(57)【要約】  炭素含有率取得装置（１）では、所定のパラメータ群の値と、炭素含有率とを関連付ける参照情報が予め生成されて記憶される。ガラス基板９上に形成されたＳｉＣ膜に対して、分光エリプソメータ（３）にて測定を行うことにより測定スペクトルが取得され、コンピュータ（６）において当該測定スペクトルから当該パラメータ群の値が求められる。そして、パラメータ群の値および参照情報に基づいて、ＳｉＣ膜の炭素含有率の値が精度良く求められる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物（９）上に形成されたＳｉＣ膜中に含まれる炭素の含有率を取得する炭素含有率取得装置（１）であって、
分光エリプソメータ（３）と、
所定のパラメータ群の値と、炭素の含有率とを関連付ける参照情報を記憶する記憶部（７２）と、
前記分光エリプソメータ（３）にて対象物（９）上のＳｉＣ膜に対して測定を行うことにより取得された測定スペクトルから前記パラメータ群の値を求め、前記パラメータ群の前記値および前記参照情報に基づいて、炭素の含有率を求める含有率演算部（７１）と、
を備える。
【請求項２】
請求項１に記載の炭素含有率取得装置（１）であって、
前記パラメータ群が、基準となるシリコン膜またはＳｉＣ膜の誘電関数における虚部のピーク値である参照ピーク値と、前記測定スペクトルから導かれる誘電関数における虚部のピーク値との差であるピーク値シフト量を含む。
【請求項３】
請求項１または２に記載の炭素含有率取得装置（１）であって、
前記パラメータ群が、基準となるシリコン膜またはＳｉＣ膜の誘電関数における虚部のピーク値である参照ピーク値に対応する振動数と、前記測定スペクトルから導かれる誘電関数の虚部のピークにおける振動数との差であるピーク位置シフト量を含む。
【請求項４】
請求項２に記載の炭素含有率取得装置（１）であって、
前記含有率演算部（７１）が、炭素の存在に起因してＳｉＣ膜中に生じると仮定したボイドの体積分率をパラメータとして含む有効媒質理論を用いつつ、前記対象物（９）上のＳｉＣ膜における前記ピーク値シフト量の値を求める。
【請求項５】
請求項１に記載の炭素含有率取得装置（１）であって、
前記パラメータ群の値が、前記測定スペクトルから導かれる誘電関数における虚部のピーク値およびピークにおける振動数を含む。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の炭素含有率取得装置（１）であって、
前記対象物（９）が、太陽電池用の基板である。
【請求項７】
対象物（９）上に形成されたＳｉＣ膜中に含まれる炭素の含有率を取得する炭素含有率取得方法であって、
ａ）所定のパラメータ群の値と、炭素の含有率とを関連付ける参照情報を準備する工程と、
ｂ）分光エリプソメータ（３）にて対象物（９）上のＳｉＣ膜に対して測定を行うことにより測定スペクトルを取得し、前記測定スペクトルから前記パラメータ群の値を求める工程と、
ｃ）前記パラメータ群の前記値および前記参照情報に基づいて、炭素の含有率を求める工程と、
を備える。
【請求項８】
請求項７に記載の炭素含有率取得方法であって、
前記パラメータ群が、基準となるシリコン膜またはＳｉＣ膜の誘電関数における虚部のピーク値である参照ピーク値と、前記測定スペクトルから導かれる誘電関数における虚部のピーク値との差であるピーク値シフト量を含む。
【請求項９】
請求項７または８に記載の炭素含有率取得方法であって、
前記パラメータ群が、基準となるシリコン膜またはＳｉＣ膜の誘電関数における虚部のピーク値である参照ピーク値に対応する振動数と、前記測定スペクトルから導かれる誘電関数の虚部のピークにおける振動数との差であるピーク位置シフト量を含む。
【請求項１０】
請求項８に記載の炭素含有率取得方法であって、
前記ｂ）工程において、炭素の存在に起因してＳｉＣ膜中に生じると仮定したボイドの体積分率をパラメータとして含む有効媒質理論を用いつつ、前記対象物（９）上のＳｉＣ膜における前記ピーク値シフト量の値が求められる。
【請求項１１】
請求項７に記載の炭素含有率取得方法であって、
前記パラメータ群の値が、前記測定スペクトルから導かれる誘電関数における虚部のピーク値およびピークにおける振動数を含む。
【請求項１２】
請求項７ないし１１のいずれかに記載の炭素含有率取得方法であって、
