(57)【要約】【課題】脆弱な基板などを位置合わせする際に、基板に加わる押圧力を緩和し、基板の割れを抑制した位置合わせ装置を提供する。【解決手段】基台５上に載置された基板４の対向する側面を、第一押圧手段１と第二押圧手段２とで挟むようにして基板４を所定位置に合わせる位置合わせ装置において、前記押圧手段３の少なくとも一方は、前記基板４よりも弾性率が低い低弾性部材６を有して成ることを特徴とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台上に載置された基板の対向する側面を、第一押圧手段と第二押圧手段とで挟むようにして基板を所定位置に合わせる位置合わせ装置において、
前記押圧手段の少なくとも一方は、前記基板よりも弾性率が低い低弾性部材を有して成ることを特徴とする位置合わせ装置。
【請求項２】
前記低弾性部材は、前記基板に当接しない部位に位置することを特徴とする請求項１に記載の位置合わせ装置。
【請求項３】
前記第一押圧手段および前記第二押圧手段は、前記基板に当接する部位が互いに異なる弾性率を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の位置合わせ装置。
【請求項４】
前記押圧手段の少なくとも一方は、前記基板に当接する部位が凸曲面状を成すことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の位置合わせ装置。
【請求項５】
前記押圧手段の少なくとも一方は、前記基板の一主面と略垂直に交わる方向に延びる支持部材と、該支持部材を軸として回転可能に配された当接部材と、を有して成ることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の位置合わせ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置合わせ装置に関し、特に位置合わせの対象物を挟むようにして位置合わせを行なうものに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境、省エネルギーへの関心の高まりとともに、自然エネルギーを利用した新エネルギー技術が注目されている。そのひとつとして、太陽エネルギーを利用した利用したシステムへの関心が高く、とくに太陽電池の普及が加速されている。
【０００３】
太陽電池は入射した光エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。太陽電池のうち主要なものは使用材料の種類によって結晶系、アモルファス系、化合物系などに分類される。このうち、現在市場で流通しているのはほとんどが結晶系シリコン太陽電池であり、単結晶型、または多結晶型のシリコン基板を用いて作製される。
【０００４】
将来的に、太陽電池の普及をさらに加速するためには、省資源・低コストで太陽電池素子を製造すべく、太陽電池素子の基板となるシリコンウェハを薄型化して製造する技術が要請されている。
【０００５】
しかしながら、例えば、単結晶型、または多結晶型のシリコン基板を用いて作製される太陽電池素子は、厚みが２００〜３００μｍ程度の薄いシリコン基板を基にしており、衝撃や振動に弱く、基板から太陽電池素子への製造工程を経る間に割れや欠けを発生しやすかった。
【０００６】
従来、基板等を位置合わせする場合には、基板幅寄せ用ピンを駆動するＡＣモータによって、基板幅寄せピンを基板の左右から幅寄せ移動動作をはじめ、基板の幅方向端部付近になったところでＡＣモータのトルク力を弱め、基板の幅方向端部よりも近づけてからＡＣモータを停止することによって、基板の位置合わせを行なっていた（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１６５５２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の基板搬送装置において、基板の位置合わせを行なう際には基板の幅方向端部よりも近づけて、基板幅寄せピンを基板に押し付けていたため、例え基板に近づくほど基板幅寄せピンのトルク力を弱めた場合であっても、基板の割れや欠けを発生しやすかった。
【０００８】
また、基板幅寄せピンを基板の幅の手前で停止させるような制御を行なった場合は、位置合わせの精度が低下する問題もあった。
【０００９】
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、基板を位置合わせする際に、基板に加わる押圧力を緩和した位置合わせ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】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の位置合わせ装置は、基台上に載置された基板の対向する側面を、第一押圧手段と第二押圧手段とで挟むようにして基板を所定位置に合わせる位置合わせ装置において、前記押圧手段の少なくとも一方は、前記基板よりも弾性率が低い低弾性部材を有して成ることを特徴とした。
