JPS6040683A - 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光を用いて被加工面に開溝を形
成するレーザ加工方式に関する。

この発明は被加工面にレーザ加工により開溝を形成する
に際し、被加工面にハロゲン元素を含む気体を吹きつけ
せしめ、レーザ光によりハロゲン元素を分解し、かつこ
の分解・活性化したハロゲン元素とレーザ光照射により
高温に昇温しで、形成される開溝の溶融物または飛散物
とを反応せしめ、飛散物が被加工面である開溝の底面ま
たは周辺部に残存しないようにする本願出願人による特
許願５８−０７２５５８　（昭和５８年４月２５日出願
）をさらに改良したレーザ加工方法に関する。

この発明はハロゲン元素を含む気体の化学的活性化を促
すため、噴射ノズルの端部に近づけた一対の電極を設け
、放電を行わしめ、プラズマ分解を同時に行い、イオン
化を助長してレーザ光が照射された部分での昇温領域に
おける化学反応即ちレーザ・ケミカル反応（ＬＣ５とも
いう）を実施したことを特徴とする。

この発明は、薄膜型半導体装置特に絶縁表面を有する基
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のそれぞ
れの薄膜のＬＣ５による加工処理に関するものである。

ハロゲン元素は被加工物のハロゲン化物が気体となるよ
うに選択されている。即ち例えば珪素においては弗素ス
ズ、アルミニューム等の導体に関しては塩化物が一般に
選ばれた。

第１の導電性被膜を塩化物雰囲気にし、第１のｂｃｓ加
工により、端部（エッヂ）の鋭い（シャープな）開溝を
有した所定の形状に第１の開溝を形成してパターニング
をし、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の弗化物または
弗化物に酸素を１〜１０％混合した雰囲気にてＬＣ５を
行い、シャープ・エッヂを有する第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の導電性被膜
を形成し、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塩化物気体
雰囲気でＬＣ５を行い、第３の開溝を形成せんとするも
のである。

微細穴より被加工面に吹きつけて、被加工面でのパリの
発生を防ぐことを目的としている。さらに前記した薄膜
半導体装置において、ＬＣ５による開溝部での電気的絶
縁、連結を設計仕様に基づいて行うに際し、その領域で
の低級絶縁酸化物（半導電性をも有する）が残存しない
ように化学反応を併用して行うことを特徴としている。

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また
はその低級酸化物が開溝底部に残存したり、また周辺部
にハリとして飛着してしまい、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。

さらにこの単なる熱のみのレーザ・スクライブ（以下Ｌ
Ｓ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、開溝の底部または凹部に飛散
できなかった一部が残存してしまい、さらに上面にはパ
リといわれる凸部が第４図（Ａ）に示すごとく大きく存
在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。

さらに製造歩留りが究めてばらつき、工業的な応用が不
可能であった。

他方、ＬＳを硝酸または塩酸系の化学液体に浸された被
加工面に行うことが考えられる。

しかしかかる液体を用いる方法においては、このＬＳの
完了した後、被加工面の化学液体を十分洗浄しなければ
ならず、多量生産には実用性がまったくなかった。

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
５Ｏ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
であり、また第２図はそのノズル部を拡大して示してい
る。

これら図面において、レーザ加工機（５０）はレーザ発
振ｆｉ　（２１）、制御系（５１）、ＸＹテーブル（５
２）等よりなっている。レーザ発振ｉ　（２１）は１．
０６μ（７）ＹＡＧＩｚ−ザ（周波数１〜３０Ｋｌｌｚ
、　ビーム径１０〜８゜μφ例えば５０μφ、出力０．
１〜８Ｋ例えばＩＷ）を用いた。レーザ光はコリオメー
ク（２２）を経て、ハーフミラ−（選択反射金属Ｘ２３
）より吹きつけノズル（３０）、簗光レンズ（３５）を
経て基板（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）より
ハーフミラ−（２５）を経て被加工面（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（２６）では被加工面での開溝（１８）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　（２８）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（１９）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（１８）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。

またＸＹテーブル（５２）上方（一般には被加工面と吹
きつけ口との距離は０．５〜２ｍｍ離した）にハロゲン
元素気体の吹きつけ用ノズル（３０）がそのプラズマ発
生用電極（３１）、（３２）を有して配設されている。

被加工面を有する基板をＸ方向またはＹ方向の所定の位
置にテーブル（５２）を制御系（２９）の指示に従って
移動させた。

ハロゲン元素を有する気体は（３８）より導入させ、ノ
ズル（３０）の端部（直径５０〜２００　μφ例えば１
００μφＸ３７）より被加工面（５）上に１〜５ｍ／秒
の速度にて噴出させる。この端部での速度は（３６）で
の圧力が１〜５Ｋｇ／ｃＪであり、被加工面が大気圧で
あるため１〜５ｍ／秒の速度を有している。レーザ光は
ノズル（３０）の上面の投光性保護物（ここでは石英を
用いた）、集光レンズ（３５）。

