KR101442677B1 - 결정질 태양전지용 레이저 가공장치 - Google Patents

결정질 태양전지용 레이저 가공장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 결정질 태양전지 기판의 후면에 형성된 보호막에 레이저빔을 조사하여 상기 보호막을 부분적으로 제거하는 결정질 태양전지용 레이저 가공장치에 관한 것으로서, 레이저 출력부와, 분할부와, 레이저 조사부와, 간격 조정부를 포함한다. 레이저 출력부는 레이저빔을 출력한다. 분할부는 레이저 출력부로부터 입사되는 레이저빔을 2개의 레이저빔으로 분할하여 출사시킨다. 레이저 조사부는 분할부로부터 입사되는 2개의 레이저빔을 보호막 상의 원하는 위치로 조사한다. 간격 조정부는 보호막에 조사되는 2개의 레이저빔 사이의 간격을 조정하기 위하여, 분할부에 설치되어 분할부로부터 출사되는 2개의 레이저빔 사이의 간격을 조정한다.

Description

결정질 태양전지용 레이저 가공장치{Laser manufacturing apparatus for crystalline silicon solar cell}
본 발명은 결정질 태양전지용 레이저 가공장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저를 이용하여 결정질 태양전지 기판의 후면에 형성된 보호막을 부분적으로 제거하는 결정질 태양전지용 레이저 가공장치에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 에너지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목받고 있다. 태양 에너지의 이용방법으로는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 에너지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양광을 전기 에너지로 변환시키는 태양광 에너지가 있으며, 태양광 에너지라고 하면 일반적으로 태양전지를 일컫는다.
도 1은 결정질 태양전지의 제조단계 중 일부를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 우선 실리콘 기판(11)의 후면에 보호막(12)을 형성한다. 보호막(12)은 패시베이션(passivation)층이라고 정의되고, 보호막(12)은 실리콘 산화막(SiO2) 또는 실리콘 질화막(SiN) 등으로 구성될 수 있다(도 1의 (a)).
이후, 실리콘 기판(11)이 부분적으로 오프닝(opening)되도록 보호막(12)에 레이저빔(L)을 조사하면서 보호막(12)을 부분적으로 제거한다(도 1의 (b)).
이후, 보호막(12) 표면 및 오프닝된 실리콘 기판(11)의 후면에 후면전극(13)을 형성한다. 보호막(12) 표면 및 오프닝된 실리콘 기판(11)의 후면에 알루미늄(Al)을 증착하는 방식으로 후면전극(13)을 형성할 수 있다. 그리고, 후면전극(13)을 열처리하여 부분적 후면전계층(Local Back Surface Field)(14)를 형성한다(도 1의 (c)).
이와 같이, 보호막(12)에 레이저빔(L)을 조사하면서 보호막(12)을 부분적으로 제거하는 과정에서, 종래에는 기판 전체 영역에 걸쳐 단일의 레이저빔을 이동시키면서 공정을 수행함에 따라 공정 시간이 증가하여 장치의 생산 효율이 현저하게 떨어지는 문제가 있다.
또한, 이러한 공정 시간 문제를 해결하기 위하여 복수의 레이저빔을 조사하는 방식을 도입하였으나, 레이저빔 간의 간격을 조정할 수 없어 다양한 모델에 대하여 호환성 있게 가공을 수행할 수 없는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 결정질 태양전지 기판의 후면에 레이저빔을 조사하여 보호막을 부분적으로 제거하는 과정에서 복수의 레이저빔을 형성하여 동시에 기판에 조사하고, 레이저빔 간의 간격을 조정할 수 있도록 구성함으로써, 장치의 생산 효율을 현저히 향상시키고, 다양한 모델에 대하여 호환성 있게 가공을 수행할 수 있는 결정질 태양전지용 레이저 가공장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 결정질 태양전지용 레이저 가공장치는, 결정질 태양전지 기판의 후면에 형성된 보호막에 레이저빔을 조사하여 상기 보호막을 부분적으로 제거하는 결정질 태양전지용 레이저 가공장치에 있어서, 레이저빔을 출력하는 레이저 출력부; 상기 레이저 출력부로부터 입사되는 레이저빔을 2개의 레이저빔으로 분할하여 출사시키는 분할부; 상기 분할부로부터 입사되는 2개의 레이저빔을 상기 보호막 상의 원하는 위치로 조사하는 레이저 조사부; 및 상기 보호막에 조사되는 2개의 레이저빔 사이의 간격을 조정하기 위하여, 상기 분할부에 설치되어 상기 분할부로부터 출사되는 2개의 레이저빔 사이의 간격을 조정하는 간격 조정부;를 포함하고, 상기 분할부는, 입사되는 레이저빔을 서로 교차하는 제1편광과 제2편광으로 변환하는 파장판(wave plate)과, 상기 파장판으로부터 출사되는 제1편광을 투과시키고 상기 파장판으로부터 출사되는 제2편광을 반사시키는 제1편광자(polarizer)와, 상기 제1편광자에서 반사된 제2편광을 반사시키는 반사미러와, 상기 제1편광자를 투과한 제1편광을 투과시키고 상기 반사미러에서 반사된 제2편광을 반사시키는 제2편광자를 포함하며, 상기 2개의 레이저빔은 상기 제1편광과 상기 제2편광인 것을 특징으로 한다.
