JP2009117552A

JP2009117552A - 吸着ステージ

Info

Publication number: JP2009117552A
Application number: JP2007287782A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Yokoyama; 康弘横山
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2007-11-05
Filing date: 2007-11-05
Publication date: 2009-05-28

Abstract

【課題】吸着面を一段と平坦にし得る吸着ステージを提供すること。
【解決手段】表裏面間を連通する複数の粗孔１３ａを有する平板１３の一方の面から空気を吸引することにより前記平板１３の他方の面に被吸着物Ｗを吸着する吸着ステージ１１であって、前記粗孔１３ａの孔径より小さく前記粗孔１３ａと同方向に通気性を有する細孔１４ａが形成されたシート部材１４を、前記平板１３の他方の面に具備することとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、吸着ステージに関し、例えば、フィルム基板を用いた薄膜太陽電池（フィルム基板太陽電池）等の製造工程において薄いシート状の加工対象物にレーザビームを入射させて加工を行う際の加工対象物を保持するための吸着ステージに関する。

従来、被加工物を吸着して保持するための吸着ステージには、吸着板が用いられている。この吸着板として、表裏両面を連通する多数の透孔を有する多孔質体を板状にしたものが知られている。吸着ステージでは、この吸着板の外周面を封止した状態で、吸着板の裏面から空気を吸引することにより吸着板の表面に被加工物を吸着保持している。

ここで多孔質体の材料としては、一般的に、銅、アルミニウム、ステンレス等が使用されるが、吸着の際の被加工物への傷つきを防止するためにはフッ素樹脂が使用される。そして、吸着板は、これらの材料の微細粒子を圧縮成形・加熱焼結することにより得られる多孔質体から形成される。

上記吸着板の使用例としてレーザパターニングに用いられる吸着ステージを図２に示す。図２に示された吸着ステージは、ステージベース（チャック板）３の上面側に上方へ開口する収容凹部３ａが形成され、その収容凹部３ａに多孔質材料からなる板状の吸着板４が収容されている。このタイプの真空チャックでは、収容凹部３ａの内周面と吸着板４の外周面との間に接着剤を塗布することにより、ステージベース３への吸着板４の固定がなされる。又、その接着層により吸着板４の外周部が封止される。この状態で吸着板４の吸着面側がステージベース３とともにフライス用カッタで平面切削されて吸着面４ａが形成される。即ち、吸着板４の吸着面側がステージベース３の吸着面側とともに切削され、両者が同一平面とされ吸着面４ａが形成される。そして、ステージベース３の空気吸引口３ｂを通して真空源の駆動により空気を吸引することにより、吸着板４の吸着面４ａに被吸着物Ｗが吸着される。

また、従来の真空チャックとして、吸引部を有するチャック本体上に、多孔質材料、複数の貫通孔を有するシート部材を順に載せ、このシート部材上に吸着対象であるワークを載せて吸着するようにしたものが考えられている（特許文献１参照）。

この真空チャックにおいて、シート部材に形成された貫通孔の総開口面積は、多孔質材料の気孔率よりも小さい値となるように構成されることにより、シート部材上に載せられるワークの吸着面の面積がシート部材の面積よりも小さい場合であっても、ワークを吸着し得る程度の吸引力を発生するようになっている。
特開平７−３１４３７０号公報

ところで、図２に示した吸着ステージを用いてフィルム基板太陽電池を加工した場合、以下のような問題がある。

近年、太陽電池は低コスト化のため大型化が進み、加工サイズは1×1ｍ以上になり、吸着ステージも大型化が必要となる。前述したようにフィルム基板太陽電池のレーザパターニングでは、吸着ステージに使用する多孔質体の材料として、吸着の際の被加工物への傷つきを防止するためフッ素樹脂を用いているが、圧縮成形・加熱焼結による多孔質体の製作可能サイズは200×200ｍｍ程度である。このため大きなサイズの吸着ステージを製作するためには、複数の多孔質体を面方向に並べて接着して製作することになり、非常に時間とコストが掛かる。また、吸着面を形成するフライス用カッタによる平面切削加工でも平坦度を確保する事が困難であり、1×1ｍサイズの吸着ステージでは平坦度が1ｍｍ以上となってしまうことから、多孔質体をフィルム基板太陽電池のレーザパターニング等、大型化されたフィルム基板の吸着に使用することは困難になる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、吸着面を一段と平坦にし得る吸着ステージを提供することを目的とする。

