JP2012000640A - レーザ加工装置およびレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薄膜太陽電池パネルのエッジデリーションの加工時間の増大を抑制しつつ、加工品質を向上させる。
【解決手段】光スポットを、矢印３１１ａ，矢印３１１ｂ，・・・，矢印３１１ｋの順に、薄膜太陽電池パネル１０２に対して光学部が進む主走査方向に走査した後、１つ隣の行に移動し、主走査方向と逆方向に走査した後、１つ隣の行に移動する処理を繰り返す。そして、光スポットを矢印３１１ｋの方向に走査した後、矢印３１１ｌの方向に走査し、次の加工ブロックも同様にして光スポットを走査する。この走査を、薄膜太陽電池パネル１０２の辺３０１ａに沿った直線状の領域の薄膜の剥離が完了するまで繰り返す。本発明は、例えば、エッジデリーションを行うレーザ加工装置に適用できる。
【選択図】図１６

Description

本発明は、レーザ加工装置およびレーザ加工方法に関し、特に、レーザ光を用いて基板から薄膜を剥離する場合に用いて好適なレーザ加工装置およびレーザ加工方法に関する。

薄膜太陽電池パネルは、例えば、１．１ｍ×１．４ｍの１枚のガラス基板上に製膜し、電極加工、膜面のフィルム保護などを行った後、パネルの周囲をアルミフレームで保持して完成となる。そのため、薄膜太陽電池パネルを長期間使用していると、保護フィルムを貫通して、アルミフレームと膜面がショートする恐れがある。そこで、電気絶縁性を高めるために、薄膜太陽電池パネルのエッジ部周辺の薄膜を剥離するエッジデリーションが行われる。

従来のエッジデリーションは、サンドブラストを用いたり、砥石を用いたりして行われていた。しかし、これらの方法では、加工後の表面が粗くなり、保護フィルムの密着性が低下し、保護フィルムとパネルの間に雨水が浸入するなどの問題が発生する恐れがある。そこで、近年、ガラス基板を削り取ることなく、膜面だけを剥離することが可能なレーザを用いたエッジデリーション加工が注目されている。

図１は、レーザ加工により薄膜太陽電池パネルのエッジデリーションを行う場合のレーザ光の走査方法の例を示している。この走査方法は、例えば、特許文献１などに示されている。この走査方法では、範囲２１内を副走査方向（ｙ軸方向）にジグザグにレーザ光を走査しながら、全体として主走査方向（ｘ軸方向）にレーザ光を走査することにより、薄膜太陽電池パネル１１の辺１１Ａの周囲の斜線で示される領域１１Ｂ内の薄膜を除去する。

図２は、図１のようにレーザ光を走査した場合に、薄膜太陽電池パネル１１にレーザ光が照射される位置（以下、光スポットと称する）の例を示している。なお、図２では、各光スポットを矩形の枠で示している。この図に示されるように、隣接する光スポットを重ねる面積が大きくなり、その結果、加工時間が長くなってしまう。

そこで、図３に示されるように、光スポットを格子状に走査することにより、光スポットの重なりを小さくすることが考えられる。この場合、光スポットを、まず矢印５１ａの方向（副走査方向）に１列分走査し、矢印５１ｂの方向（主走査方向）に１列分進め、次の列において矢印５１ｃの方向、すなわち１列目と逆方向に走査し、矢印５１ｄの方向（主走査方向）に１列分進めるといった走査が繰り返される。

ここで、図４を参照して、ｘ軸方向およびｙ軸方向にレーザ光を走査する２つのガルバノメータスキャナを用いて、図３に示されるように光スポットを走査する場合について説明する。なお、図４の矢印６１ａ乃至６１ｄは、ガルバノメータスキャナによりレーザ光を走査する方向を示している。また、以下、薄膜太陽電池パネル１１の位置が固定され、薄膜太陽電池パネル１１に対してレーザ光を出射する光学系ヘッド（不図示）が、図３の矢印５２の方向、すなわちｘ軸の正の方向に等速で搬送されるものとする。

まず、光スポットを図３の矢印５１ａの方向に走査するために、レーザ光は、矢印６１ａの方向（ｘ軸の負の方向かつｙ軸の正の方向）に走査される。すなわち、光スポットをｙ軸方向に走査するために、光学系ヘッドの搬送方向に対して斜め後ろ方向にレーザ光が走査される。なお、このときのレーザ光のｙ軸方向の走査距離Ｌｙは、図３の範囲２１のｙ軸方向の幅とほぼ一致し、ｘ軸方向の走査距離Ｌｘは、光スポットを１列分走査する間に、光学系ヘッドがｘ軸方向に移動する距離とほぼ一致する。

次に、光スポットを図３の矢印５１ｂの方向に走査するために、レーザ光は、矢印６１ｂの方向（ｘ軸の正の方向）に走査される。このときのレーザ光のｘ軸方向の走査距離は、距離Ｌｘとほぼ一致する。

次に、光スポットを図３の矢印５１ｃの方向に走査するために、レーザ光は、矢印６１ｃの方向（ｘ軸の負の方向かつｙ軸の負の方向）に走査される。すなわち、矢印６１ａの走査方向と比べて、ｘ軸方向の走査方向が同じで、ｙ軸方向の走査方向が逆になる。

次に、光スポットを図３の矢印５１ｄの方向に走査するために、レーザ光が矢印６１ｄの方向（ｘ軸の正の方向）に走査される。このときのレーザ光のｘ軸方向の走査距離は、距離Ｌｘとほぼ一致する。

その後、レーザ光は、矢印６１ａの方向、矢印６１ｂの方向、矢印６１ｃの方向、矢印６１ｄの方向の順に繰返し走査される。

特開２００２−２４４０６９号公報

図５は、図４を参照して上述したようにレーザ光を走査した場合の光スポットの位置の例をより詳細に示した図である。

図４の矢印６１ａの方向および矢印６１ｃの方向にレーザ光を走査する場合、ｘ軸方向およびｙ軸方向の両方のガルバノメータスキャナを駆動する必要がある。従って、両方のガルバノメータスキャナとも、スキャン用の回転軸を支持するベアリングの可動部に動摩擦力が働いた状態となる。一般的に動摩擦係数の方が静摩擦係数よりも小さくなるため、ガルバノメータスキャナを駆動し回転軸が回転しているときの方が、ガルバノメータスキャナを駆動せずに回転軸が回転していないときよりも、振動などの外乱の影響を受けやすい。従って、矢印６１ａの方向および矢印６１ｃの方向にレーザ光を走査しているとき、振動などの外乱によりレーザ光の振動が静定せずに、レーザ光が蛇行しやすくなる。その結果、図５の範囲７１ａ乃至７１ｄ内の斜線部のように、レーザ光（光スポット）が照射されず、薄膜が剥離されずに残る領域が発生する。

