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技術 2つのレーザービームを用いた加工片のレーザー加工装置

出願人 ロフィンーバーゼルラゼルテヒゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツングウントコンパニコマンディートゲゼルシャフト
発明者 ガイガー、シュテファンヴァーゲンフーバー、クラウスボップ、ベンヤミンデーク、フレッド-ヴァルター
出願日 2012年12月21日 (8年0ヶ月経過) 出願番号 2014-552556
公開日 2015年4月2日 (5年8ヶ月経過) 公開番号 2015-509848
状態 特許登録済
技術分野 レーザ加工
主要キーワード 等間隔線 影響値 最大加工速度 レーザービーム源 切除線 パッシベーション化 焦点間隔 裏面開口
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年4月2日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (2)

課題・解決手段

本発明は加工片(14)のレーザー加工装置に関し、互いに角度(α)をなして伝播する第1および第2のレーザービーム(L1、L2)を発生するための装置(6)と、レーザービーム(L1、L2)を加工片(14)上に案内するとともに焦点合わせするための偏光焦点ユニット(10)とを備え、レーザービーム(L1、L2)が互いに垂直方向に直線状に偏光されるようにする。

概要

背景

結晶シリコンから太陽電池生産する際に裏面開口の加工工程が重要な役割を果たす。この場合、レーザー切除によりウェハの裏面にあるパッシベーション層が局部的に開口され、すなわち局部的に切除される。このパッシベーション層は、電荷キャリア再結合と、これによる太陽電池の効率の低下を導くおそれのある非拘束表面状態飽和に役立つ。このパッシベーション層の局部的開口は、後の加工工程において、ほかはパッシベーション化された裏面に電気接点を取り付けることを可能にする。パッシベーション層の局部的除去のために、この層をレーザーにより等間隔線で切除することが知られている。この場合電池の効率に重要なことは、接点面とパッシベーション化面との最適比見出すことである。この比を制御する可能性は線の間隔の変化、したがってウェハ毎の線の数の変化である。

効率の最適化およびそのために必要なレーザー加工の精度と並んで、加工速度が生産の経済性にとって重要である。レーザー切除における最大加工速度のための最も重要な影響値は、ビーム源パルスエネルギーおよびパルス周波数、並びに使用される偏光焦点ユニットの速度である。

従来技術では、裏面開口の加工用基本モードレーザーにより発せられたレーザービームを偏光・焦点ユニット、通常はガルバノメータミラーから構成されFシータレンズを有する可制御ミラー装置を介して、加工すべきウェハ上に導くことが知られている。特殊なCADソフトウェアによりレイアウトが作られ、相応するハードウェアを介して偏光・焦点装置に送られる。このユニットは、ミラー装置がレーザービームをレイアウトの形でウェハ上に導くように制御される。現在技術的に実現可能な加工速度はこの場合特に、偏光・焦点ユニット内に配置された偏光ミラーが必要な精度でウェハに対して案内される速度により限定される。

概要

本発明は加工片(14)のレーザー加工装置に関し、互いに角度(α)をなして伝播する第1および第2のレーザービーム(L1、L2)を発生するための装置(6)と、レーザービーム(L1、L2)を加工片(14)上に案内するとともに焦点合わせするための偏光・焦点ユニット(10)とを備え、レーザービーム(L1、L2)が互いに垂直方向に直線状に偏光されるようにする。

目的

本発明の課題は、加工片のレーザー加工時、特にシリコンウェハの裏面のパッシベーション層の切除時の加工速度を高めたレーザー加工装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

互いに角度(α)の傾きをなして伝播する第1および第2のレーザービーム(L1、L2)を発生するための装置(6)と、前記レーザービーム(L1、L2)を加工片(14)上に案内するとともに焦点合わせするための偏光焦点ユニット(10)とを備え、 前記レーザービーム(L1、L2)が、いずれも垂直方向に直線状に偏光される前記加工片(14)のレーザー加工装置

