薄膜検査装置及びその方法
【課題】複数の薄膜が積層された状態で各薄膜の膜厚を計測すること。
【解決手段】薄膜検査装置は、第１透明薄膜及び第２透明薄膜の少なくとも一方の膜厚変動に影響を受ける分光反射スペクトルの特徴量の中から少なくとも２つの特徴量を選択し、選択した該特徴量の各々と第１透明薄膜の膜厚及び第２透明薄膜の膜厚とをそれぞれ関連付けた少なくとも２つの特徴量特性が格納された記憶部１４と、被検査基板Ｓに対して透明ガラス基板側から白色光を照射する光照射部１１と、被検査基板Ｓからの反射光を受光する受光部１２と、受光された反射光に基づく分光反射スペクトルから記憶部１４に格納されている各特徴量の実測値を求め、求めた各特徴量の実測値と記憶部１４に格納されている特徴量特性とを用いて、第１透明薄膜及び第２透明薄膜の膜厚をそれぞれ求める演算部１５とを備える。
【解決手段】薄膜検査装置は、第１透明薄膜及び第２透明薄膜の少なくとも一方の膜厚変動に影響を受ける分光反射スペクトルの特徴量の中から少なくとも２つの特徴量を選択し、選択した該特徴量の各々と第１透明薄膜の膜厚及び第２透明薄膜の膜厚とをそれぞれ関連付けた少なくとも２つの特徴量特性が格納された記憶部１４と、被検査基板Ｓに対して透明ガラス基板側から白色光を照射する光照射部１１と、被検査基板Ｓからの反射光を受光する受光部１２と、受光された反射光に基づく分光反射スペクトルから記憶部１４に格納されている各特徴量の実測値を求め、求めた各特徴量の実測値と記憶部１４に格納されている特徴量特性とを用いて、第１透明薄膜及び第２透明薄膜の膜厚をそれぞれ求める演算部１５とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池、ディスプレイ等に適用される光電変換薄膜装置において、薄膜の検査を行う薄膜の検査装置及びその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池等の光電変換薄膜装置においては、発電効率を向上させるために、透明ガラス基板と透明導電膜との間に、反射率を低減させるための反射率調整層を設けることが提案されている。この反射率調整層は、単層でもよいし、複数の層で構成されていてもよく、また、一般的に知られているフレネル反射の多重干渉膜の解析に基づき、各層における材料の屈折率と膜厚とが設計されている。この反射率調整層は、酸化錫(ＳｎＯ２)やＩＴＯや酸化亜鉛(ガリウムドープやアルミドープ)等の透明導電膜の面内の膜厚ムラで生じる面内の反射スペクトルの違い、すなわち、色相のムラ（色ムラ）を解消する機能も有している。
【０００３】
太陽電池等の光電変換薄膜装置を製造する際、光電効率等の観点から透明ガラス基板上に積層される各層の膜厚を適切な範囲とすることが重要である。特許文献１には、透明ガラス基板上に透明薄膜（反射率調整層）及び透明導電膜を積層製膜する際に、各層を製膜する毎に膜厚を計測する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第００／１３２３７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、光電変換薄膜装置の製造においては、一つの製膜装置内で透明ガラス基板上に反射率調整用の透明薄膜及び透明導電膜を連続的に製膜するのが一般的である。従って、通常は、透明ガラス基板上に反射率調整用の透明薄膜及び透明導電膜がこの順で積層された状態の基板が製膜装置から出力されることとなる。
製膜装置内は、製膜に適した条件に維持されなければならず、その製膜条件は厳しく管理されることから、装置内で膜厚を計測するのは好ましくない。また、更に、製膜装置内は、製膜用ガスが存在し、製膜条件として高温環境であることが通常である。従って、製膜装置内に膜厚計測用の計測機器を導入するには、高温環境、ガス環境、計測窓の汚れ等といった数々の課題を解決しなければならず、製膜装置内においてそれぞれの薄膜の製膜毎に膜厚計測を順次実施することは現実的ではない。
従って、上述した特許文献１に開示されている膜厚の計測方法では、製造工程に適用することができず、反射率調整用の透明薄膜の上に透明導電膜が製膜された状態で、換言すると、当該製膜装置において全工程を経た後に、各層の膜厚を計測する装置が望まれていた。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、複数の薄膜が積層された状態で各薄膜の膜厚を計測することのできる薄膜検査装置及びその方法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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、透明ガラス基板上に反射率調整用の第１透明薄膜及び第２透明薄膜、並びに透明導電膜がこの順で製膜された被検査基板において、該第１透明薄膜及び該第２透明薄膜の膜厚を求める薄膜検査装置であって、前記第１透明薄膜及び前記第２透明薄膜の少なくとも一方の膜厚変動に影響を受ける分光反射スペクトルの特徴量の中から少なくとも２つの特徴量を選択し、選択した該特徴量の各々と前記第１透明薄膜の膜厚及び前記第２透明薄膜の膜厚とをそれぞれ関連付けた少なくとも２つの特徴量特性が格納された記憶手段と、前記被検査基板に対して前記透明ガラス基板側から白色光を照射する光照射手段と、前記被検査基板からの反射光を受光する受光手段と、前記受光手段によって受光された反射光に基づく分光反射スペクトルから前記記憶手段に格納されている各前記特徴量の実測値を求め、求めた各前記特徴量の実測値と前記記憶手段に格納されている前記特徴量特性とを用いて、前記第１透明薄膜及び前記第２透明薄膜の膜厚をそれぞれ求める演算手段とを備える薄膜検査装置を提供する。
【０００８】
本発明によれば、第１透明薄膜及び第２透明薄膜の少なくとも一方の膜厚変動に影響を受ける分光反射スペクトルの特徴量の中から少なくとも２つの特徴量を選定し、この特徴量を用いて第１透明薄膜及び第２透明薄膜の膜厚を演算するので、計測対象となる複数の薄膜の上に、更に透明導電膜等の薄膜が形成された状態であっても、計測対象であるそれぞれの薄膜の膜厚をその反射特性に基づいて求めることが可能となる。これにより、例えば、薄膜を用いた光電変換薄膜装置の製造ラインに適用することが可能となり、膜厚検査の効率を向上させることが可能となる。
例えば、反射率調整層を構成している各薄膜の膜厚が変動すれば、反射率調整層に期待される機能（例えば、反射を低減させる、色ムラ消し等）の効果が変動する。つまり、膜厚が好ましい範囲にあれば、反射率調整層の機能を評価する評価指標はある所定の範囲内に収まることとなる。換言すると、反射率調整層に期待される機能を評価するためのパラメータが好ましい範囲内に入っていれば、第１透明薄膜及び第２透明薄膜の膜厚の組み合わせが良好な範囲内にあるとみなすことができる。従って、本発明では、第１透明薄膜及び第２透明薄膜の少なくとも一方の膜厚変動に影響を受ける分光反射スペクトルの特徴量として、反射率調整層に期待される種々の機能を評価するためのパラメータを適用している。
【０００９】
上記薄膜検査装置において、前記記憶手段に格納される特徴量特性には、前記第１透明薄膜の膜厚に応じて反射率が変動する波長における反射率または反射率の最大値が含まれていることが好ましい。
【００１０】
これにより、第１透明薄膜の膜厚計測精度を高めることができる。
【００１１】
上記薄膜検査装置において、前記記憶手段に格納される特徴量特性には、波長約９００ｎｍ以上約１２００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分、波長約５００ｎｍ以上約９００ｎｍ以下における平均反射率、波長約５５０ｎｍ以上約７００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分、及び波長約５５０ｎｍ以上約７００ｎｍ以下における最小反射率のいずれかが含まれていることが好ましい。
【００１２】
上記特徴量は、第１透明薄膜及び第２透明薄膜の少なくともいずれかの膜厚変動に対して特に感度の高い特徴量である。従って、このような特徴量を用いて膜厚計測を行うことにより、薄膜の膜厚計測精度を更に向上させることができる。
上記波長約９００ｎｍ以上約１２００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分は、第２透明薄膜の膜厚を評価するためのパラメータであり、例えば、第２透明薄膜の膜厚が許容膜厚よりも厚くなると、差分が大きくなる傾向を示す。
波長約５００ｎｍ以上約９００ｎｍ以下における平均反射率は、反射率調整層の機能に対する評価量に相当するパラメータである。即ち、反射率調整層の目的は、太陽電池等の光電変換薄膜装置の分光感度の中心帯域における反射率低減であるので、波長５００ｎｍ以上９００ｎｍ以下における平均反射率を見ることで、反射率調整層の機能評価を行うことができる。この平均反射率は小さい程好ましい。
