(57)【要約】【課題】シリコンウェハのクラックの有無と大きさを正確に検出する。【解決手段】シリコンウェハ１に衝撃を加えて振動を発生させ、この振動周波数をマイクロフォン３を介して電気信号に変換し、この振動周波数のパワースペクトルの積分値を算出してあらかじめ求めておいた振動周波数のパワースペクトルの積分値と比較する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウェハに衝撃を加えて振動を発生させ、この振動周波数をマイクロフォンを介して電気信号に変換し、この振動周波数のパワースペクトルの積分値を算出してあらかじめ求めておいた振動周波数のパワースペクトルの積分値と比較することを特徴とするシリコンウェハのクラック検出方法。
【請求項２】
前記シリコンウェハの複数箇所に衝撃を加えて複数の振動を発生させ、その複数箇所の振動周波数をマイクロフォンを介して電気信号に変換し、この複数の振動周波数のパワースペクトルの積分値を算出し、算出された複数のパワースペクトルの積分値の平均値及び標準偏差を算出してあらかじめ求めておいたパワースペクトルの積分値の平均値及び標準偏差と比較することを特徴とする請求項１記載のシリコンウェハのクラック検出方法。
【請求項３】
前記シリコンウェハを異なる複数の部材に衝突させて複数の振動を発生させることを特徴とする請求項１記載のシリコンウェハのクラック検出方法。
【請求項４】
前記振動周波数のパワースペクトルの積分値を算出する周波数が５ｋＨｚ以上の周波数であることを特徴とする請求項１記載のシリコンウェハのクラック検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシリコンウェハのクラック検出方法に関し、特にクラックの有無とクラックの大きさを検出するシリコンウェハのクラック検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、結晶系太陽電池素子の基板などとして用いられるシリコンウェハは、コストダウンやシリコン材料の削減等の理由により、その大型化、薄型化が進められている。このためシリコンウェハを製造する工程やデバイス工程においてクラックが発生しやすくなっている。
【０００３】
例えば太陽電池素子では、複数の太陽電池素子を直・並列に接続してモジュール化した場合、このようなクラックのある太陽電池素子が１枚でもあると、そのモジュールの出力電力が大きく低下してしまうことが多い。また、発生したクラックが小さなものでも、その後の製造工程やモジュール化した後の時間の経過と共に大きなクラックに成長する場合もある。このためクラックの大きさを数値化し、許容外のものを確実に検出して排除することが重要である。
【０００４】
このようなクラック検出方法としては、シリコンウェハにタングステンハロゲンランプ等で線形偏光された赤外線を照射し、その反射光を線形偏光分析器を内蔵した赤外線カメラで撮影して、この画像に表示されるクラックを認識する方法や、浸透性の探傷液を用いて目視や顕微鏡などで検査する方法が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、赤外線カメラで撮影した画像をチェックする方法では、クラックが微細な場合、照射された赤外線によってシリコンウェハが熱膨張してクラックが閉じてしまい、検出が難しいという欠点があった。
【０００６】
また、浸透性の探傷液を用いる方法では、検査者の習熟度の影響が大きく、目視によるチェックのためにクラックの見逃しの危険があり、また検査結果の数値化が難しいという欠点があった。
【０００７】
本発明は上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところはクラックの有無や大きさを正確に検出できるシリコンウェハのクラック検出方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のシリコンウェハのクラック検出方法は、シリコンウェハに衝撃を加えて振動を発生させ、この振動周波数をマイクロフォンを介して電気信号に変換し、この振動周波数のパワースペクトルの積分値を算出してあらかじめ求めておいた振動周波数のパワースペクトルの積分値と比較することを特徴とする。
【０００９】
上記シリコンウェハのクラック検出方法では、前記シリコンウェハの複数箇所に衝撃を加えて複数の振動を発生させ、その複数箇所の振動周波数をマイクロフォンを介して電気信号に変換し、この複数の振動周波数のパワースペクトルの積分値を算出し、算出された複数のパワースペクトルの積分値の平均値及び標準偏差を算出してあらかじめ求めておいたパワースペクトルの積分値の平均値及び標準偏差と比較することが望ましい。
【００１０】
また、上記シリコンウェハのクラック検出方法では、前記シリコンウェハを異なる複数の部材に衝突させて複数の振動を発生させてもよい。
【００１１】
また、上記シリコンウェハのクラック検出方法では、前記振動周波数のパワースペクトルの積分値を算出する周波数が５ｋＨｚ以上の周波数であることが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図を用いて説明する。例として結晶系太陽電池素子に用いられるシリコンウェハを挙げるが、これに限定されるものではない。さらにデバイス工程の投入前、工程途中、完成後のどの状態のシリコンウェハでも応用可能である。
【００１３】
図１は、本発明に係るシリコンウェハのクラック検出方法に用いられる検出装置の構成を示す図である。結晶系太陽電池素子に用いられるシリコンウェハ１は、通常一辺が１００〜２００ｍｍの正方形もしくは長方形、または直径５０〜２００ｍｍの円形であることが多い。
【００１４】
例えばシリコンウェハ１の周縁部を作業者が指で摘んで保持し、１〜５ｃｍの高さから落下させるような状態で障害物２に衝突させて、シリコンウェハ１に衝撃を加えて振動を発生させる。障害物２は直径３ｃｍ程度の球状であることが望ましく、これに直径１ｃｍ程度の穴を開け、これにアルミウム等の長さ１０〜２０ｃｍ程度の棒２ａと台座２ｂを付けたものである。
【００１５】
