JP2011205084A - Device for detecting crack of wafer, method of detecting the crack, device and method for manufacturing solar cell or semiconductor element, and solar cell or semiconductor element - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば、シリコンウェーハや太陽電池ウェーハを含む半導体ウェーハ、或いは、SiC、GaN等の化合物半導体ウェーハ等のウェーハの、マイクロクラックと称するひび割れや内部割れ等のクラックを判別するのに用いるクラック検出装置、そのクラック検出方法、太陽電池或いは半導体素子の製造装置、その製造方法及び太陽電池或いは半導体素子に関する。 The present invention is, for example, a crack used to discriminate cracks such as cracks and internal cracks, which are called microcracks, in semiconductor wafers including silicon wafers and solar cell wafers, or compound semiconductor wafers such as SiC and GaN. The present invention relates to a detection device, a crack detection method thereof, a solar cell or semiconductor element manufacturing device, a manufacturing method thereof, and a solar cell or semiconductor element.
なお半導体素子には、ディスクリート半導体素子、LED、CCDや、IC、LSI等を広く含むものとする。 Note that the semiconductor elements widely include discrete semiconductor elements, LEDs, CCDs, ICs, LSIs, and the like.
例えば単結晶型太陽電池は、シリコンウェーハを材料としている。このシリコンウェーハは、半導体インゴットを切り出して形成され、半導体を生成して太陽電池ウェーハを含む半導体ウェーハが形成される。そして、この太陽電池ウェーハは、その後、電極が付けられて太陽電池セルが形成され、この太陽電池セルが複数枚、配列されて相互間が配線接続されて太陽電池モジュールと称する太陽電池が製造される。 For example, a single crystal solar cell uses a silicon wafer as a material. This silicon wafer is formed by cutting out a semiconductor ingot, generating a semiconductor, and forming a semiconductor wafer including a solar cell wafer. The solar cell wafer is then provided with electrodes to form solar cells, and a plurality of solar cells are arranged and connected to each other by wiring to produce a solar cell called a solar cell module. The
ここでは、太陽電池とは、太陽電池セル、及び太陽電池セルを配列した太陽電池モジュールの双方を含むものとする。そして、上記シリコンウェーハ、太陽電池ウェーハ、半導体ウェーハ、或いは、SiC、GaN等の化合物半導体ウェーハは、以後、総称してウェーハと記述する。 Here, the solar battery includes both a solar battery cell and a solar battery module in which the solar battery cells are arranged. The silicon wafer, solar cell wafer, semiconductor wafer, or compound semiconductor wafer such as SiC or GaN is hereinafter collectively referred to as a wafer.
ところで最近、特に単結晶型太陽電池において、コストダウン等のために、ウェーハの薄型化が進んでいる。このようなウェーハでは、その製造工程において、マイクロクラックと称する小さなひび割れや内部割れのいわゆるクラックが発生する頻度が増加しており、このクラックが発生すると、製造する太陽電池の変換効率や耐久性の低下を招くために、生産性の低下を招く。また、太陽電池ウェーハに限らず、中間工程で半導体がウェーハに形成され、その後、最終工程を経て半導体素子が製造される半導体素子の製造工程においても、ウェーハにクラックが発生することは、半導体の不良或いは耐久性の低下を招くのみならず、半導体素子の歩留まりの低下を招く原因となっている。 Recently, especially in single crystal solar cells, wafers have been made thinner to reduce costs. In such a wafer, the frequency of occurrence of so-called cracks called micro cracks and internal cracks in the manufacturing process is increasing, and when this crack occurs, the conversion efficiency and durability of the solar cell to be manufactured are increased. This leads to a decrease in productivity, leading to a decrease in productivity. Further, not only in the solar cell wafer, a semiconductor is formed on the wafer in an intermediate process, and then a semiconductor element is manufactured through a final process. This causes not only a defect or a decrease in durability, but also a decrease in yield of semiconductor elements.
そこで、このようなウェーハのクラックの有無を検出する検査技術として、各種の技術が提案されている。 Accordingly, various techniques have been proposed as inspection techniques for detecting the presence or absence of such cracks in the wafer.
例えば、第1の技術としては、強制的にシリコンウェーハを湾曲させ、そのときに発生する衝撃波を検知して分析する方法がある(例えば特許文献1参照。)。 For example, as a first technique, there is a method of forcibly bending a silicon wafer and detecting and analyzing a shock wave generated at that time (see, for example, Patent Document 1).
また、第2の技術としては、真空吸着パッドを用いて基板(ウェーハ)を固定し、基板に振動を与えて音を発生させ、発生した音を非接触型のマイクロフォン等の音響センサで捉え、その音響解析によって分析する方法がある(例えば特許文献2参照。)。 As a second technique, a substrate (wafer) is fixed using a vacuum suction pad, a sound is generated by applying vibration to the substrate, and the generated sound is captured by an acoustic sensor such as a non-contact microphone, There is a method of analyzing by the acoustic analysis (see, for example, Patent Document 2).
さらに、第3の技術としては、赤外光をウェーハに照射し、その透過光または反射光をCCDカメラ等を用いて検知し、分析する方法がある(例えば特許文献3参照。)。 Furthermore, as a third technique, there is a method of irradiating a wafer with infrared light and detecting and analyzing the transmitted light or reflected light using a CCD camera or the like (see, for example, Patent Document 3).
しかしながら、上記第1の技術では、ウェーハを湾曲させる構成上、クラックの成長を助長する虞があり、割れが発生するという問題を有する。 However, the first technique has a problem that cracks are generated due to the possibility of promoting the growth of cracks due to the configuration of bending the wafer.
また、第2の技術では、基板を固定する手段と音響センサをウェーハに対して非接触状態で対向配置しなければならないために、そのセンサ構造上、構成が複雑となるうえ、周囲の雑音を拾ってしまったりして、発生した音のみを効率よく検出することが困難であるという問題を有する。 In the second technique, since the means for fixing the substrate and the acoustic sensor must be opposed to the wafer in a non-contact state, the structure of the sensor is complicated, and ambient noise is reduced. There is a problem that it is difficult to efficiently detect only the generated sound.
