JP2013116488A - Beam machining apparatus and method for machining substrate using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ビームを基板に照射し、前記基板を加工するビーム加工装置及びそれを用いた基板の加工方法に関する。 The present invention relates to a beam processing apparatus that irradiates a substrate with a beam and processes the substrate, and a substrate processing method using the beam processing apparatus.
従来から、基板の切断、溶接、半田付け、電子回路基板の孔開け加工、電子回路の加工、パターンニング、薄膜の剥離加工等、様々な分野において、レーザビームを用いたレーザビーム加工装置が広範に利用されている。特に、薄膜太陽電池パネルの製造工程においては、量産性を向上させてコストを低廉化することが急務になっており、欠陥が少なく高品質な分離溝のスクライビングを高いスループットで実現するため、レーザビーム加工装置が利用されている。 Conventionally, laser beam processing apparatuses using laser beams have been widely used in various fields such as substrate cutting, welding, soldering, electronic circuit board drilling, electronic circuit processing, patterning, and thin film peeling processing. Has been used. In particular, in the manufacturing process of thin-film solar cell panels, there is an urgent need to improve the mass productivity and reduce the cost, and in order to realize high quality separation groove scribing with few defects, a laser is required. A beam processing apparatus is used.
例えば、特許文献1には、ステージに太陽電池用基板を位置決め固定し、ステージを2次元的に移動させながらレーザビームを太陽電池用基板に照射させることにより、直線状の分離溝を形成するレーザビーム加工装置が開示されている。
For example,
また、特許文献2には、ステージに位置決め固定された基板に対して、ガルバノミラーを用いてレーザビームを走査させて基板を加工するレーザビーム加工装置が開示されている。
Further,
さらに、特許文献3には、ミラーヘッドによって偏向されたレーザビームを描画エリアの近くに配設された複数の分配鏡により反射させ、次いで、分配鏡により反射されたレーザビームを外側に配設される複数の外周鏡により再度反射させて描画エリアに導くように構成したレーザマーカ等に適用される描画装置が開示されている。 Further, in Patent Document 3, the laser beam deflected by the mirror head is reflected by a plurality of distribution mirrors arranged near the drawing area, and then the laser beam reflected by the distribution mirror is arranged outside. A drawing apparatus applied to a laser marker or the like configured to be reflected again by a plurality of peripheral mirrors and guided to a drawing area is disclosed.
この場合、特許文献1では、基板である太陽電池用基板が固定される質量の大きなステージを2次元的に移動させているため、ステージを高速移動させることが困難であり、加工時間の短縮には限界がある。また、加工に長時間を要することから、加工中に基板の温度が変動し、基板が変形してしまうため、高精度な加工を行うことができないという欠点がある。
In this case, in
また、特許文献2では、ガルバノミラーによりレーザビームを偏向させて基板を走査しており、ガルバノミラーから基板までの距離が走査位置によって変化することを回避するためには、fθレンズ等の焦点距離調整機構が必要となる。この場合、レーザビームの走査範囲は、fθレンズの大きさにより制約されるため、広い走査範囲を確保することが困難である。さらに、レーザビームは、走査方向の端部側で基板に斜めに照射され、ビームスポット形状が変化するため、高精度な加工を行うことはできない。
In
これらの問題点は、特に、コスト低減のために量産性が要求されるとともに、高精細な加工が要求される薄膜太陽電池パネル等の製造工程においては、極めて大きな課題になっている。 These problems are particularly serious issues in the manufacturing process of thin-film solar cell panels and the like that require mass productivity for cost reduction and high-definition processing.
また、特許文献3の描画装置は、各描画エリアに対応して配置された分配鏡にレーザビームを導入し、描画エリア毎に個別に描画を行うものであり、複数の描画エリア間でレーザビームを連続的に高速走査させ、例えば、基板に対して連続する高精度で凹凸の少ない滑らかな直線を描画できるものではない。また、特許文献3では、レーザビームを2次元的に偏向させ、2次元的な描画を行っているため、描画範囲が広いと、レーザビームの偏向角度が大きくなり過ぎる。レーザビームの偏向角度が大きいと、描画エリア上でのビームスポット形状が大きく変形し、又は、描画エリアに対するレーザビームのエネルギ密度が場所によって不均一となり、高精度な描画が保証できなくなるおそれがある。 Further, the drawing apparatus of Patent Document 3 introduces a laser beam into a distribution mirror arranged corresponding to each drawing area and performs drawing individually for each drawing area. For example, it is not possible to draw a smooth straight line with high accuracy and little unevenness on the substrate. Further, in Patent Document 3, since the laser beam is deflected two-dimensionally and two-dimensional drawing is performed, if the drawing range is wide, the deflection angle of the laser beam becomes too large. If the deflection angle of the laser beam is large, the beam spot shape on the drawing area may be greatly deformed, or the energy density of the laser beam with respect to the drawing area may be uneven depending on the location, and high-precision drawing may not be guaranteed. .
本発明は、前記の不具合を解消するためになされたものであって、連続的に照射されるビームにより、基板を高速且つ高精度に加工することができるとともに、コンパクトに構成することのできるビーム加工装置及びそれを用いた基板の加工方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and a beam capable of processing a substrate at high speed and with high accuracy by a continuously irradiated beam and which can be made compact. It is an object of the present invention to provide a processing apparatus and a substrate processing method using the same.
本発明に係るビーム加工装置は、ビームを基板に照射し、前記基板を加工するビーム加工装置において、前記ビームを出力するビーム出力源と、偏向駆動される反射面により前記ビームを反射させ、前記ビームを前記基板の主走査方向に偏向させるビーム偏向器と、前記反射面と前記基板との間で前記主走査方向に配列され、前記反射面により反射偏向された前記ビームを反射させる反射平面を有する複数の第1反射体と、前記各第1反射体に対応して前記主走査方向に配列され、前記各第1反射体により反射された前記ビームを反射させ、前記基板の前記主走査方向に導く反射平面を有する複数の第2反射体と、前記基板を前記主走査方向と異なる副走査方向に移動させる基板移動機構と、を備え、前記各第1反射体及び前記各第2反射体は、前記ビーム出力源から前記基板に至る前記ビームの光路長が略等しくなる位置に配設されることを特徴とする。 A beam processing apparatus according to the present invention irradiates a substrate with a beam, and in the beam processing apparatus that processes the substrate, reflects the beam by a beam output source that outputs the beam and a reflection-driven reflection surface, A beam deflector for deflecting a beam in the main scanning direction of the substrate; and a reflection plane arranged in the main scanning direction between the reflecting surface and the substrate and reflecting the beam reflected and deflected by the reflecting surface. A plurality of first reflectors, and arranged in the main scanning direction corresponding to the first reflectors, reflecting the beams reflected by the first reflectors, and the main scanning direction of the substrate A plurality of second reflectors having reflection planes leading to the substrate, and a substrate moving mechanism for moving the substrate in a sub-scanning direction different from the main-scanning direction, each of the first reflectors and each of the second reflectors Characterized in that the optical path length of the beam reaching the substrate from the beam output source is disposed substantially equal position.
前記ビーム加工装置において、前記第2反射体と前記基板との間には、前記副走査方向に集光特性を有し、前記ビームを前記基板に集光させる第1シリンドリカルレンズが配設されることを特徴とする。 In the beam processing apparatus, a first cylindrical lens having a condensing characteristic in the sub-scanning direction and condensing the beam on the substrate is disposed between the second reflector and the substrate. It is characterized by that.
