DE112009003752T5

DE112009003752T5 - Laserbearbeitungsvorrichtung, Laserbearbeitungsverfahren und Herstellungsverfahren einer Fotovoltaikvorrichtung

Info

Publication number: DE112009003752T5
Application number: DE112009003752T
Authority: DE
Inventors: Tomotaka Katsura; Tatsuki Okamoto; Kunihiko Nishimura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2009-04-21
Publication date: 2013-02-21
Anticipated expiration: 2029-04-22
Also published as: WO2010070940A1; JP5306374B2; DE112009003752B4; US20110287570A1; US8767786B2; JPWO2010070940A1

Abstract

Bereitstellen einer Transporteinheit, die ein Werkstück mit seiner zu bearbeitenden Oberfläche nach oben weisend hält und das Werkstück mit einer konstanten Geschwindigkeit in einer ersten Richtung transportiert, eines Laseroszillators, der einen gepulsten Laserstrahl emittiert, eines Strahlteilers, der einen gepulsten Laserstrahl in ein periodisches Muster teilt, das eine vorbestimmte periodische Struktur hat, eines ersten Deflektors, der den geteilten gepulsten Laserstrahl in einer zu der ersten Richtung im wesentlichen orthogonalen Richtung zeilenweise strahlt, eines zweiten Deflektors, der den geteilten gepulsten Laserstrahl, der von dem ersten Deflektor abgelenkt wurde, in der ersten Richtung auf die zu bearbeitende Oberfläche einstellt und ablenkt, so dass der resultierende gepulste Laserstrahl auf die zu bearbeitende Oberfläche mit einer konstanten Geschwindigkeit zeilenweise gestrahlt wird, die gleich einer Geschwindigkeit ist, mit welcher das Werkstück transportiert wird, und eines Kondensors, der den von dem zweiten Deflektor abgelenkten geteilten gepulsten Laserstrahl auf der zu bearbeitenden Oberfläche sammelt. Das durch den Strahlteiler gebildete periodische Muster wird durch einen Impuls bearbeitet.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungsvorrichtung, die zur Bearbeitung des Werkstücks einen Laserstrahl auf ein Werkstück strahlt, ein Laserbearbeitungsverfahren und ein Herstellungsverfahren einer Fotovoltaikvorrichtung.
Hintergrund
Allgemein sind Laserbearbeitungsvorrichtungen, die Laserstrahlen auf ein Werkstück strahlen, um das Werkstück zu verarbeiten, weit verbreitet. Beispielsweise existiert eine Laserbearbeitungsvorrichtung, die eine Werkstücktransporteinheit aufweist, welche ein Werkstück transportiert, und eine Laserstrahlbestrahlungseinheit, welche eine zeilenweise Laserstrahlbestrahlung durchführt. Wenn bei dieser Laserbearbeitungsvorrichtung ein Werkstück von der Laserstrahlbestrahlungseinheit zeilenweise mit einem Laserstrahl bestrahlt wird, während das Werkstück durch die Werkstücktransporteinheit mit einer konstanten Geschwindigkeit in einer bestimmten Richtung bewegt wird, um das Werkstück zu bearbeiten, wird ein Winkel, der durch eine Laserstrahl-Bestrahlungsrichtung und eine Transportrichtung aufgespannt wird, gemäß der Geschwindigkeit, mit der das Werkstück transportiert wird, verändert, so dass unabhängig von der Geschwindigkeit, mit der das Werkstück transportiert wird, eine Laserbearbeitung in einer zu der Transportrichtung senkrechten Richtung linear durchgeführt wird (siehe beispielsweise Patentliteratur 1).
Referenzliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: japanische Patentanmeldung Offenlegungsschrift Nr. 2001-259869

Kurzbeschreibung
Technisches Problem
Wenn jedoch gemäß der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Technik in einer periodischen geometrischen Struktur ausgerichtete Öffnungen durch Laserbearbeitung gebildet werden, ist es schwierig, die Öffnungen durch präzises Verbinden von einander benachbarten periodischen Strukturen in einem Verbindungsteil der Einheiten der periodischen geometrischen Struktur zu bilden, und zwar aufgrund einer Strahlfehlausrichtung durch einen Laserstrahldeflektor und einen Versatz der synchronen Steuerung der zeilenweisen Laserbestrahlung durch den Laserstrahldeflektor, der Bewegung eines Werkstücks und der Laseroszillation.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Probleme vollzogen und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laserbearbeitungsvorrichtung zu schaffen, die in einer periodischen geometrischen Struktur ausgerichtete Öffnungen präzise bilden kann, sowie ein Laserbearbeitungsverfahren und ein Herstellungsverfahren einer Fotovoltaikvorrichtung.
Lösung des Problems
Zur Lösung der vorstehend genannten Probleme und zur Erzielung der vorstehend genannten Aufgabe ist eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung so aufgebaut, dass sie enthält: eine Werkstücktransporteinheit, die ein Werkstück-mit seiner zu bearbeitenden Oberfläche nach oben weisend hält und das Werkstück mit einer konstanten Geschwindigkeit in einer ersten Richtung transportiert; einen Laseroszillator, der einen gepulsten Laserstrahl emittiert; einen Laserstrahlteiler, der den von dem Laseroszillator emittierten gepulsten Laserstrahl in ein periodisches Muster eines Laserstrahls teilt, das eine vorbestimmte periodische Struktur hat; einen ersten Laserstrahldeflektor, der den von dem Laserstrahlteiler geteilten gepulsten Laserstrahl in einer zu einer ersten Richtung im wesentlichen orthogonalen Richtung auf die zu bearbeitende Oberfläche zeilenweise strahlt; einen zweiten Laserstrahldeflektor, der den von dem ersten Laserstrahldeflektor abgelenkten geteilten gepulsten Laserstrahl in der ersten Richtung auf die zu bearbeitende Oberfläche einstellt und ablenkt, so dass ein resultierender Laserstrahl auf die zu bearbeitende Oberfläche mit einer konstanten Geschwindigkeit zeilenweise gestrahlt wird, die gleich einer Geschwindigkeit ist, mit welcher das Werkstück transportiert wird; und einen Kondensor, der den von dem zweiten Laserstrahldeflektor abgelenkten gepulsten Laserstrahl auf der zu bearbeitenden Oberfläche sammelt, wobei ein durch den Laserstrahlteiler gebildetes periodisches Muster durch einen Impuls des gepulsten Laserstrahls bearbeitet wird.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Gemäß vorliegender Erfindung wird bei der Bearbeitung zur Durchführung einer zeilenweisen Bestrahlung mit einem gepulsten Laserstrahl gleichzeitig mit der Bewegung eines Werkstücks ein gepulster Laserstrahl in ein periodisches Muster geteilt und der geteilte gepulste Laserstrahl wird auf das Werkstück gestrahlt. Daher können in einem periodischen Muster mit einer exakten Teilung ausgerichtete Öffnungen mit einer hohen Geschwindigkeit bearbeitet werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer schematischen Konfiguration eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2-1 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Prozesses zur Bildung einer Oberflächenstruktur von polykristallinen Silizium-Solarzellen.
2-2 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Prozesses zur Bildung der Oberflächenstruktur von polykristallinen Silizium-Solarzellen.
2-3 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Prozesses zur Bildung der Oberflächenstruktur von polykristallinen Silizium-Solarzellen.
2-4 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Prozesses zur Bildung der Oberfächenstruktur von polykristallinen Silizium-Solarzellen.
