JP2010243205A - 基板状態検査方法及びレーザ加工装置並びにソーラパネル製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ加工箇所へ搬入される基板の欠けや曲がり（反り）を検査できるようにする。
【解決手段】基板を加工位置に搬入する際に、基板の四隅付近の画像又は基板の外周縁の画像を取得し、その画像に基づいて基板の曲がり（反り）や基板の四隅付近又は外周縁の欠けを検出する。基板の四隅付近又は外周縁の画像を取得するカメラ手段の相対的な位置関係は、予め設定された既知の値なので、四隅の各頂点の画像の中で各頂点の位置がずれていた場合、そのずれ量に基づいて基板の曲がり（反り）を検出することができ、四隅付近の画像に基づいて基板の欠けを検出することも可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、レーザ光を用いて薄膜等を加工するレーザ加工方法及び装置並びにソーラパネル製造方法に係り、特にレーザ加工箇所へ搬入される基板の状態を検査する基板状態検査方法及びレーザ加工装置並びにソーラパネル製造方法に関する。

従来、ソーラパネルの製造工程では、透光性基板（ガラス基板）上に透明電極層、半導体層、金属層を順次形成し、形成後の各工程で各層をレーザ光で短冊状に加工してソーラパネルモジュールを完成している。レーザ光でスクライブ線を形成する場合、通常は定速度で移動するガラス基板上にレーザ光を照射していた。これによって、深さ及び線幅の安定したスクライブ線を形成することが可能である。このようなソーラパネル（光電変換装置）の製造方法においては、ガラス基板である基板をレーザ加工装置内に正確にアライメントしなければならない。また、ガラス基板に欠けや曲がりが存在しないか検査する必要がある。ガラス基板をアライメントする方法については、特許文献１に記載のようなものが知られている。

特開２００１−２３２４８６号公報

特許文献１に記載のものは、ガラス基板を載置した状態で上下に移動する位置決めピンを用いて基板を突き当てて所定の位置に固定している。しかしながら、ソーラパネルを製造する場合、ガラス基板上の薄膜に例えば１０ｍｍピッチでスクライブ線が形成され、このスクライブ線の線幅は約３０μｍで、線と線の間隔は約３０μｍとなるような３本の線で構成されている。従って、特許文献１のような突き当てによる位置決めでは、線と線が重なってしまい、所望のスクライブ線を形成することが困難であった。また、従来は、アライメントは行なっていたが、ガラス基板の欠けや曲がり（反り）について、検査していなかったので、欠けや曲がり（反り）を有するガラス基板にソーラパネルモジュールを形成してしまい問題となっていた。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、レーザ加工箇所へ搬入される基板の欠けや曲がり（反り）を検査することのできる基板状態検査方法及びレーザ加工装置並びにソーラパネル製造方法を提供することである。

本発明に係る基板状態検査方法の第１の特徴は、レーザ光による加工位置に基板を搬入する際に、前記基板の四隅付近の画像を取得し、その画像に基づいて前記基板の曲がり（反り）や前記基板の四隅付近の欠けを検出することにある。
レーザ光による加工は、レーザ発生装置から出射されたレーザ光を基板の加工面に略垂直に照射することによって行なわれる。従って、基板に曲がり（反り）や基板の四隅が欠けたりしていると正確な加工を行なうことが困難となり、ソーラパネルモジュールの品質に問題が生じる可能性がある。そこで、この発明では、基板を加工位置に搬入する際に、基板の四隅付近の画像を取得し、その画像に基づいて基板の曲がり（反り）や基板の四隅付近の欠けを検出するようにした。基板の四隅付近の画像を取得するカメラ手段の相対的な位置関係は、予め設定された既知の値なので、四隅の各頂点の画像の中で各頂点の位置がずれていた場合、そのずれ量に基づいて基板の曲がり（反り）を検出することができ、四隅付近の画像に基づいて基板の欠けを検出することも可能となる。

本発明に係る基板状態検査方法の第２の特徴は、前記第１の特徴に記載の基板状態検査方法において、前記基板の四隅付近の画像の取得を前記基板の四隅に対応して設けられた４個の画像取得手段を用いて行なうことにある。これは、基板の四隅付近の画像をそれぞれ基板上部又は下部側に設けられた４個の画像取得手段（例えばカメラ手段）を用いて取得するものである。これら４個の画像取得手段を基板の四辺に沿って移動させることによって、基板の外周縁の欠けを検出することも可能である。

本発明に係る基板状態検査方法の第３の特徴は、レーザ光による加工位置に基板を搬入する際に、前記基板の外周縁の画像を取得し、その画像に基づいて前記基板の曲がり（反り）及び前記基板の前記外周縁の欠けを検出することにある。
これは、基板を加工位置に搬入する際に、基板の外周縁の画像を取得し、その画像に基づいて基板の曲がり（反り）や基板の外周縁の欠けを検出するようにしたものである。基板の外周縁の画像を取得するためには、基板の外周縁に沿って移動する画道取得手段を設ければよい。この場合、１又は複数個の画像取得手段を基板の外周縁に沿って移動させるようにすればよい。

本発明に係る基板状態検査方法の第４の特徴は、前記第３の特徴に記載の基板状態検査方法において、前記基板の外周縁の画像の取得を前記基板の外周縁のそれぞれの対角に対応して設けられた２個の画像取得手段を用いて行なうことにある。これは、基板の外周縁の画像をそれぞれ基板上部又は下部側に設けられた２個の画像取得手段（例えばカメラ手段）を用いて取得するようにしたものである。２個の画像取得手段は、基板の移動を利用して基板の移動方向に平行な辺（外周縁の一部）の画像を取得し、基板の移動方向と垂直方向に移動させることによって基板の移動方向と垂直な方向に平行な辺（外周縁の一部）の画像をそれぞれ取得して、その画像に基づいて基板の曲がり（反り）や基板の外周縁の欠けを検出するようにしたものである。