前記ビーム加工装置において、前記第2反射体と前記第1シリンドリカルレンズとの間には、前記各第2反射体により反射された前記ビームの前記副走査方向の範囲を規制する第1規制部材が配設されることを特徴とする。 In the beam processing apparatus, a first restricting member that restricts a range in the sub-scanning direction of the beam reflected by the second reflector is provided between the second reflector and the first cylindrical lens. It is characterized by being arranged.
前記ビーム加工装置において、前記第2反射体と前記第1シリンドリカルレンズとの間には、前記各第2反射体により反射された前記ビームの前記主走査方向の範囲を規制する第2規制部材が配設されることを特徴とする。 In the beam processing apparatus, a second regulating member that regulates a range in the main scanning direction of the beam reflected by each second reflector is provided between the second reflector and the first cylindrical lens. It is characterized by being arranged.
前記ビーム加工装置において、前記ビーム偏向器の前記反射面と前記第1反射体との間には、前記ビームの偏向方向と直交する方向に集光特性を有し、偏向駆動される前記反射面の面倒れを補正する第2シリンドリカルレンズが配設されることを特徴とする。 In the beam processing apparatus, the reflection surface that has a condensing characteristic in a direction orthogonal to the deflection direction of the beam and is driven to deflect between the reflection surface of the beam deflector and the first reflector. A second cylindrical lens for correcting the tilting of the surface is disposed.
前記ビーム加工装置において、前記各第1反射体の前記主走査方向に対する傾斜角α、前記各第2反射体の前記主走査方向に対する傾斜角β、及び、前記ビーム偏向器の前記反射面の前記主走査方向に対する傾斜角γは、
β−α≒γ
の関係に従って設定されることを特徴とする。
In the beam processing apparatus, an inclination angle α of each first reflector with respect to the main scanning direction, an inclination angle β of each second reflector with respect to the main scanning direction, and the reflection surface of the reflection surface of the beam deflector. The inclination angle γ with respect to the main scanning direction is
β-α ≒ γ
It is set according to the relationship of.
前記ビーム加工装置において、前記反射面は、第1プリズムにより構成されることを特徴とする。 In the beam processing apparatus, the reflection surface is configured by a first prism.
前記ビーム加工装置において、前記第1反射体又は前記第2反射体の少なくとも一方は、第2プリズムにより構成されることを特徴とする。 In the beam processing apparatus, at least one of the first reflector and the second reflector is constituted by a second prism.
前記ビーム加工装置において、前記ビーム偏向器は、回転駆動される複数の前記反射面を有する回転多面体であることを特徴とする。 In the beam processing apparatus, the beam deflector is a rotating polyhedron having a plurality of the reflecting surfaces that are rotationally driven.
前記ビーム加工装置において、前記基板は、前記ビームにより分離溝が加工される太陽電池用基板であることを特徴とする。 In the beam processing apparatus, the substrate is a solar cell substrate in which a separation groove is processed by the beam.
本発明に係る基板の加工方法は、ビームを基板に照射し、前記基板を加工する基板の加工方法において、ビーム出力源から出力されたビームを偏向駆動される反射面により反射させ、前記ビームを前記基板の主走査方向に偏向させるとともに、前記基板を前記主走査方向と異なる副走査方向に移動させるステップと、前記反射面により反射された前記ビームを、前記主走査方向に配列された反射平面を有する複数の第1反射体により順次反射させるステップと、前記各第1反射体により反射された前記ビームを、前記各第1反射体に対応して前記主走査方向に配列された反射平面を有する複数の第2反射体により順次反射させるステップと、前記各第2反射体により反射された前記ビームを前記基板の前記主走査方向に照射し、前記基板を加工するステップと、を有し、前記各第1反射体及び前記各第2反射体は、前記ビーム出力源から前記基板に至る前記ビームの光路長が略等しくなる位置に配設されていることを特徴とする。 A substrate processing method according to the present invention is a substrate processing method in which a substrate is irradiated with a beam, and the substrate is processed, the beam output from a beam output source is reflected by a reflection-driven reflection surface, and the beam is reflected. A step of deflecting the substrate in the main scanning direction and moving the substrate in a sub-scanning direction different from the main scanning direction; and a reflection plane in which the beam reflected by the reflecting surface is arranged in the main scanning direction Sequentially reflecting the plurality of first reflectors, and reflecting the beams reflected by the first reflectors in the main scanning direction corresponding to the first reflectors. Sequentially reflecting the plurality of second reflectors, and irradiating the beam reflected by each of the second reflectors in the main scanning direction of the substrate. Each of the first reflector and the second reflector is disposed at a position where the optical path lengths of the beams from the beam output source to the substrate are substantially equal. Features.
前記基板の加工方法において、前記各第2反射体により反射された前記ビームを前記副走査方向にのみ集光させて前記基板に照射することを特徴とする。 In the substrate processing method, the beam reflected by each of the second reflectors is condensed only in the sub-scanning direction and irradiated onto the substrate.
前記基板の加工方法において、前記ビームの前記副走査方向の範囲を規制して前記ビームを前記副走査方向にのみ集光させることを特徴とする。 In the substrate processing method, the range of the beam in the sub-scanning direction is regulated to focus the beam only in the sub-scanning direction.
前記基板の加工方法において、前記ビームの前記主走査方向の範囲を規制して前記ビームを前記副走査方向にのみ集光させることを特徴とする。 In the substrate processing method, the range of the beam in the main scanning direction is regulated to focus the beam only in the sub-scanning direction.
前記基板の加工方法において、前記反射面により反射偏向された前記ビームを、前記ビームの偏向方向と直交する方向に集光させ、前記反射面の面倒れ補正を行うことを特徴とする。 In the substrate processing method, the beam reflected and deflected by the reflecting surface is condensed in a direction orthogonal to the deflection direction of the beam, and surface tilt correction of the reflecting surface is performed.
前記基板の加工方法において、前記基板は、前記ビームにより分離溝が加工される太陽電池用基板であることを特徴とする。 In the substrate processing method, the substrate is a solar cell substrate in which a separation groove is processed by the beam.
本発明のビーム加工装置及びそれを用いた基板の加工方法では、基板を副走査方向に移動させる一方、ビーム出力源から出力されたビームを反射偏向させ、複数の第1反射体及び第2反射体を介して基板を主走査することにより、基板を2次元的に加工することができる。 In the beam processing apparatus and the substrate processing method using the same according to the present invention, the substrate is moved in the sub-scanning direction, while the beam output from the beam output source is reflected and deflected, and the plurality of first reflectors and second reflections are generated. The substrate can be processed two-dimensionally by main-scanning the substrate through the body.
この場合、偏向されたビームは、主走査方向に配列された複数の第1反射体の反射平面により主走査方向に連続的に反射された後、主走査方向に配列された複数の第2反射体の反射平面により、再び主走査方向に連続的に反射され、次いで、副走査方向に移動する基板の主走査方向に照射される。そして、各第1反射体及び各第2反射体は、基板に導かれるビームの光路長が略等しくなる位置にそれぞれ配設されているため、連続的に照射されるビームにより基板を高精度且つ高速に加工することができる。 In this case, the deflected beam is continuously reflected in the main scanning direction by the reflection planes of the plurality of first reflectors arranged in the main scanning direction, and then the plurality of second reflections arranged in the main scanning direction. The light is continuously reflected again in the main scanning direction by the reflection plane of the body, and then irradiated in the main scanning direction of the substrate moving in the sub-scanning direction. Each of the first reflectors and each of the second reflectors is disposed at a position where the optical path lengths of the beams guided to the substrate are approximately equal to each other. It can be processed at high speed.
