検査方法および検査装置
【課題】フォトデバイスにパルス光を照射して検査する際に、パルス光の光強度を適切に設定する技術を提供する。
【解決手段】フォトデバイスを検査する検査方法である。この検査方法は、(a) フェムト秒レーザーから出射されるパルス光の光強度を変更しつつ、フォトデバイスの受光面に前記パルス光を照射することによって、前記フォトデバイスから発生する電磁波の電界強度を検出器にて検出する工程と、(b) 前記(a)工程において検出された電磁波の電界強度が最大となるときの前記パルス光の最大時光強度を取得する工程と、(c) 前記(b)工程において取得された前記最大時光強度に基づいて定められる光強度のパルス光を前記フォトデバイスに照射することによって、前記フォトデバイスにて発生する前記電磁波パルスの電界強度を前記検出器にて検出する工程とを含む。
【解決手段】フォトデバイスを検査する検査方法である。この検査方法は、(a) フェムト秒レーザーから出射されるパルス光の光強度を変更しつつ、フォトデバイスの受光面に前記パルス光を照射することによって、前記フォトデバイスから発生する電磁波の電界強度を検出器にて検出する工程と、(b) 前記(a)工程において検出された電磁波の電界強度が最大となるときの前記パルス光の最大時光強度を取得する工程と、(c) 前記(b)工程において取得された前記最大時光強度に基づいて定められる光強度のパルス光を前記フォトデバイスに照射することによって、前記フォトデバイスにて発生する前記電磁波パルスの電界強度を前記検出器にて検出する工程とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パルス光を用いてフォトデバイスを検査する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトデバイスの１種である太陽電池の製造工程においては、いわゆる４端子測定法を利用して、太陽電池の電気特性を測定する検査が行われている（例えば、特許文献１）。具体的には、太陽電池の受光面と裏面に設けられた集電電極に、電流測定用のプローブピンと電圧測定用のプローブピンとが当てられる。この状態で、疑似太陽光が照射されながら、太陽電池に印加する電圧を変化させて電流電圧の関係を測定する。これにより、太陽電池のＩ−Ｖ特性が測定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１８２９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、従来の太陽電池の検査装置の場合、電流測定用または電圧測定用のプローブピンを集電電極に接触させる必要があった。このため、プローブピンのメッキが剥がれるなどして、プローブピンが摺り減るという問題がある。また、太陽電池にプローブピンを接触させるため、検査中に太陽電池素子を傷付けてしまう虞があった。
【０００５】
そこで、出願人らは、フォトデバイスを非接触で検査する検査装置を提案している（特願２０１１−１５５６６５号）。この検査装置においては、フォトデバイスに対して特定波長の光を照射したときに、主にテラヘルツ領域の電磁波が発生することを利用する。この検査装置においては、発生する電磁波を検出することで、フォトデバイスの性能を評価することができる。この検査装置によると、フォトデバイスをほぼ非接触状態で検査することができるため、フォトデバイスを破壊することを抑制できる。
【０００６】
ところで、上記検査装置においては、パルス光を出射するレーザー装置（具体的には、フェムト秒レーザー）が使用される。レーザー装置から出射されるパルス光の光強度は、レーザー装置の寿命に大きく影響する。したがって、レーザー装置の寿命（連続運転時間）を延ばしたり、または、保守コストを削減したりするためには、できるだけ光強度が弱いことが望ましい。しかしながら、フォトデバイスにて発生する電磁波の強度を高めるためには、所要程度の大きさの光強度のパルス光を出射する必要がある。そこで、レーザー装置のコストを抑えつつ、フォトデバイスの検査を適切にするためには、パルス光の光強度の最適化を行うことが望まれる。しかしながら、光強度の最適化を行う技術はほとんど知られていない。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、フォトデバイスにパルス光を照射して検査する際に、パルス光の光強度を適切に設定する技術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】
【０００８】
上記の課題を解決するため、第１の態様は、フォトデバイスを検査する検査方法において、(a)フェムト秒レーザーから出射されるパルス光の光強度を変更しつつ、フォトデバイスの受光面に前記パルス光を照射することによって、前記フォトデバイスから発生する電磁波の電界強度を検出器にて検出する工程と、(b)前記(a)工程において検出された電磁波の電界強度が最大となるときの前記パルス光の最大時光強度を検出する工程と、(c)前記(b)工程において検出された前記最大時光強度に基づいて定められる光強度のパルス光を前記フォトデバイスに照射することによって、前記フォトデバイスにて発生する前記電磁波パルスの電界強度を前記検出器にて検出する工程とを含む。
【０００９】
また、第２の態様は、第１の態様に係る検査方法において、前記(c)工程は、前記最大時光強度を超えない光強度のパルス光を前記フォトデバイスに照射する工程である。
【００１０】
また、第３の態様は、第１または第２の態様に係る検査方法において、(e)前記(a)工程を行う際に、前記フォトデバイスに対して逆バイアス電圧を印加する工程、をさらに含む。
【００１１】
また、第４の態様は、第１から第３の態様までのいずれか１態様に係る検査方法であって、前記(a)工程は、(a-1)前記フェムト秒レーザーからパルス光を、前記フォトデバイスに向かうポンプ光と、前記検出器に向かうプローブ光とに分岐する工程と、(a-2)前記ポンプ光の第１光路または前記プローブ光の第２光路のいずれか一方の光路長を変更する工程とを含む。
【００１２】
また、第５の態様は、第４の態様に係る検査方法において、前記(a)工程は、(a-3)前記(a-2)工程において前記第１光路または前記第２光路の光路長を変更したときに、前記検出器により検出される電界強度が略最大となるときの最大時光路長を取得する工程、をさらに含み、前記第１光路または前記第２光路の光路長が前記最大時光路長に固定された状態で、前記パルス光の光強度が変更される。
【００１３】
また、第６の態様は、第１または２の態様に係る検査方法であって、前記(a)工程において、前記検出器がショットキーバリアダイオードで構成されている。
【００１４】
また、第７の態様は、フォトデバイスを検査する検査装置において、フェムト秒レーザーから出射されるパルス光をフォトデバイスの受光面に照射する照射部と、前記パルス光の照射に応じて、前記フォトデバイスから発生する電磁波の電界強度を検出する検出部と、前記パルス光の光強度が変更されるように前記照射部を制御する制御部と、前記制御部により光強度を変更したときに、電磁波の電界強度が最大となるときの前記パルス光の最大時光強度に基づいて、前記フェムト秒レーザーから出射するパルス光の非光強度を設定する光強度設定部とを備える。
【発明の効果】
【００１５】
第１の態様に係る検査方法によると、フォトデバイスに対して照射する検査用のパルス光の光強度を適切に設定することができる。
【００１６】
また、第２の態様に係る検査方法によると、検出される電磁波パルスの電界強度の大きさをできるだけ大きくしつつ、フェムト秒レーザーの長寿命化および保守コストの低減を図ることができる。
【００１７】
また、第３の態様に係る検査方法によると、逆バイアス電圧を印加することによって、テラヘルツ波の電界強度を増幅することができる。
【００１８】
また、第４の態様に係る検査方法によると、電磁波パルスの時間波形を復元することができるため、電磁波パルスの電界強度を測定するタイミングを良好に決定することができる。
【００１９】
第５の態様に係る検査方法によると、検出器で検出する電磁波パルスの電界強度を略最大とするためシグナルノイズ比を向上することができる。したがって、電界強度を良好に検出できるため、光強度の設定を適切に行うことができる。
【００２０】
第６の態様に係る検査方法によると、ショットキーバリアダイオードを検出器に用いることによって、フォトデバイスにて発生した電磁波パルスの平均化された電界強度の大きさを検出することができる。したがって、時間波形を復元せずに電界強度を取得するため、光強度を迅速に設定することができる。
【００２１】
第７の態様に係る検査装置によると、フォトデバイスに対して照射する検査用のパルス光の光強度を適切に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態に係る検査装置の概略構成図である。
【図２】図１に示した照射部と検出部の概略構成図である。
【図３】太陽電池パネルの概略断面図である。
【図４】太陽電池パネルを受光面側から見た平面図である。
【図５】太陽電池パネルを裏面側から見た平面図である。
【図６】フォトデバイスである太陽電池パネルを検査するときの流れ図である。
【図７】時間波形構築部により復元されたテラヘルツ波パルスの時間波形を示す図である。
【図８】相関データＣＤ１と、該相関データＣＤ１をグラフ化したものを示す図である。
【図９】相関データＣＤ２と、該相関データＣＤ２をグラフ化したものを示す図である。
【図１０】相関データＣＤ３と、該相関データＣＤ３をグラフ化したものを示す図である。
【図１１】検査（１）の詳細な流れ図である。
【図１２】テラヘルツ波パルスのスペクトル分布を示す図である。
【図１３】検査（２）の詳細な流れ図である。
【図１４】モニターに表示される電界強度分布画像の一例である。
【図１５】第２実施形態に係る検査装置の照射部と検出部の概略構成図である。
【図１６】第３実施形態に係る検査装置の照射部と検出部の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して実施形態を詳細に説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２４】
＜１． 第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る検査装置１００の概略構成図である。また、図２は、図１に示した照射部１２と検出部１３の概略構成図である。検査装置１００は、フォトデバイスが形成された基板の一種である太陽電池パネル９０の空乏層の特性を検査するのに適した構成を備えている。
【００２５】
なお、検査装置１００において、検査対象となる基板は、太陽電池パネル９０に限定されるものではない。可視光を含む光を電流に変換するフォトデバイスを含む基板であれば、検査装置１００の検査対象物となり得る。太陽電池パネル以外のフォトデバイスとしては、具体的には、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサなどのイメージセンサが想定される。なお、イメージセンサの中には、使用状態においてフォトデバイスが形成された基板の裏面側となる部分に受光素子が形成されているものが知られている。このような基板であっても、使用状態において受光する側の主面を受光面として検査装置１００に設置すれば、良好にテラヘルツ波パルスＬＴ１を検出することができる。
【００２６】
太陽電池などフォトデバイスは、ｐ型とｎ型の半導体が接合されたｐｎ接合部を有している。このｐｎ接合部付近では電子と正孔とが互いに拡散して結びつく拡散電流が生じることによって、ｐｎ接合部付近に電子と正孔とが少ない空乏層が形成されている。この領域では、電子と正孔をそれぞれｎ型、ｐ型領域に引き戻す力が生じるため、フォトデバイスの内部に電界が生じている。ある程度のエネルギー（禁制帯幅を超えるエネルギー）を持つ光をｐｎ接合部に照射した場合、ｐｎ接合部において、内部の電界によって光電子がｎ型半導体側に移動し、取り残された正孔はｐ型半導体に移動する。フォトデバイスでは、この電流がｎ型半導体およびｐ型半導体のそれぞれに取り付けた電極を介して、外部に取り出される。このように、フォトデバイスにおいては、ｐｎ接合部の空乏層に光が照射されたときに生じる自由電子と自由正孔の移動が直流電力として利用される。
【００２７】
発明者らは、フォトデバイスに所定波長のパルス光を照射したとき、特定波長の電磁波パルスが発生することを見出した。これは、空乏層などの光励起キャリア発生領域に光が照射されることで光励起キャリアが移動することにより、電磁波が発生すると考えられる。つまり発生する電磁波パルスは、空乏層などの光励起キャリア発生領域の特性を反映するものである。したがって、検出された電磁波パルスを解析することによって、ｐｎ接合部の空乏層の特性を検査することができる。検査装置１００においては、この原理に基づき、太陽電池パネル９０に向けて所定波長のパルス光を照射したときに発生する電磁波パルスを検出するように構成されている。
【００２８】
図１に示したように、検査装置１００は、ステージ１１、照射部１２、検出部１３、可視カメラ１４、モーター１５、制御部１６、モニター１７および操作入力部１８を備えている。
【００２９】
ステージ１１は、図示を省略する固定手段によって、太陽電池パネル９０をステージ１１上に固定する。固定手段としては、基板を挟持する挟持具を利用したもの、粘着性シート、または、ステージ１１表面に形成される吸着孔などが想定される。ただし、太陽電池パネル９０を固定できるのであれば、どのような固定手段が適用されてもよい。本実施形態では、ステージ１１は、太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓ側に照射部１２および検出部１３が配置されるように太陽電池パネル９０を保持する。
【００３０】
図２に示したように、照射部１２は、フェムト秒レーザー１２１を備えている。フェムト秒レーザー１２１は、例えば、３６０ｎｍ（ナノメートル）以上１μｍ（マイクロメートル）以下の可視光領域を含む波長のパルス光（パルス光ＬＰ１）を放射する。本実施形態では、中心波長が８００ｎｍ付近であり、周期が数ｋＨｚ〜数百ＭＨｚ、パルス幅が１０〜１５０フェムト秒程度の直線偏光のパルス光が放射される。なお、その他の波長領域（例えば、青色波長（４５０〜４９５ｎｍ）、緑色波長（４９５〜５７０ｎｍ）などの可視光波長）のパルス光が出射されるようにしてもよい。
【００３１】
フェムト秒レーザー１２１から出射されたパルス光ＬＰ１は、ビームスプリッタＢ１により２つに分割される。分割された一方のパルス光（ポンプ光ＬＰ１１）は、太陽電池パネル９０に照射される。このとき、照射部１２は、ポンプ光ＬＰ１１の照射を、受光面９１Ｓ側から行う。また、ポンプ光ＬＰ１１の光軸が、太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓに対して斜めに入射するように、ポンプ光ＬＰ１１が太陽電池パネル９０に対して照射される。本実施形態では、入射角度が４５度となるように照射角度が設定されている。ただし、入射角度はこのような角度に限定されるものではなく、０度から９０度の範囲で適宜変更することができる。
【００３２】
