JPS61105884A - 光加工方法 - 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】 「産業上の利用分野」 本発明は太陽電池等に用いられる非単結晶半導体の光に
よる選択加工法に関する。

「従来技術」 非単結晶半導体の光加工に関しては、レーザ加工技術と
してＹＡＧレーザ光（波長１．０５μ）が主として用い
られている。

この波長によるレーザ加工方法においては、スポット状
のビームを被加工物に照射するとともに、このビームを
加工方向に走査し、点の連続の鎖状に開溝を形成せんと
するものである。そのため、このビームの走査スピード
と、加工に必要なエネルギ密度とは、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する。そ
のため、工業化に際しての生産性を向上させつつ、最適
品質を保証するマージンが少ないという欠点を有する。

さらに、レーザ光の光学的エネルギが１．２３ｅＶ（１
，０６μ）であるため、一般に１．５〜４ｅＶの光学的
エネルギバンド巾を有するガラス基板、半導体基板上に
形成された非単結晶半導体に対しては十分に吸収されな
い。また、ＹＡＧレーザのＱスイッチを用いるレーザ加
工方式においては、パルス光は平均０．５〜ＩＷ（光径
５０μ、焦点距離４０闘、パルス周波数３Ｋｔｌｚ、パ
ルス巾６０ｎ秒の場合）の強い光エネルギを走査スピー
ドが３０〜６０ｃｍ／分で加えて加工しなければならな
い。その結果、このレーザ光により非単結晶半導体の加
工は行い得るが、同時にその下側に設けられた基板例え
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。

「発明の解決しようとする問題」 このＹＡＧレーザを用いた加工方式では、スポ・ット状
のビームを繰り返し走査しつつかえるため、下地基板に
発生する微小クラックは、レーザ光の円周と類似の形状
を有し、「鱗」状に作られてしまった。

また、ＹＡＧ　レーザのＱスイッチを用いる方式は：そ
の尖頭値の出力が長期間使用においてバラツキやすく、
使用の度にモニターでのチェックを必要とした。

更に、１〜５μｒｌＪの微細パター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
らに照射後、加工部の非単結晶半導体材料が十分に微粉
末化していないため、うすい酸溶液によりエツチングを
行わなければならなかった。

ｒ問題を解決するための手段Ｊ 本発明は、上記の問題を解決するものであり、その照射
光として、４００ｎｍ以下（エネルギ的には３．１ｅＶ
以上）の波長のパルスレーザを照射し、２０〜５０μφ
のビームスポットではなく、１０〜２０μの巾（例えば
１５μ）、長さ１（１〜５０ｃ＋ｎ例えば３０ｃｍのス
リット状に１つのパルスにて同時に瞬間的に加工する。

それによって非単結晶半導体での光エネルギの吸収効率
をＹＡＧレーザ（１，０６μ）の１００倍以上に高めた
ものである。

さらに初期の光がＹＡＧ　レーザのように円状でかつ光
強度がガウス分布をするのではなく、本発明は初期の光
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ーザ光を用いる。このためエクス
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
１つまたは複数のスリット状にレーザを集光する。その
結果、１つまたは複数のスリット例えば２〜２０本例え
ば４木を同時に１回のパルス光にて照射し、強光を被加
工物に対し照射して開溝を作りえる。

「作用」 １つのパルスで線状の開溝を１０〜５０ｃｍ例えば３０
ｃｍの長さにわたって加工し、開溝を作り得る。またＱ
スイッチ方式ではなく、パルス光の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。

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
して非単結晶半導体のみのスリット状開溝の選択除去が
可能となり、さらに減圧下にてパルスレーザ光を照射す
るならば、レー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差物は
、アルコール、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り、いわゆるフォトマスクプロセス
に必要なマスク作り、レジストコート、被加工物の蒸着
によるエツチング、レンズＩ・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
。

