(57)【要約】      （修正有）【課題】ウェーハのクラックを確実に検出できるクラック検出装置を提供する。【解決手段】ウェーハ１３を、弾性素材を介在させて支柱部材１１と音響センサ１５とで挟み込んで位置決め保持し、この挟持状態において、弾性素材２２を被着した加振部１９を、ウェーハ１３に衝突させて加振し、その際にウェーハ１３に伝わる振動波形を音響センサ１５で検出し、この振動波形の共振周波数よりも高い周波数成分に基づいてクラック検出を行うように構成した。【選択図】図２
2011205084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハに当接され、前記ウェーハに伝わる振動波形を検出する音響センサと、
前記音響センサを含むウェーハ保持手段と、
前記ウェーハの少なくとも一方の面に対して加振部が設けられた加振手段と、
この加振手段の加振部が前記ウェーハの少なくとも一方の面を加振した状態で、前記音響センサで検出された振動波形から前記ウェーハがクラックを有することを示す周波数を抽出する信号処理手段と、
この信号処理手段の抽出情報に基づいて前記ウェーハのクラックの有無を検出する判定手段と、
を具備することを特徴とするウェーハのクラック検出装置。
【請求項２】
前記音響センサを含むウェーハ保持手段が、前記ウェーハの半導体が形成されていない面、及び／又は、前記ウェーハ周辺の半導体が正常に形成されていない部分にのみ当接することを特徴とする請求項１記載のウェーハのクラック検出装置。
【請求項３】
前記音響センサを含むウェーハ保持手段と前記ウェーハの間、前記加振部と前記ウェーハの間の、少なくとも一つにおいて弾性素材を介在させることを特徴とする請求項１又は２記載のウェーハのクラック検出装置。
【請求項４】
さらに、前記ウェーハのクラック判定位置において、該ウェーハの周囲に当接して位置決めするウェーハ位置決め手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載のウェーハのクラック検出装置。
【請求項５】
前記音響センサを含むウェーハ保持手段の少なくとも一部が、前記ウェーハの少なくとも一方の面に対して昇降自在に設けられることを特徴とする請求項１又は２記載のウェーハのクラック検出装置。
【請求項６】
前記加振手段は、前記加振部の加振方向と直交する方向に移動調整自在に設けられることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載のウェーハのクラック検出装置。
【請求項７】
前記音響センサを含むウェーハ保持手段は、前記ウェーハの中心部位に配置されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載のウェーハのクラック検出装置。
【請求項８】
前記加振手段の加振部は、前記ウェーハの少なくとも一方の面において、前記音響センサを含むウェーハ保持手段の当接位置よりも端側を加振することを特徴とする請求項７記載のウェーハのクラック検出装置。
【請求項９】
前記弾性素材は、シリコンゴムであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか記載のウェーハのクラック検出装置。
【請求項１０】
前記音響センサは、ＡＥセンサであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか記載のウェーハのクラック検出装置。
【請求項１１】
前記ＡＥセンサは、共振周波数がクラックを示す周波数に対応して設定されていることを特徴とする請求項１０記載のウェーハのクラック検出装置。
【請求項１２】
判定手段は、時間波形が一定時間内に閾値を超えた回数で判定することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか記載のウェーハのクラック検出装置。
【請求項１３】
音響センサを含むウェーハ保持手段によってウェーハを保持するウェーハ保持ステップと、
前記ウェーハの少なくとも一方の面に対して加振部によって加振する加振ステップと、
この加振ステップで前記ウェーハに振動を加えた状態で、前記音響センサで前記ウェーハに伝わる振動波形を検出し、その振動波形から前記ウェーハがクラックを有することを示す周波数を抽出し、その抽出情報に基づいて前記ウェーハのクラックの有無を検出する判定ステップと、
を具備することを特徴とするウェーハのクラック検出方法。
【請求項１４】
前記ウェーハ保持ステップにおいて、前記音響センサを含むウェーハ保持手段が、ウェーハの半導体が形成されていない面、及び／又は、前記ウェーハ周辺の半導体が正常に形成されていない部分にのみ当接することを特徴とする請求項１３記載のウェーハのクラック検出方法。
【請求項１５】
前記音響センサを含むウェーハ保持手段と前記ウェーハの間、前記加振部と前記ウェーハの間の、少なくとも一つにおいて弾性素材を介在させることを特徴とする請求項１３又は１４記載のウェーハのクラック検出方法。
【請求項１６】
前記ウェーハ保持ステップにおいて、前記ウェーハは、保持位置で面方向が位置決めされることを特徴とする請求項１３又は１４記載のウェーハのクラック検出方法。
【請求項１７】
前記ウェーハ保持ステップにおいて、前記音響センサを含むウェーハ保持手段の少なくとも一部を、前記ウェーハの少なくとも一方の面に対して昇降させて位置調整することを特徴とする請求項１３又は１４記載のウェーハのクラック検出方法。
【請求項１８】
前記加振ステップにおいて、前記加振部を加振方向と直交する方向に移動調整することを特徴とする請求項１３乃至１７のいずれか記載のウェーハのクラック検出方法。
【請求項１９】
前記音響センサの測定位置は、前記ウェーハの中心部位であることを特徴とする請求項１３乃至１８のいずれか記載のウェーハのクラック検出方法。
【請求項２０】
前記加振ステップにおける加振位置は、前記ウェーハの少なくとも一方の面において、前記音響センサの当接位置よりも端側であることを特徴とする請求項１９記載のウェーハのクラック検出方法。
