(57)【要約】【課題】テクスチャ構造を有する対象物上に形成された薄膜の形状を容易かつ高精度に取得する。【解決手段】膜形状取得装置１では、上面に複数のテクスチャ凸部を有する基板９上に形成されたシリコン膜の光学モデルにおいて、複数のテクスチャ凸部に一致する薄膜凹部およびその上方に位置する薄膜凸部が設定される。そして、薄膜凸部、薄膜凹部、および、薄膜凸部と薄膜凹部との間の中間部の形状を表すパラメータ群に含まれる各パラメータを有効膜厚にて表現し、有効膜厚を変更することにより各パラメータの値を変更して理論スペクトルの測定スペクトルに対するフィッティングが行われる。これにより、シリコン膜の形状を容易かつ高精度に取得することができる。【選択図】図１
2012181166.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物のテクスチャ構造を有する上面上に形成された薄膜の形状を取得する膜形状取得装置であって、
分光エリプソメータと、
前記分光エリプソメータにて前記薄膜に対して測定を行うことにより取得された測定スペクトルに対し、前記薄膜の光学モデルから求められる理論スペクトルのフィッティングを、前記薄膜の形状を表すパラメータ群の値を変更することにより行って、前記薄膜の平均膜厚である有効膜厚および前記パラメータ群の値を求める演算部と、
を備え、
前記薄膜の前記光学モデルにおいて、
前記薄膜の上面である膜上面に、前記対象物の前記上面の複数のテクスチャ凸部に対応する複数の薄膜凸部が設定され、前記薄膜の下面である膜下面に、前記複数のテクスチャ凸部に対応する複数の薄膜凹部が設定され、
前記複数のテクスチャ凸部が、所定の割合で分布する複数種類の凸部を備え、
前記対象物の前記上面を、前記複数のテクスチャ凸部をそれぞれ含む複数の単位領域に分割した場合の各単位領域における前記薄膜の形状が、前記複数種類の凸部に対応して複数種類の形状を有し、
前記パラメータ群が、前記各単位領域における、
前記薄膜凸部の上下方向の高さと、
前記薄膜凸部の曲率に対応する係数と、
前記薄膜凸部の上端部の体積分率と、
前記薄膜凹部の上下方向の高さと、
前記薄膜凹部の曲率に対応する係数と、
前記薄膜凹部の上端部の体積分率と、
前記薄膜凸部の下端と前記薄膜凹部の上端との間の上下方向の距離と、
のうち少なくとも２つのパラメータを含み、
前記少なくとも２つのパラメータが、前記有効膜厚にて表現され、
前記フィッティングの際に、前記有効膜厚が変更されることにより、前記少なくとも２つのパラメータが変更されることを特徴とする膜形状取得装置。
【請求項２】
請求項１に記載の膜形状取得装置であって、
前記少なくとも２つのパラメータが、前記各単位領域における、
前記薄膜凸部の上下方向の高さと、
前記薄膜凸部の曲率に対応する係数と、
前記薄膜凸部の上端部の体積分率と、
を含むことを特徴とする膜形状取得装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の膜形状取得装置であって、
前記少なくとも２つのパラメータが、前記各単位領域における、
前記薄膜凹部の上下方向の高さと、
前記薄膜凹部の曲率に対応する係数と、
を含むことを特徴とする膜形状取得装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の膜形状取得装置であって、
前記演算部が、前記薄膜凸部の体積分率をパラメータとして含む有効媒質理論、および、前記薄膜凹部の体積分率をパラメータとして含む有効媒質理論を用いつつ前記フィッティングを行うことを特徴とする膜形状取得装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の膜形状取得装置であって、
前記対象物が、太陽電池用の基板であることを特徴とする膜形状取得装置。
【請求項６】
対象物のテクスチャ構造を有する上面上に形成された薄膜の形状を取得する膜形状取得方法であって、
ａ）分光エリプソメータにて前記薄膜に対して測定を行うことにより測定スペクトルを取得する工程と、
ｂ）前記薄膜の光学モデルから求められる理論スペクトルの前記測定スペクトルに対するフィッティングを、前記薄膜の形状を表すパラメータ群の値を変更することにより行って、前記薄膜の平均膜厚である有効膜厚および前記パラメータ群の値を求める工程と、
を備え、
前記薄膜の前記光学モデルにおいて、
前記薄膜の上面である膜上面に、前記対象物の前記上面の複数のテクスチャ凸部に対応する複数の薄膜凸部が設定され、前記薄膜の下面である膜下面に、前記複数のテクスチャ凸部に対応する複数の薄膜凹部が設定され、
前記複数のテクスチャ凸部が、所定の割合で分布する複数種類の凸部を備え、
前記対象物の前記上面を、前記複数のテクスチャ凸部をそれぞれ含む複数の単位領域に分割した場合の各単位領域における前記薄膜の形状が、前記複数種類の凸部に対応して複数種類の形状を有し、
前記パラメータ群が、前記各単位領域における、
前記薄膜凸部の上下方向の高さと、
前記薄膜凸部の曲率に対応する係数と、
前記薄膜凸部の上端部の体積分率と、
前記薄膜凹部の上下方向の高さと、
前記薄膜凹部の曲率に対応する係数と、
