JPH09103897A - 光加工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】レーザ加工により被加工物を加工するに際し、
レーザ光のエネルギー利用効率を高めることにより、生
産性を向上させる。 【解決手段】レーザ装置１から照射されたレーザ光を、
光ガイド２によりマスク３の透光部３１の概略形状に加
工し、マスク３に導く。そしてマスク３の透光部３１を
透過したレーザ光を結合レンズ４により被加工物５上に
結像投影させ、被加工物に、上記透光部３１のパターン
に対応した加工を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を用いて
被加工物を加工する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】非晶質シリコンに代表される非晶質半導
体から成る光起電力装置は、低コストであることから、
時計，電卓，ラジオ等の民生機器用の電源として使用さ
れている。

【０００３】ところで、非晶質半導体から成る光電変換
素子の出力電圧は高々０．９Ｖ程度であり、このままで
は少なくとも２〜３Ｖの電圧が必要な民生機器用の電源
に用いることができない。

【０００４】そこで、複数の光電変換素子を基板の絶縁
表面上で電気的に直列接続し、その出力電圧を数Ｖまで
高めた集積型の光起電力装置が、上記のような民生用機
器の電源として使用されている。

【０００５】図３はこの集積型の光起電力装置の概略素
子構造図であり、図中１１は、ガラス，プラスチック等
の透光性の基板、２０…は該基板１１上に形成された複
数の光電変換素子である。また、これら光電変換素子２
０…は、夫々ＳｎＯ₂，ＩＴＯ等の透明導電膜から成る
第１電極膜１２…、非晶質半導体から成り光起電力効果
を呈する光電変換層１３…、及びＡｇ，Ａｌ等の金属か
ら成る第２電極膜１４…から構成されている。そして、
上記光電変換素子２０…は、相隣接する光電変換素子２
０間の隣接間隔部に於いて、一方の光電変換素子２０の
第２電極膜１４が、他方の光電変換素子２０の第１電極
膜１２上まで延在することにより、互いに電気的に直列
接続されている。

【０００６】斯かる集積型の光起電力装置を製造するに
あたり、従来基本波長が１．０６μｍのＹＡＧレーザを
用いたＹＡＧレーザ加工法が主として使用されていた。

【０００７】ここで、図４を参照して、従来のＹＡＧレ
ーザ加工法により、集積型の光起電力装置を製造する工
程を説明する。

【０００８】まず、同図（Ａ）に示すように、ガラスか
ら成る基板１１の表面に、ＳｎＯ₂から成る第１電極膜
１２を形成する。

【０００９】次に、同図（Ｂ）に示すように、ＹＡＧレ
ーザを用いて第１電極膜１２を光電変換素子２０の隣接
間隔部にて除去し、該素子２０毎に分割する。

【００１０】このような第１電極膜１２の除去加工を行
うにあたり、従来のＹＡＧレーザ加工法にあっては、レ
ーザ装置１から照射されたスポット状のレーザ光を反射
体２で反射させ、このように反射されたレーザ光をレン
ズ３により集光させて第１電極膜１２上に照射する。そ
して、この集光されたスポット状のレーザ光を加工方向
に走査させて第１電極膜１２を溝状に除去し、さらに、
このような走査を繰り返して行い、第１電極膜１２を光
電変換素子２０毎に分割していた。

【００１１】次に同図（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、こ
の分割された第１電極膜１２を含んで基板１１上に光電
変換層１３を形成し、そして上記と同様に、ＹＡＧレー
ザ加工法で該光電変換層１３を各光電変換素子２０毎に
分割する。

【００１２】さらに、同図（Ｅ）、（Ｆ）に示すよう
に、この分割された光電変換層１３上を含んで基板１１
の表面に第２電極膜１４を形成し、そして上記と同様に
ＹＡＧレーザ加工法で該第２電極膜１４を各光電変換素
子２０毎に分割していた。

