(57)【要約】  光発電薄膜品質管理が得られる。薄膜はサポートによって支持され、膜の一セクションは多色照明光源による照明を受ける。光源は薄膜上に連続照明ラインを形成する。照明ライン上に配置された離散したサンプルポイントの像が、２次元光スイッチ上に結ばれる。薄膜上の上記サンプルポイントの座標と、２次元光スイッチ上のそれらの座標との間の索引ルックアップテーブルが生成される。サンプルポイントによって反射された照明のスペクトル成分が決定される。品質管理に適用可能な光発電薄膜パラメータが、光発電薄膜によって反射又は透過された照明のスペクトル成分から導出される。
2011528188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光発電薄膜品質管理の方法であって、
多色照明光源によって光発電薄膜の一セクションを照明して前記薄膜上に連続照明ラインを形成するステップと、
前記照明ライン上に配置された複数の離散したサンプルポイントを指定して前記ポイントの像が光スイッチ上に結ばれるようにするステップと、
前記薄膜上の前記サンプルポイントの座標と前記光スイッチ上の前記サンプルポイントの座標との間の索引を生成するステップと、
前記ポイントのそれぞれを、前記ポイント間で光学的な切り替えを行い単数検出器によって逐次的にサンプリングするステップと、
前記サンプルポイントによって反射された照明のスペクトル成分を決定するステップと、
薄膜屈折率（ｎ）、薄膜吸光率（ｋ）、薄膜表面粗度、光ルミネセンスのスペクトル及び強度からなる光発電薄膜パラメータ群の少なくとも１つを前記スペクトル成分から導出するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記導出された光発電薄膜パラメータと理論上の無欠陥薄膜パラメータとを対比するステップと、
前記導出された薄膜パラメータの、前記理論上の薄膜パラメータからの偏差を決定するステップと
をさらに含み、
前記導出された薄膜パラメータの、前記理論上の薄膜パラメータからの前記偏差が、前記光発電薄膜の品質を示す、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
パターニングされた光発電パネル内の基板上に堆積された光発電薄膜パラメータを決定する方法であって、
前記パネルは複数の個別光発電セルであり、
前記方法は、
少なくとも１つの光発電セルパネル及び一以上の光サンプリングシステムを与えることと、
前記光サンプリングシステムと前記パネルとの間の相対移動を可能として、前記移動を制御することと、
前記パネル上の個別光発電セルの位置を特定することと、
各サンプルポイントの位置を、前記サンプルポイントが前記パネルの移動経路沿いの所定位置に特定された場合に前記サンプルポイントの読み取りが行われるように同期させることと
を含む方法。
【請求項４】
前記パネル上の所定サンプルポイントの前記位置は、前記パネルのパネルエッジ又は個別光発電セルパターンからなる群の少なくとも１つに対応して特定される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記光発電セルパネルは、スクライビング線によって分離された複数の個別光発電セルを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記薄膜パラメータの測定は、前記個別セル内で行われる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記薄膜パラメータの測定は、前記スクライビング線内で行われる、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
リニアエンコーダ又はロータリーエンコーダが、前記サンプリングシステムと前記パネルの移動とを同期させることを補助する、請求項３に記載の方法。
【請求項９】
前記薄膜の前記パラメータを、スペクトルライブラリから選択された理論スペクトルと、前記サンプルポイントのそれぞれにおいて測定された前記薄膜の現実スペクトルとを整合させることによって決定することをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
前記薄膜の特性の測定からプロセス固有管理パラメータを抽出することをさらに含み、
前記パラメータは、エネルギーギャップ、吸収、伝導率、結晶化パーセンテージからなる群の少なくとも１つである、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
パターニングされた薄膜光発電パネルパラメータを決定する方法であって、
個別光発電セルによりパターニングされた少なくとも１つの薄膜光発電パネルと、少なくとも１つの分光器を含む一以上の光学読み取りシステムとを与えることと、
前記光学システムと前記薄膜光発電パネルとの間の相対移動を可能にして前記移動を制御することと、
前記個別光発電セルの位置を前記薄膜光発電パネル上に特定することと、
前記分光器を動作させて前記薄膜パラメータを読み取り、前記薄膜パラメータの各読み取りを、前記読み取りシステムが前記個別光発電セルのサンプルポイント付近に存在する場合に前記読み取りが行われるように同期させることと、
前記分光器の出力を操作可能に受け入れ処理して前記個別光発電セルのサンプルポイントの前記パラメータに対応する前記光発電薄膜パラメータとするコントロールユニットにより処理することと
を含む方法。
【請求項１２】
薄膜の大面積光発電パネル品質管理の方法であって、
前記薄膜の平面に一致する作業平面の一セクションを多色照明によって照明することと、
前記薄膜の前記照明されたセクションに配置された所定数の離散したポイントをサンプリングし、前記サンプリングされたサンプルポイントのそれぞれによって反射された照明のスペクトル成分を決定することと、
前記ポイントのそれぞれの現実スペクトル成分とメモリに格納された理論スペクトルとを対比することと、
前記決定されたスペクトル成分の前記理論スペクトル成分からの偏差を、前記ポイントを特性づける少なくとも１つの薄膜パラメータに対して決定することと
を含み、
前記偏差の量及び重大度が前記光発電薄膜の品質を示す方法。
【請求項１３】
薄膜のパターニングされた光発電パネルの品質管理のためのシステムをセットアップする方法であって、
前記光発電薄膜上のラインのパターンを照明して前記ラインを、直線パターンに配列された第１端と曲線パターンに配列された第２端とを有する光ファイバ束によって読み取ることと、
前記照明ラインを、前記光ファイバ束の前記第１端上に照明スポットを形成する照明変調デバイスによりスキャンして、前記曲線パターン上の前記照明スポットの座標を決定することと、
前記ファイバのそれぞれの前記第２端により放射された照明を、分光器の光軸まわりに回転するスキャニングミラーにより前記分光器に逐次向けることと、
前記ライン上に存在する前記スポットの座標を、前記曲線パターン上の対応座標に関連づける較正ルックアップテーブルを生成することと
を含む方法。
【請求項１４】
前記照明変調デバイスは、前記直線パターンの複数位置を１つの検出器に操作可能に伝えるスキャニングデバイスであり、
前記照明変調デバイスは、リニア移動スキャニングミラー、スキャニングスリット、及びスキャニング照明吸収表面からなる群の少なくとも１つである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
薄膜光発電パネルの品質を示す信号を出力する、線から曲面への変換システムであって、
薄膜光発電パネルの少なくとも一セクションを照明する多色光源と、
前記照明されたセクション内の直線上に存在する所定数の離散したサンプルポイントを選択してそれらを曲線上に配置する変換要素と、
前記照明されたセクション内の直線上に存在する前記サンプルポイントのそれぞれの座標を、前記曲線上の対応座標に関連づけるルックアップテーブルと、