さらに、第3の技術では、赤外光を照射することで、ウェーハが膨張し、クラックが一時的にくっついてしまう虞を有し、また表面に凹凸があるようなウェーハの場合には凹凸とクラックの識別が難しく、信頼性の高い判定が困難であるという問題を有する。 Furthermore, in the third technique, irradiation with infrared light may cause the wafer to expand and cracks may temporarily stick together. It is difficult to identify cracks and it is difficult to make a reliable determination.
この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、簡易な構成で、信頼性の高い確実なクラック検出を実現して、太陽電池或いは半導体素子の製造性の向上を図り得るようにしたウェーハのクラック検出装置、そのクラック検出方法、太陽電池或いは半導体素子の製造装置、その製造方法、及び太陽電池或いは半導体素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a simple configuration, realizes reliable and reliable crack detection, and can improve the productivity of solar cells or semiconductor elements. An object of the present invention is to provide a crack detection apparatus, a crack detection method thereof, a solar cell or semiconductor element manufacturing apparatus, a manufacturing method thereof, and a solar cell or semiconductor element.
請求項1に係る発明は、ウェーハに当接され、前記ウェーハに伝わる振動波形を検出する音響センサと、前記音響センサを含むウェーハ保持手段と、前記ウェーハの少なくとも一方の面に対して加振部が設けられた加振手段と、この加振手段の加振部が前記ウェーハの少なくとも一方の面を加振した状態で、前記音響センサで検出された振動波形から前記ウェーハがクラックを有することを示す周波数を抽出する信号処理手段と、この信号処理手段の抽出情報に基づいて前記ウェーハのクラックの有無を検出する判定手段と、を備えてウェーハのクラック検出装置を構成した。 The invention according to claim 1 is directed to an acoustic sensor that is in contact with a wafer and detects a vibration waveform transmitted to the wafer, a wafer holding unit including the acoustic sensor, and an excitation unit for at least one surface of the wafer The wafer has cracks from the vibration waveform detected by the acoustic sensor in a state where the vibration means provided with the vibration means and the vibration part of the vibration means vibrates at least one surface of the wafer. A wafer crack detection device is configured to include signal processing means for extracting the indicated frequency and determination means for detecting the presence or absence of cracks in the wafer based on extraction information of the signal processing means.
この場合、前記支柱部材と前記ウェーハの間、前記音響センサと前記ウェーハの間、前記加振部と前記ウェーハの間の、少なくとも一つにおいて弾性素材を介在させることができる。 In this case, an elastic material can be interposed between at least one of the strut member and the wafer, between the acoustic sensor and the wafer, and between the excitation unit and the wafer.
上記構成によれば、ウェーハは、弾性素材が介在されて支柱部材と音響センサとで挟まれて保持され、加振部が、その弾性素材を介在させて加振されることにより、加振時にウェーハを損傷したりすることなく、しかも音響センサによる振動波形の検出時、空気の影響を受けることなく高精度な検出が可能となる。これにより、構成の簡略化を図ったうえで、高精度なクラック検出が実現され、簡便にして容易にウェーハ製造の歩留まりを向上することが可能となる。 According to the above configuration, the wafer is sandwiched and held between the support member and the acoustic sensor with the elastic material interposed, and the vibration unit is vibrated with the elastic material interposed, High-precision detection can be performed without damaging the wafer and without being affected by air when the vibration waveform is detected by the acoustic sensor. As a result, after simplifying the configuration, high-accuracy crack detection is realized, and the yield of wafer manufacturing can be improved easily and easily.
請求項2に係る発明はさらに、前記音響センサを含むウェーハ保持手段が、前記ウェーハの半導体が形成されていない面、及び/又は、前記ウェーハ周辺の半導体が正常に形成されていない部分にのみ当接するようにしてウェーハのクラック検出装置を構成した。 According to a second aspect of the present invention, the wafer holding means including the acoustic sensor is applied only to a surface of the wafer where the semiconductor is not formed and / or a portion where the semiconductor around the wafer is not formed normally. A wafer crack detection device was constructed so as to be in contact with each other.
この場合も、前記各々の音響センサと前記ウェーハの間、前記加振部と前記ウェーハの間の、少なくとも一つにおいて弾性素材を介在させることができるが、弾性素材は介在させなくてもよい。 Also in this case, an elastic material can be interposed between at least one of the acoustic sensors and the wafer, and between the vibration unit and the wafer, but the elastic material may not be interposed.
請求項13に係る発明によるウェーハのクラック検出方法は、音響センサを含むウェーハ保持手段によってウェーハを保持するウェーハ保持ステップと、前記ウェーハの少なくとも一方の面に対して加振部によって加振する加振ステップと、この加振ステップで前記ウェーハに振動を加えた状態で、前記音響センサで前記ウェーハに伝わる振動波形を検出し、その振動波形から前記ウェーハがクラックを有することを示す周波数を抽出し、その抽出情報に基づいて前記ウェーハのクラックの有無を検出する判定ステップとを備えて構成した。 According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a wafer crack detection method comprising: a wafer holding step for holding a wafer by a wafer holding means including an acoustic sensor; and an excitation for exciting at least one surface of the wafer by an excitation unit. A vibration waveform transmitted to the wafer by the acoustic sensor in a state in which vibration is applied to the wafer in the vibration step, and extracting a frequency indicating that the wafer has a crack from the vibration waveform; And a determination step for detecting the presence or absence of cracks in the wafer based on the extracted information.
この場合、前記支柱部材と前記ウェーハの間、前記音響センサと前記ウェーハの間、前記加振部と前記ウェーハの間の、少なくとも一つにおいて弾性素材を介在させることができる。 In this case, an elastic material can be interposed between at least one of the strut member and the wafer, between the acoustic sensor and the wafer, and between the excitation unit and the wafer.