図３は、太陽電池パネル９０の概略断面図である。また図４は、太陽電池パネル９０を受光面９１Ｓ側から見た平面図である。また図５は、太陽電池パネル９０を裏面側から見た平面図である。太陽電池パネル９０は、薄膜結晶シリコン系である太陽電池パネルとして構成されている。太陽電池パネル９０は、下から順にアルミニウムなどで形成された平板状の裏面電極９２と、ｐ型シリコン層９３と、ｎ型シリコン層９４と、反射防止膜９５と、格子状の受光面電極９６とで構成される積層構造を有する結晶シリコン系太陽電池として構成されている。反射防止膜９５は、酸化シリコン、窒化シリコンまたは酸化チタンなどで形成されている。太陽電池パネル９０の主面のうち、受光面電極９６が設けられている側の主面が、受光面９１Ｓとなっている。つまり、太陽電池パネル９０は、受光面９１Ｓ側から光を受けることで発電するように設計されている。受光面電極９６には、透明電極が用いられていてもよい。なお、検査装置１００は、結晶シリコン系以外の太陽電池（アモルファスシリコン系など）の検査に適用してもよい。アモルファスシリコン系太陽電池の場合、一般的に、エネルギーギャップが１．７５ｅＶ〜１．８ｅＶといったように、結晶シリコン系太陽電池のエネルギーギャップ１．２ｅＶに比べて大きい。このような場合、フェムト秒レーザー１２１の波長を、例えば７００μｍ以下とすることで、アモルファスシリコン系太陽電池において、テラヘルツ波を良好に発生させることができる。
【００３３】
太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓは、光の反射損失を抑えるために、所要のテクスチャー構造を有している。具体的には、異方性エッチングなどにより形成される数μｍ〜数十μｍの凹凸、または機械的方法によるＶ字状の溝などが形成されている。このように、太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓは、一般的に、できるだけ効率良く採光できるように形成されている。したがって、所定波長のパルス光が照射されたときに、該パルス光はｐｎ接合部９７に届きやすくなっている。例えば、太陽電池パネルの場合、主に可視光の波長領域を有する波長１μｍ以下の光であれば、ｐｎ接合部９７に容易に到達し得る。
【００３４】
また、ｐ型シリコン層９３とｎ型シリコン層９４との接合部分は、空乏層が形成されるｐｎ接合部９７となっている。この部分にポンプ光ＬＰ１１が照射されることによって、電磁波パルスが発生し、外部に出射される。本実施形態において、検出部１３において検出される電磁波パルスは、周波数０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの電磁波パルス（以下、テラヘルツ波パルスＬＴ１と称する。）となっている。
【００３５】
図２に戻って、ビームスプリッタＢ１によって分割された他方のパルス光は、プローブ光ＬＰ１２として遅延部１３１およびミラーなどを経由して、検出器１３２に入射する。また、ポンプ光ＬＰ１１の照射に応じて発生したテラヘルツ波パルスＬＴ１は、放物面鏡Ｍ１，Ｍ２において集光されて検出器１３２に入射する。
【００３６】
検出器１３２は、光伝導スイッチで構成されている。テラヘルツ波が検出器１３２に入射された状態で、プローブ光ＬＰ１２が検出器１３２に照射されると、検出器１３２に瞬間的にテラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度に応じた電流が生じる。この電界強度に応じた電流は、Ｉ／Ｖ変換回路、Ａ／Ｄ変換回路などを介してデジタル量に変換される。このようにして、検出部１３は、プローブ光の照射に応じて、太陽電池パネル９０を透過したテラヘルツ波の電界強度を検出する。なお、検出器１３２として光伝導スイッチを利用しているが、その他の素子、例えば非線形光学結晶を利用してもよい。また、ショットキーバリアダイオードを使って、テラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度を検出してもよい。
【００３７】
遅延部１３１は、ビームスプリッタＢ１から検出器１３２までのプローブ光ＬＰ１２の到達時間を連続的に変更するための光学素子である。遅延部１３１は、プローブ光ＬＰ１２の入射方向に移動する移動ステージ（図示せず）に固定されている。遅延部１３１は、プローブ光ＬＰ１２を入射方向に折り返させる折り返しミラー１０Ｍを備えている。遅延部１３１は、制御部１６の制御に基づいて移動ステージを駆動して折り返しミラー１０Ｍを移動させることにより、プローブ光ＬＰ１２の光路長を精密に変更する。これにより、遅延部１３１は、テラヘルツ波パルスＬＴ１が検出部１３に到達する時間と、プローブ光ＬＰ１２が検出部１３へ到達する時間との時間差を変更する。したがって、遅延部１３１により、プローブ光ＬＰ１２の光路（第２光路）の光学的距離（光路長）を変化させることによって、検出部１３（検出器１３２）においてテラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度を検出するタイミング（検出タイミングまたはサンプリングタイミング）を遅延させることができる。
【００３８】
なお、遅延部１３１は、その他の態様でテラヘルツ波パルスＬＴ１とプローブ光の検出部１３への到達時間を変更するようにしてもよい。例えば、電気光学効果を利用してもよい。すなわち、印加する電圧を変化させることで屈折率が変化する電気光学素子を、遅延素子として用いてもよい。具体的には、特開２００９-１７５１２７号公報に開示されている電気光学素子を利用することができる。また、ポンプ光ＬＰ１１の光路（第１光路）の光路長を変化できるようにしてもよい。この場合においても、検出器１３２にテラヘルツ波パルスＬＴ１が到達する時間と、検出器１３２にプローブ光ＬＰ１２が到達する時間を相対的にずらすことができる。したがって、検出器１３２におけるテラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度の検出タイミングを遅延させることができる。
【００３９】
また、太陽電池パネル９０には、検査時に裏面電極９２と受光面電極９６との間に逆バイアス電圧を印加する逆バイアス電圧印加回路９９が接続される。逆バイアス電圧が電圧間に印加されることによって、ｐｎ接合部９７の空乏層を大きくすることができる。これにより、検出器１３２において検出されるテラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度を大きくすることができるため、検出部１３におけるテラヘルツ波パルスＬＴ１の検出感度を向上することができる。ただし、逆バイアス電圧印加回路９９は省略することもできる。
【００４０】
図１に戻って、可視カメラ１４は、ＣＣＤカメラで構成されており、光源としてＬＥＤやレーザーを備えている。可視カメラ１４は、太陽電池パネル９０の全体を撮影したり、ポンプ光ＬＰ１１が照射される位置を撮影したりするのに用いられる。可視カメラ１４によって取得された画像データは、制御部１６へ送信される。
【００４１】
モーター１５は、ステージを二次元平面内で移動させるＸ−Ｙテーブル（図示せず）を駆動する。モーター１５は、このＸ−Ｙテーブルを駆動することによって、ステージ１１に保持された太陽電池パネル９０を、照射部１２に対して相対移動させる。検査装置１００は、モーター１５により、太陽電池パネル９０を二次元平面内で任意の位置に移動させることができる。検査装置１００は、モーター１５により、太陽電池パネル９０の広い範囲（検査対象領域）にポンプ光ＬＰ１１を照射して検査することができる。なお、太陽電池パネル９０を移動させる代わりに、または、太陽電池パネル９０を移動させると共に、照射部１２を、検出部１３を二次元平面内で移動させる移動手段を設けてもよい。これらの場合においても、太陽電池パネル９０の各領域について、テラヘルツ波パルスＬＴ１を検出することができる。なお、モーター１５を省略して、ステージ１１をオペレータによって手動で移動するようにしてもよい。
【００４２】
制御部１６は、制御部１６は、図示を省略するＣＰＵやＲＡＭ、補助記憶部（ハードディスク）などを備えた一般的なコンピュータの構成を備えている。制御部１６は、照射部１２のフェムト秒レーザー１２１、検出部１３の遅延部１３１および検出器、並びにモーター１５に接続されており、これらの動作を制御したり、これらからデータを受け取ったりする。具体的に、制御部１６は、検出器１３２からテラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度に関するデータを受け取る。また、制御部１６は、遅延部１３１を移動させる移動ステージ（図示せず。）の移動を制御したり、該移動ステージに設けられたリニアスケールなどから折り返しミラー１０Ｍの移動距離などの遅延部１３１の位置に関連するデータを受け取ったりする。
【００４３】
また、制御部１６には、専用の演算回路などで構成される時間波形構築部２１、スペクトル解析部２３、画像生成部２５および光強度設定部２７が接続されている。これら各部はＣＰＵがプログラムにしたがって動作することにより実現される。なお、これらの機能の一部または全部が、制御部１６の備えるＣＰＵが所定のプログラムにしたがって動作することによって、ソフトウェア的に実現するようにしてもよい。
【００４４】
時間波形構築部２１は、太陽電池パネル９０において発生したテラヘルツ波パルスＬＴ１について、検出部１３（検出器１３２）にて検出される電界強度を元に、テラヘルツ波の時間波形を構築する。具体的には、遅延部１３１の折り返しミラー１０Ｍを移動させることによって、プローブ光の光路長（第１光路の光路長）を変更することによって、プローブ光が検出器１３２に到達する時間を変更する。これにより、検出器１３２においてテラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度を検出するタイミングを変更される。このようにして相互に異なる複数の検出タイミングにてテラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度が検出されることにより、テラヘルツ波パルスＬＴ１の時間波形が構築される。
【００４５】
スペクトル解析部２３は、テラヘルツ波パルスＬＴ１の時間波形に基づいて、検査対象物である太陽電池パネル９０に関するスペクトル解析を行う。詳細には、スペクトル解析部２３は、ポンプ光ＬＰ１１の照射に応じて発生したテラヘルツ波パルスＬＴ１の時間波形をフーリエ変換することにより、周波数に関する振幅強度スペクトルを取得する。
【００４６】
画像生成部２５は、太陽電池パネル９０の検査対象領域（太陽電池パネル９０の一部または全部）に関して、パルス光ＬＰ１を照射したときに発生するテラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度の分布を視覚化した画像を生成する。具体的には、可視カメラ１４を介して取得される太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓの可視光画像に、各測定位置の電界強度に応じた色や模様などを重ねることによって、電界強度分布画像が生成される。
【００４７】
光強度設定部２７は、レーザー光源から照射する光強度を設定する設定部である。制御部１６は、光強度設定部２７によって設定された光強度のレーザー光（パルス光）をフェムト秒レーザー１２１（レーザー装置）に出射させる。
【００４８】
制御部１６には、モニター１７および操作入力部１８が接続されている。モニター１７は、液晶ディスプレイなどの表示装置であり、オペレータに対して各種画像情報を表示する。モニター１７には、可視カメラ１４で撮影された太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓの画像、時間波形構築部２１によって構築されたテラヘルツ波パルスＬＴ１の時間波形、スペクトル解析部２３による解析結果、または画像生成部２５が生成した電界強度分布画像などが表示される。また、モニター１７には、検査の条件設定などをするために必要なＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｙｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）画面を表示する。
【００４９】
操作入力部１８は、マウスおよびキーボードなどの各種入力デバイスで構成されている。オペレータは操作入力部１８を介して所定の操作入力を行うことができる。なお、モニター１７がタッチパネルとして構成されることによって、モニター１７が操作入力部１８として機能するようにしてもよい。
【００５０】
以上が、検査装置１００の構成についての説明である。次に検査装置１００を用いたフォトデバイスの検査方法について詳細に説明する。
【００５１】
＜１．２． フォトデバイスの検査＞
図６は、フォトデバイスである太陽電池パネル９０を検査するときの流れ図である。なお、以下に説明する検査装置１００の動作は、特に断らない限り制御部１６によって制御されるものとする。また、図６に示した流れ図は、一例である。したがって、工程内容によっては、複数の工程を並列に実行したり、または、各工程の実行順序を適宜変更したりしてもよい。検査装置１００においては、フォトデバイスである太陽電池パネル９０の検査をするにあたって、まず、フェムト秒レーザー１２１から出射するパルス光の光強度の最適化が行われる（ステップＳ１１〜ステップＳ１９）。そしてその後、最適な光強度のパルス光が太陽電池パネル９０に照射されることによって、太陽電池パネル９０の検査が行われる（ステップＳ２０）。
【００５２】
まず、ステージ１１に検査対象であるフォトデバイス（太陽電池パネル９０）が設置される（ステップＳ１１）。このステップＳ１１においては、オペレータが太陽電池パネル９０をステージ１１に設置するようにしてもよいし、図示を省略する搬送装置を使って太陽電池パネル９０をステージ１１に設置するようにしてもよい。このとき、上述したように、太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓに向けて、パルス光（ポンプ光ＬＰ１１）が照射されるように太陽電池パネル９０がステージ１１に設置される。
【００５３】
太陽電池パネル９０がステージ１１に固定されると、検査装置１００は、モーター１５を駆動することによって、太陽電池パネル９０の任意の位置にパルス光が照射されるように太陽電池パネル９０を移動させる。このパルス光を照射する位置は、あらかじめ設定された座標データにおいて規定されていてもよいし、オペレータが操作入力部１８を介して入力して適宜指定するようにしてもよい。また、オペレータが、ステージ１１を手動で移動させることで、太陽電池パネル９０の所定位置にパルス光が照射されるようにしてもよい。
【００５４】
次に、検査装置１００は、テラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ）を行うことによって、太陽電池パネル９０の所定位置にパルス光（ポンプ光ＬＰ１１）を照射したときに発生するテラヘルツ波の時間波形を復元する（ステップＳ１２）。より詳細には、検査装置１００は、パルス光を太陽電池パネル９０に照射しながら、遅延部１３１を制御することによって、検出器１３２において電界強度の検出タイミングを変更しながら、テラヘルツ波パルスの電界強度が検出される。このとき、逆バイアス電圧印加回路９９を駆動することによって、太陽電池パネル９０に逆バイアス電圧を印加するようにしてもよい。
