JPH0352272A

JPH0352272A - 膜の加工法

Info

Publication number: JPH0352272A
Application number: JP1187793A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Kihara; 均木原
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1989-07-20
Filing date: 1989-07-20
Publication date: 1991-03-06

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】（イ）産業上の利用分野本発明は、曲面或いは平面を組合せた非平面状主面に被
着された膜をレーザビームの如きエネルギビームの照射
により加工する膜の加工法に関する。

（ロ）従来技術反応ガスのプラズマ分解等により得られる非品質シリコ
ン系の半導体膜が光エネルギを直接電気エネルギに変換
する光起電力装置、所謂太陽電池や、電子写真複写機の
感光体ドラム等に用いられつつある。就中、光起電力装
置は無尽蔵な太陽光を主たるエネルギ源としているため
に、エネルギ資源の枯渇が問題となる中で脚光を浴びて
いる。

太陽は晴天時に約ＩＫＷ／ｍ”のエネルギを地表に与え
ており、家庭で斯るエネルギを電気エネルギに変換する
光起電力装置を電力源とする場合、家庭の屋上或いは屋
根上に敷設する方法が一般的である。

特開昭５７−６８４５４号公報、或いは実開昭５’８−
１１２６１号公報に開示された太陽電池を備えた屋根瓦
、即ち瓦状光起電力装置は斯る家庭用電力源として好適
である。

一方、光起電力装置に於いて、光利用効率を左右する一
つの要因は、装置全体の受光面積（即ち、基板面積）に
対し、実際に発電に寄与する光電変換領域の占める割合
いである。然るに１つの光電変換領域が発生する電圧は
無負荷の開放電圧に於いて概してＩＶ以下であるために
、通常の光起電力装置にあっては共通基板上に於いて複
数の光電変換領域が電気的に直列接続されており、従っ
て各光電変換領域の隣接間隔部に必然的に存在する光電
変換領域の存在しない領域は上記面積割合を以下させる
。

従って、従来から光利用効率を上昇せしめることを目的
として膜状光電変換領域のパターン形戊に対して、フォ
トリングラフィ技術やレーザパターニング技術が用いら
れ、就中細密加工性に富むと共に、大面積の加工にも最
適なレーザパターニング技術が有望視されている。

然し乍ら、上述の如き瓦状光起電力装置にあっては膜状
の光電変換領域が被着形處される瓦本体の被着面は波状
にうねった曲面状を呈しているために、レーザパターニ
ング技術を適用しようとすると、レーザビームを収束せ
しめる対物レンズと、被加工面との対向距離の変動は免
れず、所望の加工（パターン形ｔｃ）を施すことができ
ない。

そこで本願出願人は、対物レンズと、被加工面との対向
距離を一定にするように、瓦状光起電力装置をＸＹｚス
テージ上に載せ、曲面形状にそってＸＹＺステージを３
軸制御させる方法を特願昭５９　　１２１０５２号（特
開昭６　０−２　６　３　４　８　１腎公報）として出
願した。

（ハ）発明が解決しようとする課題ところが、この方法は被加工物を曲面形状に沿ってＸＹ
Ｚステージを３軸制御するために、曲面追従摘度上、高
速加工が困難である。従って、本発明は、非平面状主面
に被着された膜をエネルギビームを照射して膜を所望形
状にパターニングするに際して、非平面追従精度を損な
うことなく、加工の高速化を図ることを技術的課題とす
る。

（二）課題を解決するための手段本発明加工法は上記課題を解決するために、エネルギビ
ームを収束せしめる収束手段と嘆の被加工面との対向距
離を、上記収束手段をエネルギビームのビーム軸方向に
前後させ、一定に保持することを特徴とする。

（ホ）　作用Ｅ述の如くエネルギビームを収束せしめる収束手段をエ
ネルギビームのビーム軸方向に前後させることによって
、当該収束手段を僅かに変位させるだけで被加工面との
対向距離の大きな変動に高遠で追従することが可能とな
る。