삭제
본 발명에 따른 결정질 태양전지용 레이저 가공장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 간격 조정부는, 상기 반사미러에 설치되고, 상기 반사미러의 각도를 조정하여 상기 반사미러에서 반사되는 제2편광의 경로를 조정한다.
본 발명에 따른 결정질 태양전지용 레이저 가공장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 파장판으로부터 출사되는 제1편광과 제2편광의 비율을 조정하기 위하여 상기 파장판을 회전시키는 파장판 회전부; 상기 제1편광과 상기 제2편광의 파워가 동일해지도록 상기 파장판 회전부를 제어하는 제어부;를 더 포함한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 결정질 태양전지용 레이저 가공장치는, 결정질 태양전지 기판의 후면에 형성된 보호막에 레이저빔을 조사하여 상기 보호막을 부분적으로 제거하는 결정질 태양전지용 레이저 가공장치에 있어서, 레이저빔을 출력하는 레이저 출력부; 상기 레이저 출력부로부터 입사되는 레이저빔을 2개의 레이저빔으로 분할하여 출사시키는 제1분할부; 상기 제1분할부로부터 입사되는 2개의 레이저빔을 4개의 레이저빔으로 분할하여 출사시키는 제2분할부; 상기 제2분할부로부터 입사되는 4개의 레이저빔을 상기 보호막 상의 원하는 위치로 조사하는 레이저 조사부; 상기 보호막에 조사되는 레이저빔들 사이의 간격을 조정하기 위하여, 상기 제1분할부에 설치되어 상기 제1분할부로부터 출사되는 2개의 레이저빔 사이의 간격을 조정하는 제1간격 조정부; 및 상기 보호막에 조사되는 레이저빔들 사이의 간격을 조정하기 위하여, 상기 제2분할부에 설치되어 상기 제2분할부로부터 출사되는 4개의 레이저빔 중 2개의 레이저빔 사이의 간격을 조정하는 제2간격 조정부;를 포함하고, 상기 제1분할부는, 입사되는 레이저빔을 서로 교차하는 제1편광과 제2편광으로 변환하는 제1파장판과, 상기 제1파장판으로부터 출사되는 제1편광을 투과시키고 상기 제1파장판으로부터 출사되는 제2편광을 반사시키는 제1편광자와, 상기 제1편광자에서 반사된 제2편광을 반사시키는 제1반사미러와, 상기 제1편광자를 투과한 제1편광을 투과시키고 상기 제1반사미러에서 반사된 제2편광을 반사시키는 제2편광자를 포함하며, 상기 제2분할부는, 입사되는 제1편광을 서로 교차하는 제3편광과 제4편광으로, 입사되는 제2편광을 서로 교차하는 제5편광과 제6편광으로 변환하는 제2파장판과, 상기 제2파장판으로부터 출사되는 제3편광과 제5편광을 투과시키고 상기 제2파장판으로부터 출사되는 제4편광과 제6편광을 반사시키는 제3편광자와, 상기 제3편광자에서 반사된 제4편광과 제6편광을 반사시키는 제2반사미러와, 상기 제3편광자를 투과한 제3편광과 제5편광을 투과시키고 상기 제2반사미러에서 반사된 제4편광과 제6편광을 반사시키는 제4편광자;를 포함하며, 상기 4개의 레이저빔은 상기 제3편광, 상기 제4편광, 상기 제5편광 및 상기 제6편광인 것을 특징으로 한다.
삭제
본 발명에 따른 결정질 태양전지용 레이저 가공장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 제1간격 조정부는, 상기 제1반사미러에 설치되고, 상기 제1반사미러의 각도를 조정하여 상기 제1반사미러에서 반사되는 제2편광의 경로를 조정하고, 상기 제2간격 조정부는, 상기 제2반사미러에 설치되고, 상기 제2반사미러의 각도를 조정하여 상기 제2반사미러에서 반사되는 제4편광과 제6편광의 경로를 조정한다.
본 발명에 따른 결정질 태양전지용 레이저 가공장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 제1파장판으로부터 출사되는 제1편광과 제2편광의 비율을 조정하기 위하여 상기 제1파장판을 회전시키는 제1파장판 회전부; 상기 제2파장판으로부터 출사되는 제3편광, 제4편광, 제5편광 및 제6편광의 비율을 조정하기 위하여 상기 제2파장판을 회전시키는 제2파장판 회전부; 상기 제1편광과 상기 제2편광의 파워가 동일해지도록 상기 제1파장판 회전부를 제어하거나 또는 상기 제3편광, 상기 제4편광, 상기 제5편광 및 상기 제6편광의 파워가 동일해지도록 상기 제2파장판 회전부를 제어하는 제어부;를 더 포함한다.
