(57)【要約】【課題】  刃先部が磨耗しても刃幅寸法がほとんど変動せず、刃幅が容易に調整でき、膜応力による薄膜のひび割れを防止することができる切削用工具を提供する。【解決手段】  切削用チップ２は、シャンクに取付けられた基板６と、基板６上に設けられた積層薄膜７とで構成されている。積層薄膜７は、膜厚に相当する刃幅Ｔを有し、かつ、刃幅Ｔ方向において積層する複数の硬質薄膜９と、各硬質薄膜９間に形成されて硬質薄膜９間の間隔を維持する中間層１０とで構成されている。積層薄膜７の刃先部となる一端角部７ａは、基板６の一端角部６ａから外方へ突出しており、中間層１０が硬質薄膜９間から除去されて、硬質薄膜９間に間隙１２を有する櫛刃状に形成されている。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削用チップが保持部材に保持され、
上記切削用チップは、保持部材に取付けられた基板と、この基板上に設けられた積層薄膜とで構成され、
上記積層薄膜は、膜厚に相当する刃幅を有し、かつ、刃幅方向において積層する複数の硬質薄膜と、これら硬質薄膜間に形成されて硬質薄膜間の間隔を維持する中間層とで構成され、
上記積層薄膜の刃先となる端部が基板の端部から外方へ突出していることを特徴とする切削用工具。
【請求項２】
積層薄膜の刃先となる端部は、中間層が硬質薄膜間から除去されて、硬質薄膜間に間隙を有する櫛刃状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の切削用工具。
【請求項３】
硬質薄膜の材質がダイヤモンドライクカーボンであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の切削用工具。
【請求項４】
中間層と基板との材質がシリコン又はシリコン化合物であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の切削用工具。
【請求項５】
中間層と基板との材質が金属材料であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の切削用工具。
【請求項６】
基板上に、硬質薄膜と中間層とを交互に積層して、刃幅に相当する膜厚を有する積層薄膜を形成する工程と、
上記基板を積層薄膜と共に複数の切削用チップに切断する工程と、
切削用チップの刃先となる端部の切断面を研磨する工程と、
基板の端部を除去することにより、積層薄膜の刃先となる端部を基板の端部から外方へ突出させ、上記積層薄膜の刃先となる端部において、中間層を硬質薄膜間から除去する工程と、
上記基板を保持部材に接着する工程とを備えたことを特徴とする切削用工具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、薄膜太陽電池モジュール（ＣＩＳ太陽電池等）を製造する際、薄膜のパターニング工程等に用いられる切削用工具およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記のような用途の切削用工具としては、図７（ｃ），図８に示すように、単結晶ダイヤモンド製の三角形の切削用チップ３１をシャンク３２の先端部にろう付けしたものがある。この切削用チップ３１の刃先部３１ａとなる先端部はシャンク３２の先端部から外方へ突出している。また、切削用チップ３１は所定の刃先角Ａと所定の刃幅Ｂ（例えば５〜２０μｍ）とを有している。
【０００３】
切削用チップ３１の刃先部３１ａの刃幅Ｂは、刃先部３１ａとは反対側の基端部３１ｂの幅Ｃよりも、小さく形成されている。また、切削用チップ３１のシャンク３２にろう付けされる一側面とは反対の他側面には、上記基端部３１ｂから刃先部３１ａにわたって、所定の開き角Ｄで傾斜した研磨面３３が形成されている。
【０００４】
上記切削用工具３０の製造方法としては、先ず、図７（ａ）（ｂ）に示すように、切削用チップ３１をシャンク３２の先端部にろう付けし、その後、図７（ｃ）に示すように、切削用チップ３１を研磨して、切削用チップ３１の刃先部３１ａが所定の刃幅Ｂになるように研磨面３３を形成する。尚、研磨面３３を形成する際、ダイヤモンド微粒子を塗布したスカイフと呼ばれる鋳鉄盤に上記切削用チップ３１の他側面を押し付けて研磨する方法が一般的である。
【０００５】
