JPS62168688A - Laser beam machining device - Google Patents

Laser beam machining device

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JPS62168688A
JPS62168688A JP61010631A JP1063186A JPS62168688A JP S62168688 A JPS62168688 A JP S62168688A JP 61010631 A JP61010631 A JP 61010631A JP 1063186 A JP1063186 A JP 1063186A JP S62168688 A JPS62168688 A JP S62168688A
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JP
Japan
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laser
laser beam
optical fiber
laser light
workpiece
Prior art date
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Application number
JP61010631A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Seiji Imamura
清治 今村
Shinji Nishiura
西浦 真治
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd filed Critical Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd
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Publication of JPS62168688A publication Critical patent/JPS62168688A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/066Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms by using masks

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve the work accuracy by projecting laser light on the body to be worked via an optical fiber and condensing lens and by arranging the field diaphragm body which forms a square restriction at the laser light projection end of the optical fiber as well. CONSTITUTION:The X-Y table loading the body 2 to be worked is provided on a laser machining device and the laser light incident end 20 of an optical fiber 18 is connected to a laser light oscillator 3 as well and the projection end thereof is arranged by setting a condensing lens 6 and the optical axis. Moreover, a field diaphragm body 19 is arranged between the condensing lens 6 and the body 2 to be worked by setting the center position to the optical axis of laser light 8 and a square restriction is opened in parallel to the scanning direction of the laser light. With this mechanism, the light intensity distribution of the laser light 8 becomes flat and is converted into a rectangular beam by the field diaphragm body 19. Consequently, the laser light machining accuracy and product yield are improved.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【発明の属する技術分野】[Technical field to which the invention pertains]

この発明は、例えば太陽電池としての薄膜型光電変換基
板を被加工物として、該被加工物の加工面上にレーザ光
を照射してレーザスクライブ加工を施すことにより、薄
膜加工面に所定パターンの開溝を形成するレーザ加工装
置に関する。
This invention uses a thin film type photoelectric conversion substrate as a workpiece, for example, as a solar cell, and performs laser scribing by irradiating the workpiece surface with laser light, thereby forming a predetermined pattern on the thin film processing surface. The present invention relates to a laser processing device for forming open grooves.

【従来技術とその問題点】[Prior art and its problems]

