レーザビーム加工装置及び方法並びに薄膜太陽電池の製造装置及び方法
【課題】予め規定した線幅や繰り返しピッチの精度を維持して、所定パターン加工をすることができる装置及び方法を提供する。
【解決手段】シート材１０を搬送するシート材搬送部２と、シート材１０を保持する保持部２４と、レーザを照射するレーザ照射部３５と、レーザ照射部３５をシート材の搬送方向及び幅方向に相対移動させるレーザ照射位置変更部３１，３３と、どの場所にレーザを照射するかを登録する加工パターン登録部と、登録された加工パターンに基づいて照射位置の変更を行いながらレーザを照射する制御部とを備え、基準マーク観察部と、基準マーク間隔計測部５とを更に備え、制御部は、基準マークの位置及びマーク間の寸法と、登録された所定パターン情報に基づいて、レーザ照射位置変更部３１，３３の相対移動位置を逐次補正変更しながら、レーザを照射する装置及び方法。
【解決手段】シート材１０を搬送するシート材搬送部２と、シート材１０を保持する保持部２４と、レーザを照射するレーザ照射部３５と、レーザ照射部３５をシート材の搬送方向及び幅方向に相対移動させるレーザ照射位置変更部３１，３３と、どの場所にレーザを照射するかを登録する加工パターン登録部と、登録された加工パターンに基づいて照射位置の変更を行いながらレーザを照射する制御部とを備え、基準マーク観察部と、基準マーク間隔計測部５とを更に備え、制御部は、基準マークの位置及びマーク間の寸法と、登録された所定パターン情報に基づいて、レーザ照射位置変更部３１，３３の相対移動位置を逐次補正変更しながら、レーザを照射する装置及び方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート状材料にレーザビーム加工を行う装置及び方法に関し、特に薄膜太陽電池などに用いられる積層成膜で形成されるシート状基材の製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の表示ディスプレイや薄膜太陽電池などは、基板材料としてガラスが用いられてきたが（例えば、特許文献１）、軽量化や柔軟性を持たせるために、樹脂フィルムが用いられるようになってきた。
【０００３】
樹脂フィルムを用いた表示ディスプレイの製造過程では、レーザビームによるダイレクトマーキングや露光パターニングが行われている。
【０００４】
一方、樹脂フィルムを用いた薄膜太陽電池の製造過程では、シート状基材の表面に有機材料や非導電材料などの成膜を施した後、所定の場所にレーザビームを照射して溝加工を施し、その部分に金属材料の成膜を施して配線パターンを形成し、これらの工程を何度か繰り返すことで、発電機能を有するシート状基材が製造されている。
【０００５】
従来の加工装置及び方法では、予め登録しておいた設計上の所定パターンに基づいて、所定の位置にレーザビームを照射することで、いわゆるパターン転写加工を施していた。ここでいう位置とは、レーザビームを照射する始点と終点、幅や深さを含んだ照射位置情報であり、所定エネルギーのレーザビーム照射により、或いは所定エネルギーのレーザビーム照射を繰り返すことで、設計上の所定のパターンを加工することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１５５２５０号公報
【特許文献２】特開２０１１−１７１４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
加工対象となるシート状基材は、いわゆるロール・トゥ・ロール加工と呼ばれる工程で用いられ、最終製品として切り出しが行われる前の中間段階では、長尺のシート状基材がドラム状に巻き付けられた状態でハンドリングされる。そして、成膜やパターン加工を行う際に適宜巻き出しされ、成膜やパターン加工時が終われば再び巻き取られて、次の工程へと運ばれる。このようなロール・トゥ・ロール加工においては、シート状基材そのものが薄く変形しやすい材料の場合、その上に成膜やパターン加工を施してもシート材の搬送方向や幅方向に伸縮して変形してしまう。
【０００８】
単一基材のシート材で厚さが同じであれば、走行方向の張力を調節したり、幅方向に張力を付与することで、全面均一に伸縮の調節ができる。しかし、実際には製造工程における品質管理上、シート材は厚みにある程度のばらつきが許容されているため、伸縮率が異なってしまう。また、シート材上に成膜が施されると、成膜の厚みのばらつきも加わり、所定の張力を付与するだけではシート材の寸法を所定の範囲内に調整することは難しい。そのため、シート材の加工対象エリアが大きくなったり、加工パターンが微細になるにつれて、加工パターンの位置ずれが生じやすくなる。
【０００９】
一方、薄膜太陽電池などに用いられるシート状基材においては、幾重にも成膜が積層されて形成されている。そのため、多層膜で構成されるシート材に対してパターン加工を施す場合、各層の積層毎に伸縮率が異なると、予め規定された加工パターン（つまり、上層側の重ね合わせパターン）と、被加工側シート（つまり、下層側）のパターンとが一致せず、加工パターンの位置ずれが生じてしまう。さらに、多層膜シート場合、上下層のパターン同士の導通を得るための加工（例えば、ビアホール加工・ビア溝加工など）があるため、上下層の加工パターンで位置ずれがありると予め規定された導通状態とならないと、製品の性能が発揮できず不良品となってしまう。その上、薄膜太陽電池に用いられるシート状基材は、製品面内に集光起電エリアと、電気配線パターンが複雑に積層されて形成されているため、位置ずれは局所的に表れ、加工対象エリア全体の伸縮率を平均化して算出し、全エリアに伸縮計数を乗じて加工しても、重ね合わせの位置精度を局所的に補正することが難しかった。
【００１０】
そこで本発明は、成膜後シート状基材が伸縮しやすい場合であっても、予め規定した位置・線幅・繰り返しピッチの精度を維持して所定パターン加工をすることができる、レーザビーム加工装置及び方法並びに薄膜太陽電池の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
シート材を搬送するシート材搬送部と、
前記シート材を保持する保持部と、
前記保持したシート材に向けてレーザビームを照射するレーザ照射部と、
前記保持したシート材と前記レーザ照射部とを前記シート材の搬送方向及び幅方向に相対移動させるレーザ照射位置変更部と、
前記保持したシート材上に前記レーザビームを照射する位置を登録する加工パターン登録部と、
前記登録された加工パターンに基づいて前記レーザ照射部からレーザビームを照射させる制御部とを備え、
前記保持したシート材に形成された複数の基準マークの位置を観察する基準マーク観察部と、
前記複数の基準マーク間の寸法を計測する基準マーク間隔計測部とを更に備え、
前記制御部は、
前記複数の基準マークの位置及びマーク間の計測寸法と、前記登録された加工パターンに基づいて、前記レーザ照射位置変更部の相対移動位置を補正演算し、前記補正演算して得られた所定の位置に前記レーザビームを照射する機能を更に備えている
ことを特徴とするレーザビーム加工装置である。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、
シート材を搬送するシート材搬送ステップと、
前記シート材を保持する保持ステップと、
前記保持したシート材に向けてレーザビームを照射するレーザ照射ステップと、
前記保持したシート材とレーザ照射部とを前記シート材の搬送方向及び幅方向に相対移動させるレーザ照射位置変更ステップと、
前記保持したシート材上に前記レーザビームを照射するための加工パターン及び位置情報
を読み出す加工パターン読み出しステップと、
前記読み出しされた加工パターンに基づいて前記レーザ照射位置変更ステップにおける相対移動を行いながら前記レーザ照射部からレーザビームを照射するレーザ加工ステップとを有し、
前記保持したシート材に形成された複数の基準マークの位置を観察する基準マーク観察ステップと、
前記複数の基準マーク間の寸法を計測する基準マーク間隔計測ステップとを更に有し、
前記レーザ加工ステップでは、
前記複数の基準マークの位置及びマーク間の計測寸法と、前記読み出された加工パターンに基づいて、前記レーザ照射位置変更ステップの相対移動位置を補正演算し、前記補正演算して得られた所定の位置に前記レーザビームを照射するステップを更に有する
ことを特徴とする、レーザビーム加工方法である。
【００１３】
上記発明の装置及び方法を用いるので、
レーザ加工する際にシート上に形成された複数の基準マークを観察し、それらの位置と間隔を計測して、予め登録しておいた加工パターンに対する実際の加工位置を補正することができるようになる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、
前記シート保持部は、前記シート材の裏面を吸着固定するテーブル部で構成されている
