(57)【要約】【課題】導電性膜をスクライブ加工する際に、その終了時期を適切に判断することができるメカニカルスクライブ装置及びそれを備えた膜厚測定装置並びにメカニカルスクライブ方法を提供する。【解決手段】基板１０上に成膜された導電性膜１１にスクライブ加工により溝部１２を形成することで導電性膜１１の他の部分とは分断された島部１３を形成する際に、導電性膜１１にスクライブ加工を施しながら島部１３と導電性膜１１の他の部分との間の電気抵抗値を検出し、その検出結果に基づいてスクライブ加工の終了時期か否かを判定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に成膜された導電性膜にスクライブ加工により溝部を形成することで前記導電性膜の他の部分とは分断された島部を形成する加工手段と、
前記加工手段によるスクライブ加工中に、前記島部と前記導電性膜の他の部分との間の電気抵抗値を検出する抵抗値検出手段と、
該抵抗値検出手段の検出結果に基づいて前記加工手段によるスクライブ加工の終了時期か否かを判定する判定手段と、
を備えることを特徴とするメカニカルスクライブ装置。
【請求項２】
前記加工手段は、スクライブ加工により前記導電性膜に円環状の溝部を形成することを特徴とする請求項１に記載のメカニカルスクライブ装置。
【請求項３】
前記判定手段は、前記抵抗値検出手段の検出結果に基づいて前記島部が前記導電性膜の他の部分と分断されているか否かを特定し、当該島部が分断されている場合に、前記加工手段によるスクライブ加工の終了時期であると判定することを特徴とする請求項１又は２に記載のメカニカルスクライブ装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載のメカニカルスクライブ装置と、前記導電性膜に形成された前記溝部の深さを前記導電性膜の厚さとして測定する測定手段と、を備えたことを特徴とする膜厚測定装置。
【請求項５】
基板上に成膜された導電性膜にスクライブ加工により溝部を形成することで前記導電性膜の他の部分とは分断された島部を形成する際に、
前記導電性膜にスクライブ加工を施しながら前記島部と前記導電性膜の他の部分との間の電気抵抗値を検出し、
その検出結果に基づいてスクライブ加工の終了時期か否かを判定するようにしたことを特徴とするメカニカルスクライブ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に形成された導電性膜をスクライブ加工、すなわち刃によって機械的に切削加工するメカニカルスクライブ装置及びそれを備えた膜厚測定装置並びにメカニカルスクライブ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池素子を製造する際には、例えば、導電材料からなる電極膜等、所定材料からなる複数層の膜を基板上に形成すると共に、これらの膜を所定形状にパターニングすることが行われている。そして、このように膜をパターニングする方法の一つとして、膜を機械的に切削することで分割（パターニング）するメカニカルスクライブ法が一般的に用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３１５８０９号公報
【特許文献２】国際公開第００／６５３０６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようにメカニカルスクライブによって膜をパターニングする際には、対象となる膜が確実に分割されていることを確認した上でパターニングを終了することが望ましい。しかしながら、メカニカルスクライブの終了時期は、実際に膜が分割されている否かに拘わらず、例えば、刃の移動量等で判断されているのが現状である。
【０００５】
ところで、太陽電池素子等において、上述のように基板上に形成される膜は、所定のタイミングでその膜厚測定等の各種検査を行うことで、製品の品質を保持している。基板上の膜の厚さを測定する方法としては、例えば、膜をエッチングし、その際に膜から放出される二次荷電粒子の強度の経時変化等の各種データを測定し、その測定結果に基づいて膜の厚さを判断するものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