2-5 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Prozesses zur Bildung der Oberflächenstruktur von polykristallinen Silizium-Solarzellen.
3 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels einer von einem Dreieckgittermuster abweichenden Laseröffnung.
4 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Bearbeitungsvorgangs einer Laserbearbeitung eines polykristallinen Siliziumsubstrats gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine schematische Darstellung eines Teilungsmusters eines Laserstrahls in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Laseröffnung, die von einem Dreieckgittermuster in einer Laserstrahl-Bestrahlungsrichtung (x-Richtung) abgewichen ist.
7-1 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Laserstrahlbestrahlungsverfahrens in einem bearbeitetbaren Bereich gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7-2 ist eine vergrößerte Ansicht einer in 7-1 gezeigten Region 21a.
8 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels der Anordnung von Laseröffnung, die durch die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet werden.
9-1 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Region, in welcher eine Oberflächenstruktur auf einer Oberfläche eines polykristallinen Siliziumsubstrats für polykristalline Silizium-Solarzellen gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bearbeitet wird.
9-2 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Region, in welcher eine Oberflächenstruktur auf einer Oberfläche des polykristallinen Siliziumsubstrats für polykristalline Silizium-Solarzellen gemäß der zweiten Ausführungsform der vorlegenden Erfindung bearbeitet wird.
Beschreibung der Ausführungsformen
Beispielhafte Ausführungsformen einer Laserbearbeitungsvorrichtung, eines Laserbearbeitungsverfahrens und eines Herstellungsverfahrens einer Fotovoltaikvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend im Detail unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Beschreibungen beschränkt und verschiedene Modifikationen können in angemessener Weise vorgenommen werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. In den nachstehend erläuterten Zeichnungen können die Maßstäbe von jeweiligen Elementen abweichend von denjenigen in der praktischen Umsetzung dargestellt sein, um das Verständnis zu erleichtern, und dasselbe gilt für das Verhältnis zwischen den Zeichnungen.
Erste Ausführungsform
1 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer schematischen Konfiguration einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Werkstücktransporteinheit 2, einen Laseroszillator 3, einen Laserstrahlteiler 4, einen Laserstrahldeflektor 5 und einen Kondensor 6.
Die Werkstücktransporteinheit 2 hält ein Werkstück 1 mit seiner zu bearbeitenden Oberfläche nach oben weisend und bewegt das Werkstück 1 mit einer konstanten Geschwindigkeit in einer festgelegten Richtung (y-Richtung in 1).
Der Laseroszillator 3 emittiert einen Laserstrahl B. Der Laseroszillator 3 kann eine dritte harmonische Schwingung eines 100 kHz LD-gepumpten Güteschalter-Nd:YAG-Lasers als seine repräsentative Wiederholfrequenz nutzen.
Der Laserstrahlteiler 4 teilt den von dem Laseroszillator 3 ausgestrahlten Laserstrahl B in ein periodisches Muster eines Laserstrahls, das eine vorbestimmte periodische geometrische Struktur hat. Beispielsweise kann ein optisches Beugungselement als Laserstrahlteiler 4 verwendet werden. Obgleich eine Maske mit einer Vielzahl von Öffnungen als Laserstrahlteiler verwendet werden kann, wird das optische Beugungselement im Hinblick auf die Gleichmäßigkeit und die Wirksamkeit des Strahls vorzugsweise verwendet. Das periodische Muster des Laserstrahls kann in ein beliebiges Muster geändert werden.
Der Laserstrahldeflektor 5 ist durch einen Laserstrahldeflektor 5a, der eine Ablenkungsrichtung in einer ersten Richtung (x-Richtung in 1) einstellt, um den Laserstrahl B abzulenken, und einen Laserstrahldeflektor 5b gebildet, der die Ablenkungsrichtung in einer zweiten Richtung (y-Richtung in 1) einstellt, die im wesentlichen senkrecht zu der ersten Richtung auf der zu bearbeitenden Oberfläche ist, um den Laserstrahl B abzulenken und zeilenweise zu strahlen, und lenkt den von dem Laserstrahlteiler 4 in ein periodisches Muster geteilten Laserstrahl B in die beiden, im wesentlichen zueinander senkrechten Richtungen ab. Ein Polygonspiegel oder ein Galvo-Spiegel wird allgemein als Laserstrahldeflektor 5 verwendet. Während der Polygonspiegel für eine zeilenweise Bestrahlung mit hoher Geschwindigkeit geeignet ist, hat er im Allgemeinen höchstens sechs Oberflächen und somit ist der Ablenkungswinkel des Laserstrahls groß. Demgemäß ist der Polygonspiegel für die zeilenweise Laserbestrahlung, bei der der Ablenkungswinkel des Laserstrahls B kein ist (schmaler bearbeitbarer Bereich), nicht effizient. In einem derartigen Fall wird der Galvo-Spiegel verwendet, so dass ein relativ schmaler bearbeitbarer Bereich effizient bearbeitet werden kann.
Der Kondensor 6 sammelt den von dem Laserstrahldeflektor 5b abgelenkten Laserstrahl B auf der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks 1. Beispielsweise wird eine Fθ-Linse als der Kondensor 6 verwendet. Der Kondensor 6 wird als Fθ-Linse 6 bezeichnet.
Die von der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß von legender Ausführungsform durchgeführte Bearbeitung wird beispielhaft an einem Fall beschrieben, in dem eine Oberflächenstruktur auf einer Oberfläche (Einfallfläche des Sonnenlichts) einer polykristallinen Silizium-Solarzelle gebildet wird, die als eine Fotovoltaikvorrichtung dient. Die Oberflächenstruktur ist eine unebene Struktur, die auf der Oberfläche eines polykristallinen Siliziumsubstrats gebildet wird, und ist für die Unterdrückung von reflektiertem Licht wirksam. Durch Bildung der Oberflächenstruktur auf der Oberfläche der polykristallinen Silizium-Solarzelle kann reflektiertes Licht auf der Oberfläche unterdrückt werden und eine fotoelektrische Umwandlungseffizienz kann verbessert werden. Die Bearbeitung zur Bildung der Oberflächenstruktur auf der Oberfläche einer polykristallinen Silizium-Solarzelle in einem Herstellungsprozess einer polykristallinen Silizium-Solarzelle wird unter Bezug auf die 2-1 bis 2-5 erläutert. Die 2-1 bis 2-5 sind schematische Darstellungen zur Erläuterung von Prozessen zur Bildung einer Oberflächenstruktur von polykristallinen Silizium-Solarzellen.
Ein Ablauf eines Oberflächenstrukturbildungsprozesses wird zunächst erläutert. Ein Siliziumnitridfilm (Si₃N₄-Film) wird auf der gesamten Oberfläche eines polykristallinen Siliziumsubstrats 11 für polykristalline Silizium-Solarzellen als ätzbeständiger Film 12 gebildet, der gegen Nassätzung beständig ist (2-1). Zusätzlich zu dem Siliziumnitridfilm (dem Si₃N₄-Film) kann ein Siliziumdioxidfilm (SiO₂-Film) als der ätzbeständige Film 12 verwendet werden.
