(57)【要約】【課題】  レーザを用いた薄膜のスクライブにおいて、加工スポット間の重畳部でエネルギが過剰になることを防ぎ、下地へのダメージを発生させないようにすると共に、膜残りが発生しないようにスクライブ領域を加工することを可能にする。【解決手段】  試料の表面に形成された薄膜にパルスレーザ光を試料の表面に対して相対的に走査しながら照射することで試料の表面から薄膜を部分的に除去加工する薄膜レーザパターニング方法及び装置において、パルスレーザを相対的に走査する方向に対して非対称なトップハット形状の強度分布を有するように成形し、この成形したパルスレーザの照射領域を一部重複させながら照射して相対的に走査することによりこの相対的に走査して照射した領域の薄膜を除去加工するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の表面に形成された薄膜にパルスレーザ光を前記試料の表面に対して相対的に走査しながら照射することで前記試料の表面から前記薄膜を部分的に除去加工する方法であって、前記パルスレーザを前記相対的に走査する方向に対して非対称なトップハット形状の強度分布を有するように成形し、該成形したパルスレーザの照射領域を一部重複させながら照射して前記相対的に走査することにより該相対的に走査して照射した領域の薄膜を除去加工することを特徴とする薄膜レーザパターニング方法。  
【請求項２】
請求項１記載の薄膜レーザパターニング方法であって、前記非対称なトップハット形状の強度分布を、前記試料の表面に対して相対的に走査する方向の前方の強度が該相対的に走査する方向の後方の強度よりも強くなるように成形することを特徴とする薄膜レーザパターニング方法。  
【請求項３】
請求項２記載の薄膜レーザ加工方法であって、前記非対称なトップハット形状の強度分布のうち前記相対的に走査する方向の後方の強度は前記除去加工する薄膜の下層の物質が加工される閾値パワーより低いものであることを特徴とする薄膜レーザパターニング方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の薄膜レーザ加工方法において、前記成形したパルスレーザの照射領域を一部重複させながら照射して前記相対的に走査することを、前記試料の表面に対して相対的に走査する方向の前方の前記成形したパルスレーザは前記試料の表面に形成された薄膜に照射し、前記試料の表面に対して相対的に走査する方向の後方の前記成形したパルスレーザは前記薄膜が除去されて露出した該薄膜の下層の面に照射することを特徴とする薄膜レーザパターニング方法。
【請求項５】
パルスレーザビームを発射するパルスレーザ光源と、試料を載置して平面内で移動可能なステージ手段と、前記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該ビームの光軸に直角な断面内での光強度分布が非対称なトップハット形状に成形する光学素子を有して該光学素子により光強度分布が非対称なトップハット形状に成形されたパルスレーザビームを前記試料に照射するビーム照射光学系とを備え、前記ステージ手段は、前記ビーム照射光学系の光学素子により前記光強度分布が非対称なトップハット形状に成形されたパルスレーザビームが照射される前記試料上の領域が順次前回照射された領域と一部が重なるように前記試料を移動させ、前記ビーム照射光学系は前記ステージ手段による前記試料の移動方向に応じて前記パルスレーザビームの光強度分布の非対称なトップハット形状を変更するトップハット形状変更部を有することを特徴とする薄膜レーザパターニング装置。
【請求項６】
請求項５記載の薄膜レーザパターニング装置であって、前記ビーム照射光学系は前記パルスレーザビームを該ビームの光軸に直角な断面内での光強度分布がトップハット形状になるように変換する光学素子として回折光学素子または非球面レンズを備えることを特徴とする薄膜レーザパターニング装置。
【請求項７】
請求項５記載の薄膜レーザパターニング装置であって、前記ビーム照射光学系はリレーレンズと対物レンズとを更に備え、前記光学素子で前記ビームの光軸に直角な断面内での光強度分布がトップハット形状になるように変換されたパルスレーザビームの像を前記リレーレンズと対物レンズとの組合せにより前記試料上に再結像させるよう構成して成ることを特徴とする薄膜レーザパターニング装置。
【請求項８】
請求項５記載の薄膜レーザパターニング装置であって、前記ビーム照射光学系のトップハット形状変更部は、前記ステージ手段による前記試料の移動方向に応じて前記パルスレーザビームの光軸に対する前記光学素子の位置を切り替えることにより前記トップハット形状を変更することを特徴とする薄膜レーザパターニング装置。
