WO2010006589A4 - Laser-scribing-system zum strukturieren von substraten für dünnschichtsolarmodule - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Laser-Scribing-System (10) zum Strukturieren von Substraten, dadurch gekennzeichnet, dass der Planarläufer (56) zusammen mit der Laservorrichtung (60) eine Masse aufweist, die wesentlich kleiner als die Masse des Tisches (20) und des Substrates (30) zusammen, so dass dadurch eine Erhöhung der Bearbeitungsgeschwindigkeit erreicht wird, und dass das auf dem Tisch (20) aufliegende Substrat (30) während der Bearbeitung still steht oder mit konstanter Geschwindigkeit vSubstrat in einer Richtung bewegt wird, so dass die Vibrationen sinken und damit die Genauigkeit der Scribingspuren steigt. Weiterhin können ohne Veränderung des Maschinenaufbaus weitere Planarläufer (56) mit einer Laservorrichtung (60) eingebaut werden, so dass die Produktivität einfach zu steigern ist. Zusätzlich wird das Laserlicht (65) mittels Lichtfaser (61) so dicht wie möglich an den Bearbeitungspunkt heran geführt, so dass die freie Länge des Lichtstrahls (65) reduziert wird, so dass der Justageaufwand für die optisch-mechanischen Komponenten sinkt und das System robuster ist.

Claims

GEÄNDERTE ANSPRÜCHE beim Internationalen Büro eingegangen am 24. Februar 2010 (24.02.2010)PATENTANSPRÜCHE
1. Laser-Scribing-System 10 zum Strukturieren von Substraten mit einem Tisch 20 zum Aufnehmen mindestens eines Substrats 30, mindestens einem Trägerkörper 40, der mindestens einen Planarstator 46 aufweist und der beabstandet von dem Tisch 20 angebracht ist, wobei dem mindestens einen Trägerkörper 40 mindestens eine bewegbaren Einheit 50 zugeordnet ist, die mindestens einen Planarläufer 56 umfasst, der Bewegungen sowohl in einer ersten Richtung x und in der Gegenrichtung der ersten Richtung -x als auch in einer zu der ersten Richtung x senkrechten zweiten Richtung y und in der Gegenrichtung der zweiten Richtung — y ausfuhren kann, wobei an dem Planarläufer 56 eine oder mehrere Laservorrichtungen 60 mit mindestens einem Laserstrahl 65 befestigt ist, die Scribing-Spuren 70 in der ersten Richtung x und in der Gegenrichtung der ersten Richtung -x auf dem Substrat 30 durch Laserlicht von unten erzeugt,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Trägerkörper 40 gegenüber dem Tisch 20 so angeordnet ist, dass die zugeordnete bewegbare Einheit 50 auf dem Trägerkörper 40 lineare Bewegungen in der ersten Richtung x und in der Gegenrichtung der ersten Richtung -x ausführen kann, und dass die bewegbare Einheit 50 in Form eines Planarläufers 56 zusammen mit der Laservorrichtung 60 eine Masse aufweist, die wesentlich kleiner als die Masse des Tisches 20 und des Substrates 70 zusammen, so dass dadurch eine Erhöhung der Bearbeitungsgeschwindigkeit erreicht wird, die Vibrationen sinken und damit die Genauigkeit der Scribingspuren steigt.
2. Laser-Scribing-System 10 nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass jeder Planarläufer 56 jeweils mindestens ein erstes programmierbares Element umfassen, das an einer und von einer ersten Steuervorrichtung zum Steuern der Bewegungen des Planarläufers 56 entlang der Scribinglinien +/- x — Richtung anschließbar und steuerbar ist.
3. Laser-Scribing-System 10 nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Planarläufer 56 jeweils mindestens ein zweites programmierbares Element aufweisen, das an der ersten und von der ersten Steuervorrichtung zum Steuern der Bewegungen des Planarläufers 56 in der zweiten Richtung y und in der Gegenrichtung der zweiten Richtung -y anschließbar und steuerbar ist.
4. Laser-Scribing-System 10 nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Planarstator 46 unter dem Tisch 20 angeordnet ist.
5. Laser-Scribing-System 10 nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Planarstator 46 über dem Tisch 20 angeordnet ist.
6. Laser-Scribing-System 10 nach einem der vorangehenden Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Laservorrichtung 60 gemäß Ausfuhrungsform nach Figur 7 verwendet wird mit mindestens eine Halterung 62, mindestens eine Lichtfaser 61, mindestens eine Kollimationsopαk 63, mindestens ein Paar an Umlenkspiegeln 64, mindestens eine Fokusieroptik 66 und mindestens eine Laserquelle 67 aufweist, wobei das Laserlicht mittels der Lichtfaser 61 von der feststehenden Laserquelle 67 zum Planarläufer geführt wird, so dass die freie Länge des Lichtstrahls 65 reduziert wird, wodurch der Justageaufwand für die optisch — mechanischen Komponenten sinkt und das System robuster ist. Die mindestens eine Laservorrichtung 60 ist manuell oder automatisch verstellbar, so dass unterschiedliche Spurbreiten eingestellt werden können.