In einer periodischen geometrischen Struktur ausgerichtete Laseröffnungen 13 werden dann in dem ätzbeständigen Film 12 durch die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß vorliegender Ausführungsform gebildet (2-2). Danach wird eine isotrope Nassätzung durch die Laseröffnungen 13 an dem polykristallinen Siliziumsubstrat 11 durchgeführt. Aufgrund der vorstehend erwähnten Tatsache werden Bereiche des polykristallinen Siliziumsubstrats 11 unter und nahe an der Laseröffnung 13 geätzt, so dass die unebene Struktur gebildet wird (2-3). Diese Nassätzung endet, wenn benachbarte konkave Teile 14a miteinander in Kontakt kommen. Indem der ätzbeständige Film 12 schließlich durch ein von der Nassätzung verschiedenes Ätzverfahren entfernt wird, wird eine Oberflächenstruktur 14 gebildet (2-4). 2-5 ist eine erläuternde Darstellung der Oberflächenstruktur 14 und stellt die Oberflächenstruktur 14 in vergrößerter Weise dar. Auf diese Weise kann die Oberflächenstruktur 14 auf der Oberfläche des polykristallinen Siliziumsubstrats 11 gebildet werden.
Unebenheiten werden nicht durch Laserstrahlen gebildet. Wie vorstehend beschrieben werden die Laseröffnungen 13 in dem ätzbeständigen Film 12 gebildet und dann wird die unebene Struktur auf der Oberfläche des polykristallinen Siliziumsubstrats 11 durch isotrope Nassätzung gebildet. Die Energie der Laserstrahlen kann somit reduziert werden und die Anzahl der Laserstrahlteilungen kann erhöht werden. Folglich kann eine Hochgeschwindigkeits-Laserbearbeitung erzielt werden.
Wenn das Werkstück ferner wie vorstehend beschrieben das polykristalline Siliziumsubstrat 11 ist, hat das polykristalline Siliziumsubstrat 11 nahe einem vom Laser bestrahlten Teil eine hohe Temperatur aufgrund der Laserbestrahlung und somit wird ein Bereich erzeugt, in welchem die elektrischen Eigenschaften des polykristallinen Silziumsubstrats 11 verschlechtert sind. Da ein derartiger Bereich in der vorliegenden Ausführungsform durch Nassätzung entfernt werden kann, kann eine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften des bearbeiteten polykristallinen Siliziumsubstrats 11 verhindert werden.
Die Dicke des polykristallinen Siliziumsubstrats 11 für polykristalline Silizium-Solarzellen ist annähernd 100 μm bis 200 μm, Wenn die Dicke des polykristallinen Siliziumsubstrats 11 aufgrund der Oberflächenstruktur reduziert wird, wird eine Distanz reduziert, über die Licht und das polykristalline Siliziumsubstrat 11 miteinander wechselwirken. Die fotoelektrische Umwandlungseffizienz wird auf diese Weise vermindert. In der Oberflächenstruktur zur Verhinderung der Reflexion auf der Oberfläche einer polykristallinen Silizium-Solarzelle ist eine Größe S eines konkaven Teils (Distanz zwischen der Oberseite und der Unterseite des konkaven Teils 14a) vorzugsweise etwa einige zehn Mikrometer oder weniger als das.
Da der konkave Teil 14a durch isotrope Nassätzung gebildet wird, hat jeder der konkaven Teile 14a der Oberflächenstruktur im Wesentlichen eine Halbkugelform mit einer flachen Bodenfläche. Die Bodenfläche des konkaven Teils 14a ist flach, da der Bereich unter der Laseröffnung 13, der im Wesentlichen eine Projektionsfläche der Laseröffnung 13 aufweist, durch die isotrope Nassätzung flach geätzt wird. Gemäß der Oberflächenstruktur, die Lichtreflexion effizient unterdrücken kann, indem im wesentlichen halbkugelförmige konkave Teile 14a angeordnet werden, sind die konkaven Teile 14a in einem dreieckigen Gittermuster angeordnet, welches die Anzahl der konkaven Teile 14a pro Flächeneinheit maximieren kann.
Daher werden die Laseröffnungen 13 vorzugsweise in dem ätzbeständigen Film 12 in einem Dreieckgittermuster mit einer Teilung (Distanz zwischen benachbarten Gitterelementen) innerhalb von einigen zehn Mikrometern gebildet. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein repräsentativer Wert der Teilung 14 mm. Die vorliegende Ausführungsform wird nachfolgend unter Verwendung dieses Wertes erläutert.
Da ferner ein flacher Teil der Bodenfläche des konkaven Teils 14a einen schwächeren die Reflexion verhindernden Effekt hat, ist die Laseröffnung 13 vorzugsweise so klein wie möglich. indem ein Durchmesser eines gesammelten Laserstrahls reduziert wird, kann die Laseröffnung 13 klein ausgeführt werden. Ein typisches Beispiel des gesammelten Laserstrahldurchmessers (ein Durchmesser, der eine Intensität von 1/e²) erlaubt) ist in dieser Ausführungsform als ☐4 Mikrometer definiert.
3 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Laseröffnung 13, die von dem Dreieckgittermuster abweicht. In 3 ist ein Dreieckgitter, das nicht von dem Dreieckgittermuster abweicht, durch eine unterbrochene Linie dargestellt, die Position der Laseröffnung 13, die nicht von dem Dreieckgittermuster abweicht, durch einen weißen Kreis bezeichnet und eine Laseröffnung 13, die von dem Dreieckgittermuster abweicht, durch einen schwarzen Kreis bezeichnet. Wenn die Laseröffnung 13 von dem Dreieckgittermuster abweicht, werden benachbarte konkave Teile 14a zum Zeitpunkt der Nassätzung miteinander verbunden und ein flacher Teil verbleibt auf der Oberfläche des polykristallinen Siliziumsubstrats 11, so dass ein die Lichtreflexion unterdrückender Effekt vermindert wird. Die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die Laseröffnungen 13 in einem derart feinen Muster präzise und mit hoher Geschwindigkeit bearbeiten, so dass ihre Abweichung von dem Dreieckgittermuster in Bezug auf die Teilung nicht wahrnehmbar ist.
Ein Verfahren zur Bildung der Laseröffnung 13 auf der Oberfläche des polykristallinen Siliziumsubstrats 11 durch die Laserbearbeitungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform zur Bildung der Oberflächenstruktur wird erläutert.
Das Werkstück 1 ist der ätzbeständige Film 12, der auf der Oberfläche des polykristallinen Siliziumsubstrats 11 gebildet ist, das ein 156 × 156-mm-Quadrat ist. Der von dem Laseroszillator 3 ausgestrahlte Laserstrahl B wird durch den Laserstrahlteiler 4 in ein vorbestimmtes periodisches Muster geteilt. Der geteilte Laserstrahl B wird von den Laserstrahldeflektoren 5a und 5b in den beiden zueinander senkrechten Richtungen (x-Richtung und y-Richtung in 1) abgelenkt. Das heißt, dass der geteilte Laserstrahl B in den Laserstrahldeflektor 5a eintritt und in der x-Richtung abgelenkt wird, und in den Laserstrahldeflektor 5b eintritt. Der Laserstrahl B, der in den Laserstrahldeflektor 5b eintritt, wird abgelenkt und in der y-Richtung zellenweise gestrahlt.
Der von dem Laserstrahldeflektor 5b abgelenkte und zeilenweise gestrahlte Laserstrahl B wird von der Fθ-Linse auf dem ätzbeständigen Film 12 gesammelt, der die zu bearbeitende Oberfläche des polykristallinen Siliziumsubstrats 11 ist. In einem Teil des ätzbeständigen Films 12, der mit dem Laserstrahl B bestrahlt wird, wird die Laseröffnung 13 in dem ätzbeständigen Film 12 auf dem polykristallinen Siliziumsubstrat 11 durch Laserablation gebildet. Da die Werkstücktransporteinheit 2 bewegt wird, wird das polykristalline Siliziumsubstrat 11 mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt.
