JP5170294B2 - パターニング装置 - Google Patents

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Description

本発明は、基板の上に形成された膜を部分的に剥離または除去するパターニング装置に関する。
従来、ＣＩＧＳ（Copper Indium Gallium DiSelenide）系の太陽電池の表面に刃先を押し当てることによって、太陽電池の表面に形成された膜を剥離させ、溝加工を実行する技術（パターニング）が知られている（例えば、特許文献１参照）。例えば、太陽電池用の基板の端部において、下部電極を露出させるために、下部電極上に形成されている膜を比較的幅広に剥離または除去する工程（ハツリ工程ともいう）などがこれに該当する。
国際公開第２００９／１４５０５８号
太陽電池の製造工程では、上述のパターニングを行うに先立ち、種々の熱処理が施されるが、熱処理の結果、太陽電池を構成する基板（ガラス基板）に反りが生じ、パターニングに際して、刃先の刃渡り方向と基板表面とが略平行とならない場合がある。幅の狭いパターニングツールを使用して、幅の狭い溝を形成する場合には、基板の反りの影響は小さいが、上述のハツリ工程においては、除去部分が幅広であるために刃先の幅が大きいパターニングツールを用いる必要があり、基板に反りがあると、刃先が基板上に形成された膜に均等に接触せず、膜を所望する幅にて剥離または除去することができないという問題が生ずる。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板上に形成された膜を部分的に剥離または除去するパターニングを好適に行うことができるパターニング装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、基板の上に形成された膜を部分的に剥離または除去するパターニングを行う装置であって、膜が形成された基板を保持する保持ユニットと、先端部に刃渡り方向に延びる刃先を有するパターニングツールと、前記パターニングツールを固定するホルダと、前記ホルダを、加工方向と鉛直方向とを含む平面内にある第１の軸の周りで回転可能に保持するホルダ揺動部と、前記保持ユニットに対して前記ホルダ揺動部を相対的に移動させる駆動部と、前記ホルダ揺動部を昇降させる昇降部と、を備え、前記パターニングツールの前記刃先が前記膜に突き当たるように前記昇降部が前記ホルダ揺動部を前記保持ユニットに近接する方向に移動させたうえで、前記駆動部が前記ホルダ揺動部を前記加工方向に対して相対移動させることによって、前記パターニングツールが前記加工方向に沿って前記膜のパターニングを行う際に、前記パターニングツールが、水平面内において前記刃渡り方向が前記加工方向に直交するときの前記刃先の姿勢を基準姿勢としつつ、前記ホルダの前記第１の軸周りの回転によって前記膜の前記刃渡り方向の傾きに倣って揺動可能とされてなる、ことを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１に記載のパターニング装置であって、前記ホルダ揺動部が水平面内において前記加工方向に垂直な前記第２の軸の周りで回動可能とされてなることを特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項２に記載のパターニング装置であって、前記ホルダ揺動部を前記第１の軸の周りに回動させることにより、前記パターニングツールを傾斜姿勢として前記パターニングを行う、ことを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のパターニング装置であって、前記パターニングツールの前記刃渡り方向における幅が、前記ホルダに固定される部分の幅より大きい、ことを特徴とする。
また、請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のパターニング装置であって、前記パターニングツールが、前記刃先の上部に貫通孔を有する、ことを特徴とする。
請求項１ないし請求項５の発明によれば、基板に反りがあるなどの理由でパターニングの対象たる膜において刃渡り方向に傾きがある場合であっても、パターニングツールの刃先の姿勢を該傾きに倣って変化させることが出来るので、所望する幅の溝を安定的に形成することができる。
特に、請求項４に記載の発明によれば、１回のパターニングによって、より大きな幅の溝を形成することができる。
また、請求項５に記載の発明によれば、基板の上から除去された膜の加工くずが、貫通孔を通じて、加工進行方向と逆側に排出される。これにより、加工くずが加工進行方向に存在してパターニングの邪魔となることや刃先に付着することが抑制されるので、パターニングの精度がより高まる。
