JP2015129662A - 外観検査装置及び外観検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、検査対象領域に発生した欠陥を正確に検出できる外観検査装置及び外観検査方法を提供する。【解決手段】検査対象領域と非検査領域とで異なる強度の輝度を生じさせた状態で検査対象面の外観画像を取得する画像取得装置と、検査対象領域と非検査領域との輝度の差を用いて外観画像における非検査領域の位置を特定し、外観画像の非検査領域の輝度を外観画像の検査対象領域の輝度と同一にした検出用画像を作成する画像処理装置とを備え、検出用画像を用いて検査対象物の外観検査が行われる。【選択図】図１

Description

本発明は、検査対象物の画像を用いた外観検査装置及び外観検査方法に関する。

太陽電池セルなどの半導体装置の製造においては、半導体装置の傷や異物の付着、クラック、汚れ、むらなどの欠陥の有無や状態が検査される。例えば、カメラなどの画像取得装置により得られた画像を用いて外観検査を行う外観検査装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

画像を用いた外観検査には種々の方法が用いられている。例えば、外観検査の対象としない領域を除いて、外観検査が必要な領域のみについて外観検査を行う方法がある。以下において、外観検査の対象としない領域を「非検査領域」、外観検査を行う領域を「検査対象領域」という。検査対象領域のみの外観検査を行う場合には、検査対象物の画像から非検査領域を除く画像処理（以下において、「マスク処理」という。）を行う。そして、マスク処理した画像を用いて、欠陥検出などの外観検査を行う。マスク処理を行うことにより、検査対象領域に発生した欠陥を非検査領域と区別して検査用の画像に表示させることができる。

例えば、太陽電池セルの外観検査を行う場合に、受光領域を検査対象領域とし、受光領域で発生した電力を外部に取り出すための電極を非検査領域とする。そして、電極を除いた受光領域のみについて太陽電池セルの外観検査が行われる。

特開２０１１−１３０９４号公報

しかしながら、非検査領域をマスク処理する場合に、非検査領域を完全にマスク処理するために一定のマージンが必要である。つまり、非検査領域に近接する検査対象領域も部分的にマスク処理される。このため、検査対象領域の非検査領域との境界近くに発生した欠陥のサイズが、実際よりも小さく検出されるなどの問題があった。その結果、検査対象領域に発生した欠陥の数や大きさに応じて製品のクラス判定が行われる場合などに、適切なクラス判定が行えない。

上記問題点に鑑み、本発明は、検査対象領域に発生した欠陥を正確に検出できる外観検査装置及び外観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、検査対象領域と非検査領域とが混在する検査対象面を有する検査対象物の外観検査装置であって、（ア）検査対象領域と非検査領域とで異なる強度の輝度を生じさせた状態で検査対象面の外観画像を取得する画像取得装置と、（イ）検査対象領域と非検査領域との輝度の差を用いて外観画像における非検査領域の位置を特定し、外観画像の非検査領域の輝度を外観画像の検査対象領域の輝度と同一にした検出用画像を作成する画像処理装置とを備え、検出用画像を用いて検査対象物の外観検査が行われる外観検査装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、検査対象領域と非検査領域とが混在する検査対象面を有する検査対象物の外観検査方法であって、（ア）検査対象領域と非検査領域とで異なる強度の輝度を生じさせた状態で検査対象面の外観画像を取得するステップと、（イ）検査対象領域と非検査領域との輝度の差を用いて外観画像における非検査領域の位置を特定し、外観画像の非検査領域の輝度を外観画像の検査対象領域の輝度と同一にした検出用画像を作成するステップと、（ウ）検出用画像を用いて検査対象物の外観検査を行うステップとを含む外観検査方法が提供される。

本発明によれば、検査対象領域に発生した欠陥を正確に検出できる外観検査装置及び外観検査方法を提供できる。

本発明の実施形態に係る外観検査装置の構成を示す模式図である。 検査対象物の検査対象面の例を示す模式図である。 比較例の外観検査方法を説明するための模式図である。 本発明の実施形態に係る外観検査装置による検査方法を説明するための模式図である。 本発明の実施形態に係る外観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外観検査方法により取得される外観画像の例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る外観検査方法により作成される検出用画像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。

図１に示す本発明の実施形態に係る外観検査装置１は、画像取得装置１１、画像処理装置１２、検出装置１３、照明装置１４を備える。外観検査装置１は、検査対象領域と非検査領域とが混在する検査対象面１１０を有する検査対象物１００の外観検査に使用される。

