JP2014124757A - 加工装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】パターニングヘッドの直線移動性を補正することができ、これによってＰ２工程除去加工を精度良く行える加工装置を提供する。
【解決手段】基板をステージに固定した状態で、パターニングヘッドを水平面内においてステージに対し少なくとも一軸方向に相対移動させることによって基板に溝を形成する、パターニング加工を行う装置が、ステージに一軸方向に延在するように設けられてなるキャリブレーションラインを備え、パターニングヘッドをパターニング加工の場合と同じにステージに対し相対移動させながら撮像手段によってキャリブレーションラインを撮像し、得られた撮像画像において生じているキャリブレーションラインの一軸方向に直交する方向の変位に基づいて、パターニング加工の際のパターニングツールによる加工位置を補正するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、カルコパイライト系薄膜太陽電池の製造に用いる加工装置に関し、特に、薄膜層に対してパターニングを行う加工装置に関する。
ＣＩＳ（ＣｕＩｎＳｅ２）やＣＩＧＳ（Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２）といったカルコパイライト系薄膜太陽電池は、例えば、ソーダガラスなどのガラス基板に、裏面電極となるモリブデン（Ｍｏ）膜をスパッタリングで成膜し、係るモリブデン膜の上に、ＣＩＳもしくはＣＩＧＳからなるｐ型の光吸収層、ＣｄＳからなる高抵抗バッファ層、ＩＴＯなどからなるn型の酸化物透明導電膜（ＴＣＯ）層を、それぞれに適した成膜法で順次に成膜することによって作製される。
ただし、係る製造プロセスの途中において、基板上に形成された複数の太陽電池セル間の絶縁を確保するために、先に形成された薄膜層の一部を直線状に除去して絶縁用の（セル分離用の）加工溝（加工痕）を形成するパターニング加工が行われる。係るパターニング加工には、ガラス基板上に形成されたＭｏ層をパターニングするＰ１工程と、Ｐ１工程の後、Ｍｏ層上に形成されたＣＩＧＳ光吸収層をパターニングするＰ２工程と、Ｐ２工程の後、ＣＩＧＳ光吸収層上に形成されたＴＣＯ層をパターニングするＰ３工程とがある。
このうち、Ｐ１工程はレーザー光により行われるが、Ｐ２、Ｐ３工程はパターニングツールとも称される溝加工ツールによってメカニカルに行われるのが一般的である。係る絶縁用の加工溝の形成に適した溝加工ツールおよびこれを具備する加工装置がすでに公知である（例えば、特許文献１参照）。
また、パンチプレスやレーザー加工機などの板材加工機において、板材送り手段の熱変位に起因した加工誤差を補正して加工精度を向上させる技術も、既に公知である（例えば、特許文献２参照）。
特開２０１１−１４２２３５号公報 特開２００１−２２５１２６号公報
特許文献１に開示されているような加工装置においては、パターニングツールを一軸方向に移動させることによって基板に対し直線状に加工溝を形成することが出来る。しかしながら、可動部分の経年変化（摩耗・変質等）や温度変化などが原因となって、動作精度（特にパターニングツールの直線移動性）が劣化し、真直な直線状の加工溝の形成を意図しているにも関わらず、加工溝が部分的に変位したり湾曲したりすることがある。
また、Ｐ２工程は、通常、先に行われたＰ１工程によって形成された直線状の溝（以下、Ｐ１ラインとも称する）に沿って、つまりはＰ１ラインに対し一定距離だけ離間させて、直線状の溝（以下、Ｐ２ラインとも称する）を形成する工程である。ただし、Ｐ１工程においても、経年変化や温度変化などが原因となって、使用する加工装置の可動部分の動作精度に劣化が生じた結果、Ｐ１ラインが厳密には直線とならず、部分的に変位したり湾曲したりしていることがある。このような態様にてＰ１ラインが形成されてなる場合、Ｐ２工程においては、Ｐ１ラインに沿ってＰ２ラインを形成するために、Ｐ１ラインの形状に倣ってＰ２ラインを変位や湾曲等させつつ形成することが必要となる。
Ｐ２工程は、例えば、パターニングツールを、基板に対して第１の方向（Ｐ１ラインの延在方向）に相対移動させつつ、Ｐ１ラインの変位や湾曲に倣って第１の方向に直交する第２の方向にも相対移動させることによって実現される。
しかしながら、Ｐ２工程を行う加工装置において上述のようにパターニングツールの直線移動性に劣化が生じていると、Ｐ１ラインに倣うようにＰ２ラインの形成予定位置（形成予定ライン）が設定されており、パターニングツールが該形成予定ラインに沿うように加工装置を動作させているにもかかわらず、Ｐ２ラインを該形成予定ラインに沿って精度良く形成することができなくなる。