前記薄膜凹部の上端部の体積分率と、
前記薄膜凸部の下端と前記薄膜凹部の上端との間の上下方向の距離と、
のうち少なくとも２つのパラメータを含み、
前記少なくとも２つのパラメータが、前記有効膜厚にて表現され、
前記フィッティングの際に、前記有効膜厚が変更されることにより、前記少なくとも２つのパラメータが変更されることを特徴とする膜形状取得方法。
【請求項７】
請求項６に記載の膜形状取得方法であって、
前記少なくとも２つのパラメータが、前記各単位領域における、
前記薄膜凸部の上下方向の高さと、
前記薄膜凸部の曲率に対応する係数と、
前記薄膜凸部の上端部の体積分率と、
を含むことを特徴とする膜形状取得方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載の膜形状取得方法であって、
前記少なくとも２つのパラメータが、前記各単位領域における、
前記薄膜凹部の上下方向の高さと、
前記薄膜凹部の曲率に対応する係数と、
を含むことを特徴とする膜形状取得方法。
【請求項９】
請求項６ないし８のいずれかに記載の膜形状取得方法であって、
前記ｂ）工程において、前記薄膜凸部の体積分率をパラメータとして含む有効媒質理論、および、前記薄膜凹部の体積分率をパラメータとして含む有効媒質理論を用いつつ前記フィッティングを行うことを特徴とする膜形状取得方法。
【請求項１０】
請求項６ないし９のいずれかに記載の膜形状取得方法であって、
前記対象物が、太陽電池用の基板であることを特徴とする膜形状取得方法。
【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構造を有する上面上に形成された薄膜の形状を取得する技術に関する。
【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おり、特に、大面積化および低コスト化が可能な薄膜シリコン太陽電池が次世代の太陽電池として注目されている。薄膜シリコン太陽電池の製造では、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等によりガラス基板上にシリコン膜が形成される。
【０００３】
薄膜シリコン太陽電池では、光が入射する側の電極として利用される透明導電膜の表面をテクスチャ構造（凹凸を有する構造）とすることにより、入射光を太陽電池内に閉じ込めて変換効率の向上を図る技術が知られている。このような透明導電膜上に形成されたシリコン膜の表面は、透明導電膜の表面形状の影響により、テクスチャ構造を有することになる。
【０００４】
特許文献１では、多層薄膜積層体において、隣接する２つの薄膜の界面の凹凸や界面近傍における材料的なミキシングに起因する界面状態の変化を測定する技術が提案されている。特許文献１の測定方法では、測定対象の界面に対してフィッティング法による構造解析を行う際に、界面にて分割された複数層のモデル、および、界面を無視した単層のモデルについてフィッティングが行われる。そして、両モデルのフィッティング精度の差が小さい場合には、界面における乱れが大きい（すなわち、界面の凹凸が大きい、あるいは、界面近傍における材料的なミキシングが大きい）と判断され、フィッティング精度の差が大きい場合には、界面における乱れが小さいと判断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１５７０６０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、テクスチャ構造を有する透明導電膜上に形成されたシリコン膜のエリプソメトリー解析を行おうとすると、シリコン膜の上面および下面の形状を表すために多数のパラメータが必要になる。また、シリコン膜の上面の形状は、下面の形状と異なる上に、シリコン膜の膜厚によっても変化する。このため、シリコン膜のエリプソメトリー解析を行う際に、シリコン膜の上面および下面の形状を精度良く求めつつ解析を行おうとすると、解析すべきパラメータ数が非常に多くなってしまい、シリコン膜の光学特性を精度良く求めることができない。
【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対象物上に形成された薄膜の形状を容易かつ高精度に取得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、対象物のテクスチャ構造を有する上面上に形成された薄膜の形状を取得する膜形状取得装置であって、分光エリプソメータと、前記分光エリプソメータにて前記薄膜に対して測定を行うことにより取得された測定スペクトルに対し、前記薄膜の光学モデルから求められる理論スペクトルのフィッティングを、前記薄膜の形状を表すパラメータ群の値を変更することにより行って、前記薄膜の平均膜厚である有効膜厚および前記パラメータ群の値を求める演算部とを備え、前記薄膜の前記光学モデルにおいて、前記薄膜の上面である膜上面に、前記対象物の前記上面の複数のテクスチャ凸部に対応する複数の薄膜凸部が設定され、前記薄膜の下面である膜下面に、前記複数のテクスチャ凸部に対応する