JP2011121061A

JP2011121061A - レーザ加工方法および装置

Info

Publication number: JP2011121061A
Application number: JP2009278425A
Authority: JP
Inventors: Tatsuki Okamoto; 達樹岡本; Shinsuke Yura; 信介由良; Tomotake Katsura; 智毅桂; Taishi Morita; 大嗣森田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-12-08
Filing date: 2009-12-08
Publication date: 2011-06-23

Abstract

【課題】基板上の薄膜をレーザによりスクライブ加工する場合に、大型の集塵機、大量の洗浄液を必要とせず、正確に微細なスクライブ加工を行うレーザ加工方法および装置を提供することを目的とする。
【解決手段】レーザ光１０１の光軸を基板の相対的な加工進行方向Ｌに対して上流上流のＩ点側に傾斜してレーザ光１０１を加工点Ｊに照射すると共に、洗浄液１１２を噴射して、アブレーションの際発生する発生する気泡２１や粉塵２２を洗浄液１１２の流れによって下流のＨ点側に導きながら、スクライブ加工する。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜太陽電池、液晶、有機エレクトロルミネッセンス、プラズマディスプレイ等のフラットパネル機器における基板上の薄膜を、レーザを用いて加工するレーザ加工方法および装置に関するものである。

一般に、基板上の薄膜を分断する加工（以下、スクライブ加工と称す）には、レーザが用いられている。従来のレーザを用いたスクライブ加工（レーザスクライブ）では、薄膜の光吸収波長に合わせたレーザを用いて、薄膜あるいは薄膜に含まれる一部の成分を加熱し、気化を利用してレーザ照射部の薄膜を取り除いている（例えば、特許文献１参照）。

このとき、取り除かれた薄膜が基板上に粉塵として付着するため、レーザスクライブ後の洗浄が欠かせない。このため、レーザ照射と洗浄を同時に行う試みもある（例えば、特許文献２参照）。

一方、レーザ加工法として、水柱（ウォータジェット）を光導光路として用い、水とレーザ光を同じ加工領域に照射する方法がある（例えば、非特許文献１参照）。

特開平１−１４０６７７号公報（第２頁左下欄第１２行目〜右下欄第２０行目、第１図）特開２００６−３１５０３０号公報（００１８〜００２０段、図１） Laser-doped Silicon Solar Cells by Laser Chemical Processing (LCP) exceeding 20% Efficiency, 33rd IEEE Photovoltaic Specialist Conference, 12-16 May. 2008, St. Diego, CA

しかしながら、上記のような従来のレーザ加工方法では、スクライブ加工により粉塵が大量に発生するため、レーザ光を基板の薄膜層がある反対側から照射し、大容量の集塵機を用いて薄膜層表面に発生する粉塵を取り除く方法や、洗浄層の中でスクライブ加工を行う方法等があった。

しかし、これらの方法では、レーザ光が基板表面で反射され損失となるため、レーザ光の透過する基板を選択しなければならないという問題があった。また、大容量の集塵機で粉塵を取り除く方法では、装置が大型化により騒音が発生し、コストも増大するという問題点があった。

また、洗浄層の中でスクライブ加工を行う方法では、基板が大型化することで消費する洗浄液が大量となり、環境負荷が大きくなるという問題点があった。

さらに、水柱をレーザ光の導光路として用いる方法では、水柱の断面全体にレーザ光が広がるため、加工領域の最小面積が、水柱の最小面積より小さくできないという問題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、基板上の薄膜をレーザによりスクライブ加工する場合に、大型の集塵機、大量の洗浄液を必要とせず、正確に微細なスクライブ加工を行うレーザ加工方法および装置を提供することを目的とする。

本発明に係るレーザ加工方法は、レーザ光の光軸を加工の進行方向に傾斜させて加工の進行方向側からレーザ光を照射すると共に、レーザ光の照射点の領域より大きい液柱状の洗浄液を噴射して加工を行うことを特徴とするものである。

