JP2013123748A - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】有機薄膜を備える極めて薄い被加工材を加工するレーザ加工装置において、レーザ加工によって生じる加工屑をより確実に除去することである。
【解決手段】本発明に係るレーザ加工装置は、有機薄膜を備える被加工材にレーザ光を照射するレーザ光源と、被加工材を支持する支持部と、レーザ光を被加工材に照射している間、被加工材におけるレーザ光の照射部分に向けて、間欠的にイオンを噴射することによって、被加工材から生じた加工屑を除電しながら吹き飛ばすイオン噴射部と、吹き飛ばされた加工屑を回収する加工屑回収部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ加工装置及びレーザ加工方法に関するものであって、特に、有機薄膜を備える被加工材を加工するレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。
従来から、薄膜系太陽電池を製造するために、有機薄膜層を備えるフィルムをレーザ光によってスクライビングする技術が検討されていた。レーザ光によってフィルム上の薄膜をスクライビングすると加工屑が生じる。有機薄膜はウェット洗浄できないため、この加工屑をフィルムから取り除くために、気体等を用いたドライ洗浄を行う必要がある。
一例として、プリント配線基板のレーザ加工によって生じた加工屑を除去するために、レーザ光の照射中にドライ洗浄を実行する方法が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載されたレーザ加工装置は、イオン発生装置にて発生させたイオンを補助風とともに、ワーク基板に向けて供給し、加工の最中に生じた基板加工屑を除電しつつレーザ加工を行うように構成されている。除電された加工屑は、吸引機能を備える集塵装置によって吸引される。
特開２００３−５３５８０号公報
しかしながら、特許文献１におけるレーザ加工装置は、プリント配線基板を製造するために、所定の厚みを有する基板にスルーホール等を形成するものである。薄膜系太陽電池の製造のために加工されるフィルムに比べて、プリント配線基板は厚く、レーザ光によって削られる領域も大きい。例えば、薄膜系太陽電池の製造のために加工されるフィルムの厚さは、１００μｍ程度であり、フィルムに積層された薄膜の厚さは数μｍである。このように薄いフィルム上の薄膜を加工する場合には、極めて微細な処理が必要であり、特許文献１に記載されたレーザ加工装置を薄膜系太陽電池の製造に適用することは困難である。
例えば、特許文献１のレーザ加工装置では、イオン発生装置にて発生させたイオンを補助風と共にワーク基板におけるレーザ光の照射位置に吹き付けている。しかしながら、レーザ加工処理中において、レーザ光の照射位置に常にイオンを供給していると、被加工材の表面に空気の流れる層が形成されてしまう。薄膜系太陽電池の製造においては、数μｍの薄膜を積層した薄いフィルムを加工しているため、加工部分は極めて微細である。したがって、供給されるイオンがこの空気の層に邪魔されてフィルムの加工部分に到達できなくなり、加工部分から生じる加工屑に対して効果的な除電ができなくなってしまう。このため、加工屑が静電気によってフィルムに付着してしまい、フィルムから除去されない。
したがって、本発明の目的は、有機薄膜を備える極めて薄い被加工材を加工するレーザ加工装置において、レーザ加工によって生じる加工屑をより確実に除去することである。
本発明は、レーザ加工装置に係るものである。上記目的を達成するために、本発明に係るレーザ加工装置は、有機薄膜を備える被加工材にレーザ光を照射するレーザ光源と、被加工材を支持する支持部と、レーザ光を被加工材に照射している間、被加工材におけるレーザ光の照射部分に向けて、間欠的にイオンを噴射することによって、被加工材から生じた加工屑を除電しながら吹き飛ばすイオン噴射部と、吹き飛ばされた加工屑を回収する加工屑回収部とを備える。
「被加工材」とは、加工される対象物をいう。「被加工材」の一例として、薄膜系太陽電池の製造に用いられる、薄膜層を積層したフィルム等が挙げられる。「加工屑」とは、レーザ光の照射によって被加工材から生じる削りカス等の屑をいう。「除電」とは、電気を取り除くことをいい、一例として、静電気を取り除くことをいう。
被加工材とレーザ光源の対物レンズとの間において、レーザ光が通過する開口を備え且つ対物レンズとの間に所定の空間を画定する対物レンズ保護部と、対物レンズ保護部と被加工材との間において、被加工材に向かって流れる気流を形成するために、イオン噴射部からの間欠的なイオン噴射と同期させて、空間内に間欠的に気体を送入する気体送入部とをさらに備えるように構成してもよい。
一例として、支持部は、レーザ光を被加工材に照射している間、被加工材と共に一方向に移動するものであり、イオン噴射部は、レーザ光源に対して、被加工材の移動方向の下流側に設置されて、被加工材の移動方向の下流側から照射部分に向かってイオンを噴射するものであり、加工屑回収部は、レーザ光源に対して、被加工材の移動方向の上流側において被加工材との間に隙間を有するように設置されて、イオン噴射部からのイオン噴射によって吹き飛ばされた加工屑を回収する第１の加工屑回収部と、被加工材の移動方向の上流側に設置されて支持部と共に移動するように構成され、第１の加工屑回収部と被加工材との間に形成された隙間から移動方向の上流側に吹き飛ばされた加工屑を回収する第２の加工屑回収部を備える。
