JP2011052967A - シリコンウエハー検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコンウエハー、特にそのエッジ部に生じたクラック等の欠陥を高速度でかつ確実に検出できるシリコンウエハー検査装置を提供する。
【解決手段】一対のコンベヤベルト２、３を前後に間隔４をあけて配置し、その間隔のエリアを挟んでラインセンサカメラ８および光源５を上下に対向配置し、一対のコンベヤベルトによってシリコンウエハーを順次搬送しながら、ラインセンサカメラによってシリコンウエハーの透視像を取り込み、その透視像に基づいて欠陥を検出する。ラインセンサカメラおよび光源の少なくとも一方の直前にシリコンウエハーと同じ材質のフィルター７を配置し、光源からラインセンサカメラに直接照射される光をシリコンウエハーからの透過光と同じ波長帯に制限する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコンウエハー、特に太陽電池製造用シリコンウエハーの透視像を撮影し、その画像に基づいてシリコンウエハーの欠陥（チッピング、クラック、ピンホールおよび微粒子の付着等）を検出するシリコンウエハー検査装置に関する。

太陽電池製造用シリコンウエハーに生じたチッピング、クラック、ピンホールおよび微粒子の付着等の欠陥を検出するための検査装置がこれまでに知られている。
このようなシリコンウエハー検査装置として、例えば、シリコンウエハーのエッジ部の下面を支持する微動台と、微動台に支持されたシリコンウエハーを挟んで上下に対向配置された赤外線カメラおよび赤外光源と、を備え、赤外光源からシリコンウエハーに対して赤外線を照射し、シリコンウエハーからの透過赤外線を赤外線カメラに取り込み、シリコンウエハーの透視像をモニタに表示し、この透視像に基づいて欠陥を検査するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

ところが、シリコンウエハーの欠陥はそのエッジ部において生じやすいにもかかわらず、この検査装置によれば、微動台がシリコンウエハーのエッジ部分を覆ってしまうので、シリコンウエハーのエッジ部分を透視することができず、そのため、エッジ部分の検査ができないという問題があった。

そこで、エッジ部を含むシリコンウエハーの全体を検査可能とするために、エッジ部を支持する微動台を複数の部分に分割するとともに、微動台の各部分を、エッジ部の下面に進入する支持位置と、エッジ部から後退する退避位置との間で移動可能にし、さらに、エッジ部の近傍に、赤外光源から赤外線カメラへの直接入射光を遮断するマスクを配置した検査装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかし、この検査装置では、赤外線カメラによる撮影の間に、微動台全体としてはシリコンウエハーを支持した状態で、微動台の各部分を支持位置と退避位置との間で移動させる必要がある。このため、シリコンウエハーを検査位置において一時的に静止させねばならず、高速度で検査することができないという欠点を有していた。加えて、この検査装置では、微動台の各部分を移動させる機構を設ける必要があり、また、撮影した透視像中にフレアやゴーストが生じるのを防止するためにマスクの位置を微妙に調節しなければならず、装置の構造を複雑にしていた。

