(57)【要約】【課題】  集積型薄膜太陽電池など大面積かつ平坦な被加工物表面を高速で除去加工する際に発生する加工残渣を、低騒音かつ低コストで効率良く回収可能なレーザ加工装置を提供する。【解決手段】  平坦な被加工物を保持するための加工ステージ（１２）と、加工用レーザ光を前記加工ステージ上で直交する２軸方向に走査するためのガルバノスキャナ（１４）とを備えたレーザ加工装置（１）において、前記加工ステージに保持された被加工物（２）の表面に近接し前記ガルバノスキャナの一方の走査方向に延在する吸引ダクト（２１）と、前記吸引ダクトを、前記ガルバノスキャナの制御と同期させて前記ガルバノスキャナの他の走査方向に移動させる直動手段（２３）とをさらに備えた。【選択図】    図２
2009045625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦な被加工物を保持するための加工ステージと、加工用レーザ光を前記加工ステージ上で直交する２軸方向に走査するためのガルバノスキャナとを備えたレーザ加工装置において、
前記加工ステージに保持された被加工物の表面に近接し前記ガルバノスキャナの一方の走査方向に延在する吸引ダクトと、前記吸引ダクトを、前記ガルバノスキャナの制御と同期させて前記ガルバノスキャナの他の走査方向に移動させる直動手段とをさらに備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記被加工物を、前記ガルバノスキャナのいずれか一方の走査方向に沿って、前記加工ステージ上に搬送する加工物搬送手段をさらに備え、前記吸引ダクトが、前記搬送手段の搬送方向と直交する方向に延在し、かつ、前記直動手段により前記ガルバノスキャナの制御と同期して前記搬送方向に移動するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記加工ステージが上下方向に配設され、前記ガルバノスキャナが上下方向および水平方向に走査可能に構成され、前記吸引ダクトが、水平方向に延在し、かつ、前記直動手段により前記ガルバノスキャナの制御と同期して上下方向に移動するように構成されていることを特徴とする請求項１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、薄膜太陽電池など大面積かつ平坦な被加工物表面を高速で除去加工するのに使用されるレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体膜としてアモルファスシリコン系薄膜を用いた薄膜太陽電池は、気相成長法で形成でき容易に大面積化できるとともに、形成温度が低いためにプラスチックフィルムのような可撓性基板に形成できる。さらに集積型の直列接続構造、即ち、プラスチックフィルム基板の主面に複数の短冊状の太陽電池単位セルを配設する一方、前記基板の背面に接続用電極層を配設し、基板を貫通する孔を介して単位セルが直列接続された構造により、１枚の基板で数十〜数百Ｖの高電圧を取り出せるメリットがある。
【０００３】
このような直列接続構造の薄膜太陽電池は、一辺が０．３〜２ｍ程度の大面積基板上に積層された半導体膜を、該半導体膜を挟んでその両側に積層された金属電極膜とともに、複数の単位セルに分離加工することにより形成される。この分離加工には、ＹＡＧレーザ等を用いて積層膜をレーザスクライブするレーザ加工装置が使用される。
【０００４】
このレーザ加工装置は、レーザ発振器から誘導放出されたレーザ光を出射光学部に導く光学系、プラスチックフィルム基板をレーザ光走査範囲に保持する加工ステージ、プラスチックフィルム基板を加工ステージに沿って搬送するフィルム搬送係などで構成されている。レーザ光を被加工部位に対して直交する２軸方向（Ｘ−Ｙ方向）に移動させる構成としては、出射光学部を固定して加工ステージを移動させる方式、加工ステージを固定して出射光学部を移動させる方式などがある。
【０００５】
しかし、幅が１〜２ｍにもなるプラスチックフィルム基板の加工では、出射光学部もしくは加工ステージを広範囲に亘って高速で移動させるのは事実上困難であるため、ガルバノミラーを用いてレーザ光の出射角度を変化させ、加工面上におけるレーザ光の照射位置を高速で移動させながらパターニングするガルバノミラー方式が採用されている。
【０００６】
このようなガルバノミラー方式のレーザ加工装置で大面積の加工を行う場合、焦点距離が短いとレーザ光の出射角度の変化が大きくなり、加工形状や強度分布の歪みが大きくなる。このため、大面積のレーザ加工を行う場合、焦点距離をできるだけ長くして出射角度の変化を少なくするために、ガルバノスキャナと加工ステージとの距離を充分に確保する必要があり、大きな空間を有する加工室が必要になる。
【０００７】
