特許 5926592 パターニング用レーザ加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5926592

(24)【登録日】2016年4月28日

(45)【発行日】2016年5月25日

(54)【発明の名称】パターニング用レーザ加工装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/08 20140101AFI20160516BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20160516BHJP

   B23K 26/36 20140101ALI20160516BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/08 F

   B23K26/00 H

   B23K26/36

【請求項の数】6

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2012-72415(P2012-72415)

(22)【出願日】2012年3月27日

(65)【公開番号】特開2013-202635(P2013-202635A)

(43)【公開日】2013年10月7日

【審査請求日】2015年3月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中澤 睦裕

(72)【発明者】

【氏名】高原 一典

(72)【発明者】

【氏名】大串 修己

【審査官】 水野 治彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０００６３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０１７５７１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／０８

Ｂ２３Ｋ ２６／００

Ｂ２３Ｋ ２６／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークに形成された薄膜層にレーザビームで複数本の加工ラインを形成するパターニング用レーザ加工装置であって、
前記ワークを所定の送り速度で一方向に送る定速送り装置と、
前記定速送り装置でワークを所定速度で送りながら又はワークの送り速度を検出して送りながら、前記ワークの送り方向と交差する方向に照射開始側から照射終了側に向けて１本のレーザビームをワークの薄膜層に対して走査する複数のビームヘッドを有するビームヘッドユニットと、
前記ビームヘッドにレーザビームを照射するレーザ発振器と、
前記ビームヘッドから照射するレーザビームの走査速度と前記ワークの送り速度とを相対的に制御して所定速度で送るワークに形成する加工ラインを制御する制御装置と、を備え、
前記複数のビームヘッドが、第１のビームヘッドおよび第２のビームヘッドを含み、
前記ビームヘッドユニットは、前記第１のビームヘッドおよび前記第２のビームヘッドのうちの一方を前記照射開始側から前記照射終了側へ移動させる間に、当該一方のビームヘッドによって前記複数本の加工ラインのうち１本の加工ラインを形成し、かつ、前記第１のビームヘッドおよび前記第２のビームヘッドのうちの他方をレーザ加工することなく前記照射終了側から前記照射開始側へと戻すように構成され、
前記制御装置は、前記加工ラインを形成するビームヘッドを切替えて、前記第１のビームヘッドと前記第２のビームヘッドとで前記複数本の加工ラインを交互に１本ずつ形成するように構成されていることを特徴とするパターニング用レーザ加工装置。

【請求項2】

前記レーザ発振器から照射されるレーザビームを前記複数のビームヘッドのいずれに照射するかを切替る切替器を有し、
前記ビームヘッドユニットは、往復動作式で構成され、
前記制御装置は、前記切替器を切替えてレーザ加工を行うビームヘッドにレーザビームを照射するように構成されている請求項１に記載のパターニング用レーザ加工装置。

【請求項3】

ワークに形成された薄膜層にレーザビームで加工ラインを形成するパターニング用レーザ加工装置であって、
前記ワークを所定の送り速度で一方向に送る定速送り装置と、
前記定速送り装置でワークを所定速度で送りながら又はワークの送り速度を検出して送りながら、前記ワークの送り方向と交差する方向に照射開始側から照射終了側に向けて１本のレーザビームをワークの薄膜層に対して走査する複数のビームヘッドを有するビームヘッドユニットと、
前記ビームヘッドにレーザビームを照射するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から照射されるレーザビームが前記ビームヘッドに照射されるのを遮断する遮断器と、
前記ビームヘッドから照射するレーザビームの走査速度と前記ワークの送り速度とを相対的に制御して所定速度で送るワークに形成する加工ラインを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記加工ラインを加工するビームヘッドを切替えて前記加工ラインを同時又は交互に加工するように構成され、
前記ビームヘッドユニットは、少なくとも１つのビームヘッドが照射開始側から照射終了側に向けて移動してレーザ加工をしている間に少なくとも１つのビームヘッドを前記照射開始側に戻す循環式で構成され、
前記制御装置は、前記遮断器を制御してレーザ加工を行うビームヘッドにレーザビームを照射するように構成されているパターニング用レーザ加工装置。

【請求項4】

前記ビームヘッドユニットは、前記複数のビームヘッドを水平方向又は垂直方向に循環させる循環機構を有している請求項３に記載のパターニング用レーザ加工装置。

【請求項5】

前記ビームヘッドユニットは、前記複数のビームヘッドに照射するレーザビームの光路長一定機構を具備している請求項２又は３に記載のパターニング用レーザ加工装置。

【請求項6】

前記制御装置は、前記複数のビームヘッドの配置と、レーザ加工する１つのビームヘッドと、ワークの送り速度と、からワークに対する送り方向の走査位置を決定するように構成されている請求項５に記載のパターニング用レーザ加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、薄膜系の太陽電池やフレキシブル太陽電池等の製造工程におけるパターニングに用いられるレーザ加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、太陽光発電のための太陽電池として、例えば、薄膜シリコンやＣＩＧＳ太陽電池（この明細書及び特許請求の範囲の書類中では、総称して「薄膜太陽電池」という）がある。この薄膜太陽電池は、ガラス基板の片面に金属膜やシリコン膜などの半導体を成膜（「deposition」又は「film formation」）して薄膜層（例えば、数百ｎｍ〜数十μｍ程度）を形成し、その薄膜層にパターニング加工が施されたものが用いられる。以下、この薄膜太陽電池の基板（以下、単に「ワーク」ともいう）を例に説明する。

