JP5540280B2

JP5540280B2 - レーザ加工装置

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Publication number: JP5540280B2
Application number: JP2009072447A
Authority: JP
Inventors: 通伸水村; 誠畑中; 祐二棚田; 大助石井
Original assignee: V Technology Co Ltd
Current assignee: V Technology Co Ltd
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2029-03-24
Also published as: JP2010221274A

Description

本発明は、薄膜を形成した基板を一定方向に搬送しながらレーザ加工するレーザ加工装置に関し、詳しくは、レーザ加工のタクトを短縮し、直線性が高く連続してつながったアイソレーション用の溝の形成を可能とし加工歩留りを向上すると共に、装置の製造コストの低減を可能とするレーザ加工装置に係るものである。

従来のレーザ加工装置は、搬送される基板に対してスポット状のレーザビームを照射し、該レーザビームにより複数の円形状の穴が一部重なった状態で連なって直線状の溝をレーザ加工するようになっていた。

また、他のレーザ加工装置は、膜体が形成された基板を保持し、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動する載置テーブルと、膜体をレーザ加工するレーザ光を出射するレーザ発振器及び該レーザ発振器から出射されたレーザ光を膜体上に走査させる走査機構と、レーザ加工した加工痕の位置を測定する画像処理センサーとを備え、画像処理センサーにより加工痕の位置を測定して加工痕のＸ軸、Ｙ軸方向のうねり量を検出し、このうねり量を補正すべき方向及び距離を算出すると共に載置テーブルを移動させてレーザ加工するものとなっていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１７０４５５号公報

しかし、このような従来のレーザ加工装置において、前者のレーザ加工装置は、複数の円形状の穴が一部重なった状態で連なって直線状の溝をレーザ加工するものであるので、基板の搬送速度を遅くしなければならずレーザ加工のタクトが長くなるという問題があった。レーザ出力周波数とステージ移動あるいはレーザ走査速度が同期している必要があり、同期がずれた場合にはスポットがずれ、溝が途中で途切れてしまう（断線する）などの問題があった。

また、後者のレーザ加工装置においては、上記走査機構がガルバノミラーや音響光学素子を用いたものであり、装置を駆動制御する制御手段とは別に走査機構を駆動制御する制御手段が必要となり、装置の構成が複雑になるという問題があった。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、レーザ加工のタクトを短縮し、直線性が高く連続してつながったアイソレーション用の溝の形成を可能とし加工歩留りを向上すると共に、且つ装置の製造コストの低減を可能とするレーザ加工装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によるレーザ加工装置は、搬送手段により、一面に薄膜を形成した基板を保持して搬送しながら、前記基板にレーザビームを照射して前記薄膜をレーザ加工するレーザ加工装置であって、光軸に交差する断面が前記基板の搬送方向に平行な細線状のレーザビームを生成して前記基板に照射する凸状のシリンドリカルレンズを設けたレーザヘッドと、前記細線状のレーザビームにより前記基板上に連ねて形成される複数の細線状の加工痕の長軸方向の端部が重なるように前記レーザビームの照射タイミングを制御する制御手段と、を備え、前記レーザヘッドは、前記シリンドリカルレンズの円柱軸方向の両端部における焦点位置を光軸方向に異ならせて、前記基板の搬送方向に相先後してレーザ加工される二つの前記加工痕の長軸方向の端部の重なり部において、一方の加工痕の短軸に交差する縁部が他方の加工痕の対応する縁部から側方にはみ出すように、前記基板上に長軸方向の一方端の幅が他方端の幅よりも幅広であるような細線状の照射パターンを形成するように構成されたものである。

このような構成により、搬送手段により薄膜を形成した基板を保持して搬送しながら、レーザヘッドに設けた凸状のシリンドリカルレンズで光軸に交差する断面が上記基板の搬送方向に平行な細線状のレーザビームを生成して基板に照射し、制御手段で前記細線状のレーザビームにより基板上に連ねて形成される複数の細線状の加工痕の長軸方向の端部が重なるようにレーザビームの照射タイミングを制御する。このとき、レーザヘッドのシリンドリカルレンズの円柱軸方向の両端部における焦点位置を光軸方向に異ならせすることにより、基板の搬送方向に相先後してレーザ加工される加工痕の長軸方向の端部の重なり部において、一方の加工痕の短軸に交差する縁部が他方の加工痕の対応する縁部から側方にはみ出すようにして、加工痕の重なり部の縁部に発生するバリの高さを許容値以下に抑える。

また、前記レーザヘッドは、複数の前記シリンドリカルレンズを、該シリンドリカルレンズの円柱軸が前記基板の搬送方向の軸に対して略平行となるように所定ピッチで並べて構成したレンズアレイを備えたものである。これにより、複数のシリンドリカルレンズを、該シリンドリカルレンズの円柱軸が基板の搬送方向の軸に対して略平行となるように所定ピッチで並べて構成したレンズアレイを備えたレーザヘッドで基板の搬送方向の軸に対して略平行な細線状の複数のレーザビームを生成して基板に照射する。

