CN102341211A - 工件的薄膜加工方法及薄膜加工装置 - Google Patents

工件的薄膜加工方法及薄膜加工装置 Download PDF

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Abstract

使激光的照射位置保持固定，并提高加工部分的品质。本发明提供一种工件(101)的薄膜加工装置，该工件已在透明玻璃的表面配置了薄膜，具有：工件下表面支承机构(4)，利用压缩空气在上下方向支承工件(101)；夹持装置(6)，跟踪工件(101)的上下方向的移动而夹持该工件；以及加工头部(A4)，用激光对薄膜进行加工，加工头部(A4)从工件(101)的背面一侧对工件(101)照射激光来对工件(101)的表面一侧的薄膜进行加工，并且，具有喷出致冷剂的喷嘴，加工时，利用喷嘴，从由加工头部(A4)出射的激光入射到薄膜的位置上的薄膜(表面)一侧喷出致冷剂，同时对薄膜进行激光加工。

Description

工件的薄膜加工方法及薄膜加工装置
技术领域
本发明涉及对已在透明玻璃的表面配置了薄膜的工件上的薄膜进行加工的工件的薄膜加工方法及薄膜加工装置。
背景技术
作为在透明玻璃的表面配置有薄膜的产品，已知有譬如太阳能电池。图29是太阳能电池的制造工序的俯视图。在该图中，作为工件101的太阳能电池是在透明的玻璃102上形成多层薄膜层而构成的，当在玻璃102上形成的多层薄膜层在整个面上形成后，周边的薄膜层会被除去。这个被除去的部分称为除去部107。
图30是说明太阳能电池的制造工序的剖视图，其中图(a)表示第1道工序，图(b)表示第2道工序，图(c)表示第3道工序图，图(d)表示末道工序。在太阳能电池的制造工序中，首先如图(a)所示，在透明的玻璃102上配置第1薄膜层(背面电极层)104，然后加工第1直线槽P1，以将薄膜层1041与薄膜层1042绝缘。接着，如图(b)所示，在薄膜层104的上层配置第2薄膜层(吸光层)105，然后加工第2直线槽P2，以将薄膜层1051与薄膜层1052绝缘。接着，如图(c)所示，在薄膜层105的上层配置第3薄膜层(表面电极层)106，然后加工第3直线槽P2，以将薄膜层106的薄膜层1061与薄膜层1062绝缘。第3直线槽P3的深度达到薄膜层104的表面。最后，如图(d)所示，将透明的玻璃102上周边的3层薄膜层104、105、106除去。以下将除去了薄膜层104～106的周边部称为除去部107。除去部107的宽度为10～15mm。另外，在相邻的第1直线槽P1间、第2直线槽P2间、第3直线槽P3间分别设有10～15mm的行间隔，相邻的第1与第2直线槽P1、P2间、以及第2与第3直线槽P2、P3间的间隔分别为100～200μm。即，以100～200μm的间隔配置的第1至第3直线槽P1、P2、P3以10～15mm的间隔形成。
图31是表示以往使用的薄膜加工装置的结构的主要部分立体图。为了避免在工件的加工过程及运输过程中损伤薄膜层，以往的薄膜加工装置是将工件的薄膜层置于上侧，从而从表面一侧对薄膜层进行加工。在该图中，薄膜加工装置具有底座114、X移动机构110以及Y移动机构117。X移动机构110配置在底座114上。X移动机构110具有支承工件的下表面的导向滚柱机构113、以及对工件101的侧面进行保持且受图中未示的驱动装置驱动而沿X方向(与底座114的表面平行且正交的XY平面的一个轴方向)往返移动的导向机构112。导向机构112以工件101的底面为基准而夹住工件101。
在固定于底座114上的支柱115上配置着Y移动机构117。Y移动机构117受图中未示的Y驱动机构驱动而在支柱115上沿所述XY平面上与X方向成直角的另一轴方向、即Y方向作往返移动。在Y移动机构117上配置着加工头118及图中未示的传送光学系统。加工头118受图中未示的Z驱动机构驱动而沿Z方向(与所述XY平面垂直的方向)作往返移动。
在加工所述第1至第3直线槽P1～P3时实施以下工序：
1)利用Y移动机构117将加工头118在Y方向定位。
2)当Y方向的定位结束后，将加工头118在Z方向的高度定位。
3)一边利用移动机构110使工件101沿X方向移动，一边从加工头118照射激光，加工第1至第3直线槽P1～P3。
3-1)对第1薄膜层104照射波长1064nm的激光来进行加工。
3-2)对第2及第3薄膜层105、106照射波长532nm的激光来进行加工。
4)加工了第3直线槽后，用波长1064nm的激光对工件101的周边部进行加工，形成除去部107。
第1至第3直线槽P1～P3以及除去部107分别用专用的加工装置进行加工。为了提高加工效率，直线槽加工装置分别专用化，并排成线状。此时，对第1至第3直线槽P1～P3的加工是使点径D的射束移位一定节距l，并以重叠率〔(D-1)/D〕％来控制加工深度。因而，投入槽底的重叠部的总能量就是重叠数×脉冲能量，在不同场所，投入能量在射束能量的1倍～重叠数倍的范围内作阶段性变化。
专利文献1中记载了这种技术。该发明涉及太阳能电池的制造方法，其目的在于，在利用激光对集成型太阳能电池进行划线加工时，通过将激光的焦点保持固定来实现精确加工，该发明是在绝缘基板上形成电极层，通过对该电极层照射激光来将其分割以形成图案，并在其上层叠光电转换层，再通过对该光电转换层照射激光来将其分割以形成图案，其特征在于，当在所述光电转换层上形成图案时，将所述绝缘基板上的电极层的分割线边缘用作为激光焦点的对准目标，并使所述电极层的分割线与所述光电转换层的分割线重叠。
专利文献1：日本专利申请特开平10-303444号公报。
