料の多結晶特性は変動性が高く、そのため、再現性の高い製造ステップでさえも結果にばらつきが生じる。その場合、クラックその他のプロセス誘起の欠陥の数、長さおよび空間分布と、結果として起こり得る破損の可能性との相関関係の統計的分析が獲得され、それを使用して生産ラインからウェーハを排除するためのアルゴリズムが作成され得る。
【００２１】
加えて、そのような統計的分析は、オペレータが製造工程を分析し、フィードフォワード制御またはフィードバック制御によって、ウェーハ、光電池および光電池モジュールの効率的で信頼性の高い製造に役立つ是正措置を講じることも可能にする。
【００２２】
また、本発明の他の態様も開示する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
次に、従来技術のいくつかの態様、および本発明の１つまたは複数の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２４】
【図１】光電池製造に使用される多結晶シリコンのウェーハおよびウェーハ内に存在する結晶粒界を示す図である。
【図２】クラックを示す図１のウェーハの部分の詳細図である。
【図３】本開示の一態様による光電池製造のシステムおよび工程を概略的に示す図である。
【図４】図３のシステムおよび工程の制御に使用される汎用コンピュータを示す概略的ブロック図である。
【図５】図３の工程およびシステムで使用される画像処理を示す流れ図である。
【図６】図５の測定値計算のステップを示す流れ図である。
【図７】カセット内の隣接するウェーハの間で多結晶シリコンの特徴がどのように関連するかを示す図である。
【図８】１つのブロックからの連続した隣接するウェーハの切断を示す図である。
【図９】隣接するウェーハの画像間の位置合わせ不良を示す図である。
【図１０】ウェーハ加工の１つの段階のための本開示による代替の画像処理法を示す流れ図である。
【図１１】図１０のステップ１００８を実施する方法を示す流れ図である。
【図１２】ウェーハに関連する画像である。
【図１３】各画像から導出された、ウェーハ間の「電気的構造の類似性」を評価するのに使用されるヒストグラムである。
【図１４】ウェーハに関連する画像である。
【図１５】各画像から導出された、ウェーハ間の「電気的構造の類似性」を評価するのに使用されるヒストグラムである。
【図１６】ウェーハに関連する画像である。
【図１７】ウェーハに関連する画像である。
【図１８】ウェーハに関連する画像である。
【図１９】ウェーハに関連する画像である。
【図２０】各画像から導出された、ウェーハ間の「電気的構造の類似性」を評価するのに使用されるヒストグラムである。
【図２１】図３のシステムに適用可能な代替の撮像法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明を、ルミネセンス撮像を使用する以下の実施形態において説明するが、他の形の撮像も適用できることを当業者は理解するはずである。
【００２６】
加えて本発明は、様々な障害の発生または増大の識別も可能にする。以下の実施形態では、特にクラックの識別について説明するが、分路、汚染などといった他の障害も本発明の範囲内に含まれる。
【００２７】
最近では、ＰＬ撮像を使用して、シリコンウェーハまたは光電池の空間分解された電子特性、特に、局所的少数キャリア寿命および擬フェルミ準位の局所的分離の測定が行われ得ることが確認されている。
【００２８】
本開示では、ルミネセンス撮像を使用して、光電池の製造および生産の１つまたは複数の段階における障害の発生および／または増大を識別することを提案する。
【００２９】
ＰＬ撮像およびＥＬ撮像では、クラックを直接取り囲む領域におけるＰＬまたはＥＬ信号の低減によってクラックの有無を検出する。この低減が生じるのは、クラックが内部境界（例えば、半導体／空気境界や半導体／真空境界など）を生じ、そうしたバルク半導体結晶の不連続性は電気的品質の低いものであり、結果的に、クラック表面において強化された電荷キャリア（電子−正孔）再結合が生じることになる。クラックを直接取り囲む領域からの電荷キャリアがクラック表面に向かって拡散し、これらの領域における電荷キャリア（電子と正孔）の一方または両方の極性の密度が著しく低減する。個々の領域からのＰＬまたはＥＬ信号は、その領域における電子と正孔の密度の積に依存するため、クラックを直接取り囲む領域から発するＰＬまたはＥＬ信号は著しく減少する。他に特徴のないウェーハのＥＬ画像またはＰＬ画像において、クラックは、相対的に低いＥＬまたはＰＬをそれぞれ有する特徴として現れる。この特徴は、クラックの物理的構造と類似した形状を有するが、クラックを直接取り囲む領域からのＥＬまたはＰＬ信号の低減により、クラックの物理的幅より大きい幅を有するものになる。
【００３０】
図１に、シリコン光電池の形成に使用され得る多結晶シリコンウェーハ１００を概略的に示す。シリコン光電池は、代替として、単結晶シリコンウェーハから形成されてもよく、単結シリコンウェーハによる加工は、普通、原料となるシリコンウェーハ材料の費用がより高くつくが、発電の点ではより高い効率を示す。多結晶ウェーハ製造は、それだけに限らないが通常、２００７年現在、最大で約０．８メートル×０．８メートル×０．４メートルの寸法、および何百キログラムもの重量を有し得る大きなインゴットの生成を伴う。インゴットはさらに大型化する傾向にある。インゴットは、溶融シリコンをるつぼに流し込むことによって生成され得る。あるいは、出発シリコン材料がるつぼで溶かされ、（冷却時に）溶融物が結晶化し、インゴットを形成する。インゴット形成は、電磁鋳造（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｃａｓｔｉｎｇ）と呼ばれる工程では、るつぼなしでも行うことができる。その場合インゴットは、一般に方形の横断面を有する矩形ブロックに切断される。次いで、各ブロックが切り出され、切断され、または別の方法で加工されて、光電池を形成するように加工されるべきウェーハを定義するスライスが得られる。
【００３１】
代替の実施形態では、ウェーハを、半導体材料を押し出し成形してより適切なダイにすることによって生成することができる。
【００３２】
この段階のウェーハは、ブロックまたはれんが状の塊を形成するためにインゴットに適用され、次いでウェーハを形成するためにそれらのブロックまたはれんが状の塊に適用される、切り出し、切断、または類似の加工によるインゴットからのウェーハの分離など、ウェーハの生成により生じるプロセス誘起の欠陥または障害を含み得る。
【００３３】
このようなウェーハ１００が、図１に、全体として方形なものとして示されており、エッジ１０２、およびウェーハ１００全体に分散された多数の粒界１０４を含む。ウェーハが他の何らかの加工によるものである場合には、方形以外の形状も生じ得る。粒界１０４は、粒界における電気的に活性な結晶欠陥の存在による、粒内領域より電気的品質の低い表面を表し得る。しかし、粒界における電気的品質の低下は、単一のウェーハ内でさえもばらつきが大きく、別々の粒の電気的品質も、結晶成長時および光電池を形成するための加工時の近隣の粒間における結晶欠陥および不純物の多様な分離のために、やはりばらつきが大きい。電気的品質が不良な粒界に加えて、多結晶材料においては結晶欠陥や不純物の多い領域などといった電気的品質の不良な他の局所的領域もよく生じ、これらは、個々の粒内の電気的品質のばらつきを大きくし得る。粒界は表面に対して法線入射である場合も、他のいずれかの角度である場合もあり、ウェーハの表面処理および個々の粒界の性質により、肉眼で容易に見分けられる場合も、そうでない場合もある。粒界１０４は、目に見える場合もあるが、シリコンウェーハ内の隣接する境界間の機械的結合を表すものである。