【００１１】
請求項２に記載の位置合わせ装置は、請求項１に記載の位置合わせ装置であって、前記低弾性部材は、前記基板に当接しない部位に位置することを特徴とした。
【００１２】
請求項３に記載の位置合わせ装置は、請求項１又は請求項２に記載の位置合わせ装置であって、前記第一押圧手段および前記第二押圧手段は、前記基板に当接する部位が互いに異なる弾性率を有することを特徴とした。
【００１３】
請求項４に記載の位置合わせ装置は、請求項１乃至請求項３に記載の位置合わせ装置であって、前記押圧手段の少なくとも一方は、前記基板に当接する部位が凸曲面状を成すことを特徴とした。
【００１４】
請求項５に記載の位置合わせ装置は、請求項１乃至請求項４に記載の位置合わせ装置であって、前記押圧手段の少なくとも一方は、前記基板の一主面と略垂直に交わる方向に延びる支持部材と、該支持部材を軸として回転可能に配された当接部材と、を有して成ることを特徴とした。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１に記載の位置合わせ装置は、基台上に載置された基板の対向する側面を、第一押圧手段と第二押圧手段とで挟むようにして基板を所定位置に合わせる位置合わせ装置において、前記押圧手段の少なくとも一方は、前記基板よりも弾性率が低い低弾性部材を有することから、位置合わせの際に、押圧手段による過度な押圧力を低弾性部材の弾性変形で吸収させ、基板へ加わる押圧力を緩和することができる。
【００１６】
本発明の請求項２に記載の位置合わせ装置は、請求項１に記載の位置合わせ装置であって、前記低弾性部材を前記基板に当接しない部位に位置することから、当該低弾性部材の弾性変形による位置合わせ精度の低下を抑制しつつ、上記請求項１の効果を奏することが可能となる。
【００１７】
本発明の請求項３に記載の位置合わせ装置は、請求項１又は請求項２に記載の位置合わせ装置であって、前記第一押圧手段および前記第二押圧手段は、前記基板に当接する部位が互いに異なる弾性率を有することによって、弾性変形が大きい押圧手段により基板へ加わる押圧力を緩和するとともに、弾性変形の少ない他方の押圧手段により位置合わせ精度を確保することが可能となる。
【００１８】
本発明の請求項４に記載の位置合わせ装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の位置合わせ装置であって、前記押圧手段の少なくとも一方は、前記基板に当接する部位が凸曲面状を成すことによって、位置合わせの際に、基板と押圧手段との当接部位が移動しても、基板に加わる押圧力を凸曲面で分散・低減することが可能となる。
【００１９】
本発明の請求項５に記載の位置合わせ装置は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の位置合わせ装置であって、前記押圧手段の少なくとも一方は、前記基板の一主面と略垂直に交わる方向に延びる支持部材と、該支持部材を軸として回転可能に配された当接部材と、を有して成ることによって、位置合わせの際に、基板と押圧手段との間に生じ得る摩擦力を、当接部材の回転によって逃がすことで、基板へ加わる応力を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の位置合わせ装置について添付図面を用いて説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態に係る位置合わせ装置の斜視図である。図中、１は第一押圧手段、２は第二押圧手段、３は押圧手段、４は基板、５は基台、６は低弾性部材を示す。
【００２２】
本発明に係る位置合わせ装置は、図１に示すように、基台５上に載置された基板４の対向する側面を、第一押圧手段１と第二押圧手段２とで挟むようにして基板４を所定位置に合わせるものである。
【００２３】
ここで、基板４の位置合わせは、第一押圧手段１と第二押圧手段２とを基板の対向する側面を逆方向から押圧するように移動させるか、あるいは、固定させた一方の押圧手段に向かって他方の押圧手段により基板４を押圧することによって行なわれる。
【００２４】
押圧手段３の駆動動力源としては、ＡＣモータに所定電圧のパルス幅を加える手段、所定のトルクを発生させるモータと送りねじとを機械的に接続し、モータのトルクを送りねじに伝動する手段、空気圧シリンダや油圧シリンダを用いる手段など、公知のものを用いることができるが、比較的簡易な構成とする上で空気圧シリンダを用いることが特に好ましい。
【００２５】