また、レーザ光の走査方向を矢印６１ａの方向から矢印６１ｂの方向を経て矢印６１ｃの方向に切替えるときに、イナーシャによりガルバノメータスキャナの応答に遅れが生じる。その結果、図３の範囲２１の端部において、図５の範囲７１ｅ内に示されるように、光スポットの位置が揃わず、薄膜が剥離されずに残った部分が櫛歯状になる。その結果、薄膜太陽電池パネル１１を長期間使用する場合に、櫛歯上に加工された部分から膜面が劣化したり、剥がれたりするリスクが大きくなる。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、薄膜太陽電池パネルのエッジデリーションの加工時間の増大を抑制しつつ、加工品質を向上させるようにしたものである。

本発明の一側面のレーザ加工装置は、レーザ光を用いて基板から薄膜を剥離するレーザ加工装置において、第１の方向の所定の範囲内および前記第１の方向と直交する第２の方向の所定の範囲内において前記レーザ光を前記基板上で走査する走査手段を含む加工部と、前記加工部と前記基板のうち少なくとも一方を動かし、前記加工部と前記基板の間の相対位置を少なくとも前記第１の方向に移動させる移動手段とを備え、前記レーザ光のビーム径より幅が広く、前記第１の方向に延びる直線状の第１の領域内の薄膜を前記基板から剥離する場合、前記移動手段により前記加工部と前記基板の間の相対位置を前記第１の方向に移動させながら、前記走査手段により前記基板に対して前記加工部が進む進行方向に前記レーザ光を走査し、前記第１の領域内において前記レーザ光の照射位置を前記進行方向に走査する。

本発明の一側面のレーザ加工装置においては、レーザ光のビーム径より幅が広く、第１の方向に延びる直線状の第１の領域内の薄膜を基板から剥離する場合、加工部と基板の間の相対位置が第１の方向に移動されながら、基板に対して加工部が進む進行方向にレーザ光が走査され、第１の領域内においてレーザ光の照射位置が進行方向に走査される。

従って、薄膜太陽電池パネルのエッジデリーションの加工時間の増大を抑制しつつ、加工品質を向上させることができる。

この走査手段は、例えば、ガルバノメータスキャナにより構成される。この移動手段は、例えば、リニアモータ、リフタ、アクチュエータなどにより構成される。

前記進行方向に前記レーザ光を走査した後、さらに、前記走査手段により、前記第２の方向に前記レーザ光をシフトし、前記進行方向と逆方向に前記レーザ光を走査して、前記進行方向に前記レーザ光を走査したときの前記レーザ光の照射位置と前記第２の方向に隣接する位置において、前記進行方向と逆方向に前記レーザ光の照射位置を走査するようにすることができる。

これにより、薄膜太陽電池パネルのエッジデリーションの加工時間をより短縮することができる。

前記走査手段により、前記第１の領域の前記第１の方向の所定の範囲毎に、前記レーザ光の照射位置を前記第２の方向にシフトしながら、前記進行方向または前記進行方向と逆方向に交互に走査し、前記進行方向の順に各範囲の薄膜を剥離するようにすることができる。

これにより、薄膜太陽電池パネルのエッジデリーションの加工時間をより短縮することができる。

前記レーザ光のビーム径より幅が広く、前記第２の方向に延びる直線状の第２の領域内の薄膜を前記基板から剥離する場合、前記移動手段により前記加工部と前記基板の間の相対位置を前記第２の方向に移動させながら、前記走査手段により前記基板に対して前記加工部が進む進行方向に前記レーザ光を走査し、前記第２の領域内において前記レーザ光の照射位置を前記進行方向に走査するようにすることができる。

これにより、第１および第２の両方向の加工が可能になる。

基板に入射するレーザ光の断面を矩形とすることができる。

これにより、隣接する光スポットを重ねる面積を小さくすることができ、薄膜太陽電池パネルのエッジデリーションの加工時間をより短縮することができる。

この走査手段は、レーザ光を第１の方向に走査する第１のガルバノメータスキャナと、レーザ光を第２の方向に走査する第２のガルバノメータスキャナとを備えるようにすることができる。

これにより、レーザ光の走査を精度良く高速に行うことができる。

レーザ光を発振するレーザ発振手段をさらに設けることができる。

本発明の一側面のレーザ加工方法は、基板上において第１の方向および前記第１の方向と直交する第２の方向に前記レーザ光を走査する走査手段を含む加工部を備えるレーザ加工装置が、前記レーザ光のビーム径より幅が広く、前記第１の方向に延びる直線状の領域内の薄膜を前記基板から剥離する場合、前記移動手段により前記加工部と前記基板の間の相対位置を前記第１の方向に移動させながら、前記走査手段により前記基板に対して前記加工部が進む進行方向に前記レーザ光を走査し、前記領域内において前記レーザ光の照射位置を前記進行方向に走査する。

本発明の一側面のレーザ加工方法においては、レーザ光のビーム径より幅が広く、第１の方向に延びる直線状の領域内の薄膜を基板から剥離する場合、加工部と基板の間の相対位置が第１の方向に移動されながら、基板に対して加工部が進む進行方向にレーザ光が走査され、領域内においてレーザ光の照射位置が進行方向に走査される。

従って、薄膜太陽電池パネルのエッジデリーションの加工時間の増大を抑制しつつ、加工品質を向上させることができる。

この走査手段は、例えば、ガルバノメータスキャナにより構成される。

本発明の一側面によれば、薄膜太陽電池パネルのエッジデリーションを行うことができる。特に、本発明の一側面によれば、薄膜太陽電池パネルのエッジデリーションの加工時間の増大を抑制しつつ、加工品質を向上させることができる。

