JPH1027918A

JPH1027918A - レーザーパターニング装置

Info

Publication number: JPH1027918A
Application number: JP8179199A
Authority: JP
Inventors: Takanori Nakano; 孝紀中野; Tetsumasa Umemoto; 哲正梅本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-07-09
Filing date: 1996-07-09
Publication date: 1998-01-27
Anticipated expiration: 2016-07-09
Also published as: JP3210251B2

Abstract

(57)【要約】【課題】太陽電池などの薄膜層のパターニングを高精
度に行うことが可能なレーザーパターニング装置を提供
すること。【解決手段】レーザー光を透過または減衰させる誘電
体層と前記レーザー光を吸収する光吸収層との２重構造
を有する基板支持手段により、透光性基板の一面側を前
記誘電体層に接するように支持し、前記基板の他面側か
らレーザー光を照射して該他面側に積層された薄膜層を
パターニングする。このとき、基板を透過して基板支持
手段に到達したレーザー光の殆どは、基板支持手段側に
吸収され、基板支持手段の表面での反射光の影響を排除
して、薄膜層のパターニングが行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザーパターニ
ング装置に関し、特に、透光性を有する基板を用いた集
積型薄膜太陽電池の電極等をパターニングするのに好適
なレーザーパターニング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、基板上に複数のユニットセルを集
積した集積型薄膜太陽電池を製作する場合、この基板上
に積層した薄膜を各ユニットセルに対応づけて短冊状に
分割する必要があり、この薄膜を分割するための溝（以
下、「スクライブ」と記す）を形成する所謂パターニン
グが行われる。このパターニングの方法として、レーザ
ー光を照射して薄膜の一部を溶発させることによりスク
ライブを形成する所謂レーザーパターニング法があり、
この方法を用いたレーザーパターニング装置が知られて
いる。

【０００３】以下、図５及び図６を参照して、従来のレ
ーザーパターニング装置について説明する。ここで、図
５は、集積型薄膜太陽電池の断面図であり、図６は従来
の装置の問題点を説明するための説明図である。図５に
示す集積型薄膜太陽電池は、Ｐ型、Ｉ型及びＮ型の各水
素化アモルファスシリコン（a-Si:H）薄膜層を積層した
非晶質光電変換層１を、透明電極層２と裏面電極層３と
で挟むようにして可橈性を有する透光性絶縁基板４上に
形成した積層構造を有する。

【０００４】また、同図に示すように、この集積型薄膜
太陽電池は、透光性絶縁基板４に積層された非晶質光電
変換層１、透明電極層２及び裏面電極層３からなる複数
のユニットセルを電気的に直列接続して集積した構造を
有し、各ユニットセルの透明電極層２と裏面電極層３と
の間に、太陽光に励起されて非晶質光電変換層１が生じ
る起電力が現れるものとなっている。従って、これら直
列接続された複数のユニットセルの両端の電極の間に
は、各ユニットセルの起電力を足し合わせた起電力が、
この太陽電池の出力電圧として現れることとなる。

【０００５】このように複数のユニットセルを集積した
構造を得るため、以下に説明するように、レーザースク
ライブ法を用いてパターニングしながら各薄膜層を積層
して集積型薄膜太陽電池を製作する。以下、図５に示す
集積型薄膜太陽電池の製作工程を概略的に説明する。先
ず、透光性絶縁基板４の主面に透明電極層２を形成した
後、レーザー光を照射して所定のピッチ（ユニットセル
のピッチ）で第１スクライブＳＬ₁を形成し、透明電極
層２を短冊状に絶縁分割する。

【０００６】次に、第１スクライブＳＬ₁が形成された
透明電極層２の上に、例えばプラズマＣＶＤ(Chemical
Vapour Deposition)装置などの薄膜形成装置を用いて、
非晶質光電変換層１を積層する。そして、先に形成され
た透明電極層２の上に位置するように第１スクライブＳ
Ｌ₁の位置からずらして所定のピッチで第２スクライブ
ＳＬ₂を形成し、非晶質光電変換層１を短冊状に絶縁分
割する。なお、非晶質光電変換層１は、太陽光に励起さ
れて起電力を生じる層であり、例えば、Ｎ型層、Ｉ型層
及びＰ型層の各水素化アモルファスシリコン薄膜層を積
層した多層構造を有する。

