(57)【要約】【課題】透明基板に形成された機能層の加工予定部分を透明基板から効率よく除去することができるレーザー加工装置を提供する。【解決手段】ガラス基板８１に積層された機能層８２を有する太陽電池基板８を非接触で支持するエア吹き出しプレート２と、レーザービーム照射手段５と、レーザービームを発振するレーザー光発振器５３と、発振されたレーザービームをガラス基板８１側からガラス基板８１と機能層８２との境界面に集光点を合わせて集光させる対物レンズ５１と、を有し、太陽電池基板８をレーザービーム照射手段５に対して相対的に加工送りするようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と該透明基板に積層された機能膜とから成るワークを支持する支持手段と、該支持手段に支持されたワークにレーザービームを照射するレーザービーム照射手段と、を有するレーザー加工装置であって、
該支持手段は、ワークを非接触で支持し、
該レーザービーム照射手段は、レーザービームを発振する発振器と、該発振器から発振されたレーザービームを該透明基板側から該透明基板と該機能膜との境界面に集光点を合わせて集光させる対物レンズと、を有し、
ワークを該レーザービーム照射手段に対して相対的に加工送りする加工送り手段を備えたことを特徴とするレーザー加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザー加工装置に関し、さらに詳しくは、透明基板上に成膜した機能層をレーザー光によって加工するレーザー加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、太陽電池基板は、ガラス基板などの透明基板上に、透明電極層、太陽電池層、および裏面電極層など順に積層された機能層を有している。このような太陽電池基板の製造工程において、機能層には絶縁処理のために複数の分離溝（加工ライン）を形成する必要がある。
【０００３】
このような太陽電池基板の加工技術として、隣接する加工ライン同士が交差しないように精度良く各加工ラインを形成するための手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような太陽電池基板の製造工程において、機能層の除去に用いられるレーザー加工装置は、機能層に対して直にレーザービームを照射するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１７０４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のレーザー加工装置では、機能層に対して直にレーザービームを照射して、加工予定部の機能層の表面からガラス基板との界面までの全部を高温で蒸発させるため高エネルギーが必要となり、ガラス基板を破損させてしまう虞があった。このため、レーザー加工装置のレーザービームの強さ等を微調整しなければならず、ガラス基板から機能層の加工予定部分を効率よく除去することができないという問題があった。
【０００６】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、透明基板に形成された機能層の加工予定部分を透明基板から効率よく除去することができるレーザー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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、透明基板と該透明基板に積層された機能膜とから成るワークを支持する支持手段と、該支持手段に支持されたワークにレーザービームを照射するレーザービーム照射手段と、を有するレーザー加工装置であって、該支持手段は、ワークを非接触で支持し、該レーザービーム照射手段は、レーザービームを発振する発振器と、該発振器から発振されたレーザービームを該透明基板側から該透明基板と該機能膜との境界面に集光点を合わせて集光させる対物レンズと、を有し、ワークを該レーザービーム照射手段に対して相対的に加工送りする加工送り手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、透明基板に形成された機能層の加工予定部分を透明基板から効率よく除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係るレーザー加工装置を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１のII−II断面図である。
