(57)【要約】【課題】レーザパターニング装置において、基板移動中の時間ロスを低減してＴＡＴを向上させるとともに、フォーカスずれによる加工不良を低減する。【解決手段】基板走査方向（主方向）と垂直な方向（副方向に）レーザビームを走査する機構を設け、レーザパルスの発生に合わせて副方向の走査を行うことにより、低速の基板移動で複数の溝を並行して加工することを可能にし、基板移動中の時間ロスを低減してＴＡＴを向上させると共にフォーカス制御の安定性を向上させて加工不良を低減した。【選択図】図１
2011121106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を載置して平面内で移動可能なステージ手段と、
該ステージ手段に載置された試料にレーザビームをパルス状に照射するパルスレーザビーム照射手段と、
前記試料上の前記パルスレーザが照射される箇所を撮像し該撮像して得た画像を画面上に表示するモニタ手段と、
前記ステージ手段と前記パルスレーザビーム照射手段と前記モニタ手段とを制御する制御手段と
を備えた装置であって、
前記パルスレーザビーム照射手段は、
レーザ光源と、
該レーザ光源から発射されたレーザビームを走査するビーム走査部と、
該ビーム走査部で走査されたレーザビームを複数の光路に分岐する光路分岐部と、
該光路分岐部で複数の光路に分岐されたそれぞれのレーザビームを前記試料の複数の箇所に同時に照射して副走査方向に走査させる光学部とを有し、
前記制御手段は、前記パルスレーザビーム照射手段と前記ステージ手段とを制御して、前記パルスレーザビームを前記副走査方向に一定に間隔で複数の箇所に照射することを繰り返しながら前記ステージ手段を前記副走査方向とは直角な主走査方向に連続的に移動させることにより前記試料上の複数の箇所にそれぞれ前記主走査方向に連続する領域に前記パルスレーザビームを照射する
ことを特徴とするレーザパターニング装置。
【請求項２】
前記光学部は、ｆθレンズを有することを特徴とする請求項１記載のレーザパターニング装置。
【請求項３】
前記パルスレーザビーム照射手段は、前記パルスレーザビームを前記試料上で一方向にスキャンして前記試料上の複数の箇所にそれぞれ前記主走査方向に連続する領域に照射することを特徴とする請求項１記載のレーザパターニング装置。
【請求項４】
前記パルスレーザビーム照射手段は、前記パルスレーザビームを前記試料上で往復させてスキャンして前記試料上の複数の箇所にそれぞれ前記主走査方向に連続する領域に照射することを特徴とする請求項１記載のレーザパターニング装置。
【請求項５】
前記パルスレーザビーム照射手段は、前記レーザ光源と前記ビーム走査部との間にシャッタ部を有し、前記制御手段は前記ビーム走査部と同期させて前記シャッタ部を制御して前記レーザ光源から発射されたパルスレーザビームをオン・オフ制御することを特徴とする請求項１記載のレーザパターニング装置。
【請求項６】
前記レーザ光源は波長が１０６４ｎｍ又は５３２ｎｍの何れかのパルスレーザビームを切替えて発射することを特徴とする請求項１記載のレーザパターニング装置。
【請求項７】
パルスレーザビームを試料に照射して試料をパターニングする方法であって、
パルスレーザ光源から発射されたパルスレーザビームを揺動させ、
該揺動させたレーザビームを複数の光路に分岐し、
該複数の光路に分岐されたそれぞれのレーザビームを試料の複数の箇所に同時に照射して副走査方向に走査させることにより前記副走査方向に一定に間隔で複数の箇所に照射し、
前記試料を前記副走査方向とは直角な主走査方向に連続的に移動させることにより前記試料上の一定間隔の複数の箇所でそれぞれ前記主走査方向に連続する領域に前記パルスレーザビームを照射する
ことを特徴とするレーザパターニング方法。
【請求項８】
前記複数の光路に分岐されたそれぞれのレーザビームを試料の複数の箇所に同時に照射することを、ｆθレンズを介して行うことを特徴とする請求項７記載のレーザパターニング方法。
【請求項９】
前記パルスレーザビームを前記試料上で往復させてスキャンして前記試料上の複数の箇所にそれぞれ前記主走査方向に連続する領域に照射することを特徴とする請求項７記載のレーザパターニング方法。
【請求項１０】
前記パルスレーザビームを前記試料上で一方向にスキャンして前記試料上の複数の箇所にそれぞれ前記主走査方向に連続する領域に照射することを特徴とする請求項７記載のレーザパターニング方法。
【請求項１１】
前記レーザ光源から発射されたパルスレーザビームの光路を、前記パルスレーザビームの前記試料上の走査と同期させてシャッタでオン・オフ制御することを特徴とする請求項７記載のレーザパターニング方法。
【請求項１２】
パルスレーザ光源から発射されたパルスレーザビームは波長が１０６４ｎｍであり、前記試料上の形成された透明導電膜を加工することを特徴とする請求項７記載のレーザパターニング方法。
