(57)【要約】  順に積層されている表層（３）と下層（２）とを備えた被加工物（Ｗ）に対して、前記表層（３）より下層（２）の光吸収係数が大きいレーザ光（ＬＺ）を前記表層（３）側から下層（２）側に向けて照射して、前記下層（２）のアブレーションによって前記表層（３）のみを除去する。
2012067228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
順に積層されている表層と下層とを備えた被加工物に対して、前記表層より下層の光吸収係数が大きいレーザ光を前記表層側から下層側に向けて照射して、前記下層のアブレーションによって前記表層のみを除去することを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
前記表層および下層は、それぞれが材質によってレーザ光の波長に対応する光吸収係数値が定められ、
前記レーザ光は、前記表層に比べて下層の光吸収係数値が大きくなる波長に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
前記レーザ光は、エネルギ強度分布がトップハット形状の分布とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
前記レーザ光は、当該レーザ光の光軸に直角方向の断面形状が矩形状である矩形パルスレーザ光であり、該矩形パルスレーザ光は被加工物上に連続して照射され、連続する前記矩形パルスレーザ光同士はスポット幅の１０％以下の範囲で互いに重複させて前記被加工物に照射して加工することを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
前記被加工物の表層は透明膜であり、下層は基材または基材の表面側に積層された下地層であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
前記被加工物は、太陽電池モジュールであり、前記表層は透明膜状の上部電極であり、下層は基材および基材の表面側に積層された太陽電池層を含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレーザ加工方法。
【請求項７】
前記レーザ光は、前記透明膜に対する光吸収係数が１００[／ｍｍ]以下であるとともに前記下地層に対する光吸収係数が１０００[／ｍｍ]以上である波長とされていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のレーザ加工方法。
【請求項８】
前記レーザ光は、前記透明膜に対する光吸収係数が１[／ｍｍ]以下であるとともに前記下地層に対する光吸収係数が１０００００[／ｍｍ]以上である波長とされていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のレーザ加工方法。
【請求項９】
レーザ光を出射するレーザ装置と、
前記レーザ装置から出射された前記レーザ光を導光する光ファイバと、
前記光ファイバから出射される前記レーザ光を集光して被加工物に照射する加工ヘッドと、
前記加工ヘッドと前記被加工物を相対的に移動させる移動手段とを備えたレーザ加工装置であって、
前記加工ヘッドから出射される前記レーザ光を前記請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーザ加工方法に基づくレーザ光としている
ことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項１０】
前記光ファイバのコア断面は、前記光ファイバの全域またはその出光端から一定の距離の領域において矩形状に形成されており、前記光ファイバから出射するレーザ光が光軸に直角方向の断面形状が矩形状であることを特徴とする請求項９に記載のレーザ加工装置。
【請求項１１】
前記コア断面が矩形状に形成された領域の長さは、３ｍ以上に設定されていることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ加工装置。
【請求項１２】
前記加工ヘッドが、前記レーザ光のエネルギ強度分布をガウス分布からトップハット形状の分布へと変換する変換手段を備える
ことを特徴とする請求項９記載のレーザ加工装置。
【請求項１３】
前記光ファイバーから出射する前記レーザ光は該レーザ光の光軸に直角方向の断面形状が矩形状である矩形パルスレーザ光であり、前記被加工物を前記移動手段によって移動させることにより前記パルスレーザ光同士をスポット幅の１０％以下の範囲で互いに重複させて前記被加工物に照射して加工することを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工方法およびレーザ加工装置に係り、複数の層が積層されている被加工物に対してレーザ加工を施すのに好適なレーザ加工方法およびレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から複数の層が積層されている被加工物に対してはレーザ加工によって精細な加工を施すことが多用されている。この種の被加工物としては、金属製やガラス製等の基板に対して各種の薄膜を形成したものが挙げられる。また、加工方法としては、例えば、シリコンウエハ上に成膜されたＳｉＯ２保護膜を除去して剥離させたり、ａ−Ｓｉ薄膜上に成膜された透明膜を除去して剥離させたり、シリコン系、化合物系および有機系の太陽電池上に成膜された透明膜を除去して剥離させることが挙げられる。【０００３】
このような成膜に対するレーザ加工においては、レーザ装置から出射されたレーザ光を光ファイバや各種レンズ等の光学系を用いて加工ヘッドに導き、加工ヘッドからレーザ光を被加工物に向けて照射させて加工を施していた。この場合、加工ヘッドと被加工物とを相対的に移動させてスキャンしたり、加工ヘッドに設けたガルバノミラー等のスキャナを用いてレーザ光を２次元面内で移動させてスキャンさせることにより、被加工物の所定位置にレーザ光を照射させていた（特許文献１、図４、図５参照）。【０００４】
また、従来においては、透明膜等の成膜を除去するレーザ光として、当該成膜によく吸収される光吸収係数の大きい波長のレーザ光を用いていたが、次のような不都合があった。例えば、図２２（ａ）に示すように、基板１の上面に形成された下地層としてのａ−Ｓｉ薄膜２の上に成膜された透明膜３を除去する場合に、ＦＨＧ（fourth harmonic generation：第４高調波、波長＝２６６ｎｍ）レーザを用いると、透明膜３によく吸収される光吸収係数の大きい波長であるために、加工に供するエネルギが過大となり、熱影響が透明膜３の下層の下地層２にも及び、しかもレーザ光ＬＺのエネルギ強度分布が中央が強く中央から離れるに従って弱くなるいわゆるガウス分布となるために、同図（ｂ）に示すように、透明膜３のみを精密に除去することができないという不都合があった。更に説明すると、レーザ光ＬＺがガウス分布のために透明膜３はテーパ状部分３ａを形成するようにして除去されてしまい、ガウス分布の中央の最強部によって下地層３も除去されてダメージ部分２ａが発生し、更に、下地層２のレーザ光ＬＺの照射を受けた箇所は熱によって変成されてしまうという不都合が発生した。【０００５】
