(57)【要約】【課題】レーザ加工装置及びレーザ加工方法において、片面に膜が形成された基板に穴あけを行う場合のチッピングを低減する。【解決手段】レーザ加工装置１は、基板本体２３とそれの片面に形成された膜２５とを有するガラス基板Ｇに穴あけを行う装置である。レーザ加工装置１は、レーザ発振器９と、操作制御部７とを有する。操作制御部７は、レーザ発振器９に対して膜２５と反対側の第２面２５ｂが対向するように配置されたガラス基板Ｇに対して、レーザ発振器９によって、ガラス基板Ｇの膜２５から基板本体２３の膜２５と反対側の第２面２３ｂに向かって集光点Ｆを移動させる穴あけステップを実行する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板本体と当該基板本体の片面に形成された膜とを有する基板に穴あけを行うレーザ加工装置であって、
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器に対して前記膜と反対側の面が対向するように配置された前記基板に対して、前記レーザ発振器によって、前記基板の前記膜から前記基板本体の前記膜と反対側の面に向かって集光点を移動させる穴あけステップを実行する制御部と、
を備えたレーザ加工装置。
【請求項２】
基板本体と当該基板本体の片面に形成された膜とを有する基板に穴あけを行うレーザ加工方法であって、
レーザ発振器に対して、前記膜と反対側の面が対向するように前記基板を配置する配置ステップと、
前記レーザ発振器が、前記基板の前記膜から前記基板本体の前記膜と反対側の面に向かって集光点を移動させる穴あけステップと、
を備えたレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法、特に、レーザ光を照射して基板に穴あけを行う装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光による基板加工装置としては、波長が５３２ｎｍ程度のグリーンレーザ光を基板等のワークに照射する装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。グリーンレーザ光は、一般的には基板を透過するが、レーザ光を集光し、その強度があるしきい値を越えると、基板はレーザ光を吸収する。このような状態では、レーザ光の集光部にプラズマが発生し、これによりその部分の基板は蒸散する。以上のような原理を利用して、基板に穴あけを行う加工が可能である。
【０００３】
太陽電池基板は、一般には、ソーダ石灰シリカガラスなどを素材とするガラス基板と、その下側面に形成されたモリブデン（Ｍｏ）膜からなる下側電極層とを有している。この下側電極層の上に、半導体光電変換層、バッファ層、透明電極層、等が順番に形成されることで、太陽電池が実現される。
太陽電池基板では、正負の電極からの配線を外部に取り出すための通路として、ガラス基板に穴が形成される。穴あけは、例えば、ドリル又はウォータージェットなどの機械的加工によって実現される（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１１８０５４号公報
【特許文献２】特開２０００−９１６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
太陽電池基板に対して機械加工で穴あけを行う場合は、Ｍｏ膜側でのチッピングが顕著になることを、出願人は新たに着目した。チッピングとは、加工した穴の周囲の欠損であり、加工した部分で生じた微小な亀裂に起因すると考えられている。チッピングは穴の強度低下につながるので、チッピングは小さいことが好ましい。しかし、従来、太陽電池基板において上記の問題を解決する手段が知られていない。
【０００６】
本発明の目的は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法において、片面に膜が形成された基板に穴あけを行う場合のチッピングを低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
【０００８】
本発明の一見地に係るレーザ加工装置は、基板本体と当該基板本体の片面に形成された膜とを有する基板に穴あけを行う装置である。レーザ加工装置は、レーザ発振器と、制御部とを有する。
制御部は、レーザ発振器に対して膜と反対側の面が対向するように配置された基板に対して、レーザ発振器によって、基板の膜から基板本体の膜と反対側の面に向かって集光点を移動させる穴あけステップを実行する。
この装置では、レーザ光による加工が、膜及び基板本体の膜が形成された面から開始され、基板本体の膜と反対側の面で終了する。このように基板本体の加工終了面に膜が設けられていないので、穴あけ加工時に膜加工を原因とするチッピングを減らせる。
【０００９】
本発明の他の見地に係るレーザ加工方法は、基板本体と当該基板本体の片面に形成された膜とを有する基板に穴あけを行う方法であって、下記のステップを備えている。
◎レーザ発振器に対して、膜と反対側の面が対向するように基板を配置する配置ステップ