他の例として、レーザ光源は、レーザ光を被加工材に照射している間、被加工材に対して一方向に移動するものであり、イオン噴射部は、レーザ光源に対して、レーザ光源の移動方向の上流側に設置されてレーザ光源と共に移動するように構成され、レーザ光源の移動方向の上流側から照射部分に向かってイオンを噴射するものであり、加工屑回収部は、レーザ光源に対して、レーザ光源の移動方向の下流側において被加工材との間に隙間を有するように設置されてレーザ光源と共に移動するように構成され、イオン噴射部からのイオン噴射によって吹き飛ばされた加工屑を回収する第１の加工屑回収部と、レーザ光源の移動方向の下流側に設置されて、第１の加工屑回収部と被加工材との間に形成された隙間から移動方向の下流側に吹き飛ばされた加工屑を回収する第２の加工屑回収部を備える。
また、本発明はレーザ加工方法に係るものである。上記目的を達成するために、イオン噴射部が、有機薄膜を備える被加工材におけるレーザ光の照射部分に向けて、被加工材の移動方向の下流側から間欠的にイオンを噴射するステップと、レーザ光源に対して、被加工材を一方向に移動させるステップと、被加工材にレーザ光源からレーザ光を照射するステップと、加工屑回収部が、イオンの噴射によって吹き飛ばされた加工屑を被加工材の移動方向の上流側から回収するステップとを含み、間欠的にイオンを噴射するステップは、レーザ光を照射している間、連続的に実行されて、被加工材から生じた加工屑を除電しながら吹き飛ばす。
上記レーザ加工方法において、回収するステップは、レーザ光源に対して、被加工材の移動方向の上流側において被加工材との間に隙間を有するように設置された第１の加工屑回収部が、イオン噴射部からのイオン噴射によって吹き飛ばされた加工屑を回収するステップと、被加工材の移動方向の上流側に設置されて支持部と共に移動するように構成された第２の加工屑回収部が、第１の加工屑回収部と被加工材との間に形成された隙間から移動方向の上流側に吹き飛ばされた加工屑を回収するステップとを含むように構成してもよい。
また他の態様において、本発明に係るレーザ加工方法は、レーザ光源の移動方向の上流側に設置されてレーザ光源と共に移動するイオン噴射部が、有機薄膜を備える被加工材におけるレーザ光の照射部分に向けて、間欠的にイオンを噴射するステップと、被加工材に対して、レーザ光源を一方向に移動させるステップと、被加工材にレーザ光源からレーザ光を照射するステップと、加工屑回収部が、イオンの噴射によって吹き飛ばされた加工屑をレーザ光源の移動方向の下流側から回収するステップとを含み、間欠的にイオンを噴射するステップは、レーザ光を照射している間、連続的に実行されて、被加工材から生じた加工屑を除電しながら吹き飛ばす。
上記他の態様のレーザ加工方法において、回収するステップは、レーザ光源に対して、レーザ光源の移動方向の下流側において被加工材との間に隙間を有するように設置されてレーザ光源と共に移動するように構成された第１の加工屑回収部が、イオン噴射部からのイオン噴射によって吹き飛ばされた加工屑を回収するステップと、レーザ光源の移動方向の下流側に設置された第２の加工屑回収部が、第１の加工屑回収部と被加工材との間に形成された隙間から移動方向の下流側に吹き飛ばされた加工屑を回収するステップとを含むように構成してもよい。
例えば、被加工材とレーザ光源の対物レンズとの間に所定の空間を画定する対物レンズ保護部から、被加工材に向かって流れる気流を形成するために、イオン噴射部からの間欠的なイオン噴射と同期させて、対物レンズ保護部によって画定された空間内に、間欠的に気体を送入するステップをさらに含む。
本発明に係るレーザ加工装置は、レーザ光を被加工材に照射している間、被加工材におけるレーザ光の照射部分に向けて、間欠的にイオンを噴射することによって、被加工材から生じた加工屑を除電しながら吹き飛ばすイオン噴射部を備えている。イオン噴射を間欠的に行うことによって、被加工材の表面上に空気の流れる層が形成されることを防ぐことができる。したがって、噴射されたイオンは、空気の層に邪魔されずに被加工材の照射部分に到達し、加工屑の除電を効果的に実行することができる。よって、被加工材に接触せずに気体によって加工屑を除去する、すなわち、被加工材のドライ洗浄を効果的に実行することができる。有機薄膜はウェット洗浄できないため、薄膜系太陽電池の製造には特に有効である。
上記のように、本発明に係るレーザ加工装置によれば、有機薄膜を備える極めて薄い被加工材を加工するレーザ加工装置において、レーザ加工によって生じる加工屑をより確実に除去することができる。
レーザ光が通過する開口を備え且つ対物レンズとの間に所定の空間を画定する対物レンズ保護部と、被加工材に向かって流れる気流を形成するために、間欠的なイオン噴射と同期させて、上記空間内に間欠的に気体を送入する気体送入部とを備えるように構成した場合には、蒸気等の昇華物や、レーザ光の照射によって被加工材の表面から飛び出した削りカス等の加工屑から対物レンズを保護することができる。また、イオン噴射と同期して形成された被加工材に向かって流れる気流によって、加工屑の除去機能をさらに高めることができる。加えて、間欠的に形成される上記気流によって、被加工材の帯電を防止できるという利点もある。
イオン噴射部を、被加工材の移動方向の下流側に設置し、被加工材の移動方向の上流側において被加工材との間に隙間を有するように第１の加工屑回収部を設置し、被加工材の移動方向の上流側に設置されて支持部と共に移動するように構成され、第１の加工屑回収部と被加工材との間に形成された隙間から移動方向の上流側に吹き飛ばされた加工屑を回収する第２の加工屑回収部を備えるように構成した場合には、第１の加工屑回収部及び第２の加工屑回収部は、被加工材の移動方向の上流側に配置されているため、イオン噴射によって、被加工材の移動方向の下流側から上流側に吹き飛ばされる加工屑を効率的に回収することができる。また、第２の加工屑回収部は第１の加工屑回収部と被加工材との間に形成された隙間から移動方向の上流側に吹き飛ばされた加工屑を回収するため、第１の加工屑回収部によって回収できなかった加工屑も回収可能である。したがって、加工屑をより確実に被加工材から除去することができる。