波長約５５０ｎｍ以上約７００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分は、色ムラ抑制効果に関するパラメータであり、この帯域の反射率の差分が小さい場合に、色相を抑えることが出来、色ムラ抑制効果が高くなる、更に、この差分が小さいほど、平均反射率を抑えることができ、発電効率に寄与する。
波長約５５０ｎｍ以上約７００ｎｍ以下における最小反射率は、発電効率の評価に関するパラメータであり、最小反射率が小さい程好ましい。
【００１３】
上記薄膜検査装置において、各前記特徴量特性は、第１透明薄膜の膜厚及び第２透明薄膜の膜厚を変数とした多項式を用いて表わされており、前記演算手段は、以下の（１）式におけるＷが最小となるときのｘの値を第１透明薄膜の膜厚、ｙの値を前記第２透明薄膜の膜厚として求めることとしてもよい。
【００１４】
【数１】
【００１５】
上記（１）式において、Ｚj（ｘ，ｙ）はｊ番目の特徴量に対応する特徴量特性に所定の第１透明薄膜の膜厚ｘ及び第２透明薄膜の膜厚ｙを入力したときの特徴量の算出値、ｚｊはｊ番目の特徴量における実測値、ｎは前記記憶手段に格納されている特徴量特性の数である。
【００１６】
このように、本発明では、特徴量特性を第１透明薄膜の膜厚を変数ｘ、第２透明薄膜の膜厚を変数ｙとした多項式を用いて表わし、この多項式によって求められる各特徴量の算出値と実測値との差分の二乗和が最小となるときのｘ，ｙの値を第１透明薄膜の膜厚、第２透明薄膜の膜厚として求めることとしている。
【００１７】
本発明は、透明ガラス基板上に反射率調整用の第１透明薄膜及び第２透明薄膜、並びに透明導電膜がこの順で製膜された被検査基板において、該第１透明薄膜及び該第２透明薄膜の膜厚を求める薄膜検査方法であって、前記第１透明薄膜及び前記第２透明薄膜の膜厚の少なくとも一方に依存して変動する分光反射スペクトルの特徴量の中から少なくとも２つの特徴量を選択し、選択した該特徴量の各々と前記第１透明薄膜の膜厚及び前記第２透明薄膜の膜厚とをそれぞれ関連付けた少なくとも２つの特徴量特性を予め取得しておき、前記被検査基板に対して該透明ガラス基板側から白色光を照射し、前記被検査基板からの反射光を受光し、受光した反射光に基づく分光反射スペクトルから前記特徴量の実測値を求め、取得した各前記特徴量の実測値と前記特徴量特性とを用いて、前記第１透明薄膜及び前記第２透明薄膜の膜厚をそれぞれ求める薄膜検査方法を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、複数の薄膜が積層された状態で各薄膜の膜厚を計測することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る薄膜検査装置の検査対象とされる被検査基板の断面図を模式的に示した図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る薄膜検査装置の概略構成を示したブロック図である。
【図３】分光反射スペクトルの一例を示した図である。
【図４】特徴量「波長３８０ｎｍの反射率」に関する特徴量特性の一例を示した図である。
【図５】特徴量「波長９００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分」に関する特徴量特性の一例を示した図である。
【図６】特徴量「波長５００ｎｍ以上９００ｎｍ以下における平均反射率」に関する特徴量特性の一例を示した図である。
【図７】特徴量「波長５５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分」に関する特徴量特性の一例を示した図である。
【図８】特徴量「波長５５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下における最小反射率」に関する特徴量特性の一例を示した図である。
【図９】特徴量「反射率の最大値」に関する特徴量特性の一例を示した図である。
【図１０】特徴量として「波長３８０ｎｍの反射率」と「波長９００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分」とを用いた場合の計測結果と実際の膜厚（真値）とを比較して示した図である。
【図１１】特徴量として「波長３８０ｎｍの反射率」と「波長９００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分」とを用いた場合の計測結果と実際の膜厚（真値）とを比較して示した図である。
【図１２】特徴量として表１に示した１番目から６番目までの全ての特徴量を用いて膜厚計測を行った場合の計測結果と実際の膜厚とを比較して示した図である。
【図１３】特徴量として表１に示した１番目から６番目までの全ての特徴量を用いて膜厚計測を行った場合の計測結果と実際の膜厚とを比較して示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明に係る薄膜検査装置及びその方法を太陽電池の薄膜検査に適用する場合についての実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、本実施形態に係る薄膜検査装置の検査対象とされる被検査基板Ｓの断面図を模式的に示した図である。図１に示すように、被検査基板Ｓは、透明ガラス基板１上に、反射率調整用の第１透明薄膜２及び第２透明薄膜３、並びに透明導電膜４がこの順番で形成されている。上記第１透明薄膜２及び第２透明薄膜３により、反射率調整層が構成されている。
【００２２】
第１透明薄膜２は第２透明薄膜３よりも屈折率が高く、例えば、ＴｉＯ2、ＳｎＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3等からなる。第２透明薄膜３は、例えば、ＳｉＯ2等からなる。
また、第１透明薄膜２及び第２透明薄膜３の膜厚は、反射損失を低減して高い発電効率が得られるように設定されることが好ましい。
透明導電膜（ＴＣＯ：Transparent Conductive Oxide）４は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ２）等で構成されている。
【００２３】
次に、上記構造を有する被検査基板Ｓにおいて、第１透明薄膜２及び第２透明薄膜３の膜厚を計測する場合について説明する。本実施形態では、第１透明薄膜２としてＴｉＯ２を、第２透明薄膜３としてＳｉＯ２を使用した場合について説明する。
【００２４】
図２は、本実施形態に係る薄膜検査装置の概略構成を示したブロック図である。図２に示すように、薄膜検査装置は、光照射部（光照射手段）１１、受光部（受光手段）１２、分光部１３、記憶部（記憶手段）１４、及び演算部（演算手段）１５を主な構成として備えている。
【００２５】
光照射部１１は、光源２１、光ファイバ２２、光射出端２３を備えている。光源２１は、例えば、ランプである。また、広い波長範囲をカバーするために、適宜、複数のランプを組み合わせることが可能である。ランプとしては、例えば、ハロゲンランプ、重水素ランプ等が一例として挙げられる。また、光ファイバ２２としては、例えば、バンドルファイバを適用することが可能である。光射出端２３は、例えば、光ファイバ２２の先端に装着されたコリメートレンズ等である。光射出端２３は、光ファイバ２２からの拡散光に指向性を与える。また、光射出端２３は、正反射光が光出射端２３にそのまま戻らないようにするために、光射出端２３から射出される照明光の光軸が被検査基板Ｓに対して所定の角度を持って入射されるように設置されている。光軸の角度は、例えば、被検査基板Ｓの法線方向に対して約５度から約１０度程度に設定される。
【００２６】
分光部１３は、光源２１から射出された光が光ファイバ２２へ導かれる光路の途中に設けられている。分光部１３は、光源２１から射出された光を分光し、例えば、時系列でそれぞれ異なる波長の光を選択して光ファイバ２２へ出力する。これにより、例えば、１５００ｎｍから３００ｎｍの波長の光が順番に出力される。
受光部１２は、例えば、積分球３１と受光素子３２とを備えている。積分球３１は、被検査基板Ｓに対して隙間ｄをあけて配置されている。なお、この隙間ｄは任意であり、なくてもよい。隙間ｄがない場合には、例えば、昇降機構（図示略）を用いて、計測時は積分球３１を被検査基板Ｓに密着させ、計測終了後には有限の隙間ｄを与えて、被検査基板Ｓを搬送する。隙間ｄがある場合には、隙間ｄを一定に保って計測を実施する。この場合、被検査基板Ｓは静止状態でも、搬送状態でもよい。隙間ｄは、例えば、約０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲に設定される。