一方、上記レーザ加工は、基板上の半導体膜や金属電極膜をレーザエネルギにより蒸発させる除去加工であるため、蒸発時のガスが凝縮すると加工残渣となって基板上に再付着する虞がある。また、パルスレーザの加工スポットをオーバーラップさせつつ移動する加工端部などでは、膜が完全蒸発されずに加工残渣を生じる場合がある。そこで、加工室の天井部から清浄空気を流下させる一方、加工室の下部をブロワで吸引して加工残渣を回収するようにしているが、加工室の大型化に伴う回収効率の低下や、ブロワ容量の大型化による運転コストの増大、騒音の問題が懸念されることとなった。
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１４０８３号公報
【特許文献２】特開２００６−２１８４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、集積型薄膜太陽電池など大面積かつ平坦な被加工物表面を高速で除去加工する際に発生する加工残渣を、低騒音かつ低コストで効率良く回収可能なレーザ加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記従来技術の有する課題を解決するため、本発明は、平坦な被加工物を保持するための加工ステージと、加工用レーザ光を前記加工ステージ上で直交する２軸方向に走査するためのガルバノスキャナとを備えたレーザ加工装置において、
前記加工ステージに保持された被加工物の表面に近接し前記ガルバノスキャナの一方の走査方向に延在する吸引ダクトと、前記吸引ダクトを、前記ガルバノスキャナの制御と同期させて前記ガルバノスキャナの他の走査方向に移動させる直動手段とをさらに備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の好適な態様では、前記被加工物を、前記ガルバノスキャナのいずれか一方の走査方向に沿って、前記加工ステージ上に搬送する加工物搬送手段をさらに備え、前記吸引ダクトが、前記搬送手段の搬送方向と直交する方向に延在し、かつ、前記直動手段により前記ガルバノスキャナの制御と同期して前記搬送方向に移動するように構成されている。
【００１２】
また、本発明の他の好適な態様では、前記加工ステージが上下方向に配設され、前記ガルバノスキャナが上下方向および水平方向に走査可能に構成され、前記吸引ダクトが、水平方向に延在し、かつ、前記直動手段により前記ガルバノスキャナの制御と同期して上下方向に移動するように構成されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係わるレーザ加工装置は、上記のように構成されているので、前記ガルバノスキャナの制御と同期し、加工領域に近接して移動する吸引ダクトを通じて、加工時に発生するガスや加工残渣を発生直後に効率良く回収でき、加工残渣の被加工物表面への再付着や加工室内への拡散、およびそれに伴う加工室内の汚染を防止することが可能となる。
しかも、吸引ダクトがガルバノスキャナの一方の走査方向に延在している構成により、吸引ダクトをその方向に移動させる必要が無く、ガルバノスキャナの他の走査方向にのみ移動させるので、吸引ダクトを２軸方向に移動させる場合に比べて機構および制御が簡素で、吸引配管の引回しも容易になる。また、加工室全体を吸引する場合に比べてブロワの容量が小さくて済み、動作音も静粛になる。
【００１４】
さらに、前記被加工物を、前記ガルバノスキャナのいずれか一方の走査方向に沿って、前記加工ステージ上に搬送する加工物搬送手段をさらに備え、前記吸引ダクトが、前記搬送手段の搬送方向と直交する方向に延在し、かつ、前記直動手段により前記ガルバノスキャナの制御と同期して前記搬送方向に移動するように構成されている態様では、吸引ダクトおよびその直動手段を被加工物の搬送経路に沿って容易に構築でき、ロールから供給される可撓性シート状の被加工物、特に、薄膜太陽電池のレーザ加工に有利である。
【００１５】
また、前記加工ステージが上下方向に配設され、前記ガルバノスキャナが上下方向および水平方向に走査可能に構成され、前記吸引ダクトが、水平方向に延在し、かつ、前記直動手段により前記ガルバノスキャナの制御と同期して上下方向に移動するように構成されている態様では、前記吸引ダクトが加工領域の直下で移動することにより、加工室内を流下する清浄空気流を利用して加工残渣を効率良く捕集できるとともに、加工状況等により加工室内に飛散する加工残渣が生じた場合にも、被加工物への再付着が防止される利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係わるレーザ加工装置を集積型薄膜太陽電池のレーザ加工装置として実施した実施形態を示している。図において、レーザ加工装置１は、金属電極膜および半導体膜の成膜工程を経た可撓性基板２の供給ロール１１、該供給ロール１１から繰り出される可撓性基板２のレーザ加工を行うための加工室１０、該加工室１０内部の一側に縦に配設された加工ステージ１２、該加工ステージ１２に対向して加工室１２内部の他側に配設され、成膜工程を経た可撓性基板２を単位セルに分離するための加工用レーザ光を出射するレーザ発振器１３、加工用レーザ光の走査を行なうガルバノスキャナ１４、加工済みの可撓性基板２′の巻取ロール１６などから構成されている。