特開平８−２２０００８号公報 特開２００７−３０３８２９号公報

したがって、本発明の課題は、太陽電池製造用シリコンウエハー、特にそのエッジ部に生じた欠陥を高速度で検出できる簡単な構造のシリコンウエハー検査装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、太陽電池製造用シリコンウエハーの欠陥を検出するシリコンウエハー検査装置であって、前後に並んで配置され、検査すべきシリコンウエハーを１枚ずつ順次一定速度で搬送する一対のコンベヤベルトを備え、前記一対のコンベヤベルトは搬送方向を直角に横切る細長い間隔をあけて配置され、前記間隔の幅は、前記一対のコンベヤベルト間の前記シリコンウエハーの受渡しを妨げない大きさに設定され、さらに、前記一対のコンベヤベルトの前記間隔のエリアの上側または下側に配置されて、前記間隔のエリアを通過する前記シリコンウエハーに光を照射する光源と、前記間隔のエリアを間に挟んで前記光源に対向して配置されるとともに前記搬送方向に直角にのび、前記シリコンウエハーからの透過光を検出して、前記シリコンウエハーの透視像のビデオ信号を出力するラインセンサカメラと、前記光源および前記ラインセンサカメラの少なくとも一方の直前に配置された、前記シリコンウエハーと同じ材質のフィルターと、前記ラインセンサカメラの出力端子に接続されたＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器から出力される画像データを順次記録するバッファメモリと、前記間隔のエリアの上流側に配置され、前記シリコンウエハーの前記間隔のエリアへの進入を検出するセンサーと、を備え、前記ラインセンサカメラは、前記シリコンウエハーが前記センサーによって検出されてから前記間隔のエリアを通過するまでの間動作するようになっており、さらに、前記ラインセンサカメラの動作の間に前記バッファメモリに記録された前記シリコンウエハーの１枚分の画像データを読み出し、読み出した画像データを画像処理することによって、前記シリコンウエハーの欠陥を検出する欠陥検出部を備えたことを特徴とするシリコンウエハー検査装置を構成したものである。

上記構成において、好ましくは、前記欠陥検出部は、前記シリコンウエハーの１枚分の画像データを構成する各画素の輝度を検出し、検出した輝度値を予め決定されたしきい値と比較することによって、前記シリコンウエハーの欠陥を検出する。
また好ましくは、前記ラインセンサカメラは、パルス発生器と、前記パルス発生器によって生成されるパルスの個数を計数するパルスカウンタと、を備え、前記パルスカウンタは、前記センサーによって前記シリコンウエハーが検出される毎に計数値をリセットして新たに動作を開始し、前記ラインセンサカメラは、前記センサーから検出信号を受けたときに動作を開始し、前記パルスカウンタの計数値が予め決定された値に達したときに動作を終了する。
また、前記光源は、赤外線を含む波長領域の光を照射することが好ましい。

本発明によれば、一対のコンベヤベルトを前後に間隔をあけて配置し、その間隔のエリアを挟んでラインセンサカメラおよび光源を上下に対向配置し、一対のコンベヤベルトによってシリコンウエハーを順次搬送しながら、ラインセンサカメラによってシリコンウエハーの透視像を取り込み、その透視像に基づいて欠陥を検出するので、検査毎にシリコンウエハーを静止させることなく、高速度で検査を行うことができる。
また、本発明によれば、ラインセンサカメラおよび光源の少なくとも一方の直前にシリコンウエハーと同じ材質のフィルターを配置し、光源からラインセンサカメラに直接照射される光をシリコンウエハーからの透過光と同じ波長帯に制限したので、従来のようにマスクを用いなくても、フレアおよびゴーストのない明瞭なシリコンウエハーの透視像が得られる。さらに、本願発明によれば、シリコンウエハーを一対のコンベヤベルトによって搬送する間に検査をすることができ、よって従来のような複雑なシリコンウエハー支持台（微動台）を備える必要はない。

本発明の１実施例によるシリコンウエハー検査装置の概略構成を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）の一対のコンベヤベルト間の間隔のエリアの拡大図である。 図１のシリコンウエハー検査装置を上方から見た平面図である。 図１のシリコンウエハー検査装置の搬送方向上流側から見た側面図である。 シリコンウエハーの透視像中に現われるシリコンウエハーの欠陥を例示する平面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明する。図１は、本発明の１実施例によるシリコンウエハー検査装置の概略構成を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）の一対のコンベヤベルト間の間隔のエリアの拡大図である。また、図２は、図１のシリコンウエハー検査装置を上方から見た平面図であり、図３は、図１のシリコンウエハー検査装置の搬送方向上流側から見た側面図である。なお、図３では、明瞭のために、一部構成要素を省略した。

