JP6418542B2 - 検査装置および検査方法 - Google Patents

Description

この発明は、半導体デバイス、フォトデバイスまたは発光デバイスを検査する技術に関する。

近年、半導体分野、フォトデバイス分野、とりわけ太陽電池分野では、光キャリア（特に、電子）の生成、加速、再結合などの動的な振る舞い、いわゆるキャリアダイナミクスを可視化するための技術開発が期待されている。キャリアダイナミクスは、フェムト秒〜ピコ秒時間領域での観測システムが必要となる。

このような観測システムとして、テラヘルツ領域の電磁波（ＴＨｚ波、１０^１２Ｈｚ）を用いた観測システムの研究開発が進められている。テラヘルツ領域の電磁波は、電波のように高い透過性と光のように高い直進性を兼ね備えており、通信、セキュリティ、非破壊検査などの分野での実用化が進められている。

例えば、特許文献１では、検査対象物であるフォトデバイスに光を照射し、それによって放射されるテラヘルツ領域の電磁波を検出している。光が照射されることで励起された光キャリア（自由電子または正孔）が内部の電界で加速され、移動する。これによって、外部に電磁波が放射される。この放射される電磁波を検出することによって、フォトデバイスの特性を検査することができる。

また、特許文献１では、検出する電磁波強度のＳ／Ｎ比を高めるため、逆バイアス電圧をフォトデバイスに印加することが開示されている。逆バイアス電圧を印加することで、光キャリアの加速度が大きくなり、これによって、放射される電磁波の強度が大きくなる。

また、外部電界を印加する別法として、特許文献２では、高強度の電磁波を照射し、測定箇所に逆バイアス電圧を印加することが提案されている。

特開２０１３−１９８６１号公報 特開２０１３−７２８４３号公報

しかしながら、従来技術の場合、電磁波強度のＳ／Ｎ比を向上するため、逆バイアス電圧を印加するための回路、または、光源などを必要とするため、装置コストの増大や、条件の最適化などの煩雑な作業を要していた。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、検査対象物から放射される電磁波の強度を容易に高める技術を提供することを目的とする。

第１の態様は、アノードおよびカソードを有する検査対象物を検査する検査装置であって、前記検査対象物のアノードと、前記検査対象物のカソードを電気的に接続することによって短絡し、前記検査対象物の内部電界を高める短絡手段と、前記短絡手段によって短絡された前記検査対象物に光を照射する照射部と、前記照射部からの前記光の照射に応じて前記検査対象物から放射されるテラヘルツ波を検出する検出部と、を備えている。

また、第２の態様は、第１の態様に係る検査装置であって、前記アノードがｐ型半導体であり、前記カソードがｎ型半導体である。

また、第３の態様は、第１または第２の態様に係る検査装置であって、前記検査対象物が、吸収波長領域が互いに相違する複数の太陽電池が積層されることによって構成される多接合型太陽電池である。

また、第４の態様は、アノードおよびカソードを有する検査対象物を検査する検査方法であって、（ａ）前記検査対象物の内部電界を高めるために前記アノードと前記カソードとを電気的に接続して短絡する工程と、（ｂ）前記（ａ）工程にて短絡された状態の前記検査対象物に対して、光を照射し、当該光の照射に応じて、前記検査対象物から放射されるテラヘルツ波を検出する工程と、を含む。

また、第５の態様は、第４の態様に係る検査方法であって、前記アノードがｐ型半導体であって、前記カソードがｎ型半導体である。

また、第６の態様は、第４または第５の態様に係る検査方法であって、前記検査対象物が、吸収波長領域が互いに相違する複数の太陽電池が積層されることによって構成される多接合型太陽電池である。
また、第７の態様は、第１から第３の態様のいずれか１つに係る検査装置であって、前記検査対象物を前記光で走査する走査機構をさらに備える。
また、第８の態様は、第７の態様に係る検査装置であって、前記走査機構が前記光で前記検査対象部を走査したときに前記検出部により検出される前記テラヘルツ波の強度に基づいて、前記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をさらに備える。
また、第９の態様は、第４から第６の態様のいずれか１つに係る検査方法であって、前記（ｂ）工程は、前記検査対象物を前記光で走査する走査工程を含む。
また、第１０の態様は、第９の態様に係る検査方法であって、（ｃ）前記走査工程により、前記検査対象物を前記光で走査したときに検出されるテラヘルツ波の強度に基づき、前記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工程をさらに含む。

