JP5207306B2 - 薄膜積層ガラス基板の薄膜除去方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、薄膜積層ガラス基板の薄膜除去方法及び装置に関するものである。更に詳しくは、薄膜積層ガラス基板の周辺部の不要な薄膜をレーザにより除去する際、薄膜積層ガラス基板に熱による損傷を与えることなく、加工点で発生する蒸発物やプラズマ、粉塵等の基板への付着を防止することができるものに関する。

例えば薄膜太陽電池やフラットパネルディスプレイなどの製造工程においては、機能性材料の薄膜を積層したガラス基板である薄膜積層ガラス基板が製作される。この薄膜積層ガラス基板は、基板同士の貼り合せや薄膜部分の気密性を保つために、ガラス基板周辺部の封止を行う場合がある。

その際、接着箇所となるガラス基板周辺部では、積層された機能性材料の薄膜が接着力の低下や外部への電気の漏洩などを引き起こす可能性があるため、予めその部分の薄膜を除去する工程が必要になる。従来、この工程は、研磨や湿式腐食処理により行われることが多かったが、ランニングコストや発生する廃棄物の観点から、近年においては、レーザを用いて薄膜を除去する装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１に記載のレーザ加工装置は、被加工体にレーザ光を照射するレーザ装置と、レーザ光によって加工される被加工体のスキャンエリアに向く噴出口を備え、この噴出口からスキャンエリアにエアーを噴き付けるエアー噴出装置と、レーザ光によって被加工体から発生する塵埃を集塵する集塵装置とを備えており、レーザ加工時に発生する塵埃が被加工体に付着するのを防止することができるというものである。

特開２００７−１８５６８５

しかしながら、特許文献１に記載のレーザ加工装置には、次のような課題があった。
すなわち、加工において、ガラス基板はデバイスが設けられている薄膜を上面側にしてセットされており、加工点で生じた蒸発物やプラズマ、粉塵等を吸引部へ送るエアーを斜め上方から吹き付ける作業をガラス基板の膜面上方で行うので、大量に生じた蒸発物やプラズマ、粉塵等のうち、エアーの流れから漏れた一部が重力によって薄膜上に降りてデバイスを構成する部分に付着し、絶縁箇所の抵抗値低下を引き起こす等、商品性が損なわれるおそれがあった。

また、一般的に、レーザを用いて薄膜の除去加工を行う場合、処理能力を高めるために、平均出力５００Ｗ以上の高出力のパルスレーザが採用されることが多い。しかし、高出力のパルスレーザによる加工では、薄膜が除去される際に局所的にガラス基板の温度が極めて高温になり、薄膜と接するガラス板に熱の影響で微細なクラック等が発生するおそれがあった。

本発明の目的は、加工点で発生した蒸発物やプラズマ、粉塵等の、基板内のデバイスを構成する部分に対する付着をより確実に防止し、デバイスとしての品質を低下させることなく薄膜積層ガラス基板の周辺部の不要な薄膜をレーザにより除去することができる装置を提供することである。

また、本発明の他の目的は、前記目的に加えて、薄膜積層ガラス基板にレーザの熱による微細なクラック等の損傷が生じにくいようにすることである。

上記課題を解決するために本発明が講じた手段は次のとおりである。
本発明は、
薄膜積層ガラス基板においてデバイスが設けられている薄膜の不要部分をガラス板から除去する装置であって、
薄膜を下側にして薄膜積層ガラス基板を保持する保持部と、
薄膜積層ガラス基板のガラス板側からガラス板を通し加工部にレーザを当てて薄膜の不要部分を除去するレーザ走査部と、
薄膜積層ガラス基板の下方において薄膜積層ガラス基板の非加工領域側から薄膜の膜面と平行に気体を供給する気体供給部と、
気体供給部で供給された気体と、薄膜積層ガラス基板の加工部で生じた蒸発物やプラズマ、粉塵等を含む雰囲気を薄膜積層ガラス基板の非加工領域側から薄膜の膜面と平行に各辺方向へ流れるように吸引する気体吸引部と、
を備えている、薄膜積層ガラス基板の薄膜除去装置である。