このようにして製造された切削用工具３０を、例えば、薄膜太陽電池モジュールを製造する際における薄膜のパターニング工程に用いる。この場合、一般に、薄膜太陽電池モジュールにおけるパターン幅は約５〜５０μｍであり、切削用チップ３１の刃先部３１ａの刃幅Ｂを上記パターン幅以下にする必要がある。
【０００６】
上記従来の単結晶ダイヤモンド製の切削用チップ３１を用いた切削用工具３０では、研磨時における切削用チップ３１の割れを防ぐために、図８（ｂ）に示すように、研磨面３３を傾斜させて切削用チップ３１をテーパー形状にし、切削用チップ３１の幅を先端部（刃先部３１ａ）から基端部３１ｂになるほど広くして強度を保つ必要がある。
【０００７】
しかしながら、切削用チップ３１の刃先部３１ａが次第に磨耗した場合、刃幅Ｂが次第に広がってしまうため、薄膜太陽電池モジュール製造のパターニング工程において、パターン幅が徐々に広がって形成されてしまうという問題がある。
【０００８】
また、単結晶ダイヤモンド製の切削用チップ３１は材料価格が高価なうえに、所望の刃幅に仕上げるためには、研磨作業と形状検査とを頻繁に繰り返さなくてはならないので、製造に労力がかかり、切削用工具３０が高価になるという問題もある。
【０００９】
尚、下記非特許文献１には、先端部（刃先部）ほど幅が狭く且つ先端部とは反対側の基端部ほど幅が広いテーパー状の切削用チップが開示されている。
また、下記特許文献１には、硬質材料のワークの面に刻線を形成するためのスクライブ工具にダイヤモンド薄膜を用いたものが記載されている。図９（ａ）に示すように、上記スクライブ工具４０は、ダイヤモンド薄膜４１が２つのベース４２ａ，４２ｂで挟み込まれ、先端部において上記ダイヤモンド薄膜４１がベース４２ａ，４２ｂの先端の押圧面４３ａ，４３ｂよりも微小量突出した構造を有している。
【００１０】
また、図９（ｂ）は上記スクライブ工具４０の製造方法を示すものであり、片方のベース４２ａの接合面に、上記ダイヤモンド薄膜４１を蒸着により形成し、その後、両ベース４２ａ，４２ｂを接合する。接合後、ベース４２ａ，４２ｂの先端部分をエッチングしてダイヤモンド薄膜４１を微小量だけ突出させる。これにより、スクライブ工具４０が完成する。
【００１１】
しかしながら上記従来のダイヤモンド薄膜４１を用いたスクライブ工具４０では、ダイヤモンド薄膜４１の膜厚が刃幅Ｔとなるため、刃幅Ｔを選択する自由度が小さいという問題がある。
【００１２】
また、このようなダイヤモンド薄膜４１を用いたスクライブ工具４０を用いて、例えば薄膜太陽電池モジュールのようにパターン幅が約５〜５０マイクロメートルのパターンを切削して形成する場合、上記パターン幅と同等寸法の膜厚を有するダイヤモンド薄膜４１を形成する必要がある。しかしながらダイヤモンド薄膜４１等の硬質薄膜は、一般に膜応力が高く、膜厚を厚くすることが困難である。このため、上記パターン幅が広い場合、ダイヤモンド薄膜４１の膜厚を上記パターン幅に応じて分厚くすると、膜応力が増大してダイヤモンド薄膜４１にひびが入り易くなるといった問題がある。
【非特許文献１】次世代の超精密加工技術編集委員会，「次世代の超精密加工技術（下巻）」，株式会社産業技術サービスセンター，１９９４年９月９日，ｐ．４５−４６
【特許文献１】特開平１１−１９９２５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、刃先部が磨耗しても刃幅寸法がほとんど変動せず、刃幅が容易に調整でき、膜応力による薄膜のひび割れを防止することができ、安価で製造することができる切削用工具およびその製造方法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】
【００１４】
上記目的を達成するために、本第１発明における切削用工具は、切削用チップが保持部材に保持され、上記切削用チップは、保持部材に取付けられた基板と、この基板上に設けられた積層薄膜とで構成され、上記積層薄膜は、膜厚に相当する刃幅を有し、かつ、刃幅方向において積層する複数の硬質薄膜と、これら硬質薄膜間に形成されて硬質薄膜間の間隔を維持する中間層とで構成され、上記積層薄膜の刃先となる端部が基板の端部から外方へ突出しているものである。
【００１５】