前記選択されたサンプルポイントにより放射された照明を、前記サンプルポイントのそれぞれの強度及びスペクトル成分を操作可能に測定する分光器に向けるスイッチと
を含む変換システム。
【請求項１６】
薄膜ソーラーパネル品質管理の方法であって、
薄膜光発電パネルを形成する個別光発電セルの位置をマッピングすることと、
少なくとも１つの個別光発電セルの表面から複数の波長を含む反射照明をキャプチャしてこれを強度及び波長感応検出器に向けることと、
前記検出器によってキャプチャされた照明強度及び波長を、前記照明強度及び波長が前記個別光発電セルパラメータ上の局所表示を与えるように変換することと、
前記キャプチャされた照明強度及び波長を処理して、薄膜屈折率（ｎ）、薄膜吸光率（ｋ）、薄膜表面粗度、光ルミネセンスのスペクトル及び強度からなる光発電薄膜パラメータ群の少なくとも１つを導出することと
を含む方法。
【請求項１７】
前記薄膜の特性の測定からプロセス固有管理パラメータを抽出することをさらに含み、
前記パラメータは、エネルギーギャップ、吸収、伝導率、結晶化パーセンテージからなる群の少なくとも１つである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
ワイドフォーマット薄膜光発電パネルの高速品質管理システムであって、
前記システムの作業平面内の直線を照明する照明システムと、
高速光スイッチと、
第１端及び第２端を有するラインからカーブへの変換要素であって、前記ラインからカーブへの変換要素の前記第１端内の前記直線上に配置された複数のサンプルポイントによって反射された照明を、前記ラインからカーブへの変換要素の前記第２端内に配置された曲線上に向けるべく構成されて、前記第２端は前記光スイッチの回転軸を中心とするラインからカーブへの変換要素と
を含み、
前記スイッチは、前記第２端の曲線上に配置された前記サンプルポイントによって反射された照明を、前記サンプルポイントのそれぞれのスペクトル成分を測定するセンサを備える分光器に操作可能に逐次伝える、ワイドフォーマット薄膜光発電パネルの高速品質管理システム。
【請求項１９】
前記サンプルポイントのそれぞれの測定時間は０．０１秒未満である、請求項１８に記載のワイドフォーマット薄膜光発電パネルの高速品質管理システム。
【請求項２０】
前記パネルのサイズをカバーするライン沿いのすべてのサンプリングポイントの測定時間は１秒未満である、請求項１８に記載のワイドフォーマット薄膜光発電パネルの高速品質管理システム。
【請求項２１】
前記ラインからカーブへの変換要素の開口数が、前記分光器の開口数と同様である、請求項１８に記載のワイドフォーマット薄膜光発電パネルの高速品質管理システム。
【請求項２２】
光発電薄膜品質管理のシステムであって、
前記光発電薄膜の平面と一致する前記システムの作業平面内のラインを操作可能に照明する一以上の多色照明ユニットと、
一以上の前方及び後方に配置された薄膜製造ステーションと、
前記照明されたセクション内に配置された一以上のサンプルポイントであって前記サンプルポイントのすべてにわたり直線がトレースされるように選択されるサンプルポイントの反射を操作可能にサンプリングするサンプリングユニットと、
前記測定対象光発電薄膜上のサンプルポイントの座標を前記サンプリングユニット内の座標に対応して含む索引テーブルを用意する較正設備であって、前記照明されたセクション沿いに移動可能な任意位置にて１つのサンプルポイントのみから光を反射する少なくとも１つのスキャニングミラーを含む較正設備と、
前記照明光源及び前記サンプリングユニットの動作を操作可能に同期させ、前記前方及び後方に配置された薄膜製造ステーションと通信し、及び、前記サンプリングされたデータを処理するコントロールユニットと
を含み、
前記コントロールユニットによる前記サンプリングされたデータの処理は、前記データと、少なくとも１つの測定対象膜の所定セットのパラメータに対して計算された理論スペクトルデータとの対比を含むシステム。
【請求項２３】
前記サンプリングユニットは、
サンプルポイントを備える前記照明ラインを２次元表面に操作可能に変換するコンバータと、
センサ上のサンプルポイントの切り替えを操作可能に行い前記ライン上の前記サンプルポイントの位置を決定する光スイッチと、
前記ポイントのそれぞれから反射又は透過された照明のスペクトル成分を操作可能に決定する分光器と
を含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記コントロールユニットは少なくとも、
前記前方及び後方に配置された薄膜製造システムと通信する通信設備と、
前記ライン上の前記サンプルポイントの座標を決定するルックアップテーブルを含むメモリと、
異なる波長と異なる薄膜層との組み合わせに対して計算された理論スペクトルのライブラリと
を含む、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２５】
光学的特性が既知かつ経時的に安定であるエタロンであって、前記エタロンのスペクトルと前記サンプルポイントのそれぞれにおけるスペクトルとを対比することができるエタロンと、
照明側束から分離された一以上のファイバ、及び前記エタロンから反射又は透過された照明を収集する受け取り側束から分離された一以上のファイバと、
前記サンプルポイントのそれぞれから受信した信号を前記エタロンの反射スペクトルに対して操作可能に較正する較正設備と
をさらに含む、請求項２２に記載の薄膜品質管理のシステム。
【請求項２６】
前記サンプルポイントのそれぞれから受け取った前記スペクトルデータは、前記サンプルポイントによって反射又は透過された照明群の１つである、請求項２２に記載の薄膜品質管理のシステム。
【請求項２７】
前記薄膜層と前記照明及びサンプリングユニットとの間の相対移動を与えるメカニズムをさらに含む、請求項２２に記載の薄膜品質管理のシステム。
【請求項２８】
光発電薄膜品質管理の方法であって、
薄膜品質管理システムの作業平面内にあるライン上に配置された複数の離散した照明サンプリングポイントを選択することと、
前記複数の離散したサンプリングポイントの像を２次元光スイッチ上に、各ポイントの像が前記スイッチの一以上のアドレス可能要素の寸法を超過するように結ぶことと、
前記作業平面内の前記ポイントの位置と、前記ポイントの重心によって決定される前記２次元スイッチ上の前記ポイントの位置との間の索引テーブルを生成することと、
単数検出器によって前記ポイントのそれぞれの逐次的なサンプリングを可能とするべく前記ポイント間の光学的な切り替えを行うことと、
前記ポイントによって反射又は透過された照明のスペクトル成分を決定することと
を含む方法。
【請求項２９】
光発電薄膜品質管理の方法であって、
多色照明光源によって光発電薄膜の一セクションを照明して前記薄膜上に連続照明ラインを形成することと、
前記照明ライン上に配置された複数の離散したサンプルポイントを指定して前記ポイントの像が光スイッチ上に結ばれるようにすることと、
前記薄膜上の前記サンプルポイントの座標と前記光スイッチ上の前記サンプルポイントの座標との間の索引を生成することと、
前記ポイントのそれぞれを、前記ポイント間で光学的な切り替えを行い単数検出器によって逐次的にサンプリングすることと、
前記サンプルポイントによって反射された照明のスペクトル成分を決定することと、
薄膜屈折率（ｎ）、薄膜吸光率（ｋ）、薄膜表面粗度、光ルミネセンスのスペクトル及び強度からなる光発電薄膜パラメータ群の少なくとも１つを前記スペクトル成分から導出することと、
前記薄膜の特性の測定からプロセス固有管理パラメータを抽出することと
を含み、
前記パラメータは、エネルギーギャップ、吸収、伝導率、結晶化パーセンテージからなる群の少なくとも１つである方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本方法及びシステムは薄膜品質管理の分野に関する。詳しくは、薄膜光発電セルの製造における品質及びプロセス管理に関する。
