JP5355349B2 - レーザースクライブ装置 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池モジュールのセルの回路パターン形成時等に使用されるレーザースクライブ装置に関する。

レーザー光を照射することによって被加工物に溝を形成するレーザースクライブ装置が、基板の分割溝の形成や、薄膜太陽電池のパターン加工に利用されている。レーザースクライブ装置は、被加工物を載置するステージ、被加工物にレーザー光を照射するレーザー光源、被加工物に照射されるレーザー光の照射位置を走査する走査機構を備える。

このようなレーザースクライブ装置では、加工時に被加工物から発生する発塵物が、レーザー光の光学系に付着したり、被加工物に付着したりするといった問題を生じる。そこで、発塵物の付着を低減するために、レーザー光を照射する光学系と被加工物との間のレーザー光に向かって気体を噴出する技術が、例えば特許文献１に開示されている。

また、レーザースクライブを行った後に、エアーブローや真空吸引により発塵物を除去する技術が、例えば特許文献２に開示されている。また、照射部分の近傍で発塵物を吸引するとともに、吸引方向に発塵物を拡散させるためにガスを吹き付ける技術が、例えば特許文献３に開示されている。

特開平１１−５８０５０号公報 特開２００１−１９６６１０号公報 国際公開第２００８／１４３０４２号

しかしながら、上記従来の技術によれば、気体の噴出により発塵物を加工溝から吹き飛ばしているが、加工溝から吹き飛ばされた発塵物が基板表面に付着してしまう。また、被加工物から発生した発塵物を吸引する場合にも、吸引部から離れた領域に飛散してしまった発塵物が、基板表面に再度付着してしまう場合がある。

例えば、太陽電池モジュールでは、ガラス基板の上に透明電極が形成され、レーザースクライブにより回路パターンが形成される。その上に光電変換層が形成され、光電変換層の回路パターンをレーザースクライブにより形成する。最後に光電変換層の上に裏面電極を形成し、レーザースクライブにより裏面電極をパターニングして太陽電池モジュールが完成する。

ここで、透明電極にレーザースクライブを行う際に、基板表面に発塵物が付着すると、次工程における光電変換層の形成後の洗浄時に、異物上の光電変換層が透明電極層の発塵物ごと脱落し、部分的に透明電極が基板表面に露出される箇所ができてしまう。この露出部分では、次工程の裏面電極形成時に、透明電極上に直接裏面電極が形成されることになり短絡する。そのため、製品の歩留まりが低下するという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、レーザースクライブ時に発生する発塵物の基板表面への付着を低減して、太陽電池モジュール等の製造における歩留まりの向上を図ることのできるレーザースクライブ装置を得ることを目的としている。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、レーザー光源からのレーザー光を走査させて被加工物をレーザースクライブするレーザースクライブ装置であって、被加工物へのレーザー光の照射位置近傍に向けて、レーザー光の走査方向の両側から気流を噴出する気流噴出ノズルと、被加工物へのレーザー光の照射位置の近傍で気流を吸引する吸引ノズルと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、気流噴出ノズルから噴出される気流により形成される層流の壁で発塵物の飛散を抑え、吸引ノズルで発塵物を吸引して除去するので、発塵物の基板表面への付着を低減して、太陽電池モジュール等の製造における歩留まりの向上を図ることができるといった効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１に係るレーザースクライブ装置の概略構成を示す図である。 図２は、気流噴出ノズル部分を拡大した部分拡大斜視図である。 図３は、気流噴出ノズル部分を拡大した部分拡大側面図である。 図４は、吸引ノズル部分を拡大した部分拡大斜視図である。 図５は、吸引ノズル部分を拡大した部分拡大側面図である。 図６は、本発明の実施の形態２に係るレーザースクライブ装置の気流噴出ノズル、吸引ノズルを説明するための部分斜視図である。 図７は、気流噴出ノズルの先端部分を示す平面図である。

以下に、本発明にかかるレーザースクライブ装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るレーザースクライブ装置の概略構成を示す図である。レーザースクライブ装置２０は、被加工物である薄膜太陽電池のガラス基板１を載置するステージ１０、載置されたガラス基板１にレーザー光２を照射するレーザー光源１１、レーザー光２の照射位置を走査する走査機構（図示せず）を備える。ガラス基板１は加工する膜面（加工面）を下側に向けてステージ１０上に保持される。レーザー光２は膜面の反対面側から照射される。

