KR101362739B1

KR101362739B1 - 레이저 가공 장치

Info

Publication number: KR101362739B1
Application number: KR1020120073625A
Authority: KR
Inventors: 츠요시 하타; 세이지 시미즈; 타카히사 하야시
Original assignee: 미쓰보시 다이야몬도 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2011-07-19
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2014-02-14
Also published as: CN102886602B; KR20130010835A; CN102886602A; TWI519372B; TW201306982A

Abstract

[과제] 복수의 가공 예정 라인의 피치가 작은 경우에도, 복수의 광학 유닛을 나란히 놓아 복수의 가공 예정 라인을 따라 동시에 레이저광을 조사(照射)할 수 있도록 한다.
[해결 수단] 이 레이저 가공 장치는, 레이저광을 출사(出射)하는 레이저 발진기(2)와, 제1 광학 유닛(41) 및 제2 광학 유닛(42)을 구비하고 있다. 제1 광학 유닛(41) 및 제2 광학 유닛(42)은, 각각, 레이저 발진기(2)로부터의 레이저광을 복수의 레이저광으로 분기(分岐)하는 회절 광학 소자(52)와, 회절 광학 소자(52)로부터의 복수의 레이저광을 기판(基板) 상(上)의 하나의 직선을 따라 나란히 놓이도록 집광시키는 렌즈(53)를 가진다. 그리고, 제1 광학 유닛(41)에 의하여 기판 상에 집광시켜지는 복수의 빔 스폿을 연결한 제1 직선(L1)과, 제2 광학 유닛(42)에 의하여 기판 상에 집광시켜지는 복수의 빔 스폿을 연결한 제2 직선(L2)은, 서로 평행이고 떨어져 있다.

Description

레이저 가공 장치{LASER PROCESSING APPARATUS}

본 발명은, 레이저 가공 장치, 특히, 기판(基板) 상(上)의 복수의 가공 예정 라인을 따라 레이저광을 조사(照射)하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

태양전지의 제조에 있어서는, 기판 상의 박층(薄層)에 대하여 복수의 라인을 따라 레이저광이 조사되어, 복수의 서브셀로 분할된다. 그리고, 분할된 서브셀이 상호 접속된다.

이와 같은 태양전지 기판에 레이저광을 조사하여 가공하는 패터닝 공정에서는, 소정 피치(pitch)의 다수의 가공 예정 라인을 따라 레이저광이 조사된다.

예를 들어 특허문헌 1의 장치에서는, 각각이 4개의 레이저 빔을 출력 가능한 복수의 광학 유닛이 설치되어 있다. 그리고, 복수의 광학 유닛을 주사(走査)하는 것에 의하여, 소정 피치의 복수의 스크라이브(scribe) 홈이 형성된다.

또한, 특허문헌 2에서는, 회절 광학 소자(DOE)와 f-sinθ 렌즈를 조합하여 광학 유닛이 구성되어 있다. 여기에서는, 소정 피치의 다수의 레이저광의 빔 스폿(spot)이 기판 상에 조사된다.

특허문헌 1 : 일본국 공표특허공보 특표2010－509067호 특허문헌 2 : 일본국 공개특허공보 특개2001－62578호

특허문헌 1 및 2에 기재된 장치를 사용하여 가공을 행하는 것에 의하여, 다수의 패터닝 라인을 단시간에 가공하는 것이 가능하게 된다.

여기서, 패터닝 라인의 갯수가 1개의 광학 유닛의 빔수를 넘는 경우는, 복수의 광학 유닛을 나란히 놓아 배치하는 것에 의하여, 마찬가지로 가공 시간을 짧게 할 수 있다.

그러나, 복수의 패터닝 라인의 피치가 작은 경우, 복수의 광학 유닛에 의하여 등(等)피치로 동시에 가공할 수 없다. 즉, 광학 유닛은, 일반적으로 렌즈 등의 광학 소자가 내장된 경통(鏡筒)을 가지고 있기 때문에, 이웃하는 경통을 최대한 접근시켜도, 일방(一方)의 경통 내부에 형성된 빔 스폿과, 타방(他方)의 경통 내부에 형성된 빔 스폿의 사이에는, 서로의 경통의 두께분의 거리가 생기게 된다. 이 때문에, 패터닝 라인의 피치가 작은 경우는, 이웃하는 광학 유닛 간의 패터닝 라인의 피치가, 다른 패터닝 라인의 피치보다 커지게 된다.

또한, 태양전지의 패터닝은, 고정된 광학계와 스테이지 이동을 조합한 장치나, 갈바노 스캐너(galvanoscanner) 등의 스캔 광학계를 이용한 장치로 실행된다.

