JP2011007750A - ウエハのクラックの検出方法及びその検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で精度良くウエハのクラックの有無を検査できるクラックの検出方法及びその検出装置を提供すること。
【解決手段】ウエハを一方向に湾曲させたときに発生する所定周波数の音の強度をモニターすることにより、前記ウエハのクラックの有無を判定すること。
【選択図】図１

Description

本発明はウエハのクラックの検出方法及び検出装置に関するものである。

単結晶や多結晶の結晶系太陽電池素子の基板などとして用いられるシリコンウエハなどは、コストダウンやシリコン材料の削減等の理由によりその大型化、薄型化が進められている。このためシリコンウエハを製造する工程やデバイス工程においてクラックが発生しやすくなっている。

例えば太陽電池素子では、太陽電池素子を直列、並列に組みモジュール化した場合、このようなクラックのある太陽電池素子が１枚でもあると、そのモジュールの出力電力を大きく低下させてしまう。このため太陽電池素子をモジュール化する前にクラックの有無検査し、クラックの有るものを精度良く検出し、取り除くことが重要である。

このようなシリコンウエハのクラックの検出装置としては、シリコンウエハに衝撃を加え振動を発生させ、このシリコンウエハの振動周波数をマイクロフォンを介して電気信号に変換して、高速フーリエ変換アナライザー等を使用して、この振動周波数のパワースペクトルの積分値を算出し、さらにあらかじめ求めておいた振動周波数のパワースペクトルの積分値と比較する方法がある（特許文献１参照）。

特開２００４−２８８５９号公報

上述の特許文献１の方法では、検出精度を上げるためには１枚のシリコンウエハについて数カ所、上述のようなシリコンウエハを障害物に当てる必要がある。例えばシリコンウエハが１５０〜１６０ｍｍ角程度のものであれば、４カ所について障害物に当てる必要がある。このように１枚のシリコンウエハについて数カ所、障害物に当てる必要があると、クラック検査に時間がかかり、シリコンウエハのコストを上げる要因になるという問題があった。

このような問題点に鑑み、本発明の目的は短時間で精度良くシリコンウエハなどのクラックの有無を検査できるクラックの検出方法及びその検出装置を提供することである。

本発明のウエハのクラックの検出方法においては、ウエハを一方向に湾曲させたときに発生する音の所定振動周波数の強度をモニターすることにより、前記ウエハのクラックの有無を判定する。

さらに、前記所定振動周波数の音は振動周波数帯域が４〜３５ｋＨｚであって、強度が３０ｄＢ以上であるときに前記ウエハにクラックがあると判定することを特徴とする。

また本発明のウエハのクラックの検出装置においては、一主面が凸状の曲面である上下動可能な押え冶具と、前記ウエハの対向する２辺を支えるための２つの梁部と、該梁部間に設けられたマイクロフォンと、該マイクロフォンの出力強度を判別手段とを少なくとも有する。

さらに、前記２つの梁部は互いに平行、かつ、互いに高さが同一であることを特徴とする。

さらに、前記押え冶具は前記２箇所の梁部の中心線に沿って直上に設けられたことを特徴とする。

上記のようにウエハを一方向に湾曲させたときに発生する音の所定振動周波数の強度をモニターすることにより、前記ウエハのクラックの有無を判定することにより、ウエハの変形時に発生する所定の強度を超える音の有無を短時間で判別し、それにより、クラックの検出を確実に行うことが可能となる。

本発明に係るウエハのクラックの検出装置の一例を示す模式図である。 本発明に係る押し冶具と梁部の一例を示す斜視図である。 （ａ）は曲げ治具が上昇した時の状態を示す断面図であり、（ｂ）は曲げ治具が下降した時の状態を示す断面図である。 本発明に係るウエハのクラックの検出装置にて、（ａ）はクラックのあるウエハを検査した時に測定された振動周波数と出力強度の波形の一例、（ｂ）はクラックの無いウエハの振動周波数と出力強度の波形の一例を示すグラフである。 ダミーウエハにひずみゲージを貼り付けた場合の一例を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態を図を用いて説明する。

本発明のウエハのクラックの検出方法においては、ウエハを一方向に湾曲させたときに発生する音の所定振動周波数の強度をモニターすることにより、前記ウエハのクラックの有無を判定するものである。

