JP2807809B2 - 光加工方法 - Google Patents

光加工方法

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JP2807809B2
JP2807809B2 JP7127523A JP12752395A JP2807809B2 JP 2807809 B2 JP2807809 B2 JP 2807809B2 JP 7127523 A JP7127523 A JP 7127523A JP 12752395 A JP12752395 A JP 12752395A JP 2807809 B2 JP2807809 B2 JP 2807809B2
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light
excimer laser
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laser beam
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舜平 山崎
健二 伊藤
進 永山
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、基板上に形成された透
光性導電膜と、当該透光性導電膜上に形成された金属導
電膜とにエキシマレーザ光を選択的に照射して加工する
光加工方法に関するもので、太陽電池等を作製する際に
用いられる。 【0002】 【従来の技術】透光性導電膜と金属導電膜とを組み合わ
せたものに光を照射して選択的に加工する光加工方法に
関しては、レ−ザ加工技術があり、たとえばYAG レ−ザ
光(波長1.05μm) が主として用いられている。このYA
G レ−ザ光を用いた光加工方法は、スポット状のレーザ
ビ−ムを被加工物に照射すると共に、このスポット状の
レーザビ−ムを加工方向に走査する。スポット状のレー
ザビームは、順次移動することで、点の連続した鎖状の
開溝が形成される。そのため、このスポット状のレーザ
ビ−ムの走査スピ−ドと、加工に必要なエネルギー密度
とは、被加工物の熱伝導度、昇華性に加えて、きわめて
微妙に相互作用を行なう。 【0003】上記理由により、レーザビームを用いた光
加工方法は、工業化に際して生産性を向上させるが、最
適品質を保証するマ−ジンが少ないという欠点を有す
る。また、YAG レ−ザ光のQスイッチを用いるレ−ザ加
工方法は、平均0.5 W ないし1W( 光径50μm、焦点距離
40mm、パルス周波数3KHz、パルス巾60n 秒の場合)の強
い光エネルギーを有するパルス光を走査スピ−ドが30cm
/ 分ないし60cm/ 分で加えて加工しなければならない。
その結果、このレ−ザ光は、透光性導電膜と金属導電膜
とを組み合わせたものを加工することができるが、この
加工と同時に、透光性導電膜と金属導電膜とを組み合わ
せたものが形成されている基板、たとえばガラス基板等
に対してマイクロクラックを発生させてしまった。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】このYAG レ−ザ光を用
いた光加工方法では、スポット状のレーザビ−ムの走査
を順次少しずつずらしていくため、透光性導電膜と金属
導電膜とを組み合わせたものが形成されている下地基板
に発生するマイクロクラックが、レ−ザ光の円周と類似
した「鱗」状に形成される。また、YAG レ−ザ光のQス
イッチを用いた光加工方法は、その尖頭値の出力が長期
間の使用において、バラツキやすく、使用の度にモニタ
−でのチェックが必要であった。 【0005】さらに、YAG レ−ザ光を用いた光加工方法
は、1μmないし5μm巾の微細パタ−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。さらに、レーザビームを被加工面に照射して光加工
を行なった後、被加工部の透光性導電膜と金属導電膜と
を組み合わせたものの材料は、十分に微粉末化していな
いため、うすい酸溶液によりエッチングを行わなければ
ならなかった。以上のような問題を解決するために、本
発明は、基板にマイクロクラックを発生させることな
く、選択的に開溝等の微細パターンを容易に得ることが
できると共に、光加工後の残渣の処理を簡単にできる光
加工方法を提供することを目的とする。 【0006】 【課題を解決するための手段】本発明の光加工方法は、
上記の問題を解決するためのものであり、基板上に形成
された透光性導電膜と、当該透光性導電膜上に形成され
金属導電膜とに、400nm以下(エネルギー的には
3.1eV以上)の波長からなりエネルギー分布が均一
で、初期の照射面が矩形状のエキシマレーザを照射し、
20μmφないし50μmφのビームスポットではな
く、たとえば10μmないし20μmの巾(特に、15
μm)、長さ10cmないし50cm、特に30cmの
スリット状に一つのパルスにて同時に瞬間的に開溝を加
工する。それによって、透光性導電膜と、当該透光性導
電膜上に形成された金属導電膜に対するエキシマレーザ
光のエネルギー吸収効率を、たとえばYAGレーザ光
(1.06μm)の100倍以上に高めたものである。 【0007】さらに、本発明の光加工方法は、初期にYA
G レ−ザ光のように円状で、かつガウス分布の光強度を
有さずに、初期の光の照射面が矩形を有し、またその強
さも照射面内で概略均一である、エキシマレ−ザ光を用
いる。このため、ビームエキスパンダで矩形の大面積化
または長面積化し、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一つまたは複数のスリッ
ト状にレ−ザ光を集光する。その結果、一つまたは複数