【請求項２１】
前記弾性素材は、シリコンゴムであることを特徴とする請求項１３乃至２０のいずれか記載のウェーハのクラック検出方法。
【請求項２２】
前記音響センサは、ＡＥセンサであることを特徴とする請求項１３乃至２１のいずれか記載のウェーハのクラック検出方法。
【請求項２３】
前記ＡＥセンサは、共振周波数がクラックを示す周波数に対応して設定されていることを特徴とする請求項２２記載のウェーハのクラック検出方法。
【請求項２４】
判定ステップにおいて、時間波形が一定時間内に閾値を超えた回数で判定することを特徴とする請求項１３乃至２３のいずれか記載のウェーハのクラック検出方法。
【請求項２５】
ウェーハに半導体を生成して太陽電池或いは半導体素子を製造する装置であって、前記請求項１乃至１２のウェーハのクラック検出装置によるクラック検出を含むことを特徴とする太陽電池或いは半導体素子の製造装置。
【請求項２６】
ウェーハに半導体を生成して太陽電池或いは半導体素子を製造する方法であって、前記請求項１３乃至２４のウェーハのクラック検出方法によるクラック検出を含むことを特徴とする太陽電池或いは半導体素子の製造方法。
【請求項２７】
ウェーハに半導体が生成されて製造された太陽電池或いは半導体素子であって、前記請求項１乃至１２のウェーハのクラック検出装置によるクラック検出が製造工程中に行われることを特徴とする太陽電池或いは半導体素子。
【請求項２８】
ウェーハに半導体が生成されて製造された太陽電池或いは半導体素子であって、前記請求項１３乃至２４のウェーハのクラック検出方法によるクラック検出が製造工程中に行われることを特徴とする太陽電池或いは半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、シリコンウェーハや太陽電池ウェーハを含む半導体ウェーハ、或いは、ＳｉＣ、ＧａＮ等の化合物半導体ウェーハ等のウェーハの、マイクロクラックと称するひび割れや内部割れ等のクラックを判別するのに用いるクラック検出装置、そのクラック検出方法、太陽電池或いは半導体素子の製造装置、その製造方法及び太陽電池或いは半導体素子に関する。
【０００２】
なお半導体素子には、ディスクリート半導体素子、ＬＥＤ、ＣＣＤや、ＩＣ、ＬＳＩ等を広く含むものとする。
【背景技術】
【０００３】
例えば単結晶型太陽電池は、シリコンウェーハを材料としている。このシリコンウェーハは、半導体インゴットを切り出して形成され、半導体を生成して太陽電池ウェーハを含む半導体ウェーハが形成される。そして、この太陽電池ウェーハは、その後、電極が付けられて太陽電池セルが形成され、この太陽電池セルが複数枚、配列されて相互間が配線接続されて太陽電池モジュールと称する太陽電池が製造される。
【０００４】
ここでは、太陽電池とは、太陽電池セル、及び太陽電池セルを配列した太陽電池モジュールの双方を含むものとする。そして、上記シリコンウェーハ、太陽電池ウェーハ、半導体ウェーハ、或いは、ＳｉＣ、ＧａＮ等の化合物半導体ウェーハは、以後、総称してウェーハと記述する。
【０００５】
ところで最近、特に単結晶型太陽電池において、コストダウン等のために、ウェーハの薄型化が進んでいる。このようなウェーハでは、その製造工程において、マイクロクラックと称する小さなひび割れや内部割れのいわゆるクラックが発生する頻度が増加しており、このクラックが発生すると、製造する太陽電池の変換効率や耐久性の低下を招くために、生産性の低下を招く。また、太陽電池ウェーハに限らず、中間工程で半導体がウェーハに形成され、その後、最終工程を経て半導体素子が製造される半導体素子の製造工程においても、ウェーハにクラックが発生することは、半導体の不良或いは耐久性の低下を招くのみならず、半導体素子の歩留まりの低下を招く原因となっている。
【０００６】
そこで、このようなウェーハのクラックの有無を検出する検査技術として、各種の技術が提案されている。
【０００７】
例えば、第１の技術としては、強制的にシリコンウェーハを湾曲させ、そのときに発生する衝撃波を検知して分析する方法がある（例えば特許文献１参照。）。
【０００８】
また、第２の技術としては、真空吸着パッドを用いて基板（ウェーハ）を固定し、基板に振動を与えて音を発生させ、発生した音を非接触型のマイクロフォン等の音響センサで捉え、その音響解析によって分析する方法がある（例えば特許文献２参照。）。
【０００９】
さらに、第３の技術としては、赤外光をウェーハに照射し、その透過光または反射光をＣＣＤカメラ等を用いて検知し、分析する方法がある（例えば特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−３４３９９２号公報
【特許文献２】特開２００５−１４２４９５号公報
【特許文献３】特開２０００−０６５７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記第１の技術では、ウェーハを湾曲させる構成上、クラックの成長を助長する虞があり、割れが発生するという問題を有する。
【００１２】
また、第２の技術では、基板を固定する手段と音響センサをウェーハに対して非接触状態で対向配置しなければならないために、そのセンサ構造上、構成が複雑となるうえ、周囲の雑音を拾ってしまったりして、発生した音のみを効率よく検出することが困難であるという問題を有する。
【００１３】
さらに、第３の技術では、赤外光を照射することで、ウェーハが膨張し、クラックが一時的にくっついてしまう虞を有し、また表面に凹凸があるようなウェーハの場合には凹凸とクラックの識別が難しく、信頼性の高い判定が困難であるという問題を有する。
【００１４】
この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、簡易な構成で、信頼性の高い確実なクラック検出を実現して、太陽電池或いは半導体素子の製造性の向上を図り得るようにしたウェーハのクラック検出装置、そのクラック検出方法、太陽電池或いは半導体素子の製造装置、その製造方法、及び太陽電池或いは半導体素子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】
