JP2008205189A - 膜質評価方法およびその装置ならびに薄膜製造システム - Google Patents

Abstract

【課題】作業員の負担を軽減させるとともに、製造効率を向上させることのできる膜質評価方法および膜質評価装置を提供することを目的とする。
【解決手段】薄膜シリコン系デバイスに用いる結晶質シリコン膜に光を照射し、結晶質シリコン膜で反射された反射光を検出し、検出した反射光の輝度に係るパラメータを計測し、該輝度に係るパラメータが予め設定されている適正範囲内であるか否かに応じて、該結晶質シリコン膜の膜質評価を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜の膜質評価方法に係り、特に、シリコン系薄膜の膜質評価を行う膜質評価方法および膜質評価装置、ならびに薄膜製造システムに関するものである。

薄膜シリコン系デバイスのなかで、薄膜シリコン系太陽電池がある。従来、薄膜シリコン系太陽電池の分野では、結晶質シリコン膜が用いられることが知られている。例えば、薄膜シリコン系太陽電池に分類される多接合型太陽電池の一つであるタンデム型太陽電池を例に挙げると、このタンデム型太陽電池では、ボトムセルと呼ばれる層をトップセルと裏面電極との間に形成する。ボトムセルは、ｐｉｎ構造の光電変換層を有し、ｉ層に結晶質シリコンを用いる。結晶質シリコンは、微小サイズの結晶とアモルファス領域とが混在した状態の薄膜である。

従来、結晶質シリコンの膜質評価方法として、例えば、ラマン分光法によるラマンピーク強度比を用いた評価方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、ラマン分光分析装置等を用いて、結晶質シリコンのラマン分光計測を行い、結晶を表すラマンピーク（波長５２０ｃｍ^-1付近）の強度Ｉ₅₂₀とアモルファスを表すラマンピーク（波長４８０ｃｍ^-1付近）の強度Ｉ₄₈₀との比（Ｉ₅₂₀／Ｉ₄₈₀）を求め、このラマンピーク強度比（Ｉ₅₂₀／Ｉ₄₈₀）によって結晶質シリコンの膜質を評価する。ラマンピーク強度比は定義上０から無限大の値をとりうる。ラマンピーク強度比がゼロの場合、アモルファスであり、ラマン比が大きい結晶質シリコン膜は結晶性が高いといえる。
太陽電池に用いられる結晶質シリコンの場合、ラマンピーク強度比の適正範囲は、要求される品質に応じて決定され、例えば、ラマンピーク強度比の計測値が、この適正範囲内であるか否かにより膜質の評価が行われる。
特開２００２−２６３４８号公報

上述したラマンピーク強度比を用いた膜質評価においては、ラマンピーク強度比の測定にラマン分光測定装置等を用いる必要がある。そのため、評価検査を行う場合には、製造ラインからラインアウトした基板から試験片を切り取り、この試験片を製造ラインとは個別に設けられているラマン分光分析装置に載置し、この状態で試験片の評価を行う。
従って、検査を行うために用いた薄膜シリコンを形成した基板は、商品として使用できなくなり、製造効率が低下するという不都合があった。また、作業員がシリコン基板から試験片を切り出し、検査を行う必要があることから、作業員の負担が大きいという問題があった。
更に、全ての基板を検査することができず、評価結果が出るまで時間を要し、製造ラインへの結果のフィードバックが出来ずに生産の安定性を低下し歩留まりが低下する要因になっていた。
また、製造ラインにおいては簡単に膜質をオンライン評価できる手法が望まれている。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、作業員の負担を軽減させるとともに、製造効率と歩留まりを向上させることのできる膜質評価方法および膜質評価装置ならびに薄膜製造システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、太陽電池用基板上に形成された結晶質シリコン膜に膜面側から光を照射し、前記結晶質シリコン膜で反射された反射光を検出し、検出した反射光の輝度に係るパラメータを計測し、該輝度に係るパラメータが予め設定されている適正範囲内であるか否かに応じて、該結晶質シリコン膜の膜質評価を行う膜質評価方法を提供する。

