激光加工预测方法、激光加工品制造方法及激光加工装置制造方法及图纸

本发明专利技术目的在于对待加工品进行合适的激光加工。本发明专利技术中，是通过检知待加工品内微分元的熔解或蒸发消失，并且反馈这种微分元的熔解或蒸发消失的检知结果，来获得借助于仿真手段的激光加工预测结果。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及向待加工品照射激光进行加工时所采用的激光加工预测方法，激光加工品制造方法以及激光加工装置。有这样一种激光加工，对于半导体薄膜照射激光(激光束)实施划线。施行这种激光加工的半导体薄膜不限于单一层，也可以象叠层型化合物半导体太阳能电池那样将不同材料重叠且涂覆层叠为多层(太阳能电池就是四层)。在半导体薄膜上实施划线的激光加工，存在着以下方面在块状材料加工中没有的特殊情况(1)材料的薄膜性，(2)有选择性的除去加工，对于上述太阳能电池还有(3)不同材料的多层叠层构造。在半导体薄膜上实施划线时，重要的是仅在对准位置进行高精度的除去加工，并且避免使周围区域和下层受到物理的或热的损害。因此需要合适地设定激光照射条件。但是无法做到比较简单地知道这种合适的激光照射条件。进行边割边试(カトァンドトラィ)的实验，也许能获得合适的激光照射条件，但需要很多时间，而且所得的结果相对于工艺变化的有效性也低，靠边割边试来琢磨激光照射条件是不现实的。也就是说，以往没有把合适的激光照射条件搞得很清楚，所以难以对薄膜实施合适的激光加工。本专利技术鉴于以上情况，其目的在于提供一种可以简单地获得对于激光加工对象的待加工品来说是合适的激光照射条件的方法，同时另一目的在于提供一种可以对待加工品施行合适的激光加工的方法以及装置。为解决上述简便地获知合适的激光照射条件这一课题，本专利技术的激光加工预测方法，是通过仿真手段对激光照射待加工品，经过熔解或不经熔解而使照射部分蒸发除去这样的加工进行预测的，它包括以下步骤求出待加工品内激光照射的能量密度分布和根据需要求出待加工品内辐射能量分布;根据上述能量密度分布的运算结果或上述两项运算结果求出待加工品微分元的发热量;利用该发热量运算结果来检知微分元是否熔解或蒸发除去;并将该微分元熔解或蒸发除去的检知结果加入上述能量密度分布的运算过程，和根据需要加入辐射能量分布的运算过程，以进行激光加工的仿真。本项激光加工预测方法就其具体形态来说，可以举出这种具体形态，待加工品是具有薄膜的待加工品，而激光照射则是对待加工品薄膜进行的。但不限于此，待加工品也可以是非薄膜状的块体材料。本专利技术中的仿真自然是利用计算机运算的。仅仅按能量密度分布运算结果进行仿真也是可行的，但除能量密度分布运算结果还利用辐射能量分布运算结果，就可以期望更高精度的仿真。而且，为解决上述提供可以对待加工品施行合适的激光加工的方法以及装置这后一项课题，本专利技术的激光加工品制造方法，是一种获得施行过激光加工的制品的方法，其特征在于上述激光加工是根据仿真手段所得到的激光加工预测结果来进行条件设定。而本专利技术的激光加工装置包括用于对待加工品施行激光加工的激光照射装置;设定上述激光加工条件的加工条件设定装置，其特征在于上述加工条件设定装置构成为，根据仿真得到的激光加工的预测结果设定激光加工的条件。附图说明图1是示意本专利技术激光照射状况的说明图。图2是表示待加工品表面相对光强分布I(x，y，t)以及能量密度的曲线图。图3是表示光能量密度分布与平均功率密度的特性曲线图。图4是表示激光照射后待加工品概略温度变化的特性曲线图。图5是表示本专利技术用到的修正熔点与修正沸点的特性曲线图。图6是表示本专利技术用到的相格移动模型的说明图。图7是表示一显示仿真结果的监视画面的说明图。图8是表示本专利技术激光加工机主要构成的说明图。图9是表示本专利技术激光加工方法的加工流程的流程图。图10是表示实施例中薄膜温度状态的特性曲线图。图11是表示实施例中仿真结果的监视画面说明图。图12是实施例中激光加工后薄膜的截面图。以下更为详细地说明本专利技术。首先，先叙述本专利技术的必要组成，基于仿真手段的激光加工预测。本专利技术是在加工前通过计算机运算的仿真手段对所要进行的加工进行预测，这种加工如图1所示，向具有薄膜1的待加工品2的薄膜部分照射激光(波长λ，输出功率P)3，经过熔解或不经熔解，使照射部分蒸发除去。