図１に示すように、本発明によれば、フレーム１と、フレーム１の上面に前後に並んで取り付けられ、シリコンウエハーＷを１枚ずつ順次一定速度で搬送する一対の水平なコンベヤベルト２、３が備えられる。コンベヤベルト２、３は、搬送方向（矢印Ｘ）を直角に横切る細長い間隔４をあけて配置される。この場合、間隔４の幅は、一対のコンベヤベルト２、３間のシリコンウエハーＷの受渡しを妨げない大きさに設定される。

図２に示すように、この実施例では、コンベヤベルト２、３は、幅方向に間隔をあけて平行に配置された各一対のコンベヤベルトエレメント２ａ、２ｂ；３ａ、３ｂから構成される。そして、シリコンウエハーＷは、両側下面を各一対のコンベヤベルトエレメント２ａ、２ｂ；３ａ、３ｂに支持されつつ搬送される。

図１に示すように、一対のコンベヤベルト２、３の間隔４のエリアの下側には光源５が配置される。光源５は、Ｌ字状断面の固定板６を介してフレーム１に取付けられ、図２からわかるように、間隔４に沿って搬送方向（矢印Ｘ）を直角に横切る方向に、シリコンウエハーＷの幅を超えてのびる。光源５は、間隔４のエリアを通過するシリコンウエハーＷに光を照射する。

図１および図３からわかるように、フレーム１は、コンベヤベルト２、３の間隔４のエリアの近傍に、コンベヤベルト２、３の搬送面を跨ぐ逆Ｕ字状断面の支柱部１ａを有している。そして、支柱部１ａの上面には、ラインセンサカメラ８が、ＸＹＺステージ９を介して取付けられる。ラインセンサカメラ８は、間隔４のエリアを間に挟んで光源５に対向して配置されるとともに搬送方向（矢印Ｘ）に直角にのび、シリコンウエハーＷからの透過光を検出して、シリコンウエハーＷの透視像のビデオ信号を出力する。

ＸＹＺステージ９は、ラインセンサカメラ８を上下方向に動かすための調節ネジ９ａと、ラインセンサカメラ８を水平面内において搬送方向（矢印Ｘ）に動かすための調節ネジ９ｂ並びに搬送方向（矢印Ｘ）に直角な方向に動かすための調節ネジ９ｃとを備えている。そして、これらの調節ネジ９ａ〜９ｃの操作によって、ラインセンサカメラ８が光源５に対して正確に位置合わせされる。

光源５は、シリコンウエハーＷを透過する波長領域の光を照射するものであればいずれも使用可能であるが、赤外線を含む波長領域の光を照射する光源を使用することが好ましい。なぜなら、赤外線はシリコンウエハーＷを透過し易く、シリコンウエハーＷの明瞭な透視像を得るのに適しているからである。

光源５の直前には、シリコンウエハーＷと同じ材質のフィルター７が配置される。このフィルター７によって、光源５からラインセンサカメラ８に直接照射される光を、シリコンウエハーＷからの透過光と同じ波長帯に制限することができる。したがって、従来のようにマスクを用いなくても、フレアおよびゴーストのない明瞭なシリコンウエハーＷの透視像が得られる。

なお、この実施例では、光源５が間隔４のエリアの下側に配置される一方、ラインセンサカメラ８が間隔４のエリアの上側に配置されるが、光源５およびラインセンサカメラ８の位置関係が上下逆になっていてもよいことは言うまでもない。

ラインセンサカメラ８の出力端子にはＡ／Ｄ変換器１２が接続され、Ａ／Ｄ変換器１２から出力されるライン状の画像データは、順次、バッファメモリ１３に記録される。また、間隔４のエリアの上流側には、シリコンウエハーＷの間隔４のエリアへの進入を検出するセンサー１０が配置される。センサー１０は、固定部材１１を介してフレーム１に取付けられる。図示しないが、この実施例では、センサー１０は、公知の発光および受光素子を備えた光学センサーからなっている。

ラインセンサカメラ８は、パルス発生器１６と、パルス発生器１６によって生成されるパルスの個数を計数するパルスカウンタ１７を備えている。パルスカウンタ１７は、センサー１０によってシリコンウエハーＷが検出される毎に、計数値をゼロにリセットして新たに動作を開始する。