また、ビームは、ビーム偏光器と基板との間に配設した第1反射体により反射されて第2反射体に導かれた後、基板に導かれる構成であるため、装置をコンパクトに構成することができる。 Further, since the beam is reflected by the first reflector disposed between the beam polarizer and the substrate, guided to the second reflector, and then guided to the substrate, the apparatus is configured compactly. be able to.
また、本発明では、第2反射体により反射されたビームを副走査方向にのみ集光して基板に照射することにより、主走査方向に沿って凹凸のない極めて良好な加工状態を得ることができる。 In the present invention, the beam reflected by the second reflector is condensed only in the sub-scanning direction and irradiated onto the substrate, thereby obtaining a very good processing state without unevenness along the main scanning direction. it can.
また、ビームの副走査方向の範囲を規制してビームを副走査方向にのみ集光させ基板に照射することにより、副走査方向の集光によるビームスポットの中央部でのエネルギ集中を抑制し、主走査方向に沿ってさらに凹凸のない極めて良好な加工状態を得ることができる。 In addition, by restricting the range of the beam in the sub-scanning direction and condensing the beam only in the sub-scanning direction and irradiating the substrate, energy concentration at the center of the beam spot due to condensing in the sub-scanning direction is suppressed, It is possible to obtain a very good processing state without further unevenness along the main scanning direction.
また、ビームの主走査方向の範囲を規制してビームを副走査方向にのみ集光させることにより、基板上での各第1反射体による主走査方向のビームの重なりを無くし、主走査方向に沿ってさらに凹凸のない極めて良好な加工状態を得ることができる。 Further, by restricting the range of the main scanning direction of the beam and condensing the beam only in the sub-scanning direction, overlapping of the beams in the main scanning direction by the respective first reflectors on the substrate is eliminated, and in the main scanning direction. A very good processing state without further unevenness can be obtained.
また、反射面により反射偏向されたビームを、偏向方向と直交する方向に集光させることにより、反射面の面倒れを補正してビームの副走査方向の変動を抑制し、これにより、主走査方向に対する直線性が極めて良好な加工状態を得ることができる。 In addition, by converging the beam reflected and deflected by the reflecting surface in a direction orthogonal to the deflection direction, the tilting of the reflecting surface is corrected and fluctuations in the sub-scanning direction of the beam are suppressed. A machining state with extremely good linearity with respect to the direction can be obtained.
さらに、本発明では、太陽電池用基板に対して、凹凸がなく、且つ、直線性が極めて良好であり、主走査方向に連続した高精度な分離溝を高速に加工することができる。 Furthermore, according to the present invention, the solar cell substrate has no irregularities and has extremely good linearity, and a high-precision separation groove continuous in the main scanning direction can be processed at high speed.
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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[ビーム加工装置の構成]
図1は、本発明に係る実施形態のビーム加工装置10の断面構成図である。図2は、図1に示すビーム加工装置10の平面構成図である。図3は、図2のIII−III線拡大断面図である。なお、図3では、説明の便宜上、後述するプリズム24a〜24h、の一部を示している。
[Configuration of beam processing equipment]
FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram of a
ビーム加工装置10は、例えば、薄膜太陽電池用基板である基板12(ガラス基板上にTCO(Transparent Conducing Oxide)膜を蒸着したもの)を、レーザビームLB(図3)を用いてスクライビングすることにより、TCO膜を直線状に除去した分離溝52(図2)を形成するための装置であり、ケーシング14内に各構成部材を収容して構成される。ビーム加工装置10は、主走査方向(矢印X方向)に延在し、基板12をフローティング状態(無接触状態)で支持する2本のエアベアリング16a、16bを有する。基板12は、エアベアリング16a、16bによってフローティングされた状態で、後述する基板移動機構49により主走査方向と直交する副走査方向(矢印Y方向)に移動する。
The
ビーム加工装置10は、レーザビームLBを出力するレーザ18(ビーム出力源)と、レーザビームLBを基板12の主走査方向に偏向させるポリゴン形状の回転多面体20(ビーム偏向器)と、レーザビームLBを反射させる複数の反射ミラー22a〜22h(第1反射体)と、レーザビームLBを反射させる複数のプリズム24a〜24h(第2反射体、第2プリズム)と、レーザビームLBの偏向方向と直交する方向である副走査方向にのみ集光特性を有する複数のシリンドリカルレンズ26a〜26h(第1シリンドリカルレンズ)とを備える。
The
レーザ18と回転多面体20との間には、レーザ18から出力されたレーザビームLBの光路を上方向に90°折曲させ、回転多面体20に導くプリズム28(図3)が配設される。
Between the
回転多面体20では、回転多面体駆動モータ30の回転軸32に6角柱状のホルダ34が連結される。このホルダ34の側面には、回転駆動(偏向駆動)され、レーザビームLBを反射させる複数の反射面を形成する6個のプリズム36(第1プリズム)が配設される。なお、回転軸32は、主走査方向と直交する。回転多面体20の各プリズム36は、2つの反射面38a、38bを有し、プリズム28を介して導入されたレーザビームLBを2つの反射面38a、38bで反射させ、レーザビームLBを基板12の主走査方向に偏向させる。回転多面体20から出射するレーザビームLBの光軸は、回転多面体20に入射するレーザビームLBの光軸に対して主走査方向と直交する方向にΔy1だけシフトする。
In the
回転多面体20と各反射ミラー22a〜22hとの間には、回転多面体20から各反射ミラー22a〜22hに向けて反射されるレーザビームLBが略垂直に入射するように、円弧状に配列されたシリンドリカルレンズ40a〜40h(第2シリンドリカルレンズ)が配設される。シリンドリカルレンズ40a〜40hは、レーザビームLBを偏向方向と直交する副走査方向にのみ集光する集光特性を有する面倒れ補正のための光学素子である。シリンドリカルレンズ40a〜40hは、回転多面体20が矢印θ方向に回転する際に発生するプリズム36の反射面38a、38bの面倒れによるレーザビームLBの光軸の振れを補正する。なお、シリンドリカルレンズ40a〜40hは、面倒れによるレーザビームLBの光軸の補正の必要がない場合には、省略してもよい。
Between the rotating
各反射ミラー22a〜22hは、回転多面体20と基板12との間で主走査方向に配列される。各反射ミラー22a〜22hは、回転多面体20の反射面38a、38bにより反射偏向されたレーザビームLBを対応するプリズム24a〜24hに向けて反射させる反射平面19a〜19hを有する。
The reflecting mirrors 22 a to 22 h are arranged in the main scanning direction between the
プリズム24a〜24hは、2つの反射平面21a〜21h及び23a〜23hを有する。プリズム24a〜24hは、各反射ミラー22a〜22hに対応して主走査方向に配列され、各反射ミラー22a〜22hの反射平面19a〜19hにより反射されたレーザビームLBを反射させて基板12の主走査方向に導く。
The
図4は、図1に示すビーム加工装置10の部分拡大説明図である。なお、図1における左側の各構成要素については、図示を省略する。
FIG. 4 is a partially enlarged explanatory view of the
反射ミラー22a〜22hとプリズム24a〜24hとは、レーザ18から出力されたレーザビームLBが回転多面体20のプリズム36により反射され、レーザ18から基板12に至るまでの光路長の全てが略等しくなる位置に配設される。例えば、回転多面体20の反射面38bから反射ミラー22eの反射平面19a〜19hの矢印X方向の中心までの光路長をa1、反射ミラー22eの反射平面19a〜19hの矢印X方向の中心からプリズム24eの反射平面21a〜21hの矢印X方向の中心までの光路長をb1、プリズム24eの反射平面23a〜23hの中心から基板12に垂直に落射する基板12までの光路長をc1とする。同様に、回転多面体20から反射ミラー22fの矢印X方向の中心までの光路長をa2、反射ミラー22eの中心からプリズム24eの矢印X方向の中心までの光路長をb2、プリズム24eの矢印X方向の中心から基板12に垂直に落射する基板12までの光路長をc2とする。この場合、反射ミラー22e及びプリズム24eの組と、反射ミラー22f及びプリズム24fの組との配置関係は、
a1+b1+c1≒a2+b2+c2 (1)
の関係に従って設定される。同様に、他の反射ミラー22a〜22h及びプリズム24a〜24hの組の配置関係は、(1)式に従って設定される。
In the reflecting
a1 + b1 + c1≈a2 + b2 + c2 (1)
Set according to the relationship. Similarly, the arrangement relationship of the sets of the other reflecting
また、図4に示すように、反射ミラー22a〜22hの主走査方向に対する傾斜角をαとし、プリズム24a〜24hの主走査方向に対する傾斜角をβとする。傾斜角αと、傾斜角βとは、各反射ミラー22a〜22hの主走査方向の中心に入射したレーザビームLBが基板12に略垂直に落射する関係となるように設定される。すなわち、回転多面体20の反射面38a、38bの主走査方向に対する傾斜角をγとすると、傾斜角α及びβは、
β−α≒γ (2)
の関係に従って設定される。なお、傾斜角α、β、γは、絶対値である。
As shown in FIG. 4, the inclination angle of the reflection mirrors 22a to 22h with respect to the main scanning direction is α, and the inclination angle of the
β-α ≒ γ (2)
Set according to the relationship. The inclination angles α, β, and γ are absolute values.