パターニング装置１の全体構成の一例を示す正面図である。 パターニング装置１の全体構成の一例を示す側面図である。 太陽電池３の構成の一例を示す正面図である。 パターニングヘッド３０付近の構成の一例を示す正面図である。 ホルダ揺動部３４付近の構成の一例を示す側面図である。 パターニングを行っているときのパターニングヘッド３０の様子を例示する側面図である。 パターニングツール６０の構成を示す正面図である。 パターニングツール６０と、膜５が形成された基板４との位置関係を例示する正面図である。 パターニングツール６０の姿勢と溝６との関係を示す図である。 変形例に係るパターニングツール１６０を示す正面図である。 パターニングツール１６０をパターニング装置１によるパターニングに用いた場合の様子を例示する図である。 変形例に係るパターニングツール２６０を示す正面図である。 変形例に係るパターニングツール３６０を示す正面図である。
＜パターニング装置の全体構成＞
図１および図２は、それぞれパターニング装置１の全体構成の一例を示す正面図および側面図である。図３は、パターニング装置１によるパターニングの主たる対象である太陽電池３の構成の一例を示す正面図である。なお、図１および以降の各図には、それらの方向関係を明確にすべく、Ｚ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系が付されている。また、本実施の形態においては、特に断らない限り、Ｙ軸正方向がパターニングの進行方向（加工進行方向）であるとする。
ここで、本実施の形態においてパターニングとは、例えば図３に示す太陽電池３のように、基板４上に膜５が形成されている場合において、工具により膜５を剥離させることによって、膜５に溝６を形成したり（図３参照）、例えば金属裏面（下部）電極などの特定の膜を露出させたりする処理のことをいう。
基板４は、例えばガラス基板またはセラミックス基板等のような脆性材料や樹脂フィルムなどの可橈性材料で形成された基板である。なお、本実施の形態においては、基板４上に膜５が形成され、かつ、溝６を形成する前の状態のもの、つまりは、パターニングの対象物を、単に基板４ということがある。
また、太陽電池３の膜５は、図３に示すように、金属裏面（下部）電極Ｌ１と、ＣＩＧＳ（Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅ）光吸収層Ｌ２と、バッファ層Ｌ３と、透明電極窓層Ｌ４と、を有している。
さらには、パターニングによる溝６の形成は、金属裏面電極Ｌ１、ＣＩＧＳ光吸収層Ｌ２、バッファ層Ｌ３、および透明電極窓層Ｌ４が、この順番に積層された後に、ＣＩＧＳ光吸収層Ｌ２、バッファ層Ｌ３、および透明電極窓層Ｌ４を除去することにより行われる。また、透明電極窓層Ｌ４が積層される前の段階で、ＣＩＧＳ光吸収層Ｌ２およびバッファ層Ｌ３を除去することにより、溝を形成する場合もある。そして、形成された溝６により金属裏面電極Ｌ１が露出する。
図１および図２に戻って、パターニング装置１は、主として、保持ユニット１０と、パターニングユニット２０と、撮像部ユニット８０と、制御ユニット９０と、を有している。
保持ユニット１０は、太陽電池３を構成する基板４を保持するとともに、保持された基板４をパターニングユニット２０に対して移動させる。図１に示すように、保持ユニット１０は、基部１０ａ上に設けられており、主として、テーブル１１と、ボールねじ機構１２と、モータ１３と、を有している。
ここで、基部１０ａは、例えば略直方体状の石定盤により形成されており、その上面（保持ユニット１０と対向する面）は、平坦加工されている。これにより、基部１０ａの熱膨張を低減でき、保持ユニット１０に保持された基板４を良好に移動させることができる。
テーブル１１は、載置された基板４を吸着保持する。また、テーブル１１は、保持された基板４を、矢印ＡＲ１方向（Ｘ軸プラスまたはマイナス方向：以下、単に、「進退方向」とも呼ぶ）に進退させるとともに、矢印Ｒ１方向に回転させる。図１および図２に示すように、テーブル１１は、主として、吸着部１１ａと、回転台１１ｂと、移動台１１ｃと、を有している。
吸着部１１ａは、回転台１１ｂの上側に設けられている。図１および図２に示すように、吸着部１１ａの上面には、基板４が載置可能とされている。また、吸着部１１ａの上面には、複数の吸着溝（図示省略）が格子状に配置されている。したがって、基板４が載置された状態で、各吸着溝内の雰囲気が排気（吸引）されることによって、基板４は、吸着部１１ａに対して吸着される。