【００１７】
加工室１０の内部空間上部には清浄空気の吹き出し部が設けられ、加工室１０の内部空間は清浄に維持されている。供給ロール１１から繰り出された可撓性基板２は、アイドルローラ１７等で加工室１０の天井部に案内され、同期回転されるフィードローラ１８、１９により加工ステージ１２の表面に間欠的に搬送される。
【００１８】
可撓性基板２には、最表面の透明電極層と背面電極層とを直列接続する複数の接続孔、半導体膜からなる光電変換層の裏面側に位置した裏面電極層と背面電極層とを接続する複数の集電孔が所定配列で穿設されているが、これら以外に、可撓性基板２の周辺部を表裏に貫通するマーカホールが所定の間隔で穿設されており、このマーカホールを基準に可撓性基板２が、加工ステージ１２の表面に位置決めされる。
【００１９】
一方、加工ステージ１２の表面には多数の吸着用小孔が設けられており、該吸着用小孔に吸引を生じさせることで、前記位置決めされた可撓性基板２は、その位置で加工ステージ１２の表面に固定される。その状態で、レーザ発振器１３から出射される加工用レーザ光を、ガルバノスキャナ１４により所定のパターンで走査し、可撓性基板２各側の金属電極膜および半導体膜を単位セル（２ａ）に分離加工する。
【００２０】
ガルバノスキャナ１４は、図３に示すように、加工面上における水平方向（Ｘ軸方向）および上下方向（Ｙ軸方向）への走査に対応した一対のガルバノミラー４１、４２と、それらを回動させるサーボモータ等の駆動機構などから構成され、ガルバノミラー４１、４２の回動角に応じてレーザ光の加工スポットを加工面上でＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させることができる。薄膜太陽電池の単位セルは、可撓性基板２の表面を格子状に分離加工して形成される。従って、レーザ光の走査は、図２に示されるようなＹ軸方向の位置を固定した状態でのＸ軸方向への走査（２ｂ）が基本となり、その後、Ｙ軸方向の走査が行なわれる。
【００２１】
上記レーザ加工は、基板上の半導体膜や金属電極膜をレーザエネルギにより蒸発させる除去加工であるため、蒸発時のガスが凝縮すると加工残渣となって基板上に再付着したり、加工室１０内に飛散したりする虞がある。そこで、加工領域（２ｃ）の近傍で発生したガスおよび加工残渣を吸引回収するための集塵装置が設けられている。
【００２２】
集塵装置は、図２および図３に示すように、加工ステージ１２に保持された可撓性基板２の表面に近接して配置された吸引ダクト２１と、加工ステージ１２の両側に配設され、吸引ダクト２１をガルバノスキャナ１４の制御と同期して上下方向に移動させるための一対の直動装置２３、２３とで構成されている。
【００２３】
直動装置２３、２３は、加工ステージ１２の両側に配設されたガイドウェイ２３ｂ（案内軌道）、ガイドウェイ２３ｂに沿って移動可能に設けられているスライダ２３ａ（摺動部材）、および、スライダ２３ａをガイドウェイ２３ｂに沿って移動させるための図示しない駆動手段などから構成されている。スライダ２３ａは、リニアベアリングやボールスプラインなどを介してガイドウェイ２３ｂ（またはガイドシャフト）に摺動可能に支持されている。
【００２４】
上記駆動手段としては、ボールねじ等のねじ送り機構やラックピニオン機構、あるいはチェーン、ベルト、ワイヤ等の巻掛け伝動機構などのようにモータの回転を直線運動に変換するもの、または、ガイドウェイ２３ｂに設けた固定子とスライダ２３ａに設けた可動子とからなるリニアモータなどを利用できる。また、左右のスライダ２３ａそれぞれにモータを設けそれらを電気的に同期させるか、１つのモータの回転を駆動軸や巻掛け伝動機構などで各スライダ２３ａに伝達して左右のスライダ２３ａを機械的に同期させて、吸引ダクト２１が水平姿勢を維持した状態で円滑に上下移動できるように構成される。
【００２５】
吸引ダクト２１は、加工ステージ１２の全幅に亘って水平方向に延在し、その両端部は直動装置２３、２３の各スライダ２３ａ、２３ａに固定されている。吸引ダクト２１の上面には、可撓性基板２の加工範囲に対応して吸引口２０が開口され、さらに、吸引ダクト２１の一端部はフレキシブルホース２２を介してプレフィルタ２４、ブロワ２５、およびＨＥＰＡフィルタ２６に接続されている。そして、ブロワ２５を作動させることにより、吸引口２０に吸引を生じさせ、該吸引口２０を通じて加工残渣２ｄを吸引ダクト２１内に吸引回収し、プレフィルタ２４に捕集できる。また、吸引された空気はＨＥＰＡフィルタ２６で清浄化されて加工室１０の外部に排出されるか、または内部に循環される。
【００２６】
