JP2009297742A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で一つのレーザ光から複数の横断面細長状のレーザビームを同時に生成可能とし、装置の製造コストを低減する。
【解決手段】方形状の基板５を往復搬送するステージ１と、ステージ１の上面に対向して設けられ、レーザ光源１４より放射されたレーザ光から横断面細長状の複数のレーザビームを生成して基板５に照射する複数のシリンドリカルレンズ１８を設けたレーザヘッド２と、複数のシリンドリカルレンズ１８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ように配設された第１及び第２の撮像手段３Ａ，３Ｂと、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光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制御手段４と、を備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、搬送手段により基板を一定方向に搬送しながら、レーザ光源から基板にレーザビームを照射してレーザ加工するレーザ加工装置に関し、詳しくは、簡単な構成で一つのレーザ光源から複数の横断面細線状のレーザビームを同時に生成可能とし、装置の製造コストを低減しよう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、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。特に、一つのレーザ光源から複数の加工パターンを同時に形成するためには、複数の上記走査機構が必要であり、装置の構成がより複雑になるという問題がある。また、上記ガルバノミラーや音響光学素子は、高価な部品であるため、これらの部品を複数搭載したレーザ加工装置は、装置構成が複雑になることと相まって製造コストが高くなるおそれがあった。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、簡単な構成で一つのレーザ光源から複数の横断面細線状のレーザビームを同時に生成可能とし、装置の製造コストを低減しよう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、搬送手段により基板を保持して一定方向に搬送しながら、レーザ光源から前記基板にレーザビームを照射してレーザ加工するレーザ加工装置であって、前記レーザ光源より放射されたレーザ光から横断面細線状の複数のレーザビームを生成して前記基板に照射する複数のシリンドリカルレンズを設けたレーザヘッドと、前記複数のシリンドリカルレンズによるレーザビーム照射位置の前記搬送方向手前側の位置を撮像するように配設された撮像手段と、前記撮像手段の撮像画像に基づいて前記レーザ光源から放射するレーザ光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制御手段と、を備えたものである。

このような構成により、搬送手段により基板を保持して一定方向に搬送しながら、撮像手段でレーザヘッドの複数のシリンドリカルレンズ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し、制御手段で撮像手段の撮像画像に基づいてレーザ光源から放射するレーザ光の照射タイミング及びレーザビームの照射位置を制御し、複数のシリンドリカルレンズで上記レーザ光から横断面細線状の複数のレーザビームを生成して基板に照射し、レーザ加工する。

また、前記レーザヘッドは、前記複数のシリンドリカルレンズを、その長軸が前記搬送手段の基板保持面に平行な面内にて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、その長軸が搬送手段の基板保持面に平行な面内にて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横断面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、前記レンズアレイは、前記搬送手段に対して相対的に前記基板の搬送方向と直交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、レンズアレイを搬送手段に対して相対的に基板の搬送方向と直交する方向に移動してレーザ加工する。

また、前記基板は、方形状を成したものであり、前記レーザヘッドは、前記基板の搬送方向に平行に所定間隔で二つのシリンドリカルレンズを配置した第１のレンズ対と、前記基板の搬送方向に直交させて所定間隔で二つのシリンドリカルレンズを配置した第２のレンズ対とを基板の搬送方向に所定距離だけ離隔して備えたものである。これにより、基板の搬送方向に平行に所定間隔で二つのシリンドリカルレンズを配置した第１のレンズ対と、基板の搬送方向に直交させて所定間隔で二つのシリンドリカルレンズを配置した第２のレンズ対とを基板の搬送方向に所定距離だけ離隔して備えたレーザヘッドで横断面細線状の複数のレーザビームを生成して方形状の基板に照射する。

さらに、前記第１及び第２のレンズ対は、各シリンドリカルレンズによるレーザビームの照射位置が搬送される前記方形状の基板の縁部に平行となるように夫々回転可能に形成されたものである。これにより、第１及び第２のレンズ対を夫々回転して各シリンドリカルレンズによるレーザビームの照射位置が搬送される方形状の基板の縁部に平行となるようにする。

