KR20150131389A

KR20150131389A - 두 개의 회전하는 회절 광학 요소들을 사용하여 레이저 빔들의 복수의 그룹들을 형성하는 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20150131389A
Application number: KR1020157030211A
Authority: KR
Inventors: 아담 노쓰 브런턴; 시몬 존 헨리
Original assignee: 엠-솔브 리미티드
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2015-11-24
Also published as: US20160284904A1; TW201446377A; GB2512291A; CN105050764A; PL2976177T3; WO2014147375A1; EP2976177B1; CN105050764B; US9691923B2; GB201305303D0; EP2976177A1; JP6407958B2; JP2016523710A; TWI633962B; GB2512291B

Abstract

레이저 빔들의 다수의 그룹들(2, 2', 2'')을 형성하는 장치 및 방법이 정의된다. 각각의 그룹(2, 2', 2'')은 두 개 이상의 레이저 빔들을 포함할 수 있다. 상기 장치는 제1 회절 광학 요소(3)(diffractive optical element; DOE) 및 제2 회절광학 요소(8)(DOE)를 포함하며, 상기 제1 DOE(3)는 제1 레이저 빔(1)을 수신하여 상기 제1 레이저 빔(1)을 다수의 제2 레이저 서브-빔들로 분할하도록 조정되고, 상기 제2 DOE(8)는 상기 다수의 제2 레이저 서브-빔들을 수신하여 이들 각각을 제3 레이저 서브-빔들의 두 개 이상의 그룹들(2, 2', 2'')로 분할하도록 조정되며, 제1 축에 수직한 방향으로의 상기 그룹들간의 간격은 상기 제1 DOE(3)의 광축 주위의 상기 제1 DOE(3)의 회전에 의해 조정가능하며, 상기 제1 축에 수직한 방향으로의 각 그룹(2, 2', 2'') 내 상기 제3 레이저 서브-빔들의 간격은 상기 제2 DOE(8)의 광축 주위의 상기 제2 DOE(8)의 회전에 의해 조정가능하다.

Description

두 개의 회전하는 회절 광학 요소들을 사용하여 레이저 빔들의 복수의 그룹들을 형성하는 장치 및 방법 {Apparatus for and method of forming plural groups of laser beams using two rotating diffractive optical elements}

본 발명은 다수의 스크라이빙(scribing) 공정들이 동시에 수행될 수 있도록 레이저 빔들을 여러 서브-빔들로 분할(splitting)하는 방법들 및 장치들에 관한 것이다. 이는, 박막 솔라 패널(thin film solar panel)들 상에 셀들을 형성하고 이러한 셀들을 연결하기 위한 "일 단계 상호 연결(one step interconnection; OSI)" 프로세스들에 특히 적합하다. 이러한 경우, 상이한 물질 층(layer)들을 통과하는 다수의 평행한 스크라이브들이 만들어져야할 필요가 있기 때문이다.

도 1은 종래 기술 (WO2012/004230 A9)을 도시하며, 레이저 빔(1)이 회절 광학 요소(diffractive optical element; DOE)(3)에 의해 서브-빔들(2)(이 경우, 4 개의 서브-빔들)로 각 분할(angularly split)되는 방법을 도시한다. 상기 DOE로부터 적절한 거리에 렌즈(4)가 배치되며, 상기 렌즈는 모든 빔(2)들이 서로 평행해지도록 그것들을 굴절시킨다. 상기 렌즈(4)는 기판(6)의 표면상에 초점들(5)의 라인을 형성하도록 상기 빔들(2)을 집속시킨다. 상기 기판이 상기 렌즈와 DOE 조합에 대해 이동된다면, 그와 동시에 그러한 스팟들의 라인은 상기 기판 내에 다수의 평행한 그루브들을 스크라이빙하는데 사용될 수 있다. DOE에 의한 그러한 빔 각 분할(angular beam splitting)은 디스플레이, 전기통신(telecommunication) 및 원료 가공 응용들(materials processing applications)에 널리 사용되고 있다. 여러 각도로 분리된 빔들을 굴절시켜서, 빔들이 더 또는 완전히 평행이 되도록 하기 위해 렌즈들을 사용하는 것은 잘 알려져 있다.

그러한 구성들은 특히 2d 광 스캐너들과 함께 널리 사용되며, 이 때 입사하는 빔은 갈바노미터(galvanometer)의 모터와 구동 미러들에 의해 상기 2d 스캐너에서 넓은 각도 범위에 걸쳐 굴절되며, 렌즈는 상기 빔들을 포커싱하고 굴절시키는데 사용된다. 일반적으로 이러한 렌즈들은 f-theta 렌즈들이라 불리며, 출력(output) 빔들이 평행하거나 거의 평행하다면, 상기 렌즈들은 텔레센트릭(telecentric)으로 정의된다. 일반적으로, 렌즈들을 통과한 다음 평행한 출력 빔들을 얻기 위해 필요한 조건은, 상기 갈바노-스캐너 미러들 및 상기 렌즈의 광학 중심간의 거리와 상기 렌즈들의 초점거리가 같아야한다는 것이다. 상기 입사 빔이 콜리메이팅된다면, 상기 렌즈들 너머의 빔들은 상기 렌즈의 초점면에 포커싱될 것이다. 이와 유사한 방식으로, DOE(3)가 상기 렌즈 전 초점 거리에 배치된다면, 상기 렌즈 너머의 빔들은 평행할 것이다. 상기 레이저 빔(1)에 평행한 축 주위의 상기 DOE(3)의 회전은 상기 기판 표면상에 있는 초점들의 라인의 회전을 유발한다는 것을 유의한다. 이 효과는 기판 이동 방향에 수직한 방향으로의, 상기 기판 표면상의 초점들의 효과적인 간격(separation)을 조정하기 위해 사용되어서, 상기 기판 표면상에 있는 스크라이브 라인들(scribe lines) 간의 간격이 쉽게 변경될 수 있도록 한다.

도 2는 또 다른 종래 기술(US7157661)을 도시하며, 2 개의 DOE들의 사용을 보여준다. 레이저 빔(1)은 제1 회절 광학 요소(DOE)(3)에 의해 서브-빔들(2)(이 경우, 3 개의 서브-빔들)로 각 분할(angularly splitted)된다. 상기 DOE(3)는 포커싱 렌즈(4) 근처에 배치되어서, 빔들(2)이 상기 기판(6)상에 초점들(5)의 라인으로 포커싱되도록 한다. 렌즈(4)는 여러 각도로 분리된 빔들(2)을 굴절시키지만, 상기 DOE와 렌즈의 근접성 때문에, 상기 빔들(2)은 계속 발산한다. 제2 DOE(7)는 상기 렌즈의 초점면에서의 빔 프로파일 또는 빔 형상을 변환하기 위해 사용된다. DOE(7)가 제자리에 없다면, 상기 기판(6) 상의 초점들(5)은 소위 가우시안(Gaussian)이라 불리는 프로파일을 가질 것이다. DOE(7)는, 일부 미세-기계 가공 응용들에 대해 더 유용한 "탑-햇(top-hat)"과 같은 상이한 프로파일을 갖도록 상기 초점들의 에너지 밀도 분포를 변경하기 위해 사용된다.

도 1 및 도 2의 구성들이 가지는 문제점은 스크라이브 라인들의 상대적 간격이 달라질 수 있는 정도가 제한되어 있다는 점이다. 또 다른 문제점은, 그루브 라인 아래로의 서로 다른 특성들을 가진 두 개 이상의 레이저 스팟들의 연속적인 스캐닝에 의해 그루브가 형성되는 듀얼 스테이지 그루브 형성 프로세스들과 관련하여, 이러한 구성들을 효율적으로 사용하는 것이 어렵다는 것이다.

본 발명의 목적은 상술한 종래 기술의 문제점들 중 하나 이상을 적어도 부분적으로 해결하는 장치들 및 방법들을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 양상에 따르면, 레이저 빔들의 다수의 그룹들을 형성하는 장치로서, 각각의 그룹은 두 개 이상의 레이저 빔들을 포함하고, 상기 장치는 제1 회절 광학 요소(diffractive optical element; DOE) 및 제2 회절 광학 요소(DOE)를 포함하며, 상기 제1 DOE는 제1 레이저 빔을 수신하고 상기 제1 레이저 빔을 다수의 제2 레이저 서브-빔들로 분할하도록 조정되며, 상기 제2 DOE는 상기 다수의 제2 레이저 서브-빔들을 수신하고 상기 제2 레이저 서브-빔들을 각각 제3 레이저 서브-빔들의 두 개 이상의 그룹들로 분할하며, 제1 축에 수직한 방향으로의 상기 그룹들의 간격은 상기 제1 DOE의 광축 주위의 상기 제1 DOE의 회전에 의해 조정 가능하며, 상기 제1 축에 수직한 방향으로의 각 그룹 내 상기 제3 레이저 서브-빔들의 간격은 상기 제2 DOE의 광축 주위의 상기 제2 DOE의 회전에 의해 조정 가능한, 장치가 제공된다.