【請求項１３】
パルスレーザ光源から発射されたパルスレーザビームは波長が５３２ｎｍであり、前記試料上の形成された非晶質光電変換膜を加工することを特徴とする請求項７記載のレーザパターニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を用いた薄膜のパターニング装置一般に適用可能なものである。具体的には、近年注目を集めている薄膜太陽電池におけるセル形成のための、導電薄膜やシリコン薄膜の高速かつ確実な切断を行う方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アモルファスシリコンや微結晶シリコンを用いた薄膜太陽電池では発電効率の向上が大きな課題となっている。このため、発電層及び透明導電膜をセルに分割し、これらを直列に接続することで高電圧を得ることが一般に行われている。このセルの分割においては、膜の除去による面積ロスを必要最小限にする必要があるため、レーザ光による加工が一般に行われている。
【０００３】
図８Ａに薄膜太陽電池の構成を示す。薄膜太陽電池は、非晶質光電変換膜８３０を、透明電極膜８２０と裏面電極膜８４０とで挟むようにしてガラス基板８１０上に形成した積層構造を有する。
【０００４】
また、同図に示すように、この薄膜太陽電池は、ガラス基板８１０に積層された非晶質光電変換膜８３０、透明電極幕８２０及び裏面電極膜８４０からなる複数のユニットセルを電気的に直列接続して集積した構造を有し、各ユニットセルの透明電極膜８２０と裏面電極膜８４０との間に、太陽光に励起されて非晶質光電変換膜８３０が生じる起電力が現れる現象を利用している。従って、これら直列接続された複数のユニットセルの両端の電極の間には、各ユニットセルの起電力を足し合わせた起電力が、この太陽電池の出力電圧として現れることとなる。
【０００５】
このように複数のユニットセルを集積した構造を得るため、レーザスクライブ法を用いてパターニングしながら各薄膜層を積層して薄膜太陽電池を製作する。
【０００６】
図８Ｂに薄膜太陽電池の製造工程を示す。先ず、（ａ）ガラス基板８１０を準備し、（ｂ）ガラス基板８１０の主面に透明電極膜８２０を形成し、（ｃ）レーザを照射し走査して所定のピッチ（ユニットセルのピッチ：ｄ）で透明電極膜８２０を除去することにより透明電極膜８２０に第１のスクライブ領域８２１，８２２，・・・を形成して透明電極膜８２０を短冊状に絶縁分割する。
【０００７】
次に、（ｄ）レーザ加工された透明電極膜８２０の上に、非晶質光電変換膜８３０を積層し、（ｅ）先に形成された透明電極膜８２０の上に形成した第１のスクライブ領域８２１，８２２，・・・と重なる領域からずらした領域にレーザを照射し走査して所定のピッチｄで非晶質光電変換膜８３０を除去することにより非晶質光電変換膜８３０に第２のスクライブ領域８３１，８３２，・・・を形成して非晶質光電変換膜８３０を短冊状に絶縁分割する。
【０００８】
更に、（ｆ）レーザ加工された非晶質光電変換膜８３０の上に裏面電極膜８４０を積層し、（ｇ）非晶質光電変換膜８３０に形成した第２のスクライブ領域８３１，８３２・・・と重なる領域からずらした領域に所定のピッチｄでレーザを照射し走査して裏面電極膜８４０を除去することにより、裏面電極膜８４０に第３のスクライブ領域８４１，８４２・・・を形成し、裏面電極膜８４０を短冊状に絶縁分割する。この裏面電極膜８４０は、非晶質光電変換膜８３０に形成した第２のスクライブ領域８３１，８３２，・・・を通じて透明電極膜８２０と電気的に接続されている。
【０００９】
以上により、各ユニットセルが非晶質光電変換膜８３０を透明電極膜８２０と裏面電極膜８４０とで挟んだ構造を有すると共に、隣り合うユニットセルの透明電極膜８２０と裏面電極膜８４０とが電気的に相互に接続された薄膜太陽電池を得る。
【００１０】
レーザスクライブ法による薄膜のパターニング方法の例として、特許文献１に挙げたようなものがある。この方法では、レーザを基板に照射しながら基板を主方向に走査することにより加工溝を形成するとともに、主方向の走査完了後、副方向に一定の距離を走査した後主方向に逆方向の走査を行うことにより、等間隔で複数の加工溝を形成する。また複数のレーザビームを用いて、同時に複数の溝を形成することにより、基板1枚当たりの加工に要する時間を短縮する方法が述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−２９８０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