更に、図２３に示すように、透明膜３の上方に遮光マスク４を配置して透明膜に吸収されるレーザ光ＬＺのガウス分布の中央部分の領域を透明膜３に照射して加工することが提案されているが、ガウス分布の中央部分から離れたエネルギ強度の低い位置においては透明膜３を除去することができずにめくれ部分３ｂが発生したり、ガウス分布の中央部分のエネルギ強度の高い位置においては図２２（ｂ）と同様に下地層２のレーザ光ＬＺの照射を受けた箇所が熱によって変成されてしまうという不都合が発生した。【０００６】
また、特許文献２においては、下地層となる薄膜ＥＬ有機発光層の上に成膜された透明層を通してガウス分布のレーザ光を下地層まで照射し、下地層のアブレーションによって下地層の一部とその上層の透明層とを一緒に除去することが提案されている。しかしながら、ガウス分布のレーザ光を用いているために、下地層にダメージが発生したり、レーザ光の波長が９００ｎｍ以上とされているために加工部周辺に対する熱影響を十分に抑えることができないという不都合が発生した。【０００７】
また、シリコン系、化合物系および有機系の太陽電池におけるＰ１〜Ｐ３のパターニング加工のうち各セルを分割するＰ３においては、レーザ光による加工部周辺に熱影響を与えてしまうものであった。例えば、図２５に示すように、基板１の上に下部電極（金属電極層）６、太陽電池層７および上部電極（透明膜状の透明電極層）８を順に積層した太陽電池モジュール５に対して、上部電極８側よりレーザ光ＬＺを照射して上部電極８および太陽電池層７をスクライビングして絶縁可能な幅Ｗの溝９を形成すると、下部電極６にダメージが発生したり、太陽電池層７の溝９の内側面である加工部周辺に熱影響が発生して、発電効率を低下させるという不都合が発生した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−２０１４７３号公報
【特許文献２】特許第３４７９７６１号掲載公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ２００９／０６６５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本出願人は、エネルギ強度分布がガウス分布ではなく、被加工物に照射されるレーザ光の全領域において一定なトップハット分布のレーザ光によって加工することを提案している（特許文献３、特許文献１の段落（００４０）参照）。【００１０】
その後の本願発明者の鋭意研究によると、トップハット分布のレーザ光を用いて透明膜を除去する場合において、従来通りに透明膜によく吸収される光吸収係数の大きい波長のレーザ光を用いると、次のような不都合が発生することが判明した。即ち、第１に、透明膜を確実に除去するためにはレーザ光のエネルギを少なくとも透明膜に吸収される量の分を多くする必要があり、結局加工に必要なエネルギが過大となり、熱影響を低く抑えることができないという不都合が発生する。第２に、図２４（ａ）に示すように、透明膜３は膜厚が不均一であるために、トップハット分布のレーザ光ＬＺを照射しても、同図（ｂ）に示すように、透明膜３の膜厚の不均一性がそのまま加工結果に現れて、透明膜３には加工残り部分３ｃが発生し、下地層２にはダメージ部分２ａが発生し、更に、下地層２のレーザ光ＬＺの照射を受けた箇所は熱によって変成されてしまうという不都合が発生する。【００１１】
本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、順に積層されている表層と下層とを備えた被加工物に対して、下層に対するダメージを低く抑えて表層のみを確実に除去することができ、被加工物に対する加工品質を向上させることのできるレーザ加工方法およびレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するための本発明の第１の態様のレーザ加工方法は、順に積層されている表層と下層とを備えた被加工物に対して、前記表層より下層の光吸収係数が大きいレーザ光を前記表層側から下層側に向けて照射して、前記下層のアブレーションによって前記表層のみを除去することを特徴とする。これにより、本発明方法によれば、表層側から照射されたレーザ光は下層において吸収され、下層の表面部分のみにおいてアブレーションが起こり、同部が爆発的に吹き飛ばされることにより表層部分も一緒に吹き飛ばされて除去されて、下層に大きなダメージを与えることなく、表層のみの除去を確実に実行することができ、加工品質も向上する。【００１３】
また、本発明の第２の態様のレーザ加工方法は、前記表層および下層は、それぞれが材質によってレーザ光の波長に対応する光吸収係数値が定められ、前記レーザ光は、前記表層に比べて下層の光吸収係数値が大きくなる波長に設定されていることを特徴とする。これにより、本発明方法によれば、適正な光吸収係数を有する波長を備えたレーザ光によって、より確実に下層に大きなダメージを与えることなく、表層のみの除去を確実に実行することができる。【００１４】
また、本発明の第３の態様のレーザ加工方法は、前記レーザ光が、エネルギ強度分布をトップハット形状の分布とされていることを特徴とする。これにより、本発明方法によれば、レーザ光の照射範囲における光強度を均一にして加工を施すことができる。【００１５】
また、本発明の第４の態様のレーザ加工方法は、前記レーザ光は、当該レーザ光の光軸に直角方向の断面形状が矩形状である矩形パルスレーザ光であり、該矩形パルスレーザ光は被加工物上に連続して照射され、連続する前記矩形パルスレーザ光同士はスポット幅の１０％以下の範囲で互いに重複させて前記被加工物に照射して加工することを特徴とする。これにより、本発明方法によれば、レーザ光の光軸に直角方向の断面形状が矩形状である矩形パルスレーザ光であって照射範囲内において均一強度を有するレーザ光を確実に重複させて連続的なレーザ加工を施すことができ、重複部分を一方向に並列させることにより直線状のスクライビング加工を施すことができる。【００１６】
また、本発明の第５の態様のレーザ加工方法は、前記被加工物の表層が透明膜であり、下層が基材または基材の表面側に積層された下地層であることを特徴とする。これにより、本発明方法によれば、下地層に大きなダメージを与えることなく、表層の透明膜のみを確実に除去することができる。【００１７】
また、本発明の第６の態様のレーザ加工方法は、前記被加工物が、太陽電池モジュールであり、前記表層が透明膜状の上部電極であり、下層が基材および基材の表面側に積層された太陽電池層を含むことを特徴とする。これにより、本発明方法によれば、太陽電池モジュールにおいて、下地層に含まれる太陽電池層に大きなダメージを与えることなく、表層の透明膜である上部電極のみを確実に除去することができる。【００１８】