さらに、各反射ミラー22a〜22hの長さmは、各反射ミラー22a〜22hにより基板12に導かれるレーザビームLBの各走査範囲La〜Lhに対応した長さに設定される。すなわち、各反射ミラー22a〜22hの長さmは、走査範囲L(La〜Lh)と、回転多面体20から各反射ミラー22a〜22hの中心までの光路長aと、回転多面体20から各反射ミラー22a〜22hの中心を通り基板12に至るまでの光路長dと、反射ミラー22a〜22hの傾斜角αとを用いて、
m≒a/d×L/cosα (3)
の関係に従って設定される。
Further, the length m of each
m≈a / d × L / cosα (3)
Set according to the relationship.
各反射ミラー22a〜22hによって反射されるレーザビームLBの光路長は、主走査方向に延在する反射ミラー22a〜22hの一端部に入射するレーザビームLBと、他端部に入射するレーザビームLBとで若干異なる。この光路長の差は、レーザビームLBの主走査方向の全走査範囲を複数の反射ミラー22a〜22hを用いて分割することで小さく抑え、光路長の変動による加工精度の低下を抑制することができる。なお、反射ミラー22a〜22hを用いたレーザビームLBの主走査方向の走査範囲の分割数(本実施形態では、8分割)は、必要とされる加工精度や基板の主走査方向の加工幅に応じて、8分割以外としてもよい。
The optical path lengths of the laser beams LB reflected by the reflecting
プリズム24a〜24hの長さは、反射ミラー22a〜22hにより反射されたレーザビームLBを確実に反射できる長さがあればよい。
The lengths of the
シリンドリカルレンズ26a〜26hは、レーザビームLBの偏向方向と直交する副走査方向に集光特性を有し、レーザビームLBを基板12に集光させる。各シリンドリカルレンズ26a〜26hは、基板12上の各走査範囲La〜LhにレーザビームLBを導くことのできる長さに設定され、主走査方向に配列される。この場合、各シリンドリカルレンズ26a〜26hを同一の長さとすることにより、製造に要するコストを低下させることができる。また、シリンドリカルレンズ26a〜26hは、その表面をファイアポリッシュ加工された凹凸の無い高精度なシリンドリカルレンズ26a〜26hを使用して安価に作成することができる。
The
図5Aは、図1に示すビーム加工装置10に配設されるマスク部材25a〜25h、27a〜27h及び遮光部材29a〜29iの平面説明図、図5Bは、マスク部材25a〜25h、27a〜27h及び遮光部材29a〜29iの側部断面説明図である。
5A is an explanatory plan view of the
マスク部材25a〜25h、27a〜27h(第1規制部材)は、プリズム24a〜24hとシリンドリカルレンズ26a〜26hとの間に配設される。マスク部材25a〜25h、27a〜27hは、シリンドリカルレンズ26a〜26hの入射面から所定距離(例えば、シリンドリカルレンズ26a〜26hの焦点距離の2倍)よりも内側に設置し、図5A及び図5Bに示すように、主走査方向(矢印X方向)に平行に配設される。マスク部材25a〜25h、27a〜27hは、プリズム24a〜24hにより反射され基板12に導かれるレーザビームLBの副走査方向の範囲を規制する。マスク部材25a〜25h、27a〜27h間には、レーザビームLBをシリンドリカルレンズ26a〜26hに導くためのスリット31が形成される。マスク部材25a〜25h、27a〜27hは、図5Aの矢印で示すように、副走査方向(矢印Y方向)に対する位置が個別に調整可能である。マスク部材25a〜25h、27a〜27hは、スリット31の副走査方向の幅を調整することで、シリンドリカルレンズ26a〜26hに入射するレーザビームLBのビームスポット33の所定範囲を除去する。マスク部材25a〜25h、27a〜27hは、基板12に照射されるレーザビームLBを主走査方向に沿って直線状に走査させる。なお、プリズム24a〜24hとシリンドリカルレンズ26a〜26hとの間に配設されるマスク部材25a〜25h、27a〜27hは、いずれか一方でもよい。
The
各マスク部材25a〜25h、27a〜27hの両端部には、レーザビームLBの入射方向であるプリズム24a〜24h側に延在する遮光部材29a〜29i(第2規制部材)が配設される。遮光部材29a〜29iは、プリズム24a〜24hにより反射され基板12に導かれるレーザビームLBの主走査方向の範囲を規制し、レーザビームLBが基板12上で主走査方向に重畳されないように、各シリンドリカルレンズ26a〜26hに入射するレーザビームLBの主走査方向の一部を遮光する。
図6は、図1に示すビーム加工装置10の制御ブロック図である。
FIG. 6 is a control block diagram of the
ビーム加工装置10は、基板12に対して所望の加工処理を行うための加工パラメータを設定する加工パラメータ設定部42と、設定された加工パラメータに基づき、ビーム加工装置10を制御する制御部44とを備える。制御部44は、レーザ18を駆動するレーザ駆動部46と、回転多面体20を回転させる回転多面体駆動モータ30と、基板12を空気圧によりフローティング状態として支持するエアベアリング16a、16bを駆動するエアベアリング駆動部48と、基板把持部45a、45bにより基板12を把持し、副走査方向に移動させるための基板移動部47とを制御する。エアベアリング16a、16b、基板把持部45a、45b、基板移動部47及びエアベアリング駆動部48は、基板12を副走査方向に移動させる基板移動機構49を構成する。なお、レーザ18から出力されたレーザビームLBは、回転多面体20により偏向され、光学系50を介して基板12に照射される。光学系50は、シリンドリカルレンズ40a〜40h、反射ミラー22a〜22h、プリズム24a〜24h及びシリンドリカルレンズ26a〜26hから構成される。
The
[ビーム加工装置の動作]
次に、ビーム加工装置10の動作について説明する。図7は、ビーム加工装置10の処理フローチャートである。
[Operation of beam processing equipment]
Next, the operation of the
先ず、オペレータは、加工パラメータ設定部42を用いて、基板12を加工するための各種加工パラメータを設定する(ステップS1)。基板12が薄膜太陽電池用基板である場合、加工パラメータ設定部42では、ガラス基板上に蒸着されたTCO膜をスクライビングし、直線状の複数の分離溝52(図2)を形成するための加工パラメータが設定される。ここで、分離溝とは、TCO膜を直線状に剥離してモジュール化された多数の太陽電池セルを構成するための溝である。加工パラメータとしては、レーザビームLBの出力エネルギ、レーザ18がパルスレーザである場合にはレーザビームLBのオンオフ周波数、回転多面体20の回転速度、基板移動部47による基板12の副走査方向の移動速度等が設定される。例えば、制御部44は、レーザ18を10kHzで回転多面体20の各プリズム36毎にオンオフ制御し、各パルス毎に基板12を幅1000mm、0.1秒で主走査するとともに、副走査方向に間隔1mmの分離溝52を形成するものとする。この場合、本実施形態のビーム加工装置10では、10m/sの速度で基板12のTCO膜をスクライビングして、分離溝52を加工することが可能である。
First, the operator uses the processing