請求項2

前記レーザービーム(L1、L2)を発生させるための装置(6)が、前記偏光・焦点ユニットの手前に配置されたビーム案内装置(8)を有し、 前記ビーム案内装置が、少なくとも一方のレーザービーム(L2)の伝播方向を変更するため調整可能な可調整ミラー装置を有する請求項1記載の装置。

請求項3

前記ミラー装置が、複数の偏光ミラー(18、20)を有し、 前記偏光ミラーが、前記レーザービーム(L1、L2)を角度(α)と無関係に常に同一の交点で交差させるように調整される請求項2記載の装置。

請求項4

前記交点が、前記偏光・焦点ユニット(10)の口径の中心点(A)にある請求項3記載の装置。

請求項5

前記ビーム案内装置(8)が前記偏光・焦点ユニット(10)の前に配置された部分透過性端部ミラー(26)を有し、 前記端部ミラーが前記レーザービームのそれぞれ一部を偏光・焦点ユニット(10)に向けて反射し、残部のビームを透過させ、透過された部分ビームTL1、TL2)が偏光ビーム分割器(28)に導かれ、前記分割器が透過した部分ビーム(TL1、TL2)を分離し、前記偏光ビーム分割器(28)から出る少なくとも一方の部分ビーム(TL1、TL2)がビーム位置検出器(30−1、30−2)に導かれる請求項2から4の1つに記載の装置。

請求項6

1つまたは複数の前記ビーム位置検出器(30−1、30−2)から送信される測定信号(M1、M2)に基づいて、前記レーザービームが角度(α)とは無関係に常に同一の交点で交差するように前記可調整ミラー装置を制御するための制御装置(32)を有する請求項5記載の装置。

請求項7

前記交点が、前記偏光・焦点ユニット(10)の口径の中心点(A)にある請求項6記載の装置。

請求項8

前記装置(6)が、2つのレーザービーム源(2、4)を有する請求項1から7の1つに記載の装置。

請求項9

太陽電池製作時にシリコンウェハの裏面上のパッシベーション層を局部的に切除するための請求項1から8の1つに記載の装置の使用。

技術分野

0001

本発明は、加工片レーザー加工装置、特に太陽電池製作する際のシリコンウェハ加工装置に関する。

背景技術

0002

結晶シリコンから太陽電池を生産する際に裏面開口の加工工程が重要な役割を果たす。この場合、レーザー切除によりウェハの裏面にあるパッシベーション層が局部的に開口され、すなわち局部的に切除される。このパッシベーション層は、電荷キャリア再結合と、これによる太陽電池の効率の低下を導くおそれのある非拘束表面状態飽和に役立つ。このパッシベーション層の局部的開口は、後の加工工程において、ほかはパッシベーション化された裏面に電気接点を取り付けることを可能にする。パッシベーション層の局部的除去のために、この層をレーザーにより等間隔線で切除することが知られている。この場合電池の効率に重要なことは、接点面とパッシベーション化面との最適比見出すことである。この比を制御する可能性は線の間隔の変化、したがってウェハ毎の線の数の変化である。

0003

効率の最適化およびそのために必要なレーザー加工の精度と並んで、加工速度が生産の経済性にとって重要である。レーザー切除における最大加工速度のための最も重要な影響値は、ビーム源パルスエネルギーおよびパルス周波数、並びに使用される偏光焦点ユニットの速度である。

0004

従来技術では、裏面開口の加工用基本モードレーザーにより発せられたレーザービームを偏光・焦点ユニット、通常はガルバノメータミラーから構成されFシータレンズを有する可制御ミラー装置を介して、加工すべきウェハ上に導くことが知られている。特殊なCADソフトウェアによりレイアウトが作られ、相応するハードウェアを介して偏光・焦点装置に送られる。このユニットは、ミラー装置がレーザービームをレイアウトの形でウェハ上に導くように制御される。現在技術的に実現可能な加工速度はこの場合特に、偏光・焦点ユニット内に配置された偏光ミラーが必要な精度でウェハに対して案内される速度により限定される。