しかしながら、このような膜厚の測定方法は、エッチングを膜厚測定とは別工程で行うために検査に長時間を要し、それに伴って製造コストが高くなるという問題がある。
【０００７】
このような問題を解決する一つの方法として、上述のようにメカニカルスクライブによって膜を除去した溝部を形成し、この溝部の深さを膜の厚さとして測定することが考えられる。ただし、この場合にも溝部内の膜が確実に除去されていることを確認することが望ましい。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、導電性膜をスクライブ加工する際に、その終了時期を適切に判断することができるメカニカルスクライブ装置及びそれを備えた膜厚測定装置並びにメカニカルスクライブ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】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、基板上に形成された導電性膜にスクライブ加工により溝部を形成することで前記導電性膜の他の部分とは分断された島部を形成する加工手段と、前記加工手段によるスクライブ加工中に、前記島部と前記導電性膜の他の部分との間の電気抵抗値を検出する抵抗値検出手段と、該抵抗値検出手段の検出結果に基づいて前記加工手段によるスクライブ加工の終了時期を判定する判定手段と、を備えることを特徴とするメカニカルスクライブ装置にある。
【００１０】
本発明の第２の態様は、前記加工手段は、スクライブ加工により前記導電性膜に円環状の溝部を形成することを特徴とする第１の態様のメカニカルスクライブ装置にある。
【００１１】
本発明の第３の態様は、前記判定手段は、前記抵抗値検出手段の検出結果に基づいて前記島部が前記導電性膜の他の部分と分断されているか否かを特定し、当該島部が分断されている場合に、前記加工手段によるスクライブ加工の終了時期であると判定することを特徴とする第１又は２の態様のメカニカルスクライブ装置にある。
【００１２】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか一つの態様のメカニカルスクライブ装置と、前記導電性膜に形成された前記溝部の深さを前記導電性膜の厚さとして測定する測定手段と、を備えたことを特徴とする膜厚測定装置にある。
【００１３】
本発明の第５の態様は、基板上に形成された導電性膜にスクライブ加工により溝部を形成することで前記導電性膜の他の部分とは分断された島部を形成する際に、前記導電性膜にスクライブ加工を施しながら前記島部と前記導電性膜の他の部分との間の電気抵抗値を検出し、その検出結果に基づいてスクライブ加工の終了時期を判定するようにしたことを特徴とするメカニカルスクライブ方法にある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のメカニカルスクライブ装置及びメカニカルスクライブ方法によれば、導電性膜をスクライブ加工して島部を形成する際に、適切なタイミングでスクライブ加工を終了させることができる。すなわちスクライブ加工によって、基板上の導電性膜に良好に溝部を形成することができる。またこのようなメカニカルスクライブ装置を備えた膜厚測定装置によれば、基板上の導電性膜の厚さを比較的容易に且つ正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るメカニカルスクラブ方法を説明する平面図及断面図である。
【図２】本発明に係るメカニカルスクライブ方法を説明する断面図である。
【図３】スクライブ加工中の電気抵抗値の変化を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態に係る膜厚測定装置の加工部の構成を示す概略図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る膜厚測定装置の測定部の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
