SEMを用いないで太陽電池ウェーハを検査：Design Ideas

　太陽電池の製造過程では、太陽電池セルが欠陥品でないかどうかの検査が必要となる。その検査方法として、多くの製造メーカーは、SEM（走査型電子顕微鏡）を用いてウェーハの状態でチェックする手法を採用している。

　SEMを使用すれば、セルの結晶粒界に至る細部までチェックでき、高い検査精度が得られる。しかし、SEMを利用する場合、一度に観測可能な範囲が狭いため、検査時間が長くなる。つまり、SEMによってウェーハ全体を検査するには、何度も走査を行わなければならないことが、この手法における欠点となっている。

　本稿では、欠陥のあるセルを検出するためのツールとして、SEMの代わりにSWIR（Shortwave Infrared：短波長赤外線）センサーを利用する方法を紹介する。

図1　検査システムの概要　SWIRセンサーからの発光情報（アナログ信号）がデジタル化され、画像取り込みカードに送られる。

写真1　ウェーハ画像の例　横棒状に暗く見える部分が欠陥のあるセル。

　この方法では、セルに電圧を印加した際に生じる発光（エレクトロルミネセンス）を欠陥の検出に利用する。太陽電池のセルは、順方向にバイアス電圧を印加して7A以上の電流を流すと、約1.1μmの波長で発光する。これをSWIRセンサーで検出するのだが、ウェーハ全面を一度に画像化することが可能であるため、走査の必要がない。その画像上でウェーハからの発光を検出することにより、欠陥のあるセルであるか否かを判定することができる。

　以下では、筆者らが実際に使用している製品などの情報も交えつつ、この検査システムの概要を紹介することにする。

　検査システムの構成は、図1に示すようなものとなる。このシステムにおいて、SWIRセンサー（撮像素子）がセルの発光を感知し、それをアナログ電気信号に変換する。この信号はプリアンプによって十分なレベルに増幅され、A-Dコンバータに入力される。このA-Dコンバータによって10メガサンプル/秒の速度でデジタルデータに変換された信号が、デジタル処理部に入力される。

　A-Dコンバータから出力されるデジタルデータは、LVDS（低電圧差動信号）インターフェースを経由して、システム内の画像取り込みカード（筆者らは米DALSA社製のフレームグラバーを使用した）に入力される。システムでは、C++で書かれた専用画像処理ソフトウエアによる処理が行われ、画面上にウェーハ全体の画像が表示されるという仕組みだ。　センサーを搭載する基板には、プリアンプ、A-Dコンバータに加え、マイクロコントローラも実装し、センサーとA-Dコンバータを駆動するためのクロックを生成する。マイクロコントローラとしては米Atmel社製のものを用いた。同コントローラのRS-232インターフェースを経由して通信することで、オペレータからのSWIRセンサーの動作モード設定などの指令を受け取る。SWIRセンサーを駆動するためのクロック信号は、タイミングドライバ回路を介して供給される。

　このシステムで取得したウェーハ画像の例を写真1に示した。この画像はセルの発光強度分布を表している。高い品質の太陽電池であるためには、発光強度の分布が一様であることが肝要だが、実際にはほぼ間違いなく何らかの不均一性がある。写真1の画像の場合、横棒状に暗くなっている部分が、キャリア濃度の減少に起因する欠陥を持っている。