(57)【要約】【課題】製造公差による振動の伝播や音の発生状況の変化を抑制し、誤判定を最小限に留め、安定してクラックの有無を判定できる薄板検査装置を得る。【解決手段】薄板検査装置１００は、測定対象物１が載置される支持手段３０と、測定対象物１に振動を与える超音波発生部２０と、測定対象物１の振動の状態を検知する振動検知部５０と、超音波発生部２０への入力条件及び超音波発生部２０と測定対象物１との距離のうち少なくとも１つにより測定対象物１の振動状態を調節する情報処理部６０と、を有し、情報処理部６０が、測定対象物１が最適な振動状態で振動している際に振動検知部５０で得られたデータに基づいて測定対象物１のクラックの有無を検知している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物が載置される支持手段と、
前記測定対象物に振動を与える加振部と、
前記測定対象物の振動状態を検知する振動検知部と、
前記加振部への入力条件及び前記加振部と前記測定対象物との距離のうち少なくとも１つを制御することにより前記測定対象物の振動状態を調節する情報処理部と、を有し、
前記情報処理部は、
前記測定対象物が振動している際に前記振動検知部で得られたデータに基づいて、前記測定対象物の振動状態及び前記測定対象物のクラックの有無を検知する
ことを特徴とする薄板検査装置。
【請求項２】
前記情報処理部は、
前記振動検知部で得られたデータに基づいて、前記測定対象物の振動状態を調節する
ことを特徴とする請求項１に記載の薄板検査装置。
【請求項３】
前記情報処理部は、
前記測定対象物が最適な振動状態にならないとき、前記測定対象物にクラックが発生していると判断する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の薄板検査装置。
【請求項４】
前記振動検知部が音を検出するセンサであり、
前記情報処理部は、
前記振動検知部で得られた音情報をＦＦＴ解析し、各周波数帯域別に変動を検知して、前記測定対象物の振動状態を判断する
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の薄板検査装置。
【請求項５】
前記情報処理部は、
前記測定対象物の振動状態と、前記測定対象物のクラックの有無を異なる周波数帯域で検知している
ことを特徴とする請求項４に記載の薄板検査装置。
【請求項６】
前記加振部側を移動させて、前記加振部と前記測定対象物との距離を変更可能な加振高さ調節部を設け、
前記情報処理部は、
前記加振高さ調節部を制御して、前記測定対象物の振動状態を調節する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の薄板検査装置。
【請求項７】
前記測定対象物側を移動させて、前記加振部と前記測定対象物との距離を変更可能な加振高さ調節部を設け、
前記情報処理部は、
前記加振高さ調節部を制御して、前記測定対象物の振動状態を調節する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の薄板検査装置。
【請求項８】
前記加振部は、
非接触で前記測定対象物を加振する
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の薄板検査装置。
【請求項９】
前記加振部は、
超音波にて前記測定対象物を加振する
ことを特徴とする請求項８に記載の薄板検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、安定して薄板のクラックの有無を判定できる薄板検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体基板等の薄板形状の測定対象物に振動を与えて、発生した音を解析することによってクラック（欠陥）を検知する技術がある。その一例として、セルに振動を与え、振動の状態から薄板のクラックを判断するようにした基板クラック検査装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１４２４９５号公報（実施例１、図２等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されている基板クラック検査装置においては、測定対象物を保持した状態で、測定対象物に直接振動を与え、測定対象物のクラックの有無に基づく音響解析からクラックを検知するようにしている。しかしながら、特許文献１に記載されている基板クラック検査装置では、検査装置にて測定対象物に振動を与える際、その振動の伝播や音の発生状況は、その測定対象物の状態に大きく左右される。すなわち、測定対象物の製造公差によっては、必ずしも安定した検知精度が得られないといった課題がある。