[發明專利]一種硅片晶向檢測方法及檢測裝置

有效

• 申請號: 201410146800.4
• 申請日: 2014-04-11
• 公開（公告）號: CN103928363A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 付少永;熊震
• 申請（專利權）人: 常州天合光能有限公司
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 張欣

技術領域

本發明涉及硅片晶向的檢測方法及檢測裝置。

背景技術

太陽能鑄錠多晶硅片晶粒一般在1cm左右，單張硅片晶粒數量在500個以上。晶粒之間因晶向的不同，對后續電池工藝的影響也不盡相同。如<100>晶向可通過堿制絨而獲得高捕光效果的金字塔絨面，而<111>晶向則只能通過酸制絨或其它各向同性的制絨方式來獲得絨面。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，繼而產生了不同的表面復合速率，影響著最終電池的性能參數。因此，通過對整張硅片晶向的準確檢測和評估，有利于對電池制備工藝的優化。然而依靠目前的技術水平，尚不能達到對整張硅片晶向準確測量的效果。

目前的晶向檢測方法主要有三種：

1)X射線衍射技術（X-Ray?diffraction，簡稱XRD），其束斑直徑一般在幾個mm，每次只能對硅片的單個晶粒的晶向進行測量，成本高，耗時非常長，完全不能滿足行業的需要。

2)電子背散射衍射分析技術（Electron?backscattered?selective?diffraction，簡稱EBSD），適合用于微區晶向檢測，可以用于面掃描，其空間分辨率可達0.1μm，但是測量的范圍也僅僅限制在幾個cm²，不適合對全尺寸硅片進行快速表征。

3)由本申請的申請人此前提出的旋轉臺反射法（CN103151283A，該專利文獻的全文通過援引方式加入本申請并作為說明書公開內容的一部分）。該技術方案能夠實現大面積樣品的晶向計算。CN103151283A公開的旋轉臺反射法已經具備充分的產業實用性，但申請人在對其實施的過程中進一步發現了以下尚可改進之處：其計算方法為與標準晶向比對的方法，理論精度有限。

鑒于本領域的技術現狀，當前光伏領域存在的迫切需求是：提供一種更為快速且精確的硅片晶向檢測技術。

發明內容

本發明利用硅片晶向對表面形貌影響導致其表面反射能力各向異性的特點，使用CCD成像技術捕獲硅片表面的晶粒反射強度與空間角度的關系，進而利用光學和晶體學原理計算出晶粒所對應的晶向。

本發明所利用的基本原理：用光源照射晶片表面的晶粒時，晶粒將反射光。通常，晶粒各個方向的反射強度不同，即呈現出反射能力各向異性。發明人經研究后發現，晶粒之所以出現各個方向反射強度的不同，主要原因在于硅的<111>密排面在機械加工和腐蝕過程中更容易保留。參考圖3a，八個<111>密排面在空間組成一個正八面體。考慮理想情況，假設對于硅片上任何晶粒，只有<111>面才能裸露在表面。則對于任意晶向的晶面A，其金字塔的形狀將如圖3b所示。各個<111>向量在以硅片表面為xoy平面的新坐標系的向量表示如圖3c。其晶粒反射曲線的最強值將出現在如圖4c所示的法線方向，其二維形式如圖3d所示。

基于上述前提，可以進行理論計算：只要得到圖3d中二維法向中的三個以上（含三個），即可組建如下方程組來重建四個法向量的三維形式：

V_i,V_j＝cos(α₀)·V_i·V_j，α₀為70.53°或109.47°

i,j={1,2,3,4},i≠j(式1)

上述方程式組中，V_i，V_j表示八面體的面法向量。特征角度α₀的取值就是八面體相鄰兩個面的夾角，這是基于硅的客觀晶格結構可得的常量。上述示例中取值精確到小數點后第二位，但更高或更低的精度也是可以的。求解上述方程組并結合晶體的對稱性質，即可計算出所有正八面體法向量，由此就可計算出每個晶粒的晶向。還需說明的是，由于八面體的對稱性，因此只要利用式1重建出四個法向量即可。

因此，本發明提出一種方案：采取攝像裝置（包括光源，一個或多個攝像探頭）在不同角方向旋轉照射硅片并獲得相應的反射強度，依此為感興趣的晶粒在極坐標系中繪制出反射曲線；通過在反射曲線中標識出像素亮度極值，來確定晶粒<111>正八面體的三個或更多個面的法向，進而計算出所有正八面體法向量，由此就可計算出感興趣晶粒的晶向。