制御部44は、加工パラメータが設定された後、エアベアリング駆動部48を制御し、エアベアリング16a、16bを駆動する(ステップS2)。エアベアリング16a、16bが駆動されることにより、基板12は、エアベアリング16a、16bによりフローティング状態(無接触状態)で支持される。基板12がガラス板の下面にTCO膜が形成された太陽電池用基板であり、ガラス板を介してTCO膜をスクライビングする場合、TCO膜にエアベアリング16a、16bを接触させない状態で基板12を支持することができる。
After the machining parameters are set, the
制御部44は、回転多面体駆動モータ30を制御する。回転多面体駆動モータ30は、回転多面体20を矢印θ方向(図3、図4)に回転駆動させる(ステップS3)。
The
次いで、制御部44は、基板移動部47を制御する。基板移動部47は、基板12の上面(膜が形成されていない面)の側部12a、12bを基板把持部45a、45bにより把持し、基板12を副走査方向に移動させる(ステップS4)。
Next, the
制御部44は、回転多面体20が回転し、且つ、基板12が副走査方向に移動される状態において、レーザ駆動部46を制御する。レーザ駆動部46は、レーザ18を駆動し(ステップS5)、レーザ18から出力されたレーザビームLBが、基板移動部47により副走査方向に移動する基板12に対して、主走査方向に照射されることにより、基板12に形成されたTCO膜に、凹凸がなく直線性の極めて良好な多数の分離溝52が2次元的に加工される(ステップS6)。
The
次に、図3〜図5に基づき、分離溝52の加工処理及びその作用効果の詳細について説明する。
Next, based on FIGS. 3-5, the process of the separation groove |
図3において、レーザ18から出力されたレーザビームLBは、プリズム28により反射され、光路が上方向に90°折曲された後、回転多面体20を構成するプリズム36の反射面38aに入射する。反射面38aで反射されたレーザビームLBは、プリズム36の反射面38bで反射される。この結果、レーザビームLBは、光軸が副走査方向にΔy1だけ平行移動され、プリズム28に干渉することなく回転多面体20から射出される。
In FIG. 3, the laser beam LB output from the
ここで、回転多面体20のプリズム36は、入射したレーザビームLBを反射面38a、38bにより全反射させるため、回転多面体20は、レーザビームLBの光エネルギによってプリズム36の反射膜が損傷されることなくレーザビームLBを反射させることができる。これにより、回転多面体20の長寿命化を図ることができる。また、プリズム36は、レーザビームLBの方向を180°偏向させる。従って、回転多面体20の回転軸32の振動により反射面38a、38bの傾斜角が変動しても、回転多面体20から射出されるレーザビームLBは、射出方向が変動することはなく、光軸が副走査方向に平行移動するだけである。
Here, since the
各プリズム36により反射されたレーザビームLBは、回転多面体20によるレーザビームLBの偏向方向に配列されたシリンドリカルレンズ40a〜40hに順次入射する。シリンドリカルレンズ40a〜40hは、レーザビームLBの偏向方向と直交する方向にのみ集光特性を有している。この場合、回転多面体20の回転軸32の振動に起因してプリズム36の面倒れが発生すると、回転多面体20から射出されるレーザビームLBは、主走査方向と直交する方向にずれるが、この変動は、シリンドリカルレンズ40a〜40hの副走査方向に対する集光作用によって補正される。
The laser beams LB reflected by the
シリンドリカルレンズ40a〜40hにより回転多面体20の面倒れが補正されたレーザビームLBは、反射ミラー22a〜22hの反射平面である反射平面19a〜19hに入射し、各反射ミラー22a〜22hによって順次反射され、対応する各プリズム24a〜24hに導かれる。次いで、プリズム24a〜24hの反射平面である各反射平面21a〜21h及び23a〜23hによって反射されたレーザビームLBは、マスク部材25a〜25h、27a〜27h及び遮光部材29a〜29i間に形成されたスリット31を介してシリンドリカルレンズ26a〜26hに導かれる。
The laser beam LB whose surface tilt of the
この場合、レーザビームLBは、光軸がプリズム24a〜24hの反射平面21a〜21h及び23a〜23hにより主走査方向と直交する方向にΔy2(図3)だけ平行移動されて反射されるため、プリズム24a〜24hとシリンドリカルレンズ26a〜26hとの間に配置されている反射ミラー22a〜22hに干渉することなく、シリンドリカルレンズ26a〜26hに導かれる。また、プリズム24a〜24hは、回転多面体20のプリズム36と同様に、入射したレーザビームLBを全反射させるため、プリズム24a〜24hの反射膜がレーザビームLBの光エネルギによって損傷されることがなく、プリズム24a〜24hの長寿命化を図ることができる。
In this case, the laser beam LB is reflected by being translated by Δy2 (FIG. 3) in the direction orthogonal to the main scanning direction by the reflecting
レーザビームLBは、シリンドリカルレンズ26a〜26hにより副走査方向に集光され、基板12に照射される。
The laser beam LB is condensed in the sub-scanning direction by the
基板12に集光されたレーザビームLBは、矢印θ方向に回転する回転多面体20により偏向されることで、基板12を主走査し、基板12に直線状の分離溝52を連続的に形成する。一方、基板12は、エアベアリング16a、16bによりフローティング状態で支持され、基板移動部47により副走査方向に移動している。従って、基板12には、副走査方向に所定間隔で多数の分離溝52が形成される。
The laser beam LB focused on the
図4に示すように、回転多面体20のプリズム36により反射偏向されたレーザビームLBは、回転駆動されるプリズム36により反射方向が経時的に変化するため、全体として扇形に広がり、反射ミラー22a〜22h及びプリズム24a〜24hを介して基板12に導かれる。この場合、各走査範囲La〜Lhに対応して反射ミラー22a〜22hとプリズム24a〜24hを配置することにより、基板12上に導かれるレーザビームLBが主走査方向に重複することがなく、基板12に効率よく連続的に分離溝52を形成することができる。
As shown in FIG. 4, the reflection direction of the laser beam LB reflected and deflected by the
例えば、ビーム加工装置10が、反射ミラー22a〜22hを介することなく、レーザビームLBをプリズム24a〜24hにより直接反射させて基板12に導くように構成されているものと仮定する。このように仮定した場合、各プリズム24a〜24hにより反射されたレーザビームLBが基板12上で主走査方向に重ならないようにするためには、プリズム24a〜24hを主走査方向に所定距離離間して配置する必要がある。しかしながら、プリズム24a〜24hを離間させて配置すると、レーザビームLBがプリズム24a〜24h間を移動する際、基板12に照射されないデッドタイムが発生することになる。一方、基板12は、副走査方向に連続的に移動している。従って、ビーム加工装置10を反射ミラー22a〜22hのない構成とすると、レーザビームLBのデッドタイムの間、基板12が副走査方向に移動しているため、分離溝52が不連続に形成されてしまう。