第１から第６の態様によると、短絡することによって、検査対象物における内部電界を容易に高めることができる。これによって、放射される電磁波の強度を高めることができるため、検出される電磁波のＳ／Ｎ比を向上することができる。

また、第２および第５の態様によると、ｐ型半導体およびｎ型半導体を有する検査対象物について、容易に内部の電界を高めることができる。

また、第３および第６の態様によると、多接合型の太陽電池に対して、逆バイアス電圧をかけることなく、放射される電磁波強度を高めることができる。このため、太陽電池の破損を抑制することができる。

実施形態に係る検査装置の概略構成図である。 検査装置が備える照射部、検出部および遅延部の概略構成図である。 太陽電池の概略断面図である。 短絡状態の太陽電池から放射される電磁波の時間波形と、開放状態の太陽電池から放射される電磁波の時間波形とを示す図である。 開放状態の太陽電池のエネルギーバンドを示す図である。 短絡状態の太陽電池のエネルギーバンドを示す図である。 太陽電池の検査例を示す流れ図である。 電磁波強度分布画像の一例を示す図である。 電磁波のスペクトル分布の一例を示す図である。 多接合型の太陽電池を示す概念図である。

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。また、この実施形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜１． 実施形態＞
＜１．１． 構成および機能＞
図１は、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、検査装置１００が備える照射部１２、検出部１３および遅延部１４の概略構成図である。

検査装置１００は、半導体デバイスまたはフォトデバイスである検査対象物に対して、パルス光を照射し、該パルス光の照射に応じて検査対象物から放射される電磁波（例えば、周波数が０．１ＴＨｚ〜３０ＴＨｚのテラヘルツ波）を検出することによって、検査対象物の検査を行う。

本願においては、半導体デバイスとは、半導体によりトランジスタ、集積回路（ＩＣやＬＳＩ）、抵抗またはコンデンサなどにより構成される電子デバイスをいう。また、フォトデバイスとは、フォトダイオード、ＣＭＯＳセンサ若しくはＣＣＤセンサなどのイメージセンサ、太陽電池またはＬＥＤ等、半導体の光電効果を利用する電子デバイスをいう。検査対象物の表面は、平面状に形成されているものとするが、曲面状などに形成されていてもよい。

本実施形態では、検査対象物として太陽電池９０を検査する場合について説明するが、その他の半導体デバイスまたはフォトデバイスについても、同様に検査可能である。

図１に示されるように、検査装置１００は、ステージ１１、照射部１２、検出部１３、遅延部１４、ステージ移動機構１５、制御部１６、モニター１７、操作入力部１８、およびカメラ１９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９０を固定できるのであれば、これら以外の固定手段が採用されてもよい。本実施形態では、ステージ１１は、太陽電池９０の受光面（表面９０Ｓ）側に照射部１２および検出部１３が配置されるよう、太陽電池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１２１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、図示を省略するが、光チョッパによって数ｋＨｚの変調がかけられる。なお、変調素子として、ＡＯＭ（Acousto-Optic Modulator）などを用いてもよい。変調されたパルス光ＬＰ１１は、太陽電池９０に導かれる。また、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（パルス光ＬＰ１２）は、電磁波を検出する検出部１３の検出器１３１へと導かれる。