【0003】

薄膜太陽電池の基板の製造工程としては、例えば、図８Ａ〜図８Ｇに示すように、ガラス基板１１０（図８Ａ）の上面に透明電極層（薄膜層）１１１を成膜し（図８Ｂ）、その透明電極層１１１にレーザ加工装置からレーザビーム１１５を照射することで、透明電極層１１１を部分的に除去して直線状の加工ライン１１２Ａがパターニング加工される（図８Ｃ）。透明電極層１１１に加工ライン１１２Ａが形成された基板１１０は、透明電極層１１１の上面に光電変換層（薄膜層）１１３が成膜され（図８Ｄ）、その光電変換層１１３にレーザ加工装置からレーザビーム１１５を照射して加工ライン１１２Ｂがパターニング加工される（図８Ｅ）。その後、この光電変換層１１３に加工ライン１１２Ｂが形成された基板１１０は、光電変換層１１３の上面に裏面電極層（薄膜層）１１４が成膜される（図８Ｆ）。そして、この裏面電極層１１４に、レーザ加工装置からレーザビーム１１５を照射して加工ライン１１２Ｃがパターニング加工される（図８Ｇ）。このようパターニング加工された基板１１０が、モジュール化された太陽電池となる。

【0004】

この種のレーザ加工装置１００として、例えば、図９に示すように、レーザ発振器１０１からのレーザビーム１０２（以下、単に「ビーム」ともいう）をビーム分光器１０３で複数に分光し、それらのビームを導光ミラー１０４でワーク１０６に向けて方向変換する。そして、ビーム集光レンズ１０５でそのビーム１０２の焦点距離をワーク１０６の薄膜層１０７に合わせて照射することで、薄膜層１０７を剥がして加工ライン１０８を形成するものがある。

【0005】

このレーザ加工装置１００によるパターニング加工は、ワーク送り装置１０９のテーブルにワーク１０６を固定し、そのワーク１０６をＸ方向に送り、そのワーク１０６に対してレーザビーム１０２を照射して加工ライン１０８を形成する。その後、ワーク１０６をＹ方向に所定量（加工ラインピッチ分）送った後、そのワーク１０６を上記送りと逆向きでＸ方向に送り、そのワーク１０６に対してレーザビーム１０２を照射して加工ライン１０８を形成する。そして、この作業を繰り返すことにより、ワーク１０６に順次加工ライン１０８が形成される。つまり、ワーク１０６は、Ｘ方向に送って加工ライン１０８を形成する作業と、Ｙ方向に送られる作業とが間欠的に繰り返される。

【0006】

なお、この種の先行技術として、例えば、レーザ発振器から出射したレーザビームをミラーで分光し、それらのレーザビームを集光レンズを介して太陽電池の薄膜層に照射することで加工ラインを形成するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

【0007】

また、他の先行技術として、シリンドリカルレンズで横断面細線状のレーザビームを生成し、この細線状のレーザビームにより一部が重なった状態で重ねて細線状の加工痕を形成することで基板の搬送速度を速くして、これによってレーザ加工のタクトを短縮しようとしたものがある（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００４−１７０４５５号公報

【特許文献2】特開２０１０−２２１２７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

ところで、近年、自然エネルギによる発電が更に注目され、太陽電池の生産性の向上等による低コスト化によって更なる促進を図ろうとする動きがある。そのため、太陽電池の生産工程における更なるタクト（１工程当たりの作業時間）の短縮化（高速化）が求められている。

【0010】

しかしながら、上記したように、ワーク１０６の全面をワーク送り装置１０９のテーブルに固定してレーザ加工を行う場合、ワーク１０６を搬送方向に何回も往復させて加工を行うため、１枚のワーク１０６を加工し終わるまで次工程に移送することができず、加工に多くの時間を要して効率が悪い。

【0011】

また、レーザ発振器１０１からのレーザビーム１０２を分光して振分けした複数のビーム１０２で加工するため、各ビーム品質にバラツキを生じ易く加工品質が安定しない。仮に、複数のレーザ発振器１０１を搭載して安定した複数のビームを使用できるようにしようとすると、大きなスペースが必要になるとともに、レーザ加工装置１００が高コストになる。

【0012】

そのため、このようなレーザ加工装置１００における加工時間の長さや高コスト等が、太陽電池の低コスト化の妨げになっている。なお、上記特許文献１に記載の発明も同様の課題を有する。

【0013】

さらに、上記特許文献２に記載の先行技術による加工時間の短縮化はビームの加工方向長さによるものであるため、短縮できる時間は限られており、さらなる加工時間の短縮による加工効率の向上が望まれる。

【0014】

そこで、本発明は、所定速度でワークを送りながら、そのワークの薄膜層に加工ラインを高効率で形成できるパターニング用レーザ加工装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0015】