「実施例１」 第１図にエキシマレーザを用いた本発明のレーザ加工方
法を記す。エキシマレーザ（１）（波長２４８ｎｍ、Ｅ
ｇ−５，０ｅＶ）を用いた。すると、初期のビーム（２
０）は１６ｍ川Ｘ用２０ｍｍを有し、効率３χであるた
め、３５０ｍ、ｒｌｒする。さらにこのビームをビーム
エキスパンダ（２）にて長面積化または大面積化した、
即ち１５０ｍｍ　ｘ　３００ｍｍに拡大したく第２図（
２１））。この装置に５．６　Ｘ　１０−３ｍＪ／ｍｍ
２をエネルギ密度で得た。

さらに石英製のシリンドリカルレンズにて開溝中１５μ
で４本に分割し集光した。かくして長さ３０ｃｍ、中１
５μのスリット状のビームを複数本（ここでは４本）に
分割し、基板（１０）上の被加工物（１１）に同時に照
射し、加工を行い、開溝（５）を形成した。

パルス光はＫｒＦを用いた２４８ｎｍとした。なぜなら
、その光学的エネルギバンド巾が５．ＯｅＶであるため
、非単結晶半導体が十分光を吸収し、容易に加工し得る
からである。

パルス中２０ｎ秒、繰り返し周波数１〜１００Ｈｚ　。

例えば１０ｔｌｚ、また、被加工物はガラス基板上のＣ
ＴＦ（透光性導電膜）である酸化スズ（ＳｎＯ□）の上
にプラズマＣＶＤ法により形成された非単結晶半導体と
した。

この被膜に加工を行うと、１回のみの線状のパルス光の
照射でスリット（５）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１〜１０分行い、被加工物を洗浄した。下地のソ
ーダガラス及びＣＴＦははまったく損傷を受けていなか
った。

第３図は、基板上にスリット状のパルス光（５−Ｌ５−
２．５−３．５−４）を同時に照射したものである。こ
のパルスを１回照射した後、Ｘテーブル（第１図（２３
））を例えば１３０　μ移動し、次のパルス（６−Ｌ６
−２．６−３．６−４）を加える。さらに１３０μ移動
し、次のパルス（７−１，７−２，７−３，７−４）を
加える。かくしてｎ回のパルス（ｎ−１，ｎ−２，ｎ−
３，ｎ−４）を加えることにより、大面積に複数の開溝
をｎ分割することにより成就した。

かくの如くにすると、第３図に示される如く、１本の場
合の４倍の加ニスピードにて４ｎ木の開溝を作ることが
できる。しかしかかる場合、例えばｎ−Ｌ５−２との開
溝は５−１　と６−１　との開溝と等間隔にぜんとして
もテーブル（２３）の移動精度により必ずしも十分でな
い。この場合の精度を制御するならば、加工用のビーム
は第１図において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する必要がな
くなる。

なお、本実施例では、ＫｒＦ　（２４８ｎｍ）のエキシ
マレーザを用いたが、他の４００ｎｍ以下の波長の光で
も有効であった。

「効果」 本発明により多数のスリット状開溝を作製する場合、例
えば１３０μ間隔にて１５μの巾を１９２０本製造する
場合、この時間は４本分割とし、１０１１ｚ／パルスと
すると０．８分で可能となった。また１本のみであって
も、３．２分で加工が可能となった。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ーニーグ
を行う場合に比べて工程数が７エ程より２工程（光照射
、洗浄）となり、かつ作業時間が５分〜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。

本発明で開溝と開溝間の巾（加工せずに残す面積）にお
いて、損失が多い場合を記した。しかし光照射を隣合わ
せて連結化することにより、この逆に残っている面積を
例えば２０μ、除去する部分を４００μとすることも可
能である。この場合、集光スリットの巾を１５μより５
０〜１００μとすると生産性向上に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光加工方法の概要を示す。 第２図は光のパターンの変化を示す。 第３図は開溝の基板上での作製工程を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、４００ｎｍ以下の波長のパルスレーザ光をビームエ
   キスパンダにて大面積化または長面積化し、１つまたは
   複数のシリンドリカルレンズを平行に配設し、１つまた
   は複数の線状のパルス光を発光せしめ、被加工面を照射
   せしめることにより、１つまたは複数の線状の開溝を同
   時に形成せしめることを特徴とする光加工方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、被加工面は基板上
   の非単結晶半導体であることを特徴とする光加工方法。