(57)【要約】【課題】コストアップを招くことなく、高速かつ高い精度で太陽電気基板等の積層基板に対してパターニング加工できるようにする。【解決手段】このパターニング装置は、所定の間隔をあけて配置された１対の支持部１と、ガイドバー２と、加工ヘッド３と、ローラステージ４と、搬送機構５と、を備えている。ガイドバー２は、１対の支持部１の間に配置されるとともに両端がそれぞれ１対の支持部１に支持され、下方を積層基板が通過可能である。加工ヘッド３は、ガイドバー２に装着され、薄膜層をパターニングするためのものである。ローラステージ４は、１対の支持部１の間において加工ヘッド３に対向して配置されるとともに１対の支持部１に回転自在に支持され、外周面に積層基板が載置される。搬送機構５はローラステージ４上に載置された積層基板を搬送する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層基板に形成された薄膜層に溝を形成するためのパターニング装置であって、
所定の間隔をあけて配置された１対の支持部と、
前記１対の支持部の間に配置されるとともに両端がそれぞれ前記１対の支持部に支持され、下方を積層基板が通過可能なガイドバーと、
前記ガイドバーに装着され、薄膜層をパターニングするための加工ヘッドと、
前記１対の支持部の間において前記加工ヘッドに対向して配置されるとともに前記１対の支持部に回転自在に支持され、外周面に積層基板が載置されるローラステージと、
前記ローラステージ上に載置された積層基板を搬送する搬送機構と、
を備えた積層基板のパターニング装置。
【請求項２】
前記ガイドバーは前記１対の支持部に昇降自在に支持されている、請求項１に記載の積層基板のパターニング装置。
【請求項３】
前記ローラステージは前記１対の支持部に昇降自在に支持されている、請求項１又は２に記載の積層基板のパターニング装置。
【請求項４】
前記ローラステージは、前記１対の支持部に対して、両端のそれぞれが独立して昇降自在に支持されている、請求項３に記載の積層基板のパターニング装置。
【請求項５】
前記加工ヘッドは、前記ガイドバーに対して基板搬送方向と直交する方向に移動自在である、請求項１から４のいずれかに記載の積層基板のパターニング装置。
【請求項６】
前記基板搬送機構は、前記ローラステージを挟んで基板搬送方向の上流側及び下流側に配置され積層基板の搬送方向両端部を把持する１組のチャック機構を有している、請求項１から５のいずれかに記載の積層基板のパターニング装置。
【請求項７】
前記１組のチャック機構は、前記積層基板を、前記ローラステージに載置された部分が搬送方向両端部より高くなるように把持する、請求項６に記載の積層基板のパターニング装置。
【請求項８】
前記ガイドバーに設けられ、前記ローラステージに載置された積層基板との距離を測定するセンサをさらに備えた、請求項１から７のいずれかに記載の積層基板のパターニング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターニング装置、特に、積層基板に形成された薄膜層に溝を形成するための積層基板のパターニング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池等の積層基板においては、ガラス基板上に金属膜や半導体膜等の薄膜が積層されている。そして、これらの薄膜には、絶縁処理のために複数の分離溝が形成される。この分離溝は、レーザ光を用いたレーザヘッドや、ダイヤモンド等の刃先を用いたメカニカルツールによって形成される。
【０００３】
以上のような、薄膜に溝を形成する、いわゆるパターニング加工のための装置として、従来から特許文献１に示されたような装置が知られている。この特許文献１に示されたパターニング装置は、太陽電池基板が載置される載置テーブルと、レーザ発振器から出射されたレーザ光を太陽電池基板に導く加工光学系と、を有している。載置テーブルは、X軸方向及びY軸方向にそれぞれ移動可能な移動機構として、Xステージ及びYステージを有しており、加工光学系に対して載置テーブル上の太陽電池基板を相対的に移動させることができるようになっている。
【０００４】
