JP2014169878A

JP2014169878A - 基板検査装置

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Publication number: JP2014169878A
Application number: JP2013040520A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Tsunasawa; 義夫綱澤; Toyoyuki Hashimoto; 豊之橋本
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2014-09-18

Abstract

【課題】基板からの反射画像を利用して、効率的にマイクロクラックの検査を行うことが可能な基板検査装置を提供する。
【解決手段】搬送機構１により搬送される太陽電池セル用基板１００の上方に配設された積分球１４と、この積分球１４の内部に光を照射する光源部２と、光源部２から照射され、積分球１４および太陽電池セル用基板１００で反射された光の像を撮影するためのＣＣＤ素子と光学系とを備えるＣＣＤカメラ１５とを備える。光源部２は、太陽電池セル用基板１００に対する透過性が高い第１波長の赤外光を照射する第１光源２１と、基板に対する透過性が異なる第１波長より波長の短い第２波長の赤外光を照射する第２光源２２と、可視光を照射する第３光源２３とから構成される。
【選択図】図１２

Description

この発明は、基板検査装置に関し、例えば、電極形成前の基板状態の太陽電池セル用基板、または、この基板に対して電極を形成した後の太陽電池セルを検査対象とした基板検査装置に関する。

太陽電池セルの製造工程における電極形成工程の前工程、たとえば、受け入れ検査工程や反射防止膜の成膜工程前または成膜工程後の太陽電池セル用基板に対して、割れや欠けを検査する形状の検査、基板の上に乗ったパーティクル、反射防止膜のピンホール、反射防止膜の膜厚むら等を検査する表面状態の検査、および、太陽電池セルの内部に生じたマイクロクラックを検査する内部検査が実行される。このうち太陽電池セル用基板の内部に生じたマイクロクラックを検査する内部検査を行う場合には、基板の裏面側から赤外光を照射して基板を透過した赤外光を撮影している。

特許文献１には、赤外光源から半導体ウエハに対して赤外線を照射するとともに、半導体ウエハを透過した赤外線を赤外線カメラにより撮像する赤外線検査装置が開示されている。この赤外線検査装置においては、クラック等の異常部分と多結晶シリコン基板部分とで赤外線の透過状態が異なることを利用して、半導体ウエハ内部の微小クラックを検出する構成となっている。また、特許文献２および特許文献３には、透過画像と反射画像の両方を利用して、マイクロクラックを検出する方法が開示されている。

特開２００６−３５１６６９号公報特開２００７−２１８６３８号公報特開２０１０−３４１３３号公報

電極を形成する前の太陽電池セル用基板におけるマイクロクラックを検査する場合においては、上述したように、基板の裏面側から赤外光を照射して基板を透過した赤外光を撮影する構成を採用することができる。しかしながら、太陽電池セル用基板を搬送ベルト等の搬送機構により搬送しながらその検査を実行する場合においては、搬送ベルト等が検査の障害となり、太陽電池セル用基板の全域を検査することが困難となる等の、実用上の不都合が生ずる場合がある。

また、電極形成後の太陽電池セル用基板におけるマイクロクラックを検査する場合においては、通常太陽電池セル用基板の裏面側に形成されるアルミ電極が不透明であることから、基板を透過した赤外光を得ることはできない。このため、太陽電池セル用基板に対して実際に電流を流し、太陽電池セル用基板における内部発光像を撮影することにより、太陽電池セル用基板に生じたマイクロクラックを認識することも可能ではあるが、このような構成を採用する場合には、実際に電極に対して電気的な接続を行う必要があり、太陽電池セルを非接触で検査する場合と比較して、工程が増加し、検査効率が悪いという問題が生ずる。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、基板からの反射画像を利用して、効率的にマイクロクラックの検査を行うことが可能な基板検査装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、基板の内部に生じたマイクロクラックを検査する基板検査装置であって、前記基板の表面に対して、基板に対する透過性が高い第１波長の赤外光を照射する第１光源と、前記基板の表面に対して、前記第１波長より波長が短く、前記第1の波長とは透過性が異なる第２波長の赤外光を照射する第２光源と、前記基板において反射した第１波長の赤外光の反射像および第２波長の赤外光の反射像を測定するカメラと、前記カメラにより測定した第１波長の赤外光の反射像と第２波長の赤外光の反射像とを波長間演算することにより、マイクロクラック像を抽出する画像処理部と、を備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記波長間演算は、重みづけ差演算である。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記第１波長は、９５０ｎｍ以上の波長であり、前記第２波長は７００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の波長である。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記第１波長は１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長であり、前記第２波長は７００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の波長である。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の発明において、前記基板の表面に対して可視光を照射する第３光源をさらに備え、前記画像処理部は、前記カメラにより測定した第２波長の赤外光の反射像と、前記カメラにより測定した可視光の反射像とに基づいて、基板における粒界画像除去処理を行う。

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の発明において、前記基板は、太陽電池セル用基板、または、太陽電池セルである。

請求項１から請求項６に記載の発明によれば、基板に対する透過性が高い第１波長および第１波長とは透過性が異なる第２波長の赤外光による基板からの反射画像を利用することにより、基板の全域に対して効率的にマイクロクラックの検査を行うことが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、第１波長の赤外光と第２波長の赤外光の特性の差異に基づいてマイクロクラックをより効果的に検査することができるとともに、安価なシリコン素子等のカメラを利用してマイクロクラック像を抽出することが可能となる。

