(57)【要約】      （修正有）【課題】フォトデバイスから放射された電磁波が示す信号を、より詳細に解析可能とする技術を提供する。【解決手段】フォトデバイス検査装置１００は、太陽電池９を検査する装置である。フォトデバイス検査装置１００は、太陽電池９に検査用パルス光ＬＰ１１を照射する照射部１２と、検出用パルス光ＬＰ１２の照射に応じて太陽電池９から放射された電磁波ＬＴ１を偏光する偏光素子４１と、偏光素子４１によって偏光された電磁波ＬＴ１を検出する検出部１３とを備えている。偏光素子４１は、例えば、平行に延びる複数のワイヤー部で構成されるワイヤグリッド偏光素子であって、偏光素子４１をワイヤー部が延びる方向に垂直な軸周りに回転駆動する偏光素子駆動機構４１１を備えている。【選択図】図１
2014181975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトデバイスを検査するフォトデバイス検査装置であって、
フォトデバイスに検査用パルス光を照射する照射部と、
前記検査用パルス光の照射に応じて前記フォトデバイスから放射された前記電磁波を偏光する偏光素子と、
前記偏光素子によって偏光された前記電磁波を検出する検出部と、
を備えている、フォトデバイス検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載のフォトデバイス検査装置において、
前記偏光素子が、平行に延びる複数のワイヤー部で構成されるワイヤグリッド偏光素子であり、当該偏光素子を前記ワイヤー部が延びる方向に垂直な軸周りに回転駆動することによって、前記偏光素子が前記電磁波を偏光する方向を偏光する偏光素子駆動機構、
をさらに備えている、フォトデバイス検査装置。
【請求項３】
請求項２に記載のフォトデバイス検査装置において、
前記検査用パルス光が照射される前記フォトデバイスの表面に対して交差する方向に延びる軸を回転軸として、前記フォトデバイスを回転可能に支持する支持機構、をさらに備えている、フォトデバイス検査装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載のフォトデバイス検査装置において、
前記フォトデバイスを、前記検査用パルス光で走査する走査機構、
をさらに備えている、フォトデバイス検査装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載のフォトデバイス検査装置において、
前記検出部は、前記検査用パルス光とパルス周期が同一である検出用パルス光を受光することによって、前記電磁波の電場強度を検出する検出器を備えており、
前記フォトデバイス検査装置は、
前記電磁波に対して、前記検出用パルス光が前記検出器に到達する時間を相対的に遅延する遅延部、をさらに備えている、フォトデバイス検査装置。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項に記載のフォトデバイス検査装置において、
前記フォトデバイスに逆バイアス電圧を印加する逆バイアス電圧印加部、をさらに備えている、フォトデバイス検査装置。
【請求項７】
フォトデバイスを検査するフォトデバイス検査方法であって、
(a) 前記フォトデバイスに検査用パルス光を照射して、前記フォトデバイスから電磁波を放射させる工程と、
(b) 前記(a)工程にて放射された前記電磁波を、偏光する工程と、
(c) 前記(b)工程にて偏光された前記電磁波を検出する工程と、
を含む、フォトデバイス検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、フォトデバイスを検査する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトダイオード、ＣＭＯＳセンサ若しくはＣＣＤセンサなどのイメージセンサ、太陽電池またはＬＥＤなどのフォトデバイスは、ｐｎ接合部などに発生する空乏層に光が照射されることで生じる自由電子および正孔（光励起キャリア）を、電極を介して外部に出力する素子として構成されている。このため、フォトデバイスにおいては、空乏層で発生した光励起キャリアを、再結合させることなく電極に到達させることが重要な技術となっている。
【０００３】
空乏層で発生した光励起キャリアは多数キャリアとなっている。このため、フォトデバイスは、本来、再結合しにくい構造となっている。しかしながら、フォトデバイスの開発または製造工程においては、以下のような課題があった。
【０００４】
まず、フォトデバイスの電極は、半導体の表面に設けられており、電極の材料としては、銀または透明電極などが用いられている。電極と半導体の接触部分においては、製造工程上の欠陥が生じることが少なくない。例えば、電極材料を塗布することによって、電極を形成した際、電極の密着性の弱い箇所が生じる場合がある。この場合、光励起キャリアの電極への移動が妨げられてしまう虞がある。
【０００５】
また、フォトデバイスの表面は、空気に触れることによって、酸化したり不純物が混入したりする虞がある。これらは、光励起キャリアの再結合の原因となる場合がある。
【０００６】
さらに、例えば、フォトデバイスの一種である太陽電池では、製造コストを下げるため、多結晶Ｓｉが用いられる場合がある。しかしながら、多結晶であるゆえに、Ｓｉ表面のキャリアが多結晶の境界部で捕捉される場合がある。そこで、多結晶の境界部におけるキャリア捕捉を回避する技術の研究開発が求められている。
【０００７】
