JP2616767B2 - Light treatment method - Google Patents
Light treatment methodInfo
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- B23K26/364—Laser etching for making a groove or trench, e.g. for scribing a break initiation groove
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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透光性導電膜のパル
スレーザ光による加工方法に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for processing a light-transmitting conductive film used for a solar cell or the like by using a pulsed laser beam.
『従来技術』 透光性導電膜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1.06μ）が主として用いられて
いる。[Prior Art] For optical processing of a light-transmitting conductive film, YAG laser light (wavelength 1.06 μ) is mainly used as a laser processing technique.
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
を加工方法に走査し、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、その光学的エネルギが1.23eV（1.06μ）で
あるため、ガラス基板、半導体上に形成する透光性導電
膜（以下CTFという）一般に３〜4eVの光学的エネルギバ
ンド巾を有する酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジューム
（ITOを含む）に対して十分な光吸収性を有していな
い。また、YAG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0.5〜1W（光径50μ、焦点距
離40mm、パルス周波数3KHz、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CTFの加工を行い得るが、同時にその下側に設けられ
た基板例えばガラス基板に対して少なからずダメージを
与え、マイクロクラックを発生させてしまった。In the laser processing method using this wavelength, a workpiece is irradiated with a spot beam, and the beam is scanned by the processing method to form a groove in a continuous chain of points. Therefore, the scanning speed of the beam and the energy density required for processing interact extremely delicately in addition to the thermal conductivity and sublimability of the workpiece.
Therefore, there is a drawback that the margin for guaranteeing the optimum quality is small while improving the productivity at the time of industrialization. Further, since the optical energy is 1.23 eV (1.06 μ), a light-transmitting conductive film (hereinafter referred to as CTF) formed on a glass substrate or a semiconductor generally has zinc oxide having an optical energy bandwidth of 3 to 4 eV; Does not have sufficient light absorption for tin oxide and indium oxide (including ITO). In the laser processing method using the YAG Q-switch, the pulsed light has an average intensity of 0.5 to 1 W (in the case of a light diameter of 50 μm, a focal length of 40 mm, a pulse frequency of 3 KHz, and a pulse width of 60 nsec) at a scanning speed of 30 nm. It must be processed by adding at ~ 60cm / min. As a result, the CTF can be processed by the laser light, but at the same time, the substrate provided thereunder, for example, a glass substrate, is considerably damaged and a micro crack is generated.
『発明の解決しようとする問題』 このYAGレーザを用いて加工方式では、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。[Problem to be Solved by the Invention] In the processing method using the YAG laser, since the spot-shaped beam is repeatedly scanned and changed, the minute cracks generated on the underlying substrate have a shape similar to the circumference of the laser beam. It has a "scale" shape.
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。In the method using the Q switch of the YAG laser, the output of the peak value is apt to fluctuate in long-term use, and it is necessary to check with a monitor every time the method is used.
更に、１〜５μｍ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
らに照射後、加工部のCTF材料が十分に微粉末化してい
ないため、CTFのエッチング溶液（弗化水素系溶液）に
よりエッチングを行わなければならなかった。Furthermore, it has never been possible to selectively form many fine patterns having a width of 1 to 5 μm on the same plane. Furthermore, after the irradiation, the CTF material in the processed portion was not sufficiently pulverized, so that etching had to be performed using a CTF etching solution (hydrogen fluoride solution).
『問題を解決するための手段』 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、20〜50μｍφのビームス
ポートではなく、10〜20μｍの巾（例えば15μｍ），長
さ10〜50cm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CTF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。[Means for Solving the Problem] The present invention solves the above-mentioned problem, and irradiates a pulse laser having a wavelength of 400 nm or less (energy of 3.1 eV or more) as an irradiation light thereof to 20 to 20 nm. Instead of a beam sport of 50 μmφ, it is simultaneously and instantaneously processed into a slit having a width of 10 to 20 μm (for example, 15 μm) and a length of 10 to 50 cm, for example, 30 cm with one pulse. As a result, the absorption efficiency of light energy in the CTF is increased to 100 times or more that of the YAG laser (1.06 μ).
さらに光学系に至る前の初期の光が円状のかつ光強度
がガラス分布をするYAGレーザではなく、本発明はエキ
シマレーザ光を用いる。このため、光学系に至る前の初
期の光の照射面は矩形を有し、またその強さも照射面内
で概略均一である。このためビームエクスパンダ等の光
学系によりレーザービームを矩形の大面積化または長面
積化を行ない、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
に集光されたレーザービームとする。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
て開溝を作りえる。Furthermore, the present invention uses an excimer laser beam instead of a YAG laser in which the initial light before reaching the optical system is circular and the light intensity has a glass distribution. For this reason, the initial light irradiation surface before reaching the optical system has a rectangular shape, and its intensity is substantially uniform within the irradiation surface. For this reason, the laser beam is made to have a larger or longer rectangular area by an optical system such as a beam expander, and is condensed into one or a plurality of slits by a cylindrical lens along one of the X or Y directions. Laser beam. As a result, one or a plurality of slits, for example, 2 to 20, for example, 4
Irradiation can be performed with pulsed light twice, and strong light can be applied to the workpiece to form a groove.
