(57)【要約】要約課題  基板上の薄膜をレーザによりスクライブ加工する場合に、大型の集塵機、大量の洗浄液を必要とせず、正確に微細なスクライブ加工を行うレーザ加工方法および装置を提供することを目的とする。解決手段  レーザ光源１６０からのレーザ光１０１を、レンズ１０２で集光し、配管１１１の窓部１４７から導入し、洗浄液１１２中を伝播させ、ノズル１１３から照射すると共に、集光されたレーザ光１０１の光軸を略中心とし、集光されたレーザ光１０１と接触しない大きさの内径で設けられたノズル１１３から、液流制御部１７０から供給される洗浄液１１２を噴射してスクライブ加工を行うものである。選択図        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光の照射と共に、前記レーザ光の光軸と略同一軸で、光径より大きい液柱状の洗浄液を噴射して加工を行うことを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項２】
基板上の薄膜を加工する場合に、レーザ光の光軸上で、前記レーザ光の照射面と反対側の基板面側から前記レーザ光のビーム形状を測定することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項３】
基板上の薄膜を加工する場合に、レーザ光の光軸上で、前記レーザ光の照射面と反対側の基板面側から前記レーザ光のビーム強度を測定することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工方法。
【請求項４】
レーザ光の光路の一部と略同一の光路又は略平行する光路で、制御用光線を出射し、前記制御用光線の反射光から制御情報を取得することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のレーザ加工方法。
【請求項５】
制御情報は、距離の情報であることを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
制御情報は、位置の情報であることを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工方法。
【請求項７】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光を集光するレンズと、
洗浄液を供給し流速を制御する液流制御部と、
集光された前記レーザ光を導入する窓部が設けられた前記洗浄液を導入する配管と、
前記窓部から前記洗浄液中に導入された前記レーザ光の光軸を略中心とし、前記洗浄液中を伝播するレーザ光が内壁に接触しない大きさで、前記配管の前記窓部と対応する位置に設けられ、前記洗浄液中を伝播する前記レーザ光を照射すると共に、前記洗浄液を噴射するノズルとを備えるレーザ加工装置。
【請求項８】
窓部は、プリズムで構成されていることを特徴とする請求項７に記載のレーザ加工装置。
【請求項９】
窓部は、レンズと一体であることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のレーザ加工装置。
【請求項１０】
基板上の薄膜を加工する場合に、レーザ光の光軸上で、レーザ光の照射面と反対側の基板面側に、前記レーザ光のビーム形状を測定するビーム形状測定部をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のレーザ加工装置。
【請求項１１】
基板上の薄膜を加工する場合に、レーザ光の光軸上で、レーザ光の照射面と反対側の基板面側に、前記レーザ光のビーム強度を測定するパワーメータをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のレーザ加工装置。
【請求項１２】
制御用光線を、レーザ光の光路の一部と略同一の光路で照射し、前記制御用光線の照射面からの反射光により制御情報を取得する制御用センサをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のレーザ加工装置。
【請求項１３】
制御用光線を照射して照射面からの反射光により制御情報を取得する制御用センサと、レーザ光の光路の一部と略平行する位置で配管に設けられ、前記制御用光線を導入する制御用窓部と、前記配管の前記窓部に対応する位置に設けられ、前記窓部から導入された前記制御用光線を照射する制御用ノズルとをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のレーザ加工装置。
【請求項１４】
制御情報は、距離の情報であることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載のレーザ加工装置。
【請求項１５】
制御情報は、位置の情報であることを特徴とする請求項１２または請求項１３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、薄膜太陽電池、液晶、有機エレクトロルミネッセンス、プラズマディスプレイ等のフラットパネル機器における基板上の薄膜を、レーザを用いて加工するレーザ加工方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、基板上の薄膜を分断する加工（以下、スクライブ加工と称す）には、レーザが用いられている。従来のレーザを用いたスクライブ加工（レーザスクライブ）では、薄膜の光吸収波長に合わせたレーザを用いて、薄膜あるいは薄膜に含まれる一部の成分を加熱し、気化を利用してレーザ照射部の薄膜を取り除いている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