【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方法及び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のセルを形成する工程において、導電薄膜やシリコン薄膜を高速かつ確実に切断するための薄膜レーザパターニング方法及び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ため、セル間に設けられた直線状のスクライブ領域に沿って精度良く分割することが求められる。このスクライブ領域に沿って精度良くセルの分割を行う方法として、レーザを用いて加工する方法が有る。
【０００３】
レーザを用いた薄膜の加工光学系については特許文献１に挙げたようなものがある。これは、加工形状を均一にするために、ホモジナイザを用いてビーム強度分布を均一化するとともに、ビームのディセンタを防止して均一性を向上させるものである。
【０００４】
また特許文献２には、レーザによる加工精度を向上させるために、レーザの分布強度を変えて試料に照射する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３１０３６８号公報
【特許文献２】特開２００５−９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の直線状のスクライブ領域を加工するためには、ＹＡＧレーザなどのパルスレーザによる加工スポットを直線状に連続するように照射すれば良い。ここで、透明電極の絶縁分割を良好に行うには、下地膜にダメージを与えずに、かつ、スクライブ領域に膜残りが生じないようにする必要があり、均一な加工形状が得られることが望ましい。上記特許文献１には、１パルス毎のレーザエネルギ分布をトップハットに形成して均一パワーで像を被加工物上に転写する方法が述べられている。ところが、この方法で直線状のスクライブ領域を加工するには、スポットを連続的に照射して直線状に繋げる際、各スポット間に重なり部分が発生しないようにし、かつ隣り合うスポット間に隙間が発生しないようにレーザを照射しなければならない。しかし実際にはこのようなビームの照射を行うことは難しく、実際には隣り合うビーム間で一部が重なり合うように照射する。しかし、この場合、特許文献１に記載されている方法ではスポット間の重畳部においてエネルギが過剰となり、下地へのダメージが発生しやすい。この場合、下地のガラス中の不純物がスクライブ部に付着して、絶縁不良や寿命低下の原因となる。これを避けるために、スポット間の間隔を大きくすると、スポット間の境界で膜残りが生じやすくなる。すなわち、下地へのダメージ回避と膜残りの回避とは相補的な関係で、両者を両立するのが難しい。
【０００７】
特許文献２には、ビーム成形ユニットを用いてレーザビームの空間エネルギ分布をトップハット分布にすることが記載されているが、被加工物にスポットを連続的に照射して直線状に繋げる際に下地膜にダメージを与えずに、かつ、スクライブ領域に膜残りが生じないようにレーザビームを照射することについては記載されていない。
【０００８】
本発明の課題は、薄膜のレーザを用いたスクライブにおいて、加工スポット間の重畳部でエネルギが過剰になることを防ぎ、下地へのダメージを発生させないようにすると共に、膜残りが発生しないようにスクライブ領域を加工することを可能にする薄膜レーザパターニング方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した課題を解決するために、本発明では、試料の表面に形成された薄膜にパルスレーザ光を試料の表面に対して相対的に走査しながら照射することで試料の表面から薄膜を部分的に除去加工する薄膜レーザパターニング方法において、パルスレーザを相対的に走査する方向に対して非対称なトップハット形状の強度分布を有するように成形し、この成形したパルスレーザの照射領域を一部重複させながら照射して相対的に走査することによりこの相対的に走査して照射した領域の薄膜を除去加工するようにした。  