複数の薄膜凹部が設定され、前記複数のテクスチャ凸部が、所定の割合で分布する複数種類の凸部を備え、前記対象物の前記上面を、前記複数のテクスチャ凸部をそれぞれ含む複数の単位領域に分割した場合の各単位領域における前記薄膜の形状が、前記複数種類の凸部に対応して複数種類の形状を有し、前記パラメータ群が、前記各単位領域における、前記薄膜凸部の上下方向の高さと、前記薄膜凸部の曲率に対応する係数と、前記薄膜凸部の上端部の体積分率と、前記薄膜凹部の上下方向の高さと、前記薄膜凹部の曲率に対応する係数と、前記薄膜凹部の上端部の体積分率と、前記薄膜凸部の下端と前記薄膜凹部の上端との間の上下方向の距離と、のうち少なくとも２つのパラメータを含み、前記少なくとも２つのパラメータが、前記有効膜厚にて表現され、前記フィッティングの際に、前記有効膜厚が変更されることにより、前記少なくとも２つのパラメータが変更される。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の膜形状取得装置であって、前記少なくとも２つのパラメータが、前記各単位領域における、前記薄膜凸部の上下方向の高さと、前記薄膜凸部の曲率に対応する係数と、前記薄膜凸部の上端部の体積分率とを含む。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の膜形状取得装置であって、前記少なくとも２つのパラメータが、前記各単位領域における、前記薄膜凹部の上下方向の高さと、前記薄膜凹部の曲率に対応する係数とを含む。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の膜形状取得装置であって、前記演算部が、前記薄膜凸部の体積分率をパラメータとして含む有効媒質理論、および、前記薄膜凹部の体積分率をパラメータとして含む有効媒質理論を用いつつ前記フィッティングを行う。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の膜形状取得装置であって、前記対象物が、太陽電池用の基板である。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、対象物のテクスチャ構造を有する上面上に形成された薄膜の形状を取得する膜形状取得方法であって、ａ）分光エリプソメータにて前記薄膜に対して測定を行うことにより測定スペクトルを取得する工程と、ｂ）前記薄膜の光学モデルから求められる理論スペクトルの前記測定スペクトルに対するフィッティングを、前記薄膜の形状を表すパラメータ群の値を変更することにより行って、前記薄膜の平均膜厚である有効膜厚および前記パラメータ群の値を求める工程とを備え、前記薄膜の前記光学モデルにおいて、前記薄膜の上面である膜上面に、前記対象物の前記上面の複数のテクスチャ凸部に対応する複数の薄膜凸部が設定され、前記薄膜の下面である膜下面に、前記複数のテクスチャ凸部に対応する複数の薄膜凹部が設定され、前記複数のテクスチャ凸部が、所定の割合で分布する複数種類の凸部を備え、前記対象物の前記上面を、前記複数のテクスチャ凸部をそれぞれ含む複数の単位領域に分割した場合の各単位領域における前記薄膜の形状が、前記複数種類の凸部に対応して複数種類の形状を有し、前記パラメータ群が、前記各単位領域における、前記薄膜凸部の上下方向の高さと、前記薄膜凸部の曲率に対応する係数と、前記薄膜凸部の上端部の体積分率と、前記薄膜凹部の上下方向の高さと、前記薄膜凹部の曲率に対応する係数と、前記薄膜凹部の上端部の体積分率と、前記薄膜凸部の下端と前記薄膜凹部の上端との間の上下方向の距離と、のうち少なくとも２つのパラメータを含み、前記少なくとも２つのパラメータが、前記有効膜厚にて表現され、前記フィッティングの際に、前記有効膜厚が変更されることにより、前記少なくとも２つのパラメータが変更される。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の膜形状取得方法であって、前記少なくとも２つのパラメータが、前記各単位領域における、前記薄膜凸部の上下方向の高さと、前記薄膜凸部の曲率に対応する係数と、前記薄膜凸部の上端部の体積分率とを含む。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載の膜形状取得方法であって、前記少なくとも２つのパラメータが、前記各単位領域における、前記薄膜凹部の上下方向の高さと、前記薄膜凹部の曲率に対応する係数とを含む。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、請求項６ないし８のいずれかに記載の膜形状取得方法であって、前記ｂ）工程において、前記薄膜凸部の体積分率をパラメータとして含む有効媒質理論、および、前記薄膜凹部の体積分率をパラメータとして含む有効媒質理論を用いつつ前記フィッティングを行う。
【００１７】