回転台１１ｂは、吸着部１１ａの下側に設けられており、Ｚ軸と略平行な回転軸１１ｄを中心に吸着部１１ａを回転させる。また、移動台１１ｃは、回転台１１ｂの下側に設けられており、進退方向に沿って、吸着部１１ａおよび回転台１１ｂを移動させる。
したがって、テーブル１１に吸着保持された基板４は、矢印ＡＲ１方向に進退させられるとともに、吸着部１１ａの進退動作にともなって移動する回転軸１１ｄを中心に回転させられる。
ボールねじ機構１２は、テーブル１１の下側に配置されており、テーブル１１を矢印ＡＲ１方向に進退させる。図１および図２に示すように、ボールねじ機構１２は、主として、送りネジ１２ａと、ナット１２ｂと、を有している。
送りネジ１２ａは、テーブル１１の進退方向に沿って延びる棒体である。送りネジ１２ａの外周面には、螺旋状の溝（図示省略）が設けられている。また、送りネジ１２ａの一端は支持部１４ａにより、送りネジ１２ａの他端は支持部１４ｂにより、それぞれ回転可能に支持されている。さらに、送りネジ１２ａは、モータ１３と連動連結されており、モータ１３が回転すると、その回転方向に送りネジ１２ａが回転する。
ナット１２ｂは、送りネジ１２ａの回転にしたがい、不図示のボールの転がり運動によって、矢印ＡＲ１方向に進退する。図１および図２に示すように、ナット１２ｂは、移動台１１ｃの下部に固定されている。
したがって、モータ１３が駆動させられ、モータ１３の回転力が送りネジ１２ａに伝達されると、ナット１２ｂは、矢印ＡＲ１方向に進退する。その結果、ナット１２ｂが固定されているテーブル１１は、ナット１２ｂと同様に矢印ＡＲ１方向に進退する。
一対のガイドレール１５、１６は、進行方向におけるテーブル１１の移動を規制する。図２に示すように、一対のガイドレール１５、１６は、基部１０ａ上において、矢印ＡＲ２方向に所定距離だけ隔てて固定されている。
複数（本実施の形態では２つ）の摺動部１７（１７ａ、１７ｂ）は、ガイドレール１５に沿って矢印ＡＲ１方向に摺動自在とされている。図１および図２に示すように、摺動部１７は、移動台１１ｃの下部において、矢印ＡＲ１方向に所定距離だけ隔てて固定されている。
複数（本実施の形態では２つ）の摺動部１８は、ガイドレール１６に沿って矢印ＡＲ１方向に摺動自在とされている。ただし、図１および図２においては、図示の都合上、摺動部１８ａのみが記載されている。図１および図２に示すように、摺動部１８は、摺動部１７と同様に、移動台１１ｃの下部において、矢印ＡＲ１方向に所定距離だけ隔てて固定されている。
このように、モータ１３の回転力がボールねじ機構１２に付与されると、テーブル１１は、一対のガイドレール１５、１６に沿って移動する。そのため、進退方向におけるテーブル１１の直進性を確保することができる。
パターニングユニット２０は、基板４上に形成された膜５に溝６を形成するパターニングを担う。図１および図２に示すように、パターニングユニット２０は、主として、パターニングヘッド３０と、駆動部７０と、を有している。
パターニングヘッド３０は、パターニングに際して実際に膜５に接触してこれを剥離または除去する工具であるパターニングツール６０（図４参照）を備える。本実施の形態においては、パターニングツール６０を膜５のパターニング対象箇所に当接させた状態で、パターニングヘッド３０を保持ユニット１０に保持された基板４に対して移動させることにより、基板４の上に形成された膜５をパターニングツール６０によって剥離または除去することで、溝６が形成される。なお、パターニングヘッド３０の詳細な構成およびパターニング処理については、後述する。
駆動部７０は、パターニングツール６０が取り付けられたホルダ３１（図４参照）を、保持ユニット１０に対して移動させることによって、パターニングツール６０を矢印ＡＲ２方向（Ｙ軸プラスまたはマイナス方向：以下、単に、「加工方向」とも呼ぶ）に沿って往復移動させる。図２に示すように、駆動部７０は、主として、複数（本実施の形態では２本）の支柱７１（７１ａ、７１ｂ）と、複数（本実施の形態では２本）のガイドレール７２と、モータ７３と、を有している。
支柱７１（７１ａ、７１ｂ）は、基部１０ａから上下方向（Ｚ軸方向）に延びる。支柱７１ａ、７１ｂの間には、ガイドレール７２が固定される。
ガイドレール７２は、加工方向におけるパターニングヘッド３０の移動を規制する。図２に示すように、ガイドレール７２は、支柱７１ａ、７１ｂの間に挟まれた状態で、上下方向に所定距離だけ隔てて固定される。
モータ７３は、不図示の送り機構（例えば、ボールねじ機構）と連動連結されている。これにより、モータ７３が回転すると、パターニングヘッド３０は、ガイドレール７２に沿って矢印ＡＲ２方向に往復する。
撮像部ユニット８０は、保持ユニット１０に保持された基板４を撮像する。図２に示すように、撮像部ユニット８０は、複数（本実施の形態では２台）のカメラ８５（８５ａ、８５ｂ）を有している。
