JP2011045916A - Laser processing device, apparatus for manufacturing of solar cell panel, solar cell panel, and laser processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板上に形成された薄膜に対してレーザ処理を施すレーザ処理装置、太陽電池パネルの製造装置、太陽電池パネルおよびレーザ処理方法に関するものである。 The present invention relates to a laser processing apparatus that performs laser processing on a thin film formed on a substrate, a solar cell panel manufacturing apparatus, a solar cell panel, and a laser processing method.
太陽電池パネルの一種であるアモルファスシリコン太陽電池パネルは、透明基板上に透明電極層と光電変換層と背面電極層とを薄膜として積層している。透明電極層および背面電極層の薄膜としては、SnO(酸化スズ)等の金属酸化物が用いられ、光電変換層の薄膜としてはアモルファス(非結晶)状態のシリコン(α―Si)が用いられる。各薄膜は、CVD(気相成長法)法等の蒸着法により基板上に順次蒸着されて形成される。一般的な太陽電池パネルは光電変換層を複数のセルに分割した構造を採用しており、各セルを直列接続するようにしている。各セルの段数を変更することにより、太陽電池パネルとしての電圧を任意に設定することが可能になる。 An amorphous silicon solar cell panel, which is a type of solar cell panel, has a transparent electrode layer, a photoelectric conversion layer, and a back electrode layer laminated on a transparent substrate as a thin film. A metal oxide such as SnO (tin oxide) is used as the thin film of the transparent electrode layer and the back electrode layer, and amorphous (non-crystalline) silicon (α-Si) is used as the thin film of the photoelectric conversion layer. Each thin film is formed by being sequentially deposited on a substrate by a vapor deposition method such as a CVD (vapor deposition method). A general solar battery panel employs a structure in which a photoelectric conversion layer is divided into a plurality of cells, and the cells are connected in series. By changing the number of stages of each cell, it is possible to arbitrarily set the voltage as the solar battery panel.
太陽電池パネルを複数のセルに分割するために、各層の薄膜を複数の領域に分割する。このために薄膜をカットして溝部を形成するレーザスクライブ処理(またはレーザエッチング処理)が行われる。レーザスクライブ処理(以下、レーザスクライブ)を行う技術が、例えば特許文献1および特許文献2に開示されている。特許文献1および特許文献2は薄膜により太陽電池パネルを製造する方法に関する技術であり、特許文献1はスペーサを用いることにより下向きに配置される剥離用電極層の下方に空間を形成しており、特許文献2は反り矯正部材を用いて透明基板上に成膜を行っている。
In order to divide the solar cell panel into a plurality of cells, the thin film of each layer is divided into a plurality of regions. For this purpose, a laser scribing process (or laser etching process) is performed in which the thin film is cut to form a groove. Techniques for performing laser scribe processing (hereinafter, laser scribe) are disclosed in, for example, Patent Document 1 and
太陽電池パネルを製造するときに行なわれるレーザスクライブは、形成する溝部に薄膜が残存しないように確実に行わなければならない。この点は、特許文献1および特許文献2の技術でも同様である。薄膜を確実に剥離するためには、薄膜に対してある程度強いエネルギーを作用させなければならない。作用させるエネルギーが不十分である場合には、薄膜の剥離効果が弱くなり、一部に薄膜が残存するためである。従って、レーザ(レーザ光)の発振強度(パワー)はある程度高く設定している。
The laser scribing performed when manufacturing the solar cell panel must be surely performed so that no thin film remains in the groove to be formed. This also applies to the techniques of Patent Document 1 and
発振強度を高く設定してレーザスクライブを行うと、レーザ照射時に剥離された薄膜の材料が塵のような粉体となって上方に向けて飛散し、溝部およびその周囲に落下して付着する。飛散した粉体は薄膜と同じ材料であり、溝部に落下した粉体によりセル間が電気的に導通されるおそれがある。また、溝部の周囲の薄膜に落下した粉体は薄膜と固着ないしは癒着する。これは、剥離した粉体は薄膜と同じ材料であるために、両者の親和性が非常に高いためである。従って、薄膜の表面に固着ないしは癒着した粉体により、本来は高い平面度を有していた薄膜の平面性が失われる。 When laser scribing is performed with the oscillation intensity set high, the thin film material peeled off at the time of laser irradiation becomes powder like dust and scatters upward, and drops and adheres to the groove and its surroundings. The scattered powder is the same material as the thin film, and there is a possibility that the cells are electrically connected by the powder falling in the groove. Further, the powder falling on the thin film around the groove is fixed or adhered to the thin film. This is because the peeled powder is made of the same material as the thin film, so that the affinity between them is very high. Therefore, the flatness of the thin film originally having high flatness is lost due to the powder adhering to or adhered to the surface of the thin film.
従って、レーザスクライブ処理の後には、薄膜が積層された基板の洗浄を行う。前述したように、基板上には複数層の薄膜が積層され、少なくとも透明電極層と背面電極層との2つの電極層およびこれらの電極層の間に設けられる光電変換層の3つの層が基板上に積層される。レーザスクライブは層ごとに行われるため、1つの層のレーザスクライブを行った後には粉体が付着する。従って、粉体を綺麗に除去する洗浄を行った後に新たな薄膜の形成を行わなければならない。このため、レーザスクライブは層ごとに行われ、薄膜の形成と洗浄とが交互に繰り返して行なわれることになる。 Therefore, after the laser scribing process, the substrate on which the thin film is stacked is cleaned. As described above, a plurality of thin films are laminated on a substrate, and at least three electrode layers of a transparent electrode layer and a back electrode layer and a photoelectric conversion layer provided between these electrode layers are formed on the substrate. Laminated on top. Since laser scribing is performed for each layer, powder adheres after laser scribing of one layer. Therefore, a new thin film must be formed after cleaning to cleanly remove the powder. For this reason, laser scribing is performed for each layer, and thin film formation and cleaning are alternately repeated.