本願出願人らは、パルス光の照射によりフォトデバイスから放射される電磁波を検出することにより、フォトデバイスを検査する技術を既に提案している（特許文献１）。パルス光に応じて発生する電磁波は、光励起キャリアの発生、移動および消滅に依存して放射される。したがって、放射される電磁波を解析することによって、フォトデバイスの特性や不良などを検査することができる。
【０００８】
また、フォトデバイスとは異なる、ＬＳＩなどの半導体デバイスにおいても、上記フォトデバイスと同様に、パルスレーザ光を照射することによって、電磁波を放射させる技術が提案されている（特許文献２）。特許文献２には、偏光素子を用いて、電磁波の偏光方向を検出することが記載されている。電磁波の偏光方向が内部電界に平行となることから、電磁波の偏光方向を検出することで、内部電界の向きを解析することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１３−１９８６１号公報
【特許文献２】特開２００６−２４７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
フォトデバイスから放射される電磁波には、主にｐｎ接合部またはショットキー接合部などの内部電界、または、フォトデバイスに印加された外部電界に依存した、光励起キャリアの加速および移動の情報が含まれている。また、放射される電磁波には、上述した電極・半導体間の接触不良による、光励起キャリアの表面再結合の情報も含まれている。しかしながら、これら各種情報を、フォトデバイスから放射された電磁波から解析する技術は、必ずしも十分ではなく、改善の余地があった。また、特許文献２では、フォトデバイスの検査については一切考慮されていない。このため、フォトデバイスの検査にその技術を適用することは容易ではない。
【００１１】
そこで、本発明は、フォトデバイスから放射された電磁波が示す信号を、より詳細に解析可能と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】
【００１２】
上記の課題を解決するため、第１の態様は、フォトデバイスを検査するフォトデバイス検査装置であって、フォトデバイスに検査用パルス光を照射する照射部と、前記検査用パルス光の照射に応じて前記フォトデバイスから放射された前記電磁波を偏光する偏光素子と、前記偏光素子によって偏光された前記電磁波を検出する検出部とを備えている。
【００１３】
また、第２の態様は、第１の態様に係るフォトデバイス検査装置において、前記偏光素子が、平行に延びる複数のワイヤー部で構成されるワイヤグリッド偏光素子であり、当該偏光素子を前記ワイヤー部が延びる方向に垂直な軸周りに回転駆動することによって、前記偏光素子が前記電磁波を偏光する方向を偏光する偏光素子駆動機構、をさらに備えている。
【００１４】
また、第３の態様は、第２の態様に係るフォトデバイス検査装置において、前記検査用パルス光が照射される前記フォトデバイスの表面に対して交差する方向に延びる軸を回転軸として、前記フォトデバイスを回転可能に支持する支持機構、をさらに備えている。
【００１５】
また、第４の態様は、第１から第３までの態様のいずれか１態様に係るフォトデバイス検査装置において、前記フォトデバイスを、前記検査用パルス光で走査する走査機構、をさらに備えている。
【００１６】
また、第５の態様は、第１から第４までの態様のいずれか１態様に係るフォトデバイス検査装置において、前記検出部は、前記検査用パルス光とパルス周期が同一である検出用パルス光を受光することによって、前記電磁波の電場強度を検出する検出器を備えており、前記フォトデバイス検査装置は、前記電磁波に対して、前記検出用パルス光が前記検出器に到達する時間を相対的に遅延する遅延部、をさらに備えている。
【００１７】
また、第６の態様は、第１から第５までの態様のいずれか１態様に係るフォトデバイス検査装置において、前記フォトデバイスに逆バイアス電圧を印加する逆バイアス電圧印加部、をさらに備えている。
【００１８】
また、第７の態様は、フォトデバイスを検査するフォトデバイス検査方法であって、(a)前記フォトデバイスに検査用パルス光を照射して、前記フォトデバイスから電磁波を放射させる工程と、(b)前記(a)工程にて放射された前記電磁波を、偏光する工程と、(c)前記(b)工程にて偏光された前記電磁波を検出する工程とを含む。
【発明の効果】
【００１９】
第１の態様に係るフォトデバイス検査装置によると、偏光素子を用いて電磁波を偏光することによって、電磁波の特定方向の成分を検出することができる。これにより、電磁波を各偏光方向の成分ごとに分離することができる。したがって、電磁波が示す信号から、各種情報を解析することが可能となる。
【００２０】
第２の態様に係るフォトデバイス検査装置によると、フォトデバイスの表面に平行な方向およびこれに垂直な方向の電磁波を検出することができる。
【００２１】
また、第３の態様に係るフォトデバイス検査装置によると、フォトデバイスを回転させることで、一の偏光素子によって、電磁波のうち、フォトデバイスの表面に平行な方向の成分を分離することができる。
【００２２】
また、第４の態様に係るフォトデバイス検査装置によると、検査すべき範囲を検査用パルス光で走査することによって、検査を効率的に行うことができる。
【００２３】
また、第５の態様に係るフォトデバイス検査装置によると、電磁波の時間波形を復元することができる。
【００２４】
また、第６の態様に係るフォトデバイス検査装置によると、逆バイアス電圧を印加することによって、放射される電磁波の強度を高めることができる。これにより、電磁波検出のＳ／Ｎ比を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態に係るフォトデバイス検査装置の概略構成図である。
