JP2010142839A - レーザ加工状態検査方法及び装置並びにソーラパネル製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光加工の状態を早期に検出し、それに基づいてレーザ光加工時の条件を早期にフィードバックし、不良発生率を低減できるようにする。
【解決手段】この発明は、レーザ光を照射してワークに加工を施し、その直後にその加工箇所の画像を取得してその画像に基づいて加工状態を検査するようにしたものである。この発明のように、レーザ光加工直後の画像に基づいてレーザ光による加工状態をリアルタイムで認識し、それをフィードバックすることによって、加工条件を最適化して、不良発生率を著しく低減することが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、レーザ光を用いて薄膜等を加工する際の加工状態を検査するレーザ加工状態検査方法及び装置並びにソーラパネル製造方法に係り、特にソーラーパネル作成時に行なわれるレーザスクライブ加工処理時の加工状態を検査するレーザ加工状態検査方法及び装置並びにソーラパネル製造方法に関する。

従来、ソーラパネル製造工程では、透光性基板（ガラス基板）上に金属層、半導体層、透明電極層を順次形成し、形成後の各工程で各層をレーザ光を用いて短冊状に加工してソーラパネルモジュールを完成している。そして、完成後のソーラパネルモジュールに対して発電検査を行なっている。このようにソーラパネル製造工程で発電検査を行なうものについては、特許文献１に記載のようなものが知られている。
特開２００８−０６６４３７号公報

特許文献１に記載のソーラパネル製造工程では、レーザ光による加工を行ってソーラパネルモジュール作成後に、そのソーラパネルモジュールに対して発電検査を行なっている。すなわち、レーザ光による加工の適／不適を不明のまま全ての加工を行い、後工程でレーザ光加工による溶着欠陥（再付着）などの欠陥の有無を検出している。従って、欠陥検出時点が遅くなるために、除去用エアー流量等の制御をリアルタイムに行うことができず、制御遅れによって不良の発生する確率が高くなる傾向にあり、問題となっていた。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、レーザ光加工の状態を早期に検出し、それに基づいてレーザ光加工時の条件を早期にフィードバックし、不良発生率を低減することのできるレーザ加工状態検査方法及び装置並びにソーラパネル製造方法を提供することである。

本発明に係るレーザ加工状態検査方法の特徴は、レーザ光を照射してワークに加工を施し、その直後にその加工箇所の画像を取得してその画像に基づいて加工状態を検査することにある。レーザ光加工直後の画像に基づいてレーザ光による加工状態をリアルタイムで認識し、それをフィードバックすることによって、加工条件を最適化して、不良発生率を著しく低減することが可能となる。

本発明に係るレーザ加工状態検査装置の第１の特徴は、ワークを保持する保持手段と、前記ワークにレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、前記レーザ光照射による加工直後に前記加工箇所の画像を取得し、前記画像に基づいて加工状態を検査する検査手段とを備えたことにある。これは、従来のレーザ加工裝置にレーザ光照射による加工直後の画像を取得して加工状態を検査する検査手段を設け、レーザ光加工時の条件を早期にフィードバックし、不良発生率を低減するようにしたものである。

本発明に係るレーザ加工状態検査装置の第２の特徴は、前記第１の特徴に記載のレーザ加工状態検査装置において、前記レーザ光の照射によってワークから飛び散る飛沫を吸い取る吸引手段であって、ラッパ形状をした吸い込み口に形成された螺旋状の溝によって前記吸い込み口付近に渦流（スクロール流）を発生させることによって前記飛沫を吸い込むように構成された吸引手段を備えたことにある。これは、ラッパ形状の吸い込み口に螺旋状のネジを切ることによって、吸い込み口付近に渦流（スクロール流）を発生させ、吸引力及び吸引流速を向上させて、ワーク表面からの飛沫の飛び散りを有効に除去するようにしたものである。

