專利名稱：激光加工方法、激光加工裝置以及太陽能電池板制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用激光束(laser beam)來對薄膜等進(jìn)行加工的激光加工方法、 激光加工裝置以及太陽能電池板(solar panel)制造方法，特別涉及一種可將1條激光束 分叉為多條來進(jìn)行加工或可使進(jìn)行加工時的各激光束間的間距(pitch)寬度可變的激光 加工方法、激光加工裝置以及太陽能電池板制造方法。
背景技術(shù)：
以往在太陽能電池板的制造步驟中，在透光性基板(玻璃基板)上依次形成透 明電極層、半導(dǎo)體層、金屬層，并在形成后的各步驟中利用激光束將各層加工為狹條狀 (strip-like form)，從而完成太陽能電池板模塊(solar panel module)。在以此方式制造 太陽能電池板模塊時，利用激光束在玻璃基板上的薄膜上例如以約IOmm的間距形成切割 線(scribe line)。此切割線是由線寬約為30 μ m、且線與線的間隔約為30 μ m的3條線所 構(gòu)成。在利用激光束來形成切割線時，通常是將激光束照射至恒速移動的玻璃基板上。由 此，可形成深度及線寬穩(wěn)定的切割線。關(guān)于此類在使用激光束的加工方法中將激光束分叉 為多條來進(jìn)行加工的情況，已知有日本專利特開2004-141929號公報中所揭示的情況。在日本專利特開2004-141929號公報所揭示的激光加工方法中，使用相位光柵 (phase grating)來將激光分叉為多條激光束，并對工件(work)照射分叉的多條激光束。 一般而言，在太陽能電池板制造步驟中，直接將高斯光束(Gauss beam)用作激光束，且將光 束直徑縮小為規(guī)定的寬度而使基板移動，從而進(jìn)行切割加工。如果將高斯光束用作激光束， 則加工形狀為研缽狀，從而存在中央部的膜過于懸浮或?qū)ΣＡЩ逶斐蓳p傷(damage)。而 且，由于切割加工中是脈沖(pulse)照射激光束，因此存在切割線的兩側(cè)脊線起伏的問題。而且，使同時照射的多條激光束的分叉方向與激光束的掃描方向所構(gòu)成的角度θ 增大，使照射區(qū)域(area)的范圍減小，從而將多個照射連結(jié)起來，而形成范圍較廣的除去 部。但是，在日本專利特開2004-141929號公報所揭示的激光加工方法中是使用相位光柵 將激光束分叉，因此很難使已分叉的激光束間的間距寬度形成約為IOmm左右，從而難以在 太陽能電池板的制造步驟中應(yīng)用日本專利特開2004-141929號公報所揭示的技術(shù)。為了解決所述問題，以往是在聚光透鏡(collecting lens)的正前方配置相位型 衍射光學(xué)元件(DOE=Diffractive Optical Element)，該相位型衍射光學(xué)元件將高斯光束 轉(zhuǎn)換為頂帽形(Top Hat)光束，并對基板照射激光束。DOE是具有對激光束的配光特性進(jìn) 行轉(zhuǎn)換/整形的功能的元件，主要用來將激光束的高斯(Gaussian)強(qiáng)度分布轉(zhuǎn)換為平頂形 (flattop)(頂帽形)強(qiáng)度分布，從而提高激光加工等的精度。然而，由于DOE是價格昂貴的元件，所以存在如下問題如上所述在分叉的多條激 光束的聚光透鏡的正前方分別設(shè)置DOE將會導(dǎo)致價格高漲，因而不佳。而且，日本專利特開2004-141929號公報所揭示的激光加工方法的情況可通過僅 使作為單體元件的相位光柵進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，而簡單地對激光束的分叉方向與激光束的掃描方向 所構(gòu)成的角度θ進(jìn)行可變控制。但是，在太陽能電池板制造步驟中，由于使用多個半反光鏡(half mirror)以及反射鏡等，來將從激光產(chǎn)生裝置射出的激光束分叉為間距寬度約IOmm左右的激光束，因而難以對激光束的分叉方向與激光束的掃描方向所構(gòu)成的角度θ 進(jìn)行可變控制，從而現(xiàn)狀為尚未實現(xiàn)所述可變控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是鑒于所述問題而完成的，是提供一種無需針對分叉的多條激 光束中的每條激光束來設(shè)置DOE便可將所有激光束轉(zhuǎn)換為頂帽形光束并照射至基板的激 光加工方法、激光加工裝置以及太陽能電池板制造方法。本發(fā)明的目的之一是鑒于所述方面而完成的，是提供一種可使用半反光鏡及反射 鏡來將激光束分叉為多條激光束，并對該分叉方向與激光束的掃描方向所構(gòu)成的角度進(jìn)行 可變控制的激光加工方法、激光加工裝置以及太陽能電池板制造方法。本發(fā)明提供一種激光加工方法在將激光束分叉為多條激光束，使分叉的多條激 光束對工件一面進(jìn)行相對移動一面進(jìn)行照射，由此來對工件實施規(guī)定的加工的激光加工方 法中，在所述激光束的分叉前的光路中設(shè)置相位型衍射光學(xué)元件機(jī)構(gòu)，將所述激光束轉(zhuǎn)換 為頂帽形強(qiáng)度分布，且以轉(zhuǎn)換后的多條激光束照射至所述工件為止的各光路長度相同的方 式，來將所述激光束分叉為多條激光束而對所述工件進(jìn)行照射。本發(fā)明中，在將激光束分叉為多條激光束，使分叉的多條激光束對工件一面進(jìn)行 相對移動一面進(jìn)行照射的情況下，是在激光束的分叉前的光路中配置相位型衍射光學(xué)元件 機(jī)構(gòu)配置，以將激光束轉(zhuǎn)換為頂帽形強(qiáng)度分布。轉(zhuǎn)換后的激光束由半反光鏡或反射鏡等而 被分叉為多條激光束。