また、他のパターニング装置として、特許文献２に示される装置が提供されている。このパターニング装置は、基板を供給する供給ローラと、基板を巻き取る巻取りローラと、供給ローラと巻取りローラとの間に配置され基板の裏面を支持するローラ状ステージと、基板にレーザ光を導く光学系と、を備えている。ここでは、供給ローラから基板を供給しながら基板にレーザ光が照射され、基板の移動方向に沿った溝が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−４８８３５号公報
【特許文献２】特許第３２１０２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のようなパターニング加工に際しては、タクトタイムの短縮のためにテーブルを高速で移動させることが好ましい。また、溝を精度良く形成するためには、加工ヘッドと基板との間のギャップを高い精度で管理する必要があり、太陽電池基板等のワークが載置されるテーブル載置面を高い面精度で仕上げる必要がある。
【０００７】
ここで、近年では太陽電池基板は大型化されており、したがって基板を載置するためのテーブルも大サイズになる。一般に、テーブルは石製のものが多く、テーブルのサイズが大きくなると、その重量も重くなる。したがって、このような大重量のテーブルを高速で移動させることは困難であるし、また広い載置面にわたって高い面精度にすることはコストアップを招く。
【０００８】
また、特許文献２に示されるような装置では、基板の裏面をローラ状ステージで支持しているために、重量の重いテーブルを移動させる必要はない。しかし、この特許文献２に示された構成の装置では、レーザヘッドとローラ状ステージとをどのように精度良く配置するのか全く示されていない。すなわち、両者の間のギャップを精度良く管理するための構成が全く示されておらず、このような装置では、溝を精度良く形成することができない。
【０００９】
本発明の課題は、コストアップを招くことなく、高速かつ高い精度で太陽電気基板等のワークに対してパターニング加工できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る積層基板のパターニング装置は、積層基板に形成された薄膜層に溝を形成するための装置であって、所定の間隔をあけて配置された１対の支持部と、ガイドバーと、加工ヘッドと、ローラステージと、搬送機構と、を備えている。ガイドバーは、１対の支持部の間に配置されるとともに両端がそれぞれ１対の支持部に支持され、下方を積層基板が通過可能である。加工ヘッドは、ガイドバーに装着され、薄膜層をパターニングするためのものである。ローラステージは、１対の支持部の間において加工ヘッドに対向して配置されるとともに１対の支持部に回転自在に支持され、外周面に積層基板が載置される。搬送機構はローラステージ上に載置された積層基板を搬送する。
【００１１】
この装置では、積層基板は、ガイドバーの下方において、ローラステージの外周面に載置されて搬送される。このとき、ガイドバーには加工ヘッドが装着されており、この加工ヘッドによって、ローラステージ上を搬送される積層基板に対して溝が形成される。
【００１２】
ここでは、積層基板をローラステージの外周面に線接触させて支持するので、接触部の面積が小さい。したがって、接触部の面精度を容易に高い精度にすることができる。また、接触部の面精度を高くするためにコストアップを招くことがない。さらに、加工ヘッドとローラステージとがともに１対の支持部に支持されているので、両者の間、ひいては加工ヘッドと積層基板との相対位置を容易に高精度に設定することができる。また、溝形成のための時間も短縮することができる。
【００１３】
請求項２に係る積層基板のパターニング装置は、請求項１の装置において、ガイドバーは１対の支持部に昇降自在に支持されている。
【００１４】
ここでは、ガイドバーを昇降させて、ガイドバーに装着された加工ヘッドと基板との間の相対位置を容易に調整することができる。
【００１５】
請求項３に係る積層基板のパターニング装置は、請求項１又は２の装置において、ローラステージは１対の支持部に昇降自在に支持されている。
【００１６】
ここでは、ローラステージを昇降させて、ガイドバーに装着された加工ヘッドとローラステージとの間の隙間を十分にあけることができ、ローラステージ上にスムーズに積層基板を搬入することができる。
【００１７】
請求項４に係る積層基板のパターニング装置は、請求項３の装置において、ローラステージは、１対の支持部に対して、両端のそれぞれが独立して昇降自在に支持されている。