照射部１２は、パルス光ＬＰ１１の照射を、受光面側から行う。また、パルス光ＬＰ１１の光軸が、太陽電池９０の受光面に対して斜めに入射するように、パルス光ＬＰ１１が太陽電池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９０の概略断面図である。太陽電池９０は、例えば、結晶シリコン系である太陽電池として構成されている。太陽電池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型半導体層９３と、ｎ型半導体層９４と、反射防止膜９５と、格子状の受光面電極９６と、ｐｎ接合部９７とで構成される積層構造を有する。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９０における両側の主面のうち、受光面電極９６が設けられている側の主面が、受光面となっている。つまり、太陽電池９０は、受光面側から光を受けることで好適に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９０の内部電界が存在する部位に、禁制帯幅を超えるエネルギーを持つパルス光ＬＰ１１が照射されると、光キャリア（自由電子および正孔）が発生し、内部電界によって加速される。これにより、パルス状の電流が発生することとなり、それに応じて電磁波が発生することとなる。内部電界は、例えばｐｎ接合部９７やショットキー接合部などに発生していることが知られている。

図１に示されるように、太陽電池９０から放射された電磁波ＬＴ１は、放物面鏡Ｍ１，Ｍ２において集光される。より詳細には、放物面鏡Ｍ１，Ｍ２は、パルス光ＬＰ１１が照射される表面９０Ｓと同じ側に放射される電磁波ＬＴ１を集光する。そして、集光された電磁波ＬＴ１は、検出器１３１に入射する。

検出器１３１は、パルス光ＬＰ１２が入射する光伝導スイッチ（光伝導アンテナ）で構成されている。光伝導スイッチとしては、ダイポール型、ボウタイ型およびスパイラル型などが知られている。電磁波ＬＴ１が検出器１３１に入射する状態で、パルス光ＬＰ１２が検出器１３１に照射されると、光伝導スイッチに瞬間的に電磁波ＬＴ１の電界強度に応じた電流が発生する。この電界強度に応じた電流は、不図示のロックインアンプ、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、検出部１３は、パルス光ＬＰ１２の照射に応じて太陽電池９０から放射された電磁波ＬＴ１の電界強度を検出する。

なお、検出器１３１に、その他の素子、例えばショットキーバリアダイオードを用いてもよい。ショットキーバリアダイオードは、偏光依存性が小さく、検出器１３１として好適である。また、検出器１３１として、非線形光学結晶を用いることも考えられる。

ビームスプリッタＢ１から検出器１３１までのパルス光ＬＰ１２の光路上には、遅延部１４が設けられている。遅延部１４は、パルス光ＬＰ１２が検出器１３１に到達する到達時間を連続的に変更するための光学素子である。

より詳細には、遅延部１４は、遅延ステージ１４１および遅延ステージ移動機構１４３を備えている。遅延ステージ１４１は、パルス光ＬＰ１２を入射方向に沿って折り返させる折り返しミラー１０Ｍを備えている。また、遅延ステージ移動機構１４３は、制御部１６の制御に基づいて、パルス光ＬＰ１２の入射方向に沿って遅延ステージ１４１を平行移動させる。遅延ステージ１４１が平行移動することによって、ビームスプリッタＢ１から検出器１３１までのパルス光ＬＰ１２の光路長が連続的に変更される。

遅延ステージ１４１は、電磁波ＬＴ１が検出器１３１に到達する時間と、パルス光ＬＰ１２が検出器１３１へ到達する時間との時間差を変更する。遅延ステージ１４１により、パルス光ＬＰ１２の光路長を変化させることによって、検出器１３１において電磁波ＬＴ１の電界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）が遅延される。

なお、遅延ステージ１４１とは異なる他の構成によって、パルス光ＬＰ１２の検出器１３１への到達時間を変更することも可能である。具体的には、電気光学効果を利用することが考えられる。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。例えば、特許文献である特開２００９−１７５１２７号公報に開示された電気光学素子を利用することができる。

また、パルス光ＬＰ１１の光路長、もしくは、太陽電池９０から放射された電磁波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１３１に電磁波ＬＴ１が到達する時間を、検出器１３１にパルス光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。つまり、検出器１３１における電磁波ＬＴ１の電界強度の検出タイミングを遅延させることができる。