のスリットにてパルス光を照射し、強光を被加工物に対
し照射して開溝を作ることができる。 【0008】 【作用】400nm以下の波長からなエネルギー分布
均一で、初期の照射面が矩形状のエキシマレーザ光を
発生させ、このエキシマレーザ光を線状、たとえば、1
0cmないし50cm、特に30cmの長さにわたって
照射することで、開溝は、加工される。また、Qスイッ
チ方式ではなく、400nm以下の波長からなりエネル
ギー分布均一で、初期の照射面が矩形状のエキシマ
ーザ光を用いて尖端値の強さを精密に制御し得るため、
透光性導電膜および金属導電膜を共に除去することがで
きる。この結果として、下地基板に対し何等の損傷を与
えることなく、透光性導電膜、および当該透光性導電膜
上に形成された金属導電膜のみにスリット状開溝を選択
的に得ることが可能となる。 【0009】さらに、減圧下にて400nm以下の波長
からなりエネルギー分布が均一で、初期の照射面が矩形
状のエキシマレーザ光を透光性導電膜と、当該透光性導
電膜上に形成された金属導電膜に照射するならば、エキ
シマ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。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
る。したがって、本発明の光加工方法は、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。 【0010】 【実 施 例】図1は本発明の一実施例で、エキシマレ
−ザを用いた光加工方法を説明するための図である。図
2は本発明の一実施例で、エキシマレーザの光パターン
を説明するための図である。図1および図2において、
光発生装置(1) は、エキシマレ−ザ( 波長248 nm、Eg=
5.0eV)を発生する。初期のエキシマレーザビ−ム(20)
は、図2に示すように、16mm×20mmの大きさを有し、効
率3%であるため、350 mJを有する。 【0011】さらに、このエキシマレーザビ−ム(20)
は、ビ−ムエキスパンダ(2) によって、拡大された後、
反射鏡(3) で向きを変えて、長面積化または大面積化さ
れる。すなわち、図1および図2に示す符号(21)のよう
に、エキシマレーザビーム(20)は、150mm ×300mm に拡
大される。本実施例の光加工方法では、5.6 ×10-3mJ/m
m2のエネルギー密度が得られた。さらに、エキシマレー
ザビーム(20)は、石英製のシリンドリカルレンズ(4-
1)、(4-2) 、(4-3) 、(4-4) によって、開溝巾15μmで
4本に分割するように、図1図示の符号(22)で示すよう
に集光される。かくして、分割された長さ30cm、巾15μ
mのスリット状のエキシマレーザビ−ム(20)は、基板(1
0)上の被加工物(11)に同時に照射され、開溝(5) が形成
される。 【0012】被加工面として、ガラス状の基板上に形成
された非単結晶半導体層上にスパッタによりクロムを1
500Å形成したものを用いた。また、エキシマレーザ
は、KrFを用い、その波長を248nmとした。上記
エキシマレーザ光は、その光学的エネルギーバンド巾が
5.0eVであるため、被加工物(11)が十分光を吸
収し、開溝(5)の加工を容易にする。上記エキシマ
ーザ光は、パルス巾20n秒、繰り返し周波数1Hzな
いし100Hz、たとえば10Hz、平均出力1mJ/
mmを使用した。この被膜に開溝(5)が形成される
際に、1回のみの線状のエキシマレーザ光の照射でこの
部分が完全に昇華してしまった。これをアセトン水溶液
にての超音波洗浄(周波数29KHz)を約1分ないし
10分行い、被加工物を洗浄した。下地のガラス基板、
透光性導電膜、および当該透光性導電膜上に形成された
金属導電膜は、全く損傷を受けていなかった。 【0013】図3は、基板上にスリット状の複数のエキ
シマレーザ光を同時に照射した場合を説明するための図
である。図3において、スリット状の複数のエキシマ
ーザ光は、第1回目が同時に照射されることにより、開
溝(5−1)、(5−2)、(5−3)、(5−4)が
形成される。次に、図1において符号(23)で示すX
テーブルが、たとえば130μm移動した後、第2回目
のレーザパルス光を透光性導電膜と、当該透光性導電膜
上に形成された金属導電膜とに照射することにより、開
溝(6−1)、(6−2)、(6−3)、(6−4)が
形成される。さらに、Xテーブル(23)が130μm
移動した後、第3回目のエキシマレーザ光を透光性導電
膜と、当該透光性導電膜上に形成された金属導電膜とに
照射することにより、開溝(7−1)、(7−2)、
(7−3)、(7−4)が形成される。 【0014】第n回目のエキシマレーザ光を透光性導電
膜と、当該透光性導電膜上に形成された金属導電膜とに
照射することにより、開溝(n−1)、(n−2)、
(n−3、(n−4)が形成さる。このように、エキシ
レーザ光を透光性導電膜と、当該透光性導電膜上に形
成された金属導電膜とにn回照射することにより、大面
積を4n本の開溝に分割することができる。本実施例の
光加工方法は、図3に示される如く、1本開溝を形成す
る場合の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。 【0015】しかし、かかる場合、たとえば開溝(n-1)
と開溝(5-2) との間隔、および開溝(5-1 )と開溝(6-
1 )との間隔は、テ−ブル(23)の移動精度により精度の
高い等間隔にすることが困難である。この場合、高い精
度の開溝が要求されるならば、加工用のレーザビ−ム
は、図1において1本のみとすることが有効である。か
くすると、かかる隣あった群間の精度を論ずる必要がな