本願発明に係るメカニカルスクライブ方法は、図１に示すように、基板１０上に成膜された導電性を有する材料からなる導電性膜１１に、スクライブ加工により溝部１２を形成することで導電性膜１１の他の部分とは分断された島部１３を確実に形成するための方法である。換言すれば、本願発明は、メカニカルスクライブにより、導電性膜１１を貫通する溝部１２を確実に形成するための方法である。
【００１７】
具体的には、図２に示すように、スクライブ加工により導電性膜１１に溝部１２を形成する際に、導電性膜１１の島部１３となる部分と、導電性膜１１の他の部分との間の電気抵抗値を抵抗計４５によって検出する。そして、電気抵抗値の検出結果に基づいて、スクライブ加工の終了時期か否かを判定する。すなわち電気抵抗値の検出結果に基づいて島部１３が溝部１２によって導電性膜１１の他の部分と分断されているか否かを特定し、島部１３が分断されている場合に、スクライブ加工の終了時期であると判定して、加工を終了する。
【００１８】
なお本実施形態における基板１０に成膜された導電性膜１１は、例えば太陽電池素子に用いられる電極膜であり、厚さが非常に薄い（１００ｎｍ〜１４０ｎｍ）。
【００１９】
ここで、スクライブ加工により溝部１２を形成することで島部１３を形成した場合、島部１３と導電性膜１１の他の部分との間の電気抵抗値は、溝部１２の加工の進行状況によって変化する。溝部１２が導電性膜１１を貫通していない状態では（図２参照）、島部１３と導電性膜１１の他の部分とが接続されているため、検出している電気抵抗値に変化は見られない。一方、溝部１２が導電性膜１１を貫通して島部１３が形成されると（図１（ｂ）参照）、つまり島部１３と導電性膜１１の他の部分とが溝部１２によって分断されると、島部１３が導電性膜１１の他の部分から絶縁されるため、電気抵抗値が急激な増加を示す。例えば、図３に示すように、溝部１２によって島部１３と導電性膜１１の他の部分とが分断された時点Ｔ１から、電気抵抗値が急増する。
【００２０】
したがって、このような電気抵抗値の急増が確認された時点で、島部１３が導電性膜１１の他の部分と分断されたと判定することができる。つまりスクライブ加工の終了時期であると判定することができる。そして、この判定結果に応じてスクライブ加工を終了する。これにより、スクライブ加工を適切なタイミングで終了することができる。例えば、導電性膜１１が透明な材料からなる場合でも、基板１０の表面まで削ることなく導電性膜１１のみを除去して溝部１２を形成することができる。
【００２１】
また、このようなメカニカルスクライブ方法を、例えば、基板に成膜された導電性膜の厚さ測定に採用した場合、膜厚を比較的容易に且つ正確に測定することができる。すなわち、上述のように導電性膜１１に溝部１２を形成することで島部１３を形成した後、溝部１２の深さを導電性膜１１の膜厚として測定することで、比較的容易且つ正確に導電性膜１１の厚さを測定することができる。
【００２２】
なお本実施形態では、上述のように導電性膜１１に円環状の溝部１２を形成して円形の島部１３を形成している（図１参照）。このため、導電性膜１１の他の部分とは分断された島部１３を、基板１０の端部だけでなく、基板１０の中央部であっても比較的容易に形成することができる。したがって、導電性膜１１の膜厚を基板１０の複数箇所で容易に測定することができる。すなわち基板１０の面内方向における導電性膜１１の膜厚分布を比較的容易に測定することができる。
【００２３】
以下、このような導電性膜１１の膜厚を測定する膜厚測定装置の構成について説明する。図４は、膜厚測定装置を構成する加工部の概略構成を示す図であり、図５は、膜厚測定装置を構成する測定部の概略構成を示す図である。
【００２４】
本実施形態に係る膜厚測定装置は、例えば、基板１０の全面に所望の厚さの導電性膜１１が形成されているか否かを調べるために用いられる。具体的には、膜厚測定装置は、図１に示すように、基板１０の複数箇所に溝部１２と共に島部１３を形成した後、各溝部１２の深さを導電性膜１１の膜厚として測定する。つまり導電性膜１１の厚さを基板１０の複数箇所で測定する。