上記目的を達成するために、本発明は、ワークに形成された薄膜層にレーザビームで加工ラインを形成するパターニング用レーザ加工装置であって、前記ワークを所定の送り速度で一方向に送る定速送り装置と、前記定速送り装置でワークを所定速度で送りながら又はワークの送り速度を検出して送りながら、前記ワークの送り方向と交差する方向に照射開始側から照射終了側に向けて１本のレーザビームをワークの薄膜層に対して走査する複数のビームヘッドを有するビームヘッドユニットと、前記ビームヘッドにレーザビームを照射するレーザ発振器と、前記ビームヘッドから照射するレーザビームの走査速度と前記ワークの送り速度とを相対的に制御して所定速度で送るワークに形成する加工ラインを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記加工ラインを加工するビームヘッドを切替えて前記加工ラインを同時又は交互に加工するように構成されている。

【0016】

この構成により、ワークを正確な位置で支持して送りながらビームヘッドユニットから１本のレーザビームをワークの薄膜層に対して走査して、ワークの送り方向に対して交差する方向に加工ラインを形成することができるので、ワークの薄膜層に加工ラインを高効率で加工することが可能となる。しかも、複数のビームヘッドを切替えることで、ほぼ連続的に効率良くレーザビームを照射して加工ラインを形成するので、太陽電池の生産工程における更なるタクトの短縮化を図って生産効率の向上を図ることができる。その上、ワークの速度を検出してフィードバック制御し、レーザビームの走査タイミングを調整する方式を用いることで、ロール・ツー・ロール製法等、連続的に流れるワークに対応することもできる。

【0017】

また、前記レーザ発振器から照射されるレーザビームを前記複数のビームヘッドのいずれに照射するかを切替る切替器を有し、前記ビームヘッドユニットは、少なくとも１つのビームヘッドが照射開始側から照射終了側に向けて移動してレーザ加工をしている間に少なくとも１つのビームヘッドを前記照射開始側に戻す往復動作式で構成され、前記制御装置は、前記切替器を切替えてレーザ加工を行うビームヘッドにレーザビームを照射するように構成されていてもよい。

【0018】

このように構成すれば、１つのビームヘッドによるレーザ加工動作中に他のビームヘッドを照射開始側に戻すので、レーザ加工が途切れる時間を非常に少なくして加工時間のタクト短縮を図ることができる。

【0019】

また、前記レーザ発振器から照射されるレーザビームが前記ビームヘッドに照射されるのを遮断する遮断器を有し、前記ビームヘッドユニットは、少なくとも１つのビームヘッドが照射開始側から照射終了側に向けて移動してレーザ加工をしている間に少なくとも１つのビームヘッドを前記照射開始側に戻す循環式で構成され、前記制御装置は、前記遮断器を制御してレーザ加工を行うビームヘッドにレーザビームを照射するように構成されていてもよい。

【0020】

このように構成すれば、１つのビームヘッドによるレーザ加工動作中に他のビームヘッドを照射開始側に戻すので、レーザ加工が途切れる時間を非常に少なくして加工時間のタクト短縮を図ることができる。

【0021】

また、前記ビームヘッドユニットは、前記複数のビームヘッドを水平方向又は垂直方向に循環させる循環機構を有していてもよい。

【0022】

このように構成すれば、使用条件等に応じて、ビームヘッドを水平方向又は垂直方向に循環させて、一つのビームヘッドで照射開始側から照射終了側に向けてレーザ加工を行いながら、他のビームヘッドを照射終了側から照射開始側に向けて戻すので、レーザ加工をほぼ連続的に行うことができ、レーザ加工のタクトを短縮した効率のよいレーザ加工ができる。

【0023】

また、前記ビームヘッドユニットは、前記複数のビームヘッドに照射するレーザビームの光路長一定機構を具備していてもよい。

【0024】

このように構成すれば、照射開始側から照射終了側に向けて移動させるビームヘッドからワークに照射されるレーザビームの強度を一定にすることができる。

【0025】

また、前記制御装置は、前記複数のビームヘッドの配置と、レーザ加工する１つのビームヘッドと、ワークの送り速度と、からワークに対する送り方向の走査位置を決定するように構成されていてもよい。

【0026】

このように構成すれば、複数のビームヘッドによるワークに対する走査位置を予め制御装置で決定するので、複数のビームヘッドによってワークに対して正確なパターニング加工ができる。

【発明の効果】

【0027】

本発明によれば、所定速度でワークを送りながら、そのワークに１本のレーザビームでワークの送り方向に対して交差する加工ラインをほぼ連続的に効率良く加工することができるので、パターニング加工を大幅に高速化することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明に係るレーザ加工装置を模式的に示す斜視図である。

【図2】図１に示すレーザ加工装置による加工ラインを模式的に示す平面図である。

【図3】本発明の第１実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す平面図である。

【図4】図３に示すレーザ加工装置の側面図である。

【図5】図３に示すレーザ加工装置に具備させた光路長一定装置の概略図である。

【図6】本発明の第２実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す斜視図である。

【図7】本発明の第３実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す斜視図である。

【図8A】レーザ加工装置による薄膜太陽電池の製造手順を示す側断面図である。

【図8B】図８Ａに続く薄膜太陽電池の製造手順を示す側断面図である。

【図8C】図８Ｂに続く薄膜太陽電池の製造手順を示す側断面図である。

【図8D】図８Ｃに続く薄膜太陽電池の製造手順を示す側断面図である。

【図8E】図８Ｄに続く薄膜太陽電池の製造手順を示す側断面図である。

【図8F】図８Ｅに続く薄膜太陽電池の製造手順を示す側断面図である。

【図8G】図８Ｆに続く薄膜太陽電池の製造手順を示す側断面図である。

【図9】従来のレーザ加工装置を模式的に示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、ガラス基板７に薄膜層６が形成されたワーク５を例に説明する。

【0030】

図１に示すように、この実施形態のレーザ加工装置１は、ワーク５の加工基準位置（端面等）を検出するカメラ２と、位置検出したワーク５を送り方向（Ｙ方向、以下「Ｙ」で示す）に正確に送る定速送り装置３とを備えている。この実施形態の定速送り装置３は、ワークチャック４でワーク５を把持してワーク支持機構８のローラ９上を送るワークチャック台車方式となっている。

【0031】

この定速送り装置３は、ワークチャック４に平面方向の回転軸（θ軸）及び必要な場合には、Ｘ軸（送り方向と交差方向）・Ｙ軸（送り方向と平行方向）の駆動軸を設け、定速送り装置３の送りと同期させて、ワーク５に生じる捻りを抑制する方向に補正しながら加工できるようになっている。この定速送り装置３としては、例えば、コンベア方式、駆動ローラコンベア方式等、他の構成であってもよい。また、この実施形態では、定速送り装置３で送られるワーク５は、薄膜層６を上面とした状態でガラス基板７を下方から支持した状態で送られる。さらに、上記ワーク支持機構８としては、上記ローラ９以外に、例えば、フリーベアリング、非接触エアー吸着ユニット（ワーク５を下方からエアーによって引き付ける引付機構等）などが用いられる。

【0032】

そして、上記定速送り装置３で送られるワーク５の送り方向所定位置には、送られるワーク５に対してパターニング加工を行うビームヘッドユニット２０が設けられている。ビームヘッドユニット２０は、ワーク５の送り方向Ｙと交差する走査方向（Ｘ方向、以下「Ｘ」で示す）にレーザビーム７０を走査するように配置されている。図示する左側が照射開始側Ｓであり、右側が照射終了側Ｅである。このようにビームヘッドユニット２０を所定位置に配置し、このビームヘッドユニット２０からレーザビーム７０を正確に照射している。これにより、上記定速送り装置３によって正確に送られるワーク５に対して精度よく加工ライン（スクライブ線）１１が形成できるようにしている。これら定速送り装置３によるワーク５の送りや、レーザビーム７０の照射は、制御装置６０によって制御されている。

【0033】

ビームヘッドユニット２０には、レーザ発振器２１から照射されたレーザビーム７０を曲げてワーク５に向けて照射することでパターニング加工を行う複数のビームヘッド（図３，４，６，７）２２，２３が備えられている。このビームヘッドユニット２０からワーク５に向けて照射されるレーザビーム７０は、レーザ発振器２１から照射された１本のレーザビーム７０をワーク５に向けて照射するようになっている。ビームヘッドユニット２０の詳細は、後述する。

【0034】

なお、上記ビームヘッドユニット２０が設けられた加工部１０には、定速送り装置３で送られるワーク５を正確な位置（レベル）に支持して送るワーク位置保持機構（図示略）が備えられる。このワーク位置保持機構としては、例えば、ワーク５を上方から非接触で押付けるエアブローや、押し付けローラ等で押し付けるワーク押付機構等が採用される。このワーク押付機構と、上記ワーク支持機構８のローラ９によって、ビームヘッドユニット２０の部分でワーク５が正確な位置で送られる。これらのワーク押付機構及びワーク支持機構８は公知の技術を採用することができる。

【0035】

このように、ワーク５の下方にワーク支持機構８を設け、上方にワーク押付機構（図示略）を設けることで、加工部１０において送り方向Ｙに送られるワーク５の上下方向位置（レベル）が変動しないようにすれば、ワーク５を送りながら加工ライン１１を加工するレーザビーム７０の焦点がズレないようにできる。

【0036】

なお、上記ワーク５の上方に、加工ライン１１の形成時に除去された薄膜や蒸散物を吸引する吸引ダクト（図示略）を設ければ、除去された薄膜や蒸散物が薄膜層６等に再付着しないようにできる。

【0037】

一方、図２に示すように、上記レーザ加工装置１によるワーク５をワーク送り方向Ｙに送りながレーザビーム７０を照射して行うパターニング加工は、レーザ走査位置は固定としている。そして、レーザビーム７０を一定間隔時間で照射開始側Ｓから照射終了側Ｅに向けて走査方向Ｘに走査し、このレーザビーム７０によって所定速度で送られるワーク５に対してパターニング加工を行うようにしている。

