(57)【要約】【課題】  スリットの形状を縮小投影したレーザ加工と、レーザ光を集光したレーザ加工とを、同一の光学ユニットを用いて行うことができ、これらの加工時に常に加工箇所をＣＣＤカメラ等の撮像手段で観察することができるレーザ加工装置を提供する。【解決手段】  レーザ発振器５１より発振されたレーザ光５３を、スリットＳを透過させた後、加工対象物４４の加工箇所５９にスリットＳの形状に結像させることが可能な光学ユニット５２を有する。光学ユニット位置決め機構４６により、ビームウエスト位置６５および結像位置６６の各位置に切り換えて加工箇所５９が位置するように光学ユニット５２を位置決めする。レーザ光の光軸Ｌ１上のビームスプリッター６２により反射された加工箇所５９を、撮像手段６０で撮像する。撮像手段６０をこの撮像手段６０に入射する光の光軸Ｌ２の方向へ移動させる移動機構６４を設ける。【選択図】        図２
2016013566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器と、このレーザ発振器より発振されたレーザ光を、スリットを透過させた後、加工対象物の加工箇所に前記スリットの形状に結像させることが可能な光学ユニットと、この光学ユニットのビームウエスト位置およびこのビームウエスト位置よりも前記レーザ光の光軸方向の先の結像位置の各位置に切り換えて前記加工対象物の加工箇所が位置するように前記光学ユニットを位置決めする光学ユニット位置決め機構と、前記レーザ光の光軸上に設けられたビームスプリッターにより反射された前記加工対象物の加工箇所の像を撮像する撮像手段と、この撮像手段をこの撮像手段に入射する光の光軸方向へ移動させる移動機構とを備えたレーザ加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザ加工装置において、前記スリットを形成するスリット形成部材は、前記スリットの幅を変更可能であり、変更可能範囲の最大幅が前記スリット形成部材に入射されるレーザ光のビーム径よりも大きいレーザ加工装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のレーザ加工装置を用いるレーザ加工方法であって、  前記ビームウエスト位置に位置する前記加工対象物の加工箇所に対して加工する場合、および前記結像位置に位置する前記加工対象物の加工箇所に対して加工する場合のそれぞれにつき、前記移動機構により、前記加工対象物の加工箇所を観察可能な位置に前記撮像手段を移動させるレーザ加工方法。
【請求項４】
請求項３に記載のレーザ加工方法において、前記ビームウエスト位置に位置する前記加工対象物の加工箇所に対して加工する場合、前記スリットの幅を前記スリット形成部材に入射されるレーザ光のビーム径よりも大きくするレーザ加工方法。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載のレーザ加工方法において、前記撮像手段により前記加工対象物の加工箇所を撮像して加工状況を観察しながら、前記ビームウエスト位置に位置する前記加工対象物の加工箇所に対して加工する手法と、前記結像位置に位置する前記加工対象物の加工箇所に対して加工する手法とに適宜切り換えて、前記加工対象物を加工するレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、太陽電池、半導体、プリント基板等に対してレーザ加工を行うレーザ加工装置およびレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザで加工を行う場合、主な光学系としては、図５（Ａ）に示す結像光学系と図５（Ｂ）に示す集光光学系とを使用する。
図５（Ａ）の結像光学系では、レーザ発振器１から照射されたレーザ光２をビームエキスパンダ３にて拡大した後、経路中に配置したスリット４を透過させ、結像レンズ５および対物レンズ６にて所望の加工箇所７に前記スリット４の形状を縮小投影した加工を行う。加工の様子を観察するために、ＣＣＤカメラ８、照明９、およびハーフミラー１０，１１を備えている。