薄膜太陽電池においてシリコンを主成分とする光電変換膜を加工するには、ＹＡＧの２倍高調波のパルスレーザなどの可視レーザーをレーザー光源１１として用いるのが好適である。パルスでレーザー光２を照射しながら走査することで、ガラス基板１上の透明電極膜５などに連続した溝が形成される。

ガラス基板１の加工面側となるステージ１０の下部には、気流噴出ノズル３と吸引ノズル４とが設けられている。レーザー光２を照射すると同時に気流噴出ノズル３からガラス基板１にガスを吹き付け、吸引ノズル４から吸引を行う。気流噴出ノズル３には、ガス供給源１３からガスが供給される。ガス供給源１３は、例えば、窒素ガスなどを供給するガスボンベや、圧縮空気を供給するコンプレッサーなどである。

吸引ノズル４には排気ポンプ１５が接続される。吸引ノズル４と排気ポンプ１５との間に、発塵物の粒子を補足するフィルターを備えてもよい。このように、レーザースクライブ装置２０は、ガス供給源１３や排気ポンプ１５などの気流発生装置と、これらと接続される各ノズル３，４による気流制御構造を備える。

図２は、気流噴出ノズル３部分を拡大した部分拡大斜視図である。図３は、気流噴出ノズル３部分を拡大した部分拡大側面図である。

気流噴出ノズル３は、レーザー光２の照射位置近傍に向かって集中するように、走査方向の両側から気流を吹き付ける構造となっている。具体的には、気流噴出ノズル３からの気流の噴出方向が、レーザー光２と平行な方向に対して、レーザー光２の照射位置側に傾いた方向となるように、気流噴出ノズル３が設けられている。気流噴出ノズル３の噴出口３ａは、走査方向６に平行に延びた形状をなしている。噴出口３ａからは整流された気流が噴出される。気流噴出ノズル３は、レーザー光２の走査とともに移動し、レーザー光２の照射位置近傍に気流を吹き付けることができるようになっている。また、それぞれの気流噴出ノズル３から噴出される気流の中心は、レーザー光２の照射位置の中心からわずかに手前側に向かうようにされている。これにより、形成される溝エッジ部に気流が当たるように調整される。また吸引ノズル４は、レーザー光２の照射位置よりも走査方向６の手前側に配置される。また、吸引ノズル４は、レーザー光２の走査とともに移動し、レーザー光２の照射位置近くで吸引を行うことができるようになっている。

図３に示すように、走査方向６の両側からの気流は、レーザー光２の照射位置の付近でぶつかり合って基板に平行な成分が打ち消し合い、レーザー光２の照射位置の付近でガラス基板１の表面に対して垂直な方向に、ガラス基板１から離れる気流が発生する。レーザースクライブによりレーザー光２の照射位置で発生する発塵物８は、この気流とともにガラス基板１表面から離される。そして、ガラス基板１から離れる気流と発塵物８は、走査方向６の手前側に配置された吸引ノズル４によって吸引される。

本実施の形態１では、レーザー光２は透明なガラス基板１を通過して、レーザー光２が射出する側の面を加工する。加工箇所で生じる発塵物８は、ガラス基板１から離れる気流によって、ガラス基板１表面から離され、吸引ノズル４によって吸引されるので、レーザー光２の光学系への発塵物８の付着を抑えることができる。また、吸引ノズル４は、ガラス基板１からのレーザー光２の射出面側に配置されるので、吸引ノズル４がガラス基板１を加工する前のレーザー光２を遮ることがない。したがって、吸引ノズル４を配置する位置の自由度を高めることができる。

また、本実施の形態１では、気流噴出ノズル３の角度を変更可能にしている。これにより、気流噴出ノズル３からの気流の噴出方向同士がなす角度θが変更可能となる。角度θを調整することで、例えば、レーザースクライブにより形成される溝の幅を変更した場合にも、より確実に溝エッジ部に気流を当てることができ、発塵物８の効率的な吸引を実現することができる。なお、角度θとしては６０〜１２０度程度が好ましい。