さらに、前記シリンドリカルレンズは、前記搬送手段に対して相対的に前記基板の搬送方向と交差する方向に移動可能に形成されたものである。これにより、シリンドリカルレンズを搬送手段に対して相対的に基板の搬送方向と交差する方向に移動してレーザ加工する。

さらにまた、前記レーザヘッドは、前記シリンドリカルレンズを、該シリンドリカルレンズの円柱軸方向の一方端が他方端よりも高い位置となるように傾斜させて配置したものである。これにより、シリンドリカルレンズを、該シリンドリカルレンズの円柱軸方向の一方端が他方端よりも高い位置となるように傾斜させて配置したレーザヘッドにより基板上に一方端の幅が他方端の幅よりも幅広であるような照射パターンを形成する。

そして、前記基板は、薄膜太陽電池の基板である。これにより、薄膜太陽電池の基板にバリの発生を抑えて細線状の加工痕を一部が重なった状態で形成する。

請求項１に係る発明によれば、凸状のシリンドリカルレンズにより細線状のレーザビームを生成し、該細線状のレーザビームにより一部が重なった状態で連ねて細線状の加工痕を形成するようにしているので、基板の搬送速度を速くすることができ、レーザ加工のタクトを短縮することができる。また、凸状のシリンドリカルレンズにより細線状のレーザビームを生成するようにしているので、装置の構成が簡単となり、装置の製造コストを低減することができる。さらに、凸状のシリンドリカルレンズの円柱軸方向の両端部における焦点位置を光軸方向に異ならせて、基板の搬送方向に相先後してレーザ加工される二つの加工痕の重なり部において、一方の加工痕の短軸に交差する縁部が他方の加工痕の対応する縁部から側方にはみ出すように、基板上に長軸方向の一方端の幅が他方端の幅よりも幅広であるような細線状の照射パターンを形成するようしているので、加工痕の重なり部におけるバリの発生を抑え、かつ途中で途切れることなく連続してつながったアイソレーション用の溝を形成することができ、加工歩留りを向上することができる。これにより、例えば薄膜太陽電池の層間絶縁不良の発生を抑制することができる。

また、請求項２に係る発明によれば、基板の搬送方向に平行な細線状の複数のレーザビームを同時に生成することができる。したがって、基板の搬送方向に平行に複数の溝をレーザ加工することができる。それ故、例えば薄膜型の太陽電池のスクライブラインの形成に有効である。

さらに、請求項３に係る発明によれば、先にレーザ加工された溝の縁を基準にして位置決めしてレーザ加工することができる。したがって、複数の溝を所定間隔で互いに平行に並べて形成することができる。

さらにまた、請求項４に係る発明によれば、シリンドリカルレンズを傾斜させて配置するだけで、長軸方向の一方端の幅が他方端の幅よりも幅広であるような照射パターンを形成することができる。

そして、請求項５に係る発明によれば、薄膜太陽電池のスクライブラインの形成精度を向上することができる。したがって、受光領域を広げて光電変換率の高い薄膜太陽電池を製造することができる。

本発明によるレーザ加工装置の実施形態を示す概略構成図である。薄膜型太陽電池の一構成例を示す平面図である。上記薄膜型太陽電池の断面図であり、（ａ）は図２のＯ−Ｏ線断面図、（ｂ）は図２のＱ−Ｑ線断面図である。上記実施形態において使用するレンズアレイを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は右側面図である。レーザビームの照射エネルギーと薄膜にレーザ加工された溝の縁部に発生するバリの高さとの関係を示すグラフである。レーザ加工溝の重なり部の縁部にバリが発生することを示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＲ−Ｒ線断面図である。上記レーザ加工溝の重なり部における重なりずれ量と発生するバリの高さとの関係を示すグラフである。基板上に形成される照射パターンの形状を示す説明図である。長軸方向の一方端の幅が他方端の幅よりも幅広の照射パターンを形成するシリンドリカルレンズの配置例について示す正面図である。制御手段の概略構成を示すブロック図である。上記制御手段の画像処理部の構成例を示すブロック図である。上記実施形態によるレーザ加工動作を示すフローチャートである。上記薄膜型太陽電池の製造について示す工程図である。上記実施形態によるレーザ照射タイミングを示す説明図である。長軸方向の一方端の幅が他方端の幅よりも幅広の照射パターンを形成するシリンドリカルレンズの他の配置例を示す図であり（ａ）は正面図、（ｂ）は形成される照射パターンの平面図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明によるレーザ加工装置の実施形態を示す概略構成図である。このレーザ加工装置は、薄膜を形成した基板を一定方向に搬送しながら、基板にレーザビームを照射してレーザ加工するもので、ステージ１と、レーザヘッド２と、第１及び第２の撮像手段３Ａ，３Ｂと、制御手段４と、を備えて構成されている。