また、本発明に係るレーザ加工装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光を集光するレンズと、洗浄液を供給し流速を制御する液流制御部と、集光されたレーザ光を導入する窓部が設けられた洗浄液を導入する配管と、窓部から洗浄液中に導入し、洗浄液中を伝播するレーザ光が内壁に接触しない大きさで、配管の窓部と対応する位置に設けられ、洗浄液中を伝播するレーザ光の光軸を加工の進行方向に傾斜させて加工の進行方向側から照射すると共に、洗浄液を噴射するノズルとを備えるものである。

本発明によれば、レーザ光の光軸を加工の進行方向に傾斜させて加工の進行方向側からレーザ光を照射すると共に、レーザ光の照射点の領域より大きい液柱状の洗浄液を噴射して加工を行うことにより、粉塵が散乱せず加工周辺部およびレーザ加工装置の光学部品への粉塵の付着を抑制でき、集塵機を必要とせず大量の洗浄液を必要としない加工ができるだけでなく、気泡や粉塵による散乱等の影響を受けずに、絶縁基板上に形成された薄膜に所望の形状で、レーザ光を照射することができる。

本発明に係るレーザ加工装置の実施の形態１の構成を示す概略図である。本発明に係るレーザ加工装置の実施の形態１のレーザ照射時の加工点近傍の状態を示す断面拡大図である。本発明に係るレーザ加工装置の実施の形態１のレーザ加工方法により加工した薄膜太陽電池でのセルの製造工程を示す断面拡大図である。本発明に係るレーザ加工装置の実施の形態１のレーザ加工方法により加工した薄膜太陽電池でのセルの全体構造を示す上面図である。本発明に係るレーザ加工装置の実施の形態２の構成を示す概略図である。本発明に係るレーザ加工装置の実施の形態３の構成を示す概略図である。

実施の形態１．
実施の形態１について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る実施の形態１におけるレーザ加工方法を用いるレーザ加工装置２１１の全体構成を示す概略図である。図１（ａ）はレーザ加工装置２１１の正面から見た断面図であり、図１（ｂ）はＧ方向側面から見た断面図である。図２は、図１（ｂ）のレーザ加工装置２１１でのレーザ照射時の加工点近傍の状態を示す断面拡大図である。

図１において、本実施の形態１におけるレーザ加工装置２１１は、レーザ光１０１を発生するレーザ光源１８１、洗浄液１１２を絶縁基板１１上に供給し流速を制御する液流制御部１７０、レーザ光源１８１からのレーザ光１０１を集光し、集光したレーザ光１０１を液流制御部１７０からの洗浄液１１２の噴射と共に絶縁基板１１上の薄膜１０へ照射する加工ヘッド１９１を備えている。

加工ヘッド１９１は、基本的構成部分として、レーザ光源１８１からのレーザ光１０１を集光するレンズ１０２、水流制御部１７０で流速を制御され、供給される先浄液１１２の水流をレーザ光１０１の照射方向に導く配管１１１、集光されたレーザ光１０１を先浄液１１２としての水流と共に基板の加工領域へ照射するノズル１１３で構成する。

ここで、図１（ｂ）に示すように、絶縁基板１１上の薄膜１０で、加工が完了した点をＨ点、加工中の中心点である加工点をＪ点、これから加工される点をＩ点とし、レーザ光１０１の光軸上の点をＫ点とする。また、ノズル１１３の噴出口のＨ点側を下流側、Ｉ点側を上流側と呼ぶ。

加工進行方向は、レーザ光１０１の光軸を絶縁基板１１のレーザ光１０１に対する相対的な進行方向Ｌで定義され、Ｈ点からＩ点に向かう方向となる。絶縁基板１１と加工ヘッド１６１とは、相対的に絶縁基板１１がＬ方向に移動するように構成されている。

レーザ光１０１の光軸は、絶縁基板１１の表面に対して加工進行方向Ｌにθ度傾斜して照射されるように、レーザ光源１８１と加工ヘッド１９１が設けられている。角度θは、レーザ光１０１の光軸を加工進行方向Ｌの上流側に傾け、∠ＫＪＩが９０度以下になるようにする。