本願発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、パターニングツールの直線移動性を補正することができ、これによってＰ２工程を精度良く行える加工装置を提供することを、目的とする。
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、薄膜層が形成された基板をステージに固定した状態で、パターニングヘッドを水平面内において前記ステージに対し少なくとも一軸方向に相対移動させることによって、前記薄膜層の一部を除去して前記基板に溝を形成する、パターニング加工を行う加工装置であって、前記ステージに、前記一軸方向に延在するように設けられてなるキャリブレーションラインと、前記キャリブレーションラインを撮像する撮像手段と、を備え、前記パターニングヘッドを前記パターニング加工の場合と同じに前記ステージに対し相対移動させながら前記撮像手段によって前記キャリブレーションラインを撮像し、得られた撮像画像において生じている前記キャリブレーションラインの前記一軸方向に直交する方向の変位に基づいて、前記パターニング加工の際の加工位置を補正する、ことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の加工装置であって、前記パターニングヘッドが前記水平面内において第１の方向に移動可能とされており、前記基板を前記ステージに固定した状態で前記パターニングヘッドを前記第１の方向に移動させることによって、前記薄膜層の一部を除去して前記基板に溝を形成するようになっており、前記撮像手段が、前記パターニングヘッドに付設されてなり、前記パターニングヘッドを前記第１の方向に移動させながら前記キャリブレーションラインを撮像するようになっており、前記撮像手段によって得られた前記撮像画像に生じている前記キャリブレーションラインの前記第１の方向に直交する第２の方向の変位に基づいて、前記パターニング加工の際の前記パターニングヘッドによる前記第２の方向についての加工位置を補正する、ことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の加工装置であって、前記キャリブレーションラインが、金属Ｃｒを前記ステージの上面に蒸着してなるものである、ことを特徴とする。
請求項１ないし請求項３の発明によれば、基板の一部を剥離除去して加工溝を形成する加工装置において、加工溝を優れた精度で形成することが出来る。特に、定期的にまたは不定期にキャリブレーションを行うことで、加工精度の経時的な劣化を防ぐことが出来る。
加工装置１００の構成を概略的に示す斜視図である。 加工装置１００の機能的構成を示すブロック図である。 パターニングツール８がホルダ９によって保持される様子を示す図である。 パターニングツール８の詳細構成図である。 ラインカメラ１０でキャリブレーションラインＣＬを撮像する際の、両者の位置関係と、得られる撮像画像とを模式的に示す図である。 加工位置の補正の実例を示すグラフである。 加工位置の補正の実例を示すグラフである。 使用する補正データの新旧の違いが与える加工溝の形状に与える影響を示すグラフである。 使用する補正データの新旧の違いが与える加工溝の形状に与える影響を示すグラフである。
＜装置構成と基本動作＞
図１は、本実施の形態に係る加工装置１００の構成を概略的に示す斜視図である。図２は、加工装置１００の機能的構成を示すブロック図である。
本実施の形態に係る加工装置１００は、概略的にいえば、ガラスなどの下地基板上に薄膜層を形成してなる加工対象基板（以下、単に基板とも称する）Ｗの薄膜層を部分的に除去する加工を行う装置である。例えば、加工装置１００は、ＣＩＳ（ＣｕＩｎＳｅ２）やＣＩＧＳ（Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２）といったカルコパイライト系薄膜太陽電池の製造プロセスにおいて、いわゆるＰ２工程に使用することが出来る。
なお、Ｐ２工程までのカルコパイライト系薄膜太陽電池の代表的な製造プロセスは、以下の工程を含んでいる。加工装置１００は、このうちの工程iv)に好適な装置である。
i）ガラス基板の上にＭｏ層を形成する；
ii）複数の太陽電池セル間の絶縁を確保するために、レーザー光の照射によってＭｏ層を直線状に除去することにより複数の直線状の加工溝（Ｐ１ライン）を形成するパターニング加工を行う（Ｐ１工程）；
