DE112009005060B4

DE112009005060B4 - Laserbearbeitungsverfahren und Laserbearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112009005060B4
Application number: DE112009005060.3T
Authority: DE
Inventors: Shinsuke Yura; Tatsuki Okamoto; Tomotaka Katsura; Daiji Morita
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2017-10-19
Anticipated expiration: 2029-07-11
Also published as: JPWO2011004437A1; JP4826861B2; WO2011004437A1; US20120074105A1; CN102470481A; DE112009005060T5; CN102470481B

Abstract

Laserbearbeitungsverfahren, das folgende Schritte aufweist: gleichzeitig mit der Bestrahlung eines Werkstücks (10, 11) mit einem Laserstrahl (101) erfolgendes Abgeben eines säulenförmigen Strahls eines Reinigungsfluids (112), dessen Durchmesser größer ist als der des Laserstrahls (101), im wesentlichen längs derselben Achse wie der optischen Achse des Laserstrahls (101), und Bearbeiten des Werkstücks (10, 11), wobei bei der Bearbeitung einer Dünnschicht (10) auf einem Substrat (11) ein Strahlprofil oder eine Strahlstärke des Laserstrahls (101) an einer Stelle auf der Seite einer Substratoberfläche gegenüber von der mit dem Laserstrahl (101) bestrahlten Substratoberfläche sowie auf der optischen Achse des Laserstrahls (101) gemessen wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Laserbearbeitung, mit dem bzw. der unter Verwendung eines Laserstrahls eine Dünnschicht auf einem Substrat für eine Flachschirmvorrichtung, wie zum Beispiel eine Dünnschicht-Solarzelle, eine Flüssigkristallvorrichtung, eine organische Elektrolumineszenzvorrichtung und eine Plasmaanzeigevorrichtung, bearbeitet wird.
EINSCHLÄGIGER STAND DER TECHNIK
Ein Laserstrahl wird im allgemeinen dazu verwendet, eine Dünnschicht auf einem Substrat zu trennen (wobei dies im Folgenden als Ritzen bezeichnet wird). Beim herkömmlichen Ritzen unter Verwendung des Laserstrahls (Laserritzen) wird ein für eine Lichtabsorptionswellenlänge der Dünnschicht ausgelegter Laserstrahl zum Erwärmen der Dünnschicht oder zum Erwärmen einer in der Schicht enthaltenen partiellen Komponente verwendet, und unter Nutzung der Verdampfung desselben wird ein mit dem Laserstrahl bestrahlter Bereich der Dünnschicht entfernt (siehe z. B. Patentdokument 1).
Da eine dabei entfernte Dünnschicht in Form von Staub auf dem Substrat haften bleibt, ist eine Reinigung nach dem Laserritzen von essentieller Bedeutung. Aus diesem Grund werden Versuche unternommen, die Laserstrahl-Bestrahlung und die Reinigung gleichzeitig auszuführen (siehe z. B. Patentdokument 2).
Wenn das Substrat groß ausgebildet ist, muss eine Vielzahl von Ritzlinien viele Male für ein einziges Substrat gebildet werden, und im Hinblick auf das Ritzen einer aus mehreren Lagen bestehenden Dünnschicht ist ein Überwachungsverfahren zum Verbessern der Genauigkeit der Position einer Ritzlinie zwischen den Dünnschichten bekannt (siehe z. B. Patentdokument 3).
Im Gegensatz dazu ist ein Laserbearbeitungsverfahren bekannt, das eine Wassersäule (Wasserstrahl) als optischen Wellenleiter verwendet, um sowohl einen Laserstrahl als auch einen Wasserstrahl auf den gleichen Bearbeitungsbereich zu richten (siehe z. B. Nichtpatentdokument 1).
Die Druckschriften JP 2005 034 862 A und JP 2008 238 260 A betreffen jeweils Laserbearbeitungsverfahren, bei denen gleichzeitig mit der Bestrahlung eines Werkstückes mit einem Laserstrahl ein säulenförmiger Strahl eines Reinigungsfluids entlang einer optischen Achse des Laserstrahls abgegeben wird, wobei der Durchmesser des säulenförmigen Strahls größer als der des Laserstrahls ist.
Weitere Dokumente des Standes der Technik
Patentdokumente
Patentdokument 1

Ungeprüfte japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung JP 01-140 677 A (Seite 2, Spalte links unten, Zeile 12 bis Spalte rechts unten, Zeile 20)

Patendokument 2

Ungeprüfte japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung JP 2006-315 030 A (Absätze [0018] bis [0020] und 1)

Patentdokument 3

Ungeprüfte japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung JP 2008-071 874 A (Absätze [0040] bis [0046] und 1)

Nichtpatentdokument 1”

Laser-Doped Silicon Solar Cells by Laser Chemical Processing (LCP) Exceeding 20% Efficiency”, 33rd IEEE Photovoltaic Specialist Conference, 12.–16. Mai 2008, St. Diego, CA.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Mit der Erfindung zu lösende Aufgabe
Bei den vorstehend beschriebenen herkömmlichen Laserbearbeitungsverfahren wird jedoch durch das Ritzen eine große Menge an Staub erzeugt. Aus diesem Grund gibt es ein Verfahren, bei dem ein Substrat von einer einer Dünnschichtlage des Substrats gegenüberliegenden Position mit einem Laserstrahl bestrahlt wird, um die an der Oberfläche der Dünnschichtlage erzeugten Staubpartikel unter Verwendung eines Staubsammlers mit großer Kapazität zu entfernen, oder ein solches Verfahren, wie das Ritzen, wird innerhalb einer Reinigungswanne ausgeführt.
Ein Problem bei diesen Verfahren besteht jedoch darin, dass aufgrund der Tatsache, dass ein Laserstrahl von der Substratoberfläche reflektiert wird und dadurch Verluste entstehen, ein den Laserstrahl hindurchlassendes Substrat in geeigneter Weise ausgewählt werden muss. Ein weiteres Problem besteht darin, dass durch das Verfahren zum Entfernen der Staubpartikel mit einem Staubsammler mit großer Kapazität die Größe der Vorrichtung zunimmt und dadurch wiederum Geräusche entstehen und die Kosten steigen.
Weiterhin besteht ein Problem bei dem Ritzverfahren in einer Reinigungswanne darin, dass ein größeres Substrat zum Verbrauch einer großen Menge eines Reinigungsfluids führt, so dass die Belastung für die Umwelt steigt. Im Hinblick auf die positionsmäßige Steuerung der Ritzlinie gibt es ein Verfahren zum Bestrahlen eines Substrats mit einem Laserstrahl zum Erfassen einer Position, ausgehend von einem Fleckenmuster; ein Problem bei diesem Verfahren besteht jedoch darin, dass die Position nicht exakt festgestellt werden kann, wenn ein Fremdmaterial, wie z. B. Staubpartikel und/oder Wassertröpfchen, auf dem Substrat vorhanden sind.
Weiterhin besteht ein Problem bei dem Verfahren, das eine Wassersäule (Wasserstrahl) als Laserstrahlführung verwendet, aufgrund der Expansion des Laserstrahls auf die gesamte Querschnittsfläche der Wassersäule dahingehend, dass eine minimale Oberfläche einer Bearbeitungsregion nicht kleiner gemacht werden kann als die minimale Querschnittsfläche der Wassersäule.
Die vorliegende Erfindung zielt auf die Überwindung der vorstehend geschilderten Probleme ab, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Laserbearbeitungsverfahrens und einer Laserbearbeitungsvorrichtung, mit dem bzw. der sich ein feiner Ritzvorgang ohne Notwendigkeit eines großen Staubsammlers und einer großen Menge eines Reinigungsfluids beim Ritzen einer Dünnschicht auf einem Substrat unter Verwendung eines Laserstrahls in akkurater Weise ausführen lassen.
