WO2013150424A1 - Optical method of mapping the crystal orientation of a sample - Google Patents

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WO2013150424A1
WO2013150424A1 PCT/IB2013/052509 IB2013052509W WO2013150424A1 WO 2013150424 A1 WO2013150424 A1 WO 2013150424A1 IB 2013052509 W IB2013052509 W IB 2013052509W WO 2013150424 A1 WO2013150424 A1 WO 2013150424A1
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sample
grain
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crystal grains
vector
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PCT/IB2013/052509
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Jean-Daniel PENOT
Cyril Cayron
Benoît Marie
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Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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Definitions

  • the invention relates to a method for mapping the crystalline orientation of a sample of polycrystalline material. This process is based on an optical technique and applies to samples having undergone a mechanical shaping step, such as silicon wafers which are obtained by sawing an ingot. The invention applies in particular, but not exclusively. , the characterization of substrates in a photovoltaic cell manufacturing process,
  • Photovoltaic cells are mainly made from substrates of mono- or polycrystalline silicon. While monocrystalline substrates are, by definition, characterized by a constant crystallographic orientation, the polycrystalline wafers consist of a number of crystallites - or "grains" - of distinct crystalline orientations. Since silicon has a crystalline structure of the "diamond" type, it has an anisotropy: its physical characteristics depend on the crystalline orientation considered. In the case of polycrystalline slices the crystalline orientations of these grains are not uniformly distributed, which leads to a heterogeneity of the slice.
  • the anisotropy of silicon has multiple impacts on the characteristics of substrates and solar cells, in particular on their resistance to damage and fracture or on their electrical properties; see in this connection the article by B. A. Nesterenko et al "Electrical properties of clean silicon surfaces with different crystalline orientations", Surf. Sci., 18 (1969), pp.239-244.
  • This step consists of developing a surface micrometric relief, usually pyramidal, by a chemical attack that reveals the dense planes - mainly the plans (111).
  • the local crystalline orientation conditions the geometry of the etched surface patterns, which themselves directly influence on the absorption rate of incident solar radiation, and therefore on the energy conversion efficiency of the solar cell.
  • crystal orientation determination is generally performed by electron or X-ray diffraction techniques, and sometimes by neutron diffraction or Raman spectroscopy.
  • X-ray diffraction by the Laue method or backscattered electron diffraction (EBSD) is commonly used.
  • EBSD backscattered electron diffraction
  • these diffraction techniques have the major disadvantage of being slow.
  • specifically dedicated and optimized equipment for determining the crystal orientation of the grains of a poly-Si wafer requires 1 to 2 hours to measure the orientations of about 500 grains.
  • the electronic diffraction also has a second significant drawback which is the small surface that can be analyzed.
  • SEM scanning electron microscope
  • EBSD mapping can only be carried out on a surface of the order of 2 cm by 2 cm at most, in several hours or even tens of hours, with moreover the vacuum constraint imposed by the use of SEM.
  • DE 197 25 535 discloses an optical method for identifying the (single) crystalline orientation of a monocrystalline sample by detecting light scattered from its surface.
  • No. 5,032,734 discloses an optical method for detecting surface defects of a sample, which may for example be a slice of semiconductor material.
  • a sample which may for example be a slice of semiconductor material.
  • VSC 35th iEEE Photovoitaic Specialists Conference
  • the invention aims to solve the aforementioned drawbacks of the prior art and to provide a method for mapping the crystalline orientation of a polycrystalline material sample which is simple, fast and inexpensive to implement, and which does not require not a step of preparing the surface to be mapped, in particular by chemical etching attack.
  • the invention exploits the fact that the manufacture of silicon wafers almost always involves one or more mechanical shaping processes - usually a cut, sometimes followed by a surface grinding.
  • Si-Si slices are generally sawn into the mass of an ingot by wire cutting methods.
  • the free abrasive cut in which the abrasive grains are mixed with the lubricant ("slurry"), thus being independent of the two bodies in relative movement.
  • slurry lubricant
  • fixed abrasive sawing for which the hard particles that constitute the abrasive are attached to the surface of the wire and "scratch" the surface of the body.
  • the wear of the material is carried out by abrasion, that is to say caused by the sliding on its surface of another body.
  • the topography of the sawed surface is often characteristic of the mechanism by which it wears progressively.
  • the surface state of the part obtained is a function of the abrasion.
  • silicon has anisotropic mechanical properties - that is to say which depend on the crystalline orientation - such as its hardness, the existence of preferential cleavage plane, its tenacity, its Young's modulus, etc.
  • the surface condition obtained is a function of the orientation of the abraded grain.
  • CMP chemical-mechanical polishing
  • An object of the invention is therefore a method for mapping the crystalline orientation of a sample of polycrystalline material having undergone mechanical cutting, the method comprising the steps of:
  • steps being carried out after said mechanical cutting and before any operation of etching or polishing the surface of the sample.
  • This method applies mainly to single-phase samples because the presence of several phases would introduce additional heterogeneity making its implementation more delicate.
  • step a) may comprise the acquisition of a plurality of images of said sample with different lighting directions and for the same direction of observation of the sample.
  • said step a) may comprise acquiring a plurality of images of said sample with the same scanning direction and for different sample viewing directions.
  • Said step b) can comprise:
  • step b1) identifying, from the images acquired during step a), crystal grains present on the surface of the sample; o b2) calculating a mean light intensity for each said image and for each said crystal grain; and b3) the association with each said crystal grain of a vector, each element of which is representative of the average light intensity of said grain, calculated on a respective image.
  • said step b) can comprise:
  • step b'1 identifying, from the images acquired during step a), crystal grains present on the surface of the sample;
  • the method may also include a prior calibration step comprising:
  • Said prior calibration step may also comprise the determination of the orientations of the crystal grains of said or of each reference sample by a technique chosen from:
  • Said step c) can be implemented by means of a statistical data processing method, in particular regression or classification, according to the data obtained during said calibration step.
  • the method may also include a prior step of mechanical cutting of the sample by an abrasion process.
  • Said sample may be of semiconductor material, and in particular silicon or germanium.
  • Said sample may advantageously have crystalline grains of a size greater than or equal to 500 ⁇ m, preferably greater than or equal to 1 mm and more preferably greater than or equal to 5 mm.
  • Another object of the invention is the application of such a method to the characterization of substrates in a process for manufacturing photovoltaic cells.
  • Figures 1A and 1B show two lighting configuration and observation of a sample that may be suitable for the implementation of the invention
  • Figures 2A-2D show four images of the surface of a polycrystalline sample, corresponding to different illumination directions
  • Figure 3 illustrates the identification of crystal grains from the images of Figures 2A-2D;
  • Figure 4 illustrates the numerical representation of a crystal grain
  • FIG. 1A illustrates, schematically, a lighting configuration and observation of a sample E according to a first embodiment of the invention.
  • three light sources S1, S2 and S3 are arranged to illuminate the surface of said sample from three different directions.
  • An image sensor (in this case, a camera) C1 observes the sample from above, in a direction perpendicular to the surface.
  • the three light sources are lit in turn, and each time the camera acquires an image of the surface.
  • the three images are different from each other because they correspond to different lighting directions.
  • FIG. 1B illustrates a lighting configuration according to a second embodiment of the invention.