iii）Ｐ１ラインが形成されたＭｏ層の上にＣＩＧＳ光吸収層を形成する；
iv）Ｐ１ラインから一定距離を保ちつつパターニングツールを移動させてＣＩＧＳ光吸収層を除去することにより、Ｐ１ラインに沿った（Ｐ１ラインの形状に倣った）複数の直線状の加工溝（Ｐ２ライン）を形成するパターニング加工を行う（Ｐ２工程）。
本実施の形態に係る加工装置１００は、基台１の上に、ステージ２と、ツール駆動機構３とを主として備える。なお、図１においては、後述するパターニングツール８による加工方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、鉛直方向をＺ軸方向とする右手系のＸＹＺ座標を付している。
ステージ２は、ガラスからなり、その上面２ａに基板Ｗを固定できるようになっている。ステージ２に対する基板Ｗの固定は、ステージ２の上面２ａに設けられた図示しない吸引孔を含む公知の吸引手段２ａ（図２）によって実現される。また、ステージ２は、例えばボールネジ機構やリニアモータ機構などの図１においては図示しない公知の駆動手段２ｂ（図２）によってＹ軸方向に進退自在とされてなる。
また、ステージ２には、Ｘ軸方向に延在するキャリブレーションラインＣＬが備わっている。キャリブレーションラインＣＬは、パターニングツール８による加工動作を補正（キャリブレーション）する際に用いられる、実質的に真直な直線である。キャリブレーションラインＣＬは、例えば金属Ｃｒをガラス製のステージ２の上面２ａに蒸着することにより形成するのが好適である。キャリブレーションラインＣＬは、Ｘ軸方向における基板Ｗの載置可能範囲よりも長い範囲に設けられるのが好ましい。なお、本実施の形態において、「実質的に真直な直線である」とは、ステージ２に対するパターニングツール８の直線移動の精度（もしくは、移動方向に直交する方向における変位の程度）に照らして十分な直線性が確保されている、ということを意味する。
ツール駆動機構３は、Ｘ軸方向におけるパターニングツール８の移動を担う部位である。ツール駆動機構３は、Ｘ軸方向において互いに離間する１対の支柱４（４ａ、４ｂ）と支柱４ａ、４ｂによって支持されることによってステージ２の上方においてＹ軸方向において延在するガイドバー５と、ガイドバー５に設けられたガイド５ａに案内されることによってＸ軸方向に移動自在なパターニングヘッド６と、ガイド５ａに沿ったパターニングヘッド６の移動を担うモータ７とを主として備える。ここで、ガイド５ａとパターニングヘッド６とモータ７とはボールネジ機構をなしており、Ｘ軸方向におけるパターニングヘッド６の移動は、モータ７が駆動されることによってモータ７に連動連結されたガイド５ａが回転することによって実現される。
パターニングヘッド６には、パターニングツール８を保持するホルダ９が着脱自在に設けられてなる。ホルダ９は、図１においては図示しない昇降機構６ａ（図２）にてＺ軸方向に昇降自在とされてなる。昇降機構６ａは、例えば、エアシリンダなどによって構成されてなる。
図３は、パターニングツール８がホルダ９によって保持される様子を示す図である。
パターニングツール８は、角棒状の本体部８１と、本体部８１の下端に設けられた、刃先部８２とを備える。刃先部８２の一方端側には、刃先８３が設けられてなる。
ホルダ９は、パターニングヘッド６に固定される板状の本体部９１と、本体部９１との間でパターニングツール８を保持する保持プレート９２とを備えている。本体部９１は、２本のボルト９３、９４を用いて、概ねＺ軸方向において互いに離間する２箇所においてパターニングヘッド６に固定される。
また、本体部９１の一方面には、パターニングツール８を保持するための保持溝９１ａが、略中央部分から下方に向けて延在する態様にて設けられている。ホルダ９へのパターニングツール８の固定は、パターニングツール８の上部部分である本体部８１を保持溝９１ａに嵌め込み、かつ、保持溝９１ａの上端部である当接部９１ｂに本体部８１の上端（刃先部８２と異なる側の端部）を当接させた状態で、保持プレート９２を２本のボルト９５、９６によって略水平方向において互いに離間する２箇所で本体部９１に固定し、さらに、保持プレート９２の外側から固定ねじ９７を保持プレート９２に螺合させ、該固定ねじ９７の先端でパターニングツール８を（より厳密にはその本体部８１を）押圧することにより、実現される。
図４は、パターニングツール８の詳細構成図である。図４（ａ）は、パターニングツール８全体の斜視図であり、図４（ｂ）は刃先８３を含む刃先部８２の拡大図である。