【００１５】
請求項１に係る発明は、ウェーハに当接され、前記ウェーハに伝わる振動波形を検出する音響センサと、前記音響センサを含むウェーハ保持手段と、前記ウェーハの少なくとも一方の面に対して加振部が設けられた加振手段と、この加振手段の加振部が前記ウェーハの少なくとも一方の面を加振した状態で、前記音響センサで検出された振動波形から前記ウェーハがクラックを有することを示す周波数を抽出する信号処理手段と、この信号処理手段の抽出情報に基づいて前記ウェーハのクラックの有無を検出する判定手段と、を備えてウェーハのクラック検出装置を構成した。
【００１６】
この場合、前記支柱部材と前記ウェーハの間、前記音響センサと前記ウェーハの間、前記加振部と前記ウェーハの間の、少なくとも一つにおいて弾性素材を介在させることができる。
【００１７】
上記構成によれば、ウェーハは、弾性素材が介在されて支柱部材と音響センサとで挟まれて保持され、加振部が、その弾性素材を介在させて加振されることにより、加振時にウェーハを損傷したりすることなく、しかも音響センサによる振動波形の検出時、空気の影響を受けることなく高精度な検出が可能となる。これにより、構成の簡略化を図ったうえで、高精度なクラック検出が実現され、簡便にして容易にウェーハ製造の歩留まりを向上することが可能となる。
【００１８】
請求項２に係る発明はさらに、前記音響センサを含むウェーハ保持手段が、前記ウェーハの半導体が形成されていない面、及び／又は、前記ウェーハ周辺の半導体が正常に形成されていない部分にのみ当接するようにしてウェーハのクラック検出装置を構成した。
【００１９】
この場合も、前記各々の音響センサと前記ウェーハの間、前記加振部と前記ウェーハの間の、少なくとも一つにおいて弾性素材を介在させることができるが、弾性素材は介在させなくてもよい。
【００２０】
請求項１３に係る発明によるウェーハのクラック検出方法は、音響センサを含むウェーハ保持手段によってウェーハを保持するウェーハ保持ステップと、前記ウェーハの少なくとも一方の面に対して加振部によって加振する加振ステップと、この加振ステップで前記ウェーハに振動を加えた状態で、前記音響センサで前記ウェーハに伝わる振動波形を検出し、その振動波形から前記ウェーハがクラックを有することを示す周波数を抽出し、その抽出情報に基づいて前記ウェーハのクラックの有無を検出する判定ステップとを備えて構成した。
【００２１】
この場合、前記支柱部材と前記ウェーハの間、前記音響センサと前記ウェーハの間、前記加振部と前記ウェーハの間の、少なくとも一つにおいて弾性素材を介在させることができる。
【００２２】
上記構成によれば、ウェーハは、ウェーハ保持ステップにおいて弾性素材が介在されて支柱部材と音響センサとで挟まれて保持され、加振ステップにおいて加振部が、その弾性素材を介在させて加振されることにより、加振時にウェーハを損傷したりすることなく、しかも、判定ステップにおいて音響センサによる振動波形の検出時、空気の影響を受けることなく高精度な検出が可能となる。これにより、構成の簡略化を図ったうえで、高精度なクラック検出が実現され、簡便にして容易にウェーハ製造の歩留まりを向上することが可能となる。
【００２３】
請求項１４に係る発明によるウェーハのクラック検出方法はさらに、前記ウェーハ保持ステップにおいて、前記音響センサを含むウェーハ保持手段が、ウェーハの半導体が形成されていない面、及び／又は、前記ウェーハ周辺の半導体が正常に形成されていない部分にのみ当接して構成した。
【００２４】
この場合も、前記各々の音響センサと前記ウェーハの間、前記加振部と前記ウェーハの間の、少なくとも一つにおいて弾性素材を介在させることができるが、弾性素材は介在させなくてもよい。
【００２５】
請求項２５に係る発明における太陽電池或いは半導体素子の製造装置は、ウェーハに半導体を生成して太陽電池或いは半導体素子を製造する装置であって、前記請求項１及び請求項２のウェーハのクラック検出装置によるクラック検出を含めて構成した。
【００２６】
上記構成によれば、クラックの無いウェーハを用いて太陽電池或いは半導体素子を製造することができることにより、製造における歩留まりを向上することが可能となる。
【００２７】
請求項２６に係る発明による太陽電池或いは半導体素子の製造方法は、ウェーハに半導体を生成して太陽電池或いは半導体素子を製造する方法であって、前記請求項１３及び１４のウェーハのクラック検出方法によるクラック検出を含めて構成した。
【００２８】
上記構成によれば、クラックの無いウェーハを用いて太陽電池或いは半導体素子を製造することができることにより、製造における歩留まりを向上することが可能となる。
【００２９】
請求項２７に係る発明は、ウェーハに半導体が生成されて製造された太陽電池或いは半導体素子であって、前記請求項１及び２のウェーハのクラック検出装置によるクラック検出を製造工程中に含むように構成した。
【００３０】
上記構成によれば、クラックの無いウェーハを用いて太陽電池或いは半導体素子を製造することができることにより、製造における歩留まりを向上することが可能となる。
【００３１】
請求項２８に係る発明は、ウェーハに半導体が生成されて製造された太陽電池或いは半導体素子であって、前記請求項１３及び１４のウェーハのクラック検出方法によるクラック検出を製造工程中に含むように構成した。
【００３２】
上記構成によれば、クラックの無いウェーハを用いて太陽電池或いは半導体素子を製造することができることにより、製造における歩留まりを向上することが可能となる。
【発明の効果】
【００３３】
以上述べたように、この発明によれば、簡易な構成で、信頼性の高い確実なクラック検出を実現して、太陽電池或いは半導体素子の製造性の向上を図り得るようにしたウェーハのクラック検出装置、そのクラック検出方法、太陽電池或いは半導体素子の製造装置、その製造方法、及び太陽電池或いは半導体素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の一実施の形態に係るウェーハのクラック検出装置の構成を示した斜視図である。
