JP2010042437A - レーザ加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ加工機に対する基板の搬出入において基板の上下反転を不要とする。並びに、レーザ加工機自体の占有面積も削減する。
【解決手段】被加工面を上にした基板０を動かないよう保定する保定機構２と、Ｙ軸方向に走行して基板０の被加工面にレーザ光を照射しかつＸ軸方向にも移動可能な加工ノズル３と、基板０を下方から支持しながらこの基板０に対してＸ軸方向に相対移動可能な支持機構４とを具備するレーザ加工機１を構成した。本レーザ加工機１では、レーザ加工時に基板０は動かさず、加工ノズル３を動かして所要部位にレーザ光を照射する。加工ノズル３をＸ軸方向に移動させる際には、支持機構４をもＸ軸方向に移動させて、支持機構４とレーザ光軸との干渉を回避する。
【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、基板の被加工面に成膜した薄膜にレーザ光を照射して除去加工することを主務とする。出願人が既に提案しているレーザ加工機（下記特許文献１を参照）では、エアを吹出させる浮上装置を用いて基板を浮かせつつ台車で搬送し、所定の加工用領域に設置した加工ノズルから出射するレーザ光により薄膜をパターニングする。
特願２００７−３２０６２９号明細書

上掲のレーザ加工機は優れて有用なものである。しかしながら、レーザ加工時に基板を加工用領域の前後に往復動させるために、基板寸法の倍以上の面積を占有してしまうきらいがある。

加えて、上掲のレーザ加工機では、基板の被加工面を下にして基板の上方からレーザ光を打ち下ろし、基板を透過させて被加工面に照射する使用法を主に想定している。一方、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置やスパッタ装置等では、基板の被加工面を上にしてそこに薄膜を生成する。故に、これら装置とレーザ加工機との間に、基板を上下反転させる反転機を配備することが求められる。また、レーザ加工機から搬出した基板を移送するにしても、薄膜に傷をつけないよう被加工面を上にして基板を下から支えて運ぶのが普通である。結局のところ、レーザ加工機の前後両方に反転機が必要になる。

近時では、基板の大型化（例えば、Ｇ８クラスでは２６００ｍｍ×２２００ｍｍ）が進んでおり、レーザ加工機、反転機ともにますます大型化せざるを得なくなっている。反転機については、高さ寸法までもが長大になるので、工場の天井を高くとらないと設置できないというような制約も生じている。

以上に鑑みてなされた本発明は、反転機を不要とし、またレーザ加工機自体の占有面積も削減することを所期の目的としている。

本発明では、レーザ加工が施される被加工面を上にした基板を動かないよう保定する保定機構と、所定の走行方向に走行して前記基板の被加工面にレーザ光を照射しかつその走行方向とは交差したピッチ送り方向にも移動可能な加工ノズルと、前記基板を下方から支持しながらこの基板に対して前記ピッチ送り方向に相対移動可能な支持機構とを具備するレーザ加工機を構成した。

本発明に係るレーザ加工機では、レーザ加工時に基板は動かさず、加工ノズルを動かして被加工面の所要部位にレーザ光を照射する。典型的には、加工ノズルを走行させてパルスレーザを連続的に照射し、その走行方向に沿って延伸した溝を薄膜に形成する。加工ノズルをピッチ送り方向に移動させる際には、支持機構をもピッチ送り方向に移動させて、支持機構とレーザ光軸との干渉を回避する。このとき、支持機構が基板に対して相対的に変位し、基板はやはり動かない。因みに、加工ノズルのピッチ送りを応用して、ピッチ送り方向に沿って延伸した溝を薄膜に形成するような加工を実行することもできる。

本発明によれば、レーザ加工時に基板の移動を伴わないことから加工機自体の専有面積を削減できる上、反転機も不要となる。

前記支持機構に回転可能な複数個の転動体を設け、これら転動体の上に前記基板の下面を載置するものとすれば、比較的低コストで作製が可能である。

その上で、前記加工ノズルを前記基板の下方に設置し、レーザ光を上向きに発射して基板を透過させて前記被加工面に照射するようにすれば、レーザ光の照射点近傍に部材を存在させずに済み、長期間の使用を通じて部材が焼けて煤けるといった問題を生起しない。

前記支持機構に前記加工ノズルを前記走行方向に走行可能に支持させることでこれらをユニット化し、そのユニットを前記ピッチ送り方向に移動可能に設けるものとすれば、ユニット単位で整備、交換等のメンテナンスを行い得る。