パターニングツール８の一方端側は、ホルダ９の保持溝９１ａに嵌合するサイズの棒状の本体部８１となっており、他方端側が刃先部８２となっている。刃先部８２は本体部８１と一体に形成されている。
刃先部８２は、底面８２ａと、前面８２ｂおよび後面８２ｃと、左右２つの側面８２ｄおよび８２ｅとを有する。底面８２ａは長方形に形成されている。前面８２ｂおよび後面８２ｃはそれぞれ、底面８２ａの短辺側において底面８２ａに対して垂直であり、かつ、それぞれ、本体部８１の一の側面ともなっている。一方、２つの側面８２ｄ、８２ｅは、底面８２ａの長辺側に置いて底面８２ａに対して直交し、さらに、それぞれ、本体部８１の一の側面をもなしている。ただし、側面８２ｄ、８２ｅから本体部８１にいたる途中に傾斜を有する。これにより、パターニングツール８は、刃先部８２に向かうに従って先細となる形状を有するものとなっている。
そして、刃先部８２の一方端側、より具体的には、底面８２ａと前面８２ｂの下端部分との角部に、刃先８３が形成されている。
より詳細には、底面８２ａの長手方向の一端部には、刃先面８３ａが、底面８２ａに対して所定の角度θだけ傾斜させて設けられてなる。パターニングツール８は、加工に際してこの刃先面８３ａが基板Ｗの表面と平行となる姿勢にて、パターニングヘッド６に取り付けられる。なお、角度θは２５°〜３５°にとされるのが好適である。これにより、加工時に刃先部８２の前面８２ｂと加工方向とのなす角度が、加工溝の形成に好適な６５°〜７５°となる。また、刃先面８３ａの長さ（傾斜部分の最大長さ）は、数μｍ〜十数μｍ程度であるのが好適である。
また、刃先部８２の前面８２ｂの下端部分には、内側に向かって窪む凹曲部８３ｂが形成されている。凹曲部８３ｂを備えることによって、刃先８３の幅方向（刃先部８２の厚み方向）の両端に、１対のエッジ８３ｄ、８３ｅが形成される。凹曲部８３ｂの底部８３ｃは、加工時に除去された薄膜層の逃げ部となる。凹曲部８３ｂの深さ（刃先部８２の前面８２ｂから最も深いところまでの距離）は、数μｍ程度であるのが好適である。また、エッジ８３ｄ、８３ｅの距離、つまりは、刃先部８２の前面８２ｂの幅は、数μｍ〜十数μｍ程度であるのが好適である。また、エッジ部８３ｄ、８３ｅの長さは、３００μｍ〜５００μｍ程度であるのが好適である。
さらに、パターニングヘッド６には、キャリブレーションラインＣＬを撮影するための撮像手段であるラインカメラ１０が備わっている。加工装置１００においては、係るラインカメラ１０によるキャリブレーションラインＣＬの撮像画像に基づいて、上述した加工動作の補正が行われる。係る補正の詳細については後述する。
一方、図２に示すように、加工装置１００は、コントローラ１１と、入力操作部２１と、表示部２３とを備える。
コントローラ１１は、加工装置１００における種々の動作や演算等を担う。コントローラ１１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどのコンピュータハードウェアにより実現される機能的構成要素として、加工制御部１２と、撮像制御部１３と、補正処理部１４とを備える。
またコントローラ１１は、例えばハードディスクなどからなる記憶媒体である記憶部１５を備える。記憶部１５には、加工装置１００を動作させるためのプログラム１５ａと、個々の加工を行う際の加工条件が記述された加工レシピ１５ｂと、キャリブレーションラインＣＬの撮像画像に基づいて作成される補正データ１５ｃなどが記憶される。プログラム１５ａがＣＰＵにおいて実行されることにより、例えば加工制御部１２、撮像制御部１３、補正処理部１４などの機能的構成要素が実現され、これらの各部が機能することによって、加工装置１００の種々の動作が実現される。ここで、加工制御部１２は、吸引手段２ａによる基板Ｗの吸引固定、駆動手段２ｂによるステージ２の移動、モータ７によるパターニングヘッド６の移動、昇降機構６ａによるホルダ９の昇降動作など、基板Ｗに対する加工処理動作全般の制御を担う。撮像制御部１３は、ラインカメラ１０による撮像処理の制御を担う。また、補正処理部１４は、撮像制御部１３による撮像結果に基づいて、基板Ｗを加工する際に用いる補正データ１５ｃを生成する処理を担う。
一方、入力操作部２１は、加工装置１００のオペレータが加工装置１００に対して種々の操作指示やデータを入力するためのインターフェースである。また、表示部２２は、加工装置１００の処理メニューや動作状況などを表示するためのものである。なお、入力操作部２１と表示部２２がタッチパネルなどによって構成されることにより、一体化されていてもよい。