レーザ光源と共に移動するイオン噴射部をレーザ光源の移動方向の上流側に設置し、レーザ光源と共に移動する第１の加工屑回収部をレーザ光源の移動方向の下流側において被加工材との間に隙間を有するように設置し、レーザ光源の移動方向の下流側に設置されて、第１の加工屑回収部と被加工材との間に形成された隙間から移動方向の下流側に吹き飛ばされた加工屑を回収する第２の加工屑回収部を備えるように構成した場合には、第１の加工屑回収部及び第２の加工屑回収部は、レーザ光源の移動方向の下流側に配置されているため、イオン噴射によって、レーザ光源の移動方向の上流側から下流側に吹き飛ばされる加工屑を効率的に回収することができる。また、第２の加工屑回収部は第１の加工屑回収部と被加工材との間に形成された隙間からレーザ光源の移動方向の下流側に吹き飛ばされた加工屑を回収するため、第１の加工屑回収部によって回収できなかった加工屑も回収可能である。したがって、加工屑をより確実に被加工材から除去することができる。
本発明に係るレーザ加工方法は、イオン噴射部が、有機薄膜を備える被加工材におけるレーザ光の照射部分に向けて、間欠的にイオンを噴射するステップを含み、このステップは、レーザ光を照射している間、連続的に実行される。このように、イオン噴射を間欠的に行うことによって、被加工材の表面上に空気の流れる層が形成されることを防ぐことができる。したがって、噴射されたイオンは、空気の層に邪魔されずに被加工材の照射部分に到達し、加工屑の除電を効果的に実行することができる。
被加工材の移動方向の下流側から噴射されるイオン噴射に対して、第１の加工屑回収部が、イオン噴射によって吹き飛ばされた加工屑を回収するステップと、被加工材の移動方向の上流側に設置されて支持部と共に移動するように構成された第２の加工屑回収部が、第１の加工屑回収部と被加工材との間に形成された隙間から移動方向の上流側に吹き飛ばされた加工屑を回収するステップとを含むように構成した場合には、第１の加工屑回収部及び第２の加工屑回収部は、イオン噴射によって、被加工材の移動方向の下流側から上流側に吹き飛ばされる加工屑を効率的に回収することができる。また、第２の加工屑回収部は第１の加工屑回収部と被加工材との間に形成された隙間から移動方向の上流側に吹き飛ばされた加工屑を回収するため、第１の加工屑回収部によって回収できなかった加工屑も回収可能である。したがって、加工屑をより確実に被加工材から除去することができる。
レーザ光源の移動方向の上流側に設置されてレーザ光源と共に移動するイオン噴射部からのイオン噴射に対して、レーザ光源と共に移動するように構成された第１の加工屑回収部が、イオン噴射部からのイオン噴射によって吹き飛ばされた加工屑を回収するステップと、レーザ光源の移動方向の下流側に設置された第２の加工屑回収部が、第１の加工屑回収部と被加工材との間に形成された隙間から移動方向の下流側に吹き飛ばされた加工屑を回収するステップとを含むように構成した場合には、第１の加工屑回収部及び第２の加工屑回収部は、イオン噴射によって、レーザ光源の移動方向の上流側から下流側に吹き飛ばされる加工屑を効率的に回収することができる。また、第２の加工屑回収部は第１の加工屑回収部と被加工材との間に形成された隙間からレーザ光源の移動方向の下流側に吹き飛ばされた加工屑を回収するため、第１の加工屑回収部によって回収できなかった加工屑も回収可能である。したがって、加工屑をより確実に被加工材から除去することができる。
被加工材とレーザ光源の対物レンズとの間に所定の空間を画定する対物レンズ保護部から、被加工材に向かって流れる気流を形成するために、イオン噴射部からの間欠的なイオン噴射と同期させて、対物レンズ保護部によって画定された空間内に、間欠的に気体を送入するステップを含むように構成した場合には、蒸気等の昇華物や、レーザ光の照射によって被加工材の表面から飛び出した削りカス等の加工屑から対物レンズを保護することができる。また、イオン噴射と同期して形成された被加工材に向かって流れる気流によって、加工屑の除去機能をさらに高めることができる。加えて、間欠的に形成される上記気流によって、被加工材の帯電を防止できるという利点もある。
第１の実施形態に係るレーザ加工装置の側面図である。 図１に示すレーザ加工装置の部分拡大図である。 図２に示す対物レンズ保護部の拡大図である。 図１に示すレーザ加工装置を用いたレーザ加工方法を示すフローチャートである。 図１に示すレーザ加工装置における、被加工材の搬送方向と吸着ステージの移動方向の説明図である。 図１に示すレーザ加工装置における、被加工材の搬送方向と吸着ステージの移動方向の説明図である。 他の実施形態に係るレーザ加工方法を示すフローチャートである。
［第１の実施形態］
以下、本発明の実施の形態を添付の図により説明する。図１に第１の実施形態に係るレーザ加工装置の側面図を示す。第１の実施形態に係るレーザ加工装置は、移動する被加工材にレーザ光を照射して、被加工材の表面を削るレーザスクライバである。
レーザ加工装置１は、被加工材２を吸着して支持すると共に所定の方向に移動させる吸着ステージ３と、吸着ステージ３に支持された被加工材２にレーザ光４を照射するレーザヘッド５と、レーザ加工中に生じた加工屑６を吹き飛ばすイオナイザー７と、吹き飛ばされた加工屑６を回収する排気口１０及び排気トレイ１４とを備えている。
被加工材２は、薄膜系太陽電池の製造に用いられるものである。被加工材２は、１００μｍ程度の厚さの薄いフィルムに薄膜層を積層したものであり、薄膜層は、透明導電膜（ＴＣＯ）層と金属層と有機薄膜層を積層したもので数μｍ程度の厚さである。
吸着ステージ３は、絶縁性の多孔質セラミックによって形成されていて、被加工材２を載置する上面に吸着機構を備えている。吸着ステージ３は、レーザ光４が照射されている間、被加工材２を真空吸着して被加工材２を支持すると共に、移動方向Ｙに一定速度で移動する。吸着ステージ３のサイズは一例としてＡ４サイズ（２１０ｍｍ×２９７ｍｍ）である。