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、製造公差による振動の伝播や音の発生状況の変化を抑制し、誤判定を最小限に留め、安定してクラックの有無を判定できる薄板検査装置を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る薄板検査装置は、測定対象物が載置される支持手段と、前記測定対象物に振動を与える加振部と、前記測定対象物の振動状態を検知する振動検知部と、前記加振部への入力条件及び前記加振部と前記測定対象物との距離のうち少なくとも１つを制御することにより前記測定対象物の振動状態を調節する情報処理部と、を有し、前記情報処理部は、前記測定対象物が振動している際に前記振動検知部で得られたデータに基づいて、前記測定対象物の振動状態及び前記測定対象物のクラックの有無を検知するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、測定対象物の製造公差による判定誤差を抑制し、より高い精度で測定対象物のクラックの有無を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に係る薄板検査装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る薄板検査装置の情報処理部を構成する回路構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る薄板検査装置の情報処理部の制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】測定対象物と振動板との距離Δｈと、測定対象物にかかる音圧レベルＰ及び測定対象物の変位量Δｒと、の関係を表すグラフである。
【図５】測定対象物と振動板の距離Δｈに伴う測定対象物の周波数スペクトルの変化を示すグラフである。
【図６】マイクロホンで検知した場合の測定対象物の振動状態を検知する周波数帯域と測定対象物のクラックの有無を判定する周波数範囲の違いを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。
【００１０】
図１は、本発明の実施の形態に係る薄板検査装置１００の概略構成図である。以下、図１を参照しながら、薄板検査装置１００の構成について説明する。薄板検査装置１００は、振動状態の違いや音響解析から測定対象物である薄板のクラック（割れ）の有無を検知するものであり、製造公差による振動の伝播や音の発生状況の変化を抑制し、誤判定を最小限に留め、安定してクラックの有無を判定できるようにしたものである。
【００１１】
［薄板検査装置１００の全体構成］
本実施の形態に係る薄板検査装置１００は、少なくとも、薄板である測定対象物１に対して超音波を放射する超音波発生部２０、測定対象物１を固定させずに設置させる支持手段３０、超音波発生部２０の高さ方向の位置を調整する加振高さ調節部４０、超音波発生部２０によって加振された測定対象物１から発生する振動を検知する振動検知部５０、超音波発生部２０、加振高さ調節部４０、振動検知部５０に接続され、全体の動作を制御する情報処理部６０を有している。
【００１２】
超音波発生部２０は、少なくとも、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電素子１０ａが設けられた振動部１０、その振動部１０の一端側（紙面下側）に取り付けられ、円錐台形状に構成されたホーン１１、そのホーン１１の一端側（紙面下側）に固着され、金属板（剛体）で構成された振動板１２、及び、振動部１０の圧電素子１０ａにパルス電圧を印加する発振部１３を有している。なお、超音波発生部２０は、本発明の「加振部」に相当する。
【００１３】
支持手段３０は、少なくとも、錐状の先端で測定対象物１を固定させずに支持する突起部３１と、この突起部３１が設置される棒状の突起部設置部３２と、測定対象物１の位置決めを容易にする位置決定部３３と、を有している。
【００１４】
加振高さ調節部４０は、稼動ステージ４１と、ステージ動力部４２と、を有している。稼動ステージ４１には超音波発生部２０が取り付けられている。ステージ動力部４２は、稼動ステージ４１を上下方向に移動させる機能を有している。よって、ステージ動力部４２が動作することで、稼動ステージ４１の上下方向の移動に伴い、超音波発生部２０も上下方向に移動することになる。なお、超音波発生部２０は、稼動ステージ４１に設けられているアーム部４１ａの反対側（紙面左側）の端部側に取り付けられるようになっている。
【００１５】
振動検知部５０は、超音波発生部２０から照射される超音波により支持手段３０に支持された測定対象物１の振動状態を光や音から検知する検出部５１、及び、その検出部５１によって検出されたデータを解析する振動解析部５２を有している。振動検知部５０は、本発明の「検知部」に相当する。なお、検出部５１は、図示しないがステージ動力部４２の動作と連動して動き、超音波発生部２０との位置関係を保つ機能を有している。
【００１６】
情報処理部６０は、後段で詳述するが、超音波発生部２０から超音波を発生させ、振動検知部５０及び測定対象物検知部６５からの情報に基づいて、加振高さ調節部４０を制御し、測定対象物１の加振力、つまり振動状態を調節し、測定対象物１のクラックを検知するものである。また、図２で詳細に説明するが、情報処理部６０には、測定対象物検知部６５も接続されている。
