JPH06285654A

JPH06285654A - レーザ加工の予測方法、レーザ加工品の製造方法、およびレーザ加工装置

Info

Publication number: JPH06285654A
Application number: JP5080505A
Authority: JP
Inventors: Wataru Watanabe; 亙渡邊; Hiroyuki Naka; 裕之中; Takashi Ichiyanagi; 高畤一柳
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-04-07
Filing date: 1993-04-07
Publication date: 1994-10-11
Also published as: CN1070097C; CN1093630A; KR0132133B1

Abstract

(57)【要約】【目的】被加工品に対し適切なレーザ加工を施すこと
目的とする。【構成】この発明の場合、シミュレーション手法によ
るレーザ加工の予測結果を、被加工品における微小部分
の融解または蒸発除去を検知するとともに、この微小部
分の融解または蒸発除去の検知結果をフィードバックす
ることで得るようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、被加工品に対しレー
ザを照射して加工を行う際に用いられるレーザ加工の予
測方法、レーザ加工品の製造方法およびレーザ加工装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ（レーザビーム）を照射して半導
体薄膜に対してスクライビングを施すというレーザ加工
がある。このレーザ加工を施す半導体薄膜は単一層に限
らず、積層型化合物半導体太陽電池の場合のように異種
材質を重ねて塗布積層する多層（太陽電池の場合は４
層）の場合もある。

【０００３】半導体薄膜にスクライビングを施すレーザ
加工の場合、材料の薄膜性、選択除去加工、また前
記太陽電池では加えて異種材質の多層積層構造といっ
たバルク材にはない特殊な事情がある。

【０００４】半導体薄膜にスクライビングを施す場合、
狙った箇所のみ精度よく除去加工し、しかも、周辺領域
や下層には物理的あるいは熱的なダメージを与えないこ
とが肝要であり、このためにはレーザ照射条件が適切に
設定されている必要がある。

【０００５】しかしながら、この適切なレーザ照射条件
を簡単に知ることが出来ないのである。カットアンドト
ライによる実験を行い、適切なレーザ照射条件を知るこ
とは可能かもしれないが、多大な時間が必要である上、
得られた結果はプロセスの変更に対する有効性が低く、
カットアンドトライによるレーザ照射条件の探索は現実
的ではない。

【０００６】つまり、従来は、適切なレーザ照射条件が
なかなか分からないため、薄膜に対し適切なレーザ加工
を施すことが難しかったのである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記事情
に鑑み、レーザ加工の対象である被加工品に対する適切
なレーザ照射条件を簡単に知ることのできる方法を提供
することを課題とするとともに、被加工品に対し適切な
レーザ加工を施すことのできる方法および装置を提供す
ることを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の適切なレーザ照射
条件を簡単に知るという課題を解決するため、この発明
にかかるレーザ加工の予測方法では、被加工品に対しレ
ーザを照射して、照射部分を融解を経て、または融解を
経ないで蒸発除去させることにより行う加工をシミュレ
ーション手法により予測するにあたり、被加工品内にお
けるレーザ照射によるエネルギー密度分布と必要に応じ
て被加工品内での輻射エネルギー分布とを算出し、前記
エネルギー密度分布の算出結果または前記両算出結果に
基づいて被加工品における微小部分での発熱量を算出し
て、この発熱量の算出結果を用いて微小部分の融解また
は蒸発除去を検知するとともに、この微小部分の融解ま
たは蒸発除去の検知結果を前記エネルギー密度分布の算
出過程と必要に応じて輻射エネルギー分布の算出過程に
組み込んでレーザ加工のシミュレーションを行う構成と
なっている。このレーザ加工の予測方法の具体的形態と
しては、被加工品が薄膜を有する被加工品であって、レ
ーザ照射が被加工品の薄膜部分に対しなされる形態が挙
げられるが、これに限らず、被加工品は非薄膜体のバル
ク材であってもよい。この発明におけるシミュレーショ
ンはもちろんコンピュータ演算を利用するものである。

【０００９】エネルギー密度分布の算出結果だけでもシ
ミュレーションは可能であるが、エネルギー密度分布の
算出結果に加えて輻射エネルギー分布の算出結果も用い
ることで高精度のシミュレーションが期待できる。