さらにまた、前記第１及び第２のレンズ対は、夫々前記二つのシリンドリカルレンズの間隔が可変に形成されたものである。これにより、第１及び第２のレンズ対の夫々二つのシリンドリカルレンズの間隔を換えて方形状の基板の縁部とレーザ照射位置との間隔を一定にする。

そして、前記基板は、太陽電池の基板である。これにより、太陽電池の表面に対して複数のレーザビームで同時に複数のレーザ加工を行う。

請求項１に係る発明によれば、複数のシリンドリカルレンズを組み合わせただけの極めて簡単な構成で一つのレーザ光源から複数の横断面細線状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、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。また、シリンドリカルレンズ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し、その撮像画像に基づいてレーザ光源から放射するレーザ光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ようにしているので、例えば基板の搬送方向先頭側の縁部を検出してレーザ光の照射タイミングを制御し、基板の搬送方向に平行な縁部を検出してレーザビームの照射位置を制御すれば、基板の周縁部から所定距離内側に入った位置にレーザ加工を精度よく施すことができる。

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横断面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。

そして、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。

また、請求項４に係る発明によれば、基板を一方向に搬送するだけで、方形状の基板表面に溝を井形にレーザ加工することができる。したがって、例えば結晶シリコン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５に係る発明によれば、方形状の基板の周縁部に平行に溝をレーザ加工することができる。したがって、例えば結晶シリコンの太陽電池の表面電極と裏面電極とを確実に分離することができる。

さらにまた、請求項６に係る発明によれば、基板のサイズが変わっても、方形状の基板の縁部とレーザ照射位置との間隔を一定にすることができる。

そして、請求項７に係る発明によれば、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太陽電池を製造することができる。

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第１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、基板をステージ上に載置して一定方向に搬送しながら、レーザ光源か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。なお、以下の説明においては、基板５が太陽電池６である場合について述べる。

この太陽電池６は、図２及び図３に示すような薄膜型の太陽電池であり、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、複数のシリンドリカルレンズ１８は、上記平行光を受けて横断面が例えば２０μｍ×６０ｍｍ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１０ｍｍ（Ｗ）×６０ｍｍ（Ｌ６）の形状に形成され、長軸がステージ１の上面に平行な面内にて基板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。

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の搬送方向に対して略直交する方向に複数の受光素子を一直線状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５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６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、撮像手段３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第１の実施形態の動作及び薄膜型の太陽電池６の製造について、図７に示すフローチャート及び図８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各レーザ加工パターンの一部が所定量だけオーバーラップす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の長軸が基板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８（ａ）に示すような透明基板５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９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により横断面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レーザ加工パターンを形成する。

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、複数のレーザ加工パターンがその一部をオーバーラップさせた状態で一直線状に連なり、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の縁部を検出し、該縁部と第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８（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８（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８（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８（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に示す薄膜型の太陽電池６が形成される。

なお、上記第１の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又はレーザ光源１４をＹ軸方向に変位させてもよい。

また、上記第１の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、上記第１の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、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太陽電池６の形成に対応することができる。

図１０は本発明によるレーザ加工装置の第２の実施形態の要部を示す平面図である。第１の実施形態と異なる部分は、基板５が例えばベルトコンベヤ（搬送手段）によって一方向（Ｘ軸方向）に搬送され、基板５の搬送方向に平行に所定間隔で二つのシリンドリカルレンズ１８を配置した第１のレンズ対３１と、基板５の搬送方向に直交させて所定間隔で二つのシリンドリカルレンズ１８を配置した第２のレンズ対３２とを基板５の搬送方向に所定距離だけ離隔して設け、該各レンズ対３１，３２によるレーザビーム照射位置の搬送方向手前側にて第１のレンズ対３１の中心からＤ２だけ離隔し、第２のレンズ対３２の中心からＤ３だけ離隔して撮像手段３を設けたものであり、各レンズ対は、図示省略の回転手段により、夫々中心を軸に同図に矢印で示すように所定角度だけ回転可能に形成され、図示省略のレンズ移動手段により各レンズ対３１，３２の二つのシリンドリカルレンズ１８の間隔は可変となっている。さらに、図示省略のレンズ対移動手段により各レンズ対３１，３２は、夫々Ｙ軸方向に移動可能となっている。

