JPS59206195A - レ−ザ加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はレーザビームを用いて被加工面に開講を形成
するレーザ加工方式に関する。

この発明は被加工面、特に導体または半導体力゛（１） 単層または多層に積層された被加工面にレーザ加工によ
り開溝を形成するに際し、被加工面を不活性気体、水素
、または不活性気体と水素との混合気体の非酸化性雰囲
気（以下単に非酸化性雰囲気という）または該雰囲気に
ハロゲン化物気体を混合した雰囲気内に配設し、レーザ
光照射により高温に昇温して形成される開溝の溶融物ま
たは飛散物が開溝部またはその近傍に付着して開溝の底
面または周辺部に残存しないようにするレーザ加工方法
に関する。

この発明は、絶縁基板上に第１の導電性被膜よりなる第
１の電極、非単結晶半導体被膜、さらにこの上面に第２
の導電性被膜よりなる第２の電極を積層して形成する光
電変換装置すなわち導体または半導体の単層または多層
に積層して作製する半導体装置に関するものである。

この発明はかかる光電変換装置において、開溝により分
離されたそれぞれの領域を電気的にも分離絶縁させんと
した場合、開溝部に導体または半導体成分を残存させな
いようにして電気的に完全（２） に分離させるとともに、被加工部の開溝の露出した領域
特に側面または表面で酸化物の絶縁物が低級酸化物の形
成により発生することを防ぐことを目的としている。

本発明は、半導体装置の作製において、被加工面の第１
の導電性被膜を非酸化物雰囲気または該雰囲気にハロゲ
ン化物気体が混合された雰囲気にて、第１のレーザ・ス
クライブ（以下ＬＳという、また、雰囲気にハロゲン化
物気体を同時に混合した場合はレーザ・ケミカル・スク
ライブ即ちＬＣ３という）加工により、酸化により絶縁
性に変成することを防止しつつ端部（エッヂ）の鋭い（
シャープ）な開溝を有して所定の形状に第１の開溝を形
成してパターニングをし、開溝部の導電性被膜を除去し
て開溝を作製する。

さらにこの上面に半導体被膜を形成して、この第１の開
溝を基準としてそれと従属の形状に非酸化性雰囲気にて
第２のＬＳを行い、低級酸化物の残存しない第２の開溝
を半導体に設けたものである。

さらにこの第２の開溝を形成した後、第２の導（３） 電性被膜を全面に第１の導体とコンタクトとの接触抵抗
を低くして形成し、第１または第２の開溝を基準として
この第２の導電性被膜と従属関係のパターンを有して非
酸化物雰囲気でＬＳを行い、第３の開溝を形成せんとす
るものである。

即ち、本発明はこの複数のＬＳに加えて、少なくとも２
つのレーザ加工をまったく独立にパターニングを施すの
ではなく、第１の開溝と従属関係を有した第２、第３の
開溝を、人間の制御で行うのではなく、コンピュータに
よってプログラムを行うことにより、自動的（コンピュ
ータ・エイデツド・セルフ・レジストレイジョン）に作
製することを目的としてている。

従来、レーザ加工方式においては、１つの開溝またはパ
ターンを被加工面に大気中（酸化性雰囲気）で施すこと
が行われていた。しかしかかる大気中では開溝部の被加
工物の一部が開溝底部に残存したり、また周辺部に飛着
してしまい、シャープ・エッヂを有する開溝を作ること
ができなかった。

（４） また、開講部に残存した残存物は大気と反応した低級酸
化物であるため、導電体の表面が絶縁性になってしまっ
た。このためこの開講により電気的なコンタクトを作ら
んとすると、コンタクト抵抗（接触抵抗）が大きく、全
く実用に供することができなかった。

また、この単なる酸化性雰囲気でのレーザ・スクライブ
（以下ＬＳという）は、レーザ光が照射された部分を超
高温に加熱して気化・除去せんとするのみであった。加
えて従来はこの大気が室温であるため、気化して飛散す
る際、急冷されるために開溝の底部または凹部は飛散で
きず、一部が残存してしまう傾向が強かった。