また、上記した課題を解決するために、本発明では、薄膜レーザパターニング装置を、パルスレーザビームを発射するパルスレーザ光源と、試料を載置して平面内で移動可能なステージ手段と、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このパルスレーザビームの光軸に直角な断面内での光強度分布が非対称なトップハット形状に成形する光学素子を有してこの光学素子により光強度分布が非対称なトップハット形状に成形されたパルスレーザビームを試料に照射するビーム照射光学系とを備えて構成し、ステージ手段は、ビーム照射光学系の光学素子により光強度分布が非対称なトップハット形状に成形されたパルスレーザビームが照射される試料上の領域が順次前回照射された領域と一部が重なるように試料を移動させ、ビーム照射光学系はステージ手段による試料の移動方向に応じてパルスレーザビームの光強度分布の非対称なトップハット形状を変更するトップハット形状変更部を有するようにした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、薄膜のスクライブにおいて、レーザエネルギの過剰によるダメージを防止することが可能になり、薄膜を高精度にスクライブできるようになった。
【００１１】
また、本発明を薄膜太陽電池のセルの切断に適用した場合、ユニットセル間の絶縁性向上や膜中への不純物混入防止の効果があり、ひいては信頼性・寿命の向上へ寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例における加工原理を示す図である。
【図２】本発明の一実施例における原理を説明するための比較として示した強度分布が対称なトップハットを形成する光学系の断面図である。
【図３】本発明の一実施例における原理を説明するための強度分布が非対称なトップハットを形成する光学系の断面図である。
【図４】本発明の一実施例における原理を説明するための強度分布が非対称なトップハットを形成する光学系の断面図である。
【図５】本発明の一実施例における結像光学系の構成を示す光学系の断面図である。
【図６】本発明の一実施例における装置の概略の構成及び動作を示すブロック図である。
【図７】本発明の一実施例における装置の概略の構成及び動作を示すブロック図である。
【図８】本発明の一実施例における加工形状を示す試料のビーム照射領域の平面図である。
【図９】本発明の一実施例における加工形状を示す試料のビーム照射領域の平面図である。
【図１０Ａ】本発明の一実施例における加工対象の薄膜太陽電池の斜視図である。
【図１０Ｂ】本発明の一実施例における加工対象の薄膜太陽電池の製造工程の概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施例を図を用いて説明する。
図１に本発明の一実施例における加工原理を示す。本図は基板にレーザ光が照射される状況を断面方向から見たものである。図１（ａ）〜（ｃ）はレーザビーム２の光軸に垂直な断面の強度分布が左右対称なトップハット像(以下対称トップハット像と記す)による加工、（ｄ）〜（ｉ）はレーザビーム２の光軸に垂直な断面の強度分布が左右非対称なトップハット像(以下非対称トップハット像と記す)による加工を示す。各々（ａ）、（ｄ）、（ｇ）は１回目のパルスレーザビーム２を照射の状態を、（ｂ）、（ｅ）、（ｈ）はパルス間の状態を、（ｃ）、（ｆ）、（ｉ）は２回目のパルスレーザビーム２を照射の状態を示す。図中２はレーザビーム、８１０はガラス基板、８１１は下地膜、８２０は透明導電膜、８２１は透明導電膜８２０上のレーザビーム２の照射領域、８２２はレーザビーム２が照射されて透明導電膜８２０が除去されたスクライブ領域、８１２は下地膜８１１に発生したダメージ領域である。また、図１（ａ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｉ）の基板下側に示した２０１〜２０３はレーザビーム２の光軸に垂直な断面の強度分布を示す。この中でＥａは透明導電膜８２０の加工閾値、Ｅｂは下地膜８１１のダメージ閾値を示す。一般に、透明導電膜８２より下地膜８１１の沸点が高いため、図示したようにＥｂはＥａより高い値となる。
【００１４】
以下、図の順に従い説明する。図１（ａ）のように、レーザビーム２の断面の強度分布が対称トップハット像で透明導電膜８２に照射される領域８２１の全領域に渡ってレーザビーム２の断面の強度が下地膜８１１のダメージ閾値Ｅｂよりも大きい場合、１回目のパルスレーザ２の照射により、該照射領域８２１の全領域の透明導電膜８２０が蒸発して、図１(ｂ)のようにスクライブ領域８２２が形成される。図１(ｃ)に示した２回目のパルスレーザ２の照射は、ガラス基板８１０が図示していないテーブルで一方向に連続的に移動しているために１回目の照射位置から一定距離左方向にずれて一部が１回目のパルスレーザビームが照射された領域８２１と重なる位置にて行われるが、このレーザビーム２が照射される領域８２３の右側の端部は、１回目のパルスレーザビーム照射により形成された透明導電膜８２０が蒸発して下地膜８１１が露出したスクライブ領域８２２に照射される。対称トップハット像の場合は、ビーム全体が下地膜８１１のダメージ閾値Ｅｂを超える強度となっているため、上記下地膜８１１が露出したスクライブ領域８２２のレーザ光ビーム２が照射された箇所には下地膜８１１にダメージ領域８１２が発生する。