本発明に係るレーザ加工状態検査装置の第３の特徴は、前記第１又は第２の特徴に記載のレーザ加工状態検査装置において、前記ワークを前記レーザ光照射位置に搬送する際に前記ワーク表面にエアーを吹き付けることによって、前記ワーク表面の粉塵等をパージするエアナイフ手段を備えたことにある。これは、ワークをレーザ加工位置に搬入する際にエアナイフ手段からエアーを吹き付け、ワーク表面に付着している粉塵等をパージし、粉塵等を除去するようにしたものである。

本発明に係るレーザ加工状態検査装置の第４の特徴は、前記第１、第２又は第３の特徴に記載のレーザ加工状態検査装置において、前記レーザ光をワークに照射しながら前記ワーク表面にエアーを吹き付けることによって、前記ワーク表面の粉塵等をパージするエアナイフ手段を備えたことにある。これは、レーザ加工時に相対的に移動するワークの近傍にエアナイフ手段を設け、レーザ加工処理中にワーク表面にエアーを吹き付けて、ワーク表面の粉塵等をパージし、粉塵等を除去するようにしたものである。

本発明に係るソーラパネル製造方法の特徴は、前記レーザ加工状態検査方法又は前記第１から第４までのいずれか１の特徴に記載のレーザ加工状態検査装置を用いて、ソーラパネルを製造することにある。前記レーザ加工状態検査方法又は前記光学フィルム貼付け装置のいずれかを用いて、ソーラパネルを製造するようにしたものである。

本発明によれば、レーザ光加工の状態を早期に検出し、それに基づいてレーザ光加工時の条件を早期にフィードバックし、不良発生率を低減することができるという効果がある。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係るレーザ加工状態検査装置の概略構成を示す図である。このレーザ加工状態検査装置は、ソーラパネル製造装置のレーザ光加工処理（レーザスクライブ）工程において、そのレーザ加工状態を検査するように構成されたものである。

図１のソーラパネル製造装置は、台座１０、ＸＹテーブル２０、レーザ発生装置４０と、光学系部材５０、検出光学系部材６０及び空調室等によって構成されている。空調室は台座１０の上側に形成されるが、ここでは空調室の具体的構成については省略して説明する。台座１０上には台座１０上のＸ軸方向及びＹ軸方向（ＸＹ平面）に沿って駆動制御されるＸＹテーブル２０が設けられている。このＸＹテーブル２０の上側にはレーザ加工の対象となるワーク１が保持されている。また、台座１０の上には光学系部材及び検出光学系部材を保持しながらＹ軸方向にスライド駆動されるスライドフレーム３０が設けられている。なお、スライドフレーム３０によりＹ軸方向の移動量が十分に確保できる場合には、ＸＹテーブル２０は、Ｘ軸方向の移動だけを行なう構成であってもよい。この場合、ＸＹテーブル２０はＸ軸テーブルの構成でもよい。

スライドフレーム３０のベース板３１には、レーザ発生装置４０と光学系部材５０及び検出光学系部材６０が設置されている。光学系部材５０は、ミラーやレンズの組み合わせで構成され、レーザ発生装置４０で発生したレーザ光を４系列に分割してＸＹテーブル２０上のワーク１上に導くものである。なお、レーザ光の分割は４系列に限るものではなく、３系列以下あるいは５系列以上であってもよいし、また、分割がない１系列であってもよい。実際の光学系部材５０は、複雑であるが、説明を簡単にするために図示を簡略化して示している。ＸＹテーブル２０は、Ｘ方向及びＹ方向へ移動制御される。なお、ＸＹテーブル２０の駆動手段としては、ボールネジやリニアモータ等が用いられるが、これらの図示は省略してある。

スライドフレーム３０は、台座１０上の四隅に設けられた移動台に取り付けられている。スライドフレーム３０は、この移動台によってＹ方向へ移動制御される。ベース板３１と移動台との間には除振部材（図示せず）が設けられている。なお、図示していないが、ＸＹテーブル２０は、Ｚ軸を回転軸としてθ方向に回転可能に構成されている。