前記ユニットを前記ピッチ送り方向に沿って複数配列していれば、複数の部位を同時にレーザ加工できる。とりわけ、加工ノズルの走行方向に沿って延伸した溝を複数本形成するような場合に有効である。さらに、ピッチ送り方向に離間した複数箇所で基板を支持することになるため、基板の自重による撓みを抑制でき、加工精度の向上にもつながる。

前記支持機構に前記走行方向に沿って延伸した開口を開設し、この開口に前記加工ノズルの光軸を通すものとすれば、加工ノズルを支持機構よりも低位置に配置することが可能となり、設計の自由度が増す。

前記開口及び前記加工ノズルを前記ピッチ送り方向に沿って複数配列していれば、複数の部位を同時にレーザ加工できる。

本発明によれば、レーザ加工機への基板の搬入、レーザ加工機からの基板の搬出において基板の上下反転を行わずに済むため、反転機が不要となる。並びに、レーザ加工機自体の占有面積も削減される。

本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。以下に述べるレーザ加工機１は、薄膜太陽電池の製造工程において使用され、ガラス基板０の上表面に成膜した光電変換膜、透明導電膜、裏面電極膜等にレーザ光を照射してそのパターニングを行うものである。

＜第一実施形態＞図１ないし図２に示すレーザ加工機１は、架台８上に配置した加工ノズル軸ユニット３、４と、加工ノズル軸ユニット３、４の傍らに設置した保定用クランパ２と、加工ノズル軸ユニット３、４の上方に架設した集塵ノズル５と、架台８の両側部に設置した搬送レール６及び搬送ユニット７とを主要な構成要素とする。

図２に示すように、加工ノズル軸ユニット３、４は、レーザ加工の対象となる基板０を下方から支持する支持機構４と、基板０の被加工面にレーザ光を照射する加工ノズル３とをユニット化した部材である。支持機構たるユニット本体４は前後方向（図中Ｙ軸方向）に延伸し、その上部に台車４２の走行を案内する走行レール４１を、その内空に台車４２を走行させるためのタイミングベルト４３を、それぞれ設けてある。加工ノズル３は、台車４２に搭載している。

加工ノズル３は、台車４２及び走行レール４１を介してユニット本体４に支持され、前後方向に走行することができる。加工ノズル３には、光ファイバ３１を接続している。レーザ発振器（図示せず）から供給されるレーザ光は、光ファイバ３１を通じて加工ノズル３に導入され、加工ノズル３内の集光レンズ等を経てノズル上部の出射端から鉛直上方に出射する。

ユニット本体４の側縁部には、前後方向に亘って間欠的に複数本の支柱４４を設立している。レーザ加工機１に搬入される基板０は、これら支柱４４によって支えられる。支柱４４の上端部には、自由に回転することのできる転動体４５を設けている。転動体４５は、例えばいわゆるボールベアである。転動体４５は、基板０の下面に接触する。

本実施形態では、左右方向（図中Ｘ軸方向）に複数の加工ノズル軸ユニット３、４を配列している。加工ノズル軸ユニット３、４と架台８との間には、ピッチ送り用のリニアサーボ可動子を設けており、このリニアサーボ可動子によって加工ノズル軸ユニット３、４全体が左右方向に移動し得る。

保定用クランパ２は、レーザ加工時に基板０を動かないよう保定する保定機構である。保定用クランパ２は、支柱４４の上端部に臨む高さ位置にあって、基板０の側縁をクランプする。

集塵ノズル５は、薄膜をパターニングすることで発生する粉塵を吸引するために存在する。集塵ノズル５は、下向きに開口し左右方向に拡張したスロット状の吸引口を有する。本実施形態では、この集塵ノズル５が加工ノズル３に追随して前後方向に移動する。集塵ノズル５には、ダクトホース５１を接続している。集塵ノズル５を介して吸引した粉塵は、ダクトホース５１を経由して集塵機（図示せず）に集められる。

搬送レール６及び搬送ユニット７は、基板０の搬出入を司る。搬送レール６は、加工ノズル軸ユニット３、４及び保定用クランパ２よりも外側方にあって、前後方向に延伸する。搬送ユニット７は、搬送レール６に沿って走行する。搬送ユニット７は、搬送用クランパ７１を備えている。搬送用クランパ７１は、基板０の搬出入時に基板０の側縁をクランプする。