以上のような構成を有する加工装置１００においては、概略、加工レシピ１５ｂの記述内容に基づく加工制御部１２の制御によって、ステージ２に基板Ｗを吸引固定させ、かつ、パターニングツール８の先端に備わる刃先８３を基板Ｗの表面に当接させた状態で、加工レシピ１５ｂにＸ座標値およびＹ座標値を用いて記述されてなる、加工溝の形成予定位置（形成予定ライン）の情報（形成位置情報）に従って、少なくともパターニングヘッド６をＸ軸方向に移動させることにより、当接部分の薄膜層を剥離除去して基板Ｗに対しＸ軸方向に沿った直線状の加工溝を形成することが出来る。
例えば、ステージ２をＹ軸方向に所定ピッチで移動させる都度、パターニングヘッド６をＸ軸方向に移動させることによって、互いに平行かつ真直な直線状の複数の加工溝を形成することが出来る。
あるいは、形成予定ラインの形状が曲線的である場合には、Ｘ軸方向へのパターニングヘッド６の移動に、ステージ２のＹ軸方向への移動が重畳されるようになっていてもよい。その典型的な加工態様が、Ｐ２工程における加工である。
具体的には、Ｐ２工程における加工を行う場合、まず、加工レシピ１５ｂにはあらかじめ、Ｐ２ラインの形成予定位置（形成予定ライン）の情報（形成位置情報）がＸ座標値およびＹ座標値を用いて記述されてなる。具体的には、あらかじめ装置外部において取得されたＰ１ラインの形成位置情報が入力操作部１２を介して加工装置１００に与えられ、当該情報に基づいて、Ｐ１ラインから一定距離だけ離間した位置にＰ２ラインが形成されるように、Ｐ２ラインの形成予定位置が記述される。
ただし、Ｐ１ラインは理想的には完全な直線として形成されるべきものであるが、実際には、種々の要因によって例えばμｍオーダー程度の蛇行や湾曲などが生じ得ることから、Ｐ１ラインは、必ずしも直線状に形成されているわけではない。それゆえ、Ｐ２ラインの形成予定位置は通常、Ｘ軸方向に沿った完全な直線として設定されるわけではなく、Ｐ１ラインに応じてＹ軸方向に変位するように設定される。
それゆえ、加工の際には、加工レシピ１５ｂに記述された加工位置情報に基づく加工位置において、モータ７が駆動されてパターニングヘッド６をＸ軸方向に移動させるとともに、係るＸ軸方向におけるパターニングヘッド６の移動動作に同期して駆動手段２ｂが駆動され、Ｐ２ラインの形成予定位置のＹ軸方向への変位に応じてステージ２が移動するようになっている。これにより、それぞれが対応するＰ１ラインに倣った、複数のＰ２ラインの形成が実現される。
以上のことを敷衍すれば、加工装置１００は、パターニングヘッド６を水平面内においてステージに対し少なくとも一軸方向に相対移動させることによって、基板Ｗに形成された薄膜層の一部を除去して基板Ｗに溝を形成することが出来る装置である、といえる。
＜キャリブレーションラインを用いた補正＞
上述のように、加工装置１００によれば、基板に対し直線状の、あるいは、Ｐ１ラインに倣った加工溝を形成することが可能である。しかしながら、部品の経年変化や長年の使用による劣化、あるいは、周辺温度の変化などが原因となって、ツール駆動機構３におけるパターニングヘッド６の直線移動性が（つまりはパターニングヘッド６に付設されてなるパターニングツール８のＸ軸方向における直線移動性が）劣化することがある。すなわち、直線状の加工溝を形成するように設定された加工レシピに従って加工を行ったとしても、得られた加工溝において蛇行や湾曲などが生じてしまうことがある。あるいは、Ｐ２工程においてＰ２ラインを形成する場合において、Ｐ２ラインの形状がＰ１ラインの形状と著しく相違してしまうことがある。
これらの不具合を解消するべく、本実施の形態に係る加工装置１００においては、ラインカメラ１０によるキャリブレーションラインＣＬの撮像画像に基づいて、加工位置の補正（キャリブレーション）を行い、パターニングヘッド６の直線移動性を補正できるようになっている。以下、この点について説明する。
図５は、ラインカメラ１０でキャリブレーションラインＣＬを撮像する際の、両者の位置関係と、得られる撮像画像とを模式的に示す図である。図５（ａ）は、パターニングヘッド６の移動軌跡がＸ軸方向に沿って真直な直線状である場合の様子を示す図であり、図５（ｂ）は、Ｘ軸方向に沿った真直な直線状の移動を行っているはずであるにも関わらず、パターニングヘッド６の移動軌跡がＹ軸方向に対して変位する場合の様子を示す図である。