薄膜太陽電池の基板サイズは年々大型化する傾向にあり、現在は１１００ｍｍ×１４００ｍｍの５．５Ｇ基板が一般に用いられるようになってきている。また、加工溝の幅は３０〜１００μｍ程度が要求される。ここで加工溝の幅が３０μｍである場合を考える。この場合、ＹＡＧレーザのスポット径を３０μｍに絞るため、連続した加工溝を形成するためには、基板ステージの走査ステップは３０μｍより小さくする必要がある。仮にビーム間の重なりを５０％とすると、走査ステップは１５μｍである。この場合上記の１４００ｍｍの距離を加工し終わるまでに、
１４００／（１５／１０００）＝９３３３３［回］
のビーム照射が必要である。市販のＹＡＧレーザの発振周波数は１００ｋＨｚ程度であることから、この距離を移動するのにかかる時間は、
９３３３３／（１００×１０００）＝０．９３３３３［ｓ］
である。これより基板の移動速度は
１４００／０．９３３３３＝１５００［ｍｍ／ｓ］
が必要である。
【００１３】
ところで、加工溝は１０ｍｍ程度の間隔で全面にわたって形成されるため、溝の本数は大まかに見積もって
１１００／１０＝１１０［本］
となる。よって、この本数に応じて基板走査を繰り返して行う必要がある。
【００１４】
１４００ｍｍの基板を１５００ｍｍ／ｓで繰り返し走査を行う場合、走査の折り返しにともなう加減速の時間を考慮する必要がある。５．５Ｇ用のステージの加速度は１０００ｍ／ｓ２ 程度で、１５００ｍｍ／ｓの走査の折り返し（減速して停止し、停止後に逆方向に加速して１５００ｍｍ／ｓの速度に達するまでの時間）には３ｓの時間を要することになる。
【００１５】
したがって、１本のレーザビームの１４００ｍｍの距離に亘る走査を繰り返して１１００ｍｍ幅の領域をレーザスクライブするために要する総時間は、
９３３３３×１１０＋３×１０９＝４２９．６６６３（ｓ）
となる。このうち、走査の折り返しに要する時間は３３０秒で、総時間の７６％を占めている。
【００１６】
一方、上記特許文献１には、複数のレーザビームを用いることにより、走査の回数を減らすことが記載されているが、１１０本のレーザビームを発生させることは、コスト的にもビーム間の特性ばらつきの点においても、実現性に乏しい。現実的には４〜８本のレーザビームを用いるにとどまる。ここで、４本のレーザビームを用いた場合には、１本の場合に比べて走査回数が約１/４の２８回となり、総時間は約１１０秒、８本のレーザビームを用いた場合には約５５秒が必要になるが、いずれの場合もステージの折り返しにかかる時間が総時間の７６％前後を占めている。
【００１７】
このように、高速で移動するステージの折り返しのために要する加減速の時間は大きな時間ロスであり、ＴＡＴ（Turn Around Time）の向上のネックとなっている。また、基板のたわみがある場合、加工溝形状を一定とするためにはオートフォーカスが必要となるが、このステージ速度ではオートフォーカスが追従しないという問題がある。このため、基板内に加工不良個所が生じやすく、歩留まり向上のネックとなる。
【００１８】
さらにまた、ステージの高速移動にともなう振動が加工溝の直線性を低下させ、加工溝がユニットセル境界となるべき位置からずれて形成されるという問題もある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記問題を解決するため、本発明では、試料を載置して平面内で移動可能なステージ手段と、ステージ手段に載置された試料にレーザビームをパルス状に照射するパルスレーザビーム照射手段と、試料上のパルスレーザが照射される箇所を撮像しこの撮像して得た画像を画面上に表示するモニタ手段と、ステージ手段とパルスレーザビーム照射手段とモニタ手段とを制御する制御手段とを備えたレーザパターニング装置において、パルスレーザビーム照射手段は、レーザ光源と、レーザ光源から発射されたレーザビームを走査するビーム走査部と、ビーム走査部で走査されたレーザビームを複数の光路に分岐する光路分岐部と、光路分岐部で複数の光路に分岐されたそれぞれのレーザビームを試料の複数の箇所に同時に照射して副走査方向に走査させる光学部とを有し、制御手段は、パルスレーザビーム照射手段とステージ手段とを制御して、パルスレーザビームを副走査方向に一定に間隔で複数の箇所に照射することを繰り返しながらステージ手段を副走査方向とは直角な主走査方向に連続的に移動させることにより試料上の複数の箇所にそれぞれ主走査方向に連続する領域にパルスレーザビームを照射するようにした。
【００２０】
