レーザ加工装置
【課題】加工対象が設置された位置および傾きによらず、加工対象に対して位置精度良くレーザ加工を行う。
【解決手段】加工対象１を一定速度で第１の方向に搬送する加工対象搬送手段２と、加工対象搬送手段２上における加工対象１の位置を検出する位置検出手段３と、レーザ発振器４と、レーザ発振器４から出力されたレーザビームＢの偏向方向を第１の方向と平行な方向において調整してレーザビームＢを偏向させる偏向手段６と、偏向手段６で偏向されたレーザビームＢを偏向して被加工面に対して既定の走査方向に一定速度で走査する走査手段７と、位置検出手段３で検出した加工対象搬送手段２上における加工対象１の位置の検出結果と、加工対象１の搬送位置に関する情報と、に基づいて偏向手段６におけるレーザビームＢの偏向方向を制御する制御手段８と、偏向手段６および走査手段７で偏向されたレーザビームＢを被加工面上に集光する集光手段９と、を備える。
【解決手段】加工対象１を一定速度で第１の方向に搬送する加工対象搬送手段２と、加工対象搬送手段２上における加工対象１の位置を検出する位置検出手段３と、レーザ発振器４と、レーザ発振器４から出力されたレーザビームＢの偏向方向を第１の方向と平行な方向において調整してレーザビームＢを偏向させる偏向手段６と、偏向手段６で偏向されたレーザビームＢを偏向して被加工面に対して既定の走査方向に一定速度で走査する走査手段７と、位置検出手段３で検出した加工対象搬送手段２上における加工対象１の位置の検出結果と、加工対象１の搬送位置に関する情報と、に基づいて偏向手段６におけるレーザビームＢの偏向方向を制御する制御手段８と、偏向手段６および走査手段７で偏向されたレーザビームＢを被加工面上に集光する集光手段９と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工対象にレーザビームを照射することで加工対象を加工するためのレーザ加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、加工対象にレーザを照射することで加工対象を加工するレーザ加工装置が広く用いられている。例えば、加工対象を搬送する加工対象搬送手段とレーザビームの走査を行うレーザビーム走査手段とを備え、加工対象搬送手段により加工対象を一方向に一定速度で移動させつつレーザビーム走査手段によりレーザビームを走査して加工をする際に、加工対象の搬送速度に応じてレーザビーム走査方向と搬送方向とのなす角度を変化させることで、搬送速度によらず搬送方向と直角方向の直線にレーザ加工するレーザ加工装置がある（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２５９８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術によれば、加工対象搬送手段に加工対象を設置してレーザ加工を実施する際に、搬送手段の設置面上における加工対象の位置ずれ、回転方向の傾きにより加工対象上におけるレーザ加工位置にずれが生じるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、加工対象が設置された位置および傾きによらず、加工対象に対して位置精度良くレーザ加工を行うことが可能なレーザ加工装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるレーザ加工装置は、被加工面を上にした状態で加工対象を保持するとともに前記加工対象を一定速度で第１の方向に搬送する加工対象搬送手段と、前記加工対象搬送手段上における前記加工対象の位置を検出する位置検出手段と、レーザビームを出力するレーザ発振器と、前記レーザ発振器から出力された前記レーザビームの偏向方向を前記第１の方向と平行な方向において調整して前記レーザビームを偏向させる偏向手段と、前記偏向手段で偏向された前記レーザビームを偏向して前記被加工面に対して既定の走査方向に一定速度で走査する走査手段と、前記位置検出手段で検出した前記加工対象搬送手段上における前記加工対象の位置の検出結果と、前記加工対象搬送手段による前記加工対象の搬送位置に関する情報と、に基づいて前記偏向手段における前記レーザビームの偏向方向を制御する制御手段と、前記偏向手段および前記走査手段で偏向された前記レーザビームを前記被加工面上に集光する集光手段と、を備えること、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、加工対象搬送手段上における加工対象の位置に基づいて、加工対象を搬送する第１の方向に平行な方向においてレーザビームの偏向方向を調整することが可能であり、加工対象が設置された位置および傾きによらず、加工対象に対して位置精度良くレーザ加工を行うことが可能となる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明にかかるレーザ加工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、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。
【０００９】
実施の形態
図１は、本発明の実施の形態にかかるレーザ加工装置の概略構成を説明するための模式図である。本実施の形態にかかるレーザ加工装置は、加工対象搬送手段２と、位置検出手段３と、レーザ発振器４と、レーザビーム成形手段５と、偏向手段６と、走査手段７と、制御手段８と、集光手段９とを備える。
【００１０】
加工対象搬送手段２は、被加工面を上にした状態で加工対象１を保持するとともに加工対象１を一定速度で第１の方向である搬送方向に搬送する。加工対象搬送手段２は、例えばベルトコンベアなどが用いられる。また、加工対象搬送手段２は、加工対象１の搬送位置に関する情報（位置信号）を生成して制御手段８に送信する。
【００１１】
位置検出手段３は、加工対象搬送手段２上における加工対象１の位置を検出する。位置検出手段３は、例えば２カ所に設けられて２点で加工対象１の位置を検出する。レーザ発振器４は、レーザビームＢを出力する。
【００１２】
レーザビーム成形手段５は、レーザ発振器４から出力されたレーザビームＢを加工対象１の被加工面の加工点で所望のレーザパターンとなるように成形する。レーザビーム成形手段５としては、例えば回折光学素子を使用することができる。なお、レーザビーム成形手段５の代わりに所望の形状の開口を使用してレーザビームＢを形成することも可能である。
【００１３】
偏向手段６は、レーザビーム成形手段５で成形されたレーザビームＢの偏向方向を搬送方向と平行な方向において調整してレーザビームＢを偏向させる。偏向手段６には、例えばガルバノミラーが用いられる。以下、ガルバノミラー６と呼ぶ。このようにガルバノミラー６を有することにより、本実施の形態にかかるレーザ加工装置では、レーザビーム成形手段５で成形されたレーザビームＢを、搬送方向と平行な方向において任意に調整して偏向することが可能である。
【００１４】
走査手段７は、ガルバノミラー６で偏向されたレーザビームＢを偏向して被加工面に対して既定の走査方向に一定速度で走査する。走査手段７には、例えばポリゴンミラーが用いられ、ミラーを一定方向に回転して、ガルバノミラー６で偏向されたレーザビームＢを例えば搬送方向と略直交する方向に走査する。以下、ポリゴンミラー７と呼ぶ。
【００１５】