上述のように、キャリブレーションラインＣＬは、Ｘ軸方向に延在する真直な直線としてステージ２の上に設けられてなる。一方、ラインカメラ１０は、パターニングツール８と同様、パターニングヘッド６に付設されてなる。それゆえ、パターニングヘッド６をＸ軸方向に移動させつつラインカメラ１０によってキャリブレーションラインＣＬを連続的もしくは断続的に撮像した場合、パターニングヘッド６の移動軌跡がＸ軸方向に沿って真直な直線状であるならば、ラインカメラ１０によって得られたキャリブレーションラインＣＬの個々の撮像画像（単位画像）は、Ｘ軸方向に沿った真直な直線に配列する。
例えば、図５（ａ）に示す場合であれば、５つの撮像位置Ｐ１〜Ｐ５で撮像して得られた撮像画像ＩＭ１〜ＩＭ５は、真直な直線状に配列する。
これに対し、パターニングヘッド６の移動軌跡がＹ軸方向に変位する場合、ラインカメラ１０の移動軌跡も変位するため、ラインカメラ１０によって得られたキャリブレーションラインＣＬの撮像画像についても、ラインカメラ１０の変位に呼応してＹ軸方向に変位する。
例えば、図５（ｂ）に示すように、５つの撮像位置Ｐ１〜Ｐ５のうち、撮像位置Ｐ２、Ｐ４において、ラインカメラ１０がＹ軸方向に変位した場合、これら撮像位置Ｐ２、Ｐ４における撮像画像ＩＭ１２、ＩＭ１４を含んだ撮像画像ＩＭ１１〜ＩＭ１５からなる撮像画像列は、真直な直線状には配列せず、ラインカメラ１０の移動軌跡と線対称となる。具体的には、ラインカメラ１０がＹ軸正方向に変位した箇所での撮像画像はＹ軸負方向に変位し、ラインカメラ１０がＹ軸負方向に変位した箇所での撮像画像はＹ軸正方向に変位するようになる。
ラインカメラ１０の変位はパターニングヘッド６の変位によって生じているので、ラインカメラ１０により撮像されたキャリブレーションラインＣＬの撮像画像に生じているＹ軸方向の変位を正負反転させたものが、パターニングヘッド６をＸ軸方向に移動させた際のＹ軸方向におけるパターニングヘッド６の（つまりはこれに付随するパターニングツール８の）変位を表すことになる。
本実施の形態では、この関係を加工位置の補正に利用している。具体的には、加工に先立ってあらかじめ、パターニングヘッド６をＸ軸方向に移動させつつラインカメラ１０によってキャリブレーションラインＣＬを連続的または断続的に撮像し、得られた全ての撮像画像におけるキャリブレーションラインＣＬについて、Ｙ軸方向における変位量（変位が０の場合のＹ座標値に対する実際のＹ座標値の差分値）を正負反転させたものを、補正データ１５ｃとして記憶部１５に記憶しておく。係る補正データ１５ｃは、パターニングヘッド６をＸ軸方向に移動させた場合の移動軌跡データを表していることになる。なお、本実施の形態においては便宜上、パターニングヘッド６を移動させつつラインカメラ１０で得られた全ての単位画像を総称して、単に、キャリブレーションラインＣＬの撮像画像と称する。
そして、加工を行う際には、加工レシピ１５ｂにあらかじめ記述されてなる、加工溝の形成予定位置のＹ座標値に、補正データ１５ｃのＹ座標値を足し合わせて得られるＹ座標値に基づいて、ステージ２を移動させるようにする。これにより、部品の経年変化や長年の使用による劣化、あるいは、周辺温度の変化などに起因した、ステージ２に対するパターニングヘッド６のＹ軸方向についての変位が打ち消される。真直な直線状に加工を行う場合であれば、ステージ２とパターニングヘッド６とのＹ軸方向における相対位置関係は一定となる。結果として、基板Ｗに対し、Ｘ軸方向に対する直線移動性を確保した加工を行うことが可能となる。Ｐ２工程のための加工を行う場合であれば、ステージ２に対するパターニングヘッド６のＹ軸方向についての移動は、Ｐ１ラインの変位に応じた変位のみを反映したものとなる。
図６および図７は、加工位置の補正の実例を示すグラフである。
まず、図６は、キャリブレーションラインＣＬの撮像画像から得られた、キャリブレーションラインＣＬのＹ座標をＸ軸方向に沿ってプロットしたグラフである。図６によると、真直な直線として設けられているキャリブレーションラインＣＬを撮像しているにも関わらず、その撮像画像においては、最大で基準８μｍ程度の変位が生じていることがわかる。この図６に示したグラフのＹ座標値を正負反転させたものが、図７において一点鎖線にて示しているグラフである。これはすなわち、補正データ１５ｃを表すグラフである。
そして、図７において実線にて示しているのが、補正データ１５ｃによって補正しつつ真直な直線状の加工を行って得られた加工溝の変位の様子を表すグラフである。一方、破線にて示しているのは、係る補正を行わなかったとした場合に想定される、加工溝の変位の様子を表すグラフである。両者を比較すると、補正を行わなかった場合にはＹ軸方向への変位は最大で８μｍ程度となっているのに対し、補正を行った場合には、変位は最大でも３μｍ程度であり、ほとんどの範囲では１μｍを下回っている。係る結果は、キャリブレーションラインＣＬを利用した補正が、加工精度の確保に有効であることを指し示している。