【０００２】
（関連出願の相互参照）
本願は、３７ＣＦＲ１．５３（ｂ）及び３５ＵＳＣ１１１に規定の非仮出願であり、２００８年７月１４日出願の米国仮特許出願第６１／０８０，２７９号、及び２００８年１０月１６日出願の米国仮特許出願第６１／１０５，９３１号の優先日の利益を主張する。両出願は参照として本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
近年明らかとなった化石エネルギー源の不足及び環境への影響が、代替エネルギー源の開発を加速している。薄膜太陽光発電パネルが当該エネルギー源の１つとして特に注目を集めている。かかるパネルは、大きなサイズの可撓性ウェブ基板、又はガラス、金属等の剛性基板上に堆積された所定数の異なる薄膜（スタック）を表す。当該膜は、誘電体、金属、半導体等の材料からなり、いわゆるスクライビング線によって通常複数の個別光発電セルに分離された多層スタックとして組み合わせられるのが典型的である。スクライビング線は、当該セルを分離することに加え、当該パネルが生成する電圧を増大させる個別光発電セルの直列を可能とする。当該パネルは、これが一のステーションから他のステーションまでコンベア型設備によって移送される連続製造プロセスにおいて製造される。
【０００４】
当該連続製造プロセスは、他の薄膜産業においてのようにプロセスを停止してオフラインでのパネル品質管理を行うことを許容しない。したがって当該層の品質管理は、製造プロセスの一部、又はオンライン品質管理として知られるものにならざるを得ない。オンライン品質管理の速度は、コンベア速度を低下させずに当該製造プロセスが維持される程度でなければならない。同時に、材料特性と、欠陥検出と、欠陥分類と、前方又は後方に配置された製造ステーションへの、品質管理システム及び可能であれば欠陥修理に関するフィードバック生成とが許容される必要がある。
【０００５】
当該プロセスを十分に管理するために知っておくべきいくつかの重要な薄膜材料パラメータが存在する。かかるパラメータは以下を含む。屈折率（ｎ）及び吸光率（ｋ）（双方とも波長の関数である）、膜厚（ｄ）、粗度、光ルミネセンススペクトル及び強度等のパラメータである。当該パラメータは、薄膜が入射光又は透過光にどのように応答するかを決定する。品質評価に有用な情報を与えるべく当該パラメータは、移動するパネル／ウェブの幅にわたって連続的かつほぼ同時に測定する必要がある。その結果、収集された測定データは、それぞれのプロセス品質の実時間モニタリングをマッピングするのに十分なデータ密度を与える。当該計測プロセス及び計測状態はサンプルポイントのそれぞれに対して同一でなければならない。また、当該測定の信号対ノイズ比は、信頼性のある薄膜光学パラメータの決定を可能としなければならない。付加的なプロセス固有管理パラメータを、薄膜特性の測定から抽出することができる。例えば、屈折率（ｎ）及び吸光率（ｋ）の波長分散フィッティングに使用される誘電関数モデルを分析することができる。当該付加的なプロセス管理パラメータは、エネルギーギャップ、吸収、伝導率、結晶化パーセンテージを含むことができる。かかる薄膜品質管理方法の有効性により、薄膜ソーラーパネル製造の品質が著しく向上し、歩留まりが向上し、コストが低下する。太陽光発電薄膜製造業は、かかる方法を歓迎しており、異なる薄膜製造用途に対して使用するつもりである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０１２３４７０（Ａ１）号明細書
【特許文献２】米国特許第５３６７１７４号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第１８０１５６９（Ａ）号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００４／１３５９９５（Ａ１）号明細書
【特許文献５】米国特許第６４０７８０９（Ｂ１）号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００７／１８１１８０（Ａ１）号明細書
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】FERLAUTO A S ET AL: “Analytical model for the optical functions of amorphous semiconductors from the near-infrared to ultraviolet: Applications in thin film photovoltaics” JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS. NEW YORK, US, vol. 92, no. 5, 1 September 2002 (2002-09-01), pages 2424-2436, XP012057136 ISSN: 0021-8979 abstract paragraph [VI.]
【非特許文献２】FERLAUTO A S ET AL: “Analytical model for the optical functions of amorphous semiconductors and its applications for thin film solar cells" THIN SOLID FILMS, ELSEVIER-SEQUOIA S. A. LAUSANNE, CH, vol. 455-456, 1 May 2004 (2004-05-01), pages 388-392, XP004504814 ISSN: 0040-6090 abstract paragraph [3.2.]
【発明の概要】
【０００８】
光発電薄膜品質管理のための方法及び装置において、薄膜はサポートによって支持され、当該膜の一セクションは多色照明光源による照明を受ける。当該光源は薄膜上に連続照明ラインを形成する。サンプリングユニットが、当該照明ライン上に配置された複数の離散したサンプルポイントをサンプリングし、当該ポイントの像を２次元光スイッチ上に結ぶ。較正スキャナの補助を受けてコントロールユニットが、当該薄膜上にある上記サンプルポイントの座標と当該２次元光スイッチ上のそれらの座標との間に索引用ルックアップテーブルを生成する。単数の検出器が、当該ポイント間で光学的な切り替えを行うことにより当該ポイントのすべてのサンプルをとる。そして、当該サンプルポイントによって反射された照明のスペクトル成分を決定する。品質管理に適用可能な光発電薄膜パラメータは、当該光発電薄膜照明による反射光又は透過光のスペクトル成分から導出される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本開示に係る方法及びシステムが、添付図面を参照する非限定的な例として本明細書に提示される。ここで、本明細書の文章全体を通じて同じ参照番号は同じ要素を示す。図面は必ずしも縮尺どおりではなく、本方法の原理を示すために強調される。
【００１０】
【図１Ａ】薄膜パラメータ品質管理のための本システムに係るいくつかの実施例を概略的に示す。
【図１Ｂ】薄膜パラメータ品質管理のための本システムに係るいくつかの実施例を概略的に示す。
【図１Ｃ】薄膜パラメータ品質管理のための本システムに係るいくつかの実施例を概略的に示す。
【図２】薄膜パラメータ品質管理のための本システムに係る照明ユニットの一実施例を概略的に示す。
【図３Ａ】照明ユニットの境界構成に係る実施例である。
【図３Ｂ】照明ユニットの境界構成に係る実施例である。
【図４Ａ】薄膜パラメータ品質管理のための本システムに係るサンプリングユニットのいくつかの実施例を概略的に示す。
【図４Ｂ】薄膜パラメータ品質管理のための本システムに係るサンプリングユニットのいくつかの実施例を概略的に示す。