【図３】図３は、本実施の形態１に係るレーザー加工装置の架台上面を示す要部平面図である。
【図４−１】図４−１は太陽電池基板のガラス基板側からレーザービームの照射を開始した状態を示す断面説明図である。
【図４−２】図４−２は、太陽電池基板の機能層が加工予定部分で除去されている状態を示す断面説明図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２に係るレーザー加工装置を示す斜視図である。
【図６】図６は、図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の各実施の形態に係るレーザー加工装置について図面を参照して説明する。但し、図面は模式的なものであり、部材や基板の厚みやその他の寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
【００１１】
（実施の形態１）
図１〜３は、本発明の実施の形態１に係るレーザー加工装置１００の構成を示している。本実施の形態は、ワークとして太陽電池基板８を用いる。太陽電池基板８は、透明基板としてのガラス基板８１上に機能層８２が形成されている。本実施の形態のレーザー加工装置１００は、太陽電池基板８の加工予定ラインに沿って機能層８２を除去して分離溝を形成する場合に適用して説明するが、ワークとしては太陽電池基板に限定されるものではない。
【００１２】
図１に示すように、本実施の形態のレーザー加工装置１００は、テーブル状の架台１と、この架台１上に配置されて太陽電池基板８をエア吹き付けにより非接触で支持する支持手段としてのエア吹き出しプレート２と、加工屑吸引手段取付フレーム４と、レーザービーム照射手段５と、加工屑吸引手段６と、エア吹き出しプレート２の上でエア吹き付けにより浮遊する太陽電池基板８をｘ方向に搬送するための加工送り手段７と、から概略構成されている。
【００１３】
図１および図２に示すように、架台１は、天板１Ａを有する直方体形状の略箱状体であり、天板１Ａの上面におけるｙ方向の両側には、それぞれ一対のガイドレール１１が互いに平行をなしてｘ方向に沿って延在されている。それぞれ一対のガイドレール１１、１１の間には、ｘ方向に沿ってボールネジ３１が配置されている。ボールネジ３１のｘ方向の一方側の端部には、このボールネジ３１を回転駆動するモータ３が上面１Ａに設けられている。また、ボールネジ３１のｘ方向の他方側の端部は、回転軸受け３２で回転自在に支持されている。なお、回転軸受け３２は、ボールネジ３１がｘ方向に変位しないように支持している。
【００１４】
図２に示すように、ボールネジ３１には、移動ブロック７２がボールネジ３１の回転に伴って移動するように螺合されている。この移動ブロック７２は、支持アーム７１に固定されている。この支持アーム７１は、エア吹き出しプレート２上に非接触で支持される太陽電池基板８のｙ方向の両側部を支持するようになっている。支持アーム７１のｘ方向の両端部には、ｙ方向内側へ向けて突出する前後支持部７３が形成されている。
【００１５】
図３に示すように、架台１の天板１Ａの中央には、ｙ方向のほぼ全幅に亘るようにスリット１Ｂが形成され、このスリット１Ｂ内に対物レンズ５１を備えるレーザービーム照射手段５が配置されている。
【００１６】
また、図１および図２に示すように、架台１の天板１Ａ上に配置されているエア吹き出しプレート２は、非接触で支持する太陽電池基板８のｙ方向の幅寸法と同程度の幅寸法を有している。また、エア吹き出しプレート２のｘ方向の長さは、本実施の形態においては太陽電池基板８のｘ方向の長さの２倍程度の長さに設定されている。図１および図３に示すように、このエア吹き出しプレート２のｘ方向の中央部には、ｙ方向にほぼ全幅に亘る長さのスリット２２が形成されている。このスリット２２は、架台１の天板１Ａに形成したスリット１Ｂとほぼ重なるように配置されている。したがって、レーザービーム照射手段５は、架台１の天板１Ａに形成したスリット１Ｂと、エア吹き出しプレート２のスリット２２とが連通するスリット空間に配置されている。
【００１７】
