特許 5983407 レーザ加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5983407

(24)【登録日】2016年8月12日

(45)【発行日】2016年8月31日

(54)【発明の名称】レーザ加工方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/36 20140101AFI20160818BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20160818BHJP

   B23K 26/064 20140101ALI20160818BHJP

   H01S 3/067 20060101ALI20160818BHJP

   H01S 3/10 20060101ALI20160818BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/36

   B23K26/00 M

   B23K26/064 K

   B23K26/00 N

   H01S3/067

   H01S3/10

【請求項の数】7

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2012-533982(P2012-533982)

(86)(22)【出願日】2011年9月9日

(86)【国際出願番号】JP2011070640

(87)【国際公開番号】WO2012036097

(87)【国際公開日】20120322

【審査請求日】2014年8月28日

(31)【優先権主張番号】61/385373

(32)【優先日】2010年9月22日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】特願2010-206871(P2010-206871)

(32)【優先日】2010年9月15日

(33)【優先権主張国】JP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100136722

【弁理士】

【氏名又は名称】▲高▼木 邦夫

(74)【代理人】

【識別番号】100174399

【弁理士】

【氏名又は名称】寺澤 正太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100165526

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 寛

(74)【代理人】

【識別番号】100139000

【弁理士】

【氏名又は名称】城戸 博兒

(72)【発明者】

【氏名】角井 素貴

【審査官】 青木 正博

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０８７０４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１７１１３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２５４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１５８０１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１７２６２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１１９５２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２７３５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１８１６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０３３４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０２０７９７６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／００−２６／７０

Ｈ０１Ｓ ３／０６７

Ｈ０１Ｓ ３／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

透明ガラス板上に形成されたＴＣＯ膜又はＭｏ膜をパルス光照射により加工するレーザ加工方法であって、
電気信号により直接変調されることでパルス光を繰り返し出力する半導体レーザを用意し、
希土類元素が添加されたガラスを光増幅媒体として含むとともに前記半導体レーザから出力されるパルス光を増幅する光増幅器を、少なくとも備えたＭＯＰＡファイバレーザを用意し、
前記光増幅器から出力されるパルス光それぞれの半値全幅を、０．２ｎｓ以上かつ１ｎｓ未満となるよう制御し、そして、
前記ＭＯＰＡファイバレーザから出射されたパルス光を前記透明ガラス板上に形成されたＴＣＯ膜又はＭｏ膜とは逆側から前記ＴＣＯ膜又はＭｏ膜に照射することにより、前記ＴＣＯ膜又はＭｏ膜を除去するレーザ加工方法。

【請求項2】

前記光増幅器により増幅されるパルス光それぞれの半値全幅は、０．５ｎｓ以下であることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。

【請求項3】

前記パルス光の出力の繰り返し周波数は、１００ｋＨｚ超であることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。

【請求項4】

予め設定されたパルス光照射の走査速度と繰り返し波数に基づいて前記ＴＣＯ膜又はＭｏ膜における前記パルスの光照射位置を走査させるパルス光走査の際、前記パルス光の照射スポットの重なり率は６０％以下であり、かつ、レーザ出力は前記ＴＣＯ膜又はＭｏ膜を除去する所定の平均パワーとピークパワーを有することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。

【請求項5】

前記光増幅器により増幅されるパルス光のスペクトルは、前記半導体レーザから出力されるパルス光のスペクトルのピーク波長においてピークを有するとともに、前記ピーク波長とは異なる波長にもピークを有しており、
前記光増幅器により増幅されたパルス光は、そのビームプロファイルがビームプロファイル均一化手段により均一化した後に、前記ＴＣＯ膜又はＭｏ膜に照射されることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。

【請求項6】

前記ビームプロファイル均一化手段は、矩形の断面形状を有するコアを含む光ファイバを含むことを特徴とする請求項５記載のレーザ加工方法。

【請求項7】

前記透明ガラス板の照射表面でのパルス光のフルーエンスは、４Ｊ／ｃｍ^２以上であることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザ加工方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