【００５５】
図７は、時間波形構築部２１により復元されたテラヘルツ波パルスの時間波形を示す図である。図７中、横軸は時間を示し、縦軸は電界強度を示している。また、下段には、遅延部１３１によって、検出器１３２に到達するタイミング（検出タイミングｔ１〜ｔ８）の異なる複数のプローブ光ＬＰ１２が概念的に示されている。また、図７中、実線で示した時間波形４１は、図６に示したステップＳ１２において復元されたテラヘルツ波パルスの時間波形である。
【００５６】
検出器１３２には、図７に示した時間波形４１のテラヘルツ波パルスが所定の周期で繰り返し到来する。ここで、検出器１３２に対して、検出タイミングｔ１でプローブ光が到達するように遅延部１３１を調整した場合、検出器において、値Ｅ１の電界強度が検出される。また、遅延部１３１を調整することによって検出タイミングをｔ２〜ｔ８にそれぞれ遅延させた場合、それぞれ値Ｅ２〜Ｅ８の電界強度が検出部１３において検出される。このような要領で、検出タイミングを細かく変更しながらテラヘルツ波パルステラヘルツ波パルスの電界強度を測定し、取得された電界強度値を時間軸に沿って二次元グラフ上にプロットすることによって、テラヘルツ波パルスの時間波形４１を復元することができる。
【００５７】
図６に戻って、検査装置１００は、図７に示した時間波形４１に基づいて、テラヘルツ波パルスの電界強度が略最大となる検出タイミングに対応する折り返しミラー１０Ｍの位置を特定する。そして折り返しミラー１０Ｍを、特定された位置に移動させて固定する（ステップＳ１３）。時間波形４１においては、検出タイミングｔ３において電界強度が最大（Ｅ３）となっている。したがって、この検出タイミングｔ３に対応する位置に折り返しミラー１０Ｍの位置が設定される。これにより、プローブ光ＬＰ１２の光路長が、テラヘルツ波パルスの略最大値となるときの光路長に設定されることとなる。
【００５８】
このように折り返しミラー１０Ｍの位置を設定することによって、テラヘルツ波パルスの電界強度が最大となるタイミングで電界強度を検出できる。したがって、後述するパルス光の光強度とテラヘルツ波パルスの電界強度との相関関係を示す相関データを取得する際に、シグナルノイズ比を高めることができる。
【００５９】
なお、検出器１３２として、ショットキーバリアダイオードを採用した場合、検出器１３２では、時間平均化されたテラヘルツ波パルスの電界強度の大きさが検出される。この場合、テラヘルツ波パルスの復元（ステップＳ１２）および最大値の取得（ステップＳ１３）をスキップすることができるため、光強度の設定を迅速に行うことができる。
【００６０】
次に、検査装置１００は、逆バイアス電圧を印加するかどうか判定する（ステップＳ１４）。逆バイアス電圧を印加するかどうかは、予め定められていてもよいし、逆バイアス電圧印加が必要かどうかを確認する画面をモニター１７等に表示するなどして、オペレータが適宜設定入力できるようにしてもよい。
【００６１】
逆バイアス電圧印加する場合（ステップＳ１４においてＹＥＳ）、検査装置１００は、逆バイアス電圧印加回路９９を駆動することによって、所定の大きさの電圧を太陽電池パネル９０に印加する（ステップＳ１５）。そして検査装置１００は、次のステップＳ１６に進む。また、逆バイアス電圧印加が不要である場合（ステップＳ１４においてＮＯ）、検査装置１００は、ステップＳ１５をスキップしてステップＳ１６に進む。
【００６２】
ステップＳ１６では、検査装置１００が、パルス光の光強度と、テラヘルツ波パルスの電界強度との相関を示す相関データを取得する。この工程では、具体的には、フェムト秒レーザー１２１から出射するパルス光ＬＰ１の光強度がゼロから所要強度まで次第に増大され、そのときに検出器１３２において検出される電界強度が順次記録される。相関データの具体例については、後述する。相関データを取得すると、検査装置１００は、その相関データに基づいて、電界強度が最大値となるときの光強度を検出する（ステップＳ１７）。
【００６３】
さらに検査装置１００は、太陽電池パネル９０に印加する逆バイアス電圧を増やすかどうかを判定する（ステップＳ１８）。この判定は、例えば逆バイアス電圧があらかじめ規定された電圧を越えているかどうかを基準にして行われる。印加されている逆バイアス電圧が規定の電圧量を越えていない場合（ステップＳ１８においてＹＥＳ）、検査装置１００は、テップＳ１５に戻り、所要量の電圧量を加算した電圧を太陽電池パネル９０に印加する。そして以降のステップＳ１６，Ｓ１７が再び実行される。テップＳ１８において印加されている逆バイアス電圧が規定の電圧を超えている場合（ステップＳ１８においてＮＯ）、検査装置１００は次のステップＳ１９へ進む。なお、ステップＳ１４およびステップＳ１８を省略することも可能である。この場合、電極間に印加する逆バイス電圧を固定値（逆バイアス電圧を印加しない場合を含む。）とすればよい。
【００６４】
図８〜図１０は、相関データＣＤ１〜ＣＤ３と、該相関データＣＤ１〜ＣＤ３をグラフ化したものを示す図である。なお、相関データＣＤ１〜ＣＤ３は、太陽電池パネル９０の相互に異なる位置（具体的には、図４に示した位置Ｐ１〜Ｐ３）に関して、ステップＳ１４〜ステップＳ１８が繰り返し行われることにより取得されるデータである。
【００６５】
相関データＣＤ１を参照すると、逆バイアス電圧がゼロの場合、光強度をゼロから７０ｍＷまで増大させても、検出される電界強度が常にノイズ（バックグラウンド）レベルの電界強度（＝０．５）となっており、増減は生じていない。しかしながら、逆バイアス電圧については０Ｖから１０Ｖまで増大させると、検出される電界強度の大きさが次第に大きくなっている。これは、逆バイアス電圧によって発生するテラヘルツ波パルスの電界強度が増幅されるためである。
【００６６】
ここで、太陽電池パネル９０に照射するパルス光の光強度を増大させると、テラヘルツ波パルスの発生量も増大するため、検出器にて検出される電界強度も大きくなると考えられる。しかしながら、相関データＣＤ１に示したように、光強度がある程度の大きさのところで、テラヘルツ波パルスの電界強度が飽和してしまい、それ以上増やしたとしても、電界強度が減少に転じる。例えば逆バイアス電圧を１Ｖとした場合、光強度を０ｍＷから１５ｍＷまたは２０ｍＷまで増やしたとき、電界強度が次第に大きくなり、１５ｍＷまたは２０ｍＷのときに、電界強度が最大となっている。つまり、１５ｍＷまたは２０ｍＷが、最大時光強度となっている。しかしながら、光強度を２０ｍＷから３０ｍＷに増大させると、今度は、電界強度が減少に転じる。同様に逆バイス電圧が２Ｖまたは４Ｖの場合、２０ｍＷまたは４０ｍＷのときに電界強度が最大となり、それ以降は減少に転じている。
【００６７】
このように光強度の大きさに比例せずに、電界強度が飽和してしまう現象は、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、太陽電池パネル９０などのフォトデバイスにフェムト秒レーザー１２１からパルス光が照射されると、光励起キャリアが生成される。生成された光励起キャリアは、逆バイアス電圧、内部電界、あるいは拡散などの影響を受けて、集電電極（受光面電極９６など）に吸引される。パルス光の光強度が比較的小さい場合、光励起キャリアは電極へ十分に吸引されるが、光強度が大きくなると、光励起キャリアが十分に吸引されなくなる。その結果、パルス光の照射部分において、光励起キャリアが充満された状態となる。すると、パルス光照射による光励起キャリアの発生量が減少するため、テラヘルツ波パルスの電界強度も減少すると考えられる。したがって、電界強度が最大となる時には、以下の等式（１）が成立しているものと考えられる。
【００６８】
（光励起キャリアの発生量）＝（逆バイアス、内部電界または拡散による光励起キャリアの吸収量）・・・（１）
【００６９】
なお、図８〜図１０に示した相関データＣＤ１〜ＣＤ３においては、ほぼ同条件にて光強度の変更、バイアス電圧の印加を行っているが、検出される電界強度の大きさがそれぞれで異なっている。具体的には、相関データＣＤ２において電界強度が全体的に最も大きくなっており、次いで相関データＣＤ２、相関データＣＤ１の順に電界強度が小さくなっている。ここで、受光面電極９６に近いほど、パルス光が照射されたときに、光励起キャリアが吸収されやすい。このため、発生するテラヘルツ波パルスの電界強度も大きくなると考えられる。よって、図４に示したように、位置Ｐ２，Ｐ３，Ｐ１の順で受光面電極９６から遠ざかっているため、検出される電界強度の大きさもこの順に小さくなると考えられる。また、相関データＣＤ２，ＣＤ３では、逆バイアス電圧が負荷されていない状態（０Ｖ）でも、５〜１０ｍＷ程度の光強度において、ある程度の強さのテラヘルツ波パルスを検出することができる。つまり、逆バイアス電圧を印加するための電極がないフォトデバイスの検査においても、本発明は原理的に適用可能である。
【００７０】
図６に戻って、相関データを取得すると、検査装置１００は、該相関データに基づいて、検査用の光強度を設定する（ステップＳ１９）。具体的には、光強度設定部２７が、電界強度が最大となるときの光強度を（最大時光強度）を、検査用の光強度に設定する。相関データＣＤ１〜ＣＤ３から明らかなように、照射するパルス光の光強度が強すぎると、フォトデバイスから発生するテラヘルツ波パルスの電界強度が逆に小さくなってしまう。そこで、この電界強度が減少し始める境界を相関データから特定することによって、光強度を無駄に大きくせずに、検出器１３２にて検出されるテラヘルツ波パルスの電界強度を最大限とすることができる。したがって、シグナルノズル比を改善しつつ、かつ、フェムト秒レーザー１２１のランプの長寿命化や保守コストの低減を図ることができる。
【００７１】
なお、図８〜図１０の相関データＣＤ１〜ＣＤ３で示したように、最大時光強度は、太陽電池パネル９０に印加される逆バイアス電圧の大きさによって異なる場合がある。ステップＳ１９では、いくつかの大きさの逆バイアス電圧の中から特定の大きさの逆バイアス電圧が適当に選択され、その大きさの逆バイアス電圧のもとで決定された最大時光強度が検査用の光強度に設定される。この逆バイアス電圧の選択は任意の基準で行い得るが、例えば相関データに記録された電界強度の大きさが閾値を超えるかどうかを基準にして行われるようにしてもよい。
【００７２】
また、ステップＳ１９においては、測定用の光強度が、最大時光強度に合わせて設定されているが、これ以外の大きさの光強度に設定されてもよい。測定用の光強度は、フェムト秒レーザー１２１の長寿命化などを考慮した場合、最大時光強度を越えない大きさの光強度に設定されることが望ましい。しかしながら最大時光強度を若干越える程度の大きさであれば、十分に許容される。
【００７３】
次に検査装置１００は、ステップＳ１９において設定された光強度のパルス光をフェムト秒レーザー１２１から出射することによって、太陽電池パネル９０の検査を行う（ステップＳ２０）。このステップＳ２０では、太陽電池パネル９０の様々な箇所にパルス光（ポンプ光ＬＰ１１）を照射して、発生するテラヘルツ波パルスの電界強度を検出器１３２にて検出する。
【００７４】
本実施形態に係る検査装置１００では、大きく分けて２種類の検査を行うことができルように構成されている。まず第１の検査は、（１）テラヘルツ波パルスの時間波形に基づく検査（以下、検査（１）と称する。）である。この検査（１）では、特定の領域（検査位置）にポンプ光ＬＰ１１が照射されたときに発生するテラヘルツ波パルスの時間波形が構築される。また、この構築された時間波形に基づいたスペクトル解析が行われる。これらの解析により、太陽電池パネル９０の特定領域における空乏層形成に関する検査や、不純物に関する検査を行うことができる。
【００７５】
また、第２の検査は（２）太陽電池パネル９０全体についてのテラヘルツ波パルスの電界強度分布に基づく検査（以下、検査（２）と称する。）である。この検査（２）では、太陽電池パネル９０上の各領域のそれぞれについて、ポンプ光ＬＰ１１が照射されたときに発生するテラヘルツ波パルスの電界強度がそれぞれ測定される。これにより、太陽電池パネル９０の検査対象領域内における空乏層の形成不良部分や、または多結晶シリコンの格子欠陥を特定することができる。以下においては、まず検査（１）について説明し、次に検査（２）について説明する。
【００７６】
図１１は、検査（１）の詳細な流れ図である。検査装置１００は、検査（１）を開始すると、逆バイアス電圧を印加するかどうか判定する（ステップＳ２１）。逆バイアス電圧を印加する場合（ステップＳ２１においてＹＥＳ）、ここでは、ステップＳ１９において設定された光強度を決定したときの逆バイアス電圧と同じ大きさの電圧が太陽電池パネル９０の電極間に印加される（ステップＳ２２）。例えば、相関データＣＤ１において、逆バイアス電圧を２Ｖとしたとき、最大時光強度が２０ｍＷとなっている。この相関データに基づいて、ステップＳ１９において光強度が２０ｍＷと設定された場合には、ステップＳ２２において２Ｖの逆バイアス電圧が印加される。なお、逆バイアス電圧を印加しない場合、検査装置１００は、ステップＳ２２をスキップしてステップＳ２３に進む。
【００７７】
次のステップＳ２３では、検査装置１００が、検査位置に合わせて太陽電池パネル９０を移動させる。この検査位置は、あらかじめ、検査を行うべき太陽電池パネル９０上の位置に関するデータ（座標データ）として、オペレータが操作入力部１８を介して指定される。制御部１６は、この座標データに基づいて、モーター１５を駆動することにより、該検査位置にパルス光が照射されるように、ステージ１１を移動させる。なお、オペレータ自身が、ステージ１１を手動で移動させることによって、検査位置に合わせて太陽電池パネル９０を移動させてもよい。
【００７８】
太陽電池パネル９０の移動が完了すると、検査装置１００は、ＴＨｚ−ＴＤＳに基づいて、ポンプ光ＬＰ１１の照射に応じて発生するテラヘルツ波パルスの時間波形を復元する（ステップＳ２４）。具体的には、図６に示したステップＳ１２とほぼ同様である。ただし、このステップＳ２４では、ステップＳ１９において設定された光強度のパルス光が、太陽電池パネル９０に照射される。このステップＳ２４により、図７に示した時間波形４１と同様に、検査位置において発生するテラヘルツ波パルスの時間波形を復元される。
【００７９】
このようにして、時間波形を復元することにより、検査位置におけるｐｎ接合部９７の空乏層の特性について検査することができる。例えば、テラヘルツ波パルスの検出の有無を検査したり、構築された時間波形の電界強度の振幅を標準データと比較したりすることで、空乏層の形成不良などを検出することができる。また、同様の処理で太陽電池の様々な光励起キャリア発生領域の形成不良を検出することができる。
【００８０】
次に検査装置１００は、復元された時間波形に基づいて、スペクトル解析を行う（ステップＳ２５）。この工程では、スペクトル解析部２３が時間波形に対してフーリエ変換を行うことによって、テラヘルツ波パルスについてのスペクトル分布が取得される。
【００８１】