制御手段８は、位置検出手段３で検出した加工対象搬送手段２上における加工対象１の位置の検出結果と加工対象搬送手段２による加工対象１の搬送位置に関する情報とに基づいてガルバノミラー６におけるレーザビームＢの偏向方向を制御する。制御手段８は、予め設定された加工対象搬送手段２上における加工対象１の設置位置に関する情報（設定位置情報）を有しており、制御手段８は、位置検出手段３での検出結果と設定位置情報とにより、設定位置に対する、実際に配置された加工対象１の位置ずれや回転方向の傾き（以下、傾きと呼ぶ）に関する情報を得ることができる。また、制御手段８は、加工対象搬送手段２から、加工対象１の搬送位置に関する情報（位置信号）を取得する。これにより、制御手段８は、位置ずれや傾きに関する情報と、加工対象１の搬送位置に関する情報（位置信号）と、に基づいてガルバノミラー６におけるレーザビームＢの偏向方向を制御して、加工位置を補正して、加工対象１の設置位置の位置ずれや傾きに起因した加工位置の位置ずれを防止する。
【００１６】
集光手段９は、ポリゴンミラー７で偏向されたレーザビームＢを加工対象１の被加工面上に集光する。集光手段９には、例えばＦθレンズが用いられる。以下、Ｆθレンズ９と呼ぶ。
【００１７】
次に、本実施の形態にかかるレーザ加工装置による加工を、多結晶シリコン太陽電池の裏面（太陽光の入射側の面を表面とする）の一部のみに電極（以下、狭小コンタクトと呼ぶ）を形成する場合を例に説明する。従来の一般的な多結晶シリコン太陽電池では、電流を取り出すためのコンタクト構造（電極構造）が裏面の全面に形成されている。この場合、多結晶シリコン太陽電池用の多結晶シリコン基板の裏面側でのキャリアの再結合損失や、電極材と多結晶シリコン基板との線膨張係数の違いによる歪などが発生し、光電変換効率や、耐久性、信頼性に問題が生じる。
【００１８】
しかしながら、狭小コンタクトを備える構造の多結晶シリコン太陽電池においては、多結晶シリコン基板の裏面の大部分を占める絶縁膜のパッシベーション効果によりキャリアの再結合損失を低下して、光電変換効率を向上することができる。また、多結晶シリコン基板の裏面において、限られた領域であるレーザ開口部のみに狭小コンタクトを形成することで、電極が全面に形成されている場合に電極材と多結晶シリコン基板との線膨張係数の違いによって生じる歪を低減できるため、耐久性、信頼性が向上する。以下では、多結晶シリコン太陽電池の製造プロセスのうち、狭小コンタクトの形成工程について図２−１〜図２−３を参照して説明する。図２−１〜図２−３は、多結晶シリコン太陽電池の狭小コンタクトの形成工程を説明するための模式図である。なお、図２−１〜図２−３は、本発明の説明に直接関わる部材のみを記載している。
【００１９】
まず、狭小コンタクトの形成工程の流れについて説明する。最初に多結晶シリコン太陽電池用の多結晶シリコン基板１１の裏面の全面に絶縁膜１２を形成する（図２−１）。絶縁膜１２は、例えばシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）を使用することができる。次に、本実施の形態にかかるレーザ加工装置により、絶縁膜１２にレーザ開口部１３を形成する（図２−２）。この時のレーザ開口部１３のパターンは、等間隔の直線である。続いてレーザ開口部１３上に電極ペーストを印刷し、多結晶シリコン基板１１を加熱することにより電極ペーストを焼成して狭小コンタクト１４を形成する（図２−３）。以上により、多結晶シリコン基板１１の裏面に、狭小コンタクト１４を形成することができる。
【００２０】
次に、上述した狭小コンタクト１４の形成のために、本実施の形態にかかるレーザ加工装置を用いて例えば４ｍｍピッチの３６本の直線状のレーザ開口部１３を加工する方法を説明する。レーザ加工する直線の幅は例えば４０μｍに設定する。なお、ピッチとレーザ開口部１３の幅は代表的な値を例示したにすぎず、使用する絶縁膜１２、多結晶シリコン基板１１の特性などの諸条件により、作製する多結晶シリコン太陽電池の光―電気変換効率が最適になるように調整すればよい。ピッチおよびレーザ開口部１３の幅を変化させても本発明の効果は有効である。
【００２１】
ここで、加工対象１は１５０ｍｍ角の略四角形状の多結晶シリコン基板１１の裏面上に形成した絶縁膜１２である。レーザ発振器４は、ＱスイッチＬＤ励起固体レーザの３倍波を使用する。レーザビームＢの波長は、３５５ｎｍである。多結晶シリコン基板１１上の絶縁膜１２およびシリコンの侵入長の短い波長を選択することで、多結晶シリコン基板１１のレーザビームＢ照射による劣化の少ない加工が可能である。ＱスイッチＬＤ励起固体レーザは、数１０ｋＨｚと比較的繰り返し周波数が高い上、パルスエネルギーが大きく、ピークパワーが高いので、一発のレーザパルスにより大面積の絶縁膜１２に加工可能であり、高速の加工が可能である。
【００２２】
レーザ発振器４から出力されたレーザビームＢは、レーザビーム成形手段５で成形されてガルバノミラー６に入射する。ガルバノミラー６に入射したレーザビームＢは、制御手段８により、搬送方向と平行な方向において偏向方向が調整されて偏向され、ポリゴンミラー７に入射する。ポリゴンミラー７に入射したレーザビームＢは、偏向され、搬送方向と略直交する方向に走査される。より具体的には、レーザビームＢは、略四角形状の多結晶シリコン基板１１における搬送方向と略平行な方向の辺と略直交する方向に走査される。
【００２３】
ポリゴンミラー７により偏向、走査されたレーザビームＢは、Ｆθレンズ９により加工対象１の被加工面上に集光される。被加工面のレーザビームＢが照射された部位では、レーザアブレーションにより加工対象１である多結晶シリコン基板１１上の絶縁膜１２にレーザ開口部１３が形成される。
【００２４】
加工対象１を加工対象搬送手段２上に設置する際に、実際の加工対象搬送手段２上における加工対象１の設置位置２２は、予め設定された加工対象搬送手段２上における加工対象１の設置位置２１（目標の加工対象設置位置）に対して例えば図３に示すように位置ずれや傾きが生じる場合がある。図３は、加工対象１の設置位置に位置ずれや傾きが生じた場合の加工対象１の設置状況を説明するための説明図である。加工対象１の設置時にこのような位置ずれや傾きが生じると、加工対象１上のレーザ加工位置にも、予め設定された加工対象１上のレーザ加工位置に対して位置ずれや傾きが生じる。
【００２５】
レーザ開口部１３形成後の電極ペーストの印刷工程においては、電極ペーストはレーザ開口部１３上に印刷する必要がある。レーザ加工のピッチ方向の位置ずれ、レーザ加工の傾きが生じると電極ペーストの下部にレーザ開口部１３が存在しない領域が発生する。このため、十分な導通が取れなくなり、多結晶シリコン太陽電池の特性が悪化する。
【００２６】
本実施の形態における多結晶シリコン太陽電池の裏面の狭小コンタクトの形成においては、レーザ開口部１３の幅は４０μｍである。狭小コンタクト構造の効果が得られる領域は、電極を形成した部分以外の領域である。このため、狭小コンタクト構造の効果を最大とするために、印刷する電極ペーストの幅はレーザ開口部１３の幅と同等か、せいぜい数倍大きい程度とすることが好ましい。上記のように電極ペーストの下部に確実にレーザ開口部１３が存在するようにレーザ加工するためには、加工位置精度は数十μｍ以内であることが要求される。
【００２７】
ポリゴンミラー７は一定速度で高速にレーザビームＢを走査可能であり、加工対象搬送手段２による加工対象１の一定速度での搬送と、ポリゴンミラー７によるレーザビームＢの走査と、を組み合わせることで、同一のパターンを高速に加工することが可能である。しかし、レーザビーム走査のタイミングを加工対象１の位置ずれにあわせて精度良く変化させることはできない。
【００２８】
従来、上記のように加工対象１上での加工位置の精度が要求される加工においては、加工対象１を加工対象搬送手段２上に設置した後に、加工対象１の位置を検出し、その検出信号に基づいて加工対象１の位置を調整するか、加工対象搬送手段２の搬送速度とポリゴンミラー７のレーザビーム走査の向きを変化させる必要が生じる。しかし、これらの動作には時間がかかるためレーザ加工以外の処理時間が増加し、結果として十分な処理速度が得られない。したがって、加工位置精度良く、且つ高速でレーザ加工することができない。
【００２９】