【図４Ｃ】薄膜パラメータ品質管理のための本システムに係るサンプリングユニットのいくつかの実施例を概略的に示す。
【図４Ｄ】薄膜パラメータ品質管理のための本システムに係るサンプリングユニットのいくつかの実施例を概略的に示す。
【図５Ａ】サンプリングユニットの座標較正設備のいくつかの実施例を概略的に示す。
【図５Ｂ】サンプリングユニットの座標較正設備のいくつかの実施例を概略的に示す。
【図５Ｃ】サンプリングユニットの座標較正設備のいくつかの実施例を概略的に示す。
【図５Ｄ】サンプリングユニットの座標較正設備のいくつかの実施例を概略的に示す。
【図６】サンプリングユニットのスペクトル較正設備の一実施例を概略的に示す。
【図７】薄膜から反射（又は透過）された照明において現実に測定されたスペクトルデータを理論上の薄膜スペクトルに整合させるプロセスを概略的に示す。
【図８Ａ】本システムを使用する薄膜品質管理プロセスの一実施例を概略的に示す。
【図８Ｂ】本システムを使用する薄膜品質管理プロセスの一実施例を概略的に示す。
【図９】本システムを使用する薄膜品質管理プロセスの他実施例を概略的に示す。
【図１０】例示的システムに含まれるステップを示すフロー図である。
【００１１】
（用語集）
本開示にて使用される用語「薄膜」は、単数の光発電薄膜、及び各膜が先行膜の上に堆積された複数の薄膜又は「スタック」として知られるものを意味する。
【００１２】
本開示にて使用される用語「反射」又は「透過」のいずれも、反射現象及び透過現象の双方を含む。
【００１３】
本開示にて使用される用語「照明」又は「照射」のいずれも同じ意味を有する。
【００１４】
本開示にて使用される用語「サンプルポイント」は、反射スペクトル又は透過スペクトルが測定される薄膜の任意ポイントを意味する。
【００１５】
本開示にて使用される用語「個別光発電セル」は、スタックの異なる薄膜にスクライビングされたスクライビング線により境界分けされた任意の薄膜光発電セルを意味する。
【００１６】
本開示にて使用される用語「パネル」は、同じ基板上に配置された複数の光発電セルであって当該セル同士が電気的に接続されているものを意味する。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下の詳細な説明では、多くの具体的詳細が説明のみを目的として記載される。これにより、本システム及び方法の十分な理解が与えられる。しかしながら、かかる具体的詳細がなくとも本システム及び方法を実施できることは明らかである。他の例、周知構造、及び装置が、図面を単純化するべく概略的に示される。
【００１８】
図１Ａを参照すると、薄膜パラメータ品質管理のための本システムの一実施例が概略的に示される。システム１００は、一以上の多色照明ユニット１０４と、サンプリングユニット１１２と、コントロールユニット１１６とを含む。多色照明ユニット１０４は、管理対象薄膜１０８の一セクションに一致する対物平面１０６を照明するべく操作可能に構成される。サンプリングユニット１１２は、対物平面１０６に配置された複数の離散したポイントであって膜１０８の照明セクションに一致するものをサンプリングするべく操作可能に構成される。コントロールユニット１１６は、照明１０４及びサンプリング１１２ユニットの動作を制御し、当該サンプルデータを処理する。当該サンプルデータは、薄膜１０８の厚さ、及びオプションとして他のパラメータを決定する。図１Ａは、システム１００、照明１０４及びサンプリング１１２ユニットを示す。これらは、対物平面１０６に配置された薄膜１０８から反射された照明１２０に関して動作するべく構成される。図１Ｂは、システム１００、照明ユニット１０４’、及びサンプリングユニット１１２を示す。これらは、薄膜１０８を透過した照明１２６に関して動作するべく構成される。
【００１９】
図１Ｃは、システム１００、照明１０４”及びサンプリング１１２ユニットを示す。これらは、通常は対物平面１０６に入射して対物平面１０６から反射される照明１４０に関して動作するべく構成される。対物平面１０６は薄膜１０８に一致する。任意の周知構造の色消しビームスプリッタ１４４が当該システムの動作をサポートする。一代替実施例では、システム１００、照明１０４（１０４’、１０４”）及びサンプリングユニット１１２は、管理対象薄膜層の両面（下面及び上面）に配置されてよい。照明ユニットは、管理対象薄膜を両面から同時に照明する。サンプリングユニットは、サンプルポイントを当該薄膜の両面から同時に読み取る。
【００２０】
図１Ａから図１Ｃに示されるシステムのいずれか１つの動作により良好な測定結果が得られる。
【００２１】
典型的には、一以上の薄膜１０８が剛性又は可撓性の基板１２４上に堆積される。基板１２４はシートにカットされていても、連続的なウェブ基板でもよい。薄膜堆積は、連続的な製造プロセスである。一以上の薄膜１０８による異なる基板セクションをコーティング及びパターニングするべく、当該基板は、矢印１２８で示された所定方向沿いにシステム１００に対して後方１３２又は前方１３６に配置された異なる製造ステーション間で並進移動される。当該ステーションは、異なる層堆積ステーション、スクライビングステーション、接触短絡形成ステーション等である。システム１００は、インライン品質管理システムとして構成することができる。また、既存のシステム製造ライン１３８基板並進移動設備を使用するか、又は、自身の基板並進移動設備（図示せず）を有するオフラインシステムを使用することができる。既存の基板並進移動設備は、堆積又はコーティング膜を備える基板を制御可能に並進移動するのに適したコンベア、剛性パネルサポート、又は他の並進移動設備である。一以上のステーションには、パネルエッジ等の幾何学的特徴（例えば、スクライビング線の座標、光発電セルパターン等）を検出するためのセンサ、パネル移動と光学的サンプリングユニット（図示せず）動作との同期を図るためのセンサが設けられる。
【００２２】
コントロールユニット１１６は、薄膜品質管理プロセスを通して使用される異なるデータを格納するメモリ１４２と、通信モジュール１４４とを含み、前方及び後方に配置された薄膜製造システムと通信を行う。通信モジュール１４４は、例えば基板並進移動設備、膜堆積ステーション、及び／又はコントロール設備のような、システム１００の異なるユニット及びステーション間の通信を可能とする所定数の通信リンクを制御する。通信リンクは、標準プロトコルにより又は記録可能媒体を介して通信を行う標準の有線又は無線通信ネットワークである。かかる通信リンクは、有効な薄膜製造プロセス管理を可能とする。
【００２３】
図２は、薄膜パラメータの品質管理のための本システムの照明ユニットの一実施例を概略的に示す。一以上の異なる薄膜（スタック）が堆積された基板は、数センチメートル幅から数メートル幅である。照明ユニット１０４は、システム１００の対物平面１０６に関して配置されるか又はこれに一致する薄膜１０８のセクション２００又は他の管理対象物体を照明する。当該照明セクションは、膜１０８の全幅以上の長さを有する。
【００２４】
各照明に対しサブユニット２０４は、白熱灯又はアーク灯、ルミネセンスランプ、白色ＬＥＤ又は多色光源を形成する複数ＬＥＤの集合体のような光源２１２を含む。照明光源２１２のスペクトルは、管理対象薄膜の少なくとも一部が部分的に透明となることを保証するように選択される。当該スペクトルの短波長が管理対象薄膜厚に整合し、長波長が薄膜透過範囲端に整合する。集光レンズ２１６が、光源２１２により放射された照明を収集し、光ファイバ束２２４の第１端又は入力切子面２２０上に光源２１２の像を結ぶ。レンズ２１６はまた、照明ビーム開口を光ファイバ束２２４の開口に整合させる。光ファイバ束２２４の第１端２２０は平面であり、寸法１５ｍｍから２５ｍｍの丸形又は矩形に構成される。光ファイバ束２２４の第２端又は出力切子面２２８はラインに構成される。直径５０ミクロンのファイバ２００，０００本の束の場合、当該ラインは長さ約１０００ｍｍとなる。いくつかの実施例では、複数のファイバは、当該ファイバ同士が離間するように配置される。また、離散した位置を照明して１０００ｍｍを超える長さのラインを形成するか、又は適切な直径及び開口数を備えるファイバが使用される。当該照明ライン沿いにさらに均一な照明分布を与えるべく、ディフューザ２３２が、束２２４の第２端２２８と、当該第２端２２８の像を薄膜１０８平面に一致する対物平面１０６に結ぶ円筒レンズ２３６との間に挿入される。