また、本発明の第７の態様のレーザ加工方法は、前記レーザ光が、前記透明膜に対する光吸収係数が１００[／ｍｍ]以下であるとともに前記下地層に対する光吸収係数が１０００[／ｍｍ]以上である波長とされていることを特徴とする。これにより、本発明方法によれば、適正な光吸収係数を有する波長を備えたレーザ光によって、より確実に下地層に大きなダメージを与えることなく、表層の透明膜のみを確実に除去することができる。【００１９】
また、本発明の第８の態様のレーザ加工方法は、前記レーザ光が、透明膜に対する光吸収係数が１[／ｍｍ]以下であるとともに前記下地層に対する光吸収係数が１０００００[／ｍｍ]以上である波長とされていることを特徴とする。これにより、本発明方法によれば、更に適正な光吸収係数を有する波長を備えたレーザ光によって、より確実に下地層に大きなダメージを与えることなく、表層の透明膜のみを確実に除去することができる。【００２０】
また、本発明の第１の態様のレーザ加工装置は、レーザ光を出射するレーザ装置と、前記レーザ装置から出射された前記レーザ光を導光する光ファイバと、前記光ファイバから出射される前記レーザ光を集光して被加工物に照射する加工ヘッドと、前記加工ヘッドと前記被加工物を相対的に移動させる移動手段とを備えたレーザ加工装置であって、前記加工ヘッドから出射される前記レーザ光を前記第１から第３のいずれか１つの態様に記載のレーザ加工方法に基づくレーザ光としていることを特徴とする。これにより、本発明装置によれば、前記第１から第３の態様のレーザ加工方法に従って、順に積層されている表層と下層とを備えた被加工物に対する加工品質を向上させたレーザ加工を施すことができる。【００２１】
また、本発明の第２の態様のレーザ加工装置は、前記光ファイバのコア断面が、前記光ファイバの全域またはその出光端から一定の距離の領域において矩形状に形成されており、前記光ファイバから出射するレーザ光が光軸に直角方向の断面形状が矩形状であることを特徴とする。これにより、本発明装置によれば、矩形断面の照射領域を有し、かつトップハット形状の光強度も均一なレーザ光をもってレーザ加工を施すことができる。【００２２】
また、本発明の第３の態様のレーザ加工装置は、前記コア断面が矩形状に形成された領域の長さが、３ｍ以上に設定されていることを特徴とする。これにより、本発明装置によれば、レーザ光の断面強度分布をより均一にすることができる。【００２３】
また、本発明の第４の態様のレーザ加工装置は、前記加工ヘッドが、前記レーザ光のエネルギ強度分布をガウス分布からトップハット形状の分布へと変換する変換手段を備えることを特徴とする。これにより、本発明装置によれば、トップハット形状の光強度も均一なレーザ光をもってレーザ加工を施すことができる。【００２４】
また、本発明の第５の態様のレーザ加工装置は、  前記光ファイバーから出射する前記レーザ光は該レーザ光の光軸に直角方向の断面形状が矩形状である矩形パルスレーザ光であり、前記被加工物を前記移動手段によって移動させることにより前記パルスレーザ光同士をスポット幅の１０％以下の範囲で互いに重複させて前記被加工物に照射して加工することを特徴とする。これにより、本発明装置によれば、照射範囲内において均一強度を有するレーザ光を確実に重複させて連続的なレーザ加工を施すことができ、重複部分を一方向に並列させることにより直線状のスクライビング加工を施すことができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明装置を本発明方法によって動作させることにより、順に積層されている表層と下層とを備えた被加工物に対して、下層に対するダメージを低く抑えて表層のみを確実に除去することができ、被加工物に対する加工品質も向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のレーザ加工方法による加工後の状態を示す被加工物の縦断面図
【図２】本発明のレーザ加工方法による被加工物を膜厚方向に進行するレーザ光の強度変化を示す特性図
【図３】本発明のレーザ加工装置の第１実施形態を示す概念図
【図４】本実施形態の光ファイバを示す斜視図
【図５】本実施形態の光ファイバのコア寸法を示す断面図
【図６】本実施形態のレーザ加工装置により被加工物の照射箇所にレーザ光の矩形スポットが照射した状態を示す平面図
【図７】本実施形態のレーザ加工装置によりひ加工物の照射箇所にレーザ光を重複して照射した状態を示す平面図
【図８】図７の断面図
【図９】光ファイバの長さが１０ｍｍの場合におけるＹ＝０のレーザ光の断面強度分布を示すグラフ
【図１０】光ファイバの長さが１０ｍｍの場合におけるＸ＝０のレーザ光の断面強度分布を示すグラフ
【図１１】光ファイバの長さが３ｍの場合におけるＹ＝０のレーザ光の断面強度分布を示すグラフ
【図１２】光ファイバの長さが３ｍの場合におけるＸ＝０のレーザ光の断面強度分布を示すグラフ
【図１３】光ファイバの長さが５ｍの場合におけるＹ＝０のレーザ光の断面強度分布を示すグラフ
【図１４】光ファイバの長さが５ｍの場合におけるＸ＝０のレーザ光の断面強度分布を示すグラフ
【図１５】光ファイバの長さが１０ｍの場合におけるＹ＝０のレーザ光の断面強度分布を示すグラフ
【図１６】光ファイバの長さが１０ｍの場合におけるＸ＝０のレーザ光の断面強度分布を示すグラフ
【図１７】矩形断面のコアを全域に有する光ファイバの長さとその出射ＮＡとの関係を示すグラフ
【図１８】レーザ光の波長に対して光ファイバのコアの太さを変化させた場合のＹ＝０のレーザ光の断面強度分布を示すグラフ
【図１９】長方形の矩形断面を有するレーザ光を用いて重複照射を行なった状態を示す平面図
【図２０】本発明のレーザ加工方法による加工後の状態を示す被加工物であるシリコン系および有機系の太陽電池モジュールの縦断面図
【図２１】本発明のレーザ加工方法による加工後の状態を示す被加工物である化合物系の太陽電池モジュールの縦断面図
【図２２】従来のガウス分布のレーザ光を用いたレーザ加工方法を示す被加工物の縦断面であり、（ａ）は加工前を示し、（ｂ）は加工後を示す。
【図２３】従来の他の方法を示す図２０（ｂ）と同様の図
【図２４】従来のトップハット分布のレーザ光を用いたレーザ加工方法を示す被加工物の縦断面であり、（ａ）は加工前を示し、（ｂ）は加工後を示す。
【図２５】従来のレーザ加工方法による加工後の状態を示す被加工物であるシリコン系および有機系の太陽電池モジュールの縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２８】
＜レーザ加工方法について＞
初めに本発明のレーザ加工方法の原理を図１から図２について説明する。
【００２９】
図１は本発明方法による被加工物のレーザ加工状態を示しており、図２０と同一部分には同一符号を付してある。
【００３０】
本発明方法においては、図１に示すように、基板１の上に下層２および表層３が順に積層された被加工物Ｗに対して、表層３より下層２の光吸収係数（α）（以下、光吸収係数という）が大きいレーザ光ＬＺを表層３側から下層２側に向けて照射して、下層２のアブレーションによって表層３のみを除去するように形成されている。