端部（３７）を経て被加工面に照射させている。

気体のプラズマ化はＤＣ〜高周波例えば３０　Ｋ　１１
　ｚの周波数に１〜５ＫＶの電圧を電極（３９）より一
対の電極（３１）、＜３２）に加え、端部（３７）で放
電をさせた。

この気体のプラズマ化は反応性気体が単にハロゲン元素
の水素化物でない、いわゆる炭素化物例えばＣＦ、　Ｂ
ｒ、　ＣＩＩＦ、等の化学的に安定な気体の分解に有効
である。これらの絶縁物を反応性気体とする場合は、Ｃ
Ｉ、Ｆのラジカルを発生させるため、プラズマ反応を同
時に行うことは有効であった。

ノズル全体はセラミックスよりなる電極間の放電により
熔けないようにした。ノズル（３０）については第２図
に特に拡大して示している。

即ち、弗化物気体として弗化水素＋　ＣＦＪ　Ｂｒ、　
ＣＩＩＰ、　。

Ｃξ、ＣＣξＦ、の気体を用いた。さらに珪素のＬＣ５
用またはこれに加えて酸素を１〜１０％混入せしめ、レ
ーザ光によりＣＦｆが活性弗化物に変成し、被加工面と
反応した際、炭素が酸化して炭酸ガスとなり、固体炭素
が被加工面に残存しないようにすることは好ましかった
。

塩化物気体を用いる場合は、ＩＩｃＩまたはＣＣＩ、を
主として用いた。

弗素化物、塩化物を使い分け、被加工面の成分の反応生
成物が反応抜気体となるものを用いた。

本発明の一例を示すと、以下の通りである。

１　）　Ｓｉ　＋　４１１Ｆ　→　ＳｉＦ４　＋　２１
１．２　）　５ｉＯｚ＋　４１１Ｆ　−−一ン　ＳｉＦ
４　＋　２１１□０３　）　２八Ｉ　＋　６１１ＣＩ　
→　２八１ｃＩ３　＋　３＋１Ｚ４　）　Ａ１凸　＋　
６１１ＣＩ　−ラ　２八ＩＣＩ、　＋　３１１．０５）
Ｗ　＋　６１１Ｆ　−）　ＷＦ、　＋　３馬８　）　５
ｎＯＬ＋　４ＨＣ］　→　５ｎＣ１＋　＋　２ｔｌｚＯ
上記例においては、ハロゲン化物気体として弗化珪素ま
たは珪化物を用いたが、これらは前記したごとく、他の
弗化物、他の塩化物例えばＣＦ’、　、　ＣＩＩＦ、　
、　ＣＦＬｃＩ、、ＣＣＩ□、０１１□ＣＩ、であって
もよい。

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３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（１５）
が設けられている。

この第２図（Ａ）の一部を拡大し、その縦断面図を第２
図（Ｂ）に示す。

図面において、基板（１）は２ｍｍ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（２）をＩＴＯ
（酸化インジューム・スズ）〈５００〜１５００人）と
５ｎＯｚ　（２００〜４００　人）の２層膜または弗素
のごときハロゲン元素が添加された酸化スズ（５００〜
２０００人）を透光導電膜として設けた。

これに対し、第１の開溝（１８）をＬＣ５（周波数５Ｋ
Ｉｌｚ、　スキャンスピード１ｍ／分、出力０．６Ｗ、
焦点距１？Ｊｌｔ５０ｍｍ、ビーム径４０μφ、雰囲気
１１ｃＩ十八１ｒ（ＩＩＣＩ　５〜３０％に希釈〕、ノ
ズル入り口側圧力１．５〜５Ｋｇ　／ｃｔ例えば２Ｋｇ
　／ｃｎ！、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、開溝によって切断された２つの領域
即ち第１の電極（８）、（８’）は、サンプル数１０−
’Ａ　７ｃｍ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のＬＳでは、１０−５〜１０
−′Ａ／ｃｍのリークが３０サンプル中６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（ＰＩＮ接合、
ＰＩＮＰＩＮ・・・ＰＩＮ接合）有して積層した。

図面では、Ｐ型５ｉｘＣ７−、（ｘ　＝０．８　）（２
Ｘ約１００人）−■型Ｓｉ　（約０．５　ｐ　Ｘ　３　
）　−Ｎ型５ｉｘＣ＋−ｚ　（ｘ　＝０．９　）（約１
００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、フォト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。

第１図は第２の開溝を形成している途中を示している。

図面ではこの第２の開溝は半導体（３）または半導体お
よびその下の第１の導電膜（２）をもレーザスクライブ
をして除去させた。

この第２の開溝（１９）の作製において、気体としてＣ
Ｆ３　ＢｒまたはＣＨＦ、を用いた。その他は第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。さらに第１の導電物の側面（１７）
に低級酸化珪素が残存することがなく好ましいものであ
った。

第３図（Ｂ）においては、この半導体等の上表面全面に
第２の導電膜を形成させた。ここではＩＴＯを５０〜１
５００人（列えば１０５０人の厚さに、さらにその上面
に反射性金属を３００〜５０００人例えば１０００人の
厚さにアルミニュームを真空蒸着法またはＣＶＤ法によ
り形成させた。

