Vorrichtung und Verfahren für die Bearbeitung von grossflächigen Substraten

Diese vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für die Bearbeitung einer Nutzfläche von grossflächigen Substraten, insbesondere solcher mit einer Länge bzw. Breite > 0.5 m und einer Dicke < 1 cm, mit wenigstens drei in Abstand voneinander angeordneten Lagereinrichtungen für die Aufnahme eines Substrats und einer beweglichen Bearbeitungseinrichtung zur Bearbeitung der Nutzfläche des Substrats zwischen den Lagereinrichtungen.

Stand der Technik

Für die Bearbeitung von grossen, flachen Substraten ist eine Bearbeitung von der oberseitig angeordneten Nutzseite her vorteilhaft, da dann das Substrat horizontal auf einer Unterlage abgelegt werden kann und anschliessend von oben mittels einer geeigneten Bearbeitungseinrichtung, zum Beispiel eines Laserstrahls in X und Y Richtung auf der gesamten Nutzfläche bearbeitet werden kann.

Für gewisse Prozesse kann aber eine Bearbeitung von der Glasrückseite her vorteilhafter sein. So wird zum Beispiel typischerweise für die Laserablation zur Strukturierung von Dünnschicht-Silizium Solarmodulen die Bearbeitung der beschichteten Nutzseite des Glassubstrats mittels eines Laserstrahls von der nicht beschichteten Glassubstratrückseite her durchgeführt.

In diesem Falle stellt sich das Problem, dass sich das Substrat, falls es horizontal am Substratrand gelagert ist und eine für die kommerzielle Nutzung interessante Grosse aufweist (Länge, bzw. Breite > 0.5m, Dicke < 1 cm) durch das Eigengewicht beträchtlich durchbiegt. Die Durchbiegung erschwert die Bearbeitung, da sich die Distanz zwischen der Bearbeitungseinrichtung und dem Substrat, zum Beispiel der Laseroptiklinse und der Glasunterseite, für eine präzise Bearbeitung nicht verändern sollte.

Zur Lösung dieses Problems sind zurzeit Lösungen gemäss Figur 1 gebräuchlich, die für das Substrat 11 einen Auflagetisch 13 mit einem schmalen Spalt 15 in der Mitte des Tisches aufweisen, der sich rechtwinklig zur Substratbewegung erstreckt. Das Substrat 11 wird über den Tisch 13 in Y-Richtung 17 (= Transportrichtung) hinweggeführt, ohne sich durchzubiegen. Im Spalt 13 ist eine oder sind mehrere verschiebbare Bearbeitungseinrichtungen angeordnet, womit eine Bearbeitung in X-Richtung gemäss

Pfeil 19 von der Substratrückseite her durch Bewegen der Bearbeitungseinrichtung und in Y-Richtung durch Bewegen des Substrats ermöglicht wird und somit die ganze Nutzfläche bearbeitet werden kann. Der Auflagetisch 13 weist zur Bewegung des Substrats 11 eine Lagerung auf, die üblicherweise aus einem Luftlager oder aus einem Transportband besteht.

Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, dass das relativ schwere Substrat während der Bearbeitung bewegt werden muss. Dies hat zur Folge, dass a) die Bearbeitungsanlage grösser wird und lange Linearachsen notwendig sind, und b) hohe Beschleunigungskräfte durch die hohe Masse des Substrats entstehen, die zu Ungenauigkeiten führen können und/oder zusätzliche Massnahmen zur Kompensation der Beschleunigungskräfte benötigen, was die Anordnung aufwendig und teuer macht.

Aus der JP2001111078 ist eine Vorrichtung zur Herstellung einer Dünnfilmsolarzelle bekannt, mit der ein Substrat, um es möglichst ebenflächig aufzuspannen, entlang den Kanten in einer ebenen Ausrichtung gehalten wird und in der Fläche punktuell durch Stützstrukturen unterstützt wird. Diese Stützstrukturen sind an Stellen positioniert, die nicht bearbeitet werden. Die Bearbeitung der Dünnschicht erfolgt mittels Laser von der Oberseite her und die Dünnschicht liegt auf der unterstützten Unterseite.

