(57)【要約】【課題】複数の加工予定ラインのピッチが小さい場合でも、複数の光学ユニットを並べて複数の加工予定ラインに沿って同時にレーザ光を照射することができるようにする。【解決手段】このレーザ加工装置は、レーザ光を出射するレーザ発振器２と、第１光学ユニット４１及び第２光学ユニット４２と、を備えている。第１光学ユニット４１及び第２光学ユニット４２は、それぞれ、レーザ発振器２からのレーザ光を複数のレーザ光に分岐する回折光学素子５２と、回折光学素子５２からの複数のレーザ光を基板上の１つの直線に沿って並ぶように集光させるレンズ５３と、を有する。そして、第１光学ユニット４１によって基板上に集光させられる複数のビームスポットを結んだ第１直線Ｌ１と、第２光学ユニット４２によって基板上に集光させられる複数のビームスポットを結んだ第２直線Ｌ２とは、互いに平行でずれている。【選択図】図２
2013022602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の複数の加工予定ラインに沿ってレーザ光を照射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出射装置と、
それぞれ、前記レーザ光出射装置からのレーザ光を複数のレーザ光に分岐する回折光学素子と、前記回折光学素子からの複数のレーザ光を基板上の１つの直線に沿って並ぶように集光させるレンズと、を有する第1光学ユニット及び第２光学ユニットと、
を備え、
前記第１光学ユニットによって基板上に集光させられる複数のビームスポットを結んだ第１直線と、前記第２光学ユニットによって基板上に集光させられる複数のビームスポットを結んだ第２直線とは、互いに平行でずれている、
レーザ加工装置。
【請求項２】
前記第１光学ユニットのレンズの中心と前記第２光学ユニットのレンズの中心とを結んだ直線は、前記第１及び第２直線に対して傾斜している、請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記第１光学ユニット及び前記第２光学ユニットは、同じ直径の円筒状の鏡筒を有しており、
前記第１光学ユニット及び前記第２光学ユニットの中心間距離は前記鏡筒の直径以上である、
請求項１又は２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記第１光学ユニット及び前記第２光学ユニットの中心間距離は、前記第１直線及び前記第２直線に沿った前記第１光学ユニットの中心と前記第２光学ユニットの中心との間の距離より長い、
請求項１から３のいずれかに記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記第１光学ユニットは、前記レーザ光出射装置からのレーザ光を分岐するビームスプリッタをさらに有し、
前記第２光学ユニットは、前記ビームスプリッタからのレーザ光を反射して前記第２光学系の回折光学素子に導く反射ミラーをさらに有している、
請求項１から４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、特に、基板上の複数の加工予定ラインに沿ってレーザ光を照射するレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池の製造においては、基板上の薄層に対して複数のラインに沿ってレーザ光が照射され、複数のサブセルに分割される。そして、分割されたサブセルが相互に接続される。
【０００３】
このような太陽電池基板にレーザ光を照射して加工するパターニング工程では、所定ピッチの多数の加工予定ラインに沿ってレーザ光が照射される。
【０００４】
例えば特許文献１の装置では、それぞれが４本のレーザビームを出力可能な複数の光学ユニットが設けられている。そして、複数の光学ユニットを走査することによって、所定ピッチの複数のスクライブ溝が形成される。
【０００５】
また、特許文献２では、回折光学素子（DOE）とｆ-sinθレンズとを組み合わせて光学ユニットが構成されている。ここでは、所定ピッチの多数のレーザ光のビームスポットが基板上に照射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２０１０−５０９０６７号公報