（へ）実施例以下に本発明加工法を和瓦状光起電力装置の製造方法に
適用した実施例につき説明する。

第１図及び第２図は本発明加工法により製造される光起
電力装置を示し、第１図は斜視図、第２図は第１図に於
けるＡ−Ａ’線断面図であって、（１）は強化ガラス・
透明セラミックス等の透光性且つ絶縁性の材料を和瓦状
に戊型し波状の絶縁表面が付与された基板、（２）（２
）・・・は上記基板（１）の絶縁表面に一定間隔を隔て
て整列配置された複数の光電変換領域である。上記光電
変換領域（２）（２）・・・は、例えば基板（１）側か
ら、酸化スズ、酸化インジウムスズ等の透明導電膜（３
）（３）・・・と、その内部に半導体接合を備えた非晶
質シリコン系の非品質半導体膜（４　）（４　）・・・
と、該半導体膜（４）（４）・・・とオーミック接触す
るアルミニウム等の裏面電極膜（５）（５）・・・と、
が順次積層されたミクロンオーダの膜状を呈する。

各非品質半導体膜（４　）（４　）・・・は、その内部
に例えば膜面に平行なＰＩＮ接合を形成すべく受光面側
から厚み５０〜２５０人程度のＰ型層、４０００〜７０
００人程度のＩ型（真性）層及び３００〜６００人程度
のｘ型層が順次積層被着され、従って基板（１）及び透
明導電膜（３）（３）・・・を透過して光入射があると
、主にＩ型層に於いて自由状態の電子及び正孔が発生し
、斯る電子及び正孔は上記各層が形戒するＰＩＮ接合電
界に引かれて各透明導電膜（３　）（３　）・・・及び
裏面電極膜（５）（５）・・・に集電され、隣接する光
電変換領域（２）（２）・・・の透明導電膜（３）（３
）・・・と裏面電極膜（５）（５）・・・どの隣接間隔
部（６　）（６　）・・・に於ける重畳により電気的に
相加された電力が取り出される。

第３図乃至第４図は膜状の光電変換領域（２）（２）・
・・をｔｉｔする上記透明導電膜（３）、非品質半導体
膜（４）及び裏面電極膜（５）を、レーザビーム（ＬＢ
＞の照射により各光電変換領域（２　）（２　）・・・
毎に個別に分割する工程を示している。各膜（３）、（
４）、（５）の個別のレーザパターニングは例えば特開
昭５７−１２５６８号公報に開示された如く、各膜（３
）、（４）、（５）の被着工程終了後毎に施される。

斯るレーザパターニングに於いて留意しなければならな
いことは、各膜（３）、（４）、（５）が被着せしめら
れる基板（１）の絶縁表面が非平面状、即ち本実施例に
あっては曲面状を呈するために、ただ単にレーザビーム
（ＬＢ）を一方向に走査あるいはテーブルを一方向に移
動させたのでは、レーザの収束手段である対物レンズ（
７）と被加工面の対向距離が変動することである。対物
レンズと被加工面の対向距離が変動すると、当然のこと
ながら被加工面に照射されるビームのスポット径が変化
することになり、加工巾とビーム強度が変化するために
均一な加工を施すことは困難である。

今、例えば第３図のようにレーザビーム（ＬＢ）の走査
方向をＸ軸、対物レンズ（７）の光紬をＺ軸とした時Ｘ
軸のみでなく、Ｘ軸とＺ軸との２軸を同時に駆動する必
要が生じる。

１つの方法としては、加工テーブル（８）のＸ軸とＺ軸
との２軸が同時に駆動されるようにプログラムでコント
ロールする方法や、加工中常に被加工面と対物レンズ（
７）との対向距離を検出し、その信号をＺ軸ステージコ
ントローラにフィードバック制御をかけ、被加工面の距
離をほぼ一定に保ち良好な加工を行なう方法があるが、
いずれもＭ量物であるＺ軸を駆動させるので、曲面追従
精度を保つためには、加工速度を低くしてやらねばなら
ず、加工の高速化には限界が生じる。