上記薄膜を形成した基板は、図２及び図３に示すような薄膜太陽電池６の基板であり、図３（ａ）に示すように、方形状の透明な基板５上に透明電極層７、光電変換層８、裏面電極層９を順次成膜形成したもので、同図（ｂ）に示すように透明電極層７を分離する第１分離溝１０、透明電極層７と裏面電極層９とを接続するためのコンタクトライン１１、裏面電極層９を分離する第２分離溝１２を所定間隔で平行に並べて形成している。この場合、同図（ｂ）に示す領域Ａは、光電変換に寄与しない部分であり、この領域Ａの幅を狭くし、受光領域Ｂの幅を広げて光電変換効率を上げることが望まれている。なお、図２及び図３（ｂ）において、符号１３は外部に電流を取り出すための電極である。また、Ｌ１は、基板５の搬送方向の軸に直交する縁部５ａ，５ｂからレーザ加工溝（加工痕）の端部までの距離であり、Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は、夫々、基板５の搬送方向の軸に平行な縁部５ｃから第１番目の第１分離溝１０、コンタクトライン１１、及び第２分離溝１２の縁部までの距離である。そして、Ｌ５は第１分離溝１０、コンタクトライン１１、及び第２分離溝１２の配列ピッチである。

上記ステージ１は、上面（基板保持面）に太陽電池６の基板５を保持して一方向に往復搬送するものであり搬送手段となるもので、図示省略の駆動手段によって図１に示すＸ軸方向及び同図の手前側から奥側に向かうＹ軸方向に移動するようになっている。また、ステージ１には、図示省略のＸ，Ｙ位置センサー及び速度センサー（エンコーダスケール）が設けられており、該各センサーの出力に基づいてステージ１の移動距離及び移動速度の検出が可能となっている。

上記ステージ１の上方には、レーザヘッド２が設けられている。このレーザヘッド２は、基板５にレーザビームを照射してレーザ加工するものであり、レーザ光源１４と、ビームエキスパンダ１５と、均一化手段１６と、コンデンサレンズ１７と、複数のシリンドリカルレンズ１８とを備えて構成されている。なお、図１において、符号１９は反射ミラーを示す。

ここで、レーザ光源１４は、レーザ光を放射するもので、波長が１０６４ｎｍ、エネルギーが約１２００ｍＪのレーザ光と、波長が５３２ｎｍ、エネルギーが約６００ｍＪのレーザ光を５０Ｈｚの周期で間欠放射するパルスレーザである。また、ビームエキスパンダ１５は、レーザ光源１４から放射されたレーザ光の径を拡大して射出するものである。さらに、均一化手段１６は、径の拡大されたレーザ光を多重反射して均一化して射出するもので、例えばロッドレンズやライトパイプ等である。さらにまた、コンデンサレンズ１７は、均一化されたレーザ光を光軸に平行な平行光として射出するもので集光レンズであり、その前焦点を均一化手段１６の射出側端面１６ａに略合致させて配置されている。そして、複数の凸状のシリンドリカルレンズ１８は、上記平行光を受けて光軸に交差する断面が例えば約２０μｍ（幅）×約６０ｍｍ（長さ）の細線状のレーザビームを生成して出力するものであり、図４に示すように夫々例えば約１０ｍｍ（Ｗ）×約６０ｍｍ（Ｌ６）の形状に形成され、その軸が基板５の搬送方向の軸に対して略平行に、例えば１０ｍｍピッチで並べられてレンズアレイ２０を構成している。なお、図４においては、一例として８個の凸状のシリンドリカルレンズ１８を平行に配置したレンズアレイ２０を示している。

ここで、上記レーザビームを薄膜太陽電池６の基板５に照射して薄膜に溝をレーザ加工する場合、照射されるレーザビームのエネルギー量に応じてレーザ加工溝の縁部にバリが発生することがある。このようなバリは、薄膜太陽電池６の層間絶縁不良の原因となるため、バリの高さは極力低く抑える必要がある。

図５は、レーザビームの照射エネルギー量とばりの高さとの関係を実験により確認した結果を概念的に示すグラフである。これによると、レーザビームの照射エネルギー量にバリの高さを最小とする最適値が存在することが分かる。