ノズル１１３は、集光され、傾斜して照射されるレーザ光１０１がノズル１１３の内壁に接触しない位置、および径で設けられる。配管１１１には、集光されたレーザ光１０１を透過して洗浄液１１２中に導入し、ノズル１１３の方向へ導く位置に入射窓１４７が設けられる。入射窓１４７は、洗浄液１１２を囲む配管１１１との間で、パッキング１１４によりシールされている。

この構成により、ノズル１１３は、レーザ光１０１の照射と共に、レーザ光１０１の照射点の領域より大きい液柱状の洗浄液１１２を噴射する。

次に、本実施の形態１におけるレーザ加工装置２１１の動作について説明する。図１において、加工に用いるレーザ光１０１は、レーザ光源１８１からＡ方向に向けて進行している。

レーザ光１０１は、絶縁基板１１上の薄膜１０の加工点Ｊに向け、レンズ１０２により集光あるいは、結像されながら、入射窓１４７を透過し、配管１１１によって導かれた純水等の洗浄液１１２中に入射する。

レーザ光１０１は、集光、結像されながら洗浄液１１２中を伝播し、ノズル１１３から洗浄液１１２の噴射と共に、絶縁基板１１上に形成された薄膜１０にＬ方向（加工進行方向）にθ度傾斜した状態で、所望の形状で照射される。レーザ光１０１が照射された薄膜１０は、照射された部分がレーザ光１０１を吸収し、熱の発生によりアブレーションされ、絶縁基板１１から剥離される。

一方、洗浄液１１２は、液流制御部１７０から配管１１１でＢ方向に向けて供給されている。洗浄液１１２は、配管１１１の端部で流れをＭ方向に変えてノズル１１３に導かれ、ノズル１１３より整流され、絶縁基板１１上に形成された薄膜１０に向けて噴射される。

噴射された洗浄液１１２は、レーザ光１０１の照射により絶縁基板１１上の薄膜１０の剥離で生じる粉塵を取り込み、絶縁基板１１上から取り除く。粉塵を取り込んだ洗浄液１１２は、図示しない回収器により回収される。

このように、加工点Ｊにレーザ光１０１の照射と共に洗浄液１１２を噴射してスクライブ加工し、アブレーションの際発生する粉塵を洗浄液１１２中に取り込むことで、粉塵が散乱せず、加工周辺部およびレーザ加工装置の光学部品への粉塵の付着を抑制でき、集塵機を必要としない加工ができる。

また、洗浄液１１２を加工点Ｊに吹き付けることにより、スクライブ加工時に完全に基板から剥離しなかった部分も除去でき、スクライブ後の洗浄工程も省略もしくは簡略化できる。さらに、加工点Ｊの冷却が促進でき、直列接続の際の漏れ電流の伝達路の原因となる加工点Ｊ周辺の薄膜１０の結晶化を抑制することができる。

また、ノズル１１３を、集光されたレーザ光１０１がノズル１１３の内壁に接触しない位置、および径で構成することで、レーザ光の集光限界まで微細に加工できる。

絶縁基板１１と加工ヘッド１６１とは、相対的に移動させることによりレーザ光１０１の照射が線状となり、薄膜１０の剥離を線状に進展することで、粉塵を取り除きながらスクライブ加工される。

このとき、図２に示すように、洗浄液１１２の流れ方向Ｎは、ノズル１１３に対する絶縁基板１１の相対的な動きにより、加工進行方向Ｌの下流側であるＨ点側に向かう。スクライブ加工により、加工点Ｊでアブレーションの際発生する気泡２１や粉塵２２は、洗浄液１１２の流れ方向Ｎに乗って下流のＨ点側に流れる。

これに対し、レーザ光１０１は、反対側で上流のＩ点側に傾いているため、気泡２１や粉塵２２に当たらないため、気泡２１や粉塵２２による散乱等の影響を受けずに、絶縁基板１１上に形成された薄膜１０に所望の形状で照射することができる。

