JPH04100685A - Pattern removing method for thin-film body - Google Patents
Pattern removing method for thin-film bodyInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
この発明は薄膜体をレーザ光によって照射除去する薄膜
体のパターン除去方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Field of Application) The present invention relates to a method for removing a pattern on a thin film body by irradiating and removing the thin film body with laser light.
（従来の技術）
たとえば、太陽電池においてはガラス基板上にＳｎＯ２
、ａ−５ｉＳＡ、９の薄膜体が三層に設けられたものか
用いられており、そのうち、上の一層だけを所定のパタ
ーンで除去することが要求されることかある。(Prior art) For example, in solar cells, SnO2 is placed on a glass substrate.
, a-5iSA, 9 are used in three layers, and it is sometimes necessary to remove only the upper layer in a predetermined pattern.
そのような場合、従来は第６図乃至第８図に示すように
行われていた。すなわち、第６図はレーサ加工装置を示
し、同図中１はレーザ発振器である。このレーザ発振器
１から出力されたレーザ光りは反射鏡２で反射して収束
レンズ３で収束され、基板４上に設けられた三層の薄膜
体５ａ、５ｂ、５ｃのうち、最上の薄膜体５ａを照射す
る。それによって、その最上の薄膜体５ａかレーザ光り
によって照射溶融されてパターン除去されるようになっ
ている。In such a case, conventionally the process was carried out as shown in FIGS. 6 to 8. That is, FIG. 6 shows a laser processing apparatus, and numeral 1 in the figure is a laser oscillator. The laser beam output from this laser oscillator 1 is reflected by a reflecting mirror 2 and converged by a converging lens 3. Among the three layers of thin film bodies 5a, 5b, and 5c provided on the substrate 4, the uppermost thin film body 5a irradiate. Thereby, the uppermost thin film body 5a is irradiated and melted by laser light, and the pattern is removed.
上記収束レンズ３で収束されたレーザ光りのビーム断面
の強度分布は、第７図に示すように中心部か高く、周辺
にゆくにしたかって低くなるがウス分布をなしている。As shown in FIG. 7, the intensity distribution of the beam cross section of the laser beam converged by the converging lens 3 is high at the center and becomes low toward the periphery, forming a slender distribution.
そのため、レーザ光りを最上の第１の薄膜体５ａが所定
の幅寸法で除去される強度分布、つまりビームの周辺部
が第１の薄膜体５ａを溶融除去できる強度になるようレ
ーザ光Ｌの出力を設定し、所定のラップ率で照射すると
、下側の第２の薄膜体５ｂは第８図に示すようにレーザ
光りのビーム断面の強度分布が最も高い中心部に対応す
る部分６の熱入力か過大となり、その部分６が熱損する
ということがあった。第２層の薄膜体５ｂの熱損をなく
すため、レーザ光りの強度を低下させると、第１の薄膜
体５ａを所定の幅寸法で除去することができなくなる。Therefore, the output of the laser beam L is set so that the laser beam has an intensity distribution such that the uppermost first thin film body 5a is removed at a predetermined width dimension, that is, the peripheral part of the beam has an intensity that allows the first thin film body 5a to be melted and removed. is set and irradiated at a predetermined wrap rate, the lower second thin film body 5b receives heat input at a portion 6 corresponding to the center portion where the intensity distribution of the beam cross section of the laser beam is highest, as shown in FIG. There were cases where the temperature became too large and the portion 6 suffered heat loss. If the intensity of the laser beam is reduced in order to eliminate heat loss of the second layer thin film body 5b, it becomes impossible to remove the first thin film body 5a with a predetermined width dimension.
また、上記レーザ光りのビーム断面形状は円形なので、
そのビームを所定のオーバラップ率で走査させると、第
１の薄膜体５ａに形成される除去パターンの両側にエツ
ジ７が残り、直線性を確保することができない。直線性
を確保するためには、レーザ光りのビームのオーバラッ
プ率を大きくしなければならない。しかしなから、オー
バラップ率を大きくすると、第２の薄膜体５ｂにおける
単位面積当りの熱入力が過大となるから、第２の薄膜体
５ｂを熱損させるということがあるばかりか、作業性の
低下を招くということもある。Also, since the cross-sectional shape of the laser beam mentioned above is circular,
When the beam is scanned at a predetermined overlap rate, edges 7 remain on both sides of the removal pattern formed on the first thin film body 5a, making it impossible to ensure linearity. In order to ensure linearity, the overlap ratio of the laser beams must be increased. However, if the overlap ratio is increased, the heat input per unit area in the second thin film body 5b becomes excessive, which not only causes heat loss to the second thin film body 5b but also reduces workability. It may even lead to a decline.