『作用』 １つのパルスで線状の開溝を10〜50cm例えば30cm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。[Operation] With one pulse, a linear groove can be processed over a length of 10 to 50 cm, for example, 30 cm, to form a groove. Further, the intensity of the peak value can be precisely controlled because pulsed laser light is used instead of the Q-switch method.
結果として下地基板であるガラス基板に対し何等の損
傷を与えることなくしてCTF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。As a result, it is possible to selectively remove the slit-shaped groove of only the CTF without causing any damage to the glass substrate serving as the base substrate. Ultraviolet light absorption loss due to moisture or the like between the workpieces can be reduced.
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。In addition, the powdery residue remaining on the portion to be processed after the formation of the groove can be sufficiently removed by ultrasonic cleaning with a cleaning liquid such as alcohol or acetone. In addition, many steps such as etching and resist removal by vapor deposition of a workpiece are not required at all, and the use of polluting materials is not required.
『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,Eg＝5.
0eV）を用いた。すると、初期のビームサイズ（20）は1
6mm×20mmを有し、効率３％であるため350mJを有する。
さらにこのビームをビームエキスパンダ等の光学系
（２）にて長面積化または大面積化した、即ち150mm×3
00mmに拡大した（第２図（21））。この構成にて5.6×1
0-3mJ/mm2のエネルギ密度を有するレーザービームを得
た。Embodiment 1 FIG. 1 shows a laser processing method of the present invention using an excimer laser. Excimer laser (1) (wavelength 248 nm, Eg = 5.
0 eV). Then, the initial beam size (20) is 1
It has 6 mm x 20 mm and has 350 mJ because of 3% efficiency.
Further, this beam was extended or enlarged in an optical system (2) such as a beam expander, that is, 150 mm × 3
It was enlarged to 00 mm (Fig. 2 (21)). 5.6 × 1 with this configuration
0 -3 mJ / mm 2 was obtained with a laser beam having an energy density.
さらに石英製のシリンドリカルレンズにて開溝巾15μ
ｍで４本に分割し集光した。かくして長さ30cm、巾15μ
ｍ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。Further, the groove width is 15μ with a quartz cylindrical lens
The light was divided into four lines at m and collected. Thus, length 30 cm, width 15 μ
m is divided into a plurality of (in this case, four) slit beams, and the workpiece (11) on the substrate (10) is irradiated simultaneously.
Processing was performed to form a groove (5).
被加工面として、ガラス上の透明導電膜（Eg＝3.5e
V）を有する基板（10）に対し、エキシマレーザ（Quest
ec Inc.製）を用いた。As the surface to be processed, a transparent conductive film on glass (Eg = 3.5e
Excimer laser (Quest)
ec Inc.) was used.
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5.0eVであるため、十分光を
吸収し、透明導電膜のみを選択的に加工し得るからであ
る。The pulse light was 248 nm using KrF. This is because its optical energy bandwidth is 5.0 eV, so that it can absorb light sufficiently and selectively process only the transparent conductive film.
パルス巾20n秒、繰り返し周波数１〜100Hz、例えば10
Hz、また、被加工物はガラス基板上のCTF（透光性導電
膜）として、酸化亜鉛（ZnO）を用いた。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）が完全に白濁化されCTFが微粉末になり、絶縁
化することが可能となった。これをアセトン溶液にての
超音波洗浄（周波数29KHz）を約１〜10分間行いこのCTF
を除去した。下地のソーダガラスはまったく損傷を受け
ていなかった。Pulse width 20 ns, repetition frequency 1-100 Hz, e.g. 10
Hz, and the workpiece used was zinc oxide (ZnO) as a CTF (light-transmitting conductive film) on a glass substrate. When this coating was processed, the slit (5) was completely opaque with only one irradiation of the linear pulse light, and the CTF became a fine powder, which enabled insulation. This is ultrasonically cleaned with an acetone solution (frequency 29 KHz) for about 1 to 10 minutes, and this CTF
Was removed. The underlying soda glass was not damaged at all.
第３図は、基板上にスリット状のパルス光（５−1,5
−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130μｍ移動し、次のパルス（６−1,6−2,6−3,6
−４）を加える。さらに130μｍ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。FIG. 3 shows a slit-like pulse light (5-1,5) on a substrate.
