(57)【要約】  光走査装置（３２）が、光を等速で角移動させながら放射する投光手段（６５）と、投光手段（６５）から放射された光を反射して所定の走査線（５２）上の任意の被照射点に導くための光反射手段（６６）と、を備える。光反射手段（６６）は、複数の反射部（７１，７２）を有して投光手段（５６）から放射された光を２度以上反射して任意の被照射点に導く。各反射部（７１，７２）が複数の反射面（７７，７８）から構成される。投光手段（６５）から被照射点までの光路長が、走査線（５２）上の全ての被照射点にわたって略一定であり、且つ、投光手段（６５）から放射された光の走査線（５２）の走査速度が略一定である。
2012120892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を等速で角移動させながら放射する投光手段と、
前記投光手段から放射された光を反射して所定の走査線上の任意の被照射点に導くための光反射手段と、を備え、
前記光反射手段は複数の反射部を有して前記投光手段から放射された光を２度以上反射して前記任意の被照射点に導き、前記反射部の各々が複数の反射面から構成され、
前記投光手段から前記被照射点までの光路長が前記走査線上の全ての被照射点にわたって略一定であり、且つ、前記投光手段から放射された光の前記走査線上での走査速度が略一定である、光走査装置。
【請求項２】
前記反射面の少なくとも一つが平面である、請求項１に記載の光走査装置。
【請求項３】
前記投光手段が等速で回転する回転多面鏡を有する、請求項１に記載の光走査装置。
【請求項４】
前記回転多面鏡が７以上の反射面を有する、請求項３に記載の光走査装置。
【請求項５】
前記走査線が直線である、請求項１に記載の光走査装置。
【請求項６】
前記投光手段がパルスレーザを放射する、請求項１に記載の光走査装置。
【請求項７】
パルスレーザを扁平にするシリンドリカルレンズを更に備える、請求項６に記載の光走査装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光走査装置を備え、ワークに形成された薄膜層にレーザビームで加工ラインを形成するレーザ加工装置。
【請求項９】
前記ワークを所定の送り速度で一方向に送る定速送り装置と、
前記レーザビームでワークに加工ラインを形成する加工部で該ワークを正確な位置に支持するワーク位置保持機構と、
前記光走査装置及び前記定速送り装置を制御する制御装置と、を備え、
前記光走査装置が、前記定速送り装置で送るワークに対して送り方向と交差する方向にレーザビームを照射し、
前記制御装置が、前記定速送り装置でワークを所定速度で送りながら、又はワークの送り速度を検出して送りながら、前記光走査装置からワークの送り方向と交差する方向に１本のレーザビームを走査し、この１本のレーザビームの加工ラインが、所定の送り速度で送るワークの送り方向に対して直角となるようにワークの送り速度とレーザビームの走査速度とを相対的に制御する、請求項８に記載のレーザ加工装置。
【請求項１０】
前記定速送り装置は、一方向に送るワークとレーザビームとの平面方向相対角度を調整する捻り補正機能を具備している、請求項９に記載のレーザ加工装置。
【請求項１１】
前記レーザビームは、走査方向に長い扁平ビームである、請求項９に記載のレーザ加工装置。
【請求項１２】
前記ワークは、ガラス基板に薄膜を成膜したものであり、前記レーザビームは透過レーザビームであり、
前記透過レーザビームをガラス基板の反薄膜層方向から照射して薄膜層に加工ラインを形成するように構成した、請求項９に記載のレーザ加工装置。
【請求項１３】
前記ワーク位置保持機構は、前記薄膜層を上面にして送るワークの下方に設けたワーク支持機構と、ワークの上方に設けた非接触のワーク押付機構とを有している、請求項９に記載のレーザ加工装置。
【請求項１４】
前記ワークの薄膜層の方向に除去膜吸引手段を設けた、請求項９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、レーザビーム等の光を走査線に沿って走査する光走査装置、及びこのような光走査装置を備えたレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザビームを直線状の走査線に沿って走査する技術が、レーザプリンタやファクシミリやレーザ加工装置等に、広く利用されている。例えば、太陽光発電のための太陽電池として薄膜系の太陽電池やフレキシブル太陽電池等（以降、便宜上「薄膜系太陽電池」と総称する）が知られているところ、薄膜系太陽電池は、その製造工程において、基板の片面に金属膜やシリコン膜等の半導体を成膜してなるワークに、レーザビームでパターニング加工を行うレーザ加工装置が用いられている。ワークの基板には、所定長を有した長方形状のガラス基板や、ロール・ツー・ロール製法で用いられるフレキシブル基板等が含まれる。レーザ加工装置を用いたパターニング加工では、ワークに設定される走査線に沿ってレーザビームを走査し、走査線に沿って薄膜層を部分的に剥がし、それにより加工ラインを形成する。パターニング加工後に残された薄膜層により薄膜系太陽電池が構成される。なお、一般に、パターニング用レーザ加工装置では、微細加工の容易性や熱的影響の抑制効果等に照らし、レーザビームにパルスレーザが適用される。レーザビームにパルスレーザを適用した場合、あるタイミングで発振されたレーザの照射領域を１パルス幅だけ前に発振されたレーザの照射領域とワーク上で部分的にオーバーラップさせるようにしてパルスレーザが走査され、それにより加工ラインの連続性を担保する。なお、隣接する２パルスのレーザビームの照射領域同士がオーバーラップする領域は、「被り代」とも称される。【０００３】
このようにレーザ加工装置やレーザプリンタ等には、レーザビームを走査する光走査装置が適用される。光走査装置は、基本的には、レーザ発振器等の光源から出射されたレーザ光を、ポリゴンミラーやガルバノミラー等の偏向器で角移動させ、角移動するレーザビームを被照射面に照射する。これによりレーザビームが被照射面上で直線状に走査される。偏向器は、動作信頼性を高めるため、一般に等速で駆動され、それによりレーザ光も等速で角移動する。しかし、直線状の走査線に沿って走査する場合、そのままでは、走査線の端点付近と中間部分とでレーザビームの走査速度に差が生じる。レーザ加工装置においては、この走査速度の差が被り代の大きさの変化となって現れ、それにより加工ムラを生じてしまう。この差を解消する光学素子としてｆθレンズが良く知られているが、ｆθレンズの設計には高度なノウハウを必要とするし、製造設備又は製造用具のサイズの制約から大型化が困難である。そこで従来、ｆθレンズの替わりに偏向器の等速動作及びレーザ光の等速走査を同時実現するための光学素子が、種々開発されている。【０００４】
