検査装置および検査方法
【課題】基板に形成されているフォトデバイスの光励起キャリア発生領域を非接触で検査する技術を提供する。
【解決手段】検査装置１００は、フォトデバイスが形成された太陽電池パネル９０を検査する。検査装置１００は、パルス光ＬＰ１１を太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓ側から照射する照射部１２と、該パルス光ＬＰ１１の照射に応じて発生するテラヘルツ波パルスＴＬ１の電界強度を検出する検出部１３（検出器１３２）とを備える。
【解決手段】検査装置１００は、フォトデバイスが形成された太陽電池パネル９０を検査する。検査装置１００は、パルス光ＬＰ１１を太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓ側から照射する照射部１２と、該パルス光ＬＰ１１の照射に応じて発生するテラヘルツ波パルスＴＬ１の電界強度を検出する検出部１３（検出器１３２）とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、フォトデバイスが形成されている基板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装置が利用されている。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（例えば、特許文献１）。
【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する必要があった。このため、プローブピンのメッキが剥がれるなど、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当接させるため、検査中に太陽電池素子を傷付けてしまう虞があった。
【０００５】
ところで、太陽電池などのフォトデバイスは、ｐｎ接合部の空乏層に光が照射されることで生じる自由電子と自由正孔を利用する素子として構成されている。この空乏層における電界強度または電界分布は、フォトデバイスの性能を決定する重要なパラメーターとなっている。したがって、空乏層を検査することによって、フォトダイオードの性能を評価することができる。しかしながら、フォトデバイスの空乏層を非接触で検査する技術はほとんど知られていない。
【０００６】
また、フォトデバイスには、空乏層以外の部分にも様々な電界が存在し得る。電界の具体例としては、例えば、格子欠陥や金属と半導体の接触による内部電界、または、逆バイアス電圧印加による外部電界などが挙げられる。フォトデバイスにおいては、これらの電界に起因する光励起キャリア発生領域が存在し得るが、これらの領域を非接触で検査する技術はほとんど知られていない。また、光励起キャリア発生領域における光励起キャリアの拡散情報も、フォトデバイスの性能に関連するパラメーターである。しかしながら、この拡散情報を非接触で検査する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、フォトデバイスの光励起キャリア発生領域を非接触で検査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、フォトデバイスが形成された基板を検査する検査装置であって、パルス光を基板の検査位置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にて発生する電磁波パルスを検出する検出部とを備える。
【０００９】
また、第２の態様は、第１の態様に係る検査装置において、前記検出部は、前記パルス光の光源から出射されるプローブ光の照射に応じて、前記電磁波パルスの電界強度を検出する検出器と、前記電磁波パルスが前記検出器へ到達する時間と、前記プローブ光が前記検出部へ到達する時間との時間差を変更することによって、前記検出器による前記電磁波パルスの検出タイミングを遅延させる遅延部とを備える。
【００１０】
また、第３の態様は、第２の態様に係る検査装置において、前記検出タイミングが、前記電磁波パルスの電界強度が最大となる検出タイミングとなるように、前記遅延部を制御する制御部、をさらに備える。
【００１１】
また、第４の態様は、第２または第３の態様に係る検査装置において、複数の前記検出タイミングにおいて前記検出器において検出される電磁パルスの電磁波強度から、時間波形を構築する時間波形構築部、をさらに備える。
【００１２】
また、第５の態様は、第４の態様に係る検査装置において、前記時間波形構築部によって構築された前記電磁波パルスの時間波形に基づいてフーリエ変換を行うことにより、スペクトル解析を行うスペクトル解析部、をさらに備える。
【００１３】
また、第６の態様は、第１から第５態様の態様までのいずれか１態様に係る検査装置において、二次元平面内において、前記基板を前記照射部に対して相対的に移動させる相対移動機構、をさらに備える。
【００１４】
また、第７の態様は、第１から第６の態様までのいずれか１態様に係る検査装置において、基板に形成されているフォトデバイスに対して、逆バイアス電圧を印加する逆バイアス印加回路、をさらに備える。
【００１５】
また、第８の態様は、第１から第７の態様までのいずれか１態様に係る検査装置において、前記パルス光の光軸が、前記基板の受光面側から前記受光面に対して斜めに入射する。
【００１６】
また、第９の態様は、第１から第７の態様までのいずれか１態様に係る検査装置において、前記パルス光の光軸が前記基板の受光面側から前記受光面に対して垂直に入射する。
【００１７】
また、第１０の態様は、第９の態様に係る検査装置において、前記検出部は、前記受光面側に出射される電磁波パルスを検出する。
【００１８】
また、第１１の態様は、第１から第１０の態様までのいずれか１態様に係る検査装置において、前記基板が、シリコン結晶系の太陽電池パネルであり、前記パルス光の波長が、１マイクロメートル以下である。
【００１９】
また、第１２の態様は、第１から第１１の態様までのいずれか１態様に係る検査装置において、前記フォトダイオードにおいて発生する前記電磁波パルスが、周波数０．０１テラヘルツ以上１０テラヘルツ以下の範囲のテラヘルツ波を含む。
【００２０】
また、第１３の態様は、フォトデバイスが形成された基板を検査する検査方法であって、パルス光を基板の検査位置に照射する照射工程と、前記パルス光の照射に応じて前記フォトダイオードにて発生する電磁波パルスを検出する検出工程とを含む。
【発明の効果】
【００２１】
第１から第１３の態様に係る検査装置によると、フォトデバイスのｐｎ接合部の空乏層などの光励起キャリア発生領域にパルス光を照射することによって、光励起キャリア発生領域の特性に応じた電磁波パルスが外部に出射される。この電磁波パルスの電界強度を検出することによって、光励起キャリア発生領域の形成、欠陥または移動度などの状況を非接触状態にて検査することができる。
【００２２】
第２の態様に係る検査装置によると、遅延部を設けることによって、テラヘルツ波の電界強度を任意のタイミングで検出することができる。
【００２３】
第３の態様に係る検査装置によると、電磁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することによって、光励起キャリア発生領域の特性を評価しやすくなる。
【００２４】
第４の態様に係る検査装置によると、電磁波パルスの時間波形を構築することによって、光励起キャリア発生領域の特性を検査することができる。
【００２５】
第５の態様に係る検査装置によると、時間波形をスペクトル解析することによって、不純物混入やその他の基板の異常を検出することができる。
【００２６】
第６の態様に係る検査装置によると、基板の様々な領域について検査することができる。
【００２７】
第７の態様に係る検査装置によると、逆バイアス電圧を印加することによって、パルス光を照射したときに発生する電磁波パルスの電界強度を高めることができる。
【００２８】
第８および第９の態様に係る検査装置によると、受光面側からパルス光を照射することによって、空乏層などの光励起キャリア発生領域にパルス光が到達しやすくなる。したがって、電磁波パルスが発生しやすくなり、検査を行いやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【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】検査（１）における検査装置の動作の流れ図である。