−2,5-3,5-4) at the same time. After irradiating this pulse once, the X table (FIG. 1 (23)) is moved, for example, by 130 μm, and the next pulse (6-1, 6-2, 6-3, 6) is moved.
-4) is added. After moving further 130 μm, the next pulse (7
Add -1,7-2,7-3,7-4). Thus, by applying n pulses (n−1, n−2, n−3, n−4), this was achieved by dividing a plurality of grooves into n in a large area.
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、例えばｎ−1,5−２との開
溝は５−１と６−１との開溝と等間隔にせんとしてもテ
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、かかる隣があった群間の精度を論ずる必要がなくな
る。In this way, as shown in FIG. 3, 4n grooves can be formed at a processing speed four times as high as that of one groove. However, in such a case, for example, even if the grooves at n-1 and 5-2 are arranged at the same interval as the grooves at 5-1 and 6-1, it is not always sufficient due to the movement accuracy of the table (23). If the precision in this case is controlled, the beam for processing should be the first
It is effective to use only one in the figure. Thus, there is no need to discuss the accuracy between such adjacent groups.
『実施例２』 水素または弗素が添加された非単結晶半導体（主成分
珪素）上にZnO（Al2O3が５重量％添加）を1000Åの厚さ
にスパッタリング法によって形成し被加工面とした。Example 2 On a non-single-crystal semiconductor (main component silicon) to which hydrogen or fluorine is added, ZnO (addition of 5% by weight of Al 2 O 3 ) is formed to a thickness of 1000 mm by a sputtering method, and a work surface is formed. did.
さらにこの面を下面とし、真空雰囲気下（真空度10-5
torr以下）にて400nm以下の波長のパルス光を加えた。
波長は248nm（KrF）とした。パルス巾10n秒、平均出力
2.3mJ/mm2とした。すると被加工面のZnOは昇華し下地の
半導体は損傷することなくこの開溝により残ったZnO間
を絶縁化することができた。Further, this surface is used as a lower surface, and is placed under a vacuum atmosphere (vacuum degree 10 -5
(torr or less), pulsed light having a wavelength of 400 nm or less was added.
The wavelength was 248 nm (KrF). Pulse width 10ns, average output
2.3 mJ / mm 2 . As a result, the ZnO on the surface to be processed sublimated, and the underlying semiconductor was not damaged, so that the remaining ZnO could be insulated by the groove.
「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130μｍ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工程より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。"Effect" When producing a large number of slit-shaped grooves according to the present invention,
For example, when manufacturing 1920 lines of 15 μm width at intervals of 130 μm, this time is divided into four lines, and if 10 Hz / pulse, it is 0.8
In minutes. In addition, processing was possible in 3.2 minutes with only one piece. As a result, the number of processes is reduced from seven to two (light irradiation and cleaning), and the working time can be reduced to 5 to 10 minutes, as compared with the case where patterning is performed using a photomask by the conventional mask line method. Thus, when a large number of linear grooves are formed, extremely low cost and high productivity can be achieved.
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20μｍ、除去する部分を400μｍ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50
〜100μｍとすると生産性向上に有効である。In the present invention, the case where there is a large loss in the width between grooves (area left without processing) is described. However, by connecting the light irradiation side by side, the remaining area can be reduced to, for example, 20 μm, and the portion to be removed can be reduced to 400 μm. In this case, the width of the condensing slit should be 50
It is effective to improve the productivity when the thickness is set to 100100 μm.
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。 FIG. 1 shows the outline of the optical processing method of the present invention. FIG. 2 shows the change in the light pattern. FIG. 3 shows a manufacturing process of the groove on the substrate.
Claims (1)
ビームをビームエキスパンダにて面積を広げた後、少な
くとも１つのシリンドリカルレンズを経て、少なくとも
１つの線状ビームに形成し、この線状ビームを酸化亜鉛
膜に照射することを特徴とする光処理方法。An excimer laser beam having a wavelength of 400 nm or less is expanded by a beam expander, and then formed into at least one linear beam through at least one cylindrical lens, and the linear beam is oxidized. A light treatment method comprising irradiating a zinc film.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP61202931A JP2616767B2 (en) | 1986-08-28 | 1986-08-28 | Light treatment method |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP61202931A JP2616767B2 (en) | 1986-08-28 | 1986-08-28 | Light treatment method |
Publications (2)
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| JPS6360082A JPS6360082A (en) | 1988-03-16 |
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Family
ID=16465531
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP61202931A Expired - Lifetime JP2616767B2 (en) | 1986-08-28 | 1986-08-28 | Light treatment method |
Country Status (1)
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