【００１０】そして、前記の被加工品に対する適切なレ
ーザ加工を施すことのできる方法および装置を提供する
という後者の課題を解決するため、この発明にかかるレ
ーザ加工品の製造方法は、レーザ加工が施された製品を
得る方法において、前記レーザ加工の条件設定をシミュ
レーション手法によるレーザ加工の予測結果に基づいて
行うことを特徴としており、また、この発明にかかるレ
ーザ加工装置は、被加工品に対しレーザ加工を施すため
のレーザ照射手段と、前記レーザ加工の条件を設定する
加工条件設定手段とを備え、前記加工条件設定手段はシ
ミュレーション手法によるレーザ加工の予測結果に基づ
いてレーザ加工の条件設定が行えるようになっている構
成を特徴としている。

【００１１】以下、この発明をより詳しく説明する。ま
ず、この発明での必須要素のシミュレーション手法によ
るレーザ加工の予測を先に述べる。

【００１２】この発明では、図１にみるように、薄膜１
を有する被加工品２の薄膜部分に対しレーザ（波長λ、
出力Ｐ）３を照射して、照射部分を融解を経て、または
融解を経ないで蒸発除去させることにより行う加工をコ
ンピュータ演算を利用するシミュレーション手法により
加工前に予測することになる。なお、図１において、７
は集光レンズ系（開口数ＮＡ）であり、８はアパーチャ
である。

【００１３】レーザ加工のシミュレーションには、薄膜
内におけるレーザ照射によるエネルギー密度分布EE(x,
y,z,t) と薄膜内での単位時間、単位面積当たりの輻射
エネルギー分布Ef(x,y,z,t) とをそれぞれ算出する必要
がある。

【００１４】エネルギー密度分布EE(x,y,z,t) は、以下
のようにして算出することが出来る。

【００１５】図１の（ａ）に示すレーザ照射系の場合、
薄膜１の表面上の相対光強度分布I(x,y,t)は、下記の式
（１），（２）で与えられ、図で示すと図２の（ａ）よ
うな分布となる。

【００１６】

【化１】

【００１７】

【化２】

【００１８】ここで、Ｊ₁(Ur):Urの一次第１種ベッセル
関数，λ：レーザの波長，ＮＡ：光学系開口数，ｘ，
ｙ：衝立面中心からのｘ，ｙ方向距離、とする。

【００１９】光学系および空間によるエネルギー損失は
無いものと見なし、薄膜表面の光エネルギー密度分布E
(x,y,t)は相対光強度分布I(x,y,t)に従うとすると、 ∫sE(x,y,t)dｓ＝ C∫sI(x,y,t)ds ＝Ｐ・・（３）なる関係が成り立つ。

【００２０】ここで、Ｓ：薄膜上のレーザスポット面
積，Ｃ：単位面積当たりのエネルギーの単位を持つ定
数，Ｐ：出力パワー、とする。

【００２１】また、ＩＢ＝∫sI(x,y,t)ds ／ＳなるＩＢ
を定義すると、出力パワーＰは、Ｐ＝Ｃ・ＩＢ・Ｓで表
されることになる。ここで、Ｃ・ＩＢ＝Ｅ₀と定義する
と、先の式から、Ｅ₀＝Ｐ／Ｓとなり、このＥ₀は平均
パワー密度と定義されるものである。

【００２２】そして、実際の光エネルギー密度分布E(x,
y,t)と平均パワー密度Ｅ₀とを重ねて図示すると図３に
示すようになる。右上がり斜線部が光エネルギー密度分
布を示し、左上がり斜線部が平均パワー密度を示す。右
上がり斜線部の大きさ（面積）が∫sI(x,y,t)ds であ
り、右上がり斜線部の大きさ（面積）がＥ₀・Ｓ＝Ｐで
ある。

【００２３】一方、図１の（ｂ）に示すアパーチュアの
ないレーザ照射系の場合、薄膜１の表面上の光エネルギ
ー密度分布E(x,y,t)は、シングルビームモードと仮定す
れば、下記の式（Ａ）で与えられ、図示すると図２の
（ｂ）の通りとなる。