図５（Ｂ）の集光光学系を使用する場合、レーザ発振器２０から照射されたレーザ光２１をビームエキスパンダ２２にて拡大した後、集光レンズ２３にて所望の加工箇所２４にレーザ光２１を集光させて加工を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４３６８５８号
【特許文献２】特開２０００−１２４４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常は前記２種類の光学系、すなわち結像光学系および集光光学系を使い分けてレーザ加工を行うが、光学系の重複を避けて光学系を簡素化するために、同一の光学系を用いて前記２種類のレーザ加工を行う方法が考案されている（特願２０１３−１４７４２４）。
【０００５】
この考案の方法は、結像光学系において、集光光学系と同様の、レーザ光が最も集光するビームウエスト位置での加工を行うためには、ビームエキスパンダ、スリット形成部材、結像レンズ、対物レンズ等からなる光学ユニットを含む加工ツールを下方へ移動させる必要がある。この下方への移動量は事前に探し出しておかなくてはならない。
【０００６】
下方への移動量を探し出す方法としては、まず、加工箇所にＣＣＤカメラのピントが合っている位置、かつスリット形状が加工箇所に結像している位置（以下「結像位置」とする）から加工ツールを下方へわずかに移動し、その位置で試し加工を行う。試し加工後は加工ツールを当初の結像位置に戻し、加工結果の観察を行う。その後、先程の試し加工を行った位置から、さらにわずかに移動した位置で試し加工を行い、加工結果を同様に観察する。これを繰り返し行い、最良の加工結果が得られる加工位置となる加工ツールの下方への移動量を決定する。
【０００７】
続いて、加工ツールの加工位置が決まった後、最適な加工条件（レーザ出力、加工速度等）を探し出す必要がある。この場合でも、加工時には結像位置から加工ツールを加工位置へ移動し、その位置で試し加工を行う。試し加工後は加工ツールを当初の結像位置に戻し加工結果を観察するという作業を繰り返し行わなければならない。
【０００８】
上記の方法では、加工ツールを結像位置から加工位置へ移動させると、加工対象物がＣＣＤカメラのピントが合う位置からはずれてしまうため、加工中はＣＣＤカメラで加工状況を観察することができない。このため、加工が終了するたびに、観察可能な結像位置へ加工ツールを戻さなければならず、非常に手間がかかってしまう。
【０００９】
従来の課題につき、より詳しく説明する。
ガラス等の透明性絶縁基板上に透明電極膜、光電変換膜、裏面金属膜等が積層された薄膜太陽電池デバイスは、その製造工程にて前記透明電極膜、光電変換膜、裏面金属膜等は短冊状に形成され、隣接する一方の透明電極膜と他方の裏面金属膜とが接続されることにより、複数の薄膜太陽電池セル同士が直列に接続した状態にて構成される。
【００１０】
薄膜太陽電池デバイスの光電変換膜は、アモルファスシリコンや、ＣｕＩｎＳｅ 2 （ＣＩＳ）あるいはＧａを固溶したＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ 2 （ＣＩＧＳ）などの半導体薄膜にて形成され、このような太陽電池デバイスを製造する過程において、電極膜あるいは光電変換膜を短冊状に形成するための分断工程をスクライブ工程、またはパターニング工程と呼ぶ。
【００１１】
一般に上記分断工程では、加工線幅の細線化、非接触加工による加工タクトの短縮および被加工膜の下部に成膜された下部層へのダメージの軽減などの理由から、加工手段としてレーザ等が用いられている。
レーザを用いた加工では、被加工膜とその下部にある成膜層とのレーザ光の吸収率の違いや、レーザ光の波長による吸収率の差異を利用し、被加工膜のみを除去することが可能である。
【００１２】
たとえば、ガラス等の透明性絶縁基板上に成膜された透明電極膜を除去する際には、透明性絶縁基板と透明電極膜のレーザ光の吸収率の差異を利用し、透明性絶縁基板にレーザ光の影響を与えずに、透明電極膜を除去できる出力にてレーザビームを照射することにより、透明電極膜のみを除去することが可能である。
【００１３】