【特許文献２】特開２００１−６２５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献1及び２に記載された装置を使用して加工を行うことにより、多数のパターニングラインを短時間で加工することが可能になる。
【０００８】
ここで、パターニングラインの本数が１つの光学ユニットのビーム数を越える場合は、複数の光学ユニットを並べて配置することにより、同様に加工時間を短くすることができる。
【０００９】
しかし、複数のパターニングラインのピッチが小さい場合、複数の光学ユニットによって等ピッチで同時に加工することができない。すなわち、光学ユニットは、一般的にレンズ等の光学素子が内蔵された鏡筒を有しているので、隣り合う鏡筒を最大限接近させても、一方の鏡筒内部に形成されたビームスポットと、他方の鏡筒内部に形成されたビームスポットとの間には、互いの鏡筒の厚み分の距離があくことになる。このため、パターニングラインのピッチが小さい場合は、隣り合う光学ユニット間のパターニングラインのピッチが、他のパターニングラインのピッチより大きくなることになる。
【００１０】
本発明の課題は、複数の加工予定ラインのピッチが小さい場合でも、複数の光学ユニットを並べて複数の加工予定ラインに沿って同時にレーザ光を照射することができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１発明に係るレーザ加工装置は、基板上の複数の加工予定ラインに沿ってレーザ光を照射する装置であって、レーザ光を出射するレーザ光出射装置と、第１光学ユニット及び第２光学ユニットと、を備えている。第１光学ユニット及び第２光学ユニットは、それぞれ、レーザ光出射装置からのレーザ光を複数のレーザ光に分岐する回折光学素子と、回折光学素子からの複数のレーザ光を基板上の１つの直線に沿って並ぶように集光させるレンズと、を有する。そして、第１光学ユニットによって基板上に集光させられる複数のビームスポットを結んだ第１直線と、第２光学ユニットによって基板上に集光させられる複数のビームスポットを結んだ第２直線とは、互いに平行でずれている。
【００１２】
ここでは、第１光学ユニットと第２光学ユニットとが、多数のビームスポットが並ぶ方向において段違いで配置されている。このため、複数の加工予定ラインのピッチが小さく、かつ各光学ユニットの鏡筒等の枠体の厚みが厚い場合でも、複数の光学ユニットによって、複数の加工予定ラインに沿って同時にレーザ光を照射することが可能になる。
【００１３】
第２発明に係るレーザ加工装置は、第１発明の装置において、第１光学ユニットのレンズの中心と第２光学ユニットのレンズの中心とを結んだ直線は、第１及び第２直線に対して傾斜している。
【００１４】
第３発明に係るレーザ加工装置は、第１又は第２発明の装置において、第１光学ユニット及び第２光学ユニットは、同じ直径の円筒状の鏡筒を有している。そして、第１光学ユニット及び第２光学ユニットの中心間距離は鏡筒の直径以上である。
【００１５】
この場合は、２つの光学ユニットの干渉を避けて、小さいピッチの複数の加工予定ラインに沿ってレーザ光を照射することができる。
【００１６】
第４発明に係るレーザ加工装置は、第１から第３発明のいずれかの装置において、第１光学ユニット及び第２光学ユニットの中心間距離は、第１直線及び第２直線に沿った第１光学ユニットの中心と第２光学ユニットの中心との間の距離より長い。
【００１７】
第５発明に係るレーザ加工装置は、第１から第４発明のいずれかの装置において、第１光学ユニットは、レーザ光出射装置からのレーザ光を分岐するビームスプリッタをさらに有している。そして、第２光学ユニットは、ビームスプリッタからのレーザ光を反射して第２光学系の回折光学素子に導く反射ミラーをさらに有している。
【００１８】
ここでは、簡単な構成で、複数の加工予定ラインに沿ってレーザ光を照射することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明では、複数の加工予定ラインのピッチが小さい場合でも、複数の光学ユニットを並べて複数の加工予定ラインに沿って同時にレーザ光を照射することができ、加工時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態によるレーザ加工装置の概略構成図。
