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JP2008129596A - 走査経路及び合焦状態が安定な光走査機構並びにそれを用いたレーザアブレーション装置及び光起電デバイス製造システム - Google Patents

走査経路及び合焦状態が安定な光走査機構並びにそれを用いたレーザアブレーション装置及び光起電デバイス製造システム Download PDF

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Abstract

【課題】低コストに且つ簡素な製造工程でよりエネルギ変換効率が高い光起電デバイスを製造可能にする。
【解決手段】軸Ｘ周りで回転させうる基部１２１−１、軸Ｘから外れないよう基部１２１−１上に固定配置された第１光学素子１２３、基部１２１−１から離れた位置にあるヘッド部１２１−２、その上に配置された第２光学素子１２５、並びに素子１２５に対して所定の位置関係を有する合焦素子１２７を備える回転体１２１を設ける。軸Ｘ沿いに入射するビーム光ＬＢ１を素子１２３及び１２５による反射を経て素子１２７によって標的１０１上に合焦させる。そのビーム光ＬＢ３が標的１０１上で少なくとも所定角度範囲θに亘る弧を描くよう、回転体１２１を軸Ｘ周りで連続回転させることにより、素子１２７の焦点で標的１０１上を走査しレーザアブレーション等を実行する。
【選択図】図１（Ａ）

Description

本発明は、光エネルギを電気エネルギに変換する光起電デバイス例えば太陽電池に関し、より詳細には光起電デバイスを製造するシステム、そのシステムで使用可能な機構及び装置、並びにそれらの機構及び装置の動作手順に関する。
光起電デバイス例えば太陽電池は太陽光等の光エネルギを電気エネルギへと直接変換するデバイスであり、通常は、シリコン基板等の半導体基板上に形成された複数個のセルを基板表面のグリッド状電極で相互接続した構成を有している。こうした構成の光起電デバイスに太陽光等の光線を照射すると、半導体基板がその光線を吸収し、各セルの内部で自由電子が発生する。その状態でセルに電圧を印加してセル内に電界を発生させると、その電界によってそれらの自由電子が流れ始め、直流電流となってセル上のグリッド状電極に流入する。それらグリッド状電極を介して各セルを直列接続することで個々のセルの出力電圧を加算しより高い出力電圧を得ることができ、また並列接続することで個々のセルの出力電流を集めより大きな出力電流を得ることができる。こうしてグリッド状電極を介したセル間直並列接続によって得られる電圧及び電流は、例えば数十本から数百本にものぼる配線を介して外部に出力される。
米国特許第４１７７０８３号明細書 米国特許第５０６２８９９号明細書 米国特許第５５２９０５４号明細書 米国特許第６２７４５０８号明細書（Ｂ１） 米国特許第６４２０２６６号明細書（Ｂ１） 米国特許第６４７９３９５号明細書（Ｂ１） 米国特許第６５２７９６４号明細書（Ｂ１） 米国特許第６５９０２３５号明細書（Ｂ２） 米国特許第６６２３５７９号明細書（Ｂ１） 米国特許出願公開第２００２／０１４９１０７号明細書（Ａ１） 米国特許出願公開第２００３／０２３２１７４号明細書（Ａ１） 米国特許出願公開第２００４／０１５１０１４号明細書（Ａ１） 国際公開第ＷＯ９４／２８３６１号パンフレット（Ａ１） 国際公開第ＷＯ００／４９６５８号パンフレット（Ａ１） 国際公開第ＷＯ００／４９４２１号パンフレット（Ａ１） 国際公開第ＷＯ０２／０９７７２４号パンフレット（Ａ１） 米国特許出願公開第２００４／０２００５２０号明細書（Ａ１） Alvarez et al, "RXI Concentrator for 1000X Photovoltaic Energy Conversion" Benitez et al., "High-Concentration Mirror-Based Kohler Integrating System for Tandem Solar Cells", WCPEC2006, 4 pages Bett et al.,"FLATCON(TM) And FLASHCON(TM) Concepts for High Concentration PV", presented at the 19th European Photovoltaic Solar Energy Conf., 7-11 June 2004, Paris, 4 pages Gordon et al., "Optical Performance at the Thermodynamic Limit with Tailored Imaging Designs", Applied Optics, in press, December 2004, 16 pages Mulligan et al., "A Flat-Plate Concentrator: Micro-Concentrator Design Overview", 2000 IEEE, pp.1495-1497 Mulligan et al., "Development of Chip-Size Silicon Solar Cells" Luu Nguyen, "Wafer Level Packaging for Analog/Mixed Signal Applications", MEPTEC Int. Wafer Level Packaging Conference, August 22, 2002, 41 pages Sun et al., "Modeling And Experimental Evaluation of Passive Heat Sinks for Miniature High-Flux Photovoltaic Concentrators", Transactins of the ASME, vol.127, pp.138-145 (2005) Richard M. Swanson, "The Promise of Concentrators", Prog. Photovolt. Res. Appl. 8, pp.93-111 (2000) Terao et al., "A Mirror-Less Design for Micro-Concentrator Modules", Conference Record of the 28th IEEE Photovoltaic Specialists Conference (2000) pp.1416-1419 Akira Terao, "MicroDish: A Novel Reflective Optic for Flat-Plate Micro-Concentrator", SPIE's 49th Annual Meeting, 2-6 August 2004, Denver, Colorado, USA, 9 pages Richard M. Swanson, "Approaching the 29% Limit Efficiency of Silicon Solar Cells", 31th IEEE Photovoltaic Specialists Conference 2005