【００１７】
（測定対象物１）
測定対象物１は、薄板検査装置１００の構成ではないが被検体であるのでここで詳しく説明しておく。測定対象物１は、たとえばシリコン基板あるいは太陽電池用セル等の半導体ウェハ基板、又は、金属材料等の薄い板状のもの、つまり薄板であるとする。また、測定対象物１の平面形状を特に限定するものではなく、たとえば平面形状が四角形状であってもよく、円形状であってもよい。この測定対象物１は、振動板１２と検出部５１との間の空気層において、振動板１２におけるホーン１１が設置された面とは反対側の面に対向するように、支持手段３０における突起部３１の上に固定されずに載置される。
【００１８】
ここで、超音波発生部２０、支持手段３０、加振高さ調節部４０、振動検知部５０、及び、情報処理部６０について更に詳しく説明する。
【００１９】
（超音波発生部２０）
振動部１０は、１５ｋＨｚ〜４５ｋＨｚ帯域内に共振周波数ｆ０を有する圧電素子１０ａを挟み込んで備えており、その圧電素子１０ａで発生した振動を伝播する金属（剛体）によって形成されている。
【００２０】
圧電素子１０ａは、正電極端子及び負電極端子を介して発振部１３に接続され、その発振部１３から印加されるパルス電圧によって振動する。このとき、圧電素子１０ａは、発振部１３から共振周波数ｆ０近傍のパルス電圧が印加されることによって、共振周波数ｆ０近傍にピークを有する振動を発振する。
【００２１】
ホーン１１は、圧電素子１０ａを備えた振動部１０から発生する振動の振幅を増幅する機能を有している。このホーン１１は、上下両端面が開口され、内部に振動部１０から発振された振動を増幅して振動板１２に伝播させる音響通路が形成されている。そして、ホーン１１は、振動部１０と振動板１２との間に挟持されている。また、ホーン１１は、略円錐台形状に構成され、振動部１０側から振動板１２に向けて徐々に縮径されているのが好ましい。ホーン１１の形状には円錐台形状以外にもステップ型、指数型等の形状が一般的に存在するが、円錐台形状とし、振動部１０側から振動板１２に向けて徐々に縮径する方が、圧電素子１０ａとの周波数ずれを少なくすることができ、振動板１２の振動の仕方を制御しやすい。
【００２２】
振動板１２は、金属板（剛体）によって構成され、ホーン１１の両端の開口部のうち、振動部１０側に固定された一方の開口部の反対側の開口部にネジ止め又は接着等によって固着されている。また、振動板１２は、振動部１０から発生する振動の振動エネルギーがホーン１１を介して伝播され、振動部１０の振動と共振して強力な共振波を発生する。すなわち、振動板１２は、振動部１０の圧電素子１０ａが共振周波数ｆ０で振動することによって、同様に共振周波数ｆ０によって共振するように構成されている。
なお、正確には圧電素子１０ａの共振周波数ｆ０と振動板１２の共振周波数ｆ０については、振動板１２の接合方法やホーン１１の形状により０．１ｋＨｚ程度のずれが生じる場合がある。
【００２３】
発振部１３は、圧電素子１０ａに接続され、圧電素子１０ａに共振周波数ｆ０近傍のパルス電圧を印加する機能を有している。
【００２４】
振動板１２は、振動によってその両面（ホーン１１側の面及びその反対側の面）の全体から超音波の音響流を放射する。振動板１２を、振動部１０から発生する高周波数の振動の「腹」の部分に当たるように固着すれば、振動板１２が特定の振動モードで振動することになり、振動板１２と測定対象物１との間には、空気の疎密を繰り返す定在波による音響流が発生することになる。また、この振動板１２の平面の面積である板面積は、測定対象物１の板面積と同等以上であることが望ましい。これによって、振動板１２の振動によって、測定対象物１全体に縦波を主とする均一な振動による音波を与えることができ、測定対象物１の形状及び支持手段３０の設置位置に関わらず、測定対象物１について安定した測定が可能となる。
【００２５】
なお、図１で示されるように、振動部１０と振動板１２との間にホーン１１が設置される構成としているが、これに限定されるものではなく、ホーン１１を設けず、振動板１２を振動部１０に直接取り付けるものとしてもよい。たとえば、振動板１２を密度が小さく弾性の高い素材であるアルミ等の軽量な素材によって構成し、さらに、圧電素子１０ａが、発振部１３からより高電圧なパルス電圧を印加させることによって、ホーン１１を設けなくても高周波数の音波を放射することが可能であり、ホーン１１が必ずしも必要というわけではない。
【００２６】
（支持手段３０）
突起部３１は、小さな面積の先端で測定対象物１と接触し、測定対象物１を固定させずに支持するものである。このように、測定対象物１と突起部３１との接触面積を小さくすることで、振動板１２から放射される超音波によって測定対象物１の振動に対する支持手段３０の影響を小さくしている。つまり、測定対象物１と突起部３１との接触面積を小さくすることで、測定対象物１の振動を抑制しないようにしているのである。
【００２７】