따라서 임의의 수신된 레이저 빔을 각 분리된(angularly separated) 다수의 서브-빔들로 분할하도록 구성된 두 개의 회전가능한 DOE들을 광학적 직렬로(optically in series) 제공함으로써, 상기 장치는 예를 들어, 상기 서브-빔들에 의해 형성된 기판 상의 레이저 스팟들의 상대적 간격들(separations)을, 비슷한 구조 간략성을 가진 종래 기술 구성들을 사용하여 가능한 것보다, 더 유연성 있게 제어할 수 있게 한다. 특히, 상기 장치는 각 그룹 내의 스팟들 간의 간격이 스팟들의 그룹들간의 간격으로부터 독립적으로 제어될 수 있는 스팟들의 그룹들을 제공할 수 있다. 또한, 각 그룹 내의 스팟들간의 간격(separation)이 각 그룹에 대해 동일한 제1 DOE의 회전 각도에 의해 정해진다는 사실은 상이한 그룹들 내의 스팟들이 확실하게 동일한 간격(spacing)을 가진다는 것을 보장한다. 상기 제1 DOE 및 제2 DOE를 회전시킴으로써 스팟 간격을 제어하는 것은 구현하는데 있어 비용 측면에서 효과적이며, 높은 수준의 정밀도로 제어하는 것이 용이하다.

레이저 빔들의 그룹들 간의 간격은, 예를 들어 상기 빔들을 공작물(workpiece)로 쏘기 위해 사용된 렌즈의 초점에서, 상기 그룹들의 중심들 간의 또는 상기 그룹들 내의 대응 서브-빔들 간의(예를 들어, 상이한 그룹들 중에서 동일한 회절 차수를 가지는 서브-빔들 간의) 각거리(angular separation), 또는 공간적 거리(spatial separation)로 측정될 수 있다. 상기 그룹들은 상기 제1 축을 따라 볼 때 서로 중첩(overlapping)되거나 중첩되지 않을 수 있다.

일실시 예에서, 상기 장치는 상기 제2 DOE로부터 상기 제3 레이저 서브-빔들의 다수의 그룹들을 수신하도록 조정된 렌즈를, 예를 들어 텔레센트릭(telecentric) 렌즈를, 포함한다. 일실시 예에서, 상기 렌즈의 위치는 자신의 광축을 따라 조정가능하며, 그리고/또는 상기 렌즈로부터 출력되는 레이저 서브-빔들의 그룹들, 그리고 각 그룹의 레이저 서브-빔들이 실질적으로 평행하도록 조정된다.

일실시 예에서, 상기 장치는 제4 레이저 빔으로부터의 서브-빔들이 상기 제1 레이저 빔으로부터 파생된 서브-빔들과 결합될 수 있게 하는(따라서, 예를 들어, 상기 결합된 서브-빔들은 기판의 동일 영역에, 옵션으로는 상기 영역 내의 상이한 위치들에, 투영된다) 빔 결합기(beam combiner)를 더 포함한다. 일실시 예에서, 제3 DOE가 제공되어 상기 제4 레이저 빔을 수신하도록 조정된다. 일실시 예에서, 상기 제4 레이저 빔은 상기 제1 레이저 빔과 상이한 속성(예를 들어, 파장, 펄스 길이, 펄스 반복률, 펄스 에너지)을 적어도 하나 가진다. 이러한 방식으로, 상기 제4 레이저 빔으로부터 발생된 스팟들은 상기 기판 상에, 또는 상기 기판 상에 형성된 물질 층들에, 상이한 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 속성들의 차이는 상기 기판 상의 적어도 하나의 층이 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔 중 하나로부터 발생된 스팟들에 의해 제거될 수 있지만 다른 레이저 빔으로부터 발생된 스팟들에 의해서는 제거되지 않도록 할 수 있다. 이러한 구성은 향상된 유연성을 제공하여서, 상기 기판 상의 더 넓은 범위의 구조물 형성을 편리하게 해준다. 일실시 예에서, 상기 제3 DOE는 상기 제4 레이저 빔을 다수의 제5 레이저 서브-빔들로 분할하도록 구성되며, 상기 제1 축에 수직한 방향으로의 상기 제5 서브-빔들의 간격은 상기 제3 DOE의 광축 주위의 상기 제3 DOE의 회전에 의해 조정가능하다. 일실시 예에서, 상기 빔 결합기는 상기 제2 DOE에서 나오는 상기 제3 레이저 서브-빔들의 그룹들을, 상기 제3 DOE에서 나오는 상기 제5 레이저 서브-빔들과 결합하도록 조정된다.

일실시 예에서, 상기 장치는 상기 제3 레이저 서브-빔들 중 적어도 하나의 서브-빔이 제1 스팟을 기판상에 형성하도록 구성되며, 이 때 상기 제1 스팟은 상기 제5 레이저 서브-빔들 중 적어도 하나에 의해 형성된 제2 스팟과, 상기 제1 축과 평행한 방향으로 실질적으로 일렬로 정렬되어 있지만, 상기 제2 스팟으로부터 이격되어 있다. 이러한 방식으로, 상기 기판이 상기 제1 축을 따라 이동할 때, 상기 제1 스팟은 상기 제2 스팟 전에, 상기 기판 상의 주어진 위치에서 상기 기판과 상호작용하도록 만들어질 수 있으며, 그 역 또한 가능하다. 이는 상기 제1 스팟이 상기 제2 스팟과 상이한 방식으로 상기 기판(또는 상기 기판 상에 형성된 층들)과 상호작용하도록 구성된 경우 유용할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 스팟은 제1 유형의 층을 제거하도록 구성될 수 있으며, 상기 제2 스팟은 상기 제1 유형의 층과는 상이한 제2 유형의 층을 제거하도록 구성될 수 있다. 상기 제1 유형의 층이 상기 제2 유형의 층 위에 배치되어 있다면, 상기 제2 스팟 전에, 상기 제1 스팟이 주어진 위치에서 상기 기판과 상호작용하도록 조정하여, 상기 제2 스팟이 도착하기 전에 상기 제1 유형의 층이 제거되어, 상기 제2 유형의 층이 드러날 수 있도록 하는 것이 편리할 수 있다.

일실시 예에서, 상기 장치는 상기 제4 레이저 빔의 입사 방향을 상기 제3 DOE 위로 제어하기 위해 빔 편향기를 더 포함한다. 상기 빔 편향기는 예를 들어 상기 제1 스팟 및 상기 제2 스팟 간의 간격 (위치의 연속적인 함수로서 또는 이산적으로) 변화를 허용하도록 구성될 수 있다. 간격 변화는 상기 제1 축과 평행한 방향을 따르는 상기 제1 스팟 및 상기 제2 스팟 간의 정렬선(alignment)을 유지하면서 달성될 수 있다. 따라서 상기 기판이 상기 제1 축을 따라 이동하도록 구성된 경우, 상기 기판 상의 주어진 지점과 상호작용하는 상기 제1 스팟과, 상기 주어진 지점과 상호작용하는 상기 제2 스팟 사이의 시간 차이는 제어된 방식에 따라 변경될 수 있다. 또한 상기 빔 편향기를 사용하여 상기 스팟들이 상기 기판과 상호작용하는 순서를 변경하는 것도 가능하다. 예를 들어, 상기 빔 편향기는 상기 기판이 방향을 변경할 때, 상기 제1 스팟과 상기 제2 스팟의 상대적 위치들을 전환(switching)함으로써, 상기 기판의 움직임의 반대 방향들 모두에 대해 상기 제2 스팟이 상기 제1 스팟을 후행하도록 야기하기 위해 사용될 수 있다.

일실시 예에서, 상기 빔 편향기는 상기 제1 축에 수직한 평면에 놓여있는 축 주위로 회전 가능하도록 장착된 미러를 포함한다.

일실시 예에서, 상기 제1 DOE에 의해 형성된 서브-빔들의 그룹들의 간격(예를 들어, 콜리메이션(collimation)후의 공간적 거리(spatial separation) 및/또는 각거리(angular separation)) 및/또는 상기 서브-빔들의 그룹들에 의해 형성된 기판 상의 스팟들의 간격은 상기 제2 DOE에 의해 형성된 상기 제3 레이저 서브-빔들의 간격 및/또는 상기 제3 레이저 서브-빔들에 의해 형성된 기판상의 스팟들의 간격보다 더 크다. 대안적 실시예에서, 상기 제1 DOE에 의해 형성된 서브-빔들의 그룹들의 간격(예를 들어, 콜리메이션(collimation)후의 공간적 거리(spatial separation) 및/또는 각거리(angular separation)) 및/또는 상기 서브-빔들의 그룹들에 의해 형성된 기판 상의 스팟들의 간격은 상기 제2 DOE에 의해 형성된 상기 제3 레이저 서브-빔들의 간격 및/또는 상기 제3 레이저 서브-빔들에 의해 형성된 기판상의 스팟들의 간격보다 더 작다.