図１２は、テラヘルツ波パルスのスペクトル分布を示す図である。図１２中、縦軸はスペクトル強度を示しており、横軸は周波数を示している。ステップＳ２５において取得されたスペクトル分布５１においては、０．１ＴＨｚ〜１ＴＨｚの範囲の周波数においてスペクトル強度が比較的強くなっている。このようなスペクトル分布５１を取得することにより、各検査位置に形成されているｐｎ接合部９７の空乏層の特性を検査することができる。例えば、スペクトル分布５１において、矢印で示した特定周波数のスペクトル強度が、基準となる参照値（図示せず）よりも有意に低くなっているような場合に、該特定周波数を吸収する不純物が空乏層などに含まれていることを検出することができる。また、吸収された周波数から、不純物の種類や濃度などを推定することも可能である。なお、このステップＳ２６のスペクトル解析は省略することも可能である。
【００８２】
図１１に戻って、スペクトル解析が完了すると、検査装置１００は、モニター１７に検査結果を示す画像を表示する（ステップＳ２６）。具体的には、ステップＳ２５において取得されたテラヘルツ波パルスの時間波形や、ステップＳ２６において取得されたスペクトル分布（図１２参照）などが解析結果としてモニター１７に表示される。以上が検査（１）の説明である。次に検査（２）について説明する。
【００８３】
＜検査（２）＞
図１３は、検査（２）の詳細な流れ図である。上記検査（１）では、太陽電池パネル９０上の特定の領域について、ポンプ光ＬＰ１１を照射に応じて発生するテラヘルツ波パルスの時間波形とスペクトル解析が行われる。これに対して、検査（２）では、太陽電池パネル９０の全面について、光励起キャリア発生領域の状態を検査する。
【００８４】
検査（２）を開始すると、検査装置１００は、太陽電池パネル９０に対して逆バイアス電圧を印加するかどうか判定し（ステップＳ２０）、必要な場合は電極間に逆バイアス電圧を印加する（ステップＳ２１）。この流れは、検査（１）におけるステップＳ２０，Ｓ２１と同様である。
【００８５】
次に検査装置１００は、検出器１３２において検出されるテラヘルツ波パルスの電界強度が最大となるように、遅延部１３１が調整される（ステップＳ２３ａ）。この工程では、ステップＳ１３において設定された折り返しミラー１０Ｍの位置に、折り返しミラー１０Ｍが配置される。このようにテラヘルツ波パルスの電界強度の最大値を検出するようにすることで、電界強度が検出しやすくなるため、テラヘルツ波パルスの検出感度を向上することができる。ただし、その他の位置に折り返しミラー１０Ｍを配置して、その他の検出タイミングでテラヘルツ波パルスの電界強度が検出されるようにしてもよい。
【００８６】
次に、検査装置１００は、モーター１５を駆動することにより、太陽電池パネル９０を二次元平面内で移動させる（ステップＳ２４ａ）。このとき、ステップＳ１９において設定された光強度のパルス光が太陽電池パネル９０に照射され、これにより発生するテラヘルツ波パルスの電界強度が検出器１３２にて検出される。太陽電池パネル９０上の検査対象領域についての電界強度分布が取得される。なお、太陽電池パネル９０の移動は、例えば、主走査方向に沿って正方向に移動させた後、主走査方向に直交する副走査方向に所要距離分移動させて（ずらして）、主走査方向に沿って正方向とは反対の方向へ移動させる。これを繰り返すことによって、太陽電池パネル９０の全領域に関して、テラヘルツ波パルスの電界強度を効率的に取得することができる。
【００８７】
テラヘルツ波パルスの電界強度を取得すると、検査装置１００は、電界強度分布を示す画像（電界強度分布画像）を生成し、モニター１７に表示する（ステップＳ２５ａ）。
【００８８】
図１４は、モニター１７に表示される電界強度分布画像Ｉ１の一例である。電界強度分布画像Ｉ１は、可視カメラ１４によって撮影された太陽電池パネル９０を示す画像に対して、各検査位置で検出された電界強度の大きさに応じて着色したものである。なお、図１４では、説明の都合上、種類の異なるハッチングを用いることで、電界強度の大きさの分布が表現されている。具体的には、電界強度が１０以上の部分、８以上１０未満の部分、４以上８未満の部分を、それぞれ識別できるようになっている。もちろんこの表現方法は一例であり、適宜変更が可能である。例えば、電界強度の範囲をさらに細かく区切ってもよいし、その他の方法で電界強度分布を表現するようにしてもよい。
【００８９】
図１４に示したように、太陽電池パネル９０では、受光面電極９６の周囲において最も電界強度が強くなっており、受光面電極９６から離間する程、電界強度が弱まっている。このような電界強度分布画像Ｉ１を生成および表示することによって、太陽電池パネル９０の検査対象領域について、光励起キャリア発生領域の形成状況を一度に把握することができる。さらに、検出される電界強度の異常から、多結晶シリコンの格子欠陥なども推定することができる。
【００９０】
なお、本実施形態では、最大電界強度の分布を画像化しているが、例えば、フェムト秒レーザー１２１から、複数の波長領域のパルス光をそれぞれ照射したときに検出される電界強度の分布を画像化するようにしてもよい。このとき、それぞれの波長領域毎に色分けして、同一画像内で波長領域毎の電界強度の分布を視認できるようにすることも可能である。
【００９１】
また、本実施形態の検査（２）では、折り返しミラー１０Ｍを固定することによって、一つの検出タイミングのみにて、テラヘルツ波パルスの電界強度を検出するようにしている。しかしながら、例えば検査（１）で説明したように、遅延部１３１を制御することで、検査対象領域内の各検査位置毎に、発生したテラヘルツ波パルスの時間波形を復元するようにしてもよい。取得された時間波形をフーリエ変化して、スペクトル分布を取得することによって、特定の周波数空間毎の電界強度分布を得ることができる。この電界強度分布を所定のルールにしたがって色分けなどを行って視覚化した画像を生成するようにしてもよい。
【００９２】
また、検査する太陽電池パネル９０が複数存在する場合に、上記ステップＳ１１〜Ｓ１９を毎回行う必要はない。特に複数の太陽電池パネル９０が同じようにして製造されているような場合には、１枚の太陽電池パネル９０を用いて一度光強度を設定しておき、その他の太陽電池パネル９０の検査を該光強度で行うようにすればよい。
【００９３】
以上のように、本実施形態に係る検査装置１００によると、太陽電池パネル９０に形成された光励起キャリア発生領域にパルス光を照射して、それに応じて発生するテラヘルツ波パルスを検出することで、空乏層など光キャリア発生領域の特性を検査することができる。したがって、非接触状態で検査を行うことが可能であるため、太陽電池パネル９０の故障、不良判定の効率化を図ることができる。また、従来の検査で使用されていたプローブの接触を無くすことによって、太陽電池パネル９０の損傷を防止することができる。
【００９４】
＜２． 第２実施形態＞
上記実施形態では、太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓに対して、パルス光（ポンプ光ＬＰ１１）の光軸が斜め（入射角度４５°）に入射するようにしているが、入射角度はこのようなものに限定されるものではない。
【００９５】
図１５は、第２実施形態に係る検査装置１００Ａの照射部１２Ａと検出部１３Ａの概略構成図である。なお、以下の説明において、第１実施形態に係る検査装置１００の構成要素と同様の機能を有する要素については同一符号を付してその説明を省略する。
【００９６】
検査装置１００Ａにおいても、フェムト秒レーザー１２１から出射されたパルス光ＬＰ１がビームスプリッタＢ１によってポンプ光ＬＰ１１とプローブ光ＬＰ１２に分割される。ただし、本実施形態では、分割されたポンプ光ＬＰ１１は、透明導電膜基板（ＩＴＯ）１９を透過して、太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓに対して垂直にポンプ光ＬＰ１１に入射する。そして、ポンプ光ＬＰ１１の照射に応じて発生するテラヘルツ波パルスＬＴ１のうち、受光面９１Ｓ側に出射されるテラヘルツ波パルスＬＴ１が、透明導電性基板１９を反射して、レンズなどを介して検出器１３２に入射する。
【００９７】
このような照射部１２Ａおよび検出部１３Ａを備える検査装置１００Ａにおいても、ポンプ光ＬＰ１１の照射に応じて発生するテラヘルツ波パルスＬＴ１を検出することができる。したがって、第１実施形態に係る検査装置１００と同様に、検査装置１００Ａによると、太陽電池パネル９０に照射するパルス光の光強度を適切に設定できるとともに、太陽電池パネル９０の空乏層などの光励起キャリア発生領域の特性を非接触状態で検査することができる。
【００９８】
＜３． 第３実施形態＞
第２実施形態では、受光面９１Ｓ側に出射されるテラヘルツ波パルスＬＴ１を検出するようにしているが、太陽電池パネル９０の裏面側に透過するテラヘルツ波パルスＬＴ１を検出するようにしてもよい。
【００９９】
図１６は、第３実施形態に係る検査装置１００Ｂの照射部１２Ｂと検出部１３Ｂの概略構成図である。検査装置１００Ｂにおいても、フェムト秒レーザー１２１から出射されたパルス光ＬＰ１がビームスプリッタＢ１によってポンプ光ＬＰ１１とプローブ光ＬＰ１２に分割される。本実施形態では、分割されたポンプ光ＬＰ１１は、太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓに対して垂直に入射する。そして、ポンプ光ＬＰ１１の照射に応じて発生するテラヘルツ波パルスＬＴ１のうち、太陽電池パネル９０の裏面側に出射される（透過する）テラヘルツ波パルスＬＴ１が放物面鏡Ｍ１，Ｍ２などを介して検出器１３２に入射するように検出部１３Ｂが構成されている。
【０１００】
このような照射部１２Ｂおよび検出部１３Ｂを備える検査装置１００Ｂにおいても、ポンプ光ＬＰ１１の照射に応じて発生するテラヘルツ波パルスＬＴ１を検出することができる。したがって、検査装置１００Ｂによると、第１実施形態に係る検査装置１００と同様に、太陽電池パネル９０に照射するパルス光の光強度を適切に設定できるとともに、太陽電池パネル９０の光励起キャリア発生領域の特性を非接触状態で検査することができる。なお、テラヘルツ波が透過できる構造および材質はある程度限定される。したがって、図５に示したように、裏面電極９２が全面に設けられているような太陽電池パネル９０の場合、検査装置１００Ｂよりも検査装置１００，１００Ａで検査する方が好ましい。
【０１０１】
＜４． 変形例＞
以上、実施形態について説明してきたが、本発明は上記のようなものに限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【０１０２】
例えば、上記実施形態では、波長が８００ｎｍ付近のパルス光を使って太陽電池パネル９０を検査するようにしている。しかしながら、１．５μｍ並びに１．０μｍの第二高超波のパルス光を使って、太陽電池パネル９０またはその他のフォトデバイスが形成された基板を検査するようにしてもよい。例えば、ウェハーに形成されたフォトデバイスを検査するようにしてもよい。
【０１０３】
また、光強度の測定は、フェムト秒レーザー１２１において測定するようにしてもよいし、フェムト秒レーザー１２１から出射された後のパルス光を測定するようにしてもよい。パルス光の測定方法としては、パルス光の一部を抽出して強度を測定し、残りの光強度を算出するようにしてもよいし、全パルス光を遮断して測定するようにしてもよい。
【０１０４】
また、相関データを取得する際、フェムト秒レーザー１２１から出射するパルス光を一定としておき、太陽電池パネル９０に照射されるパルス光（ポンプ光ＬＰ１１）の光強度を変更するようにしてもよい。勿論、フェムト秒レーザー１２１から出射するパルス光ＬＰ１の光強度を変更するようにしてもよい。
【０１０５】
また、上記各実施形態および各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせたり、省略したりすることができる。
【符号の説明】
【０１０６】
１００，１００Ａ，１００Ｂ 検査装置
１０Ｍ 折り返しミラー
１２，１２Ａ，１２Ｂ 照射部
１２１ フェムト秒レーザー
１３，１３Ａ，１３Ｂ 検出部
１３１ 遅延部
１３２ 検出器
１４ 可視カメラ
１５ モーター
１６ 制御部
１７ モニター
１８ 操作入力部
２１ 時間波形構築部
２３ スペクトル解析部
２５ 画像生成部
２７ 光強度設定部
４１ 時間波形
５１ スペクトル分布
９０ 太陽電池パネル
９７ 接合部
９９ 逆バイアス電圧印加回路
Ｂ１ ビームスプリッタ
ＣＤ１〜ＣＤ３ 相関データ
Ｉ１ 電界強度分布画像
ＬＰ１ パルス光
ＬＰ１１ ポンプ光
ＬＰ１２ プローブ光
ＬＴ１ テラヘルツ波パルス
ｔ１〜ｔ８ 検出タイミング
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パルス光を用いてフォトデバイスを検査する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトデバイスの１種である太陽電池の製造工程においては、いわゆる４端子測定法を利用して、太陽電池の電気特性を測定する検査が行われている（例えば、特許文献１）。具体的には、太陽電池の受光面と裏面に設けられた集電電極に、電流測定用のプローブピンと電圧測定用のプローブピンとが当てられる。この状態で、疑似太陽光が照射されながら、太陽電池に印加する電圧を変化させて電流電圧の関係を測定する。これにより、太陽電池のＩ−Ｖ特性が測定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１８２９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、従来の太陽電池の検査装置の場合、電流測定用または電圧測定用のプローブピンを集電電極に接触させる必要があった。このため、プローブピンのメッキが剥がれるなどして、プローブピンが摺り減るという問題がある。また、太陽電池にプローブピンを接触させるため、検査中に太陽電池素子を傷付けてしまう虞があった。
【０００５】
そこで、出願人らは、フォトデバイスを非接触で検査する検査装置を提案している（特願２０１１−１５５６６５号）。この検査装置においては、フォトデバイスに対して特定波長の光を照射したときに、主にテラヘルツ領域の電磁波が発生することを利用する。この検査装置においては、発生する電磁波を検出することで、フォトデバイスの性能を評価することができる。この検査装置によると、フォトデバイスをほぼ非接触状態で検査することができるため、フォトデバイスを破壊することを抑制できる。
【０００６】
ところで、上記検査装置においては、パルス光を出射するレーザー装置（具体的には、フェムト秒レーザー）が使用される。レーザー装置から出射されるパルス光の光強度は、レーザー装置の寿命に大きく影響する。したがって、レーザー装置の寿命（連続運転時間）を延ばしたり、または、保守コストを削減したりするためには、できるだけ光強度が弱いことが望ましい。しかしながら、フォトデバイスにて発生する電磁波の強度を高めるためには、所要程度の大きさの光強度のパルス光を出射する必要がある。そこで、レーザー装置のコストを抑えつつ、フォトデバイスの検査を適切にするためには、パルス光の光強度の最適化を行うことが望まれる。しかしながら、光強度の最適化を行う技術はほとんど知られていない。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、フォトデバイスにパルス光を照射して検査する際に、パルス光の光強度を適切に設定する技術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】