此時，以轉(zhuǎn)換后的多條激光束照射至工件為止的各光路長度彼此相 等的方式，來將激光束引導(dǎo)照射至工件為止。由此，即便并未針對分叉的多條激光束中的每 條激光束來設(shè)置相位型衍射光學(xué)元件(DOE)，也可將已轉(zhuǎn)換為頂帽形光束的多條激光束照 射至基板上，因此可實現(xiàn)成本降低。而且，所述分叉是來自于一個(DOE)光源的分叉，因此 可較容易地使分叉的激光束的特性均一化。在所述的激光加工方法中，使用由半反光鏡及反射鏡構(gòu)成的分叉機(jī)構(gòu)來將激光束 分叉為多條激光束，使用所述分叉機(jī)構(gòu)，將垂直地朝向所述工件的加工面的垂直激光束分 叉為多條激光束，并且以所述垂直激光束的前進(jìn)方向為中心軸而使所述分叉機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，由 此，對所述激光束的分叉方向與所述激光束的對所述工件的相對移動方向所構(gòu)成的角度進(jìn) 行可變控制。從激光產(chǎn)生裝置射出的激光束最終垂直地照射至工件的加工面。本發(fā)明中，將包 括半反光鏡及反射鏡的分叉機(jī)構(gòu)設(shè)置在該垂直地朝向所述工件的加工面的垂直激光束的 中途，并對激光束進(jìn)行分叉。此時，構(gòu)成為使分叉機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)中心軸與垂直激光束的前進(jìn)方 向相一致，且使得分叉機(jī)構(gòu)整體可旋轉(zhuǎn)，由此，可容易地對分叉方向與激光束的掃描方向所 構(gòu)成的角度進(jìn)行可變控制。在所述的激光加工方法中，在對所述工件照射轉(zhuǎn)換為頂帽形強(qiáng)度分布后的激光 束，并且所述激光束的分叉方向與所述激光束的相對移動方向所構(gòu)成的角度受到旋轉(zhuǎn)控制 的情況下，使得所述相位型衍射光學(xué)元件機(jī)構(gòu)不相對于所述激光束的相對移動方向而旋轉(zhuǎn)。一般而言，在太陽能電池板制造步驟中，是將高斯光束用作激光束，且將光束直徑縮小為規(guī)定的寬度而使基板移動，從而進(jìn)行切割加工。如果將高斯光束用作激光束，則加工形狀為研缽狀，從而存在中央部的膜過于懸浮的問題，而且，進(jìn)行切割加工時是脈沖照射激 光束，因此存在切割線的兩側(cè)脊線起伏的問題。對此，在激光束的光路中配置相位型衍射光 學(xué)元件(DOE :Diffractive Optical Element)，將高斯光束轉(zhuǎn)換為頂帽形(TopHat)光束， 并對工件照射激光束。DOE是具有對激光束的配光特性進(jìn)行轉(zhuǎn)換/整形的功能的元件，主要 用于將激光束的高斯強(qiáng)度分布轉(zhuǎn)換為平頂形(頂帽形)強(qiáng)度分布，并提高激光加工等的精 度。通過使用該D0E，可使激光束的照射形狀形成為大致正方形狀，且可平滑地形成切割線 的兩側(cè)脊線。然而，在對激光束的分叉方向與激光束的掃描方向所構(gòu)成的角度進(jìn)行可變控 制時，由于照射形狀為大致正方形狀，因而切割線的兩側(cè)脊線可能反而較高斯強(qiáng)度分布時 更加起伏。因此，在本發(fā)明中，即便在對激光束的分叉方向與激光束的掃描方向所構(gòu)成的角 度進(jìn)行可變控制的情況下，也使得相位型衍射光學(xué)元件機(jī)構(gòu)不相對于激光束的相對移動方 向而旋轉(zhuǎn)。由此，可平滑地形成切割線的兩側(cè)脊線。本發(fā)明中，在分叉前只要設(shè)置一個DOE即可，因此即便在對激光束的分叉方向與 激光束的掃描方向所構(gòu)成的角度進(jìn)行可變控制的情況下，也只要僅使所述一個DOE不旋轉(zhuǎn) 即可，從而可簡化結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還提供一種激光加工裝置在將激光束分叉為多條激光束，使分叉的多條 激光束對保持機(jī)構(gòu)所保持的工件一面進(jìn)行相對移動一面進(jìn)行照射，由此來對工件實施規(guī)定 的加工的激光加工裝置中，所述激光加工裝置包括相位型衍射光學(xué)元件機(jī)構(gòu)，設(shè)置在所述 激光束的分叉前的光路中，將所述激光束轉(zhuǎn)換為頂帽形強(qiáng)度分布；以及分叉機(jī)構(gòu)，以由所述 相位型衍射光學(xué)元件機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換的多條激光束照射至所述工件為止的各光路長度相同的方 式，來將所述激光束分叉為多條激光束而對所述工件進(jìn)行照射。本發(fā)明是與所述激光加工 方法的第1特征相對應(yīng)的激光加工裝置的發(fā)明。本發(fā)明的激光加工裝置還更包括分叉機(jī)構(gòu)，使用半反光鏡及反射鏡來將垂直朝 向所述工件的加工面的垂直激光束分叉為多條激光束；控制機(jī)構(gòu)，使由所述分叉機(jī)構(gòu)分叉 的多條激光束對所述保持機(jī)構(gòu)所保持的工件一面進(jìn)行相對移動一面進(jìn)行照射，由此來對工 件實施規(guī)定的加工；以及旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)，以所述垂直激光束的前進(jìn)方向為中心軸來對所述 分叉機(jī)構(gòu)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)控制，由此，對所述激光束的分叉方向與所述激光束的對所述工件的相 對移動方向所構(gòu)成的角度進(jìn)行可變控制。本發(fā)明是與所述激光加工方法的第2特征相對應(yīng) 的激光加工裝置的發(fā)明。