JP2005081392A - Laser beam machining method and device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インラインで供給される被加工物に対してガルバノスキャンミラーを用いてレーザ光を走査し、この被加工物上に形成されている1次パターニングラインを基準とした位置に2次パターニングラインを形成するレーザ加工方法およびレーザ加工装置に関し、特に、太陽電池用の薄膜パターン形成に好適なレーザ加工方法およびレーザ加工装置に関する。 In the present invention, a workpiece supplied in-line is scanned with a laser beam using a galvano scan mirror, and a secondary patterning is performed at a position based on a primary patterning line formed on the workpiece. More particularly, the present invention relates to a laser processing method and a laser processing apparatus suitable for forming a thin film pattern for a solar cell.
薄膜太陽電池は、単一の領域に第1電極、薄膜半導体層からなる光電変換層、および第2電極の3層が積層された光電変換素子(または太陽電池素子)が、フレキシブルな絶縁性基板上に複数形成された構成を有している。そして、ある光電変換素子の第1電極と、隣接する光電変換素子の第2電極とを電気的に接続し、隣接するすべての光電変換素子間でこのような直列の接続が行われることで、一端の光電変換素子の第1電極と他端の光電変換素子の第2電極とに必要な電圧を出力させることができる。例えば、インバータを用いて交流化することにより商用電力源として交流100Vを得るためには、出力する直流電圧を100V以上とすることが望ましく、このために、実際には数十個以上の光電変換素子が直列に接続される。 In a thin film solar cell, a photoelectric conversion element (or solar cell element) in which three layers of a first electrode, a thin film semiconductor layer, and a second electrode are stacked in a single region is a flexible insulating substrate. A plurality of structures are formed on the top. And by electrically connecting the first electrode of a certain photoelectric conversion element and the second electrode of the adjacent photoelectric conversion element, such a series connection is made between all the adjacent photoelectric conversion elements, A necessary voltage can be output to the first electrode of the photoelectric conversion element at one end and the second electrode of the photoelectric conversion element at the other end. For example, in order to obtain AC 100V as a commercial power source by AC conversion using an inverter, it is desirable that the output DC voltage is 100V or more. Elements are connected in series.
このように直列接続される光電変換素子は、電極層および光電変換層の成膜と各層のパターニング、およびそれらの組み合わせ手順により形成される。このパターニングでは、前工程で加工された1次パターニングライン上に重ね合わせて、2次パターニングラインを加工する必要がある。このような加工には、位置決めの精度が高く、微細なパターニングラインの形成が可能なレーザ加工が適している。 The photoelectric conversion elements connected in series in this way are formed by film formation of the electrode layer and photoelectric conversion layer, patterning of each layer, and a combination procedure thereof. In this patterning, it is necessary to process the secondary patterning line by superimposing it on the primary patterning line processed in the previous step. For such processing, laser processing with high positioning accuracy and capable of forming a fine patterning line is suitable.
以下、従来のこのようなレーザ加工の方法について説明する。図6は、従来のレーザ加工装置の構成例を示す図である。
図6に示すレーザ加工装置は、フィルム基板1上の薄膜に形成された1次パターニングライン上に、レーザ照射により薄膜を除去し、2次パターニングラインを重ね合わせて加工するための装置である。
The conventional laser processing method will be described below. FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional laser processing apparatus.
The laser processing apparatus shown in FIG. 6 is an apparatus for removing the thin film by laser irradiation on the primary patterning line formed on the thin film on the
このレーザ加工装置において、フィルム基板1は、巻き出しロール2および巻き取りロール3により搬送され、これらの間に加工処理ステージ40が設けられている。加工処理ステージ40は、フィルム基板1にレーザ光を照射して、2次パターニングラインを加工するための領域である。また、搬送されたフィルム基板1は、このフィルム基板1上に設けられたマーカホールの位置が位置決めセンサ4により検出されることで、加工処理ステージ40において位置決めされて停止され、吸着固定されるようになっている。
In this laser processing apparatus, the
加工処理ステージ40の下部には、加工光学ユニット41が設けられ、この加工光学ユニット41は、X−Yステージ42上に搭載されている。また、加工光学ユニット41には、レーザ発振器43から出射されたレーザ光が、光ファイバからなるファイバ光学系44を通じて入射される。入射されたレーザ光は、加工光学ユニット41内の入射光学系41aを通じて、特定の波長のみ反射するハーフミラー41bに入射し、加工処理ステージ40の方向に反射される。そして、出射光学系41cによりフィルム基板1上の薄膜に焦点が合うように調整されて、フィルム基板1に照射される。このとき、X−Yステージ42の動作により、加工光学ユニット41がフィルム基板1に平行なX−Y方向に移動されることにより、フィルム基板1上にレーザ光が走査される。
A processing optical unit 41 is provided below the processing stage 40, and the processing optical unit 41 is mounted on an XY stage 42. Further, laser light emitted from the
また、ハーフミラー41bの下方には、CCD(Charge-Coupled Devices)等からなる撮像部41dが、レーザ光と光軸が一致するように設けられている。この撮像部41dは、レーザ光が照射されたフィルム基板1上の領域をハーフミラー41bを介して撮像する。
