專利名稱：用于檢查物體表面的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于檢查物體的方法和裝置。
背景技術：
對于諸如用于電子器件和/或太陽能電池中的半導體襯底等晶片，在一些應用中，需要能夠檢查物體的表面。為此使用了各種解決方案。JP 2006292617描述了一種光學手段，其中，利用從光 源發出并透射過環形濾光器的照明光在表面中照射半導體襯底上的劃痕。基于來自光電轉 換器的、源于干涉的電信號而檢測出劃痕。JP 2005221288描述了用于通過利用成角度的光源在材料上投射陰影來測量材料 的表面特性的方法。陰影的圖像由照相機捕獲，并且該陰影的形狀/范圍用于計算該材料 的表面狀態。該材料例如可以是木材、金屬或塑料。因此，所述方法適于測量相對粗糙的表 面的特性，但不具有檢查表面中的小的不規則(例如由于從半導體材料/襯底鋸切晶片而 造成的不規則)所需要的精度和分辨率。
發明內容
本發明的目的在于提供一種用于檢查半導體襯底的表面的方法和裝置，其具有非 常高的精度和高可靠性，并且易于使用、緊湊且具有低的維護成本。半導體襯底例如為太陽 能電池的硅片。借助于本專利權利要求的特征實現本發明的目的。在一個實施例中，用于檢查半導體物體的表面的裝置包括-用于照亮物體的光源，-布置在光源與物體之間的遮蔽裝置，用于在物體的表面產生陰影，-用于捕獲物體的表面的圖像的圖像捕獲裝置，_用于處理圖像數據以提供物體表面的質量的指示的處理單元。待檢查的物體可以是表面檢查具有重要性的物體。物體可以具有任意的形狀和尺 寸。在一個實施例中，待檢查的物體是晶片，例如半導體晶片或用于太陽能電池的光電晶 片。表面的質量例如可以包括表面的高度變化(例如由于從更大的塊/鑄塊鋸切晶片 而造成的高度變化)信息。光源可以是任何合適的光源，諸如鹵素燈、一個或多個發光二極管等。光源照亮該 遮蔽裝置，以在物體表面產生陰影。可以優化光源與遮蔽裝置和/或物體之間的距離，以提 供陰影的清晰的邊緣。例如，布置在距遮蔽裝置較大距離處的鹵素燈將類似理想的點光源。 也可有多個光源。遮蔽裝置可以是任何在物體的至少一個表面上提供合適的陰影的裝置。產生的陰 影可以具有任何期望的形狀和尺寸，并且可以有任意數量的遮蔽裝置。使用數個遮蔽裝置，可以提供增加的測量冗余度，從而提供提高的測量魯棒性。在一個實施例中，遮蔽裝置具有縱向形狀，例如線或桿。圖像捕獲裝置可以是任何成像裝置，諸如照相機、圖像傳感器(諸如CXD或CMOS 裝置)等。圖像捕獲裝置也可以包括透鏡組件或其它的聚焦光學器件，以獲得物體表面和 /或陰影的清晰的圖像。可以有一個或多個圖像捕獲裝置。處理單元用于處理圖像數據并且分析圖像中陰影的至少一個邊緣，以提供物體表 面的質量指示。陰影的形狀會隨物體表面的高度變化而變化，因此物體表面的高度信息能 夠從陰影的邊緣的圖像數據中得到。在一個實施例中，計算出陰影邊緣上的對應點之間的一致性，且使用該一致性作 為所述點上的陰影的質量的度量。若一致性差，即所述點處的值之間的差在閾值以上，則在 進一步的計算中拒絕所述點。在一個實施例中，分析圖像中的陰影的邊緣包括計算邊緣的形狀的變化。在一個實施例中，確定物體在參考系中的位置。在一個實施例中，確定物體表面上的陰影的位置。此外，可以確定物體表面上的陰 影的邊緣的位置。在一個實施例中，圖像被標準化。這在物體由多晶材料制成時特別有吸引力，因為 由不同的晶體特性所造成的表面反射率的差異可能在測量中產生噪聲。例如，可以通過另 外捕獲不帶陰影的物體的表面的圖像、確定不帶陰影的物體在參考系中的位置、并且將不 帶有陰影的物體的圖像與帶有陰影的物體的圖像結合來執行標準化。圖像的結合可以通過 從帶有陰影的物體的圖像中減去不帶有陰影的物體的圖像或者用帶有陰影的物體的圖像 分割不帶有陰影的物體的圖像來執行。通過分割進行的標準化導致得到的圖像中對比度和 信號強度改善，因而產生在暗的(陰影)部分和亮的部分之間的圖像不同。物體位置的確定使得能夠針對所述兩個圖像中的物體表面的相同部分進行相減 和/或分割，從而確保正確的標準化和測量中的低噪聲。在一個實施例中，對圖像中陰影的至少一個邊緣的分析提供對物體表面的高度變
化的度量。在一個實施例中，對物體的兩個相反的表面執行上述步驟。這為每個表面提供高 度分布/曲線。將結果相減能夠提供對物體厚度的度量。在一個實施例中，還以與上述方 式相同的方式測量具有已知厚度的物體，并且該已知厚度與根據高度分布的測量出的厚度 結合，以給出待檢查物體的正確的實際厚度。在一個實施例中，物體為晶片，例如半導體晶片，如用在太陽能電池中的半導體晶 片。
