(57)【要約】【課題】反射光によるウエハ表面画像と透過光によるウエハ透過画像の模様の違いを修正して、多結晶シリコンウエハの内部クラックを検出する。【解決手段】多結晶シリコンウエハ２の反射光から得たウエハ表面画像データと多結晶シリコンウエハ２の赤外線透過光から得たウエハ透過画像データとでは結晶粒の大きさが異なる。これより、２つの画像データの差分値は内部クラックによる明度差と、結晶粒の境界のズレなどから起因する明度差とが顕著であるクラック疑い画素が検出される。このクラック疑い画素の隣接するもの同士を連結し、そのクラック疑い画素の分布状態からクラックを検出する。【選択図】図１
2010034133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多結晶シリコンウエハのクラック検出装置であって、
前記多結晶シリコンウエハの一方の面に、白色光又は単色光を照射する光照射手段と、
前記多結晶シリコンウエハの前記白色光又は単色光を照射された面の反射光を撮像する第１撮像手段と、
前記多結晶シリコンウエハの他方の面に、赤外線を照射する赤外線照射手段と、
前記多結晶シリコンウエハの他方の面から一方の面に透過する前記赤外線の透過光を撮像する第２撮像手段と、
前記第１撮像手段から得られたウエハ表面画像データと前記第２撮像手段から得られたウエハ透過画像データとを画素ごとに差分する第１演算部と、
前記第１演算部にて得られた差分値から、クラックの疑いのある画素を判別する閾値を算出する閾値算出部と、
前記閾値算出部にて算出された閾値により、前記第１演算部にて得られた差分値からクラックの疑いのある画素を判別する２値化処理部と、
前記２値化処理部にて判別されたクラックの疑いのある画素の分布状態からクラックを判別するクラック判別部とを
備えたことを特徴とする多結晶シリコンウエハのクラック検出装置。
【請求項２】
多結晶シリコンウエハのクラック検出装置であって、
前記多結晶シリコンウエハの一方の面に、白色光又は単色光を照射する光照射手段と、
前記多結晶シリコンウエハの前記白色光又は単色光を照射された面の反射光を撮像する第１撮像手段と、
前記多結晶シリコンウエハの他方の面に、赤外線を照射する赤外線照射手段と、
前記多結晶シリコンウエハの他方の面から一方の面に透過する前記赤外線の透過光を撮像する第２撮像手段と、
前記第１撮像手段から得られたウエハ表面画像データと前記第２撮像手段から得られたウエハ透過画像データとを画素ごとに差分する第１演算部と、
前記第１演算部にて前記ウエハ表面画像データと前記ウエハ透過画像データとを差分する際に明度差の大きかった画素ほど前記第１演算部にて得られた差分値を強調するフィルタ処理部と、
前記フィルタ処理部にて処理された画像データと前記ウエハ透過画像データとを画素ごとに差分する第２演算部と、
前記第２演算部にて得られた差分値から、クラックの疑いのある画素を判別する閾値を算出する閾値算出部と、
前記閾値算出部にて算出された閾値により、前記第２演算部にて得られた差分値からクラックの疑いのある画素を判別する２値化処理部と、
前記２値化処理部にて判別されたクラックの疑いのある画素の分布状態からクラックを判別するクラック判別部とを
備えたことを特徴とする多結晶シリコンウエハのクラック検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の多結晶シリコンウエハのクラック検出装置において、
前記クラック判別部は、予め定められたテンプレートとパターンマッチングすることでクラックを判別する
ことを特徴とする多結晶シリコンウエハのクラック検出装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の多結晶シリコンウエハのクラック検出装置において、
前記クラック判別部は、クラックの疑いのある画素の分散密度によりクラックを判別する
ことを特徴とする多結晶シリコンウエハのクラック検出装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１つに記載の多結晶シリコンウエハのクラック検出装置において、
クラック判別部の判別に基づいて、前記多結晶シリコンウエハをクラックの有無により分別して前記多結晶シリコンウエハを収納するウエハ収納部
を備えたことを特徴とする多結晶シリコンウエハのクラック検出装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１つに記載の多結晶シリコンウエハのクラック検出装置において、
前記第１撮像手段および前記第２撮像手段がラインセンサカメラである
