JP6406656B2 - 検査装置および検査方法 - 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として、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、この電磁波を検出することによって、フォトデバイスを検査するものが知られている（例えば、特許文献１）。

特開２０１３−０１９８６１号公報

ところで、フォトデバイスは、材料として半導体及び金属が用いられるのが一般的である。特に、半導体では、温度が高くなると、価電子帯の電子が、熱的にハンドギャップを超えて伝導帯に入る。電子の分布は、いわゆるフェルミ分布に従う。電子及び正孔は、それぞれ熱の影響によって、ドナー準位及びアクセプタ準位から、伝導帯及び価電子帯に移動する。つまり、温度によって、フォトデバイスの特性が大きく変化する可能性があった。そこで、フォトデバイスの温度依存特性を検査する技術が求められている。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、電磁波検出に基づいたフォトデバイス検査において、フォトデバイスの温度依存特性を検査する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検査装置であって、前記フォトデバイスからテラヘルツ波を放射させる励起光を前記フォトデバイスに照射する励起光照射部と、前記励起光の照射に応じて前記フォトデバイスから放射されるテラヘルツ波を検出する検出部と、前記フォトデバイスにおける、前記励起光が照射される部分の温度を変更する温度変更部と、前記フォトデバイスにおける、前記励起光が照射される部分の温度を測定する温度測定部と、前記フォトデバイスの温度と、前記励起光の照射に応じて前記フォトデバイスから放射される前記テラヘルツ波の強度との相関に関する温度相関情報を記憶する記憶部と、前記検出部によって検出される前記テラヘルツ波の強度を、前記温度測定部によって取得された前記フォトデバイスの温度、および、前記温度相関情報に基づいて補正する補正部と、前記フォトデバイスに対して、連続光を照射する連続光照射部とを備え、前記補正部は、前記フォトデバイスに対して前記励起光及び前記連続光が照射されたときに前記検出部によって得られる前記テラヘルツ波の強度を、前記連続光が照射されたときの前記フォトデバイスの温度および前記温度相関情報に基づいて補正する。

また、第２の態様は、第１の態様に係る検査装置において、前記温度相関情報は、前記温度変更部によって前記フォトデバイスの温度を変更し、各温度の前記フォトデバイスから放射される前記テラヘルツ波の強度を収集することによって得られる。

また、第３の態様は、第１態様または第２態様に係る検査装置であって、前記フォトデバイスを前記励起光で走査する走査機構と、前記フォトデバイスから放射されるテラヘルツ波の強度分布を示す電磁波強度分布画像を生成する画像生成部と、前記電磁波強度分布画像を表示する表示部とを備える。

また、第４の態様は、フォトデバイスを検査する検査方法であって、(a)前記フォトデバイスに励起光を照射する工程と、(b)前記(a)工程における前記励起光の照射に応じて前記フォトデバイスから放射されるテラヘルツ波を検出する工程と、(c)前記フォトデバイスの温度を変更する工程と、(d)前記フォトデバイスにおける、前記(a)工程にて前記励起光が照射される部分の温度を測定する工程と、(e)前記フォトデバイスの温度と、前記励起光の照射に応じて前記フォトデバイスから放射される前記テラヘルツ波の強度との相関に関する温度相関情報を記憶する工程と、(f)前記フォトデバイスに対して、前記励起光とともに連続光を照射する工程と、(g)前記(f)工程における前記励起光の照射に応じて前記フォトデバイスから放射されるテラヘルツ波を検出する工程と、(h)前記(g)工程で得られる前記テラヘルツ波の強度を、前記(f)工程にて前記連続光が照射されたときの前記フォトデバイスの温度、及び、前記温度相関情報に基づいて補正する工程とを含む。

第１の態様に係る検査装置によると、フォトデバイスの温度依存特性を放射されるテラヘルツ波にもとづいて検査することができる。

また、第１の態様に係る検査装置によると、フォトデバイスの温度を測定することによって、フォトデバイスの温度依存特性をより精密に検査することができる。

また、第１の態様に係る検査装置によると、検出されたテラヘルツ波の強度のうち、フォトデバイス温度変動に起因する成分を補正によって取り除くことができる。これによって、フォトデバイスを良好に検査することができる。
また、第１の態様に係る検査装置によると、連続光によって発電した状態におけるフォトデバイスの特性を検査することができる。