【００２４】 E(x,y,t)＝Ｉ₀・ｅｘｐ（−２ｒ²／ｒ₀ ²）・・・（Ａ）但し、Ｉ₀＝２Ｐ／（πｒ₀ ²），ｒ＝（ｘ²＋ｙ²）
^1/2である。

【００２５】ここで、Ｉ₀：最大エネルギー密度、Ｐ：
出力パワー、ｒ₀：Ｅ＝Ｉ₀／ｅ²となる集光ビーム半
径とする。

【００２６】一方、薄膜１のレーザ加工過程では、薄膜
１に照射されたレーザは、まず、薄膜１の表面でその一
部が反射され、残りが薄膜１内に入射し、薄膜１内を通
過する間に吸収されて減衰しつつ、その一部が透過する
ことになる。

【００２７】レーザの薄膜１表面での反射率をＲ、薄膜
１の透過率をＴとすると、加工に寄与するレーザエネル
ギーEE(x,y,t) は、下記の式（４）で与えられる。

【００２８】 EE(x,y,t)＝E(x,y,t)・（１−Ｒ−Ｔ）・・（４）薄膜１に入射したレーザが、その内部を通過する際、薄
膜表面における強度の１／ｅに減衰する深さを吸収長ａ
とすると、薄膜１表面から深さｚにある位置での相対光
強度分布I(x,y,z,t)は、下記の式（５）で与えられる。

【００２９】I(x,y,z,t)＝I(x,y,t)ｅ^-z/a ・・（５）従って、エネルギー密度分布EE(x,y,z,t) は、下記の式
（６）で算出できることとなる。

【００３０】 EE(x,y,z,t) ＝EE(x,y,t) ｅ^-z/a ・・（６）なお、ここでは、加工進行に伴う薄膜表面の凹凸の変化
によるレーザの乱反射、薄膜の昇温，相変化によるレー
ザ光吸収率の変化、プラズマ発生によるレーザ光散乱，
吸収、薄膜の吸熱による変質、レーザ光発散角の影響等
の無視可能な要因は考慮していない。

【００３１】そして、薄膜内での単位時間、単位面積当
たりの輻射エネルギー分布Ef(x,y,z,t) の方は、以下の
ようにして算出できる。

【００３２】薄膜１と外界とのエネルギー授受は、主要
因たるレーザによるエネルギーの注入と薄膜１からの輻
射によるエネルギーの放出に絞り、無視可能な外界の空
気の対流は考慮していない。輻射については、用いた座
標方向（直交系）についてのみ取り扱った。薄膜１内の
適宜の位置の１方向１面からの単位時間、単位面積当た
りの輻射エネルギー、すなわち輻射エネルギー分布Ef
(x,y,z,t) は、下記の式（７）で算出できる。

【００３３】 Ef(x,y,z,t) ＝σ・ε・ｆ（Ｔp⁴−Ｔo⁴）・・（７）ここで、σ：ステファン・ボルツマン定数(5.67032×10
^-8W/(m²・K ⁴) 、ε：輻射率、ｆ：形態係数、Ｔp ：
輻射元の温度、Ｔo ：輻射先の温度、とする。

【００３４】このようにして、薄膜内におけるレーザ照
射によるエネルギー密度分布EE(x,y,z,t) と薄膜内での
輻射エネルギー分布Ef(x,y,z,t) とがそれぞれ算出でき
れば、薄膜１内の適宜の位置での発熱量（エネルギー吸
収量）が求められる。薄膜１内の適宜の位置での単位時
間、単位体積当たり（微小部分）の発熱量、つまり、薄
膜１内の発熱量分布S(x,y,z,t)を下記の式（８）により
算出することができるのである。すなわち、 S(x,y,z,t)＝EE(x,y,z,t) −（Efx ＋Efy ＋Efz) ・・（８）なる式に基づく算出を行うのである。