【0038】

この場合、レーザビーム走査方向Ｘとワーク送り方向Ｙとの合成速度による加工ライン１１が送り方向Ｙに対して直角となるように、ワーク５の送り速度とレーザビーム７０の走査速度とが相対的に制御装置６０で制御される。

【0039】

具体的には、ワーク５の送り速度を「送り速度ＶＹ」、地面から見た走査方向を「対地走査方向ＸＧ」、地面に対する走査速度を「対地走査速度ＶＸＧ」、ワーク５の幅方向である走査方向を「相対走査方向ＸＷ」、ワーク５の幅方向に走査する速度を「相対走査速度ＶＸＷ」とし、水平面内での対地走査方向ＸＧと相対走査方向ＸＷとが成す角度を「傾斜角φ」とする。そして、送り速度ＶＹを対地走査速度ＶＸＧで除算すれば、傾斜角φの正弦を得ることができる（sinφ＝ＶＹ／ＶＸＧ）。また、対地走査速度ＶＸＧに傾斜角φの余弦を乗算すれば、相対走査速度ＶＸＷを得ることができる（ＶＸＷ＝ＶＸＧ×cosφ）。さらに、ワーク５送り方向における加工ライン１１同士の間隔ＬＹを、ワーク５の幅方向における加工ライン１１の長さＬＸで除算すれば、傾斜角φの正弦として得ることができる（tanφ＝ＬＹ／ＬＸ）。

【0040】

従って、このような関係から所定の送り速度ＶＹで送るワーク５に対して対地走査速度ＶＸＧで対地走査方向ＸＧにレーザビーム７０を走査すれば、ワーク５に対しては相対走査方向ＸＷに、平行な加工ライン１１を所定間隔ＬＹで連続的に形成することができる。これらワーク送り速度ＶＹとレーザビーム走査速度ＶＸＧとの相対的な制御は、制御装置６０（図１）によって行われる。

【0041】

そして、このような加工をレーザ加工装置１で連続的に行うことにより、送り方向Ｙにワーク５を１回送ることでパターニング加工が完了する。また、ワーク５を一方向に１回送ることでパターニング加工が完了するので、所定長さのワーク５の加工だけではなく、ロール・ツー・ロール方式のような連続体のワークに対してもパターニング加工が可能となる。

【0042】

なお、上記レーザビーム７０としては、扁平ビーム（ラインビーム等を含む）を用いることで、加工ライン１１をより高速で加工することができる。扁平ビームとしては、加工ライン１１がワーク送り方向Ｙに対して直角となるように扁平ビームの方向が制御されて照射される。

【0043】

次に、図３，４に基づいて、第１実施形態に係るレーザ加工装置の構成を説明する。なお、上記図１に示す構成と同一の構成には同一符号を付して説明する。

【0044】

このレーザ加工装置３０は、複数のビームヘッド２２，２３を照射開始側Ｓと照射終了側Ｅとの間で往復させる往復動作式の例である。この実施形態では２つのビームヘッド２２，２３が備えられ、これら第１ビームヘッド２２と第２ビームヘッド２３とを逆方向に往復動作させるパラレル方式としている。

【0045】

図示するように、定速送り装置３で搬送されるワーク５の上方に、このワーク５の送り方向Ｙと交差する走査方向Ｘに延びるレール３１が設けられている。このレール３１の両側には、上記第１ビームヘッド２２と第２ビームヘッド２３とがそれぞれ照射開始側Ｓと照射終了側Ｅとの間で往復移動するように設けられている。このビームヘッド２２，２３を往復移動させる構成としては、例えば、レール３１に沿って設けられたリニアガイド（図示略）に案内されるようにし、駆動モータ等で照射開始側Ｓと照射終了側Ｅとの間を往復動させるような等速駆動機構等を採用することができる。このビームヘッド２２，２３を往復移動させる構成としては、他の構成であってもよい。

【0046】

また、上記レール３１の照射開始側Ｓに上記レーザ発振器２１が設けられている。このレーザ発振器２１は、ビームヘッド２２，２３の移動方向と平行にレーザビーム７０を照射するように配置されている。このレーザ発振器２１から照射されたレーザビーム７０は、第１ベンドミラー２４によって直交方向に曲げられる。この曲げられたレーザビーム７０は、第２ベンドミラー２５又は２６によって直交方向に曲げられて、上記ビームヘッド２２，２３に照射される。

【0047】

図４に示すように、この実施形態の上記第１ベンドミラー２４は、上下方向に２枚のベンドミラー２４Ａ，２４Ｂが配置されている。一方のベンドミラー２４Ａは、レーザビーム７０を一方の第２ベンドミラー２５に向けて正確に曲げるように配置されている。他方のベンドミラー２４Ｂは、レーザビーム７０を他方の第２ベンドミラー２６に向けて正確に曲げるように配置されている。

【0048】

そして、これらのベンドミラー２４Ａ，２４Ｂは、一体的に上下方向に移動させられて切替え可能となっている。これらのベンドミラー２４Ａ，２４Ｂを一体的に上下動させる構成（例えば、流体圧シリンダ等）が切替器２９である。この第１ベンドミラー２４の切替えは、上記制御装置６０（図１）によって制御される。