上記構成によれば、ウェーハは、ウェーハ保持ステップにおいて弾性素材が介在されて支柱部材と音響センサとで挟まれて保持され、加振ステップにおいて加振部が、その弾性素材を介在させて加振されることにより、加振時にウェーハを損傷したりすることなく、しかも、判定ステップにおいて音響センサによる振動波形の検出時、空気の影響を受けることなく高精度な検出が可能となる。これにより、構成の簡略化を図ったうえで、高精度なクラック検出が実現され、簡便にして容易にウェーハ製造の歩留まりを向上することが可能となる。 According to the above configuration, the wafer is held by the elastic material interposed between the support member and the acoustic sensor in the wafer holding step, and the vibration unit vibrates with the elastic material in the vibration step. As a result, the wafer can be detected with high accuracy without being affected by air when the vibration waveform is detected by the acoustic sensor in the determination step without damaging the wafer during vibration. As a result, after simplifying the configuration, high-accuracy crack detection is realized, and the yield of wafer manufacturing can be improved easily and easily.
請求項14に係る発明によるウェーハのクラック検出方法はさらに、前記ウェーハ保持ステップにおいて、前記音響センサを含むウェーハ保持手段が、ウェーハの半導体が形成されていない面、及び/又は、前記ウェーハ周辺の半導体が正常に形成されていない部分にのみ当接して構成した。 The wafer crack detection method according to the fourteenth aspect of the present invention is further characterized in that, in the wafer holding step, the wafer holding means including the acoustic sensor includes a surface on which a semiconductor of the wafer is not formed and / or a semiconductor around the wafer. Is configured to abut only on a portion that is not normally formed.
この場合も、前記各々の音響センサと前記ウェーハの間、前記加振部と前記ウェーハの間の、少なくとも一つにおいて弾性素材を介在させることができるが、弾性素材は介在させなくてもよい。 Also in this case, an elastic material can be interposed between at least one of the acoustic sensors and the wafer, and between the vibration unit and the wafer, but the elastic material may not be interposed.
請求項25に係る発明における太陽電池或いは半導体素子の製造装置は、ウェーハに半導体を生成して太陽電池或いは半導体素子を製造する装置であって、前記請求項1及び請求項2のウェーハのクラック検出装置によるクラック検出を含めて構成した。
The solar cell or semiconductor element manufacturing apparatus according to the invention of
上記構成によれば、クラックの無いウェーハを用いて太陽電池或いは半導体素子を製造することができることにより、製造における歩留まりを向上することが可能となる。 According to the above configuration, since a solar cell or a semiconductor element can be manufactured using a wafer having no cracks, it is possible to improve the manufacturing yield.
請求項26に係る発明による太陽電池或いは半導体素子の製造方法は、ウェーハに半導体を生成して太陽電池或いは半導体素子を製造する方法であって、前記請求項13及び14のウェーハのクラック検出方法によるクラック検出を含めて構成した。
A method for manufacturing a solar cell or a semiconductor device according to an invention according to
上記構成によれば、クラックの無いウェーハを用いて太陽電池或いは半導体素子を製造することができることにより、製造における歩留まりを向上することが可能となる。 According to the above configuration, since a solar cell or a semiconductor element can be manufactured using a wafer having no cracks, it is possible to improve the manufacturing yield.
請求項27に係る発明は、ウェーハに半導体が生成されて製造された太陽電池或いは半導体素子であって、前記請求項1及び2のウェーハのクラック検出装置によるクラック検出を製造工程中に含むように構成した。
The invention according to claim 27 is a solar cell or a semiconductor element manufactured by producing a semiconductor on a wafer, and includes crack detection by the crack detection apparatus for a wafer according to
上記構成によれば、クラックの無いウェーハを用いて太陽電池或いは半導体素子を製造することができることにより、製造における歩留まりを向上することが可能となる。 According to the above configuration, since a solar cell or a semiconductor element can be manufactured using a wafer having no cracks, it is possible to improve the manufacturing yield.
請求項28に係る発明は、ウェーハに半導体が生成されて製造された太陽電池或いは半導体素子であって、前記請求項13及び14のウェーハのクラック検出方法によるクラック検出を製造工程中に含むように構成した。
The invention according to claim 28 is a solar cell or a semiconductor device manufactured by producing a semiconductor on a wafer, and includes crack detection by the crack detection method for a wafer according to
上記構成によれば、クラックの無いウェーハを用いて太陽電池或いは半導体素子を製造することができることにより、製造における歩留まりを向上することが可能となる。 According to the above configuration, since a solar cell or a semiconductor element can be manufactured using a wafer having no cracks, it is possible to improve the manufacturing yield.
以上述べたように、この発明によれば、簡易な構成で、信頼性の高い確実なクラック検出を実現して、太陽電池或いは半導体素子の製造性の向上を図り得るようにしたウェーハのクラック検出装置、そのクラック検出方法、太陽電池或いは半導体素子の製造装置、その製造方法、及び太陽電池或いは半導体素子を提供することができる。 As described above, according to the present invention, a crack detection of a wafer that realizes reliable and reliable crack detection with a simple configuration and can improve the productivity of solar cells or semiconductor elements. An apparatus, its crack detection method, a solar cell or semiconductor element manufacturing apparatus, its manufacturing method, and a solar cell or semiconductor element can be provided.
以下、この発明の実施の形態に係るウェーハのクラック検出装置、そのクラック検出方法、太陽電池或いは半導体素子の製造装置、その製造方法、及び太陽電池或いは半導体素子について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, a wafer crack detection apparatus, a crack detection method thereof, a solar cell or semiconductor element manufacturing apparatus, a manufacturing method thereof, and a solar cell or semiconductor element according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. To do.