【図２】制御部とその他の要素の接続を示すブロック図である。
【図３】太陽電池の概略断面図である。
【図４】光励起キャリアが移動する方向を説明するための図である。
【図５】偏光素子によって、Ｚ方向に偏光する電磁波を検出する様子を示す図である。
【図６】偏光素子によって、Ｙ方向に偏光する電磁波を検出する様子を示す図である。
【図７】フォトデバイス検査装置による太陽電池の検査の一例を示す流れ図である。
【図８】時間波形復元部によって復元された電磁波の時間波形を示す図である。
【図９】偏光素子を用いて得られた電場強度分布画像を示す図である。
【図１０】偏光素子を用いずに得られた電場強度分布画像を示す図である。
【図１１】変形例に係るフォトデバイス検査装置が備える照射部および検出部の概略構成図である。
【図１２】変形例に係るフォトデバイス検査装置が備える照射部および検出部の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、図面においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数が誇張または簡略化して図示されている場合がある。また、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。
【００２７】
＜１．  実施形態＞
＜１．１．  構成および機能＞
図１は、実施形態に係るフォトデバイス検査装置１００の概略構成図である。図２は、制御部１６とその他の要素の接続を示すブロック図である。フォトデバイス検査装置１００は、フォトデバイスに対して、パルス光を照射し、該パルス光の照射に応じてフォトデバイスから放射される電磁波（例えば、周波数が０．１ＴＨｚ〜３０ＴＨｚのテラヘルツ波）を検出することによって、フォトデバイスの特性または不良などに関する検査を行う。
【００２８】
本願においては、フォトデバイスとは、フォトダイオード、ＣＭＯＳセンサ若しくはＣＣＤセンサなどのイメージセンサ、太陽電池またはＬＥＤなど、半導体の光電効果を利用する電子デバイスをいう。本実施形態では、フォトデバイスとして太陽電池９を検査する場合について説明するが、その他のフォトデバイスについても同様に検査を行うことができる。
【００２９】
図１に示される太陽電池９の表面９Ｓは、略平面状に形成されているが、曲面状などに形成されていてもよい。以下の説明では、表面９Ｓに平行な方向であって、互いに直交する二方向を、Ｘ方向およびＹ方向とする（図１参照）。また、Ｘ方向およびＹ方向に垂直な方向（すなわち、表面９Ｓに垂直な方向）をＺ方向とする。なお、図１に示されるＸＹＺ座標は、図１においては、太陽電池９に対してのみ有効な座標系である。すなわち、図１は、フォトデバイス検査装置１００の構成要素を概略的に示すものであり、当該ＸＹＺ座標は、図１においては、各構成要素の位置関係を定義するものではない。
【００３０】
図１に示されるように、フォトデバイス検査装置１００は、ステージ１１、照射部１２、検出部１３、遅延部１４、ステージ駆動機構１５および制御部１６を備えている。
【００３１】
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９をステージ１１上に固定して保持する。固定手段としては、太陽電池９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の表面に形成された吸着孔などが例示される。ただし、太陽電池９を保持できるのであれば、これら以外の固定手段が採用されてもよい。
【００３２】
照射部１２は、パルス光を出射する光源として、フェムト秒レーザ１２１を備えている。フェムト秒レーザ１２１は、例えば、３６０ｎｍ（ナノメートル）以上１．５μｍ（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）を放射する。具体例としては、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、フェムト秒レーザから放射される。もちろん、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。
【００３３】
フェムト秒レーザ１２１から出射されたパルス光は、ビームスプリッタＢＳ１により２つに分光される。分光された一方のパルス光（検査用パルス光ＬＰ１１）は、太陽電池９へ導かれる。また、もう一方のパルス光（検出用パルス光ＬＰ１２）は、電磁波を検出する検出部１３の検出器１３１へと導かれる。
【００３４】
本実施形態では、検査用パルス光ＬＰ１１および検出用パルス光ＬＰ１２の光源が、一つのフェムト秒レーザ１２１となっている。このため、検査用パルス光ＬＰ１１および検出用パルス光ＬＰ１２のパルス周期は、同一とされている。なお、検査用パルス光ＬＰ１１および検出用パルス光ＬＰ１２が、パルス周期が同一とされた２つのフェムト秒レーザのそれぞれから出射されるようにしてもよい。
【００３５】
検査用パルス光ＬＰ１１は、光チョッパ１２３によって数ｋＨｚの変調がかけられる。なお、変調素子として、ＡＯＭ（Acousto-Optic Modulator）などを用いてもよい。光チョッパ１２３によって変調された検査用パルス光ＬＰ１１は、太陽電池９に導かれる。
【００３６】
太陽電池９の内部電界が存在する部位に、禁制帯幅を超えるエネルギーを持つ検査用パルス光ＬＰ１１が照射されると、自由電子および自由正孔が発生し、内部電場によって加速される。これにより、パルス状の電流が発生することとなり、それに応じて電磁波が発生することとなる。内部電界は、例えばｐｎ接合部やショットキー接合部などに発生していることが知られている。
