JP2012185091A - シリコン基板の検査装置および検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコン基板の内部に存在するクラック等の欠陥を正確に検出可能とする、シリコン基板の検査装置および検査方法を得ること。
【解決手段】赤外照明手段１とシリコン基板５との間の光路中に設けられ、直線偏光成分４を射出する第１の直線偏光フィルタ３と、シリコン基板５を透過した直線偏光成分４’を撮像する第１の撮像手段９および第２の撮像手段１１と、シリコン基板５と第１の撮像手段９との間の光路中に設けられ、シリコン基板５の基板面に平行な方向に偏光方向が設定された第２の直線偏光フィルタ８と、シリコン基板５と第２の撮像手段１１との間の光路中に設けられ、基板面に垂直な方向に偏光方向が設定された第３の直線偏光フィルタ１０と、第１の撮像手段９から入力された画像データと、第２の撮像手段１１から入力された画像データとを比較演算する画像処理手段１２と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコン基板の検査装置および検査方法に関する。

シリコン基板の内部には、製造時や搬送時のトラブル等により、クラックと称される微小な割れが発生する場合がある。クラック等の欠陥が存在するシリコン基板を不良品として除外するために、シリコン基板におけるクラックの有無の検査が実施されている。かかる検査については、従来、シリコン基板へ赤外照明光を照射し、シリコン基板における透過光や反射光をカメラで撮像することによりクラックを検出する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。裏面からシリコン基板を透過した赤外照明光による画像と、シリコン基板の表面にて反射した赤外照明光による画像とについて、シリコン基板上の位置ごとの信号レベルを比較していく。２つの画像における信号レベルの差分が閾値より大きい場合、その位置にクラックが存在するものと判断される。

特開２００７−２１８６３８号公報

シリコン基板を透過した赤外照明光による画像は、主にシリコン基板の内部の状態が反映される一方、シリコン基板を反射した赤外照明光による画像は、主にシリコン基板の表面の状態が反映されることとなる。このため、シリコン基板の内部におけるクラックの有無に関わらず、両画像には差異が生じることがあり得る。例えば、多結晶シリコン基板を被検査体とする場合、クラックが含まれていない領域であっても、結晶粒界等の影響から両画像が一致せず、欠陥として検出してしまう場合がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、シリコン基板の内部に存在するクラック等の欠陥を正確に検出可能とする、シリコン基板の検査装置および検査方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、被検査体であるシリコン基板へ向けて赤外照明光を供給する赤外照明手段と、前記赤外照明手段と前記シリコン基板との間の光路中に設けられ、前記赤外照明光のうち、前記シリコン基板へ照射させる直線偏光成分を射出する第１の直線偏光フィルタと、前記シリコン基板を透過した前記直線偏光成分を撮像する第１の撮像手段および第２の撮像手段と、前記シリコン基板と前記第１の撮像手段との間の光路中に設けられ、前記シリコン基板の基板面に平行な方向に偏光方向が設定された第２の直線偏光フィルタと、前記シリコン基板と前記第２の撮像手段との間の光路中に設けられ、前記シリコン基板の基板面に垂直な方向に偏光方向が設定された第３の直線偏光フィルタと、前記第１の撮像手段から入力された画像データと、前記第２の撮像手段から入力された画像データとを比較演算する画像処理手段と、を有することを特徴とする。

検査装置は、シリコン基板を透過した直線偏光成分を、偏光方向が基板面に平行な偏光成分と、偏光方向が基板面に垂直な偏光成分とに分離して画像データを得る。検査装置は、クラックが存在しない部分を透過した直線偏光成分と、クラックでの乱反射によって生じる無偏光とを、２つの画像データの差異によって識別する。これにより、結晶粒界等の影響による輝度差が生じ得る場合であっても、クラック等の欠陥の正確な検出が可能となる。

