JP5947402B2 - ２つのレーザービームを用いた加工片のレーザー加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、加工片のレーザー加工装置、特に太陽電池を製作する際のシリコンウェハの加工装置に関する。

結晶シリコンから太陽電池を生産する際に裏面開口の加工工程が重要な役割を果たす。この場合、レーザー切除によりウェハの裏面にあるパッシベーション層が局部的に開口され、すなわち局部的に切除される。このパッシベーション層は、電荷キャリアの再結合と、これによる太陽電池の効率の低下を導くおそれのある非拘束表面状態の飽和に役立つ。このパッシベーション層の局部的開口は、後の加工工程において、ほかはパッシベーション化された裏面に電気接点を取り付けることを可能にする。パッシベーション層の局部的除去のために、この層をレーザーにより等間隔線で切除することが知られている。この場合電池の効率に重要なことは、接点面とパッシベーション化面との最適比を見出すことである。この比を制御する可能性は線の間隔の変化、したがってウェハ毎の線の数の変化である。

効率の最適化およびそのために必要なレーザー加工の精度と並んで、加工速度が生産の経済性にとって重要である。レーザー切除における最大加工速度のための最も重要な影響値は、ビーム源のパルスエネルギーおよびパルス周波数、並びに使用される偏光・焦点ユニットの速度である。

従来技術では、裏面開口の加工用に基本モードレーザーにより発せられたレーザービームを偏光・焦点ユニット、通常はガルバノメータミラーから構成されＦシータレンズを有する可制御ミラー装置を介して、加工すべきウェハ上に導くことが知られている。特殊なＣＡＤソフトウェアによりレイアウトが作られ、相応するハードウェアを介して偏光・焦点装置に送られる。このユニットは、ミラー装置がレーザービームをレイアウトの形でウェハ上に導くように制御される。現在技術的に実現可能な加工速度はこの場合特に、偏光・焦点ユニット内に配置された偏光ミラーが必要な精度でウェハに対して案内される速度により限定される。

本発明の課題は、加工片のレーザー加工時、特にシリコンウェハの裏面のパッシベーション層の切除時の加工速度を高めたレーザー加工装置を提供することにある。

この課題は、本発明によれば請求項１の特徴を有するレーザー加工装置により解決される。この特徴によれば加工装置は、ある角度で互いに傾いた方向に、すなわち非平行に伝播する２つのレーザービームを発生する装置と、レーザービームを加工片上にもしくは加工片に向けて案内するとともに焦点合わせするための偏光・焦点ユニットを有し、その際レーザービームは互いに垂直方向に直線状に偏光される。

２つのレーザービームによる加工片の同時加工により、従来方法に対し加工速度の二倍化が達成される。さらにレーザービームが互いに垂直方向に直線状に偏光されるので、レーザービームは互いに狭くおよび部分的に重複または交差して案内されるので、同一の偏光・焦点ユニットで加工片表面の狭い範囲を同時に加工することができる。

レーザービームを発生する装置が、偏光・焦点ユニットに前置接続されたビーム案内装置を有し、この案内装置が少なくとも一方のレーザービームの伝播方向を変更するための可調整ミラー装置を有するようにすれば、加工片上に焦点合わせされたレーザービームの間隔を柔軟に調整することができる。

特に、均質にして再現可能な加工精度は、ミラー装置が複数の偏光ミラーを有し、このミラーを調節して、これらのレーザービームがなす角度とは無関係に、好適には偏光・焦点ユニットの口径の中心点である同一の交点において、常に交差するようにすることにより得られる。

本発明の特に有利な実施態様では、ビーム案内装置は偏光・焦点ユニットの手前に配置された部分透過性の端部ミラーを有し、このミラーが各レーザービームの一部を偏光・焦点ユニットに向けて反射し、残部を透過し、透過した部分ビームを偏光ビーム分割器に導いて分割し、偏光ビーム分割器から出る部分ビームの少なくとも一部がビーム位置検出器に導かる。このようにすれば、可調整な偏光ミラーの位置誤差、並びに固定された偏光ミラーの熱によるドリフトが検出され、１つまたは複数のビーム位置検出器により検出された測定信号が制御装置に送られ、この制御装置が可調整ミラー装置をこの測定信号に基づいて制御し、第１の部分ビームを常に同じ交点で交差させることにより、自動的に補償される。