例えば、特許文献１は、レーザプリンタ又はファクシミリ用の光走査装置にｆθレンズの替わりに設けられる光学素子として、１枚の球面ミラーを開示している。偏向器からのレーザビームは、当該球面ミラーで反射して感光体面上に集光する。この球面ミラーを適用することで、レーザビームの走査速度を走査線の延在方向に均等に補正したり、集光面において広画角にわたって良好な歪曲特性及び良好な像面平坦性を得たりすることが図られている。【０００５】
一方、レーザ加工装置においては、レーザビームが走査線上のどの位置でも合焦可能であることや、レーザビームがワークに極力垂直に入射することが、加工ムラの抑制に有効である。また、前述のとおり、ｆθレンズをレーザ加工装置に適用することは現実的に困難である。そこで特許文献２は、レーザ加工装置用の光走査装置にｆθレンズの替わりに設けられる光学素子として、略放物面を成すようにして並べられた複数のミラーを開示している。偏向器からのレーザビームは、ミラーで反射されてワークに落射する。このように配置されたミラーを適用することで、偏向器の回転角に関わらず、レーザビームがワークに極力垂直に入射する。また、偏向器の回転角に関わらず偏向中心からワークまでの光路長を極力一定とすることができ、走査中にレーザビームをワーク上で合焦させ続けることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１−２００２２０号公報
【特許文献２】特開２０１１−０００６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に開示された光走査装置においては、球面ミラーが連続面であるので、大型化が困難である。よって、レーザ加工装置のように、レーザビームの走査範囲が比較的大きい用途には適用することが困難である。【０００８】
一方、特許文献２に開示されたレーザ加工装置においては、複数のミラーが並べて配置されるので、特許文献１のようにサイズの制約を受けにくいが、偏向器の動作速度を等速にした場合のレーザビームの走査速度の差を解消することはできない。当該レーザ加工装置において走査速度の違いを抑えるには、偏向器を速度可変に駆動するより他なく、レーザ加工装置の動作信頼性を保証することが困難となる。【０００９】
そこで本発明は、偏向動作を等速としながら合焦状態を維持すると共にレーザを等速で走査させ、更にはこのようなレーザビーム等の光を走査する光走査装置の製造及び大型化を容易にすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記目的を達成すべくなされたものである。本発明に係る光走査装置は、光を等速で角移動させながら放射する投光手段と、前記投光手段から放射された光を反射し、所定の走査線上の任意の被照射点に導くための光反射手段と、を備え、前記光反射手段は複数の反射部を有して前記投光手段から放射された光を２度以上反射して前記任意の被照射点に導き、前記反射部の各々が複数の反射面から構成され、前記投光手段から前記被照射点までの光路長が前記走査線上の全ての被照射点にわたって略一定であり、且つ、前記投光手段から放射された光の前記走査線上での走査速度が略一定である。【００１１】
前記構成によれば、投光手段が光を等速で角移動させながら放射するので、光の偏向動作を単純化することができる。また、投光手段から被照射点までの光路長が走査線上の全ての被照射点にわたって略一定であり且つ投光手段からの放射された光の走査線の走査速度が略一定である。したがって、光の偏向角に関わらず合焦状態を維持しながら、レーザビームを等速で移動させることができる。光反射手段が複数の反射部を有して投光手段から放射された光を２度以上反射して任意の被照射点に導き、各反射部が複数の反射面から構成されるので、光反射手段の製造及び大型化を容易にしながら、上記の作用効果を実現することができる。【００１２】
前記反射面の少なくとも一つが平面であってもよい。前記構成によれば、光反射手段を一層容易に製造することができる。【００１３】
前記投光手段が等速で回転する回転多面鏡を有していてもよい。前記構成によれば、光を等速で角移動させながら放射することを実現することができる。【００１４】
前記回転多面鏡が７以上の反射面を有していてもよい。前記構成によれば、光を等速で角移動させながら放射し、且つ、前述の作用を実現することができる。【００１５】
前記走査線が直線であってもよい。前記投光手段がパルスレーザを放射してもよい。パルスレーザを扁平にするシリンドリカルレンズを更に備えていてもよい。【００１６】
また、本発明に係るレーザ加工装置は、前述したような光走査装置を備え、ワークに形成された薄膜層にレーザビームで加工ラインを形成する。【００１７】
前記構成によれば、偏向動作を単純化しながら、合焦状態を維持すると共にワークを極力等速で移動させることができる。【００１８】
前記ワークを一定の送り速度で一方向に送る送り装置と、前記レーザビームでワークに加工ラインを形成する加工部で該ワークを正確な位置に支持するワーク位置保持機構と、前記光走査装置及び前記送り装置を制御する制御装置と、を備え、前記光走査装置が、前記送り装置で送るワークに対して送り方向と交差する方向にレーザビームを照射し、前記制御装置が、前記送り装置でワークを前記送り速度で送りながら、又はワークの送り速度を検出して送りながら、前記光走査装置からワークの送り方向と交差する方向に１本のレーザビームを走査し、この１本のレーザビームの加工ラインが、所定の送り速度で送るワークの送り方向に対して直角となるようにワークの送り速度とレーザビームの走査速度とを相対的に制御してもよい。【００１９】
前記構成によれば、ワークを正確な位置で支持して送りながら光走査装置から１本のレーザビームを走査して、ワークの送り方向に対して直角となる加工ラインを薄膜層に形成することができる。このため、ワークの薄膜層に加工ラインを高速で１回の通過によってパターニング加工でき、加工を効率良く行うことができる。また、ワークの速度を検出してフィードバック制御し、レーザビームの走査タイミングを調整する方式を用いることで、ロール・ツー・ロール製法等、連続的に流れるワークに対応することも可能である。したがって、太陽電池の生産工程における更なるタクトの短縮化を図って生産効率の向上を図ることができる。【００２０】
前記定速送り装置は、一方向に送るワークとレーザビームとの平面方向相対角度を調整する捻り補正機能を具備していてもよい。【００２１】
前記構成によれば、ワークの捻りを抑制するようにワークとレーザビームとの平面方向相対角度を調整しながら加工をすることができる。【００２２】
前記レーザビームは、走査方向に長い扁平ビームであってもよい。【００２３】
前記構成によれば、１本の扁平ビームを高速で走査させることで加工ラインを高速で加工することができ、更なるタクトの短縮化による生産効率の向上を図ることができる。【００２４】