図1は、この発明の一実施の形態に係るウェーハのクラック検出装置を示すもので、ベース10上には、例えば略中央部に支柱部材11が立設される(図2及び図3参照)。そして、この支柱部材11には、弾性素材12が被着され(図4参照)、この弾性素材12上には、例えば太陽電池用の半導体が生成された太陽電池ウェーハ等のウェーハ13の一方の面が載置される。
FIG. 1 shows a wafer crack detection apparatus according to an embodiment of the present invention. A
上記ベース10には、ウェーハ位置決め手段を構成する複数、例えば3本の位置決めピン14が、支柱部材11の周囲に所定の間隔を有して立設されている。この位置決めピン14は、ウェーハ13が支柱部材11に弾性素材12が介在されて載置された状態で、該ウェーハ13の周囲の3箇所が当接され、該ウェーハ13の面方向の移動を規制して、ウェーハ13をクラック検出位置に位置決めする。
On the
また、ベース10には、接触型音響センサ15が支柱部材11に対向して設けられる。この音響センサ15は、先端部に弾性素材12が被着され、この弾性素材が上記支柱部材11の弾性素材12上に載置されたウェーハ13の他方の面に密着されることで、上記支柱部材11と協働してウェーハ13を挟み込んで位置決め保持する(図4参照)。ベース10上に搬送されてきたウェーハ13を、支柱部材11が下から押し上げて位置決め保持するような構成も可能である。
Further, a contact type
上記音響センサ15は、支持部材を構成する例えば支持アーム17の先端部に着脱自在、且つ、上下方向及び矢印A,B方向に移動調整自在に設けられる。そして、この支持アーム17の基端部は、移動機構18を介してベース10に対して矢印C,D方向に移動自在に設けられている。これにより、音響センサ15は、支持アーム17及び移動機構18を介してベース10の支柱部材11に対向するように移動調整される。
The
ここで、上記ウェーハ13は、支柱部材11と音響センサ15とにより、弾性素材12が介在された状態で、挟み込まれてクラック検出が行われることで、支持構造が簡単化され、製作上のコスト低下が図れる。
Here, the
また、ベース10には、加振手段を構成する、例えば1g程度の棒状の加振部19が支持部材を構成する支持アーム20に対して落下操作自在で、且つ、矢印A,B方向に移動調整自在に設けられる。そして、この支持アーム20は、移動機構21を介してベース10に対して矢印C,D方向に移動調整自在に設けられる。これにより、加振部19は、支持アーム20及び移動機構21を介してベース10に対して移動調整されて、例えば上記音響センサ15よりベース10の周囲方向に移動調整される。
Further, the
最近の太陽電池ウェーハの形状は、四隅が丸く欠けた正方形が多い。本実施例においては一例として、加振部19は、音響センサ15から上記正方形の辺におろした垂線上の、外から1/3程度の点を加振しており、好結果を得ている。
Recent solar cell wafers have many square shapes with rounded corners. In the present embodiment, as an example, the
この加振部19は、例えばその先端部に粘弾性を示す素材を含む弾性素材22が被着され、一旦、支持アーム20より持ち上げて1cm程度の高さから落下される。すると、加振部19は、その弾性素材22からウェーハ13の面に衝突されて該ウェーハ13を加振する。
For example, an
ここで、加振部19は、ウェーハ13を効率的に振動させるために、音響センサ15よりも端に近いウェーハ13上に落下させることが好ましい。このように、先端に弾性素材22を被着した1g程度の軽い加振部19を、1cm程度の低い高さ位置からウェーハ13上に落下させて加振していることで、衝突時に、弾性素材12がウェーハ13に衝突することによるストレスを小さく抑えることができるため、その割れや損傷を効果的に防止することができる。
Here, the
なお、上記加振手段としては、加振部19をウェーハ下面に設置し、バネ等の手段ではね上げてウェーハ下面に衝突させるように構成したり、例えば弾性素材の小さな球体を用いて、ウェーハ13上に落下させたり、斜めに発射させてウェーハ13に当てるように構成したり、あるいは圧電アクチュエータ、ボイスコイル、超音波振動子などを用いて構成することも可能である。
As the above-described vibration means, the
また、上記弾性素材12,22は、粘弾性を示す素材でもよく、例えばシリコンゴム、その他のゴム系素材やプラスチック系素材、あるいは液体やゲル状物質を袋などの中に充填したものなどで形成され、音響センサ15、支柱部材11、加振部19とウェーハ13との間に介在することで、音響センサ15及び支柱部材11との間の空気が介入するのを防止した状態でウェーハ13に対して密着させて対向配置する。
The
即ち、ウェーハ13と空気では、音響インピーダンスが大きく異なるため、音響センサ15とウェーハ13との間に空気が存在すると、ウェーハ13に発生した音響信号が、音響センサ15に効率よく伝わらず、測定効率が低下するが、音響センサ15とウェーハ13との間に弾性素材12が存在されることで、ウェーハ13との間に空気が進入せず、直接的に密着された状態となる。この結果、音響インピーダンスの不整合を抑制することができ、反射を抑えて高感度な性能が得られると共に、所望の対雑音性が得られて周囲の雑音の影響を受けることがなくなり、振動を効率よく電圧信号に変換することが可能となる。
That is, since the acoustic impedance differs greatly between the
また、ウェーハ13を、図4に示すように弾性素材12を介在させて支柱部材11と音響センサ15で挟み込んで保持していることにより、上述したように効率よく振動を電気信号に変換可能なので、ウェーハ13を挟み込む力を比較的弱くすることが可能となる。この結果、クラック検出時、ウェーハ13に与えるストレスを小さく抑えることができ、信頼性の高いクラック検出ができる。この支柱部材11及び音響センサ15とウェーハ13との間に介在される弾性素材12は、例えば支柱部材11及び音響センサ15の各端部にそれぞれ被着されて設けられる。
In addition, since the
そして、加振部19に設けた弾性素材22は、ウェーハ13の面に落下されて衝突した際、その材質により高調波成分の発生を防止して、音響センサ15による測定精度を高める働きと、衝突時におけるウェーハ13の損傷等を防止する働きを奏する。
And, when the
ここで、音響センサ15は、例えばAEセンサ(圧電素子による超音波センサ)が用いられ、その他、弾性素材12が介在された状態で接触可能な動電型、静電型、圧電型、ストレインゲージ等が有効である。この結果、音響センサ15は、弾性素材12を介してウェーハ13に密着され、相互間に空気が存在しないことで、上述したように高感度な性能が確保され、しかも、所望の対雑音性が得られて周囲の雑音の影響を受けにくくなり、高精度な測定が実現される。さらに、音響センサの共振周波数が、クラックの存在を示す周波数領域に近いものを使用すれば、より高感度でかつ対雑音性に優れた結果を得ることができる。
Here, as the
上記音響センサ15は、その出力が、例えば増幅部23を介して信号処理手段を構成する信号処理部24に接続され、上記加振部19をウェーハ13上に落下させて衝撃を与えた状態で、ウェーハ13に伝わる振動波形に基づく電圧信号1を増幅部23に出力する。この増幅部23は、入力した電圧信号1を増幅して電圧信号2を生成して信号処理部24に出力する。