【0049】

なお、この実施形態では２つのベンドミラー２４Ａ，２４Ｂを設けて切替えるようにしているが、１枚のベンドミラー２４を角度制御して、レーザビーム７０を正確に第２ベンドミラー２５，２６のそれぞれに向けて曲げるようにしてもよい。

【0050】

さらに、上記ビームヘッド２２，２３には、水平方向に照射されたレーザビーム７０を下方に向けて曲げる第３ベンドミラー２７と、この第３ベンドミラー２７で曲げられたレーザビーム７０を集光する集光レンズ２８とがそれぞれ設けられている。

【0051】

そして、図３，４に示すように、第１ビームヘッド２２によってレーザ加工を行う場合、上記第１ベンドミラー２４Ａで曲げられたレーザビーム７０は、第２ベンドミラー２５によって第１ビームヘッド２２の走査方向に曲げられて、第１ビームヘッド２２に照射される。この第１ビームヘッド２２に照射されたレーザビーム７０は、第１ビームヘッド２２に設けられた第３ベンドミラー２７によってワーク５に向けて曲げられ、集光レンズ２８からワーク５に向けて照射される。このレーザビーム７０によってワーク５に加工ライン１１が形成される。

【0052】

また、第１ビームヘッド２２とはレール３１の反対側面に設けられた第２ビームヘッド２３によってレーザ加工を行う場合、上記切替器２９によって第１ベンドミラー２４がベンドミラー２４Ａからベンドミラー２４Ｂに切替えられ、レーザビーム７０が第２ベンドミラー２６に向けて曲げられる。この第２ベンドミラー２６に照射されたレーザビーム７０は、第２ベンドミラー２６から第２ビームヘッド２３に照射される。この第２ビームヘッド２３に照射されたレーザビーム７０は、上記第１ビームヘッド２２と同様に、第２ビームヘッド２３に設けられた第３ベンドミラー２７によってワーク５に向けて曲げられ、集光レンズ２８からワーク５に向けて照射される。このレーザビーム７０によってワーク５に加工ライン１１が形成される。

【0053】

なお、この第１実施形態では２つのビームヘッド２２，２３を備えた例を説明したが、３つ以上のビームヘッドを備えさせる場合、図３に二点鎖線で示すように、上記レール３１をワーク送り方向Ｙに並設し、そのレール３１Ｂに第３ビームヘッド２２Ｂ（必要に応じて第４ビームヘッド（図示略））を備えさせればよい。この場合、新たにレール３１Ｂを設ける方向の第２ベンドミラー２５を上下方向に移動可能とし、第３ビームヘッド２２Ｂによるレーザ加工時には第２ベンドミラー２５を下げてレーザビーム７０を通過させ、新たに設けた第２ベンドミラー２５Ｂによって第３ビームヘッド２２Ｂに向けて曲げるようにすればよい。

【0054】

また、３つ以上のビームヘッドを備えさせた場合、複数のビームヘッドを切替えて行う交互加工すると、一部のビームヘッドによる同時加工とを組合わせて行うことで、更なる加工時間の短縮化も可能である。

【0055】

一方、上記したようにビームヘッド２２，２３を移動させる場合、レーザ発振器２１からの距離が変化してビーム強度が変化する。そのため、図５に示すように、ビームヘッド２２，２３の移動量に関係なく、レーザビーム７０を同一光路長でビームヘッド２２，２３に照射する光路長一定装置４０を設けてもよい。図５は、第１ビームヘッド２２側を例にしている。

【0056】

図５に図示する光路長一定装置４０は、第２ベンドミラー２５（２６）で曲げたレーザビーム７０を、ビームヘッド２２（２３）の移動方向前方に設けられた第４，第５ベンドミラー４１，４２を有する反射ミラーユニット４３を介してビームヘッド２２（２３）に照射する構成となっている。この光路長一定装置４０の第４，第５ベンドミラー４１，４２は、第２ベンドミラー２５（２６）からのレーザビーム７０を１８０°反対方向に反射するように設けられている。この光路長一定装置４０は、反射ミラーユニット４３をビームヘッド２２（２３）の移動量の半分の距離で移動させるようになっている。

【0057】

このような光路長一定装置４０によれば、ビームヘッド２２（２３）の移動量の半分で反射ミラーユニット４３を同一方向に移動させることで、レーザビーム７０の光路長を一定に保ってビームヘッド２２（２３）に照射することができる。この光路長一定装置４０は一例であり、リンク、ファイバー等を用いた他の構成でレーザビーム７０の光路長を一定にしてもよい。

【0058】

以上のような第１実施形態のレーザ加工装置１によれば、複数のビームヘッド２２，２３を備えたビームヘッドユニット２０により、一方のビームヘッド２２（２３）でレーザ加工を行っているときに他方のビームヘッド２３（２２）を照射開始側Ｓに移動させることができる。従って、両ビームヘッド２２，２３を同一速度で逆方向に移動させれば、一方のビームヘッド２２（２３）が加工終了位置に達する時に、他方のビームヘッド２３（２２）を加工開始位置に配置することができる。

