(57)【要約】【課題】メカニカルな手法による加工溝の形成を好適に行えるパターニング方法およびこれを行うパターニング加工装置を提供する。【解決手段】先端に刃先を備えるスクライブツールによって基板上に設けられた薄膜層の一部を除去して線状の加工溝を形成することにより、基板にパターニングを行う方法が、所望の加工幅よりも細い加工幅の加工溝を形成可能な第１のスクライブツールを用いて前記基板の加工溝形成対象位置に第１の加工溝を形成する第１スクライブ工程と、前記所望の加工幅の加工溝を形成可能な第２のスクライブツールを用いて前記第１の加工溝が形成された前記基板の前記加工溝形成対象位置に前記第１の加工溝に対し重畳的に第２の加工溝を形成する第２スクライブ工程と、を備えるようにした。【選択図】図７
2014192461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に刃先を備えるスクライブツールによって基板上に設けられた薄膜層の一部を除去して線状の加工溝を形成するスクライブ加工により、基板にパターニングを行う方法であって、
所望の加工幅よりも細い加工幅の加工溝を形成可能な第１のスクライブツールを用いて前記基板の加工溝形成対象位置に第１の加工溝を形成する第１スクライブ工程と、
前記所望の加工幅の加工溝を形成可能な第２のスクライブツールを用いて、前記第１の加工溝が形成された前記基板の前記加工溝形成対象位置において前記第１の加工溝に対し重畳的に第２の加工溝を形成する第２スクライブ工程と、
を備えることを特徴とする基板のパターニング方法。
【請求項２】
請求項１に記載の基板のパターニング方法であって、
前記第１スクライブ工程においては、複数の前記第１のスクライブツールにより複数の加工溝形成対象位置に複数の前記第１の加工溝を形成し、
前記第２スクライブ工程においては、複数の前記第２のスクライブツールにより、それぞれに前記第１の加工溝が形成された前記複数の前記加工溝形成対象位置においてそれぞれの前記第１の加工溝に対し重畳的に第２の加工溝を形成する、
ことを特徴とする基板のパターニング方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の基板のパターニング方法であって、
一のスクライブヘッドに、前記第１のスクライブツールと前記第２のスクライブツールとを、前記一のスクライブヘッドを移動させた場合にそれぞれによる加工溝の形成が同時にまたは選択的に行えるように設けておき、前記第１のスクライブツールと前記第２のスクライブツールとを同時に加工溝を形成可能とした状態で、第１の前記加工溝形成対象位置における前記第１スクライブ工程と、先に前記第１の加工溝が形成されてなる第２の前記加工溝形成対象位置における前記第２スクライブ工程とを同時に行う、
ことを特徴とする基板のパターニング方法。
【請求項４】
スクライブ加工により基板上に設けられた薄膜層の一部を除去して線状の加工溝を形成可能なパターニング加工装置であって、
基板を支持するテーブルと、
それぞれが先端に刃先を備えるとともに、前記テーブルに支持された前記基板に前記刃先を接触させつつ移動させることによって前記基板の加工溝形成対象位置に加工溝を形成可能な第１および第２のスクライブツールと、
を備え、
前記第１のスクライブツールが所望の加工幅よりも細い加工幅の第１の加工溝を形成可能であり、
前記第２のスクライブツールが前記所望の加工幅の第２の加工溝を形成可能であり、
前記第１のスクライブツールによって前記第１の加工溝が形成された前記加工溝形成対象位置に前記第１の加工溝に対し重畳的に前記第２の加工溝を形成する、
ことを特徴とするパターニング加工装置。
【請求項５】
請求項４に記載のパターニング加工装置であって、
第１の方向に移動自在なスクライブヘッド、
をさらに備え、
前記第１のスクライブツールと前記第２のスクライブツールとが前記スクライブヘッドにおいて前記第１の方向と直交する第２の方向に列設されてなる、
ことを特徴とするパターニング加工装置。
【請求項６】
請求項５に記載のパターニング加工装置であって、
前記一のスクライブヘッドに複数の前記第１のスクライブツールと複数の前記第２のスクライブツールとを等ピッチで備え、
前記複数の前記第１のスクライブツールによってそれぞれに前記第１の加工溝が形成された複数の前記加工溝形成対象位置において、前記複数の前記第２のスクライブツールによってそれぞれの前記第１の加工溝に対し重畳的に前記第２の加工溝を形成する、
ことを特徴とするパターニング加工装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載のパターニング加工装置であって、
前記第１のスクライブツールと前記第２のスクライブツールとが、前記スクライブヘッドに同時にまたは選択的に加工溝を形成可能に設けられてなり、前記一のスクライブヘッドを前記第１の方向に移動させることで、第１の前記加工溝形成対象位置における前記第１のスクライブツールによる前記第１の加工溝の形成と、先に前記第１の加工溝が形成されてなる第２の前記加工溝形成対象位置における前記第２のスクライブツールによる前記第２の加工溝の形成とを同時に行える、