発明が解決しようとする課題

0005

本発明の課題は、加工片のレーザー加工時、特にシリコンウェハの裏面のパッシベーション層の切除時の加工速度を高めたレーザー加工装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0006

この課題は、本発明によれば請求項1の特徴を有するレーザー加工装置により解決される。この特徴によれば加工装置は、ある角度で互いに傾いた方向に、すなわち非平行に伝播する2つのレーザービームを発生する装置と、レーザービームを加工片上にもしくは加工片に向けて案内するとともに焦点合わせするための偏光・焦点ユニットを有し、その際レーザービームは互いに垂直方向に直線状に偏光される。

0007

2つのレーザービームによる加工片の同時加工により、従来方法に対し加工速度の二倍化が達成される。さらにレーザービームが互いに垂直方向に直線状に偏光されるので、レーザービームは互いに狭くおよび部分的に重複または交差して案内されるので、同一の偏光・焦点ユニットで加工片表面の狭い範囲を同時に加工することができる。

0008

レーザービームを発生する装置が、偏光・焦点ユニットに前置接続されたビーム案内装置を有し、この案内装置が少なくとも一方のレーザービームの伝播方向を変更するための可調整ミラー装置を有するようにすれば、加工片上に焦点合わせされたレーザービームの間隔を柔軟に調整することができる。

0009

特に、均質にして再現可能な加工精度は、ミラー装置が複数の偏光ミラーを有し、このミラーを調節して、これらのレーザービームがなす角度とは無関係に、好適には偏光・焦点ユニットの口径の中心点である同一の交点において、常に交差するようにすることにより得られる。

0010

本発明の特に有利な実施態様では、ビーム案内装置は偏光・焦点ユニットの手前に配置された部分透過性端部ミラーを有し、このミラーが各レーザービームの一部を偏光・焦点ユニットに向けて反射し、残部を透過し、透過した部分ビーム偏光ビーム分割器に導いて分割し、偏光ビーム分割器から出る部分ビームの少なくとも一部がビーム位置検出器に導かる。このようにすれば、可調整な偏光ミラーの位置誤差、並びに固定された偏光ミラーの熱によるドリフトが検出され、1つまたは複数のビーム位置検出器により検出された測定信号制御装置に送られ、この制御装置が可調整ミラー装置をこの測定信号に基づいて制御し、第1の部分ビームを常に同じ交点で交差させることにより、自動的に補償される。

0011

本発明のさらに有利な実施態様は従属請求項提示されている。

0012

本発明をさらに説明するために、本発明装置を原理図で示した実施例を参照する。

図面の簡単な説明

0013

図1は本発明装置の原理図である。

実施例

0014

図によれば、装置は2つのレーザービーム源2、4を含む装置6を有し、この装置によりそれぞれ垂直方向に直線状に偏光される2つのレーザービームL1、L2が発生される。装置6はビーム案内装置8を有しており、この装置によりレーザービーム源2、4から出るレーザービームL1、L2は、装置6の後方に配置された偏光・焦点ユニット10に入る際に、それぞれ狭くかつ小さい鋭角αをなして伝播するように方向付けられる。偏光・焦点ユニット10において、レーザービームL1、L2は図示しない可調整偏光ミラーにより反射され、Fシータレンズ12により並列する焦点F1、F2で加工平面である加工片14上に焦点合わせされる。加工片14はシリコンウェハであり、その裏面にはパッシベーション層16が設けられ、その裏面で偏光・焦点ユニット10の方向に向いている。