また、本発明のウエハのクラックの検出装置においては、一主面が凸状の曲面である上下動可能な押え冶具と、前記ウエハの対向する２辺を支えるための２つの梁部と、該梁部間に設けられたマイクロフォンと、該マイクロフォンの出力強度を判別手段とを少なくとも有するものである。

これにより、短時間でウエハ中のクラックの検出を確実に行うことが可能となる。

図１は本発明に係るウエハのクラックの検出装置の一実施形態を示す模式図であり、押し冶具１４と梁部１２と、ウエハを曲げたときに生じる音を電気信号に変えるマイクロフォン２と、微弱な電気信号を増幅する増幅器４と、検出された音の信号によりクラックの有無の判断を行うコンピューター５と、クラック有無をランプの点滅で作業者に知らせる信号機６とから成る。

さらに、本発明のウエハのクラックの検出装置においては、前記２つの梁部は互いに平行、かつ、互いに高さが同一であることが好ましい。

これにより、ウエハに均等な応力を与えることができる。

さらに、本発明のウエハのクラックの検出装置においては、前記押え冶具は前記２箇所の梁部の中心線に沿って直上に設けられたことが好ましい。

これにより、ウエハ毎に安定して同程度の応力を与えることができる。

図２は押し冶具１４と梁部１２の一例を示す斜視図であり、作業台１１と、梁部１２と、被検査体（シリコンウエハ）１３と、曲げ治具１４と、駆動軸１５を示す。

曲げ治具１４は、その下面が大きい曲率半径を持つ円弧状曲面で、上面は平面状であり、全体として円柱を底面に垂直に切り取ったような形状であり、フッ素樹脂やポリアセタール樹脂などの樹脂又はアルミニウムやステンレスなどの金属で作製される。

曲げ治具１４の下面の幅は、その曲面の長さがシリコンウエハ１３と同じか１０ｍｍ程度長いものであり、その長さもシリコンウエハ１３と同じか１０ｍｍ程度長く作製される。

また曲げ治具１４の上面のほぼ中央部には駆動軸１５が接続され、駆動軸１５は、エアシリンダー又はサーボモーター（不図示）などにより垂直方向に動くようになっており、これにより曲げ治具１４も上下方向に動く。

この曲げ治具１４の下面の曲面は、シリコンウエハ１３の大きさや厚みなどを考慮して最適に決定すれば良いが、例えばシリコンウエハ１３の大きさが１５０〜１６０ｍｍ角程度、厚みが０．２〜０．２５ｍｍ程度の場合、曲率半径は３５０〜５００ｍｍ程度が好適である。

これにより、ウエハに十分な反り量を与えることができる。

梁部１２は検査するシリコンウエハ１３の対向する２辺を支持し、載置するものであり、シリコンウエハ１３が例えば１５０〜１６０ｍｍ角程度の大きさである場合、高さ３０〜５０ｍｍ程度でシリコンウエハ１３を載置する載置面の幅が１０〜２０ｍｍ程度、長さがシリコンウエハ１３と同じか１０ｍｍ程度長い角柱状のもの２本から成り、シリコンウエハ１３の幅に合わせ、互いに略平行に離間して配置され、ネジや接着剤により作業台１１に固定される。この梁部１２は、例えばアクリルゴムやウレタンゴムなどの適当な硬度を持った弾性体又はポリプロピレンなどの樹脂で作製される。

図３（ａ）、（ｂ）は、押し冶具１４と梁部１２の動作の状態を示す側面図である。

まず、図３（ａ）に示すように曲げ治具１４が上昇した状態で、シリコンウエハ１３の両端部を梁部１２に載置する。

次に、駆動軸１５を下げることにより、曲げ治具１４をシリコンウエハ１３の主面全体に当接させ、シリコンウエハ１３が曲げ治具１４の下面の曲面の形状に沿うように、一方向に湾曲することになる。

この曲げ治具１４が下降する速度は、シリコンウエハ１３に曲げ治具１４が当接する時の衝撃が加わらないようにできるだけ遅い方が望ましいが、作業能率を考えると毎秒０．７〜３ｃｍ程度が好適である。

この場合において本発明に係るウエハのクラックの検出方法およびその検出装置によれば、この大きなクラックであってもシリコンウエハ１３が湾曲する時には擦れが起こり音が発生するため、この音の発生を感知、解析することによりクラックの有無を判定することが可能となる。