An imaging unit 41d made of a CCD (Charge-Coupled Devices) or the like is provided below the half mirror 41b so that the laser beam and the optical axis coincide. This imaging part 41d images the area | region on the
さらに、このレーザ加工装置は、上記の各機構を制御するための処理機能ブロックとして、画像処理ユニット51と、制御コントローラ52とを具備している。画像処理ユニット51は、撮像部41dによって撮像された画像信号の入力を受けて画像処理を行い、フィルム基板1の薄膜上に形成された1次パターニングラインの基準位置座標を検出して、位置情報として制御コントローラ52に出力する。制御コントローラ52は、画像処理ユニット51からの位置情報を基に、後述する位置ずれを補正しながらX−Yステージ42およびレーザ発振器43の動作を制御し、2次パターニングラインの加工を実行させる。
Further, the laser processing apparatus includes an
ところで、実際の光電変換素子の形成では、1次パターニング工程と2次パターニング工程との間には熱処理工程が行われるため、フィルム基板1への熱影響によりパターニングエリアにずれが生じる場合がある。また、搬送時におけるフィルム基板1の蛇行や位置決め精度の誤差等の影響により、制御コントローラ52からの指示に基づくX−Yステージ42の座標系と、実際にフィルム基板1上に形成された1次パターニングエリアの座標系との間にずれが生じる場合もある。このため、制御コントローラ52は、画像処理ユニット51からの位置情報に応じて、このような位置ずれを補正した位置情報を算出し、X−Yステージ42に指定する。
By the way, in the actual formation of the photoelectric conversion element, since the heat treatment process is performed between the primary patterning process and the secondary patterning process, the patterning area may be shifted due to the thermal effect on the
このような位置ずれを補正するためのアラインメント手順は、例えば以下のように行われる。まず、フィルム基板1上の1次パターニングエリアの例えば先端部および最端部の各近傍領域において、1次パターニングラインの交点を基準位置として指定しておく。そして、X−Yステージ42を駆動して、これらの領域を撮像部41dによって撮像させる。画像処理ユニット51は、撮像画像から各基準位置の座標を検出して、制御コントローラ52に出力する。制御コントローラ52は、これらの基準位置座標を基に、X−Yステージ42の座標系と1次パターニングエリアの座標系との間の位置ずれに対して、位置および角度の補正を行う。
An alignment procedure for correcting such a positional deviation is performed as follows, for example. First, an intersection of primary patterning lines is designated as a reference position in, for example, the vicinity of the front end and the end of the primary patterning area on the
次に、1次パターニングラインと重ね合わせて2次パターニングラインを加工する場合には、上記の各基準位置間において、加工を行う1次パターニングライン上の交点を撮像部41dにより撮像して、この交点の座標を画像処理によって取得する。そして、制御コントローラ52は、この座標を基にX−Yステージ42およびレーザ発振器43を制御し、2次パターニングラインを加工する。同様にして、加工対象の交点の取得と加工処理とを繰り返すことで、パターニングエリア上の全域で2次パターニングラインが形成される。
Next, when processing the secondary patterning line so as to overlap with the primary patterning line, the intersection on the primary patterning line to be processed is imaged by the imaging unit 41d between the above reference positions. The coordinates of the intersection are acquired by image processing. Then, the
しかし、このようなレーザ加工装置を用いたパターニング工程では、加工光学ユニット41をX−Yステージ42上で移動させて加工を行っている。この構造では、レーザ発振器43と加工光学ユニット41とがファイバ光学系44により接続されていることや、加工光学ユニット41等の移動体の慣性負荷が大きくなること等により、レーザ光の走査速度の高速化が困難で、生産性が低いことが問題であった。
However, in the patterning process using such a laser processing apparatus, the processing optical unit 41 is moved on the XY stage 42 for processing. In this structure, the
これに対して、レーザ光の走査にX−Yステージを使用せず、慣性負荷を小さくして高速でレーザ光を照射できる方法として、ガルバノスキャニング方式が知られている。ガルバノスキャニング方式では、2枚の反射ミラーがモータ等の回転駆動機構により回転される構造を有するガルバノスキャンミラーを用いることで、レーザ発振器からの出射光を反射させ、フィルム基板上をX−Y方向に高速に走査させることが可能となる。 On the other hand, a galvano scanning method is known as a method capable of irradiating a laser beam at a high speed by reducing an inertia load without using an XY stage for scanning the laser beam. In the galvano scanning method, a galvano scan mirror having a structure in which two reflecting mirrors are rotated by a rotary drive mechanism such as a motor is used to reflect light emitted from a laser oscillator and XY direction on a film substrate. Can be scanned at high speed.
このようなガルバノスキャニング方式を用いた従来のレーザ位置決め加工方法として、固定または停止状態とした被加工物である連続シート状物にあらかじめ設けられた特定パターンを、撮像カメラで撮像して、連続シート状物の基準位置からのずれ量を検出し、XYガルバノミラーおよびスキャンレンズを用いてレーザ光を走査させる際に、検出したずれ量を補正する方法があった(例えば、特許文献1参照)。 As a conventional laser positioning processing method using such a galvano scanning method, a specific pattern provided in advance on a continuous sheet-like material that is a workpiece to be fixed or stopped is imaged with an imaging camera, and a continuous sheet is obtained. There is a method of correcting the detected shift amount when detecting the shift amount of the object from the reference position and scanning the laser beam using the XY galvanometer mirror and the scan lens (see, for example, Patent Document 1).
