JP2013169600A - 基板の溝加工ツール及び溝加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ツールを交換した場合であっても、加工位置の調整が不要で、精度よく溝加工を行うことができるようにする。
【解決手段】この溝加工ツール２は、ホルダ１７に保持され、加工対象である基板上をホルダ１７とともに相対的に移動させて基板に溝を形成するためのツールであって、ツール本体３６と刃先部３７とを備えている。ツール本体３６は、ホルダ１７に当接する当接面３６ａを有し、ホルダ１７に保持される。刃先部３７は、ツール本体３６の先端部に形成され、当接面３６ａから連続して当接面３６ａと面一に形成された基準面３７ａを有するとともに、基準面３７ａから所定の幅を有している。
【選択図】図３

Description

本発明は、溝加工ツール、特に、ホルダに保持され、加工対象である基板上をホルダとともに相対的に移動させて基板に溝を形成するための基板の溝加工ツールに関する。また、本発明は、以上の溝加工ツールを備えた溝加工装置に関する。

薄膜太陽電池は、例えば以下に示すような方法で製造される。すなわち、まず、ガラス等の基板上にMo膜からなる下部電極膜が形成され、その後、下部電極膜に溝が形成されることによって短冊状に分割される。次に、下部電極膜上にCIGS膜等のカルコパイライト構造化合物半導体膜を含む化合物半導体膜が形成される。そして、これらの半導体膜の一部が溝加工によりストライプ状に除去されて短冊状に分割され、これらを覆うように上部電極膜が形成される。最後に、上部電極膜の一部が溝加工によってストライプ状に剥離されて短冊状に分割される。

以上のような方法において使用される溝加工ツールが、特許文献１に示されている。この特許文献１に示される溝加工ツールは、ホルダに保持されるツール本体と、ツール本体の先端部に形成され溝加工用の刃を有する刃先部と、を有している。

特開２０１１−１４２２３５号公報

特許文献１の図３等から明らかなように、従来の溝加工装置に用いられるツールは、ツールの移動方向と直交する幅方向の中央部にのみ刃が形成されている。すなわち、ツールのホルダへの装着面と刃との間には間隔が存在する。この間隔は、ツール自体の加工誤差によって変化する。

このような状況において、ツールの摩耗等によってツールを交換した場合、前述の加工誤差によって、ホルダのツール装着面からツールの刃までの距離が変化する場合がある。この距離が変化すると、精度よく溝を加工することができない。したがって、ツールを交換するたびに加工位置を調整する必要がある。

本発明の課題は、ツールを交換した場合であっても、加工位置の調整が不要で、精度よく溝加工を行うことができるようにすることにある。

第１発明に係る基板の溝加工ツールは、ホルダに保持され、加工対象である基板上をホルダとともに相対的に移動させて基板に溝を形成するためのツールであって、ツール本体と刃先部とを備えている。ツール本体は、ホルダに当接する当接面を有し、ホルダに保持される。刃先部は、ツール本体の先端部に形成され、当接面から連続して当接面と面一に形成された基準面を有するとともに、基準面から所定の幅を有している。

ここでは、刃先部は、ツール本体のホルダに装着される当接面と面一の基準面を有しており、この基準面から所定の幅で形成される。したがって、ツール本体の当接面と刃との間の距離が加工誤差によってツール毎に異なることはない。このため、ツール交換時に加工位置の調整をする必要がなく、精度よく溝を加工することができる。

第２発明に係る基板の溝加工ツールは、第１発明の溝加工ツールにおいて、刃先部の先端には刃が形成されており、刃を含む刃先部の先端部は移動方向から視て方形である。

ここでは、刃を含む刃先部が方形であるので、ツールの刃が摩耗しても、加工される溝幅が一定になる。

第３発明に係る基板の溝加工ツールは、第２発明の溝加工ツールにおいて、刃先部の刃が形成された側部には、刃から離れるにしたがって移動方向上流側に傾斜する掬い面が形成されている。

ここでは、刃が形成されたツールの側部には掬い面が形成されているので、除去された基板の一部の排出性が良好になる。したがって、溝周辺の膜等が剥離するのを抑えることができる。

第４発明に係る基板の溝加工ツールは、第１又は第２発明の溝加工ツールにおいて、ホルダは往復移動するものである。また、刃先部は、移動方向の往動側の先端に形成された第１刃と、復動側の先端に形成された第２刃と、を有している。そして、第１刃が形成された刃先部の第１側部と、第２刃が形成された刃先部の第２側部には、各刃から離れるにしたがって移動方向上流側に傾斜する掬い面が形成されている。

ここでは、ホルダを往復移動させることによって、往動時にはツールの第１刃で、復動時にはツールの第２刃で、それぞれ溝加工をすることができる。また、第３発明と同様に、各刃が形成されたツールの両側部には掬い面が形成されているので、除去された基板の一部の排出性が良好になる。したがって、溝周辺の膜等が剥離するのを抑えることができる。