ここに、最初の太陽電池が製造されてから既に５０年もの歳月が経過しているが、太陽電池で実現できるエネルギ変換効率の限界がどの程度かを調べる企てや、その限界にできるだけ近い効率のセルを得ようという努力は今なお盛んに行われている。また、太陽電池セルに対しては、常日頃から、その製造コストを下げることが求められており、それとの関連で製造工程数を可能な限り減らすことも求められている。しかしながら、既存の地上用シリコン製太陽電池製造プロセスのようにスクリーン印刷法を用いて金属部分を形成する手法を採る限り、使用材料、処理速度、処理温度、位置精度、製品寸法、製品タイプ、歩留まり等、種々の面で制約乃至限界が生じる。従って、これまでも種々の継続的努力がなされてはいるが、そうした要請には応えられていない。
本発明の目的は、これらの問題が緩和乃至解消された光起電デバイス（太陽電池等）製造システム並びにそれに用いる機構、装置乃至動作手順を提供することにある。即ち、光起電デバイスを従来より低コストで製造でき、その製造工程も簡素で、更にはよりエネルギ変換効率が高い光起電デバイスが得られるようにすることにある。
このような目的を達成するため、本発明の一実施形態に係る光走査機構は、基部及び基部から離れた位置にあるヘッド部を有し入射光軸を中心に少なくとも一部の角度範囲に亘り回転させうる回転体と、入射光軸から外れないよう基部上に固定配置された第１光学素子と、ヘッド部上に配置された第２光学素子と、第２光学素子に対して所定の位置関係を採るよう回転体上に配置された合焦素子と、を備える。本実施形態では、入射光軸沿いに入射してくるビーム光を第１光学素子によって第２光学素子方向に反射させ、更に第２光学素子を経由したビーム光を合焦素子によって標的上に合焦させる動作を、入射光軸を中心に少なくとも一部の角度範囲内で回転体を回転させながら実行する。その結果、標的の表面は、ある角度範囲に亘る弧に沿い合焦素子の焦点によって走査される。
また、本発明の一実施形態に係るレーザアブレーション装置は、（１）パルス状レーザビーム光を所定の光軸沿いに随時出射するレーザ光源と、（２）標的を支持するためのステージと、（３）レーザ光源の光軸を中心に回転させうる基部及び基部から離れた位置にあるヘッド部を有しレーザ光源の光軸を中心に少なくとも一部の角度範囲に亘り回転させうる回転体、レーザ光源の光軸から外れないよう基部上に固定配置された第１光学素子、ヘッド部上に配置された第２光学素子、並びに第２光学素子に対して所定の位置関係を採るよう回転体上に配置された合焦素子を備え、レーザ光源の光軸沿いに入射してくるビーム光を第１光学素子によって第２光学素子方向に反射させ、そのビーム光を第２光学素子によって合焦素子方向に反射させ、そしてそのビーム光を合焦素子によって標的上の切除対象物質に合焦させる動作を、合焦素子が標的に面している間に実行するレーザ光走査機構と、（４）回転体をレーザ光源の光軸を中心に少なくとも一部の角度範囲に亘り回転させることにより標的上の切除対象物質上で弧を描く走査経路に沿い合焦素子の焦点を移動させる手段と、（５）合焦素子の焦点が切除対象物質に面している間にその物質のうち走査経路沿いにある物質の一部がレーザ光源からのビーム光によって切除されるようレーザ光源の動作を制御する手段と、を備える。
そして、本発明の一実施形態に係る光起電デバイス製造システム、即ち半導体基板、その半導体基板内への不純物拡散により形成されたドープド領域並びにそのドープド領域ごと半導体基板の表面を覆う保護層を有する光起電デバイスを製造するシステムは、（１）パルス状レーザビーム光を所定の光軸沿いに随時出射するレーザ光源と、（２）半導体基板を支持するためのステージと、（３）レーザ光源の光軸を中心に回転させうる基部及び基部から離れた位置にあるヘッド部を有しレーザ光源の光軸を中心に少なくとも一部の角度範囲に亘り回転させうる回転体、レーザ光源の光軸から外れないよう基部上に固定配置された第１光学素子、ヘッド部上に配置された第２光学素子、並びに第２光学素子に対して所定の位置関係を採るよう回転体上に配置された合焦素子を備え、レーザ光源の光軸沿いに入射してくるビーム光を第１光学素子によって第２光学素子方向に反射させ、そのビーム光を第２光学素子によって合焦素子方向に反射させ、そしてそのビーム光を合焦素子によってステージ方向に送り半導体基板表面にある保護層に合焦させる動作を、合焦素子が半導体基板に面している間に実行するレーザ光走査機構と、（４）回転体をレーザ光源の光軸を中心に少なくとも一部の角度範囲に亘り回転させることにより保護層上で弧を描く走査経路に沿い合焦素子の焦点を移動させる手段と、（５）合焦素子の焦点が保護層に面している間に保護層のうち走査経路沿い部分の一部がレーザ光源からのビーム光によって切除されコンタクトホールが形成されるようレーザ光源の動作を制御する手段と、を備える。
まず、太陽電池等の光起電デバイスは、例えば太陽光エネルギを電気エネルギに変換するのに使用されるデバイスであり、本発明によればその種のデバイスをより好適に製造することができる。そこで、以下、本発明が属する技術分野に習熟した方々（いわゆる当業者）が本発明を実施してその種の優れたデバイスを製造することができるよう、ある特定の用途及びある特定の条件を想定して本発明について説明する。なお、以下の説明では「上」「下」「前」「後」「側」等の方向表記を使用するが、これは説明の都合上ある特定の状況下における相対的な位置関係を記述したに過ぎず、これを以て、何か絶対的な基準座標系が前提になるかのように解釈するのは誤りである。また、いわゆる当業者であれば、これから本発明の好適な実施形態として説明する機構、装置乃至システムやその動作手順から本発明の思想をくみ取り、様々に変形、改良等した上で本発明を実施することができよう。本発明の技術的範囲及びその新規な特徴については、これから説明する実施形態だけではなく、そうした種々の変形発明、改良発明等も本発明に包含されるよう、最大限に広義に解釈すべきである。
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に、本発明の一実施形態にて使用する表面走査装置１００の頂面及び側面を示す。本装置１００は、固定配置された光源１１０から供給されるビーム光で標的１０１の表面１０３を走査する光走査機構１２０を備えており、この機構１２０により種々の標的１０１の表面１０３を非接触で走査することができる。本装置１００の用途の一つは面１０３に対するマイクロマシニング、例えば半導体基板を覆う保護層（パッシベーション層）に対するパターニングである。後述する光起電デバイス（例えば太陽電池）製造システムへの応用例では、光源１１０として使用するレーザ光源から入射してくるレーザ光により標的１０１たる半導体基板の表面１０３にある保護層を部分切除するレーザアブレーション装置として、本装置１００を使用している。このように半導体基板上の保護層に対するレーザアブレーションでその保護層をパターニングすると、従来の光起電デバイス製造手順でパターニングにより発生していた諸問題を回避乃至防止することができる。