前記ワークは、ガラス基板に薄膜を成膜したものであり、前記レーザビームは透過レーザビームであり、前記透過レーザビームをガラス基板の反薄膜層方向から照射して薄膜層に加工ラインを形成するように構成してもよい。【００２５】
前記構成によれば、光走査装置の反照射側で薄膜層にマイクロエクスプロージョン効果を生じさせ、低出力で加工効率を上げた加工ラインの形成ができる。【００２６】
前記ワーク位置保持機構は、前記薄膜層を上面にして送るワークの下方に設けたワーク支持機構と、ワークの上方に設けた非接触のワーク押付機構とを有していてもよい。【００２７】
前記構成によれば、ワークの送り時に薄膜層に接触する構造をなくして、ワークの薄膜層が傷つくのを防ぐことができる。【００２８】
前記ワークの薄膜層の方向に除去膜吸引手段を設けてもよい。【００２９】
前記構成によれば、レーザビームで剥がされた膜を吸引手段で吸い取ることにより、レーザビームで除去した膜が薄膜層に再付着するのを防止することができる。
【発明の効果】
【００３０】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、偏向動作を等速としながら、合焦状態を維持すると共にレーザを等速で走査させることができる。また、更にはレーザビーム等の光を走査する光走査装置の製造及び大型化を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１に示すレーザ加工装置におけるレーザビームの走査方向を示す概念図である。
【図３】図１に示すビーム走査ユニットの概要構成を示す概念図である。
【図４】図３に示す偏向中心、一次反射面、二次反射面及び走査線の位置関係を示す概念図である。
【図５Ａ】図３に示す二次ミラーの構造の一例を示す部分側面図である。
【図５Ｂ】図３に示す二次ミラーの構造の一例を示す部分側面図である。
【図６】図３に示すポリゴンミラーの部分断面図である。
【図７】図３に示すビーム走査ユニットから照射されるパルスレーザの被り代を示す概念図である。
【図８】図１に示すレーザ加工装置の加工部を模式的に示す側面図である。
【図９】図８に示す加工部を拡大して模式的に示す部分側面図である。
【図１０】図８に示す加工部におけるレーザビームの照射の作用を示す部分側面図である。
【図１１Ａ】図１に示すレーザ加工装置による太陽電池の製造手順を示す側断面図であって、薄膜層を成膜する前のガラス基板の側断面図である。
【図１１Ｂ】図１に示すレーザ加工装置による太陽電池の製造手順を示す側断面図であって、図１１Ａに示すガラス基板に透明電極層を成膜する工程を示すワークの側断面図である。
【図１１Ｃ】図１に示すレーザ加工装置による太陽電池の製造手順を示す側断面図であって、図１１Ｂに示すワークに加工ラインを形成する工程を示すワークの側断面図である。
【図１１Ｄ】図１に示すレーザ加工装置による太陽電池の製造手順を示す側断面図であって、図１１Ｃで示す加工ライン形成後に光電変換層を成膜する工程を示すワークの側断面図である。
【図１１Ｅ】図１に示すレーザ加工装置による太陽電池の製造手順を示す側断面図であって、図１１Ｄに示すワークに加工ラインを形成する工程を示すワークの側断面図である。
【図１１Ｆ】図１に示すレーザ加工装置による太陽電池の製造手順を示す側断面図であって、図１１Ｅに示す加工ライン形成後に裏面電極層を成膜する工程を示すワークの側断面図である。
【図１１Ｇ】図１に示すレーザ加工装置による太陽電池の製造手順を示す側断面図であって、図１１Ｆに示すワークに加工ラインを形成する工程を示すワークの側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。同一の又は対応する要素には全ての図を通じて同一の符号を付し、重複する詳細な説明を省略する。また、以降の説明では、レーザ加工装置１が、薄膜系太陽電池を製造する際のパターニング加工に用いられ、ワーク５が、基板７に薄膜層６を形成してなる薄膜系太陽電池の中間製品である場合を例示する。
【００３３】
［レーザ加工装置の全体構成］
図１は、本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置１を模式的に示す斜視図である。図１に示すように、レーザ加工装置１は、送り装置３、レーザビームユニット３０及び制御装置６０を備えている。
【００３４】
送り装置３は、薄膜層６を上に向けた水平姿勢でワーク５を支持し且つワーク５を水平な一方向である送り方向Ｙに定速で送る。なお、ワーク５の縦方向は送り方向Ｙに平行に向けられ、ワーク５の幅方向は送り方向Ｙに直交する水平な方向に向けられる。送り装置３は、鉛直方向のＺ軸回りにワーク５の姿勢を正すワーク把持部１２を備えている。このワーク把持部１２の動作によってワーク５の幅方向とレーザビーム５０の走査線との平面方向相対角度を調整し、ワーク５の縦方向と送り方向Ｙとの整合性を担保することができる。
【００３５】
レーザビームユニット３０は、レーザ発振器３１及びビーム走査ユニット３２を有している。レーザ発振器３１は、キロヘルツ〜メガヘルツオーダーの一定周波数でパルスレーザを逐次発振し、生成されたパルスレーザをビーム走査ユニット３２に逐次出射する。ビーム走査ユニット３２は、レーザ発振器３１からのレーザビーム５０を偏向しながらワーク５に照射する。これにより、レーザビーム５０が、ワーク５上で送り方向Ｙと交差する方向に走査される。
【００３６】
ワーク５に入射したレーザビーム５０は、基板７を透過して薄膜層６で合焦する。本実施形態では、薄膜層６を上に向けているので、ビーム走査ユニット３２が、送り装置３の下方に配置され、レーザビーム５０は、ビーム走査ユニット３２のビーム照射口３４を上向きに通過し、ワーク５に下から入射する。レーザビーム５０が走査されると、薄膜層６がレーザビーム５０の走査線に沿って剥がされ、線状の溝（以降、「加工ライン５２」と称す）が薄膜層６に形成される。レーザビーム５０の走査線は、ワーク５の幅方向に直線的に延び、加工ライン５２もワーク５の幅方向に延びるように形成される。１つのワーク５には、ワーク５の縦方向に間隔をおいて並べられた複数本の加工ラインが形成される。
【００３７】
レーザ加工装置１には、送り方向Ｙに関してビーム走査ユニット３２が設置されている箇所近傍で加工部３３が設けられ、この加工部３３に、ワーク位置保持機構２０が設けられている。ワーク位置保持機構２０は、ワーク５を正確な位置に支持する。より具体的には、ワーク位置保持機構２０は、送り方向Ｙに関して少なくともビーム走査ユニット３２が設置されている箇所近傍で、ワーク５の送り方向Ｙの移動を許容しつつワーク５の位置を上下方向に拘束する。これにより、レーザビーム５０の焦点が、所望位置から上下方向（概ねレーザビーム５０の光路方向に一致）にズレるのを抑えることができる。
【００３８】