なお、パターニングヘッド６の変位の挙動は、時間的変化とともに変化し得ることから、例えば出荷時に作成された補正データ１５ｃは必ずしも、最新の変位挙動を反映していない可能性がある。それゆえ、補正データ１５ｃは定期的に取得し直すことが望ましい。
図８および図９は、使用する補正データの新旧の違いが与える加工溝の形状に与える影響を示すグラフである。
まず、図８は、図６に示した撮像画像を取得した１ヶ月後に、同じキャリブレーションラインＣＬを同じ条件で撮像することで得られた、キャリブレーションラインＣＬのＹ座標をＸ軸方向に沿ってプロットしたグラフである。同一のキャリブレーションラインＣＬを撮像しているにも関わらず、図８のグラフと図６のグラフとは相違している。このことは、両者を撮像した際のパターニングヘッド６の動作の仕方が異なっていることを意味している。
一方、図９においては、図８に示した結果に基づいて得られた補正データ１５ｃ（以下、新データと称する）を元に補正しつつ真直な直線状の加工を行って得られた加工溝の変位の様子を実線で、当該補正を行わなかったとした場合の加工溝の変位の様子を破線で、図８に示した結果に代えて、図６に示した結果に基づいて得られた補正データ１５ｃ（以下、旧データ）を元に補正しつつ加工を行ったとした場合の加工溝の変位の様子を一点鎖線で、それぞれで示している。
図９に示したグラフによると、新データによる補正を行った場合には、変位は最大でも３μｍ程度であり、ほとんどの範囲では１μｍを下回っているのに対し、旧データによる補正を行った場合は、補正を行わない場合に比して変位は低減されず、あるいはむしろ悪化している場合もある。係る結果は、補正データ１５ｃは定期的に取得し直し、最新のものを適用するのが望ましいということを指し示している。
なお、キャリブレーションラインの撮像および補正データの更新は、適宜のタイミングで行えばよい。すなわち、パターニング加工を行う度に補正データを更新することは、必須の態様ではない。例えば、定期的に更新する態様であってもよいし、例えば、加工レシピが変更される都度、のように不定期的に行うようにしていてもよい。あるいは、外気温度が急激に変化したような場合など、任意のタイミングで行ってもよい。
以上、説明したように、本実施の形態によれば、基板の一部をパターニングツールにより剥離除去して加工溝を形成する加工装置のステージにキャリブレーションラインを設け、該キャリブレーションラインの撮像画像に生じているキャリブレーションラインの加工方向に直交する方向における変位に基づいて、パターニングツールによる加工位置を補正することで、加工溝を優れた精度で形成することが出来る。特に、定期的にまたは不定期にキャリブレーションを行うことで、加工精度の経時的な劣化を防ぐことが出来る。
＜変形例＞
上述の実施の形態においては、加工装置１００がパターニングツール８を１つのみ備える態様を示しているが、加工装置１００が複数のパターニングツール８を備え、それら複数のパターニングツールによって複数の箇所に対し同時に加工を行うようになっていてもよい。
また、パターニングツール８の刃先８３の形状は上述の実施の形態のものに限定されず、刃先８３は針状となっていてもよい。
上述の実施の形態においては、加工の際のＹ軸方向における移動動作を、基板Ｗを吸着固定してなるステージ２において行うようになっているが、これに代わり、パターニングヘッド６が、加工の際にホルダ９をＹ軸方向に進退自在に移動可能に構成されており、Ｙ軸方向の変位をホルダ９の移動動作によって打ち消すようになっていてもよい。
あるいは、上述の実施の形態に係る加工装置では、パターニングに際しパターニングヘッド６を少なくともＸ軸方向に移動させ、ステージ２は必要に応じて移動させるようになっているが、これに代わり、加工装置が、加工の際には基板を固定したステージを少なくともＹ軸方向に移動させるようになっており、パターニングヘッドを少なくともＹ軸方向についてステージに相対移動させることによって、あるいは必要に応じてＸ軸方向へと移動させることによって、パターニングを行うように構成されていてもよい。