なお、従来の関連技術として、ガルバノ式走査ミラーと、撮像画像に対する画像処理とを用いて光路の位置合わせが行われる蛍光顕微鏡があった。一般的な蛍光顕微鏡としては、励起光を出射する光源と、試料からの蛍光を透過させ、光路中に蛍光色素ごとに切り換え可能に設けられた複数のダイクロイックミラーと、このダイクロイックミラーと試料との間に配置された対物レンズと、ダイクロイックミラーを通過した蛍光を観察する観察装置とを具備して、蛍光色素ごとにダイクロイックミラーを切り換えて試料の画像を取得し、取得した複数の画像を重ね合わせて多重蛍光画像を取得するものがある。このような蛍光顕微鏡に対して、励起光および蛍光の各光路を分岐するダイクロイックミラーと対物レンズとの間に、励起光を試料上で2次元走査するガルバノ式走査ミラーよりなるXYスキャナを配置し、例えばさらにその試料側の光路上に配置した図形パターン等を用いて、ダイクロイックミラーを変更したときの画像ずれ情報を画像処理によりあらかじめ取得しておくことで、XYスキャナを用いて多重蛍光画像上の蛍光色素ごとの画像ずれを補正することができる(例えば、特許文献2参照)。
上述したように、レーザ光の走査にX−Yステージを用いたレーザ加工装置では、移動体の慣性負荷が大きいこと等から、走査速度の高速化が難しいという問題があった。
また、高速化が容易なガルバノスキャニング方式を用いたレーザ加工装置では、レーザ光学系と光軸を正確に一致させた状態での加工面の画像処理が困難であることから、対象物に対して高精度に位置合わせを行いながら加工を行うことが難しいという問題があった。このため、特に、大面積への加工を目的としたFθレンズを用いないガルバノスキャニング方式のレーザ加工装置では、あらかじめプログラムされた数値データを基にレーザ光を走査させる方法が一般的に採られている。
As described above, a laser processing apparatus using an XY stage for laser beam scanning has a problem that it is difficult to increase the scanning speed due to a large inertial load on the moving body.
In addition, in a laser processing apparatus using a galvano scanning method that facilitates speeding up, it is difficult to perform image processing on the processed surface in a state where the laser optical system and the optical axis are exactly aligned. There was a problem that it was difficult to perform processing while aligning with high accuracy. For this reason, in particular, in a galvano-scanning laser processing apparatus that does not use an Fθ lens for processing on a large area, a method of scanning laser light based on numerical data programmed in advance is generally employed. Yes.
また、上記特許文献1に開示されたレーザ位置決め加工方法では、画像処理による位置ずれ量の検出のために、被加工物にあらかじめ設けられた特定パターンを用いているため、前工程においてその被加工物に形成された任意の1次パターニングラインに、熱影響等による位置ずれが生じていた場合には、この位置ずれを補正することができないので、補正の精度が低い上、応用範囲も狭い。
Further, in the laser positioning processing method disclosed in
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、基板上に形成された1次パターニングラインを基に正確にレーザ光を照射して、2次パターニングラインを高速に加工することが可能なレーザ加工方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these points, and can accurately process a secondary patterning line by irradiating a laser beam accurately based on a primary patterning line formed on a substrate. An object of the present invention is to provide a simple laser processing method.
また、本発明の他の目的は、基板上に形成された1次パターニングラインを基に正確にレーザ光を照射して、2次パターニングラインを高速に加工することが可能なレーザ加工方法を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a laser processing method capable of processing a secondary patterning line at high speed by accurately irradiating laser light based on a primary patterning line formed on a substrate. It is to be.
本発明では上記課題を解決するために、インラインで供給される被加工物に対してガルバノスキャンミラーを用いてレーザ光を走査し、前記被加工物上に形成されている1次パターニングラインを基準とした位置に2次パターニングラインを形成するレーザ加工方法において、位置測定のための撮像位置に配置して前記被加工物の被加工面を撮像し、その撮像信号を基に前記1次パターニングライン上の複数点の位置座標値を算出する位置測定工程と、レーザ照射のための加工位置に前記被加工物を配置して、前記位置測定工程により算出された前記位置座標値に基づいて前記レーザ光の走査位置を補正して前記レーザ光を前記被加工物に照射し、前記2次パターニングラインを形成するレーザ照射工程とを含むことを特徴とするレーザ加工方法が提供される。 In the present invention, in order to solve the above-described problem, a workpiece supplied in-line is scanned with a laser beam using a galvano scan mirror, and a primary patterning line formed on the workpiece is used as a reference. In the laser processing method for forming the secondary patterning line at the position, the primary patterning line is arranged on the imaging position for position measurement and images the processing surface of the workpiece, and the imaging signal is used as the primary patterning line. A position measuring step of calculating position coordinate values of a plurality of points above; and the workpiece is disposed at a processing position for laser irradiation, and the laser is based on the position coordinate values calculated by the position measuring step. A laser irradiation step of correcting the scanning position of the light and irradiating the workpiece with the laser light to form the secondary patterning line. The law is provided.
このようなレーザ加工方法では、位置測定工程において、被加工物を位置測定のための撮像位置に配置する。そして、被加工面を撮像して、その撮像信号を基に、被加工面上にすでに形成されている1次パターニングライン上の複数点の位置座標値を算出する。その後、レーザ照射工程において、位置座標値が算出された被加工物を、レーザ照射のための加工位置に配置する。そして、算出された位置座標値に基づいてレーザ光の走査位置を補正し、補正した走査位置に応じてガルバノスキャンミラー等の動作を制御して、レーザ光を被加工物に照射する。これにより、被加工面に2次パターニングラインを形成する。 In such a laser processing method, the workpiece is arranged at an imaging position for position measurement in the position measurement step. Then, the processing surface is imaged, and the position coordinate values of a plurality of points on the primary patterning line already formed on the processing surface are calculated based on the imaging signal. Thereafter, in the laser irradiation step, the workpiece whose position coordinate value is calculated is arranged at a processing position for laser irradiation. Then, the scanning position of the laser beam is corrected based on the calculated position coordinate value, the operation of the galvano scan mirror or the like is controlled according to the corrected scanning position, and the workpiece is irradiated with the laser beam. Thereby, a secondary patterning line is formed on the surface to be processed.