カメラ８５は、図１および図２に示すように、保持ユニット１０の上方に配置されている。カメラ８５は、基板４上に形成された特徴的な部分（例えば、図示を省略するアライメントマーク）の画像を撮像する。そして、カメラ８５により撮像された画像に基づいて、基板４の位置および姿勢が求められる。
制御ユニット９０は、パターニング装置１の各要素の動作制御、およびデータ演算を実現する。図１および図２に示すように、制御ユニット９０は、主として、ＲＯＭ９１と、ＲＡＭ９２と、ＣＰＵ９３と、を有している。
ＲＯＭ（Read Only Memory）９１は、いわゆる不揮発性の記憶部であり、例えば、プログラム９１ａが格納されている。なお、ＲＯＭ９１としては、読み書き自在の不揮発性メモリであるフラッシュメモリが使用されてもよい。ＲＡＭ（Random Access Memory）９２は、揮発性の記憶部であり、例えば、ＣＰＵ９３の演算で使用されるデータが格納される。
ＣＰＵ（Central Processing Unit）９３は、ＲＯＭ９１のプログラム９１ａに従った制御（例えば、昇降部５０によるホルダ揺動部３４の昇降動作、および駆動部７０によるパターニングヘッド３０の往復動作等の制御）、および基板４の位置演算等のデータ処理を実行する。
＜パターニングヘッドの概略構成＞
図４は、パターニングヘッド３０付近の構成の一例を示す正面図である。図５は、ホルダ揺動部３４付近の構成の一例を示す側面図である。なお、図４および図５は、パターニングを行っていないときのパターニングヘッド３０あるいはその一部の様子を示す図でもある。図６は、パターニングを行っているときのパターニングヘッド３０の様子を例示する側面図である。図７は、パターニングツール６０の構成を示す正面図である。なお、以降において、パターニング装置１がパターニングを行っていないときを「静止時」とも称する。
図４から図６に示すように、パターニングヘッド３０は、主として、パターニングツール６０と、パターニングツール６０を保持固定するホルダ３１と、パターニングツール６０が固定されたホルダ３１を揺動可能とするホルダ揺動部３４と、パターニングツール６０の高さ位置を調整するための昇降部５０とを有している。
パターニングツール６０は、膜５を部分的に剥離または除去し、溝６（図３参照）を形成する工具である。パターニングツール６０は、概略、超硬合金やダイヤモンド焼結体などの硬質部材からなる。図７に示すように、パターニングツール６０は、主として、刃部６１と、把持部６２と、を有している。
パターニングツール６０は、あるいは少なくともその刃部６１は、図４から図７に示すように、平板状とされている。また、図７に示すように、刃部６１はその先端部に、刃渡り方向（矢印ＡＲ３方向）に延びる刃先６１ａを有している。ここで、図４から図７に示すように、刃部６１の表面に沿った方向であり、かつ、刃渡り方向と略垂直な方向（矢印ＡＲ４方向）を、長さ方向と定義する。
刃先６１ａには、膜５に対する接触領域を確保し、かつ耐摩耗性を高めるべく、面取りが施されている。刃先６１ａ（面取りがなされている部分）の長さ方向のサイズＳ１としては、０．３ｍｍ〜２ｍｍ（さらに好ましくは、０．５ｍｍ〜１ｍｍ）が好適である。また、刃部６１全体の長さ方向におけるサイズＳ２としては、２ｍｍ〜２０ｍｍ（さらに好ましくは、３ｍｍ〜１０ｍｍ）が好適である。さらに、刃先６１ａの刃渡り方向におけるサイズＳ３としては、好ましくは１ｍｍ〜１５ｍｍ（さらに好ましくは、２ｍｍ〜１０ｍｍ）が好適である。
把持部６２は、図７に示すように、平板状とされており、刃部６１から長さ方向（矢印ＡＲ４方向）に沿って延びる。把持部６２の端部付近がホルダ３１に設けられた固定穴３１ａに挿入されることによって、パターニングツール６０はホルダ３１に固定される。
把持部６２は、図７に示すように、刃渡り方向における刃先６１ａのサイズＳ３（第３サイズ）の方が、同じく刃渡り方向における把持部６２のサイズＳ４よりも大きくなるように、設けられている。これは、１回の溝加工によって形成する溝６の幅ができるだけ大きくなることを意図したものである。
なお、刃渡り方向における把持部６２のサイズＳ４としては、好ましくは０．５ｍｍ〜１２ｍｍ（さらに好ましくは、１ｍｍ〜８ｍｍ）が好適である。
以上の構成を有するパターニングツール６０は、パターニングにあたって、ホルダ３１に固定される。パターニングツール６０をホルダ３１に固定する手法としては、種々のものが適用可能であるが、ネジ止めによる固定が、簡便かつ安定的に行える点で好適である。
より具体的には、図４および図５に示すように、パターニングツール６０は、静止時において長さ方向が鉛直方向（Ｚ軸方向）に略一致し、かつ刃先６１ａの刃渡り方向が溝６の加工方向（Ｙ軸方向）に対して略垂直となるように、ホルダ３１に対し固定される。