일실시 예에서, 상기 제1 DOE는 입력 빔에 상기 제2 DOE보다 더 폭 좁은 분할(narrower splitting)을 야기한다. 예를 들어, 상기 제1 DOE 및 상기 제2 DOE가 회절 격자들을 포함하는 경우, 상기 제1 DOE의 주기는 상기 제2 DOE의 주기보다 더 길 수 있다. 따라서 상기 제1 DOE의 주어진 회전은 상기 제2 DOE의 동일한 회전보다, 상기 레이저 서브-빔들에 의해 공작물(workpiece)에 형성된 형상들(예를 들어, 스크라이브 라인들)의 위치들에 더 작은 변화를 가져올 것이다. 그러므로 상기 제1 DOE는 세밀 조정(fine adjustment)을 효과적으로 제공하며, 상기 제2 DOE(8)는 거친 조정(coarse adjustment)을 제공한다. 이 구성은 상기 제1 DOE 및 상기 제2 DOE 간의 주어진 간격(spacing)에 대한 상기 제2 DOE의 최소 크기를 감소시켜서, (예를 들어, 상기 제1 DOE로부터 출력되는 모든 빔들을 너무 크게 하지 않으면서 그것들을 포함하기 위해 상기 제2 DOE를 상기 제1 DOE와 매우 근접하게 하기 위한 요건을 완화시킴으로써) 이러한 요소들의 장착을 용이하게하고, 전체적으로 소형화를 가능하게 한다. 다른 실시예들에서, 상기 제1 DOE는 거친 조정을 제공하며, 상기 제2 DOE는 세밀 조정을 제공하는, 역 구성이 사용된다.

일실시 예에서, 상기 제3 레이저 서브-빔들의 하나 이상의 그룹들 각각에 있는 상기 제3 레이저 서브-빔들에 대응하는, 공작물(workpiece) 상의 레이저 스팟들 간의 거리는 적어도 약 50 마이크론 내지 200 마이크론 범위 내에서 조정가능하다.

일실시 예에서, 상기 제1 DOE 및 상기 제2 DOE는 제1 처리 헤드 상에 장착된다. 일실시 예에서, 상기 제1 처리헤드는 상기 공작물의 처리(예를 들어, 직접 레이저 스크라이빙(direct laser scribing))를 수행하기 위해 공작물에 대해 이동가능하다.

일실시 예에서, 두 개 이상의 처리 헤드들이 제공된다. 일실시 예에서, 상기 두 개 이상의 처리 헤드들 각각은 일실시 예에 따라 제1 DOE 및 제2 DOE를 수반하도록 구성된다. 일실시 예에서, 상기 두 개 이상의 처리 헤드들 각각은 공작물에 대해 이동가능하며, 상기 공작물의 직접 레이저 스크라이빙을, 옵션으로는 독립적으로, 수행하도록 구성된다.

일실시 예에서, 상기 장치는 상기 처리 헤드에 그리고/또는 두 개 이상의 복수 처리 헤드들이 제공되는 경우 상기 두 개 이상의 복수 처리 헤드들에, 상기 제1 레이저 빔을 제공하도록 구성된 제1 레이저원을 포함한다.

일실시 예에서, 상기 장치는 상기 처리 헤드에 그리고/또는 두 개 이상의 복수 처리 헤드들이 제공되는 경우 상기 두 개 이상의 복수 처리 헤드들에, 상기 제4 레이저 빔을 제공하도록 구성된 제2 레이저원을 포함한다.

일실시 예에서, 상기 장치는, 예를 들어 상기 박막 솔라 패널의 부분들 간의 상호 연결 구조를 형성하기 위해, 박막 솔라 패널의 레이저 스크라이빙을 수행하도록 구성된다.

추가적 양상에 따르면, 레이저 빔들의 다수의 그룹들을 형성하는 방법에 있어서, 각각의 그룹은 두 개 이상의 레이저 빔들을 포함하며, 상기 방법은 : 제1 레이저 빔을 제1 회절 광학 소자(DOE)에 통과시켜서, 상기 제1 레이저 빔을 다수의 제2 레이저 서브-빔들로 분할하는 단계; 및 상기 제2 레이저 서브-빔들을 제2 회절 광학 소자(DOE)에 통과시켜서, 상기 제2 서브-빔들 각각을 제3 레이저 서브-빔들의 두 개 이상의 그룹들로 분할하는 단계를 포함하며, 제1 축에 수직한 방향으로의 상기 그룹들의 간격은 상기 제1 DOE의 광축 주위의 상기 제1 DOE의 회전에 의해 조정 가능하며, 상기 제1 축에 수직한 방향으로의 각 그룹 내 상기 제3 레이저 서브-빔들의 간격은 상기 제2 DOE의 광축 주위의 상기 제2 DOE의 회전에 의해 조정 가능한, 방법이 제공된다.

일실시 예에서, 상기 제1 DOE의 광축 주위의 상기 제1 DOE의 회전은 상기 제1 축에 수직인 제1 방향으로의 상기 제3 레이저 서브-빔들의 그룹들의 간격을 조정하기 위해 사용되며, 상기 제2 DOE의 광축 주위의 상기 제2 DOE의 회전은 상기 제1 축에 수직인 상기 제1 방향으로의 각 그룹 내의 상기 제3 레이저 서브-빔들의 간격을 조정하기 위해 사용된다. 따라서 상기 제3 레이저 서브-빔들에 의해 형성된 스팟들과 공작물 간의 상대적 움직임은 상기 공작물 상에 직접 레이저 스크라이브 라인들(direct laser scribe lines)을 형성하는데 사용될 수 있다. 상기 상대적 운동이 상기 제1 축에 평행한 방향을 따른다면, 상기 스크라이브 라인들 간의 간격은 상술된 바와 같이 상기 제1 DOE 및/또는 상기 제2 DOE들의 회전에 의해 조정될 수 있다.

일실시 예에서, 상기 제3 레이저 서브-빔들의 두 개 이상의 그룹들은, 예를 들어 상호 연결 구조를 형성하기 위해, 박막 솔라 패널의 제작에 사용된다. 일실시 예에서, 하나의 그룹 내의 상기 제3 레이저 서브-빔들은 동일한 상호 연결 구조에서 다수의 평행한 레이저 스크라이브들을 형성하기 위해 사용되며, 상기 제3 레이저 서브-빔들의 인접한 그룹(들)은 하나 이상의 인접한 상호 연결 구조들에서 다수의 평행한 레이저 스크라이브들을 형성하기 위해 사용된다.

본 발명의 효과는 본 명세서에 해당되는 부분들에 개별적으로 명시되어 있다.

본 발명의 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여, 오직 예시로서 기술될 것이다. 첨부된 도면들에서, 대응하는 참조번호들은 대응하는 부분들을 나타낸다.
도 1은 단일 DOE를 사용하여 레이저 빔을 분할시키는 종래 기술 구성을 도시한다.
도 2는 레이저 빔을 분할하기 위해 제1 DOE를 사용하고, 상기 제1 DOE로부터 출력되는 빔의 형상을 변형시키기 위해 제2 DOE를 사용하는 종래 기술 구성을 도시한다.
도 3은 개별적으로 회전가능한 제1 DOE 및 제2 DOE, 그리고 상기 두 개의 DOE들로부터의 출력을 콜리메이팅(collimating)하기 위한 렌즈를 포함하는, 레이저 빔들의 다수의 그룹들을 형성하는 장치를 도시한다.
도 4는 도 3의 장치로부터 출력되는 스팟들의 예시적 배열을 도시한다.
도 5는 도 3의 장치를 사용하는 예시적 프로세싱을 설명하기 위해 박막 솔라 패널의 단면도를 도시한다.
도 6은 도 5에서 도시된 것과 유사한 배열을 도시하지만, 상이한 파워(power)를 가진 서브-빔들이 관여되는 대안적 예시적 프로세싱을 나타낸다.
도 7은 스크라이브 라인들(scribe lines) 간의 간격이 하나 또는 두 개의 DOE들의 회전에 따라 어떻게 변화될 수 있는지를 설명하기 위해 도 4의 스팟 배열에 대응하는 솔라 패널의 상면도를 도시한다.
도 8은 서로 다른 특성들을 가진 두 개의 레이저 빔들이 따로 독립되어 있는 DOE들에 의해 서브-빔들로 분할되고 결합되는 배열을 도시한다.
도 9는 상이한 레이저원들로부터 발생하는 스팟들이 OSI 응용에 사용될 수 있는 방법을 설명하기 위한 박막 솔라 패널의 상면도를 도시한다.
도 10은 도 9의 배열에 대응하는 두 개의 스테이지의 그루브 형성 프로세스를 설명하기 위한 박막 솔라 패널의 단면도를 도시한다.
도 11은 도 9 및 도 10에서 도시된 바와 같은 두 개의 스테이지의 단일-방향의 그루브 형성 프로세스가 양방향으로 작동하도록 개발될 수 있는 방법을 설명하기 위해, 솔라 패널의 단면을 위에서 아래로 내려다 본 것이다.
도 12는 도 11에 도시된 프로세싱을 수행하기 위해 추가 서브-빔들을 형성하는 예시적 방법을 도시한다.
도 13은 패널을 상기 패널의 양측으로부터 처리하기 위해 상이한 레이저 빔들이 사용되는 광학적 구성을 도시한다.
도 14는 서브-빔들의 상이한 그룹들의 중심들이 서로 중첩되지 않는 구성을 도시한다.
도 15는 서브-빔들의 상이한 그룹들의 중심들이 서로 중첩되는 구성을 도시한다.

