JP4796160B2 - 薄膜の検査装置及び検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス基板上に製膜された薄膜、例えば、太陽電池の透明ガラス基板上に製膜される透明導電膜の膜質を検査する薄膜の検査装置及び検査方法に関するものである。

例えば、太陽電池には、ソーダガラス等の透明ガラス基板上に透明導電膜が製膜されている。透明導電膜は、光閉じ込め効果を狙って、積極的に凹凸が表面に形成される。凹凸の程度としては、例えば、０．８μｍの膜厚に対して、０．３μｍ程度の凹凸となっている。このような透明導電膜の表面凹凸を評価する特徴量として、従来、ヘイズ率が用いられている。

このヘイズ率を測定する方法として、例えば、特許文献１に開示されている技術が知られている。特許文献１には、光を透明導電膜に照射し、反射した光を少なくとも２つの波長に分光し、これらの波長の光強度を演算することによって透明導電膜のヘイズ率を算出することが開示されている。
また、特許文献１には、製造ラインにヘイズ率を算出する装置を組み込むことが可能であり、透明導電膜を有する太陽電池の全数検査が可能であることが開示されている。

特開２００５−１３４３２４号公報

ところで、透明導電膜の膜厚が均一ではなく、膜面内において膜厚が変化しているような場合、上述した従来の装置で透明導電膜を評価しようとすると、反射スペクトルに干渉縞（干渉フリンジ）がのってしまい、所望の精度を満足できない可能性がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、薄膜の基板面内における膜厚変動の影響を低減でき、計測精度の向上を図ることのできる薄膜の検査装置及び検査方法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、ガラス基板上に薄膜が製膜された被検査基板に、該ガラス基板側から単波長の光を照射する光源と、前記光源から射出された照明光の光軸に対して所定の傾斜角度で受光軸が交差するように配置され、前記被検査基板を透過した拡散透過光を受光する受光手段と、受光手段によって受光された光の強度に基づいて前記薄膜のヘイズ率を求める処理手段とを備え、前記処理手段は、ヘイズ率と拡散透過光の光強度とが関連付けられたヘイズ率特性を有しており、該ヘイズ率特性と前記受光手段によって受光された光強度とを用いて前記ヘイズ率を求める薄膜の検査装置を提供する。

本発明によれば、単波長の光を被検査基板のガラス基板側から照射し、そのときの拡散透過光を受光手段によって受光し、受光した光の強度に基づいて薄膜のヘイズ率を求めるので、従来のように膜厚による影響を受けずに、ヘイズ率を求めることが可能となる。
これにより、膜厚変動による計測誤差を抑制でき、ヘイズ率の計測精度を向上させることができる。
上記「単波長の光」とは、基本波長の波長幅が、半値全幅で約１００ｎｍ以下、望ましくは５０ｎｍ以下の光をいい、ＬＥＤ等の発光素子から出力される光も含まれる。

上記薄膜の検査装置において、前記光源は、前記光源から射出される照明光の光軸が前記被検査基板の法線方向と一致するように配置されているとよい。

上記薄膜の検査装置において、前記光源は、３５０ｎｍ以上７６０ｎｍ以下のいずれかの波長、好ましくは、３５０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下のいずれかの波長を射出するとよい。このような波長にすることで、安定したヘイズ率の計測精度を確保することが可能となる。

上記薄膜の検査装置において、光源が４７０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下のいずれかの波長を射出する場合に、前記被検査基板の基板面に対する前記受光手段の傾斜角度が５４°以上６５°以下とされていることが好ましい。
このようにすることで、ヘイズ率の計測精度を更に高めることができる。

上記薄膜の検査装置において、前記光源には、第１遮光手段が取り付けられており、前記受光手段には、第２遮光手段が取り付けられていてもよい。
このように第１遮光手段、第２遮光手段が取り付けられていることにより、外部からの光の進入を抑制することができ、良好な検査環境を得ることができる。

上記薄膜の検査装置において、ヘイズ率が異なる薄膜がガラス基板上に製膜された複数の試験片を用意し、該試験片を前記照明光の光軸方向に対して所定量上下に移動させたときの拡散透過光を前記受光手段にて受光し、その光強度とヘイズ率とを関係付けたヘイズ率特性を作成した場合に、検査対象とされる薄膜のヘイズ率の範囲において、ヘイズ率と光強度との関係が単調増加または単調減少で表わされ、かつ、試験片の設置位置の上下変動による前記ヘイズ率特性の変化量が所定値以下となるような傾斜角度で前記受光手段が配置されていることが好ましい。

製造ラインにヘイズ率を算出する装置を組み込む場合、全数検査を時間遅れなく実現するためには、薄膜が製膜された被検査基板を搬送しながらヘイズ率を計測する必要があることから、搬送による被検査基板の上下変動（ワークの変動）に対してロバストな計測系を組むことが重要となる。これは、上述のように、ヘイズ率は光強度を演算することにより求められることから、基板の上下変動による信号レベルの変動が、そのままヘイズ率の計測誤差につながり、測定精度を低下させることが考えられるからである。
本発明によれば、このような被検査基板の上下振動を考慮して、受光手段の傾斜角度が決められるので、実際の製造ラインに組み込まれて使用される場合であっても基板の上下動による影響を受けずに、信頼性の高い計測結果を得ることができる。