制御装置６０は、送り装置３、レーザビームユニット３０、ワーク把持部１２及びワーク位置保持機構２０を制御する。制御装置６０は、１本の加工ラインを形成する間にパルスレーザが一定の周波数で発振されるように、レーザ発振器３１を制御する。制御装置６０は、１本の加工ラインを形成する間にレーザビーム５０が定速で走査されるように、ビーム走査ユニット３２を制御する。
【００３９】
レーザ加工装置１は、ワーク５を送りながら加工ライン５２を形成してもよいし、加工ライン５２を形成する間にワーク５の送りを停めてもよい。ワーク５を送りながら加工ライン５２を形成する場合、制御装置６０は、必要な数の加工ライン５２を形成する間にワーク５が送り方向Ｙに定速で又は不等速で連続的に送られ続けるように、送り装置３を制御する。
【００４０】
図２を参照して、ワーク５を定速で送りながら加工ライン５２を形成する場合におけるレーザビーム５０の走査方向について簡単に注釈する。この場合、レーザビーム５０の走査線は、送り方向Ｙに送られているワーク５から見たときに、ワーク５の幅方向に平行に直線的に延びることが求められる。一方で、ビーム走査ユニット３２は送り方向Ｙに移動せず、ワーク５は送り方向Ｙに定速で並進し、レーザビーム５０は後述のとおり定速で走査されようと試みられる。したがって、レーザビーム５０の走査線は、ビーム走査ユニット３２を設置した地面から見たときに、ワーク５の縦方向にもワーク５の幅方向にも傾斜した水平な方向に直線的に延びていることが求められる。
【００４１】
以降の説明では、レーザビーム５０の走査方向を、地面から見たものであると明確にする場合に「対地走査方向ＸＧ」と称し、送り方向Ｙに送られているワーク５から見たものであると明確にする場合に「相対走査方向ＸＷ」と称す。レーザビーム５０の走査速度についても、地面から見たものであると明確にする場合に「対地走査速度ＶＸＧ」、送り方向Ｙに送られているワーク５から見たものであると明確にする場合に「相対走査速度ＶＸＷ」と称す。なお、相対走査方向ＸＷはワーク５の幅方向に相当する。
【００４２】
相対走査速度ＶＸＷは、水平面内での対地走査速度ＶＸＧとワーク５の送り速度ＶＹとの合成速度に相当する。相対走査方向ＸＷは、送り方向Ｙに対して直交する。ここで、水平面内での相対走査方向ＸＷと対地走査方向ＸＧとが成す角を傾斜角φとする。送り速度ＶＹを対地走査速度ＶＸＧで除算すれば、傾斜角φの正弦を得ることができる（sinφ＝ＶＹ／ＶＸＧ）。また、対地走査速度ＶＸＧに傾斜角φの余弦を乗算すれば、相対走査速度ＶＸＷを得ることができる（ＶＸＷ＝ＶＸＧ×cosφ）。
【００４３】
なお、後述のとおり、本実施形態では、ポリゴンミラーが一方向に連続回転し、それによりレーザビーム５０を走査する。ここで、レーザビーム５０がポリゴンミラーの或る稜部に入射してから次の稜部に入射するまでポリゴンミラーが回転すると１本の加工ライン５２が形成され、当該或る稜部から放射されたレーザビーム５０が当該１本の加工ライン５２の始点を形成し、当該次の稜部から放射されたレーザビーム５０が当該１本の加工ライン５２の終点を形成すると仮定する。この場合、ワーク５の縦方向における加工ライン５２同士の間隔ＬＹを、ワーク５の幅方向における加工ライン５２の長さＬＸＷで除算すれば、傾斜角φの正接を得ることができる（tanφ＝ＬＹ／ＬＸＷ）。
【００４４】
［ビーム走査ユニット］
次に、上記レーザ加工装置１に適用されたビーム走査ユニット３２の構成及び作用について説明する。なお、以降の説明では、レーザビーム５０の走査方向をワーク５の送り方と関係なく一般化する目的で、視点をワーク５におくこととする。すなわち、以降の説明では、「走査方向Ｘ」は、特段断らない限り相対走査方向ＸＷであり、「走査線」は、特段断らない限り相対走査方向ＸＷにおける走査線であり、「走査速度ＶＸ」は、特段断らない限り相対走査速度ＶＸＷである。上記式（sinφ＝ＶＹ／ＶＸＧ、ＶＸＷ＝ＶＸＧ×cosφ、tanφ＝ＬＹ／ＬＸＷ）を用いれば、以降のワーク基準での説明を、ワーク５を一定の送り速度ＶＹで連続的に送りながら加工ライン５２を形成する場合における地面基準での説明に換えることができる。
【００４５】
なお、ワーク５の送り速度が一定でない場合においては、上記式をそのまま用いることはできないが、送り速度と共に経時変化する傾斜角及び対地走査速度を時間に応じて導出することは可能である。よって、時間に応じて導出された傾斜角及び対地走査速度を用いれば、以降のワーク基準での説明を地面基準での説明に換えることができる。ワーク５の送りを止めて加工ラインを形成する場合においては、相対走査方向が対地走査方向と一致し、相対走査速度が対地走査速度と一致する。
【００４６】
このように、以降に説明するビーム走査ユニット３２は、ワーク５の送り方に関係なく、薄膜系太陽電池のパターニング加工を行うレーザ加工装置１に好適に適用可能である。なお、以降に説明するビーム走査ユニット３２は、薄膜系太陽電池以外のパターニング加工に用いることもでき、パターニング加工以外のレーザ走査に用いることもできる。
【００４７】
図３は、ビーム走査ユニット３２の構成を示す概念図である。図３に示すように、ビーム走査ユニット３２は、レーザビーム５０を走査する光学系を構成する光学素子又は光学ユニットとして、レーザビーム５０の光路に沿ってビーム発振器３１から順に、レンズ６１、プリズム６２、第１折返しミラー６３、第２折返しミラー６４、投光部６５、光反射部６６及びシリンドリカルレンズ６７を備えている。ビーム走査ユニット３２は、上記光学素子及び光学ユニットの一部を内蔵する筐体６９を備えている。
【００４８】
図３は、筐体６９が第２折返しミラー６４、投光部６５、光反射部６６及びシリンドリカルレンズ６７を収容する場合を例示しているが、これは一例に過ぎず、レンズ６１、プリズム６２及び第１折返しミラー６３が筐体６９に収容されていてもよいし、シリンドリカルレンズ６８が筐体７０外に配置されていてもよい。なお、前述したビーム照射口３４は、筐体６９の上面に設けられている。レーザビーム５０は、ビーム照射口３４を介して筐体６９の内部から外部へと上向きに出射する。
【００４９】
レンズ６１は、レーザ発振器３１で生成されたレーザビーム５０が焦点を結ぶことを可能にするための光学素子である。プリズム６２、第１折返しミラー６２及び第２折返しミラー６３は、レンズ６１を通過したレーザビーム５０をポリゴンミラー６５に導く。また、これら素子６２〜６４は、ポリゴンミラー６５よりも光路上流側で、レーザビーム５０をワーク５で合焦させるために必要な光路長を確保すべく光路を折り曲げる光学ユニットを構成する。これら素子６２〜６４は適宜省略可能であるし、他のプリズム又はミラーが、レンズ６１とポリゴンミラー６５との間に適宜追加されてもよい。
【００５０】