【０００８】
上記の課題を解決するため、第１の態様は、フォトデバイスを検査する検査方法において、(a)フェムト秒レーザーから出射されるパルス光の光強度を変更しつつ、フォトデバイスの受光面に前記パルス光を照射することによって、前記フォトデバイスから発生する電磁波の電界強度を検出器にて検出する工程と、(b)前記(a)工程において検出された電磁波の電界強度が最大となるときの前記パルス光の最大時光強度を検出する工程と、(c)前記(b)工程において検出された前記最大時光強度に基づいて定められる光強度のパルス光を前記フォトデバイスに照射することによって、前記フォトデバイスにて発生する前記電磁波パルスの電界強度を前記検出器にて検出する工程とを含む。
【０００９】
また、第２の態様は、第１の態様に係る検査方法において、前記(c)工程は、前記最大時光強度を超えない光強度のパルス光を前記フォトデバイスに照射する工程である。
【００１０】
また、第３の態様は、第１または第２の態様に係る検査方法において、(e)前記(a)工程を行う際に、前記フォトデバイスに対して逆バイアス電圧を印加する工程、をさらに含む。
【００１１】
また、第４の態様は、第１から第３の態様までのいずれか１態様に係る検査方法であって、前記(a)工程は、(a-1)前記フェムト秒レーザーからパルス光を、前記フォトデバイスに向かうポンプ光と、前記検出器に向かうプローブ光とに分岐する工程と、(a-2)前記ポンプ光の第１光路または前記プローブ光の第２光路のいずれか一方の光路長を変更する工程とを含む。
【００１２】
また、第５の態様は、第４の態様に係る検査方法において、前記(a)工程は、(a-3)前記(a-2)工程において前記第１光路または前記第２光路の光路長を変更したときに、前記検出器により検出される電界強度が略最大となるときの最大時光路長を取得する工程、をさらに含み、前記第１光路または前記第２光路の光路長が前記最大時光路長に固定された状態で、前記パルス光の光強度が変更される。
【００１３】
また、第６の態様は、第１または２の態様に係る検査方法であって、前記(a)工程において、前記検出器がショットキーバリアダイオードで構成されている。
【００１４】
また、第７の態様は、フォトデバイスを検査する検査装置において、フェムト秒レーザーから出射されるパルス光をフォトデバイスの受光面に照射する照射部と、前記パルス光の照射に応じて、前記フォトデバイスから発生する電磁波の電界強度を検出する検出部と、前記パルス光の光強度が変更されるように前記照射部を制御する制御部と、前記制御部により光強度を変更したときに、電磁波の電界強度が最大となるときの前記パルス光の最大時光強度に基づいて、前記フェムト秒レーザーから出射するパルス光の非光強度を設定する光強度設定部とを備える。
【発明の効果】
【００１５】
第１の態様に係る検査方法によると、フォトデバイスに対して照射する検査用のパルス光の光強度を適切に設定することができる。
【００１６】
また、第２の態様に係る検査方法によると、検出される電磁波パルスの電界強度の大きさをできるだけ大きくしつつ、フェムト秒レーザーの長寿命化および保守コストの低減を図ることができる。
【００１７】
また、第３の態様に係る検査方法によると、逆バイアス電圧を印加することによって、テラヘルツ波の電界強度を増幅することができる。
【００１８】
また、第４の態様に係る検査方法によると、電磁波パルスの時間波形を復元することができるため、電磁波パルスの電界強度を測定するタイミングを良好に決定することができる。
【００１９】
第５の態様に係る検査方法によると、検出器で検出する電磁波パルスの電界強度を略最大とするためシグナルノイズ比を向上することができる。したがって、電界強度を良好に検出できるため、光強度の設定を適切に行うことができる。
【００２０】
第６の態様に係る検査方法によると、ショットキーバリアダイオードを検出器に用いることによって、フォトデバイスにて発生した電磁波パルスの平均化された電界強度の大きさを検出することができる。したがって、時間波形を復元せずに電界強度を取得するため、光強度を迅速に設定することができる。
【００２１】
第７の態様に係る検査装置によると、フォトデバイスに対して照射する検査用のパルス光の光強度を適切に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態に係る検査装置の概略構成図である。
【図２】図１に示した照射部と検出部の概略構成図である。
【図３】太陽電池パネルの概略断面図である。
【図４】太陽電池パネルを受光面側から見た平面図である。
【図５】太陽電池パネルを裏面側から見た平面図である。
【図６】フォトデバイスである太陽電池パネルを検査するときの流れ図である。
【図７】時間波形構築部により復元されたテラヘルツ波パルスの時間波形を示す図である。
【図８】相関データＣＤ１と、該相関データＣＤ１をグラフ化したものを示す図である。
【図９】相関データＣＤ２と、該相関データＣＤ２をグラフ化したものを示す図である。
【図１０】相関データＣＤ３と、該相関データＣＤ３をグラフ化したものを示す図である。
【図１１】検査（１）の詳細な流れ図である。
【図１２】テラヘルツ波パルスのスペクトル分布を示す図である。
【図１３】検査（２）の詳細な流れ図である。
【図１４】モニターに表示される電界強度分布画像の一例である。
【図１５】第２実施形態に係る検査装置の照射部と検出部の概略構成図である。
【図１６】第３実施形態に係る検査装置の照射部と検出部の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して実施形態を詳細に説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２４】
＜１． 第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る検査装置１００の概略構成図である。また、図２は、図１に示した照射部１２と検出部１３の概略構成図である。検査装置１００は、フォトデバイスが形成された基板の一種である太陽電池パネル９０の空乏層の特性を検査するのに適した構成を備えている。
【００２５】
なお、検査装置１００において、検査対象となる基板は、太陽電池パネル９０に限定されるものではない。可視光を含む光を電流に変換するフォトデバイスを含む基板であれば、検査装置１００の検査対象物となり得る。太陽電池パネル以外のフォトデバイスとしては、具体的には、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサなどのイメージセンサが想定される。なお、イメージセンサの中には、使用状態においてフォトデバイスが形成された基板の裏面側となる部分に受光素子が形成されているものが知られている。このような基板であっても、使用状態において受光する側の主面を受光面として検査装置１００に設置すれば、良好にテラヘルツ波パルスＬＴ１を検出することができる。
【００２６】
太陽電池などフォトデバイスは、ｐ型とｎ型の半導体が接合されたｐｎ接合部を有している。このｐｎ接合部付近では電子と正孔とが互いに拡散して結びつく拡散電流が生じることによって、ｐｎ接合部付近に電子と正孔とが少ない空乏層が形成されている。この領域では、電子と正孔をそれぞれｎ型、ｐ型領域に引き戻す力が生じるため、フォトデバイスの内部に電界が生じている。ある程度のエネルギー（禁制帯幅を超えるエネルギー）を持つ光をｐｎ接合部に照射した場合、ｐｎ接合部において、内部の電界によって光電子がｎ型半導体側に移動し、取り残された正孔はｐ型半導体に移動する。フォトデバイスでは、この電流がｎ型半導体およびｐ型半導体のそれぞれに取り付けた電極を介して、外部に取り出される。このように、フォトデバイスにおいては、ｐｎ接合部の空乏層に光が照射されたときに生じる自由電子と自由正孔の移動が直流電力として利用される。
【００２７】
発明者らは、フォトデバイスに所定波長のパルス光を照射したとき、特定波長の電磁波パルスが発生することを見出した。これは、空乏層などの光励起キャリア発生領域に光が照射されることで光励起キャリアが移動することにより、電磁波が発生すると考えられる。つまり発生する電磁波パルスは、空乏層などの光励起キャリア発生領域の特性を反映するものである。したがって、検出された電磁波パルスを解析することによって、ｐｎ接合部の空乏層の特性を検査することができる。検査装置１００においては、この原理に基づき、太陽電池パネル９０に向けて所定波長のパルス光を照射したときに発生する電磁波パルスを検出するように構成されている。
【００２８】
図１に示したように、検査装置１００は、ステージ１１、照射部１２、検出部１３、可視カメラ１４、モーター１５、制御部１６、モニター１７および操作入力部１８を備えている。
【００２９】
ステージ１１は、図示を省略する固定手段によって、太陽電池パネル９０をステージ１１上に固定する。固定手段としては、基板を挟持する挟持具を利用したもの、粘着性シート、または、ステージ１１表面に形成される吸着孔などが想定される。ただし、太陽電池パネル９０を固定できるのであれば、どのような固定手段が適用されてもよい。本実施形態では、ステージ１１は、太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓ側に照射部１２および検出部１３が配置されるように太陽電池パネル９０を保持する。
【００３０】
図２に示したように、照射部１２は、フェムト秒レーザー１２１を備えている。フェムト秒レーザー１２１は、例えば、３６０ｎｍ（ナノメートル）以上１μｍ（マイクロメートル）以下の可視光領域を含む波長のパルス光（パルス光ＬＰ１）を放射する。本実施形態では、中心波長が８００ｎｍ付近であり、周期が数ｋＨｚ〜数百ＭＨｚ、パルス幅が１０〜１５０フェムト秒程度の直線偏光のパルス光が放射される。なお、その他の波長領域（例えば、青色波長（４５０〜４９５ｎｍ）、緑色波長（４９５〜５７０ｎｍ）などの可視光波長）のパルス光が出射されるようにしてもよい。
【００３１】
フェムト秒レーザー１２１から出射されたパルス光ＬＰ１は、ビームスプリッタＢ１により２つに分割される。分割された一方のパルス光（ポンプ光ＬＰ１１）は、太陽電池パネル９０に照射される。このとき、照射部１２は、ポンプ光ＬＰ１１の照射を、受光面９１Ｓ側から行う。また、ポンプ光ＬＰ１１の光軸が、太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓに対して斜めに入射するように、ポンプ光ＬＰ１１が太陽電池パネル９０に対して照射される。本実施形態では、入射角度が４５度となるように照射角度が設定されている。ただし、入射角度はこのような角度に限定されるものではなく、０度から９０度の範囲で適宜変更することができる。
【００３２】
図３は、太陽電池パネル９０の概略断面図である。また図４は、太陽電池パネル９０を受光面９１Ｓ側から見た平面図である。また図５は、太陽電池パネル９０を裏面側から見た平面図である。太陽電池パネル９０は、薄膜結晶シリコン系である太陽電池パネルとして構成されている。太陽電池パネル９０は、下から順にアルミニウムなどで形成された平板状の裏面電極９２と、ｐ型シリコン層９３と、ｎ型シリコン層９４と、反射防止膜９５と、格子状の受光面電極９６とで構成される積層構造を有する結晶シリコン系太陽電池として構成されている。反射防止膜９５は、酸化シリコン、窒化シリコンまたは酸化チタンなどで形成されている。太陽電池パネル９０の主面のうち、受光面電極９６が設けられている側の主面が、受光面９１Ｓとなっている。つまり、太陽電池パネル９０は、受光面９１Ｓ側から光を受けることで発電するように設計されている。受光面電極９６には、透明電極が用いられていてもよい。なお、検査装置１００は、結晶シリコン系以外の太陽電池（アモルファスシリコン系など）の検査に適用してもよい。アモルファスシリコン系太陽電池の場合、一般的に、エネルギーギャップが１．７５ｅＶ〜１．８ｅＶといったように、結晶シリコン系太陽電池のエネルギーギャップ１．２ｅＶに比べて大きい。このような場合、フェムト秒レーザー１２１の波長を、例えば７００μｍ以下とすることで、アモルファスシリコン系太陽電池において、テラヘルツ波を良好に発生させることができる。
【００３３】
太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓは、光の反射損失を抑えるために、所要のテクスチャー構造を有している。具体的には、異方性エッチングなどにより形成される数μｍ〜数十μｍの凹凸、または機械的方法によるＶ字状の溝などが形成されている。このように、太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓは、一般的に、できるだけ効率良く採光できるように形成されている。したがって、所定波長のパルス光が照射されたときに、該パルス光はｐｎ接合部９７に届きやすくなっている。例えば、太陽電池パネルの場合、主に可視光の波長領域を有する波長１μｍ以下の光であれば、ｐｎ接合部９７に容易に到達し得る。
【００３４】
また、ｐ型シリコン層９３とｎ型シリコン層９４との接合部分は、空乏層が形成されるｐｎ接合部９７となっている。この部分にポンプ光ＬＰ１１が照射されることによって、電磁波パルスが発生し、外部に出射される。本実施形態において、検出部１３において検出される電磁波パルスは、周波数０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの電磁波パルス（以下、テラヘルツ波パルスＬＴ１と称する。）となっている。
【００３５】
図２に戻って、ビームスプリッタＢ１によって分割された他方のパルス光は、プローブ光ＬＰ１２として遅延部１３１およびミラーなどを経由して、検出器１３２に入射する。また、ポンプ光ＬＰ１１の照射に応じて発生したテラヘルツ波パルスＬＴ１は、放物面鏡Ｍ１，Ｍ２において集光されて検出器１３２に入射する。
【００３６】
検出器１３２は、光伝導スイッチで構成されている。テラヘルツ波が検出器１３２に入射された状態で、プローブ光ＬＰ１２が検出器１３２に照射されると、検出器１３２に瞬間的にテラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度に応じた電流が生じる。この電界強度に応じた電流は、Ｉ／Ｖ変換回路、Ａ／Ｄ変換回路などを介してデジタル量に変換される。このようにして、検出部１３は、プローブ光の照射に応じて、太陽電池パネル９０を透過したテラヘルツ波の電界強度を検出する。なお、検出器１３２として光伝導スイッチを利用しているが、その他の素子、例えば非線形光学結晶を利用してもよい。また、ショットキーバリアダイオードを使って、テラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度を検出してもよい。
【００３７】
