JP2014004776A - 基板の加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の表面の撓みに正確に追従でき、加工不良を抑える。
【解決手段】この加工装置は、基板の表面を加工するための装置であって、基板が載置されるテーブル１と、ヘッド３と、モータ１８と、センサ１９と、制御部２４と、を備えている。ヘッド３は、テーブル１に対して水平方向に相対移動が可能なベース１６と、先端に加工用のツール２が装着されベース１６に昇降自在に支持されたホルダ１７と、を有する。モータ１８はベース１６に対してホルダ１７を昇降させる。センサ１９は基板表面の高さ位置を検出する。制御部２４は、センサ１９の検出結果に基づいてモータ１８駆動機構を制御し、ホルダ１７の高さ位置を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板の加工装置、特に、太陽電池基板の薄膜に溝を形成するための加工装置に関する。

太陽電池基板は、例えば特許文献１に示されるような方法で製造される。この特許文献１に記載された製造方法では、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。

以上のような工程における溝加工技術の１つとして、ダイヤモンド等のメカニカルツールによって薄膜の一部を除去するメカニカルスクライブ法が用いられている。このメカニカルスクライブ法において、安定した幅の溝加工を行うことができるように、特許文献２に示される方法が提案されている。この特許文献２に示された方法では、加工負荷を調整する加工負荷調整機構を備えた溝加工ツール及び剥離ツールが用いられている。

また、特許文献３には、溝形成方向に揺動自在な振り子揺動体を設け、往復動時に溝を形成できるようにした装置も提供されている。

実開昭６３−１６４３９号公報 特開２００２−０３３４９８号公報 特開２０１０−２４５２５５号公報

従来の溝加工装置では、ツールがエアシリンダによって太陽電池基板に押し付けられている。そして、太陽電池基板の表面が撓んでいる場合は、エアシリンダのピストンロッドが上下移動することにより、ツールが基板表面に追従するようになっている。

ここで、太陽電池基板に溝加工する場合は、押付荷重を小さく設定する場合が多い。しかも、太陽電池基板の製造においては、ガラス基板の上に金属膜（Ｍｏ膜）を形成する際に熱処理されるので、ガラス表面の撓みが大きくなっている場合が多い。

このような状況では、従来装置のようにエアシリンダのピストンロッドの上下移動だけでは、ツールが太陽電池基板の撓みに十分に追従することができず、ツールの押圧力の変動が大きくなる。すると、加工残りや基板へのダメージの原因となり、加工不良が発生する場合がある。

本発明の課題は、基板の表面の撓みに正確に追従でき、加工不良を抑えることができる加工装置を得ることにある。

本発明の第１側面に係る基板の加工装置は、基板の表面を加工するための装置であって、基板が載置されるテーブルと、ヘッドと、駆動機構と、センサと、制御部と、を備えている。ヘッドは、テーブルに対して水平方向に相対移動が可能なベースと、先端に加工用のツールが装着されベースに昇降自在に支持されたホルダと、を有する。駆動機構はベースに対してホルダを昇降させる。センサは基板表面の高さ位置を検出する。制御部は、センサの検出結果に基づいて駆動機構を制御し、ホルダの高さ位置を制御する。

ここでは、基板の表面の高さがセンサにより検出され、この検出結果に応じてツールが装着されるホルダがベースに対して上下方向に移動制御される。

このため、ツールが上下方向に移動可能な範囲が従来装置に比較して大きくなり、基板の表面に対するツールの追従性が向上する。これにより、ツールの押圧力の変動が小さくなり、加工残りや基板へのダメージ等の加工不良を抑えることができる。

本発明の第２側面に係る基板の加工装置は、第１側面の装置において、ホルダは、ホルダ本体と、ツール装着部と、押圧手段と、を有している。ツール装着部は、ホルダ本体に対して昇降自在に支持され、下端部にツールが装着される。押圧手段はツール装着部をテーブル上の基板に対して押圧する。

本発明の第３側面に係る基板の加工装置は、第２側面の装置において、押圧手段は、ピストンロッドの先端がツール装着部に連結されたエアシリンダである。

本発明の第４側面に係る基板の加工装置は、第１から第３側面のいずれかの装置において、センサは基板の表面にレーザ光を照射して基板の表面の高さ位置を測定する。

本発明の第５側面に係る基板の加工装置は、第１から第４側面のいずれかの装置において、センサはベースに装着されている。そして、制御部はセンサからの検出結果を受けて、センサと基板表面との間の距離の変化分に応じて駆動機構を制御する。