請求項１０に記載の発明は、請求項６ないし９のいずれかに記載の膜形状取得方法であって、前記対象物が、太陽電池用の基板である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、テクスチャ構造を有する対象物上に形成された薄膜の形状を容易かつ高精度に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】膜形状取得装置を示す斜視図である。
【図２】コンピュータの構成を示す図である。
【図３】コンピュータが実現する機能構成を示すブロック図である。
【図４．Ａ】光学モデルを示す図である。
【図４．Ｂ】光学モデルを示す図である。
【図５】第１薄膜凸部を拡大して示す図である。
【図６】光学モデルを示す図である。
【図７．Ａ】パラメータと有効膜厚との関係を示す図である。
【図７．Ｂ】パラメータと有効膜厚との関係を示す図である。
【図７．Ｃ】パラメータと有効膜厚との関係を示す図である。
【図７．Ｄ】パラメータと有効膜厚との関係を示す図である。
【図７．Ｅ】パラメータと有効膜厚との関係を示す図である。
【図７．Ｆ】パラメータと有効膜厚との関係を示す図である。
【図７．Ｇ】パラメータと有効膜厚との関係を示す図である。
【図７．Ｈ】パラメータと有効膜厚との関係を示す図である。
【図８】シリコン膜の形状を取得する処理の流れを示す図である。
【図９】シリコン膜のスペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本発明の一の実施の形態に係る膜形状取得装置１を示す斜視図である。膜形状取得装置１は、対象物の上面上に形成された薄膜の形状を取得する装置である。本実施の形態では、ガラス基板上に透明導電膜が形成された薄膜シリコン太陽電池用の基板９が対象物であり、基板９の上面上には薄膜であるアモルファスシリコン膜（以下、単に「シリコン膜」という。）が形成される。基板９の透明導電膜の上面はテクスチャ構造を有し（すなわち、複数の凸部を有し）、透明導電膜上に形成されるシリコン膜の上面および下面もテクスチャ構造を有する。膜形状取得装置１では、当該シリコン膜の上面の形状、下面の形状、および、膜厚等が、シリコン膜の形状として取得される。基板９のサイズは、例えば１〜２ｍ（メートル）角である。
【００２１】
膜形状取得装置１は、基板９上を撮像する撮像部２、後述の測定スペクトルを取得するための分光エリプソメータ３、図１中のＹ方向に移動可能なＹ方向移動部４１、図１中のＸ方向に移動可能なＸ方向移動部４２、並びに、各種演算処理を行うＣＰＵや各種情報を記憶するメモリ等により構成されたコンピュータ６を備え、コンピュータ６は膜形状取得装置１の各構成を制御する制御部としての役割を果たす。Ｘ方向移動部４２はＹ方向移動部４１上に設けられ、Ｘ方向移動部４２には、撮像部２および分光エリプソメータ３が固定される。膜形状取得装置１では、分光エリプソメータ３による光の照射位置を基板９上の各位置に自在に配置することが可能となっている。
【００２２】
分光エリプソメータ３は、基板９の上方（図１中の（＋Ｚ）側）に配置される照明部３１および受光部３２を備え、照明部３１から基板９に向けて偏光した白色光が照射され、受光部３２にて基板９からの反射光が受光される。受光部３２は、反射光が入射する検光子および反射光の分光強度を取得する分光器を有し、検光子の回転位置、および、分光器により取得された反射光の分光強度がコンピュータ６へと出力される。コンピュータ６では、複数の振動数（または、波長）の光のそれぞれの偏光状態として、ｐ偏光成分とｓ偏光成分との位相差および反射振幅比角が求められる。すなわち、位相差および反射振幅比角の振動数スペクトル（以下、「測定スペクトル」と総称する。）が取得される。
【００２３】
図２は、コンピュータ６の構成を示す図である。コンピュータ６は、各種演算処理を行うＣＰＵ６１、基本プログラムを記憶するＲＯＭ６２および各種情報を記憶するＲＡＭ６３をバスラインに接続した一般的なコンピュータシステムの構成となっている。バスラインにはさらに、情報記憶を行う固定ディスク６５、各種情報の表示を行うディスプレイ６６、操作者からの入力を受け付けるキーボード６７ａおよびマウス６７ｂ、光ディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体６０から情報の読み取りを行ったり記録媒体６０に情報の書き込みを行う読取／書込装置６８、並びに、外部との通信を行う通信部６９が、適宜、インターフェイス（Ｉ／Ｆ）を介する等して接続される。
【００２４】
コンピュータ６には、事前に読取／書込装置６８を介して記録媒体６０からプログラム６００が読み出され、固定ディスク６５に記憶される。そして、プログラム６００がＲＡＭ６３にコピーされるとともにＣＰＵ６１がＲＡＭ６３内のプログラム６００に従って演算処理を実行することにより（すなわち、コンピュータがプログラムを実行することにより）、コンピュータ６が、後述の演算部としての処理を行う。
【００２５】
図３は、ＣＰＵ６１がプログラム６００に従って動作することにより、ＣＰＵ６１、ＲＯＭ６２、ＲＡＭ６３、固定ディスク６５等が実現する機能構成を示すブロック図である。図３において、演算部７のスペクトル取得部７１および形状演算部７３がＣＰＵ６１等により実現される機能であり、記憶部７２が固定ディスク６５等により実現される機能である。なお、演算部７の機能は専用の電気的回路により実現されてもよく、部分的に電気的回路が用いられてもよい。