在所述的激光加工裝置中在對所述工件照射由所述相位型衍射光學(xué)元件機(jī)構(gòu)進(jìn) 行轉(zhuǎn)換后的激光束，并且所述激光束的分叉方向與所述激光束的相對移動方向所構(gòu)成的角 度受到旋轉(zhuǎn)控制的情況下，所述相位型衍射光學(xué)元件機(jī)構(gòu)不會相對于所述激光束的相對移 動方向而旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明是與所述激光加工方法的第3特征相對應(yīng)的激光加工裝置的發(fā)明。本發(fā)明還提供一種太陽能電池板制造方法使用所述激光加工方法、或所述激光 加工裝置來制造太陽能電池板。本發(fā)明是使用所述激光加工方法或所述激光加工裝置中的 任一者來制造太陽能電池板。[發(fā)明的效果]根據(jù)本發(fā)明，可具有下述效果可縮短激光束加工時的作業(yè)時間(tacttime)，從 而可大幅提高整體生產(chǎn)量(throughput)。
根據(jù)本發(fā)明，可具有下述效果可使用半反光鏡及反射鏡來將激光束分叉為多條 激光束，并且可對該分叉方向與激光束的掃描方向所構(gòu)成的角度進(jìn)行可變控制。綜上所述，本發(fā)明的該激光加工裝置將激光束分叉為多條激光束，使分叉的多條激光束對工件一面進(jìn)行相對移動一面進(jìn)行照射，由此來對工件實施規(guī)定的加工。此時，在 激光束的分叉前的光路中配置相位型衍射光學(xué)元件機(jī)構(gòu)，以將激光束轉(zhuǎn)換為頂帽形強(qiáng)度分 布。轉(zhuǎn)換后的激光束由分叉機(jī)構(gòu)而分別分叉為多條激光束。分叉機(jī)構(gòu)以使轉(zhuǎn)換后的多條激 光束照射至工件為止的各光路長度彼此相等的方式來將激光束引導(dǎo)照射至工件。本發(fā)明在 技術(shù)上有顯著的進(jìn)步，并具有明顯的積極效果，誠為一新穎、進(jìn)步、實用的新設(shè)計。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠 更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。


圖1是表示本發(fā)明的一實施方式的激光加工裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖。圖2是表示圖1的光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖。圖3是表示圖1的檢測光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖4是表示控制裝置的詳細(xì)處理的方框圖。圖5A、圖5B、圖5C是表示圖3的漏脈沖判定機(jī)構(gòu)的動作的一個例子的圖。圖6是表示從圖5的高速光電二極管輸出的波形的一個例子的圖。圖7A、圖7B、圖7C是從下側(cè)(工件側(cè))觀察圖1的光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件的圖。圖8A、圖8B、圖8C是表示光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)量與切割線的間距寬度的關(guān)系的圖。1 工件10 基座20:XY平臺30 滑動架31 底板33、35 反射鏡37:穿透孔40:激光產(chǎn)生裝置50 光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件52、54 自動聚焦用測長系統(tǒng)60 對準(zhǔn)照相機(jī)裝置70 線性編碼器80 控制裝置81 分叉機(jī)構(gòu)82:漏脈沖判定機(jī)構(gòu)83:警報產(chǎn)生機(jī)構(gòu)84 基準(zhǔn)CXD圖像存儲機(jī)構(gòu) 84a 基準(zhǔn)CXD圖像85 光軸偏移量測量機(jī)構(gòu) 85a 被檢查圖像86 激光控制器92、93 光束采樣器94 高速光電二極管96 光軸檢查用CXD照相機(jī)500 相位型衍射光學(xué)元件(DOE) 511 513 半反光鏡521 528:反射鏡531 534 快門機(jī)構(gòu)541 544:聚光透鏡P0、P30、P45 間距
具體實施例方式以下，根據(jù)附圖來說明本發(fā)明的實施方式。圖1是表示本發(fā)明的一實施方式的激光加工裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖。該激光加工裝置進(jìn)行太陽能電池板制造裝置的激光束加工處理(激光切割)步驟。圖1的太陽能電池板制造裝置是由基座10、XY平臺20、激光產(chǎn)生裝置40、光學(xué)系 統(tǒng)構(gòu)件50、對準(zhǔn)照相機(jī)(alignment camera)裝置60、線性編碼器(linear encoder) 70、控 制裝置80以及檢測光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件等所構(gòu)成。在基座10上設(shè)置著沿基座10的X軸方向及 Y軸方向(XY平面)受到驅(qū)動控制的XY平臺20。XY平臺20受到控制而向X方向及Y方向移動。另外，XY平臺20的驅(qū)動機(jī)構(gòu)使 用滾珠螺桿(ball screw)或線性電動機(jī)(linear motor)等，此處省略了它們的圖示。在 XY平臺20的上側(cè)保持著作為激光加工對象的工件1。