JPS63212084A - レ−ザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザビームを被加工物に照射し工加熱、溶
融、薄膜除去等の熱加工を行う装置、４１？に加工品質
を向上させることができる加工装置く関する。

〔従来の技術〕

マーキング、薄膜除去等のレーザ加工におい１は、強度
が強くかつ比較的広い面積のレーザスポットを必要とす
るところから、断面が長方形のレーザビームを出射する
エキシマ・レーザ、ＴＥＡ・ＣＯｔレーザ、半導レーザ
、スラブ形レーザ等の各レーザ発振器が使用されている
。

第３図はこのようなレーザ発振器を用いた従来のレーザ
マーキング装置の説明図で１図においＣ％ｌは断面が長
方形のビーム状原レーザ光２を出射するレーザ発振器、
３は文字形の貫通孔４が設けられた非透光性材料製の板
状サスクである。マスク３はその表面３８に垂直に原レ
ーザ光２が入射するように配置されているので、マスク
３の裏面からは貫通孔４の形状に等しい断面形状の文字
形光５が出射される。６は文字形光５′Ｉｋ集光し１被
加工物７０表面７１に文字形状光スポット８を形成する
ようＫした集光レンズである。第３図忙おいては上述の
ようにして光スポット８が表ｄｋｊ７ａに形成されてい
るので、このスポット８の光強度を強くすれば、スポッ
ト８によって照射された部分が溶融蒸散して１表面７ａ
にスポット８の形状に等しい形状の彫刻が施されること
になる。第３図のマーキング装置は、レーザ発掘器ｌか
ら原レーザ光２を１シヨツト・パルス状に出射さ真るこ
とにより、上述のようにして、貫通孔４の形状に応じた
パターンを被加工物の表１ｆｉ７８に一度に形成するよ
うにしたものである。

第４図はレーザ発掘器１を用いた従来の薄膜除去装置の
説明図で、図において％９４原レーザ光２の進行方向を
９０’変更する反射鏡、　１０は反射鏡９による原レー
ザ光２の反射光１１を集光して元スポット１２を被加工
物としての薄膜型太陽電池基板１３の表面１３ａＫ形成
するようにした集光装置、１４を子基板１３ａを截せた
状原で図示していない駆動装置くよって表ｆｆ１１３ａ
に平行（駆動されるようにしたＸＹテーブルである。第
４図においては、光スポット１２によって表面１３１に
おける半導体等の薄膜が蒸散、除去されて。

表面１３ａＫ複数本の平行な直線状溝１５が形成される
ように要部が構成され℃いる。溝！５はその両側にそれ
ぞれ太陽電池素子１６を形成するために設けられろもの
である。

〔発明が解決りようとする問題点〕

第３図の装置は上述のようにして所要のパターンな被加
工物の表ＩｋＵ７　ａ　Ｋ彫刻するのであるが。

この場合、原レーザ光２はその横断面における光強度分
布が第５図に示したようなガウス分布状になっているの
が通例で、この強度分布に、換言すれば、横断固の中央
部が強く工周辺が弱い不均一分布である。したがって、
第３図においては１表面７８に形成される光スポツト８
内の強度分布も不均一であって、この結果光強度の強い
部分では深い彫刻が行われ光強度の弱い部分では浅い彫
刻が行われて、被加工物７Ｖｃ対する彫刻結果に外見上
濃淡が生じろ。すなわち、この場合、濃度の一様な高品
質の加工が行われないことになる。つまり、第３図に示
したマーキング装置Ｋ　ｔ！　、原レーザ光２をそのま
ま集光し℃加工するよう（しているので、光スポット８
におけろ光強度分布が一様でなくなり℃いて、この結果
彫刻深さが場所によらず一様になるような加工が行われ
ないという問題点がある。

また第４図の装置におい℃も、光スポット１２が第３図
の光スポット８と同様に強度分布の一様でない光スポッ
トになろことは明らかである。したがって、この場合、
溝１５の断面が方形にならないで山形になり、このため
太陽電池素子１６の性能が悪くなる。また、溝１５の中
心附近においては基＠１３の素材部分までもがスポット
１２によって加熱溶融され工、この結果この部分に割れ
が生じて素子１６の性能が悪くなるということもある。

さらに、この場合、光スポット１２は長方形であってか
つ空間的に固定されているので、この光スポット！２に
対する基板１３の移動方向くよつ工は溝１５の幅が異っ
た大きさになる。したかつＣｍ４図の装置を用いると、
性能の揃った複数個の基板１３を製作できない場合があ
ることになる。つまり、第４図に示した薄膜除去装置に
は。