図３に示すように、気流噴出ノズル３からの気流の中心線が、ガラス基板１の表面と交差する位置は、形成される溝のエッジよりも少し外側となるのが好ましい。たとえば０．０３〜０．１ｍｍ程度の幅の溝を形成する場合、溝のエッジから０．１〜０．３ｍｍ程度、外側に離れた位置となることが好ましい。また、気流噴出ノズル３の先端とガラス基板１表面との間隔は、気流があまり拡散しないように十分に近いことが望ましく、たとえば３〜１０ｍｍ程度とすることが好ましい。

図４は、吸引ノズル４部分を拡大した部分拡大斜視図である。図５は、吸引ノズル４部分を拡大した部分拡大側面図である。吸引ノズル４は、気流噴出ノズル３から噴出される気流のほとんどを吸引できるように、吸引量調整バルブ１４により吸引力が調整される。吸引ノズル４からの吸引力を強くしすぎると、周囲から発塵物８以外のゴミを呼び込み、ガラス基板１表面へのゴミの付着を招くおそれがある。そこで、吸引ノズル４からの吸引力は、気流噴出ノズル３から噴出されるすべての気流を吸引できる吸引力よりも少し強いぐらいの吸引力に調整されることが好ましい。

このような構成にすることで、気流噴出ノズル３から噴出される整流された気流のうち、ガラス基板１に向かう気流によって、レーザー光２の照射位置を両側から囲む層流の壁を形成することができる。この層流の壁により、レーザースクライブによって発生する発塵物８を層流の壁内に閉じ込めて、ガラス基板１の表面に飛散するのを抑えることができる。また、上述したように、気流噴出ノズル３から噴出される気流のうち、ガラス基板１から離れる気流によって、層流の壁内に閉じ込めた発塵物８を、ガラス基板１から離して、確実に吸引ノズル４で吸引して除去することができる。このように、ガラス基板１の表面への発塵物８の付着を抑えることで、基板洗浄時の光電変換層の剥離を大幅に低減できることから、短絡による歩留まりの低下を抑制することができる。なお、走査方向６の両側からではなく、単に一方側から気流を噴出させた場合には、発塵物８を閉じ込めることができないため、発塵物８の飛散を抑えることは難しく、発塵物８がガラス基板１の表面に付着しやすくなる。

また、図示していないが、気流噴出ノズル３からの気流の流れをより安定化させるために気流噴出ノズル３に、整流板を組み合わせたノズルを用いてもよい。さらに気流の摩擦による帯電を防止するために気流噴出ノズル３に導入される気体に帯電防止処理を行っておくとなおよい。また、本実施の形態１では、吸引ノズル４を気流噴出ノズル３よりもレーザー光２の走査方向６に対する手前側に配置した構成を示したが、吸引ノズル４がレーザー光２の走査方向６に対する奥側に配置されていても構わない。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係るレーザースクライブ装置２１の気流噴出ノズル２３、吸引ノズル２４を説明するための部分斜視図である。図７は、気流噴出ノズル２３の先端部分を示す平面図である。実施の形態１と同様の構成には、同様の符号を付し、詳細な説明は省略する。また、図６ではステージやガス供給源等の図示を省略している。実施の形態２では、図７に示すように、気流噴出ノズル２３の先端である噴出口２３ａは、平行スリット部（第１噴出口）２３ｂと円弧部（第２噴出口）２３ｃとを備える。平行スリット部２３ｂは、レーザー光２の走査方向６の両側に走査方向６と平行に延びた形状を呈する。円弧部２３ｃは、半円弧形状を呈し、平行スリット部２３ｂの間に設けられる。平行スリット部２３ｂと円弧部２３ｃとは一体に連結されており、噴出口２３ａは、１の噴出口となっている。平行スリット部２３ｂと円弧部２３ｃとにより、噴出口２３ａは、全体として平面視においてＵ字型形状を呈する。

平行スリット部２３ｂは、実施の形態１と同様に、ガラス基板１の表面に向けて、整流された気流を噴出する。平行スリット部２３ｂは、円弧部２３ｃと連結されており角度調整が難しいため、あらかじめワーク加工溝のエッジ部に気流が当たりやすい噴出方向となるように噴出方向や設置角度が設定されている。また、円弧部２３ｃからは、レーザー光２の照射位置に対する走査方向６の奥側から、レーザー光２の照射位置近傍に向けて気流が噴出される。より具体的には、円弧部２３ｃからは、円弧の中心側へ向かった気流が噴出される。また、加工溝のエッジ部に適切に気流を当てるために、気流噴出ノズル３のヘッド部とワークとのギャップが調整できるようになっている。

