JP2009142834A - レーザ加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】テーブル面の荒れやバリによって基板が汚損せず、また加工の際に生じる粉塵を効率よく収集でき、粉塵の飛散及び被加工面への再付着を抑制できるレーザ加工機を提供する。
【解決手段】加工対象となる基板０を浮上させる浮上装置２、３が付帯した架台１と、浮上させた基板０を架台１に対し所定方向に搬送する搬送装置４と、架台１上に設定した所定の加工用領域を通過する基板０の下面側にある被加工面にレーザを照射するレーザ照射装置５と、基板０の被加工面に照射されるレーザの照射点Ｐの略直下に開口するように架台１に設けた集塵ノズル７とを具備するレーザ加工機を構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば太陽電池パネル、有機ＥＬディスプレイやプラズマディスプレイの製造工程における薄膜のレーザスクライブ、パターニング等を実施するレーザ加工機に関する。

この種のレーザ加工機は、基板の被加工面の薄膜にレーザを照射して除去加工することを主務とする。下記特許文献１には、基板を平面テーブルに載置し、上方からレーザを照射して、テーブルを動かしながら薄膜をスクライブするレーザ加工機が開示されている。

テーブル上に載せた基板にレーザを照射するものでは、レーザ特性の条件によって、または長期間の使用を通じてテーブルが焼けて煤け、テーブル面に荒れやバリが発生する。テーブル面の荒れやバリは、基板に汚れや傷を作る要因となる。

基板の汚損を避けるためには、レーザの照射点の近傍に物が存在しないことが望ましい。下記特許文献２には、上方に開口した枡状の中空テーブルに基板の周縁部のみを支持させるようにしたレーザ加工機が開示されている。
特開２００３−２９８１６１号公報 特開２００１−２３２４８６号公報

レーザスクライブには、被加工面を上にして基板を配置しレーザを直に被加工面に照射する手法と、被加工面を下にして基板を配置しレーザを基板を透過させて被加工面に照射する手法とがある。前者ではスクライブの結果生じる微細な粉塵が被加工面に残るが、後者では被加工面から剥離して落下する。

枡状の中空テーブルを備える上記例のレーザ加工機において後者の手法を採る場合、中空テーブルの底部に粉塵が堆積し、これを定期的に清掃除去する必要がある。しかも、飛散した粉塵が基板の被加工面に再付着してしまったりもする。

無論、粉塵を作業者が吸込んでしまうことも好ましくない。

以上に鑑みてなされた本発明は、テーブル面の荒れやバリによって基板が汚損せず、また加工の際に生じる粉塵を効率よく収集、粉塵の飛散及び被加工面への再付着を抑制できるレーザ加工機を提供しようとするものである。

本発明では、加工対象となる基板を浮上させる浮上装置が付帯した架台と、浮上させた基板を架台に対し所定方向に搬送する搬送装置と、架台上に設定した所定の加工用領域を通過する基板の被加工面にレーザを照射するレーザ照射装置と、基板の被加工面に照射されるレーザの照射点の近傍に開口するように加工用領域に設けた集塵ノズルとを具備するレーザ加工機を構成した。

このようなものであれば、基板の被加工面から生じる粉塵を効率よく収集することができる。レーザの照射点の近傍に集塵ノズルの開口が存在している、つまりレーザの照射点の近傍に物が存在しないことから、テーブル面の荒れやバリによる汚損も起こらない。

被加工面を下にして基板を配置しレーザを基板を透過させて被加工面に照射する手法を採るには、前記集塵ノズルを、前記基板の被加工面に照射されるレーザの照射点の略直下に開口するように設けておく。

前記浮上装置は、前記基板の下方から上方に向けて気体を吹出させるものとする。浮上装置を架台の広い範囲に設け、基板の略全域に気体を吹き当てるようにすれば、基板が大形であってもこれを撓ませることなく浮かせることができ、要求される加工深度が狭いシビアな基板に対する加工精度の向上に資する。並びに、架台と基板との摩擦も生起せず、基板の被加工面が局所的に大きな荷重を受けてその箇所の薄膜が圧潰するようなこともない。基板を搬送する搬送装置の小形化、高速搬送時の低振動化も可能となる。

基板の略全域にレーザ加工を施すためには、レーザ照射装置が基板の搬送方向と交差する方向に沿って複数存在し、及び／または、同方向に沿って移動可能でなければならない。前記集塵ノズルが、前記基板の搬送方向と交差する方向に拡張したスロット状をなしていれば、前記レーザ照射装置から照射されるレーザによって各所で生じる粉塵を余さず収集することができる。

前記搬送装置としては、前記基板の縁部を保持して走行可能な台車を前記架台の側部に配するのがよい。

また、前記集塵ノズルに隣接し前記基板の下方から集塵ノズル側に傾斜した斜め上方に向けて気体を吹出させる吹出ノズルをさらに前記加工用領域に設けていれば、搬送される基板の前後端が集塵ノズルの開口近傍で低落して集塵ノズルに突っかかるおそれを回避できる。加えて、吹出ノズルから吹出す気体の流量を増せば、その気体が基板に当たった後集塵ノズルに流れ込むようになり、基板下におけるレーザの照射点近傍に負圧が発生するので、集塵効果も高まる。

前記集塵ノズルの前記基板の搬送方向に沿った両隣に前記吹出ノズルを設けていれば、基板の突っかかり防止及び集塵に一層奏効する。

吹出ノズルから吹出す気体の流速を高めるには、前記吹出ノズルを、前記基板の搬送方向と交差する方向に拡張しかつ集塵ノズルよりも開口幅の狭いスリット状をなすように成形することが好適である。

本発明によれば、テーブル面の荒れやバリによって基板が汚損せず、加工の際に生じる粉塵を効率よく収集、粉塵の飛散及び被加工面への再付着を抑制できるレーザ加工機を実現できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態のレーザ加工機を示す。本レーザ加工機は、加工対象となる基板０を支持する架台１と、基板０を搬送する搬送装置４と、基板０の被加工面にレーザを照射するレーザ照射装置たる加工ノズル５と、レーザ加工の際に生じる粉塵を収集する集塵ノズル７とを主要な構成要素とする。

基板０は、例えばガラス板の表面に光電変換能力を持つ薄膜、透明導電膜、裏面電極膜等を成膜してなり、その薄膜をレーザによりパターニングして薄膜太陽電池を製造する。本実施形態では主として、薄膜のある被加工面を下にして架台１上に配置する。

架台１は、前後寸法が基板０の二倍以上、幅寸法も基板０を上回っており、前後方向の中間部をレーザ加工を実施するための加工用領域に設定している。加工用領域を跨いだ前部領域及び後部領域には、気体、特に空気を上方に向けて吹出させる浮上装置２を配設している。浮上装置２の上面には無数の吹出孔と幾つかないし無数の吸込孔とを穿ってあり、それら吹出孔、吸込孔はそれぞれ図示しないポンプ等に接続している。浮上装置２は、吹出孔からの吹出量（正圧）と吸込孔からの吸込量（負圧）との調整を通じて基板０の浮上高さを制御することができる。本実施形態では、複数個の浮上装置２を広範囲に亘って設け、基板０の略全域に空気を吹き当てられるようにしている。加えて、架台１における加工用領域には、精密浮上装置３を幅方向に沿って稠密に配設している。精密浮上装置３の機能自体は浮上装置２と同様であるが、基板０の浮上高さ制御の精度が浮上装置２よりも高い。但し、浮上装置２、３に吸込孔が必ず存在しているとは限られない。要求される加工深度が広くシビアでない加工を行う加工機の場合、基板０の浮上高さ制御の精度はそれほど高くなくともよく、浮上装置２、３には吹出孔のみが存在していることがあり得る。

搬送装置４は、浮上装置２、３を介して浮上させた基板０を前後方向に搬送する。本実施形態では、浮上装置２、３を配設していない架台１の両側部にレール（または、走行軸）１１を敷設しており、このレール１１に沿って移動可能な台車４を以て基板０を搬送するようにしている。台車４の駆動源は、例えばリニアサーボモータである。図２に示すように、台車４には、基板把持用のブラケット４１を設けている。ブラケット４１は、内側方に延出した平面視略Ｌ字形をなし、先端部にローラ４２を取り付けてあって、このローラ４２を基板０の端縁に当接させて基板０を把持する。図示例では、基板０の両側にそれぞれ複数台の台車４を配備しており、各台車４が基板０の四隅、前後端縁及び側端縁を把持する。各台車４のブラケット４１は、台車４に搭載したモータによって押し引きすることが可能であり、各台車４のブラケット４１の押し引きを通じて基板０を水平回転させてその向きを微調整することができる。但し、台車４が基板０を支持する手法は上述の如きものには限定されない。台車４が基板０を吸着したり、基板０の縁部を上下から挟持したりする態様を妨げない。台車４を基板０の片側のみに配備しても構わない。あるいは、浮上ユニット２間の空隙にレール（または、走行軸）を設定し、このレールに沿って移動する台車により基板０の前縁部及び／または後縁部を支持するようにすることもできる。

