(57)【要約】【課題】加工ラインの線幅を簡易にかつ高精度に制御することが可能なレーザ加工装置を提供する。【解決手段】レーザ加工装置は、レーザ光を照射することで被処理基板１０を加工するものであって、レーザ光源１と、基板保持部９と、レーザ光を集束して被処理基板１０に照射する光照射部４ａ〜４ｈと、レーザ光を光照射部４ａ〜４ｈに導入する光導入部３ａ〜３ｈとを備える。光照射部４ａ〜４ｈは、第１集光レンズ１３ａ〜１３ｈと、光軸方向に沿って光導入部３ａ〜３ｈの出射端からの距離が一定に保たれた第２集光レンズ１４ａ〜１４ｈと、開口絞り１５ａ〜１５ｈとを有する。レーザ加工装置は、第１集光レンズ１３ａおよび開口絞り１５ａのうちの少なくとも一方を光軸方向に沿って移動させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板の主面の法線方向に沿ってレーザ光を照射することで被処理基板を加工するレーザ加工装置であって、
レーザ光を出射するレーザ光源と、
被処理基板を保持する基板保持部と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を集束して前記基板保持部によって保持された被処理基板に照射する光照射部と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を前記光照射部に導入する光導入部と、
前記基板保持部によって保持された被処理基板の主面に平行な方向である第１方向に沿って前記光照射部を移動させる第１移動機構とを備え、
前記光導入部は、前記レーザ光源から出射されたレーザ光が入射する入射端と、入射したレーザ光を前記光照射部に向けて出射する出射端とを有し、
前記光照射部は、光軸方向に沿って前記光導入部側に位置する第１集光レンズと、光軸方向に沿って前記第１集光レンズよりも前記基板保持部側に位置し、光軸方向に沿った前記光導入部の前記出射端からの距離が一定に保たれた第２集光レンズと、レーザ光が通過する開口が設けられた開口絞りとを有し、
前記第１集光レンズおよび前記開口絞りのうちの少なくとも一方を光軸方向に沿って移動させる第２移動機構をさらに備えた、レーザ加工装置。
【請求項２】
前記開口絞りが、前記第１集光レンズと前記第２集光レンズとの間に位置している、請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記開口絞りの開口形状が、矩形状であり、
前記開口の、被処理基板の主面と平行な方向であってかつ前記第１方向と直交する第２方向に沿った大きさが、前記第１集光レンズと前記第２集光レンズとの間を通過するレーザ光の光束の前記第２方向における最大の大きさの０．８５倍以上０．９５倍以下である、請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記光導入部が、光ファイバを含み、
前記出射端が、前記光ファイバの端部によって構成され、
前記光ファイバの前記端部におけるコア形状が、矩形状であり、
前記光照射部の、被処理基板の主面と平行な方向であってかつ前記第１方向と直交する第２方向に沿った光学倍率が、０．８５以上０．９５以下である、請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記光照射部は、前記第１集光レンズと前記第２集光レンズとの間に位置するミラーをさらに有し、
前記ミラーは、前記第１集光レンズを透過することで被処理基板の主面の法線方向とは異なる第３方向に向けて進行するレーザ光が被処理基板の主面の法線方向に向けて進行することとなるようにその光路を変更するものであり、
前記第２移動機構が、前記第１集光レンズを前記第３方向に沿って移動させる、請求項１から４のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
レーザ加工時において、前記第１移動機構によって前記光照射部が前記第１方向に沿って移動されつつ前記レーザ光源がパルス発振することにより、被処理基板に形成される複数のレーザ加工痕が前記第１方向に沿った長さの４０％以下の長さで互いに重なり合うように、レーザ加工が行なわれる、請求項１から５のいずれか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、レーザ加工装置に関し、特に、レーザ光を照射することで被処理基板に形成される加工ラインの線幅を簡易かつ高精度に調整することが可能なレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光を照射することで被処理基板に加工ラインを形成するレーザ加工装置が知られている。当該レーザ加工装置は、たとえば薄膜太陽電池の製造の際に使用され、薄膜太陽電池を構成する各種の膜を分断する加工ラインの形成に利用される。
【０００３】
上記に関連し、被処理基板に照射されるレーザ光のビーム強度差を無くすことで加工精度の向上が図られたレーザ加工装置が、特開２００７−３３０９７８号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００４】
特許文献１に記載のレーザ加工装置は、レーザ光を照射するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光を分割する分割機構と、分割機構を通過したレーザ光のそれぞれを開口絞りを用いて光量調節する単位分割部と、単位分割部を通過したレーザ光をライン状に集光する光学系とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３３０９７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のレーザ加工装置では、分割したレーザ光のそれぞれを開口絞りによって部分的に遮光することで光量を調節した後、再度これらを集光して被処理基板上に照射してビームスポットを形成する。このため、レーザ光源から入射されたレーザ光の形状を被処理基板上に正確に投影することはできず、ビーム強度の均一化は図られても加工ラインの線幅を調整することは困難となり、被処理基板上に均一な線幅の加工ラインを形成することが困難になる問題がある。
【０００７】
ここで、一般に、ビームスポットの大きさを変更する方法として、光学系をデフォーカスする方法が知られている。しかしながら、当該方法を採用した場合には、レーザ光のエネルギー密度が低下してしまうことになり、レーザ光の照射によって被処理基板に形成される加工ラインの線幅を調整することが困難となってしまう。
【０００８】
一方、レーザ光源から出射されたレーザ光を光ファイバを用いて集光レンズ等の各種光学系を具備した光照射部に導入する構成とする場合には、光ファイバのコアの大きさを変更することで、被処理基板上に集光されるビームスポットの大きさを変更することができる。しかしながら、市販の光ファイバは規格品であるため、所望の大きさのコアを有する光ファイバを入手することは困難であり、そのため精緻に加工ラインの線幅を調整することは困難である。また、仮に所望の大きさのコアを有する光ファイバを入手することができたとしても、必要な加工ラインの線幅が変わるたびに光ファイバを取り替えなければならず、簡易に加工ラインの線幅を調整することはできない。
【０００９】