도 3

도 3은 일실시 예에 따라 레이저 빔들의 복수의 그룹들을 형성하는 장치를 도시한다. 이 실시예에서, 제1 DOE(3)가 제공되어 제1 레이저 빔(1)을 다수의 제2 레이저 서브-빔들로 분할(splitting)하며, 상기 제1 DOE(3) 근처에 제2 DOE(8)가 제공되어, 상기 제2 레이저 서브-빔들 각각을 다수의 제3 서브-빔들로 분할시킨다. DOE(3) 및 DOE(8)로부터 적당한 거리에 렌즈(4)가 배치되어, 렌즈(4) 너머의 모든 빔들은 평행하거나 거의 평행하며, 또한 상기 렌즈(4) 너머의 모든 빔들은 상기 기판 표면(6) 상에서 초점들의 그룹들의 일렬을 형성하도록 포커싱된다. 이 특정 실시 예에서, 상기 그룹들 간의 간격은 각 그룹 내의 스팟들 간의 간격보다 더 크다. 도 3은 각각 3 개의 초점들(9, 9', 9'')을 가진 3 개의 그룹들(2, 2', 2'')을 도시하지만, 실제로는, 더 많거나 적은 그룹들(예를 들어, 4개 또는 2개)이 있을 수 있다. 도시된 실시예에서, 각 그룹 내에 3 개의 스팟들이 있으며, 이들은 예를 들어 OSI 요구사항들(requirements)에 알맞을 수 있지만, 실제로는 스팟들의 개수는 더 많거나 적을 수 있다(예를 들어, 4개 또는 2개).

도 4

도 4는, 예를 들어 박막 솔라 패널(thin film solar panel)들 상에 셀들을 형성하고 그러한 셀들을 상호연결하기 위한 OSI 응용에 사용될 수 있는, 그리고 도 3에 도시된 것과 같은, 장치에 의해 형성된 스팟들의 그룹들의 예시적 배열을 도시한다. 박막 솔라 패널(10)은 서로 전기적으로 직렬 연결된 다수의 평행 셀들(11)로 나누어져 있다. 3 개의 상호연결 부분을 포함하는 상기 패널 상의 영역(12)은 도 4의 우측에 확대되어, 초점들의 3 개의 그룹들(2, 2', 2'')을 도시하며, 이 때 각각의 그룹은 3 개의 초점들(9, 9', 9'')을 포함한다. 상기 패널의 X 방향으로의 이동은 빔들의 각 그룹이 상기 박막층들의 그루브들(13, 13', 13'')을 스크라이빙하도록 야기하여, 셀들(14, 14')을 형성시킨다.

도 5

도 5는 박막 솔라 패널의 단면을 도시한다. 일반적으로 유리로 만들어진 기판(15)은 물질의 얇은 층들로 코팅되어 있다; 하부 접촉 층(contack layer)(16), 반도체 층(17) 및 상부 접촉 층(18). 예를 들어 도 3에 도시된 광학적 배열을 포함하는 광학 헤드(optical head)에 의해 형성되는 3 개의 레이저 빔들의 3 개의 그룹들(19, 19', 19'')은 상기 기판의 상부 표면상에 포커싱된다. 상기 기판에 대한 상기 광학 헤드의 움직임은 각각의 빔이 상기 층들 중 하나 이상을 제거하도록 야기하여, 상기 표면에 그루브들을 스크라이빙한다. 또한 상기 광학 헤드는 상기 기판 아래에 배치될 수 있어서, 빔들의 그룹들(20, 20', 20'')은 상기 투명 기판을 통과하도록 야기되어, 그 아래에 있는 상기 박막 물질들을 제거할 수 있다. 도 5에 도시된 경우에 대해, 모든 그룹들 그리고 각 그룹 내의 모든 레이저 빔들은 동일한 초점 크기 및 파워를 가지며, 그로 인해 도시된 바와 같이 모든 빔들은 동일한 깊이로 물질을 제거한다. 오직 상부 2 개의 층들만 제거되고 상기 하부 접촉 층은 온전히 남아있게 하는 방식은 OSI 프로세스를 구현하기 위한 하나의 바람직한 방법에 적합하다.

실리콘 또는 CdTe 물질에 기초한 박막 패널들에 대해, 상기 하부 접촉 층이 ITO, ZnO 또는 FTO처럼 투명 유전 물질인 경우, 도 5에 도시된 상기 스크라이빙 작업을 수행하기에 적합한 레이저들은 1064 nm의 기본 파장에서 또는 532 nm의 제2 고조파(second harmonic) 파장에서 작동하는 펄스 Nd:Yag 또는 Nd:Vanadate DPSS 레이저들이다. 일반적으로 그러한 레이저들은 상기 기판 아래로부터 사용되지만, 상부 측으로부터의 작동 또한 가능하다. CIGS 물질들에 기초한 박막 패널들에 대해, 상기 하부 접촉 층이 일반적으로 불투명하고 상기 상부 접촉 층이 투명한 경우, 일반적으로 빔들은 도 5에 도시된 상기 스크라이빙 작업을 수행하기 위해 상부 측에서부터 적용되며, 이 경우, 1064 nm 또는 1550 nm에서 작동하는 IR 레이저들이 적절하다.

도 6

도 6은 빔들의 그룹들(19, 19', 19'')이 상기 기판(15)의 코팅된 상부 측에 포커싱되며, 그리고/또는 빔들의 또 다른 그룹들(20, 20', 20'')은 상기 기판을 통과하여 그 아래에 있는 코팅 층들 상에 포커싱된다는 점에서, 도 5에 도시된 것과 유사한 방식을 도시한다. 그러나 이 경우, 각각의 상부 측 그룹의 빔들 중 하나의 빔(21)의 파워는 나머지 빔들(22, 22')의 파워보다 더 높도록 조정되며, 그리고/또는 각각의 하부 측 그룹의 빔들 중 하나의 빔(23)의 파워는 나머지 빔들(24, 24')의 파워보다 높도록 조정되어서, 도시된 바와 같이, 파워가 더 큰 빔들에 의해 형성된 그루브들은 파워가 더 낮은 빔들에 의해 형성된 그루브들보다 더 깊다. 일실시 예에서, 상기 방식은 각각의 그룹 내의 빔들 중 2 개의 빔들은 상부 2개의 층들을 제거하고 상기 하부 접촉 층은 온전히 남겨두고, 그리고 파워가 더 큰 제3 빔은 3 개의 층들 모두 제거하여 상기 기판이 노출되게 만들도록 구성된다. 이러한 실시예는 OSI 프로세스를 구현하기 위한 또 다른 바람직한 방법에 적합하다.

상기 제2 DOE(8)는 상기 제1 빔들로부터의 파워를 불균형하게 나눔으로써, 서로 다른 파워들을 가진 각각의 그룹 내의 스팟들을 형성하도록 구성될 수 있다. 이 결과를 성취하는 DOE들은 잘 알려져 있으며, 쉽게 이용가능하다.

도 7

도 7은 도 4에 도시된 광학적 배열에 대응하는 상기 솔라 패널의 상면도를 도시하며, 상기 빔들에 의해 특정 방향으로 형성되는 상기 스크라이빙된 라인들(scribed lines) 간의 간격이 하나 또는 두 개의 DOE들의 회전에 따라 어떻게 변화될 수 있는지를 도시한다. 도 7a는 빔들의 3 개의 그룹들(2, 2', 2'')을 도시하며, 이 때, 각각의 그룹은 3 개의 서브-빔들(9, 9', 9'')을 포함하고, 모든 빔들은, X 축에 평행한 그루브들의 여러 라인들을 형성하기 위해 상기 X 축을 따라 이동되는, 기판의 표면상에 포커싱된다. 도 7b는 도 7a와 비교할 때 상기 제1 DOE는 자신의 축 주위로 (이 경우, 약 45 도) 회전되고 상기 제2 DOE는 회전되지 않는 경우를 도시한다. 이 경우, 상기 기판 표면상의 빔 그룹들의 패턴은 동일한 각만큼 회전하여서, 상기 X축과 수직한 Y 방향으로의 상기 기판 표면상의 빔 그룹들 간의 간격(△Y)이 감소되며, 또한 형성된 그루브들의 그룹들 간의 간격도 감소한다. 상기 Y 방향으로의 각 그룹 내의 빔들 간의 간격은 변경되지 않는다. 도 7c는 도 7a와 비교할 때 상기 제2 DOE가 자신의 축 주위로 (이 경우, 약 45도) 회전되고 상기 제1 DOE는 회전되지 않는 경우를 도시한다. 이 경우, 상기 기판 표면상의 빔 그룹들 간의 간격(△Y)은 일정하게 유지되는 반면, 상기 Y 방향으로의 각 그룹 내의 빔들 간의 간격은 감소된다. 두 개의 DOE들의 (90도까지의) 독립적인 회전에 의해, 상기 Y 방향으로의 각 그룹 내의 그루브 간격 및 그룹들 간의 그루브 간격은 임의의 값으로 감소될 수 있어서(심지어 0 까지 감소될 수도 있음), 상기 패널 상에 원하는 셀 폭과 상호연결 구조 폭(interconnect width)에 맞출 수 있다.