◎レーザ発振器が、基板の膜から基板本体の膜と反対側の面に向かって集光点を移動させる穴あけステップ
この方法では、レーザ光による加工が、膜及び基板本体の膜が形成された面から開始され、基板本体の膜と反対側の面で終了する。このように基板本体の加工終了面に膜が設けられていないので、穴あけ加工時に膜加工を原因とするチッピングを減らせる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るレーザ加工装置及びレーザ加工方法では、片面に膜が形成された基板に穴あけを行う場合のチッピングを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】レーザ加工装置の模式図。
【図２】レーザ加工方法の制御フローチャート。
【図３】ガラス基板への穴あけ加工の平面形状示す模式的平面図。
【図４】ガラス基板への穴あけ加工の初期状態を示す模式的断面図。
【図５】集光点の上昇を説明するための模式図。
【図６】ガラス基板への穴あけ加工の終期状態を示す模式的断面図。
【図７】参考例のチッピングの状況を示す写真。
【図８】実施例のチッピングの状況を示す写真。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
１．第１実施形態
（１）全体構成
図１に、本発明の一実施形態による基板切断用のレーザ加工装置１の全体構成を示す。レーザ加工装置１は、ガラス基板Ｇに加工ライン３１に沿ってレーザ光を照射し、穴あけ等の加工を行うための装置である。ガラス基板Ｇは、図４に示すように、基板本体２３と、基板本体の２３の片面に形成された膜２５（例えば、Ｍｏ膜）とを有する。なお、基板本体２３の膜２５が形成された側の面を第１面２３ａとし、膜２５と反対側を第２面２３ｂとする。基板本体２３の板厚は例えば１．８ｍｍである。
【００１３】
レーザ加工装置１は、レーザ装置３を備えている。レーザ装置３は、ガラス基板Ｇにレーザ光を照射するためのレーザ発振器９を有している。さらに、レーザ装置３は、レーザ光を後述する機械駆動系に伝送する伝送光学系１１を有している。伝送光学系１１は、例えば、図示しないが、集光レンズ、複数のミラー、プリズム、ビームエキスパンダ等を有する。また、伝送光学系１１は、例えば、レーザ発振器９及び他の光学系が組み込まれたレーザ照射ヘッド（図示せず）をｘ軸方向に移動させるためのｘ軸方向移動機構（図示せず）と、集光レンズを含む光学系２９（図４）をｚ軸方向に移動させるためのｚ軸方向移動機構（図示せず）とを有している。
【００１４】
レーザ加工装置１は、機械駆動系５を備えている。機械駆動系５は、ベッド１３と、ガラス基板Ｇが載置される加工テーブル１５と、加工テーブル１５をベッド１３に対して水平方向に移動させる移動装置１７とを有している。移動装置１７は、ガイドレール、移動テーブル、モータ等を有する公知の機構である。
【００１５】
レーザ加工装置１は、操作制御部７を備えている。操作制御部７は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを有するコンピュータであって、記憶部に保存されたプログラムによって各種制御及び計測が可能である。この実施形態では、操作制御部７は、レーザ発振器９を制御できる。また、操作制御部７は、移動装置１７を制御できる。さらに、操作制御部７は、伝送光学系１１を制御できる。なお、操作制御部７は、各制御のために独立した複数のプロセッサから構成されていてもよい。
さらに、操作制御部７には、各種センサ及び入力スイッチが接続されている。
【００１６】
レーザ発振器９は、従来と同様のレーザ管により構成されている。レーザ発振器９によって、例えば波長５３２ｎｍのグリーンレーザが出射される。
【００１７】
（２）動作
図２〜図６を用いて、レーザ光によるガラス基板Ｇの加工動作について説明する。ここでは、図３に示すように、集光点を環状（具体的には、円形）の加工ライン３１に沿って走査することで加工ライン３１の内側を抜く（穴を形成する）動作を説明する。さらに具体的には、図４に示すように、ガラス基板Ｇの表面からレーザを照射するが、加工は裏面側から行われる。なお、図３において、Ｄは加工穴の外径（例えば、４．０ｍｍ）であり、Ｗは加工ライン３１の半径方向加工幅である加工幅（例えば、１６０μｍ）であり、Ｏは加工ライン及び加工穴の中心である。加工幅Ｗは、例えば、４０〜４００μｍである。
最初に、図１に示すように、ガラス基板Ｇが、加工テーブル１５の上面に載置される。このとき、図４に示すように、ガラス基板Ｇは、レーザ装置３に対して、第２面第２３ｂが対向するように配置される。
【００１８】
以下、レーザ発振器９が膜２５から基板本体２３の第２面２３ｂに向かって集光点Ｆを移動させる穴あけステップを説明する。
図２のステップＳ１では、操作制御部７が、集光点位置を設定する。具体的には、操作制御部７は、ｘ軸方向移動機構（図示せず）によってレーザ照射ヘッド（図示せず）をｘ軸方向に移動し、また移動装置１７によって加工テーブル１５をｙ軸方向に移動する。この結果、レーザ発振器９によるレーザ光の集光点の平面位置が加工ライン３１のスタート位置にくる。さらに、操作制御部７は、ｚ軸移動装置によって集光レンズ（図示せず）を含む光学系２９のｚ軸方向の位置を制御することで、集光点をガラス基板Ｇの下面（具体的には、基板本体２３の第２面２３ｂ）に設定する。