上記薄膜の検査装置において、前記受光手段の傾斜角度、前記第１遮光手段の光射出側の開口部の大きさ及び前記光源先端から光射出端までの長さ、前記第２遮光手段において前記受光手段と反対側における開口部の大きさ及び受光手段の受光面から該開口部先端までの長さ、並びに、前記照明光の光軸が通る被検査基板の上面の位置から前記受光手段の受光面までの距離をそれぞれ配置パラメータとした場合、これらの配置パラメータは、ヘイズ率が異なる薄膜がガラス基板上に製膜された複数の試験片を用意し、該試験片を前記照明光の光軸方向に対して所定量上下に移動させたときの拡散透過光を前記受光手段にて受光し、その光強度とヘイズ率とを関係付けたヘイズ率特性を作成した場合に、検査対象とされる薄膜のヘイズ率の範囲において、ヘイズ率と光強度との関係が単調増加または単調減少で表わされ、かつ、試験片の設置位置の上下変動による光強度の変化量の最大値が所定値以下となるように決定されていることが好ましい。

本発明によれば、被検査基板の上下振動を考慮して、各配置パラメータの値が決定されるので、実際の製造ラインに組み込まれて使用される場合であっても被検査基板の上下動による影響を受けずに、信頼性の高い計測結果を得ることができる。

上記薄膜の検査装置は薄膜の製造ラインに組み込まれ、製造ライン上を搬送される前記被検査基板に対して該ガラス基板側から照明光を照射する位置に前記光源が配置されていてもよい。

本発明は、上記いずれかの薄膜の検査装置を備える薄膜製造システムであって、前記光源が、製造ライン上を搬送される前記被検査基板に対してガラス基板側から光を照射するように配置されて該被検査基板の薄膜を検査する薄膜製造システムを提供する。

本発明は、拡散透過光の光強度と薄膜のヘイズ率とを関係付けたヘイズ率特性を予め保有しており、ガラス基板上に薄膜が製膜された被検査基板に該ガラス基板側から単波長の光を照射し、前記被検査基板を透過した拡散透過光を受光し、受光した光の強度と前記ヘイズ率特性とを用いて、前記薄膜のヘイズ率を求める薄膜の検査方法を提供する。

本発明は、上記薄膜の検査装置に適用される計測系の配置決定方法であって、前記光源の波長、前記受光手段の設置傾斜角度、前記第１遮光手段の光射出側の開口部の大きさ及び前記光源先端から光射出端までの長さ、前記第２遮光手段において前記受光手段と反対側における開口部の大きさ及び受光手段の受光面から該開口部先端までの長さ、並びに、前記照明光の光軸が通る被検査基板の上面の位置から前記受光手段の受光面までの距離を配置パラメータとした場合に、ヘイズ率の異なる薄膜がガラス基板上に製膜された複数の試験片を用意する第１工程と、前記パラメータを該パラメータ毎に決められた所定の範囲内で変化させた計測系において、該試験片を前記照明光の光軸方向に対して所定量上下に移動させたときの拡散透過光を前記受光手段で受光する第２工程と、第２工程で得られた拡散透過光の光強度とヘイズ率とを関係付けてヘイズ率特性を作成するとともに、このヘイズ率特性と該ヘイズ率特性が得られたときの該計測系の各パラメータ設定値とを対応付ける第３工程と、第３工程において作成された複数のヘイズ率特性の中から、検査対象とされる薄膜のヘイズ率の範囲において、ヘイズ率と光強度との関係が単調増加または単調減少で表わされ、かつ、試験片の設置位置の上下変動による光強度の変化量の最大値が所定値以下であるヘイズ率特性を抽出する第４工程と、前記第４工程で抽出されたヘイズ率特性が得られたときのパラメータを検査時における計測系の配置パラメータとして採用する第５工程とを含む計測系の配置決定方法を提供する。
このような計測系の配置決定方法を用いて計測系の各配置パラメータを決定することにより、薄膜の検査装置が製造ラインに組み込まれた場合でも、被検査基板の上下振動にロバストな計測系を組むことができる。

本発明によれば、薄膜の基板面内における膜厚変動の影響を低減でき、計測精度の向上を図ることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る薄膜の検査装置の全体構成を示した図である。 光源と受光素子の配置関係を示した図である。 コンピュータが保有しているヘイズ率特性の一例を示した図である。 計測結果として表示されるヘイズ率の二次元分布画像の一例を示した図である。 ヘイズ率の異なる試験片の拡散透過スペクトル（波長範囲３００ｎｍ〜１５００ｎｍ）を示した図である。 計測系の構成と配置パラメータについて説明するための図である。 配置パラメータを決定するために行った事前試験で得られたヘイズ率特性を示した図である。 配置パラメータを決定するために行った事前試験で得られたヘイズ率特性を示した図である。 配置パラメータを決定するために行った事前試験で得られたヘイズ率特性を示した図である。 配置パラメータを決定するために行った事前試験で得られたヘイズ率特性を示した図である。 配置パラメータを決定するために行った事前試験で得られたヘイズ率特性を示した図である。 配置パラメータを決定するために行った事前試験で得られたヘイズ率特性を示した図である。 照明光の波長を変数とし、他の配置パラメータを固定としたときの各波長に対するヘイズ率特性を示した図である。 受光素子の傾斜角度を変数とし、他の配置パラメータを固定としたときの各傾斜角度に対するヘイズ率特性を示した図である。 膜面から受光素子までの距離を変数とし、他の配置パラメータを固定としたときの各距離に対するヘイズ率特性を示した図である。 配置パラメータを決定する事前試験において最適であると決定付けられた配置パラメータを用いて組まれた計測系を用いて作成されたヘイズ率特性を示した図である。 本発明の一実施形態に係る薄膜の検査装置の効果を示した図である。