そこで、本発明ではレーザビーム（ＬＢ）の収束手段で
ある対物レンズを、焦点距離ｆ，の凸レンズ系（９）と
、焦点距離ｆ，の凹レンズ系（１０）の組み合わせレン
ズ系とし、凹レンズ系（１０）を光軸方向（Ａ軸）に前
後させ乍ら加工することとした。即ち、第５図に示され
るように、凸レンズ系（９）（焦点距離ｆ，）と凹レン
ズ系（１０）　（焦点距離ｉｔ）の主点間距離をｄ、組
み合わせ後の焦点位１（レンズ系（９）からの距離）を
Ｓとすると、Ｓは、で与えられる。

ここで、レンズ系（９　）（１０）間の距離を△ｄだけ
縮ぬると焦点位置Ｓ゛は、となり、レンズ系（９）、（１０）の焦点距１！ｌｆｌ
，ｆｌ及び各レンズ系間距離ｄを適度に選定すれば、方
の凹レンズ系（１０）を微小量移動させるだけで、焦点
位置変位量△Ｓ　（＝Ｓ’−Ｓ）をかなりのストローク
移動させることが可能となる。Ｘ軸（１１）、Ｙ軸（１
２）ステージ上に非平面基板（１）を載せ、凹レンズ系
（１０）を移動させるＡ軸とＸ軸を、ＸＹＡ駆動回路（
１５）により基板形状に沿うように同時２軸制御すると
、レーザ発振器（１３）より発振されたレーザビームは
、レンズ系（１０）、反射ミラー　（１４）、固定され
た凸レンズ系（９）を経由して基板（１）の表面に集光
される。

次に本発明によりレーザバターニングがどのように行わ
れるのかを説明する。第１図から第３図に示すように各
光電変換領域（２）（２）・・・をレーザビーム（ＬＢ
）をどのように走査するかをＸ−Ｙテーブル（１１）（
１２）の動きとして、又非平面基板（１）の形状に沿っ
てレーザビームが集光するような動きとして、ＸＹＡ軸
駆動装置（１５）内部に記憶させておく。基板（１）と
凸レンズ系（９）の距離を設定した゜後、ＸＹＡ紬駆動
装置（１５）を起動する。

基板（】）が前後左右に移動するに従い、基板（１）と
凸レンズ系（９）の距離が変動するが、基板（１）の形
状に従いビーム集光位置が基板（１）表面上にくるよう
にＸＹＡ軸駆動装置でレンズ系（ｌＯ）をＡ軸方向に制
御している。これにより２軸ステージ上に非平面基板（
１）を載せて上下させる先行技術よりストロークとして
も微小な動きで極軽量の凹レンズ系（ｌＯ）を制御する
ことになるので、高速・高精度の３次元形状基板の加工
が可能となる。

斯るレーザ加工に好適なレーザは例えば波長１．０６μ
ｍのＮｄ：ＹＡＧレーザであり、該ＹＡＧレーザによる
各膜（３）、（４）、（５）の加工しきい値パワー密度
は上記実施例に於いて大凡２×１　０　’Ｗ，／ｃｍ”
　〜８　Ｘ　１　０　’Ｗ／ｃｍ”程度である。

尚、以上の実施例では、基板形状をあらかじめＸＹＡ軸
駆動装置に記憶させていたが、固定レンズと基板の変位
を光学的な反射光の変化として検出したり、或いは静電
容量の変化として検出する方法等を採用してＡ軸にフィ
ードバック制御をかけてやる方法も可能である。

（ト）発明の効果本発明加工法は以上の説明から明らかな如く、収束手段
を僅かに変位させるだけで被加工面との対向距離の大き
な変動に高遠で追従することが可能となるので、高速で
加工しても、常に膜表面上にエネルギビームの収束位置
を待ってくることができ所望のパターニングを正確且つ
高速で施すことができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明加工法を瓦状光起電力装置の製造方法に適用
した実施例を示し、第１図は瓦状光起電力装置の斜視図
、第２図は第１図に於けるＡ−Ａ′線拡大断面図、第３
図はレーザビームの照射状態を説明するための概略的斜
視図、第４図、第５図は本発明の原理図を夫々示してい
る。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）非平面状主面に被着された膜をエネルギビームの
照射により加工する膜の加工法であって、上記エネルギ
ビームを収束せしめる収束手段と膜の被加工面との対向
距離を、上記収束手段をエネルギビームのビーム軸方向
に前後させ、一定に保持することを特徴とする膜の加工
法。