【００３７】
図３は、太陽電池９の概略断面図である。太陽電池９は、アルミニウムなどで形成された平板状の裏面電極９２、ｐ型シリコン層９３、ｎ型シリコン層９４、反射防止膜９５、および、受光面電極９６が、この順に積層された構造を有している。
【００３８】
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９の主面のうち、受光面電極９６が設けられている側の表面９Ｓが、受光面となっている。つまり、太陽電池９は、受光面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、フォトデバイス検査装置１００は、単結晶または多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、電磁波（主にテラヘルツ波）を良好に発生させることができる。
【００３９】
太陽電池９の受光面（表面９Ｓ）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９の受光面は、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、所定波長の検査用パルス光ＬＰ１１が照射されたときに、検査用パルス光ＬＰ１１は、後述するｐｎ接合部９７に届きやすくなっている。例えば、太陽電池９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。つまり、太陽電池９などのフォトデバイスは、半導体デバイス（半導体によりトランジスタ、集積回路（ＩＣやＬＳＩ）、抵抗またはコンデンサなどにより構成される電子デバイス）に比べて、検査用パルス光ＬＰ１１を用いた検査に好適である。
【００４０】
ｐ型シリコン層９３およびｎ型シリコン層９４の接合部分（ｐｎ接合部９７）には、内部電界である拡散電位が発生することによって、空乏層が形成される。この部分に検査用パルス光ＬＰ１１が照射されることによって、光励起キャリア（自由電子および自由正孔）が発生する。すると、内部電界などによって光励起キャリアが加速されることで、パルス状の電流が発生する。すると、電流の時間変化に依存した、電磁波ＬＴ１が発生し、外部に放射されることとなる。
【００４１】
電磁波ＬＴ１は、電界の状態（強さや向きなど）に依存して発生する。具体的には、電磁波ＬＴ１の電界強度（振幅）は、内部の電界の強さに比例し、かつ、電磁波ＬＴ１の偏光方向（電界ベクトルの向き）は、内部の電界の向きに平行となる。つまり、ｐｎ接合やｐｎ接合に接続されている配線状況などに依存して、電磁波ＬＴ１が発生する。このため、電磁波ＬＴ１を検出することによって、太陽電池９の特性を調べたり、不良判定などの検査をしたりすることができる。
【００４２】
図１に示されるように、太陽電池９から放射された電磁波ＬＴ１は、放物面鏡Ｍ１，Ｍ２において集光される。より詳細には、放物面鏡Ｍ１，Ｍ２は、検査用パルス光ＬＰ１１が照射される表面９Ｓと同じ側に放射される電磁波ＬＴ１を集光する。そして、集光された電磁波ＬＴ１は、検出器１３１に入射する。なお、太陽電池９から検出器１３１までの、電磁波ＬＴ１の光路上には、偏光素子４１が設けられている。放射された電磁波ＬＴ１は、偏光素子４１によって特定の方向に偏光された後、検出器１３１に検出される。偏光素子４１は、後述するように、偏光素子駆動機構４１１によって、回転可能に構成されている。
【００４３】
検出器１３１は、検出用パルス光ＬＰ１２が入射する光伝導スイッチ（光伝導アンテナ）で構成されている。光伝導スイッチとしては、ダイポール型、ボウタイ型およびスパイラル型などが知られている。本実施形態では、偏光依存性が小さいスパイラル型の光伝導スイッチが、検出器１３１として好適である。電磁波ＬＴ１が検出器１３１に入射する状態で、検出用パルス光ＬＰ１２が検出器１３１に照射されると、光伝導スイッチに瞬間的に電磁波ＬＴ１の電場強度に応じた電流が発生する。この電場強度に応じた電流は、不図示のロックインアンプ、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、検出部１３は、検出用パルス光ＬＰ１２の照射に応じて太陽電池９から放射された電磁波ＬＴ１の電場強度を検出する。
【００４４】
なお、検出器１３１に、その他の素子、例えばショットキーバリアダイオードを用いてもよい。ショットキーバリアダイオードは、偏光依存性が小さく、検出器１３１として好適である。また、検出器１３１として、非線形光学結晶を用いることも考えられる。
【００４５】
ビームスプリッタＢＳ１から検出器１３１までの検出用パルス光ＬＰ１２の光路上には、遅延部１４が設けられている。遅延部１４は、検出用パルス光ＬＰ１２が検出器１３１に到達する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１４は、遅延ステージ１４１および遅延ステージ移動機構１４３を備えている。遅延ステージ１４１は、検出用パルス光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。また、遅延ステージ移動機構１４３は、制御部１６の制御に基づいて、検出用パルス光ＬＰ１２の入射方向に沿って遅延ステージ１４１を平行移動させる。遅延ステージ１４１が平行移動することによって、ビームスプリッタＢＳ１から検出器１３１までの検出用パルス光ＬＰ１２の光路長が連続的に変更される。
【００４６】
