JP2616767B2 - Light processing method - Google Patents

Light processing method

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JP2616767B2 JP61202931A JP20293186A JP2616767B2 JP 2616767 B2 JP2616767 B2 JP 2616767B2 JP 61202931 A JP61202931 A JP 61202931A JP 20293186 A JP20293186 A JP 20293186A JP 2616767 B2 JP2616767 B2 JP 2616767B2
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舜平 山崎
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    • B23K26/362Laser etching
    • B23K26/364Laser etching for making a groove or trench, e.g. for scribing a break initiation groove

Description

【発明の詳細な説明】 『産業上の利用分野』 本発明は太陽電池等に用いられる透光性導電膜のパルスレーザ光による加工方法に関する。 Description of the Invention The present "relates" invention relates working method using pulsed laser light transparent conductive film used for solar cells.

『従来技術』 透光性導電膜の光加工に関しては、レーザ加工技術としてYAGレーザ光(波長1.06μ)が主として用いられている。 For the optical processing of the "prior art" light-transmitting conductive film, YAG laser light (wavelength 1.06 micron) it is mainly used as a laser processing technique.

この波長によるレーザ加工方法においては、スポット状のビームを被加工物に照射するとともに、このビームを加工方法に走査し、点の連続の鎖状に開溝を形成せんとするものである。 In the laser processing method according to the wavelength irradiates a spot-shaped beam to the workpiece, the beam was scanned in the processing method, and forms cents open grooves in a continuous chain of points. そのため、このビームの走査スピードと、加工に必要なエネルギ密度とは、被加工物の熱伝導度、昇華性に加えて、きわめて微妙に相互作用する。 Therefore, the scanning speed of the beam, the energy density required for processing, thermal conductivity of the workpiece, in addition to sublimation, interact very slightly.
そのため、工業化に際しての生産性を向上させつつ、最適品質を保証するマージンが少ないという欠点を有する。 Therefore, while improving the productivity of the time industrialization, it has the disadvantage that little margin to ensure optimum quality. さらに、その光学的エネルギが1.23eV(1.06μ)であるため、ガラス基板、半導体上に形成する透光性導電膜(以下CTFという)一般に3〜4eVの光学的エネルギバンド巾を有する酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジューム(ITOを含む)に対して十分な光吸収性を有していない。 Furthermore, since the optical energy is 1.23eV (1.06μ), a glass substrate, a zinc oxide having an optical energy band width of 3~4eV the translucent conductive film (hereinafter referred CTF) generally formed on a semiconductor, tin oxide, does not have sufficient light absorptive to indium oxide (including ITO). また、YAGのQスイッチを用いるレーザ加工方式においては、パルス光は平均0.5〜1W(光径50μ、焦点距離40mm、パルス周波数3KHz、パルス巾60n秒の場合)の強い光エネルギを走査スピードが30〜60cm/分で加えて加工しなければならない。 Further, in the laser processing method using a YAG Q-switch pulsed light average 0.5~1W scanning speed strong light energy of (light diameter 50.mu., focal length 40 mm, pulse frequency 3 KHz, the pulse width 60n when the second) 30 It must be processed in addition in ~60cm / minute. その結果、このレーザ光によりCTFの加工を行い得るが、同時にその下側に設けられた基板例えばガラス基板に対して少なからずダメージを与え、マイクロクラックを発生させてしまった。 As a result, this may perform laser processing CTF by light, its give not a little damage to the substrate for example a glass substrate which is provided on the lower side had caused the microcracks at the same time.

『発明の解決しようとする問題』 このYAGレーザを用いて加工方式では、スポット状のビームを繰り返し走査しつつかえるため、下地基板に発生する微小クラックは、レーザ光の円周と類似の形状を有し、「鱗」状に作られてしまった。 In "to be solved problems of the Invention" machining method using the YAG laser, for changing while scanning repeatedly a spot-shaped beam, micro-cracks generated in the underlying substrate, the circumference similar to the shape of the laser beam It has, had been made to form "scales".

また、YAGレーザのQスイッチを用いる方式は、その尖頭値の出力が長期間使用においてバラツキやすく、使用の度にモニターでのチェックを必要とした。 Further, a method of using a Q-switch YAG lasers, easy variation in the output is long-term use of the peak value, required a check at monitor each use.

更に、1〜5μm巾の微細パターンを多数同一平面に選択的に形成させることがまったく不可能であった。 Furthermore, it was quite impossible to selectively form a large number flush the fine pattern 1~5μm width. さらに照射後、加工部のCTF材料が十分に微粉末化していないため、CTFのエッチング溶液(弗化水素系溶液)によりエッチングを行わなければならなかった。 After addition irradiation, because CTF material processed portion is not sufficiently finely powdered, it had to perform etching by CTF of the etching solution (hydrofluoric based solution).