The output of the
信号処理部24は、音響センサ15の性能やウェーハ13の種類に応じて例えばハイパスフィルタやバンドパスフィルタを用いてカットオフ周波数が設定される。即ち、ウェーハ13は、共振により共振周波数のような主に低い周波数(主に可聴周波数)のみが発生するが、クラックが存在すると、共振周波数よりも高い周波数(主に超音波)が発生することが知られている。そこで、信号処理部24は、ハイパスフィルタのカットオフ周波数をウェーハの共振周波数よりも高い周波数(主に超音波)、例えば約1kHz〜10MHz程度に設定される。もしくは、ウェーハのクラックにより特徴的に発生する周波数成分を、バンドパスフィルタで抽出するようなことも可能である。
The
信号処理部24は、入力した電圧信号2から共振周波数よりも高い周波数を抽出した電圧信号3を、判定手段を構成する判定部25に出力する。判定部25は、入力した電圧信号3の時間領域波形の予め定めた時間内において、予め定めた電圧閾値、図5や図6において例えば電圧±10を越えるポイント数をカウントし、そのポイント数が予め設定した閾値、例えば20回以上越えたか否かを判定し、図5に示すように閾値を越えない場合、クラック無し、と判定し、図6に示すように閾値を越える場合、クラック有り、と判定する。
The
上記クラック検出に供するウェーハ13としては、シリコンウェーハ、太陽電池を構成する半導体の生成された太陽電池ウェーハ、半導体の生成された半導体ウェーハ、或いは、SiC、GaN等の化合物半導体ウェーハのいずれにも有効である。
As the
次に、ウェーハ13のクラック検出手順について説明する。
Next, the crack detection procedure for the
先ず、ウェーハ保持ステップでは、ウェーハ13を支柱部材11の弾性素材12上に載置すると共に、その周囲を複数の位置決めピン14に当接させ、音響センサ15を、移動機構28、支持アーム17を操作して支柱部材11に対向させて、弾性素材12を介在させてウェーハ13の上面に当接させて密着させる。ここで、音響センサ15及び支柱部材11は、弾性素材12が介在されてウェーハ13の両面を挟んで相互間に空気の進入が阻止された状態で対向配置され、ウェーハ13を位置決め保持する。
First, in the wafer holding step, the
そして、加振ステップでは、加振部19が上述したようにウェーハ13上の音響センサ15よりも端側に対向され、この加振部19を上述したように所定の高さに持ち上げて、ウェーハ13上に落下させて、その先端の弾性素材22から衝突させて加振する。このウェーハ13を加振した状態で、判定ステップに移行される。
In the vibration step, the
この判定ステップでは、音響センサ15がウェーハ13に伝わる振動波形に基づく電圧信号1を検出して増幅部23に出力し、この増幅部23において入力した電圧信号1が増幅されて電圧信号2が生成され、この電圧信号2が信号処理部24に入力される。信号処理部24は、入力した電圧信号2からウェーハ13の共振周波数よりも高い周波数の電圧信号3が抽出されて判定部25に出力される。この判定部25は、入力した電圧信号3に基づいて上述したようにウェーハ13のクラックの有無が検出され、このクラックの有無に応じてウェーハ13の良否が判定される。
In this determination step, the voltage signal 1 based on the vibration waveform transmitted to the
上記ウェーハのクラック検出装置を用いてクラック検出が行われたウェーハ13は、半導体が生成されて、配線やパッケージング等が施され、太陽電池或いは半導体素子が形成される。これにより、良好なウェーハ13のみを用いて太陽電池或いは半導体素子を製造することが可能となるため、製造した太陽電池或いは半導体素子の歩留まりを向上することができる。
In the
また、上記ウェーハのクラック検出方法によりクラック検出の行われたウェーハ13は、半導体が生成された後、配線やパッケージング等が施されて太陽電池或いは半導体素子が形成される。これにより、良好なウェーハ13のみを用いて太陽電池或いは半導体素子を製造することが可能となるため、製造した太陽電池或いは半導体素子の歩留まりを向上することができる。
In addition, the
また、上記ウェーハのクラック検出装置によりクラック検出が行われたウェーハ13は、太陽電池或いは半導体素子の製造装置を用いて半導体が生成されて、配線やパッケージング等が施されて太陽電池或いは半導体素子が製造される。これにより、良好なウェーハ13のみを用いて太陽電池或いは半導体素子を製造することが可能となるため、太陽電池或いは半導体素子の製造における歩留まりの向上を図ることができる。
In addition, the
また、上記ウェーハのクラック検出方法による手順でクラック検出が行われたウェーハ13は、太陽電池或いは半導体素子の製造方法を用いて半導体が生成された後、配線やパッケージング等が施されて太陽電池或いは半導体素子が製造される。これにより、良好なウェーハ13のみを用いて太陽電池或いは半導体素子を製造することが可能となるため、太陽電池或いは半導体素子の製造における歩留まりの向上を図ることができる。
The
なお、上記実施の形態では、増幅部23を信号処理部24と別体に配置するように構成した場合について説明したが、これに限ることなく、その他、音響センサ15の出力が信号処理に必要な所望の出力電圧を有する場合や、信号処理部24に増幅機能を備えるように構成した場合には、増幅器23を、別体に設けることなく構成することも可能で、同様に有効な効果が期待される。
In the above-described embodiment, the case where the amplification unit 23 is configured separately from the
また、上記実施の形態では、電圧信号を用いて電圧閾値を超える回数によってウェーハ13の良否を判定するように構成した場合について説明したが、これに限ることなく、その他、例えばフーリエ変換等により周波数解析を実行して、その周波数成分に基づきウェーハ13の良否を判定するように構成することも可能である。
In the above-described embodiment, the case where the quality of the
そして、電圧閾値を超える回数以外に平均値検波や実効値検波を行い、所定の時定数で平滑化した結果、あるいはピークホールド等の結果を用いて、その大きさで良否の判定を行い、あるいはこれらの積分値が一定以上となった状態で不良を判定するように構成することも可能である。 Then, in addition to the number of times exceeding the voltage threshold, average value detection or effective value detection is performed, and smoothing is performed with a predetermined time constant, or a result such as peak hold is used to determine pass / fail, or It is also possible to make a configuration such that a defect is determined in a state where these integral values are a certain value or more.