レーザ光の走査方法の第１の例を説明するための図である。 レーザ光の走査方法の第１の例を説明するための図である。 レーザ光の走査方法の第２の例を説明するための図である。 レーザ光の走査方法の第２の例を説明するための図である。 第２のレーザ光の走査方法により発生する問題を説明するための図である。 本発明を適用したレーザ加工装置の外観の構成例を示す斜視図である。 本発明を適用したレーザ加工装置の回路の構成例を示すブロック図である。 角形光ファイバの端面を示す図である。 角形光ファイバに導入される前と導入され出射された後のマルチモードのレーザパルスの断面の光の強度の分布の例を示す図である。 ガルバノメータスキャナの構成例を示す図である。 ガルバノメータの構成例を示す図である。 レーザ加工装置の制御部の構成例を示すブロック図である。 レーザ加工装置により実行されるレーザ加工処理を説明するためのフローチャートである。 エッジデリーション処理の詳細を説明するためのフローチャートである。 エッジデリーションの加工順を示す図である。 光スポットの位置および走査方向を示す図である。 レーザ光の走査方向を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態
２．変形例

＜１．実施の形態＞
図６乃至図１２を参照して、本発明の一実施の形態としてのレーザ加工装置１０１の構成例について説明する。レーザ加工装置１０１は、薄膜太陽電池パネル１０２のエッジデリーションを行うための装置である。

［レーザ加工装置の外観の構成例］
図６は、レーザ加工装置１０１の外観の構成例を示す斜視図である。レーザ加工装置１０１は、レーザ発振器１１１、角形光ファイバ１１２、光学部１１３、ガントリクレーン１１４、ステージ１１５、および、台座１１６により構成される。レーザ発振器１１１と光学部１１３は、角形光ファイバ１１２を介して接続されている。光学部１１３は、ガントリクレーン１１４の前面に設けられている。ガントリクレーン１１４は、ステージ１１５の上面に設けられている。台座１１６は、ステージ１１５の上面のほぼ中央に設けられている。

なお、以下、ステージ１１５の幅方向をｘ軸方向とし、かつ、左から右に向かう方向を正の方向とする。また、ステージ１１５の奥行き方向をｙ軸方向とし、かつ、後ろから前に向かう方向を正の方向とする。さらに、ステージ１１５の高さ方向をｚ軸方向とし、かつ、下から上に向かう方向を正の方向とする。

レーザ発振器１１１から出射されたレーザ光は、角形光ファイバ１１２を通って光学部１１３に入射する。光学部１１３は、台座１１６の上に載置されている薄膜太陽電池パネル１０２にレーザ光を照射するとともに、薄膜太陽電池パネル１０２上でレーザ光を走査する。

また、光学部１１３は、ガントリクレーン１１４の前面に設けられているリニアモータ１２１によりｘ軸方向に平行移動することが可能である。さらに、ガントリクレーン１１４は、ステージ１１５の上面の左右の辺に沿って設けられているリニアモータ１２２ａ，１２２ｂにより、ｙ軸方向に平行移動することが可能である。そして、光学部１１３およびガントリクレーン１１４を移動させることにより、薄膜太陽電池パネル１０２へのレーザ光の照射位置をｘ軸方向およびｙ軸方向に移動させることができる。

また、ステージ１１５の上面には、ｙ軸方向に延びる搬送ベルト１２３ａ，１２３ｂが台座１１６を挟んで左右に設けられており、搬送ベルト１２３ａ，１２３ｂにより、薄膜太陽電池パネル１０２がｙ軸方向に搬送される。

［レーザ加工装置の回路の構成例］
図７は、レーザ加工装置１０１の回路の構成例を示すブロック図である。レーザ加工装置１０１のレーザ発振器１１１は、パルス発生器１５１、レーザ発振器１５２、アッテネータ（ＡＴＴ）１５３、コリメータレンズ１５４、および、レンズ１５５を含むように構成される。レーザ加工装置１０１の光学部１１３は、ビームエキスパンダ１７１、ガルバノメータスキャナ１７２ａ，１７２ｂ、および、ｆθレンズ１７３を含むように構成される。

パルス発生器１５１は、所定の周波数のパルス信号（以下、出射指令信号と称する）を生成し、生成した出射指令信号を、レーザ発振器１５２に供給する。

レーザ発振器１５２は、例えば、レーザダイオード（以下、ＬＤと称する）を励起光源に用い、Ｎｄ：ＹＡＧをレーザ媒体に用いたマルチモードのＱ−ＳＷレーザ発振器により構成される。レーザ発振器１５２は、パルス発生器１５１から供給される出射指令信号に同期して、基本波（波長が１０６４ｎｍ）の横モードがマルチモードのパルス状のレーザ光を出射する。レーザ発振器１５２から出射されたレーザ光は、アッテネータ１５３により減衰され、コリメータレンズ１５４によりコリメートされ、レンズ１５５に入射する。レンズ１５５は、レーザ光を集光し、角形光ファイバ１１２に導入する。

なお、アッテネータ１５３の減衰量は可変であり、任意の値に設定することが可能である。

角形光ファイバ１１２は、マルチモードの光ファイバにより構成される。また、図８は、角形光ファイバ１１２の端面（入射面または出射面）を示しているが、このように、角形光ファイバ１１２の入射口または出射口１１２Ａの断面は矩形となっている。従って、角形光ファイバ１１２を通過したレーザ光は、その断面が矩形に成形されて角形光ファイバ１１２から出射される。

また、上述したように、レーザ発振器１５２から出射されるレーザ光は、マルチモードのレーザパルスであり、角形光ファイバ１１２に導入される前の各レーザパルスの断面の光の強度分布は、図９の左側に示されるように、いくつかのピークを有する。そして、マルチモードのレーザパルスは干渉性（コヒーレンシ）が低いため、角形光ファイバ１１２内で多重反射されてから出射される各レーザパルスの断面の光の強度分布は、図９の右側に示されるように、干渉縞がなく、ピークがほぼフラットになる。すなわち、角形光ファイバ１１２の出射端面での各レーザパルスの断面の光の強度は、その中心からの距離に関わらずほぼ均一となる。なお、断面の光の強度が均一なレーザパルスは、例えば、パルスが照射された部分の加工ムラ等を少なくすることができ、エッジデリーションに適している。