『問題を解決するための手段』 本発明は、上記の問題を解決するものであり、その照射光として、400nm以下(エネルギ的には3.1eV以上)の波長のパルスレーザを照射し、20〜50μmφのビームスポートではなく、10〜20μmの巾(例えば15μm),長さ10〜50cm例えば30cmのスリット状に1つのパルスにて同時に瞬間的に加工する。 The present invention "means for solving the problem" is intended to solve the above problems, as the irradiation light, (the energetically more 3.1 eV) 400 nm or less is irradiated with pulsed laser with a wavelength of, 20 rather than beam port 50Myuemufai, width (e.g., 15 [mu] m) of 10 to 20 [mu] m, at the same time instantaneously processed by one pulse length 10~50cm example 30cm slit. それによってCTFでの光エネルギの吸収効率をYAGレーザ(1.06μ)の100倍以上に高めたものである。 Whereby those with increased absorption efficiency of light energy at CTF over 100 times that of YAG laser (1.06 micron).

さらに光学系に至る前の初期の光が円状のかつ光強度がガラス分布をするYAGレーザではなく、本発明はエキシマレーザ光を用いる。 Further instead of a YAG laser and light intensity initial light circular before reaching the optical system is a glass distribution, the present invention uses an excimer laser beam. このため、光学系に至る前の初期の光の照射面は矩形を有し、またその強さも照射面内で概略均一である。 Therefore, the irradiation surface of the initial light before reaching the optical system has a rectangular, and its strength is also a schematic uniform within the irradiation surface. このためビームエクスパンダ等の光学系によりレーザービームを矩形の大面積化または長面積化を行ない、またその一方のXまたはY方向にそってシリンドリカルレンズにて1つまたは複数のスリット状に集光されたレーザービームとする。 Therefore beam Aix laser beam carried a rectangular large area or length area by an optical system of the expander, etc., and the condensing one or more slit-shaped at its one of X or Y direction along with the cylindrical lens and the laser beam. その結果1つまたは複数のスリット例えば2〜20本例えば4本を同時に1 As a result one or more slits for example 2-20 present example four simultaneously 1
回のパルス光にて照射し、強光を被加工物に対し照射して開溝を作りえる。 And irradiated at a dose of pulsed light, it can make the open groove a strong light is irradiated to the workpiece.

『作用』 1つのパルスで線状の開溝を10〜50cm例えば30cmの長さにわたって加工し、開溝を作り得る。 The open grooves linear one pulse "effect" was processed over a length of 10~50cm example 30 cm, may make open grooves. またQスイッチ方式ではなく、パルス光のレーザ光を用いるため尖端値の強さを精密に制御し得る。 Further instead of a Q-switched mode, it can precisely control the strength of the tip value for a laser beam of the pulsed light.

結果として下地基板であるガラス基板に対し何等の損傷を与えることなくしてCTFのみのスリット状開溝の選択除去が可能となり、さらに減圧下にてパルスレーザ光を照射するならば、レーザ光源より被加工物の間での水分等による紫外光の吸収損失を少なくし得る。 As a result to the glass substrate and without damaging anything like enables selective removal of the slit-shaped open groove CTF only the underlying substrate, if further irradiated with a pulsed laser beam under reduced pressure, the more the laser light source the absorption loss in the ultraviolet light due to moisture and the like between the workpiece may reduce.

また開溝を形成した後の被加工部に残る粉状の残渣物は、アルコール、アセトン等の洗浄液による超音波洗浄で十分除去が可能であり、いわゆるフォトマスクプロセスに必要なマスク作り、レジストコート、被加工物の蒸着によるエッチング、レジスト除去等の多くの工程がまったく不要となり、かつ公害材料の使用も不要となった。 The powdery residue that remains to be processed portion after the formation of the open grooves are alcohols, are possible removed sufficiently ultrasonic cleaning with cleaning liquid such as acetone, mask making necessary a so-called photo-mask process, a resist-coated , many processes such as etching, resist removal by evaporation of the workpiece becomes completely unnecessary, and the use of polluting materials also becomes unnecessary.