次に、このように構成された第２の実施形態の動作について説明する。ここで使用する基板５は、結晶シリコン製の太陽電池６の方形状の基板である。この場合、方形状の基板５の外側面を覆ってｎ型ドーピング層が形成されているため、基板５の表面の各縁部から所定距離だけ内側の位置に各縁部に沿って溝を形成して表面電極と裏面電極とを電気的に分離する必要がある。上記第２の実施形態は、第１及び第２のレンズ対３１，３２で二組のレーザビーム対を生成して基板５に照射し、方形状の基板５の各縁部に平行に分離溝を形成しようとするものである。以下図１１を参照して説明する。

先ず、撮像手段３により撮像された一次元画像を基板５の搬送方向（Ｘ軸方向）及び受光素子の並び方向（Ｙ軸方向）にピクセル補間して、図１１（ａ）に示す基板５のエッジＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の位置座標を検出し、メモリ２３に保存する。この場合、各エッジのＸ座標は、エッジＰ１を基準とする基板５の移動距離で決定される。

次に、上記メモリ２３に保存された各エッジの位置座標を読み出して、基板５の回転角度θを算出すると共に、基板５の中心位置座標及び基板５の対辺の間隔を算出してメモリ２３に保存する。

続いて、上記メモリ２３に保存された基板５の中心位置座標を読み出して、搬送方向の中心軸線（撮像手段３の中心を通る中心線）からの基板５のＹ軸方向へのシフト量を算出し、上記レンズ対移動手段により第１及び第２のレンズ対３１，３２を夫々上記シフト量と同じ量だけＹ軸方向に移動する。また、上記メモリ２３に保存された基板５の回転角度θに基づいて上記回転手段を駆動し、各レンズ対３１，３２を角度θだけ回転する。さらに、上記メモリ２３に保存された基板５の対辺の間隔を読み出して、メモリ２３に予め記憶されたＣＡＤデータと比較し、レーザビームの照射位置が基板５の各縁部から所定距離だけ内側の位置となるようにレンズ移動手段を駆動して対向するシリンドリカルレンズ１８の間隔を調整する。

そして、基板５の中心が撮像手段３において検出されてから基板５が距離Ｄ２だけ搬送されて、図１１（ｂ）に示すように基板５の中心が第１のレンズ対３１の中心に合致するとレーザ駆動コントローラにより制御されてレーザ光源１４が所定時間だけ発光する。これにより、レーザ光源１４から放射されたレーザ光は、第１のレンズ対３１の二つのシリンドリカルレンズ１８により横断面細線状のレーザビームにされて基板５に照射し、同図（ｃ）に示すように、基板５の二つの縁部に夫々平行に二つの分離溝３３ａが形成される。

さらに、基板５の中心が撮像手段３において検出されてから基板５が距離Ｄ３だけ搬送されて、図１１（ｃ）に示すように基板５の中心が第２のレンズ対３２の中心に合致するとレーザ駆動コントローラにより制御されてレーザ光源１４が所定時間だけ発光する。これにより、レーザ光源１４から放射されたレーザ光は、第２のレンズ対３２の二つのシリンドリカルレンズ１８により横断面細線状のレーザビームにされて基板５に照射し、同図（ｄ）に示すように、基板５の二つの縁部に夫々平行に二つの分離溝３３ｂが形成される。このようにして、基板５の各縁部から所定距離だけ内側に入った位置に分離溝３３ａ，３３ｂが形成され、結晶シリコンの太陽電池６の表面電極と裏面電極とを完全に分離することができる。

