JP6916718B2

JP6916718B2 - レーザ加工装置

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Publication number: JP6916718B2
Application number: JP2017219803A
Authority: JP
Inventors: 幸一村尾; 浩光和田
Original assignee: Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2017-11-15
Filing date: 2017-11-15
Publication date: 2021-08-11
Anticipated expiration: 2037-11-15
Also published as: JP2019089103A; WO2019097864A1; TWI763943B; CN111107958A; TW201922400A; KR20200081392A

Description

本発明は、透明基板上の薄膜にパターン加工を行うレーザ加工装置に関するものである。

ガラス基板のような透明基板上に薄膜パターンをレーザ加工する場合、当該透明基板を通過したレーザビームが当該透明基板を載置する載置テーブルの表面に吸収され、当該載置テーブルの表面に加工痕が発生する場合がある。載置テーブルに加工痕が発生すると、透明基板裏面に傷やゴミを付着させる原因になり品質に影響することとなる。載置テーブルへの加工痕の発生を抑制するために、従来は、透明基板における加工箇所が固定である場合は載置テーブルの当該加工箇所に対応する位置に座繰り加工を施してレーザビームの影響を少なくしたり、載置テーブルを脱着式にして加工痕の発生した載置テーブルを定期的に交換したり、１０００〜２０００本という多数の支持ピンで透明基板を支持したりしてレーザビームの影響を少なくしていた。

特許文献１には、透明基板を多数のモリブデン等からなる針状の支持ピンで支持して、レーザビームの影響を抑制する構成が記載されている。

特許文献１：特開昭６３−５２７９０号公報

しかしながら、特許文献１記載のものは、多数の支持ピン各々の高さ調整に手間がかかり、支持ピンと支持ピンとの間を粗くすると基板のたわみが発生しレーザ加工の品質に影響を与えるという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決して、載置テーブルの平坦度を容易に確保しつつ、レーザビームによる載置テーブルへの加工痕の発生を抑制して基板の品質を向上することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明は、レーザビーム照射により透明基板上の薄膜をパターン加工するレーザ加工装置であって、
レーザビーム照射部と、
トッププレートとベースプレートとからなり、前記透明基板を載置する載置テーブルと、を備え、
前記トッププレートは、前記レーザビーム照射部から照射されたレーザビームを透過させる部材からなるとともに、前記透明基板を真空吸着する透明基板吸引路を有し、
前記ベースプレートは、前記トッププレートを支持するトッププレート支持部、及び表面から掘り下げた開口部と当該開口部と接続するトッププレート吸引路とを有することを特徴とするレーザ加工装置を提供するものである。

この構成により、載置テーブルの平坦度を容易に確保しつつ、レーザビームによる載置テーブルへの加工痕の発生を抑制して基板の品質を向上することができる。

前記トッププレートは、前記透明基板を支持する透明基板支持部、及び表面から掘りさげられ前記透明基板吸引路と接続する溝孔部を有する構成としてもよい。

この構成により、透明基板を溝孔部によって確実に吸着保持することができる。

前記溝孔部における底面は、前記透明基板支持部における前記透明基板と接する面よりも粗面である構成としてもよい。

この構成により、透明基板を透過したレーザビームが溝孔部の底面における粗面によりレーザビームが拡散することで減衰し、載置テーブルにおける加工痕の発生をさらに抑制することができる。

前記溝孔部の底面は、前記レーザビーム照射方向から視て前記トッププレート支持部の表面の少なくとも一部が重なる位置関係にある構成としてもよい。

この構成により、溝孔部の底面におけるレーザビーム拡散の効果をトッププレート支持部表面に与えることになるため、載置テーブルにおける加工痕の発生をさらに抑制することができる。

前記ベースプレートは、前記トッププレートを複数保持する構成としてもよい。

この構成により、大型の透明基板に対するパターン加工も可能になる。

本発明のレーザ加工装置により、載置テーブルの平坦度を容易に確保しつつ、レーザビームによる載置テーブルへの加工痕の発生を抑制することができる。

本発明の実施例１におけるレーザ加工装置を説明する図である。本発明の実施例２におけるレーザ加工装置を説明する図である。本発明の実施例３におけるレーザ加工装置を説明する図である。

本発明の実施例１について、図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１におけるレーザ加工装置を説明する図である。