図１は、本発明の実施の形態１にかかるシリコン基板の検査装置の概略構成を示す図である。 図２は、シリコン基板への入射前における直線偏光成分のｐ波成分およびｓ波成分の強度バランスを表した図である。 図３は、シリコン基板の透過後における直線偏光成分のｐ波成分およびｓ波成分の強度バランスを表した図である。 図４は、シリコン基板のうちクラックが存在する箇所を撮像した状態を示す図である。 図５は、クラックへの入射を経てシリコン基板から射出した光の、ｐ波成分およびｓ波成分の強度バランスを表した図である。 図６は、シリコン基板に対する直線偏光成分の入射角度について説明する図である。 図７は、シリコン基板に対する直線偏光成分の入射角度について説明する図である。 図８は、ｐ波成分の偏光方向とｓ波成分の偏光方向とを説明する図である。 図９は、本発明の実施の形態２にかかるシリコン基板の検査装置の概略構成を示す図である。 図１０は、シリコン基板のうちクラックが存在する箇所を撮像した状態を示す図である。

以下に、本発明にかかるシリコン基板の検査装置および検査方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるシリコン基板の検査装置の概略構成を示す図である。検査装置は、赤外照明手段１、第１の撮像手段９、第２の撮像手段１１、第１の直線偏光フィルタ３、第２の直線偏光フィルタ８、第３の直線偏光フィルタ１０、ビームスプリッタ７および画像処理手段１２を有する。

赤外照明手段１は、被検査体であるシリコン基板５へ向けて赤外照明光２を供給する。赤外照明手段１は、例えば、ハロゲンランプ等の光源と、光源からの可視光を遮蔽し赤外光を射出するフィルタとを備える。赤外照明手段１から射出される赤外照明光２は、偏光状態がランダムな無偏光である。

第１の直線偏光フィルタ３は、赤外照明手段１とシリコン基板５との間の光路中に設けられている。第１の直線偏光フィルタ３は、赤外照明光２のうち、シリコン基板５へ照射させる直線偏光成分４を射出する。第１の直線偏光フィルタ３は、予め設定された偏光方向に対応する向きで設置されている。ビームスプリッタ７は、シリコン基板５を透過した直線偏光成分４’を２方向へ分割する。

シリコン基板５は、搬送手段（図示省略）によって、第１の直線偏光フィルタ３とビームスプリッタ７との間の光路中へ搬送される。第１の直線偏光フィルタ３からの直線偏光成分４は、シリコン基板５の裏面へ入射する。シリコン基板５を透過した直線偏光成分４’は、シリコン基板５のうち裏面とは反対側の表面から射出する。

第２の直線偏光フィルタ８は、ビームスプリッタ７および第１の撮像手段９との間の光路中に設けられている。第２の直線偏光フィルタ８の偏光方向は、シリコン基板５の基板面に平行な方向に設定されている。第３の直線偏光フィルタ１０は、ビームスプリッタ７および第２の撮像手段１１との間の光路中に設けられている。第３の直線偏光フィルタ１０の偏光方向は、シリコン基板５の基板面に垂直な方向に設定されている。基板面とは、シリコン基板５の裏面あるいは表面とする。

第１の撮像手段９は、直線偏光成分４’のうち、第２の直線偏光フィルタ８を透過した第１の偏光成分を撮像する。第２の撮像手段１１は、直線偏光成分４’のうち、第３の直線偏光フィルタ１０を透過した第２の偏光成分を撮像する。画像処理手段１２は、第１の撮像手段９から入力された画像データと、第２の撮像手段１１から入力された画像データとを比較演算する。

本実施の形態では、図８に示すように、シリコン基板５の基板面に平行な方向を偏光方向とする第１の偏光成分をｐ波成分、基板面に垂直な方向を偏光方向とする第２の偏光成分をｓ波成分、とする。

