(57)【要約】【課題】検査工程および検査装置の構成を複雑化させることなく、検査対象物の表面に存在する凹凸などの欠陥を検出する精度を向上させることができる表面検査方法および表面検査装置を提供する【解決手段】検査対象物２の表面８に照明光７を照射するライン照明装置６と、照明光７の検査対象物２の表面８からの正反射光１２を受光するＣＣＤカメラ１４と、検査対象物２とＣＣＤカメラ１４との間に配置され、ＣＣＤカメラ１４に入射する正反射光１２の一部を遮光する遮光部１８と、ＣＣＤカメラ１４によって受光した正反射光１２のうち、周辺部に位置する光３２から得られた輝度情報に基づいて検査対象物２の表面８における凹凸の有無を判定する画像処理部２５と、を備えたものである。【選択図】      図１
2011169733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物の表面に照明光を照射する照射工程と、
前記照明光の前記表面からの反射光の一部を遮光し、遮光されなかった反射光を受光する受光工程と、
前記受光工程において受光した前記反射光のうち、周辺部に位置する光から得られた光情報に基づいて前記表面における欠陥の有無を判定する判定工程と、
を備えた表面検査方法。
【請求項２】
照明光は、長手方向に対して一様な光強度の分布を持つライン状の照明光であり、
判定工程は、反射光の長手方向における光情報の変化を検出することにより、検査対象物の表面における欠陥の有無を判定することを特徴とする請求項１記載の表面検査方法。
【請求項３】
光情報は、光の明るさであり、
判定工程は、前記明るさが所定の閾値を下回った箇所に欠陥が存在すると判定することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の表面検査方法。
【請求項４】
検査対象物に対して照明光の照射位置を相対的に移動させる移動工程を備え、
受光工程は、検査対象物に対する照明光の照射位置の相対的な位置情報を取得し、前記位置情報に基づいて反射光を取り込むことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の表面検査方法。
【請求項５】
検査対象物は、太陽電池セルであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の表面検査方法。
【請求項６】
検査対象物の表面に照明光を照射する照明装置と、
前記照明光の前記表面からの反射光を受光する受光素子と、
前記検査対象物と前記受光素子との間に配置され、前記受光素子に入射する前記反射光の一部を遮光する遮光部と、
前記受光素子によって受光した前記反射光のうち、周辺部に位置する光から得られた光情報に基づいて前記表面における欠陥の有無を判定する判定部と、
を備えた表面検査装置。
【請求項７】
照明装置は、長手方向に対して一様な光強度の分布を持つライン状の照明光を出射するライン照明装置であり、
判定部は、反射光の長手方向における光情報の変化を検出することにより、検査対象物の表面における欠陥の有無を判定することを特徴とする請求項６記載の表面検査装置。
【請求項８】
光情報は、光の明るさであり、
判定部は、前記明るさが所定の閾値を下回った箇所に欠陥が存在すると判定することを特徴とする請求項６または請求項７のいずれかに記載の表面検査装置。
【請求項９】
検査対象物に対して照明光の照射位置を相対的に移動させる移動部を備え、
検査対象物に対する照明光の照射位置の相対的な位置情報を取得し、前記位置情報に基づいて受光素子に反射光を取り込むことを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれか１項に記載の表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、平滑な表面を有する物体の表面に存在する傾斜が非常に緩やかな凹凸などの欠陥を検査する表面検査方法および表面検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の表面検査装置では、平行な光ビームを形成する光学系を備え、この光学系によって形成された平行な光ビームを検査対象物である基板表面に照射し、光ビームの基板表面からの正反射光を、基板表面の凹凸が濃淡映像として撮像できる高感度のＣＣＤカメラによって検出していた。そして、ＣＣＤカメラの各素子から出力されるアナログ映像信号は微分回路によって微分され、得られた微分映像信号はＡ／Ｄ変換・フレームメモリによってデジタル化され、ここで得られたデジタル映像信号が画像処理プロセッサによって処理されることにより基板表面の凹凸を検出していた。