【図７】時間波形構築部により構築されるテラヘルツ波パルスの時間波形を示す図である。
【図８】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９】検査（２）における検査装置の動作の流れ図である。
【図１０】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１１】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１２】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】
【００３０】
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。
【００３１】
＜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。
【００３２】
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。
【００３３】
上述したように、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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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（パルス光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、パルス光ＬＰ１１の照射を、受光面９１Ｓ側から行う。また、パルス光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、パルス光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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。この部分にパルス光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。
【００４２】
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、パルス光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。
【００４３】
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。
【００４４】
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）を遅延させることができる。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、パルス光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。
【００４８】
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２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）にパルス光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２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。
【００４９】
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。
【００５０】
また、制御部１６は、時間波形構築部２１、スペクトル解析部２３および画像生成部２５を備えており、これら各部に各種演算処理を行わせる。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機能である。なお、これらの機能の一部または全部が、専用の演算回路によって実現されていてもよい。
【００５１】
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を移動させることによって、相互に異なる複数の検出タイミングで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、時間波形が構築される。
【００５２】
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、パルス光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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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を使って、太陽電池パネル９０を検査するときの検査装置１００の具体的な動作について説明する。
【００５７】
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ＬＴ１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）にパルス光ＬＰ１１が照射したときに発生するテラヘルツ波パルスＬＴ１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。
【００５８】
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ＬＴ１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、パルス光ＬＰ１１が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。
【００５９】
＜検査（１）＞
図６は、検査（１）における検査装置１００の動作の流れ図である。なお、以下の説明において、検査装置１００の各動作は、特に断らない限り制御部１６により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、動作内容によっては、複数の工程を並列に実行したり、もしくは、複数の工程の実行順序を適宜変更したりしてもよい。
【００６０】
まず、ステージ１１に検査対象となる太陽電池パネル９０が固定される（ステップＳ１１）。このステップＳ１１においては、オペレータによって太陽電池パネル９０がステージ１１に搬入されるようにしてもよいし、図示を省略する搬送装置などによって太陽電池パネル９０がステージ１１に搬入され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ＬＰ１１が照射されるように太陽電池パネル９０が設置される。
【００６１】
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、検査位置に合わせて太陽電池パネル９０を移動させる（ステップＳ１２）。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を介して入力したものである。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ＬＰ１１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を移動させることによって、太陽電池パネル９０を検査位置に合わせて移動させるようにしてもよい。
【００６２】
太陽電池パネル９０の移動が完了すると、検査装置１００は、太陽電池パネル９０の検査位置に向けてパルス光ＬＰ１１の照射を開始する（ステップＳ１３）。また検査装置１００は、パルス光ＬＰ１１の照射に応じて発生するテラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度を検出する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４においてテラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度が検出される際、制御部１６は、遅延部１３１を制御することによって、検出器１３２にプローブ光ＬＰ１２が到達するタイミングを遅延させる。これにより、相互に異なる複数の検出タイミングで、テラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度が検出される。なお、テラヘルツ波パルスＬＴ１の検出を行う際に、逆バイアス電圧印加回路９９を駆動して、太陽電池パネル９０の電極間に逆バイアス電圧を印加するようにしてもよい。
