| 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. Dem mindestens einen Trägerkörper 40 ist mindestens eine bewegbaren Einheit 50 zugeordnet, 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 ausführen kann. An dem Planarläufer 56 ist eine oder mehrere Laservorrichtungen 60 mit mindestens einem Laserstrahl 65 befestigt, 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 ausfuhren 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 Kollimationsoptik 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 Laservorrichtung 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 Laservorrichtung 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 ausführen 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. |
DÜNNSCHICHTSOLARMODULE
Die Erfindung betrifft ein Laser-Scribing-System zum Strukturieren von Substraten, typischer Weise für die Strukturierung von Glassubstraten bei der Herstellung von Dünnschichtsolarmodule, aber auch für die Strukturierung von Glassubstraten bei der Herstellung von TFT — Bildschirmen sowie für die Strukturierung von flexiblen Substraten und Metallsubstraten für die Herstellung von Dünnschichtsolarmodule und TFT - Bildschirmen, nach dem Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 1, wie dieses aus verschiedenen Dokumenten wie WO 2008/056116 Al, US 6,559,411 B2, US 2008/0263877 Al oder GB 2439 962 A bekannt ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Strukturieren eines Substrats mittels eines solchen Laser-Scribing-Systems.
Laser-Scribing-Systeme zur Strukturierung von Substraten für Dünnschichtsolarmodule sind bekannt. Beim Laserstrukturierung von Dünnschichtsolarmodulen werden mindestens drei sequenziell übereinander durch Beschichtungsvorgänge aufgebrachte elektrisch leitfähige Schichten, als Pl -, P2 - und P3 - Schicht bezeichnet, linienförmig und in bestimmten Abständen jeweils vollständig, unmittelbar nach Aufbringung der jeweiligen Schicht mittels Laserlicht durchtrennt, so dass eine Reihenverschaltung der einzelnen Zellen entsteht. Neben der vollständigen elektrischen Isolation bestehen besonders hohe Anforderungen an die Geometrie der sogenannten Scribing — Linie bezüglich Geradheit, Parallelität, exaktem Abstand sowie darin, dass die sequentiell eingebrachten Pl -, P2 - und P3 - Spuren sehr dicht zueinander liegen müssen, um die sogenannte „Dead Zone" so klein wie möglich zu halten. Die Toleranzen für diese geometrischen Kriterien sind ca. +/- 10 um auf einer Länge der einzelnen Sribing — Linien von ca. 500 mm bis zu 2600 mm. Dieses Verhältnis aus kleinen Toleranzen und großen Bearbeitungslängen erklärt die besonders hohen Anforderungen an den grundsätzlichen Aufbau der dafür verwendeten Laser — Scribing — Maschinen. Stand der Technik
Bei den heute bekannten Laser — Scribing - Maschinen kommen folgende drei kinematische Kon2epte zur Anwendung.
1. Scanner — Systeme
Bei diesen Maschinen wird der Lichtstrahl der Laserquelle mittels eines Scanners auf die Oberfläche des Substrates gelenkt und bewegt. Folgende spezifische Lösungsansätze sind bekannt:
Reine Scanner— Systeme
Wie in US 6.559.411 B2 beschrieben lenkt der Scanner den Lichtstrahl über die gesamte Länge des Substrates. Der Vorteil dieses Ansatzes ist, dass zur Erzeugung der Scribing — Linie keine Bewegung des Substrates oder eines Tisches erforderlich ist, so dass die bewegte Masse gering ist. Nachteilig ist, dass die Fokusieroptik entweder eine sehr große Fokusiertiefe braucht, um über die gesamte Länge des Glassubstrates bei den sehr unterschiedlichen Orientierungen des Laserstrahls eine Durchtrennung des Materials zu erreichen, oder dass der Scanner in z — Richtung nachgestellt werden muss, um innerhalb der Fokusierbereichs der Optik zu bleiben. Eine hohe Fokusiertiefe beeinflusst jedoch die erreichbare minimale Größe des Lichtpunktes und die Form des Lichtpunktes derart, so dass ein so aufgebautes System nicht für beliebige Substratlängen und damit Bearbeitungslängen eingesetzt werden kann. Heute bekannte Scanner - Systeme sind auf ca. 600 mm Scribing — Länge begrenzt.
Scanner— Stepper— Systeme
Um die beschriebenen Probleme zu umgehen, werden die Scanner — Bewegung wie in GB 2 439 962 A beschrieben mit einer Tischbewegung abgestimmt. Dabei werden folgende Alternativansätze verfolgt: A Die Scanner — Bewegung eines einzelnen Scanners wird mit der Tischbewegung so abgestimmt, dass der Scanner nur ein relativ kurzes Liniensegment durchtrennt; danach wird der Tisch mit dem Substrat um die Länge des durchtrennten Segments verfahren, so dass durch Überlappung die einzelnen Liniensegmente aneinander gestückelt werden und eine Scribing - Linien über die gesamte Länge des Substrates entsteht. Neben dem Zeitaufwand wegen des wiederholten Anstückeins ist der Übergang der einzelnen Liniensegmente sehr kritisch, da dieser versatzfrei erfolgen muss, um eine vollständige elektrische Isolation auch an den Übergangsstellen zu erreichen.
B Um Bearbeitungszeit einzusparen, werden mehrere Scanner — Köpfe verwendet und so aufeinander abstimmt, dass die von ihnen erzeugten Teillinien ineinander übergehen. Auf diese Weise lässt sich eine vollständige Scribing — Linie erzeugen, wenn ausreichend viele Scanner — Köpfe verwendet werden. Neben dem notwendigen Justageaufwand zur mechanischen Abstimmung der einzelnen Scanner ist der apparative Aufwand sehr hoch, da Scanner — Köpfe sehr teuer sind. Außerdem besteht auch bei dieser Lösung wieder die Versatzproblematik.
Scanner — Lösungen haben sich aus den hier beschriebenen Gründen in der Praxis bisher nicht durchsetzen können.