『実施例1』 第1図にエキシマレーザを用いた本発明のレーザ加工方法を記す。 Marks the laser processing method of the present invention using the excimer laser in FIG. 1, "Embodiment 1". エキシマレーザ(1)(波長248nm,Eg=5. Excimer laser (1) (wavelength 248nm, Eg = 5.
0eV)を用いた。 0eV) was used. すると、初期のビームサイズ(20)は1 Then, the initial beam size (20) 1
6mm×20mmを有し、効率3%であるため350mJを有する。 Having a 6 mm × 20 mm, with a 350mJ because it is efficient to 3%.
さらにこのビームをビームエキスパンダ等の光学系(2)にて長面積化または大面積化した、即ち150mm×3 Further, this beam was long-area or large area by beam expander optical system such as Panda (2), i.e. 150 mm × 3
00mmに拡大した(第2図(21))。 Expanded to 300 mm (Fig. 2 (21)). この構成にて5.6×1 In this configuration 5.6 × 1
0 -3 mJ/mm 2のエネルギ密度を有するレーザービームを得た。 0 -3 mJ / mm 2 was obtained with a laser beam having an energy density.

さらに石英製のシリンドリカルレンズにて開溝巾15μ In addition Hirakimizohaba 15μ in quartz of the cylindrical lens
mで4本に分割し集光した。 Condensed divided into four by m. かくして長さ30cm、巾15μ Thus, length 30cm, width 15μ
mのスリット状のビームを複数本(ここでは4本)に分割し、基板(10)上の被加工物(11)に同時に照射し、 A slit-shaped beam of m divided into a plurality of (here four in), simultaneously irradiated to the substrate (10) on the workpiece (11),
加工を行い、開溝(5)を形成した。 Processing was carried out, to form an open groove (5).

被加工面として、ガラス上の透明導電膜(Eg=3.5e As the work surface, a transparent conductive film on the glass (Eg = 3.5e
V)を有する基板(10)に対し、エキシマレーザ(Quest To the substrate (10) having a V), excimer laser (Quest
ec Inc.製)を用いた。 ec made Inc.) was used.

パルス光はKrFを用いた248nmとした。 Pulsed light was 248nm using KrF. なぜなら、その光学的エネルギバンド巾が5.0eVであるため、十分光を吸収し、透明導電膜のみを選択的に加工し得るからである。 Because therefore optical energy band width is 5.0 eV, because absorb enough light, it can be processed only transparent conductive film selectively.

パルス巾20n秒、繰り返し周波数1〜100Hz、例えば10 Pulse width 20n seconds, repetition frequency 1~100Hz, for example, 10
Hz、また、被加工物はガラス基板上のCTF(透光性導電膜)として、酸化亜鉛(ZnO)を用いた。 Hz, also the workpiece as CTF (translucent conductive film) on a glass substrate, using zinc oxide (ZnO). この被膜に加工を行うと、1回のみの線状のパルス光の照射でスリット(5)が完全に白濁化されCTFが微粉末になり、絶縁化することが可能となった。 Doing processed into the coating, is slit (5) is completely clouded by irradiation of the linear pulse light only once CTF becomes a fine powder, it was possible to insulate. これをアセトン溶液にての超音波洗浄(周波数29KHz)を約1〜10分間行いこのCTF The CTF This is performed ultrasonic cleaning with acetone solution (frequency 29 kHz) to about 1 to 10 minutes
を除去した。 It was removed. 下地のソーダガラスはまったく損傷を受けていなかった。 Soda glass of the base was not at all damaged.

第3図は、基板上にスリット状のパルス光(5−1,5 Figure 3 is a slit-shaped pulsed beam on the substrate (5-1,5
−2,5−3,5−4)を同時に照射したものである。 -2,5-3,5-4) is obtained by irradiating simultaneously. このパルスを1回照射した後、Xテーブル(第1図(23))を例えば130μm移動し、次のパルス(6−1,6−2,6−3,6 After the pulse was irradiated once, X table (FIG. 1 (23)) and for example 130μm movement, the next pulse (6-1,6-2,6-3,6
−4)を加える。 Add -4). さらに130μm移動し次のパルス(7 In addition 130μm move to the next pulse (7
−1,7−2,7−3,7−4)を加える。 -1,7-2,7-3,7-4) is added. かくしてn回のパルス(n−1,n−2,n−3,n−4)を加えることにより、大面積に複数の開溝をn分割することにより成就した。 By thus adding the n times of pulse (n-1, n-2, n-3, n-4), it was fulfilled by n division multiple open groove in a large area.