すなわち図３（ａ）、（ｂ）に示すように、押し冶具１４と梁部１２においてシリコンウエハ１３の梁部の中央には、マイクロフォン２に配置されており、これに接続されているリード線３は作業台１１の下部を通り、その外部に導出されている。これにおいて、上述のようにシリコンウエハ１３が湾曲した時に発生した音は、マイクロフォン２で電気信号に変換され増幅器４に送られる。

また、本発明のウエハのクラックの検出方法においては、前記所定振動周波数の音は振動周波数帯域が４〜３５ｋＨｚであって、強度が３０ｄＢ以上であるときに前記ウエハにクラックがあると判定することが好ましい。

これは振動周波数帯域が４〜３５ｋＨｚにおける閾値を３０ｄＢで設定することで実施するものであり、これにより、クラックが擦れる音以外であるノイズを拾う可能性が低減される。

図４（ａ）は、予め求めておいた平均的なクラックがあるシリコンウエハを検査した時に測定された振動周波数と出力強度の波形の一例を表すものであり、図４（ｂ）は、予め求めておいたクラックの無いシリコンウエハを検査した時に測定された振動周波数と出力強度の波形の一例を表すものである。

クラックのないシリコンウエハ１３の検出精度を上げるために、検査対象と同じ種類、厚み、大きさのシリコンウエハ１３を１０〜２０枚程度検査し前記波形を標準化することが望ましい。

このようなクラックのないシリコンウエハ１３の振動周波数と出力強度の波形とから閾値Ｓを決定し、検査したシリコンウエハ１３の波形（図４（ａ）参照）の中で出力強度の閾値Ｓを超える最大値Ｐがあるかどうかを判定するようにコンピューター１５をプログラムする。

例えば寸法１５０×１５０ｍｍ、厚さ０．２〜０．２５ｍｍ程度のデバイス工程投入前の多結晶シリコンウエハ１３では、本発明に係るウエハのクラック検査装置でテストした結果、クラックの無いものでは、測定数２０枚で４〜３５ｋＨｚの間の振動周波数で音の強さは全て３０ｄＢ未満であったが、これに対しクラックのあるものでは、測定数５０枚で同じく４ｋＨｚから３５ｋＨｚの間の振動周波数で音の強さは全て３３〜４５ｄＢであった。

また４ｋＨｚより低い周波数もしくは３５ｋＨｚより大きい周波数においては、クラックのあるシリコンウエハ１３と、クラックの無いシリコンウエハ１３とを、音の強度によって判別することはできなかった。

よってこのようなシリコンウエハ１３では、本発明に係るクラック検査方法で検査した場合、４〜３５ｋＨｚの周波数域において、閾値Ｓが３０ｄＢ未満のものをクラックのないもの、３０ｄＢ以上のものをクラックのあるものと判定すればよい。

すなわち検査したシリコンウエハに大きなクラックがある場合は、シリコンウエハが変形することによりそのクラック部分が擦れ、特有の音が発生するため、図４（ａ）の様にその波形に突出した部分が現れる。

しかしクラックのないシリコンウエハ１３の場合は、変形しても特有の音の発生が無いため、図４（ｂ）のように突出した部分が現れない。

よって、検査領域の振動周波数帯において一定レベル（閾値Ｓ）以上の突出した部分の大きさにより、検査したシリコンウエハ１３のクラックの有無を精度良く検出することが可能となる。

これによりコンピューター５が、検査したシリコンウエハ１３にクラックが有ると判定した時には信号機６のランプを点灯し、作業者に検査結果を知らせることができる。

上述のように本発明のウエハのクラックの検出装置によると、一枚のシリコンウエハについて１回の検査で良いため、短時間の検査で済むという効果が得られ、さらに、閾値Ｓの設定次第では、微小なクラックから大きなクラックの検出まで自由に設定可能である。

また本発明に係るウエハのクラックの検出装置は、デバイス工程への投入前でもデバイス工程途中のものでも、デバイス工程後のものでも対応可能である。例えばシリコンウエハ１３の表面や裏面に電極などを形成した太陽電池素子のクラック検査においても応用可能である。