【００１３】然し乍ら、ＹＡＧレーザ加工法を用いて上
記のような加工を行う場合には、次のような問題があっ
た。

【００１４】即ち、スポット状のレーザ光を走査する必
要があるので、加工に長時間を要し、生産性が悪いとい
う問題があった。

【００１５】また、スポット状のレーザ光を走査させる
場合、レーザ光に照射される領域を一部重複させながら
走査させる必要があるが、このレーザ光の重複部ではレ
ーザ光が２度照射されることとなるために非重複部より
も大きな熱影響を受ける。従って、レーザ光の非重複部
において被加工物を設計通り加工すべくレーザ光の強度
或いはパルス幅等を調整した場合には、上記光重複部に
おいて被加工物の下地へも熱影響が及ぶ、という問題が
あった。また逆に、レーザ光の重複部において被加工物
を設計通り加工すべくレーザ光の強度或いはパルス幅等
を調整した場合には、上記非重複部においては被加工物
を設計通り加工できない、という問題が存在していた。

【００１６】そこで、斯かる問題を解決するために、本
出願人は、レーザ装置から照射されたレーザ光をマスク
に導き、このマスクの透光部を通過させて該透光部のパ
ターンに対応したレーザ光を得、この所定の形状を有す
るレーザ光により被加工物を加工するマスク投影法を提
案している（特願平６−１２７０３８）。

【００１７】斯かるマスク投影法によれば、上記マスク
の透光部をライン状とすることで、ライン状のレーザ光
を得ることができる。従って、従来のＹＡＧレーザ法の
ようにスポット状のレーザ光を走査させる必要がなく、
生産性に優れている。また、レーザ光が重なり合う部分
が生じることもなく、被加工物の均一な加工が可能とな
る。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、この方法に
於いても、マスクに導かれたレーザ光は、マスクに形成
された透光部以外の部分では全反射され、レーザ光のエ
ネルギー利用効率が悪いという課題があった。しかも、
被加工物の加工に必要なエネルギー密度を得るために
は、レーザ光１パルス当りの加工サイズを小さくする必
要があり、このため生産性が不十分であるという課題が
依然残っていた。そして、これらの課題は、特に被加工
物に複雑なパターンの加工を行う場合に顕著であった。

【００１９】

【課題を解決するための手段】斯かる課題を解決するた
めに、本発明の光加工法は、レーザ光をマスクに導き、
このマスクに形成された所望パターンの透光部を通過さ
せて透光部のパターンに対応するレーザ光を得、このレ
ーザ光により被加工物上に上記透光部のパターンに対応
した加工を行う光加工法であって、上記レーザ光を上記
所望パターンの透光部の概略形状に加工して上記マスク
に導くことを特徴としている。

【００２０】従って、本発明光加工法によれば、予めレ
ーザ光をマスクに形成された透光部の概略形状に加工し
て上記マスクに導いているので、マスクの透光部以外の
部分で全反射されるレーザ光の割合が少なく、従ってレ
ーザ光のエネルギー利用効率を向上することができる。
これに伴い、レーザ光１パルス当りのエネルギー密度を
大きくできるので、１パルス当りの加工サイズを大きく
することができ、さらに生産性が増すこととなる。

【００２１】

【実施の形態】以下、本発明光加工法の実施形態を、図
１及び図２を参照して説明する。

【００２２】まず、本実施形態における光加工法にあっ
ては、図１に示すように、レーザ装置１から照射された
レーザ光を光ガイド２に導き、照射されたレーザ光のエ
ネルギー密度分布パターンを変化させ、該レーザ光をマ
スク３に形成された所望パターンの透光部３１の概略形
状に加工してマスク３に導く。

【００２３】ここで、マスク３に形成した透光部３１は
図２（Ａ）のように複雑な形状をしたパターンを有して
おり、従って、マスク３に導くレーザ光は、予め光ガイ
ド２により同図（Ｂ）に示すような前記透光部３１の概
略形状に加工したレーザ光を導いた。