また、第２の態様に係る検査装置によると、温度相関情報を良好に得ることができる。

また、第３の態様に係る検査装置によると、電磁波強度分布画像を生成することによって、フォトデバイスの各部位の特性を視覚的に把握することができる。

第１実施形態に係る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の流れ図である。 太陽電池パネルの検査例２の流れ図である。 温度相関情報の一例を示す図である。 太陽電池パネルから放射された電磁波パルスを復元した時間波形を示す図である。 補正電磁波強度の一例を示す図である。 補正後の時間波形を示す図である。 第２実施形態に係る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． 検査装置の構成および機能＞
図１は、第１実施形態に係る検査装置１００の概略構成図である。また、図２は、図１に示される励起光照射部１２と検出部１３の概略構成図である。

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、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、検査装置１００は、ステージ１１、励起光照射部１２、検出部１３、連続光照射部１４、モーター１５、制御部１６、モニター（表示部）１７、操作入力部１８、温度変更部３１、温度測定部３３、結露氷結防止手段３５、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、基板に貼着される粘着性シート、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側に励起光照射部１２が励起光を照射し、かつ、受光面９１Ｓ側に放射された電磁波パルスを検出部１３が検出するように、太陽電池パネル９０を保持する。

図２に示されるように、励起光照射部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、励起光照射部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、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、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、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、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、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が検出部１３に到達する時間と、プローブ光ＬＰ１２が検出部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、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。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。

連続光照射部１４は、連続光ＣＷを太陽電池パネル９０に照射する。連続光照射部１４が出射する連続光ＣＷの種類は、検査目的に応じて適宜選択されるものであり、特に限定されるものではないが、具体的には、太陽光または太陽光を模した疑似太陽光、白熱灯のように波長分布が比較的広い光、ＬＥＤ照明や蛍光灯などの主にＲＧＢ３原色に対応した波長（４００ｎｍ、６００ｎｍおよび８００ｎｍなど）を持つ光など、複数の波長を含む光であることが考えられる。また、連続光ＣＷは、例えば、紫外線から近赤外までの中から選択される単一波長の光であってもよい。

連続光照射部１４は、検査に用いられる光の波長に合わせて構成されている。具体的に、連続光照射部１４は、例えば、半導体レーザ、ＬＥＤ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、またはこれらを組み合わせたもので構成される。また、連続光照射部１４として、波長可変レーザが用いられてもよい。波長可変レーザとしては、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。

検査装置１００においては、パルス光ＬＰ１１の照射位置に対して、連続光ＣＷが照射されることにより、連続光ＣＷが照射された状態（つまり、起電力が発生した状態）で、電磁波パルスＬＴ１を発生させることができる。例えば、太陽電池パネル９０に対し、疑似太陽光が照射された場合、室外などで太陽光に曝された状態を再現できる。この状態で発生する電磁波パルスＬＴ１を解析することにより、太陽電池パネル９０の使用時に問題となりうる構造上の欠陥の検出、または、太陽電池パネル９０の性能を評価することできる。また、連続光ＣＷを特定の波長に限定して照射することで、波長に依存した太陽電池パネル９０の特性を検査することもできる。

連続光照射部１４は、照射条件変更部１４１を備えている（図２参照）。照射条件変更部１４１は、同時に太陽電池パネル９０に対して照射される連続光ＣＷのスポット径を変更する。照射条件変更部１４１により一度に連続光ＣＷが照射される範囲を変更することによって、起電力が発生する領域の範囲を任意の変更することができる。

例えば、パルス光ＬＰ１１のビーム径（照射径）を５０μｍとした場合、連続光ＣＷのビーム径（照射径）を５０μｍ以上とすれば、パルス光ＬＰ１１が照射される領域の周辺部についても、起電力が発生した状態とすることができる。ここで、パルス光ＬＰ１１の照射により発生した光励起キャリアは、上記周辺部の影響を受ける可能性が高い。したがって、太陽電池パネル９０を使用状態で検査するためには、その周辺部についても連続光ＣＷが照射されることが望ましい。また、連続光ＣＷは、必ずしも局所的にスポット状に照射しなければならないものではなく、例えば、太陽電池パネル９０全体に同時に照射されるようにしてもよい。

