JP4672833B2 - 薄膜のレーザスクライブ用アライメントマークの認識方法及び装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池モジュール等の製造において、基板に形成された薄膜をレーザ光によって例えば所定の幅寸法の帯状にスクライブする際の位置基準となるアライメントマークを、パターンマッチングにより認識する薄膜のレーザスクライブ用アライメントマークの認識方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
太陽電池モジュールは、図3に示すように四角いガラス等の透明な基板1に、薄膜として透明電極膜2、半導体層3、及び裏面電極層4が順次積層形成され、これらは夫々レーザ光によりスクライブされる。
【0003】
つまり、透明電極膜2はその製膜の後に、レーザ光によって形成される複数の互いに平行な第1分断溝5により帯状に分断される。この後に透明電極膜2上に製膜された半導体層3についても、レーザ光によって形成される複数の互いに平行な第2分断溝6により帯状に分断される。更に、この半導体層3及びその上に製膜された裏面電極層4についても、レーザ光によって形成される複数の互いに平行な第3分断溝7により帯状に分断される。又、この他に前記薄膜については、周縁絶縁領域を確保するための分断溝8がレーザ光によって形成される。
【0004】
こうした各分断溝の形成と前記各製膜とにより、基板1の一面には透明電極膜2と半導体層3とによって電気的に直列に接続された複数の光電変換部としてのセル9が形成され、これらのセル9は図示しない封止部材により封止されるとともに、セル9群の両端には出力取出し用の電極が接続される。なお、図3中矢印は光入射方向を示している。
【0005】
以上の各レーザスクライブを行う際には、その基準位置を定める必要があり、そのために四角い基板1の一辺の両端に位置して透明電極膜2にアライメントマークが設けられている。この2ヵ所のアライメントマークはレーザ加工により通常十の字形状に形成されている。
【0006】
そして、この一対のアライメントマークを認識するために、アライメントマークを照明下においてCCDカメラで撮像し、このカメラの撮像出力を信号処理部で処理している。この処理では、適正なアライメントマークについて予め登録されている単一の基準パターンと、スクライブ対象の基板のアライメントマークの撮像出力をもとに抽出した被認識パターンとを比較照合するパターンマッチングが行われる。それにより、前記2点のアライメントマークを認識し、それに基づくアライメント補正をソフト上で行い、こうして補正され位置データに従って前記レーザスクライブの基準位置を定めている。
【0007】
しかし、透明電極膜2上に製膜される薄膜としての半導体層3及び裏面電極層4の層の色の違いや濃淡差、アライメントマークの直線性や幅のむら、アライメントマークの途切れ、又はアライメントマークに傷がある場合等により、アライメントマークは様々な様相を呈する。その上、照明光の投射角度や電源電圧の変動に伴う光量変動等による照度差、基板の反りや撓みによりアライメントマークを撮像するCCDカメラが得るアライメントマーク像が微妙に異なる。これらの因子によって抽出される被認識パターンも様々な様相を呈する。
【0008】
そのため、このように様々な様相を呈する被認識パターンと前記単一の基準パターンとをパターンマッチングしてアライメントマークを認識しようとする従来の構成では、アライメントマークの認識不良(認識不能又は誤認を含む)が発生する場合が多々ある。
【0009】
こうした認識不良が発生すると、その時のエラー情報に従い、レーザ加工機が停止してスクライブ加工ができなかったり、基板の一辺に対して平行にスクライブできなかったりする。特に、太陽電池モジュールの製造をインラインでの自動化設備で行う場合に、以上のような事態が発生すると、自動化設備の稼働率の低下や不良率の増加を招くので、好ましくなく、そうしたことがないようにする配慮が求められている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、アライメントマークの認識率を向上できる薄膜のレーザスクライブ用アライメントマークの認識方法及び装置を得ることにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために請求項1に係る発明方法は、基板に形成された薄膜に設けられ、かつ、この薄膜