JP7133804B2 - 太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定方法および特定装置、並びに太陽電池デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池デバイスの製造プロセスに起因する不良の特定方法および特定装置、並びに太陽電池デバイスの製造方法に関する。
例えば太陽電池デバイスの半導体基板（光電変換基板）として用いられるＳｉまたはＧａＡｓ等の半導体結晶では、結晶中の残留歪み（不良）によって、結晶中の格子定数、格子振動、バンド構造等が変動する。そのため、半導体結晶の残留歪みは、太陽電池デバイスの動作に影響を及ぼす。また、太陽電池デバイスの動作は、半導体結晶の表面の汚れまたは異物付着、或いは半導体結晶の異物混入等（不良）にも影響される。
このような半導体基板（半導体ウェハ）の不良の評価手法としては、光弾性法が知られている（例えば、特許文献１～３および非特許文献１～２）。光弾性法とは、被測定対象の残留歪み、汚れおよび異物等の不良により引き起こされる複屈折を利用した不良の測定法である。
このような半導体基板（半導体ウェハ）の不良の評価手法としては、光弾性法が知られている（例えば、特許文献１～３および非特許文献１～２）。光弾性法とは、被測定対象の残留歪み、汚れおよび異物等の不良により引き起こされる複屈折を利用した不良の測定法である。
福澤理行、他２名、「赤外光弾性法を用いた半導体ウェハ・デバイス中のひずみ分布測定」、Journal of the Society of Materials Science, Japan、Vol.51、No.9、pp.966-970、September 2002
M Fukuzawa、他１名、「Photoelastic characterization of Si wafers by scanning infrared polariscope」、Journal of Crystal Growth、Volume 229、pp.22-25、July 2001
ＳｉまたはＧａＡｓ等の半導体基板（光電変換基板）を用いた太陽電池デバイスは、半導体基板の両主面（受光面および裏面）または片主面（裏面）に、１または複数の機能層（ｉ型半導体層、ｐ型半導体層、ｎ型半導体層、ＴＣＯ、集電極等）を形成することにより、作製される。
これらの機能層を形成するプロセスにおいても、半導体基板に応力が加わり、半導体基板に結晶の局所歪み（残留歪み）（不良）が生じたり、半導体基板および機能層に汚れまたは異物等（不良）が付着したりすることがある。その結果、作製された太陽電池デバイスの性能が低下したり、太陽電池デバイスの割れまたは反り等により信頼性が低下したりすることがある。
これらの機能層を形成するプロセスにおいても、半導体基板に応力が加わり、半導体基板に結晶の局所歪み（残留歪み）（不良）が生じたり、半導体基板および機能層に汚れまたは異物等（不良）が付着したりすることがある。その結果、作製された太陽電池デバイスの性能が低下したり、太陽電池デバイスの割れまたは反り等により信頼性が低下したりすることがある。
特許文献１～３および非特許文献１～２に記載の半導体基板の不良の評価手法は、半導体ウェハの不良を測定する方法であり、太陽電池デバイスの製造プロセスに起因する不良を特定する方法ではない。
本発明は、太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定方法および特定装置、並びに太陽電池デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定方法は、半導体基板を含む太陽電池デバイスの製造プロセスに起因する不良の特定方法であって、太陽電池デバイスの複数の製造プロセスのうちの所定のプロセスの前に、赤外光弾性測定法を用いて半導体基板の複屈折率分布を表す第１複屈折率マッピングを取得する工程と、所定のプロセスの後に、赤外光弾性測定法を用いて半導体基板の複屈折率分布を表す第２複屈折率マッピングを取得する工程と、第１複屈折率マッピングに存在せず、第２複屈折率マッピングに存在する複屈折率分布の特異点を特定する工程と、複屈折率分布の特異点を、所定のプロセスに起因する不良の発生箇所として特定する工程と、を含む。
本発明に係る太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定装置は、半導体基板を含む太陽電池デバイスの製造プロセスに起因する不良の特定装置であって、太陽電池デバイスに赤外光を照射する光源と、太陽電池デバイスを透過した赤外光を電気信号に変換する光電変換素子と、光源と太陽電池デバイスとの間に配置され、赤外光を偏光して太陽電池デバイスに照射する偏光子と、太陽電池デバイスと光電変換素子との間に配置され、太陽電池デバイスを透過した赤外光を偏光して光電変換素子に照射する検光子と、太陽電池デバイスを光源からの赤外光に対して走査する走査ステージと、光源、走査ステージの位置、偏光子の偏光角、および、検光子の偏光角を制御する制御部と、を備え、制御部は、太陽電池デバイスの複数の製造プロセスのうちの所定のプロセスの前に、光電変換素子からの電気信号、走査ステージの位置、偏光子の偏光角、および、検光子の偏光角に基づいて、半導体基板の複屈折率分布を表す第１複屈折率マッピングを取得し、所定のプロセスの後に、光電変換素子からの電気信号、走査ステージの位置、偏光子の偏光角、および、検光子の偏光角に基づいて、半導体基板の複屈折率分布を表す第２複屈折率マッピングを取得し、第１複屈折率マッピングに存在せず、第２複屈折率マッピングに存在する複屈折率分布の特異点を特定し、複屈折率分布の特異点を、所定のプロセスに起因する不良の発生箇所として特定する。
本発明に係る太陽電池デバイスの製造方法は、半導体基板を含む太陽電池デバイスの製造方法であって、上記の太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定方法を含む。
本発明によれば、太陽電池デバイスの製造プロセスに起因する不良の発生および発生箇所を特定できる。その結果、太陽電池デバイスの製造プロセスの改善に寄与できる。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。なお、各図面において同一または相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
（第１実施形態）
＜太陽電池デバイスの製造方法＞
図１Ａ～図１Ｈは、第１実施形態に係る太陽電池デバイスの製造方法を示す図である。
まず、半導体基板１１０を準備する。半導体基板１１０としては、導電型単結晶シリコン基板、例えばｎ型単結晶シリコン基板またはｐ型単結晶シリコン基板が用いられる。なお、半導体基板１１０として、多結晶シリコン基板、例えばｎ型多結晶シリコン基板またはｐ型多結晶シリコン基板を用いてもよい。
このとき、半導体基板１１０の残留歪み、汚れまたは異物付着等の不良を測定する（詳細は後述する。）。
＜太陽電池デバイスの製造方法＞
図１Ａ～図１Ｈは、第１実施形態に係る太陽電池デバイスの製造方法を示す図である。
まず、半導体基板１１０を準備する。半導体基板１１０としては、導電型単結晶シリコン基板、例えばｎ型単結晶シリコン基板またはｐ型単結晶シリコン基板が用いられる。なお、半導体基板１１０として、多結晶シリコン基板、例えばｎ型多結晶シリコン基板またはｐ型多結晶シリコン基板を用いてもよい。
このとき、半導体基板１１０の残留歪み、汚れまたは異物付着等の不良を測定する（詳細は後述する。）。
<<テクスチャ形成工程（プロセス）>>
次に、図１Ａに示すように、半導体基板１１０の両主面（受光面および裏面）の少なくとも一方に、テクスチャ構造と呼ばれるピラミッド型の微細な凹凸構造を形成する。
例えば、半導体基板１１０の両主面の少なくとも一方に、エッチング処理を行う。エッチング溶液としては、アルカリ溶液が挙げられる。アルカリ成分としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムまたは水酸化カルシウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属の水酸化物、またはこれらの混合物が挙げられる。この中でも、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムが好ましい。
その後、フッ酸（ＨＦ）等を用いて、半導体基板１１０の両主面をクリーニングし、半導体基板１１０の両主面に残留するエッチング溶液等を除去する。