本発明に係るレーザ加工装置の第１の特徴は、基板を保持してレーザ光による加工位置に搬入する搬入手段と、前記搬入手段によって搬入された基板に保持する保持手段と、前記保持手段に保持された前記基板にレーザ光を照射して所定の加工処理を施すレーザ光照射手段と、前記搬入手段に保持された前記基板の四隅付近の画像を取得する画像取得手段と、前記画像取得手段によって取得された前記基板の四隅付近の画像に基づいて前記基板の曲がり（反り）や前記基板の四隅付近の欠けを検出する検出手段とを備えたことにある。これは、前記基板状態検査方法の第１の特徴に記載のものを用いたレーザ加工装置の発明である。

本発明に係るレーザ加工装置の第２の特徴は、前記第１の特徴に記載のレーザ加工装置において、前記画像取得手段が、前記基板の四隅付近の画像をそれぞれ取得するカメラ手段で構成されることにある。これは、前記基板状態検査方法の第２の特徴に記載のものを用いたレーザ加工装置の発明である。

本発明に係るレーザ加工装置の第３の特徴は、基板を保持してレーザ光による加工位置に搬入する搬入手段と、前記搬入手段によって搬入された基板に保持する保持手段と、前記保持手段に保持された前記基板にレーザ光を照射して所定の加工処理を施すレーザ光照射手段と、前記搬入手段に保持された前記基板の外周縁の画像を取得する画像取得手段と、前記画像取得手段によって取得された画像に基づいて前記基板の曲がり（反り）及び前記基板の前記外周縁の欠けを検出する検出手段とを備えたことにある。これは、前記基板状態検査方法の第３の特徴に記載のものを用いたレーザ加工装置の発明である。

本発明に係るレーザ加工装置の第４の特徴は、前記第３の特徴に記載のレーザ加工装置において、前記画像取得手段が、前記基板の外周縁のそれぞれの対角に対応して設けられた２個のカメラ手段で構成されることにある。これは、前記基板状態検査方法の第４の特徴に記載のものを用いたレーザ加工装置の発明である。

本発明に係るソーラパネル製造方法の特徴は、前記第１の特徴から第４の特徴までのいずれか１に記載の基板状態検査方法又は前記第１の特徴から第４の特徴までのいずれか１に記載のレーザ加工装置を用いて、ソーラパネルを製造することにある。これは、前記基板状態検査方法又はレーザ加工装置のいずれか１を用いて、ソーラパネルを製造するようにしたものである。

本発明によれば、レーザ加工箇所へ搬入される基板の欠けや曲がり（反り）を検査することができるという効果がある。

本発明の一実施の形態に係るレーザ加工装置の概略構成を示す図である。 基板検出カメラと基板との関係を示す図である。 基板検出カメラと基板との別の関係を示す図である。 図１のＸＹテーブル上に基板をアライメントする基板アライメント方法の概念を示す図であり、最初のスクライブ処理前のアイランメト処理を示す図である。 図１のＸＹテーブル上に基板をアライメントする基板アライメント方法の概念を示す図であり、２回目以降のスクライブ処理前のアライメント処理を示す図である。 図１の光学系部材の詳細構成を示す図である。 図１の検出光学系部材の構成を示す模式図である。 制御装置の処理の詳細を示すブロック図である。 図３のパルス抜け判定手段の動作の一例を示す図である。 図９の高速フォトダイオードから出力される波形の一例を示す図である。 図１の光学系部材を下側（基板側）から見た図である。 光学系部材の回転量とスクライブ線のピッチ幅との関係を示す図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る基板状態検査装置を搭載したレーザ加工装置の概略構成を示す図である。このレーザ加工装置は、ソーラパネル製造装置のレーザ光加工処理（レーザスクライブ）工程を行なうものである。

図１のソーラパネル製造装置は、台座１０、ＸＹテーブル２０、レーザ発生装置４０と、光学系部材５０、アライメントカメラ装置６０、基板検出カメラ６５〜６８、リニアエンコーダ７０、制御装置８０、第１検出光学系部材、第２検出光学系部材等によって構成されている。台座１０上には台座１０のＸ軸方向及びＹ軸方向（ＸＹ平面）に沿って駆動制御されるＸＹテーブル２０が設けられている。

ＸＹテーブル２０は、Ｘ方向及びＹ方向へ移動制御される。なお、ＸＹテーブル２０の駆動手段としては、ボールネジやリニアモータ等が用いられるが、これらの図示は省略してある。ＸＹテーブル２０の上側にはレーザ加工の対象となる基板１が保持されている。また、台座１０の上には光学系部材を保持しながらＹ軸方向にスライド駆動されるスライドフレーム３０が設けられている。ＸＹテーブル２０は、Ｚ軸を回転軸としてθ方向に回転可能に構成されている。なお、スライドフレーム３０によりＹ軸方向の移動量が十分に確保できる場合には、ＸＹテーブル２０は、Ｘ軸方向の移動だけを行なう構成であってもよい。この場合、ＸＹテーブル２０はＸ軸テーブルの構成でもよい。

スライドフレーム３０は、台座１０上の四隅に設けられた移動台に取り付けられている。スライドフレーム３０は、この移動台によってＹ方向へ移動制御される。ベース板３１と移動台との間には除振部材（図示せず）が設けられている。スライドフレーム３０のベース板３１には、レーザ発生装置４０、光学系部材５０及び制御装置８０が設置されている。

アライメントカメラ装置６０は、ＸＹテーブル２０上であって基板１の両端部（Ｘ軸方向の前後縁部）付近の画像を取得する。このアライメントカメラ装置６０で取得された画像は、制御装置８０に出力される。制御装置８０は、アライメントカメラ装置６０からの画像を、基板１のＩＤデータと共にデータベース手段に格納し、これ以降の基板１のアライメント処理に利用する。