본 발명의 결정질 태양전지용 레이저 가공장치에 따르면, 장치의 생산 효율을 현저히 향상시키고, 다양한 모델에 대하여 호환성 있게 가공을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 결정질 태양전지용 레이저 가공장치에 따르면, 복수의 레이저빔에 의한 가공품질을 균일하게 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 결정질 태양전지용 레이저 가공장치에 따르면, 가공 중 파워의 편차에 의한 가공품질의 불균일성을 실시간으로 해소할 수 있다.
도 1은 결정질 태양전지의 제조단계 중 일부를 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 결정질 태양전지용 레이저 가공장치를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 3은 도 2의 따른 결정질 태양전지용 레이저 가공장치의 간격 조정부에 의해 레이저빔 사이의 간격을 조정하는 원리를 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 결정질 태양전지용 레이저 가공장치를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 5는 도 4의 따른 결정질 태양전지용 레이저 가공장치의 제1간격 조정부 및 제2간격 조정부에 의해 레이저빔 사이의 간격을 조정하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 결정질 태양전지용 레이저 가공장치의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 결정질 태양전지용 레이저 가공장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 따른 결정질 태양전지용 레이저 가공장치의 간격 조정부에 의해 레이저빔 사이의 간격을 조정하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 결정질 태양전지용 레이저 가공장치(100)는, 결정질 태양전지 기판의 후면에 형성된 보호막에 레이저빔을 조사하여 보호막을 부분적으로 제거하기 위한 것으로서, 레이저 출력부(110)와, 분할부(120)와, 레이저 조사부(130)와, 간격 조정부(140)와, 파장판 회전부와, 제어부를 포함한다.
상기 레이저 출력부(110)는, 결정질 태양전지 기판(10)에서 보호막(12)을 제거하기 위한 에너지원인 레이저빔(L)을 출력한다. 보호막(12)을 제거하기 위해 조사되는 레이저빔(L)은 출력파워가 큰 펄스발진된 레이저빔(L)이 바람직하다. 레이저 출력부(110)로부터 출사된 레이저빔(L)은 어테뉴에이터(attenuator)(101)를 경유하여 후술할 분할부(120)로 전달된다.
상기 분할부(120)는, 레이저 출력부(110)로부터 입사되는 레이저빔(L)을 2개의 레이저빔으로 분할하여 출사시키며, 파장판(121)과, 제1편광자(122)와, 반사미러(123)와, 제2편광자(124)를 포함한다.
상기 파장판(wave plate)(121)은, 통과하는 레이저빔의 편광상태를 바꾸어주는 광학소자로서, 입사되는 레이저빔(L)을 서로 교차하는 제1편광(L1)과 제2편광(L2)으로 변환한다. 분할부(120)에서 출사되는 2개의 레이저빔은 제1편광(L1)과 제2편광(L2)이다.
상기 제1편광자(polarizer)(122)는 파장판(121)으로부터 출사되는 제1편광(L1)을 투과시키고 파장판(121)으로부터 출사되는 제2편광(L2)을 반사시킨다. 제1편광자(122)는 광경로를 기준으로 파장판(121)의 하류에 배치된다.
상기 반사미러(123)는 제1편광자(122)에서 반사된 제2편광(L2)을 반사시킨다. 도 2에는 2개의 반사미러(123a, 123b)가 도시되어 있는데, 광학계의 설계에 따라 하나가 설치될 수도 있고, 3개 이상이 설치될 수도 있다.
상기 제2편광자(124)는 제1편광자(122)를 투과한 제1편광(L1)을 투과시키고 반사미러(123)에서 반사된 제2편광(L2)을 반사시킨다.
이와 같이 분할부(120)로 입사된 레이저빔(L)은 파장판(121), 제1편광자(122), 반사미러(123) 및 제2편광자(124)에 의해 제1편광(L1)과 제2편광(L2)으로 분할되고, 제1편광(L1)과 제2편광(L2)은 광경로 상에 설치된 반사미러(102)를 경유하여 후술할 레이저 조사부(130)로 전달된다.
상기 레이저 조사부(130)는, 분할부(120)로부터 입사되는 2개의 레이저빔, 즉 제1편광(L1)과 제2편광(L2)을 보호막(12) 상의 원하는 위치로 조사한다.
레이저 조사부(130) 내부에는 갈바노미터 스캐너가 설치되어, 입사되는 제1편광(L1)과 제2편광(L2)을 보호막(12) 상의 원하는 위치로 편향시킬 수 있다. 통상적으로 갈바노미터 스캐너는 레이저빔을 반사시키는 미러부와, 미러부를 회전시키는 구동모터로 이루어진다.
