(57)【要約】【課題】  シリコン薄膜の光学的特性評価を、短時間で、かつ相対的な位置変化又は方向付けの変化の影響をほとんど受けずに行えるようにする。【解決手段】  シリコン薄膜の特性評価を迅速かつ他の影響を受けずに行うため、シリコン薄膜を透過した光及び／又はシリコン薄膜で反射された光を、少なくとも１つの光検出器によって検出し、そして検出された光によって、少なくとも１つの波長に対し、好ましくは可視光に対して、シリコン薄膜の吸収度を求め、その吸収度（及びシリコン薄膜の厚さ）によって、シリコン薄膜のアモルファス部分と結晶性部分との間の混合比、又は該アモルファス部分と該結晶性部分のうち１つとそれらの合計との間の混合比を求める。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性基板上のシリコン薄膜の特性評価、特に太陽電池仕掛品の特性評価を行う方法であって、
該シリコン薄膜を透過した光、及び／又は該シリコン薄膜から反射された光を、少なくとも１つの光検出器によって検出するステップと、
前記の検出された光によって、少なくとも１つの波長における前記シリコン薄膜の吸収度を求めるステップと、
該吸収度によって、前記シリコン薄膜のアモルファス部分と結晶性部分との間の混合比、又は該アモルファス部分及び該結晶性部分のうち１つと該アモルファス部分及び該結晶性部分の合計との間の混合比を求めるステップと
を含む、方法。
【請求項２】
可視光の１つの波長、好ましくは４５０ｎｍ‐６８０ｎｍ間の波長、さらに好ましくは５００ｎｍ‐６６０ｎｍ間の波長の吸収度が求められる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
光検出器として分光計が用いられ、複数の波長に対してそれぞれの吸収度が求められ、その際、前記混合比が前記複数の吸収度によって求められ、特に可視光の波長に対してのみ求められる、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記複数の吸収度によって前記シリコン薄膜の厚さが求められ、特に出力される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記混合比に加えて、又は前記混合比の代わりに、前記吸収度によってアモルファス・シリコン中における水素ドーピングのレベルが求められ、特に出力される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記方法ステップが、前記シリコン薄膜の他の箇所で繰り返され、特に、搬送装置による前記基板及び前記シリコン薄膜の検出器に対する相対的な運動の後、又は該運動の間に繰り返される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法を実行するために設けられたコンピュータプログラム又は制御ユニットであって、特に、
前記シリコン薄膜を透過した光、及び／又は該シリコン薄膜から反射された光を、少なくとも１つの光検出器によって検出するためのソフトウェアモジュールと、
前記の検出された光によって、少なくとも１つの波長に対して前記シリコン薄膜の吸収度を求めるためのソフトウェアモジュールと、
前記吸収度によって、シリコン薄膜のアモルファス部分と結晶性部分との間の混合比、又は該アモルファス部分及び該結晶性部分のうち１つと該アモルファス部分及び該結晶性部分の合計との間の混合比を求めるためのソフトウェアモジュールとを備える、
コンピュータプログラム又は制御ユニット。
【請求項８】
光透過性の基板上のシリコン薄膜、特に太陽電池仕掛品の特性評価を行う装置であって、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法を実行する制御ユニットを特徴とし、前記シリコン薄膜を透過した光及び／又は前記シリコン薄膜から反射された光を検出するための少なくとも１つの光検出器を備える、装置。
【請求項９】
前記光検出器がクロスバーに配置され、特にシリコン薄膜に対してスライド可能に配置されていることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記光検出器が分光計として形成されていることを特徴とする、請求項８又は９に記載の装置。
【請求項１１】
前記シリコン薄膜をコリメートされた光で照射するためのコリメート光学系を特徴とする、請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