이상과 같은 장치 구성에서는, 패터닝 라인의 피치 정도(精度)는, 스테이지의 이동 피치 정도나 스캐너의 위치 결정 정도로 정하여지며, 일반적으로 수μm ~ 수십μm이다. 또한, 패터닝 라인마다 서보모터(servomotor)에 의한 위치 결정이 필요하게 된다. 따라서, 다수의 패터닝 라인을 가공하는 경우, 가공의 택트 타임(tact time)이 길어지고, 피치의 요구 정도가 높아지면, 위치 결정을 위하여 한층 더 장시간을 요하게 된다.

본 발명의 과제는, 복수의 가공 예정 라인의 피치가 작은 경우에도, 복수의 광학 유닛을 나란히 놓아 복수의 가공 예정 라인을 따라 동시에 레이저광을 조사할 수 있도록 하는 것에 있다.

본 발명의 다른 과제는, 복수의 가공 라인의 피치를, 단시간에 정도 좋게 조정할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것에 있다.

제1 발명에 관련되는 레이저 가공 장치는, 기판 상의 복수의 가공 예정 라인을 따라 레이저광을 조사하는 장치이고, 레이저광을 출사(出射)하는 레이저광 출사 장치(후술하는 [발명을 실시하기 위한 구체적인 내용]에서의 '레이저 발진기'에 해당)와, 제1 광학 유닛 및 제2 광학 유닛을 구비하고 있다. 제1 광학 유닛 및 제2 광학 유닛은, 각각, 레이저광 출사 장치로부터의 레이저광을 복수의 레이저광으로 분기(分岐)하는 회절 광학 소자와, 회절 광학 소자로부터의 복수의 레이저광을 기판 상의 하나의 직선을 따라 나란히 놓이도록 집광시키는 렌즈를 가진다. 그리고, 제1 광학 유닛에 의하여 기판 상에 집광시켜지는 복수의 빔 스폿을 연결한 제1 직선과, 제2 광학 유닛에 의하여 기판 상에 집광시켜지는 복수의 빔 스폿을 연결한 제2 직선은, 서로 평행이고 떨어져 있다. 그리고, 제1 광학 유닛의 렌즈의 중심과 제2 광학 유닛의 렌즈의 중심을 연결한 직선은, 제1 및 제2 직선에 대하여 경사하고 있다.

여기에서는, 제1 광학 유닛과 제2 광학 유닛이, 다수의 빔 스폿이 나란히 놓이는 방향에 있어서 단차(段差)가 있게 배치되어 있다. 이 때문에, 복수의 가공 예정 라인의 피치가 작고, 또한 각 광학 유닛의 경통 등의 틀체의 두께가 두꺼운 경우에도, 복수의 광학 유닛에 의하여, 복수의 가공 예정 라인을 따라 동시에 레이저광을 조사하는 것이 가능하게 된다.

삭제

제3 발명에 관련되는 레이저 가공 장치는, 제1 발명의 장치에 있어서, 제1 광학 유닛 및 제2 광학 유닛은, 같은 직경의 원통상(圓筒狀)의 경통을 가지고 있다. 그리고, 제1 광학 유닛 및 제2 광학 유닛의 중심 간 거리는 경통의 직경 이상이다.

이 경우는, 2개의 광학 유닛의 간섭을 피하고, 작은 피치의 복수의 가공 예정 라인을 따라 레이저광을 조사할 수 있다.

제4 발명에 관련되는 레이저 가공 장치는, 제1 발명의 장치에 있어서, 제1 광학 유닛 및 제2 광학 유닛의 중심 간 거리는, 제1 직선 및 제2 직선을 따른 제1 광학 유닛의 중심과 제2 광학 유닛의 중심 사이의 거리보다 길다.

제5 발명에 관련되는 레이저 가공 장치는, 제1 발명의 장치에 있어서, 제2 광학 유닛은, 레이저광 출사 장치로부터의 레이저광을 분기하는 빔 스플리터(beam splitter)를 더 가지고 있다. 그리고, 제1 광학 유닛은, 빔 스플리터로부터의 레이저광을 반사하여 제1 광학 유닛의 회절 광학 소자로 유도하는 반사 미러를 더 가지고 있다.

여기에서는, 간단한 구성으로, 복수의 가공 예정 라인을 따라 레이저광을 조사할 수 있다.