パルスレーザ光を加工対象物に照射することで該加工対象物を加工することが行われている。非特許文献１に記載されたレーザ加工技術は、透明ガラス板上に形成されたＣＩＳ（Copper-Indium-Diselenide、ＣｕＩｎＳｅ_２）薄膜に対してパルス幅ピコ秒程度のパルス光を照射することで該薄膜を加工（アブレーション）するものである。非特許文献１に記載されたレーザ加工技術では、パルスレーザ光源として High Q Laser社製の model "picoREGEN IC-1064-1500" が用いられている。このパルスレーザ光源は、モードロックを採用し再生増幅器を含んでおり、パルス幅ピコ秒程度のパルス光を出力することができる。

【非特許文献1】Heinz P. Huber, et al., "High speed structuring of CIS thin-film solar cells with picosecond laser ablation", Proc. of SPIE, Vol.7203, (2009)

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

発明者は、上述の従来について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、再生増幅器を含みパルス幅ピコ秒程度のパルス光を出力するモードロックパルスレーザ光源は、一般に高価である。また、このようなパルスレーザ光源では、パルス光出力の繰り返し周波数の設定の自由度がレーザ共振器の構造により制約される。High Q Laser社製の上記パルスレーザ光源は、パルス光出力の繰り返し周波数を僅か３０ｋＨｚまでしか上げられない。パルス光出力の繰り返し周波数が低いと、加工のスループットも低くなる。

【0004】

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、安価な非モードロック（非共振構造）のパルスレーザ光源を用いて高スループットで加工をすることができる方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明のレーザ加工方法は、透明基板上に形成された金属薄膜をパルス光照射により加工するレーザ加工方法である。当該レーザ加工方法は、半導体レーザを用意し、光増幅器を少なくとも備えたＭＯＰＡ構造を有するファイバレーザ（以下、ＭＯＰＡファイバレーザという）を用意し、増幅されたパルス光の半値全幅を所望の範囲に制御した後、ＭＯＰＡファイバレーザからのパルス光を、透明基板を介して金属薄膜に照射する。用意される半導体レーザは、電気信号により直接変調されることにより、パルス光を繰り返し出力する。用意されるＭＯＰＡファイバレーザは光増幅器を少なくとも備え、この光増幅器は、希土類元素が添加されたガラスを光増幅媒体として含むとともに半導体レーザから出力されるパルス光を増幅する。また、ＭＯＰＡファイバレーザでは、光増幅器から出力されるパルス光それぞれの半値全幅が０．２ｎｓ以上かつ１ｎｓ未満となるように制御される。そして、ＭＯＰＡファイバレーザから、このように半値全幅が制御されたパルス光が透明基板の金属薄膜とは逆側から金属薄膜に照射されることにより、金属薄膜が除去される。

【0006】

本発明のレーザ加工方法は、構造が簡単であって安価なＭＯＰＡ構造のパルスレーザ光源を用いる。また、光増幅器から出力される増幅パルス光それぞれの半値全幅は０.２ｎｓ以上に制御される。これにより、透明基板の損傷を回避することが可能になる。一方、光増幅器から出力される増幅されたパルス光それぞれの半値全幅は１ｎｓ未満、好ましくは０．５ｎｓ以下に制御される。この状態でパルス光を透明基板の側から金属薄膜に照射することにより、高スループットで金属薄膜を除去することが可能になる。

【0007】

本発明のレーザ加工方法において、パルス光の出力の繰り返し周波数は、１００ｋＨｚ超であるのが好適である。この場合、スループットを高めることができる。

【0008】

本発明のレーザ加工方法において、予め設定されたパルス光照射の走査速度と繰り返し波数で金属薄膜におけるパルス光照射位置を走査させるパルス走査の際、パルス光の照射スポットの重なり率は６０％以下であるのが好ましく、また、そのレーザ出力は、金属薄膜を除去する所定の平均パワーとピークパワーを有するのが好ましい。この場合、加工品質を向上させることができる。なお、矩形の断面形状を有するコアを含む光ファイバを用いる場合は、重なり率は５０％以下に設定されても良い。