図２は、図１の光学系部材及び検出光学系部材の構成を示す模式図である。検出光学系部材６０は、検出光照射用レーザ６１、オートフォーカス用フォトダイオード６２及び検査用ＣＣＤアレイセンサ６３から構成されている。オートフォーカス用フォトダイオード６２は、検出光照射用レーザ６１から照射された光の中でワーク１の表面から反射した反射光を受光し、その反射光量に応じて検査用ＣＣＤアレイセンサ６３のワーク１に対する高さ（フォーカス）を調整する。検査用ＣＣＤアレイセンサ６３は、検出光照射用レーザ６１から照射された光の中でワーク１の表面から反射した反射光を受光し、その反射光量に応じた反射光検出信号を図示していない制御装置に出力する。

制御装置は、検査用ＣＣＤアレイセンサ６３からの反射光検出信号に基づいてレーザ発生装置４０で発生したレーザ光によるワーク１の加工状態を検出し、加工不良、加工条件等の問題を分析して、レーザ発生装置４０の出力条件、雰囲気温度等にフィードバックして加工状態を制御する。

図１及び図２のソーラパネル製造装置は、上述のレーザ発生装置４０によってレーザ光を発生させ、これを光学系部材５０でＸＹテーブル２０上に導き、ＸＹテーブル２０上のワーク１にレーザ光を照射し、これと同時にＸＹテーブル２０を移動制御して、ワーク１の表面の薄膜に溝を形成させる。

図３は、この実施の形態に係るソーラパネル製造装置の別の実施例を示す図である。このソーラパネル製造装置は、ワーク１の裏面からレーザ光を照射してワーク表面の薄膜に溝を形成するものである。図３のソーラパネル製造装置が図１のものと異なる点は、台座１０１上にレーザ発生装置４０１と光学系部材５０１を搭載し、ＸＹテーブル２０１、検出光学系６０１及び吸引装置７０１がフレーム３０１の上部に設けられている点である。空調室は台座１０１、フレーム３０１、ＸＹテーブル２０１、検出光学系６０１及び吸引装置７０１などの機器全体を覆うように形成されるが、ここでは空調室の具体的構成については省略して説明する。

ＸＹテーブル２０１は、フレーム３０１上に図示していないフレーム部材を介して取り付けられており、台座２０１のＸＹ平面（Ｘ軸方向（図面横方向）及びＹ軸方向（図面奥行き方向））に平行な面に沿って駆動制御されるように構成されている。このＸＹテーブル２０１の上側にはレーザ加工の対象となるワーク１が保持されている。また、台座１０１上に設けられた光学系部材５０１は台座１０１上でＹ軸方向（図面奥行き方向）にスライド駆動される。

検出光学系部材６０１及び吸引装置７０１は、フレーム３０１上に図示していないフレーム部材を介して取り付けられており、ＸＹテーブル２０１に対して相対的に移動するように構成されている。吸引装置７０１は、真空吸引によりレーザ光加工時にワーク１の表面から飛び散る飛沫を吸い取るものである。通常の吸引装置は、単純にラッパ形状をした吸い込み口を備えたものであるが、この実施の形態に係る吸引装置７０１は、ラッパ形状の側面に螺旋状の溝が切ってある。すなわち、ラッパ形状をした吸い込み口に形成された螺旋状の溝によって吸い込み口付近に渦流（スクロール流）を発生させ、それによって飛沫を吸い込むように構成されている。このように、吸引装置７０１のラッパ形状部分に螺旋状のネジを切ることによって、吸い込み口付近に渦流（スクロール流）を発生させることができ、吸引装置７０１近傍の吸引力及び吸引流速を格段に向上することができ、ワーク１表面からの飛沫の飛び散りを有効に除去することが可能となる。