また、照射条件変更部１４１は、連続光ＣＷの光強度を変更する。太陽電池パネル９０に照射される連続光ＣＷの光強度を変更することで、発生する起電力の大きさを任意に変更することができる。これにより、発電状態に応じた太陽電池パネル９０の検査を実現することができる。なお、連続光ＣＷの強度を変更する手段としては、例えば遮光性のフィルタなどを用いることが考えられるが、これに限定されるものではない。無論、連続光照射部１４から出力される連続光ＣＷの光強度が直接変更されるようにしてもよい。

図１に示されるモーター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、励起光照射部１２に対して相対的に移動させる。検査装置１００は、モーター１５によって、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。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。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するようにしてもよい。

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、励起光照射部１２及び検出部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、パルス光ＬＰ１１の光路をガルバノミラーなどによって変更することによって、太陽電池パネル９０をパルス光ＬＰ１１で走査す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、励起光照射部１２のフェムト秒レーザ１２１、検出部１３の遅延部１３１および検出器１３２、連続光照射部１４および照射条件変更部１４１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。

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、画像生成部２５および補正部２７を備えている。これらの処理部は、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、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を移動することによって、プローブ光ＬＰ１２の光路長（第１光路の光路長）が変更され、プローブ光が検出器１３２に到達する時間が変更される。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。

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。

補正部２７は、検出部１３の検出器１３２によって検出された電磁波パルスＬＴ１の強度を、太陽電池パネル９０の温度、および、後述する温度相関情報２９１に基づいて補正する。太陽電池パネル９０の温度は、後述する温度測定部３３によって取得される。また、温度相関情報２９１は、制御部１６に接続された記憶部２９に保存された情報であって、太陽電池パネル９０の温度と、その温度においてパルス光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の強度との相関に関する情報である。この温度相関情報２９１の詳細については、後に詳述する。

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、画像生成部２５が生成した電磁波強度分布画像が表示される。また、モニター１７には、検査の条件などを設定するために必要な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。

温度変更部３１は、太陽電池パネル９０における、パルス光ＬＴ１１が照射される部分の温度を加温及び冷却する。温度変更部３１は、例えば、ステージ１１に埋め込まれたペルティエ素子等で構成することができる。なお、温度変更部３１は、パルス光ＬＴ１１が照射される部分のみを局所的に加温または冷却するように設けられていてもよいが、太陽電池パネル９０の全体を加温または冷却するように設けられていてもよい。本実施形態では、温度変更部３１は、太陽電池パネル９０のデバイス温度を例えば−２０℃〜＋８０℃の範囲で変更可能に構成される。

温度測定部３３は、太陽電池パネル９０における、パルス光ＬＴ１１が照射される部分の温度を測定する。温度測定部３３は、好ましくは、物体から放射される赤外線や可視光線の強度を測定して、物体の温度を測定する放射温度計で構成される。この放射温度計によると、非接触で太陽電池パネル９０の温度を測定できるため、太陽電池パネル９０の汚染を抑制できると共に、短時間で温度測定が可能となる。放射温度計を使用する場合、太陽電池パネル９０固有の放射率を設定することで、温度測定を精密に行うことができる。なお、放射温度計の代わりに接触式の温度計等を使用することも可能である。

結露氷結防止手段３５は、太陽電池パネル９０を冷却したときに、太陽電池パネル９０が結露または氷結することを防止する。結露氷結防止手段３５としては、例えば、太陽電池パネル９０における温度が変更される部分に、乾燥したガス（Ｎ_２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｋｒ、Ｘｅガス、または、これらの混合ガス）をエアーカーテン状に供給するものが挙げられる。なお、結露氷結防止手段３５が太陽電池パネル９０の周囲を減圧することによって、太陽電池パネル９０の結露または氷結を防止することも考えられる。