또한, 레이저 조사부(130)의 단부에는 제1편광(L1)과 제2편광(L2)을 집광하여 보호막(12) 상에 조사하기 위한 집광 렌즈(미도시)가 설치된다. 본 실시예의 집광 렌즈는 에프-세타 렌즈가 사용되는데, 에프-세타 렌즈는 통과하는 레이저빔을 집광할 뿐만 아니라, 작업영역의 가장자리측의 수차 보정 능력이 우수하다.
상기 간격 조정부(140)는, 보호막(12)에 조사되는 2개의 레이저빔(제1편광(L1), 제2편광(L2)) 사이의 간격을 조정하기 위한 것이다. 간격 조정부(140)는 분할부의 반사미러(123)에 설치되며, 반사미러(123)의 각도를 조정하여 반사미러(123)에서 반사되는 제2편광(L2)의 경로를 조정한다.
간격 조정부(140)는 회전 모터로 구성될 수 있으며, 회전 모터의 회전축이 반사미러(123)의 측부에 연결되어 회전축이 정역 방향으로 회전함에 따라 반사미러(123)의 각도가 변경될 수 있다.
도 3의 (a)를 참조하면, 제2편광(L2)은 반사미러(123)에서 반사되어 제2편광자(124)로 전달되고, 제2편광자(124)는 제1편광(L1)을 투과시키고 제2편광(L2)을 반사시켜 레이저 조사부(130)로 전달한다. 레이저 조사부(130)로부터 조사된 제1편광(L1)과 제2편광(L2)에 의해 보호막(12)에는 2개의 가공라인(PL1, PL2)이 제1간격(w1)만큼 이격되게 형성된다.
도 3의 (b)를 참조하면, 간격 조정부(140)를 이용하여 반사미러(123)의 각도를 변경하면 분할부(120)로부터 출사되는 제1편광(L1)과 제2편광(L2) 사이의 간격이 변경된다. 이로 인해 보호막(12)에 형성되는 제1가공라인(PL1)과 제2가공라인(PL2) 사이의 간격이 제2간격(w2)으로 변경된다. 간격 조정부(140)를 이용한 반사미러(123)의 각도 조정에 따라 가공라인의 간격은 더 넓어질 수도 있고, 더 좁아질 수도 있다.
상기 파장판 회전부(미도시)는, 파장판(121)으로부터 출사되는 제1편광(L1)과 제2편광(L2)의 비율을 조정하기 위하여 파장판(121)에 설치되어 파장판(121)을 회전시킨다. 가공 품질을 균일하게 유지하기 위하여 분할된 제1편광(L1)과 제2편광(L2)의 파워는 동일하게 설정되는 것이 바람직하다. 제1편광(L1)과 제2편광(L2)의 파워를 각각 측정할 수 있는 파워 미터(미도시)를 광경로상에 설치하고, 제1편광(L1)과 제2편광(L2)의 파워를 모니터링한다. 제1편광(L1)과 제2편광(L2)의 파워가 서로 다른 경우, 제1편광(L1)과 제2편광(L2)의 파워가 서로 동일해지도록 파장판 회전부를 이용하여 파장판(121)을 정역 방향으로 회전시킨다.
파장판 회전부는 회전 모터로 구성될 수 있으며, 회전 모터의 회전축이 파장판(121)에 연결되어 회전축이 정역 방향으로 회전함에 따라 파장판(121)이 회전될 수 있다.
상기 제어부(미도시)는, 제1편광(L1)과 제2편광(L2)의 파워가 동일해지도록 파장판 회전부를 제어한다. 제어부는 파워 미터에 의해 측정된 제1편광(L1)의 파워와 제2편광(L2)의 파워를 각각 수신하고, 양 파워가 동일해지는 방향으로 파장판 회전부를 구동하여 파장판(121)을 회전시킨다.
한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 결정질 태양전지용 레이저 가공장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 5는 도 4의 따른 결정질 태양전지용 레이저 가공장치의 제1간격 조정부 및 제2간격 조정부에 의해 레이저빔 사이의 간격을 조정하는 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 4 및 도 5에 있어서, 도 2 및 도 3에 도시된 부재들과 동일한 부재번호에 의해 지칭되는 부재들은 동일한 구성 및 기능을 가지는 것으로서, 그들 각각에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시예의 결정질 태양전지용 레이저 가공장치(200)는, 레이저 출력부(110)와, 제1분할부(220)와, 제2분할부(250)와, 레이저 조사부(230)와, 제1간격 조정부(240)와, 제2간격 조정부(260)와, 제1파장판 회전부와, 제2파장판 회전부와, 제어부를 포함한다.
상기 제1분할부(220)는, 레이저 출력부(110)로부터 입사되는 레이저빔(L)을 2개의 레이저빔으로 분할하여 출사시키며, 제1파장판(221)과, 제1편광자(222)와, 제1반사미러(223)와, 제2편광자(224)를 포함한다.