遅延ステージ１４１は、電磁波ＬＴ１が検出器１３１に到達する時間と、検出用パルス光ＬＰ１２が検出器１３１へ到達する時間との時間差を変更する。遅延ステージ１４１により、検出用パルス光ＬＰ１２の光路長を変化させることによって、検出器１３１において電磁波ＬＴ１の電場強度を検出するタイミング（検出タイミングまたはサンプリングタイミング）が遅延される。
【００４７】
なお、遅延ステージ１４１とは異なる他の構成によって、検出用パルス光ＬＰ１２の検出器１３１への到達時間を変更することも可能である。具体的には、電気光学効果を利用することが考えられる。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。例えば、特許文献である特開２００９−１７５１２７号公報に開示された電気光学素子を利用することができる。
【００４８】
また、検査用パルス光ＬＰ１１（ポンプ光）の光路長、もしくは、太陽電池９から放射された電磁波ＬＴ１の光路長を変更するようにしてもよい。この場合においても、検出器１３１に電磁波ＬＴ１が到達する時間を、検出器１３１に検出用パルス光ＬＰ１２が到達する時間に対して、相対的にずらすことができる。つまり、検出器１３１における電磁波ＬＴ１の電場強度の検出タイミングを遅延させることができる。
【００４９】
フォトデバイス検査装置１００は、太陽電池９に対して、検査時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を備えている。例えば太陽電池９が太陽電池である場合は、太陽電池の受光面およびその反対側の面にそれぞれ形成された電極に、逆バイアス電圧印加回路９９が接続され、逆バイアス電圧が印加される。逆バイアス電圧が印加されることによって、ｐｎ接合部の空乏層を大きくすることができる。これにより、検出器１３１において検出される電磁波ＬＴ１の電場強度を大きくすることができるため、検出部１３における電磁波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。
【００５０】
ステージ駆動機構１５は、ステージ１１を二次元平面内で移動させる装置であり、例えばＸ−Ｙテーブルなどで構成されている。ステージ駆動機構１５は、ステージ１１に保持された太陽電池９を、照射部１２に対して相対的に移動させる。フォトデバイス検査装置１００は、ステージ駆動機構１５によって、太陽電池９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。
【００５１】
本実施形態では、ステージ駆動機構１５によってステージ１１をＸＹ方向に移動させることによって、太陽電池９上の所要の検査範囲を検査用パルス光ＬＰ１１で走査可能とされている。つまり、ステージ駆動機構１５は、走査機構を構成している。ただし、ステージ駆動機構１５によって、ステージ１１を移動させる代わりに、検査用パルス光ＬＰ１１の光路を変更することによって、検査範囲の走査を実現することも考えられる。具体的には、図示を省略するガルバノミラーを設けて、太陽電池９の表面９Ｓ上を、検査用パルス光ＬＰ１１の光軸に垂直な二方向（Ｘ方向およびＹ方向）に、検査用パルス光ＬＰ１１を走査することが考えられる。また、ガルバノミラーの代わりに、ポリゴンミラー、ピエゾミラーまたは音響光学素子などを用いることも考えられる。
【００５２】
また、ステージ駆動機構１５は、ステージ１１を検出用パルス光ＬＰ１２が照射される太陽電池９の表面９Ｓに対して交差する方向（ここでは、直交するＺ方向）に延びる軸Ｑ１を回転軸として回転させる。すなわち、ステージ１１は、太陽電池９を回転可能に支持する支持機構でもある。例えば、ステージ駆動機構１５がＸ−Ｙテーブルで構成されている場合、該Ｘ−Ｙテーブル上に設置されたモータが駆動され、その回転駆動力がステージ１１に伝達されることによって、ステージ１１が回転する。もちろん、その他の構成によって、ステージ１１が回転するようにしてもよい。また、ステージ１１の回転軸（軸Ｑ１）は、表面９Ｓに対して必ずしも直交している必要はなく、少なくとも交差していればよい。
【００５３】
制御部１６は、図示を省略するＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えた一般的なコンピュータによって構成されている。図２に示されるように、制御部１６は、フェムト秒レーザ１２１、検出器１３１、遅延ステージ移動機構１４３、ステージ駆動機構１５、偏光素子駆動機構４１１および逆バイアス電圧印加回路９９に接続されており、これらの各要素の動作を制御したり、あるいは、これらの各要素からデータを受け取ったりする。
【００５４】
また、制御部１６は、画像生成部２１，時間波形復元部２３に接続されている。画像生成部２１および時間波形復元部２３は、制御部１６が備えるＣＰＵが不図示の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とされてもよいし、専用回路によってハードウェア的に実現されてもよい。
【００５５】
画像生成部２１は、太陽電池９の検査対象範囲（太陽電池９の一部または全部）において、検査用パルス光ＬＰ１１を照射により放射される電磁波ＬＴ１の電場強度の分布を視覚化した電場強度分布画像を生成する。電場強度分布画像においては、電場強度の相違が、異なる色または異なる模様などで視覚的に表現される。
【００５６】
時間波形復元部２３は、検出器１３１にて検出される電場強度に基づいて、太陽電池９から放射される電磁波ＬＴ１の時間波形を復元する。具体的には、遅延ステージ１４１を移動させることで、検出用パルス光ＬＰ１２が検出器１３１に到達する時間を変更し、各位相で検出された電磁波ＬＴ１の電場強度が取得される。そして、この取得された電場強度が、時間軸上にプロットされることによって、電磁波ＬＴ１の時間波形が復元される。