＜１．２． 太陽電池パネルの検査＞
次に、検査装置１００において実行可能な太陽電池パネル９０の検査例を説明する。なお、以下の説明においては、特に断らない限り、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。

＜１．２．１． 検査例１＞
図６は、太陽電池パネル９０の検査例１の流れ図である。この検査例１では、フォトデバイスである太陽電池パネル９０の温度依存特性が検査される。

検査例１においては、ステージ１１に試料である太陽電池パネル９０が設置される（図６：ステップＳ１０１）。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。なお、逆バイアス電圧を印加しない場合は、このステップを省略することも可能である。

太陽電池パネル９０が設置されると、加温・冷却システムが稼働される（図６：ステップＳ１０２）。詳細には、温度変更部３１が稼働される。これによって、太陽電池パネル９０の温度変更が可能となる。そして、太陽電池パネル９０の温度測定が行われる（図６：ステップＳ１０３）。詳細には、温度測定部３３によって、太陽電池パネル９０の温度が測定される。

太陽電池パネル９０のデバイス温度の変更を伴った電磁波計測が行われる（図６：ステップＳ１０４）。詳細には、例えば−２０℃〜＋８０℃の範囲の各温度に加温または冷却された太陽電池パネル９０に対して、パルス光ＬＰ１１が照射され、電磁波計測が行われる。太陽電池パネル９０の温度を変更する際には、適宜結露氷結防止手段３５が駆動される。

このステップＳ１０４においては、電磁波パルスＬＴ１の時間波形を復元するための電磁波計測と、イメージングを行うための電磁波計測のうち、少なくとも一方が行われる。

＜時間波形復元＞
時間波形復元のための電磁波計測では、遅延部１３１が調整されることによって、検出器１３２の電磁波パルスＬＴ１の検出タイミングが変更される。そして、変更された複数の検出タイミングでの電磁波パルスＬＴ１の強度が測定される。このようにして、放射される電磁波パルスＬＴ１の強度を、検出タイミングを変更して検出することによって、電磁波パルスＬＴ１の位相毎の強度を計測することができる。このため、電磁波パルスＬＴ１の時間波形を復元することが可能となる。電磁波パルスＬＴ１の計測が行われる場所は、太陽電池パネル９０上の１地点だけであってもよいし、複数の地点としてもよい。

時間波形復元部２１は、電磁波パルスＬＴ１の時間波形を復元する。時間波形が復元されると、電磁波パルス解析部２３によって電磁波パルスＬＴ１の解析が必要に応じて行われる。

＜イメージング＞
イメージングのための電磁波計測では、太陽電池パネル９０の所定の検査対象領域がパルス光ＬＴ１１で走査される。そして、検査対象領域の各地点で放射された電磁波パルスＬＴ１の電磁波強度が検出される。さらに、画像生成部２５が、検出された電磁波強度のデータに基づき、電磁波強度分布画像を生成する。このようにして、電磁波強度分布を画像化するイメージングが行われる。

電磁波測定が完了すると、電磁波強度データがモニター１７に表示される（図６：ステップＳ１０５）。詳細には、ステップＳ１５Ａにて検出された電磁波強度から復元された時間波形、電磁波パルスの解析結果、または、イメージングの画像（電磁波強度分布画像）等がモニター１７に表示される。

例えば、ステップＳ１０５において、デバイス温度が異なる２つの電磁波強度分布画像の差分画像を画像生成部２５が生成し、該差分画像をモニター１７に表示してもよい。この差分画像によると、太陽電池パネル９０における、温度依存特性が顕著な領域を容易に特定することができる。

以上のように、検査例１によると、太陽電池パネル９０を低温状態から高温状態まで変化させて、電磁波パルスＬＴ１の検出が行われる。このため、太陽電池パネル９０の温度依存特性を検査することができる。

＜１．２．２． 検査例２＞
図７は、太陽電池パネル９０の検査例２の流れ図である。この検査例２では、デバイスの温度変化が、電磁波強度に与える影響を考慮して、太陽電池パネル９０が高精度に検査される。

詳細には、まず、ステージ１１に試料である太陽電池パネル９０が設置される（図７：ステップＳ１０）。そして、加温・冷却システムが稼働される（図７：ステップＳ１１）。さらに、太陽電池パネル９０の温度測定が行われる（図７：ステップＳ１２）。