【００２５】
照明ユニット１０４は、基板１２４幅以上の寸法の薄膜１０８を含む対物平面１０６のセクション３００（図３）を照明する。図３Ａ及び３Ｂは、照明光源２０４により照明される対物平面１０６の実施例である。照明光源２０４は、基板の全幅にわたって広がるラインを操作可能に照明する。当該幅に応じて、所定数の照明光源２０４が継ぎ目なく突き合わせられて、図３Ａに示されるように膜１０８のリニアセクション３００を照明する。代替的に、照明光源２０４を千鳥状にして、対物平面１０６及び膜１０８の異なるセクション３０４、３０８、３１２、及び３１６を照明してもよい（図３Ｂ）。かかるセクションに配置されたサンプルポイントの同期は、電子的に又はソフトウェア手段により行うことができる。
【００２６】
図４Ａは、薄膜パラメータ品質管理のための本システムに係るサンプリングユニットの一実施例を概略的に示す。サンプリングユニット４００は、照明対物平面１０６の同じライン４０８（図４Ｂ）上に存在する複数の離散したサンプルポイント４０４をサンプリングする。当該照明対物平面１０６は、管理対象薄膜１０８のセクション４１２に一致する。ユニット４００は、光形状コンバータ４１６を含む。光形状コンバータ４１６は、照明ライン４０８（図４Ｂ）を２次元平面４２０又は曲線４２４に変換する。互いに約１ｍｍ以下で離間したサンプルポイントをピックアップする約２０，０００本のファイバを備える光ファイバ束が、かかるコンバータとしては十分である。束４１６の入力切子面又は第１端４２８が１次元形状、例えば直線に配列される。束４１６の出力切子面又は第２端４２０は、光スイッチのタイプに応じて、典型的には矩形又は円形の平面、又は円のセグメントのような曲線４２４であってよい。束４１６は、薄膜１０８から束４１６の出力切子面４２０又は４２４に反射又は透過された照明又は照射を搬送する。束４１６の出力切子面４２０は、直径約５−２５ｍｍである。レンズ４３２は、出力切子面４２０の像を２次元光スイッチ４３６に結ぶ。スイッチ４３６は、例えばTexas Instruments, Inc., Dallas, TX 75243, USAから市販されている約１０２４×７６８（マイクロミラー）ピクセル及びサイズ約１１×１４ｍｍ２を備えるデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）、又は、超短スイッチング時間（１ミリ秒未満）が可能な任意タイプのスイッチのような偏向可能マイクロミラーマトリックスであってよい。スイッチ４３６は、サンプルポイント４０４のそれぞれから受け取った照射をレンズ４４０を通して逐次的に反射し、例えばCarl Zeiss, Jena, Germanyから市販されているＭＣＳ１分光器のような分光器４４４に向ける。分光器４４４は、ビルトイン光検出器を有する。当該ビルトイン光検出器は、複数波長における光強度を同時に測定できる。選択された光ビームを当該スイッチミラーが分光器４４４に向けない場合、反射された照射は、レンズ４４０の開口の外側に向けられるので分光器によって測定されることがない。
【００２７】
図４Ｃに示される一代替実施例では、ライン４０８上に配置された束４１６の第１端４２８に係る入力切子面のサンプルポイント４０４は、ライン４０８上に配置された当該ポイントの任意の１つに照射がアドレスされてこれから収集されるように配列される。これらの間で同期された一以上のＤＭＤが、束４１６の当該端４２０に係る出力をサンプリングする。対物平面１０６における任意のサンプルポイントをアドレスする性能により、異なる対物平面セクションを異なる分解能でサンプリングすることが可能となる。対物平面１０６の所定セクションが他のセクションよりも高密度にサンプリングされる。これにより、異なる薄膜及びその組み合わせのスキャニングに対して、異なる特定用途向け分解能を適用する柔軟性が得られる。
【００２８】
束４１６の出力切子面又は第２端（図４Ａ）が円のセグメントのような曲線４２４で構成される場合、ミラー４３６は、分光器４４４の光軸に空間的に関連する軸４４８（図４Ｄ）のまわりに回転するスキャニングミラーとして機能する。円のセグメントである曲線４２４を形成する個別ファイバ４５２が、軸４４８に直交する平面に配置される。かかる実施例では曲線４２４の中心が軸４４８上にあるが、ミラー軸及び分光器光軸の他の空間的配置が可能である。回転ミラー４３６のサイズ、適切な光学合焦要素（図示せず）、及び曲線４２４をなす近隣ファイバ同士の間隔が、他のファイバによって透過される照明との干渉を低減させるべく、かつ、当該ファイバから放射された光ビームの及ぶ範囲を十分に利用するべく選択される。曲線４２４を形成するファイバの開口数が、分光器４４４の開口数と整合するように選択される。
【００２９】
膜厚（ｄ）、膜屈折率（ｎ）、膜吸光率（ｋ）、表面粗度、光ルミネセンスの強度及びスペクトル等のような薄膜光学パラメータが、サンプルポイント４０４ごとに変化してよい。かかるパラメータは、薄膜の品質、及びその製造プロセスの品質を特性づけて、反射／透過光スペクトルに影響を与える。分光器４４４は、サンプルポイント４０４のそれぞれからの反射／透過光のスペクトル成分を決定するように構成され、以下に説明されるように当該パラメータの決定を可能とする。付加的なプロセス固有管理パラメータを薄膜特性の測定から抽出することができる。例えば、屈折率（ｎ）及び吸光率（ｋ）の波長分散フィッティングに使用される波長誘電関数モデルを分析することができる。当該付加的なプロセス管理パラメータは、エネルギーギャップ、吸収、伝導率、結晶化パーセンテージを含むことができる。サンプリングユニット４００は、薄膜１０８の照明対物平面１０６に存在する直線４０８上に配置された複数のポイント４０４を選択してサンプリングする。特定の薄膜製造プロセス又は薄膜材料が、サンプルポイント４０４の数、サイズ、及び位置を決定する。例えば、サンプルポイントは個別光発電セル内に配置される。測定されたスペクトルを、特定のサンプルポイント４０４における薄膜パラメータに変換するには、各サンプルポイントの座標が当該薄膜上にあることが望ましい。これは、較正プロセスによって達成される。当該較正プロセスにおいて、管理対象薄膜１０８の照明ライン４０８上のサンプルポイント４０４のそれぞれの位置と、２次元スイッチ４３６上の又は曲線４２４上のその像スポットとの間の索引又はルックアップテーブル（ＬＵＴ）が決定される。
【００３０】
図５Ａに一実施例が概略的に示される座標較正設備５００は、照明ユニット１０４及びサンプリングユニット１１２並びにコントロールコンピュータ１１６を利用する。設備５００は、小サイズミラー５０４（その寸法は個別光ファイバのサイズと同様）を含む。小サイズミラー５０４は、矢印５１２（図５Ｂ）に示されるように照明ライン／セクション５１６沿って、唯一のサンプルポイント５０８からの光を任意位置において反射するように移動する。一般に、座標の決定には、スイッチ４３６の少なくとも１ピクセル（マイクロミラー）による反射を受け取ることで十分である。または、当該スイッチがスキャニングミラーである場合には、束４１６の単数ファイバによりピックアップされた反射を受け取ることで十分である。
【００３１】