まず、検査対象物１００の例を説明する。図２に例示した検査対象物１００は太陽電池セルであり、検査対象領域１１１と非検査領域１１２とが混在する検査対象面１１０を有する。太陽電池セルにおいては、太陽電池の受光領域が検査対象領域１１１である。一方、受光領域で発生した電力を外部に取り出すための電極が非検査領域１１２である。図２に示した太陽電池セルは、図面上で上下方向に延伸するフィンガー部１０２と左右方向に延伸するバスバー部１０３を電極として有する。以下では、図２に示した検査対象物１００の外観検査について例示的に説明する。

図１に示した外観検査装置１の画像取得装置１１は、検査対象領域１１１と非検査領域１１２とで異なる強度の輝度を生じさせた状態で検査対象面１１０の外観画像を取得する。このとき、照明装置１４が、検査対象面１１０に照射光Ｌを照射して、検査対象領域１１１と非検査領域１１２とに互いに異なる輝度を生じさせておく。図２に示した太陽電池セルでは、シリコン材などからなる受光領域よりも金属材などからなる電極において輝度の強度がより強く表れる。したがって、検査対象領域１１１よりも非検査領域１１２で輝度が強い外観画像が得られる。そして、受光領域よりも電極で輝度の強い反射光が得られることを利用して、外観画像が取得される。画像取得装置１１には、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）カメラやＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）カメラなどを採用可能である。

画像処理装置１２は、検査対象領域１１１と非検査領域１１２との輝度の差を用いて、外観画像における非検査領域１１２の位置を特定する。そして、外観画像の非検査領域１１２の輝度を外観画像の検査対象領域１１１の輝度と同一にした検出用画像を作成する。これにより、検出用画像においては、検査対象領域１１１の正常な部分と非検査領域１１２とが同一の輝度になり、検査対象領域１１１における欠陥が他の領域と異なる輝度を有する領域として観測される。

検査対象物１００は太陽電池セルである場合は、検査対象領域１１１よりも非検査領域１１２の輝度が強い。この場合、画像処理装置１２は、外観画像に強く表れた非検査領域１１２の輝度を検査対象領域１１１の輝度と同じに弱くした検出用画像を作成する。

検出装置１３は、検出用画像を用いて検査対象領域１１１の欠陥を検出する。検出用画像では、欠陥の生じている領域と他の領域とでは輝度の差が生じている。このため、検査対象領域１１１に表れる他の領域と輝度の異なる領域として、欠陥の有無や欠陥のサイズを容易に検出可能である。ここでいう欠陥は、検査対象領域１１１に付着した異物や汚れ、発生した結晶欠陥やクラックなどを含む。

なお、どのような外観検査を行うかによって、検査対象物１００に照射する照射光Ｌを適宜選択できる。即ち、欠陥の種類によって相関関係にある反射と吸収が異なるため、赤色光で反射し易い（吸収しにくい）欠陥や青色光で反射し易い（吸収しにくい）欠陥をそれぞれに応じて検出するために照射光Ｌの色を変えることができる。例えば、異物の検出には、赤色の照射光が好適に使用される。太陽電池セルなどに使用されるシリコン基板は赤色を吸収しやすいため、赤色光で反射する欠陥は輝度の強度差が出やすく、検出しやすい。また、結晶欠陥や汚れの検出には、青色の照射光Ｌが好適に使用される。ただし、検出用画像の作成において照明光Ｌの色の違いは関係しない。検査対象領域１１１に発生した欠陥は、検査対象領域１１１の正常な領域とは異なる輝度を有し、周囲の領域よりも白く光った領域や黒色の領域として観察される。

上記のように、外観検査装置１では、輝度の差に基づいて検査対象面における非検査領域１１２を確実に特定できる。これに対し、非検査領域１１２をマスク処理する方法では、例えば図３に示すように、検査対象領域１１１の一部がマスク処理され、欠陥１５０の一部が検出されないおそれがある。図３において、ハッチングを付した領域がマスク処理された部分である。なお、マスク処理によって検査対象物の画像から非検査領域を除く方法としては、例えばマスク処理する範囲には輝度の強度を零に設定し、強度が零の領域は欠陥検査を行わない方法などを採用可能である。