第２の光検出器を特徴とし、この場合、前記の第１の光検出器は透過光を検出するために、そして前記第２の光検出器は反射光を検出するために配置されている、請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記基板及び前記シリコン薄膜を前記第１又は第２光検出器に対して動かすための搬送装置を特徴とする、請求項８乃至１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記搬送装置の制御装置が前記制御ユニットに接続され、この場合、前記制御ユニットは前記搬送装置の運動に依存して光を検出することを特徴とする、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記シリコン薄膜が続いて複数回透過されるように方向転換を行うための、前記の検出光を方向転換するための少なくとも１つの鏡を特徴とする、請求項８乃至１４のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光透過性基板上のシリコン薄膜、特に太陽電池仕掛品の特性評価を行う方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜太陽電池は、通常はガラスプレート基板上に作られる。その際、高真空プロセスで、シリコン（Ｓｉ）の薄膜が基板上に析出される。この薄膜は、通常は膜厚１００ｎｍ〜１０００ｎｍである。シリコンは析出後、通常はアモルファス、すなわち非晶質シリコンとして存在する。温度６００℃〜７００℃で行う熱処理、いわゆるアニーリングによって、アモルファス・シリコン（ａ−Ｓｉ）は、一部分又は全部が結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）に変換される。この両者の相形態の混合比（アモルファス対結晶性、又はその逆）は、この場合、製造される太陽電池の性能にとって重要な技術的パラメータである。このパラメータは、セルのタイプに応じて、事前設定された範囲内でのみ変化するものとする。従って、製造プロセスにおいて継続的に監視することが望まれる。この混合比は、例えば太陽電池の効率に影響を及ぼす。
【０００３】
従来技術においては、特許文献１（特許文献２）が、ラマン分光スペクトル測定と、（反射率計による）エリプソメトリ測定とを同時に行うことによる、シリコン薄膜の光学的な特性評価を記載する。提案されているのは、結晶性割合、すなわちアモルファス・シリコンと結晶シリコンとの混合比を、ラマンスペクトル解析によって特定することである。それだけでなく、反射光における偏光解析すなわち偏光特性の変化により、シリコン薄膜の厚さと表面粗さを特定することができる。
【０００４】
この形の光学的特性評価には、ラマンスペクトル解析が煩雑で時間がかかるという欠点がある。なぜならば、非常にわずかな散乱光強度を検出しなければならず、それに加えて測定の精度は、サンプルと検出器との相形態対位置や幾何学的な方向付けに、強く依存するからである。記載されている手順は、従って、連続的製造（英語“ｉｎ  ｌｉｎｅ”）プロセスを行う間、又は大面積のシリコン薄膜を検査する際、繰り返し測定するのにはほとんど適していない。なぜならばこの場合、幾何学的な方向付けは一定ではなく、非常に短い測定時間しか利用できないからである。従って、ラマンスペクトル解析は、実際には実験室で抽出サンプルの試験に用いられるだけである。
【０００５】
同じ欠点は、従来技術で公知の方法であるＸ線回折に、より一層当てはまる。さらにそのために利用できる機器は、その原理から必然的に大型のものとなり、大面積のサンプルの検査は実現が難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，６５７，７０８Ｂ１号明細書
【特許文献２】ドイツ特許第６９９３０６５１Ｔ２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、光透過性基板上のシリコン薄膜、特に太陽電池仕掛品の特性評価を行う方法及び装置であって、それらを用いれば、短時間で、かつ相対的な位置変化又は方向付けの変化に対する感度を小さく抑えた上で、光学的な特性評価を行えるような方法と装置を示すことである。特に、大面積の製品を動かしながら、その特性評価を連続的に、かつ高いスループットで行えるようにすることが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題は、請求項１に記載の特徴を有する方法と、請求項８に記載の特徴を有する装置とによって解決される。
【０００９】
本発明の有利な発展形が、従属請求項に記載されている。
【００１０】