2. Bewegung des Substrates und / oder der Lasereinheit auf einem x/y - Tisch
Der heute übliche Aufbau von Laser — Scribing — Anlagen ist, dass ein beweglicher Tisch auf einem Granit — Block aufgebracht wird, der die Schnittbewegungen in x — Richtung durchfuhrt. Die einzelnen Spuren werden durch die. in y — Richtung bewegliche Lasereinheit erzeugt. Dazu wird die Lasereinheit auf einem y -Schlitten montiert, der wiederum auf einem statischen Gantry — System beweglich angeordnet ist oder der in das Maschinenbett eingelassen ist. Alternativ kann der bewegliche Tisch auch die y - Bewegung zur Erzeugung der einzelnen Spuren erzeugen (x/y - Tisch) oder der Tisch steht fest und das Gantry - System mit der / den Lasereinheiten führt auch die x — Bewegung aus. Aus dem Dokument WO 2008/056116 Al ist ein Laser-Scribing-System zum Strukturieren von Substraten für Dünnschichtsolarmodule bekannt, das diesen typischen Aufbau ausweist. Das beschichtete Substrat für Dünnschichtsolarmodule ist auf einem beweglichen Tisch positioniert, der lineare Bewegungen in einer ersten Richtung x und einer Gegenrichtung der ersten Richtung — x ausführen kann. Dabei ist mindestens eine optische Einheit vorhanden, die einen Laserstrahl auf die Oberfläche des Substrats umlenkt und auf die Oberfläche des Substrats fokussiert oder in mehreren Laserstrahlen teilt und diese dann auf die Oberfläche des Substrats fokussiert Die optische Einheit ist an einer bewegbaren Einheit befestigt, die beweglich auf einem Portal gelagert ist. Die bewegbare Einheit kann lineare Bewegungen in einer zu der ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung y und in einer Gegenrichtung der zweiten Richtung — y ausführen. Durch die Bewegung des Tisches in der ersten Richtung x wird auf dem Substrat mindestens eine Scribing-Spur in der ersten Richtung x erzeugt.
Nachdem die mindestens eine Scribing-Spur entlang der gesamten Länge des Substrats erzeugt worden ist, wird die bewegbare Einheit in der zweiten Richtung y bewegt und in eine neue Position gebracht Anschließend wird der Tisch in der Gegenrichtung der ersten Richtung — x bewegt. Dabei entsteht mindestens eine weitere Scribing-Spur die parallel zu der mindestens einen davor erzeugten Scribing-Spur verläuft. Auf dieser Weise kann das gesamte Substrat mit Scribing-Spuren versehen werden.
Ein ähnliches Laser-Scribing-System ist auch das Laser-Scribing-System JENOPTIK- VOTAN™ G des Unternehmens JENOPTIK Automatisierungstechnik GmbH, Konrad- Zuse-Strasse 6, 07745 Jena, Deutschland.
Das Laser-Scribing-System JENOPTIK-VOTAN™ G ist für Substrate mit Außenabmessungen von bis zu 1,1 Meter Breite und bis zu 1,4 Meter Länge ausgelegt. Der bewegliche Tisch ist hier auf einem Granit — Block aufgebracht und kann Bewegungen in der ersten Richtung x und in der Gegenrichtung der ersten Richtung — x durchführen. Eine Laser- Vorrichtung ist hier an einer bewegbaren Einheit befestigt, der einen Schlitten umfasst, der auf einem Portal beweglich gelagert ist Der Schlitten kann lineare Bewegungen in einer zu der ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung y und in einer Gegenrichtung der zweiten Richtung -y entlang des Portals ausführen. Hier können auf einem Substrat Scribing-Iinien in der ersten Richtung x und in der Gegenrichtung der ersten Richtung -x erzeugt werden. Diese beschriebenen Konzepte sind einfach und robust, haben aber folgende Nachteile:
A Es werden sehr hohe Massen verfahren. Zur Erzeugung der langen Schnittwege wird entweder der Tisch mit dem aufgespannten Glassubstrat entlang seiner x — Achse im Reversierbetrieb verfahren oder das Portal mit den Laserköpfen / optischen Einheiten fährt im Reversierbetrieb den gesamten Schnittweg ab; in Hauptschnittrichtung sind daher die bewegten Massen sehr hoch, u.U. sogar über 100 kg.
B Einfluss auf Genauigkeit und Produktivität: Aufgrund der hohen bewegten Massen werden Vibrationen innerhalb des Laser-Scribing-Systems durch die hohen Anfahr- und Abbremskräfte erzeugt. Da Vibrationen innerhalb des Laser-Scribing-Systems die Gleichmäßigkeit der Führung der von den vorhandenen Laservorrichtungen erzeugten Laserstrahlen und damit die Genauigkeit und die Qualität der erzeugten Scribing-Spuren negativ beeinflussen, müssen die Tische oder die Portale der bestehenden Laser-Scribing- Systeme oftmals relativ langsam gefahren werden (heute üblich 1 — 2 m /s), was jedoch zur Lasten der Produktivität geht.
C Hohe Kosten in der Herstellung und beim Transport: Diese Maschinen sind sehr schwer ausgeführt, um Maschinenschwingungen zu dämpfen. Üblicherweise werden z.B. Granitsteine zur Beschwerung benutzt. Da auf diesen Steinen die Führungseinheiten montiert sind, müssen diese Steine zudem sehr genau gefertigt werden. Die Herstellungskosten für derart große und genau gefertigte Granitsteine sind daher sehr hoch. Beim späteren Transport zu den Kunden erhöhen sich wegen des hohen Gewichtes zusätzlich die Transportkosten.
D Die Maschinen bauen sehr groß, weil der Tisch mit dem aufgespannten Substrat bewegt wird und so ca. die zweifache Länge des Bearbeitungsweges gebraucht wird.