また、本発明では、インラインで供給される被加工物に対してレーザ光を走査し、前記被加工物上に形成されている1次パターニングラインを基準とした位置に2次パターニングラインを形成するレーザ加工装置において、前記被加工物を、位置測定のための撮像位置から、レーザ照射のための加工位置に搬送する搬送手段と、前記撮像位置に配置された前記被加工物の被加工面を撮像する撮像手段と、前記撮像手段による撮像信号を基に前記1次パターニングライン上の複数点の位置座標値を算出する位置算出手段と、前記加工位置に配置された前記被加工物の被加工面に対してガルバノスキャンミラーを用いて前記レーザ光を走査するレーザ光学系と、前記位置算出手段により算出された前記位置座標値に基づいて前記レーザ光学系による前記レーザ光の走査位置を補正する位置補正手段とを有することを特徴とするレーザ加工装置が提供される。 Further, in the present invention, a laser beam is scanned on the workpiece supplied in-line, and a secondary patterning line is formed at a position based on the primary patterning line formed on the workpiece. In a laser processing apparatus, a conveying means for conveying the workpiece from an imaging position for position measurement to a machining position for laser irradiation, and a workpiece surface of the workpiece arranged at the imaging position An imaging unit for imaging, a position calculation unit for calculating position coordinate values of a plurality of points on the primary patterning line based on an imaging signal by the imaging unit, and a workpiece of the workpiece placed at the machining position A laser optical system that scans the surface with a galvano scan mirror using the galvano scan mirror, and the laser optical system based on the position coordinate value calculated by the position calculating means. The laser processing apparatus is provided, characterized in that it comprises a position correcting means for correcting the scanning position of the laser beam.
このようなレーザ加工装置では、位置測定のための撮像位置と、レーザ照射のための加工位置とが設けられ、被加工物は撮像位置から加工位置へ搬送手段により搬送される。被加工物が撮像位置に配置されたとき、撮像手段はこの被加工物の被加工面を撮像する。位置算出手段は、この撮像信号を基に、被加工面上にすでに形成されている1次パターニングライン上の複数点の位置座標値を算出する。また、この後に被加工物が加工位置に配置されたとき、被加工面にはレーザ光学系によりレーザ光が照射され、このレーザ光はガルバノスキャンミラーにより被加工面を走査する。位置補正手段は、被加工物が撮像位置に配置されていたときに位置算出手段により算出された位置座標値に基づいて、その被加工物に対するレーザ光の走査位置を補正する。これにより、補正された走査位置に応じてガルバノスキャンミラー等の動作が制御される。 In such a laser processing apparatus, an imaging position for position measurement and a processing position for laser irradiation are provided, and the workpiece is transported from the imaging position to the processing position by transport means. When the workpiece is placed at the imaging position, the imaging means images the workpiece surface of the workpiece. The position calculation means calculates position coordinate values of a plurality of points on the primary patterning line already formed on the processing surface based on the imaging signal. When the workpiece is subsequently placed at the processing position, the processing surface is irradiated with laser light from the laser optical system, and this laser light scans the processing surface with a galvano scan mirror. The position correcting unit corrects the scanning position of the laser beam with respect to the workpiece based on the position coordinate value calculated by the position calculating unit when the workpiece is placed at the imaging position. Thereby, the operation of the galvano scan mirror or the like is controlled according to the corrected scanning position.
本発明のレーザ加工方法では、位置測定工程において、被加工面上にすでに形成されている1次パターニングライン上の複数点の位置座標値を算出し、この位置座標値に基づいて、レーザ照射工程においてレーザ光の走査位置を補正する。これにより、被加工物の搬送時の蛇行や位置決め精度の影響等による加工位置上の被加工物の位置ずれとともに、熱影響等による被加工物上の1次パターニングラインの位置ずれを補正することが可能となる。従って、ガルバノスキャニング方式により2次パターニングラインを高速かつ正確に形成することが可能となる。 In the laser processing method of the present invention, in the position measurement step, the position coordinate values of a plurality of points on the primary patterning line already formed on the processing surface are calculated, and the laser irradiation step is performed based on the position coordinate values. The scanning position of the laser beam is corrected at. This corrects misalignment of the workpiece on the processing position due to the influence of meandering and positioning accuracy during conveyance of the workpiece, as well as misalignment of the primary patterning line on the workpiece due to thermal effects, etc. Is possible. Therefore, the secondary patterning line can be formed at high speed and accurately by the galvano scanning method.