一のファイバが光スイッチ上の複数のミラーを照明する場合、かかるすべてのミラーは選択されたサンプルポイントに特定されかつ帰属する必要がある。分光器４４４検出器は、当該ミラーのそれぞれにより反射された照射強度を測定し、最大強度を有するものを決定する。スイッチ４３６の各ピクセルの座標は既知であるから、照明ライン沿いに移動するミラー５０４の座標は、当該ミラーにリニア又はロータリーエンコーダを接続することによって容易に特定できる。当該座標に基づいて、当該コンバータの切子面上の座標に対応する管理対象薄膜上のサンプルポイントの対応座標を含む索引又はＬＵＴが用意され得る。なお、図５Ｃ及び５Ｄに示される透過構成の場合は、小ミラー５０４の代わりに小スリット５２０又は小ダイヤフラム５２４が使用される。
【００３２】
束４１６を形成する個別ファイバの直径は約５０ミクロンである。スイッチ４３６の個別マイクロミラー（ピクセル）のサイズは約１４×１４ミクロン以下である。レンズ４３２が束４１６（図４）の出力切子面の像を倍率１：１で結ぶと仮定すると、１０〜１４のマイクロミラー（ピクセル）が、単数ファイバにより伝導された反射又は透過照明を受け取る。座標決定の精度は、単数ファイバ像により形成される照明スポットを適切に処理することによって向上させることができる。例えば、照明スポット重心位置に対応するピクセルを決定することによってポイント座標を見出すことができる。
【００３３】
束４１６の入力切子面４２８と曲線４２４を形成する個別ファイバとの対応関係は容易に確立することができる。唯一のファイバが、ミラー５０４によって反射された照明を一度にピックアップするからである。
【００３４】
当該スポットの像を２次元アレイ上に結ぶ結像システム４４０は可変倍率システムである。当該可変倍率システムは、所望サイズの照明スポットを与え、さらには当該スイッチ決定におけるスポット座標精度を向上させる。
【００３５】
実用的には、スキャニングミラー又はスリット若しくはダイヤフラムが、サンプルラインに沿って当該照明を変調する照明変調デバイス（又は物体）となる。かかるデバイスの照明ライン沿いの座標決定及びかかる位置座標のスイッチ上の対応づけにより、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）の生成が可能となる。
【００３６】
一般にＬＵＴは、サンプリングユニット製造段階で用意される。これは、ひとたびユニット１１２が組み立てられると、照明ライン５１６上のサンプルポイント４０４座標と光ファイバ束の対応出力平面４２０との関係が一定のままだからである。以下に記載される較正方法により、低コストな非コヒーレント光ファイバ束を使用することができる。典型的には、複数のＬＵＴがメモリ１４２（図１）に格納される。
【００３７】
本開示に係るシステムにより、基板の一寸法にわたって一列に配列されたサンプルポイントを有する薄膜の品質管理が可能となる。対物平面に配置された薄膜と対物平面１０６との間の、サンプルポイント５０８が配置される照明ライン５１６（３００、４０８）の方向にほぼ直交する相対移動を与えるメカニズムにより、薄膜の他寸法のスキャニング及びサンプリングが可能となる。
【００３８】
光源の熱ドリフトが当該光源により放射された照明のスペクトル安定性に悪影響を与え、薄膜光学パラメータの正確な決定を不十分なものとすることが知られている。光源の安定性は、当該スペクトルと既知かつ安定なスペクトル源との対比、及び当該測定結果の正規化によって補償できる。図６は、サンプリングユニットのスペクトル較正設備６１２の一実施例を概略的に示す。光ファイバ束２２４（図２）から一以上の個別ファイバ６００が選択されて、その照明が、安定かつ既知の光学的特性を有する光学的に安定な材料６０４、例えばシリコン基板を照明するべく使用される。同様に、受け取り側の束４１６から一以上のファイバ６０８が分離されて、エタロン６０４からの反射又は透過照明を収集するべく構成される。ファイバ６０８の光スイッチ４３６上の位置は、座標較正プロセスにおいて決定することができる。また、かかるスポットの読み取りは、構成測定のみに使用される。サンプルポイントのそれぞれから受信された分光器信号はここで、シリコン基板６０４の反射スペクトルに対して較正される。シリコン基板６０４は、測定較正のためのターゲット又はエタロンとして機能する。
【００３９】
シリコンの光学的特性は安定であり、品質管理プロセスにおいて発生し得る変化は、照明光源２００のスペクトル変化に関する変化である可能性が最も高い。典型的に検出器は照明光源よりも安定である。分光器４４４にビルトインされた検出器により発生し得る測定エラーの可能性を低減するべく、検出器温度を安定させること及び環境的変化の影響を排除することにより当該検出器の安定性をさらに向上させることができる。これは通常、検出器を熱電冷却器に接続すること及び当該検出器を密封ハウジング内に入れることによって行われる。実用的には本システムにより、検出器のすべての読み取りを測定較正し、現実スペクトル測定の修正を目的として当該較正結果を導入／使用することが可能となる。
【００４０】
検出器安定性により、修正努力のほとんどを照明光源２１２のドリフト補償に集中させることができる。スペクトル測定結果を修正する最も単純な方法は、すべてのサンプルポイント測定結果を同値に修正することである。一般に、シリコンエタロン等の光学的に安定なターゲットに基づく較正により、スペクトル測定の相対的及び絶対的双方の較正が可能となる。例えば、シリコンエタロンの光学的特性は既知であり、その絶対反射係数を計算する方法も既知である。例えば、米国再発行特許第３４，８７３号明細書を参照のこと。各システムが較正エタロン又はターゲットを備えて製造されて、システム同士の差異又は変化さえも最小限にされる。シリコン材料以外に例えば、ガラス、当該管理対象コーティングと同様の多層コーティング、及び当該管理対象コーティングと同様の材料を較正目的に使用することができる。
【００４１】
コントロールユニット１１６（図１）がシステム１００ユニットの動作を支配して、かかるユニットを同期させる。コントロールユニット１１６は、サンプルポイント４０４から取得されたスペクトルデータの処理を行う。決定されたスペクトル成分データの処理及びその薄膜パラメータへの変換は、著しい計算リソース及び時間を要する計算プロセスである。本システムは、時間のかかる計算プロセスを、現実測定スペクトル成分と理論スペクトルライブラリに格納された同様のスペクトル成分とを対比する超高速プロセスに置換する。当該理論スペクトルは、測定薄膜の厚さ及び光学定数の異なるセットに対して計算され、当該パラメータの全種類をセットアップ段階においてカバーする。コントロールユニット処理は、測定薄膜スペクトルデータに極力近似的に整合する理論スペクトルデータを選択することからなる。測定薄膜スペクトルデータに整合する理論スペクトルデータを選択することは、例外的に高速なプロセスであり、先にある製造ライン上の光発電パネルの速度で薄膜品質管理を行うことができる。
【００４２】
図７は、薄膜から反射（又は透過）された照射において現実に測定されたスペクトルデータを理論上の薄膜スペクトルに整合させるプロセスを概略的に示す。参照番号７００は、薄膜１０８により反射された現実測定スペクトルを参照する。また、参照番号７０４、７０８、及び７１２は、同じ薄膜の厚さの異なるセットに対して計算された理論スペクトルに関する。所定のメリット関数に基づいて、スペクトル７１２のスペクトル差を測定する基準を、最も近似的に整合するスペクトル７００として選択することができる。理論スペクトル７１２は、予測される薄膜パラメータの所定セットに対して計算されたものである。そのようなものとして、理論スペクトル計算に含まれる薄膜パラメータは、測定スペクトルのパラメータに最も近似する膜厚（ｄ）、膜屈折率（ｎ）、膜吸光率（ｋ）の少なくとも１つである。かかるパラメータは、測定薄膜を特性づけるパラメータとなる。
【００４３】
図７は、当該スペクトルがピーク及び谷を有することを示す。一般に膜厚決定は、ピークのみにおいての測定によりサポートできる。しかしながら、例えば屈折率（ｎ）及び吸光率（ｋ）のような他の光学パラメータを決定しなければならない場合は、スペクトル全体にわたり、又は、スペクトルのうち少なくとも、選択された変数に対する感度が最も高いセクションにわたり測定を行う必要がある。かかる感度分析はセットアップ段階で行うことができる。