図２は、基板検出カメラと基板との関係を示す図であり、図２（Ａ）は、移動台に載置されて移動する基板と基板検出カメラの関係を示す側面図であり、図２（Ｂ）はその上面図である。基板検出カメラ６５〜６８は、移動台２４上に載置された基板１がＸＹテーブル２０上に投入されるときに、基板１の四隅付近の画像をその上側から取得するものである。図２では、基板１は移動台２４上に載置され、左側から右側に移動して、ＸＹテーブル２０上に投入される直前の様子を示す。図２（Ｂ）に示す画像６５ａ〜６８ａは、基板検出カメラ６５〜６８によって取得された基板１の四隅付近の画像である。基板検出カメラ６５〜６８の相対的な位置関係は予め設定された既知の値なので、画像６５ａ〜６８ａに示すように、反りや曲がりのない基板１の四隅の各頂点は、基板検出カメラ６５〜６８の撮像範囲のほぼ中央付近に位置するように設定されている。従って、画像６５ａ〜６８ａの中で各頂点の位置がずれていた場合、そのずれ量に基づいて基板１の曲がり（反り）を検出することができるようになっている。また、画像６５ａ〜６８ａに基づいて基板１の四隅付近の欠けを検出することができる。なお、基板検出カメラ６５〜６８を基板１の各辺に沿って移動させることによって基板１の各辺の欠けを検出することができる。

図３は、基板検出カメラと基板との別の関係を示す図である。上述の実施の形態では、基板検出カメラ６５〜６８は基板１の四隅付近の上部に設けられていたが、この実施の形態では、２台の基板検出カメラ６５，６８が基板１の対角付近の上側に位置するようになっている。図３（Ａ）において、基板１が移動台２４上に載置された状態で、点線で示す基板１がその位置から矢印のように右側に移動して実線で示す基板１の位置（基板１の対角の上部に基板検出カメラ６５，６８が位置する位置）に移動する。この基板１の移動時に、基板検出カメラ６８は、移動する基板１の辺１ａの画像を取得する。そして、基板移動終了時には、基板検出カメラ６５，６８は基板１の対角付近の頂点の画像（図２の画像６５ａ，６８ａ）を取得する。基板１が停止した状態で、今度は基板検出カメラ６５，６８は、図３（Ｂ）に示すように、点線矢印に沿って移動する。この基板検出カメラ６５，６８の移動時に、基板検出カメラ６５は、基板１の辺１ｂの画像を取得し、基板検出カメラ６８は、基板１の辺１ｃの画像を取得する。基板検出カメラ６５，６８の移動終了時には、基板検出カメラ６５，６８は基板１の別の対角付近の頂点の画像（図２の画像６６ａ，６７ａ）を取得する。基板検出カメラ６５，６８が停止した状態で、今度は基板１が図３（Ｃ）に示すように、点線で示す基板１がその位置から矢印のように右側に移動して実線で示す基板１の位置に移動する。この基板１の移動時に、基板検出カメラ６５は、移動する基板１の辺１ｄの画像を取得する。上述の一連の動作によって、２台の基板検出カメラ６５，６８を用いて、図２の場合と同様に、画像６５ａ〜６８ａと基板１の各辺の画像を取得することができる。これによって、画像６５ａ〜６８ａの各頂点の位置のずれ量に基づいて基板１の曲がり（反り）や基板１の各辺の欠けを検出することができる。なお、一連の検出動作終了後に、基板検出カメラ６５，６８を図３（Ａ）の初期位置に復帰させてもよいし、復帰させずに、逆の動作を行なうようにしてもよい。

リニアエンコーダ７０は、ＸＹテーブル２０のＸ軸移動テーブルの側面に設けられたスケール部材と検出部で構成される。リニアエンコーダ７０の検出信号は、制御装置８０に出力される。制御装置８０は、リニアエンコーダ７０からの検出信号に基づいてＸＹテーブル２０のＸ軸方向の移動速度（移動周波数）を検出し、レーザ発生装置４０の出力（レーザ発振周波数）を制御する。

光学系部材５０は、ミラーやレンズの組み合わせで構成され、レーザ発生装置４０で発生したレーザ光を４系列に分割してＸＹテーブル２０上の基板１上に導くものである。図１では、光学系部材５０は、ベース板３１の側面側に設けられており、ベース板３１の側面に沿って移動するように構成されている。レーザ発生装置４０から出射されるレーザ光を光学系部材５０に導くためのミラー３３はベース板３１上に設けられている。ミラー３４，３５は、光学系部材５０上に設けられており、光学系部材５０のスライド移動に連動するようになっている。レーザ発生装置４０から出射されたレーザ光は、ミラー３３によってミラー３４へ向かって反射され、ミラー３４に向かうレーザ光はミラー３４によってミラー３５に向かって反射される。ミラー３５は、ミラー３４からの反射レーザ光をベース板３１に設けられた貫通穴を介して光学系部材５０内に導く。なお、レーザ光発生装置４０から出射されたレーザ光は、ベース板３１に設けられた貫通穴から光学系部材５０に対して上側から導入されるように構成されれば、どのような構成のものであってもよい。例えば、レーザ発生装置４０を貫通穴の上側に設け、貫通穴を介して光学系部材５０に直接レーザ光を導くようにしてもよい。この実施の形態では、レーザ光の分割数を４系列として説明するが、これに限るものではなく、２系列以上であればよい。

図４及び図５は、図１のＸＹテーブル上に基板をアライメントする基板アライメント方法の概念を示す図であり、図４は最初のスクライブ処理前のアイランメト処理を示し、図５は２回目以降のスクライブ処理前のアライメント処理の一例をそれぞれ示す図である。まず、図４に示すように基板１を載置した状態で基板１の左側端部の下側縁部を位置決めピン２１に、基板１の下側端部の左側縁部を位置決めピン２２に、基板１の下側端部の右側縁部を位置決めピン２３に、それぞれ突き当て、基板１をＸＹテーブル２０上の所定位置に位置決めする。この状態で基板１上の透明電極層にレーザ光を照射し、スクライブ処理を実行する。最初のスクライブ処理の結果、基板１上には、ピッチ１０ｍｍでスクライブ線が形成される。