検査装置１００は、太陽電池９０を短絡する短絡手段９９を備えている。短絡手段９９は、例えば電線で構成されており、一方端がｎ型半導体層９４（カソード）に取り付けられた受光面電極９６に接続され、他方端がｐ型半導体層９３（アノード）に取り付けられた裏面電極９２に接続される。このように短絡手段９９は、太陽電池９０のカソードとアノードとを電気的に接続することによって、太陽電池９０を短絡状態とする。

図４は、短絡状態の太陽電池９０から放射される電磁波の時間波形４１と、開放状態の太陽電池９０から放射される電磁波の時間波形４３とを示す図である。図４において、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。

ここで、「開放状態」とは、太陽電池９０の裏面電極９２および受光面電極９６が電気的に接続されていないで開放された状態をいう。図４から明らかなように、太陽電池９０が短絡状態のときに放射される電磁波ＬＴ１の時間波形４１は、開放状態のときの時間波形４３と比較して、その強度が大きくなっている。次に、短絡によって放射される電磁波ＬＴ１の電界強度が大きくなる要因について、図５および図６を参照しつつ説明する。

図５は、開放状態の太陽電池９０のエネルギーバンドを示す図である。また、図６は、短絡状態の太陽電池９０のエネルギーバンドを示す図である。図５に示されるように、開放状態の太陽電池９０では、光によって励起された光キャリア（自由電子７１および正孔７３）がドリフト移動する。しかしながら、裏面電極９２および受光面電極９６が開放されているために、ドリフトした電荷は、それぞれ半導体中に蓄積されることとなる。このため、図５に示されるように、ｐｎ接合部９７の内部電界を弱める光起電力が生じ、フェルミレベルＦＬ１が順バイアスに近い状態となる。

太陽電池９０において、パルス光ＬＰ１１の照射に応じて放射される電磁波ＬＴ１の強度は、内部電界の大きさに依存する。このため、開放状態の太陽電池９０から、パルス光ＬＰ１１の照射に応じて放射される電磁波ＬＴ１は、内部電界の低下によって相対的に小さくなる。

これに対して、図６に示されるように、短絡状態の太陽電池９０では、ｐ型半導体層９３とｎ型半導体層９４とで同電位となり、フェルミレベルＦＬ２が同じレベルとなる。そして、短絡状態の太陽電池９０のｐｎ接合部９７において、光照射によって発生した自由電子７１は、ｎ型半導体層９４側のマイナス電極に流れ、光照射によって発生した正孔７３は、ｐ型半導体層９３側のプラス電極に流れる。そして、それぞれの荷電は、短絡手段９９を伝って、他方の半導体に注入される。そして、再結合によって失われることとなる。

つまり、短絡状態では、開放状態時に生じていた荷電の蓄積が抑制されるため、光キャリアのドリフト移動が起こりやすくなっている。このため、太陽電池９０を短絡状態とすることによって、パルス光ＬＰ１１の照射に応じて放射される電磁波ＬＴ１の強度を相対的に高めることができると考えられる。

再び、検査装置１００の構成を説明する。ステージ移動機構１５は、ステージ１１を二次元平面内で移動させる装置であり、例えばＸ−Ｙテーブルなどで構成されている。ステージ移動機構１５は、ステージ１１に保持された太陽電池９０を、照射部１２に対して相対的に移動させる。検査装置１００は、ステージ移動機構１５によって、太陽電池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。