加工ノズル５は、基板０の上方からレーザを発射し、基板０を透過させて下面側の被加工面即ち薄膜に照射する。加工ノズル５には光ファイバ５１を接続しており、図示しないレーザ発振機から供給されるレーザ光をこの光ファイバ５１を経由して導入する。尤も、レンズ、ミラー等の光学要素を使用してレーザ光を加工ノズル５に導く光路を構築してもよい。加工ノズル５は、架台１上に設定した加工用領域の上部に位置する。より詳しくは、加工用領域の直上に梁６を横架し、この梁６に加工ノズル５を支持させている。因みに、梁６にはカメラを実装してあり、基板０の縁辺または基板０に付したアライメントマークを撮影して基板０の向きを確認、台車４のブラケット４１をフィードバック制御して基板０の向きを回転補正する。本実施形態では、幅方向に複数個の加工ノズル５を配列している。各加工ノズル５は、梁６に敷設したレール６１に沿って幅方向に移動可能である。加工ノズル５の駆動源は、例えばリニアサーボモータである。

集塵ノズル７は、幅方向に拡張するスロット状をなす。集塵ノズル７は、加工用領域における、前後に対向した精密浮上装置３の間に開口している。図３に示すように、加工ノズル５の光軸は、この集塵ノズル７の開口７１に進入する。つまり、基板０の被加工面に照射されるレーザの照射点Ｐの近傍には物が存在していない。集塵ノズル７は、ダクトホース７２を介して図示しない集塵機等に接続している。

本レーザ加工機では、架台１上の前部領域または後部領域に基板０を配置し、浮上装置２、３から気体を吹出させてこれを浮上させ、搬送装置たる台車４で把持して前後方向に搬送する。そして、架台１上の加工用領域において、基板０の被加工面にレーザを照射しスクライブを行う。スクライブによって生じる粉塵は基板０の被加工面から剥落し、集塵ノズル７及びダクトホース７２に吸込まれる。

本実施形態によれば、加工対象となる基板０を浮上させる浮上装置２、３が付帯した架台１と、浮上させた基板０を架台１に対し所定方向に搬送する搬送装置４と、架台１上に設定した所定の加工用領域を通過する基板０の下面側にある被加工面にレーザを照射するレーザ照射装置５と、基板０の被加工面に照射されるレーザの照射点Ｐの略直下に開口するように架台１に設けた集塵ノズル７とを具備するレーザ加工機を構成したため、基板０の被加工面から生じる粉塵を効率よく収集することができ、従前のレーザ加工機のようにテーブル面の荒れやバリによる汚損も起こらない。

前記基板０の下方から上方に向けて気体を吹出させる浮上装置２、３を架台１の広い範囲に設け、基板０の略全域に気体を吹き当てるようにしているため、基板０が大形であってもこれを撓ませることなく浮かせることができ、要求される加工深度が狭いシビアな基板０に対する加工精度の向上に資する。並びに、架台１と基板０との摩擦も生起せず、基板０の被加工面が局所的に大きな荷重を受けてその箇所の薄膜が圧潰するようなこともない。基板０を搬送する搬送装置４の小形化、高速搬送時の低振動化も可能となる。

レーザ照射装置５が基板０の搬送方向と交差する方向に沿って複数存在し、また、レーザ照射装置５が基板０の搬送方向と交差する方向に沿って移動可能であるため、基板０の略全域にレーザ加工を施すことが可能である。その上で、前記集塵ノズル７が、前記基板０の搬送方向と交差する方向に拡張したスロット状をなしているため、前記レーザ照射装置５から照射されるレーザによって各所で生じる粉塵を余さず収集することができる。