（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】特許第２９２３８０８号公報（第２〜４頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような表面検査装置にあっては、基板表面に存在する凹凸の傾斜が非常に緩やかであり、凹凸の有無による正反射光の方向変化が微小であるため、ＣＣＤカメラから得られる濃淡映像から基板表面に存在する凹凸を検出するためには、高感度のＣＣＤカメラを用いた上に、微分回路によってＣＣＤカメラから出力される映像信号を微分して濃淡の変化を強調する必要があった。このように、基板表面に存在する凹凸を検出する精度を向上させるためには、受光素子自体の高性能化や、受光素子から得られる信号を信号処理する方法を工夫するなどの必要があり、検査工程および検査装置の構成が複雑化するという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、検査工程および検査装置の構成を複雑化させることなく、検査対象物の表面に存在する凹凸などの欠陥を検出する精度を向上させることができる表面検査方法および表面検査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】
この発明に係る表面検査方法は、検査対象物の表面に照明光を照射する照射工程と、照明光の検査対象物の表面からの反射光の一部を遮光し、遮光されなかった反射光を受光する受光工程と、受光工程において受光した反射光のうち、周辺部に位置する光から得られた光情報に基づいて検査対象物の表面における欠陥の有無を判定する判定工程と、を備えたものである。
【０００７】
また、この発明に係る表面検査装置は、検査対象物の表面に照明光を照射する照明装置と、照明光の検査対象物の表面からの反射光を受光する受光素子と、検査対象物と受光素子との間に配置され、受光素子に入射する反射光の一部を遮光する遮光部と、受光素子によって受光した反射光のうち、周辺部に位置する光から得られた光情報に基づいて検査対象物の表面における欠陥の有無を判定する判定部と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る表面検査方法によれば、検査対象物の表面に照明光を照射する照射工程と、照明光の検査対象物の表面からの反射光の一部を遮光し、遮光されなかった反射光を受光する受光工程と、受光工程において受光した反射光のうち、周辺部に位置する光から得られた光情報に基づいて検査対象物の表面における欠陥の有無を判定する判定工程と、を備えたことにより、検査工程を複雑化させることなく、検査対象物の表面に存在する凹凸などの欠陥を検出する精度を向上させることができる。
【０００９】
また、この発明に係る表面検査装置によれば、検査対象物の表面に照明光を照射する照明装置と、照明光の検査対象物の表面からの反射光を受光する受光素子と、検査対象物と受光素子との間に配置され、受光素子に入射する反射光の一部を遮光する遮光部と、受光素子によって受光した反射光のうち、周辺部に位置する光から得られた光情報に基づいて検査対象物の表面における欠陥の有無を判定する判定部と、を備えたことにより、検査装置の構成を複雑化させることなく、検査対象物の表面に存在する凹凸などの欠陥を検出する精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１における表面検査装置を示す概略構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるＣＣＤカメラの受光面に正反射光が照射される様子を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１における表面検査方法を示すフローチャートである。
【図４】遮光部を備えない場合の検査対象物の表面からの正反射光のうち中央部に位置する光の様子を示す光路図であり、（ａ）は検査対象物の表面に凹凸が存在しない場合、（ｂ）は検査対象物の表面に凹凸が存在する場合を示す光路図である。
【図５】この発明の実施の形態１における遮光部を備えた表面検査装置を用いた場合の検査対象物の表面からの正反射光のうち中央部に位置する光の様子を示す光路図であり、（ａ）は検査対象物の表面に凹凸が存在しない場合、（ｂ）は検査対象物の表面に凹凸が存在する場合を示す光路図である。
【図６】この発明の実施の形態１における検査対象物の表面からの正反射光のうち周辺部に位置する光の様子を示す光路図であり、（ａ）は検査対象物の表面に凹凸が存在しない場合、（ｂ）は検査対象物の表面に凹凸が存在する場合を示す光路図である。
【図７】この発明の実施の形態１における単結晶シリコン太陽電池セルの受光面をＣＣＤカメラによって観測した結果を示す写真であり、（ａ）は遮光部を備えた表面検査装置で凹凸の存在しない平滑な面を観測した場合、（ｂ）は遮光部を備えた表面検査装置で凸部が存在する面を観測した場合、（ｃ）は遮光部を備えない表面検査装置で凸部が存在する面を観測した場合の写真である。