【００３４】
このような粒界または他の結晶欠陥もしくは不純物の多い領域の存在は、ウェーハ１００内で形成され得る、（１つまたは複数の）結晶のわずかな分離を表し、そのようなウェーハから形成される光電池の故障を引き起こし得るクラックの発生とは全く異なる。クラックは、完全に内部に形成される場合もあり、ウェーハのエッジで止まる場合もある。
【００３５】
現在、原材料の切り出し、切断などによる、または押し出し成形によるウェーハの生産には、光起電力素子の総生産コストのほぼ３分の１を要する。したがって、本発明は、ウェーハを図３に示す電池製造工程に導入する前にウェーハ内の障害を見分け、後述するように、これらのウェーハを、同じ原料に由来するウェーハの「系統」に分類するのにも特に適するものである。
【００３６】
図２に、いくつかの粒界１０４がエッジ１０２まで延在するように見えるウェーハ１００のエッジ１０２の拡大図を示す。また、エッジ１０２から内部に向かって延在する、裸眼で、または従来の光学的検査方法では見えない可能性のあるクラック１０６も示されている。クラックは、完全に内部にある場合も、図示のように、ウェーハのエッジで止まっている場合もある。クラック１０６は、初期生産の後、光電池に加工する前のウェーハ１００内に存在する場合もあり、光電池または光電池モジュール加工のいくつかの段階の間に発現する場合もある。さらに、そのようなクラック１０６が小さく、ウェーハ１００の全寿命を通してウェーハ１００全体に影響を及ぼさない場合もある。あるいは、クラック１０６は、時間の経過と共に、特に、搬送および様々な加工段階によって、またはモジュール組立ての間に成長する場合もあるが、ウェーハが光電池モジュールの一部としての光電池として使用されているときの熱による膨張および収縮によっても成長し得る。最悪のシナリオでは、クラックが成長して、ウェーハ１００のある部分全体を残りの部分から分離させて、そのウェーハから形成された特定の光電池を破損させ、おそらくは、そのようなウェーハを組み込んでいる光電池モジュールを完全に使用不能にする重大なクラックを形成し得る。
【００３７】
図３に、光電池製造工程３１０と、クラックを含む障害の有無および／または増大について個々のウェーハを評価するのに使用され得る撮像システム３３０との図３００を示す。工程３１０およびその各段階のいずれかは、結果として、プロセス誘起の障害または欠陥の生成または増大をもたらし得る。
【００３８】
光電池製造工程３１０は、比較的一般的な連続した７つのステップ（ステップ１〜ステップ７）として表わされている。第１のステップ３１２で、（好ましくは、多結晶シリコンの）シリコンウェーハ１００が受け取られる。ウェーハ１００は、別の製造プラントまたは施設で製造され、光電池製造工程３１０に搬送されたものとすることができる。あるいは、ウェーハ加工が同じ施設内で行われてもよい。第２のステップ３１４で、ウェーハ１００に、通常、ソーダメージエッチング（切断による損傷のエッチング）が施される。第３のステップ３１６で、ウェーハをドープして必要なＰ−Ｎ接合を形成するためにウェーハに対してエミッタ拡散が行われる。第４のステップ３１８はウェーハ１００上でのシリコン窒化膜堆積を伴い、第５のステップ３２０は、ウェーハの前面に格子および母線を形成するための銀担持ペーストのスクリーン印刷を伴う。また、第５のステップ３２０は、ウェーハの背面にはんだ付け可能な母線を形成するための銀担持ペーストのスクリーン印刷、およびウェーハの背面の残りの領域を覆う、通常は銀母線と重なり合うアルミニウム担持ペーストのスクリーン印刷も伴う。そのように形成される金属接点を使用して、電池から効率よく電流が取り出され、個々のウェーハ１００間を接続して光電池モジュールが形成される。
【００３９】
第６のステップ３２２で、ウェーハは、スクリーン印刷された金属担持ペースト、およびシリコン内の受動的な電気的に活性な欠陥を、アルミニウムからのゲッタリングおよび（水素含有）シリコン窒化膜層からの水素化によって焼結するために、通常は炉内で燃やされることにより熱処理される。急速熱処理として代替の熱処理も知られている。最終のステップ３２４において、工程３１０は、通常、加工済みの光電池ウェーハ１００が、モジュール製造施設に出荷または移送するために梱包されて終了する。
【００４０】
図示されていないが、製造工程の中には、第６のステップ３２２と最終ステップ３２４との間に追加ステップを含むものもある。追加ステップの１つは、例えば、レーザスクライビングなどによるエッジ分離が行われる場合である。このステップでは、レーザを使用して、電池のエミッタ層を切断し、電池領域の大部分を、電気的品質が不良な電池の縁部から絶縁し、Ｐ−Ｎ接合および光電池のオーム接触を形成する、反対の型（すなわち、ｐ型またはｎ型）の比較的高濃度にドープされた拡散層のオーバーラップを通る分路も提供し得る分離溝が施される。別の追加ステップでは、電池が電気的に試験される。このステップでは、必然的に、電池に対して機械的応力が加わり、クラックの生成または成長につながり得る。
【００４１】
前述の工程３１０は、一般に、多結晶シリコンウェーハを使用する大部分の光電池製造工程を表す。さらに、説明する様々なステップ３１２〜３２２は最も一般化されたものであり、個々の施設または工程で実施される特定の製造形態に従って適合され得る。さらに、各ステップはそれぞれ、個々の製造工程に特有のいくつかの下位ステップに分解されてもよい。とはいえ、各ステップはそれぞれ、加工される個々のウェーハが、本開示に従ってクラックなどの障害の有無および／または増大を検査され得る有意な段階を表す。また、代替の工程の別の段階が使用されてもよい。また、工程３１０では、ウェーハが光電池を形成するように加工される。説明する撮像装置は、工程３１０のいずれか１つまたは複数の段階において、ウェーハが工程３１０の初期段階にあるとみなされるときにはウェーハに対して、またはウェーハが工程３１０の後期段階にあるとみなされ得るときには電池に対して作用し得る。したがって、特に指示しない限り、以下の説明および関連する特許請求の範囲においてウェーハに言及する場合には、電池、場合によっては、完成したモジュールにも言及するものとみなされ得る。
【００４２】