本実施形態では、ステージ移動機構１５によってステージ１１をＸＹ方向に移動させることによって、太陽電池９０上の所要の検査範囲をパルス光ＬＰ１１で走査可能とされている。つまり、ステージ移動機構１５は、走査機構を構成している。なお、ステージ移動機構１５によって、ステージ１１を移動させる代わりに、パルス光ＬＰ１１の光路を変更することによって、検査範囲の走査を実現することも考えられる。具体的には、図示を省略するガルバノミラーを設けて、太陽電池９０の表面９０Ｓ上を、パルス光ＬＰ１１の光軸に垂直な二方向に、パルス光ＬＰ１１を走査することが考えられる。また、ガルバノミラーの代わりに、ポリゴンミラー、ピエゾミラーまたは音響光学素子などを用いることも考えられる。

制御部１６は、図示を省略するＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えた一般的なコンピュータによって構成されている。制御部１６は、図２に示されるフェムト秒レーザ１２１、検出器１３１、遅延ステージ移動機構１４３およびステージ移動機構１５に接続されており、これらの各要素の動作を制御したり、あるいは、これらの各要素からデータを受け取ったりする。

また、制御部１６は、図１に示される画像生成部２１、時間波形復元部２３およびスペクトル解析部２５に接続されている。画像生成部２１、時間波形復元部２３およびスペクトル解析部２５は、制御部１６が備えるＣＰＵが不図示のプログラムにしたがって動作することにより実現される機能とされてもよいし、専用回路によってハードウェア的に実現されてもよい。

画像生成部２１は、太陽電池９０の検査対象範囲（太陽電池９０の一部または全部）において、パルス光ＬＰ１１を照射により放射される電磁波ＬＴ１の電界強度の分布を視覚化した電界強度分布画像を生成する。電界強度分布画像においては、電界強度の相違が、異なる色または異なる模様などで視覚的に表現される。

時間波形復元部２３は、検出器１３１にて検出される電界強度に基づいて、太陽電池９０から放射される電磁波ＬＴ１の時間波形を復元する。具体的には、遅延ステージ１４１を移動させることで、パルス光ＬＰ１２が検出器１３１に到達する時間を変更し、各位相で検出された電磁波ＬＴ１の電界強度が取得される。そして、この取得された電界強度が、時間軸上にプロットされることによって、電磁波ＬＴ１の時間波形が復元される。

スペクトル分析部２５は、復元された電磁波ＬＴ１の時間波形に基づき、太陽電池９０のスペクトル分析を行う。詳細には、スペクトル分析部２５は、時間波形情報をフーリエ変換することで、周波数に関する振幅強度スペクトルを取得する。

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、例えば、カメラ１９で撮影された太陽電池９０の表面９０Ｓの画像、画像生成部２１が生成した電界強度分布画像、時間波形復元部２３によって復元された電磁波ＬＴ１の時間波形、または、スペクトル分析部２５が取得したスペクトル情報などが表示される。また、モニター１７には、検査の条件（検査範囲など）を設定するために必要なＧＵＩ（Graphical User Interface）画面なども表示される。

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を介して所定の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り、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。

また、制御部１６には、各種データが格納される不図示の記憶部が接続されている。記憶部は、ハードディスクなどの固定ディスクの他、可搬メディア（例えば磁気メディア、光ディスクメディアまたは半導体メモリなど）で構成されていてもよい。また、制御部１６と記憶部とは、ネットワーク回線を介して接続されていてもよい。

＜１．２． 太陽電池の検査＞
図７は、太陽電池９０の検査例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、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９０が設置される（図７：ステップＳ１１）。このとき、上述したように、受光面（すなわち、太陽電池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９０が設置される。

太陽電池９０がステージ１１に設置されると、太陽電池９０の裏面電極９２および受光面電極９６に短絡手段９９の電極が接続される。これによって、太陽電池９０が短絡状態とされる（図７：ステップＳ１２）。

太陽電池９０が短絡状態とされると、電磁波計測が開始される（図７：ステップＳ１３）。詳細には、フェムト秒レーザからのパルス光ＬＰ１１が太陽電池９０に照射され、それによって放射される電磁波ＬＴ１が検出器１３１によって検出される。