レーザヘッド５は、レーザ光源、ビームエキスパンダ、フォトインテグレータ、コンデンサレンズ、シリンドリカルレンズ及び対物レンズを搭載している。レーザ光源は、例えば、１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、３５５ｎｍ又は２６６ｎｍの波長のレーザ光を６０Ｈｚの周期で放射するパルスレーザである。ビームエキスパンダは、レーザ光源から放射されたレーザ光の径を拡大し、フォトインテグレータは、レーザ光源から照射されたレーザ光の横断面内の輝度分布を均一化させる。このフォトインテグレータは、フライアイレンズやロッドレンズ又はライトパイプ等であってもよい。輝度分布が均一化されたレーザ光はコンデンサレンズに入射して均一な輝度分布を有する平行光となる。この平行光は、シリンドリカルレンズに入射して、横断面が、一例として２０μｍ×６０ｍｍの細線状のレーザ光に整形される。シリンドリカルレンズによって整形されたレーザ光は、レーザヘッド５の先端に設けられた対物レンズを介して、被加工材２の表面２ａに照射される。
イオナイザー７は、レーザ光４の照射中に、被加工材２におけるレーザ光４の照射部分に向けて間欠的にイオンを噴射することにより、レーザ加工によって被加工材２から生じる加工屑６を除電しながら吹き飛ばすものである。本実施形態におけるイオナイザー７は、イオンを間欠的に噴射する間欠式スポットイオナイザーであり、イオン化するための気体が供給される第１の給気ライン８と、供給された気体をイオン化する図示しないイオン化手段と、イオンを噴射する噴射口７ａとを備えている。第１の給気ライン８からは、加圧されたＣＤＡ（クリーンドライエア）又は窒素ガスＮ２が第１の給気ライン８を介して間欠的に供給される。イオン化手段は、供給された気体をイオン化し、イオン化された気体は噴射口７ａから噴射される。一例として、噴射されるイオンのエア圧力は０．５ＭＰａであり、流量は１７５ｌ／ｍｉｎである。噴射口７ａの直径は、一例として、約１０ｍｍ程度である。また、レーザ光４のパルス周期よりも十分に広いパルス周期を有するようにイオンの噴射周期を決定することによって、加工屑６を効果的に吹き飛ばすことができる。例えば、レーザ光４が１６．６７ｍｓの周期で放射される場合、イオンの噴射周期は１００ｍｓが望ましい。
排気口１０は、イオナイザー７によるイオン噴射によって吹き上げられた加工屑６を回収する第１の加工屑受け部１２と、第１の加工屑受け部１２に入ってきた加工屑６を排出する第１の排気ライン１１を備えている。第１の加工屑受け部１２は直方体形状をなし、１つの面において矩形の開口１２ａを有していて、内部に所定の空間を画定している。開口１２ａの周縁には、開口の中心方向に向かって延びるストッパー部１２ｂが設けられている。ストッパー部１２ｂは、排気口１０に入ってきた加工屑６が再び排気口１０から外部に散っていかないように設けられている。第１の排気ライン１１は図示しない吸引機構及び排気処理装置と連結していて、排気口１０内の加工屑６は第１の排気ライン１１を介して排気口１０内の空気と共に吸引され、排気処理装置に送られる。
排気トレイ１４は、イオナイザー７によるイオン噴射によって吹き飛ばされた加工屑６を回収する第２の加工屑受け部１５と、第２の加工屑受け部１５に連結して第２の加工屑受け部１５から加工屑６を排出する第２の排気ライン１６を備えている。第２の加工屑受け部１５は、上方に向けて開放された受け皿形状をなしている。第２の排気ライン１６は図示しない吸引機構及び排気処理装置と連結していて、第２の加工屑受け部１５内の加工屑６は第２の排気ライン１６を介して第２の加工屑受け部１５内の空気と共に吸引され、排気処理装置に送られる。
次に、各構成要素の位置関係について説明する。レーザ加工装置１では、レーザ加工処理中において、吸着ステージ３と排気トレイ１４が移動し、レーザヘッド５とイオナイザー７と排気口１０は移動しない。
イオナイザー７は、レーザヘッド５に対して、被加工材２の移動方向Ｙの下流側において、イオナイザー７の噴射口７ａが被加工材２のレーザ光４照射部に向くように配置されている。被加工材２に照射されるレーザ光４の中心軸を仮想基準線をｌ１とすると、イオナイザー７は、噴射口７ａからのイオン噴射方向の中心が、仮想基準線ｌ１に対して、約４５度の角度を有するように、斜めに配置される。
排気口１０は、レーザヘッド５に対して、被加工材２の移動方向Ｙの上流側において、開口１２ａがレーザヘッド５側に向くように配置されている。図１に示す方向からみて、被加工材２のレーザ光照射部と排気口１０の開口１２ａの中心を結ぶ線を仮想基準線ｌ２とすると、仮想基準線ｌ２が仮想基準線ｌ１に対して、約４５度の角度を有している。排気口１０において、第１の加工屑受け部１２の底面１２ｃは、被加工材２の表面２ａと略平行に延びている。排気口１０は、第１の加工屑受け部１２の底面１２ｃと被加工材２の表面２ａとの間に数ミリ程度の隙間ｇを有するように配置されている。
排気トレイ１４は、排気口１０と被加工材２の表面２ａとの間に形成された隙間ｇを通って吹き飛ばされてきた加工屑６を回収するように構成されている。排気トレイ１４は、吸着ステージ３の移動方向Ｙの上流側において、吸着ステージ３の上流側端部３ａに取り付けられている。第２の加工屑受け部１５は、吸着ステージ３の上流側端部３ａの幅方向（移動方向Ｙに対して垂直方向）に沿って、吸着ステージ３に取り付けられる取り付け端部１５ａを備えている。取り付け端部１５ａの幅方向（移動方向Ｙに対して垂直方向）の長さは、吸着ステージ３の幅方向（移動方向Ｙに対して垂直方向）の長さと同じである。吸着ステージ３の上流側端部３ａと接する取り付け端部１５ａの高さ位置は、吸着ステージ３の上面と同じ高さ又は吸着ステージ３の上面よりも低い位置にある。したがって、被加工材２の表面２ａからこぼれる加工屑６をスムーズに受け止めることができる。