遅延部１３１は、ビームスプリッタＢ１から検出器１３２までのプローブ光ＬＰ１２の到達時間を連続的に変更するための光学素子である。遅延部１３１は、プローブ光ＬＰ１２の入射方向に移動する移動ステージ（図示せず）に固定されている。遅延部１３１は、プローブ光ＬＰ１２を入射方向に折り返させる折り返しミラー１０Ｍを備えている。遅延部１３１は、制御部１６の制御に基づいて移動ステージを駆動して折り返しミラー１０Ｍを移動させることにより、プローブ光ＬＰ１２の光路長を精密に変更する。これにより、遅延部１３１は、テラヘルツ波パルスＬＴ１が検出部１３に到達する時間と、プローブ光ＬＰ１２が検出部１３へ到達する時間との時間差を変更する。したがって、遅延部１３１により、プローブ光ＬＰ１２の光路（第２光路）の光学的距離（光路長）を変化させることによって、検出部１３（検出器１３２）においてテラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度を検出するタイミング（検出タイミングまたはサンプリングタイミング）を遅延させることができる。
【００３８】
なお、遅延部１３１は、その他の態様でテラヘルツ波パルスＬＴ１とプローブ光の検出部１３への到達時間を変更するようにしてもよい。例えば、電気光学効果を利用してもよい。すなわち、印加する電圧を変化させることで屈折率が変化する電気光学素子を、遅延素子として用いてもよい。具体的には、特開２００９-１７５１２７号公報に開示されている電気光学素子を利用することができる。また、ポンプ光ＬＰ１１の光路（第１光路）の光路長を変化できるようにしてもよい。この場合においても、検出器１３２にテラヘルツ波パルスＬＴ１が到達する時間と、検出器１３２にプローブ光ＬＰ１２が到達する時間を相対的にずらすことができる。したがって、検出器１３２におけるテラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度の検出タイミングを遅延させることができる。
【００３９】
また、太陽電池パネル９０には、検査時に裏面電極９２と受光面電極９６との間に逆バイアス電圧を印加する逆バイアス電圧印加回路９９が接続される。逆バイアス電圧が電圧間に印加されることによって、ｐｎ接合部９７の空乏層を大きくすることができる。これにより、検出器１３２において検出されるテラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度を大きくすることができるため、検出部１３におけるテラヘルツ波パルスＬＴ１の検出感度を向上することができる。ただし、逆バイアス電圧印加回路９９は省略することもできる。
【００４０】
図１に戻って、可視カメラ１４は、ＣＣＤカメラで構成されており、光源としてＬＥＤやレーザーを備えている。可視カメラ１４は、太陽電池パネル９０の全体を撮影したり、ポンプ光ＬＰ１１が照射される位置を撮影したりするのに用いられる。可視カメラ１４によって取得された画像データは、制御部１６へ送信される。
【００４１】
モーター１５は、ステージを二次元平面内で移動させるＸ−Ｙテーブル（図示せず）を駆動する。モーター１５は、このＸ−Ｙテーブルを駆動することによって、ステージ１１に保持された太陽電池パネル９０を、照射部１２に対して相対移動させる。検査装置１００は、モーター１５により、太陽電池パネル９０を二次元平面内で任意の位置に移動させることができる。検査装置１００は、モーター１５により、太陽電池パネル９０の広い範囲（検査対象領域）にポンプ光ＬＰ１１を照射して検査することができる。なお、太陽電池パネル９０を移動させる代わりに、または、太陽電池パネル９０を移動させると共に、照射部１２を、検出部１３を二次元平面内で移動させる移動手段を設けてもよい。これらの場合においても、太陽電池パネル９０の各領域について、テラヘルツ波パルスＬＴ１を検出することができる。なお、モーター１５を省略して、ステージ１１をオペレータによって手動で移動するようにしてもよい。
【００４２】
制御部１６は、制御部１６は、図示を省略するＣＰＵやＲＡＭ、補助記憶部（ハードディスク）などを備えた一般的なコンピュータの構成を備えている。制御部１６は、照射部１２のフェムト秒レーザー１２１、検出部１３の遅延部１３１および検出器、並びにモーター１５に接続されており、これらの動作を制御したり、これらからデータを受け取ったりする。具体的に、制御部１６は、検出器１３２からテラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度に関するデータを受け取る。また、制御部１６は、遅延部１３１を移動させる移動ステージ（図示せず。）の移動を制御したり、該移動ステージに設けられたリニアスケールなどから折り返しミラー１０Ｍの移動距離などの遅延部１３１の位置に関連するデータを受け取ったりする。
【００４３】
また、制御部１６には、専用の演算回路などで構成される時間波形構築部２１、スペクトル解析部２３、画像生成部２５および光強度設定部２７が接続されている。これら各部はＣＰＵがプログラムにしたがって動作することにより実現される。なお、これらの機能の一部または全部が、制御部１６の備えるＣＰＵが所定のプログラムにしたがって動作することによって、ソフトウェア的に実現するようにしてもよい。
【００４４】
時間波形構築部２１は、太陽電池パネル９０において発生したテラヘルツ波パルスＬＴ１について、検出部１３（検出器１３２）にて検出される電界強度を元に、テラヘルツ波の時間波形を構築する。具体的には、遅延部１３１の折り返しミラー１０Ｍを移動させることによって、プローブ光の光路長（第１光路の光路長）を変更することによって、プローブ光が検出器１３２に到達する時間を変更する。これにより、検出器１３２においてテラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度を検出するタイミングを変更される。このようにして相互に異なる複数の検出タイミングにてテラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度が検出されることにより、テラヘルツ波パルスＬＴ１の時間波形が構築される。
【００４５】
スペクトル解析部２３は、テラヘルツ波パルスＬＴ１の時間波形に基づいて、検査対象物である太陽電池パネル９０に関するスペクトル解析を行う。詳細には、スペクトル解析部２３は、ポンプ光ＬＰ１１の照射に応じて発生したテラヘルツ波パルスＬＴ１の時間波形をフーリエ変換することにより、周波数に関する振幅強度スペクトルを取得する。
【００４６】
画像生成部２５は、太陽電池パネル９０の検査対象領域（太陽電池パネル９０の一部または全部）に関して、パルス光ＬＰ１を照射したときに発生するテラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度の分布を視覚化した画像を生成する。具体的には、可視カメラ１４を介して取得される太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓの可視光画像に、各測定位置の電界強度に応じた色や模様などを重ねることによって、電界強度分布画像が生成される。
【００４７】
光強度設定部２７は、レーザー光源から照射する光強度を設定する設定部である。制御部１６は、光強度設定部２７によって設定された光強度のレーザー光（パルス光）をフェムト秒レーザー１２１（レーザー装置）に出射させる。
【００４８】
制御部１６には、モニター１７および操作入力部１８が接続されている。モニター１７は、液晶ディスプレイなどの表示装置であり、オペレータに対して各種画像情報を表示する。モニター１７には、可視カメラ１４で撮影された太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓの画像、時間波形構築部２１によって構築されたテラヘルツ波パルスＬＴ１の時間波形、スペクトル解析部２３による解析結果、または画像生成部２５が生成した電界強度分布画像などが表示される。また、モニター１７には、検査の条件設定などをするために必要なＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｙｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）画面を表示する。
【００４９】
操作入力部１８は、マウスおよびキーボードなどの各種入力デバイスで構成されている。オペレータは操作入力部１８を介して所定の操作入力を行うことができる。なお、モニター１７がタッチパネルとして構成されることによって、モニター１７が操作入力部１８として機能するようにしてもよい。
【００５０】
以上が、検査装置１００の構成についての説明である。次に検査装置１００を用いたフォトデバイスの検査方法について詳細に説明する。
【００５１】
＜１．２． フォトデバイスの検査＞
図６は、フォトデバイスである太陽電池パネル９０を検査するときの流れ図である。なお、以下に説明する検査装置１００の動作は、特に断らない限り制御部１６によって制御されるものとする。また、図６に示した流れ図は、一例である。したがって、工程内容によっては、複数の工程を並列に実行したり、または、各工程の実行順序を適宜変更したりしてもよい。検査装置１００においては、フォトデバイスである太陽電池パネル９０の検査をするにあたって、まず、フェムト秒レーザー１２１から出射するパルス光の光強度の最適化が行われる（ステップＳ１１〜ステップＳ１９）。そしてその後、最適な光強度のパルス光が太陽電池パネル９０に照射されることによって、太陽電池パネル９０の検査が行われる（ステップＳ２０）。
【００５２】
まず、ステージ１１に検査対象であるフォトデバイス（太陽電池パネル９０）が設置される（ステップＳ１１）。このステップＳ１１においては、オペレータが太陽電池パネル９０をステージ１１に設置するようにしてもよいし、図示を省略する搬送装置を使って太陽電池パネル９０をステージ１１に設置するようにしてもよい。このとき、上述したように、太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓに向けて、パルス光（ポンプ光ＬＰ１１）が照射されるように太陽電池パネル９０がステージ１１に設置される。
【００５３】
太陽電池パネル９０がステージ１１に固定されると、検査装置１００は、モーター１５を駆動することによって、太陽電池パネル９０の任意の位置にパルス光が照射されるように太陽電池パネル９０を移動させる。このパルス光を照射する位置は、あらかじめ設定された座標データにおいて規定されていてもよいし、オペレータが操作入力部１８を介して入力して適宜指定するようにしてもよい。また、オペレータが、ステージ１１を手動で移動させることで、太陽電池パネル９０の所定位置にパルス光が照射されるようにしてもよい。
【００５４】
次に、検査装置１００は、テラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ）を行うことによって、太陽電池パネル９０の所定位置にパルス光（ポンプ光ＬＰ１１）を照射したときに発生するテラヘルツ波の時間波形を復元する（ステップＳ１２）。より詳細には、検査装置１００は、パルス光を太陽電池パネル９０に照射しながら、遅延部１３１を制御することによって、検出器１３２において電界強度の検出タイミングを変更しながら、テラヘルツ波パルスの電界強度が検出される。このとき、逆バイアス電圧印加回路９９を駆動することによって、太陽電池パネル９０に逆バイアス電圧を印加するようにしてもよい。
【００５５】
図７は、時間波形構築部２１により復元されたテラヘルツ波パルスの時間波形を示す図である。図７中、横軸は時間を示し、縦軸は電界強度を示している。また、下段には、遅延部１３１によって、検出器１３２に到達するタイミング（検出タイミングｔ１〜ｔ８）の異なる複数のプローブ光ＬＰ１２が概念的に示されている。また、図７中、実線で示した時間波形４１は、図６に示したステップＳ１２において復元されたテラヘルツ波パルスの時間波形である。
【００５６】
検出器１３２には、図７に示した時間波形４１のテラヘルツ波パルスが所定の周期で繰り返し到来する。ここで、検出器１３２に対して、検出タイミングｔ１でプローブ光が到達するように遅延部１３１を調整した場合、検出器において、値Ｅ１の電界強度が検出される。また、遅延部１３１を調整することによって検出タイミングをｔ２〜ｔ８にそれぞれ遅延させた場合、それぞれ値Ｅ２〜Ｅ８の電界強度が検出部１３において検出される。このような要領で、検出タイミングを細かく変更しながらテラヘルツ波パルステラヘルツ波パルスの電界強度を測定し、取得された電界強度値を時間軸に沿って二次元グラフ上にプロットすることによって、テラヘルツ波パルスの時間波形４１を復元することができる。
【００５７】
図６に戻って、検査装置１００は、図７に示した時間波形４１に基づいて、テラヘルツ波パルスの電界強度が略最大となる検出タイミングに対応する折り返しミラー１０Ｍの位置を特定する。そして折り返しミラー１０Ｍを、特定された位置に移動させて固定する（ステップＳ１３）。時間波形４１においては、検出タイミングｔ３において電界強度が最大（Ｅ３）となっている。したがって、この検出タイミングｔ３に対応する位置に折り返しミラー１０Ｍの位置が設定される。これにより、プローブ光ＬＰ１２の光路長が、テラヘルツ波パルスの略最大値となるときの光路長に設定されることとなる。
【００５８】
このように折り返しミラー１０Ｍの位置を設定することによって、テラヘルツ波パルスの電界強度が最大となるタイミングで電界強度を検出できる。したがって、後述するパルス光の光強度とテラヘルツ波パルスの電界強度との相関関係を示す相関データを取得する際に、シグナルノイズ比を高めることができる。
【００５９】
なお、検出器１３２として、ショットキーバリアダイオードを採用した場合、検出器１３２では、時間平均化されたテラヘルツ波パルスの電界強度の大きさが検出される。この場合、テラヘルツ波パルスの復元（ステップＳ１２）および最大値の取得（ステップＳ１３）をスキップすることができるため、光強度の設定を迅速に行うことができる。
【００６０】
次に、検査装置１００は、逆バイアス電圧を印加するかどうか判定する（ステップＳ１４）。逆バイアス電圧を印加するかどうかは、予め定められていてもよいし、逆バイアス電圧印加が必要かどうかを確認する画面をモニター１７等に表示するなどして、オペレータが適宜設定入力できるようにしてもよい。
【００６１】
逆バイアス電圧印加する場合（ステップＳ１４においてＹＥＳ）、検査装置１００は、逆バイアス電圧印加回路９９を駆動することによって、所定の大きさの電圧を太陽電池パネル９０に印加する（ステップＳ１５）。そして検査装置１００は、次のステップＳ１６に進む。また、逆バイアス電圧印加が不要である場合（ステップＳ１４においてＮＯ）、検査装置１００は、ステップＳ１５をスキップしてステップＳ１６に進む。
【００６２】
ステップＳ１６では、検査装置１００が、パルス光の光強度と、テラヘルツ波パルスの電界強度との相関を示す相関データを取得する。この工程では、具体的には、フェムト秒レーザー１２１から出射するパルス光ＬＰ１の光強度がゼロから所要強度まで次第に増大され、そのときに検出器１３２において検出される電界強度が順次記録される。相関データの具体例については、後述する。相関データを取得すると、検査装置１００は、その相関データに基づいて、電界強度が最大値となるときの光強度を検出する（ステップＳ１７）。