然而，在用所述以往的薄膜加工装置进行加工时，很难将激光的照射位置保持固定。即，工件101的板厚的公差为±0.5mm，翘曲或变形的公差为±1mm。在使用上述那种以往的装置时，由于工件101被导向滚柱机构113支承着背面一侧，因此工件表面的位置可能在板厚的公差与翘曲或变形的公差之和、亦即±1.5mm的范围内变化。一旦激光的聚光高度偏离设计位置，就变成在散焦状态进行加工，因此点径发生变化。因此有时第1至第3直线槽P1～P3的槽宽不能满足允许值(±10％以下)，或者能量密度不够，导致目标层无法除去而残留。
另外，还会限制激光的脉冲周期(1/脉冲频率)。即，如果脉冲周期短，薄膜或玻璃的热传导会使射束重叠部的温度上升，使槽侧壁容易发生剥离。因此，必须使脉冲周期为0.04ms以上(脉冲频率为25kHz以下)，且由于必须使激光振荡器能获得最大输出的80～120kHz降为所述25kHz以下，因此无法提高激光的输出利用效率。
为此，尝试了从背面一侧进行加工的方法(专利文献1)，但尚未达到实用化程度。之所以未能实用化，是因为不能充分地除去因加工而产生的分解物，而附着于槽内部的分解物会使绝缘电阻下降到50MΩ，不能实现理想的绝缘电阻2000MΩ。
发明内容
为此，本发明要解决的第1个技术问题在于能够使激光的照射位置保持固定，并且将槽宽加工到允许值以下，由此来提高加工部分的品质。
而第2个技术问题在于提高激光的输出利用效率。
为了解决上述问题，本发明第1方案是一种工件的薄膜加工方法，所述工件已在透明玻璃的表面配置了薄膜，其特征在于，利用压缩空气在上下方向支承所述工件，同时在用夹持装置跟踪所述工件的上下方向的移动而夹持工件的状态下，从所述工件的背面一侧照射激光来对所述表面一侧的薄膜进行加工。
第2方案是一种工件的薄膜加工方法，所述工件已在透明玻璃的表面配置了薄膜，其特征在于，一边对加工部分吹出致冷剂一边进行加工。
第3方案是一种工件的薄膜加工装置，所述工件已在透明玻璃的表面配置了薄膜，其特征在于，具有：支承装置，该支承装置利用压缩空气在上下方向支承所述工件；夹持装置，该夹持装置跟踪所述工件的上下方向的移动而夹持该工件；激光照射装置，该激光照射装置用激光对所述薄膜进行加工，所述激光照射装置从所述工件的背面一侧对所述工件照射激光来对所述表面一侧的薄膜进行加工。
第4方案是一种工件的薄膜加工装置，所述工件已在透明玻璃的表面配置了薄膜，其特征在于，具有：吹出致冷剂的喷嘴和用激光对所述薄膜进行加工的激光照射装置，加工时，利用所述喷嘴，从由所述激光照射装置出射的激光入射到所述薄膜的位置上的所述薄膜一侧吹出所述致冷剂。
发明的效果
本发明能够将激光的照射位置保持固定，因此能够将槽宽加工到允许值以下。结果是能够提高加工部分的品质。
另外，由于是从背面一侧对薄膜层进行加工，且在表面一侧吹出制冷剂进行加工，因此即使缩短脉冲周期也能确保绝缘电阻，能够提高激光的输出利用效率。
附图说明
图1是表示本发明实施例涉及的薄膜加工装置的结构的功能方框图。
图2用于说明图1中的薄膜加工装置本体的结构的立体图。
图3是表示图2中的工件下表面支承机构的细节的图。
图4是表示图3所示的工件下表面支承机构的变形例1的图。
图5是表示图3所示的工件下表面支承机构的变形例2的图。
图6是表示图3所示的工件下表面支承机构的变形例3的图。
图7是表示图3所示的工件下表面支承机构的变形例4的图。
图8是表示图2中的工件侧部夹持机构的细节的图。
图9是表示图8所示的工件侧部夹持机构的变形例的图。
图10是表示图2中的工件前端面夹持机构的细节的图。
图11是表示图2中的工件后端面夹持机构的细节的图。
图12是表示本发明实施例中各夹持机构的第1配置示例的俯视图。
图13是表示图12所示的夹持机构的第1配置示例的变形例、亦即第2配置例的俯视图。
图14是表示本发明实施例中各夹持机构的第3配置示例的俯视图。
图15是表示本发明实施例中各夹持机构的第4配置示例的俯视图。
图16是表示本发明实施例中各夹持机构的第5配置示例的俯视图。
图17是表示本发明实施例中各夹持机构的第6配置示例的俯视图。
图18是用于说明本发明实施例涉及的加工直线槽用的第1集尘装置的图。
图19是表示设有图18中第1集尘装置的支柱的主要部分的侧视图。
图20是用于说明本发明实施例涉及的直线槽加工用的第2集尘装置的图。
图21是表示设有图20中第2集尘装置的支柱的主要部分的侧视图。
图22是本发明实施例中在工件周围形成除去部时的第3集尘装置的说明图。
图23是配置在上部集尘腔室的X方向两个侧面上的导向滚柱单元的纵剖视图。
图24是本发明实施例中对中央部进行加工的第4集尘装置的说明图。
图25是表示设有图24中第4集尘装置的支柱的主要部分的侧视图。
图26是表示本发明实施例中光学系统的防尘机构的示意图。
图27表示本发明实施例中光学系统的主要部分的结构的图。
图28表示本发明实施例中利用光学系统的高输出激光来进行工件周围除去加工的结构。
图29是以往实施的太阳能电池制造工序的俯视图。
图30是用于说明以往实施的太阳能电池制造工序的剖视图。
图31是表示以往使用的薄膜加工装置的结构的主要部分立体图。
(符号说明)
1第1X驱动机构
2第2X驱动机构
3连接板
4工件下表面支承机构
5支承框架
6夹持装置
7工件前端面夹持机构
8工件后端面夹持机构
9工件侧面推压机构
101工件
102透明玻璃
A1底座
A2 X移动机构部
A3 Y移动机构部
A4加工头部
A5激光振荡器部
A6支柱
SA薄膜加工装置本体
具体实施方式
本发明在对已在透明玻璃的表面配置了薄膜的工件进行加工时，考虑到加工精度和加工性，利用压缩空气在上下方向支承工件，同时在用夹持装置跟踪所述工件的上下方向的移动而夹持工件的状态下，从所述工件的背面一侧照射激光来对所述表面一侧的薄膜进行加工。以下参照附图说明本发明的实施例。
1.整体结构
