JP2001168068A - 堆積膜加工装置および加工方法および本方法により加工された堆積膜 - Google Patents

堆積膜加工装置および加工方法および本方法により加工された堆積膜

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JP2001168068A JP35091499A JP35091499A JP2001168068A JP 2001168068 A JP2001168068 A JP 2001168068A JP 35091499 A JP35091499 A JP 35091499A JP 35091499 A JP35091499 A JP 35091499A JP 2001168068 A JP2001168068 A JP 2001168068A
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Toshihito Yoshino
豪人 吉野
Tsutomu Murakami
勉 村上
Yoshifumi Takeyama
祥史 竹山
Koichi Shimizu
孝一 清水
Koji Tsuzuki
幸司 都築
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大面積あるいは可撓性基板に形成した堆積膜
を加工する際に発生するスクライブ溝の位置精度の問題
を解決して、歩留まりの高い堆積膜の加工装置および加
工方法を提供する。 【解決手段】 基板301上に複数の層302,304
が積層してなる堆積膜に対して、下部層302のスクラ
イブ位置303を基準として上部層のスクライブ位置を
決定しながらスクライブ加工を行うことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、堆積膜およびその
加工装置および加工方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、CO2の増加による温室効果で地
球の温暖化が生じることが予測され、CO2を排出しな
いクリーンなエネルギーの要求がますます高まってい
る。CO2を排出しないエネルギー源としては原子力発
電が挙げられるが、放射性廃棄物の問題が解決されてお
らず、より安全性の高いクリーンなエネルギーが望まれ
ている。このような状況下において、クリーンエネルギ
ーの中でも特に太陽電池は、そのクリーンさと安全性と
取扱い易さといった点から非常に注目されている。
【0003】太陽電池の種類としては、結晶系太陽電
池、アモルファス系太陽電池、化合物半導体太陽電池
等、多種にわたる太陽電池が研究開発されている。これ
らの太陽電池の中でもアモルファスシリコン(微結晶を
含む)太陽電池のような薄膜太陽電池は大面積化が容易
で、かつ光吸収係数が大きく、また、Si材料費が少な
く済む等の優れた特徴を有していることから非常に注目
されている。しかしながら、未だ普及するには至ってお
らず、その最大の理由はコストが高い点にある。
【0004】太陽電池のコストを下げる為には、太陽電
池の構成部材自体を削減して材料コストを下げること
と、大量生産が可能な製造技術を開発することによる製
造コストの削減が求められる。
【0005】このような太陽電池のコストダウン要求に
沿って様々な技術開発が行われている。
【0006】こうした太陽電池のコストダウン技術のひ
とつに太陽電池のモノリシック化がある。ここで太陽電
池のモノリシック化について説明する。図2は公知のモ
ノリシック太陽電池の一例の概略図である。このような
モノリシック太陽電池の製造方法としては、まず基板2
00上に絶縁層201を作成する。基板200自体が絶
縁性である場合には絶縁層201は必ずしも設ける必要
はない。次に絶縁層201上に下地電極202を形成
し、素子ごとに下地電極を分離する為の開溝部(以降、
“スクライブ溝”と記す)205を形成する(以降、
“スクライブする”と記す)。次に、光起電力層となる
半導体層203を成膜し、同様にスクライブ溝206を
形成する。この時、スクライブ溝206は開溝部スクラ
イブ溝205と少しずれた状態で形成されている。さら
に、表面電極204を形成し、同様にスクライブ溝20
7をスクライブ溝206からさらにずれた位置に形成す
る。このようにして素子が複数の領域に分離されると同
時に、スクライブ溝206部に表面電極204が充填さ
れた段階で直列接続が完成している。なお、この例にお
いては表面電極204は透明であり、表面側から光入射
することを前提に記述した。
【0007】この方式はスクライブ溝を設けるだけの非
常に簡単な工程で製造ができ、かつ太陽電池の直列化に
際しては直列化のための接続部品等の材料費が必要なく
なるために太陽電池の低コスト化には非常に有効な形態
である。
【0008】このようなモノリシック太陽電池の製造に
おいては、スクライブ溝を形成する為の製造技術が非常
に重要である。スクライブ溝を設ける手段としては、従
来からレーザ光を用いて除去加工を行う方式(いわゆる
レーザースクライブ方式)が種々検討されてきている。
【0009】一方、このようなレーザースクライブ方式
は装置が大掛かりになって設備が高額になってしまうこ
とや、高精度の位置決めが必要であること等の問題があ
り、最近では代替加工方法として微粒子を衝突させるこ
とによって堆積膜除去を行う方法(以降“ブラスト法”
と記す)も注目されている(特開平9−260704号
参照)。
【0010】スクライブ加工にレーザーを用いるにせよ
ブラスト法を用いるにせよ、実際にモノリシック太陽電
池を製作する際に問題となる事項にスクライブ位置の精
度がある。上記説明したように、例えばスクライブ溝2
06をスクライブ溝205からわずかにずらして形成す
る必要がある。両スクライブ溝のずらし量としては、具
体的には数十から100μm程度が好ましい。この数値
はスクライブ溝205およびスクライブ溝206に挟ま
れた領域は非発電領域となってしまうこと、あるいは加
工の容易性などのパラメーターを総合的に判断して定ま
るものである。いずれにせよスクライブ位置を厳密に制
御することが求められる。
【0011】一般に小面積のガラス基板を用いた場合に
は基板の位置精度、平面性の問題等はそれほど大きなも
のではなく、上記スクライブ溝の位置精度の問題は顕著