従来より頭記した光電変換基板を対象に、絶縁基板上に
成層した第1の導電性被膜をレーザスクライブ加工して
所定形状の第1の開溝を形成してパターンニングを行い
、次に前記導電性被膜の上にアモルファス半導体被膜を
成層した後に前記第1の開溝を基準として所定位置に一
し−ザスクラ・fブ加工を施して半導体被膜に第2の開
溝を形成してパターンニンクを行い、さらに半導体被膜
の」−に第2の導電性被膜を形成した後に前記した第2
の開溝を基準にレーザスクライブ加工により所定位置に
第3の開溝を形成して回路のパターンニングを行うよう
にしたレーザ光によるFJ Itりのバクーンニングカ
■王方法が知られている。 次に上記したレーザスクライブ加工を行うだめの従来に
おけるレーザ加工装置を第6図に示して説明する。第6
図において、1は先記した光Tk 変換基板等の被加工
物2を搭載したX−Yテーブル、3は例えばYAGレー
サのレーザ発振器、4ばコリメータレンズ、5ば反射ミ
ラー、6は県光レンズ、7ば運転制御装置である。かか
る構成で加工の際には運転制御装置7により、レーザ発
振器3より発振したレーザ光8はコリメータレンズ4゜
反射ミラー5.集光レンズ6を経由して被加工物2の加
工面に照射され、一方ではレーザ光の照射に連動して運
転制御装置7の数値側′41■によりX−Yテーブル1
が所定のパターンにしたがってX軸。 Y軸方向に移動制御され、これによりレーザ光の照射ス
ポットが被加工面上を走査してレーザスクライブ加工を
行い、所定の回路パターンに対応する開溝9を形成する
。 ところで前記構成におけるレーザ発振器3から発振出力
されたレーザ光のビームスポットは通常円形状であり、
該レーザ光をそのままコリメータレンズ、集光レンズを
通じて被加工面上に照射してレーザスクライブ加工を行
う従来のレーザ加工方式では、レーザ光の集光スポット
の形状が第7図の(イ)で示すように円形状を呈してお
り、その集光径方向の光強度の密度分布は図示(ロ)の
ように集光スポットの中心部でエネルギー密度が最も高
く、スポット周辺部に向けてエネルギー密度が9激に減
衰する一種のガウシアン分布を呈している。 しかして上記のようにレーザ光の集光スポットが円形状
で、かつその光強度密度分布がガウシアン分布を呈して
いるパルスレーザ光の集光スポットをそのまま被加工面
に照射し、かつ所定のパターンにしたがって走査しなが
らレーザスクライブ加工を行う従来の加工方式では次記
のような問題がある。すなわち同形状の集光スポットを
そのまま被加工面に照射し、その照射スポットを被加工
面に走査して均一幅の開溝9を形成するには、第8図の
ように開溝9に沿って照射スポット(イ)の繰り返しパ
ルスを細かく重ね合わせながら矢印Y方向に走査して繰
り返し照射を行わなければならず、結果的に照射スポッ
トの重ね合わせによるロス分が大きくなって開溝9を形
成する加工速度が遅くなる。逆にレーザ加工速度を高め
るように繰り返しパルスの照射スポットと次の照射スポ
ットとの間のピッチ間隔を第9図のように広げて照射ス
ポットの重なり幅を小幅にすると、開溝9の側縁が波形
を呈するようになって均一幅の開溝を形成することが困
難となる。 また加工速度を高めるように繰り返しパルスの数を増加
させると、■パルス当たりのエネルギーが減少するとい
うレーザ発振特性があるため、繰り返しパルスの数を増
加させるにも限度があり、かつ光強度密度の分布がガウ
シアン分布を呈するようなレーザ発振器の出力は高々1
2W程度迄であって1パルス当たりの出力エネルギーの
増加は左程期待できない。しかがって繰り返しパルスの
数を増加させる方法は必ずしもレーザスクライブ加工の
高速化に寄与しない。 さらに前記のように照射スポットの光強度分布はその中
心部分で高いエネルギー密度を呈するガウシアン分布で
あることから、第10図に示すように薄膜型光電変換基
板を対象に、その絶縁基板10の上に第1の導電性被膜
11を成層して第1の開溝12をレーザスクライブ加工
した後に、この上に成層されたアモルファスの半導体被
膜13に付いて第2の開溝14をレーザスクライブ加工
して形成した際には、前記したレーザ光の照射スポット
の光強度分布に起因して開溝14の溝底加工面が平坦と
ならず、図示のように開溝14の加工深さが溝の中央部
で局部的に過度となって極端に深まり、加工深さが第1
の導電性被膜11にまで達してこの被膜11に加工損傷
を与えるとともに、開)1.−内の側縁部では逆に加工
深さが不足して溶融残存物15が残留するようになる。 また開溝14の開口縁には突起物16や、飛散物17の
付着等も生じ易い。しかも図示のように薄膜積層体とし
てなる光電変換素子等の薄膜を被加工物とてここに選択
的に開溝を形成して積層領域を分離加工するに際し、前
記のような開溝14に加工面の不均一、下層被膜への加
工損F等が発生すると、積層領域の短絡、抵抗の増大に
z君がって光電変換効率を低める等、製品としての特性
のばらつきが大となって製品の歩留りが低下する不具合
を招くことになる。 さらに加えて、第6図に示した従来方式のレーザ加工装
置ではレーザ発振器3から発振するレーザ光がコリメー
タ1フ141反射ミラー5を経て集光レンズ6まで進む
距離、すなわちレーザ光の途中の光路が多少でも変化す
ると被加工面上の照射スポット径も変化する等の理由か
ら、レーザ光学系を移動制御してレーザ光の走査を行う
ことが極めて困難となり、この結果として従来のレーザ
光伝送方式ではレーザ光学系を固定配備し、相対的に被
加工物2をX−Yテーブル1で移動制御して照射レーザ
光の走査を行わざるを得なかった。 しかしてこのような方式により例えば400 x 12
00mm程度の大形寸法の薄膜型光電変換基板をレーザ
スクライブ加工する場合には、X−Yテーブルの最大ス
トロークが少なくとも2400mm以上とする必要があ
り、これでは加工設備の占有設置面積が増大し、かつX
−Yテーブルが大形化して高速加工が困難となって製品
加工の量産化には不向きである。
Targeting the photoelectric conversion substrate mentioned above, the first conductive film layered on the insulating substrate is laser scribed to form a first groove of a predetermined shape and patterned, and then patterned as described above. After layering an amorphous semiconductor film on the conductive film, a second open groove is formed in the semiconductor film by applying a Zaskura f-cut process to a predetermined position using the first open groove as a reference, and patterning is performed. After forming a second conductive film on the semiconductor film, the second conductive film described above is applied.
There is known a method of baking using a laser beam, in which circuit patterning is performed by forming a third groove at a predetermined position using the groove as a reference by laser scribing. Next, a conventional laser processing apparatus for performing the above-described laser scribing process will be described with reference to FIG. 6. 6th
In the figure, 1 is an X-Y table on which a workpiece 2 such as the optical Tk conversion board mentioned above is mounted, 3 is a laser oscillator, for example, a YAG laser, 4 is a collimator lens, 5 is a reflection mirror, and 6 is a prefectural optical lens. , 7 is an operation control device. With this configuration, during processing, the operation control device 7 controls the laser beam 8 oscillated by the laser oscillator 3 to be passed through the collimator lens 4, the reflection mirror 5. The processing surface of the workpiece 2 is irradiated via the condensing lens 6, and on the other hand, the X-Y table 1 is
is the X axis according to a predetermined pattern. The movement is controlled in the Y-axis direction, whereby the irradiation spot of the laser beam scans the surface to be processed to perform laser scribe processing, thereby forming an open groove 9 corresponding to a predetermined circuit pattern. By the way, the beam spot of the laser light oscillated and output from the laser oscillator 3 in the above configuration is usually circular,