をレーザ光によってスクライブする際の位置基準となるアライメントマークを、パターンマッチングにより認識する方法において、前記パターンマッチングに用いる前記アライメントマークについての基準パターンに、様々な様相を呈する複数の基準パターンを用い、照明器での照明下においてスクライブ対象の基板の前記アライメントマークを撮像したCCDカメラの撮像出力から前記アライメントマークについての被認識パターンを、前記照明器の光量調節により前記CCDカメラの視野の照度を種々に変化させた条件下で抽出し、こうして抽出された複数の被認識パターンと前記複数の基準パターンとのパターンマッチングをすること特徴とする。
【0019】
この発明においては、パターンマッチングの際に使用する基準パターンが単一ではなく、様々な様相を呈する複数の基準パターンを使用している。言い換えれば、透明電極膜上に製膜された半導体層及び裏面電極層の色の違いや濃淡差、アライメントマークの直線性や幅のむら、アライメントマークの途切れ、又はアライメントマークの傷等に基づく種々異なる様相のアライメントマークについて、それらを基にした様々な様相の基準パターン、並びに基板の反りや撓みに基づく様々な様相の基準パターン、及びCCDカメラの視野の照度差に基づく様々な様相の基準パターンを使用している。
【0020】
そして、CCDカメラの視野の照度を何段階かに変えながら認識すべきアライメントマークについて抽出された被認識パターンと前記複数の基準パターンとをパターンマッチングするため、認識すべきアライメントマークを基に得られる被認識パターンが様々な様相を呈していても、それが基準パターンと一致する確率が高まるので、アライメントマークの認識不良を減らすことができる。
【0021】
請求項2に係る発明方法は、既に行われたパターンマッチングでマッチングが成立した際の照度を、次に行われるアライメントマーク認識の際の最初の照度とし、この照度を変化させながら前記パターンマッチングを行うことを特徴とする。
【0022】
この発明においては、複数の基準パターンと被認識パターンとを比較照合する際に、学習方式により、CCDカメラの視野の照度の第1順位を既に行われたパターンマッチングで被認識パターンとのマッチングが成立した時の照度を、はじめの照度として用い、それから段階的に照度を変化させながらパターンマッチングを行う。このように照度を切換えながら得られる複数の被認識パターンの夫々を、複数の基準パターンを比較照合するので、例えば製膜条件等により近似する様相が連続してあらわれ易い場合などに、アライメントマークが認識されるまでに要する時間を短くできる。
【0023】
請求項3に係る発明装置は、薄膜が形成されているとともに、この薄膜をレーザ光によってスクライブする際の位置基準となるアライメントマークが前記薄膜に設けられている基板が載置されるテーブルと、前記薄膜をスクライブするレーザ光を出力するレーザ発振器と、このレーザ発振器を前記基板上で相対的に走査させる駆動手段と、前記レーザ発振器に取付けられ前記アライメントマークを撮像するCCDカメラと、前記レーザ発振器に取付けられ前記CCDカメラの視野を照明する照明器と、この照明器の光量を調節する調光手段と、前記CCDカメラの撮像出力から前記アライメントマークについての被認識パターンを抽出するパターン抽出手段と、様々な様相を呈したアライメントマークに基づいて予め得た複数の基準パターンを記録した基準パターンメモリと、このメモリから読み出される前記複数の基準パターンメモリと前記調光手段により変化される各種の照明条件下において前記パターン抽出手段で抽出された前記被認識パターンとを比較照合するパターンマッチング手段と、を具備したことを特徴とする。
【0024】
この発明においては、前記請求項2の発明方法を実施して、CCDカメラの視野の照度を何段階かに変えながら認識すべきアライメントマークについて抽出された複数の被認識パターンの夫々を、複数の基準パターンとパターンマッチングして、アライメントマークの認識を行う。そのため、認識すべきアライメントマークを基に得られる被認識パターンが様々な様相を呈していても、それが基準パターンと一致する確率が高まるので、アライメントマークの認識不良を減らすことができる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態を説明する。
【0026】