また、図３に示すように、撮像システム３３０は、製造ステップ３１２〜３２４のうちのいくつかのステップにおいて、または各ステップの間に（前または後、あるいは前と後の両方において）ウェーハ１００を撮像するように構成されている。本発明のプロセスは、ウェーハ、電池またはモジュールに製造工程３１０が施される際のウェーハ、電池またはモジュールにおける任意の機械的、電気的または外見上の障害の増大の発生を識別する機構を提供する。図示のように、光ルミネセンスカメラを備える撮像装置３３１〜３３６が、図示の７つの各製造段階の間に設けられる。ある具体的実装形態では、システム３３０における最後のカメラ３３６は、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）カメラとすることができ、またはＥＬとＰＬを組み合わせた撮像を伴い得る。別の具体的実装形態では、ステップ６またはこれに続く各ステップのうちの１つまたは複数において配置される、システム３３０における１つまたは複数のカメラは、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）カメラとすることができ、またはＥＬとＰＬを組み合わせた撮像を伴い得る。カメラ３３１〜３３６はそれぞれ、各加工段階において加工される各ウェーハ１００の画像を取り込むために、接続３３８によって画像取り込みコントローラ３４０に接続されている。画像取り込みコントローラ３４０は、取り込まれた画像を画像リポジトリおよびプロセッサ３４２に渡す。リポジトリおよびプロセッサ３４２は、各ウェーハ１００が工程３１０を通過する際に、いずれかの段階で取り込まれる画像が、後で、クラックおよび／またはクラックの成長を識別するために同じウェーハ１００の１つまたは複数の前の画像と比較され得るように、各ウェーハ１００を追跡する。
【００４３】
例えば、ＰＬカメラ３３１は、工場到着時と工程３１０の開始時のウェーハ１００の画像を獲得するように構成されており、この画像は、コントローラ３４０の制御下でリポジトリ３４２に記憶される。ソーダメージエッチングステップ３１４の後、カメラ３３２は、同じウェーハ１００の別の画像を取り込み、この画像もリポジトリ３４２に記憶される。一具体的実装形態では、ソーダメージエッチング３１４が行われるときに、ＰＬカメラ３３２によって取り込まれた画像が、プロセッサ３４２により、ＰＬカメラ３３１によって取り込まれた画像と比較される。クラックが発現しかつ／または成長しているように見え、その発現および／または成長が所定の許容限度を超えるとみなされる場合、プロセッサ３４２は、廃棄プロセスコントローラ３４８に廃棄信号３４６を発することができる。廃棄プロセスコントローラ３４８は、クラックが許容限度を超えると識別された関連する段階において特定のウェーハ１００が廃棄されるように、カメラ３３１〜３３６のうちの対応する１つと関連付けられている、（図３にごみ箱として概略的に表される）いくつかの自動化廃棄機構３５１〜３５６のそれぞれに信号３５０を出力する。工程３１０のこの特定の段階では、廃棄機構３５２が作動されるはずである。代替として、「廃棄される」ウェーハを取り出して、それを修理所に、またはそのウェーハが許容される生産限度内である別の製造工程、すなわち、あまり高価ではない／より安価な光電池素子製造に渡すことも可能である。
【００４４】
ウェーハ１００がエミッタ拡散３１６を通過する場合、カメラ３３３は、別の画像を獲得する。ウェーハ１００が工程３１０の残りの段階を進む場合、対応する画像が対応するカメラ３３３〜３３６によって取り込まれ得る。各段階において、許容できないことが判明した場合に対応する廃棄機構３５３〜３５６によって廃棄する目的で、ウェーハ１００の有効性を評価するために、望ましくは画像比較が行われる。
【００４５】
ウェーハ１００の多結晶性のために、クラックの識別は、ＰＬ撮像を使用する場合でさえも難しいことがある。このように、単にウェーハの１つのＰＬ画像を取り込んでそのようなクラックの有無を識別するだけでは有効な手法にならない場合もある。これは、クラックと区別できないまたはクラックを不明瞭にし得る多結晶ウェーハの典型的なＰＬ画像における多くの空間的特徴に起因するものである。このため、クラックの導入または既存のクラックサイズの拡大を判定するプロセスステップの前と後の画像を比較することが必要になる。空間的特徴には、エッジ、線、粒界および転位線が含まれ得る。
【００４６】
ある実装形態では、工程３１０において特定のウェーハの新しい画像が獲得されるたびに、その画像は、有意な変化を識別するために、工程３１０において取り込まれたその特定のウェーハの前の各画像と比較され得る。工程３１０内の連続する段階において取り込まれる任意の２つの画像の差は識別されるほど大きくない場合もあり得るが、現在の画像を、例えば、２、３または４ステップ前に撮られた画像と比較すると、ウェーハ１００の廃棄を呼び出すのに十分な程になる場合もある。ウェーハ１００の廃棄は、重大なクラックが識別される段階またはその時点において行われることが望ましい。これは、そうしなくても、いずれにしても廃棄されるはずのウェーハに対して後続の工程段階を実施するのを回避するように工程３１０を最適化するのに役立つ。またこの技法は、プロセス誘起の障害に関する一貫したフィードバックを確実なものにすることによる生産工程の最適化にも役立つであろう。その場合には、必要に応じて、そのような情報を統計的に使用して、製造工程の様々な段階に是正措置が適用され得る。
【００４７】
図３に示すように、ＰＬ撮像装置および関連する廃棄機構が、クラックの影響を受けるウェーハが如何なる後続の段階にも渡されないように、各加工段階の間に形成され得る。工程３１０が実施される個々の製造施設によっては、撮像および廃棄が各段階ごとに行われる必要がない場合もある。さらに、廃棄機構３５１〜３５６が対応する各撮像システム３３１〜３３６と関連付けられることも必須ではない。これに関して、工程３１０の段階の中には、撮像には適するが、廃棄には適さないものもあり得る。とはいえ、その段階において獲得されるクラックデータは、後の段階における廃棄の可能性を評価するのに使用されてもよい。典型的には、ＰＬまたはＥＬ撮像は、１ウェーハ当たり約１秒を要し、よって、製造工程においては比較的迅速に行われる。プロセッサ３４２によって行われる関連する画像処理の速度と結合されるこの取り込み速度は、システム３３０が各製造段階ごとに実施されることを可能にし得る。しかし、ある特定の段階の履歴が有意なクラックの発生またはクラックの成長を示さないことが判明した場合には、費用を低減しかつ／または製造工程を迅速化するために、そのような段階における監視が省略されてもよい。実装形態によっては、ウェーハの撮像および可能な廃棄が、工程３１０の各段階の２または３段階ごとに行われさえすればよい場合もある。さらに多くの段階を使用する工程の場合には、システムが実施される程度は、関連する生産ラインの統計的履歴に左右され得る。
【００４８】
このために、プロセッサ３４２は、望ましくは、工程３１０の様々な段階にわたるクラックの発生および／またはクラックの成長の記録を維持することのできる統計モジュール３４４を組み込んでいる。それらの統計から、例えば、ソーダメージエッチングステップ３１４におけるクラックの発現または成長は大きくないなどと判定される場合もある。その結果、ＰＬカメラ３３２および廃棄機構３５２は、効率性を高め、または費用を低減するために、そのようなシステムから除外され得る。同様に、この統計は、シリコン窒化膜堆積段階ステップ３１８がクラックの生成または成長にほとんどまたは全く影響を及ぼさず、同様に、カメラ３３４および廃棄機構３５２も除外され得ることを指示する場合もある。
【００４９】