にはならない。結果としてレーザーをスキャンする治具
の精度等だけで所望の位置にスクライブ溝を形成するこ
とが達成できていた。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年、太陽電
池の大面積化により基板自体の面積が大きくなり、基板
の変形、と記す)を利用した場合には、基板がそもそも
可撓性であるため、反り、あるいは凹凸による浮きなど
の量が無視できなくなってきた。その結果、スクライブ
溝の位置精度の確保が困難となり、太陽電池作製上の歩
留まりが低下してしまうという問題が発生していた。
【0013】また、近年さかんに検討されているロール
状に巻かれた可撓性基板を繰り出しながら連続的に堆積
膜を形成する方法(以降“R to R法”と記す)を
利用した場合には、基板がそもそも可撓性であるため、
反り、変形を起こしやすい。また、可撓性基板をロール
状に釣り下げて搬送するには、たるみを防止するために
バックテンションをかける必要があり、この場合、基板
そのものが伸びてしまう。
【0014】こうした事情から、R to R法の場合
においてもスクライブ溝の位置精度の確保が困難になっ
ていた。
【0015】本発明はこのような上記した基板の大面積
化、あるいは可撓性基板の使用等に起因するスクライブ
溝の位置精度の問題の解決を図ることを目的とするもの
である。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記課題を解
決するために鋭意検討を行った。その結果、大面積ある
いは可撓性基板を使用した際に発生するスクライブ溝の
位置精度の問題の解決を図る具体的な方法を見出し、極
めて量産性の高い堆積膜の加工装置および加工方法を発
明するに至った。
【0017】すなわち本発明の堆積膜加工装置は、基板
上に複数の層が積層してなる堆積膜に対して、下部層の
スクライブ位置を基準として上部層のスクライブ位置を
決定しながらスクライブ加工を行う機能を有することを
特徴とする。
【0018】また本発明の堆積膜加工装置は、基板上の
堆積膜に対して、事前に基板あるいは堆積膜に設けられ
たガイドを基準としてスクライブ位置を決定しながらス
クライブ加工を行う機能を有することを特徴とする。
【0019】本発明の堆積膜加工装置は、さらなる特徴
として、「前記スクライブ手段が少なくともレーザース
クライブを利用している」こと、「レーザーの焦点を調
節しながら前記スクライブ加工を行う」こと、「前記ス
クライブ手段が少なくとも粒子を衝突させる手段を利用
している」こと、「前記堆積膜が太陽電池を構成する膜
の少なくとも一部である」こと、を含むものである。
【0020】本発明の堆積膜加工方法は、基板上に複数
の層が積層してなる堆積膜に対して、下部層のスクライ
ブ位置を基準として上部層のスクライブ位置を決定しな
がらスクライブ加工を行うことを特徴とする。
【0021】また本発明の堆積膜加工方法は、基板上の
堆積膜に対して、事前に基板あるいは堆積膜に設けられ
たガイドを基準としてスクライブ位置を決定しながらス
クライブ加工を行うことを特徴とする。
【0022】本発明の堆積膜加工方法は、さらなる特徴
として、「前記スクライブ手段が少なくともレーザース
クライブを利用している」こと、「レーザーの焦点を調
節しながら前記スクライブ加工を行う」こと、「前記ス
クライブ手段が少なくとも粒子を衝突させる手段を利用
している」こと、「前記堆積膜が太陽電池を構成する膜
の少なくとも一部である」こと、を含むものである。
【0023】本発明の堆積膜は、基板上に複数の層が積
層してなる堆積膜に対して、下部層のスクライブ位置を
基準として上部層のスクライブ位置を決定しながらスク
ライブ加工を行ったことを特徴とする。
【0024】また本発明の堆積膜は、基板上の堆積膜に
対して、事前に基板あるいは堆積膜に設けられたガイド
を基準としてスクライブ位置を決定しながらスクライブ
加工を行ったことを特徴とする。
【0025】本発明の堆積膜は、さらなる特徴として、
「前記スクライブ手段が少なくともレーザースクライブ
を利用している」こと、「前記スクライブ手段が少なく
とも粒子を衝突させる手段を利用している」こと、「前
記堆積膜が太陽電池を構成する膜の少なくとも一部であ
る」こと、を含むものである。
【0026】また本発明の堆積膜加工装置は、可撓性基
板を繰り出しつつ、自動的にレーザーの焦点調節を行い
ながらレーザースクライブを行う機能を有することを特
徴とする。
【0027】また本発明の堆積膜加工方法は、可撓性基
板を繰り出しつつ、自動的にレーザーの焦点調節を行い
ながらレーザースクライブを行うことを特徴とする。
【0028】また本発明の堆積膜は、可撓性基板を繰り
出しつつ、自動的にレーザーの焦点調節を行いながらレ
ーザースクライブを行って加工したことを特徴とする。
【0029】
【発明の実施の形態】以下に本発明の堆積膜加工装置お
よび加工方法を説明する。
【0030】本発明の堆積膜の加工装置および加工方法
の最も基本的な構成を図1を用いながら説明する。図1
は本発明の堆積膜加工装置および加工方法の一例を示す
ダイアグラムである。
【0031】図1において101はセンサーであり、既
に前工程にて加工済の堆積膜のスクライブ溝位置あるい
は事前に設けられたガイド線を検知する。102はスク
ライブ手段であり、レーザーあるいはブラスト等で堆積
膜に新たにスクライブ溝を形成する機構である。スクラ
イブ手段102はスクライブ手段の駆動機構103によ
って移動可能である。104は制御部であり、センサー
101からの信号をもとに、スクライブ手段による新た
なスクライブ位置が常に既に加工済のスクライブ位置に
対して所望の位置になるように駆動機構に命令を与え
る。すなわち、スクライブ加工位置を自動的に制御する
ものである。その結果、新たなスクライブ位置が常に既
に加工済のスクライブ位置に対して一定量ずれた位置と
することが出来る。
【0032】図1で示した本発明の堆積膜加工方法を実
行するための実際の装置の一例を図3に示す。ここでは
新たなスクライブ位置の決定は、既に堆積した層のスク
ライブ位置を基準にするものとして説明する。
【0033】図3において301は基板である。302
は既に前工程にて堆積した堆積膜である(堆積膜302
を以下“下部層”と記す)。下部層302にはスクライ
ブ溝303が既に前工程にて形成されている。更に下部