ことを特徴とする、請求項１に記載のレーザビーム加工装置である。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、
前記保持ステップでは、前記シート材の裏面を吸引して平坦なテーブル部に吸着固定することを特徴とする、請求項５に記載のレーザビーム加工方法である。
【００１６】
上記発明の装置及び方法を用いれば、
シート材をより平坦に保持することができ、レーザ加工中にシート材がばたついたり変形したりすることを防ぐことができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、
前記シート材が積層成膜で形成されるシート状基材であって、
前記請求項１又は請求項２のいずれかに記載のレーザビーム加工装置を備え、
前記加工パターンは当該積層成膜毎に登録されており
前記制御部は、積層成膜形成後の当該複数の基準マークの位置及びマーク間の寸法と、当該積層成膜に対応する加工パターンに基づいて前記補正演算を行なう
ことを特徴とする、積層成膜シート材の製造装置である。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、
前記シート材が積層成膜で形成されるシート状基材であって、
請求項５又は請求項６のいずれかに記載のレーザビーム加工方法を用い、
前記加工パターンは当該積層成膜で形成されるパターンに対応して積層成膜毎に登録されており、
前記レーザ加工ステップでは、積層成膜形成後の当該複数の基準マークの位置及びマーク間の寸法と、当該積層成膜に対応する加工パターンに基づいて前記補正演算を行なう
ことを特徴とする、積層成膜シート材の製造方法である。
【００１９】
上記発明の装置及び方法を用いれば、積層成膜シート材のレーザ加工の際に、下層に形成されている回路パターンの送り方向や幅方向の伸縮率が異なっていても、上層の加工パターンは、下層に形成されている回路パターンの寸法にフィットするように、補正演算して適正量のピッチ送りを行うことができる。そのため、予め規定した線幅や上下層パターンの重ね合わせ位置精度を維持して、所定の立体配線パターンを再現することができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、
前記シート状材が積層成膜で形成される薄膜太陽電池に用いられるシート状基材であって、
前記請求項１〜請求項３のいずれかに記載のレーザビーム加工装置を備え、
前記加工パターンは当該薄膜太陽電池の積層成膜毎に登録されており
前記制御部は、積層成膜形成後の当該複数の基準マークの位置及びマーク間の寸法と、当該積層成膜に対応する加工パターンに基づいて前記補正演算を行なう
ことを特徴とする、薄膜太陽電池の製造装置である。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、
前記シート状材が積層成膜で形成される薄膜太陽電池に用いられるシート状基材であって、
請求項５〜請求項７のいずれかに記載のレーザビーム加工方法を用い、
前記加工パターンは当該薄膜太陽電池の電極形成用パターンに対応して積層成膜毎に登録されており、
前記レーザ加工ステップでは、積層成膜形成後の当該複数の基準マークの位置及びマーク間の寸法と、当該積層成膜に対応する加工パターンに基づいて前記補正演算を行なう
ことを特徴とする、薄膜太陽電池の製造方法である。
【００２２】
上記発明の装置及び方法を用いれば、積層成膜で形成される薄膜太陽電池に用いられるシート状基材のレーザ加工の際に、下層に形成されている回路パターンの送り方向や幅方向の伸縮率が異なっていても、上層の加工パターンは、下層に形成されている回路パターンの寸法にフィットするように、補正演算して適正量のピッチ送りを行うことができる。そのため、予め規定した線幅や上下層パターンの重ね合わせ位置精度を維持して、所定の立体配線パターンを再現することができる。
【発明の効果】
【００２３】
成膜後シート状基材が伸縮しやすい場合であっても、加工パターンの倍率を適切に補正しながら転写することができるので、予め規定した位置・線幅・繰り返しピッチの精度を維持して所定パターン加工をすることができる。さらに、重ね合わせのパターン加工に適用すれば、上下層パターンの重ね合わせ位置精度を維持して、所定の立体配線パターンを再現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明を具現化する形態の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明を具現化する形態の一例を示すシステム構成図である。
【図３】本発明を具現化する形態の一例を示すフロー図である。
【図４】本発明を適用して加工されるシート材の断面を工程毎に表した図である。
【図５Ａ】本発明を適用して加工されるシート材の例を示す平面図である。
【図５Ｂ】本発明を適用して加工されるシート材の別の例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明を実施するための形態について、図を用いながら説明する。
図１は本発明を具現化する形態の一例を示す斜視図であり、図２はそのシステム構成図である。
図１において直交座標系の３軸をＸ、Ｙ、Ｚとし、ＸＹ平面を水平面、Ｚ方向を鉛直方向
とする。特にＸ方向の矢印の方向を下流側、その逆方向を上流側、Ｙ方向の矢印の方向を奥側、その逆方向を手前側、Ｚ方向の矢印の方向を上、その逆方向を下と表現する。以下各図においても同様に表現する。
【００２６】
レーザビーム加工装置１は、シート材搬送部２と、レーザ加工部３と、加工パターン登録部４と、基準マーク間隔計測部５と、制御部９とを含んで構成されている。
【００２７】
シート材搬送部２は、円筒状に巻き付けられたシート材１０を巻き出す巻出部２１と、巻き出されたシートを所定の方向に搬送する搬送ローラ２２と、搬送されたシート材を平坦に保持する保持部２４と、加工が済んだシート材を再び円筒状に巻き付ける巻取部２６とを含んで構成されている。巻出部２１、搬送ローラ２２及び巻取部２６は、Ｙ方向を回転中芯軸として回転可能なように、レーザビーム加工装置１のフレーム１５に取り付けられている。巻出部２１、搬送ローラ２２及び巻取部２６には、駆動用モータ２１ｍ、２２ｍ、２６ｍが取り付けられており、加工対象となるシート材１０を矢印１０ｖの方向に搬送することができる。
【００２８】
シート材搬送部２は、加工エリアの上下流に取り付けた搬送ローラ２２を用いる形態以外に、シート材端部を把持してＸ方向に定寸送りする把持送り機構（いわゆる、グリップフィーダー）を用いる形態や、それらを併用する様な形態であっても良い。
さらに、テーブルの上でシート材の裏面を保持する形態以外に、前記グリップフィーダでシート材端部を把持したまま、シート材の幅方向や搬送方向に張力を付与することができるように構成したものでも良く、そうすることでシート材を平坦に保持することができる。
また、シート材搬送部２には、シート吸引部２８を適宜配置することが好ましい。このシート吸引部２８は、上面に開口部を有する箱状の容器部と、前記容器部の下面に設けた吸引部で構成され、搬送経路中にシート材のたるみ部分１０ｓを包み込むように配置しておく。そうすることで、シート吸引部２８の前記容器部とシート材１０との隙間から外気が流入するとともに、前記容器部内は負圧となる。そのため、シート材のたるみ部分１０ｓには重力以上の張力が付与されるので、テーブル２４に載置する際にシート材１０にしわが発生することを防ぐことができる。
【００２９】
レーザ加工部３は、レーザビーム加工装置１のフレーム１５上に取り付けられてＸ方向に移動可能な一対のＸ軸スライダ部３１と、前記平坦に保持されたシート材１０を跨ぐように前記一対のＸ軸スライダ部３１の上に取り付けられた門型フレーム３２と、門型フレーム３２に取り付けられてＹ方向に移動可能なＹ軸スライダ部３３と、Ｙ軸スライダ部３３の上に取り付けられてシート材１０に向けてレーザビームを照射することができるレーザヘッド部３５とを含んで構成されている。
【００３０】
本発明を具現化するために、レーザヘッド部３５がレーザ照射部を構成しており、Ｘ軸スライダ部３１及びＹ軸スライダ部３３並びに門型フレーム３２がレーザ照射位置変更部を構成している。
また、レーザ照射位置変更部を構成する別の具体例としては、レーザヘッド部３５側が固定されて、前記保持されたシート材側が移動する形態や、Ｘ方向とＹ方向が個別に移動する形態が例示できる。
【００３１】
加工パターン登録部４は、後述の制御部９に含まれて構成されており、平坦に保持されたシート材１０に対してどの部分にレーザビームを照射するか、そのときのレーザビームの強さをどの程度にするか、などの情報が登録されている。また、登録された加工パターンは適宜読み出しされ、読み出された加工パターンに基づいて、レーザ加工部３のレーザ照射位置変更が行われる。
【００３２】
基準マーク間隔計測部５は、シート材１０に向けて取り付けられた観察カメラ５１と、観察カメラ５１に接続された演算ユニット５２を含んで構成されている。