更に本発明では、パルスレーザビームを試料に照射して試料をパターニングする方法において、パルスレーザ光源から発射されたパルスレーザビームを揺動させ、揺動させたレーザビームを複数の光路に分岐し、複数の光路に分岐されたそれぞれのレーザビームを試料の複数の箇所に同時に照射して副走査方向に走査させることにより副走査方向に一定に間隔で複数の箇所に照射し、記試料を副走査方向とは直角な主走査方向に連続的に移動させることにより試料上の一定間隔の複数の箇所でそれぞれ主走査方向に連続する領域にパルスレーザビームを照射するようにした。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、太陽電池に用いられる大型基板のレーザスクライブ加工において、基板の走査速度を大幅に低減することができるため、基板の加減速に要する時間ロスをほとんど０にすることができるとともに、オートフォーカスも容易となる。これにより、ＴＡＴ及び歩留まり向上に大きな効果がある。
【００２２】
また、あわせて、加工溝の直線性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例１の原理を説明する装置構成の概略を示すブロック図である。
【図２】実施例１の原理を説明する試料表面の加工溝形成手順を示す平面図である。
【図３】実施例１の原理を説明する試料表面の加工溝形成手順の変形例を示す平面図である。
【図４Ａ】実施例１の装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図４Ｂ】実施例１の装置の分岐光学系の詳細を説明するブロック図である。
【図５】実施例２の実施例の光学系の原理を説明するブロック図である。
【図６】実施例３の実施例の光学系の原理を説明するブロック図である。
【図７】実施例４の実施例の光学系の原理を説明するブロック図である。
【図８Ａ】薄膜太陽電池の構成を示す断面の斜視図である。
【図８Ｂ】薄膜太陽電池の各製造工程ごとの形状を示す薄膜太陽電池の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明の実施例を図を用いて説明する。
【実施例１】
【００２５】
先ず、図１Ａを用いて本発明の原理を説明する。  図１において、１はレーザ光源、２は基板、３はミラー、３１はガルバノスキャナ、４は対物レンズ、５、５１、５２、５３はレーザビーム、６１、６２、６３は加工溝（スクライブライン）、７はステージ、８はコントローラ、９はシャッタ、１０はカメラ、１１はモニタである。対物レンズ４は、その焦点の位置がミラー３上でレーザ光源１から発射されたレーザビーム５が入射する位置と一致するように調整されている。
【００２６】
レーザ光源１として、一般にＹＡＧレーザが用いられる。基板２上の膜が透明導電膜の場合のレーザ光波長は１０６４ｎｍ、シリコン（非晶質光電変換膜）膜の場合のレーザ光波長は５３２ｎｍが適している。レーザ光源１のパルス発生、出力されるレーザ波長の切替え（１０６４ｎｍか５３２ｎｍのいずれかを選択）、ガルバノスキャナ３１の走査、及びステージ７の移動はコントローラ８により制御される。主方向はステージ７の移動方向であるＸ方向と同じであり、副方向はガルバノスキャナ３１によりミラー３が移動する方向に対応している。
【００２７】
図１に示した装置を用いて図８Ｂの（ｃ）の工程に示すようなガラス基材８１０の表面に形成した透明導電膜８２０に加工溝８２１，８２２（透明導電膜２１が除去された領域）が形成される様子を図２により説明する。なお、図２において、図８Ｂ（ｃ）の加工溝８２１，８２２に対応する加工溝は６１〜６５である。加工溝６１〜６５は膜の上から見た加工溝である。図中の黒丸の円６１−１，６２−１，６３−１・・・の各々はレーザビーム５１、５２、５３・・・の１パルス毎の加工スポットを表す。レーザビーム５１、５２、５３・・・の各加工スポット位置６１−１，６２−１，６３−１・・・はカメラ１０で撮像されてモニタ１１の画面上に表示され、それぞれ所望の位置に照射されるようにコントローラ８を介してレーザ光源１から発射されるレーザビーム５のパルス発振周波数、及びガルバノスキャナ３１で駆動されるミラー３の遥動角度及び速度を調整する。主方向及び副方向は図１に示したものと同一である。矢印６１１，６２１、・・・は加工の順序を示す。
【００２８】
コントローラ８で制御されて１０６４ｎｍの波長が選択されたレーザ光源１から発射された波長１０６４ｎｍのレーザ５は最初の５パルスの間に、ガルバノスキャナ３１で駆動されたミラー３の走査により、レーザビームが基板２上に照射される位置（加工スポット）が６１→６２→６３→６４→６５の順に移動していく。この後ガルバノスキャナ３１で駆動されたミラー３が初期位置に復帰することにより加工スポットが６１の位置に戻り加工スポット６１−２を照射する。６５→６１の復帰の間（矢印６５１）はレーザ５の光路をコントローラ８で制御されるシャッタ駆動部９０で駆動されるシャッタ９で遮断するようにオン・オフ制御することにより、無用の加工が行われることを防ぐ。
【００２９】