受光素子３２は、積分球３１の内壁面に取り付けられている。受光素子３２は、広い波長帯域をカバーするために、適宜、複数の素子を組み合わせることが可能である。例えば、光電子増倍管とＰｂＳ受光素子とを組み合わせて構成することが可能である。なお、本実施形態では、受光素子３２を一つ備える場合について例示しているが、複数の受光素子３２を、積分球３１の異なる位置に設置することとしてもよい。
【００２７】
記憶部１４には、複数の特徴量の各々と第１透明薄膜２の膜厚および第２透明膜厚３の膜厚とをそれぞれ関連付けた複数の特徴量特性が格納されている。この特徴量特性についての詳細は後述する。
【００２８】
演算部１５は、受光素子３２から出力される電気信号と分光部１３による波長の選択情報に基づいて分光反射スペクトルを作成し、この分光反射スペクトルから各特徴量の実測値を取得し、取得した各特徴量の実測値と記憶部１４に格納されている特徴量特性とを用いて、第１透明薄膜２及び第２透明薄膜３の膜厚をそれぞれ求める。
【００２９】
演算部１５は、例えば、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成されている。後述する一連の処理過程を実現するためのプログラムがＲＯＭ等に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種処理が実現される。演算部１５により求められた膜厚は、例えば、図示しない表示装置に出力され、表示装置に計測結果が表示される。
【００３０】
このような構成において、光源２１から射出された光は分光部１３に導かれ、分光部１３において各波長の光が時系列に選択されて光ファイバ２２に導かれる。光ファイバ２２に導かれた光は光射出端２３から被検査基板Ｓに向けて射出される。光射出端２３から射出された照明光Ｌ１は、被検査基板Ｓの基板面に対して斜めから入射し、一部が被検査基板Ｓを透過し、一部は反射される。透過光Ｌ３は、被検査基板Ｓの上面側に配置された遮光箱４１の内部に設けられた無反射機構（いわゆる、ライトトラップ）４２により吸収される。従って、遮光箱４１の内部に迷光を放射しない構造となっているので、積分球３１側に迷光が戻らないようになっている。なお、遮光箱４１は、外部からの迷光が受光素子３２に到達しないように、外部からの光を遮断するために設けられている。
一方、被検査基板Ｓにより反射された反射光Ｌ２は、積分球３１の内壁で多数回反射されて受光素子３２に到達する。受光素子３２に到達した光は、受光素子３２によって光電変化されて受光量に応じた電気信号が生成され、電気信号が演算部１５に出力される。
演算部１５では、受光素子３２からの電気信号と分光部１３からの情報に基づき分光反射スペクトルが作成され、この分光反射スペクトルから各特徴量の実測値が取得され、取得された各特徴量の実測値と記憶部１４に格納されている特徴量特性とに基づいて、第１透明薄膜２及び第２透明薄膜３の膜厚がそれぞれ求められる。
【００３１】
なお、上記構成例では、積分球３１を使用する場合について述べたが、積分球３１を省略した構成としてもよい。この場合、受光素子３２は、反射光Ｌ２を直接受光できる位置に配置される。
【００３２】
次に、上記特徴量について説明する。
本実施形態の薄膜の検査装置は、上述したようにガラス基板上に複数の薄膜、即ち、第１透明薄膜２及び第２透明薄膜３が積層された状態で各々の膜厚を計測するものである。従って、各々の薄膜の膜厚変動によって影響を受ける分光反射スペクトルの特徴量を検討した。この特徴量を以下の表１に示す。
【００３３】
【表１】
【００３４】
上記特徴量は、いずれも第１透明薄膜２及び第２透明薄膜３の少なくともいずれかの膜厚変動に伴って値が変動するパラメータ（特徴量）であり、特に、第１透明薄膜及び第２透明薄膜の少なくともいずれかの膜厚変動に対して感度の高い特徴量を選定したものである。従って、このような特徴量を用いて膜厚計測を行うことにより、薄膜の膜厚計測精度を更に向上させることができる。
【００３５】
本実施形態では、これらの特徴量の中から少なくとも２つの特徴量を用いて膜厚を求める。なお、上記１番目の特徴量である「波長３８０ｎｍの反射率」と６番目の特徴量である「反射率の最大値」とは、略同じことを意味するため、双方を使用する必要はなく、いずれか一方を使用すれば足りる。
【００３６】
次に、上記各特徴量に係る特徴量特性は、以下の手順で作成される。
まず、被検査基板Ｓと同様の構造を有し、かつ、第１透明薄膜２及び第２透明薄膜３の膜厚の組み合わせが異なる複数の試験片を用意する。各試験片の膜厚は、各試験片の一部を切り取り、ＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）観察することにより計測した。
【００３７】
このようにして、膜厚が既知である複数の試験片を用意すると、続いて、各試験片に対して白色光を透明ガラス基板側から照射し、その反射光を測定し、分析する。白色光の照射、反射光の受光、反射光の分析については、上述した薄膜検査装置の各構成を用いる。このように、同じ構成を用いることにより、精度の高い特徴量特性を得ることができ、装置構成の違いによる測定誤差の低減を図ることができる。
【００３８】
図３に、分光反射スペクトルの一例を示す。この分光反射スペクトルにおいて、各特徴量、つまり、上述した表１における各特徴量の値を取得する。そして、各試験片に対して同様の試験を行うことで、試験片毎に各特徴量を取得する。
【００３９】
続いて、取得した各特徴量の値、各試験片における第１透明薄膜２の膜厚及び第２透明薄膜３の膜厚に基づいて、特徴量毎にその特徴量と第１透明薄膜２の膜厚と第２透明薄膜３の膜厚との関係を表わす特徴量特性を作成する。特徴量特性は、例えば、第１透明薄膜２の膜厚及び第２透明薄膜３の膜厚を変数とした多項式を用いた相関式として表される。
以下に示す（２）式は、相関式の一例である。ここでは、２次の多項式を用いて表わしている。
【００４０】
【数２】
【００４１】
上記（２）式において、ｘは第１透明薄膜２の膜厚、ｙは第２透明薄膜３の膜厚、Ａｊ〜Ｆｊは、ｊ番目の特徴量に関する相関式の係数である。
【００４２】
このようにして、各特徴量に対して特徴量特性を得ると、これらの特徴量特性は記憶部１４に記憶される。なお、上記表１に示した各種特徴量のうち、予め検査に使用する特徴量を決めている場合には、それら検査に使用する特徴量についてのみ上記事前試験を行い、特徴量特性を用意しておけばよい。
【００４３】
図４乃至図９に、１番目から６番目（ｊ＝１〜６）までの特徴量特性を表わしたグラフを示す。図４は特徴量「波長３８０ｎｍの反射率」に関する特徴量特性、図５は特徴量「波長９００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分」に関する特徴量特性、図６は特徴量「波長５００ｎｍ以上９００ｎｍ以下における平均反射率」に関する特徴量特性、図７は特徴量「波長５５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分」に関する特徴量特性、図８は特徴量「波長５５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下における最小反射率」に関する特徴量特性、図９は特徴量「反射率の最大値」に関する特徴量特性の一例をそれぞれ示した図である。図４乃至図９において、横軸は第２透明薄膜（ＳｉＯ2）３の膜厚、縦軸は第１透明薄膜（ＴｉＯ2）２の膜厚を示している。
【００４４】
次に、上記特徴量特性を用いた薄膜の検査方法について図１を参照して説明する。
まず、実際の検査においては、表１に示した６つの特徴量のうち、少なくとも２つの特徴量が選択されて使用される。ここでは、１番目（ｊ＝１）の特徴量である「波長３８０ｎｍの反射率」に関する特徴量特性、２番目（ｊ＝２）の特徴量である「波長９００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分」に関する特徴量特性を用いて、第１透明薄膜２及び第２透明薄膜３の膜厚を求める場合について説明する。
【００４５】
まず、図１において、光照射部１１が作動することにより、被検査基板Ｓに対して、透明ガラス基板側から光が照射される。被検査基板Ｓから反射された反射光は、略球状の受光部１２によって受光され、受光された反射光の情報が演算部１５に入力される。演算部１４は、入力された反射光の情報に基づいて分光反射スペクトルを作成し、この分光反射スペクトルから波長３８０ｎｍの反射率と波長９００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分とを取得する。