【００６３】
検出が完了すると、検査装置１００は、ステップＳ１４において取得された電界強度の検出結果に基づいて、テラヘルツ波パルスＬＴ１の時間波形の構築を行う。具体的には、時間波形構築部２１が、ステップＳ１４において検出された電界強度の値をグラフ上にプロットすることにより時間波形を構築する。
【００６４】
図７は、時間波形構築部２１により構築されるテラヘルツ波パルスＬＴ１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３に示した検査位置Ｐ１において検出されるテラヘルツ波パルスＬＴ１に相当し、破線で示した時間波形４２は、図３に示した検査位置Ｐ２において検出されるテラヘルツ波パルスＬＴ１に相当する。
【００６５】
例えば検査位置Ｐ１に対してパルス光ＬＰ１１を照射した場合、検出器１３２には、図７に示したような時間波形４１を示すテラヘルツ波パルスＬＴ１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、１３２では、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ＬＴ１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グラフにプロットしていくことによって、テラヘルツ波パルスＬＴ１の時間波形４１が構築される。なお、検査位置Ｐ２において測定されるテラヘルツ波パルスＬＴ１についても、同じ要領で時間波形４２が構築される。
【００６６】
以上のようにして、時間波形４１，４２を構築することにより、各検査位置Ｐ１，Ｐ２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値と比較したりすることで、空乏層の形成不良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。
【００６７】
図６に戻って、時間波形が取得されると、検査装置１００はスペクトル解析を行う（ステップＳ１６）。具体的には、スペクトル解析部２３によって、ステップＳ１５において取得された時間波形に基づいて、フーリエ変換が実行されることによって、テラヘルツ波パルスＬＴ１のスペクトル分布が取得される。
【００６８】
図８は、テラヘルツ波パルスＬＴ１のスペクトル分布を示す図である。図８中、縦軸ははスペクトル強度を示し、横軸は周波数を示している。また、図８においては、図４に示した検査位置Ｐ１において検出されるテラヘルツ波パルスＬＴ１のスペクトル分布５１が実線で示されている。さらに図４に示した検査位置Ｐ２において検出されるテラヘルツ波パルスＬＴ１のスペクトル分布５２が破線で示されている。本実施形態では、０．１ＴＨｚ〜１ＴＨｚの範囲の周波数においてスペクトル強度が強く検出される。
【００６９】
スペクトル分布５１，５２を取得することにより、各検査位置Ｐ１，Ｐ２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５２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検査位置Ｐ２に形成されている空乏層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。
【００７０】
図６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Ｓ１７）。具体的には、ステップＳ１５において取得されたテラヘルツ波パルスＬＴ１の時間波形（図７参照）や、ステップＳ１６において取得されたスペクトル分布（図８参照）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。なお、ステップＳ１６のスペクトル解析は省略することも可能である。
【００７１】
＜検査（２）＞
図９は、検査（２）における検査装置１００の動作の流れ図である。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、パルス光ＬＰ１１を照射に応じて発生するテラヘルツ波パルスＬＴ１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。
【００７２】
まず、太陽電池パネル９０がステージ１１に固定される（ステップＳ２１）。この工程は、図６に示した検査（１）のステップＳ１１と同様である。次に、太陽電池パネル９０の裏面電極９２と受光面電極９６との間に、逆バイアス電圧が印加される（ステップＳ２２）。なお、逆バイアス電圧の印加は必ずしも行われる必要はなく、省略することもできる。
【００７３】
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Ｓ２３）。具体的には、制御部１６が遅延部１３１を調整して、プローブ光ＬＰ１２が検出器１３２に到達するタイミングを変更する。このとき、検出器１３２において検出されるテラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度が最大となるように、検出タイミングが調整される。
【００７４】
例えば図７に示すように、時間波形４１を示すテラヘルツ波パルスＬＴ１では、検出タイミングｔ３のときに、テラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度が最大となっている。つまり、検出タイミングｔ３に合わせて遅延部１３１を調整することにより、テラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度の最大値を取得することができる。太陽電池パネル９０上の他の部分にパルス光ＬＰ１を照射した場合であっても、検出タイミングｔ３で検出する限り、各テラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度値が最大となる。このようにテラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度の最大値を検出するようにすることで、電界強度を検出しやすくなるため、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。
【００７５】
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２次元平面内で移動させる（ステップＳ２４）。このとき、パルス光ＬＰ１１が太陽電池パネル９０に向けて照射され、発生するテラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度が検出される。これにより、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移動させて、検査対象領域の端部から端部まで検査した後、副走査方向に所要距離分移動させて（ずらして）再び主走査方向に移動させる。これを繰り返すことによって、太陽電池パネル９０の検査対象領域についてテラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度が取得される。
【００７６】
テラヘルツ波パルスＬＴ１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を生成し、モニター１７に表示する（ステップＳ２５）。
【００７７】
図１０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される。なお、図１０では、説明の都合上、ハッチングを変えることで電界強度の大きさの分布を示している。また電界強度の値（１０、７または４）は、相対的な値である。また、図１０では、３段階の電界強度のみで電界強度分布を示しているが、電界強度をより細かく区切って、電界強度分布を示すようにしてもよい。
【００７８】
図１０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。
【００７９】