【００３５】ここで、Efx ＝Efx(x,y,z,t)、Efy ＝Efy
(x,y,z,t)、Efz ＝Efz(x,y,z,t)であり、それぞれ、
ｘ，ｙ，ｚ方向における単位時間当たりの輻射エネルギ
ーなのである。

【００３６】レーザの照射に伴い薄膜１内では発熱量分
布S(x,y,z,t)で算出された量の発熱が生じており、その
結果、図４にみるように、材料の昇温、溶融、蒸発など
が起こる。一方、薄膜１内の適宜の位置（微小部分）の
温度は、下記の式（９）で示すFourier の３次元非定常
熱伝導方程式により算出することが出来るので、薄膜１
内の適宜の位置での温度を算出し、続いて、その求めた
温度からその位置での材料の溶融あるいは蒸発を検知す
るようにする。

【００３７】

【化３】

【００３８】この場合、融解潜熱分を考慮した融点を修
正融点θmc、気化潜熱分を考慮した沸点を修正沸点θvc
として、これら仮想の物理量（仮想温度Ｔｃ）を組み込
むことで算出を容易化することが出来る。すなわち、図
５に示すように、熱伝導計算としてはＴを用い、相変化
に用いる仮想温度としてはＴｃを用いるのである。な
お、融解を経ないで昇華する物質の場合は融点すなわち
沸点だから修正融点θmcすなわち修正沸点θvcとなる。

【００３９】すなわち、θmc＝θm ＋ｈm ／Ｃ１とし、
θvc＝θv ＋ｈv ／Ｃ２とするのである。ここで、θm
：融点、ｈm ：融解潜熱、Ｃ１：固相比熱、θv ：融
点、ｈv ：気化潜熱、Ｃ２：液相比熱とする。

【００４０】Fourier の３次元非定常熱伝導方程式は、
例えば、コントロール・ボリューム法を用い、完全陰解
法（インプリシット法）の形で離散化し、計算スキーム
として線順法(line-by-line method) を用いるようにす
れば、算出は容易に行える。

【００４１】レーザ加工の進行につれ薄膜１では相境界
の移動が起こるが、この相境界移動は、２次元の例で示
すと図６にみるように、薄膜１を長方形（正方形含む）
のセル（微小部分）に分割してセル毎に溶解・蒸発を考
えるセルリム−バルモデルを用いることで簡略化して捉
えるようにすることもできる。セルリム−バルモデルで
は、セル単位でエネルギーの授受、つまり発熱量を算出
し、溶融を経て蒸発現象をとる物質においては修正融点
θmcに達したセルは蒸発したものとして液相として扱
い、修正沸点θvcに達したセルは蒸発したものとして除
去操作を行う。なお、溶融と蒸発が同時に起こる昇華性
物質の場合は修正融点θmcに達したセルは、修正融点θ
mcが修正沸点θvcであるために蒸発したものとして除去
操作を行う。

【００４２】完全陰解法の場合、セル毎に式（９）の方
程式が設定され（つまり、セルの数だけ方程式があ
る）、マトリックス演算で算出がなされる方式であり、
この完全陰解法では、Δｔを粗くしても精度よい結果が
得られるため、演算に要する時間が短くて済む。

【００４３】なお、薄膜１の除去は、材料の吸熱による
蒸発のみを考慮し、熱応力の影響や薄膜から飛びだす粒
子の運動の影響、薄膜からのガス発生の影響等の除外可
能な因子については考慮していないが、ガス吹きつけ等
による液相除去手段を用いる場合のように他の除去因子
を算出過程に組み込むこともある。

【００４４】そして、セルでの液相化やセルの除去は、
前述のエネルギー密度分布EE(x,y,z,t) と輻射エネルギ
ー分布Ef(x,y,z,t) の算出結果にフィードバックするよ
うにする。そのため、レーザ照射部分の時々刻々の変化
に追随した正確な算出がなされるため、シミュレーショ
ンは実際の加工結果によくマッチすることになる。セル
での固相から気相への変化は、例えば、（６）式のEE
(x,y,z,t) ＝EE(x,y,t) ｅ^-z/aではａの変更となり、
（７）式のEf(x,y,z,t) ＝σ・ε・ｆ（Ｔp⁴−Ｔo⁴）で
は、εの変更となってフィードバックされる。