続いて、演算部１５は、記憶部１４に格納されている１番目の特徴量特性と２番目の特徴量特性を読み出し、これらの特徴量特性のｘ，ｙの値として膜厚を１ｎｍ刻みで入力して得られた値（以下「算出特徴量」という。）と実測値との差の二乗和が最小となる膜厚ｘ，ｙを求める。
つまり、以下の（３）式において、Ｗが最小となるときのｘ，ｙの値を求める。
【００４６】
【数３】
【００４７】
上記（３）式において、ｘは第１透明薄膜の膜厚、ｙは第２透明薄膜の膜厚、Ｚｊ（ｘ，ｙ）は（２）式から求められるｊ番目の特徴量の演算値、ｚｊはｊ番目の特徴量における実測値、ｎは特徴量の数である。
【００４８】
つまり、本実施形態では、１番目と２番目の特徴量を用いているため、上記（３）式は、以下の（４）式のように表される。
【００４９】
【数４】
【００５０】
上記（３）式において、Ｚ1（ｘ，ｙ）は１番目の特徴量における算出特徴量、ｚ1は１番目の特徴量における実測値、Ｚ2（ｘ，ｙ）は２番目の特徴量における算出特徴量、ｚ2は２番目の特徴量における実測値である。
【００５１】
そして、Ｗが最小となるｘ，ｙを求めると、求められたｘの値を第１透明薄膜の膜厚、ｙを第２透明薄膜の膜厚として出力する。これにより、例えば、演算式から膜厚情報を取得した表示装置等には、各薄膜の膜厚が表示される。
【００５２】
以上、説明してきたように、本実施形態に係る薄膜検査装置及びその方法によれば、第１透明薄膜２及び第２透明薄膜３の少なくとも一方の膜厚変動に影響を受ける分光反射スペクトルの特徴量の中から少なくとも２つの特徴量を選定し、この特徴量を用いて第１透明薄膜２及び第２透明薄膜３の膜厚を演算するので、複数の薄膜が積層された状態、具体的には、測定対象である波長調整用の薄膜の上面に透明導電膜が積層された状態であっても、波長調整層を構成する各薄膜の反射特性に基づいて、それらの膜厚をそれぞれ求めることが可能となる。
また、光の入射面を透明ガラス基板側としているので、透明導電膜の表面に形成されている凹凸による光の干渉を低減することが可能となる。具体的には、透明導電膜側から照明光を照射し、膜面からの反射光を測定する場合、透明導電膜の上面に形成された凹凸ムラ（テクスチャ）の影響で光が散乱されてしまう。従って、分光反射スペクトルにはテクスチャの情報（ヘイズ率の大小）が重畳されてしまい、これが誤差要因となり、膜厚計測の精度が低減してしまう。これに対し、本実施形態では、透明ガラス基板側から光を入射させるので、透明導電膜の表面の凹凸による誤差を抑制でき、計測精度を向上させることが可能となる。即ち、ガラス基板側から光を照射した場合には、透明導電膜の上面に形成されたテクスチャにかかわらず、試験片の分光反射スペクトルは略同じ形状となることから、透明導電膜のテクスチャの影響を受けずに第１透明薄膜及び第２透明薄膜の膜厚を計測することができる。
【００５３】
また、波長調整層の上面に透明導電膜が積層された状態で、波長調整層を構成する第１透明薄膜及び第２透明薄膜の膜厚を計測することができることから、例えば、このような薄膜を用いる光電変換薄膜装置の製造ラインに適用することが可能となり、膜厚検査の効率向上を望むことができる。つまり、本実施形態に係る薄膜検査装置によれば、透明ガラス基板上に波長調整層と透明導電膜とをこの順番で製膜する製膜装置から出力される基板を被検査基板として波長調整層を構成する各膜の膜厚を計測することができるので、光電変換薄膜装置の製造ラインに用意に適用することができる。
【００５４】
また、本実施形態に係る薄膜検査装置及びその方法によれば、第１透明薄膜２及び第２透明薄膜３の膜厚変動に対して特に感度の高い特徴量を用いることから薄膜の膜厚計測精度を更に向上させることが可能となる。
【００５５】
なお、本実施形態では、特徴量として「波長３８０ｎｍの反射率」と「波長９００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分」とを用いたが、これらに限定されることなく、表１に示した６つの特徴量から少なくとも２つの特徴量を選択することが可能である。例えば、使用する特徴量が多いほど、計測精度を向上させることが可能である。
【００５６】
例えば、図１０及び図１１は、特徴量として「波長３８０ｎｍの反射率」と「波長９００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分」とを用いた場合の計測結果と実際の膜厚（真値）とを比較して示した図である。
図１０は、第１透明薄膜２の計測誤差を示した図であり、横軸に実際の膜厚（真値）が、縦軸に本実施形態に係る薄膜検査装置で計測された膜厚が示されている。図１０に示すように、真値との膜厚誤差の平均は５．０ｎｍであった。
図１１は、第２透明薄膜の計測誤差を示した図であり、横軸に実際の膜厚（真値）が、縦軸に本実施形態に係る薄膜検査装置で計測された膜厚が示されている。図１１に示すように、真値との膜厚誤差の平均は５．２ｎｍであった。
【００５７】
また、図１２及び図１３は、特徴量として表１に示した１番目から６番目までの全ての特徴量を用いて膜厚計測を行った場合の計測結果と実際の膜厚とを比較して示した図である。
図１２は、第１透明薄膜の計測誤差を示した図であり、横軸に実際の膜厚（真値）が、縦軸に本実施形態に係る薄膜検査装置で計測された膜厚が示されている。図１２に示すように、真値との膜厚誤差の平均は１．２ｎｍであった。
図１３は、第２透明薄膜の計測誤差を示した図であり、横軸に実際の膜厚（真値）が、縦軸に本実施形態に係る薄膜検査装置で計測された膜厚が示されている。図１３に示すように、真値との膜厚誤差の平均は２．３ｎｍであった。
このように、表１に示された全ての特徴量を用いた場合には、計測精度が向上することを確認できた。
【符号の説明】
【００５８】
１ 透明ガラス基板
２ 第１透明薄膜
３ 第２透明薄膜
４ 透明導電膜
１１ 光射出部
１２ 受光部
１３ 分光部
１４ 記憶部
１５ 演算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池、ディスプレイ等に適用される光電変換薄膜装置において、薄膜の検査を行う薄膜の検査装置及びその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池等の光電変換薄膜装置においては、発電効率を向上させるために、透明ガラス基板と透明導電膜との間に、反射率を低減させるための反射率調整層を設けることが提案されている。この反射率調整層は、単層でもよいし、複数の層で構成されていてもよく、また、一般的に知られているフレネル反射の多重干渉膜の解析に基づき、各層における材料の屈折率と膜厚とが設計されている。この反射率調整層は、酸化錫(ＳｎＯ２)やＩＴＯや酸化亜鉛(ガリウムドープやアルミドープ)等の透明導電膜の面内の膜厚ムラで生じる面内の反射スペクトルの違い、すなわち、色相のムラ（色ムラ）を解消する機能も有している。
【０００３】
太陽電池等の光電変換薄膜装置を製造する際、光電効率等の観点から透明ガラス基板上に積層される各層の膜厚を適切な範囲とすることが重要である。特許文献１には、透明ガラス基板上に透明薄膜（反射率調整層）及び透明導電膜を積層製膜する際に、各層を製膜する毎に膜厚を計測する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第００／１３２３７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、光電変換薄膜装置の製造においては、一つの製膜装置内で透明ガラス基板上に反射率調整用の透明薄膜及び透明導電膜を連続的に製膜するのが一般的である。従って、通常は、透明ガラス基板上に反射率調整用の透明薄膜及び透明導電膜がこの順で積層された状態の基板が製膜装置から出力されることとなる。
製膜装置内は、製膜に適した条件に維持されなければならず、その製膜条件は厳しく管理されることから、装置内で膜厚を計測するのは好ましくない。また、更に、製膜装置内は、製膜用ガスが存在し、製膜条件として高温環境であることが通常である。従って、製膜装置内に膜厚計測用の計測機器を導入するには、高温環境、ガス環境、計測窓の汚れ等といった数々の課題を解決しなければならず、製膜装置内においてそれぞれの薄膜の製膜毎に膜厚計測を順次実施することは現実的ではない。