제6 발명에 관련되는 레이저 가공 장치는, 기판 상의 복수의 가공 예정 라인을 따라 레이저광을 조사하는 장치이고, 레이저광을 출사하는 레이저광 출사 장치(후술하는 [발명을 실시하기 위한 구체적인 내용]에서의 '레이저 발진기'에 해당)와, 제1 광학 유닛 및 제2 광학 유닛과, 제1 회전 구동 기구(후술하는 [발명을 실시하기 위한 구체적인 내용]에서의 '회전용 모터'에 해당) 및 제2 회전 구동 기구(후술하는 [발명을 실시하기 위한 구체적인 내용]에서의 '회전용 모터'에 해당)와, 제1 이동 기구(후술하는 [발명을 실시하기 위한 구체적인 내용]에서의 '이동용 모터'에 해당) 및 제2 이동 기구(후술하는 [발명을 실시하기 위한 구체적인 내용]에서의 '이동용 모터'에 해당)를 구비하고 있다. 제1 광학 유닛 및 제2 광학 유닛은, 각각, 레이저광 출사 장치로부터의 레이저광을 복수의 레이저광으로 분기하는 회절 광학 소자와, 회절 광학 소자로부터의 복수의 레이저광을 기판 상의 하나의 직선을 따라 나란히 놓이도록 집광시키는 렌즈를 가진다. 제1 회전 구동 기구 및 제2 회전 구동 기구는, 제1 광학 유닛의 회절 광학 소자 및 제2 광학 유닛의 회절 광학 소자의 각각을, 레이저광의 광축의 둘레로 회전시킨다. 제1 이동 기구 및 제2 이동 기구는, 제1 광학 유닛 및 제2 광학 유닛의 적어도 일방을, 가공 예정 라인과 직교하는 방향으로 이동시킨다.

여기서, 회절 광학 소자는 제조 기술상의 특징으로부터, 높은 정도가 보장되어 있다. 그래서, 이 회절 광학 소자를 포함하는 각 광학 유닛을 회전 구동 기구에 의하여 회전시키는 것에 의하여, 각 광학 유닛에 의하여 기판 상에 형성되는 복수의 빔 스폿의 피치를 정도 좋게 조정하는 것이 가능하게 된다. 또한, 각 광학 유닛을 회전시켜 빔 스폿의 피치를 조정한 경우, 2개의 광학 유닛 사이의 피치가 변화한다. 그래서, 각 광학 유닛을, 이동 기구에 의하여 가공 예정 라인과 직교하는 방향으로 이동시켜, 2개의 광학 유닛 간의 피치를 조정한다. 그리고, 제1 광학 유닛 및 제2 광학 유닛은, 제1 광학 유닛에 의하여 기판 상에 집광시켜지는 복수의 빔 스폿을 연결한 제1 직선과, 제2 광학 유닛에 의하여 기판 상에 집광시켜지는 복수의 빔 스폿을 연결한 제2 직선이 떨어지도록 배치되어 있다. 그리고, 제1 광학 유닛의 렌즈의 중심과 제2 광학 유닛의 렌즈의 중심을 연결한 직선은, 가공 예정 라인에 직교하는 직선에 대하여 경사하고 있다.

이상과 같은 구성에 의하여, 복수의 빔 스폿의 피치를 용이하게 높은 정도로 조정할 수 있다.

삭제

여기서, 광학 유닛은, 틀체로서의 경통을 가지고 있기 때문에, 이웃하는 경통을 최대한 접근시켜도, 일방의 경통 내부에 형성된 빔 스폿과, 타방의 경통 내부에 형성된 빔 스폿의 사이에는, 서로의 경통의 두께분의 거리가 생기게 된다. 이 때문에, 패터닝 라인의 피치가 작은 경우는, 이웃하는 광학 유닛 간의 패터닝 라인의 피치가, 다른 패터닝 라인의 피치보다 커져, 등피치로 할 수 없다.

그러나, 이 발명에서는, 2개의 광학 유닛이 단차가 있게 배치되어 있기 때문에, 복수의 가공 예정 라인의 피치가 작고, 또한 각 광학 유닛의 경통 등의 틀체의 두께가 두꺼운 경우에도, 복수의 광학 유닛에 의하여, 복수의 등피치의 가공 예정 라인을 따라 동시에 레이저광을 조사하는 것이 가능하게 된다.

한편으로, 제1 광학 유닛과 제2 광학 유닛이 같은 직선상에 배치되어 있는 경우는, 양(兩) 광학 유닛을 1개의 회전 중심의 둘레로 회전시키는 것에 의하여, 빔 스폿의 피치 조정을 행할 수 있다. 그러나, 본 발명과 같이 2개의 광학 유닛이 단차가 있게 배치되어 있는 경우는, 양 광학 유닛을 1개의 회전 중심의 둘레로 회전시키면, 양 광학 유닛 사이의 피치가 변화한다.

그래서, 2개의 광학 유닛의 적어도 일방을 이동 기구에 의하여 이동시켜, 2개의 광학 유닛 간의 피치를 조정하도록 하고 있다.

제9 발명에 관련되는 레이저 가공 장치는, 제6 발명의 장치에 있어서, 제1 광학 유닛 및 제2 광학 유닛의 중심 간 거리는, 가공 예정 라인과 직교하는 직선을 따른 제1 광학 유닛의 중심과 제2 광학 유닛의 중심 사이의 거리보다 길다.