例えば太陽電池を製造する場合、従来は、スクリーン印刷法により半導体基板上に部位選択的に保護層を形成していたが、こうした手法で保護層パターンを形成し高効率の太陽電池を得ようとすると、やや込み入った製造工程を精密に実行しなければならなくなり、その結果製造コストが嵩んでしまう。そうした問題を回避乃至防止するには、上掲の通り、半導体基板の表面に一様に保護層を形成し、その保護層の一部をレーザアブレーションによって部分的に切除する、という手法を採ればよい。そうすることによって、従来のスクリーン印刷法では形成できなかったかなり小径のコンタクトホール（contact opening）を形成することができる。更に、レーザアブレーションにより切除される保護層は、ある種の不純物がドーピングされたシリコン基板等の半導体基板上に形成されている。従って、保護層の一部をレーザアブレーションにより部分切除する際、保護層の下の基板が影響を受けることが懸念されるが、実際には、保護層に対するレーザアブレーションでその基板のドーピングプロファイルや厚みが影響を受けることはほとんどない。
特に、そのパルス幅がフェムト秒オーダと狭いパルス状レーザビーム光を発生させるフェムト秒レーザ光源を光源１１０として用いるようにすれば、切除深さを抑えることができ且つデブリの発生・規模を抑えることができる。これは、フェムト秒レーザ光源の出射光のエネルギ密度が非常に高く、それを照射することにより保護層内に発生する電界が、保護層内の物質における原子間電界と並ぶ程強くなるためである。エネルギ密度がこれ程までに高ければその下の基板にほとんど攪乱を引き起こすことなく保護層を部分切除できるので、フェムト秒レーザ光源は太陽電池製造時における保護層のレーザアブレーション用光源として有用である。例えば半導体基板としてシリコン基板を使用する場合、保護層としては８０ｎｍ厚の窒化シリコン層を（スクリーン印刷法等により）形成するのが普通である。それは、そうしたバンドギャップが広い誘電体の層なら大抵の光に対して透明になり、太陽光等の光を透過させてその下の半導体基板に吸収させることができるためである。しかしながら、そうした誘電体層でも、十分にエネルギ密度が高い光に対しては吸収性を呈する。即ち、入射光のエネルギ密度が十分に高ければ、その入射光子の吸収によって励起された電子が緩和される前にその保護層内の同じ場所で再び光子の吸収が発生する。こうして光エネルギが吸収されるとその保護層は変質し、結果としてビーム光照射部分が部位選択的に切除されることとなる。このように表層だけを部位選択的に切除できることは、そのドーパントの層が薄い光起電デバイスの保護層をパターニングする際に有益である。例えば通常通りスクリーン印刷法によって太陽電池用半導体基板を処理した場合に形成されるｎ型エミッタ層は、その厚みが２００〜３００ｎｍ程しかないので孔が開きやすい。エミッタ層に孔が開くと金属化処理（メタライゼーション：金属による被覆処理）の際にその金属によってそのエミッタ層の下のｐ層に達するシャント経路が形成され、その光起電デバイスの破損を招いてしまう。これに対して、高エネルギ密度レーザ光によるレーザアブレーションならば、表層たる保護層だけを部分切除することができ、エミッタ層を破壊せずにコンタクトホールを形成することができる。
なお、本願では表面走査装置１００に関する説明の際に光起電デバイス用半導体基板（ウェハ）をレーザアブレーションする用途を例にすることがあるが、いわゆる当業者であれば理解できるように、本装置１００やその変形乃至改良物は様々な種類の標的１０１に対し様々な形態で使用することができる。従って、この用例を以て各請求項に係る発明の技術的範囲を限定解釈してはならない（その請求項に明記がある場合を除く）。
また、後に詳述するように、装置１００で使用する光走査機構１２０の重要な特徴は、走査経路ＳＰの全体に亘りビーム光ＬＢ３例えばレーザ光の出射方向を一定に保ち（即ち対物系の光軸に沿って出射させ）、またその間そのビーム光ＬＢ３を標的１０１の表面１０３上に合焦させ続けるように、構成されていることにある。このような構成であるため、機構１２０の特性は、複数個のビーム光反射面からなる回転ポリゴン鏡を用いる従来のＲＯＳ（ラスタアウトプットスキャナ）型光走査機構に比べ、優れた特性となる。例えば本装置１００を太陽電池製造に使用する場合、太陽電池用半導体基板を覆う保護層が透明であるので前述の通り光源１１０としてフェムト秒レーザ光源を使用するのが望ましい。その種の光源の出射光は、そのパルス幅が１００×１０-15秒オーダと短いので単色光になりにくく、その結果ビーム光ＬＢ３に幾らかの収差が発生してしまう。仮に、大視野レンズ及び回転ポリゴン鏡からなるＲＯＳ型光走査機構を用い、５インチ程度の長さの走査経路に沿って１０μｍ程度の照射スポット径のビーム光により標的１０１の表面１０３を走査しようとすると、この問題はかなり解決しにくくなる（１インチ＝２．５４×１０-2ｍ）。即ち、それらの素子により軸外歪、軸外分散、軸外非テレセントリック性、軸外被写界深度差及び軸外多色収差が生じてしまう。しかも、それを補正したらうまくレーザアブレーションを実施できないかもしれない。本装置１００で走査に使用する機構１２０は、経路ＳＰの全体に亘りビーム光ＬＢ３の方向及び合焦状態を保つよう構成されているので、ＲＯＳ型光走査機構を使用した場合に生じる軸外収差等の問題は生じない。
光走査機構１２０は、大まかには回転体１２１、第１光学素子１２３、第２光学素子１２５及び合焦素子１２７から構成されている。そのうち回転体１２１は、ほぼその中心を通る軸Ｘを中心に回転駆動される基部１２１−１と、その軸Ｘから離れた位置にあり基部１２１−１の回転に伴い軌道運動するヘッド部１２１−２とを、径方向に延びる連結腕によって連結した構成を有している。即ち、基部１２１−１は図１（Ｂ）に示す通り円柱状の構造物であり、ベアリング等それに適する部材を介し基台１２２に据え付けられ回転駆動可能に支持されており、そしてその上には平面鏡等の素子１２３が配置されている。また、連結腕は同図に示した通りロッド状の構造物であり、その一端に連結固定されている基部１２１−１と、他端に連結固定されているヘッド部１２１−２との位置関係を一定に保持している。そして、ヘッド部１２１−２上には同じく平面鏡等の素子１２５が配置されている。以下の説明で追々明らかになるように、この構成により、素子１２７を一種の軌道運動型対物系として機能させることができる。但し、いわゆる当業者であれば理解できるように、回転体１２１はこれ以外にも様々な形態及び形状を採ることができる。また、素子１２３の上方には図示の通り光源１１０が配置されている。その光源１１０から出射されるビーム光ＬＢ１は軸Ｘに沿って鉛直上方から素子１２３に入射する。即ち、光源１１０の出射光軸（回転体１２１にとっては入射光軸）は、基部１２１−１の回転軸Ｘと一致している。素子１２３は、この方向から入射してくるビーム光ＬＢ１を常にヘッド部１２１−２の方向に転向例えば反射させるよう、また回転体１２１が左端方向θ1、右端方向θ2或いはその間のどの方向を向いているときでもその鏡面が軸Ｘから外れないよう、基部１２１−１上に配置されている。具体的には、素子１２３はその転向面例えば鏡面が図示の如く軸Ｘに対し常に４５°の角度で交差するよう基部１２１−１上に配置されているので、軸Ｘに沿って鉛直上方から入射してくるビーム光ＬＢ１はこの素子１２３によって水平方向に転向されることとなる。素子１２３によって転向されたビーム光ＬＢ２はヘッド部１２１−２上の素子１２５に到達する。素子１２５は、その転向面例えば鏡面が前段の素子１２３の転向面と平行になるよう、従ってビーム光ＬＢ２の到来方向即ち水平方向に対して常に４５°の角度で交差するよう、配置されている。従って、ビーム光ＬＢ２は、この素子１２５によって軸Ｘと平行な方向即ちビーム光ＬＢ１の伝搬方向と平行な方向に転向例えば反射され、鉛直下方に向かう出射ビーム光ＬＢ３となる。
