JP5371534B2 - レーザ加工方法、レーザ加工装置及びソーラパネル製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光を用いて薄膜等を加工するレーザ加工方法、レーザ加工装置及びソーラパネル製造方法に係り、特に膜付きの基板を加工する際に発生する金属粒子、金属蒸気などによる影響を緩和することのできるレーザ加工方法、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、ソーラパネルの製造工程では、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で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。このようにしてソーラパネルモジュールを製造する場合、ガラス基板上の薄膜に例えば約１０ｍｍピッチでレーザ光でスクライブ線を形成している。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。レーザ光でスクライブ線を形成する場合、通常は定速度で移動するガラス基板上にレーザ光を照射していた。これによって、深さ及び線幅の安定したスクライブ線を形成することが可能であった。このようなソーラパネル（光電変換装置）の製造方法については、特許文献１に記載のようなものが知られている。

特開２００６−０５４２５４号公報

一般的に、ソーラパネル製造工程においては、レーザ光を用いて、ビーム径を規定の幅にしぼり、基板を移動させて、スクライブ加工を行なっている。このレーザ加工を長時間行なっていると、基板上の膜が気化し、集光レンズ付近に気化した金属粒子（イオン）などが浮遊し、この粒子がレンズ付近に巻き上がり、これと同時にレーザ光が照射されることによって集光レンズに金属粒子などが蒸着してしまい、集光レンズの透過率が低下し、レーザ光のパワーが不足するという問題があった。

本発明の目的は、上述の点に鑑みてなされたものであり、膜付きの基板を加工する際に発生する金属粒子、金属蒸気などによる集光レンズへの影響を抑制することのできるレーザ加工方法、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。

本発明に係るレーザ加工方法の第１の特徴は、気密型容器手段の側壁部から入射するレーザ光を、前記気密型容器手段の他の側壁部に保持された集光レンズで集光して相対的に移動するワークに照射することによって前記ワークに所定の加工を施すレーザ加工方法であって、前記気密型容器手段内を陽圧にして、前記加工時に前記ワークから発生する金属粒子などが前記気密型容器手段内へ混入するのを防止したことにある。
ワークであるガラス基板上にレーザ光を照射して加工を行なうと、基板上の膜が気化し、集光レンズ付近に気化した金属粒子（イオン）が浮遊し、この粒子が集光レンズ付近に巻き上がるが、集光レンズを保持する気密型容器手段内は陽圧に維持されているので、この金属粒子、金属蒸気などが気密型容器手段内に侵入することがなくなり、気密型容器手段内の集光レンズに金属粒子などが蒸着するということはなくなり、金属粒子などの蒸着による集光レンズの透過率の低下を抑制し、集光レンズを常にクリーンに維持することが可能となる。

本発明に係るレーザ加工方法の第２の特徴は、前記第１の特徴に記載のレーザ加工方法において、前記レーザ光を前記気密型容器手段内に設けられたハーフミラー及び反射ミラーからなる分岐手段を用いて複数のレーザ光に分岐し、分岐された複数のレーザ光のそれぞれに対応するように前記気密型容器手段の側壁部に前記集光レンズを設けたことにある。
これは、レーザ光を気密型容器手段内で複数に分割し、分割されたレーザ光毎に集光レンズを設けるようにしたものである。そして、この発明では、各集光レンズに金属粒子などが蒸着しないように、密閉型容器手段内を陽圧に維持している。

本発明に係るレーザ加工方法の第３の特徴は、前記第２の特徴に記載のレーザ加工方法において、前記分岐手段が、前記ワークの加工面に対して垂直に向かう垂直レーザ光を複数のレーザ光に分岐すると共に前記垂直レーザ光の進行方向を中心軸として前記分岐手段を回転させることによって、前記レーザ光の分岐方向と前記レーザ光の前記ワークに対する相対的な移動方向とのなす角度を可変制御することにある。
レーザ光は、最終的にワークの加工面に垂直に照射される。この発明では、ハーフミラー及び反射ミラーからなる分岐手段をこの垂直に向かう垂直レーザ光の途中に設けてレーザ光を分岐している。このとき、分岐手段の回転中心軸と垂直レーザ光の進行方向とを一致させて、分岐手段全体を回転できるように構成することによって、分岐方向とレーザ光の走査方向とのなす角度を容易に可変制御することができるものである。