For example, it is assumed that the
これに対して、本実施形態のビーム加工装置10では、プリズム24a〜24hに加えて反射ミラー22a〜22hを設けることにより、レーザビームLBが基板12に照射されないデッドタイムを可能な限り短くすることができる。この結果、基板12には、主走査方向に対して分断されることのない分離溝52を連続的に形成することができる。
On the other hand, in the
さらに、本実施形態のビーム加工装置10では、プリズム24a〜24hに対して、反射ミラー22a〜22hの各傾斜角αが、上述した(2)式の関係に従って異なるように設定される。これにより、レーザビームLBが隣接するプリズム24a〜24h間を移動する際のデッドタイムを極めて短くすることができる。この結果、基板12には、主走査方向に対して連続する直線状の分離溝52を形成することができる。
Furthermore, in the
また、レーザビームLBは、マスク部材25a〜25h、27a〜27h間のスリット31を通過することにより、図5Aに示すように、レーザビームLBのビームスポット33の主走査方向と直交する方向の所定範囲が除去されてシリンドリカルレンズ26a〜26hに入射する。従って、シリンドリカルレンズ26a〜26hによって副走査方向に集光されたレーザビームLBは、一部が除去されていることで、ビームスポット33の中央近傍のエネルギ密度の集中が抑制される。この結果、略均一なエネルギ密度からなるレーザビームLBが基板12に導かれ、主走査方向に沿って凹凸のない分離溝52が形成される。
Further, the laser beam LB passes through the
また、図5Bに示すように、隣接するマスク部材25a〜25h、27a〜27h間に遮光部材29a〜29iが配設されている。各反射ミラー22a〜22hによる基板12上におけるレーザビームLBの走査範囲La〜Lhは、遮光部材29a〜29iによって、走査範囲La〜Lhに対応させてレーザビームLBの一部が遮光されることにより、主走査方向の走査範囲が規制される。この結果、基板12には、走査範囲La〜Lhが主走査方向に重ならない状態でレーザビームLBが導かれ、主走査方向に沿ってさらに凹凸のない極めて良好な加工状態を得ることができる。
Moreover, as shown to FIG. 5B, the
さらに、反射ミラー22a〜22h及びプリズム24a〜24hは、レーザビームLBを反射する反射平面19a〜19h、21a〜21h及び23a〜23hが平面で構成されている。このため、レーザビームLBは、ビームスポット33(図5A)の形状が主走査方向の走査位置によって変動することがなく、一定の形状でシリンドリカルレンズ26a〜26hに導かれる。
Further, the reflecting
以上のことから、基板12には、主走査位置によってエネルギ密度にむらが発生することがなく、しかも、主走査方向に長尺な形状となるレーザビームLBが照射されるため、主走査方向に沿って凹凸が生じないだけでなく、主走査方向に対して極めて直線性が良好で、しかも、連続する分離溝52が基板12に形成される。
From the above, the
図8Aは、比較例の分離溝54の説明図、図8Bは、本実施形態のビーム加工装置10により加工された分離溝52の説明図である。
FIG. 8A is an explanatory view of the
図8Aの比較例では、ビーム加工装置10からマスク部材25a〜25h、27a〜27h及びシリンドリカルレンズ26a〜26hを除去した状態で、基板12に分離溝54を形成したものである。この場合、基板12に照射されるレーザビームLBのビームスポット56(ハッチングで示す。)は、副走査方向に対して何ら整形されていないため、略円形のビームスポット56として基板12に照射される。この結果、分離溝54の矢印Y方向の壁部58a、58bには、ビームスポット56の形状に対応した凹凸が形成されてしまう。なお、ビームスポット56の矢印X方向に対する間隔が密になるように制御することで、凹凸を小さくすることができる。しかしながら、ビームスポット56の間隔を密にするためには、レーザビームLBの周波数をさらに高く設定するか、レーザビームLBの主走査方向の走査速度を遅く設定しなければならない。走査速度を遅くすると、分離溝54の加工時間が長くなる。
In the comparative example of FIG. 8A, the
これに対して、本実施形態のビーム加工装置10では、図8Bに示すように、矢印Y方向の壁部62a、62bに凹凸のない直線状の溝部52が形成される。すなわち、ビーム加工装置10では、エネルギ密度が均一なレーザビームLBが基板12に照射され、且つ、レーザビームLBがシリンドリカルレンズ26a〜26hにより矢印Y方向に集光されることにより、略長方形状のビームスポット60(ハッチングで示す。)が基板12に形成される。従って、このビームスポット60を矢印X方向に走査することにより、基板12には、凹凸のない極めて滑らかな壁部62a、62bを有する分離溝52が形成される。しかも、レーザビームLBの走査速度を低下させることなく凹凸のない分離溝52を形成できるため、加工速度を飛躍的に増加させることができる。
On the other hand, in the
さらにまた、ビーム加工装置10では、レーザビームLBを主走査方向に偏向させるために回転多面体20を用いている。回転多面体20は、レーザビームLBを反射するプリズム36の回転速度が一定であるため、基板12上でのレーザビームLBの走査速度を一定にすることができる。従って、基板12には、レーザビームLBの照射位置に依存しない同じエネルギ密度のレーザビームLBが照射され、分離溝52を高精度に形成することができる。
Furthermore, the
以上のように、本実施形態のビーム加工装置10では、一定速度で回転する回転多面体20によりレーザビームLBを反射させ、レーザビームLBを基板12の主走査方向に連続的に照射するとともに、基板移動部47を用いて基板12を副走査方向に移動させることにより、基板12に対して直線性が極めて高く凹凸のない多数の分離溝52を高速且つ高精度に形成することができる。従って、このビーム加工装置10を用いて太陽電池用基板である基板12を加工した場合、TCO膜を加工して、凹凸のない一定の幅からなる分離溝を高精度且つ高速に形成することができる。このようにして製造された太陽電池用基板は、TCO膜や金属電極膜のリーク電流の発生が大幅に抑制されるため、発電効率も飛躍的に向上することが期待できる。
As described above, in the
また、レーザ18から出力されたレーザビームLBは、反射ミラー22a〜22h及びプリズム24a〜24hにより折り返して基板12に照射されるように構成されているため、ビーム加工装置10の小型化を容易に達成することができる。
Further, since the laser beam LB output from the
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified without departing from the gist of the present invention.