また、出射視野をフラットにするには入射ビーム光ＬＢ１と出射ビーム光ＬＢ３を平行にしなければならない。そのため、図示例では４５°傾けた第１光学素子１２３によって光路を９０°曲げ、同じく４５°傾けた第２光学素子１２５で光路を逆周りに９０°曲げることで、光源１１０から標的１０１に至る半クランク状の光路を形成している。この光路においては、ビーム光ＬＢ３の伝搬方向がビーム光ＬＢ１の伝搬方向と平行になる。但し、いわゆる当業者には理解できるように、２個の転向面の角度関係はこの例に限られるわけではなく、様々な角度にすることができる。例えば、３０°傾けた鏡面で光路を６０°曲げ、同じく３０°傾けた別の鏡面で光路を逆周りに６０°曲げるようにしてもよい。この場合、光源１１０から標的１０１に至るＮ字状の光路が形成され、ビーム光ＬＢ３の伝搬方向がやはりビーム光ＬＢ１の伝搬方向と平行になる。
更に、本装置１００では光学素子１２３及び１２５が共に回転体１２１に固定されているため、基部１２１−１の軸Ｘから見たヘッド部１２１−２の方向即ちヘッド部角度がどのような角度でも、鉛直上方の光源１１０から入射してくるビーム光ＬＢ１を最終的に合焦素子１２７方向に転向させ、出射ビーム光ＬＢ３としてその素子１２７例えば顕微鏡用対物レンズに入射させることができる。例えば、回転体１２１が図１（Ａ）中の左端方向θ1を向いているときには、第１光学素子１２３の姿勢は図中実線で示す姿勢１２３（θ1）、第２光学素子１２５の姿勢は同じく姿勢１２５（θ1）であるので、素子１２３を経たビーム光ＬＢ２は図中一点鎖線で示す光路ＬＢ２（θ1）を辿って素子１２５に向かい、ビーム光ＬＢ３となって合焦素子１２７に向かうこととなる。素子１２３及び１２５が回転体１２１に連結固定されておりまた素子１２３が軸Ｘと常に交差しているので、その後ヘッド部角度がヘッド軌道運動角範囲θ内で変化しても常に、従って回転体１２１の回転中は持続的に、ビーム光ＬＢ１が素子１２３にてビーム光ＬＢ２となり素子１２５へと送られることとなる。そして、回転体１２１が右端方向θ2に到達した時点でも、素子１２３の姿勢が図中一点鎖線で示す姿勢１２３（θ2）、素子１２５の姿勢が姿勢１２５（θ2）になるので、ビーム光ＬＢ２はやはり、図中二点鎖線で示す光路ＬＢ２（θ2）を辿って素子１２５に到達する。このように、光源１１０から出射されるビーム光ＬＢ１は、ヘッド部角度の如何によらずビーム光ＬＢ３に変換され素子１２７に入射されることとなる。
また、本装置１００では出射ビーム光ＬＢ３を標的１０１上に確実に合焦させることができる。それは、光源１１０に発したビーム光ＬＢ１がビーム光ＬＢ３となって標的１０１に達するまでに辿る光路の長さが、ヘッド部角度がどのような角度でも一定であるからである。まず、図１（Ｂ）から看取できるように、光源１１０から第１光学素子１２３までの距離即ち入射ビーム光ＬＢ１が辿る光路の長さや、第２光学素子１２５から標的１０１の表面１０３までの距離即ち出射ビーム光ＬＢ３が辿る光路の長さは、そもそもヘッド部角度に依存しない量である。次に、図１（Ａ）から看取できるように、素子１２３及び１２５が何れも回転体１２１に固定されているので、素子１２３から素子１２５までの距離即ち転向ビーム光ＬＢ２が辿る光路の長さも、ヘッド部角度がどういった角度でも変わらない。しかも、図１（Ｂ）に示す通り合焦素子１２７はビーム光ＬＢ３が透過するように素子１２５の下方に配置されていて、その下方に所定の距離ＦＤだけ離れた場所にビーム光ＬＢ３が合焦して焦点ＦＰが形成されるよう既存の手法に従ってそのサイズ及び位置が設定されている。これにあわせ、同図に示す配置では、その平坦な表面１０３上に焦点ＦＰが位置するように標的１０１が配置されている。このように、各ビーム光ＬＢ１〜ＬＢ３が辿る光路の長さが何れも一定であるので、その合計即ち光源１１０から焦点ＦＰに至る光路長も一定になる。即ち、回転体１２１がどの方向を向いており焦点ＦＰが走査経路ＳＰ上のどこにあっても、ビーム光ＬＢ１〜ＬＢ３を光学系の光軸に沿って伝搬させることができ、それによってビーム光ＬＢ３を常に面１０３上に合焦させることができる。従って、この光走査機構１２０では、回転ポリゴン鏡を用いた従来のＲＯＳ型光走査機構にて発生しうるところの焦点の光軸外れや変位性の収差は生じない。更に、この機構１２０は比較的廉価に製作でき、従来のＲＯＳ型光走査機構に比べ頑丈で信頼性が高い。
更に、本装置１００は、その軸Ｘを中心にして回転体１２１を好適に回転駆動させうるよう構成及び配置された反射方向制御用モータ１３２と、標的１０１を直線移動（シフト）させうるよう構成及び配置されたステージシフト用モータ１３４と、これらのモータ１３２及び１３４の動作を制御する制御回路１３０とを備えている（但しこれらは本発明を実施するのに必須ではない）。これらのうちモータ１３２は、制御回路１３０による制御の下に回転体１２１を例えば時計回りに連続回転させることにより、合焦素子１２７により形成されるビーム光合焦スポットを動かす。すると、素子１２７が標的１０１に面している期間即ち各回の走査期間毎に、その標的１０１の表面１０３をその合焦スポットが横切り、走査経路ＳＰの弧状部分ＳＰＰに沿ってその面１０３がビーム光ＬＢ３で走査されることとなる。他方、モータ１３４は回転体１２１が連続回転している状態で制御回路１３０による制御の下に稼働し、各回の走査期間が終了した後次の回の走査期間が始まるまでの間に、標的１０１が積載されたステージ１４０を方向Ａ（図中破線の矢印線）に沿って所定量だけシフトさせる。従って、回転体１２１が１回転する毎に標的１０１上の異なる弧ＳＰＰが１本ずつ走査されることとなる。即ち、例えば第１走査期間における素子１２７の上方通過によって標的１０１の表面１０３を第１行走査経路弧ＳＰＰ−１沿いに走査し、次いでステージ１４０の位置を所定量シフトさせた上でその次の走査期間即ち第２走査期間における素子１２７の上方通過によって同じ面１０３の別の場所を第２行走査経路弧ＳＰＰ−２沿いに走査する、といった動作が繰り返される。図１（Ａ）に示した通り、走査期間が終わるたびに標的１０１をシフトさせつつ複数回転に亘り最終行即ち第Ｎ行の走査経路弧ＳＰＰ−Ｎまで走査を行うことで、その表面１０３のうちビーム光ＬＢ３の合焦スポットが横切った部分について、その二次元的走査結果を表す一群の走査経路弧データが得られる。この手順により、その面１０３全体をカバーすることもできる。なお、光走査機構１２０により走査される弧ＳＰＰはその名の通り湾曲しているが、その有用性乃至実用性は、例えば従来のＲＯＳ型光走査機構における直線状走査経路に劣るところがない。