【図８】この発明の実施の形態１における単結晶シリコン太陽電池セルの受光面をＣＣＤカメラによって観測した結果を示す写真と、観測した凸部の形状の対応を示す図であり、（ａ）は観測結果を示す写真、（ｂ）は凸部の上面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。
【図９】この発明の実施の形態１における単結晶シリコン太陽電池セルの受光面をＣＣＤカメラによって観測した結果を示す写真と、その輝度変化を示す状態図であり、（ａ）は観測結果を示す写真、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面における輝度変化、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面における輝度変化を模式的に示す状態図である。
【図１０】この発明の実施の形態１における単結晶シリコン太陽電池セルの受光面をＣＣＤカメラによって観測した結果を示す写真と、その輝度変化を示す状態図であり、（ａ）は観測結果を示す写真、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面における輝度変化を模式的に示す状態図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
まず、この発明の実施の形態１における表面検査装置１について説明する。図１は、この発明の実施の形態１における表面検査装置１を示す概略構成図である。
【００１２】
図１において、検査対象物２が移動ステージ３上に載置されて固定されている。そして、ライン照明装置６から出射したライン状の照明光７が、検査対象物２の表面８に照射される。照明光７の検査対象物２の表面８からの正反射光１２は、レンズ１３によって集光され、ＣＣＤカメラ１４によって受光される。レンズ１３とＣＣＤカメラ１４の間には遮光部１８が配置され、正反射光１２の一部を遮光し、正反射光１２のうち遮光部１８によって遮光されなかった光がＣＣＤカメラ１４に受光されるようになっている。ＣＣＤカメラ１４および移動ステージ３は、制御コンピュータ１９に接続されており、ＣＣＤカメラ１４にはディスプレイ２０が接続されている。
【００１３】
移動ステージ３としては、例えば、駆動用モータを有し、検査対象物２を載置する面と平行な平面において自在に移動可能なＸＹステージが用いられる。この移動ステージ３の移動は、制御コンピュータ１９の制御部２４によって制御されている。
【００１４】
ライン照明装置６は、例えば、スリット状の開口を持つライトガイドを備えた照明装置や、バー状の発光ダイオードなどが用いられ、その長手方向が図１において紙面垂直方向に延びるように配置されている。ライン照明装置６から出射したライン状の照明光７は、入射角θで検査対象物２の表面８に照射される。この照明光７は長手方向に対して一様な光強度の分布を持つことが好ましい。入射角θは２０〜３０°程度であるのが好ましい。尚、ライン照明装置６から出射する照明光７は平行光ではなく、平行光を生成する光学系も備えていない。
【００１５】
ＣＣＤカメラ１４は、２次元の画像を撮像できるものであり、照明光７の検査対象物２の表面８からの正反射光１２を受光するように配置されている。このＣＣＤカメラ１４は、シャッター機能を有し、制御コンピュータ１９の制御部２４から出力される画像取込信号によって、シャッターを一定時間開き、正反射光１２を取り込む。シャッター機能を用いることにより、撮像のたびに移動ステージ３を停止することなく、移動ステージ３を移動させながらの撮像が可能となる。そして、ＣＣＤカメラ１４では、受光した正反射光１２の輝度情報を得て、これをデジタル変換した後、画像信号として、ディスプレイ２０および制御コンピュータ１９の画像処理部２５へ出力する。
【００１６】
遮光部１８としては、例えば、虹彩絞りやスリットなどが用いられ、照明光７の検査対象物２の表面８からの正反射光１２の一部を遮光するように配置されている。これにより、ＣＣＤカメラ１４へは、正反射光１２のうち、遮光部１８によって遮光されなかった光が届くこととなる。遮光部１８の開口の大きさは、小さくした方が検出精度は上がるが、小さくし過ぎると光の回折の影響によって画像がぼけるため、回折の影響が出ない程度に小さくすることが好ましい。尚、スリットを用いる場合は、スリットの開口の長手方向が図１において紙面垂直方向となるように配置する。
【００１７】
尚、ここでは、遮光部１８をレンズ１３とＣＣＤカメラ１４の間に配置したが、検査対象物２とレンズ１３の間に配置してもよい。また、ライン照明装置６と検査対象物２の間には、照明光７を集光するレンズを配置していないが、配置してもよい。さらに、照明光７や正反射光１２の光路を曲げるミラーを適宜配置してもよい。ミラーを配置して照明光７や正反射光１２の光路を曲げることにより、必ずしも入射角θや反射角θの方向にライン照明装置６やＣＣＤカメラ１４を配置しなくともよくなる。
【００１８】
以下では図１に示すように、遮光部１８が虹彩絞りやスリットなどのような、回転対称や線対称な開口形状を持つ場合について説明するが、非対称な開口形状のものや、片側から光を遮光する遮光板のようなものを用いても同様の効果を得ることができる。