本発明に係るレーザ加工方法の第４の特徴は、前記第３の特徴に記載のレーザ加工方法において、前記分岐手段によって分岐される前のレーザ光の光路中に位相型回折光学素子手段を配置して前記レーザ光をトップハット強度分布に変換し、変換後のレーザ光が前記ワークに照射されるまでのそれぞれの光路長が同じになるように前記レーザ光を複数に分岐して前記ワークに照射すると共に前記レーザ光の分岐方向と前記レーザ光の相対的な移動方向とのなす角度が回転制御された場合でも前記レーザ光の相対的な移動方向に対して前記位相型回折光学素子手段は回転させないようにしたことにある。
一般的に、ソーラパネル製造工程においては、レーザ光としてガウスビームを使用し、ビーム径を規定の幅にしぼり、基板を移動させて、スクライブ加工を行なっている。レーザ光としてガウスビームを用いると、加工形状がすり鉢状になり、中央部の膜が飛び過ぎるという問題があり、また、スクライブ加工を行なった場合、レーザ光をパルス照射しているため、スクライブ線の両側稜線が波打ってしまうという問題がある。そこで、レーザ光の光路中に、位相型回折光学素子（ＤＯＥ：Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ）を配置して、ガウスビームをトップハット（ＴｏｐＨａｔ）ビームに変換して、レーザ光をワークに照射するようにした。ＤＯＥは、レーザ光の配光特性を変換／整形する機能を持つ素子であり、主にレーザ光のガウシアン強度分布をフラットトップ（トップハット）強度分布に変換し、レーザー加工などの精度向上に使われるものである。このＤＯＥを使用することによって、レーザ光の照射形状はほぼ正方形状とすることができ、スクライブ線の両側稜線を滑らかに形成することができる。ところが、レーザ光の分岐方向とレーザ光の走査方向とのなす角度を可変制御した場合、照射形状がほぼ正方形状であることから、スクライブ線の両側稜線がガウシアン強度分布の場合よりも逆に波打ってしまう可能性がある。そこで、この発明では、レーザ光の分岐方向とレーザ光の走査方向とのなす角度を可変制御した場合でも、レーザ光の相対的な移動方向に対して位相型回折光学素子手段は回転させないようにした。これによって、スクライブ線の両側稜線を滑らかに形成することができる。

本発明に係るレーザ加工方法の第５の特徴は、前記第１から第４の特徴のいずれか１の特徴に記載のレーザ加工方法において、前記加工時に前記ワークと前記密閉型容器手段との間にエアーを吹き付けることによって、前記ワークから発生する金属粒子などをパージすることにある。
これは、レーザ加工時にワークと密閉型容器手段との間にエアーを吹き付け、ワーク表面から発生する金属粒子などをパージし、金属粒子、金属蒸気などが集光レンズに蒸着するのを防止するようにしたものである。

本発明に係るレーザ加工方法の第６の特徴は、前記第１から第５の特徴のいずれか１の特徴に記載のレーザ加工方法において、前記加工時に前記ワークと前記密閉型容器手段との間で前記ワークから発生する金属粒子などを吸引することにある。
これは、レーザ加工時にワークと密閉型容器手段との間でワーク表面から発生する金属粒子、金属蒸気などを吸引除去し、金属粒子などが集光レンズに蒸着するのを防止するようにしたものである。なお、金属粒子、金属蒸気などのパージと金属粒子、金属蒸気などの吸引を同時に行なうことによってその効果は倍増する。

本発明に係るレーザ加工装置の第１の特徴は、ワークを保持する保持手段と、周囲を側壁部で囲まれた気密型の容器からなり、前記側壁部の一部から入射するレーザ光を他の側壁部に保持された集光レンズで集光して相対的に移動する前記ワークに照射する気密型容器手段と、前記気密型容器手段内を陽圧にして、前記加工時に前記ワークから発生する金属粒子などが前記気密型容器手段内へ混入するのを防止するエアパージ手段とを備えたことにある。これは、前記レーザ加工方法の第１の特徴に対応したレーザ加工装置の発明である。

本発明に係るレーザ加工装置の第２の特徴は、前記第１の特徴に記載のレーザ加工装置において、前記レーザ光をハーフミラー及び反射ミラーを用いて複数のレーザ光に分岐する分岐手段を前記気密型容器手段内に設け、分岐された複数のレーザ光のそれぞれに対応するように前記気密型容器手段の側壁部に前記集光レンズを設けたことにある。これは、前記レーザ加工方法の第２の特徴に対応したレーザ加工装置の発明である。

本発明に係るレーザ加工装置の第３の特徴は、前記第２の特徴に記載のレーザ加工装置において、前記分岐手段は、前記ワークの加工面に対して垂直に向かう垂直レーザ光を複数のレーザ光に分岐するものであって、前記分岐手段を前記垂直レーザ光の進行方向を中心軸として回転制御することによって、前記レーザ光の分岐方向と前記レーザ光の前記ワークに対する相対的な移動方向とのなす角度を可変制御する回転制御手段を備えたことにある。これは、前記レーザ加工方法の第３の特徴に対応したレーザ加工装置の発明である。

本発明に係るレーザ加工装置の第４の特徴は、前記第３の特徴に記載のレーザ加工装置において、前記分岐手段によって分岐される前のレーザ光の光路中に位相型回折光学素子手段を配置して前記レーザ光をトップハット強度分布に変換し、変換後のレーザ光が前記ワークに照射されるまでのそれぞれの光路長が同じになるように前記レーザ光を複数に分岐して前記ワークに照射すると共に前記レーザ光の分岐方向と前記レーザ光の相対的な移動方向とのなす角度が回転制御された場合でも前記レーザ光の相対的な移動方向に対して前記位相型回折光学素子手段は回転させないようにしたことにある。これは、前記レーザ加工方法の第４の特徴に対応したレーザ加工装置の発明である。