また、透明電極膜上に成膜されたアモルファスシリコンなどの発電層を除去する際には、透明電極膜が赤外波長を特に吸収する特性を持つのに対し、アモルファスシリコンは可視光を吸収する特性を利用し、ＹＡＧレーザの第２高調波である５３２ｎｍの波長からなるレーザビームを照射することにより、アモルファスシリコンのみを除去することが可能である。
【００１４】
一般に、レーザ発振器より照射されたレーザビームのエネルギー強度分布は、ガウス分布であり、ビーム中心部のエネルギー強度が高く、ビーム外周部に離れていくにつれてビームのエネルギー強度も低くなっていく。
たとえば、被加工膜とその下部に成膜された下部層の波長吸収率が同様の特性を有する場合、上記ガウス分布のレーザビームを照射すると、エネルギー密度が低いビーム外周部では、被加工膜のみを除去することができるが、エネルギー密度が高いレーザビーム中心部では、下部層までレーザの影響が及び、結果として下部層にダメージを与えてしまうだけではなく、被加工膜および下部層の両層を除去してしまう恐れがある。
【００１５】
また前記両層の除去を防止するために、レーザビームの出力を弱くしても、エネルギー密度の高いビーム中心部では被加工膜を除去することができるが、エネルギー密度の低いビーム外周部では、被加工膜を除去可能な閾値以上にエネルギーが達せず、被加工膜が溶融、変形し、結果としてバリやダレといった加工不良が発生する恐れがある。
【００１６】
よって先に述べたとおり、薄膜太陽電池は透明電極膜、光電変換膜、裏面金属膜等から成り立つため、各々に最適な加工を施すためには、被加工膜の特性にあったレーザビームを選択するだけではなく、被加工膜の下部層などに与える影響を考慮して加工条件を決定することが重要である。
【００１７】
先行技術として、「薄膜太陽電池の製造方法」がある。（特許文献１）
上記技術は、ＹＡＧレーザの第４高調波である２６６ｎｍの波長からなるレーザビームを用いて、薄膜太陽電池の裏面金属膜を除去する薄膜太陽電池の製造方法に関する技術である。また、レーザビームの形状を短形とし、その強度分布が、加工走査方向側が高くなるよう勾配をつけることにより、スクライブライン両端のバリの発生を防止し、電気的短絡を防ぐものとしている。
【００１８】
また上記方法により、裏面金属膜の下部層である光電変換膜にもダメージを与えることはない。
しかし上記文献に記載の通り、一般的に透明電極膜は光透過率が高く、レーザ光の吸収率が低いため、光電変換膜や裏面金属膜と比較して、加工には高いエネルギー密度を有するレーザビームが必要となる。
【００１９】
特許文献１では、スクライブ加工条件は下記の通り記載されている。
透明電極膜（第１スクライブ）（波長：１０６４ｎｍ）：加工面出力５００Ｗ／ｍｍ２
非晶質半導体光電変換層（第２スクライブ）（波長：５３２ｎｍ）：加工面出力１００Ｗ／ｍｍ２
裏面反射電極層（第３スクライブ）（波長：２６６ｎｍ）：加工面出力４５Ｗ／ｍｍ２）
【００２０】
高いエネルギー密度を有するレーザビームを得るために、レーザ発振器を高出力なものに変更すると、装置価格が高価になってしまう。
また、同一のレーザ発振器を用いて、透明電極膜、光電変換膜や裏面金属膜等を下部層に与える影響を考慮しながら除去する先行技術は見受けられない。
【００２１】
上記の同一の光学系を用いて２種類のレーザ加工を行う考案は、上記状況を鑑み、前記薄膜を短冊状に分断加工するスクライブ工程において、レーザ発振器よりパルス発振された、エネルギー強度分布がガウス分布であるレーザビームを、ビームエキスパンダにて拡大し、エネルギー強度分布が低いビーム外周部をスリットにより除去し、結像レンズおよび集光レンズにて前記スリットの形状に所定の位置で結像することにより、エネルギー強度分布が均一な結像位置と、前記結像位置より上方にあり、エネルギー密度が高い前記集光レンズのビームウエスト位置にて、前記透明電極膜、光電変換膜および裏面金属膜を除去することを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法および太陽電池用レーザスクライブ装置を提供するものである。しかし、この同一の光学系を用いて２種類のレーザ加工を考案においても、上記の撮像手段による観察上の課題がある。
【００２２】
この発明の目的は、スリットの形状を縮小投影したレーザ加工と、レーザ光を集光したレーザ加工とを、同一の光学ユニットを用いて行うことができ、これらの加工時に常に加工箇所をＣＣＤカメラ等の撮像手段で観察することができるレーザ加工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
この発明のレーザ加工装置は、レーザ発振器と、このレーザ発振器より発振されたレーザ光を、スリットを透過させた後、加工対象物の加工箇所に前記スリットの形状に結像させることが可能な光学ユニットと、この光学ユニットのビームウエスト位置およびこのビームウエスト位置よりも前記レーザ光の光軸方向の先の結像位置の各位置に切り換えて前記加工対象物の加工箇所が位置するように前記光学ユニットを位置決めする光学ユニット位置決め機構と、前記レーザ光の光軸上に設けられたビームスプリッターにより反射された前記加工対象物の加工箇所の像を撮像する撮像手段と、この撮像手段をこの撮像手段に入射する光の光軸方向へ移動させる移動機構とを備える。
【００２４】
この構成によると、光学ユニット位置決め機構により、前記ビームウエスト位置および結像位置の各位置に切り換えて加工対象物の加工箇所が位置するように光学ユニットを位置決めすることができる。ビームウエスト位置に加工対象物の加工箇所を位置させた場合は、レーザ光を集光させて加工を行う。結像位置に加工対象物の加工箇所を位置させた場合は、スリットの形状を縮小投影した加工を行う。これら２種類のレーザ加工を、１つの光学ユニットで実施することができる。
【００２５】
例えば、結像位置に加工対象物の加工箇所が位置する状態で、加工箇所に撮像手段のピントが合っているとき、光学系と加工箇所との距離を変えると、当然、撮像手段のピントが合わなくなる。しかし、光学系に対する撮像手段の位置を光軸方向へ変更することでピントを合わせることが可能となる。この作用を利用し、移動機構で撮像手段を移動させて、撮像手段の光軸方向の位置を調整することにより、前記２種類のレーザ加工のいずれについても、撮像手段で加工箇所を観察することが可能である。これにより、１つの加工が終了後、次の加工へ移行する際に、その都度、光学系を移動させて撮像手段のピント合わせをする必要がなくなり、最適な加工条件を見つけ出す時間を短縮することが可能となる。さらにはレーザ光によって加工される瞬間の様子を確認することができるので、最適な加工条件を見つけ易くなる。
【００２６】
この構成のレーザ加工装置において、前記スリットを形成するスリット形成部材は、前記スリットの幅を変更可能であり、変更可能範囲の最大幅が前記スリット形成部材に入射されるレーザ光のビーム径よりも大きいのが良い。
スリットの幅がスリット形成部材に入射されるレーザ光のビーム径よりも大きければ、ビームウエスト位置でレーザ加工を行う場合に、レーザ発振器で発振されるレーザ光のすべてを加工箇所に集光させることができ、加工効率が良い。
【００２７】
この発明のレーザ加工方法は、前記レーザ加工装置を用いるレーザ加工方法であって、前記ビームウエスト位置に位置する前記加工対象物の加工箇所に対して加工する場合、および前記結像位置に位置する前記加工対象物の加工箇所に対して加工する場合のそれぞれにつき、前記移動機構により、前記加工対象物の加工箇所を観察可能な位置に前記撮像手段を移動させる。
【００２８】
この方法によると、ビームウエスト位置でレーザ光を集光させて加工を行う場合、および結像位置でスリットの形状を縮小投影した加工を行う場合のいずれについても、移動機構で撮像手段を移動させて、撮像手段の光軸方向の位置を調整することにより、撮像手段で加工箇所を観察することが可能である。これにより、１つの加工が終了後、次の加工へ移行する際に、その都度、光学系を移動させて撮像手段のピント合わせをする必要がなくなり、最適な加工条件を見つけ出す時間を短縮することが可能となる。さらにはレーザ光によって加工される瞬間の様子を確認することができるので、最適な加工条件を見つけ易くなる。
【００２９】