ミラー３で走査されたレーザ５が加工スポット６１−１から６５−１まで移動し６１−２に戻るまでの間、ステージの移動により加工スポットが主方向に徐々に（図２の例ではレーザ５のスポット径の半分）移動していく。このようにして、ガルバノスキャナの1往復毎に、加工スポットが主方向にずれていくことにより、６１〜６５の各加工溝が形成されていく。すなわち、複数の光路に分岐されたパルスレーザビームはそれぞれ試料２の表面をラスタスキャンと同様に一方向に走査することにより、主方向に連続する複数の領域に照射される。
【００３０】
以上により、５本の加工溝６１〜６５を１回のステージ走査だけで形成することが可能である。したがって、６１〜６５の各々の加工溝の形成毎にステージを走査する従来方式と比較して、ステージの速度は１／５でよいことになり、ステージ移動の折返し時に要するステージ加減速の時間を短縮することができる。
【００３１】
またあわせてステージの高速移動にともなう振動も低減でき、加工溝の直線性が改善される。
【００３２】
図１〜３においては、ガルバノスキャナ３１でミラー３を駆動していたが、代わりにポリゴンミラーを用いても同様のレーザビームの走査が可能である。
【００３３】
なお、透明導電膜８２０の上に形成されたシリコン（非晶質光電変換膜）膜８３０にレーザスクライブによる溝加工を行う場合には、波長が５３２ｎｍのレーザを用いればよい。
【００３４】
図２では加工溝が５本の場合を挙げたが、以下に定量的に従来技術との比較を示す。
加工スポットの径は３０μｍ、スポット間の重畳率（図２において、加工スポット６１−１と６１−２とが径方向に重なっている割合）は５０％と仮定する。すなわち主方向のスポット間隔（例えば、加工スポット６１−１の中心と６１−２の中心との間隔）は１５μｍとなる。また、加工溝の間隔は１０ｍｍと仮定する。基板サイズは主方向に１４００ｍｍ、副方向に１１００ｍｍとする。
【００３５】
課題の欄に記載したのと同じ条件（レーザの発信周波数１００ｋＨｚ,テーブルの加速度１０００ｍｍ/ｓ２)で計算し、レーザビームの副走査方向の戻りの時間が走査の時間と同じ(５パルス分)とする。
【００３６】
基板の主方向の移動にかかる時間は、従来技術に比べ基板移動速度が１／１０（副方向の往復で各々５パルス分合計）になることから、
９３３３３／（１００×１０００）×１０＝９．３３３３［ｓ］
である。
基板移動速度は
１５００／５＝３００［ｍｍ／ｓ］
加速度１０００ｍｍ／ｓ２でこの速度の走査の折り返しを行うには０．３ｓの時間を要する。
主方向の移動の繰り返し回数は
１１０／５＝２２［回］
したがって、基板全面のスクライブに要する時間は
９．３３３３×１１０／５＋０．３×（１１０／５−１）＝２１１．９［ｓ］
となる。
【００３７】
このうちテーブルの折り返しに要する時間は６．３秒で全体の３％程度になる。これは、課題の欄に記載した従来方式の１本のレーザビームを用いた方式に比べて、総時間が半分程度に短縮されるとともに、総時間に占めるテーブルの折り返しに要する時間の割合が大幅に低減されたことになる。
【００３８】
基板２上のレーザ５の副方向への走査として図２では６１→６２→６３→６４→６５→６１→６２・・・と一方向のみの走査で加工を行う方法を説明したが、別な走査方法として図３に示すように、３６１−１→３６３−１→３６５−１→３６４−１→３６２−１→３６１−２→３６３−２→３６５−２→３６４−２→３６２−２と両方向の走査で加工を行うようにし、照射位置が３６５−１と３６５−２との間で主方向の照射位置がレーザビーム５の半径分ずれる（スポット間の重畳率５０％の場合）ステージ７の主方向への移動速度を設定しても良い。      
この図３に示したような走査方法によれば、図２で説明した走査方法と比べてレーザの利用効率が高くなるが、走査の折り返し点（図３において、レーザビーム５の照射位置が３６５−１から３６５−２に移る点）においては加減速による加工間隔の乱れが生じる。そのため、走査の折り返し点ではシャッタ９によりレーザ光ビーム５を遮断し、線形移動（一定速度）の区間のみを加工に用いることで等間隔の加工溝を形成することが可能である。
【００３９】
さらに、図２及び３の、６１、６２、６３、６４、６５それぞれの間隔を短縮して、副
方向にも加工スポットが重なり合うようにすれば、１００μｍ程度の幅の加工溝を形成す
ることも可能である。この溝幅は、副方向の走査速度・走査距離の可変により、さらに大
きな値に変えることもできる。これにより、スクライブと同一の装置で基板周辺部の膜除
去（エッジデリーション）を行うことも可能となる。
【００４０】
この他の動作は図２を用いて説明した場合と全く同じであり、同様のＴＡＴ及び歩留まり向上の効果が得られる。
【００４１】