【０００７】次に、第２スクライブＳＬ₂が形成された
非晶質光電変換層１の上に裏面電極層３を積層し、第２
スクライブＳＬ₂に重ならないように所定のピッチで第
３スクライブＳＬ₃を形成して裏面電極層３を絶縁分割
する。この裏面電極層３は、第２スクライブＳＬ₂を通
じて透明電極層２と電気的に接続される。以上により、
各ユニットセルが非晶質光電変換層１を透明電極層２と
裏面電極３とで挟んだ構造を有すると共に、隣り合うユ
ニットセルの透明電極層２と裏面電極３とが電気的に相
互に接続された集積型薄膜太陽電池を得る。

【０００８】上述したように、レーザースクライブ法を
用いた装置によれば、レーザー光が対象物（薄膜）の加
工面の上を走査することにより、容易にスクライブを形
成することができるので、製造工程が簡略化され、生産
コストを低く抑えることができる。また、この装置によ
れば、スクライブ幅が１００ミクロン以下の微細加工が
可能となるため、裏面電極層３と透明電極層２とのコン
タクト面積（第２スクライブ幅）を小さく抑えることが
できる。この結果、非晶質光電変換層１の面積が増え、
集積型薄膜太陽電池の発電有効面積を増やすことができ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のレー
ザースクライブ法を用いてスクライブを精度よく形成す
るためには、対象物の加工面がレーザー光の焦点深度内
に位置する必要がある。加工面がこの焦点深度からはず
れると、レーザー光が加工面に集光せず、この加工面に
おけるレーザー光のエネルギー密度が変動する結果、ス
クライブの加工精度が著しく低下することとなる。従っ
て、スクライブを精度良く形成するためには、加工面が
レーザー光の焦点深度内に位置するように、基板の厚さ
のバラツキ及び撓みを規定値内に管理して、加工面の平
坦度を確保しなければならないという問題があった。

【００１０】この問題を解決すべく、特開平５−２１８
４７１号公報に開示されているように、薄膜が積層され
た基板を矯正用ガラス基板で両面から挟んで、加工面の
平坦度を改善する方法がある。しかしながら、この方法
によれば、基板に積層された薄膜に矯正用ガラスが密着
するため、レーザー光が照射されて溶発（アブレーショ
ン）した薄膜材料の逃げ場がなく、再結晶化してスクラ
イブ内部に残る結果、ユニットセル間で薄膜層がショー
トするという問題がある。

【００１１】また、基板が透光性を有する場合、図６に
示すように、基板４に積層された薄膜層としての透明電
極層２をパターニングするために照射したレーザー光が
基板４を透過し、この基板を載せたステージＳに反射散
乱されてスクライブＳＬの周辺に照射される結果、スク
ライブの形状が不良となり、スクライブの加工精度が著
しく低下するという問題がある。

【００１２】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであり、薄膜材料がスクライブ内部で再結晶化す
ることにより、スクライブで分離された薄膜層がショー
トすることなく、しかも精度よくスクライブを形成して
パターニングすることが可能なレーザーパターニング装
置を提供することを課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決達成するため、以下の構成を有する。請求項１に記載
の発明にかかるレーザーパターニング装置は、透光性を
有する基板をその一面側から支持する基板支持手段を備
え、該基板支持手段に支持された前記基板の他面側から
レーザー光を照射して該他面側に積層された薄膜層をパ
ターニングするレーザーパターニング装置であって、前
記基板支持手段は、前記レーザー光を透過または減衰さ
せる誘電体層と、前記レーザー光を吸収する光吸収層と
の２重構造を有し、前記基板の一面側が前記誘電体層に
接するようにして前記基板を支持するように構成されて
いる。

【００１４】請求項２に記載の発明にかかるレーザーパ
ターニング装置は、透光性及び可橈性を有する帯状の基
板をロールツーロール方式またはステッピングロール方
式で所定の張力を与えながら送給する基板送給手段と、
前記基板の送給方向に回転可能に配設されて前記送給さ
れる基板の一面側を外周面で支持するローラー状の基板
支持手段とを備え、該基板支持手段に支持された前記基
板の他面側からレーザー光を照射して前記基板の主面に
積層された薄膜層をパターニングするレーザーパターニ
ング装置であって、前記基板支持手段は、外周側に前記
レーザー光を透過または減衰させる誘電体層を備えると
共に、該誘電体層に接するようにして内周側に前記レー
ザー光を吸収する光吸収層を備えて構成されている。

【００１５】請求項３に記載の発明にかかるレーザーパ
ターニング装置は、請求項１又は２に記載の発明にかか
るレーザーパターニング装置の誘電体層が、その屈折率
を光吸収層側に向けて徐々に大きく設定したグレーデッ
ドインデックス構造を有するように構成されている。