Mittel zum Lösen der Aufgabe
Im Hinblick auf das Verfahren wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 und im Hinblick auf die Laserbearbeitungsvorrichtung durch den Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruchs 5 gelöst, wobei vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen angegeben sind.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Bei der vorliegenden Erfindung wird das Laserritzen durch Abgeben eines Strahls eines Reinigungsfluids in einem Bearbeitungsbereich gleichzeitig mit der Laserstrahl-Bestrahlung ausgeführt, und während der Ablösung erzeugte Staubpartikel werden in dem Reinigungsfluid aufgefangen. Somit kommt es zu keinem Streuen von Staubpartikeln, und die Staubpartikel können nicht in der Umgebung der Bearbeitungsregion sowie an optischen Komponenten der Laserbearbeitungsvorrichtung haften bleiben, so dass die Laserbearbeitung ohne die Notwendigkeit eines Staubsammlers und einer großen Menge an Reinigungsfluid ausgeführt werden kann.
Ferner kann durch das Erfassen einer Position einer Bearbeitungsstelle, während ein Strahl des Reinigungsfluids in der Bearbeitungsregion abgegeben wird, die Position selbst auf einem solchen Substrat exakt festgestellt werden, an dem Fremdkörper, wie zum Beispiel Staubpartikel und/oder Wassertröpfchen anhaften, während die Fremdkörper von dem Substrat entfernt werden.
Weiterhin ist der fokussierte Laserstrahl in einer derartigen Position angeordnet und hinsichtlich des Durchmessers derart dimensioniert, dass der Laserstrahl nicht mit der Innenwandung der Düse in Berührung tritt und der Laserstrahl sodann durch das Reinigungsfluid hindurchgeht, so dass eine Feinbearbeitung innerhalb der Fokussiergrenze des Laserstrahls ausgeführt werden kann.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Konfiguration einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
2 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung einer Konfiguration eines Arbeitskopfes der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
3 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung einer weiteren Konfiguration des Arbeitskopfes der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
4 einen Satz vergrößerter Schnittdarstellungen zur Erläuterung von Herstellungsvorgängen einer Dünnschicht-Solarzellentafel, die mit dem Laserbearbeitungsverfahren unter Verwendung der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung hergestellt wird;
5 eine von oben gesehene Draufsicht zur Erläuterung einer Gesamtkonfiguration der Dünnschicht-Solarzellentafel, die mit dem Laserbearbeitungsverfahren unter Verwendung der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung bearbeitet worden ist;
6 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung einer Konfiguration eines Arbeitskopfes einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung;
7 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung einer Konfiguration eines Arbeitskopfes einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung;
8 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung einer Konfiguration eines Arbeitskopfes einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung;
9 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung einer Konfiguration eines Arbeitskopfes einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung;
10 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung einer Konfiguration eines Arbeitskopfes einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 6 der vorliegenden Erfindung;
11 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung einer Konfiguration eines Arbeitskopfes einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 7 der vorliegenden Erfindung;
12 einen Satz von Darstellungen zur Erläuterung eines Beobachtungszeitraums zum Zeitpunkt der Laserbearbeitung unter Verwendung der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 7 der vorliegenden Erfindung; und
13 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung einer Konfiguration eines Arbeitskopfes einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 8 der vorliegenden Erfindung.
BESTE ART UND WEISE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Ausführungsbeispiel 1
Im Folgenden wird das Ausführungsbeispiel 1 unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Gesamtkonfiguration einer Laserbearbeitungsvorrichtung 201 unter Verwendung eines Laserbearbeitungsverfahrens gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt eine Schnittdarstellung zur Erläuterung einer Konfiguration eines Arbeitskopfes 161 zum Zeitpunkt der Laserstrahl-Bestrahlung bei der Laserbearbeitungsvorrichtung 201 gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
Wie unter Bezugnahme auf 1 ersichtlich, weist die Laserbearbeitungsvorrichtung 201 eine Laserstrahlquelle 160, die einen Laserstrahl 101 emittiert, eine Fluidströmungssteuerung 170, die Reinigungsfluid 112 auf ein isolierendes Substrat 11 leitet und eine Strömungsgeschwindigkeit des Fluids steuert, sowie einen Arbeitskopf 161 auf, der den Laserstrahl 101 von der Laserstrahlquelle 160 fokussiert und eine Dünnschicht 10 auf dem isolierenden Substrat 11 mit dem fokussierten Laserstrahl 101 bestrahlt, und zwar gleichzeitig mit der gerichteten Abgabe eines Strahl des Reinigungsfluids 112 von der Fluidströmungssteuerung 170.
Wie in 2 gezeigt ist, besitzt der Arbeitskopf 161 als wesentliche Bestandteile eine Linse 102, die den Laserstrahl 101 von der Laserstrahlquelle 160 fokussiert, eine Rohreinrichtung 111, um in Abstrahlrichtung des Laserstrahls 101 eine Wasserströmung des zuzuführenden Reinigungsfluids 112 einzuleiten, wobei die Geschwindigkeit der Wasserströmung unter Verwendung der Fluidströmungssteuerung 170 gesteuert wird, sowie eine Düse 113, die den fokussierten Laserstrahl 101 gleichzeitig mit der als Reinigungsfluid 112 dienenden Wasserströmung auf die Bearbeitungsregion auf dem Substrat richtet.
Die Düse 113 ist im wesentlichen um die optische Achse des fokussierten Laserstrahls 101 herum an einer derartigen Stelle angeordnet sowie hinsichtlich ihres Durchmessers derart dimensioniert, dass der fokussierte Laserstrahl nicht mit der Innenwandung der Düse 113 in Berührung tritt. An der Rohreinrichtung 111 ist ein Eintrittsfenster 147 vorgesehen, durch das der fokussierte Laserstrahl 101 in das Reinigungsfluid 112 eintritt sowie in Richtung auf die Düse 113 geführt wird. Der Übergang zwischen dem Eintrittsfenster 147 und der das Reinigungsfluid 112 umschließenden Rohreinrichtung 111 ist mittels eines Dichtungsrings 114 abgedichtet.
Aufgrund dieser Konfiguration gibt die Düse 113 gleichzeitig mit der Bestrahlung mit dem Laserstrahl 101 einen säulenförmigen Strahl des Reinigungsfluids 112, dessen Durchmesser größer ist als der eines Laserstrahls 101, im wesentlichen längs der gleichen Achse wie der optischen Achse des Laserstrahls ab.
Im Folgenden wird die Arbeitsweise der Laserbearbeitungsvorrichtung 201 gemäß Ausführungsbeispiel 1 beschrieben. Unter Bezugnahme auf 2 bewegt sich der für die Bearbeitung zu verwendende Laserstrahl 101 in einer Richtung A von der Laserstrahlquelle 160 weg.
Während der Laserstrahl 101 mittels einer Linse 102 in Richtung auf eine Bearbeitungsstelle 110 der Dünnschicht 10 auf dem isolierenden Substrat 11 fokussiert oder bildlich fokussiert wird, tritt der Laserstrahl 101 durch das Eintrittsfenster 147 in das Reinigungsfluid 112 ein, bei dem es sich zum Beispiel um reines Wasser handeln kann und das durch die Rohreinrichtung 111 geführt wird.
Der Laserstrahl 101 pflanzt sich während seiner Fokussierung bzw. Bildfokussierung in dem Reinigungsfluid 112 fort, und die auf dem isolierenden Substrat 11 gebildete Dünnschicht 10 wird mit dem Strahl in einer gewünschten Formgebung bestrahlt, wobei dies gleichzeitig mit der Abgabe des Strahls des Reinigungsfluids 112 von der Düse 113 stattfindet. Ein Bereich der mit dem Laserstrahl 101 bestrahlten Dünnschicht 10 absorbiert den Laserstrahl 101 und wird aufgrund von Wärmeerzeugung abgelöst und anschließend von dem isolierenden Substrat 11 entfernt.