而且，在基座10上設(shè)置著的滑動架 (slide frame) 30，所述滑動架一面保持光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件一面沿Y軸方向受到滑動驅(qū)動。XY平 臺20構(gòu)成為可以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸而沿θ方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。另外，當(dāng)可利用滑動架30來充分 確保Y軸方向的移動量時，XY平臺20也可構(gòu)成為僅進(jìn)行X軸方向的移動。此時，XY平臺 20也可為X軸平臺結(jié)構(gòu)。滑動架30安裝在基座10上的四角上所設(shè)置的移動臺上?；瑒蛹?0受到此 移動臺的控制而向Y方向移動。在底板(base plate)31與移動臺之間設(shè)置著消振 (vibration-free)構(gòu)件(未圖示)。在滑動架30的底板31上設(shè)置著激光產(chǎn)生裝置40、光 學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50以及控制裝置80。光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50是由鏡片(mirror)及透鏡(lens)的組 合所構(gòu)成，該光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50將由激光產(chǎn)生裝置40所產(chǎn)生的激光束分割為4個系列并引 導(dǎo)至XY平臺20上的工件1上。另外，激光束的分割數(shù)并不限定為4個系列，只要為2個系 列或2個系列以上即可。對準(zhǔn)照相機(jī)裝置60獲取XY平臺20上且工件1的兩端部(X軸方向的前后邊緣 部)附近的圖像。所述對準(zhǔn)照相機(jī)裝置60所獲取的圖像被輸出到控制裝置80中?？刂蒲b 置80將來自對準(zhǔn)照相機(jī)裝置60的圖像與工件1的標(biāo)識符(identity，ID)數(shù)據(jù)一起存儲在 數(shù)據(jù)庫(data base)機(jī)構(gòu)中，以用于以后的工件1的對準(zhǔn)處理。線性編碼器70是由設(shè)置在XY平臺20的X軸移動平臺側(cè)面的刻度(scale)構(gòu)件 及檢測部所構(gòu)成。線性編碼器70的檢測信號被輸出到控制裝置80中。控制裝置80根據(jù) 來自線性編碼器70的檢測信號，來檢測XY平臺20的X軸方向的移動速度(移動頻率)，并 對激光產(chǎn)生裝置40的輸出(激光頻率)進(jìn)行控制。如圖1所示，光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50設(shè)置在底板31的下表面?zhèn)?。用于將從激光產(chǎn)生裝 置40中射出的激光束導(dǎo)向光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50的反射鏡33、35是設(shè)置在底板31上。從激光 產(chǎn)生裝置40中射出的激光束被反射鏡33反射到反射鏡35，反射鏡35使來自反射鏡33的 反射激光束經(jīng)由設(shè)置在底板31上的穿透孔而導(dǎo)向光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50。另外，如果從激光束發(fā) 生裝置40中射出的激光束可通過設(shè)置在底板31上的穿透孔，而從上側(cè)導(dǎo)入到光學(xué)系統(tǒng)構(gòu) 件50中，那么光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50可采用任意的結(jié)構(gòu)。例如，也可將激光產(chǎn)生裝置40設(shè)置在 穿透孔的上側(cè)，經(jīng)由穿透孔直接將激光束導(dǎo)向光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50。圖2是表示光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的圖。實際的光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50的結(jié)構(gòu)復(fù) 雜，此處為了簡化說明而將圖示簡化表示。圖2是從圖1的-X軸方向觀察光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50 的內(nèi)部的圖。如圖2所示，在底板31上具有穿透孔37，此穿透孔37是用于將由反射鏡35 所反射的激光束導(dǎo)入到光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50內(nèi)。在此穿透孔37的正下方，設(shè)置著將高斯強(qiáng)度分布的激光束轉(zhuǎn)換為頂帽形強(qiáng)度分布的激光束的相位型衍射光學(xué)元件(DOE =Diffractive Optical Element)500。 經(jīng)D0E500轉(zhuǎn)換為頂帽形強(qiáng)度分布激光束(頂帽形光束)的激光束，經(jīng)由半反光鏡 511分別分叉為反射光束及透射光束，反射光束朝向右方的半反光鏡512前進(jìn)，透射光束朝 向下方的反射鏡524前進(jìn)。由半反光鏡511反射的光束被半反光鏡512進(jìn)一步分叉為反射 光束及透射光束，反射光束朝向下方的反射鏡522前進(jìn)，透射光束朝向右方的反射鏡521前 進(jìn)。穿透半反光鏡512的光束被反射鏡521反射后，經(jīng)由下方的聚光透鏡541而照射至工 件1上。