【００２４】尚、マスク３に導くレーザ光を加工するに
あたっては上記透光部３１と全く同じ形状に加工しても
良いが、レーザ光のエネルギー分布の均一性を考慮し
て、透光部３１よりも若干大きめの概略形状に加工する
方が好ましい。

【００２５】また、本実施形態ではレーザ光として波長
２４８ｎｍのＫｒＦレーザを用い、レーザ装置１から大
きさが１２ｍｍ×２０ｍｍのレーザ光を照射した。然し
乍ら、使用するレーザ光はこれに限るものでなく、被加
工物の材質に応じて適当なエネルギーや波長を有するレ
ーザ光を選択すれば良く、例えば波長１９３ｎｍのＡｒ
Ｆエキシマレーザ、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマ
レーザ、或いはＡｒレーザ（波長５１５ｎｍ）或いはＹ
ＡＧレーザの第２高調波（波長５３０ｎｍ）を用いるよ
うにしてもよい。

【００２６】但し、レーザ光としては、被加工物５に均
一な加工を行うためにある程度均一なエネルギー分布を
有するレーザ光を用いることが好ましく、このためには
レーザ装置１から照射されたレーザ光を、ホモジナイザ
を通して一旦均一なエネルギー分布を有するようにした
後に光ガイド２に導いても良い。

【００２７】さらに、本実施形態では、レーザ装置１か
ら照射された１２ｍｍ×２０ｍｍの大きさのレーザ光を
光ガイド２により図２（Ｂ）に示すようなマスク３の透
光部３１の概略形状に加工するにあたり、上記光ガイド
２をフレネルレンズアレイで構成したが、光ガイド２と
してはこれに限るものではなく、回折格子，グレーティ
ング格子等から成る回折光学系、もしくは球面レンズ，
シリンドリカルレンズ，アクロマートレンズ或いはこれ
らの組み合わせレンズを用いることができる。ここで、
レーザ光としてエキシマレーザの様な短波長のレーザ光
を用いるに当たっては、これらレンズとして、石英或い
はＭｇＦ₂，ＣａＦ₂等と、多層或いは単層の誘電体膜と
を組み合わせた紫外線透過体を用いることができる。

【００２８】さらには、上記光ガイド２として透光部３
１の概略形状に束ねた光ファイバー束を用いても良い。

【００２９】そして、上記のように透光部３の概略形状
に加工されたレーザ光をマスク３に導き、該マスク３に
設けられた透光部３１を透過させ、該透光部３１の形状
に対応すると共に、均一なエネルギー分布を有するレー
ザ光を得た。

【００３０】尚、上記マスク３としては、レーザ光を反
射させると共にレーザ光によって劣化することが少ない
材料で構成されたものを用いるようにし、例えば多層又
は単層の誘電体膜や、金属薄膜と石英ガラス基板とで構
成される光マスクや、金属マスクを用いるようにした。

【００３１】また、該マスク３のレーザ光入射側に反射
体を設け、マスク３で反射されたレーザ光をこの反射体
で反射させて再度マスク３に導くようにすれば、さらに
レーザ光のエネルギー利用効率を高めることができる。

【００３２】次に、上記のようにして透光部３１を通過
し、該透光部３１のパターンに対応した形状のレーザ光
を結像レンズ４に導き、この結像レンズ４により上記の
レーザ光を被加工物５上に結像投影させた。

【００３３】ここで、透光部３１のパターンに対応した
形状を有するレーザ光を結像レンズ４により被加工物５
上に結像投影するにあたり、本実施形態ではレーザ光が
被加工物上でうまく結像するように、マスク３と結像レ
ンズ４との距離をａ、結像レンズ４と被加工物５との間
の距離をｂ、結像レンズ４の焦点距離をｆとした場合
に、１／ａ＋１／ｂ＝１／ｆの関係を満たすようにマス
ク３と結像レンズ４と被加工物５とを配置させた。