請求項５に記載の発明によれば、可視光による反射画像を利用することにより、基板における粒界画像を効率的に除去することが可能となる。

請求項６に記載の発明によれば、太陽電池セル用基板または太陽電池セルの内部に生ずるマイクロクラックを効果的に検査することが可能となる。

太陽電池セル用シリコンの吸収係数から求めた７５０ｎｍから１２００ｎｍのシリコン基板透過率の参考図である。太陽電池セル用のシリコンの吸収係数から求めた、侵入距離の波長依存性を示す参考図である。シリコン製の太陽電池セル用基板の表面に５００ｎｍから１６００ｎｍの波長の光を順次照射したときの分光反射率を示すグラフである。波長の異なる光がマイクロクラックを含むシリコン製の太陽電池セル用基板１００において反射・散乱・吸収消失される様子を模式的に示す説明図である。太陽電池セル用基板１００の表面に波長が１０７０ｎｍの赤外光を照射してその反射光をカメラにより撮影した画像を示す写真である。太陽電池セル用基板１００の表面に波長が９７０ｎｍの赤外光を照射してその反射光をカメラにより撮影した画像を示す写真である。太陽電池セル用基板１００の表面に波長が４５０ｎｍの可視光を照射してその反射光をカメラにより撮影した画像を示す写真である。図５に示す太陽電池セル用基板１００の表面に波長が１０７０ｎｍの赤外光を照射した反射画像と図６に示す太陽電池セル用基板１００の表面に波長が９７０ｎｍの赤外光を照射した反射画像とを波長間演算した結果を示す図である。太陽電池セル用基板１００を、透過方式で撮影した透過画像である。図５、図６、図８において白線で示す２１０列の領域の光の強度を表す強度プロファイルを示すグラフである。図５において破線で示した領域に対する、５つの波長の反射強度プロファイルである。この発明の第１実施形態に係る基板検査装置の概要図である。光源部２の斜視図である。この発明に係る基板検査装置の主要な制御系を示すブロック図である。この発明に係る基板検査装置による太陽電池セル用基板１００の検査工程を示すフローチャートである。この発明の第２実施形態に係る基板検査装置の概要図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。最初に、この発明の基本的な考え方について説明する。

この発明に係る基板検査装置においては、太陽電池セル用基板等の基板の表面に対して、基板に対する透過性が高い第１波長の赤外光の反射像と、第１波長より波長の短い第２波長の赤外光の反射像とを波長間演算することにより、マイクロクラック像を抽出する構成を採用している。そして、第２波長の赤外光の反射像と、可視光の反射像とに基づいて、基板における粒界画像除去処理を行うことにより、さらに、マイクロクラックの検査精度を向上させている。以下の説明においては、基板としてシリコン製の太陽電池セル用基板を使用した場合について説明する。

まず、シリコン基板の一般的分光透過特性について説明する。図１は、太陽電池セル用シリコンの吸収係数から求めた７５０ｎｍから１２００ｎｍのシリコン基板透過率の参考図である。なお、図１における破線は、厚さ０．２ｍｍのシリコン基板の透過率を示し、実線は厚さ０．３ｍｍのシリコン基板の透過率を示し、一点鎖線は０．４ｍｍのシリコン基板の透過率を示している。

厚さ０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍを想定したシリコン基板の分光透過率を、シリコンの吸収係数と屈折率を用いて計算すると図１のようになり、波長９００ｎｍ（ｎｍ／ナノメータ）から９５０ｎｍ以上で透過率が急激に立ち上がり、吸収の無い１２００ｎｍ以上で一定の５０％程度となる。１２００ｎｍ以上で透過率が１００％にならないのは、シリコンの屈折率が３．５程度と空気の屈折率である１．０と比べて大きいため、シリコン基板表面と裏面の空気界面で生じるフレネル反射によって、表面と裏面それぞれ約２５％ずつ反射損失があるためである。典型的な太陽電池セル用シリコン基板の厚さは０．２ｍｍ程度であるので、一方向の透過率はこの図の厚さ０．２ｍｍの曲線（破線）に相当するが、本発明の目的とする基板の反射撮影において重要な役割を果たす、基板の表・裏を往復する光の成分に対しては、往復分０．４ｍｍの曲線（一点鎖線）に相当し、その曲線は９５０ｎｍを越えた波長で急激に上昇している知見が重要である。

一般的に、光がシリコン製の太陽電池セル用基板の表面から内部に向かって距離ｘだけ進むときの光の強度Ｉの減衰は、入射時の強度をＩ_０とし、吸収係数をαとした場合、次の式により表される。
Ｉ＝Ｉ_０ｅｘｐ（−αｘ）

この式において光の強度が入射時の強度の１／ｅとなる距離を侵入距離と定義した場合には、この侵入距離は吸収係数の逆数である１／αとなる。これは、シリコン基板の内部で光がこの侵入距離（単位μｍ）進む毎に強度が１／ｅになることを表す。侵入距離の波長依存性をグラフで表したものが図２である。シリコンに対する侵入距離は、可視域４００ｎｍ〜７００ｎｍでは小さく０．０１μｍから１μｍであるが、例えば９５０ｎｍで１０μｍ、更に１０７０ｎｍで１００μｍなど、波長が大きくなると、内部で吸収が減るために侵入距離が増え、良く通る性質がある。

図３は、シリコン製の太陽電池セル用基板の表面に波長の異なる光を照射したときの分光反射率を発明者らが実測したスペクトルである。

このグラフにおいて、横軸は、太陽電池セル用基板に照射した光の波長を示している。また、このグラフにおいて縦軸は、積分球付きの分光光度計を用いて測定した分光拡散反射率を示している。ここで、分光拡散反射率とは、太陽電池セル用基板の表面に光を照射したときに、半空間に反射される光を全ての方向に積算した反射率である。そして、図３において、符号Ｎで示す線は、表面をアルカリテキスチャ処理した後、反射防止膜を形成した典型的はシリコン製の太陽電池セル用基板に対する拡散反射率を示し、符号Ｍで示す線は、同じ基板の裏面側に白紙を重ねて測定したものに対する拡散反射率を示している。また、符号Ｌで示す線は、９００ｎｍから９５０ｎｍの部分の接線を長波長側に伸ばしたもので、後述するように、９５０ｎｍ以上での基板表面だけの反射成分を表す想像線である。

このグラフに示すように、Ｎ、Ｍとも波長が９５０ｎｍを越える部分で、反射率が急激に上昇している。更に太陽電池セル用基板だけ（グラフＮ）の場合と比較して、裏面に白紙を追加して測定した時（グラフＭ）のデータはさらに反射率が高くなっている。基板だけの時と白紙追加の時の差分は、一旦基板を透過して裏に出た光が白紙で反射されて、もう一度基板に入り表面に戻る光の寄与によるものである。