各製造施設は、典型的な実装形態において、特に個々の段階において、品質に関して独自の製造上の特色を有するため、撮像装置および廃棄装置はそれぞれ、個々のプラントについての信頼できる統計が得られるときまで、製造の主要ステップにおいて組み込まれていてもよい。それらの統計が獲得され、分析された後で、システム３００をさらに最適化するために撮像装置および廃棄装置のうちのいくつかが除外されてもよい。
【００５０】
図３において、撮像システム３３０は、別個の画像取り込みコントローラ３４０、リポジトリおよびプロセッサ３４２、ならびに廃棄プロセスコントローラ３４８を含むものとして示されている。この図は、物理的なものとすることも、機能的なものとすることもできる。後者において、機能３４０、３４２および３４８は、それぞれ、図３、５および６の各プロセスの各部分が、コンピュータシステム４００内で実行可能な１つまたは複数のアプリケーションプログラムといったソフトウェアとして実施され得る、図４に示すようなコンピュータシステム４００において実行され得る。具体的には、カメラ３３１〜３３５および廃棄機構３５１〜３５５は、ネットワーク４２２を介して、または入力／出力（入出力）インターフェース４０８によって直接、コンピュータ４００に接続し得る。特に、図３、５および６の各プロセスは、少なくとも一部は、コンピュータシステム４００内で実行されるソフトウェア内の命令によって実施され得る。これらの命令は、それぞれ、１つまたは複数の個々のタスクを実行する１つまたは複数のコードモジュールとして形成され得る。また、ソフトウェアは、２つの別個の部分に分けられていてもよく、その場合、第１の部分および対応するコードモジュールは撮像および画像処理を実行し、第２の部分および対応するコードモジュールは、第１の部分とシステム３００のオペレータなどのユーザとの間のユーザインターフェースを管理する。ソフトウェアは、例えば、後述する各記憶装置などを含む、コンピュータ可読媒体に記憶され得る。ソフトウェアは、コンピュータ可読媒体からコンピュータシステム４００にロードされ、次いで、コンピュータシステム４００によって実行される。そのようなソフトウェアまたはコンピュータプログラムが記録されているコンピュータ可読媒体がコンピュータプログラム製品である。コンピュータシステム４００におけるコンピュータプログラム製品の使用により、好ましくは、光電池製造の前および光電池製造時におけるウェーハの試験に好適な装置が実施される。
【００５１】
図４に示すように、コンピュータシステム４００は、コンピュータモジュール４０１、キーボード４０２やマウスポインタ装置４０３といったユーザ入力装置、プリンタ４１５や表示装置４１４やスピーカ４１７といった出力装置によって形成されている。コンピュータモジュール４０１をコンピュータネットワーク４２２に接続するためのネットワークインターフェース４１１が設けられており、ネットワーク４２２は、システム３００および工程３１０の制御システムの一部を形成するローカルネットワークとすることができる。これに加えて、または代替として、このネットワーク４２２は、工程３１０の遠隔制御または監視を可能にするインターネットやワールド・ワイド・ウェブといった広域ネットワークとすることもできる。
【００５２】
コンピュータモジュール４０１は、典型的には、少なくとも１つのプロセッサユニット４０５と、例えば、半導体ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）や、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）などで形成されたメモリユニット４０６とを含む。また、モジュール４０１は、ビデオディスプレイ４１４およびスピーカ４１７に結合するオーディオ／ビデオインターフェース４０７、キーボード４０２およびマウス４０３および必要に応じてジョイスティック（不図示）のための入出力インターフェース４１３を含む、いくつかの入力／出力（入出力）インターフェースも含む。インターフェース４０８は、プリンタ４１５を接続するのに使用され得る。前述のように、インターフェース４０８は、カメラ３３１〜３３５および廃棄機構３５１〜３５５のそれぞれに直接結合するようにも構成され得る。これは、特定の撮像または制御インターフェースの使用を伴い得る。また、コンピュータモジュール４０１は、接続４２３を介して、コンピュータネットワーク４２２に結合するローカル・ネットワーク・インターフェース４１１も含む。
【００５３】
インターフェース４０８および４１３は、シリアル接続とパラレル接続の両方を受け入れてもよく、シリアル接続は、典型的には、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）規格に従って実施され、対応するＵＳＢコネクタ（不図示）を有する。インターフェース４０８におけるアナログ接続は、カメラ３３１〜３３５が直接接続される場合に使用され得る。記憶装置４０９が設けられ、典型的には、ハード・ディスク・ドライブ（ＨＤＤ）４１０を含む。また、フロッピー（登録商標）ディスク・ドライブや磁気テープドライブ（不図示）といった他の装置も使用され得る。光ディスクドライブ４１２は、典型的には、不揮発性データソースとして機能するように設けられる。その場合、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなど）、ＵＳＢ−ＲＡＭ、フロッピー（登録商標）ディスクなどといった携帯式記憶装置が、システム４００への適切なデータソースとして使用され得る。
【００５４】
コンピュータモジュール４０１の各コンポーネント４０５から４１３は、典型的には、相互接続されたバス４０４を介して、当業者に公知のコンピュータシステム４００の従来の動作モードを生じさせるようにやり取りする。前述の装置が実施され得るコンピュータの例には、ＩＢＭ社のＩＢＭ−ＰＣおよびその互換機、サン・マイクロシステムズ社のＳＰＡＲＣｓｔａｔｉｏｎ、アップル社のＭａｃ（登録商標）、またはそれらから発展した同様のコンピュータシステムなどが含まれる。
【００５５】
典型的には、前述のアプリケーションプログラムは、ハード・ディスク・ドライブ４１０上に置かれ、実行に際してプロセッサ４０５によって読み取られ、制御される。そのようなプログラムおよびネットワーク４２２から取り出されたデータの中間記憶は、おそらくはハード・ディスク・ドライブ４１０と連動する半導体メモリ４０６を使用して実現され得る。場合によっては、アプリケーションプログラムは、１つまたは複数のＣＤ−ＲＯＭ上に符号化され、対応するドライブ４１２を介して読み取られるものとしてユーザに供給されてもよく、あるいは、ユーザによってネットワーク４２０または４２２から読み取られてもよい。さらに、ソフトウェアは、他のコンピュータ可読媒体からコンピュータシステム４００にロードすることもできる。コンピュータ可読媒体は、実行および／または処理のためにコンピュータシステム４００に命令および／またはデータを提供することに関与する任意の記憶媒体を指す。そのような媒体の例には、コンピュータモジュール４０１に内蔵されたものであれ、外付けのものであれ、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気テープ、ＣＤ−ＲＯＭ、ハード・ディスク・ドライブ、ＲＯＭもしくは集積回路、光磁気ディスク、またはＰＣＭＣＩＡカードなどといったコンピュータ可読カードなどが含まれる。やはり命令および／またはデータの提供に関与し得るコンピュータ可読伝送媒体の例には、無線もしくは赤外線伝送通信路、および別のコンピュータもしくはネットワーク接続装置へのネットワーク接続、ならびに電子メール送信およびウェブサイトに記録された情報などを含むインターネットまたはイントラネットが含まれる。