ことを特徴とする多結晶シリコンウエハのクラック検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶半導体のクラック検出装置に係り、特に、多結晶シリコンウエハのクラック検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池パネルに用いられる光電変換層として、シリコン結晶半導体が広く使われている。このシリコン結晶半導体には単結晶および多結晶のものが使われている。単結晶シリコン半導体は光電変換効率が高く、多結晶シリコン半導体は製造コストが抑えられるというそれぞれの利点がある。しかしながら、両タイプのシリコン半導体において、クラックが結晶中に内在すると、何かの衝撃でクラックが拡大し、やがてウエハ全体の割れとなるおそれがある。このクラックは、その製造工程の過程でシリコンウエハの内部に発生する。この様な理由により、シリコンウエハの内部クラックを検出することは非常に重要である。
【０００３】
この内部クラックを検出する方法として、シリコンは赤外線を透過する性質を利用した方法がある。単結晶シリコンウエハに赤外線を照射すれば、単結晶シリコンウエハの内部クラックにて赤外線が散乱もしくは吸収されるので、クラックを透過した赤外線透過光は、クラック以外の単結晶シリコンウエハを透過した赤外線透過光よりも赤外線の強度が弱い。これより、単結晶シリコンウエハを透過した赤外線画像において、クラックは暗部として観測される。このようにして、単結晶シリコンウエハの内部クラックを検出することができる。特許文献１は、そのような半導体ウエハの検査装置の一例を開示している。
【特許文献１】特開２００６−３５１６６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、多結晶シリコンウエハの場合、赤外線の透過光を用いて内部クラックを検出することは、単結晶シリコンウエハの場合に比べて困難である。というのも、多結晶シリコンウエハは結晶粒の集まりで構成されており、各結晶粒はそれぞれ異なる面方位を有するので、各結晶粒を透過した透過光の強度にばらつきが生じる。これより、多結晶シリコンウエハの透過光による赤外線画像には、結晶粒ごとに明暗のある画像データが観測される。また、結晶粒は様々な形状をしており、その中には直線状のものもある。このような直線状の結晶粒や、結晶粒と結晶粒の境界である結晶粒界においては、クラックとの識別が困難であった。
【０００５】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、多結晶シリコンウエハのクラックと結晶粒とを区別し、多結晶シリコンウエハの内部に存在するクラックを検出する多結晶シリコンウエハのクラック検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願の発明者は鋭意研究した結果、次の知見を得ることができた。それは、それぞれの面方位を有する結晶粒の模様を消し込むために、白色光を多結晶シリコンウエハに照射して、この反射光により得た多結晶シリコンウエハの表面画像から、赤外線の透過光による赤外線画像を差分すれば、クラックを検出することができることである。
【０００７】
しかしながら、多結晶シリコンウエハの表面と裏面の模様は僅かに異なる。特に、多結晶シリコンウエハを高分解能のカメラにて撮像すれば、模様の違いが検出される。また、赤外線の透過光による赤外線画像は、多結晶シリコンウエハの内部の影響を受けた赤外線の画像であるので、反射光により得た多結晶シリコンウエハの表面画像とでは、結晶粒の大きさが異なる画像が得られる。これより、多結晶シリコンウエハの表面画像と赤外線透過画像とを単純に比較するだけでは、例えば結晶粒界等をクラックと誤って検出してしまう。この点において、本願の発明者は、反射光による画像と赤外線透過画像とを差分して得たクラックの疑いのある画素において、結晶粒界とクラックとでは画素の分布状態が異なることに着目し、多結晶シリコンウエハにおいてクラックを検出する多結晶シリコンウエハのクラック検出装置を発明した。
【０００８】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、多結晶シリコンウエハのクラック検出装置であって、前記多結晶シリコンウエハの一方の面に、白色光又は単色光を照射する光照射手段と、前記多結晶シリコンウエハの前記白色光又は単色光を照射された面の反射光を撮像する第１撮像手段と、前記多結晶シリコンウエハの他方の面に、赤外線を照射する赤外線照射手段と、前記多結晶シリコンウエハの他方の面から一方の面に透過する前記赤外線の透過光を撮像する第２撮像手段と、前記第１撮像手段から得られたウエハ表面画像データと前記第２撮像手段から得られたウエハ透過画像データとを画素ごとに差分する第１演算部と、前記第１演算部にて得られた差分値から、クラックの疑いのある画素を判別する閾値を算出する閾値算出部と、前記閾値算出部にて算出された閾値により、前記第１演算部にて得られた差分値からクラックの疑いのある画素を判別する２値化処理部と、前記２値化処理部にて判別されたクラックの疑いのある画素の分布状態からクラックを判別するクラック判別部とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、多結晶シリコンウエハの反射光から得たウエハ表面画像データと、多結晶シリコンウエハの透過光から得たウエハ透過画像データとを差分し、差分値からクラックの疑いのある画素を判別するための閾値を算出し、この閾値を基にクラックの疑いのある画素を判別する。