【図２】図１を一方の側面から見た状態を示した平面図である。
【図３】図１を図２と直交する側面から見た状態示した平面図である。
【図４】図１のウェーハの保持状態を示した側面図である。
【図５】この発明の一実施の形態に係るウェーハのクラック検出方法による判定ステップにおけるクラック無しの一例を説明するために示した特性図である。
【図６】この発明の一実施の形態に係るウェーハのクラック検出方法による判定ステップにおけるクラック有りの一例を説明するために示した特性図である。
【図７】この発明の他の実施の形態に係るウェーハのクラック検出装置の要部を示した側面図である。
【図８】この発明の他の実施の形態に係るウェーハのクラック検出装置の要部を示した側面図である。
【図９】半導体が形成された、ウェーハの構造を概略的に示す平面図である。
【図１０】この発明の更に他の実施の形態に係るウェーハのクラック検出装置の要部を示した側面図である。
【図１１】この発明の更に他の実施の形態に係るウェーハのクラック検出装置の要部を示した側面図である。
【図１２】この発明の更にまた他の実施の形態に係るウェーハのクラック検出装置の要部を示した側面図である。
【図１３】図１２に示す実施の形態の他の変形例に係るウェーハのクラック検出装置の要部を示した側面図である。
【図１４】図１２に示す実施の形態の更に他の変形例に係るウェーハのクラック検出装置の要部を示した側面図である。
【図１５】この発明の更に他の実施の形態に係るウェーハのクラック検出装置の要部を示した側面図である。
【図１６】（ａ）及び（ｂ）は、この発明の他の実施の形態に係るウェーハのクラック検出装置の要部を示した平面図及び側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、この発明の実施の形態に係るウェーハのクラック検出装置、そのクラック検出方法、太陽電池或いは半導体素子の製造装置、その製造方法、及び太陽電池或いは半導体素子について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３６】
図１は、この発明の一実施の形態に係るウェーハのクラック検出装置を示すもので、ベース１０上には、例えば略中央部に支柱部材１１が立設される（図２及び図３参照）。そして、この支柱部材１１には、弾性素材１２が被着され（図４参照）、この弾性素材１２上には、例えば太陽電池用の半導体が生成された太陽電池ウェーハ等のウェーハ１３の一方の面が載置される。
【００３７】
上記ベース１０には、ウェーハ位置決め手段を構成する複数、例えば３本の位置決めピン１４が、支柱部材１１の周囲に所定の間隔を有して立設されている。この位置決めピン１４は、ウェーハ１３が支柱部材１１に弾性素材１２が介在されて載置された状態で、該ウェーハ１３の周囲の３箇所が当接され、該ウェーハ１３の面方向の移動を規制して、ウェーハ１３をクラック検出位置に位置決めする。
【００３８】
また、ベース１０には、接触型音響センサ１５が支柱部材１１に対向して設けられる。この音響センサ１５は、先端部に弾性素材１２が被着され、この弾性素材が上記支柱部材１１の弾性素材１２上に載置されたウェーハ１３の他方の面に密着されることで、上記支柱部材１１と協働してウェーハ１３を挟み込んで位置決め保持する（図４参照）。ベース１０上に搬送されてきたウェーハ１３を、支柱部材１１が下から押し上げて位置決め保持するような構成も可能である。
【００３９】
上記音響センサ１５は、支持部材を構成する例えば支持アーム１７の先端部に着脱自在、且つ、上下方向及び矢印Ａ，Ｂ方向に移動調整自在に設けられる。そして、この支持アーム１７の基端部は、移動機構１８を介してベース１０に対して矢印Ｃ，Ｄ方向に移動自在に設けられている。これにより、音響センサ１５は、支持アーム１７及び移動機構１８を介してベース１０の支柱部材１１に対向するように移動調整される。
【００４０】
ここで、上記ウェーハ１３は、支柱部材１１と音響センサ１５とにより、弾性素材１２が介在された状態で、挟み込まれてクラック検出が行われることで、支持構造が簡単化され、製作上のコスト低下が図れる。
【００４１】
また、ベース１０には、加振手段を構成する、例えば１ｇ程度の棒状の加振部１９が支持部材を構成する支持アーム２０に対して落下操作自在で、且つ、矢印Ａ，Ｂ方向に移動調整自在に設けられる。そして、この支持アーム２０は、移動機構２１を介してベース１０に対して矢印Ｃ，Ｄ方向に移動調整自在に設けられる。これにより、加振部１９は、支持アーム２０及び移動機構２１を介してベース１０に対して移動調整されて、例えば上記音響センサ１５よりベース１０の周囲方向に移動調整される。
【００４２】
最近の太陽電池ウェーハの形状は、四隅が丸く欠けた正方形が多い。本実施例においては一例として、加振部１９は、音響センサ１５から上記正方形の辺におろした垂線上の、外から１／３程度の点を加振しており、好結果を得ている。
【００４３】
この加振部１９は、例えばその先端部に粘弾性を示す素材を含む弾性素材２２が被着され、一旦、支持アーム２０より持ち上げて１ｃｍ程度の高さから落下される。すると、加振部１９は、その弾性素材２２からウェーハ１３の面に衝突されて該ウェーハ１３を加振する。
【００４４】
ここで、加振部１９は、ウェーハ１３を効率的に振動させるために、音響センサ１５よりも端に近いウェーハ１３上に落下させることが好ましい。このように、先端に弾性素材２２を被着した１ｇ程度の軽い加振部１９を、１ｃｍ程度の低い高さ位置からウェーハ１３上に落下させて加振していることで、衝突時に、弾性素材１２がウェーハ１３に衝突することによるストレスを小さく抑えることができるため、その割れや損傷を効果的に防止することができる。
【００４５】
なお、上記加振手段としては、加振部１９をウェーハ下面に設置し、バネ等の手段ではね上げてウェーハ下面に衝突させるように構成したり、例えば弾性素材の小さな球体を用いて、ウェーハ１３上に落下させたり、斜めに発射させてウェーハ１３に当てるように構成したり、あるいは圧電アクチュエータ、ボイスコイル、超音波振動子などを用いて構成することも可能である。