【００５６】
前述のアプリケーションプログラムおよび対応するコードモジュールの第２の部分は、ディスプレイ４１４に表示され、または別の方法で表現されるべき１つまたは複数のグラフィカル・ユーザ・インターフェース（ＧＵＩ）を実施するように実行され得る。キーボード４０２およびマウス４０３の操作によって、コンピュータシステム４００およびアプリケーションのユーザは、ＧＵＩと関連付けられたアプリケーションへの制御コマンドおよび／または入力を提供するようにインターフェースを操作し得る。望ましくは、（後述する）画像処理および比較アプリケーションが、特にユーザ制御を必要とせずに自律的に走り、よって、基本的にはシームレスに製造工程３１０と統合されている。
【００５７】
あるいは、ウェーハ試験の方法、および検査は、後述する、画像比較の機能または下位機能を実行する１つまたは複数の集積回路といった専用のハードウェアとして実施されてもよい。そのような専用ハードウェアには、グラフィックプロセッサ、ディジタル信号プロセッサ、または１つまたは複数のマイクロプロセッサおよび関連するメモリが含まれ得る。
【００５８】
図５に、システム３３０、詳細には、プロセッサ３４２が、ウェーハ１００を試験するためにカメラ３３１〜３３６によって取り込まれた様々な画像を処理するために実行する撮像方法５００を示す。方法５００は、望ましくは、（それぞれ図４および図３の）システム４００およびシステム３００においてソフトウェアを実行することによって行われ、ステップ５０２から開始し、続いてステップ５０４が行われ、そこで、光電池製造工程の段階（ｎ）における特定のウェーハ（ｋ）の光ルミネセンス画像が獲得される。ほとんどすべての実装形態において、段階（ｎ）は、少なくとも、工程３１０の最終段階３２２を含む。ステップ５０６で、特定の段階（ｎ）におけるウェーハ（ｋ）の画像から測定値（Ｍｋｎ）が求められる。
【００５９】
次いで、ステップ５０８で、問題となる特定のウェーハ現在の測定値が、同じウェーハの前の測定値と比較される。この段階は、少なくとも２つの撮像段階が行われている場合に当てはまり、２つの段階の測定値の差に関連する「デルタ」値を生成するのに使用される。その差で、各ステップ間のクラックの生成または成長を示すことができる。次いで、ステップ５１０で、決定された各段階のいずれか１つにおけるデルタ値が、許容されるウェーハの最大閾値を表す基準デルタ値と比較される。問題となる特定のウェーハのデルタ値が基準値を超える場合、続いてステップ５１４が行われ、プロセッサ３４２は、ステップ５１４で、工程３１０からウェーハ（ｋ）を廃棄し、または排除するための「廃棄」信号３４６を発する。ステップ５１０でデルタ値が基準値未満である場合、続いてステップ５１２が行われて、ウェーハ（ｋ）を工程３１０の次の段階（ｎ＋１）に進める。
【００６０】
比較すべき前の画像または測定値がない状況（第１の画像がＰＬカメラ３３１によって取り込まれる第１の段階３１２において発生する）では、単にクラックの存在を識別するためだけにステップ５０６およびステップ５０８に代わる代替プロセスが行われ得る。代替プロセスは、クラックを検出するように設計された特定の撮像システムの使用を伴い得る。そのようなシステムは、製造工程３１０の開始時に使用され得る。そのようなシステムは、通常、複数の目的には使用することができない。これに対して、ＰＬ撮像は、クラックだけでなく、様々なウェーハ特性を監視するのに使用することができる。そのクラック自体が許容限度を超えるとみなされる場合には、廃棄装置３５１による廃棄が行われ得る。
【００６１】
図６に、ステップ５０６のプロセスの詳細を示す。このサブルーチンは、入口ステップ６０２を含み、次いで、取り込まれた画像データを正規化するためのステップ６０４を含む。これは、異なる段階から獲得された値間の比較を可能にし、カメラ３３１〜３３５間の撮像差を調整するのに使用される。次いで、ステップ６０６で、ウェーハ（ｋ）内で見られる電気的構造に対するパターン認識が行われる。ウェーハ１００内の電気的構造は、電気的に活性な結晶粒界（図１に示す粒界）による線である場合もあり、変動性の高い電気的品質の結晶粒による線およびエッジである場合もあり、例えば、結晶欠陥または不純物などから生じる電気的品質が不良な領域による線およびエッジである場合もあり、クラック（図２に示す１０６など）によって形成される「クロスヘア（ｃｒｏｓｓｈａｉｒ）」構成を含む様々な構成におけるまたは線である場合もある。ステップ６０６で検出された特徴から、ステップ６０８で、段階（ｎ）における特定のウェーハ（ｋ）の測定値（Ｍｋｎ）が求められる。また、この測定値は、クラックの数、長さおよび空間分布の相関関係、ならびにそれらが各加工段階の間にどのように変化し得るかを評価するのにも使用され得る。サブルーチンはステップ６１０で戻る。
【００６２】
図２１に、システム３３０、詳細にはプロセッサ３４２が、ウェーハ１００を試験するためにカメラ３３１〜３３６によって取り込まれた様々な画像を処理するのに行い得る代替の撮像方法２１００を示す。方法２１００は、望ましくは、システム４００およびシステム３００においてソフトウェアを実行することによって行われ、ステップ２１０２から開始し、続いてステップ２１０４が行われ、そこで、光電池製造工程の段階（ｎ）における特定のウェーハ（ｋ）の光ルミネセンス画像が獲得される。ほとんどすべての実装形態において、段階（ｎ）は、少なくとも、工程３１０の最終段階３２２を含む。ステップ２１０６で、光ルミネセンス画像が正規化される。ステップ２１０６からの画像と、前の段階（ｎ−１）からの先に取り込まれ正規化された画像とを使用して、ステップ２１０８で、差分画像Ｄｋ｛（ｎ）−（ｎ−１）｝が計算される。ステップ２１１０で、プロセス誘起の障害を識別するために、差分画像Ｄｋ｛（ｎ）−（ｎ−１）｝内の電気的構造に対するパターン認識が行われる。ステップ２１１２で、ステップ２１１０の結果が、プロセス誘起の障害のサイズ、種類その他の態様についての所定の閾値と比較される。ステップ２１１４およびステップ２１１６で、ウェーハは、それぞれ、次の段階に進められ、または排除される。
【００６３】
クラックなどプロセス誘起の障害を識別するための代替の画像処理装置は、ウェーハが、ブロックから切り出されるときに、通常、光電池加工の前に保管または搬送するためにカセットなどの受け器に詰め込まれるという知識に由来するものである。さらに、図７に示すように、ウェーハ７０１、７０２、７０３および７０４は、各ウェーハがブロック７５０から切り出されるのと同様に連続して、または順番にカセットに詰め込まれる。したがって、切り出しの厚さで表される無駄を除けば、ブロック７５０などの同じ原材料から生じるカセット内の各ウェーハは、切り出し面を横切り、実際にはそのブロックを貫通する共通の粒界、結晶欠陥または不純物の多い領域などが移行するために、相互に似たものになるはずである。次いで、光電池加工時に、ウェーハ７０１〜７０４は、やはり順に（７０１から７０４へ）、または切断とは逆の順に（７０４から７０１へ）加工のためにカセットから取り出される。本発明の発明者らは、これらの構造的類似性のために、カセット内のウェーハ間の類似性を使用して、プロセス誘起の障害の有無を試験する代替の手法が、独立にまたは前述の手法と組み合わせてさらに提供され得ると考える。