ウエハ表面画像データとウエハ透過画像データとの結晶粒の模様の違いから単純に差分しただけではクラック以外にも結晶粒の境界のズレなどから明度差が生じるので、これを判別するための閾値を算出して、クラックの疑いのある画素を判別する。さらに、クラックの疑いのある画素の分布状態から、クラックかどうかを判別することで、より正確にクラックを判別することができる。このように、多結晶シリコンウエハの反射光から得たウエハ表面画像データの結晶粒の模様と、多結晶シリコンウエハの透過光から得たウエハ透過画像データの結晶粒の模様とが一致しない場合においても、クラックを検出することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、多結晶シリコンウエハのクラック検出装置であって、  前記多結晶シリコンウエハの一方の面に、白色光又は単色光を照射する光照射手段と、前記多結晶シリコンウエハの前記白色光又は単色光を照射された面の反射光を撮像する第１撮像手段と、前記多結晶シリコンウエハの他方の面に、赤外線を照射する赤外線照射手段と、前記多結晶シリコンウエハの他方の面から一方の面に透過する前記赤外線の透過光を撮像する第２撮像手段と、前記第１撮像手段から得られたウエハ表面画像データと前記第２撮像手段から得られたウエハ透過画像データとを画素ごとに差分する第１演算部と、  前記第１演算部にて前記ウエハ表面画像データと前記ウエハ透過画像データとを差分する際に明度差の大きかった画素ほど前記第１演算部にて得られた差分値を強調するフィルタ処理部と、前記フィルタ処理部にて処理された画像データと前記ウエハ透過画像データとを画素ごとに差分する第２演算部と、前記第２演算部にて得られた差分値から、クラックの疑いのある画素を判別する閾値を算出する閾値算出部と、前記閾値算出部にて算出された閾値により、前記第２演算部にて得られた差分値からクラックの疑いのある画素を判別する２値化処理部と、  前記２値化処理部にて判別されたクラックの疑いのある画素の分布状態からクラックを判別するクラック判別部とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、多結晶シリコンウエハの反射光から得たウエハ表面画像データと、多結晶シリコンウエハの透過光から得たウエハ透過画像データとを差分し、明度差に応じて差分値を強調することで、コントラストを強調する。コントラストが強調された差分値からクラックの疑いのある画素を判別するための閾値を算出し、この閾値を基にクラックの疑いのある画素を判別する。ウエハ表面画像データとウエハ透過画像データとの結晶粒の模様の違いから単純に差分しただけではクラック以外にも結晶粒の境界のズレなどから明度差が生じるので、これを判別するための閾値を算出して、クラックの疑いのある画素を判別する。さらに、クラックの疑いのある画素の分布状態から、クラックかどうかを判別することで、より正確にクラックを判別することができる。このように、多結晶シリコンウエハの反射光から得たウエハ表面画像データの結晶粒の模様と、多結晶シリコンウエハの透過光から得たウエハ透過画像データの結晶粒の模様とが一致しない場合においても、クラックを検出することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の多結晶シリコンウエハのクラック検出装置において、前記クラック判別部は、予め定められたテンプレートとパターンマッチングすることでクラックを判別することを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、クラックの疑いのある画素とテンプレートとをパターンマッチングすることで、クラックの疑いのある画素の分布状態から簡易にクラックを判別することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の多結晶シリコンウエハのクラック検出装置において、前記クラック判別部は、クラックの疑いのある画素の分散密度によりクラックを判別することを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、クラックの疑いのある画素の分散密度を用いることでクラックの疑いのある画素の分布状態から簡易にクラックを判別することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１つに記載の多結晶シリコンウエハのクラック検出装置において、クラック判別部の判別に基づいて、前記多結晶シリコンウエハをクラックの有無により分別して前記多結晶シリコンウエハを収納するウエハ収納部を備えたことを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、クラック判別部の判別に基づいて、多結晶シリコンウエハをクラックの有無により分別収納することができるので、多結晶シリコンウエハのクラック検査後において、内部クラックの有る多結晶シリコンウエハと内部クラックの無い多結晶シリコンウエハとを容易に識別することができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか１つに記載の多結晶シリコンウエハのクラック検出装置において、前記第１撮像手段および前記第２撮像手段がラインセンサカメラであることを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、第１撮像手段および第２撮像手段がラインセンサカメラであるので、多結晶シリコンウエハを搬送しながら、反射光および透過光による多結晶シリコンウエハの画像を撮像することができるので、クラック検査時間の短縮をすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る多結晶シリコンウエハのクラック検出装置によれば、ウエハ表面画像データの結晶粒の模様とウエハ透過画像データの結晶粒の模様とが一致しない場合においても、多結晶シリコンウエハのクラックと結晶粒とを区別し、多結晶シリコンウエハ内部に存在するクラックを検出する多結晶シリコンウエハのクラック検出装置を提供することができる。
【実施例】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１は、実施例に係る多結晶シリコンウエハのクラック検出装置の概略図であり、図２は、実施例に係る画像処理部のブロック図である。
【００２２】
図１を参照して、多結晶シリコンウエハのクラック検出装置の構成を説明する。
多結晶シリコンウエハのクラック検出装置１には、多結晶シリコンウエハ２を搬送するウエハ搬送部３と、搬送される多結晶シリコンウエハ２の斜め上部より白色光を照射する白色光源４と、白色光源４により白色光を照射された多結晶シリコンウエハ２の上部表面を撮像する第１ラインセンサカメラ５と、多結晶シリコンウエハ２の下部より赤外線を照射する赤外線管６と、多結晶シリコンウエハ２を透過した赤外線を撮像する第２ラインセンサカメラ７と、第１ラインセンサカメラ５で撮像した画像データと第２ラインセンサカメラ７で撮像した画像データとで多結晶シリコンウエハ２のクラックを検出する画像処理部８を有するホストコンピュータ９と、ホストコンピュータ９によるクラックの有無の判別により、多結晶シリコンウエハ２をクラックの有るものと無いものとに分別収納するウエハ収納部１０とで構成されている。
【００２３】
また、多結晶シリコンウエハのクラック検出装置１には、他にも、ウエハ搬送部３を駆動する搬送駆動部１１と、第１ラインセンサカメラ５で撮像された画像を表示する第１モニタ１２と、第２ラインセンサカメラ７で撮像された画像を表示する第２モニタ１３と、ホストコンピュータ９にて検出されたクラックを表示する第３モニタ１４と、ウエハ搬送部３からウエハ収納部１０へ多結晶シリコンウエハ２を搬送する収納搬送機構１５と、ウエハ収納部１０をスライドさせる収納駆動部１６とを含み、さらに、搬送駆動部１１および収納搬送機構１５並びに収納駆動部１６を制御する制御部１７をホストコンピュータ９内に有する。
【００２４】
多結晶シリコンウエハ２は、キャスト法等で作成されたインゴットを薄くスライスして作製したものであり、本実施例では、大きさが１５６ｍｍ角かつ厚さが１８０μｍ程のものである。上記のように、多結晶シリコンウエハ２は、平面方向の大きさに比べ厚みが薄いので、表面と裏面の２つの面を有する。
【００２５】
多結晶シリコンウエハ２を搬送するウエハ搬送部３はローラ１８が複数個一列に配設されており各ローラ１８の端部はベルト１９で互いに連結されている。搬送駆動部１１と接続されたローラ１８が回転することでベルト１９が回転し、これにより他のローラ１８も回転し、多結晶シリコンウエハ２を搬送する。ローラ１８の回転の運転および停止、回転速度は搬送駆動部１１で制御される。多結晶シリコンウエハ２はウエハ供給部（図示省略）よりウエハ搬送部３上に載置され、図１の左より右方向（順方向）へ多結晶シリコンウエハ２が搬送される。
【００２６】
