JP2815821B2 - レーザ加工方法 - Google Patents

レーザ加工方法

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  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、貫通孔の明けられた可
とう性基板などの上に形成された薄膜をパターニングす
るためのレーザ加工方法に関する。
【0002】
【従来の技術】原料ガスのグロー放電分解や光CVDに
より形成されるアモルファスシリコン(以下a−Si)
などの非晶質半導体薄膜は、気相成長法で形成できるた
めに、大面積化が容易であること、また、形成温度が低
いために樹脂のような可とう性を有する基板上に形成で
きるという特徴を有している。このような非晶質半導体
を使用する代表的な薄膜素子として、薄膜太陽電池があ
る。薄膜太陽電池は、結晶太陽電池に比べ、基板面上で
容易に直列接続構造が形成できるという優れた特徴を有
している。
【0003】薄膜太陽電池の直列接続構造は、基板の一
面上に形成した非晶質半導体層およびその両面に接する
電極層よりなる単位太陽電池の一方の電極層の延長部が
隣接単位太陽電池の他方の電極層に接触させることによ
りでき上がる。そこで、基板上の非晶質半導体層および
両電極層を、単位太陽電池への分離および単位太陽電池
間の接続形成のために、レーザ加工によってパターニン
グを行う。
【0004】しかし、薄膜太陽電池の光の入射側に存在
する電極層は、透明であることが必要である。透明導電
材料よりなるこの透明電極層は、シート抵抗が大きいた
め、電流が透明電極層を流れることによる電力損失が大
きくなってしまう。特開平6−342924号公報によ
り公知の薄膜太陽電池は、絶縁性の可とう性基板に穴を
あけ、この穴を利用して基板表面上の両電極層をそれぞ
れ基板裏面の接続電極層と接続し、この接続電極層によ
り集電および単位太陽電池間の接続を行うことにより、
高シート抵抗の透明電極層を流れる電流の径路を短縮し
て電力損失を低減している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】可とう性基板上の高品
質な薄膜のパターニングのためにレーザ加工を行うに
は、基板を±0.1mm以内の平坦度で保持しなければな
らない。従来は、このような保持を、基板を平坦な加工
ステージ上に真空吸着することによって実現していた。
しかし、穴のあいた基板を真空吸着すると、基板にあい
た穴の部分からの空気漏れのため、加工ステージに基板
が密着せず、基板の平坦度が悪くなる。平坦度が悪い
と、加工距離のずれ幅が大きく、加工幅がばらつくとい
う問題があった。また、ステンレス鋼あるいはアルミニ
ウム合金のような金属よりなる加工ステージは、レーザ
加工時にレーザ光により損傷され、表面に凹凸が生ず
る。このような凹凸のある基板表面は、可とう性基板基
板であるフィルムを傷つけやすいという問題があった。
【0006】本発明の目的は、上述の問題を解決するこ
とにあり、第一の目的は穴のあいた基板を真空吸着によ
り加工ステージ上に平坦に保持するレーザ加工方法、第
二の目的はレーザ光によって加工ステージが損傷を受け
ることのないレーザ加工方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の第一の目的を達成
するために、請求項1ほかに記載の本発明は、貫通孔の
明けられた可とう性基板を加工ステージ表面上に加工ス
テージに分散して明けられた複数の吸引孔から真空吸引
により固定して基板上に形成した薄膜をレーザ光によっ
て加工する方法において、可とう性基板の貫通孔が加工
ステージの吸引孔に重ならない位置に停止して吸引する
ものとする。その場合、加工ステージに吸引孔が等間隔
の平行な列をなして明けられ、基板の貫通孔が加工ステ
ージの吸引孔の列間隔の整数倍の間隔で平行な列をなし
て明けられ、基板を加工ステージ上に、双方の列方向が
平行でかつ列が重ならない位置に停止して真空吸引する
ことが良い。請求項3に記載の別の本発明は、貫通孔の
明けられた可とう性基板を加工ステージ表面上に加工ス
テージに分散して明けられた複数の吸引孔からの真空吸
引により固定して基板上に形成した薄膜をレーザ光によ
って加工する方法において、可とう性基板をレーザ光に
対して透明な可とう性板と加工ステージの間に挟着して
真空吸引することにより基板を透明板と共に加工ステー
ジ上に固定するものとする。上述の第二の目的を達成す
るために、請求項4ほかに記載のさらに別の本発明は、
可とう性基板を加工ステージ表面上に加工ステージに分
散して明けられた複数の吸引孔からの真空吸引により固
定して基板上に形成した薄膜をレーザ光により加工する
方法において、加工ステージの少なくとも表面層がレー
ザ光を吸収しない耐熱性樹脂よりなるものとする。この
耐熱性樹脂は白色であっても透明であってもよい。
【0008】
【作用】貫通孔の明いた可とう性基板を加工ステージ上