Aus der JP06326337 ist eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Dünnfilmsolarzellen bekannt. Zur Unterstützung des Substrats ist eine transparente Auflage vorhanden, durch welche hindurch mit einem Laserstrahl die oberseitig auf dem Substrat vorliegende Dünnschicht von der Unterseite her bearbeitet wird. In der Auflage sind Luftkanäle ausgebildet, die es erlauben, das Substrat auf die Auflage anzusaugen und dadurch in seiner Lage zu fixieren. In einer alternativen Ausbildung der transparenten Auflage ist diese mit Ausnehmungen versehen, durch welche hindurch die Beschichtung des Substrats bearbeitet wird. Die Auflage kann in diesem Fall aus einem nicht transparenten Material gefertigt sein. Gemäss Figuren 1 und 2 wird mit dem Laserstrahl lediglich zwischen den Luftkanälen eine einzelne Linienstruktur gefertigt, so dass die Ausnehmungen in der nicht transparenten Ausnehmungen lediglich Raum für eine einzelne Linienstruktur bieten muss. Diese Vorrichtung hat den Nachteil, dass die transparante Glasplatte speziell bei grossflächigen Substraten sehr dick wird. Nachteilig ist auch, falls bei grossen Substraten (Länge bzw. Breite > 1 m) nicht transparante Lager eingesetzt werden, dass ein erheblicher Teil der Substratnutzfläche für die Bearbeitung nicht zugänglich ist und lediglich einzelne Laserlinien zwischen den Lagereinrichtungen gezogen werden können.

Aufgabe

Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Erfindung zur Aufgabe, eine kostengünstige, effiziente Lösung zur rückseitigen Bearbeitung von grossflächigen Substraten bereitzustellen.

Beschreibung der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäss Anspruch 1 und ein Verfahren gemäss Anspruch 8 gelöst.

Die Vorrichtung für die Bearbeitung von grossflächigen Substraten von der Substratrückseite her hat in bekannter Weise mehr als zwei in Abstand voneinander angeordnete Lagereinrichtungen für die Aufnahme eines Substrats und eine beweglichen Bearbeitungseinrichtung zur Bearbeitung des Substrats zwischen den Lagereinrichtungen von der Substratrückseite her. Unter grossflächigen Substraten werden insbesondere solche mit einer Länge bzw. Breite > 0.5 m und einer Dicke < 1 cm verstanden.

Erfindungsgemäss ist nun bei der Vorrichtung eine Verschiebeeinrichtung vorgesehen, um eine Relativverschiebung zwischen wenigstens den nicht-endständigen Lagereinrichtungen und dem Substrat zu erreichen. Dadurch wird erreicht, dass die vor der Verschiebung von den Lagereinrichtungen beanspruchten Bereiche nach der Verschiebung für die Bearbeitung zugänglich sind. Es gibt zwei mögliche Ausführungen dazu, nämlich eine erste, bei der von den wenigstens drei Lagereinrichtungen mindestens eine nicht-endständige Lagereinrichtung verschiebbar oder bewegbar angeordnet ist, damit durch Verschieben oder Bewegen der Lagereinrichtung die ganze Nutzfläche des Substrats der Bearbeitungseinrichtung zugänglich gemacht werden kann, oder aber eine zweite, bei der die Verschiebeeinrichtung eine Transportvorrichtung ist, mittels welcher das Substrat um mindestens die Lagerbreite verschoben werden kann, wiederum damit durch das Verschieben oder Bewegen des Substrates die ganze Nutzfläche des Substrats der Bearbeitungseinrichtung zugänglich gemacht werden kann.

Dabei ist es vorerst unerheblich, ob die Lagereinrichtung das Substrat auf der beschichteten Nutzseite oder auf der unbeschichteten Rückseite oder beiden Seiten

stützt. In beiden Fällen werden die von der Lagereinrichtung beanspruchten Bereiche erst dank der Relativverschiebung für eine Bearbeitung von der Rückseite her zugänglich, da die zu bearbeitenden Bereiche während der Laserbearbeitung auf der beschichteten Nutzseite nicht abgedeckt sein dürfen. Dies erlaubt daher die Lagereinrichtungen über oder unter dem Substrat anzuordnen und in beiden dieser Fälle das Substrat von der Rückseite her zu bearbeiten, sei diese unbeschichtete Rückseite nun die Oberseite oder die Unterseite des Substrats. Diese vier Ausführungsvarianten sind insbesondere dann leicht umzusetzen, wenn lediglich nicht- randständige Lagereinrichtungen verschiebbar sind. Die Lagereinrichtungen können dabei, unter dem Substrat angeordnet sein, so dass das Substrat durch die Schwerkraft auf die Lagereinrichtung gedrückt wird. Wenn die Lagereinrichtungen in der Art von Saugleisten gemäss JP 06-326337 ausgebildet sind, können diese sowohl unter als auch über dem Substrat angeordnet sein und das Substrat durch den in den Saugleisten herrschenden Unterdruck, gegebenenfalls entgegen der Schwerkraft, halten.