そのため、電気的に開溝によりそれぞれの領域を分離せ
んとする時、この残存物によりリーク電流が発生してし
まい、光電変換装置等の半導体装置への応用が不可能で
あった。

本発明はかかる欠点を有することを防ぐため、重力に対
し非加工面を下面に向けて置くかまたは垂直に立てるこ
とにより、飛散物が再び被加工面（５） に付着してしまうことを防いでいる。加えてこのレーザ
照射がなされる部分に非酸化性気体を噴射・放出して、
熔融物、飛散物を被加工面より下方向に捨ててしまい、
再び開溝部上に付着しないようにしたことを特徴として
いる。

本発明は、かかる従来の方法の欠点を除去し、工業的に
多量生産が可能な完全ドライ方法であって、さらにＬＣ
５の後、この開溝部でシャープ・エッヂを有せしめると
いう大きな特長を有する。さらに加えて本発明は、絶縁
物上の導体に対し、ＬＣ５をした場合、この開溝により
分割されたそれぞれが電気的に残存物によりリークする
ことがなくなり、きわめて工業的に優れたものであった
。

以下に図面に従って本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明のレーザ加工処理方式によるブロック図
である。

図面において、レーザ加工機（５０）はレーザ発振機（
２１）　ＸＹテーブル（５２）等よりなっている。

レーザ発振ｔ８１（２１）は１．０６μのＹＡＧレーザ
（周波数１〜３０ＫＨｚ、ビーム系１０〜８０μφ例え
ば５０μφ、（６） 出力０．１〜％例えばＩＷ）を用いた。レーザ光（６０
）はコリオメーク（２２）を経て、ミラー（選択反射金
属＞＜２３）より基板（１）上の被加工面（５）に至る
。他方、光学的位置検出系（５１）は、ランプ（２４）
によりハーフミラ−（２５）より被加工面（５）に至り
、反射光がミラー（２５）を通過して検知器（２６）に
至る。この検知器（２１）では被加工面での開溝（１日
）の位置情報を検出し、コンピュータ　（２７）に入力
される。

このコンピュータ（２７）にはメモリ　（２１）にて第
２の開溝（１９）の相対的な位置をプログラムされてい
るため、これと第１の加工部の開溝（１８）の位置とを
重合わせて第２の開溝の位置、パターンをレーザ加工機
（５０）の発振機（２１）に入力させる。同様に、位置
をＸＹテーブル（５２）の制御系（２９）に入力させる
。かくして、このＸＹテーブル（５５）のシフトを完了
した後、このレーザ発振機（２１）は第１の開溝（１日
）より所定の距離ずれた（移動させて）位置（座標）に
第２の開溝（１９）を形成せしめることが可能となる。

（７） またＸＹテーブル（５２）はフード（５５）内に配設さ
れ、被加工面を有する基板をＸ方向またはＹ方向に制御
系の指示に従って移動させている。

非酸化性気体は（５３）より導入させ、（５４）に排出
させる。レーザ光はフード（５５）の上面の投光性保護
物（ここでは石英を用いた）（５６）を経て被加工面に
照射させている。

このレーザ加工方法において、第１の開溝をたえず検知
することができるため、この第１の開溝（１８）の位置
を検知しつつ第２の開溝（１９）の作製を実施すること
が可能となった。

第１図はレーザ光が下方向より上向きに被加工面に被着
させたものであり、飛散物はその際重力により下方向に
除去することができる。このためかかる方式においては
、この雰囲気を非酸化性雰囲気即ち水素、アルゴン、窒
素または水素が１〜１０％混合したアルゴン雰囲気とす
ればきわめて有効である。即ち本発明方法においては、
被加工面の開溝にて低級酸化物が発生してコンタクト不
良を誘発してしまうことを防ぐとともに、飛散物が（８
） 開溝またはその近傍に残存することにより、開溝によっ
て形成された２つの領域を電気的に短絡させてしまうこ
とを防ぐという特長を有する。

