JPS6037283A - 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】 この発明はレーザ加工方法に関する。

この発明のレーザ光を被加工面を有する薄膜に対し斜め
方向より照射し、さらにそのレーザ光を被加工面とレー
ザ光との望み角度（以下単に角度ともいう）を最大とす
る方向にレーザ光を、または最小とする方向に被加工面
を移動（走査）することを目的とする。

この発明は、レーザ光を斜め方向より照射してヤ加工部
に開溝または被加工部を単に酸化して絶縁性に変成する
加工処理部（以下これらを合わせて単に開溝ともいう）
を形成するに際し、開溝部の被加工物を十分飛散または
酸化変成せしめ、その残存物を開溝またはその周辺部の
薄膜上に残存させないようにすることを目的としている
。

この発明は被加工部がその深さが１μ以下を有する薄膜
であって、この薄膜を加工するに際し、その下地の基板
への損傷を可能なかぎり押さえて開溝または加工処理部
を設けることを目的としている。

従来、レーザ光を被加工面に対し垂直方向より照射する
ことによりレーザ加工を施す方法が知られている。

この方法は一般には被加工面を水平に配置し、そこに対
し上方より鉛直にＹＡＧレー−ザ（波長１．０６μ）を
照射して加工を施すものである。

しかしかかるレーザ加工処理は加工深さの制御が不可能
であり、特に厚さが１μ以下の薄膜被加工物を対象とす
る場合、その厚さが薄すぎるためにこの薄膜を透過し、
その下側の他の薄膜または基板にまで加工損傷を与えて
しまっていた。

さらに被加工薄膜が導体または半導体である場合、開溝
により電気的に絶縁分離または相互連結を行わんとする
工業的応用分野が広い。かかる応用として薄膜型光電変
換装置が知られている。しかしかかる電気的分離を線（
開溝）として行わんとしても、従来のレーザ加工方法で
は残存物が多量にその溝の周辺に残り、十分な絶縁分離
ができない。また逆に電気的連結を行わんとする時、残
存物がそれぞれの被膜を構成する材料の酸化物であるた
め、低級絶縁性を有し、電気的連結を十分に行うことが
できない。

さらに従来の垂直レーザ光の照射方法では、レーザ加工
処理を施さんとしても、最も望まないその下側の薄膜す
らも切断してしまうという多くの欠点があり、実用上の
製造歩留りの低さを考える時、とても工業的に使用でき
るものではなかった。

本発明はかかる欠点を排除し、同一パターンを多量にか
つ１μ以下の厚さでの薄膜の加工（線中１００μ以下好
ましくは１０〜６０μ）を行う場合、その加工処理がそ
の下側薄膜または基板に損傷を与えることなく、かつ加
工残存物を十分少なく、即ち十分飛散させることを特徴
としている。

このため、レーザ光を被加工面に対し６０°以下（好ま
しくは１５〜６０°）の望み角で斜め方向より照射し、
その反対方向（即ち被加工面とレーザ光との角度が最大
とする方向）にレーザ光を走査して、開講、加工処理部
を形成するもので、その際被加工物を飛散してしまうと
ともに加工処理の深さを浅くするいわゆる薄膜型の被加
工物に対するレーザ加工方法を提案するものである。

この発明は１本のレーザ光を複数のレーザ光に分割し、
レーザスクライプ（以下ＬＳという）の実効的な走査速
度（スキャンスピード、以下ＳＳという）を速くせしめ
るとともに、そのレーザ光を被加工面より斜め方向に照
射し、浅い開溝または酸化絶縁物に変成する加工処理部
を形成することを特徴としている。

この発明は、絶縁表面を有する基板上に０．５μ〜５０
０人の厚さの第１の導電性薄膜よりなる第１の電極、１
〜０．２μの厚さの非単結晶半導体被膜、さらにこの上
面に１〜０．１　μの厚さの第２の導電性薄膜よりなる
第２の電極を積層して１μ以下の導電性薄膜、半導体、
他の導電性薄膜を形成する光電変換素子を基板上に集積
化して、大電力を発生させんとする光電変換装置に応用
するに際し、特に有効な方法である。

即ち、第１の導電性薄膜を第１のレーザスクライブ（以
下ＬＳという）加工により所定の形状に第１の開溝を形
成してパターニングをし、それぞれのパターン（第１の
電極）間を絶縁分離する。この時、基板上部に損傷を与
えないようにするため本発明方法の浅いＬＳを行う。