に真空吸引で吸着する場合に、貫通孔が吸引孔と重なら
ないようにすれば、基板の貫通孔からの空気漏れがな
い。そのためには、基板の貫通孔を平行列状に明けられ
た吸引光の列間間隔の整数倍の間隔の平行列状に明けて
おけば、列方向を平行にし、1列の貫通孔が吸引孔の列
に重ならない位置に基板を停止させることにより、すべ
ての貫通孔と吸引孔が重なることがなく、位置決めが容
易である。第一の目的を達成する別の発明では、可とう
性基板を穴の明いていない透明可とう性板と支持ステー
ジの間にはさみ、基板の貫通孔を通じて吸引できる透明
板と共に真空吸引することにより基板の貫通孔からの空
気漏れがなく、レーザ加工は透明板を通して行うことが
できる。
【0009】第二の目的を達成するためのさらに別の本
発明では、加工ステージの少なくとも表面層をレーザ光
を反射あるいは透過して吸収しない耐熱性樹脂により形
成することにより、レーザ光により加工ステージ表面が
損傷することがなく、表面の凹凸による基板の損傷が生
じない。
【0010】
【実施例】以下、図を引用して本発明の実施例について
述べる。図2は、本発明の一実施例に用いるレーザ加工
装置を示し、この装置は、送り室11、加工室12、巻
き取り室13よりなる。可とう性基板1は、送り室11
のコア21上から巻きほぐされ、アイドルロール22よ
り方向を変え、矢印31に示すように駆動ロール23と
押さえロール24の間を通して搬送することにより、巻
き取り室13のコア25に巻き取られる。加工室12に
は、例えばYAGレーザを用いるレーザ光源2と加工ス
テージ3が上下に対向している。レーザ光源2は、送り
ねじ41の回転により矢印32に示すように基板1の長
手方向に、また送りねじ42の回転により基板1の幅方
向に送ることができる。加工ステージは、矢印33に示
すように上下に移動できる。
【0011】図1 (a) は、加工ステージの下方から見
た可とう性基板1および加工ステージ3の透視平面図で
あり、同図 (b) はそのA部拡大図である。可とう性基
板1は、耐熱性を有するポリイミドフィルムで厚さは5
0μmであり、直列接続用孔5、集電用孔6が基板1の
長手方向に等間隔で明けられている。この基板1の上
に、図3に示すようにマスク成膜される銀電極膜、a−
Si膜、透明電極の酸化インジウム膜よりなる薄膜太陽
電池が複数の領域10に形成されており、この領域10
が加工ステージの下方に位置するように基板1をステッ
プ搬送する。このために、可とう性基板1に明けられた
直列接続用孔5あるいは集電用孔6を光センサ7を用い
て検出し、薄膜太陽電池領域10の位置決めをする。基
板1の領域10が所定の位置で停止すると加工ステージ
3が図2に点線で示した位置から実線で示した位置に下
降し、基板1を押し下げる。加工ステージ3には縦横5
mm間隔で直径1mmの吸引孔8が明けられており、真
空ポンプを用いて吸引することにより基板1を加工ステ
ージ3の上に吸着固定する。そして、レーザ光源2を移
動させてレーザ加工を行う。
【0012】基板1に明けられた直列接続用孔5および
集電用孔6の基板長手方向の列の間隔は5mmであり、
この列の一つが加工ステージ3の吸引孔8の列と重なら
ないように光センサ7を用いて基板の位置決めをすれ
ば、吸引孔8の列の間隔も5mmであるため、吸引孔8
と直列接続用孔5および集電用孔6とは重ならない。従
って、真空ポンプによる吸引は、基板の穴が明いてない
部分に対して行われ、基板の穴5、6からの空気漏れが
ない。その結果、±0.1mm以内の平坦度で基板1を加
工ステージに吸着させることができた。
【0013】上記の実施例では直列接続用孔5および集
電用孔6の列の間隔を5mmとしたが、5mmの整数
倍、例えば15mmにしても吸引孔8と重なることはな
い。また、直列接続用孔5および集電用孔6を基板1の
幅方向に一線上にあるように明け、その各列の間隔を5
mmあるいはその整数倍にすることによっても、列の位
置をずらすことにより穴の重なりを避けることができ
る。
【0014】図2に示すレーザ下降装置の加工ステージ
3には金属を用いないで、厚さ5mmの白色の耐熱樹脂
テトラフルオロエチレン・パークルオロアルキルビニル
エーテル共重合体 (PFA) により作製した。白色のP
FAはレーザ光を反射するため、レーザ光による損傷が
なくなり、加工ステージ3表面の凹凸による基板の損傷
がなくなった。白色のPFAでなく、透明のPFAを用
いてもよく、その場合はレーザ光を吸収しないで透過す
るため損傷が生じない。また、加工ステージ表面層のみ
を1〜5mmの厚さの耐熱樹脂で形成してもよい。
【0015】図4は、本発明の他の実施例に用いるレー
ザ加工装置であり、図2と共通の部分には同一の符号が
付されている。この装置では、基板1のステップ搬送に
連動して加工室内で透明フィルム9が送り出しロール2
6から巻き取りロール27へステップ搬送される。この
場合の基板1には耐熱性を有するアラミドフィルムに予
め直列接続用孔、集電用孔を明けたものを用いた。透明