物質中の光の吸収は、ランベルト・ベールの法則によって、ＩＲｅｓｔ＝ＩＯ・ｅ−αｄと記述される。この場合、ＩＯは入射光強度、ｄは透過される物質の厚さ、ＩＲｅｓｔは透過光強度、αはその物質の吸収係数である。
【００１１】
本発明により、シリコン薄膜、特に太陽電池仕掛品の薄膜の場合、シリコンの２つの相形態（アモルファス、結晶性）の間で、光の吸収に大きな差があることから、光の吸収度を測定することによって、シリコン薄膜の相形態の構造を、従来技術よりも短時間で、かつ検出器とサンプルとの間の相対的な位置及び／又は方向付けの変化に対する感度を小さく抑えて、光学的に特性評価することが認められた。本発明では、シリコン薄膜を特性評価するために：
―シリコン薄膜を透過した光、及び／又はシリコン薄膜から反射された光を、少なくとも１つの検出器によって検出するステップと、
―少なくとも１つの波長に対するシリコン薄膜の吸収度を、上記の検出された光によって求めるステップと、
―シリコン薄膜のアモルファス部分と結晶性部分との混合比を、その吸収度（及びシリコン薄膜の厚さ）によって求めるステップとを行う。又は、合目的な方法として、上記の混合比を特性評価信号として続いて出力し、あるいは出力を行わずにさらに処理する。この方法は、上記の検出中にシリコン薄膜を照射するための光源を制御することも含むことができる。
【００１２】
本発明は、次のような数値全てを上記の吸収度と見なす。すなわち、薄膜における与えられた波長の光の吸収の強さを示す数値、例えば吸収係数、又は入射光強度を透過光強度（又は入射光強度を反射光強度）で除した商、又はこの順序を逆にした商である。アモルファス・シリコンと結晶シリコンとの相対的な量、又は透過されるシリコン量全体における１つの相形態の相対的割合、例えばアモルファス・シリコンの結晶シリコンに対する、あるいは両者の順序を逆にした場合の物質量の比、濃度比、又は質量比を記述する数値はいずれも、上記の混合比と見なされる。
【００１３】
光透過性基板上のシリコン薄膜、特に太陽電池仕掛品の特性評価を行うための本発明による装置は、シリコン薄膜を透過した光、及び／又はシリコン薄膜から反射された光を検出する少なくとも１つの光検出器と、上記の方法ステップを行うための制御ユニットとを備える。本装置は、有利な方法として、上記の検出においてシリコン薄膜を照射するための光源を備えることができる。照射及び光検出を行い、吸収度を求めるため、例えばドイツ特許第１９５２８８５５Ａ１号明細書に記載の方法又は装置を用いることができ、その開示内容は全範囲にわたって本明細書に引用される。
【００１４】
例えば上記の混合比は、ただ１つの波長に対する吸収度、より正確には１つの個別の狭い波長帯域に対する吸収度を求めることによって得られるが、その際、吸収度は、与えられた波長と様々な薄膜厚さにおける混合比に対する数値を表に前もって蓄積したものと比較され、特にそのような数値の間に補間される。複雑なコンピュータ計算は不要である。しかしこの場合、薄膜厚さの測定が必要である。この測定は、例えば同一の個別波長の場合、そのシリコン薄膜が依然として完全にアモルファスであるならば、シリコン薄膜をアニーリングする前に行うことができる。この場合吸収係数は既知であるため、ランベルト・ベールの法則による吸収度特定を用いて薄膜厚さを導き出すことができる。別な方法として、ＶＩＳ（可視光）〜ＮＩＲ（近赤外線）領域で検出された干渉スペクトルから薄膜厚さを特定することができる。この干渉スペクトルは、シリコン薄膜の厚さが薄いため、薄膜境界で照射光の一部が反射されて生じる。干渉スペクトルの構造は薄膜厚さに依存するため、この厚さをスペクトルから求めることができる。
【００１５】
特に好ましい実施形態は、上記の混合比を求めるために用いられる吸収度測定が、可視光の１つの波長（より正確には１つの狭い波長帯域）に対して行われるというものである。本発明にいう可視光とは、３８０ｎｍ〜７５０ｎｍの間の１つ又は複数の波長を有する電磁放射線である。可視光においては、ａ−Ｓｉとｃ−Ｓｉとの間における吸収の差が大きいため、高精度で混合比を求めることが可能となる。好ましくは、４５０ｎｍ〜６８０ｎｍ間の波長、及びさらに好ましくは５００ｎｍ〜６６０ｎｍ間の波長を用いるのがよい。これらの帯域では吸収機能の差が特に大きいため、さらなる高精度で混合比を得ることができる。
【００１６】
可視光波長帯域で１つ又は複数の吸収度を測定するのに加えて、あるいはそのような測定の代わりに、紫外線波長帯域（３８０ｎｍ未満の波長）で、及び／又は赤外線波長帯域（７５０ｎｍ以上の波長）で、１つ又は複数の吸収度を求め、そしてシリコンの相形態の混合比を特定するためにこれを用いることも可能である。
