(57)【要約】【課題】テクスチャ構造を有する測定面の向きを所望の向きとする。【解決手段】エリプソメータ１では、姿勢調整装置２が、基板９を保持する基板保持部２４と、基板９の測定面９１に向けて平行光を導く調整照明部２２と、測定面９１からの平行光の反射光を受光して反射光の向きの基準方向からのずれ量を表示するずれ量取得部２３と、回転軸を中心として基板９を回転し、かつ、当該回転軸の向きを変更する姿勢変更機構２５とを備える。姿勢調整装置２では、ずれ量取得部２３にて表示される上記ずれ量に基づいて、姿勢変更機構２５により基板９の姿勢を変更することにより、基板９の測定面９１の向きを所望の向きとすることができる。具体的には、測定面９１において調整照明部２２からの平行光が照射される照射領域の向きを所望の向きとすることができる。【選択図】図１
2015064307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テクスチャ構造を有する測定面を含む基板の姿勢を調整する姿勢調整装置であって、
基板を保持する基板保持部と、
前記基板の測定面に向けて平行光を導く調整照明部と、
前記測定面からの前記平行光の反射光を受光して前記反射光の向きの基準方向からのずれ量を表示または取得するずれ量取得部と、
前記測定面に交差する回転軸を中心として前記基板を回転し、かつ、前記回転軸の向きを変更する姿勢変更機構と、
を備えることを特徴とする姿勢調整装置。
【請求項２】
請求項１に記載の姿勢調整装置であって、
前記ずれ量取得部が、
前記反射光が通過するレンズと、
前記レンズから前記レンズの焦点距離だけ離れた位置に配置され、前記反射光が導かれるスクリーンと、
を備え、
前記スクリーンが、前記基準方向に対応する基準位置に目印を有することを特徴とする姿勢調整装置。
【請求項３】
エリプソメータであって、
請求項１または２に記載の姿勢調整装置と、
前記基板を前記基板保持部と共に前記調整照明部および前記ずれ量取得部に対して相対的に移動する基板移動機構と、
前記調整照明部からの前記平行光が照射される第１測定位置から離間した第２測定位置に前記基板が位置する場合に、前記基板の前記測定面へと偏光した光を導くエリプソ照明部と、
前記測定面からの前記偏光した光の反射光である反射偏光を受光して前記反射偏光の偏光状態を取得するエリプソ受光部と、
を備えることを特徴とするエリプソメータ。
【請求項４】
請求項３に記載のエリプソメータであって、
前記エリプソ照明部から前記第２測定位置に位置する前記基板へと導かれる前記偏光した光の主光線が、前記調整照明部から前記第１測定位置に位置する前記基板へと導かれる前記平行光と平行であることを特徴とするエリプソメータ。
【請求項５】
エリプソメータであって、
前記調整照明部からの前記平行光が偏光した光である請求項１または２に記載の姿勢調整装置と、
前記ずれ量取得部と位置が切り替え可能に設けられ、前記測定面からの前記平行光の反射光を受光して前記反射光の偏光状態を取得するエリプソ受光部と、
を備えることを特徴とするエリプソメータ。
【請求項６】
基板のテクスチャ構造を有する測定面の光学条件を取得する光学条件取得方法であって、
ａ）基板を保持する工程と、
ｂ）第１測定位置に位置する前記基板の測定面に向けて平行光を導き、前記測定面からの前記平行光の反射光を受光して前記反射光の向きの基準方向からのずれ量を表示または取得する工程と、
ｃ）前記ずれ量に基づいて、前記測定面に交差する回転軸を中心として前記基板を回転し、かつ、前記回転軸の向きを変更することにより、前記測定面において前記平行光が照射される照射領域の向きを変更して前記反射光の向きを前記基準方向に一致させる工程と、
ｄ）前記第１測定位置から離間した第２測定位置へと前記基板を移動する工程と、
ｅ）前記第２測定位置に位置する前記基板の前記測定面へと偏光した光を導き、前記測定面からの前記偏光した光の反射光である反射偏光を受光して前記反射偏光の偏光状態を取得する工程と、
ｆ）前記偏光状態に基づいて前記測定面の光学条件を求める工程と、
を備えることを特徴とする光学条件取得方法。
【請求項７】
請求項６に記載の光学条件取得方法であって、
前記ｅ）工程において前記第２測定位置に位置する前記基板へと導かれる前記偏光した光の主光線が、前記ｂ）工程において前記第１測定位置に位置する前記基板へと導かれる前記平行光と平行であることを特徴とする光学条件取得方法。
【請求項８】
基板のテクスチャ構造を有する測定面の光学条件を取得する光学条件取得方法であって、
ａ）基板を保持する工程と、
ｂ）前記基板の測定面に向けて偏光した平行光を導き、前記測定面からの前記平行光の反射光を受光して前記反射光の向きの基準方向からのずれ量をずれ量取得部により表示または取得する工程と、
ｃ）前記ずれ量に基づいて、前記測定面に交差する回転軸を中心として前記基板を回転し、かつ、前記回転軸の向きを変更することにより、前記測定面において前記平行光が照射される照射領域の向きを変更して前記反射光の向きを前記基準方向に一致させる工程と、
ｄ）前記ずれ量取得部の位置とエリプソ受光部の位置とを切り替える工程と、
ｅ）前記エリプソ受光部により前記測定面からの前記平行光の反射光を受光して前記反射光の偏光状態を取得する工程と、
ｆ）前記偏光状態に基づいて前記測定面の光学条件を求める工程と、
を備えることを特徴とする光学条件取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テクスチャ構造を有する測定面を含む基板の姿勢を調整する姿勢調整装置、当該姿勢調整装置を備えるエリプソメータ、および、テクスチャ構造を有する測定面の光学条件を取得する光学条件取得方法に関する。
