激光加工預測方法、激光加工品制造方法及激光加工裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術目的在于對待加工品進行合適的激光加工。本發明專利技術中，是通過檢知待加工品內微分元的熔解或蒸發消失，并且反饋這種微分元的熔解或蒸發消失的檢知結果，來獲得借助于仿真手段的激光加工預測結果。（*該技術在2014年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及向待加工品照射激光進行加工時所采用的激光加工預測方法，激光加工品制造方法以及激光加工裝置。有這樣一種激光加工，對于半導體薄膜照射激光(激光束)實施劃線。施行這種激光加工的半導體薄膜不限于單一層，也可以象疊層型化合物半導體太陽能電池那樣將不同材料重疊且涂覆層疊為多層(太陽能電池就是四層)。在半導體薄膜上實施劃線的激光加工，存在著以下方面在塊狀材料加工中沒有的特殊情況(1)材料的薄膜性，(2)有選擇性的除去加工，對于上述太陽能電池還有(3)不同材料的多層疊層構造。在半導體薄膜上實施劃線時，重要的是僅在對準位置進行高精度的除去加工，并且避免使周圍區域和下層受到物理的或熱的損害。因此需要合適地設定激光照射條件。但是無法做到比較簡單地知道這種合適的激光照射條件。進行邊割邊試(カトァンドトラィ)的實驗，也許能獲得合適的激光照射條件，但需要很多時間，而且所得的結果相對于工藝變化的有效性也低，靠邊割邊試來琢磨激光照射條件是不現實的。也就是說，以往沒有把合適的激光照射條件搞得很清楚，所以難以對薄膜實施合適的激光加工。本專利技術鑒于以上情況，其目的在于提供一種可以簡單地獲得對于激光加工對象的待加工品來說是合適的激光照射條件的方法，同時另一目的在于提供一種可以對待加工品施行合適的激光加工的方法以及裝置。為解決上述簡便地獲知合適的激光照射條件這一課題，本專利技術的激光加工預測方法，是通過仿真手段對激光照射待加工品，經過熔解或不經熔解而使照射部分蒸發除去這樣的加工進行預測的，它包括以下步驟求出待加工品內激光照射的能量密度分布和根據需要求出待加工品內輻射能量分布;根據上述能量密度分布的運算結果或上述兩項運算結果求出待加工品微分元的發熱量;利用該發熱量運算結果來檢知微分元是否熔解或蒸發除去;并將該微分元熔解或蒸發除去的檢知結果加入上述能量密度分布的運算過程，和根據需要加入輻射能量分布的運算過程，以進行激光加工的仿真。本項激光加工預測方法就其具體形態來說，可以舉出這種具體形態，待加工品是具有薄膜的待加工品，而激光照射則是對待加工品薄膜進行的。但不限于此，待加工品也可以是非薄膜狀的塊體材料。本專利技術中的仿真自然是利用計算機運算的。僅僅按能量密度分布運算結果進行仿真也是可行的，但除能量密度分布運算結果還利用輻射能量分布運算結果，就可以期望更高精度的仿真。而且，為解決上述提供可以對待加工品施行合適的激光加工的方法以及裝置這后一項課題，本專利技術的激光加工品制造方法，是一種獲得施行過激光加工的制品的方法，其特征在于上述激光加工是根據仿真手段所得到的激光加工預測結果來進行條件設定。而本專利技術的激光加工裝置包括用于對待加工品施行激光加工的激光照射裝置;設定上述激光加工條件的加工條件設定裝置，其特征在于上述加工條件設定裝置構成為，根據仿真得到的激光加工的預測結果設定激光加工的條件。附圖說明圖1是示意本專利技術激光照射狀況的說明圖。圖2是表示待加工品表面相對光強分布I(x，y，t)以及能量密度的曲線圖。圖3是表示光能量密度分布與平均功率密度的特性曲線圖。圖4是表示激光照射后待加工品概略溫度變化的特性曲線圖。圖5是表示本專利技術用到的修正熔點與修正沸點的特性曲線圖。圖6是表示本專利技術用到的相格移動模型的說明圖。圖7是表示一顯示仿真結果的監視畫面的說明圖。圖8是表示本專利技術激光加工機主要構成的說明圖。圖9是表示本專利技術激光加工方法的加工流程的流程圖。圖10是表示實施例中薄膜溫度狀態的特性曲線圖。圖11是表示實施例中仿真結果的監視畫面說明圖。圖12是實施例中激光加工后薄膜的截面圖。以下更為詳細地說明本專利技術。首先，先敘述本專利技術的必要組成，基于仿真手段的激光加工預測。