JP6342622B2 - フォトデバイス検査装置およびフォトデバイス検査方法 - Google Patents

Description

この発明は、フォトデバイスを検査する技術に関する。

フォトデバイスを検査する技術は、これまでにもいくつか提案されている（例えば、特許文献１，２）。

例えば、特許文献１では、フォトデバイスである太陽電池に、擬似太陽光を照射することによって、電流を発生させ、この電流を検出することによって、太陽電池が検査されている。また、特許文献２では、フォトデバイスにパルス光を照射することによって、電磁波を放射させる。この電磁波パルスを検出することによって、フォトデバイスを検査している。

特開２０１０−１８２９６９号公報 特開２０１３−０１９８６１号公報 特開２００９−１７５１２７号公報

ところで、特許文献１における太陽電池に用いられる光源は、擬似太陽光（連続光）を出射するものであって、特許文献２で用いられている、パルス光を出射する光源とは種類が異なっている。このため、フォトデバイスで発生する電流および電磁波を測定するためには、それぞれに適した光源を個別に用意する必要があった。このため、装置コストが増大してしまうという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、光照射に応じてフォトデバイスで発生する電流の測定および電磁波の測定を、低コストで行う技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、第１の態様は、フォトデバイスを検査するフォトデバイス検査装置であって、光源から出射された光を前記フォトデバイスに照射する照射部と、前記光の照射に応じて、前記フォトデバイスから放射される電磁波を検出する電磁波検出部と、前記光の照射に応じて、前記フォトデバイスにて発生する電流を検出する電流検出部とを備え、前記照射部は、前記フォトデバイスにおける検査対象領域を前記光で走査する走査機構を備え、前記フォトデバイス検査装置は、さらに、前記検査対象領域において発生した前記電流の強度分布を示す電流強度分布画像を生成する電流強度分布画像生成部と、前記検査対象領域において発生した前記電磁波の強度分布を示す電磁波強度分布画像を生成する電磁波強度分布画像生成部と、前記電流強度分布画像および前記電磁波強度分布画像を合成する画像合成部と、を備えている。

また、第２の態様は、第１の態様に係るフォトデバイス検査装置において、前記検査対象領域において発生した前記電磁波の強度分布を示す電磁波強度分布画像を生成する電磁波強度分布画像生成部、をさらに備えている。

また、第３の態様は、第１または第２の態様に係るフォトデバイス検査装置において、前記光源は、フェムト秒レーザであり、前記電磁波検出部は、前記フェムト秒レーザから出射されたプローブ光を受光することによって、前記電磁波を検出する検出器と、前記プローブ光が前記検出器に入射するタイミングを、前記電磁波が前記検出器に入射するタイミングに対して相対的に遅延させる遅延部とを備え、前記フォトデバイス検査装置は、前記遅延部を動作させることによって検出される前記電磁波の電場強度に基づいて、前記電磁波の時間波形を復元する時間波形復元部、をさらに備えている。

また、第４の態様は、第３の態様に係るフォトデバイス検査装置において、前記時間波形を復元するために、前記照射部が前記光を照射する位置を設定する検査位置設定部、をさらに備えている。

また、第５の態様は、第１の態様に係るフォトデバイス検査装置において、前記電流検出部によって検出された前記電流の強度が、予め定められた基準値を満たすか否かを判定する判定部、をさらに備え、前記基準値を満たさなかった領域を、前記走査機構が前記光で走査し、発生する電磁波を前記電磁波検出部が検出する。

また、第６の態様は、フォトデバイスを検査するフォトデバイス検査方法であって、(a)光源から出射された光を前記フォトデバイスに照射する工程と、(b)前記光の照射に応じて、前記フォトデバイスから放射される電磁波を検出する工程と、(c)前記光の照射に応じて、前記フォトデバイスで発生する電流を検出する工程とを含み前記(a)工程は、(a-1)前記フォトデバイスの検査対象領域を前記光で走査する工程、を含み、前記フォトデバイス検査方法は、さらに、(d)前記検査対象領域において発生した前記電流の強度分布を示す電流強度分布画像を生成する工程と、(e)前記検査対象領域において発生した前記電磁波の強度分布を示す電磁波強度分布画像を生成する工程と、(f)前記電流強度分布画像および前記電磁波強度分布画像を合成する工程と、を含む。

第１の態様に係るフォトデバイス検査装置によると、同一の光源を利用して、フォトデバイスから放射される電磁波、および、フォトデバイスにて発生する電流を検出することができる。これによって、装置コストの増大を抑えつつ、電磁波および電流に基づく検査を行うことができる。フォトデバイスにおける検査対象領域を前記光で走査することにより、検査対象領域に効率的に光を照射して、電磁波または電流を発生させることができる。電流の強度分布を示す電流強度分布画像を生成することにより、電流強度分布を視覚的に把握することが可能となる。したがって、欠陥箇所などの特定を容易に行うことができる。電磁波強度分布と電流強度分布を同時に把握可能な合成画像を得ることができる。

第２の態様に係るフォトデバイス検査装置によると、電磁波強度分布を視覚的に把握することが可能となる。これによって、欠陥箇所などの特定を容易に行うことができる。

また、第３の態様に係るフォトデバイス検査装置によると、電磁波の時間波形を復元できるため、フォトデバイスの特性をより詳細に解析することができる。

また、第４の態様に係るフォトデバイス検査装置によると、比較的時間を要する電磁波を復元する検査が、設定された位置のみで行うことができるため、検査の効率化を図ることができる。

また、第５の態様に係るフォトデバイス検査装置によると、比較的検査に時間がかかる電磁波の検出を限定的に行うことができるため、検査の効率化を図ることができる。

第１実施形態に係るフォトデバイス検査装置の概略構成図である。 図１に示される照射部と検出部の概略構成図である。 太陽電池パネルの概略断面図である。 太陽電池パネルを受光面側から見た平面図である。 太陽電池パネルを裏面側から見た平面図である。 太陽電池パネルの検査例１を示す流れ図である。 電磁波強度分布画像を示す図である。 電流強度分布画像を示す図である。 時間波形復元部によって復元された電磁波パルスの時間波形の一例を示す図である。 太陽電池パネルの検査例２を示す流れ図である。 第２実施形態に係るフォトデバイス検査装置が備える照射部および検出部の概略構成図である。 第３実施形態に係るフォトデバイス検査装置が備える照射部および検出部の概略構成図である。 第４実施形態に係るフォトデバイス検査装置が備える照射部および検出部の概略構成図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、図面においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数が誇張または簡略化して図示されている場合がある。