ことを特徴とするパターニング加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カルコパイライト系薄膜太陽電池用基板などの基板上に設けられた薄膜層の一部を除去して加工溝を形成するパターニング方法およびその加工装置、特に、メカニカルな手法により加工溝を形成する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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切削除去して（スクライブして）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。
【０００４】
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やスクライブ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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１４２２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のようなパターニングを溝加工ツールによってメカニカルに行う場合、加工溝は、所望する箇所に所望するサイズおよび形状にて形成されるべきであり、加工溝の形状に場所による不均一が生じたり、加工溝の側部および底部における薄膜層の除去が不十分となったり、加工溝の周囲において膜剥がれが生じたりするのは好ましくない。そのような不具合が生じると、作製した太陽電池に製品不良が生じる可能性がある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、メカニカルな手法による加工溝の形成を好適に行えるパターニング方法およびこれを行うパターニング加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、先端に刃先を備えるスクライブツールによって基板上に設けられた薄膜層の一部を除去して線状の加工溝を形成するスクライブ加工により、基板にパターニングを行う方法であって、所望の加工幅よりも細い加工幅の加工溝を形成可能な第１のスクライブツールを用いて前記基板の加工溝形成対象位置に第１の加工溝を形成する第１スクライブ工程と、前記所望の加工幅の加工溝を形成可能な第２のスクライブツールを用いて、前記第１の加工溝が形成された前記基板の前記加工溝形成対象位置において前記第１の加工溝に対し重畳的に第２の加工溝を形成する第２スクライブ工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の基板のパターニング方法であって、前記第１スクライブ工程においては、複数の前記第１のスクライブツールにより複数の加工溝形成対象位置に複数の前記第１の加工溝を形成し、前記第２スクライブ工程においては、複数の前記第２のスクライブツールにより、それぞれに前記第１の加工溝が形成された前記複数の前記加工溝形成対象位置においてそれぞれの前記第１の加工溝に対し重畳的に第２の加工溝を形成する、ことを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の基板のパターニング方法であって、一のスクライブヘッドに、前記第１のスクライブツールと前記第２のスクライブツールとを、前記一のスクライブヘッドを移動させた場合にそれぞれによる加工溝の形成が同時にまたは選択的に行えるように設けておき、前記第１のスクライブツールと前記第２のスクライブツールとを同時に加工溝を形成可能とした状態で、第１の前記加工溝形成対象位置における前記第１スクライブ工程と、先に前記第１の加工溝が形成されてなる第２の前記加工溝形成対象位置における前記第２スクライブ工程とを同時に行う、ことを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、スクライブ加工により基板上に設けられた薄膜層の一部を除去して線状の加工溝を形成可能なパターニング加工装置であって、基板を支持するテーブルと、それぞれが先端に刃先を備えるとともに、前記テーブルに支持された前記基板に前記刃先を接触させつつ移動させることによって前記基板の加工溝形成対象位置に加工溝を形成可能な第１および第２のスクライブツールと、を備え、前記第１のスクライブツールが所望の加工幅よりも細い加工幅の第１の加工溝を形成可能であり、前記第２のスクライブツールが前記所望の加工幅の第２の加工溝を形成可能であり、前記第１のスクライブツールによって前記第１の加工溝が形成された前記加工溝形成対象位置に前記第１の加工溝に対し重畳的に前記第２の加工溝を形成する、ことを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項４に記載のパターニング加工装置であって、第１の方向に移動自在なスクライブヘッド、をさらに備え、前記第１のスクライブツールと前記第２のスクライブツールとが前記スクライブヘッドにおいて前記第１の方向と直交する第２の方向に列設されてなる、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項５に記載のパターニング加工装置であって、前記一のスクライブヘッドに複数の前記第１のスクライブツールと複数の前記第２のスクライブツールとを等ピッチで備え、前記複数の前記第１のスクライブツールによってそれぞれに前記第１の加工溝が形成された複数の前記加工溝形成対象位置において、前記複数の前記第２のスクライブツールによってそれぞれの前記第１の加工溝に対し重畳的に前記第２の加工溝を形成する、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項５または請求項６に記載のパターニング加工装置であって、