係る場合、Ｙ軸方向にキャリブレーションラインを設け、ステージをＹ軸方向に移動させつつ撮像手段によって撮像すれば、得られた撮像画像におけるキャリブレーションラインの変位がステージのＹ軸方向における直線移動性を反映することになる。よって、この変位に基づいてパターニングヘッドのＸ軸方向への移動を制御するようにすれば、上述の実施の形態と同様に、加工溝の形成の精度を向上させることが出来る。なお、係る場合においては、ラインカメラはパターニングヘッドに付設されている代わりに、ガイドバーに設けられていてもよい。
また、上述の実施形態においては、加工装置１００はＰ２工程に好適な装置として記載しているが、加工装置１００は、ＣＩＧＳ光吸収層の上に形成した透明電極層を除去してパターニングするＰ３工程にも好適に使用できる。
また、上述の実施形態においては、ＣＩＧＳ光吸収層を除去する加工手段としてパターニングツール８を用いているが、これは必須の態様ではない。例えば、加工装置がパターニングヘッドから加工用のレーザー光を出射可能に構成されており、該レーザー光を照射してＭｏ層、ＣＩＧＳ光吸収層または透明電極層を除去する態様であってもよい。係る場合、上述の実施の形態と同様にキャリブレーションラインによる補正を行うことで、加工位置たるレーザー光の被照射位置を好適に保つことが可能となる。
さらに、上述の実施形態では、キャリブレーションラインは、実質的に真直な直線であるとしたが、予め実質的な直線と差が計測された線であれば、実質的に真直な直線でなくともよい。
係る場合、実質的に真直な直線が形成された試験片を、当該実質的に真直な直線がキャリブレーションラインに沿うようにステージ２に載置し、キャリブレーションラインと当該実質的に真直な直線とをラインカメラで撮像する。そして、実質的に真直な直線の位置データに対するキャリブレーションラインの位置データの差をキャリブレーションラインの誤差データとして記憶しておく。この誤差データの正負を反転し、上述の実施形態と同様の方法で取得した補正データに加算して、加工位置を補正すればよい。
１ 基台
２ ステージ
３ ツール駆動機構
４（４ａ、４ｂ） 支柱
５ ガイドバー
５ａ ガイド
６ パターニングヘッド
７ モータ
８ パターニングツール
９ ホルダ
１０ ラインカメラ
８１ 本体部
８２ 刃先部
８３ 刃先
８３ａ 刃先面
８３ｂ （刃先の）凹曲部
８３ｃ （刃先の）逃げ部
８３ｄ、８３ｅ （刃先の）エッジ
９１ 本体部
９１ａ 保持溝
９１ｂ 当接部
９２ 保持プレート
１００ 加工装置
ＣＬ キャリブレーションライン
ＩＭ１〜ＩＭ５、ＩＭ１１〜ＩＭ１５ 撮像画像
Ｐ１〜Ｐ５ 撮像位置
Ｗ 基板

Claims (3)

  1. 薄膜層が形成された基板をステージに固定した状態で、パターニングヘッドを水平面内において前記ステージに対し少なくとも一軸方向に相対移動させることによって、前記薄膜層の一部を除去して前記基板に溝を形成する、パターニング加工を行う加工装置であって、
    前記ステージに、前記一軸方向に延在するように設けられてなるキャリブレーションラインと、
    前記キャリブレーションラインを撮像する撮像手段と、
    を備え、
    前記パターニングヘッドを前記パターニング加工の場合と同じに前記ステージに対し相対移動させながら前記撮像手段によって前記キャリブレーションラインを撮像し、得られた撮像画像において生じている前記キャリブレーションラインの前記一軸方向に直交する方向の変位に基づいて、前記パターニング加工の際の加工位置を補正する、
    ことを特徴とする加工装置。
  2. 請求項１に記載の加工装置であって、
    前記パターニングヘッドが前記水平面内において第１の方向に移動可能とされており、
    前記基板を前記ステージに固定した状態で前記パターニングヘッドを前記第１の方向に移動させることによって、前記薄膜層の一部を除去して前記基板に溝を形成するようになっており、
    前記撮像手段が、前記パターニングヘッドに付設されてなり、前記パターニングヘッドを前記第１の方向に移動させながら前記キャリブレーションラインを撮像するようになっており、
    前記撮像手段によって得られた前記撮像画像に生じている前記キャリブレーションラインの前記第１の方向に直交する第２の方向の変位に基づいて、前記パターニング加工の際の前記パターニングヘッドによる前記第２の方向についての加工位置を補正する、
    ことを特徴とする加工装置。
  3. 請求項１または請求項２に記載の加工装置であって、
    前記キャリブレーションラインが、金属Ｃｒを前記ステージの上面に蒸着してなるものである、
    ことを特徴とする加工装置。
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