次に、本装置１００の用例及び効果についてより具体的に説明する。以下の説明では、上掲の如き構成の光走査機構１２０を備える高効率レーザアブレーション装置として本装置１００を構成し、太陽電池等の光起電デバイスの製造に使用する例を採り上げる。そうした用途では、走査経路ＳＰ上のどの位置へもビーム光ＬＢ３例えばレーザ光を確実に合焦させることができ、またその経路ＳＰの全長に亘りビーム光ＬＢ３の伝搬方向を光軸上に維持することができて軸外れが生じないので、この機構１２０を利用することにより安定的に且つ再現性よくレーザアブレーションを実施することができる。また、この機構１２０の対物系（合焦素子１２７）によってビーム光ＬＢ３を標的１０１の表面１０３に合焦させるには、その面１０３をその素子１２７から所定の距離ＦＤだけ離れた焦点ＦＰの位置にうまく配置しなければならないが、従来のＲＯＳ型光走査機構における焦点距離合わせの作業に比べれば、こうした作業は大分こなしやすい作業である。なお、以下の説明で光起電デバイス製造での使用を想定するものの、いわゆる当業者であれば理解できるように、本装置１００は他の様々な用途にて使用乃至応用することができる。
図２及び図３に、本発明の一実施形態に係る光起電デバイス製造システム２００及びこのシステム２００による光起電デバイス製造手順の概略を示す。図２のフローチャートにより示した手順は前述の表面走査装置１００を用い光起電デバイスを製造する際に実行される手順であり、図３のブロック図によりそのあらましを示したシステム２００は同装置１００を用いて光起電デバイスを製造するシステムである。なお、以下、その用途を光起電デバイス例えば太陽電池の製造に限定して説明する都合上、表面走査装置１００をレーザアブレーション装置１００Ａと表すこととする。他の部材にも同様に、その形態に応じた呼称を付し、またその参照符号に添え字“Ａ”を付すこととする。
図２に示す手順では、まず半導体基板２１２中への不純物拡散によりその基板２１２の表面２１３近傍にドープド領域２１４を形成し、更にその面２１３上に一様な保護層２１５を形成する初期工程１９０を実行する。本実施形態で使用する基板２１２は単結晶シリコン、多結晶シリコン等の基板であり、この工程１９０ではそうした基板２１２を例えばフォトリソグラフィ等の既存手法を使用して処理する。また、この工程１９０は、図４（Ａ）に示すように何れも細長い複数個のドープド領域２１４が互いに平行に並ぶこととなるよう、また図４（Ｂ）に示すように電気絶縁体によるブランケット状の保護層２１５でドープド領域２１４上を含め基板２１２の表面２１３全体が一様に覆われることとなるよう実行する。なお、以下の説明では、本手順で製造した光起電デバイス又はその仕掛品（ウェハ）を、数字２１１の後に経過工程を表す文字列を添えた参照符号で表すこととする。例えば、レーザアブレーション工程１９２に投入されるウェハには初期工程１９０を終えた品であることを示す参照符号２１１Ｔ１を付す、といった具合である。また、この工程１９０におけるドープド領域形成処理及び保護層被覆処理は従来から周知の手法で実施することができる。そのため、図３においては、それらの処理を実施してウェハ２１１Ｔ１を製作する種々の装置群を、一括してウェハ処理システム２１０として表してある。
初期工程１９０が済んだウェハ２１１Ｔ１はレーザアブレーション工程１９２に投入し、レーザアブレーション装置１００Ａを使用してその保護層２１５にコンタクトホール２１７を形成する。コンタクトホール２１７は保護層２１５を貫いて半導体基板２１２の表面２１３に達する孔乃至開口であり、形成されるとそのコンタクトホール２１７を介してドープド領域２１４の一部表面が露わになる。また、この工程１９２では、各ドープド領域２１４上に複数個のコンタクトホール２１７が並ぶよう、従って一群のコンタクトホール２１７が基板２１２上で互いに平行な複数本の列を形成するよう、コンタクトホール２１７を形成する。この処理の詳細については後に説明する。
保護層２１５を貫くコンタクトホール２１７の形成が済んだら、その仕掛かりのウェハ２１１Ｔ２を金属化工程１９４に投入する。この工程１９４では、描画式金属化（ダイレクトライトメタライゼーション）装置２５０を用いてコンタクトホール２１７内に孔内電極２１８を堆積、成長させ、続いて同じ装置２５０を用いて保護層２１５上に複数本の孔間接続電極２１９を形成する。電極２１９は、それぞれ、対応するドープド領域２１４上に位置する孔内電極２１８同士を接続するよう形成する。なお、ここでいう描画式金属化装置は、基板表面に向け金属素材を吐出、射出等して被着、堆積させる（基板表面を金属化する）装置のうち、その基板上の金属化所要部分だけを選んで金属化できる装置のことである。その例としてはインクジェット印刷装置がある。この種の装置を用いた場合、マスキングで面の一部を隠してから金属化を行うことも被着金属の一部をエッチングで除去することも必要ない。本工程１９４が済んだウェハ２１１Ｔ３は、描画式金属化装置２５０から金属化後処理システム２７０に送り、更なる処理を施して光起電デバイス２１１Ｔ４を完成させる。
図５に、図３に示したレーザアブレーション装置１００Ａにて使用されるレーザ光走査機構１２０Ａの斜視外観を示す。この機構１２０Ａは大まかには回転体１２１Ａ、第１ミラー１２３Ａ、第２ミラー１２５Ａ及び対物レンズ１２７Ａから構成されており、そのうち回転体１２１Ａは基部１２１−１Ａ、ヘッド部１２１−２Ａ及び管状連結腕１２１−３Ａを備えている。基部１２１−１Ａは略円柱状の部材であり、反射方向制御用モータ１３２Ａによって軸Ｘ周りで回転駆動することができるよう、固定配置された基台１２２Ａによって支持されている。また、この基部１２１−１Ａは、高い剛性を有する管状連結腕１２１−３Ａによってヘッド部１２１−２Ａと連結されている。更に、基部１２１−１Ａ及びヘッド部１２１−２Ａは、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示した基部１２１−１及びヘッド部１２１−２による光学素子１２３及び１２５の支持形態と同様の形態で、ミラー１２３Ａ及び１２５Ａを支持している。後述のレーザ光源１１０Ａはこの機構１２０Ａの鉛直上方にあり、その光源１１０Ａからこの機構１２０Ａへのレーザビーム光入射方向は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）におけるビーム光ＬＢ１の入射方向と同じく、基部軸Ｘ沿いに鉛直上方からである。ミラー１２３Ａは光源１１０Ａから軸Ｘに沿って入射するビーム光ＬＢ１を連続的に反射させミラー１２５Ａ方向に送る。そのビーム光ＬＢ２は腕１２１−３Ａの中空軸部に沿って腕１２１−３Ａ内を伝搬し、ミラー１２３Ａに対して平行に配置されているミラー１２５Ａに水平方向から入射する。ミラー１２５Ａはそのビーム光ＬＢ２を鉛直下方に反射する。従って出射ビーム光ＬＢ３の伝搬方向は軸Ｘと平行になる。対物レンズ１２７Ａに達したビーム光ＬＢ３はそのレンズ１２７Ａによってそのレンズ１２７Ａの下方に合焦される。それにより形成される焦点ＦＰはレンズ１２７Ａから所定の距離ＦＤだけ下方にある。先に図１（Ａ）及び図１（Ｂ）を参照して説明した通り、この焦点ＦＰは、回転体１２１Ａの回転に伴い単一平面上で円形の走査経路ＳＰを描いて移動する。