前記対象物（９）が、太陽電池用の基板である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物上に形成されたＳｉＣ膜中に含まれる炭素の含有率を取得する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境問題への注目の高まりにより、クリーンな太陽光を利用する太陽電池の開発が行われており、特に、大面積化および低コスト化が可能な薄膜シリコン太陽電池が次世代の太陽電池として注目されている。薄膜シリコン太陽電池の製造では、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等によりガラス基板上にアモルファスシリコン膜（以下、単に「シリコン膜」という。）が形成される。特開平１１−１５７９９１号公報では、基板上にダイヤモンド薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置が開示されている。【０００３】
このようなシリコン膜の１つであるアモルファスシリコンカーバイド膜（以下、単に「ＳｉＣ膜」という。）は、光透過率が高く、吸収ロスが少ないため、薄膜シリコン太陽電池の光入射側であるｐ層として利用され、薄膜シリコン太陽電池の変換効率に大きな影響を与える。ＳｉＣ膜の光学特性は、膜の炭素含有率により大きく変化する。したがって、ＳｉＣ膜中の炭素含有率を測定することが、薄膜シリコン太陽電池の品質管理において極めて重要となる。【０００４】
被測定物の炭素含有率を非破壊にて測定する方法としては、Ｘ線光電子分光分析や全反射赤外分光測定により取得した被測定物のスペクトルに基づいて炭素含有率を求める方法が知られている。しかしながら、これらの測定に使用される装置は大型で測定点の移動が容易ではないため、大面積の被測定物の各部位を順次測定することには適していない。また、これらの測定方法では、多層膜の測定を行うことはできない。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、対象物上に形成されたＳｉＣ膜中に含まれる炭素の含有率を取得する炭素含有率取得装置に向けられており、分光エリプソメータを用いてＳｉＣ膜中の炭素含有率を精度良く求めることを目的としている。
【０００６】
本発明に係る炭素含有率取得装置は、分光エリプソメータと、所定のパラメータ群の値と、炭素の含有率とを関連付ける参照情報を記憶する記憶部と、前記分光エリプソメータにて対象物上のＳｉＣ膜に対して測定を行うことにより取得された測定スペクトルから前記パラメータ群の値を求め、前記パラメータ群の前記値および前記参照情報に基づいて、炭素の含有率を求める含有率演算部とを備える。炭素含有率取得装置では、分光エリプソメータを用いてＳｉＣ膜中の炭素含有率を精度良く求めることができる。
【０００７】
好ましくは、前記パラメータ群が、基準となるシリコン膜またはＳｉＣ膜の誘電関数における虚部のピーク値である参照ピーク値と、前記測定スペクトルから導かれる誘電関数における虚部のピーク値との差であるピーク値シフト量を含む。より好ましくは、前記含有率演算部が、炭素の存在に起因してＳｉＣ膜中に生じると仮定したボイドの体積分率をパラメータとして含む有効媒質理論を用いつつ、前記対象物上のＳｉＣ膜における前記ピーク値シフト量の値を求める。
【０００８】
また、好ましくは、前記パラメータ群が、基準となるシリコン膜またはＳｉＣ膜の誘電関数における虚部のピーク値である参照ピーク値に対応する振動数と、前記測定スペクトルから導かれる誘電関数の虚部のピークにおける振動数との差であるピーク位置シフト量を含む。
【０００９】
他の好ましい実施の形態では、前記パラメータ群の値が、前記測定スペクトルから導かれる誘電関数における虚部のピーク値およびピークにおける振動数を含む。
【００１０】
本発明は、また、対象物上に形成されたＳｉＣ膜中に含まれる炭素の含有率を取得する炭素含有率取得方法にも向けられている。前記炭素含有率取得方法は、ａ）所定のパラメータ群の値と、炭素の含有率とを関連付ける参照情報を準備する工程と、ｂ）分光エリプソメータにて対象物上のＳｉＣ膜に対して測定を行うことにより測定スペクトルを取得し、前記測定スペクトルから前記パラメータ群の値を求める工程と、ｃ）前記パラメータ群の前記値および前記参照情報に基づいて、炭素の含有率を求める工程とを備える。
【００１１】
上述の目的および他の目的、特徴、態様および利点は、添付した図面を参照して以下に行うこの発明の詳細な説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】炭素含有率取得装置を示す斜視図である。