E Beschädigungsgefahr: Da die zu strukturierenden Substrate sehr häufig Glassubstrate sind, wird wegen der ständigen Bewegung des Tisches die Gefahr der Zerstörung des Substrats durch Glasbrüche während der Strukturierung von größeren Glassubstraten deutlich ansteigen, wenn zur Produktivitätssteigerung mit höheren Bearbeitungsgeschwindigkeiten gearbeitet wird. Die genannten Probleme werden sich beim Einsatz dieser heute üblichen Konzepte verstärken, wenn in Zukunft vermehrt größere Formate (z.B. Gen 8.5: Breite 2.200 mm; Länge 2.600 mm) zu verarbeiten sein werden. Dabei werden die zu bewegenden Massen und damit die Vibrationsneigung deutlich zunehmen. Die erforderlichen Außenmaße werden bei der Verwendung der heute üblichen Laser-Scribing-Systeme deutlich steigen; erste Geräte mit für Gen 8.5 — Formate mit bis zu 15.000 kg Masse und einer Länge von ca. 8 Metern sind im Markt bekannt.
Trotz der beschriebenen Nachteile werden heute überwiegend Maschinen mit diesem Aufbau eingesetzt, da bisher keine anderen Lösungen bekannt sind, die ähnlich robust sind.
3. Flying - Optik - Ansatz
Ähnlich wie in US 2008/0263877 Al beschrieben, wird bei diesem Maschinenaufbau einer oder mehrere Laserstrahlen durch mehrere in der Schnittrichtung entlang der Längsseite des Substrates bewegliche optische Elemente (Spiegel, Linsen) auf die Oberfläche des Substrates gelenkt. Die Laserquellen sind fest angeordnet.
Auch dieser Ansatz hat sich in der industriellen Praxis nicht bewährt, weil die optischen Element sehr genau zueinander justiert werden müssen, um einen Freistrahl von z.B. 1000 bis 2000 mm Länge im Mikrometerbereich auf die Oberfläche des Glassubstrates zu lenken. Die vorgenommen Justage muss zudem regelmäßig und in relativ kurzen Abständen wiederholt werden, da bereits kleine im Laufe des Betriebes sich einstellende mechanische Veränderungen bedingt z.B. durch Vibrationen und Temperaturschwaπkungen große Auswirkungen auf die Position des Lichtstrahls haben. Ein weiterer Nachteil ist, dass der Freistrahl frei von Verschmutzungen wie Staub gehalten werden muss, um die Strahlqualität nicht negativ zu beeinflussen.
Flying - Optikansätze werden heute überwiegend in Labormaschinen verwendet. In der realen Produktionsumgebung entstehen in der Praxis Probleme mit dem Nachjustieren der mechanisch — optischen Einstellungen. Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Laser-Scribing-System mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1 so auszubilden, dass die bekannten Nachteile heute bestehender Anlagenkonzepte vermieden werden. Dies betrifft insbesondere die erfindungsgemäße Wahl des Antriebskonzeptes zur Bewegung der Laservorrichtung und den daraus resultierenden neuartigen Aufbau des erfindungsgemäßen Laser — Scribing — Systems.
Bei der Wahl des Antriebskonzeptes ist die wesentliche Randbedingung, dass beim Laser — Scribing eine eindeutige Vorzugsrichtung der Bewegung existiert, die entlang der Scribing - Linien verläuft. Deutlich mehr als 90% bei großen Substraten sogar über 99% der beim Laser Scribing erforderlichen Arbeitsbewegung fällt in diese Vorzugsrichtung. Daher ist eine deutliche Reduzierung der bewegten Massen in dieser Vorzugsrichtung wünschenswert, um durch höhere Verfahrgeschwindigkeiten zu einer deutlichen Produktivitätssteigerung zu gelangen.
Außerdem soll eine erhöhte Genauigkeit und Qualität der damit realisierten Scribing-Spuren auf einem Substrat erreicht werden.
Daneben soll der gesamte Aufbau robust sein, um z.B. langwierige und in kurzen Zeitabständen wiederkehrende Justagearbeiten zu vermeiden.
Durch Vermeidung der wiederholten Anfahr- und Abbremsbewegungen des Substrates soll eine Minimierung der Beschädigungs- und Zerstörungsgefahr des Substrates erreicht werden.
Weiterhin sollen die Herstellkosten deutlich gesenkt werden. Zusammenfassend werden folgende Aufgaben durch die Erfindung gelöst:
Die bewegten Massen insbesondere in der Vorzugsrichtung werden deutlich verringert so dass deutlich höhere Bearbeitungsgeschwindigkeiten erreicht werden.
Das Substrat steht während des Lasers - Scribens still oder wird mit konstanter Geschwindigkeit in einer Richtung bewegt, so dass die Vibrationen deutlich reduziert werden, die Qualität der Scribing — Linien damit steigt und das Beschädigungsrisiko des Substrates während der Bearbeitung damit verringert wird.
Hochdynamische Antriebe mit hoher Wiederholgenauigkeit werden eingesetzt, so dass die Scribing - Linien mittels aktiver Regelungen mit höchster Präzision erzeugt werden.
Die Übertragung des Laserlichts an den Bearbeitungspunkt erfolgt so, dass die Freistrahllänge minimiert wird. Auf diese Weise reduziert sich der Justageaufwand zur Feineinstellung der mechanisch — optischen Komponenten deutlich, so dass das Laser — Scribing - System robuster wird.
Die Scribing - Linien werden in einem Arbeitsgang auch bei großen Substratlängen erzeugt, so dass anders wie beim Anstückeln einzelner Liniensegmente Versatzprobleme vermieden werden und eine vollständige elektrische Isolation auch bei langen Linien erreicht wird.