本実施の形態にかかるレーザ加工装置は、加工対象搬送手段２による加工対象１の一定速度での搬送と、ポリゴンミラー７によるレーザビームＢの走査と、を組み合わせた処理においても、加工位置精度良く、且つ高速でレーザ加工することが可能である。すなわち、本実施の形態にかかるレーザ加工装置は、加工対象搬送手段２上での加工対象１の位置を２点で検出し、その検出結果に基づいて実際に配置された加工対象１の位置ずれや傾きに関する情報を得ることができる。そして、この加工対象１の位置ずれや傾きに関する情報と加工対象搬送手段２による加工対象１の搬送位置に関する情報とに基づいてガルバノミラー６によるレーザビームＢの偏向方向を制御することで、レーザビームＢによる加工位置を補正して、加工対象１の設置位置の位置ずれや傾きに起因した加工位置の位置ずれを防止し、加工位置精度良く、且つ高速でレーザ加工が可能である。
【００３０】
以下に、本実施の形態にかかるレーザ加工装置においてガルバノミラー６を使用することで加工位置精度良く、且つ高速でレーザ加工を実施する方法について具体的に説明する。
【００３１】
まず、ガルバノミラー６が無く、加工対象１が加工対象搬送手段２上に目標どおり設置されて一定速度で搬送されている場合の該加工対象１上でのレーザ加工の軌跡について説明する。
【００３２】
ポリゴンミラー７によるレーザビーム走査速度は、５，３２６ｍｍ／秒、レーザビーム走査回数は２５回／秒、加工対象搬送手段２の搬送速度は１００ｍｍ／ｓである。この時、図４に示すように加工対象１上に斜めに４ｍｍ間隔の直線状のレーザ加工がなされる。すなわち、レーザ加工の軌跡３１は、加工対象１の各辺に直角または平行な方向から傾いた方向となる。図４は、従来のガルバノミラー６を未使用のレーザ加工装置による目標位置に設置された加工対象１上のレーザ加工の軌跡を説明するための模式図である。なお、本図では、説明の都合上、点線でレーザ加工パターンを示したが、実際のレーザ加工パターンは、切れ目のない連続したパターンである。
【００３３】
次に、本実施の形態にかかるレーザ加工装置において加工対象１が加工対象搬送手段２上に目標どおり設置されて一定速度で搬送されている場合のレーザ加工の軌跡について説明する。ポリゴンミラー７によるレーザビーム走査速度は、ガルバノミラー６が無い場合と同様に、５，３２６ｍｍ／秒、レーザビーム走査回数は２５回／秒、加工対象搬送手段２の搬送速度は１００ｍｍ／ｓである。
【００３４】
本実施の形態にかかるレーザ加工装置においては、制御手段８が、加工対象搬送手段２の位置に関する位置信号およびポリゴンミラー７によるレーザビーム走査のタイミング信号を基にガルバノミラー６を制御し、レーザビームＢの偏向方向を加工対象１の搬送方向と平行な方向おいて調整することで、図５に示すようにレーザ加工の軌跡３１が加工対象１の各辺に直角または平行な方向となるレーザ加工が可能である。図５は、ガルバノミラー６を使用した本実施の形態にかかるレーザ加工装置による目標位置に設置された加工対象１上のレーザ加工の軌跡の説明図である。なお、図５においても図４と同様に、説明の都合上、点線でレーザ加工パターンを示したが、実際のレーザ加工パターンは、切れ目のない連続したパターンである。
【００３５】
この時のガルバノミラー６によるレーザビーム偏向位置を図６に示す。図６は、本実施の形態にかかるレーザ加工装置により、目標位置に設置された加工対象１を加工する場合のガルバノミラー６によるレーザビーム偏向位置を示す特性図である。図中の横軸は時間を表している。また、図中の縦軸は、ガルバノミラー６によるレーザビーム偏向位置を表しており、縦軸のレーザビーム偏向位置の＋方向は、加工対象搬送手段２による搬送速度の方向である。レーザビーム偏向位置は、ポリゴンミラー７の走査周期である４０ｍｓを周期に持ち、振幅が２．８６ｍｍの周期関数であり、正の傾きの部分の傾きは、加工対象搬送手段２の搬送速度である１００ｍｍ／ｓに一致し、加工対象１上での搬送方向のレーザビームＢの相対的な移動は打ち消される。
【００３６】
この時の振幅Ｗは、以下のようにして算出できる。加工対象１の搬送方向と直角な方向の大きさをＬ、ポリゴンミラー７によるレーザビーム走査速度をＶｂ、加工対象搬送手段２の搬送速度をＶｔとすると、Ｗ＝Ｌ÷Ｖｂ×Ｖｔであり、Ｌ＝１５０ｍｍ、Ｖｂ＝５２３６ｍｍ／ｓ、Ｖｔ＝１００ｍｍ／ｓとしたので、Ｗ＝２．８６ｍｍとなる。
【００３７】
次に、例として図７に示すように加工対象１の中心を回転中心として搬送方向に１°（０．１７ｒａｄ）傾いて加工対象１が設置された場合について説明する。図７は、加工対象１の設置位置に傾きが生じた場合の加工対象の設置状況を説明するための説明図である。ポリゴンミラー７および加工対象搬送手段２は定速動作するため、ポリゴンミラー７および加工対象搬送手段２は加工対象１が目標どおりに設置されたときと同様に動作する。
【００３８】
加工対象１が傾いて設置された場合におけるガルバノミラー６によるレーザビーム偏向位置を図８に示す。図８は、本実施の形態にかかるレーザ加工装置により、傾いて設置された加工対象１を加工する場合のガルバノミラー６によるレーザビーム偏向位置を示す特性図である。この場合は、加工対象１の１°傾斜を補正するために、ガルバノミラー６によるレーザビーム偏向位置は振幅が５．４８ｍｍ、正の傾きの部分の傾きは１９１．４ｍｍ／ｓとなる。
【００３９】
この時の振幅Ｗｌは、加工対象１の傾斜をＡｌとすると、Ｗｌ＝Ｌ÷Ｖｂ×Ｖｔ＋Ｌ×ｓｉｎ（Ａｌ）であり、Ｌ＝１５０ｍｍ、Ｖｂ＝５２３６ｍｍ／ｓ、Ｖｔ＝１００ｍｍ／ｓ、Ａｌ＝１°としたので、Ｗｌ＝５．４８ｍｍである。加工対象１が目標どおり設置された場合と比較して、レーザビーム偏向位置の範囲が、Ｗｌ÷Ｗ＝１．９１４倍であるので、正の部分の傾きは、１００×１．９１４＝１９１．４ｍｍ／ｓとなる。このような条件で、ガルバノミラー６を制御することにより、図５に示すようにレーザ加工の軌跡３１が加工対象１の各辺に直角または平行な方向となるレーザ加工が可能である。
【００４０】
このように、ガルバノミラー６によるレーザビームＢの偏向位置の範囲を拡大し、レーザビーム偏向動作中の速度を変化させることで、傾いて設置された加工対象１に対しても図５に示すようにレーザ加工の軌跡３１が加工対象１の各辺に直角または平行な方向となるレーザ加工が可能である。さらに、ポリゴンミラー７によるレーザビームＢの走査の速度はこのままで、レーザビームＢの走査範囲を拡大、変更することで、図９に示すように搬送方向と直角な方向から傾いて設置され、さらに傾いた方向に位置ずれして設置された加工対象１に対しても加工位置の補正が可能であり、図５に示すようにレーザ加工の軌跡３１が加工対象１の各辺に直角または平行な方向となるレーザ加工が可能である。図９は、本実施の形態にかかるレーザ加工装置により同じレーザビーム偏向によりレーザ加工が可能な加工対象１の設置状況を説明するための模式図である。
【００４１】
次に、図１０に示すように加工対象１が搬送方向と平行な方向に０．５ｍｍ位置ずれして設置された場合について説明する。図１０は、搬送方向と平行な方向に位置ずれして設置された加工対象１の設置状況を説明するための模式図である。ポリゴンミラー７および加工対象搬送手段２は定速動作するため、ポリゴンミラー７および加工対象搬送手段２は加工対象１が目標どおりに設置されたときと同様に動作する。
【００４２】
加工対象１が搬送方向と平行な方向に０．５ｍｍ位置ずれして設置された場合のガルバノミラー６によるレーザビーム偏向位置を図１１に示す。図１１は、本実施の形態にかかるレーザ加工装置により、搬送方向と平行な方向に位置ずれして設置された加工対象１を加工する場合のガルバノミラー６によるレーザビーム偏向位置を示す特性図である。
【００４３】