【図２】複数の光学ユニットの配置を示す概略平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１に本発明の一実施形態によるレーザ加工装置の模式図を示す。レーザ加工装置１は、レーザ光を出射するレーザ発振器２と、レンズ・ミラー機構３と、第１〜第４光学ユニット４１〜４４と、太陽電池パネル用の基板Ｇが載置されるＸＹステージ５と、を備えている。ここでは、基板Ｇの複数の加工予定ラインに沿ってレーザ光のビームスポットを走査し、基板Ｇ上に複数のサブセルを形成する場合の加工を例にとって説明する。
【００２２】
レンズ・ミラー機構３は、レーザ光を平行光にするためのコリメートレンズ３ａと、反射ミラー３ｂと、ビームスプリッタ３ｃと、を有している。
【００２３】
第１光学ユニット４１は、反射ミラー５１と、回折光学素子５２と、ｆ-sinθレンズ５３と、を有している。反射ミラー５１は、第２光学ユニット４２からのレーザ光を回折光学素子５２に反射する。回折光学素子５２はレーザ光を複数のレーザ光に分岐する。ｆ-sinθレンズ５３は複数のレーザ光のそれぞれをＸＹステージ５上の基板Ｇに集光する。この第１光学ユニット４１によって、図２に示すように、基板Ｇ上に、分岐された複数のビームスポットが第１直線Ｌ１上に並んで照射される。
【００２４】
第２光学ユニット４２は、ビームスプリッタ５５と、回折光学素子５２及びｆ-sinθレンズ５３と、を有している。ビームスプリッタ５５は、レンズ・ミラー機構３からのレーザ光を、第１光学ユニット４１の反射ミラー５１と下方の回折光学素子５２とに分岐する。回折光学素子５２及びｆ-sinθレンズ５３は、第１光学ユニット４１と同様である。この第２光学ユニット４２によって、図２に示すように、基板Ｇ上に、分岐された複数のビームスポットが第２直線Ｌ２上に並んで照射される。なお、第２直線Ｌ２は第１直線Ｌ１と平行な直線である。
【００２５】
第３光学ユニット４３は、ビームスプリッタ５５と、回折光学素子５２及びｆ-sinθレンズ５３と、を有している。ビームスプリッタ５５は、第２光学ユニット４２のビームスプリッタと同様の構成であり、レンズ・ミラー機構３からのレーザ光を、第４光学ユニット４４と下方の回折光学素子５２とに分岐する。回折光学素子５２及びｆ-sinθレンズ５３は、第１光学ユニット４１と同様である。この第３光学ユニット４３によって、図２に示すように、基板Ｇ上に、分岐された複数のビームスポットが第１直線Ｌ１上に並んで照射される。
【００２６】
第４光学ユニット４４は、反射ミラー５１と、回折光学素子５２と、ｆ-sinθレンズ５３と、を有している。反射ミラー５１は、第１光学ユニット４１の反射ミラーと同様の構成であり、第３光学ユニット４３からのレーザ光を回折光学素子５２に反射する。回折光学素子５２及びｆ-sinθレンズ５３は第１光学ユニット４１と同様である。この第４光学ユニット４４によって、図２に示すように、基板Ｇ上に、分岐された複数のビームスポットが第２直線Ｌ２上に並んで照射される。
【００２７】
図２は、４つの光学ユニット４１〜４４の配置を示す模式的な平面図である。この図２に示すように、第１光学ユニット４１と第３光学ユニット４３によって基板Ｇ上に照射される多数のビームスポットを結んだ第１直線Ｌ１と、第２光学ユニット４２と第４光学ユニット４４によって基板Ｇ上に照射される多数のビームスポットを結んだ第２直線Ｌ２１とは、互いに平行でずれている。言い換えれば、隣接する光学ユニットの中心を結んだ直線は、第１直線Ｌ１及び第２直線Ｌ２に対して角度αだけ傾斜している。
【００２８】
また、図２に示すように、４つの光学ユニット４１〜４４は、同じ直径Ｄで、かつ同じ厚みの円筒状の鏡筒４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａを有している。そして、隣接する光学ユニット間の中心間距離Ｃはすべて同じであり、鏡筒４１ａ〜４４ａの直径Ｄと同じ距離に設定されている。言い換えれば、隣接する光学ユニットの中心間距離Ｃ（＝Ｄ）は、第１直線Ｌ１及び第２直線Ｌ２に沿った隣接する光学ユニットの中心間距離Ｅより長い。
【００２９】