白色光源４は、搬送される多結晶シリコンウエハ２に光を照射するものであり、本実施例では、水銀灯の一種であるメタルハライドランプを用いる。第１ラインセンサカメラ５は、光が照射された多結晶シリコンウエハ２の表面を撮像し、多結晶シリコンウエハ２の表面の画像データであるウエハ表面画像データを第１モニタ１２と画像処理部８へ送る。つまり、第１ラインセンサカメラ５は、白色光の反射光により得た多結晶シリコンウエハ２の表面を撮像して表面画像データを取得する。第１ラインセンサカメラ５は、ＣＣＤラインセンサやＣＭＯＳラインセンサ等を用いる。白色光源４は、メタルハライドランプに限らず、白色光や単色光を照射する蛍光管でもよいし、他の白色光や単色光を照射するランプでもよい。白色光源４は、本発明における光照射手段に相当し、第１ラインセンサカメラ５は、本発明における第１撮像手段に相当する。
【００２７】
赤外線管６は、多結晶シリコンウエハ２の裏面から赤外線を照射するように、一列に配置されたローラ１８の間に配置されている。これより、多結晶シリコンウエハ２が赤外線管６上を搬送された際、赤外線が多結晶シリコンウエハ２の裏面へ照射され、多結晶シリコンウエハ２を透過する。この透過した赤外線を第２ラインセンサカメラ７により撮像することで、多結晶シリコンウエハ２の赤外線透過画像を取得する。この赤外線透過画像データは第２モニタ１３と画像処理部８へ送られる。本実施例では、赤外線管から照射される赤外線の波長が９００ｎｍ以上のものを用いる。第２ラインセンサカメラ７は第１ラインセンサカメラ５と同様に、ＣＣＤラインセンサやＣＭＯＳラインセンサ等を用いる。
赤外線管６は、本発明における赤外線照射手段に相当し、第２ラインセンサカメラ７は、本発明における第２撮像手段に相当する。
【００２８】
このように、同一方向へ搬送される多結晶シリコンウエハ２に対して、一方は多結晶シリコンウエハ２の表面に対して白色光を照射した反射光を撮像し、もう一方は多結晶シリコンウエハ２の裏面から赤外線を照射した透過光を撮像することで、多結晶シリコンウエハ２における同一の位置に対する２つの画像が得られる。
【００２９】
また、第１ラインセンサカメラ５と第２ラインセンサカメラ７は４０００画素程度のものを採用し、ともに可視光領域で反応するラインセンサカメラである。ラインセンサカメラの感度のピークが赤外領域側にずれていればなお好ましい。また、本願において、一画素当り８ビットの画像データとして撮像するので、明度を２５６諧調に分けたデータとして取り扱う。
【００３０】
ホストコンピュータ９には、第１ラインセンサカメラ５および第２ラインセンサカメラ７で取得した画像データを基に多結晶シリコンウエハ２の内部クラックを検出する画像処理部８と、搬送駆動部１１および収納搬送機構１５並びに収納駆動部１６の動作タイミングを制御する制御部１７とを有する。制御部１７はホストコンピュータ９とは別に、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）として構成してもよい。
【００３１】
画像処理部８では、第１ラインセンサカメラ５から得たウエハ表面画像データと、第２ラインセンサカメラ７から得た赤外線透過画像データとから多結晶シリコンウエハ２内にある内部クラックを検出する。画像処理部８は図２に示すように、第１ラインセンサカメラ５から得たウエハ表面画像データを格納する第１メモリ部２０と、第２ラインセンサカメラ７から得た赤外線透過画像データを格納する第２メモリ部２１と、第１メモリ部２０および第２メモリ部２１から送られるウエハ表面画像データと赤外線透過画像データとを差分演算を行う第１演算部２２と、差分された画像データを２値化するための閾値を算出する閾値算出部２３と、閾値算出部２３で算出された閾値で差分された画像データを２値化する２値化処理部２４と、２値化処理された画像データを連結するラベリング部２５と、連結された画像データからクラックを判別するクラック判別部２６とで構成される。また、第１メモリ部２０と第２メモリ部２１とでメモリ部２７を構成する。クラック判別部２６にて判別されたクラックは第３モニタ１４上に表示されるとともに、クラック判別信号が制御部１７へ送られる。
【００３２】
画像処理部８にて内部クラックの有無を判別された多結晶シリコンウエハ２は、収納搬送機構１５によりウエハ収納部１０へ搬送される。収納搬送機構１５は制御部１７からの動作信号に従い多結晶シリコンウエハ２をウエハ保持部２８により吸着し、アーム２９に沿って水平移動し、ウエハ収納部１０のステージ３０へ搬送する。ウエハ保持部２８は吸着以外にも、他の方法により多結晶シリコンウエハ２をステージ３０へ搬送してもよい。
【００３３】
ウエハ収納部１０には、多結晶シリコンウエハ２を収納するステージ３０が台座３１上に２つ有り、内部クラックの有無により多結晶シリコンウエハ２を分別収納する。ホストコンピュータ９内の制御部１７にて、多結晶シリコンウエハ２の内部クラックの有無により収納駆動部１６へ動作信号が送られ、収納駆動部１６は２本のレール３２上に移動可能に配設された台座３１を駆動することで、２つのステージ３０が移動し、内部クラックの有る多結晶シリコンウエハ２と、内部クラックの無い多結晶シリコンウエハ２とが分別収納される。また、多結晶シリコンウエハ２は、収納ステージ３０が台座３１を介してレール３２に沿って移動することで分別収納されるが、この構成に限らず、例えば、収納ステージ３０は固定されたまま、収納搬送機構１５が水平方向に移動して多結晶シリコンウエハ２を分別収納する構成でもよい。