発明者らは、ラマンピーク強度比に応じて結晶質シリコン膜の表面形状の凸凹形状が変化し、その形状変化に応じて、光の散乱の挙動が変化する現象を新たに見出した。従来用いられていたラマンピーク強度比による結晶性評価に代えて、光の散乱の挙動に関するパラメータ、例えば、反射光の輝度に係わるパラメータを用いてシリコン系薄膜、特に結晶質シリコン膜の膜質を評価することを発案した。
本発明の膜質評価方法では、太陽電池に用いられる基板上に形成された結晶質シリコン膜の表面で反射された反射光の輝度に係るパラメータが所定の適正範囲内であるか否かによって結晶質シリコン膜の膜質評価を行う。このように、ラマンピーク強度比ではなく、反射光の輝度に係るパラメータを用いて結晶質シリコンの膜質評価を行うこととしたので、ラマン分光測定装置等の専用の評価装置を用いずに、評価検査を行うことが可能となる。これにより、製造ライン上を搬送される製造基板に対して膜面側から光を照射し、この反射光に基づいて上記膜質評価を行うことが可能となり、全数の製造基板の非破壊検査が可能となり、歩留まりが向上する。製造ラインからラインアウトした基板からの試験片の切り出しを不要にでき、作業員の負担を軽減することができる。

上記膜質評価方法において、異なるラマンピーク強度比を有する複数のサンプルの輝度に係るパラメータをそれぞれ検出し、検出した輝度に係るパラメータと前記ラマンピーク強度比とを関連付けた輝度特性を作成し、前記輝度特性において、予め決定されているラマンピーク強度比の適正範囲に相当する輝度の適正範囲を特定し、特定した前記輝度に係るパラメータの適正範囲を用いて、前記結晶質シリコンの膜質評価を行うこととしてもよい。

このような方法によれば、予めラマンピーク強度比が既知である複数のサンプルを用意し、これらのサンプルに光を照射することで、各ラマンピーク強度比に対応する輝度に係るパラメータを測定し、この測定結果に基づいて、ラマンピーク強度比と輝度に係るパラメータとを関連付けた輝度特性を作成する。そして、この輝度特性において、予め決定されているラマンピーク強度比の適正範囲に対応する輝度に係るパラメータの値を求めることにより、輝度に係るパラメータの適正範囲を特定し、この適正範囲を用いて結晶質シリコンの膜質評価を行う。これにより、従来から用いていたラマンピーク強度比の適正範囲と同等の範囲を用いて、結晶質シリコンの膜質評価を行うことが可能となるので、膜質評価の基準を維持することができる。

上記輝度に係るパラメータとしては、例えば、色差または反射率を用いることが可能である。また、上記色差としては、例えば、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系におけるＬ^＊値等を用いることが可能である。

また、前記輝度に係るパラメータとして反射率を用いる場合において、可視域（３８０〜７６０nm）から近赤外域（７６０nm〜２．５μｍ）にわたる波長帯域のうち、任意の波長に対応する反射率を用いることが可能である。好ましくは、可視域（３８０〜７６０nm）、より好ましくは、波長６５０ｎｍ以上における任意の波長に対応する反射率を採用するとよい。
ここで、輝度に係るパラメータとして反射率を用いる場合、結晶質シリコンがアモルファス化した場合に、波長６５０ｎｍ以上の帯域において顕著な違いが出ることが検証の結果わかった。従って、この６５０ｎｍ以上に着目して反射率を比較することにより、膜質評価の精度を向上させることができる。波長６５０ｎｍ以上の帯域において顕著な違いが出る理由は、アモルファスシリコンと結晶質シリコンの吸収スペクトルの違いが原因である。
このような方法によれば、評価する反射光として、単に反射光強度を計測するのではなく、色差または指定波長に対応する反射率を用いることで、計測対象膜の表面性状の影響を感知し、膜質を精度よく計測することができる。

本発明は、基板上に形成された結晶質シリコン膜に膜面側から光を照射する光照射手段と、前記結晶質シリコン膜で反射された反射光を検出する光検出手段と、検出した反射光の輝度に係るパラメータを計測するパラメータ計測手段と、該輝度に係るパラメータが予め設定されている適正範囲内であるか否かに応じて、該結晶質シリコン膜の膜質評価を行う評価手段とを具備する膜質評価装置を提供する。

このような構成によれば、光照射手段により基板上に形成された結晶質シリコン膜に光が照射され、この反射光が光検出手段により検出される。検出された光は、パラメータ計測手段により分析されることにより、輝度に係るパラメータが計測されて、この計測結果が予め設定されている適性範囲内であるか否かによって結晶質シリコン膜の膜質評価が評価手段により行われる。このように、本発明によれば、輝度に係るパラメータに基づいて結晶質シリコン膜の膜質評価を行うこととしたので、ラマン分光測定装置等の専用の評価装置を用いずに、評価検査を行うことが可能となる。これにより、製造ライン上を搬送されている製造基板に対して光を照射し、この反射光に基づいて上記膜質評価を行うことが可能となり、全数の製造基板の非破壊検査が可能となり、歩留まりが向上する。製造ラインからラインアウトした基板からの試験片の切り出しを不要とできるとともに、作業員の負担を軽減することができる。