【0009】

本発明のレーザ加工方法において、光増幅器から出力される増幅パルス光のスペクトルは、半導体レーザから出力されるパルス光のスペクトルのピーク波長にピークを有するとともに、このピークは長とは異なる波長にもピークを有する。そして、光増幅器から出力される増幅パルス光のビームプロファイルがビームプロファイル均一化手段により均一化した後に、そのパルス光が金属薄膜に照射されるのが好適である。また、このとき、ビームプロファイル均一化手段としては、例えば、矩形の断面形状を有するコアを含む光ファイバが好適である。さらに、透明基板の照射表面でのパルス光のフルーエンスは、４Ｊ／ｃｍ^２以上であるのが好ましい。

【発明の効果】

【0010】

本発明のレーザ加工方法は、安価なパルスレーザ光源を用いて高スループットの加工を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】は、パルスレーザ光源１の構成図である。

【図2】は、パルスレーザ光源１を用いたレーザ加工方法を説明する図である。

【図3】は、パルスレーザ光源１から出力されるパルス光の波形の一例を示す図である。

【図4】は、透明ガラス板上のＴＣＯ膜の除去を行ったときのＳＥＭ写真である。

【図5】は、パルスレーザ光源１から出力されるパルス光の波形の他の一例を示す図である。

【図6】は、透明ガラス板上のＭｏ膜の除去を行ったときの(a)顕微鏡写真，(b)ＳＥＭ写真および(c)ＥＤＸ解析結果の図である。

【図7】は、透明ガラス板上のＭｏ膜の除去を行ったときのＳＥＭ写真である。

【図8】は、パルスレーザ光源１から出力されるパルス光のスペクトルを示す図である。

【図9】は、パルスレーザ光源１の他の光源での、パルス波形の図である。

【図10】は、図９における半値全幅０．９６ｎｓのパルスで、透明ガラス板上のＭｏ膜の除去を行ったときの(a)ＳＥＭ写真および(b)その３次元画像の図である。

【図11】は、図８中に破線でスペクトルが示されたパルス光が矩形コア光ファイバを伝搬した後のビームプロファイルを示す図である。

【図12】は、図８中に実線でスペクトルが示されたパルス光が矩形コア光ファイバを伝搬した後のビームプロファイルを示す図である。

【符号の説明】

【0012】

１…パルスレーザ光源、２…透明基板、３…金属薄膜、１０…種光源、２０…ＹｂＤＦ、２１…光カプラ、２２…励起光源、２３，２４…光アイソレータ、３０…バンドパスフィルタ、４０…ＹｂＤＦ、４１…光カプラ、４２…励起光源、４３，４４…光アイソレータ、５０…ＹｂＤＦ、５１…コンバイナ、５２〜５５…励起光源、６０…エンドキャップ。

【発明を実施するための最良の形態】

【0013】

以下、本発明の各実施形態を、図１〜１２を参照しながら詳細に説明する、なお、図面の説明において同一部位、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

【0014】

先ず、本実施形態のレーザ加工方法において好適に用いられるパルスレーザ光源の構成の一例を説明する。図１は、パルスレーザ光源１の構成図である。この図に示されるパルスレーザ光源１は、種光源１０、ＹｂＤＦ（Yb-Doped Fiber）２０、バンドパスフィルタ３０、ＹｂＤＦ４０およびＹｂＤＦ５０等を備えていて、ＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）構造を有している。このパルスレーザ光源１は、非モードロック（非共振構造）であり、レーザ加工に好適である波長１０６０ｎｍ付近のパルス光を出力する。