【００１７】
好ましくは、光検出器として分光計を用い、複数の波長に対してそれぞれの吸収度を求める。この場合、これらの吸収度を複数個用いて、上記の混合比を求める。適切な数の波長における複数の吸収度を用いることによって、相形態の混合比を高精度で特定することができる。なぜならば、干渉又はその他の不自然な結果から生じる誤差が、この方法によって軽減されるからである。分光計としては、例えばドイツ特許第１００１０２１３Ａ１号明細書に記載の光学的測定装置を用いることができ、その開示内容は全範囲にわたって本出願書に引用される。特に上記の混合比は、可視光波長に対して特定された吸収度によってのみ求めることができる。
【００１８】
有利な方法としては、複数の吸収度を用いて、上記の混合比だけでなくシリコン薄膜の厚さをも求め、特に出力することができる。これにより別々に測定する必要がなくなり、シリコン薄膜の構成と厚さを同時に監視することもできる。測定装置はこの場合、従来技術よりも単純化される。例えば薄膜厚さは、ＶＩＳ〜ＮＩＲ領域において多チャンネルで検出された干渉スペクトルから特定することができる。
【００１９】
特性評価信号として、上記の混合比に加え、又は混合比の代わりに、アモルファス・シリコンにおける水素ドーピングのレベルを、１つ又は複数の吸収度を用いて求め、特に出力できれば有利である。水素ドーピングのレベルは、シリコン薄膜の構成と同様、製造プロセスの１つの技術的パラメータであって、監視が必要な場合がある。例えばこのパラメータは、シリコン薄膜の導電性に影響を及ぼす。このパラメータの測定と監視を、短時間において高精度で行うことができる。この場合も、１つの（又は複数の）吸収度からドーピングレベルを求めるため、約９００ｎｍ〜１２００ｎｍ間のスペクトル領域で、水素ドーピングされたシリコンとドーピングされていないシリコンとでは、吸収の推移がそれぞれ異なるということが利用される。これもまた、例えば１つの波長に対してランベルト・ベールの方程式で求めることができ、あるいは複数の波長に対して同方程式のシステムによって求めることができる。
【００２０】
好ましくはこの方法ステップを、シリコン薄膜のもう１つ別の箇所で、繰り返し行うものとする。特に、搬送装置により基板及びシリコン薄膜が検出器に対して相形態対運動を行った後、又は相形態対運動を行う間に実施する。これにより、連続的なプロセスにおいて、大面積サンプル上の局部的な混合比が測定、監視できるようになる。これらの局部的な測定結果にはサンプルにおける場所データが加えられ、いわば大面積サンプルのマッピング（英語“ｍａｐｐｉｎｇ”）となる。このマッピングを用いて、例えば特性の様々な異なるサンプル領域を、それぞれ別々に、そして製造又は販売のより広い経過の中で様々に異なる取り扱いをすることができる。本発明による装置は、基板及びシリコン薄膜を検出器に対して相対的に動かすために、搬送装置を備えれば合目的である。この場合、好ましくは、搬送装置の制御部を制御ユニットに接続する。この制御ユニットは、搬送装置の運動に依存して光を検出する。その運動に依存して測定することにより、位置分解能のある混合比を、短時間において高精度で特定でき、そしてまた混合比を、サンプル（基板）上の場所の関数として出力できるようになる。
【００２１】
本発明の主たる使用目的は太陽電池の製造であって、この場合、シリコン薄膜と基板は太陽電池仕掛品の一部である。
【００２２】
本発明は、本発明による方法を実行するために設けられたコンピュータプログラムと制御ユニットをも含む。特にそれは、モジュラー構造として、
―シリコン薄膜を透過する光、及び／又はシリコン薄膜で反射される光を、少なくとも１つの光検出器を用いて検出するためのソフトウェアモジュールと、
―上記検出された光を用いて、少なくとも１つの波長に対するシリコン薄膜の吸収度を求めるためのソフトウェアモジュールと、
―上記吸収度を用いて、シリコン薄膜のアモルファス部分と結晶部分の間、又はこれら各部分の１つとこれら各部分の合計との間における、前記の混合比を求めるためのソフトウェアモジュールとを用いて、設けられる。さらに、上記の検出においてシリコン薄膜を照射する光源を制御するためのソフトウェアモジュールを設けることができる。上記の混合比を特性値として出力するためのソフトウェアモジュールを設けることもできる。上記に挙げた個々のソフトウェアの複数又は全てを、共通のソフトウェアのモジュールとすることもできる。
【００２３】