剥離時には無数の粉体が生じ、溝部および周囲の薄膜に落下するため、高い洗浄度で洗浄を行う必要がある。しかも、薄膜に落下した粉体は薄膜と癒着ないしは固着するため、簡単には粉体の除去を行うことができず、専用の洗浄液等を用いて強力な洗浄が行われる。従って、1つの層についての洗浄は煩雑な洗浄工程を必要とし、また専用の洗浄液を用いる場合には別途の洗浄機構が必要になる。そして、洗浄は層ごとに行われるため、煩雑な洗浄工程が繰り返し行われることで、生産性が大幅に低下するという問題がある。 An infinite number of powders are generated at the time of peeling and fall into the groove and the surrounding thin film, so that it is necessary to perform cleaning with a high degree of cleaning. In addition, since the powder falling on the thin film adheres to or adheres to the thin film, the powder cannot be easily removed, and powerful cleaning is performed using a dedicated cleaning liquid or the like. Accordingly, the cleaning of one layer requires a complicated cleaning process, and a separate cleaning mechanism is required when a dedicated cleaning solution is used. And since washing | cleaning is performed for every layer, there exists a problem that productivity falls significantly by performing a complicated washing | cleaning process repeatedly.
そこで、本発明は、レーザスクライブ処理により薄膜を加工した後に洗浄を行うときに、粉体の発生の抑制を図ることで、生産性の向上および機構の簡略化を図ることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to improve productivity and simplify a mechanism by suppressing generation of powder when cleaning is performed after processing a thin film by laser scribing.
以上の課題を解決するため、本発明の請求項1のレーザ処理装置は、基板に積層された薄膜に対して照射する変質用レーザとこの変質用レーザが照射した前記薄膜の部位を追従して照射する剥離用レーザとを生成するレーザ手段と、前記レーザ手段と前記基板とを相対的に移動させる相対移動手段と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a laser processing apparatus according to claim 1 of the present invention follows a modification laser that irradiates a thin film laminated on a substrate and a portion of the thin film irradiated by the modification laser. It is characterized by comprising laser means for generating a peeling laser for irradiation, and relative movement means for relatively moving the laser means and the substrate.
このレーザ処理装置によれば、変質用レーザにより薄膜を変質させた後に、剥離用レーザで変質した薄膜を除去している。変質した薄膜は変質用レーザの作用により不安定な状態になっており、剥離用レーザを照射することで変質した薄膜が気化ないしは昇華する。これにより、粉体の発生を大幅に或いは完全に抑制できるようになる。また、ごく僅かな粉体が生じたとしても、生じた粉体は元々の薄膜の材料からは変質しているため、薄膜との親和性は殆どなく、簡単な洗浄で除去できるようになる。 According to this laser processing apparatus, after the thin film is altered by the alteration laser, the altered thin film is removed by the peeling laser. The altered thin film is in an unstable state due to the action of the altering laser, and the altered thin film is vaporized or sublimated by irradiation with the peeling laser. Thereby, generation | occurrence | production of powder can be suppressed significantly or completely. Even if a very small amount of powder is generated, the generated powder is altered from the material of the original thin film, so it has little affinity with the thin film and can be removed by simple cleaning.
本発明の請求項2のレーザ処理装置は、請求項1記載のレーザ処理装置であって、前記レーザ手段は、前記変質用レーザを発振する変質用レーザ光源と、前記剥離用レーザを発振する剥離用レーザ光源と、前記変質用レーザが薄膜を剥離しないように変質させる発振強度に前記変質用レーザ光源を設定し、前記剥離用レーザが変質した薄膜を剥離するような発振強度に設定する発振強度設定手段と、を備えていることを特徴とする。 A laser processing apparatus according to a second aspect of the present invention is the laser processing apparatus according to the first aspect, wherein the laser means includes an alteration laser light source that oscillates the alteration laser and an exfoliation that oscillates the exfoliation laser. The laser light source for oscillation and the oscillation intensity for setting the alteration laser light source to change the oscillation intensity so that the alteration laser does not peel off the thin film, and the oscillation intensity for setting the oscillation intensity to peel off the altered thin film by the peeling laser And setting means.
このレーザ処理装置によれば、変質用レーザ光源と剥離用レーザ光源との2つのレーザ光源を設け、それぞれのレーザ光源の発振強度を設定することにより、変質用レーザと剥離用レーザとが薄膜に作用させるエネルギーを調整することができる。 According to this laser processing apparatus, by providing two laser light sources, a modification laser light source and a peeling laser light source, and setting the oscillation intensity of each laser light source, the alteration laser and the peeling laser are formed into a thin film. The energy to act can be adjusted.
本発明の請求項3のレーザ処理装置は、請求項1記載のレーザ処理装置であって、前記変質用レーザの光路に設けたレンズを移動させる変質用レンズ移動手段と、前記剥離用レーザの光路に設けたレンズを移動させる剥離用レンズ移動手段と、前記変質用レンズ移動手段および前記剥離用レンズ移動手段の移動制御を行うレンズ位置設定手段と、を備えていることを特徴とする。 A laser processing apparatus according to a third aspect of the present invention is the laser processing apparatus according to the first aspect, wherein an alteration lens moving means for moving a lens provided in an optical path of the alteration laser, and an optical path of the peeling laser And a lens position setting means for controlling movement of the alteration lens moving means and the peeling lens moving means.
このレーザ処理装置によれば、変質用レンズと剥離用レンズとの位置を変化させることができる。これにより、変質用レーザと剥離用レーザとの焦点位置を変化させることができ、それぞれのレーザが薄膜に作用させるエネルギーを調整することができるようになる。 According to this laser processing apparatus, the positions of the alteration lens and the peeling lens can be changed. As a result, the focal positions of the alteration laser and the peeling laser can be changed, and the energy that each laser acts on the thin film can be adjusted.