【００４６】
また、上記弾性素材１２，２２は、粘弾性を示す素材でもよく、例えばシリコンゴム、その他のゴム系素材やプラスチック系素材、あるいは液体やゲル状物質を袋などの中に充填したものなどで形成され、音響センサ１５、支柱部材１１、加振部１９とウェーハ１３との間に介在することで、音響センサ１５及び支柱部材１１との間の空気が介入するのを防止した状態でウェーハ１３に対して密着させて対向配置する。
【００４７】
即ち、ウェーハ１３と空気では、音響インピーダンスが大きく異なるため、音響センサ１５とウェーハ１３との間に空気が存在すると、ウェーハ１３に発生した音響信号が、音響センサ１５に効率よく伝わらず、測定効率が低下するが、音響センサ１５とウェーハ１３との間に弾性素材１２が存在されることで、ウェーハ１３との間に空気が進入せず、直接的に密着された状態となる。この結果、音響インピーダンスの不整合を抑制することができ、反射を抑えて高感度な性能が得られると共に、所望の対雑音性が得られて周囲の雑音の影響を受けることがなくなり、振動を効率よく電圧信号に変換することが可能となる。
【００４８】
また、ウェーハ１３を、図４に示すように弾性素材１２を介在させて支柱部材１１と音響センサ１５で挟み込んで保持していることにより、上述したように効率よく振動を電気信号に変換可能なので、ウェーハ１３を挟み込む力を比較的弱くすることが可能となる。この結果、クラック検出時、ウェーハ１３に与えるストレスを小さく抑えることができ、信頼性の高いクラック検出ができる。この支柱部材１１及び音響センサ１５とウェーハ１３との間に介在される弾性素材１２は、例えば支柱部材１１及び音響センサ１５の各端部にそれぞれ被着されて設けられる。
【００４９】
そして、加振部１９に設けた弾性素材２２は、ウェーハ１３の面に落下されて衝突した際、その材質により高調波成分の発生を防止して、音響センサ１５による測定精度を高める働きと、衝突時におけるウェーハ１３の損傷等を防止する働きを奏する。
【００５０】
ここで、音響センサ１５は、例えばＡＥセンサ（圧電素子による超音波センサ）が用いられ、その他、弾性素材１２が介在された状態で接触可能な動電型、静電型、圧電型、ストレインゲージ等が有効である。この結果、音響センサ１５は、弾性素材１２を介してウェーハ１３に密着され、相互間に空気が存在しないことで、上述したように高感度な性能が確保され、しかも、所望の対雑音性が得られて周囲の雑音の影響を受けにくくなり、高精度な測定が実現される。さらに、音響センサの共振周波数が、クラックの存在を示す周波数領域に近いものを使用すれば、より高感度でかつ対雑音性に優れた結果を得ることができる。
【００５１】
上記音響センサ１５は、その出力が、例えば増幅部２３を介して信号処理手段を構成する信号処理部２４に接続され、上記加振部１９をウェーハ１３上に落下させて衝撃を与えた状態で、ウェーハ１３に伝わる振動波形に基づく電圧信号１を増幅部２３に出力する。この増幅部２３は、入力した電圧信号１を増幅して電圧信号２を生成して信号処理部２４に出力する。
【００５２】
信号処理部２４は、音響センサ１５の性能やウェーハ１３の種類に応じて例えばハイパスフィルタやバンドパスフィルタを用いてカットオフ周波数が設定される。即ち、ウェーハ１３は、共振により共振周波数のような主に低い周波数（主に可聴周波数）のみが発生するが、クラックが存在すると、共振周波数よりも高い周波数（主に超音波）が発生することが知られている。そこで、信号処理部２４は、ハイパスフィルタのカットオフ周波数をウェーハの共振周波数よりも高い周波数（主に超音波）、例えば約１ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ程度に設定される。もしくは、ウェーハのクラックにより特徴的に発生する周波数成分を、バンドパスフィルタで抽出するようなことも可能である。
【００５３】
信号処理部２４は、入力した電圧信号２から共振周波数よりも高い周波数を抽出した電圧信号３を、判定手段を構成する判定部２５に出力する。判定部２５は、入力した電圧信号３の時間領域波形の予め定めた時間内において、予め定めた電圧閾値、図５や図６において例えば電圧±１０を越えるポイント数をカウントし、そのポイント数が予め設定した閾値、例えば２０回以上越えたか否かを判定し、図５に示すように閾値を越えない場合、クラック無し、と判定し、図６に示すように閾値を越える場合、クラック有り、と判定する。
【００５４】
上記クラック検出に供するウェーハ１３としては、シリコンウェーハ、太陽電池を構成する半導体の生成された太陽電池ウェーハ、半導体の生成された半導体ウェーハ、或いは、ＳｉＣ、ＧａＮ等の化合物半導体ウェーハのいずれにも有効である。
【００５５】
次に、ウェーハ１３のクラック検出手順について説明する。
【００５６】
先ず、ウェーハ保持ステップでは、ウェーハ１３を支柱部材１１の弾性素材１２上に載置すると共に、その周囲を複数の位置決めピン１４に当接させ、音響センサ１５を、移動機構２８、支持アーム１７を操作して支柱部材１１に対向させて、弾性素材１２を介在させてウェーハ１３の上面に当接させて密着させる。ここで、音響センサ１５及び支柱部材１１は、弾性素材１２が介在されてウェーハ１３の両面を挟んで相互間に空気の進入が阻止された状態で対向配置され、ウェーハ１３を位置決め保持する。
【００５７】
そして、加振ステップでは、加振部１９が上述したようにウェーハ１３上の音響センサ１５よりも端側に対向され、この加振部１９を上述したように所定の高さに持ち上げて、ウェーハ１３上に落下させて、その先端の弾性素材２２から衝突させて加振する。このウェーハ１３を加振した状態で、判定ステップに移行される。
【００５８】