In the conventional laser processing method, in which laser scribing is performed by directly irradiating the laser beam onto the surface to be processed through a collimator lens and a condensing lens, the shape of the focused spot of the laser beam is shown in Fig. 7 (A). As shown in the figure (b), the energy density is highest in the center of the focused spot, and the energy density decreases toward the periphery of the spot, as shown in the figure (b). It exhibits a kind of Gaussian distribution with a sharp attenuation. However, as mentioned above, the focused spot of the pulsed laser light is circular and the light intensity density distribution exhibits a Gaussian distribution, and the focused spot of the pulsed laser light is directly irradiated onto the workpiece surface, and a predetermined pattern is formed. The conventional processing method in which laser scribe processing is performed while scanning according to the following problems occurs. In other words, in order to form a groove 9 with a uniform width by irradiating a focused spot of the same shape onto the surface to be machined and scanning the irradiation spot on the surface to be machined, it is necessary to scan the irradiation spot along the groove 9 as shown in FIG. The repeated pulses of the irradiation spot (A) must be scanned in the Y direction while finely overlapping the irradiation spot (A) to repeatedly irradiate the irradiation spot, and as a result, the loss due to the overlapping of the irradiation spot becomes large and an open groove 9 is formed. The machining speed becomes slower. On the other hand, if the pitch interval between the repeated pulse irradiation spot and the next irradiation spot is increased as shown in FIG. 9 to increase the laser processing speed and the overlapping width of the irradiation spots is narrowed, the side edges of the open groove 9 As a result, it becomes difficult to form grooves of uniform width. In addition, if the number of repeated pulses is increased to increase the processing speed, there is a laser oscillation characteristic in which the energy per pulse decreases, so there is a limit to increasing the number of repeated pulses, and the light intensity density decreases. The output of a laser oscillator whose distribution exhibits a Gaussian distribution is at most 1
Up to about 2W, the increase in output energy per pulse cannot be expected as much. Therefore, the method of increasing the number of repetitive pulses does not necessarily contribute to increasing the speed of laser scribing. Furthermore, as mentioned above, since the light intensity distribution of the irradiation spot is a Gaussian distribution exhibiting a high energy density in the central part, as shown in FIG. After layering the first conductive film 11 and laser scribing the first grooves 12, laser scribing the second grooves 14 on the amorphous semiconductor film 13 layered thereon. When forming the open grooves 14 using a laser beam, the groove bottom machined surface of the open grooves 14 is not flat due to the light intensity distribution of the laser beam irradiation spot described above, and the machined depth of the open grooves 14 is smaller than that of the grooves as shown in the figure. The machining depth is locally excessive and extremely deep in the center, and the machining depth is the first.
It reaches the conductive coating 11 of the coating 11, causing machining damage to the coating 11, and opening) 1. On the other hand, the machining depth is insufficient at the side edge portion inside -, and the melted residue 15 remains. In addition, protrusions 16 and scattered objects 17 are likely to adhere to the opening edges of the grooves 14. Moreover, as shown in the figure, when a thin film such as a photoelectric conversion element formed as a thin film laminate is processed as a workpiece and a groove is selectively formed therein to separate the laminated region, the groove 14 as described above is processed. If surface unevenness or processing damage to the underlying film occurs, the product characteristics will vary greatly, such as short circuits in the laminated region, increased resistance, and lower photoelectric conversion efficiency. This will lead to problems such as a decrease in yield. In addition, in the conventional laser processing apparatus shown in FIG. If the irradiation spot size on the workpiece surface changes even slightly, it becomes extremely difficult to control the movement of the laser optical system and scan the laser beam.As a result, conventional laser beam transmission methods In this case, the laser optical system must be fixed and the workpiece 2 must be relatively moved and controlled by the XY table 1 to scan the irradiated laser beam. However, with this method, for example, 400 x 12
When laser scribing a thin film photoelectric conversion substrate with a large size of about 0.00 mm, the maximum stroke of the X-Y table must be at least 2400 mm, which increases the footprint of the processing equipment. And X
-The large Y table makes high-speed machining difficult, making it unsuitable for mass production of product machining.