さらにこの上面にＰＩＮ接合を少なくとも１つ存する半
導体薄膜を第１の開溝および複数の第１の電極上を覆っ
て形成した。さらにこの第１の開溝を基準としてそれと
従属の形状の第２の開溝を、この半導体薄膜またはさら
にこの半導体に加えてその下の第１の導電膜薄膜に設け
て、再び所定のパターンに分離して形成したものである
。この時、基板上部に損傷を与えないようにせしめ、加
えて残存物が半導体上部および第１の導電膜の表面上に
残存しないようにしなければならない。

さらにこの第２の開溝を形成した後、第２の導電性薄膜
を半導体および第２の開溝を覆って形成した。この際、
第２の開講で第２の導電性薄膜と第１の電極とが電気的
に連結する。次に、第１または第２の開溝を基準として
この第２の導電性被膜に従属関係のパターンを有して第
３の開溝または酸化物絶縁する加工処理部を形成し、複
数の光電変換装置を直列に連結して形成せんとするもの
である。この時、半導体の一部にも開溝を作ることはよ
いが、第３の開溝が第１の導電膜を切断してしまっては
絶対にならない。

即ち、これら３つのＬＳＩ程において、必ず下地薄膜ま
たは基板との関係がきわめて重要である。

即ち、ＬＳで最も困難な深さの加工処理の制御が薄膜の
レーザ加工において非常に重要であることがわかる。本
発明はかかる目的を実施するために示されたものである
。

さらに、本発明はレーザ加工において少なくとも２つの
工程で実施されるレーザ加工をまったく独立（無関係）
にパターニングを施すのではなく、第１の開溝と従属関
係を有して第２、第３の開講を人間による制御を行うの
ではなく、コンピュータにプログラムされたパターンに
より実行することにより、自動的に位置合わせ（コンピ
ュータ・コンドロールド・セルフ・レジストレイジョン
）をして作製することを目的としている。

本発明はこの一定の複数の開溝を作る処理をコンピュー
タに予めプログラムすることにより、複数の開溝の位置
、形状が無秩序にばらついてずれが起きることなく、高
精度で作製することを目的としている。

本発明はこのため、第２または第３の開溝を形成する工
程中に、第１の開講の少なくとも１つを光学的に検知し
つつ行うことにより、さらに複数のレーザ光のそれぞれ
の開溝の位置（座標）の精度を所定の位置に対して±２
０μ以内好ましくは±５μ以内に向上させることを目的
とする。

以下に図面に従って本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明方法の実施に用いたレーザ加工処理装置
の概要を示すブロック図である。

図面において、レーザ加工機（５ｏ）はレーザ発振機（
２１）、コリオメータ（２２）、ミラー（４２）、分周
器（４３）、角度調整ミラー（４１）、焦点合わせ用レ
ンズ（３４）、　ＸＹ座標制御系（２９）等よりなって
いる。

レーザ発振機（２１）は１．０６μの波長を発光するＹ
ＡＧｌｚ−ザ（周波数１〜３０ＫＨｚ、ビーム系１０〜
８ｏμφ例えば５０μφ、出力０．１〜８圓例えば被加
工面出方０．５Ｗ）を用いた。レーザ光はコリオメータ
（２２）を経て、ミラー（４２）に至る。分周器（４３
）ではハーフミラ−またはこれとプリズムとを併用して
原レーザ光を２〜８段分用いて分割する手段を有してい
る。その結果レーザ光は＜４ｏ＞、＜４８＞、＜４６’
＞　・・・・と複数本ここては４本に分割せしめた。が
くして実効的にレーザ光による加工処理を４〜８倍に速
くした。さらに、この分割されたレーザ光（以下（４０
）によって代表させる）はハーフミラ−（選択反射金属
）（２３）より下方に投光させた。

さらにこのレーザ光を角度調整用ミラー（４１）により
被加工面（５）に対し所定の望み角（３５）を６０〜１
５°例えば６０°、４５°、３ｏ°　または１５°とし
た。また、このレーザ光を焦点距！５０ｍｍとすること
により、レンズ（３４）によりしぼり、光径５゜μで被
加工薄膜（５）に照射した。