これによると、切削用工具を製造する際、硬質薄膜と中間層との積層数を変えることにより、積層薄膜の膜厚が増減し、これに応じて、刃幅を容易に調整することができる。すなわち、硬質薄膜と中間層との積層数を増やした場合、積層薄膜の膜厚が増加し、刃幅が広がる。反対に、硬質薄膜と中間層との積層数を減らした場合、積層薄膜の膜厚が減少し、刃幅が狭まる。これにより、例えばパターン幅等のような切削加工の幅に応じた所望の刃幅を有する切削用工具を容易に製造することができ、この際、研磨作業を減らすことができるため、安価で製造することができる。
【００１６】
また、上記のように刃幅を広くする場合、各硬質薄膜の膜厚と中間層の厚さとをそれぞれ一定にしたままで、硬質薄膜と中間層との積層数を増やせばよいため、各硬質薄膜の膜厚を広くする必要はない。これにより、硬質薄膜の膜応力が増大することはなく、膜応力が中間層で緩和されるため、硬質薄膜にひびが入り易くなるのを防止することができる。
【００１７】
また、積層薄膜の刃幅は積層薄膜の膜厚に相当しているため、積層薄膜全体にわたって刃幅が一定となり、したがって、積層薄膜の刃先となる端部が磨耗しても、刃幅寸法はほとんど変動しない。
【００１８】
本第２発明における切削用工具は、積層薄膜の刃先となる端部は、中間層が硬質薄膜間から除去されて、硬質薄膜間に間隙を有する櫛刃状に形成されているものである。
これによると、積層薄膜の刃先となる端部において、硬質薄膜間に間隙が形成されているため、積層薄膜の刃先で加工対象物を切削加工した際に発生する切削屑が各硬質薄膜ごとに細く分割される。これにより、精度の高い切削を行うことができる。
【００１９】
本第３発明における切削用工具は、硬質薄膜の材質がダイヤモンドライクカーボンであるものである。
本第４発明における切削用工具は、中間層と基板との材質がシリコン又はシリコン化合物であるものである。
【００２０】
本第５発明における切削用工具は、中間層と基板との材質が金属材料であるものである。
本第６発明における切削用工具の製造方法は、基板上に、硬質薄膜と中間層とを交互に積層して、刃幅に相当する膜厚を有する積層薄膜を形成する工程と、上記基板を積層薄膜と共に複数の切削用チップに切断する工程と、切削用チップの刃先となる端部の切断面を研磨する工程と、基板の端部を除去することにより、積層薄膜の刃先となる端部を基板の端部から外方へ突出させ、上記積層薄膜の刃先となる端部において、中間層を硬質薄膜間から除去する工程と、上記基板を保持部材に接着する工程とを備えたものである。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように本発明によると、切削用工具を製造する際、硬質薄膜と中間層との積層数を変えることにより、刃幅を容易に調節することができる。したがって、例えばパターン幅等のような切削加工の幅に応じた所望の刃幅を有する切削用工具を容易に製造することができ、この際、研磨作業を減らすことができるため、安価で製造することができる。
【００２２】
また、刃幅を広くする場合、各硬質薄膜の膜厚を一定にしたままで、硬質薄膜と中間層との積層数を増やせばよいため、各硬質薄膜の膜厚を広くする必要はない。これにより、硬質薄膜の膜応力が増大することはなく、膜応力が中間層で緩和されるため、硬質薄膜にひびが入り易くなるのを防止することができる。
【００２３】
また、積層薄膜は硬質薄膜と中間層との積層数で決定される膜厚に相当する刃幅を有しているので、積層薄膜の刃先となる端部が磨耗しても、積層薄膜の膜厚はほぼ一定であり、このため、刃幅寸法の変動をほとんど無くすことができる。
【００２４】
さらに、積層薄膜の刃先となる端部において、硬質薄膜間に間隙が形成されるため、積層薄膜の刃先で加工対象物を切削加工した際に発生する切削屑が各硬質薄膜ごとに細く分割され、これにより、精度の高い切削を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明における実施の形態を図１〜図６に基いて説明する。
図１〜図３に示すように、１は切削工具であり、例えば、薄膜太陽電池モジュールを製造する際、薄膜のパターニング工程等に用いられるものである。上記切削工具１は、四角形の切削用チップ２と、この切削用チップ２を保持するシャンク３（保持部材の一例）とで構成されている。
【００２６】