また、本発明のレーザ加工装置では、被加工面上にすでに形成されている1次パターニングライン上の複数点の位置座標値を算出し、この位置座標値に基づいてレーザ光の走査位置を補正する。これにより、搬送手段による被加工物の搬送時の蛇行や位置決め精度の影響等による加工位置上の被加工物の位置ずれとともに、熱影響等による被加工物上の1次パターニングラインの位置ずれを補正することが可能となる。従って、ガルバノスキャニング方式により2次パターニングラインを高速かつ正確に形成することが可能となる。 In the laser processing apparatus of the present invention, the position coordinate values of a plurality of points on the primary patterning line already formed on the processing surface are calculated, and the scanning position of the laser beam is corrected based on the position coordinate values. To do. As a result, the position of the primary patterning line on the workpiece due to thermal influences as well as the position shift of the workpiece on the processing position due to the influence of the meandering and positioning accuracy when the workpiece is conveyed by the conveying means. It becomes possible to correct. Therefore, the secondary patterning line can be formed at high speed and accurately by the galvano scanning method.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係るレーザ加工装置の構成例を示す図である。
図1に示すレーザ加工装置は、例としてフィルム基板1上の薄膜にレーザ照射を行い、薄膜を除去して所定のパターンを形成するための装置である。特に、このレーザ加工装置は、前工程においてフィルム基板1上の薄膜に形成された1次パターニングライン上に、2次パターニングラインを正確に重ね合わせて加工するためのものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
The laser processing apparatus shown in FIG. 1 is an apparatus for forming a predetermined pattern by irradiating a thin film on a
このレーザ加工装置において、フィルム基板1は、巻き出しロール2および巻き取りロール3により搬送され、これらの間に、撮像処理ステージ10と加工処理ステージ20とが設けられている。撮像処理ステージ10は、フィルム基板1上に形成された1次パターニングラインを基に、2次パターニングラインの形成の際の位置合わせの基準位置座標を検出するための領域である。また、加工処理ステージ20は、フィルム基板1にレーザ光を照射して、2次パターニングラインを加工するための領域である。
In this laser processing apparatus, the
また、搬送されたフィルム基板1は、このフィルム基板1上に設けられたマーカホールの位置が位置決めセンサ4により検出されることで、撮像処理ステージ10および加工処理ステージ20において位置決めされて停止され、吸着固定されるようになっている。
In addition, the conveyed
撮像処理ステージ10の下部には、CCD等からなる撮像部11と、X−Yステージ12とが配置されている。撮像部11は、X−Yステージ12上に、フィルム基板1に平行なX−Y方向に移動可能な状態で設けられて、撮像処理ステージ10に配置されたフィルム基板1を撮像する。
An imaging unit 11 made of a CCD or the like and an XY stage 12 are arranged below the
また、加工処理ステージ20の下部には、CCD等からなる2つの撮像部21および22が配置されている。各撮像部21および22は、加工処理ステージ20に配置されたフィルム基板1の先頭部および後端部をそれぞれ撮像している。
In addition, at the lower part of the processing stage 20, two
さらに、加工処理ステージ20の下部には、フィルム基板1に対してレーザを照射するための光学系が設けられている。この光学系は、レーザ発振器23、焦点調整ユニット24およびガルバノスキャンミラー25を具備している。レーザ発振器23は、フィルム基板1上の薄膜を加工するためのレーザ光源である。焦点調整ユニット24は、レーザ発振器23からの出射光が、フィルム基板1上に結像するように調整する。ガルバノスキャンミラー25は、2枚の反射ミラーをモータ等の回転駆動機構により回転させることにより、レーザ発振器23からの出射光を反射させて、加工処理ステージ20に配置されたフィルム基板1上でX−Y方向に高速に走査する。
Furthermore, an optical system for irradiating the
また、このレーザ加工装置は、上記の各機構を制御するための処理機能ブロックとして、画像処理ユニット31と、制御コントローラ32とを具備している。
画像処理ユニット31は、撮像部11、21および22によって撮像された画像信号の入力を受けて画像処理を行い、目的の座標位置を示す位置情報を制御コントローラ32に出力する。具体的には、撮像部11によって撮像された画像信号を基に、2次パターニングラインを形成するための基準位置座標を検出して、座標値を制御コントローラ32に出力する。また、撮像部21および22によって撮像された画像信号を基に、加工処理ステージ20におけるフィルム基板1上の1次パターニングラインの基準位置座標を検出し、座標値を制御コントローラ32に出力する。
In addition, this laser processing apparatus includes an
The
制御コントローラ32は、X−Yステージ12の動作を制御して、撮像処理ステージ10におけるフィルム基板1上の1次パターニングライン形成領域(1次パターニングエリア)の全域を撮像部11によって撮像させる。また、画像処理ユニット31から出力された座標値を記憶し、これらの座標値を基に、撮像処理ステージ10と加工処理ステージ20のそれぞれにおけるフィルム基板1上の1次パターニングラインの基準位置の位置ずれ量を算出する。そして、レーザ発振器23、焦点調整ユニット24およびガルバノスキャンミラー25の動作を制御して、位置ずれが補正されるように、加工処理ステージ20上のフィルム基板1に対して、レーザ光を照射させる。
The
図2は、上記のレーザ加工装置における2次パターニングラインの加工工程の流れを示すフローチャートである。以下、この図2を用いて、上記のレーザ加工装置における動作の概要を説明する。 FIG. 2 is a flowchart showing the flow of a secondary patterning line processing step in the laser processing apparatus. Hereinafter, the outline of the operation in the laser processing apparatus will be described with reference to FIG.
