JP2015001380A - 基板検査装置及び基板検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、基板に接触することなく、安価でシンプルな構成でクラックを検出可能な基板検査装置及び基板検査方法を提供する。
【解決手段】基板の第１の主面側から基板を支持する支持装置と、基板の第２の主面の、第１の主面が支持された領域に対向する領域の残余の領域に流体を吹きあてて、基板に荷重を加える流体荷重装置とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置に使用される基板を検査する基板検査装置及び基板検査方法に関する。

太陽電池セルなどの半導体装置に使用される基板にクラックなどの欠陥が有ると、半導体装置の製造工程中に基板が破損する場合がある。基板が破損した場合には製造ラインを停止させる必要があり、稼働率が低下する。このため、半導体装置の製造前において、基板の欠陥の有無が検査される。

例えば、基板に光線を照射し、その透過光や反射光を用いて基板のクラックを検出する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。しかし、この方法では、赤外光を基板に照射して取得した透過光を画像処理するなどして、クラックを検出する。このため、高価な照明装置やカメラ、画像処理が必要である。したがって、検査コストが高く、検査装置の構成が複雑で大規模である。

また、固形物を接触させて基板に荷重を付加し、基板の機械的強度を検査する方法がある（例えば、特許文献２参照。）。機械的強度を検査することによって、クラックなどが原因となった低強度の基板を除外することができる。しかし、固形物と接触した箇所で基板の表面が汚れたり傷が付いたりする場合がある。また、固形物を接触させることよって、基板に割れや欠けが発生する場合がある。

或いは、超音波を照射して基板を振動させてクラックを検出する方法がある（例えば、特許文献３参照。）。しかし、超音波発生装置や基板から発生する音を検出する音検出装置が必要であるなど、検査装置の構造が複雑且つ高価である。

特開２００７−２１８６３８号公報 特開２００４−２５１６４１号公報 特開２０１１−５８８７９号公報

本発明は、基板に接触することなく、安価でシンプルな構成でクラックを検出可能な基板検査装置及び基板検査方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、（イ）基板の第１の主面側から基板を支持する支持装置と、（ロ）基板の第２の主面の、第１の主面が支持された領域に対向する領域の残余の領域に流体を吹きあてて、基板に荷重を加える流体荷重装置とを備える基板検査装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、（イ）検査対象の基板を、基板の第１の主面側から支持するステップと、（ロ）基板の第２の主面の、第１の主面が支持された領域に対向する領域の残余の領域に流体を吹きあてて、基板に荷重を加えるステップと、（ハ）荷重が加えられて変形した基板が破損しない場合に、基板にクラックが発生していないと判定するステップとを含む基板検査方法が提供される。

本発明によれば、基板に接触することなく、安価でシンプルな構成でクラックを検出可能な基板検査装置及び基板検査方法を提供できる。

本発明の実施形態に係る基板検査装置の構成を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る基板検査装置における基板を固定する方法の例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る基板検査装置における基板を固定する方法の他の例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る基板検査装置によって流体を吹きあてる領域の例を示す模式的な平面図である。 本発明の実施形態に係る基板検査装置によって流体を吹きあてる領域の他の例を示す模式的な平面図である。 本発明の実施形態に係る基板検査装置によって流体を吹きあてる領域の更に他の例を示す模式的な平面図である。 本発明の実施形態に係る基板検査装置の支持装置が基板搬送システムの一部である例を示す模式的な平面図である。 本発明の実施形態に係る基板検査装置の支持装置が基板搬送システムの一部である他の例を示す模式図であり、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は側面図である。 本発明の実施形態に係る基板検査方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施形態に係る基板検査装置によって流体を吹きあてる他の例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る基板検査装置によって流体を吹きあてる更に他の例を示す模式図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

本発明の実施形態に係る基板検査装置１は、基板についてクラックの有無を検査するために使用される。基板検査装置１は、図１に示すように、基板１００の第１の主面１０１側から基板１００を支持する支持装置１０と、第１の主面に対向する基板１００の第２の主面１０２に流体２００を吹きあてて、基板１００に荷重を加える流体荷重装置２０とを備える。流体荷重装置２０は、第２の主面１０２の、第１の主面１０１の支持された領域に対向する領域の残余の領域に流体２００を吹きあてる。

