JPH0624198B2 - 光加工方法 - Google Patents

光加工方法

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JPH0624198B2
JPH0624198B2 JP59227498A JP22749884A JPH0624198B2 JP H0624198 B2 JPH0624198 B2 JP H0624198B2 JP 59227498 A JP59227498 A JP 59227498A JP 22749884 A JP22749884 A JP 22749884A JP H0624198 B2 JPH0624198 B2 JP H0624198B2
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舜平 山崎
健二 伊藤
進 永山
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  • Photovoltaic Devices (AREA)
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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を光
によって選択的に加工する光加工方法に関するものであ
る。
〔従来の技術〕
非単結晶半導体を光によって選択的に加工する光加工方
法に関しては、レーザ加工技術があり、たとえばYAG レ
ーザ光(波長1.05μm)が主として用いられている。
このYAG レーザ光を用いた光加工方法は、スポット状の
レーザビームを被加工物に照射すると共に、このスポッ
ト状のレーザビームを加工方向に走査する。スポット状
のレーザビームは、順次移動することで、点の連続した
鎖状の開溝が形成される。そのため、このスポット状の
レーザビームの走査スピードと、加工に必要なエネルギ
ー密度とは、被加工物の熱伝導度、昇華性に加えて、き
わめて微妙な相互作用を行なう。
上記理由により、レーザビームを用いた光加工方法は、
工業化に際して生産性を向上させるが、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ーが1.23eV(1.06 μ
m)であるため、一般に1.5 eVないし4eV の光学的エネ
ルギー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 レーザ光のQスイッチを用いるレーザ加工方
法は、平均0.5 W ないし1W(光径50μm、焦点距離40m
m、パルス周波数3KHz、パルス巾60n 秒の場合)の強い
光エネルギーを有するパルス光の走査スピードが30cm/
分ないし60cm/ 分で加えて加工しなければならない。そ
の結果、このレーザ光は、非単結晶半導体を加工するこ
とができるが、この加工と同時に、非単結晶半導体が形
成されている基板、たとえばガラス基板等に対してマイ
クロラックを発生させてしまった。
〔発明が解決しようとする課題〕
このYAG レーザ光を用いた光加工方法では、スポット状
のレーザビームの走査を順次少しずつずらしていくた
め、非単結晶半導体が形成されている下地基板に発生す
るマイクロクラックが、レーザ光の円周と類似した
「鱗」状に形成される。
また、YAG レーザ光のQスイッチを用いた光加工方法
は、その尖頭値の出力が長期間の使用において、バラツ
キやすく、使用の度にモニターでのチェックが必要であ
った。
さらに、YAG レーザ光を用いた光加工方法は、1μmな
いし5μm巾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、レ
ーザビームを被加工面に照射して光加工を行なった後、
被加工部の単結晶半導体材料は、十分に微粉末化してい
ないため、うすい酸溶液によりエッチングを行わなけれ
ばならなかった。
以上のような問題を解決するために、本発明は、基板に
マイクロクラックを発生させることなく、選択的に開溝
等の微細パターンを容易に得ることができると共に、光
加工後の残渣の処理を簡単にできる光加工方法を提供す
ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の光加工方法は、上記の問題を解決するものであ
り、非単結晶半導体に、400nm (エネルギー的には3.1e
V 以上)の波長のパルスレーザを照射し、20μmφない
し50μmφのビームスポットではなく、たとえば10μm
ないし20μmの巾(特に、15μm)、長さ10cmないし50
cm、特に30cmのスリット状に一つのパルスにて同時に瞬
間的に開溝を加工する。それによって、珪素を主成分と
する非単結晶半導体での光エネルギーの吸収効率を、た
とえばYAG レーザ光(1.06 μm)の100 倍以上に高めた
ものである。
さらに、本発明の光加工方法は、初期にYAG レーザのよ
うに円状で、かつガウス分布の光強度を有さずに、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、ビームエキ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方向またはY方向に沿ってシリ
ンドリカルレンズにて、一つまたは複数のスリット状に
レーザ光を集光する。
その結果、一つまたは複数のスリット、たとえば2本な
いし20本、特に4本を同時に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講を作ることがで
きる。
〔作 用〕
開溝は、一つのパルスレーザ光を線状、たとえば、10cm
ないし50cm、特に30cmの長さにわたって照射すること
で、加工される。また、Qスイッチ方式ではなく、400n
m 以下の波長のパルス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。
この結果として、下地基板に対し何等の損傷を与えるこ
となくして珪素を主成分とする非単結晶半導体のみにス
リット状開溝を選択的に得ることが可能となる。
さらに、減圧下にて400nm 以下の波長のパルスレーザ光
を非単結晶半導体に照射するならば、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渣物
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る。
したがって、本発明の光加工方法は、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ッチング、レジスト除去等の多く
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〕
第1図は本発明の一実施例で、エキシマレーザを用いた
光加工方法を説明するための図である。
第2図は本発明の一実施例で、エキシマレーザの光パタ
ーンを説明するための図である。
第1図および第2図において、光発生装置(1) は、エキ
シマレーザ(波長248 nm、Eg=5.0eV)を発生する。初
期のエキシマレーザビーム(20)は、第2図に示すよう
に、16mm×20mmの大きさを有し、効率3%であるため、35
0 mJを有する。
さらに、このエキシマレーザビーム(20)は、ビームエキ
スパンダ(2) によって、拡大された後、反射鏡(3) で向
きを変えて、長面積化または大面積化される。すなわ