【００１９】
制御コンピュータ１９は、制御部２４、画像処理部２５、記憶部２６を備えている。
【００２０】
制御部２４は、移動ステージ３を制御するとともに、移動ステージ３の位置情報を取得する。そして、あらかじめ記憶部２６に保存しておいた撮像位置の情報を読み出し、検査対象物２が設定された撮像位置に来たときに、ＣＣＤカメラ１４に対して画像取込信号を出力する。さらに、ＣＣＤカメラ１４に対して画像取込信号を出力したときの移動ステージ３の位置情報を記憶部２６に出力する。
【００２１】
画像処理部２５は、ＣＣＤカメラ１４で受光した正反射光１２の輝度情報を画像信号として受け取り、画像処理によって輝度の変化を検出する。そして、この輝度の変化と記憶部２６に保存された判定条件とを比較して、検査対象物２の表面８における凹凸の有無を判定する。この判定結果は、記憶部２６に保存されるとともに、ディスプレイ２０にも表示される。
【００２２】
画像処理を行う際は、ＣＣＤカメラ１４で受光した正反射光１２のうち、周辺部に位置する光から得られた輝度情報に着目する。図２は、この発明の実施の形態１におけるＣＣＤカメラ１４の受光面３０に正反射光１２が照射される様子を示す図である。
【００２３】
図２に示すように、ＣＣＤカメラ１４の受光面３０には、ライン状の正反射光１２が照射されることとなる。画像処理部２５は、受光面３０が受光した正反射光１２のうち、正反射光１２の長手方向と垂直な方向において、中央部に位置する光３１ではなく、周辺部に位置する光３２から得られた輝度情報に着目する。そして、周辺部に位置する光３２から得られた輝度情報の、正反射光１２の長手方向における変化を画像処理により検出し、記憶部２６に保存された判定条件と比較して、検査対象物２の表面８における凹凸の有無を判定する。
【００２４】
記憶部２６には、検査対象物２を撮像する撮像位置の情報および凹凸の有無の判定に用いる判定条件が保存されており、それぞれ制御部２４および画像処理部２５に読み出される。さらに、制御部２４がＣＣＤカメラ１４に対して画像取込信号を出力したときの移動ステージ３の位置情報および画像処理部２５における判定結果が併せて保存され、凹凸が検査対象物２の表面８において、どの箇所で検出されたかが分かるようになっている。
【００２５】
ディスプレイ２０には、ＣＣＤカメラ１４で撮像した画像および画像処理部２５における判定結果が表示され、検査の様子を作業員が確認できるようになっている。このとき、凹凸が検査対象物２の表面８において、どの箇所で検出されたかについても表示することが好ましい。
【００２６】
検査対象物２としては、例えばガラス基板や半導体ウェハなどが挙げられるが、ここでは、一例として単結晶シリコン太陽電池セルを検査対象物２とする場合について説明する。単結晶シリコン太陽電池セルは、大きさが例えば１００ｍｍ×５０ｍｍ程度であり、その受光面は非常に平滑であることが求められる。しかし、単結晶シリコン太陽電池セルの製造過程において、その受光面に傾斜が非常に緩やかな凹凸が生じることがある。この凹凸の大きさは、例えば長さ５〜１０ｍｍに対する凹凸量が１μｍ以下であり、従来、検出が困難であった。
【００２７】
次に、この発明の実施の形態１における表面検査装置１を用いて、上述のような傾斜が非常に緩やかな凹凸を検出する方法について説明する。図３は、この発明の実施の形態１における表面検査方法を示すフローチャートである。
【００２８】
まず、移動ステージ３上に検査対象物２を載置、固定し、検査を開始する。尚、検査対象物２を撮像する撮像位置と、凹凸の有無を判定する判定条件については、あらかじめ記憶部２６に入力して保存しておく。
【００２９】
次に、照射工程について説明する。ライン照明装置６を点灯させ、照明光７を入射角θで検査対象物２の表面８に、単結晶シリコン太陽電池セルを検査対象物２とする場合は、その受光面に照射する（Ｓ１）。ここで、ライン状の照明光７は、その長手方向に対して一様な光強度の分布を持つものとする。
【００３０】
次に、移動工程について説明する。制御コンピュータ１９の制御部２４によって制御され、移動ステージ３が照明光７の長手方向と垂直な方向に移動を開始する（Ｓ２）。このとき、ライン照明装置６は固定されたままであるため、移動ステージ３が移動することによって照明光７が検査対象物２の表面８上を走査されることとなる。尚、照明光７が検査対象物２の表面８上を走査し終わるまで移動ステージ３は停止させない。
【００３１】
次に、受光工程について説明する。制御コンピュータ１９の制御部２４は、移動ステージ３の位置情報を取得し、照明光７と検査対象物２との位置関係を把握する。そして、あらかじめ記憶部２６に入力しておいた撮像位置の情報を読み出し、移動ステージ３の位置情報と照らし合わせて、検査対象物２が設定された撮像位置に到着したかどうかを判断する（Ｓ３）。
【００３２】