層302上には堆積膜304が既に形成されている(堆
積膜304を以下“上部層”と記す)。305は上部層
304が下部層のスクライブ溝303上に堆積した場所
(以降単に“下部層のスクライブ溝”と記す)であり、
図に示したようにスクライブ溝303に対応した凹みを
持っている。306は上部層のスクライブ溝であり、今
まさにスクライブ溝306を加工中の場所を拡大して示
している。
【0034】310はセンサーであり下部層のスクライ
ブ溝305位置を検知する機能を有している。センサー
310はどのような方法で前記機能を実現しても良い
が、例えば311に示すように基板側に光を照射してそ
の反射光を検知して下部層のスクライブ溝305を周囲
との明暗差で区別する方法、あるいは溝個所と溝以外の
個所の段差(センサーと堆積膜間の距離がスクライブ溝
のエッジ個所で段差を持つ事を利用する)を検知する方
法等の様々な手段を利用できる。センサー310は支柱
312を介して移動部材316に固定されている。
【0035】313はスクライブ手段であり、具体的に
はレーザーのヘッド、あるいはブラスト処理ヘッド等で
ある。例えばレーザーを用いる場合には314に示すよ
うにレーザーヘッドから基板301側に向けてレーザー
が照射される。スクライブ手段313は支柱315を介
して移動部材316に固定されている。
【0036】移動部材316はセンサー310とスクラ
イブ手段313を同架して両者の位置関係を規定する部
材である。移動部材316はレール317に沿って矢印
のように図上左右方向に移動可能である。更にレール3
17はレール318に沿って矢印のように図上手前奥方
向に移動可能である。
【0037】センサー310、スクライブ手段313に
ついて更に図4を利用して詳細に記す。
【0038】図4において401はセンサー310の検
出部(以降、“センサーヘッド”と記す)である。40
2はスクライブ手段313が例えばレーザーであればレ
ーザーの照射部、ブラストであれば微粒子の噴出部であ
る(以降、“スクライブヘッド”と記す)。支柱315
はネジ403を介して駒404につながっていて、ツマ
ミ405を回転することによりスクライブ手段313を
図中左右方向に移動可能である。すなわち、ツマミ40
5を回転してスクライブ手段313を左右に移動するこ
とで、スクライブヘッド402とセンサーヘッド401
の相対位置関係(図中“L”で表記、またこのずれ量を
以降“オフセット“と記す。)を規定することができ
る。
【0039】次に図3、図4に示す装置および図1のダ
イヤグラムを用いて堆積膜の加工を行う工程を以下に記
す。
【0040】上部層304のスクライブ加工位置の下部
層のスクライブ溝305の位置に対してのずらし量を決
定し、予め図4におけるオフセット量Lを設定してお
く。現在スクライブ加工を実行中であり、移動部材31
6はレール318により図3における奥方向へ移動中で
あるとする。センサー310からの信号は図1における
制御部104に送られる。制御部は常にセンサー310
が下部層のスクライブ溝305をトレースするように、
移動部材316をレール317を利用して図3における
左右方向に移動する。その結果、新たなスクライブ溝3
06は下部層のスクライブ溝305に対して常に一定量
のオフセットを持って作られる。こうしたオフセット量
は堆積膜の目的に応じて定めれば良いが、モノリシック
太陽電池の場合には通常数十μmないし100μmオー
ダーである。
【0041】このように下部層のスクライブ溝305に
対して一定のオフセット量を持って上部層のスクライブ
が実行される。前記例ではスクライブヘッドの進行方向
に対して、センサーがスクライブ手段より先行している
ので制御的にはフィードフォワード的な制御を行ってい
ることになる。もし逆にスクライブヘッドの進行方向に
対して、スクライブ手段がセンサーと同期あるいは先行
しているのであればフィードバック的な制御を行うこと
になる。更に例えば、スクライブ手段の前後にセンサー
を設け、両センサーとも下部層のスクライブ溝をトレー
スする機構を有すると同時に、スクライブ手段を両セン
サーの中間位置に対して所望のオフセット量を持つよう
に制御しても良い。このような方法では下部層のスクラ
イブ溝の蛇行状況がより的確にスクライブ手段の位置決
定に利用可能となるので、上部層のスクライブ位置の精
度がより向上する。
【0042】スクライブ手段がレーザーの場合にはその
焦点においてレーザーの広がりを100μmオーダーと
することが可能なので、上記構成のみで所望するスクラ
イブ溝の幅を比較的容易に達成できる。しかし、ブラス
ト法の場合にはヘッドから噴出した微粒子は基板に到達
するまでに広がってしまう。従って、スクライブ手段が
ブラストの場合にはスクライブ幅を規定するマスク等と
の併用が望ましい。
【0043】ここまでの説明では新たなスクライブ加工
の基準位置を下部層のスクライブ溝としてきた。しか
し、スクライブ加工の位置基準は必ずしも下部層のスク
ライブ溝である必要はない。例えば、事前に基板に溝を
けがく、あるいはスクリーン印刷、エッチング等の方法
で基準線を準備しておき、スクライブ加工は基準線に従
って実施しても良い。勿論、基板ではなく堆積膜自体に
事前に基準線を作成しておいても良い。
【0044】このような加工方法について図5を用いて
説明する。図5において501は基板であり基準線50
2が設けてある。まず基板上に下部層503を堆積した
後にスクライブ加工を行いスクライブ溝504を形成す
る。この時オフセット量としては基準線に対してL’と
する。次に上部層505を堆積した後にスクライブ加工
を行いスクライブ溝506を形成する。この時オフセッ
ト量としては基準線502に対してL”とする。L”を
L’と異なったものとすれば図5に示すように下部層と
上部層で異なった位置にスクライブ溝が形成される。
【0045】先の説明において、センサーとスクライブ
手段を各々用意したが、センサーとスクライブ手段が同
一であっても良い。そのような例を図6を用いて述べ
る。
【0046】図6において601は基板、602は下部
層でありスクライブ溝603が形成されている。また6
04は上部層であり下部層のスクライブ溝に応じて凹み
605が形成されている。610はレーザーであり照射
部611からレーザーが612に示すごとく照射され
る。620はビームスプリッター、621はλ/4板、