【００１６】請求項４に記載の発明にかかるレーザーパ
ターニング装置は、請求項３に記載の発明にかかるレー
ザーパターニング装置において、光吸収層に接する誘電
体層の表面に粗さを持たせて構成されている。

【００１７】請求項５に記載の発明にかかるレーザーパ
ターニング装置は、透光性及び可橈性を有する帯状の基
板をロールツーロール方式またはステッピングロール方
式で所定の張力を与えながら送給する基板送給手段と、
前記基板の送給方向に回転可能に配設されて前記送給さ
れる基板の一面側を外周面で支持するローラー状の基板
支持手段とを備え、該基板支持手段に支持された前記基
板の他面側からレーザー光を照射して前記基板の主面に
積層された薄膜層をパターニングするレーザーパターニ
ング装置であって、前記基板支持手段は、前記レーザー
光を透過または減衰させる円柱状または円筒状の誘電体
層からなり、該誘電体層の外周面は、前記基板を透過し
た前記レーザー光が入射する領域を除いて前記レーザー
光を吸収する光吸収層で覆われて構成されている。

【００１８】請求項６に記載の発明にかかるレーザーパ
ターニング装置は、請求項１から請求項５の何れかに記
載の発明に係るレーザーパターニング装置において、誘
電体層の屈折率を、基板の屈折率に対して＋３０パーセ
ントから−３０パーセントの範囲内に設定して構成され
ている。

【００１９】上記構成された本発明は、以下のように作
用する。請求項１に記載の発明にかかるレーザーパター
ニング装置によれば、薄膜層をパターニングするために
基板に照射されたレーザー光は、透光性の基板を透過し
て基板支持手段の誘電体層に入射する。誘電体層に入射
したレーザー光は、誘電体層内を透過または減衰しなが
ら光吸収層に到達して、この光吸収層に吸収されて消滅
する。従って、一旦基板支持手段に入射したレーザー光
は、基板側に反射散乱されることがない。

【００２０】請求項２に記載の発明にかかるレーザーパ
ターニング装置によれば、薄膜層をパターニングするた
めにロールツーロール方式またはステッピングロール方
式で送給される帯状の基板に照射されたレーザー光は、
透光性の基板を透過してローラー状の基板支持手段の外
周側に備えられた誘電体層に入射する。誘電体層に入射
したレーザー光は、誘電体層内を透過または減衰しなが
ら光吸収層に到達して、この光吸収層に吸収されて消滅
する。従って、一旦基板支持手段に入射したレーザー光
は、基板側に反射散乱されることがない。

【００２１】請求項３に記載の発明にかかるレーザーパ
ターニング装置によれば、請求項１または２に記載の発
明にかかる装置において、レーザー光がより屈折率の大
きな媒体側に導かれる性質に基づき、誘電体層に入射し
たレーザー光は、誘電体の屈折率がより大きくなる光吸
収体側に導かれるように誘電体内部を進み、やがて光吸
収体に吸収されて消失する。

【００２２】請求項４に記載の発明にかかるレーザーパ
ターニング装置によれば、請求項３に記載の発明にかか
る装置において、レーザー光がより屈折率の大きな媒体
側に導かれる性質に基づき、誘電体層に入射したレーザ
ー光は、誘電体の屈折率がより大きくなる光吸収体側に
導かれるように誘電体内部を進み、やがて光吸収体との
界面に到達する。そして、レーザー光は、この界面にお
ける誘電体層側の粗さに散乱されて減衰する。従って、
散乱されたレーザー光が、仮に基板側に戻ったとして
も、スクライブの加工精度に影響を及ぼすことはない。

【００２３】請求項５に記載の発明にかかるレーザーパ
ターニング装置によれば、薄膜層をパターニングするた
めにロールツーロール方式またはステッピングロール方
式で送給される帯状の基板に照射されたレーザー光は、
透光性の基板を透過してローラー状の基板支持手段とし
ての円柱状または円筒状の誘電体層に入射する。この誘
電体層に入射したレーザー光は、誘電体層を透過または
減衰しながら誘電体界面（誘電体の外周面または内周
面）に到達し、一部が誘電体層を覆う光吸収層に吸収さ
れ、残りが誘電体界面で反射散乱される。反射散乱され
たレーザー光は、同様に、吸収／反射散乱され、これを
繰り返してやがて消滅する。従って、一旦基板支持手段
に入射したレーザー光は、基板側に反射散乱されること
がない。