本実施形態において、反射ミラー22a〜22hは、回転多面体20のプリズム36やプリズム24a〜24hと同様に、プリズムにより構成してもよい。また、反射ミラー22a〜22hをプリズムで構成する一方、プリズム24a〜24hを反射ミラーとして構成してもよい。
In the present embodiment, the reflection mirrors 22a to 22h may be configured by prisms, similarly to the
回転多面体20のプリズム36及び24a〜24hは、レーザビームLBの光エネルギに対して十分な耐久性を有し、レーザビームLBの光路を妨げない配置関係を実現できる場合には、プリズムに代えて、反射ミラーで構成してもよい。
If the
回転多面体20は、6角柱状のホルダ34に反射面を構成する6個のプリズム36が配設されるものとしたが、反射面の数は、これに限定されるものではなく、基板12に形成される分離溝52の主走査方向の長さに応じて、適宜選択することができる。例えば、分離溝52の長さが短いと、副走査方向に次の分離溝52を形成するまでの時間間隔が短くなるため、その時間間隔に応じた数の反射面を有する回転多面体20を使用することが望ましい。
In the
シリンドリカルレンズ26a〜26hは、同一の長さのものを複数本使用するものとしたが、シリンドリカルレンズ26a〜26hが相互に接続される部分の反射の影響を回避するために、1本のシリンドリカルレンズで構成してもよい。
The
レーザビームLBの面倒れを補正するためのシリンドリカルレンズ40a〜40hは、回転多面体20と反射ミラー22a〜22hとの間に配設する構成としたが、プリズム24a〜24hとマスク部材25a〜25h、27a〜27hとの間に配設してもよい。
The
回転多面体20は、レーザビームLBを連続的且つ等速に偏向できる点で有効であるが、回転多面体20に代えて、ガルバノミラーやレゾナントミラーを用いた他の形態のビーム偏向器としてもよい。
The rotating
基板12を副走査方向に移動させる移動機構としては、基板12をエアベアリング16a、16bによりフローティング状態として移動させる機構としたが、この機構に代えて、基板12を回転するローラで支持して移動させる機構、基板12全体をステージにより支持し、ステージごと移動させる機構等、加工対象物である基板に応じた種々の移動構成を採用することが可能である。
As the moving mechanism for moving the
基板12は、主走査方向と直交する副走査方向に一定の移動速度で移動されるものとしたが、主走査方向と副走査方向とが必ずしも直交している必要はない。例えば、ビーム加工装置10の場合、副走査方向(矢印Y方向)に移動する基板12に対して、レーザビームLBを主走査方向(矢印X方向)に走査させることにより、分離溝52を形成している。この場合、基板12には、主走査方向に対して傾斜した分離溝52が形成される。分離溝52の傾斜を回避するためには、基板12の移動速度を考慮して、レーザビームLBの主走査方向を副走査方向と直交する方向からずらして設定すればよい。また、副走査方向に対する移動速度を制御することにより、基板12に曲線状の分離溝52を形成することもできる。また、基板12は、直線状に移動するだけでなく、例えば、回転テーブルに基板12を載置し、回転テーブルを副走査方向に回転させた状態で、レーザビームLBを基板12に照射して加工を行う構成とすることも可能である。
Although the
また、上記の説明では、基板12として薄膜太陽電池用基板を例として説明したが、本実施形態のビーム加工装置10は、他の様々な分野にも適用することができる。例えば、レーザビームを用いた薄膜の剥離加工、ガラス切断機、ライン溶接機、電子回路基板の加工やパターンニング、製品の表面品質改善等にも適用可能である。また、基板としては、タッチパネル基板、液晶基板、回折格子基板等を加工対象とすることができる。なお、薄膜の剥離加工では、基板の損傷を回避して薄膜のアブレーションや剥離のための臨界点突破が可能なパルスレーザが適している。また、レーザを用いた溶接や封止では、レーザビームLBを連続的に照射させるCWレーザが適している。
In the above description, the thin film solar cell substrate has been described as an example of the
本実施形態のビーム加工装置10では、基板12上に形成されるビームスポット60(図8B)の主走査方向の重複が少なく、1パルスのレーザビームLBで形成されるビームスポット60を主走査方向に長く形成することができる。この場合、基板12に対する熱の影響を少なくすることができる。従って、例えば、パターン素材を有する基板(付与基板)と、パターンを付けたい基板(受け基板)とを重ねて配置し、付与基板にレーザビームLBを照射してパターン素材を剥離させ、受け基板にパターンを転写させることができる。具体的には、付与基板のパターン素材を銅箔とし、受け基板に電子回路素子が実装された電子回路基板を用いることにより、回路同士や実装体同士の端子間を回路線で接続することができる。接続する位置や形状は、付与基板に照射するレーザビームLBの照射タイミングと、付与基板の副走査方向の移動速度とを調整し、遮光部材を利用して自在に制御することが可能である。なお、遮光部材の形状を適宜選択することにより、回路線の一部を断線させたり、付与基板の所望の位置にホールを形成することができる。
In the
また、本実施形態のビーム加工装置10では、単独のレーザ18を用いて基板12を加工するものとして説明したが、レーザ18から出力されるレーザビームLBを複数に分割し、又は、複数のレーザ18を用いて基板12を加工するように構成することもできる。この場合、複数のレーザビームLBを同じ主走査方向の加工部位に重ねて照射する場合と、複数のレーザビームLBを基板12の副走査方向に平行に並べて照射する場合とが考えられる。例えば、同じ主走査方向の加工部位にレーザビームLBを重ねて照射する場合、紫外線レーザを用いて薄膜を有する基板12に亀裂を形成し、紫外線レーザとは効果が異なるグリーンレーザを用いて基板12の薄膜を容易に蒸散させることができる。これにより、ガラス基板のカッティングや複層の皮膜加工の効率を向上させることができる。また、基板12の副走査方向にレーザビームLBを平行に並べて同時に照射する場合、シリンドリカルレンズ26a〜26hで基板12に干渉縞を発生させることにより、1本以上の縞を用いて基板12を加工することができる。これにより、回折格子基板の加工及び微細線の加工を効率的に行うことができる。
Further, in the
10…ビーム加工装置
12…基板
12a、12b…側部
14…ケーシング
16a、16b…エアベアリング
18…レーザ
20…回転多面体
22a〜22h…反射ミラー
19a〜19h、21a〜21h、23a〜23h…反射平面
24a〜24h…プリズム
25a〜25h、27a〜27h…マスク部材
26a〜26h…シリンドリカルレンズ
28…プリズム
29a〜29i…遮光部材
30…回転多面体駆動モータ
31…スリット
32…回転軸
33…ビームスポット
34…ホルダ
36…プリズム
38a、38b…反射面
40a〜40h…シリンドリカルレンズ
42…加工パラメータ設定部
44…制御部
45a、45b…基板把持部
46…レーザ駆動部
47…基板移動部
48…エアベアリング駆動部
49…基板移動機構
50…光学系
52、54…分離溝
56、60…ビームスポット
58a、58b、62a、62b…壁部
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記ビームを出力するビーム出力源と、
偏向駆動される反射面により前記ビームを反射させ、前記ビームを前記基板の主走査方向に偏向させるビーム偏向器と、
前記反射面と前記基板との間で前記主走査方向に配列され、前記反射面により反射偏向された前記ビームを反射させる反射平面を有する複数の第1反射体と、
前記各第1反射体に対応して前記主走査方向に配列され、前記各第1反射体により反射された前記ビームを反射させ、前記基板の前記主走査方向に導く反射平面を有する複数の第2反射体と、
前記基板を前記主走査方向と異なる副走査方向に移動させる基板移動機構と、
を備え、前記各第1反射体及び前記各第2反射体は、前記ビーム出力源から前記基板に至る前記ビームの光路長が略等しくなる位置に配設されることを特徴とするビーム加工装置。 In a beam processing apparatus for irradiating a substrate with a beam and processing the substrate,
A beam output source for outputting the beam;
A beam deflector that reflects the beam by a reflection-driven reflection surface and deflects the beam in a main scanning direction of the substrate;
A plurality of first reflectors arranged in the main scanning direction between the reflecting surface and the substrate and having a reflecting plane that reflects the beam reflected and deflected by the reflecting surface;
Corresponding to each of the first reflectors, a plurality of second planes having reflection planes arranged in the main scanning direction and reflecting the beams reflected by the first reflectors and guiding them in the main scanning direction of the substrate. Two reflectors,
A substrate moving mechanism for moving the substrate in a sub-scanning direction different from the main scanning direction;
Each of the first reflectors and the second reflectors is disposed at a position where the optical path lengths of the beams from the beam output source to the substrate are substantially equal. .