このようにして、レーザ加工装置１０１では、ホモジナイザ等の高価で光パワーの損失が大きな装置を用いることなく、マルチモードのレーザパルスを角形光ファイバ１１２を通過させるだけの簡単な構成で、エッジデリーションに適した断面の光の強度が均一なレーザパルスを効率よく得ることができる。

図７に戻り、角形光ファイバ１１２から出射されたレーザ光は、光学部１１３に入射する。光学部１１３に入射したレーザ光は、ビームエキスパンダ１７１により、矩形のままビーム径が広げられるとともに、平行光束となる。ビームエキスパンダ１７１から出射されたレーザ光は、ガルバノメータスキャナ１７２ａ，１７２ｂによりｆθレンズ１７３の方向に反射され、ｆθレンズ１７３を介して薄膜太陽電池パネル１０２に入射し、薄膜太陽電池パネル１０２の加工面において結像する。

［ガルバノメータスキャナの構成例］
ここで、図１０および図１１を参照して、ガルバノメータスキャナ１７２ａ，１７２ｂの構成例について説明する。

図１０に示されるように、ガルバノメータスキャナ１７２ａは、ガルバノメータ１８１ａ、回転軸１８２ａ、および、ミラー１８３ａにより構成される。ビームエキスパンダ１７１から出射されたレーザ光は、ミラー１８３ａに入射し、ミラー１８３ａによりガルバノメータスキャナ１７２ｂの方向に反射される。ミラー１８３ａは、ガルバノメータ１８１ａの制御の基に回転軸１８２ａを中心に回転し、レーザ光の入射角度を変化させることができる。そして、ミラー１８３ａへのレーザ光の入射角度を変化させ、レーザ光の反射方向を変化させることにより、レーザ光が薄膜太陽電池パネル１０２上でｘ軸方向に走査される。

ガルバノメータスキャナ１７２ｂは、ガルバノメータスキャナ１７２ａと同様の構成を有しており、ガルバノメータ１８１ｂ、回転軸１８２ｂ、および、ミラー１８３ｂにより構成される。ガルバノメータスキャナ１７２ａのミラー１８３ａにより反射されたレーザ光は、ミラー１８３ｂに入射し、ミラー１８３ｂによりｆθレンズ１７３の方向に反射される。ミラー１８３ｂは、ガルバノメータ１８１ｂの制御の基に回転軸１８２ｂを中心に回転し、レーザ光の入射角度を変化させることができる。そして、ミラー１８３ｂへのレーザ光の入射角度を変化させ、レーザ光の反射方向を変化させることにより、レーザ光が薄膜太陽電池パネル１０２上でｙ軸方向に走査される。

図１１は、ガルバノメータ１８１ａの構成例を示している。ガルバノメータ１８１ａは、可動コイル２０１、つるまきバネ２０２、および、永久磁石２０３Ｎ，２０３Ｓにより構成される。

可動コイル２０１は、回転軸１８２ａに軸支されるとともに、永久磁石２０３Ｎと永久磁石２０３Ｓの間に生じる磁界の中に置かれている。また、回転軸１８２ａは、つるまきバネ２０２に接続されるとともに、一端に図示せぬミラー１８３ａが取付けられ、他の一端が図示せぬベアリングにより支持されている。

磁界中の可動コイル２０１に電流を流すと、可動コイル２０１は、回転軸１８２ａを中心に、つるまきバネ２０２が回転軸１８２ａを引っ張る方向と逆方向に回転する。そして、可動コイル２０１が回転する力とつるまきバネ２０２が回転軸１８２ａを引っ張る力が等しくなったとき、回転軸１８２ａの回転が停止する。このようにして、ミラー１８３ａの角度を、可動コイル２０１に流れる電流の大きさに応じた角度に設定し、ミラー１８３ａによるレーザ光の反射方向を変化させることができる。従って、可動コイル２０１に流す電流を制御することにより、ミラー１８３ａによるレーザ光の反射方向を制御し、レーザ光を走査することができる。

ところで、可動コイル２０１に流れる電流が一定の場合、回転軸１８２ａは回転しないため、回転軸１８２ａを支持するベアリングの可動部には静摩擦力が働く。一方、可動コイル２０１に流れる電流を変化させると、回転軸１８２ａが回転し、回転軸１８２ａを支持するベアリングの可動部には動摩擦力が働く。上述したように一般的に動摩擦係数の方が静摩擦係数よりも小さくなるため、回転軸１８２ａが回転していないときより、回転軸１８２ａが回転しているときの方が、振動などの外乱の影響を回転軸１８２ａが受けやすくなる。すなわち、ミラー１８３ａを固定しているときより、ミラー１８３ａを回転軸１８２ａ回りに回転させているときの方が、外乱によるミラー１８３ａのブレが発生しやすくなる。なお、この外乱は、例えば、リニアモータ１２２ａ，１２２ｂによるガントリクレーン１１４の駆動時の振動などにより発生する。

なお、ガルバノメータスキャナ１７２ｂのガルバノメータ１８１ｂも、ガルバノメータ１８１ａと同様の構成を有しており、その説明は繰返しになるので省略する。

このように、ガルバノメータスキャナ１７２ａのミラー１８３ａが回転軸１８２ａを中心に回転し、ガルバノメータスキャナ１７２ｂのミラー１８３ｂが回転軸１８２ｂを中心に回転することにより、レーザ光のｆθレンズ１７３への入射位置および入射角が変化する。そして、ｆθレンズ１７３への入射角および入射位置の変化に応じて、薄膜太陽電池パネル１０２の加工面におけるレーザ光の結像位置が水平方向に移動する。すなわち、ガルバノメータスキャナ１７２ａ，１７２ｂにより、レーザ光の薄膜太陽電池パネル１０２への照射位置が走査される。