上記切削用チップ２は、接着剤５を介してシャンク３の先端部に接着固定された基板６と、この基板６上に設けられた積層薄膜７とで構成されている。基板６は、四角平板状であり、板厚が数百μｍであり、ステンレス等の金属基板又はシリコン基板が用いられている。また、上記積層薄膜７は、膜厚に相当する刃幅Ｔを有しており、刃幅Ｔの方向において交互に積層する硬質薄膜９と中間層１０とで構成されている。
【００２７】
図５（ｂ）に示すように、上記硬質薄膜９の膜厚ｔａは数μｍであり、硬質薄膜９の材質にはダイヤモンドライクカーボン又は金属酸化物等が用いられている。また、上記中間層１０は各硬質薄膜９間に形成されて各硬質薄膜９間の間隔を維持しており、中間層１０の厚さｔｂは、硬質薄膜９の膜厚ｔａよりも薄く、例えば１μｍ以下に設定されている。中間層１０の材質には、硬質薄膜９と比較して酸やアルカリに可溶な材質であるニッケル等（金属材料の一例）が用いられている。尚、上記硬質薄膜９と中間層１０との各膜厚ｔａ，ｔｂのトータルが上記積層薄膜７の膜厚Ｔに相当する。
【００２８】
上記基板６の一端角部６ａはエッチングにより除去され後退しており、積層薄膜７の刃先となる一端角部７ａが基板６の一端角部６ａから先端に向かって外方へ所定長さＡだけ突出している。また、上記積層薄膜７の刃先となる一端角部７ａにおいて、上記中間層１０がエッチングにより硬質薄膜９間から除去されており、これにより、上記所定長さＡの範囲では、積層薄膜７は硬質薄膜９間に間隙１２を有する櫛刃状に形成されている。
【００２９】
尚、上記シャンク３の先端部は台形状に形成されており、図３（ｂ）に示すように、基板６の一端角部６ａがシャンク３の先端から外方へ所定長さＢだけ突出している。
次に、上記切削工具１の製造方法を説明する。
【００３０】
先ず、製膜工程において、図４（ａ−１）（ａ−２）に示すように、ステンレスの基板６上に、硬質薄膜９としてスパッタ法により所定の膜厚ｔａ（例えば約１．５μｍ）のダイヤモンドライクカーボン膜を製膜する。次に、中間層１０として、ニッケルを所定の厚さｔｂ（例えば約０．１μｍ）で製膜する。以降、上記ダイヤモンドライクカーボンとニッケルとの製膜を繰り返すことにより、刃幅Ｔ（例えば約２０μｍ）に相当する膜厚を有する積層薄膜７を形成する。
【００３１】
次に、切断工程において、図４（ｂ）に示すように、ダイシングにより、基板６を積層薄膜７と共に複数の切削用チップ２に切断する。尚、切削用チップ２は例えば３ｍｍ角の大きさに切断される。
【００３２】
次に、研磨工程において、図４（ｃ）に示すように、上記切削用チップ２の刃先となる一端角部２ａの切断面２ｂを研磨して、基板６と積層薄膜７との端面を揃える。
次に、エッチング工程において、図５（ａ）（ｂ）に示すように、切削用チップ２の刃先となる一端角部２ａを酸により所定の範囲（例えば約１０〜２０μｍ程度）エッチングすることによって、基板６の一端角部６ａを除去して後退させるとともに、積層薄膜７の一端角部７ａにおいて、中間層１０を硬質薄膜９間から除去する。これにより、積層薄膜７の刃先となる一端角部７ａが基板６の一端角部６ａから先端に向かって外方へ所定長さＡだけ突出するとともに、積層薄膜７が上記所定長さＡの範囲で間隙１２を有する櫛刃状に形成される。
【００３３】
その後、図３に示すように、接着工程において、エポキシ樹脂等の接着剤５を用いて、基板６の裏面をシャンク３の先端部に接着する。
次に、上記切削工具１における作用効果を説明する。
【００３４】
切削用工具１を製造する際、図４（ａ−２）に示した上記製膜工程において、硬質薄膜９と中間層１０との積層数を変えることにより、積層薄膜７の膜厚が増減し、これに応じて、刃幅Ｔを容易に調整することができる。すなわち、硬質薄膜９と中間層１０との積層数を増やした場合、積層薄膜７の膜厚が増加し、刃幅Ｔが広がる。反対に、硬質薄膜９と中間層１０との積層数を減らした場合、積層薄膜７の膜厚が減少し、刃幅Ｔが狭まる。これにより、例えばパターン幅等のような切削加工の幅に応じた所望の刃幅Ｔを有する切削用工具１を容易に製造することができ、この際、研磨作業を減らすことができるため、安価で製造することができる。
【００３５】
また、上記のように刃幅Ｔを広くする場合、各硬質薄膜９の膜厚ｔａと中間層１０の厚さｔｂとをそれぞれ一定にしたままで、硬質薄膜９と中間層１０との積層数を増やせばよいため、各硬質薄膜９の膜厚を広くする必要はない。これにより、硬質薄膜９の膜応力が増大することはなく、膜応力が中間層１０で緩和されるため、硬質薄膜９にひびが入り易くなるのを防止することができる。