삭제

제10 발명에 관련되는 레이저 가공 장치는, 제6 발명의 장치에 있어서, 제2 광학 유닛은, 레이저광 출사 장치로부터의 레이저광을 분기하는 빔 스플리터를 더 가지고 있다. 그리고, 제1 광학 유닛은, 빔 스플리터로부터의 레이저광을 반사하여 제1 광학 유닛의 회절 광학 소자로 유도하는 반사 미러를 더 가지고 있다.

이상과 같이, 본 발명에서는, 복수의 가공 예정 라인의 피치가 작은 경우에도, 복수의 광학 유닛을 나란히 놓아 복수의 가공 예정 라인을 따라 동시에 레이저광을 조사할 수 있어, 가공 시간을 단축할 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 복수의 가공 라인의 피치를, 단시간에 정도 좋게 조정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 레이저 가공 장치의 개략 구성도.
도 2는 복수의 광학 유닛의 배치를 도시하는 개략 평면도.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 레이저 가공 장치의 개략 구성도.
도 4는 피치 조정의 원리를 설명하기 위한 도면.

［제1 실시 형태］

도 1에 본 발명의 일 실시 형태에 의한 레이저 가공 장치의 모식도를 도시한다. 레이저 가공 장치(1)는, 레이저광을 출사하는 레이저 발진기(2)와, 렌즈·미러 기구(3)와, 제1 ~ 제4 광학 유닛(41 ~ 44)과, 태양전지 패널용의 기판(G)이 재치(載置, 물건의 위에 다른 것을 올리는 것)되는 XY 스테이지(5)를 구비하고 있다. 여기에서는, 기판(G)의 복수의 가공 예정 라인을 따라 레이저광의 빔 스폿을 주사하여, 기판(G) 상에 복수의 서브셀을 형성하는 경우의 가공을 예로 취하여 설명한다.

［렌즈·미러 기구］

렌즈·미러 기구(3)는, 레이저광을 평행광으로 하기 위한 콜리메이트 렌즈(collimate lens, 3a)와, 반사 미러(3b)와, 빔 스플리터(3c)를 가지고 있다.

［광학 유닛］

제1 광학 유닛(41)은, 반사 미러(51)와, 회절 광학 소자(52)와, f-sinθ 렌즈(53)를 가지고 있다. 반사 미러(51)는, 제2 광학 유닛(42)으로부터의 레이저광을 회절 광학 소자(52)로 반사한다. 회절 광학 소자(52)는 레이저광을 복수의 레이저광으로 분기 한다. f-sinθ 렌즈(53)는 복수의 레이저광의 각각을 XY 스테이지(5) 상의 기판(G)에 집광한다. 이 제1 광학 유닛(41)에 의하여, 도 2에 도시하는 바와 같이, 기판(G) 상에, 분기된 복수의 빔 스폿이 제1 직선(L1) 상에 나란히 조사된다.

제2 광학 유닛(42)은, 빔 스플리터(55)와, 회절 광학 소자(52) 및 f-sinθ 렌즈(53)를 가지고 있다. 빔 스플리터(55)는, 렌즈·미러 기구(3)로부터의 레이저광을, 제1 광학 유닛(41)의 반사 미러(51)와 하방(下方)의 회절 광학 소자(52)로 분기한다. 회절 광학 소자(52) 및 f-sinθ 렌즈(53)는, 제1 광학 유닛(41)과 마찬가지이다. 이 제2 광학 유닛(42)에 의하여, 도 2에 도시하는 바와 같이, 기판(G) 상에, 분기된 복수의 빔 스폿이 제2 직선(L2) 상에 나란히 조사된다. 덧붙여, 제2 직선(L2)은 제1 직선(L1)과 평행한 직선이다.

제3 광학 유닛(43)은, 빔 스플리터(55)와, 회절 광학 소자(52) 및 f-sinθ 렌즈(53)를 가지고 있다. 빔 스플리터(55)는, 제2 광학 유닛(42)의 빔 스플리터와 마찬가지의 구성이며, 렌즈·미러 기구(3)로부터의 레이저광을, 제4 광학 유닛(44)과 하방의 회절 광학 소자(52)로 분기한다. 회절 광학 소자(52) 및 f-sinθ 렌즈(53)는, 제1 광학 유닛(41)과 마찬가지이다. 이 제3 광학 유닛(43)에 의하여, 도 2에 도시하는 바와 같이, 기판(G) 상에, 분기된 복수의 빔 스폿이 제1 직선(L1) 상에 나란히 조사된다.

제4 광학 유닛(44)은, 반사 미러(51)와, 회절 광학 소자(52)와, f-sinθ 렌즈(53)를 가지고 있다. 반사 미러(51)는, 제1 광학 유닛(41)의 반사 미러와 마찬가지의 구성이며, 제3 광학 유닛(43)으로부터의 레이저광을 회절 광학 소자(52)로 반사한다. 회절 광학 소자(52) 및 f-sinθ 렌즈(53)는 제1 광학 유닛(41)과 마찬가지이다. 이 제4 광학 유닛(44)에 의하여, 도 2에 도시하는 바와 같이, 기판(G) 상에, 분기된 복수의 빔 스폿이 제2 직선(L2) 상에 나란히 조사된다.