なお、検出器１３１における電磁波ＬＴ１の検出タイミングは、任意に定め得る。例えば、太陽電池９０上の任意の代表地点において、放射される電磁波ＬＴ１の時間波形を復元し、その電界強度が最大となる検出タイミングを、ステップＳ１３の検出タイミングとしてもよい。このように検出タイミングを決定することによって、太陽電池９０の検査対象領域内の各地点から放射される電磁波ＬＴ１を、高強度で検出できる可能性を高めることができる。なお、検出タイミングの設定は、上述したように、遅延部１４を調整することによって行われる。

電磁波計測が開始されると、ステージ移動機構１５を駆動することによって、ステージ１１が２次元平面内を移動する。これによって、太陽電池９０が、パルス光ＬＰ１１で二次元走査される（図７：ステップＳ１４）。

詳細には、太陽電池９０が、太陽電池９０の表面９０Ｓに平行な第一方向（主走査方向）に移動することによって、太陽電池９０における検査対象領域の一端から他端までが、パルス光ＬＰ１１で走査される（主走査）。次に、太陽電池９０が、太陽電池９０の表面９０Ｓに平行であって、かつ、主走査方向に直交する第二方向（副走査方向）に所要のピッチ分移動する（副走査）。そして、太陽電池９０が先ほどの第一方向とは逆方向に移動することで、次の主走査が実行される。このように、主走査と副走査とが交互に実行されることによって、太陽電池９０における、検査対象領域についての二次元走査が行われる。

ステップＳ１４において、パルス光ＬＰ１１の照射位置毎に、電磁波ＬＴ１の電界強度が取得されると、画像生成部２１によって、電磁波強度分布画像が生成され、その画像がモニター１７に表示される（図７：ステップＳ１５）。

図８は、電磁波強度分布画像ｉ１の一例を示す図である。電磁波強度分布画像ｉ１によると、太陽電池９０における電界強度分布を容易に把握することができる。この電界強度分布に基づいて、例えば、太陽電池９０の不良箇所の特定を容易に行うことができる。

なお、検査装置１００において、不良箇所として特定した太陽電池９０の部分について、さらなる解析を行うことも可能である。具体的には、当該部分から放射される電磁波ＬＴ１の時間波形を復元することによって、詳細な検査を行うことが考えられる。

例えば、時間波形には、パルス光ＬＰ１１によって励起された光キャリアの生成、移動、および、再結合の情報が含まれている。このため、時間波形の時間変化などを解析することは、光キャリアのダイナミクスを解析する上で、極めて有効である。

図９は、電磁波ＬＴ１のスペクトル分布６１の一例を示す図である。また、時間波形をフーリエ変換し、スペクトル分布６１を取得することによって、測定部分における物性情報を分析することが可能となる。なお、図９中、縦軸はスペクトル強度を示し、横軸は周波数を示している。

なお、このような時間波形に基づく検査は、図７に示されるステップＳ１５（電磁波強度分布の画像生成・表示工程）の後に行わなければならないものではない。例えば、図７に示される、ステップＳ１４（二次元走査）の代わりに、時間波形に基づく検査が行われてもよい。

以上のように、本実施形態によると、短絡手段９９によって、太陽電池９０を短絡状態とすることによって、開放状態の場合よりも、放射される電磁波ＬＴ１の強度を大きくできる。これによって、電磁波検出のＳ／Ｎ比を向上することができる。

また、短絡手段９９は、簡易な電線などで構成することが可能である。したがって、高強度の電磁波ＬＴ１を発生させるために、太陽電池９０に逆バイアス電圧を印加する場合、電源などを設ける必要があるため、装置コストが増大する。このため、本実施形態に係る検査装置１００は、従来よりもコスト面で有利である。

なお、図３に示された太陽電池９０は、１つのｐｎ接合部９７を含む単接合型の太陽電池である。しかしながら、検査装置１００は、多接合型の太陽電池の検査にも適用可能である。

