JP5253217B2 - 基板アライメント方法、基板アライメント装置、レーザ加工裝置及びソーラパネル製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板上の薄膜等をレーザ光を用いて加工する際に基板を所定位置にアイラメントする基板アライメント方法及び装置並びにソーラパネル製造方法に係り、特に基板上にアライメントマークを設けることなく正確にアライメント処理を行なうことのできる基板アライメント方法、基板アライメント装置、レーザ加工装置及びソーラパネル製造方法に関する。

従来、ソーラパネル製造工程では、透光性基板（ガラス基板）上に透明電極層、半導体層、金属層を順次形成し、形成後の各工程で各層をレーザ光を用いて短冊状に加工してソーラパネルモジュールを完成している。これらの各工程を行なう際に、ガラス基板をレーザ加工装置内に正確にアライメントしなければならない。ガラス基板をアライメントする方法については、特許文献１，２に記載のようなものが知られている。

特開２０００−３５３８１６号公報 特開２００１−２３２４８６号公報

特許文献１に記載のものは、レーザ光でガラス基板の隅にアライメントマークを形成し、このアライメントマークを参照してアライメント処理を行なっている。特許文献２に記載のものは、ガラス基板を載置した状態で上下に移動する位置決めピンを用いて基板を突き当てて所定の位置に固定している。しかしながら、ソーラパネルを製造する場合、ガラス基板上の薄膜に例えば約１０ｍｍピッチでスクライブ線が形成され、このスクライブ線の線幅は約３０μｍで、線と線の間隔は約３０μｍとなるような３本の線で構成されている。従って、特許文献２のような突き当てによる位置決めでは、線と線が重なってしまい、所望のスクライブ線を形成することが困難である。また、特許文献１のようにガラス基板上にアライメントマークを形成した場合、その部分をソーラモジュールとして利用することができなくなるため、ソーラパネルの高効率化という観点から問題であった。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、基板上にアライメントマークを設けることなく正確にアライメントを行なうことのできる基板アライメント方法、基板アライメント装置、レーザ加工装置及びソーラパネル製造方法を提供することである。

本発明に係る基板アライメント方法の特徴は、基板にレーザ光を照射する加工処理を施す際に、前記基板を前記加工位置にアライメント処理する基板アライメント方法において、前記レーザ光による最初の加工処理が終了した時点で、前記最初の加工処理によって形成された前記基板の形状変化部分と前記基板の縁部との両方を含む箇所の画像を取得し、前記画像を前記基板のＩＤデータとして記憶しておき、２回目以降の加工処理を施す際は前記ＩＤデータに基づいて前記アライメント処理を行なうことにある。
基板にレーザ光を照射する加工処理としては、透光性基板（ガラス基板）上に金属層、半導体層、透明電極層を順次形成し、形成後の各工程で各層をレーザ光を用いて短冊状に加工してソーラパネルを作成するソーラパネル製造などが該当する。このようなレーザ加工においては、各工程でアライメント処理が行なわれる。この発明では、レーザ光による最初の加工処理が終了した時点で、その加工処理によって形成された形状変化部分と基板の縁部の両方を含む箇所の画像を取得し、その画像を次回以降の加工処理前のアライメント処理に利用するようにした。例えば、ソーラパネル製造の場合、レーザ加工によって形成されたスクライブ線と基板縁部との両方を含む箇所の画像を取得し、取得した画像に基づいてレーザ加工処理の前にアライメント処理を行なうようにした。画像の中に形状変化部分と基板縁部の両方の画像を含んでいるので、画像認識処理が容易となるという効果がある。例えば、ソーラパネル製造の場合、スクライブ線の画像と基板縁部の形状の画像の両方を含んでいるので、画像認識処理が容易となる。これによって、基板上にアライメントマークを設けることなく正確にアライメントを行なうことができる。