  • a single light source S is arranged to illuminate the surface of said sample from above, in a direction perpendicular to the surface.
  • Three image sensors (cameras) Cil, CI2 and CI3 observe the sample from three different directions.
  • the three image sensors are activated in turn or simultaneously to acquire respective images of the surface illuminated by the source S.
  • the three images are different from each other because they correspond to directions of acquisition, or observation, different.
  • This second embodiment is more expensive to implement than the first, because it requires a plurality of image sensors, but is also faster, because all the images necessary for the identification of crystalline directions can be acquired. at the same time.
  • the image sensor may not be oriented perpendicular to the surface; likewise, in the case of FIG. 1B, the illumination may not be in normal incidence.
  • the number of different lighting / observation configurations need not be equal to three, but may be higher, for example between 3 and 20, preferably between 3 and 8, more preferably between 3 and 6. It is also possible to combine the principles of the two embodiments described above and to use both a plurality of light sources and image sensors. Checking and observation configurations can differ in their direction of incidence relative to the sample frame of reference and / or in their angle of incidence relative to the plane of the surface.
  • the incident light may be collimated by an optical device to produce a beam of light by a beam of parallel light rays.
  • the incident light can be polarized or not and be mono- or polychromatic; it is preferably spatially incoherent.
  • the light sources may be, for example, light-emitting diodes or lamps.
  • Image sensors can be in black and white or in color; they can use in particular CCD or CMOS technology.
  • the lateral dimensions of the sample E can be between 5 mm x 5 mm and 450 mm x 450 mm.
  • the dimensions of the sample are preferably between 100 mm ⁇ 100 mm and 160 ⁇ 160 mm.
  • the analyzed area is preferably between 5 x 5 mm and 30 mm x 30 mm.
  • the image sensors may comprise optical objectives, in particular by performing the reflectivity measurements on an optical microscope or through a magnifying glass.
  • the sample E Prior to the acquisition of the images, the sample E must have undergone a mechanical shaping, for example a wired cut with free abrasive grains, a wire cut with abrasive grains integral with the wire, a circular saw cut, a rectification.
  • a mechanical shaping for example a wired cut with free abrasive grains, a wire cut with abrasive grains integral with the wire, a circular saw cut, a rectification.
  • the sample may also have been cleaned or rinsed after mechanical shaping, but it must not have been finely polished to erase surface irregularities caused by shaping.
  • FIGS. 2A-2D show four images of a Poly-Si sample, corresponding to four different lighting and / or acquisition geometries, in accordance with the principle of the invention.
  • a graphic scale is drawn next to Figure 2A. These images are in black and white, digitized on 32 bits (more generally, 8 bits or more). It can be noted that the different crystalline grains have gray levels that are different from one image to another: the grains that appear light on one of the images are much darker on another, and vice versa. As explained above, this is due to their surface condition which depends on their crystalline orientation, revealed by abrasions produced by mechanical shaping.
  • the grain contours are detected by image processing, for example using the ImageJ software (http://rsb.info.nih.gov/ij/).
  • the detection of the contours is advantageously preceded by a pretreatment including a noise suppression operation ("Despeckl ⁇ ng") to erase small surface defects such as dust and a smoothing of the hue within a grain, without damaging its properties. outlines ("Threshoided Blur").
  • FIG. 3 five grains referenced A1, A2, A3, A4, B1 have been highlighted. In a real application, all the grains visible in the image would be identified, but this is only to illustrate the operating principle of the invention.
  • the grains identified are numerically in the form of a set of pixels whose gray level is defined by a value for example between 0 and 255, as illustrated in FIG. 4, where the interior of the grain is distinguished. G and the outline C.
  • the gray level of this grain is defined by the average value of the pixels it contains. In the case of the example of FIG. 4, this value is 240 (average of the values of the pixels of the zone G).
  • a numerical value is assigned to each grain and for each image. If we start with N> 3 images, we associate with each grain a vector with N components (a number, corresponding to a mean gray level, that is to say to a mean luminous intensity, for each image). Starting from a color image, each gray level should be replaced by three values, corresponding to the red, green and blue components. So, we would associate with each grain a matrix Nx3 (or, equivalent, a vector of dimensions 3N) N being the number of images (N> 3) and 3 the number of chromatic components. It is also possible to work with polarized light.
  • the table below contains the average gray levels of A1 - A4 and B1 grains.
  • the grain A1 is associated with the vector ⁇ 96, 183, 203, 207 ⁇ and so on.
  • a calibration will be carried out using a large number of grains of known orientation (500 - 10000, for example 2000 for an expected angular resolution of the order of the degree) forming one or more reference samples so to build a model regression or classification statistics, using known data analysis techniques.
  • the method of the invention has the advantage of being very fast (of a few seconds per sample), of being able to be used on the production lines of semiconductor substrates or of solar cells and to require no steps surface preparation.

Abstract

Method of mapping the crystal orientation of a sample of polycrystalline material having undergone a step of mechanical shaping, the method comprising the steps consisting in: a) acquiring at least three images of said sample under directional lighting, each image corresponding to a different lighting and/or acquisition geometry; b) identifying crystal grains on said images, and associating with each of them a vector or matrix representative of luminous intensity values measured on various images in correspondence with said grain; and c) determining the crystal orientation of each said grain as a function of the corresponding vector or matrix; said steps being implemented after said step of mechanical shaping and before any operation of chemical etching or polishing of the surface of the sample.

Description

PROCEDE OPTIQUE DE CARTOGRAPHIE DE L'ORIENTATION CRISTALLINE D'UN ECHANTILLON  OPTICAL METHOD FOR CARTOGRAPHY OF THE CRYSTALLINE ORIENTATION OF A SAMPLE
L'invention porte sur un procédé de cartographie de l'orientation cristaliine d'un échantillon en matériau polycristaliin. Ce procédé se base sur une technique optique et s'applique aux échantillons ayant subi une étape de mise en forme mécanique, comme les tranches de silicium qui sont obtenues par sciage d'un lingot, L'invention s'applique notamment, mais pas exclusivement, à la caractérisation des substrats dans un processus de fabrication de cellules photovoltaïques,  The invention relates to a method for mapping the crystalline orientation of a sample of polycrystalline material. This process is based on an optical technique and applies to samples having undergone a mechanical shaping step, such as silicon wafers which are obtained by sawing an ingot. The invention applies in particular, but not exclusively. , the characterization of substrates in a photovoltaic cell manufacturing process,
Les cellules photovoltaïques sont majoritairement fabriquées à partir de substrats de silicium mono- ou polycristaliin. Tandis-que les substrats de monocristallin sont, par définition, caractérisés par une orientation cristalîographique constante, les tranches {« wafers ») poiycristallines se composent de nombre de cristallites - ou « grains » - d'orientations cristallines distinctes. Le silicium possédant une structure cristalline de type « diamant », il présente une anisotropie : ses caractéristiques physiques dépendent de l'orientation cristalline considérée. Dans le cas des tranches poiycristallines les orientations cristallines de ces grains ne sont pas réparties de manière uniforme, ce qui conduit à une hétérogénéité de la tranche.  Photovoltaic cells are mainly made from substrates of mono- or polycrystalline silicon. While monocrystalline substrates are, by definition, characterized by a constant crystallographic orientation, the polycrystalline wafers consist of a number of crystallites - or "grains" - of distinct crystalline orientations. Since silicon has a crystalline structure of the "diamond" type, it has an anisotropy: its physical characteristics depend on the crystalline orientation considered. In the case of polycrystalline slices the crystalline orientations of these grains are not uniformly distributed, which leads to a heterogeneity of the slice.