観察カメラ５１は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子を用いたものを例示でき、観察した画像を電気信号に変換して、外部の機器へ映像信号として出力する形態のものが例示できる。
【００３３】
演算ユニット５２は、いわゆる画像処理装置と呼ばれる機器を組み込んだものを例示でき、観察カメラ５１から出力された映像信号を入力することができる。演算ユニット５２は、観察カメラ５１の視野内のどの位置に基準マーク１０ｍが写っているかを画像処理により演算することができる。さらに、複数配置された観察カメラ５１の配置位置情報及び間隔情報を登録しておき、それぞれの観察カメラ５１で観察された基準マーク１０ｍの視野内の位置情報と、前記観察カメラの位置情報及び間隔情報に基づいて、シート材１０上に形成された複数の基準マーク１０ｍの位置及び間隔を演算することができる。
【００３４】
制御部９には、制御用コンピュータ９０と、情報入力手段９１と、情報出力手段９２と、発報手段９３と、情報記録手段９４と、機器制御ユニット９５とが接続されて含まれている。
【００３５】
制御用コンピュータ９０としては、マイコン、パソコン、ワークステーションなどの、数値演算ユニットが搭載されたものが例示される。
情報入力手段９１としては、キーボードやマウスやスイッチなどが例示される。
情報出力手段９２としては、画像表示ディスプレイやランプなどが例示される。
【００３６】
発報手段９３としては、ブザーやスピーカ、ランプなど、作業者に注意喚起をすることができるものが例示される。
情報記録手段９４としては、メモリーカードやデータディスクなどの、半導体記録媒体や磁気記録媒体や光磁気記録媒体などが例示される。
機器制御ユニット９５としては、プログラマブルコントローラやモーションコントローラと呼ばれる機器などが例示される。
【００３７】
制御用コンピュータ９０には、基準マーク間隔計測部５の演算ユニット５２から、前記基準マーク間の寸法情報が送信される。
また、上述の演算ユニット５２に代えて、制御部９の画像処理部を用いたもの（具体的には画像処理ユニット９６を用いる形態）であっても良い。この場合、観察カメラ５１から出力された映像信号を画像処理ユニット９６に入力し、前記基準マーク間の寸法情報を演算することができる。
【００３８】
制御部９で用いられる前記画像処理部としては、上述の画像処理ユニット９６に限らず、入手可能な画像処理機能を有する機器を採用することができる。例えば、一般にＧＰＵ（グラフィックプロセッシングユニット）と呼ばれ、制御用コンピュータ９０の外部に設置される形態のものや、制御用コンピュータ９０の筐体内に接続される形態のもの、制御用コンピュータ９０の画像処理機能を利用したものなどが例示できる。
【００３９】
機器制御ユニット９５は、レーザビーム加工装置１を構成する各制御機器（図示せず）と接続されており、それらに対して制御用信号を与えることにより、各機器を動作させたり静止させたりすることができるようになっている。
【００４０】
［加工フロー］
図３は、本発明を具現化する形態の一例を示すフロー図である。図３では、シート材１０に対してレーザ加工を行う一連のフローが、ステップ毎に示されている。レーザ加工に先立ち、加工パターンは予め登録しておく。
【００４１】
先ず、シート材１０を、レーザビーム加工装置１のシート材搬送部２にセットする（ｓ１０１）。図１に示した形態の装置構成では、シート材１０を巻出部２１から巻き出し、搬送用ローラ２２から巻取部２６へと架け渡し、巻取部２６で巻取ができるようにセットする。
【００４２】
次に、レーザ加工の対象となるシート材１０に、基準マークとなるパターンが形成されているかどうかを判断する（ｓ１０２）。シート材１０に、既に基準マーク１０ｍが形成されていれば、当該シート材に対する加工パターンと加工位置情報を加工パターン登録部４から読み出し（ｓ１１１）、シート材１０を下流側に所定量だけ定寸送りし（ｓ１１２）、シート材の加工対象領域とその周辺部を平坦に保持する（ｓ１１３）。
【００４３】
続いて、シート材上に形成されている複数の基準マーク１０ｍを観察カメラ５１を用いて観察し（ｓ１１４）、複数の基準マーク１０ｍ間の寸法を計測する（ｓ１１５）。
そして、寸法計測した基準マーク１０ｍ間の間隔と、加工パターン登録部４に登録されている加工パターンに対応する基準マーク１０ｇ間の寸法を比較し、この後、（詳細は後述するが、）重ね合わせパターンのレーザ加工位置情報を補正変更する（ｓ１１６）。補正された加工位置情報に基づいて、Ｘ軸スライダ部３１及びＹ軸スライダ部３３とを動かしてレーザ加工位置を変更し（ｓ１１７）、所定の場所でシート材１０に向けてレーザビームを照射する（ｓ１１８）。
【００４４】
予め登録しておいた加工パターンに基づいて、所定のエリア内に対してレーザ加工が終了したかどうかを判断し（ｓ１１９）、終了していないと判断すれば、続けて上記ステップｓ１１７，ｓ１１８を繰り返す。レーザ加工が終了したと判断すれば、シート材１０に対する全ての加工が終了したかどうかを判断し（ｓ１２０）、終了していないと判断すれれば、上述のステップｓ１１２〜ｓ１１９を繰り返す。シート材１０に対する全ての加工が終了したと判断すれば、シート材１０をシート材搬送部２から取り出す（ｓ１５０）。
【００４５】
一方、シート材１０に基準マーク１０ｍが形成されていない場合は、上述のステップｓ１０２において、基準マークが無いと判断し、次のフローに示すようなレーザ加工を行う。
先ず、当該シート材に対する加工パターンと加工位置情報を加工パターン登録部４から読み出し（ｓ１３１）、シート材１０を下流側に所定量だけ定寸送りし（ｓ１３２）、シート材の加工対象領域とその周辺部を平坦に保持する（ｓ１３３）。
続いて、加工パターン登録部４に登録されている加工パターン情報に基づいて、Ｘ軸スライダ部３１及びＹ軸スライダ部３３とを動かしてレーザ加工位置を変更し（ｓ１３７）、所定の場所でシート材１０に向けてレーザビームを照射する（ｓ１３８）。
【００４６】
予め登録しておいた加工パターンに基づいて、所定のエリア内に対してレーザ加工が終了したかどうかを判断し（ｓ１３９）、終了していないと判断されれば、続けて上記ステップｓ１１７，ｓ１１８を繰り返す。レーザ加工が終了したと判断されれば、シート材１０に対する全ての加工が終了したかどうかを判断し（ｓ１４０）、終了していないと判断されれば、上述のステップｓ１３２〜ｓ１３９を繰り返す。シート材１０に対する全ての加工が終了したと判断されれば、シート材１０をシート材搬送部２から取り出す（ｓ１５０）。
【００４７】
上記のステップｓ１０１〜ｓ１１９に基づいてシート材１０に対してレーザ加工を行うことで、本発明を実施することができる。
そうすれば、成膜後シート状基材が伸縮しやすい場合であっても、適正量のピッチ送りが行えるので、予め規定した線幅や繰り返しピッチの精度を維持して、所定のパターン加工をすることができる。
【００４８】
［重ね合わせ加工フロー］
図４は、本発明を適用して加工されるシート材の断面を工程毎に表した図であり、（ａ）〜（ｈ）までアルファベット順に加工処理が進められる。
図４（ａ）は、シート材１０の上に第１層目の成膜１０ａが形成された状態を表した断面図であり、シート材１０はこの状態で保持部２４に搬送される。
【００４９】
図４（ｂ）は、前記形成された第１層目の成膜１０ａに向けて、レーザヘッド部３５からレーザビーム６１が照射され、加工溝６１ｓが形成された状態を表した断面図である。この第１層目の成膜１０ａは、所定の加工パターンに基づいて加工溝６１ｓが形成された後、保持部２４から下流へと搬送される。このとき、第１層目の成膜１０ａには基準マーク１０ｍが複数個、所定の位置にマーキングされる。あるいは、既にシート材１０上に基準マーク１０ｍがマーキングされている場合もある。
【００５０】
図４（ｃ）は、加工溝が形成された第１層目の成膜１０ａの上に、さらに第２層目の成膜１０ｂが形成された状態を表した断面図であり、シート材１０はこの状態で保持部２４に搬送される。その後、それぞれの基準マーク１０ｍの位置を観察し、各基準マーク１０ｍの位置に基づいて、第２層目の加工パターンの加工位置を補正する補正演算が行われる。
【００５１】
図４（ｄ）は、前記形成された第２層目の成膜１０ｂに向けて、レーザヘッド部３５からレーザビーム６２が照射され、加工溝６２ｓが形成された状態を表した断面図である。この第２層目の成膜１０ｂは、所定の加工パターン及び前記補正演算の結果に基づいて加工溝６２ｓが形成される。その後シート材１０は、保持部２４から下流へと搬送される。
【００５２】
図４（ｅ）は、加工溝が形成された第２層目の成膜１０ｂの上に、さらに第３層目の成膜１０ｃが形成された状態を表した断面図であり、シート材１０はこの状態で保持部２４に搬送される。その後、それぞれの基準マーク１０ｍの位置を観察し、各基準マーク１０ｍの位置に基づいて、第３層目の加工パターンの加工位置を補正する補正演算が行われる。
【００５３】
