JP2010117337A - 表面欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 太陽電池ウェーハなどの多結晶シリコンウェーハの表面を撮像装置で撮像した画像によって欠陥検査を行う場合、通常の可視光照明では、シリコンウェーハの結晶体の模様が撮像されて、表面にある欠陥との判別が困難である。
【解決手段】照明光としてｐ偏光照明を用い、さらに検査対象物の表面に対してブリュースター角で入射するように照明手段を配置することにより、正常個所では反射光が著しく減衰し、欠陥がある場合のみ反射光が現れるように構成した。このことにより、多結晶体の模様が画像に映ることがないようにし、欠陥個所のみ濃淡のある画像を得ることにより欠陥検査を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池用ウェーハに代表されるような多結晶体の鏡面状表面の欠陥を検査する表面欠陥検査装置に関する。

単結晶体のシリコンウェーハ表面に照明手段により照明光を当て、その反射光を撮像手段で撮像し、その画像からシリコンウェーハ表面のスクラッチ、ピンホール、汚れ、ソーマーク（研磨スジ）などの欠陥を検出する方法が知られている。

単結晶体のシリコンウェーハの場合は全体が均一な方向性をもった結晶体であるので、欠陥がない箇所では反射輝度ムラのない一様な画像が得られるが、欠陥があるとその場所で乱反射することにより濃淡が異なる個所として撮像される。このように撮像した画像に濃淡があれば、シリコンウェーハの濃淡がある個所には欠陥があると知ることができる。

一方、太陽電池ウェーハのような多結晶体のシリコンウェーハの場合には、異なる方向性をもった結晶が混在しているために、欠陥がない表面であっても、どのような角度から照明し、受光しても正常な個所の反射光が濃淡画像として撮像される結果、欠陥が存在する場合に得られる濃淡がある画像と区別することができないという問題がある。

上述したように太陽電池ウェーハのような多結晶体のシリコンウェーハの場合では、照明光を当てて、その反射光を撮像することにより欠陥を検出する方法では、シリコンウェーハ表面に存在する欠陥を検出することができない。

上記問題を鑑み、本発明は太陽電池ウェーハのような多結晶体のシリコンウェーハ表面にある欠陥を検出可能なように撮像することができる表面欠陥検査装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の解決手段の表面欠陥検査装置は、検査対象物の表面を可視光のｐ偏光成分でもって照明する照明手段と、前記検査対象物の表面を撮像する撮像手段とから成る表面欠陥検査装置であって、前記照明手段の照明光が前記検査対象物の表面にブリュースター角で入射するように前記照明手段を設けるとともに、前記撮像手段はｐ偏光成分を受光して撮像するように形成されていることを特徴とする。

上記の第１の解決手段によれば、可視光のｐ偏光成分をブリュースター角で検査対象物に入射させることにより、ｐ偏光成分の反射率が著しく減衰する。撮像個所に欠陥がなければ、撮像画面は一様に暗い画像となるが、撮像個所に欠陥がある場合には、欠陥の個所での入射角がブリュースター角と異なることになり、反射光が現れる。その結果撮像手段により濃淡がある画像が得られ、欠陥があることが認識される。この方法によれば多結晶体の検査対象物であっても欠陥の撮像が可能となる。

本発明の第２の解決手段は、第１の解決手段の表面欠陥検査装置であって、前記撮像手段は、前記照明手段の照明光が正反射する方向に前記撮像手段の光軸を設けていることを特徴としており、欠陥個所の反射光を最も効率よく撮像できる方向に撮像手段を配置している。

本発明の第３の解決手段は、第１の解決手段の表面欠陥検査装置であって、前記撮像手段は、リニアセンサアレイを撮像素子として備えることを特徴としており、リニアセンサアレイが一度に広い幅を高分解能で撮像できることから、前記撮像手段により広い幅にわたって高い分解能の画像を得ることができる。