また、突起部３１の構成材料としては、シリコンゴム、ＳＢＲ（スチレン・ブタジエンゴム）、ＮＢＲ（ニトリルゴム）等の樹脂材料が望ましい。ただし、測定対象物１を超音波によって振動させる必要があるため、振動を吸収低減せず、かつ測定対象物１が振動する際に傷付けないような剛性が要求される。さらに、突起部３１は、測定対象物１の大きさや平面形状にもよるが、測定対象物１を下側から支持するために少なくとも２つ以上備えていればよい。突起部３１は、先端面積が小さいほど好ましい。たとえば、先端部の直径を１ｍｍ程度にすればよい。なお、突起部３１の先端部分が錐状、つまり測定対象物１との接触部分が点（点に近い形状）になっていればよく、その全体が錐状である必要はない。上記のような機能を発揮できればよく、突起部３１の大きさや形状を特に限定するものではない。
【００２８】
ただし、突起部３１の状態によって、測定対象物１の振動状態は大きく変動する。例えば突起部３１の先端が磨耗する等の状態変化が、測定対象物１の振動状態に影響を及ぼす可能性が考えられる。そのため、突起部３１の状態を常に確認できるようにしておくとともに、交換が容易な構成とするのが望ましい。
【００２９】
突起部設置部３２は、測定対象物１の外側から内側に向かって測定対象物１と略平行となるように延設された部分を有している。突起部設置部３２の測定対象物１の外周外側に延びている一端はたとえば支持台（図示省略）に固定されている。そして、突起部設置部３２の他端側に突起部３１が設置されている。突起部設置部３２を備えることによって、測定対象物１を可能な限り露出させることを可能にしている。すなわち、突起部設置部３２は、測定対象物１の下面部分の露出を多くすることを可能にし、測定対象物１の下側空間を広くでき、測定対象物１を透過した超音波の反響を抑制し、振動の安定性を向上させることができる。また、突起部設置部３２は、突起部３１とともに、測定対象物１の振動を抑制しないようにしているのである。
【００３０】
また、突起部設置部３２の構成材料としては、たとえば、金属材料や樹脂材料、木材等が考えられる。ただし、振動板１２から放射される超音波によって突起部設置部３２が振動してしまうと、測定対象物１の振動に影響を与えることになってしまう。そこで、振動板１２から放射される超音波の影響を受けやすい材料で突起部設置部３２を構成した場合には、任意の振動低減部材を突起部設置部３２に巻くようにするとよい。
【００３１】
さらに、突起部設置部３２は、突起部３１の個数に応じて設置個数を決定するとよい。なお、突起部設置部３２は、先端側に突起部３１を設置するとともに、測定対象物１を支持できるような形状であればよく、長さや太さ、断面形状等を特に限定するものではない。また、突起部設置部３２を、まっすぐなものに限定するものではなく、途中で曲げるようにしてあってもよい。
【００３２】
位置決定部３３は、予め決定されている測定対象物１の載置位置の外周のうち少なくとも２箇所に設置され、棒状部材又は壁部で構成されている。なお、測定対象物１を検査する際に、測定対象物１が位置決定部３３に接触してしまうと、測定対象物１の振動が抑制されてしまうことに留意しなければならない。そこで、位置決定部３３は、測定対象物１の設置範囲よりも外側に設けるようにしている。
【００３３】
（加振高さ調節部４０）
加振高さ調節部４０は、上述した通り、稼動ステージ４１及びステージ動力部４２によって、超音波発生部２０の高さ方向の位置を変更する機能を持っている。上述した通り、稼動ステージ４１には超音波発生部２０が取り付けられており、稼動ステージ４１はステージ動力部４２によって上下方向に稼動されるものである。つまり、超音波発生部２０は、ステージ動力部４２によって上下に稼動される稼動ステージ４１を介して高さ方向の位置が変更されるようになっている。ステージ動力部４２は、情報処理部６０からの指令によって稼動ステージ４１の動作を制御する。例えば、ステージ動力部４２に特定の入力信号を与えることで、一定速度で稼動ステージ４１を動作させるように構成するとよい。このとき、超音波発生部２０の位置を０．１ｍｍよりも小さい精度で上下方向の高さを調節可能にしておくとよい。
【００３４】
なお、ここにおいて超音波発生部２０の位置制御の精度を０．１ｍｍよりも小さい精度と規定しているが、測定対象物１を加振の手段によっては必ずしもこれに該当する必要はない。ただし、薄板検査装置１００においては、強力超音波を用いているため、その波長が数ｍｍとなり、その間で振動有無が変化する。したがって、振動の強弱や伝播速度を制御するためには少なくとも０．１ｍｍの精度が必要である。
【００３５】
また、本実施の形態１では稼動ステージ４１を動かす仕様としているが、超音波発生部２０を動作させても同様の効果が得られる。ただし、このとき、検出部５１も同様に動かす必要が生じる可能性がある。本実施の形態１では検出部５１にマイクロホンを用いることも想定しているため、超音波発生部２０を稼動させると音の粗密に依存して、受信する音響エネルギーが異なる場合がある。これが誤差となり誤検知を起こす可能性があることに留意が必要である。
【００３６】
（振動検知部５０）
