(57)【要約】  光起電性素子などの対象物（６）のテクスチャー表面（４）上の角錐（３）のサイズを測定する装置であって、該装置（１）は、対象物ホルダー（１０）と、テクスチャー表面領域（２１）から反射光を得るために通常動作中に該領域（２１）上に平面波ビームを照射する光源（１２）と、通常動作中に該反射光の強度を測定する検出器（１３）と、検出器（１３）の測定値をさらに処理するための手段（１４）とを備える。
2007514155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物のテクスチャー表面上で外向きに延びる角錐の角錐サイズを測定する方法であって、光源から光ビームを第１方向に沿ってテクスチャー表面領域上に照射し、第２方向に沿って該領域から受光した光の強度を測定し、そして測定した強度を処理して角錐の平均サイズを得ることを含む方法。
【請求項２】
前記第１方向と前記第２方向がテクスチャー表面に垂直な方向からはずれている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記光ビームが平面波ビームである、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１方向と前記第２方向が実質的に同一直線上にある、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第２方向に沿って受光する光の強度を最大にするように、対象物の位置及び／又は入射光の前記第１方向、及び／又は光の強度を測定する前記第２方向を調整する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第２方向に沿って受光する光の強度が増すと角錐サイズが増大する、該強度と角錐サイズとの間の所定の関係を用いて、角錐の平均サイズを求める、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
対象物のテクスチャー表面上の角錐の角錐サイズを測定するための装置であって、該装置は対象物ホルダーと、通常動作中に光ビームを第１方向に沿ってテクスチャー表面領域上に照射するよう配置された光軸を有する光源と、通常動作中に前記領域から第２方向に沿って受光した光の強度を測定するよう配置された光軸を有する検出器と、検出器の測定値をさらに処理するための手段とを備え、前記第１方向と前記第２方向が対象物ホルダー内の対象物のテクスチャー表面に垂直な方向からはずれている、前記装置。
【請求項８】
前記第２方向に沿って受光する光の強度を最大にするように対象物の位置及び／又は光源の光軸及び／又は検出器の光軸を変えるシステムをさらに備える、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
光源の光軸と検出器の光軸が実質的に同一直線上にある、請求項７又は８に記載の装置。
【請求項１０】
光源の光軸と検出器の光軸が対象物のテクスチャー表面にて又は対象物のテクスチャー表面の近くで交差するように光源と検出器が互いに固定される、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
対象物ホルダーが光源の光軸と検出器の光軸の両方に垂直な軸を中心にして回転できる、請求項１０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物のテクスチャー表面上の角錐の角錐サイズを測定する方法及び装置に関する。このような対象物の例は、光起電力セルのウェーハーであり、光起電力セルの効率を向上させるため、その受光面にはテクスチャーが付されている。
【背景技術】
【０００２】
テクスチャー付けは、化学エッチングにより行うことができる。例えば、Ｊ．Ａ．Ｍａｚｅｒ、「太陽電池：結晶の光起電技術入門(Solar Cells: An introduction to crystalline photovoltaic technology)」、Ｋｌｕｗｅｒ  Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ、１９９７、１３６−１３８頁を参照のこと。使用されるエッチング剤は異方性エッチング剤であり、処理されるウェーハー表面の特定の結晶方向と組み合わされて、ウェーハー表面上で外向きに延びる角錐を生成し得る。表面を化学的にエッチングすると、１〜２０μｍの範囲のサイズの角錐が生成される。このサイズは平均値の周りに分布していることが理解されよう。明細書及び特許請求の範囲では、「角錐のサイズ」なる表現は角錐の高さをいうのに用いられる。特に、この角錐は、ウェーハー物質の結晶特性により決められる実質的に同一の形状を有し得る。例えば、すべての角錐は、正方形状の底面及び表面上の高さと底辺長との固定比を有し得る。
【０００３】