本発明に係るレーザ加工装置の第５の特徴は、前記第１から第４の特徴のいずれか１の特徴に記載のレーザ加工装置において、前記加工時に前記ワークと前記密閉型容器手段との間にエアーを吹き付けることによって、前記ワークから発生する金属粒子などをパージするエアパージ手段を設けたことにある。これは、前記レーザ加工方法の第５の特徴に対応したレーザ加工装置の発明である。

本発明に係るレーザ加工装置の第６の特徴は、前記第１から第５の特徴のいずれか１の特徴に記載のレーザ加工装置において、前記加工時に前記ワークと前記密閉型容器手段との間で前記ワークから発生する金属粒子などを吸引する金属粒子吸引手段を設けたことにある。これは、前記レーザ加工方法の第６の特徴に対応したレーザ加工装置の発明である。

本発明に係るソーラパネル製造方法の特徴は、前記第１から第６の特徴のいずれか１の特徴に記載のレーザ加工方法、又は前記第１から第６の特徴のいずれか１の特徴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にある。これは、前記レーザ加工方法又は前記レーザ加工装置のいずれかを用いて、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、膜付きの基板を加工する際に発生する金属粒子、金属蒸気による集光レンズへの影響を抑制する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の光学系部材の詳細構成を示す図である。 図１の検出光学系部材の構成を示す模式図である。 制御装置の処理の詳細を示すブロック図である。 図３のパルス抜け判定手段の動作の一例を示す図である。 図５の高速フォトダイオードから出力される波形の一例を示す図である。 図１の光学系部材を下側（ワーク側）から見た図である。 光学系部材の回転量とスクライブ線のピッチ幅との関係を示す図である。

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、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、エアパージ装置１００、エアカーテン装置１０６、金属粒子吸引装置１０８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の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及び制御装置８０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。

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、ミラー３３によってミラー３５へ向かって反射され、ミラー３５は、ミラー３３からの反射レーザ光をベース板３１に設けられた貫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に設けられた貫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を貫通穴の上側に設け、貫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。

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で構成される。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。

制御装置８０は、アライメント処理以外にも、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）を制御し、高速フォトダイオード９４及び光軸検査用ＣＣＤカメラ９６から出力される信号に基づいてレーザ発生装置４０から出射されるレーザ光のパルス抜けを検出したり、レーザ光の光軸ずれ量に基づいてレーザ発生装置４０の出射条件を制御したり、光学系部材５０内のレーザ光を導入するための反射ミラー３３，３５の配置等をフィードバック制御する。

エアパージ装置１００は、光学系部材５０内を陽圧にし、光学系部材５０内への金属粒子（イオン，蒸気）などの混入を防止するものである。エアパージ装置１００はフィルタを備え、エアーを清浄して光学系部材５０内に導入する。なお、光学系部材５０は、密閉構造となっており、集光レンズ付近からエアを吹き出すような構成となっている。エアカーテン装置１０６は、レーザスクライブ処理中に光学系部材５０の集光レンズ付近に向かってエアを吹き出し、加工時に発生する金属粒子（イオン，蒸気）などが集光レンズ付近に浮遊しないようにする。金属粒子吸引装置１０８は、エアカーテン装置１０６の反対側には設けられ、加工時に発生する金属粒子（イオン，蒸気）などを吸引する。

図２は、光学系部材５０の詳細構成を示す図である。実際の光学系部材５０の構成は、複雑であるが、ここでは説明を簡単にするために図示を簡略化して示している。図２は、光学系部材５０の内部を図１の−Ｘ軸方向から見た図である。図２に示すようにベース板３１にはミラー３５で反射されたレーザ光を光学系部材５０内に導入するための貫通穴３７を有する。この貫通穴３７の直下には、ガウシアン強度分布のレーザ光をトップハット強度分布のレーザ光に変換する位相型回折光学素子（ＤＯＥ：Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ）５００が設けられている。

ＤＯＥ５００によってトップハット強度分布のレーザ光（トップハットビーム）に変換されたレーザ光はハーフミラー５１１によって反射ビームと透過ビームにそれぞれ分岐され、反射ビームは右方向のハーフミラー５１２に向かって、透過ビームは下方向の反射ミラー５２４に向かって進む。ハーフミラー５１１で反射したビームは、ハーフミラー５１２によってさらに反射ビームと透過ビームに分岐され、反射ビームは下方向の反射ミラー５２２に向かって、透過ビームは右方向の反射ミラー５２１に向かって進む。ハーフミラー５１２を透過したビームは反射ミラー５２１によって反射され、下方向の集光レンズ５４１を介してワーク１に照射される。ハーフミラー５１２で反射したビームは、反射ミラー５２２，５２３によって反射され、下方向の集光レンズ５４２を介してワーク１に照射される。ハーフミラー５１１を透過したビームは、反射ミラー５２４によって反射され、左方向に向かって進む。反射ミラー５２４で反射したビームは、ハーフミラー５１３によって反射ビームと透過ビームに分岐され、反射ビームは下方向の反射ミラー５２６に向かって、透過ビームは左方向の反射ミラー５２８に向かって進む。ハーフミラー５１３で反射したビームは、反射ミラー５２６，５２７によって反射され、下方向の集光レンズ５４３を介してワーク１に照射される。ハーフミラー５１３を透過したビームは反射ミラー５２８によって反射され、下方向の集光レンズ５４４を介してワーク１に照射される。