由半反光鏡512反射的光束被反射鏡522、523反射后，經(jīng)由下方的聚光透鏡542 而照射至工件1上。穿透半反光鏡511的光束被反射鏡524反射后，朝向左方前進(jìn)。由反 射鏡524反射的光束被半反光鏡513分叉為反射光束及透射光束，反射光束朝向下方的反 射鏡526前進(jìn)，透射光束朝向左方的反射鏡528前進(jìn)。由半反光鏡513反射的光束被反射 鏡526、527反射后，經(jīng)由下方的聚光透鏡543而照射至工件1上。穿透半反光鏡513的光 束被反射鏡528反射后，經(jīng)由下方的聚光透鏡544而照射至工件1上。由D0E500轉(zhuǎn)換的頂帽形光束經(jīng)由所述半反光鏡511 513及反射鏡521 528而 穿透、反射之后，被導(dǎo)向聚光透鏡541 544。此時，設(shè)定為從D0E500到各聚光透鏡541 544為止的光路長度相等。即，由半反光鏡511反射的光束穿透半反光鏡512后、再由反射 鏡521反射而到達(dá)聚光透鏡541為止的光路長度，由半反光鏡511反射的光束被半反光鏡 512、反射鏡522、523分別反射而到達(dá)聚光透鏡542為止的光路長度，穿透半反光鏡511的 光束被反射鏡523、半反光鏡513、反射鏡526、527分別反射而到達(dá)聚光透鏡543為止的光 路長度，以及穿透半反光鏡511的光束被反射鏡523反射、并穿透半反光鏡513后由反射鏡 528反射而到達(dá)聚光透鏡544為止的光路長度，分別為相等的距離。由此，即便在光束分叉 的近前配置D0E500，也可將頂帽形強(qiáng)度分布的激光束同樣地導(dǎo)向聚光透鏡541 544?？扉T(shutter)機(jī)構(gòu)531 534是用于在從光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50的各聚光透鏡 541 544中射出的激光束偏離工件1時，遮蔽激光束的射出。自動聚焦(automatic focus)用測長系統(tǒng)52、54由未圖示的檢測光照射用激光器及自動聚焦用光電二極管 (photodiode)所構(gòu)成，所述自動聚焦用測長系統(tǒng)接收由檢測光照射用激光器所照射的光之 中、從工件1的表面所反射的反射光，并根據(jù)其反射光量來將光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50內(nèi)的聚光透 鏡541 544上下驅(qū)動，從而調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50相對于工件1的高度(聚光透鏡541 544的焦點)。另外，焦點調(diào)整用驅(qū)動機(jī)構(gòu)并未圖示。圖3是表示檢測光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖1及圖3所示，檢測光學(xué)系 統(tǒng)構(gòu)件是由光束采樣器(beam sampler) 92、93、高速光電二極管94以及光軸檢查用電荷耦 合器件(Charge Coupled Device, CCD)照相機(jī)96所構(gòu)成。光束采樣器92、93是設(shè)置在導(dǎo) 入到光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50內(nèi)的激光束的光路中。本實施方式中，光束采樣器92、93是設(shè)置在激 光產(chǎn)生裝置40與反射鏡33之間。光束采樣器92、93是對激光束的一部分(例如，激光束 的約1成左右或1成以下的光量)進(jìn)行采樣(sampling)后分叉輸出到外部的元件。高速 光電二極管94配置成在光接收面的大致中央附近處接收由光束采樣器92分叉輸出的激光 束的一部分(采樣光束)。與由高速光電二極管94所檢測的激光束的強(qiáng)度相對應(yīng)的輸出信 號被輸出到控制機(jī)構(gòu)80中。光軸檢查用CCD照相機(jī)96配置成在光接收面的大致中央附近 處接收由光束采樣器93分叉輸出的激光束的一部分(采樣光束)。由光軸檢查用CCD照相機(jī)96拍攝的影像被輸出到控制機(jī)構(gòu)80中。另外，光軸檢查用CXD照相機(jī)96也可取得表示 照射至高速光電二極管94的激光束位置的圖像，且將該圖像輸出到控制機(jī)構(gòu)80中?？刂蒲b置80根據(jù)來自線性編碼器70的檢測信號，而對XY平臺20的X軸方向的 移動速度(移動頻率)進(jìn)行檢測，并控制激光產(chǎn)生裝置40的輸出(激光頻率)，且根據(jù)從高 速光電二極管94以及光軸檢查用CXD照相機(jī)96輸出的信號而對從激光產(chǎn)生裝置40射出 的激光束的漏脈沖(omission of pulses)進(jìn)行檢測，或者根據(jù)激光束的光軸偏移量而對激 光產(chǎn)生裝置40的射出條件進(jìn)行控制，或者對用來將激光束導(dǎo)入到光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50內(nèi)的反 射鏡33、35的配置等進(jìn)行反饋(feedback)控制。圖4是表示控制裝置80的詳細(xì)處理的方框(block)圖。控制裝置80是由分叉機(jī)構(gòu)81、漏脈沖判定機(jī)構(gòu)82、警報(alarm)產(chǎn)生機(jī)構(gòu)83、基準(zhǔn)CCD圖像存儲機(jī)構(gòu)84、光軸偏移 量測量機(jī)構(gòu)85以及激光控制器86所構(gòu)成。分叉機(jī)構(gòu)81將線性編碼器70的檢測信號(時 鐘脈沖(clockpulse))分叉且輸出到后段的激光控制器86中。