加温・冷却システムの稼働及びデバイス温度測定が完了すると、太陽電池パネル９０のデバイス温度が測定用温度（例えば、室温）に調整される（図７：ステップＳ１３）。これによって、太陽電池パネル９０の温度が、測定用温度に変更され、維持される。

デバイス温度が変動すると、熱によって励起されるキャリアの量も変動してしまう虞がある。そこで、デバイス温度を一定に保つことによって、温度に依存したキャリアの変動成分を取り除くことができる。これによって、太陽電池パネル９０から放射された電磁波パルスＬＴ１のうち、パルス光ＬＴ１１の照射に依存した成分を、より正確に測定することが可能となる。

デバイス温度の調整が完了すると、電磁波計測が行われる（図７：ステップＳ１４）。このステップＳ１４においても、電磁波パルスＬＴ１の時間波形を復元するための電磁波計測と、イメージングを行うための電磁波計測のうち、少なくとも一方が行われる。

ステップＳ１４にて、所望の検査内容に応じた電磁波計測が行われると、温度相関情報２９１の取得が行われる（図７：ステップＳ１５）。このステップＳ１５では、温度変更部３１によって太陽電池パネル９０の温度を変更しつつ、各温度で太陽電池パネル９０から放射される電磁波パルスＬＴ１の電磁波強度を収集することによって得られる。なお、ステップＳ１５の工程は、ステップＳ１３，Ｓ１４よりも先に実行されてもよい。

図８は、温度相関情報２９１の一例を示す図である。図８に示されるように、温度相関情報２９１には、太陽電池パネル９０を、５℃から４０℃まで５℃ずつステップ状に変化させ、各温度において放射された電磁波の強度が含まれている。また、温度相関情報２９１には、デバイス温度が２０℃の電磁波強度を「１００」として、各温度の電磁波強度を相対化した相対強度も含まれている。

この温度相関情報２９１は、太陽電池パネル９０上の１地点を代表点とし、その代表点に励起光であるパルス光ＬＰ１１を照射したときに放射される電磁波パルスＬＴ１を検出することによって得られる。もちろん、複数の地点で測定したものを、利用することも可能である。また、温度相関情報２９１は、遅延部１３１が固定されることによって、電磁波パルスＬＴ１が特定の検出タイミングで検出される。なお、複数の地点で電磁波強度を測定し、同じ温度で測定された複数の電磁波強度を平均したものを温度相関情報としてもよい。この場合、電磁波強度の測定誤差を小さくすることができる。

フォトデバイスにおいては、温度が高まるにつれて、熱によってキャリアが励起される。このキャリアは、暗電流と呼ばれ、フォトデバイスの内部電界を弱める。このため、温度相関情報２９１に示されるように、デバイス温度上昇とともに、電磁波強度が弱まることとなる。

図７に戻って、温度相関情報２９１が取得されると、連続光照射部１４が連続光ＣＷを太陽電池パネル９０に照射する（図７：ステップＳ１６）。これによって、パルス光ＬＰ１１が照射される部分に連続光ＣＷが重ねて照射される。

連続光ＣＷが照射された状態で、電磁波計測が行われる（図７：ステップＳ１７）。このステップＳ１７における電磁波計測は、連続光ＣＷが照射される点以外は、ステップＳ１４における電磁波計測とほぼ同様である。すなわち、ステップＳ１４において行われた時間波形復元のための電磁波計測、または、イメージングのための電磁波計測が、連続光ＣＷの照射を行いながら再び行われる。なお、連続光ＣＷの照射条件は、検査の目的に応じて適宜に設定される。照射条件変更部１４１は、その設定された条件に合わせて、連続光ＣＷの照射条件を変更する。

図９は、太陽電池パネル９０から放射された電磁波パルスＬＴ１を復元した時間波形６１，６３を示す図である。図９中、横軸は時間を示しており、縦軸は電磁波強度を示している。時間波形６１は、連続光ＣＷを照射せずに、パルス光ＬＰ１１の照射に応じて太陽電池パネル９０から放射された電磁波パルスＬＴ１に対応する。また、時間波形６３は、連続光ＣＷが照射された状態で、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に対応する。