＜１． 第１実施形態＞
＜１．１． フォトデバイス検査装置の構成および機能＞
図１は、第１実施形態に係るフォトデバイス検査装置１００の概略構成図である。また、図２は、図１に示される照射部１２と電磁波検出部１３の概略構成図である。

フォトデバイス検査装置１００は、フォトデバイスが形成された基板の一種である太陽電池パネル９０の特性の検査に適するよう構成されている。太陽電池などフォトデバイスは、例えば、ｐ型とｎ型の半導体が接合されたｐｎ接合部を有している。このｐｎ接合部付近では電子と正孔とが互いに拡散して結びつく拡散電流が生じることによって、ｐｎ接合部付近に電子と正孔とがほとんど存在しない空乏層が形成されている。この領域では、電子と正孔をそれぞれｎ型、ｐ型領域に引き戻す力が生じるため、フォトデバイスの内部に電場（内部電界）が生じている。

ここで、禁制帯幅を超えるエネルギーを持つ光がｐｎ接合部に照射された場合、ｐｎ接合部において発生した自由電子および自由正孔が、内部電界によって、自由電子がｎ型半導体側へ、取り残された自由正孔がｐ型半導体側へ移動する。フォトデバイスでは、この電流がｎ型半導体およびｐ型半導体のそれぞれに取り付けられた電極を介して、外部に取り出される。例えば太陽電池の場合、ｐｎ接合部の空乏層に光が照射されたときに生じる自由電子と自由正孔の移動が、直流電流として利用される。

発明者らは、フォトデバイスに所定波長のパルス光を照射したとき、特定波長の電磁波パルスが発生することを見出した。マクスウェルの方程式によると、電流に変化が生じたとき、その電流の時間微分に比例した強度の電磁波が発生する。すなわち、空乏層などの光励起キャリア発生領域にパルス光が照射されることで、瞬間的に光電流の発生および消滅が起こる。この瞬間的に発生する光電流の時間微分に比例して、電磁波パルスが発生する。

ここで、光電流の発生は、空乏層などの光励起キャリア発生領域の特性を反映したものである。したがって、発生した電磁波パルスを解析することによって、空乏層などの光励起キャリア発生領域の特性を検査することができる。このような原理に基づき、フォトデバイス検査装置１００は、太陽電池パネル９０に向けて所定波長のパルス光を照射したときに発生する電磁波パルスを検出するように構成されている。

図１に示されるように、フォトデバイス検査装置１００は、ステージ１１、照射部１２、電磁波検出部１３、電流計１４、モーター１５、制御部１６、モニター１７および操作入力部１８、および可視カメラ８０を備えている。

ステージ１１は、図示を省略する固定手段によって、太陽電池パネル９０をステージ１１上に固定する。固定手段としては、基板を挟持する挟持具を利用したもの、粘着性シート、または、ステージ１１の表面に形成される吸着孔などが想定される。ただし、太陽電池パネル９０を固定できるのであれば、これら以外の固定手段を採用されてもよい。本実施形態では、ステージ１１は、太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓ側に照射部１２および電磁波検出部１３が配置されるよう、太陽電池パネル９０を保持する。

図２に示されるように、照射部１２は、フェムト秒レーザ１２１を備えている。フェムト秒レーザ１２１は、例えば、３６０ｎｍ（ナノメートル）以上１．５μｍ（マイクロメートル）以下の可視光領域を含む波長のパルス光（パルス光ＬＰ１）を放射する。具体例としては、中心波長が８００ｎｍ付近であり、周期が数ｋＨｚ〜数百ＭＨｚ、パルス幅が１０〜１５０フェムト秒程度の直線偏光のパルス光が、フェムト秒レーザから放射される。もちろん、その他の波長領域（例えば、青色波長（４５０〜４９５ｎｍ）、緑色波長（４９５〜５７０ｎｍ）などの可視光波長）のパルス光が出射されるようにしてもよい。

フェムト秒レーザ１２１から出射されたパルス光ＬＰ１は、ビームスプリッタＢ１により２つに分割される。分割された一方のパルス光（パルス光ＬＰ１１）は、太陽電池パネル９０に照射される。このとき、照射部１２は、パルス光ＬＰ１１の照射を、受光面９１Ｓ側から行う。また、パルス光ＬＰ１１の光軸が、太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓに対して斜めに入射するように、パルス光ＬＰ１１が太陽電池パネル９０に対して照射される。本実施形態では、入射角度が４５度となるように照射角度が設定されている。ただし、入射角度はこのような角度に限定されるものではなく、０度から９０度の範囲内で適宜変更することができる。

図３は、太陽電池パネル９０の概略断面図である。また、図４は、太陽電池パネル９０を受光面９１Ｓ側から見た平面図である。さらに、図５は、太陽電池パネル９０を裏面側から見た平面図である。太陽電池パネル９０は、結晶シリコン系である太陽電池パネルとして構成されている。太陽電池パネル９０は、下から順にアルミニウムなどで形成された平板状の裏面電極９２と、ｐ型シリコン層９３と、ｎ型シリコン層９４と、反射防止膜９５と、格子状の受光面電極９６とで構成される積層構造を有する結晶シリコン系太陽電池として構成されている。反射防止膜９５は、酸化シリコン、窒化シリコンまたは酸化チタンなどで形成されている。