レーザ加工を実行するにあたっては、まず、薄膜を成膜した被加工面を上にした基板０を前方から搬入する。即ち、搬送用クランパ７１で基板０の側縁をクランプしつつ搬送ユニット７を駆動して、基板０を加工ノズル軸ユニット３、４上に送り込み、支柱４４上に載置する。基板０の搬出入の際、転動体４５が基板０の下面に接触して転がることは言うまでもない。

次いで、保定用クランパ２で基板０の側縁をクランプし、架台８に対して基板０を保定する。

しかる後、加工ノズル３を所要の加工部位に移動させてレーザ光を上向きに発射し、基板０を透過させて被加工面にある薄膜に照射する。具体的には、加工ノズル３を搭載した台車４２を前後方向に走行させながらパルスレーザを連続的に照射して、前後方向に延伸した溝を薄膜に形成する。また、リニアサーボ可動子を介して加工ノズル３を含むユニット３、４全体を左右方向にピッチ送り移動させ、溝の形成位置を遷移させる。このとき、基板０を支える支柱４４が基板０に対して相対的に変位することになるが、基板０の下面と支柱４４の上端部との間に転動体４５が介在しておりこれが回転するため、加工ノズル軸ユニット３、４の移動は妨げられない。因みに、加工ノズル軸ユニット３、４を左右方向に移動させながらパルスレーザを連続的に照射して、左右方向に延伸した溝を薄膜に形成することも可能である。

レーザ加工の最中には、集塵ノズル５をレーザ照射点の直上に位置づけ、発生する粉塵を適宜吸引、集塵することが好ましい。

レーザ加工が完了したら、基板０を後方に搬出する。即ち、保定用クランパ２による基板０の保定を解除した上、搬送用クランパ７１で基板０の側縁をクランプしつつ搬送ユニット７を駆動して、基板０を加工ノズル軸ユニット３、４上から送り出す。

本実施形態によれば、レーザ加工が施される被加工面を上にした基板０を動かないよう保定する保定機構２と、所定の走行方向に走行して前記基板０の被加工面にレーザ光を照射しかつその走行方向とは交差したピッチ送り方向にも移動可能な加工ノズル３と、前記基板０を下方から支持しながらこの基板０に対して前記ピッチ送り方向に相対移動可能な支持機構４とを具備するレーザ加工機１を構成したため、レーザ加工時に基板０を移動させずに済み、加工機１自体の専有面積を削減できる上、反転機も不要となる。基板０の往復動を伴わないので、転動体４５の摩耗も起こりにくい。

前記支持機構４に回転可能な複数個の転動体４５を設け、これら転動体４５の上に前記基板０の下面を載置するものとしているため、比較的低コストで作製が可能である。

前記加工ノズル３を前記基板０の下方に設置し、レーザ光を上向きに発射して基板０を透過させて前記被加工面に照射するようにしたため、レーザ光の照射点近傍に部材を存在させずに済み、長期間の使用を通じて部材が焼けて煤けるといった問題を生起しない。

前記支持機構４に前記加工ノズル３を前記走行方向に走行可能に支持させることでこれらをユニット化し、そのユニット３、４を前記ピッチ送り方向に移動可能に設けているので、ユニット３、４単位で整備、交換等のメンテナンスを行い得る。

前記ユニット３、４を前記ピッチ送り方向に沿って複数配列しているため、複数の部位を同時にレーザ加工できる。とりわけ、加工ノズル３の走行方向に沿って延伸した溝を複数本形成する場合に有効である。さらに、平面的に散開した複数箇所（の転動体４５）で基板０を支持できるので、基板０の自重による撓みを抑制でき、加工精度の向上にもつながる。

＜第二実施形態＞図３ないし図５に示すレーザ加工機１は、架台８上に配置した加工ノズル３と、加工ノズル３の上方に架設した支持機構４と、支持機構４の傍らに設置した保定用押付板２と、支持機構４の上方に吊設した集塵ノズル５と、架台８の両側部に設置した搬送レール６及び搬送ユニット７とを主要な構成要素とする。以降、第一実施形態との相異を中心に説明する。

図５に示すように、本実施形態では、加工ノズル３をＸＹステージ３２に支持させている。ＸＹステージ３２は、前後方向に延伸するＹ軸レール３２１と、Ｙ軸レール３２１に案内されて前後方向に走行するとともに左右方向に拡張してその上部にＸ軸レール３２３を設けているＸ軸ユニット３２２と、Ｘ軸レール３２３に案内されて左右方向に移動する台車３２４とを備えてなる。台車３２４は、リニアサーボ可動子を駆動源とする。本実施形態では、Ｘ軸ユニット３２２に複数基の台車３２４を配し、各台車３２４にそれぞれ加工ノズル３を搭載している。加工ノズル３には、レーザ発振器から供給されるレーザ光を導く光ファイバ３１を接続している。