【発明の目的】[Purpose of the invention]

この発明は上記の点にかんがみなされたものであり、前
記した従来のレーザ加工方式による欠点を除去し、薄膜
加工物を対象に開溝の加工損傷の発生を防止しつつ、か
つ加エバターンに沿って均一幅の開溝を高速な加工速度
でレーザスクライブ加工できるようにしたレーザ加工装
置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in consideration of the above points, and it eliminates the drawbacks of the conventional laser processing method described above, prevents the occurrence of machining damage of open grooves for thin film workpieces, and also enables processing along the machining evaporation turn. An object of the present invention is to provide a laser processing device that can laser scribe an open groove of uniform width at a high processing speed.

【発明の要点】[Key points of the invention]

上記目的を達成するために、この発明はレーザ発振器よ
り発振したレーザ光を光ファイバおよび集光レンズを経
由して被加工物へ照射するとともに、前記光ファイバの
レーザ光出射端の後段側にレーザ光集光スポットの走査
方向と平行な方形状の絞り穴を開口した視野絞り体を介
装したものである。 これにより、まず光強度分布がガウシアン分布を呈する
レーザ発振器の発振レーザ光を光コア・Cバに導くこと
により、光ファイバはレーザ光がコア内を伝播する過程
でその光強度分布をビーム径方向でフラット化させるよ
うな特性を示す。なおこのような特性は使用するレーザ
発振器の発振モードがシングルモードのレーザ光でも、
あるいはマルチモードのレーザ光でも同様にフラット化
される傾向を示す。したがって光ファイバで伝送したレ
ーザ光を集光レンズを通じて被加工物の面に照射するこ
とにより、加工深さの均一なレーザスクライブ加工が行
え、開溝の底面も平坦となって溶融残存物の発生もなく
なり、第10図で述べたような薄膜加工面への加工損傷
によるダメージを最小限に抑えることができるようにな
る。 さらに前記の光ファイバと組合せてレーザ光路の途中に
レーザ光の走査方向と平行な方形状の視野絞り体を介装
配備したことにより、レーザスクライブ加工に際して被
加工面に照射されるレーザ光の繰り返しパルス幅の重な
り率を少なく選定して加エバターンに沿い精度の高い均
一幅な開溝部が高速加工できるようになる。
In order to achieve the above object, the present invention irradiates a workpiece with a laser beam oscillated by a laser oscillator via an optical fiber and a condensing lens, and also irradiates a workpiece with a laser beam on the downstream side of the laser beam output end of the optical fiber. A field diaphragm body with a rectangular aperture hole parallel to the scanning direction of the light condensing spot is installed. By first guiding the oscillated laser light of the laser oscillator, whose light intensity distribution exhibits a Gaussian distribution, to the optical core/C bar, the optical fiber changes the light intensity distribution in the beam radial direction as the laser light propagates within the core. It exhibits characteristics that flatten the surface. Note that such characteristics apply even if the oscillation mode of the laser oscillator used is a single mode laser beam.
Alternatively, multimode laser light also shows a similar tendency to be flattened. Therefore, by irradiating the surface of the workpiece with a laser beam transmitted through an optical fiber through a condensing lens, laser scribing with a uniform processing depth can be performed, and the bottom surface of the open groove is also flat, resulting in the generation of melted residue. Therefore, damage caused by processing damage to the processed surface of the thin film as described in FIG. 10 can be minimized. Furthermore, in combination with the above-mentioned optical fiber, a rectangular field diaphragm parallel to the scanning direction of the laser beam is interposed in the middle of the laser beam path, so that the laser beam irradiated onto the workpiece surface during laser scribing is repeated. By selecting a small overlapping ratio of pulse widths, it is possible to form grooves with high precision and uniform width along the processed evaporation turn at high speed.

【発明の実施例】[Embodiments of the invention]