なお、本実施形態では、テラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度が最大となる検出タイミングで検出器１３２が電界強度を検出するようにしている。しかしながら、その他の検出タイミングで検出するようにしてもよい。
【００８０】
また、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、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分布が認識できるようにすることも可能である。
【００８１】
また、本実施形態では、テラヘルツ波パルスＬＴ１の一時点の電界強度のみを検出するようにしているが、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において発生したテラヘルツ波パルスＬＴ１の時間波形を構築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色分けなどによって視覚化した画像を生成するようにしてもよい。
【００８２】
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、不良判定の効率化や、接触などによる損傷事故の防止を図ることができる。
【００８３】
＜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。
【００８４】
図１１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。
【００８５】
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によってパルス光ＬＰ１１とプローブ光ＬＰ１２に分割される。ただし、本実施形態では、分割されたパルス光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に対して垂直にパルス光ＬＰ１１に入射する。そして、パルス光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。
【００８６】
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、パルス光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は、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。
【００８７】
＜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。
【００８８】
図１２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によってパルス光ＬＰ１１とプローブ光ＬＰ１２に分割される。本実施形態では、分割されたパルス光ＬＰ１１は、太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓに対して垂直にパルス光ＬＰ１１に入射する。そして、パルス光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。
【００８９】
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、パルス光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１００Ｂは太陽電池パネル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。
【００９０】
＜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。
【００９１】
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。
【００９２】
なお、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ることができる。
【符号の説明】
【００９３】
１００，１００Ａ，１００Ｂ 検査装置
１１ ステージ
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
１９ 透明導電性基板
２１ 時間波形構築部
２３ スペクトル解析部
２５ 画像生成部
４１，４２ 時間波形
５１，５２ スペクトル分布
９０ 太陽電池パネル
９１Ｓ 受光面側
９２ 裏面電極
９３ ｐ型シリコン層
９４ ｎ型シリコン層
９５ 反射防止膜
９６ 受光面電極
９７ ｐｎ接合部
９９ 逆バイアス電圧印加回路
Ｉ１ 電界強度分布画像
ＬＰ１，ＬＰ１１ パルス光
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、フォトデバイスが形成されている基板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装置が利用されている。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（例えば、特許文献１）。
【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する必要があった。このため、プローブピンのメッキが剥がれるなど、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当接させるため、検査中に太陽電池素子を傷付けてしまう虞があった。
【０００５】
ところで、太陽電池などのフォトデバイスは、ｐｎ接合部の空乏層に光が照射されることで生じる自由電子と自由正孔を利用する素子として構成されている。この空乏層における電界強度または電界分布は、フォトデバイスの性能を決定する重要なパラメーターとなっている。したがって、空乏層を検査することによって、フォトダイオードの性能を評価することができる。しかしながら、フォトデバイスの空乏層を非接触で検査する技術はほとんど知られていない。
【０００６】
また、フォトデバイスには、空乏層以外の部分にも様々な電界が存在し得る。電界の具体例としては、例えば、格子欠陥や金属と半導体の接触による内部電界、または、逆バイアス電圧印加による外部電界などが挙げられる。フォトデバイスにおいては、これらの電界に起因する光励起キャリア発生領域が存在し得るが、これらの領域を非接触で検査する技術はほとんど知られていない。また、光励起キャリア発生領域における光励起キャリアの拡散情報も、フォトデバイスの性能に関連するパラメーターである。しかしながら、この拡散情報を非接触で検査する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、フォトデバイスの光励起キャリア発生領域を非接触で検査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、フォトデバイスが形成された基板を検査する検査装置であって、パルス光を基板の検査位置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にて発生する電磁波パルスを検出する検出部とを備える。
【０００９】
また、第２の態様は、第１の態様に係る検査装置において、前記検出部は、前記パルス光の光源から出射されるプローブ光の照射に応じて、前記電磁波パルスの電界強度を検出する検出器と、前記電磁波パルスが前記検出器へ到達する時間と、前記プローブ光が前記検出部へ到達する時間との時間差を変更することによって、前記検出器による前記電磁波パルスの検出タイミングを遅延させる遅延部とを備える。
【００１０】
また、第３の態様は、第２の態様に係る検査装置において、前記検出タイミングが、前記電磁波パルスの電界強度が最大となる検出タイミングとなるように、前記遅延部を制御する制御部、をさらに備える。
【００１１】
また、第４の態様は、第２または第３の態様に係る検査装置において、複数の前記検出タイミングにおいて前記検出器において検出される電磁パルスの電磁波強度から、時間波形を構築する時間波形構築部、をさらに備える。
【００１２】
また、第５の態様は、第４の態様に係る検査装置において、前記時間波形構築部によって構築された前記電磁波パルスの時間波形に基づいてフーリエ変換を行うことにより、スペクトル解析を行うスペクトル解析部、をさらに備える。
【００１３】