しかし、レーザビームの照射エネルギー量をバリの高さが最小となるように設定し、図６（ａ）に示すように、レーザ加工溝３１の一部が重なるようにして薄膜に溝をレーザ加工した場合にも、同図（ｂ）に示すようにレーザ加工溝３１の重なり部の縁部３１ａにバリ３２が発生することが確認された。このバリ３２の高さは、基板５の搬送方向に相先後して加工されるレーザ加工溝３２の長軸に直交する方向へのずれ量に応じて変化し、例えば図７に示すようにずれ量が大きくなるほど小さくなり、ずれ量が約５μｍ以上となると層間絶縁不良の発生が抑えられることが分かった。しかしながら、ステージ１の移動誤差、即ち上記基板５の搬送方向と交差する方向へのずれ量（左右への振れ量）は、ステージ１の搬送機構の機械精度により決まり、大体１μｍ以下である。したがって、図６（ａ）に示すように、約２０μｍ（幅）×約６０ｍｍ（長さ）の細線状のレーザ加工溝３１を一部が重なるようにして連ねて形成する場合には、レーザ加工溝３１の重なり部における各溝間の基板５の搬送方向と交差する方向へのずれ量は約１μｍ以下となり、レーザ加工溝３１の重なり部の縁部３１ａに許容値を超える高さのバリ３２が発生する。

そこで、本発明においては、図８に示すように、レーザヘッド２を、基板５の搬送方向に相先後してレーザ加工される二つのレーザ加工溝３１の重なり部において、一方のレーザ加工溝３１の短軸に交差する縁部が他方のレーザ加工溝３１の対応する縁部から側方にはみ出すはみ出し量αが重なり部の縁部に発生するバリ３２の高さを許容値以下に抑えるのに十分な大きさとなるように、基板５上に長軸方向の一方端の幅Ｗ１が他方端の幅Ｗ２よりも幅広であるようなくさび形の照射パターン３３を形成するように構成している。これにより、加工溝がずれても断線する確立は低く、アイソレーション歩留が向上する。縁部から側方にはみ出すはみ出し量αは、加工溝間の間隔によっても異なってくるが、約２μｍ〜約１０μｍであり、好ましくは約４μｍ〜約８μｍ、さらに好ましくは約５μｍである。その結果、従来方法では重なり部の縁部に発生するバリの高さは、レーザ加工溝の深さによっても異なるが、通常レーザ加工深さの約１０％〜約２０％程度の高さのバリが発生する（例えば、アモルファス型の太陽電池用基板の場合、約０．２μｍ〜約０．５μｍのレーザ加工深さに対して、バリの高さは約０．０２μｍであり、タンデム型（マイクロモルフ型）の太陽電池用基板の場合、約１μｍ〜約３μｍのレーザ加工深さに対してバリの高さは約０．１μｍ〜約０．２μｍ）が、本発明では略０μｍになる。なお、バリの高さは、レーザ光の照射回数、照射時間、ワット密度、波長によって決まるため、バリの高さの許容値によってこれらの条件を決定する。

具体的には、図９に示すように、レンズアレイ２０のシリンドリカルレンズ１８を、その円柱軸方向の一方端１８ａが他方端１８ｂよりも高い位置となるように傾斜させ、他方端１８ｂ側のレンズの焦点位置を基板５上に略合致させて配置している。なお、一方端１８ａ側のレンズの焦点位置を基板５上に略合致させてもよい。この場合、くさび形照射パターン３３の向きが図８に示すものと反対向きとなる。

上記レーザヘッド２を間にして基板５の搬送方向の前後には、図１に示すように、レンズアレイ２０の中心に対して距離Ｄ１だけ離れて第１及び第２の撮像手段３Ａ，３Ｂが設けられている。この第１及び第２の撮像手段３Ａ，３Ｂは、上記レンズアレイ２０によるレーザビーム照射位置の搬送方向手前側の位置を撮像するもので、ステージ１の上面に平行な面内にて基板５の搬送方向（Ｘ軸方向）に対して略直交する方向（Ｙ軸方向）に複数の受光素子を一直線に並べて配置したラインカメラであり、基板５の縁部及び既にレーザ加工された溝の縁部を検出するようになっている。そして、基板５が図１において右から左に搬送されるときには、第１の撮像手段３Ａにより基板５を撮像し、基板５が左から右に搬送されるときには、第２の撮像手段３Ｂにより基板５を撮像するように切り換えて使用するようになっている。なお、上記レンズアレイ２０の第１番目のシリンドリカルレンズ１８Ａ（図４参照）に対応した第１及び第２の撮像手段３Ａ，３ＢのＹ軸方向の位置は、基準位置として後述のメモリ２３に予め記憶されている。

上記ステージ１、レーザ光源１４、レンズアレイ２０、第１及び第２の撮像手段３Ａ，３Ｂに結線して制御手段４が設けられている。この制御手段４は、第１及び第２の撮像手段３Ａ，３Ｂの撮像画像に基づいてレーザ光源１４から放射するレーザビームの照射タイミング及びレーザビームの照射位置を制御するもので、図１０に示すように画像処理部２１、演算部２２、メモリ２３、ステージ駆動コントローラ２４、レーザ光源駆動コントローラ２５、及び制御部２６を備えている。