一般には、光起電力セルの効率はウェーハーのテクスチャー表面上の角錐のサイズには依存しないと考えられている。しかしながら、出願人は、ある製造プロセスが表面粗さに依存することを見い出した。このようなプロセスの例は、ウェーハーのドーピングとは異なったドーピングが施された表層を作るための、ウェーハーへのドーパント溶液のドーピングである。ウェーハーへのドーピングは、ウェーハー表面のテクスチャー付けの後に行われるので、角錐のサイズがドーパント溶液の分布に影響し、よって光起電力セルの効率に影響する。この効率は、テクスチャー表面上の角錐のサイズに逆比例して増加する。光起電力セルの効率を上げるためには、この角錐の平均サイズが小さくなければならない。このことは適切なエッチング剤を必要とするだけでなく、実際的な方法で角錐のサイズを測定することも必要とする。
【０００４】
通常は角錐のサイズは顕微鏡や電子顕微鏡で測定される。しかしながら、このような顕微鏡では局所的な測定値しか得られない。平均サイズを求めるためには、多数の局所測定を行わなければならない。これは実際的でない。
【０００５】
米国特許第３７８２８３６号明細書には、半導体物質からなる本体表面の欠陥の数と場所を求めるための表面凹凸分析システム及び方法が開示されている。この表面の垂線からはずれた方向に沿って該表面上に光が照射される。該表面中に内向きに延びた角錐形状を有し得るエッチピットで反射した光が、該表面に平行な方向にて検出される。反射光のより高い強度は、より多数のエッチピットに対応していると解釈される。
【０００６】
米国特許第５５８１３４６号明細書には、転位ピットと粒界を見分けるように多結晶物質の表面の欠陥をマッピングする装置及び方法が開示されている。レーザー光が該表面上に垂直に（すなわち表面の垂線に平行に）照射される。該垂線から５°より大きく離れた複数の方向に該表面上のエッチピットによって散乱した光が、積分球により集められ、積分球内にて横に配置された光検出器が、積分球内の拡散光の強度を測定する。エッチピットの密度はエッチピット密度と正規化された拡散光強度との間の直線関係から求められ、その際、この関係の傾きはエッチピットのサイズに依存することが分かっている。
【特許文献１】米国特許第３７８２８３６号
【特許文献２】米国特許第５５８１３４６号
【非特許文献１】Ｊ．Ａ．Ｍａｚｅｒ、「太陽電池：結晶の光起電技術入門(Solar Cells: An introduction to crystalline photovoltaic technology)」、Ｋｌｕｗｅｒ  Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ、１９９７、１３６−１３８頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、テクスチャー表面上に生成された角錐の平均サイズを測定する方法を提供することである。
【０００８】
本発明の別の目的は、テクスチャー表面上の角錐の平均サイズの実際的な測定を可能にする装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このため、本発明に従って、対象物のテクスチャー表面上で外向きに延びた角錐の角錐サイズを測定する方法であって、光源から光ビームを第１方向に沿ってテクスチャー表面領域上に照射し、第２方向に沿って該領域から受光した光の強度を測定し、そして測定した強度を処理して角錐の平均サイズを得ることを含む方法が提供される。
【００１０】
好ましくは、第１方向と第２方向は実質的に同一直線上にあり、それにより、第２方向に沿って受光した光を反射光と見なし得る。ここで「反射光」なる用語はこの意味で用いられているが、実質的に同一直線配置にて受光する光はまた、該方向中に後方散乱又は後方回折した光又は入射光をも含む、又はそれらから形成され得ることが理解されよう。
【００１１】
原理的にはその他の方向に散乱又は回折した光も使用できる。それに応じて第１方向と第２方向が選ばれる。適切には、第１方向と第２方向はテクスチャー表面に垂直な方向からはずれている。
【００１２】
適切には、この光ビームは、平行な光束に対応する平面波ビームである。好ましくは、平行光束からのずれを定義する発散角度（全開放角度(total opening angle)）は、２０°以下、より好ましくは１０°以下、最も好ましくは５°以下である。
【００１３】
対象物のテクスチャー表面上の角錐の角錐サイズを測定する装置であって、該装置は対象物ホルダーと、通常動作中に光ビームを第１方向に沿ってテクスチャー表面領域上に照射するよう配置された光軸を有する光源と、通常動作中に第２方向に沿って該領域から受光した光の強度を測定するよう配置された光軸を有する検出器と、検出器の測定値をさらに処理する手段とを備え、該第１方向と第２方向が対象物ホルダー中の対象物のテクスチャー表面に垂直な方向からはずれている、上記装置も提供される。
【００１４】
本発明は、対象物のテクスチャー表面で反射した日光を観察しているとき得られた発見に基づいている。出願人は、反射した日光の強度であるテクスチャー表面の光沢が角錐の平均サイズと相関し得ることを見い出した。見つけた相関は、角錐の平均サイズが増加すると強度が増大するということであった。
【００１５】
次の仮説に縛られるものではないが、出願人は、この効果は以下の観察と考察に基づくものと考える。角錐のテクスチャー表面上に入射する平行な光束により、角錐が小さければ小さいほどより多く散乱する三角反射が生じることが観察された。全方向における光強度の積分は一定になるであろうけれども、この散乱により、空間の所定の立体角内で観察される光強度は減少する。この散乱はおそらく角錐の角、及び角錐間のＶ字形状スリットでの回折により生じる。角錐が小さくなればなるほど、回折は大きくなる。より大きな角錐では、その面からの直接の反射光の強度が、より小さい角錐の場合よりも相対的に大きい。