前記第１のスクライブツールと前記第２のスクライブツールとが、前記スクライブヘッドに同時にまたは選択的に加工溝を形成可能に設けられてなり、前記一のスクライブヘッドを前記第１の方向に移動させることで、第１の前記加工溝形成対象位置における前記第１のスクライブツールによる前記第１の加工溝の形成と、先に前記第１の加工溝が形成されてなる第２の前記加工溝形成対象位置における前記第２のスクライブツールによる前記第２の加工溝の形成とを同時に行える、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１ないし請求項７の発明によれば、スクライブ加工により線状の加工溝を形成する場合において、所望する幅よりも狭い加工溝を形成する第１スクライブツールを用いたスクライブ加工を加工溝形成対象位置に対して行った後に、所望する幅の加工溝を形成する第２スクライブツールを用いたスクライブ加工を重畳的に行うことにより、形状の良好な加工溝を形成することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】パターニング加工装置１の斜視図である。
【図２】ヘッド保持部５近傍の拡大斜視図である。
【図３】スクライブヘッド１０の外観斜視図である。
【図４】コントローラ８の機能的構成を示すブロック図である。
【図５】スクライブヘッド１０に保持されてなるスクライブツール１１の種類および配置を模式的に示す図である。
【図６】コントローラ８の機能的構成を示すブロック図である。
【図７】２段階加工の様子を模式的に示す図である。
【図８】２段階加工によって形成した加工溝Ｌの観察像である。
【図９】第２スクライブツール１１２のみを用いて形成した加工溝Ｌ’の観察像である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜パターニング加工装置の概略構成＞
図１は本発明の実施の形態に係るパターニング加工装置１の斜視図である。パターニング加工装置１は、平板状の被加工物である基板Ｗの表面を線状にスクライブ（切削除去）して加工溝（スクライブ溝）を形成するスクライブ加工を行う装置であり、特に、太陽電池パネルを形成するための太陽電池用基板の一方主面に、あらかじめ形成された複数の溝のそれぞれに沿って加工溝を形成するパターニング加工を行う場合に好適に使用される装置である。なお、本実施の形態においては、係る太陽電池用基板を含め、基板Ｗとしては、ガラス基板などの下地基板上に、例えばモリブデン（Ｍｏ）膜その他の薄膜層が形成されたものを含むものとする。また、そのような薄膜層が形成された基板Ｗにおいては、該薄膜層が形成された側がその表面であるとする。
【００１８】
本実施の形態に係るパターニング加工装置１は、機械的構成要素として、基板Ｗを水平面内の一方向に搬送する２つの搬送機構２（上流側搬送機構２Ａおよび下流側搬送機構２Ｂ）と、１対のテーブルベース３（３ａ、３ｂ）と、加工時に基板Ｗを支持するテーブル４と、基板Ｗのスクライブ加工を担うスクライブヘッド１０（図２および図３参照）が取り付けられたヘッド保持部５と、ヘッド保持部５を案内するブリッジ６と、搬送機構２、テーブルベース３、およびブリッジ６を下方から支持する基台７とを主として備える。図１においては、ヘッド保持部５の移動方向をＸ軸方向とし、基板Ｗの搬送方向をＹ軸方向とし、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。なお、図１においてはスクライブヘッド１０を含むヘッド保持部５の詳細な図示を省略している。
【００１９】
さらに、図１においては図示を省略しているが、パターニング加工装置１には、各部の動作を制御するコントローラ８が付随する（図６参照）。コントローラ８の詳細については後述する。
【００２０】
上流側搬送機構２Ａおよび下流側搬送機構２Ｂは、基台７上においてテーブル４を挟んで設けられており、前者が主として加工前の基板Ｗ（Ｗ１）の搬送を担い、後者が主として加工後の基板Ｗ（Ｗ２）の搬送を担う。上流側搬送機構２Ａおよび下流側搬送機構２Ｂはいずれも、ＹＺ平面に平行な矩形状をなし、かつ、Ｙ軸方向に長手方向を有する複数の搬送プレート２１を、Ｘ軸方向において等間隔に離間配置させることによって構成されてなる。図１においては、それぞれの搬送機構２が４つの搬送プレート２１を備える態様を例示してなる。それぞれの搬送プレート２１のＹＺ平面に平行な側面２１ａには、Ｚ軸方向に昇降自在な複数の搬送ローラ２２がＹ軸方向に沿って等間隔に離間配置されてなる。また、搬送プレート２１の上端面２１ｂには、複数のエア噴出部２３がＹ軸方向において等間隔に離間配置されてなる。
【００２１】
テーブルベース３（３ａ、３ｂ）は、水平面内において搬送機構２を挟む態様にて対向配置されてなり、両者の間には、テーブル４が、搬送機構２による搬送方向と直交するように架設されてなる。