他方第２図〜第４図は本発明の他の方法であって、被加
工面を垂直に立ててこれに対しレーザ光を横方向より照
射した場合である。

図面において、垂直に被加工面を配設した基板（１）の
被加工面（５）に対しレーザ光（６０）が横方向より照
射され、非酸化性気体（６２）がノズル（６３）より加
工部に向けて放出（噴射）している。飛散物（６１）は
下方向に噴き落とされている。

第２図はレーザ光（６０）を下から上方向に、第３図は
上から下方向に、第４図は左右の横方向に走査（スキャ
ン）させて開溝を作製している。

かくすると被加工面を透光性導電膜とした時、また開溝
を５０μレーザ光（１，０６μ４０μφ焦点距離５０ｍ
ｍ、ＩＷ　）とした時、電気的絶縁性は第２図がもっと
も達成しに＜＜、第４図がもっとも優れたものであり、
電気的絶縁性のみでは第３図または第４図の走査方向が
第２図の下面向きと同様に優れ（９） たものであった。

第２図〜第４−図に示すごとく、本発明方法は基板の被
加工面に非酸化性気体を放出し、開溝部での低級酸化物
の発生を防止することができた。このため本発明におい
て、加工部で生じた生成物を下方向に吹き飛ばすことに
加えて、加工面での再酸化を防ぐため、非酸化性気体を
上方より放出せしめた。速度はノズルが３ｍｍφにおい
て１０１２７分とした。これによりレーザ加工に必要な
出力は１切より１．５〜２−に大きくする必要があった
が、顕微鏡においても低級酸化物がまったく観察されな
かった。

かくして第２図〜第４図のすべてを用いて第５図に示し
た応用例を作製せんとする場合においては、連結部（１
２）のコンタクト（１７）を十分低いコンタクト抵抗と
し、すなわち１０Ω以下一般には０．１〜３Ω／ｃｍと
することのできる開溝を作ることができた。これに酸化
性雰囲気で行った場合に１〜ＩＯＫΩ／ｃｍであること
を考えると、その効果は１０２〜１０今倍にもすること
ができた。

（１０） 第５図は本発明方式を用いた光電変換装置の縦断面図を
示す。

図面に従ってさらに本発明の内容を示す。

第５図において、（Ａ）は例えば２０ｃｎ＋　Ｘ　６０
ｃｍの大きさを有する絶縁基板（１）である。ここでは
ガラス基板または金属箔上の絶縁被膜を形成した絶縁表
面を有する基板を用いた。

さらにこの上面に被加工面（５）が形成されている。

この加工面（５）にはレーザ加工により開溝群（１２）
が設けられている。

この第５図（Ａ）の一部を拡大し、その縦断面図を第５
図（Ｂ）に示す。

図面において、基板（１）は１．１ｍｍの厚のガラス表
面である。さらにこの上面に、第１の導電性膜をハロゲ
ン元素が添加された酸化スズまたはＩＴＯ（酸化インジ
ュームスズ）を５００〜１５００人と５ｎＯ１（２００
〜４００人）の２層膜として透光性を有して設けている
。

これに対し、第１の開ｉ１ｊ　（１Ｂ）を１、Ｃ５（周
波数（１１） ５ＫＩＩｚ、　スキャンスピード１ｍ／分、出力０．鵠
、焦点距離５０ｍｍ、ビー　ム径４０μ、雰囲気Ａｒ、
大気圧、室温）により形成し、第１の導電膜を複数のパ
ターン（ここでは第２図（Ａ）に示すごとき短冊状）に
電気的に分割した。

このＬＣ５により、開講によって切断された２つの領域
即ち第１の電極（７）＜　７’）は、サンプル数３０で
テストをした時、まったくその電極（７）＜　７’）間
には１０−′人／ｃｍ以下のリークしか観察できず、不
良がＯ／３０であった。