この判定ステップでは、音響センサ１５がウェーハ１３に伝わる振動波形に基づく電圧信号１を検出して増幅部２３に出力し、この増幅部２３において入力した電圧信号１が増幅されて電圧信号２が生成され、この電圧信号２が信号処理部２４に入力される。信号処理部２４は、入力した電圧信号２からウェーハ１３の共振周波数よりも高い周波数の電圧信号３が抽出されて判定部２５に出力される。この判定部２５は、入力した電圧信号３に基づいて上述したようにウェーハ１３のクラックの有無が検出され、このクラックの有無に応じてウェーハ１３の良否が判定される。
【００５９】
上記ウェーハのクラック検出装置を用いてクラック検出が行われたウェーハ１３は、半導体が生成されて、配線やパッケージング等が施され、太陽電池或いは半導体素子が形成される。これにより、良好なウェーハ１３のみを用いて太陽電池或いは半導体素子を製造することが可能となるため、製造した太陽電池或いは半導体素子の歩留まりを向上することができる。
【００６０】
また、上記ウェーハのクラック検出方法によりクラック検出の行われたウェーハ１３は、半導体が生成された後、配線やパッケージング等が施されて太陽電池或いは半導体素子が形成される。これにより、良好なウェーハ１３のみを用いて太陽電池或いは半導体素子を製造することが可能となるため、製造した太陽電池或いは半導体素子の歩留まりを向上することができる。
【００６１】
また、上記ウェーハのクラック検出装置によりクラック検出が行われたウェーハ１３は、太陽電池或いは半導体素子の製造装置を用いて半導体が生成されて、配線やパッケージング等が施されて太陽電池或いは半導体素子が製造される。これにより、良好なウェーハ１３のみを用いて太陽電池或いは半導体素子を製造することが可能となるため、太陽電池或いは半導体素子の製造における歩留まりの向上を図ることができる。
【００６２】
また、上記ウェーハのクラック検出方法による手順でクラック検出が行われたウェーハ１３は、太陽電池或いは半導体素子の製造方法を用いて半導体が生成された後、配線やパッケージング等が施されて太陽電池或いは半導体素子が製造される。これにより、良好なウェーハ１３のみを用いて太陽電池或いは半導体素子を製造することが可能となるため、太陽電池或いは半導体素子の製造における歩留まりの向上を図ることができる。
【００６３】
なお、上記実施の形態では、増幅部２３を信号処理部２４と別体に配置するように構成した場合について説明したが、これに限ることなく、その他、音響センサ１５の出力が信号処理に必要な所望の出力電圧を有する場合や、信号処理部２４に増幅機能を備えるように構成した場合には、増幅器２３を、別体に設けることなく構成することも可能で、同様に有効な効果が期待される。
【００６４】
また、上記実施の形態では、電圧信号を用いて電圧閾値を超える回数によってウェーハ１３の良否を判定するように構成した場合について説明したが、これに限ることなく、その他、例えばフーリエ変換等により周波数解析を実行して、その周波数成分に基づきウェーハ１３の良否を判定するように構成することも可能である。
【００６５】
そして、電圧閾値を超える回数以外に平均値検波や実効値検波を行い、所定の時定数で平滑化した結果、あるいはピークホールド等の結果を用いて、その大きさで良否の判定を行い、あるいはこれらの積分値が一定以上となった状態で不良を判定するように構成することも可能である。
【００６６】
さらに、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、例えば図７に示すようにベース１０に一対の音響センサ１５１，１５１を対向配置して、この一対の音響センサ１５１，１５１でウェーハ１３を挟み込んで位置決め保持してクラック検出を行うように構成することも可能である。但し、この図７の説明においては、便宜上、上記図１乃至図４と同一部分について、同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００６７】
即ち、この実施の形態では、一対の音響センサ１５１，１５１の一方が、その弾性素材１２が被着された先端部を上にしてベース１０上に立設する如く設けられる。そして、音響センサ１５１，１５１の他方は、同様に対向配置される先端部に弾性素材１２が被着され、その弾性素材１２を下に向けた状態で、上記支持アーム１４を介して他方に対応して移動自在に設けられる。
【００６８】
この音響センサ１５１，１５１は、その一方の弾性素材１２上にウェーハ１３の一方の面が載置され、このウェーハ１３の他方の面に対して該音響センサ１５１，１５１の他方が移動調整されて、その弾性素材１２が密着されることにより、双方で該ウェーハ１３を挟み込んで位置決め保持する。この状態で、ウェーハ１３は、上述したように加振部１９を用いて加振され、例えば双方の音響センサ１５１，１５１でウェーハ１３に伝わる振動波形に基づく電圧信号を測定し、同様にクラック検出が行われる。
【００６９】
そして、この実施の形態においては、例えば音響センサ１５１，１５１の一方で電圧信号の測定が困難な状態でもウェーハ１３の不良を判定することも可能となり、検出の多様化が図れることで、さらに良好な効果が期待される。または、音響センサ１５１，１５１出力のいずれか一方、もしくは両方に基づいて判定を行うことにより、判定の信頼性を向上させることも可能である。
【００７０】
また、この発明は、図８に示すように、弾性素材１２を被着した音響センサ１５２をベース１０上に立設する如く設け、真空吸着パッド２６を用いてウェーハ１３の中心部位が音響センサ１５２上に位置するように搬送し、真空吸着パッド２６と音響センサ１５２を対向して当接させることによってウェーハ１３を位置決め保持するように構成してもよい。ここで真空吸着パッド２６先端のウェーハ１３に接する部位にも弾性素材１２が設けられており、他の実施形態と同様の効果を奏している。
【００７１】
特に半導体が形成されたウェーハにあっては、下記に説明される更に他の実施の形態のように半導体ウェーハが保持され、加振されることが好ましい。
【００７２】