【００６３】
さらに検査装置１００は、太陽電池パネル９０に印加する逆バイアス電圧を増やすかどうかを判定する（ステップＳ１８）。この判定は、例えば逆バイアス電圧があらかじめ規定された電圧を越えているかどうかを基準にして行われる。印加されている逆バイアス電圧が規定の電圧量を越えていない場合（ステップＳ１８においてＹＥＳ）、検査装置１００は、テップＳ１５に戻り、所要量の電圧量を加算した電圧を太陽電池パネル９０に印加する。そして以降のステップＳ１６，Ｓ１７が再び実行される。テップＳ１８において印加されている逆バイアス電圧が規定の電圧を超えている場合（ステップＳ１８においてＮＯ）、検査装置１００は次のステップＳ１９へ進む。なお、ステップＳ１４およびステップＳ１８を省略することも可能である。この場合、電極間に印加する逆バイス電圧を固定値（逆バイアス電圧を印加しない場合を含む。）とすればよい。
【００６４】
図８〜図１０は、相関データＣＤ１〜ＣＤ３と、該相関データＣＤ１〜ＣＤ３をグラフ化したものを示す図である。なお、相関データＣＤ１〜ＣＤ３は、太陽電池パネル９０の相互に異なる位置（具体的には、図４に示した位置Ｐ１〜Ｐ３）に関して、ステップＳ１４〜ステップＳ１８が繰り返し行われることにより取得されるデータである。
【００６５】
相関データＣＤ１を参照すると、逆バイアス電圧がゼロの場合、光強度をゼロから７０ｍＷまで増大させても、検出される電界強度が常にノイズ（バックグラウンド）レベルの電界強度（＝０．５）となっており、増減は生じていない。しかしながら、逆バイアス電圧については０Ｖから１０Ｖまで増大させると、検出される電界強度の大きさが次第に大きくなっている。これは、逆バイアス電圧によって発生するテラヘルツ波パルスの電界強度が増幅されるためである。
【００６６】
ここで、太陽電池パネル９０に照射するパルス光の光強度を増大させると、テラヘルツ波パルスの発生量も増大するため、検出器にて検出される電界強度も大きくなると考えられる。しかしながら、相関データＣＤ１に示したように、光強度がある程度の大きさのところで、テラヘルツ波パルスの電界強度が飽和してしまい、それ以上増やしたとしても、電界強度が減少に転じる。例えば逆バイアス電圧を１Ｖとした場合、光強度を０ｍＷから１５ｍＷまたは２０ｍＷまで増やしたとき、電界強度が次第に大きくなり、１５ｍＷまたは２０ｍＷのときに、電界強度が最大となっている。つまり、１５ｍＷまたは２０ｍＷが、最大時光強度となっている。しかしながら、光強度を２０ｍＷから３０ｍＷに増大させると、今度は、電界強度が減少に転じる。同様に逆バイス電圧が２Ｖまたは４Ｖの場合、２０ｍＷまたは４０ｍＷのときに電界強度が最大となり、それ以降は減少に転じている。
【００６７】
このように光強度の大きさに比例せずに、電界強度が飽和してしまう現象は、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、太陽電池パネル９０などのフォトデバイスにフェムト秒レーザー１２１からパルス光が照射されると、光励起キャリアが生成される。生成された光励起キャリアは、逆バイアス電圧、内部電界、あるいは拡散などの影響を受けて、集電電極（受光面電極９６など）に吸引される。パルス光の光強度が比較的小さい場合、光励起キャリアは電極へ十分に吸引されるが、光強度が大きくなると、光励起キャリアが十分に吸引されなくなる。その結果、パルス光の照射部分において、光励起キャリアが充満された状態となる。すると、パルス光照射による光励起キャリアの発生量が減少するため、テラヘルツ波パルスの電界強度も減少すると考えられる。したがって、電界強度が最大となる時には、以下の等式（１）が成立しているものと考えられる。
【００６８】
（光励起キャリアの発生量）＝（逆バイアス、内部電界または拡散による光励起キャリアの吸収量）・・・（１）
【００６９】
なお、図８〜図１０に示した相関データＣＤ１〜ＣＤ３においては、ほぼ同条件にて光強度の変更、バイアス電圧の印加を行っているが、検出される電界強度の大きさがそれぞれで異なっている。具体的には、相関データＣＤ２において電界強度が全体的に最も大きくなっており、次いで相関データＣＤ２、相関データＣＤ１の順に電界強度が小さくなっている。ここで、受光面電極９６に近いほど、パルス光が照射されたときに、光励起キャリアが吸収されやすい。このため、発生するテラヘルツ波パルスの電界強度も大きくなると考えられる。よって、図４に示したように、位置Ｐ２，Ｐ３，Ｐ１の順で受光面電極９６から遠ざかっているため、検出される電界強度の大きさもこの順に小さくなると考えられる。また、相関データＣＤ２，ＣＤ３では、逆バイアス電圧が負荷されていない状態（０Ｖ）でも、５〜１０ｍＷ程度の光強度において、ある程度の強さのテラヘルツ波パルスを検出することができる。つまり、逆バイアス電圧を印加するための電極がないフォトデバイスの検査においても、本発明は原理的に適用可能である。
【００７０】
図６に戻って、相関データを取得すると、検査装置１００は、該相関データに基づいて、検査用の光強度を設定する（ステップＳ１９）。具体的には、光強度設定部２７が、電界強度が最大となるときの光強度を（最大時光強度）を、検査用の光強度に設定する。相関データＣＤ１〜ＣＤ３から明らかなように、照射するパルス光の光強度が強すぎると、フォトデバイスから発生するテラヘルツ波パルスの電界強度が逆に小さくなってしまう。そこで、この電界強度が減少し始める境界を相関データから特定することによって、光強度を無駄に大きくせずに、検出器１３２にて検出されるテラヘルツ波パルスの電界強度を最大限とすることができる。したがって、シグナルノズル比を改善しつつ、かつ、フェムト秒レーザー１２１のランプの長寿命化や保守コストの低減を図ることができる。
【００７１】
なお、図８〜図１０の相関データＣＤ１〜ＣＤ３で示したように、最大時光強度は、太陽電池パネル９０に印加される逆バイアス電圧の大きさによって異なる場合がある。ステップＳ１９では、いくつかの大きさの逆バイアス電圧の中から特定の大きさの逆バイアス電圧が適当に選択され、その大きさの逆バイアス電圧のもとで決定された最大時光強度が検査用の光強度に設定される。この逆バイアス電圧の選択は任意の基準で行い得るが、例えば相関データに記録された電界強度の大きさが閾値を超えるかどうかを基準にして行われるようにしてもよい。
【００７２】
また、ステップＳ１９においては、測定用の光強度が、最大時光強度に合わせて設定されているが、これ以外の大きさの光強度に設定されてもよい。測定用の光強度は、フェムト秒レーザー１２１の長寿命化などを考慮した場合、最大時光強度を越えない大きさの光強度に設定されることが望ましい。しかしながら最大時光強度を若干越える程度の大きさであれば、十分に許容される。
【００７３】
次に検査装置１００は、ステップＳ１９において設定された光強度のパルス光をフェムト秒レーザー１２１から出射することによって、太陽電池パネル９０の検査を行う（ステップＳ２０）。このステップＳ２０では、太陽電池パネル９０の様々な箇所にパルス光（ポンプ光ＬＰ１１）を照射して、発生するテラヘルツ波パルスの電界強度を検出器１３２にて検出する。
【００７４】
本実施形態に係る検査装置１００では、大きく分けて２種類の検査を行うことができルように構成されている。まず第１の検査は、（１）テラヘルツ波パルスの時間波形に基づく検査（以下、検査（１）と称する。）である。この検査（１）では、特定の領域（検査位置）にポンプ光ＬＰ１１が照射されたときに発生するテラヘルツ波パルスの時間波形が構築される。また、この構築された時間波形に基づいたスペクトル解析が行われる。これらの解析により、太陽電池パネル９０の特定領域における空乏層形成に関する検査や、不純物に関する検査を行うことができる。
【００７５】
また、第２の検査は（２）太陽電池パネル９０全体についてのテラヘルツ波パルスの電界強度分布に基づく検査（以下、検査（２）と称する。）である。この検査（２）では、太陽電池パネル９０上の各領域のそれぞれについて、ポンプ光ＬＰ１１が照射されたときに発生するテラヘルツ波パルスの電界強度がそれぞれ測定される。これにより、太陽電池パネル９０の検査対象領域内における空乏層の形成不良部分や、または多結晶シリコンの格子欠陥を特定することができる。以下においては、まず検査（１）について説明し、次に検査（２）について説明する。
【００７６】
図１１は、検査（１）の詳細な流れ図である。検査装置１００は、検査（１）を開始すると、逆バイアス電圧を印加するかどうか判定する（ステップＳ２１）。逆バイアス電圧を印加する場合（ステップＳ２１においてＹＥＳ）、ここでは、ステップＳ１９において設定された光強度を決定したときの逆バイアス電圧と同じ大きさの電圧が太陽電池パネル９０の電極間に印加される（ステップＳ２２）。例えば、相関データＣＤ１において、逆バイアス電圧を２Ｖとしたとき、最大時光強度が２０ｍＷとなっている。この相関データに基づいて、ステップＳ１９において光強度が２０ｍＷと設定された場合には、ステップＳ２２において２Ｖの逆バイアス電圧が印加される。なお、逆バイアス電圧を印加しない場合、検査装置１００は、ステップＳ２２をスキップしてステップＳ２３に進む。
【００７７】
次のステップＳ２３では、検査装置１００が、検査位置に合わせて太陽電池パネル９０を移動させる。この検査位置は、あらかじめ、検査を行うべき太陽電池パネル９０上の位置に関するデータ（座標データ）として、オペレータが操作入力部１８を介して指定される。制御部１６は、この座標データに基づいて、モーター１５を駆動することにより、該検査位置にパルス光が照射されるように、ステージ１１を移動させる。なお、オペレータ自身が、ステージ１１を手動で移動させることによって、検査位置に合わせて太陽電池パネル９０を移動させてもよい。
【００７８】
太陽電池パネル９０の移動が完了すると、検査装置１００は、ＴＨｚ−ＴＤＳに基づいて、ポンプ光ＬＰ１１の照射に応じて発生するテラヘルツ波パルスの時間波形を復元する（ステップＳ２４）。具体的には、図６に示したステップＳ１２とほぼ同様である。ただし、このステップＳ２４では、ステップＳ１９において設定された光強度のパルス光が、太陽電池パネル９０に照射される。このステップＳ２４により、図７に示した時間波形４１と同様に、検査位置において発生するテラヘルツ波パルスの時間波形を復元される。
【００７９】
このようにして、時間波形を復元することにより、検査位置におけるｐｎ接合部９７の空乏層の特性について検査することができる。例えば、テラヘルツ波パルスの検出の有無を検査したり、構築された時間波形の電界強度の振幅を標準データと比較したりすることで、空乏層の形成不良などを検出することができる。また、同様の処理で太陽電池の様々な光励起キャリア発生領域の形成不良を検出することができる。
【００８０】
次に検査装置１００は、復元された時間波形に基づいて、スペクトル解析を行う（ステップＳ２５）。この工程では、スペクトル解析部２３が時間波形に対してフーリエ変換を行うことによって、テラヘルツ波パルスについてのスペクトル分布が取得される。
【００８１】
図１２は、テラヘルツ波パルスのスペクトル分布を示す図である。図１２中、縦軸はスペクトル強度を示しており、横軸は周波数を示している。ステップＳ２５において取得されたスペクトル分布５１においては、０．１ＴＨｚ〜１ＴＨｚの範囲の周波数においてスペクトル強度が比較的強くなっている。このようなスペクトル分布５１を取得することにより、各検査位置に形成されているｐｎ接合部９７の空乏層の特性を検査することができる。例えば、スペクトル分布５１において、矢印で示した特定周波数のスペクトル強度が、基準となる参照値（図示せず）よりも有意に低くなっているような場合に、該特定周波数を吸収する不純物が空乏層などに含まれていることを検出することができる。また、吸収された周波数から、不純物の種類や濃度などを推定することも可能である。なお、このステップＳ２６のスペクトル解析は省略することも可能である。
【００８２】
図１１に戻って、スペクトル解析が完了すると、検査装置１００は、モニター１７に検査結果を示す画像を表示する（ステップＳ２６）。具体的には、ステップＳ２５において取得されたテラヘルツ波パルスの時間波形や、ステップＳ２６において取得されたスペクトル分布（図１２参照）などが解析結果としてモニター１７に表示される。以上が検査（１）の説明である。次に検査（２）について説明する。
【００８３】
＜検査（２）＞
図１３は、検査（２）の詳細な流れ図である。上記検査（１）では、太陽電池パネル９０上の特定の領域について、ポンプ光ＬＰ１１を照射に応じて発生するテラヘルツ波パルスの時間波形とスペクトル解析が行われる。これに対して、検査（２）では、太陽電池パネル９０の全面について、光励起キャリア発生領域の状態を検査する。
【００８４】
検査（２）を開始すると、検査装置１００は、太陽電池パネル９０に対して逆バイアス電圧を印加するかどうか判定し（ステップＳ２０）、必要な場合は電極間に逆バイアス電圧を印加する（ステップＳ２１）。この流れは、検査（１）におけるステップＳ２０，Ｓ２１と同様である。
【００８５】
次に検査装置１００は、検出器１３２において検出されるテラヘルツ波パルスの電界強度が最大となるように、遅延部１３１が調整される（ステップＳ２３ａ）。この工程では、ステップＳ１３において設定された折り返しミラー１０Ｍの位置に、折り返しミラー１０Ｍが配置される。このようにテラヘルツ波パルスの電界強度の最大値を検出するようにすることで、電界強度が検出しやすくなるため、テラヘルツ波パルスの検出感度を向上することができる。ただし、その他の位置に折り返しミラー１０Ｍを配置して、その他の検出タイミングでテラヘルツ波パルスの電界強度が検出されるようにしてもよい。
【００８６】
次に、検査装置１００は、モーター１５を駆動することにより、太陽電池パネル９０を二次元平面内で移動させる（ステップＳ２４ａ）。このとき、ステップＳ１９において設定された光強度のパルス光が太陽電池パネル９０に照射され、これにより発生するテラヘルツ波パルスの電界強度が検出器１３２にて検出される。太陽電池パネル９０上の検査対象領域についての電界強度分布が取得される。なお、太陽電池パネル９０の移動は、例えば、主走査方向に沿って正方向に移動させた後、主走査方向に直交する副走査方向に所要距離分移動させて（ずらして）、主走査方向に沿って正方向とは反対の方向へ移動させる。これを繰り返すことによって、太陽電池パネル９０の全領域に関して、テラヘルツ波パルスの電界強度を効率的に取得することができる。
【００８７】
テラヘルツ波パルスの電界強度を取得すると、検査装置１００は、電界強度分布を示す画像（電界強度分布画像）を生成し、モニター１７に表示する（ステップＳ２５ａ）。
【００８８】
図１４は、モニター１７に表示される電界強度分布画像Ｉ１の一例である。電界強度分布画像Ｉ１は、可視カメラ１４によって撮影された太陽電池パネル９０を示す画像に対して、各検査位置で検出された電界強度の大きさに応じて着色したものである。なお、図１４では、説明の都合上、種類の異なるハッチングを用いることで、電界強度の大きさの分布が表現されている。具体的には、電界強度が１０以上の部分、８以上１０未満の部分、４以上８未満の部分を、それぞれ識別できるようになっている。もちろんこの表現方法は一例であり、適宜変更が可能である。例えば、電界強度の範囲をさらに細かく区切ってもよいし、その他の方法で電界強度分布を表現するようにしてもよい。