以下に、本発明に係る薄膜の検査装置及びその方法を太陽電池の透明導電膜の評価に適用する場合についての実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る薄膜の検査装置の全体構成を示した図である。図１に示すように、本実施形態に係る薄膜の検査装置は、太陽電池の製造装置の製造ラインに設けられて利用されるものである。薄膜の検査装置によって検査される被検査基板Ｗは、約１ｍ角の透明ガラス基板に、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ_２）等の透明導電膜（ＴＣＯ：Transparent Conductive Oxide）が製膜された透明導電膜付きガラス基板である。この被検査基板Ｗは、透明導電膜が上面となるように搬送される。なお、透明導電膜とガラス基板との間に、ガラス基板界面における拡散防止のため、下地膜としてＳｉＯ_２膜等が製膜されていてもよい。

被検査基板Ｗを搬送する搬送コンベア１の下方には光照射装置３が、上方には受光装置２が配置されている。光照射装置３は、例えば、被検査基板Ｗの幅方向に一列に配置された複数の光源３ａ（図２参照）を備えている。本実施形態において、光源３ａは、８つ設けられている。ここで、光源３ａとしては、単一波長のＬＥＤ、或いはフィルタを組み合わせた白色ＬＥＤ等を使用することが可能である。また、ＬＥＤに限られず、他の光源、例えば、ランプ光源、ランプ光源にフィルタを組み合わせた光源ユニット等を使用することとしてもよい。光照射装置３から照射する光の波長は後述するパラメータ設定方法により選定された波長を使用する。
光照射装置３は、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／オフが制御されるようになっている。

受光装置２は、光照射装置３が備える各光源３ａから射出された照射光Ｌ１が被検査基板Ｗを透過することで拡散された拡散透過光Ｌ２を受光する。受光装置２は、例えば、被検査基板Ｗの幅方向に一列に並んで配置された複数の受光素子（受光手段）２ａ（図２参照）を有している。本実施形態において、受光素子２ａは、８つ設けられている。受光素子２ａと光源３ａとは一対となっており、対応する光源３ａから射出された照明光の拡散透過光が受光素子２ａによって受光されるようになっている。受光素子２ａは、計測すべき光の波長に対して感度を有している素子等であればよく、例えば、フォトダイオード、光電子増倍管等を使用することにより、簡易で廉価な構成とすることができる。このとき、被検査基板Ｗがない状態では略均一な検出感度を示すよう調整されていることが望ましい。また、例えば、受光素子２ａは、被検査基板Ｗがない状態における信号強度が実質的にゼロとなるようにキャリブレーションされている、或いは、受光素子２ａの位置を照明光の光軸上に配置させた状態で照明光を受光し、このときの信号強度が１００％となるように、キャリブレーションされているとよい。

図２に、光源３ａと受光素子２ａの配置関係を示す。図２に示すように、光源３ａから射出された照明光Ｌ１は、被検査基板Ｗの基板面に対して垂直に、換言すると、基板面の法線方向から入射する。この照明光Ｌ１は、被検査基板Ｗの膜内、膜面において拡散され、その拡散透過光の一部が受光素子２ａによって受光される。受光素子２ａは、光源３ａから射出された照明光Ｌ１の光軸に対して所定の傾斜角度（９０°−θ）で受光軸が交差するように配置されており、被検査基板Ｗを透過した拡散透過光Ｌ２を受光する。
なお、受光素子２ａの傾斜角度θについては、後述するパラメータ設定方法により選定された傾斜角度θを使用する。

図１に戻り、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とが配置されている。光電スイッチ５は、搬送されてきた被検査基板Ｗの先端部分が照明光Ｌ１の入射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、被検査基板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。

コンピュータ（処理手段）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を受光装置２に送るようになっている。受光装置２の各受光素子２ａは、トリガ信号Ｔを受ける毎に、被検査基板Ｗを透過した拡散透過光Ｌ２を受光し、その光強度に応じた受光信号Ｃをそれぞれコンピュータ７に送る。

コンピュータ７は、受光装置２の各受光素子２ａから受光信号Ｃを受信すると、これら各受光信号Ｃで示される拡散透過光の光強度と予め保有しているヘイズ率特性（ヘイズ率と光強度との検量特性）とを用いて、被検査基板Ｗのヘイズ率の算出を行う。
図３に、ヘイズ率特性の一例を示す。図３において、横軸は信号強度（拡散透過光の光強度）、縦軸はヘイズ率を示している。図３では、受光素子毎にヘイズ率特性を有している場合を示している。このように、各受光素子に応じたヘイズ率特性を有していることで、各受光素子の特性を加味したヘイズ率を求めることができ、検出精度をより向上させることが可能となる。また、図３では、横軸に光強度、縦軸にヘイズ率を示しているが、横軸にヘイズ率、縦軸に光強度が示されていてもよい。ヘイズ率特性は、ヘイズ率と拡散透過光の光強度との関係を示している特性をいい、ヘイズ率については、例えば、ＪＩＳ Ｋ ７１３６には、「全光線透過率τ_ｔに対する拡散透過率τ_ｄの比として定義される」と記載されている。

コンピュータ７が保有している図３に示すようなヘイズ率特性は、ヘイズ率が既知の試験片を複数用意し、図１に示した実際の検査装置と同じ計測系において、これらの試験片に対して光を照射したときの拡散透過光を各受光素子２ａで受信し、各受光素子２ａによって受光された光強度とそのときの既知のヘイズ率とを関連付けることで作成される。