图1是表示本发明实施例涉及的薄膜加工装置的结构的功能框图。在该图中，本实施例的薄膜加工装置具有薄膜加工装置本体SA、主控制器SB以及副控制器SC，其中薄膜加工装置本体SA由激光(以下也称为激光束)的XYZ定位机构、加工头、激光振荡器、真空装置以及喷雾发生装置等构成，副控制器SC装有激光控制器、马达驱动器、脉冲整形器驱动器以及电磁驱动器等。主控制器SB及副控制器SC分别具有CPU、ROM及RAM，各CPU将存储在各ROM中的程序在各自的RAM中展开，并将该RAM作为工作区域及数据缓冲器使用，同时进行用所述程序定义的规定控制。
图2是用于说明薄膜加工装置本体的结构的立体图。其中，中央线CL左侧的部分省略图示。在该图中，薄膜加工装置本体SA由：框架结构的底座A1、设置在底座A1上的X移动机构部A2、以与X移动机构部A2正交的方式同样设置在底座A1上的Y移动机构部A3、与设置在Y移动机构部A3上的Z移动机构形成一体的加工头部A4、激光振荡器部A5、以及固定在底座A1上的支柱A6构成。在支柱A6上，设有配置在加工头的上部的集尘机构、位置监视摄像机、以及检测高度的高度检测装置。
X移动机构部A2由：受图中未示的马达驱动而沿X方向自由移动的第1X驱动机构(细节结构省略)1、与第1X驱动机构平行地自由移动的第2X移动机构(细节结构省略)2、以及一对连接板3构成。连接板3的一端固定在第1X驱动机构1上，并且另一端与第2X驱动机构2连接，使第1及第2X驱动机构1、2同时移动。其中，连接板3的与第2X驱动机构2间的连接部只能沿Y方向滑动，从而不会在Y方向对第2X驱动机构2施加过大的力。
另外，在第1及第2X驱动机构1、2上分别设有工件侧部夹持机构6。如后所述，工件侧部夹持机构6在夹持工件101的动作过程中也能在上下方向自由移动(从动)。在第1X机构1上还设有工件前端面夹持机构7以及工件后端面夹持机构8，前者将工件101在前端面定位，后者将工件101在后端面定位，同时能够在非夹持期间避让。另外，在第2X驱动机构2上设有工件侧面推压机构9。
在底座A1上，经过支承框架5而设有工件下表面支承机构4。工件下表面支承机构4具有以非接触方式支承工件101的工件上浮功能和工件吸附功能。在图中中央线CL的省略了图示的那一侧也配置有工件下表面支承机构4。在底座A1的X方向两端部分别配置了一对导向滚柱10。在将工件101沿X方向送到搬入待机位置(夹持位置)时，导向滚柱10限制Y方向的错位。导向滚柱10只在工件101搬入时上升到工件端面高度位置，并且一旦工件101到达夹持位置即下降成为待机状态。支承框架5上设有外径的顶点比支承体46的表面高度还高0.1mm的支承滚柱11，当工件下表面支承机构4不能工作时用该支承滚柱11支承工件101，并且能够通过人力使工件101移动。
2.工件下表面支承机构
2.1.基本结构
工件101在下表面一侧被空气以上浮状态支承。该支承机构就是工件下表面支承机构4。图3表示该工件下表面支承机构4的细节，其中图(a)是主要部分俯视图，图(b)是剖视图。
在该图中，工件下表面支承机构4具有上浮机构41和吸附机构42，两个机构41、42设置在平板状的支承体46上。上浮机构41是平面空气轴承，具有将数十个直径约0.2mm的第1节流孔43配置在多个同心圆上而形成的节流孔列。在各第1节流孔43的背部设置空间部45，从省略图示的空气源经过第1空气通道44向该空间部45供给空气，该空气从所述各第1节流孔43排出。因而，上浮机构41就是利用空气压力的上浮机构(以下称为空气上浮机构)。
采用该空气上浮机构41，当向空间部45供给5kgf/cm2的空气时(箭头D1)，将工件101向箭头D2方向上推，但同时利用与后述的吸附机构42的组合而产生的高速流所产生的静压降低效果，又会使工件101下表面与支承体46表面之间的距离(间隙)g得到修正。譬如，当空气上浮机构41的XY方向间隔是300mm、且将300mm×1100mm大小的厚度为5mm的玻璃作为工件101时，能够确保工件101下表面与支承体46表面间的距离g为0.2～0.3mm。
吸附机构42位于空气上浮机构41的第1节流孔43队列的外周侧，具有形成同心状的圆环形的槽48和第2空气通道47，且与图中未示的真空源连接。在经过第2空气通道47吸引空气时(箭头D3)，能够将工件101吸附(箭头D4)。这样一来，工件101的上浮位置就稳定在从槽48吸引空气产生的吸附力和从节流孔43喷出空气产生的上浮力取得平衡的位置上。譬如，当将第1工件101下表面和支承体46表面间的空气供给通道44与0.3kgf/cm2的负压连接时，能够将工件101从支承体46上浮的距离g保持固定(譬如0.2mm)。并且，能够通过工件下表面支承机构4来对工件弯曲变形±1.0mm进行修正，且将工件表面高度变化控制在±0.05mm的范围内。从而能够实现槽宽均匀的高品质加工。
而之所以能够对工件弯曲变形±1.0mm进行修正并将工件表面高度变化控制在±0.05mm的范围内，是因为从槽48吸引空气产生的吸附力与从节流孔43喷出空气产生的上浮力实现了平衡，并且有促使工件变得平坦的力在发挥作用。另外，利用由与吸附机构42的组合所产生的高速流而带来的静压降低效果，使所述距离g得以稳定地保持。
2.2.变形例1
图4是表示图3所示的工件下表面支承机构4的1个变形例、即变形例1，其中图(a)是主要部分俯视图，图(b)是剖视图。
该变形例1是将图3中的槽48置换成小直径的第2节流孔482队列，与所述第1节流孔43队列成为同心圆状，且配置在该第1节流孔43队列的外周。第2节流孔482队列在支承体46内与槽空间部481连通，而该槽空间部481则与第2空气通道47连通。在本例中，第2节流孔的直径最好是譬如1.5mm左右。由此能够与所述图3同样地使工件101上浮并加以保持。
