JP2016137499A - レーザ光による多層基板の加工方法及び加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、装置のコストを高価にすることなく、多層基板を加工できるようにする。
【解決手段】この加工方法は、多層基板にレーザ光を照射して加工する方法であって、準備工程と、加工工程と、を含む。準備工程では、積層された少なくとも第１層及び第２層からなる多層基板を準備する。加工工程では、第１層に対して加工可能でかつ透過可能な所定の吸収率を有するとともに第２層を加工可能な波長のレーザ光を、第１層側から照射して第１層及び第２層を同時に加工する。
【選択図】図２

Description

本発明は、多層基板の加工方法、特に、多層基板にレーザ光を照射して加工する加工方法及び加工装置に関する。

多層基板の一例としての薄膜太陽電池は、ガラス基板上に下部電極層としてのＭｏ層が形成され、Ｍｏ層の上部にＣＩＧＳ層等の半導体層が形成されている。そしてさらに、半導体層の上部に透明な上部電極層が形成されている。

また、他の一例としてのタッチパネルでは、ガラス基板の上部に透明電極膜が形成され、さらにその上部に樹脂製の保護カバーが形成されている。

以上のような多層を有する基板をレーザ光によって加工する場合、レーザ光は上部の層に吸収されるので、下部の層が加工されにくい。そこで、下部の層にレーザ光が届くようにレーザ光の出力を上げると、上部の層に与えるダメージが大きくなり、また飛散物が多くなる。

そこで、特許文献１に示されるようなレーザ加工装置が提案されている。この特許文献１の装置では、まず、変調手段によって、レーザ発振器から出力されたレーザ光が、第１のレーザ光と、第１のレーザ光よりも波長の短い第２のレーザ光と、に変調される。これらのレーザ光は、集光レンズによって集光されて基板に照射される。なお、第１のレーザ光は、第２のレーザ光と異なる光路に導入されて、第１のレーザ光の集光レンズに至るまでの光路長が制御される。また、第１のレーザ光と第２のレーザ光の光量はポラライザによって制御される。

特開平５−１９２７７９号公報

特許文献１の装置では、１台の装置によって異なる２種類の波長のレーザ光を選択的あるいは同時に基板に照射することができる。しかし、装置の構成が複雑で、装置のコストが高価になるという問題がある。

本発明の課題は、簡単な構成で、装置のコストを高価にすることなく、多層基板を加工できるようにすることにある。

本発明の一側面に係るレーザ光による多層基板の加工方法は、準備工程と、加工工程と、を含む。準備工程は積層された少なくとも第１層及び第２層からなる多層基板を準備する。加工工程は、第１層に対して加工可能でかつ透過可能な所定の吸収率を有するとともに第２層を加工可能な波長のレーザ光を、第１層側から照射して第１層及び第２層を同時に加工する。

ここでは、第１層及び第２層を含む多層基板に対して、所定の波長のレーザ光が第１層側から照射される。レーザ光は、第１層で吸収されつつ一部が透過し、第２層に到達して第２層に吸収される。このため、第１層及び第２層を、１つの波長のレーザ光によって同時に加工することができる。

本発明の別の側面に係るレーザ光による多層基板の加工方法では、レーザ光は、第１層に対する吸収率が５０％以下１０％以上であり、かつ第２層に対する吸収率が１０％以上である。

ここでは、前記同様に、レーザ光は、第１層で吸収されつつ一部が透過し、第２層に到達して第２層に吸収される。このため、第１層及び第２層を、１つの波長のレーザ光によって同時に加工することができる。

本発明のさらに別の側面に係るレーザ光による多層基板の加工方法では、レーザ光は、パルス幅が１０psec以上２００nsec以下のパルスレーザである。

本発明のさらに別の側面に係るレーザ光による多層基板の加工方法では、レーザ光は連続波レーザである。

本発明のさらに別の側面に係るレーザ光による多層基板の加工方法では、加工工程では、第１層及び第２層に溝を形成する。

本発明のさらに別の側面に係るレーザ光による多層基板の加工方法では、加工工程では、第１層及び第２層を改質する。

本発明のさらに別の側面に係るレーザ光による多層基板の加工方法では、加工工程では、第１層及び第２層に亀裂を形成する。
本発明のレーザ光による多層基板の加工装置は、多層基板にレーザ光を照射して加工するための装置であって、支持手段と、加工手段と、を備えている。支持手段は積層された少なくとも第１層及び第２層からなる多層基板を支持する。加工手段は、第１層に対して加工可能でかつ透過可能な所定の吸収率を有するとともに第２層を加工可能な波長のレーザ光を、第１層側から照射して第１層及び第２層を同時に加工する。