另外，图1中7是聚光透镜组(数值孔径NA)，8为光阑。在激光加工仿真过程中，需要分别求出薄膜内激光照射的能量密度分布EE(x，y，z，t)以及薄膜内单位时间、单位面积的辐射能量分布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。在图1(a)所示的激光照射组的场合，薄膜1表面上的相对光强度分布I(x，y，t)由下面式(1)、式(2)给出，若用图来表示，则如图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的线性第一种贝塞耳函数，λ是激光波长，NA是光学系统的数值孔径，x、y则是距照射面中心的x、y方向距离。若忽略光学系统以及空间的能量损失，薄膜表面的光能量密度分布E(x，y，t)由相对光强度分布I(x，y，t)确定的话，则成立如下关系∫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积，C是以每单位面积所具有的能量为单位的常数，P则是输出功率。若将IB定义为IB＝∫SI(x，y，t)ds/S的话，输出功率P则由P＝C·IB·S表示。这里，若定义C·IB＝E0，则由前面的式子，E0＝P/S，此E0也可定义为平均功率密度。而且，将实际的光能量密度分布E(x，y，t)与平均功率密度E0重叠图示的话，则如图3所示。右上斜的阴影部分表示光能量密度分布，而左上斜的阴影部分则表示平均功率密度。右上斜的阴影部分的大小(面积)为∫SI(x，y，t)ds;左上斜阴影部分的大小(面积)为E0·S＝P。另一方面，在图1(b)所示的没有光阑的激光照射系统的场合，若假定为单光束模式，薄膜1表面上的光能量密度分布E(x，y，t)由下面的式(A)给出，若图示的话则如图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为最大能量密度，P为输出功率，r0则是E＝I0/e2时会聚光束的半径。另一方面，薄膜1的激光加工过程中，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内，在通过薄膜1期间被吸收逐渐衰减，并透过一部分。设激光在薄膜1表面的反射率为R，薄膜1的透过率为T，则参与加工的激光能量EE(x，y，t)由下面式(4)给出。EE(x，y，t)＝E(x，y，t)·(1-R-T)式(4)入射到薄膜1内的激光通过其内部时，设衰减为薄膜表面强度的1/e的深度为吸收长度a，则在距薄膜表面深度为y的位置的相对光强度分布I(x，y，z，t)由下面的式5给出。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，这里尚未考虑以下可忽略的因素，例如，加工进行时薄膜表面所起的凹凸变化引起的激光漫反射，薄膜的温升、相变引起的激光吸收率变化，等离子体的发生引起的激光散射、吸收，薄膜吸热引起的物质变化，激光发散角的影响等。而且，薄膜内单位时间、单位面积的辐射能量分布Ef(x，y，z，t)可以按以下方法求出。薄膜1与外界的能量转换，主要集中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光加工预测方法，通过仿真手段，对于用激光照射待加工品，经过熔解照射部分或不经熔解使照射部分蒸发除去这种加工进行预测，其特征在于包括：求出待加工品内激光照射的能量密度分布和根据需要求出待加工品内辐射能量分布；根据所述能量密度分布的运算结果或所述两项运算结果求出待加工品微分元的发热量；利用该发热量运算结果检知微元的熔解或蒸发除去；并将该微分元的熔解或蒸发除去的检知结果加进所述能量密度分布的运算过程，根据需要加进辐射能量分布的运算过程，来进行激光加工的仿真。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：渡邊互，中裕之，一柳高畤，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]