検出部５１は、音を検知するセンサ、例えばマイクロホンによって構成され、振動板１２から放射される超音波によって振動する測定対象物１の振動状態とクラックの有無の両方を、非接触にて検出するものである。この検出部５１によって検出された情報は、振動解析部５２に送信される。
【００３７】
薄板検査装置１００では、検出部５１が、マイクロホンであることを想定し、振動検知とクラック検査の双方を周波数スペクトルより検知する仕様とし、１つだけ備える構成としている。マイクロホンは無指向性の物を用いるのがよい。測定対象物１の振動を測定する際に、音として捕らえることで、走査等の動作をすることなく一回の測定で網羅的に振動を捕らえられる。そのため、測定時間が短時間ですみ、測定対象物１の振動による位置づれ等によるバラつきの影響を最小限に抑えることができることになる。
【００３８】
ただし、検出部５１はこの構成に限定されるものではなく、複数備えられる構成としてもよい。また、走査型であってもよい。振動を検知する検出部５１はマイクロホンに限るものではなく、赤外線や光を用いた多種多様なセンサが考えられ、いずれを選択してもよい。また、クラックの検査についてはマイクロホンや振動センサによる音や振動を検出可能なセンサであればよい。なお、いずれの方式においても、単純な変位量のみではなく、測定対象物１の振動のモードを把握することが望ましく、振動の状態を全体的に捉えることで、測定対象物１の振動状態のバラつきを少なく抑え、検知精度を向上させることができる。
【００３９】
振動解析部５２は、測定対象物検知部６５からの情報に基づいて情報処理部６０から送信される命令にて動作し、検出部５１から受信した測定対象物１からの情報に基づいて、その振動状態を解析するものである。検出部５１が赤外線等を含む光線を検知するものである場合、反射率の変化から測定対象物１の変位量を計算、振動有無を判断する。あるいは、検出部５１が音を検知するもので有る場合、測定対象物１を加振する超音波の透過波のゆらぎから振動有無を判断する。
【００４０】
なお、このとき、振動解析部５２は、いずれの検知手段を検出部５１として用いたとしても、音情報を同時に取得可能にしておくことが望ましい。この場合、たとえばその音情報に対してＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理を実施し、その音の音圧レベルを周波数の関数に変換し、その音の音響エネルギーを解析し、各周波数帯域別に変動を検知して、測定対象物１におけるクラックの有無を検知する機能を有しているとよい。
【００４１】
ただし、この場合、検出部５１と超音波発生部２０との位置関係を等しく保つ必要がある。音響波には粗密が存在するため、検出部５１と超音波発生部２０との位置関係が変わることで音の検出量が変化し、精度が低下するためである。本実施の形態１では検出部５１にマイクロホンを使用することを想定しているため、前述の通り、超音波発生部２０の上下動に連動し、検出部５１を動かす機能を設置している。
【００４２】
（情報処理部６０）
図２は、薄板検査装置１００の情報処理部６０を構成する回路構成を示すブロック図である。図３は、薄板検査装置１００の情報処理部６０の制御処理の流れを示すフローチャートである。図２及び図３に基づいて、情報処理部６０、つまり薄板検査装置１００の制御体系について説明する。
【００４３】
まず、図２に基づいて情報処理部（主制御基板）６０の構成について説明する。図２に示すように、情報処理部６０は、主制御部６１及び主計算部６２を主要な構成として備えている。主制御部６１には、発振部１３、ステージ動力部４２及び制御パネル６３が接続されている。主計算部６２には、振動解析部５２、表示部６４、制御パネル６３及び測定対象物検知部６５が接続されている。
【００４４】
情報処理部６０は、測定対象物検知部６５からの信号を受けて薄板検査装置１００の動作を開始する。具体的には、主計算部６２が、測定対象物検知部６５の信号を受けて動作を開始し、振動解析部５２の測定結果（検知値）に基づき結果を記憶、解析し、その結果に基づいて主制御部６１に信号を発する。主制御部６１は、主計算部６２の発する信号に基づいて発振部１３及びステージ動力部４２に信号を送り、発振部１３やステージ動力部４２の動作を制御する。この一連の制御の完了後、主制御部６１は主計算部６２に制御結果を送り、再度、主計算部６２は振動解析部５２から測定対象物１の振動状態の情報を得るという動作を繰り返す。このような動作を数回〜数十回行うことで、主計算部６２は測定対象物１の振動状態を導き出す。導き出した結果は、表示部６４にて出力される。
【００４５】
制御パネル６３は、使用者からの指示を受け付ける操作部としての機能を果たす。ただし、制御パネル６３は、必須なものではない。つまり、ここにおいては、主制御部６１は主計算部６２の信号によって動作を行っているが、制御パネル６３にて信号を手動で送り、動作させるようにしてもよい。また、制御パネル６３では、主計算部６２に対して、どのような動作を行うかを指示する信号を送ることも可能にしておくとよい。表示部６４は、画像や文字、色彩などにより、測定対象物１の振動状態を表示するものである。測定対象物検知部６５は、測定対象物１が支持手段３０に載置されたことを検知するものである。例えば、測定対象物検知部６５を光センサや赤外線センサ等で構成するとよい。なお、報知手段を設け、導き出した測定対象物１の状態を報知するようにしてもよい。