7. Laser-Scribing-System 10 nach einem der vorangehenden Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Laservorrichtung 60 gemäß Ausführungsform nach Figur 8 aus mindestens einem vollintegrierten Festkörperlaser besteht, der auf dem Planarläufer 56 manuell oder automatisch mechanisch verstellbar aufgebracht wird, so dass die Spurabstände einstellbar sind.
8. Laser-Scribing-System 10 nach einem der vorangehenden Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Laservorrichtung 60 gemäß Ausführungsform nach Figur 9 mindestens eine Kollimationsoptik 63, mindestens ein Paar an Umlenkspiegeln 64, mindestens eine Fokusieroptik 66 und mindestens eine Laserquelle 67 aufweist, wobei das Laserlicht mittels eines gerichteten Freistrahls von der feststehenden Laserquelle zum Planarläufer geführt wird. Die mindestens eine Laservotrichtung 60 ist manuell oder automatisch verstellbar, so dass unterschiedliche Spurbreiten eingestellt werden können.
9. Laser-Scribing-System 10 nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Planarstator 46 streifenförmig ist und mehrere Planarstatoren aufweist.
10. Laser-Scribing-System 10 nach einem der vorangehenden Ansprüche 6, 7,8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens einen Planarstator 46 und mindestens einen Planarläufer 56 sowie jeweils mindestens ein drittes programmierbares Element am Tisch 20 aufweist, das an einer und von einer ersten Steuervorrichtung zum Steuer der Bewegungen des Planarläufers 56 in der ersten x Richtung und in der Gegenrichtung der ersten Richtung -x und/oder in der zweiten y Richtung und in der Gegenrichtung der zweiten Richtung -y anschließbar und steuerbar ist.
11. Verfahren zum Strukturieren von Substraten bei dem ein Laser-Scribing-System 10 eingesetzt wird, das mit einem Tisch 20, auf dem mindestens ein Substrat 30 aufgebracht wird, mindestens einem Planarstaor 46, der beabstandet von dem Tisch 20 angebracht wird, mindestens einem dem Planarstator 46 zugeordneten bewegbaren Planarläufer 56 und mindestens einer auf dem Planarläufer 56 befestigten Laservorrichtung 60 mit mindestens einem Laserstrahl 65 zum Erzeugen von Scribing-Spuren 70 auf dem Substrat 30 in einer ersten Richtung x und in einer Gegenrichtung der ersten Richtung -x vorgesehen wird, wobei der Planarläufer 56 an dem Planarstator 46 so angebracht wird, dass der Planarläufer 56 auf dem zugeordneten Planarstator 46 lineare Bewegungen ausführen kann, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- Anordnen des Planarstator 46 gegenüber dem Tisch 20 in der Weise, dass der zugeordnete Planarläufer 56 auf dem Planarstator 46 lineare Bewegungen in der ersten Richtung x und in der Gegenrichtung der ersten Richtung -x ausführen kann,
- Ausbilden oder Auswählen des Planarläufers 56 und der Laservorrichtung 60 in der Weise, dass sie zusammen eine Masse aufweisen, die wesentlich kleiner als die Masse des Substrates 70 mit Tisch 20 ist. - Bewegen des Planarläufers 56 mit der daran befestigten Laservomchtung 60 auf dem Planarstator 46 in der ersten Richtung x oder in der Gegenrichtung der ersten Richtung -x, um mittels des mindestens einen von der Laservorrichtung 60 generierten Laserstrahls 65 mindestens eine erste Scribing-Spur 70 auf dem Substrat 30 zu erzeugen.
12. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt:
- Versehen des Planarläufers 56 jeweils mit mindestens einem ersten programmierbaren Element, das an einer ersten Steuervorrichtung angeschlossen wird, und Steuern der Bewegungen des Planarläufers 56 in der ersten Richtung x oder in der Gegenrichtung der ersten Richtung -x mittels der ersten Steuervorrichtung.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- Versehen des Planarläufers 56 mit mindestens einem zweiten programmierbaren Element, mittels der der Planarläufer 56 Bewegungen in einer zu der ersten Richtung x senkrechten zweiten Richtung y und in einer Gegenrichtung der zweiten Richtung -y ausfuhren kann,
- Ausschalten des von der Laservorrichtung 60 generierten Laserstrahls 65 am Ende des Erzeugungsvorgangs der ersten Scribing-Spur 70 und Bewegen des Planarläufers 56 in der zu der ersten Richtung x senkrechten zweiten Richtung y oder in der Gegenrichtung der zweiten Richtung -y von einer ersten Position am Ende der ersten Scribing-Spur 70 bis zu einer beliebig entfernten zweiten Position am Anfang einer weiteren Scribing-Spur 70,
- Einschalten des von der Laservorrichtung 60 generierten Laserstrahls 65 am Anfang des Erzeugungsvorgangs der weiteren Scribing-Spur 70 und Bewegen des Planarläufers 56 mit der daran befestigten Laservorrichtung 60 auf dem Trägerkörper 40 in der Gegenrichtung der Erzeugungsrichtung der ersten Scribing-Spur 70, um mittels des von der Laservorrichtung 60 generierten Laserstrahls 65 die weitere von der ersten Scribing-Spur 70 beabstandete und zu dieser parallele Scribing-Spur 70 auf dem Substrat 30 zu erzeugen, und - beliebiges Wiederholen der zwei vorangehenden Verfahrensschritte, um eine beliebige Zahl von Scribing-Spuren 70 auf dem Substrat 30 zu erzeugen.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- Versehen des Tisches 20 mit einer Positionierungsvorrichtung, mittels der der Tisch 20 gegenüber dem Planarstator 46 kontinuierliche Bewegungen in einer zu der ersten Richtung x senkrechten zweiten Richtung y und in einer Gegenrichtung der zweiten Richtung -y ausführen kann und
- Versehen des Planarläufers 56 mit mindestens einem zweiten programmierbaren Element, mittels der der Planarläufer 56 Bewegungen in einer zu der ersten Richtung x senkrechten zweiten Richtung y und in einer Gegenrichtung der zweiten Richtung -y ausführen kann,
- Bewegen des Tisches 20 und des mindestens eines Planarläufers 56 mit einer ersten konstanten Geschwindigkeit in der zu der ersten Richtung x senkrechten zweiten Richtung y und gleichzeitiges Synchronisieren der Bewegung des Tisches 20 mit der Bewegung des mindestens einen Planarläufers 56 derart, dass auf dem Substrat 30 während des Erzeugungsvorgangs eine erste sehr gerade Scribing-Spur 70 entsteht,
- Ausschalten des von der Laservorrichtung 60 generierten Laserstrahls 65 in der ersten Position am Ende der ersten Scribing-Spur 70 und gleichzeitiges Anhalten der Bewegung der Bewegung des mindestens einen Planarläufers 56 in der Erzeugungsrichtung der ersten Scribing-Spur 70,
- Bewegen des mindestens einen Planarläufers 56 in der zu der ersten Richtung x senkrechten zweiten Richtung y oder in der Gegenrichtung der zweiten Richtung -y von einer ersten Position am Ende der ersten Scribing-Spur 70 bis zu einer beliebig entfernten zweiten Position am Anfang einer weiteren Scribing-Spur 70,
- Einschalten des von der Laservorrichtung 60 generierten Laserstrahls 65 in der zweiten Position am Anfang der weiteren Scribing-Spur 70 und Bewegen des mindestens einen Planarläufers 56 der bewegbaren Einheit 50 mit der daran befestigten Laservorrichtung 60 in der Gegenrichtung der Erzeugungsrichtung der ersten Scribing-Spur 70, um die weitere von der ersten Scribing-Spur 70 beabstandeten und zu dieser parallelen Scribing-Spur 70 auf dem Substrat 30 zu erzeugen,
- Beliebiges Wiederholen der zwei vorangehenden Verfahrensschritte, um eine beliebige Zahl von Scribing-Spuren 70 auf dem Substrat 30 zu erzeugen.
15. Verfahren nach Anspruch 11 bis 14, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- Versehen des Tisches 20 jeweils mit mindestens einem dritten programmierbaren Element, das an die erste Steuervorrichtung angeschlossen wird,
- Steuern der Bewegungen des Tisches 20 in der zweiten Richtung y und in der Gegenrichtung der zweiten Richtung -y mittels der ersten Steuervorrichtung.
16. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt:
- Anordnen des Planarstators 46 unter dem Tisch 20.
17. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt:
- Anordnen des Planarstators 46 über dem Tisch 20.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt:
- Ausbilden oder Auswählen des Planarstators 46 als plattenförmiger oder streifenförmiger Planarstator 46.