상기 제1파장판(221)은, 통과하는 레이저빔의 편광상태를 바꾸어주는 광학소자로서, 입사되는 레이저빔(L)을 서로 교차하는 제1편광(L1)과 제2편광(L2)으로 변환한다. 제1분할부(220)에서 출사되는 2개의 레이저빔은 제1편광(L1)과 제2편광(L2)이다.
상기 제1편광자(222)는 제1파장판(221)으로부터 출사되는 제1편광(L1)을 투과시키고 제1파장판(221)으로부터 출사되는 제2편광(L2)을 반사시킨다. 제1편광자(222)는 광경로를 기준으로 제1파장판(221)의 하류에 배치된다.
상기 제1반사미러(223)는 제1편광자(222)에서 반사된 제2편광(L2)을 반사시킨다. 도 4에는 2개의 제1반사미러(223a, 223b)가 도시되어 있는데, 광학계의 설계에 따라 하나가 설치될 수도 있고, 3개 이상이 설치될 수도 있다.
상기 제2편광자(224)는 제1편광자(222)를 투과한 제1편광(L1)을 투과시키고 제1반사미러(223)에서 반사된 제2편광(L2)을 반사시킨다.
이와 같이 제1분할부(220)로 입사된 레이저빔은 제1파장판(221), 제1편광자(222), 제1반사미러(223) 및 제2편광자(224)에 의해 제1편광(L1)과 제2편광(L2)으로 분할되고, 제1편광(L1)과 제2편광(L2)은 후술할 제2분할부(250)로 전달된다.
상기 제2분할부(250)는, 제1분할부(220)로부터 입사되는 2개의 레이저빔을 4개의 레이저빔으로 분할하여 출사시키며, 제2파장판(251)과, 제3편광자(252)와, 제2반사미러(253)와, 제4편광자(254)를 포함한다.
상기 제2파장판(251)은, 통과하는 레이저빔의 편광상태를 바꾸어주는 광학소자로서, 입사되는 제1편광(L1)을 서로 교차하는 제3편광(L3)과 제4편광(L4)으로, 입사되는 제2편광(L2)을 서로 교차하는 제5편광(L5)과 제6편광(L6)으로 변환한다. 제1분할부(220)로부터 입사되는 2개의 레이저빔은 제1편광(L1)과 제2편광(L2)이며, 제2분할부(250)에서 출사되는 4개의 레이저빔은 제3편광(L3), 제4편광(L4), 제5편광(L5), 제6편광(L6)이다.
상기 제3편광자(252)는 제2파장판(251)으로부터 출사되는 제3편광(L3)과 제5편광(L5)을 투과시키고 제2파장판(251)으로부터 출사되는 제4편광(L4)과 제6편광(L6)을 반사시킨다. 제3편광자(252)는 광경로를 기준으로 제2파장판(251)의 하류에 배치된다.
상기 제2반사미러(253)는 제3편광자(252)에서 반사된 제4편광(L4)과 제6편광(L6)을 반사시킨다. 도 4에는 2개의 제2반사미러(253a, 253b)가 도시되어 있는데, 광학계의 설계에 따라 하나가 설치될 수도 있고, 3개 이상이 설치될 수도 있다.
상기 제4편광자(254)는 제3편광자(252)를 투과한 제3편광(L3)과 제5편광(L5)을 투과시키고, 제2반사미러(253)에서 반사된 제4편광(L4)과 제6편광(L6)을 반사시킨다.
이와 같이 제2분할부(250)로 입사된 제1편광(L1)과 제2편광(L2)은 제2파장판(251), 제3편광자(252), 제2반사미러(253) 및 제4편광자(254)에 의해 제3편광(L3), 제4편광(L4), 제5편광(L5) 및 제6편광(L6)으로 분할되고, 제3편광(L3), 제4편광(L4), 제5편광(L5) 및 제6편광(L6)은 광경로 상에 설치된 반사미러(102)를 경유하여 후술할 레이저 조사부(230)로 전달된다.
상기 레이저 조사부(230)는, 제2분할부(250)로부터 입사되는 4개의 레이저빔, 즉 제3편광(L3), 제4편광(L4), 제5편광(L5) 및 제6편광(L6)을 보호막(12) 상의 원하는 위치로 조사한다.
레이저 조사부(230) 내부에는 갈바노미터 스캐너가 설치되어, 입사되는 제3편광(L3), 제4편광(L4), 제5편광(L5) 및 제6편광(L6)을 보호막(12) 상의 원하는 위치로 편향시킬 수 있다. 통상적으로 갈바노미터 스캐너는 레이저빔을 반사시키는 미러부와, 미러부를 회전시키는 구동모터로 이루어진다.
또한, 레이저 조사부(230)의 단부에는 제3편광(L3), 제4편광(L4), 제5편광(L5) 및 제6편광(L6) 각각을 집광하여 보호막(12) 상에 조사하기 위한 집광 렌즈(미도시)가 설치된다. 본 실시예의 집광 렌즈는 에프-세타 렌즈가 사용되는데, 에프-세타 렌즈는 통과하는 레이저빔을 집광할 뿐만 아니라, 작업영역의 가장자리측의 수차 보정 능력이 우수하다.