コンピュータ７は、保有しているヘイズ率特性を用いて各受光素子２ａで受光された光強度からヘイズ率を求めると、各受光素子２ａが拡散透過光を受光したタイミングから被検査基板Ｗにおける検査位置とヘイズ率とを対応付けて記憶部（図示略）に記憶する。これにより、１枚の被検査基板Ｗにおける検査が終了した場合には、記憶部に格納されている各検査位置におけるヘイズ率を読み出すことにより、図４に示すようなヘイズ率の二次元分布画像を作成し、表示装置８に表示することが可能となる。また、予めヘイズ率の許容範囲を保有しており、この許容範囲外となるヘイズ率が検出された場合に、エラーを報知するような態様としても良い。

次に、図１に示す薄膜の検査装置により、透明導電膜のヘイズ率を検査する場合について説明する。ここでは、波長λ１の光を被検査基板Ｗに照射し、透明導電膜のヘイズ率を算出する場合について説明する。この場合、コンピュータ７が有する記憶部（図示略）には、波長λ１に対応するヘイズ率特性が予め記憶されている。

まず、コンピュータ７は、光照射装置３の各光源を点灯させた状態において、搬送コンベア１上に載置された被検査基板Ｗを搬送方向Ｙに搬送させる。これにより、光照明装置３から射出された照明光Ｌ１は、被検査基板Ｗを透過することで拡散し、その一部の拡散透過光Ｌ２が受光装置２に導かれる。

一方、この被検査基板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を受光装置２に送る。これにより、被検査基板Ｗの移動に応じて受光装置２の各受光素子２ａにより拡散透過光Ｌ２が受光され、光強度に応じた受光信号Ｃがコンピュータ７へ送られることとなる。コンピュータ７は、各受光素子２からの受光信号Ｃを受信すると、この受光信号Ｃ及びヘイズ率特性からヘイズ率を求め、このヘイズ率を記憶部に記憶する。これにより、被検査基板Ｗにおける各計測点でヘイズ率を算出し、被検査基板Ｗにおけるヘイズ率分布を求めることが可能となる。

次に、図１に示す薄膜の検査装置において、ヘイズ率の計測に用いられる光の波長を選択する波長選択方法について説明する。

まず、ヘイズ率がそれぞれ異なる透明導電膜がガラス基板上に製膜された複数の試験片を用意する。なお、このとき用意する試験片は、実際のヘイズ率計測における被検査基板Ｗの膜構造と略同一にすることが望ましい。本実施形態では、ヘイズ率が１８％、２０％、２９％の試験片をそれぞれ用意した。

次に、用意した試験片に対して３００ｎｍから１５００ｎｍの波長の光をガラス基板側からガラス基板の膜面に対して垂直入射させ、そのときの拡散透過光を積分球により検出し、透過光束の計測を行った。この計測は、日立製作所製の分光光度計Ｕ−３５００に６０ｍｍφの積分球を取り付けた計測装置で実施した。最初に、積分球の光出射位置に白板を設置し、１００％ベースラインのキャリブレーションを実施した。次に、白板を取り外し、積分球の光入射位置に、光入射面がガラス基板側となるように試験片を設置した。この状態で、分光した光を試験片に照射し、垂直透過光を含まない前方散乱光だけを積分球に内蔵されている光受光器で計測し、拡散透過率を求めた。

図５に各試験片における波長と拡散透過率との関係を示す。
図５に示すように、拡散透過率は波長３５０ｎｍ付近においてピークを示し、その後波長が長くなるにつれ指数関数的に緩やかに減少する。拡散透過率が高いということは、図１に示した装置において、受光素子２ａにて検出される光強度が高いということになるので、安定した検出精度が得られやすいということを意味する。従って、光源として使用する波長は、光強度が高いものがよい。また、光源や受光素子等の据付・調整作業は、作業員による目視により行われることから、作業性の面から可視光が好ましい。
これらの観点から図５において、３５０ｎｍ以上７６０ｎｍ以下の範囲の波長の光を使用するとよいことがわかる。また、３５０ｎｍ付近のピークは、使用する透明ガラス基板の特性に応じてシフトすることがわかっている。また、市販のＬＥＤは廉価であり、また、利便性の面において優位である。従って、光源として、例えば、４５０ｎｍ、４７０ｎｍ、５３０ｎｍ、５６０ｎｍ、５７０ｎｍ、５９０ｎｍ、６４４ｎｍ、６６０ｎｍ、７００ｎｍ等のＬＥＤを用いるとよい。

また、ＪＩＳ Ｋ ７１３６に規定されているヘイズ率の測定に関しては、実質的に中心波長が５５０ｎｍ程度となるｙフィルタを透過させた白色光を照明光として使用している。ｙフィルタは、ＪＩＳ Ｋ ７１３６にて、「ＩＳＯ／ＣＩＥ １０５２７による等色関数ｙ（λ）と等しい明所視標準視感効率Ｖ（λ）」と規定されている。
従って、５５０ｎｍの光を照明光として使用することも有益である。また、更に、後述する試験において、５９０ｎｍの照明光を使用してその適応性を評価したところ、５９０ｎｍの照明光を用いても適切なヘイズ率特性が得られ、信頼性の高い計測を行うことが証明された。このことから、例えば、光源として使用する波長は、３００ｎｍ、好ましくは、拡散透過率のピークが現れる約３５０ｎｍ以上約５９０ｎｍ以下に設定することがより好ましいといえる。この波長帯域であれば、図５に示されるように、比較的高い拡散透過率が得られることから、安定した計測精度を確保することができる。