図2のフローチャートは、1つの1次パターニングエリアについて、基準位置座標の検出から2次パターニングラインの加工が行われるまでの工程を示している。この工程は、主に撮像処理ステージ10での工程(ステップS201〜S203)と、加工処理ステージ20での工程(ステップS204〜S207)とに分かれている。すなわち、加工対象となる1次パターニングエリアは、まず撮像処理ステージ10に配置されて処理された後、加工処理ステージ20に移送され、2次パターニングラインの加工が行われる。
The flowchart of FIG. 2 shows steps from detection of the reference position coordinates to processing of the secondary patterning line for one primary patterning area. This process is mainly divided into processes at the imaging processing stage 10 (steps S201 to S203) and processes at the processing stage 20 (steps S204 to S207). That is, the primary patterning area to be processed is first placed on the
ステップS201において、巻き出しロール2および巻き取りロール3を回転させて、位置決めセンサ4による検出信号に応じて、加工対象の1次パターニングエリアを、撮像処理ステージ10に配置する。フィルム基板1は、撮像処理ステージ10に吸着こていされる。なお、フィルム基板1の巻き取りや吸着の動作は、制御コントローラ32、あるいは図示しない他の制御回路によって制御される。
In step S <b> 201, the unwinding
ステップS202およびS203では、制御コントローラ32の制御によりX−Yステージ12を動作させて、撮像処理ステージ10に配置された1次パターニングエリアを撮像部11により撮像する。
In steps S202 and S203, the XY stage 12 is operated under the control of the
ステップS202において、1次パターニングエリア上の例えば先端部および後端部の各近傍領域を撮像し、撮像信号を画像処理ユニット31に供給する。画像処理ユニット31は、その撮像信号からパターンの交点を抽出して、1次パターニングエリアの位置ずれに対する基準位置座標を算出する。以下、この基準位置座標を、補正基準座標と呼称する。なお、このとき抽出される交点の位置は、撮像部21および22の撮像位置に対応している。算出された補正基準座標の値は、制御コントローラ32に引き渡されて、保持される。
In step S <b> 202, for example, the vicinity regions of the front end portion and the rear end portion on the primary patterning area are imaged, and the imaging signal is supplied to the
ステップS203において、1次パターニングエリア上を順次撮像し、撮像信号を画像処理ユニット31に供給する。画像処理ユニット31は、1次パターニングラインから、2次パターニングラインの形成に必要な基準位置を抽出して、その位置座標を算出する。以下、この位置座標をパターン基準座標と呼称する。算出されたパターン基準座標の値は、制御コントローラ32に保持される。
In step S <b> 203, the primary patterning area is sequentially imaged and an imaging signal is supplied to the
この後、ステップS204において、撮像処理ステージ10による吸着工程を解除して、巻き出しロール2および巻き取りロール3を回転させ、1次パターニングエリアを加工処理ステージ20に移設して、フィルム基板1を吸着固定する。
Thereafter, in step S204, the suction process by the
ステップS205において、撮像部21および22により、ステップS202で撮像された1次パターニングエリア内の領域、すなわち1次パターニングエリアの例えば先端部および後端部の各近傍領域を撮像し、撮像信号を画像処理ユニット31に供給する。画像処理ユニット31は、その撮像信号から補正基準座標の位置に対応するパターンの交点を抽出し、座標値を算出して、制御コントローラ32に出力する。
In step S205, the
ステップS206において、制御コントローラ32は、ステップS205で画像処理ユニット31から受け取った座標値と、ステップS202で保持していた補正基準座標との差から、位置ずれの補正値を算出する。そして、ステップS203で保持していたパターン基準座標を、算出した補正値により補正する。
In step S206, the
ステップS207において、制御コントローラ32は、レーザ発振器23、焦点調整ユニット24およびガルバノスキャンミラー25を制御して、レーザ光をフィルム基板1に対して照射させる。このとき、ステップS206で補正されたパターン基準座標に従ってレーザ光の走査位置を指示する。これにより、走査位置の位置ずれが補正されて、正確な位置に2次パターニングラインが形成される。
In step S207, the
次に、フィルム基板1上におけるパターニングラインの形成の様子を例示して、上記の工程を具体的に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて図2のフローチャートの各ステップの処理との対応を示す。
Next, the state of the patterning line on the
図3は、フィルム基板1上の薄膜に形成されたパターニングラインの例を模式的に示す図である。
図3では、フィルム基板1上の1つの1次パターニングエリア100内に、格子状の1次パターニングライン110が形成された場合を示している。なお、フィルム基板1上には、1次パターニングエリアの間の位置にマーカホール1aがあらかじめ形成されており、このマーカホール1aの位置を位置決めセンサ4により検出することで、撮像処理ステージ10および加工処理ステージ20におけるフィルム基板1の位置合わせが行われる。
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an example of a patterning line formed in a thin film on the
FIG. 3 shows a case where a lattice-shaped
図3の1次パターニングエリア100が撮像処理ステージ10に配置される(ステップS201に対応)と、まず、座標系の位置ずれ補正のための補正基準座標が算出を行われる(ステップS202に対応)。この座標値は、例えば、1次パターニングエリア100の先端部および後端部の各近傍に位置する交点から得る。図3のように格子状の1次パターニングライン101が形成されている場合は、搬送方向(x方向)に沿ったライン(例えば中央のライン111)上の交点のうち、先端部および後端部の各交点AsおよびAeの座標を用いればよい。
When the
従って、X−Yステージ12を駆動させて、撮像部11を交点Asの付近に移動させ、その撮像画像から画像処理ユニット31の処理により交点Asの座標値を求める。求めた座標値は、制御コントローラ32に記憶される。
Accordingly, the XY stage 12 is driven to move the imaging unit 11 to the vicinity of the intersection As, and the coordinate value of the intersection As is obtained from the captured image by the processing of the
次に、2次パターニングラインの形成に必要なパターン基準座標の算出を行う(ステップS203に対応)。ここでは例として、1次パターニングライン110上に完全に重ね合わせて2次パターニングラインを形成するものとする。このような2次パターニングラインの形成位置基準として、例えば、上記の交点AsおよびAeの間のライン上に存在するすべての交点を用いる。
Next, pattern reference coordinates necessary for forming the secondary patterning line are calculated (corresponding to step S203). Here, as an example, it is assumed that the secondary patterning line is formed so as to completely overlap the