基板検査装置１によって荷重が加えられることで基板１００が変形し、基板１００内に応力が生じる。このとき、基板１００がクラックを有する場合には、内部に発生する応力に耐えることができずに基板１００が破損する。このようにして、クラックを有する基板１００が判別される。したがって、検査者は、荷重が加えられて変形しても基板１００が破損しない場合に、基板１００にクラックが発生していないと判定する。このため、クラックの無い基板１００のみを用いて半導体装置を製造することができる。

なお、流体２００が吹きあてられるとき、基板１００の位置が変化しないように、基板１００は固定されることが好ましい。例えば、図２に示したように、基板１００の第１の主面１０１と細孔を介して連結する空洞１１を支持装置１０に設ける。そして、真空ポンプ１２によって空洞１１内を減圧することにより、真空チャック方式によって基板１００を支持装置１０に吸着して固定する。

また、位置が設定されたガイドブロックに基板１００の側面を接触させて、基板１００の水平方向の位置をより精密に固定してもよい。例えば図３に示すように、基板１００の対向する一組の角部をガイドブロック１３に接触させて、基板１００を固定する。

基板検査装置１は、荷重を加えた基板１００が変形するように、第１の主面１０１側から支持装置１０によって支持されていない領域に流体２００を吹きあてる。図１に示した例では、支持装置１０が、第１の主面１０１の周辺部において下方から基板１００を支持する。そして、流体荷重装置２０が、第２の主面１０２の中央部に上方から流体２００を吹きあてる。その結果、基板検査装置１によって所定の荷重が加えられた基板１００は、第１の主面１０１側に中央部が反るように変形する。荷重が加えられて破損した基板１００を製造ラインから取り除くことによって、半導体装置の製造中に基板１００が破損することを防止できる。

したがって、基板検査装置１によって基板１００に加えられる荷重の大きさは、半導体装置の製造工程中に基板１００が破損する原因となるクラックを有する基板１００が破損し、且つ、クラックの無い基板１００は破損せずに荷重が加えられなくなった後に元の形状に戻るように設定される。

このため、クラックの有る基板１００のみが破損する応力が発生するように設定された所定の量だけ基板１００が変形するように、基板１００の材料、基板厚さなどに応じて、基板１００に加える荷重の大きさが適宜設定される。例えば、基板１００の材料が硬いほど、或いは基板厚みが厚いほど、荷重を大きくする。荷重の大きさについては、実験やシミュレーションなどによって適切な値を予め求めることができる。後述するように、流体荷重装置２０によって、基板１００に加える荷重の大きさを調整することができる。

基板検査装置１では、流体２００を吹きあてて基板１００に荷重を加える。つまり、既に説明した固形物を接触させる方法とは異なり、非接触で基板１００に荷重が加わる。したがって、接触箇所での基板１００の表面に汚れや傷が発生しない。このため、検査後の製造工程で基板検査に起因する製造不良が発生することが防止される。例えば、基板１００の表面での成膜処理などにおける不良発生の原因にならない。また、基板１００に割れや欠けが発生することがない。

流体２００には、気体を好適に採用できる。例えば、窒素ガスなどの不活性ガスや空気などを採用可能である。特に、流体２００に圧搾空気を用いる場合には高価な装置や特別な設備が必要ないため、検査コストを抑制することができる。

また、流体２００が気体ではなく、液体であってもよい。例えば、不純物をフィルターで取り除くなどした水を流体２００に採用可能である。

図１に示した流体荷重装置２０は、基板１００の第２の主面１０２に向けて流体２００を噴出するノズル２１と、ノズル２１からの流体２００の噴出状態を調整して、流体２００によって第２の主面１０２に加わる荷重の大きさを制御する制御機構２２とを備える。供給源２３に格納された流体２００が、制御機構２２によって調整されて、ノズル２１の噴出口２１０から第２の主面１０２に噴出される。

