TW201341096A - 用於工件之雷射加工的裝置 - Google Patents

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Abstract

一種用於工件(14)之雷射加工的裝置，具有一個能夠產生彼此夾一角度(α)的第一雷射束(L1)及第二雷射束(L2)的裝置(6)，以及一個將雷射束(L1、L2)導引及聚焦到工件上方及/或工件上的偏轉及聚焦單元(10)，其中雷射束(L1、L2)在彼此垂直的方向上被線性偏振。

Description

用於工件之雷射加工的裝置
本發明涉及一種用於工件之雷射加工的裝置，尤其是在製造太陽能電池時對矽晶圓進行加工。
在以結晶矽製造太陽能電池時，背面打開的過程在整個製程中扮演關鍵性的角色。這個過程是利用雷射剝離將位於晶圓背面的鈍化層局部打開，也就是說將鈍化層局部去除。鈍化層的作用是使未結合的表面狀態變飽和，以避免電荷載體的重組，進而導致太陽能電池的效能變差。局部打開鈍化層的另一個作用是在之後的製造步驟中可以在背面的其他鈍化層部分形成電接觸。一種已知的局部去除鈍化層的方法是利用雷射以等距線的方式將鈍化層剝離。
使接觸面與鈍化面達到最佳比例是決定太陽能電池的效能的關鍵性因素。一種控制這個比例的方法是改變線距，以改變每一片晶圓的線數。
除了最佳化雷射加工的效率及必要的精度之外，加工速度對於製造的經濟性也具有決定性的影響。影響雷射剝離之最大加工速度的最重要的影響量包括輻 射源的脈衝能量及脈衝頻率，以及所使用之偏轉及聚焦單元的速度。
從先前技術已知，背面打開的過程是經由一個偏轉及聚焦單元(通常是由電流計反射鏡構成的具有一個平場雷射聚焦透鏡的可控制的反射鏡裝置)將主模雷射發出的雷射束導引到要處理的晶圓上。利用一種特殊的CAD軟體可以制定一個佈局，並經由相應的硬體將這個佈局送至偏轉及聚焦單元。控制偏轉及聚焦單元，使反射鏡裝置以該佈局的方式將雷射束導引到晶圓上。先前技術可實現的加工速度受到設置於偏轉及聚焦單元內的偏轉鏡以必要的精準度相對於晶圓移動所能達到的速度的限制。
本發明的目的是提出一種雷射加工裝置，其能夠提高雷射加工的加工速度，尤其是提高去除矽晶圓背面之鈍化層的加工速度。
採用具有申請專利範圍第1項之特徵的雷射加工裝置即可達到上述目的。根據這些特徵，此種裝置具有一個能夠產生兩個彼此夾一角度(也就是說並非互相平行)的雷射束的裝置，以及一個將雷射束導引及聚焦到工件上方及/或工件上的偏轉及聚焦單元，其中雷射束在彼此垂直的方向上被線性偏振。
由於本發明的裝置是以兩個雷射束同時對工件進行加工，因此加工速度是傳統方法的兩倍。由於除了雷射束在彼此垂直的方向上被線性偏振外，雷射束還 能夠以彼此靠得很近及彼此部分重疊或交叉的方式被導引，因此能夠以同一個偏轉及聚焦單元對工件表面上彼此靠得很近的區域同時進行加工。
如果產生雷射束的裝置具有一個設置在偏轉及聚焦單元之前的雷射束導引裝置，且該雷射導引裝置具有一個可改變至少一個雷射束之傳播方向的可調整的反射鏡裝置，則可以調整聚焦在工件上的雷射束的距離。
如果反射鏡裝置具有複數個偏轉鏡，而且這些偏轉鏡是可以調整的，以使不論以何種角度傳播的雷射束都始終在同一個交叉點相交，其中該交叉點較佳是偏轉及聚焦單元的一個孔徑的中心點，則可達到非常均勻且可重現的加工結果。
根據本發明的一種特別有利的實施方式，雷射束導引裝置具有一個設置在偏轉及聚焦單元之前的部分透明的終端反射鏡，其作用是將一部分雷射束偏轉到偏轉及聚焦單元，以及讓另外一部分雷射束透過，其中透過的部分雷射束被導入一個偏振雷射束分束器，其作用是將透過的部分雷射束分開，同時至少有一個從偏振雷射束分束器發出的部分雷射束被導入一個雷射束位置偵測器。以這種方式可以偵測並自動平補償可調整之偏轉鏡的定位誤差及固定的偏轉鏡因熱造成的漂移，但前提是雷射束位置偵測器將接收到的測量信號傳送到一個控制裝置，該控制裝能夠根據這些測量信號控制可調整的反射鏡裝置，以使第一部分雷射束始終在同一個交叉點相交。
本發明的其他有利的實施方式均記載於附屬申請專利項目中。
1
2，4‧‧‧雷射束源
6‧‧‧裝置
8‧‧‧雷射導引裝置
10‧‧‧偏轉及聚焦裝置
12‧‧‧平場雷射聚焦透鏡
14‧‧‧工件
16‧‧‧鈍化層
18，20‧‧‧可調整的偏轉鏡
22，24‧‧‧固定的偏轉鏡
26‧‧‧終端反射鏡
28‧‧‧偏振雷射束分束器