【００６４】
図８に、個々の連続したウェーハ７０１、７０２、７０３および７０４がそこから隣接して切断されるブロック７５０を示す。例示のためにはなはだ誇張されてはいるが、結晶境界７０５や７０６といった構造は、実質的に同じ場所において、ウェーハ７０１〜７０４となるべき部分を横切ることが理解されるであろう。この隣接するウェーハおよびほぼ隣接するウェーハ間の実質的類似性を使用すると、本発明の発明者らの提案によれば、そのような隣接するウェーハ間のそのような類似性を使用して、光電池加工に際してプロセス誘起の障害の増大または発生の測定が可能になるのみならず、各ウェーハが系統、すなわち、同じ原材料から発生したものに分類される。
【００６５】
さらに、本発明の発明者らの提案によれば、プロセス誘起の障害は、典型的には、所与のウェーハのごくわずかな部分にしか影響しないため、隣接するウェーハ間の、また場合によってはほぼ隣接するウェーハ間の空間的に相関関係を有する差異の分布の広範囲の特徴は、プロセス誘起の欠陥によってではなく、ウェーハの構造的類似性によって特徴付けられるものである。この隣接するまたはほぼ隣接するウェーハの構造的類似性による優位性を使用することにより、本発明の発明者らの提案によれば、ルミネセンス撮像を使用して、（ほぼ）隣接するウェーハの「電気的構造の類似性」の別個の指標を測定することができ、ルミネセンス撮像は、さらに、（ほぼ）隣接するウェーハのルミネセンス画像の比較に基づく光電池加工の際のプロセス誘起の障害の増大または発生の測定の信頼性の指標を提供する。以下の説明からは、隣接する（連続した）ウェーハに適用されるプロセスを、ほぼ隣接する（ほぼ連続した）ウェーハ（ウェーハ７０１と７０３など）にも適用できることが明らかになり、よってこれ以後、特にそうではないと明記しない限り、ほぼ隣接する（ほぼ連続した）ウェーハを、隣接するウェーハまたは連続したウェーハと呼ぶこととする。
【００６６】
第４の態様において、本発明は、半導体材料サンプルを分類する方法であって、
半導体材料のサンプルの複数の画像を獲得するステップと、
前記画像のうちの少なくとも２つの画像を比較して、半導体材料サンプルの電気的構造の類似性の尺度を提供するステップと、
所定のレベルの電気的構造の類似性を有する半導体材料サンプルを同じ系統に由来するものとして分類するステップと、
を含む方法を提供する。
【００６７】
以下で論じるように、そのようなプロセスは、同じ原材料から発生するウェーハのいわゆる「系統」（ｆａｍｉｌｙ）を識別するのにも適する。
【００６８】
そのような方法は、光電池素子の製造工程の前、または製造工程時に適用され得る。この方法は、シリコンウェーハを含む半導体材料の様々なサンプルに適し、あるいは材料が光電池もしくはモジュール内に含まれ、または光電池もしくはモジュールになるように加工されるときに適する。
【００６９】
前述のように、画像は、好ましくは、ルミネセンス画像である。類似性を判定するのに使用される電気的構造は、エッジ、線、粒界および転位線からなるグループの中から選択される。
【００７０】
第５の態様において、本発明は、半導体材料を分類する方法であって、
半導体材料のサンプルの電気的特性を、前記サンプルの画像を獲得することによって判定するステップと、
複数の半導体サンプルの各獲得画像を比較するステップと、
前記比較を分析して、前記サンプルの前記電気的特性の類似性を判定するステップと、
それによって、前記電気的特性の所定の変動範囲内に入るサンプルを系統にグループ化することを可能にするステップと、
を含む方法を提供する。
【００７１】
このプロセスは、ウェーハ、リズム（ｒｈｙｔｈｍ）ウェーハ、ブロック、薄膜、光電池または光電池モジュールを含む様々な半導体材料のサンプルに適する。
【００７２】
このプロセスは、同じ原料から発生する、または異なる原料から発生するサンプルに適する。
【００７３】
加えて、同じ系統に分類されるサンプルには、さらに、サンプルの電気的、機械的、または外見上の異常を含む固有の特徴を判定するための処理も施され得る。場合によっては、そのような固有の特徴は、サンプルのクラック、分路、汚染などの障害を含み得る。
【００７４】
図１０を参照すると、このウェーハ検査の方法１０００は、ＰＬ撮像装置と、図３に示す前述の構造とを使用して実施され得る。より具体的には、方法１０００は、図１０の方法１０００に従って適切にプログラムされたときに、撮像装置３３１〜３３６、画像取り込みコントローラ３４０、画像リポジトリおよびプロセッサ３４２、ならびに廃棄プロセスコントローラ３４８を使用して、工程３１０の各段階またはいずれかの段階において実行することができる。方法１０００は、入口ステップ１００２から開始し、その後、ステップ１００４で、工程３１０の段階（ｎ）におけるウェーハ（ｋ）の画像を取り込む。次いで、ステップ１００６で、工程３１０の段階（ｎ）における次に連続するウェーハ（ｋ＋１）の画像を取り込む。
【００７５】
電気的構造の類似性を評価しかつ／または差分画像を計算するためにウェーハを撮像するとき、各画像は、工程におけるウェーハの位置合わせ不良を考慮するために正しく重ね合わされる（すなわち位置合わせされる）必要がある。図９に、２つのウェーハ画像９０１と９０２の位置合わせ不良がどのように生じるかを示す。画像重ね合わせは、サンプルの不完全な手動または自動配置によって生じる、各画像におけるサンプルの相対的３次元位置および向きに基づいて２つの画像を「位置合わせすること」を含む。あるいは、各ウェーハのサイズおよび／または形状が多少若干異なる場合もあり、これは、この方法で対象とする「電気的構造の類似性」の領域が、各ウェーハの１つまたは複数の外部境界に対して、各ウェーハにおいて多少異なる内部位置において発生し得ることを意味する。ステップ１００８の「位置合わせする」プロセスでは、２つの新しい画像を計算し、その場合、測定または計算された２つの画像における「電気的構造の類似性」のサンプルまたは領域の相対的３次元の位置および向きに基づいて、元の画像の一方または両方が変換される。この変換は、画像の整数個の画素だけの単純な変換とすることもでき、画像変換において補間方式が使用されてもよい。画像重ね合わせは、ウェーハ境界の光学的検査を使用して実行されてもよく、別の適切な手法によるものでもよい。ステップ１００８の好ましい実装形態では、画像重ね合わせは、ウェーハ（ｋ）およびウェーハ（ｋ＋１）のルミネセンス画像に基づく自己無撞着法を使用して行われ、結果として、最適化画像変換変数、変換（重ね合わせ）画像、「差分」画像、「差分」画像のヒストグラムおよび、例えばＦＷＨＭ（半値全幅）などのヒストグラムの幅の尺度という複数の出力がもたらされる。ステップ１００８の詳細は、図１１の方法１１００で別個に説明する。
【００７６】