【００１８】
ここでは、ローラステージの両端をそれぞれ独立して昇降させることができるので、ローラステージ上に載置される積層基板の傾きを調整することができる。
【００１９】
請求項５に係る積層基板のパターニング装置は、請求項１から４のいずれかの装置において、加工ヘッドは、ガイドバーに対して基板搬送方向と直交する方向に移動自在である。
【００２０】
ここでは、少ない加工ヘッドで容易に多数の溝を形成することができる。
【００２１】
請求項６に係る積層基板のパターニング装置は、請求項１から５のいずれかの装置において、基板搬送機構は、ローラステージを挟んで基板搬送方向の上流側及び下流側に配置され積層基板の搬送方向両端部を把持する１組のチャック機構を有している。
【００２２】
ここでは、積層基板は、その両端部がそれぞれチャック機構によって把持され、ローラステージ上を搬送される。
【００２３】
請求項７に係る積層基板のパターニング装置は、請求項６の装置において、１組のチャック機構は、積層基板を、ローラステージに載置された部分が搬送方向両端部より高くなるように把持する。
【００２４】
ここでは、積層基板は、両端部がチャック機構に把持され、ローラステージに載置された部分が最も高くなるように、撓められる。このため、積層基板とローラステージとが密着し、溝を精度良く加工することができる。
【００２５】
請求項８に係る積層基板のパターニング装置は、請求項１から７のいずれかの装置において、ガイドバーに設けられ、ローラステージに載置された積層基板との距離を測定するセンサをさらに備えている。
【００２６】
ここでは、センサによって、センサとローラステージ上の積層基板との間の距離を測定することができ、この測定結果に基づいて、積層基板と加工ヘッドとの間のギャップを含む相対位置を容易に調整することができる。
【発明の効果】
【００２７】
以上のような本発明では、ローラステージによって積層基板を支持するとともに、ローラステージと加工ヘッドとを１対の支持部によって支持したので、コストアップを招くことなく、高速で溝形成が可能であるとともに、高い精度で積層基板に溝を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態によるパターニング装置の概念図。
【図２】前記パターニング装置の正面図。
【図３】前記装置の概略側面図。
【図４】基板搬送機構の一部を示す外観図。
【図５】基板搬送機構において基板を把持する構成を示す外観図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
［全体構成］
図１から図３に、本発明の一実施形態によるパターニング装置を示す。図１はパターニング装置の概念図、図２はその正面図、図３はその概略側面図である。
【００３０】
このパターニング装置は、積層基板としての太陽電池基板に形成された薄膜層に絶縁処理のための溝を形成するための装置である。太陽電池基板（以下、単に基板と記す）は、図１において、矢印Ａ方向に搬送される。なお、図１及び図２では搬送機構は省略している（図３では一部のみ示している）。このパターニング装置は、主に、左右１対の支持部１と、ガイドバー２と、溝形成用の加工ヘッド３と、ローラステージ４と、搬送機構５（図３〜５参照）と、非接触変位センサ６と、を備えている。また、このパターニング装置はマイクロコンピュータ等からなるコントローラ７を有している。
【００３１】
［支持部］
１対の支持部１は、所定の間隔をあけて配置されており、それぞれベースフレーム８上に固定されている。また、各支持部１は、外側にガイドバー支持部１ａを有し、その内側にローラステージ支持部１ｂを有している。
【００３２】
［ガイドバー］
ガイドバー２は、１対の支持部１間に延びて配置されており、両端が各支持部１のガイドバー支持部１ａの上方に位置している。そして、このガイドバー２は、各支持部１のガイドバー支持部１ａの内部に設けられたガイドバー昇降機構１０によって、昇降自在である。なお、ガイドバー昇降機構１０は、それぞれサーボモータ及びサーボモータの回転によってガイドバー２を昇降させるための機構を有している。ガイドバー２には、その長手方向、すなわち基板の搬送方向Ａと直交する方向Ｂに沿ってガイド溝２ａが形成されている。ガイド溝２ａはローラステージ４とほぼ同じ長さにわたって設けられている。