〔第１のパラメータ設定方法〕
次に、本実施形態に係る薄膜の検査装置は、図１に示したように、製造ラインに組み込まれ、搬送されてくる被検査基板Ｗを検査するものである。従って、被検査基板Ｗは、上下に振動することが予想され、このような上下運動に対してロバストな計測系を組むことが重要となる。
そこで、本実施形態では、３５０ｎｍ以上７６０ｎｍ以下の波長帯域の中から安価に手に入れることの出来る市販のＬＥＤの波長に一致する波長のうち、４７０ｎｍ、５３０ｎｍ、５９０ｎｍを代表波長として選定し、被検査基板Ｗの上下振動に強い計測系の配置パラメータを求めた。

また、本実施形態では、外部からの光の進入を抑えるために、光源（ＬＥＤ）３ａ及び受光素子２ａに、筒状の遮光フードを取り付けている。遮光フードの形状については特に限定されない。図６に示すように、計測系の配置パラメータは、光源３ａの筒状の遮光フードの高さＬａ、光源３ａの遮光フードの筒径Ｄａ、照明光の光軸が通る透明導電膜の膜面の点から受光素子２ａの受光面までの距離Ｌ、受光素子２ａの筒状の遮光フードの長さＬｂ、受光素子２ａの筒状の遮光フードの筒径Ｄｂ、受光素子２ａの傾斜角度θの６つに設定した。
また、各配置パラメータの変更範囲を以下の表のように設定した。

次に、それぞれヘイズ率の異なる透明導電膜が透明基板上に製膜された試験片をそれぞれ用意し（具体的には、ヘイズ率７．９％、１０．６％、１５．３％、１７．４％、２０．５％、２２．８％、２４．５％、２６．１％、２９．８％、３５．１％の１０個の試験片を用意した）、これら試験片を光源３ａの遮光フードの先端から５ｍｍの位置（この位置を「基準位置」とする。）、かつ、光源３ａから射出される照明光が垂直入射するように配置し、この状態で上記配置パラメータをそれぞれ変更範囲内で変化させて、受光素子２ａによって検出される光強度を計測し、光強度と試験片の既知のヘイズ率とを関連付けることにより複数のヘイズ率特性を作成した。

次に、図６に示した計測系において、試験片の位置を基準位置から基板面に垂直な方向に−１ｍｍ、＋１ｍｍそれぞれずらした場合において、受光素子２ａにおいて受光される光の強度を計測し、光強度と試験片の既知のヘイズ率とを関連付けたヘイズ率特性を作成した。

図７に、Ｄａ＝５，θ＝５４°，波長λ＝４７０ｎｍ，Ｌ＝２５ｍｍ，Ｌａ＝５ｍｍ，Ｌｂ＝５ｍｍ，Ｄｂ＝５ｍｍのときのヘイズ率特性を、図８に、Ｄａ＝５ｍｍ，θ＝６５°，波長λ＝４７０ｎｍ，Ｌ＝４０ｍｍ，Ｌａ＝１０ｍｍ，Ｌｂ＝５ｍｍ，Ｄｂ＝７ｍｍのときのヘイズ率特性を、図９に、Ｄａ＝７ｍｍ，θ＝６５°，波長λ＝４７０ｎｍ，Ｌ＝３０ｍｍ，Ｌａ＝１５ｍｍ，Ｌｂ＝１０ｍｍ，Ｄｂ＝５ｍｍのときのヘイズ率特性を、図１０に、Ｄａ＝５ｍｍ，θ＝６０°，波長λ＝５３０ｎｍ，Ｌ＝４０ｍｍ，Ｌａ＝１５ｍｍ，Ｌｂ＝５ｍｍ，Ｄｂ＝５ｍｍのときのヘイズ率特性を、図１１に、Ｄａ＝７ｍｍ，θ＝５４°，波長λ＝５３０ｎｍ，Ｌ＝４０ｍｍ，Ｌａ＝５ｍｍ，Ｌｂ＝１５ｍｍ，Ｄｂ＝７ｍｍのときのヘイズ率特性を、図１２に、Ｄａ＝５ｍｍ，θ＝６５°，波長λ＝５９０ｎｍ，Ｌ＝２５ｍｍ，Ｌａ＝５ｍｍ，Ｌｂ＝１０ｍｍ，Ｄｂ＝７ｍｍのときのヘイズ率特性を代表例としてそれぞれ示す。

図７から図１２において、横軸はヘイズ率、縦軸は信号強度（光強度）である。また、各図においてＺ＝０は試験片を基準位置に置いたときのヘイズ率特性、Ｚ＝−１は試験片を基準位置から光源３ａ側に１ｍｍ近づけたときのヘイズ率特性、Ｚ＝＋１は基準位置にある試験片を光源３ａから離れる方向に１ｍｍ移動させたときのヘイズ率特性である。
このようなヘイズ率特性の中から（１）ヘイズ率に対する光強度が単調増加しており、かつ、（２）試験片の設置位置の上下変動による光強度の変化量の最大値が第１閾値以下となるようなヘイズ率特性を抽出し、抽出したヘイズ率特性が得られたときの配置パラメータを検査時に使用する配置パラメータとして決定する。