図９に示されるように、２つの時間波形６１，６３を比較すると、連続光ＣＷが照射されることによって、電磁波パルスＬＴ１の振幅が相対的に小さくなっている。これは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、連続光ＣＷが照射されることによって、光励起キャリアが励起され、伝導帯に充満した状態となる。すると、パルス光ＬＰ１１によって発生する光励起キャリアの電流変化が、相対的に弱められる。その結果、発生する電磁波パルスＬＴ１の電界強度も弱められると考えられる。ただし、連続光ＣＷの照射条件によっては、電磁波パルスＬＴ１の振幅が相対的に大きくなる場合も起こり得る。

図７に戻って、ステップＳ１７の電磁波計測が完了すると、補正部２７によって、電磁波強度の補正処理が行われる（図７：ステップＳ１８）。補正部２７は、ステップＳ１７にて取得された電磁波強度を、ステップＳ１５にて取得された温度相関情報２９１に基づき補正する。

本実施形態では、温度変更部３１によって、デバイス温度を所定の温度（ここでは２０℃）に維持するように構成されている、このため、デバイス温度に変動が生じ難い構成となっている。しかしながら、環境温度の変化、連続光ＣＷまたは励起光の照射等によって、デバイス温度に変動が生じる可能性がある。そこで、デバイス温度の変動に依存した、電磁波強度の変動を取り除くために、補正処理が行われる。

図１０は、補正電磁波強度２９３の一例を示す図である。図１０に示される補正電磁波強度２９３は、デバイス温度が２５℃で測定された電磁波強度を、２０℃で観測した場合の電磁波強度に補正したものである。温度相関情報２９１によると、デバイス温度が２５℃の場合、デバイス温度が２０℃のときに比べて、電磁波強度が、９８．４％となることが分かる。そこで、２５℃で測定された電磁波強度を、それぞれ１．０１６（＝１００／９８．４）倍することによって、補正値を得ることができる。

図１１は、補正後の時間波形６３１を示す図である。時間波形６３１は、時間波形６３を補正したものである。このように電磁波強度を補正することによって、温度条件を揃えた比較を行うことができる。また、時間波形６３１は、時間波形６３に比べて、ピークが大きくなっており、Ｓ／Ｎ比が向上している。

図７に戻って、補正処理が完了すると、電磁波強度データがモニター１７に表示される（図７：ステップＳ１９）。詳細には、補正処理された電磁波強度から復元された時間波形、または、補正処理された電磁波強度に基づくイメージング画像（電磁波強度分布画像）等がモニター１７に表示される。

連続光ＣＷを照射することによって、太陽電池パネル９０を使用状態に近い状態での計測を行うことが可能となる。このとき、温度変更部３１によって、太陽電池パネル９０自体の温度変化を抑制し、さらには、補正部２７によって、検出された電磁波強度におけるデバイス温度変動に由来する成分を除去することによって、太陽電池パネル９０の特性をより精密に検査することができる。また、検査装置１００によると、太陽電池パネル９０が設置される空間内の温度を厳密に制御する場合よりも、低コストで太陽電池パネル９０を検査することができる。

なお、検査例１においても、検査例２と同様に、太陽電池パネル９０に連続光ＣＷを照射しながらパルス光ＬＰ１１を照射して、電磁波パルスＬＴ１を検出するようにしてもよい。

＜２． 第２実施形態＞
図１２は、第２実施形態に係る検査装置１００Ａが備える励起光照射部１２Ａおよび検出部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１２に示されるように、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。

検査装置１００Ａによっても、第１実施形態に係る検査装置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、温度変更部３１及び温度測定部３３を設けることによって、太陽電池パネル９０の温度依存特性を考慮した検査を実行することができる。

＜３． 第３実施形態＞
図１３は、第３実施形態に係る検査装置１００Ｂが備える励起光照射部１２Ｂおよび検出部１３Ｂの概略構成図である。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。

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、温度変更部３１及び温度測定部３３を設けることによって、太陽電池パネル９０の温度依存特性を考慮した検査を実行することができる。