（発明か解決しようとする課題）
このように、従来はレーザ光を所定の加工幅を確保する
ことかできち強度に設定すると、除去しようとする薄膜
体の下側の層を熱損させるということかある。また、レ
ーザ光のビーム断面形状が円形であるため、除去パター
ンの両側にエツジが残り、直線性が確保しずらく、直線
性を確保するためにビームのオーバラップ率を大きくす
ると、下側の層への入熱か過大となって熱損を招くとい
うことがある。(Problem to be solved by the invention) In this way, in the past, if the laser beam was set to a certain intensity to ensure a predetermined processing width, it would cause heat loss to the lower layer of the thin film to be removed. There is a thing. In addition, since the cross-sectional shape of the laser beam is circular, edges remain on both sides of the removal pattern, making it difficult to ensure linearity. In some cases, the heat input to the layer becomes excessive, resulting in heat loss.
この発明は上記事情にもとすきなされたもので、その目
的とするところは、下層を熱損させることなく上層の薄
膜体を、エツジ部を残すことなく直線性を確保して除去
することができるようにした薄膜体のパターン除去方法
を提供することにある。This invention was made in view of the above circumstances, and its purpose is to remove the thin film of the upper layer without causing heat loss to the lower layer while ensuring linearity without leaving any edges. An object of the present invention is to provide a method for removing patterns from a thin film body.
［発明の構成］
（課題を解決するための手段及び作用）上記課題を解決
するためにこの発明は、レサ発振器からパルス出力され
たレーザ光を光ファイバを通して強度分布変換素子に入
射させ、二の強度分布変換素子で上記レーザ光のビーム
の強度分布を均一化するとともにビーム形状を四角形に
変換してから収束レンズで集束し、この収束されたレー
ザ光を所定のオーバラップ率で薄膜体に照射することを
特徴とする。[Structure of the Invention] (Means and Effects for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the present invention makes laser light pulsed from a laser oscillator enter an intensity distribution conversion element through an optical fiber, and The intensity distribution conversion element equalizes the intensity distribution of the laser beam, converts the beam shape into a square, and then focuses it with a converging lens, and irradiates the thin film object with this focused laser beam at a predetermined overlap ratio. It is characterized by
このような方法によれば、上層の薄膜体を均一な強度分
布のビームで照射することかできるから、除去される薄
膜体の下側の層が熱損されるのを防止することができ、
また除去パターンにエツジを残さす、直線性を確保する
ことかできる。According to such a method, since the upper thin film body can be irradiated with a beam having a uniform intensity distribution, it is possible to prevent the lower layer of the thin film body to be removed from being thermally damaged.
It is also possible to leave edges in the removal pattern and ensure linearity.
（実施例）
以下、この発明の一実施例を第１図乃至第５図を参照し
て説明する。第１図に示すレーザ加工装置はレーザ発振
器１１を備えている。このレーザ発振器１１は、ビーム
形状が円形で、パルス幅が２００ｎｓ以下のレーザ光り
を出力することができる。このレーザ発振器１１から出
力されたレーザ光りは、第１の収束レンズ１２で収束さ
れて光ファイバ１３に入射する。この光ファイバ１３の
出射端は、石英によって四角柱状にかつ外面側か光学平
面に形成された強度分布変換素子としてのカライドスコ
ープ１４の一端面に光学的に接続されている。このカラ
イドスコープ１４の他端面から出射するレーザ光りは、
そのビーム断面形状が上記カライドスコープ１４の断面
形状と同し四角形に変換され、またビーム断面内におけ
る強度分布は第３図に示すようにほぼ均一化される。(Embodiment) An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 5. The laser processing apparatus shown in FIG. 1 includes a laser oscillator 11. The laser processing apparatus shown in FIG. This laser oscillator 11 has a circular beam shape and can output laser light with a pulse width of 200 ns or less. Laser light output from this laser oscillator 11 is converged by a first converging lens 12 and enters an optical fiber 13 . The output end of the optical fiber 13 is optically connected to one end surface of a kaleidoscope 14 as an intensity distribution converting element, which is formed of quartz into a quadrangular prism shape and has an optical plane on the outer surface side. The laser light emitted from the other end face of this kaleidoscope 14 is
The cross-sectional shape of the beam is converted into a rectangular shape similar to the cross-sectional shape of the kaleidoscope 14, and the intensity distribution within the beam cross section is made almost uniform as shown in FIG.