次に、図１Ａに示すように、半導体基板１１０の両主面（受光面および裏面）の少なくとも一方に、テクスチャ構造と呼ばれるピラミッド型の微細な凹凸構造を形成する。
例えば、半導体基板１１０の両主面の少なくとも一方に、エッチング処理を行う。エッチング溶液としては、アルカリ溶液が挙げられる。アルカリ成分としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムまたは水酸化カルシウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属の水酸化物、またはこれらの混合物が挙げられる。この中でも、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムが好ましい。
その後、フッ酸（ＨＦ）等を用いて、半導体基板１１０の両主面をクリーニングし、半導体基板１１０の両主面に残留するエッチング溶液等を除去する。
これにより、半導体基板１１０の両主面の少なくとも一方にテクスチャ構造が形成される。このように、半導体基板１１０の受光面にテクスチャ構造を形成することにより、受光面において入射光の反射が低減し、半導体基板１１０における光閉じ込め効果が向上する。また、半導体基板１１０の裏面にテクスチャ構造を形成することにより、半導体基板１１０に吸収されず通過してしまった光の回収効率が高まる。
このとき、半導体基板１１０の残留歪み、汚れまたは異物付着等の不良を測定する（詳細は後述する。）。
このとき、半導体基板１１０の残留歪み、汚れまたは異物付着等の不良を測定する（詳細は後述する。）。
<<半導体層形成工程（プロセス）>>
次に、図１Ｂに示すように、半導体基板１１０の受光面側に、ｉ型半導体層１２１および第１導電型半導体層１２２を順次に形成し、半導体基板１１０の裏面側にｉ型半導体層１３１および第２導電型半導体層１３２を順次に形成する。
第１導電型半導体層１２２としては、第１導電型シリコン系層、例えばｐ型シリコン系層で形成される。第２導電型半導体層１３２は、第１導電型と異なる第２導電型のシリコン系層、例えばｎ型シリコン系層で形成される。なお、第１導電型半導体層１２２がｎ型シリコン系層であり、第２導電型半導体層１３２がｐ型シリコン系層であってもよい。
ｐ型シリコン系層およびｎ型シリコン系層は、非晶質シリコン層、または、非晶質シリコンと結晶質シリコンとを含む微結晶シリコン層で形成される。ｐ型シリコン系層のドーパント不純物としてはホウ素（Ｂ）が挙げられ、ｎ型シリコン系層のドーパント不純物としてはリン（Ｐ）が挙げられる。
ｉ型半導体層１２１，１３１は、真性シリコン系層で形成される。ｉ型半導体層１２１，１３１は、パッシベーション層として機能し、キャリアの再結合を抑制する。
次に、図１Ｂに示すように、半導体基板１１０の受光面側に、ｉ型半導体層１２１および第１導電型半導体層１２２を順次に形成し、半導体基板１１０の裏面側にｉ型半導体層１３１および第２導電型半導体層１３２を順次に形成する。
第１導電型半導体層１２２としては、第１導電型シリコン系層、例えばｐ型シリコン系層で形成される。第２導電型半導体層１３２は、第１導電型と異なる第２導電型のシリコン系層、例えばｎ型シリコン系層で形成される。なお、第１導電型半導体層１２２がｎ型シリコン系層であり、第２導電型半導体層１３２がｐ型シリコン系層であってもよい。
ｐ型シリコン系層およびｎ型シリコン系層は、非晶質シリコン層、または、非晶質シリコンと結晶質シリコンとを含む微結晶シリコン層で形成される。ｐ型シリコン系層のドーパント不純物としてはホウ素（Ｂ）が挙げられ、ｎ型シリコン系層のドーパント不純物としてはリン（Ｐ）が挙げられる。
ｉ型半導体層１２１，１３１は、真性シリコン系層で形成される。ｉ型半導体層１２１，１３１は、パッシベーション層として機能し、キャリアの再結合を抑制する。
これらの半導体層１２１，１２２，１３１，１３２の形成方法は特に限定されないが、プラズマＣＶＤ法を用いると好ましい。プラズマＣＶＤ法による製膜条件としては、例えば、基板温度１００～３００℃、圧力２０～２６００Ｐａ、高周波パワー密度０．００４～０．８Ｗ／ｃｍ２が好適に用いられる。材料ガスとしては、例えばＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６等のシリコン含有ガス、またはシリコン系ガスとＨ２との混合ガスが好適に用いられる。
ｐ型半導体層のドーパント添加ガスとしては、例えば、水素希釈されたＢ２Ｈ６が好適に用いられる。ｎ型半導体層のドーパント添加ガスとしては、例えば、水素希釈されたＰＨ３が好適に用いられる。
また、例えば、酸素または炭素といった不純物を微量添加してもよい。その場合、例えば、ＣＯ２またはＣＨ４といったガスをＣＶＤ製膜の際に導入する。これにより、光の透過性が向上する。
このとき、半導体基板１１０の残留歪み、半導体基板１１０および半導体層１２１，１２２，１３１，１３２の汚れまたは異物付着等の不良を測定する（詳細は後述する。）。
ｐ型半導体層のドーパント添加ガスとしては、例えば、水素希釈されたＢ２Ｈ６が好適に用いられる。ｎ型半導体層のドーパント添加ガスとしては、例えば、水素希釈されたＰＨ３が好適に用いられる。
また、例えば、酸素または炭素といった不純物を微量添加してもよい。その場合、例えば、ＣＯ２またはＣＨ４といったガスをＣＶＤ製膜の際に導入する。これにより、光の透過性が向上する。
このとき、半導体基板１１０の残留歪み、半導体基板１１０および半導体層１２１，１２２，１３１，１３２の汚れまたは異物付着等の不良を測定する（詳細は後述する。）。
<<透明電極層形成工程（プロセス）>>
次に、図１Ｃに示すように、半導体基板１１０の受光面側および裏面側に透明電極層１２３，１３３を形成する。
透明電極層１２３，１３３は、透明導電性材料で形成される。透明導電性材料としては、透明導電性金属酸化物、例えば、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、酸化チタンおよびそれらの複合酸化物等が用いられる。これらの中でも、酸化インジウムを主成分とするインジウム系複合酸化物が好ましい。高い導電率と透明性の観点からは、インジウム酸化物が特に好ましい。更に、信頼性またはより高い導電率を確保するため、インジウム酸化物にドーパントを添加すると好ましい。ドーパントとしては、例えば、Ｓｎ、Ｗ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｉ、またはＳ等が挙げられる。
次に、図１Ｃに示すように、半導体基板１１０の受光面側および裏面側に透明電極層１２３，１３３を形成する。
透明電極層１２３，１３３は、透明導電性材料で形成される。透明導電性材料としては、透明導電性金属酸化物、例えば、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、酸化チタンおよびそれらの複合酸化物等が用いられる。これらの中でも、酸化インジウムを主成分とするインジウム系複合酸化物が好ましい。高い導電率と透明性の観点からは、インジウム酸化物が特に好ましい。更に、信頼性またはより高い導電率を確保するため、インジウム酸化物にドーパントを添加すると好ましい。ドーパントとしては、例えば、Ｓｎ、Ｗ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｉ、またはＳ等が挙げられる。
透明電極層１２３，１３３の形成方法としては、スパッタリング法等の物理気相堆積法（ＰＶＤ法）、または有機金属化合物と酸素または水との反応を利用した化学気相堆積法（ＣＶＤ法）等が用いられる。
このとき、半導体基板１１０の残留歪み、半導体基板１１０から透明電極層１２３，１３３までの汚れまたは異物付着等の不良を測定する（詳細は後述する。）。
このとき、半導体基板１１０の残留歪み、半導体基板１１０から透明電極層１２３，１３３までの汚れまたは異物付着等の不良を測定する（詳細は後述する。）。
<<集電極形成工程（プロセス）>>
次に、図１Ｄに示すように、半導体基板１１０の受光面側に集電極１２４を形成し、半導体基板１１０の裏面側に集電極１３４を形成する。
集電極１２４，１３４は、金属材料で形成される。金属材料としては、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌおよびこれらの合金が用いられる。
集電極１２４は、いわゆる櫛型の形状をなし、櫛歯に相当する複数のフィンガー電極部と、櫛歯の支持部に相当するバスバー電極部とを有する。