他方、光学的位置検出系（５１）はランプ（２４）より
ハーフミラ−（２５＞、（２３）をへて、基板（１）上
の被加工面（薄膜）（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（
２６）では被加工面での前工程で実施した開溝（１Ｂ）
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ｓｔ　（１９）の第１の開溝に対する相対的な位
置がプログラムされているため、これと第１の開溝（１
８）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（５ｏ）の発振機（２１）に入力させる
。同時番ごこのコンピュータの出方を２つの制御系（２
９＞、（４９）に入力させる。被加工面をＹ方向（３８
）に移動させる制御系により図面では上方向への移動を
せしめる。分周器（４３）の制御系（４９）によりＸ方
向の位置をそれぞれの開溝が形成される列に移動して第
１の開溝（１８）を基準として決定する。

かくしてこの分周器（４３）により複数のレーザ光（４
０）のＸ方向の座標を決定した後、レーザ加工機（２１
）は第１の開溝（１８）より所定の距離シフトし、他の
位置（座標）に第２の開溝（１９）を形成せしめた。

この時この第２の開溝はレーザ光の（４０）、＜４０’
）・・・の数だけ同時に形成させた。

その結果１つのＬＳのＳＳは１．ｍ／分であっても、実
質的に４本分割においては４ｍ／分のスピードを得るこ
とができ、生産性を４倍にまで向上させることが可能と
なった。

さらにこの基準となるモニターは分割したレーザ光のい
ずれか１つをマスターとして決定すればよく、その場合
は分周器（４３）において、レーザ（４０〉、（４ｄ）
・・・のそれぞれのその位置の精度が所定位置に対し２
０μ以内好ましくは５μ以内の精度にて規定することは
きわめて重要である。

図面において、左側の基板（１）上の被加工薄膜（５）
に対し、上方より下方向にレーザ光を走査して開溝を作
製し加工処理によって発生した残存物を重力を利用し下
方向に飛散させ、この飛散物が再び被加工面近傍の基板
上に付着することを防いだ。

第２図は本発明方法のレーザ加工方法の種々の実施例を
示す。

第２図（Ａ）は基板（１）上に薄膜の被加工物（５）を
有し、被加工物を上方のＹ軸方向（３８）として走査し
たものである。レーザ光（３６）の被加工物との望み角
（３５）は６０〜１５°例えば３０°とした。光はレー
ザ光を（３Ｂ’）のごと（に逆に走査してもよい。図面
でも明らかなごとく、飛散物（３９）に重力をも加味し
、再び薄膜の表面に付着しないようにしたことを特徴と
する。

かかる飛散物の付着を防ぎ、効果において、第２図（Ｂ
）はさらに優れた配置関係を示す。

即ち基板く１）の下面に薄膜の被加工物（５）を有し、
レーザ光（３６）の角度（３５）を、例えば６０’にし
て走査（３８’）　して基板の垂直下方向に飛散物を落
下させたものである。基板をこの場合の（３８）に示す
ごとく他のＸ方向（３８）　４こ走査してもよい。

飛散物はすべて下方に落下するようＧこして、薄膜（１
）をえぐるようにレーザ光を照射させるため、レーザ光
により深い開溝が作られることなく、薄膜特に１μ以下
の薄膜に対して本発明方法番よ有効であった。

さらに変形として第２図ＣＢ＞で図面の奥方向即ち図面
に垂直方向が重力方向となる方法、および第２図（Ｃ）
に示すごとく、被加工面（５）〈図面の下方向が重力方
向〉に」二方よりレーザ光しこより加工処理を行うこと
が可能である。

第２図（Ｂ）の変形は、第２図（Ａ）と同程度に飛散物
がつきにくく、また第２図（Ｃ）【よ飛散物が基板表面
に付着しやすく、実用上より第２図（Ａ＞、（Ｂ）が特
に好ましかった。

第３図は本発明方法を応用し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の効果を補完する。

第３図において、（Ａ）は例えば２０ｃｍ　Ｘ　６０ｃ
ｍの大きさの絶縁表面を有する基板（１）である。ここ
ではガラス基板または酸化処理がされたアルミニューム
薄膜表面を用いた。

さらにこの上面に薄膜である被加工物（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連結部（１２）
が設けられている。