ＤＯＥ５００によって変換されたトップハットビームは、上述のハーフミラー５１１〜５１３及び反射ミラー５２１〜５２８によって、透過・反射されて集光レンズ５４１〜５４４に導かれる。このとき、ＤＯＥ５００から各集光レンズ５４１〜５４４までの光路長は等しくなるように設定されている。すなわち、ハーフミラー５１１で反射したビームがハーフミラ５１２を透過して反射ミラー５２１で反射して集光レンズ５４１に到達するまでの光路長、ハーフミラー５１１で反射したビームがハーフミラー５１２、反射ミーラ５２２，５２３でそれぞれ反射して集光レンズ５４２に到達するまでの光路長、ハーフミラー５１１を透過したビームが反射ミラー５２３、ハーフミラー５１３、反射ミーラ５２６，５２７でそれぞれ反射して集光レンズ５４３に到達するまでの光路長、ハーフミラー５１１を透過したビームが反射ミラー５２３で反射してハーフミラー５１３を透過して反射ミーラ５２８で反射して集光レンズ５４４に到達するまでの光路長は、それぞれ等しい距離である。これによって、ビームが分岐される直前にＤＯＥ５００を配置しても、トップハット強度分布のレーザ光を集光レンズ５４１〜５４４に同様に導くことが可能となる。

シャッター機構５３１〜５３４は、光学系部材５０の各集光レンズ５４１〜５４４から出射されるレーザ光がワーク１から外れた場合にレーザ光の出射を遮蔽するものである。オートフォーカス用測長システム５２，５４は、図示していない検出光照射用レーザとオートフォーカス用フォトダイオードとから構成され、検出光照射用レーザから照射された光の中でワーク１の表面から反射した反射光を受光し、その反射光量に応じて光学系部材５０内の集光レンズ５４１〜５４４を上下に駆動し、ワーク１に対する高さ（集光レンズ５４１〜５４４のフォーカス）を調整する。なお、フォーカス調整用駆動機構は図示していない。

エアパージ装置１００は、図２に示すように、ベース板３１の下側で光学系部材５０に隣接する位置に設けられている。エアパージ装置１００は、光学系部材５０内を陽圧にするためのエアをフレキシブル管１０２を介して点線矢印１０４のように光学系部材５０内に導入する。光学系部材５０は、密閉構造となっているので、集光レンズ５４１〜５４４付近の隙間からはエアが吹き出され、加工時に発生する金属粒子（イオン，蒸気）などが光学系部材５０内に混入するのを防止している。エアカーテン装置１０６は、図２に示すように、集光レンズ５４１側に設けられ、点線矢印１０７のように集光レンズ５４１〜５４４の表面付近に向かってエアを吹き出す。一方、金属粒子吸引装置１０８は、エアカーテン装置１０６とは反対側（集光レンズ５４４側）に設けられ、点線矢印１０９のように集光レンズ５４４の下面付近のエア、すなわち、エアカーテン装置１０６から吹き出されたエアを吸引する。これによって、エアカーテン装置１０６から金属粒子吸引装置１０８に向かうエアの流れが発生し、加工時に発生する金属粒子（イオン，蒸気）などは、集光レンズ付近に浮遊することなく、金属粒子吸引装置１０８によって吸引除去されるようになる。

図３は、第１検出光学系部材及び第２検出光学系部材の構成を示す模式図である。第１検出光学系部材は、集光レンズ高さ測長システム２６と、フォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ２８とから構成される。図３では、集光レンズ高さ測長システム２６とフォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ２８が重複して示されているので、符号で区別するようにしている。図２に記載のオートフォーカス用測長システム５２，５４によって、ワーク１から光学系部材５０の両側下面までの高さを調整した場合、光学系部材５０の下面の高さを同じにすることはできても、ワーク１から各集光レンズ５４１〜５４４までの高さを同じにすることができるとは限らない。そこで、この実施の形態では、ＸＹテーブル２０のＸ軸方向の側面のいずれか一方（図ではＸＹテーブル２０の−Ｘ軸方向の側面）に集光レンズ高さ測長システム２６を取り付け、ワーク１から各集光レンズ５４１〜５４４までの高さをそれぞれ測長するようにした。集光レンズ高さ測長システム２６によって検出された各集光レンズ５４１〜５４４の高さに対応した信号は、制御装置８０に出力される。制御装置８０は、ワーク１から各集光レンズ５４１〜５４４までの高さが適正であるか否かの判定を行なう。集光レンズ高さ測長システム２６の測長結果に応じて、各集光レンズ５４１〜５４４の配置（高さ）は調整されるようになっている。この場合、この集光レンズ５４１〜５４４の配置（高さ）の調整は、手動又は自動で行なえるように構成する。なお、集光レンズ高さ測長システム２６を用いて、光学系部材５０の下面の高さを測長するようにすれば、オートフォーカス用測長システム５２，５４を省略することが可能である。

フォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ２８は、ＸＹテーブル２０のＸ軸方向の側面のいずれか一方（図ではＸＹテーブル２０の−Ｘ軸方向の側面）であって、集光レンズ高さ測長システム２６の隣接する位置（近傍）に設けられている。フォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ２８は、ＸＹテーブル２０と光学系部材５０の各集光レンズ５４１〜５４４との位置を関連付けるものであり、ＸＹテーブル２０の上空側を視認可能に設置されている。フォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ２８によって撮像された映像は、制御装置８０に出力される。制御装置８０は、各集光レンズ５４１〜５４４から出射されるレーザ光の光軸が適正であるか否かの判定を行なう。すなわち、フォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ２８は、光学系部材５０の各集光レンズ５４１〜５４４から出射するレーザ光を直接観察することができるので、これを画像化することによって、制御装置８０は、各集光レンズ５４１〜５４４のフォーカス及び光軸が適正であるか否かを判断することができる。また、レーザ発生装置４０、光学系部材５０などのレーザ光に係わる各光学系の交換した時に、交換前と交換後の画像を取得し数値化しておくことによって、交換後のフォーカス及び光軸の調整を容易に行なうことができる。さらに、複数ヘッドの場合、各レーザ光の画像を取得して数値化することによって、バラツキを適正に調整することができる。

第２検出光学系部材は、図１に示すように、ビームサンプラ９２，９３、高速フォトダイオード９４及び光軸検査用ＣＣＤカメラ９６から構成される。ビームサンプラ９２，９３は、光学系部材５０内に導入されるレーザ光の光路中に設けられている。この実施の形態では、レーザ発生装置４０と反射ミラー３３との間に設けられている。ビームサンプラ９２，９３はレーザ光の一部（例えば、レーザ光の約０．４割程度又はそれ以下の光量）をサンプリングして外部に分岐出力する素子である。高速フォトダイオード９４は、ビームサンプラ９２で分岐出力されたレーザ光の一部（サンプリングビーム）を受光面のほぼ中央付近で受光するように配置される。高速フォトダイオード９４によって検出されたレーザ光の強度に対応した出力信号は、制御装置８０に出力される。光軸検査用ＣＣＤカメラ９６は、ビームサンプラ９３で分岐出力されたレーザ光の一部（サンプリングビーム）を受光面のほぼ中央付近で受光するように配置される。光軸検査用ＣＣＤカメラ９６によって撮像された映像は、制御装置８０に出力される。なお、光軸検査用ＣＣＤカメラ９６は、高速フォトダイオード９４に照射されるレーザ光の位置を示す画像を取り込み、その画像を制御装置８０に出力するようにしてもよい。

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）を制御し、集光レンズ高さ測長システム２６、フォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ２８、高速フォトダイオード９４及び光軸検査用ＣＣＤカメラ９６から出力される各信号に基づいて、ワーク１から各集光レンズ５４１〜５４４までの高さが適正であるか否かを判断したり、各集光レンズ５４１〜５４４のフォーカス及び光軸が適正であるか否かを判断したり、レーザ発生装置４０から出射されるレーザ光のパルス抜けを検出したり、レーザ光の光軸ずれ量に基づいてレーザ発生装置４０の出射条件を制御したり、光学系部材５０内にレーザ光を導入するための反射ミラー３３，３５の配置等をフィードバック制御したり、各集光レンズ５４１〜５４４の配置を調整したりする。

図４は、制御装置８０の処理の詳細を示すブロック図である。制御装置８０は、分岐手段８１、パルス抜け判定手段８２、アラーム発生手段８３、基準ＣＣＤ画像記憶手段８４、光軸ずれ量計測手段８５、レーザコントローラ８６、レンズ変位量計測手段８７、レンズ高さ調整手段８８、照射レーザ状態検査手段８９及び照射レーザ調整手段８Ａから構成される。

分岐手段８１は、リニアエンコーダ７０の検出信号（クロックパルス）を分岐して後段のレーザコントローラ８６に出力する。パルス抜け判定手段８２は、高速フォトダイオード９４からのレーザ光強度に対応した出力信号（ダイオード出力）と分岐手段８１から出力される検出信号（クロックパルス）とを入力し、それに基づいてレーザ光のパルス抜けを判定する。図５は、パルス抜け判定手段８２の動作の一例を示す図である。図５において、図５（Ａ）は分岐手段８１から出力される検出信号（クロックパルス）の一例、図５（Ｂ）は高速フォトダイオード９４から出力されるレーザ光強度に対応した出力信号（ダイオード出力）の一例、図５（Ｃ）はパルス抜け判定手段８２がパルス抜け検出時に出力するアラーム信号の一例をそれぞれ示す。