本発明による装置の特に好ましい実施形態では、検出器が１本のクロスバーに設けられて、シリコン薄膜に対してスライドすることができる。これにより大面積の製品の任意の箇所の測定を、高いスループットで行うことができる。任意選択で、このクロスバーに沿って、複数個所で同時に光を検出するために、複数の検出器を、位置をずらして配置することができる。これにより、プロセス監視のスループットを大きくすることができる。
【００２４】
合目的な方法として、それぞれ異なる波長の複数の吸収度を測定する検出器を、分光計として形成する。
【００２５】
シリコン薄膜の照射は、好ましくはコリメート光学系を介して行うのがよい。
【００２６】
好ましくは、第２の光検出器を設けて、第１の検出器は透過光を検出し、第２の検出器は反射光を検出するように配置するのがよい。透過と反射を同時に測定することにより、特徴的な混合比を高精度で特定できるようになる。
【００２７】
特に絶対吸収が小さい薄膜に対しては、シリコン薄膜を続いて複数回透過するよう、検出光を方向転換させる鏡を少なくとも１枚配置するのが有利である。
【００２８】
下記では実施形態を用いて、本発明を詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】薄膜太陽電池仕掛品の特性評価を行うための装置である。
【図２】特性評価をする本方法のフローチャートである。
【図３】拡散照射光の透過率の測定結果である。
【図４】コリメートされた照射光の透過率の測定結果である。
【図５】コリメートされた光だけを用いる代替装置である。
【図６】吸収を複数回行うもう１つの代替装置である。  全ての図面において、同一部分には同一の符号が付けられている。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、薄膜太陽電池仕掛品２の特性評価を行う装置１の単なる例の模式図を示す。この太陽電池仕掛品は、透過性のガラス基板２．１とシリコン薄膜２．２とからなる。太陽電池仕掛品２の上には、太陽電池仕掛品２を照射する光源３が、スライド可能な状態でクロスバー４（Ａ＋Ｂ）に配置され、このクロスバーは、互いに剛性連結された２つの部品４Ａ、４Ｂを含む。光源３は、例えばハロゲンランプ３．１、効率を上げるためのレフレクタ３．２、及びハウジング３．３を含み、このハウジングに光学系３．４、３．５が組み込まれている。ハロゲンランプは、例えば３５０ｎｍ〜２２００ｎｍの波長帯域で、紫外線光（ＵＶ）、可視光（ＶＩＳ）、赤外線光（ＩＲ）を放射する。第１の光学系３．４は、平行な光束を形成するためのコリメート光学系であって、この光束はシリコン薄膜２．２と基板２．１とを透過する。この光束は、例えば直径が約２ｍｍである。それとは異なり、第２の光学系３．５は、ランプ３．１の照射光がシリコン薄膜２．２でフォーカスされるように形成され、配置されている。この場合、測定スポットの直径は、例えば約２ｍｍである。照射光のシリコン薄膜２．２で反射された部分においては、分光計測定ヘッドの形を取る第１の検出器５が、やはりスライド可能な状態で、クロスバー４に配置されている。この検出器は、光源３に対する位置関係が固定されている。この検出器は、例えば入射光学系５．１、スリット５．２、結像格子５．３、１次元的な位置分解能を有するオプトエレクトロニクス受信器５．４を備える。この受信器は、例えばＣＣＤライン又はフォトダイオード・アレイ（英語“ｐｈｏｔｏ  ｄｉｏｄｅ  ａｒｒａｙ”；ＰＤＡ）の形であり、例えば素子３２個を有する。この場合、入射光学系５．1は、シリコン薄膜２．２における反射箇所をスリット５．２に結像する。
【００３１】
太陽電池仕掛品２の下では、光源３の透過光の中で、もう１つの分光計測定ヘッドの形を取る第２の検出器７が、やはりクロスバー４に固定されている。また、この検出器と光源３との位置関係も固定されている。第２の検出器７は、第１の検出器５とほぼ同一の構造とし、そして、スリット７．２、結像格子７．３、１次元的な位置分解能を有するオプトエレクトロニクス受信器７．４を備えれば、合目的である。この場合、入射光学系７．１は、コリメート光線をスリット７．２にフォーカスする。これら２つの受信機５．４、７．４は、例えば弾力的なケーブルを経由してデータ伝送するため、制御ユニット６と電気的に接続されている。この制御ユニットは、例えばやはりクロスバー４に固定されている。クロスバー４は、太陽電池仕掛品２を取り囲み、この太陽電池仕掛品は、搬送装置、例えばローラ１０を有するローラつきテーブルに、クロスバー部品４Ａ、４Ｂの間を動かせる状態で支承されている。光源３と検出器５、７は、スライド性を得るため、例えば共にクロスバー４に沿ってスライド可能とする。分光計は、測定開始前に較正を行うのが合目的である。