【図２】コンピュータの構成を示す図である。
【図３】コンピュータが実現する機能構成を示すブロック図である。
【図４】複数のＳｉＣ膜の誘電関数の虚部を示す図である。
【図５】複数のＳｉＣ膜の誘電関数の実部を示す図である。
【図６】参照情報を生成する処理の流れを示す図である。
【図７】ＳｉＣ膜中に含まれる炭素含有率を取得する処理の流れを示す図である。
【図８】ＳｉＣ膜の誘電関数を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の一の実施の形態に係る炭素含有率取得装置１を示す斜視図である。炭素含有率取得装置１は、対象物である薄膜シリコン太陽電池用のガラス基板９上に形成されたアモルファスシリコンカーバイド膜（以下、「ＳｉＣ膜」という。）中に含まれる炭素の含有率を取得する装置である。ガラス基板９のサイズは、例えば１〜２ｍ（メートル）角である。
【００１４】
炭素含有率取得装置１は、ガラス基板９上を撮像する撮像部２、後述の測定スペクトルを取得するための分光エリプソメータ３、図１中のＹ方向に移動可能なＹ方向移動部４１、図１中のＸ方向に移動可能なＸ方向移動部４２、並びに、各種演算処理を行うＣＰＵや各種情報を記憶するメモリ等により構成されたコンピュータ６を備え、コンピュータ６は炭素含有率取得装置１の各構成を制御する制御部としての役割を果たす。Ｘ方向移動部４２はＹ方向移動部４１上に設けられ、Ｘ方向移動部４２には、撮像部２および分光エリプソメータ３が固定される。炭素含有率取得装置１では、分光エリプソメータ３による光の照射位置をガラス基板９上の各位置に自在に配置することが可能となっている。
【００１５】
分光エリプソメータ３は、ガラス基板９の上方（図１中の（＋Ｚ）側）に配置される照明部３１および受光部３２を備え、照明部３１からガラス基板９に向けて偏光した白色光が照射され、受光部３２にてガラス基板９からの反射光が受光される。受光部３２は、反射光が入射する検光子および反射光の分光強度を取得する分光器を有し、検光子の回転位置、および、分光器により取得された反射光の分光強度がコンピュータ６へと出力される。コンピュータ６では、複数の振動数（または、波長）の光のそれぞれの偏光状態として、ｐ偏光成分とｓ偏光成分との位相差および反射振幅比角が求められる。すなわち、位相差および反射振幅比角の振動数スペクトル（以下、「測定スペクトル」と総称する。）が取得される。
【００１６】
図２は、コンピュータ６の構成を示す図である。コンピュータ６は、各種演算処理を行うＣＰＵ６１、基本プログラムを記憶するＲＯＭ６２および各種情報を記憶するＲＡＭ６３をバスラインに接続した一般的なコンピュータシステムの構成となっている。バスラインにはさらに、情報記憶を行う固定ディスク６５、各種情報の表示を行うディスプレイ６６、操作者からの入力を受け付けるキーボード６７ａおよびマウス６７ｂ、光ディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体６０から情報の読み取りを行ったり記録媒体６０に情報の書き込みを行う読取／書込装置６８、並びに、外部との通信を行う通信部６９が、適宜、インターフェイス（Ｉ／Ｆ）を介する等して接続される。
【００１７】
コンピュータ６には、事前に読取／書込装置６８を介して記録媒体６０からプログラム６００が読み出され、固定ディスク６５に記憶される。そして、プログラム６００がＲＡＭ６３にコピーされるとともにＣＰＵ６１がＲＡＭ６３内のプログラム６００に従って演算処理を実行することにより（すなわち、コンピュータがプログラムを実行することにより）、コンピュータ６が、後述の演算部としての処理を行う。
【００１８】
図３は、ＣＰＵ６１がプログラム６００に従って動作することにより、ＣＰＵ６１、ＲＯＭ６２、ＲＡＭ６３、固定ディスク６５等が実現する機能構成を示すブロック図である。図３において、演算部７の含有率演算部７１および参照情報生成部７３がＣＰＵ６１等により実現される機能であり、記憶部７２が固定ディスク６５等により実現される機能である。なお、演算部７の機能は専用の電気的回路により実現されてもよく、部分的に電気的回路が用いられてもよい。
【００１９】