【００４６】
次に、図３に基づいて情報処理部６０の制御処理の具体的な流れについて説明する。まず、薄板検査装置１００による検査対象である測定対象物１が、支持手段３０に載置され、所定の位置にセッティングされる。そうすると、測定対象物検知部６５が測定対象物１を検知し、主計算部６２に信号を送る（ステップＳ１）。主計算部６２は、測定対象物検知部６５からの信号を受けると動作を開始し、測定対象物１の振動状態を振動解析部５２から取得する（ステップＳ２）。そして、主計算部６２は、振動解析部５２から送信された測定結果（検知値）に基づき結果を記憶、解析し、測定対象物１が測定に最適な振動状態であるか否かを判定する（ステップＳ３）。そして、主計算部６２は、判定結果に基づいて主制御部６１に信号を発する。
【００４７】
測定対象物１が測定に最適な振動状態であると判定した場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、主計算部６２は、その結果を主制御部６１に送る。主制御部６１は、その結果を受けてクラックの有無を検知するクラック判定を開始する（ステップＳ４）。具体的には、主計算部６２は、振動解析部５２に、別途プログラムされたクラックの有無を検知するクラック判定の動作を行うように命令を送信する。
【００４８】
測定対象物１が測定に最適な振動状態でないと判定した場合（Ｓ３；Ｎｏ）、主計算部６２は、測定対象物１の振動状態が最適となる稼動ステージ４１の位置になっていないと判断し、その結果を主制御部６１に送る。主制御部６１は、主計算部６２の発する信号に基づいて発振部１３及びステージ動力部４２に信号を送り、発振部１３やステージ動力部４２の動作を制御し、予め設定された規定の距離だけ稼動ステージ４１を動かす（ステップＳ５）。
【００４９】
主制御部６１による稼動ステージ４１の制御の完了後、主制御部６１は主計算部６２に制御結果を送り、主計算部６２は、再度、振動解析部５２から測定対象物１の振動状態の情報を得て、測定対象物１が測定に最適な振動状態であるか否かを判定する（ステップＳ６）。情報処理部６０は、測定対象物１の振動状態が最適となる稼動ステージ４１の位置になったと判断するまでこの動作を繰り返す。このような動作を数回〜数十回行うことで測定対象物１の振動状態が最適となる稼動ステージ４１の位置を導き出す。
【００５０】
ここで、測定対象物１に例えば大きなクラックがあると、振動状態がいつまでも最適にならない場合がある。そのため、ステップＳ５、ステップＳ６の動作回数を定める、すなわち稼動ステージ４１の限界位置を設定しておくのが望ましい（ステップＳ７）。稼動ステージ４１が限界位置まで達した場合（ステップＳ７；Ｙｅｓ）、測定対象物１にクラックがあると判定し（ステップＳ９）、それを表示部６４に出力してもよい（ステップＳ１０）。または、測定不能と判定し、クラックの有無以外の別の枠組みの中でとっておくのもよい。
【００５１】
測定対象物１の振動状態が最適となる稼動ステージ４１の位置となったと判断した場合（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、主計算部６２は振動解析部５２にクラック判定の動作を行うように命令を送信する（ステップＳ８）。振動解析部５２は、主計算部６２からの命令によってクラック判定を行う（ステップＳ９）。そして、振動解析部５２から得られた結果を表示部６４に出力する（ステップＳ１０）。これで、測定対象物１の測定を完了したとして、情報処理部６０は、次の測定対象物１が導入されるのを待つ。
【００５２】
なお、ここにおいて、主制御部６１は主計算部６２の信号によって動作を行っているが、制御パネル６３にて信号を手動で送り、動作させることもできる。また、主計算部６２に対して、どのような動作を行うかを指示する信号を送ることもできる。
【００５３】
［薄板検査装置１００による振動検知動作］
図４は、測定対象物１と振動板１２の距離Δｈと、測定対象物１にかかる音圧レベルＰ及び測定対象物１の変位量Δｒと、の関係を表すグラフである。図５は、測定対象物１と振動板１２の距離Δｈに伴う測定対象物１の周波数スペクトルの変化を示すグラフである。図６は、マイクロホンで検知した場合の測定対象物１の振動状態を検知する周波数帯域と測定対象物１のクラックの有無を判定する周波数範囲の違いを示すグラフである。以下、図１〜図６を参照しながら、薄板検査装置１００によるクラック検知動作について説明する。
【００５４】