【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いる。また、太陽電池の開発に伴い、太陽電池の特性を測定する様々な手法が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、単結晶シリコン太陽電池の表面に設けられた反射防止膜の膜厚および屈折率を、エリプソメータを用いて測定する技術が提案されている。単結晶シリコン太陽電池の表面は、通常、テクスチャ構造と呼ばれる多数の微小な凹凸が設けられた構造を有しているため、エリプソメータの照明部から単結晶シリコン太陽電池へと入射した光は乱反射し、受光部に入射する反射光の強度は小さい。上記微小な凹凸は、例えば、多数の微小な四角錐が設けられることにより形成される。
【０００４】
そこで、特許文献１では、テクスチャ構造に含まれる各四角錐の１つの側面が水平となるように、当該１つの側面の設計上の向きに基づいて、エリプソメータにおいて測定試料を吸着するステージを回転および傾斜させることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、実際のテクスチャ構造では、エッチング等の形成工程の影響により、テクスチャ構造を構成する各四角錐の側面の向きは設計上の向きからずれる。したがって、特許文献１のように、四角錐の側面の設計上の向きが水平になるように基板の姿勢を調整したとしても、実際の四角錐の側面は水平となっておらず、測定精度の向上に限界がある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、テクスチャ構造を有する測定面の向きを所望の向きとすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、テクスチャ構造を有する測定面を含む基板の姿勢を調整する姿勢調整装置であって、基板を保持する基板保持部と、前記基板の測定面に向けて平行光を導く調整照明部と、前記測定面からの前記平行光の反射光を受光して前記反射光の向きの基準方向からのずれ量を表示または取得するずれ量取得部と、前記測定面に交差する回転軸を中心として前記基板を回転し、かつ、前記回転軸の向きを変更する姿勢変更機構とを備える。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の姿勢調整装置であって、前記ずれ量取得部が、前記反射光が通過するレンズと、前記レンズから前記レンズの焦点距離だけ離れた位置に配置され、前記反射光が導かれるスクリーンとを備え、前記スクリーンが、前記基準方向に対応する基準位置に目印を有する。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、エリプソメータであって、請求項１または２に記載の姿勢調整装置と、前記基板を前記基板保持部と共に前記調整照明部および前記ずれ量取得部に対して相対的に移動する基板移動機構と、前記調整照明部からの前記平行光が照射される第１測定位置から離間した第２測定位置に前記基板が位置する場合に、前記基板の前記測定面へと偏光した光を導くエリプソ照明部と、前記測定面からの前記偏光した光の反射光である反射偏光を受光して前記反射偏光の偏光状態を取得するエリプソ受光部とを備える。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のエリプソメータであって、前記エリプソ照明部から前記第２測定位置に位置する前記基板へと導かれる前記偏光した光の主光線が、前記調整照明部から前記第１測定位置に位置する前記基板へと導かれる前記平行光と平行である。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、エリプソメータであって、前記調整照明部からの前記平行光が偏光した光である請求項１または２に記載の姿勢調整装置と、前記ずれ量取得部と位置が切り替え可能に設けられ、前記測定面からの前記平行光の反射光を受光して前記反射光の偏光状態を取得するエリプソ受光部とを備える。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、基板のテクスチャ構造を有する測定面の光学条件を取得する光学条件取得方法であって、ａ）基板を保持する工程と、ｂ）第１測定位置に位置する前記基板の測定面に向けて平行光を導き、前記測定面からの前記平行光の反射光を受光して前記反射光の向きの基準方向からのずれ量を表示または取得する工程と、ｃ）前記ずれ量に基づいて、前記測定面に交差する回転軸を中心として前記基板を回転し、かつ、前記回転軸の向きを変更することにより、前記測定面において前記平行光が照射される照射領域の向きを変更して前記反射光の向きを前記基準方向に一致させる工程と、ｄ）前記第１測定位置から離間した第２測定位置へと前記基板を移動する工程と、ｅ）前記第２測定位置に位置する前記基板の前記測定面へと偏光した光を導き、前記測定面からの前記偏光した光の反射光である反射偏光を受光して前記反射偏光の偏光状態を取得する工程と、ｆ）前記偏光状態に基づいて前記測定面の光学条件を求める工程とを備える。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の光学条件取得方法であって、前記ｅ）工程において前記第２測定位置に位置する前記基板へと導かれる前記偏光した光の主光線が、前記ｂ）工程において前記第１測定位置に位置する前記基板へと導かれる前記平行光と平行である。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、基板のテクスチャ構造を有する測定面の光学条件を取得する光学条件取得方法であって、ａ）基板を保持する工程と、ｂ）前記基板の測定面に向けて偏光した平行光を導き、前記測定面からの前記平行光の反射光を受光して前記反射光の向きの基準方向からのずれ量をずれ量取得部により表示または取得する工程と、ｃ）前記ずれ量に基づいて、前記測定面に交差する回転軸を中心として前記基板を回転し、かつ、前記回転軸の向きを変更することにより、前記測定面において前記平行光が照射される照射領域の向きを変更して前記反射光の向きを前記基準方向に一致させる工程と、ｄ）前記ずれ量取得部の位置とエリプソ受光部の位置とを切り替える工程と、ｅ）前記エリプソ受光部により前記測定面からの前記平行光の反射光を受光して前記反射光の偏光状態を取得する工程と、ｆ）前記偏光状態に基づいて前記測定面の光学条件を求める工程とを備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、テクスチャ構造を有する測定面の向きを所望の向きとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施の形態に係るエリプソメータの平面図である。