一般に、透光性の物質へ斜めに照明光を入射した場合、ｓ波成分の透過率は、ｐ波成分の透過率より低くなる。基板面の法線Ｎに対して斜めに進行する直線偏光をシリコン基板５へ入射したときの、透過前後におけるｐ波成分とｓ波成分との強度バランスを比較すると、ｐ波成分に対するｓ波成分の相対強度は、透過前に対して透過後のほうが小さくなる。

図２は、シリコン基板への入射前における直線偏光成分のｐ波成分およびｓ波成分の強度バランスを表した図である。図３は、シリコン基板の透過後における直線偏光成分のｐ波成分およびｓ波成分の強度バランスを表した図である。ここでは、ｐ波成分およびｓ波成分の強度バランスを、二次元ベクトルとして表記するものとする。直線偏光成分４、４’については、ベクトルの向きは、その光の偏光方向とみなす。

シリコン基板５への入射前における直線偏光成分４の偏光方向が、ｓ波成分の偏光方向を基準として角度θ１をなしているとする。シリコン基板５の透過後の直線偏光成分４’は、シリコン基板５への入射前の直線偏光成分４と比較して、ｐ波成分に対するｓ波成分の相対強度が減少する。直線偏光成分４’の偏光方向が、ｓ波成分の偏光方向を基準として角度θ２をなしているとすると、θ１＜θ２の関係が成り立つ。

直線偏光成分４’に含まれるｐ波成分およびｓ波成分の強度バランスは、ビームスプリッタ７での分離の前後において保持される。第２の直線偏光フィルタ８は、直線偏光成分４’のうちのｐ波成分を選択的に透過させる。第１の撮像手段９は、第２の直線偏光フィルタ８を透過したｐ波成分を撮像する。

第３の直線偏光フィルタ１０は、直線偏光成分４’のうちのｓ波成分を選択的に透過させる。第２の撮像手段１１は、第３の直線偏光フィルタ１０を透過したｓ波成分を撮像する。直線偏光成分４’に含まれるｐ波成分およびｓ波成分の強度バランスは、画像処理手段１２での比較演算によって観測されることとなる。

図４は、シリコン基板のうちクラックが存在する箇所を撮像した状態を示す図である。シリコン基板５の内部に存在するクラック６へ入射した直線偏光成分４は、乱反射によって、偏光状態がランダムな無偏光１３へと変化する。

図５は、クラックへの入射を経てシリコン基板から射出した光の、ｐ波成分およびｓ波成分の強度バランスを表した図である。ここでも、図２および図３と同様、ｐ波成分およびｓ波成分の強度バランスを、二次元ベクトルとして表記するものとする。無偏光１３には偏光の方向性は無いため、ｐ波成分およびｓ波成分の強度は同等となる。ｐ波成分およびｓ波成分の強度バランスを表すベクトルの角度θ３は、４５度付近となる。

本実施の形態にかかる検査装置は、シリコン基板５のうちクラック６が無い箇所から射出する直線偏光成分４’について、ｐ波成分の強度がｓ波成分の強度に対して常に大きくなるようにする。具体的には、第１の直線偏光フィルタ３の偏光方向は、基板面に垂直な方向を基準として４５度より大きくかつ１３５度未満に設定される（４５度＜θ１＜１３５度）。これにより、第１の直線偏光フィルタ３の偏光方向は、ｓ波成分の偏光方向よりもｐ波成分の偏光方向に近くなるような傾きを持たせて設定されている。第１の直線偏光フィルタ３は、第１の直線偏光フィルタ３が所望の偏光方向となるように、配置する向きが決定されている。

このような第１の直線偏光フィルタ３を適用することで、シリコン基板５へ入射させる直線偏光成分４は、ｐ波成分の強度がｓ波成分の強度に対して常に大きい状態となる。シリコン基板５のうちクラック６が存在しない箇所から射出した直線偏光成分４’は、透過前後においてｐ波成分に対するｓ波成分の強度が減少し、ｐ波成分の強度がｓ波成分の強度に対して常に大きい状態となる。