この第３図（Ａ）の一部を拡大し、その縦断面図を第３
図（Ｂ）に示す。

図面において、基板（１）は２ｍｍ厚のガラスを用いた
場合である。さらにこの上面に第１の導電性液１１！（
２）をＴＴＯ（酸化インジュームスズ）を５００−１５
００人と５ｎＯｘ　（２００〜４００人）の２層Ｈ臭と
して透光性を有して設けている。

これに対し、第１の開溝（１８）をＬＳ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３図（Ａ）
に示すごとき短冊状）に電気的に分割し、電極（７）を
形成させている。

さらにこの第１の開溝を形成した後、これらの上面に非
単結晶半導体をＰＩＮ接合を少なくとも１つ有して積層
した。

図面ではＰ型５ｉｘＣ，、（ｘ　−０，８０２）（約１
００人）−■型Ｓｉ　（約０．５μＸ３）−−Ｎ型Ｓ　
ＩＡＣＩ＜　（約２００人）、（１４）よりなる１つの
ＰＩＮ接合を有する半導体（３）を１μ以下の厚さにプ
ラズマＣＶＤ法、フォトＣｖＤ法、フォトプラズマＣＶ
Ｄ法または減圧Ｃｖ。

法により形成して、他の被加工面（５）を形成させた。

この後、この半導体（３）を第１の開講（１８）を基準
としてわたり深さを１０〜２００μ例えば７０μ（図面
において左側）シフトさせて、第２の開講（Ｉ９）を形
成した。このシフト量は予め第１図においてメモリ（２
８）にプログラムさせておいた。

このため第１の開講の座標を光学系（５１）によりモニ
タしつつ、それと平行に第２の開溝（１９）を形成する
ことができた。図面では、この第２の開溝は半導体（３
）およびその下の第１の導電膜（２）をもし〜ザスクラ
イブをして除去させた。

この第１およびこの第２の開溝を形成させた後、希弗酸
等で残存物をさらにエツチングすることは有効であった
。

さらに図面においては、この上面全面に第２の導電膜（
４）を形成させた。この時サイドコンタクト（８）を構
成させた。ここではＩＴＯ（１５）を５０〜１５００人
例えば１０５０人の厚さに、さらにその上面に反射性金
属（銀、アルミニューム０１６）を３００〜５０００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。

サイドコンタクト　（８）は、ＩＴＯ（７）とＩＴＯ（
１５）と同種材料で密接し、ここでの接触抵抗を１Ω／
ｃｍ以下に下げた。

次ぎにこの第２の導電膜に対し、第１の開溝を基準とし
てさらにわたり深さ２０〜２００　μ例えば７０μ左側
にシフトし、第３の開溝を第１図のレーザ加工装置によ
り形成させた。この第３の開講（２０）は第２の導電膜
（４）のみならずその下の半導体（３）の少なくともＮ
型半導体Ｍ　（１４）をも除去（１０）させてしまった
。

しかしこの開溝（２０）の底部は、第１の導電膜（７）
を切断してはならない。

図面において、かくして絶縁表面を有する基板（］）ｌ
に複数の光電変換素子（３１）、＜３２）が形成され、
さらにそれらを開講（１８）、＜１９＞、（２０）より
なる連結部（１２）において電気的に直列に連結させる
ことが可能となった。

このような大面積に設けられた異なる薄膜材料を、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
）を有して形成させようとする場合、本発明の斜め方向
よりレーザ光を照射するレーザ加工方式は浅溝作製方法
であるため、パルス光の出力に対する深さのばらつきに
余裕を有せしめ得、きわめてを効であることが判明した
。

第４図は第３の開溝（２０）を形成するに際し、従来よ
り知られるごとく、垂直方向にレーザ光を照射した場合
の第４図（Ａ）と、本発明方法の望み角３０゛　として
レーザ光を照射した本発明方法の場合の縦断面図である
。

第４図（Ａ）において、第３の開溝（１０）はその底部
（１０）が第１の導電膜に至りやすく、さらにその作業
を１００回行っても、６０％以上が（１０）に示すごと
く、第１の導電膜をも切断してしまうため、光電変換装
置としての直列接続をさせることが実質的に不可能とな
った。

さらに残存物の大部分（３３）が示すごとく、１μの膜
厚に対し２〜５μもの高さにを薄膜（４）の表面上に突
出してしまい、この凸部でのパンシヘイションを不十分
にするに加え、第３の開溝での電気的アイソレイション
も不十分（ＩＫΩ／ｃｍ以下）になりやすかった。