第２の加工屑受け部１５において、吸着ステージ３の幅方向に延びて被加工材２との間に所定の空間を画定する壁部１５ｂは上方に突出し、この壁部１５ｂの上端は、被加工材２の表面２ａよりも高い位置にある。よって、被加工材２の表面２ａから吹き飛ばされた加工屑６が舞い上がった場合であっても、この壁部１５ｂによって捉えることができる。
図１のおけるレーザヘッド５の先端部５ａの拡大図を図２に示す。レーザ加工装置１では、レーザヘッド５の対物レンズ１８をレーザ加工に伴う蒸気等の昇華物から保護するためにレーザヘッド５の先端部５ａにおいて、対物レンズ保護部２０を設けている。対物レンズ保護部２０は、対物レンズ１８の保護機能に加えて、加工屑６を除去するための気流を生成する機能を有している。
なお、図２においては、説明のため対物レンズ保護部２０の構造を一部省略して図示している。対物レンズ保護部２０の構造について、図３に対物レンズ保護部２０を拡大して模式的に示す。対物レンズ保護部２０は円筒形状に形成されて、被加工材２の表面２ａと対向しレーザ光４が通過する開口２２を有する底面２１と、底面２１の周縁から上方に突出する壁部２３を備えている。壁部２３は、レーザヘッド５の先端部５ａの周面と接するように所定の厚みを有している。壁部２３は、伸縮性を有するゴム材又は樹脂材によって構成されていて、レーザヘッド５の先端部５ａの周面と接する壁部２３の内周２３ａの直径は、対物レンズ保護部２０を取り付けるレーザヘッド５の先端部５ａの直径よりもわずかに小さく形成されている。したがって、図３に示すように、対物レンズ保護部２０をレーザヘッド５の先端部５ａに取り付けると、レーザヘッド５の先端部５ａの周面との間に隙間を生じることなく、対物レンズ保護部２０をレーザヘッド５の先端部５ａに保持することができる。
壁部２３はレーザヘッド５の先端部５ａの下面において、レーザヘッド５の先端部５ａの下面の一部と接し、レーザヘッド５の中心側に突出する突出部２３ｂを備えている。この突出部２３ｂは、対物レンズ１８と対物レンズ保護部２０の底面２１との間に所定の空間２４を確保するためのものである。突出部２３ｂが、レーザヘッド５の先端部５ａの下面に接するまで、対物レンズ保護部２０をレーザヘッド５の先端部５ａ側に向かって押し込むことによって、対物レンズ保護部２０をレーザヘッド５の先端部５ａに取り付けることができる。したがって、対物レンズ保護部２０を取り付ける際に、対物レンズ１８と対物レンズ保護部２０の底面２１との間の距離を一定にすることができる。
加えて、壁部２３にはネジ穴２３ｃが形成されていて、対物レンズ保護部２０をレーザヘッド５の先端部５ａにねじ止めすることができる。これにより、より確実に対物レンズ保護部２０をレーザヘッド５の先端部５ａに保持することができる。対物レンズ保護部２０の底面２１の上面には開口２２の大きさを調整するためのアダプター２５が設けられている。アダプター２５は、開口２２の直径よりも小さい直径を有する開口２５ａを備えている。アダプター２５によって、被加工材２に照射されるレーザ光４の径又は幅等に応じて開口２２の大きさを調整することができる。アダプター２５は、壁部２３に形成されたネジ穴２６を介して、対物レンズ保護部２０内にねじ止めして固定することができる。
図２に示す対物レンズ１８から被加工材２の表面２ａまでの距離ｗは、例えば、１５ｍｍである。対物レンズ保護部２０をレーザヘッド５の先端部５ａに取り付けたときの、被加工材２の表面２ａから対物レンズ保護部２０の底面までの距離は一例として、約１０ｍｍである。
対物レンズ保護部２０の底面に形成された開口２２の直径は、例えば、約８〜１０ｍｍである。この開口２２の直径は、既存の対物レンズ１８の瞳径（例えば、約７ｍｍから１０ｍｍ）と、レーザヘッド５に設けられているレーザ光４切り出し用のスリットの最大口のサイズ（一例として、５．５ｍｍ）を考慮して決定している。対物レンズ保護部２０は、レーザヘッド５の先端部５ａに取り付けて使用するため、軽量であることが望ましい。対物レンズ保護部２０は、一例として、ゴム材又は樹脂材によって形成されている。また、レーザ光４が反射することを防止するため、対物レンズ保護部２０は黒色にすることが望ましい。
対物レンズ保護部２０の壁部２３には気体送入口２７が形成されていて、気体送入口２７を介して、対物レンズ保護部２０内の空間２４に間欠的に気体が送入される。この間欠的な気体の送入は、イオナイザー７からの間欠的なイオン噴射と同期するように構成されている。図２に示す給気ライン２９は、ソレノイドバルブ３０と連結し、ソレノイドバルブ３０の下流側において第１の給気ライン８と第２の給気ライン３２に分岐している。
第１の給気ライン８はイオナイザー７に連結し、第２の給気ライン３２は、対物レンズ保護部２０の壁部２３に設けられた給気部３３を介して、対物レンズ保護部２０に連結している。給気部３３は、壁部２３に設けられた気体送入口２７を囲むように形成されていて、第２の給気ライン３２からの気体を対物レンズ保護部２０の気体送入口２７に導くものである。給気ライン２９は図示しないコンプレッサに連結していて、加圧されたＣＤＡ又は窒素ガスＮ２等の気体が、間欠的に開閉するソレノイドバルブ３０によって間欠的に第１の給気ライン８及び第２の給気ライン３２に送られる。
対物レンズ保護部２０において、対物レンズ１８と対物レンズ保護部２０の底面２１との間には、アダプター２５を介して所定の空間２４が形成されている。対物レンズ保護部２０によって画定された空間２４には、間欠的に加圧された気体が送入されるため、空間２４の気体は対物レンズ保護部２０の底面２１に形成された開口２２を介して被加工材２側に流出する。したがって、対物レンズ保護部２０の底面２１と被加工材２の表面２ａとの間には、対物レンズ保護部２０から被加工材２の表面２ａに向かって流れる気体の流れ（以下、「ダウンフロー」という）ｆが、イオナイザー７からのイオン噴射と同期して形成されることになる。したがって、イオナイザー７からのイオン噴射に加えて、このダウンフローｆによっても、膜剥がれ等の加工屑６を被加工材２の加工箇所から取り除くことができる。