図１１に示すように、加工対象１が搬送方向と平行な方向に０．５ｍｍ位置ずれして設置された場合のガルバノミラー６によるレーザビーム偏向位置は、図６で示した目標どおりに加工対象１が設置された場合のレーザビーム偏向位置を０．５ｍｍずらしたものとなっている。このような条件で、ガルバノミラー６を制御することにより、図５に示すようにレーザ加工の軌跡３１が加工対象１の各辺に直角または平行な方向となるレーザ加工が可能である。
【００４４】
以上のように、本実施の形態にかかるレーザ加工装置では、加工対象１が搬送方向と平行な方向に位置ずれした場合と傾いた場合においても、ガルバノミラー６の駆動方法を制御することにより位置ずれや傾きのレーザ加工位置に対する影響を補正可能であり、図５に示すようにレーザ加工の軌跡３１が加工対象１の各辺に直角または平行な方向となるレーザ加工が可能である。なお、加工対象１上に等間隔の直線状にレーザ加工する場合には、加工対象１が搬送方向と直角な方向に位置ずれしてもポリゴンミラー７による走査の制御により対応可能であり問題ないため、ガルバノミラー６の駆動により補正する必要はない。
【００４５】
次に、加工対象１の搬送方向と平行な方向の位置ずれや傾きを検出する方法について説明する。加工対象搬送手段２上の２点に設置した位置検出手段３によって、実際に配置された加工対象１の位置が検出され、検出された加工対象１の位置の情報は、制御手段８に送られる。予め設定された加工対象搬送手段２上における加工対象１の設置位置に関する情報（設定位置情報）を有しており、制御手段８は、位置検出手段３での検出結果と、予め設定された加工対象搬送手段２上における加工対象１の設置位置に関する情報（設定位置情報）とにより、加工対象１の搬送方向と平行な方向の位置ずれや傾きを検出できる。例えば加工対象１の位置検出手段３として、顕微鏡とＣＣＤカメラとで構成される画像認識装置を使用して、加工対象１の端面を検出することで実際に配置された加工対象１の位置が検出できる。また、アライメントマークを用いて検出する方法も考えられる。
【００４６】
上記のような本実施の形態にかかるレーザ加工装置を用いることにより、多結晶シリコン太陽電池の裏面に形成した絶縁膜１２上に加工位置精度良く、幅４０μｍ、間隔４ｍｍのレーザ開口部１３を効率的に得ることができる。そして、例えば電極の幅を略１００μｍとしてレーザ開口部１３部に電極ペーストを印刷し、焼成することで、多結晶シリコン太陽電池の裏面に狭小コンタクトを形成することができる。
【００４７】
上述した本実施の形態にかかるレーザ加工装置を用いた方法により実際に狭小コンタクトを形成した。その結果、絶縁膜１２上のレーザ開口部１３が印刷した電極ペーストからはみ出ることはなく、接触抵抗の低い良好な導通特性を有する狭小コンタクトが形成されたことが確認できた。
【００４８】
上述したように、本実施の形態にかかるレーザ加工装置によれば、加工対象搬送手段２上における加工対象１の位置に基づいて、加工対象１の搬送方向に平行な方向においてレーザビームＢの偏向方向を調整することが可能であり、予め設定された加工対象搬送手段２上における加工対象１の設置位置２１に対して位置ずれや傾きが生じる場合においても、該位置ずれや傾きの影響を補正して、加工対象１に対して加工位置精度良く、且つ高速でレーザ加工が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、本発明にかかるレーザ加工装置は、予め設定された設置位置に対して位置ずれや傾きが生じた場合のレーザ加工に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態にかかるレーザ加工装置の概略構成を説明するための模式図である。
【図２−１】多結晶シリコン太陽電池の狭小コンタクトの形成工程を説明するための模式図である。
【図２−２】多結晶シリコン太陽電池の狭小コンタクトの形成工程を説明するための模式図である。
【図２−３】多結晶シリコン太陽電池の狭小コンタクトの形成工程を説明するための模式図である。
【図３】加工対象の設置位置に位置ずれや傾きが生じた場合の加工対象の設置状況を説明するための説明図である。
【図４】従来のガルバノミラーを未使用のレーザ加工装置による目標位置に設置された加工対象上のレーザ加工の軌跡を説明するための模式図である。
【図５】ガルバノミラーを使用した本実施の形態にかかるレーザ加工装置による目標位置に設置された加工対象上のレーザ加工の軌跡の説明図である。
【図６】本実施の形態にかかるレーザ加工装置により、目標位置に設置された加工対象を加工する場合のガルバノミラーによるレーザビーム偏向位置を示す特性図である。
【図７】加工対象の設置位置に傾きが生じた場合の加工対象の設置状況を説明するための説明図である。
【図８】本実施の形態にかかるレーザ加工装置により、傾いて設置された加工対象を加工する場合のガルバノミラーによるレーザビーム偏向位置を示す特性図である。
【図９】本実施の形態にかかるレーザ加工装置により同じレーザビーム偏向によりレーザ加工が可能な加工対象の設置状況を説明するための模式図である。
【図１０】搬送方向と平行な方向に位置ずれして設置された加工対象の設置状況を説明するための模式図である。
【図１１】本実施の形態にかかるレーザ加工装置により、搬送方向と平行な方向に位置ずれして設置された加工対象を加工する場合のガルバノミラーによるレーザビーム偏向位置を示す特性図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 加工対象
２ 加工対象搬送手段
３ 位置検出手段
４ レーザ発振器
５ レーザビーム成形手段
６ 偏向手段（ガルバノミラー）
７ 走査手段（ポリゴンミラー）
８ 制御手段
９ 集光手段（Ｆθレンズ）
１１ 多結晶シリコン基板
１２ 絶縁膜
１３ レーザ開口部
１４ 狭小コンタクト
２１ 予め設定された加工対象搬送手段上における加工対象の設置位置（目標の加工対象設置位置）
２２ 実際の加工対象搬送手段上における加工対象の設置位置
３１ レーザ加工の軌跡
Ｂ レーザビーム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工対象にレーザビームを照射することで加工対象を加工するためのレーザ加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、加工対象にレーザを照射することで加工対象を加工するレーザ加工装置が広く用いられている。例えば、加工対象を搬送する加工対象搬送手段とレーザビームの走査を行うレーザビーム走査手段とを備え、加工対象搬送手段により加工対象を一方向に一定速度で移動させつつレーザビーム走査手段によりレーザビームを走査して加工をする際に、加工対象の搬送速度に応じてレーザビーム走査方向と搬送方向とのなす角度を変化させることで、搬送速度によらず搬送方向と直角方向の直線にレーザ加工するレーザ加工装置がある（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２５９８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術によれば、加工対象搬送手段に加工対象を設置してレーザ加工を実施する際に、搬送手段の設置面上における加工対象の位置ずれ、回転方向の傾きにより加工対象上におけるレーザ加工位置にずれが生じるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、加工対象が設置された位置および傾きによらず、加工対象に対して位置精度良くレーザ加工を行うことが可能なレーザ加工装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるレーザ加工装置は、被加工面を上にした状態で加工対象を保持するとともに前記加工対象を一定速度で第１の方向に搬送する加工対象搬送手段と、前記加工対象搬送手段上における前記加工対象の位置を検出する位置検出手段と、レーザビームを出力するレーザ発振器と、前記レーザ発振器から出力された前記レーザビームの偏向方向を前記第１の方向と平行な方向において調整して前記レーザビームを偏向させる偏向手段と、前記偏向手段で偏向された前記レーザビームを偏向して前記被加工面に対して既定の走査方向に一定速度で走査する走査手段と、前記位置検出手段で検出した前記加工対象搬送手段上における前記加工対象の位置の検出結果と、前記加工対象搬送手段による前記加工対象の搬送位置に関する情報と、に基づいて前記偏向手段における前記レーザビームの偏向方向を制御する制御手段と、前記偏向手段および前記走査手段で偏向された前記レーザビームを前記被加工面上に集光する集光手段と、を備えること、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、加工対象搬送手段上における加工対象の位置に基づいて、加工対象を搬送する第１の方向に平行な方向においてレーザビームの偏向方向を調整することが可能であり、加工対象が設置された位置および傾きによらず、加工対象に対して位置精度良くレーザ加工を行うことが可能となる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明にかかるレーザ加工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、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。
【０００９】
実施の形態
図１は、本発明の実施の形態にかかるレーザ加工装置の概略構成を説明するための模式図である。本実施の形態にかかるレーザ加工装置は、加工対象搬送手段２と、位置検出手段３と、レーザ発振器４と、レーザビーム成形手段５と、偏向手段６と、走査手段７と、制御手段８と、集光手段９とを備える。
【００１０】
加工対象搬送手段２は、被加工面を上にした状態で加工対象１を保持するとともに加工対象１を一定速度で第１の方向である搬送方向に搬送する。加工対象搬送手段２は、例えばベルトコンベアなどが用いられる。また、加工対象搬送手段２は、加工対象１の搬送位置に関する情報（位置信号）を生成して制御手段８に送信する。
【００１１】
位置検出手段３は、加工対象搬送手段２上における加工対象１の位置を検出する。位置検出手段３は、例えば２カ所に設けられて２点で加工対象１の位置を検出する。レーザ発振器４は、レーザビームＢを出力する。
【００１２】
レーザビーム成形手段５は、レーザ発振器４から出力されたレーザビームＢを加工対象１の被加工面の加工点で所望のレーザパターンとなるように成形する。レーザビーム成形手段５としては、例えば回折光学素子を使用することができる。なお、レーザビーム成形手段５の代わりに所望の形状の開口を使用してレーザビームＢを形成することも可能である。
【００１３】
偏向手段６は、レーザビーム成形手段５で成形されたレーザビームＢの偏向方向を搬送方向と平行な方向において調整してレーザビームＢを偏向させる。偏向手段６には、例えばガルバノミラーが用いられる。以下、ガルバノミラー６と呼ぶ。このようにガルバノミラー６を有することにより、本実施の形態にかかるレーザ加工装置では、レーザビーム成形手段５で成形されたレーザビームＢを、搬送方向と平行な方向において任意に調整して偏向することが可能である。
【００１４】
走査手段７は、ガルバノミラー６で偏向されたレーザビームＢを偏向して被加工面に対して既定の走査方向に一定速度で走査する。走査手段７には、例えばポリゴンミラーが用いられ、ミラーを一定方向に回転して、ガルバノミラー６で偏向されたレーザビームＢを例えば搬送方向と略直交する方向に走査する。以下、ポリゴンミラー７と呼ぶ。
【００１５】
制御手段８は、位置検出手段３で検出した加工対象搬送手段２上における加工対象１の位置の検出結果と加工対象搬送手段２による加工対象１の搬送位置に関する情報とに基づいてガルバノミラー６におけるレーザビームＢの偏向方向を制御する。制御手段８は、予め設定された加工対象搬送手段２上における加工対象１の設置位置に関する情報（設定位置情報）を有しており、制御手段８は、位置検出手段３での検出結果と設定位置情報とにより、設定位置に対する、実際に配置された加工対象１の位置ずれや回転方向の傾き（以下、傾きと呼ぶ）に関する情報を得ることができる。また、制御手段８は、加工対象搬送手段２から、加工対象１の搬送位置に関する情報（位置信号）を取得する。これにより、制御手段８は、位置ずれや傾きに関する情報と、加工対象１の搬送位置に関する情報（位置信号）と、に基づいてガルバノミラー６におけるレーザビームＢの偏向方向を制御して、加工位置を補正して、加工対象１の設置位置の位置ずれや傾きに起因した加工位置の位置ずれを防止する。
【００１６】
集光手段９は、ポリゴンミラー７で偏向されたレーザビームＢを加工対象１の被加工面上に集光する。集光手段９には、例えばＦθレンズが用いられる。以下、Ｆθレンズ９と呼ぶ。
【００１７】
次に、本実施の形態にかかるレーザ加工装置による加工を、多結晶シリコン太陽電池の裏面（太陽光の入射側の面を表面とする）の一部のみに電極（以下、狭小コンタクトと呼ぶ）を形成する場合を例に説明する。従来の一般的な多結晶シリコン太陽電池では、電流を取り出すためのコンタクト構造（電極構造）が裏面の全面に形成されている。この場合、多結晶シリコン太陽電池用の多結晶シリコン基板の裏面側でのキャリアの再結合損失や、電極材と多結晶シリコン基板との線膨張係数の違いによる歪などが発生し、光電変換効率や、耐久性、信頼性に問題が生じる。
【００１８】
しかしながら、狭小コンタクトを備える構造の多結晶シリコン太陽電池においては、多結晶シリコン基板の裏面の大部分を占める絶縁膜のパッシベーション効果によりキャリアの再結合損失を低下して、光電変換効率を向上することができる。また、多結晶シリコン基板の裏面において、限られた領域であるレーザ開口部のみに狭小コンタクトを形成することで、電極が全面に形成されている場合に電極材と多結晶シリコン基板との線膨張係数の違いによって生じる歪を低減できるため、耐久性、信頼性が向上する。以下では、多結晶シリコン太陽電池の製造プロセスのうち、狭小コンタクトの形成工程について図２−１〜図２−３を参照して説明する。図２−１〜図２−３は、多結晶シリコン太陽電池の狭小コンタクトの形成工程を説明するための模式図である。なお、図２−１〜図２−３は、本発明の説明に直接関わる部材のみを記載している。
【００１９】
まず、狭小コンタクトの形成工程の流れについて説明する。最初に多結晶シリコン太陽電池用の多結晶シリコン基板１１の裏面の全面に絶縁膜１２を形成する（図２−１）。絶縁膜１２は、例えばシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）を使用することができる。次に、本実施の形態にかかるレーザ加工装置により、絶縁膜１２にレーザ開口部１３を形成する（図２−２）。この時のレーザ開口部１３のパターンは、等間隔の直線である。続いてレーザ開口部１３上に電極ペーストを印刷し、多結晶シリコン基板１１を加熱することにより電極ペーストを焼成して狭小コンタクト１４を形成する（図２−３）。以上により、多結晶シリコン基板１１の裏面に、狭小コンタクト１４を形成することができる。
【００２０】
次に、上述した狭小コンタクト１４の形成のために、本実施の形態にかかるレーザ加工装置を用いて例えば４ｍｍピッチの３６本の直線状のレーザ開口部１３を加工する方法を説明する。レーザ加工する直線の幅は例えば４０μｍに設定する。なお、ピッチとレーザ開口部１３の幅は代表的な値を例示したにすぎず、使用する絶縁膜１２、多結晶シリコン基板１１の特性などの諸条件により、作製する多結晶シリコン太陽電池の光―電気変換効率が最適になるように調整すればよい。ピッチおよびレーザ開口部１３の幅を変化させても本発明の効果は有効である。
【００２１】