支持機構４は、架台８に固定するフレーム９によりＸＹステージ３２や加工ノズル３等と衝突しない高さに持ち上げた台枠を主体とする。台枠４は、前後方向に拡張し上下に貫通した複数の開口４７を左右方向に配列した形状をなす。加工ノズル３から出射するレーザ光は、この開口４７を通過する。台枠４の開口４７の周縁部には、多数の転動体４５を散開させて設けている。この台枠４は、左右方向に移動可能であるようにフレーム９に支持されている。台枠４とフレーム９との間には、台枠４の左右方向の移動を惹起するピッチ送り用モータ４６を介設している。

図４に示すように、保定用押付板２は、レーザ加工時に基板０を動かないよう保定する保定機構である。保定用押付板２は、左右に対をなし、フレーム９上の台枠４よりも外側方に所在している。これら保定用押付板２は、エアシリンダで駆動されて左右方向に接近または離間し、基板０の側端面に当接して左右から基板０を挟持する。

集塵ノズル５は、薄膜をパターニングすることで発生する粉塵を吸引するために存在する。集塵ノズル５は、集塵ノズル５は、下向きに開口した多数の吸引口を前後及び左右に散開させて配列したもので、本実施形態では前後／左右方向に不動である。但し、第一実施形態と同様に、加工ノズル３に追随して移動するものとしても構わない。集塵ノズル５には、ダクトホース５１を接続しており、吸引した粉塵はダクトホース５１を経由して集塵機に集められる。

搬送レール６及び搬送ユニット７は、基板０の搬出入を司る。搬送レール６は、ＸＹステージ３２及びフレーム９よりも外側方にあって、前後方向に延伸する。搬送ユニット７は、搬送レール６に沿って走行する。搬送ユニット７は、搬送用クランパ７１を備えている。

レーザ加工を実行するにあたっては、まず、薄膜を成膜した被加工面を上にした基板０を前方から搬入する。即ち、搬送用クランパ７１で基板０の側縁をクランプしつつ搬送ユニット７を駆動して、基板０を台枠４上に送り込み、台枠４上に載置する。

次いで、保定用押付板２を基板０の両側端面に押し付けて基板０を両側から挟持し、架台８に対して基板０を保定する。

しかる後、加工ノズル３を所要の加工部位に移動させてレーザ光を上向きに発射し、基板０を透過させて被加工面にある薄膜に照射する。具体的には、Ｘ軸ユニット３２２を前後方向に走行させながらパルスレーザを連続的に照射して、前後方向に延伸した溝を薄膜に形成する。また、加工ノズル３を搭載した台車３２４を左右方向にピッチ送り移動させ、溝の形成位置を遷移させる。同時に、レーザ光軸が台枠４に干渉しないよう、台車３２４に連動して台枠４をも左右方向に移動させる。このとき、基板０を支える台枠４が基板０に対して相対的に変位することになるが、基板０の下面と台枠４の上面との間に転動体４５が介在しておりこれが回転するため、台枠４の移動は妨げられない。因みに、台車３２４及び台枠４をともに左右方向に移動させながらパルスレーザを連続的に照射して、左右方向に延伸した溝を薄膜に形成することも可能である。

レーザ加工の最中には、集塵ノズル５をレーザ照射点の直上に位置づけ、発生する粉塵を適宜吸引、集塵することが好ましい。

レーザ加工が完了したら、基板０を後方に搬出する。即ち、保定用押付板２による基板０の保定を解除した上、搬送用クランパ７１で基板０の側縁をクランプしつつ搬送ユニット７を駆動して、基板０を台枠４上から送り出す。

本実施形態によれば、レーザ加工が施される被加工面を上にした基板０を動かないよう保定する保定機構２と、所定の走行方向に走行して前記基板０の被加工面にレーザ光を照射しかつその走行方向とは交差したピッチ送り方向にも移動可能な加工ノズル３と、前記基板０を下方から支持しながらこの基板０に対して前記ピッチ送り方向に相対移動可能な支持機構４とを具備するレーザ加工機１を構成したため、レーザ加工時に基板０を移動させずに済み、加工機１自体の専有面積を削減できる上、反転機も不要となる。基板０の往復動を伴わないので、転動体４５の摩耗も起こりにくい。