本発明は、
レーザ走査部によるレーザの走査は、薄膜積層ガラス基板の加工部において薄膜積層ガラス基板の辺部とほぼ平行に往復走査しながら気体の流れの方向と同じ方向へ移動させて、加工部の全面について行うようにしてある、
前記薄膜積層ガラス基板の薄膜除去装置である。

本発明は、
レーザ走査部のパルスレーザ発振器の平均出力が２００Ｗ以下である、
前記薄膜積層ガラス基板の薄膜除去装置である。

本発明は、
薄膜積層ガラス基板においてデバイスが設けられている薄膜の不要部分をガラス板から除去する方法であって、
薄膜を下側にして薄膜積層ガラス基板を保持し、
薄膜積層ガラス基板の下方において薄膜積層ガラス基板の非加工領域側から薄膜の膜面と平行に気体を供給し、
薄膜積層ガラス基板のガラス板側からガラス板を通し加工部にレーザを当てて薄膜の不要部分を除去し、
供給された気体と、薄膜積層ガラス基板の加工部で生じた蒸発物やプラズマ、粉塵等を含む雰囲気を薄膜積層ガラス基板の非加工領域側から薄膜の膜面と平行に各辺方向へ流れるように吸引する、
薄膜積層ガラス基板の薄膜除去方法である。

本発明は、
レーザの走査は、薄膜積層ガラス基板の加工部において薄膜積層ガラス基板の辺部とほぼ平行に往復走査しながら気体の流れの方向と同じ方向へ移動させて、加工部の全面について行う、
前記薄膜積層ガラス基板の薄膜除去方法である。

本発明は、
平均出力が２００Ｗ以下のパルスレーザ発振器より出射されたレーザを使用して薄膜の不要部分を除去する、
前記薄膜積層ガラス基板の薄膜除去方法である。

（作用）
本発明に係る薄膜積層ガラス基板用薄膜除去装置の作用を説明する。なお、ここでは、説明で使用する各構成要件に、後述する実施の形態において各部に付与した符号を対応させて付与するが、この符号は、特許請求の範囲の各請求項に記載した符号と同様に、あくまで内容の理解を容易にするためであって、各構成要件の意味を上記各部に限定するものではない。

薄膜積層ガラス基板用薄膜除去装置において、まず保持部(11)によって薄膜積層ガラス基板(5)をデバイスが設けられている薄膜(51)を下側にして所定の位置に保持する。
次に、薄膜積層ガラス基板(5)の下方において、気体供給部(2)によって薄膜積層ガラス基板(5)の非加工領域側から薄膜(51)の膜面と平行に空気等の気体を供給し、同時に気体吸引部(3)によって、気体供給部(2)で供給された気体と、それを含む周囲の雰囲気を吸い込む。これにより、薄膜積層ガラス基板(5)の下方において、非加工領域である薄膜積層ガラス基板(5)の内側から各辺部の外側へ向かう雰囲気の流れをつくることができる。

次に、この雰囲気の流れを維持した状態で、レーザ走査部(4)によって薄膜積層ガラス基板(5)のガラス板(50)側からガラス板(50)を通し薄膜積層ガラス基板(5)の加工部にレーザを当てて薄膜(51)の不要部分を除去するように走査する。
薄膜(51)においてレーザが当たる加工点においては、レーザの熱によって蒸発物やプラズマ、粉塵等が発生する。これら蒸発物等は、前記流れを維持している雰囲気中に浮遊するか、または重力で下方へ落下する。

蒸発物等のうち下方へ落下するものは、上方にある薄膜積層ガラス基板(5)の薄膜(51)の膜面に付着することはない。また、蒸発物等のうち雰囲気中に浮遊するものは、雰囲気と共に、上方にある薄膜積層ガラス基板(5)の薄膜(51)の膜面と平行に送られ、薄膜(51)に付着することなく薄膜積層ガラス基板(5)の非加工領域側から各辺部の外側へ送られ、外部へ排出される。
このようにして、薄膜積層ガラス基板(5)においてデバイスが設けられている薄膜(51)の不要部分をガラス板(50)から除去することができる。