本発明のさらに有利な実施態様は従属請求項に提示されている。

本発明をさらに説明するために、本発明装置を原理図で示した実施例を参照する。

図１は本発明装置の原理図である。

図によれば、装置は２つのレーザービーム源２、４を含む装置６を有し、この装置によりそれぞれ垂直方向に直線状に偏光される２つのレーザービームＬ１、Ｌ２が発生される。装置６はビーム案内装置８を有しており、この装置によりレーザービーム源２、４から出るレーザービームＬ１、Ｌ２は、装置６の後方に配置された偏光・焦点ユニット１０に入る際に、それぞれ狭くかつ小さい鋭角αをなして伝播するように方向付けられる。偏光・焦点ユニット１０において、レーザービームＬ１、Ｌ２は図示しない可調整偏光ミラーにより反射され、Ｆシータレンズ１２により並列する焦点Ｆ１、Ｆ２で加工平面である加工片１４上に焦点合わせされる。加工片１４はシリコンウェハであり、その裏面にはパッシベーション層１６が設けられ、その裏面で偏光・焦点ユニット１０の方向に向いている。

ビーム案内装置８は、電動調整される２つの偏光ミラー１８、２０を有しており、これによりレーザービーム源４から出るレーザービームＬ２の伝播方向が制御される。レーザービーム源２から出るレーザービームＬ１は、専ら固定偏光ミラー２２、２４およびレーザービームＬ１も導かれる固定された端部ミラー２６を介して案内され、この場合偏光ミラー２４は偏光ビーム分割器であり、レーザービームＬ１を透過するがレーザービームＬ２は反射して、両レーザービームＬ１、Ｌ２が端部ミラー２６に向かって伝播するようにされる。電動可調整偏光ミラー１８、２０はこの場合、レーザービームＬ１、Ｌ２が偏光・焦点ユニット１０の口径の中心点Ａで交差もしくは重畳するように位置決めされている。偏光ミラー１８、２０により、角度αおよび加工片１４上の焦点Ｆ１、Ｆ２の間隔ａが柔軟に調整される。

２つのレーザービームＬ１、Ｌ２は偏光・焦点ユニット１０を介して案内されるので、これらの焦点Ｆ１、Ｆ２は偏光・焦点ユニット１０にある偏光ミラーの動きにより加工片上を２つの平行線に沿って案内され、これらの線に沿ってたとえばパッシベーション層１６が切除される。ｎ本の線によりウェハを加工するには、従って焦点Ｆ１、Ｆ２はｎ/２回だけウェハ上を案内されるだけでよい。これにより加工時間は半減される。

端部ミラー２６は部分透過性で、それぞれレーザービームＬ１、Ｌ２の一部を伝送する。端部ミラー２６を透過した部分ビームＴＬ１、ＴＬ２は、偏光ビーム分割器２８により互いに分離され、それぞれビーム位置検出器３０−１、３０−２に案内される。これらの検出器はビーム位置、すなわち各部分ビームＴＬ１、ＴＬ２の角度および位置を測定する。ビーム位置検出器３０−１、３０−２により検出された測定信号Ｍ１、Ｍ２は制御装置３２に導かれ、この装置により偏光ミラー１８、２０およびビーム案内装置８内のレーザービームＬ２のビーム位置、並びにビーム案内装置８と偏光・焦点ユニット１０の間を伝播するレーザービームＬ１、Ｌ２の間の角度αが制御される。両偏光ミラー１８、２０はこの場合、偏光・焦点ユニット１０に入るレーザービームＬ１、Ｌ２の交点、したがってこれらの傾きの頂点が常に偏光・焦点ユニット１０の口径の中心点Ａにあるように動かされる。この角度αの変化により、加工平面における焦点Ｆ１，Ｆ２の間隔ａが調整される。したがって、物理的に有効な範囲内で、ウェハ上に切除線の任意の間隔を実現することが可能となる。

太陽電池の効率にとって重要なことは、レーザー切除の際にウェハを加工する空間的な精度である。レーザービームを案内する光学部材の熱により生じるドリフトはしかしながら、焦点Ｆ１、Ｆ２および線の間隔ａを変化させるので、電池の効率に悪影響を与えかねない。能動的なビーム調整により、ビーム源２から発せられビーム案内装置に導かれるレーザービームＬ１のドリフトは、ビーム源４から発せられるレーザービームＬ２が追従することにより補償されるので、端部ミラー２８により反射されたレーザービームＬ１、Ｌ２の角度位置は互いに、並びにそれらの交点およびシリコンウェハ上の線の間隔ａは一定に留まる。