【００３１】
更に説明すると、表層３側から照射されたレーザ光ＬＺは下層２において吸収され、下層２の表面部分のみにおいてアブレーションが起こり、同部が爆発的に吹き飛ばされることにより表層３部分も一緒に吹き飛ばされて除去される。これにより下層２に大きなダメージを与えることなく、表層３のみの除去を確実に実行することができる。
【００３２】
ここで被加工物Ｗとしては、金属製やガラス製等の基板１に対して各種の薄膜を形成したものが挙げられ、下層２と表層３とが順に積層されている素材であれば如何なるものであってもよい。また、下層２が基板１を兼ねているものも含まれる。そして、加工方法の具体例としては、例えば、シリコンウエハ上に成膜されたＳｉＯ２保護膜を除去して剥離させたり、ａ−Ｓｉ薄膜上に成膜された透明膜を除去して剥離させたり、シリコン系、化合物系および有機系の太陽電池上に成膜された透明膜を除去して剥離させることが挙げられる。
【００３３】
前記レーザ光ＬＺはトップハット形状に分布するように形成されている。このレーザ光をトップハット形状にすることについては本発明のレーザ加工装置において説明する。
【００３４】
前記レーザ光ＬＺの光吸収係数とは、レーザ光が物質内を単位長さ進む間に吸収される割合を示し、レーザ光の波長と物質が決まると決定される値である。
【００３５】
この物質の膜厚と光吸収係数を変化させた場合のレーザ光の透過率は表１のマトリックス通りとなる。
【００３６】
【表１】
2012067228.tif 000003
【００３７】
表１において、マトリックスの右上がり傾斜の斜線部の透過率が１若しくは１以下の１に近い値であるためにレーザ光は物質を透過し、また、マトリックスの右下がり傾斜の斜線部の透過率が４．５Ｅ−０５であるためにレーザ光は物質に吸収される。
【００３８】
この表１に基づいて、レーザ光ＬＺの波長として、表層３および下層２の各材質によって定められているレーザ光の波長に対応する光吸収係数値を表層３より下層２の光吸収係数が大きくなる波長に設定するとよい。
【００３９】
具体的には、例えば、通常の膜厚が０．１〜１０μｍ程度の透明膜３に対してレーザ加工を施す場合には、透明膜３に対する光吸収係数が１００[／ｍｍ]以下であるとともに下地層２に対する光吸収係数が１０００[／ｍｍ]以上（好ましくは透明膜３に対する光吸収係数が１[／ｍｍ]以下であるとともに下地層２に対する光吸収係数が１０００００[／ｍｍ]以上）である波長のレーザ光ＬＺを用いるとよい。これにより一方の膜厚が０．１〜１０μｍ程度の透明膜３においては、レーザ光が吸収されないので、発熱を生じない。他方の下地層２においては、表面から０．１〜１０μｍの深さの表面部分においてレーザ光ＬＺがほぼ吸収されるので、当該表面部分しかダメージを受けないこととなり、アブレーションを確実に発生させることができる。
【００４０】
表１に基づいて、例えば、前記各種の透明膜に対して波長を選択すると、ＳＨＧ（second harmonic generation：第２高調波、波長＝５３２ｎｍ）レーザ若しくはＴＨＧ（third harmonic generation：第３高調波、波長＝３５５ｎｍ）レーザが適している。
【００４１】
図２は本発明方法によって適正な波長を有するレーザ光を透明膜に照射させた時の光強度（Ｉ）の膜厚方向（ｘ）の変化を示したものである。
【００４２】
図２に示す通り、本発明方法によると、加工ヘッドから出射されたレーザ光ＬＺは、第１に、空気中を光強度Ｉxで進行し、透明膜３に入光する際に反射された分が減じられて光強度Ｉo で入光し、第２に、その後透明膜３の膜厚ｔ１内を透明膜３の光吸収係数小さいために光強度Ｉo を維持するか若しくは若干減少しながら進行し、第３に、下地２の膜厚ｔ２内を下地層２の光吸収係数が大きいために下地層２の表面をｘ＝０として光強度Ｉ（Ｉ＝Ｉo ×Ｅep（−αｘ））に従って指数関数的に急減しながら進行する。
【００４３】
このようにして本発明方法によれば、表層３側から照射されたレーザ光ＬＺは下層２において吸収され、下層２の表面部分のみにおいてアブレーションが起こり、同部２が爆発的に吹き飛ばされることにより表層３部分も一緒に吹き飛ばされて除去されて、下層３に大きなダメージを与えることなく、表層２のみの除去を確実に実行することができ、加工品質も向上する。
【００４４】
＜レーザ加工装置について＞
次に、本発明のレーザ加工装置を図３から図１９について説明する。
【００４５】
本発明のレーザ加工装置は、エネルギ強度分布が被加工物Ｗに照射されるレーザ光の全領域において一定なトップハット分布のレーザ光であって、表層より下層の光吸収係数が大きいレーザ光によって加工するように形成されている。レーザ光をトップハット分布とする構成は前記特許文献３並びに特許文献１の段落（００４０）に記載されている構成に従うものである。
【００４６】
＜第１実施形態＞
まず、前記特許文献３に従う構成について図３から図１９について説明する。
【００４７】
図３は、本発明の一実施形態のレーザ加工装置１１の概念図を示している。    本実施形態のレーザ加工装置１１は、フラッシュランプ励起によってレーザ光ＬＺを発生させ、被加工物Ｗの所望の照射箇所ＬＰにそのレーザ光ＬＺを照射する装置である。また、このレーザ加工装置１１は、図３に示すように、レーザ光ＬＺを出射するレーザ装置１２と、レーザ装置１２から出射されたレーザ光ＬＺを導光する光ファイバ１３と、光ファイバ１３から出射されるレーザ光ＬＺを集光して被加工物Ｗに照射する加工ヘッド１４と、加工ヘッド１４と被加工物Ｗを相対的に移動させる移動手段１５とを備えている。
【００４８】
本実施形態のレーザ装置１２は、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet：イットリウム・アルミニウム・ガーネット）ロッド１６、キセノンランプなどのフラッシュランプ１７、電源装置１８、制御部１９、全反射ミラー２０および出力ミラー２１を有している。ＹＡＧロッド１６は、光学特性に優れたレーザ媒質の一つであり、円柱形状に形成されている。フラッシュランプ１７は、ＹＡＧロッド１６の側方に配置されている。つまり、本実施形態のレーザ装置１２は、ＹＡＧロッド１６の側方に配置されたフラッシュランプ１７からＹＡＧロッド１６に励起用の光を直接照射することによりＹＡＧロッド１６の原子を光励起させるサイドポンピング方式のＹＡＧレーザ光ＬＺ発生器である。
【００４９】
電源装置１８はフラッシュランプ１７および制御部１９の間に接続されており、制御部１９によりフラッシュランプ１７の電力を供給する。制御部１９は、電源装置１８を介してレーザ装置１２の出力およびレーザ光ＬＺの特性を制御するように形成されている。本実施形態のレーザ装置１２はＹＡＧレーザ光ＬＺ発生器である。本実施形態のレーザ加工装置１１の制御部１９は、ＹＡＧレーザの発振波長λが基本波長１０６４ｎｍのＳＨＧレーザ、ＴＨＧレーザ、ＦＨＧレーザの高調波を発振させるように設定されている。また、本実施形態のレーザ加工装置１１の制御部１９は、電源装置１８を介してフラッシュランプ１７のパルス点灯を制御することにより、パルスＹＡＧレーザを発生するように設定されている。