レーザ走査部(4)によるレーザの走査を、ガラス基板(5)の加工部においてガラス基板(5)の辺部とほぼ平行に往復走査しながら気体の流れの方向と同じ方向へ移動させて、加工部の全面について行うようにしてあるものは、上流側の加工点で発生した蒸発物等は、万一下流側で薄膜(51)の膜面に付着したとしても、付着した部分はその後レーザで加工されるので、蒸発物等が付着したまま膜面に残る可能性を排除できる。

レーザ走査部(4)のパルスレーザ発振器(40)の平均出力が２００Ｗ以下であるものは、加工点において発生する熱を抑えることができるので、ガラス基板(5)にレーザの熱による微細なクラック等の損傷が生じにくいようにすることができる。また、薄膜(51)の加工点の温度上昇を抑制して熱の影響を低減することができるので、加工点における薄膜(51)の気化やプラズマ化を抑制することができ、発生する蒸発物やプラズマ等の量を低減することができる。

本発明は、前記構成を備え、次のような効果を有している。
（ａ）加工点で発生した蒸発物やプラズマ、粉塵等は、ガラス基板の下面側の薄膜の膜面に沿って流れる気体とそれを含む雰囲気によって、非加工領域である薄膜積層ガラス基板の内側から各辺部の外側へ排出することができる。しかも、薄膜積層ガラス基板は薄膜を下側にして保持されて加工されるので、蒸発物等が雰囲気の流れから漏れても重力によって落下したものが薄膜に付着することはない。
これにより、薄膜積層ガラス基板においてデバイスを構成する部分に対する付着をより確実に防止することができるので、デバイスとしての品質を低下させることなく、薄膜積層ガラス基板の周辺部の不要な薄膜をレーザにより除去することができる。

（ｂ）レーザ走査部のパルスレーザ発振器の平均出力が２００Ｗ以下であるものは、加工点において発生する熱を抑えることができるので、ガラス基板にレーザの熱による微細なクラック等の損傷が生じにくいようにすることができる。また、薄膜の加工点の温度上昇を抑制して熱の影響を低減することができるので、加工点における薄膜の気化やプラズマ化を抑制することができ、発生する蒸発物やプラズマ等の量を低減することができる。

本発明に係る薄膜積層ガラス基板用薄膜除去装置の一実施の形態を示し使用状態を表した側面視断面説明図。 本発明に係る薄膜積層ガラス基板用薄膜除去装置の一実施の形態を示し使用状態を表した平面視説明図。 薄膜積層ガラス基板におけるレーザによる走査軌跡を示す説明図。

本発明を図面に示した実施の形態に基づき詳細に説明する。

なお、図２は、図示の便宜上、レーザ走査部４の図示を省略している。

薄膜積層ガラス基板用薄膜除去装置Ａは、後述する薄膜積層ガラス基板５においてデバイスが設けられている薄膜５１のうち、四角形のガラス板５０の周辺部（四辺部）にある不要部分をガラス板５０から除去する装置であり、台部１、気体供給部２、気体吸引部３及びレーザ走査部４を備えた構造を有している。以下、それぞれについて詳細に説明する。

（台部１）
薄膜積層ガラス基板用薄膜除去装置Ａは、平面視で四角形状（長方形状）の台部１を備えている。台部１の上面１０は水平になっており、上面１０の中央部及び各隅部寄りには合計五箇所に薄膜積層ガラス基板５を載置して保持する受ピン１１（保持部）が設けられている。各受ピン１１は、薄膜積層ガラス基板５の膜面に損傷を与えないように有機高分子樹脂材料を使用している。各受ピン１１の長さは同じに形成されており、本実施の形態では５ｍｍである。なお、保持部としては前記受ピン１１の他、薄膜積層ガラス基板５を吸着により保持する吸盤あるいは横方向から挟んで保持する挟持具等を採用することもできる。

したがって、各受ピン１１で保持される薄膜積層ガラス基板５の下側の薄膜５１の膜面と上面１０との隙間（気体流通部１３）の間隔は、同じく５ｍｍとなる。なお、受ピン１１の長さは５ｍｍに限定されるものではなく、気体流通部１３の必要な間隔に合わせて適宜設定することができ、受ピン１１の数や配置も薄膜積層ガラス基板５の形状や大きさに合わせて適宜設定できるものである。