図４（ｆ）は、前記形成された第３層目の成膜１０ｃに向けて、レーザヘッド部３５からレーザビーム６３が照射され、加工溝６３ｓが形成された状態を表した断面図である。この第３層目の成膜１０ｃは、所定の加工パターン及び前記補正演算の結果に基づいて加工溝６３ｓが形成される。その後シート材１０は、保持部２４から下流へと搬送される。
【００５４】
図４（ｇ）は、加工溝が形成された第３層目の成膜１０ｃの上に、さらに第４層目の成膜１０ｄが形成された状態を表した断面図であり、シート材１０はこの状態で保持部２４に搬送される。その後、それぞれの基準マーク１０ｍの位置を観察し、各基準マーク１０ｍの位置に基づいて、第４層目の加工パターンの加工位置を補正する補正演算が行われる。
【００５５】
図４（ｈ）は、前記形成された第４層目の成膜１０ｄに向けて、レーザヘッド部３５からレーザビーム６４が照射され、加工溝６４ｓが形成された状態を表した断面図である。この第４層目の成膜１０ｄは、所定の加工パターン及び前記補正演算の結果に基づいて加工溝６４ｓが形成される。その後シート材１０は、保持部２４から下流へと搬送される。
【００５６】
図５Ａは、本発明を適用して加工されるシート材の１つの層での補正演算の例を示す平面図であり、シート材１０上に設定された加工エリア１０ｆのコーナ部周辺にそれぞれ基準マーク１０ｍ（１０ｍ−１〜１０ｍ−４）を配置した様子を示している。このように、加工エリア１０ｆのコーナ部周辺にそれぞれ基準マーク１０ｍが配置されているので、上述したフローに基づいて、複数の基準マーク１０ｍの位置及び間隔を演算すれば、加工エリア全体を平均させたＸ方向及びＹ方向の伸縮率を求めることができる。
【００５７】
図５Ｂは、本発明を適用して加工されるシート材の別の例を示す平面図であり、シート材１０上に設定された加工エリア１０ｆをさらに細分化し、それぞれ細分化したエリアの周辺部に基準マーク１１ｍを配置した様子を示している。このように、加工エリア１０ｆの周辺部には、それぞれ細分化された加工エリアの位置に対応した基準マーク１１ｍが配置されているので、上述したフローに基づいて、複数の基準マーク１１ｍの位置及び間隔を演算すれば、それぞれの加工エリア毎についてＸ方向及びＹ方向の伸縮率を求めることができる。そうすれば、薄膜太陽電池に代表されるような、下層の成膜や回路パターンの粗密具合が異なる多層膜シート材であっても、各細分化された加工エリア毎（つまり、局所的に）、Ｘ方向及びＹ方向の伸縮率を演算して求めることができる。そのため、加工エリア全体の伸縮率を平均化した場合と比較して、上下層の加工パターンの重ね合わせの位置精度を高めることができる。
【００５８】
上述の図４（ｃ）〜（ｈ）並びに図５Ａ，Ｂを用いて説明したように、積層成膜で形成されるシート状基材のレーザ加工装置及び方法並びに、積層成膜で形成される薄膜太陽電池に用いられるシート状基材の製造装置及び製造方法に本発明を適用すれば、シート材１０の各層で送り方向や幅方向の伸縮率が異なっていても、上層の加工パターンを加工するレーザヘッド部３５は下層に形成されている成膜や回路パターンの位置や寸法にフィッティングするように、補正演算して適正量のピッチ送りを行うことができる。そのため、送り方向や幅方向の伸縮率が変化しやすいシート材１０を用いた場合であっても、予め規定した線幅や上下パターンの重ね合わせ位置の精度を維持してレーザ加工を行うことができる。そして、上記成膜の積層と、各層に対するレーザパターニングを繰り返すことで、薄膜太陽電池などの所定の立体配線パターン構造を有する、積層成膜で形成されるシート状基材を製造することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１ レーザビーム加工装置
２ シート材搬送部
３ レーザ加工部
４ 加工パターン登録部
５ 基準マーク間隔計測部
９ 制御部
１０ シート材
１０ａ 第１層目の成膜
１０ｂ 第２層目の成膜
１０ｃ 第３層目の成膜
１０ｄ 第４層目の成膜
１０ｆ 加工エリア
１０ｇ 基準マーク
１０ｍ 基準マーク
１０ｓ シート材のたるみ部
１０ｖ 矢印
１１ｍ 基準マーク
１５ フレーム
２１ 巻出部
２１ｍ 駆動用モータ
２２ 搬送ローラ
２２ｍ 駆動用モータ
２４ 保持部
２６ 巻取部
２６ｍ 駆動用モータ
２８ シート吸引部
３１ Ｘ軸スライダ部
３２ 門型フレーム
３３ Ｙ軸スライダ部
３５ レーザヘッド部
５１ 観察カメラ
５２ 演算ユニット
６１ レーザビーム
６１ｓ 加工溝
６２ レーザビーム
６２ｓ 加工溝
６３ レーザビーム
６３ｓ 加工溝
６４ レーザビーム
６４ｓ 加工溝
９０ 制御用コンピュータ
９１ 情報入力手段
９２ 情報出力手段
９３ 発報手段
９４ 情報記録手段
９５ 制御ユニット
９６ 画像処理ユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート状材料にレーザビーム加工を行う装置及び方法に関し、特に薄膜太陽電池などに用いられる積層成膜で形成されるシート状基材の製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の表示ディスプレイや薄膜太陽電池などは、基板材料としてガラスが用いられてきたが（例えば、特許文献１）、軽量化や柔軟性を持たせるために、樹脂フィルムが用いられるようになってきた。
【０００３】
樹脂フィルムを用いた表示ディスプレイの製造過程では、レーザビームによるダイレクトマーキングや露光パターニングが行われている。
【０００４】
一方、樹脂フィルムを用いた薄膜太陽電池の製造過程では、シート状基材の表面に有機材料や非導電材料などの成膜を施した後、所定の場所にレーザビームを照射して溝加工を施し、その部分に金属材料の成膜を施して配線パターンを形成し、これらの工程を何度か繰り返すことで、発電機能を有するシート状基材が製造されている。
【０００５】
従来の加工装置及び方法では、予め登録しておいた設計上の所定パターンに基づいて、所定の位置にレーザビームを照射することで、いわゆるパターン転写加工を施していた。ここでいう位置とは、レーザビームを照射する始点と終点、幅や深さを含んだ照射位置情報であり、所定エネルギーのレーザビーム照射により、或いは所定エネルギーのレーザビーム照射を繰り返すことで、設計上の所定のパターンを加工することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１５５２５０号公報
【特許文献２】特開２０１１−１７１４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
加工対象となるシート状基材は、いわゆるロール・トゥ・ロール加工と呼ばれる工程で用いられ、最終製品として切り出しが行われる前の中間段階では、長尺のシート状基材がドラム状に巻き付けられた状態でハンドリングされる。そして、成膜やパターン加工を行う際に適宜巻き出しされ、成膜やパターン加工時が終われば再び巻き取られて、次の工程へと運ばれる。このようなロール・トゥ・ロール加工においては、シート状基材そのものが薄く変形しやすい材料の場合、その上に成膜やパターン加工を施してもシート材の搬送方向や幅方向に伸縮して変形してしまう。
【０００８】
単一基材のシート材で厚さが同じであれば、走行方向の張力を調節したり、幅方向に張力を付与することで、全面均一に伸縮の調節ができる。しかし、実際には製造工程における品質管理上、シート材は厚みにある程度のばらつきが許容されているため、伸縮率が異なってしまう。また、シート材上に成膜が施されると、成膜の厚みのばらつきも加わり、所定の張力を付与するだけではシート材の寸法を所定の範囲内に調整することは難しい。そのため、シート材の加工対象エリアが大きくなったり、加工パターンが微細になるにつれて、加工パターンの位置ずれが生じやすくなる。
【０００９】
一方、薄膜太陽電池などに用いられるシート状基材においては、幾重にも成膜が積層されて形成されている。そのため、多層膜で構成されるシート材に対してパターン加工を施す場合、各層の積層毎に伸縮率が異なると、予め規定された加工パターン（つまり、上層側の重ね合わせパターン）と、被加工側シート（つまり、下層側）のパターンとが一致せず、加工パターンの位置ずれが生じてしまう。さらに、多層膜シート場合、上下層のパターン同士の導通を得るための加工（例えば、ビアホール加工・ビア溝加工など）があるため、上下層の加工パターンで位置ずれがありると予め規定された導通状態とならないと、製品の性能が発揮できず不良品となってしまう。その上、薄膜太陽電池に用いられるシート状基材は、製品面内に集光起電エリアと、電気配線パターンが複雑に積層されて形成されているため、位置ずれは局所的に表れ、加工対象エリア全体の伸縮率を平均化して算出し、全エリアに伸縮計数を乗じて加工しても、重ね合わせの位置精度を局所的に補正することが難しかった。
【００１０】