したがって、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、加工ラインの線幅を簡易にかつ高精度に調整することが可能なレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るレーザ加工装置は、被処理基板の主面の法線方向に沿ってレーザ光を照射することで被処理基板を加工するものであって、レーザ光を出射するレーザ光源と、被処理基板を保持する基板保持部と、上記レーザ光源から出射されたレーザ光を集束して上記基板保持部によって保持された被処理基板に照射する光照射部と、上記レーザ光源から出射されたレーザ光を上記光照射部に導入する光導入部と、上記基板保持部によって保持された被処理基板の主面に平行な方向である第１方向に沿って上記光照射部を移動させる第１移動機構とを備える。上記光導入部は、上記レーザ光源から出射されたレーザ光が入射する入射端と、入射したレーザ光を上記光照射部に向けて出射する出射端とを有し、上記光照射部は、光軸方向に沿って上記光導入部側に位置する第１集光レンズと、光軸方向に沿って上記第１集光レンズよりも上記基板保持部側に位置し、光軸方向に沿った上記光導入部の上記出射端からの距離が一定に保たれた第２集光レンズと、レーザ光が通過する開口が設けられた開口絞りとを有する。上記本発明に係るレーザ加工装置は、上記第１集光レンズおよび上記開口絞りのうちの少なくとも一方を光軸方向に沿って移動させる第２移動機構をさらに備える。
【００１１】
上記本発明に係るレーザ加工装置にあっては、上記開口絞りが、上記第１集光レンズと上記第２集光レンズとの間に位置していることが好ましい。
【００１２】
上記本発明に係るレーザ加工装置にあっては、上記開口絞りの開口形状が、矩形状であり、上記開口の、被処理基板の主面と平行な方向であってかつ上記第１方向と直交する第２方向に沿った大きさが、上記第１集光レンズと上記第２集光レンズとの間を通過するレーザ光の光束の上記第２方向における最大の大きさの０．８５倍以上０．９５倍以下であることが好ましい。
【００１３】
上記本発明に係るレーザ加工装置にあっては、上記光導入部が、光ファイバを含み、上記出射端が、上記光ファイバの端部によって構成され、上記光ファイバの上記端部におけるコア形状が、矩形状であり、上記光照射部の、被処理基板の主面と平行な方向であってかつ上記第１方向と直交する第２方向に沿った光学倍率が、０．８５倍以上０．９５倍以下であることが好ましい。
【００１４】
上記本発明に係るレーザ加工装置にあっては、上記光照射部は、上記第１集光レンズと上記第２集光レンズとの間に位置するミラーをさらに有し、上記ミラーが、上記第１集光レンズを透過することで被処理基板の主面の法線方向とは異なる第３方向に向けて進行するレーザ光が被処理基板の主面の法線方向に向けて進行することとなるようにその光路を変更するものであり、上記第２移動機構が、上記第１集光レンズを上記第３方向に沿って移動させることが好ましい。
【００１５】
上記本発明に係るレーザ加工装置にあっては、レーザ加工時において、上記第１移動機構によって上記光照射部が上記第１方向に沿って移動されつつ上記レーザ光源がパルス発振することにより、被処理基板に形成される複数のレーザ加工痕が上記第１方向に沿った長さの４０％以下の長さで互いに重なり合うように、レーザ加工が行なわれることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、加工ラインの線幅を簡易にかつ高精度に調整することが可能なレーザ加工装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１に係るレーザ加工装置の概略図である。
【図２】図１に示すレーザ加工装置をＸ軸方向に沿って見た場合の図である。
【図３】図１に示す光照射部の平面図である。
【図４】図１に示す光分岐素子の概略構成図である。
【図５】図１に示す光照射部の概念図である。
【図６】図５に示す光照射部の具体的な構造を示す外観図である。
【図７】図６に示す光学系の分解斜視図である。
【図８】図６に示す光ファイバの出射端の形状を示す斜視図である。
【図９】図５に示す光照射部を用いたレーザ光の第１調整例を示す概念図である。
【図１０】図５に示す光照射部を用いたレーザ光の第２調整例を示す概念図である。
【図１１】被処理基板上に照射されるレーザ光の照射領域と被処理基板上に形成される加工ラインとの関係を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係るレーザ加工装置の光照射部の概念図である。
【図１３】図１２に示す光照射部の具体的な構造を示す外観図である。
【図１４】図１２に示す光学系の分解斜視図である。
【図１５】図１２に示す光照射部を用いたレーザ光の第１調整例を示す概念図である。
【図１６】図１２に示す光照射部を用いたレーザ光の第２調整例を示す概念図である。
【図１７】本発明の実施の形態３に係るレーザ加工装置の光照射部の外観図である。
【図１８】図１７に示す光照射部を用いたレーザ光の第１調整例を示す概念図である。
【図１９】図１７に示す光照射部を用いたレーザ光の第２調整例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、同一のまたは相当する部分に図中同一の参照符号を付し、その説明は繰返さない場合がある。
【００１９】
まず、本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置について説明するに先だって、一般的な薄膜太陽電池の製造方法について説明する。
【００２０】
薄膜太陽電池の製造に際しては、まず、ガラス基板等の被処理基板が準備され、被処理基板上に透明導電層が成膜される。次に、透明導電層にレーザ光を照射することにより、透明導電層に複数の加工ラインが形成される。続いて、透明導電層および透明導電層に形成された加工ラインを覆うように、光電変換層が成膜される。次に、光電変換層にレーザ光を照射することにより、光電変換層に複数の加工ラインが形成される。続いて、光電変換層および光電変換層に形成された加工ラインを覆うように、裏面電極層が成膜される。そして、裏面電極層にレーザ光を照射することにより、裏面電極層に複数の加工ラインが形成される。
【００２１】
後述する本発明の実施の形態１〜３に係るレーザ加工装置は、上述した薄膜太陽電池の製造の際に用いられるものであり、透明導電層、光電変換層、裏面電極層等の各層を成膜した後にこれらに加工ラインを形成する際に使用される。なお、後述する実施の形態１〜３において示す被処理基板１０は、上述した各層のいずれかの成膜後の状態のものを意味する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るレーザ加工装置の概略図である。図２は、図１に示すレーザ加工装置をＸ軸方向に沿って見た場合の図であり、図３は、図１に示す光照射部の平面図である。まず、図１ないし図３を参照して、本実施の形態に係るレーザ加工装置の概略的な構成および動作について説明する。
【００２３】
図１および図２に示すように、本実施の形態に係るレーザ加工装置は、レーザ光源１と、光分岐素子２と、８本の光ファイバ３ａ〜３ｈと、８つの光照射部４ａ〜４ｈと、ベース部６と、ガイド部７ａ，７ｂと、基板保持部９（図１において不図示）とを有する。被処理基板１０は、光照射部４ａ〜４ｈに対向するように基板保持部９に保持される。基板保持部９には、図示しない搬送機構によって被処理基板１０が移載され、これにより被処理基板１０が、装置外部からレーザ加工装置内に投入される。
【００２４】
レーザ光源１は、光分岐素子２に向けてレーザ光を出射する。レーザ光源１から出射されたレーザ光は、レンズ１１（図２参照）によって略平行光束とされ、光分岐素子２に導入される。レーザ光源１としては、たとえば、波長５３２ｎｍのＳＨＧ−ＹＡＧレーザを出射可能なものが利用される。波長５３２ｎｍの光は、光電変換層としての薄膜シリコンを効率よく除去することができる。ここで、被処理基板１０上に成膜された光電変換層に対して線幅１００μｍのライン加工を行なう場合には、光照射部４ａ〜４ｈから照射される光の出力は、たとえば０．５Ｗ〜１Ｗに調整される。また、レーザ光源１として、たとえばパルス発光型のものを使用する。
【００２５】