Diese Aufgaben werden durch ein Laser-Scribing-System nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein entsprechendes Verfahren zum Strukturieren eines Substrats und eines
Dünnschichtsolarmoduls mit mindestens einem mittels des erfindungsgemäßen Laser-
Scribing-Systems strukturierten Substrates bilden jeweils den Gegenstand eines Nebenanspruchs. Beschreibung der Erfindung
Grundsätzlicher Aufbau
Das erfindungsgemäße Laser-Scribing-System zum Strukturieren von Substraten umfasst einen Tisch zur Aufnahme mindestens eines Substrats, mindestens einen Planarstator, der beabstandet von dem Tisch angebracht ist, mindestens einem auf dem Planarstator in x - und y — Richtung frei beweglichen Planarläufer und mindestens einer auf dem Planarläufer aufgebrachten Laservorrichtung zur Erzeugung der Scribing-Spuren auf dem Substrat in einer ersten Richtung x und in einer Gegenrichtung der ersten Richtung — x.
Ein Planar — Antrieb hat u.a. folgende technische Eigenschaften:
• Hohe Dynamik (bis zu 25 m/ s 2 )
• Hohe Verfahrgeschwindigkeiten (bis zu 4 m/s möglich), während die heute üblichen Laser-Scribing-Systeme mit Bewegungsgeschwindigkeiten von maximal 2 bis 3 m/s betrieben werden.
• Eine hohe Wiederholgenauigkeit (+/- 2 um) garantiert eine exakte Scribingspur.
• Geringe Masse des Läufers von maximal 10 kg, so dass die bewegte Masse der Antriebseinheit deutlich reduziert ist.
• Es gibt keine mechanischen Koppelelemente wie Kupplungen, Streben etc. zwischen der x- und y - Achse, da diese im Planarläufer in Form eines Linearmotors untergebracht sind. Damit wird die Gesamtbewegung genauer, da mechanische Lose und Reibung entfallen.
• Verschleißfreie Luftlagerung und damit keine Slip - Stick - Effekte sorgen für eine sehr hohe Gleichmäßigkeit der Bewegung.
• Es können mehrere Läufer auf einem Stator eingesetzt werden, um so ohne wesendiche Modifikationen am Maschinenaufbau zu größerer Produktivität durch mehr Bearbeitungsköpfe zu gelangen Der Planarläufer kann sowohl die Hauptbewegung in x — Richtung Laser — Scribing als auch die Zustellbewegung zur Erzeugung der einzelnen Spuren in y — Richtung in einer Einheit realisieren. Damit ist gewährleistet, dass sich in beiden Bewegungsrichtungen nur sehr geringe Massen bewegen.
Ein weiterer Vorteil des Planar — Antriebs für das Laserscribing ist, dass der eingebaute Planarstator eine Doppelfunktion erfüllt: er ist zum einen die Antriebskomponente, auf der die Bewegung eines oder mehrerer Planarläufer stattfindet. Da der Planarstator selbst eine gewisse Masse hat, wirkt sich diese auch dämpfend auf die dann noch verbleibenden Restschwingungen aus. Es ist nicht notwendig, zusätzlich schwere und genau gefertigte Granitsteine nur zum Zwecke der Beschwerung einzusetzen.
Ein weiterer Vorteil des Planar — Antriebs für das Laserscribing ist, dass die Maschine ausgesprochen flach baut und geringen Platz in Anspruch nimmt, weil der Tisch nicht bewegt werden muss.
Aufgrund dieser Eigenschaften ist eine Planarantrieb bestens geeignet, die für das Laser — Scribing notwendigen Bewegungen der Laservorrichtung zu realisieren.
Beschreibung des Aufbaues eines Laser - Scribing - Systems mit einem Planar - Antrieb (Ausfuhrungsform 1)
Bei der folgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, dass ein Planarantrieb in Kombination mit einem Faser - Laser verwendet wird. Zusätzlich wird davon ausgegangen, dass das Substrat während der Bearbeitung still steht. Davon abweichende vorteilhafte Varianten der Erfindung werden im Text separat beschrieben. Dieser Aufbau ist in Figur 1 und Figur 2 schematisch dargestellt, während die Figur 3 und Figur 4 ein konstruktives Ausführungsbeispiel zeigen. Der grundsätzliche Aufbau dieser so gestalteten Laser — Scribing — Anlage ist:
1. Der Planarstator 46 entspricht der Größe des zu bearbeitenden Substrates 30. Der Planarstator wird in den Trägerkörper 40, das als Maschinengestell ausgeprägt ist, eingesetzt und durch Justage horizontal ausgerichtet.
2. Auf dem Planarstator werden einer oder mehrere Planarläufer 56 aufgesetzt.
3. Auf jedem Planarläufer 56 werden eine oder mehrere Laservorrichtung 60 bestehend aus den optischen Elementen zur Realisierung eines oder mehrere Laser — Lichtpunkte montiert. Im einzelnen sind dies: a. Eine mechanisch Halterung 62 für eine oder mehrere Lichtfasern 61 b. Je Lichtfaser eine Kollimationsoptik 63 c. Je Lichtfaser ein Paar Umlenkspiegel 64 zur Lenkung des Lichtes auf den Bearbeitungspunkt im gewünschten Abstand zueinander d. Je Lichtfaser eine Fokusieroptik 66
4. Die Laserquellen 67 zur Erzeugung des Laserlichtes werden fest am Maschinengestell oder Maschinenrahmen 90 montiert.
5. Von den Laserquellen 67 führt eine oder mehrere Lichtfasern 61 zu einem Planarläufer 56. Diese Lichtfasern können mehrer Meter lang sein (bis zu 5 Meter), so dass das Laserlicht sehr dicht an den eigentlichen Bearbeitungspunkt herangeführt wird und die Freistrahllänge auf den Weg innerhalb der Laservorrichtung 60 beschränkt wird.
6. Das zu bearbeitende Substrat 30 wird mittels mechanischer Fixierung an einer festen Bearbeitungsposition gehalten und bewegt sich dabei nicht. Das Besondere an dem erfindungsgemäßen Laser-Scribing-System ist die Kombination folgender Eigenschaften:
• Die bewegten Massen der Antriebe sind deutlich reduziert; zudem steht das Substrat während der Bearbeitung still.