本発明の第４の解決手段は、第１の解決手段の表面欠陥検査装置であって、前記照明手段の照明光は平行光であることを特徴としており、すべての撮像範囲に対して照明光がブリュースター角で入射する。

本発明の第５の解決手段は、第１の解決手段の表面欠陥検査装置であって、前記照明手段は、ｐ偏光のみ通過させる偏光手段を備えることを特徴とする。

本発明の第６の解決手段は、第１の解決手段の表面欠陥検査装置であって、前記撮像手段は、ｐ偏光のみ通過させる偏光手段を備えることを特徴とする。

本発明の表面欠陥検査装置は、検査対象物の表面を可視光のｐ偏光成分でもって照明する照明手段を備え、照明手段の検査対象物表面への入射角をブリュースター角に設定することにより、正常な撮像個所でのｐ偏光成分の反射光が著しく減衰し、欠陥がある場合のみ現れる反射光を撮像手段で撮像するように構成している。

太陽電池ウェーハのような多結晶体のシリコンウェーハの場合には、異なる方向性をもった結晶が混在しているために、欠陥がない表面であっても正常な個所の反射光が濃淡画像として撮像され、欠陥と区別できないという問題があったが、本発明の表面欠陥装置を用いることにより、正常な撮像個所は一様に暗い画像として撮像され、欠陥個所のみ濃淡のある画像として撮像されるので、欠陥個所を容易に知ることが可能となる。

図をもって本発明の表面欠陥検査装置について詳細に説明する。なお、本発明は本実施例によって限定されるものではない。

図１は本発明の実施例の表面欠陥検査装置１の構成を説明する説明図であり、可視光のｐ偏光成分でもって検査対象物８の表面を照明する照明手段２と、検査対象物８の表面を撮像する撮像手段４と、撮像手段４が撮像したデータを画像処理する画像処理手段６とで構成される。

照明手段２はメタルハライド光源などの可視光光源を備えた照明手段であって、かつｐ偏光のみ通過させる偏光手段３を備えており、検査対象物８の表面を可視光のｐ偏光でもって照明する。同様に、撮像手段４は可視光のｐ偏光のみ通過させる偏光手段５を備えており、可視光のｐ偏光のみ受光して検査対象物８の表面の画像を得る。

照明手段２に設けられている偏光手段３及び撮像手段４に設けられている偏光手段５は、偏光手段に入射する光のうちｐ偏光のみ通過させる偏光手段であり、偏光フィルターなどの偏光子で構成する。あるいは偏光ビームスプリッタでもってｐ偏光のみ取り出すようにしてもよい。

照明手段２の照射方向は検査対象物８へ照射したｐ偏光の反射率が著しく減衰する角度、所謂ブリュースター角に設定してある。ブリュースター角は界面で接する２つの物質の屈折率によって定まる角度である。

照明手段２の照明光は平行光であることが望ましい。照明手段２の照明光が平行光であれば、撮像手段４の撮像個所の全領域に亙って照明光がブリュースター角で入射することを確実にすることができる。

撮像手段４は、リニアセンサアレイを撮像素子として用いており、検査対象物８の表面における反射光を撮像する。撮像素子のリニアセンサアレイは画素を直線状に並べて走査機能を持たせたものであり、１方向の走査機能しか持たないために、２次元の画像を得るにはリニアセンサアレイの走査方向（主走査方向）と直交する方向（副走査方向）にリニアセンサアレイもしくは撮像対象を移動させることが必要となる。本実施例では、検査対象物８が移動可能に構成されている。

撮像手段４は、ブリュースター角で入射する照明手段２の照明光が正反射する方向に撮像手段４の光学系の光軸を設けて、検査対象物８の表面の反射光を撮像する。このようにブリュースター角で入射する照明光が正反射する方向に撮像手段４の光軸を配置することにより、欠陥個所における反射光を最も効率よく撮像することができる。このことは本発明者が実験によって確認しており、撮像手段４の最適な配置である。