図４は複数のスクライブ線のうち、基板中央付近の１本のスクライブ線２５を示す。このスクライブ線２５の両端部付近、すなわちスクライブ線２５と基板１の縁部との両方を含む箇所２７，２９付近の画像２７ａ，２９ａを前述のアライメントカメラ装置６０で取得する。画像２７ａ，２９ａを見ると分かるように、画像の中にスクライブ線２５の画像と基板１の縁部の形状の画像の両方を含んでいるので、画像認識処理が容易となる。取得された画像２７ａ，２９ａは制御装置によって基板１のＩＤデータとしてデータベース手段７５に順次記憶される。

図４のように、レーザ加工によるスクライブ処理と共に画像２７ａ，２９ａの取得処理が終了すると、次は、この透明電極層の上に半導体層を形成する処理が行なわれる。半導体層形成処理が終了した後、基板１に対して前述と同様のレーザ光によるスクライブ処理が実行される。この２回目のスクライブ処理の前に図５に示すような方法でアライメント処理が行なわれる。

図５では、最初のアライメント処理と同じように基板１を載置した状態で基板１の左側端部の下側縁部を位置決めピン２１に、基板１の下側端部の左側縁部を位置決めピン２２に、基板１の下側端部の右側縁部を位置決めピン２３に、それぞれ突き当て、基板１をＸＹテーブル２０上の所定位置に位置決めする。この状態で、スクライブ線２５の両端部付近、すなわちスクライブ線２５と基板１の縁部との両方を含む箇所２７，２９付近の画像２７ｂ，２９ｂをアライメントカメラ装置６０で取得する。一方、制御装置は、データベース手段７５から基板１のＩＤデータの画像２７ａ，２９ａを読みだす。制御装置によって、読み出された画像２７ａ，２９ａと、アライメントカメラ装置６０で取得された画像２７ｂ，２９ｂとが比較され、両者が一致するように、ＸＹテーブル２０のＸ軸，Ｙ軸及びθ軸が制御され、正確なアライメント処理が行なわれる。

図５のようにして、画像２７ａ，２９ａと画像２７ｂ，２９ｂの比較処理によるアライメント処理が終了すると、前回のスクライブ線２５から約３０μｍはなれた位置でレーザ光によるスクライブ処理が実行される。このスクライブ処理が終了すると、別の装置で半導体層の上に金属層を形成する処理が行なわれる。再び、レーザ加工装置に基板が搬入され、図５と同様のアライメント処理が行なわれ、基板１に対して同様にレーザ光によるスクライブ処理が実行される。これによって、基板１には、３本のスクライブ線が形成される。

上述の実施の形態では、最初のスクライブ処理の結果、基板１上に形成されたスクライブ線を含む画像を取得する場合について説明したが、２回目のスクライブ処理の結果、基板１上に形成された２本のスクライブ線を含む画像を取得して、それを用いてアライメント処理を行なうようにしてもよい。また、上述の実施の形態では、アライメントカメラ装置６０と基板検出カメラ６５〜６８を別々に設ける場合について説明したが、アライメントカメラ装置６０に図３に示すような移動機構を設けて、基板検出カメラ６５〜６８の機能を兼用させるようにしてもよい。

図６は、光学系部材５０の詳細構成を示す図である。実際の光学系部材５０の構成は、複雑であるが、ここでは説明を簡単にするために図示を簡略化して示している。図６は、光学系部材５０の内部を図１の−Ｘ軸方向から見た図である。図６に示すようにベース板３１にはミラー３５で反射されたレーザ光を光学系部材５０内に導入するための貫通穴３７を有する。この貫通穴３７の直下には、ガウシアン強度分布のレーザ光をトップハット強度分布のレーザ光に変換する位相型回折光学素子（ＤＯＥ：Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ）５００が設けられている。

ＤＯＥ５００によってトップハット強度分布のレーザ光（トップハットビーム）に変換されたレーザ光はハーフミラー５１１によって反射ビームと透過ビームにそれぞれ分岐され、反射ビームは右方向のハーフミラー５１２に向かって、透過ビームは下方向の反射ミラー５２４に向かって進む。ハーフミラー５１１で反射したビームは、ハーフミラー５１２によってさらに反射ビームと透過ビームに分岐され、反射ビームは下方向の反射ミラー５２２に向かって、透過ビームは右方向の反射ミラー５２１に向かって進む。ハーフミラー５１２を透過したビームは反射ミラー５２１によって反射され、下方向の集光レンズ５４１を介して基板１に照射される。ハーフミラー５１２で反射したビームは、反射ミラー５２２，５２３によって反射され、下方向の集光レンズ５４２を介して基板１に照射される。ハーフミラー５１１を透過したビームは、反射ミラー５２４によって反射され、左方向に向かって進む。反射ミラー５２４で反射したビームは、ハーフミラー５１３によって反射ビームと透過ビームに分岐され、反射ビームは下方向の反射ミラー５２６に向かって、透過ビームは左方向の反射ミラー５２８に向かって進む。ハーフミラー５１３で反射したビームは、反射ミラー５２６，５２７によって反射され、下方向の集光レンズ５４３を介して基板１に照射される。ハーフミラー５１３を透過したビームは反射ミラー５２８によって反射され、下方向の集光レンズ５４４を介して基板１に照射される。