このとき、取り除かれた薄膜が基板上に粉塵として付着するため、レーザスクライブ後の洗浄が欠かせない。このため、レーザ照射と洗浄を同時に行う試みもある（例えば、特許文献２参照）。【０００４】
さらに、基板が大きくなると、一つの基板に対し複数のスクライブ線を多数加工する必要があり、多層薄膜でのスクライブ加工においては、薄膜間のスクライブ線の位置精度を向上させるためのモニタ法が開示されている（例えば、特許文献３参照）。【０００５】
一方、レーザ加工法として、水柱（ウォータジェット）を光導光路として用い、水とレーザ光を同じ加工領域に照射する方法がある（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１−１４０６７７号公報（第２頁左下欄第１２行目〜右下欄第２０行目、第１図）
【特許文献２】特開２００６−３１５０３０号公報（００１８〜００２０段、図１）
【特許文献３】特開２００８−７１８７４号公報（００４０〜００４６段、図１）
【非特許文献１】Laser-doped Silicon Solar Cells by Laser Chemical Processing (LCP) exceeding 20% Efficiency, 33rd IEEE Photovoltaic Specialist Conference, 12-16 May. 2008, St. Diego, CA
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のような従来のレーザ加工方法では、スクライブ加工により粉塵が大量に発生するため、レーザ光を基板の薄膜層がある反対側から照射し、大容量の集塵機を用いて薄膜層表面に発生する粉塵を取り除く方法や、洗浄層の中でスクライブ加工を行う方法等があった。【０００８】
しかし、これらの方法では、レーザ光が基板表面で反射され損失となるため、レーザ光の透過する基板を選択しなければならないという問題があった。また、大容量の集塵機で粉塵を取り除く方法では、装置が大型化により騒音が発生し、コストも増大するという問題点があった。【０００９】
また、洗浄層の中でスクライブ加工を行う方法では、基板が大型化することで消費する洗浄液が大量となり、環境負荷が大きくなるという問題点があった。【００１０】
一方、スクライブ線の位置制御に関しては、レーザ光を照射し、スペックルパターンから位置を検出する方法があるが、基板上に粉塵、水滴等の異物がある場合、正確な検出ができないという問題があった。【００１１】
さらに、水柱をレーザ光の導光路として用いる方法では、水柱の断面全体にレーザ光が広がるため、加工領域の最小面積が、水柱の最小面積より小さくできないという問題があった。【００１２】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、基板上の薄膜をレーザによりスクライブ加工する場合に、大型の集塵機、大量の洗浄液を必要とせず、正確に微細なスクライブ加工を行うレーザ加工方法および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】
【００１３】
本発明に係るレーザ加工方法は、レーザ光の照射と共に、レーザ光の光軸と略同一軸で、光径より大きい液柱状の洗浄液を噴射して基板上の薄膜の加工を行うことを特徴とするものである。【００１４】
また、本発明に係るレーザ加工装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光を集光するレンズと、洗浄液を供給し流速を制御する液流制御部と、集光されたレーザ光を導入する窓部が設けられた洗浄液を導入する配管と、窓部から洗浄液中に導入されたレーザ光の光軸を略中心とし、洗浄液中を伝播するレーザ光が内壁に接触しない大きさで、配管の窓部と対応する位置に設けられ、洗浄液中を伝播するレーザ光を照射すると共に、洗浄液を噴射するノズルとを備えるものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、レーザ光の照射と共に洗浄液を加工領域に噴射して、スクライブ加工し、アブレーションの際発生する粉塵を洗浄液中に取り込むようにすることで、粉塵が散乱せず、加工周辺部及びレーザ加工装置の光学部品への粉塵の付着を抑制でき、集塵機を必要とせず、大量の洗浄液を必要としない加工ができる。【００１６】
また、洗浄液を加工領域に噴射しながら加工点の位置検出を行うことで、粉塵や水滴等の異物が付着した基板であっても、異物を取り除きながら正確に位置を検出することができる。【００１７】
また、集光されたレーザ光がノズルの内壁に接触しない位置、及び径で構成し、洗浄液中を通過することで、レーザの集光限界まで微細な加工ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るレーザ加工装置の実施の形態１の構成を示す概略図である。
【図２】本発明に係るレーザ加工装置の実施の形態１の加工ヘッドの構成を示す断面図である。
【図３】本発明に係るレーザ加工装置の実施の形態１の加工ヘッドの他の構成を示す断面図である。
【図４】本発明に係るレーザ加工装置の実施の形態１のレーザ加工方法により加工した薄膜太陽電池でのセルの製造工程を示す断面拡大図である。