図1は本発明の一実施形態に係るアライメントマーク認識装置を備えるレーザ加工機の概略構成を示す図であって、この加工機は、太陽電池モジュールのスクライブ装置として使用され、この装置が備えるレーザ発振器11は支持バー12に支持されており、この発振器11から出射されたレーザ光11aの進行方向にはXYテーブル13が配設されている。
【0027】
XYテーブル13は、ベース14を有し、このベース14上にXテーブル15とともに、このXテーブル15上にYテーブル16を設けている。Xテーブル15はX駆動源17によりX方向に往復移動され、Yテーブル16はY駆動源18によりY方向に往復移動される。両駆動源17、18の駆動は、レーザ加工機全般の動作についての制御を担う制御装置19に予め設定されているプログラムに基づき制御され、それにより、Yテーブル16はベース14上でX方向とY方向とに往復移動されるようになっている。
【0028】
Yテーブル16上には太陽電池モジュールの透明ガラス製の基板1が載置される。この基板1の上面には図3を用いて既に説明した透明電極膜2だけが全面に渡って形成されている。図2に示すように透明電極膜2には基板1の一辺の両端部に位置してアライメントマーク(以下マークと略称する。)20が夫々設けられている。このマーク20は、レーザ加工により形成され、例えば40μmより大きい十の字状をなしているが、その情報量を増やして後述の認識をし易くするために、井の字状や田の字状とすることができる。
【0029】
透明電極膜2は一対の前記マーク20を位置基準としてレーザ光11aにより以下のようにスクライブされて図3に示した前記第1分断溝5が作られる。なお、基板1に形成された透明電極膜2は、図2に示すようにセルとして使用される有効領域2aと、この有効領域2aの周辺部のマージン領域2bとに分けられ、そのマージン領域2bにマーク20が設けられている。又、基板1を照射するレーザ光11aは、図示しないレンズによって集束され、このレンズのほぼ焦点位置に透明電極膜2が位置するよう高さ方向に位置決めが行われる。
【0030】
まず、透明電極膜2が形成された面を上にして基板1をYテーブル16上に載置した後、後述のマーク認識に基づいて、レーザ発振器11から出力されるレーザ光11aの照射位置が、図2にAで示す基板1の長手方向一端でマージン領域2b内に位置するようにYテーブル16を位置決めして、レーザ光11aをスクライブのスタート点Aに位置決めする。
【0031】
この後、レーザ光11aの照射を途中で中断させることなく、X駆動源17によるXテーブル15の移動と、Y駆動源18によるYテーブル16の移動とを適宜行なって、レーザ光11aを透明電極膜2上で一筆書きの要領で連続して屈曲蛇行状に走査することにより、透明電極膜2を所定の幅寸法の帯状にスクライブする。
【0032】
つまり、図2において符号21は有効領域2aを横切って点Aから点Bに至るX方向第1スクライブ線、22はマージン領域2bにおいて点Bから所定寸法Pだけ離れた点Cに至るY方向第2スクライブ線、23は有効領域2aを第1X方向スクライブ線21とは逆方向に横切って点Cから点Dに至るX方向第3スクライブ線、24はマージン領域2bにおいて点Dから所定寸法Pだけ離れた点Eに至るY方向第4スクライブ線、25は点EからX方向に第1、第3のX方向スクライブ線21、23と平行に形成されようとしているX方向第5スクライブ線である。そして、このような一筆書きの要領でのレーザ光11aの走査を以下同様に繰返すことで、透明電極膜2を基板1の幅方向に沿って所定の幅寸法Pの帯状にスクライブできる。
【0033】
このようなスクライブにおいてX方向の各スクライブ線21、23、25等は、前記二つのマーク20の個々の交点を結んだ直線に平行に走査され、そのために、以上のスクライブに先立ってマーク20が後述のようにして認識される。又、太陽電池モジュールにおいては、以上のようにスクライブされた透明電極膜2上に形成される半導体層3(図3参照)についても、又、この半導体層3及びその上に形成される裏面電極層4(図3参照)についても、前記と同様に一対のマークを位置基準としたスクライブが行われる。なお、半導体層3及び裏面電極層4を同時に加工するレーザスクライブは、これらの層3、4が形成された面とは反対側の面からレーザ光りを照射してスクライブが行われる。
【0034】