本発明の第６側面に係る基板の加工装置は、第２から第４側面のいずれかの装置において、センサはホルダ本体に装着されている。そして、制御部はセンサからの検出結果を受けて、センサと基板表面との間の距離が常に一定になるように駆動機構を制御する。

以上のような本発明では、基板の表面の撓みが大きい場合であっても、ツールをその撓みに精度良く追従させることができ、加工不良を抑えることができる。

本発明の一実施形態が採用された加工装置の外観斜視図。 本発明の第１実施形態のヘッドの模式図。 本発明の第２実施形態のヘッドの模式図。

−第１実施形態−
本発明の第１実施形態を採用した基板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、太陽電池基板（以下、単に「基板」と記す）Ｗが載置されるテーブル１と、溝形成用のツール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については後述する。

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。各ヘッド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及びその制御ブロックを模式的に示している。図２（ａ）は正面図であり、図２（ｂ）は側面図である。

ヘッド３は、ベース１６と、ホルダ１７と、を有している。また、ヘッド３には、ホルダ１７を駆動するためのモータ１８と、センサ１９と、が設けられている。

ベース１６は図１に示すガイドバー８のガイド９に沿ってＸ方向に移動可能である。

ホルダ１７は、モータ１８によって上下方向に駆動され、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。このホルダ１７は、ホルダ本体２１と、ツール装着部２２と、エアシリンダ２３と、を有している。

ツール装着部２２はホルダ本体２１に対して昇降自在に支持されている。エアシリンダ２３は、ホルダ本体２１に固定されており、ピストンロッドの下端がツール装着部２２に連結されている。このエアシリンダ２３によってツール装着部２２に装着されたツール２が下方（基板）に押圧される。ツール装着部２２の下部にはツール２が取り外し自在に装着されている。

センサ１９は、テーブル１上に載置された基板の表面の高さを検出するものであり、ベース１６に固定されている。このセンサ１９は、レーザ光を基板の表面に照射し、センサ１９と基板との間の距離を測定するものである。

この装置には、制御部２４が設けられている。制御部２４は、センサ１９からの検出信号を受けて、モータ１８を制御するものである。具体的には、制御部２４は、センサ１９と基板との間の距離の変化分だけ、ホルダ１７を上下させる。すなわち、基板の表面が正規の位置より上方に撓んでいる場合は、撓み分だけ前述の距離が短くなる。そこで、制御部２４は、短くなった距離分だけ、モータ１８を駆動して、ホルダ１７を上方に移動させる。

［溝加工動作］
以上のような装置を用いて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をスクライブ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２３を駆動してホルダ１７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２３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をスクライブ予定ラインに沿って走査する。このとき、基板の表面の高さ（センサ１９との間の距離）が検出され、この検出結果は制御部２４に入力される。制御部２４は、前述のように、基板表面の高さに応じてモータ１８を駆動制御し、ホルダ１７、すなわちツール２を上下方向に移動させる。このため、ツール２の薄膜に対する加圧力を、常に適切な圧力に維持することができる。

［特徴］
ツール装着部２２及びエアシリンダ２３を有するホルダ１７を、基板表面の高さ位置に応じて上下方向に移動制御しているので、従来装置のようにエアシリンダ２３の作動範囲内でツール２を上下方向に移動させる場合に比較して、ツール２の基板表面に対する追従性が向上する。すなわち、基板の撓みが大きい場合でも、精度良くツール２を基板表面に追従させることができる。このため、加工残りを少なくでき、また太陽電池基板を構成するガラス基板へのダメージを抑えることができる。

−第２実施形態−
本発明の第２実施形態を図３に模式的に示している。図３（ａ）は溝加工装置のヘッド及びその制御ブロックの正面図であり、図３（ｂ）は側面図である。なお、ヘッド以外の部分は第１実施形態に示した構成と同様である。

第１実施形態と同様に、ヘッド３０は、Ｘ方向に移動可能なベース３２と、ホルダ３３と、を有している。また、ヘッド３０には、ホルダ３３を上下方向に駆動するためのモータ３４が設けられている。