【図５】本発明に係るレーザ加工装置の実施の形態１のレーザ加工方法により加工した薄膜太陽電池でのセルの全体構造を示す上面図である。
【図６】本発明に係るレーザ加工装置の実施の形態２の加工ヘッドの構成を示す断面図である。
【図７】本発明に係るレーザ加工装置の実施の形態３の加工ヘッドの構成を示す断面図である。
【図８】本発明に係るレーザ加工装置の実施の形態４の加工ヘッドの構成を示す断面図である。
【図９】本発明に係るレーザ加工装置の実施の形態５の加工ヘッドの構成を示す断面図である。
【図１０】本発明に係るレーザ加工装置の実施の形態６の加工ヘッドの構成を示す断面図である。
【図１１】本発明に係るレーザ加工装置の実施の形態７の加工ヘッドの構成を示す断面図である。
【図１２】本発明に係るレーザ加工装置の実施の形態７のレーザ加工時の観測タイミングを示す図である。
【図１３】本発明に係るレーザ加工装置の実施の形態８の加工ヘッドの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施の形態１．
実施の形態１について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る実施の形態１におけるレーザ加工方法を用いるレーザ加工装置２０１の全体構成を示す概略図である。図２は、図１のレーザ加工装置２０１でのレーザ照射時の加工ヘッド１６１の構成を示す断面拡大図である。
【００２０】
図１において、本実施の形態１におけるレーザ加工装置２０１は、レーザ光１０１を発生するレーザ光源１６０、洗浄液１１２を絶縁基板１１上に供給し流速を制御する液流制御部１７０、レーザ光源１６０からのレーザ光１０１を集光し、集光したレーザ光１０１を液流制御部１７０からの洗浄液１１２の噴射と共に絶縁基板１１上の薄膜１０へ照射する加工ヘッド１６１を備えている。
【００２１】
加工ヘッド１６１は、図２に示すように、基本的構成部分として、レーザ光源１６０からのレーザ光１０１を集光するレンズ１０２、水流制御部１７０で流速を制御され、供給される先浄液１１２の水流をレーザ光１０１の照射方向に導く配管１１１、集光されたレーザ光１０１を先浄液１１２としての水流と共に基板の加工領域へ照射するノズル１１３で構成する。
【００２２】
ノズル１１３は、集光されたレーザ光１０１の光軸を中略心に、ノズル１１３の内壁に接触しない位置、及び径で設けられる。配管１１１には、集光されたレーザ光１０１を透過して洗浄液１１２中に導入し、ノズル１１３の方向へ導く位置に入射窓１４７を設けられる。入射窓１４７は、洗浄液１１２を囲む配管１１１との間で、パッキング１１４によりシールされている。
【００２３】
この構成により、ノズル１１３は、レーザ光１０１の照射と共に、レーザ光１０１の光軸と略同一軸で、レーザ光１０１の光径より大きい液柱状の洗浄液１１２を噴射する。
【００２４】
次に、本実施の形態１におけるレーザ加工装置２０１の動作について説明する。図２において、加工に用いるレーザ光１０１は、レーザ光源１６０からＡ方向に向けて進行している。
【００２５】
レーザ光１０１は、絶縁基板１１上の薄膜１０の加工点１１０に向け、レンズ１０２により集光あるいは、結像されながら、入射窓１４７を透過し、配管１１１によって導かれた純水等の洗浄液１１２中に入射する。
【００２６】
レーザ光１０１は、集光、結像されながら洗浄液１１２中を伝播し、ノズル１１３から洗浄液１１２の噴射と共に、絶縁基板１１上に形成された薄膜１０に所望の形状で照射される。レーザ光１０１が照射された薄膜１０は、照射された部分がレーザ光１０１を吸収し、熱の発生によりアブレーションされ、絶縁基板１１から剥離される。
【００２７】
一方、洗浄液１１２は、図２に示すように、洗浄に用いる洗浄液１１２は、液流制御部１７０から配管１１１でＢ方向に向けて供給されている。洗浄液１１２は、配管１１１の端部で流れをＡ方向に変えてノズル１１３に導かれ、ノズル１１３より整流され、絶縁基板１１上に形成された薄膜１０に向けて噴射される。
【００２８】
噴射された洗浄液１１２は、レーザ光１０１の照射により絶縁基板１１上の薄膜１０の剥離で生じる粉塵を取り込み、絶縁基板１１上から取り除く。粉塵を取り込んだ洗浄液１１２は、図示しない回収器により回収される。
【００２９】
絶縁基板１１は、加工ヘッド１６１を相対的に移動させることによりレーザ光１０１の照射が線状となり、薄膜１０の剥離を線状に進展することで、粉塵を取り除きながらスクライブ加工される。
【００３０】
このように、加工点１１０にレーザ光１０１の照射と共に洗浄液１１２を噴射してスクライブ加工し、アブレーションの際発生する粉塵を洗浄液１１２中に取り込むことで、粉塵が散乱せず、加工周辺部及びレーザ加工装置の光学部品への粉塵の付着を抑制でき、集塵機を必要としない加工ができる。
【００３１】
また、洗浄液１１２を加工点１１０に吹き付けることにより、スクライブ加工時に完全に基板から剥離しなかった部分も除去でき、スクライブ後の洗浄工程も省略もしくは簡略化できる。さらに、加工点１１０の冷却が促進でき、直列接続の際の漏れ電流の伝達路の原因となる加工点１１０周辺の薄膜１０の結晶化を抑制することができる。
【００３２】
また、ノズル１１３を、集光されたレーザ光１０１がノズル１１３の内壁に接触しない位置、及び径で構成することで、レーザ光の集光限界まで微細に加工できる。
【００３３】