ＤＯＥ５００によって変換されたトップハットビームは、上述のハーフミラー５１１〜５１３及び反射ミラー５２１〜５２８によって、透過・反射されて集光レンズ５４１〜５４４に導かれる。このとき、ＤＯＥ５００から各集光レンズ５４１〜５４４までの光路長は等しくなるように設定されている。すなわち、ハーフミラー５１１で反射したビームがハーフミラ５１２を透過して反射ミラー５２１で反射して集光レンズ５４１に到達するまでの光路長、ハーフミラー５１１で反射したビームがハーフミラー５１２、反射ミラー５２２，５２３でそれぞれ反射して集光レンズ５４２に到達するまでの光路長、ハーフミラー５１１を透過したビームが反射ミラー５２３、ハーフミラー５１３、反射ミラー５２６，５２７でそれぞれ反射して集光レンズ５４３に到達するまでの光路長、ハーフミラー５１１を透過したビームが反射ミラー５２３で反射してハーフミラー５１３を透過して反射ミラー５２８で反射して集光レンズ５４４に到達するまでの光路長は、それぞれ等しい距離である。これによって、ビームが分岐される直前にＤＯＥ５００を配置しても、トップハット強度分布のレーザ光を集光レンズ５４１〜５４４に同様に導くことが可能となる。

シャッター機構５３１〜５３４は、光学系部材５０の各集光レンズ５４１〜５４４から出射されるレーザ光が基板１から外れた場合にレーザ光の出射を遮蔽するものである。オートフォーカス用測長システム５２，５４は、図示していない検出光照射用レーザとオートフォーカス用フォトダイオードとから構成され、検出光照射用レーザから照射された光の中で基板１の表面から反射した反射光を受光し、その反射光量に応じて光学系部材５０内の集光レンズ５４１〜５４４を上下に駆動し、基板１に対する高さ（集光レンズ５４１〜５４４のフォーカス）を調整する。なお、フォーカス調整用駆動機構は図示していない。

図７は、第１検出光学系部材及び第２検出光学系部材の構成を示す模式図である。第１検出光学系部材は、集光レンズ高さ測長システム２６と、フォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ２８とから構成される。図７では、集光レンズ高さ測長システム２６とフォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ２８が重複して示されているので、符号で区別するようにしている。図６に記載のオートフォーカス用測長システム５２，５４によって、基板１から光学系部材５０の両側下面までの高さを調整した場合、光学系部材５０の下面の高さを同じにすることはできても、基板１から各集光レンズ５４１〜５４４までの高さを同じにすることができるとは限らない。そこで、この実施の形態では、ＸＹテーブル２０のＸ軸方向の側面のいずれか一方（図ではＸＹテーブル２０の−Ｘ軸方向の側面）に集光レンズ高さ測長システム２６を取り付け、基板１から各集光レンズ５４１〜５４４までの高さをそれぞれ測長するようにした。集光レンズ高さ測長システム２６によって検出された各集光レンズ５４１〜５４４の高さに対応した信号は、制御装置８０に出力される。制御装置８０は、基板１から各集光レンズ５４１〜５４４までの高さが適正であるか否かの判定を行なう。集光レンズ高さ測長システム２６の測長結果に応じて、各集光レンズ５４１〜５４４の配置（高さ）は調整されるようになっている。この場合、この集光レンズ５４１〜５４４の配置（高さ）の調整は、手動又は自動で行なえるように構成する。

フォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ２８は、ＸＹテーブル２０のＸ軸方向の側面のいずれか一方（図ではＸＹテーブル２０の−Ｘ軸方向の側面）であって、集光レンズ高さ測長システム２６の隣接する位置（近傍）に設けられている。フォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ２８は、ＸＹテーブル２０と光学系部材５０の各集光レンズ５４１〜５４４との位置を関連付けるものであり、ＸＹテーブル２０の上空側を視認可能に設置されている。フォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ２８によって撮像された映像は、制御装置８０に出力される。制御装置８０は、各集光レンズ５４１〜５４４から出射されるレーザ光の光軸が適正であるか否かの判定を行なう。すなわち、フォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ２８は、光学系部材５０の各集光レンズ５４１〜５４４から出射するレーザ光を直接観察することができるので、これを画像化することによって、制御装置８０は、各集光レンズ５４１〜５４４のフォーカス及び光軸が適正であるか否かを判断することができる。また、レーザ発生装置４０、光学系部材５０などのレーザ光に係わる各光学系の交換した時に、交換前と交換後の画像を取得し数値化して置くことによって、交換後のフォーカス及び光軸の調整を容易に行なうことができる。さらに、複数ヘッドの場合、各レーザ光の画像を取得して数値化することによって、バラツキを適正に調整することができる。

第２検出光学系部材は、図１に示すように、ビームサンプラ９２，９３、高速フォトダイオード９４及び光軸検査用ＣＣＤカメラ９６から構成される。ビームサンプラ９２，９３は、光学系部材５０内に導入されるレーザ光の光路中に設けられている。この実施の形態では、レーザ発生装置４０と反射ミラー３３との間に設けられている。ビームサンプラ９２，９３はレーザ光の一部（例えば、レーザ光の約１割程度又はそれ以下の光量）をサンプリングして外部に分岐出力する素子である。高速フォトダイオード９４は、ビームサンプラ９２で分岐出力されたレーザ光の一部（サンプリングビーム）を受光面のほぼ中央付近で受光するように配置される。高速フォトダイオード９４によって検出されたレーザ光の強度に対応した出力信号は、制御装置８０に出力される。光軸検査用ＣＣＤカメラ９６は、ビームサンプラ９３で分岐出力されたレーザ光の一部（サンプリングビーム）を受光面のほぼ中央付近で受光するように配置される。光軸検査用ＣＣＤカメラ９６によって撮像された映像は、制御装置８０に出力される。なお、光軸検査用ＣＣＤカメラ９６は、高速フォトダイオード９４に照射されるレーザ光の位置を示す画像を取り込み、その画像を制御装置８０に出力するようにしてもよい。