4 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Bearbeitungsvorgangs der Laserbearbeitung des polykristallinen Siliziumsubstrats 11. Wenn ein von dem Laserstrahldeflektor 5 und der Fθ-Linse 6 bearbeitbarer Bereich (nachfolgend als ”bearbeitbarer Bereich 10 bezeichnet) vergrößert wird, ist eine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung möglich, aber der Laserstrahl B kann aufgrund von Linsenfehlern nicht gesammelt werden. Der bearbeitbare Bereich 10 wird somit kleiner, wenn der erforderliche Durchmesser des gesammelten Lichts reduziert wird. Der bearbeitbare Bereich 10 ist allgemein ein quadratischer Bereich von einigen 10 mal einigen 10 Milimetern. In der vorliegenden Ausführungsform ist der bearbeitbare Bereich 10 etwa ein Quadrat von 20 × 20 mm.
Nachfolgend wird der Fall der Bearbeitung des polykristallinen Siliziumsubstrats 11 in Form eines 156 × 156-mm-Quadrats in dem bearbeitbaren Bereich 10 in Form des 20 × 20-mm-Quadrats erläutert. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Werkstücktransporteinheit 2 mit einer konstanten Geschwindigkeit in y-Richtung bewegt und die Laseroszillation wird gleichzeitig mit der zeilenweisen Laserstrahlbestrahlung durch den Laserstrahldeflektor 5 kontinuierlich durchgeführt, so dass eine Laserbearbeitung ausgeführt wird.
Alternativ wird die Werkstücktransporteinheit 2 nicht mit einer konstanten Geschwindigkeit in y-Richtung bewegt, das polykristalline Siliziumsubstrat 11 wird von der Werkstücktransporteinheit 2 bewegt, nachdem die Bearbeitung des bearbeitbaren Bereichs 10 vollendet wurde, der bearbeitbare Bereich 10 in Form des 20 × 20-Millimeter-Quadrats, der dem Bereich, in dem die Bearbeitung vollendet wurde, benachbart ist, wird bearbeitet und eine entsprechende Abfolge von Betriebsabläufen wird wiederholt durchgeführt, so dass das polykristalline Siliziumsubstrat 11 bearbeitet wird. Bei diesem Verfahren ist jedoch jedes Mal dann, wenn die Werkstücktransporteinheit 2 bewegt oder gestoppt wird, eine Positionierung erforderlich, so dass der Prozess nicht mit einer ausreichenden Bearbeitungsgeschwindigkeit durchgeführt werden kann. Durch Verwendung der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die zur Bearbeitung des polykristallinen Siliziumsubstrats 11 erforderliche Zeit auf die Hälfte des vorstehenden Verfahrens oder weniger reduziert werden.
Der Laseroszillator 3 verwendet eine dritte harmonische Schwingung eines 100 kHz LD-gepumpten Güteschalter-Nd:YAG-Lasers als eine Wiederholfrequenz. Da der ätzbeständige Film 12 einen relativ hohen Absorptionskoeffizienten im Hinblick auf die dritte harmonische Schwingung hat, kann der ätzbeständige Film 12 durch Verwendung der dritten harmonischen Schwingung effizient bearbeitet werden. Die Laseröffnung 13 kann in dem ätzbeständigen Film 12 unter Verwendung einer zweiten harmonischen Schwingung oder einer Grundschwingung gebildet werden.
Wenn die dritte harmonische Schwingung verwendet wird, kann eine Focustiefe zum Zeitpunkt der Lichtsammlung aufgrund ihrer kurzen Wellenlänge gesteigert werden. Während demgemäß die dritte harmonische Schwingung vorteilhaft ist, wenn das polykristalline Siliziumsubstrat 11 mit variierenden Stärken bearbeitet wird, ist eine Verschlechterung der optischen Elemente oder dergleichen problematisch, da die dritte harmonische Schwingung Ultraviolettstrahlung ist. Wenn die zweite harmonische Schwingung oder die Grundschwingung verwendet werden, ist es hinsichtlich der Gestehungskosten, der Lebensdauer der Optik und der Zuverlässigkeit vorteilhaft. Somit kann die Wellenlänge des Laseroszillators 3 unter Berücksichtigung der vorstehend genannten Vorteile oder Nachteile ausgewählt werden.
Ein optisches Beugungselement wird für den Laserstrahlteiler 4 verwendet. 5 ist eine schematische Darstellung eines Teilungsmusters des Laserstrahls B in der ersten Ausführungsform. In 5 ist das Teilungsmuster des Laserstrahls B durch einen schwarzen Kreis bezeichnet. Die vorliegende Ausführungsform beschreibt ein Beispiel der Teilung des Laserstrahls B in zwei in der x-Richtung und in 150 in der y-Richtung, das heißt insgesamt in 300 Punkte. Das Teilungsmuster des Laserstrahls B ist ein Dreieckgittermuster im Hinblick auf ein Dreieckgitter zur Bildung einer Oberflächenstruktur. Wie 5 zeigt, ist ein Gitter innerhalb einer Region 20, die mit einer unterbrochenen Linie eingekreist ist, eine Zelleneinheit zur Bildung eines Dreieckgitters.
Wie vorstehend beschrieben wird ein Laserstrahlteilungsmuster im Hinblick auf das Dreieckgittermuster mit einer Teilung von 14 μm, das heißt dem Muster der Laseröffnungen 13, bereitgestellt, und alle Öffnungen in dem Teilungsmuster werden kollektiv zur gleichen Zeit durch einen Laserimpuls bearbeitet. Die in dem Dreieckgitter mit einer Teilung von 14 μm ausgerichteten Laseröffnungen 13 können somit präzise und mit hoher Geschwindigkeit gebildet werden.
Der Laserstrahldeflektor 5 verwendet einen Galvo-Spiegel zur effizienten Bearbeitung des relativ kleinen bearbeitbaren Bereichs 10, beispielsweise eines Quadrats von 20 × 20 mm. Wenn der Galvo-Spiegel verwendet wird, ist die Positionspräzision des Laserstrahls B auf dem Werkstück 1 im Fall der zeilenweisen Hochgeschwindigkeitsbestrahlung etwa ±10 μm, Ferner tritt in beiden Fällen, wenn der Galvo-Spiegel und der Palygonspiegel verwendet werden, dann, wenn die Laseroszillation gleichzeitig mit der zeilenweisen Laserstrahlbestrahlung und der Bewegung der Werkstücktransporteinheit 2 durchgeführt wird, so dass die Bearbeitung wie in der vorliegenden Ausführungsform erfolgt, eine Fehlausrichtung der Laseröffnung 13 in Richtung der zeilenweisen Laserbestrahlung (x-Richtung) durch Versatz einer synchronen Zeitgebung der zeilenweisen Laserstrahlbestrahlung, der Bewegung der Werkstücktransporteinheit 2 und der Laseroszillation auf.