도 2는, 4개의 광학 유닛(41 ~ 44)의 배치를 도시하는 모식적인 평면도이다. 이 도 2에 도시하는 바와 같이, 제1 광학 유닛(41)과 제3 광학 유닛(43)에 의하여 기판(G) 상에 조사되는 다수의 빔 스폿을 연결한 제1 직선(L1)과, 제2 광학 유닛(42)과 제4 광학 유닛(44)에 의하여 기판(G) 상에 조사되는 다수의 빔 스폿을 연결한 제2 직선(L2)은, 서로 평행이고 떨어져 있다. 바꾸어 말하면, 인접하는 광학 유닛의 중심을 연결한 직선은, 제1 직선(L1) 및 제2 직선(L2)에 대하여 각도 α만큼 경사하고 있다.

또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 4개의 광학 유닛(41 ~ 44)은, 같은 직경 D이고, 또한 같은 두께의 원통상의 경통(41a, 42a, 43a, 44a)을 가지고 있다. 이 경통(41a ~ 44a) 내에, 회절 광학 소자나 f-sinθ 렌즈 등의 부재가 지지되어 있다. 그리고, 인접하는 광학 유닛 간의 중심 간 거리 C는 모두 같고, 경통(41a ~ 44a)의 직경 D와 같은 거리로 설정되어 있다. 바꾸어 말하면, 인접하는 광학 유닛의 중심 간 거리 C(=D)는, 제1 직선(L1) 및 제2 직선(L2)을 따른 인접하는 광학 유닛의 중심 간 거리 E보다 길다.

나아가, 이 실시 형태에서는, 각 광학 유닛(41 ~ 44)에 의하여 형성되는 복수의 빔 스폿(B)은, 소정의 피치(P)로 직선 상에 나란히 조사되고 있다. 그리고, 각 광학 유닛(41 ~ 44)의 배치는, 서로 인접하는 광학 유닛의 가장 외측에 형성된 타방의 광학 유닛에 가장 가까운 위치의 빔 스폿(B)끼리의, 제1 직선(L1) 및 제2 직선(L2)을 따른 거리 F가, 각 광학 유닛(41 ~ 44)에 의하여 형성된 복수의 빔 스폿(B)의 피치(P)와 같게 되도록 설정되어 있다. 보다 구체적으로는, 제1 직선(L1) 및 제2 직선(L2)을 따른 인접하는 광학 유닛의 중심 간 거리 E는, 1개의 광학 유닛에 의하여 형성되는 복수의 빔 스폿(B)의 가장 외측에 위치하는 2개의 빔 스폿(B) 간의 거리 G에, 각 광학 유닛에 의하여 형성되는 복수의 빔 스폿(B) 간의 피치(P)를 더한 길이로 설정되어 있다. 이와 같은 배치에 의하여, 광학 유닛(41 ~ 44)에 의하여 형성되는 다수의 빔 스폿(B)의 위치는, 제1 직선(L1) 및 제2 직선(L2)에 수직인 방향으로부터 보아 등간격(等間隔)이 된다.

［XY 스테이지］

XY 스테이지(5)는, 기판(G)을 재치하는 테이블이며, 서로 직교하는 X 방향 및 Y 방향으로 이동 가능하다. 이 XY 스테이지(5)를 X 방향 및 Y 방향으로 소정의 속도로 이동시키는 것에 의하여, XY 스테이지(5)에 재치된 기판(G)과 레이저광의 상대 위치를 자재(自在)로 변경할 수 있다. 통상(通常)은, XY 스테이지(5)를 이동시켜, 기판(G)의 가공 예정 라인을 따라 레이저광이 주사된다. 이 실시 형태에서는, 기판(G)을 제1 직선(L1) 및 제2 직선(L2)에 수직인 방향으로 이동시키는 것에 의하여, 광학 유닛(41 ~ 44)에 의하여 형성되는 다수의 빔 스폿에 의하여 가공된 라인은, 등간격이 된다.

［동작］

이 레이저 가공 장치에서는, 레이저 발진기(2)로부터 발사된 레이저광은, 콜리메이트 렌즈(3a)에 의하여 평행광으로 되고, 반사 미러(3b)에 의하여 하방으로 반사된다. 반사 미러(3b)로부터의 레이저광은, 빔 스플리터(3c)에 의하여, 제2 광학 유닛(42)과 제3 광학 유닛(43)으로 분기된다. 제2 광학 유닛(42)에 입사((入射)한 레이저광은, 빔 스플리터(55)에 의하여 하방과 제1 광학 유닛(41)으로 분기된다. 제1 광학 유닛(41)에 입사한 레이저광은, 반사 미러(51)에 의하여 하방으로 반사된다. 한편, 제3 광학 유닛(43)에 입사한 레이저광은, 빔 스플리터(55)에 의하여 하방과 제4 광학 유닛(44)으로 분기된다. 제4 광학 유닛(44)에 입사한 레이저광은, 반사 미러(51)에 의하여 하방으로 반사된다.