其它未特别说明的各个部分均与图3所示的工件下表面支承机构4的结构相同并具有同等功能。
2.3.变形例2
图5是表示图3所示的工件下表面支承机构4的变形例2，其中图(a)是主要部分俯视图，图(b)是剖视图。
该变形例2是将图4所示的变形例中的第1及第2空气通道44、47的功能互反。即，在变形例2中，是将第1空气通道44设定在吸气侧，而将第2空气通道47设定在供给侧。在该变形例2中，最好是第2节流孔482的直径约为0.2mm、第1节流孔43的直径约为1.5mm。由此使第2节流孔482用于工件101的上浮，而第1节流孔43则用于工件101的吸附。
使用图3所示的工件下表面支承机构4时，当工件101插入槽48中时，由于槽48的开口面积较大，不能立即得到吸附力，而是在开口闭塞的时刻才得到急剧上升的吸附力。而采用图4及图5所示的变形例1及2的工件下表面支承机构4时，在工件101到达具有吸附功能的节流孔时，随着工件101的位置变化，与工件相向的节流孔的数量增加，因此吸附力渐渐增加。另外，在离开具有吸附能力的节流孔时，吸附力便渐渐减少。这样，与图3所示的例子相比，能够缓和吸附力的变化并使这种变化平均化，能够使工件101移动时的吸附力稳定。
其它未特别说明的各个部分均与图3所示的工件下表面支承机构4的结构相同并具有同等功能。
2.4.变形例3
图6是表示图3所示的工件下表面支承机构4的变形例3，其中图(a)是主要部分俯视图，图(b)是剖视图。
在图3至图5所示的例子中，空气上浮机构41与吸附机构42配置成同心状，但空气上浮机构41与吸附机构42也可做成个别结构且以距离L交替配置。另外，也可如该图那样用圆形的腔室484来代替槽48。
其它未特别说明的各个部分均与图3所示的工件下表面支承机构4的结构相同并具有同等功能。
2.5.变形例4
图7是表示图3所示的工件下表面支承机构4的变形例4，其中图(a)是主要部分俯视图，图(b)是剖视图。
在变形例3中，与图3所示的工件下表面支承机构4同样，腔室484的面积较大，吸附力会发生急剧的变化。为此，如图7所示，将作为吸气口的第3节流孔485队列配置成同心圆状。第3节流孔485队列在支承体46内与槽空间部486连通，而该槽空间部486则与第2空气通道47连通。这样，与变形例3相比，能够缓和急剧的压力变化并使这种变化平均化。
在结合图3至图7说明的基本结构及变形例1-4中的任一种工件下表面支承机构中，都可以根据配置场所来变更向空气上浮机构41供给的空气压力，或是除此之外还变更第1至第3节流孔43、482、485的直径，由此来控制工件101从支承体46表面上浮的距离g。因此，一旦譬如在加工部(中央线CL上)使距离g达到最大，则即使工件101弯曲1mm以上，也几乎不会受到这种弯曲的影响，能够提高加工精度。
3.工件夹持机构
工件101在因空气作用而上浮的状态下被支承成能够沿Z方向自由移动，因此必须在此状态下保持工件。因此在本实施例中，作为工件夹持机构，设有工件侧部夹持机构6、工件前端面夹持机构7以及工件后端面夹持机构8。
3.1.工件侧部夹持机构
3.1.1基本结构
图8是表示工件侧部夹持机构6的细节的图，其中图(a)是俯视图，图(b)是侧视图。
在该图中，工件侧部夹持机构6由上下夹持臂61、62、连杆支承体63、夹持销64、65、连杆66、67、连结板68以及驱动气缸69等构成。
在连结板68上，连杆支承体63与驱动气缸69夹着该连结板68而相互连结。设有在X方向平行的一对连杆支承体63(在图8(a)中上下配置)。在驱动气缸69的输出轴上，夹着连结板68而连结连杆结合金属件611，在连杆结合金属件611的侧面上，一对连杆610被夹持销65保持着而可自由旋转。在一对连杆610的内侧，连杆67和一对L型连杆66被夹持销65保持着而可自由旋转。在连杆67的另一端附近，另一对连杆66被夹持销65保持着而可自由旋转。4个连杆66的中央部被夹持销64支承在连杆支承体63上而可自由旋转。4个连杆66的另一端附近被夹持销65支承在上夹持臂61上而可自由旋转。4个连杆66和连杆67以及上夹持臂61构成连杆机构。从而，一旦使驱动气缸工作从而使连杆结合金属件611向图中左方移动，上夹持臂61即以水平的状态下降。另外，下夹持臂62固定在连杆支承体63上。而由于在上夹持臂61上形成了避让孔614，使上夹持臂61不会干扰夹持销64。
以上说明的工件侧部夹持机构6被支承在保持装置80的内部而可在上下方向自由移动，该保持装置80由沿上下方向贯通上部支承体615、下部支承体616以及连杆支承体63的4根导向轴617构成。支承在下部支承体616上的弹簧618支承着工件侧部夹持机构6。并且，保持装置80在下夹持臂62的工件保持面622进入装置内时在工件101的底面下方0.5mm的位置上被省略图示的支承装置支承在第1移动机构1上。
由于形成以上结构，因此一旦使驱动气缸69工作，上夹持臂61的工件保持面612就以水平状态下降，将工件101推压到下夹持臂62的工件保持面622上。而即使在工件101不向下方移动的情况下，下夹持臂62也能够相对地上升，从而保持工件101。即，即使工件101有变形，也能可靠地保持工件101，并且能够利用弹簧618将上下平衡负载保持在1kg以下，不会使工件101变形。并且，保持在工件侧部夹持机构6上的工件101被保持成在X方向固定、在Z方向可移动的状态。弹簧618具有承受夹持机构6的自重而将施加到工件101上的负载控制在1kg以下的功能。因此，通过以上下方向1kg以下来实现平衡，能够防止过大的力施加到工件101上而发生变形或高度变化。由此可知，包含弹簧618在内的夹持功能能够在上下方向跟踪工件而加以保持。
3.1.2.变形例