【図２】姿勢調整装置の正面図である。
【図３】基板保持ユニットの斜視図である。
【図４】基板の測定面の一部を拡大して示す斜視図である。
【図５】測定面の一部を拡大して示す断面図である。
【図６】スクリーンを示す図である。
【図７】基板保持ユニット、エリプソ照明部およびエリプソ受光部の正面図である。
【図８】測定面の光学条件を取得する際の処理の流れを示す図である。
【図９】第２の実施の形態に係るエリプソメータの平面図である。
【図１０】エリプソメータの正面図である。
【図１１】第３の実施の形態に係るエリプソメータの平面図である。
【図１２】エリプソメータの正面図である。
【図１３】エリプソメータの正面図である。
【図１４】測定面の光学条件を取得する際の処理の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るエリプソメータ１の構成を示す平面図である。エリプソメータ１は、測定対象物であるシリコン薄膜型太陽電池の基板９（以下、単に「基板９」という。）上に形成された薄膜の膜厚や屈折率等の光学条件を測定する装置である。
【００１９】
エリプソメータ１は、姿勢調整装置２と、エリプソ照明部３と、エリプソ受光部４と、基板移動機構５と、演算部６１とを備える。姿勢調整装置２は、基板９の姿勢を調整する。基板移動機構５は、図１中の上下方向（以下、「基板移動方向」という。）に基板９を移動する。エリプソメータ１は、また、基板９を基板移動方向に垂直な幅方向に移動する移動機構も備える。
【００２０】
図２は、姿勢調整装置２を示す正面図である。図３は、姿勢調整装置２の一部を示す斜視図である。図１および図２に示すように、姿勢調整装置２は、基板保持ユニット２１と、調整照明部２２と、ずれ量取得部２３とを備える。図３では、基板保持ユニット２１を示す。
【００２１】
図１ないし図３に示すように、基板保持ユニット２１は、基板保持部２４と、姿勢変更機構２５とを備える。基板保持部２４は、略円板状であり、基板９の薄膜が存在する主面９１（すなわち、測定対象となる主面であり、以下、「測定面９１」という。）とは反対側の主面を吸着することにより基板９を保持する。図３に示すように、基板保持部２４において、基板９が吸着される面２４１を、以下、「保持面２４１」という。
【００２２】
図１ないし図３に示す姿勢変更機構２５は、基板保持部２４を支持するユニットベース２６の内部に設けられる。姿勢変更機構２５は、基板９を基板保持部２４と共に所定の回転軸Ｒ１（図３に図示）を中心として回転する。回転軸Ｒ１は、基板９の測定面９１に交差し、好ましくは、基板９の測定面９１の略中心を通る。より好ましくは、回転軸Ｒ１は、基板９の測定面９１および基板保持部２４の保持面２４１に垂直である。姿勢変更機構２５は、また、基板保持部２４の保持面２４１の水平面に対する傾斜を変更することにより、回転軸Ｒ１の向き、および、基板９の測定面９１の水平面に対する傾斜を変更する。すなわち、姿勢変更機構２５は、基板９を回転する基板回転機構、および、基板９の傾斜を変更する基板チルト機構を備える。基板チルト機構は、基板保持部２４を支持する基板回転機構の傾斜を変更してもよく、基板回転機構上に設けられて基板保持部２４の傾斜を変更してもよい。なお、測定面９１の水平面に対する傾斜とは、テクスチャ構造を有する測定面９１を巨視的に１つの平面と捉え、当該平面の水平面に対する傾斜を意味する。
【００２３】
図１では、基板保持ユニット２１は、上述の幅方向において調整照明部２２とずれ量取得部２３との間に位置する。調整照明部２２、基板保持ユニット２１およびずれ量取得部２３は、幅方向におよそ平行に並ぶ。図１に実線にて示す基板保持ユニット２１および基板９の位置を、以下、「第１測定位置」という。図２では、調整照明部２２は基板保持ユニット２１の右斜め上方に位置し、ずれ量取得部２３は基板保持ユニット２１の左斜め上方に位置する。
【００２４】
調整照明部２２は、基板保持部２４に保持された基板９の測定面９１に向けて平行光を導く。調整照明部２２には、例えば、レーザ光源が設けられ、レーザ光源から出射されたレーザ光が、調整照明部２２からの平行光として第１測定位置に位置する基板９の測定面９１へと照射される。調整照明部２２は、図１に示すフレーム２０に固定される。図２では、調整照明部２２から基板９の測定面９１に至る調整照明部２２の光軸に符号Ｊ１を付す。また、図２では、フレーム２０の図示を省略する。
【００２５】
図１および図２に示すずれ量取得部２３は、基板９の測定面９１からの平行光の反射光を受光する。ずれ量取得部２３は、レンズ２３１と、スクリーン２３２とを備える。ずれ量取得部２３のレンズ２３１およびスクリーン２３２は、調整照明部２２と同様に、フレーム２０に固定される。レンズ２３１は、基板９とスクリーン２３２との間に配置される。スクリーン２３２は、レンズ２３１からレンズ２３１の焦点距離だけ離れた位置に配置される。測定面９１からの上記反射光は、レンズ２３１を通過してスクリーン２３２へと導かれる。ずれ量取得部２３は、いわゆるオートコリメータであり、測定面９１からの反射光のフーリエ変換像がスクリーン２３２上に結像する。図２では、基板９の測定面９１からスクリーン２３２に至るずれ量取得部２３の光軸に符号Ｊ２を付す。スクリーン２３２は、光軸Ｊ２に略垂直に配置される。