本発明の吸着ステージは、表裏面間を連通する複数の粗孔を有する平板の一方の面から空気を吸引することにより前記平板の他方の面に被吸着物を吸着する吸着ステージであって、前記粗孔の孔径より小さく前記粗孔と同方向に通気性を有する細孔が形成されたシート部材を、前記平板の他方の面に具備したことを特徴とする。

この構成によれば、平板の粗孔よりも孔径が小さな細孔が形成されたシート部材を設けることにより、吸着ステージ全体としての剛性を確保しつつ、例えば薄膜太陽電池のフィルム基板等の薄い被吸着物を十分な平坦度をもって吸着することができる。このように吸着ステージとしての剛性を確保することができることにより、大面積化した場合でも吸着面の平坦度を維持することが可能になる。

また本発明は、上記吸着ステージにおいて、前記シート部材の材質は、フッ素樹脂であることを特徴とする。

この構成によれば、細孔を有するフッ素樹脂でなるシート部材によって、平坦度を維持した大面積の吸着ステージを実現することができる。

また本発明は、上記吸着ステージにおいて、前記シート部材は、不織布であることを特徴とする。

この構成によれば、細孔を有する不織布でなるシート部材によって、平坦度を維持した大面積の吸着ステージを実現することができる。

また本発明は、上記吸着ステージにおいて、前記シート部材は、連続気泡の発泡体であることを特徴とする。

この構成によれば、細孔を有する発泡体でなるシート部材によって、平坦度を維持した大面積の吸着ステージを実現することができる。

また本発明は、上記吸着ステージにおいて、前記平板は、非多孔質金属材料で形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、平板の表面にシート部材を設けた吸着ステージの平坦度は、非多孔質金属材料でなる平板の高い平坦度によって決まることにより、吸着ステージの平坦度を一段と高めることができる。

本発明によれば、吸着面を一段と平坦にし得る吸着ステージを提供することができる。

以下、本発明の一実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる吸着ステージ１１の構成を示す概略図である。図１に示すように、吸着ステージ１１は板状に形成されたステージベース１２を備えている。ステージベース１２には、その一方の面（上面）１２ａに開口する凹部１２ｂが形成されるとともに、その凹部１２ａとステージベース１２の他方の面（下面）を連通する空気吸引口１２ｃが形成されている。空気吸引口１２ｃには図示しない配管を介して真空源が接続されている。即ち、空気吸引口１２ｃは、真空源に接続するための接続部として機能する。

ステージベース１２の上面には、凹部１２ａの上部開口側を閉塞するようにチャック平板１３の下面が固定されている。チャック平板１３はステージベース１２と同一の板状に形成されており、凹部１２ａと対峙するチャック平板１３の部分には下面と上面を連通する複数の粗孔１３ａが形成されている。

チャック平板１３の上側にはシート部材１４が配置されている。このシート部材１４には下面と上面を連通する複数の細孔１４ａが形成されている。シート部材１４はステージベース１２との間にチャック平板１３を挟むようにしてネジ１５を用いてステージベース１２の側面に固定される。

かかる構成の吸着ステージ１１において、真空源によりステージベース１２の空気吸引口１２ｃを通して空気を吸引することにより、チャック平板１３の粗孔１３ａ及びシート部材１４の細孔１４ａを通して空気が吸引され、これによりシート部材１４に薄膜太陽電池のフィルム基板等の被吸着物Ｗが吸着される。因みに、互いに重ね合わせられたシート部材１４とチャック平板１３との間は密着されておらず通気性を有するため、シート部材１４の細孔１４ａとチャック平板１３の粗孔１３ａとが重なっていなくても空気の流路は確保される。