Im Gegensatz dazu wird das für die Reinigung verwendete Reinigungsfluid 112 von der Fluidströmungssteuerung 170 in einer Richtung B durch die Rohreinrichtung 111 zugeführt, wie dies in 2 gezeigt ist. Das Reinigungsfluid 112 ändert seine Strömungsrichtung an dem Endbereich der Rohreinrichtung 111 in die Richtung A und wird in die Düse 113 geführt, so dass seine Strömung gleichgerichtet wird und anschließend in Richtung auf die auf dem isolierenden Substrat 11 ausgebildete Dünnschicht 10 abgegeben wird.
Der abgegebene Strahl des Reinigungsfluids 112 fängt Staubpartikel auf, die aufgrund der Ablösung der Dünnschicht 10 auf dem isolierenden Substrat 11 als Folge der Bestrahlung mit dem Laserstrahl 101 erzeugt werden, und entfernt diese Staubpartikel von dem Substrat 11. Das Staubpartikel enthaltende Reinigungsfluid 112 wird unter Verwendung einer nicht gezeigten Rückgewinnungseinheit zurückgewonnen.
Durch das Bewegen des Arbeitskopfes 161 relativ zu dem isolierenden Substrat 11 erfolgt die Bestrahlung mit dem Laserstrahl 101 in linearer Weise, und unter Entwicklung einer linearen Ablösung an der Dünnschicht 10 wird das isolierende Substrat 11 geritzt, während Staubpartikel entfernt werden.
Auf diese Weise erfolgt das Laserritzen unter Abgabe des Strahls des Reinigungsfluids 112 an der Bearbeitungsstelle 110 gleichzeitig mit der Bestrahlung der Bearbeitungsstelle mit dem Laserstrahl 101, wobei die durch die Ablösung erzeugten Staubpartikel in dem Fluid 12 aufgefangen werden. Somit erfolgt kein Verstreuen der Staubpartikel, und ein Haftenbleiben der Staubpartikel in der Umgebung der Bearbeitungsregion sowie an optischen Komponenten der Laserbearbeitungsvorrichtung wird verhindert, so dass die Bearbeitung ohne Notwendigkeit eines Staubsammlers und einer großen Menge an Reinigungsfluid erzielt wird.
Indem der Strahl des Reinigungsfluids 112 auf die Bearbeitungsstelle 110 gerichtet wird, kann ein Bereich, der ansonsten während des Ritzvorgangs nicht vollständig von dem Substrat abgelöst worden ist, entfernt werden, und der Reinigungsvorgang nach dem Ritzen kann dadurch eliminiert oder vereinfacht werden. Darüber hinaus kann das Abkühlen der Bearbeitungsstelle 110 beschleunigt werden, so dass eine Kristallisierung der Dünnschicht 10 in der Umgebung der Bearbeitungsstelle 110 verhindert wird, wobei es sich um eine Ursache für einen Leckagestrom-Übertragungsweg im Fall einer seriellen Verbindung handelt.
Darüber hinaus befindet sich die Düse 113 an einer derartigen Stelle und ist hinsichtlich ihres Durchmessers derart dimensioniert, dass der fokussierte Laserstrahl 101 nicht mit der Innenwandung der Düse 113 in Kontakt tritt, so dass eine Feinbearbeitung bis zu der Fokussierungsgrenze des Laserstrahls ausgeführt werden kann.
Da ferner der Laserstrahl 101 durch das Reinigungsfluid 112 hindurchgeht, das einen höheren Brechungsindex als Gas aufweist, kann der Strahl 101 auf einen kleinen Punkt fokussiert werden, und ein Reflexionsverlust an der Oberfläche der Dünnschicht 10 kann im Vergleich zu einer direkten, aus der Luft erfolgenden Bestrahlung der Dünnschicht 10 mit dem Laserstrahl 101 reduziert werden. Dadurch kann die Ritzbreite vermindert werden, und es kann ein effizienter Ritzvorgang stattfinden.
Der Laserstrahl 101 wird in Abhängigkeit von den Lichtabsorptionseigenschaften der zu ritzenden Dünnschicht 10 ausgewählt. Für eine Dünnschicht-Solarzelle werden zum Beispiel eine Grundwelle (deren Wellenlänge ca. 1 μm beträgt), eine zweite Harmonische (deren Wellenlänge ca. 0,5 μm beträgt) und eine dritte Harmonische (deren Wellenlänge ca. 0,3 bis 0,4 μm beträgt) eines Festkörperlasers oder eines Faserlasers, wie zum Beispiel eines YAG-Lasers, verwendet.
In Abhängigkeit von den Ablöseeigenschaften der zu ritzenden Dünnschicht 10 kann es sich bei dem verwendeten Laserstrahl 101 auch um einen Mikrosekunden-, Nanosekunden- oder Picosekunden-gepulsten Laser oder um einen Dauerstrichlaser handeln.
In der vorstehenden Beschreibung ist ein Beispiel veranschaulicht worden, bei dem reines Wasser als Reinigungsfluid verwendet wird; es kann jedoch auch eine Flüssigkeit verwendet werden, die eine chemische Reaktion der zu ritzenden Dünnschicht 10 durch die Bestrahlung mit dem Laserstrahl 101 hervorruft oder beschleunigt. Zum Beispiel kann eine alkalische Lösung, wie etwa eine KOH-Lösung oder eine saure Lösung, wie HNO3, verwendet werden.
Ferner ist in der vorstehenden Beschreibung ein Beispiel veranschaulicht worden, bei dem eine Glasplatte für das isolierende Substrat 11 verwendet wird; es kann jedoch auch eine flexible Harzschicht verwendet werden.
Die zu ritzende Dünnschicht 10 kann nicht nur mit einem Verfahren zum direkten Ablösen mittels des Laserstrahls 101 partiell abgelöst werden, sondern auch mit einem Verfahren zum Absorbieren des Laserstrahls 101 in einer unter der Dünnschicht 10 liegenden Dünnschicht-Lage, sowie zum Ablösen der Dünnschicht 10 gleichzeitig mit dem Ablösen der Dünnschicht-Lage oder mit einem Verfahren zum Ablösen der Dünnschicht 10 unter Verwendung von von der Dünnschicht-Lage geleiteter Wärme.
Darüber hinaus kann ein Prisma 103, wie es in 3 gezeigt ist, anstelle des Eintrittsfensters 147 vorgesehen sein. In diesem Fall kann nicht nur der fokussierte Laserstrahl 101 im wesentlichen in der gleichen Richtung wie der Eintrittsrichtung in das Reinigungsfluid 112 eingeleitet werden, sondern es kann auch ein Braunwerden des Eintrittsfensters aufgrund von stagnierendem Reinigungsfluid 112 an einer Stelle, durch die der Laserstrahl 101 eintritt, verhindert werden. Ein Druckverlust, der bei Änderung der Strömung des Reinigungsfluids 112 in die Strömungsrichtung aus der Düse 113 auftritt, kann ebenfalls vermindert werden.
Bei Verwendung des Prismas 103 kann ein Brechungswinkel des Laserstrahls 101 auf einer Oberfläche des Prismas 103, durch die der Laserstrahl 101 hindurchgeht, verringert werden, indem der Unterschied zwischen den Brechungsindizes des Prismas 103 und der Reinigungsfluids 112 vermindert wird. Ein zwischen dem Prisma 103 und dem Reinigungsfluid 112 auftretender Reflexionsverlust kann ebenfalls reduziert werden.