実施例１は、図１に示すように、Ｘ−Ｙ平面に広がる透明基板Ｂ上の薄膜に対して、レーザビーム照射部１からレーザビームＬをＺ方向から垂直に照射し透明基板Ｂ上の薄膜にパターン加工するものである。実施例１においては、２００ｍｍ×３００ｍｍ程度の大きさで厚さが０．３ｍｍ〜０．７ｍｍ程度の透明基板Ｂを対象としている。レーザビーム照射部１は、波長が５３２ｎｍのレーザビームＬを照射するように構成され、図示しない駆動機構によりＸ，Ｙ方向の任意の位置に移動して透明基板Ｂの全面に亘って加工することができる。

透明基板Ｂは、載置テーブル３に載置されるとともに、真空吸引により固定保持される。載置テーブル３は、透明基板Ｂを支持するトッププレート４とトッププレート４を支持するベースプレート５から構成されている。

トッププレート４は、レーザビーム照射部１から照射されたレーザビームＬを透過させる部材であるガラスからなるとともに、透明基板吸引路４３を介して透明基板Ｂを真空吸着することができる。透明基板吸引路４３はトッププレート４及びベースプレート５を貫通して設けられ、一方の端部は透明基板Ｂの吸引口となり他方の端部は図示しない第１の真空吸引機に接続されている。第１の真空吸引機は、オン−オフが制御可能で、透明基板Ｂを固定保持するときは吸引をオンにし、透明基板Ｂを取り外すときは吸引をオフにして、透明基板Ｂの着脱と固定保持とを容易にしている。また、トッププレート４の表面４５は、透明基板Ｂと接触する面であり、透明基板Ｂを支持したときに接触面から真空吸引が漏れないように平坦に加工されている。

ベースプレート５はアルミからなり１５ｍｍ程度の厚さを有し、トッププレート４を支持するトッププレート支持部５１と、トッププレート支持部５１の表面５５から５ｍｍほど掘り下げた開口部５２とを有している。開口部５２の大きさは、トッププレート４の厚さや大きさにより適宜選択することができる。また、開口部５２の底面における中央付近には、トッププレート吸引路５３の一方の端部が設けられている。トッププレート吸引路５３はベースプレート５を貫通して設けられ、他方の端部は図示しない第２の真空吸引機に接続されている。第２の真空吸引機はオン−オフが制御可能で、トッププレート４を固定保持するときは吸引をオンにし、トッププレート４を取り外すときは吸引をオフにして、トッププレート４の着脱と固定保持とを容易にしている。

このように、第１の真空吸引機における透明基板吸引路４３と第２の真空吸引機におけるトッププレート吸引路５３とは別系統に構成している。それぞれの吸引路を別系統としたことにより、トッププレート４を着脱することなく透明基板Ｂのみの着脱を容易にするとともに、仮にトッププレート４がレーザビームＬにより加工痕が発生したとしてもトッププレート４を容易に交換することができる。

ここで、レーザビーム照射部１から照射されたレーザビームＬは、透明基板Ｂの表面にある薄膜に吸収されてパターン加工に用いられるが、一部は透明基板Ｂを通過する。通過したレーザビームＬはトッププレート４に達するが、トッププレート４はガラスで構成されていることからレーザビームＬを吸収することなく透過させるため加工痕を付けることがない。そのため、透明基板Ｂの裏面に傷やゴミを付着させることがなく、透明基板Ｂの品質を向上させることができる。

なお、実施例１においては、ガラスからなる透明基板Ｂをレーザ加工の対象としたが、必ずしもこれに限定されず適宜変更が可能である。例えば、透明のフィルム状の樹脂等からなる透明基板Ｂをレーザ加工の対象としてもよい。

また、実施例１においては、トッププレート４をガラスで構成したが、必ずしもこれに限定されず適宜変更が可能である。例えば、すりガラスや石英で構成してもよい。

さらに、実施例１においては、ベースプレート５をアルミで構成したが、必ずしもこれに限定されず適宜変更が可能である。例えば、アルミ以外の任意の金属で構成するようにしてもよい。

また、実施例１においては、レーザビームＬをＺ方向から透明基板Ｂに垂直に照射するように構成したが、必ずしもこれに限定されず適宜変更が可能である。例えば、レーザビームＬを透明基板Ｂに対して斜め方向から照射するように構成してもよいし、載置テーブル３をＺ方向に設けて透明基板Ｂを鉛直方向に保持し、レーザ照射部１をＹ方向に配置して水平方向にレーザビームＬを照射するようにしてもよい。