ここで、本実施の形態においては、ステージベース１２及びチャック平板１３は、アルミニウム等の非多孔質金属材料により構成されており、接合部分をシール材により封止しネジを用いて固定する。また、チャック平板１３に形成された粗孔１３ａは孔径φ2．5ｍｍ、ピッチ10ｍｍで、開口率を約10％とする。因みに、非多孔質金属材料でなるチャック平板とは、金属材料を切削等の加工により板状に形成したものを意味し、微細粒子を圧縮成形・加熱焼結することにより得られる多孔質体とは異なる材料を意味する。

また、シート部材１４の材質として厚さ1ｍｍのフッ素樹脂のシート材を使用し、細孔１４ａは孔径0.75ｍｍ、ピッチ1ｍｍの千鳥配置で形成し、開口率を約50％とする。因みに、細孔１４ａの孔径を大きくすると吸着力は増すことになるが、大きすぎると吸着した際に被加工物Ｗであるフィルム基板に変形を与えてしまうことから、フィルム基板の厚さが50μｍの場合には細孔１４ａの孔径はφ0．3〜0．8ｍｍが好ましい。

本実施の形態にかかる吸着ステージ１１においては、アルミニウム等の非多孔質金属材料により形成されたチャック平板１３を用い、その上面にシート部材１４を配置するようにしたことにより、このチャック平板１３の表面に配置されたシート部材１４の表面の平坦度は、非多孔質金属材料（チャック平板１３）の表面の高い平坦度に依存することとなる。

以上説明した吸着ステージ１１においては、ステージベース１２の凹部１２ａに対峙する範囲にチャック平板１３の複数の粗孔１３ａが設けられており、さらに少なくともこの複数の粗孔１３ａが設けられた範囲にシート部材１４の複数の細孔１４ａが設けられている。

被吸着物Ｗは、フィルム基板等の薄い部材であるため、このような部材を変形させずに均一に吸着させるためには、吸着ステージ側の該被吸着物Ｗに接する面に孔径が小さな細孔１４ａを多数形成する必要がある。一般に厚い部材（剛性を持った部品）に小さな孔を多数形成することは困難であり、本実施の形態では、加工が容易なシート状の薄い材料（シート部材１４）に細孔１４ａを多数形成している。

そして、このシート部材１４ａを重ね合わせるチャック平板１３として、シート部材１４より厚い部材を用い、その材料に適した孔径、すなわち、吸着時にシート部材１４を変形させない範囲で細孔１４ａより大きな孔径の粗孔１３ａを形成している。そしてさらに、この粗孔１３ａが多数形成されたチャック平板１３を、剛性のあるステージベース１２に重ね合わせる。この場合、ステージベース１２の凹部１２ａがチャック平板１３の粗孔１３ａが形成された範囲と対峙するようにチャック平板１３とステージベース１２との位置が決められていることにより、ステージベース１２の凹部１２ａは、チャック平板１３の粗孔１３ａに対してさらに大きな孔径を有する孔部を構成することとなる。

このように、本実施の形態の吸着ステージ１１においては、被吸着物Ｗに接する側に最も加工し易い薄い部材（シート部材１４）を配置し、順に厚い剛性のある部材を重ねて全体として剛性のある吸着ステージ１１を構成している。そして、孔径が小さな細孔１４ａを形成する部材は、その加工がし易い薄いシート部材１４であるように、形成される孔径に適した材料が用いられる。すなわち、それぞれの部材（シート部材１４、チャック平板１３、ステージベース１２）に適した孔径で孔部（細孔１４ａ、粗孔１３ａ、凹部１２ａ）が形成されていることにより、低コストで加工可能な部材が重ね合わせられた構成を有する。