【００２２】
ブリッジ６は、Ｘ軸方向における基台７の最外側（両端側）においてＺ軸正方向に延在する１対の支柱６１（６１ａ、６１ｂ）と、これら１対の支柱６１の間に架け渡されてなることでＸ軸方向に長手方向を有するビーム６２と、両端に枠部を備えた中空角柱状をなすとともに内部にビーム６２が挿嵌されてなり、図示しないリニアモータ機構によって駆動されることによりＸ軸方向に移動自在とされてなるリニアスライダー６３とを備える。
【００２３】
また、リニアスライダー６３の−Ｙ側の側面には、ヘッド保持部５が、図示しないモータで駆動される昇降機構６４によって昇降自在な態様にて付設されてなる。すなわち、ヘッド保持部５は、ビーム６２に沿ってリニアスライダー６３が移動することによりＸ軸方向に移動自在とされてなるとともに、昇降機構６４の昇降動作によりＺ軸方向に昇降自在とされてなる。ヘッド保持部５およびスクライブヘッド１０の詳細な構成については後述する。
【００２４】
係る構成を有するパターニング加工装置１においては、基板Ｗを搬送する際、搬送機構２のそれぞれの搬送ローラ２２が、その上端部分を搬送プレート２１の上端面２１ｂよりも突出するように上昇させたうえで、回転状態とされる。係る状態の搬送ローラ２２の上に基板Ｗが載置されると、搬送ローラ２２は基板Ｗを下方から支持しつつ回転する。これにより、基板Ｗの搬送が実現される。
【００２５】
一方、基板Ｗに対して加工を行う際には、基板Ｗの加工対象部位がヘッド保持部５の直下に到達した時点で搬送ローラ２２はその回転を停止するとともに基板Ｗを支持した状態で下降する。これにより、基板Ｗのうちテーブル４の上方に位置している箇所は、テーブル４によって下方から接触支持されるようになり、それ以外の箇所は、図示しない供給源から供給され、エア噴出部２３から鉛直上方に向けて噴出されるエアによって、下方から非接触にて支持されるようになる。
【００２６】
＜ヘッド保持部の構成＞
図２は、パターニング加工装置１に備わるヘッド保持部５近傍の拡大斜視図である。ヘッド保持部５は、その最下端部に取り付けられたスクライブヘッド１０によって基板Ｗに加工溝を形成する部位である。スクライブヘッド１０には、先端が刃先１１ａとなった複数のスクライブツール１１がＹ軸方向に所定の間隔で列設されてなる。パターニング加工装置１は、刃先１１ａを基板Ｗと接触させた状態でリニアスライダー６３をＸ軸方向に移動させることにより、基板Ｗの刃先１１ａとの接触部分をスクライブ（切削除去）して基板Ｗに複数の加工溝を等間隔に形成できるようになっている。図２においては、１０本のスクライブツール１１がヘッド部に備わる場合を例示している（図３においても同様）。
【００２７】
ヘッド保持部５は、リニアスライダー６３に付設されるフレーム５１と、フレーム５１の底部５１ａ上に設けられた水平位置調整機構５２と、スクライブヘッド１０を支持しつつその姿勢を調整する姿勢調整機構５３と、水平位置調整機構５２と姿勢調整機構５３とを接続する接続部５４とを主として備える。
【００２８】
フレーム５１は、ＸＹ平面に平行な底部５１ａと、底部５１ａからＺ軸正方向に立設し、Ｘ軸方向に離間する２つの側部５１ｂ、５１ｃと、底部５１ａに対しＺ軸正方向に立設するとともに側部５１ｂ、５１ｃとも直交する奥部５１ｄとの４つの矩形状の板状部材によって一体構成されてなる。このうち、奥部５１ｄのリニアスライダー６３と対向する側の面には、上述の昇降機構６４が付設されてなる。昇降機構６４が、リニアスライダー６３に設けられた、Ｚ軸方向に長手方向を有しかつＹ軸方向において離間配置されてなる１対のガイドレール６４ａ、６４ｂに沿って案内されることで、スクライブヘッド１０を含むヘッド保持部５全体が、リニアスライダー６３に対して昇降するようになっている。
【００２９】
水平位置調整機構５２は、図示しないモータによって駆動され、フレーム５１の底部５１ａ上においてＸ軸方向に離間させて配置された１対のガイドレール５２ａ、５２ｂに案内されることで、フレーム５１に対しＹ軸方向に移動自在とされてなる部位である。
【００３０】
また、姿勢調整機構５３は、回動軸５３ａと、２つの補助軸５３ｂ、５３ｃと、１対のヘッド支持軸５３ｄ（図２においては一方のみ図示）と、第１ないし第４ロッド５３ｅ〜５３ｈとを備える。回動軸５３ａ、補助軸５３ｂ、５３ｃ、および、ヘッド支持軸５３ｄはいずれも、Ｙ軸方向に延在する軸部材である。一方、第１ないし第４ロッド５３ｅ〜５３ｈは、Ｙ軸方向から側面視した場合に、第１ロッド５３ｅと第３ロッド５３ｇとを短辺とし、第２ロッド５３ｆと第４ロッド５３ｈとを長辺とする平行四辺形をなすように配置されてなる。第２ロッド５３ｆおよび第４ロッド５３ｈは、フレーム５１の底部５１ａに設けられた貫通孔５１ｈを貫通してなる。
【００３１】
より詳細には、回動軸５３ａは、接続部５４からＹ軸方向負側に延在するとともに、第１ロッド５３ｅの一方端部（Ｘ軸方向正側）に固設されてなる。接続部５４には図示しない回動駆動部が備わっており、第１ロッド５３ｅは、係る回動駆動部の作用によって、回動軸５３ａを回動中心として回動自在とされてなる。
【００３２】
補助軸５３ｂは、第１ロッド５３ｅの他方端部（Ｘ軸方向負側）に、Ｙ軸負方向に延在する態様にて固設されてなるとともに、第２ロッド５３ｆの上方端部に軸支されてなる。
【００３３】