【００４５】セルでの液相から気相への変化は、薄膜表
面位置の変更であるから、例えば、（６）式のEE(x,y,
z,t) ＝EE(x,y,t) ｅ^-z/a 、（７）式のEf(x,y,z,t)
＝σ・ε・ｆ（Ｔp⁴−Ｔo⁴）での深さ（ｚ）の変更とな
ってフィードバックされる。

【００４６】なお、式（９）においても、固相から液相
への変化は、式（９）の密度、比熱、熱伝導率の変化と
して組み込まれている。

【００４７】勿論、セルリム−バルモデルでなく、薄膜
１の表面から内部に向かう多数の線分を予め定めてお
き、各線分に沿って特定の点を定めておき、これらの点
について、温度を算出し、溶融あるいは蒸発除去を判定
し、相境界点を結ぶ境界より上は除去されているとする
ようにしてもよい。この場合、薄膜１の表面から内部に
向かう多数の線分を完全に予め決めずに相境界点を結ぶ
境界と垂直となる方向に線分が向かうように随時線分を
定めてゆくという方法でもよい。

【００４８】表１にアルミニウムの相の変化と物性値の
変化を示す。

【００４９】

【表１】

【００５０】アルミニウムの場合、密度は固相で約２．
６、液相で約２．３であり、融点は９３３．５Ｋ、沸
点は２７２３Ｋである。

【００５１】このように算出される薄膜１での時々刻々
の温度変化、相変化、蒸発は、図７にみるように、通常
のコンピュータグラフィック技術を利用してモニタ（Ｔ
Ｖ）上に表示することができる。例えば、モニタ画面
が、レーザ加工の進行につれ図７の（ａ）→（ｂ）→
（ｃ）と変化することが目視できるようになり、レーザ
加工で薄膜１が削られていく様がシミュレーションで予
めよく理解できる。カラーモニタで温度の相違や相の相
違を色変化で付ければ、より分かり易いシミュレーショ
ンとなる。

【００５２】続いて、この発明のレーザ加工機（レーザ
加工装置）の一例について説明する。

【００５３】図８のレーザ加工機２０では、被加工品の
薄膜部分に対しレーザ加工を施すためのレーザ照射手段
２１と、レーザ加工の条件を設定する加工条件設定手段
２２とを備えている。

【００５４】レーザ照射手段２１では、励起ランプ３１
の励起でＹＡＧロッド３２に生じたレーザ３はベンドミ
ラー３３で９０度の方向に反射されたあと、集光レンズ
系７で細く絞られてから薄膜１の表面に照射される。ま
た、薄膜１の表面はＴＶカメラ３６によりモニタ３７の
画面に拡大表示できるようにもなっている。なお、発光
部は冷却手段３８で冷却し過熱状態にならないようにし
てある。

【００５５】レーザ加工の条件を設定する加工条件設定
手段２２では、加工条件を操作キー等で設定することが
できるようになっており、この設定により励起ランプ３
１用の電源３９などが適切にコントロールされることに
なる。

【００５６】この発明におけるシミュレーションからレ
ーザ加工終了までの流れの一例を、図９に示す。

【００５７】シミュレーションの前提条件を決め、シミ
ュレーション結果を検討し、使用するレーザ加工装置お
よび加工条件を決定する。そして、この決定に従って選
んだレーザ加工装置を用い決定した加工条件に従って薄
膜の加工を行う。

【００５８】なお、シミュレーションの前提条件の決
定、さらには、シミュレーション結果の検討、あるい
は、使用するレーザ加工装置および加工条件の決定は人
間が行う場合もあれば、ＡＩ（人工知能）等を搭載した
コンピュータにて行う場合もあり、後者の場合、コンピ
ュータを含む制御系または他のコンピュータにて、加工
に用いるレーザ加工装置の加工条件設定手段２２をシミ
ュレーション結果に基づいて制御することになる。