図１０は、多接合型の太陽電池９０Ａを示す概念図である。太陽電池９０Ａは、３接合型の太陽電池である。具体的には、吸収波長領域が互いに相違する複数の太陽電池９Ａ，９Ｂ，９Ｃを下からこの順に積層することによって、太陽電池９０Ａが構成されている。

吸収波長領域とは、太陽電池において主に吸収される波長領域をいい、利用波長領域と称することもできる。吸収波長領域は、複数の太陽電池９Ａ，９Ｂ，９Ｃ間で完全に相違していなくてもよく、一部が重複していてもよい。

太陽電池９Ａ，９Ｂ，９Ｃのそれぞれは、太陽電池９０と同様に、ｐ型半導体層９３Ａ，９３Ｂ，９３Ｃと、ｎ型半導体層９４Ａ，９４Ｂ，９４Ｃとが接合されることによって、ｐｎ接合部を形成している。そして、太陽電池９０Ａの受光面（表面９０ＳＡ）を構成する太陽電池９Ｃの上面に、受光面電極９６Ａが取り付けられており、太陽電池９０Ａの裏面を構成する太陽電池９Ａの下面に、裏面電極９２Ａが取り付けられている。また、太陽電池９Ａ，９Ｂ間、太陽電池９Ｂ，９Ｃ間は、相互に電気的に接続されている。

このような多接合型の太陽電池９０Ａにおいても、短絡手段９９によって短絡状態とすることで、開放状態の場合よりも、高強度の電磁波ＬＴ１を発生させることが可能である。多接合型の太陽電池９０Ａの場合、単接合の太陽電池９０の場合と比較して、逆バイアス電圧の印加によって破損する可能性が高い。このため、多接合型の太陽電池９０Ａを短絡状態として、電磁波ＬＴ１を計測することは特に有効である。

なお、詳細は省略するが、２接合型あるいは４以上の多接合型の太陽電池についても、３接合型の太陽電池９０Ａのときと同様に、短絡状態での検査が適用可能である。

＜２． 変形例＞
上記実施形態では、図２に示されるように、パルス光ＬＰ１が太陽電池９０の表面９０Ｓに対して斜めに照射され、検出器１３１が表面９０Ｓ側に放射される電磁波ＬＴ１を検出している。しかしながら、例えば、太陽電池９０の表面９０Ｓに対して、パルス光ＬＰ１１を垂直に照射し、これと同軸方向に反射するように放射される電磁波ＬＴ１を検出するように、検査装置１００が構成されてもよい。なお、透明導電膜基板（ＩＴＯ）を用いれば、パルス光ＬＰ１１を透過させつつ、電磁波ＬＴ１を選択的に反射させて、その光路を変更することができる。

また、太陽電池９０の表面９０Ｓにパルス光ＬＰ１１を照射し、これによって太陽電池９０の裏面側に放射される電磁波ＬＴ１を検出するように、検査装置１００が構成されてもよい。

また、上記実施形態では、太陽電池９０に照射されるパルス光ＬＰ１１の光源と、検出器１３１に入射するパルス光ＬＰ１２の光源とが、同一のフェムト秒レーザ１２１となっている。このため、パルス光ＬＰ１１およびパルス光ＬＰ１２のパルス周期は、同一となっている。しかしながら、パルス光ＬＰ１１およびパルス光ＬＰ１２が、パルス周期が同一とされた別々のフェムト秒レーザから出射されるようにしてもよい。

さらに、フェムト秒レーザ１２１の代わりに、発振周波数がわずかに異なる２つの波長可変レーザを用いることも考えられる。詳細には、これらから発振された２つのレーザ光を、光導波路である光ファイバなどで形成された不図示のカプラ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を生成する。そして、この光ビート信号を、太陽電池９０に照射することによって、その光ビート信号の周波数に応じた電磁波（テラヘルツ波）を放射させることができる。なお、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。