投光部６５は、第２折返しミラー６４から入射したレーザビーム５０を等速で角移動させるようにして放射する。光反射部６６は、投光部６５から放射された光を反射し、走査線上の任意の被照射点に導く。投光部６５の動作により、被照射点がワーク５上の走査線に沿って走査方向Ｘに順次移動する。投光部６５から被照射点までの光路長は全ての被照射点にわたって略一定である。また、投光部６５から放射されたレーザビーム５０の走査線上での走査速度ＶＸは略一定となる。以下、これを実現するように構成された投光部６５及び光反射部６６について説明する。
【００５１】
本実施形態に係る投光部６５は、ポリゴンミラー（回転多面鏡）７０及び偏向アクチュエータ７５を備えている。ポリゴンミラー７０は、筐体６９内に回転可能に設けられた偏向器であり、ポリゴンミラー７０の回転軸線は、走査方向Ｘと直交する水平な方向に向けられている。偏向アクチュエータ７５は、例えば電気モータであり、ポリゴンミラー７０を定速で一方向に回転駆動する。これにより、ポリゴンミラー７０からのレーザビーム５０が等速で角移動する。偏向アクチュエータ７５及びポリゴンミラー７０の当該動作及びそれにより生じるレーザビーム５０の当該偏向作用は、制御装置６０（図１参照）により制御される。
【００５２】
ポリゴンミラー７０は、全体として正多角柱状に形成されており、その側面それぞれに設けられた複数の反射面を有している。レーザビーム５０は、回転しているポリゴンミラー７０の側部に入射し、そのときのポリゴンミラー７０の回転角度位置に応じた反射角で反射する。レーザビーム５０がポリゴンミラー７０の稜部で反射してから次の稜部で反射するまでの間、ポリゴンミラー７０は、３６０／Ｎ[deg]回転する（Ｎ：ポリゴンミラーの反射面数）。その間、ポリゴンミラー７０で反射したレーザビーム５０は、ポリゴンミラー７０の回転角の２倍（すなわち、７２０／Ｎ[deg]）だけポリゴンミラー７０上の反射点（すなわち、偏向中心）を中心に角移動する。なお、偏向中心の位置は、ポリゴンミラー７０の回転角によって僅かに移動するが、以降の説明では、ポリゴンミラー７０の回転角に応じた偏向中心の移動を無視する。逆に言えば、本書では、厳密な意味での偏向中心の移動範囲全体を指して「偏向中心」と称する。
【００５３】
本実施形態では、レーザビーム５０がポリゴンミラー７０の或る稜部で反射してから次の稜部で反射するまでの間（すなわち、レーザビーム５０が当該２つの稜部の間に挟まれた反射面を通過する間）に、レーザビーム５０がワーク５上で１本の走査線に沿って走査される。当該或る稜部で反射したレーザビームの被照射点は、走査線の始点であり、当該次の稜部で反射したレーザビーム５０の被照射点は、走査線の終点である。
【００５４】
本実施形態に係るビーム走査ユニット３２は、ポリゴンミラー７０の回転角に応じてレーザビーム５０の焦点距離を変える手段を備えていない（もっとも、本発明に係る光走査装置がかかる手段を備えることを妨げない）。仮に、光反射部６６が存在しなければ、レーザビーム５０の焦点は、円弧状の軌跡を描く。その軌跡の中心は偏向中心であり、その軌跡の半径は当該偏向中心から焦点までの光路長である。一方、走査線は、円弧状の軌跡と異なり、走査方向Ｘに直線的に延びる。すると、走査線上の任意の被照射点から焦点までの距離が、当該被照射点の位置（すなわち、レーザビーム５０の偏向角又はポリゴンミラー７０の回転角）に応じて変わってしまう。よって、ポリゴンミラー７０から走査線上の任意の被照射点までの光路長が、全被照射点にわたって一定とならず、当該被照射点の位置に応じて変わる。また、レーザビーム５０が等速で角移動していれば、レーザビーム５０の走査線上での走査速度も、一定とならない。
【００５５】
光反射部６６は、この問題を解消すべく、投光部６５からのレーザビーム５０を少なくとも２度反射してからワーク５に導く。光反射部６６は、投光部６５からワーク５上の走査線上の任意の被照射点までの光路長が全被照射点にわたって略一定となるように、また、レーザビーム５０が等速で角移動していてもレーザビーム５０の走査速度が略一定となるように、複数の反射部を有している。
【００５６】
本実施形態に係る光反射部６６は、投光部６５（ポリゴンミラー７０）からのレーザビーム５０を反射する一次反射部７１と、一次反射部７１からのレーザビーム５０を更に反射する二次反射部７２とを有し、投光部６５（ポリゴンミラー７０）からのレーザビーム５０を２度反射する。換言すれば、本実施形態に係るビーム走査ユニット３２は、レーザビーム５０を走査する光学系を構成する光学素子として、ポリゴンミラー７０とシリンドリカルレンズ６７との間に、前記一次反射部７１を構成する一次ミラー７３と、前記二次反射部７２を構成する二次ミラー７４とを備えている。光反射部６６は、これら一次ミラー７３及び二次ミラー７４により構成され、筐体６９内で固定されている。ただし、光反射部６６は、３以上の反射部を有していてもよい。
【００５７】
本実施形態では、光反射部６６がレーザビームを２度反射すると共にレーザビーム５０がワーク５に下から入射する。よって、第２折返しミラー６３からのレーザビーム５０は、概ね下向きにポリゴンミラー７０に入射する。ポリゴンミラー７０は入射したレーザビーム５０を概ね上向きに反射する。一次ミラー７３は、ポリゴンミラー７０よりも上方に配置され、ポリゴンミラー７０からのレーザビーム５０を概ね下向きに反射する。二次ミラー７４は、一次ミラー７３よりも下方に配置され、一次ミラー７３からのレーザビーム５０を概ね上向きに反射する。
【００５８】
図４は、偏向中心Ｃ、一次反射部７１、二次反射部７２及び走査線５２の位置関係を示す概念図である。図４に示すように、レーザビーム５０がポリゴンミラー７０の１枚の反射面を通過する間に、レーザビーム５０が１本の走査線５２に沿ってワーク５上で走査方向Ｘに移動する。仮に一次ミラー７３及び二次ミラー７４が存在しなければ、レーザビーム５０の焦点は、偏向中心Ｃを中心とした円弧ＶＡ（以降、「仮想円弧ＶＡ」と称す）を描くこととなる。仮想円弧ＶＡの半径Ｒは偏向中心Ｃから焦点までの光路長である。一次ミラー７３及び二次ミラー７４は、偏向中心Ｃから焦点までの光路を折り曲げ、それにより仮想円弧ＶＡをワーク５上で走査方向Ｘ（ワーク５の幅方向）に直線状に延びるように配置転換する。このように仮想円弧ＶＡを走査線５２に一致させるように配置転換するには、仮想円弧ＶＡの長さが走査線５２の長さと等しいことが求められる。走査線５２の長さは、前述したように、ワーク５の幅方向における加工ライン５２の長さＬＸＷに相当する。以降、これらを纏めてライン長ＬＸＷと称す。
【００５９】
ポリゴンミラー７０の反射面数をＮとすると、仮想円弧ＶＡの中心角（すなわち、レーザビーム５０の角移動範囲）は、７２０／Ｎ[deg]である。円周率をπ、仮想円弧ＶＡの半径をＲとすると、仮想円弧ＶＡの長さは、２πＲ／｛３６０×（Ｎ／７２０）｝であり、これがライン長ＬＸＷと等しい。一方、幾何学的に、ライン長ＬＸＷは仮想円弧ＶＡの直径よりも長くなり得ない。以上より不等式（１）を導くことができる。
【００６０】
【数１】
2012120892.tif 000003