【００２４】請求項６に記載の発明にかかるレーザーパ
ターニング装置によれば、基板と誘電体層との界面にお
いて、誘電体層側の屈折率が基板側の屈折率と等しい
か、或いは基板側の屈折率に対して±３０パーセントの
範囲内の近い値になるので、基板を透過して基板と誘電
体層との界面に到達したレーザー光が有効に誘電体層側
に導かれる。従って、この界面で基板側に反射散乱され
るレーザー光を少なく抑えることができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に係る太
陽電池の電極パターニング装置について、図１〜図４を
参照しながら説明する。ここで、図１は、本発明の実施
形態に係るレーザーパターニング装置の全体の構成を説
明するための構成図である。また、図２、図３及び図４
は、それぞれ本発明の第１、第２及び第３の実施形態に
係る装置の要部を説明するための図である。

【００２６】なお、以下に順に説明する第１から第３の
実施形態に係る装置は、パターニング処理の対象物であ
る基板を載せて支持するローラー状のステージ（基板支
持手段）に特徴を有するものであり、これを除いて同一
に構成されるので、各実施形態の装置の説明にあたって
は、図１を必要に応じて援用する。また、第１、第２及
び第３の実施形態に係る装置がパターニング処理の対象
とする基板は、透光性及び可橈性を有し、且つ帯状の形
状を呈したものとして説明する。

【００２７】（第１の実施形態について）図１に示すよ
うに、この装置は、電源ＢＴに給電されてレーザー光を
発振して出力するレーザー発振器ＬＺと、該レーザー発
振器ＬＺが出力するレーザー光のエネルギーを調整する
アッテネータＡＴと、該アッテネータＡＴにより調整さ
れたレーザー光の光像をスリット状に加工するスリット
ＦＳと、スリット状に加工されたレーザー光を集光する
集光レンズＬ１と、該集光レンズＬ１に集光されたレー
ザー光を伝送する光ファイバＦと、該光ファイバＦによ
り伝送されたレーザー光の光像を可変スリットＶＳによ
り所望の大きさのスリット状に再加工した後に集光レン
ズＬ２により帯状の可橈性基板ＲＳの主面側（他面側）
に集光して走査するレーザーヘッド部ＬＨと、帯状の基
板ＲＳの一端側及び他端側をそれぞれ巻き取って所定の
張力を与えながら該基板ＲＳを一方側から他方側に向け
て略水平状にロールツーロール方式で送給する搬送用ド
ラムＤ１及びＤ２（基板送給手段）と、これらドラムＤ
１とドラムＤ２との間に基板ＲＳの送給方向に回転可能
に配設され、前記レーザーヘッド部ＬＨからのレーザー
光が集光された前記基板ＲＳを裏面側（一面側）から支
持するローラー状のステージＳ_ROLL（基板支持手段）
と、送給される基板ＲＳの蛇行を検出する蛇行修正セン
サＳＣと、該蛇行修正センサＳＣの検出結果に基づいて
基板ＲＳの蛇行を修正する蛇行修正ロールＣＲとを備え
て構成されている。

【００２８】ここで、図２（ａ）に示すように、ローラ
ー状のステージＳ_ROLLは、基板ＲＳの送給方向に回転可
能に軸支され、外周側にレーザー光を透過または減衰さ
せるガラス層ＧＬ（誘電体層）を備えると共に、該ガラ
ス層ＧＬと接するようにして内周側にレーザー光を吸収
する吸収体ＡＢ（光吸収層）を備えて構成される。帯状
の基板ＲＳは、その裏面側（一面側）をガラス層ＧＬの
外周面に接するようにして、回転するローラー状のステ
ージＳ_ROLLに支持されながら、ドラムＤ１からドラムＤ
２に向けてロールツーロール方式で送給される。

【００２９】また、レーザーヘッド部ＬＨから投射され
るレーザー光は、ステージＳ_ROLLの外周部に位置する基
板ＲＳの加工面に対して集光され、この加工面とレーザ
ーヘッド部ＬＨとの距離は、加工面がレーザー光の焦点
進度内に位置するように定められる。さらに、レーザー
光が照射される基板ＲＳの主面側（他面側）にはパター
ニングすべき薄膜層が形成されている。

【００３０】以下、このように構成された第１の実施形
態の装置の動作について、図１及び図２を参照して説明
する。先ず、処理の対象物である基板ＲＳはロールツー
ロール方式でローラー状のステージＳ_ROLLの上に送給さ
れる。このとき、搬送用ドラムＤ１及びＤ２は、ステー
ジＳ_ROLLの上で基板ＲＳに所定の張力が与えられるよう
に回転が制御されて、ドラムＤ１側からドラムＤ２側に
向けて基板ＲＳを送給する。この場合、ドラムＤ２に巻
き取られる基板ＲＳの状態を良好に保つため、蛇行修正
センサＳＣにより基板ＲＳの蛇行量を検出し、この検出
結果に基づいて蛇行修正ロールＣＲの回転及び高さを制
御することにより基板ＲＳの蛇行を修正する。