图9表示图8所示的工件侧部夹持机构6的变形例，该图(a)是俯视图，图(b)是侧视图。
图9所示的变形例涉及的工件侧部夹持机构6不仅是上夹持臂61，而且下夹持臂62也能利用图8所示的连杆机构实现上下移动。在该变形例中，连杆结合金属件611与对上下连杆66、67进行同步驱动用的连结构件620形成一体，且将驱动气缸69的往返运动传递给上下连杆67。由此能够实现上下夹持臂61、62的夹持及解除夹持的动作。不过，其动作与图8实质上相同，因此对同等的各部分用相同符号来表示，并省略重复的说明。
在该变形例中，下夹持臂62与搬入时的工件101底面间的抵接面的位置能够低于图8的情况。即，可以设置较大的间隙。
3.2.工件前端面夹持机构
图10表示工件前端面夹持机构7的细节，图(a)是主视图，图(b)是侧剖视图。
旋转式的气缸72经过臂转动机构73而使夹持臂71向图中箭头方向转动。并且在点划线所示的夹持臂72′的位置上将工件101的前端面在X方向定位。
3.3.工件后端面夹持机构
图11表示工件后端面夹持机构8的细节，图(a)是主视图，图(b)是侧剖视图。
工件后端面夹持机构8由工件前端面夹持机构7和移动机构81构成，将工件101的后端面在X方向定位，移动机构81上装载工件前端面夹持机构7，使工件前端面夹持机构7沿X方向移动。
3.4.配置
在薄膜加工装置本体SA上，所述各夹持机构不仅可如图2那样配置，还能采用各种配置形式。本实施例中譬如采用以下配置形式。
3.4.1.第1配置例
图12是表示本实施例中各夹持机构的第1配置例的俯视图，与图2对应。不过，空气上浮机构、真空吸附机构等省略图示。
在该图中，加工装置的第1X驱动机构E1、第2X驱动机构E2(当工件尺寸较小时也可以是没有驱动部的从动机构)、E3是滑动机构，E4是包含了箭头方向移动机构的工件侧面夹持机构，E5是包含了箭头方向移动机构的工件侧面定位滚柱机构，E6是包含了箭头方向移动机构的工件侧面加压滚柱机构，E7是包含了箭头方向移动机构的工件前端面定位机构，E8是包含了箭头方向移动机构的工件后端面定位机构。图中双层圆表示加工头A4位置。
第1配置例用于大尺寸的工件(譬如2600mm×2200mm)，工件前端面定位机构E7和工件后端面定位机构E8配置在Y方向中央位置上。
采用这种配置形式时，一旦由侧面夹持机构E4实施的侧面夹持结束，便只有加压滚柱E5避让，而工件侧面加压滚柱机构E6、工件前端面定位机构E7以及工件后端面定位机构E8则在加压状态下进行加工。
3.4.2.第2配置例
图13是表示图12所示夹持机构的第1配置例的变形例、亦即第2配置例的俯视图。
本配置例是将图12中的工件侧面加压滚柱E6替换成工件侧面夹持机构E9，将X驱动机构E2变成从动机构E2’，且去除了工件前端面定位机构E7、工件后端面定位机构E8以及滑动机构E3。其它各部分与图12所示的第1配置例同样结构。
采用上述结构，机构简单，能够稳定地夹持工件，且不易发生夹持不良。
3.4.3.第3配置例
图14是表示夹持机构的第3配置例的俯视图。
第3配置例用于大(中)尺寸(2600mm×2200mm)的工件。在第1X驱动机构E1上设置Y轴方向移动机构，且在其移动部上装载工件侧面夹持机构E4和工件侧面加压滚柱机构E5，以使工件沿XY方向移动。由此，无须移动加工头A4，即可对工件101进行一定范围的加工。另外，在第2X驱动机构E2的上面设置空气上浮吸附机构12，在表面设有用于避免与加压滚柱E6发生干扰的避让槽13，且用连结板14将连接板3的前端部加以连结，即使在加工过程中，也能通过连结板14上的侧面加压滚柱机构E6进行加压。
以上说明的是用于对第1至第3直线槽P1～P3进行加工的装置时的情况，而如果按以下方式配置机构E4～E7，则也可以作为工件周围部分加工装置使用，在除去部加工工序中，这种工件周围部分加工装置利用大输出的波长1064nm的激光从工件101的外周除去10～12mm的周围部分。
3.4.4.第4配置例
图15是表示夹持机构的第4配置例的俯视图。
第4配置例用于大尺寸(2600mm×2200mm)的工件。该配置例是在2个连接板3上经过沿箭头方向移动的机构而设置工件侧面夹持机构E4。用设置在底座上的侧面定位滚柱机构E5及侧面加压滚柱机构E6来进行Y方向的定位，用夹持机构E4夹持，然后使侧面定位滚柱机构E5及侧面加压滚柱机构E6避让以进行加工。一旦对长边一侧的加工完毕，就在中央线CL左侧的位置上以空气上浮的状态使工件转动90°，再对短边一侧进行加工。而一旦对短边侧的加工完毕，就使工件转动90°，使之回到原来的姿势后将其搬出。其它各部分与图12所示的第1配置例同样结构。
在本例中，激光头采用后述图28(a)的结构，能够以两端用1个点、中央用2个点的方式进行加工。
3.4.5.第5配置例
图16是表示夹持机构的第5配置例的俯视图。
第5配置例用于中尺寸(1400mm×1100mm)的工件。在通过滑动机构E3而与从动机构E2’连接的2个连接板3上，经过上下移动机构和前后移动机构而设有所述工件侧面夹持机构E4。其它各部分与图12所示的第1配置例同样结构。
当如本例那样配置时，激光头能够采用后述图28(b)的结构，因此能够同时对两端部进行加工。
3.4.6.第6配置例
图17是表示夹持机构的第6配置例的俯视图。
第6配置例用于中小尺寸(1400mm×1100mm以下)的工件。本例不用第2X驱动机构E2，而是在连接板3的前端部设置平面空气轴承E21，且在平面导向器的表面滑动。并且在第1X驱动机构E1上设置工件后端面定位机构15，并使后部一侧的连接板沿X方向移动，从而即使工件尺寸发生变化也能够对应。其它各部分与图12所示的第1配置例同样结构。
当如本例那样配置时，激光头能够采用后述图28(b)的结构，因此能够同时对两端部进行加工。