光分岐素子２は、レーザ光源１から入射されたレーザ光を８つのサブビームに分岐させる。分岐されたサブビームの各々は、光ファイバ３ａ〜３ｈを介して光照射部４ａ〜４ｈに導入される。なお、光分岐素子２の具体的な構成については、後述することとする。
【００２６】
ここで、レーザ光源１から出射されたレーザ光を光照射部４ａ〜４ｈに導入する構成を光導入部と称する。光分岐素子２の出射側には、分岐光路ごとにレンズ１２ａ〜１２ｈ（図２参照）が配置されている。当該レンズ１２ａ〜１２ｈは、分岐されたサブビームを集光して光ファイバ３ａ〜３ｈに導入するものである。
【００２７】
光ファイバ３ａ〜３ｈは、レーザ光源１から出射されたレーザ光が入射する入射端と、入射したレーザ光を光照射部４ａ〜４ｈに向けて出射する出射端とを有する。入射端および出射端は、光ファイバ３ａ〜３ｈの端部によってそれぞれ構成される。
【００２８】
図２および図３に示すように、光照射部４ａ〜４ｈは、組合せステージ５ａ〜５ｈと、光ファイバ３ａ〜３ｈ側に位置する第１集光レンズ１３ａ〜１３ｈと、基板保持部９側に位置する第２集光レンズ１４ａ〜１４ｈと、開口絞り１５ａ〜１５ｈとを有する。光照射部４ａ〜４ｈにおいては、光ファイバ３ａ〜３ｈから導入されたサブビームが第１集光レンズ１３ａ〜１３ｈおよび第２集光レンズ１４ａ〜１４ｈによって集束される。これにより、光照射部４ａ〜４ｈは、集束光を被処理基板１０の主面の法線方向（Ｚ軸方向）に沿って出射することになる。
【００２９】
また、光照射部４ａ〜４ｈは、所定の間隔でベース部６上に搭載されている。以下においては、第１集光レンズ１３ａ〜１３ｈ、後述する開口絞り１５ａ〜１５ｈ、第２集光レンズ１４ａ〜１４ｈにて構成される部分を総称して光学系と称する。なお、被処理基板１０の主面の法線方向と集束光の光軸方向とは、同一方向である。
【００３０】
組合せステージ５ａ〜５ｈにより、光照射部４ａ〜４ｈは、加工ラインの形成方向（Ｘ軸方向）に垂直な方向（Ｙ軸方向）と、集束光の光軸方向（Ｚ軸方向）とに移動することができる。ここで、組合せステージ５ａ〜５ｈは、光照射部４ａ〜４ｈの各々に対応づけて設けられているため、光照射部４ａ〜４ｈは、ベース部６上においてそれぞれ独立して移動することができる。なお、組合せステージ５ａ〜５ｈの具体的な構造については、後述することとする。
【００３１】
図１および図２に示すように、ベース部６は、加工ラインの形成方向（Ｘ軸方向）に垂直な方向（Ｙ軸方向）に沿って延在する。ベース部６は、たとえばリニアモータによって駆動され、Ｘ軸方向に沿って延在するガイド部７ａ，７ｂ上を走行する。ベース部６の移動方向は、ガイド部７ａ，７ｂによって直線方向に定まる。
【００３２】
このため、光照射部４ａ〜４ｈから集束光をそれぞれ出射させながらベース部６を移動させることにより、被処理基板１０に対してＸ軸方向に沿って直線状に延びる複数本の加工ラインＬが同時に形成されることになる（図１参照）。ベース部６の移動中においては、光照射部４ａ〜４ｈから出射される集束光の光量が一定に維持できるため、これにより加工ラインＬの直線性を高めることができる。なお、ベース部６、当該ベース部６を駆動させる駆動手段およびガイド部７ａ，７ｂを総称して第１移動機構と称する。
【００３３】
ベース部６には、図示しない第３移動機構が設けられる。第３移動機構は、光照射部４ａ〜４ｈをベース部６上において個別に移動させるものである。また、図３に示すように、ベース部６上には、ガイド部８が設けられる。ガイド部８は、光照射部４ａ〜４ｈのベース部６上における移動を案内するものであり、Ｙ軸方向に沿って延在する。すなわち、光照射部４ａ〜４ｈが図示しない第３移動機構によって移動させられる場合に、当該ガイド部８によって光照射部４ａ〜４ｈが案内されることでこれらがＹ軸方向に沿って移動する。
【００３４】
ここで、光照射部４ａ〜４ｈは、被処理基板１０の全面に亘って複数の加工ラインＬを形成できるようにガイド部８上に均等に配置される。たとえば、被処理基板１０の幅（Ｙ軸方向の長さ）が１４００ｍｍである場合には、光照射部４ａ〜４ｈのそれぞれは、被処理基板１０の幅に相当する１４００ｍｍを光照射部４ａ〜４ｈの数である８で割った１７５ｍｍの範囲に亘って、Ｙ軸方向に沿って移動可能とされる。これにより、被処理基板１０の全面に亘って複数の加工ラインＬを効率的に形成することができる。光照射部４ａ〜４ｈのＹ軸方向に沿った移動は、たとえばリニアモータを用いることで行なわれる。
【００３５】
また、図３に示すように、光照射部４ａ〜４ｈが、Ｙ軸方向に沿って直線状に延在する単一のガイド部８によって案内されるように構成することにより、光照射部４ａ〜４ｈによって加工される複数の加工ラインＬの各々の始点および終点が、Ｙ軸方向に沿って直線上に並ぶことになる。このため、Ｘ軸方向におけるライン加工の位置精度が高まることになる。
【００３６】
さらには、光照射部４ａ〜４ｈが、後述する第４移動機構によってそれぞれ光軸方向に沿って移動可能とされることにより、被処理基板１０に対するレーザ光の照射位置をＺ軸方向に沿って変更することができる。このため、被処理基板１０の主面にレーザ光を適切に集光させることができる。
【００３７】
図４は、図１に示す光分岐素子の概略構成図である。次に、図４を参照して、光分岐素子２がレーザ光を複数のレーザ光（サブビーム）に分割する態様について説明する。
【００３８】
上述したように、本実施の形態に係るレーザ加工装置では、単一のレーザ光源１から出射されたレーザ光を複数に分割し、分割したレーザ光のそれぞれを光照射部４ａ〜４ｈから集束光として被処理基板１０に向けて照射する。これにより、光照射部４ａ〜４ｈから出射される集束光のビーム強度の差が低減されることになる。光分岐素子２は、このレーザ光の分割に利用される。
【００３９】
図４に示すように、光分岐素子２は、７つのハーフミラーＨＭと７つの全反射ミラーＡＭを有する。ハーフミラーＨＭは、入射したレーザ光の一部を透過するとともに残る一部を反射させることで２つのレーザ光に分割するものであり、全反射ミラーＡＭは、入射したレーザ光の全てを反射することでその進行方向を変更するものである。レンズ１１によって略平行光束とされたレーザ光は、図示する如くに配置されたハーフミラーＨＭおよび全反射ミラーＡＭによって適宜分割および反射され、合計８つのサブビームに分割される。
【００４０】
このように、レーザ光源１から光分岐素子２に入射されたレーザ光は、光分岐素子２によって均等な光量を有する８つのサブビームに分割され、その後、各光ファイバ３ａ〜３ｈに導入される。これにより、各光照射部４ａ〜４ｈから被処理基板１０に向けて照射されるレーザ光の強度が均等になるとともに、加工点（集光点）における光強度分布も同等になることになり、加工ラインの線幅をより均一化させることができる。
【００４１】
図５は、図１に示す光照射部の概念図である。図６は、図５に示す光照射部の具体的な構造を示す外観図である。図７は、図６に示す光学系の分解斜視部である。次に、図５ないし図７を参照して、光照射部４ａの構造について説明する。なお、本実施の形態に係るレーザ加工装置は、上述したように８つの光照射部４ａ〜４ｈを有するが、それらの構成は互いに同一であるため、以下においては、このうちの光照射部４ａについてのみ説明する。
【００４２】
図５に示すように、光照射部４ａは、第１集光レンズ１３ａ、第２集光レンズ１４ａおよび開口絞り１５ａが配置された空間である領域Ａ１と、後述する移動ステージ４０ａ（図６参照）が移動できる空間である領域Ａ２と、後述する移動ステージ２０ａが配置された空間とを有する。
【００４３】
領域Ａ１においては、光ファイバ３ａ側から光軸方向に沿って第１集光レンズ１３ａ、開口絞り１５ａおよび第２集光レンズ１４ａがこの順で配置される。これにより、開口絞り１５ａは、第１集光レンズ１３ａと第２集光レンズ１４ａとの間に位置することになる。また、開口絞り１５ａは、矢印Ｂ１に示すように光軸方向（Ｚ軸方向）に沿って移動可能とされる。
【００４４】