【００２６】
調整照明部２２の光軸Ｊ１およびずれ量取得部２３の光軸Ｊ２は、上下方向に対して傾斜している。光軸Ｊ１と光軸Ｊ２とは１つの仮想面内に存在し、当該仮想面における光軸Ｊ１と上下方向との成す角度は、光軸Ｊ２と上下方向との成す角度に等しい。
【００２７】
図４は、基板９の測定面９１の一部を拡大して示す斜視図である。図４に示すように、基板９に含まれる測定面９１は、テクスチャ構造と呼ばれる多数の微小な凹凸が設けられた構造を有する。図４に示す例では、基板９の測定面９１には、多数の微小な略四角錐状の凸部９２が設けられる。各凸部９２の頂点９２１は、隣接する凸部９２の頂点９２１から離間しており、各頂点９２１の周囲に、４つの略三角形状の凸部側面９２２が位置する。図４において同じ向きに見える複数の凸部側面９２２の向きは、実際には、凸部９２の形成工程（例えば、エッチング工程）の影響等により設計上の向きとは異なる場合がある。したがって、複数の凸部側面９２２の実際の向きは、必ずしも同じではない。
【００２８】
図５は、基板９の測定面９１の一部を拡大して示す断面図である。基板９では、単結晶シリコン層９３の表面に微小な略四角錐状のシリコン凸部が多数形成され、当該シリコン凸部の表面に薄膜９４が形成されることにより、凸部９２が形成される。図１に示すエリプソメータ１では、凸部側面９２２上における薄膜９４の膜厚や屈折率が求められる。
【００２９】
エリプソメータ１では、調整照明部２２からの平行光が、測定対象である１つの凸部９２の１つの凸部側面９２２に向けて照射され、図６に示すように、当該凸部側面９２２における反射光のフーリエ変換像８１がスクリーン２３２上に結像する。フーリエ変換像８１は、フーリエ変換像８１の略中央に位置する像中央部８２と、像中央部８２の周囲に放射状に配置される像外周部８３とを含む。像中央部８２は、測定対象である凸部側面９２２からの正反射光（すなわち、０次光）の像である。像外周部８３は、測定対象である１つの凸部側面９２２（以下、「測定凸部側面９２２」という。）を中心として規則的に配列された複数の凸部側面９２２により生じる１次光以上の回折光の像である。図６に示すフーリエ変換像８１の形状は一例であり、複数の凸部側面９２２の配列状態等により様々に変化する。
【００３０】
スクリーン２３２は、目印２３３を有する。図６に示す例では、互いに垂直な２本の直線がスクリーン２３２のおよそ中央にて交わっており、当該２本の直線の交点が目印２３３である。目印２３３は、測定凸部側面９２２からの正反射光の理想的な向きである基準方向に対応する基準位置に設けられる。基準方向とは、ずれ量取得部２３の光軸Ｊ２に平行な方向である。基準位置は、測定凸部側面９２２からの正反射光の主光線が光軸Ｊ２に平行である場合に、スクリーン２３２上においてフーリエ変換像８１の像中央部８２が位置する位置である。測定凸部側面９２２からの正反射光の向きは、基板９の測定面９１からの反射光の向きの代表値である。以下の説明では、特に注記がない限り、基板９の測定面９１からの反射光の向きとは、測定凸部側面９２２からの正反射光の向き（すなわち、測定凸部側面９２２からの正反射光の主光線が向く方向）を意味する。
【００３１】
測定凸部側面９２２が水平面に平行である場合、すなわち、測定凸部側面９２２の法線方向が上下方向に平行である場合、測定凸部側面９２２からの正反射光の向きは基準方向に平行であり、スクリーン２３２上におけるフーリエ変換像８１の像中央部８２は目印２３３に重なる。一方、測定凸部側面９２２が水平面に対して傾斜している場合、測定凸部側面９２２からの正反射光の向きは基準方向からずれ、スクリーン２３２上におけるフーリエ変換像８１の像中央部８２も目印２３３からずれる。スクリーン２３２上における像中央部８２の目印２３３からの位置ずれ量は、測定凸部側面９２２からの正反射光の向きの基準方向からのずれ量に対応する。換言すれば、ずれ量取得部２３では、測定凸部側面９２２からの正反射光の向き（すなわち、測定面９１からの反射光の向き）の基準方向からのずれ量が、像中央部８２の目印２３３からの位置ずれ量として表示される。
【００３２】
上述のように、ずれ量取得部２３はオートコリメータであるため、測定凸部側面９２２の向きが変わらなければ、測定凸部側面９２２上における平行光の照射位置がずれたとしても、スクリーン２３２上における像中央部８２の位置は変わらない。一方、測定凸部側面９２２の向きが変更されると、スクリーン２３２上における像中央部８２の位置も変更される。姿勢変更機構２５により基板９が回転して測定凸部側面９２２の向きが変更されると、像中央部８２は、スクリーン２３２上において図６中のおよそ上下方向に移動する。また、姿勢変更機構２５により基板９の測定面９１の傾斜（すなわち、測定面９１を巨視的に平面と捉えた場合の水平面に対する傾斜）が変更されると、像中央部８２は、スクリーン２３２上において図６中のおよそ左右方向に移動する。なお、図６中の左右方向は、上述の基板移動方向に略平行である。
【００３３】
図１および図２に示す基板移動機構５は、基板９および基板保持ユニット２１を、図１中において実線にて示す第１測定位置と、二点鎖線にて示す第２測定位置との間で移動する。第２測定位置は、第１測定位置から基板移動方向に離間した位置である。
【００３４】
図７は、第２測定位置に位置する基板保持ユニット２１、並びに、エリプソ照明部３およびエリプソ受光部４を示す正面図である。エリプソ照明部３およびエリプソ受光部４は、図１に示すフレーム３０に固定される。第２測定位置に位置する基板保持ユニット２１は、幅方向においてエリプソ照明部３とエリプソ受光部４との間に位置する。エリプソ照明部３、基板保持ユニット２１およびエリプソ受光部４は、幅方向におよそ平行に並ぶ。
【００３５】