従って、上述した特許文献１に開示されている膜厚の計測方法では、製造工程に適用することができず、反射率調整用の透明薄膜の上に透明導電膜が製膜された状態で、換言すると、当該製膜装置において全工程を経た後に、各層の膜厚を計測する装置が望まれていた。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、複数の薄膜が積層された状態で各薄膜の膜厚を計測することのできる薄膜検査装置及びその方法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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、透明ガラス基板上に反射率調整用の第１透明薄膜及び第２透明薄膜、並びに透明導電膜がこの順で製膜された被検査基板において、該第１透明薄膜及び該第２透明薄膜の膜厚を求める薄膜検査装置であって、前記第１透明薄膜及び前記第２透明薄膜の少なくとも一方の膜厚変動に影響を受ける分光反射スペクトルの特徴量の中から少なくとも２つの特徴量を選択し、選択した該特徴量の各々と前記第１透明薄膜の膜厚及び前記第２透明薄膜の膜厚とをそれぞれ関連付けた少なくとも２つの特徴量特性が格納された記憶手段と、前記被検査基板に対して前記透明ガラス基板側から白色光を照射する光照射手段と、前記被検査基板からの反射光を受光する受光手段と、前記受光手段によって受光された反射光に基づく分光反射スペクトルから前記記憶手段に格納されている各前記特徴量の実測値を求め、求めた各前記特徴量の実測値と前記記憶手段に格納されている前記特徴量特性とを用いて、前記第１透明薄膜及び前記第２透明薄膜の膜厚をそれぞれ求める演算手段とを備える薄膜検査装置を提供する。
【０００８】
本発明によれば、第１透明薄膜及び第２透明薄膜の少なくとも一方の膜厚変動に影響を受ける分光反射スペクトルの特徴量の中から少なくとも２つの特徴量を選定し、この特徴量を用いて第１透明薄膜及び第２透明薄膜の膜厚を演算するので、計測対象となる複数の薄膜の上に、更に透明導電膜等の薄膜が形成された状態であっても、計測対象であるそれぞれの薄膜の膜厚をその反射特性に基づいて求めることが可能となる。これにより、例えば、薄膜を用いた光電変換薄膜装置の製造ラインに適用することが可能となり、膜厚検査の効率を向上させることが可能となる。
例えば、反射率調整層を構成している各薄膜の膜厚が変動すれば、反射率調整層に期待される機能（例えば、反射を低減させる、色ムラ消し等）の効果が変動する。つまり、膜厚が好ましい範囲にあれば、反射率調整層の機能を評価する評価指標はある所定の範囲内に収まることとなる。換言すると、反射率調整層に期待される機能を評価するためのパラメータが好ましい範囲内に入っていれば、第１透明薄膜及び第２透明薄膜の膜厚の組み合わせが良好な範囲内にあるとみなすことができる。従って、本発明では、第１透明薄膜及び第２透明薄膜の少なくとも一方の膜厚変動に影響を受ける分光反射スペクトルの特徴量として、反射率調整層に期待される種々の機能を評価するためのパラメータを適用している。
【０００９】
上記薄膜検査装置において、前記記憶手段に格納される特徴量特性には、前記第１透明薄膜の膜厚に応じて反射率が変動する波長における反射率または反射率の最大値が含まれていることが好ましい。
【００１０】
これにより、第１透明薄膜の膜厚計測精度を高めることができる。
【００１１】
上記薄膜検査装置において、前記記憶手段に格納される特徴量特性には、波長約９００ｎｍ以上約１２００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分、波長約５００ｎｍ以上約９００ｎｍ以下における平均反射率、波長約５５０ｎｍ以上約７００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分、及び波長約５５０ｎｍ以上約７００ｎｍ以下における最小反射率のいずれかが含まれていることが好ましい。
【００１２】
上記特徴量は、第１透明薄膜及び第２透明薄膜の少なくともいずれかの膜厚変動に対して特に感度の高い特徴量である。従って、このような特徴量を用いて膜厚計測を行うことにより、薄膜の膜厚計測精度を更に向上させることができる。
上記波長約９００ｎｍ以上約１２００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分は、第２透明薄膜の膜厚を評価するためのパラメータであり、例えば、第２透明薄膜の膜厚が許容膜厚よりも厚くなると、差分が大きくなる傾向を示す。
波長約５００ｎｍ以上約９００ｎｍ以下における平均反射率は、反射率調整層の機能に対する評価量に相当するパラメータである。即ち、反射率調整層の目的は、太陽電池等の光電変換薄膜装置の分光感度の中心帯域における反射率低減であるので、波長５００ｎｍ以上９００ｎｍ以下における平均反射率を見ることで、反射率調整層の機能評価を行うことができる。この平均反射率は小さい程好ましい。
波長約５５０ｎｍ以上約７００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分は、色ムラ抑制効果に関するパラメータであり、この帯域の反射率の差分が小さい場合に、色相を抑えることが出来、色ムラ抑制効果が高くなる、更に、この差分が小さいほど、平均反射率を抑えることができ、発電効率に寄与する。
波長約５５０ｎｍ以上約７００ｎｍ以下における最小反射率は、発電効率の評価に関するパラメータであり、最小反射率が小さい程好ましい。
【００１３】
上記薄膜検査装置において、各前記特徴量特性は、第１透明薄膜の膜厚及び第２透明薄膜の膜厚を変数とした多項式を用いて表わされており、前記演算手段は、以下の（１）式におけるＷが最小となるときのｘの値を第１透明薄膜の膜厚、ｙの値を前記第２透明薄膜の膜厚として求めることとしてもよい。
【００１４】
【数１】
【００１５】
上記（１）式において、Ｚj（ｘ，ｙ）はｊ番目の特徴量に対応する特徴量特性に所定の第１透明薄膜の膜厚ｘ及び第２透明薄膜の膜厚ｙを入力したときの特徴量の算出値、ｚｊはｊ番目の特徴量における実測値、ｎは前記記憶手段に格納されている特徴量特性の数である。
【００１６】
このように、本発明では、特徴量特性を第１透明薄膜の膜厚を変数ｘ、第２透明薄膜の膜厚を変数ｙとした多項式を用いて表わし、この多項式によって求められる各特徴量の算出値と実測値との差分の二乗和が最小となるときのｘ，ｙの値を第１透明薄膜の膜厚、第２透明薄膜の膜厚として求めることとしている。
【００１７】
本発明は、透明ガラス基板上に反射率調整用の第１透明薄膜及び第２透明薄膜、並びに透明導電膜がこの順で製膜された被検査基板において、該第１透明薄膜及び該第２透明薄膜の膜厚を求める薄膜検査方法であって、前記第１透明薄膜及び前記第２透明薄膜の膜厚の少なくとも一方に依存して変動する分光反射スペクトルの特徴量の中から少なくとも２つの特徴量を選択し、選択した該特徴量の各々と前記第１透明薄膜の膜厚及び前記第２透明薄膜の膜厚とをそれぞれ関連付けた少なくとも２つの特徴量特性を予め取得しておき、前記被検査基板に対して該透明ガラス基板側から白色光を照射し、前記被検査基板からの反射光を受光し、受光した反射光に基づく分光反射スペクトルから前記特徴量の実測値を求め、取得した各前記特徴量の実測値と前記特徴量特性とを用いて、前記第１透明薄膜及び前記第２透明薄膜の膜厚をそれぞれ求める薄膜検査方法を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、複数の薄膜が積層された状態で各薄膜の膜厚を計測することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る薄膜検査装置の検査対象とされる被検査基板の断面図を模式的に示した図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る薄膜検査装置の概略構成を示したブロック図である。
【図３】分光反射スペクトルの一例を示した図である。
【図４】特徴量「波長３８０ｎｍの反射率」に関する特徴量特性の一例を示した図である。
【図５】特徴量「波長９００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分」に関する特徴量特性の一例を示した図である。
【図６】特徴量「波長５００ｎｍ以上９００ｎｍ以下における平均反射率」に関する特徴量特性の一例を示した図である。
【図７】特徴量「波長５５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分」に関する特徴量特性の一例を示した図である。
【図８】特徴量「波長５５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下における最小反射率」に関する特徴量特性の一例を示した図である。
【図９】特徴量「反射率の最大値」に関する特徴量特性の一例を示した図である。
【図１０】特徴量として「波長３８０ｎｍの反射率」と「波長９００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分」とを用いた場合の計測結果と実際の膜厚（真値）とを比較して示した図である。
【図１１】特徴量として「波長３８０ｎｍの反射率」と「波長９００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分」とを用いた場合の計測結果と実際の膜厚（真値）とを比較して示した図である。