撮像手段としてはエリアセンサ（２次元センサ）を備えたＣＣＤカメラを用いるのが一般的であるが、本発明の構成のようにブリュースター角で入射した照明光の反射光を正反射方向から撮像すると、方形の撮像範囲の画像が台形状になってしまうこと及び被写界深度の関係で撮像範囲の大半の領域において焦点が合わないという問題があり、適用することは困難である。

これに対してリニアセンサアレイを撮像素子として用いる撮像手段４は、狭い帯状の領域を撮像し、この操作を副走査方向に対して繰り返すことにより２次元画像を得るので、画像範囲が変形することもなく、焦点が合わないという問題も起きない。

検査対象物８の表面が正常であれば、ブリュースター角で入射する照明手段２の照明光の反射率は著しく減衰し、一様に暗い映像として撮像される。検査対象物８の表面にスクラッチ、ピンホール、汚れ、ソーマーク（研磨スジ）などの欠陥があると、照明手段２の照明光の入射角はブリュースター角ではないために反射光が現れる。この反射光を撮像手段４でもって撮像することにより、欠陥のある個所の濃淡のある映像が得られる。

画像処理手段６は撮像手段４で得られた画像データを画像処理し、その結果から欠陥の有無、欠陥の形状及び欠陥の程度を判定する。検査対象物８に欠陥がない場合には、一様に暗い画像が得られるが、欠陥がある場合には欠陥個所からの反射光により画像中に明るい部位が現れる。画像処理手段６は撮像手段４で得られた画像データの性状、大きさあるいは濃淡などの情報から欠陥の有無、欠陥の形状及び欠陥の程度を判定が行われる。

一般的に物体に入射する光の一部は物体の表面で反射し、一部は物体を透過し、一部は物体に吸収される。照明光がｐ偏光である場合には、偏光面との関係を考慮する必要がある。図１において、ｐ偏光の照明光が検査対象物８に入射する角度θにより、検査対象物８における反射率が異なる現象はよく知られており、この角度θを所定角度にすると検査対象物８の表面からの反射率が著しく減衰する角度があり、ブリュースター角と呼ばれる。ｐ偏光が入射した際に物体のｐ偏光の反射率が著しく減衰するブリュースター角は、物体によって異なり、本発明の実施例の検査対象物８の例として挙げた多結晶シリコンの場合では約７３°である。

図２に、多結晶シリコンウェーハの表面にｐ偏光を様々な角度で入射させた場合の撮像画像を示す。図２（ａ）では図１のθの値、即ち照明手段の入射光の角度を４０°、図２（ｂ）では６０°および図２（ｃ）では７３°に設定した場合の画像である。なお撮像手段は照明光が正反射する方向に配置して撮像する。一方、図３には、多結晶シリコンウェーハの表面にｓ偏光を様々な角度で入射させた場合の撮像画像を示す。図３（ａ）では図１のθ、即ち照明手段の入射光の角度を４０°、図３（ｂ）では６０°および図３（ｃ）では７３°に設定した場合の画像である。図２の場合と同様に、撮像手段は照明光が正反射する方向に配置して撮像する。

図２（ａ）及び図２（ｂ）では結晶の模様が現れているのに対して、図２（ｃ）では結晶の模様を確認することができず、一様に暗い画像となっている。これは、図２（ｃ）では照明光の入射角をシリコンウェーハのブリュースター角である７３°に設定しているために、シリコンウェーハ表面における反射率が著しく減衰していることに起因する。

一方、図３の照明光にｓ偏光を用いた場合では、すべての場合において結晶の模様が現れており、特定角度で反射光が著しく減衰する現象は起きない。

上述のように、照明光をｐ偏光とし、ブリュースター角という特定の角度に照明方向を設定することにより、検査対象物８における反射率を著しく減衰させることが可能となり、太陽電池用シリコンウェーハのような多結晶体であっても結晶の模様の影響を受けることなく表面欠陥の検査を行うことが可能となる。