【００２５】
本実施形態に係る膜厚測定装置２０は、図４に示すメカニカルスクライブ装置からなる加工部３０と、図５に示す測定部５０とで構成されている。
【００２６】
メカニカルスクライブ装置からなる加工部３０は、基板１０上に成膜された導電性膜１１にスクライブ加工により溝部１２を形成することで導電性膜１１の他の部分とは分断された島部１３を形成する加工手段としてのスクライブ刃（刃部）３１を備える。
【００２７】
なおスクライブ刃３１は、例えば、柱状、本実施形態では円柱状を有する。このようにスクライブ刃３１が柱状であることで、スクライブ刃３１が削れても、スクライブ刃３１と導電性膜１１との接触面積が大きく変化することがなく、安定して溝部１２を形成することができる。
【００２８】
またスクライブ刃３１は、基板１０よりも硬度が低く、且つ導電性膜１１よりも硬度が高い材料で形成されていることが好ましい。ただし導電性膜１１の厚さが極めて薄いため、スクライブ刃３１が導電性膜１１よりも硬度が多少低い材料で形成されていても、スクライブ刃３１によって導電性膜１１を除去して溝部１２を形成することはできる。
【００２９】
ちなみに、基板１０の材料としては、例えば、ＳＵＳ基板、ガラス基板が挙げられる。導電性膜１１としては、例えば、ＩＴＯ、アルミ、銅、モリブデンなどが挙げられる。
【００３０】
スクライブ刃３１は、回転可能に保持された固定部材３２に複数固定されている。本実施形態では、２つのスクライブ刃３１が固定部材３２に固定されている。なおスクライブ刃３１は固定部材３２に対して着脱可能に固定されていてもよい。これにより導電性膜１１や基板１０の材料に合わせてスクライブ刃３１を適宜取り替えることができる。
【００３１】
固定部材３２の駆動源であるモーター３３は、装置本体から略水平方向に延設される接続部材３４の一端側に固定されている。また接続部材３４の上部に固定されたモーター３３の回転軸３５は、接続部材３４に設けられた第１の貫通孔３４ａを介して接続部材３４の下方側まで延設されている。そしてこの回転軸３５の先端部には、第１のプーリ３６が固定されている。また回転軸３５は、第１の貫通孔３４ａに配されたベアリング等の軸受け部材３７ａを含む支持部材３７によって回転可能に支持されている。
【００３２】
一方、接続部材３４の他端側には、スクライブ刃３１が固定された固定部材３２と共に、スクライブ刃３１によるスクライブ加工中に、島部１３と導電性膜１１の他の部分との間の電気抵抗値を検出する抵抗値検出手段の一部を構成する端子部材３８が設けられている。この端子部材３８は筐体部材３９内に収容されている。すなわち筐体部材３９には、端子部材３８が層通される貫通孔３９ａが形成されており、端子部材３８は、その先端部が筐体部材３９の外側まで突出した状態で、筐体部材３９の貫通孔３９ａ内に保持されている。なお筐体部材３９は、接続部材３４に設けられた第２の貫通孔３４ｂに係合保持されている。
【００３３】
そして、この筐体部材３９の外周部に、スクライブ刃３１が固定された固定部材３２がベアリング等の軸受け部材４０を介して回転可能に固定されている。さらに固定部材３２の外周部には第２のプーリ４１が設けられ、この第２のプーリ４１と第１のプーリ３６とには、ベルト４２が巻き掛けられている。このような構成では、モーター３３が駆動されると、その回転力が、回転軸３５、第１のプーリ３６、ベルト４２及び第２のプーリ４１を介して固定部材３２に伝達されて、固定部材３２が回転する。
【００３４】
なお図示は省略するが、接続部材３４はエアシリンダ等からなる駆動装置に接続されて上下方向に移動可能に構成されている。基板１０上に成膜された導電性膜１１をスクライブ加工する際には、この駆動装置によって接続部材３４を下降させることで、スクライブ刃３１を導電性膜１１の表面に当接させる。
【００３５】
ところで、筐体部材３９内に収容された端子部材３８の先端部は、導電性膜１１の表面に接触していない状態においては、スクライブ刃３１の先端面よりも下方に突出するように配されている。また筐体部材３９の貫通孔３９ａ内には、コイルスプリング等からなり端子部材３８を下方に向かって（導電性膜１１に向かって）付勢する付勢部材４３が設けられている。