これに対して、シリコン基板５のうちクラック６が存在する箇所から射出した無偏光１３は、ｐ波成分およびｓ波成分の強度は同等となる。検査装置は、ｐ波成分の強度とｓ波成分の強度とを比較することにより、クラック６の有無を識別する。

画像処理手段１２は、第１の撮像手段９から入力された画像データと、第２の撮像手段１１から入力された画像データとから、シリコン基板５上の同一箇所の信号レベルのベクトル演算を実施する。画像処理手段１２は、両画像データの差分を、予め設定されている閾値と比較する。検査装置は、画像処理手段１２における比較結果に応じて、ｐ波成分およびｓ波成分の強度が同等であるか否かを判断する。

両画像データの差分が、ｐ波成分およびｓ波成分の強度を同等とみなす範囲から外れている場合、検査装置は、シリコン基板５のうち直線偏光成分４を入射させている箇所にクラック６が存在しないものと判断する。一方、両画像データの差分が、ｐ波成分およびｓ波成分の強度を同等とみなす範囲に含まれる場合、検査装置は、シリコン基板５のうち直線偏光成分４を入射させている箇所にクラック６が存在するものと判断する。

このように、本実施の形態にかかる検査装置は、同一の箇所から射出されたｐ波成分とｓ波成分との強度バランスを観測する。結晶粒界の影響、照明系および光学系に起因する光量分布のムラや歪み等により、シリコン基板５から射出する光に輝度差が発生する場合であっても、本実施の形態にかかる検査方法を採用することで、検査結果への影響を低減させることが可能となる。これにより、本実施の形態にかかる検査装置および検査方法は、クラック６を正確に検出することが可能となる。

図６および図７は、シリコン基板に対する直線偏光成分の入射角度について説明する図である。図６に示すように、直線偏光成分４は、法線Ｎに対して斜めに進行する。直線偏光成分４の進行方向と法線Ｎとがなす角度θ４は、３０度から６０度である。図６の紙面に対して垂直な面内においては、直線偏光成分４は、図７に示すように、法線Ｎに平行に進行する。

このような進行方向の直線偏光成分４をシリコン基板５へ入射させることで、シリコン基板５におけるｐ波成分とｓ波成分との透過率差を大きくすることが可能となる。これにより、画像データ同士の差分が、ｐ波成分およびｓ波成分の強度を同等とみなす範囲に含まれるか否かを明確に識別することができ、クラック６の容易かつ正確な検出が可能となる。

実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２にかかるシリコン基板の検査装置の概略構成を示す図である。図１０は、シリコン基板のうちクラックが存在する箇所を撮像した状態を示す図である。検査装置は、赤外照明手段１、撮像手段２２、第１の直線偏光フィルタ３、液晶パネル２１および画像処理手段１２を有する。実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

液晶パネル２１は、シリコン基板５と撮像手段２２との間の光路中に設けられる。液晶パネル２１は、偏光方向を電気的に切り換え可能とされている。液晶パネル２１は、シリコン基板５の基板面に平行な方向と、基板面に垂直な方向とに偏光方向が切り換え可能とされた偏光切り換え手段として機能する。

液晶パネル２１は、印加電圧に応じて偏光方向を順次切り換え、第１の偏光成分と第２の偏光成分とを交互に射出する。撮像手段２２は、液晶パネル２１から入射される第１の偏光成分と第２の偏光成分とを撮像する。画像処理手段１２は、第１の偏光成分による画像データと、第２の偏光成分による画像データとを撮像手段２２から取得し、比較演算する。

本実施の形態では、液晶パネル２１において偏光方向を切り換え、１つの撮像手段２２においてｐ波成分の画像とｓ波成分の画像とを撮像可能とする。これにより、検査装置は、複数の撮像手段を使用する場合に比べ、システム構成を簡略化させることができる。また、検査装置は、画素を一致させるための撮像手段同士の調整作業が不要となるため、装置の構築の容易化が可能となる。