上記カライドスコープ１４から出射したレーザ光りは収
差か補正された第２の収束レンズ１５で収束されて基板
１６上に設けられた複数、この実施例では二層に設けら
れた第１、第２の薄膜体１７．１８のうち、上側の第１
の薄膜体１７を照射し、溶融除去する。The laser light emitted from the kaleidoscope 14 is converged by a second converging lens 15 whose aberrations are corrected, and is converged by a plurality of converging lenses 15 provided on the substrate 16, in this embodiment, a first and a second convergent lens provided in two layers. Of the thin film bodies 17 and 18, the upper first
The thin film body 17 is irradiated and melted and removed.
第１図に示すように上記カライドスコープ１４の光軸と
直交する断面における長い方の一辺をＤ、光軸方向の長
さをＬ１光ファイバ１３の開口数を０．２とすると、上
記カライドスコープ１４の光軸方向の長さしは、
Ｌ−≧１０Ｄ ・・・（１）式に設定されて
いる。この（１）式は、レーザ光Ｌがカライドスコープ
１４内で２回以上反射することを示している。それによ
って、カライドスコープ１４から出射するレーザ光りの
ビーム断面における強度分布を均一にすることかできる
。As shown in FIG. 1, if the longer side of the kaleidoscope 14 in the cross section perpendicular to the optical axis is D, the length in the optical axis direction is L1, and the numerical aperture of the optical fiber 13 is 0.2, then The length of the ride scope 14 in the optical axis direction is set as follows: L-≧10D (1). This equation (1) indicates that the laser beam L is reflected twice or more within the kaleidoscope 14. Thereby, the intensity distribution in the beam cross section of the laser light emitted from the kaleidoscope 14 can be made uniform.
第４図はレーザ光りがカライドスコープ１４内で反射す
る回数と、強度分布の不均一度Ｈを計算した結果を示し
ている。この図から分かるように、カライドスコープ１
４内での反射回数が２回以上になると、強度分布の不均
一度Ｈが１０％以下となる。FIG. 4 shows the results of calculating the number of times the laser beam is reflected within the kaleidoscope 14 and the degree of non-uniformity H of the intensity distribution. As you can see from this figure, kaleidoscope 1
When the number of reflections within 4 becomes two or more, the degree of non-uniformity H of the intensity distribution becomes 10% or less.
なお、強度分布の不均一度Ｈは、第５図に示すようにカ
ライドスコープ１４の出射端でのレーザ光りの強度分布
の最大をＰ’ａ＋ａｘｓ最小をＰ ｗｉｎとすると、
Ｈ−（Ｐｍａｘ −Ｐａｉｎ ） ／Ｐｍａｘ−（２）
式％式％
このような構成のレーザ加工装置によって、基板１６に
設けられた第１、第２の薄膜体１７．１８のうち、上側
の第１の薄膜体１７をレーザ光りによってパターン除去
する場合には、上記カライドスコープ１４から出射され
て第２の収束レンズ１５て収束されたレーザ光りを上記
第１の薄膜体１７に照射し、そのビームを第２図（ａ）
に示すように所定の所定のオーバラップ率０またとえば
１０％のオーバラップ率Ｏで走査させる。Incidentally, the degree of non-uniformity H of the intensity distribution is expressed as H-(Pmax- Pain) /Pmax-(2)
Formula % Formula % When the pattern of the upper first thin film body 17 of the first and second thin film bodies 17 and 18 provided on the substrate 16 is removed by laser light using a laser processing apparatus having such a configuration. In this step, the first thin film body 17 is irradiated with laser light emitted from the kaleidoscope 14 and converged by the second converging lens 15, and the beam is reflected as shown in FIG. 2(a).