도 8

도 8은 서로 다른 특성들을 가진 두 개의 레이저 빔들이 각각 서브-빔들로 분리된 후, 기판의 표면에서 결합되어, 예를 들어 OSI 프로세스에 의해 요구될 수 있는, 서로 다른 깊이를 가진 그루브들을 더 쉽게 형성하도록 하는 일실시 예를 도시한다. 제1 DOE(3)는 제1 레이저 빔(1)을 다수의 제2 레이저 서브-빔들로 분할하며, 상기 제1 DOE(3) 근처에 위치된 제2 DOE(8)는 각각의 제2 레이저 서브-빔을 다수의 제3 서브-빔들로 분할한다. 렌즈(4)가 배치되어서, 렌즈(4) 너머에 있는 모든 빔들은 평행하거나 거의 평행하고, 그리고 상기 렌즈(4) 너머에 있는 모든 빔들은 상기 기판 표면(6) 상에서 초점들의 그룹들의 일렬을 형성하도록 포커싱된다. 또한 이 특정 실시예에서, 상기 그룹들 간의 간격은 각 그룹 내의 스팟들 간의 간격보다 더 크다. 도 8은 각각 3 개의 초점들(9, 9', 9'')을 가진 3 개의 그룹들(2, 2', 2'')을 도시하지만, 실제로는, 더 많거나 적은 그룹들(예를 들어, 4개 또는 2개)이 있을 수 있다. 도시된 실시예에서, 각 그룹 내에 3 개의 스팟들이 있으며, 이들은 특정 OSI 요구사항들(requirements)에 알맞을 수 있지만, 다른 실시예들에서 스팟들의 개수는 더 많거나 적을 수 있다(예를 들어, 4개 또는 2개). 제3 DOE(25)는 제4 레이저 빔(26)을 다수의 제5 레이저 서브-빔들(27, 27', 27'')로 분할한다. 예를 들어 특정 OSI 응용들에 알맞은 일실시 예에서, 상기 제5 레이저 서브-빔들의 개수는 상기 제1 DOE에 의해 형성된 제2 레이저 서브-빔들의 개수(예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이 3개)와 동일할 수 있지만, 상기 제5 레이저 서브-빔들의 다른 개수들도 가능하다. 상기 제5 레이저 서브-빔들(27, 27', 27'')은 렌즈(4)를 통과하도록 광학적 빔 결합기(40)에 의해 편향되어, 기판 표면(6) 상에 포커싱된다. 일실시 예에서, 상기 제3 DOE(25)는 상기 기판 상의 제5 레이저 서브-빔 초점들(28, 28', 28'')간의 간격이 상기 제1 DOE(3)의 회전에 의해 한정된 상기 서브-빔 초점들의 그룹들 간의 간격과 비슷하지만 약간 크도록 설계된다. 자신의 광축 주위의 DOE(25)의 회전은 상기 제5 서브-빔 초점들(28, 28', 28'')간의 간격과, 상기 기판 움직임에 수직한 방향으로의 제1 DOE(3)에 의해 한정된 상기 서브-빔 초점들의 그룹들(2, 2', 2'')간의 간격이 정확히 동일해질 수 있게 한다. 실시예에서, 광학적 빔 결합기(40)의 공간 조정 및/또는 각도 조정이 수행되어, 상기 제5 서브-빔 초점들은 제3 서브-빔들의 각각의 그룹에 의해 형성된 그루브들 중 하나의 그루브에 정확히 오버레이하도록 상기 기판 표면상에 배치되며, 그렇게함으로써, 그러한 그루브들 상에서 추가 레이저 어블레이션(laser ablation) 작업이 수행될 수 있게 한다.

일실시 예에서, 상기 제4 레이저 빔(26)은 상기 제1 레이저 빔(1)과 다음의 파라미터들 중 하나 이상이 다르다 : 파장, 펄스 길이, 반복률 또는 펄스 에너지. 예를 들어 OSI 응용에 적용가능할 수 있는 일실시 예에서, 다음의 빔들의 조합들 중 하나의 조합이 사용된다 :

1) 제1 레이저 빔(1)은 532 nm 또는 527 nm의 가시광 영역에서 작동하는 반면, 제4 레이저 빔(26)은 1030 nm 또는 1064 nm의 IR 영역에서 작동하는 상이한 파장을 가진다;

2) 제1 레이저 빔(1)과 제4 레이저 빔(26) 모두 동일한 가시광 파장 또는 IR 파장에서 작동하지만, 제1 레이저 빔(1)은 제1 펄스 지속 기간, 제1 반복률 및 제1 펄스 에너지를 가지며, 이 중 적어도 하나는 제4 레이저 빔(26)의 제2 펄스 지속 기간, 제2 반복률 및 제2 펄스 에너지와 다르다;

3) 제1 레이저 빔(1)은 약 1550 nm의 IR 영역에서 작동하는 반면, 제4 레이저 빔(26)은 1030 nm 또는 1064 nm의 IR 영역에 있는 상이한 파장에서 작동한다.

제1 레이저 빔(1)과 제4 레이저 빔(26)이 상이한 파장들을 가진 경우에, 광학적 빔 결합기(40)는, 예를 들어 상기 제1 레이저 빔(1)(또는 그것으로부터 파생된 서브-빔들)을 완전히 전송하도록 구성된, 그리고 상기 제4 레이저 빔(26)(또는 그것으로부터 파생된 서브-빔들)을 완전히 반사하도록 구성된 다이크로익 미러(dichroic mirror) 유형일 수 있다. 그러한 다이크로익 빔 결합기들은 잘 알려져 있으며, 일반적으로 가시광선 레이저 빔과 IR 레이저 빔을 결합하기 위해 사용된다.

제1 레이저 빔(1)과 제4 레이저 빔(26)이 동일하거나 유사한 파장들을 가진 경우에, 광학적 빔 결합기(40)는 예를 들어 편광 미러 유형일 수 있다. 그러한 실시예에서, 상기 결합기(40)의 표면에서의 제1 레이저 빔(1)(또는 그것으로부터 파생된 서브-빔들)의 편광은 p-편광이도록 조정될 수 있어서, 상기 제1 레이저 빔(1)(또는 그것으로부터 파생된 서브-빔들)은 완전히 전송되며, 상기 결합기(40)의 표면에서의 제2 레이저 빔(26)(또는 그것으로부터 파생된 서브-빔들)의 편광은 s-편광이도록 조정될 수 있어서, 상기 제2 레이저 빔(26)(또는 그것으로부터 파생된 서브-빔들)은 완전히 반사된다. 그러한 편광에 민감한 빔 결합기들은 잘 알려져있으며, 일반적으로, 동일한 파장을 갖는 수직으로 편광된 레이저 빔들을 결합하기 위해 사용된다.

상기 제1 레이저 빔들(또는 그것으로부터 파생된 서브-빔들) 및 제4 레이저 빔들(또는 그것으로부터 파생된 서브-빔들)이 동일한 파장을 가진다면, 두 레이저 빔들 모두 동일한 렌즈에 의해 포커싱되기 때문에, 두 빔들이 상기 기판 표면상에 포커싱되도록, 하나의 빔 또는 두 빔들 모두의 콜리메이션(collimation)에 대한 제어가 요구될 수 있다.

도 9

도 9는 박막 솔라 패널(10)의 상면도를 도시하며, 셀들을 형성하고 그러한 셀들을 상호연결하기 위한 OSI 응용에 사용될 수 있는, 제1 레이저 빔들 및 제4 레이저 빔들로부터 발생하는 스팟들의 그룹들의 하나의 구성을 도시한다. 박막 솔라 패널(10)은 서로 전기적으로 직렬 연결된 다수의 평행 셀들(11)로 나누어져 있다. 상기 패널 상의 영역(12)은 도 9의 우측에 확대되어, 상기 제1 레이저 빔에 의해 형성된 초점들의 단일 그룹(9, 9', 9'')을 도시한다. 상기 패널의 X 방향으로의 이동은, 셀들(14, 14')간의 상호 연결 구조의 기초를 형성하기 위해 상기 빔들이 상기 박막층들의 그루브들(13, 13', 13'')을 스크라이빙하도록 야기한다. 세 개의 초점들 모두의 레이저 파워가 동일하다면, 세 개의 그루브들 모두 동일한 깊이로 형성된다. 일반적인 OSI 프로세스에서, 이는 도 5에서 도시된 바와 같이 상부 2 개의 층들이 제거되고 상기 하부 접촉 층은 온전히 남아있게 한다는 것을 의미할 것이다. 본 실시예에서, 상기 제4 레이저 빔(26)은 도 8에 도시된 바와 같이 서브-빔들로 형성되며, 상기 제1 레이저 빔으로부터의 서브-빔들과 결합된다. 상기 제4 레이저 빔으로부터 형성된 서브-빔들은, 그 초점들이 상기 제1 레이저 빔에 의해 형성된 각 그룹의 초점들 중 하나에 근접하고 그 빔에 의해 형성된 스크라이브와 일치하도록 위치 조정된다. 도 9는 상기 제1 레이저 빔(1)으로부터의 서브-빔에 의해 형성된 레이저 초점(9)에 의해 형성된 스크라이브(13) 내에 위치된, 상기 제4 레이저 빔(26)으로부터의 하나의 서브-빔에 의해 형성된 초점(29)을 도시한다. 일실시 예에서, 초점(29)을 형성하는 레이저 빔의 파워는, 상기 패널이 X 방향으로 이동함에 따라 그것이 상기 스크라이브(13) 내의 하부 전극 층을 제거하고 상기 기판을 관통하는 스크라이브(30)를 형성하도록 조정된다. 도면에 도시된 바와 같이 참조번호 29의 초점은 참조번호 9의 초점보다 작도록 조정될 수 있어서, 참조번호 30의 스크라이브가 참조번호 13의 스크라이브보다 좁을 수 있다. 이러한 구성은 셀 상호 연결 구조의 양호한 전기적 성능을 유지하는 관점에서 바람직한 것으로 밝혀졌다. 상기 패널 표면 상의 스팟들(9, 29) 간의 거리는 임의의 값이 될 수 있지만, 실제로는, 두 개의 빔들이 동일한 광학 헤드로부터 발생하고 공통의 광학 헤드(optics)를 사용하기 때문에, 바람직한 거리는 mm의 몇 분의 일 내지 몇 mm의 범위 내에 있다.