ウェーハ１３は、その表面側に半導体が微細プロセスで作り込まれている。従って、このようなウェーハ１３の表面側１３Ａは、図９に斜線で示すような半導体が形成され、損傷を受けやすい半導体形成領域１３−１及びこの半導体形成領域１３−１を囲む周辺の半導体が正常に形成されない周辺領域１３−２を有するように製造される。この表面１３Ａの側の半導体形成領域１３−１にあっては、支柱部材１１、音響センサ１５或いは加振部１９が弾性素材１２、２２を介してであっても接触することは好ましくなく、ウェーハ１３の表面側においては、弾性素材１２、２２を介してその周辺領域１３−２のみが接触されるように支柱部材１１、音響センサ１５或いは加振部１９が配置されることが好ましい。また、ウェーハ１３の裏面１３Ｂの側は、半導体基板そのもの或いはこの半導体基板に層構造が形成されるのみであることから、損傷を受ける虞がなく、表面１３Ａの側に代えて裏面１３Ｂの側が支柱部材１１、音響センサ１５或いは加振部１９が弾性素材１２、２２を介して接触させても良い。更に、ウェーハ１３の側端面も周辺領域１３−２に連接される領域であり、同様に支柱部材１１或いは音響センサ１５を弾性素材１２、２２を介して接触させて保持しても良い。
【００７３】
このようなウェーハ１３の構造上の特性を前提とした種々の実施の形態について図１０から図１６（ａ）及び（ｂ）を参照して以下に説明する。ここで、図１０から図１６（ａ）及び（ｂ）に示す弾性素材１２、２２、支柱部材１１、音響センサ１５或いは加振部１９は、図１に示すウェーハのクラック検出装置に備えられることを前提としていることから、その装置の詳細は既に述べた実施の形態を参照されたい。また、以下の実施の形態及び図１０から図１６（ａ）及び（ｂ）においては、既に述べた実施の形態で用いたと同一に符号を用い、その詳細な説明を省略することから、その詳細に関しては、同様に既に述べた実施の形態を参照されたい。
【００７４】
図１０に示される実施の形態では、ウェーハ１３は、その裏面１３Ｂ側が弾性素材１２を介して音響センサ１５に接触するように音響センサ１５上に載置され、その表面１３Ａの側の周辺領域１３−２が弾性素材１２を介して支柱部材１１に接触されてウェーハ１３に適度な支持圧が付されて移動不能に支持されている。そして、このウェーハ１３には、その裏面１３Ｂの側に配置された加振部１９(図示せず）から矢印で示すように上方に向けて加振圧が与えられてウェーハ１３に振動が与えられる。このウェーハ１３の加振によって既に説明したと同様にウェーハ１３のクラックの有無が検出される。
【００７５】
尚、図１０における支持構造においては、支柱部材１１からウェーハ１３に与えられる支持圧はウェーハ１３自体に生じているクラックを拡大しないように最適な支持圧に調整されることが好ましい。また、加振部１９は、ウェーハ１３の裏面１３Ｂの側から加振することから、加振部１９の落下による加振を採用することはできず、バネ等の手段によって加振部１９を衝突させる等の構造或いは既に述べた圧電アクチュエータ等の電気機械的な加振素子で構成することができる。更に、図１０における支持構造においては、ウェーハ１３の自重のみで音響センサ１５がウェーハ１３を支持することが可能で、加振がウェーハ１３の移動を生じさせない場合には、支柱部材１１が設けられなくとも良い。この構造では、外部からの振動でウェーハ１３が音響センサ１５から外れて落下する虞があることから、図１に示す位置決めピン１４が設けられ、ウェーハ１３の音響センサ１５上での移動が阻止されることが好ましい。更に、位置決めピン１４と共に或いは位置決めピン１４に代えて、ウェーハ１３のずれ或いは傾きを防止する為に、ウェーハ１３の側面或いは裏面に非接触のストッパーを設けても良い。
【００７６】
図１０に示された保持加振構造では、音響センサ１５がウェーハ１３の裏面１３Ｂ側の中央領域に配置されているが、図１１に示されるように支柱部材１１に対向するように音響センサ１５が配置されてもよい。この図１１における保持加振構造では、一例として３つの音響センサ１５上に弾性素材１２を介してウェーハ１３が載置され、この３つの音響センサ１５の端面に対向するように支柱部材１１が弾性素材１２を介してウェーハ１３に接触され、このウェーハ１３を３点支持するように音響センサ１５及び支柱部材１１が配置される。この配置構造においてもウェーハ１３に与えられる保持力（支持力）は、好ましくは、加振の際にあってもウェーハ１３中に生じているクラックを拡大しないように調整されている。この観点から音響センサ１５及び支柱部材１１がウェーハ１３を支持する端面は、略同型同面積に形成されていることが好ましい。
【００７７】
尚、図１１に示される保持加振構造では、複数の音響センサ１５にウェーハ１３が載置されているが、少なくとも１つの音響センサ１５及び音響センサ１５に代えた音響センサ１５と略同型の載置用の支持体(図示せず）がウェーハ１３の下方に配置され、ウェーハ１３が少なくとも１つの音響センサ１５及びこの載置用の支持体(図示せず）に弾性素材１２を介して載置されても良い。音響センサ１５は、ウェーハ１３のクラック検出に最適な数が最適に位置に配置されることが好ましい。また、図１１に示される保持加振構造では、ウェーハ１３の下方からウェーハ１３を加振することによって既に説明したと同様にウェーハ１３のクラックの有無が検出される。更に、図１１における支持構造においても、ウェーハ１３の自重のみで音響センサ１５がウェーハ１３を支持することが可能で、加振がウェーハ１３の移動を生じさせない場合には、表面１３Ａ側の支柱部材１１が設けられなくとも良い。この構造では、外部からの振動でウェーハ１３が音響センサ１５から外れて落下する虞があることから、同様に図１に示す位置決めピン１４が設けられ、ウェーハ１３の音響センサ１５上での移動が阻止されることが好ましい。更に、位置決めピン１４と共に或いは位置決めピン１４に代えて、ウェーハ１３のずれ或いは傾きを防止する為に、ウェーハ１３の側面或いは裏面に非接触のストッパーを同様に設けても良い。
【００７８】
図１０及び図１１においては、ウェーハ１３を保持(支持）する支柱部材１１がウェーハ表面１３Ａの側の周辺領域１３−２に弾性素材１２を介して接触され、音響センサ１５がウェーハ裏面１３Ｂの周辺領域に配置されているが、図１２に示すようにウェーハ１３の側端面１３Ｃが対向する音響センサ１５に弾性素材１２を介して圧接され、対向する音響センサ１５間に支持されても良い。図１２に示される圧接支持構造にあっては、対向する音響センサ１５でウェーハ１３を支持するに代えて、例えば３つの音響センサ１５がウェーハ１３の側端面１３Ｃの周囲３点で弾性素材１２を介して接触され、ウェーハ１３を圧接支持しても良い。