まず、薄板検査装置１００による検査対象である測定対象物１が、支持手段３０に載置される。次に、発振部１３は、圧電素子１０ａに対して、圧電素子１０ａ及び振動板１２の共振周波数ｆ０近傍のパルス電圧を印加する。これによって、圧電素子１０ａは、印加されたパルス電圧によって、共振周波数ｆ０近傍の周波数で振動し、この圧電素子１０ａを挟持した振動部１０にその振動が伝播する。この振動部１０の振動は、ホーン１１によってその振幅が増幅され、振動板１２に伝播する。そして、振動板１２は、その全体が共振し、その共振に伴う高い音圧レベルを有する超音波が振動板１２の全体から放射される。これにより、測定対象物１は、その全体が加振され、変位量Δｒで振動することになる。
【００５５】
ここで、圧電素子１０ａ及び振動板１２の共振周波数ｆ０は、以下の（１）及び（２）の理由によって、１５ｋＨｚ〜４５ｋＨｚ帯域内となるようにするとよい。
（１）１５ｋＨｚ未満だと人間の可聴領域となるため、人間の聴覚で感じ取ることが可能となり、使用者に不快感を与える可能性がある。
（２）４５ｋＨｚを超えると周波数が大き過ぎて、十分な振幅が得られないため、音圧レベルが低下することになる。
【００５６】
測定対象物１によって振動するのに必要なエネルギーは異なるが、測定対象物１がたとえば半導体ウェハ又は太陽電池用セルである場合、その振動には１３０ｄＢ以上の音圧レベルが必要であることがわかっている。そこで、薄板検査装置１００における超音波発生部２０は、１３０ｄＢ以上の音圧レベルの超音波が発生できるように構成されている。振動板１２から放射される超音波は、空気中にゆらぎを発生させ、超音波の波長に伴って、空気中に音圧（気圧）の「疎」の部分（減圧される部分）と「密」の部分（加圧される部分）とを生成する。つまり、「疎」の部分から「密」の部分に向かって空気の移動が発生する。
【００５７】
これによって、支持手段３０上に載置された測定対象物１は、振動板１２から放射される超音波の音圧によってその全体が振動することになる。ただし、その振動の状態は測定対象物１と振動板１２との距離関係によって大きく異なる。図４に示す通り、測定対象物１は、超音波の音圧レベルにおいての疎と密の中間点に設置されている時に最も強く振動する。逆に、疎や密と同じ点に測定対象物１が設置された状態となる場合、振動はまったく起こらないことになる。
【００５８】
上述した通り、超音波の音圧レベルにおいての疎と密の中間点に測定対象物１が設置されている時に最も強く振動することが分かっているが、測定対象物１の形の状態によって、測定対象物１の重心や、超音波の反射波の影響が異なる。測定対象物１を振動させるためには重心に対して効率良く力をかける必要がある。また、測定対象物１から反射する超音波によって、振動板１２に数十Ｈｚの励振が起こり、これが超音波とともに放射されてマイクロホン（検出部５１）にて測定される現象が起こる。さらに、この励振は超音波の主波長にも影響を及ぼし、超音波の主波長の前後の周波数帯域に側帯波として発生する。測定対象物１が振動すると、反射角が経時的に変動する。
【００５９】
そのため、測定対象物１の振動により、超音波の反射によって生じる振動板１２の励振周波数は数Ｈｚ〜数十Ｈｚの範囲でずれ、周波数スペクトル上、発振周波数の裾が広がるような形として変動する。つまり、測定対象物１の振動状態は、発振周波数の裾野の広がりにて検知が可能であることが示唆される。
【００６０】
以上、図４、図５のグラフから示すように、測定対象物１の振動状態は、振動板１２と測定対象物１との距離関係によって調整が可能である。また、振動の変動は、マイクロホンにて得られた周波数スペクトルにて検知することが可能である。したがって、マイクロホンにて構成された検出部５１にて振動の有無を検出しながら、測定対象物１と振動板１２との距離Δｈを変更することで、測定対象物１が最適な振動状態となるΔｈｍａｘを検出することができるのである。
【００６１】
なお、振動の強弱は、圧電素子１０ａへの入力の大小によっても制御が可能である。但し、本実施の形態１においては、入力の変更後、超音波の発振が安定するまでに数分単位の時間を要するため、入力は変更しない方が望ましい。
【００６２】
図６に示すように、振動状態の変化とクラックの有無の検知は、同一の周波数スペクトル上で測定することができる。また、振動状態を検知する周波数変化とクラックの有無による周波数変化が発現する範囲は異なっていることが分かる。したがって、マイクロホンを用いることで、検出部５１をひとつ用意すれば、いずれの状態も同時に測定することが可能となる。また、クラックを検知するために用いる周波数スペクトルと同様のデータでクラックの有無が判定できるため、クラック判定に有利な条件が導きやすいという利点もある。
【００６３】
ただし、測定対象物１の振動が必要以上に大きい、または不安定である場合、主波長の裾野が広がりすぎてしまい、クラックの有無の変化が現れる周波数帯域を侵食し、誤検知の要因となる。したがって、振動の強弱を変更し、測定対象物１を最適な振動状態へと導くことがクラック検知精度の向上に対して重要となる。特に、測定対象物１が薄板であり、クラックが小さいサイズの場合、僅かな侵食でも誤検知に繋がる可能性があり、これを調整する機能が必要となる。
【００６４】