また、第６の態様は、第１から第５態様の態様までのいずれか１態様に係る検査装置において、二次元平面内において、前記基板を前記照射部に対して相対的に移動させる相対移動機構、をさらに備える。
【００１４】
また、第７の態様は、第１から第６の態様までのいずれか１態様に係る検査装置において、基板に形成されているフォトデバイスに対して、逆バイアス電圧を印加する逆バイアス印加回路、をさらに備える。
【００１５】
また、第８の態様は、第１から第７の態様までのいずれか１態様に係る検査装置において、前記パルス光の光軸が、前記基板の受光面側から前記受光面に対して斜めに入射する。
【００１６】
また、第９の態様は、第１から第７の態様までのいずれか１態様に係る検査装置において、前記パルス光の光軸が前記基板の受光面側から前記受光面に対して垂直に入射する。
【００１７】
また、第１０の態様は、第９の態様に係る検査装置において、前記検出部は、前記受光面側に出射される電磁波パルスを検出する。
【００１８】
また、第１１の態様は、第１から第１０の態様までのいずれか１態様に係る検査装置において、前記基板が、シリコン結晶系の太陽電池パネルであり、前記パルス光の波長が、１マイクロメートル以下である。
【００１９】
また、第１２の態様は、第１から第１１の態様までのいずれか１態様に係る検査装置において、前記フォトダイオードにおいて発生する前記電磁波パルスが、周波数０．０１テラヘルツ以上１０テラヘルツ以下の範囲のテラヘルツ波を含む。
【００２０】
また、第１３の態様は、フォトデバイスが形成された基板を検査する検査方法であって、パルス光を基板の検査位置に照射する照射工程と、前記パルス光の照射に応じて前記フォトダイオードにて発生する電磁波パルスを検出する検出工程とを含む。
【発明の効果】
【００２１】
第１から第１３の態様に係る検査装置によると、フォトデバイスのｐｎ接合部の空乏層などの光励起キャリア発生領域にパルス光を照射することによって、光励起キャリア発生領域の特性に応じた電磁波パルスが外部に出射される。この電磁波パルスの電界強度を検出することによって、光励起キャリア発生領域の形成、欠陥または移動度などの状況を非接触状態にて検査することができる。
【００２２】
第２の態様に係る検査装置によると、遅延部を設けることによって、テラヘルツ波の電界強度を任意のタイミングで検出することができる。
【００２３】
第３の態様に係る検査装置によると、電磁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することによって、光励起キャリア発生領域の特性を評価しやすくなる。
【００２４】
第４の態様に係る検査装置によると、電磁波パルスの時間波形を構築することによって、光励起キャリア発生領域の特性を検査することができる。
【００２５】
第５の態様に係る検査装置によると、時間波形をスペクトル解析することによって、不純物混入やその他の基板の異常を検出することができる。
【００２６】
第６の態様に係る検査装置によると、基板の様々な領域について検査することができる。
【００２７】
第７の態様に係る検査装置によると、逆バイアス電圧を印加することによって、パルス光を照射したときに発生する電磁波パルスの電界強度を高めることができる。
【００２８】
第８および第９の態様に係る検査装置によると、受光面側からパルス光を照射することによって、空乏層などの光励起キャリア発生領域にパルス光が到達しやすくなる。したがって、電磁波パルスが発生しやすくなり、検査を行いやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【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】検査（１）における検査装置の動作の流れ図である。
【図７】時間波形構築部により構築されるテラヘルツ波パルスの時間波形を示す図である。
【図８】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９】検査（２）における検査装置の動作の流れ図である。
【図１０】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１１】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１２】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】
【００３０】
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。
【００３１】
＜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。
【００３２】
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。
【００３３】
上述したように、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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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（パルス光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、パルス光ＬＰ１１の照射を、受光面９１Ｓ側から行う。また、パルス光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、パルス光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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。この部分にパルス光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。
【００４２】
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、パルス光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。
【００４３】
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。
【００４４】
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）を遅延させることができる。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、パルス光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。
【００４８】
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２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）にパルス光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２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。
【００４９】
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。
【００５０】
また、制御部１６は、時間波形構築部２１、スペクトル解析部２３および画像生成部２５を備えており、これら各部に各種演算処理を行わせる。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機能である。なお、これらの機能の一部または全部が、専用の演算回路によって実現されていてもよい。
【００５１】
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を移動させることによって、相互に異なる複数の検出タイミングで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、時間波形が構築される。
【００５２】