• Es wird dadurch eine deutlich höhere Bearbeitungsgeschwindigkeit erreicht und die Genauigkeit der erzeugten Scribingspuren steigt wegen der geringen Vibrationen.
• Zur weiteren Steigerung der Produktivität lassen sich ohne wesentliche mechanische Änderung zusätzliche Bearbeitungsköpfe durch Verwendung mehrerer Planarläufer kostengünstig integrieren.
• Das Laserlicht wird mittels Lichtfaser so dicht wie möglich an den Bearbeitungspunkt geführt, so dass die Freistrahllänge reduziert wird und damit der Justageaufwand sinkt, so dass das System robuster in einer industriellen Produktionsumgebung ist.
Der bewegbare Planarläufer kann auf dem Planarstator Bewegungen in der ersten Richtung x und in der Gegenrichtung der ersten Richtung -x ausführen; er weist zusammen mit der mitbewegten Laservorrichtung eine Masse auf, die -wesentlich kleiner ist als die Masse des Substrates und eines bewegbaren Tisches zusammen. Die bewegte Masse bei der Erzeugung insbesondere in Richtung der Scribing-Spuren ist daher sehr gering. Das ist vorteilhaft, da die Laservorrichtung schnell und in wechselnder Richtung zum Erzeugen der Scribing-Spuren bewegt werden müssen.
Der eingesetzte PlanarEufer hat zusammen mit der daran befestigten Laservorrichtung insbesondere eine Masse von etwa 15 kg. Das bedeutet, dass die bewegte Masse beim Erzeugen in Richtung der Scribing-Spuren weniger als ein fünftel eines Tisches mit aufgespannten Substrates oder eines bewegten Portals beträgt, die beide bis zu und mehr als 100 kg wiegen können.
In dem erfindungsgemäßen Laser-Scribing-System entstehen daher kaum Vibrationen während des Erzeugens der Scribing-Spuren. So werden Scribing-Spuren mit einer hohen Qualität erzeugt, die jeweils sehr genau entlang einer vorbestimmten Bahn, wie z.B. einer Gerade verlaufen.
Da beim Erzeugen von Scribing-Spuren sehr kleine Massen in Richtung der Scribing-Spuren bewegt werden und deswegen kaum Vibrationen durch die Anfahr- und Abbremskräfte erzeugt werden, muss das erfindungsgemäße Laser-Scribing-System nicht zusätzlich erschwert werden, was wiederum Kosten für Komponenten und Transporter spart.
Weil bei der Bewegung einer kleinen Masse kaum Vibrationen entstehen, können die von den eingesetzten Laservorrichtungen generierten Laserstrahlen gleichmäßig und mit einer hohen Geschwindigkeit gefahren werden. Dadurch können kostengünstig in kürzester Zeit viele Scribing-Spuren auf einem Substrat erzeugt werden, die jeweils sehr genau entlang einer vorbestimmten Bahn, wie z.B. einer Gerade verlaufen.
Bei dem erfindungsgemäßen Laser-Scribing-System kann der Planarstator einfach und kostengünstig durch bekannte Verfahren realisiert werden. Bei dem erfindungsgemäßen Laser- Scribing-System kann auch der mindestens eine Planarläufer einfach und kostengünstig durch die Verwendung bekannter Verfahren realisiert werden. Zusätzlich werden wenige mechanische Präzisionskomponenten benötigt, da die erforderliche Genauigkeit durch Regelungsvorgänge am Planarläufer erreicht wird, so dass insgesamt die Herstellkosten für eine derartige LaserScribing — Anlage deutlich sinken.
Der Planarstator ist unter dem Substrat angeordnet. Dadurch kann der mindestens eine von einer an einem Planarläufer befestigten Laservorrichtung generierte Laserstrahl auf dem Substrat von unten auftreffen, wodurch Partikeln in den untersten Beschichtungen des Substrats von dem Laserstrahl verdampft werden. Durch den Druck des dabei entstehenden Dampfes werden benachbarten Partikeln in den darauf liegenden Beschichtungen des Substrats weggesprengt. So werden die Scribing-Spuren schneller und mit weniger Energieaufwand als bei einer Bestrahlung des Substrats von oben erzeugt, wobei die von dem Laserstrahl zu entfernenden Partikeln Schicht für Schicht aufgedampft werden müssen.
Insbesondere umfassen der Planarläufer mindestens ein erstes programmierbares Element, das an einer ersten und von einer ersten Steuervorrichtung anschließbar und steuerbar ist.
Dadurch können die Bewegungen des Planarläufers entlang der Hauptbewegungsrichtung vorbestimmt und von der ersten Steuervorrichtung gesteuert werden, wodurch Scάbing- Spuren auf dem Substrat erzeugt werden können, die jeweils einen sehr genauen Verlauf entlang einer vorbestimmten Bahn aufweisen.
Bei dem erfindungsgemäßen Laser-Scribing-System weist der Planarläufer mindestens ein zweites programmierbares Element auf, das an der ersten und von der ersten Steuervorrichtung anschließbar und steuerbar ist. So können die Bewegungen des Planarläufers in der zweiten Richtung y und in der Gegenrichtung der zweiten Richtung — y, d.h. quer zur Richtung der Scάbing-Spuren von der ersten Steuervorrichtung gesteuert werden und dadurch sehr genau vorbestimmt werden.