L'anisotropie du silicium a de multiples impacts sur les caractéristiques des substrats et des cellules solaires, notamment sur leurs résistance à l'endommagement et à la rupture ou encore sur leurs propriétés électriques ; voir à ce propos l'article de B.A. Nesterenko et al « Electrical properties of clean silicon surfaces with différent crystalline orientations », Surf. Sci., 18 (1969), pp.239-244.  The anisotropy of silicon has multiple impacts on the characteristics of substrates and solar cells, in particular on their resistance to damage and fracture or on their electrical properties; see in this connection the article by B. A. Nesterenko et al "Electrical properties of clean silicon surfaces with different crystalline orientations", Surf. Sci., 18 (1969), pp.239-244.
Une autre conséquence pratique de cette anisotropie concerne l'étape dite de texturation, réalisée au cours de la fabrication des cellules photovoltaïques pour diminuer la réflectivité de la surface de la cellule. Cette étape consiste à développer en surface un relief micrométrique, généralement de forme pyramidale, par une attaque chimique qui révèle les plans denses - principalement les plans (111 ). De fait, l'orientation cristalline locale conditionne la géométrie des motifs de surface gravés, qui eux mêmes influent directement sur le taux d'absorption du rayonnement solaire incident, et donc sur le rendement de conversion énergétique de la cellule solaire. Another practical consequence of this anisotropy concerns the so-called texturing step, performed during the manufacture of the photovoltaic cells to reduce the reflectivity of the surface of the cell. This step consists of developing a surface micrometric relief, usually pyramidal, by a chemical attack that reveals the dense planes - mainly the plans (111). In fact, the local crystalline orientation conditions the geometry of the etched surface patterns, which themselves directly influence on the absorption rate of incident solar radiation, and therefore on the energy conversion efficiency of the solar cell.
La connaissance de l'orientation cristalline des tranches de silicium, et particulièrement des grains composant les tranches de silicium polycristallin (pofy-Si), est donc essentielle.  Knowledge of the crystalline orientation of the silicon wafers, and particularly the grains making up the polycrystalline silicon wafers (pofy-Si), is therefore essential.
Actuellement, la détermination de l'orientation des cristaux est généralement effectuée par des techniques de diffractions des électrons ou des rayons X, et parfois par diffraction neut onique ou par spectroscopie Raman. En particulier, pour les tranches de poly-Si on utilise couramment la diffraction des rayons X par la méthode de Laue ou la diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD). Outre leurs coûts élevés, ces techniques de diffraction présentent l'inconvénient majeur d'être lentes. Dans le cas de la diffraction de rayons X, un équipement spécifiquement consacré et optimisé pour la détermination des orientations cristaliines des grains d'une tranche de poly-Si demande 1 à 2 heures pour mesurer les orientations d'environ 500 grains. Egalement très lente, la diffraction électronique présente en outre un second inconvénient notable qui est la faible surface analysable. Dans un microscope électronique à balayage (MEB) conventionnel, une cartographie par EBSD ne peut être réalisée que sur une surface de l'ordre de 2 cm par 2 cm au plus, et ce en plusieurs heures voire dizaines d'heures, avec en plus la contrainte du vide imposée par l'utilisation du MEB.  Currently, crystal orientation determination is generally performed by electron or X-ray diffraction techniques, and sometimes by neutron diffraction or Raman spectroscopy. In particular, for poly-Si slices, X-ray diffraction by the Laue method or backscattered electron diffraction (EBSD) is commonly used. In addition to their high costs, these diffraction techniques have the major disadvantage of being slow. In the case of X-ray diffraction, specifically dedicated and optimized equipment for determining the crystal orientation of the grains of a poly-Si wafer requires 1 to 2 hours to measure the orientations of about 500 grains. Also very slow, the electronic diffraction also has a second significant drawback which is the small surface that can be analyzed. In a conventional scanning electron microscope (SEM), EBSD mapping can only be carried out on a surface of the order of 2 cm by 2 cm at most, in several hours or even tens of hours, with moreover the vacuum constraint imposed by the use of SEM.
Ces limites inhérentes aux techniques de diffraction les rendent peu efficaces pour l'étude de tranches de pofy-Si à grande échelle, notamment sur les lignes industrielles de fabrication de cellules photovoltaïques, dont les cadences sont aujourd'hui de une à quelques secondes par substrat, ou en microélectronique.  These limitations inherent in diffraction techniques make them ineffective for the study of large-scale pofy-Si slices, especially on industrial photovoltaic cell production lines, whose rates are now from one to a few seconds per substrate. , or in microelectronics.
Le document DE 197 25 535 décrit un procédé optique d'identification de l'orientation cristalline (unique) d'un échantillon monocristallin par détection de la lumière diffusé par sa surface.  DE 197 25 535 discloses an optical method for identifying the (single) crystalline orientation of a monocrystalline sample by detecting light scattered from its surface.
Le document US 5,032,734 décrit un procédé optique de détection des défauts de surface d'un échantillon, qui peut par exemple être une tranche de matériau semi-conducteur. Dans l'article de 8. L. Sopori et al., « A réflectance spectroscopy-based tool for high-speed characterization of silicon wafers and solar cells in commercial production », 35th iEEE Photovoitaic Specialists Conférence (PVSC), 2010, il est proposé d'utiliser une technique d'imagerie optique par réflectivité pour obtenir des cartographies d'orientations cristallines de façon rapide, c'est à dire en quelques secondes seulement ; !e dispositif permettant la mise en œuvre de ce procédé est décrit dans le document US 6,275,295. Le principal inconvénient de cette technique est qu'il présuppose une texturation de la surface par attaque chimique anisotrope. Certes, la réalisation d'une telle texturation est généralement prévue par les procédés de fabrication des cellules photovoltaïques, mais elle ne se retrouve pas nécessairement dans d'autres procédés - par exemple en microélectronique - nécessitant également la détermination d'une cartographie des orientations cristallines. Même en ce qui concerne les cellules photovoltaïques, en outre, il serait bien préférable de connaître la ou les orientations cristallines des substrats pius en amont dans la chaîne de fabrication. On pourrait alors, par exemple, sélectionner le traitement de texturation le plus adapté en fonction de la répartition des orientations cristallines des différents grains, notamment de la direction hors plan majoritaire. De façon générale, la connaissance de l'orientation des cristaliites constituant les tranches de poly-Si juste après leur création permettrait de caractériser la cristallisation et de trier au pius tôt les substrats dans la chaîne de fabrication des cellules photovoltaïques. Aucune technique connue de l'art antérieur ne permet cela dans des conditions compatibles avec les contraintes d'une fabrication industrielle. No. 5,032,734 discloses an optical method for detecting surface defects of a sample, which may for example be a slice of semiconductor material. In the article by L. Sopori et al., "A reflectance spectroscopy-based tool for high-speed characterization of silicon wafers and solar cells in commercial production," 35th iEEE Photovoitaic Specialists Conference (PVSC), 2010, it is proposed to use a reflective optical imaging technique to obtain maps of crystalline orientations in a fast manner, that is to say in only a few seconds; The device for carrying out this process is described in US 6,275,295. The main drawback of this technique is that it presupposes texturing of the surface by anisotropic etching. Admittedly, the realization of such texturing is generally provided by the photovoltaic cell manufacturing processes, but it is not necessarily found in other processes - for example in microelectronics - also requiring the determination of a mapping of crystalline orientations . Even with respect to photovoltaic cells, in addition, it would be much better to know the crystal orientation (s) of the substrates more upstream in the production line. One could then, for example, select the most suitable texturing treatment according to the distribution of the crystalline orientations of the different grains, in particular the direction out of the majority plane. In general, the knowledge of the orientation of the crystallites constituting the poly-Si slices just after their creation would make it possible to characterize the crystallization and to sort at the earliest time the substrates in the production line of the photovoltaic cells. No known technique of the prior art allows this under conditions compatible with the constraints of an industrial manufacturing.