また、回転体１２１Ａは更にカウンタウェイト１２８Ａとの連結用の腕１２１−４Ａを備えている。この腕１２１−４Ａは基部１２１−１Ａから見てヘッド部１２１−２Ａとは逆の方向に延設されており、その先端にはカウンタウェイト１２８Ａが連結固定されている。こうしたカウンタウェイト１２８Ａがあるので回転体１２１Ａは高速で安定的に回転させることができる。即ち、対物レンズ１２７Ａを安定且つ高速に軌道運動させることができるので、光起電デバイスを高速で製造することができる。
図６に、本装置１００Ａを構成する各種部材の平面配置を示す。この図はレーザアブレーション開始前、即ちウェハ２１１Ｔ１上の保護層２１５のうち不要な部分を部分切除する処理を始める前における各部材の配置を示したものである。先に説明した表面走査装置１００と同様本装置１００Ａでも、レーザ光走査機構１２０の反射方向制御用モータ１３２Ａ及びステージシフト用モータ１３４Ａを制御する手段として制御回路１３０Ａが設けられている。制御回路１３０Ａは例えばマイクロプロセッサ及びそのマイクロプロセッサにより実行されるソフトウェアから構成されており、本装置１００Ａではこの制御回路１３０Ａによってレーザ光源１１０Ａも制御されている。即ち、本装置１００Ａにおいては、モータ１３２Ａを制御することにより軸Ｘを中心に回転体１２１Ａを定速連続回転させる動作と、モータ１３４Ａを制御することによりステージ１４０Ａをシフトさせる動作と、光源１１０Ａを制御することにより適切なタイミングでレーザビーム光ＬＢ１を発生させる動作とを、制御回路１３０Ａが制御する。このとき、モータ１３２Ａが軸Ｘを中心に回転体１２１Ａを回転させるので対物レンズ１２７Ａの焦点ＦＰが辿る経路即ち走査経路ＳＰは円形になり、またその回転が定速且つ連続的であるので経路ＳＰに沿った焦点ＦＰの移動は定速になる。他方、制御回路１３０Ａはまず、経路ＳＰが保護層２１５の端部近傍にて保護層２１５の表面を過ぎることとなるよう、モータ１３４Ａを制御してステージ１４０Ａの位置を設定する。経路ＳＰは円形であるのでその経路ＳＰが保護層２１５の表面をなぞる経路は弧状になる。図中の第１行走査経路弧ＳＰＰ−１Ａは当該弧状部分であり、左端角θＡ1から右端角θＡ2に亘る角度範囲θＡに広がっている。制御回路１３０Ａは、更に、ヘッド部１２１−２Ａがウェハ２１１Ｔ１の上方を通過している間に、光源１１０Ａを制御し必要なタイミングで高エネルギ密度のパルス状レーザビーム光ＬＢ１を発生させる。それを転向させたビーム光ＬＢ３が保護層２１５上に合焦すると、保護層２１５のうち合焦スポット内の絶縁体が切除されることとなる。即ち、保護層２１５のうち不要な部分が切除され弧ＳＰＰ−１Ａに沿って１個又は複数個のコンタクトホール２１７、図示例では５個のコンタクトホール２１７−１１〜２１７−１５が形成される。
また、本装置１００Ａでは、狙ったドープド領域２１４−１〜２１４−５の狙った部位にコンタクトホール２１７例えば図中の２１７−１１〜２１７−１５が形成され、ドープド領域２１４−１〜２１４−５の一部表面が露わになるよう、レーザ光源１１０Ａにおけるパルス状レーザビーム光発生タイミングを電子位置合わせ装置１６０を用いて精密に制御している。この装置１６０は例えばヘッド部１２１−２Ａの通過を検知するセンサにより実現することができる。即ち、ステージ１４０Ａ上又はその近傍に配置したセンサにより、そのセンサ上をヘッド部１２１−２Ａが通過したことを検知し、通過のたびにそのセンサから制御回路１３０Ａへと検知信号が送信されるようにしておけばよい。制御回路１３０Ａでは、回転体１２１Ａの回転速度についての情報と、電子位置合わせ装置１６０から送信されてくるこの検知信号とに基づき、ビーム光ＬＢ３が保護層２１５に照射されるタイミングを正確に調整する。即ち、例えば各ドープド領域２１４−１〜２１４−５の真上に１個ずつコンタクトホール２１７−１１〜２１７−１５が形成されるよう、光源１１０Ａを制御する。なお、いわゆる当業者であれば、どのようなセンサがこうした用途に適するかはおわかりであろう。
更に、この電子位置合わせ装置１６０とステージシフト用モータ１３４Ａとを連動させることによって、走査経路ＳＰの湾曲分を補償することもできる。即ち、ウェハ２１１Ｔ１の表面に形成されるコンタクトホール２１７の行が何れも直線になり、ドープド領域２１４−１〜２１４−５の列との組合せで直交行列が形成されるようにすることができる。これを実現するには、まず、図６から看取できるように、ウェハ２１１Ｔ１をステージ１４０Ａ上に積載する際に、ドープド領域２１４−１〜２１４−５の長手方向をステージシフト方向Ａに揃え、経路ＳＰがドープド領域２１４にほぼ直交するようにすればよい。それが済んだら本装置１００Ａを稼働させる。制御回路１３０Ａは、まずは回転体１２１Ａを例えば時計回りに１回転させる。制御回路１３０Ａは、装置１６０からの検知信号に基づき、ヘッド部１２１−２Ａが保護層２１５上に飛来する期間に、適当なタイミングで保護層２１５上にビーム光ＬＢ３を合焦させる。即ち、装置１６０からの検知信号に基づきレーザ光源１１０Ａにおける発光タイミングを制御することによりドープド領域２１４−１〜２１４−５上にコンタクトホール２１７−１１〜２１７−１５を形成する。引き続く回転によりヘッド部１２１−２Ａがウェハ２１１Ｔ１上を通過したときは、制御回路１３０Ａは、ヘッド部１２１−２Ａが再びその保護層２１５上にさしかかる前にモータ１３４Ａを作動させることにより、図７（Ａ）に示すようにステージシフト方向Ａに沿ってステージ１４０Ａを所定のシフト幅Ｒ１だけシフトさせ、軸Ｘから遠ざける。その後、ヘッド部１２１−２Ａが再びウェハ２１１Ｔ１上にさしかかったら、制御回路１３０Ａは光源１１０Ａを前記同様適切なタイミングで作動させて図７（Ｂ）に示すように第２行走査経路弧ＳＰＰ−２Ａ沿いに何個かのコンタクトホール２１７を形成する。そして、以上の動作を何回か繰り返すことで、所望列数のドープド領域２１４上に所望行数のコンタクトホール２１７を形成することができる。図７（Ｃ）に示すように、最終行即ち第Ｎ行の走査経路弧ＳＰＰ−ＮＡについてのコンタクトホール形成が終わったら、それでレーザアブレーション工程１９２は終了であり、その表面に二次元（直交）コンタクトホール行列が形成されたウェハ２１１Ｔ２が得られる。ドープド領域２１４−１〜２１４−５の方向とステージシフト方向Ａとを平行にしてあるので、コンタクトホール形成時に装置１６０からの検知信号に基づきモータ１３４Ａを作動させてステージ１４０Ａの位置を動的に微調整することにより、弧ＳＰＰひいてはコンタクトホール２１７の行方向の並びを直線にすることができる（直線であるが便宜上引き続き「弧」と呼ぶ）。また、この方向設定の下では、経路ＳＰの曲率半径が大きければ微調整なしでも弧ＳＰＰひいては行がほぼ直線になる。こうして得られたウェハ２１１Ｔ２は、後に説明するように直ちに金属化できる状態になっているので、図３に示した描画式金属化装置２５０に送ることができる。