次に、前記レーザ加工機が備えるアライメントマーク認識装置を説明する。この装置は、図1に示すように前記レーザ発振器11、前記XYテーブル13、これら両者を相対的に移動させて基板1上にレーザ光11aを走査させる前記X駆動源17及びY駆動源18、マーク検出用のCCDカメラ31、このカメラ31の視野を照明する照明器32、調光手段としての調光回路33、A/D変換器34、フレームメモリ35、パターン抽出手段としてのパターン抽出回路(以下抽出回路と略称する。)36、基準パターンメモリ(以下基準メモリと略称する。)37、及びパターンマッチング手段としてのパターンマッチング回路(以下マッチング回路と略称する。)38を備えている。
【0035】
CCDカメラ31は前記レーザ光11aの照射位置を視野とするようにレーザ発振器11に取付けられている。カメラ31には、その光電変換素子にCCDイメージセンサを用いたものであり、例えばリニアCCDカメラが使用されるが、これに代えてシャッタ付きのエリアCCDカメラを使用することもできる。
【0036】
照明器32はレーザ発振器11に取付けられている。この照明器32は、CCDカメラ31の回りに配置された照明部32aと、点灯回路を含む光源装置32bと、この光源装置32bで発生した光を照明部32aに導くライトガイド32cとを有してなり、照明部32aはそれに導かれた光を下方に投射して、CCDカメラ31の視野を照明する。
【0037】
調光回路33は光源装置32bの点灯回路に電気的に接続して設けられ、照明器32の光量を多段階に調節して、前記視野の照度を種々に変化させるために設けられている。この調光回路33は前記制御装置19の調光制御部により制御される。制御装置19の調光制御部は、後述のパターンマッチングにおいて、既に行われたパターンマッチングでマッチングが成立した際の照度(調光段階)を記録して置いて、この照度を次に行われるパターンマッチングによるアライメントマーク認識の際の最初の照度とし、前記次のパターンマッチングにおいて前記最初の照度から段階的に照度が変化するように調光回路33を制御する。このように制御装置19における調光制御部は、学習機能を有しており、調光回路33を介して既述のように照明器32を制御する。
【0038】
A/D変換器34、フレームメモリ35、抽出回路36、基準メモリ37、及びマッチング回路38は、制御装置19及び調光回路33とともに信号処理部をなしており、図示しない制御盤に設けられており、この信号処理部は制御装置19により制御される。
【0039】
A/D変換器34は、リニアCCDカメラ31から供給される撮像出力をデジタルデータに変換する。フレームメモリ35は、A/D変換器34から供給されるデジタルデータを、次々に蓄積し前記視野の大きさに相当する一画面分の画像データを一時的に蓄えるもので、前記一画面分の画像データは制御装置19により抽出回路36に転送される。抽出回路36は、転送された画像データに含まれる前記マーク20についてのパターンを抽出するもので、ここで得られた抽出パターンは制御装置19により基準メモリ37又はマッチング回路38に選択的に転送される。基準メモリ37に転送される抽出パターンは基準パターンとして用いられ、又、マッチング回路38に転送される抽出パターンを被認識パターンとして用いられる。
【0040】
基準メモリ37には、パターンマッチングにおいて比較の基準となる前記マーク20についての基準パターンが複数記録されている。このメモリ37には、マーク20を撮像した前記CCDカメラ31の出力を基に、A/D変換器34、フレームメモリ35、及び抽出回路36を経て得た抽出パターンが基準パターンとして記録(登録)される。
【0041】
こうして予め基準メモリ37に登録された複数の基準パターンは、夫々様々に異なる様相を呈するものであって、透明電極膜2上に製膜された半導体層及び裏面電極層の色の違いや濃淡差、マーク20の直線性や幅のむら、マーク20の途切れ、又はマーク20の傷等に基づく種々異なる様相のマーク20について、それらを基にして得た基準パターン、CCDカメラ31の視野の照度差に対応するため同じマーク20について前記照明器32の光量を複数段階に変化させて得た基準パターン、及び基板の反りや撓みに対応するため同一照明条件でもCCDカメラ31のフォーカスを違えて得た基準パターン等である。なお、図1においてM1、M2,M3…MNは基準メモリ37に記録された複数の基準パターンを示している。
【0042】
マッチング回路38は、制御装置19により基準メモリ37から読み出される基準パターンM1、M2,M3…MNと、この読み出しと同期して抽出回路36から転送される被認識パターンとを比較照合して、両パターンが一致するかどうかのパターンマッチングを行うものであって、そのマッチングが成立する(両パターンが一致する)場合に、マーク20を認識したものとされる。そして、この認識されたマーク20についてそのマークの交点が制御装置19により求められるようになっている。