補助軸５３ｃは、第３ロッド５３ｇの一方端部（Ｘ軸方向負側）に、Ｙ軸負方向に延在する態様にて固設されてなるとともに、第２ロッド５３ｆの下方端部に軸支されてなる。
【００３４】
支持軸５３ｄはそれぞれ、スクライブヘッド１０の上端部分１０ｂに設けられた孔部である支持軸取付部１２に、Ｙ軸方向に延在する態様にて固設されてなり、１対の第４ロッド５３ｈに軸支されてなる。ただし、Ｙ軸方向負側において、支持軸５３ｄは、第４ロッド５３ｈを貫通し、その先端部は第３ロッド５３ｇの他方端部（Ｘ軸方向正側）に固設されてなる。これにより、スクライブヘッド１０および第３ロッド５３ｇは、第４ロッド５３ｈに支持されたヘッド支持軸５３ｄを回動中心として回動自在とされてなる。
【００３５】
以上の構成を有するヘッド保持部５においては、回動軸５３ａを回動中心として第１ロッド５３ｅが回動させられると、係る回動動作に連動して、第２ロッド５３ｆがＺ軸方向に上下動し、係る上下動作に連動して、第４ロッド５３ｈに支持された第３ロッド５３ｇおよびスクライブヘッド１０がヘッド支持軸５３ｄを回動軸として回動する。それゆえ、第１ロッド５３ｅの回動角度を調整することで、スクライブヘッド１０の姿勢の調整、つまりは、基板Ｗとスクライブツール１１のなす角度を調整することが出来るようになっている。なお、好ましくは、スクライブ加工の際、スクライブヘッド１０の姿勢は、スクライブツール１１が加工方向に対して前傾するように定められる。
【００３６】
また、スクライブヘッド１０を支持してなる姿勢調整機構５３と接続部５４によって接続されてなる水平位置調整機構５２を、ガイドレール５２ａ、５２ｂに沿って移動させることにより、スクライブヘッド１０のＹ軸方向における位置の微調整（スクライブツール１１のオフセット）を行えるようになっている。
【００３７】
＜スクライブヘッドの構成＞
図３は、スクライブヘッド１０の外観斜視図である。なお、上述のように、スクライブヘッド１０はヘッド保持部５に対して回動可能とされてなるので、スクライブヘッド１０の姿勢は必ずしも一定しないが、スクライブヘッド１０は複数のスクライブツール１１の列設方向が図１および図２に示すＸＹＺ座標系におけるＹ軸方向に一致するようにヘッド保持部５に保持されるので、図３においても便宜上、係る列設方向がＹ軸方向であるとしたＸＹＺ座標系を付与している。また、図４は、スクライブヘッド１０のＺＸ断面図である。図５は、スクライブヘッド１０に保持されてなるスクライブツール１１の種類および配置を模式的に示す図である。
【００３８】
スクライブヘッド１０は、それぞれがスクライブツール１１を保持する複数のツールホルダー１３と、支持軸取付部１２を備えるヘッド本体部１４とを備える。より詳細には、スクライブヘッド１０においては、ヘッド本体部１４のＸ軸方向負側かつＺ軸方向負側の一部がスリット１５によって切り欠かれる態様にて、複数のツールホルダー１３が構成されてなる。ただし、ヘッド本体部１４とそれぞれのツールホルダー１３とは、両端を薄肉化された２つの連結部１６ａ、１６ｂによって連結されている。これにより、それぞれのツールホルダー１３は弾性を有するものとなっている。
【００３９】
スクライブツール１１は、それぞれのツールホルダー１３のＺ軸方向負側の底部に設けられた取付孔１３ｈに対し、刃先１１ａがＺ軸方向負側の端部となる姿勢にて、着脱自在に取り付けられてなる。より詳細には、スクライブツール１１が磁性材料からなるとともに、該取付孔１３ｈ内の奥部には磁石１３ｍが備わっており、スクライブツール１１は磁力によって刃先１１ａとは反対側をツールホルダー１３によって保持されるようになっている。
【００４０】
なお、刃先１１ａの形状は、基板Ｗの材質や、形成しようとする加工溝のサイズなどによって適宜に選択されてよい。例えば、加工時に基板Ｗと線接触する矩形状であってもよいし、２点で接触するアーチ状であってもよいし、その他の形状であってもよい。
【００４１】
一方、ヘッド本体部１４の内部には、それぞれのツールホルダー１３に対応させて給気経路１４ａが設けられ、さらに、給気経路１４ａの中にはピストン１４ｂが設けられている。ピストン１４ｂの下端部（Ｚ軸方向負側の端部）はツールホルダー１３に当接している。さらに、ヘッド本体部１４のＸ軸方向負側には、それぞれのツールホルダー１３に対応させて複数の供給口１７が設けられてなる。それぞれの給気経路１４ａには供給口１７を介して図３において図示しない圧縮空気供給機構１８から圧縮空気を送り込むことができるようになっている。これにより、対応する供給口１７から送り込む圧縮空気の量を（圧縮空気がピストン１４ｂに与える圧力を）制御することでそれぞれのツールホルダー１３を給気経路１４ａ内で昇降させ、該ツールホルダー１３に保持されてなるスクライブツール１１の高さ位置、もしくは、加工時にスクライブツール１１が基板Ｗに接触する際に基板Ｗに与える力を微調整することが可能となっている。
【００４２】
なお、それぞれのツールホルダー１３とヘッド本体部１４との間のスリット１５が一部において略三角形状に設けられることによって、それぞれのツールホルダー１３には、切り欠きヘッド本体部１４に対して側方より突出する三角形状の突出部１３ａが設けられてなる。係る突出部１３ａが設けられてなることで、それぞれのスクライブツール１１の可動範囲および先端部が基板Ｗに与える力は規制されてなる。
【００４３】