【００３６】
このため、スクライブ刃３１を導電性膜１１の表面に当接させてスクライブ加工を開始する際には、端子部材３８は付勢部材４３によって下方に向かって付勢された状態で、その先端部が導電性膜１１の表面に当接する。すなわち接続部材３４を下降させて、スクライブ刃３１と共に端子部材３８の先端部を導電性膜１１の表面に当接させると、端子部材３８が若干上方に移動する。これにより付勢部材４３による付勢力が端子部材３８に作用することになる。このように付勢部材４３によって端子部材３８を付勢することで、スクライブ加工中に略一定の圧力で導電性膜１１に対して端子部材３８を接触させることができ、電気抵抗値の測定精度が向上する。
【００３７】
なお付勢部材４３が収容された筐体部材３９の貫通孔３９ａの上端側の開口部には蓋部材４４が設けられている。この蓋部材４４は、コイルバネからなる付勢部材４３のバネ座として機能する。この蓋部材４４は、貫通孔３９ａに対して螺合されており、その締め込み量を調整することで、付勢部材４３による端子部材３８の付勢力を適宜調整することができる。勿論、付勢部材４３は、コイルバネに限定されず、例えば、エア圧によって端子部材３８を付勢する構成であってもよい。
【００３８】
また端子部材３８の基端部（上端部）側は、導電性膜１１の他の部分と電気的に接続されており、導電性膜１１と端子部材３８との間には、その間の電気抵抗値を測定する抵抗計４５が設けられている。さらにこの抵抗計４５は制御部４６に接続されている。
【００３９】
制御部４６は、制御手段４７と、判定手段４８とを備える。制御手段４７は、モーター３３の駆動等、メカニカルスクライブ装置の各種制御を実行する。判定手段４８は、抵抗計４５によって検出された電気抵抗値に基づいてスクライブ加工の終了時期を判定する。すなわち、抵抗計４５からの情報に基づいて判定手段４８によって島部１３が導電性膜１１の他の部分と分断されたと判定されると、その判定結果に応じて、制御手段４７がモーターの駆動を停止すると共に、図示しない駆動装置を駆動させて接続部材３４を上昇させて、スクライブ加工を終了する。
【００４０】
次に、図５に示す測定部５０について説明する。測定部５０は触針式段差計で構成されている。測定部５０は、図５（ａ）に示すように固定支持台５１を有する。固定支持台５１の上には、支点５２を介して揺動支持棒５３が設けられている。この揺動支持棒５３の一端には探針５４が垂直下向きに取り付けられている。探針５４はその先端が、例えばダイヤモンドで構成されている。
【００４１】
また揺動支持棒５３の他端には探針５４を垂直下方の力で押圧する針押圧手段５５が設けられている。この針押圧手段５５は、揺動支持棒５３の他端から上方へ延びる磁性体コアからなる作動子５５ａと作動子５５ａを受ける穴を備えるコイル５５ｂとで構成されている。揺動支持棒５３の一端における探針５４より支点５２側には、探針５４の垂直方向の変位を検出する変位センサ５６が設けられている。この変位センサ５６は、揺動支持棒５３に一端が固定された磁性体コアからなる測定子５６ａと、測定子５６ａの他端（自由端）を受けるコイル５６ｂとを備え、いわゆる差動トランスとして構成されている。
【００４２】
また試料ホルダー５７は、その上に走査ステージ５８が探針５４に対して予定の走査速度で移動できるように設けられ、この走査ステージ５８上に被測定試料である基板１０が載置される。針押圧手段５５及び探針５４の垂直方向の変位を検出する変位センサ５６は測定制御部６０に接続され、この測定制御部６０には段差を検出する検出手段である変位センサ５６からの出力信号が入力される。
【００４３】
なお本実施形態では、変位センサ５６は、溝部１２の深さ、つまり導電性膜１１の表面と溝部１２の底面との段差を検出する（図１参照）。また本実施形態の装置において試料である基板１０を固定して探針側を走査するように構成することも可能である。
【００４４】