検出光学系部材６０１は、図２の検出光学系部材６０と同じ構成であり、移動検出光照射用レーザ、オートフォーカス用フォトダイオード及び検査用ＣＣＤアレイセンサから構成されている。オートフォーカス用フォトダイオードは、検出光照射用レーザから照射された光の中でワーク１の表面から反射した反射光を受光し、その反射光量に応じて検査用ＣＣＤアレイセンサのワーク１に対する高さ（フォーカス）を調整する。検査用ＣＣＤアレイセンサは、検出光照射用レーザから照射された光の中でワーク１の表面から反射した反射光を受光し、その反射光量に応じた反射光検出信号を図示していない制御装置に出力する。

光学系部材５０１は、ミラーやレンズの組み合わせで構成され、レーザ発生装置４０１で発生したレーザ光を４系列に分割してＸＹテーブル２０１上のワーク１上に導くものである。なお、レーザ光の分割は４系列に限られるものではなく、３系列以下あるいは５系列以上であってもよいし、また、分割がない１系列であってもよい。実際の光学系部材５０１は、複雑であるが、説明を簡単にするために図示を簡略化して示している。ＸＹテーブル２０１は、Ｘ方向（図面横方向）及びＹ方向（図面奥行き方向）へ移動制御される。なお、ＸＹテーブル２０１の駆動手段としては、ボールネジやリニアモータ等が用いられるが、これらの図示は省略してある。

フレーム３０１は、台座１０１上の四隅に設けられた除振部材８０１〜８０４を介してその上部に設けられている。なお、図示していないが、ＸＹテーブル２０１は、Ｚ軸（図面縦方向）を回転軸としてθ方向に回転可能に構成されている。

制御装置は、検出光学系部材６０１内の検査用ＣＣＤアレイセンサからの反射光検出信号に基づいてレーザ発生装置４０１で発生したレーザ光によるワーク１の加工状態を検出し、加工不良、加工条件等の問題を分析して、レーザ発生装置４０１の出力条件、雰囲気温度等にフィードバックして加工状態を制御する。

図３のソーラパネル製造装置は、上述のレーザ発生装置４０１によってレーザ光を発生させ、これを光学系部材５０１でＸＹテーブル２０１上に導き、ＸＹテーブル２０１上のワーク１の薄膜にレーザ光を照射し、これと同時にＸＹテーブル２０１を移動制御して、ワーク１の表面の薄膜に溝を形成させるものである。このようにソーラパネル製造装置によるレーザスクライブ処理によってワーク１の表面に形成された溝の溝幅や溝同士の距離、パルス抜けによる欠陥、レーザ加工時の薄膜材の飛び散りなどの欠陥を検出することができるので、これらの加工不良、加工条件等の問題を分析して、レーザ発生装置４０１の出力条件、雰囲気温度等にフィードバックしてその加工状態をリアルタイムに制御することができるようになる。また、加工前に検査を行なうことにより、加工前後の比較により加工前の状態に起因する欠陥か否かの判別も可能となる。

図４は、この実施の形態に係るソーラパネル製造装置のさらに別の実施例を示す図である。ソーラパネル製造装置によるレーザスクライブ処理時にはα−Ｓｉ膜のスクライブ痕が発生する。この膜の上記が大気中に飛散し、ワーク１上に付着することがあり、これによってレーザスクライブの不良となる。また、ワーク１表面に付着した種々の粉塵等が存在することによってレーザスクライブ不良が発生する。そこで、図４の実施の形態では、図２のソーラパネル製造装置のワーク１搬入時にエアナイフ装置９１を用いて、ワーク１表面に付着している粉塵等をエアーでパージし、粉塵等を除去するようにした。また、この実施の形態では、レーザ加工時にＸ軸方向（図面横方向）に移動するワーク１の前後にエアナイフ装置９２，９３を設け、レーザスクライブ処理の直前に粉塵等を除去するように構成している。例えば、ワーク１が図中で右側に移動する場合には、その反対側のエアナイフ装置９３からエアーを吹き出すようにし、逆にワーク１が図中で左側に移動する場合には、その反対側のエアナイフ装置９２からエアーを吹き出すようにする。