また、レーザ加工装置１は、吸着ステージ３の移動方向Ｙの下流側端部３ｂにおいて、風除け部３５を備えている。図２に示すように、イオナイザー７の噴射口７ａが吸着ステージ３の外側にきた場合に、イオナイザー７から噴射される気体によって吸着ステージ３に吸着されている被加工材２がめくれてしまう可能性が考えられる。したがって、風除け部３５は、吸着ステージ３の幅方向に沿って吸着ステージ３の下流側端部３ｂと対向して延びる壁面３５ａと、吸着ステージ３の幅方向に沿って被加工材２の表面２ａと対向して延びる上面３５ｂとを備え、噴射される気体から、被加工材２を吸着した吸着ステージ３の端部を保護している。
次に、図４を参照しながらレーザ加工装置１の動作について説明する。イオナイザー７は、レーザ光４が照射される前にイオンの噴射を開始し、レーザ光４が照射されている間中、レーザ光４の照射が終了するまで、レーザ光４の照射部分に向けて、被加工材２の移動方向の下流側から間欠的にイオンを噴射し続ける（ステップ１）。これにより、レーザ光４の照射によって被加工材２から生じた加工屑６を除電しながら吹き飛ばす。
吸着ステージ３は一方向のみに移動するように構成されていて、被加工材２を吸着した吸着ステージ３は、移動方向Ｙに移動する（ステップ２）。移動方向Ｙは、被加工材２の搬送方向と直交する方向である。被加工材２の搬送方向と吸着ステージ３の移動方向Ｙとの関係について、図５及び６を参照しながら説明する。図５に、レーザ加工装置１を被加工材２の搬送システムと共に示す。図５に示すレーザ加工装置１は、図１に示すレーザ加工装置１を吸着ステージ３の上流側端部３ａ側からみた図である。説明のため、排気トレイ１４、レーザヘッド５、イオナイザー７の図示は省略している。
被加工材２は搬送方向Ｘに搬送される。まず、巻き出しリール４０から巻き出された被加工材２は、第１のガイドローラ４１を介して吸着ステージ３に搬送される。搬送された被加工材２は吸着ステージ３に吸着されてレーザ加工され、レーザ加工された後に吸着が解除された被加工材２は第２のガイドローラ４２を介して巻き取りリール４３によって巻き取られる。
図６に、吸着ステージ３に吸着された被加工材２を表面２ａ側からみた平面図を示す。被加工材２の幅は吸着ステージ３の長さ方向の長さと同一であり、一例として、２９７ｍｍである。レーザ加工中、被加工材２を吸着した吸着ステージ３は、巻き出しリール４０、第１のガイドローラ４１、第２のガイドローラ４２及び巻き取りリール４３と共に、被加工材２の搬送方向Ｘと直交する移動方向Ｙに移動する。
移動される被加工材２の表面２ａには、レーザヘッド５からレーザ光４が照射される（ステップ３，図４）。なお、レーザ光４を照射している間、被加工材２を吸着した吸着ステージ３は、移動方向Ｙに移動し続けている。また、イオナイザー７からのイオン噴射と同期して、対物レンズ保護部２０内に画定された空間２４に加圧された気体が送入される（ステップ４）。これによって、対物レンズ保護部２０の底面２１と被加工材２の表面２ａとの間にダウンフローｆが間欠的に形成される。イオナイザー７によるイオン噴射に加えて、このダウンフローｆによっても、膜剥がれ等の加工屑６を加工箇所から取り除くことができる。ダウンフローｆによって加工箇所から取り除かれた加工屑６は、イオナイザー７からのイオン噴射によって、被加工材２の移動方向Ｙの上流側に吹き飛ばされる。
イオン噴射によって吹き飛ばされた加工屑６は、排気口１０と排気トレイ１４によって被加工材２の移動方向Ｙの上流側から回収される。排気口１０は、第１の排気ライン１１に連結された図示しない吸引機構によって、吸引機能を有しており、吹き上げられた加工屑６の一部は、開口１２ａを介して排気口１０内に回収される。排気口１０に回収されなかった加工屑６は、排気口１０と被加工材２の表面２ａとの間に設けられた隙間ｇから、排気トレイ１４に回収される。イオナイザー７は、移動方向Ｙの下流側から上流側に向けてイオンを噴射しているため、吹き飛ばされた加工屑６は、移動方向Ｙの上流側に流れていく。したがって、被加工材２が移動方向Ｙに移動していくにつれて、加工屑６は移動方向Ｙの上流側に移動し、吸着ステージ３の上流側端部３ａに設けられた排気トレイ１４に回収される。
第１の実施形態に係るレーザ加工装置１によれば、加工屑６にイオンを噴射することによって、加工屑６を除電しながら吹き飛ばしている。したがって、加工屑６が静電気によって被加工材２に付着することを妨げたり、静電気によって被加工材２に付着している加工屑６を被加工材２から剥がして吹き飛ばしたりすることができる。
また、イオナイザー７はイオンを間欠的に噴射している。これにより、被加工材２の表面２ａ上に空気の流れる層が形成されることを防ぐことができる。したがって、噴射されたイオンは、空気の層に邪魔されずに被加工材２の照射部分に到達するため、加工屑６の除電を効果的に実行することができる。
また、レーザヘッド５の先端部５ａに取り付けた対物レンズ保護部２０によって、蒸気等の昇華物や、レーザ光４の照射による削りカス等の加工屑６から対物レンズ１８を保護することができる。また、イオン噴射と同期して、対物レンズ保護部２０の底面２１と被加工材２の表面２ａとの間に間欠的に形成されるダウンフローｆによって、加工屑６の除去機能をさらに高めることができる。加えて、間欠的に形成されるダウンフローｆによって、被加工材２の帯電を防止できるという利点もある。