一方、その波長が９５０ｎｍより小さい光では、典型的なシリコン製の太陽電池セル用基板だけの場合と裏面に白紙を重ねて測定した場合とで分光拡散反射率に差はない。従って、シリコン製の太陽電池セル用基板の表面から侵入し、裏面側において白紙で反射して、再度表面から出射する光の分光拡散反射率への寄与、即ち基板を往復する光の寄与はないと考えられることから、この範囲の波長の光は、シリコン製の太陽電池セル用基板の表面で反射した成分であると考えられる。

符号Ｌで表される線は表面だけの反射成分を９５０ｎｍ以上に延長した想像線であり、
符号Ｎで表される曲線から符号Ｌで表される線を差し引いた部分が、基板を裏表往復した反射光成分に相当する。この基板往復成分の９５０ｎｍ以上の増え方が、前述した図２に示した分光透過率の厚さ０．４ｍｍの曲線にきわめて近いことも、厚さ０．２ｍｍのシリコン基板の往復距離０．４ｍｍだけの距離を進む時の光の減衰から説明出来る。

符号Ｎで表される曲線の基板表裏往復分は、シリコン製の太陽電池セル用基板の裏面でシリコンと空気の屈折率差のために反射（いわゆるフレネル反射）して表側に戻る成分であるが、符号Ｍで表される曲線の基板表裏往復分は、一旦基板を透過したものが、基板の裏に重ねた白い紙の反射で戻って来た成分である。

以上をまとめると、図３に示す９５０ｎｍ以上の成分は、表面反射（Ｌ）、基板表裏往復分（ＮとＬの差分）、基板透過後白紙で戻された成分（ＭとＮ）の差分、の３つの成分から構成されていることが判る。基板透過後白紙で戻された成分は、基板表裏往復分とほぼ同程度であることも読み取ることが出来る。なお、図３に示すグラフにおいては、６３０ｎｍ付近で反射率が極小となっているが、これはシリコン製基板の表面に形成された反射防止膜の作用によるものと考えられる。

以上の実測データ図３のように、その波長が９５０ｎｍ以上の赤外光とそれ以外の波長の光とでは、シリコン製の基板に対する光の侵入と反射の性質が大きく異なること、そして、その波長が９５０ｎｍ以上の赤外光においても、波長が異なるとその侵入と反射の性質に波長による差異があることが、この発明の発明者によって見出された。なお、発明者らは電極を形成した太陽電地セルについても分光反射率の測定をした結果、反射率が９５０ｎｍ以上で急上昇する図３と同様な結果を得ている。すなわち、９５０ｎｍ以上で太陽電地セルの表裏の往復光が増えることを示しており、以降の説明は電極形成前の基板だけでなく、電極形成後の太陽電地セルにも同様に該当する。

図３はシリコン製の太陽電池セル用基板中にマイクロクラックが存在しない場合を示したものであるが、もし、基板中にマイクロクラックが存在するとどうなるのかを考察した図が図４である。

図４は、波長の異なる光が一部にマイクロクラックを含むシリコン製の太陽電池セル用基板１００において反射・散乱・吸収消失される様子を模式的に示す説明図である。この図においては、符号Ａはその波長が１０７０ｎｍの赤外光を、符号Ｂはその波長が９７０ｎｍの赤外光を、符号Ｃはその波長が４５０ｎｍの可視光を示している。

図４において符号Ｃで示す波長が４５０ｎｍの可視光は、シリコン製の太陽電池セル用基板１００に対する侵入距離は、最大でも０．０５μｍ程度であり、太陽電池セル用基板１００内には侵入せず、図４において符号Ｃ１、Ｃ２で示すように太陽電池セル用基板１００の表面で反射する。後述するように太陽電池セル用基板１００の表面をカメラで撮影した場合には、カメラに入射する光は、太陽電池セル用基板１００の表面での反射光となる。

図４において符号Ｂで示す波長が９７０ｎｍの赤外光は、シリコン製の太陽電池セル用基板１００に対して１０μｍ程度の距離なら侵入することができる。このため、マイクロクラック１０１が太陽電池セル用基板１００の表面から数μｍ程度の深さに存在した場合には、符号Ｂ３で示すように、マイクロクラック１０１で散乱される。ここで太陽電池セル用基板１００中のマイクロクラックでは、マイクロクラック１０１における割れ目中の空気とシリコンの屈折率差によるフレネル反射が、いろいろな方向の乱反射となるので、平面の反射とは異なり手前に戻って来るとは限らず、いろいろの方向に進む。そこで、マイクロクラック１０１での反射は、以降は「散乱」と記述している。散乱方向が横方向とか裏に向かう方向ならシリコン中で吸収消失してしまうが、元に戻る方向なら太陽電池セル用基板１００の表面から射出することがある。このときには、太陽電池セル用基板１００の表面をカメラで撮影した場合には、この領域は明るい白色の画像となる。また、このような散乱がない光は、符号Ｂ１および符号Ｂ２で示すように、太陽電池セル用基板１００内部で吸収され消失する。このように図の光線が途中で無くなっているものは吸収消失されることを示す。さらに、図４においては図示を省略しているが、可視光と同様、太陽電池セル用基板１００の表面で反射する光もある。

図４において符号Ａで示す波長１０７０ｎｍの赤外光は、マイクロクラック１０１が存在しない領域においては、符号Ａ１および符号Ａ２で示すように、太陽電池セル用基板１００の裏面に達し、そこで一部は裏側に透過するが、残りは裏面で反射して反対方向に進み表面から射出する。また、波長が１０７０ｎｍの赤外光は、符号Ａ３で示すように、途中にあるマイクロクラック１０１で散乱され、太陽電池セル用基板１００の表面まで戻って射出することがある。このときには、太陽電池セル用基板１００の表面をカメラで撮影した場合には、この領域は明るい白色の画像となる。さらに、符号Ａ４および符号Ａ５で示すように、マイクロクラック１０１が無ければ太陽電池セル用基板１００を往復出来るはずの波長１０７０ｎｍの赤外光が太陽電池セル用基板１００の内部にあるマイクロクラック１０１の散乱により遮られることがある。このときには、太陽電池セル用基板１００の表面をカメラで撮影した場合には、この領域は、周囲に比べ散乱で遮られる量だけ光が減るため、暗い黒色の画像となる。