また、集電極１３４は、いわゆる櫛型の形状をなし、櫛歯に相当する複数のフィンガー電極部と、櫛歯の支持部に相当するバスバー電極部とを有する。なお、集電極１３４は、櫛型に限定されるものではなく、例えば、半導体基板１１０の裏面側の略全体に矩形状に形成されてもよい。
次に、図１Ｄに示すように、半導体基板１１０の受光面側に集電極１２４を形成し、半導体基板１１０の裏面側に集電極１３４を形成する。
集電極１２４，１３４は、金属材料で形成される。金属材料としては、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌおよびこれらの合金が用いられる。
集電極１２４は、いわゆる櫛型の形状をなし、櫛歯に相当する複数のフィンガー電極部と、櫛歯の支持部に相当するバスバー電極部とを有する。
また、集電極１３４は、いわゆる櫛型の形状をなし、櫛歯に相当する複数のフィンガー電極部と、櫛歯の支持部に相当するバスバー電極部とを有する。なお、集電極１３４は、櫛型に限定されるものではなく、例えば、半導体基板１１０の裏面側の略全体に矩形状に形成されてもよい。
集電極１２４，１３４の形成方法としては、例えばスクリーン印刷等の印刷法による導電性ペーストの印刷等が用いられる。
このとき、半導体基板１１０の残留歪み、半導体基板１１０から透明電極層１２３，１３３までの汚れまたは異物付着等の不良を測定する（詳細は後述する。）。
このとき、半導体基板１１０の残留歪み、半導体基板１１０から透明電極層１２３，１３３までの汚れまたは異物付着等の不良を測定する（詳細は後述する。）。
<<絶縁層形成工程（プロセス）>>
次に、図１Ｅに示すように、半導体基板１１０の受光面側の透明電極層１２３上に絶縁層１２６を形成し、半導体基板１１０の裏面側の透明電極層１３３上に絶縁層１３６を形成する。
絶縁層１２６，１３６の材料としては、例えば窒化シリコン（ＳｉＮｘ）または酸化シリコン（ＳｉＯｘ）が挙げられる。
絶縁層１２６，１３６の形成方法としては、スパッタリング法等の物理気相堆積法（ＰＶＤ法）、または有機金属化合物と酸素または水との反応を利用した化学気相堆積法（ＣＶＤ法）等が用いられる。
このとき、半導体基板１１０の残留歪み、半導体基板１１０から絶縁層１２６，１３６までの汚れまたは異物付着等の不良を測定する（詳細は後述する。）。
次に、図１Ｅに示すように、半導体基板１１０の受光面側の透明電極層１２３上に絶縁層１２６を形成し、半導体基板１１０の裏面側の透明電極層１３３上に絶縁層１３６を形成する。
絶縁層１２６，１３６の材料としては、例えば窒化シリコン（ＳｉＮｘ）または酸化シリコン（ＳｉＯｘ）が挙げられる。
絶縁層１２６，１３６の形成方法としては、スパッタリング法等の物理気相堆積法（ＰＶＤ法）、または有機金属化合物と酸素または水との反応を利用した化学気相堆積法（ＣＶＤ法）等が用いられる。
このとき、半導体基板１１０の残留歪み、半導体基板１１０から絶縁層１２６，１３６までの汚れまたは異物付着等の不良を測定する（詳細は後述する。）。
<<アニール工程（プロセス）>>
次に、ｉ型半導体層の界面のパッシベーション、半導体層およびその界面における欠陥準位の発生抑制、透明電極層における透明導電性酸化物の結晶化を目的として、アニール処理を施す。
アニール処理としては、例えば、各層を配置した半導体基板１１０を１５０℃以上２００℃以下に過熱したオーブンに投入して加熱する加熱処理が挙げられる。この場合、オーブン内の雰囲気は、大気でも構わないが、水素または窒素を用いることで、より効果的なアニール処理が行える。また、アニール処理は、各層を配置した半導体基板１１０に対して赤外線ヒーターを用いて赤外線を照射させるＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）処理であってもよい。
このとき、半導体基板１１０の残留歪み、半導体基板１１０から絶縁層１２６，１３６までの汚れまたは異物付着等の不良を測定する（詳細は後述する。）。
次に、ｉ型半導体層の界面のパッシベーション、半導体層およびその界面における欠陥準位の発生抑制、透明電極層における透明導電性酸化物の結晶化を目的として、アニール処理を施す。
アニール処理としては、例えば、各層を配置した半導体基板１１０を１５０℃以上２００℃以下に過熱したオーブンに投入して加熱する加熱処理が挙げられる。この場合、オーブン内の雰囲気は、大気でも構わないが、水素または窒素を用いることで、より効果的なアニール処理が行える。また、アニール処理は、各層を配置した半導体基板１１０に対して赤外線ヒーターを用いて赤外線を照射させるＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）処理であってもよい。
このとき、半導体基板１１０の残留歪み、半導体基板１１０から絶縁層１２６，１３６までの汚れまたは異物付着等の不良を測定する（詳細は後述する。）。
<<めっき工程（プロセス）>>
次に、図１Ｆに示すように、半導体基板１１０の受光面側の集電極１２４上にめっき層１２５を形成し、半導体基板１１０の裏面側の集電極１３４上にめっき層１３５を形成する。
めっき層１２５，１３５の形成方法としては、例えばＣｕを用いた電解メッキ等のメッキ法等が用いられる。
このとき、半導体基板１１０の残留歪み、半導体基板１１０から絶縁層１２６，１３６までの汚れまたは異物付着等の不良を測定する（詳細は後述する。）。
次に、図１Ｆに示すように、半導体基板１１０の受光面側の集電極１２４上にめっき層１２５を形成し、半導体基板１１０の裏面側の集電極１３４上にめっき層１３５を形成する。
めっき層１２５，１３５の形成方法としては、例えばＣｕを用いた電解メッキ等のメッキ法等が用いられる。
このとき、半導体基板１１０の残留歪み、半導体基板１１０から絶縁層１２６，１３６までの汚れまたは異物付着等の不良を測定する（詳細は後述する。）。
以上の工程により、両面電極型の太陽電池セル１０１が得られる。
この太陽電池セル１０１の状態で、ＶＩ特性の測定、およびソーターが行われる。
この太陽電池セル１０１の状態で、ＶＩ特性の測定、およびソーターが行われる。
<<インターコネクト工程（プロセス）>>
次に、図１Ｇおよび図１Ｈに示すように、複数の太陽電池セル１０１を、配線部材１０２によって直列および／または並列に接続する。具体的には、配線部材１０２は、太陽電池セル１０１の電極におけるバスバー電極部に、導電性接続部材１０３を用いて接続される。導電性接続部材１０３としては、例えば半田または導電性接着剤が挙げられる。配線部材１０２は、例えば、タブ等の公知のインターコネクタである。
以上の工程により、太陽電池デバイス（太陽電池モジュール）１００が得られる。
このとき、半導体基板１１０の残留歪み、半導体基板１１０から絶縁層１２６，１３６までの汚れまたは異物付着等の不良を測定する（詳細は後述する。）。
次に、図１Ｇおよび図１Ｈに示すように、複数の太陽電池セル１０１を、配線部材１０２によって直列および／または並列に接続する。具体的には、配線部材１０２は、太陽電池セル１０１の電極におけるバスバー電極部に、導電性接続部材１０３を用いて接続される。導電性接続部材１０３としては、例えば半田または導電性接着剤が挙げられる。配線部材１０２は、例えば、タブ等の公知のインターコネクタである。
以上の工程により、太陽電池デバイス（太陽電池モジュール）１００が得られる。
このとき、半導体基板１１０の残留歪み、半導体基板１１０から絶縁層１２６，１３６までの汚れまたは異物付着等の不良を測定する（詳細は後述する。）。
＜太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定＞
以下、上述した太陽電池デバイスの製造方法における製造プロセスごとに行う太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定、すなわち製造プロセス間に行う半導体基板１１０の残留歪み、半導体基板および各機能層の汚れまたは異物（半導体基板および各機能層の表面の汚れまたは異物付着、或いは半導体基板および各機能層の異物混入）等の不良の測定について説明する。
以下、上述した太陽電池デバイスの製造方法における製造プロセスごとに行う太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定、すなわち製造プロセス間に行う半導体基板１１０の残留歪み、半導体基板および各機能層の汚れまたは異物（半導体基板および各機能層の表面の汚れまたは異物付着、或いは半導体基板および各機能層の異物混入）等の不良の測定について説明する。