上記膜質評価装置において、前記評価手段は、異なるラマンピーク強度比を有する複数のサンプルの輝度に係るパラメータをそれぞれ検出し、検出した輝度に係るパラメータと前記ラマンピーク強度比とを関連付けた輝度特性を作成し、前記輝度特性において、予め決定されているラマンピーク強度比の適正範囲に相当する輝度に係るパラメータの適正範囲を特定し、特定した前記輝度に係るパラメータの適正範囲を用いて、前記結晶質シリコンの膜質評価を行うこととしても良い。

このような構成によれば、予めラマンピーク強度比が既知である複数のサンプルを用意し、これらのサンプルに光を照射することで、各ラマンピーク強度比に対応する輝度に係るパラメータを測定し、この測定結果に基づいて、ラマンピーク強度比と輝度に係るパラメータとを関連付けた輝度特性を作成する。そして、この輝度特性において、予め決定されているラマンピーク強度比の適正範囲に対応する輝度に係るパラメータの値を求めることにより、輝度に係るパラメータの適正範囲を特定し、この適正範囲を用いて結晶質シリコンの膜質評価を行う。これにより、従来から用いていたラマンピーク強度比の適正範囲と同等の範囲を用いて、結晶質シリコンの膜質評価を行うことが可能となるので、膜質評価の基準を維持することができる。

前記輝度に係るパラメータとして、例えば、色差または反射率を用いることが可能である。また、上記色差としては、例えば、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系におけるＬ^＊値等を用いることが可能である。

また、前記輝度に係るパラメータとして反射光の反射率を用いる場合において、波長６５０ｎｍ以上における反射率を用いると良い。
輝度に係るパラメータとして反射光の反射率を用いる場合、結晶質シリコンがアモルファス化した場合に、波長６５０ｎｍ以上の帯域において顕著な違いが出ることが検証の結果わかった。従って、この６５０ｎｍ以上に着目して反射率を比較することにより、膜質評価の精度を向上させることができる。

本発明は、上述の膜質評価装置を備える薄膜製造システムであって、前記光照射手段が、薄膜形成を含む製造ライン上を搬送される基板上に形成された結晶質シリコン膜に膜面側から光を照射するように配置されて薄膜形成状況を監視する薄膜製造システムを提供する。この薄膜製造システムは、例えば、薄膜シリコン系デバイスの薄膜形成状況を監視するのに好適である。
本発明は、上述の膜質評価装置を用いて製造した薄膜シリコン系デバイスを提供する。
なお、上述の各種態様は、可能な範囲で組み合わせて利用することができるものである。
薄膜シリコン系デバイスとしては、たとえば薄膜シリコン系太陽電池が挙げられる。また、薄膜シリコン系太陽電池は、一辺が１ｍを越える大型基板に薄膜をより均一に、より均質に形成することが発電効率の向上に重要であり、上述の膜質評価装置を用いて基板全面にわたり膜質を評価できるので、発電効率の向上、歩留まりの向上、生産効率の向上に大きく寄与する。
ここで、シリコン系とはシリコン（Ｓｉ）やシリコンカーバイト（ＳｉＣ）やシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を含む総称であり、結晶質シリコン系とは、アモルファスシリコン系すなわち非晶質シリコン系以外のシリコン系を意味するものであり、結晶質シリコン系や多結晶シリコン系も含まれる。また薄膜シリコン系とは、アモルファスシリコン系、結晶質シリコン系、アモルファスシリコン系と結晶質シリコン系とを積層させた多接合型（タンデム型、トリプル型）を含むものとする。

本発明によれば、作業員の負担を軽減させるとともに、製造効率を向上させることができるという効果を奏する。
また、本発明によれば、膜質変動を監視できるので、発電効率を高く、歩留まりを向上し、製造効率を向上させるという効果を奏する。