例えば太陽電池セルでは、電極の位置を設計値から特定する場合には製造誤差などによって製品ごとに電極の形状や位置に設計値と違いが生じる。このため、設計値を用いた画像処理によって非検査領域１１２として電極の位置をマスク処理するためには、マスク処理する領域に一定のマージンを設定する必要がある。製造時の精度や太陽電池セルのサイズなどにも依存するが、例えば１０ピクセル程度のマージンを非検査領域１１２の外側に設定する。その結果、図３に示したように、マスク処理によって欠陥１５０の一部が検出されない場合がある。この場合、欠陥１５０のサイズが正確に検出されずに、検査対象物１００のクラス判定が適切に行われないことになる。また、欠陥１５０が検出されずに、欠陥の個数が正確に計測されない場合も生じる。

しかし、外観検査装置１を用いた外観検査では、外観画像において非検査領域１１２の輝度が検査対象領域１１１の輝度と異なることを利用して、例え製造誤差があったとしても非検査領域１１２の位置を正確に特定できる。このため、図４に示すように検査対象領域１１１の全領域を確実に検査することができる。したがって、欠陥１５０のサイズや位置が正確に検出される。その結果、欠陥のサイズや個数を正確に検出できる。これにより、検査対象物１００のクラス判定を確実に実施できる。

なお、検査対象面１１０に配置された非検査領域１１２の位置に関する情報（以下において「位置情報」という。）を使用して、画像処理をより正確に行うことが好ましい。即ち、非検査領域１１２の位置情報を予め取得しておく。画像処理装置１２は、非検査領域１１２の位置情報を参照することにより、非検査領域１１２の位置情報と外観画像における輝度の分布とを比較して、外観画像における非検査領域１１２の位置をより正確に特定するができる。

非検査領域１１２の位置情報を予め取得しておくには、例えば、電極などの非検査領域１１２の位置情報を含む設計情報が入力されたファイルを検査対象物の種類ごとに作成する。そして、画像処理装置１２が、検査工程に使用されるレシピに指定されたファイルから非検査領域１１２の位置情報を読み取る。

上記のように非検査領域１１２の位置情報を用いることにより、例えば外観画像において非検査領域１１２の輝度と欠陥の輝度が同様であっても、非検査領域１１２の輝度のみを検査対象領域１１１の正常な領域の輝度に合わせることができる。非検査領域１１２の位置情報は、例えば記録装置２０に格納され、画像処理時に画像処理装置１２が記録装置２０にアクセスして位置情報を取得する。

以下に図５に示したフローチャートを参照して、外観検査装置１を用いた検査対象物１００の外観検査方法について説明する。

まず、ステップＳ１において、画像取得装置１１を用いて、検査対象領域１１１と非検査領域１１２とで異なる強度の輝度を生じさせた状態で検査対象面１１０の外観画像を取得する。図６に、検査対象領域１１１に欠陥１５０が発生している外観画像の例を示す。外観画像のデータＤ１は、画像取得装置１１から画像処理装置１２に送信される。

ステップＳ２において、外観画像のデータＤ１を受信した画像処理装置１２が、検査対象領域１１１と非検査領域１１２との輝度の差を用いて、外観画像における非検査領域１１２の位置を特定する。そして、ステップＳ３において、画像処理装置１２は、外観画像の非検査領域１１２の輝度を外観画像の検査対象領域１１１の輝度と同一にした検出用画像を作成する。図７に検出用画像の例を示す。検出用画像のデータＤ２は、画像処理装置１２から検出装置１３に送信される。

ステップＳ４において、検出装置１３が検出用画像のデータＤ２を用いて検査対象物１００の外観検査を行う。例えば、検出用画像に他の領域と異なる輝度の領域として表れる欠陥を検出する。

なお、検査作業者が検出用画像を目視して欠陥を検出してもよい。例えば、画像処理装置１２から検出用画像を表示する表示装置に検出用画像を出力する。或いは、検出用画像をプリントアウトしてもよい。

以上に説明したように、本発明の実施形態に係る外観検査装置１によれば、検査対象物１００の検査対象面１１０における非検査領域１１２を正確に特定することができる。このため、非検査領域１１２の輝度を検査対象領域１１１の輝度と同一にすることによって、非検査領域１１２と検査対象領域１１１に発生した欠陥とを区別できる。つまり、欠陥のみを明確に他の領域と区別することができる。その結果、検査対象領域１１１に発生した欠陥のサイズや位置を確実に検出できる。したがって、正確なクラス判定を実施することが可能で、例えば所定のクラスの製品を間違いなく出荷することができる。