このレーザ加工方法において、前記ビームウエスト位置に位置する前記加工対象物の加工箇所に対して加工する場合、前記スリットの幅を前記スリット形成部材に入射されるレーザ光のビーム径よりも大きくすると良い。
スリットの幅がスリット形成部材に入射されるレーザ光のビーム径よりも大きければ、ビームウエスト位置でレーザ光を集光させてレーザ加工を行う場合に、レーザ発振器で発振されるレーザ光のすべてを加工箇所に集光させることができ、加工効率が良い。
【００３０】
このレーザ加工方法において、前記撮像手段により前記加工対象物の加工箇所を撮像して加工状況を観察しながら、前記ビームウエスト位置に位置する前記加工対象物の加工箇所に対して加工する手法と、前記結像位置に位置する前記加工対象物の加工箇所に対して加工する手法とに適宜切り換えて、前記加工対象物を加工しても良い。
この場合、前記２種類のレーザ加工を連続して行うことができ、加工能率が良い。
【発明の効果】
【００３１】
この発明のレーザ加工装置は、レーザ発振器と、このレーザ発振器より発振されたレーザ光を、スリットを透過させた後、加工対象物の加工箇所に前記スリットの形状に結像させることが可能な光学ユニットと、この光学ユニットのビームウエスト位置およびこのビームウエスト位置よりも前記レーザ光の光軸方向の先の結像位置の各位置に切り換えて前記加工対象物の加工箇所が位置するように前記光学ユニットを位置決めする光学ユニット位置決め機構と、前記レーザ光の光軸上に設けられたビームスプリッターにより反射された前記加工対象物の加工箇所の像を撮像する撮像手段と、この撮像手段をこの撮像手段に入射する光の光軸方向へ移動させる移動機構とを備えるため、スリットの形状を縮小投影したレーザ加工と、レーザ光を集光したレーザ加工とを、同一の光学ユニットを用いて行い、これらの加工時に常に加工箇所をＣＣＤカメラ等の撮像手段で観察することができる。
【００３２】
この発明のレーザ加工方法は、前記レーザ加工装置を用いるレーザ加工方法であって、前記ビームウエスト位置に位置する前記加工対象物の加工箇所に対して加工する場合、および前記結像位置に位置する前記加工対象物の加工箇所に対して加工する場合のそれぞれにつき、前記移動機構により、前記加工対象物の加工箇所を観察可能な位置に前記撮像手段を移動させるため、スリットの形状を縮小投影したレーザ加工と、レーザ光を集光したレーザ加工とを、同一の光学ユニットを用いて行い、これらの加工時に常に加工箇所をＣＣＤカメラ等の撮像手段で観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の一実施形態にかかるレーザ加工装置を簡略して示す斜視図に制御系のブロック図を加えた図である。
【図２】同レーザ加工装置の加工ツールの構成を示す図であり、（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ異なる加工状態を示す。
【図３】レーザ光の各透過位置におけるビームプロファイルを示す図である。
【図４】観察物体とレンズと像との関係を示す説明図である。
【図５】（Ａ）は結像光学系の構成を示す図、（Ｂ）は集光光学系の構成を示す図である。
【図６】（Ａ）は太陽電池基板の拡大断面図、（Ｂ）は太陽電池基板の製造工程を段階的に示す概略図である。
【図７】集光光学系による加工例を示す図である。
【図８】結像光学系による加工例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
この発明の一実施形態にかかるレーザ加工装置を図面と共に説明する。
図１は、レーザ加工装置を簡略して示す斜視図である。このレーザ加工装置は、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、太陽電池、半導体、プリント基板等に対してレーザ加工を行うものであり、例えば薄膜太陽電池デバイスの加工の場合、太陽電池セルを短冊状に分断加工する。
【００３５】