また、実施例１においては、レーザビームＬの波長を５３２ｎｍとしたが、必ずしもこれに限定されず適宜変更が可能である。例えば、波長３５５ｎｍのレーザビームＬを照射するようにレーザビーム照射部１を構成してもよいし、これ以外の波長のレーザビームＬを照射するようにレーザビーム照射部１を構成してもよい。

このように実施例１においては、レーザビーム照射により透明基板上の薄膜をパターン加工するレーザ加工装置であって、レーザビーム照射部と、トッププレートとベースプレートとからなり、前記透明基板を載置する載置テーブルと、を備え、前記トッププレートは、前記レーザビーム照射部から照射されたレーザビームを透過させる部材からなるとともに、前記透明基板を真空吸着する透明基板吸引路を有し、前記ベースプレートは、前記トッププレートを支持するトッププレート支持部、及び表面から掘り下げた開口部と当該開口部と接続するトッププレート吸引路とを有することを特徴とするレーザ加工装置により、載置テーブルの平坦度を容易に確保しつつ、トッププレートがレーザビームを透過させることにより吸収することがないため、レーザビームによる載置テーブルにおける加工痕の発生を抑制して基板の品質を向上させることができる。

本発明の実施例２は、特に、トッププレートが透明基板を支持する透明基板支持部、及び表面から掘りさげられ透明基板吸引路と接続する溝孔部を有する点で、実施例１と異なっている。

実施例２について、図２を参照して説明する。図２は、本発明の実施例２におけるレーザ加工装置を説明する図である。

実施例２における載置テーブル１０３は、透明基板Ｂを吸着保持するトップテーブル１０４とトップテーブル１０４を吸着保持するベーステーブル５を備えている。ベーステーブル５の構成は、実施例１と同じである。

トッププレート１０４は、透明基板Ｂを支持する透明基板支持部１４１と、トッププレート１０４の中央付近に表面４５から０．５ｍｍ程度掘り下げた溝孔部１４２とを有している。溝孔部１４２のＺ方向から視た形状は略円形状である。また、溝孔部１４２の大きさは対象となる透明基板Ｂの厚さや大きさにより適宜選択することができる。

なお、実施例２においては、溝孔部１４２のＺ方向から視た形状を略円形状としたが、必ずしもこれに限定されず適宜変更が可能である。例えば、四角形としてもよいし、六角形としてもよく、任意の形状とすることができる。また、溝孔部１４２の位置はトッププレート１０４の中央付近でなくてもよく、任意の位置に設けることができる。さらに、溝孔部１４２は１ヶ所にとどまらず複数の箇所に設けてもよい。

溝孔部４２の底面における中央付近には透明基板吸引路４３の一方の端部が設けられている。そして、透明基板吸引路４３及び溝孔部１４２を介して真空吸引することにより、確実に透明基板Ｂをトッププレート１０４に保持することができる。

また、トッププレート１０４における溝孔部１４２の底面１４４が透明基板支持部４１の表面４５（透明基板Ｂの裏面が接する面）より粗面にされている。透明基板支持部１４１の表面４５は、真空漏れを防ぐために平坦に加工されている。溝孔部１４２の底面１４４においては、透明基板支持部１４１の表面４５のような平坦加工を施さずに粗面のままとしてもよいし、サンドブラスト等の方法により粗面加工を施してもよい。少なくともトッププレート１０４における溝孔部１４２の底面１４４が透明基板支持部１４１の表面４５より粗面であればよい。

トッププレート１０４をレーザビームＬが透過する部材で構成することで、トッププレート１０４に加工痕の発生を防ぐことができる。しかしながら、トッププレート１０４を通過したレーザビームＬがベースプレート５に加工痕を残す可能性がある。そこで、上述のように、トッププレート１０４における溝孔部１４２の底面１４４が透明基板支持部１４１の表面４５より粗面にすることで、ベースプレート５に対する加工痕の発生を抑制することができる。つまり、透明基板Ｂを通過して溝孔部１４２に入射し、底面１４４に達したレーザビームＬは粗面によって拡散して減衰し、ベースプレート５に対する加工痕の発生を抑制することができる。