次に、炭素含有率取得装置１における炭素含有率の測定原理について述べる。ここでは、ＣＶＤ工程において、原料ガスであるモノシラン（ＳｉＨ４）の流量とメタン（ＣＨ４）の流量との割合を変更しつつ、複数のシリコン基板上にＳｉＣ膜を順次形成することにより、炭素含有率が異なる複数のＳｉＣ膜が準備されているものとする。表１は、ＣＨ４の流量比ｚと、シリコン基板上のＳｉＣ膜中に含まれる炭素の含有率との関係を示す。流量比ｚは、ＣＶＤ工程におけるＣＨ４の流量を、ＳｉＨ４とＣＨ４との合計流量で割った値である。
【００２０】
【表１】
2012117601.tif 000003
【００２１】
表１に示すように、流量比ｚが最も低いＳｉＣ膜（ｚ＝０．０、すなわち、シリコン膜）にて炭素の含有率が最小となり、流量比ｚが最も高いＳｉＣ膜（ｚ＝０．６）にて炭素の含有率が最大となる。以下の説明では、便宜上、シリコン膜である場合を含めてＳｉＣ膜と総称する。
【００２２】
図４および図５は、上記の複数のＳｉＣ膜の誘電関数を示す図である。誘電関数εは、実部であるε１と虚部であるε２とを含む複素関数にて表現され（すなわち、虚数単位をｉとして（ε＝ε１＋ｉε２））、図４の縦軸は誘電関数の虚部ε２を示し、横軸は振動数に対応する光子エネルギーを示している。また、図５の縦軸は誘電関数の実部ε１を示し、横軸は振動数に対応する光子エネルギーを示している。図４および図５では、各ＳｉＣ膜の誘電関数の虚部ε２および実部ε１を示す線に、当該ＳｉＣ膜の形成時における流量比ｚの値を付している。なお、図４および図５の誘電関数は、分光エリプソメータ３にて取得された測定スペクトルから抽出されたものであり、後述するＴａｕｃ−Ｌｏｒｅｎｔｚモデルを用いることなく求めたものである。
【００２３】
図４に示すように、上記の複数のＳｉＣ膜の誘電関数は互いに相違しており、虚部ε２がピークとなる振動数近傍にて、虚部ε２の値の相違が顕著となっている。また、図５に示すように、実部ε１がピークとなる振動数近傍にて、実部ε１の値の相違が顕著となっている。この相違は、ＳｉＣ膜の炭素含有率の相違に依存すると考えられ、本実施の形態では、複数のＳｉＣ膜における虚部ε２のピーク値の相違、および、ピークにおける光子エネルギー（または、振動数）の相違に着目する。
【００２４】
具体的には、炭素含有率取得装置１における炭素含有率の測定では、炭素含有率が最小となるＳｉＣ膜、すなわち、表１中の流量比ｚが０．０のシリコン膜を基準となる基準ＳｉＣ膜とする。そして、基準ＳｉＣ膜の誘電関数における虚部ε２のピーク値（以下、「参照ピーク値」という。）と、他の各ＳｉＣ膜（以下、「サンプルＳｉＣ膜」という。）の誘電関数における虚部ε２のピーク値との差を、注目すべきパラメータの１つとして捉える（以下、当該差を「ピーク値シフト量」という。）。図４では成膜時の流量比ｚが０．６のサンプルＳｉＣ膜におけるピーク値シフト量の値を符号Ａ１を付す矢印の長さにて示している。
【００２５】
また、基準ＳｉＣ膜の参照ピーク値に対応する振動数（または、光子エネルギー）と、各サンプルＳｉＣ膜の誘電関数の虚部ε２のピークにおける振動数との差も注目すべきパラメータの他の１つとして捉える（以下、当該差を「ピーク位置シフト量」という。）。図４では成膜時の流量比ｚが０．６のサンプルＳｉＣ膜におけるピーク位置シフト量に相当する値を符号Ｂ１を付す矢印の長さにて示している。
【００２６】
一方で、ＳｉＣ膜では、シリコン原子と炭素原子との結合や、ＣＨ２構造やＣＨ３構造の挿入により、炭素を含有しないアモルファスシリコン膜よりもアモルファス構造の歪が大きく、ＳｉＣ膜の炭素含有率が増大するに従って、アモルファス構造の歪も増大する。ＳｉＣ膜におけるアモルファス構造の歪みの増大は、ＳｉＣ膜中のボイドの増大と解釈することができる。したがって、炭素の存在に起因してサンプルＳｉＣ膜中に生じると仮定したボイドの体積分率をｆａＳｉＣ、炭素の含有率が最小となる基準ＳｉＣ膜の誘電関数をεｒｅｆ、真空の誘電関数をεｂとして、サンプルＳｉＣ膜の誘電関数εｈは、有効媒質近似により数１を満たすとものと考える。
【００２７】
【数１】
2012117601.tif 000004
【００２８】
数１中のｆａＳｉＣは、基準ＳｉＣ膜における炭素の存在に起因すると仮定したボイドの体積分率と、サンプルＳｉＣ膜における炭素の存在に起因すると仮定したボイドの体積分率との差と捉えられてもよい。
【００２９】