本発明の請求項4のレーザ処理装置は、請求項1記載のレーザ処理装置であって、前記レーザ手段は、レーザを発振するレーザ光源と、前記レーザ光源から発振されたレーザを前記変質用レーザと前記剥離用レーザとに分離させる光分離手段と、前記変質用レーザと前記剥離用レーザとのうち何れか一方の光路を90度変換する光路変換手段と、を備えていることを特徴とする。 A laser processing apparatus according to a fourth aspect of the present invention is the laser processing apparatus according to the first aspect, wherein the laser means includes a laser light source that oscillates a laser and a laser oscillated from the laser light source. And a light separating means for separating the light into the peeling laser, and an optical path changing means for converting one of the optical paths of the alteration laser and the peeling laser by 90 degrees. .
このレーザ処理装置によれば、1つのレーザ光源を用いて、ビームスプリッタにより変質用レーザと剥離用レーザとに分離させている。これにより、レーザ光源の数を削減でき、装置構成の簡略化および小型化を図ることができる。 According to this laser processing apparatus, a single laser light source is used to separate the alteration laser and the peeling laser by the beam splitter. Thereby, the number of laser light sources can be reduced, and the apparatus configuration can be simplified and downsized.
本発明の請求項5の太陽電池パネルの製造装置は、請求項1乃至4何れか1項に記載のレーザ処理装置を備えたことを特徴とする。また、本発明の請求項6の太陽電池パネルは、請求項5記載の太陽電池パネルの製造装置により製造されたことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a solar cell panel manufacturing apparatus comprising the laser processing apparatus according to any one of the first to fourth aspects. According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a solar cell panel manufactured by the solar cell panel manufacturing apparatus according to the fifth aspect.
前述したレーザ処理装置は、太陽電池パネルの製造装置において、基板に積層された薄膜を複数セルに分割するために溝を形成するレーザスクライブ処理に適用することができる。 The laser processing apparatus described above can be applied to a laser scribing process in which a groove is formed to divide a thin film stacked on a substrate into a plurality of cells in a solar cell panel manufacturing apparatus.
本発明の請求項7のレーザ処理方法は、基板に積層された薄膜に対して、この薄膜を剥離しないようにして変質させる変質用レーザを照射し、前記変質用レーザが照射された部位の薄膜に対して、この薄膜を剥離する剥離用レーザを追従して照射させ、前記変質用レーザおよび前記剥離用レーザと前記基板とを相対移動させながら、前記変質用レーザおよび前記剥離用レーザの照射を行うことを特徴とする。 According to the laser processing method of claim 7 of the present invention, a thin film laminated on a substrate is irradiated with a modification laser for altering the thin film without peeling off, and the thin film at a portion irradiated with the modification laser is irradiated. In response to the peeling laser for peeling the thin film, the alteration laser and the peeling laser and the peeling laser are irradiated while the alteration laser and the peeling laser and the substrate are relatively moved. It is characterized by performing.
本発明は、変質用レーザを薄膜に照射して薄膜を変質させた後に、変質した薄膜を剥離用レーザにより剥離させている。薄膜を変質させてから剥離用レーザを照射することで、変質して活性化した薄膜を気化ないしは昇華させることができ、粉体の発生を大幅に減少させることができる。また、ごく僅かな粉体が生じたとしても、粉体は変質した薄膜であり、溝部周辺の薄膜に粉体が落下したとしても、殆ど固着ないしは癒着することがなく、容易に洗浄することが可能になる。 In the present invention, after the thin film is altered by irradiating the thin film with the alteration laser, the altered thin film is peeled off by the peeling laser. By irradiating the peeling laser after the thin film has been altered, the altered and activated thin film can be vaporized or sublimated, and the generation of powder can be greatly reduced. Even if a very small amount of powder is generated, the powder is a deteriorated thin film, and even if the powder falls on the thin film around the groove, it hardly sticks or adheres and can be easily cleaned. It becomes possible.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明のレーザ処理装置が処理する対象となる太陽電池パネル1の一例を示した図である。この太陽電池パネル1は、基板2に3つの薄膜が積層された構成となっている。つまり、基板2の上に透明電極層3、光電変換層4、背面電極層5の順番で薄膜を積層して太陽電池パネル1が構成される。勿論、他の薄膜がさらに積層されているものであってもよい。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an example of a solar cell panel 1 to be processed by the laser processing apparatus of the present invention. This solar cell panel 1 has a configuration in which three thin films are laminated on a
基板2としては透明性のガラス基板が用いられるが、他の素材を用いるものであってもよい。透明電極層3と光電変換層4と背面電極層5とはそれぞれ蒸着材料を蒸着させることにより積層される。蒸着方法としては例えばCVD法等を適用することができる。透明電極層3および背面電極層5の蒸着材料としては、例えばSnO(酸化スズ)やZnO(酸化亜鉛)、ITO(酸化インジウムスズ)等を適用することができる。また、光電変換層4の蒸着材料としては、例えばα―Si(アモルファスシリコン)やGaAs(ガリウムヒ素)、CIS(カルコパイライト)等を適用することができる。