【0043】
予め様々な様相を呈するマーク20についての基準パターンM1、M2,M3…MNが基準メモリ37に記録された前記マーク認識装置は、前記スクライブに先立って、スクライブ対象の基板1のマーク20の認識処理を行う。この処理は、はじめに、XYテーブル13を駆動して、その上に載置されたスクライブ対象の基板1の一方のマーク20が付されている角部をCCDカメラ31の視野内に移動させ、前記一方のマーク20を撮像することに基づいて行われ、次に、再びXYテーブル13を駆動して、スクライブ対象の基板1の他方のマーク20が付されている角部をCCDカメラ31の視野内に移動させ、前記他方のマーク20を撮像することに基づいて行われる。
【0044】
この認識処理では、スクライブ対象の基板1のマーク20を照明器32での照明下においてCCDカメラ31で撮像し、その撮像出力をA/D変換してフレームメモリ35に蓄積し、このメモリ35に蓄積されたデジタルデータから抽出回路36により、前記マーク20についての被認識パターンを形成し、このパターンがマッチング回路38において基準パターンとパターンマッチングされて前記マーク20の認識が行われる。
【0045】
このパターンマッチングの際、スクライブ対象の基板1のマーク20が、透明電極膜2上に製膜された半導体層及び裏面電極層の色の違いや濃淡差、マーク20の直線性や幅のむら、マーク20の途切れ、又はマーク20の傷、並びに基板の反りや撓み等に基づく種々異なる様相を呈していても、このパターンマッチングの際に使用する基準パターンは単一ではなく、前記各様相に対応する様々な様相を呈する複数の基準パターンM1、M2,M3…MNを使用している。そのため、以上のように認識すべきマークを基に得られる被認識パターンが様々な様相を呈していても、それが基準パターンと一致する確率が高まるので、マーク20の認識不良を減らすことができる。
【0046】
しかも、以上のようなマーク20の認識において、制御装置19は、同じマーク20について様相が異なる複数の被認識パターンを作って、それらについて既述のようにパターンマッチングを行わせる。この場合に様相が異なる複数の被認識パターンは、調光回路33を介して照明器32の光量を段階的に変化させることに伴い、CCDカメラ31の視野の照度を段階的に変化させ、その各段階での撮像に基づいて、A/D変換器34、フレームメモリ35、及び抽出回路36を経て作られる。このように同一のマーク20について照明差により被認識パターンの様相を変えることにより、それが基準パターンと一致する確率が更に高まるので、マーク20の認識不良を減らすことができる。
【0047】
更に、制御装置19は、その照度記憶部に、既述のように照度を変化させながら行われたパターンマッチングでマッチングが成立した際の照度を更新して記憶しておき、次に、他方のマーク20の認識を行う際、記憶された前記照度を最初の照度とするように調光回路33を介して照明器32の光量を制御し、そして、この照度を既述のように段階的に変化させながら前記他方のマーク20についてのパターンマッチングを行わせる。
【0048】
マーク20の様相は製膜条件等により近似する様相が連続してあらわれることがあるので、前記のようにパターンマッチングが成立してマーク20を認識した際の照度をはじめに用いて次のパターンマッチングを行わせることにより、次のマーク20が認識されるまでに要する時間を短くできる。
【0049】
又、制御装置19は、以上の照明順位の他に、被認識パターンと逐次比較照合する各種の基準パターンM1、M2,M3…MNの比較順位を学習方式により設定し、2度目以降のパターンマッチングにおいて実行する。つまり、既に行われたパターンマッチングで被認識パターンとのマッチングが成立した基準パターンを、次に行われるパターンマッチングに際して複数の基準パターンM1、M2,M3…MNの中から第1比較順位として最初に用いて被認識パターンとのパターンマッチングを行わせる。そして、このマッチングが不成立の場合に、前記第1比較順位の基準パターンにパターンの様相が近い順に前記複数の基準パターンM1、M2,M3…MNを用いてパターンマッチングを行わせる。
【0050】
このようなパターンマッチングにより、既述のように例えば製膜条件等により近似する様相が連続してあらわれ易い場合などに、マーク20が認識されるまでに要する時間を更に短くできる。