また、図３においては図示の簡単のために、全てのスクライブツール１１を区別せずに示しているが、本実施の形態に係るパターニング加工装置１においては、図５（ａ）に示すように、形成する加工溝の幅が相異なる２種類のスクライブツール１１がスクライブヘッド１０に取り付けられてなる。これは、後述する２段階加工を実現するための構成である。以降、形成する加工溝の幅が相対的に小さいスクライブツール１１を特に第１スクライブツール１１１と称し、形成する加工溝の幅が相対的に大きいスクライブツール１１を特に第２スクライブツール１１２と称する。より詳細には、第２スクライブツール１１２としては所望する幅の加工溝を形成可能なものを用い、第１スクライブツール１１１としては、それよりも幅の細い加工溝を形成するものを用いる。図５に示す場合においては、スクライブヘッド１０に５つの第１スクライブツール１１１と５つの第２スクライブツール１１２とが備わる場合を例示している。例えば、３０μｍ〜２００μｍ程度の幅を有する加工溝の形成を所望する場合であれば、第１スクライブツール１１１としては、２０μｍ〜１３０μｍ程度の幅を有する加工溝を形成可能なものを用いるのが好適である。
【００４４】
なお、第１スクライブツール１１１と第２スクライブツール１１２とは、前者の方が後者よりも、上流側搬送機構２Ａによって搬送されてきた基板Ｗに近い位置（スクライブヘッド１０のＹ軸方向負側）に設けられる。また、種類によらず全てのスクライブツール１１は同一のピッチｐで列設されてなる。
【００４５】
加えて、個々のスクライブツール１１はピストン１４ｂの昇降によって昇降自在とされてなるが、本実施の形態においては、図５（ａ）に示すような、第１スクライブツール１１１と第２スクライブツール１１２を全て下降させて全てのスクライブツール１１によって同時に加工溝を形成する態様と、図５（ｂ）に示すような、第１スクライブツール１１１のみを下降させて第１スクライブツール１１１のみで加工溝を形成する態様と、反対に、図５（ｃ）に示すような、第２スクライブツール１１２のみを下降させて第２スクライブツール１１２のみで加工溝を形成する態様とを、一の基板Ｗに対する加工を行う間に切替可能になっている。
【００４６】
＜コントローラ＞
図６は、コントローラ８の機能的構成を示すブロック図である。コントローラ８は、パターニング加工装置１の各部の動作や、オペレータによる入出力操作や、それらの内容の表示や、加工位置データの生成などを制御する。係るコントローラ８は、装置全体の動作を統括制御する主制御部８０と、搬送機構２の動作を制御する搬送制御部８１と、リニアスライダー６３の動作を制御するスライダー制御部８２と、ヘッド保持部５およびスクライブヘッド１０に関係する各部の動作、つまりは、昇降機構６４、水平位置調整機構５２、姿勢調整機構５３、および圧縮空気供給機構１８の動作を制御するヘッド制御部８３と、オペレータによる種々の入力操作を可能とするインタフェース（キーボード、マウス、タッチパネルなど）である操作部８４と、パターニング加工装置１を動作させる際の処理メニューや実際の動作内容などをオペレータに視認可能に表示するディスプレイ等の表示部８５と、パターニング加工装置１の動作プログラムや、種々の加工条件などが記憶されるハードディスク等の記憶部８６と、各部の動作に伴って一時的に生成されたデータが保持されるＲＡＭ等のメモリ８７と、基板Ｗを加工する際の加工対象位置を記述してなる加工位置データを生成する加工位置データ生成部８８とを備える。
【００４７】
以上のような構成を有するコントローラ８は、例えば、汎用のコンピュータ（パーソナルコンピュータなど）によって好適に実現される。
【００４８】
＜パターニング加工装置の基本動作＞
上述のような構成を有するパターニング加工装置１においては、記憶部８６に記憶されている図示しない動作プログラムがコントローラ８において実行され、操作部８４を通じて与えられた（あるいは記憶部８６にあらかじめ記憶されていた）加工条件および加工位置データ生成部８８において生成された加工位置データに応じて主制御部８０が搬送制御部８１、スライダー制御部８２、およびヘッド制御部８３を通じて装置各部の動作を制御することにより、加工対象物たる基板Ｗに対してスクライブ加工を行うことが出来るようになっている。
【００４９】
なお、本実施の形態に係るパターニング加工装置１においては、第１スクライブツール１１１および第２スクライブツール１１２のいずれか一方のみあるいは双方を用いたスクライブ加工を行うことが可能であるが、ここでは、それらを区別せずに説明し、使用するスクライブツール１１を違える加工である２段階加工については後述する。
【００５０】
具体的には、上流側搬送機構２Ａの搬送ローラ２２上に加工対象物たる基板Ｗが載置されると、上流側搬送機構２Ａが、基板Ｗを、その表面にあらかじめ定められた被加工位置がテーブル４の上に配置されるように搬送する。
【００５１】
一方で、係る態様にて基板Ｗの配置が完了するまでの間に、スクライブツール１１が加工開始位置の上方にスタンバイされる。
【００５２】
基板Ｗの搬送が完了すると、昇降機構６４および圧縮空気供給機構１８によって全てのスクライブツール１１の刃先１１ａの高さ位置が加工溝を形成する高さ位置となるように調整されるとともに、スクライブツール１１が加工進行方向に対して前傾するように姿勢調整機構５３がスクライブヘッド１０を傾斜姿勢とする。