レーザ加工装置１では、イオン噴射によって吹き飛ばされた加工屑６を回収する手段として、排気口１０と排気トレイ１４を設けている。排気口１０と排気トレイ１４は、被加工材２の移動方向Ｙの上流側に配置されているため、イオン噴射によって、移動方向Ｙの下流側から上流側に吹き飛ばされる加工屑６を効率的に回収できる。また、排気口１０によって回収できなかった加工屑６は、排気口１０と被加工材２との間に設けた隙間を介して吸着ステージ３の上流側に吹き飛ばされるため、吸着ステージ３の上流側端部３ａ取り付けられて吸着ステージ３と共に移動する排気トレイ１４によって回収される。したがって、加工屑６をより確実に被加工材２から除去することができる。
上記のように、第１の実施形態に係るレーザ加工装置１によれば、被加工材２に接触せずに気体によって加工屑６を除去する、すなわち、被加工材２のドライ洗浄を効果的に実行することができる。有機薄膜はウェット洗浄できないため、有機薄膜系太陽電池の製造には特に有効である。また、イオン化する気体としてＣＤＡ又は窒素ガスＮ２を用いることにより、大気暴露を極力避けることができる。
［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。一例として、上記第１の実施形態では、レーザ加工処理中において、吸着ステージ３と排気トレイ１４が移動し、レーザヘッド５とイオナイザー７と排気口１０は移動しないように構成されているが、これに限定されない。例えば、レーザ加工処理中において、吸着ステージ３と排気トレイ１４は移動せずに、レーザヘッド５とイオナイザー７と排気口１０が共に移動するように構成しても良い。この場合、イオナイザー７はレーザヘッド５の移動方向の上流側に配置され、排気口１０はレーザヘッド５の移動方向の下流側に配置されることになる。このように構成したレーザ加工装置１の動作について、図７を参照しながら説明する。
レーザヘッド５と共に移動するイオナイザー７は、レーザ光４が照射される前にイオンの噴射を開始し、レーザ光４が照射されている間中、レーザ光４の照射が終了するまで、レーザヘッド５の移動方向の上流側から下流側に向けて、レーザ光４の照射部分に間欠的にイオンを噴射する（ステップ１１）。レーザヘッド５は被加工材２に対して、一方向（図１に示した被加工材の移動方向Ｙと逆方向）に移動する（ステップ１２）。レーザヘッド５は被加工材２の表面２ａにレーザ光４を照射する（ステップ１３）。なお、レーザ光４を照射している間、レーザヘッド５は被加工材２に対して、一方向に移動し続ける。対物レンズ保護部２０内にはイオン噴射と同期して間欠的に気体が送入される（ステップ１４）。これにより、対物レンズ保護部２０の底面２１と被加工材２の表面２ａとの間に、イオン噴射と同期して間欠的にダウンフローｆが形成される。イオン噴射によって吹き飛ばされた加工屑６は、レーザヘッド５の移動方向の下流側に位置する排気口１０及び排気トレイ１４によって回収される（ステップ１５）。
第１の実施形態に係るレーザ加工装置１において、吸着ステージ３の幅方向に延びるバータイプのイオナイザーを別途設置し、レーザ光４の照射前に、吸着ステージ３に保持された被加工材２全体にイオンを供給して、被加工材２全体の除電を行ってから、レーザ加工処理を実行するように構成してもよい。
また、レーザヘッド５を吸着ステージ３の幅方向に複数個設置して、マルチラインレーザ加工装置を構成してもよい。この場合、一例として、イオナイザー７と排気口１０は、各レーザヘッド５に対してそれぞれ設置される。他の例として、イオナイザー７を各レーザヘッド５に対してそれぞれ設置し、排気口１０は、吸着ステージ３の幅方向に延びる開口を有してすべてのレーザヘッド５に対応する１個の排気口１０として構成してもよい。
第１の実施形態におけるレーザ加工装置１においては吸引機能を有する排気口１０を設けているが、これに限定されない。例えば、排気口１０に代えて、電気集塵式装置を設置してもよい。この場合、被加工材２の表面２ａと対向する側の面に集塵機能を持たせることにより、被加工材２の表面２ａと電気集塵式装置との間の加工屑を回収することができる。
第１の実施形態において、対物レンズ保護部２０はアダプター２５を備えているが、これに限定されない。対物レンズ保護部２０はアダプター２５を備えていなくてもよい。
１ レーザ加工装置
２ 被加工材
３ 吸着ステージ
２ａ 被加工材の表面
４ レーザ光
５ レーザヘッド
６ 加工屑
７ イオナイザー
１０ 排気口
１４ 排気トレイ
１８ 対物レンズ
２０ 対物レンズ保護部

Claims (9)

  1. 有機薄膜を備える被加工材にレーザ光を照射するレーザ光源と、
    前記被加工材を支持する支持部と、
    前記レーザ光を前記被加工材に照射している間、前記被加工材における前記レーザ光の照射部分に向けて、間欠的にイオンを噴射することによって、前記被加工材から生じた加工屑を除電しながら吹き飛ばすイオン噴射部と、
    前記吹き飛ばされた加工屑を回収する加工屑回収部と
    を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
  2. 前記被加工材と前記レーザ光源の対物レンズとの間において、前記レーザ光が通過する開口を備え且つ前記対物レンズとの間に所定の空間を画定する対物レンズ保護部と、
    前記対物レンズ保護部と前記被加工材との間において、前記被加工材に向かって流れる気流を形成するために、前記イオン噴射部からの間欠的なイオン噴射と同期させて、前記空間内に間欠的に気体を送入する気体送入部と
    をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
  3. 前記支持部は、前記レーザ光を前記被加工材に照射している間、前記被加工材と共に一方向に移動するものであり、
    前記イオン噴射部は、前記レーザ光源に対して、前記被加工材の移動方向の下流側に設置されて、前記被加工材の移動方向の下流側から前記照射部分に向かってイオンを噴射するものであり、