さらに、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、例えば図7に示すようにベース10に一対の音響センサ151,151を対向配置して、この一対の音響センサ151,151でウェーハ13を挟み込んで位置決め保持してクラック検出を行うように構成することも可能である。但し、この図7の説明においては、便宜上、上記図1乃至図4と同一部分について、同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, as shown in FIG. 7, a pair of
即ち、この実施の形態では、一対の音響センサ151,151の一方が、その弾性素材12が被着された先端部を上にしてベース10上に立設する如く設けられる。そして、音響センサ151,151の他方は、同様に対向配置される先端部に弾性素材12が被着され、その弾性素材12を下に向けた状態で、上記支持アーム14を介して他方に対応して移動自在に設けられる。
That is, in this embodiment, one of the pair of
この音響センサ151,151は、その一方の弾性素材12上にウェーハ13の一方の面が載置され、このウェーハ13の他方の面に対して該音響センサ151,151の他方が移動調整されて、その弾性素材12が密着されることにより、双方で該ウェーハ13を挟み込んで位置決め保持する。この状態で、ウェーハ13は、上述したように加振部19を用いて加振され、例えば双方の音響センサ151,151でウェーハ13に伝わる振動波形に基づく電圧信号を測定し、同様にクラック検出が行われる。
The
そして、この実施の形態においては、例えば音響センサ151,151の一方で電圧信号の測定が困難な状態でもウェーハ13の不良を判定することも可能となり、検出の多様化が図れることで、さらに良好な効果が期待される。または、音響センサ151,151出力のいずれか一方、もしくは両方に基づいて判定を行うことにより、判定の信頼性を向上させることも可能である。
In this embodiment, for example, even if one of the
また、この発明は、図8に示すように、弾性素材12を被着した音響センサ152をベース10上に立設する如く設け、真空吸着パッド26を用いてウェーハ13の中心部位が音響センサ152上に位置するように搬送し、真空吸着パッド26と音響センサ152を対向して当接させることによってウェーハ13を位置決め保持するように構成してもよい。ここで真空吸着パッド26先端のウェーハ13に接する部位にも弾性素材12が設けられており、他の実施形態と同様の効果を奏している。
Further, according to the present invention, as shown in FIG. 8, an
特に半導体が形成されたウェーハにあっては、下記に説明される更に他の実施の形態のように半導体ウェーハが保持され、加振されることが好ましい。 In particular, in the case of a wafer on which a semiconductor is formed, it is preferable that the semiconductor wafer is held and vibrated as in still another embodiment described below.
ウェーハ13は、その表面側に半導体が微細プロセスで作り込まれている。従って、このようなウェーハ13の表面側13Aは、図9に斜線で示すような半導体が形成され、損傷を受けやすい半導体形成領域13−1及びこの半導体形成領域13−1を囲む周辺の半導体が正常に形成されない周辺領域13−2を有するように製造される。この表面13Aの側の半導体形成領域13−1にあっては、支柱部材11、音響センサ15或いは加振部19が弾性素材12、22を介してであっても接触することは好ましくなく、ウェーハ13の表面側においては、弾性素材12、22を介してその周辺領域13−2のみが接触されるように支柱部材11、音響センサ15或いは加振部19が配置されることが好ましい。また、ウェーハ13の裏面13Bの側は、半導体基板そのもの或いはこの半導体基板に層構造が形成されるのみであることから、損傷を受ける虞がなく、表面13Aの側に代えて裏面13Bの側が支柱部材11、音響センサ15或いは加振部19が弾性素材12、22を介して接触させても良い。更に、ウェーハ13の側端面も周辺領域13−2に連接される領域であり、同様に支柱部材11或いは音響センサ15を弾性素材12、22を介して接触させて保持しても良い。
The
このようなウェーハ13の構造上の特性を前提とした種々の実施の形態について図10から図16(a)及び(b)を参照して以下に説明する。ここで、図10から図16(a)及び(b)に示す弾性素材12、22、支柱部材11、音響センサ15或いは加振部19は、図1に示すウェーハのクラック検出装置に備えられることを前提としていることから、その装置の詳細は既に述べた実施の形態を参照されたい。また、以下の実施の形態及び図10から図16(a)及び(b)においては、既に述べた実施の形態で用いたと同一に符号を用い、その詳細な説明を省略することから、その詳細に関しては、同様に既に述べた実施の形態を参照されたい。
Various embodiments based on the structural characteristics of the
図10に示される実施の形態では、ウェーハ13は、その裏面13B側が弾性素材12を介して音響センサ15に接触するように音響センサ15上に載置され、その表面13Aの側の周辺領域13−2が弾性素材12を介して支柱部材11に接触されてウェーハ13に適度な支持圧が付されて移動不能に支持されている。そして、このウェーハ13には、その裏面13Bの側に配置された加振部19(図示せず)から矢印で示すように上方に向けて加振圧が与えられてウェーハ13に振動が与えられる。このウェーハ13の加振によって既に説明したと同様にウェーハ13のクラックの有無が検出される。
In the embodiment shown in FIG. 10, the
尚、図10における支持構造においては、支柱部材11からウェーハ13に与えられる支持圧はウェーハ13自体に生じているクラックを拡大しないように最適な支持圧に調整されることが好ましい。また、加振部19は、ウェーハ13の裏面13Bの側から加振することから、加振部19の落下による加振を採用することはできず、バネ等の手段によって加振部19を衝突させる等の構造或いは既に述べた圧電アクチュエータ等の電気機械的な加振素子で構成することができる。更に、図10における支持構造においては、ウェーハ13の自重のみで音響センサ15がウェーハ13を支持することが可能で、加振がウェーハ13の移動を生じさせない場合には、支柱部材11が設けられなくとも良い。この構造では、外部からの振動でウェーハ13が音響センサ15から外れて落下する虞があることから、図1に示す位置決めピン14が設けられ、ウェーハ13の音響センサ15上での移動が阻止されることが好ましい。更に、位置決めピン14と共に或いは位置決めピン14に代えて、ウェーハ13のずれ或いは傾きを防止する為に、ウェーハ13の側面或いは裏面に非接触のストッパーを設けても良い。
In the support structure shown in FIG. 10, it is preferable that the support pressure applied from the