しかし従来の単なる大気中であって被加工面に上方より
レーザ光が照射される方式のＬＳでは、１０−５〜１０
−’人／ｃｍのリークが３０サンプル中４ケも観察され
、開溝部での残存物によるリーク電流の防止に対し、本
発明はきわめて有効であった。

さらにこの第１の開溝を形成した後、この上面に非単結
晶半導体をＰＩＮ接合を少なくとも１つＣＰＩＮ接合、
ＰＩＮＰＴＮ・・・ＰＩＮ接合）有して積層した。

図面ではＰ型Ｓ＋ｘＣ１−Ｘ　（ｘ　−０，８＞＜　２
　）　＜約１００人）（１２） −Ｉ型Ｓｉ　（約０．５μ＞＜３）−Ｎ型微結晶化Ｓｉ
　（約２００人）〈４）よりなる１つのＰＩＮ接合を有
する半導体（３）をプラズマＣＶＤ法、フォ）ＣＶＤ法
またはフォトプラズマＣＶＤ法により形成して、被加工
面（５）が形成された。

この後、この半導体（３）を第１の開溝（１８）を基準
として１０〜２００μ例えば７０μ、図面において左側
にシフトさせて、第２の開溝（１９）を形成した。シフ
ト量は予め第１図におけるメモリ　（２８）にプログラ
ムさせておいた。

図面ではこの第２の開溝は半導体（３）またはその半導
体およびその下の第１の導電膜（２）をもレーザスクラ
イブ（雰囲気は水素または水素が混合した窒素）をして
除去させた。

この第２の開溝（１９）の作製においても、第１の開溝
の作製と同−ＬＣＳプロセス条件とした。するとこの開
溝の周辺部に珪素の飛散物が残存せず、第２の電極間の
導電膜を作る際、ピンホールの原因となる要素を除去す
ることができた。

さらに図面においては、この半導体等の上表面（１３） 全面に第２の導電膜を形成させた。ここではＩＴＯ（１
５）を５０〜１５００人例えば１０５０人の平均厚さに
、さらにその上面に反射性金属（１６）を２００〜５０
００人好ましくは３００〜２０００人例えば１０００人
の厚さに真空蒸着法、ＣＶＤ法により形成させた。

次ぎにこの第２の導電膜に対し、第１の開溝を基準とし
てさらに２０〜２００　μ例えば７０μ左側（第１の素
子側）にシフトして第３の開溝（２０）を第１図に示し
たレーザ加工装置により形成させた。

この第３の開溝（２０）は第２の導電膜（４）のみまた
はこの導電膜に加えてその下の半導体（３）をも除去さ
せ第１の導電膜の表面（１０）を露呈させてしまっても
よかった。

このＬＳにおいて第２の電極を構成する成分が第３の開
溝に残存すると、２つの電極（９）、（８’）の間には
光電変換装置として０．５〜１ｖの電位差が生ずるため
、残存物が存在するとこの残存物が気体であるためリー
クの要因となり、信頼性の低下を促してしまう。このた
めかかる残存物を除去することはきわめて有効である。

（１４） 本発明のＬＣ５においては、被加工面が水素を１０％含
むアルゴンガス雰囲気中で行った。その結果不良はＯ／
３０とまったく観察されなかった。この雰囲気部にハロ
ゲン元素気体例えばＣ）Ｉ八、ＣＦ、Ｂｒ、　ＣＦＣＩ
。

を同時に混合し、化学エッチを併用させ、いわゆるＬＣ
５（レーザ・ケミカル・スクライブ）とすることはこの
残存物の除去にさらに有効である。かかるハロゲン化物
気体は安全であり、かつレーザ光が照射されるとその熱
で分解され発生したＦ、ＣＩ。

Ｂｒのイオンがレーザ照射で発生した溶融物と反応し、
気化を促進する。このため開溝部の低級酸化物を実質的
に除去することができた。その結果、接触抵抗を０．１
０７ｃｍにまで下げることができた。