4.加工直线槽用的集尘装置
4.1.第1集尘装置示例
图18是用于说明本实施例涉及的加工直线槽用的第1集尘装置(以下称为“集尘装置DC1其中图(a)是俯视图，图(b)是图(a)的I-I线剖视图，图(c)是图(a)的II-II线剖视图。
集尘装置DCI具有集尘腔室16、集尘管道17、喷嘴18、19及空气上浮槽20。多个喷嘴18、19(图中为各3个)在X方向相向配置在集尘腔室16中，集尘腔室16与集尘管道17连接。喷嘴18、19喷出空气、喷雾或液体等致冷剂(此处为水或喷雾状的水，以下称为“致冷剂”)。形成于集尘腔室16的底面(与工件101相向的面)上的空气上浮槽20与图中省略的压缩空气源连接。而且如后所述，集尘装置DC1用预先设定的力对工件101施力。
从空气上浮槽20排出的空气在工件101与集尘装置DC1之间形成空气膜并使集尘装置DC1上浮。工件101在Z方向被施力的结果是，即使工件101有弯曲变形也能得到矫正。由此能够将表面高度变动控制在最小范围内。
另外，在该图(c)中，当使工件101沿着用实线表示的箭头D5方向移动时，从喷出致冷剂的喷嘴18对加工部21喷出致冷剂，而当使工件101沿着用虚线表示的箭头D6方向移动时，就从喷出致冷剂的喷嘴19对加工部22喷出致冷剂。即，对喷嘴进行切换，以使致冷剂向着加工行进方向喷出。结果是，加工过程中产生的分解物被致冷剂冷却而被运送到未加工部，因此只是附着于工件101的表面，加工后通过吹风等方法很容易除去。
图19是表示具有所述集尘装置DC1的支柱A6的主要部分的侧视图。
在该图中，气缸23固定在滑动架24上，该滑动架24可在支柱A6上沿Y方向自由移动。集尘装置DC1固定在气缸23的活塞杆上。活塞杆始终在图中的上方被弹簧25作弹性施力。加工时，气缸23以预先设定的力对集尘装置DC1向工件101的方向施力并矫正工件的弯曲变形。弹簧25用于在向气缸23的供气中断时防止集尘装置DC1下落到工件101上。
而即使工件101弯曲，由于存在从空气上浮槽20向集尘腔室16内部流动的高速气流，因此即使用喷雾或水作为致冷剂，致冷剂也能从集尘管道17得到回收，不会泄漏到集尘腔室16的外部。另外，在将工件101载放于XY工件台上时，可以将气缸23直接固定在支柱A6上。
4.2.第2集尘装置示例
图20是用于说明本实施例涉及的加工直线槽用的第2集尘装置(以下称为“集尘装置DC2”)的图，其中图(a)是俯视图，图(b)是图(a)的I-I线剖视图，图(c)是图(a)的II-II线剖视图。而凡与图18及图19相同的各部分均用相同符号来表示并省略重复说明。
在集尘腔室16的X方向的侧面上支承着可自由旋转的导向滚柱31。导向滚柱31以使集尘腔室16的下表面与工件101表面之间保持间隔(0.5mm左右)的状态在Z方向上定位，并且处于在Y方向不与直线槽P1～P3重叠的位置。
图21是表示具有所述集尘装置DC2的支柱A6的主要部分的侧视图。在该图中，集尘装置DC2在Y方向的长度大致与工件101的宽度相同，因此在图示的例子中，是利用4个气缸23对集尘装置DC2加压。另外，由于集尘装置DC2无须沿Y方向移动，因此气缸23是固定在支柱A6上的。
4.3.第3集尘装置示例
图22是说明在工件周围形成除去部107时的第3集尘装置(以下称为“集尘装置DC3”)的图，其中图(c)是主视图，图(a)是图(c)的I-I线剖视图，图(b)是图(c)的II-II线剖视图。
在该图中，上部集尘腔室(上部腔室)32与集尘腔室16同样，具有多个喷嘴323(图中为3个)，通过通道324供给的致冷剂以预先设定的力从喷嘴323向工件101喷出。喷出的致冷剂通过内腔325而从集尘管道37排出。在底部，除了槽状的空气吹出口326、328和上浮槽20之外，还设有多个圆形的空气吹出口327，利用空气将上部集尘腔室32的内部与外部隔断。而喷嘴323则以喷出口对着Y方向的方式配置在上部集尘腔室32中，且与所述喷嘴18、19同样地喷出致冷剂。如后所述，加工激光束B1入射到工件101后透过而形成激光束b1，在上部集尘腔室32的激光束b1入射的位置上配置了吸收激光束b1的射束缓冲器329。在设置于上部集尘腔室32的X方向两个侧面上的凸缘321上固定着一对直线引导装置的轴承35。另外，在上部集尘腔室32的X方向两个侧面上配置着导向滚柱单元R。图23是该导向滚柱单元R的纵向剖视图。
在图23中，导向滚柱单元R基本上由支架366、内壳体365、滑块361、转轴362以及导向滚柱36构成。支架366固定于集尘腔室16，导向滚柱36与球形花键的滑块361形成一体。转轴362通过轴承364支承在支架366上而可自由旋转，滑块361通过轴承363支承在内壳体365上而可自由旋转。另外，滑块361可相对于转轴362而沿轴向自由移动。另外，内壳体365固定在气缸367的气缸杆上，该气缸367固定在支架366上。
采用以上结构，通过使气缸杆移动，就能够使导向滚柱36沿Y方向移动并定位。此处，预先将导向滚柱36的移动行程设定为比除去部107的加工宽度的1/2更大的做法便于实用。譬如，如果将导向滚柱36置于加工宽度的中央位置后开始加工，且在加工位置到达中央位置的时刻使导向滚柱36移动到比加工结束位置稍靠近身边的位置，则不会发生导向滚柱36损伤工件101的薄膜部的情况。另外，也可以是利用马达来将导向滚柱36(内壳体365)定位在所需的位置上。另外，导向滚柱36以其下端从上部集尘腔室32的下端伸出S1(譬如0.5mm)的方式在Z方向定位。
如图22(b)所示，下部集尘腔室(下部腔室)33呈L字型，且在设置在X方向两个侧面上的凸缘331上固定着与直线引导装置的轴承35卡合的轨道34。并且，下部集尘腔室33通过与上部集尘腔室32组合来覆盖工件101的端部。在下部集尘腔室33的下表面上设有用于使入射的加工激光束B1透过的通孔336，并且在与工件101相向的一侧设有空气上浮槽20。
