JP2014188599A - 溝加工ツール、及びこれを用いた溝加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溝加工ツールの寿命を長くする。
【解決手段】溝加工ツール２は、保持部２１及び加工部２２を備える。保持部２１は、ホルダ４１に保持される部分である。加工部２２は、保持部２１の先端に形成され、溝加工用の刃２２２を有する。溝加工ツール２が溝を形成する際の姿勢において、主面Ｗ１と平行な面における刃２２２の断面形状は、主面Ｗ１と垂直な方向に沿って一定である。
【選択図】図２

Description

本発明は、溝加工ツール、及びこれを用いた溝加工装置に関するものである。

薄膜太陽電池は、例えば次のような方法で製造される。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１に示される方法が提案されている。この特許文献１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。

特開２００２−０３３４９８号公報

溝加工ツールは使用するにつれて刃が磨耗し、この磨耗によって加工品質が低下してしまう。この加工品質の低下を防止するためには、所定期間使用した溝加工ツールを新品のものと取り替える必要がある。しかしながら、生産性及び低コスト化の観点からは、この溝加工ツールの交換時期を遅らせたいという要望がある。

本発明の課題は、溝加工ツールの長寿命化を図ることにある。

（１）本発明の第１側面に係る溝加工ツールは、ホルダに保持され、ホルダとともに移動して移動方向に延びる溝を基板の主面に形成するための溝加工ツールである。この溝加工ツールは、保持部及び加工部を備える。保持部は、ホルダに保持される部分である。加工部は、保持部の先端に形成され、溝加工用の刃を有する。溝加工ツールが溝を形成する際の姿勢において、主面と平行な面における刃の断面形状は、主面と垂直な方向に沿って一定である。

この構成によれば、基板の主面と平行な面における刃の断面形状が主面と垂直な方向に沿って一定であるため、刃が磨耗しても、刃と基板の主面とが接触する面積は一定である。このため、刃が磨耗しても加工品質が低下することがなく、ひいては溝加工ツールの寿命を長くすることができる。

（２）好ましくは、刃は、先端が移動方向を向くように保持部に対して傾斜している。この構成によれば、溝加工ツールによって溝加工を行う際、刃のすくい角が正となるため、溝加工によって発生する切屑が溝から排出されやすい。

（３）好ましくは、当該溝加工ツールが溝を形成する際の姿勢において、刃の移動方向側の面であるすくい面と主面の法線とがなすすくい角は正である。この構成によれば、溝加工によって発生する切屑が溝から排出されやすい。

（４）好ましくは、加工部は、保持部に対して取り外し可能である。この構成によれば、加工品質を維持できない程度まで刃が磨耗した場合、溝加工ツール全体を交換するのではなく加工部のみを交換すればよいため、コストを低減することができる。

（５）好ましくは、加工部は、保持部の先端に形成されるベースをさらに有する。この場合、刃はベースの先端に形成される。

（６）本発明の第２側面に係る溝加工装置は、上述したいずれかの溝加工ツールと、基板を載置するテーブルと、溝加工ツールを保持するホルダと、ホルダをテーブルに対して相対的に移動させるための移動支持機構と、を備える。

本発明によれば、溝加工ツールの寿命を長くすることができる。

溝加工装置の斜視図。 ホルダ組立体の正面図。 ホルダ組立体の側面図。 溝加工ツールの斜視図。 磨耗前後の溝加工ツールの部分正面図。 変形例１に係る溝加工ツールの部分斜視図。 変形例２に係る溝加工ツールの部分斜視図。 変形例２に係る溝加工ツールの部分正面図。 変形例３に係る溝加工ツールの部分正面図。 変形例６に係る溝加工ツールの部分正面図。 変形例６に係る溝加工ツールの部分正面図。

以下、本発明に係る溝加工ツール及びこれを用いた溝加工装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、溝加工ツールが装着された溝加工装置の斜視図を示す。なお、以下の説明において、「移動方向」とは、溝を形成する際に溝加工ツールが移動する方向を示す。

［溝加工装置の全体構成］
図１に示すように、溝加工装置１は、基板（例えば太陽電池基板）Ｗが載置されるテーブル１２と、スクライブヘッド３に設けられたホルダ組立体４と、それぞれ２つのカメラ５及びモニタ６と、を備えている。基板Ｗは、主面Ｗ１が上方を向くように配置されている。

テーブル１２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１２は水平面内で任意の角度に回転可能である。

スクライブヘッド３は、移動支持機構７によって、テーブル１２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７は、１対の支持柱７１ａ，７１ｂと、１対の支持柱７１ａ，７１ｂ間にわたって設けられたガイドバー７２と、ガイドバー７２に形成されたガイド７３を駆動するモータ７４と、を有している。スクライブヘッド３は、ガイド７３に沿って、前述のようにＸ方向に移動可能である。そして、このスクライブヘッド３には図示しないエアシリンダが設けられており、このエアシリンダによってホルダ組立体４はリニアガイドに沿って上下動が可能である。