検査対象物２が撮像位置に到着すると、制御部２４から画像取込信号がＣＣＤカメラ１４に対して出力され、ＣＣＤカメラ１４のシャッターが切られる。このとき、照明光７の検査対象物２の表面８からの正反射光１２の一部が遮光部１８によって遮光され（Ｓ４）、正反射光１２のうち遮光されなかった光をＣＣＤカメラ１４が受光する（Ｓ５）。
【００３３】
ＣＣＤカメラ１４は、受光した正反射光１２の輝度情報を得て、これをデジタル変換した後、画像信号として、ディスプレイ２０および制御コンピュータ１９の画像処理部２５へ出力する。
【００３４】
尚、Ｓ４の工程はＳ３とＳ５の間に行うことに限ることはなく、Ｓ１とＳ２の間、Ｓ２とＳ３の間に行ってもよい。
【００３５】
次に、判定工程について説明する。ＣＣＤカメラ１４から画像信号を受け取った制御コンピュータ１９の画像処理部２５は、ＣＣＤカメラ１４で受光した正反射光１２のうち、周辺部に位置する光３２から得られた輝度情報に着目する。つまり、周辺部に位置する光３２から得られた輝度情報の、正反射光１２の長手方向における変化を画像処理により検出する。そして、この輝度の変化と記憶部２６に保存された判定条件とを比較して、検査対象物２の表面８における凹凸の有無を判定する（Ｓ６）。判定結果は、記憶部２６に保存され、ディスプレイ２０にも表示される。
【００３６】
尚、ここでは検査対象物２の表面８における凹凸の有無を画像処理によって判定したが、ディスプレイ２０に表示される画像を作業員が目視して判定してもよい。
【００３７】
この後、検査対象物２の表面８の全面を検査し終わったか否かの判断を行う（Ｓ７）。全面の検査が完了していない場合は、次の撮像位置に到着すると（Ｓ３）、以下の工程を繰り返す。全面の検査が完了すると、検査を終了する。
【００３８】
尚、ここでは、全面の検査が完了すると検査終了としたが、全面の検査が完了する前であっても、検査対象物２の品質に致命的な影響を与えるような凹凸が発見された場合は途中で検査を終了するようにしてもよい。
【００３９】
次に、遮光部１８を備えて正反射光１２の一部を遮光することによって検査対象物２の表面８における凹凸の検出精度が向上することについて説明する。
【００４０】
図４は、遮光部１８を備えない場合の検査対象物２の表面８からの正反射光１２のうち中央部に位置する光３１の様子を示す光路図であり、（ａ）は検査対象物２の表面８に凹凸が存在しない場合、（ｂ）は検査対象物２の表面８に凹凸が存在する場合を示す光路図である。図５は、この発明の実施の形態１における遮光部１８を備えた表面検査装置１を用いた場合の検査対象物２の表面８からの正反射光１２のうち中央部に位置する光３１の様子を示す光路図であり、（ａ）は検査対象物２の表面８に凹凸が存在しない場合、（ｂ）は検査対象物２の表面８に凹凸が存在する場合を示す光路図である。
【００４１】
尚、図４および図５では、紙面垂直方向が、ライン状の正反射光１２の長手方向と一致している。また、ここでは説明のため、検査対象物２の表面８に凹凸が存在しないと仮定したときに入射角θ＝０°となるように照明光７を照射した場合を示している。さらに、凹凸の傾斜を実際よりも大きく示している。
【００４２】
まず、遮光部１８を備えない場合について説明する。検査対象物２の表面８に凹凸が存在しない場合は、図４（ａ）に示すように、正反射光１２のうち中央部に位置する光３１に着目すると、正反射光１２が最も強い方向３６ａは表面８と垂直な方向になる。そして、正反射光１２はレンズ１３によって集光され、ＣＣＤカメラ１４の受光面３０に届く光の範囲３７ａは、図４（ａ）に示すように実線で囲まれる範囲となる。
【００４３】
検査対象物２の表面８に凹凸が存在する場合は、ＣＣＤカメラ１４の受光面３０に届く光の範囲３７ａは変わらないが、図４（ｂ）に示すように、凹凸によって表面８が傾斜するため、正反射光１２が最も強い方向３６ｂが傾く。これにより、凹凸が存在しない場合よりも、ＣＣＤカメラ１４で受光する光の輝度が小さくなる。
【００４４】
このため、凹凸の有無によってＣＣＤカメラ１４で受光する光の輝度に差が生じ、この輝度の差を検出することによって凹凸の有無を判定することができる。しかし、凹凸の傾斜が非常に緩やかであるため、正反射光１２の方向変化が微小となり、輝度の差は非常に小さいものとなる。凹凸の検出精度を向上させるためには、凹凸の有無によるＣＣＤカメラ１４の受光面３０に届く光の輝度の差を大きくする必要がある。
【００４５】
次に、遮光部１８を備えて正反射光１２の一部を遮光した場合について説明する。検査対象物２の表面８に凹凸が存在しない場合は、図５（ａ）に示すように、正反射光１２のうち中央部に位置する光３１に着目すると、正反射光１２が最も強い方向３６ａは表面８と垂直な方向になる。そして、ＣＣＤカメラ１４の受光面３０に届く光の範囲３７ｂは、図５（ａ）に示すように実線で囲まれる範囲となり、遮光部１８を備えない場合と比べて狭くなる。
【００４６】