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、パルス光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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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を使って、太陽電池パネル９０を検査するときの検査装置１００の具体的な動作について説明する。
【００５７】
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ＬＴ１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）にパルス光ＬＰ１１が照射したときに発生するテラヘルツ波パルスＬＴ１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。
【００５８】
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ＬＴ１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、パルス光ＬＰ１１が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。
【００５９】
＜検査（１）＞
図６は、検査（１）における検査装置１００の動作の流れ図である。なお、以下の説明において、検査装置１００の各動作は、特に断らない限り制御部１６により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、動作内容によっては、複数の工程を並列に実行したり、もしくは、複数の工程の実行順序を適宜変更したりしてもよい。
【００６０】
まず、ステージ１１に検査対象となる太陽電池パネル９０が固定される（ステップＳ１１）。このステップＳ１１においては、オペレータによって太陽電池パネル９０がステージ１１に搬入されるようにしてもよいし、図示を省略する搬送装置などによって太陽電池パネル９０がステージ１１に搬入され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ＬＰ１１が照射されるように太陽電池パネル９０が設置される。
【００６１】
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、検査位置に合わせて太陽電池パネル９０を移動させる（ステップＳ１２）。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を介して入力したものである。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ＬＰ１１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を移動させることによって、太陽電池パネル９０を検査位置に合わせて移動させるようにしてもよい。
【００６２】
太陽電池パネル９０の移動が完了すると、検査装置１００は、太陽電池パネル９０の検査位置に向けてパルス光ＬＰ１１の照射を開始する（ステップＳ１３）。また検査装置１００は、パルス光ＬＰ１１の照射に応じて発生するテラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度を検出する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４においてテラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度が検出される際、制御部１６は、遅延部１３１を制御することによって、検出器１３２にプローブ光ＬＰ１２が到達するタイミングを遅延させる。これにより、相互に異なる複数の検出タイミングで、テラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度が検出される。なお、テラヘルツ波パルスＬＴ１の検出を行う際に、逆バイアス電圧印加回路９９を駆動して、太陽電池パネル９０の電極間に逆バイアス電圧を印加するようにしてもよい。
【００６３】
検出が完了すると、検査装置１００は、ステップＳ１４において取得された電界強度の検出結果に基づいて、テラヘルツ波パルスＬＴ１の時間波形の構築を行う。具体的には、時間波形構築部２１が、ステップＳ１４において検出された電界強度の値をグラフ上にプロットすることにより時間波形を構築する。
【００６４】
図７は、時間波形構築部２１により構築されるテラヘルツ波パルスＬＴ１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３に示した検査位置Ｐ１において検出されるテラヘルツ波パルスＬＴ１に相当し、破線で示した時間波形４２は、図３に示した検査位置Ｐ２において検出されるテラヘルツ波パルスＬＴ１に相当する。
【００６５】
例えば検査位置Ｐ１に対してパルス光ＬＰ１１を照射した場合、検出器１３２には、図７に示したような時間波形４１を示すテラヘルツ波パルスＬＴ１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、１３２では、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ＬＴ１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グラフにプロットしていくことによって、テラヘルツ波パルスＬＴ１の時間波形４１が構築される。なお、検査位置Ｐ２において測定されるテラヘルツ波パルスＬＴ１についても、同じ要領で時間波形４２が構築される。
【００６６】
以上のようにして、時間波形４１，４２を構築することにより、各検査位置Ｐ１，Ｐ２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値と比較したりすることで、空乏層の形成不良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。
【００６７】
図６に戻って、時間波形が取得されると、検査装置１００はスペクトル解析を行う（ステップＳ１６）。具体的には、スペクトル解析部２３によって、ステップＳ１５において取得された時間波形に基づいて、フーリエ変換が実行されることによって、テラヘルツ波パルスＬＴ１のスペクトル分布が取得される。
【００６８】
図８は、テラヘルツ波パルスＬＴ１のスペクトル分布を示す図である。図８中、縦軸ははスペクトル強度を示し、横軸は周波数を示している。また、図８においては、図４に示した検査位置Ｐ１において検出されるテラヘルツ波パルスＬＴ１のスペクトル分布５１が実線で示されている。さらに図４に示した検査位置Ｐ２において検出されるテラヘルツ波パルスＬＴ１のスペクトル分布５２が破線で示されている。本実施形態では、０．１ＴＨｚ〜１ＴＨｚの範囲の周波数においてスペクトル強度が強く検出される。
【００６９】
スペクトル分布５１，５２を取得することにより、各検査位置Ｐ１，Ｐ２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５２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検査位置Ｐ２に形成されている空乏層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。
【００７０】
図６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Ｓ１７）。具体的には、ステップＳ１５において取得されたテラヘルツ波パルスＬＴ１の時間波形（図７参照）や、ステップＳ１６において取得されたスペクトル分布（図８参照）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。なお、ステップＳ１６のスペクトル解析は省略することも可能である。
【００７１】
＜検査（２）＞
図９は、検査（２）における検査装置１００の動作の流れ図である。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、パルス光ＬＰ１１を照射に応じて発生するテラヘルツ波パルスＬＴ１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。
【００７２】