図５に示すように、パルス抜け判定手段８２は、分岐手段８１からのクロックパルスの立ち下がり時点をトリガ信号として、ダイオード出力値が所定のしきい値Ｔｈ以上であるか否かの判定を行い、ダイオード出力値がしきい値Ｔｈよりも小さい場合には、ハイレベル信号をアラーム発生手段８３に出力する。アラーム発生手段８３は、パルス抜け判定手段８２からの信号がローレベルからハイレベルに変化した時点でパルス抜けが発生したことを示すアラームを外部に報知する。アラームの報知は、画像表示、発音等の種々の方法で行なう。アラームの発生によって、オペレータはパルス抜けが発生したことを認識することができる。また、このアラームが頻繁に発生する場合には、レーザ発生装置の性能が劣化したか又は寿命になったことを意味する。

基準ＣＣＤ画像記憶手段８４は、図４に示すような基準ＣＣＤ画像８４ａを記憶している。この基準ＣＣＤ画像８４ａは、光軸検査用ＣＣＤカメラ９６の受光面の中央にレーザ光が受光した状態の画像を示すものである。光軸検査用ＣＣＤカメラ９６からは、図４に示すような被検査画像８５ａが出力される。光軸ずれ量計測手段８５は、光軸検査用ＣＣＤカメラ９６からの被検査画像８５ａを取り込み、これと基準ＣＣＤ画像８４ａとを比較し、光軸のずれ量を計測し、そのずれ量をレーザコントローラ８６に出力する。例えば、図４に示す被検査画像８５ａのような画像が光軸検査用ＣＣＤカメラ９６から出力された場合には、光軸ずれ量計測手段８５は、両者を比較して、Ｘ軸及びＹ軸方向のずれ量を計測し、それをレーザコントローラ８６に出力する。レーザコントローラ８６は、被検査画像８５ａと基準ＣＣＤ画像８４ａとが一致するように、レーザ光の光軸に関係する装置、すなわちレーザ発生装置４０の出射条件や光学系部材５０内にレーザ光を導入するための反射ミラー３３，３５の配置等をフィードバックして調整する。

レンズ変位量計測手段８７は、集光レンズ高さ測長システム２６によって検出された各集光レンズ５４１〜５４４の高さに対応した信号を入力し、各集光レンズ５４１〜５４４の高さが許容範囲内にあるか、この許容範囲よりも大きくずれているかを判定し、大きくずれている集光レンズ５４１〜５４４の高さをどの程度調整すればよいかを示す制御信号をレンズ高さ調整手段８８に出力する。レンズ高さ調整手段８８は、レンズ変位量計測手段８７からの制御信号に応じて各集光レンズ５４１〜５４４の配置を調整する。なお、集光レンズ５４１〜５４４の高さ調整機構が存在しない場合には、レンズ高さ調整手段８８は、レンズ変位量計測手段８７からの制御信号に基づいて、集光レンズ５４１〜５４４のどれをどの程度調整すればよいのか、その調整情報をオペレータに伝達（視認表示、音声発音など）するようにしてもよい。

照射レーザ状態検査手段８９は、フォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ２８からの画像８９ａを取り込み、これに基づいてフォーカス及び光軸のずれ量を計測し、そのずれ量を照射レーザ調整手段８Ａに出力する。例えば、図４に示すような画像８９ａがフォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラから出力された場合には、照射レーザ状態検査手段８９は、画像８９ａ内の円状の輪郭線８９ｂ（集光レンズ５４１〜５４４の外縁に対応した線）を基準にフォーカス円８９ｃ（画像８９ａ内の小円）の位置を検出し、フォーカス円８９ｃが輪郭線８９ｂのほぼ中央に位置しているか否かに基づいて光軸のＸ軸及びＹ軸方向のずれ量を計測し、それを照射レーザ調整手段８Ａに出力する。また、照射レーザ状態検査手段８９は、フォーカス円８９ｃの大きさ（面積）を計測し、それも基づいたフォーカス位置を照射レーザ調整手段８Ａに出力する。照射レーザ調整手段８Ａは、照射レーザ状態検査手段８９からの光軸のずれ量及びフォーカス位置に対応した信号に基づいて、光学系部材５０内の各ハーフミラー５１１〜５１３及び反射ミラー５２１〜５２８の配置等をフィードバックして調整する。なお、レンズ高さ調整手段８８及び照射レーザ調整手段８Ａを省略して、これらの機能をレーザコントローラ８６に持たせるようにしてもよい。