図６に示すように、光照射部４ａは、上述した光学系に加え、移動ステージ２０ａと、第４移動機構３０ａと、移動ステージ４０ａと、第２移動機構５０ａと、保持部６０ａと、第１レンズホルダ７０ａと、開口絞りホルダ８０ａと、第２レンズホルダ９０ａとを有する。なお、上述した組合せステージ５ａは、このうちの移動ステージ２０ａ、第４移動機構３０ａ、移動ステージ４０ａおよび第２移動機構５０ａによって構成される。
【００４５】
移動ステージ２０ａは、光照射部４ａの下部に配置される。移動ステージ２０ａは、矢印Ｂ３に示すように上述した図示しない第３移動機構によってＹ軸方向に沿って移動することができる。移動ステージ２０ａがＹ軸方向に沿って移動することにより、被処理基板１０に複数の加工ラインＬをＹ軸方向において並列して形成することができる。
【００４６】
第４移動機構３０ａは、移動ステージ２０ａの上面においてＸ軸方向の一方側に配置される。第４移動機構３０ａは、移動ステージ４０ａを保持するとともに、当該移動ステージ４０ａを所定方向に沿って移動させるものである。第４移動機構３０ａは、Ｚ軸方向に沿って延在し、リニアモータ等の駆動手段を有する。これにより、第４移動機構３０ａは、矢印Ｂ２に示すように移動ステージ４０ａをＺ軸方向（光軸方向）に沿って移動させることができる。
【００４７】
移動ステージ４０ａは、その中央に光ファイバ３ａを貫通させる貫通孔を有する。光ファイバ３ａは、当該貫通孔に挿入されることにより、移動ステージ４０ａの下方から上方に向けて移動ステージ４０ａを貫通する。そして、光ファイバ３ａの端部にて構成される光導入部の出射端が第１集光レンズ１３ａの中央位置から一定の距離を保って位置することとなるように、光ファイバ３ａが、図示しない固定部材によって移動ステージ４０ａに固定される。
【００４８】
第２移動機構５０ａおよび保持部６０ａは、移動ステージ４０ａの上方においてＸ軸方向において対向するように配置される。第２移動機構５０ａおよび保持部６０ａは、Ｚ軸方向に沿って延在する。第２移動機構５０ａと保持部６０ａとの間には、光軸方向に沿って光ファイバ３ａ側から、光学系を保持する保持手段としての第１レンズホルダ７０ａ、開口絞りホルダ８０ａおよび第２レンズホルダ９０ａがこの順で配置される。
【００４９】
第１レンズホルダ７０ａおよび第２レンズホルダ９０ａは、それぞれ支持部７１ａ，９１ａを介して保持部６０ａに保持される。開口絞りホルダ８０ａは、支持部８１ａを介して第２移動機構５０ａに保持される。ここで、第２移動機構５０ａは、リニアモータ等の駆動手段を有し、これにより開口絞りホルダ８０ａは、矢印Ｂ１に示すように第２移動機構５０ａによってＺ軸方向（光軸方向）に沿って移動することができる。
【００５０】
開口絞りホルダ８０ａは、第２移動機構５０ａによって移動ステージ４０ａ、保持部６０ａおよび保持部６０ａによって保持された各種部材から独立して移動することができる。したがって、第２移動機構５０ａによって開口絞りホルダ８０ａが移動されることにより、光軸方向において光ファイバ３ａの出射端と第２集光レンズ１４ａとの間の距離が一定に保たれたまま、第１集光レンズ１３ａと開口絞り１５ａとの間の距離および開口絞り１５ａと第２集光レンズ１４ａとの間の距離が可変に調節できることになる。
【００５１】
一方、第４移動機構３０ａによって移動ステージ４０ａがＺ軸方向（光軸方向）に移動する場合には、光ファイバ３ａと、第１レンズホルダ７０ａと、開口絞りホルダ８０ａと、第２レンズホルダ９０ａとが一体となってＺ軸方向（光軸方向）に移動する。したがって、移動ステージ４０ａがＺ軸方向（光軸方向）に移動しても、第１集光レンズ１３ａと開口絞り１５ａとの間の距離および開口絞り１５ａと第２集光レンズ１４ａとの間の距離が一定に保たれる。
【００５２】
図７に示すように、第１レンズホルダ７０ａは、第１集光レンズ１３ａを保持し、開口絞りホルダ８０ａ側に向けて突出する円柱状の突出部７２ａを有する。開口絞りホルダ８０ａは、円柱状の貫通孔８２ａを有し、内部において開口絞り１５ａを保持する。ここで、開口絞り１５ａは、Ｙ軸方向に平行な１組の辺と、Ｘ軸方向に平行な１組の辺とからなる矩形状の開口１６ａを有する。第２レンズホルダ９０ａは、第２集光レンズ１４ａを保持し、開口絞りホルダ８０ａ側に向けて突出する円柱状の突出部９２ａを有する。
【００５３】
第１レンズホルダ７０ａ、開口絞りホルダ８０ａおよび第２レンズホルダ９０ａを組み合わせた状態においては、突出部７２ａおよび突出部９２ａが貫通孔８２ａに嵌合する。これにより、第１レンズホルダ７０ａ、開口絞りホルダ８０ａおよび第２レンズホルダ９０ａのそれぞれが個別にＸＹ平面に沿った方向へ移動することが防止できるとともに、開口絞りホルダ８０ａの移動をＺ軸方向に導くことができる。この結果、移動ステージ４０ａまたは開口絞りホルダ８０ａのＺ軸方向への移動の際に生じる振動により、第１集光レンズ１３ａ、開口絞り１５ａおよび第２集光レンズ１４ａが相対的に傾いてしまうことが防止でき、光学系の光学中心とレーザ光の光軸とが合致した状態を保つことができる。
【００５４】
図８は、図６に示す光ファイバの出射端の形状を示す斜視図である。次に、図８を参照して、光ファイバ３ａの出射端の形状について説明する。
【００５５】
図８に示すように、光ファイバ３ａのコア１７ａの形状は、Ｙ軸方向に平行な１組の辺と、Ｘ軸方向に平行な１組の辺とを有する矩形状である。このため、光ファイバ３ａから出射されるレーザ光の形状も矩形状となる。なお、上述したように、開口絞り１５ａは、Ｙ軸方向に平行な１組の辺と、Ｘ軸方向に平行な１組の辺とを含む矩形状の開口１６ａを有する。したがって、光ファイバ３ａのコア形状と開口絞り１５ａの開口形状とが適合したものとなり、レーザ光の光線制御が適切に行えることになる。なお、光ファイバ３ａから出射され、開口絞り１５ａを通過することで被処理基板１０の主面に投影されるビームスポットの形状も、Ｙ軸方向に平行な１組の辺と、Ｘ軸方向に平行な１組の辺とを有する矩形状となる。
【００５６】
ここで、開口絞り１５ａの開口１６ａの形状が円形である場合には、出射部４aから出射され被処理基板１０の主面に投影されるビームスポット形状が、矩形の各辺が膨らんだような（円に近づく変形をする）矩形状になるが、これに対して、上述のように開口絞り１５ａの開口１６ａの形状を矩形にすることで、上記の矩形の各辺の膨らみを抑制することができ、被処理基板１０の主面において矩形状のビームスポットを得ることができる。
【００５７】
以上において説明した光照射部４ａとすることにより、光ファイバ３ａのコア１７ａの形状および大きさを基準にビームスポットの形状および大きさを容易にかつ制御性よく調整することができる。その具体的な調整方法としては、２種類の調整方法が想定でき、以下においては、これらを第１調整例および第２調整例として説明する。
【００５８】
図９は、図５に示す光照射部を用いたレーザ光の第１調整例を示す概念図である。図１０は、図５に示す光照射部を用いたレーザ光の第２調整例を示す概念図である。なお、図９および図１０においては、レーザ光の光軸を一点鎖線で示す。
【００５９】
図９および図１０に示すように、本実施の形態に係るレーザ加工装置にあっては、レーザ光の光軸に沿って、光ファイバ３ａの出射端と、第１集光レンズ１３ａと、開口絞り１５ａと、第２集光レンズ１４ａと、被処理基板１０とが、この順に並んで配置される。第２集光レンズ１４ａを保持する第２レンズホルダ９０ａは、保持部６０ａを介して移動ステージ４０ａに固定されるため、光ファイバ３ａの出射端と第２集光レンズ１４ａとの間の距離Ｄ１は、一定である。
【００６０】
ここで、光ファイバ３ａの出射端から光照射部４ａに向けて出射されたレーザ光は、第１集光レンズ１３ａ、開口絞り１５ａおよび第２集光レンズ１４ａを順次通過し、被処理基板１０の主面に照射される。
【００６１】