도 10

도 10은 도 9에 도시된 광학적 구성에 대응하는, 2 단계의 그루브 형성 프로세스를 도시하는 박막 솔라 패널의 단면도를 도시한다. 예를 들어 유리로 만들어질 수 있는, 기판(15)은 물질의 얇은 층들로 코팅되어 있다; 하부 접촉 층(contack layer)(16), 반도체 층(17) 및 상부 접촉 층(18). 도 10a에서, 도 8에 도시된 광학적 구성을 포함하는, 상기 패널 아래에 배치된 광학 헤드(optical head)는, 상기 제1 레이저 빔으로부터 발생하는 세 개의 레이저 빔들의 세 개의 그룹들(20, 20', 20'')을 형성하며, 이들은 상기 기판을 통과하여 그 아래에 있는 층들 상에 포커싱된다. 상기 기판에 대한 상기 광학 헤드의 움직임은 각각의 빔이 상기 상부 두 개의 층들을 제거하여 그루브들(31, 31', 31'')을 스크라이빙하도록 야기한다. 도 10b는 상기 제4 레이저 빔으로부터 발생하는 추가 빔들(32, 32', 32'')이 상기 제1 스테이지에서 형성된 각각의 그룹 내의 그루브들 중 하나의 그루브상에 중첩(superimposed)되어서, 상기 하부 전극 층을 제거하고 상기 기판을 관통하는 스크라이브들(33, 33', 33'')을 형성하는, 그루브 형성 프로세스의 제2 단계를 도시한다. 도 10은 패널 아래에서부터 상기 패널을 통과하는, 두 개의 그루브 형성 스테이지들에 대한 빔들을 도시하며, 이는 박막 실리콘 또는 CdTe에 기초하는 솔라 패널들에 특히 바람직한 구성이지만, 실제로는 다른 빔 전달 방식들(beam delivery arrangement)도 모두 가능하며, 예를 들어, 모든 빔들이 상부에서부터 오는 방식, 상기 제1 레이저 빔으로부터의 서브-빔들은 패널 아래에서부터 오고 상기 제4 레이저 빔으로부터의 서브-빔들은 상부에서부터 오는 방식, 또는 상기 제1 레이저 빔으로부터의 서브-빔들은 상부에서부터 오고 상기 제4 레이저 빔으로부터의 서브-빔들은 패널 아래에서부터 오는 방식이 있다.

도 11

도 11은 솔라 패널의 단면을 위에서 아래로 내려다 본 것을 도시하며, 도 9 및 도 10에서 도시된 두 개의 스테이지의 단일-방향 그루브 형성 프로세스가 상기 레이저 프로세스 헤드에 대한 상기 기판 이동의 모든 방향으로 작동하도록 개발될 수 있는 방법을 설명한다. 이는 추가 서브-빔을 제공함으로써, 또는 기존에 존재하는 상기 제4 레이저 빔으로부터의 하나의 서브-빔(또는 서브-빔들의 세트, 옵션으로는 하나의 추가적 서브-빔 또는 상기 제4 레이저 빔으로부터 파생된 각각의 서브-빔들에 대한 위치가 변경된 서브-빔)의 위치를 옮김으로써 달성할 수 있다. 도 11은 상기 제1 레이저 빔으로부터 파생된 서브-빔들의 그룹으로부터 형성된 세 개의 초점들(9, 9', 9'')을 도시하며, 이들은 상기 기판이 상기 광학 헤드에 대해 어느 한 방향으로 이동할 때 듀얼 스테이지 그루브 형성 프로세스 중 제2 단계를 형성할 수 있다. 상기 제4 레이저 빔으로부터 기인된 초점들(29)은 상기 패널이 X 방향(이 경우, 도 11의 아래를 향한 방향)으로 이동할 때에만, 상기 그루브 형성 프로세스의 제2 단계를 완성할 수 있으며, 참조번호 29의 스팟을 형성하는 레이저 빔은 참조번호 9의 초점을 형성하는 레이저 빔을 따라야한다. 참조번호 9의 초점에 대한 참조번호 29의 초점의 반대측에 참조번호 34의 초점을 형성하기 위해, 상기 제4 레이저 빔으로부터의 추가 서브-빔(또는 서브-빔의 변위)을 부가하는 것은 두 가지 방식의 작동을 가능하게 한다. 상기 패널이 하나의 X 방향으로 이동된다면, 참조번호 9 및 29의 초점들이 듀얼 스테이지 그루브를 형성한다. 상기 패널이 반대 X 방향으로 이동된다면, 참조번호 9 및 34의 초점들이 듀얼 스테이지 그루브들을 형성한다.

도 12

도 12는 양방향 프로세싱을 가능하게하기 위해 상기 제2 레이저로부터 요구되는 두개의 서브-빔들을 형성하는 하나의 방법을 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 DOE(3) 및 제2 DOE(8)는, 제1 레이저 빔을 렌즈(4)에 의해 기판 상에 포커싱되어 초점들의 그룹들(9, 9', 9'')을 형성하는, 다수의 제3 서브-빔들로 분할한다. 또한 제3 DOE(25)는 제4 레이저 빔(26)을 다수의 제5 서브-빔들로 분할하며, 상기 제5 서브-빔들은 빔 결합기(40)에 의해 상기 제1 레이저 빔(1)으로부터의 서브-빔들과 결합되어서, 상기 렌즈(4)를 통과하여 상기 기판 표면 상에서 상기 제3 서브-빔들 중 일부와 일치된다. 빔 편향기(35)(예를 들어, 미러(35))가 장착되고, 상기 빔 편향기(35)는 X 축에 수직인 평면에 놓여있는 차축(36)에 평행한 면을 가지며, 그 차축 주위로 미러(35)가 회전함으로써, 상기 제4 레이저 빔으로부터 형성된 서브-빔들이 상기 기판 표면상에서 X 축과 평행한 방향으로 이동하도록 유도되도록 방향이 정해진다. 따라서 미러(35)의 적절한 회전은 상기 제4 레이저 빔으로부터 형성된 초점이, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 제1 레이저 빔으로부터의 서브-빔에 의해 형성된 초점의 일측에서 다른 측으로 이동하도록 유발한다. 일실시 예에서, 양방향으로의 듀얼 스테이지 그루브 형성을 가능하게 하도록, 그러한 회전은 상기 광학 헤드의 각각의 단계(pass) 마지막에 상기 패널 위에서 일어난다. 상기 제4 레이저 빔으로부터의 서브-빔들을 필요한 양만큼 편향시키기 위해서는, 미러(35)의 오직 작은 회전 각도가 요구된다. 초점거리 100 mm를 가진 렌즈(4)에 대해, 상기 제1 레이저 빔으로부터의 서브-빔들에 대한 상기 제4 레이저 빔으로부터의 서브-빔들의 +/- 1mm의 편향을 위해, 오직 +/- 5mrads 의 미러 회전 운동이 요구된다. 미러(35)의 각 편향(angular deflection)은 제3 DOE(25)의 애퍼처, 빔 결합기(40) 및 렌즈(4)를 통한 상기 제4 레이저 빔(26)으로부터의 서브-빔들의 움직임을 야기하지만, 미러(35)가 제3 DOE(25) 근처에 장착되는 한, 이 움직임은 작으며, 무시될 수 있다. 상기 제1 레이저 빔으로부터의 서브-빔 스팟들에 대한 상기 제4 레이저 빔으로부터의 서브-빔 초점들의 유사 움직임은 X 축에 수직하고 자신의 면과 평행한 축 주위의 빔 결합기(40)의 회전에 의해 이루어질 수 있지만, 실제로는, 이 구성요소의 움직임 및 제어는 미러(35)와 같이 분리된 구성요소의 움직임 및 제어에 비해 더 어렵다.