図10に示された保持加振構造では、音響センサ15がウェーハ13の裏面13B側の中央領域に配置されているが、図11に示されるように支柱部材11に対向するように音響センサ15が配置されてもよい。この図11における保持加振構造では、一例として3つの音響センサ15上に弾性素材12を介してウェーハ13が載置され、この3つの音響センサ15の端面に対向するように支柱部材11が弾性素材12を介してウェーハ13に接触され、このウェーハ13を3点支持するように音響センサ15及び支柱部材11が配置される。この配置構造においてもウェーハ13に与えられる保持力(支持力)は、好ましくは、加振の際にあってもウェーハ13中に生じているクラックを拡大しないように調整されている。この観点から音響センサ15及び支柱部材11がウェーハ13を支持する端面は、略同型同面積に形成されていることが好ましい。
In the holding vibration structure shown in FIG. 10, the
尚、図11に示される保持加振構造では、複数の音響センサ15にウェーハ13が載置されているが、少なくとも1つの音響センサ15及び音響センサ15に代えた音響センサ15と略同型の載置用の支持体(図示せず)がウェーハ13の下方に配置され、ウェーハ13が少なくとも1つの音響センサ15及びこの載置用の支持体(図示せず)に弾性素材12を介して載置されても良い。音響センサ15は、ウェーハ13のクラック検出に最適な数が最適に位置に配置されることが好ましい。また、図11に示される保持加振構造では、ウェーハ13の下方からウェーハ13を加振することによって既に説明したと同様にウェーハ13のクラックの有無が検出される。更に、図11における支持構造においても、ウェーハ13の自重のみで音響センサ15がウェーハ13を支持することが可能で、加振がウェーハ13の移動を生じさせない場合には、表面13A側の支柱部材11が設けられなくとも良い。この構造では、外部からの振動でウェーハ13が音響センサ15から外れて落下する虞があることから、同様に図1に示す位置決めピン14が設けられ、ウェーハ13の音響センサ15上での移動が阻止されることが好ましい。更に、位置決めピン14と共に或いは位置決めピン14に代えて、ウェーハ13のずれ或いは傾きを防止する為に、ウェーハ13の側面或いは裏面に非接触のストッパーを同様に設けても良い。
In the holding vibration structure shown in FIG. 11, the
図10及び図11においては、ウェーハ13を保持(支持)する支柱部材11がウェーハ表面13Aの側の周辺領域13−2に弾性素材12を介して接触され、音響センサ15がウェーハ裏面13Bの周辺領域に配置されているが、図12に示すようにウェーハ13の側端面13Cが対向する音響センサ15に弾性素材12を介して圧接され、対向する音響センサ15間に支持されても良い。図12に示される圧接支持構造にあっては、対向する音響センサ15でウェーハ13を支持するに代えて、例えば3つの音響センサ15がウェーハ13の側端面13Cの周囲3点で弾性素材12を介して接触され、ウェーハ13を圧接支持しても良い。
10 and 11, the
図12の保持構造(支持構造)では、音響センサ15の端部は、平坦に形成され、この平坦部に設けた平坦な弾性素材12でウェーハ13を圧接支持しているが、図13に示されるように音響センサ15の端部がウェーハ13の側端を受け入れ可能な凹部に形成され、この凹部内に設けた弾性素材12の弾性層で図12と同様にウェーハ13を圧接支持しても良い。また、図14に示されるように音響センサ15の端部には、ウェーハ13の裏面13Bの周辺及びその側端を接触支持可能なように段部(ステップ)に形成され、この段部(ステップ)内に設けた弾性素材12のL字型の弾性層で音響センサ15が図12と同様にウェーハ13を圧接支持しても良い。
In the holding structure (support structure) in FIG. 12, the end of the
図12から図14に示す保持構造(支持構造)の説明では、加振に関しての説明を省略しているが、既に図10を参照して説明したように下方から加振すれば、既に説明したと同様に音響センサ15で音響振動が検出されてウェーハ13のクラックの有無が検出される。
In the description of the holding structure (supporting structure) shown in FIGS. 12 to 14, the explanation about the vibration is omitted, but if it is vibrated from below as already explained with reference to FIG. 10, it has already been explained. Similarly, acoustic vibration is detected by the
尚、図12から図14に示す保持構造(支持構造)では、少なくとも1つの音響センサ15及び音響センサ15に代えた支持部11でウェーハ13が保持され、1つの音響センサ15で音響振動が検出されてウェーハ13のクラックの有無が検出されても良い。ここで、図9に示すような円盤形状を有し、その一部が直線的に切欠された切欠部13Dを有するウェーハ13にあっては、この切欠部13Dの直線状端部に少なくとも1つの音響センサ15が音響振動検出の為に接触されることが好ましい。また、図12から図14に示す保持構造(支持構造)おいて、全ての音響センサ15に代えた支持部11でウェーハ13が保持され、別途ウェーハ13の振動を検出する音響センサ15が図10或いは図11と同様に配置されてこの独立に設けられた音響センサ15で音響振動が検出されてウェーハ13のクラックの有無が検出されても良い。
In the holding structure (support structure) shown in FIGS. 12 to 14, the
図10〜図14の保持加振構造では、ウェーハ13の表面13Aの側が上方に向けられていることを前提としているが、ウェーハ13の裏面13Bの側が上方に向けられ、回路素子が形成されているウェーハ13の表面13Aの側が下方に向けられても良い。そして、このウェーハ13の裏面13Bの側(ウェーハ13の上方側)からウェーハ13が加振部19によって加振され、ウェーハ13の側端に設けた音響センサ15から音響振動が検出されても良い。
10 to 14, it is assumed that the
また、図15に示すように、ウェーハ13の側端が一例として3つの支持部材41で3点支持され、ウェーハ13の裏面13Bの側(ウェーハ13の上方側)からウェーハ13が加振部19によって加振され、音響振動が検出されても良い。ウェーハ13の裏面13Bの側(ウェーハ13の上方側)からウェーハ13が加振される場合には、図1を参照して説明したように加振部19が落下されてウェーハ13を加振させることができる。
Further, as shown in FIG. 15, the side edge of the