そこで本発明は、成膜後シート状基材が伸縮しやすい場合であっても、予め規定した位置・線幅・繰り返しピッチの精度を維持して所定パターン加工をすることができる、レーザビーム加工装置及び方法並びに薄膜太陽電池の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
シート材を搬送するシート材搬送部と、
前記シート材を保持する保持部と、
前記保持したシート材に向けてレーザビームを照射するレーザ照射部と、
前記保持したシート材と前記レーザ照射部とを前記シート材の搬送方向及び幅方向に相対移動させるレーザ照射位置変更部と、
前記保持したシート材上に前記レーザビームを照射する位置を登録する加工パターン登録部と、
前記登録された加工パターンに基づいて前記レーザ照射部からレーザビームを照射させる制御部とを備え、
前記保持したシート材に形成された複数の基準マークの位置を観察する基準マーク観察部と、
前記複数の基準マーク間の寸法を計測する基準マーク間隔計測部とを更に備え、
前記制御部は、
前記複数の基準マークの位置及びマーク間の計測寸法と、前記登録された加工パターンに基づいて、前記レーザ照射位置変更部の相対移動位置を補正演算し、前記補正演算して得られた所定の位置に前記レーザビームを照射する機能を更に備えている
ことを特徴とするレーザビーム加工装置である。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、
シート材を搬送するシート材搬送ステップと、
前記シート材を保持する保持ステップと、
前記保持したシート材に向けてレーザビームを照射するレーザ照射ステップと、
前記保持したシート材とレーザ照射部とを前記シート材の搬送方向及び幅方向に相対移動させるレーザ照射位置変更ステップと、
前記保持したシート材上に前記レーザビームを照射するための加工パターン及び位置情報
を読み出す加工パターン読み出しステップと、
前記読み出しされた加工パターンに基づいて前記レーザ照射位置変更ステップにおける相対移動を行いながら前記レーザ照射部からレーザビームを照射するレーザ加工ステップとを有し、
前記保持したシート材に形成された複数の基準マークの位置を観察する基準マーク観察ステップと、
前記複数の基準マーク間の寸法を計測する基準マーク間隔計測ステップとを更に有し、
前記レーザ加工ステップでは、
前記複数の基準マークの位置及びマーク間の計測寸法と、前記読み出された加工パターンに基づいて、前記レーザ照射位置変更ステップの相対移動位置を補正演算し、前記補正演算して得られた所定の位置に前記レーザビームを照射するステップを更に有する
ことを特徴とする、レーザビーム加工方法である。
【００１３】
上記発明の装置及び方法を用いるので、
レーザ加工する際にシート上に形成された複数の基準マークを観察し、それらの位置と間隔を計測して、予め登録しておいた加工パターンに対する実際の加工位置を補正することができるようになる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、
前記シート保持部は、前記シート材の裏面を吸着固定するテーブル部で構成されている
ことを特徴とする、請求項１に記載のレーザビーム加工装置である。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、
前記保持ステップでは、前記シート材の裏面を吸引して平坦なテーブル部に吸着固定することを特徴とする、請求項５に記載のレーザビーム加工方法である。
【００１６】
上記発明の装置及び方法を用いれば、
シート材をより平坦に保持することができ、レーザ加工中にシート材がばたついたり変形したりすることを防ぐことができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、
前記シート材が積層成膜で形成されるシート状基材であって、
前記請求項１又は請求項２のいずれかに記載のレーザビーム加工装置を備え、
前記加工パターンは当該積層成膜毎に登録されており
前記制御部は、積層成膜形成後の当該複数の基準マークの位置及びマーク間の寸法と、当該積層成膜に対応する加工パターンに基づいて前記補正演算を行なう
ことを特徴とする、積層成膜シート材の製造装置である。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、
前記シート材が積層成膜で形成されるシート状基材であって、
請求項５又は請求項６のいずれかに記載のレーザビーム加工方法を用い、
前記加工パターンは当該積層成膜で形成されるパターンに対応して積層成膜毎に登録されており、
前記レーザ加工ステップでは、積層成膜形成後の当該複数の基準マークの位置及びマーク間の寸法と、当該積層成膜に対応する加工パターンに基づいて前記補正演算を行なう
ことを特徴とする、積層成膜シート材の製造方法である。
【００１９】
上記発明の装置及び方法を用いれば、積層成膜シート材のレーザ加工の際に、下層に形成されている回路パターンの送り方向や幅方向の伸縮率が異なっていても、上層の加工パターンは、下層に形成されている回路パターンの寸法にフィットするように、補正演算して適正量のピッチ送りを行うことができる。そのため、予め規定した線幅や上下層パターンの重ね合わせ位置精度を維持して、所定の立体配線パターンを再現することができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、
前記シート状材が積層成膜で形成される薄膜太陽電池に用いられるシート状基材であって、
前記請求項１〜請求項３のいずれかに記載のレーザビーム加工装置を備え、
前記加工パターンは当該薄膜太陽電池の積層成膜毎に登録されており
前記制御部は、積層成膜形成後の当該複数の基準マークの位置及びマーク間の寸法と、当該積層成膜に対応する加工パターンに基づいて前記補正演算を行なう
ことを特徴とする、薄膜太陽電池の製造装置である。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、
前記シート状材が積層成膜で形成される薄膜太陽電池に用いられるシート状基材であって、
請求項５〜請求項７のいずれかに記載のレーザビーム加工方法を用い、
前記加工パターンは当該薄膜太陽電池の電極形成用パターンに対応して積層成膜毎に登録されており、
前記レーザ加工ステップでは、積層成膜形成後の当該複数の基準マークの位置及びマーク間の寸法と、当該積層成膜に対応する加工パターンに基づいて前記補正演算を行なう
ことを特徴とする、薄膜太陽電池の製造方法である。
【００２２】
上記発明の装置及び方法を用いれば、積層成膜で形成される薄膜太陽電池に用いられるシート状基材のレーザ加工の際に、下層に形成されている回路パターンの送り方向や幅方向の伸縮率が異なっていても、上層の加工パターンは、下層に形成されている回路パターンの寸法にフィットするように、補正演算して適正量のピッチ送りを行うことができる。そのため、予め規定した線幅や上下層パターンの重ね合わせ位置精度を維持して、所定の立体配線パターンを再現することができる。
【発明の効果】
【００２３】
成膜後シート状基材が伸縮しやすい場合であっても、加工パターンの倍率を適切に補正しながら転写することができるので、予め規定した位置・線幅・繰り返しピッチの精度を維持して所定パターン加工をすることができる。さらに、重ね合わせのパターン加工に適用すれば、上下層パターンの重ね合わせ位置精度を維持して、所定の立体配線パターンを再現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明を具現化する形態の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明を具現化する形態の一例を示すシステム構成図である。
【図３】本発明を具現化する形態の一例を示すフロー図である。
【図４】本発明を適用して加工されるシート材の断面を工程毎に表した図である。
【図５Ａ】本発明を適用して加工されるシート材の例を示す平面図である。
【図５Ｂ】本発明を適用して加工されるシート材の別の例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明を実施するための形態について、図を用いながら説明する。
図１は本発明を具現化する形態の一例を示す斜視図であり、図２はそのシステム構成図である。
図１において直交座標系の３軸をＸ、Ｙ、Ｚとし、ＸＹ平面を水平面、Ｚ方向を鉛直方向
とする。特にＸ方向の矢印の方向を下流側、その逆方向を上流側、Ｙ方向の矢印の方向を奥側、その逆方向を手前側、Ｚ方向の矢印の方向を上、その逆方向を下と表現する。以下各図においても同様に表現する。
【００２６】
レーザビーム加工装置１は、シート材搬送部２と、レーザ加工部３と、加工パターン登録部４と、基準マーク間隔計測部５と、制御部９とを含んで構成されている。
【００２７】