【００１９】
次に、ステップＳ２では、操作制御部７が、レーザ光をガラス基板Ｇに照射することを開始する。具体的には、操作制御部７が、レーザ発振器９を駆動する。
ステップＳ３では、操作制御部７は、集光点Ｆをガラス基板Ｇの加工ラインに沿って１周させる。具体的には、操作制御部７は、移動装置１７を駆動することで加工テーブル１５及びガラス基板Ｇを移動させることで、集光点Ｆを周回走査する。このとき、図４に示すように、加工ライン３１に沿って凹部が形成される。なお、加工屑は下方に落下し、つまり、加工によって形成された凹部に加工屑が溜まることがない。したがって、加工屑がレーザ照射の妨げになることはなく、その結果比較的短時間で加工を行うことができる。なお、レーザによる１回の加工でガラスが除去される高さは数十μｍである。
【００２０】
ステップＳ４では、操作制御部７は、加工ライン３１の内側の部分が抜き落とされた否かを判断する。抜き落とされればプロセスはステップＳ５に移行し、抜き落とされていなければプロセスはステップＳ６に移行する。
【００２１】
ステップＳ５では、操作制御部７は、レーザ光の照射を停止する。具体的には、操作制御部７は、レーザ発振器９の駆動を停止する。
【００２２】
ステップＳ６では、操作制御部７は集光点Ｆを上昇させる。具体的には、操作制御部７は、図５に示すように、伝送光学系１１の集光レンズ（図示せず）を含んだ光学系２９のｚ軸方向の位置を制御することにより、集光点Ｆを上昇させる。つまり、集光点Ｆを加工ライン３１に沿って１周させた後、さらに集光点Ｆを上昇させる。このようにして、レーザ光の周回（ステップＳ３）と集光点Ｆの上昇（Ｓ６）が繰り返し実行される。
なお、別の実施形態としては、集光点Ｆを加工ライン３１に沿って１周させる毎に上昇させる代わりに、適切な速さで連続的にｚ軸方向に上昇させ、螺旋状に加工することでも同様に穴あけ加工を行ってもよい。
【００２３】
以上のような加工によって、図６に示すように加工ライン３１の凹部が深くなっていき、最後にはガラス基板Ｇを貫通する穴を形成できる。
【００２４】
このレーザ加工装置１では、レーザ光による加工が、膜２５及び基板本体２３の膜２５が形成された第１面２３ａ面から開始され、基板本体２３の第２面２３ｂで終了する。このように基板本体２３の加工終了面に膜２５が設けられていないので、穴あけ加工時に膜加工を原因とするチッピングを減らせる。
特に、加工終了面に膜がある場合は、膜がレーザ光に干渉することで、膜がレーザ光を吸収して熱歪みが発生し、応力によってチッピングが大きくなると考えられる。
【実施例】
【００２５】
本発明の実施例と参考例とを実験し、それらの結果におけるチッピングの発生を確認した。加工対象の条件は下記の通りである。
基板：Ｍｏ膜付きソーダガラス
板厚：１．８ｍｍ
加工形状：直径４．０ｍｍの丸穴
【００２６】
参考例は、膜をレーザ装置側に向けて配置して、さらに膜面にレーザ光を照射することで膜面除去加工を行い、さらに同軸上で基板裏面に集光点を配置してレーザ光を照射して、基板の裏面から表面に向かってガラスの穴あけを行った例である。
参考例の膜除去加工条件は、下記の通りである。
レーザ出力：４Ｗ
焦点位置：基板表面＋４００ｍｍ
【００２７】
参考例の穴あけ加工条件は、下記の通りである。
レーザ出力：３Ｗ
走査速度：６００ｍｍ／ｓ
Ｚ軸移動距離：１５μｍ
【００２８】
実施例での穴あけ加工条件は、下記の通りである。
レーザ出力：３Ｗ
走査速度：６００ｍｍ／ｓ
Ｚ軸移動距離：１５μｍ
【００２９】
以上の結果、加工穴を膜面側からみた場合に、図７の参考例ではチッピングのサイズが９２〜１００μｍであったのに対して、図８の実施例ではチッピングのサイズが１６〜２０μｍになった。
【００３０】
２．他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
レーザ装置、機械駆動系の具体的な構成は、前記実施形態に限定されない。
前記実施形態では、集光点回転加工を採用したが、同心円加工でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、レーザ光を照射して基板に穴あけを行うレーザ光による装置及び方法に広く適用できる。
【符号の説明】
【００３２】
１        ：レーザ加工装置
３        ：レーザ装置
５        ：機械駆動系
７        ：操作制御部
９        ：レーザ発振器
１１      ：伝送光学系
２３      ：基板本体
２３ａ    ：第１面
２３ｂ    ：第２面
２５      ：膜
２９      ：光学系
３１      ：加工ライン
Ｆ        ：集光点
Ｇ        ：ガラス基板
【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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