【図１２】特徴量として表１に示した１番目から６番目までの全ての特徴量を用いて膜厚計測を行った場合の計測結果と実際の膜厚とを比較して示した図である。
【図１３】特徴量として表１に示した１番目から６番目までの全ての特徴量を用いて膜厚計測を行った場合の計測結果と実際の膜厚とを比較して示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明に係る薄膜検査装置及びその方法を太陽電池の薄膜検査に適用する場合についての実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、本実施形態に係る薄膜検査装置の検査対象とされる被検査基板Ｓの断面図を模式的に示した図である。図１に示すように、被検査基板Ｓは、透明ガラス基板１上に、反射率調整用の第１透明薄膜２及び第２透明薄膜３、並びに透明導電膜４がこの順番で形成されている。上記第１透明薄膜２及び第２透明薄膜３により、反射率調整層が構成されている。
【００２２】
第１透明薄膜２は第２透明薄膜３よりも屈折率が高く、例えば、ＴｉＯ2、ＳｎＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3等からなる。第２透明薄膜３は、例えば、ＳｉＯ2等からなる。
また、第１透明薄膜２及び第２透明薄膜３の膜厚は、反射損失を低減して高い発電効率が得られるように設定されることが好ましい。
透明導電膜（ＴＣＯ：Transparent Conductive Oxide）４は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ２）等で構成されている。
【００２３】
次に、上記構造を有する被検査基板Ｓにおいて、第１透明薄膜２及び第２透明薄膜３の膜厚を計測する場合について説明する。本実施形態では、第１透明薄膜２としてＴｉＯ２を、第２透明薄膜３としてＳｉＯ２を使用した場合について説明する。
【００２４】
図２は、本実施形態に係る薄膜検査装置の概略構成を示したブロック図である。図２に示すように、薄膜検査装置は、光照射部（光照射手段）１１、受光部（受光手段）１２、分光部１３、記憶部（記憶手段）１４、及び演算部（演算手段）１５を主な構成として備えている。
【００２５】
光照射部１１は、光源２１、光ファイバ２２、光射出端２３を備えている。光源２１は、例えば、ランプである。また、広い波長範囲をカバーするために、適宜、複数のランプを組み合わせることが可能である。ランプとしては、例えば、ハロゲンランプ、重水素ランプ等が一例として挙げられる。また、光ファイバ２２としては、例えば、バンドルファイバを適用することが可能である。光射出端２３は、例えば、光ファイバ２２の先端に装着されたコリメートレンズ等である。光射出端２３は、光ファイバ２２からの拡散光に指向性を与える。また、光射出端２３は、正反射光が光出射端２３にそのまま戻らないようにするために、光射出端２３から射出される照明光の光軸が被検査基板Ｓに対して所定の角度を持って入射されるように設置されている。光軸の角度は、例えば、被検査基板Ｓの法線方向に対して約５度から約１０度程度に設定される。
【００２６】
分光部１３は、光源２１から射出された光が光ファイバ２２へ導かれる光路の途中に設けられている。分光部１３は、光源２１から射出された光を分光し、例えば、時系列でそれぞれ異なる波長の光を選択して光ファイバ２２へ出力する。これにより、例えば、１５００ｎｍから３００ｎｍの波長の光が順番に出力される。
受光部１２は、例えば、積分球３１と受光素子３２とを備えている。積分球３１は、被検査基板Ｓに対して隙間ｄをあけて配置されている。なお、この隙間ｄは任意であり、なくてもよい。隙間ｄがない場合には、例えば、昇降機構（図示略）を用いて、計測時は積分球３１を被検査基板Ｓに密着させ、計測終了後には有限の隙間ｄを与えて、被検査基板Ｓを搬送する。隙間ｄがある場合には、隙間ｄを一定に保って計測を実施する。この場合、被検査基板Ｓは静止状態でも、搬送状態でもよい。隙間ｄは、例えば、約０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲に設定される。
受光素子３２は、積分球３１の内壁面に取り付けられている。受光素子３２は、広い波長帯域をカバーするために、適宜、複数の素子を組み合わせることが可能である。例えば、光電子増倍管とＰｂＳ受光素子とを組み合わせて構成することが可能である。なお、本実施形態では、受光素子３２を一つ備える場合について例示しているが、複数の受光素子３２を、積分球３１の異なる位置に設置することとしてもよい。
【００２７】
記憶部１４には、複数の特徴量の各々と第１透明薄膜２の膜厚および第２透明膜厚３の膜厚とをそれぞれ関連付けた複数の特徴量特性が格納されている。この特徴量特性についての詳細は後述する。
【００２８】
演算部１５は、受光素子３２から出力される電気信号と分光部１３による波長の選択情報に基づいて分光反射スペクトルを作成し、この分光反射スペクトルから各特徴量の実測値を取得し、取得した各特徴量の実測値と記憶部１４に格納されている特徴量特性とを用いて、第１透明薄膜２及び第２透明薄膜３の膜厚をそれぞれ求める。
【００２９】
演算部１５は、例えば、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成されている。後述する一連の処理過程を実現するためのプログラムがＲＯＭ等に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種処理が実現される。演算部１５により求められた膜厚は、例えば、図示しない表示装置に出力され、表示装置に計測結果が表示される。
【００３０】
このような構成において、光源２１から射出された光は分光部１３に導かれ、分光部１３において各波長の光が時系列に選択されて光ファイバ２２に導かれる。光ファイバ２２に導かれた光は光射出端２３から被検査基板Ｓに向けて射出される。光射出端２３から射出された照明光Ｌ１は、被検査基板Ｓの基板面に対して斜めから入射し、一部が被検査基板Ｓを透過し、一部は反射される。透過光Ｌ３は、被検査基板Ｓの上面側に配置された遮光箱４１の内部に設けられた無反射機構（いわゆる、ライトトラップ）４２により吸収される。従って、遮光箱４１の内部に迷光を放射しない構造となっているので、積分球３１側に迷光が戻らないようになっている。なお、遮光箱４１は、外部からの迷光が受光素子３２に到達しないように、外部からの光を遮断するために設けられている。
一方、被検査基板Ｓにより反射された反射光Ｌ２は、積分球３１の内壁で多数回反射されて受光素子３２に到達する。受光素子３２に到達した光は、受光素子３２によって光電変化されて受光量に応じた電気信号が生成され、電気信号が演算部１５に出力される。
演算部１５では、受光素子３２からの電気信号と分光部１３からの情報に基づき分光反射スペクトルが作成され、この分光反射スペクトルから各特徴量の実測値が取得され、取得された各特徴量の実測値と記憶部１４に格納されている特徴量特性とに基づいて、第１透明薄膜２及び第２透明薄膜３の膜厚がそれぞれ求められる。
【００３１】
なお、上記構成例では、積分球３１を使用する場合について述べたが、積分球３１を省略した構成としてもよい。この場合、受光素子３２は、反射光Ｌ２を直接受光できる位置に配置される。
【００３２】
次に、上記特徴量について説明する。
本実施形態の薄膜の検査装置は、上述したようにガラス基板上に複数の薄膜、即ち、第１透明薄膜２及び第２透明薄膜３が積層された状態で各々の膜厚を計測するものである。従って、各々の薄膜の膜厚変動によって影響を受ける分光反射スペクトルの特徴量を検討した。この特徴量を以下の表１に示す。
【００３３】
【表１】
【００３４】
上記特徴量は、いずれも第１透明薄膜２及び第２透明薄膜３の少なくともいずれかの膜厚変動に伴って値が変動するパラメータ（特徴量）であり、特に、第１透明薄膜及び第２透明薄膜の少なくともいずれかの膜厚変動に対して感度の高い特徴量を選定したものである。従って、このような特徴量を用いて膜厚計測を行うことにより、薄膜の膜厚計測精度を更に向上させることができる。
【００３５】
本実施形態では、これらの特徴量の中から少なくとも２つの特徴量を用いて膜厚を求める。なお、上記１番目の特徴量である「波長３８０ｎｍの反射率」と６番目の特徴量である「反射率の最大値」とは、略同じことを意味するため、双方を使用する必要はなく、いずれか一方を使用すれば足りる。
【００３６】
次に、上記各特徴量に係る特徴量特性は、以下の手順で作成される。