【００５７】
また、制御部１６には、各種データが格納される記憶部３１が接続されている。記憶部３１は、ハードディスクなどの固定ディスクの他、可搬メディア（例えば磁気メディア、光ディスクメディアまたは半導体メモリなど）で構成されていてもよい。また、制御部１６と記憶部３１とは、ネットワーク回線を介して接続されていてもよい。
【００５８】
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、不図示のカメラで撮影された太陽電池９の表面９Ｓの画像、画像生成部２１が生成した電場強度分布画像、または、時間波形復元部２３によって復元された電磁波ＬＴ１の時間波形などが表示される。また、モニター１７には、検査の条件（検査範囲など）を設定するために必要なＧＵＩ（Graphical User Interface）画面なども表示される。
【００５９】
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り、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。
【００６０】
＜偏光素子４１＞
次に、偏光素子４１の詳細について、図４〜図６を参照しつつ説明する。
【００６１】
図４は、光励起キャリアの移動を説明するための図である。図４においては、説明の都合上、太陽電池９が概略的に図示されている。光励起キャリアは、ｐｎ接合部９７に形成される空乏層の内部電界、電極・半導体間のショットキー接合で発生する内部電界、または、逆バイアス電圧印加回路９９によって印加された電界（外部電界）によって、加速および拡散されて移動する。
【００６２】
光励起キャリアは、通常、ｐｎ接合部９７に対して垂直な方向（Ｚ方向）に大きな力が作用するため、この方向に大きく移動する。しかしながら、図４に示されるように、電極に向かう方向にも移動する。つまり、ＸおよびＹ方向への移動は、光励起キャリアの拡散、または、逆バイアス電圧印加回路９９によって印加された外部電界に起因するものである。ＸおよびＹ方向の光励起キャリアの移動および消滅は、フォトデバイスである太陽電池９の性能に大きく影響する。例えば、多結晶シリコン太陽電池では、結晶粒界によるキャリア再結合を減少させることが望まれており、その分析装置が必要とされている。本実施形態では、偏光素子４１を設けることによって、電磁波ＬＴ１から、ＸおよびＹ方向の成分を分離することが可能である。
【００６３】
図５は、偏光素子４１によって、Ｚ方向に偏光する電磁波ＬＴ１を検出する様子を示す図である。また、図６は、偏光素子４１によって、Ｙ方向に偏光する電磁波ＬＴ１を検出する様子を示す図である。図５および図６に示されるように、偏光素子４１は、平行に延びる金属製の複数のワイヤー部４３を備えたワイヤグリッド偏光素子である。ワイヤー部４３は、電磁波ＬＴ１の波長に合わせて規則的に配置されている。このワイヤー部４３を、検出したい電磁波ＬＴ１の偏光方向に合わせて配置することによって、電磁波ＬＴ１のうち、特定方向に偏光する電磁波を透過させることができる。検出器１３１では、偏光素子４１を透過することができた電磁波の電場強度が検出されることとなる。
【００６４】
例えば、太陽電池９の場合、ｐｎ接合方向（Ｚ方向）は、光励起キャリアが主に加速される方向である。このため、太陽電池９から放射された電磁波ＬＴ１のうち、ｐｎ接合方向に平行に偏光する成分は、光励起キャリアの生成効率に関する情報を含んでいると考えられる。したがって、複数のワイヤー部４３がｐｎ接合方向に対して垂直な縦方向に延びるよう、偏光素子４１が回転駆動される（図５参照）。これにより、電磁波ＬＴ１のうち、Ｚ方向に偏光する電磁波成分の検出感度を向上することができる。
【００６５】
また、図６に示されるように、ｐｎ接合部９７に平行な方向の成分についても、当該方向における、光励起キャリアの発生、移動および消滅の情報が含まれる。図６では、Ｙ方向に偏光する電磁波成分を検出する場合が示されており、複数のワイヤー部４３が検出したい偏光方向（Ｙ方向）に垂直となるよう、偏光素子４１が回転駆動される。詳細には、偏光素子駆動機構４１１が、偏光素子４１を、図５に示される状態から、ワイヤー部４３が延びる方向に垂直な軸Q２周りに９０度回転させる。これにより、電磁波ＬＴ１のうち、Ｙ方向に偏光する成分を検出することができる。
【００６６】
なお、本字実施形態に係る偏光素子４１を回転駆動するだけでは、電磁波ＬＴ１のうち、Ｘ方向の成分を検出することができない構成となっている。しかしながら、本実施形態では、ステージ駆動機構１５が、太陽電池９をＺ方向に平行な軸Ｑ１周りに９０°回転させることが可能となっている。このため、電磁波ＬＴ１のＸ方向に偏光する成分についても、検出することが可能である。
【００６７】
また、本実施形態では、偏光素子駆動機構４１１によって、偏光素子４１を機械的に回転させている。しかしながら、偏光素子４１を手動で回転できるようにしてもよい。また、偏光素子４１を着脱可能に支持する支持手段を設け、該支持手段に対して、ワイヤー部４３の向きを変更するように偏光素子４１を付け直すことができるようにしてもよい。
【００６８】
＜１．２．  検査＞
図７は、フォトデバイス検査装置１００による太陽電池９の検査の一例を示す流れ図である。なお、以下の説明において、フォトデバイス検査装置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、工程の内容によっては、複数の工程を並列に実行したり、各工程の実行順序を適宜変更したりしてもよい。