図７では、エリプソ照明部３は基板保持ユニット２１の右斜め上方に位置し、エリプソ受光部４は基板保持ユニット２１の左斜め上方に位置する。図７では、フレーム３０の図示を省略する。図２および図７に示すように、第１測定位置に位置する基板９と調整照明部２２およびずれ量取得部２３との間のそれぞれの距離は、第２測定位置に位置する基板９とエリプソ照明部３およびエリプソ受光部４との間のそれぞれの距離よりも大きい。
【００３６】
図１および図７に示すエリプソ照明部３は、基板９が第２測定位置に位置する場合に、基板９の測定面９１に偏光した光（以下、「偏光光」という。）を照射する。エリプソ受光部４は、測定面９１からの当該偏光光の反射光である反射偏光を受光して反射偏光の偏光状態を取得する。演算部６１は、エリプソ受光部４にて取得された反射偏光の偏光状態に基づいて、測定面９１上の薄膜９４（図５参照）の膜厚や屈折率等の光学条件を求める。
【００３７】
図７では、エリプソ照明部３の光軸に符号Ｊ３を付し、エリプソ受光部４の光軸に符号Ｊ４を付す。エリプソ照明部３の光軸Ｊ３およびエリプソ受光部４の光軸Ｊ４は、上下方向に対して傾斜している。光軸Ｊ３と光軸Ｊ４とは１つの仮想面内に存在し、当該仮想面における光軸Ｊ３と上下方向との成す角度は、光軸Ｊ４と上下方向との成す角度に等しい。エリプソ照明部３の光軸Ｊ３の上下方向に対する傾きは、調整照明部２２の光軸Ｊ１（図２参照）の上下方向に対する傾きに等しい。換言すれば、エリプソ照明部３から第２測定位置に位置する基板９へと導かれる偏光光の主光線は、調整照明部２２から第１測定位置に位置する基板９へと導かれる平行光と平行である。エリプソ受光部４の光軸Ｊ４の上下方向に対する傾きは、ずれ量取得部２３の光軸Ｊ２（図２参照）の上下方向に対する傾きに等しい。換言すれば、第２測定位置に位置する基板９からエリプソ受光部４へと導かれる反射偏光の主光線は、第１測定位置に位置する基板９からずれ量取得部２３へと導かれる反射光と平行である。
【００３８】
エリプソ照明部３は、例えば、白色光を出射する光源と、光源からの光を案内する光学系と、光源からの光から偏光光を生成する偏光光生成部を備える。偏光光生成部として、例えば、シート状の偏光子が利用される。エリプソ受光部４は、例えば、測定面９１からの反射偏光が入射する検光子と、検光子を光軸Ｊ４に平行な中心軸を中心として回転する検光子回転機構と、検光子を経由した反射偏光を受光して分光強度を取得する分光器とを備える。分光器は、例えば、検光子を経由した反射偏光を受光して波長毎の光に分光する分光デバイスと、分光デバイスからの分光した光を受光して反射偏光の分光強度（すなわち、波長毎の光強度）を取得する受光デバイスを備える。分光器の受光デバイス等からの出力は、演算部６１へと送られる。
【００３９】
次に、エリプソメータ１により基板９の測定面９１の光学条件を取得する際の処理の流れについて、図８を参照しつつ説明する。まず、図３に示すように、基板９の測定面９１とは反対側の主面が、基板保持部２４により保持面２４１に吸着されることにより、基板９が基板保持部２４に保持される（ステップＳ１１）。基板９の保持は、例えば、第１測定位置と第２測定位置とのおよそ中間位置にて行われる。基板９を保持した基板保持ユニット２１は、図１に示す基板移動機構５により基板移動方向に移動し、第１測定位置に位置する。
【００４０】
続いて、第１測定位置に位置する基板９の測定面９１に向けて、図２に示す調整照明部２２からの平行光が導かれ、測定凸部側面９２２（図４および図５参照）に照射される。測定面９１からの平行光の反射光は、ずれ量取得部２３により受光される。そして、測定面９１からの反射光の向き（すなわち、測定凸部側面９２２からの正反射光の向き）の基準方向からのずれ量が、図６に示すように、フーリエ変換像８１の像中央部８２の目印２３３からの位置ずれ量としてスクリーン２３２上に表示される（ステップＳ１２）。
【００４１】
次に、測定面９１からの反射光の向きの基準方向からのずれ量に基づいて、作業者が姿勢変更機構２５を遠隔操作することにより、基板９が図３に示す回転軸Ｒ１を中心として回転し、また、回転軸Ｒ１の向き（すなわち、基板９の測定面９１の傾斜）が変更される。換言すれば、姿勢変更機構２５により基板９の姿勢が変更される。これにより、測定面９１において調整照明部２２からの平行光が照射される照射領域の向き（すなわち、測定凸部側面９２２の向き）が変更され、当該照射領域からの反射光の向きが、上述の基準方向に一致する（ステップＳ１３）。具体的には、作業者がスクリーン２３２を見ながら姿勢変更機構２５を遠隔操作し、フーリエ変換像８１の像中央部８２が目印２３３に重なるまで、基板９を回転させ、また、測定面９１の傾斜が変更される。このように基板９の姿勢が調整されることにより、測定凸部側面９２２が水平面に平行になる。
【００４２】
姿勢調整装置２における基板９の姿勢の調整が終了すると、基板移動機構５が駆動され、基板９が基板保持ユニット２１と共に第１測定位置から第２測定位置へと移動する（ステップＳ１４）。第２測定位置では、基板９の姿勢の変更は行われない。基板９が第２測定位置に位置すると、図７に示すエリプソ照明部３から基板９の測定面９１へと偏光光が導かれる。そして、エリプソ受光部４により、測定面９１からの反射偏光が受光され、反射偏光の偏光状態が取得される（ステップＳ１５）。エリプソ受光部４により取得された反射偏光の偏光状態は演算部６１に送られる。演算部６１では、当該偏光状態に基づいて、測定面９１の測定凸部側面９２２における薄膜９４の膜厚や屈折率等の光学条件が求められる（ステップＳ１６）。
【００４３】
以上に説明したように、エリプソメータ１では、姿勢調整装置２が、基板９を保持する基板保持部２４と、基板９の測定面９１に向けて平行光を導く調整照明部２２と、測定面９１からの平行光の反射光を受光して反射光の向きの基準方向からのずれ量を表示するずれ量取得部２３と、回転軸Ｒ１を中心として基板９を回転し、かつ、回転軸Ｒ１の向きを変更する姿勢変更機構２５とを備える。姿勢調整装置２では、ずれ量取得部２３にて表示される上記ずれ量に基づいて、姿勢変更機構２５により基板９の姿勢を変更することにより（ステップＳ１１〜Ｓ１３）、基板９の測定面９１の向きを所望の向きとすることができる。具体的には、測定面９１において調整照明部２２からの平行光が照射される照射領域（すなわち、測定凸部側面９２２）の向きを所望の向きとすることができる。