ここで、加工対象１は１５０ｍｍ角の略四角形状の多結晶シリコン基板１１の裏面上に形成した絶縁膜１２である。レーザ発振器４は、ＱスイッチＬＤ励起固体レーザの３倍波を使用する。レーザビームＢの波長は、３５５ｎｍである。多結晶シリコン基板１１上の絶縁膜１２およびシリコンの侵入長の短い波長を選択することで、多結晶シリコン基板１１のレーザビームＢ照射による劣化の少ない加工が可能である。ＱスイッチＬＤ励起固体レーザは、数１０ｋＨｚと比較的繰り返し周波数が高い上、パルスエネルギーが大きく、ピークパワーが高いので、一発のレーザパルスにより大面積の絶縁膜１２に加工可能であり、高速の加工が可能である。
【００２２】
レーザ発振器４から出力されたレーザビームＢは、レーザビーム成形手段５で成形されてガルバノミラー６に入射する。ガルバノミラー６に入射したレーザビームＢは、制御手段８により、搬送方向と平行な方向において偏向方向が調整されて偏向され、ポリゴンミラー７に入射する。ポリゴンミラー７に入射したレーザビームＢは、偏向され、搬送方向と略直交する方向に走査される。より具体的には、レーザビームＢは、略四角形状の多結晶シリコン基板１１における搬送方向と略平行な方向の辺と略直交する方向に走査される。
【００２３】
ポリゴンミラー７により偏向、走査されたレーザビームＢは、Ｆθレンズ９により加工対象１の被加工面上に集光される。被加工面のレーザビームＢが照射された部位では、レーザアブレーションにより加工対象１である多結晶シリコン基板１１上の絶縁膜１２にレーザ開口部１３が形成される。
【００２４】
加工対象１を加工対象搬送手段２上に設置する際に、実際の加工対象搬送手段２上における加工対象１の設置位置２２は、予め設定された加工対象搬送手段２上における加工対象１の設置位置２１（目標の加工対象設置位置）に対して例えば図３に示すように位置ずれや傾きが生じる場合がある。図３は、加工対象１の設置位置に位置ずれや傾きが生じた場合の加工対象１の設置状況を説明するための説明図である。加工対象１の設置時にこのような位置ずれや傾きが生じると、加工対象１上のレーザ加工位置にも、予め設定された加工対象１上のレーザ加工位置に対して位置ずれや傾きが生じる。
【００２５】
レーザ開口部１３形成後の電極ペーストの印刷工程においては、電極ペーストはレーザ開口部１３上に印刷する必要がある。レーザ加工のピッチ方向の位置ずれ、レーザ加工の傾きが生じると電極ペーストの下部にレーザ開口部１３が存在しない領域が発生する。このため、十分な導通が取れなくなり、多結晶シリコン太陽電池の特性が悪化する。
【００２６】
本実施の形態における多結晶シリコン太陽電池の裏面の狭小コンタクトの形成においては、レーザ開口部１３の幅は４０μｍである。狭小コンタクト構造の効果が得られる領域は、電極を形成した部分以外の領域である。このため、狭小コンタクト構造の効果を最大とするために、印刷する電極ペーストの幅はレーザ開口部１３の幅と同等か、せいぜい数倍大きい程度とすることが好ましい。上記のように電極ペーストの下部に確実にレーザ開口部１３が存在するようにレーザ加工するためには、加工位置精度は数十μｍ以内であることが要求される。
【００２７】
ポリゴンミラー７は一定速度で高速にレーザビームＢを走査可能であり、加工対象搬送手段２による加工対象１の一定速度での搬送と、ポリゴンミラー７によるレーザビームＢの走査と、を組み合わせることで、同一のパターンを高速に加工することが可能である。しかし、レーザビーム走査のタイミングを加工対象１の位置ずれにあわせて精度良く変化させることはできない。
【００２８】
従来、上記のように加工対象１上での加工位置の精度が要求される加工においては、加工対象１を加工対象搬送手段２上に設置した後に、加工対象１の位置を検出し、その検出信号に基づいて加工対象１の位置を調整するか、加工対象搬送手段２の搬送速度とポリゴンミラー７のレーザビーム走査の向きを変化させる必要が生じる。しかし、これらの動作には時間がかかるためレーザ加工以外の処理時間が増加し、結果として十分な処理速度が得られない。したがって、加工位置精度良く、且つ高速でレーザ加工することができない。
【００２９】
本実施の形態にかかるレーザ加工装置は、加工対象搬送手段２による加工対象１の一定速度での搬送と、ポリゴンミラー７によるレーザビームＢの走査と、を組み合わせた処理においても、加工位置精度良く、且つ高速でレーザ加工することが可能である。すなわち、本実施の形態にかかるレーザ加工装置は、加工対象搬送手段２上での加工対象１の位置を２点で検出し、その検出結果に基づいて実際に配置された加工対象１の位置ずれや傾きに関する情報を得ることができる。そして、この加工対象１の位置ずれや傾きに関する情報と加工対象搬送手段２による加工対象１の搬送位置に関する情報とに基づいてガルバノミラー６によるレーザビームＢの偏向方向を制御することで、レーザビームＢによる加工位置を補正して、加工対象１の設置位置の位置ずれや傾きに起因した加工位置の位置ずれを防止し、加工位置精度良く、且つ高速でレーザ加工が可能である。
【００３０】
以下に、本実施の形態にかかるレーザ加工装置においてガルバノミラー６を使用することで加工位置精度良く、且つ高速でレーザ加工を実施する方法について具体的に説明する。
【００３１】
まず、ガルバノミラー６が無く、加工対象１が加工対象搬送手段２上に目標どおり設置されて一定速度で搬送されている場合の該加工対象１上でのレーザ加工の軌跡について説明する。
【００３２】
ポリゴンミラー７によるレーザビーム走査速度は、５，３２６ｍｍ／秒、レーザビーム走査回数は２５回／秒、加工対象搬送手段２の搬送速度は１００ｍｍ／ｓである。この時、図４に示すように加工対象１上に斜めに４ｍｍ間隔の直線状のレーザ加工がなされる。すなわち、レーザ加工の軌跡３１は、加工対象１の各辺に直角または平行な方向から傾いた方向となる。図４は、従来のガルバノミラー６を未使用のレーザ加工装置による目標位置に設置された加工対象１上のレーザ加工の軌跡を説明するための模式図である。なお、本図では、説明の都合上、点線でレーザ加工パターンを示したが、実際のレーザ加工パターンは、切れ目のない連続したパターンである。
【００３３】
次に、本実施の形態にかかるレーザ加工装置において加工対象１が加工対象搬送手段２上に目標どおり設置されて一定速度で搬送されている場合のレーザ加工の軌跡について説明する。ポリゴンミラー７によるレーザビーム走査速度は、ガルバノミラー６が無い場合と同様に、５，３２６ｍｍ／秒、レーザビーム走査回数は２５回／秒、加工対象搬送手段２の搬送速度は１００ｍｍ／ｓである。
【００３４】
本実施の形態にかかるレーザ加工装置においては、制御手段８が、加工対象搬送手段２の位置に関する位置信号およびポリゴンミラー７によるレーザビーム走査のタイミング信号を基にガルバノミラー６を制御し、レーザビームＢの偏向方向を加工対象１の搬送方向と平行な方向おいて調整することで、図５に示すようにレーザ加工の軌跡３１が加工対象１の各辺に直角または平行な方向となるレーザ加工が可能である。図５は、ガルバノミラー６を使用した本実施の形態にかかるレーザ加工装置による目標位置に設置された加工対象１上のレーザ加工の軌跡の説明図である。なお、図５においても図４と同様に、説明の都合上、点線でレーザ加工パターンを示したが、実際のレーザ加工パターンは、切れ目のない連続したパターンである。
【００３５】
この時のガルバノミラー６によるレーザビーム偏向位置を図６に示す。図６は、本実施の形態にかかるレーザ加工装置により、目標位置に設置された加工対象１を加工する場合のガルバノミラー６によるレーザビーム偏向位置を示す特性図である。図中の横軸は時間を表している。また、図中の縦軸は、ガルバノミラー６によるレーザビーム偏向位置を表しており、縦軸のレーザビーム偏向位置の＋方向は、加工対象搬送手段２による搬送速度の方向である。レーザビーム偏向位置は、ポリゴンミラー７の走査周期である４０ｍｓを周期に持ち、振幅が２．８６ｍｍの周期関数であり、正の傾きの部分の傾きは、加工対象搬送手段２の搬送速度である１００ｍｍ／ｓに一致し、加工対象１上での搬送方向のレーザビームＢの相対的な移動は打ち消される。