    前記加工屑回収部は、前記レーザ光源に対して、前記被加工材の移動方向の上流側において前記被加工材との間に隙間を有するように設置されて、前記イオン噴射部からのイオン噴射によって吹き飛ばされた加工屑を回収する第１の加工屑回収部と、前記被加工材の前記移動方向の上流側に設置されて前記支持部と共に移動するように構成され、第１の加工屑回収部と前記被加工材との間に形成された前記隙間から前記移動方向の上流側に吹き飛ばされた加工屑を回収する第２の加工屑回収部を備えることを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ加工装置。
  4. 前記レーザ光源は、前記レーザ光を前記被加工材に照射している間、前記被加工材に対して一方向に移動するものであり、
    前記イオン噴射部は、前記レーザ光源に対して、前記レーザ光源の移動方向の上流側に設置されて前記レーザ光源と共に移動するように構成され、前記レーザ光源の移動方向の上流側から前記照射部分に向かってイオンを噴射するものであり、
    前記加工屑回収部は、前記レーザ光源に対して、前記レーザ光源の移動方向の下流側において前記被加工材との間に隙間を有するように設置されて前記レーザ光源と共に移動するように構成され、前記イオン噴射部からのイオン噴射によって吹き飛ばされた加工屑を回収する第１の加工屑回収部と、前記レーザ光源の前記移動方向の下流側に設置されて、第１の加工屑回収部と前記被加工材との間に形成された前記隙間から前記移動方向の下流側に吹き飛ばされた加工屑を回収する第２の加工屑回収部を備えることを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ加工装置。
  5. イオン噴射部が、有機薄膜を備える被加工材におけるレーザ光の照射部分に向けて、前記被加工材の移動方向の下流側から間欠的にイオンを噴射するステップと、
    レーザ光源に対して、前記被加工材を一方向に移動させるステップと、
    前記被加工材に前記レーザ光源からレーザ光を照射するステップと、
    加工屑回収部が、前記イオンの噴射によって吹き飛ばされた加工屑を前記被加工材の前記移動方向の上流側から回収するステップと
    を含み、
    間欠的にイオンを噴射する前記ステップは、前記レーザ光を照射している間、連続的に実行されて、前記被加工材から生じた加工屑を除電しながら吹き飛ばすことを特徴とするレーザ加工方法。
  6. 前記回収するステップは、
    前記レーザ光源に対して、前記被加工材の移動方向の上流側において前記被加工材との間に隙間を有するように設置された第１の加工屑回収部が、前記イオン噴射部からのイオン噴射によって吹き飛ばされた加工屑を回収するステップと、
    前記被加工材の前記移動方向の上流側に設置されて前記支持部と共に移動するように構成された第２の加工屑回収部が、前記第１の加工屑回収部と前記被加工材との間に形成された前記隙間から前記移動方向の上流側に吹き飛ばされた加工屑を回収するステップと
    を含むことを特徴とする請求項５記載のレーザ加工方法。
  7. レーザ光源の移動方向の上流側に設置されて前記レーザ光源と共に移動するイオン噴射部が、有機薄膜を備える被加工材におけるレーザ光の照射部分に向けて、間欠的にイオンを噴射するステップと、
    前記被加工材に対して、前記レーザ光源を一方向に移動させるステップと、
    前記被加工材に前記レーザ光源からレーザ光を照射するステップと、
    加工屑回収部が、前記イオンの噴射によって吹き飛ばされた加工屑を前記レーザ光源の前記移動方向の下流側から回収するステップと
    を含み、
    間欠的にイオンを噴射する前記ステップは、前記レーザ光を照射している間、連続的に実行されて、前記被加工材から生じた加工屑を除電しながら吹き飛ばすことを特徴とするレーザ加工方法。
  8. 前記回収するステップは、
    前記レーザ光源に対して、前記レーザ光源の移動方向の下流側において前記被加工材との間に隙間を有するように設置されて前記レーザ光源と共に移動するように構成された第１の加工屑回収部が、前記イオン噴射部からのイオン噴射によって吹き飛ばされた加工屑を回収するステップと、
    前記レーザ光源の前記移動方向の下流側に設置された第２の加工屑回収部が、前記第１の加工屑回収部と前記被加工材との間に形成された前記隙間から前記移動方向の下流側に吹き飛ばされた加工屑を回収するステップと
    を含むことを特徴とする請求項７記載のレーザ加工方法。
  9. 前記被加工材と前記レーザ光源の対物レンズとの間に所定の空間を画定する対物レンズ保護部から、前記被加工材に向かって流れる気流を形成するために、前記イオン噴射部からの間欠的なイオン噴射と同期させて、前記対物レンズ保護部によって画定された前記空間内に、間欠的に気体を送入するステップをさらに含むことを特徴とする請求項５から８のいずれか１項記載のレーザ加工方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104625430A (zh) * 2014-12-25 2015-05-20 江苏启澜激光科技有限公司 太阳能电池片剥离装置的除尘机构
CN108698167A (zh) * 2016-03-18 2018-10-23 本田技研工业株式会社 加工屑去除装置
EP3668677A4 (en) * 2017-09-13 2021-06-23 Genuine Solutions Pte. Ltd. CUTTING PROCESS FOR SUBSTRATES ON THE BASIS OF A POLYMER RESIN MOLD COMPOUND AND A SYSTEM FOR IT

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