前記搬送装置として、前記基板０の縁部を保持して走行可能な台車４を前記架台１の側部に配しているため、台車４の整備点検等も容易となる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、レーザ照射装置５が集塵ノズル７の直上に位置し、その光軸が鉛直下方を向いていたが、仮にレーザ照射装置５の光軸が傾斜していたとしても、基板０の被加工面に照射されるレーザの照射点Ｐが集塵ノズル７の開口７１の直上にありさえすればよい。レーザ照射装置５を基板０の下方に配設して、レーザを基板０の被加工面に直に照射する態様をとることも可能である。

図７に示すように、加工用領域において、基板０の下方にレーザ照射装置５を配設し、基板０の上方に集塵ノズル７を配設したレーザ加工機を構成することもできる。この変形例では、被加工面を上にして基板０を配置し、レーザを基板０を透過させて被加工面に照射する。集塵ノズル７は、基板０の被加工面に照射されるレーザの照射点Ｐの略直上に開口しているように架台１や梁６等に支持させる。加工ノズル５の光軸は、この集塵ノズル７の開口７１に進入する。つまり、基板０の被加工面に照射されるレーザの照射点Ｐの近傍には物が存在していない。また、集塵ノズル７がレーザ光を遮蔽する形となるので、作業者が誤ってレーザ光を直視してしまう危険も避けられる。

上記実施形態のレーザ加工機では、レーザ照射装置５及び集塵ノズル７を配設した加工用領域が単一であったが、加工用領域が複数存在していてもよい。

上記実施形態のレーザ加工機では、基板０の搬送方向に対して交差する方向に複数のレーザ照射装置５を配列するとともに、同方向に沿ってレーザ照射装置５を移動可能としていたが、基板０の搬送方向と平行な方向に複数のレーザ照射装置５を配列し、及び／または、同方向に沿ってレーザ照射装置５を移動可能としても構わない。レーザ照射装置５を縦横に並列配列または千鳥配列してもよい。何れの場合にも、レーザ照射装置５の配列方向または移動方向に沿って拡張した集塵ノズル７を架台１に設けることになる。

また、図４ないし図７に示すように、加工用領域において、集塵ノズル７に隣接して吹出ノズル８を設けることも考えられる。吹出ノズル８は、集塵ノズル７の前後方に存在し、その吹出口８１の方向が集塵ノズル７側に傾斜している。吹出ノズル８もまた、幅方向に拡張している。吹出ノズル８の吹出口８１は、開口幅が集塵ノズル７のそれよりもはるかに狭小であるように絞ってある。吹出ノズル８は、図示しないポンプ等に接続している。吹出ノズル８は、気体、特に空気を斜め上方に向けて吹出させる。前後の吹出ノズル８から吹出した気体は、図５中矢印で示しているように、基板０の直下でぶつかり合い、集塵ノズル７の開口７１に流れ込む。これにより、基板０の被加工面から生じた粉塵が適切に集塵ノズル７内に落下する集塵効果の向上を期待できる。のみならず、基板０と集塵ノズル７との間に圧縮された気体の層（または、膜）ができ、この気体の層が基板０を支持することになるので、基板０の前後端が集塵ノズル７の開口縁に引っ掛かってしまう不具合をも予防できる。

因みに、図６に示しているように、この例の吹出ノズル８は、集塵ノズル７と一体化したユニットとなっており、このユニットの両側部をバランサー９を介して支持させている。バランサー９は、集塵ノズル７（及び、吹出ノズル８）を下向きに弾性付勢するスプリング９１と、上向きに弾性付勢するスプリング９２とを両備するもので、集塵ノズル７の上縁と基板０の被加工面との距離を一定に保つ役割を担う。尤も、バランサー９は必須でなく、集塵ノズル７及び吹出ノズル８を固定していても構わない。

図４ないし図７に示した変形例によれば、前記集塵ノズル７に隣接し前記基板０の下方から集塵ノズル７側に傾斜した斜め上方に向けて気体を吹出させる吹出ノズル８をさらに前記架台１に設けているため、搬送される基板０の前後端が集塵ノズル７の開口７１近傍で低落して集塵ノズル７に突っかかるおそれを回避できる。加えて、吹出ノズル８から吹出す気体の流量を増せば、吹出した気体が基板０に当たった後集塵ノズル７に流れ込むようになり、基板０下におけるレーザの照射点Ｐ近傍に負圧が発生するので、集塵効果も高まる。吹出ノズル８から吹出させるの気体の種類に応じて、基板０の加工の際に効果を付加することも可能である。例えば、Ｏ₂ガスを吹出させれば薄膜の酸化を促進でき、Ｎ₂等の不活性ガスを吹出させれば薄膜の酸化を抑制できる。