【００３１】このように送給される基板ＲＳの加工面に
は、この基板ＲＳの送給方向に対して垂直方向（ステー
ジＳ_ROLLの軸方向）に移動可能なレーザーヘッド部ＬＨ
からレーザー光が集光されて、スクライブが形成され
る。例えば、基板ＲＳの送給方向（基板の長手方向）に
スクライブを形成する場合（ｘ方向パターニング）、搬
送用ドラムＤ１及びＤ２により基板ＲＳを送給しなが
ら、レーザー光を照射する。また、基板の送給方向と垂
直方向にスクライブを形成する場合（ｙ方向パターニン
グ）、レーザーヘッド部ＬＨをステージＳ_ROLLの軸方向
（長手方向）に移動させながら、レーザー光を照射す
る。このように、基板ＲＳとレーザーヘッドＬＨとの相
対的な運動によって、レーザー光の走査方向が定められ
て所望する方向にスクライブが形成される。

【００３２】ここで、レーザー光が基板ＲＳを走査する
際、このレーザー光の集光点は、常にステージＳ_ROLLの
外周面が支持する基板ＲＳの上にあり、しかも基板ＲＳ
には所定の張力が与えられているので、基板ＲＳの厚さ
のバラツキや撓みが矯正される。この結果、レーザーヘ
ッド部ＬＨと加工面との関係において基板ＲＳの平坦度
が改善され、基板ＲＳの加工面がレーザー光の焦点深度
内に精度良く位置することとなる。なお、加工面でのレ
ーザー光のエネルギー及び結像サイズ（スクライブ幅）
は、アッテネータＡＴ及び可変スリットＶＳを調整し
て、予め形成しようとするスクライブの幅と深さ（膜
厚）とに合わせて適切な値に設定しておく。

【００３３】次に、基板ＲＳの加工面に集光した（焦点
を結んだ）レーザー光の一部は、薄膜に吸収されて薄膜
の溶発に消費され、溶発した薄膜材料は大気中に放散さ
れる。薄膜が溶発した跡にはスクライブが形成される
が、溶発した薄膜は大気中に放散されるので、スクライ
ブの内部で再結晶化することがなく、絶縁分離された薄
膜がショートすることはない。

【００３４】一方、薄膜の溶発に寄与しない残りのレー
ザー光は、基板ＲＳを透過してステージの外周側を構成
するガラス層ＧＬに到達する。ここで、ガラス層ＧＬの
屈折率を基板ＲＳの屈折率に対して＋３０パーセントか
ら−３０パーセントの範囲内の近い値に設定した場合、
基板ＲＳとステージＳ_ROLLとの界面での反射が最大３パ
ーセントに抑えられ、ステージＳ_ROLLのガラス層ＧＬに
レーザー光の殆どが導かれる。ここで、仮にガラス層Ｇ
Ｌの屈折率を基板ＲＳの屈折率に対して＋４０パーセン
トから−４０パーセントの範囲内に設定した場合には、
基板ＲＳとステージＳ_ROLLとの界面での反射が最大６パ
ーセントにまで増加する。ステージＳ_ROLLのガラス層Ｇ
Ｌに導かれたレーザー光は、もはや集光したものではな
いので、エネルギー密度が小さく、ガラス層ＧＬを伝搬
する間に減衰する。やがて、減衰したレーザー光は吸収
体ＡＢに到達し、これに吸収されて消滅する。この結
果、ステージＳ_ROLLからの反射がなくなり、良好なパタ
ーニングが可能になる。

【００３５】ここで、図２（ａ）に示すローラー状のス
テージＳ_ROLLの作用について、図２（ｂ）を用いて説明
を補足する。ここで、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す
破線領域を模式的に拡大した図である。同図（ｂ）に拡
大して示すように、基板ＲＳとして屈折率1.6のフッ素
樹脂基板、ガラス層として屈折率1.5のガラスを仮定し
てフレネルの計算式によると、基板ＲＳの表面で 5.3
％、基板ＲＳとステージのガラス層ＧＬとの界面では
0.1％の反射があるだけで、ガラス層ＧＬに入射したレ
ーザー光の殆どがステージの吸収体ＡＢに到達する間に
減衰し、残りが吸収体ＡＢに吸収される結果となる。

