(57)【要約】【課題】薄膜太陽電池等の基板に溝を形成する際に、残渣を少なくし、しかも溝の端部不良を抑える。【解決手段】このレーザ加工装置は、脆性材料基板表面の加工予定ラインに沿ってレーザ光を走査し、脆性材料基板表面に溝を形成する装置であって、加工される脆性材料基板が載置されるステージ１１と、パルスレーザ光を出力するレーザヘッド１と、光学系２と、走査機構３と、を備えている。光学系２は、レーザヘッド１から出力されたパルスレーザ光を、走査方向の前端縁と後端縁とが平行でかつ左右の側端縁が走査方向と平行でない形状に成形し、成形されたパルスレーザ光を集光して照射する。走査機構３は光学系２をステージ１１に載置された脆性材料基板表面の加工予定ラインに沿って相対的に移動させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脆性材料基板表面の加工予定ラインに沿ってレーザ光を走査し、脆性材料基板表面に溝を形成するレーザ加工装置であって、
加工される脆性材料基板が載置されるテーブルと、
パルスレーザ光を出力するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出力されたパルスレーザ光を、走査方向の前端縁と後端縁とが平行でかつ左右の側端縁が走査方向と平行でない形状に成形し、成形されたパルスレーザ光を集光して照射するレーザ光照射機構と、
前記レーザ光照射機構を前記テーブルに載置された脆性材料基板表面の加工予定ラインに沿って相対的に移動させるための走査機構と、
を備えたレーザ加工装置。
【請求項２】
前記走査機構は、パルスレーザ光がオーバーラップするように前記レーザ照射機構を前記テーブルに載置された脆性材料基板に対して相対的に移動させる、請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記レーザ光照射機構は、出力されたパルスレーザ光を、加工予定ラインの中央部が両端に比較してオーバーラップ率が高くなるように成形する、請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記脆性材料基板は、基板の表面上に金属薄膜が形成された積層基板である、請求項１から３のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記金属薄膜はモリブデン薄膜である、請求項４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、レーザ加工装置、特に、脆性材料基板表面の加工予定ラインに沿ってレーザ光を走査し、脆性材料基板表面に溝を形成するレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜太陽電池を製造する方法として、例えば特許文献１に示されるような方法が提供されている。この特許文献１に記載された製造方法では、ガラス等の基板上にモリブデン（Ｍｏ）膜からなる下部電極膜が形成され、その後、下部電極膜が短冊状に分割される。次に、下部電極膜上にＣＩＧＳ膜等のカルコパイライト構造化合物半導体膜を含む化合物半導体膜が形成される。そしてさらに、これらの半導体膜の一部がストライプ状に除去されて短冊状に分割され、これらを覆うように上部電極膜が形成される。そして最後に、上部電極膜の一部がストライプ状に剥離されて短冊状に分割される。
【０００３】
また、薄膜太陽電池の基板上に形成された金属膜を分離するための加工方法が特許文献２に示されている。この特許文献２に示された方法は、矩形のパルスレーザ光をオーバーラップ率が６０〜８５％の範囲になるように加工予定ラインに沿って走査し、溝を形成するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３３４９８号公報
【特許文献２】特開２０１２−２０３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のように、薄膜太陽電池パネルには基板の表面上に金属膜としてのＭｏ膜が形成される。そして、隣接する素子同士を絶縁するために、Ｍｏ膜の一部を剥離して溝を形成する必要がある。このＭｏ膜は比較的硬度の高い材質であるために、特許文献２に示されるように、レーザ光を所定のオーバーラップ率で照射して溝を形成するようにしている。