ここで、上記第１閾値は、要求される計測精度に応じて任意に設定できる値である。また、試験片の設置位置の上下変動による光強度の変化量の最大値Ｐｍａｘは、例えば、図７に示すようなヘイズ率特性において、ｚ＝＋１，０，−１にそれぞれ対応するヘイズ率特性において信号強度に最も開きのあるヘイズ率を特定し、そのヘイズ率における最大信号強度と最小信号強度との差分を算出することで得られる。

図７から図１２に示したヘイズ率特性において、いずれの配置パラメータも上記（１）及び（２）の条件を満たしていることが確認された。この中で最も適切な配置パラメータを決定するためには、それぞれのヘイズ率特性において、ＳＮ比及び特性の傾きβ１を求め、ＳＮ比及び傾きが最も大きい値を示した配置パラメータを選定すればよい。特に、傾きβ１が大きいほど、より高い計測感度を確保することができる。

なお、図１２は、波長５９０ｎｍの光を使用したときのヘイズ率特性を示したものであるが、ヘイズ率に対する光強度が略単調増加しており、かつ、試験片の設置位置の上下変動による光強度の変化量も少ないといえる。従って、図１２から波長５９０ｎｍを図１に示した検査装置に使用した場合でも所定の計測精度を確保できることが証明された。

〔第２のパラメータ設定方法〕
上述した第１のパラメータ設定方法では、全ての配置パラメータを変化させてデータを取得しなければならないため、データ量が膨大になる。従って、データ量を低減させるために、上記配置パラメータの中から特に基板の上下変動に対して敏感な配置パラメータを求め、この配置パラメータについてのみ所定範囲で値を変化させることにより、適切なパラメータ設定値を得ることを考える。

例えば、光源３ａに取り付けられている遮光フードの筒径Ｄａについては、外部からの光を出来るだけ遮断してノイズを低減させるとともに、照明光の指向性を高めるために、筒径は小さい方が好ましいといえる。また、この遮光フードの長さＬａについては、光源３ａを被検査基板Ｗからある程度離して設置したいということから、この光源３ａの設置位置に応じて決定するのが好ましい。このような条件は、被検査基板Ｗの上下変動に限らずに計測系の原理に基づいて導き出せる条件である。

また、受光素子２ａに取り付けられている遮光フードの長さＬｂについても、できるだけ外部からの光を遮断したいことから、遮光効果を高めるために可能な範囲で大きな値を設定した方が好ましいといえる。

このように考えると、光源３ａ及び受光素子２ａの遮光フードの長さ及び筒径については、上述したような条件に基づいて適切な値を決定した方が好ましく、従って、受光素子２ａの傾斜角度θ、光源３ａの波長λ、膜面から受光素子までの距離Ｌに関する配置パラメータについて具体的な試験を行うことにより決定することが好ましいといえる。

そこで、本実施形態では、まず、計測系の原理に基づいて導き出せる各配置パラメータの値をそれぞれ以下のように設定する。
光源３ａの筒状の遮光フードの高さＬａ＝１５ｍｍ
ＬＥＤの筒状の遮光フードの筒径Ｄａ＝５ｍｍ
受光素子の筒状の遮光フードの長さＬｂ＝１５ｍｍ
受光素子の筒状の遮光フードの筒径Ｄｂ＝７ｍｍ
また、透明導電膜の膜面から受光素子までの距離Ｌ、受光素子の傾斜角度θについて仮の設定値、例えば、距離Ｌ＝４０ｍｍ、θ＝５４°に設定し、この計測系で上記試験片を基準位置に設置し、光源の波長λを４７０ｎｍ、５００ｎｍ、５３０ｎｍ、５６０ｎｍ、５９０ｎｍと切り替えたときのヘイズ率特性をそれぞれ求める。

図１３に、ヘイズ率特性を示す。ここで、ヘイズ率を高い精度で求める場合、ヘイズ率と光強度とが比例関係にあることが望ましく、また、その傾きβ１が大きいほど好ましい。従って、図１３において、波長毎に傾きβ１を算出し、それぞれを比較した。例えば、傾きβ１は、特性を一次曲線に近似し、そのときの傾きを求めた。この結果、波長４７０ｎｍの照明光を使用したときの傾きβ１が最も大きく、検出精度の観点から波長４７０ｎｍの光を使用することが好ましいことがわかった。

次に、受光素子２ａの傾斜角度θを変数とし、図６に示した計測系において最適な受光素子２ａの傾斜角度θを所定範囲内で決定する。ここで、照明光としては、図１３から導出された４７０ｎｍの波長の光を使用し、その他の計測系のパラメータに関しては、上述の通りである。当該試験では、傾斜角度θを５４°，５７°，６０°の３つの値に変化させ、それぞれのヘイズ率特性を得た。図１４に、ヘイズ率特性を示す。また、このときのヘイズ率特性の傾きβ１を求めた。この結果、傾斜角度が５４°のときの傾きβ１が最も大きいことがわかった。

次に、照明光の光軸が通る透明導電膜の膜面から受光素子の受光面までの距離Ｌを変数とし、図６に示した計測系において適切な距離Ｌを所定範囲内で決定する。ここで、照明光としては、図１３から導出された４７０ｎｍの波長の光を使用し、受光素子２ａの傾斜角度θについては図１４から導出された５４°を採用する。また、その他の計測系のパラメータについては、上述の通りである。
当該試験では、距離Ｌを３０ｍｍ，３５ｍｍ，４０ｍｍの３つの値に変化させ、それぞれのヘイズ率特性を得た。図１５に、ヘイズ率特性を示す。また、このときのヘイズ率特性の傾きβ１を求めた。この結果、距離Ｌが４０ｍｍのときの傾きβ１が最も大きいことがわかった。