Im Folgenden wird eine Dünnschicht-Solarzelle als Beispiel einer Halbleitervorrichtung beschrieben, die unter Verwendung der Laserbearbeitungsvorrichtung 201 mit dem Laserbearbeitungsverfahren gemäß Ausführungsbeispiel 1 bearbeitet wird. 4 zeigt einen Satz von vergrößerten Schnittdarstellungen zur Erläuterung von Herstellungsprozessen einer Dünnschicht-Solarzellentafel, die unter Verwendung der Strahlbearbeitungsvorrichtung 201 der 1 hergestellt wird, und 5 zeigt eine von oben gesehene Draufsicht zur Erläuterung einer Gesamtkonfiguration derselben.
4(g) zeigt eine vergrößerte schematische Schnittdarstellung zur Erläuterung der Dünnschicht-Solarzellentafel, die unter Verwendung der Laserbearbeitungsvorrichtung 201 hergestellt worden ist. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet das isolierende Substrat; das Bezugszeichen 12 (12a, 12b, 12c...) bezeichnet eine transparente Elektrode; das Bezugszeichen 13 (13a, 13b, 13c...) bezeichnet eine Stromerzeugungsschicht; das Bezugszeichen 14 (14a, 14b, 14c...) bezeichnet eine Rückseitenelektrode; das Bezugszeichen 15 (15a, 15b, 15c...) bezeichnet einen photoelektrischen Umwandlungsbereich; das Bezugszeichen 21 (21a, 21b, 21c...) bezeichnet einen ersten geritzten Bereich; das Bezugszeichen 22 (22a, 22b, 22c...) bezeichnet einen zweiten geritzten Bereich; und das Bezugszeichen 23 (23a, 23b, 23c...) bezeichnet einen dritten geritzten Bereich. Die Zusätze a, b und c bezeichnen die Klassifizierung des Stromerzeugungsbereichs.
Wie in 4(g) gezeigt, ist das transparente isolierende Substrat 11 vorhanden, das aus einer Glasplatte mit einer Dicke von 1 bis 3 mm gebildet ist und auf dem die transparente Elektrode 12 (12a, 12b, 12c) ausgebildet ist. Weiterhin ist als Stromerzeugungsschicht 13 (13a, 13b, 13c...) auf der transparenten Elektrode 12 (12a, 12b, 12c...) beispielsweise eine Halbleiterschicht aus amorphem Silizium mit einem PN-Übergang gebildet.
Außerdem ist auf der Stromerzeugungsschicht 13 (13a, 13b, 13c...) beispielsweise die Rückseitenelektrode 14 (14a, 14b, 14c...) z. B. aus Aluminium oder Silber gebildet. Dadurch wird optische Energie, die von dem isolierenden Substrat 11 her eintritt, in elektrische Energie umgewandelt.
Bei der Dünnschicht-Solarzelle wird zur Verbesserung der Effizienz bei der Stromerzeugung der photoelektrische Umwandlungsbereich 15 (15a, 15b, 15c...) nach dem Separieren des photoelektrischen Umwandlungsbereichs 15 (15a, 15b, 15c...) des isolierenden Substrats 11 in Reihe verbunden. Beim Separieren dieses photoelektrischen Umwandlungsbereichs wird ein Laserritzvorgang verwendet.
Als erstes wird die transparente Elektrode 12 auf der oberen Oberfläche des isolierenden Substrats 11 (4(a)) gleichmäßig ausgebildet (4(b)). In der transparenten Elektrode 12 werden die ersten geritzten Bereiche 21a, 21b... derart ausgebildet, dass die Laserbearbeitungsvorrichtung 201 gemäß Ausführungsbeispiel 1 die transparente Elektrode 12 in Form einer Linie partiell ablöst, und zwar unter Verwendung eines Laserstrahls, dessen Wellenlänge in der transparenten Elektrode 12 absorbiert wird, so dass die Region in ihrem bzw. ihren dem photoelektrischen Umwandlungsbereich 15 (15a, 15b, 15c...) entsprechenden Bereichen in die transparenten Elektroden 12a, 12b, 12c... geteilt wird (4(c)).
Als nächstes wird die Stromerzeugungsschicht 13 durch Dampfabscheidung auf das isolierende Substrat 11 aufgebracht, das mit den den photoelektrischen Umwandlungsbereichen 15a, 15b, 15c... entsprechenden Bereichen 12a, 12b, 12c... der transparenten Elektrode ausgebildet ist, wobei dies durch ein solches Verfahren wie Plasma-CVD erfolgt (4(d)); anschließend erfolgt mittels der Laserbearbeitungsvorrichtung 201 ein partielles Ablösen der Stromerzeugungsschicht 13 in Form einer Linie, wobei die transparente Elektrode 12 belassen bleibt, unter Verwendung eines Laserstrahls, dessen Wellenlänge nur in der Stromerzeugungsschicht 13 absorbiert wird. Durch die lineare Ablösung werden die zweiten geritzten Bereiche 22a, 22b... gebildet, und die Region wird entsprechend dem photoelektrischen Umwandlungsbereich 15a, 15b, 15c... in die Bereiche 13A, 13B, 13C... geteilt (4(e)).
Anschließend erfolgt das Abscheiden der Rückseitenelektrode 14 aus der Dampfphase auf dem isolierenden Substrat 11, das mit den Bereichen 13A, 13B, 13C... der Stromerzeugungsschicht 13 ausgebildet ist, die den photoelektrischen Umwandlungsbereichen 15a, 15b, 15c... entsprechen (4(f)). Anschließend werden in der Rückseitenelektrode 14 die dritten geritzten Bereiche 23a, 23b... durch partielles Ablösen der Rückseitenelektrode 14 sowie der Bereiche 13A, 13B, 13C... der Stromerzeugungsschicht 13 in Form einer Linie unter Verwendung der Laserbearbeitungsvorrichtung 201 gebildet, wobei die Regionen 13 und 14 in die Bereiche 13a, 13b, 13c... bzw. die Bereiche 14a, 14b, 14c... entsprechend den photoelektrischen Umwandlungsbereichen 15a, 15b, 15c... unterteilt sind (4(g)).
Die serielle Verbindung der jeweiligen photoelektrischen Umwandlungsbereiche 15a, 15b, 15c... miteinander erfolgt unter Teilen – unter Belassung der transparenten Elektrode 12 – der Region der Rückseitenelektrode 14 in die Bereiche 14a, 14b, 14c..., entsprechend dem photoelektrischen Umwandlungsbereich 15, sowie in die Bereiche 13a, 13b, 13c... der Stromerzeugungsschicht 13.
Bei der Dünnschicht-Solarzellentafel, wie sie in 5 gezeigt ist, wird eine Vielzahl von photoelektrischen Umwandlungsbereichen 15 auf dem isolierenden Substrat 11 mit einer Größe von einem Quadratmeter der Reihe nach verbunden, wobei die photoelektrischen Umwandlungsbereiche 15 durch eine Ritzlinie 16 geteilt sind, die den ersten geritzten Bereich 21, den zweiten geritzten Bereich 22 und den dritten geritzten Bereich 23 beinhaltet.
Wenn die Rückseitenelektrode 14 und die Bereiche 13A, 13B, 13C... der Stromerzeugungsschicht 13... entsprechend den photoelektrischen Umwandlungsbereichen 15a, 15b, 15c... in die Bereiche 14a, 14b, 14c und die Bereiche 13a, 13b, 13c... geteilt werden, so werden die Rückseitenelektrode 14 und die Stromerzeugungsschicht 13 unter Verwendung des Laserstrahls, dessen Wellenlänge sowohl in der Rückseitenelektrode 14 als auch in der Stromerzeugungsschicht 13 absorbiert wird, in Form einer Linie teilweise abgelöst.