622は対物レンズである。レーザー光はビームスプリ
ッター620、λ/4板621、対物レンズ622を通
って基板側に照射され、スクライブが行われる。同時に
基板側からの反射光が対物レンズ622、λ/4板62
1、ビームスプリッター620を経由してセンサー63
0(以降“トラッキングエラー検出センサー”と記す)
に入射する。631はトラッキングエラー検出センサー
630からの信号をもとにトラッキングのための駆動信
号を出す制御部であり、駆動信号はコイル632に与え
られる。633は磁石であり、コイル632に与えられ
る信号に応じて対物レンズ622が移動する。その結
果、レーザーの焦点位置をずらし下部層のスクライブ位
置のトレースが可能となる。
【0047】こうような構成をとればセンサー部とスク
ライブ手段が一体化されるためにヘッドが単純な構成と
なる。一方、このような構成においてはスクライブ位置
を下部層のスクライブ溝に対して大幅にオフセットする
ことが困難になる。従って、センサー部とスクライブ手
段を別とするか一体化するかは目的に応じて最適なもの
を選択する必要がある。
【0048】なお、トラッキングエラーの検出センサー
で用いられる方法としては、例えばスクライブ溝の明暗
を2個のセンサーで分離して測定しスクライブ溝のエッ
ジを知る方法(所謂“プッシュプル法”)などトラッキ
ングサーボ系の技術を広く用いることが可能である。ま
た、トラッキングエラー検出センサーの位置に、更にフ
ォーカスエラー検出センサーを設けると同時に対物レン
ズを基板に対しての距離を変更する手段を追加すれば、
スクライブ溝のエッジ部の焦点を検出しながら常にレー
ザーの焦点が合うように対物レンズを駆動することも可
能となる。レーザーの光束が直径100μmオーダーに
収束する焦点深度は極めて浅いので、このような自動焦
点機構はスクライブの安定化に効果的である。さらに、
このような構成とすることにより、トラッキングと自動
焦点機構をもコンパクトに組み込む事が可能となり、装
置全体の小型化を図る事も可能となる。
【0049】また、レーザー照射部は必ずしも上記構成
である必要はなく、レーザーの発振部を別筐体としてレ
ーザーをファイバーを経由して基板の加工面に照射して
も良い。この場合にはファイバーからレーザーが照射さ
れる部所を駆動機構によって移動することになる。
【0050】次に本発明の堆積膜加工方法をR to
R法と併用して実施する場合を取り上げ、図7を用いて
その方法について記す。図7において700は表面に
(本図においては下面に)堆積膜の形成された可撓性基
板であり、送り出しローラー710から繰り出されて巻
き取りローラー720に巻き取られる。730は基板の
支持体であり、ここでは回転自在な円筒状をしている。
721は巻き取りモーターであり、巻き取りローラー7
20を回転するために用いられる。711はテンション
モーターであり、内蔵するスリップクラッチ等と組み合
わせて基板に所望のバックテンションを発生させること
で、基板のたるみを防止している。740は巻きずれ防
止ローラーであり、懸架装置741を介してモーター7
42につながっている。743は基板巻きずれ検知セン
サーであり、巻きずれ状態を検知してモーター742を
駆動することにより、常に良好な巻き取り状態が維持可
能となっている。750はスクライブヘッド部である。
また、751はスクライブヘッドの(図中左右方向の)
移動機構であり、可撓性基板の長尺方向と平行方向にス
クライブヘッドを移動可能である。同様に752はスク
ライブヘッドの(図中手前奥方向の)移動機構であり、
可撓性基板の長尺方向と垂直方向にヘッド部を移動可能
である。760は基板位置保持手段であり、スクライブ
を行う際に基板を広い面積に亘って基板位置保持手段7
60に密着させて基板のビビリ等の発生を抑えること
で、安定した条件でスクライブ加工を行えるものであ
る。なお、基板位置保持手段760を回転自在な円筒状
としても良い。
【0051】スクライブの際に下部層のスクライブ溝を
トレースするには基本的には、スクライブ方向が基板搬
送方向と平行であれば移動機構752によって、逆にス
クライブ方向が基板搬送方向と垂直であれば移動機構7
51によってスクライブヘッド部750を駆動する。勿
論、両者を組み合わせて用いても良いし、先に記したよ
うにレーザーの対物レンズの駆動機構を用いても良い。
【0052】スクライブによって堆積膜を削り取る厚
み、場所等は目的に応じて適宜選択すれば良い。厚みと
しては、例えばモノリシック太陽電池の場合には堆積膜
の厚みのすべてを削り取ることが必要である。あるいは
目的が表面側を軽く荒らすことであれば表面側のごく一
部(例えば堆積膜の厚みの1/100など)を削り取っ
ても良い。スクライブにより削り取る厚みの実際の制御
は例えばレーザーを用いる場合にはレーザーの種類、波
長、エネルギーなどのパラメーターを、またブラストを
用いる場合には衝突させる微粒子の材質、量、衝突速度
などを最適に設定することで行われる。もちろん、基板
の送り速度などもスクライブ深さ制御のパラメーターで
ある。またスクライブ場所については、堆積膜の目的と
する機能に応じていかなる形にスクライブしても良い
が、太陽電池をモノリシックで作成する際のスクライブ
としては基板の切断面に対して平行あるいは垂直にスク
ライブすることが望ましい。
【0053】以下に、本発明の各構成要素を取り上げて
解説する。
【0054】(レーザー)レーザースクライブにはYA
Gレーザー、CO2レーザー、エキシマレーザー等が使
用できる。モノリシック太陽電池の作成の際にはYAG
レーザーが好適に用いられる。基本波長1.06μmの
ほかに非線型光学素子を併用して得られる第二高調波の
0.53μm、および第三高調波の0.265μmの光
も利用することが出来る。YAGレーザーは連続発振も
できるが、高いピークパワーを得るためにQスイッチパ
ルス発振動作で使用することが多い。Qスイッチパルス
発振の周波数は通常数KHzから数十KHz程度であり
1つのパルスの継続時間は100nsec前後である。
【0055】(ブラスト)ブラストで用いられる材質に
特に限定はない。広くは固体、液体、気体いずれも使用
可能である。その中でも好適な材質として例えばSi
C、アルミナ、ホワイトアルミナ、炭酸カルシウム、ガ
ラスビーズ等の砥粒が用いられる。その粒径に特に制限