Durch diese freie Programmierbarkeit der Bewegungen der Planarläufer sowohl in Richtung der Scribing-Spuren als auch quer dazu ist es möglich, dass sich die gewünschten Bahnen rasch durch Programmanpassung und Parametrisierung erzeugen lassen. Diese Eigenschaft ist vorteilhaft, wenn z.B. veränderte Aufstellbedingungen oder veränderte mechanischen Eigenschaften eine Anpassung durch z.B. Kalibrierung erforderlich machen. Die Genauigkeit der Scribing— Spuren muss dabei nicht über die mechanische Genauigkeit eines Führungssystems erzeugt werden. Zusammengefasst werden Bahnungenauigkeiten, die durch z.B. mechanische Ungenauigkeiten oder durch veränderte Umweltbedingungen bedingt werden, einfach und kostengünstig durch eine automatische Bahnkalibrierung ausgeglichen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen
Ausßhrungsform 2: Kontinuierliche Bewegung des Substrates durch die Maschine siehe Figur 11
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein erstes Substrat nicht fixiert, sondern mit kontinuierlicher Geschwindigkeit v Substtat in y — Richtung durch das Laser — Scribingsystem bewegt. Dadurch wird einerseits vermieden, dass das Substrat durch Beschleunigungsvorgänge belastet wird, andererseits erlaubt dieser Modus das kontinuierliche Nachführen eines zweiten Substrates, das sich ebenso wie das erste Substrat in y — Richtung mit v Substrat bewegt. Auf diese Weise wird die Zeit zum Be- und Entladen deutlich minimiert, wodurch eine weitere Produktivitätssteigerung möglich ist. Der Planarläufer führt in diesem Modus eine Gesamtbewegung aus, die sich aus der Bewegung mit der gewünschten Scribinggeschwindigkeit v^^ in Hauptbewegungsrichtung und einer Querbewegung V Q11111 zusammensetzt, wobei v Quer = v Substrat gilt. Auf diese Weise bewegt sich der Planarläufer leicht schräg gegenüber dem Stator, auf dem Substrat entsteht aber wieder die gewünschte gerade Scribing — Linie. Nach Beendigung der Bearbeitung eines ersten Substrates bewegt sich der Planarläufer zur Ausgangsposition und es beginnt die Bearbeitung eines zweiten Substrates, das inzwischen die Bearbeitungsposition erreicht hat.
Die freie Programierbarkeit der Bewegungen des Planarläufers sowohl in Richtungen der Scribing-Spuren als auch quer dazu ermöglicht es, dass bei dem erfindungsgemäßen Laser- Scribing-System exakte Scribing-Spuren auf dem Substrat erzeugt werden, weil die Querbewegung des Planarläufers exakt mit der Bewegung des Substrates synchronisiert werden kann.
Ausführungsform 3: Verwendung mehrere Planarläufer auf einem Planarstator (siehe Figur 5)
Bei dem erfindungsgemäßen Laser-Scribing-System lässt sich die Zahl der Planarläufer relativ einfach vervielfachen, ohne dass grundsätzliche mechanische Veränderungen an dem Laser- Scribing-System vorgenommen werden müssen. Mit der Zahl der Planarläufer steigen die Zahl der eingesetzten Laservorrichtungen und damit die Produktivität des erfindungsgemäßen Laser-Scribing-Systems entsprechend. Laser-Scribing-Systeme mit bis zu neun oder mehr Planarläufern auf einem Planarstator werden hier vorgeschlagen.
Die freie Programierbarkeit der Bewegungen der Planarläufer sowohl in Richtungen der Scribing-Spuren als auch quer dazu ermöglicht es, dass bei dem erfindungsgemäßen Laser- Scribing-System mindestens zwei Planarläufer mit synchronisierten Bewegung in entgegengesetzter Richtungen einsetzbar sind, was zu einer gleichmäßigen Belastung des Planarstators und dadurch zu einer weiteren Minimierung der Vibrationen führt. Ausführungsform 4: Verwendung mehrere Planarstatoren mit je einem Planarläiφr keine Figur
Das erfindungsgemäße Laser-Scribing-System kann einen plattenförmiger oder streifenförmiger Pknarstator umfassen.
Auf einem plattenförmigen Planarstator können mehrere Planarläufer auf einer Planarstatorplatte zur einfachen Steigerung der Produktivität des erfindungsgemäßen Laser- Scribing-Systems eingesetzt werden.
Alternativ dazu können bei dem erfindungsgemäßen Laser-Scribing-System auch mehrere schmäleren streifenförmigen Planarstatoren mit jeweils einem Planarläufer zur einfachen Steigerung der Systemproduktivität bei gleichzeitig geringeren Kosten für einen einzelnen Planarstator eingesetzt werden.
Auφihrungsform 5: Planar— Läufer mit Flying — Optik — Ansattζ (siehe Figur 9)
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Laserscribing — Systems mit Planarantrieb wird der Planarläufer so eingesetzt, dass er die Komponenten der heute bekannten Flying — Optikansätzen trägt (Spiegel, Linsen); die Laserquelle 67 ist fest und emittiert einen Freistrahl, der auf die optischen Elemente des Planars gerichtet wird; diese lenken den Strahl auf die Oberfläche des Glassubstrates. Die Scribing — Linie entsteht durch die Bewegung des Planarläufers in x — Richtung.
Der übrige Aufbau der Maschine bleibt unberührt.
Gegenüber den heutigen Flying — Optik — Ansätzen besteht der Vorteil dieser Lösung darin, dass der Planarläufer in der Ebene des Planarstators frei programmierbar in der x- und y — Richtung ist und so durch Programmierung und Parameteradaption etwaigen Veränderungen der Richtung des Freistrahls ausgeglichen werden können, ohne dass eine mechanische Justage wie bei den heutigen Flying — Optik — Systemen notwendig ist. Ausführungφrm 6: Planar— Läufer mit voll integriertem Festkörperlaser (siehe Figur 8)
Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform des Laserscribing — Systems mit Planarantrieb wird der Planarläufer so eingesetzt, dass er einen oder mehrere voll integrierte Festkörperlaser trägt, die kommerziell verfügbar sind (z.B. von Firma Newport das Modell Explorer), und die manuell oder automatisch im Abstand zueinander verstellbar sind. Der Vorteil ist, dass solche Laser inzwischen sehr kompakt (Länge ca. 165 mm; Breite ca. 55 mm, Höhe ca. 100 mm) und leicht bauen (ca. 1 kg) und damit die Zuführung des Laserlichts mittels einer Faser entfällt.