炭素含有率取得装置１では、事前処理として、数１を用いつつ炭素の含有率とピーク値シフト量およびピーク位置シフト量の値との関係（すなわち、図３の参照情報７２１）を導き、ガラス基板９上のＳｉＣ膜の測定の際に、数１を用いつつ当該ＳｉＣ膜におけるピーク値シフト量およびピーク位置シフト量の値を特定することにより、当該ＳｉＣ膜中に含まれる炭素の含有率を精度良く取得することが可能となる。以下、参照情報７２１の生成、および、ガラス基板９上のＳｉＣ膜に対する測定について順に詳述する。
【００３０】
なお、各サンプルＳｉＣ膜におけるピーク値シフト量は、炭素に依存するボイドの存在（または、基準ＳｉＣ膜と比較した場合におけるボイドの体積分率の増大）によって生じる、基準ＳｉＣ膜の誘電関数からの誘電率の変化であると考えられる。また、炭素含有率が相違することによりＳｉＣ膜のバンドギャップは変化するため（すなわち、炭素含有率の増加により光子エネルギーが変化するため）、ピーク位置シフト量は、炭素自体に起因すると考えられる。
【００３１】
図６は、事前処理である参照情報７２１を生成する処理の流れを示す図である。参照情報７２１を生成する際には、まず、成膜条件を変更しつつＣＶＤ法にて複数のシリコン基板上にＳｉＣ膜が形成される（ステップＳ１１）。本実施の形態では、上記説明のように、ＣＶＤ工程におけるＣＨ４の流量比ｚを０．０、０．１、０．２、０．４および０．６に設定して、複数のシリコン基板上にＳｉＣ膜が順次形成される。ＣＶＤ法にて形成されるＳｉＣ膜は非晶質となっている。なお、ＳｉＣ膜には、微細な結晶シリコンカーバイドが含まれていてもよい。
【００３２】
続いて、各シリコン基板上のＳｉＣ膜中に含まれる炭素の含有率が、既述の表１に示すようにＸ線光電子分光分析装置により取得され、図３の参照情報生成部７３に入力される（ステップＳ１２）。ＣＶＤ工程におけるＣＨ４の流量比ｚを複数通りに変更して作製される複数のＳｉＣ膜では、炭素の含有率が互いに相違している。本処理においても、表１中の流量比ｚが０．０であるシリコン膜を基準ＳｉＣ膜と呼び、他のＳｉＣ膜をサンプルＳｉＣ膜と呼ぶ。上記ステップＳ１１，Ｓ１２の処理により、炭素含有率が既知であり、基準となる基準ＳｉＣ膜と、炭素含有率が既知である他の複数のサンプルＳｉＣ膜とが準備される。なお、炭素含有率が互いに相違する複数のＳｉＣ膜は、ＣＨ４の流量比ｚ以外の条件（例えば、成膜時の温度や他のガスの流量、プラズマを発生させるための電圧）を変更することにより作製されてもよい。また、ステップＳ１２における炭素含有率の取得は、全反射赤外分光測定装置等、Ｘ線光電子分光分析装置以外の装置により行われてもよい。
【００３３】
複数のＳｉＣ膜が準備されると、図１の分光エリプソメータ３では、各ＳｉＣ膜の所定位置（例えば、中央）に対して偏光した白色光が照射されるとともに当該ＳｉＣ膜からの反射光が受光されて測定が行われ、演算部７において測定スペクトルが取得される。本実施の形態では、Ｔａｕｃ−Ｌｏｒｅｎｔｚモデルを用いた理論上の位相差および反射振幅比角の振動数スペクトルが、測定スペクトルに最も近くなるように、Ｔａｕｃ−Ｌｏｒｅｎｔｚモデルにおける誘電関数および膜厚が所定の数値範囲内にてフィッティングされる。これにより、各ＳｉＣ膜の誘電関数および膜厚が決定される（ステップＳ１３）。もちろん、Ｔａｕｃ−Ｌｏｒｅｎｔｚモデル以外のモデルが用いられてもよい。
【００３４】
続いて、参照情報生成部７３では、上記ステップＳ１３の処理にて取得された各サンプルＳｉＣ膜の誘電関数、および、基準ＳｉＣ膜の誘電関数εｒｅｆ（以下、「基準誘電関数εｒｅｆ」という。）を用いて、上記の数１（以下、「有効媒質理論式」という。）におけるボイドの体積分率ｆａＳｉＣの値および真空の誘電関数εｂが決定される。このとき、有効媒質理論式における誘電関数εｈの虚部が、基準誘電関数εｒｅｆの虚部をピーク値シフト量Ａだけ誘電率の方向（図４中の縦軸方向）に移動し、ピーク位置シフト量Ｂだけ振動数の方向（図４中の横軸方向）に移動したものとして表される。また、クラマース・クローニッヒの関係式により誘電関数εｈの実部も、基準誘電関数εｒｅｆ、ピーク値シフト量Ａおよびピーク位置シフト量Ｂを用いて表される。そして、ピーク値シフト量Ａおよびピーク位置シフト量Ｂを用いて表されるとともに有効媒質理論式を満たす誘電関数εｈが、取得されたサンプルＳｉＣ膜の誘電関数に最も近くなるようにフィッティングが行われ、ボイドの体積分率ｆａＳｉＣ、真空の誘電関数εｂ、ピーク値シフト量Ａおよびピーク位置シフト量Ｂが求められる。
【００３５】