すなわち、実施の形態１においては、入力の変更や測定対象物１と振動板１２との位置の調整がこれに該当し、このパラメータを調整し、振動調整を行うことで、測定対象物１の製造公差によるバラつきを抑制可能となる。特に、実施の形態１では、稼動ステージ４１が上下に動作して測定対象物１と振動板１２との位置関係を適宜調整し、測定対象物１の振動状態の最適化を実行することを可能としている（図３参照）。
【００６５】
なお、上述した通り、入力変更により振動を制御した場合、超音波の発振が安定するまでに数分単位の時間を要したり、入力変動に起因するノイズが入りやすかったりする等、入力変更による調整よりも、加振元、すなわち振動板１２の位置調整により振動調整を行う方がより測定精度が向上する。
【００６６】
また、図６から、検出部５１にマイクロホンを用いて同じデータから測定対象物１の振動状態とクラックの有無の判定を行えることが分かる。これにより、測定に適した振動状態が発見しやすいという利点が生じる。すなわち、誤差が入る要因が少なく、高精度でのクラックの有無の検知が可能となる。また、検知のソフトウェアを同一化することができ、短時間で処理ができる等の利点も生じる。
【００６７】
また、マイクロホンは非接触であるため、測定対象物１に触れずに測定できる。測定対象物１を検知によって傷付けることがないため、クラックを作り出してしまうことによる誤検知の減少が減る。さらに、稼動ステージ４１は、超音波発生部２０から近づくか遠ざけるかの何れかの処理をするのが望ましく、図１に示すようなアーム部４１ａのような部材を用いるのが好ましい。
【００６８】
以上より、薄板検査装置１００は、測定対象物検知部６５より測定対象物１が設置されたのを検知し、動作を開始し、超音波発生部２０の高さを徐々に、例えば段階的に変更しながら、振動検知部５０により変位量を測定する。こうすることで、薄板検査装置１００は、測定対象物１と振動板１２との最適な距離Δｈｍａｘを把握し、Δｈｍａｘより測定対象物１の振動状態を、検知することが可能となるのである。なお、ここでは、Δｈを変更することで、測定対象物１の加振力を調節する場合を例に説明したが、超音波発生部２０の入力条件、つまり発生させる超音波の周波数を変更することで、測定対象物１の加振力を調節してもよく、双方を変更することで、測定対象物１の加振力を調節してもよいことは上述した通りである。
【００６９】
測定対象物１が太陽電池セルであり、太陽電池セル又は複数の太陽電池セルのモジュールを製造する製造方法において、薄板検査装置１００を適用すれば、太陽電池セルのクラックの有無が高効率かつ簡易に判定できる。そのため、生産される太陽電池セル及び太陽電池セルのモジュールの品質が飛躍的に向上することになる。なお、薄板検査装置１００に接続可能な機器を、クラック検査装置に限定するものではなく、他の測定機器（測定対象物１の最終工程で使用される電機的な特性を検査する装置や、測定対象物１の外観を検査する装置等）に接続させてもよい。この場合も、情報処理部６０に設けた出力ポートを介して、接続した測定機器に情報を伝達可能にしておけばよい。
【００７０】
［薄板検査装置１００の効果］
薄板検査装置１００では、超音波発生部２０の高さを変更しながら、振動検知部５０により変位量を測定するので、測定対象物１と振動板１２との最適な距離Δｈｍａｘを把握でき、Δｈｍａｘから測定対象物１の振動状態を最適化して、クラックの有無を検知することが可能となる。したがって、薄板検査装置１００によれば、測定対象物１のクラックの有無を、簡易かつ短時間で不良率を高めずに検知することが可能になる。これにより、薄板検査装置１００では、製造公差による測定対象物１の振動の伝播や音の発生状況の変化を抑制し、誤判定を最小限に留め、安定してクラックの有無を判定できることになる。
【００７１】
特に表示部６４や報知部を備えたものにおいては、測定対象物１のクラックの有無を表示や報知でき、測定対象物１の製造ライン内にて発生する測定対象物１のクラックを全数検査することができ、そのバラつき度合を容易に判断し、管理することが可能となる。
【００７２】
上記実施の形態では、超音波発生部２０が上、振動検知部５０が下に設置されている状態を例に示しているが、これらが逆の位置関係になってもよい。測定対象物１を挟んで構成することで、超音波発生部２０から発生する超音波が直接的に振動検知部５０に放射されることを防ぎ、検知する音と超音波の干渉による雑音発生を抑制し、検知精度を更に高める効果がある。
【符号の説明】
【００７３】
１  測定対象物、１０  振動部、１０ａ  圧電素子、１１  ホーン、１２  振動板、１３  発振部、２０  超音波発生部、３０  支持手段、３１  突起部、３２  突起部設置部、３３  位置決定部、４０  加振高さ調節部、４１  稼動ステージ、４１ａ  アーム部、４２  ステージ動力部、５０  振動検知部、５１  検知部、５２  振動解析部、６０  情報処理部、６１  主制御部、６２  主計算部、６３  制御パネル、６４  表示部、６５  測定対象物検知部、１００  薄板検査装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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