下面將借助于示例并參考附圖更加詳細地描述本發明。圖1示意性示出本發明的原理；圖2示出本發明一個實施例的一種可能的布置；圖3示出帶有陰影的圖像的示例；圖4至圖8示出根據本發明的方法的實施例的不同階段；
圖9示出根據本發明一個實施例的標準化的過程；圖10示出用于提供物體厚度指示的本發明一個實施例的原理。
具體實施例方式在圖1中，檢查物體14的表面10。光源11照亮物體14和遮蔽裝置13，該遮蔽裝置13布置在光源11與物體14之間。因此，遮蔽裝置13在該物體的表面10上產生陰影 15。圖像捕獲裝置12被布置用于捕獲包括陰影15的物體表面10的圖像。然后該圖像數 據被處理/分析，以提供該物體表面的質量的指示。光源11可以是任何合適的光源，諸如鹵素燈、一個或多個發光二極管等。為了說 明的目的，在本示例中光源11被描繪成單一的燈泡，例如鹵素燈泡。光源11被布置成相對 于物體14橫向偏移，這導致從光源11經由遮蔽裝置13至物體表面10的光路徑相對于物 體表面10成一角度。該角度例如可在20°至40°的范圍內。可以優化光源11與遮蔽裝置13和/或物體之間的距離以提供陰影的清晰的邊 緣。在圖中，遮蔽裝置13與物體14之間的距離明顯短于光源11與遮蔽裝置13之間的距 離。有利的可以是，使得從遮蔽裝置13至物體14的距離短，以在物體14的表面10上得到 清晰的陰影。從遮蔽裝置13至物體14的距離可以在Imm至5mm的范圍內，例如在1. 5mm 至2. 5mm的范圍內，而從光源至物體的距離可以在50mm至250mm的量值范圍內。遮蔽裝置可以是任何在物體的至少一個表面上提供適當陰影的裝置。遮蔽裝置可 以具有任何期望的形狀和尺寸，并且可以有任意數量的遮蔽裝置。在圖1中具有兩個遮蔽 裝置13，它們被布置在物體14的同一表面的相對的側部上。其它的實施例可以對遮蔽裝置 進行其它配置，例如配置在物體的中心部的上方。圖像捕獲裝置12在圖1中被描繪成照相機，但是可以是任何成像裝置，諸如圖像 傳感器如CCD或CMOS裝置等。圖像捕獲裝置也可以包括透鏡組件或其它的聚焦光學器件， 以獲得物體表面和/或陰影的清晰的圖像。圖1中僅有一個圖像捕獲裝置12，但在其它實 施例中可以有數個圖像捕獲裝置。表面10上的陰影15的形狀會隨著物體14的表面10的高度變化而變化。該形狀 變化能夠從圖像捕獲裝置所捕獲的圖像中檢測出，因此能夠獲得物體表面的高度信息。這 例如可以通過在多個點計算陰影邊緣的位置來得到，一系列的邊緣陰影位置構成陰影邊緣 分布(profile)，該陰影邊緣分布對應于表示物體表面10的高度曲線/分布。為了獲得在 多個點/位置上的計算，遮蔽裝置和物體可彼此相對移動。在圖1的示例中，物體在圖像捕 獲期間不移動，但是為了檢查物體的下側或為了進一步處理物體，該物體被側向移動。當從 物體至遮蔽裝置和光源的距離已知時，可以借助于幾何計算根據陰影邊緣分布計算出表面 高度的變化。可以將沿著表面的多個高度曲線/分布的計算結果組合以形成物體表面的三 維模型。為了提供對陰影位置的精確計算，圖像應當具有高的質量。這可以通過使用具有 高分辨率的圖像捕獲裝置和/或通過例如使用η階透鏡校準或其它已知校準技術校準圖像 捕獲裝置來確保。圖像捕獲裝置也可用于控制圖像的曝光和/或反差。在圖2中示出用于實施本發明的布置的示例。待檢查的物體20被布置在運送裝 置21上。運送裝置21使得能夠實現對沿著箭頭方向移動的物體20的連續測量。在本實施例中，運送裝置21具有用于支撐和移動物體20的支撐元件24、25。可替選地，所述支撐 元件被布置用于支撐物體表面的不同部分。這使得能夠測量物體的兩個相反表面，例如下 表面和上表面。當物體被布置在運送裝置上時，如果要檢查物體的下表面和上表面兩者，則 應當在運送裝置21的上方和下方布置有光源和遮蔽裝置。測量物體的兩側使得不需要對 物體進行精確的高度定位/對齊，因為所述兩次測量會抵消高度和/或定位誤差。在圖2 中，第一支撐元件24在運送路徑的第一部分26中支撐物體的外邊緣部分，于是物體被轉移 至該運送路徑的第二部分27，在第二部分27中，第二支撐元件25支撐物體的中心部分。在 此配置中，第一遮蔽裝置22被布置在第一支撐元件之間，并且測量物體下表面的中心部分 的特性。而第二遮蔽裝置23被布置在第二支撐元件25之外，并且測量物體的下表面的邊 緣部分的特性。在一個實施中，布置有數個光成像捕獲裝置和光源，例如光源的數量對應于 圖像捕獲裝置的數量。