【００４４】
コントロールユニット１１６（図１）は、メモリ１４２、及びパネル移動中にパネル並進移動設備からパネル座標を受け取るモジュールを含む。メモリ１４２は、ルックアップテーブルに加えて、サンプルポイントの決定座標、測定膜の厚さ及び光学パラメータの異なるセットのために当該パラメータの全種類をカバーする計算された理論スペクトルのライブラリを含む。また、コントロールユニット１１６は、当該サンプリングスポットが所定位置（例えば、個別光発電セル内、又は代替的にスクライビング線内）に配置されるようにサンプリング時間を同期させる。
【００４５】
本開示に係るシステムは、任意基板上及び特に大面積基板上に堆積された薄膜の品質管理のために使用される。図８Ａは、薄膜品質管理プロセスの一実施例を概略的に示す。システム１００の照明ユニット１０４は、薄膜１０８の表面のセクション８００に一致する対物平面１０６を多色照明により照明する。当該サンプリングユニットは、薄膜１０８の照明セクション８００において、図面平面に直交する直線８１２上に配置された所定数の離散したポイント８０４のそれぞれによって透過された照明をサンプリングする。離散したポイント８０４は典型的に、個別光発電セルの中心付近に配置される。しかし、光発電セル又はパネルごとに異なる数のファイバを用いる他の構成も可能である。光スイッチ４３６（図４Ａ及び図６）は、サンプルポイント８０４間で光学的な切り替えを行う。これにより、分光器４４４（図４）の単数検出器によるポイント８０４それぞれの逐次的なサンプリングが可能となる。代替的には図３に示されるように、サンプルポイントが、対物平面の異なる照明セクションに存在してよい。また、適切なソフトウェア又はハードウェア処理によって同じライン上に配置されてよい。分光器４４４が、薄層１０８のポイント８０４を介して透過された照明光のスペクトル成分を決定する。コントロールユニット１１６が、エタロン上で測定された信号によって測定信号を較正する。また、当該ライブラリに格納された理論スペクトルと対比することにより当該スペクトルを処理する。さらに、当該対比の後、特定サンプルポイント８０４（図８Ｂ）を特性づける整合スペクトル成分に基づいて少なくとも１つの薄膜パラメータを与える。基板８２４は、矢印８２８で示された方向に並進移動する可撓性ウェブ基板（又は剛性基板）である。
【００４６】
図９は、薄膜品質管理プロセスの他実施例を概略的に示す。基板９０４はカットシートであり、可撓性又は剛性の基板であってよい。図８及び９は、インライン薄膜品質管理システムに関する。オフライン動作に対しては、システム１００は自身の薄膜並進移動設備を有する。
【００４７】
連続的な薄膜品質管理を可能とするべく、管理対象薄膜が、サンプルポイント８０４が存在するライン８１２（図８Ｂ）の方向に対してほぼ直交する第２方向８２８に移動する。これにより、所望数のほぼすべてポイントを基板８２４上の任意位置において管理することができる。矢印８２８の方向での薄膜移動を制御するべくリニア又はロータリーエンコーダを使用してよい。当該エンコーダはまた、測定タイミングを同期させるべく使用してもよい。これにより、直交方向沿いの所定位置において当該測定を行うことができる。図８及び図９に示されるように、照明セクション８００の長さは、薄膜１０８が堆積された基板８２４の幅である少なくとも一の寸法以上である。サンプルポイント８０４の座標は、上述のようにアプリオリに定義される。サンプルポイントのすべてが、同じスペクトル成分を有する照明光によって照明される。当該照明光のスペクトル範囲は、管理対象薄膜が当該照明光の少なくとも一部に対して部分的に透明であるように選択される。当該スペクトルの短波長が管理対象薄膜厚に整合し、長波長が薄膜透過範囲端に整合する。当該スペクトル範囲の選択を考慮することは、反射及び透過に基づく測定に等しく適用可能である。
【００４８】
図１０は、例示的システムに含まれるステップを示すフロー図である。図示の方法は、光発電薄膜品質管理プロセスの方法である。本方法は最初に、多色照明光源によって光発電薄膜の一セクションを照明して当該薄膜上に連続照明ラインを形成することから始める１００２。この後に、本方法は続いて、上記照明ライン上に複数の離散したサンプルポイントを指定して当該ポイントの像が光スイッチ上に結ばれるようにする１００４。次に、薄膜上のサンプルポイントの座標とその光スイッチ上の座標との間の索引が生成される１００６。次に、当該ポイントのそれぞれが、当該ポイント間で光学的な切り替えを行い単数検出器によって逐次的にサンプリングされる１００８。最後に、サンプルポイントにより反射された照明のスペクトル成分が決定される１０１０。その結果、本方法は、薄膜屈折率（ｎ）、薄膜吸光率（ｋ）、薄膜表面粗度、並びに光ルミネセンスのスペクトル及び強度からなる光発電薄膜パラメータ群の少なくとも１つを当該スペクトル成分から導出する１０１２。
【００４９】
本方法はさらに、サンプルポイントが反射又は透過した照明のスペクトル成分データの決定を含む。これは、現実測定スペクトルデータとメモリに格納された理論スペクトルとの対比、最も適切な理論スペクトルの選択、及び、ＬＵＴにロードされた当該選択データの、各サンプルポイントに関連づけられた薄膜パラメータの少なくとも１つへの変換によって行われる。言及する価値があるのは、管理対象薄膜の欠陥が存在しない場合、当該反射（又は透過）反射光は照明ラインの長さ全体で不変のままであるということである。薄膜光学パラメータの変化は、反射／透過照明スペクトルを変動させる。このため、かかる変動を適切に解釈することで、例えば膜厚（ｄ）、薄膜屈折率（ｎ）、膜吸光率（ｋ）、及び表面粗度のような薄膜パラメータの決定が可能となる。かかるパラメータの決定は、最も近似的に整合する理論及び測定スペクトルに基づいて行われる。付加的なプロセス固有管理パラメータを、薄膜特性の測定から抽出することができる。例えば、屈折率（ｎ）及び吸光率（ｋ）の波長分散フィッティングに使用される誘電関数モデルを分析することができる。当該付加的なプロセス管理パラメータは、エネルギーギャップ、吸収、伝導率、結晶化パーセンテージを含むことができる。
【００５０】
管理対象パラメータの偏差が管理対象膜における欠陥存在を示す場合は、当該欠陥位置及びタイプが、品質管理システム１００に対して前方１３６及び後方１３２に配置された製造システム又はステーション（図１）に通信される。当該通信情報は、プロセス修正指示、及び可能であれば欠陥修理指示を含む。
【００５１】
セットアッププロセスがシステム１００の動作よりも先に行われる。当該セットアッププロセスは少なくとも、対物平面１０６内のサンプルポイント８０４の座標と光スイッチ４３６（図４）内のこれらの座標との間の索引ルックアップテーブルを生成する動作及び当該テーブルをメモリ１４２に格納する動作を含む。当該セットアッププロセスはさらに、可変パラメータの異なるセットにより特性づけられた薄膜の複数の理論スペクトルを含むライブラリを生成してメモリ１４２（図１）に格納することを含む。当該セットアッププロセスはまた、上記理論スペクトルのライブラリをコントロールユニット１１６のメモリ１４２にロードすることも含む。当該ライブラリはオフラインで用意されて、通信リンクを介し又は伝達可能媒体によりロードされる。
【００５２】
他実施例は、パターニングされた光発電パネル内の基板上に堆積された光発電薄膜のパラメータを決定する方法を含む。ここで、当該パネルは複数の個別光発電セルを含む。かかる実施例は、少なくとも１つの光発電セルパネル又は一以上の光サンプリングシステムを与えることから始まる。本方法は続いて、当該光サンプリングシステムと当該パネルとの間の相対移動を可能として、当該移動を制御する。次に、当該パネル上の個別光発電セルの位置が特定される。また、各サンプルポイント位置は、当該サンプルポイントが当該パネル移動経路沿いの所定位置に特定された場合に当該サンプルポイント読み取りが行われるように同期される。