【0015】

種光源１０は、電気信号により直接変調されてパルス光を繰り返して出力する半導体レーザを含む。この半導体レーザは、ハイパワー化の観点から、また、誘導ブリユアン散乱（ＳＢＳ）などの非線形効果を避ける観点から、ファブリーペロ型のものであるのが好適である。また、この半導体レーザは、増幅用光ファイバであるＹｂＤＦ２０，４０，５０が利得を有する波長１０６０ｎｍ付近のパルス光を出力する。ＹｂＤＦ２０，４０，５０は、石英ガラスを主成分とする光ファイバのコアに活性物質としてＹｂ元素（希土類元素）が添加された光増幅媒体であり、励起光波長と被増幅光波長とが互いに近くパワー変換効率的の点で有利であり、また、波長１０６０ｎｍ付近において高い利得を有する点でも有利である。これらＹｂＤＦ２０，４０，５０は、３段の光ファイバ増幅器（ＭＯＰＡファイバレーザの少なくとも一部を構成している）を構成している。

【0016】

第１段のＹｂＤＦ２０は、励起光源２２から出力されて光カプラ２１を経た励起光が順方向に供給される。そして、ＹｂＤＦ２０は、種光源１０から出力されて光アイソレータ２３および光カプラ２１を経たパルス光を入力し、このパルス光を増幅し、光アイソレータ２４を経て該パルス光を出力させる。

【0017】

バンドパスフィルタ３０は、種光源１０から出力され第１段のＹｂＤＦ２０により増幅されたパルス光を入力して、その入力したパルス光の波長帯域のうちのパルス光のピーク波長より短波長側および長波長側の一方を他方より減衰させて出力する。なお、バンドパスフィルタに替えてハイパスフィルタまたはローパスフィルタが用いられてもよいが、ハイパスフィルタは種光源スペクトルの長波長側しか切り出すことができず、ローパスフィルタは種光源スペクトルの短波長側しか切り出すことができない。バンドパスフィルタは両者の機能を併せ持つので好適である。

【0018】

第２段のＹｂＤＦ４０は、励起光源４２から出力されて光カプラ４１を経た励起光が順方向に供給される。そして、ＹｂＤＦ４０は、バンドパスフィルタ３０から出力されて光アイソレータ４３および光カプラ４１を経たパルス光を入力し、このパルス光を増幅し、光アイソレータ４４を経て該パルス光を出力させる。第３段のＹｂＤＦ５０は、励起光源５２〜５５それぞれから出力されコンバイナ５１を経た励起光が順方向に供給される。そして、ＹｂＤＦ５０は、第２段のＹｂＤＦ４０により増幅されたパルス光を入力して更に増幅し、エンドキャップ６０を経て該パルス光を外部へ出力させる。

【0019】

より好適な構成例は以下のとおりである。第１段のＹｂＤＦ２０は、コア励起方式で、励起波長９７５ｎｍでパワー２００ｍＷ一定の励起光が順方向に注入される。ＹｂＤＦ２０として、波長９７５ｎｍの非飽和吸収係数が２４０ｄＢ／ｍであるものが長さ５ｍ使用される。ＹｂＤＦ２０のコア径は６μｍであり、ＮＡは０.１２程度である。第２段のＹｂＤＦ４０は、コア励起方式で、励起波長９７５ｎｍでパワー２００ｍＷ一定の励起光が順方向に注入される。ＹｂＤＦ４０として、波長９７５ｎｍの非飽和吸収係数が２４０ｄＢ／ｍであるものが長さ７ｍ使用される。ＹｂＤＦ４０のコア径は６μｍであり、ＮＡは０.１２程度である。第３段のＹｂＤＦ５０は、クラッド励起方式で、励起波長９７５ｎｍでパワー２０Ｗ（５Ｗ級の励起ＬＤを４個）が順方向に注入される。ＹｂＤＦ５０として、コア部分の非飽和吸収係数が１２００ｄＢ／ｍであるものが長さ５ｍ使用される。ＹｂＤＦ５０のコアは、直径が１０μｍであり、ＮＡが０.０６程度である。ＹｂＤＦ５０の内クラッドは、直径が１２５μｍであり、ＮＡが０.４６程度である。