以上まとめると、Ａで表した波長の性質は、太陽電池セル用基板１００の表裏を往復する能力のある光で、途中にマイクロクラック１０１があると影響されて、その情報を捕まえている波長であり、本発明で第１波長として採用している。Ｂで表した波長の性質は、太陽電池セル用基板１００の表裏を往復する能力はないが、太陽電池セル用基板１００途中まで侵入出来る光で、本発明で第２波長として採用している。Ｃで表した波長の性質は、太陽電池セル用基板１００に全く侵入できず、反射光は表面のフレネル反射だけからなる光で、本発明で第３波長として採用している。上記の性質を利用し赤外領域の侵入距離の相違を反映した複数の波長を選択して反射画像を取得し、それらの画像演算を実行することで、シリコンの太陽電池セル用基板１００内のマイクロクラック１０１の画像を取得することが可能となる。

図５は、太陽電池セル用基板１００の表面に波長が１０７０ｎｍの赤外光を照射してその反射光をカメラにより撮影した画像を示す写真である。また、図６は、太陽電池セル用基板１００の表面に波長が９７０ｎｍの赤外光を照射してその反射光をカメラにより撮影した画像を示す写真である。さらに、図７は、太陽電池セル用基板１００の表面に波長が４５０ｎｍの可視光を照射してその反射光をカメラにより撮影した画像を示す写真である。これらの図において、縦軸と横軸は画像の各画素の位置（画素の番号）を示している。なお、画像の右側に表示されているのは、画像の明るさを示すカラーバーであり、黒い方が信号が小さく、白い方が信号が大きい。

図５に示す、太陽電池セル用基板１００の表面に波長が１０７０ｎｍの赤外光を照射した反射画像においては、画像の中央左側付近に白線と黒線とが連続した画像が見受けられる。この白線に相当する部分は、図４において符号Ａ３で示すように、マイクロクラック１０１で散乱され、太陽電池セル用基板１００の表面まで戻って射出した赤外光によるものと考えられる。また、黒線に相当する部分は、図４において符号Ａ４で示すように、太陽電池セル用基板１００の内部において、マイクロクラック１０１により遮られた赤外光によるものと考えられる。

同じマイクロクラック１０１が、白線に見えたり、黒線に見えたりする現象は、上記の効果のどちらが強いかで最終的に決まる。すなわち、マイクロクラック１０１が無いとき、カメラに到達すべき光がマイクロクラック１０１による散乱で遮られて減少する効果（符号Ａ４のような減光効果）と、逆にマイクロクラック１０１が無いとき本来は光が来ない領域に、マイクロクラック１０１の散乱光が追加され明るくなる効果（符号Ａ３のような増光効果）の両方が存在し、該当マイクロクラック１０１に於いて増光効果が減光効果を上回るとき白線に、増光効果が減光効果を下回る時、黒線に見える。この理由で、同じ連続したマイクロクラック１０１でも、場所によって白く見えたり、黒く見えたりすることが説明出来る。

一方、図６に示す太陽電池セル用基板１００の表面に波長が９７０ｎｍの赤外光を照射した反射画像においては、白線のみが見受けられる。この白線は、図４において符号Ｂ３で示すように、マイクロクラック１０１の表面で反射して太陽電池セル用基板１００の表面から射出した赤外光によるものと考えられる。すなわち、波長が９７０ｎｍの赤外光は１０７０ｎｍの赤外光と異なり、侵入距離が１０μｍ程度で、厚さ２００μｍ程度の太陽電池セル用基板１００の裏面にまで到達してそこで反射されることがないことから、１０７０ｎｍに見られる減光効果が存在せず、増光効果だけになる。そのため図６においては黒線は見受けられない。

さらに、図７に示す太陽電池セル用基板１００の表面に波長が４５０ｎｍの可視光を照射した反射画像においては、マイクロクラック１０１を示す黒線および白線は、全く見受けられない。これは、４５０ｎｍの可視光は、太陽電池セル用基板１００の表面でのみ反射し、太陽電池セル用基板１００内にはほとんど侵入しないためであると考えられる。即ち、４５０ｎｍの可視光は、マイクロクラック１０１に全く届くことが出来ないため、マイクロクラック１０１に影響されない表面情報だけが撮影される。

図８は、図５に示す太陽電池セル用基板１００の表面に波長が１０７０ｎｍの赤外光を照射した反射画像と図６に示す太陽電池セル用基板１００の表面に波長が９７０ｎｍの赤外光を照射した反射画像とを波長間演算した結果を示す図である。

この波長間演算は、重みづけ差演算である。より具体的には、図６に示す太陽電池セル用基板１００の表面に波長が９７０ｎｍの赤外光を照射した反射画像に対して重みづけ計数として０．４を乗算し、この乗算結果を図５に示す太陽電池セル用基板１００の表面に波長が１０７０ｎｍの赤外光を照射した反射画像から減算している。すなわち、波長が９７０ｎｍの赤外光の反射画像の各画素値に０．４を乗算し、この乗算結果を波長が１０７０ｎｍの赤外光の反射画像の画素値から減算している。

図８においては、図５において白線となっていたマイクロクラック１０１の像が黒線となっている。これは、図５および図６において白線となっているマイクロクラック１０１に対応する領域において、波長が１０７０ｎｍの赤外光の反射画像の光の強度が波長が９７０ｎｍの赤外光の反射画像の光の強度より弱いことから、上述した重みづけ差演算時に減算の効果により、この領域の白線部分が黒線なる。