すなわち、X−Yステージ12を駆動して、交点Asに隣接する1番目の交点A1の付近に撮像部11を移動させ、その撮像信号から画像処理により交点A1の座標値を求め、制御コントローラ32に記憶させる。そして、次の交点A2の付近に撮像部11を移動させて、画像処理により交点A2の座標値を求め、制御コントローラ32に記憶させる。同様にして、ライン111上のすべての交点の座標を算出し、記憶する。
That is, the XY stage 12 is driven, the imaging unit 11 is moved in the vicinity of the first intersection A1 adjacent to the intersection As, the coordinate value of the intersection A1 is obtained from the imaging signal by image processing, and the
次に、この1次パターニングエリア100が加工処理ステージ20に配置される(ステップS204に対応)と、撮像部21および22により、交点AsおよびAeの付近がそれぞれ撮像される。画像処理ユニット31は、このときの撮像画像から交点AsおよびAeの座標を算出して、制御コントローラ32に出力する(ステップS205に対応)。
Next, when this
ここで、撮像処理ステージ10と加工処理ステージ20との間では、搬送時のフィルム基板1の蛇行や位置決め精度の誤差等により位置ずれが生じている場合、このとき算出された交点AsおよびAeの座標値と、撮像処理ステージ10での工程において算出された交点AsおよびAeの座標値との間に差が生じる。従って、制御コントローラ32はこれらの座標値の差を算出して、位置ずれの補正値とする。
Here, between the
次に、算出した補正値を用いて、撮像処理ステージ10での工程で算出したパターン基準座標を補正する(ステップS206に対応)。図3の場合、制御コントローラ32が保持していた撮像処理ライン111上のすべての交点(交点As、A1、A2、・・・Ae)の座標値を補正値により補正する。そして、補正した座標値を基にレーザ光の走査位置を求め、焦点調整ユニット24やガルバノスキャンミラー25を制御して、1次パターニングライン110と一致する位置に2次パターニングラインを形成する(ステップS207に対応)。
Next, using the calculated correction value, the pattern reference coordinates calculated in the process at the
以上の処理では、撮像処理ステージ10および加工処理ステージ20のそれぞれにおいて算出した交点AsおよびAeの座標値の差から、補正値を求めることにより、搬送時のフィルム基板1の蛇行や位置決め精度の誤差等により発生する位置ずれを補正することができる。また、撮像処理ステージ10において、フィルム基板1上に実際に形成された1次パターニングライン110を基に、2次パターニングラインを形成するための基準とする交点の座標を算出し、これらの座標を補正値により補正することで、撮像処理ステージ10に搬送された時点で、その前工程での熱処理等の影響によりパターンの歪みが生じていた場合にも、このような歪みに応じて1次パターニングライン110上に2次パターニングラインを正確に重ね合わせて加工することが可能となる。
In the processing described above, the correction value is obtained from the difference between the coordinate values of the intersections As and Ae calculated in the
従って、ガルバノスキャンミラー25を用いたレーザ光の照射により、2次パターニングラインの形成を短時間で行うことが可能となりながら、その形成位置の精度を向上させることができる。 Therefore, irradiation with laser light using the galvano scan mirror 25 makes it possible to form the secondary patterning line in a short time, while improving the accuracy of the formation position.
なお、上記の例では、1次パターニングライン110と同一位置に1次パターニングラインを形成する場合について説明したが、例えば、1次パターニングライン上の一部に2次パターニングラインを重ね合わせて形成する場合、あるいは、1次パターニングライン110上の所定位置から一定間隔の位置に2次パターニングラインを形成する場合等にも、正確かつ高速な加工が可能である。
In the above example, the case where the primary patterning line is formed at the same position as the
ところで、1次パターニングライン110に熱影響等による歪みが生じていた場合に、2次パターニングラインの形成位置精度をより高めるためには、例えば、撮像処理ステージ10におけるパターン基準座標の抽出位置をより多くすればよい。例えば、搬送方向に配列された交点だけでなく、搬送方向と直交する方向(y方向)に沿って存在する複数の交点の座標を抽出する。この場合、撮像部11として、y方向に多数の撮像素子が配置されたラインイメージセンサを用いることにより、これらの交点を効率的に撮像し、座標を算出することができる。
By the way, when the
図4は、ラインイメージセンサを用いて交点を撮像する様子を説明するための図である。
図4では、図3に示したものと同じ1次パターニングラインが形成された場合のフィルム基板1上の様子を示している。この場合に、補正基準座標として交点AsおよびAeの座標を算出した後、パターン基準座標の抽出位置として、ライン111上の交点A1に加えて、交点A1でライン111に直交しているライン112上から、他の交点AL1およびAR1を適用する。同様に、ライン111上の次の交点A2についても、y方向に存在する他の交点AL2およびAR2の座標を算出し、1次パターニングエリアの後端部まで繰り返す。
FIG. 4 is a diagram for explaining a situation where an intersection is imaged using a line image sensor.
FIG. 4 shows a state on the
このように、y方向に沿って存在する複数の交点の座標を抽出する場合には、図中点線で示したラインイメージセンサ11aを用いて、y方向に存在するすべての交点付近を1度に撮像し、各交点を画像処理により抽出して座標を算出すればよい。そして、ラインイメージセンサ11aをフィルム基板1の搬送方向に移動させて、1次パターニングエリア100内の必要なすべての交点を撮像することにより、これらの撮像画像を高速に取得し、座標を算出することが可能となる。
As described above, when extracting the coordinates of a plurality of intersections existing along the y direction, the
以上のようにパターン基準座標を多数の交点から取得しておき、加工処理ステージ20でのレーザ照射の際に、これらの各座標を補正して使用することにより、特に、熱影響等によって1次パターニングラインが部分的に大きく湾曲している場合等に、2次パターニングラインをより正確な位置に形成することが可能となる。 As described above, the pattern reference coordinates are acquired from a large number of intersections, and these coordinates are corrected and used at the time of laser irradiation on the processing stage 20, so that the primary effects can be obtained due to thermal effects. For example, when the patterning line is partially curved, the secondary patterning line can be formed at a more accurate position.