ここで、画像処理部２１は、第１及び第２の撮像手段３Ａ，３Ｂで撮像された一次元画像に基づいて基板５の縁部及びレーザ加工された溝の縁部の位置を検出するもので、図１１に示すように入力切換部２７と、バッファメモリ２８と、第１の位置検出部２９と、第２の位置検出部３０と、を備えている。上記入力切換部２７は、第１の撮像手段３Ａからの入力と第２の撮像手段３Ｂからの入力とを切り換えるものである。また、上記入力切換部２７に結線してバッファメモリ２８が設けられている。このバッファメモリ２８は、第１及び第２の撮像手段３Ａ，３Ｂで撮像された一次元画像を一時的に保存するものである。さらに、上記バッファメモリ２８に結線して第１の位置検出部２９が設けられている。この第１の位置検出部２９は、第１及び第２の撮像手段３Ａ，３Ｂで撮像された一次元画像をバッファメモリ２８から逐次読み出して搬送方向にピクセル補間し、その輝度変化の急変位置から基板５の搬送方向に直交する縁部５ａ，５ｂ（図２参照）の位置を検出するものである。そして、第２の位置検出部３０は、第１及び第２の撮像手段３Ａ，３Ｂで撮像された一次元画像を受光素子の並び方向にピクセル補間し、その輝度変化の急変位置から基板５の搬送方向に平行な縁部５ｃ（図２参照）及びレーザ加工された溝、即ち第１分離溝１０、コンタクトライン１１、第２分離溝１２の縁部の位置を検出するものである。

また、演算部２２は、第１及び第２の撮像手段３Ａ，３Ｂで基板５の搬送方向に直交する縁部５ａ，５ｂを検出してから基板５が移動する距離を算出し、基板５の搬送方向に平行な縁部５ｃ又はレーザ加工された溝の縁部又は溝の中心位置と第１及び第２の撮像手段３Ａ，３Ｂの基準位置（第１番目のシリンドリカルレンズ１８Ａに対応した位置）との間の距離と、後述のメモリ２３に保存されたＣＡＤデータとを比較して上記距離のずれ量を算出するものである。

さらに、メモリ２３は、図示省略の操作部を操作して入力される初期設定値及びレーザ加工のＣＡＤデータを記憶すると共に、上記演算部２２における演算結果を保存するものである。

また、ステージ駆動コントローラ２４は、ステージ１の速度センサーの出力と上記操作手段を操作して予め入力されメモリ２３に記憶された速度情報とを比較してステージ１を一定速度で往復移動させ、一方向のレーザ加工が終了するとメモリ２３に記憶されたステップ移動量に相当する距離だけステージ１をＹ軸方向に移動させるものである。

さらに、レーザ光源駆動コントローラ２５は、レーザ光源１４の発光を制御するもので、基板５の搬送方向に直交する縁部５ａ，５ｂを検出してから所定時間経過後にレーザ光源１４を発光させると共に所定の時間間隔で間欠的に発光させるようになっている。そして、制御部２６は、上記各構成要素が適切に動作するように制御するものである。

次に、このように構成されたレーザ加工装置の動作及び薄膜太陽電池６の製造について、図１２に示すフローチャート及び図１３を参照して説明する。
先ず、ステップＳ１においては、メモリ２３にＣＡＤデータが保存されると共に、図示省略の操作手段を操作してステージ１のＸ軸方向への移動速度及び移動距離、Ｙ軸方向へのステップ移動量及び送り回数を入力して初期設定し、メモリ２３に保存する。この場合、ステージ１の移動速度は、レーザ光源１４の５０Ｈｚの発光周期に対してレーザ加工溝３１の一部が基板５の搬送方向に所定量だけ重なるように設定される。なお、ＣＡＤデータは、ＣＤ−ＲＯＭ等に保存されたデータをメモリ２３に読み込むようにするとよい。

ステップＳ２においては、レーザヘッド２とステージ１との位置決め調整を行う。即ち、別に設けたアライメントカメラによりレーザヘッド２及びステージ１に設けたマークを検出し、両マークが所定の位置関係となるように図示省略の回転機構によりレーザヘッド２のレンズアレイ２０を回転移動して位置決めし、各シリンドリカルレンズ１８の円柱軸が基板５の搬送方向（Ｘ軸方向）の軸に平行となるように設定する。なお、この位置決めは、手動又は自動のいずれで行ってもよい。

ステップＳ３においては、図１３（ａ）に示すような透明基板の上面に透明電極層７を形成した基板５をステージ１上の所定位置に位置決めして載置する。

ステップＳ４においては、起動スイッチの投入により、基板５をＸ軸方向にて図１における右から左方向に一定速度で搬送し、往路のレーザ加工を開始する。

この場合、先ず、第１の撮像手段３Ａの撮像画像により搬送方向に直交する基板５の搬送方向先頭側の縁部５ａ（一方端）の位置を検出してメモリ２３に保存する。具体的には、画像処理部２１の入力切換部２７を第１の撮像手段３Ａ側に切り換えて第１の撮像手段３Ａにより撮像された画像を取得し、取得した一次元画像をバッファメモリ２８に保存する。そして、バッファメモリ２８に保存された一次元画像を逐次読み出し、これを第１の位置検出部２９において基板５の搬送方向（Ｘ軸方向）にピクセル補間して輝度変化の急変位置を検出し、該急変位置を基板５の搬送方向先頭側の縁部５ａとして抽出し、該縁部５ａ抽出時のステージ１の位置をＸ位置センサーにより検出してメモリ２３に保存する。