次に、上記に説明した本発明の原理を適用した実施例を、図４Ａ及びＢを用いて説明する。図４Ａに示した装置構成は、先に本発明の原理を説明した図１に示した装置構成と基本的には同じであり、同じ番号を付してある。図１に示した構成との違いは、ミラー４３の後でレーザビーム５を分岐光学系４０で４つに分岐し、各々の分岐したレーザの光路中に対物レンズ４−１〜４−４を設けたことである。また、４分岐の各光路の長さは互いに等しくなるような光学配置としているため、ミラー４３の偏向による走査はどの光路においても等価である。この他の構成に関しては図１で説明したものと同じである。
【００４２】
分岐光学系４０について、図４Ｂにその詳細を示す。レーザ光源１から発射されたレーザビーム５は、ガルバノスキャナ４３１で駆動されるミラー４３によりハーフミラー４０１の方向に反射される。ハーフミラー４０１は入射したレーザビーム５の光量の半分をミラー４０２の側へ透過し、残りをミラー４０７の側に反射する。即ち、ミラー４０２とミラー４０７には同じ光量のレーザが入射する。
【００４３】
このうち、ミラー４０２に入射したレーザはハーフミラー４０３の方向に反射され、ハーフミラー４０３に入射したレーザの光量の半分はハーフミラー４０３を透過してミラー４０４に到達し、ハーフミラー４０３に入射したレーザの光量の残り半分はミラー４０５の方向に反射される。ミラー４０４に到達したレーザは反射されて対物レンズ４−１に入射する。一方、ミラー４０５の方向に反射されたレーザはミラー４０５で反射されてミラー４０６に入射し、ミラー４０６で反射されて対物レンズ４−２に入射する。
【００４４】
また、ハーフミラー４０１で反射されてミラー４０７に入射したレーザはミラー４０７で反射されてハーフミラー４０８に入射する。ハーフミラー４０８に入射したレーザは入射した光量の半分がハーフミラー４０８を透過してミラー４０９に入射し、ミラー４０９で反射された後ミラー４１０に入射して反射され対物レンズ４-３に入射する。
【００４５】
一方、ハーフミラー４０８で反射されたレーザはミラー４１１に入射して反射され対物レンズ４-４に入射する。
【００４６】
ここで、各対物レンズ４−１〜４−４は同じ大きさで同じ特性を有するものを用い、先に説明したように、ガルバノスキャナ４３１で駆動されるミラー４３から各対物レンズ４−１〜４−４までの光路長が全て等しくなるように各ミラー及びハーフミラーの位置を設定する。このとき、各対物レンズ４−１〜４−４の焦点位置がガルバノスキャナ４３１で駆動（遥動）されるミラー４３のレーザビーム５が入射する位置に重なるように光路長を設定する。これにより、ガルバノスキャナ４３１でミラー４３を駆動することにより、各対物レンズ４−１〜４−４を介して基板２に照射されるレーザビーム４５−１〜４５−４は基板２上を同じように走査する。
【００４７】
また、各対物レンズ４−１〜４−４を介して基板２上を走査するレーザビーム４５−１〜４５−４は、基板２上の連続した照射スポット位置を照射するように各対物レンズ４−１〜４−４の位置及び各レーザビーム４５−１〜４５−４の走査範囲を設定する。このように設定することにより、ガルバノスキャナ４３１でミラー４３を駆動することで対物レンズ４−１を介した基板２上の走査領域から対物レンズ４−４を介した走査領域まで連続した領域を走査することができ、図１で説明した基板２上の走査領域に対してテーブル７の１回の移動で４倍の領域を走査できるようになり、その分テーブルの折り返し回数が減少し、スループットが向上する。
【００４８】
即ち、本発明の原理説明で掲載したのと同じ条件（レーザの発信周波数１００ｋＨｚ,テーブルの加速度１０００ｍｍ/ｓ２レーザビームの副方向の走査の戻りの時間が走査の時間と同じ)で計算すると、基板の全領域を加工するのに要する時間(総時間)は
９．３３３３×１１０／５／４＋０．３×（１１０／５／４−１）
端数を切り上げると
９．３３３３×６＋０．３×（６−１）＝５７．５［ｓ］
より約５７秒となり、そのうちテーブルの折り返しに要する時間は１．５秒で全体の３％ 程度になる。  これは、課題の欄に記載した従来方式の１本のレーザビームを用いた方式に比べて、総時間が大幅に短縮されるとともに、総時間に占めるテーブルの折り返しに要する時間の割合が大幅に低減されたことになる。
【００４９】
また、このときのステージ７の移動速度は１５０ｍｍ/Ｓであり、オートフォーカスによる追従が可能な速度である。そのため、基板２のたわみやステージ７の移動時の振動などにより基板表面の高さに変動があってもフォーカスずれによる加工不良はほとんど問題とならない。
【００５０】
さらに、ステージ速度が１５００ｍｍ／ｓから１５０ｍｍ／ｓに低下することにより振動が大幅に低減でき、加工溝の直線性が向上する。
【００５１】
なお、上記では副方向の走査の往復にかかる時間が等しいと仮定したが、往路すなわち加工が行われる方向は低速に移動し、復路すなわち初期位置に戻る方向は高速に移動するようにすれば、時間ロスをさらに低減可能である。