平行スリット部２３ｂは、レーザー光２の走査方向６の両側に走査方向６と平行に延びるので、実施の形態１と同様に発塵物８を層流の壁内に閉じ込めて、ガラス基板１の表面に付着することを抑えることができる。また、円弧部２３ｃから噴出される気流によっても層流の壁が形成される。この円弧部２３ｃからの気流によって形成される層流の壁により、平行スリット部２３ｂからの気流によって形成される層流の壁の間から発塵物が飛散するのを防いで、より確実に層流の壁内に発塵物を閉じ込めることができる。また、吸引ノズル２４を、レーザー光２の照射位置に対してレーザー光２の走査方向６の手前側、すなわち円弧部２３ｃからの気流によって形成される層流の壁の反対側に配置することで、層流の壁に囲まれていない部分から飛散する発塵物も吸引ノズル２４で確実に吸引して除去することができる。

このように、レーザースクライブによって発塵した発塵物が、層流の壁内に閉じ込められて除去されるため、ガラス基板等の被加工物の表面への発塵物の付着を防止できる。また、発塵物に起因する基板洗浄時の光電変換層の剥離を大幅に低減できるために、短絡による歩留まり低下を抑制することができる。

なお、本実施の形態２では、気流噴出ノズル２３の噴出口２３ａ形状をＵ字型としているが、円弧部２３ｃに相当する部分を直線形状として、噴出口２３ａの形状を全体としてコの字型としても構わない。また、平行スリット部２３ｂと円弧部２３ｃとを一体に形成しているが、それぞれを分離させて形成しても構わない。

また、円弧部２３ｃを走査方向６に対して手前側に配置してもよい。この場合、吸引ノズル２４を走査方向に対して奥側に設けることで、層流の壁に囲まれていない部分から飛散する発塵物も吸引ノズル２４で確実に吸引して除去することができる。

以上のように、本発明に係るレーザースクライブ装置は、被加工物のレーザースクライブに有用であり、特に、発塵物を除去しながらのレーザースクライブに適している。

１ ガラス基板（被加工物）
２ レーザー光
３ 気流噴出ノズル
３ａ 噴出口
４ 吸引ノズル
５ 透明電極膜
６ 走査方向
８ 発塵物
１０ ステージ
１１ レーザー光源
１３ ガス供給源
１４ 吸引量調整バルブ
１５ 排気ポンプ
２０，２１ レーザースクライブ装置
２３ 気流噴出ノズル
２３ａ 噴出口
２３ｂ 平行スリット部（第１噴出口）
２３ｃ 円弧部（第２噴出口）
２４ 吸引ノズル

Claims (6)

1. レーザー光源からのレーザー光を走査させて被加工物をレーザースクライブするレーザースクライブ装置であって、
   前記被加工物の前記レーザー光が照射される面の反対面側に、
   前記レーザー光の照射位置近傍に向けて、前記レーザー光の走査方向の両側から気流を噴出する気流噴出ノズルと、
   前記被加工物へのレーザー光の照射位置の近傍に設けられて、前記走査方向の両側から噴出した前記気流の間で気流を吸引する吸引ノズルと、を備え、
   前記気流噴出ノズルおよび前記吸引ノズルは、前記被加工物に対して、前記レーザー光の走査とともに移動することを特徴とするレーザースクライブ装置。
2. 前記気流噴出ノズルは、気流の噴出方向が、前記レーザー光と平行な方向に対して前記レーザー光の照射位置側に傾くように設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレーザースクライブ装置。
3. 前記気流噴出ノズルからの気流の噴出方向を変更可能であることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザースクライブ装置。
4. 前記気流噴出ノズルは、
   前記レーザー光の走査方向の両側から前記レーザー光の照射位置近傍に向けて気流を噴出する第１噴出口と、
   前記レーザー光の照射位置に対する前記レーザー光の走査方向の手前側および奥側の少なくとも一方側から、前記レーザー光の照射位置近傍に向けて気流を噴出する第２噴出口と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザースクライブ装置。
5. 前記第１噴出口と前記第２噴出口とが連結されて１の噴出口を形成することを特徴とする請求項４に記載のレーザースクライブ装置。
6. 前記第２噴出口は、円弧状の形状をなすことを特徴とする請求項５に記載のレーザースクライブ装置。

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