【０００６】
しかし、従来のレーザ加工方法を用いてＭｏ膜の剥離加工を行うと、形成された溝のエッジ部分に盛り上がり（バリ）が形成されて端部不良が生じる。また、レーザ光をオーバーラップさせずに走査するとバリの高さは低くなるが、Ｍｏ膜の残渣が多くなり、絶縁性が低下してしまう。なお、レーザ光の出力を上げるとレーザ光をオーバーラップさせることなくＭｏ膜の残渣を少なくすることができるが、基板に熱影響を与えてしまい、基板の表面を変形させてしまう。
【０００７】
本発明の課題は、薄膜太陽電池等の基板に溝を形成する際に、残渣を少なくし、しかも溝の端部不良を抑えることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１側面に係るレーザ加工装置は、脆性材料基板表面の加工予定ラインに沿ってレーザ光を走査し、脆性材料基板表面に溝を形成する装置であって、加工される脆性材料基板が載置されるテーブルと、パルスレーザ光を出力するレーザ発振器と、レーザ光照射機構と、走査機構と、を備えている。レーザ光照射機構は、レーザ発振器から出力されたパルスレーザ光を、走査方向の前端縁と後端縁とが平行でかつ左右の側端縁が走査方向と平行でない形状に成形し、成形されたパルスレーザ光を集光して照射する。走査機構はレーザ光照射機構をテーブルに載置された脆性材料基板表面の加工予定ラインに沿って相対的に移動させる。
【０００９】
この装置では、レーザ発振器から出力されたパルスレーザ光が、走査方向の前端縁と後端縁とが平行でかつ左右の側端縁が走査方向と平行でない形状に成形される。そして、この成形されたパルスレーザ光が集光されて基板に照射される。
【００１０】
ここでは、成形されたパルスレーザを走査することにより、パルスレーザ光をオーバーラップさせても、端部付近では重なる割合が少なくなる。したがって、溝の端部に形成されるバリの高さを抑えることができる。一方で、溝の中央部ではパルスレーザ光の重なる割合が高くなるので、溝形成後の残渣を少なくすることができる。
【００１１】
本発明の第２側面に係るレーザ加工装置は、第１側面の装置において、走査機構は、パルスレーザ光がオーバーラップするようにレーザ照射機構をテーブルに載置された脆性材料基板に対して相対的に移動させる。
【００１２】
ここでは、前述のように、溝の端部に形成されるバリの高さを抑えることができるとともに、溝形成後の残渣を少なくすることができる。
【００１３】
本発明の第３側面に係るレーザ加工装置は、第２側面の装置において、レーザ光照射機構は、出力されたパルスレーザ光を、加工予定ラインの中央部が両端に比較してオーバーラップ率が高くなるように成形する。
【００１４】
本発明の第４側面に係るレーザ加工装置は、第１から第３側面のいずれかの装置において、脆性材料基板は、基板の表面上に金属薄膜が形成された積層基板である。
【００１５】
本発明の第５側面に係るレーザ加工装置は、第４側面の装置において、金属薄膜はモリブデン薄膜である。
【発明の効果】
【００１６】
以上のような本発明では、加工予定ラインの中央部でオーバーラップ率が高く、両端部ではオーバーラップ率が低くなるので、溝内の残渣を少なくし、かつ溝のエッジ部分のバリ高さを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態によるレーザ加工方法を実施するためのレーザ加工装置。
【図２】パルスレーザ光のビーム形状及び走査の一例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［レーザ加工装置］
本発明の一実施形態によるレーザ加工装置を図１に示す。このレーザ加工装置は、Ｍｏ薄膜付きのガラス基板にパルスレーザ光（以下、単に「レーザ光」と記す）を照射するとともに、加工予定ラインに沿ってレーザ光を走査し、加工予定ラインのＭｏ薄膜を除去するものである。レーザ加工装置は、レーザ発振器等を含むレーザヘッド１と、光学系２と、走査機構３と、を備えている。
【００１９】