이상과 같이 하여 각 광학 유닛(41 ~ 44)의 회절 광학 소자(52)에 입사한 레이저광은, 복수의 레이저광으로 분기되고, 나아가 f-sinθ 렌즈(53)를 통과하여, 기판(G)의 복수의 가공 예정 라인 상에 동시에 빔 스폿으로서 조사된다.

이상과 같이 하여, 기판(G) 상에 다수의 빔 스폿이 조사된 상태에서, XY 스테이지(5)를 구동하여 기판(G)을 일방향(一方向)으로 이동시키면, 복수의 가공 예정 라인을 따라 빔 스폿이 주사되어 가공된다. 전술과 같이, 기판(G)을 제1 직선(L1) 및 제2 직선(L2)에 수직인 방향으로 이동시키는 것에 의하여, 광학 유닛(41 ~ 44)에 의하여 형성되는 다수의 빔 스폿에 의하여 가공된 라인은, 등간격이 된다.

이 실시 형태에서는, 복수의 광학 유닛(41 ~ 44)이 엇갈리게 배치되어 있다. 이 때문에, 가공 예정 라인의 피치가 작은 경우에도, 복수의 광학 유닛(41 ~ 44)에 의하여 형성되는 빔 스폿의 피치를 모두 같게 할 수 있다.

덧붙여, 기판(G)을 제1 직선(L1) 및 제2 직선(L2)에 수직인 방향 이외의 방향으로 이동시켜 가공을 행하는 경우에는, 광학 유닛에 의하여 형성되는 다수의 빔 스폿(B)의 위치가 기판(G)의 이동 방향으로부터 보아 등간격이 되도록, 각 광학 유닛의 간격을 조정하면 된다.

［제2 실시 형태］

도 3에 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 레이저 가공 장치의 모식도를 도시한다. 이 레이저 가공 장치(100)에 있어서는, 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성에 더하여, 각 광학 유닛(41 ~ 44)의 각각에 회전용 모터(M1) 및 이동용 모터(M2)가 설치되어 있다. 도 3에서는, 제1 광학 유닛(41)의 회전용 모터(M1) 및 이동용 모터(M2)만을 도시하고 있지만, 각 광학 유닛(41 ~ 44)에도 마찬가지로 2개의 모터(M1, M2)가 설치되어 있다.

덧붙여, 이 제2 실시 형태의 장치에 있어서, 4개의 광학 유닛(41 ~ 44)의 배치를 도시하는 모식적인 평면도는, 도 2와 완전히 마찬가지이다.

회전용 모터(M1)는, 각 광학 유닛(41 ~ 44)의 회절 광학 소자(52)를, 광축 둘레로 회전하기 위한 모터이다. 또한, 이동용 모터(M2)는, 각 광학 유닛(41 ~ 44)의 경통(41a ~ 44a) 전체를 X 방향으로 이동하기 위한 모터이다. 각 광학 유닛(41 ~ 44)에 설치된 2개의 모터(M1, M2)에 의하여, 회절 광학 소자(52)를 개별적으로 회전시킬 수 있고, 또한 각 광학 유닛(41 ~ 44)을 개별적으로 이동시킬 수 있다.

［피치 조정］

이 제2 실시 형태의 장치에서는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 가공 예정 라인의 피치가 작은 경우에도, 복수의 광학 유닛(41 ~ 44)에 의하여 형성되는 빔 스폿의 피치를 모두 같게 할 수 있다. 또한, 제2 실시 형태의 장치에서는, 빔 스폿의 피치를 조정할 수 있다. 피치를 조정하는 경우는, 우선, 회절 광학 소자(52)를 회전용 모터(M1)에 의하여 예를 들어 반시계 방향으로 각도 θ만큼 회전한다. 회전 전의 피치 d1과 회전 후의 피치 d2의 관계는, 도 4에 도시하는 바와 같이,

d2 = d1·cosθ

이다. 한편, 각 광학 유닛(41 ~ 44)의 회절 광학 소자(52)가 회전되면, 인접하는 광학 유닛 간의 빔 스폿의 피치가 넓어진다. 예를 들어, 도 2에 있어서, 제1 광학 유닛(41)의 우단(右端)의 빔 스폿은 반시계 방향으로 회전하는 것에 의하여 좌방(左方)으로 이동하여, 제1 직선(L1) 및 제2 직선(L2)에 수직인 방향으로부터 보아 제2 광학 유닛(42)으로부터 떨어진다. 마찬가지로, 제2 광학 유닛(42)의 좌단(左端)의 빔 스폿은 반시계 방향으로 회전하는 것에 의하여 우방(右方)으로 이동하여, 제1 직선(L1) 및 제2 직선(L2)에 수직인 방향으로부터 보아 제1 광학 유닛(41)으로부터 떨어진다. 따라서, 각 광학 유닛(41 ~ 44)을 회전시킨 후에, 인접하는 광학 유닛 간의 피치를 조정할 필요가 있다. 이 광학 유닛 간의 피치 조정을 위한 각 광학 유닛(41 ~ 44)의 X 방향의 이동량을 이하에 나타낸다.