さらに、レーザ光１０１が、気体より屈折率の高い洗浄液１１２中を透過するので、気中から直接薄膜１０にレーザ光１０１を照射する場合に比べ、小さな領域までレーザ光１０１を集光でき、かつ、薄膜１０表面での反射損失を低減できる。従って、スクライブ幅を狭くでき、かつ、効率のよいスクライブ加工が可能になる。
【００３４】
ここで、レーザ光１０１は、スクライブ加工の対象となる薄膜１０の光吸収特性により選択される。例えば、薄膜太陽電池では、ＹＡＧ等の固体レーザ、ファイバレーザの基本波（波長１μｍ程度）、第二高調波（波長０．５μｍ程度）、第三高調波（波長０．３〜０．４μｍ程度）が用いられる。
【００３５】
また、レーザ光１０１は、スクライブ加工の対象となる薄膜１０のアブレーション特性により、マイクロ秒、ナノ秒、ピコ秒のパルスレーザあるいは連続発振のレーザが用いられる。
【００３６】
なお、上記の説明では、洗浄液として純水を用いた場合の例を示したが、レーザ光１０１の照射により、スクライブ加工の対象となる薄膜１０に対し化学反応を起こす、あるいは促進する液体であってもよい。例えば、ＫＯＨ水溶液等のアルカリ性水溶液、またはＨＮＯ３等の酸性水溶液を用いてもよい。
【００３７】
また、上記の説明では、絶縁基板１１にガラス板を用いた場合の例を示したが、フレキシブルな樹脂フィルムでも良い。
【００３８】
また、スクライブ加工の対象となる薄膜１０は、レーザ光１０１により直接アブレーションする方法だけではなく、薄膜１０の下地の薄膜にレーザ光１０１を吸収させ、その下地薄膜のアブレーションと同時に薄膜１０を剥離する方法や、下地薄膜からの伝熱により薄膜１０をアブレーションする方法により、薄膜１０の一部を剥離することができる。
【００３９】
さらに、入射窓１４７の代わりに、図３に示すようにプリズム１０３を設けてもよい。この場合、集光されたレーザ光１０１を、入射方向とほぼ同方向に洗浄液１１２中に導入することができるだけでなく、レーザ光１０１の入射部分での洗浄液１１２の滞留による焼付けを防ぐことができる。また、ノズル１１３の噴出方向に先浄液１１２の水流方向に変える際の圧力損失を低減できる。
【００４０】
プリズム１０３を用いる場合、プリズム１０３と洗浄液１１２の屈折率の差を小さくすることで、プリズム１０３のレーザ光１０１の透過面でのレーザ光１０１の屈折角度を小さくすることができる。また、プリズム１０３と洗浄液１１２の間の反射損失も低減できる。
【００４１】
次に、本実施の形態１におけるレーザ加工方法を用いるレーザ加工装置２０１により加工された半導体デバイスの実施例として、薄膜太陽電池の場合について説明する。図４は、図１のレーザ加工装置２０１を用いて加工する薄膜太陽電池におけるセルの製造工程を示す断面拡大図であり、図５は全体構成を示す上面図である。
【００４２】
図４（ｇ）は、レーザ加工装置２０１を用いて加工された薄膜太陽電池におけるセルの断面を示す拡大図であり、１１は絶縁基板、１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、・・）は透明電極、１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、・・）は発電層、１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、・・）は裏面電極、１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、・・）は光電変換領域、２１（２１ａ、２１ｂ、・・）は第一のスクライブ部、２２（２２ａ、２２ｂ、・・）は第二のスクライブ部、２３（２３ａ、２３ｂ、・・）は第三のスクライブ部であり、添え字ａ、ｂ、ｃは、発電領域の区別を表している。
【００４３】
図４（ｇ）に示すように、厚さ１〜３ｍｍのガラス板からなる透光性の絶縁基板１１と、絶縁基板１１の上には透光性導電酸化膜等の透明電極１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、・・）が形成され、透明電極１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、・・）の上にはさらに発電層１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、・・）としてＰＮ接合を有する例えばアモルファスシリコンの半導体層が形成される。
【００４４】
さらに、発電層１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、・・）の上には、例えば、アルミ、銀等の裏面電極１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、・・）が形成される。これにより、絶縁基板１１側から入射される光エネルギーを電気エネルギーに変換する。
【００４５】
薄膜太陽電池では、発電効率向上のため、絶縁基板１１の発電領域１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、・・）を区切って、発電領域１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、・・）の直列接続が行われる。この発電領域を区切る際にレーザスクライブが用いられる。
【００４６】