式（１）より、本実施形態に係るポリゴンミラー７０は、７以上の反射面を有していることが求められる（Ｎは整数）。ただし、反射面数Ｎは、偶数であることが好ましい。偶数であれば、図４の縦軸を対称軸として光反射部６６（本実施形態では、より具体的には一次反射部７１及び二次反射部７２）を容易に配置可能となるからである。また、反射面数Ｎが大きくなると、走査線１本分に対応したポリゴンミラー７０の回転角及び仮想円弧ＶＡが小さくなり、ライン長ＬＸＷを長くすることが難しくなる。よって、ポリゴンミラー７０は、８枚の反射面を有していることが好ましい。図４は、ポリゴンミラー７０の反射面数が８である場合を例示しており、反射面１枚通過分の偏向範囲が９０度になっている。ただし、ポリゴンミラー７０の反射面数は必ずしも７以上でなくてもよく、例えば反射面１面を全て用いてレーザビーム５０を偏向させない場合などには、適宜ポリゴンミラー７０の反射面数を６以下とすることも可能である。
【００６１】
仮想円弧ＶＡを走査線５２に一致させるように配置転換するための具体的な方法論を説明すると、まず、仮想円弧ＶＡを等間隔に分割することにより複数の仮想分割円弧ＤＶＡ１，ＤＶＡ２，…を得る。そして、複数の仮想分割円弧ＤＶＡ１，ＤＶＡ２，…それぞれに対応した複数の仮想弦ＶＣ１，ＶＣ２，…を得る。そして、複数の仮想弦ＶＣ１，ＶＣ２，…がワーク５上で走査方向Ｘに順次に直線状に並ぶようにして、複数の仮想弦ＶＣ１，ＶＣ２，…を配置転換する。これにより、ワーク５上に配置転換された複数の仮想弦ＶＣ１´，ＶＣ２´，…によって走査線５２が形成される。
【００６２】
このように走査線５２を形成すると、仮想分割円弧ＤＶＡ１，ＤＶＡ２，…の両端２点が走査線５２上に配置転換され、仮想分割円弧ＤＶＡ１，ＤＶＡ２，…（すなわち、当該２点間を繋ぐ曲線）が、走査線５２よりも光軸方向下流側へと配置転換される。焦点は、この配置転換後の仮想分割円弧ＤＶＡ１´，ＤＶＡ２´，…に沿って角移動しようとする。配置転換後の仮想分割円弧ＤＶＡ１´，ＤＶＡ２´，…は、配置転換後の仮想弦ＶＣ１´，ＶＣ２´，…と同様にして、走査方向Ｘにおいて順次に連続する。
【００６３】
仮想円弧ＶＡを分割して複数の仮想分割円弧ＤＶＡ１，ＤＶＡ２，…を得ると、仮想分割円弧ＤＶＡ１，ＤＶＡ２，…はこれに対応した仮想弦ＶＣ１，ＶＣ２，…に良好に近似する。このため、ポリゴンミラー７０の偏向中心Ｃから走査線５２上の任意の被照射点までの光路長は、全ての焦点にわたって略一定となる。また、レーザビーム５０が等速で角移動していれば、焦点は配置転換後の仮想分割円弧ＤＶＡ１´，ＤＶＡ２´，…に沿って定速で角移動しようとする。仮想分割円弧ＤＶＡ１´，ＤＶＡ２´，…は、対応する仮想弦ＶＣ１´，ＶＣ２´，…と良好に近似しているので、焦点の挙動は、走査線５２に沿った等速直線移動と良好に近似する。
【００６４】
以上のように、本実施形態では、光反射部６６が、投光部６５からのレーザビームを反射する一次反射部７１と、一次反射部７１からのレーザビーム５０を更に反射する二次反射部７２とを有し、投光部６５からのレーザビーム５０を少なくとも２度反射し、光反射部６６が存在しないと仮定しない場合には投光部６５から放射されたレーザビーム５０の焦点が偏向中心Ｃを中心とする仮想円弧ＶＡを描くところ、光反射部６６はレーザビーム５０を（少なくとも）２度反射することより仮想円弧ＶＡを分割することにより得られる複数の仮想分割円弧ＤＶＡ１，ＤＶＡ２，…それぞれに対応した複数の仮想弦ＶＣ１，ＶＣ２，…をワーク５上で連続するように配置し、ワーク５に導かれたレーザビーム５０が配置転換された複数の仮想弦ＶＣ１´，ＶＣ２´，…によって形成される走査線５２に沿って走査される。これにより、ポリゴンミラー７０の動作を単純化しながら、レーザビーム５０をワーク５上で極力合焦させ続けつつ、レーザビーム５０を極力等速で走査方向Ｘに移動させることができる。このため、ビーム走査ユニット３２の動作信頼性を高めること、加工効率を向上すること、及び加工ムラを抑えることを同時に達成することができる。また、ポリゴンミラー７０の回転角に応じてレーザビーム５０の焦点距離を変える特別な手段を用いる必要性もなくなる。
【００６５】
仮想分割円弧ＤＶＡ１，ＤＶＡ２，…の分割数が増えれば増えるほど、仮想弦ＶＣ１，ＶＣ２，…の中点と仮想分割円弧ＤＶＡ１，ＤＶＡ２，…の中点との間の距離が小さくなり、焦点が仮想弦ＶＣ１，ＶＣ２，…に近付く。このため、光路長の一定性を高く保つことができるし、レーザビーム５０の等速性を高く保つことができる。分割数は、ビーム走査ユニット３２及びレーザ加工装置に許容される誤差に応じて適宜決めることができる。例えば、図４に示すように、ポリゴンミラー７０の反射面数Ｎが８である場合において、分割数が８（仮想分割円弧の中心角が１１．２５度）であれば仮想分割円弧と仮想弦の誤差（長さベース）が１．９８％となる。分割数を図示のものよりも増やした場合、例えば分割数が１６（仮想分割円弧の中心角が５．６２５度）であれば、同誤差が０．６３％となり、分割数が３６（仮想分割円弧の中心角が２．５度）であれば、同誤差が０．１０％となる。
【００６６】
仮想弦ＶＣ１，ＶＣ２，…をワーク５上に配置転換するには、当該仮想弦ＶＣ１，ＶＣ２，…に対応する仮想分割円弧ＤＶＡ１，ＤＶＡ２，…が構成する扇形を２度折り曲げればよい。すると、２個の折り目が扇形に形成される。そのうち１つ目（１回目）の折り目が一次反射部７１を構成する複数の反射面７７のうちの一つに相当し、２つ目（２回目）の折り目が二次反射部７２を構成する複数の反射面７８のうちの一つに相当する。扇形を２度以上折り曲げないと、複数の仮想弦ＶＣ１，ＶＣ２，…を直線に沿って並べ直すことができない。このために、光反射部６６は、複数の反射部（本実施形態では、一次反射部７１及び二次反射部７２の２種類の反射部）を有する。
【００６７】
仮想弦ＶＣ１，ＶＣ２，…を順次に連続させるには、隣接する扇形の１つ目の折り目同士が重ならないことが好ましい。すなわち、或る仮想分割円弧ＤＶＡ１，ＤＶＡ２，…に対応した一次反射部７１の反射面７７が、これに隣接する仮想分割円弧ＤＶＡ１，ＤＶＡ２，…に対応した一次反射部７１の反射面７７と重ならないことが好ましい。こうすれば、２つ目の折り目（すなわち、二次反射部７２を構成する反射面７８）を、これに対応する配置転換後の仮想弦ＶＣ１´，ＶＣ２´，…と走査線５２の直交方向に並べることができる。これにより、二次反射部７２で反射したレーザビーム５０を概ね垂直にワーク５に入射させることができる。このため、加工効率が向上するし加工ムラを抑えることができる。特に、隣接する扇形の１つ目の折り目の端部同士（すなわち、一次反射部７１を構成する複数の反射面７７のうち隣接する２つの反射面の端部同士）が連続していることが好ましい。すると一次反射部７１の全体を極力小型に形成することができる。
【００６８】