図１および図２に示すように、エア吹き出しプレート２は、内部が中空構造であり、上板２Ａに多数のエア吹き出し穴２１がほぼ均一に配置されている。そして、エア吹き出しプレート２の内部空間には、それぞれのエア吹き出し穴２１から所定の圧力でエアが吹き出すように、図示しないエア供給装置から所定の圧力でエアが供給されるようになっている。
【００１８】
図２に示すように、レーザービーム照射手段５は、エア吹き出しプレート２により非接触で太陽電池基板８をガラス基板８１が下になるよう支持した際に、対物レンズ５１によって結ばれる図中一点鎖線で示すレーザービームの集光点が、ガラス基板８１と機能層８２との界面近傍に位置するように設定されている。なお、図２に示すように、各レーザービーム照射手段５は、光ファイバ５２を介してレーザー光発振器５３に接続されている。
【００１９】
そして、レーザービーム照射手段５は、図示しないスライド駆動機構により、上記スリット１Ｂとスリット２２の連通するスリット空間内をｙ方向に沿って移動できるようになっている。なお、本実施の形態１では、図１および図３に示すように、レーザービーム照射手段５を、２つ備える構成となっている。なお、これら２つのレーザービーム照射手段５は、それぞれ別の図示しないスライド駆動機構によってそれぞれ駆動される構成としてもよいし、２つのレーザービーム照射手段５が所定の間隔を保った状態で一体的に駆動される構成としてもよい。
【００２０】
図１に示すように、加工屑吸引手段取付フレーム４は、架台１における天板１Ａに形成したスリット１Ｂの側方に架台１の側部から立設された一対の支柱部４１と、これら支柱部４１の上部同士に亘って架設された、第１梁部４２および第２梁部４３と、で構成されている。この第１梁部４２と第２梁部４３との間には、図示しない吸引手段スライド駆動機構が設けられている。
【００２１】
図１および図２に示すように、加工屑吸引手段６は、下向きに開口して下部開口から吸引を行うフード部６１と、このフード部６１の上部と連通してフード部６１と一体的に設けられ、第１梁部４２と第２梁部４３との間に設けられた図示しない吸引手段スライド駆動機構にてｙ方向にスライド駆動される取り付け部６２と、を備える。なお、取り付け部６２は、図示しない吸引装置に連通するように連結されている。なお、取り付け部６２と図示しない吸引装置とを連通させる手段としては、可撓性を有するパイプなどを用いることができる。なお、図示しない吸引手段スライド駆動機構は、加工屑吸引手段６のスライド動作を、レーザービーム照射手段５のスライド駆動と同期して行うように設定されている。
【００２２】
次に、上記構成の実施の形態１に係るレーザー加工装置１００の作用・動作について説明する。
【００２３】
先ず、エア吹き出しプレート２内に所定圧力のエアを供給して、それぞれのエア吹き出し穴２１から所定圧力のエアを吹き出させる。次に、図１に示すように、太陽電池基板８を下側がガラス基板８１となるように、ｙ方向の両側に設けられた一対の加工送り手段７の支持アーム７１同士の間に配置させる。この結果、太陽電池基板８は、エアの圧力により所定の高さに浮き上がる。ここで、太陽電池基板８の下方には、多数のエア吹き出し穴２１が均一に配置されているため、太陽電池基板８が撓んだり傾いたりすることを防止できる。
【００２４】
このとき、移動する支持アーム７１の前後支持部７３、７３は、太陽電池基板８の両側の前後方向（ｘ方向）の端部に当接している。したがって、モータ３を回転駆動することにより、移動ブロック７２と共に支持アーム７１をｘ方向に移動させた場合に、太陽電池基板８が支持アーム７１との間にがたつきが発生しないようになっている。ところで、太陽電池基板８を支持アーム７１同士の間に配置したり取り出したりするには、例えばロボットやコンベア方式などの搬送手段を用いることができる。
【００２５】
そして、太陽電池基板８のｙ方向に沿った加工予定部分（加工予定ライン）Ｓを加工する場合は、太陽電池基板８の加工予定部分Ｓが、エア吹き出しプレート２のスリット２２の上方に位置するように、加工送り手段７により位置制御を行う。次に、ｙ方向に沿ってレーザービーム照射手段５と加工屑吸引手段６と稼働させた状態で同期して移動させる。ｙ方向に沿ったその他の加工予定部分Ｓを加工する場合は、加工送り手段７を制御して次に加工する加工予定部分Ｓがスリット２２の上方に位置するようにすればよい。
【００２６】