【００１５】
次にレーザビーム２の断面の強度分布が２０２に示すような非対称トップハット像の場合について、図１（ｄ）〜（ｆ）により説明する。この３つは図の右側から左側に向かって加工が進んでいく場合を示している。レーザビーム２’の強度分布２０２は右側で下地膜８１１のダメージ閾値Ｅｂより低くなるように設定される。ただし、レーザビーム２’の光軸に垂直な断面の全体にわたり透明導電膜８２０の加工閾値Ｅａを超える強度となっているので、図１（ｄ）のように１回目のパルスレーザを照射することにより、図１（ｅ）に示すように照射領域８２１’の透明導電膜８２０が蒸発してスクライブ領域８２２’が形成されるのは、図１（ｂ）で説明した対称トップハット像の場合と同じである。２回目のパルスレーザビーム２’の照射は、１回目の照射位置８２１’から一定距離左方向にずれて一部が１回目のパルスレーザビームが照射された領域８２１’と重なる位置８２３’にて行われる。この２回目の照射によりレーザビーム２’が照射された領域８２３’の右側の端部は１回目のパルスレーザビーム２’の照射により透明導電膜８２０が蒸発して下地膜８１１が露出しているが、この露出した下地膜８１１に照射されてパルスレーザビーム２’の強度は下地膜８１１のダメージ閾値Ｅｂより低い強度となっている。そのため、１回目のパルスレーザ照射により形成されたスクライブ領域８２２'に２０２のような強度分布を持つレーザビーム２’が照射されても、露出した下地膜８１１にダメージが発生することはない。
【００１６】
図１（ｇ）〜（ｉ）は、図１（ｄ）〜（ｆ）の場合とは逆に、図の左側から右側に向かって加工が進んでいく場合を示している。レーザビーム２”の強度分布２０３は図１（ｄ）〜（ｆ）の場合と左右反転している。この場合、加工の方向（ガラス基板８１０に対するレーザビーム２’及び２”の走査方向）が反対であることを除き、加工原理は図１（ｄ）〜（ｆ）の場合と全く同じである。即ち、図１（ｇ）に示すように２０３のような強度分布を持たせたパルスレーザ２”を１回目の照射で透明導電膜８２０上の領域８２１”に照射し、図１（ｈ）に示すようにパルスレーザ２”が照射された領域８２１”の透明導電膜８２０を蒸発させてスクライブ領域８２２”を形成し、下地膜８１１の一部を露出させる。次に２回目の照射により一部が１回目の照射領域８２１"と重なる領域８２３"にパルスレーザ２”を照射する。このとき、１回目のパルスレーザ２”の照射により形成されたスクライブ領域８２２”に露出した下地膜８１１にパルスレーザ２”が照射されるが、パルスレーザ２”は２０３に示すような強度分布を有しており、露出した下地膜８１１に照射されるパルスレーザ２”のビーム強度は、下地膜８１１のダメージ閾値Ｅｂより低い強度となっている。そのため、１回目のパルスレーザ２”の照射により形成されたスクライブ領域８２２”に２０３のような強度分布を持つレーザビーム２”が照射されても、露出した下地膜８１１にダメージが発生することはない。
【００１７】
したがって、非対称トップハット像の強度分布を２０２と２０３のように左右反転するだけで、左右いずれの方向に加工を進める場合でも、下地膜８１１にダメージを発生させることなく、透明導電膜８２０を選択的に加工することが可能である。
【００１８】
図２〜４に非対称トップハット形成光学系の原理を示す。本例では回折光学素子を用いた光学系を示す。各図において、７は回折光学素子、７１は内側領域、７２は外側領域、２はレーザ光である。
【００１９】
非対称トップハット像に先立ち、図２（ａ）により、対称トップハット像の形成原理を説明する。図２（ａ）の左側にある光源（図示せず）から発射されたレーザ光２は平行光の状態で矢印の方向に進んで回折光学素子７に入射する。本例では、回折光学素子７は内側領域７１と外側領域７２の２つの光学特性の異なる領域からなっており、各々の焦点距離はｆｉ及びｆｏで互いに異なる距離となっている。すなわち、故意に球面収差を作り出しているものと解釈できる。
【００２０】