【００５３】
所定数の実施例が記載されてきた。それにもかかわらず、本方法の要旨及び範囲から逸脱することなく様々な変形例をなし得ることがわかる。したがって、他実施例も下記特許請求項の範囲内にある。
【図１Ａ】
2011528188.tif 000003
【図１Ｂ】
2011528188.tif 000004
【図１Ｃ】
2011528188.tif 000005
【図２】
2011528188.tif 000006
【図３Ａ】
2011528188.tif 000007
【図３Ｂ】
2011528188.tif 000008
【図４Ａ】
2011528188.tif 000009
【図４Ｂ】
2011528188.tif 000010
【図４Ｃ】
2011528188.tif 000011
【図４Ｄ】
2011528188.tif 000012
【図５Ａ】
2011528188.tif 000013
【図５Ｂ】
2011528188.tif 000014
【図５Ｃ】
2011528188.tif 000015
【図５Ｄ】
2011528188.tif 000016
【図６】
2011528188.tif 000017
【図７】
2011528188.tif 000018
【図８Ａ】
2011528188.tif 000019
【図８Ｂ】
2011528188.tif 000020
【図９】
2011528188.tif 000021
【図１０】
2011528188.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成23年1月17日(2011.1.17)
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光発電薄膜品質管理の方法であって、
多色照明光源によって光発電薄膜の一セクションを照明するステップと、
前記照明されたセクション上に配置された複数の離散したサンプルポイントを指定するステップと、
前記サンプルポイントから収集された光を光スイッチに与えるステップと、
前記ポイントのそれぞれを、前記ポイント間で光学的な切り替えを行い単数検出器によって逐次的にサンプリングするステップと、
前記サンプルポイントによって収集された照明のスペクトル成分を決定するステップと、
薄膜厚さ、薄膜屈折率（ｎ）、吸光率（ｋ）、表面粗度、エネルギーギャップ、吸収、伝導率、結晶化パーセンテージ、光ルミネセンスのスペクトル及び強度からなる光発電薄膜パラメータの少なくとも１つを前記スペクトル成分から導出するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記導出された光発電薄膜パラメータと理論上の無欠陥薄膜パラメータとを対比するステップと、
前記導出された薄膜パラメータの、前記理論上の無欠陥薄膜パラメータからの偏差を決定するステップと
をさらに含み、
前記導出された薄膜パラメータの、前記理論上の無欠陥薄膜パラメータからの前記偏差が、前記光発電薄膜の品質を示す、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
光発電薄膜品質管理のシステムであって、
前記光発電薄膜の平面と一致する前記システムの作業平面内の一セクションを照明する一以上の多色照明ユニットと、
前記照明されたセクション内に配置された一以上のサンプルポイントの反射をサンプリングするサンプリングユニットと、
前記照明光源の動作を、前記サンプリングユニット及び測定対象データの処理と同期させるコントロールユニットと
を含み、
前記コントロールユニットによる前記サンプリングされたデータの処理は、前記データと、少なくとも１つの測定対象膜の所定セットのパラメータに対して計算された理論スペクトルデータとの対比を含むシステム。
【請求項４】
前記サンプリングユニットは、
サンプルポイントを備える前記照明されたセクションを２次元表面に変換するコンバータと、
センサ上のサンプルポイントの切り替えを行い前記セクション上の前記サンプルポイントの位置を決定する光スイッチと、
前記ポイントのそれぞれから収集された照明のスペクトル成分を決定する分光器と
を含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記コントロールユニットは少なくとも、
前方及び後方に配置された薄膜製造システムと通信する通信設備と、
前記ライン上の前記サンプルポイントの座標を決定するルックアップテーブルを含むメモリと、
異なる波長と異なる薄膜層との組み合わせに対して計算された理論スペクトルのライブラリと
を含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
光学的特性が既知かつ経時的に安定であるエタロンであって、前記エタロンのスペクトルと前記サンプルポイントのそれぞれにおけるスペクトルとを対比することができるエタロンと、
照明側束から分離された一以上のファイバ、及び前記エタロンから反射又は透過された照明を収集する受け取り側束から分離された一以上のファイバと、
前記サンプルポイントのそれぞれから受信した信号を前記エタロンの反射スペクトルに対して較正する較正設備と
をさらに含む、請求項３に記載の薄膜品質管理のシステム。
【請求項７】
前記サンプルポイントのそれぞれから収集された前記スペクトルデータは、前記サンプルポイントによって反射又は透過若しくは放射された照明の１つである、請求項３に記載の薄膜品質管理のシステム。
【請求項８】
前記薄膜と前記照明及びサンプリングユニットとの間の相対移動を与えるメカニズムをさらに含む、請求項３に記載の薄膜品質管理のシステム。
【請求項９】
パターニングされた光発電パネル内の基板上に堆積された光発電薄膜パラメータを決定する方法であって、
前記パネルは複数の個別光発電セルであり、
前記方法は、
少なくとも１つの光発電セルパネル及び一以上の光サンプリングシステムを与えることと、
前記光サンプリングシステムと前記パネルとの間の相対移動を可能として、前記移動を制御することと、
個別光発電セルの位置を前記パネル上に特定することと、
前記パネル上のサンプルポイントによって収集された照明のスペクトル成分を決定することと、
薄膜厚さ、薄膜屈折率（ｎ）、吸光率（ｋ）、表面粗度、エネルギーギャップ、吸収、伝導率、結晶化パーセンテージ、光ルミネセンスのスペクトル及び強度からなる光発電薄膜パラメータの少なくとも１つを前記スペクトル成分から導出することと、
各サンプルポイントの位置を、前記サンプルポイントが前記パネルの移動経路沿いの所定位置に特定された場合に前記サンプルポイントの読み取りが行われるように同期させることと
を含む方法。
【請求項１０】
前記パネル上の前記サンプルポイントの前記位置は、前記パネルのパネルエッジ又は個別光発電セルパターンの少なくとも１つに対応して特定される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記光発電セルパネルは、スクライビング線によって分離された複数の個別光発電セルを含み、
前記薄膜パラメータの測定は、前記個別セル内及び前記スクライビング線内で行われる、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記薄膜の前記パラメータを、スペクトルライブラリから選択された理論スペクトルと、前記サンプルポイントのそれぞれにおいて測定された前記薄膜の現実スペクトルとを整合させることによって決定することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
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【国際調査報告】
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