상기 제1간격 조정부(240)는, 보호막(12)에 조사되는 레이저빔들 사이의 간격을 조정하기 위한 것이다. 제1간격 조정부(240)는 제1분할부의 제1반사미러(223)에 설치되며, 제1반사미러(223)의 각도를 조정하여 제1반사미러(223)에서 반사되는 제2편광(L2)의 경로를 조정한다. 제2편광(L2)의 경로가 조정됨에 따라 제1분할부(220)로부터 출사되는 2개의 레이저빔 사이의 간격이 조정될 수 있다.
제1간격 조정부(240)는 회전 모터로 구성될 수 있으며, 회전 모터의 회전축이 제1반사미러(223)의 측부에 연결되어 회전축이 정역 방향으로 회전함에 따라 제1반사미러(223)의 각도가 변경될 수 있다.
도 5의 (a)를 참조하면, 제1간격 조정부(240)를 이용하여 제1반사미러(223)의 각도를 변경하면 제1분할부(220)로부터 출사되는 제1편광(L1)과 제2편광(L2) 사이의 간격이 변경된다. 제2분할부(250)를 경유하여 레이저 조사부(230)로부터 조사되는 제3편광(L3), 제4편광(L4), 제5편광(L5) 및 제6편광(L6)에 의해 보호막(12)에는 4개의 가공라인(PL3, PL5, PL4, PL6)이 형성되는데, 제1간격 조정부(240)에 의해 제3가공라인(PL3)과 제5가공라인(PL5) 사이의 제3간격(w3) 및 제4가공라인(PL4)과 제6가공라인(PL6) 사이의 제4간격(w4)이 조정될 수 있다.
상기 제2간격 조정부(260)는, 보호막(12)에 조사되는 레이저빔들 사이의 간격을 조정하기 위한 것이다. 제2간격 조정부(260)는 제2분할부의 제2반사미러(253)에 설치되며, 제2반사미러(253)의 각도를 조정하여 제2반사미러(253)에서 반사되는 제4편광(L4)과 제6편광(L6)의 경로를 조정한다. 제4편광(L4)과 제6편광(L6)의 경로가 조정됨에 따라 제2분할부(250)로부터 출사되는 4개의 레이저빔 중 2개의 레이저빔 사이의 간격이 조정될 수 있다.
제2간격 조정부(260)는 회전 모터로 구성될 수 있으며, 회전 모터의 회전축이 제2반사미러(253)의 측부에 연결되어 회전축이 정역 방향으로 회전함에 따라 제2반사미러(253)의 각도가 변경될 수 있다.
도 5의 (b)를 참조하면, 제2간격 조정부(260)를 이용하여 제2반사미러(253)의 각도를 변경하면 제2분할부(250)로부터 출사되는 4개의 레이저빔 중 제5편광(L5)과 제4편광(L4) 사이의 간격이 변경된다. 레이저 조사부(230)로부터 조사되는 제3편광(L3), 제4편광(L4), 제5편광(L5) 및 제6편광(L6)에 의해 보호막(12)에는 4개의 가공라인(PL3, PL5, PL4, PL6)이 형성되는데, 제2간격 조정부(260)에 의해 제5가공라인(PL5)과 제4가공라인(PL4) 사이의 제5간격(w5)이 조정될 수 있다.
상기 제1파장판 회전부(미도시)는, 제1파장판(221)으로부터 출사되는 제1편광(L1)과 제2편광(L2)의 비율을 조정하기 위하여 제1파장판(221)에 설치되어 제1파장판(221)을 회전시킨다. 가공 품질을 균일하게 유지하기 위하여 분할된 제1편광(L1)과 제2편광(L2)의 파워는 동일하게 설정되는 것이 바람직하다. 제1편광(L1)과 제2편광(L2)의 파워를 각각 측정할 수 있는 파워 미터(미도시)를 광경로상에 설치하고, 제1편광(L1)과 제2편광(L2)의 파워를 모니터링한다. 제1편광(L1)과 제2편광(L2)의 파워가 서로 다른 경우, 제1편광(L1)과 제2편광(L2)의 파워가 서로 동일해지도록 제1파장판 회전부를 이용하여 제1파장판(221)을 정역 방향으로 회전시킨다.
제1파장판 회전부는 회전 모터로 구성될 수 있으며, 회전 모터의 회전축이 제1파장판(221)에 연결되어 회전축이 정역 방향으로 회전함에 따라 제1파장판(221)이 회전될 수 있다.