以下に、本発明に係る膜質評価装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態に係る膜質評価装置は、薄膜シリコン系デバイス、特に薄膜シリコン系太陽電池の製造装置の製造工程の一部に設けられて利用されるものである。太陽電池の基板上に製膜された薄膜、特に、結晶質シリコン膜の膜質計測を行うために利用されて好適なものである。また、本実施形態に係る膜質計測装置は、一層のｐｉｎ構造光電変換層を有するシングル型の太陽電池、二層のｐｉｎ構造光電変換層を有するタンデム型の太陽電池、三層のｐｉｎ構造光電変換層を有するトリプル型の太陽電池、透光性基板上の一層の結晶質シリコン膜単膜等、太陽電池の構造にかかわらず、結晶質シリコン層を有する太陽電池を製造する製造システムにおいて広く適用されるものである。ここでは、一例として、タンデム型太陽電池の製造工程において、裏面電極とトップセルとの間に形成されるボトムセルの評価、換言すると、結晶質シリコン層の評価を行う場合について説明する。

〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る膜質評価装置の全体構成を示した図である。
図１において、搬送コンベア１は、検査対象である結晶質シリコン層が表面に形成された基板Ｗを搬送方向（図中Ｙ方向）に搬送する。この基板Ｗは、例えば、透明ガラス基板の上に、熱ＣＶＤ装置で透明導電膜、プラズマCVD装置でアモルファスシリコン膜の光電変換層、プラズマＣＶＤ装置で結晶質シリコン膜の光電変換層がこの順で製膜されたものである。あるいは、透明ガラス基板の上に、熱ＣＶＤ装置で透明導電膜、プラズマＣＶＤ装置で結晶質シリコン膜の光電変換層がこの順で製膜されたものでもよい。あるいは、透明ガラス基板の上に、プラズマＣＶＤ装置で結晶質シリコン膜が製膜されたものでもよい。図１では基板Wの搬送コンベア１側が透明ガラス基板で、搬送コンベア１の反対側に透明導電膜、薄膜シリコンによる光電変換層が積層されている。搬送コンベア１の上方には、カメラ（光検出手段）２とライン照明器（光照射手段）３とが配置されている。カメラ２には、例えば、カラーラインセンサカメラ、カラーエリアカメラ、いわゆるＣＣＤカメラ等を適用することが可能である。本実施形態では、カメラ２として、撮像素子（例えば、ＣＣＤ素子）と撮像用レンズ系とで構成されるものを採用している。

ライン照明器３は、例えば、蛍光灯により構成されており、後述するコンピュータ７から送られる信号に基づいて光源用電源４が作動することにより、光量調整並びに光源のオン／オフが制御される。なお、ライン照明器３は、蛍光灯に限られず、白色光をライン状に照射可能な光源であればよく、ＬＥＤ素子を直線状に配置して構成されるライン型ＬＥＤ照明でもよい。

カメラ２とライン照明器３は、図２に示すように、計測する膜面に対して反射式検査装置を構成するように配置されている。即ち、ライン照明器３は、射出したライン照明光Ｌ１が、基板Ｗの上面、本実施形態では、基板Ｗの表面に形成された結晶質シリコン膜の表面にて反射されるように配置されている。カメラ２は、結晶質シリコン膜の表面にて反射されたライン反射光Ｌ２が入射される位置に配置されており、基板Ｗの表面のうち、ライン照明光Ｌ１が当たっている部分（図１におけるライン状の部分Ｋ）から反射される反射光Ｌ２を受光するようになっている。基板Ｗに入射するライン照明光Ｌ１の入射角θ１は約４５°、基板Ｗにて反射されたライン反射光Ｌ２の反射角θ２は約０°となるようにカメラ２とライン照明器３の配置位置が設定されている。なお、本実施形態に係る膜厚計測装置では、入射角θ１は、約０°から約９０°のいずれかの角度、反射角θ２は、０°近傍であればよい。このように配置することで、カメラの位置調整、すなわちピント合わせが容易となる。

搬送コンベア１には、光電スイッチ５とロータリエンコーダ６が配置されている。光電スイッチ５は、搬送されてきた基板Ｗの先端部分がライン照明光Ｌ１の入射位置、すなわち、カメラ２にて撮影するライン状の撮影位置に到達したことを検出した場合に、検査スタート信号Ｓを発生してコンピュータ７に送信する。ロータリエンコーダ６は、設定回転角毎、即ち、基板Ｗが設定距離移動する毎に、パルス信号Ｐを発生してコンピュータ７に送る。