図９は、図６および図７の画像の対象となった太陽電池セル用基板１００を、透過方式で撮影した透過画像である。

図８と図９とを比較した場合、図８に示す波長間演算後の画像は、図９に示す透過画像と同程度まで、マイクロクラック１０１の画像を認識していることが理解できる。

図１０は、図５、図６、図８において白線で示す２１０列の領域の光の強度を示す強度プロファイルを表すグラフである。ここで、図１０（ａ）は、図５に示す波長が１０７０ｎｍの赤外光の反射画像のプロファイルを、図１０（ｂ）は、図６に示す波長が９７０ｎｍの赤外光の反射画像のプロファイルを、また、図１０（ｃ）は、図８に示す波長間演算後の画像のプロファイルを、各々、表している。

図１０（ａ）および図１０（ｃ）に共通して見られる、横方向目盛りが約１５０と１６０の位置にある窪みと、横方向目盛り約３６０の位置にある窪みが、マイクロクラック１０１であって、対応する画像図５と図８で２１０列の白線上の、それぞれ約１５０行、１６０行、３６０行の黒いマイクロクラック１０１の画像に対応する。一方、上記の窪みとは別に、図１０（ａ）および図１０（ｂ）の全域において、細かいノイズ状の凹凸が存在するが、これはノイズではなく、太陽電池セル用基板１００をアルカリテキスチャ処理したときの表面の微小な凹凸による反射率の変動である。このノイズ状の変動を図１０（ａ）および図１０（ｂ）で比較して見ると、凸凹が同じ位相で変動していることが判る。そこで、両者の波長間演算を行うとその変動が相殺されて、図１０（ｃ）に示すように変動が３分の１ぐらいに圧縮され小さなものとなっている。一方、先に述べたマイクロクラック１０１による信号の窪み（図１０（ａ）に示す１５０目盛、１６０目盛、３６０目盛付近に存在する）は、波長間演算後の図１０（ｃ）においても、大きさが減ることなくそのまま残存している。変動が減り、信号の大きさが変わらない事でマイクロクラック１０１を検出する場合のＳ／Ｎ比が３倍程度向上しハッキリ見えることが示されている。これが図５と図８の前述のマイクロクラック１０１の黒線を比較するときに、波長間演算後の図８の方が遙かにハッキリ見えていることに対応している。

図１１は、前述した太陽電池セル用基板１００内のマイクロクラック（白線と黒線）１０１と表面の凹凸に基づくノイズ状の変動とが波長に依存して変わる様子をさらに詳しく説明するために、波長数を５波長に増やしたときの反射強度プロファイルである。

波長１０７０ｎｍ、１０５０ｎｍ、９７０ｎｍ、８５０ｎｍ、４５０ｎｍを用いて、図５と同じ太陽電池セル用基板１００の反射像を撮影した後、各波長の画像に対し、図５中の破線部（１７５列にある縦の線で、高さ１００目盛りから２５０目盛りまでに渡る部分）の反射強度のプロファイルである。図１１の横軸は、１００目盛りから２５０目盛りを示し、縦軸は反射強度を自然対数に変換するとともに、線が重ならないように縦方向に少しずつシフトしてある。対数に変換表示した理由は、異なる波長の光源の強度の違いで生じる画像の明るさの違いを規格化するためである。対数の底がｅ（自然対数）であるから、反射強度のグラフ上の変化がたとえは単位１増えると強度がｅ倍（２．７２倍）に増えていることを意味する。本図のＡの一点鎖線で囲んだ部分のプロファイルの窪みは字図５におけるマイクロクラック１０１の黒線に相当し、波長１０７０ｎｍ、１０５０ｎｍだけに現れている。この黒線は、太陽電池セル用基板１００中を往復出来る波長成分だけに特徴的なものであり、第１波長の性格として太陽電池セル用基板１００中での透過性が良いことを示している。逆にＣの一点鎖線で囲った部分のプロファイルは、波長１０７０ｎｍ、１０５０ｎｍ、９７０ｎｍ、８５０ｎｍで上向きの大きなピークとなっていて、図５においてマイクロクラック１０１が白線で現れていることに対応している。ピークの強さは、太陽電池セル用基板１００に対する往復波長の１０７０ｎｍ、１０５０ｎｍ、よりも太陽電池セル用基板１００に対する往復能力の無い９７０ｎｍ、８５０ｎｍの方がむしろ大きいので、白線は太陽電池セル用基板１００に対する往復光ではなく太陽電池セル用基板１００に少しだけ入ったところからのマイクロクラック１０１の散乱に起因する事を示している。第２波長の特徴は、太陽電池セル用基板１００に対して往復が来なくても、少しだけ入る事の出来る能力を持つ波長であることである。４５０ｎｍの波長では侵入深さ０．０５μｍであるのでこの能力はなく、図２に示す侵入深さ１μ相当の７００ｎｍあたりまでこの能力を持つと考えられる。

従って第２波長の選択基準は、７００ｎｍ以上であると共に、太陽電池セル用基板１００に対する表裏往復能力が第１波長よりある程度小さく、太陽電池セル用基板１００に対する表裏往復能力に両者で差があることである。実施例のように第１波長１０７０ｎｍ、第２波長９７０ｎｍが好ましい波長であるほか、第２波長は８５０ｎｍでもよい。また第１波長を１２００ｎｍに取れは、太陽電池セル用基板１００に対する往復能力が非常に高いので、第２波長に１０７０ｎｍ（その太陽電池セル用基板１００に対する往復能力は、図３からみて１２００ｎｍの半分程度）を使うことも出来る。即ち、１０７０ｎｍであっても、透過性のもっと良い第１波長と組み合わせれば、第２波長にも使える相対性がある。

一方、図１１のＢの一点鎖線で囲った部分のプロファイルは、太陽電池セル用基板１００の表面の凸凹に基づく信号であり、５つの波長すべてで同じ相関を示す。ただし、太陽電池セル用基板１００に対する表裏往復能力のある１０７０ｎｍと１０５０ｎｍの変動の絶対量は、他の３波長の変動の半分ぐらいに小さくなっていて、太陽電池セル用基板１００に対する表裏往復光のために変動が押さえられていることを示している。