シート材搬送部２は、円筒状に巻き付けられたシート材１０を巻き出す巻出部２１と、巻き出されたシートを所定の方向に搬送する搬送ローラ２２と、搬送されたシート材を平坦に保持する保持部２４と、加工が済んだシート材を再び円筒状に巻き付ける巻取部２６とを含んで構成されている。巻出部２１、搬送ローラ２２及び巻取部２６は、Ｙ方向を回転中芯軸として回転可能なように、レーザビーム加工装置１のフレーム１５に取り付けられている。巻出部２１、搬送ローラ２２及び巻取部２６には、駆動用モータ２１ｍ、２２ｍ、２６ｍが取り付けられており、加工対象となるシート材１０を矢印１０ｖの方向に搬送することができる。
【００２８】
シート材搬送部２は、加工エリアの上下流に取り付けた搬送ローラ２２を用いる形態以外に、シート材端部を把持してＸ方向に定寸送りする把持送り機構（いわゆる、グリップフィーダー）を用いる形態や、それらを併用する様な形態であっても良い。
さらに、テーブルの上でシート材の裏面を保持する形態以外に、前記グリップフィーダでシート材端部を把持したまま、シート材の幅方向や搬送方向に張力を付与することができるように構成したものでも良く、そうすることでシート材を平坦に保持することができる。
また、シート材搬送部２には、シート吸引部２８を適宜配置することが好ましい。このシート吸引部２８は、上面に開口部を有する箱状の容器部と、前記容器部の下面に設けた吸引部で構成され、搬送経路中にシート材のたるみ部分１０ｓを包み込むように配置しておく。そうすることで、シート吸引部２８の前記容器部とシート材１０との隙間から外気が流入するとともに、前記容器部内は負圧となる。そのため、シート材のたるみ部分１０ｓには重力以上の張力が付与されるので、テーブル２４に載置する際にシート材１０にしわが発生することを防ぐことができる。
【００２９】
レーザ加工部３は、レーザビーム加工装置１のフレーム１５上に取り付けられてＸ方向に移動可能な一対のＸ軸スライダ部３１と、前記平坦に保持されたシート材１０を跨ぐように前記一対のＸ軸スライダ部３１の上に取り付けられた門型フレーム３２と、門型フレーム３２に取り付けられてＹ方向に移動可能なＹ軸スライダ部３３と、Ｙ軸スライダ部３３の上に取り付けられてシート材１０に向けてレーザビームを照射することができるレーザヘッド部３５とを含んで構成されている。
【００３０】
本発明を具現化するために、レーザヘッド部３５がレーザ照射部を構成しており、Ｘ軸スライダ部３１及びＹ軸スライダ部３３並びに門型フレーム３２がレーザ照射位置変更部を構成している。
また、レーザ照射位置変更部を構成する別の具体例としては、レーザヘッド部３５側が固定されて、前記保持されたシート材側が移動する形態や、Ｘ方向とＹ方向が個別に移動する形態が例示できる。
【００３１】
加工パターン登録部４は、後述の制御部９に含まれて構成されており、平坦に保持されたシート材１０に対してどの部分にレーザビームを照射するか、そのときのレーザビームの強さをどの程度にするか、などの情報が登録されている。また、登録された加工パターンは適宜読み出しされ、読み出された加工パターンに基づいて、レーザ加工部３のレーザ照射位置変更が行われる。
【００３２】
基準マーク間隔計測部５は、シート材１０に向けて取り付けられた観察カメラ５１と、観察カメラ５１に接続された演算ユニット５２を含んで構成されている。
観察カメラ５１は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子を用いたものを例示でき、観察した画像を電気信号に変換して、外部の機器へ映像信号として出力する形態のものが例示できる。
【００３３】
演算ユニット５２は、いわゆる画像処理装置と呼ばれる機器を組み込んだものを例示でき、観察カメラ５１から出力された映像信号を入力することができる。演算ユニット５２は、観察カメラ５１の視野内のどの位置に基準マーク１０ｍが写っているかを画像処理により演算することができる。さらに、複数配置された観察カメラ５１の配置位置情報及び間隔情報を登録しておき、それぞれの観察カメラ５１で観察された基準マーク１０ｍの視野内の位置情報と、前記観察カメラの位置情報及び間隔情報に基づいて、シート材１０上に形成された複数の基準マーク１０ｍの位置及び間隔を演算することができる。
【００３４】
制御部９には、制御用コンピュータ９０と、情報入力手段９１と、情報出力手段９２と、発報手段９３と、情報記録手段９４と、機器制御ユニット９５とが接続されて含まれている。
【００３５】
制御用コンピュータ９０としては、マイコン、パソコン、ワークステーションなどの、数値演算ユニットが搭載されたものが例示される。
情報入力手段９１としては、キーボードやマウスやスイッチなどが例示される。
情報出力手段９２としては、画像表示ディスプレイやランプなどが例示される。
【００３６】
発報手段９３としては、ブザーやスピーカ、ランプなど、作業者に注意喚起をすることができるものが例示される。
情報記録手段９４としては、メモリーカードやデータディスクなどの、半導体記録媒体や磁気記録媒体や光磁気記録媒体などが例示される。
機器制御ユニット９５としては、プログラマブルコントローラやモーションコントローラと呼ばれる機器などが例示される。
【００３７】
制御用コンピュータ９０には、基準マーク間隔計測部５の演算ユニット５２から、前記基準マーク間の寸法情報が送信される。
また、上述の演算ユニット５２に代えて、制御部９の画像処理部を用いたもの（具体的には画像処理ユニット９６を用いる形態）であっても良い。この場合、観察カメラ５１から出力された映像信号を画像処理ユニット９６に入力し、前記基準マーク間の寸法情報を演算することができる。
【００３８】
制御部９で用いられる前記画像処理部としては、上述の画像処理ユニット９６に限らず、入手可能な画像処理機能を有する機器を採用することができる。例えば、一般にＧＰＵ（グラフィックプロセッシングユニット）と呼ばれ、制御用コンピュータ９０の外部に設置される形態のものや、制御用コンピュータ９０の筐体内に接続される形態のもの、制御用コンピュータ９０の画像処理機能を利用したものなどが例示できる。
【００３９】
機器制御ユニット９５は、レーザビーム加工装置１を構成する各制御機器（図示せず）と接続されており、それらに対して制御用信号を与えることにより、各機器を動作させたり静止させたりすることができるようになっている。
【００４０】
［加工フロー］
図３は、本発明を具現化する形態の一例を示すフロー図である。図３では、シート材１０に対してレーザ加工を行う一連のフローが、ステップ毎に示されている。レーザ加工に先立ち、加工パターンは予め登録しておく。
【００４１】
先ず、シート材１０を、レーザビーム加工装置１のシート材搬送部２にセットする（ｓ１０１）。図１に示した形態の装置構成では、シート材１０を巻出部２１から巻き出し、搬送用ローラ２２から巻取部２６へと架け渡し、巻取部２６で巻取ができるようにセットする。
【００４２】
次に、レーザ加工の対象となるシート材１０に、基準マークとなるパターンが形成されているかどうかを判断する（ｓ１０２）。シート材１０に、既に基準マーク１０ｍが形成されていれば、当該シート材に対する加工パターンと加工位置情報を加工パターン登録部４から読み出し（ｓ１１１）、シート材１０を下流側に所定量だけ定寸送りし（ｓ１１２）、シート材の加工対象領域とその周辺部を平坦に保持する（ｓ１１３）。
【００４３】
続いて、シート材上に形成されている複数の基準マーク１０ｍを観察カメラ５１を用いて観察し（ｓ１１４）、複数の基準マーク１０ｍ間の寸法を計測する（ｓ１１５）。
そして、寸法計測した基準マーク１０ｍ間の間隔と、加工パターン登録部４に登録されている加工パターンに対応する基準マーク１０ｇ間の寸法を比較し、この後、（詳細は後述するが、）重ね合わせパターンのレーザ加工位置情報を補正変更する（ｓ１１６）。補正された加工位置情報に基づいて、Ｘ軸スライダ部３１及びＹ軸スライダ部３３とを動かしてレーザ加工位置を変更し（ｓ１１７）、所定の場所でシート材１０に向けてレーザビームを照射する（ｓ１１８）。
【００４４】
予め登録しておいた加工パターンに基づいて、所定のエリア内に対してレーザ加工が終了したかどうかを判断し（ｓ１１９）、終了していないと判断すれば、続けて上記ステップｓ１１７，ｓ１１８を繰り返す。レーザ加工が終了したと判断すれば、シート材１０に対する全ての加工が終了したかどうかを判断し（ｓ１２０）、終了していないと判断すれれば、上述のステップｓ１１２〜ｓ１１９を繰り返す。シート材１０に対する全ての加工が終了したと判断すれば、シート材１０をシート材搬送部２から取り出す（ｓ１５０）。
【００４５】
一方、シート材１０に基準マーク１０ｍが形成されていない場合は、上述のステップｓ１０２において、基準マークが無いと判断し、次のフローに示すようなレーザ加工を行う。
先ず、当該シート材に対する加工パターンと加工位置情報を加工パターン登録部４から読み出し（ｓ１３１）、シート材１０を下流側に所定量だけ定寸送りし（ｓ１３２）、シート材の加工対象領域とその周辺部を平坦に保持する（ｓ１３３）。
続いて、加工パターン登録部４に登録されている加工パターン情報に基づいて、Ｘ軸スライダ部３１及びＹ軸スライダ部３３とを動かしてレーザ加工位置を変更し（ｓ１３７）、所定の場所でシート材１０に向けてレーザビームを照射する（ｓ１３８）。