較正は、較正媒体として空気を用いるか、あるいは太陽電池仕掛品２の代わりに１つ又は複数のスタンダード（ブライト／白、ダーク／黒）を用いて行う。格子５．３、７．３は、該当するスリット５．２／７．２をそれぞれの受信器５．４／７．４に結像するために用いられる。このとき、入射光は空間的にスペクトル分解されるため、受信器の位置分解能によってスペクトル分解が可能となる。素子が３２個の場合、３２個の波長帯域に分解される。制御ユニット６は、受信器５．４／７．４によって分解された波長帯域のうち、複数又は全ての帯域に対して検出された光強度を用いて、対応する吸収度を求める。制御ユニットは、この吸収度からｃ−Ｓｉ及びａ−Ｓｉの混合比を求め、特徴信号として出力する。制御ユニットは、特徴信号を伝送するため、出力ユニット８と接続されている。シリコン薄膜２．２の基準的な構成が順守されていないとき、この出力ユニットは、例えばこの特徴信号に依存してアラームを出力する。この基準は、例えば容認できる混合比の数値領域の限界を含むものとする。
【００３２】
代替的な実施形態（図示なし）では、透過又は反射のいずれか一方を測定するために、第１の検出器５のみ、又は第２の検出器７（第１の検出器５を用いない）のみを設けることができる。検出器が１つでも２つでも、透過光測定のために拡散照射することができる。この場合、該当する入射光学系はそれに対応して設けられるものとする。透過光及び反射光の測定のために、２つの光源を別々に用いることもできる。一般的に、この分光計の細部は、例えばドイツ特許第１００１０２１３Ａ１明細書のように形成することができる。その他如何なる検出器実施形態をも用いることができる。２部分からなるクロスバー４（Ａ＋Ｂ）は、一体型又は複数体型に形成することができるが、それとは別の方法として、光源３と第２の検出器７に対して、別々のクロスバー４Ａ、４Ｂを用いることができる。第１の検出器５に対して別個のクロスバー（図示なし）を用いることもできる。全ての場合において、（１つ又は複数の）検出器と（１つ又は複数の）光源間の相対的な位置関係と、相対的な方向付けは、固定されていなければならない。全ての実施形態において、反射光だけ、又は透過光だけ、あるいはその両方を測定することができる。一方の測定においては、第２の照射光学系を省略できる。
【００３３】
装置１の１つの特別な形状では、光源３からの参照光を直接検出するために、入射光学系を前に接続された光導波管が設けられている（ここには図示しない。具体的な形状については、例えばドイツ特許第１００１０２１３Ａ１明細書又はドイツ特許第１９５２８８５５Ａ１明細書を参照）。これにより、装置１をそれだけ別個に較正する必要がなくなる。
【００３４】
制御ユニット６は、シリコンの相形態構成によって太陽電池仕掛品２の特性評価を行うため、例えば図２に模式的に示す方法を実行する。その間、太陽電池仕掛品２は、製造プロセスにおいてクロスバー４に対して垂直に動く。この場合シリコン薄膜２．２は、光源３によって、例えば常時、又は光検出の間だけ照射される（ステップＳ１）。その間検出器５、７によって（別な方法としては個々の検出器５又は７によって）シリコン薄膜２．２からの光が検出される（ステップＳ２）。反射光検出器５によっては反射光が検出され、透過光検出器７によっては透過光が検出される。両者の場合とも、検出器に属する分光器で空間的スペクトル分解が行われるため、光は波長に従って別々に検出される。その結果、複数の波長について、強度を同時に検出することができる。この場合、上記の構成の特性評価を十分正確に行うためには、測定時間は個々の測定につき例えば５０ｍｓで十分である。この場合、本発明にいう個別の測定とは、同時に検出可能な全ての波長を含む。
【００３５】
続いて複数の波長、特にそれぞれ反射光測定のため及び透過光測定のための全ての波長について、検出された光から測定された強度から、吸収度が求められる（ステップＳ３）。別な方法としては、反射光測定だけにより、又は透過光測定だけによって、吸収度を求めることができる。例えば、３つのそれぞれ異なる波長λｉに対する３つの吸収度Ａｉ，Ｒ／Ｔ（ｉ＝１，２，３）を求めると仮定しよう。各吸収度は、例えば測定された透過（又は反射）光強度ＩＲｅｓｔ，Ｒ／Ｔを、光源３の照射光の較正時に（又は参照光で）検出器５（又は７）の箇所で求められた当初の強度ＩＯ，Ｒ／Ｔで除して、その商を得ることによって求めることができる：
【００３６】
【数１】
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透過光及び反射光から得られた吸収度は、次に（得られた限りにおいて）さらなる評価のために重みづけされた上で平均される。その結果、いずれの波長に対してもそれぞれの吸収度Ａｉが得られる。
