JPH08112682A

JPH08112682A - 光加工方法

Info

Publication number: JPH08112682A
Application number: JP7127523A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Kenji Ito; 健二伊藤; Susumu Nagayama; 進永山
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1995-04-28
Filing date: 1995-04-28
Publication date: 1996-05-07
Anticipated expiration: 2013-10-08
Also published as: JP2807809B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】基板上に形成された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することによって
選択的に加工する光加工方法で、太陽電池等を作製する
際に用いられる。【構成】 400 nm以下の波長のパルスレ−ザ光は、ビ
−ムエキスパンダ２にて大面積化または長面積化して、
非単結晶半導体上に形成された透光性導電膜と金属導電
膜とを組み合わせたもの１１に照射される。パルスレー
ザ光は、平行に配設された一つまたは複数のシリンドリ
カルレンズ４により、一つまたは複数の線状のパルス光
に集光されて、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を損傷させることなく、
一つまたは複数の開溝が形成される。

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
光性導電膜と金属導電膜とを組み合わせたものに光を選
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金属導電膜とを組み合わせたもの
に、400nm 以下( エネルギー的には3.1eV 以上) の波長
のパルスレ−ザを照射し、20μｍφないし50μｍφのビ
−ムスポットではなく、たとえば10μｍないし20μｍの
巾( 特に、15μｍ) 、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、透光性導電膜と金属導電膜とを
組み合わせたものでの光エネルギーの吸収効率を、たと
えばYAG レ−ザ光(1.06 μｍ) 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】開溝は、一つのパルスレーザ光を線状、た
とえば、10cmないし50cm、特に30cmの長さにわたって照
射することで、加工される。また、Ｑスイッチ方式では
なく、400nm 以下の波長のパルス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。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して透
光性導電膜と金属導電膜とを組み合わせたもののみにス
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 以下の波長のパ
ルスレ−ザ光を透光性導電膜と金属導電膜とを組み合わ
せたものに照射するならば、レ−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−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−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。上記レーザ
パルス光は、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。上記レーザパルス光は、パルス巾20
n 秒、繰り返し周波数１Hzないし100Hz 、たとえば10H
z、平均出力１mJ/mm²を使用した。この被膜に開溝(5)
が形成される際に、１回のみの線状のレーザパルス光の
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。下地のガラスおよ
び金属導電膜、または透光性導電膜と金属導電膜とを組
み合わせたものは、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レー
ザパルス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レーザパルス
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−ブルが、たとえば13
0 μｍ移動した後、第２回目のレーザパルス光を金属導
電膜、または透光性導電膜と金属導電膜とを組み合わせ
たもの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
130 μｍ移動した後、第３回目のレーザパルス光を金属
導電膜、または透光性導電膜と金属導電膜とを組み合わ
せたもの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回目のレーザパルス光を金属導電膜、
または透光性導電膜と金属導電膜とを組み合わせたもの
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、レーザパルス光を金属導
電膜、または透光性導電膜と金属導電膜とを組み合わせ
たものに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−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−ム、ニッケル、マグネ
シュ−ム、ステンレスでも同様である。また、透光性導
電膜も本実施例にのみ限定されることはない。なお、本
実施例では、KrF(248nm)のエキシマレ−ザを用いたが、
他の400nm 以下の波長の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
130 μｍ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 以下の波長のパ
ルスレーザ光を用いたため、透光性導電膜と金属導電膜
とを組み合わせたものに吸収し易く、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 以下の波長のパルスレーザ光が平行に配設さ
れたシリンドリカルレンズによって線状に集光されてい
るため、光エネルギーのバラツキが少なく、透光性導電
膜と金属導電膜とを組み合わせたものの微細加工を可能
とした。さらに、本発明によれば、400nm 以下の波長の
パルスレーザ光が透光性導電膜と金属導電膜とを組み合
わせたもの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−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
数のレーザパルス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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 400 nm以下の波長からなるパルスレ−ザ
光をビ−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金属導電膜とを
組み合わせたものに照射することにより、透光性導電膜
と金属導電膜とを組み合わせたものに、一つまたは複数
の開溝を形成する光加工方法であって、前記パルスレーザ光は、平行に配設された一つまたは複
数のシリンドリカルレンズにより、一つまたは複数の線
状のパルス光に集光されることを特徴とする光加工方
法。
【請求項２】 400 nm以下の波長のパルスレーザ光は、
エキシマレーザであることを特徴とする請求項１記載の
光加工方法。