まず、絶縁基板１１（図４（ａ））の上面に、透明電極１２が均一に形成され（図４（ｂ））、透明電極１２は、本実施の形態１のレーザ加工装置２０１により透明電極１２が吸収する波長のレーザ光を用いて、透明電極１２の一部を線状に剥離することで第一のスクライブ部２１ａ、２１ｂ、・・が形成され、発電領域１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、・・に対応する領域で透明電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、・・に分割される（図４（ｃ））。
【００４７】
次に、発電領域１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、・・に対応する透明電極１２の領域１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、・・を形成した絶縁基板１１の上に発電層１３をプラズマＣＶＤ等で蒸着した後（図４（ｄ））、発電層１３は、レーザ加工装置２０１により発電層１３のみが吸収する波長のレーザ光を用いて、透明電極１２を残した状態で、発電層１３の一部のみを線状に剥離することで第二のスクライブ部２２ａ、２２ｂ、・・が形成され、発電領域１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、・・に対応する領域１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、・・に分割される（図４（ｅ））。
【００４８】
続いて、発電領域１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、・・に対応する発電層１３の領域１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、・・を形成した絶縁基板１１の上に裏面電極１４を蒸着した後（図４（ｆ））、裏面電極１４は、レーザ加工装置２０１により、裏面電極１４及び発電層１３の領域１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、・・の一部を線状に剥離することで第三のスクライブ部２３ａ、２３ｂ、・・が形成され、発電領域１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、・・に対応する領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、・・及び領域１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、・・に分割される（図４（ｇ））。
【００４９】
透明電極１２を残した状態で、発電領域１５に対応する裏面電極１４の領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、・・及び発電層１３の領域１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、・・に分割することで、各発電領域１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、・・の直列接続が成される。
【００５０】
薄膜太陽電池のセルにおいては、図５に示すように、例えば、１ｍ角の絶縁基板１１上に複数の発電領域１５、第一のスクライブ部２１、第二のスクライブ部２２、第三のスクライブ部２３からなるスクライブライン１６で分割され、直列接続されている。
【００５１】
なお、裏面電極１４及び発電層１３領域１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、・・を発電領域１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、・・に対応する領域１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、・・及び領域１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、・・に分割する際には、裏面電極１４及び発電層１３が共に吸収する波長のレーザ光を用いて、裏面電極１４及び発電層１３の一部を線状に剥離する。
【００５２】
また、裏面電極１４及び発電層１３の領域１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、・・の一部を上記のように両方が吸収する波長のレーザ光を用いる代わりに、裏面電極１４の発電層１３の領域１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、・・の一部にレーザ光を吸収させ、その発電層１３の領域１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、・・のアブレーションと同時に裏面電極１４を剥離する方法により剥離してもよい。また、発電層１３の領域１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、・・からの伝熱により裏面電極１４をアブレーションする方法により剥離してもよい。これらの場合、裏面電極１４の種類の選択、もしくはレーザ光の種類の選択等の幅が広がる。
【００５３】
上記のいずれの剥離においても、レーザ加工装置２０１により、洗浄液１１２を噴射しながらスクライブ加工を行うことで、アブレーションの際発生する粉塵を洗浄液１１２中に取り込み、粉塵が散乱せず、加工周辺部及びレーザ加工装置の光学部品への粉塵の付着を抑制でき、集塵機を必要とせず、大量の洗浄液を必要としない加工ができる。
【００５４】