Anstelle der Verwendung eines Laserstrahls, dessen Wellenlänge in der vorstehend beschriebenen Weise in beiden Elementen absorbiert wird, wenn die Rückseitenelektrode 14 und die Teilbereiche der Bereiche 13A, 13B, 13C... der Stromerzeugungsschicht 13 geteilt werden, kann auch ein Ablöseverfahren verwendet werden, bei dem der Laserstrahl in den Teilbereichen der Bereiche 13A, 13B, 13C... der Stromerzeugungsschicht 13 der Rückseitenelektrode 14 absorbiert wird und anschließend die Rückseitenelektrode 14 mit dem Ablösen der Bereiche 13A, 13B, 13C... der Stromerzeugungsschicht 13 abgelöst wird.
Es kann auch ein weiteres Ablöseverfahren verwendet werden, bei dem die Rückseitenelektrode 14 durch Wärme abgelöst wird, die von den Bereichen 13A, 13B, 13C... der Stromerzeugungsschicht 13 übertragen wird. Diese Verfahren erweitern den Auswahlumfang hinsichtlich des Typs der Rückseitenelektrode 14, des Laserstrahls oder dergleichen.
Bei jedem der vorstehend beschriebenen Ablösevorgänge werden durch Ausführung des Ritzvorgangs mit der Laserbearbeitungsvorrichtung 201 während der Abgabe des Strahls des Reinigungsfluids 112 während des Ablösevorgangs erzeugte Staubpartikel in dem Reinigungsfluid 112 aufgefangen. Somit kommt es zu keinem Verstreuen der Staubpartikel, und es wird verhindert, dass diese in der Umgebung der Bearbeitungsregion sowie an optischen Komponenten der Laserbearbeitungsvorrichtung haften bleiben, so dass eine Bearbeitung ohne Notwendigkeit eines Staubsammlers und einer großen Menge an Reinigungsfluid erzielt werden kann.
Wenn die vorstehend genannten drei Schichten geritzt werden, kann ferner die Region für das Ritzen, d. h. die Region von dem ersten geritzten Bereich 21 bis zu dem dritten geritzten Bereich 23, nicht zur elektrischen Stromerzeugung beitragen, und zur Reduzierung der Ritzregion muss die Breite des Ritzbereichs vermindert werden, und eine Feinbearbeitung kann bis zu der Fokussiergrenze des Laserstrahls unter Verwendung der Laserbearbeitungsvorrichtung 201 ausgeführt werden, wobei eine effiziente Zellentafel gebildet werden kann.
Da in der vorstehend beschriebenen Weise bei dem Ausführungsbeispiel 1 das Laserritzen unter Abgeben des Strahls des Reinigungsfluids 112 an der Bearbeitungsstelle 110 gleichzeitig mit dem Bestrahlen der Bearbeitungsstelle 110 mit dem Laserstrahl 101 stattfindet und die bei der Ablösung erzeugten Staubpartikel in dem Reinigungsfluid 112 aufgefangen werden, kommt es zu keinem Streuen der Staubpartikel, und diese können nicht in der Umgebung der Bearbeitungsregion sowie an optischen Komponenten der Laserbearbeitungsvorrichtung haften bleiben, so dass die Bearbeitung ohne Notwendigkeit eines Staubsammlers und einer großen Menge an Reinigungsfluid ausgeführt werden kann.
Durch die Abgabe des Strahls des Reinigungsfluids kann ferner ein Bereich, der sonst während des Ritzvorgangs nicht vollständig von dem Substrat abgelöst worden ist, ebenfalls entfernt werden, und der Reinigungsvorgang nach dem Ritzvorgang kann eliminiert oder vereinfacht werden. Ferner kann das Abkühlen der Bearbeitungsregion beschleunigt werden, so dass eine Kristallisierung der Umgebung der Bearbeitungsregion verhindert wird, bei der es sich um eine Ursache für einen Leckagestrom-Übertragungsweg im Fall einer seriellen Verbindung handelt.
Darüber hinaus befindet sich die Düse 113 an einer derartigen Stelle und ist in ihrem Durchmesser derart dimensioniert, dass der fokussierte Laserstrahl 101 nicht mit der Innenwandung der Düse 113 in Berührung tritt, so dass eine feine Bearbeitung bis zu der Fokussierungsgrenze des Laserstrahls stattfinden kann.
Da außerdem der Laserstrahl 101 durch das Reinigungsfluid 112 hindurchgeführt wird, dessen Brechungsindex höher ist als der eines Gases, kann der Laserstrahl im Vergleich zu der direkten, aus der Luft erfolgenden Bestrahlung einer Bearbeitungsregion mit dem Laserstrahl auf einen kleinen Punkt fokussiert werden, und der Reflexionsverlust an der Oberfläche der Bearbeitungsregion kann vermindert werden. Darüber hinaus kann die Breite des Ritzbereichs vermindert werden, und es kann ein effizienter Ritzvorgang stattfinden.
Beim Bilden der Dünnschicht-Solarzellentafel kann ferner nicht nur ein Haftenbleiben von Staubpartikeln an dieser verhindert werden, sondern es können auch Ritzbereiche, die nicht zur elektrischen Stromerzeugung beitragen, schmaler ausgebildet werden, so dass die zu der Stromerzeugung beitragenden Stromerzeugungsschichten erweitert werden können, so dass sich eine effiziente Stromerzeugung erreichen lässt.
Ausführungsbeispiel 2
6 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Konfiguration eines Arbeitskopfes 162 zum Zeitpunkt der Laserstrahl-Bestrahlung bei einer Laserbearbeitungsvorrichtung 202 gemäß Ausführungsbeispiel 2 weist anstelle der Linse 102 und des Prismas 103 für den Arbeitskopf 161 gemäß Ausführungsbeispiel 1, wie es in 3 dargestellt ist, eine Linse in Form einer Einheit mit einem Prisma 104 auf.
Die Konfiguration der übrigen Elemente sowie die Arbeitsweise von diesen sind ähnlich denen beim Ausführungsbeispiel 1, wobei einander entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in 3 bezeichnet sind und auf eine erneute Beschreibung derselben verzichtet wird.
Da bei dem Ausführungsbeispiel 2 die Linse 104 als Einheit mit dem Prisma verwendet wird, bei dem die Linse, die den Laserstrahl 101 oder ein Bild des Laserstrahls auf die Bearbeitungsstelle 110 fokussiert, und das als Eintrittsfenster dienende Prisma in Form einer integralen Einheit miteinander ausgebildet sind, bedeutet dies, dass eine Linse mit kurzer Brennweite verwendet werden kann und somit der Strahl auf eine kleine Fläche fokussiert werden kann, so dass eine Feinbearbeitung ermöglicht ist.
Darüber hinaus kann das Gewicht des Arbeitskopfes reduziert werden, indem die Größe des Arbeitskopfes und die Anzahl der Komponenten des optischen Systems reduziert sind. Beim Bewegen des Arbeitskopfes kann dieser um so schneller bewegt werden, je geringer das Gewicht des Arbeitskopfes ist.
Ausführungsbeispiel 3
7 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Konfiguration eines Arbeitskopfes 163 zum Zeitpunkt der Laserstrahl-Bestrahlung bei einer Laserbearbeitungsvorrichtung 203 gemäß Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung. Das Ausführungsbeispiel 3 weist ferner eine Strahlprofil-Messeinheit 120 zusätzlich zu dem Arbeitskopf 161 gemäß Ausführungsbeispiel 1 auf, wie es in 3 veranschaulicht ist.
Die Konfiguration von anderen Elementen sowie die Arbeitsweise von diesen sind ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel 1, wobei einander entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in 3 bezeichnet sind und auf eine Beschreibung von diesen verzichtet wird.