<<太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定装置>>
まず、第１実施形態に係る太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定装置について説明する。図２は、第１実施形態に係る太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定装置を示す図である。図２に示す装置１は、いわゆる走査型赤外光弾性装置（Scanning Infrared Polariscope：ＳＩＲＰ）である（例えば非特許文献１参照）。
光弾性法は、被測定対象の残留歪み、汚れおよび異物等の不良により引き起こされる複屈折を利用した不良の測定法である。複屈折量は、誘電率テンソルの変動成分である光弾性テンソルによってひずみテンソルと関係づけられるので、偏光光学系を用いて試料の複屈折量を測定し、既知の光弾性テンソルの値を用いれば、ひずみテンソル成分が求められる。一般に、光弾性測定には直線偏光計や円偏光計が用いられている。このとき、複屈折の大きさは、試料入射前後の偏光の変化を透過光強度の偏光角依存特性として測定することによって推定される。
まず、第１実施形態に係る太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定装置について説明する。図２は、第１実施形態に係る太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定装置を示す図である。図２に示す装置１は、いわゆる走査型赤外光弾性装置（Scanning Infrared Polariscope：ＳＩＲＰ）である（例えば非特許文献１参照）。
光弾性法は、被測定対象の残留歪み、汚れおよび異物等の不良により引き起こされる複屈折を利用した不良の測定法である。複屈折量は、誘電率テンソルの変動成分である光弾性テンソルによってひずみテンソルと関係づけられるので、偏光光学系を用いて試料の複屈折量を測定し、既知の光弾性テンソルの値を用いれば、ひずみテンソル成分が求められる。一般に、光弾性測定には直線偏光計や円偏光計が用いられている。このとき、複屈折の大きさは、試料入射前後の偏光の変化を透過光強度の偏光角依存特性として測定することによって推定される。
装置１は、光源１０と、光源駆動回路１１と、レンズ１２と、偏光子１４と、φ駆動回路１５と、ＸＹ走査ステージ１６と、ＸＹ駆動回路１７と、検光子１８と、χ駆動回路１９と、レンズ２０と、光電変換素子２２と、ＩＶ変換器２３と、可変ゲイン増幅器２４と、ＡＤ変換器２５と、制御部２６と、制御ＩＯバス２７と、記憶部２８と、表示部３０とを備える。
光源１０は、試料（太陽電池デバイス）に赤外光を照射する。例えば、光源１０は、光源駆動回路１１によって制御され、照射部１０Ａを介して赤外光を出射する。
光源１０から照射された赤外光は、レンズ１２によって試料の表面において集光される。
光源１０から照射された赤外光は、レンズ１２によって試料の表面において集光される。
偏光子１４は、レンズ１２と試料との間、すなわち光源１０と試料との間に配置される。偏光子１４は、例えばパルスモータであるΦ駆動回路１５によって制御され、赤外光を偏光して、試料の表面に照射する。
ＸＹ走査ステージ１６は、偏光子１４と検光子１８との間に配置され、試料を搭載する。ＸＹ走査ステージ１６は、例えばパルスモータであるＸＹ駆動回路１７によって制御され、赤外光に対して試料を走査する。
検光子１８は、試料とレンズ２０との間、すなわち試料と光電変換素子２２との間に配置される。検光子１８は、例えばパルスモータであるχ駆動回路１９によって制御され、試料を透過した赤外光を偏光して、光電変換素子２２に照射する。
ＸＹ走査ステージ１６は、偏光子１４と検光子１８との間に配置され、試料を搭載する。ＸＹ走査ステージ１６は、例えばパルスモータであるＸＹ駆動回路１７によって制御され、赤外光に対して試料を走査する。
検光子１８は、試料とレンズ２０との間、すなわち試料と光電変換素子２２との間に配置される。検光子１８は、例えばパルスモータであるχ駆動回路１９によって制御され、試料を透過した赤外光を偏光して、光電変換素子２２に照射する。
このように、偏光子１４および検光子１８は、試料の前後に配置され、直線偏光計（光学系）のベースを構成する。偏光子１４および検光子１８は、パルスモータで制御されて同期回転され、透過光強度を偏光角φの関数として収集できる構造になっている。
なお、本実施形態では、直線偏光計を構成する装置１を例示するが、装置はこれに限定されず、円偏光計を構成してもよい。
なお、本実施形態では、直線偏光計を構成する装置１を例示するが、装置はこれに限定されず、円偏光計を構成してもよい。
検光子１８から出射された赤外光は、レンズ２０によって光電変換素子２２の受光面において集光される。
光電変換素子２２は、入射した光を電流信号に変換する。光電変換素子２２としては、例えばフォトダイオードが用いられる。
ＩＶ変換器２３は、光電変換素子２２によって変換された電流信号を電圧信号に変換する。可変ゲイン増幅器２４は、ＩＶ変換器２３によって変換された電圧信号を増幅する。可変ゲイン増幅器２４の増幅ゲインは可変可能である。ＡＤ変換器２５は、可変ゲイン増幅器２４によって増幅された電圧信号（アナログ信号）をディジタル信号に変換する。
光電変換素子２２は、入射した光を電流信号に変換する。光電変換素子２２としては、例えばフォトダイオードが用いられる。
ＩＶ変換器２３は、光電変換素子２２によって変換された電流信号を電圧信号に変換する。可変ゲイン増幅器２４は、ＩＶ変換器２３によって変換された電圧信号を増幅する。可変ゲイン増幅器２４の増幅ゲインは可変可能である。ＡＤ変換器２５は、可変ゲイン増幅器２４によって増幅された電圧信号（アナログ信号）をディジタル信号に変換する。
制御部２６は、制御ＩＯバス２７を介して各駆動回路１１，１５，１７，１９に制御信号を供給し、光源１０、ＸＹ走査ステージ１６のＸＹ位置、偏光子１４の偏光角φ、および、検光子１８の偏光角χを制御する。
また、制御部２６は、制御ＩＯバス２７を介してＡＤ変換器２５から取得した透過光強度に応じた信号と、偏光子１４の偏光角φと、検光子１８の偏光角χと、ＸＹ走査ステージ１６のＸＹ位置とに基づいて、ＸＹ位置ごとの複屈折率を演算することにより、太陽電池デバイスの主面における複屈折率分布を取得する。
また、制御部２６は、制御ＩＯバス２７を介してＡＤ変換器２５から取得した透過光強度に応じた信号と、偏光子１４の偏光角φと、検光子１８の偏光角χと、ＸＹ走査ステージ１６のＸＹ位置とに基づいて、ＸＹ位置ごとの複屈折率を演算することにより、太陽電池デバイスの主面における複屈折率分布を取得する。
具体的には、制御部２６は、上述した太陽電池デバイスの製造方法における複数の製造プロセスのうちの所定のプロセスの前に、赤外光弾性測定法を用いて半導体基板の複屈折率分布を表す第１複屈折率マッピングを取得する。また、制御部２６は、この所定のプロセスの後に、赤外光弾性測定法を用いて半導体基板の複屈折率分布を表す第２複屈折率マッピングを取得する。そして、制御部２６は、第１複屈折率マッピングに存在せず、第２複屈折率マッピングに存在する複屈折率分布の特異点を特定し、特定した複屈折率分布の特異点を所定のプロセスに起因する残留歪み、汚れまたは異物等の不良の発生箇所として特定する。
分布の特異点とは、２次元で物性値（ここでは複屈折率や赤外光透過率）をマッピングしたとき、平均的な分布挙動から逸脱する領域である。
分布の特異点とは、２次元で物性値（ここでは複屈折率や赤外光透過率）をマッピングしたとき、平均的な分布挙動から逸脱する領域である。
記憶部２８は、制御部２６によって取得された第１複屈折率マッピングおよび第２複屈折率マッピングを、プロセスごとに記憶する。また、記憶部２８は、制御部２６によって特定された複屈折率分布の特異点を、すなわちプロセスに起因する不良の発生箇所を、プロセスごとに記憶する。
記憶部２８は、例えば光磁気ディスクおよび光磁気ディスクドライブである。
記憶部２８は、例えば光磁気ディスクおよび光磁気ディスクドライブである。
表示部３０は、制御部２６によって取得された第１複屈折率マッピングおよび第２複屈折率マッピングを、プロセスごとに表示する。或いは、表示部３０は、制御部２６によって特定された複屈折率分布の特異点を、すなわちプロセスに起因する不良の発生箇所を、プロセスごとに表示する。
表示部３０は、例えば液晶ディスプレイである。
表示部３０は、例えば液晶ディスプレイである。