レーザヘッド１はレーザ光を出射する。レーザヘッド１に設けられたレーザ発振器は、ＹＡＧレーザ、ＩＲレーザ等の周知の発振器であれば、特に限定されるものではない。ここでは、例えば繰り返し周波数が４０kHz、パルス幅５０nsで、出力が１．７５Wのパルスレーザ光が出射される。
【００２０】
光学系２は、第１レンズ５、第２レンズ６、第３レンズ７、及び台形コアファイバ８を有している。台形コアファイバ８は、レーザヘッド１側に配置された第１レンズ５と、走査機構３側に配置された第２レンズ６と、の間に配置されている。この光学系２においては、第１レンズ５を通過したレーザ光は台形コアファイバ８に導入される。そして、台形コアファイバ８からは台形状のレーザ光が出力される。すなわち、この台形コアファイバ８によって、レーザ光は、走査方向の前端縁と後端縁とが平行でかつ左右の側端縁が走査方向と平行でない形状に成形される。この台形状のレーザ光は、第２レンズ６で平行光にされ、さらに第３レンズ７で集光されて基板に照射される。もちろん、１つのレンズによって直接ガラス基板Ｇ上にレーザ光を集光するようにしてもよい。
【００２１】
走査機構３は、Ｘ方向に移動可能な走査ステージ１０と、Ｘ方向と直交するＹ方向に所定のピッチ毎に移動可能なピッチ送りステージ１１と、を有している。そして、ピッチ送りステージ１１にガラス基板Ｇを載置し、各ステージ１０，１１を移動させることにより、ガラス基板Ｇとレーザ光との相対位置を自在に変更することができる。加工時の走査ステージ１０の移動速度は、図示しない制御部により制御され、これによりレーザ光が所定のオーバーラップ率でガラス基板Ｇ上に照射されることになる。
【００２２】
［レーザ加工方法］
ガラス基板５のＭｏ膜を剥離する場合は、レーザヘッド１から出射されたレーザ光は、光学系２によって、ビーム形状が台形状にされ、さらに集光されてガラス基板５の加工予定ライン上に照射される。次に、このレーザ光は、走査ステージ１０を移動することによって加工予定ラインに沿って走査される。そして、１つの溝加工が終了すれば、ピッチ送りステージ１１が１ピッチだけ送られ、同様の処理によって別の溝が加工される。
【００２３】
以上の工程によって、加工予定ラインのＭｏ膜が溶融除去される。
【００２４】
［参考実験例］
以下に、Ｍｏ薄膜付きのガラス基板に対してレーザ光を照射及び走査し、Ｍｏ薄膜を所定の幅で除去した実験例を表１に示す。
【００２５】
なお、この実験は、オーバーラップ率とバリの高さとの関係を確認するための実験であり、レーザ光のビーム形状は矩形で行った。レーザ光の加工条件は以下の通りである。
【００２６】
レーザ出力：１．７５W
フルエンス：２．７３J/cm２
繰り返し周波数：４０kHz
パルス幅：５０ns
【００２７】
【表１】
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以上の実験結果から明らかなように、オーバーラップ率の低い方が、バリ高さが低くなる。また、オーバーラップ率の高いほうが、絶縁抵抗が大きくなる、すなわちＭｏ膜の残渣が少ない。
【００２８】
そこで、レーザ光のビーム形状を図２に示すような台形状に成形し、各パルスがオーバーラップするように走査速度を設定することにより、溝の両端部ではオーバーラップ率を低くしてバリ高さを低くできる。また、溝の中央部ではオーバーラップ率が高くなり、Ｍｏ膜の残渣を少なくすることができる。
【００２９】
［他の実施形態］
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。
【００３０】
前記実施形態では、レーザ光を成形するために台形コアファイバを用いたが、マスクを用いてレーザ光を成形するようにしてもよい。
【００３１】
また、レーザ光のビーム形状は台形に限定されるものではなく、走査方向の前端縁と後端縁とが平行でかつ左右の側端縁が走査方向と平行でない形状であればよい。
【符号の説明】
【００３２】
１  レーザヘッド
２  光学系
３  走査機構
８  台形コアファイバ
１０  走査ステージ
１１  ピッチ送りステージ
【図１】
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【図２】
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