検査対象物２の表面８に凹凸が存在する場合は、図５（ｂ）に示すように、凹凸によって表面８が傾斜するため、正反射光１２が最も強い方向３６ｂが傾く。図５（ｂ）では、正反射光１２が最も強い方向３６ｂは、ＣＣＤカメラ１４の受光面３０に届く光の範囲３７ｂ内には入っているが、その端部に位置するようになり、遮光部１８を備えない場合と比べて、ＣＣＤカメラ１４で受光する光の輝度がより小さくなる。
【００４７】
以上のように、凹凸の有無によって生じるＣＣＤカメラ１４で受光する正反射光１２の輝度の差が、遮光部１８を備えない場合と比べて大きくなり、凹凸の検出精度が向上する。
【００４８】
次に、判定工程において制御コンピュータ１９の画像処理部２５が、ＣＣＤカメラ１４で受光した正反射光１２のうち、周辺部に位置する光３２から得られた輝度情報に着目することによって、検査対象物２の表面８における凹凸の検出精度が向上することについて説明する。
【００４９】
図６は、この発明の実施の形態１における検査対象物２の表面８からの正反射光１２のうち周辺部に位置する光３２の様子を示す光路図であり、（ａ）は検査対象物２の表面８に凹凸が存在しない場合、（ｂ）は検査対象物２の表面８に凹凸が存在する場合を示す光路図である。
【００５０】
尚、図６では、紙面垂直方向が、ライン状の正反射光１２の長手方向と一致している。また、ここでは説明のため、検査対象物２の表面８に凹凸が存在しないと仮定したときに入射角θ＝０°となるように照明光７を照射した場合を示している。さらに、凹凸の傾斜を実際よりも大きく示している。
【００５１】
検査対象物２の表面８に凹凸が存在しない場合は、図６（ａ）に示すように、正反射光１２のうち周辺部に位置する光３２に着目すると、正反射光１２が最も強い方向３６ａは表面８と垂直な方向になる。そして、正反射光１２はレンズ１３によって集光され、遮光部１８によってその一部が遮光されるため、ＣＣＤカメラ１４の受光面３０に届く光の範囲３７ｃは、図６（ａ）に示すように実線で囲まれる範囲となる。
【００５２】
検査対象物２の表面８に凹凸が存在する場合は、ＣＣＤカメラ１４の受光面３０に届く光の範囲３７ｃは変わらないが、図６（ｂ）に示すように、凹凸によって表面８が傾斜するため、正反射光１２が最も強い方向３６ｂが傾く。
【００５３】
このとき、正反射光１２が最も強い方向３６ｂは、ＣＣＤカメラ４の受光面３０に届く光の範囲３７ｃから外れてしまっている。よって、凹凸が存在する場合は、凹凸が存在しない場合と比べて、ＣＣＤカメラ１４で受光する光の輝度が大幅に小さくなる。つまり、正反射光１２のうち周辺部に位置する光３２に着目すると、凹凸の有無によって生じるＣＣＤカメラ１４で受光する光の輝度の差が、正反射光１２のうち中央部に位置する光３１に着目した場合と比べてさらに大きくなり、凹凸の検出精度がさらに向上する。
【００５４】
次に、上述の表面検査装置１を用いた表面検査方法に基づいて、実際に単結晶シリコン太陽電池セルの受光面を検査した結果について説明する。
【００５５】
図７は、この発明の実施の形態１における単結晶シリコン太陽電池セルの受光面をＣＣＤカメラ１４によって観測した結果を示す写真であり、（ａ）は遮光部１８を備えた表面検査装置１で凹凸の存在しない平滑な面を観測した場合、（ｂ）は遮光部１８を備えた表面検査装置１で凸部が存在する面を観測した場合、（ｃ）は遮光部１８を備えない表面検査装置で凸部が存在する面を観測した場合の写真である。図８は、この発明の実施の形態１における単結晶シリコン太陽電池セルの受光面をＣＣＤカメラ１４によって観測した結果を示す写真と、観測した凸部の形状の対応を示す図であり、（ａ）は観測結果を示す写真、（ｂ）は凸部の上面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。図７および図８の写真では、輝度の大きさを濃淡で示しており、輝度が大きい箇所を白く、輝度が小さい箇所を黒く表示している。
【００５６】
まず、遮光部１８を備えた表面検査装置１で凹凸の存在しない平滑な面を観測した場合について説明する。この場合は、図７（ａ）に示すように、正反射光１２の長手方向における輝度の変化は見られない。
【００５７】
次に、遮光部１８を備えた表面検査装置１で図８に示す凸部を観測した場合について説明する。この場合、図７（ｂ）に示すように、正反射光１２のうち中央部に位置する光３１には、正反射光１２の長手方向における大きな輝度の変化は見られないが、周辺部に位置する光３２には、大きな輝度の変化が生じている。つまり、輝度が大きい部分の幅が他と比べて狭くなっている箇所が見られ、ここに凸部が存在する。
【００５８】
図７（ｂ）に示す観測結果を示す写真と、観測した凸部の形状の対応関係について説明する。図７（ｂ）と図８（ａ）は同じ写真である。図８（ａ）において観測した凸部は、図８（ｂ）および（ｃ）に示すような四角錐状の形状であり、四角錐の頂上部が図８（ａ）における輝度が大きい部分の幅が狭くなっている箇所に対応している。そして、輝度が大きい部分の幅が狭くなっている箇所の断面、即ち図８（ａ）および（ｂ）のＡ−Ａ断面が図８（ｃ）であり、凸部の存在によって傾斜面が存在し、周辺部に位置する光３２の輝度が小さくなっていることが分かる。