次に、第１の撮像手段３Ａの撮像画像により搬送方向に平行な基板５の二つの縁部のうち、一方の縁部５ｃの位置を検出してメモリ２３に保存する。具体的には、バッファメモリ２８に保存された第１の撮像手段３Ａによる一次元画像を読み出して、第２の位置検出部３０において受光素子の並び方向（Ｙ軸方向）にピクセル補間して輝度の急変位置を検出し、該急変位置を基板５の搬送方向に平行な上記一方の縁部５ｃの位置として抽出し、該位置情報をメモリ２３に保存する。

続いて、基板５の搬送方向に平行な一方の縁部５ｃの位置情報と第１の撮像手段３Ａの基準位置情報とをメモリ２３から読み出して演算部２２で減算処理し、両者間の距離Ｌを算出する。さらに、該距離Ｌとメモリ２３から読み出されたＣＡＤデータのうち、図３（ｂ）に示す基板５の一方の縁部５ｃから第１番目の第１分離溝１０ａの縁部までの寸法Ｌ２を演算部２２で比較し、Ｌ＝Ｌ２となるようにステージ駆動コントローラ２４により制御してステージ１をＹ軸方向に移動し、各シリンドリカルレンズ１８を第１分離溝１０の形成位置に位置付ける。なお、この動作は、基板５の搬送中常時実行され、第１分離溝１０を基板５の搬送方向に平行な一方の縁部５ｃに平行に形成する。

さらに、メモリ２３から基板５の搬送方向先頭側縁部５ａの位置情報を読出し、該位置情報とＸ位置センサーから入力した位置情報とを演算部２２で比較して、図１４に示すように基板５の搬送方向先頭側縁部５ａを検出してから基板５が移動した距離Ｄを算出する。そして、基板５の移動距離ＤがＤ＝Ｄ１＋Ｌ１＋Ｌ６／２となると、レーザ光源駆動コントローラ２５を駆動してレーザ光源１４を発光させ、波長が１０６４ｎｍのレーザ光を放射させる。以後、レーザ光源１４は、レーザ光源駆動コントローラ２５により制御されて５０Ｈｚの周期で繰り返し発光する。

レーザ光源１４から放射されたレーザ光は、ビームエキスパンダ１５により径が拡大され、均一化手段１６により輝度分布が均一化され、コンデンサレンズ１７により光軸に平行な平行光にされてレンズアレイ２０に入射する。レンズアレイ２０に入射したレーザ光は、複数のシリンドリカルレンズ１８により細線状の複数のレーザビームに整形されて基板５に照射し、基板５上の透明電極層７に搬送方向の軸に平行に所定間隔で並んだ細線状の複数のくさび形照射パターン３３を形成する。

演算部２２では、基板５の搬送中常時、Ｘ位置センサーから入力した位置情報に基づいて基板５の搬送方向先頭側縁部５ａを検出してから基板５が移動した距離を演算する。そして、該距離をメモリ２３から読み出したＣＡＤデータと比較して基板５が所定距離だけ移動したか否かを判定する。ここで、基板５が所定距離だけ移動したことを検知すると、レーザ光源駆動コントローラ２５によりレーザ光源１４の発光を停止させる。これにより、複数のくさび形のレーザ加工溝３１がその長軸方向の端部を重ね合わせた状態で一直線に連なり、所定長さの第１分離溝１０が形成される。

ステップＳ５においては、ステージ１が予め設定された距離だけ移動すると、ステージ駆動コントローラ２４によって制御してステージ１のＸ軸方向への移動を停止する。続いて、メモリ２３から読み出したステップ移動量だけステージ１をＹ軸方向にて図１における奥側から手前側に向かってステップ移動させる。その際、Ｙ軸方向へのステップ送り回数をカウントしてメモリ２３に保存する。