상기 제2파장판 회전부(미도시)는, 제2파장판(251)으로부터 출사되는 제3편광(L3), 제4편광(L4), 제5편광(L5) 및 제6편광(L6)의 비율을 조정하기 위하여 제2파장판(251)에 설치되어 제2파장판(251)을 회전시킨다. 가공 품질을 균일하게 유지하기 위하여 분할된 제3편광(L3), 제4편광(L4), 제5편광(L5) 및 제6편광(L6)의 파워는 동일하게 설정되는 것이 바람직하다. 제3편광(L3), 제4편광(L4), 제5편광(L5) 및 제6편광(L6)의 파워를 각각 측정할 수 있는 파워 미터(미도시)를 광경로상에 설치하고, 제3편광(L3), 제4편광(L4), 제5편광(L5) 및 제6편광(L6)의 파워를 모니터링한다. 제3편광(L3), 제4편광(L4), 제5편광(L5) 및 제6편광(L6)의 파워가 서로 다른 경우, 제3편광(L3), 제4편광(L4), 제5편광(L5) 및 제6편광(L6)의 파워가 서로 동일해지도록 제2파장판 회전부를 이용하여 제2파장판(251)을 정역 방향으로 회전시킨다.
제2파장판 회전부는 회전 모터로 구성될 수 있으며, 회전 모터의 회전축이 제2파장판(251)에 연결되어 회전축이 정역 방향으로 회전함에 따라 제2파장판(251)이 회전될 수 있다.
상기 제어부(미도시)는, 제1편광(L1)과 제2편광(L2)의 파워가 동일해지도록 제1파장판 회전부를 제어하거나 또는 제3편광(L3), 제4편광(L4), 제5편광(L5) 및 제6편광(L6)의 파워가 동일해지도록 제2파장판 회전부를 제어한다. 제어부는 파워 미터에 의해 측정된 제1편광(L1), 제2편광(L2), 제3편광(L3), 제4편광(L4), 제5편광(L5) 및 제6편광(L6)의 파워를 각각 수신하고, 제1편광(L1)과 제2편광(L2)의 파워가 동일해지는 방향으로 제1파장판 회전부를 구동하여 제1파장판(221)을 회전시키거나 또는 제3편광(L3), 제4편광(L4), 제5편광(L5) 및 제6편광(L6)의 파워가 동일해지는 방향으로 제2파장판 회전부를 구동하여 제2파장판(251)을 회전시킨다.
상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 결정질 태양전지용 레이저 가공장치는, 결정질 태양전지 기판의 보호막에 레이저빔을 조사하여 보호막을 부분적으로 제거하는 과정에서 복수의 레이저빔을 형성하여 동시에 기판에 조사하고, 레이저빔 간의 간격을 조정할 수 있도록 구성함으로써, 장치의 생산 효율을 현저히 향상시키고, 다양한 모델에 대하여 호환성 있게 가공을 수행할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 결정질 태양전지용 레이저 가공장치는, 입사되는 광의 편광 상태에 따라 오차가 심한 빔 스플리팅 렌즈를 사용하지 않고, 파장판과 편광자를 이용하여 단일의 레이저빔을 서로 동일한 파워를 가지는 복수의 레이저빔으로 정확하게 분할함으로써, 복수의 레이저빔에 의한 가공품질을 균일하게 유지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예의 결정질 태양전지용 레이저 가공장치는, 분할된 레이저빔들의 파워를 각각 모니터링하고 파장판을 회전시켜 그 차이를 보상하여 복수의 레이저빔이 동일한 파워를 가지도록 보정함으로써, 가공 중 파워의 편차에 의한 가공품질의 불균일성을 실시간으로 해소할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예 및 변형례에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100 : 결정질 태양전지용 레이저 가공장치
110 : 레이저 출력부
120 : 분할부
130 : 레이저 조사부
140 : 간격 조정부

Claims (8)

  1. 결정질 태양전지 기판의 후면에 형성된 보호막에 레이저빔을 조사하여 상기 보호막을 부분적으로 제거하는 결정질 태양전지용 레이저 가공장치에 있어서,
    레이저빔을 출력하는 레이저 출력부;
    상기 레이저 출력부로부터 입사되는 레이저빔을 2개의 레이저빔으로 분할하여 출사시키는 분할부;
    상기 분할부로부터 입사되는 2개의 레이저빔을 상기 보호막 상의 원하는 위치로 조사하는 레이저 조사부; 및
    상기 보호막에 조사되는 2개의 레이저빔 사이의 간격을 조정하기 위하여, 상기 분할부에 설치되어 상기 분할부로부터 출사되는 2개의 레이저빔 사이의 간격을 조정하는 간격 조정부;를 포함하고,
    상기 분할부는, 입사되는 레이저빔을 서로 교차하는 제1편광과 제2편광으로 변환하는 파장판(wave plate)과, 상기 파장판으로부터 출사되는 제1편광을 투과시키고 상기 파장판으로부터 출사되는 제2편광을 반사시키는 제1편광자(polarizer)와, 상기 제1편광자에서 반사된 제2편광을 반사시키는 반사미러와, 상기 제1편광자를 투과한 제1편광을 투과시키고 상기 반사미러에서 반사된 제2편광을 반사시키는 제2편광자를 포함하며,
    상기 2개의 레이저빔은 상기 제1편광과 상기 제2편광인 것을 특징으로 하는 결정질 태양전지용 레이저 가공장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 간격 조정부는,
    상기 반사미러에 설치되고, 상기 반사미러의 각도를 조정하여 상기 반사미러에서 반사되는 제2편광의 경로를 조정하는 것을 특징으로 하는 결정질 태양전지용 레이저 가공장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 파장판으로부터 출사되는 제1편광과 제2편광의 비율을 조정하기 위하여 상기 파장판을 회전시키는 파장판 회전부;
    상기 제1편광과 상기 제2편광의 파워가 동일해지도록 상기 파장판 회전부를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 결정질 태양전지용 레이저 가공장치.