また図５（ｂ）に示すように、測定制御部６０は、低域通過フィルタである検出回路６１を備える。検出回路６１には、変位センサ５６で測定した出力電圧が入力され、所定の測定データに変換される。また測定制御部６０は、処理手段６２を備える。処理手段６２は、低域通過フィルタの機能をもつソフトウエアがインストールされている。この処理手段６２は、変位センサ５６で測定した出力電圧に基づいて、検出回路６１により計測した測定データにおける試料表面形状の段差部（溝部）及び平坦部（膜面）に相当する領域データ部分の切り分け処理を行う。
【００４５】
具体的には、検出回路６１には、探針５４を試料に対して予定のｘ方向に一定の速度で掃引する際に変位センサ５６で得られた測定電圧が入力される。検出回路６１では、低域通過フィルタのカットオフ周波数を高く設定して（例えば７０Ｈｚ）あるので、入力された測定電圧データは、横軸ｘ方向の距離と縦軸ｚ方向の変位量とから成る応答性の良いデータとなる。そして、得られた応答性の良いデータを処理手段６２に送出する。
【００４６】
処理手段６２は、得られた横軸ｘ方向の距離と縦軸ｚ方向の変位量とから成るデータを、横軸方向の距離ｘ又は時間ｔで微分してｄｚ／ｄｘ又はｄｚ／ｄｔの値を得る。そして、ｄｚ／ｄｘ又はｄｚ／ｄｔが一定の部分と変位する部分とから、横軸ｘ方向の距離と縦軸ｚ方向の変位量とから成るデータを立上り領域データ部分と、平坦部領域データ部分と、立下り領域データ部分とに分ける。
【００４７】
次いで、処理手段６２は、平坦部領域データ部分をさらに検出回路の低域通過フィルタのカットオフ周波数より低い１〜１３Ｈｚ程度のソフトの低域通過フィルタで処理し、雑音を除去する。こうして処理した平坦部領域データ部分を立上り領域データ部分及び立下り領域データ部分とに結合すると、段差形状データを得る。このようにして、段差部での応答が速く、平坦部での雑音が小さい段差形状測定結果が得られる。そして、段差形状データの時間軸をｘ方向への距離に換算すれば、段差形状、即ち膜厚を得ることができる。
【００４８】
このようにして、本実施形態の測定部５０によれば、加工部３０によりスクライブ加工された導電性膜１１の膜厚を正確に測定することが可能である。
【００４９】
このように、本実施形態の膜厚測定装置２０においては、加工部３０において基板１０に成膜された導電性膜１１を短時間で除去し、測定部５０において導電性膜１１の膜厚を測定することができる。つまり本実施形態の膜厚測定装置２０によれば、簡易に、かつ正確に導電性膜１１の膜厚を測定することが可能である。
【００５０】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能なものである。
【００５１】
例えば、上述の実施形態では、基板１０上に成膜された導電性膜１１に円環状の溝部１２を形成することで、導電性膜１１の他の部分とは分断された島部１３を形成するようにしたが、溝部１２の形状は特に限定されるものではない。すなわち溝部１２によって島部１３が導電性膜１１の他の部分と分断することができれば、その形状は特に限定されるものではない。例えば、溝部１２は直線状に形成されていてもよい。
【００５２】
また上述の実施形態では、メカニカルスクライブ装置を膜厚測定装置２０に適用した例を説明したが、本発明に係るメカニカルスクライブ装置は、勿論、膜厚測定装置に限られず、あらゆる用途に適用可能なものである。
【符号の説明】
【００５３】
１０  基板
１１  導電性膜
１２  溝部
１３  島部
２０  膜厚測定装置
３０  加工部
３１  スクライブ刃
３２  固定部材
３３  モーター
３４  接続部材
３４ａ  第１の貫通孔
３４ｂ  第２の貫通孔
３５  回転軸
３６  第１のプーリ
３７  支持部材
３７ａ  軸受け部材
３８  端子部材
３９  筐体部材
３９ａ  貫通孔
４０  軸受け部材
４１  第２のプーリ
４２  ベルト
４３  付勢部材
４４  蓋部材
４５  抵抗計
４６  制御部
４７  制御手段
４８  判定手段
５０  測定部
【図１】
2013016533.tif 000003
【図２】
2013016533.tif 000004
【図３】
2013016533.tif 000005
【図４】
2013016533.tif 000006
【図５】
2013016533.tif 000007