また、搬送コンベア１の下方には、上記ライン照明光Ｌ１が照射される位置に基準白色板２０が設けられている。この基準白色板２０は、基準となる輝度情報を取得するために用いられるものである。基準白色板は特に材料の指定はなく、画像撮影の技術分野において、基準とみなせる均一性の高いものであれば使用可能である。ここでは便宜上、白色と書いているが、色彩学的に厳密に白である必要はなく、固有の色を有していてもよい。例えば、分光計測用で常用される白板（硫酸アルミニウム粉末をペレット状に固めたもの）や、紙、市販の色差計で常用される白色基準、その他、均一性の高い基準となりうる物体などが使用できる。

コンピュータ７は、検査スタート信号Ｓを受信した後において、パルス信号Ｐを受信する毎に、トリガ信号Ｔをカメラ２に送るようになっている。カメラ２は、トリガ信号Ｔを受ける毎に、基板Ｗを撮影して、ライン照明器３からの反射光を取り込み、基板Ｗの横幅と移動方向に縦幅を持つ１ライン分の画像情報を持つカラー画像信号Ｃを生成し、これをコンピュータ７に送る。このカラー画像信号Ｃは、例えば、赤成分画像信号Ｒと、緑成分画像信号Ｇと、青成分画像信号Ｂを含んでいる。
コンピュータ（パラメータ計測手段および評価手段）７は、カメラ２からのカラー画像信号Ｃを受信すると、これらのカラー画像信号Ｃをメモリ上で二次元的に配列することにより、基板Ｗの表面画像を示す二次元画像、膜質分布状態を作成する。

コンピュータ７は、作成した二次元画像に対して後述する膜質評価処理を実行することにより、基板Ｗ上に形成された結晶質シリコン膜の膜質評価を行う。また、コンピュータ７には、ＣＲＴ等の表示装置８が接続されており、この表示装置８に、カラー画像信号Ｃの波形や、画像処理した二次元画像、評価結果等が表示されるようになっている。

次に、図１に示す膜質評価装置により、検査対象となる基板Ｗを実際に検査する場合について説明する。
まず、コンピュータ７は、ライン照明器３を点灯させた状態において、搬送コンベア１上に載置された基板Ｗを搬送方向に搬送させる。これにより、ライン照明器３から射出されたライン照明光Ｌ１（図２参照）は、基板Ｗの表面に形成されている結晶質シリコン膜上において反射される。また、この基板Ｗの移動に応じてロータリエンコーダ６からパルス信号Ｐがコンピュータ７に送られる。コンピュータ７は、このパルス信号Ｐを受信する毎に、トリガ信号Ｔをカメラ２に送る。これにより、基板Ｗの移動に応じてカメラ２によりライン反射光Ｌ２（図２参照）が受光され、カラー画像信号Ｃが次々とコンピュータ７に送られることとなる。コンピュータ７は、カメラ２からの多数ラインのカラー画像信号Ｃを受信すると、これらを二次元配置することにより、二次元画像を作成する。
このようにして二次元画像が作成されると、コンピュータ７は、次に示す膜質評価処理を実行することにより、膜質評価を行う。以下、薄膜評価処理について具体的に説明する。

まず、コンピュータ７では、二次元画像に対して画像処理を施すことにより、輝度に関するパラメータを計測する。膜質の評価にあたっては、単なる反射光強度ではなく、膜質と輝度との相関関係を見出して、これを利用したものである。本実施形態では、例えば、ＲＧＢ画像データからＣＩＥ−ＸＹＺ表色系に変換する（図３のステップＳＡ１）。この変換は、公知の手法を用いることで容易に行うことができる。
続いて、ＣＩＥ−ＸＹＺ表色系をＣＩＥ−Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系に変換する（ステップＳＡ２）。Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊は、ＪＩＳ Ｚ ８７２９において規定されるＬ^＊ａ^＊ｂ^＊（エルスター・エイスター・ビースター）表色系であり、色差を表す。Ｌ^＊：明度（輝度）、ａ^＊：赤−緑色相のクロマティックネス指数、ｂ^＊：黄−青色相のクロマティックネス指数をそれぞれ表している。このようにして、二次元画像におけるＬ^＊値（輝度）が求まると、コンピュータ７は、カメラ２で取り込んだ各画素毎に、Ｌ^＊値が予め設定されている適正範囲に入るか否かを判定することにより、２次元画像全体を適正領域と不適正領域とに区分する（ステップＳＡ３）。これにより、基板Ｗを適正領域と不適正領域とに分けることができる。
続いて、適正領域の面積が基板全体の面積に占める割合を求め（ステップＳＡ４）、この割合が予め設定されている基準値以上であるかを判断し（ステップＳＡ５）、基準値以上であれば、良品であると判断し（ステップＳＡ６）、基準値未満であれば不具合品であると判断して（ステップＳＡ７）、本処理を終了する。