Wesentlich an der Erfindung ist lediglich, dass mehrere Zwischenbereiche zwischen den Lagereinrichtungen bearbeitet werden können und nach einer Relativverschiebung zwischen zumindest einer nicht-endständigen Lagereinrichtung und dem Substrat der vor dieser Verschiebung durch die wenigstens eine Lagereinrichtung verdeckte Bereich der Nutzfläche ebenfalls bearbeitet werden kann. Dazu ist in aller Regel lediglich eine Verschiebung notwendig, wenn auch mehrere Verschiebungen vorgenommen werden könnten.

Dies hat den Vorteil, dass eine hohe Genauigkeit der Bearbeitung der Nutzfläche erreicht werden kann. Vorteilhaft werden für die Relativverschiebung lediglich die nicht- endständigen Lagereinrichtungen verschoben.

Zweckmässig ist die Nutzseite obenliegend angeordnet und erfolgt die Bearbeitung von unten durch das Substrat hindurch.

Falls drei oder mehr Lagereinrichtungen vorgesehen sind, von denen zwei während des Bearbeitungsprozesses das Substrat am Rand abstützen, und wenigstens eine nicht- endständige Lagereinrichtung in der Transportrichtung des Substrats verschiebbar ist, wird durch das Verschieben der verschiebbaren Lagereinrichtung die ganze Substratfläche bearbeitbar und der Bearbeitungseinrichtung zugänglich gemacht. Dies bedeutet, dass eine rückseitige Bearbeitung des Substrats auch in den Bereichen

möglich ist, in denen das Substrat gestützt wird, ohne das Substrat selbst in Y-Richtung zu bewegen. Dies bedeutet eine beträchtliche Kosten-, Gewichts- und Platzeinsparung. Ausserdem nimmt die Bearbeitungsgenauigkeit zu, da das Substrat während des Bearbeitungsprozesses bezüglich den randständigen Lagereinrichtungen ruht.

Vorteilhaft ist eine Einrichtung zum Bewegen der verschiebbaren oder bewegbaren Lagerungeinrichtungen vorgesehen. Eine horizontale Verschiebung der Lagereinrichtung kann beispielsweise mittels eines Linearmotors geschehen. Es kann zudem eine vertikale Bewegung der Lagereinrichtung vor und nach dem Verschieben der Lagereinrichtung vorgesehen sein. Durch das Anheben bestimmter Lagereinrichtungen im Zwischenbereich zwischen den endständigen Lagereinrichtungen und anschliessendes Absenken und/oder Verschieben des/der sich vorgängig im Einsatz befindlichen Lagereinrichtungen, wird eine ganzflächige rückseitige Bearbeitung des Substrats möglich, ohne das Substrat selbst zu bewegen.

Vorzugsweise ist die Bearbeitungseinrichtung in Transportrichtung des Substrats und quer dazu (X und Y Richtung) bewegbar, sodass eine Bearbeitung von der Substratrückseite her in den jeweils zugänglichen Bereichen zwischen den beweglichen Lagereinrichtungen möglich ist.

Zweckmässigerweise ist die Bearbeitungseinrichtung in Transportrichtung des Substrats (falls es eine solche gibt) und quer dazu (X und Y Richtung) bewegbar. Dank den beiden senkrecht zueinander liegenden Bewegungsrichtungen ist eine Bearbeitung von der Substratrückseite her in den ganzen jeweils zugänglichen Bereichen zwischen den Lagerungen möglich. Die Bearbeitungseinrichtung ist in einer bevorzugten Ausführung mit einer oder mehrere Laserquellen ausgerüstet, so dass das Substrat mit einem oder mehreren Laserstrahlen gleichzeitig bearbeitet werden kann. Die Bewegungen der Bearbeitungseinrichtung und der beweglichen Lagerungselemente können mechanisch gekoppelt sein.