また、上記のような三層のスクライブ加工を行う場合、スクライブ加工の領域、即ち第一のスクライブライン２１から第三のスクライブライン２３までの領域は発電に寄与できず、スクライブ加工領域の縮小のため、スクライブ部の幅を狭くする要求があったが、レーザ加工装置２０１により、レーザ光の集光限界まで微細に加工でき、効率のよいセルを形成できる。
【００５５】
以上のように、本実施の形態１では、加工点１１０にレーザ光１０１の照射と共に洗浄液１１２を噴射してスクライブ加工し、アブレーションの際発生する粉塵を洗浄液１１２中に取り込むようにしたので、粉塵が散乱せず、加工周辺部及びレーザ加工装置の光学部品への粉塵の付着を抑制でき、集塵機を必要とせず、大量の洗浄液を必要としない加工ができる。
【００５６】
また、洗浄液の噴射により、スクライブ加工時に完全に基板から剥離しなかった部分も除去でき、スクライブ後の洗浄工程も省略もしくは簡略化できる。さらに、加工領域の冷却が促進でき、直列接続の際の漏れ電流の伝達路の原因となる加工領域周辺の結晶化を抑制することができる。
【００５７】
また、ノズル１１３を、集光されたレーザ光１０１がノズル１１３の内壁に接触しない位置、及び径で構成するようにしたので、レーザ光の集光限界まで微細に加工できる。
【００５８】
また、レーザ光１０１が、気体より屈折率の高い洗浄液１１２中を透過するようにしたので、気中から直接加工領域にレーザ光を照射する場合に比べ、小さな領域までレーザ光を集光でき、かつ、加工領域表面での反射損失を低減できる。さらに、スクライブ部の幅を狭くでき、かつ、効率のよいスクライブ加工が可能になる。
【００５９】
また、薄膜太陽電池のセルを形成する場合には、粉塵の付着を抑制できるだけでなく、発電に寄与しないスクライブ加工領域を狭くでき、発電に寄与する発電層の拡大により発電効率の向上を図ることができる。
【００６０】
実施の形態２．
図６は、本発明に係る実施の形態２におけるレーザ加工装置２０２でのレーザ照射時の加工ヘッド１６２の構成を示す概略図である。実施の形態２は、図３に示す実施の形態１における加工ヘッド１６１のレンズ１０２とプリズム１０３の代わりに、プリズム一体型レンズ１０４を備えたものである。
【００６１】
その他の構成及び動作に関しては、実施の形態１と同様であり、相当部分には図３と同一符号を付して説明を省略する。
【００６２】
実施の形態２では、レーザ光１０１を集光あるいは、加工点１１０に向け結像するレンズと入射窓としてのプリズムを一体化したプリズム一体型レンズ１０４を用いたので、短焦点距離のレンズが使用できるため、より小さく集光でき、微細な加工が可能になる。
【００６３】
また、加工ヘッドの小型化、光学系の部品点数削減により、加工ヘッドを軽量化できる。加工ヘッドを動かす場合には、加工ヘッドが軽量である方が、より高速で動かすことができる。
【００６４】
実施の形態３．
図７は、本発明に係る実施の形態３におけるレーザ加工装置２０３でのレーザ照射時の加工ヘッド１６３の構成を示す概略図である。実施の形態３は、図３に示す実施の形態１における加工ヘッド１６１に、ビーム形状測定装置１２０をさらに備えたものである。
【００６５】
その他の構成及び動作に関しては、実施の形態１と同様であり、相当部分には図３と同一符号を付して説明を省略する。
【００６６】
図７に示すように、ビーム形状測定装置１２０は、対物レンズユニット１２１、ＣＣＤ等の二次元センサ１２２、光学フィルタ１２３から構成され、加工ヘッド１６１に対して絶縁基板１１の反対側に取り付けられる。また、必要に応じてレーザ光１０１の光路中に光減衰器１０５が設けられる。
【００６７】
実施の形態３では、加工ヘッド１６１に対して絶縁基板１１の反対側にビーム形状測定装置１２０を設けたので、対物レンズ１２１の観測位置をレーザビーム照射面に合わせることで、洗浄液の影響を受けずに正確な照射ビームプロファイルを測定することができる。
【００６８】
なお、ビーム形状測定装置１２０は、必ずしも絶縁基板１１の下に配置される必要はなく、別領域に絶縁基板１１相当の基板を配置し、ビーム形状を測定する際に、加工ヘッド１６１をビーム形状測定装置１２０の直上に移動させて、ビーム形状を測定してもよい。
【００６９】
実施の形態４．
図８は、本発明に係る実施の形態４におけるレーザ加工装置２０４でのレーザ照射時の加工ヘッド１６４の構成を示す概略図である。実施の形態４は、図３に示す実施の形態１における加工ヘッド１６１に、パワーメータ１３１をさらに備えたものである。
【００７０】
その他の構成及び動作に関しては、実施の形態１と同様であり、相当部分には図３と同一符号を付して説明を省略する。
【００７１】
図７に示すように、パワーメータ１３１は、加工ヘッド１６１に対して絶縁基板１１の反対側に取り付けられる。
【００７２】
実施の形態４では、加工ヘッド１６１に対して絶縁基板１１の反対側にパワーメータ１３１を設けたので、洗浄液の影響を受けずに正確な照射ビームパワーを測定することができる。
【００７３】
実施の形態５．
図９は、本発明に係る実施の形態５におけるレーザ加工装置２０５でのレーザ照射時の加工ヘッド１６５の構成を示す概略図である。実施の形態５は、図３に示す実施の形態１における加工ヘッド１６１に、距離センサユニット１４０をさらに備えたものである。
【００７４】
その他の構成及び動作に関しては、実施の形態１と同様であり、相当部分には図３と同一符号を付して説明を省略する。
【００７５】
図９に示すように、距離センサユニット１４０は、距離センサ１４１、ビームスプリッタ１４４から構成される。