さらに、この実施形態では、各光学ユニット４１〜４４によって形成される複数のビームスポットＢは、所定のピッチＰで直線上に並んで照射されている。そして、各光学ユニット４１〜４４の配置は、互いに隣接する光学ユニットの最も外側に形成された他方の光学ユニットに最も近い位置のビームスポットＢ同士の、第１直線Ｌ１及び第２直線Ｌ２に沿った距離Ｆが、各光学ユニット４３１〜４４によって形成された複数のビームスポットＢのピッチＰと同じになるように設定されている。より具体的には、第１直線Ｌ１及び第２直線Ｌ２に沿った隣接する光学ユニットの中心間距離Ｅは、１つの光学ユニットによって形成される複数のビームスポットＢの最も外側に位置する２つのビームスポットＢ間の距離Ｇに、各光学ユニットによって形成される複数のビームスポットＢ間のピッチＰを加えた長さに設定されている。このような配置によって、光学ユニット４１〜４４によって形成される多数のビームスポットBの位置は、第１直線Ｌ１及び第２直線Ｌ２に垂直な方向から見て等間隔になる。
【００３０】
ＸＹステージ５は、基板Ｇを載置するテーブルであり、互いに直交するＸ方向及びＹ方向に移動可能である。このＸＹステージ５をＸ方向及びＹ方向に所定の速度で移動させることにより、ＸＹステージ５に載置された基板Ｇとレーザ光との相対位置を自在に変更することができる。通常は、ＸＹステージ５を移動させて、基板Ｇの加工予定ラインに沿ってレーザ光が走査される。
【００３１】
このレーザ加工装置では、レーザ発振器２から発射されたレーザ光は、コリメートレンズ３ａによって平行光にされ、反射ミラー３ｂによって下方に反射される。反射ミラー３ｂからのレーザ光は、ビームスプリッタ３ｃによって、第２光学ユニット４２と第３光学ユニット４３とに分岐される。第２光学ユニット４２に入射したレーザ光は、ビームスプリッタ５５によって下方と第１光学ユニット４１とに分岐される。第１光学ユニット４１に入射したレーザ光は、反射ミラー５１によって下方に反射される。一方、第３光学ユニット４３に入射したレーザ光は、ビームスプリッタ５５によって下方と第４光学ユニット４４とに分岐される。第４光学ユニット４４に入射したレーザ光は、反射ミラー５１によって下方に反射される。
【００３２】
以上のようにして各光学ユニット４１〜４４の回折光学素子５２に入射したレーザ光は、複数のレーザ光に分岐され、さらにｆ-sinθレンズ５３を通過して、基板Ｇの複数の加工予定ライン上に同時にビームスポットとして照射される。
【００３３】
以上のようにして、基板Ｇ上に多数のビームスポットが照射された状態で、ＸＹステージ５を駆動して基板Ｇを一方向に移動させれば、複数の加工予定ラインに沿ってビームスポットが走査されて加工される。この実施形態では、基板Gを第１直線Ｌ１及び第２直線Ｌ２に垂直な方向に移動させることにより、光学ユニット４１〜４４によって形成される多数のビームスポットによって加工されたラインは、等間隔になる。
【００３４】
この実施形態では、複数の光学ユニット４１〜４４が互い違いに配置されている。このため、加工予定ラインのピッチが小さい場合でも、複数の光学ユニット４１〜４４によって形成されるビームスポットのピッチをすべて同じにすることができる。
【００３５】
なお、基板Gを第１直線Ｌ１及び第２直線Ｌ２に垂直な方向以外の方向に移動させて加工を行う場合には、光学ユニットによって形成される多数のビームスポットBの位置が基板Gの移動方向から見て等間隔になるように、各光学ユニットの間隔を調整すればよい。
【００３６】
［他の実施形態］
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。
【００３７】
(a)  なお、前記実施形態では、太陽電池パネル用基板上にサブセルを形成する場合について説明したが、本発明は、太陽電池用の基板上に塗布されたドーパント層にレーザ光を照射し、ドーパントを基板中に取り込む場合にも同様に適用することができる。
【００３８】
(b)  前記実施形態の光学ユニットの個数や配置は一例であって、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。また、各光学ユニットの構成についても限定されない。
【符号の説明】
【００３９】
１  レーザ加工装置
２  レーザ発振器
３  レンズ・ミラー機構
４１〜４４  光学ユニット
４１ａ〜４４ａ  鏡筒
５２  回折光学素子
５３  ｆ-sinθレンズ
【図１】
2013022602.tif 000003
【図２】
2013022602.tif 000004