＜ホルダ揺動部および昇降部＞
パターニングツール６０が固定されたホルダ３１は、ホルダ揺動部３４に保持される。そして、ホルダ揺動部３４は、昇降部５０に保持される。
具体的には、図４ないし図６に示すように、ホルダ揺動部３４は、ホルダ３１が取り付けられるホルダジョイント３５と、ホルダジョイント３５を昇降部５０に取り付けるためのホルダ取付ブロック４０とを主に備える。ホルダジョイント３５は、取付片３６と、旋回部３８とを有する。ホルダ取付ブロック４０は、ベアリング４６、４７と、固定部４９とを有する。
取付片３６は、ホルダジョイント３５におけるホルダ３１の直接の取付要素である。図４から図６に示すように、取付片３６は、ホルダジョイント３５の下端部分に設けられる。
取付片３６には、固定軸３６ａが設けられており、ホルダ３１は、係る固定軸３６ａに取り付けられる。固定軸３６ａは、ホルダ３１が取り付けられた状態においてパターニングツール６０の長さ方向と略垂直であり、かつ、刃先６１ａの刃渡り方向と略垂直な方向（矢印ＡＲ５方向）に延在する。以下、刃先６１ａの刃渡り方向と略垂直な方向を単に「軸心方向」とも称する。この軸心方向は、静止時にはＹ軸方向と一致する。
旋回部３８は、ホルダジョイント３５をホルダ取付ブロック４０に接続するための部位である。旋回部３８は、ホルダ取付ブロック４０に備わるベアリング４６、４７によって軸支される。すなわち、旋回部３８は、ベアリング４６、４７の内径面と対向するように、ホルダ取付ブロック４０の本体部４０ａに挿入されている。これにより、ホルダジョイント３５は、パターニングツール６０の長さ方向と略平行な回転軸３８ａを中心に、回転可能とされてなる。なお、ベアリング４６、４７は、ホルダ取付ブロック４０の本体部４０ａ内に、静止時において上からこの順番に位置するように配置されている。従って、静止時においては、旋回部３８の回転軸３８ａの延在方向はＺ軸方向と一致する。
係る旋回部３８を備えることで、ホルダジョイント３５は、旋回部３８の回転軸３８ａを中心に、回転可能とされてなる。なお、回転軸３８ａは、加工方向と鉛直方向とを含む平面内に存在することになるので、換言すれば、ホルダジョイント３５は、加工方向と鉛直方向とを含む平面内に存在する軸の周りに回転可能であるともいえる。ただし、旋回部３８の先端部３８ｂには旋回部３８の回転動作を規制する固定部４９が設けられる。これにより、ホルダジョイント３５については、実際には、回転軸３８ａ周りにおける所定の角度範囲内での揺動のみが許容されてなる。
なお、本実施の形態では、２つのベアリング４６、４７を用いるものとして説明したが、ベアリングの個数はこれに限定されず、例えば、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。
昇降部５０は、ホルダ揺動部３４のホルダ取付ブロック４０と接続され、ホルダ３１を保持するホルダ揺動部３４を全体としてＺ軸方向に昇降させる部位である。図４に示すように、昇降部５０は、主として、シリンダ５１と、伝達部５２とを有している。
シリンダ５１は、ホルダ揺動部３４を上下方向（Ｚ軸プラスまたはマイナス方向）に沿って昇降させるための駆動力を付与する駆動力供給源である。図４に示すように、シリンダ５１は、ホルダ取付ブロック４０の上方に配置されており、主として、本体部５１ａと、ロッド５１ｂと、を有している。
ロッド５１ｂは、本体部５１ａに対して進退可能とされている。図４に示すように、ロッド５１ｂの下端は、伝達部５２に連結されている。したがって、シリンダ５１が駆動し、ロッド５１ｂが本体部５１ａから進出することによって、伝達部５２は、ロッド５１ｂの下端により下方向に押し下げられる。
伝達部５２は、シリンダ５１とホルダ揺動部３４のホルダ取付ブロック４０との間に設けられており、シリンダ５１からの駆動力をホルダ取付ブロック４０に伝達する。
ガイド機構５３は、図４に示すように、主として、ガイドレール５３ａと、ガイドレール５３ａに沿って上下方向に摺動自在とされたガイドブロック５３ｂとを有している。ガイドブロック５３ｂには、ホルダ取付ブロック４０の直接の取付要素である取付プレート５４が付設されてなる。取付プレート５４には、ホルダ取付ブロック４０の回動軸４０ｂが挿入される挿入口５６と、回動軸４０ｂを軸支するベアリング５７とが設けられている。