L'invention vise à résoudre les inconvénients précités de l'art antérieur et à procurer un procédé de cartographie de l'orientation cristalline d'un échantillon en matériau polycristallin qui soit simple, rapide et peu coûteuse à mettre en œuvre, et qui ne nécessite pas une étape de préparation de la surface à cartographier, notamment par attaque chimique de texturation.  The invention aims to solve the aforementioned drawbacks of the prior art and to provide a method for mapping the crystalline orientation of a polycrystalline material sample which is simple, fast and inexpensive to implement, and which does not require not a step of preparing the surface to be mapped, in particular by chemical etching attack.
Pour atteindre ce but, l'invention exploite le fait que la fabrication des tranches de silicium fait presque toujours intervenir un ou plusieurs procédés de mise en forme mécanique - généralement une découpe, parfois suivie d'une rectification de surface. Pour la réalisation de cellules photovoltaïques, îes tranches de Poîy-Si sont généralement sciées dans la masse d'un lingot par des procédés de découpe filaire. Il existe deux grands types de découpes selon le type d'abrasion en présence. D'une part, la découpe à abrasif libre dans laquelle les grains abrasifs sont mélangés au lubrifiant (« slurry »), étant ainsi indépendants des deux corps en mouvement relatif. D'autre part, le sciage à abrasif fixe pour lequel les particules dures qui constituent l'abrasif sont fixées à la surface du fil et « rayent » la surface du corps. Dans tous ces procédés de mise en forme mécanique, l'usure du matériau est réalisée par abrasion, c'est-à-dire provoquée par le glissement à sa surface d'un autre corps. La topographie de la surface sciée est bien souvent caractéristique du mécanisme par lequel elle s'use progressivement. Autrement dit, l'état de surface de la pièce obtenue est fonction de l'abrasion. Or le silicium possède des propriétés mécaniques anisotropes - c'est à dire qui dépendent de l'orientation cristalline - telles que sa dureté, l'existence de plan de clivage préférentiels, sa ténacité, son module de Young, etc. De fait, pour un procédé de mise en forme donné, l'état de surface obtenu est fonction de l'orientation du grain abrasé. Dans le cas d'un processus purement mécanique, qui n'est pas suivi par un polissage mécano-chimique (CMP) fin, les irrégularités de surface atteignent des dimensions de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde de la lumière visible ou supérieures, c'est-à-dire d'environ 0,5 pm ou plus. To achieve this goal, the invention exploits the fact that the manufacture of silicon wafers almost always involves one or more mechanical shaping processes - usually a cut, sometimes followed by a surface grinding. For the realization of cells In photovoltaic systems, Si-Si slices are generally sawn into the mass of an ingot by wire cutting methods. There are two main types of cuts depending on the type of abrasion involved. On the one hand, the free abrasive cut in which the abrasive grains are mixed with the lubricant ("slurry"), thus being independent of the two bodies in relative movement. On the other hand, fixed abrasive sawing for which the hard particles that constitute the abrasive are attached to the surface of the wire and "scratch" the surface of the body. In all these mechanical forming processes, the wear of the material is carried out by abrasion, that is to say caused by the sliding on its surface of another body. The topography of the sawed surface is often characteristic of the mechanism by which it wears progressively. In other words, the surface state of the part obtained is a function of the abrasion. However, silicon has anisotropic mechanical properties - that is to say which depend on the crystalline orientation - such as its hardness, the existence of preferential cleavage plane, its tenacity, its Young's modulus, etc. In fact, for a given shaping process, the surface condition obtained is a function of the orientation of the abraded grain. In the case of a purely mechanical process, which is not followed by fine chemical-mechanical polishing (CMP), the surface irregularities reach dimensions of the order of magnitude of the wavelength of visible light. or higher, i.e., about 0.5 μm or more.
Les présents inventeurs se sont rendus compte du fait que cela permet de révéler les zones de différentes orientations cristallines par observation sous éclairement contrôlé, sans besoin de l'étape préalable de texturation par gravure chimique prévue dans l'article précité de B. L. Sopori et al. L'existence d'une corrélation directe entre les images de réflectivité des surfaces mises en forme mécaniquement, sans traitement de surface préalable, et l'orientation cristalline des grains n'est pas évidente. En effet, îes altérations de l'état de surface induites par la mise en forme mécanique sont dues à des mécanismes physiques complexes et mal connus (arrachements par rayure des milieux anisotropes, indentations multiples des cristaux, etc.). Un objet de l'invention est donc un procédé de cartographie de l'orientation cristalline d'un échantillon en matériau polycristallin ayant subi une découpe mécanique, le procédé comprenant les étapes consistant à : The present inventors have realized that this makes it possible to reveal the zones of different crystalline orientations by observation under controlled illumination, without the need for the prior chemical etching texturing step provided in the aforementioned article by BL Sopori et al. The existence of a direct correlation between the reflectivity images of the mechanically shaped surfaces, without prior surface treatment, and the crystalline orientation of the grains is not obvious. Indeed, the alterations of the surface state induced by the mechanical shaping are due to complex and poorly understood physical mechanisms (scratch stripping of the anisotropic media, multiple indentations of the crystals, etc.). An object of the invention is therefore a method for mapping the crystalline orientation of a sample of polycrystalline material having undergone mechanical cutting, the method comprising the steps of:
a) acquérir au moins trois images dudit échantillon sous 5 éclairage directionnel, chaque image correspondant à une géométrie d'éciairage et/ou d'acquisition différente ;  a) acquiring at least three images of said sample under directional lighting, each image corresponding to a different scanning and / or acquisition geometry;
b) identifier des grains cristallins sur lesdites images, et associer à chacun d'entre eux un vecteur ou matrice représentatif de valeurs d'intensité lumineuse mesurées sur différentes images en correspondance o dudit grain ; et  b) identifying crystal grains on said images, and associating with each of them a vector or matrix representative of luminous intensity values measured on different images in correspondence o said grain; and
c) déterminer l'orientation cristalline de chaque dit grain en fonction du vecteur ou matrice correspondant ;  c) determining the crystalline orientation of each said grain according to the corresponding vector or matrix;
lesdites étapes étant mises en œuvre après ladite découpe mécanique et avant toute opération de gravure ou de polissage de la surface de 5 l'échantillon.  said steps being carried out after said mechanical cutting and before any operation of etching or polishing the surface of the sample.