As shown in FIG. 3, scanning is performed at a predetermined overlap rate of 0 to 10%, for example.
上記カライドスコープ１４から出射したレーザ光りは、
そのビーム内の強度分布か均一であり、ビーム形状は四
角形となっている。そのため、レーザ光りの強度を上記
第１の薄膜体１７を除去するに十分で、しかも第２の薄
膜体１８を熱損させることのない強度に設定すれば、第
１の薄膜体１７の下側の第２の薄膜体１８への入熱か過
大になることがないばかりか、上記第１の薄膜体１７を
第２図（ｂ）に示すようにレーザ光りのビームの幅寸法
に対応したパターンで除去することができる。しかも、
レーザ光りのビーム形状が四角形であるから、オーバラ
ップ率を十分に小さくしても、第１の薄膜体１７に形成
されるパターンにはエツジか形成されることかないから
、良好な直線性が得られる。The laser light emitted from the kaleidoscope 14 is
The intensity distribution within the beam is uniform, and the beam shape is square. Therefore, if the intensity of the laser beam is set to an intensity that is sufficient to remove the first thin film body 17 and not cause heat loss to the second thin film body 18, the lower side of the first thin film body 17 can be Not only does the heat input to the second thin film body 18 become excessive, but the first thin film body 17 is formed in a pattern corresponding to the width dimension of the laser beam as shown in FIG. 2(b). It can be removed with . Moreover,
Since the beam shape of the laser beam is rectangular, even if the overlap ratio is sufficiently small, no edges will be formed in the pattern formed on the first thin film body 17, so good linearity can be obtained. It will be done.
さらに、カライドスコープ１４から出射したレーザ光り
は、収差か補正された第２のレンズ１５て収束するよう
にしたから、強度分布の立上がりが急峻となる。そのた
め、レーザ光りの強度が多少変動しても、第１の薄膜体
１７に形成されるパターンの形状が大きく変動すること
がない。Further, since the laser light emitted from the kaleidoscope 14 is converged by the second lens 15 whose aberrations are corrected, the rise of the intensity distribution becomes steep. Therefore, even if the intensity of the laser beam changes somewhat, the shape of the pattern formed on the first thin film body 17 does not change greatly.
このように、強度分布を均一化し、かつビーム形状を四
角形にしたレーザ光して第１の薄膜体１７をパターン除
去すれば、第２の薄膜体１８に過大な熱を入力させるこ
となく、第１の薄膜体１７だけをパターン除去すること
ができる。しかも、ビームのオーバラップ率を十分に小
さくすることができるから、そのことによっても、第２
の薄膜体１８への入熱を少なくすることができるばかり
か、パターン除去を能率よく行うことができる。In this way, if the pattern of the first thin film body 17 is removed using a laser beam with a uniform intensity distribution and a rectangular beam shape, the second thin film body 18 can be removed without excessive heat input. Only one thin film body 17 can be pattern removed. Moreover, since the beam overlap ratio can be made sufficiently small, this also makes it possible to
Not only can heat input to the thin film body 18 be reduced, but also pattern removal can be performed efficiently.
なお、この発明は上記一実施例に限定されるものでない
。たとえば、上記一実施例では薄膜体が基板に二層膜け
られ、その上側の薄膜体をパターン除去する場合につい
て説明したが、薄膜体が基板に三層以上設けられている
場合や一層しか設けられていない場合にも、この発明を
適用することができること勿論であり、−層の場合は基
板の熱損を防止することができる。Note that the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the case where two layers of the thin film body are formed on the substrate and the pattern is removed from the upper thin film body is explained, but when the thin film body is provided on the substrate in three or more layers or only one layer is formed. It goes without saying that the present invention can be applied even when there is no layer, and in the case of a - layer, heat loss of the substrate can be prevented.
また、強度分布変換素子として用いられるカライドスー
ブは四角柱のものだけでなく、四角筒のものであっても
よい。Further, the kaleidoscope used as the intensity distribution conversion element is not limited to a square prism, but may be a square cylinder.