19. Verfahren nach einer der Ansprüche 16 bis 17, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- Anbringen von mindestens zwei Planarläufern 56 auf dem zugeordneten Planarstator 46 in zwei in beiden Dimensionen voneinander beabstandeten Positionen, die jeweils dem Anfang einer neuen Schribing-Spur entsprechen,
- Bewegen des ersten Planarläufers 56 mit der daran befestigten Laservorrichtung 60 entlang des Planarstators 46 mit einer konstanten Geschwindigkeit in der ersten Richtung x oder in der Gegenrichtung der ersten Richtung -x, um mittels des von der Laservorrichtung 60 generierten Laserstrahls 65 eine erste dem ersten Planarläufer 56 zugeordnete Scribing-Spur 70 auf dem Substrat 30 zu erzeugen und gleichzeitiges Bewegen des zweiten Planarläufers 56 mit der daran befestigten zweiten Laservorrichtung 60 entlang des Planarstators 46 mit der gleichen Geschwindigkeit wie die des ersten Planarläüfers 56 in der Gegenrichtung der Erzeugungsrichtung der ersten dem ersten Planarläufer 56 zugeordneten Scribing-Spur 70, um mittels des von der zweiten Laservorrichtung 60 generierten Laserstrahls 65 eine erste dem zweiten Planarläufer 56 zugeordneten Scribing-Spur 70 auf dem Substrat 30 zu erzeugen, gleichzeitiges Ausschalten der von der ersten und von der zweiten Laservorrichtungen 60 generierten Laserstahlen 65 am Ende der Erzeugungsvorgänge der ersten Scribing-Spuren 70 und Bewegen insbesondere gleichzeitiges Bewegen der zwei Planarläufer 56 senkrecht zu den ersten Scribing-Spuren in der gleichen Richtung oder in entgegengesetzten Richtungen jeweils von einer ersten Position am Ende der zugeordneten ersten Scribing-Spur 70 bis zu einer beliebig entfernten zweiten Position am Anfang einer weiteren jeweils einem Planarläufer 56 zugeordneten Scribing-Spur 70,
- Bewegen des ersten Planarläüfers 56 mit der daran befestigten Laservorrichtung 60 entlang des Planarstators 46 mit einer konstanten Geschwindigkeit in der Gegenrichtung der Erzeugungsrichtung der ersten dem ersten Planarläufer 56 zugeordneten ersten Scribing-Spur 70, um mittels des von der Laservorrichtung 60 generierten Laserstrahls 65 die weitere dem ersten Planarläufer zugeordnete Scribing-Spur 70 auf dem Substrat 30 zu erzeugen und gleichzeitiges Bewegen des zweiten Planarläüfers 56 mit der daran befestigten zweiten Laservorrichtung 60 entlang des Planarstators 46 mit der gleichen Geschwindigkeit wie die des ersten Planarläüfers 56 in der Gegenrichtung der Erzeugungsrichtung der weiteren dem ersten Planarläufer 56 zugeordneten Scribing-Spur 70, um mittels des von der zweiten Laservorrichtung 60 generierten Laserstrahls 65 die weitere dem zweiten Planarläufer 56 zugeordnete Scribing-Spur 70 auf dem Substrat 30 zu erzeugen,
- beliebiges Wiederholen der zwei vorangehenden Verfahrensschritte, um eine beliebige Zahl von Scribing-Spuren 70 auf dem Substrat 30 zu erzeugen.
20. Verfahren nach einer der Ansprüche 16 bis 17, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- Anbringen von mindestens einem Planarläufer 56 auf dem zugeordneten Planarstator 46 und bewegen des mindestens einen Planarläüfers 56 in eine Positionen, die dem Anfang einer Bearbeitungsposition auf dem Substrat 30 entspricht. - Anschließendes Bewegen des mindestens einen Planarläufers 56 mit der daran befestigten Laservorrichtung 60 entlang des Planarstators 46 auf einer beliebigen, frei programmierbaren Trajektorie mit einer frei programmierbaren Geschwindigkeit in der ersten Richtung x oder — x und mit einer weiteren frei programmierbaren Geschwindigkeit in der zweiten Richtung y oder — Y derart, so dass mittels des von der Laservorrichtung 60 generierten Laserstrahls 65 beliebige Bearbeitungsformen wie beliebig geformte Scήbing-Spuren 70, Schnitte, Bohrungen, lokale Erwärmungen oder Gravuren erzeugt werden.
- Nach Abschluss der Bearbeitung an einer ersten Position auf dem Substrat 30 bewegen des mindestens einen Planarläufers 56 mit der daran befestigten Laservorrichtung 60 entlang des Planarstators 46 zu einer weiteren Bearbeitungsposition auf dem Substrat 30.
- Beliebiges Wiederholen der zwei vorangehenden Verfahrensschritte, um eine beliebige Zahl von Bearbeitungspositionen auf dem Substrat 30 zu erreichen und Bearbeitungen vorzunehmen, bis das Substrat vollständig mit den gewünschten Formen bearbeitet ist.
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