また、この発明に係る基板検査装置においては、波長が９７０ｎｍの赤外光の反射画像と、波長が４５０ｎｍの可視光の反射画像とに基づいて、太陽電池セル用基板１００における粒界画像を除去する粒界画像除去処理を実行している。これにより、シリコン製の太陽電池セル用基板１００特有の粒界画像を除去することで、マイクロクラック１０１の検査精度を向上させるとともに、太陽電池セル用基板１００の表面にゴミ等が付着していた場合にも、これに対応できるようにしている。

次に、この発明に係る基板検査装置の具体的な構成について説明する。図１２は、この発明の第１実施形態に係る基板検査装置の概要図である。

この基板検査装置は、太陽電池セル用基板１００の内部に生じたマイクロクラック１０１を検査するためのものであり、一対のローラ１１および無端ベルト１２より成る太陽電池セル用基板１００の搬送機構１と、この搬送機構１により搬送される太陽電池セル用基板１００の上方に配設された積分球１４と、この積分球１４の内部に光を照射する光源部２と、光源部２から照射され、積分球１４および太陽電池セル用基板１００で反射された光の像を撮影するためのＣＣＤ素子と光学系とを備えるＣＣＤカメラ１５とを備える。太陽電池セル用基板１００は、搬送機構１により搬送され、光源部２および積分球１４の作用によりその表面に照射された光の反射画像を、ＣＣＤカメラ１５により測定される構成となっている。

図１３は、光源部２の斜視図である。

この光源部２は、太陽電池セル用基板１００に対する透過性が高い第１波長の赤外光を照射する第１光源２１と、第１波長より波長の短いことで太陽電池セル用基板１００に対する透過性が異なる第２波長の赤外光を照射する第２光源２２と、可視光を照射する第３光源２３とが、各々、複数個配設された構成を有する。

第１波長、第２波長、第３波長として選択されるべき範囲は、上述した実験結果に基づいて決定される。ここで、第１波長は、９５０ｎｍ以上であることが好ましい。そして、第２波長は、第１波長より短い波長であるとともに、太陽電池セル用基板１００に少なくとも僅かは侵入できる赤外域の波長から選択される。さらに第１波長の反射画像と第２波長の反射画像との差異を大きくするためには、第１波長は１０００ｎｍ以上で十分長波長であり、第２波長は第１波長の太陽電池セル用基板１００に対する往復能力に比べ十分小さい波長であることが望ましい。上述したＣＣＤカメラ１５としては、例えば、シリコンＣＣＤを使用することができる。しかしながら、ＣＣＤでなくても、シリコンのＣＭＯＳ検出器でもよい。あるいは、高価格ではあるが、シリコン基板への侵入距離が更に大きい１１００ｎｍ以上の波長に感度を有するインジウム・ガリウム・ヒ素（ＩｎＧａＡｓ）検出器を用いることも出来る。一方、シリコンＣＣＤやシリコンＣＭＯＳ検出器など、シリコンを素材とする検出器は１１００ｎｍ以上の感度を持たない制約がある。そこで、１１００ｎｍ以下しか感度を持たない安価なシリコン素材のカメラを利用してマイクロクラック１０１像を抽出することが可能となるように、１１００ｎｍ以下の波長だけで十分マイクロクラックが検出出来る第１波長および第２波長の組み合わせが実現できれば価格的に好都合である。以上の点で、第１波長１１００ｎｍ以下で１０００ｎｍ以上、第２波長１０００ｎｍ以下７００ｎｍ以上の組み合わせが好ましい。

また、第３波長は、好適な反射画像を得るために、例えば、４００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長であることが好ましい。この実施形態においては、先に述べた条件と同様、第１波長としてその波長が１０７０ｎｍの赤外光を、第２波長としてその波長が９７０ｎｍの赤外光を、第３波長としてその波長が４５０ｎｍの可視光を使用しているので、シリコン検出器（ＣＣＤまたはＣＭＯＳ）を用いることができる。

図１４は、この発明に係る基板検査装置の主要な制御系を示すブロック図である。

この発明に係る基板検査装置は、装置全体を制御するための制御部４０を備える。この制御部４０は、上述した第１光源２１、第２光源２２、第３光源２３、ＣＣＤカメラ１５および太陽電池セル用基板１００の搬送機構１と接続されている。また、この制御部４０は、後述する波長間演算および画像処理を実行する画像処理部４１を備えている。

次に、この基板検査装置により太陽電池セル用基板１００の内部に生じたマイクロクラック１０１を検査する検査工程について説明する。図１５は、この発明に係る基板検査装置による太陽電池セル用基板１００の検査工程を示すフローチャートである。

検査を実行するときには、最初に、太陽電池セル用基板１００を搬入する(ステップＳ１)。この場合には、図１２に示す一対のローラ１１および無端ベルト１２より成る太陽電池セル用基板１００の搬送機構１により、太陽電池セル用基板１００を積分球１４の開口部の下方の位置に搬送する。

次に、第１光源２１を点灯して、太陽電池セル用基板１００の表面に波長が１０７０ｎｍの赤外光を照射する(ステップＳ２）。そして、太陽電池セル用基板１００の表面で反射した赤外光の反射画像をＣＣＤカメラ１５により撮影する(ステップＳ３)。また、第２光源２２を点灯して、太陽電池セル用基板１００の表面に波長が９７０ｎｍの赤外光を照射する(ステップＳ４）。そして、太陽電池セル用基板１００の表面で反射した赤外光の反射画像をＣＣＤカメラ１５により撮影する(ステップＳ５)。さらに、第３光源２３を点灯して、太陽電池セル用基板１００の表面に波長が４５０ｎｍの可視光を照射する(ステップＳ６）。そして、太陽電池セル用基板１００の表面で反射した可視光の反射画像をＣＣＤカメラ１５により撮影する(ステップＳ７)。