Wie in 7 gezeigt, ist die Strahlprofil-Messeinheit 120 mit einer Objektlinseneinheit 121, einem zweidimensionalen Sensor 122, wie zum Beispiel einem CCD, und einem optischen Filter 123 ausgebildet sowie in Bezug auf das isolierende Substrat 11 gegenüber von dem Arbeitskopf 161 angeordnet. Ein optischer Dämpfer 105 wird bei Bedarf in dem optischen Weg des Laserstrahls 101 angeordnet.
Bei dem Ausführungsbeispiel 3 ist die Strahlprofil-Messeinheit 120 in Bezug auf das isolierende Substrat 11 gegenüber von dem Arbeitskopf 161 angeordnet. Durch das Einstellen der Beobachtungsposition der Objektlinseneinheit 121 auf die Laserstrahl-Bestrahlungsfläche kann somit ein exaktes Bestrahlungs-Strahlprofil ohne den Einfluss des Reinigungsfluids gemessen werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Strahlprofil-Messeinheit 120 nicht notwendigerweise unter dem isolierenden Substrat 11 angeordnet ist. Ein Strahlprofil kann auch gemessen werden, indem ein zu dem isolierenden Substrat 11 äquivalentes Substrat in einem anderen Bereich angeordnet wird und der Arbeitskopf 161 beim Messen des Strahlprofils zu einer Stelle direkt über der Strahlprofil-Messeinheit 120 bewegt wird.
Ausführungsbeispiel 4
8 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Konfiguration eines Arbeitskopfes 164 zum Zeitpunkt einer Laserstrahl-Bestrahlung bei einer Laserbearbeitungsvorrichtung 204 gemäß Ausführungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung. Das Ausführungsbeispiel 4 beinhaltet ferner einen Leistungsmesser 132 zusätzlich zu dem Arbeitskopf 161 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1, wie es in 3 veranschaulicht ist.
Die Konfiguration der anderen Elemente sowie ihre Arbeitsweise ist ähnlich denen beim Ausführungsbeispiel 1, wobei einander entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in 3 bezeichnet sind und auf eine erneute Beschreibung derselben verzichtet wird.
Wie in 8 gezeigt, ist der Leistungsmesser 131 in Bezug auf das isolierende Substrat 11 gegenüber von dem Arbeitskopf 161 angeordnet.
Da bei dem Ausführungsbeispiel 4 der Leistungsmesser 131 in Bezug auf das isolierende Substrat 11 gegenüber von dem Arbeitskopf 161 angeordnet ist, kann eine exakte Leistung des Bestrahlungsstrahls gemessen werden, ohne dass dies durch das Reinigungsfluid beeinflusst wird.
Ausführungsbeispiel 5
9 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Konfiguration eines Arbeitskopfes 165 zum Zeitpunkt einer Laserstrahl-Bestrahlung bei einer Laserbearbeitungsvorrichtung 205 gemäß Ausführungsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung. Das Ausführungsbeispiel 5 beinhaltet ferner eine Distanzsensoreinheit 140 zusätzlich zu dem Arbeitskopf 161 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1, wie es in 3 veranschaulicht ist.
Die Konfiguration der übrigen Elemente sowie ihre Arbeitsweise sind ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel 1, wobei einander entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in 3 bezeichnet sind und auf eine Beschreibung derselben verzichtet wird.
Wie in 9 gezeigt, ist die Distanzsensoreinheit 140 mit einem Distanzsensor 141 und einem Strahlteiler 144 ausgebildet.
Wie unter Bezugnahme auf 9 ersichtlich, emittiert der Distanzsensor 141 einen Laserstrahl, um eine Distanz zu messen, indem ein von einer Messposition reflektierter Strahl erfasst wird. Bei einem Distanzsensor-Strahl 142, der als Steuerstrahl wirkt, handelt es sich um den von dem Distanzsensor 141 in einer Richtung C emittierten Laserstrahl, der von dem Strahlteiler 144 reflektiert wird und sich durch ein Strahlenbündel des Laserstrahl 101 sowie den Strahl des von der Düse 113 abgegebenen Reinigungsfluids 112 fortpflanzt und dann auf die Bearbeitungsstelle 110 gerichtet wird.
Der Distanzsensor-Strahl 142 wird von der Bearbeitungsstelle 110 reflektiert, und ein Distanzsensor-Strahl 143, bei dem es sich um den reflektierten Laserstrahl handelt, wird durch den Strahlteiler 144 in einer Richtung D reflektiert und zu dem Distanzsensor 141 zurückgeführt. Der Distanzsensor 141 erfasst als Steuerinformation eine Distanz zwischen sich und der Dünnschicht 10 unter Verwendung des zurückkehrenden Distanzsensor-Strahls 143.
Bei dem Ausführungsbeispiel 5 wird durch das Vorsehen der Distanzsensoreinheit 140 an dem Arbeitskopf 161 ein der Messung dienender Laserstrahl des Distanzsensors 141 durch dasselbe optische System wie das der Bearbeitung dienenden Laserstrahls 101 hindurchgeleitet. Auf diese Weise kann eine Veränderung bei der Distanz gegenüber dem Arbeitskopf bei einer mit dem Laserstrahl bestrahlten Position exakt gemessen werden.
Da die Position der Bearbeitungsstelle festgestellt wird, während ein Strahl des Reinigungsfluids 112 von der Düse 113 abgegeben wird, können Fremdkörper, wie zum Beispiel Staubpartikel und/oder Wassertröpfchen, auch von einem Substrat entfernt werden, an dem Fremdkörper anhaften, und die Position des Substrats kann exakt erfasst werden.
Ferner können durch das Trennen der Strahlregion zwischen dem Distanzsensorstrahl und dem Laserstrahl 101 geräuscharme Beobachtungen ausgeführt werden.
Es ist darauf hinzuweisen, dass unter Verwendung einer unterschiedlichen Wellenlänge bei dem Laserstrahl 101 und dem Strahl für den Distanzsensor 141 die Distanz unter Verwendung eines Wellenlängenfilters gleichmäßig gemessen werden kann.
Obwohl vorstehend ein Beispiel dargestellt ist, bei dem der einen Laserstrahl verwendende Distanzsensor 141 Verwendung findet, kann auch ein beliebiger anderer Typ eines Sensors verwendet werden, solange die Distanz unter Nutzung der Fortpflanzung des Strahls innerhalb des Strahlenbündels des der Bearbeitung dienenden Laserstrahls 101 gemessen werden kann.
Ausführungsbeispiel 6
10 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Konfiguration eines Arbeitskopfes 166 zum Zeitpunkt einer Laserstrahl-Bestrahlung in einer Laserbearbeitungsvorrichtung 206 gemäß Ausführungsbeispiel 6 der vorliegenden Erfindung. Im Vergleich zu dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel 1 weist das Ausführungsbeispiel 6 den Distanzsensor 141 zusätzlich zu dem Arbeitskopf 161 sowie ein Distanzmessungs-Eintrittsfenster 145 und eine Distanzmessungsdüse 146 zusätzlich zu der Rohreinrichtung 111 auf. Die Konfiguration der übrigen Elemente sowie die Arbeitsweise derselben sind ähnlich wie bei Ausführungsbeispiel 1, und einander entsprechende Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in 3 bezeichnet, wobei auf eine erneute Beschreibung derselben verzichtet wird.
Wie unter Bezugnahme auf 10 ersichtlich, wird der Distanzsensor-Strahl 142 von dem Distanzsensor 141 in einer Richtung E emittiert, wobei er durch das Distanzmessungs-Eintrittsfenster 141 hindurchgeht, in das Reinigungsfluid 112 eingeführt wird, sich durch einen Strahl des von der Distanzmessungsdüse 146 abgegebenen Reinigungsfluids 112 fortpflanzt und dann auf die auf dem isolierenden Substrat 11 gebildete Dünnschicht 10 gerichtet wird.