＜우수(偶數) 분기의 경우＞

회절 광학 소자(52)에 의하여 레이저광이 우수의 레이저광으로 분기되는 경우, 각 광학 유닛(41 ~ 44)의 X 방향의 이동량은, 이하와 같다. 덧붙여, 도 3에 있어서, 우측으로의 이동을 ＋ 방향으로 하고, 반대를 - 방향으로 한다.

제2 광학 유닛(42)：

→고정

제1 광학 유닛(41)：

→　{(d1－d2)×(분기수)/2－(d1－d2)/2}×2＋(d1－d2)}

제3 광학 유닛(43)：

→　－{(d1－d2)×(분기수)/2－(d1－d2)/2}×2＋(d1－d2)}

제4 광학 유닛(44)：

→　－{(d1－d2)×(분기수)/2－(d1－d2)/2}×4＋(d1－d2)×2}

＜기수(奇數) 분기의 경우＞

회절 광학 소자(52)에 의하여 레이저광이 기수의 레이저광으로 분기되는 경우, 각 광학 유닛(41 ~ 44)의 X 방향의 이동량은, 이하와 같다.

제2 광학 유닛(42)：

→　고정

제1 광학 유닛(41)：

→　{(d1－d2)×((분기수)－1)/2}×2＋(d1－d2)}

제3 광학 유닛(43)：

→　－{(d1－d2)×((분기수)－1)/2}×2＋(d1－d2)}

제4 광학 유닛(44)：

→　－{(d1－d2)×((분기수)－1)/2}×4＋(d1－d2)×2}

［실시예］

일례로서 26분기이고, 피치를 d1 = 1.5mm로부터 d2 = 1.4mm로 조정하는 경우의 구체적 회전량 및 이동량을 이하에 나타낸다.

회절 광학 소자(52)의 회전량：21°

제1 광학 유닛(41)의 이동량은 ＋2.6mm

제3 광학 유닛(43)의 이동량은 -2.6mm

제4 광학 유닛(44)의 이동량은 -5.2mm

이 실시 형태에서는, 회절 광학 소자(52)를 포함하는 각 광학 유닛(41 ~ 44)의 회절 광학 소자(52)를 회전용 모터(M1)에 의하여 회전시키는 것에 의하여, 각 광학 유닛(41 ~ 44)에 의하여 기판(G) 상에 형성되는 복수의 빔 스폿의 피치를 정도 좋게 조정하는 것이 가능하게 된다.

또한, 각 광학 유닛(41 ~ 44)을 회전시킨 후의 광학 유닛 간의 피치에 관해서는, 이동용 모터(M2)에 의하여 조정할 수 있어, 결과적으로, 복수의 광학 유닛(41 ~ 44)에 의한 다수의 빔 스폿의 피치를, 정도 좋게 또한 용이하게 조정할 수 있다.

특히, 복수의 광학 유닛(41 ~ 44)이 엇갈리게 배치되어 있는 경우는, 본 장치에 의하여, 용이하게 단시간에, 높은 정도의 피치 조정을 행할 수 있다.

［다른 실시 형태］

본 발명은 이상과 같은 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 범위를 일탈하는 것 없이 여러 가지의 변형 또는 수정이 가능하다.

(a) 상기 각 실시 형태에서는, 태양전지 패널용 기판 상에 서브셀을 형성하는 경우에 관하여 설명하였지만, 본 발명은, 태양전지용의 기판 상에 도포된 도판트(dopant)층에 레이저광을 조사하여, 도판트를 기판 중에 받아들이는 경우에도 마찬가지로 적용할 수 있다.

(b) 상기 제2 실시 형태에서는, 회절 광학 소자만을 회전용 모터(M1)에 의하여 회전시키도록 하였지만, 회절 광학 소자 및 f-sinθ 렌즈의 양방(兩方)을 회전시키도록 하여도 무방하다.

(c) 상기 각 실시 형태의 광학 유닛의 개수나 배치는 일례이며, 본 발명은 이 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 광학 유닛의 구성에 관해서도 한정되지 않는다.