【００５９】レーザ加工装置の決定は、シミュレーショ
ン結果から、レーザの種類、すなわち波長（ＹＡＧレー
ザ、ＣＯ₂レーザ）、最大出力、パルス幅、尖頭値、走
査速度など考慮して行う。レーザ加工装置が決まると、
照射パワー、周波数、フォーカス径などの加工条件の設
定を行う。勿論、レーザ加工装置自体が、レーザの種
類、最大出力、パルス幅、尖頭値、走査速度の一つまた
は複数の設定も可能であれば、勿論、これらをも加工条
件とすることができる。

【００６０】この発明は上記に限らない。被加工品が薄
膜でなくバルク材であってもよい。被加工品の材質も半
導体の他に例えば金属であってもよい。

【００６１】上記の場合、算出過程で無視可能な因子は
除去したりしたが、条件によっては適宜に算出過程に補
正ファクターとして組み込み正確を期するようにしても
よい。

【００６２】

【作用】この発明のレーザ加工の予測方法の場合、時々
刻々の微小部分の融解または蒸発除去の検知結果を演算
にフィードバックしているため、実際とよくマッチした
シミュレーションが行える。

【００６３】この発明のレーザ加工品の製造方法および
レーザ加工機では、レーザ加工の条件設定をシミュレー
ション手法によるレーザ加工の予測結果に基づいて行う
ため、適切なレーザ加工が施された製品を得ることがで
きる。

【００６４】

【実施例】続いて、実施例を説明する。

【００６５】実施例のシミュレーションでは、ガラス基
板上に設けた厚み約４０μｍのＣｄＳ焼結膜に対してレ
ーザ加工を行った。ＣｄＳは固体から直接気体となる、
つまり融解せずに昇華する物質である。

【００６６】ＣｄＳの場合、密度：４８２０〔ｋｇ／ｍ
²〕、熱伝導率１５．９（Ｗ・ｍ^-1・Ｋ^-1）、真の昇華
点：１２５３．２〔Ｋ〕、昇華潜熱：１４８７．９〔Ｋ
Ｊ・Ｋｇ^-1〕、固相比熱：０．３３７〔ＫＪ・Ｋｇ^-1・
Ｋ^-1〕、修正融点：１４８７．９÷０．３３７＋１２５
３．２＝５６６８．３〔Ｋ〕となる。

【００６７】シミュレーションで想定したレーザ加工機
の性能は、下記のとおりである。レーザの種類：ＹＡＧレーザ（波長１．０６μｍ）、発
振モードＴＥＭ₀₀、集束レンズの焦点距離：２５ｍｍ、Ｑスイッチ繰り返し周波数平均出力パルス幅尖頭出力（ｋHz）（Ｗ）（ｎｓ）（ＫＷ）１３．５１２０２９．１３７．５１６０１５．６５９．０１９０９．４レーザ照射後のＣｄＳ焼結膜での瞬間の温度分布を図１
０に示す。図１０の（ａ）は照射中心から所定距離にあ
る位置での深さと温度の関係を示し、図１０の（ｂ）は
ある深さでの照射中心からの距離と温度の関係を示す。

【００６８】図７はコンピュータグラフィックによる加
工経過のモニタ画面を示しており、図７の（ａ）が照射
開始から１ｍｓｅｃ後の状態、図７の（ｂ）が照射開始
から３ｍｓｅｃ後の状態、図７の（ｃ）が照射開始から
５ｍｓｅｃ後の状態を示す。

【００６９】ＣｄＳ焼結膜の場合には、ビームスポット
センタ部の膜表面と裏面では約６００Ｋの温度差が認め
られ、深さ方向に指数関数的な変化を呈している。これ
に対して、ビームスポットセンターから半径３０μｍの
位置では、前記の温度差は数十Ｋ程度であり、深さ方向
には、ほぼ均一な温度となっている。また、同様にビー
ムスポットのセンターから半径方向への温度分布は、そ
の途中に偏曲点を有する光強度分布に類似していた。

【００７０】なお、ＣｄＳ焼結膜の加工形状および熱ダ
メージ域は、ビームスポットセンターを中心に概略光強
度分布に強い相関をもった形で刻々進行していることが
認められた。