図２（ｂ）〜（ｅ）にトップハット像が形成される原理を示す。（ｂ）〜（ｅ）は各々回折光学素子７の入射側及び回折光学素子出射側の距離Ｗｄ、ｆｏ、ｆｉにおける像の形成を示している。入射側レーザ光２１０は図２（ｂ）に示すように、内側領域２１３と外側領域２１１，２１２とに分割される。出射側で各々の領域からの光はｆｉ及びｆｏに集光し、内側領域７１からの光と外側領域７２からの光はそれぞれこれらの距離で最もシャープで高いピーク強度を持つようになる。即ち、ｆｏの位置では図２（ｄ）に示すように回折格子７の外側領域からから出射した成分２３２及び２３３が最もシャープで高いピーク強度を持つようになり、これと内側領域から出射した成分２３１とが合成された光束２３０となり、ｆiの位置では図２（ｅ）に示すように回折格子７の内側領域から出射した成分２４１が最もシャープで高いピーク強度を持つようになり、これと外側領域からから出射した成分２４２及び２４３とが合成された光束２４０となる。ここで、ｆｏはｆｉより近い位置にあるため、ｆｏの手前で、図２（ｃ）に示すように回折格子７から出射した光は回折格子７の内側領域７１から出射した光のピーク強度２２１より、外側領域７２から出射した光のピーク強度２２２及び２２３の法が大きくなる位置ＷＤが存在する。したがってこの位置でトップハット像が形成されることになる。この回折光学素子７からＷＤの位置までの距離を通常、回折光学素子７のワーキングディスタンスと呼ぶ。
【００２１】
上記と同様、図３（ａ）により非対称トップハット像の形成原理を説明する。図３（ａ）は回折光学素子７に入射するレーザ光２の光軸を、図２（ａ）と比べて下方にずらしたものである。即ち、図３（ｂ）に示すように、回折光学素子７に入射するレーザ２の光束３１０は、成分３１１が回折光学素子７の内側領域７１に入射し、成分３１２が回折光学素子７の外側領域７２に入射する。従ってこの場合、内側領域７１に入射する光は減少し、外側領域７２に入射する光は増加する。これにより、図３（ｃ）に示すように、ＷＤの位置で形成されるトップハット像３２０は、下側の成分３２２で強度が増大し、上側の成分３２１で強度が減少する。このようにして非対称なトップハット像３２０が形成される。
【００２２】
図４（ａ）は図３（ａ）とは反対方向にレーザ光２の光軸をずらした場合を示す。この場合、図４（ｂ）に示すように、回折光学素子７に入射するレーザ２の光束４１０は、成分４１１が回折光学素子７の内側領域７１に入射し、成分４１２が回折光学素子７の外側領域７２に入射する。その結果、図４（ｃ）にように、ＷＤの位置で形成されるトップハット像４２０は、上側の成分４２２で強度が増大し、下側の成分４２１で強度が減少する。
【００２３】
したがって、レーザ光２の光軸を回折光学素子７に対して上下にずらすだけで、非対称トップハット像の傾斜方向を切り替えることができる。
【００２４】
以上のように、本実施例によれば、回折光学素子を用いて非対称トップハット像を形成することが可能になり、図１の（ｄ）〜（ｉ）で説明したような照射を行うことで下地膜８１１にダメージを与えず表面の透明導電膜８２０だけを選択的に加工することが可能である。
【００２５】
上記した説明では、透明導電膜８２０の上でレーザビームを直線状に走査する場合であったが、本発明はこれに限らず、薄膜上でレーザビームを円形又は任意の軌跡で走査することで、薄膜を円形又は任意の形状に選択的に加工することができる。
【００２６】
また、本例には示さないが、非球面レンズを用いたトップハット光学系の場合も同様に光軸をずらすことにより非対称トップハットを得ることが可能である。
【００２７】
なお、上記に説明した非対称トップハット像の形成においては内側領域７１と外側領域７２とで光学特性が異なる回折光学素子７を用いる構成で説明したが、回折光学素子７の代わりに通常の集光レンズを用いて、これに強度分布が例えば図２（ｂ）に示したようなガウシアン分布を持つレーザビーム２を、集光レンズの光軸に対して図３又は図４で説明したようにずらして入射させるようにしても良い。この場合、集光レンズから出射した光は集光レンズのコマ収差によりＷＤ面で非対称な強度分布となり非対称ガウシアン像が形成され、下地膜８１１上に透明導電膜８２０を形成したガラス基板８１０に対して図１の（ｄ）〜（ｉ）で説明したような照射を行うことで、下地膜８１１にダメージを与えず表面の透明導電膜８２０だけを選択的に加工することが可能になる。
【００２８】