ここで、レーザ光１０１は、スクライブ加工の対象となる薄膜１０の光吸収特性により選択される。例えば、薄膜太陽電池では、ＹＡＧ等の固体レーザ、ファイバレーザの基本波（波長１μｍ程度）、第二高調波（波長０．５μｍ程度）、第三高調波（波長０．３〜０．４μｍ程度）が用いられる。

また、レーザ光１０１は、スクライブ加工の対象となる薄膜１０のアブレーション特性により、マイクロ秒、ナノ秒、ピコ秒のパルスレーザあるいは連続発振のレーザが用いられる。

なお、上記の説明では、洗浄液として純水を用いた場合の例を示したが、レーザ光１０１の照射により、スクライブ加工の対象となる薄膜１０に対し化学反応を起こす、あるいは促進する液体であってもよい。例えば、ＫＯＨ水溶液等のアルカリ性水溶液、またはＨＮＯ_３等の酸性水溶液を用いてもよい。

また、上記の説明では、絶縁基板１１にガラス板を用いた場合の例を示したが、フレキシブルな樹脂フィルムでも良い。

また、スクライブ加工の対象となる薄膜１０は、レーザ光１０１により直接アブレーションする方法だけではなく、薄膜１０の下地の薄膜にレーザ光１０１を吸収させ、その下地薄膜のアブレーションと同時に薄膜１０を剥離する方法や、下地薄膜からの伝熱により薄膜１０をアブレーションする方法により、薄膜１０の一部を剥離することができる。

ここで、レーザ光１０１を絶縁基板１１の表面に対し、斜めに入射することで、レーザ光１０１の光軸が絶縁基板１１の表裏面に対して垂直入射されないことから、絶縁基板１１の表裏面での多重反射光の干渉による加工点のレーザ光強度に変動が発生しないので、安定な加工ができる。

次に、本実施の形態１におけるレーザ加工方法を用いるレーザ加工装置２１１により加工された半導体デバイスの実施例として、薄膜太陽電池の場合について説明する。図３は、図１のレーザ加工装置２１１を用いて加工する薄膜太陽電池におけるセルの製造工程を示す断面拡大図であり、図４は全体構成を示す上面図である。

図３（ｇ）は、レーザ加工装置２１１を用いて加工された薄膜太陽電池におけるセルの断面を示す拡大図であり、１１は絶縁基板、１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、・・）は透明電極、１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、・・）は発電層、１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、・・）は裏面電極、１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、・・）は光電変換領域、２１（２１ａ、２１ｂ、・・）は第一のスクライブ部、２２（２２ａ、２２ｂ、・・）は第二のスクライブ部、２３（２３ａ、２３ｂ、・・）は第三のスクライブ部であり、添え字ａ、ｂ、ｃは、発電領域の区別を表している。

図３（ｇ）に示すように、厚さ１〜３ｍｍのガラス板からなる透光性の絶縁基板１１と、絶縁基板１１の上には透光性導電酸化膜等の透明電極１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、・・）が形成され、透明電極１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、・・）の上にはさらに発電層１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、・・）としてＰＮ接合を有する例えばアモルファスシリコンの半導体層が形成される。

さらに、発電層１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、・・）の上には、例えば、アルミ、銀等の裏面電極１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、・・）が形成される。これらの構成により、絶縁基板１１側から入射される光エネルギーを電気エネルギーに変換する。

薄膜太陽電池では、発電効率向上のため、絶縁基板１１の発電領域１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、・・）を区切って、発電領域１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、・・）の直列接続が行われる。この発電領域を区切る際にレーザスクライブが用いられる。

まず、絶縁基板１１（図３（ａ））の上面に、透明電極１２が均一に形成され（図３（ｂ））、透明電極１２は、本実施の形態１のレーザ加工装置２１１により透明電極１２が吸収する波長のレーザ光を用いて、透明電極１２の一部を線状に剥離することで第一のスクライブ部２１ａ、２１ｂ、・・が形成され、発電領域１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、・・に対応する領域１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、・・に分割される（図３（ｃ））。