制御装置８０は、リニアエンコーダ７０からの検出信号に基づいてＸＹテーブル２０のＸ軸方向の移動速度（移動周波数）を検出し、レーザ発生装置４０の出力（レーザ周波数）を制御し、集光レンズ高さ測長システム２６、フォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ２８、高速フォトダイオード９４及び光軸検査用ＣＣＤカメラ９６から出力される各信号に基づいて、基板１から各集光レンズ５４１〜５４４までの高さが適正であるか否かを判断したり、各集光レンズ５４１〜５４４のフォーカス及び光軸が適正であるか否かを判断したり、レーザ発生装置４０から出射されるレーザ光のパルス抜けを検出したり、レーザ光の光軸ずれ量などの基板加工状態に基づいてレーザ発生装置４０の出射条件を制御したり、光学系部材５０内にレーザ光を導入するための反射ミラー３３〜３５の配置等をフィードバック制御したり、各集光レンズ５４１〜５４４の配置を調整したりする。

図８は、制御装置８０の処理の詳細を示すブロック図である。制御装置８０は、分岐手段８１、パルス抜け判定手段８２、アラーム発生手段８３、基準ＣＣＤ画像記憶手段８４、光軸ずれ量計測手段８５、レーザコントローラ８６、レンズ変位量計測手段８７、レンズ高さ調整手段８８、照射レーザ状態検査手段８９及び照射レーザ調整手段８Ａから構成される。

分岐手段８１は、リニアエンコーダ７０の検出信号（クロックパルス）を分岐して後段のレーザコントローラ８６に出力する。パルス抜け判定手段８２は、高速フォトダイオード９４からのレーザ光強度に対応した出力信号（ダイオード出力）と分岐手段８１から出力される検出信号（クロックパルス）とを入力し、それに基づいてレーザ光のパルス抜けを判定する。図９は、パルス抜け判定手段８２の動作の一例を示す図である。図９において、図９（Ａ）は分岐手段８１から出力される検出信号（クロックパルス）の一例、図９（Ｂ）は高速フォトダイオード９４から出力されるレーザ光強度に対応した出力信号（ダイオード出力）の一例、図９（Ｃ）はパルス抜け判定手段８２がパルス抜け検出時に出力するアラーム信号の一例をそれぞれ示す。

図９に示すように、パルス抜け判定手段８２は、分岐手段８１からのクロックパルスの立ち下がり時点をトリガ信号として、ダイオード出力値が所定のしきい値Ｔｈ以上であるか否かの判定を行い、ダイオード出力値がしきい値Ｔｈよりも小さい場合には、ハイレベル信号をアラーム発生手段８３に出力する。アラーム発生手段８３は、パルス抜け判定手段８２からの信号がローレベルからハイレベルに変化した時点でパルス抜けが発生したことを示すアラームを外部に報知する。アラームの報知は、画像表示、発音等の種々の方法で行なう。アラームの発生によって、オペレータはパルス抜けが発生したことを認識することができる。また、このアラームが頻繁に発生する場合には、レーザ発生装置の性能が劣化したか又は寿命になったことを意味する。

基準ＣＣＤ画像記憶手段８４は、図８に示すような基準ＣＣＤ画像８４ａを記憶している。この基準ＣＣＤ画像８４ａは、光軸検査用ＣＣＤカメラ９６の受光面の中央にレーザ光が受光した状態の画像を示すものである。光軸検査用ＣＣＤカメラ９６からは、図８に示すような被検査画像８５ａが出力される。光軸ずれ量計測手段８５は、光軸検査用ＣＣＤカメラ９６からの被検査画像８５ａを取り込み、これと基準ＣＣＤ画像８４ａとを比較し、光軸のずれ量を計測し、そのずれ量をレーザコントローラ８６に出力する。例えば、図８に示す被検査画像８５ａのような画像が光軸検査用ＣＣＤカメラ９６から出力された場合には、光軸ずれ量計測手段８５は、両者を比較して、Ｘ軸及びＹ軸方向のずれ量を計測し、それをレーザコントローラ８６に出力する。レーザコントローラ８６は、被検査画像８５ａと基準ＣＣＤ画像８４ａとが一致するように、レーザ光の光軸に関係する装置、すなわちレーザ発生装置４０の出射条件や光学系部材５０内にレーザ光を導入するための反射ミラー３３〜３５の配置等をフィードバックして調整する。

レンズ変位量計測手段８７は、集光レンズ高さ測長システム２６によって検出された各集光レンズ５４１〜５４４の高さに対応した信号を入力し、各集光レンズ５４１〜５４４の高さが許容範囲内にあるか、この許容範囲よりも大きくずれているかを判定し、大きくずれている集光レンズ５４１〜５４４の高さをどの程度調整すればよいかを示す制御信号をレンズ高さ調整手段８８に出力する。レンズ高さ調整手段８８は、レンズ変位量計測手段８７からの制御信号に応じて各集光レンズ５４１〜５４４の配置を調整する。なお、集光レンズ５４１〜５４４の高さ調整機構が存在しない場合には、レンズ高さ調整手段８８は、レンズ変位量計測手段８７からの制御信号に基づいて、集光レンズ５４１〜５４４のどれをどの程度調整すればよいのか、その調整情報をオペレータに伝達（視認表示、音声発音など）するようにしてもよい。