（気体供給部２）
また、上面１０において前記中央部の受ピン１１を囲む四箇所には、気体供給部２が設けられている。各気体供給部２は、上面１０上において水平方向の全周方向に気体（本実施の形態においては空気）を射出することができる噴出部２０と、噴出部２０に気体を送る給気管２１を備えている。なお、各噴出部２０は各受ピン１１より低くなるように設けられている。

これにより、各噴出部２０は、各受ピン１１で保持される薄膜積層ガラス基板５の下方の気体流通部１３において、薄膜積層ガラス基板５の内側（非加工領域となる基板中央部分）から薄膜の膜面と平行に気体を供給することができる。なお、各噴出部２０から噴出させる気体は、薄膜積層ガラス基板５中央部分の気体流通部１３への粉塵等の流入を防ぐため、高圧の気体（圧縮空気等）を使用している。なお、気体としては、空気の他、例えばアルゴンやヘリウム等、無害で安全な気体を単一で、またはこれらを適宜割合で混合した混合気体として使用することもできる。

（気体吸引部３）
前記台部１は、四辺の側面部１２を備えている。各側面部１２近傍には、各気体供給部２から供給された気体と、薄膜積層ガラス基板５の加工部で生じた蒸発物やプラズマ、粉塵等を含む雰囲気を薄膜積層ガラス基板５の非加工領域側から薄膜５１の膜面と平行に四辺方向へ流れるように吸引する気体吸引部３が設けられている。

各気体吸引部３は、吸気部３０と気体噴射部３１で構成されている。各吸気部３０は、各側面部１２の外側に側面部１２ととやや隙間（気体流通部１４）を設けて配されている。各吸気部３０は、口部がラッパ状に拡がった形状の吸込具３０１に排気管３０２がつながれている構造である。各吸気部３０は、図２に示すように長辺側の側面部１２にはそれぞれ三箇所に設けられ、短辺側の側面部１２にはそれぞれ二箇所に設けられている。

前記気体噴射部３１は、各側面部１２に設けられている。各気体噴射部３１は、噴射ノズル３１１と、噴射ノズル３１１に気体を送る給気管３１２を備えている。各噴射ノズル３１１は、噴射口の幅が各側面部１２の幅とほぼ同じ長さになるように設けられており、各噴射ノズル３１１の噴射方向は各吸込具３０１へ向けられている。

各気体噴射部３１の噴射ノズル３１１から各吸込具３０１へ向け気体が高速で噴射されることにより、その周囲の気体は負圧となり（ベルヌーイの法則による）、気体流通部１３、１４において気体に流れをつくる。この気体により、ガラス基板の加工部で生じた蒸発物やプラズマ、粉塵等を含む雰囲気が取り込まれ、さらに各吸込具３０１で吸引され、排気管３０２を通り外部へ排出される。

（レーザ走査部４）
レーザ走査部４は、薄膜積層ガラス基板５のガラス板５０側からガラスを通し加工部にレーザを当てて薄膜の不要部分を除去するものである。レーザ走査部４は、加工される薄膜積層ガラス基板５の四辺部に対応して、それらの上方四箇所に設けられている。

各レーザ走査部４は、レーザ発振器４０と、光学系の二台のガルバノメータミラー４１を備えている。レーザ発振器４０は比較的低出力であり、本実施の形態では平均出力２００Ｗのものが採用されている。

レーザ発振器４０に低出力のものを採用することにより、レーザによりガラス基板にクラック等の熱影響による損傷が生じることを防止することができる。また、加工点でのガラス基板の温度上昇を抑制することができ、熱の影響を低減することができ、なおかつ加工時に発生する除去物である薄膜５１の気化やプラズマ化を抑制することができる。

なお、レーザ走査部４は低出力のレーザを用いて加工を行うため、高出力のレーザを用いた場合よりも加工処理能力は低下するので、これを改善するためにレーザのスポット部Ｐ（図３参照）の径を微小に絞り、ガルバノメータミラー４１によりレーザを高速に走査できるようにして十分な処理能力を発揮できるようにしている。