図１に示すように、このレーザ加工装置は、架台４１と、この架台４１の上にＸ軸方向およびＹ軸方向に移動自在に設置されたＸＹステージ４２と、このＸＹステージ４２のテーブル４２ａに載置された加工対象物４４に対して加工を行う加工ツール４５と、この加工ツール４５が上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に設置されたＺステージ４６と、制御装置４７とを備える。加工対象物４４は、チャック機構４３により、前記ＸＹステージ４２のテーブル４２ａに固定して保持される。
Ｚステージ４６は、請求項で言う「光学ユニット位置決め機構」であり、この例では、加工ツール４５全体を上下方向に移動させるが、加工ツール４５における後記光学ユニット５２のみを上下方向に移動させても良い。
【００３６】
前記ＸＹステージ４２は、Ｘ方向移動部４８およびＹ軸方向移動部４９を有し、Ｘ方向移動部４８によりＹ軸方向移動部４９をＸ軸方向に移動自在に支持し、Ｙ軸方向移動部４９によりテーブル４２ａをＹ軸方向に移動自在に支持する。例えば、Ｘ軸方向移動部４８は、レール４８ａによりＹ軸方向移動部４９をＸ軸方向に案内し、ボールねじ機構４８ｂによりＹ軸方向移動部４９を進退させる。ボールねじ機構４８ｂは、Ｘ軸方向に延びるねじ軸４８ｂａと、このねじ軸４８ｂａを回転させるモータ等の回転駆動源４８ｂｂと、前記ねじ軸４８ｂａに螺合しＹ軸方向移動部４９に固定されたナット（図示せず）からなる。同様に、Ｙ軸方向移動部４９は、レール４９ａによりテーブル４２ａをＹ軸方向に案内し、ボールねじ機構４９ｂによりテーブル４２ａを進退させる。ボールねじ機構４９ｂは、Ｙ軸方向に延びるねじ軸４９ｂａと、このねじ軸４９ｂａを回転させるモータ等の回転駆動源４９ｂｂと、前記ねじ軸４９ｂａに螺合しテーブル４２ａに固定されたナット（図示せず）とからなる。Ｘ方向移動部４８およびＹ軸方向移動部４９は他の構成であっても良い。
【００３７】
図２は加工ツールの構成を示す図であり、（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ異なる状態を示す。加工ツール４５は、レーザ発振器５１と光学ユニット５２とから構成される。光学ユニット５２は、レーザ発振器５１から発振されたレーザ光５３を拡大するビームエキスパンダ５４と、拡大されたレーザ光５３の中央部のみを通すスリットＳを形成するスリット形成部材５６と、加工箇所５９へレーザ光５３を前記スリットＳの形状に縮小投影するための結像レンズ５７および対物レンズ５８とから構成されている。スリット形成部材５６は、レーザ光５３の光軸Ｌ１を挟んで両側に位置する一対の可動体５６ａ，５６ｂを拡縮機構(図示せず)により拡縮させることで、スリットＳの幅を調整する。スリットＳを透過したレーザ光５３の形状は、例えば走査方向に長い矩形となる。
【００３８】
さらには、加工箇所５９を観察するための撮像手段であるＣＣＤカメラ６０、および加工箇所５９に光を当てる照明６１が設けられている。ＣＣＤカメラ６０は、レーザ光５３の光軸Ｌ１の側方に設置され、レーザ光５３の光軸Ｌ１上に配置されたビームスプリッター６２で反射された加工箇所５９の像を撮像する。ＣＣＤカメラ６０は、図の左右方向に進退自在な移動機構６４に設置され、このＣＣＤカメラ６０に入射する光の光軸方向（光軸Ｌ２）の位置が変更可能である。撮像手段としては、ＣＣＤカメラ６０以外のものを用いても良い。照明６１もレーザ光５３の光軸Ｌ１の側方に設置され、照明６１の光をレーザ光５３の光軸Ｌ１上に配置されたビームスプリッター６３で反射して加工箇所５９を照射する。前記ビームスプリッター６２，６３としては、例えばハーフミラーが用いられる。
【００３９】
図４（Ａ）に示すように、観察物体３１がレンズ３２から距離ｄ１だけ離れた位置にあり、レンズ３２から距離ｄ２の位置へ像３３が結像されるとする。この状態から、図４（Ｂ）のように、観察物体３１とレンズ３２の距離ｄ１がｄ１２に変わると、像３３の結像される距離ｄ２は距離ｄ２２に変わる。つまり、観察物体３１とレンズ３２の距離を変えることで、レンズ３２と像３３の距離を変えることができる。この原理を利用し、移動機構６４によりＣＣＤカメラ６０を移動して、ＣＣＤカメラ６０の光軸方向の位置を変更することで、加工箇所５９との距離を変更した加工ツール４５の位置に応じてＣＣＤカメラ６０の位置も調整する。これにより、常に加工箇所５９をＣＣＤカメラ６０で観察できる。
【００４０】