第1図、第2図はそれぞれこの発明の異なる実施例によ
るレーザ加工装置の構成図を示すものであり、第6図と
対応する同一部材には同じ符号が付しである。まず第1
図において、レーザ加工装置は被加工物2を搭載したX
−Yテーブルと、次記のレーザ光学系と、運転制御装N
7とで構成されている。ここでレーザ光学系はレーザ発
振器3と、該レーザ発振器に接続した光ファイバ18と
、集光レンズ6と、および視野絞り体19とから構成さ
れている。ここで光ファイバ18はそのレーザ光入射端
20をレーザ発振器6に接続し、レーザ光出射端21を
集光レンズ6と光軸を合わせて対向配置させている。ま
た視野絞り体19ははレーザ光8の光軸に中心位置を合
わせて集光レンズ6と被加工物2との間に介装配備され
ており、かつその絞り体19には第3図に示すように被
加工物に照射するレーザ光の走査方向と平行に開口する
方形状の絞り穴19aが開口されいてる。一方、レーザ
発振器3には例えば波長1.06μm、繰り返しパルス
周波数1〜99 K Ilz、出力0.1〜100 W
のYAGレーザが使用される。また該レーザ発振器の発
振モードは必ずしもシングルモードのものに限らず、シ
ングルモードより高出力を発振できるマルチモードのも
のも採用できる。 上記の構成により、レーザ発振器3より発振したパルス
レーザ光は光ファイバ18のレーザ光入射端20より入
射し、光ファイバ18の中を伝播して出射端21に至り
、ここから集光レンズ6、視野絞り体19の絞り穴19
aを透過して被加工物2の加工面に照射される。一方、
前記のレーザ光照射に連動して運転制御装置7の制御に
より被加工物2を搭載したX−Yテーブル1が所定の加
エバクーンに沿ってX軸、Y軸方向に移動制御される。 これによりレーザ光の照射スポットが被加工面上を走査
してレーザスクライブ加工が行われ、所定の加エバター
ンに沿って開溝9が形成されることになる。 この場合にレーザ発振器3より発振したレーザ光は光フ
アイバ18内を伝送させることにより、そのレーザ光出
射端20から出射するレーザ光は光強度密度がフラット
な分布となり、かつ視野絞り体19を透過する過程で第
3図に示すようにビーム断面が円形を呈するレーザ光は
その周辺域がトリミングされて長方形なビームに変わる
。なお視野絞り体19の絞り穴19aの縦、横寸法比を
様々に変えることにより、レーザ光のビームスポット形
状を長方形、正方形等様々に選択できる。またこの場合
に視野絞り体J9の向きは絞り穴19aの平行な2辺を
レーザ光の走査方向に合わせてセントされている。なお
この視野絞り体19は図示実施例のように集光レンズ6
と被加工物2ど・の間に介装配備する他に、光ファイバ
18のレーザ光出射端21と集光レンズ6との間に介装
しても同様な効果が(H7られる。したがって次記のよ
うにレーザスクライブ加工に際してレーザ光の1Wり返
しパルスの重なり率を少なく選定することにより、所定
の加エバターンに沿い均一幅の開溝を高速加工すること
ができるようになる。 次に上記した方式による被加工面」二での照射スポット
の走査に伴う重なり状態を第6図に示した従来装置と対
比して表すと第4図(a)、 (blのようになる。す
なわち第4図(alは従来装置による場合を示し、図に
おいて中心を0とする半径rの円形照射スポットの繰り
返しパルスを走査方向Yに沿ってピッチ間隔βずつ移動
して走査する場合の繰り返しパルスの重なり率ρは、 p = (1−I! /2r) x100%−−−−−
−−−−−(11となる。これに対し第4図(blに示
すように、−辺の長さが2r’であるレーザ光走査方向
Yと平行な方形状照射スポットの操り返しパルスをピッ
チ間陪p”で移動走査する場合の繰り返しパルスの重な
り率ρ°を表すと、 /)’ = (1−1l’ /2r’ ) xioo%
−・−(2)となる。 ここでほぼ被加工面に均一幅の開溝を形成させるために
、第4図(a)における集光スポットの半径2r= 7
5mm、  it = 15.cr m とすると、(
11式より集光スポットの重なり率ρは80%となり、
繰り返しパルスの周波数を4 K Hzとすれば、レー
ザ光の移動走査速度は、 15 /l m X 4000Hz = 60mm /
 sec −−・・・・−−−−−(3)となる。 これに対して第4図(blで正方形の集光スポットの形
状を75X75.cam、つまり 2 r ’−75p
 m + 71 ’  −70μmとすると、(2)式
より集光スポットの重なり率ρ°は約7%となり、繰り
返しパルスの周波数を4000Hzとすれば、レーザ光
の移動走査速度は、70 u m X 400011z
 = 280mm / sec −・・・−−−−(4
1となり、従来方式による(3)式の結果と比べて走査
速度つまりレーザスクライブ加工速度を4.7倍にまで
高速化することができるようになる。 さらに前記した方形状の集光スポットを例えば75X2
00μmつまり2r’ =200μIl+、照射スポッ
トのピッチ間隔ff’=180μmとすると、前記(2
)式より重なり率ρ゛−10%となり、ここで繰り返し
パルスの周波数を10000Hzとすればレーザ光の走
査速度は、 200 μm X 10000Hz = 1800mm
/ 5ec=−−−−+51となり、従来方式による(
3)式の結果と比べて走査速度を約30倍にまで高速化
することが可能となる。 なおこの場合には、視野絞り体19の絞り穴19aの形
状は縦、横の寸法比が75 : 200の長方形に設定
される。またこのような面積が大な集光スポットはマル
チモードのレーザ発振器を採用するか、ないしはレーザ
光の照射エネルギー密度を極度に低下させない範囲で集
光レンズ6の焦点から多少外れた位置に被加工面を位置
させることによって容易に得られる。 ここで薄膜型光電変換基板を被加工物として、第1図に
示したレーザ加工装置で実際にレーザスクライブ加工を
施して開溝を形成した場合の加工部断面を拡大して描い
たものを第5図に示す。この図から明らかなように開′
a14には第10図に見られた溶融残存物、突起物、付
着物の発生が殆ど認められず、かつ開溝14の加工深さ
は幅方向でほぼ均一となり下層の導電性被膜11に対す
る加工損傷も無視し得る程度に抑えることができた。 次にこの発明の異なる実施例を第2図に示す。 この実施例と第1図の実施例との相違点は、被加工物2
を保持したテーブル22を垂直面として例えば移送レー
ル23に吊り下げ、これに対して光ファイバ18のレー
ザ光出射端21.集光レンズ6、および視野絞り体19
を一括して符号24で示ずX−Yプロッタに搭載し、テ
ーブル22を所定の加工位置に停止させた状態で運転制
御装置7によりX−Yプロッタ24を移動制御し、所定
の加エバターンに沿ってレーザ光の照射スポットを被加
工物2の加工面に走査してレーザスクライブ加工を行う
ように構成した点にある。 このようにレーザ光の伝送媒体として可撓性。 かつ軽量な光ファイバ18を採用することにより、被加
工物2をX−Yテーブルを使用せずに停止位置させたま
ま、レーザ光学系を移動制御して所定パターンのレーザ
スクライブ加工が行える。しかもX−Yテーブルの移動
制御と異なり、軽量、小形な光フアイバ光学系をX−Y
プロッタで移動制御するのでレーザ加工速度をより一層
高速化できる。さらに加えてこの実施例の方式によれば
、テーブル22を垂直面配置とすることにより設備の占
有床面積が少なくて済むし、また1台のテーブル22に
対してその表、裏の両面に被加工物2を支持し、かつ大
出力のレーザ発振器で発振したレーザ光を分岐光ファイ
バにより多分岐させるマルチビーム方式を採用して各被
加工物にレーザ光の照射スポットを走査させることによ
り、1基のレーザ発振器を使用して同時に多数枚の被加
工物をレーザスクライブ加工することが可能になる等、
製品加工の量産化にも容易に対処できるようになる。
1 and 2 each show a configuration diagram of a laser processing apparatus according to a different embodiment of the present invention, and the same members corresponding to those in FIG. 6 are given the same reference numerals. First of all
In the figure, the laser processing device is equipped with an X
-Y table, laser optical system described below, and operation control device N