【0059】

そのため、両ビームヘッド２２，２３で交互にレーザ加工を行うことでほぼ連続したレーザ加工ができる。例えば、図３に示す［１］の加工ライン１１は第１ビームヘッド２２によって加工し、［２］の加工ライン１１は第２ビームヘッド２３によって加工し、その加工を交互に繰り返すことでほぼ連続したレーザ加工が可能となる。そのため、例えば、１０〜２０ｍ／ｓｅｃでビームヘッド２２，２３を移動させて、ほぼ連続したレーザ加工を効率良く行うことができる。

【0060】

従って、ワーク５を送り方向Ｙに向けて一方向に送りながら加工ライン１１を加工することで、加工ライン形成作業のタクトを大幅に短縮することができ、太陽電池等の生産性を大幅に向上させることが可能となる。また、これにより、太陽電池の低コスト化を図ることができ、太陽電池利用の促進を図ることができる。

【0061】

図６は、第２実施形態に係るレーザ加工装置５０の要部を示す図面である。この第２実施形態のレーザ加工装置５０は、複数のビームヘッドを照射開始側Ｓと照射終了側Ｅとの間で循環させる循環式とした例である。つまり、複数のビームヘッドを同一方向に循環させるリターン方式で動作させるようにした例である。なお、この実施形態では、ビームヘッドユニット５１に関する構成を説明し、上記図３，４に示す構成と同一の構成には同一符号を付して説明する。また、この第２実施形態では、ビームヘッドユニット５１をワーク５の下方に配置した例で説明する。

【0062】

図示するように、この実施形態のレーザ加工装置５０も、２つのビームヘッド２２，２３が備えられている。これらのビームヘッド２２，２３は、駆動方式を除くと上記図３，４に示すビームヘッド２２，２３と同一の構成である。

【0063】

これらの実施形態のビームヘッド２２，２３は、タイミングプーリ５２で駆動されるタイミングベルト５３により照射開始側Ｓと照射終了側Ｅとの間を移動させられ、両端部で水平方向に旋回させることで循環させられる。

【0064】

また、図示するように、タイミングベルト５３の一方で、照射開始側Ｓから照射終了側Ｅに向けて移動する方（図示する左側）には、延長線上にレーザ発振器２１が配置されている。このレーザ発振器２１は、照射開始側Ｓから照射終了側Ｅに向けて移動するビームヘッド２２（２３）に向けて正確にレーザビーム７０を照射するように配置されている。

【0065】

さらに、このレーザ発振器２１とビームヘッド２２，２３との間には、ビームヘッド２２，２３が端部で旋回している所定の間はレーザビーム７０を遮断するビームシャッタ５４が設けられている。ビームシャッタ５４としては、電気式シャッタや機械式シャッタ等が用いられる。このビームシャッタ５４により、所定速度で循環させるビームヘッド２２，２３がレーザビーム走査方向Ｘに移動する所定範囲で、レーザ発信器２１から照射されるレーザビーム７０をビームヘッド２２，２３に照射してレーザ加工を行うように制御される。ビームシャッタ５４の開閉は、例えば、上記タイミングプーリ５２を駆動するステッピングモータ等の情報に基づいて制御される。

【0066】

また、ビームヘッド２２，２３は、上記図３，４と同一であるが、この実施形態では、ワーク５の下方にビームヘッド２２，２３が設けられ、これらのビームヘッド２２，２３から上向きにレーザビーム７０を照射する例としている。レーザ発振器２１から照射されたレーザビーム７０は、ビームヘッド２２（２３）の第３ベンドミラー２７でワーク５に向けて曲げられ、集光レンズ２８からワーク５に向けて照射される。

【0067】

この第２実施形態のレーザ加工装置５０の場合、一方のビームヘッド２２（２３）で照射開始側Ｓからレーザ加工を行っている時に、照射終了側Ｅから他方のビームヘッド２３（２２）を照射開始側Ｓに向けて移動させることができる。

【0068】

図７は、上記図６に示す第２実施形態のレーザ加工装置５０の変形例である第３実施形態のレーザ加工装置５５である。上記図６に示す第２実施形態と同一の構成には同一符号を付して、その説明は省略する。

【0069】

この実施形態のレーザ加工装置５５は、上記ビームヘッド２２，２３を照射開始側Ｓと照射終了側Ｅとの間で移動させ、両端部で垂直方向に旋回させて循環するようになっている。この実施形態も、照射開始側Ｓから照射終了側Ｅに向けて移動する方（図示する左側）には、延長線上にレーザ発振器２１が配置されている。このレーザ発振器２１は、照射開始側Ｓから照射終了側Ｅに向けて移動するビームヘッド２２，２３に向けてレーザビーム７０を照射するように配置されている。

【0070】

さらに、この実施形態でも、レーザ発振器２１とビームヘッド２２（２３）との間に、ビームヘッド２２（２３）が端部で旋回している間にレーザビーム７０を遮断するシャッタ５４が設けられている。他は、上記第２実施形態と同一であるため、説明は省略する。