【００３６】
この時の振幅Ｗは、以下のようにして算出できる。加工対象１の搬送方向と直角な方向の大きさをＬ、ポリゴンミラー７によるレーザビーム走査速度をＶｂ、加工対象搬送手段２の搬送速度をＶｔとすると、Ｗ＝Ｌ÷Ｖｂ×Ｖｔであり、Ｌ＝１５０ｍｍ、Ｖｂ＝５２３６ｍｍ／ｓ、Ｖｔ＝１００ｍｍ／ｓとしたので、Ｗ＝２．８６ｍｍとなる。
【００３７】
次に、例として図７に示すように加工対象１の中心を回転中心として搬送方向に１°（０．１７ｒａｄ）傾いて加工対象１が設置された場合について説明する。図７は、加工対象１の設置位置に傾きが生じた場合の加工対象の設置状況を説明するための説明図である。ポリゴンミラー７および加工対象搬送手段２は定速動作するため、ポリゴンミラー７および加工対象搬送手段２は加工対象１が目標どおりに設置されたときと同様に動作する。
【００３８】
加工対象１が傾いて設置された場合におけるガルバノミラー６によるレーザビーム偏向位置を図８に示す。図８は、本実施の形態にかかるレーザ加工装置により、傾いて設置された加工対象１を加工する場合のガルバノミラー６によるレーザビーム偏向位置を示す特性図である。この場合は、加工対象１の１°傾斜を補正するために、ガルバノミラー６によるレーザビーム偏向位置は振幅が５．４８ｍｍ、正の傾きの部分の傾きは１９１．４ｍｍ／ｓとなる。
【００３９】
この時の振幅Ｗｌは、加工対象１の傾斜をＡｌとすると、Ｗｌ＝Ｌ÷Ｖｂ×Ｖｔ＋Ｌ×ｓｉｎ（Ａｌ）であり、Ｌ＝１５０ｍｍ、Ｖｂ＝５２３６ｍｍ／ｓ、Ｖｔ＝１００ｍｍ／ｓ、Ａｌ＝１°としたので、Ｗｌ＝５．４８ｍｍである。加工対象１が目標どおり設置された場合と比較して、レーザビーム偏向位置の範囲が、Ｗｌ÷Ｗ＝１．９１４倍であるので、正の部分の傾きは、１００×１．９１４＝１９１．４ｍｍ／ｓとなる。このような条件で、ガルバノミラー６を制御することにより、図５に示すようにレーザ加工の軌跡３１が加工対象１の各辺に直角または平行な方向となるレーザ加工が可能である。
【００４０】
このように、ガルバノミラー６によるレーザビームＢの偏向位置の範囲を拡大し、レーザビーム偏向動作中の速度を変化させることで、傾いて設置された加工対象１に対しても図５に示すようにレーザ加工の軌跡３１が加工対象１の各辺に直角または平行な方向となるレーザ加工が可能である。さらに、ポリゴンミラー７によるレーザビームＢの走査の速度はこのままで、レーザビームＢの走査範囲を拡大、変更することで、図９に示すように搬送方向と直角な方向から傾いて設置され、さらに傾いた方向に位置ずれして設置された加工対象１に対しても加工位置の補正が可能であり、図５に示すようにレーザ加工の軌跡３１が加工対象１の各辺に直角または平行な方向となるレーザ加工が可能である。図９は、本実施の形態にかかるレーザ加工装置により同じレーザビーム偏向によりレーザ加工が可能な加工対象１の設置状況を説明するための模式図である。
【００４１】
次に、図１０に示すように加工対象１が搬送方向と平行な方向に０．５ｍｍ位置ずれして設置された場合について説明する。図１０は、搬送方向と平行な方向に位置ずれして設置された加工対象１の設置状況を説明するための模式図である。ポリゴンミラー７および加工対象搬送手段２は定速動作するため、ポリゴンミラー７および加工対象搬送手段２は加工対象１が目標どおりに設置されたときと同様に動作する。
【００４２】
加工対象１が搬送方向と平行な方向に０．５ｍｍ位置ずれして設置された場合のガルバノミラー６によるレーザビーム偏向位置を図１１に示す。図１１は、本実施の形態にかかるレーザ加工装置により、搬送方向と平行な方向に位置ずれして設置された加工対象１を加工する場合のガルバノミラー６によるレーザビーム偏向位置を示す特性図である。
【００４３】
図１１に示すように、加工対象１が搬送方向と平行な方向に０．５ｍｍ位置ずれして設置された場合のガルバノミラー６によるレーザビーム偏向位置は、図６で示した目標どおりに加工対象１が設置された場合のレーザビーム偏向位置を０．５ｍｍずらしたものとなっている。このような条件で、ガルバノミラー６を制御することにより、図５に示すようにレーザ加工の軌跡３１が加工対象１の各辺に直角または平行な方向となるレーザ加工が可能である。
【００４４】
以上のように、本実施の形態にかかるレーザ加工装置では、加工対象１が搬送方向と平行な方向に位置ずれした場合と傾いた場合においても、ガルバノミラー６の駆動方法を制御することにより位置ずれや傾きのレーザ加工位置に対する影響を補正可能であり、図５に示すようにレーザ加工の軌跡３１が加工対象１の各辺に直角または平行な方向となるレーザ加工が可能である。なお、加工対象１上に等間隔の直線状にレーザ加工する場合には、加工対象１が搬送方向と直角な方向に位置ずれしてもポリゴンミラー７による走査の制御により対応可能であり問題ないため、ガルバノミラー６の駆動により補正する必要はない。
【００４５】
次に、加工対象１の搬送方向と平行な方向の位置ずれや傾きを検出する方法について説明する。加工対象搬送手段２上の２点に設置した位置検出手段３によって、実際に配置された加工対象１の位置が検出され、検出された加工対象１の位置の情報は、制御手段８に送られる。予め設定された加工対象搬送手段２上における加工対象１の設置位置に関する情報（設定位置情報）を有しており、制御手段８は、位置検出手段３での検出結果と、予め設定された加工対象搬送手段２上における加工対象１の設置位置に関する情報（設定位置情報）とにより、加工対象１の搬送方向と平行な方向の位置ずれや傾きを検出できる。例えば加工対象１の位置検出手段３として、顕微鏡とＣＣＤカメラとで構成される画像認識装置を使用して、加工対象１の端面を検出することで実際に配置された加工対象１の位置が検出できる。また、アライメントマークを用いて検出する方法も考えられる。
【００４６】
上記のような本実施の形態にかかるレーザ加工装置を用いることにより、多結晶シリコン太陽電池の裏面に形成した絶縁膜１２上に加工位置精度良く、幅４０μｍ、間隔４ｍｍのレーザ開口部１３を効率的に得ることができる。そして、例えば電極の幅を略１００μｍとしてレーザ開口部１３部に電極ペーストを印刷し、焼成することで、多結晶シリコン太陽電池の裏面に狭小コンタクトを形成することができる。
【００４７】
上述した本実施の形態にかかるレーザ加工装置を用いた方法により実際に狭小コンタクトを形成した。その結果、絶縁膜１２上のレーザ開口部１３が印刷した電極ペーストからはみ出ることはなく、接触抵抗の低い良好な導通特性を有する狭小コンタクトが形成されたことが確認できた。
【００４８】
上述したように、本実施の形態にかかるレーザ加工装置によれば、加工対象搬送手段２上における加工対象１の位置に基づいて、加工対象１の搬送方向に平行な方向においてレーザビームＢの偏向方向を調整することが可能であり、予め設定された加工対象搬送手段２上における加工対象１の設置位置２１に対して位置ずれや傾きが生じる場合においても、該位置ずれや傾きの影響を補正して、加工対象１に対して加工位置精度良く、且つ高速でレーザ加工が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、本発明にかかるレーザ加工装置は、予め設定された設置位置に対して位置ずれや傾きが生じた場合のレーザ加工に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態にかかるレーザ加工装置の概略構成を説明するための模式図である。
【図２−１】多結晶シリコン太陽電池の狭小コンタクトの形成工程を説明するための模式図である。
【図２−２】多結晶シリコン太陽電池の狭小コンタクトの形成工程を説明するための模式図である。