【0020】

このようなＭＯＰＡ構造のパルスレーザ光源１は、構造が簡単であることから安価であり、また、パルス光出力の繰り返し周波数を任意に設定することができる。特に、このパルスレーザ光源１は、種光源１０から出力され第１段のＹｂＤＦ２０により増幅されたパルス光についてバンドパスフィルタ３０によりピーク波長より短波長側および長波長側の一方を他方より減衰させて出力するので、パルス幅が１ｎｓ以下まで圧縮されたパルス光を出力することができる。

【0021】

そして、本実施形態のレーザ加工方法では、このようなＭＯＰＡ構造のパルスレーザ光源１が用いられて、図２に示されるように、透明基板２上に形成された金属薄膜３がパルス光照射により加工される。このとき、パルスレーザ光源１から出力される個々のパルス光の半値全幅が０.５ｎｓ以下となるように制御をされて、このパルス光が透明基板２の側から金属薄膜３に照射されることにより金属薄膜３が除去される。パルスレーザ光源１から出力される個々のパルス光の半値全幅が０.２ｎｓ以上となるように制御をされるのが好適である。パルス光出力の繰り返し周波数が１００ｋＨｚ超であるのが好適である。また、予め設定されたパルス光照射の走査速度と繰り返し波数で金属薄膜３におけるパルス光照射位置が走査されるパルス光走査の際、パルス光の照射スポットの重なり率は６０％以下とし、そのレーザ出力は金属薄膜を除去する所定の平均パワーとピークパワーを有するのが好適である。

【0022】

図３は、パルスレーザ光源１から出力されるパルス光の波形の一例を示す図である。この図には、パルス光出力の繰り返し周波数を５００ｋＨｚおよび２ＭＨｚそれぞれとした場合のパルス光波形が示されている。何れの場合にもパルスの半値全幅を２００ｐｓ以下まで短くすることができる。

【0023】

ただし、図３に示されるパルス波形を有するパルス光の照射により透明ガラス板上のＴＣＯ（Transparent Conductive Oxide）膜の除去を行ったところ、図４に示されるように透明ガラス板に微小クラックを生じさせてしまう結果となった。図４は、透明ガラス板上のＴＣＯ膜の除去を行ったときのＳＥＭ写真である。このときの加工条件は、パルスの半値全幅が２００ｐｓであり、パルス光出力の繰り返し周波数が１５０ｋＨｚであり、パルス光照射の平均パワーが６.８Ｗであり、走査速度が２０００ｍｍ／ｓであった。このときのパルスのフルーエンスは、３．１Ｊ／ｃｍ^２であった。

【0024】

そこで、図５に示されるように、パルス幅を拡げる一方でパルスピーク値を低くしたパルス光を用いた。このパルスの半値全幅は０.５ｎｓであり、パルス光出力の繰り返し周波数は２５０ｋＨｚであった。この図５に示されるパルス波形を有するパルス光の照射により透明ガラス板上のＭｏ膜（融点２６２０℃）の除去を行った。パルス光照射の平均パワーが５.７Ｗであり、走査速度が５０００ｍｍ／ｓであった。パルス光を透明ガラス板の側からＭｏ膜に照射した。この透明ガラス板上のＭｏ膜は、スパッタリングやＣＶＤなどの方法で透明ガラス板上に形成されたものであって、ＣＩＳ系太陽電池に使われる。