挿入口５６は、図４に示すように、パターニングツール６０の刃渡り方向に平行な方向に、換言すれば、水平面内において加工方向に垂直な方向に延在する。係る挿入口５６に回動軸４０ｂが挿入されることで、ホルダ揺動部３４は、ベアリング５７によって回動軸４０ｂ周りに回動可能となっている。なお、図５に示すように、あるいは図６において一点破線にて示すように、静止時において、ホルダ揺動部３４は、パターニングツール６０の長さ方向が鉛直方向に一致するように位置する。また、ホルダ揺動部３４の回動軸４０ｂ周りの回動は、図示しない角度規制手段により、所定の角度θの範囲内に規制されてなる。例えば、図６においては矢印Ｒ３にて示す範囲でのみ回動可能とされてなる。より具体的には、静止時の位置を中心に±３０°の範囲内に規制されるのが好適な一例である。
また、回動軸４０ｂが挿入口５６に挿入されてなることにより、ホルダ揺動部３４は、取付プレート５４を介しガイドブロック５３ｂによって保持されていることにもなる。シリンダ５１によって付与された駆動力によって、ガイド機構５３においてガイドブロック５３ｂがガイドレール５３ａに沿ってガイドされることで、ホルダ揺動部３４のＺ軸方向における昇降動作が実現される。
＜パターニング＞
次に、以上のような構成を有するパターニング装置１によるパターニングについて説明する。図８は、パターニングツール６０と、膜５が形成された基板４との位置関係を例示する正面図である。
本実施の形態に係るパターニング装置１においては、上述のように、ホルダ揺動部３４が水平面内において加工方向に垂直である回動軸４０ｂ周りに回動可能であり、かつ、ホルダジョイント３５が加工方向と鉛直方向とを含む平面内にある回転軸３８ａ周りに回転可能とされてなる。これにより、パターニングツール６０を固定したホルダ３１が、互いに直交する２軸の周りにおいて揺動可能な状態で、パターニングを行えるようになっている。なお、回動軸４０ｂと回転軸３８ａとは、前者の垂直な面内に、後者が存在する関係にある。
具体的には、まず、基板４がテーブル１１に吸引固定された状態で、膜５のパターニング開始位置（溝６の形成開始位置）に対し、図８に示すようにパターニングツール６０の刃先６１ａが突き当てられる。その際には、シリンダ５１を所定の推力で駆動することにより、ホルダ３１に固定されたパターニングツール６０から基板４上の膜５に対し、所定の荷重が加えられる。そして、係る荷重を作用させた状態で、駆動部７０によってパターニングツール６０を含むパターニングヘッド３０を膜５に対して移動させるようにする。このとき、水平面内において刃渡り方向が加工方向に直交するときの刃先６１ａの姿勢を基準姿勢と称する。
いま、パターニング開始位置からの加工進行方向がＹ軸正方向であるとすると、静止時においては図５に示すように、あるいは図６において一点破線にて示すように、パターニングツール６０の長さ方向が鉛直方向に一致する姿勢を有していたホルダ揺動部３４が、刃先６１ａにおいて膜５からの抵抗力を加工進行方向と逆向き（Ｙ軸負方向）に受ける。これにより、係る抵抗力がトルクとなって、ホルダ揺動部３４全体が回動軸４０ｂ周りに回動し、図６において実線にて示すように、鉛直方向からある角度θだけ傾斜した姿勢を取るようになる。パターニングヘッド３０の移動は、ホルダ揺動部３４がこの傾斜姿勢を保ったままで進行する。
このとき、当然ながらパターニングツール６０も静止時の姿勢から角度θだけ傾斜することとなるが、上述したＺ軸方向におけるホルダ揺動部３４の位置調整を、係る傾斜姿勢の状態においてもパターニングツール６０が膜５に対し所定の荷重を作用させるように行っておくことで、パターニングヘッド３０が移動している間、パターニングツール６０の刃先６１ａによって、膜５の剥離または除去が実現される。
なお、ここまではパターニングの際の加工進行方向がＹ軸正方向の場合について説明を行っているが、加工進行方向がこれと反転するＹ軸負方向の場合には、ホルダ揺動部３４が図６において二点破線にて示す傾斜姿勢を取ることで、同様の態様での加工が行える。従って、例えば互いに平行な複数の溝６を形成するような場合であれば、加工進行方向をＹ軸正負方向で順次に反転させる往復加工が可能となる。この場合、加工進行方向が反転する度に、ホルダ揺動部３４の傾斜姿勢が、図６の実線の場合と二点鎖線の場合とで交互に入れ替わることとなる。なお、往復加工する必要が無い場合には、回動軸４０ｂを省略して、ホルダ揺動部３４を所定の角度θで固定することとしてもよい。
パターニングツール６０を固定するホルダ３１は、上述のように回転軸３８ａ周りにおいて所定角度範囲内で揺動するホルダジョイント３５に取り付けられてなることから、パターニングの間も、ホルダ３１は係る回転軸３８ａ周りに揺動可能な状態を保っている。それゆえ、膜５の加工対象位置が加工方向であるＹ軸方向を軸に傾斜しているような場合であっても、ホルダ３１が回転軸３８ａ周りにある角度αだけ回転することで、パターニングツール６０は係る傾斜に倣った姿勢を取ることができる。この点について示すのが図９である。図９は、パターニングツール６０の姿勢と溝６との関係を示す図である。