Der übrige Aufbau der Maschine bleibt unberührt.
Ausßhrungφrm 7: Anbringung des Planarantήebs über dem Substrat siehe Figur 6
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Planarantrieb über dem Substrat angebracht. Dieser Aufbau ist dann vorteilhaft bzw. notwendig, wenn das Laserlicht nicht von unten durch Substrat hindurch dringen kann. Das ist dann der Fall, wenn Schichten aus spiegelnden Materialien aufgebracht werden müssen, so dass alle weiteren auf diesen spiegelnden Materialien aufgebrachten Schichten nicht mehr von unten ablauert werden können.
Da der Planarläufer Dauermagnete zur Erzeugung der Vorschubkräfte aufweist, halten die Kräfte der Dauermagnete den Planarläufer am Planarstator entgegen der Schwerkraft fest. Dieses Prinzip kann in einfacher Weise genutzt werden, um den Planarantrieb auch über dem Substrat anzubringen.
Der übrige Aufbau der Maschine bleibt unberührt. Bezugszeichenliste
Laser-Scnbing-System
Tisch
Substrat
Trägerkörper
Planars tator bewegbare Einheit
Planarläufer
Laservorrichtung
Lichtfaser
Halterung
Kollimationsoptik
Umlenkspiegel
Laserstrahl
Fokusieroptik
Laserquelle
Scribing-Spuren
Scribing — Spur: +x— Richtung
Scribing — Spur: -x— Richtung
Seitlicher Hub +y / -y — Richtung
Maschinenrahmen
Dr. - Ing. Johann Peter Feraric' Prof. - Berberichstr. 6 D 85579 Neubiberg
Zeichnungen
Kurze Zeichnungsbeschreibung
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht in Richtung der Scribing-Spuren durch das erfindungsgemäße Laser-Scribing-System 10
Fig. 2 eine schematische Draufsicht des erfindungsgemäßen Laser-Scribing- System 10
Fig. 3 F.in konstruktives Beispiel in perspektivischer Darstellung, dargestellt ohne Tisch 20 und ohne Substrat 30, des Laser-Scribing-System 10.
Fig. 4 F.in konstruktives Beispiel in perspektivischer Darstellung wie in Figur 3, dargestellt mit Tisch 20 und mit Substrat 30, des Laser-Scήbing- Systems 10
Fig. 5 Eine schematische Schnittansicht quer zur Richtung der Scribing- Spuren durch das erfindungsgemäße Laser-Scribing-System 10
Fig. 6 Eine schematische Darstellung für eine vorteilhafte Ausfuhrungsform des Laser-Scribing-Systems 10 mit dem Planarantrieb, der über dem Substrat angebracht ist.
Fig. 7 Eine schematische Darstellung für eine erste vorteilhafte Ausführungsform der Laservomchtung 60 mit Faser - Laser Fig. 8 Eine schematische Darstellung für eine zweite vorteilhafte Ausführungsform der Laselvorrichtung 60 mit einem kompakten Festkörperlaser
Fig. 9 Eine schematische Darstellung für eine dritte vorteilhafte Ausfuhrungsform der Laservorrichtung 60 mit einem Flying — Optik - Ansatz
Figur 10 Eine schematische Darstellung der Scribing — Bewegung des Planarläufers 56 bei feststehendem Substrat 30
Figur 11 Eine schematische Darstellung der Scribing — Bewegung des Planarläufers 56 bei mit konstanter Geschwindigkeit bewegtem Substrat 30
Detailerläuterung der Zeichnung
In der Figur 1 ist eine schematische Schnittansicht in Richtung der Scribing- Spuren 70 durch ein erfindungsgemäßes Laser-Scribing-System 10 gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt, welches einen Tisch 20 umfasst, auf dem ein Substrat 30 aufliegt. Unter dem Tisch ist ein Trägerkörper 40 angeordnet, der einen plattenförmigen Planarstator 46 aufweist und an dem der Tisch 20 angekoppelt ist. Auf dem Planarstator 46 ist eine bewegbare Einrichtung 50 vorhanden, 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 ausführen kann. An dem Planarläufer 56 ist eine Laservorrichtung 60 mit mindestens einem Laserstrahl 65 befestigt, der Scribing-Spuren 70 in der ersten Richtung x und in der Gegenrichtung der ersten Richtung -x auf dem Substrat 30 durch LaserHcht von unten erzeugt.
In der Figur 2 ist eine schematische Draufsicht des erfindungsgemäßen Laser - Scribing - Systems 10 gemäß der Ausführungsform aus Figur 1 dargestellt, in der ein mit dem Substrat 30 beladener Tisch 20 sichtbar ist Auf dem Substrat wurden in der ersten Richtung x bzw. in der Gegenrichtung der ersten Richtung — x drei in der zu der ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung y gleichmäßig beabstandete Scribing-Spuren 70 erzeugt.
In Figur 3 ist ein konstruktives Ausführungsbeispiel in perspektivischer Darstellung Darstellung ohne Tisch 20 und ohne Substrat 30 des Laser-Scribing-Systems 10 gemäß der Ausfuhrungsform aus Figur 1 gezeigt. Die Figur zeigt den Trägerkörper 40 als Maschinengestell ausgeprägt; der Planarstator 46 ist in das Maschinengestell eingelassen. Außerdem ist eine auf dem Planarstator befindliche bewegbare Einheit 50 als Planarläufer 56 mit aufgebrachter Laservorrichtung 60 und emittierten Lichtstrahl 65 gezeigt. Die Figur zeigt auch ein beschreibendes Koordinatensystem zur Darstellung der Richtungen.
In Figur 4 ist ein konstruktives Ausführungsbeispiel in perspektivischer Darstellung wie Figur 3, aber mit Tisch 20, mit Substrat 30 und mit Maschinenrahmen 90 des Laser-Scribing- Systems 10 gemäß der Ausfuhrungsform aus Figur 1 dargestellt.