【００７１】Ｑスイッチ繰り返し周波数５Hzであって、
直径約２０μｍ、レーザパワー０．５Ｗ、レーザ走査速
度５０ｍｍ／Ｓの場合について、レーザ加工を実際に行
った。

【００７２】図１１にシミュレーションによる加工結果
を、図１２に実際の加工結果を示す。両者はよく一致し
ており、この発明のシミュレーション手法により正確な
加工結果の予測が行えることがよく分かる。

【００７３】

【発明の効果】この発明のレーザ加工の予測方法の場
合、時々刻々の微小部分の融解または蒸発除去の検知結
果を演算にフィードバックしているため、実際とよくマ
ッチしたシミュレーションが行え、この結果に基づき、
非常に適切なレーザ加工が施された製品を得ることがで
きるから、この発明は非常に有用であるということが出
来る。

【００７４】この発明のレーザ加工品の製造方法および
レーザ加工装置では、レーザ加工の条件設定をシミュレ
ーション手法によるレーザ加工の予測結果に基づいて行
うため、適切なレーザ加工が施された製品を得ることが
できるため、非常に有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明におけるレーザ照射の様子をあらわす
説明図。

【図２】被加工品の表面での相対光強度分布I(x,y,t)お
よびエネルギー密度を示すグラフ。

【図３】光エネルギー密度分布と平均パワー密度をあら
わす特性曲線図。

【図４】レーザ照射後の被加工品の概略温度変化をあら
わす特性曲線図。

【図５】この発明で利用する修正融点と修正沸点を示す
特性曲線図。

【図６】この発明で利用するセルリム−バルモデルを示
す説明図。

【図７】シミュレーション結果を示すモニタ画面例を示
す説明図。

【図８】この発明のレーザ加工機の要部構成例を示す説
明図。

【図９】この発明のレーザ加工方法による加工進行の流
れを示すフローチャート。

【図10】実施例での薄膜の温度状態を示す特性曲線図。

【図11】実施例でのシミュレーション結果を示すモニタ
画面の説明図。

【図12】実施例でのレーザ加工後の薄膜の断面図。

【符号の説明】

１薄膜２被加工品３レーザ（レーザビーム）７集光レンズ系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工品に対しレーザを照射して、照射
部分を融解を経て、または融解を経ないで蒸発除去させ
ることにより行う加工をシミュレーション手法により予
測する方法であって、被加工品内におけるレーザ照射に
よるエネルギー密度分布と必要に応じて被加工品内での
輻射エネルギー分布とを算出し、前記エネルギー密度分
布の算出結果または前記両算出結果に基づいて被加工品
における微小部分での発熱量を算出して、この発熱量の
算出結果を用いて微小部分の融解または蒸発除去を検知
するとともに、この微小部分の融解または蒸発除去の検
知結果を前記エネルギー密度分布の算出過程と必要に応
じて輻射エネルギー分布の算出過程に組み込んでレーザ
加工のシミュレーションを行うことを特徴とするレーザ
加工の予測方法。
【請求項２】被加工品が薄膜を有する被加工品であっ
て、レーザ照射が被加工品の薄膜部分に対しなされる請
求項１記載のレーザ加工の予測方法。
【請求項３】レーザ加工が施された製品を得る方法に
おいて、前記レーザ加工の条件設定をシミュレーション
手法によるレーザ加工の予測結果に基づいて行うことを
特徴とするレーザ加工品の製造方法。
【請求項４】シミュレーション手法によるレーザ加工
の予測結果が請求項１または２記載のレーザ加工の予測
方法により得られたものである請求項３記載のレーザ加
工品の製造方法。
【請求項５】被加工品に対しレーザ加工を施すための
レーザ照射手段と、前記レーザ加工の条件を設定する加
工条件設定手段とを備えたレーザ加工装置において、前
記加工条件設定手段はシミュレーション手法によるレー
ザ加工の予測結果に基づいてレーザ加工の条件設定が行
えるようになっていることを特徴とするレーザ加工装
置。
【請求項６】シミュレション手法によるレーザ加工の
予測結果が請求項１または２記載のレーザ加工の予測方
法により得られるようになっているものである請求項５
記載のレーザ加工装置。