本発明にかかるシリコン基板の検査装置および検査方法は、例えば、太陽電池パネルに使用されるシリコンウェハの検査に有用である。

１ 赤外照明手段
２ 赤外照明光
３ 第１の直線偏光フィルタ
４ 直線偏光成分
５ シリコン基板
６ クラック
７ ビームスプリッタ
８ 第２の直線偏光フィルタ
９ 第１の撮像手段
１０ 第３の直線偏光フィルタ
１１ 第２の撮像手段
１２ 画像処理手段
１３ 無偏光
２１ 液晶パネル
２２ 撮像手段
Ｎ 法線

Claims (5)

1. 被検査体であるシリコン基板へ向けて赤外照明光を供給する赤外照明手段と、
   前記赤外照明手段と前記シリコン基板との間の光路中に設けられ、前記赤外照明光のうち、前記シリコン基板へ照射させる直線偏光成分を射出する第１の直線偏光フィルタと、
   前記シリコン基板を透過した前記直線偏光成分を撮像する第１の撮像手段および第２の撮像手段と、
   前記シリコン基板と前記第１の撮像手段との間の光路中に設けられ、前記シリコン基板の基板面に平行な方向に偏光方向が設定された第２の直線偏光フィルタと、
   前記シリコン基板と前記第２の撮像手段との間の光路中に設けられ、前記基板面に垂直な方向に偏光方向が設定された第３の直線偏光フィルタと、
   前記第１の撮像手段から入力された画像データと、前記第２の撮像手段から入力された画像データとを比較演算する画像処理手段と、
   を有することを特徴とするシリコン基板の検査装置。
2. 前記直線偏光成分のうち、前記基板面に平行な方向を偏光方向とする第１の偏光成分と、前記基板面に垂直な方向を偏光方向とする第２の偏光成分と、のバランスをベクトルとして表記する場合に、
   前記第１の直線偏光フィルタの偏光方向は、前記基板面に垂直な方向を基準として４５度より大きくかつ１３５度未満に設定されることを特徴とする請求項１に記載のシリコン基板の検査装置。
3. 前記直線偏光成分は、前記基板面の法線に対して３０度から６０度の角度をなして前記シリコン基板へ入射することを特徴とする請求項１または２に記載のシリコン基板の検査装置。
4. 被検査体であるシリコン基板へ向けて赤外照明光を供給する赤外照明手段と、
   前記赤外照明手段と前記シリコン基板との間の光路中に設けられ、前記赤外照明光のうち、前記シリコン基板へ照射させる直線偏光成分を射出する直線偏光フィルタと、
   前記シリコン基板を透過した前記直線偏光成分を撮像する撮像手段と、
   前記シリコン基板と前記撮像手段との間の光路中に設けられ、前記シリコン基板の基板面に平行な方向と、前記基板面に垂直な方向とに偏光方向が切り換え可能とされた偏光切り換え手段と、
   前記撮像手段から入力された画像データを比較演算する画像処理手段と、
   を有することを特徴とするシリコン基板の検査装置。
5. 赤外照明光を供給する赤外照明工程と、
   前記赤外照明光のうちの直線偏光成分を取り出し、被検査体であるシリコン基板へ射出する直線偏光射出工程と、
   前記シリコン基板を透過した前記直線偏光成分のうち、前記シリコン基板の基板面に平行な方向を偏光方向とする第１の偏光成分を取り出し、撮像する第１の撮像工程と、
   前記シリコン基板を透過した前記直線偏光成分のうち、前記基板面に垂直な方向を偏光方向とする第２の偏光成分を取り出し、撮像する第２の撮像工程と、
   前記第１の撮像工程において得られた画像データと、前記第２の撮像工程において得られた画像データとを比較演算する画像処理工程と、
   を含むことを特徴とするシリコン基板の検査方法。

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