まず、光照射部４ａを用いたレーザ光の第１調整例について説明する。図９に示すように、光ファイバ３ａの出射端から光照射部４ａに向けて出射されたレーザ光は、光ファイバ３ａと第１集光レンズ１３ａとの間において広がりながら第１集光レンズ１３ａに向かって進行する。
【００６２】
第１集光レンズ１３ａに到達したレーザ光は、第１集光レンズ１３ａによって集束光束または発散光束（図９においては、集束光束の場合を図示している）に変更され、第２集光レンズ１４ａに向かって進行する。この際、第１集光レンズ１３ａを通過したレーザ光は、開口絞り１５ａによって所定の大きさおよび形状に制限される。開口絞り１５ａを通過したレーザ光は、第２集光レンズ１４ａによって集光され、被処理基板１０の主面にビームスポット１８ａとして投影される。
【００６３】
ここで、開口絞り１５ａは、矢印Ｂ１に示すように光軸方向に移動することができるため、開口絞り１５ａの位置を変更することでレーザ光の大きさが変更できる。その結果、被処理基板１０の主面に形成されるビームスポット１８ａの大きさも大きな幅をもって変更できることになり、その調整が容易にかつ制御性よく行なえることになる。
【００６４】
次に、光照射部４ａを用いたレーザ光の第２調整例について説明する。図１０に示す第２調整例にあっては、第１集光レンズ１３ａによってレーザ光が平行光束に変更される点で、図９に示す第１調整例と異なる。
【００６５】
レーザ光が第１集光レンズ１３ａによって平行光束に変更される場合には、開口絞り１５ａは、レーザ光の外周部分（完全に平行光束に調整しきれていない部分を含む）をカットし、第２集光レンズ１４ａに開口１６ａと同一の大きさの平行光束を入射させる。開口絞り１５ａを通過したレーザ光は、第２集光レンズ１４ａによって集光され、被処理基板１０の主面にビームスポット１８ａが投影される。
【００６６】
このように第２調整例においては、被処理基板１０に集光されるレーザ光の形状および大きさは、開口絞り１５ａの位置を光軸方向に沿って移動させても大きくは変化せず、開口１６ａの形状および大きさに従ってほぼ一定となる。しかしながら、上述したように、レーザ光の外周部分には完全に平行光束に調整しきれていない光を含んでいるケースが多いため、開口絞り１５ａの位置を変更することでビームスポット１８ａの大きさを容易に制御性よく微調整することができる。
【００６７】
図１１は、被処理基板上に照射されるレーザ光の照射領域と被処理基板上に形成される加工ラインとの関係を示す図である。次に、図１１を参照して、被処理基板１０上に集光されるビームスポットのＹ軸方向に沿った大きさと、レーザ光の照射によって被処理基板１０に形成されるレーザ加工痕のＹ軸方向に沿った大きさとの関係について説明する。
【００６８】
本実施の形態におけるレーザ加工装置は、光照射部４ａをＸ軸方向に移動させつつレーザ光を被処理基板１０に向けてパルス照射するものである。そのため、図１１においては、断続的に照射されるレーザ光の被処理基板１０に対する投影領域を一括して照射領域Ａとして示し、被処理基板１０に形成されるレーザ加工痕によって形作られる加工ラインを符号Ｌにて示す。
【００６９】
図１１に示すように、加工ラインＬのＹ軸方向における大きさである幅Ｗ２（すなわちレーザ加工痕のＹ軸方向における幅）は、照射領域ＡのＹ軸方向における大きさである幅Ｗ１（すなわち、ビームスポットのＹ軸方向における幅）よりも大きくなる。これは、レーザ光の照射領域のみならず、その周囲部分においても被処理基板１０が加熱されることで加工が行なわれるためである。このように、実際にレーザ加工を行なう場合には、照射領域Ａの幅と加工ラインＬの幅との関係を念頭に置くことが必要になる。
【００７０】
なお、上述した加工ラインＬの形成の際には、パルス照射によって形成される複数のレーザ加工痕が加工ライン形成方向（Ｘ軸方向）に沿った長さの４０％以下の長さで互いに重なり合うようにレーザ加工が行なわれることが好ましい。このようにすれば、レーザ加工痕が重なり合った部分の加工ラインＬの線幅と、レーザ加工痕が重なり合っていない部分の加工ラインＬの線幅とが概ね合致することになり、加工ラインＬの直線性を高めることができる。
【００７１】
また、上述したように、ビームスポットを矩形状とすることにより、ビームスポットを円形にした場合等に比較して、レーザ加工痕が重なり合った部分での加工ラインＬの線幅の変動の発生が抑制できるため、加工ラインＬの直線性を高めることができる。
【００７２】
以下に、光電変換層としての薄膜シリコン層が形成された被処理基板に波長５３２ｎｍのレーザ光を実際に照射することで加工ラインを形成した場合の加工例を示す。なお、以下に示す加工例は、光照射部に開口絞りを具備させることなく光照射部を被処理基板に対して加工方向（Ｘ軸方向）に沿って１．２ｍ／ｓの速度で移動させた場合のものである。
【００７３】
コアのＹ軸方向の幅が１００μｍである光ファイバを用い、光照射部のＹ軸方向に沿った光学倍率を１倍に調整してレーザ加工を行なった場合には、加工ラインの線幅は１１５μｍになった。すなわち、この場合には、ビームスポットの幅の１．１５倍の幅の大きさを有する加工ラインが被処理基板に形成されることになる。
【００７４】
また、コアのＹ軸方向の幅が１７５μｍである光ファイバを用い、光照射部のＹ軸方向に沿った光学倍率を１倍に調整してレーザ加工を行なった場合には、加工ラインの線幅は１８５μｍになった。すなわち、この場合には、ビームスポットの幅の約１．０６倍の大きさの幅を有する加工ラインが被処理基板に形成されることになる。
【００７５】
上記加工例に基づけば、Ｙ軸方向の幅が１００μｍ以上１７５μｍ以下であるコアを有する光ファイバを用いた場合には、光照射部によるＹ軸方向に沿った投影比が、０．８５以上０．９５以下の所定の値となるように調整することにより、光ファイバのコアの幅と同一の幅を有する加工ラインを形成することができることを意味している。
【００７６】
したがって、上記の結果から、本実施の形態に係るレーザ加工装置において加工ラインＬの線幅を設定するに際して、このような投影比となるように開口絞り１５ａの位置を調節することで（すなわち、開口絞り１５ａの開口１６ａのＹ軸方向に沿った大きさを第１集光レンズ１３ａと第２集光レンズ１４ａとの間を通過するレーザ光の光束のＹ軸方向における最大の大きさの０．８５倍以上０．９５倍以下の所定の値にすることで）加工ラインＬの線幅を光ファイバ３ａのコア１７ａの幅に等しくなるように調整することが可能となり、加工ラインＬの線幅制御の管理がより簡易に行なえるようになることが理解できる。
【００７７】
以上において説明したように、本実施の形態に係るレーザ加工装置においては、開口１６ａを有する開口絞り１５ａを光軸方向に移動させることで、被処理基板１０に投影されるビームスポット１８ａの形状および大きさを容易にかつ制御性よく調整することができる。したがって、被処理基板１０に形成される加工ラインＬの線幅を簡易にかつ高精度に調整することができる。そのため、複数の光照射部４ａ〜４ｈを用いて被処理基板１０を加工する際にも、被処理基板１０の全面に亘って均一な線幅の加工ラインＬを形成することができる。
【００７８】
また、本実施の形態に係るレーザ加工装置においては、第１集光レンズ１３ａと第２集光レンズ１４ａとの間に開口絞り１５ａを配置することで、第１集光レンズ１３ａと第２集光レンズ１４ａの位置関係を変化させることなく、被処理基板１０に投影されるビームスポット１８ａの形状および大きさを調整することができる。このため、集束光のエネルギー密度に変動が生じることがなく、加工ラインＬの線幅制御の安定性を高めることができる。
【００７９】
また、本実施の形態に係るレーザ加工装置においては、加工ラインＬの線幅制御の最小値を光学系に入射するレーザ光の光学的な最小値（すなわち、光ファイバ３ａのコア１７ａの大きさ）に制約されずに当該最小値以下の線幅に制御することができる。したがって、光学系のデフォーカスによる調整範囲を少なくすることができ、より高精度にレーザ加工することが可能になる。