6 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels der Laseröffnungen 13, die von dem Dreieckgittermuster in Richtung der zeilenweise Laserstrahlbestrahlung (x-Richtung) abweichen. in 6 ist ein Dreieckgitter, das nicht von dem Dreieckgittermuster abweicht, durch eine unterbrochene Linie dargestellt, ist die Position der Laseröffnung 13, die nicht von dem Dreieckgittermuster abweicht, durch einen weißen Kreis bezeichnet und ist die von dem Dreieckgittermuster in Richtung der Laserstrahlbestrahlung (x-Richtung) abweichende Laseröffnung 13 durch einen schwarzen Kreis dargestellt. Wenn die Bearbeitung durchgeführt wird, ohne den Laserstrahl B in Muster zu teilen, wie in 6 gezeigt, können Laseröffnungen 13 mit einer feinen Teilung, wie etwa einer Teilung von einigen zehn Mikrometern, aufgrund der Tatsache nicht erzielt werden, dass die Positionspräzision der Laseröffnung 13 in x-Richtung auf einem Niveau von 10 μm liegt.
Wenn die Bearbeitung durch das Laserstrahlteilungsmuster durchgeführt wird, bei dem es sich wie bei der vorliegenden Ausführungsform um einen in der y-Richtung in 150 geteilten Laserstrahl handelt, können Laseröffnungen 13 in dem Dreieckgittermuster erhalten werden, die innerhalb des Laserstrahlteilungsmusters nicht verschoben sind. An einem Verbindungsteil der Laserstrahlteilungsmuster ist jedoch die Laseröffnung 13 von dem Dreieckgitter verschoben, und zwar bedingt durch den Versatz der synchronen Zeitgebung der zeilenweisen Laserbestrahlung, der Bewegung der Werkstücktransporteinheit 2 und der Laseroszillation.
7-1 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Laserstrahl-Bestrahlungsverfahrens in dem bearbeitbaren Bereich 10. 7-2 ist eine vergrößerte Ansicht einer in 7-1 gezeigten Region 21a, In 7-1 ist das Laserstrahlteilungsmuster nicht dargestellt, um die Erläuterungen zu vereinfachen, und nur eine Ortskurve 21 der Mitte des Laserstrahls B (Laserstrahlzentrum) ist abgebildet. Bei der tatsächlichen Laserbearbeitung wird die Laseröffnung 13 durch das Laserstrahlteilungsmuster gebildet, dessen Mitte das Laserstrahlzentrum ist. Das heißt, dass mit einem Laserstrahlzentrum 300 Laseröffnungen 13 erhalten werden können, die in dem dreieckgitterförmigen Laserstrahlteilungsmuster ausgerichtet sind, das in 5 gezeigt ist.
7-1 einen Fall dar, in dem die Ortskurve 21 eines Laserstrahlzentrums auf dem polykristallinen Siliziumsubstrat 11 parallel zu einer Richtung (x-Richtung) ist, die senkrecht zu einer Richtung verläuft, in der das Substrat 11 durch die Werkstücktransporteinheit 2 mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt wird (y-Richtung), und eine Folge von Liniensegmenten ist, bei der eine Distanz zwischen benachbarten Ortskurven 21 eines Laserstrahlzentrums 2,09 mm ist und eine Länge der Ortskurve 21 eines Laserstrahlzentrums (Breite des bearbeitbaren Bereichs 10) 20 mm ist. Wie 7-2 zeigt, ist in einer Ortskurve 21 eines Laserstrahlzentrums ein repräsentativer Abstand zwischen benachbarten Ortskurven 21 eines Laserstrahlzentrums in x-Richtung 24,2 μm. Wenn die Wiederholfrequenz des Laserstrahls B 100 kHz ist, ein Laserimpulsintervall 10 μs ist und eine Bestrahlungsgeschwindigkeit für die zeilenweise Bestrahlung 24,2 μm in 10 μs ist, also 2,42 m/Sekunde, ist somit eine Laserstrahl-Bestrahlungsgeschwindigkeit in der x-Richtung 2,42 m/Sekunde.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Beispiel kann beobachtet werden, dass es etwa 8,3 ms dauert, um eine Breite von 20 mm des bearbeitbaren Bereichs 10 einmal zu bearbeiten. Nachdem ein Liniensegment bearbeitet wurde, wird die Laseroszillation vorübergehend gestoppt und eine zeilenweise Laserstrahlbestrahlung in x-Richtung wird dann in der entgegengesetzten Richtung durchgeführt. Das heißt, wenn eine Laserbestrahlung von rechts nach links durchgeführt wird, um ein Liniensegment zu bearbeiten, und dann das nächste Liniensegment bearbeitet wird, wird die Laserstrahlbestrahlung von links nach rechts durchgeführt.
Wenn ein Laserstrahl nicht in einer zu der Richtung, in der das polykristalline Siliziumsubstrat 11 mit einer konstanten Geschwindigkeit von der Werkstücktransporteinheit 2 bewegt wird (y-Richtung) parallelen Richtung abgelenkt wird, ist das Laserstrahlzentrum auf einer Ortskurve 22 eines Laserstrahlzentrums ausgerichtet, wenn ein Laserstrahl nicht in der y-Richtung in 7-1 abgelenkt wird. Da eine zu bearbeitende Abfolge von Liniensegmenten parallel zu der x-Richtung ist, muss der Laserstrahldeflektor 5 einen Laserstrahl in der y-Richtung der Laserstrahlablenkung nur um eine Länge ablenken, die durch einen Pfeil 23 in 7-1 bezeichnet ist. Mit anderen Worten muss er ihn nur über eine Distanz zwischen der Ortskurve 22 eines Laserstrahlzentrums, wenn ein Laserstrahl nicht in der y-Richtung abgelenkt wird, und der Ortskurve 21 eines Laserstrahlzentrums ablenken. Da die Werkstücktransporteinheit 2 mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt wird, ist die Ablenkung des Laserstrahls in y-Richtung während der Laserbestrahlung eine zeilenweise Bestrahlung mit einer Geschwindigkeit, die gleich der Geschwindigkeit ist, mit der die Werkstücktransporteinheit 2 bewegt wird.
Wenn ein in 7-1(a) gezeigtes, durch eine dicke durchgezogene Linie bezeichnetes Liniensegment (die Ortskurve 21 eines Laserstrahlzentrums) in der x-Richtung von links nach rechts mit dem Laserstrahl zeilenweise bestrahlt wird, so dass es bearbeitet wird, und anschließend ein in 7-1(b) gezeigtes, durch eine dicke durchgezogene Linie bezeichnetes Liniensegment (die Ortskurve 21 eines Laserstrahlzentrums) bearbeitet wird, wird der Laserstrahldeflektor 5 gedreht, während die Laseroszillation gestoppt ist, und zwar von einem Laserstrahl-Ablenkungswinkel in einer Position, die durch den nach oben gerichteten Pfeil 23 am rechten Ende des durch eine dicke, durchgezogene Linie in 7-1(a) bezeichneten Liniensegments (der Ortskurve 21 eines Laserstrahlzentrums) bezeichnet ist, in einen Laserstrahl-Ablenkungswinkel in einer Position, die durch den nach unten gerichteten Pfeil 23 am rechten Ende des durch eine dicke, durchgezogene Linie in 7-1(b) bezeichneten Liniensegments bezeichnet ist. Der Laserstrahldeflektor 5 führt die zeilenweise Bestrahlung mit einer Geschwindigkeit durch, die gleich der Geschwindigkeit ist, mit der die Werkstücktransporteinheit 2 bewegt wird, und zwar simultan mit der Laseroszillation ähnlich dem Fall der Bearbeitung des Liniensegments (der Ortskurve 21 eines Laserstrahlzentrums), das durch eine dicke, durchgezogene Linie in 7-1(a) dargestellt ist. Wenn die durch dicke, durchgezogene Linien in den 7-1(c) bis 7-1(e) dargestellten Liniensegmente (die Ortskurven 21 eines Laserstrahlzentrums) in der x-Richtung mit einem Laserstrahl zeilenweise bestrahlt werden, wie vorstehend beschrieben, wird der Laserstrahl dergestalt zeilenweise gestrahlt, dass die Richtungen gegenüber denjenigen in den vorherigen zeilenweisen Bestrahlungsvorgängen in der x-Richtung und der y-Richtung umgekehrt sind.