【００３３】
［加工ヘッド］
溝形成用の加工ヘッド３は、ガイドバー２のガイド溝２ａに沿って基板搬送方向Ａと直交する方向Ｂに移動可能である。なお、加工ヘッド３としては、レーザ光を基板に照射するレーザヘッド、又はダイヤモンド等の刃先を備えた加工ヘッドを使用することが可能である。
【００３４】
［ローラステージ］
ローラステージ４はガイドバー２の延びる方向（Ｂ方向）と平行な回転軸を有している。そして、このローラステージ４は、ガイドバー２の下方に、加工ヘッド３と対向するように配置されている。ローラステージ４の両端部のそれぞれは、各支持部１のローラステージ支持部１ｂに設けられたローラ昇降機構１２に回転自在に支持されている。基板は、ローラステージ４上に圧接されてＡ方向に搬送され、この搬送中に、加工ヘッド３によって溝が形成される。なお、ローラステージ４には回転駆動力は作用しておらず、ローラステージ４は基板の搬送に伴って従動回転する。
【００３５】
各支持部１に設けられたローラ昇降機構１２はともに同様の構成である。各ローラ昇降機構１２は、サーボモータ及びモータの回転を昇降移動に変換する機構を含む駆動部１２ａと、駆動部１２ａによって昇降する駆動ロッド１２ｂと、駆動ロッド１２ｂの先端に固定された支持部１２ｃと、を有している。そして、支持部１２ｃにローラステージ４の回転軸の端部が回転自在に支持されている。
【００３６】
２つのローラ昇降機構１２は、それぞれを独立して動作させることが可能であり、各ローラ昇降機構１２の昇降量を制御することによって、ローラステージ４の傾きを調整することが可能である。
【００３７】
［搬送機構］
搬送機構５は、基板を図１のＡ方向に沿って搬送するための機構である。搬送機構５は、図３及び図４に示すように、複数の搬送ローラ１４と、１対のガイドレール１５と、１対のガイドレール１５に沿って移動する第１及び第２チャック機構１６（図４では一方のチャック機構のみを示している）と、第１及び第２チャック機構１６を駆動するためのリニアモータ機構１７と、を有している。
【００３８】
複数の搬送ローラ１４は、ローラステージ４の基板搬送方向上流側及び下流側に配置されている。各搬送ローラ１４は、ローラステージ４の回転軸と平行な回転軸を有しており、図示しないフレームに回転自在に支持されている。
【００３９】
１対のガイドレール１５は基板搬送方向に沿って延びている。この１対のガイドレール１５のそれぞれは、基板の撓みを一定に保つために、側面視（ローラステージ４の回転軸方向視）で上方に膨らむように湾曲して形成されている。より具体的には、各ガイドレールは、ローラステージ４側の部分が最も高く、ローラステージ４から基板搬送方向上流側及び下流側に離れるにしたがって高さ位置が低くなるように配置されている。
【００４０】
第１及び第２チャック機構１６は、ローラステージ４を挟んで基板搬送方向の下流側と上流側に配置されている。図４は、基板搬送方向の下流側に配置された第２チャック機構１６を、さらに基板搬送方向の上流側から視た図である。２つのチャック機構１６は全く同様の構成であるので、ここでは、第２チャック機構１６についてのみ説明する。
【００４１】
第２チャック機構１６は、移動ベース２０と、１対のクランプ装置２１と、を有している。
【００４２】
移動ベース２０はローラステージ４の回転軸と平行に延びる板状の部材である。移動ベース２０の両端部は、それぞれガイドレール１５にスライド自在に係合しており、基板搬送方向に移動可能である。
【００４３】
１対のクランプ装置２１のそれぞれは移動ベース２０の両端部に配置されている。各クランプ装置２１は、移動ベース２０の上面に固定された油圧シリンダ２３と、油圧シリンダ２３のロッド２４に固定されたクランプ爪２５と、を有している。
【００４４】
クランプ爪２５は、油圧シリンダ２３の駆動によって昇降可能である。クランプ爪２５は、図５に示すように、ケーシング２６と、上下１対の回動アーム２７ａ，２７ｂと、を有している。ケーシング２６はロッド２４の先端に固定されている。回動アーム２７ａ，２７ｂは、基端部がケーシング２６に回動自在に支持されており、垂直状態から図５に示すような水平状態に回動可能である。この回動アーム２７ａ，２７ｂの先端部には把持部２８ａ，２８ｂが設けられている。そして、上下１対の回動アーム２７ａ，２７ｂのそれぞれが垂直状態から水平状態に回動し、上下の把持部２８ａ，２８ｂによって基板を挟み込むことにより、基板を把持することが可能である。