【００５３】
そして、ヘッド保持部５が取り付けられてなるリニアスライダー６３がＸ軸方向を移動すると、それぞれの刃先１１ａが基板Ｗに接触することにより基板Ｗの刃先１１ａとの接触部分がスクライブ（切削除去）され、基板Ｗの表面に、Ｘ軸方向に延在する複数の加工溝が等間隔に形成される。その際、リニアスライダー６３の移動に同期して水平位置調整機構５２を動作させることで、Ｙ軸方向におけるスクライブツール１１の位置を変動させるようにすれば、Ｙ軸方向に等間隔な複数の曲線状の加工溝が形成される。
【００５４】
より詳細に言えば、係る場合、スクライブツール１１のＹ軸方向における位置（Ｙ座標値）はＸ軸方向における位置（Ｘ座標値）に対する関数として定められて加工位置データとして記述されてなり、係る加工位置データの記述に従って水平位置調整機構６２を動作させることで、Ｙ軸方向におけるスクライブツール１１の位置が変化させられる。
【００５５】
なお、加工位置データは必ずしも、加工対象位置のＹ座標値とＸ座標値との関係が連続関数であるように記述されている必要はなく、所定間隔で違えられた複数のＸ座標値に対してそれぞれのＹ座標値が記述されてなる態様であってもよい。すなわち、加工位置データは、代表的な加工対象位置（以下、代表加工対象位置）の座標の集合として記述されていてもよい。複数の加工溝を形成する場合は、それぞれの代表加工対象位置のＸ座標は同じであることが好ましい。
【００５６】
加工位置データが代表加工対象位置の座標の集合として与えられる場合、隣り合う代表加工対象位置同士の間は、スクライブツール１１は最短距離を直線状に移動しながら加工を行うようになっていてもよいし、所定の規則に従って移動しながら加工を行うようになっていてもよい。例えば、加工の際のリニアスライダー６３の移動距離が１０００ｍｍ〜１５００ｍｍであり、幅が数μｍ〜数十μｍ程度の加工溝を形成するような場合において、代表加工対象位置同士のＸ座標値の間隔を数ｍｍ〜数十ｍｍ程度としたとしても、実用上問題がない精度での加工溝の形成が可能である。
【００５７】
スクライブツール１１が加工終了位置に到達すると、リニアスライダー６３が停止するとともにスクライブツール１１の刃先１１ａと基板Ｗとは非接触状態とされる。これにより、一単位分の加工溝の形成が完了する。繰り返し多数の加工溝を形成する場合には、上流側搬送機構２Ａおよび下流側搬送機構２Ｂが、新たな被加工位置がテーブル４上に位置するように基板Ｗをピッチ送りにて搬送したうえで、上述した一連の加工動作が繰り返される。なお、係る加工の繰り返しに際し、リニアスライダー６３は往復動作してもよいし、一方向への動作を繰り返すようにしてもよい。前者の場合は、リニアスライダー６３の移動方向が反転する度に、スクライブツール１１の姿勢も違えられる。
【００５８】
全ての加工溝の形成が完了すると、下流側搬送機構２Ｂによって、基板Ｗが所定の搬出位置にまで搬送される。
【００５９】
＜２段階加工＞
次に、本実施の形態に係るパターニング加工装置１において実現される２段階加工について説明する。図７は、２段階加工の様子を模式的に示す図である。ただし、図７は、図示の簡単のため、スクライブヘッド１０に３つの第１スクライブツール１１１と３つの第２スクライブツール１１２とが備わっている場合の２段階加工の様子を例示している。また、図７においては加工溝Ｌ（１次加工溝Ｌ１、２次加工溝Ｌ２も同様）が直線状に形成される場合を例示しているが、以下の説明は、曲線状の加工溝が形成される場合にも当てはまる。
【００６０】
本実施の形態において行う２段階加工とは、概略的にいえば、同一の加工対象位置に対して、第１スクライブツール１１１を用いたスクライブ加工と、第２スクライブツール１１２を用いたスクライブ加工とを順次に行うという加工態様である。
【００６１】
まず、加工開始時には、スクライブヘッド１０は、図５（ｂ）に示すような第１スクライブツール１１１のみを下降させた状態とされる。そして、図７（ａ）に示すように、最初の加工対象位置を第１スクライブツール１１１の移動経路に配置した状態でスクライブヘッド１０を矢印ＡＲ１に示す方向へと移動させることで、第１スクライブツール１１１により加工溝（１次加工溝）Ｌ１が形成されていく。１次加工溝Ｌ１は、基板Ｗに対して形成が所望される加工溝Ｌの幅よりも小さい幅にて形成される。
【００６２】
なお、矢印ＡＲ１にて示した係る場合のスクライブヘッド１０の移動方向は、Ｘ軸正方向または負方向のいずれであってもよい。いずれの場合も、スクライブツール１１が進行方向に対して前傾するように、スクライブヘッド１０の姿勢が定められる。
【００６３】
係る１次加工溝Ｌ１の形成が完了すると、スクライブヘッド１０は、図５（ａ）に示すような全てのスクライブツール１１を下降させた状態とされる。また、搬送機構２によって、直前に形成した１次加工溝Ｌ１（Ｌ１ａ）が、次にスクライブヘッド１０を移動させた場合の第２スクライブツール１１２の移動経路と一致するように、基板Ｗのピッチ送りが行われる。一般化すれば、第１スクライブツール１１１と第２スクライブツール１１２とがそれぞれｋ（ｋは自然数）本ずつ備わっている場合、基板Ｗは距離ｋ・ｐだけピッチ送りされる。
【００６４】