0015

ビーム案内装置8は、電動調整される2つの偏光ミラー18、20を有しており、これによりレーザービーム源4から出るレーザービームL2の伝播方向が制御される。レーザービーム源2から出るレーザービームL1は、専ら固定偏光ミラー22、24およびレーザービームL1も導かれる固定された端部ミラー26を介して案内され、この場合偏光ミラー24は偏光ビーム分割器であり、レーザービームL1を透過するがレーザービームL2は反射して、両レーザービームL1、L2が端部ミラー26に向かって伝播するようにされる。電動可調整偏光ミラー18、20はこの場合、レーザービームL1、L2が偏光・焦点ユニット10の口径の中心点Aで交差もしくは重畳するように位置決めされている。偏光ミラー18、20により、角度αおよび加工片14上の焦点F1、F2の間隔aが柔軟に調整される。

0016

2つのレーザービームL1、L2は偏光・焦点ユニット10を介して案内されるので、これらの焦点F1、F2は偏光・焦点ユニット10にある偏光ミラーの動きにより加工片上を2つの平行線に沿って案内され、これらの線に沿ってたとえばパッシベーション層16が切除される。n本の線によりウェハを加工するには、従って焦点F1、F2はn/2回だけウェハ上を案内されるだけでよい。これにより加工時間は半減される。

0017

端部ミラー26は部分透過性で、それぞれレーザービームL1、L2の一部を伝送する。端部ミラー26を透過した部分ビームTL1、TL2は、偏光ビーム分割器28により互いに分離され、それぞれビーム位置検出器30−1、30−2に案内される。これらの検出器ビーム位置、すなわち各部分ビームTL1、TL2の角度および位置を測定する。ビーム位置検出器30−1、30−2により検出された測定信号M1、M2は制御装置32に導かれ、この装置により偏光ミラー18、20およびビーム案内装置8内のレーザービームL2のビーム位置、並びにビーム案内装置8と偏光・焦点ユニット10の間を伝播するレーザービームL1、L2の間の角度αが制御される。両偏光ミラー18、20はこの場合、偏光・焦点ユニット10に入るレーザービームL1、L2の交点、したがってこれらの傾きの頂点が常に偏光・焦点ユニット10の口径の中心点Aにあるように動かされる。この角度αの変化により、加工平面における焦点F1,F2の間隔aが調整される。したがって、物理的に有効な範囲内で、ウェハ上に切除線の任意の間隔を実現することが可能となる。

0018

太陽電池の効率にとって重要なことは、レーザー切除の際にウェハを加工する空間的な精度である。レーザービームを案内する光学部材の熱により生じるドリフトはしかしながら、焦点F1、F2および線の間隔aを変化させるので、電池の効率に悪影響を与えかねない。能動的なビーム調整により、ビーム源2から発せられビーム案内装置に導かれるレーザービームL1のドリフトは、ビーム源4から発せられるレーザービームL2が追従することにより補償されるので、端部ミラー28により反射されたレーザービームL1、L2の角度位置は互いに、並びにそれらの交点およびシリコンウェハ上の線の間隔aは一定に留まる。

0019

設備ユーザーは、ソフトウェアにより加工平面の焦点F1、F2の所望の間隔を規定でき、制御装置32はこの間隔を電動偏光ミラー18、20の適切な動きにより実現する。適切なレイアウトの選択と組み合わせることにより、加工片14、たとえばシリコンウェハは均一の間隔を有する切除線を、所望の間隔で加工することができる。

0020

この実施例では2つのレーザービーム源2、4が使用されている。しかし、原理的には適当な偏光ビーム分割器を備えた唯一のレーザービーム源で互いに垂直方向に直線状に偏光される2つのレーザービームを作ることもできる。

0021

2レーザービーム源
4 レーザービーム源
6レーザービーム作成装置
8ビーム案内装置
10偏光・焦点ユニット
12 Fシータレンズ
14加工片
16パッシベーション層
18偏光ミラー
20 偏光ミラー
22 偏光ミラー
24 偏光ミラー
26端部ミラー
28偏光ビーム分割器
30−1ビーム位置検出器
30−2 ビーム位置検出器
32制御装置
A中心点
焦点間隔
α 角度
F1焦点
F2 焦点
L1 レーザービーム
L2 レーザービーム
M1測定信号
M2 測定信号

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