図１において、制御装置４７は、ＸＹステージ制御手段４７ａと、Ｚステージ制御手段４７ｂと、ピント合わせ制御手段４７ｃと、記憶手段４７ｄとを有する。ＸＹステージ制御手段４７ａは、Ｘ方向移動部４８およびＹ軸方向移動部４９をそれぞれ制御し、複数のＸＹ座標からなる定められた軌跡に沿って、テーブル４２ａを移動させるプログラムが設定されている。Ｚステージ制御手段４７ｂは、加工ツール４５を昇降させて、レーザ光５３を後述するビームウエスト位置６５または結像位置６６に位置決めするプログラムが設定されている。ビームウエスト位置６５および結像位置６６は、記憶手段４７ｄに記憶される。ピント合わせ制御手段４７ｃは、光学ユニット５２の昇降に合わせて移動機構６４を制御し、ビームウエスト位置６５および結像位置６６に応じてＣＣＤカメラ６０のピントを合わせるプログラムが設定されている。
【００４１】
図２（Ａ）は、光学ユニット５２を結像光学系にしてレーザ加工を行う状態を示している。この場合、加工したい形状にスリットＳの形状を調整して、加工対象物４４の加工箇所５９にスリットＳの形状を縮小投影した加工を行う。すなわち、レーザ発振器５１から発振されたレーザ光５３は、ビームエキスパンダ５４にて拡大された後、スリットＳに至り、このスリットＳにより中央部のみが透過する。スリットＳを透過したレーザ光５３は、結像レンズ５７および対物レンズ５８により平行化および集光されて、ビームウエスト位置６５の下方の結像位置で、加工対象物４４の加工箇所５９にスリット形状を結像する。結像位置６６にある加工対象物４４の加工箇所５９の様子をＣＣＤカメラ６０で観察することもできる。この場合の加工ツール４５の高さ位置の調整は、ＣＣＤカメラ６０のピントが加工箇所５９に合う時、スリットＳの形状が加工箇所５９に結像されるように、制御装置４７のＺステージ制御手段４７ｂによりＺステージ４６を制御して行う。
【００４２】
上記結像光学系におけるレーザ光５３のエネルギー強度分布の推移を示すビームプロファイルは図３のようになる。すなわち、レーザ発振器５１から発振されたレーザ光５３のエネルギー強度分布Ａはガウス分布であり、中心部はエネルギー密度が高く、外周部にいくに従いエネルギー密度が低くなっている。このようなガウス分布のレーザ光５３がスリットＳに遭遇すると、中央部のみが通過し、低エネルギーである周辺部が除去される。それにより、スリットＳを通過後のレーザ光５３のエネルギー強度分布Ｂは、裾に広がりのない切り立った分布となる。また、結像位置６６でのエネルギー強度分布Ｄも均一となる。
【００４３】
結像レンズ５７により平行光に調整されたレーザ光５３は、集光レンズ５６によって集光される。このときのレーザ光５３のビームウエスト位置６５は、集光レンズ５６の焦点位置である。ビームウエスト位置６５におけるレーザ光５３のエネルギー強度分布Ｃは、エネルギーが収束されて、エネルギー密度が非常に高い。結像位置６６はビームウエスト位置６５から離れているため、結像位置６６のエネルギー強度分布Ｄは、ビームウエスト位置６５よりもエネルギー密度は低く、かつ均一である。
【００４４】
図２（Ｂ）は、光学ユニット５２を集光光学系にしてレーザ加工を行う状態を示している。この場合は、レーザ光５３を遮らないようにスリットＳをレーザ光５３のビーム径以上に大きくする。結像レンズ５７と対物レンズ５８を透過したレーザ光５３がもっとも集光する位置すなわちビームウエスト位置６５は結像光学系における結像位置６６より上方にあるのでビームウエスト位置６５に加工箇所５９が来るように加工ツール４５をＺステージ４６により移動する。移動機構６４により結像光学系の場合よりもＣＣＤカメラ６０をレーザ光５３の光軸Ｌ１から遠ざけて、ＣＣＤカメラ６０のピントを加工箇所５９に合せる。これにより、ビームウエスト位置６５で加工している場合でも、加工状況をＣＣＤカメラ６０で観察することが可能となる。
【００４５】