【0071】

この第３実施形態のレーザ加工装置５５の場合も、一方のビームヘッド２２（２３）で照射開始側Ｓからレーザ加工を行っている時に、照射終了側Ｅから他方のビームヘッド２３（２２）を照射開始側Ｓに向けて移動させることができる。

【0072】

なお、これら第２、第３実施形態において光路長一定装置を設ける場合、上述した光路長一定装置４０とは異なり、例えばリンク式の光路長一定装置が採用される。

【0073】

また、これら第２、第３実施形態のようにワーク５の下方からレーザビーム７０を照射する場合、ワーク５のガラス基板７を透過して上面に形成された薄膜層６で焦点が合うようにレーザビーム７０が照射される。

【0074】

以上のような第２，第３実施形態のレーザ加工装置５０，５５によっても、複数のビームヘッド２２，２３を備えたビームヘッドユニット５１により、一方のビームヘッド２２（２３）で照射開始側Ｓから照射終了側Ｅに向けてレーザ加工を行っているときに他方のビームヘッド２３（２２）を照射開始側Ｓに向けて移動させることができるので、ほぼ連続したレーザ加工を効率良く行うことができる。

【0075】

従って、ワーク５を送り方向Ｙに向けて一方向に送りながら加工ライン１１を加工することで、加工ライン形成作業のタクトを大幅に短縮することができ、太陽電池等の生産性を大幅に向上させることが可能となる。また、これにより、太陽電池の低コスト化を図ることができ、太陽電池利用の促進を図ることができる。

【0076】

以上のように、上記レーザ加工装置１，５０，５５によれば、送り方向Ｙにワーク５を一定速度で連続送り（又は、一定間隔で断続送り）ながら、この送り方向Ｙに対して交差する走査方向Ｘにレーザビーム７０を所定の走査速度で照射する。そして、これらワーク５の送り速度とレーザビーム７０の走査速度とを、１本のレーザビーム７０の加工ライン１１がワーク５の送り方向Ｙに対して直角となるように制御装置６０で相対的に制御するので、薄膜層６に高速でパターニング加工を行うことができる。そして、送り方向Ｙにワーク５を所定速度で１回送ることでレーザ加工が完了するので、短い時間で１枚のワーク５に対する加工を完了することができる。

【0077】

しかも、ワーク５を一方向に送りながらレーザビーム７０を走査して加工ライン１１を形成することでレーザ加工が完了するので、基板毎のワーク５の加工だけでなく、フレキシブル太陽電池のロール・ツー・ロール製法の連続したワークでも高速の連続加工が可能となる。

【0078】

その上、上述した図８Ａ〜図８Ｇに示すように、複数の成膜層に加工ライン１１を形成する場合でも、上記レーザ加工装置１と成膜機（図示略）とを送り方向に複数台並設すれば、ワーク５を一方向に搬送しながら連続的にパターニング加工を行うことができ、パターニング加工のタクトを大幅に短縮して太陽電池等の生産性を大幅に向上させることが可能となる。また、これにより、太陽電池の低コスト化を図ることができ、太陽電池利用の促進を図ることができる。

【0079】

さらに、分光・振分け・複数発振器搭載による複数のビームを用いることがないので、加工品質が安定した太陽電池を作製できるレーザ加工装置１を低コストで製作することも可能となる。

【0080】

なお、上記実施形態では、ワーク５を一定速度で送り方向Ｙに連続的に送りながら加工する例を説明したが、ワーク５の送りは加工条件等に応じて、一定間隔で断続的に送りながら加工するようにしてもよく、上記実施形態に限定されるものではない。

【0081】

また、上記実施形態では、レーザ発振器２１をビームヘッド２２，２３と別体で構成しているが、小型軽量のレーザ発振器２１であればヘッドユニット２２，２３と一体的に移動させるように構成してもよい。

【0082】

さらに、上述した実施形態は一例を示しており、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。

【産業上の利用可能性】

【0083】

本発明に係るレーザ加工装置は、薄膜太陽電池やフレキシブル太陽電池（ロール・ツー・ロール製法）の製造工程において利用できる。

【符号の説明】

【0084】

１ レーザ加工装置
３ 定速送り装置
５ ワーク
６ 薄膜層
７ 基板（ガラス基板）
１１ 加工ライン（スクライブ線）
２０ ビームヘッドユニット
２１ レーザ発振器
２２ 第１ビームヘッド
２３ 第２ビームヘッド
２４ 第１ベンドミラー
２４Ａ，２４Ｂ ベンドミラー
２５，２６ 第２ベンドミラー
２７ 第３ベンドミラー
２８ 集光レンズ
２９ 切替器
３０ レーザ加工装置
３１ レール
３２ ビーム走査ユニット
４０ 光路長一定装置
４１ 第４ベンドミラー
４２ 第５ベンドミラー
４３ 反射ミラーユニット
５０ レーザ加工装置
５１ ビームヘッドユニット
５４ ビームシャッタ
５５ レーザ加工装置
６０ 制御装置
７０ レーザビーム
Ｓ 照射開始側
Ｅ 照射終了側
Ｘ レーザビーム走査方向
Ｙ ワーク送り方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図8E】

【図8F】

【図8G】

【図9】