これらの状態が実現された時点で、図７（ｂ）に示すように、スクライブヘッド１０を矢印ＡＲ１にて示した直近の移動方向とは反対の矢印ＡＲ２に示す方向に移動させる。すると、先に１次加工溝Ｌ１（Ｌ１ａ）が形成されていた箇所には、第２スクライブツール１１２によって、１次加工溝Ｌ１ａとＹ軸方向における形成位置が等しい２次加工溝Ｌ２が重畳的に形成されていく。このように２次加工溝Ｌ２が１次加工溝Ｌ１ａに重畳したものが、形成が所望された加工溝Ｌである。
【００６５】
なおこのとき、第１スクライブツール１１１は新たに１次加工溝Ｌ１（Ｌ１ｂ）を形成している。これら１次加工溝Ｌ１ｂと２次加工溝Ｌ２とは全て等ピッチに形成される。
【００６６】
以降、同様のスクライブヘッドの往復動作と基板Ｗのピッチ送りとを繰り返すことで、１次加工溝Ｌ１の形成と、これに重畳する２次加工溝Ｌ２との形成、つまりは、所望される加工溝Ｌの形成が繰り返される。
【００６７】
そして、係る繰り返しの結果として、全ての１次加工溝Ｌ１の形成対象箇所に１次加工溝Ｌ１が形成されると、スクライブヘッド１０は、図５（ｃ）に示すような第２スクライブツール１１２のみを下降させた状態とされたうえで、図７（ｃ）に矢印ＡＲ３にて示すように移動される。係る移動が完了すると、全ての加工溝Ｌの形成が完了したことになる。
【００６８】
図８は、係る２段階加工によって形成した加工溝Ｌの観察像である。図８（ａ）は平面観察像であり、図８（ｂ）は加工方向に垂直な断面観察像である。一方、図９は、対比のために示す、第２スクライブツール１１２のみを用いて形成した加工溝Ｌ’の観察像である。図９（ａ）は平面観察像であり、図９（ｂ）は加工方向に垂直な断面観察像である。
【００６９】
図８と図９とを対比すると、図９に示す加工溝Ｌ’は、例えばＥ１’部のようにはみ出しが生じていたり、Ｅ２’部のように側部に凸部や傾斜部が形成されていたり、あるいは底部において薄膜層が除去されずに残っていたりするのに対して、図８に示す加工溝Ｌは、部分Ｅ１、Ｅ２に示すように、幅が略一定でかつ側部のエッジがシャープなものとなっている。係る相違は、本実施の形態に係る２段階加工が、形状の良好な加工溝を形成するうえにおいて有効であることを意味している。
【００７０】
また、本実施の形態に係るパターニング加工装置１は、一のスクライブヘッドに第１スクライブツールと第２スクライブツールとを共に等ピッチで設けられてなることで、該スクライブヘッドの移動のみで２段階加工を行うことが出来る、という点において優れた作用効果を奏するものであるといえる。
【００７１】
なお、上述の２段階加工が形状の良好な加工溝を形成するうえにおいて効果的である理由としては、本来所望される幅の加工溝を第２スクライブツール１１２で形成するに先立って、第１スクライブツール１１１によって形成対象位置に細い１次加工溝Ｌ１をあらかじめ形成しておくことにより、第２スクライブツール１１２によるスクライブ加工の際に第２スクライブツール１１２から基板Ｗの表面の薄膜層に作用する応力が１次加工溝Ｌ１存在することで緩和され、必要以上の力を作用させずとも薄膜層が除去されやすくなるからであると考えられる。
【００７２】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、スクライブ加工により線状の加工溝を形成する場合において、所望する幅よりも狭い加工溝を形成する第１スクライブツールを用いたスクライブ加工を加工対象位置に対して行った後に、所望する幅の加工溝を形成する第２スクライブツールを用いたスクライブ加工を重畳的に行うことにより、形状の良好な加工溝を形成することが出来る。
【００７３】
また、一のスクライブヘッドに第１スクライブツールと第２スクライブツールとを共に等ピッチで設けておくことで、該スクライブヘッドの移動のみで２段階加工を行うことが出来る。
【符号の説明】
【００７４】
１  パターニング加工装置
２  搬送機構
２Ａ  上流側搬送機構
２Ｂ  下流側搬送機構
３  テーブルベース
４  テーブル
５  ヘッド保持部
６  ブリッジ
７  基台
８  コントローラ
１０  スクライブヘッド
１１  スクライブツール
１１ａ  （スクライブツールの）刃先
１２  支持軸取付部
１３  ツールホルダー
１３ｍ  磁石
１４  ヘッド本体部
１４ａ  給気経路
１４ｂ  ピストン
２１  搬送プレート
２２  搬送ローラ
２３  エア噴出部
５１  フレーム
５１ｈ  貫通孔
５２  水平位置調整機構
５３  姿勢調整機構
５３ａ  回動軸
５３ｂ、５３ｃ  補助軸
５３ｄ  ヘッド支持軸
５３ｅ〜５３ｈ  ロッド
６２  ビーム
６３  リニアスライダー
６４  昇降機構
１１１  第１スクライブツール
１１２  第２スクライブツール
Ｌ  加工溝
Ｌ１（Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ）  １次加工溝
Ｌ２  ２次加工溝
Ｗ  基板
【図１】
2014192461.tif 000003
【図２】
2014192461.tif 000004
【図３】
2014192461.tif 000005
【図４】
2014192461.tif 000006
【図５】
2014192461.tif 000007
【図６】
2014192461.tif 000008
【図７】
2014192461.tif 000009
【図８】
2014192461.tif 000010
【図９】
2014192461.tif 000011