図７に戻り、薄膜太陽電池パネル１０２は、シングル型の薄膜太陽電池パネルであり、図内上から、ガラス製の透明基板１０２Ａ、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、ＺｎＯなどのＴＣＯからなる透明電極層１０２Ｂ、ａ−Ｓｉからなる半導体層１０２Ｃ、Ａｇ電極からなる裏面電極層１０２Ｄの順に積層されている。そして、レーザ光により透明電極層１０２Ｂ乃至裏面電極層１０２Ｄが除去される。

［レーザ加工装置１０１の制御部の構成例］
図１２は、レーザ加工装置１０１の動作を制御する制御部２５１の構成例を示すブロック図である。制御部２５１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサが、所定の制御プログラムを実行することにより実現される。制御部２５１は、出力制御部２６１、駆動制御部２６２、および、走査制御部２６３を含むように構成される。

出力制御部２６１は、レーザ発振器１１１を制御し、レーザ発振器１１１から出射されるレーザ光の強度、出射タイミング等を制御する。

駆動制御部２６２は、リニアモータ１２１を駆動して、光学部１１３のｘ軸方向の位置を制御する。また、駆動制御部２６２は、リニアモータ１２２ａ，１２２ｂを駆動して、ガントリクレーン１１４のｙ軸方向の位置を制御することにより、光学部１１３のｙ軸方向の位置を制御する。さらに、駆動制御部２６２は、搬送ベルト１２３ａ，１２３ｂを駆動して、薄膜太陽電池パネル１０２のｙ軸方向の位置を制御する。

走査制御部２６３は、ガルバノメータスキャナ１７２ａ，１７２ｂを駆動して、レーザ光の走査を制御する。

なお、出力制御部２６１、駆動制御部２６２、および、走査制御部２６３は、互いの動作状態等の情報を共有する。

［レーザ加工処理］
次に、図１３のフローチャートを参照して、レーザ加工装置１０１により実行されるレーザ加工処理について説明する。

ステップＳ１において、駆動制御部２６２は、薄膜太陽電池パネル１０２が挿入されたか否かを判定する。例えば、駆動制御部２６２は、ステージ１１５上に設けられている図示せぬセンサからの情報に基づいて、搬送ベルト１２３ａ，１２３ｂの上に薄膜太陽電池パネル１０２が設置されたか否かを検出する。駆動制御部２６２は、搬送ベルト１２３ａ，１２３ｂの上に薄膜太陽電池パネル１０２が設置されていない場合、薄膜太陽電池パネル１０２が挿入されていないと判定し、搬送ベルト１２３ａ，１２３ｂの上に薄膜太陽電池パネル１０２が設置された場合、薄膜太陽電池パネル１０２が挿入されたと判定する。この判定処理は、薄膜太陽電池パネル１０２が挿入されたと判定されるまで繰り返され、薄膜太陽電池パネル１０２が挿入されたと判定された場合、処理はステップＳ２に進む。

ステップＳ２において、レーザ加工装置１０１は、薄膜太陽電池パネル１０２の引き込みを開始する。すなわち、駆動制御部２６２は、搬送ベルト１２３ａ，１２３ｂを駆動して、薄膜太陽電池パネル１０２のｙ軸の負の方向への搬送を開始する。

ステップＳ３において、駆動制御部２６２は、薄膜太陽電池パネル１０２が台座１１６の位置まで引き込まれたか否かを判定する。例えば、駆動制御部２６２は、ステージ１１５上に設けられている図示せぬセンサからの情報に基づいて、薄膜太陽電池パネル１０２が台座１１６の位置まで引き込まれたか否かを判定する。この判定処理は、薄膜太陽電池パネル１０２が台座１１６の位置まで引き込まれたと判定されるまで繰り返され、薄膜太陽電池パネル１０２が台座１１６の位置まで引き込まれたと判定された場合、処理はステップＳ４に進む。

ステップＳ４において、レーザ加工装置１０１は、薄膜太陽電池パネル１０２を台座１１６に設置する。すなわち、駆動制御部２６２は、搬送ベルト１２３ａ，１２３ｂの駆動を停止し、例えば図示せぬリフタなどを制御して、薄膜太陽電池パネル１０２を台座１１６の上に設置する。

ステップＳ５において、レーザ加工装置１０１は、エッジデリーション処理を行う。なお、エッジデリーション処理の詳細については、図１４を参照して後述する。

ステップＳ６において、レーザ加工装置１０１は、薄膜太陽電池パネル１０２の引き出しを開始する。すなわち、駆動制御部２６２は、例えば図示せぬリフタなどを制御して、薄膜太陽電池パネル１０２を搬送ベルト１２３ａ，１２３ｂの上に設置し、搬送ベルト１２３ａ，１２３ｂを駆動して、薄膜太陽電池パネル１０２のｙ軸の正の方向への搬送を開始する。

ステップＳ７において、駆動制御部２６２は、薄膜太陽電池パネル１０２の引き出しが完了したか否かを判定する。例えば、駆動制御部２６２は、ステージ１１５上に設けられている図示せぬセンサからの情報に基づいて、薄膜太陽電池パネル１０２の引き出しが完了したか否かを判定する。この判定処理は、薄膜太陽電池パネル１０２の引き出しが完了したと判定されるまで繰り返され、薄膜太陽電池パネル１０２の引き出しが完了したと判定された場合、レーザ加工処理は終了する。

［エッジデリーション処理の詳細］
次に、図１４のフローチャートを参照して、図１３のステップＳ５のエッジデリーション処理の詳細について説明する。

ステップＳ５１において、駆動制御部２６２は、次に加工する辺の開始位置にレーザ光の照射位置を移動する。

図１５は、薄膜太陽電池パネル１０２に対してエッジデリーションを行う場合の加工順序の例を示している。この例では、矢印３０５ａ，矢印３０５ｂ，矢印３０５ｃ，矢印３０５ｄの順番でエッジデリーションが行われる。