まず、太陽電池パネル９０がステージ１１に固定される（ステップＳ２１）。この工程は、図６に示した検査（１）のステップＳ１１と同様である。次に、太陽電池パネル９０の裏面電極９２と受光面電極９６との間に、逆バイアス電圧が印加される（ステップＳ２２）。なお、逆バイアス電圧の印加は必ずしも行われる必要はなく、省略することもできる。
【００７３】
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Ｓ２３）。具体的には、制御部１６が遅延部１３１を調整して、プローブ光ＬＰ１２が検出器１３２に到達するタイミングを変更する。このとき、検出器１３２において検出されるテラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度が最大となるように、検出タイミングが調整される。
【００７４】
例えば図７に示すように、時間波形４１を示すテラヘルツ波パルスＬＴ１では、検出タイミングｔ３のときに、テラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度が最大となっている。つまり、検出タイミングｔ３に合わせて遅延部１３１を調整することにより、テラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度の最大値を取得することができる。太陽電池パネル９０上の他の部分にパルス光ＬＰ１を照射した場合であっても、検出タイミングｔ３で検出する限り、各テラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度値が最大となる。このようにテラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度の最大値を検出するようにすることで、電界強度を検出しやすくなるため、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。
【００７５】
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２次元平面内で移動させる（ステップＳ２４）。このとき、パルス光ＬＰ１１が太陽電池パネル９０に向けて照射され、発生するテラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度が検出される。これにより、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移動させて、検査対象領域の端部から端部まで検査した後、副走査方向に所要距離分移動させて（ずらして）再び主走査方向に移動させる。これを繰り返すことによって、太陽電池パネル９０の検査対象領域についてテラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度が取得される。
【００７６】
テラヘルツ波パルスＬＴ１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を生成し、モニター１７に表示する（ステップＳ２５）。
【００７７】
図１０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される。なお、図１０では、説明の都合上、ハッチングを変えることで電界強度の大きさの分布を示している。また電界強度の値（１０、７または４）は、相対的な値である。また、図１０では、３段階の電界強度のみで電界強度分布を示しているが、電界強度をより細かく区切って、電界強度分布を示すようにしてもよい。
【００７８】
図１０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。
【００７９】
なお、本実施形態では、テラヘルツ波パルスＬＴ１の電界強度が最大となる検出タイミングで検出器１３２が電界強度を検出するようにしている。しかしながら、その他の検出タイミングで検出するようにしてもよい。
【００８０】
また、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、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分布が認識できるようにすることも可能である。
【００８１】
また、本実施形態では、テラヘルツ波パルスＬＴ１の一時点の電界強度のみを検出するようにしているが、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において発生したテラヘルツ波パルスＬＴ１の時間波形を構築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色分けなどによって視覚化した画像を生成するようにしてもよい。
【００８２】
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、不良判定の効率化や、接触などによる損傷事故の防止を図ることができる。
【００８３】
＜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。
【００８４】
図１１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。
【００８５】
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によってパルス光ＬＰ１１とプローブ光ＬＰ１２に分割される。ただし、本実施形態では、分割されたパルス光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に対して垂直にパルス光ＬＰ１１に入射する。そして、パルス光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。
【００８６】
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、パルス光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は、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。
【００８７】
＜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。
【００８８】
図１２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によってパルス光ＬＰ１１とプローブ光ＬＰ１２に分割される。本実施形態では、分割されたパルス光ＬＰ１１は、太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓに対して垂直にパルス光ＬＰ１１に入射する。そして、パルス光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。
【００８９】
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、パルス光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１００Ｂは太陽電池パネル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。
【００９０】
＜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。
【００９１】
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。
【００９２】
なお、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ることができる。
【符号の説明】
【００９３】
１００，１００Ａ，１００Ｂ 検査装置
１１ ステージ
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
１９ 透明導電性基板
２１ 時間波形構築部
２３ スペクトル解析部
２５ 画像生成部
４１，４２ 時間波形
５１，５２ スペクトル分布
９０ 太陽電池パネル
９１Ｓ 受光面側
９２ 裏面電極
９３ ｐ型シリコン層
９４ ｎ型シリコン層
９５ 反射防止膜
９６ 受光面電極
９７ ｐｎ接合部
９９ 逆バイアス電圧印加回路
Ｉ１ 電界強度分布画像
ＬＰ１，ＬＰ１１ パルス光
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】