更に他の実施の形態として図16(a)及び(b)に示すように音響センサ15の上部に支持材31が追加され、この支持材31上にウェーハ13が載置されても良い。図16に示す保持構造では、支持材31は、一例としてリング状の保持接触部31Aを有し、このリング状の保持接触部31Aが支柱部31Bで支持されて音響センサ15の上部に固定されている。ウェーハ13の裏面13Bが保持接触部31Aに接触された状態でウェーハ13の裏面13Bの側からウェーハ13が加振される。ウェーハ13が保持接触部31A上から移動しないように加振圧が調整されて加振部19(図示せず)からウェーハ13に加振圧が与えられることが好ましい。この加振によってウェーハ13に生ずる音響振動は、支持材31を介して音響センサ15に伝達されて音響振動がこの音響センサ15で検出される。図16(a)及び(b)に示す支持材31の保持接触部31Aは、リング状に限らず他の形状、例えば、矩形状或いは凹面状であってもよく、また、支持材31が保持接触部31Aを備えず、複数の支持材31の延出端が自由端に形成され、この複数の自由端上にウェーハ13が載置されても良い。支柱材11が細い場合は、少なくとも3本の支持材31が用意されることによってこの3本の支持材31の自由端でウェーハ13を支持することができる。支持材31は、ウェーハ13を3点支持する為の3本に限らず、3本以上であれば、安定してウェーハ13を支持することができる。
As another embodiment, as shown in FIGS. 16A and 16B, a
図1から図16の説明において、弾性素材12、22が支柱部材11或いは音響センサ15とウェーハ13との間に設けられる例について説明したが、ウェーハ13の裏面13B側あるいは周辺領域13−2部分に多少の傷等が生じても支障がない場合には、この弾性素材12、22は、省略されても良い。音響センサ15及びウェーハ13が共に十分な平坦性を有し、これらの間にほとんど空気層を有すること無く密着していれば、ウェーハ13に発生した音響信号は十分に効率よく音響センサ15に伝わるので、振動を効率よく電圧信号に変換することが可能である。
In the description of FIGS. 1 to 16, the example in which the
よって、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。 Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention at the stage of implementation. Further, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements.
例えば実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。 For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the effect described in the effect of the invention can be obtained. In such a case, a configuration in which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.
10…ベース、11…支柱部材、12,22…弾性素材、13…ウェーハ、14…位置決めピン、15,151,152…音響センサ、17…支持アーム、18…移動機構、19…加振部、20…支持アーム、21…移動機構、23…増幅部、24…信号処理部、25…判定部、26…真空吸着パッド。
DESCRIPTION OF
Claims (28)
前記音響センサを含むウェーハ保持手段と、
前記ウェーハの少なくとも一方の面に対して加振部が設けられた加振手段と、
この加振手段の加振部が前記ウェーハの少なくとも一方の面を加振した状態で、前記音響センサで検出された振動波形から前記ウェーハがクラックを有することを示す周波数を抽出する信号処理手段と、
この信号処理手段の抽出情報に基づいて前記ウェーハのクラックの有無を検出する判定手段と、
を具備することを特徴とするウェーハのクラック検出装置。 An acoustic sensor that is in contact with the wafer and detects a vibration waveform transmitted to the wafer;
Wafer holding means including the acoustic sensor;
A vibration means provided with a vibration unit for at least one surface of the wafer;
Signal processing means for extracting a frequency indicating that the wafer has a crack from a vibration waveform detected by the acoustic sensor in a state where the vibration unit of the vibration means vibrates at least one surface of the wafer; ,
Determination means for detecting the presence or absence of cracks in the wafer based on the extraction information of the signal processing means;
A crack detection apparatus for a wafer, comprising:
前記ウェーハの少なくとも一方の面に対して加振部によって加振する加振ステップと、
この加振ステップで前記ウェーハに振動を加えた状態で、前記音響センサで前記ウェーハに伝わる振動波形を検出し、その振動波形から前記ウェーハがクラックを有することを示す周波数を抽出し、その抽出情報に基づいて前記ウェーハのクラックの有無を検出する判定ステップと、
を具備することを特徴とするウェーハのクラック検出方法。 A wafer holding step of holding the wafer by a wafer holding means including an acoustic sensor;
An excitation step of exciting the at least one surface of the wafer by an excitation unit;
In this vibration step, with the vibration applied to the wafer, the acoustic sensor detects a vibration waveform transmitted to the wafer, extracts a frequency indicating that the wafer has a crack from the vibration waveform, and extracts the information. A determination step for detecting the presence or absence of cracks in the wafer based on:
A method for detecting cracks in a wafer, comprising:
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