すなわち、薄膜太陽電池パネル１０２の辺３０１ａの周辺の範囲３０２ａにレーザ光が照射され、範囲３０２ａ内の斜線で示される、レーザ光のビーム径より幅が広い直線状の領域３０３ａの薄膜が剥離される。次に、薄膜太陽電池パネル１０２の辺３０１ｂの周辺の範囲３０２ｂにレーザ光が照射され、範囲３０２ｂ内の斜線で示される、レーザ光のビーム径より幅が広い直線状の領域３０３ｂの薄膜が剥離される。次に、薄膜太陽電池パネル１０２の辺３０１ｃの周辺の範囲３０２ｃにレーザ光が照射され、範囲３０２ｃ内の斜線で示される、レーザ光のビーム径より幅が広い直線状の領域３０３ｃの薄膜が剥離される。そして、最後に、薄膜太陽電池パネル１０２の辺３０１ｄの周辺の範囲３０２ｄにレーザ光が照射され、範囲３０２ｄ内の斜線で示される、レーザ光のビーム径より幅が広い直線状の領域３０３ｄの薄膜が剥離される。

また、領域３０３ａのエッジデリーションを行うとき、範囲３０２ａの左下隅の開始位置３０４ａからレーザ光の照射が開始される。また、領域３０３ｂのエッジデリーションを行うとき、範囲３０２ｂの左上隅の開始位置３０４ｂからレーザ光の照射が開始される。さらに、領域３０３ｃのエッジデリーションを行うとき、範囲３０２ｃの右上隅の開始位置３０４ｃからレーザ光の照射が開始される。また、領域３０３ｄのエッジデリーションを行うとき、範囲３０２ｄの右下隅の開始位置３０４ｄからレーザ光の照射が開始される。

従って、本実施形態の場合、まず辺３０１ａが加工対象となるため、駆動制御部２６２は、リニアモータ１２１、および、リニアモータ１２２ａ，１２２ｂを駆動して、光学部１１３から出射されるレーザ光が、開始位置３０４ａに照射される位置まで、光学部１１３およびガントリクレーン１１４を移動させる。

ステップＳ５２において、駆動制御部２６２は、加工する辺に沿って、光学部１１３の移動を開始させる。いまの場合、駆動制御部２６２は、リニアモータ１２１を駆動して、光学部１１３のｘ軸の正の方向への移動を開始させる。これにより、最初に加工される辺３０１ａに沿った矢印３０５ａの方向（領域３０３ａの長手方向）への光学部１１３の移動が開始する。

なお、以下、薄膜太陽電池パネル１０２に対して光学部１１３が移動する方向を主走査方向と称する。また、以下、薄膜太陽電池パネル１０２上で主走査方向に垂直な方向を副走査方向と称する。従って、領域３０３ａのエッジデリーションを行う場合、主走査方向はｘ軸の正の方向となり、副走査方向はｙ軸方向となる。さらに、以下、主走査方向を行方向とも称し、副走査方向を列方向とも称する。

ステップＳ５３において、レーザ発振器１１１は、出力制御部２６１の制御の基に、レーザ光の出力を開始する。これにより、薄膜太陽電池パネル１０２へのレーザ光の照射が開始される。

ステップＳ５４において、走査制御部２６３は、レーザ光の走査を開始する。

ここで、図１６および図１７を参照して、レーザ光の走査方法の詳細について説明する。図１６は、範囲３０２ａ内における光スポットの位置および走査方向を示している。また、図１７は、図１６に示されるように光スポットを走査する場合の、レーザ光の走査方向を示している。

上述したように、レーザ光の照射は、開始位置３０４ａから開始される。そして、走査制御部２６３は、ガルバノメータスキャナ１７２ａを駆動して、図１７の矢印３３１ａの方向（ｘ軸の正の方向）、すなわち主走査方向にレーザ光を走査する。このときの走査距離は、例えば、ガルバノメータスキャナ１７２ａがｘ軸方向にレーザ光を走査できる最大距離付近に設定される。これにより、光スポットは、図１６の矢印３１１ａの方向、すなわち主走査方向に走査される。なお、このとき、ｘ軸方向に隣接する光スポットの端部が一部重なるように、レーザ光が照射される。

次に、走査制御部２６３は、ガルバノメータスキャナ１７２ｂを駆動して、図１７の矢印３３１ｂの方向（ｙ軸の負の方向）、すなわち副走査方向に、矢印３１１ａの方向にレーザ光を走査した行の隣の行までレーザ光を走査する。これにより、光スポットの位置が、ｙ軸の負の方向に１行分シフトする。なお、このとき、光学部１１３がｘ軸の正の方向に移動しているので、光スポットは、矢印３１１ｂで示されるように、ｘ軸の正の方向かつｙ軸の負の方向の斜め方向に走査される。また、矢印３１１ａの方向に走査された１行目の光スポットの端部と、次に矢印３１１ｃの方向に走査される２行目の光スポットの端部が一部重なるように、２行目の光スポットの位置が設定される。

次に、走査制御部２６３は、ガルバノメータスキャナ１７２ａを駆動して、図１７の矢印３３１ｃの方向（ｘ軸の負の方向）、すなわち主走査方向と逆方向にレーザ光を走査する。このときの走査距離は、矢印３３１ａの方向にレーザ光を走査したときとほぼ同じ距離に設定される。これにより、光スポットは、１行目の光スポットの位置と隣接する位置において、図１６の矢印３１１ｃの方向、すなわち主走査方向と逆方向に走査される。なお、このとき、ｘ軸方向に隣接する光スポットの端部が一部重なるように、レーザ光が照射される。

次に、走査制御部２６３は、ガルバノメータスキャナ１７２ｂを駆動して、図１７の矢印３３１ｄの方向（ｙ軸の負の方向）、すなわち副走査方向に、矢印３１１ｃの方向にレーザ光を走査した行の隣の行までレーザ光を走査する。これにより、光スポットが、図１６の矢印３１１ｂとほぼ同じ矢印３１１ｄの方向に走査され、光スポットの位置が、ｙ軸の負の方向に１行分シフトする。また、矢印３１１ｃの方向に走査された２行目の光スポットの端部と、次に矢印３１１ｅの方向に走査される３行目の光スポットの端部が一部重なるように、３行目の光スポットの位置が設定される。

その後、図１７の矢印３３１ｅ，矢印３３１ｆ，・・・，矢印３３１ｋの順にレーザ光が走査される。すなわち、レーザ光を主走査方向に走査した後、隣の行まで副走査方向にシフトし、主走査方向と逆方向に走査した後、隣の行まで副走査方向にシフトする処理が繰り返される。これにより、図１６の矢印３１１ｅ，矢印３１１ｆ，・・・，矢印３１１ｋの順に、光スポットが走査される。すなわち、光スポットは、副走査方向に１行ずつシフトされながら、主走査方向または主走査方向と逆方向に１行毎に交互に走査される。