【００７６】
図９において、距離センサ１４１は、レーザ光を放出し、測定位置での反射光を検出することで、距離を測定するものである。制御用光線としての距離センサ光線１４２は、距離センサ１４１からＣ方向に放出されるレーザ光の光軸であり、ビームスプリッタ１４４で反射され、レーザ光１０１の光束中を、ノズル１１３から噴射される洗浄液１１２中を伝播して、加工点１１０へ向かって照射される。
【００７７】
距離センサ光線１４２は、加工点１１０で反射され、反射されたレーザ光である距離センサ光線１４３は、ビームスプリッタ１４４でＤ方向に反射され、距離センサ１４１に戻される。距離センサ１４１は、戻された距離センサ光線１４３から制御情報としての薄膜１０との距離を検知する。
【００７８】
実施の形態５では、加工ヘッド１６１に距離センサユニット１４０を設け、加工レーザ光１０１と同じ光学系を距離センサ１４１の測定用レーザ光が通過するようにしたので、レーザ照射位置の加工ヘッドからの距離変化を正確に計測できる。
【００７９】
ノズル１１３から洗浄液１１２を噴射しながら加工点の位置検出を行うようにしたので、粉塵や水滴等の異物が付着した基板であっても、異物を取り除き、正確に位置を検出することができる。
【００８０】
また、距離センサの光線とレーザ光１０１の光線領域を分離することで、ノイズの少ない測定が可能になる。
【００８１】
なお、レーザ光１０１と距離センサ１４１の光線との波長を変えれば、波長フィルタを用いて、安定な距離計測が可能である。
【００８２】
また、ここでは、レーザ光を用いた距離センサ１４１を用いた場合を例としたが、加工用レーザ光１０１の光束範囲内の光の伝播で距離が測定できるセンサであれば、方式が異なってもよい。
【００８３】
実施の形態６．
図１０は、本発明に係る実施の形態６におけるレーザ加工装置２０６でのレーザ照射時の加工ヘッド１６６の構成を示す概略図である。実施の形態６は、図３に示す実施の形態１における加工ヘッド１６１に、距離センサ１４１、及び配管１１１に距離測定用入射窓１４５と距離測定用ノズル１４６をさらに備えたものである。
【００８４】
その他の構成及び動作に関しては、実施の形態１と同様であり、相当部分には図３と同一符号を付して説明を省略する。
【００８５】
図１０において、距離センサ光線１４２は、距離センサ１４１からＥ方向に放出され、距離測定用入射窓１４５を通過し、洗浄液１１２中に導かれ、距離計測用ノズル１４６から噴射される洗浄液１１２中を伝播して、絶縁基板１１に形成された薄膜１０に照射される。
【００８６】
制御用光線としての距離センサ光線１４２は、薄膜１０で反射され、反射されたレーザ光である距離センサ光線１４３は、距離計測用ノズル１４６から噴射される洗浄液１１２中を伝播して洗浄液１１２中に戻り、距離測定用入射窓１４５を通過してＦ方向で距離センサ１４１に戻される。距離センサ１４１は、戻された距離センサ光線１４３から制御情報としての薄膜１０との距離を検知する。
【００８７】
実施の形態６では、加工ヘッド１６１に距離センサ１４１を備え、配管１１１に設けられた距離測定用入射窓１４５を通過し、距離測定用ノズル１４６から噴射される洗浄液１１２中を伝播して、距離センサ１４１の測定用レーザ光が通過するようにしたので、レーザ照射位置の加工ヘッドからの距離変化を正確に計測できる。
【００８８】
このようにして得られた距離情報は、レーザ光１０１の焦点調整に用いることができる。
【００８９】
実施の形態７．
図１１は、本発明に係る実施の形態７におけるレーザ加工装置２０７でのレーザ照射時の加工ヘッド１６７の構成を示す概略図である。実施の形態７は、図３に示す実施の形態１における加工ヘッド１６１に、観測カメラユニット１５０をさらに備えたものである。
【００９０】
その他の構成及び動作に関しては、実施の形態１と同様であり、相当部分には図３と同一符号を付して説明を省略する。
【００９１】
図１１に示すように、観測カメラユニット１５０は、観測カメラ１５１、ビームスプリッタ１４４から構成される。
【００９２】
図１１において、観測カメラ１５１は、ＣＣＤカメラ等の１次元あるいは２次元カメラである。制御用光線としての観測光線１５２は、ビームスプリッタ１４４で反射され、レーザ光１０１の光束中を通り、ノズル１１３から噴射される洗浄液１１２中を伝播して、加工点１１０を拡大観測する。観測カメラ１５１により、制御情報としてのレーザ照射位置を把握できる。
【００９３】
実施の形態７では、加工ヘッド１６１に観測カメラユニット１５０を設け、加工レーザ光１０１と同じ光学系を観測カメラ１５１の観測光線１５２が通過するようにしたので、レーザ照射位置を正確に観測することができる。
【００９４】
このようにして得られた画像情報は、２層目以降のスクライブ加工の工程において、前工程におけるスクライブ部の位置を把握できるので、レーザ光の走査精度を向上させることができる。
【００９５】
なお、レーザ光１０１と観測光線１５２との波長を変えれば、波長フィルタを用いて、安定な距離計測が可能である。
【００９６】
また、図１２は、観測タイミングを示す図である。図１２において、横軸は時間であり縦軸は強度を示す。図１２（ａ）はレーザパルス１５３のタイミング、図１２（ｂ）は観測カメラの観測光線１５４のタイミングを示す。
【００９７】
図１２に示すように、レーザパルス１５３のタイミングに対して、観測光線１５４のタイミングをずらして、時間的にフィルタリングすることでノイズを低減することができる。
【００９８】