まず、被検査基板Ｓと同様の構造を有し、かつ、第１透明薄膜２及び第２透明薄膜３の膜厚の組み合わせが異なる複数の試験片を用意する。各試験片の膜厚は、各試験片の一部を切り取り、ＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）観察することにより計測した。
【００３７】
このようにして、膜厚が既知である複数の試験片を用意すると、続いて、各試験片に対して白色光を透明ガラス基板側から照射し、その反射光を測定し、分析する。白色光の照射、反射光の受光、反射光の分析については、上述した薄膜検査装置の各構成を用いる。このように、同じ構成を用いることにより、精度の高い特徴量特性を得ることができ、装置構成の違いによる測定誤差の低減を図ることができる。
【００３８】
図３に、分光反射スペクトルの一例を示す。この分光反射スペクトルにおいて、各特徴量、つまり、上述した表１における各特徴量の値を取得する。そして、各試験片に対して同様の試験を行うことで、試験片毎に各特徴量を取得する。
【００３９】
続いて、取得した各特徴量の値、各試験片における第１透明薄膜２の膜厚及び第２透明薄膜３の膜厚に基づいて、特徴量毎にその特徴量と第１透明薄膜２の膜厚と第２透明薄膜３の膜厚との関係を表わす特徴量特性を作成する。特徴量特性は、例えば、第１透明薄膜２の膜厚及び第２透明薄膜３の膜厚を変数とした多項式を用いた相関式として表される。
以下に示す（２）式は、相関式の一例である。ここでは、２次の多項式を用いて表わしている。
【００４０】
【数２】
【００４１】
上記（２）式において、ｘは第１透明薄膜２の膜厚、ｙは第２透明薄膜３の膜厚、Ａｊ〜Ｆｊは、ｊ番目の特徴量に関する相関式の係数である。
【００４２】
このようにして、各特徴量に対して特徴量特性を得ると、これらの特徴量特性は記憶部１４に記憶される。なお、上記表１に示した各種特徴量のうち、予め検査に使用する特徴量を決めている場合には、それら検査に使用する特徴量についてのみ上記事前試験を行い、特徴量特性を用意しておけばよい。
【００４３】
図４乃至図９に、１番目から６番目（ｊ＝１〜６）までの特徴量特性を表わしたグラフを示す。図４は特徴量「波長３８０ｎｍの反射率」に関する特徴量特性、図５は特徴量「波長９００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分」に関する特徴量特性、図６は特徴量「波長５００ｎｍ以上９００ｎｍ以下における平均反射率」に関する特徴量特性、図７は特徴量「波長５５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分」に関する特徴量特性、図８は特徴量「波長５５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下における最小反射率」に関する特徴量特性、図９は特徴量「反射率の最大値」に関する特徴量特性の一例をそれぞれ示した図である。図４乃至図９において、横軸は第２透明薄膜（ＳｉＯ2）３の膜厚、縦軸は第１透明薄膜（ＴｉＯ2）２の膜厚を示している。
【００４４】
次に、上記特徴量特性を用いた薄膜の検査方法について図１を参照して説明する。
まず、実際の検査においては、表１に示した６つの特徴量のうち、少なくとも２つの特徴量が選択されて使用される。ここでは、１番目（ｊ＝１）の特徴量である「波長３８０ｎｍの反射率」に関する特徴量特性、２番目（ｊ＝２）の特徴量である「波長９００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分」に関する特徴量特性を用いて、第１透明薄膜２及び第２透明薄膜３の膜厚を求める場合について説明する。
【００４５】
まず、図１において、光照射部１１が作動することにより、被検査基板Ｓに対して、透明ガラス基板側から光が照射される。被検査基板Ｓから反射された反射光は、略球状の受光部１２によって受光され、受光された反射光の情報が演算部１５に入力される。演算部１４は、入力された反射光の情報に基づいて分光反射スペクトルを作成し、この分光反射スペクトルから波長３８０ｎｍの反射率と波長９００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分とを取得する。
続いて、演算部１５は、記憶部１４に格納されている１番目の特徴量特性と２番目の特徴量特性を読み出し、これらの特徴量特性のｘ，ｙの値として膜厚を１ｎｍ刻みで入力して得られた値（以下「算出特徴量」という。）と実測値との差の二乗和が最小となる膜厚ｘ，ｙを求める。
つまり、以下の（３）式において、Ｗが最小となるときのｘ，ｙの値を求める。
【００４６】
【数３】
【００４７】
上記（３）式において、ｘは第１透明薄膜の膜厚、ｙは第２透明薄膜の膜厚、Ｚｊ（ｘ，ｙ）は（２）式から求められるｊ番目の特徴量の演算値、ｚｊはｊ番目の特徴量における実測値、ｎは特徴量の数である。
【００４８】
つまり、本実施形態では、１番目と２番目の特徴量を用いているため、上記（３）式は、以下の（４）式のように表される。
【００４９】
【数４】
【００５０】
上記（３）式において、Ｚ1（ｘ，ｙ）は１番目の特徴量における算出特徴量、ｚ1は１番目の特徴量における実測値、Ｚ2（ｘ，ｙ）は２番目の特徴量における算出特徴量、ｚ2は２番目の特徴量における実測値である。
【００５１】
そして、Ｗが最小となるｘ，ｙを求めると、求められたｘの値を第１透明薄膜の膜厚、ｙを第２透明薄膜の膜厚として出力する。これにより、例えば、演算式から膜厚情報を取得した表示装置等には、各薄膜の膜厚が表示される。
【００５２】
以上、説明してきたように、本実施形態に係る薄膜検査装置及びその方法によれば、第１透明薄膜２及び第２透明薄膜３の少なくとも一方の膜厚変動に影響を受ける分光反射スペクトルの特徴量の中から少なくとも２つの特徴量を選定し、この特徴量を用いて第１透明薄膜２及び第２透明薄膜３の膜厚を演算するので、複数の薄膜が積層された状態、具体的には、測定対象である波長調整用の薄膜の上面に透明導電膜が積層された状態であっても、波長調整層を構成する各薄膜の反射特性に基づいて、それらの膜厚をそれぞれ求めることが可能となる。
また、光の入射面を透明ガラス基板側としているので、透明導電膜の表面に形成されている凹凸による光の干渉を低減することが可能となる。具体的には、透明導電膜側から照明光を照射し、膜面からの反射光を測定する場合、透明導電膜の上面に形成された凹凸ムラ（テクスチャ）の影響で光が散乱されてしまう。従って、分光反射スペクトルにはテクスチャの情報（ヘイズ率の大小）が重畳されてしまい、これが誤差要因となり、膜厚計測の精度が低減してしまう。これに対し、本実施形態では、透明ガラス基板側から光を入射させるので、透明導電膜の表面の凹凸による誤差を抑制でき、計測精度を向上させることが可能となる。即ち、ガラス基板側から光を照射した場合には、透明導電膜の上面に形成されたテクスチャにかかわらず、試験片の分光反射スペクトルは略同じ形状となることから、透明導電膜のテクスチャの影響を受けずに第１透明薄膜及び第２透明薄膜の膜厚を計測することができる。
【００５３】
また、波長調整層の上面に透明導電膜が積層された状態で、波長調整層を構成する第１透明薄膜及び第２透明薄膜の膜厚を計測することができることから、例えば、このような薄膜を用いる光電変換薄膜装置の製造ラインに適用することが可能となり、膜厚検査の効率向上を望むことができる。つまり、本実施形態に係る薄膜検査装置によれば、透明ガラス基板上に波長調整層と透明導電膜とをこの順番で製膜する製膜装置から出力される基板を被検査基板として波長調整層を構成する各膜の膜厚を計測することができるので、光電変換薄膜装置の製造ラインに用意に適用することができる。
【００５４】
また、本実施形態に係る薄膜検査装置及びその方法によれば、第１透明薄膜２及び第２透明薄膜３の膜厚変動に対して特に感度の高い特徴量を用いることから薄膜の膜厚計測精度を更に向上させることが可能となる。
【００５５】
なお、本実施形態では、特徴量として「波長３８０ｎｍの反射率」と「波長９００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分」とを用いたが、これらに限定されることなく、表１に示した６つの特徴量から少なくとも２つの特徴量を選択することが可能である。例えば、使用する特徴量が多いほど、計測精度を向上させることが可能である。
【００５６】
例えば、図１０及び図１１は、特徴量として「波長３８０ｎｍの反射率」と「波長９００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分」とを用いた場合の計測結果と実際の膜厚（真値）とを比較して示した図である。
図１０は、第１透明薄膜２の計測誤差を示した図であり、横軸に実際の膜厚（真値）が、縦軸に本実施形態に係る薄膜検査装置で計測された膜厚が示されている。図１０に示すように、真値との膜厚誤差の平均は５．０ｎｍであった。