【００６９】
試料である太陽電池９が、ステージ１１に固定される（図７：ステップＳ１）。このとき、ステージ１１上の所要の検査範囲に検査用パルス光ＬＰ１１が照射されるように、ステージ駆動機構１５によって、ステージ１１が移動される。なお、オペレータが手動でステージ１１を移動するようにしてもよい。
【００７０】
ステージ１１の移動が完了すると、太陽電池９の裏面電極９２および受光面電極９６に逆バイアス電圧印加回路９９が接続され、太陽電池９に逆バイアス電圧が印加される（図７：ステップＳ２）。なお、ステップＳ２は、省略することが可能である。
【００７１】
太陽電池９に逆バイアス電圧が印加されると、検出器１３１が太陽電池９から放射される電磁波ＬＴ１を検出する検出タイミングが設定される（図７：ステップＳ３）。具体的には、制御部１６が遅延ステージ駆動機構１４３を駆動することにより、検出用パルス光ＬＰ１２が検出器１３１に到達するタイミングが、所要の検出タイミングに固定されるよう、折り返しミラー１０Ｍの位置が調整される。この検出タイミングを決定する一例について、図８を参照しつつ具体的に説明する。
【００７２】
図８は、時間波形復元部２３によって復元された電磁波ＬＴ１の時間波形５１を示す図である。図８中、横軸は時間を示し、縦軸は電場強度を示している。また、下段には、遅延部１４によって、検出器１３１に到達するタイミング（検出タイミングｔ１〜ｔ８）が変更された複数の検出用パルス光ＬＰ１２が概念的に示されている。
【００７３】
例えば、太陽電池９のある特定の位置に対して、検査用パルス光ＬＰ１１が照射されると、検出器１３１には、時間波形５１で示される電磁波ＬＴ１が所定の周期で繰り返し到来する。ここで、検出器１３１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１４を調整した場合、検出器１３１では、値ＥＳ１の電場強度が検出されることとなる。また、遅延部１４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ＥＳ２〜ＥＳ８の電場強度が検出部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電磁波ＬＴ１の電場強度を測定し、取得された電場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、電磁波ＬＴ１の時間波形５１が復元される。
【００７４】
ここで、電磁波ＬＴ１において、平常状態のときの電場強度（基準電場強度）よりも大きい電場強度を正の電場強度とし、基準電場強度よりも小さい電場強度を負の電場強度とする。すると、時間波形５１においては、検出タイミングｔ３のときに、電場強度が正側で最大となる。つまり、検出タイミングｔ３に対応した位置に遅延ステージ１４１を固定することによって、大きい電磁波ＬＴ１を検出することができる。したがって、検出のＳ／Ｎ比を高めることができる。また、検出タイミングｔ４のとき、電磁波ＬＴ１の電場強度が負側で最大となっている。この検出タイミングｔ４に対応した位置に、遅延ステージ１４１を固定することなども考えられる。
【００７５】
図７に戻って、検出タイミングが設定されると、検出器１３１において検出する電磁波ＬＴ１の偏光方向が設定される（図７：ステップＳ４）。電磁波ＬＴ１の偏光方向（電磁波ＬＴ１の電界ベクトルの向き）は、太陽電池９の内部の電界、すなわち、光励起キャリアの移動方向に平行となる。このため、オペレータが検出したい光励起キャリアの移動方向に平行に偏光する電磁波ＬＴ１を透過するように、偏光素子４１のワイヤー部４３の配置が設定される。なお、上述したように、偏光素子４１は、放射された電磁波ＬＴ１（Ｘ，ＹおよびＺ方向の成分を持つ）から、Ｘ方向およびＹ方向のうちの一方向（図６の説明では、Ｙ方向）の成分と、Ｚ方向の成分しか分離することができない。このため、Ｘ方向およびＹ方向のうちの他方向（図６の説明では、Ｘ方向）に偏光する成分については、ステージ駆動機構１５によって、太陽電池９を９０度回転させればよい。これにより、偏光方向を太陽電池９に対して９０度回転させることができるため、電磁波ＬＴ１の他方向の成分を分離することができる。
【００７６】
検出する偏光方向が設定されると、太陽電池９上に設定された所要の検査範囲が検査用パルス光ＬＰ１１で走査される（図７：ステップＳ５）。具体的には、ステージ駆動機構１５によって、ステージ１１をＸおよびＹ方向に移動させることで、検査用パルス光ＬＰ１１に対して太陽電池９を相対的に移動させる。これにより、検査範囲に検査用パルス光ＬＰ１１が照射される。なお、上述したように、ガルバノミラーなどを設けて、検査用パルス光ＬＰ１１の光路を変更可能とすることで、検査範囲の走査を実現することも考えられる。走査中、放射された電磁波ＬＴ１の電場強度が検出器１３１によって検出され、その強度情報と放射された位置の情報とが関連付けされて、記憶部３１に保存される。
【００７７】
走査が完了すると、電磁波ＬＴ１の電場強度の分布を示す画像が生成され、該画像がモニター１７に表示される（図７：ステップＳ６）。
【００７８】
図９は、偏光素子４１を用いて得られた電場強度分布画像６１を示す図である。また、図１０は、偏光素子４１を用いずに得られた電場強度分布画像６３を示す図である。図９および図１０に示される電場強度分布画像６１，６３には、受光面電極９６の位置が破線で示されている。また、電場強度分布画像６１，６３において、横方向および縦方向に付されている目盛りは、それぞれ、太陽電池９上の所定の原点位置からの、Ｘ方向およびＹ方向の距離を示している。また、電場強度分布画像６１は、偏光素子４１を調整することによって、電磁波ＬＴ１のＹ方向の成分が検出されるようにしている。