このように、移動機構６４により撮像手段であるＣＣＤカメラ６０を移動させて、ＣＣＤカメラ６０の光軸方向の位置を調整することにより、結像光学系でのレーザ加工および集光光学系でのレーザ加工のいずれについても、ＣＣＤカメラ６０で加工箇所５９を観察することが可能である。これにより、１つの加工が終了後、次の加工へ移行する際に、その都度、加工ツール４５を移動させてＣＣＤカメラ６０のピント合わせをする必要がなくなり、最適な加工条件を見つけ出す時間を短縮することが可能となる。さらにはレーザ光５３によって加工される瞬間の様子を確認することができるので、最適な加工条件を見つけ易くなる。
【００４６】
上記レーザ加工装置は、例えば、薄膜太陽電池基板を製造する過程で使用される。図６（Ａ）に示すように、薄膜太陽電池基板７０は、ガラス等の透明性絶縁基板７１上に透明電極膜７２、光電変換膜７３、裏面金属膜７４等が積層されたものであり、その製造工程にて前記透明電極膜７２、光電変換膜７３、裏面金属膜７４等は短冊状に形成され、隣接する一方の透明電極膜７２と他方の裏面金属膜７４とが接続されることにより、複数の薄膜太陽電池セル７５同士が直列に接続した状態にて構成される。
【００４７】
上記薄膜太陽電池基板７０の製造過程は、図６（Ｂ）に示される。すなわち、透明性絶縁基板７１上に透明電極膜７２、光電変換膜７３、裏面金属膜７４が順に積層され、各層の薄膜が積層される毎に、薄膜をレーザ加工により分断して短冊状に形成する。この薄膜を短冊状に形成するための分断工程をスクライブ工程、またはパターニング工程と呼ぶ。同図の符号８１，８２，８３は、透明電極膜７２を分断するスクライブ工程Ｐ１、光電変換膜７３を分断するスクライブ工程Ｐ２、裏面金属膜７４を分断するスクライブ工程Ｐ３でそれぞれ薄膜が除去されてできたスクライブラインを示す。
【００４８】
図６（Ａ）において、透明電極膜７２のスクライブライン８１の左端から裏面金属膜７４のスクライブライン８３の右端までの幅がデッドスペースと呼ばれ、発電に寄与しないエリアである。薄膜太陽電池基板７０の変換効率を向上させるためには、このデッドスペース７６を縮小することが重要であり、そのためには、各スクライブライン８１，８２，８３の幅を縮小することが有効である。しかし、スクライブライン８１，８２，８３の両端にバリなどが発生すると、それらが短絡し、薄膜太陽電池基板７０の性能を悪化させる原因となるため、最適な加工条件にてスクライブすることが重要である。
【００４９】
例えば、透明電極膜７２を分断するスクライブ工程Ｐ１では、図７に示すように、光学ユニット５２を集光光学系にしてレーザ加工を行う。ガラス等の透明性絶縁基板７１上に成膜された透明電極膜７２を除去する際には、透明性絶縁基板７１と透明電極膜７２のレーザ光の吸収率の差異を利用し、透明性絶縁基板７１にレーザ光５３の影響を与えずに、透明電極膜７２を除去できる出力にてレーザ光５３を照射することにより、透明電極膜７２のみを除去することが可能である。集光光学系で加工することで、幅の狭いスクライブライン８１でのスクライブ工程Ｐ１を実施することができる。
【００５０】
また、光電変換膜７３を分断するスクライブ工程Ｐ２および裏面金属膜７４を分断するスクライブ工程Ｐ３では、図８に示すように、光学ユニット５２を結像光学系にしてレーザ加工を行う。なお、図はスクライブ工程Ｐ２を示すが、スクライブ工程Ｐ３も同様である。結像光学系でレーザ加工を行うと、エネルギー密度が抑えられ、被加工膜の下側の薄膜である透明電極膜７２または光電変換膜７３に影響を与えず分断加工を行うことができる。レーザ光５３の経路中にスリットＳが設けられ、結像位置６６でのエネルギー強度分布が均一となっているため、スクライブライン８２，８３の両端でのバリなどの発生が抑えられる。
【符号の説明】
【００５１】
４４…加工対象物
４５…加工ツール
４６…Ｚステージ（光学ユニット位置決め機構）
５１…レーザ発振器
５２…光学ユニット
５３…レーザ光
５６…スリット形成部材
５９…加工箇所
６０…ＣＣＤカメラ（撮像手段）
６２…ビームスプリッター
６４…移動機構
６５…ビームウエスト位置
６６…結像位置
Ｌ１…レーザ光の光軸
Ｌ２…撮像手段に入射する光の光軸
Ｓ…スリット
【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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