以上のような本発明では、１つのレーザ光によって多層基板を同時に加工することができ、安価な装置を用いて、かつ短時間で加工を行うことができる。

本発明の一実施形態による方法によって加工されるタッチパネルの断面一部構成図。 ＩＴＯとポリエステル層（保護カバー）のレーザ波長に対する透過率を示す図。 本発明の別の実施形態による方法によって加工される集積型アモルファス太陽電池の断面一部構成図。 ＩＴＯ、アモルファスシリコン層、アルミニウム層（裏面電極）のレーザ波長に対する透過率を示す図。 本発明の一実施形態による加工装置の概略構成図。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態による方法によって加工されるタッチパネル（多層基板の一例）を示している。このタッチパネル１は、保護カバーとしてのポリエステルフィルム１１（第１層）及び透明電極膜としてのＩＴＯ１２（第２層）をガラス基板１０に積層して形成されている。より詳細には、ガラス基板１０の上面にＩＴＯ１２が形成され、さらにその上面にポリエステルフィルム１１が形成されている。

ここで、図２に、ポリエステルフィルム１１とＩＴＯ１２のレーザ光の波長（ｎｍ）に対する透過率（％）を示している。図において、Ｐ１がポリエステルフィルム１１の透過率を示し、Ｐ２がＩＴＯ１２の透過率を示している。

この図２から明らかなように、ポリエステルフィルム１１の上方から、波長が１０６４ｎｍのレーザ光をタッチパネル１に照射すれば、照射されたレーザ光は、ポリエステルフィルム１１をほぼ透過して（透過率８０％以上）、ＩＴＯ１２を加工できることがわかる。また、波長が３５５ｎｍのレーザ光を照射すれば、ポリエステルフィルム１１に対する透過率は０％であるので、ＩＴＯ１２にはレーザ光は到達せず、ポリエステルフィルム１１のみを加工できることがわかる。

そこで、ポリエステルフィルム１１に対して加工可能かつ透過可能な透過率（吸収率）を有し、しかもＩＴＯ１２を加工可能な波長のレーザ光をポリエステルフィルム１１側から照射すれば、ポリエステルフィルム１１及びＩＴＯ１２を同時に加工できることになる。

具体的には、例えば、波長が８８５ｎｍの半導体レーザ光をタッチパネル１に照射すれば、このレーザ光は、ポリエステルフィルム１１に対して、透過率は約８３％（吸収率１３％、反射率４％）である。このため、ポリエステルフィルム１１を加工できるとともに、レーザ光はポリエステルフィルム１１を透過してＩＴＯ１２に到達する。また、このレーザ光は、ＩＴＯ１２に対して、透過率は約６３％（吸収率約３７％、界面の反射率１％以下）であり、ＩＴＯ１２に対しても加工が可能である。すなわち、ポリエステルフィルム１１とＩＴＯ１２とを同時に加工することができる。

［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態を示している。ここでは、加工される多層基板として集積型アモルファス太陽電池を例にとっている。この太陽電池２は、透明導電膜としてのＩＴＯ２１（第１層）、アモルファスシリコン層２２（第２層）、及び裏面電極としてのアルミニウム層をガラス基板２０に積層して形成されている。より詳細には、ガラス基板２０の上面にＩＴＯ２１が形成され、その上面にアモルファスシリコン層２２が形成され、さらにその上面にアルミニウム層２３が形成されている。なお、この例では、ガラス基板２０側からレーザ光が照射される。

図４に、各層２１〜２３のレーザ光の波長（ｎｍ）に対する透過率（％）を示している。図において、Ｑ１がＩＴＯ２１の透過率、Ｑ２がアモルファスシリコン層２２の透過率、Ｑ３がアルミニウム層２３の透過率を示している。

図４から明らかなように、ガラス基板２０側から、波長が８８５ｎｍのレーザ光を照射すれば、照射されたレーザ光は、ＩＴＯ２１及びアモルファスシリコン層２２で一部吸収され、アルミニウム層２３に到達する。したがって、ＩＴＯ２１、アモルファスシリコン層２２、及びアルミニウム層２３を同時に加工することができる。

また、波長が５３２ｎｍのレーザ光を照射すれば、ＩＴＯ２１をほぼ透過しアモルファスシリコン層２２に到達するが、波長が５３２ｎｍのレーザ光は、アモルファスシリコン層２２に対する透過率はほぼ０％であるので、アルミニウム層２３に到達しない。

以上から、ＩＴＯ２１及びアモルファスシリコン層２２に対して加工可能かつ透過可能な透過率（吸収率）を有し、しかもアルミニウム層２３を加工可能な波長のレーザ光をＩＴＯ２１側から照射すれば、これらの層２１〜２３を同時に加工できることになる。