【００８０】
また、本実施の形態に係るレーザ加工装置においては、加工ラインＬの線幅を、光ファイバ３ａのコア１７ａの大きさといった明確な光学系数値に一致させるような加工が可能になるため、この意味においても加工ラインＬの線幅制御を高精度化することができる。
【００８１】
さらには、本実施の形態に係るレーザ加工装置においては、開口絞り１５ａの位置を調節することで光線制御を行なうものであるため、第１集光レンズ１３ａとして、取り込み光量の大きいレンズ面を有するものを使用できる効果も得られる。
【００８２】
（実施の形態２）
図１２は、本発明の実施の形態２に係るレーザ加工装置の光照射部の概念図である。図１３は、図１２に示す光照射部の具体的な構造を示す外観図である。図１４は、図１３に示す光学系の分解斜視図である。以下、図１２ないし図１４を参照して、本実施の形態に係るレーザ加工装置の光照射部１０４ａの構造について説明する。
【００８３】
図１２に示すように、本実施の形態に係るレーザ加工装置の光照射部１０４ａは、開口絞り１５ａに代えて第１集光レンズ１３ａが矢印Ｂ１に示すように光軸方向（Ｚ軸方向）に沿って移動可能とされる点において、実施の形態１に係るレーザ加工装置の光照射部４ａと相違する。
【００８４】
図１３に示すように、第２移動機構５０ａおよび保持部６０ａは、移動ステージ４０ａの上面においてＸ軸方向において対向するように配置される。第２移動機構５０ａおよび保持部６０ａは、Ｚ軸方向に沿って延在する。第２移動機構５０ａと保持部６０ａとの間には、光軸方向に沿って光ファイバ３ａ側から、光学系を保持する保持手段としての第１レンズホルダ７０ａ、開口絞りホルダ８０ａ、第２レンズホルダ９０ａがこの順で配置される。
【００８５】
第１レンズホルダ７０ａは、支持部７１ａを介して移動機構５０ａに保持される。開口絞りホルダ８０ａおよび第２レンズホルダ９０ａは、保持部６０ａに固定されることで保持される。ここで、第２移動機構５０ａは、リニアモータ等の駆動手段を有し、これにより第１レンズホルダ７０ａは、矢印Ｂ１に示すように第２移動機構５０ａによってＺ軸方向（光軸方向）に沿って移動することができる。
【００８６】
第１レンズホルダ７０ａは、第２移動機構５０ａによって移動ステージ４０ａ、保持部６０ａおよび保持部６０ａによって保持された各種部材から独立して移動することができる。したがって、第２移動機構５０ａによって第１レンズホルダ７０ａが移動されることにより、光軸方向において光ファイバ３ａの出射端と第２集光レンズ１４ａとの間の距離が一定に保たれたまま、光ファイバ３ａの出射端と第１集光レンズ１３ａとの間の距離および第１集光レンズ１３ａと開口絞り１５ａとの間の距離が可変に調節できることになる。
【００８７】
一方、第４移動機構３０ａによって移動ステージ４０ａがＺ軸方向（光軸方向）に移動する場合には、光ファイバ３ａと、第１レンズホルダ７０ａと、開口絞りホルダ８０ａと、第２レンズホルダ９０ａとが一体となってＺ軸方向（光軸方向）に移動する。したがって、移動ステージ４０ａがＺ軸方向（光軸方向）に移動しても、光ファイバ３ａの出射端と第１集光レンズ１３ａとの間の距離および第１集光レンズ１３ａと開口絞り１５ａとの間の距離が一定に保たれる。
【００８８】
図１４に示すように、第１レンズホルダ７０ａは、第１集光レンズ１３ａを保持し、開口絞りホルダ８０ａ側に向けて突出する円柱状の突出部７２ａを有する。開口絞りホルダ８０ａは、円柱状の貫通孔８２ａを有し、内部において開口絞り１５ａを保持する。ここで、開口絞り１５ａは、Ｙ軸方向に平行な１組の辺と、Ｘ軸方向に平行な１組の辺とからなる矩形状の開口１６ａを有する。第２レンズホルダ９０ａは、第２集光レンズ１４ａを保持し、開口絞りホルダ８０ａ側に向けて突出する円柱状の突出部９２ａを有する。
【００８９】
第１レンズホルダ７０ａ、開口絞りホルダ８０ａおよび第２レンズホルダ９０ａを組み合わせた状態においては、突出部７２ａおよび突出部９２ａが貫通孔８２ａに嵌合する。これにより、第１レンズホルダ７０ａ、開口絞りホルダ８０ａおよび第２レンズホルダ９０ａのそれぞれが個別にＸＹ平面に沿った方向へ移動することが防止できるとともに、第１レンズホルダ７０ａの移動をＺ軸方向に導くことができる。この結果、移動ステージ４０ａまたは第１レンズホルダ７０ａのＺ軸方向への移動の際に生じる振動により、第１集光レンズ１３ａ、開口絞り１５ａおよび第２集光レンズ１４ａが相対的に傾いてしまうことが防止でき、光学系の光学中心とレーザ光の光軸とが合致した状態を保つことができる。
【００９０】
以上において説明した光照射部１０４ａとすることにより、光ファイバ３ａのコア１７ａの形状および大きさを基準にビームスポットの形状および大きさを容易にかつ制御性よく調整することができる。その具体的な調整方法としては、２種類の調整方法が想定でき、以下においては、これらを第１調整例および第２調整例として説明する。
【００９１】
図１５は、図１２に示す光照射部を用いたレーザ光の第１調整例を示す概念図である。図１６は、図１２に示す光照射部を用いたレーザ光の第２調整例を示す概念図である。なお、図１５および図１６においては、レーザ光の光軸を一点鎖線で示す。
【００９２】
図１５および図１６に示すように、本実施の形態に係るレーザ加工装置にあっては、レーザ光の光軸に沿って、光ファイバ３ａの出射端と、第１集光レンズ１３ａと、開口絞り１５ａと、第２集光レンズ１４ａと、被処理基板１０とが、この順に並んで配置される。第２集光レンズ１４ａを保持する第２レンズホルダ９０ａは、保持部６０ａを介して移動ステージ４０ａに固定されるため、光ファイバ３ａの出射端と第２集光レンズ１４ａとの間の距離Ｄ１は、一定である。
【００９３】
ここで、光ファイバ３ａの出射端から光照射部１０４ａに向けて出射されたレーザ光は、第１集光レンズ１３ａ、開口絞り１５ａおよび第２集光レンズ１４ａを順次通過し、被処理基板１０の主面に照射される。
【００９４】
まず、光照射部１０４ａを用いたレーザ光の第１調整例について説明する。図１５に示すように、光ファイバ３ａの出射端から光照射部１０４ａに向けて出射されたレーザ光は、光ファイバ３ａと第１集光レンズ１３ａとの間において広がりながら第１集光レンズ１３ａに向かって進行する。
【００９５】
第１集光レンズ１３ａと光ファイバ３ａの出射端がある程度離れている場合には、第１集光レンズ１３ａを通過する直前のレーザ光の光束は、開口絞り１５ａの開口１６ａの幅よりも広がった状態となる。このため、第１集光レンズ１３ａに到達したレーザ光は、第１集光レンズ１３ａによって開口１６ａの幅よりも大きい幅を有する光束に変更され、第２集光レンズ１４ａに向かって進行する。
【００９６】
そして、第１集光レンズ１３ａを通過したレーザ光は、開口絞り１５ａによって、所定の大きさおよび形状に制限される。開口絞り１５ａを通過したレーザ光は、第２集光レンズ１４ａによって集光され、被処理基板１０の主面にビームスポット１８ａとして投影される。
【００９７】
このように第１調整例においては、被処理基板１０に集光されるレーザ光の形状および大きさが、開口絞り１５ａの開口１６ａの形状および大きさに従ったものとなる。したがって、開口絞り１５ａのみによって容易にビームスポット１８ａの形状を調整することができる。
【００９８】
ここで、上述した実施の形態１において示した加工例に基づけば、Ｙ軸方向の幅が１００μｍ以上１７５μｍ以下であるコア１７ａを有する光ファイバ３ａを用いる場合に、加工ラインＬの線幅を設定するに際し、このような投影比となるように第１集光レンズ１３ａの位置を調節することで（すなわち、開口絞り１５ａの開口１６ａのＹ軸方向に沿った大きさが第１集光レンズ１３ａと第２集光レンズ１４ａとの間を通過するレーザ光の光束のＹ軸方向における最大の大きさの０．８５倍以上０．９５倍以下の所定の値となるようにすることで）加工ラインＬの線幅を光ファイバ３ａのコア１７ａの幅に等しくなるように調整することが可能となる。したがって、このように構成すれば、加工ラインＬの線幅制御の管理がより簡易に行なえるようになる。