設備のユーザーは、ソフトウェアにより加工平面の焦点Ｆ１、Ｆ２の所望の間隔を規定でき、制御装置３２はこの間隔を電動偏光ミラー１８、２０の適切な動きにより実現する。適切なレイアウトの選択と組み合わせることにより、加工片１４、たとえばシリコンウェハは均一の間隔を有する切除線を、所望の間隔で加工することができる。

この実施例では２つのレーザービーム源２、４が使用されている。しかし、原理的には適当な偏光ビーム分割器を備えた唯一のレーザービーム源で互いに垂直方向に直線状に偏光される２つのレーザービームを作ることもできる。

２ レーザービーム源
４ レーザービーム源
６ レーザービーム作成装置
８ ビーム案内装置
１０ 偏光・焦点ユニット
１２ Ｆシータレンズ
１４ 加工片
１６ パッシベーション層
１８ 偏光ミラー
２０ 偏光ミラー
２２ 偏光ミラー
２４ 偏光ミラー
２６ 端部ミラー
２８ 偏光ビーム分割器
３０−１ ビーム位置検出器
３０−２ ビーム位置検出器
３２ 制御装置
Ａ 中心点
ａ 焦点間隔
α 角度
Ｆ１ 焦点
Ｆ２ 焦点
Ｌ１ レーザービーム
Ｌ２ レーザービーム
Ｍ１ 測定信号
Ｍ２ 測定信号

Claims (7)

1. 互いに角度（α）の傾きをなして伝播し、且つ、互いに垂直方向に直線状に偏光されている第１および第２のレーザービーム（Ｌ１、Ｌ２）を発生するための装置（６）と、前記レーザービーム（Ｌ１、Ｌ２）を加工片（１４）上に案内するとともに焦点合わせするための偏光・焦点ユニット（１０）とを備え、
   前記レーザービーム（Ｌ１、Ｌ２）を発生させるための装置（６）が、前記偏光・焦点ユニットの手前に配置されたビーム案内装置（８）を有し、前記ビーム案内装置が、少なくとも一方のレーザービーム（Ｌ２）の伝播方向を変更するため調整可能な可調整ミラー装置を有する前記加工片（１４）のレーザー加工装置であって、
   前記ビーム案内装置（８）が前記偏光・焦点ユニット（１０）の前に配置された部分透過性の端部ミラー（２６）を有し、
   前記端部ミラーが前記レーザービームのそれぞれ一部を偏光・焦点ユニット（１０）に向けて反射し、残部のビームを透過させ、透過された部分ビーム（ＴＬ１、ＴＬ２）が偏光ビーム分割器（２８）に導かれ、前記分割器が透過した部分ビーム（ＴＬ１、ＴＬ２）を分離し、前記偏光ビーム分割器（２８）から出る少なくとも一方の部分ビーム（ＴＬ１、ＴＬ２）がビーム位置検出器（３０−１、３０−２）に導かれることを特徴とする前記加工片（１４）のレーザー加工装置。
2. 前記ミラー装置が、複数の偏光ミラー（１８、２０）を有し、
   前記偏光ミラーが、前記レーザービーム（Ｌ１、Ｌ２）を角度（α）と無関係に常に同一の交点で交差させるように調整される請求項１記載の装置。
3. 前記交点が、前記偏光・焦点ユニット（１０）の口径の中心点（Ａ）にある請求項２記載の装置。
4. １つまたは複数の前記ビーム位置検出器（３０−１、３０−２）から送信される測定信号（Ｍ１、Ｍ２）に基づいて、前記レーザービームが角度（α）とは無関係に常に同一の交点で交差するように前記可調整ミラー装置を制御するための制御装置（３２）を有する請求項１から３の１つに記載の装置。
5. 前記交点が、前記偏光・焦点ユニット（１０）の口径の中心点（Ａ）にある請求項４記載の装置。
6. 前記装置（６）が、２つのレーザービーム源（２、４）を有する請求項１から５の１つに記載の装置。
7. 太陽電池の製作時にシリコンウェハの裏面上のパッシベーション層を局部的に切除するための請求項１から６の１つに記載の装置の使用。
   
   

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