Der Distanzsensor-Strahl 142, der als Steuerstrahl wirkt, wird von der Dünnschicht 10 reflektiert. Der Distanzsensor-Strahl 143, bei dem es sich um den reflektierten Laserstrahl handelt, kehrt in das Reinigungsfluid 112 zurück, pflanzt sich durch den Strahl des von der Distanzmessungsdüse 146 abgegebenen Reinigungsfluids 112 fort und wird dazu veranlasst, durch das Distanzmessungs-Eintrittsfenster 145 in einer Richtung F zu dem Distanzsensor 141 zurückzukehren. Anhand des zurückkehrenden Distanzsensorstrahls 143 erfasst der Distanzsensor 141 die Distanz zwischen sich und der Dünnschicht 10, wobei diese Distanz als Steuerinformation dient.
In Ausführungsbeispiel 6 ist der Arbeitskopf 161 mit dem Distanzsensor 141 versehen, und der der Messung dienende Laserstrahl von dem Distanzsensor 141 wird durch das an der Rohreinrichtung 111 vorgesehene Distanzmessungs-Eintrittsfenster 145 hindurchgeführt und pflanzt sich durch den Strahl der von der Distanzmessungsdüse 146 abgegebenen Reinigungsflüssigkeit 112 fort. Auf diese Weise kann eine Veränderung in der Distanz von dem Arbeitskopf an der mit dem Laserstrahl bestrahlten Position exakt gemessen werden.
Die auf diese Weise ermittelte Distanzinformation kann zum Einstellen des Brennpunkts des Laserstrahls 101 verwendet werden.
Ausführungsbeispiel 7
11 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Konfiguration eines Arbeitskopfes 167 zum Zeitpunkt einer Laserstrahl-Bestrahlung bei einer Laserbearbeitungsvorrichtung 207 gemäß Ausführungsbeispiel 7 der vorliegenden Erfindung. Das Ausführungsbeispiel 7 weist ferner eine Beobachtungskameraeinheit 150 zusätzlich zu dem Arbeitskopf 161 gemäß dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel 1 auf.
Die Konfiguration der übrigen Elemente und ihre Arbeitsweise sind ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel 1, wobei einander entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in 3 bezeichnet sind und auf eine erneute Beschreibung derselben verzichtet wird.
Wie in 11 gezeigt, ist die Beobachtungskameraeinheit 150 mit einer Beobachtungskamera 151 und dem Strahlteiler 144 ausgebildet.
Wie unter Bezugnahme auf 11 ersichtlich, handelt es sich bei der Beobachtungskamera 151 um eine eindimensionale oder zweidimensionale Kamera, wie zum Beispiel eine CCD-Kamera. Der als Steuerstrahl wirkende Beobachtungsstrahl 152 wird von dem Strahlteiler 144 reflektiert, tritt durch das Strahlenbündel des Laserstrahls 101 hindurch und pflanzt sich durch den Strahl des von der Düse 113 abgegebenen Reinigungsfluids 112 fort, wobei die Bearbeitungsstelle 110 dann unter Vergrößerung beobachtet wird. Die als Steuerinformation dienende, von dem Laserstrahl bestrahlte Position kann unter Verwendung der Beobachtungskamera 151 ermittelt werden.
Da bei dem Ausführungsbeispiel 7 der Arbeitskopf 161 mit der Beobachtungskameraeinheit 150 versehen ist, so dass der der Messung dienende Laserstrahl 152 der Beobachtungskamera 151 dazu veranlasst werden kann, durch dasselbe optische System hindurchzugehen wie der der Bearbeitung dienende Laserstrahl 101, kann die Position der Bestrahlung mit dem Laserstrahl exakt beobachtet werden. Die auf diese Weise erzielte Abbildungsinformation kann zum Ermitteln der Position von Ritzbereichen in den vorangehenden Schritten bei Ritzvorgängen ab der zweiten Schicht sowie im Anschluss daran verwendet werden. Auf diese Weise kann die Abtastgenauigkeit des Laserstrahls verbessert werden.
Es ist darauf hinzuweisen, dass durch Variieren einer Wellenlänge zwischen dem Laserstrahl 101 und dem Beobachtungsstrahl 152 die Distanz unter Verwendung des Wellenlängenfilters gleichmäßig gemessen werden kann.
12 zeigt einen Satz von Darstellungen zur Erläuterung von Beobachtungszeiten. Wie unter Bezugnahme auf 12 ersichtlich, ist entlang der horizontalen Achse die Zeit aufgetragen, und entlang der vertikalen Achse ist die Intensität aufgetragen. 12(a) veranschaulicht Zeitintervalle für einen Laserpuls 153 und 12(b) veranschaulicht Zeitintervalle für einen Beobachtungsstrahl 154 von der Beobachtungskamera.
Geräusche können vermindert werden, indem die Zeitintervalle für den Beobachtungsstrahl 154 in Bezug auf die Zeitintervalle für den Laserpuls 153 verschoben werden, so dass ein zeitliches Filtern ausgeführt werden kann, wie es in 12 veranschaulicht ist.
Es ist ein Beispiel beschrieben worden, bei dem eine Beobachtungskamera 151 als Vorrichtung, wie zum Beispiel eine CCD-Vorrichtung, verwendet wird; es kann jedoch auch ein Sensor, der Positionsinformation eines hellen Punkts einer solchen Vorrichtung wie einer PSD feststellt, für eine Lichtempfangsvorrichtung der Beobachtungskamera verwendet werden.
Ausführungsbeispiel 8
13 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Konfiguration eines Arbeitskopfes 168 einer Laserbearbeitungsvorrichtung 208 gemäß Ausführungsbeispiel 8 der vorliegenden Erfindung. Das Ausführungsbeispiel 8 weist ferner eine Beobachtungskamera 151 zusätzlich zu dem Arbeitskopf 161 sowie ein Beobachtungseintrittsfenster 148 und eine Beobachtungsdüse 156 zusätzlich zu der Rohreinrichtung 111 gemäß Ausführungsbeispiel 1 auf, wie es in 3 veranschaulicht ist.
Die Konfiguration der übrigen Elemente und ihre Arbeitsweise sind ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel 1, wobei einander entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in 3 bezeichnet sind und auf eine erneute Beschreibung derselben verzichtet wird.
Wie unter Bezugnahme auf 13 ersichtlich, tritt der als Steuerstrahl der Beobachtungskamera 151 dienende Beobachtungsstrahl 152 durch das Beobachtungseintrittsfenster 148 hindurch, tritt in das Reinigungsfluid 112 ein und pflanzt sich durch den Strahl des von der Düse 156 abgegebenen Reinigungsfluids 112 fort, wobei die auf dem isolierenden Substrat 11 ausgebildete Dünnschicht 10 unter Vergrößerung beobachtet wird. Die mit dem Laserstrahl bestrahlte Position, die als Steuerinformation dient, kann unter Verwendung der Beobachtungskamera 151 ermittelt werden.
Da in der in 13 dargestellten Weise die optische Achse des Beobachtungsstrahls 152 von der Bearbeitungsstelle 110 beabstandet ist, kann die Beobachtungskamera 151 keine Positionen von Ritzbereichen in den vorangehenden Schritten in der Nähe der Bearbeitungsstelle 110 beobachten. Durch das Beobachten einer vorderen Position in Abtastrichtung des Arbeitskopfes oder einer Position des geritzten Bereichs einer benachbarten Region, zum Beispiel des photoelektrischen Umwandlungsbereichs 15, kann jedoch die Bearbeitungsstelle 110 zwar indirekt, aber dennoch exakt gemessen werden, so dass sich die Abtastgenauigkeit des Laserstrahls 101 verbessern lässt. Beim Ausführungsbeispiel 8 ist der Arbeitskopf 161 mit einer Beobachtungskamera 151 ausgestattet, und der Beobachtungsstrahl 152 von der Beobachtungskamera 151 wird durch das an der Rohreinrichtung 111 vorgesehene Beobachtungseintrittsfenster 148 hindurchgeführt und pflanzt sich durch den Strahl der von der Beobachtungsdüse 156 abgegebenen Reinigungsflüssigkeit 112 fort. Auf diese Weise kann die exakte Position ohne Einfluss des Reinigungsfluids gemessen werden.