例えば、制御機構２２は、ノズル２１から噴出される流体２００の単位時間当たりの流量を調整することで、第２の主面１０２に加わる圧力を制御する。即ち、圧力を高くすることによって基板１００に加わる荷重を増大させ、圧力を低くすることによって基板１００に加わる荷重を減少させる。

なお、流体２００が圧搾空気などの圧搾ガスである場合に、圧搾ガスの圧力を調整することによっても、第２の主面１０２に加わる圧力を制御することができる。圧搾ガスの圧力を高めるほど、第２の主面１０２に加わる圧力を高くできる。例えば、コンプレッサを装備した供給源２３を用意し、所定の圧力に高めた流体２００をノズル２１に供給する。

更に、流体荷重装置２０は、図１に矢印で示したようにノズル２１を上下方向に移動させる移動機構２４を備える。移動機構２４によって基板１００の第２の主面１０２とノズル２１の噴出口２１０間の距離ｔを変更することによって、第２の主面１０２に加わる荷重の大きさを調整できる。例えば、距離ｔを短くすることによって、第２の主面１０２に加わる圧力を大きくする。或いは、距離ｔを長くすることによって、第２の主面１０２に加わる圧力を小さくする。

また、ノズル２１の噴出口２１０の形状を可変としてもよい。噴出口２１０の形状を変更することによって、第２の主面１０２に加わる荷重の大きさを調整することができる。例えば、噴出口２１０が円形状の場合、噴出口２１０の直径を調整する。噴出口２１０の面積を小さくすることによって第２の主面１０２に加わる圧力を大きくしたり、噴出口２１０の面積を大きくすることによって第２の主面１０２に加わる圧力を小さくしたりできる。

なお、第２の主面１０２の流体２００を吹きあてたい領域に合わせて、ノズル２１の噴出口２１０の形状を任意に変更することができる。これにより、クラックが有る場合に破損するしきい値の応力が基板１００にかかるための形状変化を生じるように、第１の主面１０１の支持される領域の位置に応じた適切な位置に流体２００を吹きあてることができる。つまり、噴出口２１０の形状を変更することで、第１の主面１０１側から支持されていない領域に流体２００を吹きあてることが容易になる。

例えば、図４に示すように矩形状の第１の主面１０１の四隅を支持装置１０で支持する場合には、第２の主面１０２の中心部分の領域Ｒに流体２００を吹きあてる必要がある。このため、ノズル２１の噴出口２１０の形状に、領域Ｒの形状に対応する矩形状や円形状を採用する。

また、図５に示すように第１の主面１０１の中心部分を支持装置１０で支持する場合には、第２の主面１０２の周辺部分の領域Ｒに流体２００を吹きあてる必要がある。このため、ノズル２１の噴出口２１０の形状に、領域Ｒの形状に対応する環形状を採用する。

或いは、第２の主面１０２の流体２００を吹きあてたい領域に合わせて、複数のノズル２１を用意してもよい。例えば、図５に示すように領域Ｒが環状である場合、複数のノズル２１を環状に配置する。また、図６に示すように第１の主面１０１の中心を通過する直線領域に沿って基板１００が支持される場合に、２台のノズル２１を用意する。そして、支持された領域の両側の第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２に、異なるノズル２１によってそれぞれ流体２００を吹きあてる。

また、支持装置１０として、基板１００を搬送する基板搬送システムの一部を使用してもよい。例えば、図７に矢印で示すように基板１００を水平方向に搬送する搬送ベルト３１を、支持装置１０として使用する。これにより、ノズル２１の下方の所定の位置に基板１００を配置することができる。

図７に示した例では、基板１００の第１の主面１０１は、一対の対向する２辺に沿って外縁部が搬送ベルト３１によって支持される。したがって、図７に破線で示した長方形状の領域Ｒに、流体２００が吹きあてられる。このため、ノズル２１の噴出口２１０に長方形状の噴出口を採用してもよい。

また、図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、ウォーキングビーム３２によって基板１００の中央部を支持して基板１００を搬送する場合には、ウォーキングビーム３２によって支持された領域の両側の、第１の領域Ｒ１と第２の領域Ｒ２に流体２００を吹きあてる。