シリコンウェハ１を障害物２に衝突させることによって衝撃を加えて振動を発生させたときのシリコンウェハ１の振動周波数を近傍に配置したマイクロフォン３で集音して電気信号に変換する。これをＦＦＴ（高速フーリエ変換）アナライザー４及びパソコン５で分析し、さらにパワースペクトルの積分値を算出する。
【００１６】
この場合、図２に示すように、振動周波数が５ｋＨｚ以上のパワースペクトルの積分値を算出することが望ましい。その理由は５ｋＨｚ未満のものを考慮すると、クラックの検出結果に誤りが出やすいためである。すなわち、５ＫＨｚ以下の周波数には、生活音や製造現場のノイズが多く存在するため、５ＫＨｚ以下のの周波数は環境の影響を受けやすく、データの信頼性が良くないためである。
【００１７】
障害物２に衝突させるシリコンウェハ１の位置は、シリコンウェハ１が１５０ｍｍ角であれば、図３に示すように、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４箇所が望ましいが、クラックをもらさず検出できるように、シリコンウェハ１の大きさや厚みに応じてその位置を検討すればよい。
【００１８】
まず、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４箇所で例えば弾性の高いゴムなどから成る障害物２に衝突させて振動周波数を測定して解析する。次に、弾性の低い塩化ビニールなどから成る障害物２に衝突させて、そのときの振動周波数を同じように測定して解析する。ここまでの測定結果の例を表１に示す。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
ここでゴムから成る障害物２に衝突させたときのパワースペクトルの積分値（ＧＡ、ＧＢ、ＧＣ、ＧＤ）の平均値（−）ＸＧと標準偏差σＧを算出する。同じく塩化ビニールから成る障害物２に衝突させたときのパワースペクトルの積分値（ＥＡ、ＥＢ、ＥＣ、ＥＤ）の平均値（−）ＸＥと標準偏差σＥを算出する。この平均値（−）ＸＧと標準偏差σＧ、平均値（−）ＸＥと標準偏差σＥはクラックの大きさと相関がある。ここで平均値と標準偏差を算出する理由は、衝突させた２箇所以上にクラックがあった場合、及び１箇所のみにクラックがあった場合のどちらでも精度よく検出するためである。すなわち、判定のアルゴリズムとして、平均値の大小閾値判定でクラックを検出することができる。標準偏差は、クラックのある場所とない場所を叩いた場合のその違いを検出する。クラックのないウェハをいろいろな場所で何回叩いても、その取得データのバラツキは小さく、標準偏差は小さくなる。クラックのあるウェハの場合は複数叩く場所を変えて取得したデータはクラックのある場所とない場所を叩いたデータに違いがある。クラックの大きさ、ウェハの中でのクラックのある箇所、それが標準偏差と相関があり、回帰式で推定できる。
【００２１】
このため、あらかじめシリコンウェハ１にクラックがあり、かつクラックの大きさを測定したものを２０から３０枚程度上記方法で検査して平均値（−）ＸＧと標準偏差σＧ、平均値（−）ＸＥと標準偏差σＥを求めておく。これらを各々、平均値や標準偏差を縦軸とし、クラックの大きさを横軸としたグラフ上にプロットしていくと、図４〜図７のように４種類のグラフともすべて直線となる。
【００２２】
このような直線が求まれば、次に実際の検査対象のシリコンウェハ１を上述の方法で応答周波数を測定して解析して平均値（−）ＸＧと標準偏差σＧ、平均値（−）ＸＥと標準偏差σＥとを求め、これらと上記のグラフ上の直線を利用すると、検査対象のシリコンウェハ１のクラックの有無とクラックの大きさが判る。
【００２３】
例えばゴムから成る障害物を用いたときのパワースペクトルの積分値（ＧＡ、ＧＢ、ＧＣ、ＧＤ）の平均値（−）ＸＧがＳ１の値となったとすると、図３からクラックの大きさはＭ１であることが判る。上記Ｓ１がグラフのＹ軸切片と同じか小さい場合は、そのシリコンウェハ１にはクラックがないということである。
【００２４】
クラックの有無、クラックの大きさの判定については、本発明者のテスト結果より、次のようにすると間違いのない判定ができることがわかった。すなわち、上記方法による４種類のグラフで１つでもクラックありとの結果がでれば、そのシリコンウェハ１はクラックありと判定する。クラックの大きさについては、クラックありとの結果がでたグラフから読み取ったクラックの大きさの平均値である。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、シリコンウェハに衝撃を加えて振動を発生させ、この振動周波数をマイクロフォンを介して電気信号に変換し、この振動周波数のパワースペクトルの積分値を算出してあらかじめ求めておいた振動周波数のパワースペクトルの積分値と比較することから、シリコンウェハのクラックの有無とクラックの大きさを精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシリコンウェハのクラック検出方法に用いられる検出装置の構成を示す図である。
【図２】太陽電池素子に衝撃を加えて振動を発生させ、その振動周波数を横軸に、パワースペクトルを縦軸に例示した図である。
【図３】障害物に衝突させるシリコンウェハの位置を例示するための図である。
【図４】平均値（−）ＸＧを縦軸に、クラックの大きさを横軸にして、各測定点をグラフ上にプロットした図である。
【図５】標準偏差σＧを縦軸に、クラックの大きさを横軸にして、各測定点をグラフ上にプロットした図である。
【図６】平均値（−）ＸＥを縦軸に、クラックの大きさを横軸にして、各測定点をグラフ上にプロットした図である。
【図７】標準偏差σＥを縦軸に、クラックの大きさを横軸にして、各測定点をグラフ上にプロットした図である。
【符号の説明】
１　太陽電池素子
２　障害物
３　マイクロフォン
４　ＦＦＴアナライザー
５　パソコン
Ａ〜Ｄ　衝撃を加える位置
【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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【図７】
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