そして、押圧手段３と基板４が接触する接触面積は、基板４の位置合わせ精度を優先させる場合なら増加させればよいし、基板４側面と押圧手段３との間に生じる摩擦力を低減させることを優先させる場合なら減少させればよい。位置合わせの対象である基板４の種類や押圧手段３の種類に応じて、適宜変化させることが可能である。
【００２６】
基台５は、ＳＵＳやアルミニウムなどから構成される。基台５の形状は、位置合わせの対象である基板４の種類や基台５の材料に応じて適宜設定すれば良いが、例えば、レール状（図１）や面状にすることが好適である。特に、基台５の形状をレール状とすることによって、基台５と基板４との間に所定の摩擦力を有しつつ、基板の位置合わせをスムーズに行うことができるため好ましい。
【００２７】
なお、本発明に係る位置合わせ装置において、被位置合わせ対象物である基板４は、本発明の位置合わせ装置の構成要素には該当しないが、例えば多結晶半導体基板、単結晶半導体基板、またはガラス基板などを用いることができる。特に、各辺が１５０ｍｍ程度の矩形状で厚みが２５０μｍ以下である太陽電池素子用の半導体基板が好適に用いられる。
【００２８】
以上の構成に加えて、本発明に係る位置合わせ装置は、例えば、第一押圧手段１は、基板４よりも弾性率が低い低弾性部材６を少なくとも一部に有することを特徴とする。
【００２９】
すなわち、基板４としてシリコン基板を使用した場合には、シリコンよりも弾性率の低い低弾性部材６として、ウレタンゴム、ラバーゴム、天然ゴム、ブタジエンゴムまたはエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）などの部材を好適に用いることができる。
【００３０】
ここで、弾性率は、所定の荷重を加えたときの変位量を基にしてバネ定数の形で算出することができる。
【００３１】
なお、比較対象部材の形状が異なる場合や対象部材が複数の構成要素からなる場合であって上記方法による弾性率の特定が難しい場合は、部材形状、部材材料の物性値（バネ定数など）、押圧力及び押圧方向などを用いて、有限要素法解析によって、それぞれの弾性率を模擬的に算出すればよい。有限要素法解析は、モデル化した部材を複数の要素に分割して、既知の押圧力及び押圧方向とその変位から、それぞれの要素における応力や変位を算出し、これらの要素における応力や変位を基にモデル化した部材全体での弾性率を算出するものである。
【００３２】
以上のような構成を有する本発明の位置合わせ装置によると、第一押圧手段１及び第二押圧手段２から基板４へ過度な押圧力を加えた場合であっても、第一押圧手段１の少なくとも一部を構成する低弾性部材６の弾性変形によって吸収させ、押圧手段３から基板４へ加わる押圧力を緩和することができる。
【００３３】
また、低弾性部材６は、第一押圧手段１及び第二押圧手段２の双方に備えてもよいことは言うまでもない。なぜならば、第一押圧手段１と第二押圧手段２とが基板４の角部に当接して挟んだ場合であっても、低弾性部材６が双方の緩衝材として働き、基板４に加わる応力を緩和し、基板４の割れや欠けを抑制するからである。
【００３４】
＜低弾性部材の配置例＞
次に、本発明の位置合わせ装置に関して、基板４に対する低弾性部材６の位置関係を説明する。
【００３５】
第一の配置例として、低弾性部材６を基板４に当接しない部位７に配置することが好ましい。
【００３６】
図２（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る押圧手段３の一部を示す斜視図であり、特に基板４と押圧手段３とが当接する部位８を拡大して示す図である。図中、６は低弾性部材、７は基板と当接しない部位、８は基板と当接する部位を示す。
【００３７】
本配置例においても、例えば、基板４をシリコン基板とした場合、シリコン基板と当接する部位にウレタンゴム、ラバーゴム、天然ゴム、ブタジエンゴムまたはエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）などの低弾性部材６を好適に用いることができる。
【００３８】
上述したように、低弾性部材６を基板４に当接しない部位に位置させたことで、基板へ加わる押圧力を緩和することができると同時に、基板４と当接する押圧手段３の部位の弾性変形を抑制できるため、精度の高い位置合わせができる。
【００３９】
第二の配置例として、第一押圧手段１および第二押圧手段２を、基板４に当接する部位が互いに異なる弾性率を有するように構成することが好ましい。
【００４０】
この具体例としては、図３に示すように、押圧手段３を、基板１に当接する部位に低弾性部材６を有する第一押圧手段１と、基板１に当接する部位に低弾性部材６を有していない第二押圧手段２とで構成するとよい。
【００４１】