Vorzugsweise besitzt die Vorrichtung eine Dreheinrichtung, die an das Substrat geführt werden kann, um es zu fassen und es um das Zentrum der Nutzseite oder der Rückseite des Substrates, d.h. im Bereich von dessen Schwerpunkt, um + / - 90° um eine Achse senkrecht zu dessen Nutzfläche zu drehen. Dies erlaubt, eine Bearbeitung des Substrats mit der Bearbeitungseinrichtung sowohl in x als auch in y Richtung in der gesamten Länge ohne Unterbruch durchzuführen. Die Dreheinrichtung kann unterhalb

des Substrates angeordnet sein oder sich auch oberhalb des Substrates befinden. Sie kann zusätzlich als Transporteinrichtung ausgebildet sein und zum Transport des Substrates von der Beladeposition in die Bearbeitungsstation und weiter in die Entladeposition dienen, indem sie zusätzlich mit einem linearen Antrieb ausgestattet ist. Falls die Dreheinrichtung auf der Rückseite des Substrats, dies ist in der Regel unter dem Substrat, angeordnet ist, ist ein Vakuumsaugverfahren zur Befestigung des Substrats auf der Dreheinrichtung zur Durchführung der Dreh- oder der Schiebebewegung vorteilhaft. Falls die Dreheinrichtung das Substrat an der Nutzseite fasst, insbesondere über dem Substrat angeordnet ist, kann eine Kombination von Saugen / Luftlager oder eine Bemoullilagerung eingesetzt werden, um einen Kontakt mit der Gefahr einer Verletzung der Nutzfläche zu vermeiden. Als Alternative dazu kann die Dreheinrichtung das Substrat an den Enden klemmen, um eine mit der Nutzseite berührungsfreies Halten des Substrats zu gewährleisten.

Die Lagerung des Substrats auf der Rückseite hat den Vorteil, dass die Nutzseite für ein Monitoring, eine weitere Bearbeitung, ein Absaugen von ablatiertem Material etc. ganzflächig frei ist von behindernden Lagereinrichtungen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zum Bearbeiten einer auf der Nutzseite eines Substrats sich ausdehnenden Nutzfläche, bei welchem Verfahren während eines Bearbeitungsprozesses das Substrat in drei oder mehr Lagereinrichtungen lagestabil fixiert und von der der Nutzfläche gegenüberliegenden Substratrückseite her mittels einer Bearbeitungseinrichtung, z.B. einer Laserquelle, durch das Substrat hindurch bearbeitet wird und optional gleichzeitig auf der Nutzseite die Bearbeitungszone zugänglich ist für zum Beispiel Monitoring oder ein Absaugen des ablatierten Materials. Erfindungsgemäss wird bei einem solchen Verfahren zur Bearbeitung der durch die Lagereinrichtungen abgedeckten Bereiche der Nutzfläche die Realtivposition des Substrats gegenüber wenigstens den nicht-endständigen Lagereinrichtungen um wenigstens die Breite der Lagereinrichtung verschoben, und sodann werden die noch nicht bearbeiteten Bereiche der Nutzfläche bearbeitet.

Vorteilhaft ist insbesondere ein Verfahren zum Bearbeiten eines Substrats, bei welchem Verfahren das Substrat auf Lagereinrichtungen abgelegt und von unten her mittels einer Bearbeitungseinrichtung, z.B. Laserquelle, bearbeitet wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das Substrat auf drei oder mehr in Abstand voneinander angeordneten Lagereinrichtungen abgelegt wird und während des Bearbeitungsprozesses auf den Lagern lagestabil aufliegen kann, und dass zur Bearbeitung der durch die Lager abgedeckte Nutzfläche die Position des Substrats gegenüber dem Lager um wenigstens die Breite der Lager verschoben wird, aber

vorzugsweise maximal um einen dem Abstand der Lager voneinander entsprechenden Weg, sodass dann die noch nicht bearbeitete Nutzfläche bearbeitet werden kann.

Das Verfahren zeichnet sich in einer bevorzugten Ausführungsform dadurch aus, dass das Substrat in fester Position bleibt und die Lagereinrichtungen verschoben werden, um die vorgängig abgedeckten Bereiche der Nutzfläche zugänglich zu machen. Andererseits können aber auch die Lagereinrichtungen in fester Position bleiben, und das Substrat verschoben werden, um die vorgängig abgedeckten Bereiche der Nutzfläche zugänglich zu machen.

Weiter können auch sowohl die Lagereinrichtungen als auch das Substrat verschoben werden, um die vorgängig abgedeckten Bereiche der Nutzfläche zugänglich zu machen.