【００４４】
また、姿勢調整装置２では、ずれ量取得部２３が、測定面９１からの反射光が通過するレンズ２３１と、レンズ２３１からレンズ２３１の焦点距離だけ離れた位置に配置されて当該反射光が導かれるスクリーン２３２とを備え、スクリーン２３２が上述の基準位置に目印２３３を有する。そして、測定面９１からの反射光のフーリエ変換像８１をスクリーン２３２上に結像させることにより、当該反射光の向きの基準方向からのずれ量を容易に取得することができる。
【００４５】
上述のように、エリプソメータ１は、第１測定位置にて基板９の姿勢を調整する上述の姿勢調整装置２と、第１測定位置と第２測定位置との間にて基板９を移動する基板移動機構５と、第２測定位置に位置する基板９の測定面９１へと偏光光を導くエリプソ照明部３と、測定面９１からの反射偏光を受光して反射偏光の偏光状態を取得するエリプソ受光部４とを備える。基板９の測定面９１の偏光解析を行う場合、エリプソ照明部３およびエリプソ受光部４は通常、基板９に近接して配置される。したがって、エリプソ照明部３とエリプソ受光部４との間の第２測定位置では、基板９の姿勢を調整するための空間を大きく確保することは難しい。
【００４６】
そこで、エリプソメータ１では、第２測定位置から離間した第１測定位置に基板９を配置し、上述の姿勢調整装置２により基板９の姿勢が調整される。これにより、基板９の姿勢の調整を、比較的大きい空間において高い自由度にて行うことができる。したがって、基板９の測定凸部側面９２２の向きを、所望の向き（例えば、水平面に平行な向き）に精度良く合わせることができる。このため、第２測定位置において、測定面９１からの反射偏光の主光線がエリプソ受光部４の光軸Ｊ４に略平行となり、エリプソ受光部４において反射偏光の偏光状態を精度良く取得することができる。その結果、測定凸部側面９２２における薄膜９４の膜厚や屈折率等の光学条件を精度良く求めることができる。
【００４７】
エリプソメータ１では、姿勢調整装置２における基板９の姿勢調整の際に、調整照明部２２からの平行光の反射光は、ずれ量取得部２３により受光される。また、上述のように、エリプソ照明部３から第２測定位置に位置する基板９へと導かれる偏光光の主光線は、調整照明部２２から第１測定位置に位置する基板９へと導かれる平行光と平行である。このため、エリプソ照明部３から基板９へと導かれた偏光光の反射光である反射偏光は、エリプソ受光部４により、確実に受光される。その結果、エリプソ受光部４における偏光状態の取得において測定エラーが生じることを抑制することができる。
【００４８】
図９は、本発明の第２の実施の形態に係るエリプソメータ１ａの構成を示す平面図である。エリプソメータ１ａは、図７に示すずれ量取得部２３とは構造が異なるずれ量取得部２３ａを備える。また、エリプソメータ１ａでは、調整照明部２２およびずれ量取得部２３ａが、図１に示すフレーム２０ではなく、エリプソ照明部３およびエリプソ受光部４のフレーム３０とは反対側に固定される。その他の構成は、図１に示すエリプソメータ１とほぼ同様であり、以下の説明では、対応する構成に同符号を付す。
【００４９】
図９では、調整照明部２２とずれ量取得部２３ａとの間の第１測定位置に位置する基板９および基板保持ユニット２１を実線にて示す。また、エリプソ照明部３とエリプソ受光部４との間の第２測定位置に位置する基板９および基板保持ユニット２１を二点鎖線にて示す。エリプソメータ１ａによる基板９の測定面９１の光学条件を取得する際の処理の流れは、図８に示すエリプソメータ１における処理の流れとおよそ同様である。
【００５０】
図１０は、エリプソメータ１ａを示す正面図である。図１０では、フレーム３０の図示を省略する。図９および図１０に示すように、姿勢調整装置２のずれ量取得部２３ａは、図７に示すレンズ２３１と同様のレンズ２３１を備え、また、図７に示すスクリーン２３２に代えてモニタカメラ２３４を備える。レンズ２３１は、第２測定位置に位置する基板９とモニタカメラ２３４との間に配置される。モニタカメラ２３４は、内部の受光素子がレンズ２３１からレンズ２３１の焦点距離だけ離れた位置に位置するように配置される。基板９の測定面９１からの反射光は、レンズ２３１を通過してモニタカメラ２３４へと導かれる。ずれ量取得部２３ａは、いわゆるオートコリメータである。ずれ量取得部２３ａでは、測定面９１からの反射光のフーリエ変換像８１（図６参照）がモニタカメラ２３４により取得される。モニタカメラ２３４は、上記受光素子が光軸Ｊ２に略垂直となるように配置される。
【００５１】
エリプソメータ１ａでは、ステップＳ１２（図８参照）において、第１測定位置に位置する基板９に対して、調整照明部２２から平行光が導かれ、基板９の測定面９１からの反射光がずれ量取得部２３ａにより受光される。ずれ量取得部２３ａでは、モニタカメラ２３４により取得されたフーリエ変換像８１（図６参照）が、作業者の手元の画面上に表示される。当該画面には、スクリーン２３２の目印２３３に相当する目印が表示されている。当該画面には、測定面９１からの反射光の向き（すなわち、測定凸部側面９２２からの正反射光の向き）の基準方向からのずれ量が、図６と同様に、フーリエ変換像８１の像中央部８２の目印からのずれ量として表示される。
【００５２】
そして、ステップＳ１３において、作業者が上記画面上に表示されたモニタカメラ２３４からの出力を見ながら姿勢変更機構２５を遠隔操作し、フーリエ変換像８１の像中央部８２が目印に重なるまで、基板９を回転させ、また、基板９の測定面９１の傾斜が変更される。これにより、図１に示すエリプソメータ１と同様に、基板９の測定面９１の向きを所望の向きとすることができる。具体的には、測定面９１において調整照明部２２からの平行光が照射される照射領域（すなわち、測定凸部側面９２２）の向きを所望の向きとすることができる。