次に、発電領域１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、・・に対応する透明電極１２の領域１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、・・を形成した絶縁基板１１の上に発電層１３をプラズマＣＶＤ等で蒸着した後（図３（ｄ））、発電層１３は、レーザ加工装置２１１により発電層１３のみが吸収する波長のレーザ光を用いて、透明電極１２を残した状態で、発電層１３の一部のみを線状に剥離することで第二のスクライブ部２２ａ、２２ｂ、・・が形成され、発電領域１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、・・に対応する領域１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、・・に分割される（図３（ｅ））。

続いて、発電領域１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、・・に対応する発電層１３の領域１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、・・を形成した絶縁基板１１の上に裏面電極１４を蒸着した後（図３（ｆ））、裏面電極１４は、レーザ加工装置２１１により、裏面電極１４および発電層１３の領域１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、・・の一部を線状に剥離することで第三のスクライブ部２３ａ、２３ｂ、・・が形成され、発電領域１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、・・に対応する領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、・・および領域１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、・・に分割される（図３（ｇ））。

透明電極１２を残した状態で、発電領域１５に対応する裏面電極１４の領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、・・および発電層１３の領域１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、・・に分割することで、各発電領域１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、・・の直列接続が成される。

薄膜太陽電池のセルにおいては、図４に示すように、例えば、１ｍ角の絶縁基板１１上に複数の発電領域１５、第一のスクライブ部２１、第二のスクライブ部２２、第三のスクライブ部２３からなるスクライブライン１６で分割され、直列接続されている。

なお、裏面電極１４および発電層１３領域１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、・・を発電領域１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、・・に対応する領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、・・および領域１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、・・に分割する際には、裏面電極１４および発電層１３が共に吸収する波長のレーザ光を用いて、裏面電極１４および発電層１３の一部を線状に剥離する。

また、裏面電極１４および発電層１３の領域１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、・・の一部を上記のように両方が吸収する波長のレーザ光を用いる代わりに、裏面電極１４の発電層１３の領域１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、・・の一部にレーザ光を吸収させ、その発電層１３の領域１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、・・のアブレーションと同時に裏面電極１４を剥離する方法により剥離してもよい。

また、発電層１３の領域１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、・・からの伝熱により裏面電極１４をアブレーションする方法により剥離してもよい。これらの場合、裏面電極１４の種類の選択、もしくはレーザ光の種類の選択等の幅が広がる。

上記のいずれの剥離においても、レーザ加工装置２１１により、洗浄液１１２を噴射しながらスクライブ加工を行うことで、アブレーションの際発生する粉塵を洗浄液１１２中に取り込み、粉塵が散乱せず、加工周辺部およびレーザ加工装置の光学部品への粉塵の付着を抑制でき、集塵機を必要とせず、大量の洗浄液を必要としない加工ができる。

また、レーザ光１０１の光軸を加工進行方向Ｌの上流側に傾斜して照射することで、アブレーションの際発生する気泡や粉塵による散乱等の影響を受けずに、絶縁基板１１上に形成された薄膜１０に所望の形状で照射することができる。また、多重反射光の干渉によるレーザ光強度の変動を発生させずに、安定な加工ができる。

また、上記のような三層のスクライブ加工を行う場合、スクライブ加工の領域、即ち第一のスクライブライン２１から第三のスクライブライン２３までの領域は発電に寄与できず、スクライブ加工領域の縮小のため、スクライブ部の幅を狭くする要求があったが、レーザ加工装置２１１により、レーザ光の集光限界まで微細に加工でき、効率のよいセルを形成できる。

以上のように、本実施の形態１では、レーザ加工装置２１１により、加工点Ｊにレーザ光１０１の照射と共に洗浄液１１２を噴射してスクライブ加工し、アブレーションの際発生する粉塵２２を洗浄液１１２中に取り込むようにしたので、粉塵が散乱せず、加工周辺部およびレーザ加工装置の光学部品への粉塵の付着を抑制でき、集塵機を必要とせず、大量の洗浄液を必要としない加工ができる。

また、洗浄液の噴射により、スクライブ加工時に完全に基板から剥離しなかった部分も除去でき、スクライブ後の洗浄工程も省略もしくは簡略化できる。さらに、加工領域の冷却が促進でき、直列接続の際の漏れ電流の伝達路の原因となる加工領域周辺の結晶化を抑制することができる。