【００５９】
尚、凸部の大きさは、長さＬが５〜１０ｍｍに対して、高さＨが１μｍ以下であり、図８（ｃ）では、説明のため、凸部の高さ方向と横幅方向で縮尺を変えて示している。
【００６０】
次に、遮光部１８を備えない表面検査装置で図８に示す凸部を観測した場合について説明する。この場合、図７（ｃ）に示すように、正反射光１２のうち中央部に位置する光３１および周辺部に位置する光３２のいずれにも大きな輝度の変化は生じていない。
【００６１】
尚、ここでは凸部を観測した場合について説明したが、凹部を観測しても同様の結果が得られる。
【００６２】
以上からも、周辺部に位置する光３２の輝度変化に着目することによって、凹凸の検出精度が向上し、遮光部１８を備えただけでは検出できないほど傾斜が緩やかな凹凸であっても検出できることが分かる。
【００６３】
次に、判定工程において画像処理部２５が、図７（ｂ）に示す観測結果から画像処理によって凸部を検出する方法について説明する。図９は、この発明の実施の形態１における単結晶シリコン太陽電池セルの受光面をＣＣＤカメラ１４によって観測した結果を示す写真と、その輝度変化を示す状態図であり、（ａ）は観測結果を示す写真、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面における輝度変化、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面における輝度変化を模式的に示す状態図である。図９（ｂ）および（ｃ）において、縦軸は受光した正反射光１２の輝度を、横軸は各断面内での位置を示す。
【００６４】
図１０は、この発明の実施の形態１における単結晶シリコン太陽電池セルの受光面をＣＣＤカメラ１４によって観測した結果を示す写真と、その輝度変化を示す状態図であり、（ａ）は観測結果を示す写真、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面における輝度変化を模式的に示す状態図である。図１０（ｂ）において、縦軸は断面内での位置を、横軸は受光した正反射光１２の輝度を示す。尚、図９（ａ）および図１０（ａ）と図７（ｂ）は同じ写真である。
【００６５】
あらかじめ輝度の大きさに閾値Ｓｌを設定しておき、記憶部２６に保存しておく。画像処理部２５は、図９（ｂ）および（ｃ）に示すような正反射光１２の長手方向と垂直な方向における輝度変化を調べ、記憶部２６から読み出した輝度の閾値Ｓｌと比較して、輝度の閾値Ｓｌを超える幅Ｗを画像処理により検出する。そして、輝度の閾値Ｓｌを超える幅Ｗを正反射光１２の長手方向において検出していき、その変化を調べる。
【００６６】
輝度の閾値Ｓｌを超える幅Ｗについてもあらかじめ閾値Ｓｗを設定し、記憶部２６に保存しておく。そして、画像処理部２５に読み出した幅Ｗの閾値Ｓｗと実際に検出した幅Ｗとを比較し、閾値Ｓｗを下回る箇所に凹凸が存在すると判定する。図９においては、Ｗ２＜Ｓｗ＜Ｗ１となるように、輝度の閾値Ｓｌを超える幅Ｗの閾値Ｓｗが設定されている。
【００６７】
図１０（ａ）において、ＣＣＤカメラ１４で受光した正反射光１２のうち周辺部に位置する光３２の長手方向、即ちＡ−Ａ断面の輝度変化を調べると、図１０（ｂ）のような輝度変化が得られる。上述の幅Ｗの閾値Ｓｗによる凹凸の有無の判定は、言い換えると、図１０（ｂ）において輝度が閾値Ｓｌを超えた状態から閾値Ｓｌを下回った状態へ変化した、または逆に閾値Ｓｌを下回った状態から閾値Ｓｌを超えた状態へ変化した箇所に凹凸が存在すると判定していることと同じである。閾値Ｓｗによる判定方法は、この一例に過ぎない。
【００６８】
尚、あらかじめ記憶部２６に保存しておき、凹凸の有無の判定に用いる判定条件とは、具体的にはここで説明した閾値Ｓｌおよび閾値Ｓｗのことを指す。
【００６９】
尚、ここでは、輝度の閾値Ｓｌを超える幅Ｗに閾値Ｓｗを設定したが、幅Ｗの変化量に閾値を設定しておき、一定量以上幅Ｗが狭くなったときに凹凸が存在すると判定してもよい。
【００７０】
この発明の実施の形態１では、以上のような構成としたことにより、遮光部１８を設けるだけで検査対象物２の表面８における凹凸の検出精度を向上させることができ、さらに、正反射光１２のうち周辺部に位置する光３２の輝度変化を検出することによって、またさらに検出精度を向上させることができる。これより、ＣＣＤカメラ１４を高感度のものではなく通常のものを用い、ＣＣＤカメラ１４から得られる信号を微分するなどの信号処理をすることなく、さらに、照射する照明光７に平行光を用いずとも、単結晶シリコン太陽電池セルの表面に生じる傾斜が非常に緩やかな凹凸を検出するために充分な検出精度が得られる。よって、受光素子自体の高性能化、受光素子から得られる信号を微分するなどの信号処理、平行光を生成するための光学系などが不要となり、構成を簡素化することができる。つまり、検査工程および検査装置の構成を複雑化させることなく、凹凸を検出する精度を向上させることができるという効果がある。また、装置構成を簡素化できるため、装置コストを抑えることができる。
