完整成果

依據多晶矽太陽能晶圓可能產生的瑕疵，包括缺角、異物、孔洞、沾污、裂 痕以及微裂紋等等，其中缺角、孔洞、沾污及裂痕屬於表面瑕疵；而異物及微裂

紋則產生原矽晶圓內部。本研究著重於多晶矽太陽能晶圓之微裂紋檢測，因此我 們將檢測結果分成二大項來說明，包括表面瑕疵檢測以及晶圓內部檢測。實驗結 果如下：

(A)表面檢查：透過近紅外線穿透矽晶圓以使正常之矽晶圓呈現透明狀態。假若 表面含有瑕疵，即造成近紅外線在穿透矽晶圓時會產生一定程度的影響，使含有 瑕疵處之灰階值相對較低，藉以突顯瑕疵所在。表面檢查的項目包括孔洞、沾污 及裂痕等表面瑕疵。檢測結果中，紅色標記即為瑕疵大小及位置所在。

¾ 孔洞：由於透光的關係，施予背光光源後，孔洞處具有較高的灰階值，與 背景產生明顯的對比，因此很容易地被檢測出來。孔洞之檢測結果如圖 51 所示。

圖51、孔洞之檢測結果：左圖為原始影像；右圖為檢測結果。

¾ 裂痕：此處之裂痕為肉眼看的見的巨觀裂紋，其通常具有較高之灰階值，

因此選擇一個適當的門檻值將影像二值化即可找出瑕疵。檢測結果如圖 52 所示。

  圖52、裂痕之檢測結果：左圖為原始影像；右圖為檢測結果。

¾沾污：矽晶圓表面具有沾污時，會造成近紅外線在穿透矽晶圓時產生一定程度 的影響，進而使沾污處具有較低之灰階值，檢測結果如圖53、54 所示。

  圖53、沾污之檢測結果：左圖為原始影像；右圖為檢測結果。

  圖54、沾污之檢測結果：左圖為原始影像；右圖為檢測結果。

(B)晶圓內部檢查：內部的瑕疵是矽晶圓正、反兩面的表面都看不見的，然而透 過近紅外線取像技術，即可將隱藏於晶圓內部的瑕疵找出來。晶圓內部檢查項目 為異物與微裂紋，檢測結果說明如下：

¾ 異物：由於製程中有外在物體掉落生產線上，導致外在物體可能隱藏於矽 晶圓內部，透過近紅外線照明及取像，讓異物可以呈現出來。檢測結果如 圖55 所示。

  圖55、異物之檢測結果：左圖為原始影像；右圖為檢測結果。

¾ 微裂紋：此處的微裂紋屬於肉眼看不見的，且依據發生之位置可分為表面 微裂紋及內部微裂紋。而就我們所取得之微裂紋均屬於內部微裂紋。透過 圖56 利用不同取像系統對照以及檢測結果。圖(A)所示為使用白光光源施 予正向同軸光源所攫取得之矽晶圓表面影像，顯然微裂紋並未出現在影像 當中；圖(B)所示為使用本研究使用之近紅外線取像系統在同一位置所攫 取得之影像，如圖所示晶圓內部之微裂紋清楚呈現在影像中；圖(C)所示 為微裂紋檢測流程處理結果，以紅色標示為偵測所得之微裂紋資訊。

(A) (B) (C) 圖56、利用不同取像系統對照以及檢測結果：(A)為白光光源取像結果；(B)為近

紅外線取像系統取像結果；(C)為微裂紋檢測流程處理圖(B)之結果。

利用本研究所建構之微裂紋檢測系統，可順利將具有微裂紋之多晶矽晶圓檢 測出來。圖57、58 左邊為近紅外線取像系統所攫取得之原始影像，右圖則利用 本研究之微裂紋檢測流程檢測結果，其中紅色部分代表檢測出之微裂紋資訊。而 我們所取得微裂紋影像共29 張，圖 56、57 僅列出 8 張具有代表性的影像。

圖57、微裂紋檢測結果：左圖為原始影像；右圖以紅色代表檢測結果。

圖58、微裂紋檢測結果：左圖為原始影像；右圖以紅色代表檢測結果。

圖59 所示為本研究整合光學、機械、電子、及軟體程式所完成之微裂紋 AOI 實機。圖 60、61 為檢測合格及不合格時之程式畫面，畫面中 NG 代表具有 微裂紋；GO 代表合格即不具微裂紋及其他瑕疵。

圖59、微裂紋檢測機實體圖。

圖60、檢出微裂紋時檢測程式所顯示之畫面。

圖61、未檢出微裂紋時檢測程式所顯示之畫面。

利用本機台所攫取之多晶矽太陽能晶圓影像共 5000 張，其中具有瑕疵之影 像有40 張及無瑕疵影像有 4960 張，詳細之檢測結果如表 8 所示。由表中可見，

沾污、孔洞、異物及裂痕，皆可正確被檢出。微裂紋影像有29 張，其中 26 張被 成功檢出，3 張失敗。無瑕疵影像有 4960 張，其中 4928 張正確被判定為無瑕疵 影像，而32 張為誤判情形，造成誤判的主要原因是雜訊過多導致軟體程式將其 判定為瑕疵。而本研究針對微裂紋檢測之檢出率達 89.66%；整體對於微裂紋以 及其他瑕疵之檢出率為99.3%。

表8、微裂紋檢測結果。

瑕疵類別 沾污 孔洞 異物 裂痕 微裂紋 無瑕疵 影像數 6 2 1 2 29 4960 檢測

結果

正確 6 2 1 2 26 4928 錯誤 0 0 0 0 3 32  

本研究所獲得之成果可分成硬體及軟體兩部份說明如下：

„ 硬體方面所完成之工作項目條例如下：

¾ 利用 SolidWorks 完成檢測機台的設計。

¾ 利用 SolidWorks 完成檢測機台之運動模擬。

¾ 完成零件的委外加工與機台之自行組裝。

¾ 完成半球型近紅外線 NIR LED 光源的設計、加工及組裝。

„ 軟體程式方面所完成之工作項目包括：

¾ 完成平台運動控制程式之設計。

¾ 完成微裂紋檢測流程之規劃及程式設計。

¾ 完成平台運動控制程式、面掃瞄攝影機影像攫取程式、及微裂紋檢測程 式之整合。

¾ 完成程式介面之設計及整合。

圖62、白光光源取像系統 圖63、近紅外線背光取像系統

圖64、掃瞄式電子顯微鏡 (型號 S-4200)

圖65、OLYMPUS 光學顯微鏡 (型號 CX-41)