以上のことから、計測系の各配置パラメータを以下のように設定した場合に、高い計測精度が得られることがわかった。
光源の筒状の遮光フードの高さＬａ＝１５ｍｍ
ＬＥＤの筒状の遮光フードの筒径Ｄａ＝５ｍｍ
透明導電膜の膜面から受光素子までの距離Ｌ＝４０ｍｍ
受光素子の筒状の遮光フードの長さＬｂ＝１５ｍｍ
受光素子の筒状の遮光フードの筒径Ｄｂ＝７ｍｍ
受光素子の傾斜角度θ＝５４°
照明光の波長λ＝４７０ｎｍ

次に、上記配置パラメータを採用して組まれた図６に示す計測系において、試験片を基準位置から１ｍｍ上下に変動させ、そのときのヘイズ率特性を得た。図１６にヘイズ率特性を示す。図１６に示すように、試験片の位置を照明光の光軸に沿って所定量移動させてもヘイズ率特性は殆ど変わらず、かつ、比較例として示したヘイズ率特性よりも大きな傾きβ１を持つことから、高い計測感度を有することがわかった。なお、比較例を得たときの計測系は、以下の配置パラメータを用いた。
光源の筒状の遮光フードの高さＬａ＝１０ｍｍ
ＬＥＤの筒状の遮光フードの筒径Ｄａ＝７ｍｍ
透明導電膜の膜面から受光素子までの距離Ｌ＝３０ｍｍ
受光素子の筒状の遮光フードの長さＬｂ＝１０ｍｍ
受光素子の筒状の遮光フードの筒径Ｄｂ＝７ｍｍ
受光素子の傾斜角度θ＝６０°
照明光の波長λ＝５３０ｎｍ

以上、説明してきたように、本実施形態に係る薄膜の検査装置及び検査方法によれば、単波長の光を被検査基板のガラス基板側から照射し、そのときの拡散透過光を受光素子によって受光し、受光した光の強度に基づいて透明導電膜のヘイズ率を求めるので、従来のように膜厚による影響を受けずに、ヘイズ率を求めることが可能となる。

図１７に、図１に示した薄膜の検査装置によって、製造ラインに組み込んだ状態で、被検査基板を搬送しながら、ヘイズ率の面内分布を計測した結果を示す。ここでは、４枚の被検査基板Ｓを対象とし、各被検査基板Ｓにはそれぞれ格子状に８×８＝６４ポイントの計測ポイントを設定した。被検査基板Ｓは、透明ガラス基板上に薄膜が製膜されており、薄膜の膜厚は面内分布（分布幅；±３０％程度）を有しているものを用いた。また、ヘイズ率も面内分布を有しているものとした。
また、薄膜の検査装置の精度検証用に、計測後の被検査基板を回収し、小面積に分割し、市販のヘイズ計で上記計測ポイントのヘイズ率を求めた。ヘイズ計は、ＪＩＳ Ｋ ７１３６に準拠したものを用いた。
本実施形態に係る薄膜の検査装置によれば、図１７に示すように、透明導電膜の膜厚にムラがある場合でも、ヘイズ率の計測誤差ΔＨｚの４枚の平均値は１．４％であり、信頼性の高い計測結果が得られることがわかった。ここで、ΔＨｚは、同一計測ポイントにおけるヘイズ計で求めたヘイズ率と本願の薄膜の検査装置で求めたヘイズ率の差分の標準偏差（１シグマ）であり、Ｎ数は６４点である。

本実施形態によれば、薄膜の検査装置の計測系の配置は、被検査基板の振動を考慮した値に設定されているので、実際の製造ラインに組み込まれて使用される場合に、基板の上下動による影響を受けずに、信頼性の高い計測結果を得ることができる。更に、コンピュータ７において用いられるヘイズ率特性は、例えば、図１６に示したように、傾きβ１が大きいため、高い計測感度を得ることができる。

また、製造ライン上に薄膜の検査装置を配置することによって、透明導電膜が製膜された全数の基板を、時間遅れなく、検査することができ、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、必要に応じて透明導電膜の製膜条件などを調整することができる。また製膜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。また、透明導電膜の製膜状況をオンラインで監視することで、発電効率が高い太陽電池の生産状況を維持し、不良発生時には極めて短時間で不具合基板をラインアウトすることができるので、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を向上させることができる。

本発明の薄膜の検査装置は、薄膜太陽電池の分野に限られることなく、液晶パネル、半導体デバイス等、透明導電膜や透明光学膜が利用される分野において幅広く適用することができる。この場合には、各製造工程において搬送される基板上に製膜された透明導電膜や透明光学膜に対してガラス基板側から光を照射可能な位置に、上述した光射出器３を配置し、この拡散透過光を受光装置２にて受光すればよい。

１ 搬送コンベア
２ 受光装置
２ａ 受光素子
３ 光照射装置
３ａ 光源
４ 光源用電源
７ コンピュータ
８ 表示装置

Claims (12)