另外，为了防止致冷剂从通孔336向外部泄漏，设有沿X方向延伸的长矩形空气吹出口332、333。空气吹出口332、333经过通道334与图中省略的压缩空气源连接。在下部集尘腔室33上表面的与空气吹出口327相向的位置上，设有空气吹出口。而下部集尘腔室33以其上端与工件101的下表面间的距离为S2(譬如0.3mm)的方式通过图中省略的结构固定在支柱上，上部集尘腔室32则相对于下部集尘腔室33而在Z方向上下移动。
这里说明图22(b)所示的距离(间隙)S3、S4、S5。距离S3由除去部107的宽度来决定，通常为10～15mm。距离S4则由工件101的板厚度来决定，是工件101的板厚度加上0.2～0.5mm。另外，为了不降低集尘效果，距离S5为0.1mm以下。下部集尘腔室33与集尘管道37连接。对加工用的射束B1，通过图中省略的Z轴机构配合加工部表面来设定点高度。
4.4.第4集尘装置示例
图24是加工中央部的第4集尘装置(以下称为“集尘装置DC4”)的说明图，其中图(a)是俯视图，图(b)是图(a)的I-I线剖视图，图(c)是图(a)的II-II线剖视图。
譬如当工件尺寸是2600×2200mm时，将其一分为四来使用，因此不仅是周边部分，还在中央部分加工十字状的除去部(以下称为“十字除去部”)。十字除去部的除去宽度必须是除去部107的宽度的2倍。在使用图示的集尘装置DC4时，将2个喷嘴18的间隔设定为加工宽度的1/2，从而用2个射束同时在X方向进行加工。这样能够提高加工效率。不过，也可将喷嘴18的喷出方向定为Y方向。另外，如果前后设置导向滚柱，就能更有效地修正工件的变形。
图25是具有所述吸尘装置DC4的支柱A6的主要部分侧视图。图25中的集尘装置DC4装载在大尺寸的工件周围薄膜除去装置上。
不过，在使用集尘装置DC1～4时，在加工结束后只要在排出工序中用干燥机进行干燥即可。
另外，对加工部吹出致冷剂的方法在从薄膜一侧照射激光进行加工时也是有效的。
集尘装置DC1～4是从喷嘴18、19喷出空气、喷雾或液体等致冷剂，而向加工部喷出喷雾或水的理由如下。
即，除去部107(对工件周围进行的薄膜层除去加工)所要求的绝缘电阻为：外加电压DC500V时达到2000MΩ以上。通常，以激光波长1064nm、平均输出300W以上、脉冲频率5～10kHz对工件101进行加工。这时，要求点径400～600μm、能量密度16J/cm2以上。照射的激光使薄膜成分飞散，除去部107瞬间成为真空状态，因此加工成分会在一瞬间飞回并附着在处于熔融状态的表面。而且，分解飞散物的产生量很大，等离子化后的高温分解物在除去部107的周围飞散且在玻璃表面烧结后固化，因此绝缘电阻为约30MΩ以下。然而，一旦向加工部喷出喷雾或水，玻璃表面即被水覆盖，高温的分解飞散物也在到达玻璃表面的时刻降低温度。结果，防止了在玻璃表面的烧结，避免了加工成分在除去部107上烧结的问题。这样就能够满足绝缘电阻2000MΩ以上的要求。另外，还避免了在用连续脉冲将光点重叠进行加工时因射束重叠部分的玻璃温度上升导致的玻璃面裂纹。
5.光学系统
5.1防尘机构
图26是本实施例中光学系统的防尘机构的示意图，箭头方向是工件的移动方向。
在该图中，本实施例的光学系统是利用去静电用的UV灯144从工件101上除去尘埃。被除去的尘埃下落到兼作UV灯144的反射板的集尘管道145上，再被省略图示的集尘装置回收处理。设置在UV灯144的工件移动方向下游的旋转式静电刷142则对工件101背面进行清扫。被静电刷142从工件101除去的尘埃被回收到设置在静电刷142外周部的集尘管道143中，再被省略图示的集尘装置回收处理。
激光束B1被射束定位机构38在XY方向定位，并经过聚光镜(fθ镜)39及反射镜40照射到工件101上。而射束定位机构38则支承在加工头部A4，且能够在Z方向自由定位。吹风机141向着反射镜40的反射面吹出空气。从而，即使从工件101掉下玻璃粉末，也不会停留在反射镜40的反射面上。
在实际加工时，要求生产效率高、加工品质好、加工的可靠性高。而要满足这些要求，重要的是激光特性，如果在可得到最大输出的脉冲频率附近的频率下使用，则输出变动最小，射束模式(能量分布)良好且稳定。另一方面，使用目前的加工直线槽用的激光振荡器时，可得到最大输出的脉冲频率的实际值为80～120kHz。然而，工作台的极限速度为1m/sec，因此当实际加工时采用孔径60μm、射束重叠30～50％时，脉冲频率被限制在25z～40kHz。因此，输出利用效率最大为50％。
5.2.光学系统
为此，本实施例为了提高这种输出利用效率，采用以下的光学系统。图27表示本实施例的光学系统主要部分的结构。
在图27中，在焦点距离f的fθ镜146的入射光瞳位置上配置了第1拐角反射镜147。拐角反射镜147被定位在相对于fθ镜146的光轴成45°角度的位置上。激光束B2与fθ镜146的光轴同轴地入射。在与第1拐角反射镜147间相距的距离I2的位置上，配置2个第2拐角反射镜，这些拐角反射镜使激光束B1、B3与激光束B2间形成角度θ。激光束B1、B2、B3是偏光相同、脉冲照射顺序移位1/F的射束。I1是除去部107上的行间隔(射束点间距离)，I1＝fθ。拐角反射镜148位置上的射束间隔w可以通过w＝12·tanθ求出。
譬如，用焦距f为10mm的fθ镜将射束直径10mm聚光时，得到加工部(除去部)点间隔I1＝10μm所需的角度θ为约5.7度，因此一旦在第2拐角反射镜148位置上所需要的反射镜的有效径为20mm，则射束B2与反射镜148不干扰的反射镜间隔I2就是I2＝200mm。从而，通过将从80～120kHz的射束分支的3个射束引导到1个fθ镜，就能够以工作台速度1m/sec来进行加工，并能够将输出有效利用率提高到100％。