<<太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定方法>>
次に、上述した装置１を用いた太陽電池デバイスの製造プロセス起因の残留歪み、汚れまたは異物等の不良の特定方法について説明する。
第１実施形態に係る太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定方法では、複数の製造プロセスのうちの所定のプロセスの前に、赤外光弾性測定法を用いて半導体基板の複屈折率分布を表す第１複屈折率マッピングを取得し、次に、所定のプロセスの後に、赤外光弾性測定法を用いて半導体基板の複屈折率分布を表す第２複屈折率マッピングを取得する。
図３Ａに、テクスチャ形成工程（プロセス）の前に取得した第１複屈折率マッピングの一例を示す。図３Ｂに、テクスチャ形成工程（プロセス）の後に取得した第２複屈折率マッピングであり、かつ、半導体層形成工程（プロセス）の前に取得した第１複屈折率マッピングの一例を示す。図３Ｃに、半導体層形成工程（プロセス）の後に取得した第２複屈折率マッピングであり、かつ、透明電極層形成工程（プロセス）の前に取得した第１複屈折率マッピングの一例を示す。図３Ｄに、透明電極層形成工程（プロセス）の後に取得した第２複屈折率マッピングであり、かつ、集電極形成工程（プロセス）の前に取得した第１複屈折率マッピングの一例を示す。図３Ｅに、集電極形成工程（プロセス）の後に取得した第２複屈折率マッピングであり、かつ、絶縁層形成工程（プロセス）の前に取得した第１複屈折率マッピングの一例を示す。図３Ｆに、絶縁層形成工程（プロセス）の後に取得した第２複屈折率マッピングであり、かつ、アニール工程（プロセス）の前に取得した第１複屈折率マッピングの一例を示す。図３Ｇに、アニール工程（プロセス）の後に取得した第２複屈折率マッピングであり、かつ、めっき工程（プロセス）の前に取得した第１複屈折率マッピングの一例を示す。図３Ｈに、めっき工程（プロセス）の後に取得した第２複屈折率マッピングであり、かつ、インターコネクト工程（プロセス）の前に取得した第１複屈折率マッピングの一例を示す。図３Ｉに、インターコネクト工程（プロセス）の後に取得した第２複屈折率マッピングの一例を示す。図３Ａ～図３Ｉでは、白いほど赤外光透過率および複屈折率が高い。
次に、上述した装置１を用いた太陽電池デバイスの製造プロセス起因の残留歪み、汚れまたは異物等の不良の特定方法について説明する。
第１実施形態に係る太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定方法では、複数の製造プロセスのうちの所定のプロセスの前に、赤外光弾性測定法を用いて半導体基板の複屈折率分布を表す第１複屈折率マッピングを取得し、次に、所定のプロセスの後に、赤外光弾性測定法を用いて半導体基板の複屈折率分布を表す第２複屈折率マッピングを取得する。
図３Ａに、テクスチャ形成工程（プロセス）の前に取得した第１複屈折率マッピングの一例を示す。図３Ｂに、テクスチャ形成工程（プロセス）の後に取得した第２複屈折率マッピングであり、かつ、半導体層形成工程（プロセス）の前に取得した第１複屈折率マッピングの一例を示す。図３Ｃに、半導体層形成工程（プロセス）の後に取得した第２複屈折率マッピングであり、かつ、透明電極層形成工程（プロセス）の前に取得した第１複屈折率マッピングの一例を示す。図３Ｄに、透明電極層形成工程（プロセス）の後に取得した第２複屈折率マッピングであり、かつ、集電極形成工程（プロセス）の前に取得した第１複屈折率マッピングの一例を示す。図３Ｅに、集電極形成工程（プロセス）の後に取得した第２複屈折率マッピングであり、かつ、絶縁層形成工程（プロセス）の前に取得した第１複屈折率マッピングの一例を示す。図３Ｆに、絶縁層形成工程（プロセス）の後に取得した第２複屈折率マッピングであり、かつ、アニール工程（プロセス）の前に取得した第１複屈折率マッピングの一例を示す。図３Ｇに、アニール工程（プロセス）の後に取得した第２複屈折率マッピングであり、かつ、めっき工程（プロセス）の前に取得した第１複屈折率マッピングの一例を示す。図３Ｈに、めっき工程（プロセス）の後に取得した第２複屈折率マッピングであり、かつ、インターコネクト工程（プロセス）の前に取得した第１複屈折率マッピングの一例を示す。図３Ｉに、インターコネクト工程（プロセス）の後に取得した第２複屈折率マッピングの一例を示す。図３Ａ～図３Ｉでは、白いほど赤外光透過率および複屈折率が高い。
次に、第１複屈折率マッピングに存在せず、第２複屈折率マッピングに存在する複屈折率分布の特異点を特定する。図３Ａ～図３Ｉの例では、インターコネクト工程（プロセス）の前に取得した第１複屈折率マッピング（図３Ｈ参照）に存在せず、インターコネクト工程（プロセス）の後に取得した第２複屈折率マッピング（図３Ｉ参照）に存在する複屈折率分布の特異点Ａ（６か所）を特定する。
次に、複屈折率分布の特異点を、所定のプロセスに起因する不良の発生箇所として特定する。図３Ａ～図３Ｉの例では、複屈折率分布の特異点Ａ（６か所）を、インターコネクト工程（プロセス）に起因する不良の発生箇所として特定する。
なお、図３Ｉでは、説明を容易にするために、残留歪みに関する複屈折率分布の特異点Ａのみを示した。しかし、複屈折率マッピングによれば、後述の図４に示すように、インターコネクト工程（プロセス）の前に取得した第１複屈折率マッピングに存在せず、インターコネクト工程（プロセス）の後に取得した第２複屈折率マッピングに存在する、汚れまたは異物等に関する複屈折率分布の特異点Ｂをも特定し、複屈折率分布の特異点Ｂをも、インターコネクト工程（プロセス）に起因する不良の発生箇所として特定する。
次に、複屈折率分布の特異点を、所定のプロセスに起因する不良の発生箇所として特定する。図３Ａ～図３Ｉの例では、複屈折率分布の特異点Ａ（６か所）を、インターコネクト工程（プロセス）に起因する不良の発生箇所として特定する。
なお、図３Ｉでは、説明を容易にするために、残留歪みに関する複屈折率分布の特異点Ａのみを示した。しかし、複屈折率マッピングによれば、後述の図４に示すように、インターコネクト工程（プロセス）の前に取得した第１複屈折率マッピングに存在せず、インターコネクト工程（プロセス）の後に取得した第２複屈折率マッピングに存在する、汚れまたは異物等に関する複屈折率分布の特異点Ｂをも特定し、複屈折率分布の特異点Ｂをも、インターコネクト工程（プロセス）に起因する不良の発生箇所として特定する。
以上説明したように、第１実施形態の太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定方法および特定装置１によれば、太陽電池デバイスの複数の製造プロセスのうちの所定のプロセスの前に、赤外光弾性測定法を用いて半導体基板の複屈折率分布を表す第１複屈折率マッピングを取得し、所定のプロセスの後に、赤外光弾性測定法を用いて半導体基板の複屈折率分布を表す第２複屈折率マッピングを取得し、第１複屈折率マッピングに存在せず、第２複屈折率マッピングに存在する複屈折率分布の特異点を特定し、複屈折率分布の特異点を、所定のプロセスに起因する不良の発生箇所として特定する。
これにより、太陽電池デバイスの製造プロセスに起因する半導体基板の残留歪み、半導体基板および各機能層の汚れまたは異物（半導体基板および各機能層の表面の汚れまたは異物付着、或いは半導体基板および各機能層の異物混入）等の不良の発生および発生箇所を特定できる。その結果、太陽電池デバイスの製造プロセスの改善に寄与できる。
これにより、太陽電池デバイスの製造プロセスに起因する半導体基板の残留歪み、半導体基板および各機能層の汚れまたは異物（半導体基板および各機能層の表面の汚れまたは異物付着、或いは半導体基板および各機能層の異物混入）等の不良の発生および発生箇所を特定できる。その結果、太陽電池デバイスの製造プロセスの改善に寄与できる。
（第２実施形態）
第１実施形態では、太陽電池デバイスの製造方法における所定のプロセスの前後において取得した複屈折率マッピングに基づいて、所定のプロセスに起因する残留歪み、汚れまたは異物（半導体基板および各機能層の表面の汚れまたは異物付着、或いは半導体基板および各機能層の異物混入）等の不良の発生箇所を特定した。
第２実施形態では、複屈折率マッピングに加えて、太陽電池デバイスの製造方法における所定のプロセスの前後において取得した赤外光透過率マッピングに基づいて、所定のプロセスに起因する不良のうちの例えば残留歪みの発生箇所を特定する。換言すれば、第２実施形態では、所定のプロセスに起因する不良において、例えば、残留歪みと、他の汚れまたは異物（半導体基板および各機能層の表面の汚れまたは異物付着、或いは半導体基板および各機能層の異物混入）等の不良とを切り分ける。