【００３４】
次に、図３から図８を参照して、多結晶シリコンウエハ２の内部クラックを検出するシーケンスを説明する。図３は実施例に係る多結晶シリコンウエハのクラックを検出する一連のシーケンスを示すフローチャートであり、図４および図５は実施例に係る多結晶シリコンウエハ２の画像を撮像する説明図であり、図６から図８は実施例に係る多結晶シリコンウエハ２の撮像画像である。
【００３５】
（ステップＳ１）ウエハ表面画像データ取得
図４に示すように、多結晶シリコンウエハ２が順方向へ搬送され、第１ラインセンサカメラ５の直下にくると、白色光源４により白色光が照射された多結晶シリコンウエハ２のウエハ表面画像を第１ラインセンサカメラ５が撮像する。図６に示すウエハ表面画像データは第１モニタ１２に表示されるとともに、画像処理部８内の第１メモリ部２０へ格納される。
【００３６】
（ステップＳ２）赤外線透過画像データ取得
図５に示すように、多結晶シリコンウエハ２が順方向へさらに搬送され、多結晶シリコンウエハ２が赤外線管６の管上に被さると、赤外線管６から照射された赤外線が多結晶シリコンウエハ２を透過して、第２ラインセンサカメラ７にて受光される。こうして、図７に示す多結晶シリコンウエハ２の赤外線透過画像データを得ることができる。図７の中央部には星型のクラックが観察される。赤外線透過画像データは、第２モニタ１３に表示されるとともに、画像処理部８内の第２メモリ部２１へ格納される。
【００３７】
（ステップＳ３）差分演算
第１メモリ部２０と第２メモリ部２１とにそれぞれ格納されたウエハ表面画像データと赤外線透過画像データとを各対応する画素ごとの差分演算を第１演算部２２にて行い差分画像データ（差分値）を求める。この差分画像データは閾値算出部２３へ送られる。
【００３８】
ここで、ウエハ表面画像データである図６と赤外線透過画像データである図７を重ね合わせたのが図８である。図８に示すように、ウエハ表面画像データと赤外線透過画像データとでは結晶粒の境界である結晶粒界が必ずしも一致しないので、差分演算を行っても結晶粒の模様を完全に相殺することができない。そこで、結晶粒界の不一致による差分画像データとクラックによる差分画像データとを判別する必要がある。このように、ウエハ表面画像データと赤外線透過画像データとの差分値には、内部クラックによる明度差と、結晶粒の境界のズレなどから起因する明度差とが顕著に検出される。
【００３９】
（ステップＳ４）閾値算出
次に、差分画像データから、結晶粒の模様とクラックの疑いのある模様とを判別するための閾値を閾値算出部２３にて算出する。この閾値算出方法として、図９を参照して領域分割平均値法を例示する。図９では、差分画像データにおいて９画素分の領域を１つの領域として分割し、分割領域ＰＢ１〜ＰＢ９を例示している。そして、１つの領域、例えばＰＢ１内のそれぞれの画素の差分値の平均値を算出し、これをＰＢ１領域における閾値とする。このように、分割領域ＰＢ１〜ＰＢ９までそれぞれの閾値を算出する。これより、分割領域によって異なる閾値が算出される。本実施例では、９画素分の領域を１つの分割領域としたが、これは説明を簡易にするためである。実際は５０画素分程度の領域を１つの分割領域としているが、１つの分割領域を構成する画素数は適宜設定すればよい。また、１つの分割領域を構成する画素数にあわせて、差分画像データをいくつの分割領域に分けるかも適宜設定すればよい。
【００４０】
（ステップＳ５）２値化処理
閾値算出部２３にて算出されたそれぞれの分割領域の閾値と、対応する分割領域を構成するそれぞれの画素の差分値とを比較し、閾値よりも大きい差分値と対応する画素を、クラック疑い画素とする。
【００４１】
（ステップＳ６）ラベリング
２値化処理部にて判別されたクラック疑い画素を中心に、８近傍の画素領域において同じくクラック疑い画素と判別された画素があれば、クラック疑い画素と判別された画素同士を一つのコロニーと検出するラベリング処理を行う。図１０を参照すると、それぞれの升目が画素を示しており、斜線で表示された画素がクラック疑い画素と判別された画素であり、これらの画素を連結した画素コロニーＣｏ１〜Ｃｏ３が検出されている。このとき、連結された画素数が少ない画素コロニーはノイズと判断しラベリング処理をしなくてもよい。実施例でいえば、連結された画素数が２画素以下のものはノイズと判断して、ラベリング処理を実施していない。このラベリング処理を実施するかしないかの基準となる画素数は、２画素に限られたものではなく、適宜、最適な画素数を設定すればよい。
【００４２】
（ステップＳ７）クラック判別