Der Tisch 20 ist in Beladeposition gezeigt. Das Substrat 30 ist in Bearbeitungsposition gezeigt und steht während der Bearbeitung, festgehalten durch eine mechanische Verriegelung, still. Vorher wurde das Substrat 30 über die Tischmechanik in die Bearbeitungsposition eingefahren. Der Maschinenrahmen 90 dient zur Anbringung von Hilfssystemen wie z.B. Kameras. Der in Figur 4 nicht sichtbare Planarläufer 56 bewegt sich auf dem Planarstator 46 in x — Richtung unter dem Substrat und erzeugt so eine oder mehrere Scribing — Spuren. Weitere Scribing - Spuren werden dadurch erzeugt, dass der Planarläufer am Ende eines Hubes eine Bewegung in y — Richtung so wie in Figur 10 dargestellt in der Länge eines Vielfachen der Spurabstände ausführt.
In der Figur 5 ist eine schematische Schnittansicht quer zur Richtung der Scribing - Spuren 70 durch ein erfindungsgemäßes Laser-Scribing-System gemäß der ersten Ausführungsform aus Figur 1 dargestellt, bei dem zwei Planarläufer 56 mit jeweils zwei Laserstrahlen 65 zu sehen sind. Die zwei Planarläufer 56 können sich synchron mit der gleichen Geschwindigkeit in entgegengesetzter Richtungen bewegen.
In Figur 6 ist eine schematische perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßes Laser- Scribing-Systems 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt, welches einen Tisch 20 umfasst, auf dem ein Substrat 30 aufliegt ist. Über dem Tisch ist ein Trägerkörper 40 angeordnet, der einen plattenförmigen Planarstator 46 aufweist, und der mit dem Tisch 20 verkoppelt ist (nicht dargestellt). Unter dem Planarstator 46 ist eine bewegbare Einrichtung 50 vorhanden, 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. An dem Planarläufer 56 ist eine Laservorrichtung 60 (nicht eingezeichnet) befestigt, die mindestens einen Laserstrahl 65 emittiert. Die Sαribing-Spuren 70 werden in der ersten Richtung x und in der Gegenrichtung der ersten Richtung — x auf dem Substrat 30 durch Laserlicht von oben erzeugt.
Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung der Laservorrichtung 60 in einer ersten Ausführungsform bestehend aus einer Lichtfaser 61 fixiert an einer Halterung 62, einer Kollimationsoptik 63, einem Paar Umlenkspiegel 64 sowie einer Fokusieropuk 66. Die gesamte Laservorrichtung ist auf dem Planarläufer 56 aufgesetzt. Es können mehrere zueinander manuell oder automatisch verstellbare Laservorrichtungen auf einem PlanarEufer gesetzt werden. Diese Ausfuhrungsform der Laservorrichtung wird in einer ersten und zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laser-Scribing-Systems 10 gemäß Figur 1 und Figur 6 eingesetzt.
Figur 8 zeigt ein schematische Darstellung der Laservorrichtung 60 in einer zweiten Ausführungsform bestehend aus einem vollintegrierten Festkörperlaser. Es können mehrere zueinander manuell oder automatisch verstellbare Festkörperlaser auf einem Planarläufer gesetzt werden. Diese Ausfuhrungsform der Laservorrichtung kann alternativ zur Ausführungsform gemäß Figur 7 eingesetzt werden und wird in einer ersten und zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laser-Scribing-Systems 10 gemäß Figur 1 und Figur 6 eingesetzt
Figur 9 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Laservorrichtung 60. Der PlanarEufer 56 wird wie in einem Flying Optik - Ansatz verwendet und trägt wie in Figur 7 eine Kollimationsoptik 63, einem Paar Umlenkspiegel 64 sowie einer Fokusieroptik 66. Im Unterschied zu Figur 7 wird das Laserlicht nicht mittels Lichtfaser zugeführt; das Laser - licht wird von einer fest stehenden Laserquelle 67 als Freistrahl emittiert und ist auf den Planar - Läufer gerichtet. Dort wird es mittels der beschriebenen optischen Komponente auf die Substratoberfläche gelenkt. Es können mehrere zueinander manuell oder automatisch verstellbare Laservorrichtungen 60 auf einem Planarläufer gesetzt werden. Diese Ausführungsform der Laservorrichtung wird in einer ersten und zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßes Laser-Scribing-Systems 10 gemäß Figur 1 und Figur 6 eingesetzt.
Figur 10 zeigt eine schematische Darstellung der Scribing — Bewegung des Planarläufers 56 mit Laservorrichtung 60 bei feststehendem Substrat. Der Planarläufer führt einen ersten Hub durch und erzeugt mindestens eine Scribing — Spur 71 in +x— Richtung. Am Ende des Hubes bremst der Planarläufer ab und führt eine Querbewegung 73 durch, wobei dieser Hub einem ganzzahligen Vielfachen der gewünschten Spurabstände entspricht. Danach führt der Planarläufer einen zweiten Hub durch, wobei er mindestens eine Scribing Spur 72 in — x — Richtung erzeugt.
Figur 11 zeigt eine schematische Draufsicht mit Darstellung einer zur Längsbewegung überlagerten Querbewegung des Planarläufers. Zur Bewegung in Scribingrichtung (+x/-x — Richtung) mit Geschwindigkeit V 1 ^ n wird eine Querbewegung des Planarläufers mit der Geschwindigkeit v ψet überlagert, wenn sich das Substrat, statt fest zu stehen, selbst mit konstanter Geschwindigkeit v Substtat durch das Laserscribing — System bewegt. Es gilt v = v s ubstrat - Das Ergebnis nach Abschluss eines Hubes ist wieder eine auf dem Substrat gezeichnete gerade Scribinglinie.
Next Patent: TEMPERATURE-MEASURING DEVICE AND METHOD FOR MEASURING TEMPERATURE