A transparent glass substrate is used as the
図1に示すように、各層にはそれぞれ複数の溝部が形成されており、これにより太陽電池パネル1が複数セルに分割される。透明電極層3には溝部3Aが複数箇所に、光電変換層4には溝部4Aが複数箇所に、背面電極層5には溝部5Aが複数箇所に形成されている。各溝部3A、4A、5Aはそれぞれ図1に示すY方向においてずらした位置に形成しており、これにより各セルを直列的に接続した構成とすることができる。
As shown in FIG. 1, a plurality of grooves are formed in each layer, whereby the solar cell panel 1 is divided into a plurality of cells. The
溝部3Aは基板2に透明電極層3の材料(例えば、SnO)を蒸着した後に形成されるものであり、溝部3Aを形成した後に光電変換層4が透明電極層3に蒸着される。そして、光電変換層4の材料(例えば、α―Si)を蒸着した後に溝部4Aを形成して、その後に背面電極層5を光電変換層4に蒸着する。背面電極層5を蒸着した後に溝部5Aが形成される。
The
図2に、溝部3A、4A、5Aを形成するためレーザ処理装置10の概略構成を示す。図2において、基板2は搭載ステージ11に搭載されている。搭載ステージ11は基板2を保持するステージであり、この搭載ステージ11はステージ移動部12に取り付けられている。ステージ移動部12は図2に示すX方向および図1に示したY方向(X方向に直交する方向)に移動可能に構成されており、例えばリニアモータ手段やボールネジ手段等により2方向に移動可能になっている。ステージ移動部12がX方向およびY方向に移動することにより、搭載ステージ11およびこれに搭載される基板2がX方向およびY方向に移動する。
FIG. 2 shows a schematic configuration of the
ステージ移動部12はレーザ手段としてのレーザ処理装置10と基板2とを相対的に移動させる相対移動手段であり、ここではレーザ処理装置10を固定して基板2を移動させるようにしている。なお、基板2を固定してレーザ処理装置10を移動させるようにしてもよいし、両者を移動してもよい。また、基板2をX方向(またはY方向)に移動させ、レーザ処理装置10をY方向(またはX方向)に移動させるものであってもよい。レーザ処理装置10を移動させる場合には、レーザ処理装置10に移動機構を設けるようにする。なお、図2のX方向は溝部3A、4A、5Aが形成される方向になる。
The
レーザ処理装置10について説明する。レーザ処理装置10はレーザ光源装置21と設定部22と変質用反射プリズム23と変質用レンズ24と剥離用反射プリズム25と剥離用レンズ26とを備えているレーザ手段である。また、変質用レンズ24には変質用レンズ移動機構27が取り付けられ、剥離用レンズ26には剥離用レンズ移動機構28が取り付けられている。
The
レーザ光源装置21は変質用レーザ光源31と剥離用レーザ光源32とを備えており、変質用レーザ光源31は変質用レーザ(変質用のレーザ光)L1を発振し、剥離用レーザ光源32は剥離用レーザ(剥離用のレーザ光)L2を発振する。変質用レーザL1は第1のレーザであり、剥離用レーザは第2のレーザになる。設定部22は、発振強度設定部33とレンズ位置設定部34とを備えて構成している。発振強度設定部33は、変質用レーザ光源31および剥離用レーザ光源32の発振強度(パワー)の制御を行う発振強度設定手段である。発振強度設定部33としては、人手で発振強度を設定してもよく、また変質用レーザL1と剥離用レーザL2とが所定の作用を薄膜に対して及ぼすような発振強度を自動的に設定するものであってもよい。例えば、積層する薄膜の材料を設定することにより、自動的に発振強度を設定するものであってもよい。
The laser
設定部22に設けられるレンズ位置設定部34は変質用レンズ移動機構(第1のレンズ移動手段)27と剥離用レンズ移動機構(第2のレンズ移動手段)28との移動制御を行うレンズ位置設定手段である。ここでは、変質用レンズ移動機構27および剥離用レンズ移動機構28はそれぞれ変質用レンズ24および剥離用レンズ26の移動制御を行うレンズ移動手段であり、各レンズの高さ位置を調整する。これらのレンズ移動機構としては、例えば上下に延在する2本のガイドレールに沿って昇降動作するような機構を用いてもよい。
The lens
変質用レーザ光源31からの変質用レーザL1は基板2と水平な方向に向けて発振される。この変質用レーザL1の光路を基板2に向けるために、変質用反射プリズム23が設けられている。変質用反射プリズム23は光路変換手段であり、変質用レーザL1の光路が90度変換される。従って、変質用レーザ光源31が基板2に向けて(下方に向けて)変質用レーザL1を発振するときには変質用反射プリズム23を設けなくてもよい。
The alteration laser L1 from the alteration
変質用反射プリズム23により光路が変換された変質用レーザL1は、変質用レンズ24に入射する。変質用レンズ24は変質用レーザL1の光路に設けた集光レンズであり、変質用レーザL1の焦点位置を調整する。基本的には、変質用レーザL1の焦点位置は基板2に積層された薄膜の位置となるように、変質用レンズ移動機構27が変質用レンズ24の高さ位置を調整する。勿論、基板2の薄膜の積層数に応じて焦点位置が変化する場合には、変質用レンズ24の高さ位置が調整される。
The alteration laser L 1 whose optical path has been converted by the
剥離用反射プリズム25と剥離用レンズ26と剥離用レンズ移動機構28とは剥離用レーザL2のために設けたものであり、剥離用レーザ光源32から発振された剥離用レーザL2が剥離用反射プリズム25で光路を変換されて、剥離用レンズ26により所定位置に焦点を結ぶ。そして、この焦点位置を調整するために剥離用レンズ移動機構28に剥離用レンズ26を取り付けている。
The
以上が概略構成である。次に、レーザスクライブ処理(以下、レーザスクライブ)について説明する。レーザスクライブを行うときには、レーザ処理装置10から照射される2本のレーザ(変質用レーザL1および剥離用レーザL2)と基板2とを相対的に移動させることにより行う。ここでは、2本のレーザは固定されており、ステージ移動部12がX方向に移動することにより、基板2に積層された薄膜にX方向に延在する溝部が形成される。そして、1本の溝部を形成した後に、ステージ移動部12がY方向に移動し、次の溝部を形成すべく再びステージ移動部12がX方向に移動する。
The above is the schematic configuration. Next, laser scribe processing (hereinafter referred to as laser scribe) will be described. When performing laser scribing, the two lasers (the alteration laser L1 and the peeling laser L2) irradiated from the
ここで、変質用レーザL1および剥離用レーザL2には基板2に積層された薄膜が反応する波長のレーザを用いる。例えば、透明電極層3や背面電極層5の材料としてSnOを適用する場合には、SnOが反応する波長1064nmの変質用レーザL1および剥離用レーザL2を照射する。また、光電変換層4の材料としてα―Siを適用する場合には、α―Siが反応する波長532nmの変質用レーザL1および剥離用レーザL2を照射する。以下では、薄膜として光電変換層4(α―Si)のレーザスクライブを行うものについて説明する。
Here, a laser having a wavelength with which the thin film stacked on the
前述したように、基板2はレーザ処理装置10に対してX方向に移動させている。そして、変質用レーザL1が基板2の移動方向(ステージ移動部12の移動方向)の上流側で照射を行い、剥離用レーザL2が下流側で照射を行うように配置している。このため、変質用レーザL1が最初に薄膜に照射され、この変質用レーザL1が照射した部位を追従するようにして剥離用レーザL2が照射を行う。つまり、変質用レーザL1と剥離用レーザL2とは薄膜の同じ部位に時間差を持たせて照射を行う。これにより、薄膜に溝部が形成される。
As described above, the
図3を用いて、光電変換層4の剥離について説明する。なお、この光電変換層4はα―Siの薄膜であるものとする。従って、変質用レーザL1および剥離用レーザL2はα―Siが反応する波長532nmのレーザを用い、変質用レーザ光源31および剥離用レーザ光源32はそれぞれ当該波長のレーザを発振するような光源を用いる。