【００３６】以上説明した本実施形態の装置の一実施例
を以下に参考的に紹介しておく。ただし、この実施例の
装置は、基板ＲＳとして、レーザー光の波長1.06μｍに
おいて透明な、ポリイミド、ポリカーボネイト樹脂、フ
ッ素樹脂等の高分子樹脂を使用するものである。先ず、
この装置のステージＳ_ROLLの外周部を構成するガラス層
ＧＬ（誘電体層）として、石英ガラス、ソーダ石灰ガラ
ス、ホウケイ酸ガラスまたは鉛ガラスを用い、吸収体Ａ
Ｂ（光吸収層）としては、一般によく使用されるアルミ
に黒ペイントを付着して黒化したもの（黒色吸収体）を
用いた。この吸収体ＡＢとしては、パターニングに使用
するレーザー光を吸収するものであれば、黒化したもの
に限らず、どのようなものであってもよい。

【００３７】また、基板ＲＳに与えられる張力は、１〜
１０ｋｇ／ｃｍ²の数値範囲とした。レーザーヘッド部
ＬＨの集光レンズＬ２の焦点距離を５０ｍｍとした場
合、ステージＳ_ROLLの直径が１００ｍｍ程度で良好な結
果が得られた。さらに、レーザー発振器ＬＺは、基板Ｒ
Ｓを透過する波長1.06μｍのレーザー光を発振するＹＡ
Ｇレーザー(Nd:YAG)を使用した。光ファイバＦとして
は、ＹＡＧレーザー光に対する伝搬損失が数ｄＢ／ｋｍ
と極めて小さい石英系の光ファイバを使用し、ピーク出
力に対する耐久性を得るため、コア内のレーザー光の閉
じ込め特性に優れるステップインデックス(Step Index)
型を使用した。

【００３８】なお、上述した本実施形態の装置では、ロ
ールツーロール方式で送給される帯状の基板のパターニ
ング処理に適するように、ステージをローラー状に構成
したが、基板が平板状に分割されたものであれば、同様
にステージも平板状に構成してもよく、基板の形状に応
じて適切な形状に構成すればよい。また、基板の送給を
ロールツーロール方式で行うものとしたが、所定の時間
間隔で一時停止させながら基板を送給するステッピング
ロール方式で送給するように構成してもよい。

【００３９】また、誘電体層としてガラス層を用いてス
テージＳ_ROLLを構成したが、本発明の本質はこれに制約
されるものではなく、パターニングに用いられるレーザ
ー光を透過し、または減衰する性質を有するものであれ
ば、どのような部材を用いて誘電体層を構成してもよ
い。

【００４０】（第２の実施形態について）次に、本発明
の第２の実施形態の装置について、図３を参照して説明
する。本実施形態の装置は、図３（ａ）に示すように、
ステージＳ_ROLLのガラス層ＧＬの屈折率をレーザー光入
射側(外周側)から吸収層側(内周側)に向けて徐々に大き
くしたグレーデッドインデックス(Graded Index)構造を
有する点において、前述の第１の実施形態の装置と異な
る。このように、ステージのガラス層ＧＬをグレーデッ
ドインデックス構造にすると、図３（ｂ）に実線で示す
ように、基板ＲＳを透過してステージのガラス層ＧＬに
入射したレーザー光は、より屈折率の高い中心方向に導
かれる。仮に、同図に破線で示すように、ガラス層ＧＬ
と吸収体ＡＢとの界面で反射されたとしても、この反射
光の光路が屈折率の高い方向に曲げられ、やがてステー
ジの中心側に位置する吸収体ＡＢに吸収されて消滅す
る。

【００４１】また、グレーデッドインデックス構造とし
た場合、仮に吸収体ＡＢを取り除いたとしても、ガラス
層ＧＬに入射したレーザー光は、吸収体ＡＢが位置して
いた空洞に透過したり、或いは界面での反射を繰り返す
ことにより、やがて減衰して消滅する。さらに、サンデ
ィング等により吸収体ＡＢの側に接するガラス層ＧＬの
表面に粗さを持たせることにより、ガラス層ＧＬに入射
したレーザー光が、ガラス層ＧＬと吸収体ＡＢとの界面
で散乱され、エネルギー密度がさらに小さくなって、レ
ーザー光の減衰を一層促すことができる。