【００１６】
第１方向から離れて、光ビームを照射した表面の領域から回折又は散乱した光を観察する場合にも同じ原理が適用できることが理解されよう。適切には、散乱又は回折した光を受光して測定する第２方向は、光ビームを表面に照射する第１方向から離れている。校正測定を用いて、所与の方向（空間内の立体角）のこのような散乱又は回折光の強度と角錐サイズとの関係を確立することができる。
以下、例として添付図面に関してより詳細に本発明を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１を参照すると、平面ウェーハー６の形態を有する対象物のテクスチャー表面４上に外向きに延びる角錐３のサイズを測定する装置１が示されている。
【００１８】
この装置１は、対象物ホルダー１０と、光源１２と、検出器１３と、電線１５により検出器１３に電気的に接続されたディスプレイ１４の形態で検出器１３の測定値をさらに処理する手段とを備える。
【００１９】
通常動作中、光源１２は平面波ビームをその光軸２０（第１方向）の方向に放射する。平面波ビームがテクスチャー表面４の領域２１上に照射され、該領域２１から反射される光を受光する。光軸２２をもった検出器１３が、この方向（第２方向）にて受光した反射光の強度を測定する。次にこの反射光の強度がディスプレイ１４に表示される。光軸２０と光軸２２の両方とも、表面４の垂線２５から、適切には５°より大きく、例えば１０°以上はずれている。
【００２０】
適切には光源１２はレーザーである。角錐の平均サイズを測定できるためには、ビームの断面積は適切には０．２〜２ｃｍ２である。
【００２１】
エッチング処理後の表面から外向きに延びる角錐のサイズは、一定の分布、例えば２±０．５μｍ、又は２（−１／＋３）μｍを有することが理解されよう。角錐サイズに比べて相対的に大きな表面領域が照射されるとき、平均サイズが測定される。
【００２２】
意味のある測定値を得るためには、反射光の強度が最大になるようにテクスチャー表面の方向を定めるのが好ましい。
【００２３】
光源と検出器との所与の組み合わせでは、最大強度は単独で角錐３の平均サイズと相関する。図２はこの相関を概略的に示す。光源と検出器の所与の組み合わせについて、水平軸には角錐サイズＰｓ（単位：μｍ）が表示され、垂直軸には反射光の強度Ｉ（任意単位）が表示されている。
【００２４】
例えば平均角錐サイズの知られた複数の対象物を用いていったんこの相関が確立されたならば、光源と検出器の所与の組み合わせの場合の未知の対象物の反射光の（最大）強度を平均角錐サイズに変換することができる。この変換は、測定値をさらに処理する手段によって実行できる。それから、ディスプレイ１４は強度の代わりに平均サイズを示す。サイズの代わりに、角錐３のサイズの指標、例えば小（０〜２００単位の強度、１〜２μｍのサイズ）、中（２００〜６００単位の強度、２〜５μｍのサイズ）及び大（６００単位より大きい強度、５μｍより大きいサイズ）を表示することもできる。
【００２５】
上述したように、意味のある測定値を得るためには、反射光の強度が最大になるようにテクスチャー表面の方向を定めるのが好ましい。反射光の強度を最大にするために、本装置は対象物６の位置、光源１２の光軸２０及び検出器１３の光軸２２を変えるシステムをさらに含む。
【００２６】
反射光を測定するために、光源１２の光軸２０と検出器１３の光軸２２は同一直線上にあるのが適切である。しかしながら、このことは常に実現できるわけではないので、一般には光軸２０と光軸２２は実質的に同一直線上にある。適切には、光軸２０と光軸２２との間の角度は２０°以下、好ましくは１０°以下、さらに好ましくは５°以下である。
【００２７】
光軸２０と光軸２２が実質的に同一直線上にある例が、図１に示されており、光源１２と検出器１３は互いのすぐ近くに配置され互いに固定される。光源１２と検出器１３は、光軸２０と光軸２２が対象物６のテクスチャー表面４にて又はテクスチャー表面４の近くにて交差するように方向付けられる。図中、光軸間の角度が誇張されているのは明らかである。
【００２８】
光源１２と検出器１３が互いに固定されている場合、光源１２の光軸２０と検出器１３の光軸２２の両方に対して垂直な軸を中心に対象物ホルダー１０を回転させることにより、反射光の強度を容易に最大にすることができる。さらに、本装置には、対象物ホルダー１０を固定基準３１に連結するヒンジ３０が設けられ、この固定基準３１は、光源１２と検出器１３とのアセンブリを支持するフレーム（図示せず）でもよい。光源１２の光軸２０と検出器１３の光軸２２の両方に垂直な軸（図示せず）を中心にして対象物ホルダー１０が回転できるように、ヒンジ３０が対象物ホルダー１０を連結する。図１の発明の実施態様では、光軸２０と光軸２２は図の平面内にあるので、回転軸は図面に垂直である。
【００２９】
本発明は、光起電力セルのウェーハーなどの対象物のテクスチャー表面上の角錐のサイズを測定するための簡単な装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の装置の好ましい実施態様を縮尺通りではないが概略的に示す。