＜４． 第４実施形態＞
図１４は、第４実施形態に係る検査装置１００Ｃが備える励起光照射部１２Ｃおよび検出部１３Ｃの概略構成図である。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、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、温度変更部３１及び温度測定部３３を設けることによって、太陽電池パネル９０の温度依存特性を考慮した検査を実行することができる。

また、本実施形態では、励起光の光源として、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可能である。

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 検査装置
１１ ステージ
１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ 照射部
１２１ フェムト秒レーザ
１２１Ａ 波長可変レーザ
１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ 検出部
１３１ 遅延部
１３２ 検出器
１４ 連続光照射部
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 画像生成部
２７ 補正部
２９ 記憶部
２９１ 温度相関情報
２９３ 補正電磁波強度
３１ 温度変更部
３３ 温度測定部
３５ 結露氷結防止手段
６１，６３，６３１ 時間波形
８０ 可視カメラ
９０ 太陽電池パネル
９１Ｓ 受光面
９９ 逆バイアス電圧印加回路
ＣＷ 連続光
ＬＰ１１ パルス光（励起光）
Ｌ１３ 混合光（励起光）
ＬＴ１ 電磁波パルス

Claims (4)

1. フォトデバイスを検査する検査装置であって、
   前記フォトデバイスからテラヘルツ波を放射させる励起光を前記フォトデバイスに照射する励起光照射部と、
   前記励起光の照射に応じて前記フォトデバイスから放射されるテラヘルツ波を検出する検出部と、
   前記フォトデバイスにおける、前記励起光が照射される部分の温度を変更する温度変更部と、
   前記フォトデバイスにおける、前記励起光が照射される部分の温度を測定する温度測定部と、
   前記フォトデバイスの温度と、前記励起光の照射に応じて前記フォトデバイスから放射される前記テラヘルツ波の強度との相関に関する温度相関情報を記憶する記憶部と、
   前記検出部によって検出される前記テラヘルツ波の強度を、前記温度測定部によって取得された前記フォトデバイスの温度、および、前記温度相関情報に基づいて補正する補正部と、
   前記フォトデバイスに対して、連続光を照射する連続光照射部と、
   を備え、
   前記補正部は、前記フォトデバイスに対して前記励起光及び前記連続光が照射されたときに前記検出部によって得られる前記テラヘルツ波の強度を、前記連続光が照射されたときの前記フォトデバイスの温度および前記温度相関情報に基づいて補正する、検査装置。
2. 請求項１に記載の検査装置において、
   前記温度相関情報は、
   前記温度変更部によって前記フォトデバイスの温度を変更し、各温度の前記フォトデバイスから放射される前記テラヘルツ波の強度を収集することによって得られる、検査装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の検査装置であって、
   前記フォトデバイスを前記励起光で走査する走査機構と、
   前記フォトデバイスから放射されるテラヘルツ波の強度分布を示す電磁波強度分布画像を生成する画像生成部と、
   前記電磁波強度分布画像を表示する表示部と、
   を備える、検査装置。
4. フォトデバイスを検査する検査方法であって、
   (a) 前記フォトデバイスに励起光を照射する工程と、
   (b) 前記(a)工程における前記励起光の照射に応じて前記フォトデバイスから放射される
   テラヘルツ波を検出する工程と、
   (c) 前記フォトデバイスの温度を変更する工程と、
   (d) 前記フォトデバイスにおける、前記(a)工程にて前記励起光が照射される部分の温度を測定する工程と、
   (e) 前記フォトデバイスの温度と、前記励起光の照射に応じて前記フォトデバイスから放射される前記テラヘルツ波の強度との相関に関する温度相関情報を記憶する工程と、
   (f) 前記フォトデバイスに対して、前記励起光とともに連続光を照射する工程と、
   (g) 前記(f)工程における前記励起光の照射に応じて前記フォトデバイスから放射されるテラヘルツ波を検出する工程と、
   (h) 前記(g)工程で得られる前記テラヘルツ波の強度を、前記(f)工程にて前記連続光が照射されたときの前記フォトデバイスの温度、及び、前記温度相関情報に基づいて補正する工程と、
   を含む、検査方法。

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