はないが、平均粒径0.1〜30μm程度が好適であ
る。他のパラメーター例えば加工時の噴出ノズルと堆積
膜間の距離としては、スクライブする場所の選択性、堆
積模作成装置の機械的な作成容易性などから距離0.1
から10cm程度が好適である。
【0056】(基板)基板は広くはその上に堆積膜の形
成が可能なものであれば何でも良い。モノリシック太陽
電池を作成する場合には平板状ガラス基板が良く用いら
れる。ガラス基板を使う場合には一般的に基板側が太陽
電池の光入射側となるが、かならずしも基板側から光入
射しなくとも良い。その場合には基板としては不透明の
材料、例えば金属でも使用可能である。また、R to
R方式を利用する場合は可撓性基板が用いられ通常ロ
ール状で供給される。この場合、材質はステンレス、N
iメッキ鋼板、亜鉛鋼板、銅、アルミニウム等の金属薄
板あるいはポリイミド、PET等の樹脂薄板などが好適
である。いずれにせよ堆積膜の堆積条件、加工条件など
に耐えうるものを選ぶ必要がある。また、基板の表面
は、鏡面であっても、適度な凹凸が設けられていても構
わない。
【0057】(堆積膜)堆積膜は基板上に形成されてな
んらかの機能を発揮する薄膜であればなんでも良いが、
スクライブ手段が有効に作用する材料でなければならな
い。モノリシック太陽電池を作成する場合には例えば、
電極となるアルミ、銀等の金属、光起電力層となるシリ
コン(結晶シリコン、アモルファスシリコン、微結晶シ
リコンを含む)、化合物半導体、その他の発電可能な材
料、透明電極となるITO等が用いられる。レーザース
クライブの場合、こうした材料の種類によって最適なレ
ーザー種、波長などを選択して用いる必要がある。
【0058】
【実施例】以下実施例により本発明を説明するが、本発
明は実施例により何ら制限されるものではない。
【0059】(実施例1)図1、図3および図4に示し
た本発明の堆積膜加工装置を利用して本発明の堆積膜加
工方法を実施した。以下、図1、図3および図4の解説
の項で示した用語を用いながら説明する。
【0060】基板は15cm角、厚み1mmのガラス基
板を用いた。ガラス基板上にはすでに前工程にて以下に
記す下部層、下部層のスクライブ溝、上部層とが準備さ
れている。その詳細を以下に記す。
【0061】<下部層>1μm厚のアルミ/シリコン
(Al:95%、Si:5%)膜 <下部層のスクライブ溝>下部層に対してYAGレーザ
ーにて10mmピッチで幅50μmのスクライブ溝を作
成。このスクライブ溝作成の際には図1に示したスクラ
イブ位置修正機構を用いず、レーザー照射部の移動レー
ルの機械精度を利用して直線状にスクライブした。
【0062】<上部層>2000Å厚の水素化アモルフ
ァスシリコン膜
【0063】以上の準備のなされた基板を図3に示した
ごとく本堆積膜加工装置に取り付けた。すなわち、基板
が301、下部層が302、下部層のスクライブ溝が3
03、上部層が304である。レーザーはYAGレーザ
ーの第二高調波の0.53μmを用いパルス発振動作で
使用した。
【0064】310のセンサーとしては光学式に距離を
検知し、下部層のスクライブ溝のエッジを認識可能なも
のを用いた。センサーヘッド401とレーザーヘッド4
02とのオフセットはツマミ405を調整して100μ
mとした。
【0065】以上の準備の後にレーザーを発振させ、同
時にレーザー照射部の移動部材316をレール318を
利用して移動開始してスクライブ加工を開始した。この
時、センサー310にて下部層のスクライブ溝を検知し
たうえで、図1に示すスクライブ位置修正ダイアグラム
に基づいて、移動部材316をレール317により移動
しながらスクライブ加工を実施した。移動部材316の
送り速度(すなわちレーザー走査速度)は300mm毎
秒とした。レーザー照射部は10mmピッチでスクライ
ブ溝を作るよう移動を繰り返した。15cm角の基板全
面のスクライブ加工の後にレーザーの発振を止め基板を
取り外した。
【0066】加工の終了した基板から5cm角の正方形
状のサンプルを切り出した。本サンプルを顕微鏡観察し
た。その結果としては、下部層のスクライブ溝と上部層
のスクライブ溝の間隔は略100μmであり間隔は安定
して一定であった。
【0067】(実施例2)基板に0.3mm厚のポリイ
ミドを用いた他は実施例1と全く同様に堆積膜の加工を
実施した。すなわち、本発明の堆積膜加工方法をポリイ
ミド基板の場合に適用したものである。同様にサンプル
を切り出して顕微鏡観察した。その結果としては、下部
層のスクライブ溝と上部層のスクライブ溝の間隔は略1
00μmであり間隔は一定しており、実施例1の結果と
ほとんどそん色のないものであった。
【0068】(比較例1)本発明のスクライブ位置修正
方法を使わない他は実施例1と全く同様に堆積膜の加工
を実施した。すなわち、センサー310からの下部層の
スクライブ溝の位置情報を利用せず、スクライブヘッド
をレール318に沿って機械的に移動するのみであり、
従来の加工方法でスクライブしたものである。
【0069】加工を終えた基板を取り出し、実施例1と
同様にサンプルを切り出して顕微鏡観察した。その結果
としては、下部層のスクライブ溝と上部層のスクライブ
溝の間隔は略100μmであり間隔はほぼ一定していた
が、実施例1の結果に比較するとやや間隔の大小が認め
られる。
【0070】(比較例2)ガラス基板の大きさを60c
m角とした他は比較例1と全く同様に堆積膜の加工を実
施した。すなわち、大面積ガラス基板に対して従来の方
法で加工したものである。同様にサンプルを切り出して
顕微鏡観察した。その結果としては、下部層のスクライ
ブ溝と上部層のスクライブ溝の間隔は平均値としては1
00μmではあるもののバラツキが大きかった。一部に
は下部層と上部層のスクライブ位置が数μm程度まで近
接している個所が認められた。
【0071】(比較例3)基板に0.3mm厚のポリイ
ミドを用いた他は比較例1と全く同様に堆積膜の加工を
実施した。すなわち、従来の堆積膜加工方法をポリイミ
ド基板の場合に適用したものである。同様にサンプルを
切り出して顕微鏡観察した。その結果としては、下部層
のスクライブ溝と上部層のスクライブ溝の間隔はかなり
ばらついていて、一部下部層のスクライブ溝と上部層の
スクライブ溝が交差している個所が認められた。
【0072】以上実施例1ないし比較例3の結果から本
発明の下部層のスクライブ位置を基準として上部層のス