かくすることにより、第１の導電膜（８）と第２の導電
膜（１１５）とを連結体（１９）によりサイドコンタク
ト（１７）をさせた。このコンタクト部はＩＴＯ，酸化
スズといった酸化物であって、かつ導体の側斜どうしで
連結せしめ、このコンタク１一部での酸化物絶縁物の発
生による信頼性低下を防いだ。

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ｌ−して第３の開溝（２０）を塩化物の気
体を用い、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）
のめまたはこの導電膜に加えてその下の半導体（３）を
もその一部に除去させた。そしてこの第３の開＃　（２
０＞での底部（９）は半導体（３）の上面のＮ型半導体
（１４）を除去させ、導電膜（１１）、＜１１’）での
電気的分離を完全に実施した。

この第３のＬＣ５において、第２の電極を構成する成分
（１ｆ′）が第３の開溝内に残存すると、２つの電極（
１１）、＜１１’）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ナラて、信頼性
の低下を促してしまう。このため力・力・る残存物を本
発明のＬＣ３による化学反応を伴わせて十分除去するこ
とはきわめて有効である。

その結果、不良は０／３０とまったく観察されなかった
。従来のＬＳのみでは３０ケ中２ケ切断できないものが
観察されたことを考えると、きわめて大きな効果である
といえる。

ＣＣ１，、ｌ窒素（０〜９０％）の雰囲気で行ってもよ
む）。

図面において、かくしてガラス基板（１）上Ｇこ複数の
第１および第２の光電変換素子（６）、＜　７　）が形
成され、さらにそれらは、開溝（１Ｂ＞、＜１９＞、＜
２０）よりなる連結部（５）において電気的に直列へ連
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材料を、それぞれ
の材料を前の材料と特定の関（系（ここでは直列構造）
を有して形成させる時、本発明のレーザ・ケミカル・ス
クライブ方法（ＬＣ５）！よ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。

第３図はこれらの上面をバッジヘイジョン膜として窒化
珪素膜（４０）を０．１　μの厚さに形成させた。

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ＬＣ３によりレーザ光
を照射した場合の第４図（Ｂ）との縦断面図である。

第４図（Ａ）において、第３の開ｆｉ（１０）はその底
部（９）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であ
った。

さらに、残存物（低級導電性酸化物）の大部分（１７）
が示すごとく、１μの膜厚に対し２〜５μもの高さで薄
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工、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ｔｍ　（２０）の底部（
９）が半導体（３）の一部のみをえぐるため、残存物（
３３）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（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＃　（２０
）にて切断された２つの導電膜（４）間は電気的に４に
Ω／ａｍ以上を有し、その製品としての歩留りも８５％
以上を２０ｃｍ　Ｘ　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３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」二に４０段直列接続をさせる場合、Ａ
ＭＩ　（１００１ＩＩＷ／　ｃｒＡ）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。

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４８８ｎｍ、　５
１２ｎｍ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ＣＷ
（連続発振光）として用いることは同様に可能である。

さらにこの光電変換装置においては、この集積化構造を
有セしめるに際し、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。

さらにこのＬＣ５を行う反応室での反応の前工程、後工
程に予備室を設＆、ｌ、第１の予備室より反応室に被加
工面を有する基板を移動し、ＬＣ５を行う。

さらにこの反応室の反応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
器より反応性気体を導入する。

以上のプロセスを繰り返すことにより、連続的にＬＣ５
を行うことが可能になった。液体を用いたＬＣ５は本発
明と同様に飛散物の除去が可能となるが、洗浄工程等を
必要とし、気体を用いた本発明のＬＣ５法はどの量産性
をもたらすことはできなかった。

本発明において、被加工面は水平面をＸＹテーブル上に
配設をした。しかしこれは垂直に配設をしても、またこ
の基板の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、ｌｌＣｌ、肝、　ＣＦ、　Ｂ
ｒ＋　ＣＨＦＪ　＋ＣＣＩ＋室温では安定なハロゲン元
素であるＣＣζ＋０、。

ＣＦ＋　４０２　（ＯｖはＡｉｒとしてもよい）も本発
明においてきわめて重要な反応性気体である。

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
ＮＨＤＯ規格とするのではなく　＝　４０ｃｍＸ４０ｃ
ｍ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そ
の他レーデ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図は第１図のレーザ加工機のノズル部の拡大図を示
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図は第３図の光電変換装置における第３の開溝に関
し、従来方法（Ａ）２本発明方法（Ｂ）を比較して示し
たものである。 特許出願人 、（Ａ） ′　ネ伍

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■、ハロゲン元素を含む気体をノズルにより被加工面に
   吹きつけするとともに、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、ハロゲン元素を含
   む気体はイオン化せしめられ被加工面に化学反応を伴っ
   た加工処理を施す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項ムこおいて、ハロゲン元素を
   含む気体はレーザ光を照射するノズルより被加工面に吹
   きつげせしめることを特徴とするレーザ加工方法。