上述の実施の形態では、レーザ加工（スクライブ加工）時に光軸ずれ量計測手段８５でレーザ光の光軸ずれを、パルス抜け判定手段８２でパルス抜けをそれぞれ検査する場合について説明したが、図６に示すように高速フォトダイオード９４からの出力波形に基づいてレーザ光のパルス状態を検査するようにしてもよい。例えば、図６では、レーザ光のパルス幅及びパルス高さを計測し、これらに異常が発生した場合にはアラームを発生するようにしてもよい。なお、レーザ光のパルス幅は、高速フォトダイオード９４からの出力波形が所定値以上になっている期間が所定の範囲にある場合を正常とし、この範囲よりも大きかったり小さい場合にはパルス幅異常と判定し、アラームを出力する。また、レーザ光のパルス高さは、高速フォトダイオード９４からの出力波形の最大値が許容範囲内に存在する場合を正常とし、この許容範囲よもも大きかったり小さい場合にはパルス高さ異常と判定し、アラームを出力する。このように、レーザ光を常時サンプリングしているので、リアルタイムでパルス幅、パルス高さ（パワー）などのレーザ光の品質を管理することができる。上述のようなパルス抜けが頻発するようになったら、レーザ発生装置４０の劣化あるいは寿命と判断できる。

図７は、図１の光学系部材を下側（ワーク側）から見た図である。図７は、光学系部材５０とベース板３１の一部を示している。図７（Ａ）は、図１に示す光学系部材５０とベース板３１との位置関係を示す図であり、図に示すように、光学系部材５０の端面（図の上側端部）とベース板３１の端面（図の上側端部）とが一致している。図７（Ｂ）は、光学系部材５０が貫通穴３７の中心を回転軸としてベース板３１に対して左回りに約３０度回転した状態を示す図である。図７（Ｃ）は、光学系部材５０が貫通穴３７の中心を回転軸としてベース板３１に対して左回りに約４５度回転した状態を示す図である。

この実施の形態に係るソーラパネル製造装置においては、光学系部材５０がレーザ光の導入穴である貫通穴３７の中心を回転軸として、自在に回転可能に構成されている。すなわち、分岐手段である光学系部材５０は、図２の反射ミラー３５からＤＯＥ５００を通過してハーフミラー５１１に向かう垂直レーザ光の進行方向を中心軸として回転制御されている。これによって、レーザ光の分岐方向とレーザ光のワークに対する相対的な移動方向（図７の垂直方向）とのなす角度θを自在に可変制御することができる。なお、光学系部材５０の回転駆動手段としては、ボールネジやリニアモータ等の既存の技術が用いられるが、これらの図示は省略する。光学系部材５０が回転した場合、エアパージ装置１００も同時に回転するようにしてもよいし、光学系部材５０の回転をフレキシブル管１０２が変形して吸収するようにしてもよい。また、光学系部材５０が回転した場合、エアカーテン装置１０６及び金属粒子吸引装置１０８も同時に回転することが好ましい。

図７に示すように、レーザ光の分岐方向とレーザ光の走査方向（図７の垂直方向）とのなす角度を可変制御した場合でも、レーザ光の相対的な移動方向に対してＤＯＥ５００は回転しないように構成している。すなわち、ＤＯＥ５００を使用することによって、レーザ光の照射形状は、図７の集光レンズ５４１〜５４４内に示したように、点線正方形のような照射形状を示すことになる。従って、光学系部材５０の回転制御と共にＤＯＥ５００を回転させると、集光レンズ５４１〜５４４内の点線正方形もその回転量に応じて回転するようになる。この状態でレーザ光を走査照射すると、スクライブ線の両側稜線に正方形の角が位置するようになり、稜線が波打ち形状を示すようになる。そこで、この実施の形態のように、光学系部材５０を回転制御しても、ＤＯＥ５００は回転させないような構成とすることで、図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）に示すように、走査方向（図７の垂直方向）と集光レンズ５４１〜５４４内の点線正方形の左右両辺とが一致し、スクライブ線の両側稜線を極めて滑らかに形成することができ、また、光学系部材５０を回転させてスクライブ線のピッチを適宜制御した場合でも滑らかな稜線のスクライブ線を形成することが可能となる。なお、上述の実施の形態では、ＤＯＥをレーザ光の光路中に１つだけ設ける場合について説明したが、ＤＯＥを分岐後の各集光レンズの直前にそれぞれ設けてもよい。この場合でも、光学系部材５０を回転制御しても各ＤＯＥは回転させないように構成する必要がある。ＤＯＥ５００は、光学系部材５０とは分離した形でベース板３１に直結して設けることによって、光学系部材５０の回転から独立させることが可能である。

図８は、光学系部材の回転量とスクライブ線のピッチ幅との関係を示す図である。図８（Ａ）は図７（Ａ）に示すように光学系部材５０が回転していない状態、図８（Ｂ）は図７（Ｂ）に示すように光学系部材５０が約３０度回転した状態、図８（Ｃ）は図７（Ｃ）に示すように光学系部材５０が約４５度回転した状態でそれぞれレーザスクライブ加工処理を行なった場合のスクライブ線の状態を示す図である。図８（Ａ）の場合のスクライブ線のピッチをＰ０とすると、図８（Ｂ）の場合のピッチＰ３０はＰ０×ｃｏｓ３０°となり、図８（Ｃ）の場合のピッチＰ４５はＰ０×ｃｏｓ４５°となる。このように、この実施の形態に係るソーラパネル製造装置は、光学系部材５０の回転角度を適宜調整することによって、スクライブ線のピッチ幅を所望の値に適宜可変調整することができる。