【００３７】
制御ユニット６は、求められた吸収度Ａｉにより、アモルファス及び結晶性の各相形態間の混合比を求める（ステップＳ４）。これは様々な方法で可能である。例えば制御ユニットに、多数の薄膜厚さ、多数の混合比、及び多数の波長に対して得られる吸収度のルックアップテーブル（英語“ｌｏｏｋ−ｕｐ  ｔａｂｌｅｓ”；ＬＵＴ）を設ける。これは、例えば読み出し専用記憶素子（英語“ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ”；ＲＯＭ）に設け、この素子に、制御ユニットの中央処理装置（英語“ｃｅｎｔｒａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｕｎｉｔ”；ＣＰＵ）がアクセスできるものとする（ここには図示しない）。従ってこれは、３つのパラメータ（薄膜厚さ、混合比、波長）の組み合わせの各１つに、その結果生じる値（吸収度）が１つずつ割り当てられている表である。中央処理装置は、ルックアップテーブル中で、求められた吸収度Ａｉのセットに最もよく適するパラメータ組み合わせを検索する。この場合中央処理装置は、シリコンの相形態の混合比ｑを特定するため、表の各記載事項間で補間できるようにすれば有利である。
【００３８】
混合比ｑを求める１つの好ましい方法は、ランベルト・ベールの方程式Ａｉ＝ｅ−αｉｄを立てることである。この場合、αｉは該当する波長のそれぞれの吸収係数であり、この吸収係数は、アモルファス・シリコンと結晶シリコンの割合から近似的にまとめられて、αｉ＝ｑａαａ，ｉ＋ｑｃαｃ，ｉとなる。ただしｑａ＋ｑｃ＝１とする。ここでｑａはアモルファス・シリコンの（質量、体積、又は物質量の）割合、そしてｑｃは結晶シリコンの（質量、体積、又は物質量の）割合である。波長に依存するアモルファス・シリコン又は結晶シリコンの吸収係数αａ，ｉ、αｃ，ｉは、この場合ア・プリオリな情報であることが前提であり、例えば完全にアモルファスのシリコン、又は完全に結晶化されたシリコンからなる較正用薄膜を用いて求めることができる。方程式ＩｎＡｉ＝−（ｑａαａ，ｉ＋（１−ｑａ）αｃ，ｉ）・ｄを解くことにより、各波長における相形態の割合を求め、そして各波長において、例えば関係式
【００３９】
【数２】
2010245527.tif 000004
に代入し、そこから（特に重み付き）平均値を求めることができる。
【００４０】
材料厚さｄは、前もって別個に測定しなければならないか、又は有利な方法として、もう１つ追加された波長に対する少なくとももう１つの吸収度Ａを求めることにより、複数のランベルト・ベール方程式の方程式システムの未知数として求めることができる。
【００４１】
例えば薄膜厚さｄ＝２００ｎｍのとき、波長λ＝６００ｎｍに対して、ａ−Ｓｉの吸収係数はαａ＝１×１０５ｃｍ−１であり、ｃ−Ｓｉの吸収係数はαｃ＝５×１０３ｃｍ−１である。ここから下記が得られる。
【００４２】
―ａ−Ｓｉに対しては、
【００４３】
【数３】
2010245527.tif 000005
（透過率は１３．５％）。
【００４４】
―ｃ−Ｓｉに対しては、
【００４５】
【数４】
2010245527.tif 000006
（透過率は９０％）。
【００４６】
例えば透過（透過率）として、６００ｎｍのときＡＴ＝５０％が測定される。ここから有効吸収係数α＝−（Ｉｎ（０．５）／２００×１０−７）＝３．５×１０４ｃｍ−１が得られる。ここから各割合ａ−Ｓｉ（ｑA）とｃ−Ｓｉ（ｑC）とを計算できる：
ＡＴ＝α×ｄ＝（ｑＡ×α１＋ｑＣ×α２）×ｄ；α＝ｑＡ×αＡ＋ｑＣ×αＣ、ただしｑＣ＝１−ｑＡ
α＝ＡＴ×αＡ＋（１−ＡＴ）×αＣ
α＝ＡＴ×αＡ＋αＣ−ＡＴ×αＣ
ＡＴ＝（α−αＣ）／（αＡ−αＣ）
上記の数値を代入すると、下記が得られる。
【００４７】
ｑＡ＝（３．５×１０４ｃｍ−１−５×１０３ｃｍ−１）／（１×１０５ｃｍ−１−５×１０３ｃｍ−１）＝０．３１６
⇒ｑＣ＝０．６８４；ｑ＝ｑＣ／ｑＡ＝２．１６
従って検査されたサンプル箇所では、割合（透過されたシリコン量全体に対する混合比）が、ａ−Ｓｉは３１．６％、それに応じてｃ−Ｓｉは６８．４％である。結晶シリコンのアモルファス・シリコンに対する混合比は、透過されたシリコン量中で２．１６：１である。
【００４８】
別な方法としては、上記の混合比を特定するために、計量化学的な主成分分析を行うこともできる。
【００４９】