本発明に係る基板アライメント装置の特徴は、基板を保持する保持手段と、前記基板にレーザ光を照射して所定の加工処理を施すレーザ光照射手段と、前記基板を前記保持手段の所定位置にアライメント処理するアライメント手段と、前記レーザ光による最初の加工処理が終了した時点で、前記最初の加工処理によって形成された前記基板の形状変化部分と前記基板の縁部との両方を含む箇所の画像を取得する画像取得手段と、前記画像取得手段によって取得された前記画像を前記基板のＩＤデータとして記憶する記憶手段と、２回目以降の加工処理を施す際は、前記ＩＤデータに基づいて前記アライメント手段によるアライメント処理を制御する制御手段とを備えたことにある。これは、前述の基板アライメント方法を具現化した装置の発明である。

本発明に係るレーザ加工装置の特徴は、前記基板アライメント方法又は前記基板アライメント装置を用いてワークに対してレーザ光による加工処理を行なうことにある。これは、前述の基板アライメント方法又は基板アライメント装置のいずれか１を用いて、レーザ光による加工処理を行なうようにしたものである。

本発明に係るソーラパネル製造方法の特徴は、前記基板アライメント方法、前記基板アライメント装置又は前記レーザ加工装置を用いて、ソーラパネルを製造することにある。これは、前述の基板アライメント方法、基板アライメント装置又はレーザ加工装置のいずれか１を用いて、ソーラパネルを製造するようにしたものである。

本発明によれば、基板上にアライメントマークを設けることなく正確にアライメントを行なうことができるという効果がある。

本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す図である。 図１のＸＹテーブル上にワークをアライメントする基板アライメント方法の概念を示す図であり、最初のスクライブ処理前のアイランメト処理を示す図である。 図１のＸＹテーブル上にワークをアライメントする基板アライメント方法の概念を示す図であり、２回目以降のスクライブ処理前のアライメント処理を示す図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す図である。このレーザ加工装置は、ソーラパネル製造装置のレーザ光加工処理（レーザスクライブ）工程を行なうものである。

図１のソーラパネル製造装置は、台座１０、ＸＹテーブル２０、レーザ発生装置４０と、光学系部材５０、アライメントカメラ装置６０、リニアエンコーダ７０、制御装置８０及び検出光学系部材等によって構成されている。台座１０上には台座１０上でＸ軸方向及びＹ軸方向（ＸＹ平面）に沿って駆動制御されるＸＹテーブル２０が設けられている。

ＸＹテーブル２０は、Ｘ方向及びＹ方向へ移動制御される。なお、ＸＹテーブル２０の駆動手段としては、ボールネジやリニアモータ等が用いられるが、これらの図示は省略してある。ＸＹテーブル２０の上側にはレーザ加工の対象となるワーク１が保持されている。また、台座１０の上には光学系部材を保持しながらＹ軸方向にスライド駆動されるスライドフレーム３０が設けられている。ＸＹテーブル２０は、Ｚ軸を回転軸としてθ方向に回転可能に構成されている。なお、スライドフレーム３０によりＹ軸方向の移動量が十分に確保できる場合には、ＸＹテーブル２０は、Ｘ軸方向の移動だけを行なう構成であってもよい。この場合、ＸＹテーブル２０はＸ軸テーブルの構成でもよい。

スライドフレーム３０は、台座１０上の四隅に設けられた移動台に取り付けられている。スライドフレーム３０は、この移動台によってＹ軸方向へ移動制御される。ベース板３１と移動台との間には除振部材（図示せず）が設けられている。スライドフレーム３０のベース板３１には、レーザ発生装置４０、光学系部材５０、制御装置８０及び検出光学系部材が設置されている。光学系部材５０は、ミラーやレンズの組み合わせで構成され、レーザ発生装置４０で発生したレーザ光を４系列に分割してＸＹテーブル２０上のワーク１上に導くものである。なお、レーザ光の分割数は４系列に限るものではなく、２系列以上であればよい。

アライメントカメラ装置６０は、ＸＹテーブル２０上であってワーク１の両端部（Ｘ軸方向の前後縁部）付近の画像を取得する。このアライメントカメラ装置６０で取得された画像は、制御装置８０に出力される。制御装置８０は、アライメントカメラ装置６０からの画像を、ワーク１のＩＤデータと共にデータベース手段に格納し、これ以降のワーク１のアライメント処理に利用する。リニアエンコーダ７０は、ＸＹテーブル２０のＸ軸移動テーブルの側面に設けられたスケール部材と検出部とから構成される。