なお、図４の実施の形態では、エアナイフ装置９２，９３のエアー吹き出し流が交差するようになっているが、エアーの吹き出し流がレーザ加工位置で丁度交差するようにしてもよい。この場合は、ワーク１の移動方向とは無関係にエアナイフ装置９２，９３から常時エアーを吹き出すようにしてもよい。図４に示すようなエアナイフ装置９１〜９３を図３のソーラパネル製造装置に適用してもよい。この場合、エアナイフ装置９２，９３は、吸引装置７０１の両端に設けられることになる。この場合は、エアナイフによってパージされた粉塵等は、吸引装置７０１に吸引されるので、大気中に散乱することなく効率的に粉塵等を除去することが可能となる。また、光学系に対して蒸発した膜が付着することを防止することも可能となる。なお、上述の実施の形態では、エアナイフをワークの片面側に設ける場合について説明したが、両面側に設けてもよい。

上述の実施の形態では、ソーラパネル製造装置を例に説明したが、本発明はＥＬパネル製造装置、ＥＬパネル修正装置、ＦＰＤ修正装置などのレーザ加工を行なう装置にも適用可能である。

本発明の一実施の形態に係るレーザ加工状態検査装置の概略構成を示す図である。 図１の光学系部材及び検出光学系部材の構成を示す模式図である。 この実施の形態に係るソーラパネル製造装置の別の実施例を示す図である。 この実施の形態に係るソーラパネル製造装置のさらに別の実施例を示す図である。

符号の説明

１…ワーク
１０，１０１…台座
２０，２０１…ＸＹテーブル
３０…スライドフレーム
３１…ベース板
３０１…フレーム
４０，４０１…レーザ発生装置
５０，５０１…光学系部材
６０，６０１…検出光学系部材
６１…検出光照射用レーザ
６２…オートフォーカス用フォトダイオード
６３…検査用ＣＣＤアレイセンサ
７０１…吸引装置
８０１〜８０４…除振部材
９１〜９３…エアナイフ装置

Claims (6)

1. レーザ光を照射してワークに加工を施し、その直後にその加工箇所の画像を取得してその画像に基づいて加工状態を検査することを特徴とするレーザ加工状態検査方法。
2. ワークを保持する保持手段と、
   前記ワークにレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、
   前記レーザ光照射による加工直後に前記加工箇所の画像を取得し、前記画像に基づいて加工状態を検査する検査手段と
   を備えたことを特徴とするレーザ加工状態検査装置。
3. 請求項２に記載のレーザ加工状態検査装置において、
   前記レーザ光の照射によってワークから飛び散る飛沫を吸い取る吸引手段であって、ラッパ形状をした吸い込み口に形成された螺旋状の溝によって前記吸い込み口付近に渦流（スクロール流）を発生させることによって前記飛沫を吸い込むように構成された吸引手段を備えたことを特徴とするレーザ加工状態検査装置。
4. 請求項２又は３に記載のレーザ加工状態検査装置において、前記ワークを前記レーザ光照射位置に搬送する際に前記ワーク表面にエアーを吹き付けることによって、前記ワーク表面の粉塵等をパージするエアナイフ手段を備えたことを特徴とするレーザ加工状態検査装置。
5. 請求項２、３又は４に記載のレーザ加工状態検査装置において、前記レーザ光をワークに照射しながら前記ワーク表面にエアーを吹き付けることによって、前記ワーク表面の粉塵等をパージするエアナイフ手段を備えたことを特徴とするレーザ加工状態検査装置。
6. 請求項１に記載のレーザ加工状態検査方法又は請求項２から５までのいずれか１に記載のレーザ加工状態検査装置を用いて、ソーラパネルを製造することを特徴とするソーラパネル製造方法。

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