２つのカメラ５はそれぞれ台座８に固定されている。各台座８は支持台９に設けられたＸ方向に延びるガイド１０に沿って移動可能である。２つのカメラ５は上下動が可能であり、各カメラ５で撮影された画像が対応するモニタ６に表示される。ここで、太陽電池基板Ｗの表面には位置を特定するためのアライメントマークが設けられている。このアライメントマークを２つのカメラ５で撮影することによって、アライメントマークの位置が特定される。そして、特定されたアライメントマークの位置に基づいて、テーブル１２に載置された太陽電池基板Ｗの方向ズレが検出される。

［ホルダ組立体］
ホルダ組立体４は、スクライブヘッド３の一面に固定されており、スクライブヘッド３とともにＸ，Ｙ方向に移動可能である。また、ホルダ組立体４は、スクライブヘッド３に対して上下方向に移動可能である。例えば、スクライブヘッド３がホルダ組立体４を上下動させるための昇降機構を有しており、その昇降機構にホルダ組立体４が固定されている。このホルダ組立体４を取り出して図２及び図３に示す。図２はホルダ組立体４の正面図、図３はその側面図である。

図２及び図３に示すように、ホルダ組立体４は、スクライブヘッド３に対して固定されるホルダ４１と、ホルダ４１に保持された溝加工ツール２と、固定プレート４２と、を備えている。

＜ホルダ＞
ホルダ４１は、プレート状の部材であって、スクライブヘッド３に取り付けられる第１主面４１１と、逆側の第２主面４１２と、を有している。また、ホルダ４１には、上部及び下部のそれぞれに貫通孔４１３が形成されており、それぞれの貫通孔４１３を貫通するボルト１１によって、ホルダ４１はスクライブヘッド３に固定される。また、ホルダ４１には、ホルダ４１の下端から上方に向けて所定長さの溝４１４が形成されている。溝４１４は、第２主面４１２に形成されており、所定の深さを有する矩形形状である。また、この溝４１４の上部にはストップ面４１４ａが形成されている。このストップ面４１４ａに溝加工ツール２の上端面が当接している。これにより、溝加工ツール２の上方への移動が規制されている。

＜溝加工ツール＞
溝加工ツール２は、ホルダ４１の矩形溝４１４に挿入され、また、前述のように、溝加工ツール２の上端面が矩形溝４１４のストップ面４１４ａに当接している。溝加工ツール２は、超硬合金又は焼結ダイヤモンド等の硬質材料で形成されており、保持部２１と、加工部２２と、から構成されている。

保持部２１は、ホルダ４１に保持される部分であって、ホルダ４１の矩形溝４１４に対応して直方体状に形成されている。加工部２２は基板Ｗに対して溝加工するための部分であって、保持部２１の先端（下端）に形成されている。なお、保持部２１と加工部２２とは一つの部材から形成されており、例えば直方体状の部材から削り出しによって形成されている。

加工部２２は、図３に示すように保持部２１よりも幅（図３の左右方向の長さ）が小さい。この加工部２２の幅、特に後述する刃２２２の幅によって基板Ｗに形成される溝の幅が決定する。なお、本実施形態においては、加工部２２の幅と刃２２２の幅とは同じである。この加工部２２の幅は、特に限定されるものではないが、例えば２０μｍ以上１００μｍ以下程度である。

図４は溝加工ツール２の斜視図である。加工部２２は、図２〜図４に示すように、ベース２２１と、ベース２２１から下方に延びる刃２２２とを有している。ベース２２１は、保持部２１の先端から下方に延びるように形成されている。ベース部２２１は、正面視において、下方に行くほど細くなる先細り形状であって、具体的には略三角形状である。

刃２２２は、溝を形成する際の姿勢において、先端（下端）が移動方向（図２の右方向）を向くように保持部２１に対して傾斜している。すなわち、刃２２２のすくい面（移動方向側の面）２２２ａが斜め上方を向くように、刃２２２は保持部２１に対して傾斜している。また、溝加工ツール２が溝を形成する際の姿勢において、刃２２２のすくい面２２２ａと主面Ｗ１の法線とがなす角度、すなわちすくい角θは、正の値であり、例えば１０度以上３０度以下程度とすることができる。なお、刃２２２のすくい面２２２ａが図２に示すように進行方向と逆側（左側）に倒れている場合、すなわちすくい面２２２ａが上方（主面Ｗ１と反対側）を向くように傾斜している場合、すくい角θは正の値となる。また、刃２２２のすくい面２２２ａが進行方向（右側）に倒れている場合、すなわちすくい面２２２ａが下方（主面Ｗ１側）を向くように傾斜している場合、すくい角θは負の値となる。刃２２２のすくい面２２２ａと、ベース２２１の前面（移動方向側の面）２２１ａとの間で逃げ部２２３が画定される。この逃げ部２２３の正面視は三角形状となっている。