リニアエンコーダ７０は、ＸＹテーブル２０のＸ軸移動テーブルの側面に設けられたスケール部材と検出部とか構成される。リニアエンコーダ７０の検出信号は、制御装置８０に出力される。制御装置８０は、リニアエンコーダ７０からの検出信号に基づいてＸＹテーブル２０のＸ軸方向の移動速度（移動周波数）を検出し、レーザ発生装置４０の出力（レーザ周波数）を制御する。

光学系部材５０は、図示のように、ベース板３１の下面側に設けられている。レーザ発生装置４０から出射されるレーザ光を光学系部材５０に導くための反射ミラー３３，３５がベース板３１上に設けられている。レーザ発生装置４０から出射されたレーザ光は、反射ミラー３３によって反射ミラー３５へ向かって反射され、反射ミラー３５は、反射ミラー３３からの反射レーザ光をベース板３１に設けられた挿通穴を介して光学系部材５０に導く。なお、レーザ光発生装置４０から出射されたレーザ光は、ベース板３１に設けられた挿通穴から光学系部材５０に対して上側から導入されるように構成されれば、どのような構成のものであってもよい。例えば、レーザ発生装置４０を挿通穴の上側に設け、挿通穴を介して光学系部材５０に直接レーザ光を導くようにしてもよい。

図２及び図３は、図１のＸＹテーブル上にワークをアライメントする基板アライメント方法の概念を示す図であり、図２は最初のスクライブ処理前のアイランメト処理を示し、図３は２回目以降のスクライブ処理前のアライメント処理の一例をそれぞれ示す図である。まず、図２に示すようにワーク１を載置した状態でワーク１の左側端部の下側縁部を位置決めピン２１に、ワーク１の下側端部の左側縁部を位置決めピン２２に、ワーク１の下側端部の右側縁部を位置決めピン２３に、それぞれ突き当て、ワーク１をＸＹテーブル２０上の所定位置に位置決めする。この状態でワーク１上の金属層にレーザ光を照射し、スクライブ処理を実行する。最初のスクライブ処理の結果、ワーク１上には、ピッチ１０ｍｍでスクライブ線が形成される。

図２は複数のスクライブ線のうち、ワーク中央付近の１本のスクライブ線２５を示す。このスクライブ線２５の両端部付近、すなわちスクライブ線２５とワーク１の縁部との両方を含む箇所２７，２９付近の画像２７ａ，２９ａを前述のアライメントカメラ装置６０で取得する。画像２７ａ，２９ａを見ると分かるように、画像の中にスクライブ線２５の画像とワーク１の縁部の形状の画像の両方を含んでいるので、画像認識処理が容易となる。取得された画像２７ａ，２９ａは制御装置によってワーク１のＩＤデータとしてデータベース手段７０に順次記憶される。

図２のように、レーザ加工によるスクライブ処理と共に画像２７ａ，２９ａの取得処理が終了すると、次は、この金属層の上に半導体層を形成する処理が行なわれる。半導体層形成処理が終了した後、ワーク１に対して前述と同様のレーザ光によるスクライブ処理が実行される。この２回目のスクライブ処理の前に図３に示すような方法でアライメント処理が行なわれる。

図３では、最初のアライメント処理と同じようにワーク１を載置した状態でワーク１の左側端部の下側縁部を位置決めピン２１に、ワーク１の下側端部の左側縁部を位置決めピン２２に、ワーク１の下側端部の右側縁部を位置決めピン２３に、それぞれ突き当て、ワーク１をＸＹテーブル２０上の所定位置に位置決めする。この状態で、スクライブ線２５の両端部付近、すなわちスクライブ線２５とワーク１の縁部との両方を含む箇所２７，２９付近の画像２７ｂ，２９ｂをアライメントカメラ装置６０で取得する。一方、制御装置は、データベース手段７０からワーク１のＩＤデータの画像２７ａ，２９ａを読みだす。制御装置によって、読み出された画像２７ａ，２９ａと、アライメントカメラ装置６０で取得された画像２７ｂ，２９ｂとが比較され、両者が一致するように、ＸＹテーブル２０のＸ軸，Ｙ軸及びθ軸が制御され、正確なアライメント処理が行なわれる。