【００５２】
また、ガルバノスキャナ４３１を用いる代わりにポリゴンミラーを用いても同様のレーザビームの走査が可能なことは、前述した通りである。
【００５３】
以上により、本発明によればＴＡＴ及び歩留まり向上の効果が得られる。
【００５４】
さらに、対物レンズ４を介して１０ｍｍ間隔の溝を１５本、すなわち図４Ａに示した構成において、分岐したレーザ光路の間隔Ｗを１５０ｍｍとし、各々のレーザ光路について副方向に１５０ｍｍの走査を行うようにガルバノスキャナ４３１によるミラー４３の駆動範囲を設定すると、４つの対物レンズ４−１〜４−４を介して基板を走査する範囲が６００ｍｍとなり、主方向に２回の走査あるいは１往復の走査を行えば、１４００×１２００の領域を加工できる。主方向1回の走査に要する時間は
９３３３３／（１００×１０００）×（１５×２）＝２８［ｓ］
となる。すなわち基板全面をカバーして加工することが、
（２８＋０．３）×２＝５６．６
すなわち総時間約５７秒（発明の原理説明に示した条件を適用した場合）ででき、そのときのステージ速度は１５００／（１５×２）＝５０ｍｍ/ｓである。
【００５５】
さらにまた図４Ｂの光学系を拡張して８分岐として、８本のレーザビームを同時に照射して副走査の方向に１０ｍｍピッチで１４箇所に照射する構成にすれば、１回の走査のみで１４００×１１００の領域を加工することも可能で、この場合１枚の基板を９３３３３／（１００×１０００）×（１４×２）＝約２６秒で加工可能になる。
【００５６】
この場合のステージ速度は１５００／（１４×２）＝約５４ｍｍ/ｓであるため、オートフォーカス制御が十分に追従できる速度であり、フォーカスずれによる加工不良がほとんど問題とならない。
【００５７】
また、前述のようにステージ速度の低下により振動が大幅に低減でき、加工溝の直線性が向上する。
【００５８】
以上により、ＴＡＴを短縮できるとともに歩留まりが向上するという効果が得られる。
【実施例２】
【００５９】
実施例１においては、各対物レンズ４−１〜４−４の焦点の位置がガルバノスキャナ４３１によって駆動されるミラー４３上でレーザ光源１から発射されたレーザが入射する位置と一致するように設定する構成に成っていたが、本実施例においては、対物レンズとしてｆθレンズ５４を用いる構成とした。説明を簡単にするために、実施例１において原理説明に用いた図１に対応させた構成を図５に示す。この図５に示した構成においては、図１に構成と異なる部分だけを取り出して示している。
【００６０】
本実施例において、対物レンズとしてｆθレンズ５４を用いることで、ミラー３の偏向により対物レンズ（ｆθレンズ）５４に入射するレーザビームの光軸の角度が変わっても同一面上にレーザ光が集光する。これにより、副方向の広範囲にわたって同一形状の加工溝５５１〜５５３を形成することが可能になる。ｆθレンズ５４としては、１０６４ｎｍまたは５３２ｎｍのレーザ光を２５０ｍｍの範囲で走査でき、スポット径を約３０μｍに絞れるものが市販されている。これを用いれば、副方向に２５０ｍｍの範囲を走査することも可能である。
【００６１】
また、ガルバノスキャナ４３１を用いる代わりにポリゴンミラーを用いても同様のレーザビームの走査が可能なことは、前述した通りである。
【００６２】
ここで、実施例１の場合のようにレーザ光源１から発射されたレーザビームを図４Ｂで説明したような分岐光学系を用いて４分岐した後のレーザ光路上に対物レンズ４−１〜４−４に置き換えて本実施例のｆθレンズ５４−１〜５４−４（図示せず）を設け、レーザ光路の間隔Ｗを２５０ｍｍとし、加工溝の間隔を１０ｍｍ、１回の副方向走査で形成される溝の本数を２５本とすれば、１回の主方向への走査によって１４００ｍｍ×１０００ｍｍの領域を加工することが可能となる。この領域は基板サイズと比べて副方向に１００ｍｍ狭いが、実際の基板では端部は基板保持などに用いられるため、この程度の領域の加工でも大きな問題はない。
このときの総加工時間は実施例１と同様な計算により、９３３３３／（１００×１０００）×（２５×２）＝約４７秒になり、従来技術と比べて大幅な時間短縮を実現できる。また、このときのステージ７の移動速度は１５００／（２５×２）＝約３０ｍｍ/ｓであり、オートフォーカス制御が十分に追従できる速度である。
【００６３】
また、実施例１と同様、ステージ速度の低下により振動が大幅に低減でき、加工溝の直線性が向上する。
以上のように、本実施例においても実施例１と同様、ＴＡＴの短縮及び歩留まり向上の効果が得られる。
【実施例３】
【００６４】
図６は実施例３の光学系を示したものである。６１２、６１３は補正ミラー、６４１〜６４３は対物レンズである。この他は実施例１の原理説明をした図１に記載した構成と同じであるため、図では省略している。
【００６５】