第５発明に係る基板の溝加工装置は、基板のパターニングラインに沿って溝を形成する装置であって、基板が載置されるテーブルと、第１から第４発明のいずれかにの溝加工ツールが装着されるヘッドと、テーブルとヘッドとを水平面内で相対的に移動させるための移動機構と、を備えている。そして、ヘッドは、上下移動可能なホルダと、ホルダに保持された溝加工ツールを基板に対して所定の押圧力で押圧する押圧部材と、を有している。

この装置では、溝加工ツールは、押圧部材によって基板に所定の押圧力で押圧され、往復移動される。そして、往動時と復動時の両方において基板上に溝が形成される。

第６発明に係る基板の溝加工装置は、第５発明の装置において、ホルダは、溝加工ツールを保持し、移動方向と直交する揺動軸を支点として揺動し、往動位置と復動位置とを取り得る揺動部材を有している。

以上のような本発明では、ツールを交換した場合であっても、加工位置の調整が不要になり、精度よく溝加工を行うことができる。

本発明の一実施形態による溝加工ツールが装着された溝加工装置の外観斜視図。 溝加工装置のヘッドの正面図。 溝加工ツールの側面、正面を示す図。 溝加工時の動作を説明するための模式図。

本発明の一実施形態による溝加工ツールが装着された溝加工装置の外観斜視図を図１に示す。

［溝加工装置の全体構成］
この装置は、基板Ｗが載置されるテーブル１と、溝加工ツール（以下、単にツールと記す）２が装着されたヘッド３と、それぞれ２つのカメラ４及びモニタ５と、を備えている。

テーブル１は水平面内において図１のＹ方向に移動可能である。また、テーブル１は水平面内で任意の角度に回転可能である。なお、図１では、ヘッド３の概略の外観を示しており、ヘッド３の詳細は後述する。

ヘッド３は、移動支持機構６によって、テーブル１の上方においてＸ，Ｙ方向に移動可能である。なお、Ｘ方向は、図１に示すように、水平面内でＹ方向に直交する方向である。移動支持機構６は、１対の支持柱７ａ，７ｂと、１対の支持柱７ａ，７ｂ間にわたって設けられたガイドバー８と、ガイドバー８に形成されたガイド９を駆動するモータ１０と、を有している。ヘッド３は、ガイド９に沿って、前述のようにＸ方向に移動可能である。

２つのカメラ４はそれぞれ台座１２に固定されている。各台座１２は支持台１３に設けられたＸ方向に延びるガイド１４に沿って移動可能である。２つのカメラ４は上下動が可能であり、各カメラ４で撮影された画像が対応するモニタ５に表示される。

［ヘッド］
図２にヘッド３を抽出して示している。ヘッド３は、板状のベース１６と、ホルダ１７と、エアシリンダ１９と、を有している。

ホルダ１７は、図示しないレールを介して、ベース１６に対して上下方向にスライド自在に支持されている。ホルダ１７は、ホルダ本体２２と、ホルダ本体２２の表面に固定された支持部材２３と、揺動部材１８と、を有している。

ホルダ本体２２は、板状に形成され、上部に開口２２ａを有している。支持部材２３は横方向に長い矩形状の部材であり、内部に揺動部材１８が挿通する貫通孔２３ａが形成されている。

揺動部材１８は、ホルダ本体２２及び支持部材２３に揺動自在に支持されている。揺動部材１８は、下部のツール装着部２４と、ツール装着部２４から上方に延びて形成された延長部２５と、を有している。

ツール装着部２４には溝が形成され、この溝にツール２が挿入され、さらに固定プレート２４ａによってツール２が溝内に固定されている。

延長部２５の下部には、水平方向で、かつ溝形成方向と直交する方向に貫通する孔２５ａが形成されている。そして、この孔２５ａを貫通するピン２６を中心に揺動部材１８は揺動自在となっている。ピン２６はホルダ本体２２と支持部材２３によって支持されている。

延長部２５の上端部２５ｂの左右両側には、１対の規制部材２７ａ，２７ｂが設けられている。各規制部材２７ａ，２７ｂは、図４に示すように、ホルダ本体２２に固定された筒状部材２８ａ，２８ｂと、筒状部材２８ａ，２８ｂの内部に挿入されたスプリング２９ａ，２９ｂと、を有している。そして、各スプリング２９ａ，２９ｂの先端が延長部２５の上端部２５ｂに当接することにより、揺動部材１８は図２及び図４（ｂ）に示すような中立位置に維持されている。また、揺動部材１８が揺動していずれかのスプリング２９ａ，２９ｂを押し、延長部２５の上端部２５ｂが筒状部材２８ａ，２８ｂに当接することにより、揺動角度が規制されるようになっている。