基板検査装置１を半導体装置の製造システムに組み入れてもよい。その場合、製造システムを構成する各種の装置間で基板１００を搬送する基板搬送システムの一部を、支持装置１０とすることが好ましい。例えば、図７に示した搬送ベルトや図８（ａ）、図８（ｂ）に示したウォーキングビーム３２によって基板１００を支持する。

そして、基板検査装置１によってクラックが無いことが確認された基板１００を、支持装置１０を兼ねた基板搬送システムによって基板検査装置１から製造装置に搬送する。例えば、製造装置に格納されるサンプルホルダに基板１００を搭載する。これにより、半導体装置の製造を効率的に実行することができる。

なお、半導体装置の製造工程において、基板検査装置１による基板検査を実行するタイミングは任意に設定可能である。

例えば、一連の製造工程の最初に基板検査装置１による基板検査を実行して、クラックが生じている基板１００を除外することができる。或いは、各製造工程それぞれの前或いは後に、基板検査装置１を用いて基板１００の検査を行ってもよい。これにより、製造工程中における基板１００の破損をより確実に防止することができる。

なお、製造時間の増大を抑制するために、一部の製造工程の前や後にのみ、基板検査を実行してもよい。例えば、基板１００にクラックが発生する可能性のある工程の後に、基板検査装置１による基板検査を実行する。

上記のように、基板検査装置１では、ノズル２１から噴出される流体２００の流量、基板１００とノズル２１間の距離ｔ、ノズル２１の噴出口２１０の形状、流体２００として用いる圧搾空気の圧力などパラメータとして、所望の値に制御された荷重を基板１００に加える。更に、基板１００の支持される領域に応じて、ノズル２１の噴出口２１０の形状やノズル２１の個数及び配置を設定可能である。例えば、図７や図８を参照して説明したように、製造ラインの基板搬送システムに応じて噴出口２１０の形状や配置を設定できる。

したがって、基板検査装置１を用いた基板検査によれば、クラックが有る基板１００であれば破損し、且つ、クラックの無い基板１００は破損されない応力が生じるように、基板１００の適切な位置に所定の大きさの荷重を加えることができる。これにより、クラックを有する基板１００を破損させて、製造ラインから除外することができる。

以下に、図９を参照して、図１に示した基板検査装置１を用いた基板検査方法の例を説明する。

まず、ステップＳ１において、基板１００を第１の主面１０１側から支持装置１０によって支持する。次いで、ステップＳ２において、基板１００の第２の主面１０２に流体２００を吹きあてて、基板１００に所定の荷重を加える。例えば、基板１００の周辺部を下方から支持し、第２の主面１０２の中央部に上方から流体２００を吹きあてる。このとき、上記のパラメータを調整することによって、基板１００に加える荷重を所望の大きさに設定することができる。

ステップＳ３〜Ｓ５において、検査作業者は、流体２００によって荷重が加えられた基板１００の状態を確認して、基板１００を半導体装置に使用するか否かを決定する。具体的には、ステップＳ３において、所定の荷重が加えられて変形した基板１００が破損したか否かが確認される。基板１００が破損しない場合には、基板１００はクラックを有さないと判定される（ステップＳ４）。その後、基板１００は半導体装置の製造工程に投入される。一方、基板１００が破損した場合には、処理はステップＳ５に進み、基板１００は除去される。

以上により、基板検査装置１を用いた基板検査は終了する。

以上に説明したように、基板検査装置１を用いて基板検査を行うことによって、半導体装置の製造にクラックを有する基板１００が使用されることを防止できる。このため、製造ラインでの基板１００の破損が防止される。製造ラインで基板１００が破損すると、基板１００の破片が飛び散って製造装置のトラブルの原因となる場合がある。また、サンプルホルダ内に基板１００の破片が残り、次に処理を行う基板１００がサンプルホルダに搭載される際に破損することがある。これに対し、基板検査装置１を用いた基板検査によってクラックを有する基板１００を排除することによって、基板１００の破損による製造ラインの停止や製造歩留まりの低下などを防ぐことができる。