【００４５】
以上のような構成によって、基板の搬送方向上流側端部と下流側端部とを、それぞれ１対のクランプ装置２１によって把持することが可能である。
【００４６】
リニアモータ機構１７は、１対の固定子３０及び可動子３１によって構成されている。１対の固定子３０は１対のガイドレール１５のそれぞれの外側に、ガイドレール１５と平行に配置されている。各固定子３０は内側に開く断面コ字状に形成されている。１対の可動子３１は、移動ベース２０の両端に、外側に突出して設けられている。各可動子３１は対応する固定子３０の中に挿入されている。
【００４７】
以上のような構成の搬送機構５により、１対のガイドレール１５に沿って移動する第１及び第２チャック機構１６によって両端部が把持された基板は、ローラステージ４部分が最も高くなるように湾曲した状態で搬送されることになる。したがって、基板へのパターンニング加工中は、基板裏面がローラステージ４に密着することになる。
【００４８】
［非接触センサ］
非接触変位センサ６は、加工ヘッド３と同様に、ガイドバー２のガイド溝２ａに沿って基板搬送方向と直交するＢ方向に移動自在である。この非接触変位センサ６は、ローラステージ４上を搬送される基板との距離を測定することによって、加工ヘッド３と基板との間の距離を測定するものである。
【００４９】
［コントローラ］
コントローラ７には、非接触変位センサ６の測定結果が入力されている。コントローラ７は、このセンサ６の測定結果に基づいて、ガイドバー昇降機構１０の昇降量を制御し、ガイドバー２に支持された加工ヘッド３とローラステージ４との間のギャップを制御する。また、コントローラ７は、センサ６の測定結果に基づいて、ローラステージ４の傾きを制御することが可能である。
【００５０】
［動作］
以下では、レーザ光を用いたレーザヘッドによってパターニング加工を行う場合について説明する。レーザヘッドを用いてパターニング加工をする場合は、加工ヘッド３と基板との間のギャップを常に一定にする必要がある。なお、加工ヘッド３がダイヤモンドカッタ等のメカニカルツールを使用する場合は、ツール先端を基板表面の薄膜層に対して常に一定の距離だけ食い込ませてパターニング加工する必要がある。
【００５１】
パターニング加工を行う前の準備段階では、ローラ昇降機構１２によってローラステージ４は搬送ローラ１４の下方に退避させられている。したがって、ローラステージ４と加工ヘッド３との間には比較的大きな隙間が形成されている。また、搬送機構５の各クランプ装置２１も、クランプ爪２５が搬送ローラ１４の基板の下方に位置するように退避させられている。
【００５２】
以上のような状態で、基板が搬送ローラ１４上を搬送されてローラステージ４上に搬入される。基板がローラステージ４上に搬入されると、各クランプ装置２１の油圧シリンダ２３が作動してクランプ爪２５が基板の高さまで上昇される。そして、クランプ爪２５の回動アーム２７ａ，２７ｂによって基板の両端部の左右が把持される。その後、ローラステージ４が所定の高さまで上昇する。これにより、図３に示すように、基板は、ローラステージ４に当接した部分が最も高い位置になるように撓むことになる。
【００５３】
なお、ここで、ローラステージ４上の基板と非接触変位センサ６との間の距離を非接触変位センサ６によって測定することにより、加工ヘッド３と基板との間のギャップが測定される。このとき、非接触変位センサ６はガイド溝２ａに沿って基板搬送方向と直交するＢ方向にスキャンされ、複数個所におけるギャップが測定される。そして、この測定結果に基づいてガイドバー昇降機構１０が駆動され、ローラステージ４上の基板と加工ヘッド３との間のギャップが、基板の幅方向において常に所定のギャップになるように調整される。
【００５４】
なお、基板が傾斜している場合は、すなわち基板の幅方向（Ｂ方向）においてギャップが異なる場合は、１対のローラ昇降機構１２のそれぞれを制御することによって基板の傾斜を補正する。
【００５５】
ここで、パターニング加工する場合に、クランプ爪２５によって基板の両端を把持しながら移動させるのは、パターニング加工に要求される加工精度（数十μｍ）を確保するためである。ローラやコンベア等による搬送機構による移動では、基板とローラ等の間のズレによって、数十μｍの加工精度を確保することは困難である。