【００８９】
図１４に示したように、太陽電池パネル９０では、受光面電極９６の周囲において最も電界強度が強くなっており、受光面電極９６から離間する程、電界強度が弱まっている。このような電界強度分布画像Ｉ１を生成および表示することによって、太陽電池パネル９０の検査対象領域について、光励起キャリア発生領域の形成状況を一度に把握することができる。さらに、検出される電界強度の異常から、多結晶シリコンの格子欠陥なども推定することができる。
【００９０】
なお、本実施形態では、最大電界強度の分布を画像化しているが、例えば、フェムト秒レーザー１２１から、複数の波長領域のパルス光をそれぞれ照射したときに検出される電界強度の分布を画像化するようにしてもよい。このとき、それぞれの波長領域毎に色分けして、同一画像内で波長領域毎の電界強度の分布を視認できるようにすることも可能である。
【００９１】
また、本実施形態の検査（２）では、折り返しミラー１０Ｍを固定することによって、一つの検出タイミングのみにて、テラヘルツ波パルスの電界強度を検出するようにしている。しかしながら、例えば検査（１）で説明したように、遅延部１３１を制御することで、検査対象領域内の各検査位置毎に、発生したテラヘルツ波パルスの時間波形を復元するようにしてもよい。取得された時間波形をフーリエ変化して、スペクトル分布を取得することによって、特定の周波数空間毎の電界強度分布を得ることができる。この電界強度分布を所定のルールにしたがって色分けなどを行って視覚化した画像を生成するようにしてもよい。
【００９２】
また、検査する太陽電池パネル９０が複数存在する場合に、上記ステップＳ１１〜Ｓ１９を毎回行う必要はない。特に複数の太陽電池パネル９０が同じようにして製造されているような場合には、１枚の太陽電池パネル９０を用いて一度光強度を設定しておき、その他の太陽電池パネル９０の検査を該光強度で行うようにすればよい。
【００９３】
以上のように、本実施形態に係る検査装置１００によると、太陽電池パネル９０に形成された光励起キャリア発生領域にパルス光を照射して、それに応じて発生するテラヘルツ波パルスを検出することで、空乏層など光キャリア発生領域の特性を検査することができる。したがって、非接触状態で検査を行うことが可能であるため、太陽電池パネル９０の故障、不良判定の効率化を図ることができる。また、従来の検査で使用されていたプローブの接触を無くすことによって、太陽電池パネル９０の損傷を防止することができる。
【００９４】
＜２． 第２実施形態＞
上記実施形態では、太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓに対して、パルス光（ポンプ光ＬＰ１１）の光軸が斜め（入射角度４５°）に入射するようにしているが、入射角度はこのようなものに限定されるものではない。
【００９５】
図１５は、第２実施形態に係る検査装置１００Ａの照射部１２Ａと検出部１３Ａの概略構成図である。なお、以下の説明において、第１実施形態に係る検査装置１００の構成要素と同様の機能を有する要素については同一符号を付してその説明を省略する。
【００９６】
検査装置１００Ａにおいても、フェムト秒レーザー１２１から出射されたパルス光ＬＰ１がビームスプリッタＢ１によってポンプ光ＬＰ１１とプローブ光ＬＰ１２に分割される。ただし、本実施形態では、分割されたポンプ光ＬＰ１１は、透明導電膜基板（ＩＴＯ）１９を透過して、太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓに対して垂直にポンプ光ＬＰ１１に入射する。そして、ポンプ光ＬＰ１１の照射に応じて発生するテラヘルツ波パルスＬＴ１のうち、受光面９１Ｓ側に出射されるテラヘルツ波パルスＬＴ１が、透明導電性基板１９を反射して、レンズなどを介して検出器１３２に入射する。
【００９７】
このような照射部１２Ａおよび検出部１３Ａを備える検査装置１００Ａにおいても、ポンプ光ＬＰ１１の照射に応じて発生するテラヘルツ波パルスＬＴ１を検出することができる。したがって、第１実施形態に係る検査装置１００と同様に、検査装置１００Ａによると、太陽電池パネル９０に照射するパルス光の光強度を適切に設定できるとともに、太陽電池パネル９０の空乏層などの光励起キャリア発生領域の特性を非接触状態で検査することができる。
【００９８】
＜３． 第３実施形態＞
第２実施形態では、受光面９１Ｓ側に出射されるテラヘルツ波パルスＬＴ１を検出するようにしているが、太陽電池パネル９０の裏面側に透過するテラヘルツ波パルスＬＴ１を検出するようにしてもよい。
【００９９】
図１６は、第３実施形態に係る検査装置１００Ｂの照射部１２Ｂと検出部１３Ｂの概略構成図である。検査装置１００Ｂにおいても、フェムト秒レーザー１２１から出射されたパルス光ＬＰ１がビームスプリッタＢ１によってポンプ光ＬＰ１１とプローブ光ＬＰ１２に分割される。本実施形態では、分割されたポンプ光ＬＰ１１は、太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓに対して垂直に入射する。そして、ポンプ光ＬＰ１１の照射に応じて発生するテラヘルツ波パルスＬＴ１のうち、太陽電池パネル９０の裏面側に出射される（透過する）テラヘルツ波パルスＬＴ１が放物面鏡Ｍ１，Ｍ２などを介して検出器１３２に入射するように検出部１３Ｂが構成されている。
【０１００】
このような照射部１２Ｂおよび検出部１３Ｂを備える検査装置１００Ｂにおいても、ポンプ光ＬＰ１１の照射に応じて発生するテラヘルツ波パルスＬＴ１を検出することができる。したがって、検査装置１００Ｂによると、第１実施形態に係る検査装置１００と同様に、太陽電池パネル９０に照射するパルス光の光強度を適切に設定できるとともに、太陽電池パネル９０の光励起キャリア発生領域の特性を非接触状態で検査することができる。なお、テラヘルツ波が透過できる構造および材質はある程度限定される。したがって、図５に示したように、裏面電極９２が全面に設けられているような太陽電池パネル９０の場合、検査装置１００Ｂよりも検査装置１００，１００Ａで検査する方が好ましい。
【０１０１】
＜４． 変形例＞
以上、実施形態について説明してきたが、本発明は上記のようなものに限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【０１０２】
例えば、上記実施形態では、波長が８００ｎｍ付近のパルス光を使って太陽電池パネル９０を検査するようにしている。しかしながら、１．５μｍ並びに１．０μｍの第二高超波のパルス光を使って、太陽電池パネル９０またはその他のフォトデバイスが形成された基板を検査するようにしてもよい。例えば、ウェハーに形成されたフォトデバイスを検査するようにしてもよい。
【０１０３】
また、光強度の測定は、フェムト秒レーザー１２１において測定するようにしてもよいし、フェムト秒レーザー１２１から出射された後のパルス光を測定するようにしてもよい。パルス光の測定方法としては、パルス光の一部を抽出して強度を測定し、残りの光強度を算出するようにしてもよいし、全パルス光を遮断して測定するようにしてもよい。
【０１０４】
また、相関データを取得する際、フェムト秒レーザー１２１から出射するパルス光を一定としておき、太陽電池パネル９０に照射されるパルス光（ポンプ光ＬＰ１１）の光強度を変更するようにしてもよい。勿論、フェムト秒レーザー１２１から出射するパルス光ＬＰ１の光強度を変更するようにしてもよい。
【０１０５】
また、上記各実施形態および各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせたり、省略したりすることができる。
【符号の説明】
【０１０６】
１００，１００Ａ，１００Ｂ 検査装置
１０Ｍ 折り返しミラー
１２，１２Ａ，１２Ｂ 照射部
１２１ フェムト秒レーザー
１３，１３Ａ，１３Ｂ 検出部
１３１ 遅延部
１３２ 検出器
１４ 可視カメラ
１５ モーター
１６ 制御部
１７ モニター
１８ 操作入力部
２１ 時間波形構築部
２３ スペクトル解析部
２５ 画像生成部
２７ 光強度設定部
４１ 時間波形
５１ スペクトル分布
９０ 太陽電池パネル
９７ 接合部
９９ 逆バイアス電圧印加回路
Ｂ１ ビームスプリッタ
ＣＤ１〜ＣＤ３ 相関データ
Ｉ１ 電界強度分布画像
ＬＰ１ パルス光
ＬＰ１１ ポンプ光
ＬＰ１２ プローブ光
ＬＴ１ テラヘルツ波パルス
ｔ１〜ｔ８ 検出タイミング
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトデバイスを検査する検査方法において、
(a) フェムト秒レーザーから出射されるパルス光の光強度を変更しつつ、フォトデバイスの受光面に前記パルス光を照射することによって、前記フォトデバイスから発生する電磁波の電界強度を検出器にて検出する工程と、
(b) 前記(a)工程において検出された電磁波の電界強度が最大となるときの前記パルス光の最大時光強度を取得する工程と、
(c) 前記(b)工程において取得された前記最大時光強度に基づいて定められる光強度のパルス光を前記フォトデバイスに照射することによって、前記フォトデバイスにて発生する前記電磁波パルスの電界強度を前記検出器にて検出する工程と、
を含む検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載の検査方法において、
前記(c)工程は、前記最大時光強度を超えない光強度のパルス光を前記フォトデバイスに照射する工程である検査方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の検査方法において、
(e) 前記(a)工程を行う際に、前記フォトデバイスに対して逆バイアス電圧を印加する工程、
をさらに含む検査方法。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の検査方法であって、
前記(a)工程は、
(a-1) 前記フェムト秒レーザーからパルス光を、前記フォトデバイスに向かうポンプ光と、前記検出器に向かうプローブ光とに分岐する工程と、
(a-2)前記ポンプ光の第１光路または前記プローブ光の第２光路のいずれか一方の光路長を変更する工程と、
を含む検査方法。
【請求項５】
請求項４に記載の検査方法において、
前記(a)工程は、
(a-3) 前記(a-2)工程において前記第１光路または前記第２光路の光路長を変更したときに、前記検出器により検出される電界強度が略最大となるときの最大時光路長を取得する工程、
をさらに含み、
前記第１光路または前記第２光路の光路長が前記最大時光路長に固定された状態で、前記パルス光の光強度が変更される検査方法。
【請求項６】
請求項１または２に記載の検査方法であって、
前記(a)工程において、
前記検出器がショットキーバリアダイオードで構成されている検査方法。
【請求項７】
フォトデバイスを検査する検査装置において、
フェムト秒レーザーから出射されるパルス光をフォトデバイスの受光面に照射する照射部と、
前記パルス光の照射に応じて、前記フォトデバイスから発生する電磁波の電界強度を検出する検出部と、
前記パルス光の光強度が変更されるように前記照射部を制御する制御部と、
前記制御部により光強度を変更したときに、電磁波の電界強度が最大となるときの前記パルス光の最大時光強度に基づいて、前記フェムト秒レーザーから出射するパルス光の非光強度を設定する光強度設定部と、
を備える検査装置。
【請求項１】
フォトデバイスを検査する検査方法において、
(a) フェムト秒レーザーから出射されるパルス光の光強度を変更しつつ、フォトデバイスの受光面に前記パルス光を照射することによって、前記フォトデバイスから発生する電磁波の電界強度を検出器にて検出する工程と、
(b) 前記(a)工程において検出された電磁波の電界強度が最大となるときの前記パルス光の最大時光強度を取得する工程と、
(c) 前記(b)工程において取得された前記最大時光強度に基づいて定められる光強度のパルス光を前記フォトデバイスに照射することによって、前記フォトデバイスにて発生する前記電磁波パルスの電界強度を前記検出器にて検出する工程と、
を含む検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載の検査方法において、
前記(c)工程は、前記最大時光強度を超えない光強度のパルス光を前記フォトデバイスに照射する工程である検査方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の検査方法において、
(e) 前記(a)工程を行う際に、前記フォトデバイスに対して逆バイアス電圧を印加する工程、
をさらに含む検査方法。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の検査方法であって、
前記(a)工程は、
(a-1) 前記フェムト秒レーザーからパルス光を、前記フォトデバイスに向かうポンプ光と、前記検出器に向かうプローブ光とに分岐する工程と、
(a-2)前記ポンプ光の第１光路または前記プローブ光の第２光路のいずれか一方の光路長を変更する工程と、
を含む検査方法。
【請求項５】
請求項４に記載の検査方法において、
前記(a)工程は、
(a-3) 前記(a-2)工程において前記第１光路または前記第２光路の光路長を変更したときに、前記検出器により検出される電界強度が略最大となるときの最大時光路長を取得する工程、
をさらに含み、
前記第１光路または前記第２光路の光路長が前記最大時光路長に固定された状態で、前記パルス光の光強度が変更される検査方法。
【請求項６】
請求項１または２に記載の検査方法であって、
前記(a)工程において、
前記検出器がショットキーバリアダイオードで構成されている検査方法。
【請求項７】
フォトデバイスを検査する検査装置において、
フェムト秒レーザーから出射されるパルス光をフォトデバイスの受光面に照射する照射部と、
前記パルス光の照射に応じて、前記フォトデバイスから発生する電磁波の電界強度を検出する検出部と、
前記パルス光の光強度が変更されるように前記照射部を制御する制御部と、
前記制御部により光強度を変更したときに、電磁波の電界強度が最大となるときの前記パルス光の最大時光強度に基づいて、前記フェムト秒レーザーから出射するパルス光の非光強度を設定する光強度設定部と、
を備える検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−６１２１９（Ｐ２０１３−６１２１９Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９９３０９（Ｐ２０１１−１９９３０９）
【出願日】平成２３年９月１３日（２０１１．９．１３）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１３日（２０１１．９．１３）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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