Der Laserstrahldeflektor 5 kehrt die Laserstrahlablenkung in y-Richtung und die Rate der zeilenweisen Laserstrahlbestrahlung in x-Richtung um, während die Laseroszillation gestoppt ist. Während dieser Zeitperiode wird die Werkstücktransporteinheit 2 in y-Richtung bewegt und somit wird das polykristalline Siliziumsubstrat 11 bewegt. In der vorliegenden Ausführungsform ist beispielsweise die Zeit, während der die Laseroszillation gestoppt ist, auf 2,2 ms eingestellt, so dass die Geschwindigkeit, mit der die Werkstücktransporteinheit 2 in der y-Richtung bewegt wird, 200 mm/Sekunde ist und die Distanz zwischen den Ortskurven 21 eines Laserstrahlzentrums 2,09 mm beträgt.
Aufgrund des vorstehend beschriebenen Prozesses kann die Ortskurve 21 eines Laserstrahlzentrums in einer Punktabfolge angeordnet werden, deren Distanz in x-Richtung 24,2 μm ist und deren Distanz in y-Richtung 2,09 mm ist, Durch Kombinieren dieser Bedingungen mit einem Laserstrahlteilungsmuster können die in einem Dreieckgitter ausgerichteten Laseröffnungen 13 gebildet werden.
Die Laseröffnungen 13 werden in dem bearbeitbaren Bereich 10 mit einer Breite von 20 mm gebildet, das polykristalline Siliziumsubstrat 11 wird dann von der Werkstücktransporteinheit 2 um 20 mm in der x-Richtung bewegt, die Werkstücktransporteinheit 2 wird mit einer konstanten Geschwindigkeit von 200 mm/Sekunde in der entgegengesetzten Richtung in y-Richtung bewegt und die Laseröffnungen 13 werden in dem bearbeitbaren Bereich 10 mit einer Breite von 20 mm gebildet. Indem die Laserbearbeitung mit einer Breite von 20 mm achtmal durchgeführt wird, werden die Laseröffnungen 13 auf der gesamten Oberfläche des polykristallinen Siliziumsubstrats 11 mit der Form eines Quadrats von 156 × 156 mm gebildet und eine Oberflächenstruktur wird durch isotrope Nassätzung gebildet.
8 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels der Anordnung der Laseröffnungen 13, die in dem in 5 gezeigten Laserstrahlteilungsmuster durch die Laserbearbeitungsvorrichtung der ersten Ausführungsform gebildet werden. In 8 ist ein Bereich 24, der durch eine Ellipse in unterbrochener Linie eingekreist ist, ein Verbindungsteil der Laserstrahlteilungsmuster. In diesem Teil ist die Anordnung der Oberflächenstruktur 14 ungeordnet und der den Reflexionsgrad reduzierende Effekt ist somit vermindert; der Einfluss ist jedoch ausreichend klein, wie etwa 1% oder weniger, da dies mit einer Häufigkeit einer Sequenz aus 150 Sequenzen in y-Richtung auftritt.
Während die vorliegende Ausführungsform einen Fall erläutert hat, bei dem die Laseröffnungen 13 in einem Dreieckgitter ausgerichtet gebildet werden, kann die vorliegende Erfindung die Laseröffnungen 13 in einer geometrischen periodischen Struktur, wie etwa einem Quadratgitter oder Hexagonalgitter bilden und die gleichen Effekte können in diesem Fall erzielt werden.
Wie vorstehend beschrieben enthält die Laserbearbeitungsvorrichtung der ersten Ausführungsform den Laserstrahlteiler 4, der einen Laserstrahl in ein periodisches Muster eines Laserstrahls teilt, das eine periodische geometrische Struktur hat. Bei der Laserbearbeitung, bei welcher eine zeilenweise Laserbestrahlung gleichzeitig mit der Bewegung des Werkstücks 1 durchgeführt wird, können die in einem periodischen Muster mit einer präzisen Teilung ausgerichteten Laseröffnungen 13 mit hoher Geschwindigkeit in einer Einheit eines periodischen Laserstrahlmusters gebildet werden. Die Abweichung der Laseröffnungen 13 von einer periodischen Struktur, die durch eine Fehlausrichtung der Laserstrahlablenkung und der zeilenweise Bestrahlung durch den Laserstrahldeflektor 5 und den Versatz einer synchronen Steuerung der zeilenweisen Laserbestrahlung durch den Laserstrahldeflektor 5, des Transports des Werkstücks 1 durch die Werkstücktransporteinheit 2 und der Laseroszillation verursacht werden, wird unterdrückt und die in einem periodischen Muster mit einer präzisen Teilung angeordneten Öffnungen 13 können als Gesamtheit mit einer hohen Geschwindigkeit bearbeitet werden.
Bei den in den vorstehenden Erläuterungen genannten Zahlenwerten handelt es sich um typische Werte, mit welchen die vorliegende Erfindung verwirklicht werden kann, und es erübrigt sich zu erwähnen, dass die Effekte der vorliegenden Erfindung nicht auf die Fälle beschränkt sind, in denen diese Zahlenwerte verwendet werden.
Zweite Ausführungsform
Während die erste Ausführungsform den Fall der Bildung einer Oberflächenstruktur auf der gesamten Oberfläche des polykristallinen Siliziumsubstrats 11 für polykristalline Silizium-Solarzellen erläutert, erklärt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Fall der Bildung einer Oberflächenstruktur im Hinblick auf ein Elektrodenmuster auf der Oberfläche einer polykristallinen Silizium-Solarzelle. Da eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform und deren Betriebsabläufe identisch mit denjenigen der ersten Ausführungsform sind, mit der Ausnahme, dass ein Bereich auf der Oberfläche des polykristallinen Siliziumsubstrats 11, in dem eine Oberflächenstruktur gebildet wird, unterschiedlich ist, wird auf detaillierte Erklärungen abgesehen von diesem Unterschied verzichtet.
Eine Oberflächenstruktur wird nur um einen Teil der Oberfläche einer polykristallinen Silizium-Solarzelle nicht gebildet, der eine Elektrode auf der Lichteinfallseite berührt. Ein Füllfaktor kann auf diese Weise verbessert werden und die Eigenschaften von polykristallinen Silizium-Solarzellen können so verbessert werden. Ferner kann dies zur Musterbildung verwendet werden, wenn eine Störstellendiffusion mit hoher Dichte selektiv in einer Diffusionsschicht des Teils durchgeführt wird, der eine Elektrode auf der Lichteinfallseite kontaktiert, um einen exzellenten ohmschen Kontakt zu erreichen.