【００７１】
また、ライン照明装置６を用いてライン状の照明光７を検査対象物２の表面８に照射することによって、一度に広い範囲の検査をすることができるため、検査に要する時間を短縮することができる。さらに、ライン状の照明光７を長手方向に対して一様な光強度の分布を持つものとすることにより、凹凸の有無を判定する画像処理が容易になる。
【００７２】
判定工程では、あらかじめ設定した輝度の閾値Ｓｌと検出した輝度とを比較することにより閾値Ｓｌを超える幅Ｗを検出し、この幅Ｗとあらかじめ設定した幅の閾値Ｓｗとを比較することにより凹凸の有無を判定できる。つまり、閾値Ｓｌと閾値Ｓｗを設定し、検出した輝度と幅Ｗをそれぞれの閾値と比較するだけで凹凸の有無の判定が可能であるため、判定工程が複雑にならず容易に凹凸を検出できる。
【００７３】
また、ＣＣＤカメラ１４が高感度でなく通常のものであるため、ＣＣＤカメラ１４の応答が速く、画像の取り込みが速い。このため、露光時間を短くできるので、検査中は移動ステージ３を停止させずに、ＣＣＤカメラ１４のシャッター機能を用いて撮像することができ、検査に要する時間を短縮することができる。
【００７４】
尚、この発明の実施の形態１では、単結晶シリコン太陽電池セルの表面に生じる傾斜が緩やかな凹凸を検出するために充分な検出精度が得られたため、ＣＣＤカメラ１４は高感度のものではなく通常のものを用い、ＣＣＤカメラ１４から得られる信号を微分するなどの信号処理を行わず、照射する照明光７に平行光を用いていないが、これらを併用することによりさらに検出精度が向上することは言うまでもない。
【００７５】
また、ここでは傾斜が緩やかな凹凸の検出についてのみ説明したが、傷などのより傾斜が大きい凹凸や、表面に付着したごみなどについても、もちろん検出可能である。
【００７６】
この発明の実施の形態１では、２次元の画像を撮像できるＣＣＤカメラ１４を用いて正反射光１２を受光した。しかし、これに限ることはなく、１次元センサでもよい。１次元センサを用いる場合は、１次元センサの長手方向が正反射光１２の長手方向と一致するように配置する。そして、観測時に正反射光１２の長手方向と垂直な方向に走査して２次元画像を得てもよいし、走査せずに正反射光１２のうち周辺部に位置する光３２のみを受光するようにしてもよい。
【００７７】
尚、この発明の実施の形態１では、判定工程において、あらかじめ設定した２つの閾値、つまり、輝度の閾値Ｓｌと輝度が閾値Ｓｌを超える幅Ｗの閾値Ｓｗによって凹凸の有無を判定した。しかし、この方法に限ることはなく、ＣＣＤカメラ１４で受光した正反射光１２のうち周辺部に位置する光３２の長手方向の輝度変化を調べ、輝度が閾値Ｓｌを超えた状態から閾値Ｓｌを下回った状態に変化した、または逆に閾値Ｓｌを下回った状態から閾値Ｓｌを超えた状態へ変化した箇所に凹凸が存在すると判定する方法であれば他の方法でもよい。
【００７８】
さらに、この発明の実施の形態１では、ライン照明装置６を固定し、移動ステージ３を移動させて検査対象物２を移動させることによって、照明光７を検査対象物２の表面８上を走査した。しかし、逆に、検査対象物２を固定して、ライン照明装置６を移動させてもよい。この場合は、ＣＣＤカメラ１４の視野が充分広くない場合は、ＣＣＤカメラ１４もライン照明装置６と一緒に移動させることが望ましい。
【００７９】
加えて、この発明の実施の形態１では、ライン照明装置６を用いて、ライン状の照明光７を検査対象物２の表面８に照射した。しかし、照射する光はライン状である必要はなく、スポット光を用いてもよい。
【００８０】
また、この発明の実施の形態１では、正反射光１２の輝度情報によって検査対象物２の表面８における凹凸の有無を判定した。しかし、凹凸の有無の判定に用いる光情報は、輝度情報に限ることはなく、光強度や光束などの光の明るさに関わる他の光情報であってもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１  表面検査装置
２  検査対象物
３  移動ステージ
６  ライン照明装置
７  照明光
８  検査対象物の表面
１２  正反射光
１４  ＣＣＤカメラ
１８  遮光部
２５  画像処理部
３２  正反射光のうち周辺部に位置する光
【図１】
2011169733.tif 000003
【図２】
2011169733.tif 000004
【図３】
2011169733.tif 000005
【図４】
2011169733.tif 000006
【図５】
2011169733.tif 000007
【図６】
2011169733.tif 000008
【図７】
2011169733.tif 000009
【図８】
2011169733.tif 000010
【図９】
2011169733.tif 000011
【図１０】
2011169733.tif 000012