また、ノズル１１３を、集光されたレーザ光１０１がノズル１１３の内壁に接触しない位置、および径で構成するようにしたので、レーザ光の集光限界まで微細に加工できる。

また、アブレーションの際発生する発生する気泡２１や粉塵２２を洗浄液１１２の流れによって下流側に導きながら、レーザ光１０１の光軸を基板の相対的な加工進行方向Ｌに対して上流側に傾斜してレーザ光１０１を照射するようにしたので、気泡や粉塵による散乱等の影響を受けずに、絶縁基板上に形成された薄膜に所望の形状で、照射することができる。また、多重反射光の干渉によるレーザ光強度の変動を発生させずに、安定な加工ができる。

また、レーザ光１０１が、気体より屈折率の高い洗浄液１１２中を透過するようにしたので、気中から直接加工領域にレーザ光を照射する場合に比べ、小さな領域までレーザ光を集光でき、かつ、加工領域表面での反射損失を低減できる。さらに、スクライブ部の幅を狭くでき、かつ、効率のよいスクライブ加工が可能になる。

また、薄膜太陽電池のセルを形成する場合には、粉塵の付着を抑制できるだけでなく、発電に寄与しないスクライブ加工領域を狭くでき、発電に寄与する発電層の拡大により発電効率の向上を図ることができる。

実施の形態２．
実施の形態１のレーザ加工装置２１１においては、レーザ光１０１の光軸が、絶縁基板１１の表面に対して加工進行方向Ｌに傾斜して照射されるように、レーザ光源１８１と加工ヘッド１９１を設けたが、実施の形態２では、ノズルも傾斜させた場合について示す。

図５は、本発明の実施の形態２におけるレーザ加工装置２１２の構成を示す概略図である。実施の形態２では、ノズル１１３は、ノズル１１３の中心軸がレーザ光１０１の光軸と略同一軸で、レーザ光１０１の照射と共に、レーザ光１０１の光径より大きい液柱状の洗浄液１１２を噴射する。

レーザ光１０１は、実施の形態１と同様に、レーザ光１０１の光軸が絶縁基板１１の表面に対して加工進行方向Ｌにθ度傾斜してＡ方向に向けて照射される。実施の形態２では、ノズル１１３も、ノズル１１３の中心軸が絶縁基板１１の表面に対して加工進行方向Ｌにθ度傾斜して洗浄液１１２をＡ方向に向けて噴射する。

実施の形態２では、レーザ光１０１の光軸およびノズル１１３の中心軸は、絶縁基板１１の表面に対して加工進行方向Ｌにθ度傾斜するように、レーザ光源１８１と加工ヘッド１９２が設けられている。角度θは、レーザ光１０１の光軸およびノズル１１３の中心軸を加工進行方向Ｌの上流側に傾け、∠ＫＪＩが９０度以下になるようにする。

その他の構成および動作に関しては、実施の形態１と同様であり、相当部分には図１と同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態２では、ノズル１１３の中心軸をレーザ光１０１と略同一軸で、加工進行方向Ｌの上流側に傾けるので、絶縁基板１１の表面に対し、洗浄液１１２が斜めに当たり、絶縁基板１１に当たった後の洗浄液１１２の流れ方向Ｎが規定される。

さらに、洗浄液１１２の流れ方向Ｎは、ノズル１１３に対する絶縁基板１１の相対的な動きにより、加工進行方向Ｌの下流側に向かって流れるため、洗浄液１１２を絶縁基板１１に斜めに当てることにより発生する流れ方向を一致させることで、気泡２１や粉塵２２のさらなる速やかな排出が可能になり、気泡２１や粉塵２２による散乱等の影響を受けずに、絶縁基板１１上に形成された薄膜１０に所望の形状で照射することができる。

ここで、レーザ光１０１を絶縁基板１１の表面に対し、斜めに入射することで、レーザ光１０１の光軸が絶縁基板１１の表裏面に対して垂直入射されないことから、絶縁基板１１の表裏面での多重反射光の干渉による加工点のレーザ光強度変動が発生しないので、安定な加工ができる。