可以增加根據在物體的不同位置上所捕獲的不同圖像而產生的測量 結果，以提供在物體表面的全部寬度上的表面的指示。圖3示出帶有陰影32的物體31的圖像30的示例。陰影32由布置在物體上方的 細長的遮蔽物體33來提供。該細長的遮蔽物體可以例如是伸長的線、桿、或蝕刻在玻璃板 上的金屬條。在圖3所示的示例中，每個遮蔽元件包括三個細長元件，每個細長元件具有兩 個縱向邊緣，因此，每個遮蔽元件具有六個縱向邊緣。在其它的配置中，可以有其它數量的 細長元件，例如4個或5個。這在計算上提供良好的冗余度，進而提供系統的魯棒性。縱向 元件被布置成相互接近，典型的中心問的距離為2mm。圖4至圖8示出根據本發明的方法的實施例的不同階段，其中，借助于圖像處理/ 分析來分析圖像。在圖4中，借助于圖像處理/分析，確定物體31的邊緣40、41，并計算它 們在參考系中的位置。所述邊緣在參考系中的位置于是可用于計算物體的尺寸和形狀。參 考系可以與圖像捕獲裝置的圖像區域有關。如圖5所示，邊緣的位置在下一個步驟中使用， 在該步驟中，確定物體31在參考系中的位置。在圖6中，在圖像中確定陰影32，并且確定 陰影32在物體31表面上的位置。在圖7中，圖像處理使用陰影32的位置信息來確定陰影 的邊緣70至75的位置。評估陰影邊緣的質量，以確定適于進行計算的陰影。由于圖像中 的贗象(artefact)，例如由于物體表面上的灰塵顆粒，陰影的邊緣的質量可能降低。在多 個點上計算邊緣的位置，一系列的點構成陰影邊緣分布。例如通過統計分析來評估陰影的 邊緣的質量。對所有陰影(在圖7中有三個陰影)的兩個邊緣的對應點進行比較，并且計 算出它們之間的相關性。如果有符合要求的、預定的多個點相關(即所述多個點之間相差 小于預定閾值)，則接受所述點，若不相關，則拒絕所述點。在每個遮蔽元件中有四個陰影 (八個邊緣)的情況下，相應地可接受的點的數量可以例如為四個，而對于三個陰影(六個 邊緣)，可接受的數量可以為三個或四個。被接受的點被分配以公值，該公值例如是相關點 的中值。在沒有足夠的點相關且所述點被拒絕的情況下，通過使用鄰近的點來插補這些點 的值。如果必須插補太多的點，則拒絕整個陰影，并且不評估物體表面的這一區域。根據陰影邊緣分布，例如借助于三角計算可以計算出物體表面的高度分布。圖8示出疊加在包括陰影32的物體31的圖像30上的計算出的高度分布80。圖9示出根據本發明一個實施例的標準化處理的實現。通過捕獲不帶有陰影的物 體的表面的圖像、確定不帶有陰影的物體在參考系中的位置、并且使用物體表面的這兩個 圖像以及位置信息，實現標準化，以例如借助于從帶有陰影的物體的圖像中減去不帶有陰影的物體的圖像或者用帶有陰影的物體的圖像分割不帶有陰影的物體的圖來標準化圖像。該標準化的結果能夠在圖中看到，如白色的區域90。標準化消除了圖像和信號噪聲(諸如 振動)和由于物體表面的反射率的大的差異所產生的噪聲。后者在根據本發明的方法和裝 置用于檢查太陽能電池的多晶晶片時尤其成問題。多晶結構導致測量中的噪聲，該噪聲由 標準化處理來抵消。 圖10示出本發明一個實施例的用于提供物體厚度的指示的原理。在兩個相對的 外表面101和102上以如上所述的方式測量物體的表面。對待檢查的物體104和具有已知 厚度的參考物體103兩者都執行該測量。對參考物體103的測量在圖IOa中示出，而圖IOb 示出對待檢查的物體104的測量。從各表面101、102中如上所述獲得高度分布。然后在多 個位置/地方將高度分布相減，以針對每個計算出的高度分布位置/點，計算物體的厚度。 在一個實施例中，計算出多個高度分布，并且使用它們的平均值來計算厚度分布。可以針對 形成高度分布的一系列位置上的每個高度位置，或者針對根據未被平均的高度分布計算出 的厚度分布來執行所述平均。使用計算出的參考物體103的厚度分布來計算增益和偏移以 獲得物體的正確厚度。
權利要求
一種用于檢查半導體物體的表面的方法，其特征在于，該方法包括步驟-在所述物體的至少一個表面上提供數個陰影；-捕獲包括所述陰影的物體的表面的圖像；-分析所述圖像中的陰影的至少兩個邊緣，以提供所述物體的表面的質量的指示。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，分析圖像中的陰影的邊緣包括計算所述 邊緣的形狀的變化。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，該方法還包括 -確定所述物體在參考系中的位置。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，確定所述物體表面上的陰影 的位置。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，確定所述物體表面上的陰影的邊緣的位置。