なお、上記のレーザ加工装置では、撮像処理ステージ10と加工処理ステージ20とが個別の位置に設けられているため、各ステージでの処理を並行して行うことが可能である。ここで、図5は、撮像処理ステージ10および加工処理ステージ20において並行処理を行った場合のフローチャートを示す。
In the above laser processing apparatus, since the
図5に示すように、撮像処理ステージ10に配置されていたn番目(ただし、nは自然数)の1次パターニングエリアを加工処理ステージ20に移設したときに、(n+1)番目の1次パターニングエリアを、撮像処理ステージ10に配置するようにする(ステップS501)。
As shown in FIG. 5, when the nth (where n is a natural number) primary patterning area arranged on the
そして、加工処理ステージ20では、n番目の1次パターニングエリアに対するレーザ照射を位置補正しながら行う(ステップS502)とともに、撮像処理ステージ10では、(n+1)番目の1次パターニングエリアから、補正基準座標およびパターン基準座標の算出を並行して行う(ステップS503)。各ステージでの処理が終了した後は、フィルム基板1をさらに搬送して、(n+1)番目の1次パターニングエリアを加工処理ステージ20に搬送するとともに、次の1次パターニングエリアを撮像処理ステージ10に配置し、上記の処理を繰り返し行う。
The processing stage 20 performs laser irradiation while correcting the position of the n-th primary patterning area (step S502), and the
このような並行処理を実現するためには、例えば、制御コントローラ32が基準座標の記憶領域を2つ具備し、一方の記憶領域に補正基準座標およびパターン基準座標を記憶させた後、フィルム基板1の搬送を行って、この記憶領域の記憶データを用いてレーザ照射位置の位置ずれの補正値を算出する。このとき、撮像部11による撮像信号に基づく補正基準座標およびパターン基準座標を他方の記憶領域に記憶する。そして、次のフィルム基板1の搬送後に、他方の記憶領域の記憶データを用いて補正量を算出する。
In order to realize such parallel processing, for example, the
このように、撮像処理ステージ10および加工処理ステージ20での工程を並行処理し、フィルム基板1上の1次パターニングエリアに対して連続的に加工を行うことにより、加工時間をさらに短縮することができる。
Thus, the processing time can be further shortened by performing the processes in the
1 フィルム基板
2 巻き出しロール
3 巻き取りロール
10 撮像処理ステージ
11 撮像部
12 X−Yステージ
20 加工処理ステージ
21,22 撮像部
23 レーザ発振器
24 焦点調整ユニット
25 ガルバノスキャンミラー
31 画像処理ユニット
32 制御コントローラ
DESCRIPTION OF
Claims (10)
位置測定のための撮像位置に配置して前記被加工物の被加工面を撮像し、その撮像信号を基に前記1次パターニングライン上の複数点の位置座標値を算出する位置測定工程と、
レーザ照射のための加工位置に前記被加工物を配置して、前記位置測定工程により算出された前記位置座標値に基づいて前記レーザ光の走査位置を補正して前記レーザ光を前記被加工物に照射し、前記2次パターニングラインを形成するレーザ照射工程と、
を含むことを特徴とするレーザ加工方法。 A workpiece to be supplied in-line is scanned with a laser beam using a galvano scan mirror to form a secondary patterning line at a position based on the primary patterning line formed on the workpiece. In the laser processing method,
A position measurement step of imaging a work surface of the work piece arranged at an image pickup position for position measurement, and calculating position coordinate values of a plurality of points on the primary patterning line based on the image pickup signal;
The workpiece is arranged at a processing position for laser irradiation, the scanning position of the laser beam is corrected based on the position coordinate value calculated by the position measuring step, and the laser beam is converted into the workpiece. A laser irradiation step for forming the secondary patterning line;
A laser processing method comprising:
前記レーザ照射工程では、前記第1の基準位置の座標値に基づいて前記1次パターニングラインの形成領域の位置ずれ量を算出し、前記位置ずれ量に応じて前記第2の基準位置の座標値を補正した値に従って前記レーザ光を走査することを特徴とする請求項1記載のレーザ加工方法。 As the position coordinate value, the coordinate value of the first reference position extracted from the vicinity of both ends of the region where the primary patterning line is formed, and the first value arbitrarily extracted from the entire formation region of the primary patterning line. Calculate the coordinate value of the reference position of 2,
In the laser irradiation step, a positional deviation amount of the formation area of the primary patterning line is calculated based on the coordinate value of the first reference position, and the coordinate value of the second reference position is calculated according to the positional deviation amount. The laser processing method according to claim 1, wherein the laser beam is scanned according to a value obtained by correcting the above.
前記被加工物を、位置測定のための撮像位置から、レーザ照射のための加工位置に搬送する搬送手段と、
前記撮像位置に配置された前記被加工物の被加工面を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段による撮像信号を基に前記1次パターニングライン上の複数点の位置座標値を算出する位置算出手段と、
前記加工位置に配置された前記被加工物の被加工面に対してガルバノスキャンミラーを用いて前記レーザ光を走査するレーザ光学系と、
前記位置算出手段により算出された前記位置座標値に基づいて前記レーザ光学系による前記レーザ光の走査位置を補正する位置補正手段と、
を有することを特徴とするレーザ加工装置。 In a laser processing apparatus that scans a laser beam on a workpiece supplied in-line and forms a secondary patterning line at a position based on the primary patterning line formed on the workpiece,
Conveying means for conveying the workpiece from an imaging position for position measurement to a processing position for laser irradiation;
Imaging means for imaging the workpiece surface of the workpiece placed at the imaging position;
Position calculating means for calculating position coordinate values of a plurality of points on the primary patterning line on the basis of an imaging signal from the imaging means;
A laser optical system that scans the laser beam using a galvano scan mirror with respect to a processing surface of the workpiece disposed at the processing position;
Position correcting means for correcting the scanning position of the laser beam by the laser optical system based on the position coordinate value calculated by the position calculating means;
A laser processing apparatus comprising:
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