溝加工ツール２がホルダ４１に取り付けられて基板Ｗを加工する際の姿勢において、刃２２２の先端面（下面）２２２ｂは基板Ｗの主面Ｗ１と平行になる。また、溝加工ツール２が基板Ｗを加工する際の姿勢において、基板Ｗの主面Ｗ１と平行な面における刃２２２の断面形状は、主面Ｗ１と垂直な方向であるＺ方向（図２〜図４の上下方向）に沿って一定である。刃２２２の長さ（図２の左右方向の長さ）は、特に限定されるものではないが、５０μｍ以上２００μｍ以下程度とすることが好ましい。すなわち、溝加工ツール２が基板Ｗを加工する際の姿勢において基板Ｗの主面Ｗ１と平行な面における刃２２２の断面形状は、幅（Ｙ方向の長さ）が２０μｍ以上１００μｍ以下程度であって、長さ（Ｘ方向の長さ）が５０μｍ以上２００μｍ以下程度とすることが好ましい。また、刃２２２の高さＨは、強度及び寿命の観点から、５０μｍ以上１００μｍ以下程度とすることが好ましい。

＜固定プレート＞
固定プレート４２には、横方向に並ぶ２つの貫通孔４２１が形成されている。そして、固定プレート４２は、各貫通孔４２１を貫通しホルダ４１の対応するネジ孔４１５に螺合する２本のボルト１３によって、ホルダ４１の第２主面４１２に固定されている。このようにして、固定プレート４２は、ホルダ４１の矩形溝４１４に挿入された溝加工ツール２の上方のほぼ１／３を覆っている。

また、固定プレート４２には貫通するネジ孔４２２が形成されている。ネジ孔４２２は、固定プレート４２がホルダ４１に固定された状態で、溝加工ツール２に臨むような位置に設けられている。そして、このネジ孔４２２にネジ部材１４を螺合することで、ネジ部材１４の先端が溝加工ツール２を矩形溝４１４の底面に対して押圧する。これにより、溝加工ツール２が矩形溝４１４から落下するのが防止されている。

［動作］
溝加工ツール２をホルダ４１にセットする。そして、テーブル１２をＹ方向に所定ピッチで移動させるたびに、ホルダ組立体４を下降させ、溝加工ツール２の刃２２２の下面２２２ｂを基板Ｗの主面Ｗ１に押し付ける。そして、ホルダ組立体４が固定されたスクライブセット３をＸ方向に移動させることにより、基板Ｗの主面Ｗ１にＸ方向に沿った溝が形成される。

図５は、磨耗前後の溝加工ツール２を示す部分正面図である。なお、図５（ａ）は磨耗前の状態を示し、図５（ｂ）は磨耗後の状態を示す。図５に示すように、溝加工を繰り返し行うことによって刃２２２は磨耗するため、刃２２２は、図５（ａ）に示す状態から図５（ｂ）に示すような状態となる。このように刃２２２が磨耗しても、刃２２２の先端面２２２ｂと基板Ｗの主面Ｗ１とが接触する面積は変わらない。

［特徴］
本実施形態に係る溝加工ツール２は、次の特徴を有する。

（１）基板Ｗの主面Ｗ１と平行な面における刃２２２の断面形状が、Ｚ方向に沿って一定であるため、刃２２２が磨耗しても、刃２２２と基板Ｗの主面Ｗ１とが接触する面積は一定である。このため、刃２２２が磨耗しても加工品質が低下することがなく、ひいては溝加工ツール２の寿命を長くすることができる。

（２）刃２２２は、先端が移動方向を向くように保持部２１に対して傾斜している。また、刃２２２のすくい面２２２ａと主面Ｗ１の法線とがなすすくい角θは、正である。このため、溝加工によって生じる切屑が溝から排出されやすい。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

変形例１
上記実施形態では、保持部２１と加工部２２とが一体的に形成されているが、特にこれに限定されない。例えば、図６に示すように、加工部２２は、保持部２１と別部材によって形成されており、保持部２１に対して取り外し可能であってもよい。この場合、加工部２２のベース２２１は、下部が上述した実施形態と同様の形状であり、上部が板状とすることが好ましい。ベース２２１の上部は、平面視が保持部２１と同じ矩形状である。このベース部２２１の上部を利用して、加工部２２はボルトなどによって保持部２１に取り付けることができる。