【００４２】参考的に、イオン交換法を用いて、屈折率
1.5のガラス基材からグレーデッドインデックス構造の
ガラス層を作成する方法の概略を以下に紹介する。先
ず、ナトリウムを含んだソーダガラスを硝酸カリウム、
硫酸カリウム溶液の中に浸して３００〜４００℃に加熱
すると、ソーダガラス中のナトリウムイオンと溶液中の
カリウムイオンとが交換され、カリウムイオンが濃度勾
配に従ってガラス基材に拡散する。この拡散の結果、カ
リウムイオンが多く拡散される表面ほど屈折率が高くな
り、グレーデッドインデックス構造のガラス層が得られ
る。交換するイオンとして、銀やタリウムを用いれば、
単位長あたり0.1程度の大きな屈折率の変化量を得るこ
とができる。

【００４３】また、他の方法として、ゲルマニウムを含
むガラス層をガラス基材の表面に成膜し、これを３００
〜４００℃でアニールして、ゲルマニウムをガラス基板
に拡散させることにより、表面ほど屈折率の大きなグレ
ーデッドインデックス構造のガラス層が得られる。

【００４４】なお、本実施形態では、ステージのガラス
層をグレーデッドインデックス構造としたが、ステップ
インデックス構造として構成することも可能である。こ
の場合、ガラス層は、屈折率が異なる複数のガラス層を
屈折率の大きいものを吸収体側にして、屈折率の大小順
に重ね合わせたものとなる。

【００４５】（第３の実施形態について）次に、第３の
実施形態の装置について、図４を参照して説明する。本
実施形態の装置は、図４に示すように、ステージを円柱
状のガラス層ＧＬ₁で構成し、基板ＲＳと接するガラス
層ＧＬ₁の外周面の一部（レーザー光の入射領域）を除
いて、ガラス層ＧＬ₁の外側を吸収体ＡＢ₁で覆った構造
を有する点において、前述の第１の実施形態の装置と異
なる。なお、この吸収体ＡＢ₁は、内部の円柱状のガラ
ス層ＧＬ₁が基板ＲＳの送給方向に回転可能に固定され
たものとなっている。

【００４６】このようにステージを構成すると、図４に
示すように、基板ＲＳを透過してステージのガラス層Ｇ
Ｌ₁に入射したレーザー光は、このガラス層ＧＬ₁を透過
して吸収体ＡＢ₁との界面に到達し、この殆どが吸収体
ＡＢ₁に吸収される。これに吸収されない残りのレーザ
ー光は、この界面で反射散乱され、同様に吸収／反射散
乱を繰り返して、やがて減衰して消滅する。

【００４７】なお、本実施形態において、ガラス層を円
柱状に構成したが、円筒状に構成してもよく、この場
合、内周面での反射散乱または内径孔への透過などによ
り、さらにレーザー光が減衰される。またこの場合、内
周面にサンディングなどにより粗さをもたせることによ
り、さらに一層、レーザー光の減衰を促すことができ
る。

【００４８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば以下の効果を得ることができる。即ち、請求項
１に記載の発明によれば、基板支持手段（ステージ）を
誘電体層（ガラス層）と光吸収層（吸収体）との２重構
造としたので、基板を透過して基板支持手段に到達した
レーザー光が基板側に反射されることなくなり、極めて
精度よくスクライブを形成してパターニングすることが
可能となる。しかも、レーザー光が照射されて溶発した
薄膜材料がスクライブの外部に放散されるので、薄膜材
料がスクライブ内部で再結晶化することがなくなり、ス
クライブにより分離された薄膜層間の電気的なショート
を有効に防止することが可能となる。

【００４９】また、請求項２に記載の発明によれば、ロ
ールツーロール方式またはステッピングロール方式で帯
状の基板を送給するように構成したので、請求項１に記
載の発明により得られる効果に加えて、帯状の基板を効
率良くパターニング処理することが可能となる。

【００５０】さらに、請求項３に記載の発明によれば、
基板支持手段を構成する誘電体層をグレーデッドインデ
ックス構造として構成したので、誘電体層に入射したレ
ーザー光を有効に閉じ込めることが可能になり、より一
層精度よくスクライブを形成してパターニングすること
が可能となる。

【００５１】さらにまた、請求項４に記載の発明によれ
ば、誘電体層に表面粗さを持たせて、誘電体層内部での
レーザー光の散乱を促すように構成したので、誘電体層
に入射したレーザー光の減衰を促すことができ、レーザ
ー光を一層有効に閉じ込めることが可能となる。

【００５２】さらにまた、請求項５に記載の発明によれ
ば、誘電体層を光吸収層で覆うように構成したので、誘
電体層に入射したレーザー光が、この誘電体層の外周面
から外部に漏れ出ることがなくなり、スクライブの加工
精度を向上させることができる。