［まとめ］
以上の実施形態から、以下の条件で多層基板を加工することによって、１つの波長のレーザ光によって、多層基板を同時に加工できることがわかる。なお、ここでの「加工」とは、各層に溝を形成すること、各層を改質すること、各層に亀裂を形成すること、を含む。

（１）第１層（レーザ光が照射される側の層）に対して加工可能かつ透過可能で、第１層に積層された第２層を加工可能な波長のレーザ光を、第１層側から照射すれば、１つの波長のレーザ光によって多層基板を同時に加工できる。

（２）レーザ光の波長としては、第１層に対する吸収率が５０％以下１０％以上であることが望ましい。加工される材料によっても異なるが、例えば、３００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下のレーザ光を用いることができる。

（３）レーザ光のパルス幅は１０psec以上２００nsec以下のレーザ光が好ましい。また、連続波レーザであってもよい。

［加工装置］
図５に、以上のような加工方法を実施するための加工装置に概略構成を示している。この加工装置２５は、レーザ光線発振器２６ａやレーザ制御部２６ｂを含むレーザ光線発振ユニット２６と、レーザ光を所定の方向に導くための複数のミラーを含む伝送光学系２７と、伝送光学系２７からのレーザ光を集光させるための集光レンズ２８と、を有している。レーザ光線発振ユニット２６からは、ビーム強度等の照射条件が制御されたパルスレーザ光が出射される。レーザ光線発振ユニット２６、伝送光学系２７、及び集光レンズ２８により、多層基板にレーザ光を照射する加工手段が構成されている。
例えば、レーザ光線発振器２６ａとして、発振するレーザ光の周波数やパルス幅の切り替え機構を有する発振器を使用することによって、多層基板の第１層及び第２層の吸収率を変更することができる。

多層基板Ｇはテーブル２９に載置されている。テーブル２９は、駆動制御部３０によって駆動制御され、水平面内で移動が可能である。すなわち、テーブル２９に載置された多層基板Ｇと集光レンズ２８から照射されるレーザ光線とは水平面内で相対移動が可能である。また、レーザ光と多層基板Ｇが載置されるテーブル２９とは、相対的に上下方向に移動が可能である。レーザ制御部２６ｂ及び駆動制御部３０は、加工制御部２１によって制御されるようになっている。

なお、加工制御部３１は、マイクロコンピュータで構成されており、レーザ制御部２６ｂ及び駆動制御部３０を制御して、前述のような加工を実行する。

［他の実施形態］
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。

１０，２０ ガラス基板
１１ ポリエステルフィルム（保護カバー）
１２，２１ ＩＴＯ
２２ アモルファスシリコン層
２３ アルミニウム層（裏面電極）

Claims (8)

1. 多層基板にレーザ光を照射して加工する方法であって、
   積層された少なくとも第１層及び第２層からなる多層基板を準備する準備工程と、
   前記第１層に対して加工可能でかつ透過可能な所定の吸収率を有するとともに前記第２層を加工可能な波長のレーザ光を、前記第１層側から照射して前記第１層及び前記第２層を同時に加工する加工工程と、
   を含む、レーザ光による多層基板の加工方法。
2. 前記レーザ光は、前記第１層に対する吸収率が５０％以下１０％以上であり、かつ２層に対する吸収率が１００％以下１０％以上である、請求項１に記載のレーザ光による多層基板の加工方法。
3. 前記レーザ光は、パルス幅が１０psec以上２００nsecのパルスレーザである、請求項１又は２に記載のレーザ光による多層基板の加工方法。
4. 前記レーザ光は連続波レーザである、請求項１又は２に記載のレーザ光による多層基板の加工方法。
5. 前記加工工程では、前記第１層及び前記第２層に溝を形成する、請求項１から４のいずれかに記載のレーザ光による多層基板の加工方法。
6. 前記加工工程では、前記第１層及び前記第２層を改質する、請求項１から４のいずれかに記載のレーザ光による多層基板の加工方法。
7. 前記加工工程では、前記第１層及び前記第２層に亀裂を形成する、請求項１から４のいずれかに記載のレーザ光による多層基板の加工方法。
8. 多層基板にレーザ光を照射して加工するための装置であって、
   積層された少なくとも第１層及び第２層からなる多層基板を支持する支持手段と、
   前記第１層に対して加工可能でかつ透過可能な所定の吸収率を有するとともに前記第２層を加工可能な波長のレーザ光を、前記第１層側から照射して前記第１層及び前記第２層を同時に加工する加工手段と、
   を有する、レーザ光による多層基板の加工装置。

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