【００５３】
また、エリプソメータ１ａでは、図１に示すエリプソメータ１と同様に、第１測定位置にて基板９の姿勢を調整した後、基板移動機構５により基板９を第２測定位置へと移動し、エリプソ照明部３およびエリプソ受光部４を利用して上述の偏光解析が行われる（ステップＳ１４〜Ｓ１６）。これにより、基板９の姿勢の調整を、比較的大きい空間において高い自由度にて行うことができる。したがって、基板９の測定凸部側面９２２の向きを、所望の向きに精度良く合わせることができる。このため、エリプソ受光部４において反射偏光の偏光状態を精度良く取得することができる。その結果、測定凸部側面９２２における薄膜９４の膜厚や屈折率等の光学条件を精度良く求めることができる。
【００５４】
さらに、エリプソメータ１ａでは、調整照明部２２およびずれ量取得部２３ａをエリプソ照明部３およびエリプソ受光部４にそれぞれ固定することにより、エリプソメータ１ａを小型化することができる。
【００５５】
エリプソメータ１ａでは、例えば、ずれ量取得部２３ａのモニタカメラ２３４に制御部が接続され、モニタカメラ２３４にて取得された画像データが制御部に送られてもよい。制御部では、上述のステップＳ１２の際に、モニタカメラ２３４から出力された画像データに基づいて、フーリエ変換像８１の像中央部８２の上記基準位置からの位置ずれ量が求められ、当該位置ずれ量に基づいて、測定面９１からの反射光の向きの上記基準方向からのずれ量が自動的に取得される。そして、取得されたずれ量に基づいて、制御部により姿勢変更機構２５が自動制御され、基板９の姿勢が自動的に調整される。このように、基板９の姿勢を自動的に調整することにより、エリプソメータ１ａによる基板９の光学条件の取得を迅速に行うことができる。
【００５６】
図１１は、本発明の第３の実施の形態に係るエリプソメータ１ｂの構成を示す平面図である。図１２は、エリプソメータ１ｂを示す正面図である。エリプソメータ１ｂでは、図１に示すエリプソメータ１からエリプソ照明部３および基板移動機構５が省略され、エリプソ受光部４がずれ量取得部２３の上方に設けられる。また、ずれ量取得部２３の位置とエリプソ受光部４の位置とを切り替える位置切替部２７が設けられる。その他の構成は、図１に示すエリプソメータ１とほぼ同様であり、以下の説明では、対応する構成に同符号を付す。
【００５７】
位置切替部２７は、図１１および図１２中において、ずれ量取得部２３およびエリプソ受光部４の左側、すなわち、幅方向において基板９とは反対側に設けられる。ずれ量取得部２３およびエリプソ受光部４は、位置切替部２７のフレーム２７１に固定される。図１２に示す位置切替部２７では、光軸Ｊ２に平行な方向を向く回転軸Ｒ２を中心としてフレーム２７１を回転することにより、図１３に示すように、ずれ量取得部２３の位置とエリプソ受光部４の位置とが切り替えられ、ずれ量取得部２３がエリプソ受光部４の上方に位置する。図１３中におけるエリプソ受光部４の光軸Ｊ４は、図１２中におけるずれ量取得部２３の光軸Ｊ２と一致する。換言すれば、エリプソ受光部４は、ずれ量取得部２３と位置が切り替え可能に設けられる。
【００５８】
図１１ないし図１３に示すエリプソメータ１ｂの姿勢調整装置２では、調整照明部２２から基板９へと導かれる平行光が偏光光である。図１１および図１２に示す状態では、調整照明部２２からの平行光の測定面９１における反射光は、ずれ量取得部２３により受光され、測定面９１からの反射光の向きの上記基準方向からのずれ量が表示される。図１３に示す状態では、調整照明部２２からの平行光（偏光光でもある。）の測定面９１における反射光（すなわち、反射偏光）は、エリプソ受光部４により受光され、当該反射光の偏光状態が取得される。
【００５９】
次に、エリプソメータ１ｂにより基板９の測定面９１の光学条件を取得する際の処理の流れについて、図１４を参照しつつ説明する。まず、上述のステップＳ１１と同様に、図１１ないし図１３に示すように、基板９が基板保持ユニット２１の基板保持部２４に保持される（ステップＳ２１）。このとき、ずれ量取得部２３は、図１１および図１２に示すように、エリプソ受光部４の下方に位置している。続いて、調整照明部２２から基板９の測定面９１に向けて偏光した平行光が導かれる。測定面９１からの平行光の反射光は、ずれ量取得部２３により受光される。これにより、当該反射光の向きの上記基準方向からのずれ量が表示される（ステップＳ２２）。エリプソメータ１ｂでは、ずれ量取得部２３に代えて、図１０に示すずれ量取得部２３ａが設けられ、ステップＳ２２において、上述のずれ量がずれ量取得部２３ａ等により取得されてもよい。
【００６０】
次に、ステップＳ２２において表示または取得されたずれ量に基づいて、姿勢変更機構２５が駆動されることにより、ステップＳ１３と同様に、基板９が回転軸Ｒ１（図３参照）を中心として回転し、また、回転軸Ｒ１の向き（すなわち、基板９の測定面９１の傾斜）が変更される。換言すれば、基板９の姿勢が変更される。これにより、測定面９１において調整照明部２２からの平行光が照射される照射領域の向き（すなわち、測定凸部側面９２２の向き）が変更され、当該照射領域からの反射光の向きが、上述の基準方向に一致する（ステップＳ２３）。
【００６１】
姿勢調整装置２における基板９の姿勢の調整が終了すると、位置切替部２７により、ずれ量取得部２３の位置とエリプソ受光部４の位置とが切り替えられ、図１３に示すように、エリプソ受光部４がずれ量取得部２３の下方に位置する（ステップＳ２４）。このとき、基板９および基板保持ユニット２１は移動しない。そして、エリプソ受光部４により、測定面９１からの平行光の反射光である反射偏光が受光され、反射偏光の偏光状態が取得される（ステップＳ２５）。エリプソ受光部４により取得された反射偏光の偏光状態は演算部６１に送られる。演算部６１では、当該偏光状態に基づいて、測定面９１の測定凸部側面９２２における薄膜９４（図５参照）の膜厚や屈折率等の光学条件が求められる（ステップＳ２６）。