【００５３】さらにまた、請求項６に記載の発明によれ
ば、誘電体層の屈折率を基板の屈折率に対して＋３０パ
ーセントから−３０パーセントの範囲内の近い値に設定
したので、基板と誘電体層との界面に到達したレーザー
光の殆どが誘電体層側に導かれ、この界面での反射を有
効に抑えることができる。

【００５４】従って、本発明によれば、基板支持手段か
らの反射散乱光による加工対象物への影響を有効に排除
することができると共に、パターニングで溶発した薄膜
材料の再結晶化に起因した薄膜間のショートを有効に防
止することができ、加工跡形状の良好なパターニングが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るレーザーパターニング
装置の全体の構成を説明するための構成図である。

【図２】（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るレー
ザーパターニング装置が備えるステージの構成を説明す
るための説明図である。（ｂ）は、本発明の第１の実施
形態に係るレーザーパターニング装置の動作作用を説明
するための説明図である。

【図３】（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るレー
ザーパターニング装置のステージを構成するガラス層の
屈折率の特性図である。（ｂ）は、本発明の第２の実施
形態に係るレーザーパターニング装置の動作を説明する
ための説明図である。

【図４】本発明の第３の実施形態に係るレーザーパター
ニング装置の動作を説明するための説明図である。

【図５】レーザーパターニング装置を用いて得られる集
積型薄膜太陽電池の構造断面図である。

【図６】従来のレーザーパターニング装置の問題を説明
するための説明図である。

【符号の説明】

ＡＢ，ＡＢ₁ 吸収体ＡＴアッテネータＢＴ電源ＣＲ蛇行修正ロールＤ１，Ｄ２搬送用ドラムＦ光ファイバＦＳスリットＧＬ，ＧＬ₁ ガラス層Ｌ１，Ｌ２集光レンズＬＨレーザーヘッドＬＺレーザー発振器ＲＳ可橈性基板ＳＣ蛇行修正センサＳ_ROLL ローラー状ステージＶＳ可変スリット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性を有する基板をその一面側から支
持する基板支持手段を備え、該基板支持手段に支持され
た前記基板の他面側からレーザー光を照射して該他面側
に積層された薄膜層をパターニングするレーザーパター
ニング装置であって、前記基板支持手段は、前記レーザー光を透過または減衰
させる誘電体層と、前記レーザー光を吸収する光吸収層
との２重構造を有し、前記基板の一面側が前記誘電体層
に接するようにして前記基板を支持することを特徴とす
るレーザーパターニング装置。
【請求項２】透光性及び可橈性を有する帯状の基板を
ロールツーロール方式またはステッピングロール方式で
所定の張力を与えながら送給する基板送給手段と、前記
基板の送給方向に回転可能に配設されて前記送給される
基板の一面側を外周面で支持するローラー状の基板支持
手段とを備え、該基板支持手段に支持された前記基板の
他面側からレーザー光を照射して前記基板の主面に積層
された薄膜層をパターニングするレーザーパターニング
装置であって、前記基板支持手段は、外周側に前記レーザー光を透過ま
たは減衰させる誘電体層を備えると共に、該誘電体層に
接するようにして内周側に前記レーザー光を吸収する光
吸収層を備えたことを特徴とするレーザーパターニング
装置。
【請求項３】誘電体層は、その屈折率を光吸収層側に
向けて徐々に大きく設定したグレーデッドインデックス
構造を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の
レーザーパターニング装置。
【請求項４】光吸収層に接する誘電体層の表面に粗さ
を持たせたことを特徴とする請求項３に記載のレーザー
パターニング装置。
【請求項５】透光性及び可橈性を有する帯状の基板を
ロールツーロール方式またはステッピングロール方式で
所定の張力を与えながら送給する基板送給手段と、前記
基板の送給方向に回転可能に配設されて前記送給される
基板の一面側を外周面で支持するローラー状の基板支持
手段とを備え、該基板支持手段に支持された前記基板の
他面側からレーザー光を照射して前記基板の主面に積層
された薄膜層をパターニングするレーザーパターニング
装置であって、前記基板支持手段は、前記レーザー光を透過または減衰
させる円柱状または円筒状の誘電体層からなり、該誘電
体層の外周面は、前記基板を透過した前記レーザー光が
入射する領域を除いて前記レーザー光を吸収する光吸収
層で覆われたことを特徴とするレーザーパターニング装
置。
【請求項６】誘電体層の屈折率を、基板の屈折率に対
して＋３０パーセントから−３０パーセントの範囲内に
設定したことを特徴とする請求項１から請求項５の何れ
かに記載のレーザーパターニング装置。