上述の実施の形態では、エアカーテン装置１０６及び金属粒子吸引装置１０８を集光レンズ５４１〜５４４の並ぶ延長線上、すなわち図２に示すように光学系部材５０の左右両端に設ける場合について説明したが、光学系部材５０の前後両端（図２の紙面の前後方向）に設けるようにしてもよい。この場合、エアの吹き出し口及び吸引口を集光レンズ５４１〜５４４毎に設けるようにしてもよい。
上述の実施の形態では、パルス抜けの発生だけを見ているが、パルス抜けが発生した箇所の座標データ（位置データ）を取得して記憶することによって、スクライブ線のリペア処理を行なうことが可能となる。
上述の実施の形態では、光軸検査用ＣＣＤカメラ９６を用いてビームサンプラ９３で分岐出力されたレーザ光の一部（サンプリングビーム）を直接受光して、それを画像処理することによって、光軸ずれを検査する場合について説明したが、高速フォトダイオード９４の受光面の中央にレーザ光が受光した状態を示す画像を被検査画像として光軸検査用ＣＣＤカメラ９６あるいは分割型フォトダイオードで取得することによって光軸ずれを検査するようにしてもよい。
上述の実施の形態では、レーザ光の光軸ずれ及びパルス抜けを検査する場合について説明したが、光軸ずれ、パルス抜け、パルス幅及びパルス高さのそれぞれを適宜組み合わせてレーザ光の状態を検査するようにしてもよい。
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。
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
３３，３５…反射ミラー
３７…貫通穴
４０…レーザ発生装置
５０…光学系部材
５００…位相型回折光学素子（ＤＯＥ）
５１１〜５１３…ハーフミラー
５２１〜５２８…反射ミラー
５３１〜５３４…シャッター機構
５４１〜５４４…集光レンズ
５２，５４…オートフォーカス用測長システム
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
８１…分岐手段
８２…パルス抜け判定手段
８３…アラーム発生手段
８４…基準ＣＣＤ画像記憶手段
８５…光軸ずれ量計測手段
８６…レーザコントローラ
８７…レンズ変位量計測手段
８８…レンズ高さ調整手段
８９…照射レーザ状態検査手段
８Ａ…照射レーザ調整手段
９２，９３…ビームサンプラ
９４…高速フォトダイオード
９６…光軸検査用ＣＣＤカメラ
１００…エアパージ装置
１０２…フレキシブル管
１０６…エアカーテン装置
１０８…金属粒子吸引装置

Claims (3)

1. 気密型容器手段の側壁部から入射するレーザ光を、前記気密型容器手段の他の側壁部に保持された集光レンズで集光して相対的に移動するワークに照射することによって前記ワークに所定の加工を施すレーザ加工方法であって、
   前記気密型容器手段内に設けられたハーフミラー及び反射ミラーからなる分岐手段を用いて、前記ワークの加工面に対して垂直に向かう垂直レーザ光を複数のレーザ光に分岐し、
   分岐された複数のレーザ光のそれぞれに対応するように前記気密型容器手段の前記側壁部に前記集光レンズを設け、前記気密型容器手段内を陽圧にして、前記加工時に前記ワークから発生する金属粒子などが前記気密型容器手段内へ混入するのを防止し、
   前記垂直レーザ光の進行方向を中心軸として前記分岐手段を含む前記気密型陽気手段を回転させることによって、前記レーザ光の分岐方向と前記レーザ光の前記ワークに対する相対的な移動方向とのなす角度を可変制御し、
   前記分岐手段によって分岐される前のレーザ光の光路中に位相型回折光学素子手段を配置して前記レーザ光をトップハット強度分布に変換し、
   変換後のレーザ光が前記ワークに照射されるまでのそれぞれの光路長が同じになるように前記レーザ光を複数に分岐して前記ワークに照射すると共に前記レーザ光の分岐方向と前記レーザ光の相対的な移動方向とのなす角度が回転制御された場合でも前記レーザ光の相対的な移動方向に対して前記位相型回折光学素子手段は回転させないようにしたことを特徴とするレーザ加工方法。
2. 請求項１に記載のレーザ加工方法において、前記加工時に前記ワークと前記密閉型容器手段との間にエアーを吹き付けることによって、前記ワークから発生する金属粒子などをパージすることを特徴とするレーザ加工方法。
3. 請求項１又は２に記載のレーザ加工方法において、前記加工時に前記ワークと前記密閉型容器手段との間で前記ワークから発生する金属粒子などを吸引することを特徴とするレーザ加工方法。

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