なお、一次反射部７１をこのように構成しても、２つ目の折り目は隣接する折り目と連続しない。すなわち、二次反射部７２を構成する複数の反射面７８のうち隣接する２つの反射面同士は、連続しない。ただし、仮想分割円弧ＤＶＡ１，ＤＶＡ２，…の分割数が増えれば増えるほど、２つ目の折り目の端部が隣接する折り目の端部と近付いていく。
【００６９】
本実施形態では、直線である仮想弦ＶＣ１，ＶＣ２，…を走査方向Ｘに延びる直線に沿うように配置転換するので、２つの折り目を両方とも直線とすることができる。つまり、或る仮想弦に対応する一次反射部７１の反射面７７と二次反射部７２を構成する反射面７８とがどちらも平面となる。特に、二次反射部７２においては、或る仮想弦に対応する反射面７８が、隣接する仮想弦に対応する反射面７８と離れて配置される。
【００７０】
図５Ａ及びＢは、二次ミラー７４Ａ，７４Ｂの構造を示す部分側面図である。二次ミラー７４は、上記のように二次反射部７２の反射面７８を配置可能な構成であれば、どのような構造を有していてもよい。例えば、図５Ａでは、光反射部６６が、互いに離れて配置された複数の二次ミラー７４Ａを備え、各二次ミラー７４Ａのミラー本体７６Ａに、扇形の折曲げによって得られた複数の反射面７８を個別に設けている。また、図５Ｂに示す二次ミラー７４Ｂのように、単一のミラー本体７６Ｂに複数の反射面７８を必要な位置に設け一体化する構成としてもよい。なお、図５Ａ及びＢでは、二次ミラー７４について例示したが、一次ミラー７３についても同様である。このように、各反射部７１，７２が、非連続に並ぶ複数の反射面７８から構成されるので、単一の非平面ミラーで光反射部を実現した場合と対比し、光反射部６６を容易に製造及び大型化することができる。特に、本実施形態では、全ての反射面７７，７８が平面であるので、光反射部６６を一層容易に製造することが可能である。ただし、必ずしも全ての反射面を平面としなくてもよい。
【００７１】
図６は、ポリゴンミラー７０の部分断面図である。まず図３を参照すると、レーザビーム５０は筐体６９内で上下に複数回折り返されるが、各素子６４，７０，７３，７４は光路と干渉しないように配置されることを求められる。そこで図６に示すように、ポリゴンミラー７０の側部には、４５度プリズム８１が設けられている。４５度プリズム８１は、入射したレーザビーム５０を入射方向と平行な方向に出射し、且つ出射光路を入射光路からポリゴンミラー７０の回転軸８２の軸線方向（図３では紙面直交方向）離すことができる。これにより、ポリゴンミラー７０から出射するレーザビーム５０を第２折返しミラー６４と干渉することなく一次反射部７１に導くことができる。しかも、図３紙面に対して傾斜する平面上に光路を配置する必要がなくなり、光学素子の設置作業が簡便になる。この４５度プリズムは、一次反射部７１及び二次反射部７２に適用されていてもよい。
【００７２】
図３に示すように、ビーム走査ユニット３２は、前述のとおりシリンドリカルレンズ６７を備えている。シリンドリカルレンズ６７は、二次反射部７２で反射したレーザビーム５０を扁平にする。
【００７３】
図７は、扁平されたパルスレーザを用いた加工ラインの形成を説明する概念図である。本実施形態に係るレーザ発振器３１はパルスレーザを生成する。パルスレーザは小径円形状であるところ、シリンドリカルレンズ６７を通過したパルスレーザ５１は、走査方向に長尺化して走査方向と直交する方向に短尺化し、楕円状に扁平になる。扁平の各パルスレーザ５１の照射領域は、１パルス幅だけ前に発振されたパルスレーザ５１の照射領域と部分的に重なる。このようにして被り代５９が形成されるようにパルスレーザ５１を照射することで、レーザビーム５０にパルスレーザ５１を適用しても加工ライン５２の連続性を担保することができる。本実施形態に係るビーム走査ユニット３２は、レーザビーム５０の走査速度ＶＸを略一定とすることができるので、被り代５９の大きさがバラつくのを抑えることができる。
【００７４】
このように扁平のパルスレーザ５１を用いると、その分走査速度を速くすることができ有益である。また、扁平させない場合と対比して、ワーク５の縦方向に凹凸が小さく且つ狭い加工ライン５２を形成することができる。なお、ワーク５を送りながら加工ライン５２を形成すると共に扁平のパルスレーザ５１を適用する場合には、扁平のパルスレーザ５１の長手方向寸法とワーク５の送り速度ＶＹとを考慮し、パルスレーザ５１の先端側を送り方向Ｙに少し出るような段差を持たせて照射してもよい。
【００７５】
これまで本発明の実施形態に係るビーム走査ユニットについて説明したが、上記構成は適宜変更可能である。投光部は、ポリゴンミラーに限定されず、例えばガルバノミラー等の他の偏向器を適用してもよい。光反射部は、３以上の反射部を有していてもよい。
【００７６】
［レーザ加工装置その他の構成］
図８は、図１に示す加工部３３を模式的に示す側面図である。図９は、図８に示す加工部３３を拡大して模式的に示す部分側面図である。図１０は、図８に示す加工部３３におけるレーザビームの照射の作用を模式的に示す部分側面図である。
【００７７】
図８に示すように、本実施形態に係るワーク位置保持機構２０は、ビーム走査ユニット３２と共にワーク５の下方に配置されるワーク支持機構２１と、ワーク５の上方に配置されるワーク押付機構２２とを備える。つまり、ビーム走査ユニット３２及びワーク支持機構２１は加工部３３の下部に設けられ、ワーク押付機構２２は加工部３３の上部に設けられる。
【００７８】
ワーク支持機構２１には、例えば、ローラ、フリーベアリング、非接触エアー吸着ユニット（ワーク５を下方からエアーによって引き付ける引付け機構等）などが用いられる。この例では、ワーク支持機構２１に非接触エアー吸着ユニット２３が適用されており、ワーク５は、図２に示すようにワーク５と非接触エアー吸着ユニット２３との間に隙間が形成された状態で、非接触エアー吸着ユニット２３によって下に吸着される。これにより、送り方向Ｙに送られるワーク５の上下方向位置（レベル）が少なくともレーザビーム照射部分にて変動するのを抑えることができる。
【００７９】
ワーク５は、薄膜層６の表面がワーク５を基準にしてビーム照射口３４とは反対側の面（すなわち、上面）となる姿勢で送られる。このため、ビーム照射口３４からのレーザビーム５０は、基板７を上向きに透過して薄膜層６で焦点が合うように照射される。
【００８０】
このようにレーザビーム５０が薄膜層６で合焦することで、薄膜層６を除去して加工ライン５２を形成することができる。レーザビーム５０が薄膜層６とは反対側からワーク５を照射するので、剥がれた薄膜１０（図１０も参照）や蒸散物１１（図１０も参照）と光学系（ビーム走査ユニット３２等）との間に基板７が存在する。したがって、基板７によって剥がれた薄膜１０や蒸散物１１から光学系を保護することができる。
【００８１】