ホルダ３３は、ホルダ本体３５と、ホルダ本体３５に対して昇降自在に支持されたツール装着部３６と、ホルダ本体３５に固定されたエアシリンダ３７と、センサ３８と、有している。エアシリンダ３７のピストンロッドの下端がツール装着部３６に連結されている。また、ツール装着部３６の下部にはツール２が取り外し自在に装着されている。

センサ３８は、テーブル１上に載置された基板の表面の高さを検出するものであり、ホルダ本体３５に固定されている。このセンサ３８は、第１実施形態と同様に、レーザ光を基板の表面に照射し、センサ３８と基板との間の距離を測定するものである。

この第２実施形態には、制御部４０が設けられている。制御部４０は、センサ３８からの検出信号を受けて、モータ３４を制御するものである。具体的には、制御部４０は、センサ３８と基板との間の距離が常に一定になるようにモータ３４を制御してホルダ３３を上下させる。

［溝加工動作］
溝加工動作については、第１実施形態と同様である。ここでは、ホルダ３３の駆動制御が第１実施形態と異なる。すなわち、モータ１０を駆動してヘッド３をスクライブ予定ラインに沿って走査する際に、基板の表面の高さ（センサ３８との間の距離）が検出され、この検出結果は制御部４０に入力される。制御部４０は、前述のように、基板表面の高さに応じて、センサ３８と基板表面との間の距離が常に一定になるようにモータ３４を駆動制御し、ホルダ３３、すなわちツール２を上下方向に移動させる。このため、ツール２の薄膜に対する加圧力を適切な圧力に維持することができる。

［特徴］
第１実施形態の特徴に加えて、基板表面に追従してセンサ３８がホルダ３３とともに上下方向に移動するので、センサ３８によって測定可能な基板表面の高さの範囲が拡大する。このため、センサの測定可能範囲にかかわらず、基板表面への追従可能範囲が拡大する。すなわち、第１実施形態では基板表面の高さがセンサの測定範囲から外れないように基板の厚さや厚さ方向の歪に応じて、測定可能範囲の異なるセンサに交換したり、センサの取付位置（高さ）を調整しておく必要があるが、第２実施形態ではセンサの高さが基板の表面に追従して変化するのでこのようなセンサの取付位置の調整が不要になる。

また、センサの交換や、取付位置の調整に伴うゼロ点調整作業を不要にすることができる。

［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。

１ テーブル
２ ツール
３，３０ ヘッド
１６，３２ ベース
１７，３３ ホルダ
１８，３４ モータ
１９，３８ センサ
２１，３５ ホルダ本体
２２，３６ ツール装着部
２３，３７ エアシリンダ
２４，４０ 制御部

Claims (6)

1. 基板の表面を加工するための加工装置であって、
   基板が載置されるテーブルと、
   前記テーブルに対して水平方向に相対移動が可能なベースと、先端に加工用のツールが装着され前記ベースに昇降自在に支持されたホルダと、を有するヘッドと、
   前記ベースに対して前記ホルダを昇降させる駆動機構と、
   前記基板表面の高さ位置を検出するセンサと、
   前記センサの検出結果に基づいて前記駆動機構を制御し、前記ホルダの高さ位置を制御する制御部と、
   を備えた基板の加工装置。
2. 前記ホルダは、
   ホルダ本体と、
   前記ホルダ本体に対して昇降自在に支持され、下端部に前記ツールが装着されるツール装着部と、
   前記ツール装着部を前記テーブル上の基板に対して押圧するための押圧手段と、
   を有している、請求項１に記載の基板の加工装置。
3. 前記押圧手段は、ピストンロッドの先端が前記ツール装着部に連結されたエアシリンダである、請求項２に記載の基板の加工装置。
4. 前記センサは前記基板の表面にレーザ光を照射して前記基板の表面の高さ位置を測定する、請求項１から３のいずれかに記載の基板の加工装置。
5. 前記センサは前記ベースに装着されており、
   前記制御部は前記センサからの検出結果を受けて、前記センサと前記基板表面との間の距離の変化分に応じて前記駆動機構を制御する、
   請求項１から４のいずれかに記載の基板の加工装置。
6. 前記センサは前記ホルダ本体に装着されており
   前記制御部は前記センサからの検出結果を受けて、前記センサと前記基板表面との間の距離が常に一定になるように前記駆動機構を制御する、
   請求項２から４のいずれかに記載の基板の加工装置。

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