【0025】

上記のパルス光の照射によりＭｏ膜除去を行った結果、図６に示されるように、マイクロクラック、剥離、および、スポットとスポットとの間の捲れ上がりといった欠陥を生じることなく、Ｍｏ膜の除去に成功した。図６は、透明ガラス板上のＭｏ膜の除去を行ったときの(a)顕微鏡写真，(b)ＳＥＭ写真および(c)ＥＤＸ解析結果の図である。この加工品質は、非特許文献１に記載されたパルス幅１０ｐｓのパルス光の照射による加工の結果に対して遜色ない。走査速度は、非特許文献１では２４０ｍｍ／ｓであったのに対して、本実施例では２０倍以上の５０００ｍｍ／ｓを達成することができた。このときのパルスのフルーエンスは、４．５Ｊ／ｃｍ^２であった。なお、これより小さいフルーエンスでは、Ｍｏの残渣が観測されるケースがあった。非特許文献１に記載されたパルス幅１０ｐｓより大きなパルス幅でも上記の加工が可能になったのは、フルーエンスの設定による影響が推定される。フルーエンスとパルス幅、加工対象との関係は、ケースバイケースであり、今回では、これまで想定のないパルス幅でも加工が現実に可能になったので、提示されている。

【0026】

なお、スポットとスポットとの間の捲れ上がりとは、図７のＳＥＭ写真において破線丸内に示されるように、隣り合う２つのパルス光照射スポットの間でＭｏ膜が捲れ上がる欠陥をいう。同図の加工条件は、パルスの半値全幅が１０〜２０ｎｓに設定されてあり、パルス光出力の繰り返し周波数が２５０ｋＨｚであり、パルス光照射の平均パワーが８Ｗであり、走査速度が５０００ｍｍ／ｓであった。

【0027】

また、上記の構成のパルスレーザ光源１は数百ｍＡ（２００ｍＡを超える）の駆動電流を直接変調された半導体レーザを種光源１０として備えるＭＯＰＡ構造であって、このパルスレーザ光源１から出力されるパルス幅がサブナノ秒であるパルス光を用いて加工を行うことから、以下のような有利な点がある。すなわち、パルスレーザ光源１は、種光源１０から出力され第１段のＹｂＤＦ２０により増幅されたパルス光についてバンドパスフィルタ３０によりピーク波長より短波長側および長波長側の一方を他方より減衰させて出力するので、パルス幅がサブナノ秒に圧縮されたパルス光を出力することができる。

【0028】

その結果、図８中に実線で示されるように、図１のパルスレーザ光源１から種光源１０のチャーピング成分をＢＰＦで切り出すことで、パルス幅がサブナノ秒に圧縮されて出力されるパルス光のスペクトルは、種光源１０としての半導体レーザから出力されるパルス光のスペクトルのピーク波長に加えて、これと異なる波長にもサブピークを有し、ピークおよびサブピークを含めた全体のスペクトルの半値全幅が１０ｎｍ以上になる。サブピーク値はピーク値の２分の１程度である。なお、同図中に破線で示されるスペクトルは、図７にＳＥＭ写真が示された加工の際のパルス光のスペクトルで、ＢＰＦを実線のようにチャーピング成分を切り出さず、種光源出力の透過量が最大になるように設定したものである。

【0029】

図９に、上記図３、図５に使用したパルスレーザ光源とは異なるパルスレーザ光源（図１で示したものと同じ構造）でのスペクトル波形（光出力と時間）を示す。パルス幅の半値幅は、０．９６ｎｓである。このパルス光を使用して、図６での事例と同様の加工を行ったところ、図１０の結果が得られた。図１０は、透明ガラス板上のＭｏ膜の除去を行ったときの(a)ＳＥＭ写真および(b)その３次元画像の図である。この加工品質は、非特許文献１に記載されたパルス幅１０ｐｓのパルス光の照射による加工の結果に対して遜色ない。走査速度は、４０００ｍｍ／ｓを達成することができた。このときのパルス光の繰り返し周波数は１５０ｋＨｚであり、パルスの平均パワーは８Ｗであり、フルーエンスは、８．９Ｊ／ｃｍ^２であった。