太陽電池パネル９０の主面のうち、受光面電極９６が設けられている側の主面が、受光面９１Ｓとなっている。つまり、太陽電池パネル９０は、受光面９１Ｓ側から光を受けることで発電するように設計されている。受光面電極９６には、透明電極が用いられていてもよい。なお、フォトデバイス検査装置１００は、結晶シリコン系以外の太陽電池（アモルファスシリコン系など）の検査に適用してもよい。アモルファスシリコン系太陽電池の場合、一般的に、エネルギーギャップが１．７５ｅＶ〜１．８ｅＶといったように、結晶シリコン系太陽電池のエネルギーギャップ１．２ｅＶに比べて大きい。このような場合、フェムト秒レーザ１２１の波長を、例えば７００μｍ以下とすることで、アモルファスシリコン系太陽電池において、テラヘルツ波を良好に発生させることができる。同様の考え方で、他の半導体太陽電池（ＣＩＧＳ系、ＧａＡＳ系など）にも適用可能である。

太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓは、光の反射損失を抑えるために、所要のテクスチャー構造を有している。具体的には、異方性エッチングなどにより形成される数μｍ〜数十μｍの凹凸、または機械的方法によるＶ字状の溝などが形成されている。このように、太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓは、一般的に、できるだけ効率良く採光できるように形成されている。したがって、所定波長のパルス光が照射されたときに、該パルス光はｐｎ接合部９７に届きやすくなっている。例えば、太陽電池パネルの場合、主に可視光の波長領域を有する波長１μｍ以下の光であれば、ｐｎ接合部９７に容易に到達し得る。このように、使用状態において受光する側の主面を受光面としてフォトデバイス検査装置１００に設置すれば、良好に電磁波パルスＬＴ１を発生させることができる。

また、ｐ型シリコン層９３とｎ型シリコン層９４との接合部分は、空乏層が形成されるｐｎ接合部９７となっている。この部分にパルス光ＬＰ１１が照射されることによって、電磁波パルスが発生し、外部に出射される。本実施形態において、電磁波検出部１３において検出される電磁波パルスは、主にテラヘルツ領域（周波数０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚ）の電磁波パルス（以下、電磁波パルスＬＴ１と称する。）となっている。

なお、フォトデバイス検査装置１００において、検査対象となる基板は、太陽電池パネル９０に限定されるものではない。可視光を含む光を電流に変換するフォトデバイスを含む基板であれば、フォトデバイス検査装置１００の検査対象物となり得る。太陽電池パネル９０以外のフォトデバイスとしては、具体的には、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサなどのイメージセンサが想定される。なお、イメージセンサの中には、使用状態においてフォトデバイスが形成された基板の裏面側となる部分に受光素子が形成されているものが知られている。このような基板であっても、使用状態において受光する側の主面を受光面としてフォトデバイス検査装置１００に設置すれば、良好に電磁波パルスＬＴ１を検出することができる。

図２に戻って、ビームスプリッタＢ１によって分割された他方のパルス光は、プローブ光ＬＰ１２として遅延部１３１およびミラーなどを経由して、検出器１３２に入射する。また、パルス光ＬＰ１１の照射に応じて発生した電磁波パルスＬＴ１は、放物面鏡Ｍ１，Ｍ２において集光されて検出器１３２に入射する。

検出器１３２は、電磁波検出素子として、例えば、光伝導スイッチを備えている。電磁波パルスが検出器１３２に入射する状態で、プローブ光ＬＰ１２が検出器１３２に照射されると、この光伝導スイッチに瞬間的に電磁波パルスＬＴ１の電場強度に応じた電流が発生する。この電場強度に応じた電流は、Ｉ／Ｖ変換回路、Ａ／Ｄ変換回路などを介してデジタル量に変換される。このようにして、電磁波検出部１３は、プローブ光ＬＰ１２の照射に応じて、太陽電池パネル９０を透過した電磁波パルスＬＴ１の電場強度を検出する。検出器１３２に、その他の素子、例えば非線形光学結晶を適用することも考えられる。

遅延部１３１は、ビームスプリッタＢ１から検出器１３２までのプローブ光ＬＰ１２の到達時間を連続的に変更するための光学素子である。遅延部１３１は、図示を省略する移動ステージ（図示せず）によって、プローブ光ＬＰ１２の入射方向に沿って直線移動可能に構成されている。また、遅延部１３１は、プローブ光ＬＰ１２を入射方向に折り返させる折り返しミラー１０Ｍを備えている。

遅延部１３１は、制御部１６の制御に基づいて移動ステージを駆動して折り返しミラー１０Ｍを移動させることにより、プローブ光ＬＰ１２の光路長を精密に変更する。これにより、遅延部１３１は、電磁波パルスＬＴ１が電磁波検出部１３に到達する時間と、プローブ光ＬＰ１２が電磁波検出部１３へ到達する時間との時間差を変更する。したがって、遅延部１３１により、プローブ光ＬＰ１２の光路長を変化させることによって、電磁波検出部１３（検出器１３２）において電磁波パルスＬＴ１の電場強度を検出するタイミング（検出タイミングまたはサンプリングタイミング）を遅延させることができる。

なお、その他の態様でプローブ光ＬＰ１２の検出器１３２への到達時間を変更することも考えられる。具体的には、電気光学効果を利用すればよい。すなわち、印加する電圧を変化させることで屈折率が変化する電気光学素子を、遅延素子として用いてもよい。具体的には、特許文献３（特開２００９−１７５１２７号公報）に開示されている電気光学素子を利用することができる。

また、パルス光ＬＰ１１（ポンプ光）の光路長、もしくは、太陽電池パネル９０から放射された電磁波パルスＬＴ１の光路長を変更するようにしてもよい。この場合においても、検出器１３２に電磁波パルスＬＴ１が到達する時間を、検出器１３２にプローブ光ＬＰ１２が到達する時間に対して、相対的にずらすことができる。これにより、検出器１３２における電磁波パルスＬＴ１の電場強度の検出タイミングを遅延させることができる。

また、太陽電池パネル９０には、検査時に裏面電極９２と受光面電極９６との間に逆バイアス電圧を印加する逆バイアス電圧印加回路９９が接続される。逆バイアス電圧が電圧間に印加されることによって、ｐｎ接合部９７の空乏層の幅が大きくなり、内部電界を大きくすることができる。これによって、パルス光ＬＰ１１によって発生する電流量を増大することができる。また、検出器１３２において検出される電磁波パルスＬＴ１の電場強度を増大できるため、検出器１３２における電磁波パルスＬＴ１の検出感度を向上できる。なお、逆バイアス電圧印加回路９９は、省略することも可能である。