このように、複数のサンプルＳｉＣ膜のそれぞれに関して、ピーク値シフト量Ａおよびピーク位置シフト量Ｂをパラメータとして含む有効媒質理論（本実施の形態では、有効媒質近似）を用いて表される誘電関数と、Ｔａｕｃ−Ｌｏｒｅｎｔｚモデルを用いて取得された誘電関数とを比較することにより、サンプルＳｉＣ膜における体積分率ｆａＳｉＣ、ピーク値シフト量Ａおよびピーク位置シフト量Ｂの値が決定される（ステップＳ１４）。なお、真空の誘電関数εｂは、全てのサンプルＳｉＣ膜で同じとなり、全てのサンプルＳｉＣ膜におけるフィッティングの度合いが高くなるように決定される。
【００３６】
参照情報生成部７３では、複数のサンプルＳｉＣ膜におけるピーク値シフト量Ａおよびピーク位置シフト量Ｂの値、並びに、ステップＳ１２の処理にて取得される炭素含有率から、ピーク値シフト量Ａおよびピーク位置シフト量Ｂと炭素含有率とを関連付ける参照情報７２１（本実施の形態では、ピーク値シフト量Ａおよびピーク位置シフト量Ｂを変数として炭素含有率を表す関数）が生成される（ステップＳ１５）。参照情報７２１は記憶部７２にて記憶され、後述する未知のＳｉＣ膜に対する測定のために準備される。事前処理では、炭素含有率と体積分率ｆａＳｉＣとの関係も取得され、参照情報７２１に含められてもよい。
【００３７】
図７は、ガラス基板９上のＳｉＣ膜中に含まれる炭素の含有率を取得する処理の流れを示す図である。炭素含有率取得装置１では、炭素含有率が未知のＳｉＣ膜が設けられたガラス基板９が搬入されると、分光エリプソメータ３にてガラス基板９上のＳｉＣ膜の所定位置に対して測定を行うことにより測定スペクトルが取得される（ステップＳ２１）。
【００３８】
図３の含有率演算部７１では、有効媒質理論式における誘電関数εｈの虚部が、基準誘電関数εｒｅｆの虚部をピーク値シフト量Ａだけ誘電率の方向（図４中の縦軸方向）に移動し、ピーク位置シフト量Ｂだけ振動数の方向（図４中の横軸方向）に移動したものとして表される。また、クラマース・クローニッヒの関係式により誘電関数εｈの実部もピーク値シフト量Ａおよびピーク位置シフト量Ｂを用いて表される。そして、有効媒質理論式における誘電関数εｈを表すピーク値シフト量Ａおよびピーク位置シフト量Ｂの値、有効媒質理論式における体積分率ｆａＳｉＣの値、並びに、ＳｉＣ膜の膜厚ｄの値を複数通りに変更しつつ、これらの値から得られる理論スペクトル（すなわち、位相差および反射振幅比角の理論上の振動数スペクトル）が測定スペクトルに最も近くなるようにフィッティングが行われる。これにより、フィッティングパラメータである体積分率ｆａＳｉＣ、ピーク値シフト量Ａ、ピーク位置シフト量ＢおよびＳｉＣ膜の膜厚ｄの値が決定される（ステップＳ２２）。既述のように、有効媒質理論式における誘電関数εｂは図６の処理にて求められている。
【００３９】
上記フィッティング処理は、基準誘電関数εｒｅｆの虚部を図４中の縦軸方向および横軸方向にピーク値シフト量Ａおよびピーク位置シフト量Ｂだけシフトすることにより表される誘電関数εｈを、測定スペクトルから導かれた誘電関数に合わせ込む処理と捉えることができる。したがって、ピーク値シフト量Ａは、基準ＳｉＣ膜の誘電関数の参照ピーク値（虚部のピーク値）と、測定スペクトルから導かれる誘電関数（すなわち、測定スペクトルから導かれることが可能な誘電関数）における虚部のピーク値との差であり、ピーク位置シフト量Ｂは、当該参照ピーク値に対応する振動数と、測定スペクトルから導かれる誘電関数の虚部のピークにおける振動数との差であるといえる。
【００４０】
既述のように参照情報７２１には、ピーク値シフト量Ａおよびピーク位置シフト量Ｂを変数として炭素含有率を表す関数が含まれており、測定スペクトルから求められたピーク値シフト量Ａおよびピーク位置シフト量Ｂの値を当該関数に代入することにより、炭素含有率の値が決定される。すなわち、ピーク値シフト量Ａおよびピーク位置シフト量Ｂの値、並びに、参照情報７２１に基づいて炭素含有率の値が求められる（ステップＳ２３）。また、基準誘電関数εｒｅｆ、並びに、ピーク値シフト量Ａおよびピーク位置シフト量Ｂの値から、ガラス基板９上のＳｉＣ膜の誘電関数も求められる。
【００４１】