また、欠陥の位置やサイズを正確に検出できるため、複数の検査対象物１００の外観検査結果などに基づいて、外観検査以前のどの工程において生じた欠陥であるかを推定することも可能である。例えば、太陽電池セルの電極付近の同一箇所に傷が発生している場合には、電極の印刷工程に問題がある可能性がある。推定された工程を改善するフィードバックによって、歩留まりを向上できる。

更に、確実に欠陥を検出することで早期に不良品を除外できるため、不良品が次工程以降に送られることがない。このため、次工程以降での無駄な工程が減り、製造コストを抑制できる。

（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。

上記のように検査対象物１００が太陽電池セルである場合、非検査領域１１２である電極の輝度が検査対象領域１１１である受光領域よりも強く表れる。しかし、非検査領域１１２の輝度が検査対象領域１１１の輝度よりも弱く表れる場合にも、本発明は適用可能であることはもちろんである。したがって、太陽電池セル以外の、例えば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。

また、照明装置１４によって照射された照射光Ｌの反射光を使用する例を示したが、他の方法によって外観画像を取得してもよい。例えば検査対象物１００の裏面から光をあてて、検査対象物１００を透過した光を用いて外観画像を取得してもよい。或いは、検査対象物１００を通電した場合に検査対象領域１１１と非検査領域１１２に輝度の差が表れることを利用して、外観画像を取得してもよい。

上記のように、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…外観検査装置
１１…画像取得装置
１２…画像処理装置
１３…検出装置
１４…照明装置
２０…記録装置
１００…検査対象物
１１０…検査対象面
１１１…検査対象領域
１１２…非検査領域

Claims (9)

1. 検査対象領域と非検査領域とが混在する検査対象面を有する検査対象物の外観検査装置であって、
   前記検査対象領域と前記非検査領域とで異なる強度の輝度を生じさせた状態で前記検査対象面の外観画像を取得する画像取得装置と、
   前記検査対象領域と前記非検査領域との輝度の差を用いて前記外観画像における前記非検査領域の位置を特定し、前記外観画像の前記非検査領域の輝度を前記外観画像の前記検査対象領域の輝度と同一にした検出用画像を作成する画像処理装置と
   を備え、前記検出用画像を用いて前記検査対象物の外観検査が行われることを特徴とする外観検査装置。
2. 前記検出用画像を用いて前記検査対象領域の欠陥を検出する検出装置を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。
3. 前記画像処理装置が、前記検査対象面における前記非検査領域の位置情報を参照して、前記外観画像における前記非検査領域の位置を特定することを特徴とする請求項１又は２に記載の外観検査装置。
4. 前記検査対象面に光を照射して、前記検査対象領域と前記非検査領域とに互いに異なる輝度を生じさせる照明装置を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の外観検査装置。
5. 前記検査対象物が太陽電池セルであって、前記検査対象領域が太陽電池の受光領域であり、前記非検査領域が前記太陽電池の電極であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の外観検査装置。
6. 検査対象領域と非検査領域とが混在する検査対象面を有する検査対象物の外観検査方法であって、
   前記検査対象領域と前記非検査領域とで異なる強度の輝度を生じさせた状態で前記検査対象面の外観画像を取得するステップと、
   前記検査対象領域と前記非検査領域との輝度の差を用いて前記外観画像における前記非検査領域の位置を特定し、前記外観画像の前記非検査領域の輝度を前記外観画像の前記検査対象領域の輝度と同一にした検出用画像を作成するステップと、
   前記検出用画像を用いて前記検査対象物の外観検査を行うステップと
   を含むことを特徴とする外観検査方法。
7. 前記検出用画像を作成するステップにおいて、前記検査対象面における前記非検査領域の位置情報を参照して、前記外観画像における前記非検査領域の位置を特定することを特徴とする請求項６に記載の外観検査方法。
8. 前記検査対象面に光を照射して、前記検査対象領域と前記非検査領域とに互いに異なる輝度を生じさせることを特徴とする請求項６又は７に記載の外観検査方法。
9. 前記検査対象物が太陽電池セルであって、前記検査対象領域が太陽電池の受光領域であり、前記非検査領域が前記太陽電池の電極であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の外観検査方法。

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