  5. 결정질 태양전지 기판의 후면에 형성된 보호막에 레이저빔을 조사하여 상기 보호막을 부분적으로 제거하는 결정질 태양전지용 레이저 가공장치에 있어서,
    레이저빔을 출력하는 레이저 출력부;
    상기 레이저 출력부로부터 입사되는 레이저빔을 2개의 레이저빔으로 분할하여 출사시키는 제1분할부;
    상기 제1분할부로부터 입사되는 2개의 레이저빔을 4개의 레이저빔으로 분할하여 출사시키는 제2분할부;
    상기 제2분할부로부터 입사되는 4개의 레이저빔을 상기 보호막 상의 원하는 위치로 조사하는 레이저 조사부;
    상기 보호막에 조사되는 레이저빔들 사이의 간격을 조정하기 위하여, 상기 제1분할부에 설치되어 상기 제1분할부로부터 출사되는 2개의 레이저빔 사이의 간격을 조정하는 제1간격 조정부; 및
    상기 보호막에 조사되는 레이저빔들 사이의 간격을 조정하기 위하여, 상기 제2분할부에 설치되어 상기 제2분할부로부터 출사되는 4개의 레이저빔 중 2개의 레이저빔 사이의 간격을 조정하는 제2간격 조정부;를 포함하고,
    상기 제1분할부는, 입사되는 레이저빔을 서로 교차하는 제1편광과 제2편광으로 변환하는 제1파장판과, 상기 제1파장판으로부터 출사되는 제1편광을 투과시키고 상기 제1파장판으로부터 출사되는 제2편광을 반사시키는 제1편광자와, 상기 제1편광자에서 반사된 제2편광을 반사시키는 제1반사미러와, 상기 제1편광자를 투과한 제1편광을 투과시키고 상기 제1반사미러에서 반사된 제2편광을 반사시키는 제2편광자를 포함하며,
    상기 제2분할부는, 입사되는 제1편광을 서로 교차하는 제3편광과 제4편광으로, 입사되는 제2편광을 서로 교차하는 제5편광과 제6편광으로 변환하는 제2파장판과, 상기 제2파장판으로부터 출사되는 제3편광과 제5편광을 투과시키고 상기 제2파장판으로부터 출사되는 제4편광과 제6편광을 반사시키는 제3편광자와, 상기 제3편광자에서 반사된 제4편광과 제6편광을 반사시키는 제2반사미러와, 상기 제3편광자를 투과한 제3편광과 제5편광을 투과시키고 상기 제2반사미러에서 반사된 제4편광과 제6편광을 반사시키는 제4편광자;를 포함하며,
    상기 4개의 레이저빔은 상기 제3편광, 상기 제4편광, 상기 제5편광 및 상기 제6편광인 것을 특징으로 하는 결정질 태양전지용 레이저 가공장치.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1간격 조정부는, 상기 제1반사미러에 설치되고, 상기 제1반사미러의 각도를 조정하여 상기 제1반사미러에서 반사되는 제2편광의 경로를 조정하고,
    상기 제2간격 조정부는, 상기 제2반사미러에 설치되고, 상기 제2반사미러의 각도를 조정하여 상기 제2반사미러에서 반사되는 제4편광과 제6편광의 경로를 조정하는 것을 특징으로 하는 결정질 태양전지용 레이저 가공장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1파장판으로부터 출사되는 제1편광과 제2편광의 비율을 조정하기 위하여 상기 제1파장판을 회전시키는 제1파장판 회전부;
    상기 제2파장판으로부터 출사되는 제3편광, 제4편광, 제5편광 및 제6편광의 비율을 조정하기 위하여 상기 제2파장판을 회전시키는 제2파장판 회전부;
    상기 제1편광과 상기 제2편광의 파워가 동일해지도록 상기 제1파장판 회전부를 제어하거나 또는 상기 제3편광, 상기 제4편광, 상기 제5편광 및 상기 제6편광의 파워가 동일해지도록 상기 제2파장판 회전부를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 결정질 태양전지용 레이저 가공장치.
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