漏脈沖判定機(jī)構(gòu)82輸入與來自高速光電二極管94的激光束強(qiáng)度相對應(yīng)的輸出信 號(二極管輸出)、及從分叉機(jī)構(gòu)81輸出的檢測信號(時鐘脈沖)，并據(jù)此來判定激光束的 漏脈沖。圖5A、圖5B、圖5C是表示漏脈沖判定機(jī)構(gòu)82的動作的一個例子的圖。其中，圖5A 表示從分叉機(jī)構(gòu)81輸出的檢測信號(時鐘脈沖)的一個例子，圖5B表示與從高速光電二 極管94輸出的激光束強(qiáng)度相對應(yīng)的輸出信號(二極管輸出)的一個例子，圖5C表示漏脈 沖判定機(jī)構(gòu)82在漏脈沖檢測時所輸出的警報信號的一個例子。如圖5A、圖5B、圖5C所示，漏脈沖判定機(jī)構(gòu)82將來自分叉機(jī)構(gòu)81的時鐘脈沖的下 降時刻作為觸發(fā)(trigger)信號，而判定二極管輸出值是否大于等于規(guī)定的臨界值Th，當(dāng) 二極管輸出值小于臨界值Th時，將高電平(high level)信號輸出到警報產(chǎn)生機(jī)構(gòu)83中。 警報產(chǎn)生機(jī)構(gòu)83將以下警報通知外部，所述警報表示來自漏脈沖判定機(jī)構(gòu)82的信號從低 電平(low level)變化為高電平的時刻，且產(chǎn)生漏脈沖。警報的通知利用圖像顯示、發(fā)音等 各種方法進(jìn)行。通過產(chǎn)生警報，操作者(operator)可辨識漏脈沖產(chǎn)生。而且，當(dāng)此警報頻 繁產(chǎn)生時，意味著激光產(chǎn)生裝置的性能劣化或壽命結(jié)束。基準(zhǔn)CXD圖像存儲機(jī)構(gòu)84存儲著如圖4所示的基準(zhǔn)CXD圖像84a。此基準(zhǔn)CXD圖 像84a表示在光軸檢查用CCD照相機(jī)96的光接收面中央處接收激光束的狀態(tài)的圖像。從 光軸檢查用CCD照相機(jī)96輸出如圖4所示的被檢查圖像85a。光軸偏移量測量機(jī)構(gòu)85取 得來自光軸檢查用CXD照相機(jī)96的被檢查圖像85a，并將被檢查圖像85a與基準(zhǔn)CXD圖像 84a進(jìn)行比較，而對光軸的偏移量進(jìn)行測量，且將此偏移量輸出到激光控制器86中。例如， 當(dāng)從光軸檢查用CCD照相機(jī)96輸出如圖4所示的被檢查圖像85a這樣的圖像時，光軸偏移 量測量機(jī)構(gòu)85將兩者進(jìn)行比較以測量出X軸及Y軸方向的偏移量，并將該偏移量輸出到激 光控制器86中。激光控制器86對與激光束的光軸相關(guān)的裝置、即激光產(chǎn)生裝置40的射出 條件或用于將激光束導(dǎo)入到光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50內(nèi)的反射鏡33、35的配置等進(jìn)行反饋調(diào)整，以 使被檢查圖像85a與基準(zhǔn)CXD圖像84a相一致。所述實施方式中，就檢查激光束的光軸偏移以及漏脈沖的情況進(jìn)行了說明，但如 圖6所示，也可根據(jù)來自高速光電二極管94的輸出波形，而檢查激光束的脈沖狀態(tài)。例如， 圖6中，也可測量激光束的脈沖寬度以及脈沖高度，并在這些脈沖寬度以及脈沖高度產(chǎn)生 異常時發(fā)出警報。另外，就激光束的脈沖寬度而言，將來自高速光電二極管94的輸出波形達(dá)到規(guī)定值或規(guī)定值以上的期間處于規(guī)定范圍時作為正常情況，當(dāng)大于或小于此范圍時判定為脈沖寬度異常，并輸出警報。而且，就激光束的脈沖高度而言，將來自高速光電二極管 94的輸出波形的最大值處于允許范圍內(nèi)時作為正常情況，當(dāng)大于或小于此允許范圍時判定 為脈沖高度異常，并輸出警報。這樣，由于隨時采樣激光束，因此可實時(real time)地對 脈沖寬度、脈沖高度(功率(power))等激光束的品質(zhì)進(jìn)行管理。如果頻繁產(chǎn)生如上所述的 漏脈沖，那么可判斷激光產(chǎn)生裝置40劣化或壽命結(jié)束。圖7A、圖7B、圖7C是從下側(cè)(工件側(cè))觀察圖1的光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件的圖。圖7A、圖 7B、圖7C表示光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50與底板31的一部分。圖7A是表示圖1所示的光學(xué)系統(tǒng)構(gòu) 件50與底板31的位置關(guān)系的圖，如圖所示，光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50的端面(圖的上側(cè)端部)與 底板31的端面(圖的上側(cè)端部)相一致。圖7B是表示光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50以穿透孔37的中 心為旋轉(zhuǎn)軸而相對于底板31逆時針旋轉(zhuǎn)約30度的狀態(tài)的圖。圖7C是表示光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件 50以穿透孔37的中心為旋轉(zhuǎn)軸而相對于底板31逆時針旋轉(zhuǎn)約45度的狀態(tài)的圖。本實施方式的太陽能電池板制造裝置中，光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50構(gòu)成為能以激光束的 導(dǎo)入孔即穿透孔37的中心為旋轉(zhuǎn)軸而自如旋轉(zhuǎn)。