【００５６】
次に、図３に示すように、搬送機構５の構成によって、基板は、ローラステージ４の部分が最も高い位置になるように撓ませられながら、Ａ方向に搬送される。これにより、基板は、ローラステージ４と確実に線接触しながら、すなわち加工ヘッド３との間が常に一定のギャップに維持されながら搬送される。そして、この搬送中に、加工ヘッド３によって基板表面の薄膜層に溝が形成される。
【００５７】
基板への溝形成が終了すると、加工ヘッド３をガイド溝２ａに沿ってあるスパンだけ移動させる。この後、前述の処理を繰り返し実行する。
【００５８】
以上のような動作を繰り返すことによって、基板に対して複数の溝を形成することができる。
【００５９】
なお、以上の動作説明では、説明の便宜上、１つの加工ヘッド３によって溝を形成する場合について説明したが、通常は、複数の加工ヘッド３がガイド溝２ａに沿って同期して移動可能なように構成されている。
【００６０】
［特徴］
（１）基板が、ローラステージ４に対して線接触によって支持されるので、大面積のテーブルにおいて高い面精度を必要とする従来の装置に比較して、高い精度で基板を維持しつつ、装置のコストを安価に抑えることができる。
【００６１】
（２）加工ヘッド３とローラステージ４とが、同じ支持部１によって支持されているので、両者の間のギャップを容易に精度良く調整することができる。
【００６２】
（３）ローラステージ４が支持部１に対して昇降可能であるので、ローラステージ４上に基板を搬入する際に、加工ヘッド３と基板との間のスペースを広くすることができ、基板の搬入が容易になる。
【００６３】
（４）ガイドバー２が昇降可能であるので、このガイドバー２に装着された加工ヘッド３とローラステージ４上の基板との間のギャップを容易に精度良く調整できる。
【００６４】
（５）ローラステージ４の両端をそれぞれ別に独立して昇降することができるので、ローラステージ４上の基板の傾きを補正することができる。
【００６５】
（６）加工ヘッド３はガイドバー２のガイド溝２ａに沿って移動自在であるので、少ない数の加工ヘッドによって容易に多数の溝を形成することができる。
【００６６】
（７）加工ヘッド３に並列に非接触変位センサ６が設けられているので、容易に加工ヘッド３と基板との間のギャップを測定することができる。
【００６７】
［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。
【００６８】
（ａ）前記実施形態では、ガイドバー２を昇降可能としたが、ローラステージ４が昇降可能であれば、ガイドバー２は固定されていてもよい。
【００６９】
（ｂ）ガイドバー２及びローラステージ４の昇降機構の構成は前記実施形態に限定されない。サーボモータ以外のアクチュエータを用いてもよい。
【００７０】
（ｃ）基板の両端部を把持するクランプ装置の構成は前記実施形態に限定されない。例えば、基板両端部の表面を吸着保持する真空チャックによって構成してもよい。
【００７１】
（ｄ）搬送機構の一部に複数の搬送ローラを用いたが、例えば、ベルトコンベア等の別の搬送部材を用いてもよい。
【００７２】
（ｅ）前記実施形態では、ローラステージは基板に搬送に伴って従動回転するようにしたが、ローラステージを積極的に回転駆動させても良い。
【００７３】
（ｆ）前記実施形態では、積層基板として太陽電池用基板を例にとって説明したが、他の積層基板のパターニングについても本発明を同様に適用できるのはもちろんである。
【符号の説明】
【００７４】
１  支持部
２  ガイドバー
２ａ  ガイド溝
３  加工ヘッド
４  ローラステージ
５  搬送機構
６  非接触変位センサ
１０  ガイドバー昇降機構
１２  ローラ昇降機構
１６  第１及び第２チャック機構
２１  クランプ装置
【図１】
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【図２】
2011206778.tif 000004
【図３】
2011206778.tif 000005
【図４】
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【図５】
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