この方法で求められた混合比ｑ（あるいは一方又は両方の混合比ｑＡ又はｑＣ）を、制御ユニット６は、特徴信号として、さらなる処理のためソフトウェアモジュール又はハードウェアモジュール（ここでは図示なし）に出力し（ステップＳ６）、あるいはこの混合比を自ら評価する。ここでは例えば事前設定された値の領域との比較が行われる（ステップＳ７）。求められた値ｑが事前設定された値の領域に無い場合、アラームが出力される。別な方法として、混合比ｑＡ又はｑＣとの比較を行うこともできるはずである。
【００５０】
本発明は、薄膜が結晶シリコンからなるか、アモルファス・シリコンからなるかによって、光の吸収機能が異なることを、波長に依存して利用する。従って、例えば厚さ４００ｎｍのａ−Ｓｉ薄膜は、波長が５００ｎｍの場合、照射光を９９．９９％以上吸収するが、ｃ−Ｓｉの場合、吸収はわずか約４５％である。波長６００ｎｍにおける吸収は、ａ−Ｓｉの場合約９８％、ｃ−Ｓｉの場合約１９％である。波長７００ｎｍにおける吸収は、ａ−Ｓｉの場合約７８％、ｃ−Ｓｉの場合約９％である。
【００５１】
図３は、拡散光による透過を例に、実験で測定された透過率を示し、図４は、コリメートされた光による透過を例に示す。両者の場合とも、同一のサンプルで試験されている。透過率がそれぞれ最も下に位置する曲線Ｔ１で表されるサンプルは、アモルファス・シリコンだけを含むことが、ラマン分光測定によって確認されている。それぞれ中間にある曲線Ｔ２は、ラマンスペクトル中にアモルファス部分と結晶性部分とを示すサンプルの透過率を表す。それぞれ最も上に位置する曲線Ｔ３は、結晶シリコンだけを含むサンプルの透過率を表す。
【００５２】
本発明によるもう１つの可能な装置の構成は、トランスフレクションとも呼ばれ、これを図５に示す。ここでは、第１の検出器５による反射光の測定にも、第２の検出器７による透過光の測定にも、平行な光が用いられる。この目的のため、光学系３．４、３．５は、コリメート光学系として形成されている。
【００５３】
図６はもう１つの実施形態を示すが、この場合、シリコン薄膜２．２及び基板２．１における照射光の透過が複数回行われる。この目的で、鏡９は、コリメートされた照射光を検出器５に向かって反射するよう、太陽電池仕掛品２の下に配置されている。この中間反射があるにも関わらず、これは透過光の測定である。それに対応して、シリコン薄膜２．２の、透過される有効材料の厚さは、２の倍数分大きくなる。もう１つの実施形態（ここでは図示なし）では、複数個の鏡９が配置される（太陽電池仕掛品２の上と下）。これは、照射光が検出器５に入射する前に、複数回中間反射し、さらに多数回、太陽電池仕掛品２の中を透過するようにするためである。このように複数回透過して吸収されることにより、非常に薄いシリコン薄膜でも、高い正確さをもってテストすることができ、シリコン薄膜構成の混合比を求めることができる。これは特に、相形態の如何に関わらず絶対吸収が低い波長を用いる場合、合目的である。
【００５４】
全ての実施形態において、太陽電池仕掛品２（又はその他の測定されるべきあらゆる製品）を水平に方向付ける代わりに、例えば垂直その他あらゆる方向付けを意図することができる。それに対応して、光源３、検出器５及び７、あるいは検出器５又は７の配置を適合させなければならない。搬送装置もまた、それに対応して適合が必要である。例えばローラつきテーブルの場合、仕掛品２の両側に配置された案内ローラによって適合させる。
【００５５】
上記の様々な方法によって、数平方メートルの大きさまでの太陽電池、又はそれに匹敵する他のサンプルを、製造プロセス中に分析することができる。この場合、典型的な測定時間は、１測定ポイント当たり２０ｍｓ〜１００ｍｓである。さらに、シリコン薄膜の厚さを求めて出力、及び／又は監視することができる。これにより製造の監視がさらに簡単になる。
【符号の説明】
【００５６】
１  光学的特性評価を行う装置
２  太陽電池仕掛品
２．１  ガラス基板
２．２  シリコン薄膜
３  光源
３．１  ハロゲンランプ
３．２  レフレクタ
３．３  ハウジング
３．４  第１の照射光学系
３．５  第２の照射光学系
４  クロスバー（Ａ、Ｂ）
５  第１の検出器
５．１  入射光学系
５．２  スリット
５．３  結像格子
５．４  オプトエレクトロニクス受信器
６  制御ユニット
７  第２の検出器
７．１  入射光学系
７．２  スリット
７．３  結像格子
７．４  オプトエレクトロニクス受信器
８  出力ユニット
９  鏡
１０  ローラ
【図１】
2010245527.tif 000007
【図２】
2010245527.tif 000008
【図３】
2010245527.tif 000009
【図４】
2010245527.tif 000010
【図５】
2010245527.tif 000011
【図６】
2010245527.tif 000012