図２に示されるように、太陽電池パネル９０には電流計１４が接続されている。電流計１４は、裏面電極９２および受光面電極９６にそれぞれ接続されている。上述したように、太陽電池パネル９０にパルス光ＬＰ１１が照射されると、太陽電池パネル９０において自由電子および自由正孔が発生する。自由電子は内部電界と拡散とによって、受光面電極９６へ移動し、自由正孔は裏面電極９２へ移動する。電流計１４は、この自由電子および自由正孔の移動によって生じる電流（直流電流）を検出し、その電流のデータを制御部１６に送信する。本実施形態では、パルス光ＬＰ１１（例えば、８０ＭＨｚ〜１ＧＨｚ繰り返し周波数）を近似的に連続光として扱うことで、太陽電池パネル９０で発生する直流電流を検出する。

図１に戻って、可視カメラ８０は、ＣＣＤカメラで構成されており、撮影用の光源としてＬＥＤやレーザを備えている。可視カメラ８０は、太陽電池パネル９０の全体を撮影したり、パルス光ＬＰ１１が照射される位置を撮影したりするのに用いられる。可視カメラ８０によって取得された画像データは、制御部１６へ送信され、モニター１７などに表示される。

モーター１５は、ステージ１１を二次元平面内で移動させる不図示のＸ−Ｙテーブルを駆動する。モーター１５は、このＸ−Ｙテーブルを駆動することによって、ステージ１１に保持された太陽電池パネル９０を、照射部１２に対して相対的に移動させる。フォトデバイス検査装置１００は、モーター１５により、太陽電池パネル９０を２次元平面内で任意の位置に移動させることができる。フォトデバイス検査装置１００は、モーター１５により、太陽電池パネル９０の広い範囲（検査対象領域）にパルス光ＬＰ１１を照射して検査することができる。

なお、太陽電池パネル９０を移動させる代わりに、または、太陽電池パネル９０を移動させると共に、照射部１２及び電磁波検出部１３を２次元平面内で移動させる移動手段を設けてもよい。これらの場合においても、太陽電池パネル９０の各領域について、電磁波パルスＬＴ１を検出することができる。また、モーター１５を省略して、ステージ１１をオペレータによって手動で移動させるようにしてもよい。

制御部１６は、図示を省略するＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび補助記憶部（例えばハードディスク）などを備えた一般的なコンピュータとしての構成を備えている。制御部１６は、照射部１２のフェムト秒レーザ１２１、電磁波検出部１３の遅延部１３１および検出器１３２、並びにモーター１５に接続されており、これらの動作を制御したり、これらからデータを受け取ったりする。

より詳細には、制御部１６は、検出器１３２から電磁波パルスＬＴ１の電場強度に関するデータを受け取る。また、制御部１６は、遅延部１３１を移動させる移動ステージ（図示せず。）の移動を制御し、または、該移動ステージに設けられたリニアスケールなどから折り返しミラー１０Ｍの移動距離などの遅延部１３１の位置に関連するデータを遅延部１３１から受け取る。

また、制御部１６は、時間波形復元部２１、電磁波パルス解析部２３、電磁波強度分布画像生成部２５、電流強度分布画像生成部２７、画像合成部２８および検査位置設定部２９を備えている。これら処理部は、ＣＰＵが不図示のプログラムに従って動作することにより実現される機能である。ただし、これらの処理部の機能の一部または全部が、専用の演算回路によってハードウェア的に実現されるようにしてもよい。

時間波形復元部２１は、太陽電池パネル９０において発生した電磁波パルスＬＴ１について、電磁波検出部１３（検出器１３２）にて検出される電場強度に基づいて、電磁波パルスＬＴ１の時間波形を構築する。具体的には、遅延部１３１の折り返しミラー１０Ｍを移動させることによって、プローブ光ＬＰ１２の光路長（第１光路の光路長）を変更することによって、プローブ光が検出器１３２に到達する時間を変更する。これによって、検出器１３２において電磁波パルスＬＴ１の電場強度を検出するタイミングが変更される。すると、時間波形復元部２１は、電磁波パルスＬＴ１の電場強度を、異なる位相毎に検出して、時間軸上にプロットすることにより、電磁波パルスＬＴ１の時間波形を復元する。

電磁波パルス解析部２３は、時間波形復元部２１により復元された時間波形を解析する。電磁波パルス解析部２３は、時間波形復元部２１により復元された電磁波パルスＬＴ１の時間波形における、電場強度のピーク検出、あるいは、フーリエ変換による周波数分析などを行う。これによって、太陽電池パネル９０の特性が解析される。

電磁波強度分布画像生成部２５は、太陽電池パネル９０の検査対象領域（太陽電池パネル９０の一部または全部）に関して、パルス光ＬＰ１１を照射したときに放射される電磁波パルスＬＴ１の電場強度の分布を視覚化した画像（電磁波強度分布画像）を生成する。電磁波強度分布画像は、パルス光ＬＰ１１の照射箇所毎に、検出された電磁波パルスＬＴ１の電場強度に応じた色または模様を付した画像である。

電流強度分布画像生成部２７は、太陽電池パネル９０の検査対象領域に関して、パルス光ＬＰ１１を照射によって、太陽電池パネル９０で発生する電流の電流強度分布を視覚化した画像（電流強度分布画像）を生成する。電流強度分布画像は、パルス光ＬＰ１１の照射箇所毎に、検出された電流の強度に応じた色または模様を付した画像である。

画像合成部２８は、電磁波強度分布画像生成部２５が生成した電磁波強度分布画像と、電流強度分布画像生成部２７が生成した電磁波強度分布画像とを、画素演算によって、双方の電磁波強度分布および電流強度分の情報を含んだ新たな合成画像を生成する。

例えば、合成画像を、電磁波強度分布画像と電流強度分布画像との差分画像とした場合、電磁波の放射または電流の発生のどちらかに異常がある箇所を、この合成画像から容易に特定することができる。