【図２−３】多結晶シリコン太陽電池の狭小コンタクトの形成工程を説明するための模式図である。
【図３】加工対象の設置位置に位置ずれや傾きが生じた場合の加工対象の設置状況を説明するための説明図である。
【図４】従来のガルバノミラーを未使用のレーザ加工装置による目標位置に設置された加工対象上のレーザ加工の軌跡を説明するための模式図である。
【図５】ガルバノミラーを使用した本実施の形態にかかるレーザ加工装置による目標位置に設置された加工対象上のレーザ加工の軌跡の説明図である。
【図６】本実施の形態にかかるレーザ加工装置により、目標位置に設置された加工対象を加工する場合のガルバノミラーによるレーザビーム偏向位置を示す特性図である。
【図７】加工対象の設置位置に傾きが生じた場合の加工対象の設置状況を説明するための説明図である。
【図８】本実施の形態にかかるレーザ加工装置により、傾いて設置された加工対象を加工する場合のガルバノミラーによるレーザビーム偏向位置を示す特性図である。
【図９】本実施の形態にかかるレーザ加工装置により同じレーザビーム偏向によりレーザ加工が可能な加工対象の設置状況を説明するための模式図である。
【図１０】搬送方向と平行な方向に位置ずれして設置された加工対象の設置状況を説明するための模式図である。
【図１１】本実施の形態にかかるレーザ加工装置により、搬送方向と平行な方向に位置ずれして設置された加工対象を加工する場合のガルバノミラーによるレーザビーム偏向位置を示す特性図である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 加工対象
２ 加工対象搬送手段
３ 位置検出手段
４ レーザ発振器
５ レーザビーム成形手段
６ 偏向手段（ガルバノミラー）
７ 走査手段（ポリゴンミラー）
８ 制御手段
９ 集光手段（Ｆθレンズ）
１１ 多結晶シリコン基板
１２ 絶縁膜
１３ レーザ開口部
１４ 狭小コンタクト
２１ 予め設定された加工対象搬送手段上における加工対象の設置位置（目標の加工対象設置位置）
２２ 実際の加工対象搬送手段上における加工対象の設置位置
３１ レーザ加工の軌跡
Ｂ レーザビーム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工面を上にした状態で加工対象を保持するとともに前記加工対象を一定速度で第１の方向に搬送する加工対象搬送手段と、
前記加工対象搬送手段上における前記加工対象の位置を検出する位置検出手段と、
レーザビームを出力するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出力された前記レーザビームの偏向方向を前記第１の方向と平行な方向において調整して前記レーザビームを偏向させる偏向手段と、
前記偏向手段で偏向された前記レーザビームを偏向して前記被加工面に対して既定の走査方向に一定速度で走査する走査手段と、
前記位置検出手段で検出した前記加工対象搬送手段上における前記加工対象の位置の検出結果と、前記加工対象搬送手段による前記加工対象の搬送位置に関する情報と、に基づいて前記偏向手段における前記レーザビームの偏向方向を制御する制御手段と、
前記偏向手段および前記走査手段で偏向された前記レーザビームを前記被加工面上に集光する集光手段と、
を備えること、
を特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記制御手段は、位置情報に基づいて前記偏向手段における前記レーザビームの偏向位置を制御すること、
を特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記走査手段は、前記被加工面における前記第１の方向と略直交する第２の方向に前記レーザビームの走査を行うこと、
を特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記被加工面に対する前記レーザビームによる加工パターンが、略直線状のパターンが略等間隔をおいて複数設けられたパターンであること、
を特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項１】
被加工面を上にした状態で加工対象を保持するとともに前記加工対象を一定速度で第１の方向に搬送する加工対象搬送手段と、
前記加工対象搬送手段上における前記加工対象の位置を検出する位置検出手段と、
レーザビームを出力するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出力された前記レーザビームの偏向方向を前記第１の方向と平行な方向において調整して前記レーザビームを偏向させる偏向手段と、
前記偏向手段で偏向された前記レーザビームを偏向して前記被加工面に対して既定の走査方向に一定速度で走査する走査手段と、
前記位置検出手段で検出した前記加工対象搬送手段上における前記加工対象の位置の検出結果と、前記加工対象搬送手段による前記加工対象の搬送位置に関する情報と、に基づいて前記偏向手段における前記レーザビームの偏向方向を制御する制御手段と、
前記偏向手段および前記走査手段で偏向された前記レーザビームを前記被加工面上に集光する集光手段と、
を備えること、
を特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記制御手段は、位置情報に基づいて前記偏向手段における前記レーザビームの偏向位置を制御すること、
を特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記走査手段は、前記被加工面における前記第１の方向と略直交する第２の方向に前記レーザビームの走査を行うこと、
を特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記被加工面に対する前記レーザビームによる加工パターンが、略直線状のパターンが略等間隔をおいて複数設けられたパターンであること、
を特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【図１】
【図２−１】
【図２−２】
【図２−３】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２−１】
【図２−２】
【図２−３】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１４２８３４（Ｐ２０１０−１４２８３４Ａ）
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２１５５６（Ｐ２００８−３２１５５６）
【出願日】平成２０年１２月１７日（２００８．１２．１７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２０年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「新エネルギー技術研究開発 太陽光発電システム未来技術研究開発 未来型超薄型多結晶シリコン太陽電池の研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１７日（２００８．１２．１７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２０年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「新エネルギー技術研究開発 太陽光発電システム未来技術研究開発 未来型超薄型多結晶シリコン太陽電池の研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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