【図２】反射光の強度を平均角錐サイズの関数として示す概略図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    角錐サイズ測定装置
３    角錐
４    テクスチャー表面
６    対象物（平面ウェーハー）
１０  対象物ホルダー
１２  光源
１３  検出器
１４  ディスプレイ
２０、２２  光軸
【図１】
2007514155.tif 000003
【図２】
2007514155.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成17年10月12日(2005.10.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
対象物のテクスチャー表面上で外向きに延びる角錐の平均角錐サイズを測定する方法で
あって、光源から光ビームを第１方向に沿ってテクスチャー表面領域上に照射し、第２方
向に沿って該領域から受光した光の強度を測定し、そして測定した強度を処理して角錐の
平均サイズを得ることを含む方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項７】
対象物のテクスチャー表面上の角錐の平均角錐サイズを測定するための装置であって、
該装置は対象物ホルダー内の対象物のテクスチャー表面に垂直な方向を定める対象物ホル
ダーと、通常動作中に光ビームを第１方向に沿ってテクスチャー表面領域上に照射するよ
う配置された光軸を有する光源と、通常動作中に前記領域から第２方向に沿って受光した
光の強度を測定するよう配置された光軸を有する検出器と、角錐の平均サイズを得るため
に検出器の測定値をさらに処理するための手段とを備え、前記第１方向と前記第２方向が
対象物ホルダー内の対象物のテクスチャー表面に垂直な方向からはずれ、両方の光軸がテ
クスチャ表面に垂直な方向から１０°以上はずれている、前記装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
米国特許第５５８１３４６号明細書には、転位ピットと粒界を見分けるように多結晶物
質の表面の欠陥をマッピングする装置及び方法が開示されている。レーザー光が該表面上
に垂直に（すなわち表面の垂線に平行に）照射される。該垂線から５°より大きく離れた
複数の方向に該表面上のエッチピットによって散乱した光が、積分球により集められ、積
分球内にて横に配置された光検出器が、積分球内の拡散光の強度を測定する。エッチピッ
トの密度はエッチピット密度と正規化された拡散光強度との間の直線関係から求められ、
その際、この関係の傾きはエッチピットのサイズに依存することが分かっている。
ＵＳ６１９１８４９には、散乱物質が表面に無関係の物又は内部欠陥であるか否かを決
めるのに適したウェーハー検査装置が開示されている。
ＵＳ３８５０５２６には、相対的に滑らかな機械部品の表面仕上げを測定する方法及び
システムが開示されているが、本発明とは関係ない。
ＵＳ５０３２７３４には、結晶及びその他の微小欠陥の密度及び方向を非破壊的に測定
する方法及び装置が開示されているが、本発明とは関係ない。
【特許文献１】米国特許第３７８２８３６号
【特許文献２】米国特許第５５８１３４６号
【非特許文献１】Ｊ．Ａ．Ｍａｚｅｒ、「太陽電池：結晶の光起電技術入門(Solar C
ells: An introduction to crystalline photovoltaic technology)」、Ｋｌｕｗｅｒ  
Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ、１９９７、１３６−１３８頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
このため、本発明に従って、対象物のテクスチャー表面上で外向きに延びた角錐の平均
角錐サイズを測定する方法であって、光源から光ビームを第１方向に沿ってテクスチャー
表面領域上に照射し、第２方向に沿って該領域から受光した光の強度を測定し、そして測
定した強度を処理して角錐の平均サイズを得ることを含む方法が提供される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
対象物のテクスチャー表面上の角錐の平均角錐サイズを測定する装置であって、該装置
は対象物ホルダー内の対象物のテクスチャー表面に垂直な方向を定める対象物ホルダーと
、通常動作中に光ビームを第１方向に沿ってテクスチャー表面領域上に照射するよう配置
された光軸を有する光源と、通常動作中に第２方向に沿って該領域から受光した光の強度
を測定するよう配置された光軸を有する検出器と、角錐の平均サイズを得るために検出器
の測定値をさらに処理する手段とを備え、該第１方向と第２方向が対象物ホルダー中の対
象物のテクスチャー表面に垂直な方向からはずれ、両方の光軸がテクスチャ表面に垂直な
方向から１０°以上はずれている、上記装置も提供される。
【国際調査報告】
2007514155.tif 000005
2007514155.tif 000006
2007514155.tif 000007