しかし、本発明方法では第４図（Ｂ）に示すごとく、第
１図の部分においては第３の開溝（２０）の底部（１０
）が半導体（３）の一部のみをえぐるため、残存物（３
３）も従来方法に比べ１／１０以下となり、被加工物の
下側の損傷をきわめて少なくし、実用上歩留りは９０％
を越えた優れたものであった。この時、開溝（２０）に
て切断された２つの導電膜（４）間は電気的に４に０７
ｃｍ以上を有し、その製品としての歩留りも８５％以上
を２０ｃＩＩＩＸ　６０ｃｍのパネルにて４０段直列連
結の装置で得ることができた。

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
れらを同一基板上に４０段直列接続をさせる場合、ＡＭ
Ｉ　（１００ｍＷ／　ｃｔ＆　）の条件下にて開放電圧
２６ｖ、短絡電流２６０　ｍＡを有することができ、変
換効率６，７％を有することが可能となった。

このため第１、第２、第３の開講の作製においては、そ
の必要時間は最大３０分以内でなければならない。

しかし第１の導電膜、半導体、第２の導電膜に対するＬ
ＳのＳＳは１ｍ／分が最大であり、１つのパネルあたり
２０　（ｃｍ）　Ｘ４０　（本）Ｘ２０枚（バッチ枚数
）（延べ１６０ｍ）の長さの開溝を３０分で作らなけれ
ばならない。

かかる場合、本発明装置においては、８本レーザ光用を
用いると、３０分間では１　（ｍ７分）×８（分周数）
Ｘ３０（分）即ち２４０ｍの実効長さの開溝を作ること
ができる。即ち３０分以内に１バツチすべてに開溝を作
ることが可能となった。

以上の説明のごとく１枚のパネルが２０ｃｍ　Ｘ　６０
ｃｍを有し、１バッチ２０枚としてパネル内に４０本の
開溝を一定の間隙で作製させんとした時、この１回のプ
ロセスで（１バツチ）での工程時間を３０分とすると、
第１の導電膜（２）、半導体（３）、第２の導電膜（４
）をそれぞれ３０分で作ることが初めて可能になった。

以上の如くにして本発明のレーザ加工機により被膜数２
０ｃｍ　Ｘ　６０ｃｍのパネルを４０枚／時間の多量生
産が可能となった。

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とな
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。

本発明の実施例において、レーザ光として１．０６μの
波長のＹＡＧレーザを用いた。しかし４８８ｍｍ、　５
１２ｍｍのアルゴン・レーザ、また１０．６μの炭酸ガ
ス・レーザその他の光源をパルス光として、またはＣ−
（連続発振光）として用いることは同様に可能である。

また第２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
８１！ＤＯ規格とするのではなく　、４０ｃｍ　ｘ　４
０ｃｍを３枚配列し、同じ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
置の製造に本発明方式を同様に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機のブロック図を示す。 第２図は本発明のレーザ加工方法の他の実施例を示す。 第３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。 第４図はレーザ加工の開溝を従来例と本発明方法によっ
て得た結果をそれぞれ（Ａ　＞、＜　Ｂ　）に示す。 特許出願人 鍬２（−１ ！３０ Ｏ 革４−（９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザ光を被加工平面を有する薄膜に対し、斜め方
   向より照射するとともに、前記レーザ光と被加工面との
   角度が最大になる方向に前記レーザ光、または被加工面
   との角度が最小となる方向に被加工面を移動して、前記
   被加工面に開溝または加工処理部を形成することを特徴
   とするレーザ加工方法。 ２．１本のレーザ光を複数のレーザ光に分割する手段と
   、前記複数のレーザ光をＸ方向に走査する手段と、被加
   工面または前記レーザ光をＹ方向に移動する手段とを有
   することにより、被加工面の任意のＸＹ座標に複数のレ
   ーザ加工処理を同時に施すに際し、前記複数のレーザ光
   を斜め方向より照射するとともに、前記レーザ光と被加
   工面との角度が最大になる方向に前記レーザ光、または
   被加工面との角度が最小となる方向に被加工面を移動し
   て、前記被加工面に開溝または加工処理部を形成するこ
   とを特徴とするレーザ加工方法。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項において、被加
   工面に対し６０〜１５°の望み角を有してレーザ光を斜
   め方向より照射することを特徴とするレーザ加工方法。