【００７９】
図１２の保持構造(支持構造）では、音響センサ１５の端部は、平坦に形成され、この平坦部に設けた平坦な弾性素材１２でウェーハ１３を圧接支持しているが、図１３に示されるように音響センサ１５の端部がウェーハ１３の側端を受け入れ可能な凹部に形成され、この凹部内に設けた弾性素材１２の弾性層で図１２と同様にウェーハ１３を圧接支持しても良い。また、図１４に示されるように音響センサ１５の端部には、ウェーハ１３の裏面１３Ｂの周辺及びその側端を接触支持可能なように段部(ステップ）に形成され、この段部(ステップ）内に設けた弾性素材１２のＬ字型の弾性層で音響センサ１５が図１２と同様にウェーハ１３を圧接支持しても良い。
【００８０】
図１２から図１４に示す保持構造(支持構造）の説明では、加振に関しての説明を省略しているが、既に図１０を参照して説明したように下方から加振すれば、既に説明したと同様に音響センサ１５で音響振動が検出されてウェーハ１３のクラックの有無が検出される。
【００８１】
尚、図１２から図１４に示す保持構造(支持構造）では、少なくとも１つの音響センサ１５及び音響センサ１５に代えた支持部１１でウェーハ１３が保持され、1つの音響センサ１５で音響振動が検出されてウェーハ１３のクラックの有無が検出されても良い。ここで、図９に示すような円盤形状を有し、その一部が直線的に切欠された切欠部１３Ｄを有するウェーハ１３にあっては、この切欠部１３Ｄの直線状端部に少なくとも１つの音響センサ１５が音響振動検出の為に接触されることが好ましい。また、図１２から図１４に示す保持構造(支持構造）おいて、全ての音響センサ１５に代えた支持部１１でウェーハ１３が保持され、別途ウェーハ１３の振動を検出する音響センサ１５が図１０或いは図１１と同様に配置されてこの独立に設けられた音響センサ１５で音響振動が検出されてウェーハ１３のクラックの有無が検出されても良い。
【００８２】
図１０〜図１４の保持加振構造では、ウェーハ１３の表面１３Ａの側が上方に向けられていることを前提としているが、ウェーハ１３の裏面１３Ｂの側が上方に向けられ、回路素子が形成されているウェーハ１３の表面１３Ａの側が下方に向けられても良い。そして、このウェーハ１３の裏面１３Ｂの側（ウェーハ１３の上方側）からウェーハ１３が加振部１９によって加振され、ウェーハ１３の側端に設けた音響センサ１５から音響振動が検出されても良い。
【００８３】
また、図１５に示すように、ウェーハ１３の側端が一例として３つの支持部材４１で３点支持され、ウェーハ１３の裏面１３Ｂの側（ウェーハ１３の上方側）からウェーハ１３が加振部１９によって加振され、音響振動が検出されても良い。ウェーハ１３の裏面１３Ｂの側（ウェーハ１３の上方側）からウェーハ１３が加振される場合には、図１を参照して説明したように加振部１９が落下されてウェーハ１３を加振させることができる。
【００８４】
更に他の実施の形態として図１６（ａ）及び（ｂ）に示すように音響センサ１５の上部に支持材３１が追加され、この支持材３１上にウェーハ１３が載置されても良い。図１６に示す保持構造では、支持材３１は、一例としてリング状の保持接触部３１Ａを有し、このリング状の保持接触部３１Ａが支柱部３１Ｂで支持されて音響センサ１５の上部に固定されている。ウェーハ１３の裏面１３Ｂが保持接触部３１Ａに接触された状態でウェーハ１３の裏面１３Ｂの側からウェーハ１３が加振される。ウェーハ１３が保持接触部３１Ａ上から移動しないように加振圧が調整されて加振部１９(図示せず）からウェーハ１３に加振圧が与えられることが好ましい。この加振によってウェーハ１３に生ずる音響振動は、支持材３１を介して音響センサ１５に伝達されて音響振動がこの音響センサ１５で検出される。図１６（ａ）及び（ｂ）に示す支持材３１の保持接触部３１Ａは、リング状に限らず他の形状、例えば、矩形状或いは凹面状であってもよく、また、支持材３１が保持接触部３１Ａを備えず、複数の支持材３１の延出端が自由端に形成され、この複数の自由端上にウェーハ１３が載置されても良い。支柱材１１が細い場合は、少なくとも３本の支持材３１が用意されることによってこの３本の支持材３１の自由端でウェーハ１３を支持することができる。支持材３１は、ウェーハ１３を３点支持する為の３本に限らず、３本以上であれば、安定してウェーハ１３を支持することができる。
【００８５】
図１から図１６の説明において、弾性素材１２、２２が支柱部材１１或いは音響センサ１５とウェーハ１３との間に設けられる例について説明したが、ウェーハ１３の裏面１３Ｂ側あるいは周辺領域１３−２部分に多少の傷等が生じても支障がない場合には、この弾性素材１２、２２は、省略されても良い。音響センサ１５及びウェーハ１３が共に十分な平坦性を有し、これらの間にほとんど空気層を有すること無く密着していれば、ウェーハ１３に発生した音響信号は十分に効率よく音響センサ１５に伝わるので、振動を効率よく電圧信号に変換することが可能である。
【００８６】
よって、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。
【００８７】
例えば実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【００８８】
１０…ベース、１１…支柱部材、１２，２２…弾性素材、１３…ウェーハ、１４…位置決めピン、１５，１５１，１５２…音響センサ、１７…支持アーム、１８…移動機構、１９…加振部、２０…支持アーム、２１…移動機構、２３…増幅部、２４…信号処理部、２５…判定部、２６…真空吸着パッド。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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