かくして、吸着ステージ１１においては、孔径が最も小さい細孔１４ａが形成された薄いシート部材１４、孔径が細孔１４ａよりも大きな粗孔１３ａが形成された板材（チャック平板１３）、孔径が最も大きな凹部１２ａが形成されたブロック材（ステージベース１２）を順に重ね合わせることにより、被吸着物Ｗが接するシート部材１４の細孔１４ａから空気吸引口１２ｃが形成された凹部１２ａに向かって孔径が広がっていくように構成されており、これら重ね合わせられた部材（シート部材１４、チャック平板１３、ステージベース１２）においては、空気流路（細孔１４ａ、粗孔１３ａ、凹部１２ａ）の被吸着物Ｗ側の部材を変形させない（平面度を保つ）孔径にとどめられている。これにより、吸着面を一段と平坦にし得る吸着ステージ１１を一段と容易に得ることができる。

因みに、好ましくは、細孔１４ａの開口面積の総和よりも、粗孔１３ａの開口面積の総和を大きくすることで、ステージ面全体で一段と均一な吸引を得ることができる。

かくして、以上の構成によれば、細孔１４ａが必要なシート部材１４とは別体で粗孔１３ａを形成したチャック平板１３や凹部１２ａを形成したステージベース１２を設けるようにしたことにより、径の大きな粗孔１３ａ及び凹部１２ａによってチャック平板１３及びステージベース１２として剛性の高い材料や形状（厚み）を適用することができる。これにより、吸着ステージ１１全体としての剛性を高めることができることにより、吸着ステージ１１を大面積化した場合でもレーザ加工に必要な吸着面の平坦度を維持することが可能になる。

本実施の形態の構成では、1.2ｍ×1ｍの吸着ステージ１１を製作した結果、吸着面の平坦度は0.35ｍｍとなり、この吸着ステージ１１を用いてレーザ加工した場合、吸着性能に問題が無く、良好な加工結果が得られた。

なお、上述の実施の形態においては、シート部材１４としてフッ素樹脂のシート材に細孔１４ａが形成されたものを使用したが、本発明はこれに限れられるものではなく、通気性を有した不織布あるいは、連続気泡の発泡体のシート材を使用しても良い。

また、上述の実施の形態においては、フッ素樹脂でなるシート部材１４を用いる場合について述べたが、本発明はこれに限られるものではなく、被吸着物Ｗを傷めない材質であれば、フッ素樹脂以外の樹脂シートを用いることができる。

また、上述の実施の形態においては、チャック平板１３としてアルミニウムを用いる場合について述べたが、本発明はこれに限られるものではなく、他の種々の非多孔質金属材料を用いることができる。

また、上述の実施の形態においては、薄膜太陽電池のレーザ加工用の吸着ステージに本発明を適用する場合について述べたが、本発明はこれに限られるものではなく、要は薄膜の被吸着体を吸着する吸着ステージに広く適用することができる。

本発明は、例えば薄膜太陽電池の製造工程に用いられる吸着ステージに適用可能である。

本発明の実施の形態にかかる吸着ステージの構成を示す断面図従来の吸着ステージの構成を示す断面図

符号の説明

３、１２…ステージベース、３ａ…収容凹部、３ｂ、１２ｃ…空気吸引口、４…吸着板、４ａ…吸着面、１１…吸着ステージ、１２ａ…上面、１２ｂ…凹部、１３…チャック平板、１３ａ…粗孔、１４…シート部材、１４ａ…細孔、１５…ネジ

Claims

表面と裏面との間を連通する複数の粗孔を有する平板の一方の面から空気を吸引することにより前記平板の他方の面に被吸着物を吸着する吸着ステージであって、
前記粗孔の孔径より小さく前記粗孔と同方向に通気性を有する細孔が形成されたシート部材を、前記平板の前記他方の面に設けたことを特徴とする吸着ステージ。
前記シート部材の材質は、フッ素樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の吸着ステージ。
前記シート部材は、不織布であることを特徴とする請求項１に記載の吸着ステージ。
前記シート部材は、連続気泡の発泡体であることを特徴とする請求項１に記載の吸着ステージ。
前記平板は、非多孔質金属材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の吸着ステージ。