図３及び図４で説明した非対称トップハット像は、同心円状に形成した回折光学素子７から出射した光をそのままガラス基板８１０に照射する構成で説明したが、回折光学素子７から出射した光を、例えば周辺を遮光する遮光マスクを用いて、ひし形、または楕円形状に成形してガラス基板８１０に照射するようにしても良い。
【００２９】
図５に非対称トップハット像を形成するための非対称トップハットリレー光学系を示す。図５に示した構成において、２はレーザで矢印の方向に進む。７は回折光学素子、８はリレーレンズ、９は集光レンズである。本光学系では、回折光学素子７のワーキングディスタンスＷＤと、リレーレンズ８の焦点距離ｆ８と、集光レンズ９の焦点距離ｆ９とを概略等しい値としている。したがって、回折光学素子７で形成された非対称トップハット像は等倍で集光レンズ９の焦点距離ｆ９の位置に転送される。図中実線はレーザ光２の光軸と回折光学素子７とを一致させた場合、点線はレーザ２の光軸と回折光学素子７とをずらした場合である。図２乃至４で説明した場合と同様、回折光学素子７からＷＤの距離で、前者は対称トップハット像が、後者は非対称トップハット像が形成される。また、リレーレンズ８から出射した光は平行光となって集光レンズ９に入射し、集光レンズ９からｆ９の距離において、再度対称トップハット像または非対称トップハット像が形成される。リレーレンズ８から出射した光は平行光なので、リレーレンズ８と集光レンズ９との間隔を変えることで、非対称トップハット像の形成位置を変更可能である。また、ｆ８及びｆ９の値の片方または双方を変更することにより、トップハット像のサイズを変更することも可能である。
【００３０】
以上のように、図５に示したような光学系を用いることのより非対称トップハット像は、その位置及びサイズが必要に応じて可変にできる。
【００３１】
図６及び７に薄膜レーザパターニング装置の構成及び動作を示す。図６において、１はレーザ光源、２はレーザ光源１から発射されたレーザ、３はビームコリメータ、４ａ〜４ｅは鏡、７は回折光学素子、７３は回折光学素子走査機構、８はリレーレンズ、９ａ〜９ｄは集光レンズ、１０ａ〜１０ｃはビームスプリッタ、２１ａ〜２１ｄはそれぞれ分岐されたレーザ光、８１０はガラス基板、８２１及び８２２はスクライブ領域である。図では詳細は示さないがガラス基板８１０の上には下地膜８１１が形成され、その上に透明電極膜８２０があらかじめ成膜されている。
【００３２】
図６により本実施例の動作を詳細に説明する。レーザ光源１から発生したレーザ光２はビームコリメータ３により平行度を改善された後、鏡４ａで光路が曲げられて回折光学素子７に入射する。これにより形成されたトップハット像がリレーレンズ８と集光レンズ９ａ〜ｄによって転送されることは図５で説明した原理と同じである。図６に示した構成では、リレーレンズ８と集光レンズ９ａ〜９ｄとの間にハーフビームスプリッタ１０ａ〜１０ｃを挿入することにより、４本の分岐レーザ２１ａ〜２１ｄを形成し、集光レンズ９ａ〜９ｄの各々についてトップハット像を形成する構成としている。集光レンズ９ａ〜９ｄの像位置がガラス基板８１０の表面にあるように位置決めを行うことにより、ガラス基板８１０の4箇所において同時にトップハット像によるスクライブ領域８２１の形成が可能である。このときのトップハット像は、図１（ｄ）〜（ｆ）における照射に用いた２０２に示したような、レーザビーム２又はガラス基板８１０の進行方向にピークを持つ強度分布特性を持っている。これにより、例えばガラス基板８１０が５．５Ｇと大きいサイズであっても高効率の加工が可能である。
【００３３】
ここで、回折光学素子走査機構７３により回折光学素子７はｘ方向に走査される。これにより回折光学素子７の出口側にはｘ方向に非対称なトップハット像が形成される。さらに、図５を用いて説明したように、リレーレンズ８と集光レンズ９ａ〜９ｄとにより非対称トップハット像は転送され、集光レンズ９ａ〜９ｄの下に方向に非対称なトップハット像が形成される。図の矢印で示すように、ガラス基板８１０はｘ方向に走査され、同じ方向に非対称なトップハット像を一部が重なった状態で連続的に照射することにより、ガラス基板８１０に形成された下地膜８１１にダメージを与えず基板上の透明電極膜８２０だけを選択的に除去加工することが可能である。
【００３４】