도 13

도 13은 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔이 상기 패널의 양측에서 상기 패널을 향해 쏘아지는 광학적 구성을 도시한다. 그러한 구성은 박막 솔라 패널들의 제조에 사용되는 특정 물질에 적합하다. 제1 레이저 빔(1)은 제1 DOE(3) 및 제2 DOE(8)에 의해 서브-빔들의 다수의 그룹들로 분할되며, 상기 서브-빔들은 상기 제1 렌즈(4)에 의해 일측으로부터 상기 솔라 패널(6) 상의 박막 코팅으로 포커싱된다. 제2 레이저 빔(26)은 제3 DOE(25)에 의해 서브-빔들로 분할되며, 이 서브-빔들은 제2 렌즈에 의해 반대측으로부터 상기 패널(6) 상의 코팅으로 포커싱된다. 축(36)에 대한 미러(35)의 회전은 상기 제2 레이저 초점들이 상기 제1 레이저 초점들에 대해 편향되도록 야기한다. 솔라 패널을 만들기 위해 사용된 물질들에 따라, 상기 기판의 코팅된 측은 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔 중 하나의 레이저 빔을 마주할 수 있다.

도 14 및 도 15

도 14 및 도 15는 서브-빔들의 상이한 그룹들 간의 간격이 측정될 수 있는 방법을 묘사한다. 도 14 및 도 15 모두, 입력 레이저 빔(1)이 제1 DOE(3)에 의해 수신되는 방법을 묘사한다. 상기 제1 DOE(3)는 상기 빔을 세 개의 제2 레이저 서브-빔들(50, 52, 54)로 분할한다. 그 후 상기 제2 레이저 서브-빔들(50, 52, 54)은 상기 제1 DOE(3) 다음에 배치된 제2 DOE(8)에 입사된다. 상기 제2 DOE(8)는 상기 제2 서브-빔들(50, 52, 54) 각각을 제3 서브-빔들의 그룹으로 분할한다. 참조번호 50의 제2 서브-빔으로부터 파생된 상기 그룹 내 제3 서브-빔들은 참조번호 50, 50', 50'' 으로 라벨링되었다. 참조번호 52의 제2 서브-빔으로부터 파생된 상기 그룹 내 제3 서브-빔들은 참조번호 52, 52', 52'' 로 라벨링되었다. 참조번호 54의 제2 서브-빔으로부터 파생된 상기 그룹 내 제3 서브-빔들은 참조번호 54, 54', 54'' 로 라벨링되었다. 도 3과 관련하여 상술한 바와 같이, 렌즈(4)와 같은 추가 요소들(도 3에는 도시되어 있지만 도 14 또는 도 15에는 도시되어 있지 않음)이 상기 제2 DOE(8)의 아래쪽(downstream)에 제공될 수 있어서, 원하는 대로, 상기 제3 서브-빔들이 상기 공작물(workpiece)에 쏘아질 수 있으며, 그리고/또는 상기 제3 서브-빔들이 다른 레이저 빔들과 결합될 수 있고, 그리고/또는 그것들의 속성들을 변경할 수 있다.

제3 서브-빔들의 상이한 그룹들의 중심선들 간의 일 방향으로의(도 14 및 도 15에 도시된 예들에서는 페이지 평면 내에서 수평 방향으로의) 간격은 다양한 방법으로 측정될 수 있다. 하나의 방법은, 상기 제2 DOE(8)로부터 주어진 거리에서 서브-빔들의 각 그룹 내의 중앙 지점 사이의 간격 방향을 따른 거리(참조번호 58의 화살표로 표시됨)를 측정하는 것이다. 대안적으로, 상이한 그룹들 내에서 대응하는 서브-빔들간의 거리가 측정될 수 있다. 대응하는 서브-빔들은 동일한 회절 차수(diffraction order)(예를 들어, 0차, 1차, 2차 등)를 가진 서브-빔들일 수 있다. 이러한 측정의 예는 참조번호 56의 화살표(그리고 동시에 중심 서브-빔이 그 그룹의 중앙 점을 따라 놓여있는 경우인 참조번호 58의 화살표)로 설명되어 있다. 대안적으로, 상기 간격은 상이한 그룹들로부터의 서브-빔들의 각도 분포의 중심 지점들 사이의 각도 차를 비교함으로써, 또는 상이한 그룹들 내의 대응 서브-빔들 간의 각도 차를 비교함으로써 측정될 수 있다.

일실시 예에서, 상기 제1 DOE(3)는 거친 조정(coarse adjustment)을 제공하도록 구성되며, 상기 제2 DOE(8)는 세밀 조정(fine adjustment)을 제공하도록 구성된다. 이러한 실시예에서, 상기 제1 DOE(3)는 상기 제2 DOE(8)보다 입력 레이저 빔의 더 폭 넓은 분할(wider splitting)를 야기하도록 될 것이다. 이는, 상기 제1 DOE(3)의 주어진 회전에 의해 유발된 제3 서브-빔들의 그룹들의 간격 변화가, 상기 제2 DOE(8)의 동일한 회전에 의해 유발된 각 그룹 내의 각각의 제3 서브-빔 간의 간격 변화보다 더 클 것이라는 결과를 가져온다.

대안적 실시예에서, 상기 제1 DOE(3)는 세밀 조정을 제공하도록 구성되며, 상기 제2 DOE(8)는 거친 조정(coarse adjustment)을 제공하도록 구성된다. 이러한 실시예에서, 상기 제1 DOE(3)는 입력 레이저 빔에 상기 제2 DOE(8)보다 더 폭 좁은 분할(narrower splitting)을 야기하도록 될 것이다. 이는, 상기 제1 DOE(3)의 주어진 회전에 의해 유발된 제3 서브-빔들의 그룹들의 간격 변화가, 상기 제2 DOE(8)의 동일한 회전에 의해 유발된 각 그룹 내의 각각의 제3 서브-빔 간의 간격 변화보다 더 작을 것이라는 결과를 가져온다. 실제로, 모든 레이저 빔들은 몇 mm의 직경 내지 수 mm 의 직경의 유한한 크기를 가지며, 기계적 장착 요건들 때문에, 빔 경로를 따르는 상기 제1 DOE(3) 및 상기 제2 DOE(8) 간의 거리는 수십 mm일 수 있다. 이는, 상기 빔이 상기 제1 DOE(3)에 의해 폭 넓게 분할되었다면, 상기 제2 DOE(8)에서의 빔 패턴의 전체 크기가 상대적으로 클 수 있으며, 이는 상기 제2 DOE(8)를 위해 필요한 최소 크기(예를 들어, 직경)를 증가시킨다는 것을 의미한다. 상기 제1 DOE(3)를 상기 제2 DOE(8)보다 더 미세하게(finer) 조정하는 것은 상기 제2 DOE(8)에서의 빔 패턴의 전체 크기를 감소시키며, 이는 더 작은 직경을 가진 제2 DOE(8)의 사용을 가능하게 하고, 또한 도 8에 도시된 바와 같이 더 작은 직경의 빔 분리기(beam splitter)의 사용을 가능하게 한다. 이는 이러한 구성요소들의 장착을 더 간단하게 만든다.

상기 DOE들(3, 8)의 광축에 수직한(예를 들어, 도 14 및 도 15에 도시된 페이지 방향에 수직한) 주어진 축을 따라 볼 때, 일반적으로 상기 DOE들(3, 8)의 상대적 회전 위치들에 따라, 제3 서브-빔들의 그룹들은 서로 중첩(overlapping)되거나 중첩되지 않을 수 있다. 도 14는 빔들의 그룹들의 중심선들이 중첩되지 않는 예시적 상황을 도시한다. 도 15는 빔들의 그룹들의 중심선들이 중첩되는 예시적 상황을 도시한다.

명시적으로 달리 언급되지 않는 한, 본원에서, 항상 유한한 측면 확산(lateral spread) 또는 빔 폭을 가지는 빔들 또는 서브-빔들 간의 간격들에 대한 언급이 있는 경우, 이는 그러한 빔들 또는 서브-빔들의 중심선들 간의 간격들을 의미하는 것으로 이해되어야한다.