そして、走査制御部２６３は、矢印３３１ｋの方向へのレーザ光の走査が終了した後、ガルバノメータスキャナ１７２ｂを駆動して、矢印３３１ｌの方向（ｙ軸の正の方向）、すなわち副走査方向にレーザ光を走査し、光スポットのｙ軸方向の位置を、１行目の位置まで移動する。なお、このとき、光学部１１３がｘ軸の正の方向に移動しているので、光スポットは、矢印３１１ｌで示されるように、ｘ軸の正の方向かつｙ軸の正の方向の斜め方向に走査される。また、走査制御部２６３は、矢印３１１ｌの方向への走査が完了したときの光スポットの位置が、矢印３１１ａの方向に走査した光スポットの末端の位置とほぼ一致するように、レーザ光の走査速度を制御する。

なお、以下、矢印３３１ａ，３３１ｂ，・・・，３３１ｌの順番にレーザ光を１回走査することにより、薄膜が剥離される領域を加工ブロックと称する。

その後、同様に、図１７の矢印３３１ａ，３３１ｂ，・・・，３３１ｌの順番にレーザ光が走査され、図１６の矢印３１２ａ，３１２ｂ，・・・，３１２ｌの順番に光スポットが走査される。また、同様の走査が、領域３０３ａの薄膜の剥離が完了するまで繰り返される。これにより、領域３０３ａの薄膜の剥離が完了するまで、各加工ブロックにおいて、光スポットが、副走査方向に１行ずつシフトされながら、主走査方向または主走査方向と逆方向に１行毎に交互に走査され、主走査方向の順に各加工ブロック内の薄膜が剥離される。

ところで、レーザ光を主走査方向および主走査方向と逆方向に走査するとき、ガルバノメータスキャナ１７２ａが駆動され、ガルバノメータスキャナ１７２ａのベアリングの可動部に動摩擦力が働く一方、ガルバノメータスキャナ１７２ｂは停止しており、ガルバノメータスキャナ１７２ａのベアリングの可動部に静摩擦力が働いた状態となる。従って、ガルバノメータスキャナ１７２ｂの回転軸１８２ｂが振動などの外乱の影響を受けにくくなり、レーザ光のｙ軸方向の振動が静定される。その結果、光スポットの位置は、蛇行せずに、ほぼｘ軸方向に一直線になる。従って、領域３０３ａの端部（薄膜を剥離する部分と剥離しない部分の境界）において、矩形の光スポットが主走査方向にほぼ一直線に走査されるので、領域３０３ａの端部が凸凹にならずに、ほぼ一直線に揃う。また、領域３０３ａ内で、レーザ光が照射されず、薄膜が剥離されずに残る領域をなくすことができる。

また、レーザ光の走査方向を、主走査方向（例えば、図１７の矢印３３１ａの方向）から主走査方向の逆方向（例えば、図１７の矢印３３１ｃの方向）、または、主走査方向の逆方向（例えば、図１７の矢印３３１ｃの方向）から主走査方向（例えば、図１７の矢印３３１ｅの方向）に反転する場合、短時間の間にガルバノメータスキャナ１７２ａおよびガルバノメータスキャナ１７２ｂの両方が駆動される。そのため、図５を参照して上述した現象と同じ原因により、反転部分で加工部が櫛歯状になる可能性がある。しかし、図１６の範囲３１３内に示されるように、隣接する加工ブロックの端部を重ね合わせることにより、櫛歯上に残った薄膜がきれいに剥離され、この問題を解消することができる。

さらに、図３および図４を参照して上述した走査方法と同様に、隣接する光スポットを重ねる面積を小さくすることができる。さらに、レーザ光の断面（光スポット）を矩形にすることにより、円形や楕円形の場合と比較して、隣接する光スポットを重ねる面積をさらに小さくすることができる。その結果、加工時間を短縮することができる。

図１４に戻り、ステップＳ５５において、走査制御部２６３は、加工中の辺の加工が終了したか否かを判定する。ステップＳ５５の判定処理は、加工中の辺の加工が終了したと判定されるまで繰返し実行され、加工中の辺の加工が終了したと判定された場合、処理はステップＳ５６に進む。

ステップＳ５６において、レーザ発振器１１１は、出力制御部２６１の制御の基に、レーザ光の出力を停止する。これにより、薄膜太陽電池パネル１０２へのレーザ光の照射が停止される。

ステップＳ５７において、走査制御部２６３は、全ての辺の加工が終了したか否かを判定する。全ての辺の加工が終了していないと判定された場合、処理はステップＳ５１に戻る。

その後、ステップＳ５７において、全ての辺の加工が終了したと判定されるまで、ステップＳ５１乃至Ｓ５７の処理が繰返し実行される。これにより、図１６および図１７を参照して上述した走査方法と同様の方法により、範囲３０２ｂ、範囲３０２ｃ、範囲３０２ｄの順にレーザ光が照射され、領域３０３ｂ、領域３０３ｃ、領域３０３ｄの順番に薄膜が剥離される。

なお、主走査方向は、辺３０１ｂに対する加工を行う場合、矢印３０５ｂの方向（ｙ軸の正の方向）となり、辺３０１ｃに対する加工を行う場合、矢印３０５ｃの方向（ｘ軸の負の方向）となり、辺３０１ｄに対する加工を行う場合、矢印３０５ｄの方向（ｙ軸の負の方向）となり、変化する。従って、主走査方向の変化に応じて、ガルバノメータスキャナ１７２ａ，１７２ｂを駆動する順番および走査方向が調整され、レーザ光の走査方向が調整される。