そして、カメラ２から送られてくるカラー画像信号に基づいて２次元画像を作成する毎に、コンピュータ７が図３に示した薄膜評価処理を繰り返し実行することにより、各基板における膜質評価を実施する。

次に、上記ステップＳＡ３において参照される適性範囲の設定方法について、図４を参照して説明する。

まず、別途ラマン分光分析装置などにより計測・評価して、互いに異なる既知のラマンピーク強度比を持つ評価対象膜と略類似の材質・略同一な膜厚のサンプルを用意し、このサンプルを図１に示した搬送ライン１上に載置し、ライン照明器３から照明光を照射し、反射光をカメラ２で取り込み、コンピュータ７で画層処理をする。各サンプルのＬ^＊値を上述の方法で取得する（図４のステップＳＢ１）。これにより、それぞれ異なるラマンピーク強度比に対応するＬ^＊値を取得することができる。続いて、取得したＬ^＊値とラマンピーク強度比とを関係付ける輝度特性を作成する（ステップＳＢ２）。ここでは、横軸にラマンピーク強度比をとり、縦軸にＬ^＊値をとる座標軸を作成し、この座標軸上に実験結果をプロットすることにより、輝度特性を作成する。例えば、図５に輝度特性の一例を示す。
ここで、膜質の評価は膜表面性状によるため、下地膜、たとえば太陽電池における透明導電膜の凹凸の直接的影響は少ない。但し、結晶質膜は下地膜による結晶成長の違いや、膜厚が厚くなるとともに結晶成長が影響するために膜の表面性状が変わることがある。このためサンプル膜質にもとづく図５のような輝度特性を作成する際は、実際に評価する下地膜と膜厚であることが、より好ましい。

続いて、この輝度特性において、従来から用いていたラマンピーク強度比の適正範囲に相当するＬ^＊値の適正範囲を特定し（ステップＳＢ３）、本処理を終了する。例えば、従来、用いていたラマンピーク強度比の適正範囲が図５における値ｂから値ａの範囲であった場合、値ａに対応するＬ^＊の値ａ´及び値ｂに対応するＬ^＊の値ｂ´を取得することにより、Ｌ^＊値における適正範囲をａ´からｂ´の範囲と特定する。

そして、上述した評価処理の実行時においては、Ｌ^＊値がこの適正範囲ａ´からｂ´内であるか否かにより、上述した領域の区分を行うこととなる。なお、上記は、コンピュータ７により全ての処理が自動的に行われる場合について説明したが、この適正範囲の特定については、技術者により行われるものとしても良い。つまり、上述したような方法により求められたＬ^＊値の適正範囲が、膜質評価時において、コンピュータ７に登録されていれば良く、その具体的な求め方については、特に限定されない。

以上、説明してきたように、本実施形態に係る膜質評価装置によれば、ラマンピーク強度比ではなく、Ｌ^＊値を用いて結晶質シリコンの膜質評価を行うこととしたので、ラマン分光測定装置等の専用の評価装置を用いずに、膜質評価を行うことが可能となる。これは評価対象膜である結晶質シリコン膜の表面形状がラマンピーク強度比に応じて変化し、その形状変化に応じて、光の散乱の挙動が変化する現象を新たに見出し、ＣＩＥ−Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系のＬ^＊値と結晶化状態を評価するラマンピーク強度比の相関関係を見出したことによる。
これにより、製造ライン上を搬送される基板Ｗに対してライン照明光Ｌ１を照射し、このライン反射光Ｌ２に基づいて上記膜質評価を行うことが可能となり、製造ラインからラインアウトした基板からの試験片の切り出しを不要にでき、作業員の負担を軽減することができる。また、この膜質分布の計測結果に基づいて、プラズマＣＶＤ装置により製膜形成された全数の結晶質シリコン膜の良否を判断し、不具合品が検出された場合には途中工程にて不具合基板をラインアウトし、必要に応じてプラズマＣＶＤ装置の製膜条件などを調整することができる。またプラズマＣＶＤ装置自体が感知できないトラブルで膜形成が不良となった場合も即刻に判断がつき、素早い修復対応が可能となる。すなわち、管理目標とする平均膜質と膜質分布の基準値に対して評価し、製膜状況をオンラインで監視することで、発電効率が高い生産状況を維持し、不良発生時には極めて短時間で判断が付くので、製膜形成の品質が安定し歩留まりが向上する。これにより製造効率が向上する。