第１実施形態では、太陽電池デバイスの製造方法における所定のプロセスの前後において取得した複屈折率マッピングに基づいて、所定のプロセスに起因する残留歪み、汚れまたは異物（半導体基板および各機能層の表面の汚れまたは異物付着、或いは半導体基板および各機能層の異物混入）等の不良の発生箇所を特定した。
第２実施形態では、複屈折率マッピングに加えて、太陽電池デバイスの製造方法における所定のプロセスの前後において取得した赤外光透過率マッピングに基づいて、所定のプロセスに起因する不良のうちの例えば残留歪みの発生箇所を特定する。換言すれば、第２実施形態では、所定のプロセスに起因する不良において、例えば、残留歪みと、他の汚れまたは異物（半導体基板および各機能層の表面の汚れまたは異物付着、或いは半導体基板および各機能層の異物混入）等の不良とを切り分ける。
＜太陽電池デバイスの製造方法＞
第２実施形態に係る太陽電池デバイスの製造方法は、太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定方法を除いて、図１Ａ～図１Ｈに示す第１実施形態の太陽電池デバイスの製造方法と同一である。
第２実施形態に係る太陽電池デバイスの製造方法は、太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定方法を除いて、図１Ａ～図１Ｈに示す第１実施形態の太陽電池デバイスの製造方法と同一である。
＜太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定＞
<<太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定装置>>
第２実施形態に係る太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定装置１は、制御部２６の機能および動作が異なる点を除いて、図２に示す第１実施形態の太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定装置１と同一である。
制御部２６は、制御ＩＯバス２７を介してＡＤ変換器２５から取得した透過光強度に応じた信号と、偏光子１４の偏光角φと、検光子１８の偏光角χと、ＸＹ走査ステージ１６のＸＹ位置とに基づいて、ＸＹ位置ごとの赤外光透過率を演算することにより、太陽電池デバイスの主面における赤外光透過率分布を取得する。
<<太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定装置>>
第２実施形態に係る太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定装置１は、制御部２６の機能および動作が異なる点を除いて、図２に示す第１実施形態の太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定装置１と同一である。
制御部２６は、制御ＩＯバス２７を介してＡＤ変換器２５から取得した透過光強度に応じた信号と、偏光子１４の偏光角φと、検光子１８の偏光角χと、ＸＹ走査ステージ１６のＸＹ位置とに基づいて、ＸＹ位置ごとの赤外光透過率を演算することにより、太陽電池デバイスの主面における赤外光透過率分布を取得する。
具体的には、制御部２６は、上述した太陽電池デバイスの製造方法における複数の製造プロセスのうちの所定のプロセスの前に、赤外光弾性測定法を用いて半導体基板の赤外光透過率分布を表す第１赤外光透過率マッピングを取得する。また、制御部２６は、この所定のプロセスの後に、赤外光弾性測定法を用いて半導体基板の赤外光透過率分布を表す第２赤外光透過率マッピングを取得する。そして、制御部２６は、第１赤外光透過率マッピングに存在せず、第２赤外光透過率マッピングに存在する赤外光透過率分布の特異点を特定する。そして、制御部２６は、所定のプロセスに起因する不良の発生箇所を特定する際、複屈折率分布の特異点が赤外光透過率分布の特異点と一致するか否かを判定する。判定の結果、制御部２６は、赤外光透過率分布の特異点と一致しない複屈折率分布の特異点を、所定のプロセスに起因する不良のうちの例えば残留歪みの発生箇所として特定する。
<<太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定方法>>
第２実施形態に係る太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定方法は、複屈折率マッピングに加えて、太陽電池デバイスの製造方法における所定のプロセスの前後において取得した赤外光透過率マッピングに基づいて、所定のプロセスに起因する不良のうちの例えば残留歪みの発生箇所を特定する。
第２実施形態に係る太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定方法では、複数の製造プロセスのうちの所定のプロセスの前に、赤外光弾性測定法を用いて半導体基板の複屈折率分布を表す第１複屈折率マッピングを取得すると共に、半導体基板の赤外光透過率分布を表す第１赤外光透過率マッピングを取得する。次に、所定のプロセスの後に、赤外光弾性測定法を用いて半導体基板の複屈折率分布を表す第２複屈折率マッピングを取得すると共に、半導体基板の赤外光透過率分布を表す第２赤外光透過率マッピングを取得する。
図４に、インターコネクト工程（プロセス）の前に取得した第１複屈折率マッピング（一部）および第１赤外光透過率マッピング（一部）の一例を示すと共に、インターコネクト工程（プロセス）の後に取得した第２複屈折率マッピング（一部）および第２赤外光透過率マッピング（一部）の一例を示す。図４では、白いほど赤外光透過率および複屈折率が高い。
第２実施形態に係る太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定方法は、複屈折率マッピングに加えて、太陽電池デバイスの製造方法における所定のプロセスの前後において取得した赤外光透過率マッピングに基づいて、所定のプロセスに起因する不良のうちの例えば残留歪みの発生箇所を特定する。
第２実施形態に係る太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定方法では、複数の製造プロセスのうちの所定のプロセスの前に、赤外光弾性測定法を用いて半導体基板の複屈折率分布を表す第１複屈折率マッピングを取得すると共に、半導体基板の赤外光透過率分布を表す第１赤外光透過率マッピングを取得する。次に、所定のプロセスの後に、赤外光弾性測定法を用いて半導体基板の複屈折率分布を表す第２複屈折率マッピングを取得すると共に、半導体基板の赤外光透過率分布を表す第２赤外光透過率マッピングを取得する。
図４に、インターコネクト工程（プロセス）の前に取得した第１複屈折率マッピング（一部）および第１赤外光透過率マッピング（一部）の一例を示すと共に、インターコネクト工程（プロセス）の後に取得した第２複屈折率マッピング（一部）および第２赤外光透過率マッピング（一部）の一例を示す。図４では、白いほど赤外光透過率および複屈折率が高い。
次に、第１複屈折率マッピングに存在せず、第２複屈折率マッピングに存在する複屈折率分布の特異点を特定する。図４の例では、インターコネクト工程（プロセス）の前に取得した第１複屈折率マッピングに存在せず、インターコネクト工程（プロセス）の後に取得した第２複屈折率マッピングに存在する複屈折率分布の特異点Ａ（丸囲み箇所３か所）および特異点Ｂ（矢印箇所３か所）を特定する。
また、第１赤外光透過率マッピングに存在せず、第２赤外光透過率マッピングに存在する赤外光透過率分布の特異点を特定する。図４の例では、インターコネクト工程（プロセス）の前に取得した第１赤外光透過率マッピングに存在せず、インターコネクト工程（プロセス）の後に取得した第２赤外光透過率マッピングに存在する赤外光透過率分布の特異点Ｂ（矢印箇所３か所）を特定する。
そして、所定のプロセスに起因する不良の発生箇所を特定する際、複屈折率分布の特異点が赤外光透過率分布の特異点と一致するか否かを判定する。判定の結果、赤外光透過率分布の特異点Ｂ（３か所）と一致しない複屈折率分布の特異点Ａ（３か所）を、所定のプロセスに起因する不良のうちの例えば残留歪みの発生箇所として特定する。