図面において、かくしてガラス基板（１）上に複数の第
１および第２の光電変換素子（３１＞、（３２）が形成
され、さらにそれらは、開溝（１８）、（１９）、＜２
０）よりなる連結部（１２）において電気的に直列に連
結され、そのコンタクト（Ｉ７）における接触抵抗力用
Ω／ｃｍ以下（Ｉｃｍあたり１Ω以下の意）とすること
が可能となった。

（１５） このような大面積に設けられた異なる材料を、それぞれ
の材料を前の材料と特定の関係（ここでは直列構造）を
有して形成させる時、本発明の飛散物を除去するきとも
に開溝部で酸化を防ぐため非酸化性雰囲気にてＬＳを行
うことは、その製造歩留りの向上、さらに集積化したパ
ネルの効率の向上にきわめて有効であることが判明した
。

本発明において、第２図の光電変換装置において、２０
ｃｍ　Ｘ　６０ｃｍの基板の大きさに対し、１つの素子
（３１）、（３２）を１５ｍｍ　Ｘ　２０ｃｍとし、そ
れらを同一基板状に４０段直列接続をさせる場合、ＡＭ
Ｉ　　（１００ｎ＋Ｗ／ｃｍ’）の条件下にて、開放電
圧２７．２Ｖ、短絡電流２９０齢を有することができ、
変換効率６．６％を有することが可能となった。

さらにこの光電変換装置においては、この集積化構造を
有せしめるに際し、本発明方式ではコンピュータにより
制御された完全無人化製造ラインを作ることが可能点な
り、きわめて工業的に価値大なるものであることが判明
した。

さらにこのＬＳまたはＬＣ３を行う反応室での反応（１
６） の前工程、後工程に予備室を設け、第１の予備室より加
工室に被加工面を有する基板を移動し、ＬＳを行う。さ
らにこの加工室の非酸化性気体を排気して別容器に保管
し、基板を第２の予備室に移す。

さらにこの空になった反応室に第１の予備室より他の基
板を移す。この後別容器より非酸化性気体を導入する。

以上のプロセスを繰り返すことにより、連続的にＬＳま
たはＬＣ５を行うことが可能になった。

本発明において、開溝の間に基板のＸＹテーブルによる
移動ではなくレーザの光源を移動させることにより開溝
を作ってもよいことはいうまでもない。

以上の実施例においては、不活性気体として、アルゴン
、水素を主として示した。しかし窒素または水素の添加
された窒素においても有効であり安価であり工業的であ
った。

また第５図において、光電変換装置は２０ｃｍ　Ｘ　６
０ｃｍを４つ組み合わせて４０ｃｍ　Ｘ　１２０ｃｍの
ＮＥＤＯ規格とするのではなく　、　４０ｃｍＸ４０ｃ
ｍを３枚配列し、同じ（１７） パネル形成を行ってもよい。また電卓用その他民生用の
光電変換装置を含む半導体装置その他レーザ加工のすべ
てに対し、本発明方法を応用することも有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のレーザ加工方法を行うためのレーザ加
工機のブロック図を示す。 第２図〜第４図は本発明の他のレーザ加工方法を行う時
の被加工面付近の概要を示す。 第５図は本発明のレーザ加工方法によって作られた光電
変換装置を示す。 特許出願人 （１日） 麓ｌ■ ポ５■ 手続補正書（方式） ■、事件の表示 昭和５８年特許願第０８０４１４号 ２、発明の名称 レーザ加工方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 昭和５８年８月１０日 （発送日　昭和５８年８月３０日） ５、補正の対象

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■、被加工面を不活性気体、水素または不活性気体と水
   素との混合気体より選ばれた非酸化性雰囲気内に配設し
   、前記被加工面にレーザ光を照射して加工処理を施すこ
   とを特徴とするレーザ加工方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、レーザ光の照射さ
   れる開溝部にノズルにより非酸化性混合気体を上方また
   は斜上方より被加工面に放出せしめることを特徴とする
   レーザ加工方法。 ３、特許請求の範囲第１項において、ハロゲン化物気体
   が同時に混合されたことを特徴とするレーザ加工方法。