9-1 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Bereichs, in dem eine Oberflächenstruktur auf der Oberfläche des polykristallinen Siliziumsubstrats 11 für polykristalline Silizium-Solarzellen gemäß der zweiten Ausführungsform bearbeitet wird. 9-2 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Bereichs, in dem eine Oberflächenstruktur auf der Oberfläche des polykristallinen Siliziumsubstrats 11 für polykristalline Silizium-Solarzellen gemäß der zweiten Ausführungsform bearbeitet wird, und 9-2 stellt den Bereich vergrößert dar, in dem in 9-1 eine Oberflächenstruktur bearbeitet wird. Wie in den 9-1 und 9-2 gezeigt, wird in einem Elektrodenbildungsbereich 32 keine Oberflächenstruktur gebildet, in welchem eine Elektrode nach dem Oberflächenstrukturbildungsprozess auf der Oberfläche des polykristallinen Siliziumsubstrats 11 gebildet wird, sondern nur in einem Oberflächenstrukturbildungsbereich 31 zwischen den Elektrodenbildungsbereichen 32.
Der Elektrodenbildungsbereich 32 ist ein Bereich, in welchem 70 Gitterelektroden gebildet werden, und wird durch einen Gitterelektroden-Bildungsbereich 32a parallel zu einer Seite des quadratisch geformten polykristallinen Siliziumsubstrats 11 und einen Bereich 32b gebildet, in dem zwei Buselektroden senkrecht zu der Gitterelektrode gebildet sind. Das heißt, dass die Laseröffnungen 13 nicht in dem Elektrodenbildungsbereich 32 gebildet werden, sondern nur in dem Oberflächenstrukturbildungsbereich 31. Die Oberflächenstruktur wird durch isotrope Nassätzung gebildet. Da der Elektrodenbildungsbereich 32, in welchem die Laseröffnungen 13 nicht gebildet werden, nicht durch isotrope Nassätzung geätzt wird, wird dieser Bereich ein flacher Bereich. Ein Verfahren zur Bildung der Laseröffnungen 13 in dem Oberflächenstrukturbildungsbereich 31 wird nachstehend erläutert.
Es wird ein Fall erläutert, bei dem die Laseröffnungen 13 gebildet werden, die in einem Dreieckgitter mit einer Teilung von 14 μm ausgerichtet sind, wenn die Teilung des Elektrodenbildungsbereichs 32 in y-Richtung 2,2 mm ist und die Breite des Elektrodenbildungsbereichs 32 in y-Richtung 200 μm ist.
Die Anzahl der Laserstrahlteilungen durch den Laserstrahlteiler 4 ist 143 (y-Richtung) × 2 (x-Richtung) = 286. Eine Breite, die durch zeilenweise Laserstrahlbestrahlung bearbeitet werden kann, ist etwa 2 mm. Wenn die Bearbeitung entsprechend den Laserstrahlteilungsmustern durchgeführt wird, während die Distanz zwischen den Laserstrahlzentren in y-Richtung etwa 2,2 mm ist, wird ein flacher Bereich mit einer Breite von 200 μm erhalten.
Ähnlich der ersten Ausführungsform wird die Laserbearbeitung dergestalt durchgeführt, dass der Laserstrahl B gleichzeitig mit der Bewegung des polykristallinen Siliziumsubstrats 11 durch die Werkstücktransporteinheit 2 abgelenkt wird, wobei eine Wiederholungsfrequenz der Laserstrahlen 100 kHz ist, die zeilenweise Bestrahlungsrate des Laserstrahls in x-Richtung 2,42 m/Sekunde ist und die Geschwindigkeit, mit der die Werkstücktransporteinheit 2 bewegt wird, und die zeilenweise Bestrahlungsrate des Laserstrahls in y-Richtung etwa 210 mm/Sekunde sind. Im Vergleich zu der ersten Ausführungsform ist die Geschwindigkeit, mit der die Werkstücktransporteinheit 2 bewegt wird, erhöht, und somit ist die Distanz zwischen den Laserstrahlzentren in y-Richtung 2,2 mm.
Da die Präzision der Positionen der einander in y-Richtung benachbarten Laserstrahlteilungsmuster schlechter als bei der ersten Ausführungsform ist, liegt ein Bereich vor, in dem die Laseröffnung 13 von einem Dreieckgitter versetzt ist. Da jedoch in der zweiten Ausführungsform der Elektrodenbildungsbereich 32 vorhanden ist, in welchen die Laseröffnungen 13 nicht gebildet werden, sind die Laserstrahl-Teilungsmusters in der y-Richtung nicht benachbart. Bei dieser Konfiguration ist der Bereich, in welchem die Laseröffnung 13 aus dem Dreieckgittermuster abweicht, nicht vorhanden.
Wenn der Elektrodenbildungsbereich 32 auf diese Weise in gleichem Abstand in y-Richtung gebildet wird, wird das Laserstrahlteilungsmusters auf einen Wert eingestellt, der erhalten wird, indem die Breite des Elektrodenbildungsbereichs 32 in y-Richtung von der Teilung des Elektrodenbildungsbereichs 32 subtrahiert wird, und der Oberflächenstrukturbildungsbereich 31 zwischen benachbarten Elektrodenbildungsbereichen 32 wird bearbeitet, indem einmal eine zeilenweise Laserbestrahlung durchgeführt wird. Die zeilenweise Laserstrahlbestrahlung wird einmal auf einem ersten Oberflächenstrukturbildungsbereich 31 durch ein entsprechendes Verfahren durchgeführt und wird anschließend einmal an einem zweiten Oberflächenstrukturbildungsbereich 31 durchgeführt, der dem ersten Oberflächenstrukturbildungsbereich 31 benachbart ist, wobei der Elektrodenbildungsbereich 32, der ein nicht bearbeiteter Bereich ist, der nicht der zeilenweisen Laserbestrahlung unterzogen wird, dazwischen liegt. Die zeilenweise Laserstrahlbestrahlung auf dem ersten Oberflächenstrukturbildungsbereich 31 und dem zweiten Oberflächenstrukturbildungsbereich 31 ist als eine Prozesseinheit definiert und durch mehrmaliges Wiederholen dieser Prozesseinheit auf der gesamten Oberfläche des ätzbeständigen Films 12 können die in einer periodischen geometrischen Struktur mit einer präzisen Teilung ausgerichteten Laseröffnungen 13 auf der gesamten Oberfläche des ätzbeständigen Films 12 erhalten werden.
Wie vorstehend beschrieben ist ähnlich der ersten Ausführungsform der Laserstrahlteiler 4, der einen Laserstrahl in ein periodisches Muster eines Laserstrahls mit einer periodischen geometrischen Struktur teilt, in der zweiten Ausführungsform vorgesehen.
Bei der Laserbearbeitung zur Durchführung der zeilenweisen Laserstrahlbestrahlung gleichzeitig mit der Bewegung des Werkstücks 1 können die in einem periodischen Muster mit einer präzisen Teilung ausgerichteten Laseröffnungen 13 mit hoher Geschwindigkeit in einer periodischen Laserstrahl-Mustereinheit gebildet werden. Die Abweichung der Laseröffnungen 13 von einer periodischen Struktur, die durch eine Fehlausrichtung der Laserstrahlablenkung und der zeilenweisen Bestrahlung durch den Laserstrahldeflektor 5 und den Versatz der synchronen Steuerung der zeilenweisen Laserbestrahlung durch den Laserstrahldeflektor 5, des Transports des Werkstücks 1 durch die Werkstücktransporteinheit 2 und der Laseroszillation verursacht werden, werden auf diese Weise unterdrückt. Die in dem periodischen Muster mit einer präzisen Teilung ausgerichteten Öffnungen 13 können mit hoher Geschwindigkeit bearbeitet werden.