【００３６】
また、図３（ｂ）に示すように、積層薄膜７の刃幅Ｔは積層薄膜７の膜厚に相当しているため、積層薄膜７の全体にわたって刃幅Ｔが一定となり、したがって、積層薄膜７の刃先となる一端角部７ａが磨耗しても、所定長さＡの範囲において、刃幅Ｔの寸法はほとんど変動しない。
【００３７】
さらに、積層薄膜７の刃先となる一端角部７ａにおいて、硬質薄膜９間に間隙１２が形成されているため、例えば図６に示すように、積層薄膜７の刃先でＣＩＳ太陽電池の光吸収層１３（加工対象物の一例）を切削加工してパターニングする際に発生する切削屑が各硬質薄膜９ごとに細く分割される。これにより、精度の高い切削を行うことができる。
【００３８】
上記実施の形態では、加工対象物の一例としてＣＩＳ太陽電池の光吸収層を挙げたが、これに限定されるものではなく、例えば光学部品等の超精密金型等を切削加工する際に用いてもよい。
【００３９】
上記実施の形態では、基板６の材質に、シリコンを用いたが、シリコン化合物又は金属材料を用いてもよい。
上記実施の形態では、中間層１０の材質に、金属材料の一例であるニッケルを用いたが、シリコン又はシリコン化合物を用いてもよい。
【００４０】
上記実施の形態では、切削工具１の製造方法において、図４（ｂ）に示した切断工程の際、ダイシングにより、基板６を積層薄膜７と共に複数の切削用チップ２に切断しているが、ダイシングの代わりにエッチングを用いてもよい。また、基板６の材質に単結晶シリコン等を用い、割断により基板６を分割してもよい。この場合、積層薄膜７の膜厚が薄いと、割断面が平滑になるため、次の研磨工程における切削用チップ２の切断面２ｂの研磨を省略することも可能となる。
【００４１】
上記実施の形態における各膜厚ｔａ，ｔｂや刃幅Ｔ等の具体的な数値は一例であって、これらの値に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、薄膜太陽電池モジュールの製造時における薄膜のパターニング加工のみならず、光学部品等の超精密金型の微細穴や溝等の精密な切削加工に用いられる切削用工具としての用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態における切削用工具の斜視図である。
【図２】図１における点線円で示したＸ部分の拡大図である。
【図３】同、切削用工具の先端部分の拡大図であり、（ａ）は図１におけるＹ−Ｙ矢視図、（ｂ）は（ａ）におけるＺ−Ｚ矢視図である。
【図４】同、切削用工具の製造方法を示す図であり、（ａ−１）は製膜工程、（ａ−２）は製膜工程で形成された積層薄膜と基板との拡大断面、（ｂ）は切断工程、（ｃ）は研磨工程を示す。
【図５】同、切削用工具の製造方法を示す図であり、（ａ）はエッチング工程を施した切削用チップ、（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ矢視を示す。
【図６】同、切削用工具を用いて太陽電池のパターニング工程を行っている時の図である。
【図７】従来の切削用工具の製造方法を示す図であり、（ａ）は切削用チップ、（ｂ）は切削用チップをシャンクにろう付けした状態、（ｃ）は切削用チップを研磨して完成した状態を示す。
【図８】同、切削用工具の先端部分の拡大図であり、（ａ）は図７の（ｃ）におけるＸ−Ｘ矢視、（ｂ）は（ａ）におけるＹ−Ｙ矢視を示す。
【図９】従来の切削用工具の一例であるスクライブ工具の図であり、（ａ）は先端部分の拡大、（ｂ）はスクライブ工具の製造方法を示す。
【符号の説明】
【００４４】
１      切削用工具
２      切削用チップ
３      シャンク（保持部材）
６      基板
７      積層薄膜
７ａ    一端角部
９      硬質薄膜
１０    中間層
１２    間隙
Ｔ      刃幅
【図１】
2007007749.tif 000003
【図２】
2007007749.tif 000004
【図３】
2007007749.tif 000005
【図４】
2007007749.tif 000006
【図５】
2007007749.tif 000007
【図６】
2007007749.tif 000008
【図７】
2007007749.tif 000009
【図８】
2007007749.tif 000010
【図９】
2007007749.tif 000011