図１１は、第２透明薄膜の計測誤差を示した図であり、横軸に実際の膜厚（真値）が、縦軸に本実施形態に係る薄膜検査装置で計測された膜厚が示されている。図１１に示すように、真値との膜厚誤差の平均は５．２ｎｍであった。
【００５７】
また、図１２及び図１３は、特徴量として表１に示した１番目から６番目までの全ての特徴量を用いて膜厚計測を行った場合の計測結果と実際の膜厚とを比較して示した図である。
図１２は、第１透明薄膜の計測誤差を示した図であり、横軸に実際の膜厚（真値）が、縦軸に本実施形態に係る薄膜検査装置で計測された膜厚が示されている。図１２に示すように、真値との膜厚誤差の平均は１．２ｎｍであった。
図１３は、第２透明薄膜の計測誤差を示した図であり、横軸に実際の膜厚（真値）が、縦軸に本実施形態に係る薄膜検査装置で計測された膜厚が示されている。図１３に示すように、真値との膜厚誤差の平均は２．３ｎｍであった。
このように、表１に示された全ての特徴量を用いた場合には、計測精度が向上することを確認できた。
【符号の説明】
【００５８】
１ 透明ガラス基板
２ 第１透明薄膜
３ 第２透明薄膜
４ 透明導電膜
１１ 光射出部
１２ 受光部
１３ 分光部
１４ 記憶部
１５ 演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明ガラス基板上に反射率調整用の第１透明薄膜及び第２透明薄膜、並びに透明導電膜がこの順で製膜された被検査基板において、該第１透明薄膜及び該第２透明薄膜の膜厚を求める薄膜検査装置であって、
前記第１透明薄膜及び前記第２透明薄膜の少なくとも一方の膜厚変動に影響を受ける分光反射スペクトルの特徴量の中から少なくとも２つの特徴量を選択し、選択した該特徴量の各々と前記第１透明薄膜の膜厚及び前記第２透明薄膜の膜厚とをそれぞれ関連付けた少なくとも２つの特徴量特性が格納された記憶手段と、
前記被検査基板に対して前記透明ガラス基板側から白色光を照射する光照射手段と、
前記被検査基板からの反射光を受光する受光手段と、
前記受光手段によって受光された反射光に基づく分光反射スペクトルから前記記憶手段に格納されている各前記特徴量の実測値を求め、求めた各前記特徴量の実測値と前記記憶手段に格納されている前記特徴量特性とを用いて、前記第１透明薄膜及び前記第２透明薄膜の膜厚をそれぞれ求める演算手段と
を備える薄膜検査装置。
【請求項２】
前記記憶手段に格納される特徴量特性には、前記第１透明薄膜の膜厚に応じて反射率が変動する波長における反射率または反射率の最大値が含まれている請求項１に記載の薄膜検査装置。
【請求項３】
前記記憶手段に格納される特徴量特性には、波長約９００ｎｍ以上約１２００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分、波長約５００ｎｍ以上約９００ｎｍ以下における平均反射率、波長約５５０ｎｍ以上約７００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分、及び波長約５５０ｎｍ以上約７００ｎｍ以下における最小反射率のいずれかが含まれている請求項２に記載の薄膜検査装置。
【請求項４】
各前記特徴量特性は、第１透明薄膜の膜厚及び第２透明薄膜の膜厚を変数とした多項式を用いて表わされており、
前記演算手段は、以下の（１）式におけるＷが最小となるときのｘの値を第１透明薄膜の膜厚、ｙの値を前記第２透明薄膜の膜厚として求める請求項１から請求項３のいずれかに記載の薄膜検査装置。
【数１】
上記（１）式において、Ｚj（ｘ，ｙ）はｊ番目の特徴量に対応する特徴量特性に所定の第１透明薄膜の膜厚ｘ及び第２透明薄膜の膜厚ｙを入力したときの特徴量の算出値、ｚｊはｊ番目の特徴量における実測値、ｎは前記記憶手段に格納されている特徴量特性の数である。
【請求項５】
透明ガラス基板上に反射率調整用の第１透明薄膜及び第２透明薄膜、並びに透明導電膜がこの順で製膜された被検査基板において、該第１透明薄膜及び該第２透明薄膜の膜厚を求める薄膜検査方法であって、
前記第１透明薄膜及び前記第２透明薄膜の膜厚の少なくとも一方に依存して変動する分光反射スペクトルの特徴量の中から少なくとも２つの特徴量を選択し、選択した該特徴量の各々と前記第１透明薄膜の膜厚及び前記第２透明薄膜の膜厚とをそれぞれ関連付けた少なくとも２つの特徴量特性を予め取得しておき、
前記被検査基板に対して該透明ガラス基板側から白色光を照射し、
前記被検査基板からの反射光を受光し、
受光した反射光に基づく分光反射スペクトルから前記特徴量の実測値を求め、
取得した各前記特徴量の実測値と前記特徴量特性とを用いて、前記第１透明薄膜及び前記第２透明薄膜の膜厚をそれぞれ求める薄膜検査方法。
【請求項１】
透明ガラス基板上に反射率調整用の第１透明薄膜及び第２透明薄膜、並びに透明導電膜がこの順で製膜された被検査基板において、該第１透明薄膜及び該第２透明薄膜の膜厚を求める薄膜検査装置であって、
前記第１透明薄膜及び前記第２透明薄膜の少なくとも一方の膜厚変動に影響を受ける分光反射スペクトルの特徴量の中から少なくとも２つの特徴量を選択し、選択した該特徴量の各々と前記第１透明薄膜の膜厚及び前記第２透明薄膜の膜厚とをそれぞれ関連付けた少なくとも２つの特徴量特性が格納された記憶手段と、
前記被検査基板に対して前記透明ガラス基板側から白色光を照射する光照射手段と、
前記被検査基板からの反射光を受光する受光手段と、
前記受光手段によって受光された反射光に基づく分光反射スペクトルから前記記憶手段に格納されている各前記特徴量の実測値を求め、求めた各前記特徴量の実測値と前記記憶手段に格納されている前記特徴量特性とを用いて、前記第１透明薄膜及び前記第２透明薄膜の膜厚をそれぞれ求める演算手段と
を備える薄膜検査装置。
【請求項２】
前記記憶手段に格納される特徴量特性には、前記第１透明薄膜の膜厚に応じて反射率が変動する波長における反射率または反射率の最大値が含まれている請求項１に記載の薄膜検査装置。
【請求項３】
前記記憶手段に格納される特徴量特性には、波長約９００ｎｍ以上約１２００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分、波長約５００ｎｍ以上約９００ｎｍ以下における平均反射率、波長約５５０ｎｍ以上約７００ｎｍ以下における最大反射率と最小反射率との差分、及び波長約５５０ｎｍ以上約７００ｎｍ以下における最小反射率のいずれかが含まれている請求項２に記載の薄膜検査装置。
【請求項４】
各前記特徴量特性は、第１透明薄膜の膜厚及び第２透明薄膜の膜厚を変数とした多項式を用いて表わされており、
前記演算手段は、以下の（１）式におけるＷが最小となるときのｘの値を第１透明薄膜の膜厚、ｙの値を前記第２透明薄膜の膜厚として求める請求項１から請求項３のいずれかに記載の薄膜検査装置。
【数１】
上記（１）式において、Ｚj（ｘ，ｙ）はｊ番目の特徴量に対応する特徴量特性に所定の第１透明薄膜の膜厚ｘ及び第２透明薄膜の膜厚ｙを入力したときの特徴量の算出値、ｚｊはｊ番目の特徴量における実測値、ｎは前記記憶手段に格納されている特徴量特性の数である。
【請求項５】
透明ガラス基板上に反射率調整用の第１透明薄膜及び第２透明薄膜、並びに透明導電膜がこの順で製膜された被検査基板において、該第１透明薄膜及び該第２透明薄膜の膜厚を求める薄膜検査方法であって、
前記第１透明薄膜及び前記第２透明薄膜の膜厚の少なくとも一方に依存して変動する分光反射スペクトルの特徴量の中から少なくとも２つの特徴量を選択し、選択した該特徴量の各々と前記第１透明薄膜の膜厚及び前記第２透明薄膜の膜厚とをそれぞれ関連付けた少なくとも２つの特徴量特性を予め取得しておき、
前記被検査基板に対して該透明ガラス基板側から白色光を照射し、
前記被検査基板からの反射光を受光し、
受光した反射光に基づく分光反射スペクトルから前記特徴量の実測値を求め、
取得した各前記特徴量の実測値と前記特徴量特性とを用いて、前記第１透明薄膜及び前記第２透明薄膜の膜厚をそれぞれ求める薄膜検査方法。
【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１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−２０３８１４（Ｐ２０１０−２０３８１４Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４７３６１（Ｐ２００９−４７３６１）
【出願日】平成２１年２月２７日（２００９．２．２７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２７日（２００９．２．２７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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