前記集塵ノズル７の前記基板０の搬送方向に沿った両隣に前記吹出ノズル８を設けているため、基板０の突っかかり防止及び集塵に一層奏効する。

前記吹出ノズル８を、前記基板０の搬送方向と交差する方向に拡張しかつ集塵ノズル７よりも開口幅の狭いスリット状をなすように成形しているため、吹出ノズル８から吹出す気体の流速を効果的に高めることができる。

その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の一実施形態のレーザ加工機を示す斜視図。 同レーザ加工機の搬送装置を示す要部平面図。 同レーザ加工機の集塵ノズルを示す要部側面図。 本発明の変形例の一における集塵ノズル及び吹出ノズルを示す要部側面図。 同変形例における集塵ノズル及び吹出ノズルを示す要部拡大側面図。 同変形例における集塵ノズル及び吹出ノズルを示す斜視図。 本発明の変形例の一における集塵ノズル及び吹出ノズルを示す要部側面図。

符号の説明

０…基板
１…架台
２、３…浮上装置
４…搬送装置（台車）
５…レーザ照射装置（加工ノズル）
７…集塵ノズル
８…吹出ノズル

本発明では、加工対象となる基板の下方から上方に向けて気体を吹出させて基板を浮上させる浮上装置が付帯した架台と、浮上させた基板を架台及び浮上装置に対して相対的に所定方向に搬送する搬送装置と、この搬送装置により搬送されて架台上に設定した所定の加工用領域を通過する基板の被加工面にレーザを照射するレーザ照射装置と、基板の被加工面に照射されるレーザの照射点の近傍に開口するように加工用領域の近傍に設けた集塵ノズルとを具備し、浮上装置を、基板の搬送方向に沿って加工用領域を跨いだ前部領域及び後部領域に配設し、その浮上装置により浮上させられた状態で架台上の加工用領域を通過する基板の被加工面にレーザを照射し得るようなレーザ加工機を構成した。

Claims (9)

1. 加工対象となる基板を浮上させる浮上装置が付帯した架台と、
   浮上させた基板を架台に対し所定方向に搬送する搬送装置と、
   架台上に設定した所定の加工用領域を通過する基板の被加工面にレーザを照射するレーザ照射装置と、
   基板の被加工面に照射されるレーザの照射点の近傍に開口するように加工用領域に設けた集塵ノズルと
   を具備するレーザ加工機。
2. 前記被加工面は、前記基板の下面側にあり、
   前記集塵ノズルを、前記基板の被加工面に照射されるレーザの照射点の略直下に開口するように設けている請求項１記載のレーザ加工機。
3. 前記集塵ノズルに隣接し前記基板の下方から集塵ノズル側に傾斜した斜め上方に向けて気体を吹出させる吹出ノズルをさらに前記加工用領域に設けている請求項２記載のレーザ加工機。
4. 前記集塵ノズルの前記基板の搬送方向に沿った両隣に前記吹出ノズルを設けている請求項３記載のレーザ加工機。
5. 前記集塵ノズルが、前記基板の搬送方向と交差する方向に拡張したスロット状をなし、
   前記吹出ノズルが、前記基板の搬送方向と交差する方向に拡張しかつ集塵ノズルよりも開口幅の狭いスリット状をなす請求項３または４記載のレーザ加工機。
6. 前記浮上装置は、前記基板の下方から上方に向けて気体を吹出させるものである請求項１、２、３、４または５記載のレーザ加工機。
7. 前記集塵ノズルが、前記基板の搬送方向と交差する方向に拡張したスロット状をなし、
   前記レーザ照射装置が、集塵ノズルの拡張する方向に沿って複数存在している請求項１、２、３、４、５または６記載のレーザ加工機。
8. 前記集塵ノズルが、前記基板の搬送方向と交差する方向に拡張したスロット状をなし、
   前記レーザ照射装置が、集塵ノズルの拡張する方向に沿って移動可能である請求項１、２、３、４、５、６または７記載のレーザ加工機。
9. 前記搬送装置として、前記基板の縁部を保持して走行可能な台車を前記架台の側部に配している請求項１、２、３、４、５、６、７または８記載のレーザ加工機。

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