ステップＳ６においては、ステージ１を上記向きとは逆にＸ軸方向にて図１における左から右方向に一定速度で移動させ復路のレーザ加工を開始する。このとき、画像処理部２１の入力切換部２７が第２の撮像手段３Ｂ側に切り換えられ、第２の撮像手段３Ｂによる画像データに基づいて上述と同様にして基板５の搬送方向先端縁部５ｂ（他方端）を検出し、該縁部５ｂを基準にしてレーザ光源１４の発光タイミングを制御する。また、第２の撮像手段３Ｂによる画像データに基づいて直前の往路でレーザ加工された複数の第１分離溝１０のうち直ぐ隣の第１分離溝１０の縁部又は中心位置を検出し、該縁部又は中心位置と第２の撮像手段３Ｂの基準位置（レンズアレイ２０の第１番目のシリンドリカルレンズ１８Ａの位置に相当）との距離がＬ５となるようにステージ１をＹ軸方向に変位させながらレーザ加工する。これにより、復路において複数の第１分離溝１０が往路で形成された第１分離溝１０に平行に形成される。

ステップＳ７においては、ステージ１のＹ軸方向へのステップ送り回数が所定回数となったか否かが制御部２６で判定される。ここで、“ＮＯ”判定となった場合には、ステップＳ８に進んで、ステージ１をＹ軸方向にて図１における奥側から手前側に向かって所定距離だけステップ移動する。同時に、送り回数をカウントしてメモリ２３に保存する。そして、ステップＳ４に戻って、ステップＳ７において“ＹＥＳ”判定となるまでステップＳ４〜ステップＳ８を繰り返し実行する。この場合、ステップＳ４におけるレーザ加工の位置決め基準は、基板５の搬送方向に平行な一方の縁部５ｃではなく、直前の復路でレーザ加工された複数の第１分離溝１０のうち直ぐ隣の第１分離溝１０の縁部又は中心位置である。

ステップＳ８において“ＹＥＳ”判定となると、ステップＳ９に進み、ステージ１は加工開始位置まで戻って停止する。これにより、図１３（ｂ）に示すように、透明電極層７に対して複数の第１分離溝１０が形成される。

次に、図１３（ｃ）に示すように、透明電極層７を覆って光電変換層８を形成し、上述と同様の手順を実行することによって、同図（ｄ）に示すように光電変換層８上にコンタクトライン１１を形成する。この場合、ステップＳ４においては、第１の撮像手段３Ａによる画像データに基づいて、レーザ加工中常時、基板５の搬送方向に平行な一方の縁部５ｃと第１の撮像手段３Ａの基準位置との間の距離がＬ３となるようにステージ１がＹ軸方向に変位される。また、ステップＳ６以降におけるレーザ加工の位置決め基準は、直前の復路又は往路でレーザ加工された複数のコンタクトライン１１のうち直ぐ隣のコンタクトライン１１の縁部又は中心位置である。さらに、最後のレーザ加工においては、レンズアレイ２０の第１番目のシリンドリカルレンズ１８Ａに対して反対側端部に位置するシリンドリカルレンズ１８Ｂ（図４参照）は遮光する。そして、ここで使用するレーザ光源１４のレーザ光は、光電変換層８だけがレーザ加工されるように波長が５３２ｎｍのレーザ光が選択される。

このようにして光電変換層８上に複数のコンタクトライン１１が形成されると、図１３（ｅ）に示すように光電変換層８を覆って裏面電極層９を形成し、上述と同様の手順を実行することによって、同図（ｆ）に示すように裏面電極層９上に第２分離溝１２を形成する。この場合、ステップＳ４においては、第１の撮像手段３Ａによる画像データに基づいて、レーザ加工中常時、基板５の搬送方向に平行な一方の縁部５ｃと第１の撮像手段３Ａの基準位置との間の距離がＬ４となるようにステージ１がＹ軸方向に変位される。また、ステップＳ６以降におけるレーザ加工の位置決め基準は、直前の復路又は往路でレーザ加工された複数の第２分離溝１２のうち直ぐ隣の第２分離溝１２の縁部又は中心位置である。さらに、この場合も、最後のレーザ加工においては、レンズアレイ２０の第１番目のシリンドリカルレンズ１８Ａに対して反対側端部に位置するシリンドリカルレンズ１８Ｂは遮光する。そして、ここで使用するレーザ光源１４のレーザ光は、光電変換層８及び裏面電極層９だけがレーザ加工されるように波長が５３２ｎｍのレーザ光が選択される。

最後に、図１３（ｇ）に示すように、裏面電極層９上にて基板５の搬送方向に平行な縁部近傍に電極１３を形成することにより、図２，３に示す薄膜太陽電池６が形成される。

このように、本発明によれば、複数連ねて形成されたレーザ加工溝３１の重なり部における一方のレーザ加工溝３１の短軸に交差する縁部からはみ出す他方のレーザ加工溝３１の対応する縁部のはみ出し量αが上記重なり部で発生するバリ３２の高さを許容値以下に抑えるのに十分な大きさであるので、薄膜太陽電池６のバリ３２による層間絶縁不良の発生を抑制することができる。

なお、上記実施形態においては、基板５の搬送方向の軸に平行な一方の縁部５ｃ及び先にレーザ加工して形成された溝の縁部又は中心位置に対して次にレーザ加工する溝の位置決めをする際に、ステージ１をＹ軸方向に変位させる場合について説明したが、本発明はこれに限られず、レンズアレイ２０又はレンズアレイ２０に入射するレーザ光の光軸をＹ軸方向に変位させてもよい。