通常、ブロックをウェーハに変換する単純な生産工程では、ステップ１００４のウェーハ（ｋ）とステップ１００６のウェーハ（ｋ＋１）は、同じブロックから切断された隣接するウェーハであるが、ステップ１００９は、各ウェーハが、例えば、隣接しない、またはほぼ隣接する、または確かに同じ「系統」に由来する、すなわち、同じ原材料から発生したものである、あるいはそうではなくプロセス誘起の欠陥の信頼できる判定に適さないか否かを試験するために、「電気的構造の類似性」の度合いを定量的に求めることを可能にする。ステップ１００９では、ステップ１００８で求められたヒストグラムの幅の尺度を使用して、後続のステップにおける、クラックを含むプロセス誘起の欠陥の尺度の判定についての期待される信頼性が判定される。本発明の発明者らによって行われた実験が示すところによれば、１５ｃｍ×１５ｃｍ×０．０２ｃｍの公称寸法を有する、方法３００のステップ４（すなわち、「シリコン窒化膜堆積」段階）を経ているウェーハについて、「差分」画像のヒストグラムのＦＷＨＭの典型的な値（「電気的構造の類似性」に逆相関する尺度）は、約０．００８正規化単位（すなわち、初期ルミネセンス画像および後続の「差分」画像は、方法１１００で示すように１に正規化される）であった。ウェーハのそのような「電気的構造の類似性」は、これらのウェーハが、隣接する、ほぼ隣接する、または少なくとも同じ「系統」に由来する、すなわち、これらのウェーハが同じ原材料で作られていることを示すものである。そのような電気的構造の類似性がある場合、この情報は、ウェーハ間の比較から「取り去る」ことができる。このレベルの「電気的構造の類似性」を有するウェーハを使用すると、実験は、意図的に導入されたクラックおよび分路が、「差分」画像上にはっきりと見え、したがって、適切なパターン認識アルゴリズムによる検出に適することを示した。以下で実験データを説明する。図１２に、クラックおよび分路の意図的導入の前の「差分画像」１２００を示す。図１３に、図１２の「差分画像」１２００のヒストグラム１３００を示す。ヒストグラム１３００では、ｘ軸として正規化された輝度を、ｙ軸としてその輝度での画像における画素数のカウントを使用している。
【００７７】
図１４に、（例えば）クラック１４０２、１４０４、１４０６、１４０８および分路１４１０の意図的導入後の「差分画像」１４００を示す。図１５に、図１４の「差分画像」１４００のヒストグラム１５００を示す。図１６は、図１４の画像１４００の高コントラストバージョン１６００である。図１７および図１８は、それぞれ、意図的なクラッキングおよび分路を施される前と後との、（１対のウェーハからの）１つのウェーハの正規化されたルミネセンス画像１７００および１８００である。どちらのウェーハも、実験の前に右上隅に損傷が与えられた。損傷は同一ではなかったため、これは、各差分画像（図１２、図１４および図１６）において非常に効果的に現れている。図１３のヒストグラム１３００には、右上隅の損傷により左側（画像グレースケールの黒い方）にロングテール１３０２がある。図１５のヒストグラム１５００には、より対称的な形状が示されている。すなわち、対応する左ロングテール１５０２を有し、クラックおよび分路を生じた領域により右側（画像グレースケールの白い方）にテール１５０４が加わっている。図１４および図１６におけるクラックおよび分路の明瞭な肉眼による認識は、図１５のヒストグラム１５００の右側テール領域１５０４が図１３では空白１３０４であったことに反映されている。図１３および図１５の各ヒストグラムのＦＷＨＭは、０．００８正規化単位および０．００７正規化単位（すなわち、黒から白までのグレースケールが０．０から１．０までの数値範囲をカバーする場合の）であり、非常に類似したものであることは重要である。このわずかな変化は、クラックおよび分路が生じた領域によって占められる相対的領域が小さいことによるものである。このことが重要なのは、相対的に大きいＦＷＨＭが測定される場合、これは、プロセス誘起の欠陥の結果である可能性はきわめて低く、むしろ比較される１対のウェーハが、「隣接する」、「ほぼ隣接する」、または同じ原材料に由来するものではないためであることを意味するからである。言い換えると、これらのウェーハは、あるいは、相対的に低い「電気的構造の類似性」のものである。そのような１対の差分画像１９００とヒストグラム２０００の一例が、それぞれ、図１９と図２０とに示されている。図２０のヒストグラム２０００のＦＷＨＭは０．０２５正規化単位（すなわち、黒から白へのグレースケールが数値範囲０．０から１．０までをカバーする場合の）である。この対の別のルミネセンス画像を検査すると、それらはブロック内の類似の場所からのものである可能性が最も高いが、隣接するウェーハではないことが示される。
【００７８】
これらの結果は、約０．００８以下のＦＷＨＭでは、方法１０００を使用した個々のクラックにおけるプロセス誘起の欠陥の検出は比較的信頼できるものである可能性が高く、約０．０２５以上のＦＷＨＭでは、そのような検出の信頼性は著しく低下する可能性が高いことを示唆するものである。そのような信頼性の測定は、ガウス解析など他の技法によっても行われ得ることが理解されるであろう。このプロセスは、検出時における障害の信頼性尺度を提供するため「有益」である。
【００７９】
この代替方法によれば、ステップ１００８で隣接するウェーハの画像が重ね合わされ、ステップ１００９で「差分」画像を評価して電気的構造的類似性が確認された後に、ステップ１０１０で、差分画像および／またはヒストグラムに対して、パターン認識および／または閾値試験といった他の方法を行って、クラックを含むプロセス誘起の欠陥の尺度が確定され得る。ウェーハは、典型的には、多結晶シリコンで形成されるため、その「電気的構造の類似性」は「完全」なものにはならず、方法１０００の結果の中には多少の偽陽性および偽陰性が含まれることを予期すべきである。これらの誤差の程度は、少なくとも、ウェーハの厚さ、ウェーハを分離した切り出しの厚さ、ウェーハが由来するインゴットの部分、および測定が行われる光電池製造工程のステップに依存する。別の実験は、加工の段階（ｎ）によっては、関連する閾値が設定されることを可能にし、ステップ１０１２に示すような認識値Ｒ（ｋ，ｋ＋１）（ｎ）と所定の閾値を比較することができる。
【００８０】
パターン認識値の閾値を超える場合、ウェーハ（ｋ＋１）は不良であると推定され、その場合にはステップ１０１６で工程から除外され得る。閾値を超えない場合、ウェーハ（ｋ＋１）は良好であると推定され、ステップ１０１４で加工の次の段階（ｎ＋１）に進められる。あるウェーハが工程から除外されると、そのことにより、この代替方法を隣接するウェーハに使用し得る範囲に混乱が生じ得ることに留意すべきである。しかし、ウェーハ（ｋ）は、先行するウェーハ（ｋ）の試験により、良好であるという仮定に基づき、多少の電気的構造の類似性があるものと仮定して、ウェーハ（ｋ）またはウェーハ（ｋ＋１）が、ほぼ隣接するウェーハとして、次のウェーハ（ｋ＋２）に対して比較され得る。場合によっては、このプロセスを使用して（複数の）ウェーハ（ｋ＋ｎ）を試験することもできる。類似性試験（図１１）に合格しない場合、そのウェーハの対の間で図１０のパターン認識試験を適用することはできない。
【００８１】