クライブ位置を決定しながらスクライブ加工を行う堆積
膜加工方法は、基板の材質、大小を問わず正確な位置に
スクライブ加工を行うことを可能であることが判明し
た。一方、下部層のスクライブ位置を基準として上部層
のスクライブ位置を決定することを行わない従来の堆積
膜加工方法では、小面積のガラス基板に対しては有効で
あるが、基板が大面積になった時、あるいは基板がガラ
ス以外の材質となった時には正確な位置にスクライブ加
工を行うことが困難であることが判明した。
【0073】(実施例3)本発明の堆積膜加工装置を利
用してブラストによるスクライブ加工を実施した。基本
的には図1、図3に示した装置を用いたが、本実施例で
はブラストによる加工のため、図4に示したスクライブ
ヘッドに変えて図8に示すブラスト用のヘッドを利用し
た。
【0074】図8において図3及び図4と同じ符号を記
した部品についてはすでに図3及び図4で説明した内容
と同じであるので省略し、図8で変更した部品について
説明する。なお、スクライブヘッド402は、ブラスト
で使用する微粒子の噴出口である。
【0075】図8において、801は微粒子の供給管、
802はマスクであり、スクライブ加工をする場所を正
確に規定するためのスリット803を持っている。マス
ク802の上端はできるだけ基板に近い位置としてブラ
ストする微粒子の広がりを抑え、スクライブ溝の輪郭が
はっきりするようにする。
【0076】以上説明した図8のスクライブヘッド、図
3の堆積膜加工装置ならびに図1の加工ダイグラムを用
いて堆積膜のスクライブ加工を行った。加工内容はスク
ライブ手段としてブラストを用いた以外は実施例1に記
したものと全く同一とした。なお、ブラストに用いる砥
粒としては平均粒径が8μmのSiCを用いた。SiC
は5kg/cm2の圧縮空気と混合して噴出口402よ
り噴出させた。
【0077】加工を終えた基板を取り出し、実施例1と
同様にサンプルを切り出して顕微鏡観察した。その結果
としては、下部層のスクライブ溝と上部層のスクライブ
溝の間隔は略100μmであり間隔は一定していた。
【0078】(実施例4)基板上に予め形成したガイド
線を基準としながら本発明の堆積膜加工方法を実施し
た。基板は15cm角、厚み1mmのステンレス基板を
用いた。基板上には図5の502に示した溝を予めけが
いた後に堆積膜503を堆積し、さらにその後に本発明
の堆積膜加工方法を実施した。ただし、本実施例で実施
した範囲は図5における下部層(本実施例での堆積膜相
当)のスクライブ溝504の作成までである。なお、堆
積膜503は1μm厚のアルミとした。
【0079】以上の準備のなされた基板を図3に示した
本堆積膜加工装置に取り付け、図1、図4、図5を用い
てすでに説明した方法にて本発明の堆積膜加工方法を実
施した。以下、図1、図4、図5の説明の際に利用した
用語を用いながら説明する。
【0080】レーザーとしてはYAGレーザーの基本波
1.06μmをパルス発振動作で使用した。センサーと
しては光学式に距離を検知し、基板のガイド線のエッジ
スクライブの位置基準として用いた。センサーのヘッド
とレーザーヘッドとのオフセットは図4におけるツマミ
405を調整して80μmとした。
【0081】以上の準備の後にレーザーを発振させ、同
時に移動部材316をレール317を利用して移動開始
してスクライブ加工を開始した。この時、センサー31
0にて基板のガイド線を検知したうえで、図1に示すス
クライブ位置修正ダイアグラムに基づいて、移動部材3
16をレール317により移動しながらスクライブ加工
を実施した。移動部材316の送り速度(すなわちレー
ザー走査速度)は150mm毎秒とした。レーザー照射
部は10mmピッチでスクライブ溝を作るよう移動を繰
り返した。15cm角の基板全面のスクライブ加工の後
にレーザーの発振を止め基板を取り外した。
【0082】加工の終了した基板から5cm角の正方形
状のサンプルを切り出し、本サンプルを顕微鏡観察し
た。その結果としては、下部層のスクライブ溝と上部層
のスクライブ溝の間隔は略80μmであり間隔は安定し
て一定であった。
【0083】(実施例5)図1、図3、図4、図7に示
した本発明の堆積膜加工装置を用いてモノリシック太陽
電池を作成した。図1、図3、図4、図7の説明の際に
使用した用語を用いて説明する。
【0084】全工程のフローを図9に示す。初めに図9
に従って全行程のアウトラインを説明する。図9中、工
程1)において可撓性金属基板の洗浄を行う。工程2)
において基板上に絶縁層を作成する。工程3)において
太陽電池の下地電極を作成する。工程4)において下地
電極を本発明の堆積膜加工方法にてスクライブする。工
程5)において半導体(光起電力)層を作成する。工程
6)において半導体層を本発明の堆積膜加工方法にてス
クライブする。工程7)において上部(透明)電極を作
成する。工程8)において上部電極を本発明の堆積膜加
工方法にてスクライブする。
【0085】以上の工程はすべてR to R法にて実
施する。各層自体の堆積方法については本発明固有の方
法ではないので詳述はしないが、半導体層については例
えば、米国特許4,400,409号等にて公開された
方法に準じた方法を用い、また下地電極、上部電極の作
成については同様にR to Rにてスパッタを実行す
ることにより作成した。
【0086】以下に実施した上記工程の詳細を記す。可
撓性基板としてはロール状に巻かれた幅350mm、厚
み0.125mmのステンレス基板を用いた。
【0087】工程1)可撓性基板をR to R法で洗
浄した。洗浄液はオーカイト(商標名):(NaOH,
KOH混合)を用いて、洗浄後は純水にて洗浄液を洗い
落とした。その後エアーブローにて乾燥した後に改めて
ロール状に巻き取った。
【0088】工程2)洗浄終了後の可撓性基板上にR
to R方式で絶縁層として酸化シリコン膜を反応性ス
パッタ法を用いて3μm堆積した。膜堆積後は改めてロ
ール状に巻き取った。
【0089】工程3)絶縁膜上に更に下地電極を作成し
た。下地電極はスパッタ法にて3000Å厚のアルミと
した。下地電極作成後は同様にロール状に巻き取る。
【0090】工程4)下地電極をスクライブした。基板
の設置方法、搬送方法等はすでに記述したのでここでは
省略する。スクライブ条件としては、YAGレーザーの
基本波1.06μmをパルス発振動作で使用した。ま