照射レーザ状態検査手段８９は、フォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ２８からの画像８９ａを取り込み、これに基づいてフォーカス及び光軸のずれ量を計測し、そのずれ量を照射レーザ調整手段８Ａに出力する。例えば、図８に示すような画像８９ａがフォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラから出力された場合には、照射レーザ状態検査手段８９は、画像８９ａ内の円状の輪郭線８９ｂ（集光レンズ５４１〜５４４の外縁に対応した線）を基準にフォーカス円８９ｃ（画像８９ａ内の小円）の位置を検出し、フォーカス円８９ｃが輪郭線８９ｂのほぼ中央に位置しているか否かに基づいて光軸のＸ軸及びＹ軸方向のずれ量を計測し、それを照射レーザ調整手段８Ａに出力する。また、照射レーザ状態検査手段８９は、フォーカス円８９ｃの大きさ（面積）を計測し、それも基づいたフォーカス位置を照射レーザ調整手段８Ａに出力する。照射レーザ調整手段８Ａは、照射レーザ状態検査手段８９からの光軸のずれ量及びフォーカス位置に対応した信号に基づいて、光学系部材５０内の各ハーフミラー５１１〜５１３及び反射ミラー５２１〜５２８の配置等をフィードバックして調整する。なお、レンズ高さ調整手段８８及び照射レーザ調整手段８Ａを省略して、これらの機能をレーザコントローラ８６に持たせるようにしてもよい。

上述の実施の形態では、レーザ加工（スクライブ加工）時に光軸ずれ量計測手段８５でレーザ光の光軸ずれを、パルス抜け判定手段８２でパルス抜けをそれぞれ検査する場合について説明したが、図１０に示すように高速フォトダイオード９４からの出力波形に基づいてレーザ光のパルス状態を検査するようにしてもよい。例えば、図１０では、レーザ光のパルス幅及びパルス高さを計測し、これらに異常が発生した場合にはアラームを発生するようにしてもよい。なお、レーザ光のパルス幅は、高速フォトダイオード９４からの出力波形が所定値以上になっている期間が所定の範囲にある場合を正常とし、この範囲よりも大きかったり小さい場合にはパルス幅異常と判定し、アラームを出力する。また、レーザ光のパルス高さは、高速フォトダイオード９４からの出力波形の最大値が許容範囲内に存在する場合を正常とし、この許容範囲よもも大きかったり小さい場合にはパルス高さ異常と判定し、アラームを出力する。このように、レーザ光を常時サンプリングしているので、リアルタイムでパルス幅、パルス高さ（パワー）などのレーザ光の品質を管理することができる。上述のようなパルス抜けが頻発するようになったら、レーザ発生装置４０の劣化あるいは寿命と判断できる。

図１１は、図１の光学系部材を下側（基板側）から見た図である。図１１は、光学系部材５０とベース板３１の一部を示している。図１１（Ａ）は、図１に示す光学系部材５０とベース板３１との位置関係を示す図であり、図に示すように、光学系部材５０の端面（図の上側端部）とベース板３１の端面（図の上側端部）とが一致している。図１１（Ｂ）は、光学系部材５０が貫通穴３７の中心を回転軸としてベース板３１に対して左回りに約３０度回転した状態を示す図である。図１１（Ｃ）は、光学系部材５０が貫通穴３７の中心を回転軸としてベース板３１に対して左回りに約４５度回転した状態を示す図である。

この実施の形態に係るソーラパネル製造装置においては、光学系部材５０がレーザ光の導入穴である貫通穴３７の中心を回転軸として、自在に回転可能に構成されている。すなわち、分岐手段である光学系部材５０は、図６の反射ミラー３５からＤＯＥ５００を通過してハーフミラー５１１に向かう垂直レーザ光の進行方向を中心軸として回転制御されている。これによって、レーザ光の分岐方向とレーザ光の基板に対する相対的な移動方向（図１１の垂直方向）とのなす角度θを自在に可変制御することができる。なお、光学系部材５０の回転駆動手段としては、ボールネジやリニアモータ等の既存の技術が用いられるが、これらの図示は省略する。

図１１に示すように、レーザ光の分岐方向とレーザ光の走査方向（図１１の垂直方向）とのなす角度を可変制御した場合でも、レーザ光の相対的な移動方向に対してＤＯＥ５００は回転しないように構成している。すなわち、ＤＯＥ５００を使用することによって、レーザ光の照射形状は、図１１の集光レンズ５４１〜５４４内に示したように、点線正方形のような照射形状を示すことになる。従って、光学系部材５０の回転制御と共にＤＯＥ５００を回転させると、集光レンズ５４１〜５４４内の点線正方形もその回転量に応じて回転するようになる。この状態でレーザ光を走査照射すると、スクライブ線の両側稜線に正方形の角が位置するようになり、稜線が波打ち形状を示すようになる。そこで、この実施の形態のように、光学系部材５０を回転制御しても、ＤＯＥ５００は回転させないような構成とすることで、図１１（Ｂ）及び図１１（Ｃ）に示すように、走査方向（図１１の垂直方向）と集光レンズ５４１〜５４４内の点線正方形の左右両辺とが一致し、スクライブ線の両側稜線を極めて滑らかに形成することができ、また、光学系部材５０を回転させてスクライブ線のピッチを適宜制御した場合でも滑らかな稜線のスクライブ線を形成することが可能となる。なお、上述の実施の形態では、ＤＯＥをレーザ光の光路中に１つだけ設ける場合について説明したが、ＤＯＥを分岐後の各集光レンズの直前にそれぞれ設けてもよい。この場合でも、光学系部材５０を回転制御しても各ＤＯＥは回転させないように構成する必要がある。ＤＯＥ５００は、光学系部材５０とは分離した形でベース板３１に直結して設けることによって、光学系部材５０の回転から独立させることが可能である。

図１２は、光学系部材の回転量とスクライブ線のピッチ幅との関係を示す図である。図１２（Ａ）は図１１（Ａ）に示すように光学系部材５０が回転していない状態、図１２（Ｂ）は図１１（Ｂ）に示すように光学系部材５０が約３０度回転した状態、図１２（Ｃ）は図１１（Ｃ）に示すように光学系部材５０が約４５度回転した状態でそれぞれレーザスクライブ加工処理を行なった場合のスクライブ線の状態を示す図である。図１２（Ａ）の場合のスクライブ線のピッチをＰ０とすると、図１２（Ｂ）の場合のピッチＰ３０はＰ０×ｃｏｓ３０°となり、図１２（Ｃ）の場合のピッチＰ４５はＰ０×ｃｏｓ４５°となる。このように、この実施の形態に係るソーラパネル製造装置は、光学系部材５０の回転角度を適宜調整することによって、スクライブ線のピッチ幅を所望の値に適宜可変調整することができる。