【００４６】
予め登録しておいた加工パターンに基づいて、所定のエリア内に対してレーザ加工が終了したかどうかを判断し（ｓ１３９）、終了していないと判断されれば、続けて上記ステップｓ１１７，ｓ１１８を繰り返す。レーザ加工が終了したと判断されれば、シート材１０に対する全ての加工が終了したかどうかを判断し（ｓ１４０）、終了していないと判断されれば、上述のステップｓ１３２〜ｓ１３９を繰り返す。シート材１０に対する全ての加工が終了したと判断されれば、シート材１０をシート材搬送部２から取り出す（ｓ１５０）。
【００４７】
上記のステップｓ１０１〜ｓ１１９に基づいてシート材１０に対してレーザ加工を行うことで、本発明を実施することができる。
そうすれば、成膜後シート状基材が伸縮しやすい場合であっても、適正量のピッチ送りが行えるので、予め規定した線幅や繰り返しピッチの精度を維持して、所定のパターン加工をすることができる。
【００４８】
［重ね合わせ加工フロー］
図４は、本発明を適用して加工されるシート材の断面を工程毎に表した図であり、（ａ）〜（ｈ）までアルファベット順に加工処理が進められる。
図４（ａ）は、シート材１０の上に第１層目の成膜１０ａが形成された状態を表した断面図であり、シート材１０はこの状態で保持部２４に搬送される。
【００４９】
図４（ｂ）は、前記形成された第１層目の成膜１０ａに向けて、レーザヘッド部３５からレーザビーム６１が照射され、加工溝６１ｓが形成された状態を表した断面図である。この第１層目の成膜１０ａは、所定の加工パターンに基づいて加工溝６１ｓが形成された後、保持部２４から下流へと搬送される。このとき、第１層目の成膜１０ａには基準マーク１０ｍが複数個、所定の位置にマーキングされる。あるいは、既にシート材１０上に基準マーク１０ｍがマーキングされている場合もある。
【００５０】
図４（ｃ）は、加工溝が形成された第１層目の成膜１０ａの上に、さらに第２層目の成膜１０ｂが形成された状態を表した断面図であり、シート材１０はこの状態で保持部２４に搬送される。その後、それぞれの基準マーク１０ｍの位置を観察し、各基準マーク１０ｍの位置に基づいて、第２層目の加工パターンの加工位置を補正する補正演算が行われる。
【００５１】
図４（ｄ）は、前記形成された第２層目の成膜１０ｂに向けて、レーザヘッド部３５からレーザビーム６２が照射され、加工溝６２ｓが形成された状態を表した断面図である。この第２層目の成膜１０ｂは、所定の加工パターン及び前記補正演算の結果に基づいて加工溝６２ｓが形成される。その後シート材１０は、保持部２４から下流へと搬送される。
【００５２】
図４（ｅ）は、加工溝が形成された第２層目の成膜１０ｂの上に、さらに第３層目の成膜１０ｃが形成された状態を表した断面図であり、シート材１０はこの状態で保持部２４に搬送される。その後、それぞれの基準マーク１０ｍの位置を観察し、各基準マーク１０ｍの位置に基づいて、第３層目の加工パターンの加工位置を補正する補正演算が行われる。
【００５３】
図４（ｆ）は、前記形成された第３層目の成膜１０ｃに向けて、レーザヘッド部３５からレーザビーム６３が照射され、加工溝６３ｓが形成された状態を表した断面図である。この第３層目の成膜１０ｃは、所定の加工パターン及び前記補正演算の結果に基づいて加工溝６３ｓが形成される。その後シート材１０は、保持部２４から下流へと搬送される。
【００５４】
図４（ｇ）は、加工溝が形成された第３層目の成膜１０ｃの上に、さらに第４層目の成膜１０ｄが形成された状態を表した断面図であり、シート材１０はこの状態で保持部２４に搬送される。その後、それぞれの基準マーク１０ｍの位置を観察し、各基準マーク１０ｍの位置に基づいて、第４層目の加工パターンの加工位置を補正する補正演算が行われる。
【００５５】
図４（ｈ）は、前記形成された第４層目の成膜１０ｄに向けて、レーザヘッド部３５からレーザビーム６４が照射され、加工溝６４ｓが形成された状態を表した断面図である。この第４層目の成膜１０ｄは、所定の加工パターン及び前記補正演算の結果に基づいて加工溝６４ｓが形成される。その後シート材１０は、保持部２４から下流へと搬送される。
【００５６】
図５Ａは、本発明を適用して加工されるシート材の１つの層での補正演算の例を示す平面図であり、シート材１０上に設定された加工エリア１０ｆのコーナ部周辺にそれぞれ基準マーク１０ｍ（１０ｍ−１〜１０ｍ−４）を配置した様子を示している。このように、加工エリア１０ｆのコーナ部周辺にそれぞれ基準マーク１０ｍが配置されているので、上述したフローに基づいて、複数の基準マーク１０ｍの位置及び間隔を演算すれば、加工エリア全体を平均させたＸ方向及びＹ方向の伸縮率を求めることができる。
【００５７】
図５Ｂは、本発明を適用して加工されるシート材の別の例を示す平面図であり、シート材１０上に設定された加工エリア１０ｆをさらに細分化し、それぞれ細分化したエリアの周辺部に基準マーク１１ｍを配置した様子を示している。このように、加工エリア１０ｆの周辺部には、それぞれ細分化された加工エリアの位置に対応した基準マーク１１ｍが配置されているので、上述したフローに基づいて、複数の基準マーク１１ｍの位置及び間隔を演算すれば、それぞれの加工エリア毎についてＸ方向及びＹ方向の伸縮率を求めることができる。そうすれば、薄膜太陽電池に代表されるような、下層の成膜や回路パターンの粗密具合が異なる多層膜シート材であっても、各細分化された加工エリア毎（つまり、局所的に）、Ｘ方向及びＹ方向の伸縮率を演算して求めることができる。そのため、加工エリア全体の伸縮率を平均化した場合と比較して、上下層の加工パターンの重ね合わせの位置精度を高めることができる。
【００５８】
上述の図４（ｃ）〜（ｈ）並びに図５Ａ，Ｂを用いて説明したように、積層成膜で形成されるシート状基材のレーザ加工装置及び方法並びに、積層成膜で形成される薄膜太陽電池に用いられるシート状基材の製造装置及び製造方法に本発明を適用すれば、シート材１０の各層で送り方向や幅方向の伸縮率が異なっていても、上層の加工パターンを加工するレーザヘッド部３５は下層に形成されている成膜や回路パターンの位置や寸法にフィッティングするように、補正演算して適正量のピッチ送りを行うことができる。そのため、送り方向や幅方向の伸縮率が変化しやすいシート材１０を用いた場合であっても、予め規定した線幅や上下パターンの重ね合わせ位置の精度を維持してレーザ加工を行うことができる。そして、上記成膜の積層と、各層に対するレーザパターニングを繰り返すことで、薄膜太陽電池などの所定の立体配線パターン構造を有する、積層成膜で形成されるシート状基材を製造することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１ レーザビーム加工装置
２ シート材搬送部
３ レーザ加工部
４ 加工パターン登録部
５ 基準マーク間隔計測部
９ 制御部
１０ シート材
１０ａ 第１層目の成膜
１０ｂ 第２層目の成膜
１０ｃ 第３層目の成膜
１０ｄ 第４層目の成膜
１０ｆ 加工エリア
１０ｇ 基準マーク
１０ｍ 基準マーク
１０ｓ シート材のたるみ部
１０ｖ 矢印
１１ｍ 基準マーク
１５ フレーム
２１ 巻出部
２１ｍ 駆動用モータ
２２ 搬送ローラ
２２ｍ 駆動用モータ
２４ 保持部
２６ 巻取部
２６ｍ 駆動用モータ
２８ シート吸引部
３１ Ｘ軸スライダ部
３２ 門型フレーム
３３ Ｙ軸スライダ部
３５ レーザヘッド部
５１ 観察カメラ
５２ 演算ユニット
６１ レーザビーム
６１ｓ 加工溝
６２ レーザビーム
６２ｓ 加工溝
６３ レーザビーム
６３ｓ 加工溝
６４ レーザビーム
６４ｓ 加工溝
９０ 制御用コンピュータ
９１ 情報入力手段
９２ 情報出力手段
９３ 発報手段
９４ 情報記録手段
９５ 制御ユニット
９６ 画像処理ユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート材を搬送するシート材搬送部と、
前記シート材を保持する保持部と、
前記保持したシート材に向けてレーザビームを照射するレーザ照射部と、
前記保持したシート材と前記レーザ照射部とを前記シート材の搬送方向及び幅方向に相対移動させるレーザ照射位置変更部と、
前記保持したシート材上に前記レーザビームを照射する位置を登録する加工パターン登録部と、
前記登録された加工パターンに基づいて前記レーザ照射部からレーザビームを照射させる制御部とを備え、
前記保持したシート材に形成された複数の基準マークの位置を観察する基準マーク観察部と、
前記複数の基準マーク間の寸法を計測する基準マーク間隔計測部とを更に備え、
前記制御部は、
前記複数の基準マークの位置及びマーク間の計測寸法と、前記登録された加工パターンに基づいて、前記レーザ照射位置変更部の相対移動位置を補正演算し、前記補正演算して得られた所定の位置に前記レーザビームを照射する機能を更に備えている
ことを特徴とするレーザビーム加工装置。
【請求項２】