适用于工件周围除去加工的高输出激光为输出500W，脉冲频率为5～6kHz，矩形射束化后的点尺寸为600×600μm，重叠率为30～50％，因此加工速度为1.5～2.4m/s。从而，输出利用效率以工作台速度被决定速率，最大为66％。为了提高输出利用效率，一旦将4个300×300μm的矩形射束并排成宽度2W、加工节距W/2的射束进行加工，就能将工作台速度下降到1/2(50％)，能够使输出利用效率提高到原来的2倍。
图28表示本实施例的光学系统的结构，是利用高输出激光来除去工件周围部分的示例。
在图28中，激光振荡器49射出随机偏光的譬如输出500W的出射束50。出射束50被射束分裂器51分支成能量相同的2个射束。分支后的2个射束被第1偏光射束分离器52分别分支成P波和S波。用偏光射束分裂器52分支后的P波通过根据旋转角来调节P波和S波的比率的1/2λ板53调节比率(能量调节)，并透过第2偏光射束分裂器54而入射到微型透镜阵列方式(或矩形光纤方式)的射束整形器56。入射到射束整形器56的射束的断面被整形成矩形并经过fθ镜57而向除去部107(加工部)供给。而用第2偏光射束分裂器54反射的射束则被废弃到射束挡板55。
图28(a)中的符号58、59、60是两端用1个点、中央用2个点进行加工时的矩形点配置，图28(b)中的符号61、62则是两端分别用2个矩形点进行加工时的矩形点配置。而作为使射束断面成为矩形的方法，也可以是将多个棱镜或多个矩形断面的光纤射出口、或光纤连接器并排配置。
不过，此处说明的是4个射束的情况，而在譬如使用8个射束且使矩形射束形成210×210μm时，工作台速度要下降到35％。另外，以上是对B1～B4个别进行输出调节，但如果是将第1偏光射束分裂器52、1/2λ板53、以及第2偏光射束分裂器54配置在出射束51的位置上进行输出调节，则射束彼此的输出误差会增加，但能够减少偏光射束分裂器和1/2λ板的数量。
如上所述，本实施例具有以下效果：
1)通过采用工件上浮及吸附机构和工件上下位置跟踪方式的工件夹持机构，能够将工件表面的高度变动改善到原来的1/3(±1.5mm～±0.05mm)，能够提高成品率。
2)由于是从背面一侧对薄膜层进行加工，且在表面一侧喷射致冷剂进行加工，因此在第1绝缘层加工和工件周围除去加工过程中，能够实现绝缘电阻2000MΩ以上。结果是能够提高太阳能电池的发电效率和成品率。
3)而且，即使脉冲周期缩短到0.02ms(脉冲频率50kHz)，也能确保绝缘电阻并避免孔入口处的剥离，因此能够实现高速化。
4)与原来相比，能够实现最大30％的省输出加工，因此能够节省能源。
不过，本发明不限于本实施例，还可作各种变形，包含在权利要求范围记载的发明构思中的全部技术事项都成为本发明的对象。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(删除)
2.(删除)
3.(删除)
4.(删除)
5.(修改后)一种工件的薄膜加工装置，所述工件已在透明玻璃的表面配置了薄膜，其特征在于，具有：支承装置，该支承装置利用空气上浮机构和吸附机构在上下方向支承所述工件；夹持装置，该夹持装置跟踪所述工件的上下方向的移动而夹持该工件；激光照射装置，该激光照射装置用激光对所述薄膜进行加工，所述激光照射装置从所述工件的背面一侧对所述工件照射激光，来对所述表面一侧的薄膜进行加工。
6.(删除)
7.如权利要求5所述的工件的薄膜加工装置，其特征在于，还具有喷出致冷剂的喷嘴，加工时，利用所述喷嘴，从由所述激光照射装置出射的激光入射到所述薄膜的位置上的所述薄膜一侧喷出所述致冷剂。
8.(修改后)如权利要求7所述的工件的薄膜加工装置，其特征在于，所述致冷剂是喷雾状的液体、液体及气体中的一种。

Claims (8)

1.一种工件的薄膜加工方法，所述工件已在透明玻璃的表面配置了薄膜，其特征在于，利用压缩空气在上下方向支承所述工件，同时在用夹持装置跟踪所述工件的上下方向的移动而夹持工件的状态下，从所述工件的背面一侧照射激光来对所述表面一侧的薄膜进行加工。
2.一种工件的薄膜加工方法，所述工件已在透明玻璃的表面配置了薄膜，其特征在于，一边对加工部吹出致冷剂一边用激光进行加工。
3.如权利要求1所述的工件的薄膜加工方法，其特征在于，一边对加工部吹出致冷剂一边进行加工。
4.如权利要求2或3所述的工件的薄膜加工方法，其特征在于，所述致冷剂是喷雾状的液体、液体及气体中的一种。
5.一种工件的薄膜加工装置，所述工件已在透明玻璃的表面配置了薄膜，其特征在于，具有：支承装置，该支承装置利用压缩空气在上下方向支承所述工件；夹持装置，该夹持装置跟踪所述工件的上下方向的移动而夹持该工件；激光照射装置，该激光照射装置用激光对所述薄膜进行加工，所述激光照射装置从所述工件的背面一侧对所述工件照射激光来对所述表面一侧的薄膜进行加工。
6.一种工件的薄膜加工装置，所述工件已在透明玻璃的表面配置了薄膜，其特征在于，具有：喷出致冷剂的喷嘴和用激光对所述薄膜进行加工的激光照射装置，加工时，利用所述喷嘴，从由所述激光照射装置出射的激光入射到所述薄膜的位置上的所述薄膜一侧喷出所述致冷剂。
7.如权利要求5所述的工件的薄膜加工装置，其特征在于，还具有喷出致冷剂的喷嘴，加工时，利用所述喷嘴，从由所述激光照射装置出射的激光入射到所述薄膜的位置上的所述薄膜一侧喷出所述致冷剂。
8.如权利要求6或7所述的工件的薄膜加工装置，其特征在于，所述致冷剂是喷雾状的液体、液体及气体中的一种。
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