この第２の実施形態によれば、複数の基板５をベルトコンベアで連続的に搬送してレーザ加工することができ、レーザ加工処理の効率を向上することができる。また、基板５をベルトコンベア上に位置決めして載置する必要がないので、作業効率が向上する。

なお、上記第２の実施形態においては、第１及び第２のレンズ対３１，３２を夫々Ｙ軸方向に移動可能に形成した場合を説明したが、本発明はこれに限られず、各レンズ対３１，３２は固定したまま、第１のレンズ対３１のシリンドリカルレンズ１８を個別にＹ軸方向に移動させ、第２のレンズ対３２のシリンドリカルレンズ１８を個別にＸ軸方向に移動させてもよい。

また、上記第１及び第２の実施形態においては、基板５をステージ１の上面に保持して搬送し、ステージ１の上方にてその上面に対向して配置したレーザヘッド２により基板５にレーザビームを照射する場合について説明したが、本発明はこれに限られず、ステージ１の下側にレーザヘッド２を配置し、ステージ１に保持されて搬送される基板５にレーザビームを照射するものであってもよい。

そして、以上の説明においては、基板５が太陽電池６の場合について述べたが、本発明はこれに限られず、所定間隔で平行に並べて溝を形成するものであれば、基板５は如何なるものであってもよい。

本発明によるレーザ加工装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。 上記第１の実施形態により形成され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。 上記第１の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。 上記第１の実施形態におけ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。 上記第１の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。 上記第１の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。 本発明によるレーザ加工装置の第２の実施形態の要部を示す平面図である。 上記第２実施形態によるレーザ加工動作を示す説明図である。

符号の説明

１…ステージ（搬送手段）
２…レーザヘッド
３…撮像手段
３Ａ…第１の撮像手段
３Ｂ…第２の撮像手段
４…制御手段
５…基板
６…太陽電池
１４…レーザ光源
１８…シリンドリカルレンズ
２０…レンズアレイ
３１…第１のレンズ対
３２…第２のレンズ対

Claims (7)

1. 搬送手段により基板を保持して一定方向に搬送しながら、レーザ光源から前記基板にレーザビームを照射してレーザ加工するレーザ加工装置であって、
   前記レーザ光源より放射されたレーザ光から横断面細線状の複数のレーザビームを生成して前記基板に照射する複数のシリンドリカルレンズを設けたレーザヘッドと、
   前記複数のシリンドリカルレンズによるレーザビーム照射位置の前記搬送方向手前側の位置を撮像するように配設された撮像手段と、
   前記撮像手段の撮像画像に基づいて前記レーザ光源から放射するレーザ光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制御手段と、
   を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記レーザヘッドは、前記複数のシリンドリカルレンズを、その長軸が前記搬送手段の基板保持面に平行な面内にて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。
3. 前記レンズアレイは、前記搬送手段に対して相対的に前記基板の搬送方向と直交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２記載のレーザ加工装置。
4. 前記基板は、方形状を成したものであり、
   前記レーザヘッドは、前記基板の搬送方向に平行に所定間隔で二つのシリンドリカルレンズを配置した第１のレンズ対と、前記基板の搬送方向に直交させて所定間隔で二つのシリンドリカルレンズを配置した第２のレンズ対とを基板の搬送方向に所定距離だけ離隔して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。
5. 前記第１及び第２のレンズ対は、各シリンドリカルレンズによるレーザビームの照射位置が搬送される前記方形状の基板の縁部に平行となるように夫々回転可能に形成されたことを特徴とする請求項４記載のレーザ加工装置。
6. 前記第１及び第２のレンズ対は、夫々前記二つのシリンドリカルレンズの間隔が可変に形成されたことを特徴とする請求項４又は５記載のレーザ加工装置。
7. 前記基板は、太陽電池の基板であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。

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