また、上記実施形態においては、レーザ光の照射タイミングの制御及びレーザ加工の位置決め制御を基板５の縁部を基準にして行う場合について説明したが、本発明はこれに限られず、基板５上に形成された薄膜層の縁部を基準にしてもよい。

さらに、上記実施形態においては、第１の撮像手段３Ａによる基板５の縁部５ａ検出時及び第２の撮像手段３Ｂによる基板５の縁部５ｂ検出時を基準にして所定時間経過後にレーザ光源１４を発光させる場合について説明したが、本発明はこれに限られず、先にレーザ加工された溝の搬送方向先頭側の縁部を第１又は第２の撮像手段３Ａ，３Ｂで検出し、その検出時を基準にして所定時間経過後にレーザ光源１４を発光させてもよい。

そして、上記実施形態においては、シリンドリカルレンズ１８を傾けて配置してくさび形の照射パターン３３を生成する場合について説明したが、本発明はこれに限られず、シリンドリカルレンズ１８を軸方向の両端部の幅が異なるくさび形に形成してもよく、又はシリンドリカルレンズ１８の射出端面に円柱軸方向の両端部の幅が異なるくさび形の開口を有するマスクを配置してもよい。さらに、図１５（ａ）に示すようにシリンドリカルレンズ１８の射出端面にて円柱軸方向の一方端１８ａ側に、空気よりも屈折率の高い透明部材を配置して他方端１８ｂ側よりも焦点位置を光軸方向にずらすことにより、同図（ｂ）に示すように照射パターン３３の一方端３３ａの幅を他方端３３ｂの幅よりも幅広に形成してもよい。

また、複数のシリンドリカルレンズ１８を一定間隔で並べて構成したレンズアレイ２０の所定のシリンドリカルレンズ１８に近接して、該シリンドリカルレンズ１８を通過するレーザビームを遮光するシャッタを進退可能に設け、レンズアレイ２０で生成される複数のレーザビームのピッチを変更可能にしてもよい。これにより、一つのレンズアレイ２０で第１分離溝１０等の形成ピッチの異なる複数種の薄膜太陽電池６の形成に対応することができる。

さらに、上記実施形態においては、複数のシリンドリカルレンズ１８を一定間隔で並べてレンズアレイ２０を構成した場合について説明したが、本発明はこれに限られず、シリンドリカルレンズ１８は、一つであってもよい。

そして、以上の説明においては、薄膜を形成した基板が薄膜太陽電池６の基板５である場合について述べたが、本発明はこれに限られず、薄膜に一部が重なった状態で一直線に並べてレーザ加工溝３１を形成するものであれば、薄膜を形成した基板は如何なるものであってもよい。

１…ステージ（搬送手段）
２…レーザヘッド
４…制御手段
５…基板
６…薄膜太陽電池
１８…シリンドリカルレンズ
２０…レンズアレイ
３１…レーザ加工溝（加工痕）
３２…バリ
３３…照射パターン
α…はみ出し量

Claims

搬送手段により、一面に薄膜を形成した基板を保持して搬送しながら、前記基板にレーザビームを照射して前記薄膜をレーザ加工するレーザ加工装置であって、
光軸に交差する断面が前記基板の搬送方向に平行な細線状のレーザビームを生成して前記基板に照射する凸状のシリンドリカルレンズを設けたレーザヘッドと、
前記細線状のレーザビームにより前記基板上に連ねて形成される複数の細線状の加工痕の長軸方向の端部が重なるように前記レーザビームの照射タイミングを制御する制御手段と、
を備え、
前記レーザヘッドは、前記シリンドリカルレンズの円柱軸方向の両端部における焦点位置を光軸方向に異ならせて、前記基板の搬送方向に相先後してレーザ加工される二つの前記加工痕の長軸方向の端部の重なり部において、一方の加工痕の短軸に交差する縁部が他方の加工痕の対応する縁部から側方にはみ出すように、前記基板上に長軸方向の一方端の幅が他方端の幅よりも幅広であるような細線状の照射パターンを形成するように構成されたことを特徴とするレーザ加工装置。
前記レーザヘッドは、複数の前記シリンドリカルレンズを、該シリンドリカルレンズの円柱軸が前記基板の搬送方向の軸に対して略平行となるように所定ピッチで並べて構成したレンズアレイを備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
前記シリンドリカルレンズは、前記搬送手段に対して相対的に前記基板の搬送方向と交差する方向に移動可能に形成された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。
前記レーザヘッドは、前記シリンドリカルレンズを、該シリンドリカルレンズの円柱軸方向の一方端が他方端よりも高い位置となるように傾斜させて配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
前記基板は、薄膜太陽電池の基板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。