ＣＣＤカメラ１５により撮影された１０７０ｎｍの赤外光の反射画像は、画像処理部４１にいて前処理される（ステップＳ８）。また、ＣＣＤカメラ１５により撮影された９７０ｎｍの赤外光の反射画像も、画像処理部４１において前処理される（ステップＳ９）。この前処理には、光源照度の相違による反射画像のムラの補正や規格化等を含む。そして、同じ画像処理部４１において、１０７０ｎｍの赤外光の反射画像と９７０ｎｍの赤外光の反射画像とが波長間演算される（ステップＳ１３）。この波長間演算は、上述したように、９７０ｎｍの赤外光の反射画像に対して重みづけ計数として０．４を乗算し、この乗算結果を１０７０ｎｍの赤外光の反射画像から減算する重みづけ差演算である。すなわち、画像処理部４１は、画素毎に、波長が９７０ｎｍの赤外光の反射画像の各画素値に０．４を乗算し、この乗算結果を波長が１０７０ｎｍの赤外光の反射画像の画素値から減算している。

なお、ここで用いる重みづけ計数が一般的に０．５程度が良いことを、上述した図３を用いて説明する。

図３において、表面反射の想像線として書いた符号Ｌの線と、基板裏表往復光を含む符号Ｎの線とを比較した場合、第１波長である１０７０ｎｍの赤外光では、Ｎの高さがＬの高さの２倍程度であるので、第１波長による画像は、５０％程度の表面反射光と５０％程度の裏表往復光（ＮとＬの差）で構成されると考えられる（言い換えれば、第１波長では裏表往復光の存在で表面の情報が薄められている）。一方、第２波長である９７０ｎｍの赤外光においてはＮとＬとは重なっているから、第２波長による画像は（マイクロクラック等の異物を除けは）１００％表面反射だけである。太陽電池セル用基板１００表面のノイズ状の凸凹は表面反射光によるから、第１波長の変動と第２波長は相関するが、第１波長は表面情報が全体の５０％なので表面の凸凹の変動も５０％に押さえられている。従って、第２波長の画像の５０％を第１波長から引くことで、表面の凸凹の変動をキャンセル出来ると考えられる。

実際には、符号Ｌの線は実測できるわけではなく、９５０ｎｍの接戦から予想した想像線なので、符号Ｌの線の高さは、もっと小さいかもしれないしもっと大きいかもしれない。当然、第１波長がもっと長いと往復分が増えるから、表面信号寄与は小さくなるはずで、波長の選び方でも変わる。したがって、この重みづけ計数は、０．５前後の値の中で、選択した波長や太陽電池セル用基板１００の種類や厚さ等に応じて、実験的、経験的に求められる。

再度図１５を参照して、波長間演算後の画像は、画像処理部４１において、二次微分後二値化等の画像処理がなされて、太陽電池セル用基板１００内に存在するマイクロクラック１０１の画像の候補を示す画像が作成される（ステップＳ１４）。

ステップＳ９において画像処理部４１により前処理された９７０ｎｍの赤外光の反射画像から、画像処理部４１により太陽電池セル用基板１００における粒界を示す粒界情報が抽出される（ステップＳ１０）。この粒界情報は、９７０ｎｍの赤外光の反射画像における太陽電池セル用基板１００の表面の情報から抽出される。一方、ＣＣＤカメラ１５により撮影された４５０ｎｍの可視光の反射画像も、画像処理部４１にいて前処理される（ステップＳ１１）。そして、前処理後の４５０ｎｍの可視光の反射画像から、画像処理部４１により太陽電池セル用基板１００における粒界を示す粒界情報が抽出される（ステップＳ１２）。この粒界情報も、４５０ｎｍの可視光の反射画像における太陽電池セル用基板１００の表面の情報から抽出される。

そして、ステップＳ１０で抽出した粒界情報と、ステップＳ１２で抽出した粒界情報とに基づいて、真の粒界画像を認識し、この粒界画像をステップＳ１４で求めたマイクロクラック１０１の画像の候補を示す画像から除去する粒界情報除去処理が実行される（ステップＳ１５）。これにより、ステップＳ１４で求めた太陽電池セル用基板１００内に存在するマイクロクラック１０１の画像の候補を示す画像から粒界画像が除去され、マイクロクラック１０１を示す画像のみが抽出される。なお、このときには、太陽電池セル用基板１００の表面に存在するパーティクル等の画像も、マイクロクラック１０１の画像の候補を示す画像から除去される。

次に、画像処理部４１において孤立点除去処理を実行する（ステップＳ１６）。これにより、粒界情報除去処理工程（ステップＳ１５）等において除去できない孤立点をノイズとして除去することができる。そして、孤立点除去処理後の画像を、マイクロクラック１０１像として認識し（ステップＳ１７）、この画像を記憶および表示することにより処理を終了する。

次に、この発明の他の実施形態について説明する。図１６は、この発明の第２実施形態に係る基板検査装置の概要図である。

上述した第１実施形態に係る基板検査装置おいては検出器として２次元検出器を用いている。即ち、第１波長の赤外光と、第２波長の赤外光と、第３波長の可視光との反射画像を利用してマイクロクラック１０１を２次元検出器を検出している。これに対して、この第２実施形態に係る基板検査装置においては、１次元アレー検出器、即ちリニアーセンサを用いて、第１波長の赤外光と、第２波長の赤外光とを利用してマイクロクラック１０１を検出する構成を採用している。なお、この第２実施形態においても、第１実施形態に係る基板検査装置と同様、第１波長の赤外光としては、例えば、その波長が１０７０ｎｍの赤外光を使用することができ、また、第２波長の赤外光としては、例えば、その波長が９７０ｎｍの赤外光を使用することができる。

この第２実施形態に係る基板検査装置は、一対のローラ１１および無端ベルト１２より成る第１実施形態と同様の太陽電池セル用基板１００の搬送機構１を備え、この搬送機構１による太陽電池セル用基板１００の搬送と同期しながら、１次元の各列の反射信号を取得し、２次元画像に変換後マイクロクラック１０１の検査を実行するものである。