また、基板検査装置１では、基板１００に非接触で基板検査が行われる。このため、接触箇所で基板１００の表面が汚れたり傷が付いたりすることに起因する製造不良の発生が抑制される。更に、画像処理を行わないため、クラックを見逃したり、クラック以外の画像をクラックと判定したりするなどの画像処理に起因する判定ミスがない。このため、誤検査によってクラックの無い基板１００にクラックが有ると判定してオーバーキルを発生することがない。また、判定ミスによって製造ラインを停止することがなく、製造ラインの稼働率が向上する。

基板検査装置１は、太陽電池用半導体基板の検査に好適に適用される。例えば、粒界が存在する多結晶シリコン基板が太陽電池用半導体基板に使用された場合、画像を使用する光学的検査ではクラックと粒界の区別が困難である。しかし、画像を使用しない検査を行う基板検査装置１では、クラックの有る基板１００を確実に除外することができる。

なお、集積回路用半導体基板や液晶基板の検査などにも本発明は適用可能であることはもちろんである。

（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、図１０に示すように、下方から流体２００を基板１００に吹きあててもよい。或いは、図１１に示すように、垂直に立てた基板１００に、水平方向から流体２００を吹きあててもよい。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１…基板検査装置
１０…支持装置
２０…流体荷重装置
２１…ノズル
２２…制御機構
２３…供給源
２４…移動機構
３１…搬送ベルト
３２…ウォーキングビーム
１００…基板
１０１…第１の主面
１０２…第２の主面
２００…流体
２１０…噴出口

Claims (12)

1. 基板におけるクラックの有無を検査する基板検査装置であって、
   前記基板の第１の主面側から前記基板を支持する支持装置と、
   前記基板の第２の主面の、前記第１の主面が支持された領域に対向する領域の残余の領域に流体を吹きあてて、前記基板に荷重を加える流体荷重装置と
   を備えることを特徴とする基板検査装置。
2. 前記支持装置が、前記第１の主面の周辺部において下方から前記基板を支持し、
   前記流体荷重装置が、前記第２の主面の中央部に上方から前記流体を吹きあてる
   ことを特徴とする請求項１に記載の基板検査装置。
3. 前記流体荷重装置が、
   前記第２の主面に向けて前記流体を噴出するノズルと、
   前記ノズルからの前記流体の噴出状態を調整して、前記流体によって前記第２の主面に加わる荷重の大きさを制御する制御機構と
   を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板検査装置。
4. 制御機構が、前記ノズルから噴出される前記流体の流量を調整することを特徴とする請求項３に記載の基板検査装置。
5. 前記流体荷重装置が、前記ノズルを移動させて前記基板の前記第２の主面と前記ノズル間の距離を変更する移動機構を備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の基板検査装置。
6. 前記ノズルの前記流体を噴出する噴出口の形状が可変であることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の基板検査装置。
7. 前記支持装置が、前記基板を搬送する基板搬送システムの一部であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基板検査装置。
8. 前記流体が圧搾空気であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の基板検査装置。
9. 検査対象の基板を、前記基板の第１の主面側から支持するステップと、
   前記基板の第２の主面の、前記第１の主面が支持された領域に対向する領域の残余の領域に流体を吹きあてて、前記基板に荷重を加えるステップと、
   前記荷重が加えられて変形した前記基板が破損しない場合に、前記基板にクラックが発生していないと判定するステップと
   を含むことを特徴とする基板検査方法。
10. 前記第１の主面の周辺部において下方から前記基板を支持し、
    前記第２の主面の中央部に上方から前記流体を吹きあてる
    ことを特徴とする請求項９に記載の基板検査方法。
11. 前記基板に荷重を加えるステップが、
    前記第２の主面に吹きあてる前記流体の流量を調整する段階と、前記第２の主面に向けて前記流体を噴出するノズルと前記第２の主面間の距離を変更する段階の、少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項９又は１０に記載の基板検査方法。
12. 前記流体が圧搾空気であることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の基板検査方法。

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