【００２６】
次に、膜形状取得装置１におけるシリコン膜の形状の測定原理について述べる。図４．Ａは、膜形状取得装置１によるシリコン膜のエリプソメトリー解析において使用される光学モデル８を示す。光学モデル８は、ガラス基板８９上に形成された透光層８８、透明導電膜８７およびシリコン膜８６を備える。透明導電膜８７は、フッ素添加酸化スズ（ＳｎＯ２：Ｆ）の層としてモデル化され、シリコン膜８６は、水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）の層としてモデル化される。
【００２７】
透明導電膜８７の上面８７１は、テクスチャ構造を有し、複数のテクスチャ凸部８７０が設定される。実際のテクスチャ型透明導電膜では、上面の各位置においてテクスチャサイズが不均一である。そこで、光学モデル８では、透明導電膜８７のテクスチャサイズの不均一性を表現するために、複数の第１テクスチャ凸部８７２が分布する第１領域、および、第１テクスチャ凸部８７２よりも低い複数の第２テクスチャ凸部８７４が分布する第２領域が、透明導電膜８７の上面８７１に設定される。上面８７１全体の面積に対する第１領域および第２領域の面積の割合は、それぞれ５０％である。換言すれば、透明導電膜８７の上面８７１に設定された複数のテクスチャ凸部８７０は、所定の面積割合（５０％ずつ）で分布する複数種類の凸部（第１テクスチャ凸部８７２および第２テクスチャ凸部８７４）を備える。
【００２８】
透明導電膜８７の上面８７１を、複数のテクスチャ凸部８７０をそれぞれ含む複数の単位領域８７６に分割した場合、第１領域は、複数の第１テクスチャ凸部８７２に対応する複数の単位領域８７６の集合であり、第２領域は、複数の第２テクスチャ凸部８７４に対応する複数の単位領域８７６の集合である。
【００２９】
シリコン膜８６の上面である膜上面８６１には、透明導電膜８７の複数のテクスチャ凸部８７０に対応する複数の薄膜凸部８６０が、それぞれ単位領域８７６上に設定される。また、シリコン膜８６の下面である膜下面８６６には、透明導電膜８７の複数のテクスチャ凸部８７０に対応する（一致する）複数の薄膜凹部８６５が、それぞれ単位領域８７６上に設定される。薄膜凹部８６５の形状は、薄膜凹部８６５と接するテクスチャ凸部８７０の形状に等しい。
【００３０】
実際のテクスチャ型透明導電膜上に形成されるシリコン膜では、透明導電膜のテクスチャ凸部の形状が異なると、テクスチャ凸部上に形成される部位の形状も異なる。そこで、光学モデル８では、各単位領域８７６上におけるシリコン膜８６の形状、すなわち、各単位領域８７６にて対向する薄膜凸部８６０と薄膜凹部８６５との間の部位の形状が、テクスチャ凸部８７０の複数種類の凸部に対応して複数種類の形状を有するように設定される。以下の説明では、第１テクスチャ凸部８７２上のシリコン膜８６の部位を「第１部位８１」と呼び、第１部位８１の上面の薄膜凸部８６０、および、下面の薄膜凹部８６５をそれぞれ、「第１薄膜凸部８１１」および「第１薄膜凹部８１２」と呼ぶ。また、第２テクスチャ凸部８７４上のシリコン膜８６の部位を「第２部位８２」と呼び、第２部位８２の上面の薄膜凸部８６０、および、下面の薄膜凹部８６５をそれぞれ、「第２薄膜凸部８２１」および「第２薄膜凹部８２２」と呼ぶ。
【００３１】
図５は、第１薄膜凸部８１１を拡大して示す図である。光学モデル８では、第１薄膜凸部８１１の上下方向の高さ（厚さ）をｄ０とし、最大半幅は１とし、曲率に対応する係数（第１薄膜凸部８１１の上端から離れる方向の傾きを示す係数であり、以下、「曲率係数」という。）をα１とした場合、半幅がｒの位置における第１薄膜凸部８１１の高さｄｓ（ｒ）を数１にて表現する。
【００３２】
【数１】
2012181166.tif 000003
【００３３】
曲率係数α１は、図５中に二点鎖線にて示すように、第１薄膜凸部８１１を上下方向に複数層に分割した場合の、各層における水素化アモルファスシリコン（以下、単に「シリコン」という。）の体積分率の変化を表現していると捉えることもできる。また、第１薄膜凸部８１１の形状を表現するパラメータとして、上述の高さｄｓおよび曲率係数α１に加えて、第１薄膜凸部８１１を上下方向に１０層に分割した場合の最上層（すなわち、上端部）における空気の体積分率βが設定される。体積分率βは、第１薄膜凸部８１１の上端部におけるシリコンの体積分率を表現するパラメータと捉えることもできる。
【００３４】
図４．Ａに示す光学モデル８では、第２薄膜凸部８２１、第１テクスチャ凸部８７２および第２テクスチャ凸部８７４の形状についても、第１薄膜凸部８１１と同様に表現される。本実施の形態では、第２薄膜凸部８２１の形状は、上述の高さｄｓ、曲率係数α１および体積分率βをパラメータとして表現される。換言すれば、第２薄膜凸部８２１の形状は、第１薄膜凸部８１１の形状に等しいと仮定する。
【００３５】