【0051】
したがって、図1に示されたレーザ加工機を用いて太陽電池モジュールの製造をインラインでの自動化設備で行う場合には、既述のようにアライメントマーク20の認識不良を抑制してその認識率を向上できることにより、自動化設備の稼働率向上や不良率の低下をもたらすことができ、生産性の向上に有効である。
【0052】
なお、本発明においてレーザ光の走査は、基板をXY駆動手段により移動させる代りに、レーザ発振器をXY方向に移動させて行うようにしてもよい。
【0053】
【発明の効果】
請求項1及び3の発明方法及び装置によれば、認識すべきアライメントマークが様々な様相を呈していても、同位置アライメントマークについて照度を変えながら得た複数の被認識パターンを用いることにより、被認識パターンが基準パターンと一致する確率が高まり、前記アライメントマークの認識不良が減るので、認識率を向上することができる。
【0056】
請求項2の発明方法によれば、複数の基準パターンと照度を変えながら得られる被認識パターンとを比較照合するので、例えば製膜条件等により近似する様相のパターンが連続してあらわれ易い場合などに、アライメントマークが認識されるまでに要する時間を短くできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るアライメントマーク認識装置を備えるレーザ加工機の概略構成を示す図。
【図2】図1のレーザ加工機により基板に走査されたレーザ光の軌跡を示す図。
【図3】一般的な太陽電池モジュールの構成の一部を示す断面図。
【符号の説明】
1…基板
2…透明電極膜(薄膜)
3…半導体層(薄膜)
4…裏面電極層(薄膜)
11…レーザ発振器
11a…レーザ光
13…XYテーブル
17…X駆動源(駆動手段)
18…Y駆動源(駆動手段)
19…制御装置
20…アライメントマーク
31…CCDカメラ
32…照明器
33…調光回路(調光手段)
36…パターン抽出回路(パターン抽出手段)
37…基準パターンメモリ
38…パターンマッチング回路(パターンマッチング手段)
Claims (3)
- 基板に形成された薄膜に設けられ、かつ、この薄膜をレーザ光によってスクライブする際の位置基準となるアライメントマークを、パターンマッチングにより認識する方法において、
前記パターンマッチングに用いる前記アライメントマークについての基準パターンに、様々な様相を呈する複数の基準パターンを用い、
照明器での照明下においてスクライブ対象の基板の前記アライメントマークを撮像したCCDカメラの撮像出力から前記アライメントマークについての被認識パターンを、前記照明器の光量調節により前記CCDカメラの視野の照度を種々に変化させた条件下で抽出し、
こうして抽出された複数の被認識パターンと前記複数の基準パターンとのパターンマッチングをすること特徴とする薄膜のレーザスクライブ用アライメントマークの認識方法。 - 既に行われたパターンマッチングでマッチングが成立した際の照度を、次に行われるアライメントマーク認識の際の最初の照度とし、この照度を変化させながら前記パターンマッチングを行うことを特徴とする請求項1に記載の薄膜のレーザスクライブ用アライメントマークの認識方法。
- 薄膜が形成されているとともに、この薄膜をレーザ光によってスクライブする際の位置基準となるアライメントマークが前記薄膜に設けられている基板が載置されるテーブルと、
前記薄膜をスクライブするレーザ光を出力するレーザ発振器と、
このレーザ発振器を前記基板上で相対的に走査させる駆動手段と、
前記レーザ発振器に取付けられ前記アライメントマークを撮像するCCDカメラと、
前記レーザ発振器に取付けられ前記CCDカメラの視野を照明する照明器と、
この照明器の光量を調節する調光手段と、
前記CCDカメラの撮像出力から前記アライメントマークについての被認識パターンを抽出するパターン抽出手段と、
様々な様相を呈したアライメントマークに基づいて予め得た複数の基準パターンを記録した基準パターンメモリと、
このメモリから読み出される前記複数の基準パターンメモリと前記調光手段により変化される各種の照明条件下において前記パターン抽出手段で抽出された前記被認識パターンとを比較照合するパターンマッチング手段と、
を具備したことを特徴とする薄膜のレーザスクライブ用アライメントマークの認識装置。
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