また、第１赤外光透過率マッピングに存在せず、第２赤外光透過率マッピングに存在する赤外光透過率分布の特異点を特定する。図４の例では、インターコネクト工程（プロセス）の前に取得した第１赤外光透過率マッピングに存在せず、インターコネクト工程（プロセス）の後に取得した第２赤外光透過率マッピングに存在する赤外光透過率分布の特異点Ｂ（矢印箇所３か所）を特定する。
そして、所定のプロセスに起因する不良の発生箇所を特定する際、複屈折率分布の特異点が赤外光透過率分布の特異点と一致するか否かを判定する。判定の結果、赤外光透過率分布の特異点Ｂ（３か所）と一致しない複屈折率分布の特異点Ａ（３か所）を、所定のプロセスに起因する不良のうちの例えば残留歪みの発生箇所として特定する。
以上説明したように、第２実施形態の太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定方法および特定装置１によれば、第１実施形態の太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定方法および特定装置と同様の利点を得ることができる。
更に、第２実施形態の太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定方法および特定装置１によれば、所定のプロセスの前に、赤外光弾性測定法を用いて半導体基板の赤外光透過率分布を表す第１赤外光透過率マッピングを取得し、所定のプロセスの後に、赤外光弾性測定法を用いて半導体基板の赤外光透過率分布を表す第２赤外光透過率マッピングを取得し、第１赤外光透過率マッピングに存在せず、第２赤外光透過率マッピングに存在する赤外光透過率分布の特異点を特定し、所定のプロセスに起因する不良の発生箇所を特定する際、複屈折率分布の特異点が赤外光透過率分布の特異点と一致するか否かを判定する。判定の結果、赤外光透過率分布の特異点と一致しない複屈折率分布の特異点を、所定のプロセスに起因する不良のうちの例えば残留歪みの発生箇所として特定する。
複屈折率マッピングには、例えば残留歪み誘起成分だけでなく（例えば、図４における特異点Ａ）、例えば汚れまたは異物による透過率の異常低下も含まれる（例えば、図４における特異点Ｂ）。これらの特異点Ｂの分布は、赤外光透過率マッピングと複屈折率マッピングに共通して出現するので、そのような特異点Ｂの分布モードを除外すると、より精確に例えば残留歪みの発生を特定できる。
複屈折率マッピングには、例えば残留歪み誘起成分だけでなく（例えば、図４における特異点Ａ）、例えば汚れまたは異物による透過率の異常低下も含まれる（例えば、図４における特異点Ｂ）。これらの特異点Ｂの分布は、赤外光透過率マッピングと複屈折率マッピングに共通して出現するので、そのような特異点Ｂの分布モードを除外すると、より精確に例えば残留歪みの発生を特定できる。
なお、上述した第２実施形態では、赤外光透過率分布の特異点と一致しない複屈折率分布の特異点により特定される不良として、半導体基板の残留歪みを例示した。しかし、赤外光透過率分布の特異点と一致しない複屈折率分布の特異点、すなわち屈折率のみの局所異常点（異常複屈折点）により特定される不良としては、半導体基板の残留歪みだけでなく、その他何らかの要因による異常複屈折がある。第２実施形態の太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定方法および特定装置は、これらの異常複屈折の発生およびその発生箇所の特定を除くものではない。
また、上述した第２実施形態では、赤外光透過率分布の特異点と一致する複屈折率分布の特異点により特定される不良として、半導体基板および各機能層の汚れまたは異物（半導体基板および各機能層の表面の汚れまたは異物付着、或いは半導体基板および各機能層の異物混入）を例示した。しかし、赤外光透過率分布の特異点と一致する複屈折率分布の特異点により特定される不良としては、半導体基板および各機能層の汚れまたは異物だけでなく、その他何らかの要因による表面状態の局所異常（例えば、突起または窪み）、および、結晶特性の複合異常（例えば、吸収係数および屈折率の両方の異常）等がある。第２実施形態の太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定方法および特定装置は、これらの表面状態の局所異常および結晶特性の複合異常等の発生およびその発生箇所の特定を除くものではない。
同様に、上述した第１実施形態では、所定のプロセスの前に取得した第１複屈折率マッピングに存在せず、所定のプロセスの後に取得した第２複屈折率マッピングに存在する複屈折率分布の特異点によって特定される不良として、半導体基板の残留歪み、半導体基板および各機能層の汚れまたは異物（半導体基板および各機能層の表面の汚れまたは異物付着、或いは半導体基板および各機能層の異物混入）を例示した。しかし、第１実施形態の太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定方法および特定装置は、上述した異常複屈折、表面状態の局所異常および結晶特性の複合異常等の発生および発生箇所の特定を除くものではない。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更および変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、半導体基板としてシリコン基板を含む太陽電池デバイスの製造プロセス起因の残留歪み、汚れまたは異物等の不良の特定方法および特定装置について説明した。しかし、本発明の太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定方法および特定装置はこれに限定されず、半導体基板としてＧａＡｓ基板、均一組成バルク結晶成長が試みられているＩｎｘＧａ１－ｘＡｓ混晶基板、または、光導波路基板材料であるＬｉＮｂＯ３（ＬＮ）結晶基板等の種々の材料の基板を含む太陽電池デバイスの製造プロセス起因の残留歪み、汚れまたは異物等の不良の特定に適用可能である。
また、上述した実施形態では、ヘテロ接合型の太陽電池デバイスの製造プロセス起因の残留歪み、汚れまたは異物等の不良の特定方法および特定装置について説明した。しかし、本発明の太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定方法および特定装置はこれに限定されず、ホモ接合型の太陽電池デバイス等の種々の太陽電池デバイスの製造プロセス起因の残留歪み、汚れまたは異物等の不良の特定に適用可能である。
また、上述した実施形態では、両面電極型の太陽電池デバイスの製造プロセス起因の残留歪み、汚れまたは異物等の不良の特定方法および特定装置について説明した。しかし、本発明の太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定方法および特定装置はこれに限定されず、裏面電極型の太陽電池デバイス等の種々の太陽電池デバイスの製造プロセス起因の残留歪み、汚れまたは異物等の不良の特定に適用可能である。
また、上述した実施形態では、太陽電池デバイスの製造プロセスの一例を説明した。しかし、本発明の太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定方法および特定装置はこれに限定されず、太陽電池デバイスの種々の製造プロセスに適用可能である。例えば、半導体層およびＴＣＯ層の形成プロセスとして、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、リフトオフ法、印刷法等の様々な形成プロセスに適用可能であり、太陽電池デバイス（太陽電池モジュール）のプロセスとして、タブ線を用いないシングリング法等の様々なプロセスに適用可能である。また、レーザ切断等のプロセスにも適用可能である。
また、上述した実施形態では、太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定装置として偏光子と検光子とが試料の前後に配置された透過型を説明した。しかし、本発明の太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定装置はこれに限定されず、偏光子と検光子とが試料に対して同じ側に配置され、試料の反対側に反射板等が配置された反射型であってもよい。
１ 特定装置
１０ 光源
１０Ａ 照射部
１１ 光源駆動回路
１２ レンズ
１４ 偏光子
１５ φ駆動回路
１６ ＸＹ走査ステージ
１７ ＸＹ駆動回路
１８ 検光子
１９ χ駆動回路
２０ レンズ
２２ 光電変換素子