【００７９】
電場強度分布画像６１では、電場強度分布画像６３と比較すると、結晶粒の輪郭７１をより鮮明に捉えることが可能となっており、また、受光面電極９６も明瞭に把握することが可能となっている。
【００８０】
以上のように、偏光素子４１によって電磁波ＬＴ１を偏光することによって、電磁波ＬＴ１のＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に分離して検出することができる。電磁波ＬＴ１には、ｐｎ接合部またはショットキー接合部などの内部電界、または、フォトデバイスに印加された外部電界に依存した、電子の加速および移動の情報が含まれている。また、放射される電磁波には、上述した電極・半導体間の接触不良による、光励起キャリアの表面再結合の情報も含まれている。電磁波ＬＴ１から各方向の成分を分離することで、これらの様々な情報を、より詳細に解析することが可能となる。
【００８１】
なお、太陽電池９の検査方法は、図７に示されるものに限定されない。例えば、図８に示されるような時間波形５１を復元することで、太陽電池９を検査することも考えられる。すなわち、時間波形５１のうち、主に正側に変化する電場強度の信号（一点鎖線で囲まれる部分）は、測定用プローブ光ＬＰ１１の照射によって、光励起キャリアが生成されるときの情報が含まれると考えられる。また、時間波形５１のうち、主に負側に変化する電場強度の信号（二点鎖線で囲まれる部分）は、測定用プローブ光ＬＰ１１の照射によって発生した光励起キャリアの移動および再結合の情報が含まれていると考えられる。このため、偏光素子４１を用いて検出された電磁波ＬＴ１の時間波形を復元し、該復元された時間波形に基づいて、太陽電池９を検査することは、光励起キャリアのダイナミクスを解析する上で、極めて有効である。また、復元された時間波形をフーリエ変換することで、スペクトル解析を行うようにしてもよい。
【００８２】
＜２．  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。
【００８３】
図１１は、変形例に係るフォトデバイス検査装置１００Ａが備える照射部１２Ａおよび検出部１３Ａの概略構成図である。以降の説明において、フォトデバイス検査装置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。
【００８４】
フォトデバイス検査装置１００Ａにおいても、フェムト秒レーザ１２１から出射されたパルス光がビームスプリッタＢＳ１によって検査用パルス光ＬＰ１１と検出用パルス光ＬＰ１２に分割される。ただし、本実施形態では、検査用パルス光ＬＰ１１は、透明性電膜基板１９を透過して、太陽電池９の表面９Ｓに対して垂直に検査用パルス光ＬＰ１１に入射する。そして、表面９Ｓ側に放射される電磁波ＬＴ１が、透明導電性基板１９を反射して、レンズや偏光素子４１などを介して、検出器１３１に入射するように構成されている。すなわち、フォトデバイス検査装置１００Ａは、同軸落射型の検査装置として構成されている。
【００８５】
図１２は、変形例に係るフォトデバイス検査装置１００Ｂが備える照射部１２Ｂおよび検出部１３Ｂの概略構成図である。フォトデバイス検査装置１００Ｂにおいても、フェムト秒レーザ１２１から出射されたパルス光がビームスプリッタＢＳ１によって検査用パルス光ＬＰ１１および検出用パルス光ＬＰ１２に分割される。検査用パルス光ＬＰ１１は、太陽電池９の表面９Ｓに対して垂直に入射する。そして、太陽電池９の裏面側に放射される（透過する）電磁波ＬＴ１が放物面鏡Ｍ１，Ｍ２および偏光素子４１を介して検出器１３１に入射する。すなわち、フォトデバイス検査装置１００Ｂは、透過型の検査装置として構成されている。
【００８６】
このようなフォトデバイス検査装置１００Ａ，１００Ｂにおいても、フォトデバイス検査装置１００と同様に、太陽電池９を検査することが可能である。
【００８７】
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【００８８】
１００，１００Ａ，１００Ｂ  フォトデバイス検査装置
１１  ステージ
１２，１２Ａ，１２Ｂ  照射部
１２１  フェムト秒レーザ
１３，１３Ａ，１３Ｂ  検出部
１３１  検出器
１４  遅延部
１４１  遅延ステージ
１５  ステージ駆動機構
１６  制御部
２１  画像生成部
２３  時間波形復元部
４１  偏光素子
４１１  偏光素子駆動機構
４３  ワイヤー部
９  太陽電池（フォトデバイス）
９９  逆バイアス電圧印加回路
９Ｓ  表面
ＬＰ１１  検査用パルス光
ＬＰ１２  検出用パルス光
ＬＴ１  電磁波
Ｑ１，Ｑ２  軸
【図１】
2014181975.tif 000003
【図２】
2014181975.tif 000004
【図３】
2014181975.tif 000005
【図４】
2014181975.tif 000006
【図５】
2014181975.tif 000007
【図６】
2014181975.tif 000008
【図７】
2014181975.tif 000009
【図８】
2014181975.tif 000010
【図１１】
2014181975.tif 000011
【図１２】
2014181975.tif 000012
【図９】
2014181975.tif 000013
【図１０】
2014181975.tif 000014