Ce procédé s'applique principalement aux échantillons monophasés, car la présence de plusieurs phases introduirait une hétérogénéité additionnelle rendant sa mise en uvre plus délicate.  This method applies mainly to single-phase samples because the presence of several phases would introduce additional heterogeneity making its implementation more delicate.
Selon différents modes de réalisation de l'invention :  According to various embodiments of the invention:
o - Ladite étape a) peut comprendre l'acquisition d'une pluralité d'images dudit échantillon avec des directions d'éclairage différentes et pour une même direction d'observation de l'échantillon. o - Said step a) may comprise the acquisition of a plurality of images of said sample with different lighting directions and for the same direction of observation of the sample.
En variante ou en complément, ladite étape a) peut comprendre l'acquisition d'une pluralité d'images dudit échantillon avec une 5 même direction d'éciairage et pour des directions d'observation de l'échantillon différentes.  Alternatively or additionally, said step a) may comprise acquiring a plurality of images of said sample with the same scanning direction and for different sample viewing directions.
Ladite étape b) peut comprendre :  Said step b) can comprise:
b1 ) l'identification, à partir des images acquises lors de l'étape a), de grains cristallins présents à la surface de l'échantillon ; o b2) le calcul d'une intensité lumineuse moyenne pour chaque dite image et pour chaque dit grain cristallin ; et b3) l'association à chaque dit grain cristallin d'un vecteur dont chaque élément est représentatif de l'intensité lumineuse moyenne dudit grain, calculée sur une image respective. b1) identifying, from the images acquired during step a), crystal grains present on the surface of the sample; o b2) calculating a mean light intensity for each said image and for each said crystal grain; and b3) the association with each said crystal grain of a vector, each element of which is representative of the average light intensity of said grain, calculated on a respective image.
- En variante, ladite étape b) peut comprendre :  As a variant, said step b) can comprise:
b'1) l'identification, à partir des images acquises lors de l'étape a), de grains cristallins présents à la surface de l'échantillon ;  b'1) identifying, from the images acquired during step a), crystal grains present on the surface of the sample;
b'2)le calcul d'une intensité lumineuse moyenne pour chaque dite image, pour chaque dit grain cristallin et pour une pluralité de couleurs et/ou de polarisations ; et  b'2) calculating a mean light intensity for each said image, for each said crystal grain and for a plurality of colors and / or polarizations; and
b'3) l'association à chaque dit grain cristallin d'une matrice dont chaque élément est représentatif de l'intensité lumineuse moyenne dudit grain, calculée sur une image respective et pour une polarisation et/ou une couleur respective.  b'3) the association with each said crystal grain of a matrix of which each element is representative of the average light intensity of said grain, calculated on a respective image and for a polarization and / or a respective color.
Le procédé peut comporter également une étape préalable de calibrage comprenant :  The method may also include a prior calibration step comprising:
la mise en œuvre desdites étapes a) et b) pour au moins un échantillon de référence ayant des grains cristallins d'orientation connue ; et  performing said steps a) and b) for at least one reference sample having crystal grains of known orientation; and
pour chacun desdits grains cristallins, la mise en relation de ladite orientation connue et du vecteur ou matrice déterminé lors de ladite étape b).  for each of said crystal grains, relating said known orientation to the vector or matrix determined in said step b).
Ladite étape préalable de calibrage peut comprendre également la détermination des orientations des grains cristallins dudit ou de chaque échantillon de référence par une technique choisie parmi :  Said prior calibration step may also comprise the determination of the orientations of the crystal grains of said or of each reference sample by a technique chosen from:
- une technique de diffraction, notamment de rayons a diffraction technique, especially of radii
X, électrons ou neutrons ; et X, electrons or neutrons; and
la spectroscopie Raman.  Raman spectroscopy.
Ladite étape c) peut être mise en uvre au moyen d'une méthode de traitement statistique des données, notamment de régression ou de classification, en fonction des données obtenues lors de ladite étape de calibrage.  Said step c) can be implemented by means of a statistical data processing method, in particular regression or classification, according to the data obtained during said calibration step.
Le procédé peut comprendre également une étape préalable de découpe mécanique de l'échantillon par un procédé d'abrasion. Ledit échantillon peut être en matériau semi-conducteur, et notamment en silicium ou germanium. The method may also include a prior step of mechanical cutting of the sample by an abrasion process. Said sample may be of semiconductor material, and in particular silicon or germanium.
Ledit échantillon peut avantageusement présenter des grains cristallins d'une taille supérieure ou égaie à 500 pm, de préférence supérieure ou égale à 1 mm et de manière encore préférée supérieure ou égale à 5 mm. On entend par cela qu'au moins 50%, et de préférence au moins 90%, de la surface analysée est couverte par des grains cristallins dont les faces exposées présentent une dimension supérieure ou égale à 500 pm (ou 1 mm, ou 5 mm, respectivement), ladite dimension étant définie comme la longueur minimale d'un segment traversant la face exposée du grain en passant par son barycentre ; on admet généralement que la forme des grains ne varie pas dans une direction perpendiculaire à la surface de l'échantillon (épaisseur). En effet, la méthode de l'invention permet plus difficilement l'identification de nano- ou micro-cristailites.  Said sample may advantageously have crystalline grains of a size greater than or equal to 500 μm, preferably greater than or equal to 1 mm and more preferably greater than or equal to 5 mm. This means that at least 50%, and preferably at least 90%, of the analyzed surface is covered by crystalline grains whose exposed faces have a size greater than or equal to 500 μm (or 1 mm, or 5 mm , respectively), said dimension being defined as the minimum length of a segment traversing the exposed face of the grain through its centroid; it is generally accepted that the shape of the grains does not vary in a direction perpendicular to the surface of the sample (thickness). Indeed, the method of the invention makes it more difficult to identify nano- or micro-cristailites.