そして、ラインセンサカメラ８は、センサー１０から検出信号を受けたときに動作を開始し、パルスカウンタ１７の計数値が予め決定された値に達したときに動作を終了する。それによって、ラインセンサカメラ８は、シリコンウエハーＷがセンサー１０によって検出されてから間隔４のエリアを通過するまでの間動作する。
このラインセンサカメラ８による画像の取り込みに際しては、順次搬送されるシリコンウエハーＷが常に間隔４のエリアの所定の位置を通過するように、図示しない適当な位置決め手段によって位置決めがなされる。

シリコンウエハー検査装置は、さらに、ラインセンサカメラ８の動作の間にバッファメモリ１３に記録されたシリコンウエハーＷの１枚分の画像データを読み出し、読み出した画像データを画像処理することによって、シリコンウエハーＷの欠陥を検出する欠陥検出部１４を備えている。この場合、バッファメモリ１３中に記録された全画像データ中には、シリコンウエハーＷの画像だけでなく、その外側の余白部分の画像も含まれている。そして、欠陥検出部１４は、全画像データ中の予め決定されたシリコンウエハーＷの四隅の位置座標に基づき、全画像データからシリコンウエハーＷの画像部分だけを切り取って読み出す。

欠陥検出部１４は、シリコンウエハーＷの１枚分の画像データを構成する各画素の輝度を検出し、検出した輝度値を予め決定されたしきい値と比較することによって、シリコンウエハーＷの欠陥を検出する。
この実施例では、欠陥検出部１４によるシリコンウエハーＷの検出は次のようにしてなされる。

まず、シリコンウエハーＷの欠陥がシリコンウエハーＷの透視像中に出現するときの形態が考慮される。図４は、シリコンウエハーＷの透視像中に現われるシリコンウエハーＷの欠陥を例示する平面図である。
例えば、シリコンウエハーＷ中に生じた大きなピンホールおよび気泡は、光を透過させるので、図４（Ａ）に示すように、シリコンウエハーＷの透視像中に白い点２０として現われるのに対し、シリコンウエハーＷ中に生じた小さなピンホールおよび気泡は、光を散乱させるので、図４（Ｂ）に示すように、シリコンウエハーＷの透視像中において黒い点２１として現われる。また、シリコンウエハーＷ中に生じたクラックは、光を散乱させるので、図４（Ｃ）に示すように、シリコンウエハーＷの透視像中において黒い線２２として現われる。また、シリコンウエハーＷの表面に付着した粒子は、光を透過しないので、図４（Ｄ）に示すように、シリコンウエハーＷの透視像中に黒い点２３として現われる。

こうして、欠陥検出部１４は、シリコンウエハーＷの１枚分の画像データを複数の部分に分割し、分割した各部分について、当該部分を構成する画素の輝度を検出する。そして、画素の輝度値が予め決定された上限閾値を超えた場合は、当該部分に図４に示すような黒い点や線が存在するとしてシリコンウエハーＷに欠陥が生じていると判定し、また、画素の輝度値が予め決定された下限閾値を下回った場合は、当該部分に図４に示すような白い点が存在するとしてシリコンウエハーＷに欠陥が生じていると判定する。

シリコンウエハー検査装置は、また、バッファメモリ１３にシリコンウエハーＷの１枚分の画像データが記録される毎に、記録された画像データを読み出し、当該シリコンウエハーＷの透視像を表示するディスプレイ１５を備えている。そして、ディスプレイ１５に表示された透視像を目視することで、検査結果を確認することができる。