更に、本実施形態に係る膜質評価装置によれば、予め決定されているラマンピーク強度比の適正範囲に対応するＬ^＊値を求めることにより、Ｌ^＊値の適正範囲を特定し、この適正範囲を用いて結晶質シリコンの膜質評価を行うので、従来から用いていたラマンピーク強度比の適正範囲と同等の範囲を用いて、結晶質シリコンの膜質評価を行うことができる。これにより、膜質評価の基準を維持することができる。

なお、上述した本実施形態においては、輝度に係るパラメータとして、Ｌ^＊値を採用したが、輝度に係るパラメータは、これに限られない。例えば、Ｌ^＊値に代えて、反射率、或いは、ライン反射光Ｌ２の光強度を用いることとしてもよい。
輝度に係るパラメータとして反射率を用いる場合、コンピュータ７は、カラー画像信号に基づいて反射率を検出する。なお、反射率の計測方法については、公知の手法を適宜採用することが可能である。そして、このようにして計測した反射率が所定の適正範囲内であるか否かにより２次元画像を適正領域と不適正領域とに区分し、適正領域が全体面積に占める割合によって、当該基板が不具合品か否かを判定する。

なお、上述のように輝度に関するパラメータとして反射率を採用したときの所定範囲の決定方法についても、上述したＬ^＊値と同様の方法により特定される。ここで、輝度に関するパラメータとして反射率を用いる場合の輝度特性の一例を図６に示す。
このように、ラマンピーク強度比がａからｂの範囲に対応する反射率ｃ´からｄ´を求め、この範囲を反射率に係る適正範囲として実際の膜質評価にて用いればよい。

また、輝度に関するパラメータとして反射率を用いる場合、図７に示すように、反射スペクトルの波長が６５０ｎｍ以上の領域において、アモルファス化したものとしていないものとで反射率に顕著な違いが現れることが実験により検証された。従って、このように、違いが顕著に現れる波長帯域の反射率を用いて、適正範囲を決定することにより、アモルファス化の評価精度を向上させることができる。

なお、上述した実施形態においては、予めラマンピーク強度比の適正範囲に対応する輝度に係るパラメータの適正範囲を求め、この適正範囲を用いて評価を行っていたが、これに代えて、図５または図６に示したような輝度特性を保有しており、二次元画像から取得された各Ｌ^＊または反射率に対応するラマンピーク強度比を図５または図６に示した輝度特性から取得し、取得したラマンピーク強度比が予め設定されている適性範囲内であるか否かにより、膜質評価を行うこととしても良い。このような手法によっても、同様の判断基準で膜質評価を行うことができる。

また、上記実施形態においては、タンデム型太陽電池における結晶質シリコン膜の膜質を評価する場合について説明したが、これに限られず、本発明の膜質評価装置は、薄膜シリコン系デバイスや薄膜太陽電池に用いられる結晶質シリコン膜の膜質評価に幅広く適用することができる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係る膜質評価装置について説明する。本実施形態に係る膜質評価装置は、上述した第１の実施形態に係る膜質評価装置と略同じであるが、カメラ２とライン照明器３の配置が異なる。
以下、第１の実施形態に係る膜質評価装置と異なる点について主に説明する。

本実施形態に係る膜質評価装置は、図２において、例えば、基板Ｗに入射するライン照明光Ｌ１の入射角θ１が０°近傍、基板Ｗにて反射されたライン反射光Ｌ２の反射角θ２が約０°から約９０°のいずれかの角度となるように、カメラ２およびライン照明器３の配置位置が設定されている。例えば、基板Ｗに入射するライン照明光Ｌ１の入射角θ１が約０°、基板Ｗにて反射されたライン反射光Ｌ２の反射角θ２が約４５°となるように、カメラ２およびライン照明器３の配置位置が設定されている。
このように配置することで、ライン照明器の位置調整、すなわち、照度分布調整が容易となる。

〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態に係る膜質評価装置について説明する。本実施形態に係る膜質評価装置は、上述した第１の実施形態に係る膜質評価装置と略同じであるが、カメラ２とライン照明器３の配置が異なる。
以下、第１の実施形態に係る膜質評価装置と異なる点について主に説明する。