The peeling of the photoelectric conversion layer 4 will be described with reference to FIG. The photoelectric conversion layer 4 is an α-Si thin film. Therefore, the alteration laser L1 and the peeling laser L2 use a laser having a wavelength of 532 nm that reacts with α-Si, and the alteration
光電変換層4には最初に変質用レーザL1が照射される。これにより、光電変換層4の材料であるα―Siがレーザに反応する。このとき、変質用レーザL1は光電変換層4を活性化して変質させ、且つ光電変換層4の剥離を行わないエネルギーを作用させるようにする。このために、変質用レーザL1のエネルギーをある程度弱く設定する。この変質用レーザL1の作用により、光電変換層4は剥離されずに元の形状を維持しており、且つ別の材料に変質している。光電変換層4の材質が変化した薄膜を活性化層4Lとする。この活性化層4Lは光電変換層4の材質が変化したものであり、α―Siの光電変換層4は変質用レーザL1の作用により結晶構造が変化しており、p−Si(ポリシリコン)に変化している。そして、活性化層4Lは変質用レーザL1のエネルギーにより活性化しており、この活性化により分子間の結合強度が弱化して、不安定な状態になっている。 The photoelectric conversion layer 4 is first irradiated with the alteration laser L1. Thereby, α-Si which is a material of the photoelectric conversion layer 4 reacts with the laser. At this time, the alteration laser L1 activates and alters the photoelectric conversion layer 4 and applies energy that does not cause the photoelectric conversion layer 4 to peel off. For this purpose, the energy of the alteration laser L1 is set to be somewhat weak. Due to the action of the alteration laser L1, the photoelectric conversion layer 4 maintains its original shape without being peeled off, and has been transformed into another material. The thin film in which the material of the photoelectric conversion layer 4 is changed is referred to as an activation layer 4L. This activation layer 4L is obtained by changing the material of the photoelectric conversion layer 4, and the crystal structure of the α-Si photoelectric conversion layer 4 is changed by the action of the alteration laser L1, and p-Si (polysilicon). Has changed. The activation layer 4L is activated by the energy of the alteration laser L1, and this activation weakens the bond strength between molecules and is in an unstable state.
従って、変質用レーザL1には光電変換層4を変質させ、且つ剥離させないエネルギーを持たせるようにする。そこで、発振強度設定部33は変質用レーザ光源31を以上のような条件を満足する発振強度に設定する。この発振強度は、従来技術のように1回のレーザ照射により剥離するために必要な発振強度よりも低く設定する。
Therefore, the alteration laser L1 is designed to alter the photoelectric conversion layer 4 and to have energy that does not cause separation. Therefore, the oscillation
そして、変質用レーザL1に追従するように活性化層4Lに剥離用レーザL2が照射される。活性化層4Lは変質用レーザL1により活性化しており、不安定な状態になっているが、その形状は変化していない。このため、剥離用レーザL2を照射することで、簡単に気化ないしは昇華する。これにより、活性化層4Lが剥離されて溝部4Aが形成される。このとき、活性化層4Lは気化ないしは昇華するために粉体が生じることがなく、生じたとしてもその量を僅かなものにすることができる。また、変質用レーザL1と剥離用レーザL2との発振強度を最適に設定することにより、粉体の発生を完全になくすることもできる。つまり、活性化層4Lが最大限に活性化するように変質用レーザL1の発振強度を設定すれば、剥離用レーザL2を照射したときに粉体を生じないようにすることができる。
The activation layer 4L is irradiated with the peeling laser L2 so as to follow the alteration laser L1. The activation layer 4L is activated by the alteration laser L1 and is in an unstable state, but its shape is not changed. For this reason, it is easily vaporized or sublimated by irradiating the peeling laser L2. Thereby, the activation layer 4L is peeled off to form the
また、剥離用レーザL2を照射したときに僅かな粉体が生じたとしても、その粉体は活性化層4Lに剥離用レーザL2を照射することにより生じたものになる。従って、その材料はα―Siではなくp−Siになる。従って、飛散および落下する粉体はp−Siになっており、光電変換層4の材料であるα―Siとは別の材料であるため、癒着ないしは固着することがない。このため、粉体は光電変換層4に乗っているだけの状態になり、簡単に洗浄を行うことにより粉体は綺麗に除去されるようになる。つまり、洗浄液等を用いた別途の洗浄機構を用いることなく、簡単な洗浄で粉体の除去を行えるため、洗浄機構が不要になるという効果を奏する。 Even if a slight amount of powder is generated when the peeling laser L2 is irradiated, the powder is generated by irradiating the activation layer 4L with the peeling laser L2. Accordingly, the material is not α-Si but p-Si. Therefore, the powder that scatters and falls is p-Si, which is a material different from α-Si, which is the material of the photoelectric conversion layer 4, and therefore does not adhere or adhere. For this reason, the powder is only on the photoelectric conversion layer 4, and the powder can be removed cleanly by simple cleaning. That is, since the powder can be removed by simple cleaning without using a separate cleaning mechanism using a cleaning liquid or the like, there is an effect that the cleaning mechanism becomes unnecessary.