例えば、辺３０１ｂに対する加工を行う場合、図１７の矢印３３１ａの方向がｙ軸の正の方向となり、矢印３３１ｂの方向がｘ軸の正の方向となるように、レーザ光の走査方向が調整される。そして、図１６の矢印３１１ａの方向がｙ軸の正の方向となり、矢印３１１ｂの方向がｘ軸の正の方向になるように、領域３０２ｂ内において、光スポットが走査される。また、辺３０１ｃに対する加工を行う場合、矢印３３１ａの方向がｘ軸の負の方向となり、矢印３３１ｂの方向がｙ軸の正の方向となるように、レーザ光の走査方向が調整される。そして、図１６の矢印３１１ａの方向がｘ軸の負の方向となり、矢印３１１ｂの方向がｙ軸の正の方向になるように、領域３０２ｃ内において、光スポットが走査される。さらに、辺３０１ｄに対する加工を行う場合、矢印３３１ａの方向がｙ軸の負の方向となり、矢印３３１ｂの方向がｘ軸の負の方向となるように、レーザ光の走査方向が調整される。そして、図１６の矢印３１１ａの方向がｙ軸の負の方向となり、矢印３１１ｂの方向がｘ軸の負の方向になるように、領域３０２ｄ内において、光スポットが走査される。

一方、ステップＳ５７において、全ての辺の加工が終了したと判定された場合、エッジデリーション処理は終了する。

以上のようにして、薄膜太陽電池パネル１０２のエッジデリーションの加工時間の増大を抑制しつつ、加工品質を向上させることができる。

＜２．変形例＞
なお、以上の説明では、薄膜太陽電池パネル１０２のエッジデリーションを行う場合に、本発明を適用する例を示したが、他にも、例えば、レーザ光を用いて基板から薄膜を直線状に剥離する場合、換言すれば、レーザ光を用いて基板から矩形の領域の薄膜を剥離する場合にも、本発明を適用することが可能である。

また、以上の説明では、薄膜太陽電池パネル１０２の位置を固定したまま、光学部１１３の位置を移動させることにより、薄膜太陽電池パネル１０２と光学部１１３の間の相対位置を移動させる例を示したが、光学部１１３の位置を固定したまま、薄膜太陽電池パネル１０２の位置を移動させたり、あるいは、両方を移動させたりして、薄膜太陽電池パネル１０２と光学部１１３の間の相対位置を移動させるようにしてもよい。

さらに、以上の説明では、レーザ光の断面を矩形とする例を示したが、矩形以外の形状、例えば、円形や楕円形にしてもよい。

また、以上の説明では、ガルバノメータスキャナ１７２ａ，１７２ｂによりレーザ光を走査する例を示したが、他の走査手段を用いてレーザ光を走査するようにしてもよい。

なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１０１ レーザ加工装置
１０２ 薄膜太陽電池パネル
１１１ レーザ発振器
１１２ 角形光ファイバ
１１３ 光学部
１１４ ガントリクレーン
１１５ ステージ
１１６ 台座
１２１ リニアモータ
１２２ａ，１２２ｂ リニアモータ
１２３ａ，１２３ｂ 搬送ベルト
１７１ ビームエキスパンダ
１７２ａ，１７２ｂ ガルバノメータスキャナ
１７３ ｆθレンズ
１８１ａ，１８１ｂ ガルバノメータ
１８２ａ，１８２ｂ 回転軸
１８３ａ，１８３ｂ ミラー
２５１ 制御部
２６１ 出力制御部
２６２ 駆動制御部
２６３ 走査制御部

Claims (8)

1. レーザ光を用いて基板から薄膜を剥離するレーザ加工装置において、
   第１の方向の所定の範囲内および前記第１の方向と直交する第２の方向の所定の範囲内において前記レーザ光を前記基板上で走査する走査手段を含む加工部と、
   前記加工部と前記基板のうち少なくとも一方を動かし、前記加工部と前記基板の間の相対位置を少なくとも前記第１の方向に移動させる移動手段と
   を備え、
   前記レーザ光のビーム径より幅が広く、前記第１の方向に延びる直線状の第１の領域内の薄膜を前記基板から剥離する場合、前記移動手段により前記加工部と前記基板の間の相対位置を前記第１の方向に移動させながら、前記走査手段により前記基板に対して前記加工部が進む進行方向に前記レーザ光を走査し、前記第１の領域内において前記レーザ光の照射位置を前記進行方向に走査する
   ことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記進行方向に前記レーザ光を走査した後、さらに、前記走査手段により、前記第２の方向に前記レーザ光をシフトし、前記進行方向と逆方向に前記レーザ光を走査して、前記進行方向に前記レーザ光を走査したときの前記レーザ光の照射位置と前記第２の方向に隣接する位置において、前記進行方向と逆方向に前記レーザ光の照射位置を走査する
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記走査手段により、前記第１の領域の前記第１の方向の所定の範囲毎に、前記レーザ光の照射位置を前記第２の方向にシフトしながら、前記進行方向または前記進行方向と逆方向に交互に走査し、前記進行方向の順に各範囲の薄膜を剥離する
   ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記レーザ光のビーム径より幅が広く、前記第２の方向に延びる直線状の第２の領域内の薄膜を前記基板から剥離する場合、前記移動手段により前記加工部と前記基板の間の相対位置を前記第２の方向に移動させながら、前記走査手段により前記基板に対して前記加工部が進む進行方向に前記レーザ光を走査し、前記第２の領域内において前記レーザ光の照射位置を前記進行方向に走査する
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
5. 前記基板に入射する前記レーザ光の断面が矩形である
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
6. 前記走査手段は、
   前記レーザ光を前記第１の方向に走査する第１のガルバノメータスキャナと、
   前記レーザ光を前記第２の方向に走査する第２のガルバノメータスキャナと
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
7. 前記レーザ光を発振するレーザ発振手段を
   さらに備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
8. 基板上において第１の方向および前記第１の方向と直交する第２の方向に前記レーザ光を走査する走査手段を含む加工部を備えるレーザ加工装置が、
   前記レーザ光のビーム径より幅が広く、前記第１の方向に延びる直線状の領域内の薄膜を前記基板から剥離する場合、前記移動手段により前記加工部と前記基板の間の相対位置を前記第１の方向に移動させながら、前記走査手段により前記基板に対して前記加工部が進む進行方向に前記レーザ光を走査し、前記領域内において前記レーザ光の照射位置を前記進行方向に走査する
   ことを特徴とするレーザ加工方法。

Images