ベースプレ−ト５の開口部５２の底面５４は、レーザビームＬにより加工痕が発生しても問題ない箇所である。しかし、ベースプレ−ト５の開口部５２の底面５４をベースプレート支持部５１の表面５５よりも粗面であるように構成してもよい。これにより、トッププレート４を通過して開口部５２に入射し、底面５４に達したレーザビームＬは粗面によって拡散して減衰し、ベースプレート５に対する加工痕の発生をさらに抑制することができる。

ベースプレート５は、レーザビームＬによって加工痕が発生してもすぐに問題になるわけではない。しかし、ベースプレート５の中でもトッププレート支持部５１の表面５５に傷が付くと、徐々に真空漏れが起きたり、吸着が不安定になったりして、透明基板Ｂやトッププレート１０４の固定保持が困難になる場合がある。そこで、図２に示すように、レーザビーム照射方向（すなわちＺ方向）から視て、溝孔部１４２はトッププレート支持部５１の表面５５（トッププレート４の裏面が接する面）と重なる位置
関係としている。また、図示しないが、Ｘ方向においても溝孔部１４２はトッププレート支持部５１の表面５５と重なる位置関係としている。

これにより、透明基板Ｂを通過したレーザビームＬはトッププレート１０４における溝孔部１４２の底面１４４で拡散されて減衰する。そのとき、溝孔部１４２はレーザビーム照射方向から視てトッププレート支持部５１の表面５５と重なる位置関係にあるため、トッププレート支持部５１の表面５５がレーザビームＬの直接の影響を受けることなく、加工痕の発生を抑制することができる。

上述したように、トッププレート支持部５１の表面５５に加工痕が発生すると、真空漏れや吸着不安定がおきてトッププレート１０４を固定保持することが困難になる場合があるが、溝孔部１４２の底面１４４でレーザビームを拡散させることにより、トッププレート支持部５１の表面５５に加工痕が生じること（つまり、真空漏れや吸着不安定）を防ぐことができる。

なお、実施例２においては、溝孔部１４２はレーザビーム照射方向から視てトッププレート支持部５１のＸ、Ｙ方向において表面５５と重なる位置関係にあるしたが、必ずしもこれに限定されず適宜変更が可能である。例えば、レーザビーム照射方向から視て、溝孔部１４２の特に重要な部分においてのみトッププレート支持部５１の表面５５と重なる位置関係としてもよい。すなわち、ベースプレート５の形状やレーザビームＬによる損傷の程度等により重なる位置関係は任意に設定でき、少なくともレーザビーム照射方向から視て、溝孔部１４２はトッププレート支持部５１の表面５５の少なくとも一部と重なる位置関係であればよい。

このように、実施例２においては、トッププレートが、透明基板を支持する前記透明基板支持部、及び表面から掘りさげられ前記透明基板吸引路と接続する溝孔部を有するようにしたことで、透明基板を確実に吸着保持することができる。

また、前記溝孔部における底面は、前記透明基板支持部における前記透明基板と接する面よりも粗面であるようにしたことで、透明基板を透過したレーザビームが溝孔部の底面における粗面によりレーザビームが拡散して減衰し、載置テーブルにおける加工痕の発生をさらに抑制することができる。

さらに、前記溝孔部の底面は、前記レーザビーム照射方向から視て前記トッププレート支持部の表面の少なくとも一部が重なる位置関係にあるようにしたことで、溝孔部の底面におけるレーザビーム拡散の効果をトッププレート支持部表面に与えることになるため、載置テーブルにおける加工痕の発生をさらに抑制することができる。

本発明の実施例３は、ベースプレートがトッププレートを複数保持するように構成された点で実施例１又は２と異なっている。本発明の実施例２について、図３を参照して説明する。図３は、本発明の実施例２におけるレーザ加工装置を説明する図である。

実施例３は、具体例として、およそ３ｍ^□という大型の透明基板Ｂ上のパターン加工を対象にしている。そのため、図３に示すように、大型のベースプレート２０５がトッププレート１０４を複数保持するように構成している。

大型のベースプレート２０５は、複数のトッププレート１０４を保持できるようにトッププレート支持部２５１をＹ方向に複数備え、また、複数の開口部２５２を備えている。また、図示しないＸ方向にもトッププレート１０４を複数（つまり、タイル状に配置して）保持できるようにベースプレート２０５は構成されている。