剥離用レーザL2の発振強度は、変質用レーザL1よりは大きい発振強度に設定する。薄膜を変質させるために必要なエネルギーよりは変質した薄膜を剥離するエネルギーの方が大きくなるためである。また、1回のレーザ照射により薄膜の剥離を行う場合(従来技術の場合)の発振強度よりも剥離用レーザL2の発振強度を低く設定することが望ましい。剥離用レーザL2の発振強度を高く設定すると、気化ないしは昇華するはずの活性化層4Lが粉体となって広範囲に飛散する可能性があるためである。 The oscillation intensity of the peeling laser L2 is set to be higher than that of the alteration laser L1. This is because the energy for peeling the altered thin film is greater than the energy required for altering the thin film. Further, it is desirable to set the oscillation intensity of the peeling laser L2 to be lower than the oscillation intensity when the thin film is peeled off by one laser irradiation (in the case of the prior art). This is because if the oscillation intensity of the peeling laser L2 is set high, the activated layer 4L that should vaporize or sublimate may be powdered and scattered over a wide range.
このため、発振強度設定部33は変質用レーザL1よりも剥離用レーザL2の発振強度が高くなるように変質用レーザ光源31および剥離用レーザ光源32の出力制御を行う。例えば、変質用レーザL1と剥離用レーザL2との発振強度が1:2或いは1:3となるように、各レーザ光源の設定を行う。
Therefore, the oscillation
以上のような剥離用レーザL2のエネルギーに調整すべく、発振強度設定部33は剥離用レーザ光源32の発振強度を設定する。つまり、剥離用レーザL2が変質した薄膜である活性化層4Lを気化ないしは昇華させるような発振強度に設定することにより、粉体を生じることなく、或いは生じたとしても僅かな量にすることができる。
In order to adjust the energy of the peeling laser L2 as described above, the oscillation
従って、レーザ処理装置10が基板2に積層された薄膜を変質させるような変質用レーザL1を薄膜に照射し、この変質用レーザL1に追従するようにして変質した薄膜を剥離するような剥離用レーザL2を照射することで、粉体が生じることなく或いは生じたとしても粉体の量を大幅に減少させて、薄膜の剥離を行うことができる。しかも、粉体が生じたとしても、粉体は既に薄膜とは異なる材料に変質しているため、簡単な洗浄で容易に除去することができる。
Therefore, the
次に、図2に戻って、変質用レーザL1および剥離用レーザL2の焦点位置を変化させた場合について説明する。変質用レーザL1の光路には変質用レンズ24が設けられており、剥離用レーザL2の光路には剥離用レンズ26が設けられている。これらのレンズにより各レーザは薄膜に焦点を結び、薄膜に対して変質させる作用および剥離する作用を及ぼす。前述した説明では、薄膜に対して作用させるエネルギーをコントロールするために、変質用レーザL1および剥離用レーザL2の発振強度を設定していたが、焦点位置を変化させることによっても薄膜に対して作用させるエネルギーをコントロールすることも可能である。
Next, returning to FIG. 2, the case where the focal positions of the alteration laser L1 and the peeling laser L2 are changed will be described. An
例えば、変質用レーザ光源31および剥離用レーザ光源32のレーザの発振強度を1回のレーザ照射により薄膜の剥離を行うための発振強度に設定した場合、変質用レンズ24および剥離用レンズ26を昇降動作させる制御を行うことにより、レーザの焦点位置をずらすことができる。ここでは、上方に設けたレーザ処理装置10から下方に設けた基板2に積層されている薄膜に対してレーザを照射しているため、各レンズを昇降制御しているが、要はレンズと薄膜との間の間隔を調整するものであればよい。例えば、レンズと基板2とが水平方向に並列的に配置されている場合には、レンズを水平方向に移動させる制御を行うことにより、焦点位置の調整を行う。
For example, when the laser oscillation intensity of the alteration
レンズと薄膜との間隔を変化させれば、焦点位置が変化する。従って、発振強度が高い変質用レーザL1、剥離用レーザL2が発振された場合には、レンズ位置設定部34が変質用レンズ移動機構27および剥離用レンズ移動機構28の高さ位置を変化させる制御を行う。これにより、変質用レンズ24および剥離用レンズ26と基板2に積層された薄膜との間隔が変化するため、薄膜に対して焦点位置にずれを生じる。このため、変質用レーザL1および剥離用レーザL2が薄膜に対して作用させるエネルギーを調整することが可能になる。
If the distance between the lens and the thin film is changed, the focal position changes. Therefore, when the alteration laser L1 and the peeling laser L2 having high oscillation intensity are oscillated, the lens
そこで、図2に示すように、レンズ位置設定部34は発振強度設定部33から変質用レーザ光源31および剥離用レーザ光源32の発振強度の値を入力して、入力した発振強度に基づいて、変質用レンズ移動機構27および剥離用レンズ移動機構28を制御して、各レンズの高さ位置を調整する。
Therefore, as shown in FIG. 2, the lens
従って、各レーザの発振強度だけではなく、焦点位置を変化させることでも、変質用レーザL1および剥離用レーザL2が薄膜に対して作用させるエネルギーの制御を行うことができる。また、発振強度や焦点位置だけではなく、波長を変えることによっても薄膜に対して作用させるエネルギーの制御を行うこともできる。つまり、光電変換層4がα―Siの場合には、波長532nmのレーザが反応するため、当該波長のレーザを発振するような変質用レーザ光源31および剥離用レーザ光源32を用いる。
Therefore, not only the oscillation intensity of each laser but also the energy that the alteration laser L1 and the peeling laser L2 act on the thin film can be controlled by changing the focal position. Further, not only the oscillation intensity and the focal position but also the energy applied to the thin film can be controlled by changing the wavelength. That is, when the photoelectric conversion layer 4 is α-Si, a laser with a wavelength of 532 nm reacts, and therefore, the alteration
このとき、波長532nmからずれた波長のレーザを発振する変質用レーザ光源31および剥離用レーザ光源32を用いるようにしてもよい。発振強度および焦点位置については、従来と同じく1回のレーザ照射によって薄膜を剥離するものと同じ設定にしたとしても、発振波長を薄膜が反応する波長からずらすことにより、薄膜に対して作用するエネルギーが低下する。なお、波長のずれ量は発振強度および焦点位置によって決定することができる。
At this time, the alteration
従って、レーザの発振強度と焦点位置と波長とを適宜制御することにより、またはこれらを組み合わせることにより、薄膜を変質させる変質用レーザL1を薄膜に照射し、変質した薄膜を剥離する剥離用レーザL2を薄膜に照射することができ、もって粉体の発生を大幅または完全に削減できるようになる。 Therefore, by appropriately controlling the laser oscillation intensity, focal position, and wavelength, or by combining these, the thin film is irradiated with the modifying laser L1 for altering the thin film, and the peeling laser L2 for peeling the altered thin film. Can be irradiated to the thin film, and the generation of powder can be greatly or completely reduced.