本專利技術是在加工前通過計算機運算的仿真手段對所要進行的加工進行預測，這種加工如圖1所示，向具有薄膜1的待加工品2的薄膜部分照射激光(波長λ，輸出功率P)3，經過熔解或不經熔解，使照射部分蒸發除去。另外，圖1中7是聚光透鏡組(數值孔徑NA)，8為光闌。在激光加工仿真過程中，需要分別求出薄膜內激光照射的能量密度分布EE(x，y，z，t)以及薄膜內單位時間、單位面積的輻射能量分布Ef(x，y，z，t)。能量密度分布EE(x，y，z，t)可以按以下方法求出。在圖1(a)所示的激光照射組的場合，薄膜1表面上的相對光強度分布I(x，y，t)由下面式(1)、式(2)給出，若用圖來表示，則如圖2(a)所示的分布。I (x,y,t) = ［ (2 J1(Ur))/(Ur) ］2式 (1)Ur＝〔2π(x2+y2)1/2NA〕/λ 式(2)其中，J1(Ur)是Ur的線性第一種貝塞耳函數，λ是激光波長，NA是光學系統的數值孔徑，x、y則是距照射面中心的x、y方向距離。若忽略光學系統以及空間的能量損失，薄膜表面的光能量密度分布E(x，y，t)由相對光強度分布I(x，y，t)確定的話，則成立如下關系∫SE(x，y，t)ds＝C∫SI(x，y，t)ds＝P式(3)其中，S是薄膜上激光光斑面積，C是以每單位面積所具有的能量為單位的常數，P則是輸出功率。若將IB定義為IB＝∫SI(x，y，t)ds/S的話，輸出功率P則由P＝C·IB·S表示。這里，若定義C·IB＝E0，則由前面的式子，E0＝P/S，此E0也可定義為平均功率密度。而且，將實際的光能量密度分布E(x，y，t)與平均功率密度E0重疊圖示的話，則如圖3所示。右上斜的陰影部分表示光能量密度分布，而左上斜的陰影部分則表示平均功率密度。右上斜的陰影部分的大小(面積)為∫SI(x，y，t)ds;左上斜陰影部分的大小(面積)為E0·S＝P。另一方面，在圖1(b)所示的沒有光闌的激光照射系統的場合，若假定為單光束模式，薄膜1表面上的光能量密度分布E(x，y，t)由下面的式(A)給出，若圖示的話則如圖2(b)所示。E(x，y，t)＝I0·exp(-2r2/r20) 式(A)而I0＝2P/(πr20)，r＝(x2+y2)1/2其中，I0為最大能量密度，P為輸出功率，r0則是E＝I0/e2時會聚光束的半徑。另一方面，薄膜1的激光加工過程中，照射在薄膜1上的激光，先由薄膜1的表面反射其一部分，余下的入射到薄膜1內，在通過薄膜1期間被吸收逐漸衰減，并透過一部分。設激光在薄膜1表面的反射率為R，薄膜1的透過率為T，則參與加工的激光能量EE(x，y，t)由下面式(4)給出。EE(x，y，t)＝E(x，y，t)·(1-R-T)式(4)入射到薄膜1內的激光通過其內部時，設衰減為薄膜表面強度的1/e的深度為吸收長度a，則在距薄膜表面深度為y的位置的相對光強度分布I(x，y，z，t)由下面的式5給出。I(x，y，z，t)＝I(x，y，t)e-z/a式(5)因而，能量密度分布EE(x，y，z，t)可由下面的式(6)求出。EE(x，y，z，t)＝EE(x，y，t)e-z/a式(6)另外，這里尚未考慮以下可忽略的因素，例如，加工進行時薄膜表面所起的凹凸變化引起的激光漫反射，薄膜的溫升、相變引起的激光吸收率變化，等離子體的發生引起的激光散射、吸收，薄膜吸熱引起的物質變化，激光發散角的影響等。而且，薄膜內單位時間、單位面積的輻射能量分布Ef(x，y，z，t)可以按以下方法求出。薄膜1與外界的能量轉換，主要集中本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種激光加工預測方法，通過仿真手段，對于用激光照射待加工品，經過熔解照射部分或不經熔解使照射部分蒸發除去這種加工進行預測，其特征在于包括：求出待加工品內激光照射的能量密度分布和根據需要求出待加工品內輻射能量分布；根據所述能量密度分布的運算結果或所述兩項運算結果求出待加工品微分元的發熱量；利用該發熱量運算結果檢知微元的熔解或蒸發除去；并將該微分元的熔解或蒸發除去的檢知結果加進所述能量密度分布的運算過程，根據需要加進輻射能量分布的運算過程，來進行激光加工的仿真。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：渡邊互，中裕之，一柳高畤，
申請(專利權)人：松下電器產業株式會社，
類型：發明
國別省市：JP[日本]