【００５０】
全反射ミラー２０は、ＹＡＧロッド１６の一端面（図３においてはＹＡＧロッド１６の左端面）から所定の間隔をおいて配設されている。この全反射ミラー２０は、ＹＡＧロッド１６の一端面から出力したレーザ光ＬＺをＹＡＧロッド１６の一端側に全反射させている。
【００５１】
出力ミラー２１は、ＹＡＧロッド１６の他端面（図３においてはＹＡＧロッド１６の右端面）から所定の間隔をおいて配設されている。この出力ミラー２１は、固体レーザ光ＬＺのみ透過させる半透過性を有している。
【００５２】
入射光学ユニット２２は、レーザ装置１２の出力ミラー２１から出力されたレーザ光ＬＺを絞ることにより、そのレーザ光ＬＺを光ファイバ１３の入光端１３ａに入光させるものである。本実施形態の入射光学ユニット２２においては、主として集光レンズ２３が用いられている。この集光レンズ２３の焦点距離ｆ１は４０ｍｍに設定されている。
【００５３】
光ファイバ１３は、図３および図４に示すように、その内部に配設されたコア２４を利用してレーザ光ＬＺを伝送する光導波路であり、入射光学ユニット２２と出射光学ユニットを兼ねた加工ヘッド１４との間に配設されている。レーザ光ＬＺは入射光学ユニット２２側から入射するため、本実施形態の光ファイバ１３については、入射光学ユニット２２側の端面が光ファイバ１３の入光端１３ａとなり、加工ヘッド１４側の端面が光ファイバ１３の出光端１３ｂとなる。
【００５４】
光ファイバ１３の出光端１３ｂにおけるコア２４の断面は、図４に示すように、矩形状に形成されている。矩形断面状のコア２４については、光ファイバ１３の全域に形成されていてもよい。本実施形態の光ファイバ１３のコア２４の断面は、図４に示すように、その出光端１３ｂから一定の距離ＦＬの領域において矩形状に形成されており、その残りの領域のコア２４の断面においては円形状に形成されている。前述した一定の距離ＦＬ（矩形断面のコア２４を全域に有する光ファイバ１３の場合はその全長）については、レーザ光ＬＺの断面強度分布、出射ＮＡ（Numerical Aperture：開口数）およびレーザ光ＬＺの取扱容易性の観点から、３ｍ〜３０ｍ程度が好ましく、５ｍ〜１０ｍ程度がより好ましい。
【００５５】
光ファイバ１３のコア２４の寸法については、図５に示すように、矩形断面の一辺Ｌがレーザ光ＬＺの波長λの１５０倍以上（本実施形態においてはＬ＝０．５２ｍｍ＝４８９λ）であり、円形断面の直径ＲはＲ≦Ｌになっている。レーザ光ＬＺの伝送損失を防ぐため、入光端１３ａ側の円形断面の直径Ｒは出光端１３ｂ側の矩形断面の一辺Ｌの値を超えないがそれに近似した値であることが好ましい。
【００５６】
加工ヘッド１４は、光ファイバ１３の出光端１３ｂから出光したレーザ光ＬＺを被加工物Ｗの照射箇所ＬＰに照射するものであり、主として、コリメートレンズ２５、ベントミラー２６および出光レンズ２７を用いて形成されている。コリメートレンズ２５の焦点距離ｆ２は１００ｍｍに設定されており、出光レンズ２７の焦点距離ｆ３は５０ｍｍに設定されている。これらの焦点距離ｆ２、ｆ３は、被加工物Ｗの特性および照射条件に応じて適宜変更することが好ましく、微細な加工などを行うためには、前記出光端１３ｂから出光したレーザ光ＬＺの矩形の一辺を前記照射箇所ＬＰにおいて一辺が１／２から１／５になるように、加工ヘッド１４により光学的に縮小するとよい。具体的には、ｆ３／ｆ２を１／２から１／５となるように設定する。
【００５７】
次に、本実施形態のレーザ加工装置１１を用いた本発明のレーザ加工方法を説明する。
【００５８】
被加工物Ｗの照射箇所ＬＰは、図３に示したレーザ加工装置１１における４つの工程を経ることにより、レーザ加工が施される。
【００５９】
第１工程においては、図３に示すように、レーザ装置１２から所望のパルスＹＡＧレーザ光ＬＺが入射光学ユニット２２に向けて出力される。第１工程の具体的内容としては、はじめに、制御部１９により制御された電源装置１８がフラッシュランプ１７を点灯することにより、ＹＡＧロッド１６の原子を励起する。その際、フラッシュランプ１７をパルス点灯することにより、レーザ光ＬＺのパルス幅を所望の値となるように調整する。レーザ光ＬＺはＹＡＧロッド１６の一端面および他端面の両端面から出力されるが、ＹＡＧロッド１６の一端面から出力したレーザ光ＬＺは全反射ミラー２０による全反射によりＹＡＧロッド１６の一端側からＹＡＧロッド１６に入力される。また、ＹＡＧロッド１６の他端面側に配設された出力ミラー２１は、固体レーザ光ＬＺのみを透過させる。本実施形態において図１の被加工物Ｗの透明膜３を除去するレーザ加工を施す場合には、透明膜に対して適している波長を有するＳＨＧ（second harmonic generation：第２高調波、波長＝５３２ｎｍ）レーザ若しくはＴＨＧ（third harmonic generation：第３高調波、波長＝３５５ｎｍ）レーザを発振させる。これにより、レーザ装置１２から所望のパルスＹＡＧレーザ光ＬＺが入射光学ユニット２２に向けて出力される。
【００６０】
第２工程においては、図３に示すように、レーザ装置１２から出力されたレーザ光ＬＺを入射光学ユニット２２を介して光ファイバ１３の入光端１３ａに入光させる。レーザ光ＬＺの入光方法としては、光ファイバ１３の寸法やその入射ＮＡに基づいて入射光学ユニット２２の集光レンズ２３によりレーザ光ＬＺを絞ることにより行なう。
【００６１】
第３工程においては、図３に示すように、断面が矩形状に変換されたレーザ光ＬＺを光ファイバ１３の出光端１３ｂから出光させる。第３工程の具体的手段としては、図４に示した本実施形態の光ファイバ１３の入光端１３ａにレーザ光ＬＺを入光することにより行なう。本実施形態の光ファイバ１３は、光ファイバ１３の出光端１３ｂから一定の距離ＦＬの領域においてコア２４の断面が矩形状に形成されているので、光ファイバ１３に入射したレーザ光ＬＺの断面が円形であったとしても、光ファイバ１３の出光端１３ｂから出射する際にはレーザ光ＬＺの断面が矩形状の矩形パルスレーザ光に変換される。さらに、前述した光ファイバ１３の一定の距離ＦＬ、すなわちコア２４の断面が矩形状に形成された領域の光ファイバ１３の長さが３ｍ以上に設定されていれば、レーザ光ＬＺの断面強度分布を均一にすることができる。この光ファイバ１３の一定の距離ＦＬの詳細については後述する。
【００６２】
第４工程においては、図３に示すように、光ファイバ１３の出光端１３ｂから出光したレーザ光ＬＺを加工ヘッド１４を介して被加工物Ｗの照射箇所ＬＰに照射する。加工ヘッド１４は、図３に示すように、コリメートレンズ２５、ベントミラー２６および出光レンズ２７により形成されているが、これらを介して光ファイバ１３の出光端１３ｂから出光したレーザ光ＬＺを照射箇所ＬＰに照射しても、レーザ光ＬＺの断面形状は変化しない。そのため、図６に示すように、照射箇所ＬＰに照射するレーザ光ＬＺの断面形状（レーザ光ＬＺのスポットＳの形状）を矩形状にすることができる。