Un autre objet de l'invention est l'application d'un tel procédé à la caractérisation des substrats dans un processus de fabrication de cellules photovoltaïques.  Another object of the invention is the application of such a method to the characterization of substrates in a process for manufacturing photovoltaic cells.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple, dans lesquelles:  Other characteristics, details and advantages of the invention will emerge on reading the description made with reference to the accompanying drawings given by way of example, in which:
Les figures 1A et 1 B montrent deux configuration d'éclairage et observation d'un échantillon pouvant convenir à le mise en œuvre de l'invention ;  Figures 1A and 1B show two lighting configuration and observation of a sample that may be suitable for the implementation of the invention;
Les figures 2A - 2D présentent quatre images de la surface d'un échantillon poîycristallin, correspondant à des directions d'éclairage différentes ;  Figures 2A-2D show four images of the surface of a polycrystalline sample, corresponding to different illumination directions;
La figure 3 illustre l'identification des grains cristallins à partir des images des figures 2A - 2D ;  Figure 3 illustrates the identification of crystal grains from the images of Figures 2A-2D;
La figure 4 illustre la représentation numérique d'un grain cristallin ; et  Figure 4 illustrates the numerical representation of a crystal grain; and
La figure 5 montre une cartographie d'orientation cristalline obtenue par un procédé selon l'invention. La figure 1 A illustre, de manière schématique, une configuration d'éclairage et observation d'un échantillon E selon un premier mode de réalisation de l'invention. Dans cette configuration, trois sources de lumière S1 , S2 et S3 sont agencées de manière à éclairer la surface dudit échantillon depuis trois directions différentes. Un capteur d'image (en l'espèce, une caméra) Cl observe l'échantillon par le dessus, suivant une direction perpendiculaire à la surface. Les trois sources de lumière sont allumées à tour de rôle, et à chaque fois la caméra acquiert une image de la surface. Les trois images sont différentes les unes des autres, car elles correspondent à des directions d'éclairage différentes. Figure 5 shows a mapping of crystalline orientation obtained by a method according to the invention. FIG. 1A illustrates, schematically, a lighting configuration and observation of a sample E according to a first embodiment of the invention. In this configuration, three light sources S1, S2 and S3 are arranged to illuminate the surface of said sample from three different directions. An image sensor (in this case, a camera) C1 observes the sample from above, in a direction perpendicular to the surface. The three light sources are lit in turn, and each time the camera acquires an image of the surface. The three images are different from each other because they correspond to different lighting directions.
La figure 1B illustre une configuration d'éclairage selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Dans cette configuration, une source de lumière unique S est agencée de manière à éclairer la surface dudit échantillon par le dessus, suivant une direction perpendicuiaire à la surface. Trois capteurs d'image (caméras) Cil , CI2 et CI3 observent l'échantillon depuis trois directions différentes. Les trois capteurs d'image sont activés à tour de rôle ou simultanément pour acquérir des images respectives de la surface éclairée par la source S. Les trois images sont différentes les unes des autres, car elles correspondent à des directions d'acquisition, ou d'observation, différentes. Ce deuxième mode de réalisation est plus coûteux à mettre en œuvre que le premier, car il nécessite d'une pluralité de capteurs d'image, mais est aussi plus rapide, car toutes les images nécessaires pour l'identification des directions cristallines peuvent être acquises en même temps.  FIG. 1B illustrates a lighting configuration according to a second embodiment of the invention. In this configuration, a single light source S is arranged to illuminate the surface of said sample from above, in a direction perpendicular to the surface. Three image sensors (cameras) Cil, CI2 and CI3 observe the sample from three different directions. The three image sensors are activated in turn or simultaneously to acquire respective images of the surface illuminated by the source S. The three images are different from each other because they correspond to directions of acquisition, or observation, different. This second embodiment is more expensive to implement than the first, because it requires a plurality of image sensors, but is also faster, because all the images necessary for the identification of crystalline directions can be acquired. at the same time.
D'autres configurations conviennent à la mise en œuvre de l'invention. Par exemple, dans le cas de la figure 1A, le capteur d'image peut ne pas être orienté perpendiculairement à la surface ; de même, dans le cas de la figure 1 B, l'éclairage peut ne pas être en incidence normale. Le nombre de configurations d'éclairage/observation différentes ne doit pas nécessairement être égal à trois, mais peut être plus élevé, par exemple compris entre 3 et 20, de préférence entre 3 et 8, de manière encore préférée entre 3 et 6. Il est également possible de combiner les principes des deux modes de réalisation décrits ci-dessus et utiliser à !a fois une pluralité de sources d'éclairage et de capteurs d'image. Les configurations d'éciairement et d'observation peuvent différer par leur direction d'incidence par rapport au référentiel de l'échantillon et/ou par leur angle d'incidence par rapport au plan de la surface. La lumière incidente peut être collimatée par un dispositif optique pour produire un éciairement par un faisceau de rayons lumineux parallèles. La lumière incidente peut être polarisée ou pas et être mono- ou polychromatique ; elle est de préférence spatialement incohérente. Les sources de lumière peuvent être par exemple des diodes électroluminescentes ou des lampes. Les capteurs d'image peuvent être en noir et blanc ou en couleurs ; elles peuvent utiliser notamment ia technologie CCD ou CMOS. Other configurations are suitable for the implementation of the invention. For example, in the case of Figure 1A, the image sensor may not be oriented perpendicular to the surface; likewise, in the case of FIG. 1B, the illumination may not be in normal incidence. The number of different lighting / observation configurations need not be equal to three, but may be higher, for example between 3 and 20, preferably between 3 and 8, more preferably between 3 and 6. It is also possible to combine the principles of the two embodiments described above and to use both a plurality of light sources and image sensors. Checking and observation configurations can differ in their direction of incidence relative to the sample frame of reference and / or in their angle of incidence relative to the plane of the surface. The incident light may be collimated by an optical device to produce a beam of light by a beam of parallel light rays. The incident light can be polarized or not and be mono- or polychromatic; it is preferably spatially incoherent. The light sources may be, for example, light-emitting diodes or lamps. Image sensors can be in black and white or in color; they can use in particular CCD or CMOS technology.
Typiquement, les dimensions latérales de l'échantillon E peuvent être comprises entre 5 mm x 5 mm et 450 mm x 450 mm. Pour les échantillons à « gros » grains (d'une dimension caractéristique moyenne supérieure ou égale à 1 cm) les dimensions de l'échantillon sont préférentielîement comprises entre 100 mm x 100 mm et 160 x 160 mm. Pour des échantillons à petits grains {dimension caractéristique moyenne inférieure à 1 cm) la surface analysée est préférentielîement comprise entre 5 x 5 mm et 30 mm x 30 mm. Pour de telles dimensions, les capteurs d'image peuvent comprendre des objectifs optiques, notamment en réalisant les mesures de réflectivité sur un microscope optique ou à travers une loupe.  Typically, the lateral dimensions of the sample E can be between 5 mm x 5 mm and 450 mm x 450 mm. For samples with "large" grains (with an average characteristic dimension greater than or equal to 1 cm), the dimensions of the sample are preferably between 100 mm × 100 mm and 160 × 160 mm. For small-grain samples (average characteristic dimension less than 1 cm) the analyzed area is preferably between 5 x 5 mm and 30 mm x 30 mm. For such dimensions, the image sensors may comprise optical objectives, in particular by performing the reflectivity measurements on an optical microscope or through a magnifying glass.
Préalablement à l'acquisition des images, l'échantillon E doit avoir subi une mise en forme mécanique, par exemple une découpe filaire avec des grains abrasifs libres, une découpe filaire avec des grains abrasifs solidaires du fil, une découpe à la scie circulaire, une rectification.  Prior to the acquisition of the images, the sample E must have undergone a mechanical shaping, for example a wired cut with free abrasive grains, a wire cut with abrasive grains integral with the wire, a circular saw cut, a rectification.
L'échantillon peut aussi avoir été nettoyé ou rincé après sa mise en forme mécanique, mais il ne doit pas avoir subi un polissage fin, susceptible d'effacer les irrégularités de surface produites par la mise en forme.  The sample may also have been cleaned or rinsed after mechanical shaping, but it must not have been finely polished to erase surface irregularities caused by shaping.