以上のように、本実施の形態２では、レーザ加工装置２１２により、加工点Ｊにレーザ光１０１の照射と共に洗浄液１１２を噴射してスクライブ加工し、アブレーションの際発生する粉塵２２を洗浄液１１２中に取り込むようにしたので、粉塵が散乱せず、加工周辺部およびレーザ加工装置の光学部品への粉塵の付着を抑制でき、集塵機を必要とせず、大量の洗浄液を必要としない加工ができる。

さらに、ノズル１１３の中心軸を基板の相対的な加工進行方向Ｌに対して上流側に傾斜して洗浄液１１２を噴射し、洗浄液１１２を絶縁基板１１に斜めに当てることにより発生する流れ方向を加工進行方向Ｌの下流側に向かう洗浄液の流れ方向Ｎに一致させるようにしたので、気泡２１や粉塵２２のさらなる速やかな排出が可能になり、気泡や粉塵による散乱等の影響を受けずに、絶縁基板上に形成された薄膜に所望の形状で、より確実に照射することができる。

実施の形態３．
実施の形態１および実施の形態２においては、絶縁基板１１と加工ヘッド１９１、１９２とが、相対的に移動することによりレーザ光１０１を一方向（加工進行方向Ｌ）に照射して加工を進行させる場合について説明したが、往復して加工を進行するようにしてもよい。

図６は、本発明の実施の形態３におけるレーザ加工装置２１３の構成を示す概略図である。実施の形態３では、実施の形態２におけるレーザ加工装置２１２の構成において、絶縁基板１１とレーザ光１０１の相対的な加工進行方向を反転する際に、傾斜方向を反転するレーザ光源１８２および加工ヘッド１９３を備える。

レーザ光源１８２および加工ヘッド１９３は、相対的走査方向の加工進行方向Ｌから反対方向の加工進行方向Ｑに反転する際に、加工進行方向Ｌでのレーザ光１０１およびノズル１１３の傾け方向の関係を維持する。

レーザ光源１８２および加工ヘッド１９３は、加工進行方向Ｑに反転する際に、レーザ光１０１の光軸およびノズル１１３の中心軸を絶縁基板１１に対して加工進行方向Ｑにθ度傾斜させる。角度θは、レーザ光１０１の光軸およびノズル１１３の中心軸を加工進行方向Ｑの上流側に傾け、∠ＫＪＩが９０度以下になるようにする。

その他の構成及び動作に関しては、実施の形態１と同様であり、相当部分には図１と同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態３では、絶縁基板１１とレーザ光１０１の相対的な加工進行方向を加工進行方向Ｌから加工進行方向Ｑに反転する際に、レーザ光源１８２および加工ヘッド１９３を反転させ、加工進行方向Ｌでのレーザ光１０１およびノズル１１３の傾け方向の関係を維持するため、往復での加工が可能で、一定の加工条件下で加工時間を短縮できる。

また、レーザ光源１８２および加工ヘッド１９３の傾きを変える際に、例えば、洗浄液１１２を加工ヘッド１９３に導入する配管１１１の中心軸を回転軸にすることにより、洗浄液のシール構造が簡単にできる。さらに、加工ヘッド１９３の軽量化による高速動作が可能になる。

図６では、実施の形態２の構成に基づきレーザ光源１８２および加工ヘッド１９３の傾きを反転させる例を示したが、実施の形態１の構成に基づきレーザ光源のみを反転させる構成としてもよい。この場合も、同様に加工進行方向Ｌでのレーザ光１０１傾け方向の関係を維持するため、往復での加工が可能で、一定の加工条件下で加工時間を短縮できる。

以上のように、本実施の形態３では、レーザ加工装置２１３により、加工点Ｊにレーザ光１０１の照射と共に洗浄液１１２を噴射してスクライブ加工し、アブレーションの際発生する粉塵２２を洗浄液１１２中に取り込むようにしたので、粉塵が散乱せず、加工周辺部およびレーザ加工装置の光学部品への粉塵の付着を抑制でき、集塵機を必要とせず、大量の洗浄液を必要としない加工ができる。