6.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，計算在所述陰影的邊緣上的 對應點之間的一致性，并且使用該一致性作為在所述點上的陰影的質量的度量。
7.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，基于所述邊緣的位置計算所述物體的尺寸。
8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，標準化所述圖像。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，通過另外捕獲不帶有陰影的物體的表面 的圖像、確定不帶有陰影的物體在參考系中的位置、以及從帶有陰影的物體的圖像中減去 不帶有陰影的物體的圖像來執行所述標準化。
10.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，通過另外捕獲不帶有陰影的物體的表面 的圖像、確定不帶有陰影的物體在參考系中的位置、以及用不帶有陰影的物體的圖像分割 帶有陰影的物體的圖像來實施所述標準化。
11.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，對所述圖像中的陰影的至少一個邊緣的 分析提供對所述物體的表面的高度變化的度量。
12.根據權利要求11所述的方法，其特征在于，針所述物體的兩個相對的表面執行所 述步驟，并且將結果相減，以獲得對所述物體的厚度的度量。
13.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述物體是晶片。
14.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述物體是半導體晶片。
15.一種用于檢查半導體物體的表面的裝置，其特征在于，該裝置包括 -光源，該光源用于照亮所述物體；-遮蔽裝置，該遮蔽裝置布置在所述光源與所述物體之間，用于在所述物體的表面上提 供數個陰影；-圖像捕獲裝置，該圖像捕獲裝置用于捕獲包括陰影的物體表面的圖像；以及 -處理單元，該處理單元用于處理圖像數據，以提供所述物體表面的質量的指示。
16.根據權利要求15所述的裝置，其特征在于，所述處理單元用于計算所述陰影的形 狀的變化。
17.根據權利要求15所述的裝置，其特征在于，所述處理單元用于確定所述物體在參 考系中的位置。
18.根據權利要求15至17中任一項所述的裝置，其特征在于，所述處理單元用于確定 所述陰影的位置。
19.根據權利要求18所述的裝置，其特征在于，所述處理單元用于確定所述陰影的邊 緣的位置。
20.根據權利要求15所述的裝置，其特征在于，所述處理單元用于標準化所述圖像。
21.根據權利要求20所述的裝置，其特征在于，通過捕獲不帶有陰影的物體的表面的 圖像、確定不帶有陰影的物體的位置、以及從帶有陰影的物體的圖像中減去不帶有陰影的 物體的圖像來執行所述標準化。
22.根據權利要求20所述的裝置，其特征在于，所述處理單元用于提供對所述物體表 面的高度變化的度量。
23.根據權利要求15至22中任一項所述的裝置，其特征在于，所述物體為晶片。
24.根據權利要求23所述的裝置，其特征在于，所述物體為半導體晶片。
全文摘要
一種用于檢查物體的裝置，包括光源，用于照亮物體；遮蔽裝置，布置在所述光源與所述物體之間，用于在所述物體的表面上產生陰影；圖像捕獲裝置，用于捕獲所述物體的表面的圖像；以及處理單元，用于處理圖像數據，以提供所述物體表面的質量的指示。還提供一種用于檢查物體的方法在物體的至少一個表面上提供陰影，捕獲包括所述陰影的物體的表面的圖像，并且分析所述圖像中的陰影的至少一個邊緣，以提供所述物體的表面的質量的指示。
文檔編號G01B11/25GK101821581SQ200880111202
公開日2010年9月1日 申請日期2008年9月1日 優先權日2007年8月31日
發明者托爾·沃賽特, 托雷弗·雷薩克, 波特·雷波姆, 阿內·索門費爾特 申請人:托蒂瓦爾太陽能公司
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