フィルム9には、レーザ光源2に用いられるYAGレー
ザの波長537nmの第二高調波の吸収率が低いテトラ
フルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体
(FEP) のフィルムを用いた。基板1上の薄膜太陽電
池領域が加工位置に到達すると、矢印33方向で加工ス
テージ3が下降し、基板1に接触し、下に押し下げる。
そして、ロール26、27の間に平坦に張られている透
明フィルム9と接触する。こうして、透明フィルム9と
加工ステージ3の間に基板を挟み込み、加工ステージ3
に明けられた図1の吸引孔8から基板1を吸引する。こ
のとき、基板1に明いた直列接続用孔5および集電用孔
6は、透明フィルム9により塞がれているため、透明フ
ィルム9が吸引され、間にはさまれた基板を0.1mm以
内の平坦度で加工ステージ3に密着させることができ、
レーザ光源2から透明フィルム9を透過して基板1上の
薄膜に到達する。レーザ光により高精度のパターニング
ができる。この場合、基板1の密着のためには、基板1
の貫通孔5および6の全部あるいは一部を加工ステージ
3の吸引孔8に重なるようにすることが好ましい。透明
フィルム9には、弗化樹脂フィルムに限らず、加工に使
用されるレーザ光を80〜90%透過する材料であれ
ば、他のプラスチックフィルムも使用できる。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、可とう性基板に明けら
れた貫通孔を加工ステージに明けられた吸引孔に重ねな
いことにより、あるいは穴のない透明板で被って基板と
共に吸引することにより、基板の貫通孔からの空気漏れ
を防ぐことができる。これにより、レーザ加工の際に、
孔の明いた可とう性薄膜太陽電池基板などを±0.1mm
以内の平坦度で、固定することができた。この結果、加
工距離のずれ幅が大幅に縮小でき、加工幅のばらつきお
よび加工レーザ光線による基板へのダメージが改善され
た。
【0017】また、加工ステージ表面に、レーザ光を吸
収しない耐熱性樹脂を使用することにより、レーザ加工
時の加工ステージの損傷が無くなり、これに伴う基板の
損傷を低減することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例におけるレーザ加工時の加工
ステージ上の配置を示し、 (a) は透視平面図、 (b)
は可とう性基板の部分拡大平面図
【図2】本発明の実施例に用いるレーザ加工装置の断面
【図3】レーザ加工を行う可とう性基板の平面図
【図4】本発明の実施例に用いる他のレーザ加工装置の
断面図
【符号の説明】
1 可とう性基板 2 レーザ光源 3 加工ステージ 5 直列接続用孔 6 集電用孔 7 光センサ 8 吸引孔 9 透明フィルム 11 送り室 12 加工室 13 巻き取り室 23 駆動ロール

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】貫通孔の明けられた可とう性基板を加工ス
    テージ表面上に加工ステージに分散して明けられた複数
    の吸引孔からの真空吸引により固定して基板上に形成し
    た薄膜をレーザ光によって加工する方法において、可と
    う性基板の貫通孔が加工ステージの吸引孔に重ならない
    位置に基板を停止して真空吸引することを特徴とするレ
    ーザ加工方法。
  2. 【請求項2】加工ステージに吸引孔が等間隔の平行な列
    をなして明けられ、基板の貫通孔が加工ステージの吸引
    孔の列間隔の整数倍の間隔で平行な列をなして明けら
    れ、基板を加工ステージ上に、双方の列方向が平行でか
    つ列が重ならない位置に停止して真空吸引する請求項1
    記載のレーザ加工方法。
  3. 【請求項3】貫通孔の明けられた可とう性基板を加工ス
    テージ表面上に加工ステージに分散して明けられた複数
    の吸引孔からの真空吸引により固定して基板上に形成し
    た薄膜をレーザ光によって加工する方法において、可と
    う性基板をレーザ光に対して透明な可とう性板と加工ス
    テージの間に挟着して真空吸引することにより基板を透
    明板と共に加工ステージ上に固定することを特徴とする
    レーザ加工方法。
  4. 【請求項4】可とう性基板を加工ステージ表面上に加工
    ステージに分散して明けられた複数の吸引孔からの真空
    吸引により固定して基板上に形成した薄膜をレーザ光に
    より加工する方法において、加工ステージの少なくとも
    表面層がレーザ光を吸収しない耐熱性樹脂よりなること
    を特徴とするレーザ加工方法。
  5. 【請求項5】耐熱性樹脂が白色である請求項4記載のレ
    ーザ加工方法。
  6. 【請求項6】耐熱性樹脂が透明である請求項4記載のレ
    ーザ加工方法。
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