Da ferner die Strahlregion zwischen dem Beobachtungsstrahl 152 und dem Laserstrahl 101 separiert ist, lassen sich geräuscharme Beobachtungen erzielen.
Die auf diese Weise ermittelte Abbildungsinformation kann zum Erfassen der Position des geritzten Bereichs in den vorangehenden Schritten bei Ritzprozessen ab der zweiten Schicht und im Anschluss daran verwendet werden. Somit kann die Abtastgenauigkeit des Laserstrahls 101 verbessert werden.
Es ist darauf hinzuweisen, dass in der gleichen Weise wie beim Ausführungsbeispiel 7 bei Verwendung einer unterschiedlichen Wellenlänge zwischen dem Laserstrahl 101 und dem Beobachtungsstrahl 152 die Distanz unter Verwendung des Wellenlängenfilters gleichmäßig gemessen werden kann.
Wie beim Ausführungsbeispiel 7 können Geräusche dadurch vermindert werden, dass die Zeitintervalle für den Beobachtungsstrahl 154 in Bezug auf die Zeitintervalle für den Laserpuls 153 verschoben werden, um dadurch eine zeitliche Filterung auszuführen.
Es ist ein Beispiel beschrieben worden, bei dem eine Beobachtungskamera 151 als Vorrichtung, wie zum Beispiel eine CCD-Vorrichtung, verwendet wird; es kann jedoch auch ein Sensor, der positionsmäßige Information eines hellen Flecks einer solchen Vorrichtung wie einer PSD erfasst, für eine Lichtempfangsvorrichtung der Beobachtungskamera verwendet werden.
Bezugszeichenliste

10: Dünnschicht
11: isolierendes Substrat
101: Laserstrahl
102: Linse
103: Prisma
104: Linse als Einheit mit Prisma
111: Rohreinrichtung
112: Reinigungsfluid
113: Düse
120: Strahlprofil-Messeinheit
131: Leistungsmesser
140: Distanzsensoreinheit
141: Distanzsensor
142, 143: Distanzsensor-Strahl
145: Distanzmessungs-Eintrittsfenster
146: Distanzmessungsdüse
147: Eintrittsfenster
148: Beobachtungs-Eintrittsfenster
151: Beobachtungskamera
152: Beobachtungsstrahl
156: Beobachtungsdüse
160: Laserstrahlquelle
161, 162, 163, 164, 165, 166, 167 und 168: Arbeitskopf
170: Fluidströmungssteuerung
201, 202, 203, 204, 205, 206, 207 und 208: Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung

Claims

Laserbearbeitungsverfahren, das folgende Schritte aufweist: gleichzeitig mit der Bestrahlung eines Werkstücks (10, 11) mit einem Laserstrahl (101) erfolgendes Abgeben eines säulenförmigen Strahls eines Reinigungsfluids (112), dessen Durchmesser größer ist als der des Laserstrahls (101), im wesentlichen längs derselben Achse wie der optischen Achse des Laserstrahls (101), und Bearbeiten des Werkstücks (10, 11), wobei bei der Bearbeitung einer Dünnschicht (10) auf einem Substrat (11) ein Strahlprofil oder eine Strahlstärke des Laserstrahls (101) an einer Stelle auf der Seite einer Substratoberfläche gegenüber von der mit dem Laserstrahl (101) bestrahlten Substratoberfläche sowie auf der optischen Achse des Laserstrahls (101) gemessen wird.
Laserbearbeitungsverfahren nach Anspruch 1, wobei ein Steuerstrahl (142) über einen optischen Pfad emittiert wird, der einem partiellen optischen Pfad des Laserstrahls (101) im wesentlichen entspricht oder im wesentlichen parallel zu diesem ist, und wobei eine Steuerinformation aus einem reflektierten Strahl (143) des Steuerstrahls ermittelt wird.
Laserbearbeitungsverfahren nach Anspruch 2, wobei es sich bei der Steuerinformation um Distanzinformation handelt.
Laserbearbeitungsverfahren nach Anspruch 2, wobei es sich bei der Steuerinformation um Positionsinformation handelt.
Laserbearbeitungsvorrichtung, die folgendes aufweist: – eine Laserstrahlquelle (160), die einen Laserstrahl (101) emittiert; – eine Linse (102), die den Laserstrahl (101) fokussiert; – eine Fluidströmungssteuerung (170), die Reinigungsfluid (112) zuführt und die Strömungsgeschwindigkeit des Reinigungsfluids (112) steuert; – eine Rohreinrichtung (111), die mit einem Fenster (147) zum Einleiten des fokussierten Laserstrahls (101) in diese versehen ist und durch die das Reinigungsfluid (112) strömt; – eine Düse (113), die gegenüber von dem Fenster (147) für die Rohreinrichtung (111) sowie im wesentlichen um die optische Achse des von dem Fenster (147) in das Reinigungsfluid (112) eingebrachten Laserstrahls (101) herum angeordnet ist und derart dimensioniert ist, dass der Laserstrahl (101) nicht mit einer Innenwandung der Düse (113) in Berührung tritt, wobei die Düse (113) gleichzeitig mit der Bestrahlung eines Werkstücks (10, 11) mit dem sich in dem Reinigungsfluid (112) fortpflanzenden Laserstrahl (101) einen Strahl des Reinigungsfluids abgibt; und – eine Strahlprofil-Messeinheit (120) oder einen Leistungsmesser (131), um bei Bearbeitung einer Dünnschicht (10) auf einem Substrat (11) ein Strahlprofil oder eine Strahlstärke des Laserstrahls (101) an einer Stelle auf der Seite einer Substratoberfläche gegenüber von der mit dem Laserstrahl (101) bestrahlten Substratoberfläche sowie auf der optischen Achse des Laserstrahls (101) zu messen.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Fenster (147) mit einem Prisma (103) ausgebildet ist.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Fenster (147) einstückig mit einer Linse (104) ausgebildet ist.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 5, die weiterhin einen Steuersensor (141) aufweist, der einen Steuerstrahl (142) über einen optischen Pfad emittiert, der im wesentlichen gleich einem partiellen optischen Pfad des Laserstrahls (101) ist, und der Steuerinformation aus einem von einer mit dem Steuerstrahl bestrahlten Oberfläche reflektierten Strahl (143) ermittelt.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 5, die weiterhin Folgendes aufweist: – einen Steuersensor (141), der Steuerinformation mittels eines Strahls (143) ermittelt, der von einer mit dem Steuerstrahl (142) bestrahlten Oberfläche reflektiert wird; – ein Steuerfenster, das an der Rohreinrichtung (111) an einer Stelle im wesentlichen parallel zu einem partiellen optischen Pfad des Laserstrahls (101) vorgesehen ist, um den Steuerstrahl (142) durch dieses hindurchzuleiten; und – eine Steuerdüse, die an einer Stelle entsprechend dem Fenster (147) für die Rohreinrichtung (111) vorgesehen ist, um den durch das Fenster (147) eingeleiteten Steuerstrahl (142) zu führen.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei es sich bei der Steuerinformation um Distanzinformation handelt.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei es sich bei der Steuerinformation um Positionsinformation handelt.