［発明の効果］
以上述べたようにこの発明は、レーザ発振器からパルス
出力されるレーザ光を、強度分布変換素子によってビー
ム断面における強度分布を均一にするとともに、ビーム
形状を四角形に変換してから、収束レンズで収束して所
定のオーバラップ率で薄膜体を照射するようにした。[Effects of the Invention] As described above, the present invention uses an intensity distribution conversion element to make the intensity distribution of the laser beam pulsed out from the laser oscillator uniform in the cross section of the beam, and converts the beam shape into a rectangular shape. , the thin film body was irradiated with convergence using a converging lens at a predetermined overlap ratio.
したがって、パターン除去される薄膜体の下側の層への
熱入力が過大になるのが防止できるから、その下側の層
を熱損させずにすむ。また、ビームのオーバラップ率を
小さくすることができるから、生産性の向上を計ること
ができ、さらには薄膜体に形成されるパターンにエツジ
が形成されることかないため、良好な直線性が得られる
などの利点を有する。Therefore, it is possible to prevent the heat input to the lower layer of the thin film body from which the pattern is removed from becoming excessive, so that the lower layer does not suffer heat loss. In addition, since the beam overlap ratio can be reduced, productivity can be improved, and since no edges are formed in the pattern formed on the thin film, good linearity can be achieved. It has advantages such as:
第１図はこの発明の一実施例を示すレーザ加工装置全体
の概略図、第２図（ａ）は同じく上側の薄膜体にレーザ
光を所定のオーバラップ率で照射する状態の説明図、第
２図（ｂ）は同じく上側の薄膜体をパターン除去した状
態の平面図、第３図はカライドスコープを出射したレー
ザ光の強度分布の説明図、第４図はレーザ光のカライド
スコープ内での反射回度と強度分布の不均一性との関係
の説明図、第５図はカライドスコープから出射されるレ
ーザ光の不均一度を説明するための説明図、第６図は従
来のレーザ加工装置の概略的構成図、第７図は同じく薄
膜体を照射するレーザ光の強度分布の説明図、第８図は
同じく上側の薄膜体をパターン除去した状態の斜視図で
ある。
１１・・レーザ発振器、１３・・・先ファイバ１４・・
・カライドスコープ（強度分布変換素子）、１５・・・
第２の収束レンズ、１７．１８・・・第１、第２の薄膜
体、
Ｌ・・・レーザ光。FIG. 1 is a schematic diagram of the entire laser processing apparatus showing an embodiment of the present invention, FIG. Figure 2 (b) is a plan view of the upper thin film body with the pattern removed, Figure 3 is an explanatory diagram of the intensity distribution of the laser light emitted from the kaleidoscope, and Figure 4 is the diagram of the laser light inside the kaleidoscope. Figure 5 is an explanatory diagram to explain the non-uniformity of the laser beam emitted from the kaleidoscope. FIG. 7 is an explanatory diagram of the intensity distribution of the laser beam irradiating the thin film body, and FIG. 8 is a perspective view of the upper thin film body after pattern removal. 11...Laser oscillator, 13...Fiber end 14...
・Kaleidoscope (intensity distribution conversion element), 15...
Second converging lens, 17.18... First and second thin film bodies, L... Laser light.
Claims (1)
バを通して強度分布変換素子に入射させ、この強度分布
変換素子で上記レーザ光の強度分布を均一化するととも
にビーム形状を四角形に変換してから収束レンズで集束
し、この収束されたレーザ光を所定のオーバラップ率で
薄膜体に照射することを特徴とする薄膜体のパターン除
去方法。The laser light pulsed from the laser oscillator is input to an intensity distribution conversion element through an optical fiber, and the intensity distribution conversion element uniformizes the intensity distribution of the laser beam and converts the beam shape into a rectangle. 1. A method for removing a pattern on a thin film body, the method comprising: converging laser light and irradiating the thin film body with the focused laser beam at a predetermined overlap ratio.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2217220A JPH04100685A (en) | 1990-08-20 | 1990-08-20 | Pattern removing method for thin-film body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2217220A JPH04100685A (en) | 1990-08-20 | 1990-08-20 | Pattern removing method for thin-film body |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04100685A true JPH04100685A (en) | 1992-04-02 |
Family
ID=16700739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2217220A Pending JPH04100685A (en) | 1990-08-20 | 1990-08-20 | Pattern removing method for thin-film body |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04100685A (en) |
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