It consists of 7. The laser optical system here includes a laser oscillator 3, an optical fiber 18 connected to the laser oscillator, a condenser lens 6, and a field diaphragm 19. Here, the optical fiber 18 has a laser beam input end 20 connected to the laser oscillator 6, and a laser beam output end 21 facing the condenser lens 6 with the optical axis aligned. Further, a field diaphragm 19 is interposed between the condenser lens 6 and the workpiece 2 with its center aligned with the optical axis of the laser beam 8, and the field diaphragm 19 is provided as shown in FIG. As shown, a rectangular aperture hole 19a is opened parallel to the scanning direction of the laser beam irradiated onto the workpiece. On the other hand, the laser oscillator 3 has a wavelength of 1.06 μm, a repetition pulse frequency of 1 to 99 K Ilz, and an output of 0.1 to 100 W, for example.
A YAG laser is used. Further, the oscillation mode of the laser oscillator is not necessarily limited to a single mode, but also a multimode that can oscillate a higher output than a single mode. With the above configuration, the pulsed laser beam oscillated by the laser oscillator 3 enters the laser beam input end 20 of the optical fiber 18, propagates through the optical fiber 18, reaches the output end 21, and from there the condenser lens 6, Aperture hole 19 of field aperture body 19
The beam passes through the beam a and is irradiated onto the processing surface of the workpiece 2. on the other hand,
In conjunction with the laser beam irradiation, the X-Y table 1 on which the workpiece 2 is mounted is controlled to move in the X- and Y-axis directions along a predetermined machining evaporator under the control of the operation control device 7. As a result, the irradiation spot of the laser beam scans the surface to be processed, laser scribing is performed, and the open groove 9 is formed along a predetermined patterned pattern. In this case, the laser beam oscillated by the laser oscillator 3 is transmitted through the optical fiber 18, so that the laser beam emitted from the laser beam output end 20 has a flat distribution of light intensity density, and is transmitted through the field diaphragm 19. In the process, as shown in FIG. 3, the laser beam, which has a circular beam cross section, has its peripheral area trimmed and turns into a rectangular beam. Note that by varying the ratio of vertical and horizontal dimensions of the aperture hole 19a of the field diaphragm 19, the beam spot shape of the laser beam can be selected from various shapes such as rectangular and square. In this case, the field diaphragm J9 is oriented so that the two parallel sides of the diaphragm hole 19a are aligned with the scanning direction of the laser beam. Note that this field diaphragm 19 is connected to the condenser lens 6 as in the illustrated embodiment.
In addition to interposing the device between the laser beam emitting end 21 of the optical fiber 18 and the condensing lens 6, the same effect can be obtained (H7). As described above, by selecting a small overlap rate of the 1W repeated pulses of the laser beam during laser scribing, it becomes possible to form grooves of uniform width along a predetermined machining turn at high speed.Next, as described above. The overlapping state accompanying the scanning of the irradiation spot on the work surface by this method is shown in Fig. 4(a) and (bl) in comparison with the conventional apparatus shown in Fig. 6. Figure (al indicates the case using a conventional device; in the figure, the overlap rate of repeated pulses when scanning a circular irradiation spot with a radius r centered at 0 by moving the repeated pulses by a pitch interval β along the scanning direction Y) ρ is p = (1-I!/2r) x100%----
------- (11. On the other hand, as shown in Figure 4 (bl), the manipulated pulse of the rectangular irradiation spot parallel to the laser beam scanning direction Y with the - side length 2r' is Expressing the overlapping rate ρ° of repetitive pulses when moving and scanning with a pitch pitch of ``p'', it is: /)' = (1-1l'/2r') xioo%