また、太陽電池基板８のｘ方向に沿った加工予定部分Ｓを加工する場合は、先ず、レーザービーム照射手段５と加工屑吸引手段６の位置がｘ方向に沿った加工予定部分Ｓの位置になるように調整する。その後、加工送り手段７を所定の速度でｘ方向に移動させることによりｘ方向に沿った加工予定部分Ｓの加工を行うことができる。このようにｘ方向およびｙ方向の加工を行うことにより、太陽電池基板８の機能層８２の分離加工が完了する。
【００２７】
レーザー加工装置１００による加工が終わると、太陽電池基板８を搬入、配置したときと逆の動作で太陽電池基板８が搬出される。なお、太陽電池基板８の配置位置と搬出位置は同じ箇所でもよいし、異なった箇所でもよい。
【００２８】
本実施の形態では、ガラス基板８１側からレーザービーム（一点鎖線で示す）を照射し、レーザービームがガラス基板８１と機能層８２との界面近傍で集光するようにしているため、初めに図４−１に示すように、加工予定部分Ｓの機能層８２のガラス基板８１に接している部分が急激に膨張気化して圧力の高い空洞部８２Ａが瞬時に形成されると考えられる。因みに、太陽電池基板８で形成される機能層８２の厚みは、例えば２〜３μｍ程度である。
【００２９】
そして、機能層８２の加工予定部分Ｓの全体をレーザービームで加熱するまでもなく、図４−２に示すように、間もなく空洞が破裂して加工屑８２Ｂが上方へ吹き飛んで、分離溝が形成される。このとき、加工屑吸引手段６で加工屑８２Ｂを吸引しているため、加工屑８２Ｂが飛び散ることなく、効率的に加工予定部分Ｓの加工を進めることができる。このように、本実施の形態では、機能層８２の加工予定部分Ｓの全体をレーザービームで加熱しなくてよいため、省エネルギーでの加工が可能となり、加熱量が少ないため、ガラス基板８１を傷つける虞もない。また、加工予定部分Ｓの機能層８２を全部蒸発させる必要がないため、速度の速い加工が可能となる。さらに、本実施の形態によれば、出力の低いレーザーを用いることも可能となる。
【００３０】
以上、本実施の形態に係るレーザー加工装置１００について説明したが、本実施の形態では、太陽電池基板８の機能層８２の一部（加工予定部分Ｓ）を、ガラス基板８１から効率よく除去することが可能となる。特に、本実施の形態では、レーザービーム照射手段５と加工屑吸引手段６との対を２対設けているため、１枚の太陽電池基板８当たりの加工処理速度を速めることができる。
【００３１】
また、本実施の形態では、エア吹き出しプレート２に均一に形成された多数のエア吹き出し穴２１からのエア吹き出しにより太陽電池基板８を非接触で支持したため、太陽電池基板８の撓みや傾きが発生することを防止できる。したがって、レーザービームスポットの照射位置が正確になり、精度の高い加工が可能となる。
【００３２】
（実施の形態２）
次に、図５および図６を用いて本発明の実施の形態２に係るレーザー加工装置１００Ａについて説明する。
【００３３】
本実施の形態に係るレーザー加工装置１００Ａでは、エア吹き出しプレート２の上方に、エア吹き出しプレート２よりもｘ方向に短い矩形状の上側エア吹き出しプレート９を備えていることを特徴とする。なお、本実施の形態に係るレーザー加工装置１００Ａの他の構成は、上記実施の形態１に係るレーザー加工装置１００と略同様であり、同じ部分には同じ符号を付してその構成の説明を省略する。
【００３４】
図６に示すように、上側エア吹き出しプレート９は、下側に配置されたエア吹き出しプレート２と略同様の構造のものであるが、上側エア吹き出しプレート９では、下板９Ａにエア吹き出し穴９１が形成されている。また、上側エア吹き出しプレート９は、エア吹き出しプレート２よりもｘ方向に短く設定され、図５に示すように、上側エア吹き出しプレート９は、ｘ方向の一方側の端部に揃えて配置されている。そして、図５に示すように、本実施の形態では、レーザー加工装置１００Ａにおける太陽電池基板８を搬入する位置がｘ方向の他方側の端部寄りに配置され、この配置位置に加工送り手段７が配置されている状態で、太陽電池基板８の搬入・搬出が行われるようになっている。
【００３５】