変形例２
また、加工部２２を保持部２１に対して取り外し可能に構成する場合、次のような構成とすることもできる。図７は変形例２に係る溝加工ツール２の部分斜視図であり、図８は基板Ｗを加工する際の姿勢における変形例２に係る溝加工ツール２の正面図である。図７に示すように、加工部２２は、板状のベース２２１と、ベース２２１の前面２２１ａから移動方向側に突出する刃２２２とから構成されている。図８に示すように、溝加工ツール２が基板Ｗを加工する際の姿勢において、刃２２２の先端面２２２ｂは、基板Ｗの主面Ｗ１と平行となっている。なお、保持部２１と加工部２２とは一体的に構成されていてもよい。すなわち、保持部２１と加工部２２とが一つの部材で形成されており、加工部２２が保持部２１に対して取り外しできなくてもよい。

変形例３
上記実施形態では、溝加工ツール２は、ホルダ４１に取り付けられた状態において、全体として垂直方向に延びているが、特にこれに限定されない。例えば、図９に示すように、溝加工ツール２が移動方向に向かって倒れるように斜めにセットされるような構成であってもよい。溝加工ツール２の刃２２２の先端面２２２ｂは、溝加工ツール２が溝加工する際の姿勢において、基板Ｗの主面Ｗ１と平行になるように形成されている。また、基板Ｗの主面Ｗ１と平行な面における刃２２２の断面形状は、Ｚ方向に沿って一定に形成されている。

変形例４
加工部２２は、ベース２２１を有していなくてもよい。すなわち、刃２２２が保持部２２１の先端から下方に延びていてもよい。

変形例５
上記実施形態では、基板Ｗの主面Ｗ１と平行な面における刃２２の断面形状は矩形状であるが、特にこれに限定されず、例えば、円形状、三角形状、又は多角形状であってもよい。

変形例６
上記実施形態では、加工部２２は１つの刃２２２を有しているが、図１０及び図１１に示すように、２つの刃２２２、２２４を有していてもよい。すなわち、第１刃２２２に加えて、移動方向と逆側（図１０及び図１１の左側）に延びる第２刃２２４をさらに形成してもよい。この場合、例えばホルダ４１が揺動可能に構成されている。そして、溝加工ツール２が移動方向（図１０及び図１１の右側）に移動する場合は、ホルダ４１が時計回り方向に揺動して図１０に示すように第１刃２２２により溝加工を行う。また、溝加工ツール２が移動方向と逆側（図１０及び図１１の左側）に移動する場合は、ホルダ４１が反時計回りに揺動して図１１に示すように第２刃２２４によって溝加工を行う。なお、図１０の状態においては、第１刃２２２の先端面２２２ｂが基板Ｗの主面Ｗ１と平行になり、また、基板Ｗの主面Ｗ１と平行な面における第１刃２２２の断面形状が、Ｚ方向に沿って一定に形成されている。また、図１１の状態においては、第２刃２２４の先端面２２４ａが基板Ｗの主面Ｗ１と平行になり、また、基板Ｗの主面Ｗ１と平行な面における第２刃２２４の断面形状が、Ｚ方向に沿って一定に形成されている。

１ 溝加工装置
２ 溝加工ツール
２１ 保持部
２２ 加工部
２２１ ベース
２２２ 刃
４１ ホルダ
Ｗ 基板
Ｗ１ 主面

Claims (6)

1. ホルダに保持され、前記ホルダとともに移動して前記移動方向に延びる溝を前記基板の主面に形成するための溝加工ツールであって、
   前記ホルダに保持される保持部と、
   前記保持部の先端に形成され、溝加工用の刃を有する加工部と、
   を備え、
   当該溝加工ツールが前記溝を形成する際の姿勢において、前記主面と平行な面における前記刃の断面形状は、前記主面と垂直な方向に沿って一定である、溝加工ツール。
2. 前記刃は、先端が前記移動方向を向くように前記保持部に対して傾斜している、請求項１に記載の溝加工ツール。
3. 当該溝加工ツールが前記溝を形成する際の姿勢において、前記刃の移動方向側の面であるすくい面と前記主面の法線とがなすすくい角は正である、請求項１又は２に記載の溝加工ツール。
4. 前記加工部は、前記保持部に対して取り外し可能である、請求項１から３のいずれかに記載の溝加工ツール。
5. 前記加工部は、前記保持部の先端に形成されるベースをさらに有し、
   前記刃は、前記ベースの先端に形成される、請求項１から４のいずれかに記載の溝加工ツール。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の溝加工ツールと、
   前記基板を載置するテーブルと、
   前記溝加工ツールを保持する前記ホルダと、
   前記ホルダを前記テーブルに対して相対的に移動させるための移動支持機構と、
   を備える、溝加工装置。

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