−・−(2). Here, in order to form an open groove with a uniform width almost on the processed surface, the radius of the condensed spot in Fig. 4(a) 2r = 7
5mm, it=15. If cr m is (
From equation 11, the overlap rate ρ of the focused spots is 80%,
If the frequency of the repetitive pulse is 4 KHz, the moving scanning speed of the laser beam is 15 / l m x 4000 Hz = 60 mm /
sec ------(3). On the other hand, in Fig. 4 (bl), the shape of the square focused spot is 75X75.cam, that is, 2 r '-75p.
If m + 71' -70 μm, the overlap rate ρ° of the focused spots is approximately 7% from equation (2), and if the frequency of the repetitive pulse is 4000 Hz, the moving scanning speed of the laser beam is 70 μ m 400011z
= 280mm / sec -------(4
1, and the scanning speed, that is, the laser scribing processing speed, can be increased to 4.7 times as compared to the result of equation (3) according to the conventional method. Furthermore, the rectangular condensing spot described above is, for example, 75×2.
00 μm, that is, 2r' = 200 μIl+, and the pitch interval of the irradiation spot ff' = 180 μm, the above (2
) formula, the overlap rate is ρ゛-10%, and if the frequency of the repetitive pulse is 10000Hz, the scanning speed of the laser beam is 200 μm x 10000Hz = 1800mm
/5ec=−−−−+51, and according to the conventional method (
3) It is possible to increase the scanning speed to about 30 times as compared to the result of formula. In this case, the shape of the aperture hole 19a of the field aperture body 19 is set to be a rectangle with a vertical to horizontal dimension ratio of 75:200. In addition, for such a large focal spot, a multi-mode laser oscillator should be used, or the laser oscillator should be processed at a position slightly away from the focal point of the focusing lens 6, as long as the irradiation energy density of the laser beam is not extremely reduced. easily obtained by positioning the surface. Here, an enlarged drawing of the cross section of the processed part when a thin film photoelectric conversion substrate is used as a workpiece and an open groove is actually formed by laser scribing using the laser processing apparatus shown in Fig. 1 is shown. It is shown in Figure 5. As is clear from this figure,
In a14, there are almost no melted residues, protrusions, or deposits seen in FIG. Damage was also kept to a negligible level. Next, a different embodiment of the present invention is shown in FIG. The difference between this embodiment and the embodiment shown in FIG.
The table 22 holding the laser beam emitting end 21 . Condensing lens 6 and field stop body 19
are collectively shown by reference numeral 24 on an X-Y plotter, and with the table 22 stopped at a predetermined machining position, the movement of the X-Y plotter 24 is controlled by the operation control device 7 to achieve a predetermined processing turn. The laser scribing process is performed by scanning the laser beam irradiation spot along the processing surface of the workpiece 2. Thus flexible as a transmission medium for laser light. Moreover, by employing the lightweight optical fiber 18, laser scribing of a predetermined pattern can be performed by controlling the movement of the laser optical system while the workpiece 2 is kept at a stopped position without using an X-Y table. Moreover, unlike X-Y table movement control, the X-Y
Since the movement is controlled by a plotter, the laser processing speed can be further increased. In addition, according to the method of this embodiment, the table 22 is arranged vertically, so that the floor space occupied by the equipment can be reduced. By supporting the workpiece 2 and scanning the laser beam irradiation spot on each workpiece by adopting a multi-beam method in which the laser beam oscillated by a high-output laser oscillator is branched into multiple branches using branching optical fibers, It is now possible to laser scribe multiple workpieces at the same time using the same laser oscillator.
It will also be easier to handle mass production of product processing.