なお、図６に示すように、この上側エア吹き出しプレート９は、下側に配置されたエア吹き出しプレート２と所定の間隔（太陽電池基板８を挿入する空間寸法）を保って平行をなすようにレーザー加工装置１００Ａの本体側に取り付けられている。図５に示すように、このように上側エア吹き出しプレート９を配置した状態において、上側エア吹き出しプレート９には、エア吹き出しプレート２側に配置されたレーザービーム照射手段５と対応する位置に、スリット９２が形成されている。なお、上側エア吹き出しプレート９は、スリット９２を挟んだｘ方向両側の矩形部分がほぼ同様の大きさに設定されている。そして、上側エア吹き出しプレート９におけるスリット９２挟む両側のそれぞれの矩形部分は、平面的に見て太陽電池基板８を完全に覆う大きさに設定されている。本実施の形態では、上側エア吹き出しプレート９のスリット９２に加工屑吸引手段６Ａを挿入配置する必要があるため、フード部６１Ａは比較的細い径寸法に設定されている。
【００３６】
本実施の形態に係るレーザー加工装置１００Ａによれば、上記実施の形態１の効果に加えて、エア吹き出しプレート２の上に浮く太陽電池基板８に本来反りがあっても、上方から上側エア吹き出しプレート９により均一な圧力のエアで押さえ付けることにより、太陽電池基板８のそりを矯正した状態で加工することが可能となる。そのため、太陽電池基板８へのレーザービームの集光点を、ガラス基板８１と機能層８２との界面に正確に位置するようにでき、的確な加工が可能となる。
【００３７】
（その他の実施の形態）
以上、この発明の実施の形態について説明したが、上記の実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものではない。この開示から当業者に様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【００３８】
例えば、上記実施の形態１および２では、ワークとして太陽電池基板８を適用して説明したが、例えば、有機ＥＬディスプレイパネル、無機ＥＬディスプレイパネル、プラズマディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイパネルなどの透明基板の表面に機能層が形成された各種のワークにレーザー加工が可能である。
【００３９】
上記実施の形態１および２では、略箱状の架台１を用いたが、太陽電池基板８を非接触で支持する支持手段を配置できる構造であればこれに限定されるものではない。
【００４０】
上記実施の形態１および２では、エア吹き出しプレート２を用いたが、太陽電池基板８に対して均一にエアを吹き付けできる構成であれば、これに限定されるものではない。
【００４１】
上記実施の形態１および２では、光ファイバ５２を用いたが、ミラーでレーザービームを対物レンズ５１まで伝達する構成としても勿論よい。
【００４２】
上記実施の形態１および２では、加工屑吸引手段６を加工屑吸引手段取付フレーム４に設けたが、加工屑吸引手段６をｙ方向に移動させる構成であれば、加工屑吸引手段取付フレーム４を設けない構成としても勿論よい。
【００４３】
上記実施の形態１および２では、レーザービーム照射手段５と加工屑吸引手段６との対を２対としたが、１対でもよいし、３対以上としてもよい。
【００４４】
上記実施の形態１および２では、レーザービーム照射手段５が下側で、加工屑吸引手段６を上側に配置したが、これとは逆に、レーザービーム照射手段５を上側で、加工屑吸引手段６を下側に配置することも本発明の適用範囲である。なお、この場合は、太陽電池基板８の機能層８２が下方を向くように配置して加工を施せばよい。
【００４５】
上記実施の形態１および２では、支持アーム７１が、太陽電池基板のｙ方向の両側部を支持する構成として前後支持部７３を例に挙げたが、ピンなどを用いて太陽電池基板８を挟持する構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上のように、本発明に係るレーザー加工装置は、透明基板を有するワークの加工分野に有用であり、特に、太陽電池基板の加工分野に適している。
【符号の説明】
【００４７】
１  架台
２  エア吹き出しプレート
５  レーザービーム照射手段
６  加工屑吸引手段
７  加工送り手段
８  太陽電池基板
５１  対物レンズ
５３  レーザー光発振器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図５】
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【図６】
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