また、観測カメラ１５１として、ＣＣＤ等を用いた場合について説明したが、観測カメラの受光素子にＰＳＤ等の明点の位置情報を検出するセンサを用いてもよい。
【００９９】
実施の形態８．
図１３は、本発明に係る実施の形態８におけるレーザ加工装置２０８でのレーザ照射時の加工ヘッド１６８の構成を示す概略図である。実施の形態８は、図３に示す実施の形態１における加工ヘッド１６１に、観測カメラ１５１、及び配管１１１に観測用入射窓１４８と観測用ノズル１５６をさらに備えたものである。
【０１００】
その他の構成及び動作に関しては、実施の形態１と同様であり、相当部分には図３と同一符号を付して説明を省略する。
【０１０１】
図１３において、観測カメラ１５１の制御用光線としての観測光線１５２は、観測用入射窓１４８を通過し、洗浄液１１２中に導かれ、観測用ノズル１５６から噴射される洗浄液１１２中を伝播して、絶縁基板１１に形成された薄膜１０を拡大観測する。観測カメラ１５１により、制御情報としてのレーザ照射位置を把握できる。
【０１０２】
図１３に示すように、観測カメラ１５１は、観測光線１５２の光軸と加工点１１０の距離が離れており、加工点１１０近傍の前工程でのスクライブ部の位置を観測することはできないが、加工ヘッドの走査方向前方、あるいは、隣接する例えば隣の発電領域１５のスクライブ部の位置を観測することで、間接的に加工点１１０を正確に測定でき、レーザ光１０１の走査精度を向上させることができる。
【０１０３】
実施の形態８では、加工ヘッド１６１に観測カメラ１５１を備え、配管１１１に設けられた観測用入射窓１４８を通過し、観測用ノズル１５６から噴射される洗浄液１１２中を伝播して、観測カメラ１５１の観測光線１５２が通過するようにしたので、洗浄液の影響を受けずに正確な位置を観測することができる。
【０１０４】
また、観測光線１５２とレーザ光１０１の光線領域を分離したので、ノイズの少ない観測が可能になる。
【０１０５】
このようにして得られた画像情報は、２層目以降のスクライブ加工の工程において、前工程におけるスクライブ位置を把握できるので、レーザ光１０１の走査精度を向上させることができる。
【０１０６】
なお、実施の形態７と同様に、レーザ光１０１と観測光線１５２との波長を変えれば、波長フィルタを用いて、安定な距離計測が可能である。
【０１０７】
また、実施の形態７と同様に、図１２に示すレーザパルス１５３のタイミングに対して、観測光線１５４のタイミングをずらして、時間的にフィルタリングすることでノイズを低減することができる。
【０１０８】
なお、観測カメラ１５１として、ＣＣＤ等を用いた場合について説明したが、観測カメラの受光素子にＰＳＤ等の明点の位置情報を検出するセンサを用いてもよい。
【符号の説明】
【０１０９】
１０  薄膜
１１  絶縁基板
１０１  レーザ光
１０２  レンズ
１０３  プリズム
１０４  プリズム一体型レンズ
１１１  配管
１１２  洗浄液
１１３  ノズル
１２０  ビーム形状測定装置
１３１  パワーメータ
１４０  距離センサユニット
１４１  距離センサ
１４２、１４３  距離センサ光線
１４５  距離測定用入射窓
１４６  距離測定用ノズル
１４７  入射窓
１４８  観測用入射窓
１５１  観測カメラ
１５２  観測光線
１５６  観測用ノズル
１６０  レーザ光源
１６１、１６２、１６３、１６４、１６５、１６６、１６７、１６８  加工ヘッド
１７０  液流制御部
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７、２０８  レーザ加工装置
【図１】
2011004437.tif 000003
【図２】
2011004437.tif 000004
【図３】
2011004437.tif 000005
【図４】
2011004437.tif 000006
【図５】
2011004437.tif 000007
【図６】
2011004437.tif 000008
【図７】
2011004437.tif 000009
【図８】
2011004437.tif 000010
【図９】
2011004437.tif 000011
【図１０】
2011004437.tif 000012
【図１１】
2011004437.tif 000013
【図１２】
2011004437.tif 000014
【図１３】
2011004437.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成23年6月20日(2011.6.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2011004437.tif 000016
【図２】
2011004437.tif 000017
【図３】
2011004437.tif 000018
【図４】
2011004437.tif 000019
【図５】
2011004437.tif 000020
【図６】
2011004437.tif 000021
【図７】
2011004437.tif 000022
【図８】
2011004437.tif 000023
【図９】
2011004437.tif 000024
【図１０】
2011004437.tif 000025
【図１１】
2011004437.tif 000026
【図１２】
2011004437.tif 000027
【図１３】
2011004437.tif 000028
【国際調査報告】
2011004437.tif 000029
2011004437.tif 000030