30-1，30-2‧‧‧雷射束位置偵測器
32‧‧‧控制裝置
L1，L2‧‧‧雷射束
TL1，TL2‧‧‧部分雷射束
F1，F2‧‧‧焦點
α‧‧‧角度
A‧‧‧中心點
M1，M2‧‧‧測量信號
第1圖為本發明裝置之示意圖。
以下配合圖式中的實施例對本發明做進一步的說明，其中圖式是以示意方式繪出本發明的裝置。
根據圖式，本發明的裝置具有一個含有兩個雷射束源2、4的裝置6，利用裝置6可以產生兩個在彼此垂直的方向上被線性偏振的雷射束L1、L2。裝置6具有一個雷射束導引裝置8，其作用是導引從雷射束源2、4發出的雷射束L1、L2，使其在進入一個設置在裝置6之後的偏轉及聚焦單元10時，以彼此靠得很近且夾一個很小的銳角α的方式傳播。雷射束L1、L2在偏轉及聚焦單元10內被一個未在圖式中繪出的可調整的偏轉鏡偏轉，並被一個平場雷射聚焦透鏡12聚焦到工件14的一個加工面上的相鄰的焦點F1、F2。工件14是一個背面帶有鈍化層16的矽晶圓，且其背面面對偏轉及聚焦單元10。
雷射束導引裝置8具有兩個可調整的電動偏轉鏡18、20，其作用是控制從雷射束源4發出的雷射束L2傳播方向。從雷射束源2發出的雷射束L1全部被導引通過固定的偏轉鏡22、24及一個固定的終端反射鏡26，並使雷射束L1被偏轉，其中偏轉鏡24是一種偏振雷射束分束器，其作用是讓雷射束L1透過，以及將雷射 束L2反射，因此兩個雷射束L1、L2都會向終端反射鏡傳播。可調整的電動偏轉鏡18，20的位置被調整到能夠使雷射束L1、L2在偏轉及聚焦單元10的一個孔徑的中心點A相交及/或重疊。利用偏轉鏡18、20可以調整角度α，也就是可以調整工件14上的焦點F1及F2之間的距離a。
由於兩個雷射束L1、L2被偏轉及聚焦單元10導引，因此透過偏轉及聚焦單元10內的偏轉鏡的移動，可以使雷射束L1、L2的焦點F1，F2在工件上沿著兩條平行線移動，例如沿著兩條將鈍化層16去除的平行線移動。因此對需要以n條線進行的晶圓加工而言，僅需使焦點F1、F2通過晶圓n/2次即可。這樣就可以將加工時間縮短一半。
終端反射鏡26是部分透明的，因此能夠讓一小部分的雷射束L1、L2透過。透過終端透鏡26的部分雷射束TL1、TL2會在一個偏振雷射束分束器中被分開，並分別被導引到雷射束位置偵測器30-1、30-2，以測定雷射束的位置，也就是測定部分雷射束TL1、TL2的角度及位置。雷射束位置偵測器30-1、30-2將測得的測量信號M1、M2傳送到控制裝置32，並由控制裝置32控制偏轉鏡18、20及雷射束L2在雷射束導引裝置8中的雷射束位置，進而控制在雷射束導引裝置8及偏轉及聚焦單元10之間傳播的雷射束L1、L2之間的角度α。兩個偏轉鏡18，20的移動方式會使射入偏轉及聚焦單元10的雷射束L1、L2的交叉點及翻轉移動的頂點始終位 於偏轉及聚焦單元10的孔徑的中心點A。只要改變角度α即可調整加工面上的焦點F1、F2之間的距離a。這樣就可以在一個物理上合理的範圍內任意調整晶圓上的剝離線之間的距離。
對晶圓進行雷射剝離加工的空間精密度是影響太陽能電池的效能的一個很重要的因素。但是導引雷射束用的光學元件因熱造成的漂移可能導致焦點F1、F2之間的距離a及線距的改變，這可能對太陽能電池的效能造成不良影響。主動式雷射束調整可以補償從雷射束源2發出並在雷射束導引裝置內被導引的雷射束L1，使其跟隨從雷射束源4發出的雷射束L2，這樣就可以使被終端反射鏡28反射的雷射束L1、L2之間的角度、交叉點、以及在矽晶圓上線距保持不變。
裝置的操作者可以透過軟體設定在加工面上焦點F1、F2之間的距離，同時控制裝置32可以適當的移動電動偏轉鏡18、20，以實現這個設定。
因此利用本發明的裝置並搭配選擇適當的佈局，就可以利用彼此間隔所胛之距離的等距剝離線對工件14(例如矽晶圓)進行加工。
在本實施例中有兩個雷射束源2、4。但基本上也可以僅使用一個雷射束源及相應的偏振雷射束分束器產生兩個彼此垂直的線性偏振雷射束。
10‧‧‧偏轉及聚焦裝置
12‧‧‧平場雷射聚焦透鏡
14‧‧‧工件
16‧‧‧鈍化層
18、20‧‧‧可調整的偏轉鏡
22、24‧‧‧固定的偏轉鏡
26‧‧‧終端反射鏡
28‧‧‧偏振雷射束分束器
30-1、30-2‧‧‧雷射束位置偵測器
4‧‧‧雷射束源
6‧‧‧裝置
8‧‧‧雷射導引裝置
A‧‧‧中心點
A‧‧‧角度
M1‧‧‧測量信號
M2‧‧‧測量信號
TL1、TL2‧‧‧部分雷射束