前記シート保持部は、前記シート材の裏面を吸着固定するテーブル部で構成されている
ことを特徴とする、請求項１に記載のレーザビーム加工装置。
【請求項３】
前記シート材が積層成膜で形成されるシート状基材であって、
前記請求項１又は請求項２のいずれかに記載のレーザビーム加工装置を備え、
前記加工パターンは当該積層成膜毎に登録されており
前記制御部は、積層成膜形成後の当該複数の基準マークの位置及びマーク間の寸法と、当該積層成膜に対応する加工パターンに基づいて前記補正演算を行なう
ことを特徴とする、積層成膜シート材の製造装置。
【請求項４】
前記シート状材が積層成膜で形成される薄膜太陽電池に用いられるシート状基材であって、
前記請求項１〜請求項３のいずれかに記載のレーザビーム加工装置を備え、
前記加工パターンは当該薄膜太陽電池の積層成膜毎に登録されており
前記制御部は、積層成膜形成後の当該複数の基準マークの位置及びマーク間の寸法と、当該積層成膜に対応する加工パターンに基づいて前記補正演算を行なう
ことを特徴とする、薄膜太陽電池の製造装置。
【請求項５】
シート材を搬送するシート材搬送ステップと、
前記シート材を保持する保持ステップと、
前記保持したシート材に向けてレーザビームを照射するレーザ照射ステップと、
前記保持したシート材とレーザ照射部とを前記シート材の搬送方向及び幅方向に相対移動させるレーザ照射位置変更ステップと、
前記保持したシート材上に前記レーザビームを照射するための加工パターン及び位置情報
を読み出す加工パターン読み出しステップと、
前記読み出しされた加工パターンに基づいて前記レーザ照射位置変更ステップにおける相対移動を行いながら前記レーザ照射部からレーザビームを照射するレーザ加工ステップとを有し、
前記保持したシート材に形成された複数の基準マークの位置を観察する基準マーク観察ステップと、
前記複数の基準マーク間の寸法を計測する基準マーク間隔計測ステップとを更に有し、
前記レーザ加工ステップでは、
前記複数の基準マークの位置及びマーク間の計測寸法と、前記読み出された加工パターンに基づいて、前記レーザ照射位置変更ステップの相対移動位置を補正演算し、前記補正演算して得られた所定の位置に前記レーザビームを照射するステップを更に有する
ことを特徴とする、レーザビーム加工方法。
【請求項６】
前記保持ステップでは、前記シート材の裏面を吸引して平坦なテーブル部に吸着固定することを特徴とする、請求項５に記載のレーザビーム加工方法。
【請求項７】
前記シート材が積層成膜で形成されるシート状基材であって、
請求項５又は請求項６のいずれかに記載のレーザビーム加工方法を用い、
前記加工パターンは当該積層成膜で形成されるパターンに対応して積層成膜毎に登録されており、
前記レーザ加工ステップでは、積層成膜形成後の当該複数の基準マークの位置及びマーク間の寸法と、当該積層成膜に対応する加工パターンに基づいて前記補正演算を行なう
ことを特徴とする、積層成膜シート材の製造方法。
【請求項８】
前記シート状材が積層成膜で形成される薄膜太陽電池に用いられるシート状基材であって、
請求項５〜請求項７のいずれかに記載のレーザビーム加工方法を用い、
前記加工パターンは当該薄膜太陽電池の電極形成用パターンに対応して積層成膜毎に登録されており、
前記レーザ加工ステップでは、積層成膜形成後の当該複数の基準マークの位置及びマーク間の寸法と、当該積層成膜に対応する加工パターンに基づいて前記補正演算を行なう
ことを特徴とする、薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１】
シート材を搬送するシート材搬送部と、
前記シート材を保持する保持部と、
前記保持したシート材に向けてレーザビームを照射するレーザ照射部と、
前記保持したシート材と前記レーザ照射部とを前記シート材の搬送方向及び幅方向に相対移動させるレーザ照射位置変更部と、
前記保持したシート材上に前記レーザビームを照射する位置を登録する加工パターン登録部と、
前記登録された加工パターンに基づいて前記レーザ照射部からレーザビームを照射させる制御部とを備え、
前記保持したシート材に形成された複数の基準マークの位置を観察する基準マーク観察部と、
前記複数の基準マーク間の寸法を計測する基準マーク間隔計測部とを更に備え、
前記制御部は、
前記複数の基準マークの位置及びマーク間の計測寸法と、前記登録された加工パターンに基づいて、前記レーザ照射位置変更部の相対移動位置を補正演算し、前記補正演算して得られた所定の位置に前記レーザビームを照射する機能を更に備えている
ことを特徴とするレーザビーム加工装置。
【請求項２】
前記シート保持部は、前記シート材の裏面を吸着固定するテーブル部で構成されている
ことを特徴とする、請求項１に記載のレーザビーム加工装置。
【請求項３】
前記シート材が積層成膜で形成されるシート状基材であって、
前記請求項１又は請求項２のいずれかに記載のレーザビーム加工装置を備え、
前記加工パターンは当該積層成膜毎に登録されており
前記制御部は、積層成膜形成後の当該複数の基準マークの位置及びマーク間の寸法と、当該積層成膜に対応する加工パターンに基づいて前記補正演算を行なう
ことを特徴とする、積層成膜シート材の製造装置。
【請求項４】
前記シート状材が積層成膜で形成される薄膜太陽電池に用いられるシート状基材であって、
前記請求項１〜請求項３のいずれかに記載のレーザビーム加工装置を備え、
前記加工パターンは当該薄膜太陽電池の積層成膜毎に登録されており
前記制御部は、積層成膜形成後の当該複数の基準マークの位置及びマーク間の寸法と、当該積層成膜に対応する加工パターンに基づいて前記補正演算を行なう
ことを特徴とする、薄膜太陽電池の製造装置。
【請求項５】
シート材を搬送するシート材搬送ステップと、
前記シート材を保持する保持ステップと、
前記保持したシート材に向けてレーザビームを照射するレーザ照射ステップと、
前記保持したシート材とレーザ照射部とを前記シート材の搬送方向及び幅方向に相対移動させるレーザ照射位置変更ステップと、
前記保持したシート材上に前記レーザビームを照射するための加工パターン及び位置情報
を読み出す加工パターン読み出しステップと、
前記読み出しされた加工パターンに基づいて前記レーザ照射位置変更ステップにおける相対移動を行いながら前記レーザ照射部からレーザビームを照射するレーザ加工ステップとを有し、
前記保持したシート材に形成された複数の基準マークの位置を観察する基準マーク観察ステップと、
前記複数の基準マーク間の寸法を計測する基準マーク間隔計測ステップとを更に有し、
前記レーザ加工ステップでは、
前記複数の基準マークの位置及びマーク間の計測寸法と、前記読み出された加工パターンに基づいて、前記レーザ照射位置変更ステップの相対移動位置を補正演算し、前記補正演算して得られた所定の位置に前記レーザビームを照射するステップを更に有する
ことを特徴とする、レーザビーム加工方法。
【請求項６】
前記保持ステップでは、前記シート材の裏面を吸引して平坦なテーブル部に吸着固定することを特徴とする、請求項５に記載のレーザビーム加工方法。
【請求項７】
前記シート材が積層成膜で形成されるシート状基材であって、
請求項５又は請求項６のいずれかに記載のレーザビーム加工方法を用い、
前記加工パターンは当該積層成膜で形成されるパターンに対応して積層成膜毎に登録されており、
前記レーザ加工ステップでは、積層成膜形成後の当該複数の基準マークの位置及びマーク間の寸法と、当該積層成膜に対応する加工パターンに基づいて前記補正演算を行なう
ことを特徴とする、積層成膜シート材の製造方法。
【請求項８】
前記シート状材が積層成膜で形成される薄膜太陽電池に用いられるシート状基材であって、
請求項５〜請求項７のいずれかに記載のレーザビーム加工方法を用い、
前記加工パターンは当該薄膜太陽電池の電極形成用パターンに対応して積層成膜毎に登録されており、
前記レーザ加工ステップでは、積層成膜形成後の当該複数の基準マークの位置及びマーク間の寸法と、当該積層成膜に対応する加工パターンに基づいて前記補正演算を行なう
ことを特徴とする、薄膜太陽電池の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【公開番号】特開２０１３−８６１４５（Ｐ２０１３−８６１４５Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３００９９（Ｐ２０１１−２３００９９）
【出願日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【出願人】（０００２１９３１４）東レエンジニアリング株式会社 (505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【出願人】（０００２１９３１４）東レエンジニアリング株式会社 (505)
【Ｆターム（参考）】
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