２３ ＩＶ変換器
２４ 可変ゲイン増幅器
２５ ＡＤ変換器
２６ 制御部
２７ 制御ＩＯバス
２８ 記憶部
３０ 表示部
１００ 太陽電池デバイス（太陽電池モジュール）
１０１ 太陽電池セル
１０２ 配線部材
１０３ 導電性接続部材
１１０ 半導体基板
１２１，１３１ ｉ型半導体層
１２２ 第１導電型半導体層
１３２ 第２導電型半導体層
１２３，１３３ 透明電極層
１２４，１３４ 集電極
１２５，１３５ めっき層
１２６，１３６ 絶縁層
１０ 光源
１０Ａ 照射部
１１ 光源駆動回路
１２ レンズ
１４ 偏光子
１５ φ駆動回路
１６ ＸＹ走査ステージ
１７ ＸＹ駆動回路
１８ 検光子
１９ χ駆動回路
２０ レンズ
２２ 光電変換素子
２３ ＩＶ変換器
２４ 可変ゲイン増幅器
２５ ＡＤ変換器
２６ 制御部
２７ 制御ＩＯバス
２８ 記憶部
３０ 表示部
１００ 太陽電池デバイス（太陽電池モジュール）
１０１ 太陽電池セル
１０２ 配線部材
１０３ 導電性接続部材
１１０ 半導体基板
１２１，１３１ ｉ型半導体層
１２２ 第１導電型半導体層
１３２ 第２導電型半導体層
１２３，１３３ 透明電極層
１２４，１３４ 集電極
１２５，１３５ めっき層
１２６，１３６ 絶縁層
Claims (6)
- 半導体基板を含む太陽電池デバイスの製造プロセスに起因する不良の特定方法であって、
前記太陽電池デバイスの複数の製造プロセスのうちの所定のプロセスの前に、赤外光弾性測定法を用いて前記半導体基板の複屈折率分布を表す第１複屈折率マッピングを取得する工程と、
前記所定のプロセスの後に、前記赤外光弾性測定法を用いて前記半導体基板の複屈折率分布を表す第２複屈折率マッピングを取得する工程と、
前記第１複屈折率マッピングに存在せず、前記第２複屈折率マッピングに存在する複屈折率分布の特異点を特定する工程と、
前記所定のプロセスの前に、前記赤外光弾性測定法を用いて前記半導体基板の赤外光透過率分布を表す第１赤外光透過率マッピングを取得する工程と、
前記所定のプロセスの後に、前記赤外光弾性測定法を用いて前記半導体基板の赤外光透過率分布を表す第２赤外光透過率マッピングを取得する工程と、
前記第１赤外光透過率マッピングに存在せず、前記第２赤外光透過率マッピングに存在する赤外光透過率分布の特異点を特定する工程と、
前記複屈折率分布の特異点を、前記所定のプロセスに起因する不良の発生箇所として特定し、かつ、前記複屈折率分布の特異点が前記赤外光透過率分布の特異点と一致するか否かを判定する工程と、
を含む、太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定方法。 - 前記不良は、残留歪みである、請求項１に記載の太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定方法。
- 前記判定する工程では、判定の結果、前記赤外光透過率分布の特異点と一致しない前記複屈折率分布の特異点を、前記所定のプロセスに起因する不良のうちの残留歪みの発生箇所として特定する、請求項１または２に記載の太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定方法。
- 半導体基板を含む太陽電池デバイスの製造プロセスに起因する不良の特定装置であって、
前記太陽電池デバイスに赤外光を照射する光源と、
前記太陽電池デバイスを透過した赤外光を電気信号に変換する光電変換素子と、
前記光源と前記太陽電池デバイスとの間に配置され、前記赤外光を偏光して前記太陽電池デバイスに照射する偏光子と、
前記太陽電池デバイスと前記光電変換素子との間に配置され、前記太陽電池デバイスを透過した赤外光を偏光して前記光電変換素子に照射する検光子と、
前記太陽電池デバイスを前記光源からの赤外光に対して走査する走査ステージと、
前記光源、前記走査ステージの位置、前記偏光子の偏光角、および、前記検光子の偏光角を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記太陽電池デバイスの複数の製造プロセスのうちの所定のプロセスの前に、前記光電変換素子からの電気信号、前記走査ステージの位置、前記偏光子の偏光角、および、前記検光子の偏光角に基づいて、前記半導体基板の複屈折率分布を表す第１複屈折率マッピングを取得し、
前記所定のプロセスの後に、前記光電変換素子からの電気信号、前記走査ステージの位置、前記偏光子の偏光角、および、前記検光子の偏光角に基づいて、前記半導体基板の複屈折率分布を表す第２複屈折率マッピングを取得し、
前記第１複屈折率マッピングに存在せず、前記第２複屈折率マッピングに存在する複屈折率分布の特異点を特定し、
前記所定のプロセスの前に、前記光電変換素子からの電気信号、前記走査ステージの位置、前記偏光子の偏光角、および、前記検光子の偏光角に基づいて、前記半導体基板の赤外光透過率分布を表す第１赤外光透過率マッピングを取得し、
前記所定のプロセスの後に、前記光電変換素子からの電気信号、前記走査ステージの位置、前記偏光子の偏光角、および、前記検光子の偏光角に基づいて、前記半導体基板の赤外光透過率分布を表す第２赤外光透過率マッピングを取得し、
前記第１赤外光透過率マッピングに存在せず、前記第２赤外光透過率マッピングに存在する赤外光透過率分布の特異点を特定し、
前記複屈折率分布の特異点を、前記所定のプロセスに起因する不良の発生箇所として特定し、かつ、前記複屈折率分布の特異点が前記赤外光透過率分布の特異点と一致するか否かを判定する、
太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定装置。 - 前記制御部では、判定の結果、前記赤外光透過率分布の特異点と一致しない前記複屈折率分布の特異点を、前記所定のプロセスに起因する不良のうちの残留歪みの発生箇所として特定する、請求項４に記載の太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定装置。
- 半導体基板を含む太陽電池デバイスの製造方法であって、
請求項１～３のいずれか１項に記載の太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定方法を含む、太陽電池デバイスの製造方法。
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| JP2018161914A JP7133804B2 (ja) | 2018-08-30 | 2018-08-30 | 太陽電池デバイスの製造プロセス起因の不良の特定方法および特定装置、並びに太陽電池デバイスの製造方法 |
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Citations (7)
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| US20110196639A1 (en) | 2008-06-19 | 2011-08-11 | Kla-Tencor Corporation | Computer-implemented methods, computer-readable media, and systems for determining one or more characteristics of a wafer |
| JP2011222735A (ja) | 2010-04-09 | 2011-11-04 | Nisshinbo Mechatronics Inc | 太陽電池の検査方法および検査装置 |
| JP2013187524A (ja) | 2012-03-12 | 2013-09-19 | Mitsubishi Electric Corp | 欠陥検査方法 |
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| JP2016070730A (ja) | 2014-09-29 | 2016-05-09 | 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス | 画像取得装置および画像取得方法 |
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2018
- 2018-08-30 JP JP2018161914A patent/JP7133804B2/ja active Active
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