也就是，作為分叉機(jī)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件 50，是以圖2的從反射鏡35而通過D0E500后朝向半反光鏡511前進(jìn)的垂直激光束的前進(jìn) 方向為中心軸，而受到旋轉(zhuǎn)控制。由此，可自如地對激光束的分叉方向與激光束的對工件的 相對移動方向(圖7A、圖7B、圖7C的垂直方向)所構(gòu)成的角度θ進(jìn)行可變控制。另外，光 學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)可使用滾珠螺桿或線性電動機(jī)等的現(xiàn)有的技術(shù)，但這些均 省略圖示。如圖7Α、圖7Β、圖7C所示，即便在對激光束的分叉方向與激光束的掃描方向(圖 7Α、圖7Β、圖7C的垂直方向)所構(gòu)成的角度進(jìn)行可變控制的情況下，也使D0E500不相對于 激光束的相對移動方向而旋轉(zhuǎn)。即，通過使用D0E500，激光束的照射形狀如圖7Α、圖7Β、圖 7C的聚光透鏡541 544內(nèi)所示，成為如虛線正方形般的照射形狀。因此，如果對光學(xué)系 統(tǒng)構(gòu)件50進(jìn)行旋轉(zhuǎn)控制并且使D0E500旋轉(zhuǎn)，那么聚光透鏡541 544內(nèi)的虛線正方形也 會相應(yīng)于D0E500的旋轉(zhuǎn)量而旋轉(zhuǎn)。如果在此狀態(tài)下掃描照射激光束，那么正方形的角將會 位于切割線的兩側(cè)脊線處，而脊線會顯示出起伏的形狀。因此，如本實施方式般，即便對光 學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50進(jìn)行旋轉(zhuǎn)控制，也使得D0E500不會發(fā)生旋轉(zhuǎn)，由此，如圖7Β及圖7C所示，掃 描方向(圖7Α、圖7Β、圖7C的垂直方向)與聚光透鏡541 544內(nèi)的虛線正方形的左右兩 邊相一致，從而可極其平滑地形成切割線的兩側(cè)脊線，而且，即便在使光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50旋 轉(zhuǎn)而適當(dāng)控制切割線的間距時，也可形成脊線平滑的切割線。另外，所述實施方式中，對在 激光束的光路中僅設(shè)置一個DOE的情況進(jìn)行了說明，但也可在分叉后的各聚光透鏡的正前 方分別設(shè)置DOE。在此情況下，也需要構(gòu)成為即便對光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50進(jìn)行旋轉(zhuǎn)控制，也使 各DOE不發(fā)生旋轉(zhuǎn)。另外，可通過將D0E500以與光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50分離的方式直接連結(jié)設(shè) 置在底板31上，從而使D0E500從光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50的旋轉(zhuǎn)中獨(dú)立出來。圖8A、圖8B、圖8C是表示光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)量與切割線的間距寬度的關(guān)系的 圖。圖8A、圖8B、圖8C分別是表示進(jìn)行激光切割加工處理后的切割線的狀態(tài)的圖，其中，圖 8A表示如圖7A所示光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50未發(fā)生旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，圖8B表示如圖7B所示光學(xué)系統(tǒng) 構(gòu)件50旋轉(zhuǎn)了約30度的狀態(tài)，圖8C表示如圖7C所示光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50旋轉(zhuǎn)了約45度的 狀態(tài)。如果將圖8A的情況下的切割線的間距設(shè)為P0，那么圖8B的情況下的間距P30成為P0Xcos30°，圖8C的情況下的間距P45成為P0XCOS45°。這樣，本實施方式的太陽能電池板制造裝置可通過適當(dāng)調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)件50的旋轉(zhuǎn)角度，而對切割線的間距進(jìn)行可變調(diào)整。所述實施方式中，僅觀察漏脈沖的產(chǎn)生，但也可通過獲取并存儲漏脈沖產(chǎn)生部位 的座標(biāo)數(shù)據(jù)(位置數(shù)據(jù))，而進(jìn)行切割線的修補(bǔ)(repair)處理。所述實施方式中，對利用光軸檢查用CCD照相機(jī)96直接接收由光束采樣器93分 叉輸出的激光束的一部分(采樣光束)，并通過對其進(jìn)行圖像處理來檢查光軸偏移的情況 進(jìn)行了說明，但也可通過光軸檢查用CCD照相機(jī)96或者分割型光電二極管來獲取表示在高 速光電二極管94的光接收面中央處接收激光束的狀態(tài)的圖像，來作為被檢查圖像，且由此 檢查光軸偏移。所述實施方式中，對檢查激光束的光軸偏移以及漏脈沖的情況進(jìn)行了說明，但也 可將光軸偏移、漏脈沖、脈沖寬度以及脈沖高度分別適當(dāng)組合后檢查激光束的狀態(tài)。所述實施方式中，對從形成有薄膜的工件1的表面照射激光束，從而在薄膜上形 成切割線(溝槽)的情況進(jìn)行了說明，但也可從工件1的背面照射激光束，從而在工件表面 的薄膜上形成切割線。所述實施方式中，以太陽能電池板制造裝置為例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明也可應(yīng)用 在電致發(fā)光(electroluminescent，EL)面板制造裝置、EL面板修補(bǔ)裝置、平面顯示器(Flat Panel Display, FPD)修補(bǔ)裝置等進(jìn)行激光加工的裝置中。