さらにクラックの検出精度をさらに向上させるために、シリコンウエハ１３を一方向に湾曲する変形を加えた後、さらにこのシリコンウエハ１３を９０°回転させて同様の検査を行っても良く、またさらにシリコンウエハ１３の表裏を逆にして同様の検査を行っても良い。

また図３（ｂ）における曲げ治具１４を押し下げた状態でのシリコンウエハ１３の変形量については、変形量が大きすぎると、もともと問題のないシリコンウエハ１３にも割れやクラックが発生してしまうことがあり、逆に、変形量が小さすぎると、クラックの検出が不十分になることがある。

このため本発明を実施するにあたっては、検査前にダミーウエハ１７にひずみゲージ１８を貼り付けたものを用いて、曲げ治具１４を押し下げた状態でのダミーウエハ１７の各部分の変形量が所定の範囲に入っており、クラックの検出装置の各部の条件に問題がないかを確認しておくことが望ましい。

図５はこのダミーウエハ１７にひずみゲージ１８を貼り付けたものの一例を示す平面図である。ダミーウエハ１７は、検査するシリコンウエハ１３と同じ種類で同じ厚み、大きさ、形状のシリコンウエハを用いることが望ましいが、シリコンウエハ１３では繰り返しの使用により割れやカケ、クラックが発生することがあり、そのたびに作り替える必要があるので手間と費用がかかる。よって、ダミーウエハ１７の材料として、バネ用りん青銅（ＪＩＳ記号、Ｃ５２１０）を使う。すなわちバネ用りん青銅を検査するシリコンウエハ１３と同じ厚み、大きさ、形状に加工したものを用いれば、繰り返しの使用による劣化や個体差もほとんどないことが解った。

これにより本発明に係るウエハのクラックの検出方法及び検出装置の作業前の正確なチェックが可能となり、シリコンウエハのクラックの検出の精度をより向上させることが可能となる。

ここで、ひずみゲージ１８は、変形によりその電気抵抗が変化するものであり、専用のブリッジ回路や電流増幅器などの機器（不図示）と組み合わせて使用する。ひずみゲージ１８をダミーウエハ１７につける個数と位置は検査するシリコンウエハ１３の種類や大きさなどを考慮して決定すればよいが、例えば厚さ約０．２ｍｍ、大きさ１５０〜１６０ｍｍ角程度の多結晶シリコンウエハ１３を検査する場合では、図４に示すようにダミーウエハ１７の外周に８個程度ひずみゲージ１８を付ける事が好適である。

このように検査するシリコンウエハ１３と同じ厚み、大きさ、形状のバネ用りん青銅板製のダミーウエハ１７の所定箇所にひずみゲージ１８を接着剤で貼り付けたものを用意し、これに本発明のウエハのクラックの検出装置で変形を与え、各部のひずみゲージ１８の値が所定の範囲に入っていることを確認する。

もし各部のひずみゲージ１８の値が所定の範囲から逸脱する場合は、梁部１２の平衡状態や曲げ治具１４の押し下げ量、さらに曲げ治具１４とダミーウエハ１７の当接する角度などを調節する。

２；マイクロフォン
３；リード線
４；増幅器
５；コンピューター
６；信号機
１１；作業台
１２；梁部
１３；（シリコン）ウエハ
１４；曲げ治具
１５；駆動軸
１７；ダミーウエハ
１８；ひずみゲージ

Claims (5)

1. ウエハを一方向に湾曲させたときに発生する音の所定振動周波数の強度をモニターすることにより、前記ウエハのクラックの有無を判定するウエハのクラックの検出方法。
2. 前記所定振動周波数の音は振動周波数帯域が４〜３５ｋＨｚであって、強度が３０ｄＢ以上であるときに前記ウエハにクラックがあると判定することを特徴とする請求項１に記載のウエハのクラックの検出方法。
3. 一主面が凸状の曲面である上下動可能な押え冶具と、前記ウエハの対向する２辺を支えるための２つの梁部と、該梁部間に設けられたマイクロフォンと、該マイクロフォンの出力強度を判別手段とを少なくとも有するウエハのクラックの検出装置。
4. 前記２つの梁部は互いに平行、かつ、互いに高さが同一であることを特徴とする請求項３に記載のウエハのクラックの検出装置。
5. 前記押え冶具は前記２箇所の梁部の中心線に沿って直上に設けられたことを特徴とする請求項３または４に記載のウエハのクラックの検出装置。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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