検査位置設定部２９は、電磁波強度分布または電流強度分布を取得するために、パルス光ＬＰ１１を照射する領域を設定する。検査位置設定部２９は、後述するモニター１７に、領域指定用画面を表示し、オペレータが操作入力部１８を介して行う指定入力を受け付ける。そして、検査位置設定部２９は、指定入力に基づいて、パルス光ＬＰ１１を照射する領域を設定する。制御部１６は、このようにして設定された領域を、パルス光ＬＰ１１で走査するように、照射部１２およびモーター１５を制御する。

制御部１６には、モニター１７および操作入力部１８が接続されている。モニター１７は、液晶ディスプレイなどの表示装置であり、オペレータに対して各種画像情報を表示する。モニター１７には、可視カメラ８０で撮影された太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓの画像、時間波形復元部２１によって復元された電磁波パルスＬＴ１の時間波形、電磁波パルス解析部２３による解析結果が表示される。また、モニター１７には、電磁波強度分布画像生成部２５が生成した電磁波強度分布画像、電流強度分布画像生成部２７が生成した電流強度分布画像、画像合成部２８が生成した合成画像、および、検査位置設定部２９が指定操作を受け付けるための画面が表示される。また、モニター１７には、検査の条件設定などをするために必要なＧＵＩ（Graphical User Interface）画面が適宜表示される。

操作入力部１８は、マウスおよびキーボードなどの各種入力デバイスで構成されている。オペレータは、操作入力部１８を介してフォトデバイス検査装置１００に対して各種操作入力を行うことができる。なお、モニター１７がタッチパネルとして構成されることによって、モニター１７が操作入力部１８として機能するようにしてもよい。

以上が、フォトデバイス検査装置１００の構成についての説明である。次に、フォトデバイス検査装置１００において実行可能な太陽電池パネル９０の検査の具体例を説明する。

＜１．２． 太陽電池パネルの検査＞
＜１．２．１． 検査例１＞
図６は、太陽電池パネル９０の検査例１を示す流れ図である。なお、以下の説明においては、特に断らない限り、フォトデバイス検査装置１００の各動作が制御部１６による制御下のもとに行われるものとする。また、各工程の内容に応じて、複数の工程が並列に実行されたり、複数の工程の実行順序が適宜変更されたりしてもよいものとする。

まず、ステージ１１に検査対象となる太陽電池パネル９０が設置される（図６：ステップＳ１１）。このとき、上述したように、受光面９１Ｓ（すなわち、太陽電池パネル９０が使用される状態において、太陽光を受光する側の主面）に向けて、パルス光ＬＰ１１が照射されるように、太陽電池パネル９０が設置される。

太陽電池パネル９０がステージ１１に設置されると、太陽電池パネル９０の裏面電極９２および受光面電極９６に逆バイアス電圧印加回路９９が接続され、逆バイアス電圧が印加される（図６：ステップＳ１２）。なお、逆バイアス電圧を印加しない場合は、このステップＳ１２を省略することも可能である。また、太陽電池パネル９０の裏面電極９２および受光面電極９６に電流計１４が接続される。

次に、電磁波検出部１３による電磁波パルスＬＴ１の検出タイミングが設定される（図６：ステップＳ１３）。具体的には、制御部１６が遅延部１３１を制御することによって、プローブ光ＬＰ１２が検出器１３２に到達するタイミングが所要の検出タイミングに固定されるよう、折り返しミラー１０Ｍの位置が調整される。なお、検出される電磁波強度ができるだけ大きくなるように、検出タイミングが設定することで、Ｓ／Ｎ比を高めることができる。

検出タイミングが設定されると、モーター１５が駆動されることによって、太陽電池パネル９０を２次元平面内で移動させることによって、検査対象領域をパルス光ＬＰ１１で走査する（図６：ステップＳ１４）。そして、パルス光ＬＰ１１の各照射位置で放射される電磁波パルスＬＴ１の電場強度が検出器１３２によって検出されるとともに、パルス光ＬＰ１１の各照射位置で発生する電流が電流計１４によって検出される。

ステップＳ１４において、パルス光ＬＰ１１の照射位置毎の電磁波パルスＬＴ１の電場強度および電流強度が取得されると、電磁波強度分布画像生成部２５および電流強度分布画像生成部２７によって、電磁波強度分布画像および電流強度分布画像が生成され、それらの画像がモニター１７の同一画面上に表示される（図６：ステップＳ１５）。なお、ステップＳ１５において、電磁波強度分布画像および電流強度分布画像を合成した合成画像が画像合成部２８によって生成され、該画像がモニター１７に表示されてもよい。

図７は、電磁波強度分布画像ｉ１を示す図である。また、図８は、電流強度分布画像ｉ２を示す図である。電磁波強度分布画像ｉ１によると、太陽電池パネル９０における電場強度分布を容易に把握することができる。また、電流強度分布画像ｉ２によると、太陽電池パネル９０における電場強度分布を容易に把握することができる。

図６に戻って、各画像の表示が完了すると、検査位置設定部２９は、電磁波パルスＬＴ１の時間波形を復元して検査する領域（時間波形復元検査領域）の指定を受け付ける（図６：ステップＳ１６）。ステップＳ１６においては、オペレータが、モニター１７に表示された電磁波強度分布画像および電流強度分布画像を確認しつつ、詳細な検査が必要な領域を、操作入力部１８を介して、指定する。そして、検査位置設定部２９が、指定された領域を時間波形復元検査領域に設定する。

なお、時間波形復元検査領域は、自動で設定されるようにすることも考えられる。例えば、電磁波強度または電流強度が正常とされる基準値の範囲を予め定めておき、この基準値の範囲から外れる電磁波強度または電流強度が検出された位置を、検査位置設定部２９が時間波形復元検査領域として自動的に設定するようにしてもよい。

フォトデバイス検査装置１００は、ステップＳ１６において設定された検査地点に関して、再びパルス光ＬＰ１１を照射し、電磁波パルスＬＴ１の復元および解析を行う（図６：ステップＳ１７）。電磁波パルスＬＴ１の復元および解析については、図９を参照しつつ説明する。