權(quán)利要求
一種激光加工方法，將激光束分叉為多條激光束，使分叉的多條激光束對工件一面進(jìn)行相對移動一面進(jìn)行照射，由此來對工件實施規(guī)定的加工，所述激光加工方法的特征在于在所述激光束的分叉前的光路中配置相位型衍射光學(xué)元件機(jī)構(gòu)，將所述激光束轉(zhuǎn)換為頂帽形強(qiáng)度分布，且以轉(zhuǎn)換后的多條激光束照射至所述工件為止的各光路長度相同的方式，來將所述激光束分叉為多條激光束而對所述工件進(jìn)行照射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光加工方法，其特征在于使用由半反光鏡及反射鏡構(gòu)成的分叉機(jī)構(gòu)來將激光束分叉為多條激光束，使用所述分 叉機(jī)構(gòu)，將垂直朝向所述工件的加工面的垂直激光束分叉為多條激光束，并且以所述垂直 激光束的前進(jìn)方向為中心軸而使所述分叉機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，由此，對所述激光束的分叉方向與所 述激光束的對所述工件的相對移動方向所構(gòu)成的角度進(jìn)行可變控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光加工方法，其特征在于在對所述工件照射轉(zhuǎn)換為頂帽形強(qiáng)度分布后的激光束，并且所述激光束的分叉方向與 所述激光束的相對移動方向所構(gòu)成的角度受到旋轉(zhuǎn)控制的情況下，使得所述相位型衍射光 學(xué)元件機(jī)構(gòu)不相對于所述激光束的相對移動方向而旋轉(zhuǎn)。
4.一種激光加工裝置，將激光束分叉為多條激光束，使分叉的多條激光束對保持機(jī)構(gòu) 所保持的工件一面進(jìn)行相對移動一面進(jìn)行照射，由此來對工件實施規(guī)定的加工，所述激光 加工裝置的特征在于包括相位型衍射光學(xué)元件機(jī)構(gòu)，設(shè)置在所述激光束的分叉前的光路中，將所述激光束轉(zhuǎn)換 為頂帽形強(qiáng)度分布；以及分叉機(jī)構(gòu)，以由所述相位型衍射光學(xué)元件機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換的多條激光束照射至所述工件為止 的各光路長度相同的方式，來將所述激光束分叉為多條激光束而對所述工件進(jìn)行照射。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光加工裝置，其特征在于所述分叉機(jī)構(gòu)使用半反光鏡及反射鏡來將垂直朝向所述工件的加工面的垂直激光束 分叉為多條激光束，所述激光加工裝置更包括控制機(jī)構(gòu)，使由所述分叉機(jī)構(gòu)分叉的多條激光束對所述保持機(jī)構(gòu)所保持的工件一面進(jìn) 行相對移動一面進(jìn)行照射，由此來對工件實施規(guī)定的加工；以及旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)，以所述垂直激光束的前進(jìn)方向為中心軸來對所述分叉機(jī)構(gòu)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)控 制，由此，對所述激光束的分叉方向與所述激光束的對所述工件的相對移動方向所構(gòu)成的 角度進(jìn)行可變控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光加工裝置，其特征在于在對所述工件照射由所述相位型衍射光學(xué)元件機(jī)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后的激光束，并且所述激 光束的分叉方向與所述激光束的相對移動方向所構(gòu)成的角度受到旋轉(zhuǎn)控制的情況下，所述 相位型衍射光學(xué)元件機(jī)構(gòu)不會相對于所述激光束的相對移動方向而旋轉(zhuǎn)。
7.一種太陽能電池板制造方法，其特征在于使用根據(jù)權(quán)利要求1、2或3中任一項所述的激光加工方法、或者根據(jù)權(quán)利要求4、5或 6中任一項所述的激光加工裝置來制造太陽能電池板。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)一種激光加工方法、激光加工裝置以及太陽能電池板制造方法。該激光加工裝置將激光束分叉為多條激光束，使分叉的多條激光束對工件一面進(jìn)行相對移動一面進(jìn)行照射，由此來對工件實施規(guī)定的加工。此時，在激光束的分叉前的光路中配置相位型衍射光學(xué)元件機(jī)構(gòu)，以將激光束轉(zhuǎn)換為頂帽形強(qiáng)度分布。轉(zhuǎn)換后的激光束由分叉機(jī)構(gòu)而分別分叉為多條激光束。分叉機(jī)構(gòu)以使轉(zhuǎn)換后的多條激光束照射至工件為止的各光路長度彼此相等的方式來將激光束引導(dǎo)照射至工件。
文檔編號B23K26/38GK101811229SQ20101011015
公開日2010年8月25日 申請日期2010年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月19日
發(fā)明者下田勇一, 荒木正樹 申請人:株式會社日立高科技