図７は図６と同じ装置で、ガラス基板８１０が左方向（−Ｘ方向）に走査された後、逆向きの右方向（＋Ｘ方向）に走査され始めた状態を示す。即ち、基板の左端から右端までスクライブ領域８２１が形成された後、ｙ方向に所定のピッチずらしてからガラス基板８１０を逆の方向（＋Ｘ方向）連続的に移動させてガラス基板８１０上にスクライブ領域８２２が途中まで形成されている。図６と比較すればわかるように、回折光学素子７は回折素子駆動機構７３により駆動されてレーザ光２の光軸に対して図６の場合とは反対側に配置されている。したがって、図６の場合とは非対称トップハット像は反対方向に傾斜を持った形状となる。即ち、このときのトップハット像は、図１（ｇ）〜（ｉ）における照射に用いた２０３に示したような、レーザビーム２又はガラス基板８１０の進行方向にピークを持つ強度分布特性を持っている。
【００３５】
引き続き、ガラス基板８１０をｘ方向に往復運動する毎に、回折光学素子７はレーザ光２に対して左右交互に移動する。この動作はガラス基板８１０の全面にスクライブ領域８２１、８２２・・・が形成されるまで継続される。以上により、ガラス基板８１０の全面にわたって、ガラス基板８１０上に形成された下地膜８１１にダメージを与えず透明導電膜８２０だけを選択的に加工することが可能である。また、基板の往復両方向とも非対称トップハットによる加工が行えるため、時間のロスなく、かつ、どのスクライブ領域も除去残りがない高品質の加工が可能である。
なお、図には示さないが、回折光学素子７を左右に移動させる代わりに、リレーレンズ８または集光レンズ９ａ〜ｄを左右に移動させることによっても、同様の結果を得られることは原理的に明らかである。
【００３６】
図８（ａ）及び（ｂ）に、図６及び７で説明した装置で加工した透明導電膜８２０のスクライブ領域８２１及び８２２を基板表面側から見た形状を示す。（ａ）は、図６に示した装置構成でガラス基板８１０を図６の矢印で示した方向、即ち図の右から左に移動させて加工したスクライブ領域８２１を示し、（ｂ）は、図７に示した装置構成でガラス基板８１０を図７の矢印で示した方向、即ち図の左から右に移動させて加工したスクライブ領域８２２である。言い換えれば（ａ）は矢印で示すようにレーザスポットをガラス基板８１０に対して相対的に左から右に、（ｂ）はレーザスポットをガラス基板８１０に対して相対的に右から左に移動させたものである。いずれも、加工方向は異なるものの、図１（ｄ）及び（ｇ）で説明したような強度分布２０２及び２０３を持つレーザビームを照射することにより透明導電膜８２０が平滑に除去されて、連続したスクライブ領域８２１、８２２が形成される。
【００３７】
これに対して図８（ｃ）は、本発明の方法を用いず、対称なトップハットのビームプロファイルを有するレーザビーム２でガラス基板８１０を加工したときの透明導電膜８２０のスクライブ領域８２１及び８２２を基板表面側から見た形状である。黒く塗りつぶした領域８１１はガラス基板８１０上に形成された下地膜８１１に発生したダメージ領域を示す。図示するように、レーザスポットが互いに重畳した箇所でガラス基板８１０のダメージ領域８１１が発生している。これは、レーザスポットが重畳する箇所でエネルギが過剰となるためである。
【００３８】
なお、移動方向と垂直な方向、すなわち図の上下方向の強度分布に関しては、図８（ａ）、（ｂ）に示した本発明の場合と、図８（ｃ）に示した従来の場合とはいずれも対称なトップハット形状である。  
本実施例に係る図８（ａ）及び（ｂ）のビーム走査方法を、ビームの強度分布が単純なトップハット形状の場合の（ｃ）と比較すると、ビーム走査方向に対して非対称なトップハット形状に成形することの効果が明らかである。
【００３９】
以上のように、本実施例によれば、ガラス基板にダメージを与えず基板上の膜だけを選択的に加工することが可能である。
【００４０】
図９は非対称なトップハット形状の変形例を示す図である。図８で説明したレーザビームでは非対称トップハット像のレーザビームの光軸に直角な断面の形状は円形であったが、本実施例では正方形の非対称トップハット像の場合である。なお、移動方向と垂直な方向、すなわち図の上下方向に関しては、従来と同じく対称なトップハット形状である。これは、図２〜７の装置で回折光学素子７を正方形のトップハットを形成するタイプに置き換えること又は回折光学素子７の出射側に正方形の非対称トップハット像を形成するためのマスクを設置することで実施できる。本実施例においてもレーザスポットの重畳した箇所でガラス基板のダメージが防止できることは図８で説明した場合と全く同じである。また、正方形に限らず長方形のスポットや、先に説明したひし形や楕円形スポットの場合にも本手法が適用できることは自明である。一般に、レーザスポットの形状は材料の性質や目標とする加工品質によって選択されるが、本発明による加工方法はいずれのスポット形状にも適用可能である。
【００４１】