た、基板送り速度は300mm毎分とした。その結果、
下地電極には幅約130μmのスクライブ溝が作成され
た。
【0091】工程5)下地電極をスクライブした後にR
to R法にて可撓性基板上に半導体(光起電力)層
を堆積した。膜自体の作成方法としてはCVD法を用い
た。また、層構成としては下地電極側から順にN型アモ
ルファスシリコン層(200Å)、I型モルファスシリ
コン層(3200Å)、P型モルファスシリコン層(1
10Å)とした。半導体層形成後の可撓性基板は改めて
ロール状に巻き取った。
【0092】工程6)工程4と同様の方法にて半導体層
のスクライブをおこなった。基板送り速度を450mm
毎分とした以外はスクライブの条件は工程4と同様であ
る。半導体層のスクライブ位置は下地電極のスクライブ
位置に対して100μmずれた位置に作成した。また、
スクライブ条件としては、YAGレーザーの第二高調波
の0.53μmを用いパルス発振動作で使用した。半導
体層スクライブ後の基板は巻き取りローラーに巻きとっ
た。
【0093】工程7)スクライブ溝の作成された半導体
層上に更に上部(透明)電極を作成した。上部電極はス
パッタ法で作成したITO膜とした。ITO膜の厚さは
略700Åとした。
【0094】工程8)工程6と同様の方法にて上部電極
のスクライブを行った。基板送り速度を450mm毎分
とした以外はスクライブの条件は工程6と同様である。
上部電極のスクライブ位置は半導体層のスクライブ位置
に対して100μmずれた位置に作成した。また、スク
ライブ条件としては、YAGレーザーの基本波の1.0
6μmを用いパルス発振動作で使用した。上部電極スク
ライブ後の可撓性基板は巻き取りローラーに巻きとっ
た。
【0095】以上で図2に示したようなモノリシック太
陽電池を構成する堆積膜が形成された。
【0096】次に、上記工程で作成した堆積膜を繰り出
して5cm角のサンプルを切り出した。切り出したサン
プルに対して電力取り出し端子を取り付け太陽電池特性
を測定したところ、良好な特性を得られた。
【0097】(実施例6)図1、図6、図7に示した本
発明の堆積膜加工装置を用いて可撓性基板上の堆積膜の
スクライブ加工を行った。すなわち、既に下部層、下部
層のスクライブ溝、上部層の形成された可撓性基板を図
7に示すR to R装置にて繰り出しつつ、図6に示
すレーザーの対物レンズ駆動機構によって自動的にレー
ザーの焦点を合わせながら、上部層のレーザースクライ
ブを行った。
【0098】基板および堆積膜の詳細は以下の通りであ
る。 <可撓性基板>幅350mm、厚み0.125mmのス
テンレス <下部層>1μm厚のアルミ/シリコン(Al:95
%、Si:5%)膜 <下部層のスクライブ溝>下部層に対してYAGレーザ
ーにて幅50μmのスクライブ溝を作成 <上部層>2000Å厚の水素化アモルファスシリコン
【0099】以上の準備のなされた基板を図7に示すR
to R方式の本堆積膜加工装置に取り付けた。レー
ザーはYAGレーザーの第二高調波の0.53μmを用
いパルス発振動作で使用した。以上の準備の後にレーザ
ーを発振させ、同時に可撓性基板の搬送を行ってスクラ
イブ加工を開始した。この時、図6のトラッキングエラ
ー検出センサー630に代えてフォーカスエラー検出セ
ンサーを用い、フォーカスエラー検出センサーにて下部
層のスクライブ溝を検知したうえで、制御部631より
の制御信号にもとずいて対物レンズ622を焦点方向
(図中上下方向)に駆動してレーザーの焦点を一定状態
に保ちながらスクライブを行った。またレーザー走査速
度は300mm毎秒とした。レーザー照射部は10mm
ピッチでスクライブ溝を作るよう移動を繰り返した。3
0分間の基板搬送の後にレーザーの発振を止め基板を取
り外した。
【0100】加工の終了した基板から5cm角の正方形
状のサンプルを切り出して顕微鏡観察を行った。その結
果として、上部層のスクライブ溝幅は略40μmで一定
しており、輪郭がはっきりしていた。
【0101】(比較例4)レーザーの自動焦点調節を行
わない以外は実施例6と全く同様に堆積膜の加工を行っ
た。加工の終了した基板から5cm角の正方形状のサン
プルを切り出して顕微鏡観察を行った。その結果とし
て、上部層のスクライブ溝幅は平均値では略40μmで
あるが一定しておらず輪郭がややはっきりしない個所が
認められた。以上から、実施例6の自動焦点調節を行い
ながらスクライブを行う方法が効果的であることが分か
った。
【0102】
【発明の効果】本発明により、大面積あるいは可撓性基
板を使用した際に発生するスクライブ溝の位置精度の問
題の解決を図る具体的な方法を見出し、歩留まりの高い
堆積膜の加工装置および加工方法が完成した。また、R
to R法で基板を繰り出しつつレーザーの自動焦点
調節を行いながらレーザースクライブを実行することに
よりスクライブ溝の幅が安定し、歩留まりが向上した。
その結果、性能が良好でかつコストの安い堆積膜の量産
が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の堆積膜加工装置および方法の例を示す
ダイアグラムである。
【図2】モノリシック太陽電池の一例の概略図である。
【図3】本発明の堆積膜加工方法を実行するための実際
の装置の一例を示す斜視図である。
【図4】センサー、スクライブ手段および移動部材の詳
細図である。
【図5】スクライブ加工の基準線を予め作ったうえでス
クライブ加工をおこなう状態を説明するための図であ
る。
【図6】センサーとスクライブヘッドが同一であるスク
ライブ手段を示す図である。
【図7】本発明の堆積膜加工方法をロールツーロール方
式と併用して実施する装置を示す斜視図である。
【図8】スクライブ手段としてブラストを用いた場合の
センサー、スクライブ手段および移動部材の詳細図であ
る。
【図9】モノリシック太陽電池を作成する全工程のフロ
ーを示す図である。
【符号の説明】
101 センサー 102 スクライブ手段 103 スクライブ手段の駆動機構 104 制御部 200 基板 201 絶縁層 202 下地電極 203 半導体層 204 表面電極 205 下地電極のスクライブ溝 206 半導体層のスクライブ溝 207 表面電極のスクライブ溝 301 基板 302 堆積膜(下部層) 303 下部層302のスクライブ溝 304 堆積膜(上部層) 305 上部層304が下部層のスクライブ溝303上