前記第2反射体と前記基板との間には、前記副走査方向に集光特性を有し、前記ビームを前記基板に集光させる第1シリンドリカルレンズが配設されることを特徴とするビーム加工装置。 The beam processing apparatus according to claim 1, wherein
A beam having a condensing characteristic in the sub-scanning direction and condensing the beam on the substrate is disposed between the second reflector and the substrate. Processing equipment.
前記第2反射体と前記第1シリンドリカルレンズとの間には、前記各第2反射体により反射された前記ビームの前記副走査方向の範囲を規制する第1規制部材が配設されることを特徴とするビーム加工装置。 The beam processing apparatus according to claim 2, wherein
Between the second reflector and the first cylindrical lens, a first restricting member that restricts a range of the beam reflected by the second reflector in the sub-scanning direction is disposed. A characteristic beam processing device.
前記第2反射体と前記第1シリンドリカルレンズとの間には、前記各第2反射体により反射された前記ビームの前記主走査方向の範囲を規制する第2規制部材が配設されることを特徴とするビーム加工装置。 The beam processing apparatus according to claim 2 or 3,
Between the second reflector and the first cylindrical lens, a second restricting member for restricting a range of the beam reflected by the second reflector in the main scanning direction is disposed. A characteristic beam processing device.
前記ビーム偏向器の前記反射面と前記第1反射体との間には、前記ビームの偏向方向と直交する方向に集光特性を有し、偏向駆動される前記反射面の面倒れを補正する第2シリンドリカルレンズが配設されることを特徴とするビーム加工装置。 In the beam processing apparatus of any one of Claims 1-4,
Between the reflection surface of the beam deflector and the first reflector, there is a condensing characteristic in a direction orthogonal to the deflection direction of the beam, and corrects the tilt of the reflection surface driven by deflection. A beam processing apparatus comprising a second cylindrical lens.
前記各第1反射体の前記主走査方向に対する傾斜角α、前記各第2反射体の前記主走査方向に対する傾斜角β、及び、前記反射面の前記主走査方向に対する傾斜角γは、
β−α≒γ
の関係に従って設定されることを特徴とするビーム加工装置。 In the beam processing apparatus of any one of Claims 1-5,
An inclination angle α of each first reflector with respect to the main scanning direction, an inclination angle β of each of the second reflectors with respect to the main scanning direction, and an inclination angle γ of the reflecting surface with respect to the main scanning direction are:
β-α ≒ γ
The beam processing apparatus is set according to the relationship of
前記反射面は、第1プリズムにより構成されることを特徴とするビーム加工装置。 In the beam processing apparatus of any one of Claims 1-6,
The beam processing apparatus, wherein the reflecting surface is constituted by a first prism.
前記第1反射体又は前記第2反射体の少なくとも一方は、第2プリズムにより構成されることを特徴とするビーム加工装置。 In the beam processing apparatus of any one of Claims 1-7,
At least one of the first reflector and the second reflector is constituted by a second prism.
前記ビーム偏向器は、回転駆動される複数の前記反射面を有する回転多面体であることを特徴とするビーム加工装置。 In the beam processing apparatus of any one of Claims 1-8,
The beam deflector is a rotating polyhedron having a plurality of the reflecting surfaces that are driven to rotate.
前記基板は、前記ビームにより分離溝が加工される太陽電池用基板であることを特徴とするビーム加工装置。 In the beam processing apparatus of any one of Claims 1-9,
The beam processing apparatus according to claim 1, wherein the substrate is a solar cell substrate in which a separation groove is processed by the beam.
ビーム出力源から出力されたビームを偏向駆動される反射面により反射させ、前記ビームを前記基板の主走査方向に偏向させるとともに、前記基板を前記主走査方向と異なる副走査方向に移動させるステップと、
前記反射面により反射された前記ビームを、前記主走査方向に配列された反射平面を有する複数の第1反射体により順次反射させるステップと、
前記各第1反射体により反射された前記ビームを、前記各第1反射体に対応して前記主走査方向に配列された反射平面を有する複数の第2反射体により順次反射させるステップと、
前記各第2反射体により反射された前記ビームを前記基板の前記主走査方向に照射し、前記基板を加工するステップと、
を有し、前記各第1反射体及び前記各第2反射体は、前記ビーム出力源から前記基板に至る前記ビームの光路長が略等しくなる位置に配設されていることを特徴とする基板の加工方法。 In a substrate processing method of irradiating a substrate with a beam and processing the substrate,
Reflecting the beam output from the beam output source by a reflection-driven reflection surface, deflecting the beam in the main scanning direction of the substrate, and moving the substrate in a sub-scanning direction different from the main scanning direction; ,
Sequentially reflecting the beam reflected by the reflecting surface by a plurality of first reflectors having reflecting planes arranged in the main scanning direction;
Sequentially reflecting the beams reflected by the first reflectors by a plurality of second reflectors having reflection planes arranged in the main scanning direction corresponding to the first reflectors;
Irradiating the beam reflected by each of the second reflectors in the main scanning direction of the substrate, and processing the substrate;
Each of the first reflectors and the second reflectors is disposed at a position where the optical path lengths of the beams from the beam output source to the substrate are substantially equal. Processing method.
前記各第2反射体により反射された前記ビームを前記副走査方向にのみ集光させて前記基板に照射することを特徴とする基板の加工方法。 In the processing method of the board | substrate of Claim 11,
The substrate processing method, wherein the beam reflected by each of the second reflectors is condensed only in the sub-scanning direction and irradiated onto the substrate.
前記ビームの前記副走査方向の範囲を規制して前記ビームを前記副走査方向にのみ集光させることを特徴とする基板の加工方法。 In the processing method of the board | substrate of Claim 12,
A substrate processing method, wherein a range of the beam in the sub-scanning direction is restricted and the beam is condensed only in the sub-scanning direction.
前記ビームの前記主走査方向の範囲を規制して前記ビームを前記副走査方向にのみ集光させることを特徴とする基板の加工方法。 In the processing method of the board | substrate of Claim 12 or 13,
A substrate processing method, wherein a range of the beam in the main scanning direction is restricted to focus the beam only in the sub-scanning direction.
前記反射面により反射偏向された前記ビームを、前記ビームの偏向方向と直交する方向に集光させ、前記反射面の面倒れ補正を行うことを特徴とする基板の加工方法。 In the processing method of the board | substrate of any one of Claims 11-14,
A method of processing a substrate, wherein the beam deflected and deflected by the reflecting surface is condensed in a direction orthogonal to a deflection direction of the beam and surface tilt correction of the reflecting surface is performed.
前記基板は、前記ビームにより分離溝が加工される太陽電池用基板であることを特徴とする基板の加工方法。 In the processing method of the board | substrate of any one of Claims 11-15,
The substrate processing method according to claim 1, wherein the substrate is a solar cell substrate in which a separation groove is processed by the beam.
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