【００３４】尚、上記結像レンズ４としては、合成石英
製の球面の凹凸レンズ，アクロマートレンズやそれらの
組み合わせにより収差を取り除いたものを使用すること
ができる。

【００３５】そして、このようにレーザ光を結像投影さ
せるにあたり、本実施形態では結像レンズ４として倍率
１：１のものを用い、マスク３に設けられた透光部３１
のパターンに対応した形状を有するレーザ光を１：１の
倍率で被加工物５上に結像投影させ、被加工物５に透光
部３１と同じパターンの加工を行った。

【００３６】ここで、本発明では集光レンズではなく結
像レンズ４を用いてレーザ光を被加工物５に結像投影さ
せているので、集光レンズを用いた場合のように投影さ
れたレーザ光にガウス分布に従ったエネルギー分布が生
じることがなく、被加工物５を均一に加工することがで
きる。

【００３７】このようにして被加工物５の加工を行う
と、マスク３に導かれるレーザ光が予め透光部３１の概
略形状に加工されているので、透光部３１以外の部分で
全反射される割合が少なくなり、従ってレーザ光のエネ
ルギー利用効率を向上できることとなる。

【００３８】また、本発明によればレーザ光のエネルギ
ー利用効率を向上できるので、マスクを透過したレーザ
光を拡大して被加工物上に結像投影することができ、従
来よりも大面積の加工が可能となる。

【００３９】尚、本発明加工法は被加工物５の除去加工
ばかりでなく、例えば非晶質半導体を結晶化させる等の
被加工物の改質加工に用いることもできる。

【００４０】また、本発明光加工法は、光起電力装置の
製造、ＬＣＤのパターニング、プリント基板の配線用の
バイアホール形成及びパターニング、或いは各種半導体
デバイスのパターニング等に用いることができる。

【００４１】さらに、光ガイド２として光ファイバ束を
用いる場合には、レーザ装置１から照射されたレーザ光
を分岐光学系を介して複数のレーザ光に分岐し、この複
数のレーザ光を複数の光ガイド２に個別に導くことがで
き、従って複数のマスク３に導くことができるので、一
回の工程で複数の被加工物に加工を行うことができる、
或いは被加工物に複数のパターンを同時に加工すること
ができることとなる。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明光加工法に
よれば、予めレーザ光をマスクに形成された透光部の概
略形状に加工して上記マスクに導いているので、マスク
の透光部以外の部分に照射されるレーザ光の割合が小さ
くなり、従ってこの部分で全反射されるレーザ光の割合
が少なく、レーザ光のエネルギー利用効率を向上するこ
とができる。

【００４３】これに伴い、レーザ光１パルス当りのエネ
ルギー密度も向上するので、１パルス当りの加工サイズ
を大きくすることができ、さらに生産性が増すこととな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明光加工法の実施形態を説明するための概
略説明図である。

【図２】本発明光加工法の実施形態において、マスクの
透光部及び加工されたレーザ光の概略形状

【図３】複数の光電変換素子が基板の絶縁表面上で電気
的に直列接続された光起電力装置の概略素子構造図であ
る。

【図４】従来のＹＡＧレーザ加工法を用いて複数の光電
変換素子が基板の絶縁表面上で電気的に直列接続された
光起電力装置を製造する工程を説明するための説明図で
ある。

【符号の説明】

１…レーザ装置、２…光ガイド、３…マスク、３１…透
光部、４…結像レンズ、５…被加工物、１１…基板、１
２…第１電極膜、１３…光電変換層、１４…第２電極
膜、２０…光電変換素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中野 真吾 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光をマスクに導き、このマスクに
   形成された所望パターンの透光部を通過させて透光部の
   パターンに対応するレーザ光を得、このレーザ光により
   被加工物上に上記透光部のパターンに対応した加工を行
   う光加工法であって、 上記レーザ光を上記所望パターンの透光部の概略形状に
   加工して上記マスクに導くことを特徴とする光加工法。