1. ガラス基板上に薄膜が製膜された被検査基板に、該ガラス基板側から単波長の光を照射する光源と、
   前記光源から射出された照明光の光軸に対して所定の傾斜角度で受光軸が交差するように配置され、前記被検査基板を透過した拡散透過光を受光する受光手段と、
   受光手段によって受光された光の強度に基づいて前記薄膜のヘイズ率を求める処理手段と
   を備え、
   前記処理手段は、ヘイズ率と拡散透過光の光強度とが関連付けられたヘイズ率特性を有しており、該ヘイズ率特性と前記受光手段によって受光された光強度とを用いて前記ヘイズ率を求める薄膜の検査装置。
2. 前記光源は、前記光源から射出される照明光の光軸が前記被検査基板の法線方向と一致するように配置されている請求項１に記載の薄膜の検査装置。
3. 前記光源は、３５０ｎｍ以上７６０ｎｍ以下のいずれかの波長を射出する請求項１または請求項２に記載の薄膜の検査装置。
4. 前記光源は、３５０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下のいずれかの波長を射出する請求項１または請求項２に記載の薄膜の検査装置。
5. 前記光源が４７０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下のいずれかの波長を射出する場合に、前記被検査基板の基板面に対する前記受光手段の傾斜角度が５４°以上６５°以下とされている請求項１または請求項２に記載の薄膜の検査装置。
6. 前記光源には、第１遮光手段が取り付けられており、
   前記受光手段には、第２遮光手段が取り付けられている請求項１から請求項５のいずれかに記載の薄膜の検査装置。
7. ヘイズ率が異なる薄膜がガラス基板上に製膜された複数の試験片を用意し、該試験片を前記照明光の光軸方向に対して所定量上下に移動させたときの拡散透過光を前記受光手段にて受光し、その光強度とヘイズ率とを関係付けたヘイズ率特性を作成した場合に、検査対象とされる薄膜のヘイズ率の範囲において、ヘイズ率と光強度との関係が単調増加または単調減少で表わされ、かつ、試験片の設置位置の上下変動による光強度の変化量の最大値が所定値以下となるような傾斜角度で前記受光手段が配置されている請求項１から請求項５のいずれかに記載の薄膜の検査装置。
8. 前記受光手段の傾斜角度、前記第１遮光手段の光射出側の開口部の大きさ及び前記光源先端から光射出端までの長さ、前記第２遮光手段において前記受光手段と反対側における開口部の大きさ及び受光手段の受光面から該開口部先端までの長さ、並びに、前記照明光の光軸が通る被検査基板の上面の位置から前記受光手段の受光面までの距離をそれぞれ配置パラメータとした場合、これらの配置パラメータは、
   ヘイズ率が異なる薄膜がガラス基板上に製膜された複数の試験片を用意し、該試験片を前記照明光の光軸方向に対して所定量上下に移動させたときの拡散透過光を前記受光手段にて受光し、その光強度とヘイズ率とを関係付けたヘイズ率特性を作成した場合に、検査対象とされる薄膜のヘイズ率の範囲において、ヘイズ率と光強度との関係が単調増加または単調減少で表わされ、かつ、試験片の設置位置の上下変動による光強度の変化量の最大値が所定値以下となるように決定されている請求項６に記載の薄膜の検査装置。
9. 薄膜の製造ラインに組み込まれ、製造ライン上を搬送される前記被検査基板に対して該ガラス基板側から照明光を照射する位置に前記光源が配置されている請求項１から請求項８のいずれかに記載の薄膜の検査装置。
10. 請求項１から請求項８のいずれかに記載の薄膜の検査装置を備える薄膜製造システムであって、
    前記光源が、製造ライン上を搬送される前記被検査基板に対してガラス基板側から光を照射するように配置された薄膜製造システム。
11. 拡散透過光の光強度と薄膜のヘイズ率とを関係付けたヘイズ率特性を予め保有しており、
    ガラス基板上に薄膜が製膜された被検査基板に該ガラス基板側から単波長の光を照射し、
    前記被検査基板を透過した拡散透過光を受光し、
    受光した光の強度と前記ヘイズ率特性とを用いて、前記薄膜のヘイズ率を求める薄膜の検査方法。
12. 請求項６に記載の薄膜の検査装置に適用される計測系の配置決定方法であって、
    前記光源の波長、前記受光手段の設置傾斜角度、前記第１遮光手段の光射出側の開口部の大きさ及び前記光源先端から光射出端までの長さ、前記第２遮光手段において前記受光手段と反対側における開口部の大きさ及び受光手段の受光面から該開口部先端までの長さ、並びに、前記照明光の光軸が通る被検査基板の上面の位置から前記受光手段の受光面までの距離を配置パラメータとした場合に、
    ヘイズ率の異なる薄膜がガラス基板上に製膜された複数の試験片を用意する第１工程と、
    前記パラメータを該パラメータ毎に決められた所定の範囲内で変化させた計測系において、該試験片を前記照明光の光軸方向に対して所定量上下に移動させたときの拡散透過光を前記受光手段で受光する第２工程と、
    第２工程で得られた拡散透過光の光強度とヘイズ率とを関係付けてヘイズ率特性を作成するとともに、このヘイズ率特性と該ヘイズ率特性が得られたときの該計測系の各パラメータ設定値とを対応付ける第３工程と、
    第３工程において作成された複数のヘイズ率特性の中から、検査対象とされる薄膜のヘイズ率の範囲において、ヘイズ率と光強度との関係が単調増加または単調減少で表わされ、かつ、試験片の設置位置の上下変動による光強度の変化量の最大値が所定値以下であるヘイズ率特性を抽出する第４工程と、
    前記第４工程で抽出されたヘイズ率特性が得られたときのパラメータを検査時における計測系の配置パラメータとして採用する第５工程と
    を含む計測系の配置決定方法。

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