以上において、薄膜に対して作用させるエネルギーを調整するために、発振強度と焦点位置と波長とを制御したが、これ以外の手法でエネルギーを調整できるのであれば、任意の手法を用いてもよい。また、図2に示した例では、発振強度と焦点位置とを調整可能にしているが、少なくとも1つを調整できればよいため、発振強度を設定する機構と焦点位置を調整する機構とのうち何れか1つを設ければよい。 In the above, the oscillation intensity, the focal position, and the wavelength are controlled in order to adjust the energy applied to the thin film. However, any method may be used as long as the energy can be adjusted by other methods. . In the example shown in FIG. 2, the oscillation intensity and the focal position can be adjusted. However, since at least one of them can be adjusted, either the mechanism for setting the oscillation intensity or the mechanism for adjusting the focal position. It is sufficient to provide one of them.
また、本実施形態では、太陽電池パネルを製造するためのレーザスクライブについて説明したが、対象となるのは太陽電池パネルには限定されない。例えば、液晶ディスプレイの製造や有機ELディスプレイの製造等についても適用することができる。液晶ディスプレイを構成するTFT(Thin Film Transistor)基板はガラス基板にTFT回路を形成して構成される。TFT回路をガラス基板に形成するために、金属膜の成膜および感光剤の塗布を行った後に回路パターンのパターニングを行い、エッチング液を用いて金属膜を除去しているが、エッチングが不完全な場合には、金属膜がガラス基板上に残存する。この残存した金属膜を除去するために本発明を適用することができる。つまり、本発明を適用することにより、金属膜除去のときに生じる粉体の発生を大幅に或いは完全に抑制することができる。 Moreover, although this embodiment demonstrated the laser scribe for manufacturing a solar cell panel, what is targeted is not limited to a solar cell panel. For example, the present invention can be applied to the manufacture of liquid crystal displays and organic EL displays. A TFT (Thin Film Transistor) substrate constituting a liquid crystal display is configured by forming a TFT circuit on a glass substrate. In order to form a TFT circuit on a glass substrate, a metal film is formed and a photosensitive agent is applied, and then the circuit pattern is patterned and the metal film is removed using an etching solution, but the etching is incomplete. In such a case, the metal film remains on the glass substrate. The present invention can be applied to remove the remaining metal film. That is, by applying the present invention, it is possible to significantly or completely suppress the generation of powder that occurs when the metal film is removed.
また、有機ELディスプレイの場合には、発光色素をガラス基板上に蒸着していくが、この蒸着には金属マスクが用いられる。この金属マスクに付着した発光色素の材料を剥離すべく、レーザを用いたドライ洗浄を適用できるが、本発明を適用することにより、粉体の発生を大幅に或いは完全に抑制できるようになる。 In the case of an organic EL display, a luminescent dye is deposited on a glass substrate, and a metal mask is used for the deposition. In order to remove the material of the luminescent dye attached to the metal mask, dry cleaning using a laser can be applied. However, by applying the present invention, generation of powder can be greatly or completely suppressed.