また、ノズル１１３の中心軸を基板の相対的な加工進行方向Ｌに対して上流側に傾斜して洗浄液１１２を噴射し、洗浄液１１２を絶縁基板１１に斜めに当てることにより発生する流れ方向を加工進行方向Ｌの下流側に向かう洗浄液の流れ方向Ｎに一致させるようにしたので、気泡２１や粉塵２２のさらなる速やかな排出が可能になり、気泡や粉塵による散乱等の影響を受けずに、絶縁基板上に形成された薄膜に所望の形状で、確実に照射することができる。また、多重反射光の干渉によるレーザ光強度の変動を発生させずに、より安定な加工ができる。

さらに、絶縁基板１１とレーザ光１０１の相対的走査方向を加工進行方向Ｌから加工進行方向Ｑに反転して加工する場合に、レーザ光源１８２を反転させ、加工進行方向Ｌでのレーザ光１０１の傾け方向の関係を維持するようにしたので、往復での加工が可能で、一定の加工条件下で加工時間を短縮できる。

また、レーザ光源１８２を反転させる際に、加工ヘッド１９３も反転させるようにしたので、往復においても、所望の形状でより確実に照射することができる。

また、加工ヘッド１９３の傾きを反転させる際に、配管１１１の中心軸を回転軸にするようにしたので、洗浄液のシール構造が簡単にできる。さらに、加工ヘッドの軽量化による高速動作が可能になる。

なお、本実施の形態３では、絶縁基板１１とレーザ光１０１の相対的な加工進行方向を反転する際に、レーザ光源１８２および加工ヘッド１９３を反転させ、往復での加工を可能としたが、これに限るものではない。

絶縁基板１１とレーザ光１０１の相対的な加工進行方向を所望の加工進行方向に変更した場合においても、レーザ光源１８２および加工ヘッド１９３を変更した加工進行方向に傾斜させることで同様の効果を得ることができる。

１０薄膜
１１絶縁基板
１０１レーザ光
１０２レンズ
１１１配管
１１２洗浄液
１１３ノズル
１４７入射窓
１７０液流制御部
１８１、１８２レーザ光源
１９１、１９２、１９３加工ヘッド
２１１、２１２、２１３レーザ加工装置

Claims

レーザ光の光軸を加工の進行方向に傾斜させて前記加工の進行方向側から前記レーザ光を照射すると共に、前記レーザ光の照射点の領域より大きい液柱状の洗浄液を噴射して加工を行うことを特徴とするレーザ加工方法。
レーザ光の光軸と略同一軸で、液柱状の洗浄液を噴射して加工を行うことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
加工の進行方向の変更に応じて、レーザ光の光軸を前記変更した進行方向に傾斜させて加工を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザ加工方法。
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光を集光するレンズと、
洗浄液を供給し流速を制御する液流制御部と、
集光された前記レーザ光を導入する窓部が設けられた前記洗浄液を導入する配管と、
前記窓部から前記洗浄液中に導入し、前記洗浄液中を伝播するレーザ光が内壁に接触しない大きさで、前記配管の前記窓部と対応する位置に設けられ、前記洗浄液中を伝播する前記レーザ光の光軸を加工の進行方向に傾斜させて前記加工の進行方向側から照射すると共に、前記洗浄液を噴射するノズルとを備えるレーザ加工装置。
ノズルは、レーザ光の光軸を略中心とし、洗浄液を噴射することを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工装置。
レーザ光は、加工の進行方向の変更に応じて、前記レーザ光の光軸が前記変更した進行方向に傾斜することを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工装置。
レーザ光は、加工の進行方向の変更に応じて、前記レーザ光の光軸が前記変更した進行方向に傾斜することを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工装置。
配管は、加工の進行方向に対して直角方向に設けられ、前記配管の中心軸を中心に回動することで、レーザ光の光軸の傾斜させることを特徴とする請求項７に記載のレーザ加工装置。