また、第１テクスチャ凸部８７２の形状（すなわち、第１薄膜凹部８１２の形状）は、図４．Ｂに示すように、第１薄膜凹部８１２の上下方向の高さｄｉ１、および、第１薄膜凹部８１２の曲率係数α２をパラメータとして表現される。第２テクスチャ凸部８７４の形状（すなわち、第２薄膜凹部８２２の形状）は、第２薄膜凹部８２２の上下方向の高さｄｉ２、および、上述の曲率係数α２をパラメータとして表現される。すなわち、第１薄膜凹部８１２と第２薄膜凹部８２２とでは、上下方向の高さが異なり、曲率係数が等しいと仮定している。
【００３６】
さらに、光学モデル８では、シリコン膜８６の第１部位８１の形状を表現するパラメータとして、第１部位８１における第１薄膜凸部８１１の下端と第１薄膜凹部８１２の上端との間の上下方向の距離、すなわち、上下方向の各位置において、シリコン膜８６のみが存在しており、透明導電膜８７や空気が実質的に存在していない中間部８６３の高さｄｂ１が使用される。シリコン膜８６の第２部位８２についても同様に、第２部位８２の形状を表現するパラメータとして、第２部位８２の中間部８６４の高さｄｂ２が使用される。
【００３７】
上述のように、光学モデル８では、シリコン膜８６の形状を表すパラメータ群として、各単位領域８７６における薄膜凸部８６０（すなわち、第１薄膜凸部８１１および第２薄膜凸部８２１）の上下方向の高さｄｓ、薄膜凸部８６０の曲率係数α１、薄膜凸部８６０の上端部における空気の体積分率β、薄膜凹部８６５の上下方向の高さ（すなわち、第１薄膜凹部８１２の高さｄｉ１、および、第２薄膜凹部８２２の高さｄｉ２）、薄膜凹部８６５の曲率係数α２、並びに、薄膜凸部８６０の下端と薄膜凹部８６５の上端との間の上下方向の距離（すなわち、第１部位８１の中間部８６３の高さｄｂ１、および、第２部位８２の中間部８６４の高さｄｂ２）が使用される。また、透明導電膜８７の第１テクスチャ凸部８７２および第２テクスチャ凸部８７４を除く下部８７７の上下方向の高さｄＳｎＯ、および、透光層８８の上下方向の高さｄｔも、パラメータとして使用される。
【００３８】
光学モデル８では、図６に示すように、単位領域８７６上において第１薄膜凸部８１１が存在する高さｄｓの空間を上下方向に１０層に分割し、各層を、シリコンと空気とが混合している混合層とみなして有効媒質理論（例えば、有効媒質近似）が適用される。単位領域８７６上において第２薄膜凸部８２１が存在する高さｄｓの空間についても同様に、シリコンと空気との混合層とみなされ、有効媒質理論が適用されてモデル化される。第１薄膜凸部８１１および第２薄膜凸部８２１が存在する空間は、下側に向かうに従ってシリコンの体積分率が大きくなり、空気の体積分率が小さくなるモデルとして表現される。
【００３９】
単位領域８７６上において第１薄膜凹部８１２が存在する高さｄｉ１の空間は、上下方向に９分割され、各層が、シリコンとフッ素添加酸化スズ（以下、単に「酸化スズ」という。）との混合層とみなされ、有効媒質理論が適用されてモデル化される。単位領域８７６上において第２薄膜凹部８２２が存在する高さｄｉ２の空間も、上下方向に９分割され、各層が、シリコンと酸化スズとの混合層とみなされ、有効媒質理論が適用されてモデル化される。第１薄膜凹部８１２および第２薄膜凹部８２２が存在する空間は、下側に向かうに従ってシリコンの体積分率が小さくなり、酸化スズの体積分率が大きくなるモデルとして表現される。
【００４０】
また、シリコン膜８６の第１部位８１の中間部８６３、および、第２部位８２の中間部８６４は、それぞれシリコンの１つの層としてモデル化される。このように、光学モデル８では、シリコン膜８６が、各単位領域８７６において上下方向に２０分割されたモデルとして表現される。
【００４１】
膜形状取得装置１では、測定対象となるシリコン膜の測定の事前処理として、テクスチャ型透明導電膜上にシリコン膜が形成された複数の試料が準備され、複数の試料に対して分光エリプソメータ３による測定が行われて測定スペクトルが取得される。複数の試料の透明導電膜は、上面の形状が互いに等しくなるように形成され、シリコン膜は、厚さ（すなわち、堆積量）が互いに異なるように形成される。続いて、光学モデル８において、上述のシリコン膜８６の形状を表すパラメータ群、透明導電膜８７の下部８７７の上下方向の高さｄＳｎＯ、および、透光層８８の上下方向の高さｄｔを変更しつつ、光学モデル８の理論スペクトルと分光エリプソメータ３による測定スペクトルとのフィッティングが行われる。
【００４２】
図７．Ａないし図７．Ｈは、複数の試料について行われたフィッティングにより求められたシリコン膜８６の形状を表すパラメータ群の各パラメータの値を示す図である。図７．Ａないし図７．Ｈ中の横軸は、各試料におけるシリコン膜８６の有効膜厚ｄｅｆｆを示す。有効膜厚ｄｅｆｆとは、シリコン膜８６の全体における平均膜厚であり、数２および数３により求められる。
【００４３】
【数２】
2012181166.tif 000004
【００４４】
【数３】
2012181166.tif 000005
【００４５】
数２中のＡｋ（ｋ＝１〜２）は、シリコン膜８６の膜上面８６１における第１薄膜凸部８１１および第２薄膜凸部８２１のそれぞれの分布割合を示し、透明導電膜８７の上面８７１における第１領域および第２領域のそれぞれの面積割合に等しい。数３中のｄｊ（ｊ＝１〜２０）は、第１領域および第２領域上のそれぞれにおいて、上下方向に２０分割されたシリコン膜８６の各層の上下方向の高さを示し、ｆａ−Ｓｉ：Ｈｊは、各層におけるシリコンの体積分率を示す。