また、上記実施形態では、図３に示されるように、ｐｎ接合部９７が形成された太陽電池９０を例にしている。しかしながら、ｐ型半導体層９３とｎ型半導体層９４との間に真性半導体層が挟み込まれた、いわゆるｐｉｎ接合部が形成されている物も、検査装置１００の検査対象物となり得る。また、ｐｎ接合部９７ではなく、ｐ型半導体またはｎ型半導体と金属とを接合させた、いわゆるショットキーバリアダイオードも、検査装置１００の検査対象とすることができる。いずれのタイプの検査対象物であっても、検査対象物のカソードおよびアノードを短絡手段９９によって電気的に接続して、短絡状態とし、この状態で電磁波計測を行えばよい。

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、上記各実施形態及び各変形例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り、あるいは、省略したりすることができる。

１００ 検査装置
１１ ステージ
１２ 照射部
１２１ フェムト秒レーザ
１３ 検出部
１３１ 検出器
１４ 遅延部
１５ ステージ移動機構
１６ 制御部
１７ モニター
４１，４３ 時間波形
５１ 自由電子
５３ 正孔
６１ スペクトル分布
７１ 自由電子
７３ 正孔
９０，９０Ａ 太陽電池
９０Ｓ，９０ＳＡ 表面（受光面）
９２，９２Ａ 裏面電極
９３，９３Ａ，９３Ｂ，９３Ｃ ｐ型半導体層
９４，９４Ａ，９４Ｂ，９４Ｃ ｎ型半導体層
９６，９６Ａ 受光面電極
９７ ｐｎ接合部
９９ 短絡手段
ＬＰ１１ パルス光
ＬＴ１ 電磁波

Claims (10)

1. アノードおよびカソードを有する検査対象物を検査する検査装置であって、
   前記検査対象物のアノードと、前記検査対象物のカソードを電気的に接続することによって短絡し、前記検査対象物の内部電界を高める短絡手段と、
   前記短絡手段によって短絡された前記検査対象物に光を照射する照射部と、
   前記照射部からの前記光の照射に応じて前記検査対象物から放射されるテラヘルツ波を検出する検出部と、
   を備えている、検査装置。
2. 請求項１に記載の検査装置であって、
   前記アノードがｐ型半導体であり、前記カソードがｎ型半導体である、検査装置。
3. 請求項１または２に記載の検査装置であって、
   前記検査対象物が、吸収波長領域が互いに相違する複数の太陽電池が積層されることによって構成される多接合型太陽電池である、検査装置。
4. アノードおよびカソードを有する検査対象物を検査する検査方法であって、
   （ａ） 前記検査対象物の内部電界を高めるために前記アノードと前記カソードとを電気的に接続して短絡する工程と、
   （ｂ） 前記（ａ）工程にて短絡された状態の前記検査対象物に対して、光を照射し、当該光の照射に応じて、前記検査対象物から放射されるテラヘルツ波を検出する工程と、
   を含む、検査方法。
5. 請求項４に記載の検査方法であって、
   前記アノードがｐ型半導体であって、前記カソードがｎ型半導体である、検査方法。
6. 請求項４または５に記載の検査方法であって、
   前記検査対象物が、吸収波長領域が互いに相違する複数の太陽電池が積層されることによって構成される多接合型太陽電池である、検査方法。
7. 請求項１から３のいずれか１項に記載の検査装置であって、
   前記検査対象物を前記光で走査する走査機構、
   をさらに備える、検査装置。
8. 請求項７に記載の検査装置であって、
   前記走査機構が前記光で前記検査対象部を走査したときに前記検出部により検出される前記テラヘルツ波の強度に基づいて、前記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、
   をさらに備える、検査装置。
9. 請求項４から６のいずれか１項に記載の検査方法であって、
   前記（ｂ）工程は、前記検査対象物を前記光で走査する走査工程、を含む、検査方法。
10. 請求項９に記載の検査方法であって、
    （ｃ） 前記走査工程により、前記検査対象物を前記光で走査したときに検出されるテラヘルツ波の強度に基づき、前記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工程、
    をさらに含む、検査方法。

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