例えば、図９（ａ）に示すように、膜５の加工対象位置がＸＹ平面に平行な場合、ホルダ３１は回転軸３８ａ周りに回転する必要はない（α＝０）。すなわち、刃先６１ａは基準姿勢に保たれる。このとき形成される溝６（６ａ）の幅は、パターニングツール６０の刃渡り方向におけるサイズＳ３とほぼ同程度である。
ところが、図９（ｂ）に示すように、基板４が反っているなどの理由で、膜５の加工対象位置がＹ軸方向を軸に傾斜している場合において、図９（ａ）と同様にホルダ３１を回転軸３８ａ周りに回転させない（α＝０）とすると、パターニングツール６０の刃先６１ａは基準姿勢を保ったままであるので、刃先６１ａと膜５との間に角度δの開きが生じ、刃先６１ａの一部のみが膜５と接触する状態で加工がなされてしまう、いわゆる片当たりの状態が生じる。このとき形成される溝６（６ｂ）の幅は、パターニングツール６０の刃渡り方向におけるサイズＳ３に比してごく小さいものとなってしまう。
これに対して、本実施の形態の場合は、図９（ｃ）に示すように、膜５の加工対象位置がＹ軸方向を軸に傾斜している場合であっても、ホルダ３１が回転軸３８ａ周りにある角度αだけ回転することで、パターニングツール６０の刃先６１ａの姿勢を基準姿勢から変化させ、刃先６１ａのほぼ全体を膜５に接触させる状態が実現される。このとき形成される溝６（６ｃ）の幅は、膜５に傾斜のない場合に比べると小さくはなるものの、ホルダ３１が回転しない場合に比べると、充分に大きくなる。しかも、図９においては説明の便宜上傾斜を誇張しているが、実際の膜５における傾斜の程度（凹凸差）はせいぜい数百μｍ程度であるので、実質的には、ホルダ３１を揺動させつつパターニングを行うことで、略一定の幅の溝６が形成される。すなわち、パターニングツール６０の刃渡り方向において膜５に傾きがあったとしても、刃先６１ａの姿勢を該傾きに倣って変化させることで、幅の安定した溝６の形成が可能となる。
以上、説明したように、本実施の形態に係るパターニング装置においては、パターニングツールを、加工方向と鉛直方向とを含む平面内にある回転軸の周りにおいて揺動可能とした状態で、基板の主面上に設けられた膜のパターニングを行えるようになっている。これにより、基板に反りがあるなどの理由でパターニングの対象たる膜において刃渡り方向に傾きがある場合であっても、パターニングツールの刃先の姿勢を該傾きに倣って変化させることが出来るので、所望する幅の溝を安定的に形成することができる。
＜変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。
図１０は、変形例に係るパターニングツール１６０を示す正面図である。図１０に示すパターニングツール１６０は、材質をばね鋼とし、上述の実施の形態に係るパターニングツール６０の刃部６１に、貫通孔６１ｂを設けたものである。これにより、パターニングツール１６０においては、パターニングツール６０に比して、刃先６１ａにおける剛性が小さくなっている。
図１１は、パターニングツール１６０をパターニング装置１によるパターニングに用いた場合の様子を例示する図である。パターニングツール１６０は、貫通孔６１ｂを備えることで刃先６１ａの剛性が小さくなっているので、膜５に突き当てられた刃先６１ａが基板４の主面の形状に倣って変形しやすいものとなっている。それゆえ、基板４の反り等に起因して膜５に傾斜がある場合に、上述の実施の形態に比して、刃先６１ａをより基板４の主面に沿って追従させやすくなっている。これにより、刃先６１ａが基板４上に形成された膜５に片当たりすることが、さらに好適に抑制される。
また、パターニングによって膜５から剥離または除去された部分（加工くず）は、刃部６１に設けられた貫通孔６１ｂを介して、パターニングツール１６０の加工進行方向と逆側に排出される。これにより、加工くずが加工進行方向に存在してパターニングの邪魔となることや刃先６１ａに付着することが抑制されるので、パターニングの精度がより高まる。
なお、パターニングツール１６０を用いる場合、膜５の凹凸がそれほど大きくなければ、回転軸３８ａ周りの揺動を行わない場合であっても、片当たりを抑制する効果は得られる。
図１２および図１３はそれぞれ、変形例に係るパターニングツール２６０、３６０の構成を示す正面図である。すなわち、パターニング装置１におけるパターニングには、図１２のパターニングツール２６０のように、刃渡り方向における刃部２６１および把持部２６２のサイズが略同一のものを用いてもよい。すなわち、係る場合、把持部２６２の刃渡り方向のサイズがパターニングツール６０の把持部６２の同方向のサイズＳ４と同じであるとすると、刃先２６１ａの刃渡り方向のサイズは、パターニングツール６０の同方向の刃先６１ａのサイズＳ３よりも小さくなるが、形成しようとする溝６のサイズに応じて、用いるパターニングツールが選択されてよい。