光電池加工の異なる段階は、電気的構造の類似性の著しく異なる測定値をもたらす場合があり、したがって、同じ形の電気的構造の類似性判定を複数の段階に適用する必要はない。それらが使用される場合には、電気的構造の類似性の異なる値が適用される。
【００８２】
前述の各例では、ウェーハがある値を超える障害を含むことが検出される場合、そのウェーハは廃棄されると説明されている。最終的に廃棄する代わりに、ウェーハは、工程３１０から除外され、別の方法を使用したより綿密な検査に回されてもよい。そのような追加検査の後でウェーハが許容されるとみなされる場合、そのウェーハは工程３１０に再投入され得る。再投入される場合、図１０の代替処理は、連続して、またはほぼ連続して加工されることが好ましい、物理的に「隣接する」または「関連する系統の」ウェーハに依拠するものであるため、使用できない場合もあることに留意されたい。
【００８３】
図１１に、位置合わせステップ１００８を実行するのに使用され得る反復方法１１００を示す。ステップ１１０２で方法が開始する。ステップ１１０３で、各画像の同一部分から部分画像が選択される。図９に、画像９０１のそのような部分９０３が示されている。選択される「部分画像」部分は、実際には、画像全体に等しい場合もあるが、サンプルエッジおよびサンプル／段階の影響による方法の誤差を低減するために、この部分画像をサンプルの境界内の領域に制限した方が有利となり得る。部分画像のサイズを低減すると、有利には、方法１１００を実行するのに必要な計算時間も低減される。選択される部分画像が小さすぎる場合には、方法１１００の正確さが低下する。ステップ１１０４で、各（部分）画像が正規化される。例えば、各画像は、データが実数として表わされる場合には、１に正規化され得る。
【００８４】
ステップ１１０６からステップ１１１０は反復ループを形成している。ステップ１１０６が最初に実行される場合、ステップ１１０６では、２つの画像における「電気的構造の類似性」のサンプルまたは領域の相対的３次元位置および向きの初期推定値または推測に基づく画像変換変数を使用して、ルミネセンス画像の一方または両方を新しい画像に変換する。典型的な推測とは、２つの画像における「電気的構造の類似性」のサンプルまたは領域の３次元位置および向きが同一であるというものであろう。その場合には、変換は不要である。方法１１００の後に続く反復において、２つの画像における「電気的構造の類似性」のサンプルまたは領域の相対的３次元位置および向きの値は、（後述する）ステップ１１１２から取られる。
【００８５】
ステップ１１０８で、ウェーハ（ｋ）とウェーハ（ｋ＋１）のルミネセンス画像の減算に基づいて、「差分」画像が計算される。差分画像は、望ましくは、２つの変換画像の重なり合う領域だけに限定される。
【００８６】
ステップ１１０８では、必要に応じて、望ましくは、「差分」画像の正規化も行われる。前記ステップ１１０４の正規化例を続けると、画像データは、２で除算され、次いで、画像データに実数０．５が加算されて、結果として生じる画像データにおける０．０から１．０までの最大範囲がもたらされるはずである。画像が同一であった場合には、すべての画素が値０．５を有するはずである。
【００８７】
ステップ１１１０で、差分画像から画像強度値のヒストグラムを計算する。画像が十分な類似性を有する場合、ヒストグラムは明確な主ピークを含むものになる。ステップ１１０８の例を続けて、画像が識別された場合、実数０．５を含むヒストグラムビンにおけるカウント数は、「差分」画像内の画素数と等しくなるはずである。ヒストグラムで与えられる分布の幅は、例えば、分布の半値全幅（ＦＷＨＭ）や、標準偏差や、別の尺度などを使用して計算される。ＦＷＨＭなどの尺度が好ましいのは、この尺度が、例えば、標準偏差などに影響を及ぼす、分布内のロングテールからの不均衡な偏りの影響を比較的受けにくいからである。
【００８８】
ステップ１１１２で、ステップ１１０６からステップ１１１０が、幅の尺度の最小値を見つけるように構成されたアルゴリズムによって求められる空間変換パラメータの代替の値を用いて、この尺度が所定の基準に従って最小化されるまで繰り返される。次いで、方法１１００はステップ１１１４で終了する。
【００８９】
方法１１００は、例えば、ＭＡＴＬＡＢプログラムの関数「ＦＭＩＮＣＯＮ」などの標準的な数値最小化ルーチンを、ヒストグラムの幅を画像変換変数の関数として計算する別のルーチンおよび全体制御プログラムと併用して実施されてもよい。
【００９０】
前述の装置は、多結晶シリコンウェーハを使用した光電池製造に特に適用できるものである。これは、多結晶ウェーハ内において形成される電気的に活性な粒界、結晶欠陥または不純物の多い領域を含む電気的品質が不良な多数の領域から生じるルミネセンス画像内の構造の間では、クラックが隠れてしまうからである。クラックが単結晶光電池製造に際して形成される限り、そのようなクラックはより簡単に識別できる。とはいえ、本明細書で示す装置は、さらに、単結晶光電池製造に際して、それらのクラックを識別し、製造工程におけるウェーハの廃棄を可能にするためにも使用され得る。
【００９１】
前述の装置および方法は図３の光電池製造工程３１０に関連するものであるが、同じ原理および類似のプロセスおよび機能は、複数の電池が実装され、モジュールを形成するように電気的に接続される実際の光電池モジュール製造にも適用され得る。モジュール製造は、関連する画像データが対応する電池と関連するモジュール製造に供給される限り、ウェーハ／電池加工と同じ施設で行われなくてもよい。撮像がモジュール内の個々の電池に対して行われ、各画像が前述のように比較されて、モジュール内の電池、よってモジュール全体の有効性の評価が与えられる。電池が不良であることが判明した場合、そのような電池が交換され、次いで、そのモジュールまたはモジュールの当該部分が再試験され得る。試験によりモジュールの有効性が確認された場合、出荷のためにモジュールの最終パッキングが行われ得る。
【００９２】
以上の説明では、ＥＬまたはＰＬ撮像のうちの一方に言及しているが、他方、または両方の組み合わせを関連する段階において適用することもできることが理解されるであろう。さらに、プロセス障害検出の２つの実装形態は、別々の加工段階において、または同時に行われる加工段階において、独立に実施されても、組み合わせて実施されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
前述の装置は、少なくとも、単結晶または多結晶シリコン、特に多結晶シリコンを使用したシリコン光電池の製造に適用できる。また、前述の装置は、シリコンゲルマニウムといったシリコン以外の基材を使用した半導体光電池製造や、（シリコンと非晶質シリコンといった２つの異なる材料で形成される）ヘテロ接合電池や、（直接物理的に接触する２種類の電池からなる）タンデム電池にも適用され得る。
【００９４】
以上は、本発明のいくつかの実施形態を説明したものにすぎず、これらの実施形態には、本発明の範囲および精神を逸脱することなく改変および／または変更を加えることができ、各実施形態は限定的ではなく例示的なものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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