Les figures 2A - 2D montrent quatre images d'un échantillon en Poly-Si, correspondant à quatre géométries d'éclairage et/ou d'acquisition différentes, conformément au principe de l'invention. Une échelle graphique est dessinée à côté de la figure 2A. Ces images sont en noir et blanc, numérisées sur 32 bits (plus généralement, 8 bits ou plus). On peut noter que les différents grains cristallins présentent des niveaux de gris différents d'une image à l'autre : les grains qui apparaissent clairs sur l'une des images sont beaucoup plus foncés sur une autre, et inversement. Comme expliqué plus haut, cela est dû à leur état de surface qui dépend de îeur orientation cristalline, révélée par les abrasions produites par la mise en forme mécanique. FIGS. 2A-2D show four images of a Poly-Si sample, corresponding to four different lighting and / or acquisition geometries, in accordance with the principle of the invention. A graphic scale is drawn next to Figure 2A. These images are in black and white, digitized on 32 bits (more generally, 8 bits or more). It can be noted that the different crystalline grains have gray levels that are different from one image to another: the grains that appear light on one of the images are much darker on another, and vice versa. As explained above, this is due to their surface condition which depends on their crystalline orientation, revealed by abrasions produced by mechanical shaping.
Les contours des grains sont détectés par traitement d'image, par exemple au moyen du logiciel ImageJ (http://rsb.info.nih.gov/ij/). La détection des contours est avantageusement précédée d'un prétraitement incluant une opération de suppression du bruit (« Despecklïng ») pour gommer les petits défauts de surface tels que les poussières et un lissage de la teinte au sein d'un grain, sans détériorer ses contours (« Threshoided Blur »).  The grain contours are detected by image processing, for example using the ImageJ software (http://rsb.info.nih.gov/ij/). The detection of the contours is advantageously preceded by a pretreatment including a noise suppression operation ("Despecklïng") to erase small surface defects such as dust and a smoothing of the hue within a grain, without damaging its properties. outlines ("Threshoided Blur").
11 convient de noter qu'une seule image, correspondant à une géométrie d'éclairage/observation déterminée, peut ne pas suffire pour identifier les contours de tous les grains : en effet, dans certains cas deux grains adjacents peuvent présenter un même niveau de gris, il convient donc de réaliser l'étape d'identification des contours sur plusieurs images (avantageusement, toutes), puis de superposer les matrices de contours pour n'en former plus qu'une.  It should be noted that a single image, corresponding to a specific lighting / observation geometry, may not be sufficient to identify the contours of all the grains: in fact, in some cases two adjacent grains may have the same level of gray. It is therefore necessary to carry out the step of identifying the contours on several images (advantageously, all), then to superimpose the contour matrices to form only one.
Sur la figure 3, cinq grains référencés A1 , A2, A3, A4, B1 ont été mis en évidence. Dans une application réelle, tous les grains visibles sur l'image seraient identifiés, mais il ne s'agit ici que d'illustrer le principe de fonctionnement de l'invention.  In FIG. 3, five grains referenced A1, A2, A3, A4, B1 have been highlighted. In a real application, all the grains visible in the image would be identified, but this is only to illustrate the operating principle of the invention.
Les grains identifiés se présentent numériquement sous la forme d'un ensemble de pixels dont le niveau de gris est défini par une valeur comprise par exemple entre 0 et 255, comme illustré par la figure 4, où l'on distingue l'intérieur du grain G et le contour C.  The grains identified are numerically in the form of a set of pixels whose gray level is defined by a value for example between 0 and 255, as illustrated in FIG. 4, where the interior of the grain is distinguished. G and the outline C.
Pour lisser le bruit de mesure le niveau de gris de ce grain est défini par la moyenne des valeurs des pixels qu'il contient. Dans le cas de l'exemple de la figure 4, cette valeur est de 240 (moyenne des valeurs des pixels de la zone G). Ainsi, une valeur numérique est assigné à chaque grain et pour chaque image. Si on part de N>3 images, on associe à chaque grain un vecteur à N composantes (un nombre, correspondant à un niveau de gris moyen, c'est-à-dire à une intensité lumineuse moyenne, pour chaque image). En partant d'une image en couleur, il faudrait remplacer chaque niveau de gris par trois valeurs, correspondant aux composantes rouge, verte et bleue. Ainsi, on associerait à chaque grain une matrice Nx3 (ou, de manière équivalente, un vecteur de dimensions 3N) N étant ie nombre d'images (N>3) et 3 le nombre de composantes chromatiques. Il est également possible de travailler avec de la lumière polarisée. To smooth the measurement noise, the gray level of this grain is defined by the average value of the pixels it contains. In the case of the example of FIG. 4, this value is 240 (average of the values of the pixels of the zone G). Thus, a numerical value is assigned to each grain and for each image. If we start with N> 3 images, we associate with each grain a vector with N components (a number, corresponding to a mean gray level, that is to say to a mean luminous intensity, for each image). Starting from a color image, each gray level should be replaced by three values, corresponding to the red, green and blue components. So, we would associate with each grain a matrix Nx3 (or, equivalent, a vector of dimensions 3N) N being the number of images (N> 3) and 3 the number of chromatic components. It is also possible to work with polarized light.
Le tableau ci-dessous contient les niveaux de gris moyens des grains A1 - A4 et B1. Le grain A1 est associé au vecteur {96, 183, 203, 207} et ainsi de suite.  The table below contains the average gray levels of A1 - A4 and B1 grains. The grain A1 is associated with the vector {96, 183, 203, 207} and so on.
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Pour montrer qu'il existe une corrélation entre ces vecteurs et les directions d'orientation cristalline des grains, une cartographie d'orientation cristalline a été réalisée par diffraction électronique (EBSD). Le résultat est présenté par la partie de gauche de la figure 5. Les orientations cristallines des grains A1 - A4 ont été reportées sur l'échelle d'orientation, sur la droite de la figure. Ces orientations peuvent être utilisées pour prédire celle - supposée inconnue - du grain B1 , par l'intermédiaire des vecteurs de niveaux de gris correspondants. To show that there is a correlation between these vectors and crystal orientation directions of the grains, a crystalline orientation mapping has been carried out by electron diffraction (EBSD). The result is presented by the left-hand part of FIG. 5. The crystalline orientations of grains A1-A4 have been plotted on the orientation scale on the right of the figure. These orientations can be used to predict the - supposedly unknown - grain B1, through the corresponding gray level vectors.
En l'espèce, vu le faible nombre de grains utilisé, l'on peut procéder de manière qualitative, en remarquant que Se vecteur associé au grain B1 - {79, 96, 95, 69} - correspond sensiblement à celui associé au grain A2 - {81 , 99, 99, 65} - avec une erreur inférieure à ±5 sur chaque composante, qui peut être attribué au bruit de mesure. On peut en déduire que l'orientation cristalline du grain B1 est identique à celle du grain A2, ce qui est confirmé par la mesure directe par EBSD.  In this case, given the small number of grains used, one can proceed qualitatively, noting that the vector associated with grain B1 - {79, 96, 95, 69} - corresponds substantially to that associated with grain A2 - {81, 99, 99, 65} - with an error of less than ± 5 on each component, which can be attributed to the measurement noise. It can be deduced that the crystalline orientation of the grain B1 is identical to that of the grain A2, which is confirmed by the direct measurement by EBSD.