【００６３】
更に、本実施形態においては、コリメートレンズ２５と出光レンズ２７との焦点距離の比が、ｆ３／ｆ２＝１／２であるため、照射箇所ＬＰにおいては、光ファイバ１３の矩形の一辺の長さＬ＝０．５２ｍｍの１／２の０．２６ｍｍ＝２６０μｍに形成される。これにより一辺の長さが２６０μｍの矩形断面のレーザ光ＬＺを用いて微細な加工を施すことができる。
【００６４】
本実施形態のように、レーザ光ＬＺの断面形状が矩形状であれば、図７に示すように、オーバーラップ率ＯＬの値を０％に近づけた値（例えば５〜１０％程度）に設定したとしても、均一な幅を有する線状に透明膜３の除去（スクライビング）を連続して行なうことができる。そのため、本実施形態のレーザ加工装置１１を用いて本発明のレーザ加工方法を実行することにより、透明膜３の除去を確実に行なうことができる。また、図８に示すように、レーザ光の強度分布が均一となることから、レーザ光の平面断面形状だけでなく、被加工物Ｗの厚さ方向の強度分布も矩形状に近づく。そのため、オーバーラップ率を低下させ、スポット数を少なくしても、連続的に透明膜３の除去ができる。
【００６５】
なお、図７に示すように、理論的には、オーバーラップ率ＯＬが０％のときが最も効率よくレーザ加工を行なうことができる。しかしながら、隣位するレーザ光ＬＺのスポットＳが離間してしまうとレーザ加工が不連続となってしまう。そのため、オーバーラップ率ＯＬは０％より大きい値であることが好ましい。
【００６６】
次に、図９〜図１６を用いて、矩形断面のコア２４を全域に有する光ファイバ１３の長さ（光ファイバ１３の一定の距離ＦＬ）とレーザ光ＬＺの断面強度分布との関係について説明する。使用した光ファイバ１３の長さＦＬは１０ｍｍ、３ｍ、５ｍ、１０ｍの４種類である。また、この光ファイバ１３のコア２４の一辺Ｌは０．５３ｍｍ（光ファイバ１０の長さＦＬが１０ｍｍの場合のみ０．３ｍｍ）である。
【００６７】
図９および図１０は、光ファイバ１３の長さＦＬが１０ｍｍの場合におけるレーザ光ＬＺの断面強度分布を示している。図６に示すように、光ファイバ１３のスポットＳの中心をＸＹ座標の中心に設定し、Ｙ＝０におけるレーザ光ＬＺのＸ座標の断面強度分布を図９に示し、Ｘ＝０におけるレーザ光ＬＺのＹ座標の断面強度分布を図１０に示している。図９および図１０に示すように、光ファイバ１３の長さＦＬが１０ｍｍの場合においては、光ファイバ１３のスポットＳの端部（Ｘ，Ｙ＝−０．３ｍｍまたは０．３ｍｍ）からなだらかにレーザ光ＬＺの強度が上昇しており、レーザ光ＬＺの強度波形が０度〜９０度間の正弦波または余弦波に似た形状になっている。また、図９および図１０に示すように、断面強度分布の変化の幅も大きい。
【００６８】
このことから、光ファイバ１３の長さＦＬが１０ｍｍの場合においては、レーザ光ＬＺの強度波形が理想的な矩形波形とは異なる山形の形状となる。また、レーザ光ＬＺの極大値・極小値間における強度変化も急激であるため、レーザ光ＬＺの断面強度分布が均一でないことが分かる。
【００６９】
図１１および図１２は、光ファイバ１３の長さＦＬが３ｍの場合におけるレーザ光ＬＺの断面強度分布を示している。図１１はＹ＝０におけるレーザ光ＬＺのＸ座標の断面強度分布を示し、図１２はＸ＝０におけるレーザ光ＬＺのＹ座標の断面強度分布を示している。図１１および図１２に示すように、光ファイバ１３の長さＦＬが３ｍの場合におけるーザ光ＬＺの強度波形は、そのスポットＳの一端（Ｘ，Ｙ＝約−０．８ｍｍ）から急激に上昇し、２．２Ｗ／ｃｍ２付近において一時的な停滞が生じ、そのスポットＳの他端（Ｘ，Ｙ＝約０．８ｍｍ）になると急激に低下する。また、図１１および図１２に示すように、図９および図１０に示した光ファイバ１３の長さＦＬが１０ｍｍの場合の断面強度分布と比較すると、それらの断面強度分布の変化の幅も小さい。
【００７０】
このことから、光ファイバ１３の長さＦＬが３ｍの場合、図９および図１０に示した光ファイバ１３の長さＦＬが１０ｍｍの場合と比較して、そのレーザ光ＬＺの強度波形は理想的な矩形波形に近づいた形状となっている。また、レーザ光ＬＺの極大値・極小値間における強度変化も小さくなっている。そのため、レーザ光ＬＺの断面強度分布はある程度均一になることが分かる。
【００７１】
図１３および図１４は、光ファイバ１３の長さＦＬが５ｍの場合におけるレーザ光ＬＺの断面強度分布を示している。図１３はＹ＝０におけるレーザ光ＬＺのＸ座標の断面強度分布を示し、図１４はＸ＝０におけるレーザ光ＬＺのＹ座標の断面強度分布を示している。図１３および図１４に示すように、光ファイバ１３の長さＦＬが５ｍの場合におけるレーザ光ＬＺの強度波形は、そのスポットＳの一端（Ｘ，Ｙ＝約−０．８ｍｍ）から急激に上昇し、２．６Ｗ／ｃｍ２付近において一時的な停滞が生じ、そのスポットＳの他端（Ｘ，Ｙ＝約０．８ｍｍ）になると急激に低下する。また、図１３および図１４に示すように、それらの断面強度分布の変化の幅も小さい。
【００７２】
このことから、光ファイバ１３の長さＦＬが５ｍの場合、図１１および図１２に示した光ファイバ１３の長さＦＬが３ｍの場合と同様、そのレーザ光ＬＺの強度波形は理想的な矩形波形に近づいた形状となっている。一方、レーザ光ＬＺの極大値・極小値間における強度変化は図１１および図１２に示した光ファイバ１３の長さＦＬが３ｍの場合の当該強度変化よりも小さくなっている。そのため、光ファイバ１３の長さＦＬが５ｍの場合のレーザ光ＬＺの断面強度分布はその長さＦＬが３ｍの場合の強度分布よりも均一になることが分かる。
【００７３】
そして、図１５および図１６は、光ファイバ１３の長さＦＬが１０ｍの場合におけるレーザ光ＬＺの断面強度分布を示している。図１５はＹ＝０におけるレーザ光ＬＺのＸ座標の断面強度分布を示し、図１６はＸ＝０におけるレーザ光ＬＺのＹ座標の断面強度分布を示している。図１５および図１６に示すように、光ファイバ１３の長さＦＬが１０ｍの場合におけるレーザ光ＬＺの強度波形は、そのスポットＳの一端（Ｘ，Ｙ＝約−０．８ｍｍ）から急激に上昇し、１．１５Ｗ／ｃｍ２付近において一時的な停滞が生じ、そのスポットＳの他端（Ｘ，Ｙ＝約０．８ｍｍ）になると急激に低下する。また、図１５および図１６に示すように、断面強度分布の変化の幅も小さいことが分かる。
【００７４】
このことから、光ファイバ１３の長さＦＬが１０ｍの場合、図１３および図１４に示した光ファイバ１３の長さＦＬが５ｍの場合と同様、そのレーザ光ＬＺの強度波形は理想的な矩形波形に近づいた形状となっている。また、図１３および図１４に示した光ファイバ１０の長さＦＬが５ｍの場合の当該強度変化と比較して、レーザ光ＬＺの極大値・極小値間における強度変化はより小さくなっている。そのため、光ファイバ１３の長さＦＬが１０ｍの場合のレーザ光ＬＺの断面強度分布は、その長さＦＬが５ｍの場合の強度分布よりもさらに均一になることが分かる。
【００７５】