このように、基板１に当接する部位において、第一押圧手段１の方が第二押圧手段２よりも低い弾性率とすれば、基板４から押圧手段３への反作用によって、基板４が弾性変形するよりも先に、第一押圧手段１が弾性変形することとなる。それゆえ、第一押圧手段１で基板４へ加わる押圧力を緩和するとともに、弾性変形の少ない第二押圧手段２により位置合わせ精度を確保することが可能となる。
【００４２】
＜押圧手段の形状＞
本発明の位置合わせ装置において、押圧手段３のうち基板４と当接する部位の形状は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、平面でも曲面でも構わないが、以下に押圧手段３の好ましい形状について具体的に説明する。
【００４３】
図４に本発明に係る押圧手段３の好ましい形状の例を示す。図４（ａ）は、基板４と当接する部材が球である場合の上視図であり、図４（ｂ）は基板４と当接する部材が円柱状である場合の上視図であり、図４（ｃ）は基板４と当接する部材がワイヤ状、もしくはシート状である場合の上視図である。
【００４４】
基板４としてシリコン基板を用いた場合は、押圧手段３に上述したゴム部材を好適に用いることができ、その形状は、例えば図４（ａ）から図４（ｃ）に示すように、基板４と当接する部位が凸曲面であることが好ましい。図４（ｃ）のように、ワイヤ状もしくはシート状の部材であれば、加工性が高く、基板４と所望の接触領域を有する凸曲面とできるため好ましい。
【００４５】
また、図５（ａ）〜（ｃ）に、図４（ｂ）に示した円柱状の押圧手段３を用いて基板４の位置合わせを行なった場合に、基板４が移動する様子を示す。なお、図中、Ｍは基板に加わるモーメントを示し、矢印は基板４に加わる押圧力、点線は押圧手段３が移動している様子を示すための基準線である。また、第一押圧手段１に付した黒丸印は、第一押圧手段１と基板４とが当接した軌跡を示している。このとき、第二押圧手段２は回転せずに固定されている。
【００４６】
第一押圧手段１と基板４とが当接した軌跡からも明らかなように、第一押圧手段１が基板４の側面と当接する部位は、基板４の位置合わせとともに移動していることがわかる。
【００４７】
この理由は、図５に矢印で示したように、第一押圧手段１の押圧力によって、基板４にはモーメントＭが働くからである。このモーメントＭは基板４を回転させる向きに働くため、第一押圧手段１と基板４の側面との接する位置は、基板４の位置合わせとともに漸次変化する。
【００４８】
このように、基板４の側面に局所的に押圧手段３の押圧力が加わることを第一押圧手段１の凸曲面で分散・低減することが可能となる。
【００４９】
また、第一押圧手段１および第二押圧手段２の双方に凸曲面状を有し、例えば、第一押圧手段１が基板４と一点で当接するような場合には、第二押圧手段２では基板４と二点以上で当接することが好ましい。第一押圧手段１と第二押圧手段２とで三点で接し、基板４と当接する押圧手段３の位置関係が三角形以上の多角形をなせば、基板４を安定して位置合わせすることができる。さらに、上述した本発明に係る位置合わせ装置で基板４を三点で挟持する場合、その内角がそれぞれ９０度未満であれば、より安定して基板４を挟持できるため好ましい。
【００５０】
＜他の実施形態＞
本発明の位置合わせ装置の他の実施形態として、第一押圧手段１が、基板４の一主面と略垂直に交わる方向に延びる支持部材９と、この支持部材９を軸として回転可能に配された当接部材１０とを有して構成される場合について、以下に説明する。
【００５１】
本実施形態の斜視図を図６に示す。また、図７にこの実施形態の部分拡大図を示す。図中、１は第一押圧手段、２は第二押圧手段、３は押圧手段、４は基板、５は基台、６は低弾性部材、９は支持部材、１０は当接部材を示す。
【００５２】
支持部材９としては、耐久性と加工性の観点から、ばね鋼やＳＵＳからなるバネなどが好適に用いられる。
【００５３】
当接部材１０としては、上述した低弾性部材６であるウレタンゴム、ラバーゴム、天然ゴム、ブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）などが好適に用いられるこが、これらに限られるものではない。特に、支持部材９を軸として回転可能に当接部材１０を配しているため、当接部材１０には基板４よりも弾性率が高いものを用いても良い。
【００５４】
以上のような支持部材９及び当接部材１０を用いた押圧手段３の具体的構成としては、例えば、円柱状のウレタンゴムにその高さ方向にバネが通るだけの貫通孔を空けておき、この貫通孔の開口端部とバネを従来周知の接着剤によって固定するものが挙げられる。
【００５５】
本実施形態は、このような構成を有することで、支持部材９側で優先的に弾性変形させて、基板４に加える押圧力の緩和すると同時に、当接部材１０側で弾性変形を抑制させることによって基板の位置合わせ精度の向上を図ることができる。
【００５６】
それに加えて、支持部材９を軸として回転可能に当接部材１０を配したことで、さらに以下のような効果を奏することができる。