次に、ラベリング処理がされた画素コロニーが、クラックによるものであるのか、結晶粒界によるものであるのかを判別する。本実施例ではパターンマッチング法によるクラックの判別方法を例示する。経験則上、クラックから検出される画素コロニーと結晶粒界から検出される画素コロニーとでは連結される画素の分布状態が異なる。図１０を参照すると、Ｃｏ１およびＣｏ２が結晶粒界から検出される画素コロニーであるのに対して、Ｃｏ３はクラックから検出される画素コロニーである。
【００４３】
クラックによる画素コロニーは、２値化処理した後のクラック疑い画素が比較的狭い領域に凝集して直線性を有しているのに対して、結晶粒界のズレによって発生した２値化処理した後のクラック疑い画素には、バラツキがあり平面性がある。この２つの分布状態の違いに着目し、画素コロニーの画素の分布状態を基準にクラックであるのか結晶粒界であるのか判別することができる。
【００４４】
パターンマッチングの対象として、本実施例では図１１および図１２で示す千鳥格子型（チェッカーフラッグ型）のテンプレート画像ＰＭ１およびＰＭ２を用いる。この２タイプのテンプレート画像をそれぞれ画素コロニーとパターンマッチングさせる。このとき、図１３に示すように、画素コロニーの外接矩形と同じ大きさのテンプレート画像を用いる。そして、各テンプレート画像との相関の高い方を、そのコロニーの相関値Ｒとし、この相関値Ｒが予め経験則より定められた閾値よりも小さければ、コロニーにおける画素の凝集の割合が大きいので、クラックとして検出する。相関値Ｒが予め経験則より定められた閾値よりも大きければ、コロニーにおける画素のバラツキの割合が大きいので結晶粒界のズレと認定する。相関値Ｒの算出として次の式が例示される。
【００４５】
【数１】
2010034133.tif 000003
ｆij：画素コロニー画素値
ｔij：テンプレート画像画素値
【００４６】
クラックが検出された多結晶シリコンウエハ２は、その赤外線透過画像を第３モニタに映し出すとともに、判別されたクラックを赤色表示するなどして、オペレーターに知らせる。
【００４７】
また、クラックが検出された多結晶シリコンウエハ２は、制御部１７より収納駆動部１６へ動作信号が送られることで、台座３１がレール３２に沿ってスライドして、クラックを有する多結晶シリコンウエハを収納するステージ３０がウエハ搬送部３の延長上に配置され、収納搬送機構１５により収納される。次に搬送される多結晶シリコンウエハ２にもクラックが検出されれば、ウエハ収納部１０は移動することなく、多結晶シリコンウエハ２をステージ３０に収納する。多結晶シリコンウエハ２にクラックが検出されなければ、制御部１７より収納駆動部１６へ動作信号が送られて、台座３１がレール３２に沿ってスライドして、クラックの無い多結晶半導体ウエハを収納するステージ３０がウエハ搬送部３の延長上に配置され、収納搬送機構１５により収納される。このように、内部クラックの有無により、多結晶シリコンウエハ２が分別収納される。
【００４８】
本実施例に係る多結晶シリコンウエハのクラック検出装置によれば、反射光によるウエハ表面画像データと、赤外線透過光による赤外線透過画像データとを差分することで結晶粒界による模様を相殺し、さらに、結晶粒の大きさの違いにより相殺しきれない結晶粒界などの模様をもクラックであるか判別することできるので、多結晶シリコンウエハに内在する内部クラックを正確に検出することができる。
【００４９】
また、撮像手段としてラインセンサカメラを用いることで、多結晶シリコンウエハを停止する必要が無いので、多結晶シリコンウエハを搬送しながら内部クラックの有無を判別し、内部クラックの有無により、多結晶シリコンウエハを分別収納することができる。このように、絶えず流れ作業にて、多結晶シリコンウエハの内部クラックの判別をすることができるので、クラック検査時間を短縮することができる。
【００５０】
また、クラックの判別をクラック疑い画素の分布状態により行うので従来のクラック検出装置と比べて赤外線を検出する明度が低くてもよく、ラインセンサカメラは通常の可視光領域を受光範囲とするものを使える。これより、赤外線カメラ使用する場合と比べてコストパフォーマンスに優れている。
【００５１】
本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
【００５２】
（１）上記実施例においては、第１演算部２２にて、ウエハ表面画像データと赤外線画像データとの差分演算を行い、次に、閾値算出部２３にてクラックを検出するための閾値を算出していたが、差分演算と閾値算出との間に、クラックを強調する処理をしてもよい。例えば、図１４に示すように、第１演算部２２で、ウエハ表面画像データと赤外線画像データとの差分演算を行った際、明度差の大きかった画素の差分値を強調するフィルタ処理部３３と、さらにフィルタ処理部３３にて処理されたフィルタ処理画像と赤外線画像データとの差分演算を行う第２演算部３４を画像処理部８に備えてもよい。
【００５３】