Claims (9)

  1. 一種用於工件(14)之雷射加工的裝置，具有一個能夠產生彼此夾一角度(α)的第一雷射束(L1)及第二雷射束(L2)的裝置(6)，以及一個將雷射束(L1、L2)導引及聚焦到工件上方及/或工件上的偏轉及聚焦單元(10)，其中雷射束(L1、L2)在彼此垂直的方向上被線性偏振。
  2. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中產生雷射束(L1、L2)的裝置(6)具有一個設置在偏轉及聚焦單元之前的雷射束導引裝置(8)，且該雷射導引裝置(8)具有一個可改變至少一個雷射束(L2)之傳播方向的可調整的反射鏡裝置。
  3. 如申請專利範圍第2項的裝置，其中反射鏡裝置具有複數個偏轉鏡(18、20)，且該等偏轉鏡(18、20)是可以調整的，以使不論以何種角度(α)傳播的雷射束(L1、L2)都始終在同一個交叉點相交。
  4. 如申請專利範圍第3項的裝置，其特徵為：該交叉點是偏轉及聚焦單元(10)的一個孔徑(A)的中心點。
  5. 如申請專利範圍第2項至第4項中任一項的裝置，其中雷射束導引裝置(8)具有一個設置在偏轉及聚焦單元(10)之前的部分透明的終端反射鏡(26)，其作用是將一部分雷射束偏轉到偏轉及聚焦單元(10)，以及讓另外一部分雷射束透過，其中透過的部分雷射束(TL1、TL2)被導入一個偏振雷射束分束器(28)，其作用是將透過的部分雷射束(TL1、TL2)分開，同時至少有一個從偏振雷射束分束器(28)發出的部分雷射束(TL1、TL2)被導 入一個雷射束位置偵測器(30-1、30-2)。
  6. 如申請專利範圍第5項的裝置，具有一個控制裝置(32)，其作用是根據雷射束位置偵測器(30-1、30-2)傳送過來的測量信號(M1、M2)控制可調整的反射鏡裝置，以使不論以何種角度(α)傳播的雷射束都始終在同一個交叉點相交。
  7. 如申請專利範圍第6項的裝置，其中該交叉點是偏轉及聚焦單元(10)的一個孔徑的中心點(A)。
  8. 如前述申請專利範圍中任一項的裝置，其中裝置(6)具有兩個雷射束源(2、4)。
  9. 一種裝置之用途，用以在製造太陽能電池時將矽晶圓背面上的鈍化層(16)局部的去除。
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