図１０Ａ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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
透明導電膜８２０に形成されたスクライブ領域８２１、８２２、８２３は波長１０６４ｎｍのレーザ光を非対称トップハット像にして加工したものである。また、実施例４と同様に、スクライブ領域８２１は図の左下から右上に向かって加工し、スクライブ領域８２２は右上から左下に向かって、スクライブ領域８２３は左下から右上に向かって加工している。このように基板を往復しながら加工しても、実施例４に述べたように非対称トップハット像の傾斜方向を交互に反転することで、どのスクライブ領域もガラス基板のダメージのない高品質の加工が可能である。
【００４５】
図１０Ｂにより製造工程を具体的に説明する。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を形成する。（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。このプロセスでは、レーザ光として１０６４ｎｍの非対称トップハット像を用いる。これにより、ガラス基板８１０にダメージを与えることなく透明電極膜８２０を選択的に除去できる。
【００４６】
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。このプロセスでは、レーザ光として５３２ｎｍの非対称トップハット像を用いる。これにより、透明導電膜８２０にダメージを与えることなく非晶質光電変換膜８３０を選択的に除去できる。
【００４７】
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。このプロセスでは、レーザ光として５３２ｎｍの非対称トップハット像を用いる。これにより、透明導電膜８２０にダメージを与えることなく裏面電極膜８４０を選択的に除去できる。
【００４８】
一般的な太陽電池と同様。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。本発明によれば、透明電極膜８２０、非晶質光電変換膜８３０、裏面電極膜８４０は各々選択的に除去され、同じスクライブ領域で他の膜が除去されることがないため、短絡や断線が生じることなく、高い発電効率を得ることができる。また、ガラス基板８１０や他の膜へのダメージが防止できることにより、劣化の原因となる不純物の混入も防止できる。
以上のように、本発明によれば高性能・高信頼の太陽電池が製造可能である。
【００４９】
なお、本実施例では透明電極膜８２０、非晶質光電変換膜８３０、裏面電極膜８４０とも非対称トップハット像による加工を行っているが、一部の膜のみを非対称トップハット像による加工とすることも勿論可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
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】
【００５１】
１・・・レーザ光源    ２・・・レーザ光    ３・・・ビームコリメータ    ４ａ、４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ・・・鏡    ７・・・回折光学素子    ７１・・・内側領域          ７２・・・外側領域    ７３・・・回折光学素子走査機構    ８・・・リレーレンズ      ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ・・・対物レンズ    １０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・・ハーフビームスプリッタ    ８１０・・・ガラス基板    ８１１・・・ダメージ領域              ８２０・・・透明電極膜    ８２１、８２２、８２３・・・スクライブ領域            ８３０・・・非晶質光電変換膜    ８３１、８３２、８３３・・・スクライブ領域      ８４０・・・裏面電極膜    ８４１、８４２、８４３・・・スクライブ領域
【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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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