一方、ワーク押付機構２２には、例えば、ワーク５を上方から非接触で押し付けるエアブロワ２４や、押付けローラ等が用いられる。この例では、ワーク押付機構２２にエアブロワ２４が適用されている。このようなワーク支持機構２１及びワーク押付機構２２を加工部３３に設けたことで、送り方向Ｙに送られるワーク５の上下方向位置（レベル）が少なくとも加工部３３付近で変動するのを抑えることができる。よって、レーザビーム５０の焦点が所望位置からずれるのを抑えることができ、加工精度が向上する。
【００８２】
さらに、加工部３３には、剥がれた薄膜１０や蒸散物１１を吸引する吸引ダクト２５が設けられている。吸引ダクト２５は、ワーク５を基準としてビーム走査ユニット３２と反対側、すなわちワーク５の上方であり加工部３３の上部に設けられている。本実施形態では、吸引ダクト２５が、上記ワーク押付機構２２に適用されたエアブロワ２４と一体的に設けられている。これにより、エアブロワ２４からの空気を吸引ダクト２５で吸引しやすくなる。よって、剥がれた薄膜１０をエアブロワ２４で吹き飛ばした後、その薄膜１０を吸引ダクト２５でより確実に吸引することができる。このとき、蒸散物１１もより確実に吸引することができる。これにより、剥がれた薄膜１０や蒸散物１１が薄膜層６に再付着するのを抑制することができる。
【００８３】
図９に示すように、ワーク５を基板７に薄膜層６が形成された成膜ガラスとし、薄膜層６が上面となった状態で送るワーク５に反薄膜層側からレーザビーム５０を照射し、基板７と薄膜層６との間にマイクロエクスプロージョン効果を生じさせる。マイクロエクスプロージョン効果を生じさせることで、薄膜層６に低出力で加工ライン５２を形成し、加工効率を上げている。すなわち、レーザビーム５０によって薄膜層６と基板７との間に気化して剥離する部分を生じさせ、図１０に示すように、その気化した部分にマイクロエクスプロージョン効果を生じさせて薄膜層６を剥がすことで、低出力で効率良く薄膜層６に高速でパターニング加工を行うことができる。
【００８４】
しかも、ワーク５の送り方向Ｙに対して直角に加工ライン５２が形成できるように、レーザビーム５０を走査するビーム走査ユニット３２を配置して、高速で連続的に加工できるようにすることで、基板毎のワーク５の加工だけでなく、フレキシブル太陽電池のロール・ツー・ロール製法の連続したワークでも高速の連続加工が可能となる。
【００８５】
図１１Ａ〜Ｇは、図１に示すレーザ加工装置による太陽電池の製造手順を示す側断面図である。上記の構成からなるレーザ加工装置１による代表的な薄膜系太陽電池４０の製造手順について説明する。まず、図１１Ａに示す基板７上に、図１１Ｂに示すように透明電極層６Ａを成膜する。次に、図１１Ｃに示すように、透明電極層６Ａの加工ライン５２Ａを形成する。この加工ライン５２Ａは、ワーク５を送り方向Ｙに定速で送りながら、レーザビーム５０を走査方向Ｘに定速で走査することによって形成される。このように透明電極層６Ａに加工ライン５２Ａの形成が終了したワーク５は、図１１Ｄに示すように、光電変換層６Ｂが成膜される。そして、図１１Ｅに示すように、上記レーザ加工装置１による加工ライン５２の加工と同様に、光電変換層６Ｂに加工ライン５２Ｂが形成される。この加工ライン５２Ｂは、レーザ加工装置１による焦点距離が光電変換層６Ｂに合うようになっているため、光電変換層６Ｂに所定の加工ライン５２Ｂが形成されるように、光電変換層６Ｂが剥がされる。そして、光電変換層６Ｂに加工ライン５２Ｂを形成した後、図１１Ｆに示すように、裏面電極層６Ｃが成膜される。裏面電極層６Ｃも、図１１Ｇに示すように、上記加工ライン５２Ａ，５２Ｂの形成と同様の加工方法によって、裏面電極層用のレーザ加工装置１により加工ライン５２Ｃが形成される。このようにしてモジュール化された太陽電池４０が作製される。
【００８６】
以上のように複数の成膜層に加工ライン５２，５３，５４を形成する場合でも、上記レーザ加工装置１によれば、ワーク５を搬送方向（Ｙ方向）に送りながら、搬送方向と交差するＸ方向に加工ライン５２，５３，５４を高速で形成することができるので、ワーク５の搬送を停止させることなく連続的に加工ライン５２，５３，５４をパターニングすることができる。
【００８７】
従って、ワーク５に加工ライン５２Ａ〜Ｃを形成する作業のタクトを大幅に短縮することができ、太陽電池等の生産性を大幅に向上させることが可能となる。また、これにより、太陽電池４０の低コスト化を図ることができ、太陽電池利用の促進を図ることができる。しかも、上記実施形態のレーザ加工装置１によれば、高精度の直線的な加工ライン５２Ａ〜Ｃを正確に形成することができるので、発電面積の向上により高い発電効率が得られる太陽電池４０を安定して作製することが可能となる。その上、分光・振分け・複数発振器搭載による複数のビームを用いることがないので、加工品質が安定した太陽電池４０を作製できるレーザ加工装置１のコスト低減を図ることも可能となる。
【００８８】
なお、上記実施形態では、ワーク５を一定速度で送り方向Ｙに連続的に送る例を説明したが、ワーク５の送りは加工条件等に応じて、一定間隔で断続的に送るようにしてもよく、上記実施形態に限定されるものではない。また、上述した実施形態は一例を示しており、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は、偏向動作を等速としながら、合焦状態を維持すると共にレーザを等速で走査させることができ、更にはレーザビーム等の光を走査する光走査装置の製造及び大型化が容易になるとの顕著な作用効果を奏するものであり、種々の光走査に適用可能であり、特に薄膜太陽電池やフレキシブル太陽電池等の薄膜系太陽電池の製造に利用すると有益である。
【符号の説明】
【００９０】
１  レーザ加工装置
３  送り装置
５  ワーク
３０  レーザビームユニット
３１  レーザ発振器
３２  ビーム走査ユニット
５０  レーザビーム
５１  パルスレーザ
５２  走査線
５２Ａ〜Ｃ  加工ライン
６０  制御装置
６５  投光部
６６  光反射部
６７  シリンドリカルレンズ
６８  偏向アクチュエータ
６９  筐体
７０  ポリゴンミラー
７１  一次反射部
７２  二次反射部
７３  一次ミラー
７４  二次ミラー
Ｃ  偏向中心
ＶＡ  仮想円弧
ＤＶＡ１，ＤＶＡ２，…  仮想分割円弧
ＶＣ１，ＶＣ２，…  仮想弦
ＶＣ１´，ＶＣ２´，…  配置転換後の仮想弦
ＤＶＡ１´，ＤＶＡ２´，…  配置転換後の仮想分割円弧
【図１】
2012120892.tif 000004
【図２】
2012120892.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１１Ｆ】
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【図１１Ｇ】
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【国際調査報告】
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