つまり、前述した通り、光ファイバ１３の長さＦＬが長くなるほど、レーザ光ＬＺの強度波形は理想的な矩形波形に近づき、また、レーザ光ＬＺの断面強度分布が均一に近づくことが分かる。なお、図８〜図１６においては、断面強度分布の波形について説明したが、そのピークの絶対値については時間によって変化する値なので数値自体に意味はない。
【００７６】
次に、矩形断面のコア２４を全域に有する光ファイバ１３の長さＦＬとその出射ＮＡとの関係について説明する。使用した光ファイバ１３の矩形コア２４の一辺Ｌは、前述の強度分布を測定した光ファイバ１３と同様、０．５３ｍｍ（光ファイバ１０の長さＦＬが１０ｍｍの場合のみ０．３ｍｍ）である。また、その入射ＮＡは０．０３７５、ファイバＮＡは０．４である。
【００７７】
【表２】
2012067228.tif 000004
【００７８】
表２は、矩形断面のコア２４を全域に有する光ファイバ１３の長さＦＬが１０ｍｍ、３ｍ、５ｍ、１０ｍの場合における出射ＮＡの値を示している。表２に示すように、光ファイバ１３の長さＦＬが３ｍ以下の場合、光ファイバ１３の出射ＮＡはその入射ＮＡとほぼ同様である。光ファイバ１３の長さＦＬが５ｍになると、光ファイバ１３の出射ＮＡは０．０４５となり、その入射ＮＡよりも大きくなる。同様に、光ファイバ１３の長さＦＬが１０ｍになると、光ファイバ１３の出射ＮＡは入射ＮＡの２倍以上の０．０８５となり、光ファイバ１３の長さＦＬが３ｍの場合の出射ＮＡよりも大きくなる。つまり、光ファイバ１３の長さＦＬが長くなるとその出射ＮＡが急激に増加する傾向にある。
【００７９】
図１７は、矩形断面のコア２４を全域に有する光ファイバ１３の長さＦＬとその出射ＮＡとの関係を示している。前述したとおり、光ファイバ１３の長さＦＬが３ｍ以下の場合、光ファイバ１３の出射ＮＡはその入射ＮＡとほぼ同様である。しかし、光ファイバ１３の長さＦＬが３ｍを超えると、光ファイバ１３の出射ＮＡは徐々に大きくなり、その変化の割合も大きくなる。しかし、出射ＮＡはファイバＮＡの値を超えないため、最終的には、出射ＮＡはＮＡ＝０．４の漸近線に接近するようになだらかに変化する。ただし、光ファイバ１３の長さＦＬが長すぎるとレーザ光ＬＺの最大伝送角が大きくなり、レーザ光ＬＺの取り扱いが困難になる問題もあるため、光ファイバ１３の長さＦＬは３０ｍ程度に抑えておくことが好ましい。
【００８０】
すなわち、前述したレーザ光ＬＺの断面強度分布、出射ＮＡおよびレーザ光ＬＺの取扱容易性を考慮すると、光ファイバ１３の長さＦＬは、３ｍ〜３０ｍ程度、特に５ｍ〜１０ｍに設定することが好ましいことが分かる。
【００８１】
次に、図１８〜図１９を用いて、被加工物Ｗの照射箇所ＬＰに照射するレーザ光ＬＺの矩形断面の微小化およびレーザ光の断面強度分布の均一化について説明する。
【００８２】
まず、レーザ光ＬＺの矩形断面の微小化を図るには光ファイバ１３のコア２４の矩形断面の一辺Ｌをサイズダウンするとよい。
【００８３】
図３に示すＹＡＧレーザの発振波長λ＝５３２ｎｍ（ＳＨＧ）に対して、コア８の一辺の長さＬを、
Ｌ１＝２６０μｍ＝４８９λ、
Ｌ２＝１７５μｍ＝３２９λ、
Ｌ３＝１３３μｍ＝２５０λ、
Ｌ４＝８７μｍ＝１６４λ、
Ｌ５＝２４μｍ＝４６λ
と変化させて、図１５と同様にＹ＝０におけるレーザ光ＬＺのＸ座標の断面強度分布の傾向を求めると図１８に示す通りとなる。
【００８４】
図１８によれば、コア２４の一辺の長さがＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の場合には、レーザ光の強度波形が理想的な矩形波形に近づいた形状となっており、強度変化も小さくなっている。一方、コア２４の一辺の長さがＬ５の場合には、レーザ光の強度波形が理想的な矩形波形とは異なる形状となっており、強度変化も大きくなっている。この結果から、レーザ光ＬＺの矩形断面の微小化を図るとともにレーザ光の断面強度分布も均一に保持するためには、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４は条件を満たしており、Ｌ５は条件を満たしていないといえる。すなわち、レーザ光ＬＺの矩形断面の微小化を図るとともにレーザ光の断面強度分布も均一に保持するためには、矩形断面の一辺Ｌがレーザ光の波長λの１５０倍以上必要であることがわかる。
【００８５】
また、好ましくは矩形断面の一辺Ｌがレーザ光の波長λの２５０倍〜３５０倍であると、レーザ光の断面強度分布がより均一である。
【００８６】
また、レーザ光ＬＺの矩形断面の微小化を図るには発振波長λ＝５３２ｎｍ（ＳＨＧ）を発振できる短波長の光源の方がコア２４の微小化をより有効に果たすことができるので、発振波長λを６００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００８７】
コア２４の微小化にはレーザ光の断面強度分布保持の面より下限が存在するので、更なるレーザ光ＬＺの矩形断面の微小化のためには、前述したように光ファイバ１３の出光端１３ｂから出光したレーザ光ＬＺの矩形の一辺を照射箇所ＬＰにおいて一辺が１／２から１／５となるように、加工ヘッド１４により光学的に縮小するとよい。光ファイバ１３からの出射ＮＡは、実用的には０．１以上必要であり、前記縮小倍率が１／５より小さくなると、集光ＮＡが０．５以上と大きくなり、焦点深度が小さくなり実用的でない。
【００８８】
また、図１９に示すように、光ファイバ１３のコア２４の矩形断面を長方形に形成するとよい。これにより隣位するスポットＳのオーバーラップ率を更に低下させることができる。また、同じ線幅でビーム面積を大きくできるので、レーザ光ＬＺの断面強度分布の均一性も向上させることができる。つまり、太い光ファイバ１３を利用しつつ微細なレーザ光を出力することができ、加工速度も向上する。
【００８９】
また、レーザ光発生手段として、Ｍ２が１０〜３０程度の公知の横マルチモードレーザ発振機（図示せず）を用いることにより、レーザ光ＬＺの断面強度分布の均一性を向上させることができる。さらには、縦マルチモードレーザ発振機（図示せず）を用いることもできる。
【００９０】
以上のことから、本実施形態のレーザ加工装置１１によれば、照射するレーザ光ＬＺの断面形状を矩形状に形成してレーザ加工を行なっているので、レーザ光ＬＺのオーバーラップ率ＯＬを低下させたとしても、均一幅の線状のレーザ加工を精密に行なうことができる。また、レーザ光ＬＺの強度分布が均一なることから、レーザ光ＬＺの平面断面形状だけでなく、被加工物Ｗの厚さ方向の強度分布も矩形状になるため、オーバーラップ率を低下させ、スポット数を少なくしても、連続的なレーザ加工を施すことができる。また、光ファイバ１３のコア２４の矩形断面の一辺がレーザ光ＬＺの波長の１５０倍以上に形成されており、加工ヘッド１４は、光ファイバ１３の出光端から出光したレーザＬＺ光を縮小するように形成されているので、溶接対象Ｗの溶接箇所ＬＰに照射するレーザ光ＬＺの矩形断面の微小化およびレーザ光ＬＺの断面強度分布の均一化を確実に図ることができる。
【００９１】
なお、本発明装置は、前述した実施形態などに限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