Claims

레이저 빔들의 다수의 그룹들을 형성하는 장치에 있어서,
각각의 그룹은 두 개 이상의 레이저 빔들을 포함하고,
상기 장치는 제1 회절 광학 요소(diffractive optical element; DOE) 및 제2 회절 광학 요소(DOE)를 포함하며,
상기 제1 DOE는 제1 레이저 빔을 수신하고 상기 제1 레이저 빔을 다수의 제2 레이저 서브-빔들로 분할하도록 조정되며,
상기 제2 DOE는 상기 다수의 제2 레이저 서브-빔들을 수신하고 상기 제2 레이저 서브-빔들을 각각 제3 레이저 서브-빔들의 두 개 이상의 그룹들로 분할하며,
제1 축에 수직한 방향으로의 상기 그룹들의 간격은 상기 제1 DOE의 광축 주위의 상기 제1 DOE의 회전에 의해 조정 가능하며,
상기 제1 축에 수직한 방향으로의 각 그룹 내 상기 제3 레이저 서브-빔들의 간격은 상기 제2 DOE의 광축 주위의 상기 제2 DOE의 회전에 의해 조정 가능한, 장치.
제1 항에 있어서,
상기 장치는 상기 제2 DOE로부터 상기 제3 레이저 서브-빔들의 다수의 그룹들을 수신하도록 조정된 렌즈를 포함하며,
상기 렌즈의 위치는 상기 렌즈로부터 출력되는 레이저 서브-빔들의 그룹들, 그리고 각 그룹의 레이저 서브-빔들이 실질적으로 평행하도록 자신의 광축을 따라 조정가능한, 장치.
제2 항에 있어서,
상기 렌즈는 텔레센트릭(telecentric) 렌즈인, 장치.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 빔 결합기 및 제3 DOE를 가지며,
상기 제3 DOE는 상기 제1 레이저 빔과 다른 속성을 적어도 하나 가진 제4 레이저 빔을 수신하도록 조정되고, 상기 제4 레이저 빔을 다수의 제5 레이저 서브-빔들로 분할하도록 조정되며,
상기 제1 축에 수직한 방향으로의 상기 제5 레이저 서브-빔들의 간격은 상기 제3 DOE의 광축 주위의 상기 제3 DOE의 회전에 의해 조정가능하고,
상기 빔 결합기는 상기 제2 DOE에서 나오는 상기 제3 레이저 서브-빔들의 그룹들을, 상기 제3 DOE에서 나오는 상기 제5 레이저 서브-빔들과 결합하도록 조정되는, 장치.
제4 항에 있어서,
상기 제3 레이저 서브-빔들 중 적어도 하나의 서브-빔은 기판상에 제1 스팟을 형성하며,
상기 제1 스팟은, 상기 제1 축과 평행한 방향으로,
상기 제5 레이저 서브-빔들 중 적어도 하나에 의해 형성되는 제2 스팟과 실질적으로 정렬되어 있지만,
상기 제2 스팟으로부터 이격되어 있도록 구성된, 장치.
제5 항에 있어서,
상기 장치는 :
상기 제4 레이저 빔의 입사 방향을 상기 제3 DOE 위로 제어하기 위한 빔 편향기; 및/또는
상기 제1 축과 평행한 방향을 따르는 정렬(alignment)을 유지하면서 상기 제1 스팟 및 상기 제2 스팟 간의 간격이 변화될 수 있도록 하는 빔 결합기를 더 포함하는, 장치.
제6 항에 있어서,
상기 빔 편향기는 상기 제1 축에 수직한 평면에 놓여있는 축 주위로 회전 가능하도록 장착된 미러(mirror)를 포함하는, 장치.
제6 항 또는 제7 항에 있어서,
상기 빔 편향기는,
상기 제2 스팟이 상기 제1 스팟의 양측에 선택적으로 위치될 수 있게 하며, 그렇게 함으로써, 필요에 따라 선택적으로, 상기 제1 스팟이 상기 제1 축을 따르는 상기 기판의 움직임의 반대 방향들 모두에 대해 공정 라인(processing line)을 따라 상기 제2 스팟에 선행하거나 후행할 수 있도록 구성되는, 장치.
제4 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 빔 결합기는 다이크로익 미러(dichroic mirror)를 포함하는, 장치.
제4 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 빔 결합기는 편광 의존 미러(polarization dependent mirror)를 포함하는, 장치.
제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 DOE에 의해 형성된 상기 빔들의 그룹들의 간격은 상기 제2 DOE에 의해 형성된 상기 제3 레이저 서브-빔들의 간격보다 더 큰, 장치.
제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 DOE에 의해 형성된 상기 빔들의 그룹들의 간격은 상기 제2 DOE에 의해 형성된 상기 제3 레이저 서브-빔들의 간격보다 더 작은, 장치.
제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 DOE 및 상기 제2 DOE는, 공작물의 직접 레이저 스크라이빙(direct laser scribing)을 수행하기 위해 상기 공작물에 대해 이동가능한, 제1 처리 헤드(process head) 상에 장착되는, 장치.
제13 항에 있어서,
상기 장치는 두 개 이상의 처리 헤드들을 가지며,
상기 두 개 이상의 처리 헤드들 각각은,
자신에게 장착된 제1 DOE 및 제2 DOE를 갖고,
공작물의 직접 레이저 스크라이빙을 수행하기 위해 상기 공작물에 대해 이동가능한, 장치.
제13 항 또는 제14 항에 있어서,
상기 처리 헤드에 또는 상기 처리 헤드들 각각에 상기 제1 레이저 빔을 제공하도록 조정된 제1 레이저원을 포함하는, 장치.
제15 항에 있어서,
상기 처리 헤드에 또는 상기 처리 헤드들 각각에 상기 제4 레이저 빔을 제공하기 위한 제2 레이저원을 포함하는, 장치.
제1 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 DOE 및 상기 제2 DOE는, 상기 제1 DOE에 의해 제공되는 제3 서브-빔들의 그룹들의 간격 조정이 상기 제2 DOE에 의해 제공되는 각 그룹 내의 상기 제3 서브-빔들 간의 간격 조정보다 더 거친(coarser) 조정이도록 구성되는, 장치.
제1 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 DOE 및 상기 제2 DOE는, 상기 제1 DOE에 의해 제공되는 제3 서브-빔들의 그룹들의 간격 조정이 상기 제2 DOE에 의해 제공되는 각 그룹 내의 상기 제3 서브-빔들 간의 간격 조정보다 더 세밀(finer)하도록 구성되는, 장치.
첨부된 도면들의 도 3 내지 도 13 중 하나 이상을 참조하여 상술한 바와 실질적으로 동일하게 그리고/또는 첨부된 도면들의 도 3 내지 도 13 중 하나 이상에 도시된 바와 실질적으로 동일하게 동작하도록 구성되고 조정된, 레이저 빔들의 다수의 그룹들을 형성하는 장치.
제1 항 내지 제19 항 중 어느 한 항에 있어서,
박막 솔라 패널(thin film solar panel)의 레이저 스크라이빙을 수행하도록 사용될 때, 상기 박막 솔라 패널의 부분들 간의 상호 연결 구조를 형성하는, 장치.
레이저 빔들의 다수의 그룹들을 형성하는 방법에 있어서,
각각의 그룹은 두 개 이상의 레이저 빔들을 포함하며,
상기 방법은 :
제1 레이저 빔을 제1 회절 광학 소자(DOE)에 통과시켜서, 상기 제1 레이저 빔을 다수의 제2 레이저 서브-빔들로 분할하는 단계; 및
상기 제2 레이저 서브-빔들을 제2 회절 광학 소자(DOE)에 통과시켜서, 상기 제2 서브-빔들 각각을 제3 레이저 서브-빔들의 두 개 이상의 그룹들로 분할하는 단계를 포함하며,
제1 축에 수직한 방향으로의 상기 그룹들의 간격은 상기 제1 DOE의 광축 주위의 상기 제1 DOE의 회전에 의해 조정 가능하며,
상기 제1 축에 수직한 방향으로의 각 그룹 내 상기 제3 레이저 서브-빔들의 간격은 상기 제2 DOE의 광축 주위의 상기 제2 DOE의 회전에 의해 조정 가능한, 방법.
제21 항에 있어서,
상기 제1 DOE의 광축 주위의 상기 제1 DOE의 회전은 상기 제1 축에 수직인 제1 방향으로의 상기 제3 레이저 서브-빔들의 그룹들의 간격을 조정하기 위해 사용되며,
상기 제2 DOE의 광축 주위의 상기 제2 DOE의 회전은 상기 제1 축에 수직인 상기 제1 방향으로의 각 그룹 내의 상기 제3 레이저 서브-빔들의 간격을 조정하기 위해 사용되는, 방법.
제22 항에 있어서,
상기 제3 레이저 서브-빔들의 두 개 이상의 그룹들은, 상기 제1 축과 평행한 방향으로, 공작물 상에 직접 레이저 스크라이빙(direct laser scribing)을 수행하는데 사용되는, 방법.
제21 항 내지 제24 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 빔들의 그룹들 간의 간격은, 상기 그룹들의 중심들 간의 또는 상기 그룹들 내의 대응 서브-빔들 간의 각거리(angular separation) 또는 공간적 거리(spatial separation)로 측정될 수 있는, 방법.
제21 항 내지 제24 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 레이저 서브-빔들의 두 개 이상의 그룹들은 박막 솔라 패널 내 상호 연결 구조 제작에 사용되는, 방법.
제25 항에 있어서,
하나의 그룹 내의 상기 제3 레이저 서브-빔들은 동일한 상호 연결 구조에서 다수의 평행한 레이저 스크라이브들을 형성하기 위해 사용되며, 상기 제3 레이저 서브-빔들의 인접한 그룹(들)은 하나 이상의 인접한 상호 연결 구조들에서 다수의 평행한 레이저 스크라이브들을 형성하기 위해 사용되는, 방법.
첨부된 도면들의 도 3 내지 도 15 중 하나 이상을 참조하여 상술한 것과 실질적으로 동일한, 레이저 빔들의 다수의 그룹들을 형성하는 방법.