1, 100 : 레이저 가공 장치
2 : 레이저 발진기
3 : 렌즈·미러 기구
41 ~ 44 : 광학 유닛
41a ~ 44a : 경통
52 : 회절 광학 소자
53 : f-sinθ 렌즈
M1 : 회전용 모터
M2 : 이동용 모터

Claims

기판(基板) 상(上)의 복수의 가공 예정 라인을 따라 레이저광을 조사(照射)하는 레이저 가공 장치이고,
레이저광을 출사(出射)하는 레이저광 출사 장치와,
각각, 상기 레이저광 출사 장치로부터의 레이저광을 복수의 레이저광으로 분기(分岐)하는 회절 광학 소자와, 상기 회절 광학 소자로부터의 복수의 레이저광을 기판 상의 하나의 직선을 따라 나란히 놓이도록 집광시키는 렌즈를 가지는 제1 광학 유닛 및 제2 광학 유닛
을 구비하고,
상기 제1 광학 유닛에 의하여 기판 상에 집광시켜지는 복수의 빔 스폿(spot)을 연결한 제1 직선과, 상기 제2 광학 유닛에 의하여 기판 상에 집광시켜지는 복수의 빔 스폿을 연결한 제2 직선은, 서로 평행이고 떨어져 있고,
상기 제1 광학 유닛의 렌즈의 중심과 상기 제2 광학 유닛의 렌즈의 중심을 연결한 직선은, 상기 제1 및 제2 직선에 대하여 경사하고 있는,
레이저 가공 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 광학 유닛 및 상기 제2 광학 유닛은, 같은 직경의 원통상(圓筒狀)의 경통(鏡筒)을 가지고 있고,
상기 제1 광학 유닛 및 상기 제2 광학 유닛의 중심 간 거리는 상기 경통의 직경 이상인,
레이저 가공 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 광학 유닛 및 상기 제2 광학 유닛의 중심 간 거리는, 상기 제1 직선 및 상기 제2 직선을 따른 상기 제1 광학 유닛의 중심과 상기 제2 광학 유닛의 중심 사이의 거리보다 긴,
레이저 가공 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 광학 유닛은, 상기 레이저광 출사 장치로부터의 레이저광을 분기하는 빔 스플리터(beam splitter)를 더 가지고,
상기 제1 광학 유닛은, 상기 빔 스플리터로부터의 레이저광을 반사하여 상기 제1 광학 유닛의 회절 광학 소자로 유도하는 반사 미러를 더 가지고 있는,
레이저 가공 장치.
기판 상의 복수의 가공 예정 라인을 따라 레이저광을 조사하는 레이저 가공 장치이고,
레이저광을 출사하는 레이저광 출사 장치와,
각각, 상기 레이저광 출사 장치로부터의 레이저광을 복수의 레이저광으로 분기하는 회절 광학 소자와, 상기 회절 광학 소자로부터의 복수의 레이저광을 기판 상의 하나의 직선을 따라 나란히 놓이도록 집광시키는 렌즈를 가지는 제1 광학 유닛 및 제2 광학 유닛과,
상기 제1 광학 유닛의 회절 광학 소자 및 상기 제2 광학 유닛의 회절 광학 소자의 각각을, 상기 레이저광의 광축의 둘레로 회전시키기 위한 제1 회전 구동 기구 및 제2 회전 구동 기구와,
상기 제1 광학 유닛 및 상기 제2 광학 유닛의 적어도 일방(一方)을, 상기 가공 예정 라인과 직교하는 방향으로 이동시키기 위한 이동 기구
를 구비하고,
상기 제1 광학 유닛 및 상기 제2 광학 유닛은, 상기 제1 광학 유닛에 의하여 기판 상에 집광시켜지는 복수의 빔 스폿을 연결한 제1 직선과, 상기 제2 광학 유닛에 의하여 기판 상에 집광시켜지는 복수의 빔 스폿을 연결한 제2 직선이 떨어지도록 배치되어 있고,
상기 제1 광학 유닛의 렌즈의 중심과 상기 제2 광학 유닛의 렌즈의 중심을 연결한 직선은, 상기 가공 예정 라인에 직교하는 직선에 대하여 경사하고 있는,
레이저 가공 장치.
삭제
삭제
제6항에 있어서,
상기 제1 광학 유닛 및 상기 제2 광학 유닛의 중심 간 거리는, 상기 가공 예정 라인과 직교하는 직선을 따른 상기 제1 광학 유닛의 중심과 상기 제2 광학 유닛의 중심 사이의 거리보다 긴,
레이저 가공 장치.
제6항에 있어서,
상기 제2 광학 유닛은, 상기 레이저광 출사 장치로부터의 레이저광을 분기하는 빔 스플리터를 더 가지고,
상기 제1 광학 유닛은, 상기 빔 스플리터로부터의 레이저광을 반사하여 상기 제1 광학 유닛의 회절 광학 소자로 유도하는 반사 미러를 더 가지고 있는,
레이저 가공 장치.