くなる。 【0016】次に、本発明の他の実施例を説明する。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)上には、ITO(酸化スズが5 重量% 添加された酸化イ
ンジュ−ム)が1000Åの厚さに電子ビ−ム蒸着法によっ
て形成される。さらに、その上面には、スパッタ法によ
りクロムが1500Åの厚さに形成され、これを被加工物と
した。さらに、この被加工物は、減圧下(真空度10-5To
rr以下) に保持し、400nm 以下の波長のパルス光が加え
られた。この時のパルス光の波長は、193nm(ArF)、パル
ス巾10n 秒、平均出力2.3mJ/mm2 とした。すると被加工
面のITO ( 酸化スズが5 重量% 添加された酸化インジュ
−ム)とクロムとは、昇華し、下地の半導体を損傷する
ことなく、この開溝により残った導電膜を絶縁化するこ
とができた。 【0017】本実施例において、金属としてクロムを用
いたが、他の金属、アルミニューム、ニッケル、マグネ
シューム、ステンレスでも同様である。なお、本実施例
では、KrF(248nm)のエキシマレーザを用いた
が、他の400nm以下の波長のエキシマレーザ光でも
有効であった。本実施例によれば、多数のスリット状開
溝を作製する、たとえば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分で可能となっ
た。 【0018】また、開溝の作製が1本のみであっても、
3.2 分で加工を行なうことが可能であった。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−
ニ−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) となった。また、開溝を形成するため
の作業時間は、5分ないし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。本実施例において、
開溝と開溝間の幅(加工せずに残す面積) が開溝より幅
が広い例を説明したが、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、たとえば20μ
m、除去する部分を400 μmとすることも可能である。
この場合、集光スリットの巾を15μmより50μmない
し100 μmとすると生産性向上に有効である。 【0019】 【発明の効果】本発明によれば、400nm以下の波長
からなエネルギー分布が均一、初期の照射面が矩形
状のエキシマレーザ光を透光性導電膜と、当該透光性導
電膜上に形成された金属導電膜に照射すると、透光性導
電膜と金属導電膜とする吸収が容易になり、基板に
マイクロクラックが形成されない。また、本発明によれ
ば、400nm以下の波長からなエネルギー分布が均
、初期の照射面が矩形状のエキシマレーザ光を平行
に配設されたシリンドリカルレンズによって線状に集光
ているため、光エネルギーのバラツキが少なく、透光
性導電膜と、当該透光性導電膜上に形成された金属導電
微細に加工することが可能になった。さらに、本発
明によれば、400nm以下の波長からなエネルギー
分布均一で、初期の照射面が矩形状のエキシマレーザ
光が透光性導電膜と、当該透光性導電膜上に形成された
金属導電膜を充分に昇華させることができるので、光加
工によって出る残渣の清掃を簡単にすると共に、導電体
の絶縁化が良好に行なわれる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施例で、エキシマレーザを用いた
光加工方法を説明するための図である。 【図2】(A)ないし(C)は本発明の一実施例で、エ
キシマレーザの光パターンを説明するための図である。 【図3】(A)および(B)は基板上にスリット状の複
数のエキシマレーザ光を同時に照射した場合を説明する
ための図である。 【符号の説明】 1・・・光発生装置 2・・・ビームエキスパンダ 3・・・反射鏡 4・・・シリンドリカルレンズ 5・・・開溝 10・・・基板 11・・・被加工物 20・・・エキシマレーザビーム 21・・・拡大されたエキシマレーザビーム 22・・・集光されたエキシマレーザビーム 23・・・Xテーブル
フロントページの続き (72)発明者 永山 進 東京都世田谷区北烏山7丁目21番21号 株式会社半導体エネルギー研究所内 (56)参考文献 特開 昭57−94482(JP,A) 特開 昭59−96783(JP,A) 特公 昭47−37795(JP,B1) Applied Physics I etters,Vol.43(1983)PP 1076−1078 機械と工具 第28巻 1号(1984)P P70−76 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 26/00

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.400nm以下の波長からなエネルギー分布
    で、初期の照射面が矩形状のエキシマレーザ光をビー
    ムエキスパンダにて大面積化または長面積化して、基板
    上に形成された透光性導電膜と、当該透光性導電膜上に
    形成された金属導電膜とに照射して前記透光性導電膜お
    よび前記金属導電膜を共に除去することで、少なくとも
    一つの開溝を形成する光加工方法であって、 前記エキシマレーザ光は、平行に配設された少なくとも
    一つのシリンドリカルレンズにより、少なくとも一つの
    線状のレーザ光に集光されることを特徴とする光加工方
    法。
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