【0030】

図８中に実線で示されるようなスペクトルのブロードバンド化は、矩形の断面形状を有するコアを含む光ファイバにパルス光を伝搬させることによってビームホモジナイズ（ビームプロファイル均一化）を行う際に有利である。何故なら、ビームホモジナイズのメカニズムは、マルチ横モード化に依るからである。パルス光のスペクトル幅が広くなれば、複数の横モード間の干渉によるスペックルが抑圧され、ダークスポットの生成を避けることができる。

【0031】

図１１は、図８中に破線でスペクトルが示されたパルス光が矩形コア光ファイバを伝搬した後のビームプロファイルを示す図である。また、図１２は、図８中に実線でスペクトルが示されたパルス光が矩形コア光ファイバを伝搬した後のビームプロファイルを示す図である。何れの場合も、矩形コア光ファイバのコアサイズは５０μｍ×５０μｍであり、矩形コア光ファイバのＮＡは０.１８であり、矩形コア光ファイバの長さは１０ｍであった。

【0032】

図１１に示されるビームプロファイルでは、極小値（Valley）と最大値（peak）との比であるＶ／Ｐ比率は４５％でしかない。これに対して、図１２に示されるビームプロファイルではＶ／Ｐ比率は６３％である。したがって、直接変調された半導体レーザを種光源とするＭＯＰＡ構造のパルスレーザ光源１を用いてビームホモジナイズを行う場合は、種光源１０のチャーピング成分をＢＰＦで切り出し、パルス幅を圧縮する方が、スペクトル幅が広がり、ビームホモジナイズしたレーザ光加工を行う方法には有利であることが明らかである。

【0033】

また、図７のＳＥＭ写真において破線丸内に示されるようなスポットとスポットとの間のＭｏ膜の捲れ上がりはＭｏ膜の剥離や捲れの原因となるが、これを防ぐには、ビームホモジナイズを行ってパルス光の断面形状を矩形とし矩形のスポットをＭｏ膜上に並べることが一つの有効な解決策となる。

【0034】

図１１および図１２それぞれにビームプロファイルが示された例は、ＭＯＰＡ光源の出力ファイバ（コア径１０μｍの単一モードファイバ）の端面を上記矩形コアファイバの端面に直接融着するという簡易的手段を採ったものである。しかし、出力ファイバと矩形コアファイバとの光学的な接続に際して、両者の間に空間光学系を設けてもよく、出力ファイバの端面から出射されたパルス光を高ＮＡのレンズにより集光して矩形コアファイバの端面に結合することで、横モードのマルチ化が更に促進されて、Ｖ／Ｐ比率が一層改善されると期待される。なお、矩形コアファイバを使用する際は、重なり率は、５０％以下となるように設定しても良い。

【0035】

尚、図４に示した透明ガラス板上のＴＣＯ（Transparent Conductive Oxide）膜の除去は、半値全幅５ｎｓ程度の比較的広いパルス幅を有するパルスで、パルス光出力の繰り返し周波数を１６０ｋＨｚとし、パルス光照射の平均パワーを１０Ｗとし、更に走査速度が２５００ｍｍ／ｓとした時に成功した。尚、この時のTCO膜は主に二酸化スズで構成されていた。即ち、半導体レーザを電気信号により直接変調してパルス光を繰り返して出力し、希土類元素が添加されたガラスを光増幅媒体として含む光増幅器で増幅するＭＯＰＡ構造を有するファイバレーザは、上述のようなパルス列を出力でき、ガラス上のＴＣＯ膜であれ、ガラス上のＭｏなどの金属膜であれ、何れも除去できる能力を有する点で、好適である。

【0036】

なお、本実施形態のレーザ加工方法は、透明ガラス板上のＭｏ膜に限らず、その他の透明材料からなる基板上に形成された接着性の比較的弱い金属膜の加工の全般に有効である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図5】

【図8】

【図9】

【図4】

【図6】

【図7】

【図10】

【図11】

【図12】