本実施形態に係る膜質評価装置は、図２において、例えば、基板Ｗに入射するライン照明光Ｌ１の入射角θ１と、基板Ｗにて反射されたライン反射光Ｌ２の反射角θ２とが略同一となるように、カメラ２およびライン照明器３の配置位置が設定されている。例えば、ライン照明光Ｌ１の入射角θ１は、約０°から約９０°のいずれかの角度に設定されている。一例としては、入射角θ１および反射角θ２が約１７°から約１８°のいずれかの角度に設定される。
このように配置することで、正反射光を受光することが可能となるので、光の受光レベルが高くなり、迷光等の外乱に強くなるという効果が得られる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の第１の実施形態に係る膜質評価装置の全体構成図である。 カメラとライン照明器との配置関係を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る膜質評価装置において実行される膜質評価処理の手順を示したフローチャートである。 本発明の膜質評価処理にて用いられる適用範囲を決定するための処理手順を示したフローチャートである。 図４に示した処理において作成される輝度特性の一例を示した図である。 Ｌ^＊値に代えて、反射率を用いる場合の輝度特性の一例を示した図である。 結晶質シリコンとアモルファス化したものの分光反射スペクトルを示した図である。

符号の説明

１ 搬送コンベア
２ カメラ
３ ライン照明器
４ 光源用電源
５ 光電スイッチ
６ ロータリエンコーダ
７ コンピュータ
８ 表示装置
Ｗ 基板

Claims (10)

1. 基板上に形成された結晶質シリコン膜に膜面側から光を照射し、
   前記結晶質シリコン膜で反射された反射光を検出し、
   検出した反射光の輝度に係るパラメータを計測し、
   該輝度に係るパラメータが予め設定されている適正範囲内であるか否かに応じて、該結晶質シリコン膜の膜質評価を行う膜質評価方法。
2. 異なるラマンピーク強度比を有する複数のサンプルの輝度に係るパラメータをそれぞれ検出し、検出した輝度に係るパラメータと前記ラマンピーク強度比とを関連付けた輝度特性を作成し、
   前記輝度特性において、予め決定されているラマンピーク強度比の適正範囲に相当する輝度の適正範囲を特定し、特定した前記輝度に係るパラメータの適正範囲を用いて、前記結晶質シリコンの膜質評価を行う請求項１に記載の膜質評価方法。
3. 前記輝度に係るパラメータとして、色差または反射率を用いる請求項１または請求項２に記載の膜質評価方法。
4. 前記輝度に係るパラメータとして、反射率を用いる場合において、波長６５０ｎｍ以上における反射率を用いる請求項３に記載の膜質評価方法。
5. 基板上に形成された結晶質シリコン膜に膜面側から光を照射する光照射手段と、
   前記結晶質シリコン膜で反射された反射光を検出する光検出手段と、
   検出した反射光の輝度に係るパラメータを計測するパラメータ計測手段と、
   該輝度に係るパラメータが予め設定されている適正範囲内であるか否かに応じて、該結晶質シリコン膜の膜質評価を行う評価手段と
   を具備する膜質評価装置。
6. 前記評価手段は、異なるラマンピーク強度比を有する複数のサンプルの輝度に係るパラメータをそれぞれ検出し、検出した輝度に係るパラメータと前記ラマンピーク強度比とを関連付けた輝度特性を作成し、前記輝度特性において、予め決定されているラマンピーク強度比の適正範囲に相当する輝度に係るパラメータの適正範囲を特定し、特定した前記輝度に係るパラメータの適正範囲を用いて、前記結晶質シリコンの膜質評価を行う請求項５に記載の膜質評価装置。
7. 前記輝度に係るパラメータとして、色差または反射率を用いる請求項５または請求項６に記載の膜質評価装置。
8. 前記輝度に係るパラメータとして反射率を用いる場合において、波長６５０ｎｍ以上における反射率を用いる請求項７に記載の膜質評価装置。
9. 請求項５から請求項８のいずれかに記載の膜質評価装置を備える薄膜製造システムであって、
   前記光照射手段が、薄膜形成を含む製造ライン上を搬送される基板上に形成された結晶質シリコン膜に膜面側から光を照射するように配置されて薄膜形成状況を監視する薄膜製造システム。
10. 請求項５から請求項８のいずれかに記載の膜質評価装置を用いて製造した薄膜シリコン系デバイス。

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