図３のようにして、画像２７ａ，２９ａと画像２７ｂ，２９ｂの比較処理によるアライメント処理が終了すると、前回のスクライブ線２５から約３０μｍはなれた位置でレーザ光によるスクライブ処理が実行される。このスクライブ処理が終了すると、別の装置で半導体層の上に透明電極層を形成する処理が行なわれる。再び、レーザ加工装置にワークが搬入され、図３と同様のアライメント処理が行なわれ、ワーク１に対して同様にレーザ光によるスクライブ処理が実行される。これによって、ワーク１には、３本のスクライブ線が形成される。

上述の実施の形態では、薄膜の形成されたワーク１の表面からレーザ光を照射して薄膜にスクライブ線（溝）を形成する場合について説明したが、ワーク１の裏面からレーザ光を照射して、ワーク表面の薄膜にスクライブ線を形成するようにしてもよい。また、上述の実施の形態では、最初のスクライブ処理の結果、ワーク１上に形成されたスクライブ線を含む画像を取得する場合について説明したが、２回目のスクライブ処理の結果、ワーク１上に形成された２本のスクライブ線を含む画像を取得して、それを用いてアライメント処理を行なうようにしてもよい。

上述の実施の形態では、ソーラパネル製造装置を例に説明したが、本発明はＥＬパネル製造装置、ＥＬパネル修正装置、ＦＰＤ修正装置などのレーザ加工を行なう装置にも適用可能である。

１…ワーク
１０…台座
２０…ＸＹテーブル
３０…スライドフレーム
３１…ベース板
４０…レーザ発生装置
５０…光学系部材
６０…アライメントカメラ装置
７０…リニアエンコーダ
８０…制御装置

Claims (4)

1. 基板にレーザ光を照射するスクライブ加工処理を施す際に、前記基板を前記スクライブ加工処理位置にアライメント処理する基板アライメント方法において、
   前記レーザ光による最初のスクライブ加工処理が終了した時点で、前記最初のスクライブ加工処理によって形成された前記基板の形状変化部分であるスクライブ線と前記基板の縁部との両方を含む前記スクライブ線の両端部の画像を取得し、前記スクライブ線の両端部の画像を前記基板のＩＤデータとして記憶しておき、２回目以降のスクライブ加工処理を施す際は前記ＩＤデータに基づいて前記アライメント処理を行なうことを特徴とする基板アライメント方法。
2. 基板を保持する保持手段と、
   前記基板にレーザ光を照射して所定のスクライブ加工処理を施すレーザ光照射手段と、
   前記基板を前記保持手段の所定位置にアライメント処理するアライメント手段と、
   前記レーザ光による最初のスクライブ加工処理が終了した時点で、前記最初のスクライブ加工処理によって形成された前記基板の形状変化部分であるスクライブ線と前記基板の縁部との両方を含む前記スクライブ線の両端部の画像を取得する画像取得手段と、
   前記画像取得手段によって取得された前記前記スクライブ線の両端部の画像を前記基板のＩＤデータとして記憶する記憶手段と、
   ２回目以降のスクライブ加工処理を施す際は、前記ＩＤデータに基づいて前記アライメント手段によるアライメント処理を制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とする基板アライメント装置。
3. 請求項１に記載の基板アライメント方法又は請求項２に記載の基板アライメント装置を用いてワークに対してレーザ光によるスクライブ加工処理を行なうことを特徴とするレーザ加工装置。
4. 請求項１に記載の基板アライメント方法、請求項２に記載の基板アライメント装置又は請求項３に記載のレーザ加工装置を用いて、ソーラパネルを製造することを特徴とするソーラパネル製造方法。

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