次に、本発明の変形例について図4を用いて説明する。本変形例のレーザ処理装置10はレーザ光源装置21と設定部22と変質用反射プリズム23と変質用レンズ24とビームスプリッタ41と剥離用レンズ26とを備えており、変質用レンズ24と剥離用レンズ26とはそれぞれ変質用レンズ移動機構27と剥離用レンズ移動機構28とに取り付けられている。このうち、変質用反射プリズム23と変質用レンズ24と剥離用レンズ26と変質用レンズ移動機構27と剥離用レンズ移動機構28とは前述した実施形態と同じであるため、説明を省略する。
Next, a modification of the present invention will be described with reference to FIG. The
レーザ光源装置21には1つのレーザ光源31が設けられている。このレーザ光源31から発振されるレーザはビームスプリッタ41に入射する。ビームスプリッタ41は入射光を透過と反射とに分離させる光分離手段であり、ここでは所定の光量比となるように透過光と反射光とに分離させる。図4の例では、ビームスプリッタ41を透過した光が変質用レーザL1となり、反射した光が剥離用レーザL2となる。勿論、透過光と反射光とを逆にしてもよいが、その場合には、ステージ移動部12は基板2を逆方向に移動させるようにする。
The laser
ここで、ビームスプリッタ41が透過光と反射光とに分離させる光量比は、変質用レーザL1と剥離用レーザL2とに持たせる強度に応じて設定する。前述したように、変質用レーザL1は剥離用レーザL2よりも弱く設定しており、その強度は変質用レーザL1と剥離用レーザL2とで、例えば1:2或いは1:3となるように設定していた。この比率と同じ光量比となるように光を透過・反射させるビームスプリッタ41を用いる(つまり、透過光と反射光との比率が1:2或いは1:3となるようなビームスプリッタを用いる)。
Here, the light quantity ratio that the
これにより、変質用レーザL1と剥離用レーザL2とがそれぞれ薄膜に対して作用させるエネルギーをコントロールでき、変質用レーザL1により薄膜を変質させ、剥離用レーザL2により変質した薄膜を剥離させることができる。なお、レーザ光源31は変質用レーザL1と剥離用レーザL2とを生成しており、このレーザ光源31の発振強度が過剰に低いような場合には、変質用レーザL1および剥離用レーザL2が所定の作用を薄膜に与えることができない。
As a result, the energy applied to the thin film by the alteration laser L1 and the peeling laser L2 can be controlled, the thin film can be altered by the alteration laser L1, and the altered thin film can be peeled off by the peeling laser L2. . The
このため、レーザ光源31の発振強度は、分離した変質用レーザL1および剥離用レーザL2がそれぞれ所定の作用を薄膜に与えるために必要な強度は持たせておくものとする。具体的には、1回のレーザ照射により薄膜を剥離するために必要な強度をP1とし、変質用レーザL1が薄膜を変質させ、且つ剥離しないための強度をP2、剥離用レーザL2が変質した薄膜を剥離するために必要な強度をP3としたときに、「P1=P2+P3」となるような発振強度のレーザ光源31を使用することが望ましい。例えば、光量比が1:2であれば、P2=(1/3)×P1、P3=(2/3)×P1となる。
For this reason, the oscillation intensity of the
従って、本変形例では、レーザ光源を1つだけ設ければよいため、装置構成の簡略化を図ることができる。図4に示した例では、設定部22にレンズ位置設定部34を持たせており、レンズ位置設定部34により変質用レンズ24および剥離用レンズ26の高さ位置を制御しているが、当該機構を省略することもできる。これにより、大幅な装置構成の簡略化を図ることができる。
Therefore, in this modification, since only one laser light source needs to be provided, the configuration of the apparatus can be simplified. In the example shown in FIG. 4, the setting
1 太陽電池パネル 2 基板
3 透明電極層 4 光電変換層
4L 活性化層 5 背面電極層
10 レーザ処理装置 11 搭載ステージ
12 ステージ移動部 21 レーザ光源装置
22 設定部 27 変質用レンズ移動機構
28 剥離用レンズ移動機構 31 変質用レーザ光源
32 剥離用レーザ光源 33 発振強度設定部
34 レンズ位置設定部 41 ビームスプリッタ
L1 変質用レーザ L2 剥離用レーザ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
前記レーザ手段と前記基板とを相対的に移動させる相対移動手段と、
を備えたことを特徴とするレーザ処理装置。 Laser means for generating a first laser for irradiating the thin film laminated on the substrate and a second laser for irradiating the thin film irradiated by the first laser,
Relative movement means for relatively moving the laser means and the substrate;
A laser processing apparatus comprising:
前記第1のレーザを発振する第1のレーザ光源と、
前記第2のレーザを発振する第2のレーザ光源と、
前記第1のレーザが薄膜を剥離しないように変質させる発振強度に前記第1のレーザ光源を設定し、前記第2のレーザが変質した薄膜を剥離するような発振強度に設定する発振強度設定手段と、
を備えていることを特徴とする請求項1記載のレーザ処理装置。 The laser means includes
A first laser light source for oscillating the first laser;
A second laser light source for oscillating the second laser;
Oscillation intensity setting means for setting the first laser light source to an oscillation intensity that alters the thin film so that the first laser does not peel off, and to set an oscillation intensity such that the second laser peels off the altered thin film When,
The laser processing apparatus according to claim 1, further comprising:
前記第2のレーザの光路に設けたレンズを移動させる第2のレンズ移動手段と、
前記第1のレンズ移動手段および前記第2のレンズ移動手段の移動制御を行うレンズ位置設定手段と、
を備えていることを特徴とする請求項1記載のレーザ処理装置。 First lens moving means for moving a lens provided in the optical path of the first laser;
Second lens moving means for moving a lens provided in the optical path of the second laser;
Lens position setting means for controlling movement of the first lens moving means and the second lens moving means;
The laser processing apparatus according to claim 1, further comprising:
レーザを発振するレーザ光源と、
前記レーザ光源から発振されたレーザを前記第1のレーザと前記第2のレーザとに分離させる光分離手段と、
前記第1のレーザと前記第2のレーザとのうち何れか一方の光路を90度変換する光路変換手段と、
を備えていることを特徴とする請求項1記載のレーザ処理装置。 The laser means includes
A laser light source for oscillating a laser;
Light separating means for separating the laser oscillated from the laser light source into the first laser and the second laser;
An optical path conversion means for converting any one of the optical paths of the first laser and the second laser by 90 degrees;
The laser processing apparatus according to claim 1, further comprising:
前記第1のレーザが照射された部位の薄膜に対して、この薄膜を剥離する第2のレーザを追従して照射させ、
前記第1のレーザおよび前記第2のレーザと前記基板とを相対移動させながら、前記第1のレーザおよび前記第2のレーザの照射を行うこと
を特徴とするレーザ処理方法。 Irradiating the thin film laminated on the substrate with a first laser for altering the thin film without peeling off,
Irradiating the thin film of the portion irradiated with the first laser by following the second laser for peeling the thin film;
Irradiating the first laser and the second laser while relatively moving the first laser, the second laser, and the substrate. A laser processing method, comprising:
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