Ferner wird gemäß der zweiten Ausführungsform der Elektrodenbildungsbereich 32, in welchem die Laseröffnung 13 nicht gebildet wird, mit einer gleichen Teilung vorgesehen, und ein Bereich zwischen den Elektrodenbildungsbereichen 32 wird durch einmalige zeilenweise Laserbestrahlung durch den Laserstrahldeflektor 5 bearbeitet. Demgemäß sind die Laserstrahlteilungsmuster in der y-Richtung einander nicht benachbart und der Bereich, in welchem die Laseröffnung 13 von dem Dreieckgittermuster abweicht, tritt nicht auf. Daher können die Laseröffnungen 13 in einem Muster gebildet werden, das in allen gewünschten Bereichen eine gleiche Teilung hat, unabhängig von der Abweichung der Laseröffnungen 13 von der periodischen Struktur, welche durch eine Fehlausrichtung der Laserstrahlablenkung und der zeilenweisen Bestrahlung durch den Laserstrahldeflektor 5 und den Versatz der synchronen Steuerung der zeilenweisen Laserbestrahlung durch den Laserstrahldeflektor 5, des Transports des Werkstücks 1 durch die Werkstücktransporteinheit 2 und der Laseroszillation verursacht werden.
Auch in der vorliegenden Ausführungsform sind Zahlenwerte, die in den vorstehenden Erläuterungen genannt wurden, typische Werte, mit welchen die vorliegende Erfindung verwirklicht werden kann, und es ist überflüssig zu erwähnen, dass die Effekte der vorliegenden Erfindung nicht auf Fälle beschränkt sind, in welchen diese Zahlenwerte verwendet werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie vorstehend beschriebenen ist die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nützlich zur Bildung von Öffnungen, die in einer periodischen geometrischen Struktur ausgerichtet sind.
Bezugszeichenliste

1: Werkstück
2: Werkstückstransporteinheit
3: Laseroszillator
4: Laserstrahlteiler
5: Laserstrahldeflektor
5a: Laserstrahldeffektor
5b: Laserstrahldeflektor
6: Kondensor (Fθ-Linse)
10: bearbeitbarer Bereich
11: polykristallines Siliziumsubstrat
12: ätzbeständiger Film
13: Laseröffnung
14: Oberflächenstruktur
14a: konkaver Teil
21: Ortskurve der Mitte des Laserstrahls (Laserstrahlzentrum)
22: Ortskurve eines taserstrahlzentrums, wenn der Laserstrahl nicht in y-Richtung abgelenkt wird

23: Pfeil
31: Oberflächenstrukturbildungsbereich
32: Elektrodenbildungsbereich
32a: Gitterelektrodenbildungsbereich
32b: Buselektrodenbildungsbereich

Claims

Laserbearbeitungsvorrichtung, enthaltend: eine Werkstücktransporteinheit, die ein Werkstück mit seiner zu bearbeitenden Oberfläche nach oben weisend hält und das Werkstück mit einer konstanten Geschwindigkeit in einer ersten Richtung transportiert; einen Laseroszillator, der einen gepulsten Laserstrahl emittiert; einen Laserstrahlteiler, der den von dem Laseroszillator emittierten gepulsten Laserstrahl in ein periodisches Muster eines Laserstrahls teilt, das eine vorbestimmte periodische Struktur hat; einen ersten Laserstrahldeflektor, der den von dem Laserstrahlteiler geteilten gepulsten Laserstrahl in einer zu einer ersten Richtung im Wesentlichen orthogonalen Richtung auf die zu bearbeitende Oberfläche zeilenweise strahlt; einen zweiten Laserstrahldeflektor, der den von dem ersten Laserstrahldeflektor abgelenkten geteilten gepulsten Laserstrahl in der ersten Richtung auf die zu bearbeitende Oberfläche einstellt und ablenkt, so dass ein resultierender Laserstrahl auf die zu bearbeitende Oberfläche mit einer konstanten Geschwindigkeit zeilenweise gestrahlt wird, die gleich einer Geschwindigkeit ist, mit welcher das Werkstück transportiert wird; und einen Kondensor, der den von dem zweiten Laserstrahldeflektor abgelenkten gepulsten Laserstrahl auf der zu bearbeitenden Oberfläche sammelt, wobei ein durch den Laserstrahlteiler gebildetes periodisches Muster durch einen Impuls des gepulsten Laserstrahls bearbeitet wird.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der gepulste Laserstrahl kontinuierlich oszilliert wird, wenn der gepulste Laserstrahl zeilenweise gestrahlt wird.
Laserbearbeitungsverfahren, bei welchem ein gepulster Laserstrahl von zwei Laserstrahldeflektoren auf eine zu bearbeitende Oberfläche zeilenweise aufgestrahlt wird, deren Richtungen der zeilenweisen Bestrahlung im wesentlichen orthogonal zueinander sind, während ein Werkstück mit einer konstanten Geschwindigkeit in einer Richtung bewegt wird, wobei seine zu bearbeitende Oberfläche nach oben weist, um die Laserbearbeitung durchzuführen, welches Verfahren enthält: zeilenweises Strahlen des gepulsten Laserstrahls durch einen der beiden Laserstrahldeflektoren in einer zu einer Bewegungsrichtung des Werkstücks orthogonalen Richtung gleichzeitig mit einem Laserstrahl durch den anderen der Laserstrahldeflektoren mit einer konstanten Geschwindigkeit, die gleich einer Geschwindigkeit ist, mit welcher das Werkstück bewegt wird; zeilenweises Strahlen eines gepulsten Laserstrahls, während der gepulste Laserstrahl in ein periodisches Muster eines gepulsten Laserstrahls geteilt wird, das eine vorbestimmte periodische Struktur hat; und kontinuierliches Oszillieren des gepulsten Laserstrahls, wenn der gepulste Laserstrahl zeilenweise gestrahlt wird, um so ein durch den Laserstrahlteiler gebildetes periodisches Muster durch einen Impuls des gepulsten Laserstrahls zu bearbeiten.
Laserbearbeitungsverfahren nach Anspruch 3, bei welchem ein erster Prozess des zeilenweisen Bestrahlens, bei welchem der gepulste Laserstrahl auf einen ersten Bereich der zu bearbeitenden Oberfläche zeilenweise gestrahlt wird, wo der gepulste Laserstrahl zeilenweise gestrahlt wird, und ein zweiter Prozess des zeilenweisen Bestrahlens, bei welchem der gepulste Laserstrahl auf einen zweiten Bereich zeilenweise gestrahlt wird, wo der gepulste Laserstrahl zeilenweise gestrahlt wird, der dem ersten Bereich benachbart ist, wobei ein nicht bearbeiteter Bereich, auf welchen der gepulste Laserstrahl nicht gestrahlt wird, dazwischen liegt, auf der zu bearbeitenden Oberfläche ausgeführt werden.
Verfahren zur Herstellung einer Fotovoltaikvorrichtung, enthaltend: Bilden eines ätzbeständigen Films, der eine Beständigkeit gegen Nassätzung hat, auf einer zu bearbeitenden Oberfläche eines als ein Werkstück dienenden Siliziumsubstrats; Bilden einer Öffnung in dem ätzbeständigen Film durch das Laserbearbeitungsverfahren nach Anspruch 3 oder 4; und Durchführen der Nassätzung an dem Werkstück durch die Öffnung, wodurch eine Unebenheit auf einer Oberfläche des Siliziumsubstrats gebildet wird.