図８は、上記シリコン基板上のＳｉＣ膜の誘電関数を示す図である。図８中の符号Ｌ１を付す実線は炭素含有率取得装置１にて有効媒質理論式を用いて求められる誘電関数を示し、図８中の符号Ｌ２を付す複数の円は分光エリプソメータ３にて取得された測定スペクトルから抽出される誘電関数（有効媒質理論式を用いることなく導かれる誘電関数）を示す。また、図８中の左側の山は誘電関数の実部ε１を示し、右側の山は虚部ε２を示す。図８から、炭素含有率取得装置１にて有効媒質理論式を用いて求められる誘電関数は、測定スペクトルから抽出される誘電関数とよく一致しており、適切な誘電関数が求められることが判る。また、炭素含有率取得装置１により取得される炭素含有率は、Ｘ線光電子分光分析装置により取得される炭素含有率とほぼ一致している。
【００４２】
以上に説明したように、炭素含有率取得装置１では、ピーク値シフト量およびピーク位置シフト量を含むパラメータ群の値と、炭素含有率とを関連付ける参照情報７２１が記憶される。また、分光エリプソメータ３にてガラス基板９上のＳｉＣ膜に対して測定を行うことにより測定スペクトルが取得される。そして、当該測定スペクトルから当該パラメータ群の値が求められ、当該パラメータ群の値および参照情報７２１に基づいて、炭素含有率の値が求められる。このように、炭素含有率取得装置１では分光エリプソメータ３を用いてＳｉＣ膜中の炭素含有率を精度良く求めることができる。
【００４３】
含有率演算部７１では、炭素の存在に起因してＳｉＣ膜中に生じると仮定したボイドの体積分率をパラメータとして含む有効媒質理論を用いることにより、ＳｉＣ膜におけるピーク値シフト量の値を容易に、かつ、精度良く求めることができる。
【００４４】
ところで、Ｘ線光電子分光分析装置や全反射赤外分光測定装置を用いてＳｉＣ膜中の炭素含有率を測定する場合、基板上に形成される膜が多層膜であると、炭素含有率の測定が困難となる。また、これらの装置は大型であるため、当該装置を移動して基板上の広範囲に亘って測定を行うことが困難であり、基板上の各部位に対して測定を行うには、当該部位を切り出して装置にセットする必要がある。さらに、全反射赤外分光測定装置では、ＳｉＣ膜がガラス基板上に形成されている場合、ガラス基板における赤外線の吸収により炭素含有率を精度良く測定することが困難となる。
【００４５】
これに対し、図１の炭素含有率取得装置１では、分光エリプソメータ３を用いてＳｉＣ膜中の炭素含有率を取得するため、ＳｉＣ膜がガラス基板上に形成される場合であっても精度良く測定を行うことができる。また、基板上に形成される膜が多層膜であっても、いずれかの層であるＳｉＣ膜におけるピーク値シフト量およびピーク位置シフト量の値をフィッティングにて求めることにより、炭素含有率を取得することができる。さらに、分光エリプソメータ３はＸ線光電子分光分析装置や全反射赤外分光測定装置に比べて小型であるため、分光エリプソメータ３を移動して（基板を切り出すことなく）基板上の広範囲に亘って測定を行うことが容易に可能となる。このように、炭素含有率取得装置１における炭素含有率の測定では、ＳｉＣ膜が形成される対象物の種類や大きさの制約を受けることがなく、また、ＳｉＣ膜が多層膜の一部である場合であっても、炭素含有率の測定が可能となる。さらに、炭素含有率取得装置１では、ＳｉＣ膜の厚さや光学定数等も炭素含有率と同時に取得可能である。
【００４６】
炭素含有率取得装置１では、参照情報７２１として炭素含有率に関連付けられるパラメータ群は、ピーク値シフト量およびピーク位置シフト量の一方を含み、他方を含まなくてもよい。この場合であっても、ＳｉＣ膜中の炭素含有率を精度良く求めることができる。ただし、ＳｉＣ膜中の炭素含有率をより精度良く求めるという観点からは、上記パラメータ群は、ピーク値シフト量およびピーク位置シフト量の双方を含むことが好ましい。
【００４７】
次に、炭素含有率取得装置１における他の処理例について述べる。本処理例における事前処理では、図６のステップＳ１３において基準ＳｉＣ膜および他の複数のサンプルＳｉＣ膜に対してＴａｕｃ−Ｌｏｒｅｎｔｚモデルを用いて誘電関数が取得されると、基準ＳｉＣ膜の誘電関数の虚部のピーク値である参照ピーク値と、各サンプルＳｉＣ膜の誘電関数の虚部のピーク値との差がピーク値シフト量の値として求められ、当該参照ピーク値に対応する振動数と、サンプルＳｉＣ膜の誘電関数の虚部のピークにおける振動数との差がピーク位置シフト量の値として求められる（ステップＳ１４）。すなわち、有効媒質理論式を用いることなく、各サンプルＳｉＣ膜におけるピーク値シフト量およびピーク位置シフト量の値が求められる。そして、上記処理例と同様にして、ピーク値シフト量およびピーク位置シフト量の値と、炭素含有率とを関連付ける参照情報が生成される（ステップＳ１５）。
【００４８】