一方、図１３に示すパターニングツール３６０は、上述の変形例に係るパターニングツール１６０の刃部６１に、貫通孔３６１ｂを設けたものである。係るパターニングツール３６０においても、パターニングツール１６０と同様の効果が得られる。
また、上述の実施の形態において、ホルダ３１は固定軸３６ａに対して揺動可能に取り付けられる態様であってもよい。すなわち、ホルダ３１が図４の矢印Ｒ２方向に揺動する態様であってもよい。例えば、パターニングツール６０の傾きがほとんど無い状態でパターニングを行う場合、回転軸３８ａ周りの揺動では片当たりを抑制することが難しい場合があるが、ホルダ３１が固定軸３６ａ周りで揺動可能であるとすると、そのような場合でも片当たりが抑制される。
また、上述の実施の形態において、パターニング装置１は、太陽電池３の膜５を剥離または除去（パターニング）の対象としているが、パターニング装置１におけるパターニングの対象はこれに限定されるものでない。対象としては、土台となる基部（基板に限定されない）の上にパターニング可能な膜が形成されているものであれば十分である。
また、上述の実施の形態では、パターニングに際して、パターニングヘッド３０が駆動部７０により保持ユニット１０に対して加工方向（矢印ＡＲ２方向）に移動させられるものとして説明したが、パターニングの態様はこれに限定されるものでない。例えば、パターニングヘッド３０が固定され、保持ユニット１０が加工方向に移動させられても良い。さらに、保持ユニット１０およびパターニングヘッド３０の両者が加工方向に移動させられても良い。すなわち、保持ユニット１０およびパターニングヘッド３０の少なくとも一方が他方に対して相対的に移動させられれば十分である。
１ パターニング装置
３ 太陽電池
４ 基板
５ 膜
６ 溝
３０ パターニングヘッド
３１ ホルダ
３４ ホルダ揺動部
３５ ホルダジョイント
３６ 取付片
３８ 旋回部
４０ ホルダ取付ブロック
５０ 昇降部
６０、２６０、３６０ パターニングツール
６１、２６１、３６１ 刃部
６１ａ、２６１ａ、３６１ａ 刃先
６１ｂ、３６１ｂ 貫通孔
７０ 駆動部

Claims (5)

  1. 基板の上に形成された膜を部分的に剥離または除去するパターニングを行う装置であって、
    膜が形成された基板を保持する保持ユニットと、
    先端部に刃渡り方向に延びる刃先を有するパターニングツールと、
    前記パターニングツールを固定するホルダと、
    前記ホルダを、加工方向と鉛直方向とを含む平面内にある第１の軸の周りで回転可能に保持するホルダ揺動部と、
    前記保持ユニットに対して前記ホルダ揺動部を相対的に移動させる駆動部と、
    前記ホルダ揺動部を昇降させる昇降部と、
    を備え、
    前記パターニングツールの前記刃先が前記膜に突き当たるように前記昇降部が前記ホルダ揺動部を前記保持ユニットに近接する方向に移動させたうえで、前記駆動部が前記ホルダ揺動部を前記加工方向に対して相対移動させることによって、前記パターニングツールが前記加工方向に沿って前記膜のパターニングを行う際に、前記パターニングツールが、水平面内において前記刃渡り方向が前記加工方向に直交するときの前記刃先の姿勢を基準姿勢としつつ、前記ホルダの前記第１の軸周りの回転によって前記膜の前記刃渡り方向の傾きに倣って揺動可能とされてなる、
    ことを特徴とするパターニング装置。
  2. 請求項１に記載のパターニング装置であって、
    前記ホルダ揺動部が水平面内において前記加工方向に垂直な第２の軸の周りで回動可能とされてなることを特徴とするパターニング装置。
  3. 請求項２に記載のパターニング装置であって、
    前記ホルダ揺動部を前記第２の軸の周りに回動させることにより、前記パターニングツールを傾斜姿勢として前記パターニングを行う、
    ことを特徴とするパターニング装置。
  4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のパターニング装置であって、
    前記パターニングツールの前記刃渡り方向における幅が、前記ホルダに固定される部分の幅より大きい、
    ことを特徴とするパターニング装置。
  5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のパターニング装置であって、
    前記パターニングツールが、前記刃先の上部に貫通孔を有する、
    ことを特徴とするパターニング装置。
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