図９は、時間波形復元部２１によって復元された電磁波パルスＬＴ１の時間波形４０の一例を示す図である。図９に示されるグラフの横軸は、時間を示しており、縦軸は電場強度を示している。また、図９における、時間波形４０を示すグラフの下側には、遅延部１３１によって遅延されたために、検出器１３２に到達するタイミング（ｔ１〜ｔ８）が相互に異なる、複数のプローブ光ＬＰ１２が概念的に示されている。

太陽電池パネル９０に、パルス光ＬＰ１１が照射されると、検出器１３２には、図９に示されるような時間波形４０を示す電磁波パルスＬＴ１が、パルス光ＬＰ１１のパルス周期に一致する周期で繰り返し到来する。

例えば、検出器１３２に対して、検出タイミングｔ１でプローブ光ＬＰ１２が到達するように遅延部１３１が調整された場合、検出器１３２では、値Ｅ１の電場強度が検出される。また、遅延部１３１が調整されることによって、検出タイミングがｔ２〜ｔ８にそれぞれ遅延されると、それぞれ値Ｅ２〜Ｅ８の電場強度が電磁波検出部１３において検出されることとなる。このように、遅延部１３１が制御されることで検出タイミングが細かく変更されることによって、各検出タイミングでの電磁波パルスＬＴ１の電場強度が測定される。そして、時間波形復元部２１が、取得された電場強度値を時間軸に沿ってグラフ上にプロットしていくことにより、電磁波パルスＬＴ１の時間波形４０が復元されることとなる。

時間波形４０は、パルス光ＬＰ１１の照射に応じた光励起キャリアの発生、移動、および、消滅の各過程の情報を含んでいる。すなわち、時間波形４０を取得することによって、光励起キャリアのダイナミクスを解析することが可能となり、太陽電池パネル９０の欠陥（例えば、結晶の格子欠陥など）または特性をより詳細に解析することができる。また、時間波形４０をフーリエ変換することによって、電磁波パルスＬＴ１の周波数分析を行うことも可能である。

以上のように、本実施形態に係るフォトデバイス検査装置１００によると、電磁波強度のデータと、電流強度のデータとを、同一の光源（フェムト秒レーザ１２１）から出射されたパルス光ＬＰ１１を使って取得することができる。このため、それぞれのデータを取得するために個別に光源を用意せずに済むため、装置コストの増大を抑えることができる。

また、図６に示される検査例１によると、同一のパルス光ＬＰ１１で太陽電池パネル９０を一度走査することによって、電磁波強度のデータおよび電流強度のデータを同時に収集することができる。したがって、効率的にデータ収集を行うことができる。ただし、検査対象領域をパルス光ＬＰ１１で二度走査することによって電磁波強度のデータと、電流強度のデータとを別の走査で収集されるようにしてもよい。

電磁波強度は、主に空乏層の状態が反映されるのに対して、電流強度は、空乏層を含めたフォトデバイス全体の状態が反映される。このため、電磁波強度および電流強度を取得することによって、太陽電池パネル９０から様々な情報を得ることができる。例えば、太陽電池パネル９０上のある特定位置において、検出された電流強度および電磁波強度のどちらかが異常であった場合、その特定位置に、ある種の欠陥が存在することを推定することができる。例えば、太陽電池パネル９０のある特定位置において、電流強度が正常で、電磁波強度が異常であった場合、実用上問題無いものの、経年劣化が起こり易い等といった欠陥の存在を推定することできる。

また、時間波形を復元する検査は、遅延部１３１の調整を伴うため、電磁波強度のデータの取得に比較的長い時間を要する。これに対して、図６に示される検査例１では、電磁波強度分布および電流強度分布に基づいて、時間波形の復元を伴う検査の領域を限定するため、太陽電池パネル９０の検査を効率的に行うことが可能となっている。

また、電磁波強度を取得するときと、電流強度を取得するときとで、照射されるパルス光ＬＰ１１の波長が変更されてもよい。例えば、電流強度取得時のパルス光ＬＰ１１の波長を４００ｎｍとし、電磁波強度取得時のパルス光ＬＰ１１の波長を８００ｎｍとすることが考えられる。

＜１．２．２． 検査例２＞
図１０は、太陽電池パネル９０の検査例２を示す流れ図である。図１０に示される検査例２の流れにおいて、太陽電池パネル９０の設置（ステップＳ２０）、逆バイアス電圧の印加（ステップＳ２１）および検出タイミングの設定（ステップＳ２２）は、図６に示される検査例１のステップＳ１１〜Ｓ１３のそれぞれと同様であるため、説明を省略する。

ステップＳ２２の検出タイミングの設定が完了すると、図１０に示される検査例２では、フォトデバイス検査装置１００は、検査対象領域をパルス光ＬＰ１１で走査した際、直流電流の電流強度データのみを検出する（ステップＳ２３）。そして、ステップＳ２３にて取得された電流強度データに基づく電流強度分布画像が電流強度分布画像生成部２７によって生成され、該画像がモニター１７に表示される（ステップＳ２４）。

そして、検査位置設定部２９が、電磁波パルスＬＴ１の電場強度を取得すべき領域の指定を受け付け、指定された領域を電磁波検査領域に設定する（ステップＳ２５）。具体的には、オペレータによって、モニター１７に表示された電流強度分布画像を確認しつつ、電磁波検査領域を指定する操作入力が行われる。これに基づき、検査位置設定部２９が電磁波検査領域を設定する。

なお、ステップＳ２５における電磁波検査領域の設定は、自動で設定されるようにすることも考えられる。例えば、電流強度が正常とされる基準値の範囲を予め定めておき、検査対象領域のうち、当該基準値の範囲から外れた電流強度が検出された位置を含むように、電磁波検査領域が自動的に設定されるようにしてもよい。この場合、検査位置設定部２９は、電流強度が予め定められた基準値を満たすか否かを判定する判定部として機能することとなる。

電磁波検査領域が設定されると、フォトデバイス検査装置１００は、電磁波検査領域をパルス光ＬＰ１１で走査し、放射された電磁波パルスＬＴ１の電場強度を検出する（ステップＳ２６）。そして、収集された電磁波強度データに基づく電磁波強度分布画像が電磁波強度分布画像生成部２５によって生成され、該画像がモニター１７に表示される（ステップＳ２７）。