（作用）
図１ないし図３を参照して薄膜積層ガラス基板用薄膜除去装置Ａの作用及び薄膜積層ガラス基板の薄膜を除去する方法を説明する。
なお、図１、図２における矢印は、気体や雰囲気の流れを表したものである。

加工される薄膜積層ガラス基板５は、ガラス板５０と、その一方側の表面に積層されておりデバイス（図示省略）が設けられている薄膜５１で構成されている。
薄膜積層ガラス基板用薄膜除去装置Ａにおいては、まず各受ピン１１によって薄膜積層ガラス基板５がデバイスが設けられている薄膜５１を下側にして載置保持される。

次に、薄膜積層ガラス基板５の下方において、気体供給部２の噴出部２０から気体流通部１３に空気が供給される。この空気は、雰囲気と共に薄膜積層ガラス基板５の内側の非加工領域側から薄膜５１の膜面と平行に供給される。

前記空気の供給と同時に、台部１の各側面部１２近傍の気体吸引部３によって、気体流通部１３、１４にある、気体供給部２で供給された気体と、それを含む周囲の雰囲気を吸い込む。これにより、薄膜積層ガラス基板５の下方において、非加工領域である薄膜積層ガラス基板５の内側から各辺部の外側へ向かう雰囲気の流れがつくられる。

次に、気体流通部１３、１４における雰囲気の流れを維持した状態で、レーザ走査部４によって薄膜積層ガラス基板５のガラス板５０側からガラス板５０を通し加工部にレーザを当てて薄膜の不要部分を除去するように走査する。

レーザ走査部４によるレーザの走査は、薄膜積層ガラス基板５の各辺部（四辺部）が同時に行われる。この走査は、図３に示すように薄膜積層ガラス基板５の各辺と平行に行われ、一回の走査により線状の加工を行う。この線状の加工を線幅の分ずらし往復を繰返してレーザを走査していくことで、面状の加工を行うことができる。図３では、各辺における走査範囲が両端部において一部が重なるようにしているが、より広い範囲で重なるようにしてもよいし、薄膜５１の残りが生じないのであれば重ならないようにしてもよい。
なお、図３においては、図示の便宜上、走査線間に隙間を設けて表している。

その際、最初のレーザの走査箇所は、対象となる加工部分において薄膜積層ガラス基板５の中央に近い位置とする。その後、レーザの走査する位置を徐々に薄膜積層ガラス基板５の外側に移動させて加工を行う。すなわち、前記加工は、時系列的に薄膜積層ガラス基板５の中心部より徐々に外側に向けて拡張していくことになる。
これによれば、上流側の加工点Ｐで発生した蒸発物等は、万一下流側で薄膜５１の膜面に付着したとしても、付着した部分はその後レーザで加工され、最終的には除去されるので、蒸発物等が付着したまま膜面に残る可能性を排除できる。

レーザは、ガラス板５０内部を透過した後、ガラス板５０に積層されている薄膜５１の加工点Ｐで吸収され、熱的なエネルギーに変換される。これによって、薄膜５１は蒸発物やプラズマ、またはその衝撃による固体状の粉塵となり、ガラス板５０から除去される。
その際、発生した蒸発物やプラズマ、粉塵等は、前記流れを維持している雰囲気中に浮遊するか、または重力で薄膜積層ガラス基板５下方へ落下し飛散する。

なお、レーザ走査部４のパルスレーザ発振器４０の平均出力は２００Ｗであるので、加工点Ｐにおいて発生する熱を抑えることができ、薄膜積層ガラス基板５にレーザの熱による微細なクラック等の損傷が生じにくいようにすることができる。また、薄膜５１の加工点Ｐの温度上昇を抑制して熱の影響を低減することができるので、加工点Ｐにおける薄膜５１の気化やプラズマ化を抑制することができる。

蒸発物等のうち重力で下方へ落下し飛散するものは、上方にある薄膜積層ガラス基板５の薄膜５１の膜面に付着することはない。また、蒸発物等のうち雰囲気中に浮遊するものは、雰囲気に捕捉されて雰囲気と共に、上方にある薄膜積層ガラス基板５の薄膜５１の膜面と平行に送られ、薄膜５１に付着することなく薄膜積層ガラス基板５の内側の非加工領域側から各辺部の外側へ送られ、気体吸引部３によって外部へ排出される。