に堆積した場所 306 上部層のスクライブ溝 310 センサー 311 基板側に光を照射してその反射光を検知する様
子 312 支柱 313 スクライブ手段 315 支柱 316 移動部材 317,318 レール 401 センサーの検出部 402 レーザー照射部あるいは微粒子の噴出部 403 ネジ 414 駒 415 ツマミ 501 基板 502 基準線 503 下部層 504 スクライブ溝 505 上部層 506 スクライブ溝 601 基板 602 下部層 603 スクライブ溝 604 上部層 605 凹み 610 レーザー 611 レーザー照射部 620 ビームスプリッター 621 λ/4板 622 対物レンズ 630 トラッキングエラー検出センサー 631 制御部 632 コイル 633 磁石 700 可撓性基板 710 送り出しローラー 711 テンションモーター 720 巻き取りローラー 721 巻き取りモーター 730 基板の支持体 740 巻きずれ防止ローラー 741 懸架装置 742 モーター 743 基板巻きずれ検知センサー 750 スクライブヘッド 751,752 スクライブヘッドの移動機構 760 基板位置保持手段 801 微粒子の供給管 802 マスク 803 スリット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹山 祥史 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 清水 孝一 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 都築 幸司 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 Fターム(参考) 4E068 AD00 CA11 DA09 5F051 AA03 AA04 AA05 BA14 BA15 CA22 EA08 EA16 GA05 5H032 AA06 BB06 BB10

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に複数の層が積層してなる堆積膜
    に対して、下部層のスクライブ位置を基準として上部層
    のスクライブ位置を決定しながらスクライブ加工を行う
    機能を有することを特徴とする堆積膜加工装置。
  2. 【請求項2】 基板上の堆積膜に対して、事前に基板あ
    るいは堆積膜に設けられたガイドを基準としてスクライ
    ブ位置を決定しながらスクライブ加工を行う機能を有す
    ることを特徴とする堆積膜加工装置。
  3. 【請求項3】 前記スクライブ手段が少なくともレーザ
    ースクライブを利用していることを特徴とする請求項1
    または2に記載の堆積膜加工装置。
  4. 【請求項4】 レーザーの焦点を調節しながら前記スク
    ライブ加工を行うことを特徴とする請求項3に記載の堆
    積膜加工装置。
  5. 【請求項5】 前記スクライブ手段が少なくとも粒子を
    衝突させる手段を利用していることを特徴とする請求項
    1または2に記載の堆積膜加工装置。
  6. 【請求項6】 前記堆積膜が太陽電池を構成する膜の少
    なくとも一部であることを特徴とする請求項1乃至5の
    いずれかに記載の堆積膜加工装置。
  7. 【請求項7】 基板上に複数の層が積層してなる堆積膜
    に対して、下部層のスクライブ位置を基準として上部層
    のスクライブ位置を決定しながらスクライブ加工を行う
    ことを特徴とする堆積膜加工方法。
  8. 【請求項8】 基板上の堆積膜に対して、事前に基板あ
    るいは堆積膜に設けられたガイドを基準としてスクライ
    ブ位置を決定しながらスクライブ加工を行うことを特徴
    とする堆積膜加工方法。
  9. 【請求項9】 前記スクライブ手段が少なくともレーザ
    ースクライブを利用していることを特徴とする請求項7
    または8に記載の堆積膜加工方法。
  10. 【請求項10】 レーザーの焦点を調節しながら前記ス
    クライブ加工を行うことを特徴とする請求項9に記載の
    堆積膜加工方法。
  11. 【請求項11】 前記スクライブ手段が少なくとも粒子
    を衝突させる手段を利用していることを特徴とする請求
    項7または8に記載の堆積膜加工方法。
  12. 【請求項12】 前記堆積膜が太陽電池を構成する膜の
    少なくとも一部であることを特徴とする請求項7乃至1
    1のいずれかに記載の堆積膜加工方法。
  13. 【請求項13】 基板上に複数の層が積層してなる堆積
    膜に対して、下部層のスクライブ位置を基準として上部
    層のスクライブ位置を決定しながらスクライブ加工を行
    ったことを特徴とする堆積膜。
  14. 【請求項14】 基板上の堆積膜に対して、事前に基板
    あるいは堆積膜に設けられたガイドを基準としてスクラ
    イブ位置を決定しながらスクライブ加工を行ったことを
    特徴とする堆積膜。
  15. 【請求項15】 前記スクライブ手段が少なくともレー
    ザースクライブを利用していることを特徴とする請求項
    13または14に記載の堆積膜。
  16. 【請求項16】 前記スクライブ手段が少なくとも粒子
    を衝突させる手段を利用していることを特徴とする請求
    項13または14に記載の堆積膜。
  17. 【請求項17】 前記堆積膜が太陽電池を構成する膜の
    少なくとも一部であることを特徴とする請求項13乃至
    16のいずれかに記載の堆積膜。
  18. 【請求項18】 可撓性基板を繰り出しつつ、自動的に
    レーザーの焦点調節を行いながらレーザースクライブを
    行う機能を有することを特徴とする堆積膜加工装置。
  19. 【請求項19】 可撓性基板を繰り出しつつ、自動的に
    レーザーの焦点調節を行いながらレーザースクライブを
    行うことを特徴とする堆積膜加工方法。
  20. 【請求項20】 可撓性基板を繰り出しつつ、自動的に
    レーザーの焦点調節を行いながらレーザースクライブを
    行って加工したことを特徴とする堆積膜。
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