本発明のシリコンウエハー検査装置によれば、一対のコンベヤベルト２、３を前後に間隔４をあけて配置し、その間隔４のエリアを挟んで光源５およびラインセンサカメラ８を上下に対向配置し、一対のコンベヤベルト２、３によってシリコンウエハーＷを順次搬送しながら、ラインセンサカメラ８によってシリコンウエハーＷの透視像を取り込み、その透視像に基づいて欠陥を検出するので、検査毎にシリコンウエハーを静止させることなく、高速度で検査を行うことができる。しかもこの場合、従来のようにマスクを用いなくても、フレアおよびゴーストのない明瞭なシリコンウエハーの透視像が得られ、さらに、従来のような複雑なシリコンウエハー支持台（微動台）を備える必要がなく、シリコンウエハー検査装置の構成が非常に簡単になる。

１ フレーム
１ａ 支柱部
２、３ コンベヤベルト
２ａ、２ｂ コンベヤベルトエレメント
３ａ、３ｂ コンベヤベルトエレメント
４ 間隔
５ 光源
６ 固定板
７ フィルター
８ ラインセンサカメラ
９ ＸＹＺステージ
９ａ〜９ｃ 調節ネジ
１０ センサー
１１ 固定部材
１２ Ａ／Ｄ変換器
１３ バッファメモリ
１４ 欠陥検出部
１５ ディスプレイ
１６ パルス発生器
１７ パルスカウンタ
Ｗ シリコンウエハー

Claims (4)

1. 太陽電池製造用シリコンウエハーの欠陥を検出するシリコンウエハー検査装置であって、
   前後に並んで配置され、検査すべきシリコンウエハーを１枚ずつ順次一定速度で搬送する一対のコンベヤベルトを備え、前記一対のコンベヤベルトは搬送方向を直角に横切る細長い間隔をあけて配置され、前記間隔の幅は、前記一対のコンベヤベルト間の前記シリコンウエハーの受渡しを妨げない大きさに設定され、さらに、
   前記一対のコンベヤベルトの前記間隔のエリアの上側または下側に配置されて、前記間隔のエリアを通過する前記シリコンウエハーに光を照射する光源と、
   前記間隔のエリアを間に挟んで前記光源に対向して配置されるとともに前記搬送方向に直角にのび、前記シリコンウエハーからの透過光を検出して、前記シリコンウエハーの透視像のビデオ信号を出力するラインセンサカメラと、
   前記光源および前記ラインセンサカメラの少なくとも一方の直前に配置された、前記シリコンウエハーと同じ材質のフィルターと、
   前記ラインセンサカメラの出力端子に接続されたＡ／Ｄ変換器と、
   前記Ａ／Ｄ変換器から出力される画像データを順次記録するバッファメモリと、
   前記間隔のエリアの上流側に配置され、前記シリコンウエハーの前記間隔のエリアへの進入を検出するセンサーと、を備え、
   前記ラインセンサカメラは、前記シリコンウエハーが前記センサーによって検出されてから前記間隔のエリアを通過するまでの間動作するようになっており、さらに、
   前記ラインセンサカメラの動作の間に前記バッファメモリに記録された前記シリコンウエハーの１枚分の画像データを読み出し、読み出した画像データを画像処理することによって、前記シリコンウエハーの欠陥を検出する欠陥検出部を備えたことを特徴とするシリコンウエハー検査装置。
2. 前記欠陥検出部は、前記シリコンウエハーの１枚分の画像データを構成する各画素の輝度を検出し、検出した輝度値を予め決定されたしきい値と比較することによって、前記シリコンウエハーの欠陥を検出することを特徴とする請求項１に記載のシリコンウエハー検査装置。
3. 前記ラインセンサカメラは、
   パルス発生器と、
   前記パルス発生器によって生成されるパルスの個数を計数するパルスカウンタと、を備え、
   前記パルスカウンタは、前記センサーによって前記シリコンウエハーが検出される毎に計数値をリセットして新たに動作を開始し、前記ラインセンサカメラは、前記センサーから検出信号を受けたときに動作を開始し、前記パルスカウンタの計数値が予め決定された値に達したときに動作を終了することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリコンウエハー検査装置。
4. 前記光源は、赤外線を含む波長領域の光を照射することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のシリコンウエハー検査装置。

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