上述の実施の形態では、パルス抜けの発生だけを見ているが、パルス抜けが発生した箇所の座標データ（位置データ）を取得して記憶することによって、スクライブ線のリペア処理を行なうことが可能となる。
上述の実施の形態では、光軸検査用ＣＣＤカメラ９６を用いてビームサンプラ９３で分岐出力されたレーザ光の一部（サンプリングビーム）を直接受光して、それを画像処理することによって、光軸ずれを検査する場合について説明したが、高速フォトダイオード９４の受光面の中央にレーザ光が受光した状態を示す画像を被検査画像として光軸検査用ＣＣＤカメラ９６あるいは分割型フォトダイオードで取得することによって光軸ずれを検査するようにしてもよい。
上述の実施の形態では、レーザ光の光軸ずれ及びパルス抜けを検査する場合について説明したが、光軸ずれ、パルス抜け、パルス幅及びパルス高さのそれぞれを適宜組み合わせてレーザ光の状態を検査するようにしてもよい。
上述の実施の形態では、薄膜の形成された基板１の表面からレーザ光を照射して薄膜にスクライブ線（溝）を形成する場合について説明したが、基板１の裏面からレーザ光を照射して、基板表面の薄膜にスクライブ線を形成するようにしてもよい。
上述の実施の形態では、ソーラパネル製造装置を例に説明したが、本発明はＥＬパネル製造装置、ＥＬパネル修正装置、ＦＰＤ修正装置などのレーザ加工を行なう装置にも適用可能である。

１…基板
１０…台座
２０…ＸＹテーブル
２１，〜２３…位置決めピン
２７ａ，２９ａ，２７ｂ，２９ｂ…画像
２６…集光レンズ高さ測長システム
２８…フォーカス及び光軸調整用ＣＣＤカメラ
３０…スライドフレーム
３１…ベース板
３３〜３５…反射ミラー
３７…貫通穴
４０…レーザ発生装置
５０…光学系部材
５００…位相型回折光学素子（ＤＯＥ）
５１１〜５１３…ハーフミラー
５２１〜５２８…反射ミラー
５３１〜５３４…シャッター機構
５４１〜５４４…集光レンズ
５２，５４…オートフォーカス用測長システム
６０…アライメントカメラ装置
６５〜６８…基板検出カメラ
６５ａ〜６８ａ…画像
７０…リニアエンコーダ
７５…データベー手段
８０…制御装置
８１…分岐手段
８２…パルス抜け判定手段
８３…アラーム発生手段
８４…基準ＣＣＤ画像記憶手段
８５…光軸ずれ量計測手段
８６…レーザコントローラ
８７…レンズ変位量計測手段
８８…レンズ高さ調整手段
８９…照射レーザ状態検査手段
８Ａ…照射レーザ調整手段
９２，９３…ビームサンプラ
９４…高速フォトダイオード
９６…光軸検査用ＣＣＤカメラ

Claims (9)

1. レーザ光による加工位置に基板を搬入する際に、前記基板の四隅付近の画像を取得し、その画像に基づいて前記基板の曲がり（反り）や前記基板の四隅付近の欠けを検出することを特徴とする基板状態検査方法。
2. 請求項１に記載の基板状態検査方法において、前記基板の四隅付近の画像の取得を前記基板の四隅に対応して設けられた４個の画像取得手段を用いて行なうことを特徴とする基板状態検査方法。
3. レーザ光による加工位置に基板を搬入する際に、前記基板の外周縁の画像を取得し、その画像に基づいて前記基板の曲がり（反り）及び前記基板の前記外周縁の欠けを検出することを特徴とする基板状態検査方法。
4. 請求項３に記載の基板状態検査方法において、前記基板の外周縁の画像の取得を前記基板の外周縁のそれぞれの対角に対応して設けられた２個の画像取得手段を用いて行なうことを特徴とする基板状態検査方法。
5. 基板を保持してレーザ光による加工位置に搬入する搬入手段と、
   前記搬入手段によって搬入された基板に保持する保持手段と、
   前記保持手段に保持された前記基板にレーザ光を照射して所定の加工処理を施すレーザ光照射手段と、
   前記搬入手段に保持された前記基板の四隅付近の画像を取得する画像取得手段と、
   前記画像取得手段によって取得された前記基板の四隅付近の画像に基づいて前記基板の曲がり（反り）や前記基板の四隅付近の欠けを検出する検出手段と
   を備えたことを特徴とするレーザ加工装置
6. 請求項５に記載のレーザ加工装置において、前記画像取得手段は、前記基板の四隅付近の画像をそれぞれ取得するカメラ手段で構成されることを特徴とするレーザ加工装置。
7. 基板を保持してレーザ光による加工位置に搬入する搬入手段と、
   前記搬入手段によって搬入された基板に保持する保持手段と、
   前記保持手段に保持された前記基板にレーザ光を照射して所定の加工処理を施すレーザ光照射手段と、
   前記搬入手段に保持された前記基板の外周縁の画像を取得する画像取得手段と、
   前記画像取得手段によって取得された画像に基づいて前記基板の曲がり（反り）及び前記基板の前記外周縁の欠けを検出する検出手段と
   を備えたことを特徴とするレーザ加工装置
8. 請求項７に記載のレーザ加工装置において、前記画像取得手段は、前記基板の外周縁のそれぞれの対角に対応して設けられた２個のカメラ手段で構成されることを特徴とするレーザ加工装置。
9. 請求項１から４までのいずれか１に記載の基板状態検査方法又は請求項５から８までのいずれか１に記載のレーザ加工装置を用いて、ソーラパネルを製造することを特徴とするソーラパネル製造方法。

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