Dans une application réelle on procédera à un calibrage au moyen d'un grand nombre de grains d'orientation connue (500 - 10000, par exemple 2000 pour une résolution angulaire attendue de l'ordre du degré) formant un ou plusieurs échantillons de référence afin de construire un modèle statistique de régression ou de classification, selon des techniques connues d'analyse des données. In a real application a calibration will be carried out using a large number of grains of known orientation (500 - 10000, for example 2000 for an expected angular resolution of the order of the degree) forming one or more reference samples so to build a model regression or classification statistics, using known data analysis techniques.
Le procédé de l'invention présente l'avantage d'être très rapide (de quelques secondes par échantillon), de pouvoir être mis en œuvre sur les lignes de fabrication des substrats semi-conducteurs ou des cellules solaires et de nécessiter d'aucune étape de préparation de surface.  The method of the invention has the advantage of being very fast (of a few seconds per sample), of being able to be used on the production lines of semiconductor substrates or of solar cells and to require no steps surface preparation.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de cartographie de l'orientation cristalline d'un échantillon (E) en matériau polycristaiîin ayant subi une étape de mise en forme mécanique, le procédé comprenant les étapes consistant à :  A method of mapping the crystalline orientation of a sample (E) of polycrystalline material having undergone a mechanical shaping step, the method comprising the steps of:
a) acquérir au moins trois images dudit échantillon sous éclairage directionnel, chaque image correspondant à une géométrie d'éclairage et/ou d'acquisition différente ;  a) acquiring at least three images of said sample under directional lighting, each image corresponding to a different lighting and / or acquisition geometry;
b) identifier des grains cristallins (B1 ) sur lesdites images, et associer à chacun d'entre eux un vecteur ou matrice représentatif de valeurs d'intensité lumineuse mesurées sur différentes images en correspondance dudit grain ; et  b) identifying crystal grains (B1) on said images, and associating with each of them a vector or matrix representative of light intensity values measured on different images in correspondence of said grain; and
c) déterminer l'orientation cristalline de chaque dit grain en fonction du vecteur ou matrice correspondant ;  c) determining the crystalline orientation of each said grain according to the corresponding vector or matrix;
lesdites étapes étant mises en œuvre après ladite étape de mise en forme mécanique et avant toute opération de gravure chimique ou de polissage de la surface de l'échantillon,  said steps being carried out after said mechanical shaping step and before any operation of chemical etching or polishing of the surface of the sample,
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel ladite étape a) comprend l'acquisition d'une pluralité d'images dudit échantillon avec des directions d'éclairage différentes et pour une même direction d'observation de l'échantillon. The method of claim 1 wherein said step a) comprises acquiring a plurality of images of said sample with different illumination directions and for the same viewing direction of the sample.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans ladite étape a) comprend l'acquisition d'une pluralité d'images dudit échantillon avec une même direction d'éclairage et pour des directions d'observation de l'échantillon différentes. 3. Method according to one of the preceding claims, in said step a) comprises the acquisition of a plurality of images of said sample with the same lighting direction and for different viewing directions of the sample.
4. Procédé selon l'une des revendications différentes, dans lequel ladite étape b) comprend : 4. Method according to one of the different claims, wherein said step b) comprises:
b1 ) l'identification, à partir des images acquises lors de l'étape a), de grains cristallins présents à la surface de l'échantillon ;  b1) identifying, from the images acquired during step a), crystal grains present on the surface of the sample;
b2) le calcul d'une intensité lumineuse moyenne pour chaque dite image et pour chaque dit grain cristallin ; et b3) l'association à chaque dit grain cristallin d'un vecteur dont chaque élément est représentatif de l'intensité lumineuse moyenne dudit grain, calculée sur une image respective. b2) calculating a mean light intensity for each said image and for each said crystal grain; and b3) the association with each said crystal grain of a vector, each element of which is representative of the average light intensity of said grain, calculated on a respective image.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel ladite étape b) comprend : 5. Method according to one of claims 1 to 3 wherein said step b) comprises:
b'1) l'identification, à partir des images acquises lors de l'étape a), de grains cristallins présents à la surface de l'échantillon ;  b'1) identifying, from the images acquired during step a), crystal grains present on the surface of the sample;
b'2)le calcul d'une intensité lumineuse moyenne pour chaque dite image, pour chaque dit grain cristallin et pour une pluralité de couleurs et/ou de polarisations ; et  b'2) calculating a mean light intensity for each said image, for each said crystal grain and for a plurality of colors and / or polarizations; and
b'3) l'association à chaque dit grain cristallin d'une matrice dont chaque élément est représentatif de l'intensité lumineuse moyenne dudit grain, calculée sur une image respective et pour une polarisation et/ou une couleur respective.  b'3) the association with each said crystal grain of a matrix of which each element is representative of the average light intensity of said grain, calculated on a respective image and for a polarization and / or a respective color.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comportant également une étape préalable de calibrage comprenant : 6. Method according to one of the preceding claims, also comprising a preliminary calibration step comprising:
la mise en œuvre desdites étapes a) et b) pour au moins un échantillon de référence ayant des grains cristallins d'orientation connue ; et pour chacun desdits grains cristallins, la mise en relation de ladite orientation connue et du vecteur ou matrice déterminé lors de ladite étape b).  performing said steps a) and b) for at least one reference sample having crystal grains of known orientation; and for each of said crystal grains, relating said known orientation to the determined vector or matrix in said step b).
7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel ladite étape préalable de calibrage comprend également la détermination des orientations des grains cristallins dudit ou de chaque échantillon de référence par une technique choisie parmi : 7. The method of claim 6 wherein said prior calibration step also comprises determining the crystal grain orientations of said or each reference sample by a technique chosen from:
une technique de diffraction, notamment de rayons X, électrons ou neutrons ; et  a diffraction technique, especially X-rays, electrons or neutrons; and
la spectroscopie Raman. Raman spectroscopy.
8. Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7 dans lequel ladite étape c) est mise en œuvre au moyen d'une méthode de traitement statistique des données, notamment de régression ou de classification, en fonction des données obtenues lors de ladite étape de calibrage. 8. Method according to one of claims 6 or 7 wherein said step c) is implemented by means of a statistical data processing method, including regression or classification, according to the data obtained in said step calibration.
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite étape de mise en forme mécanique comprend au moins une opération choisie parmi une découpe par abrasion et une rectification. 9. Method according to one of the preceding claims, wherein said mechanical shaping step comprises at least one operation selected from an abrasive cut and a grinding.
10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit échantillon est en matériau semi-conducteur, et notamment en silicium ou germanium. 10. Method according to one of the preceding claims, wherein said sample is of semiconductor material, and in particular silicon or germanium.
11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit échantillon présente des grains cristallins d'une taille supérieure ou égale à 500 pm, de préférence supérieure ou égale à 1 mm et de manière encore préférée supérieure ou égale à 5 mm. 11. Method according to one of the preceding claims, wherein said sample has crystal grains with a size greater than or equal to 500 μm, preferably greater than or equal to 1 mm and more preferably greater than or equal to 5 mm.
12. Application d'un procédé selon l'une des revendications précédentes à la caractérisation des substrats dans un processus de fabrication de cellules photovoltaïques. 12. Application of a method according to one of the preceding claims to the characterization of substrates in a photovoltaic cell manufacturing process.
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