【００４６】
図７．Ａないし図７．Ｈの縦軸はそれぞれ、各単位領域８７６における薄膜凸部８６０の高さｄｓ、薄膜凸部８６０の曲率係数α１、薄膜凸部８６０の上端部における空気の体積分率β、第１薄膜凹部８１２の高さｄｉ１、第２薄膜凹部８２２の高さｄｉ２の第１薄膜凹部８１２の高さｄｉ１に対する割合ｄｉ２／ｄｉ１、薄膜凹部８６５の曲率係数α２、第１部位８１の中間部８６３の高さｄｂ１、および、第２部位８２の中間部８６４の高さｄｂ２の第１部位８１の中間部８６３の高さｄｂ１に対する割合ｄｂ２／ｄｂ１を示す。膜形状取得装置１では、図７．Ａないし図７．Ｈに示される関係に基づいて、シリコン膜８６の形状を表す各パラメータが、有効膜厚ｄｅｆｆの関数として表現されて記憶部７２に記憶される。図７．Ａないし図７．Ｈでは、記憶部７２に記憶される関数を実線にて示す。シリコン膜８６の形状を表す各パラメータと有効膜厚ｄｅｆｆとの関係は、例えば、表形式にて記憶部７２に記憶されてもよい。なお、図７．Ｅに示す割合ｄｉ２／ｄｉ１は、実際には一定になるはずであるが、一定にはなっていない。これは、複数の試料の上面形状の僅かな違い等による誤差に起因するものと考えられる。
【００４７】
図８は、基板９上のシリコン膜の形状を取得する処理の流れを示す図である。膜形状取得装置１では、形状が未知のシリコン膜が設けられた基板９が搬入されると、分光エリプソメータ３にて基板９上のシリコン膜の所定位置に対して測定を行うことにより測定スペクトルが取得される（ステップＳ１１）。
【００４８】
次に、形状演算部７３（図３参照）により、光学モデル８においてシリコン膜８６の形状を表すパラメータ群（すなわち、図７．Ａないし図７．Ｈに示すパラメータ）の値、透明導電膜８７の下部８７７の上下方向の高さｄＳｎＯ、および、透光層８８の上下方向の高さｄｔを変更して、光学モデル８から求められる理論スペクトルの測定スペクトルに対するフィッティングが行われる。膜形状取得装置１では、当該フィッティングの際に、シリコン膜８６の有効膜厚ｄｅｆｆが変更されることにより、有効膜厚ｄｅｆｆにより表現される（本実施の形態では、有効膜厚ｄｅｆｆの関数として表現される）上記パラメータ群の各パラメータの値が変更される。そして、理論スペクトルが測定スペクトルに最も近くなる有効膜厚ｄｅｆｆの値、透明導電膜８７の下部８７７の高さｄＳｎＯの値、および、透光層８８の上下方向の高さｄｔの値が求められる（ステップＳ１２）。また、同時に、シリコン膜８６の形状を表すパラメータ群の各パラメータの値が求められる（ステップＳ１３）。
【００４９】
図９は、膜形状取得装置１において、一の基板９上のシリコン膜についてエリプソメトリー解析を行った結果を示すものである。図９中の複数の丸印は、分光エリプソメータ３により測定されたΨおよびΔ（すなわち、測定スペクトル）を示し、線５１，５２はそれぞれ、上述のフィッティングにより求められたΨおよびΔの理論スペクトルを示す。図９に示すように、形状演算部７３により求められたシリコン膜の偏光状態に関する理論スペクトルは、分光エリプソメータ３による測定スペクトルに精度良く一致しており、高精度なエリプソメトリー解析が実現される。また、当該エリプソメトリー解析により求められたシリコン膜の形状を表すパラメータ群の各パラメータの値は、表１の通りである。
【００５０】
【表１】
2012181166.tif 000006
【００５１】
このように、膜形状取得装置１では、光学モデル８においてシリコン膜８６の形状を表すパラメータ群の各パラメータを有効膜厚ｄｅｆｆにより表現し、有効膜厚ｄｅｆｆを変更することにより各パラメータの値を変更して理論スペクトルの測定スペクトルに対するフィッティングが行われる。これにより、シリコン膜８６の形状を表すパラメータ群の各パラメータを個別に変更してフィッティングを行う場合に比べて、シリコン膜の形状を容易かつ迅速に取得することができる。また、上記各パラメータを個別に変更する場合、局所解を求めてしまうおそれがあるが、各パラメータを有効膜厚ｄｅｆｆにより表現することにより、パラメータが局所解を取ることを防止することができ、シリコン膜の形状を高精度に取得することができる。
【００５２】
膜形状取得装置１では、必ずしも、シリコン膜８６の形状を表すパラメータ群の上述の全てのパラメータが有効膜厚ｄｅｆｆにて表現される必要はなく、パラメータ群に含まれる複数のパラメータのうち少なくとも２つのパラメータが有効膜厚ｄｅｆｆにて表現され、ステップＳ１２のフィッティングの際に、有効膜厚ｄｅｆｆが変更されることにより、当該少なくとも２つのパラメータが変更されていればよい。これにより、シリコン膜の形状を容易かつ迅速に、さらには、高精度に取得することができる。
【００５３】