【発明の効果】【Effect of the invention】

以上述べたようにこの発明によれば、レーザ発振器より
発振したレーザ光を光ファイバおよび集光レンズを経由
して被加工物へ照射するとともに、前記光ファイバのレ
ーザ光出射端の後段側にレーザ光集光スポットの走査方
向と平行な方形状の絞り穴を開口した視野絞り体を介装
してレーザ加工装置を構成することにより、パルスレー
ザ光の照射スポットを円形状のまま被加工面に走査して
レーザスクライブ加工を行う従来方式と比較して、均一
幅の開溝部を成形する際のレーザ加工速度を大幅に高め
て作業能率の向上が図れるようになる。 しかも光ファイバの採用によりレーザ光の光強度分布が
フラット分布となることから、開溝の底部に加工損傷の
ダメージを与えることがなくなり、特に薄膜型光電変換
基板等の半導体装置を対象にこの被加工物の薄膜加工面
に高精度で開溝部をレーザスクライブ加工することがで
き、かくして製品の特性ばらつきが少なく量産の際の製
品歩留りを大幅に向上できる等、実用的効果の高いレー
ザ加工装置を得ることができる。
As described above, according to the present invention, a laser beam oscillated by a laser oscillator is irradiated onto a workpiece via an optical fiber and a condensing lens, and a laser beam is emitted to the downstream side of the laser beam emitting end of the optical fiber. By configuring a laser processing device with a field diaphragm body with a rectangular aperture hole parallel to the scanning direction of the light condensing spot, the irradiation spot of the pulsed laser beam remains circular and remains on the workpiece surface. Compared to the conventional method in which laser scribe processing is performed by scanning, the laser processing speed when forming grooves of uniform width can be significantly increased, improving work efficiency. Moreover, since the light intensity distribution of the laser beam becomes flat due to the use of optical fibers, there is no possibility of machining damage to the bottom of the groove. Laser processing equipment with high practical effects, such as being able to laser scribe open grooves with high precision on the thin film processed surface of the workpiece, reducing variation in product characteristics and greatly improving product yield during mass production. can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図、第2図はそれぞれこの発明の異なる実施例の構
成図、第3図は前記実施例における視野絞り体の前後に
おけるレーザビーム断面形状図、第4図+81. (b
lはそれぞれ従来およびこの発明のレーザ加工装置によ
り被加工面に照射する繰り返しパルス照射スポットの走
査方向への重なり状態を対比して表した説明図、第5図
は薄膜型光電変換基板を対象に実施例の装置で開溝のレ
ーザスクライブ加工を施した場合の加工部の拡大断面図
、第6図は従来におけるレーザ加工装置の構成図、第7
図は第6図のレーザ加工装置によるレーザ光照射スポッ
トの形状およびその光強度分布図、第8図および第9図
はそれぞれ第6図の装置による被加工面上での照射スポ
ットの走査状態図、第10図は第5図に対応する従来装
置でレーザスクライブ加工を施した際の加工部の拡大断
面図である。各図において、 1:X−Yテーブル、2:被加工物、3:レーザ発振器
、6:集光レンズ、8:レーザ光、9゜14:レーザ加
工により形成された開溝、18:光ファイバ、19:視
野絞り体、19a:絞り穴、20:光ファイバのレーザ
光入射端、21:光ファイバのレーザ光出射端、22:
被加工物の搬送テーブル、24:((1)      
        (b)第4図 第7図     第8図 第10図
1 and 2 are configuration diagrams of different embodiments of the present invention, FIG. 3 is a cross-sectional diagram of the laser beam before and after the field diaphragm in the embodiment, and FIG. 4 +81. (b
1 is an explanatory diagram showing a comparison of the overlapping state in the scanning direction of repeated pulse irradiation spots irradiated onto a processed surface by the conventional laser processing apparatus and the laser processing apparatus of the present invention, respectively, and FIG. 5 is for a thin film type photoelectric conversion substrate. FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of the processed part when laser scribing an open groove using the apparatus of the embodiment; FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional laser processing apparatus; FIG.
The figure shows the shape of the laser beam irradiation spot and its light intensity distribution by the laser processing apparatus shown in Fig. 6, and Figs. 8 and 9 show the scanning state of the irradiation spot on the processed surface by the apparatus shown in Fig. 6, respectively. , FIG. 10 is an enlarged sectional view of a processed portion when laser scribing is performed using a conventional apparatus corresponding to FIG. 5. In each figure, 1: X-Y table, 2: Workpiece, 3: Laser oscillator, 6: Condensing lens, 8: Laser light, 9° 14: Open groove formed by laser processing, 18: Optical fiber , 19: field stop body, 19a: aperture hole, 20: laser beam input end of optical fiber, 21: laser beam output end of optical fiber, 22:
Workpiece conveyance table, 24: ((1)
(b) Figure 4 Figure 7 Figure 8 Figure 10

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)薄膜の被加工物を対象に、レーザ発振器より発振し
たパルスレーザ光を光学系を通じて被加工物の加工面に
照射し、かつその照射スポットを被加工面上で走査して
開溝をレーザスクライブ加工するようにしたレーザ加工
装置において、レーザ発振器より発振したレーザ光を光
ファイバおよび集光レンズを経由して被加工物へ照射す
るとともに、前記光ファイバのレーザ光出射端の後段側
にレーザ光集光スポットの走査方向と平行な方形状の絞
り穴を開口した視野絞り体を介装したことを特徴とする
レーザ加工装置。 2)特許請求の範囲第1項記載のレーザ加工装置におい
て、視野絞り体が集光レンズと被加工物との間に介装配
備されていることを特徴とするレーザ加工装置。 3)特許請求の範囲第1項記載のレーザ加工装置におい
て、視野絞り体が光ファイバの出射端と集光レンズとの
間に介装配備されていることを特徴とするレンズ加工装
置。 4)特許請求の範囲第1項記載のレーザ加工装置におい
て、テーブルに搭載した被加工物に対して光ファイバの
レーザ光出射端、集光レンズ、視野絞り体を一括してX
−Yプロッタにより移動してレーザ光の照射スポットを
被加工面上で走査することを特徴とするレーザ加工装置
[Claims] 1) For a thin film workpiece, a pulsed laser beam oscillated by a laser oscillator is irradiated onto the workpiece surface through an optical system, and the irradiation spot is scanned on the workpiece surface. In a laser processing apparatus that laser scribes an open groove using a laser oscillator, a laser beam oscillated from a laser oscillator is irradiated onto a workpiece via an optical fiber and a condensing lens, and the laser beam output from the optical fiber is A laser processing device characterized in that a field aperture body having a rectangular aperture hole opened parallel to the scanning direction of a laser beam condensed spot is interposed on the rear side of the end. 2) A laser processing apparatus according to claim 1, wherein a field diaphragm is interposed between the condenser lens and the workpiece. 3) A laser processing apparatus according to claim 1, characterized in that a field diaphragm is interposed between the output end of the optical fiber and the condenser lens. 4) In the laser processing apparatus according to claim 1, the laser beam emitting end of the optical fiber, the condensing lens, and the field stop body are collectively
- A laser processing device characterized by moving a Y plotter to scan a laser beam irradiation spot on a surface to be processed.
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