この基板検査装置は、搬送機構１により搬送される太陽電池セル用基板１００の上方に配設された円筒状の反射板３２と、この反射板３２の内部に第１波長の赤外光および第２波長の赤外光を照射する光源部３と、光源部３の光が反射板で拡散照射された太陽電池セル用基板１００の反射光の像を、マスク３１に形成されたスリットを介して撮影するためのラインセンサと光学系とを備える一対のラインカメラ３６、３７と、マスク３１により形成されたスリットと一対のＣＣＤカメラ３６、３７との間の光路中に配設されたダイクロイックフィルタ３３とを備える。ラインカメラ３６の入射面には第１波長選択フィルタ３４が配設されており、ラインカメラ３７の入射面には第２波長選択フィルタ３５が配設されている。

この第２実施形態に係る基板検査装置においては、光源部３から照射されたその波長が１０７０ｎｍである第１波長の赤外光と、光源部３から照射されたその波長が９７０ｎｍである第２波長の赤外光とが、一対のマスク３１により形成されたスリットを介して、搬送機構１により搬送される太陽電池セル用基板１００の表面に２波長を同時に照射される。太陽電池セル用基板１００で反射した第１波長の赤外光と第２波長の赤外光とは、マスク３１により形成されたスリットおよび反射板３２に形成されたスリットを介してダイクロイックフィルタ３３に入射する。

第１波長の赤外光はダイクロイックフィルタ３３を通過して第１波長選択フィルタ３４に入射し、第１波長選択フィルタ３４により第１波長の赤外光のみが選択されてＣＣＤカメラ３６に入射する。一方、第２波長の赤外光は、ダイクロイックフィルタ３３により反射されて第２波長選択フィルタ３５に入射し、第２波長選択フィルタ３５により第２波長の赤外光のみが選択されてラインカメラ３７に入射する。

第１実施形態では太陽電池セル用基板１００を静止した状態で画像が取得されるが、第２実施形態では、ラインカメラ３６、３７による、１ライン毎のデータを太陽電池セル用基板１００をラインと直角方向に移動（走査）させながら順次取得し、最終的に太陽電池セル用基板１００の走査が終わった時点で、第１波長と第２波長全体の反射画像が得られる。そのあとはラインカメラ３６により撮影された第１波長の赤外光の反射画像と、ラインカメラ３７により撮影された第２波長の赤外光の反射画像とを、上述した第１実施形態と同様の方法により波長間演算することにより、マイクロクラック１０１の検査を実行することができる。

なお、この第２実施形態に係る基板検査装置においては、第１波長の赤外光と、第２波長の赤外光とを利用してマイクロクラック１０１を検出する構成を採用した例を説明している。しかしながら、第１実施形態に係る基板検査装置と同様、第１波長の赤外光と、第２波長の赤外光と、第３波長の可視光との反射画像を利用してマイクロクラック１０１を検出することも可能である。この場合においては、ダイクロイックフィルタ３３とマスク３１により形成されたスリットとの間の光路中に、赤外光は透過し可視光は反射するダイクロイックフィルタを追加配設し、このダイクロイックフィルタで反射した可視光の像を、さらに別のラインカメラで観察するようにすればよい。一般に画素数の多い２次元カメラは高価であるのに対し、太陽電池セル用基板１００を動かしながら順次ラインデータを取得する手間はいるけれども、ラインカメラの方が安価であるので、高精細画像を目指すときは第２実施形態が有利となる。また、シリコンカメラでなくＩｎＧａＡｓカメラを使う時にも、ＩｎＧａＡｓ２次元カメラが非常に高価なため、ＩｎＧａＡｓラインカメラを利用する第２実施形態が価格的に有利になる。

上述した実施形態においては、いずれも、太陽電池セル用基板１００の反射画像のみを利用してマイクロクラック１０１の検査を実行している。これにより、太陽電池セル用基板１００の全域に対して効率的にマイクロクラック１０１の検査を行うことが可能となる。またこの発明の第１波長、第２波長の反射画像を用いる構成に加えて、太陽電池セル用基板１００の裏面側から赤外光を照射した透過赤外光を撮影する従来同様の構成を採用し、第１波長、第２波長の反射画像に透過画像を加えて、マイクロクラック１０１の検査をより高精度に実行するようにしてもよい。

１搬送機構
２光源部
３光源部
１１ローラ
１２無端ベルト
１４積分球
１５ＣＣＤカメラ
２１第１光源
２２第２光源
２３第３光源
３１マスク
３２反射板
３３ダイクロイックフィルタ
３４第１波長選択フィルタ
３５第２波長選択フィルタ
３６ラインカメラ
３７ラインカメラ
４０制御部
４１画像処理部
１００太陽電池セル用基板

Claims

基板の内部に生じたマイクロクラックを検査する基板検査装置であって、
前記基板の表面に対して、基板に対する透過性が高い第１波長の赤外光を照射する第１光源と、
前記基板の表面に対して、前記第１波長より波長が短く、前記第１波長とは透過性が異なる第２波長の赤外光を照射する第２光源と、
前記基板において反射した第１波長の赤外光の反射像および第２波長の赤外光の反射像を測定するカメラと、
前記カメラにより測定した第１波長の赤外光の反射像と第２波長の赤外光の反射像とを波長間演算することにより、マイクロクラック像を抽出する画像処理部と、
を備えたことを特徴とする基板検査装置。
請求項１に記載の基板検査装置において、
前記波長間演算は、重みづけ差演算である基板検査装置。
請求項１または請求項２に記載の基板検査装置において、
前記第１波長は９５０ｎｍ以上の波長であり、前記第２波長は７００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の波長である基板検査装置。
請求項３に記載の基板検査装置において、
前記第１波長は１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長であり、前記第２波長は７００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である基板検査装置。
請求項１から請求項４のいずれかに記載の基板検査装置において、
前記基板の表面に対して可視光を照射する第３光源をさらに備え、
前記画像処理部は、前記カメラにより測定した第２波長の赤外光の反射像と、前記カメラにより測定した可視光の反射像とに基づいて、基板における粒界画像除去処理を行う基板検査装置。
請求項１から請求項５のいずれかに記載の基板検査装置において、
前記基板は、太陽電池セル用基板または太陽電池セルである基板検査装置。