フィルタ処理部３３では、ウエハ表面画像データと赤外線画像データとの差分演算を行った際、明度差が大きかった画素を明部として差分値を強調した画像データとして処理する。この処理により、クラックと結晶粒界のズレ部分も強調されて明部として残る。
【００５４】
第２演算部３４では、フィルタ処理部３３にて処理されたフィルタ処理画像と赤外線画像データとの差分演算を行うことで、クラックと結晶粒界のズレ部分および結晶粒の画像データとのコントラスト比がより強調される。つまり、クラックのみが明度を強調された画像データとして残る。この第２演算部３４にて処理された画像データを基に閾値算出部２３にて閾値を算出し、２値化処理部２４にて２値化処理されれば、２値化処理された画像データは、クラックである確率が高い画像データを得ることができる。
【００５５】
（２）上記実施例においては、クラックの検出をパターンマッチングにおいて検出したが、ラベリングされた画素コロニーの分散密度により検出してもよい。画素コロニーを小領域に分割し、小領域単位で小領域の画素数に対するクラック疑い画素の数を算出する。そして、全ての小領域における検出割合に関して、分散を求めて標準偏差を算出する。この標準偏差の値が、画素コロニーのバラツキを示すので、標準偏差の値を基にクラックを判別することができる。
【００５６】
（３）上記実施例においては、差分してから閾値算出をしたが、差分する前に、ウエハ表面画像データと赤外線透過画像データのどちらかの画像データの明度を反転させてもよいし、ウエハ表面画像データと赤外線透過画像データとの明度を合わすホワイトバランスをとってもよい。これにより、閾値算出がより容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】実施例に係る多結晶シリコンウエハのクラック検出装置の概略図である。
【図２】実施例に係る多結晶シリコンウエハのクラック検出装置における画像処理部のブロック図である。
【図３】実施例に係る多結晶シリコンウエハのクラックを検出する一連のシーケンスを示すフローチャートである。
【図４】実施例に係る多結晶シリコンウエハの反射光による画像を撮像する説明図である。
【図５】実施例に係る多結晶シリコンウエハの透過光による画像を撮像する説明図である。
【図６】実施例に係る反射光による多結晶シリコンウエハの撮像画像を示す説明図である。
【図７】実施例に係る赤外線透過光による多結晶シリコンウエハの撮像画像を示す説明図である。
【図８】実施例に係る反射光による撮像画像と赤外線透過光による撮像画像とを重ね合わせた画像を示す説明図である。
【図９】実施例に係る画像処理部にて閾値を算出する説明図である。
【図１０】実施例に係る画像処理部にて画素コロニーを検出する説明図である。
【図１１】実施例に係る画像処理部にてパターンマッチングを行うパターンを示す図である。
【図１２】実施例に係る画像処理部にてパターンマッチングを行うパターンを示す図である。
【図１３】実施例に係る画像処理部にてパターンマッチングを行う説明図である。
【図１４】本発明の他の実施例に係る多結晶シリコンウエハのクラック検出装置における画像処理部のブロック図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  …  多結晶シリコンウエハの検出装置
２  …  多結晶シリコンウエハ
３  …  ウエハ搬送部
４  …  白色光源
５  …  第１ラインセンサカメラ
６  …  赤外線管
７  …  第２ラインセンサカメラ
８  …  画像処理部
９  …  ホストコンピュータ
１０  …  ウエハ収納部
１１  …  搬送駆動部
１５  …  収納搬送機構
１６  …  収納駆動部
１７  …  制御部
２０  …  第１メモリ部
２１  …  第２メモリ部
２２  …  第１演算部
２３  …  閾値算出部
２４  …  ２値化処理部
２５  …  ラべリング部
２６  …  クラック判別部
３３  …  フィルタ処理部
３４  …  第２演算部
ＰＭ１、ＰＭ２  …  テンプレート画像
【図１】
2010034133.tif 000004
【図２】
2010034133.tif 000005
【図３】
2010034133.tif 000006
【図４】
2010034133.tif 000007
【図５】
2010034133.tif 000008
【図６】
2010034133.tif 000009
【図７】
2010034133.tif 000010
【図８】
2010034133.tif 000011
【図９】
2010034133.tif 000012
【図１０】
2010034133.tif 000013
【図１１】
2010034133.tif 000014
【図１２】
2010034133.tif 000015
【図１３】
2010034133.tif 000016
【図１４】
2010034133.tif 000017