本実施例では、加工溝の位置に対応して対物レンズ６４１〜６４３を個別に設けている。補正ミラー６１２，６１３はミラー３の偏向にともなう光軸の傾斜を補正し、どの対物レンズに対しても光軸が垂直に入射するようにするものである。また、これらの対物レンズは各々焦点距離のばらつきがあるにもかかわらず、個別に位置を最適化調整することにより、どの対物レンズでも基板２上では同一形状のビーム６５１〜６５３を得ることが可能である。図では加工溝が３本の例を示したが、加工溝の本数に合わせた個数の対物レンズを配置すればよいことは勿論である。
【００６６】
また、対物レンズ６４１〜６４３の間隔を可変とすることにより、加工溝６６１〜６６３の間隔の可変にも対応可能である。
【００６７】
或いは、加工溝６５１〜６５３の間隔を可変しない場合は、対物レンズ６４１〜６４３をレンズアレイとして形成することも可能で、この場合、対物レンズの固定治具が一体で済むという利点がある。
【００６８】
ここで、実施例１の場合のようにレーザ光源１から発射されたレーザビームを図４Ｂで説明したような分岐光学系を用いて４分岐した後のレーザ光路上に図６で説明した対物レンズ６４１〜６４３に対応する複数の対物レンズと補正ミラー６１２，６１３に対応する補正ミラーを設け、レーザ光路の間隔Ｗを２５０ｍｍとすれば、１回の主方向走査によって１４００ｍｍ×１０００ｍｍの領域を加工することが可能となる。この領域は基板サイズと比べて副方向に１００ｍｍ狭いが、実際の基板では端部は基板保持などに用いられるため、この領域の加工でも大きな問題はない。また、分岐数を５分岐に変更すれば、加工領域を１４００ｍｍ×１２５０ｍｍに拡大可能である。
以上のように、本実施例においても実施例１と同様、ＴＡＴの短縮及び歩留まり向上の効果が得られる。
【実施例４】
【００６９】
図７は実施例４の光学系を示したものである。７１０は回折光学素子、ＴＨはトップハット結像位置、７１１はコリメータレンズ、７１２，７１３は補正ミラー、７４１，７４２，７４３は対物レンズである。他は実施例１の原理説明をした図１に記載した構成と同じであるため図では省略している。  
本実施例では、回折光学素子７１０によりトップハット像を得ている。この光をコリメータレンズ７１１によりいったん平行ビームに変換した後、ミラー３により副方向に走査を行う。この走査されたビームの各々について、対物レンズ７４１，７４２，７４３により基板２上にトップハット像が再結像される。このように、ガウシアンビームより均一なトップハット加工を行う場合においても、副方向の走査が適用可能である。
【００７０】
実施例１と同様、ＴＡＴの短縮及び歩留まり向上の効果が得られる。なお、図では加工溝が３本の例を示したが、加工溝の本数に合わせた個数の対物レンズを配置すればよいことは勿論である。また、本実施例では複数の対物レンズ７４１，７４２，７４３を用いているが、代わりに実施例２と同様のｆθレンズを用いても同じ効果が得られることは勿論である。さらにまた、実施例１と同様、ミラー３と対物レンズ７４１，７４２，７４３との間でビームを複数に分岐する光学系を設けることも可能である。  
以上のように、本実施例においても実施例１と同様、ＴＡＴの短縮及び歩留まり向上の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、太陽電池基板の加工に用いることができるのは勿論であるが、液晶表示素子など大型基板上に形成された膜の加工により作成されるデバイス一般の製造装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１・・・レーザ光源    ２・・・基板    ３・・・ミラー    ３１・・・ガルバノスキャナ    ４、４−１，４−２，４−３，４−４、４１、４２、４３、６４１、６４２、    ６４３・・・対物レンズ    ５４・・・ｆθレンズ    ６１、６２、６３、６４、
６５・・・加工溝    ７・・・ステージ    ８・・・コントローラ    ９・・・シャッタ          ７１０・・・回折光学素子    ７１１・・・コリメータレンズ    ７１２、７１３・・・補正ミラー。
【図１】
2011121106.tif 000003
【図２】
2011121106.tif 000004
【図３】
2011121106.tif 000005
【図４Ａ】
2011121106.tif 000006
【図４Ｂ】
2011121106.tif 000007
【図５】
2011121106.tif 000008
【図６】
2011121106.tif 000009
【図７】
2011121106.tif 000010
【図８Ａ】
2011121106.tif 000011
【図８Ｂ】
2011121106.tif 000012