Bei dem Verfahren wird vorteilhaft die Bearbeitungseinrichtung zum Bearbeiten des Substrates in zwei einander kreuzenden Richtungen (X und Y Richtung) bewegt. Zweckmässigerweise ist die Bearbeitungseinrichtung auch in der Höhe (Abstand zum Substrat) verstellbar, um zum Beispiel von einem Lager-Zwischenbereich in den nächsten für die anschliessende Bearbeitung wechseln zu können. Bei dem Verfahren werden neben den Bearbeitungsschritten durch das Substrat hindurch vorteilhaft weitere Bearbeitungs- und/oder Kontrollschritte zur Bearbeitung oder Kontrolle der Nutzfläche vorgenommen. Da das Substrat während diesen Schritten mit seiner Rückseite auf Lagereinrichtungen aufliegt, können diese weiteren Schritte unbehindert von der Nutzseite her ausgeführt werden. Diese Bearbeitungs- und Kontrollschirtte umfassen beispielsweise das Absaugen von ablatiertem Material, die Qualitätskontrolle, das Beschichten der Nutzfläche, etc.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren im Detail beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine bekannte Anordnung einer Bearbeitungsanlage für die Bearbeitung grosser flacher Substrate von der Rückseite her. Fig. 2 Eine erfindungsgemässe Vorrichtung für die Bearbeitung grosser flacher

Substrate von der Rückseite her. Fig. 3 Die Vorrichtung gemäss Fig 2, bei der die beweglichen Lager verschoben sind.

Die in Figur 1 dargestellte bekannte Anordnung einer Bearbeitungsanlage für die

Bearbeitung grosser flacher Substrate (11) von der Rückseite her, besteht aus einem Auflagetisch (13) mit einem Spalt (15) in dem die Bearbeitungseinrichtung angebracht werden kann. Zur Bearbeitung wird das Substrat auf dem Auflagetisch in Y-Richtung (Pfeil 17) bewegt und die Laseranordnung führt eine Bearbeitung in X-Richtung (Pfeil 19) durch.

Die in Figur 2 dargestellte erfindungsgemässe Vorrichtung für die Bearbeitung grosser flacher Substrate (11) von der Rückseite her, besteht aus mehreren linearen Lagereinrichtungen (21,23, 25) für das Substrat, zwischen denen die Bearbeitung von der Rückseite her durch das Substrat hindurch möglich ist. Die Bearbeitungseinrichtung kann im jeweiligen Bereich zwischen zwei Lagereinrichtungen in X-Richtung (Pfeil 27) und Y-Richtung (Pfeil 29) bewegt werden. Das Substrat 11 wird auf mehreren nebeneinander angeordneten Lagereinrichtungen 21 , 23, 25 gelagert. Diese Lager können zum Beispiel einfache Auflagen, Luftlager, Auflagen mit Absaugung, Transportbänder oder eine Kombination davon sein. Der Abstand zwischen den Lagereinrichtungen ist so gewählt, dass der Durchhang des Substrates minimal ist (< 1 mm für Laserstrukturierung) und daher die Genauigkeit der Bearbeitung von der Rückseite möglichst wenig beeinträchtigt. Die Bearbeitung kann im Bereich der Nutzfläche neben den Lagereinrichtungen durchgeführt werden. Dabei werden die Bearbeitungseinrichtungen sowohl in Y-Richtung gemäss Pfeil 29 als auch in X- Richtung gemäss Pfeil 27 bewegt. Um anschliessend die von den Lagereinrichtungen abgedeckten Bereiche der Nutzfläche zu bearbeiten, werden die Lagereinrichtungen 23 verschoben. In Figur 3 ist die Vorrichtung gemäss Fig 2 dargestellt, bei der die beweglichen Lagereinrichtungen (23) so verschoben sind, das eine Bearbeitung von der Rückseite in den Bereichen, die in der Ausgangsstellung gemäss Fig. 2 von den Lagereinrichtungen abgedeckt waren, sowohl in Y-Richtung (Pfeil 33) als auch in X- Richtung (Pfeil 31) möglich ist.

Wenn sich das Substrat in der Bearbeitungsposition befindet, ist es sinnvoll, das Substrat an mindestens 2 Punkten zu arretieren, zum Beispiel an der festen Lagereinrichtung 21 , um ein Verschieben des Substrats 11 während des Bearbeitungsprozesses und/oder während des Verschiebens der beweglichen Lagereinrichtung 23 zu vermeiden. Falls zur Lagerung ein Transportband eingesetzt wird, ist vor dem Verschieben der Lagereinrichtung ein Absenken der Lagereinrichtung oder ein leichtes Anheben des Substrats sinnvoll, um Reibung an der Substratrückseite zu vermeiden. Bei Luftlagem ist diese Massnahme nicht notwendig.

Eine Alternative zur Erreichung desselben Ziels, ist eine Anordnung mit mehreren, parallel angeordneten fixen Lagern und einer Einrichtung, die es erlaubt, das Substrat 11 um wenigstens die Lagerbreite zu verschieben, um die vorher abgedeckten Bereiche der Nutzfläche für die Bearbeitung zugänglich zu machen.