【００９２】
例えば、レーザ装置１２にはフラッシュランプ１７が用いられているが、フラッシュランプ１７の代わりに複数の半導体レーザダイオードを用いても良い。その際、レーザ光のスイッチング（パルス点灯）は電源装置１８のレーザ共振器内部に設置したＱスイッチのオンオフにより行なえばよい。
【００９３】
また、本実施形態のレーザ加工装置１１は表面に形成された薄膜などの除去目的の他にレーザ溶接目的にも適用可能である。
【００９４】
＜第２実施形態＞
次に、前記特許文献１の段落（００４０）に記載されているトップハット分布を実行する実施例について図３を利用して説明する。
【００９５】
本実施例においては、図３の光ファイバ１３に代えてコアの全長が断面円形の光ファイバ（図示せず）を用いるとともに、当該光ファイバの先端にＳＨＧレーザ光のガウス分布をトップハット分布に変換する変換手段を備えた加工ヘッド（共に図示せず）を取付けて形成している。この変換手段としては、例えば、ＬＩＭＯ社製のガウシアンートゥートップハットコンバータを用いるとよい。
【００９６】
本実施形態においてもトップハット分布のレーザ光をもって本発明のレーザ加工方法に従ってレーザ加工を施すことができる。具体的には、第１実施形態と同様に、表層３側から照射されたレーザ光ＬＺが下層２において吸収され、下層２の表面部分のみにおいてアブレーションが起こり、同部２が爆発的に吹き飛ばされることにより表層３部分も一緒に吹き飛ばされて除去されて、下層３に大きなダメージを与えることなく、表層２のみの除去を確実に実行することができ、加工品質も向上するという優れた作用効果を発揮することができる。
【００９７】
次に、トップハット分布のレーザ光をもって本発明のレーザ加工方法に従って各種の太陽電池に対するＰ３加工を施す場合を説明する。
【００９８】
図２０は、シリコン系および有機系の太陽電池モジュール５に対してＰ３加工を施す場合を示している。同図において、太陽電池層７はシリコン系においてはシリコン系半導体をもって形成されており、有機系においては有機系半導体をもって形成されている。
【００９９】
図２０において、トップハット分布のレーザ光ＬＺの状態を、その幅Ｗを太陽電池の各セルを絶縁可能とする幅（例えば、５０μｍ〜１００μｍ程度）とした断面矩形状とし、上部電極８側より照射する。これにより上部電極８側から照射されたレーザ光ＬＺが太陽電池層７において吸収され、太陽電池層７の表面部分のみにおいてアブレーションが起こり、同部７が爆発的に吹き飛ばされることにより上部電極８部分も一緒に吹き飛ばされて除去されて、下層である太陽電池層７に大きなダメージを与えることなく、表層である上部電極８のみの除去を確実に実行することができ、加工品質も向上し、太陽電池としての起電力の低下を防止することができるという優れた作用効果を発揮することができる。
【０１００】
図２１は、化合物系のＣＩＧＳ太陽電池モジュール５に対してＰ３加工を施す場合を示している。同図において、太陽電池層７は例えばＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅを含有する多結晶をもって形成されており、更に、上部電極８と太陽電池層７との間には薄いバッファ層１０が形成されている。バッファ層１０は、例えばＣｄｓ（硫化カドミウム）により形成されている。
【０１０１】
図２１において、図２０と同様に、トップハット分布のレーザ光ＬＺの状態を、その幅Ｗを太陽電池の各セルを絶縁可能とする幅とした断面矩形状とし、上部電極８側より照射する。これにより上部電極８側から照射されたレーザ光ＬＺがバッファ層１０において吸収され、バッファ層１０の表面部分のみにおいてアブレーションが起こり、同部１０が爆発的に吹き飛ばされることにより上部電極８部分も一緒に吹き飛ばされて除去されて、下層である太陽電池層７に大きなダメージを与えることなく、表層である上部電極８のみの除去を確実に実行することができ、加工品質も向上し、太陽電池としての起電力の低下を防止することができるという優れた作用効果を発揮することができる。
【０１０２】
なお、本発明は必要に応じて種々に変更可能である。
【０１０３】
また、第１実施形態のレーザ加工装置の特徴を纏めると下記の通りとなる。
【０１０４】
第１に、コアにおける当該矩形断面の一辺が、レーザ光の波長の１５０倍以上に形成されており、出射光学ユニットは、光ファイバの出光端から出光したレーザ光を縮小するように形成されていることを特徴とするレーザ加工装置。
【０１０５】
第２に、前記出射光学ユニットによる縮小倍率は、１／２〜１／５とされていることを特徴とするレーザ加工装置。
【０１０６】
第３に、前記光ファイバの矩形断面の一辺は、前記レーザ光の波長の２５０倍〜３５０倍に形成されていることを特徴とするレーザ加工装置。
【０１０７】
第４に、前記レーザ装置が出力するレーザ光の波長は、６００ｎｍ以下であることを特徴とするレーザ加工装置。
【０１０８】
第５に、前記光ファイバの矩形断面は、長方形に形成されていることを特徴とするレーザ加工装置。
【０１０９】
第６に、レーザ装置は、マルチモードレーザ発振機により形成されていることを特徴とするレーザ加工装置。
【０１１０】
第７に、前記レーザ光発生手段は、縦マルチモードレーザ発振機により形成されており、前記コアにおける当該矩形断面の一辺が、前記レーザ光の波長の２５倍以上に形成されていることを特徴とするレーザ加工置。
【０１１１】
第８に、前記光ファイバの矩形断面は、長方形に形成されていることを特徴とするレーザ加工装置。
【符号の説明】
【０１１２】
１  基板
２  下層
３  表層
５  太陽電池モジュール
６  下部電極
７  太陽電池層
８  上部電極
１１  レーザ加工装置
１２  レーザ装置
１３  光ファイバ
１４  加工ヘッド
１５  移動手段
２４  コア
【図１】
2012067228.tif 000005
【図２】
2012067228.tif 000006
【図３】
2012067228.tif 000007
【図４】
2012067228.tif 000008
【図５】
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【図６】
2012067228.tif 000010
【図７】
2012067228.tif 000011
【図９】
2012067228.tif 000012
【図１０】
2012067228.tif 000013
【図１１】
2012067228.tif 000014
【図１２】
2012067228.tif 000015
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図８】
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【国際調査報告】
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