また、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）から読み取れるように、走査経路ＳＰのうちヘッド部１２１−２Ａがウェハ２１１Ｔ１上にある区間ＳＰＰが占める割合は僅かである。従って、米国特許を受ける権利を本願出願人が譲受する予定の発明のうち、"Multiple Station Laser Ablation Apparatus"（多ステーションレーザアブレーション装置）と題する米国特許出願（出願番号：未付与、米国代理人整理番号：２００６０２６９−ＵＳ／ＮＰ（ＸＣＰ−０７５））に記載の発明を利用するのが望ましい。即ち、軸Ｘを中心に複数個のステーションを設け、各ステーションにステージ１４０Ａを配置し、それらの上にそれぞれウェハ２１１Ｔ２を積載して複数個のウェハ２１１Ｔ１を一括処理するようにすれば、ヘッド部１２１−２Ａの回転周期に占めるビーム光照射期間の割合を高めること、即ちヘッド部１２１−２Ａの光学的稼働率を高めることができる。なお、上記米国出願による開示内容は、この参照を以て本願に漏れなく繰り入れることとする。
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）に示す手順によるレーザアブレーション工程１９２を通過したウェハ２１１Ｔ２を示す。図８（Ａ）に示すように、このウェハ２１１Ｔ２上にはコンタクトホール２１７による二次元行列が形成されている。各コンタクトホール２１７は対応するドープド領域２１４上にあり、同じドープド領域上にある一群のコンタクトホール２１７は直線状の列を形成している。例えば１本目のドープド領域２１４−１上には、第１走査期間にて形成されたコンタクトホール２１７−１１、その次の第２走査期間にて形成されたコンタクトホール２１７−２１等々と続き、最後の第Ｎ走査期間にて形成されたコンタクトホール２１７−Ｎ１に至るまで、最多でＮ個のコンタクトホール２１７が直線状に並んでいる。また、図８（Ｂ）中、上下に延びている一点鎖線は、各走査期間に保護層２１５に入射させたパルス状レーザビーム光ＬＢ３の光路を表しており、ＳＰＰ−１Ａ〜ＳＰ−４Ａは、相継起する第１〜第４走査期間に係る走査経路弧ＳＰＰを表している。各コンタクトホール２１７は、こうした弧ＳＰＰ−１Ａ〜ＳＰ−４Ａに沿って照射位置を相対移動させつつ、一点鎖線の方向からビーム光ＬＢ３を照射し保護層２１５を部分切除することにより、形成されたものである。そのため、図８（Ａ）に示すように弧状の行をなしている。但し、モータ１３４Ａによる補償で行を直線化することもできる。また、こうしてレーザアブレーションによりコンタクトホール２１７を形成すると、半導体基板２１２の表面２１３のうちドープド領域２１４上の一部分２１３Ａが、コンタクトホール２１７を介して露わになる。従って、清掃等の前処理を施さないで次の金属化工程１９４を実施することができる。即ち、例えば弧ＳＰＰ−１Ａに沿ってパルス状レーザビーム光ＬＰ−１１〜ＬＰ−１３を順次照射するだけで、ドープド領域２１４上の一部分２１３Ａが邪魔者なしに露出するようコンタクトホール２１７−１２〜２１７−１４を形成できる。例えばケミカルエッチング等の手法でコンタクトホールを形成した場合、これ程までに露わにはならないのでコンタクトホール形成後に基板を洗浄し乾燥させる必要があるが、レーザアブレーションによるコンタクトホール形成にはその必要がない。洗浄及び乾燥が必要ないので、好ましいことに、コンタクトホール形成を短時間で済ますことができ、またその次の金属化を直ちに開始することができる。とりわけ、レーザアブレーション時に機械により精密に位置を合わせてあるので、その状態のまま金属化工程１９４に引き渡すことで金属化工程１９４でも直ちに高精度での処理、加工を実施することができる。仮に、部分切除終了後に洗浄及び乾燥を実施することとすると、その後の金属化工程で高精度位置合わせを改めて行わねばならなくなってしまうが、実際にはそれは困難である。即ち、保護層２１５の部分切除後に洗浄その他の後処理を実施する必要をなくすことは、当該部分切除終了後直ちに金属化を実施する上でほとんど必須の事項である。また、洗浄及び乾燥はウェハの破損原因にもなる。
図９に、本実施形態における描画式金属化装置２５０Ａの概略構成を示す。前記同様、描画式金属化装置２５０Ａとは、金属素材を吐出、射出等して基板表面を金属化する装置のうち、その基板上の必要な部分だけを金属化できる装置のことである。この種の装置を用いた場合、マスキングによる金属被着防止やエッチングによる金属除去は必要ない。また、本装置２５０Ａは、図示の通り第１吐出ヘッド２５０Ａ１及び第２吐出ヘッド２５０Ａ２を備えている。そのうちヘッド２５０Ａ１は、ウェハ２１１Ｔ２上の各コンタクトホール２１７内を金属化して孔内電極２１８Ａを堆積、成長させるのに使用されており、そのすぐ下流に位置しているヘッド２５０Ａ２は、各ドープド領域２１４の上方を金属化してそのドープド領域２１４に対応する採電乃至通電用の孔間接続電極２１９Ａを形成するのに使用されている。なお、本装置２５０Ａの更なる詳細やその変形例乃至改良例については、本願出願人が米国特許を受ける権利を譲受する予定の発明に係り"Solar Cell Production Using Non-Contact Patterning And Direct-Write Metallization"（非接触パターニング及び描画式金属化による太陽電池の製造）と題する米国特許出願第１１／３３６７１４号に記載されているので、そちらを参照されたい。当該出願の内容はこの参照を以て本願に全て繰り入れることとする。
また、同図に示す描画式金属化に関して重要なことの一つに、描画式金属化装置２５０Ａにおけるウェハ２１１Ｔ２の通過方向をステージシフト方向Ａと同方向、即ちドープド領域２１４の長手方向と同方向にしている点がある。非接触形成したコンタクトホール２１７が直線状のドープド領域２１４上に並んでいるので、ドープド領域２１４の長手方向と同じ方向に沿って描画式金属化装置２５０Ａに通すことで、ウェハ２１１Ｔ２に対する金属化をレーザアブレーションの実施直後に精度よく且つ非常に簡便に実施することができ、またそれによって総製造コストを抑えることができる。
図１０に、描画式金属化装置２５０Ａによる金属化工程１９４が終了した段階での仕掛品２１１Ｔ３を示す。この図に示すように、半導体基板２１２中に不純物拡散により形成されているドープド領域２１４と、その上方に位置している採電乃至通電用の配線即ち孔間接続電極２１９Ａは、コンタクトホール２１７内に形成された孔内電極２１８Ａによって、電気的に好適に接続されている。この仕掛品２１１Ｔ３は図３に示した金属化後処理システム２７０へと送られる（但しこれは本発明の実施に必須ではない）。