以上のように構成された集塵装置は、ガルバノスキャナ１４の制御部１５からガルバノスキャナ１４に送られるＸ軸方向およびＹ軸方向の制御信号のうち、Ｙ軸方向の制御信号を直動装置２３、２３に振り分け、この制御信号に基づいてモータの駆動を制御し、スライダ３２ａをＹ軸方向に移動させることにより、吸引ダクト２１を加工領域２ｃに近接させ、該加工領域２ｃと共に移動させることができる。なお、吸引ダクト２１は、レーザ光に干渉しないように、加工面上での光軸位置に対してＹ軸方向の下方に一定の間隔を有した状態で移動する。
【００２７】
既に述べたように、薄膜太陽電池における単位セルの分離加工では、Ｙ軸方向（上下方向）の位置を固定した状態でのＸ軸方向（水平方向）への走査（２ｂ）が基本となる。このようなガルバノスキャナ１４のＸ軸方向への走査中、図２および図３に示すように、吸引ダクト２１が加工領域２ｃの直下に位置し、該加工領域２ｃで発生したガスや加工残渣２ｄを発生直後に吸引回収するので、加工残渣２ｄの加工室１０内への飛散や可撓性基板２への付着を防止することができる。
【００２８】
しかも、ガルバノスキャナ１４のＸ軸方向への走査中は、吸引ダクト２１を移動させる必要がなく、１ラインの走査毎に、吸引ダクト２１を単位セル１つ分だけＹ軸方向に移動させれば良いので、直動装置２３に高速な動作は要求されず、ガルバノスキャナ１４による高速なレーザ走査に対応可能な集塵装置を低コストで実現できる。
【００２９】
また、吸引ダクト２１と直交するＹ軸方向に延びるパターニング溝の加工時には、ガルバノスキャナ１４の走査速度を吸引ダクト２１が追従できる程度に減速するか、または、吸引ダクト２１を加工範囲から退避させてガルバノスキャナ１４の走査速度を維持することもできる。あるいは、Ｙ方向に延びるパターニング溝の加工を複数の区間に区分して行ない、各区分の加工範囲の下方に吸引ダクトを順次位置させるようにすることもできる。被加工物の如何にもよるが、Ｘ、Ｙ各軸方向の加工頻度に差がある場合に、加工頻度が高い方向を吸引ダクト２１の延在方向と一致させて加工を行なうようにすれば、全体的な加工時間への影響を小さくできる。
【００３０】
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。
【００３１】
例えば、上記実施形態では、上下方向に配設された加工ステージ１２に近接して水平方向に延在する吸引ダクト２１を設け、直動装置２３によりガルバノスキャナ１４の制御に同期して吸引ダクト２１を上下方向に移動させる場合を示したが、上下方向に延在する吸引ダクトを水平方向に移動させるように構成することもできる。その場合、直動装置（２３）のガイドウェイ（２３ｂ）は、可撓性基板２を横断するように配設される。このような吸引ダクトの延在方向および移動方向が異なる加工ステージを搬送方向に沿って直列に配置するか、別工程で併用して、Ｘ、Ｙ各軸方向のレーザ加工を別々に行ない、ガルバノスキャナの走査速度を高速に維持することもできる。
【００３２】
また、上記実施形態では、上下方向に配設された加工ステージ１２に沿って、可撓性基板２を上方から下方に搬送する場合を示したが、本発明は、可撓性基板２を縦にした状態で横方向に搬送する場合や、可撓性基板２を水平または斜めに搬送する場合などにも実施可能であり、これら各場合において、吸引ダクトを可撓性基板の搬送方向に移動させる態様、および、吸引ダクトを搬送方向と直交する方向に移動させる態様が存在しうる。
【００３３】
さらに、本発明のレーザ加工装置は、薄膜太陽電池の加工に限定されるものではなく、ロールから供給される他の被加工物は勿論、可撓性を有さない不連続な平板状の被加工物に対しても実施可能であり、Ｘ軸方向またはＹ軸方向への直線的な加工のみならず、２軸方向の走査を組み合わせた任意の方向へのレーザ加工に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明実施形態のレーザ加工装置の概略を示す側面図である。
【図２】本発明実施形態のレーザ加工装置における加工ステージ部分を示す正面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  レーザ加工装置
２、２′  可撓性基板
１０  加工室
１１  供給ロール
１２  加工ステージ
１３  レーザ発振器
１４  ガルバノスキャナ
１５  制御部
１６  巻取ロール
１７  アイドルローラ
１８、１９  フィードローラ
２０  吸引口
２１  吸引ダクト
２２  フレキシブルパイプ
２３  直動装置（直動手段）
２３ａ  スライダ
２３ｂ  ガイドウェイ
２４  プレフィルタ
２５  ブロワ
２６  ＨＥＰＡフィルタ
４１、４２  ガルバノミラー
【図１】
2009045625.tif 000003
【図２】
2009045625.tif 000004
【図３】
2009045625.tif 000005