次に本実施例の表面欠陥装置１を用いた欠陥の検出手順について説明する。照明手段２はメタルハライド光源などの可視光光源から発せられた光から偏光手段３によりｐ偏光のみの照明光を生成し、その照明光で検査対象物８の表面上の撮像手段４の撮像範囲を照明する。照明手段２は照明光の方向を検査対象物８のブリュースター角に配置してあり、照明手段２のｐ偏光の照明光は検査対象物８の表面に欠陥がない正常な状態であれば、反射率が著しく減衰する。

照明手段２の照明光は平行光線であり、撮像手段４のリアニアセンサアレイのすべての撮像個所に対してブリュースター角で入射する。検査対象物８に対してブリュースター角で入射したｐ偏光照明光は、検査対象物８の表面が正常で欠陥がないならば、反射光は著しく減衰し、撮像手段４では一様に暗い画像が得られる。

一方、検査対象物８の表面に欠陥がある場合には、欠陥の個所での入射角がブリュースター角と異なることになり、反射光が現れる。その結果、検査対象物８の表面に欠陥がある場合には、反射光が現れ、その個所の画像に濃淡ができる。即ち、得られた画像において一様に暗い個所は欠陥のない正常な部位であり、濃淡がある個所は欠陥があると推定される。

画像処理手段６に送られた撮像データは２次元の画像に形成されると同時に、濃淡のある個所の画像を解析し、欠陥の大きさ、欠陥の形状及び欠陥の程度などを判定する。

本実施例では、太陽電池ウェーハのような多結晶のシリコンウェーハを検査対象物として説明したが、本発明の表面欠陥検査装置の検査対象物はこれに限るものではなく、単結晶のシリコンウェーハや、ガラスなどにも適用することが可能である。

また、本実施例では、検査対象物が一定速度で移動する構成としたが、照明手段および撮像手段が移動し、検査対象物が固定されている構成としてもよい。

太陽電池ウェーハなどの多結晶シリコンウェーハの表面欠陥検査を行おうとした場合、通常の可視光照明などでは、結晶体の模様が撮像されて、表面にある欠陥と区別がつきにくいという問題があった。

本発明の表面欠陥検査装置は、照明光としてｐ偏光照明を用い、さらに検査対象物の表面に対してブリュースター角で入射するように配置することにより、正常個所では反射光が著しく減衰し、欠陥がある場合のみ反射光が現れるように構成した。このことにより、多結晶体の模様が画像に映ることなく欠陥個所のみ撮像することを可能にしている。

本発明の表面欠陥検査装置は、従来の撮像検査で不可能であった多結晶シリコンウェーハの表面欠陥検査を撮像可能にすることを可能にしたものであり、検査工程の改善に寄与すること大なるものがある。

本発明の表面欠陥検査装置の構成を説明する説明図である。 ｐ偏光照明光で撮像した多結晶体表面の画像である。 ｓ偏光照明光で撮像した多結晶体表面の画像である。

符号の説明

１ 表面欠陥検査装置
２ 照明手段
３ 偏光手段（照明用）
４ 撮像手段
５ 偏光手段（撮像用）
６ 画像処理手段
８ 検査対象物

Claims (6)

1. 検査対象物の表面を可視光のｐ偏光成分でもって照明する照明手段と、前記検査対象物の表面を撮像する撮像手段とから成る表面欠陥検査装置であって、
   前記照明手段の照明光が前記検査対象物の表面にブリュースター角で入射するように前記照明手段を設けるとともに、
   前記撮像手段はｐ偏光成分を受光して撮像するように形成されていることを特徴とする表面欠陥検査装置。
2. 前記撮像手段は、前記照明手段の照明光が正反射する方向に前記撮像手段の光軸を設けていることを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥検査装置。
3. 前記撮像手段は、リニアセンサアレイを撮像素子として備えることを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥検査装置。
4. 前記照明手段の照明光は平行光であることを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥検査装置。
5. 前記照明手段は、ｐ偏光のみ通過させる偏光手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥検査装置。
6. 前記撮像手段は、ｐ偏光のみ通過させる偏光手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥検査装置。

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