第３図の場合と同じく、原レーザ５１１，２をそのまま
集光し℃加工を行うようにＬ℃いるので、元スポット１
２が長方形になってい℃かつ該スポットにおける光強度
分布が一様でな（なつ１いる結果、溝１５の断面を方形
Ｋｆることが困難であるという問題点がある。また溝１
５の幅の一様な複数個の基板！３を製作することが困難
であるという問題点もある。

本発明の目的は、レーザ光の光路にマスク３のような光
遮蔽体を配置しない時に被加工物に形成される光スポッ
トの強度分布が一様であり−Ｃ１かつ該光スポットの形
状がほぼ正方形になるよつＶＣ。

して、熱加工の深さが場所によらず一様になるようにす
ることにある。また該光スポットを用い℃線状の加工を
行う際、加工線の幅が該加工線の方向によって大きく変
化しないようにすることにある。

ｃ問題点を解決するための手段〕 上記問題点を解決するために、本発明罠よれば、断面が
長方形のビーム状原レーザ光を出射するレーザ発振器と
、前記原レーザ光のすべＣを断面がほぼ正方形のビーム
状第ル−ザ光に変換する第１光学手段と、前記第ル−ザ
光のすべてを強ｆ分布がほぼ一様な第２レーザ光に変換
して該第２レーザ光を被加工物に集光する第２光学手段
とを備え、＠記被加工物に集光された前記第２レーザ光
により前記被加工物に対する加工を行うようにレーザ加
工装置を構成するものとする。

〔作用〕

成されろ第２レーザ光の元スポットは強度分布が一様で
かりほぼ正方形状をした光スポット（なるので、この光
スポットによって照射される被加工物の部分の熱加工の
深さが場所くよらず一様になる。またこの元スポットを
用いて線状の加工を行う際、加工線の幅は該加工線の方
向くよって最大でも前記光スポットの暢の約１．４倍に
なるだけであるから、該加工線の幅が加工線の方向によ
って大きく変化するということはない。

〔実施例〕

第１図＆：本発明の一実施例としてのマーキング装置２
６の構成図である。図においｃ１　！７はガウス分布状
の強度分布を有する断面長方形の原レーザ光２が入射さ
ｒ、このレーザ光２なその断面におけろ長手方向の長さ
が短手方向の長さくほぼ等しくなるよう［Ｍ２シリンド
リカルレンズ１８に入射する第１シリンドリカルレンズ
で、レンズ１８はレンズ１７から出射されたレーザ光を
平行なｍｌレーザ２０Ｋして出射するレンズである。

図においてはレンズ１７．１８はいずれも横断面が示さ
れている。１９はレンズ１７と１８とからなろｉｌ光学
手段で、この手段１９Ｖｃおいてに各レンズ１７．１８
が上述のように構成されているので、光学手段１９は断
面が長方形のビーム状原レーザ光２のすべてを断面がほ
ぼ正方形のビーム状第１レーザ光２０に変換するもので
あるということができる。第１レーザ光２０は上記のよ
うにし工形底されたものであるから、その断面における
強度分布かがウス分布状の不拘−分布釦なり℃おり、ま
たレーザ光２０の全エネルギーは光学手段１９ｖｃおけ
る減衰を無視するとレーザ光２の全エネルギーく等しい
ことが明らかである。

２１は第１レーザ光２０が入射される四角錐体状プリズ
ムで、２２はプリズム２！の出射光である。この場合、
出射光２２の断面くおける光強度分布が該断面のほぼ全
域にわたって一様になっていることゲ１本発明者は実験
によっ工確吃し毛いる。２３はマスク３を介し℃集光レ
ンズｆｉＫ入射された出射光２２が該レンズ６で集光さ
れて出射さｒた纂２レーザ光で、このレーザ光２３は被
加工物７０表面７ａに光スポット２４を形成するように
されたレーザ光である。２５はプリズム２１とマスク３
とレンズ６とからなる第２光学手段で。

光学手段２５において＆工各部が上述のようｖＣｅｔ成
されているので、第２レーザ光２３のエネルギーは光学
手段２５による減衰を無視すれば落ｌレーザ光２０のエ
ネルギー（等しいことが明らかである。したがって、光
学手段２５は、第１レーザ光２０のすベニな強度分布が
ほぼ一様なａＩＪ２レーザ光２３Ｖｃ変換し℃該第２レ
ーザ光を被加工物７に集光するものであるということが
できる。