エアシリンダ１９はシリンダ支持部材３０の上面に固定されている。シリンダ支持部材３０は、ホルダ１７の上部に配置され、ベース１６に固定されている。シリンダ支持部材３０には上下方向に貫通する孔が形成されており、エアシリンダ１９のピストンロッド（図示せず）がこの貫通孔を貫通し、ロッド先端がホルダ１７に連結されている。

また、ベース１６の上部にはスプリング支持部材３１が設けられている。スプリング支持部材３１とホルダ１７との間にはスプリング３２が設けられており、スプリング３２によってホルダ１７は上方に付勢されている。このスプリング３２によって、ホルダ１７の自重をほぼキャンセルすることができる。

ホルダ１７の左右両側には、１対のエア供給部３４ａ，３４ｂが設けられている。１対のエア供給部３４ａ，３４ｂはともに同じ構成であり、それぞれジョイント３５とエアノズル３６とを有している。

［ツール］
図３にツール２の詳細を示している。図３（ａ）はツール２を移動方向から視た側面図であり、同図（ｂ）はその正面図である。図３（ｂ）にツール２の移動方向Ｍを示している。

ツール２は、ホルダ１７に保持されるツール本体３６と、ツール本体３６の先端部に形成された刃先部３７と、を有している。図３（ａ）において、ツール本体３６の一方の面３６ａは、ツール装着部２４に当接する当接面となっている。

刃先部３７は、ツール本体３６の先端部において、高さｈ（図３（ｂ）参照）の範囲に形成されている。図３（ａ）から明らかなように、刃先部３７の一方の面３７ａは、ツール本体３６の当接面３６ａと連続し、面一に形成された基準面となっている。刃先部３７は、この基準面３７ａから所定の幅に形成されており、移動方向から視て方形に形成されている。

刃先部３７の先端において、移動方向の両側には第１刃３８ａ及び第２刃３８ｂが形成されている。ここでは、第１刃３８ａが往動時に溝加工をするための刃であり、第２刃３８ｂが復動時に溝加工をするための刃である。

また、図３（ａ）で示すように、刃先部３７において、移動方向と直交する方向の幅Ｗはツール本体３６の同方向の幅に比較して狭く形成されている。前述のように、刃先部３７は方向に形成されているので、この方向の刃先部３７の幅は全長にわたって同じ幅Ｗである。さらに、ツール本体３６の刃先部３７側の部分は、図３（ａ）から明らかなように、移動方向と直交する方向の幅が刃先部３７に近づくにしたがって狭くなるように、角度Ｄで傾斜している。

ツール２は、刃先部３７を含む下端部の側面に、掬い面が形成されている。より詳細には、図３（ｂ）に示すように、ツール２を正面（移動方向と直交する方向）から視て、第１刃３８ａが形成された刃先部３７を含む第１側部と、第２刃３８ｂが形成された刃先部３７を含む第２側部には、各刃３８ａ，３８ｂから上方に行くにしたがって内部側（各刃において移動方向上流側）に傾斜する掬い面４０ａ，４０ｂが形成されている。

［溝加工動作］
以上のような装置を用いて薄膜太陽電池基板に溝加工を行う場合は、移動機構６によりヘッド３を移動させるとともにテーブル１を移動させ、カメラ４及びモニタ５を用いて、ツール２を、溝を形成する予定ライン上に位置させる。

以上のような位置合わせを行った後、エアシリンダ１９を駆動してホルダ１７及び揺動部材１８を下降させて、ツール２の先端を薄膜に当てる。このときの、ツール２の薄膜に対する加圧力は、エアシリンダ１９に供給されるエア圧によって調整される。

次にモータ１０を駆動して、ヘッド３を溝加工予定ラインに沿って走査する。このときの揺動部材１８及びツール２の姿勢を、図４に模式的に示している。

往動時（図４において右側への移動時）は、図４（ａ）に示すように、第１刃３８ａと基板上の薄膜との接触抵抗によって、揺動部材１８はピン２６を中心に時計回りに揺動する。この揺動は、揺動部材１８の上端部２５ｂが右側の筒状部材２８ａに当接することによって、規制される。したがって、ツール２は図４（ａ）に示すような傾斜姿勢のまま、第１刃３８ａが基板上の薄膜に当接し、第２刃３８ｂが基板の表面に当接していない状態で＋M方向に移動され、溝が形成される。

この後、ヘッド３を基板に対して相対的に移動させて、ツール２を次に下降すべき溝加工予定ライン上に移動させる。そして、前記同様に、ツール２を基板上の薄膜に押し付けて、前記とは逆方向にヘッド３を移動させる。