【００９９】
次に、光照射部１０４ａを用いたレーザ光の第２調整例について説明する。図１６に示す第２調整例においては、第１調整例に比較して、第１集光レンズ１３ａが光ファイバ３ａの出射端により近づいた状態にあり、第１集光レンズ１３ａを通過したレーザ光の全てが開口絞り１５ａの開口１６ａを通過する。
【０１００】
この第２調整例においては、光照射部１０４ａの光学倍率（すなわち、第１集光レンズ１３ａおよび第２集光レンズ１４ａによって定まる光学倍率）に基づいて、被処理基板１０に集光されるレーザ光の形状および大きさが変更される。したがって、第１集光レンズ１３ａの位置を調節することにより、被処理基板１０の主面に形成されるビームスポット１８ａの大きさを変更できることになり、その調整が容易にかつ制御性よく行なえることになる。
【０１０１】
ここで、上述した実施の形態１において示した加工例に基づけば、Ｙ軸方向の幅が１００μｍ以上１７５μｍ以下であるコア１７ａを有する光ファイバ３ａを用いる場合に、加工ラインＬの線幅を設定するに際し、第１集光レンズ１３ａおよび第２集光レンズ１４ａによって定まるＹ軸方向に沿った光学倍率を０．８５倍以上０．９５倍以下の所定の値に調整することで、光ファイバ３ａのコア１７ａの幅と同一の幅を有する加工ラインＬを形成することができる。したがって、このように構成すれば、加工ラインＬの線幅制御の管理がより簡易に行なえるようになる。
【０１０２】
以上において説明したように、本実施の形態に係るレーザ加工装置においては、第１集光レンズ１３ａを光軸方向に移動させることで、被処理基板１０に投影されるビームスポット１８ａの形状および大きさを容易にかつ制御性よく調整することができる。したがって、被処理基板１０に形成される加工ラインＬの線幅を簡易にかつ高精度に調整することができる。そのため、複数の光照射部を用いて被処理基板１０を加工する際にも、被処理基板１０の全面に亘って均一な線幅の加工ラインＬを形成することができる。
【０１０３】
また、本実施の形態に係るレーザ加工装置においては、加工ラインＬの線幅制御の最小値を光学系に入射するレーザ光の光学的な最小値（すなわち、光ファイバ３ａのコア１７ａの大きさ）に制約されずに当該最小値以下の線幅に制御することができる。したがって、光学系のデフォーカスによる調整範囲を少なくすることができ、より高精度にレーザ加工することが可能になる。
【０１０４】
また、本実施の形態に係るレーザ加工装置においては、加工ラインＬの線幅を、光ファイバ３ａのコア１７ａの大きさといった明確な光学系数値に一致させるような加工が可能になるため、この意味においても加工ラインＬの線幅制御を高精度化することができる。
【０１０５】
さらには、本実施の形態に係るレーザ加工装置においては、第１集光レンズ１３ａを光ファイバ３ａ側に移動させ、第１集光レンズ１３ａと光ファイバ３ａとの間の距離を短くすることができる。このため、光ファイバ３ａの出射端での回折によるレーザ光の広がりを低減させることができ、第１集光レンズ１３ａでの光線制御がより容易に行なえるようになる。したがって、この意味においも加工ラインＬの線幅制御を高精度化することができる。
【０１０６】
（実施の形態３）
図１７は、本発明の実施の形態３に係るレーザ加工装置の光照射部の具体的な構造を示す外観図である。以下、図１７を参照して、本実施の形態に係るレーザ加工装置の光照射部２０４ａの構造について説明する。
【０１０７】
図１７に示すように、本実施の形態に係るレーザ加工装置の光照射部２０４ａは、光学系の基本的な構成において、実施の形態２に係るレーザ加工装置の光照射部１０４ａと同様であり、第１集光レンズ１３ａの他の光学系に対する向きが異なる点と、光学系としてさらにミラー２００ａを有している点において、実施の形態２に係るレーザ加工装置の光照射部１０４ａと相違する。
【０１０８】
具体的には、光照射部２０４ａにおいては、第１集光レンズ１３ａの光学中心がＸ軸方向に沿って延在するように第１集光レンズ１３ａが配置されるとともに、レーザ光の光軸方向に沿って第１集光レンズ１３ａと第２集光レンズ１４ａとの間の位置にミラー２００ａが配置される。ミラー２００ａは、第１集光レンズ１３ａを透過し、Ｘ軸方向に沿って進行するレーザ光を被処理基板１０の主面の法線方向（Ｚ軸方向）に向けて進行するようにレーザ光の光路を変更する。
【０１０９】
光照射部２０４ａは、上述した光学系に加え、移動ステージ２０ａと、第４移動機構３０ａと、移動ステージ４０ａ、第２移動機構５０ａと、保持部６０ａと、第１レンズホルダ７０ａと、開口絞りホルダ８０ａと、第２レンズホルダ９０ａと、ミラー２００ａとを有する。なお、光ファイバ３ａは、図示しない固定部材によって移動ステージ４０ａに保持されており、その出射端は、Ｘ軸方向に向いている。
【０１１０】
保持部６０ａは、支持部８１ａを介して開口絞りホルダ８０ａを保持し、支持部９１ａを介して第２レンズホルダ９０ａを保持する。また、保持部６０ａは、ミラー２００ａを傾斜させた状態にて保持する。
【０１１１】
第２移動機構５０ａは、移動ステージ４０ａの上方に配置され、第１レンズホルダ７０ａを保持する。ここで、第２移動機構５０ａは、リニアモータ等の駆動手段を有し、これにより第１レンズホルダ７０ａは、矢印Ｃ１に示すように第２移動機構５０ａによってＸ軸方向（光軸方向）に沿って移動することができる。
【０１１２】
第１レンズホルダ７０ａは、第２移動機構５０ａによって移動ステージ４０ａ、保持部６０ａおよび保持部６０ａによって保持された各種部材から独立して移動することができる。したがって、第２移動機構５０ａによって第１レンズホルダ７０ａが移動されることにより、光軸方向において光ファイバ３ａの出射端と第２集光レンズ１４ａとの間の距離が一定に保たれたまま、光ファイバ３ａの出射端と第１集光レンズ１３ａとの間の距離および第１集光レンズ１３ａと開口絞り１５ａとの間の距離が可変に調節できることになる。
【０１１３】
一方、第４移動機構３０ａによって移動ステージ４０ａがＺ軸方向（光軸方向）に移動する場合には、光ファイバ３ａと、第１レンズホルダ７０ａと、開口絞りホルダ８０ａと、第２レンズホルダ９０ａとが一体となってＺ軸方向（光軸方向）に移動する。したがって、移動ステージ４０ａがＺ軸方向（光軸方向）に移動しても、光ファイバ３ａの出射端と第１集光レンズ１３ａとの間の距離および第１集光レンズ１３ａと開口絞り１５ａとの間の距離が一定に保たれる。
【０１１４】
ここで、上述した実施の形態２に係るレーザ加工装置の光照射部１０４ａの如くの構成を採用した場合には、移動ステージ４０ａをＺ軸方向に沿って移動させた場合に生じる振動によって、第１集光レンズ１３ａの位置にずれが生じるおそれがある。しかしながら、本実施の形態に係るレーザ加工装置の光照射部２０４ａとすることにより、第１レンズホルダ７０ａがＺ軸方向ではなくＸ軸方向に沿って移動するため、移動ステージ４０ａをＺ軸方向に沿って移動させた場合に生じる振動によっても第１集光レンズ１３ａに位置ずれが生じるおそれが低減できる。そのため、より高精度にレーザ光の光線制御が行なえることになる。
【０１１５】
以上において説明した光照射部２０４ａとすることにより、光ファイバ３ａのコア１７ａの形状および大きさを基準にビームスポットの形状および大きさを容易にかつ制御性よく調整することができる。その具体的な調整方法としては、２種類の調整方法が想定でき、以下においては、これらを第１調整例および第２調整例として説明する。
【０１１６】
図１８は、図１７に示す光照射部を用いたレーザ光の第１調整例を示す概念図である。図１９は、図１７に示す光照射部を用いたレーザ光の第２調整例を示す概念図である。なお、図１８および図１９においては、レーザ光の光軸を一点鎖線で示す。
【０１１７】