第１図においてにマーキング装置２６が上述のようｒｃ
構成されているので、光スポット２４におけろ光強度分
布は一＠になっており、かつマスク３がない場合の光ス
ポット２４の形状がほぼ正方形状になることは明らかで
ある。したがりてこのマーキング装置２１５によれば、
被加工物７に％ける彫刻深さが光スポツト２４内の位置
によらｆ　一様になりて、ｌｌ！１度の一様な高品質の
彫刻が行えることになる。

第２図は本発明のｗＪｚ実施例としての薄膜除去装置２
７の構成図で１本図のｍ１図と異なるところは第１図に
おけるマスク３が除かれていることと、１ｌｉ１図に示
した被加工物７が％ＸＹテーブル１４に載せられた太陽
電池基板１３ｖｃなっていることである。薄膜除去装置
２７を第２図のよう（構成すると、ｌＩ′ｆｆ述したよ
うに、光スポット２４はほぼ正方形でかつこの正方形内
の光強度分布が一様になっているので、ＸＹテーブル１
４Ｙ動かして基板の表ｆｆ１１３ａに対して線状の薄膜
除去加工を施した場合、この加工の結果形成される線状
の溝１５はその断面が方形になり、かつ溝１５の幅はこ
の湾の方向が変っても元スポット２４の幅の約１．４倍
以上にはならないことが明らかである。

したがって薄膜除去装置２７によれば、太陽電池素子１
６の性能低下を招くことなく基板！３に対する薄膜除去
が行えることになる。特にこの場合。

溝１５の底に一様に加熱されるので薄膜除去のために基
板！３の素材部分に割れ等の損傷を生じることはなく、
このような面からも除去装置２７は薄膜除去加工の際太
陽電池素子１６の性能を低下させないという特徴をもっ
ている。さらに除去装置２７によれば、複数個の基板１
３に対しても溝１５の幅が大きく変化することのない薄
膜除去加工を行わせることができる。

なお本発明が、上述したマーキング装置及び薄膜除去装
置にのみ適用されるものではなくて、熱処理、半導体装
置製造工程における短絡部の切断工程としてのりベアリ
ング加工、スポット溶接。

半田付は等（も適用できるものであることは説明するま
でもなく明らかである。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明においては、断面が長方形のビ
ーム状原レーザ光を出射するレーザ発振器と、原レーザ
光のすべ１：ヲ断面がほぼ正方形のビーム状第１レーザ
光に変換する第１光学手段と。

第１レーザ元のすべてを強度分布がほぼ一様な第２レー
ザ元に変換して該第２レーザ光を被加工物に集光する第
２光学手段とを備え、被加工物に集光された第２レーザ
光により被加工物に対する加工を行うようにレーザ加工
装置を構成した。この結果、レーザ加工装置を上記のよ
うｖｃ構成すると。

被加工物の表（ｆｆｉに形成されろ第２レーザ光の光ス
ポットハ強度分布が一様でかつほぼ正方形状をした光ス
ポットになるので、この光スポットによつ℃照射される
被加工物の部分の熱加工の深さが場所によらず一様にな
る。またこの光スポットを用い１線状の加工を行う際、
加工線の幅は該加工線の方向によつ１最大でも前記光ス
ポットの幅の約１．４倍になるだけであるから、該７Ｊ
Ｏ工線の偏がθロ工線の方向によって大きく変化すると
いうことはない。したがって本発明によれば品質のよい
レーザ加工が行える効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図％第２図はそれぞれ本発明の第１実施例。 第２実施例の構成図、第３図、第４図はそれぞれ従来の
レーザマーキング装置、薄膜除去装置の各構成図％＠５
図は第１図ないし第４図における要部の説明図である。 ｌ・・・・・・レーザ発撥器、２・・・・・・原レーザ
光％　７・・・・・・被加工物、１３・・・・・・太陽
電池素子、　　１９・・・・・・第１光学手段、２０・
・・・・・第１レーザ光、２３・・・・・・第２レー箋
　　３　図 箋　４　　図 溌盗神 箋　５！１０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）断面が長方形のビーム状原レーザ光を出射するレー
   ザ発振器と、前記原レーザ光のすべてを断面がほぼ正方
   形のビーム状第１レーザ光に変換する第１光学手段と、
   前記第１レーザ光のすべてを強度分布がほぼ一様な第２
   レーザ光に変換して該第２レーザ光を被加工物に集光す
   る第２光学手段とを備え、前記被加工物に集光された前
   記第２レーザ光により前記被加工物に対する加工を行う
   ことを特徴とするレーザ加工装置。