ただし、パラメータ群が、薄膜凸部８６０の上下方向の高さ、薄膜凸部８６０の曲率係数、および、薄膜凸部８６０の上端部の体積分率（実質的に、当該体積分率を示すパラメータであればよい。）を、有効膜厚ｄｅｆｆにて表現されるパラメータとして含み、これらのパラメータが、ステップＳ１２のフィッティングの際に、有効膜厚ｄｅｆｆが変更されることにより変更されることにより、薄膜凸部の形状をより高精度に取得することができる。また、パラメータ群が、薄膜凹部８６５の上下方向の高さ、および、薄膜凹部８６５の曲率係数を、有効膜厚ｄｅｆｆにて表現されるパラメータとして含み、これらのパラメータが、ステップＳ１２のフィッティングの際に、有効膜厚ｄｅｆｆが変更されることにより変更される場合には、薄膜凹部の形状をより高精度に取得することができる。
【００５４】
膜形状取得装置１では、上述のように、薄膜凸部８６０が存在する空間をシリコンと空気との混合層とみなし、シリコンの体積分率（すなわち、薄膜凸部８６０内のシリコンの体積分率）をパラメータとして含む有効媒質理論を用いてステップＳ１２のフィッティングが行われる。これにより、薄膜凸部の形状をさらに高精度に取得することができる。また、薄膜凸部８６０が存在する空間を上下方向に複数層に分割し、各層をシリコンと空気との混合層とみなして有効媒質理論を適用することにより、薄膜凸部の形状をより一層高精度に取得することができる。
【００５５】
膜形状取得装置１では、薄膜凹部８６５が存在する空間をシリコンと酸化スズとの混合層とみなし、シリコンの体積分率（すなわち、薄膜凹部８６５内のシリコンの体積分率）をパラメータとして含む有効媒質理論を用いてステップＳ１２のフィッティングが行われる。これにより、薄膜凹部の形状をさらに高精度に取得することができる。また、薄膜凹部８６５が存在する空間を上下方向に複数層に分割し、各層をシリコンと空気との混合層とみなして有効媒質理論を適用することにより、薄膜凹部の形状をより一層高精度に取得することができる。
【００５６】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００５７】
光学モデル８において薄膜凸部８６０および薄膜凹部８６５を上下方向にて分割する場合、その分割数は、必ずしも上述の数には限定されず、適宜変更されてよい。光学モデル８では、テクスチャ凸部８７０は、互いに形状が異なる３種類以上の凸部を含んでいてもよい。これにより、各単位領域８７６におけるシリコン膜８６の形状も、３種類以上の形状を有する。
【００５８】
シリコン膜８６は、第１薄膜凸部８１１の下端が、第１薄膜凹部８１２の上端よりも下側に位置し、第２薄膜凸部８２１の下端が、第２薄膜凹部８２２の上端よりも下側に位置するように設定されてもよい。この場合、中間部８６３および中間部８６４は存在せず、第１薄膜凹部８１２の上部と第１薄膜凸部８１１の下部との間の空間、および、第２薄膜凹部８２２の上部と第２薄膜凸部８２１の下部との間の空間は、ステップＳ１２のフィッティングにおいて、空気、シリコンおよび酸化スズが混合する混合層とみなされて有効媒質理論が適用される。
【００５９】
膜形状取得装置１では、上述の基板９以外の太陽電池用の基板や、プラスチックフィルム等、様々な対象物のテクスチャ構造を有する上面上に形成されたシリコン膜の形状を取得することが可能である。また、膜形状取得装置１では、対象物のテクスチャ構造を有する上面上に形成されたシリコン膜以外の薄膜の形状が取得されてもよい。
【００６０】
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せられてよい。
【符号の説明】
【００６１】
１    膜形状取得装置
３    分光エリプソメータ
７    演算部
８    光学モデル
９    基板
８６    シリコン膜
８７    透明導電膜
８１１    第１薄膜凸部
８１２    第１薄膜凹部
８２１    第２薄膜凸部
８２２    第２薄膜凹部
８６０    薄膜凸部
８６１    膜上面
８６５    薄膜凹部
８６６    膜下面
８７０    テクスチャ凸部
８７１    上面
８７２    第１テクスチャ凸部
８７４    第２テクスチャ凸部
８７６    単位領域
Ｓ１１〜Ｓ１３    ステップ
【図１】
2012181166.tif 000007
【図２】
2012181166.tif 000008
【図３】
2012181166.tif 000009
【図４．Ａ】
2012181166.tif 000010
【図４．Ｂ】
2012181166.tif 000011
【図５】
2012181166.tif 000012
【図６】
2012181166.tif 000013
【図７．Ａ】
2012181166.tif 000014
【図７．Ｂ】
2012181166.tif 000015
【図７．Ｃ】
2012181166.tif 000016
【図７．Ｄ】
2012181166.tif 000017
【図７．Ｅ】
2012181166.tif 000018
【図７．Ｆ】
2012181166.tif 000019
【図７．Ｇ】
2012181166.tif 000020
【図７．Ｈ】
2012181166.tif 000021
【図８】
2012181166.tif 000022
【図９】
2012181166.tif 000023