この復動時（図４において左側への移動時）においては、図４（ｃ）に示すように、第２刃３８ｂと基板上の薄膜との接触抵抗によって、揺動部材１８はピン２６を中心に反時計回りに揺動する。この揺動は、揺動部材１８の上端部２５ｂが左側の筒状部材２８ｂに当接することによって、規制される。したがって、ツール２は図４（ｃ）に示すような傾斜姿勢のまま、第２刃３８ｂが基板上の薄膜に当接し、第１刃３８ａが基板の表面に当接していない状態で−M方向に移動され、溝が形成される。

以上のような溝加工中においては、ツール２の刃先部３７を含む先端部分には、掬い面４０ａ，４０ｂが形成されているので、各刃３８ａ，３８ｂによって除去された膜を基板の上方にスムーズに逃がすことができる。したがって、溝周辺部の膜剥離を抑えることができる。

なお、溝加工中あるいは溝加工終了時において、各エア供給部３４ａ，３４ｂのエアノズル３６からエアが噴出され、基板から剥離された膜が除去される。

ツール２の刃先部３７が摩耗してきた場合は、ツール２を交換する必要がある。このツール２の交換時においては、ツール本体３６の当接面３６ａをホルダ本体２２の表面に当接して装着するだけでよい。刃先部３７は当接面３６ａと同一面である基準面から所定の幅で形成されているので、各刃３８ａ，３８ｂの位置がツール毎に変わることがない。したがって、ツール２の交換時に交換前後で刃３８ａ，３８ｂの位置が変わることがなく、ツール交換時にツールの取付位置の調整が不要になる。

［特徴］
（１）刃先部３７が、ツール本体３６のホルダ１７に装着される当接面３６ａと面一の基準面３７ａから所定の幅で形成されている。したがって、ホルダ１７に対する各刃３８ａ，３８ｂの位置がツール毎に異なることはなく、ツール交換時に加工位置の調整をする必要がない。

（２）刃先部３７が移動方向から視て方形であるので、刃３８ａ，３８ｂが摩耗しても、加工される溝幅が一定になる。

（３）刃先部３７を含むツール２の側部には掬い面４０ａ，４０ｂが形成されているので、除去された膜の排出性が良好になり、溝周辺の膜剥離を抑えることができる。

［他の実施形態］
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。

刃先部の形状は種々の変更が可能である。例えば、図３（ａ）に示した幅Ｗを、ツール本体３６の幅と同じにしてもよく、またツール本体３６の幅より大きくしてもよい。また、刃の側部を任意の角度で形成してもよい。

１ テーブル
２ ツール
３ ヘッド
６ 移動支持機構
１７ ホルダ
１８ 揺動部材
１９ エアシリンダ
２２ ホルダ本体
３６ ツール本体
３７ 刃先部
３８ａ，３８ｂ 刃
４０ａ，４０ｂ 掬い面

Claims (6)

1. ホルダに保持され、加工対象である基板上を前記ホルダとともに相対的に移動させて基板に溝を形成するための溝加工ツールであって、
   前記ホルダに当接する当接面を有し、前記ホルダに保持されるツール本体と、
   前記ツール本体の先端部に形成され、前記当接面から連続して前記当接面と面一に形成された基準面を有するとともに、前記基準面から所定の幅を有する刃先部と、
   を備えた基板の溝加工ツール。
2. 前記刃先部の先端には刃が形成されており、前記刃を含む前記刃先部の先端部は移動方向から視て方形である、請求項１に記載の基板の溝加工ツール。
3. 前記刃先部の刃が形成された側部には、前記刃から離れるにしたがって移動方向上流側に傾斜する掬い面が形成されている、請求項２に記載の溝加工ツール。
4. 前記ホルダは往復移動するものであり、
   前記刃先部は、移動方向の往動側の先端に形成された第１刃と、復動側の先端に形成された第２刃と、を有し、
   前記第１刃が形成された前記刃先部の第１側部と、前記第２刃が形成された前記刃先部の第２側部には、前記各刃から離れるにしたがって移動方向上流側に傾斜する掬い面が形成されている、
   請求項１又は２に記載の溝加工ツール。
5. 基板のパターニングラインに沿って溝を形成する基板の溝加工装置であって、
   基板が載置されるテーブルと、
   請求項１から４のいずれかに記載の溝加工ツールが装着されるヘッドと、
   前記テーブルと前記ヘッドとを水平面内で相対的に移動させるための移動機構と、
   を備え、
   前記ヘッドは、
   上下移動可能なホルダと、
   前記ホルダに保持された溝加工ツールを基板に対して所定の押圧力で押圧する押圧部材と、
   を有している、基板の溝加工装置。
6. 前記ホルダは、前記溝加工ツールを保持し、前記移動方向と直交する揺動軸を支点として揺動し、往動位置と復動位置とを取り得る揺動部材を有している、
   請求項５に記載の基板の溝加工装置。

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