【００６２】
以上に説明したように、エリプソメータ１ｂでは、姿勢調整装置２により、図１に示すエリプソメータ１と同様に、基板９の測定面９１の向きを所望の向きとすることができる。具体的には、測定面９１において調整照明部２２からの平行光が照射される照射領域（すなわち、測定凸部側面９２２）の向きを所望の向きとすることができる。また、ずれ量取得部２３により、測定面９１からの反射光の向きの基準方向からのずれ量を容易に取得することができる。
【００６３】
エリプソメータ１ｂでは、図１２に示すように、エリプソ受光部４が基板９から上方に大きく離間した状態で、姿勢調整装置２により基板９の姿勢が調整される。これにより、基板９の姿勢の調整を、比較的大きい空間において高い自由度にて行うことができる。したがって、基板９の測定凸部側面９２２の向きを、所望の向きに精度良く合わせることができる。このため、図１３に示すように、エリプソ受光部４が基板９の斜め上方に近接した状態で、測定面９１からの反射偏光の主光線がエリプソ受光部４の光軸Ｊ４に略平行となり、エリプソ受光部４において反射偏光の偏光状態を精度良く取得することができる。その結果、測定凸部側面９２２における薄膜９４の膜厚や屈折率等の光学条件を精度良く求めることができる。
【００６４】
エリプソメータ１ｂでは、基板９の姿勢調整の際に基板９へと導かれる偏光した平行光を利用して、基板９の偏光解析も行われる。このため、基板９の偏光解析の際に、測定面９１からの反射偏光がエリプソ受光部４により、確実に受光される。その結果、エリプソ受光部４における偏光状態の取得において測定エラーが生じることを抑制することができる。また、エリプソ照明部３および基板移動機構５が省略されることにより、エリプソメータ１ｂを小型化することができるとともに、エリプソメータ１ｂの構造を簡素化することができる。
【００６５】
上述のエリプソメータ１，１ａ，１ｂでは、様々な変更が可能である。
【００６６】
例えば、図１に示すずれ量取得部２３では、図９に示すずれ量取得部２３ａと同様に、スクリーン２３２に代えてモニタカメラ２３４が設けられ、測定面９１からの反射光の向きの基準方向からのずれ量が、モニタカメラ２３４およびモニタカメラ２３４に接続された制御部等により取得されてもよい。また、取得されたずれ量に基づいて姿勢変更機構２５が自動制御され、基板９の姿勢が自動的に調整されてもよい。また、図９に示すエリプソメータ１ａでは、モニタカメラ２３４を有するずれ量取得部２３ａに代えて、スクリーン２３２を有するずれ量取得部２３が設けられてもよい。
【００６７】
図１および図９に示すエリプソメータ１，１ａでは、基板移動機構５により、基板９は基板保持部２４と共に、調整照明部２２およびずれ量取得部２３に対して相対的に移動すればよい。例えば、基板９および基板保持部２４は移動せず、基板移動機構５により調整照明部２２およびずれ量取得部２３が基板移動方向に移動してもよい。
【００６８】
上述の姿勢調整装置２では、測定凸部側面９２２の向きは、必ずしも水平面に平行な向きに調整される必要はなく、測定凸部側面９２２からの正反射光の向きが、ずれ量取得部２３，２３ａの光軸Ｊ２に平行な基準方向に一致するように調整されていればよい。
【００６９】
姿勢調整装置２の調整照明部２２から基板９の測定面９１へと導かれる平行光は、レーザ光には限定されない。例えば、調整照明部２２に白色光を出射する光源が設けられ、当該光源からの光がレンズ等により平行光とされた上で基板９の測定面９１へと導かれてもよい。
【００７０】
図１に示すエリプソメータ１では、調整照明部２２からの平行光は、測定凸部側面９２２に対して傾斜しつつ入射するが、測定凸部側面９２２に対して略垂直に入射してもよい。また、エリプソ照明部３からの偏光光の主光線は、必ずしも調整照明部２２からの平行光と平行でなくてもよい。
【００７１】
上述のエリプソメータでは、エリプソ照明部３およびエリプソ受光部４の構造は、様々に変更されてよい。上記エリプソメータでは、基板９上の薄膜９４の膜厚および屈折率以外の様々な光学条件（例えば、基板９の表面状態や光学定数）が取得されてもよい。また、上記エリプソメータでは、シリコン薄膜型太陽電池以外の様々な種類の太陽電池基板の測定面の光学条件が取得されてもよい。さらには、太陽電池基板以外の様々な基板の測定面の光学条件が、上記エリプソメータにより取得されてもよい。
【００７２】
姿勢調整装置２は、必ずしもエリプソメータの一部である必要はなく、エリプソメータ以外の様々な装置にて、テクスチャ構造を有する測定面を含む基板の姿勢の調整に利用されてよい。
【００７３】
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
【符号の説明】
【００７４】
１，１ａ，１ｂ    エリプソメータ
２    姿勢調整装置
３    エリプソ照明部
４    エリプソ受光部
５    基板移動機構
９    基板
２２    調整照明部
２３，２３ａ    ずれ量取得部
２４    基板保持部
２５    姿勢変更機構
９１    測定面
２３１    レンズ
２３２    スクリーン
２３３    目印
Ｒ１    回転軸
Ｓ１１〜Ｓ１６，Ｓ２１〜Ｓ２６    ステップ
【図１】
2015064307.tif 000003
【図２】
2015064307.tif 000004
【図３】
2015064307.tif 000005
【図４】
2015064307.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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