ここで、大型の透明基板Ｂ上のパターンを加工する場合に、透明基板Ｂと同じくらいの大きさのトッププレートを使用することも考えられるが、その場合はトッププレートが３ｍ^□という大型ゆえにその着脱が容易ではない。そのため、実施例３においては、大型のベースプレート５に、小型のトッププレート１０４を複数保持する構成としている。これにより、仮に、特定のトッププレート１０４がレーザビームＬによって加工痕が発生したとしても、容易に特定のトッププレート１０４のみ（つまり、タイル状に配置されたうちの一部）を交換することができる。

複数の透明基板吸引路４３は全て同じ第１の真空吸引機に接続され、複数のトッププレート吸引路２５３はそれぞれ別の第２の真空吸引機に接続されている。これにより、第１の真空吸引機を制御することにより容易に大型の透明基板Ｂを着脱し固定保持することができる。また、それぞれの第２の真空吸引機を別々に制御することにより、特定のトッププレート１０４のみを容易に着脱することができる。

なお、実施例３においては、複数のトッププレート吸引路２５３はそれぞれ別の第２の真空吸引機に接続するように構成したが、必ずしもこれに限定されず適宜変更が可能である。例えば、複数のトッププレート吸引路２５３は全て同じ第２の真空吸引機に接続するように構成してもよい。これにより、コンパクトにレーザ加工装置を構成できる。

また、実施例３においても、それぞれの溝孔部１４２の底面１４４が透明基板支持部１４１の表面４５より粗面にして、透明基板Ｂを通過して溝孔部１４２に入射し、底面１４４に達したレーザビームＬを粗面によって拡散して、ベースプレート２０５に対する加工痕の発生を抑制するように構成している。

さらに、レーザビーム照射方向（すなわちＺ方向）から視て、溝孔部１４２はＹ方向においてトッププレート支持部２５１と重なる位置関係として、溝孔部１４２の底面１４４によるレーザビームＬの拡散効果により、トッププレート支持部２５１の表面２５５がレーザビームＬの直接の影響を受けることなく加工痕の発生を抑制するように構成している。

なお、実施例３においては、複数のトッププレート１０４で透明基板Ｂを保持するように構成したが、必ずしもこれに限定されず適宜変更が可能である。例えば、上述したトッププレート４を複数用いて透明基板Ｂを保持するように構成してもよい。

このように、実施例３においては、前記ベースプレートは、前記トッププレートを複数保持するように構成したことにより、大型の透明基板に対するパターン加工も可能になる。

本発明におけるレーザ加工装置は、透明基板上の薄膜パターンを加工する分野に広く用いることができる。

１：レーザビーム照射部３：載置テーブル４：トッププレート５：ベースプレート４５：表面４３：透明基板吸引路５１：トッププレート支持部５２：開口部５３：トッププレート吸引路５４：底面５５：表面１０３：載置テーブル１０４：トッププレート１４１：透明基板支持部１４２：溝孔部１４４：底面２０５：ベースプレート２５１：トッププレート支持部２５２：開口部２５３：トッププレート吸引路２５５：表面Ｌ：レーザビームＢ：透明基板

Claims

レーザビーム照射により透明基板上の薄膜をパターン加工するレーザ加工装置であって、
レーザビーム照射部と、
トッププレートとベースプレートとからなり、前記透明基板を載置する載置テーブルと、を備え、
前記トッププレートは、前記レーザビーム照射部から照射されたレーザビームを透過させる部材からなるとともに、前記透明基板を真空吸着する透明基板吸引路を有し、
前記ベースプレートは、前記トッププレートを支持するトッププレート支持部、及び表面から掘り下げた開口部と当該開口部と接続するトッププレート吸引路とを有することを特徴とするレーザ加工装置。
前記トッププレートは、前記透明基板を支持する透明基板支持部、及び表面から掘りさげられ前記透明基板吸引路と接続する溝孔部を有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
前記溝孔部における底面は、前記透明基板支持部における前記透明基板と接する面よりも粗面であることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
前記溝孔部の底面は、前記レーザビーム照射方向から視て前記トッププレート支持部の表面の少なくとも一部が重なる位置関係にあることを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
前記ベースプレートは、前記トッププレートを複数保持することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ加工装置。