電磁波強度分布画像がモニター１７に表示されると、検査位置設定部２９が、時間波形復元分析領域指定を設定する（ステップＳ２８）。そして、時間波形復元分析領域における時間波形の復元および解析が行われる（ステップＳ２９）。このステップＳ２８，Ｓ２９は、図６に示される検査例１のステップＳ１６，Ｓ１７のそれぞれと略同様であるため、詳細な説明を省略する。

信頼性の高い電磁波強度データを取得するためには、パルス光ＬＰ１１を同じ箇所に所要回数繰り返し照射する必要がある。このため、一般的には、電磁波強度の取得は、電流強度の取得よりも長い測定時間を要する。これに対して、図１０に示される検査例２では、電磁波強度を取得する範囲（電磁波検査領域）が、先に取得した検査対象領域の電流強度分布に基づいて絞り込まれる。このため、太陽電池パネル９０における検査対象領域の検査を効率的に行うことができる。

なお、ステップＳ２３の実行中（すなわち、電流強度データ取得のための走査中）、ある地点にパルス光ＬＰ１１を照射した際に、得られた電流強度データが予め定められた基準値の範囲から外れている場合、当該地点での電磁波強度を直ちに取得するようにしてもよい。この場合、一度の走査で、検査対象領域の電流強度データと、特定箇所の電磁波データとを取得することができるため、検査の効率化を図ることができる。

また、図１０に示される検査例２では、検査対象領域における電流強度データの収集が行われた後に、電磁波検査領域における電磁波強度データの収集が行われている。しかしながら、先に、検査対象領域についての電磁波強度データの収集が行われた後、検査対象領域よりも狭い領域において、電流強度データの収集が行われてもよい。

また、電磁波強度を取得する電磁波検査領域は、必ずしも、電流強度を取得した領域（電流検査領域）に含まれている必要はない。例えば、電磁波検査領域と電流検査領域とが、互いの一部分のみ重複する、あるいは、全く重複しないように設定されてもよい。

また、電磁波検査領域、電流検査領域および電磁波復元検査領域は、検査を開始する前に、検査位置設定部２９によって設定されるようにしてもよい。この場合、例えばオペレータが、可視カメラ８０で撮影された画像上で、各検査領域を検査前に指定できるようにすればよい。

＜２． 第２実施形態＞
図１１は、第２実施形態に係るフォトデバイス検査装置１００Ａが備える照射部１２Ａおよび電磁波検出部１３Ａの概略構成図である。なお、以下の説明において、第１実施形態に係るフォトデバイス検査装置１００の構成要素と同様の機能を有する要素については、同一符号を付してその説明を省略する。

図１１に示されるように、フォトデバイス検査装置１００Ａにおいては、ビームスプリッタＢ１によって分割されたパルス光ＬＰ１１が、透明導電膜基板（ＩＴＯ）１９を透過して、太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓに対して垂直にパルス光ＬＰ１１に入射する。そして、パルス光ＬＰ１１の照射に応じて、太陽電池パネル９０から放射される電磁波パルスＬＴ１のうち、受光面９１Ｓ側に放射される電磁波パルスＬＴ１が、透明導電性基板１９を反射した後、レンズによって集光されて、検出器１３２に入射する。

このようなフォトデバイス検査装置１００Ａによっても、第１実施形態に係るフォトデバイス検査装置１００と同様に、太陽電池パネル９０から放射される電磁波パルスＬＴ１を検出することができる。また、太陽電池パネル９０に接続された電流計１４によって、パルス光ＬＰ１１の照射に応じて太陽電池パネル９０で発生する直流電流を計測することができる。

＜３． 第３実施形態＞
図１２は、第３実施形態に係るフォトデバイス検査装置１００Ｂが備える照射部１２Ｂおよび電磁波検出部１３Ｂの概略構成図である。フォトデバイス検査装置１００Ｂにおいては、ビームスプリッタＢ１によって分割されたパルス光ＬＰ１１が、太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓに対して垂直に入射する。そして、パルス光ＬＰ１１の照射に応じて、太陽電池パネル９０から放射される電磁波パルスＬＴ１のうち、太陽電池パネル９０の裏面側に放射される（すなわち透過する）電磁波パルスＬＴ１が、放物面鏡Ｍ１，Ｍ２などを介して、検出器１３２に入射する。

このようなフォトデバイス検査装置１００Ｂによっても、太陽電池パネル９０から放射される電磁波パルスＬＴ１を検出することができる。また、太陽電池パネル９０に接続された電流計１４によって、パルス光ＬＰ１１の照射に応じて太陽電池パネル９０で発生する直流電流を計測することができる。

＜４． 第４実施形態＞
図１３は、第４実施形態に係るフォトデバイス検査装置１００Ｃが備える照射部１２Ｃおよび電磁波検出部１３Ｃの概略構成図である。フォトデバイス検査装置１００Ｃにおいては、一対の波長可変レーザ１２１Ａ，１２１Ａから、発振周波数がわずかに異なる２つのレーザ光が出射される。そして、これらのレーザ光を、光導波路である光ファイバなどで形成されたカプラ１２３によって重ね合わせることで、差周波に対応する光ビート信号が生成される。差周波数は、波長可変レーザ１２１Ａの発振周波数を可変にすることで、任意に調整することが可能とされている。波長可変レーザ１２１Ａとしては、例えば温度制御によって、出射するレーザ光の波長をほぼ連続的（例えば、２ｎｍ毎）に変更可能とされる分布帰還型（ＤＦＢ）レーザなどを利用することができる。

波長可変レーザ１２１Ａ，１２１Ａから出射されるレーザ光の波長は、例えば、３００ｎｍ（ナノメートル）〜２μｍ（マイクロメートル）とされるが、検査対象であるフォトデバイスのバンドギャップの大きさ等に応じて適宜設定される。