【００５７】
図８（ａ）から図８（ｃ）に本実施形態の押圧手段３を用いて、基板４の位置合わせを行なった場合に、基板４が移動する様子を示す。なお、図中、Ｍは基板に加わるモーメント、ｍは当接部材１０に加わるモーメント、矢印は基板４に加わる押圧力、点線は押圧手段が移動している様子を示すための基準線である。また、押圧手段３に付した黒丸印は、押圧手段３（当接部材１０）と基板４が当接した軌跡を示している。図８（ｃ）に示すように、押圧手段３が基板４の表面を移動する距離が図５（ｃ）で示した軌跡よりも長いことがわかる。
【００５８】
すなわち、上述した当接部材１０と基板４が当接した軌跡の距離が伸びるということは、当接部材１０にもモーメントｍが生じていることと考えられ、図５に示した当接部材１０が回転しない場合と比べて、基板４と押圧手段３との間に生じ得る摩擦力を、当接部材１０の回転によって逃がし易くなり、基板４へ加わる応力を低減することができる。
【００５９】
また、この支持部材９を軸として回転可能な当接部材１０は、第一押圧手段１、第二押圧手段２の双方に備えれば摩擦力を更に低減できることは言うまでもない。
【００６０】
なお、本発明の実施形態は上述の例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることはもちろんである。
【００６１】
例えば、第一押圧手段１及び第二押圧手段２などの押圧手段３によって基板４を挟む際、これら押圧手段３による押圧方向は、必ずしも基板４両側面から直線的に押圧する必要はなく、弧を描くように曲線的に移動させるように押圧しても構わない。このように、曲線的に押圧手段を移動させる場合、押圧手段３の弾性率は、押圧手段３の変位を縦方向と横方向で測定して、ポアソン比の値で算出することが好ましい。
【００６２】
そして、上述した実施形態にて説明した基板４は矩形状に代えて、基板４が楕円や円形のものを対象とすることも可能であり、その場合、基板４に角部が存在しないためより効果的に応力集中による基板４の割れ・欠けを抑制することができる。尚、本明細書における矩形、楕円および円形は、数学的な定義のように厳密に解すべきものではないことは言うまでもない。
【００６３】
また、本発明に係る位置合わせ装置は、基板４を搬送する経路である搬送路の一部に設置することもできる。特に上述した実施形態では、この支持部材９を軸として回転可能に当接部材１０を配しているため、基板４を搬送しながら精度よく位置合わせをすることができ好ましい。
【００６４】
そして、押圧手段３は、その基板４と当接する部位に、耐摩耗性の高い材料を用いることが好ましく、これによって押圧手段３を基板４の種類を問わず長期にわたって用いることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の位置合わせ装置の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る押圧手段の一部であり、基板と押圧手段とが当接する部位の拡大図である。
【図３】（ａ）は、基板を挟む前の状態を示し、（ｂ）は基板を挟んで位置合わせを行なった状態を示す図である。
【図４】（ａ）は、基板と当接する部材が球状である場合の上視図であり、（ｂ）は基板と当接する部材が円柱状である場合の上視図であり、（ｃ）は基板と当接する部材がワイヤ状もしくはシート状である場合の上視図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は基板と当接する部材が円柱状の押圧手段を用いて、基板の位置合わせを行なった場合に、基板が移動する様子を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る位置合わせ装置の斜視図である。
【図７】図６に示す実施形態の押圧手段部分拡大図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は実施形態の押圧手段を用いて、基板の位置合わせを行なった場合に、基板が移動する様子を示す。
【符号の説明】
【００６６】
１：第一押圧手段
２：第二押圧手段
３：押圧手段
４：基板
５：基台
６：低弾性部材
７：基板と当接しない部位
８：基板と当接する部位
９：支持部材
１０：当接部材
【図１】
2007273501.tif 000003
【図２】
2007273501.tif 000004
【図３】
2007273501.tif 000005
【図４】
2007273501.tif 000006
【図５】
2007273501.tif 000007
【図６】
2007273501.tif 000008
【図７】
2007273501.tif 000009
【図８】
2007273501.tif 000010