このように薄膜積層ガラス基板用薄膜除去装置Ａによれば、薄膜積層ガラス基板５においてデバイスが設けられている薄膜５１の不要部分をガラス板５０から除去することができる。

なお、本明細書で使用している用語と表現は、あくまでも説明上のものであって、なんら限定的なものではなく、本明細書に記述された特徴およびその一部と等価の用語や表現を除外する意図はない。また、本発明の技術思想の範囲内で、種々の変形態様が可能であるということは言うまでもない。

Ａ 薄膜積層ガラス基板用薄膜除去装置
１ 台部
１０ 上面
１１ 受ピン
１２ 側面部
１３ 気体流通部
１４ 気体流通部
２ 気体供給部
２０ 噴出部
２１ 給気管
３ 気体吸引部
３０ 吸気部
３０１ 吸込具
３０２ 排気管
３１ 気体噴射部
３１１ 噴射ノズル
３１２ 給気管
４ レーザ走査部
４０ レーザ発振器
４１ ガルバノメータミラー
５ 薄膜積層ガラス基板
５０ ガラス板
５１ 薄膜

Claims (5)

1. 薄膜積層ガラス基板(5)においてデバイスが設けられている薄膜(51)の不要部分をガラス板(50)から除去する装置であって、
   薄膜(51)を下側にして薄膜積層ガラス基板(5)を保持する保持部(11)と、
   薄膜積層ガラス基板(5)のガラス板(50)側からガラス板(50)を通し加工部にレーザを当てて薄膜(51)の不要部分を除去するレーザ走査部(4)と、
   薄膜積層ガラス基板(5)の下方において薄膜積層ガラス基板(5)の非加工領域側から薄膜(51)の膜面と平行に気体を供給する気体供給部(2)と、
   気体供給部(2)で供給された気体と、薄膜積層ガラス基板(5)の加工部で生じた蒸発物やプラズマ、粉塵等を含む雰囲気を薄膜積層ガラス基板(5)の非加工領域側から薄膜(51)の膜面と平行に各辺方向へ流れるように吸引する気体吸引部(3)と、
   を備えている、薄膜積層ガラス基板の薄膜除去装置。
2. レーザ走査部(4)によるレーザの走査は、薄膜積層ガラス基板(5)の加工部において薄膜積層ガラス基板(5)の辺部とほぼ平行に往復走査しながら気体の流れの方向と同じ方向へ移動させて、加工部の全面について行うようにしてある、
   請求項１記載の薄膜積層ガラス基板の薄膜除去装置。
3. 薄膜積層ガラス基板(5)においてデバイスが設けられている薄膜(51)の不要部分をガラス板(50)から除去する方法であって、
   薄膜(51)を下側にして薄膜積層ガラス基板(5)を保持し、
   薄膜積層ガラス基板(5)の下方において薄膜積層ガラス基板(5)の非加工領域側から薄膜(51)の膜面と平行に気体を供給し、
   薄膜積層ガラス基板(5)のガラス板(50)側からガラス板(50)を通し加工部にレーザを当てて薄膜(51)の不要部分を除去し、
   供給された気体と、薄膜積層ガラス基板(5)の加工部で生じた蒸発物やプラズマ、粉塵等を含む雰囲気を薄膜積層ガラス基板(5)の非加工領域側から薄膜(51)の膜面と平行に各辺方向へ流れるように吸引する、
   薄膜積層ガラス基板の薄膜除去方法。
4. レーザの走査は、薄膜積層ガラス基板(5)の加工部において薄膜積層ガラス基板(5)の辺部とほぼ平行に往復走査しながら気体の流れの方向と同じ方向へ移動させて、加工部の全面について行う、
   請求項３記載の薄膜積層ガラス基板の薄膜除去方法。
5. 平均出力が２００Ｗ以下のパルスレーザ発振器より出射されたレーザを使用して薄膜の不要部分を除去する、
   請求項３または４のいずれかに記載の薄膜積層ガラス基板の薄膜除去方法。

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