２つの波長可変レーザ１２１Ａ，１２１Ａから、例えば、波長７７９ｎｍ、７８１ｎｍのレーザ光を出射した場合、カプラ１２３によって、これらの差周波である約１ＴＨｚの光ビート信号を生成することができる。そして混合光Ｌ１３が検査対象物である太陽電池パネル９０に照射されると、光励起キャリア発生領域にて光キャリアが発生し、内部電界によって加速されることで、光ビート信号の周波数に応じた電磁波（テラヘルツ波）が放射される。

また、ビームスプリッタＢ１によって分割された混合光Ｌ１３は、ミラーなどを経由して、光伝導スイッチ（光伝導アンテナ）で構成されている検出器１３２に入射される。検出器１３２はこの入射された混合光Ｌ１３が持つ光ビート信号の周波数に同期して電磁波を検出する。検出器１３２に電磁波が入射すると、電磁波の電場強度に応じた電流が発生し、その電流量がＩ／Ｖ変換回路、Ａ／Ｄ変換回路などを介してデジタル量に変換される。このようにして電磁波検出部１３Ｃは太陽電池パネル９０から放射された電磁波の電場強度を検出する。

このように、フォトデバイス検査装置１００Ｃによっても、太陽電池パネル９０から放射される電磁波を検出可能である。また、太陽電池パネル９０に電流計１４を接続されており、電磁波強度の取得時と同一の光源から出射された混合光Ｌ１３を用いて、太陽電池パネル９０で発生する直流電流を測定することができる。なお、直流電流を測定する場合は、一対の波長可変レーザ１２１Ａ，１２１Ａのうちのどちらか一方からのみ、レーザ光が出射されるようにしてもよい。

また、本実施形態では、光源として、波長可変レーザ１２１Ａが用いられている。しかしながら、連続光を出射する光源であって、レーザ光源とは異なるものを用いることも考えられる。

この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。また、上記各実施形態で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り、適宜組み合わせたることができる。

１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ フォトデバイス検査装置
１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ 照射部
１２１ フェムト秒レーザ（光源）
１２１Ａ 波長可変レーザ（光源）
１２３ カプラ
１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ 電磁波検出部
１３１ 遅延部
１３２ 検出器
１４ 電流計（電流検出部）
１５ モーター
１６ 制御部
１７ モニター
１８ 操作入力部
２１ 時間波形復元部
２３ 電磁波パルス解析部
２５ 電磁波強度分布画像生成部
２７ 電流強度分布画像生成部
２８ 画像合成部
２９ 検査位置設定部
４０ 時間波形
９０ 太陽電池パネル
９１Ｓ 受光面
９２ 裏面電極
９６ 受光面電極
９９ 逆バイアス電圧印加回路
Ｂ１ ビームスプリッタ
ＬＰ１１ パルス光（光）
ＬＰ１２ プローブ光
Ｌ１３ 混合光（光）
ＬＴ１ 電磁波パルス
ｉ１ 電磁波強度分布画像
ｉ２ 電流強度分布画像

Claims (6)

1. フォトデバイスを検査するフォトデバイス検査装置であって、
   光源から出射された光を前記フォトデバイスに照射する照射部と、
   前記光の照射に応じて、前記フォトデバイスから放射される電磁波を検出する電磁波検出部と、
   前記光の照射に応じて、前記フォトデバイスにて発生する電流を検出する電流検出部と、
   を備え、
   前記照射部は、前記フォトデバイスにおける検査対象領域を前記光で走査する走査機構を備え、
   前記フォトデバイス検査装置は、さらに、
   前記検査対象領域において発生した前記電流の強度分布を示す電流強度分布画像を生成する電流強度分布画像生成部と、
   前記検査対象領域において発生した前記電磁波の強度分布を示す電磁波強度分布画像を生成する電磁波強度分布画像生成部と、
   前記電流強度分布画像および前記電磁波強度分布画像を合成する画像合成部と、
   を備えている、フォトデバイス検査装置。
2. 請求項１に記載のフォトデバイス検査装置において、
   前記検査対象領域において発生した前記電磁波の強度分布を示す電磁波強度分布画像を生成する電磁波強度分布画像生成部、をさらに備えている、フォトデバイス検査装置。
3. 請求項１または２に記載のフォトデバイス検査装置において、
   前記光源は、フェムト秒レーザであり、
   前記電磁波検出部は、
   前記フェムト秒レーザから出射されたプローブ光を受光することによって、前記電磁波を検出する検出器と、
   前記プローブ光が前記検出器に入射するタイミングを、前記電磁波が前記検出器に入射するタイミングに対して相対的に遅延させる遅延部と、
   を備え、
   前記フォトデバイス検査装置は、
   前記遅延部を動作させることによって検出される前記電磁波の電場強度に基づいて、前記電磁波の時間波形を復元する時間波形復元部、
   をさらに備えている、フォトデバイス検査装置。
4. 請求項３に記載のフォトデバイス検査装置において、
   前記時間波形を復元するために、前記照射部が前記光を照射する位置を設定する検査位置設定部、
   をさらに備えている、フォトデバイス検査装置。
5. 請求項１に記載のフォトデバイス検査装置において、
   前記電流検出部によって検出された前記電流の強度が、予め定められた基準値を満たすか否かを判定する判定部、
   をさらに備え、
   前記基準値を満たさなかった領域を、前記走査機構が前記光で走査し、発生する電磁波を前記電磁波検出部が検出するフォトデバイス検査装置。
6. フォトデバイスを検査するフォトデバイス検査方法であって、
   (a) 光源から出射された光を前記フォトデバイスに照射する工程と、
   (b) 前記光の照射に応じて、前記フォトデバイスから放射される電磁波を検出する工程と、
   (c) 前記光の照射に応じて、前記フォトデバイスで発生する電流を検出する工程と、
   を含み
   前記(a)工程は、
   (a-1) 前記フォトデバイスの検査対象領域を前記光で走査する工程、を含み、
   前記フォトデバイス検査方法は、さらに、
   (d) 前記検査対象領域において発生した前記電流の強度分布を示す電流強度分布画像を生成する工程と、
   (e) 前記検査対象領域において発生した前記電磁波の強度分布を示す電磁波強度分布画像を生成する工程と、
   (f) 前記電流強度分布画像および前記電磁波強度分布画像を合成する工程と、
   を含む、フォトデバイス検査方法。

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