次に、ガラス基板９上のＳｉＣ膜を測定する際には、分光エリプソメータ３にて当該ＳｉＣ膜に対して測定を行うことにより測定スペクトルが取得される（図７：ステップＳ２１）。続いて、測定スペクトルからＴａｕｃ−Ｌｏｒｅｎｔｚモデルを用いて誘電関数（すなわち、ガラス基板９上のＳｉＣ膜の誘電関数）が取得され、基準ＳｉＣ膜の参照ピーク値と、当該誘電関数の虚部のピーク値との差がピーク値シフト量の値として求められ、当該参照ピーク値に対応する振動数と、当該誘電関数の虚部のピークにおける振動数との差がピーク位置シフト量の値として求められる（ステップＳ２２）。そして、ピーク値シフト量およびピーク位置シフト量値、並びに、参照情報に基づいて炭素含有率が特定される（ステップＳ２３）。このように、本処理例では、有効媒質理論式を用いることなく、ＳｉＣ膜中の炭素含有率が求められる。
【００４９】
また、炭素含有率取得装置１では、各サンプルＳｉＣ膜の誘電関数の虚部のピーク値、および、虚部のピークにおける振動数と、炭素含有率とを関連付ける参照情報が準備される。そして、炭素含有率を測定する際に、ガラス基板９上のＳｉＣ膜を分光エリプソメータ３にて測定することにより取得される誘電関数の虚部のピーク値、および、虚部のピークにおける振動数、並びに、当該参照情報に基づいて炭素含有率が求められてもよい。
【００５０】
このように、炭素含有率取得装置１では、炭素含有率を取得する際に求められるパラメータ群の値が、測定スペクトルから導かれる誘電関数における虚部のピーク値およびピークにおける振動数を含む場合であっても、一定の精度にて炭素含有率を取得することが可能となる。ただし、ＳｉＣ膜中の炭素含有率をより精度良く求めるには、上記処理例のように、有効媒質理論式を用いつつＳｉＣ膜におけるピーク値シフト量およびピーク位置シフト量の値が求められることが好ましい。
【００５１】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００５２】
上記実施の形態では、炭素含有率が０．０であるシリコン膜が基準ＳｉＣ膜とされるが、炭素含有率が０．０よりも大きいＳｉＣ膜が基準ＳｉＣ膜とされてもよい。図６のステップＳ１５では、基準ＳｉＣ膜とサンプルＳｉＣ膜との間における炭素含有率の差を、ピーク値シフト量およびピーク位置シフト量を変数として表す関数が、参照情報として取得されてもよい。この場合、図７のステップＳ２３では、ガラス基板９上のＳｉＣ膜におけるピーク値シフト量およびピーク位置シフト量の値から求められた上記炭素含有率の差に、基準ＳｉＣ膜における炭素含有率を加算することにより、ガラス基板９上のＳｉＣ膜の炭素含有率が算出される。実質的には、このような関数も、ピーク値シフト量およびピーク位置シフト量を変数として炭素含有率を示すものであるといえる。
【００５３】
また、上記実施の形態では、ピーク値シフト量およびピーク位置シフト量を含むパラメータ群の値と、炭素含有率とを関連付ける参照情報７２１が記憶されるが、パラメータ群は、ピーク値シフト量およびピーク位置シフト量を含まないものであってもよく、パラメータ群に含まれるパラメータは複数であっても単数であってもよい。例えば、パラメータ群は、ピーク値シフト量のみを含むものであってもよい。
【００５４】
炭素含有率取得装置１では、ガラス基板９以外の太陽電池用の基板や、プラスチックフィルム等、様々な対象物上に形成されたＳｉＣ膜中の炭素含有率を取得することが可能である。また、ＳｉＣ膜は、ＣＶＤ法以外の手法にて形成されたものであってよい。
【００５５】
発明を詳細に描写して説明したが、既述の説明は例示的であって限定的なものではない。したがって、本発明の範囲を逸脱しない限り、多数の変形や態様が可能であるといえる。
【符号の説明】
【００５６】
１    炭素含有率取得装置
３    分光エリプソメータ
９    ガラス基板
７１    含有率演算部
７２    記憶部
７２１    参照情報
Ｓ１１〜Ｓ１５，Ｓ２１〜Ｓ２３    ステップ
【図１】
2012117601.tif 000005
【図２】
2012117601.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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2012117601.tif 000014
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