以上、本発明についてその特定の実施形態を参照して説明したが、いわゆる当業者には自明な通り、本発明は他の形態でも実施できるものであり、そうした多くの実施形態も本発明の技術的範囲に包含されるものである。例えば、光学素子１２３及び１２５のうち一方又は双方を、平面鏡ではなく曲面鏡やレンズ等の他種光学素子によって実現してもよい。また、光源１１０から合焦素子１２７に至る光路上に別の光学素子を付加してもよい。更に、合焦素子１２７は顕微鏡用の対物レンズ以外の光学素子やその組合せにより実現することもできる。即ち、目的とする合焦機能を実現することができればどのような構成でもよい。合焦素子１２７は、また、光源１１０から焦点ＦＰに至る光路上のどこに配置してもよい。例えば第１光学素子１２３と第２光学素子１２５の間でもよい。また、ヘッド部１２１−２を全周させるのではなく、標的１０１上を過ぎるようにある特定の角度範囲を反復運動させるようにして（即ちその角度範囲の両端で移動方向を反転させて）もよい。更に、標的１０１が積載されたステージ１４０をシフトさせるのに代えて、図１（Ｂ）中に矢印線Ｂで示されている方向即ち半径方向に沿って、ヘッド部１２１−２を動かすようにしてもよい。その場合、ヘッド１２１−２を動かしたため合焦素子１２７例えば対物レンズの焦点ＦＰが外れる現象や、走査経路が変形する分二次元走査がやや複雑になる現象に、対策すべきであろう。加えて、以上の説明では細長いドープド領域２１４を有するＩＢＣ（integrated back contact）セル型の太陽電池を製造する場合を例にしたが、本発明はこれ以外のタイプのセルの製造にも使用できる。
本発明の一実施形態にて使用する光走査機構の概略構成を示す頂面図である。 その側面図である。 本実施形態における光起電デバイス製造手順の概略を示すフローチャートである。 本実施形態に係る光起電デバイス製造システムの概略構成を示すブロック図である。 レーザアブレーション工程実施前の基板状態を示す頂面図である。 その側面図である。 本実施形態を応用したレーザアブレーション装置の構成を示す斜視図である。 その動作前状態を示す頂面図である。 その装置の動作時状態を示す頂面図である。 その装置の別の動作時状態を示す頂面図である。 その装置の更に別の動作時状態を示す頂面図である。 レーザアブレーション工程実施後の基板状態を示す頂面図である。 その部分斜視図である。 金属化工程実施中の基板状態を示す頂面図である。 金属化工程実施後の基板状態を示す部分斜視図である。
符号の説明
１００，１００Ａ 表面走査装置（レーザアブレーション装置）、１０１，２１２ 標的（半導体基板）、１１０，１１０Ａ 光源、１２０，１２０Ａ 光走査機構、１２１，１２１Ａ 回転体、１２１−１，１２１−１Ａ 基部、１２１−２，１２１−２Ａ ヘッド部、１２３，１２３Ａ 第１光学素子（ミラー）、１２５，１２５Ａ 第２光学素子（ミラー）、１２７，１２７Ａ 合焦素子（対物レンズ）、１３０，１３０Ａ 制御回路、１３２，１３２Ａ 反射方向制御用モータ、１４０，１４０Ａ ステージ、２００ 光起電デバイス製造システム、２１１Ｔ４ 光起電デバイスの完成品、２１３ 半導体基板表面、２１４，２１４−１〜２１４−５ ドープド領域、２１５ 保護層、２１７，２１７−１１〜２１７−１５，２１７−２１，…２１７−Ｎ１ コンタクトホール、ＦＤ 焦点距離、ＦＰ 焦点、ＬＢ１〜ＬＢ３，ＬＰ−１１〜ＬＰ−１３ ビーム光、ＳＰＰ，ＳＰＰ−１〜ＳＰＰ−Ｎ，ＳＰＰ−１Ａ〜ＳＰＰ−ＮＡ 走査経路弧、Ｘ 基部軸、θ，θＡ ヘッド軌道運動角度範囲。

Claims (3)

  1. 基部及び基部から離れた位置にあるヘッド部を有し入射光軸を中心に少なくとも一部の角度範囲に亘り回転させうる回転体と、
    入射光軸から外れないよう基部上に固定配置された第１光学素子と、
    ヘッド部上に配置された第２光学素子と、
    第２光学素子に対して所定の位置関係を採るよう回転体上に配置された合焦素子と、
    を備え、入射光軸沿いに入射してくるビーム光を第１光学素子によって第２光学素子方向に反射させ、更に第２光学素子を経由したビーム光を合焦素子によって標的上に合焦させる動作を、入射光軸を中心に少なくとも一部の角度範囲内で回転体を回転させながら実行することにより、合焦素子の焦点をその標的上である角度範囲に亘る弧を辿るように動かしその標的を走査する光走査機構。
  2. パルス状レーザビーム光を所定の光軸沿いに随時出射するレーザ光源と、
    標的を支持するためのステージと、
    レーザ光源の光軸を中心に回転させうる基部及び基部から離れた位置にあるヘッド部を有しレーザ光源の光軸を中心に少なくとも一部の角度範囲に亘り回転させうる回転体、レーザ光源の光軸から外れないよう基部上に固定配置された第１光学素子、ヘッド部上に配置された第２光学素子、並びに第２光学素子に対して所定の位置関係を採るよう回転体上に配置された合焦素子を備え、レーザ光源の光軸沿いに入射してくるビーム光を第１光学素子によって第２光学素子方向に反射させ、そのビーム光を第２光学素子によって合焦素子方向に反射させ、そしてそのビーム光を合焦素子によって標的上の切除対象物質に合焦させる動作を、合焦素子が標的に面している間に実行するレーザ光走査機構と、
    回転体をレーザ光源の光軸を中心に少なくとも一部の角度範囲に亘り回転させることにより標的上の切除対象物質上で弧を描く走査経路に沿い合焦素子の焦点を移動させる手段と、
    合焦素子の焦点が切除対象物質に面している間にその物質のうち走査経路沿いにある物質の一部がレーザ光源からのビーム光によって切除されるようレーザ光源の動作を制御する手段と、
    を備えるレーザアブレーション装置。
  3. パルス状レーザビーム光を所定の光軸沿いに随時出射するレーザ光源と、
    半導体基板を支持するためのステージと、
    レーザ光源の光軸を中心に回転させうる基部及び基部から離れた位置にあるヘッド部を有しレーザ光源の光軸を中心に少なくとも一部の角度範囲に亘り回転させうる回転体、レーザ光源の光軸から外れないよう基部上に固定配置された第１光学素子、ヘッド部上に配置された第２光学素子、並びに第２光学素子に対して所定の位置関係を採るよう回転体上に配置された合焦素子を備え、レーザ光源の光軸沿いに入射してくるビーム光を第１光学素子によって第２光学素子方向に反射させ、そのビーム光を第２光学素子によって合焦素子方向に反射させ、そしてそのビーム光を合焦素子によってステージ方向に送り半導体基板表面にある保護層に合焦させる動作を、合焦素子が半導体基板に面している間に実行するレーザ光走査機構と、
    回転体をレーザ光源の光軸を中心に少なくとも一部の角度範囲に亘り回転させることにより保護層上で弧を描く走査経路に沿い合焦素子の焦点を移動させる手段と、
    合焦素子の焦点が保護層に面している間に保護層のうち走査経路沿い部分の一部がレーザ光源からのビーム光によって切除されコンタクトホールが形成されるようレーザ光源の動作を制御する手段と、
    を備え、半導体基板、その半導体基板内への不純物拡散により形成されたドープド領域並びにそのドープド領域ごと半導体基板の表面を覆う保護層を有する光起電デバイスを製造する光起電デバイス製造システム。
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