フォトデバイスが形成された基板を検査する検査装置であって、
パルス光を基板の検査位置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にて発生する電磁波パルスを検出する検出部と、
を備える検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の検査装置において、
前記検出部は、
前記パルス光の光源から出射されるプローブ光の照射に応じて、前記電磁波パルスの電界強度を検出する検出器と、
前記電磁波パルスが前記検出器へ到達する時間と、前記プローブ光が前記検出部へ到達する時間との時間差を変更することによって、前記検出器による前記電磁波パルスの検出タイミングを遅延させる遅延部と、
を備える検査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の検査装置において、
前記検出タイミングが、前記電磁波パルスの電界強度が最大となる検出タイミングとなるように、前記遅延部を制御する制御部、をさらに備える検査装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の検査装置において、
複数の前記検出タイミングにおいて前記検出器において検出される電磁パルスの電磁波強度から、時間波形を構築する時間波形構築部、をさらに備える検査装置。
【請求項５】
請求項４に記載の検査装置において、
前記時間波形構築部によって構築された前記電磁波パルスの時間波形に基づいてフーリエ変換を行うことにより、スペクトル解析を行うスペクトル解析部、をさらに備える検査装置。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項に記載の検査装置において、
二次元平面内において、前記基板を前記照射部に対して相対的に移動させる相対移動機構、をさらに備える検査装置。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項に記載の検査装置において、
基板に形成されているフォトデバイスに対して、逆バイアス電圧を印加する逆バイアス印加回路、をさらに備える検査装置。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項に記載の検査装置において、
前記パルス光の光軸が、前記基板の受光面側から前記受光面に対して斜めに入射する検査装置。
【請求項９】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の検査装置において、
前記パルス光の光軸が前記基板の受光面側から前記受光面に対して垂直に入射する検査装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の検査装置において、
前記検出部は、前記受光面側に出射される電磁波パルスを検出する検査装置。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか１項に記載の検査装置において、
前記基板が、シリコン結晶系の太陽電池パネルであり、前記パルス光の波長が、１マイクロメートル以下である検査装置。
【請求項１２】
請求項１から１１までのいずれか１項に記載の検査装置において、
前記フォトデバイスにおいて発生する前記電磁波パルスが、周波数０．０１テラヘルツ以上１０テラヘルツ以下の範囲のテラヘルツ波を含む検査装置。
【請求項１３】
フォトデバイスが形成された基板を検査する検査方法であって、
パルス光を基板の検査位置に照射する照射工程と、
前記パルス光の照射に応じて前記フォトデバイスにて発生する電磁波パルスを検出する検出工程と、
を含む検査方法。
【請求項１】
フォトデバイスが形成された基板を検査する検査装置であって、
パルス光を基板の検査位置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にて発生する電磁波パルスを検出する検出部と、
を備える検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の検査装置において、
前記検出部は、
前記パルス光の光源から出射されるプローブ光の照射に応じて、前記電磁波パルスの電界強度を検出する検出器と、
前記電磁波パルスが前記検出器へ到達する時間と、前記プローブ光が前記検出部へ到達する時間との時間差を変更することによって、前記検出器による前記電磁波パルスの検出タイミングを遅延させる遅延部と、
を備える検査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の検査装置において、
前記検出タイミングが、前記電磁波パルスの電界強度が最大となる検出タイミングとなるように、前記遅延部を制御する制御部、をさらに備える検査装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の検査装置において、
複数の前記検出タイミングにおいて前記検出器において検出される電磁パルスの電磁波強度から、時間波形を構築する時間波形構築部、をさらに備える検査装置。
【請求項５】
請求項４に記載の検査装置において、
前記時間波形構築部によって構築された前記電磁波パルスの時間波形に基づいてフーリエ変換を行うことにより、スペクトル解析を行うスペクトル解析部、をさらに備える検査装置。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項に記載の検査装置において、
二次元平面内において、前記基板を前記照射部に対して相対的に移動させる相対移動機構、をさらに備える検査装置。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項に記載の検査装置において、
基板に形成されているフォトデバイスに対して、逆バイアス電圧を印加する逆バイアス印加回路、をさらに備える検査装置。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項に記載の検査装置において、
前記パルス光の光軸が、前記基板の受光面側から前記受光面に対して斜めに入射する検査装置。
【請求項９】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の検査装置において、
前記パルス光の光軸が前記基板の受光面側から前記受光面に対して垂直に入射する検査装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の検査装置において、
前記検出部は、前記受光面側に出射される電磁波パルスを検出する検査装置。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか１項に記載の検査装置において、
前記基板が、シリコン結晶系の太陽電池パネルであり、前記パルス光の波長が、１マイクロメートル以下である検査装置。
【請求項１２】
請求項１から１１までのいずれか１項に記載の検査装置において、
前記フォトデバイスにおいて発生する前記電磁波パルスが、周波数０．０１テラヘルツ以上１０テラヘルツ以下の範囲のテラヘルツ波を含む検査装置。
【請求項１３】
フォトデバイスが形成された基板を検査する検査方法であって、
パルス光を基板の検査位置に照射する照射工程と、
前記パルス光の照射に応じて前記フォトデバイスにて発生する電磁波パルスを検出する検出工程と、
を含む検査方法。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−１９８６１（Ｐ２０１３−１９８６１Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５５６６５（Ｐ２０１１−１５５６６５）
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【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１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【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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