図１８および図１９に示すように、本実施の形態に係るレーザ加工装置にあっては、レーザ光の光軸に沿って、光ファイバ３ａの出射端と、第１集光レンズ１３ａと、ミラー２００ａと、開口絞り１５ａと、第２集光レンズ１４ａと、被処理基板１０とが、この順に並んで配置される。第２集光レンズ１４ａを保持する第２レンズホルダ９０ａは、保持部６０ａを介して移動ステージ４０ａに固定されるため、光ファイバ３ａの出射端と第２集光レンズ１４ａとの間の距離（Ｄ２１＋Ｄ２２）は、一定である。
【０１１８】
ここで、光ファイバ３ａの出射端から光照射部１０４ａに向けて出射されたレーザ光は、第１集光レンズ１３ａ、ミラー２００ａ、開口絞り１５ａおよび第２集光レンズ１４ａを順次通過し、被処理基板１０の主面に照射される。
【０１１９】
まず、光照射部１０４ａを用いたレーザ光の第１調整例について説明する。図１８に示すように、光ファイバ３ａの出射端から光照射部２０４ａに向けて出射されたレーザ光は、光ファイバ３ａと第１集光レンズ１３ａとの間において広がりながら第１集光レンズ１３ａに向かって進行する。
【０１２０】
第１集光レンズ１３ａと光ファイバ３ａの出射端がある程度離れている場合には、第１集光レンズ１３ａを通過する直前のレーザ光の光束は、開口絞り１５ａの開口１６ａの幅よりも広がった状態となる。このため、第１集光レンズ１３ａに到達したレーザ光は、第１集光レンズ１３ａによって開口１６ａの幅よりも大きい幅を有する光束に変更され、第２集光レンズ１４ａに向かって進行する。
【０１２１】
そして、第１集光レンズ１３ａを通過したレーザ光は、ミラー２００ａによって反射された後、開口絞り１５ａによって、所定の大きさおよび形状に制限される。開口絞り１５ａを通過したレーザ光は、第２集光レンズ１４ａによって集光され、被処理基板１０の主面にビームスポット１８ａとして投影される。
【０１２２】
このように第１調整例においては、被処理基板１０に集光されるレーザ光の形状および大きさが、開口絞り１５ａの開口１６ａの形状および大きさに従ったものとなる。したがって、開口絞り１５ａのみによって容易にビームスポット１８ａの形状を調整することができる。
【０１２３】
ここで、上述した実施の形態１において示した加工例に基づけば、Ｙ軸方向の幅が１００μｍ以上１７５μｍ以下であるコア１７ａを有する光ファイバ３ａを用いる場合に、加工ラインＬの線幅を設定するに際し、このような投影比となるように第１集光レンズ１３ａの位置を調節することで（すなわち、開口絞り１５ａの開口１６ａのＹ軸方向に沿った大きさが第１集光レンズ１３ａと第２集光レンズ１４ａとの間を通過するレーザ光の光束のＹ軸方向における最大の大きさの０．８５倍以上０．９５倍以下の所定の値となるようにすることで）加工ラインＬの線幅を光ファイバ３ａのコア１７ａの幅に等しくなるように調整することが可能となる。したがって、このように構成すれば、加工ラインＬの線幅制御の管理がより簡易に行なえるようになる。
【０１２４】
次に、光照射部２０４ａを用いたレーザ光の第２調整例について説明する。図１９に示す第２調整例においては、第１調整例に比較して、第１集光レンズ１３ａが光ファイバ３ａの出射端により近づいた状態にあり、第１集光レンズ１３ａを通過したレーザ光の全てがミラー２００ａにて反射された後、開口絞り１５ａの開口１６ａを通過する。
【０１２５】
この第２調整例においては、光照射部２０４ａの光学倍率（すなわち、第１集光レンズ１３ａおよび第２集光レンズ１４ａによって定まる光学倍率）に基づいて、被処理基板１０に集光されるレーザ光の形状および大きさが変更される。したがって、第１集光レンズ１３ａの位置を調節することにより、被処理基板１０の主面に形成されるビームスポット１８ａの大きさを変更できることになり、その調整が容易にかつ制御性よく行なえることになる。
【０１２６】
ここで、上述した実施の形態１において示した加工例に基づけば、Ｙ軸方向の幅が１００μｍ以上１７５μｍ以下であるコア１７ａを有する光ファイバ３ａを用いる場合に、加工ラインＬの線幅を設定するに際し、第１集光レンズ１３ａおよび第２集光レンズ１４ａによって定まるＹ軸方向に沿った光学倍率を０．８５倍以上０．９５倍以下の所定の値に調整することで、光ファイバ３ａのコア１７ａの幅と同一の幅を有する加工ラインＬを形成することができる。したがって、このように構成すれば、加工ラインＬの線幅制御の管理がより簡易に行なえるようになる。
【０１２７】
このように、本実施の形態に係るレーザ加工装置とした場合にも、上述した実施の形態２に係るレーザ加工装置とした場合と同様の効果が得られることになる。さらには、上述したように、移動ステージ４０ａをＺ軸方向に沿って移動させた場合に生じる振動によっても第１集光レンズ１３ａに位置ずれが生じるおそれが低減できるため、より高精度にレーザ光の光線制御が行なえることになる。
【０１２８】
なお、上述した実施の形態１ないし３に係るレーザ加工装置においては、光照射部を２つの集光レンズと１つの開口絞りまたはこれに加えて１つのミラーを有するものとして構成した場合を例示したが、光照射部は、これら以外の光学素子（レンズやミラー、開口絞り等）をさらに含む構成であってもよい。
【０１２９】
また、上述した実施の形態１ないし３に係るレーザ加工装置においては、光軸方向に沿って光ファイバの出射端側から、集光レンズ、開口絞り、集光レンズの順で光学素子が配置された構成の光照射部とした場合を例示したが、これらの配置順序については、適宜変更が可能である。
【０１３０】
また、上述した実施の形態１ないし３に係るレーザ加工装置においては、開口絞りの開口の形状が矩形状である場合を例示したが、これに限定されず、所望のビームスポットの形状に合わせて適宜選択することが可能である。さらに、光ファイバのコアの形状についても矩形状に限定されず、任意に選択することが可能である。
【０１３１】
また、上述した実施の形態１ないし３においては、複数の光照射部を有するレーザ加工装置に本発明を適用した場合を例示して説明を行なったが、単一の光照射部のみが設けられた構成のレーザ加工装置にも、当然に本発明の適用が可能である。
【０１３２】
さらには、上述した実施の形態１ないし３においては、薄膜太陽電池の製造に用いられるレーザ加工装置に本発明を適用した場合を例示したが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、本発明は種々のレーザ加工装置にその適用が可能である。
【０１３３】
以上において、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって画定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【０１３４】
１  レーザ光源、２  光分岐素子、３ａ〜３ｈ  光ファイバ、４ａ〜４ｈ，１０４ａ，２０４ａ  光照射部、５ａ〜５ｈ  組合せステージ、６  ベース部、７ａ，７ｂ，８  ガイド部、９  基板保持部、１０  被処理基板、１１，１２ａ〜１２ｈ  レンズ、１３ａ〜１３ｈ  第１集光レンズ、１４ａ〜１４ｈ  第２集光レンズ、１５ａ〜１５ｈ  開口絞り、１６ａ  開口、１７ａ  コア、１８ａ  ビームスポット、２０ａ  移動ステージ、３０ａ  第４移動機構、４０ａ  移動ステージ、５０ａ  第２移動機構、６０ａ  保持部、７０ａ  第１レンズホルダ、７１ａ  支持部、７２ａ  突出部、８０ａ  開口絞りホルダ、８１ａ  支持部、８２ａ  貫通孔、９０ａ  第２レンズホルダ、９１ａ  支持部、９２ａ  突出部、２００ａ  ミラー、Ａ  照射領域、Ａ１，Ａ２  領域、ＡＭ  全反射ミラー、ＨＭ  ハーフミラー、Ｌ  加工ライン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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