かくの如くにすると、第3図に示される如く、1本の場合の4倍の加工スピードにて4n本の開溝を作ることができる。 If it as a write, as shown in FIG. 3, it is possible to make the open groove 4n present at four times the processing speed in the case of one. しかしかかる場合、例えばn−1,5−2との開溝は5−1と6−1との開溝と等間隔にせんとしてもテーブル(23)の移動精度により必ずしも十分でない。 However such a case, for example, open groove with n-1,5-2 is not necessarily sufficient by movement accuracy of the table (23) as plugs at equal intervals and open groove between 5-1 and 6-1. この場合の精度を制御するならば、加工用のビームは第1 If controlling the accuracy of this case, the beam for processing first
図において1本のみとすることが有効である。 It is effective to only one in FIG. かくすると、かかる隣があった群間の精度を論ずる必要がなくなる。 When Thus, it is not necessary to discuss the accuracy between a the group it takes next.

『実施例2』 水素または弗素が添加された非単結晶半導体(主成分珪素)上にZnO(Al 2 O 3が5重量%添加)を1000Åの厚さにスパッタリング法によって形成し被加工面とした。 And "Example 2" of hydrogen or fluorine ZnO on the non-single-crystal semiconductor which has been added (the main component silicon) (Al 2 O 3 5 wt% added) was formed by sputtering to a thickness of 1000Å surface to be processed did.

さらにこの面を下面とし、真空雰囲気下(真空度10 -5 Further this surface and lower surface, a vacuum atmosphere (vacuum degree of 10 -5
torr以下)にて400nm以下の波長のパルス光を加えた。 torr or less) at was added pulse light having a wavelength of not more than 400 nm.
波長は248nm(KrF)とした。 Wavelength was 248nm (KrF). パルス巾10n秒、平均出力 Pulse width 10n seconds, average output
2.3mJ/mm 2とした。 It was 2.3mJ / mm 2. すると被加工面のZnOは昇華し下地の半導体は損傷することなくこの開溝により残ったZnO間を絶縁化することができた。 Then ZnO of the processed surface was able to insulate between remaining ZnO that this open groove without damaging the semiconductor sublimated base.

「効果」 本発明により多数のスリット状開溝を作製する場合、 The case of producing a large number of slit-shaped open grooves by the present invention "effect"
例えば130μm間隔にて15μmの巾を1920本製造する場合、この時間は4本分割とし、10Hz/パルスとすると0.8 For example, when 1920 produce 15μm width of at 130μm interval, this time was four split, when 10 Hz / pulse 0.8
分で可能となった。 It became possible in minutes. また1本のみであっても、3.2分で加工が可能となった。 Also be only one, has enabled machining 3.2 minutes. その結果、従来のマスクライン方式でフォトマスクを用いてパターニーグを行う場合に比べて工程数が7工程より2工程(光照射、洗浄)となり、かつ作業時間が5分〜10分とすることができ、多数の直線状開溝を作る場合にきわめて低コスト、高生産性を図ることができるようになった。 As a result, be two steps (light irradiation, washing) than the number of steps 7 steps as compared with the case where the conventional mask line method performs Patanigu using a photomask, and the and the working time is between 5 minutes to 10 minutes can, very low cost when making a large number of linear open grooves, it has become possible to achieve high productivity.

本発明で開溝と開溝間の巾(加工せずに残す面積)において、損失が多い場合を記した。 In width between open groove and open groove in the present invention (area leaving without processing), describing the case lossy. しかし光照射を隣合わせて連結化することにより、この逆に残っている面積を例えば20μm、除去する部分を400μmとすることも可能である。 But by coupling of side by side light irradiation, it is also possible to the area remaining in the reverse example 20 [mu] m, the portion to be removed and 400 [mu] m. この場合集光スリットの巾を15μmより50 The width of this case condensing slit than 15μm 50
〜100μmとすると生産性向上に有効である。 And the ~100μm is effective for improving productivity.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

第1図は本発明の光加工方法の概要を示す。 Figure 1 shows a schematic of an optical processing method of the present invention. 第2図は光のパターンの変化を示す。 Figure 2 shows the change of light pattern. 第3図は開溝の基板上での作製工程を示す。 Figure 3 shows a manufacturing process on a substrate of open grooves.

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】 (57) [the claims]
  1. 【請求項1】400nm以下の波長を有するエキシマレーザビームをビームエキスパンダにて面積を広げた後、少なくとも1つのシリンドリカルレンズを経て、少なくとも1つの線状ビームに形成し、この線状ビームを酸化亜鉛膜に照射することを特徴とする光処理方法。 1. A After spread area an excimer laser beam having a wavelength below 400nm by the beam expander, via at least one cylindrical lens, formed on at least one linear beam oxidizing the linear beam light processing method characterized by irradiating the zinc film.
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