ち、第1図および第2図に示す符号(21)のように、エキ
シマレーザビーム(20)は、150mm ×300mm に拡大され
る。本実施例の光加工方法では、5.6 ×10-3mJ/mm2のエ
ネルギー密度が得られた。
さらに、エキシマレーザビーム(20)は、石英製のシリン
ドリカルレンズ(4-1) 、(4-2) 、(4-3) 、(4-4) によっ
て、開溝巾15μmで4本に分割するように、第1図図示
の符号(22)で示すように集光される。かくして、分割さ
れた長さ30cm、巾15μmのスリット状のエキシマレーザ
ビーム(20)は、基板(10)状の被加工物(11)に同時に照射
され、開溝(5) が形成される。
被加工面として、ガラス状の透明導電膜(Eg =3.5eV)を
有する基板(10)に対しては、エキシマレーザ(Questec I
nc. 製)を用いた。
また、エキシマレーザは、KrF を用い、その波長を248n
m とした。上記レーザパルス光は、その光学的エネルギ
ーバンド巾が5.0eV であるため、非単結晶半導体に十分
吸収され、開溝(5) の加工を容易にする。
上記レーザパルス光は、パルス巾20n 秒、繰り返し周波
数1Hzないし100Hz 、たとえば10Hzを使用した。また、
被加工物(11)は、たとえばガラスからなる基板(10)上の
透光性導電膜(CTF )である酸化スズ(SnO2)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。
この非単結晶半導体は、開溝(5) が形成される際に、1
回のみの線状のレーザパルス光の照射でこの部分が完全
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分ないし10分行い、被加
工物(11)を洗浄した。下地のガラスおよび透光性導電膜
(CTF )は、全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複数のレーザパルス光
を同時に照射した場合を説明するための図である。
第3図において、スリット状の複数のレーザパルス光
は、第1回目が同時に照射されることにより開溝 (5-
1)、(5-2) 、(5-3) 、(5-4) が形成される。次に、第1
図において符号(23)で示すXテーブルが、たとえば130
μm移動した後、第2回目のレーザパルス光を非単結晶
半導体に照射することにより、開溝(6-1) 、(6-2) 、(6
-3) 、(6-4) が形成される。さらに、Xテーブル(23)が
130 μm移動した後、第3回目のレーザパルス光を非単
結晶半導体に照射することにより、開溝(7-1) 、(7-2)
、(7-3) 、(7-4) が形成される。
第n回目のレーザパルス光を非単結晶半導体に照射する
ことにより、開溝 (n-1)、(n-2) 、(n-3) 、(n-4) が形
成される。
このように、レーザパルス光を非単結晶半導体にn回照
射することにより、大面積を4n本の開溝に分割するこ
とができる。
本実施例の光加工方法は、第3図に示される如く、1本
の開溝を形成する場合の4倍の加工スピードにて4n本の
開溝を作ることができる。しかし、かかる場合、たとえ
ば開溝(n-1) と開溝(5-2) との間隔、および開溝 (5-1)
と開溝 (6-1)との間隔は、テーブル(23)の移動精度によ
り精度の高い等間隔にすることが困難である。
この場合、高い精度の開溝が要求されるならば、加工用
のレーザビームは、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
度を論ずる必要がなくなる。
なお、本実施例では、KrF(248nm)のエキマレーザを用い
たが、他の400nm 以下の波長の光でも有効であった。
本発明例によれば、多数のスリット状開溝を作製する、
たとえば130 μm間隔にて15μmの巾を1920本製造する
場合、この時間は4本分割とし、10Hz/ パルスとすると
0.8 分で可能となった。
また、開溝の作製が1本のみであっても、3.2 分で加工
を行なうことが可能であった。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工程より2工程(光照射、洗
浄)となった。
また、開溝を形成するための作業時間は、5分ないし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。
本実施例において、開溝と開溝間の幅(加工せずに残す
面積)が開溝より幅が広い例を説明したが、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、たとえば20μm、除去する部分を400 μmとする
ことも可能である。
この場合、集光スリットの巾を15μmより50μmないし
100 μmとすると生産性向上に有効である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、400nm 以下の波長のパルスレーザ光を
用いたため、珪素を主成分とする非単結晶半導体に吸収
し易く、非単結晶半導体が形成されている基板にマイク
ロラックが形成されない。
また、本発明によれば、400nm 以下の波長のパルスレー
ザ光が平行に配設されたシリンドリカルレンズによって
線状に集光されているため、光エネルギーのバラツキが
少なく、非単結晶半導体の微細加工を可能とした。
さらに、本発明によれば、400nm 以下の波長のパルスレ
ーザ光が非単結晶半導体を十分に昇華させることができ
るので、光加工によって出る残渣の清掃を簡単にする。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例で、エキシマレーザを用いた
光加工方法を説明するための図である。 第2図は本発明の一実施例で、エキシマレーザの光パタ
ーンを説明するための図である。 第3図は基板上にスリット状の複数のレーザパルス光を
同時に照射した場合を説明するための図である。 1……光発生装置 2……ビームエキスパンダ 3……反射鏡 4……シリンドリカルレンズ 5……開溝 10……基板 11……被加工物 20……エキシマレーザビーム 21……拡大されたエキシマレーザビーム 22……集光されたエキシマレーザビーム 23……Xテーブル

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】400 nm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て、基板
    上に形成された非単結晶半導体に照射することにより、
    前記非単結晶半導体に、一つまたは複数の開溝を形成す
    る光加工方法であって、 前記パルスレーザ光は、平行に配設された一つまたは複
    数のシリンドリカルレンズにより、一つまたは複数の線
    状のパルス光に集光され、 かつ、前記非単結晶半導体は、珪素を主成分とすること
    を特徴とする光加工方法。
  2. 【請求項2】400 nm以下の波長のパルスレーザ光は、エ
    キシマレーザであることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の光加工方法。
JP59227498A 1984-10-29 1984-10-29 光加工方法 Expired - Lifetime JPH0624198B2 (ja)

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