前記支持機構４に回転可能な複数個の転動体４５を設け、これら転動体４５の上に前記基板０の下面を載置するものとしているため、比較的低コストで作製が可能である。

前記加工ノズル３を前記基板０の下方に設置し、レーザ光を上向きに発射して基板０を透過させて前記被加工面に照射するようにしたため、レーザ光の照射点近傍に部材を存在させずに済み、長期間の使用を通じて部材が焼けて煤けるといった問題を生起しない。

前記支持機構４に前記走行方向に沿って延伸した開口４７を開設し、この開口４７に前記加工ノズル３の光軸を通すものとしており、加工ノズル３を支持機構４の台枠４よりも低位置に配置することが可能となっている。

前記開口４７及び前記加工ノズル３を前記ピッチ送り方向に沿って複数配列しているため、複数の部位を同時にレーザ加工できる。とりわけ、加工ノズル３の走行方向に沿って延伸した溝を複数本形成する場合に有効である。さらに、平面的に散開した複数箇所（の転動体４５）で基板０を支持できるので、基板０の自重による撓みを抑制でき、加工精度の向上にもつながる。

なお、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、支持機構４の上で基板０を水平旋回させるための回転装置を別途設けてもよい。さすれば、加工ノズル３及び支持機構４のピッチ送り動作を行わずとも、基板０の被加工面（に成膜した薄膜）に縦横に伸びる溝を形成することが可能となる。

上記実施形態では、レーザ発振器から供給されるレーザ光を光ファイバ３１を介して加工ノズル３に導いていたが、光ファイバを用いず、ミラーやビームスプリッタ等を用いて加工ノズル３まで導くようにしてもよい。

上記実施形態では、基板０の下方に加工ノズル３を配してレーザ光を打ち上げるようにしていたが、基板０の上方に加工ノズル３を配してレーザ光を打ち下ろし、基板０を透過させずに直に被加工面に照射するようにしてもよい。

支持機構４に設ける転動体４５は、ボールベアに限定されず、ローラや無限軌道等であっても構わない。

支持機構４に転動体４５を設ける替わりに、エアを上向きに吹出させる浮上装置等を設けてもよい。特に、第二実施形態にて、支持機構４における開口４７を設けていない部位に浮上装置を実装し、エアで基板０を支持機構４から浮上させた状態に支持する態様をとり得る。

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全体斜視図。 同レーザ加工機の加工ノズル及び支持機構を示す部分斜視図。 本発明の一実施形態のレーザ加工機を示す全体斜視図。 同レーザ加工機の集塵ノズルをオミットした分解斜視図。 同レーザ加工機の加工ノズル及び支持機構を示す部分分解斜視図。

符号の説明

１…レーザ加工機
２…保定機構
３…加工ノズル
４…支持機構
４５…転動体
Ｘ…加工ノズルのピッチ送り方向
Ｙ…加工ノズルの走行方向

Claims (7)

1. レーザ加工が施される被加工面を上にした基板を動かないよう保定する保定機構と、
   所定の走行方向に走行して前記基板の被加工面にレーザ光を照射しかつその走行方向とは交差したピッチ送り方向にも移動可能な加工ノズルと、
   前記基板を下方から支持しながらこの基板に対して前記ピッチ送り方向に相対移動可能な支持機構と
   を具備するレーザ加工機。
2. 前記支持機構に回転可能な複数個の転動体を設け、これら転動体の上に前記基板の下面を載置する請求項１記載のレーザ加工機。
3. 前記加工ノズルを前記基板の下方に設置し、レーザ光を上向きに発射して基板を透過させて前記被加工面に照射する請求項１または２記載のレーザ加工機。
4. 前記支持機構に前記加工ノズルを前記走行方向に走行可能に支持させることでこれらをユニット化し、そのユニットを前記ピッチ送り方向に移動可能としている請求項３記載のレーザ加工機。
5. 前記ユニットを前記ピッチ送り方向に沿って複数配列している請求項４記載のレーザ加工機。
6. 前記支持機構に前記走行方向に沿って延伸した開口を開設し、この開口に前記加工ノズルの光軸を通す請求項３記載のレーザ加工機。
7. 前記開口及び前記加工ノズルを前記ピッチ送り方向に沿って複数配列している請求項６記載のレーザ加工機。

Images