パターニングヘッドおよびパターニング装置
【課題】基板上に形成された膜を良好な状態で剥離または除去することができるパターニングヘッドおよびパターニング装置を提供する。
【解決手段】パターニングヘッド３０は、主として、ホルダ３１と、ホルダ揺動部３４と、昇降部５０と、パターニングツール６０と、を有している。ホルダ揺動部３４は、ホルダ３１を脆性材料基板に対して揺動させることによって、刃先６１ａの刃渡り方向を調整する。ホルダ揺動部３４の揺動軸３６ａは、パターニングツール６０の延伸方向（矢印ＡＲ４方向）と略垂直であり、かつ、刃先６１ａの刃渡り方向（矢印ＡＲ３方向）と略垂直な方向（矢印ＡＲ５方向）に延びる。そして、ホルダ３１は、取付片３６に設けられた揺動軸３６ａを中心に揺動する。これにより、膜に対して突き当てられた刃先の刃渡り方向（矢印ＡＲ３方向）が、膜の表面に対して略平行となるように、ホルダ揺動部３４は、ホルダ３１を矢印Ｒ２方向に回転できる。
【解決手段】パターニングヘッド３０は、主として、ホルダ３１と、ホルダ揺動部３４と、昇降部５０と、パターニングツール６０と、を有している。ホルダ揺動部３４は、ホルダ３１を脆性材料基板に対して揺動させることによって、刃先６１ａの刃渡り方向を調整する。ホルダ揺動部３４の揺動軸３６ａは、パターニングツール６０の延伸方向（矢印ＡＲ４方向）と略垂直であり、かつ、刃先６１ａの刃渡り方向（矢印ＡＲ３方向）と略垂直な方向（矢印ＡＲ５方向）に延びる。そして、ホルダ３１は、取付片３６に設けられた揺動軸３６ａを中心に揺動する。これにより、膜に対して突き当てられた刃先の刃渡り方向（矢印ＡＲ３方向）が、膜の表面に対して略平行となるように、ホルダ揺動部３４は、ホルダ３１を矢印Ｒ２方向に回転できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターニング（溝加工等の太陽電池基板の表面に形成された膜の剥離または除去等）ヘッドおよび該パターニングヘッドを用いたパターニング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＩＧＳ（Copper Indium Gallium DiSelenide）系の太陽電池の表面に刃先を押し当てることによって、太陽電池の表面に形成された膜を剥離させ、溝加工を実行する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００９／１４５０５８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上述の太陽電池の製造工程では、種々の熱処理が施される。これにより、場合によっては、この熱の影響により太陽電池を構成する基板（ガラス基板）が反り、刃先の刃渡り方向と基板表面とが、略平行とならない。通常のパターニングにおいては、幅の狭いパターニングツールを使用して、幅の狭い溝を形成するため、基板の反りによる悪影響が小さいが、例えば、太陽電池基板の端部において、下部電極を露出させるために、下部電極上に形成されている膜を比較的幅広に除去する工程（ハツリ工程ともいう）においては、基板の反りによる悪影響が大きく、刃先が基板上に形成された膜に均等に接触せず、膜を良好な状態で剥離または除去することができないという問題が生ずる。
【０００５】
そこで、本発明では、基板上に形成された膜に対して、膜を良好な状態で剥離または除去することができるパターニングヘッドおよびパターニング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】
【０００６】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に対して相対的に移動させられることによって、前記基板の上に形成された膜を部分的に剥離または除去する加工に使用されるパターニングヘッドであって、パターニングツールと、前記パターニングツールを固定するホルダと、前記ホルダを前記基板に対して揺動させるホルダ揺動部とを備え、前記ホルダに固定された前記パターニングツールは、前記膜に突き当てられた状態で、前記基板に対して相対的に移動させられ、前記ホルダに固定されている場合、前記パターニングツールの刃先の刃渡り方向は、前記加工の方向に対して略垂直とされており、前記ホルダ揺動部は、前記膜に対して突き当てられた前記刃先の前記刃渡り方向が、前記膜の表面に対して略平行となるように、前記ホルダを回転させることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載のパターニングヘッドにおいて、前記ホルダは、前記ホルダ揺動部に設けられた回転軸を中心に揺動し、前記回転軸は、前記パターニングツールの延伸方向と略垂直な方向であり、かつ、前記刃渡り方向と略垂直な方向に延びることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のパターニングヘッドと、前記基板を保持する保持ユニットと、前記保持ユニットに対して前記ホルダを相対的に移動させることによって、前記パターニングツールを前記加工方向に沿って移動させる駆動部とを備え、前記パターニングヘッドは、前記ホルダを前記保持ユニットに近接する方向に移動させることによって、前記ホルダに固定された前記パターニングツールを前記膜に突き当てる昇降部、をさらに有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１ないし請求項３に記載の発明において、基板上の膜に対して突き当てられたパターニングツールの刃先の刃渡り方向が、膜の表面に対して略平行となるように、ホルダ揺動部は、ホルダを回転させる。これにより、基板の熱処理に起因して基板が反り、その結果、非接触時における刃先の刃渡り方向に対して基板の主面が傾斜する場合であっても、刃先が基板に片当たりすることを抑制できる。そのため、基板の上に形成された膜に対して適切な幅の溝が形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態におけるパターニング装置の全体構成の一例を示す正面図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるパターニング装置の全体構成の一例を示す側面図である。
【図３】太陽電池の構成の一例を示す正面図である。
【図４】パターニングヘッド付近の構成の一例を示す正面図である。
【図５】ホルダ揺動部付近の構成の一例を示す側面図である。
【図６】ホルダ揺動部付近の構成の一例を示す側面図である。
【図７】パターニングツールの構成の一例を示す正面図である。
【図８】パターニングツールと太陽電池との位置関係の一例を示す正面図である。
【図９】パターニングツールと太陽電池との位置関係の一例を示す正面図である。
【図１０】パターニングツールと太陽電池との位置関係の一例を示す正面図である。
【図１１】パターニングツールの構成の別の例を示す正面図である。
【図１２】パターニングツールの構成の別の例を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１２】
＜１．パターニング装置の構成＞
図１および図２は、それぞれパターニング装置１の全体構成の一例を示す正面図および側面図である。図３は、太陽電池３の構成の一例を示す正面図である。パターニング装置１は、太陽電池３のように脆性材料基板４上に膜５が形成されている場合において、工具により膜５を剥離させることによって、膜５に溝６を形成したり（図３参照）、特定の膜（例えば、金属裏面（下部）電極）を露出させたりする。
【００１３】
ここで、本実施の形態において、「脆性材料基板」とは、例えばガラス基板またはセラミックス基板等のように、脆性材料で形成された基板を言うものとする。
【００１４】
また、本実施の形態で加工対象とされる太陽電池３の膜５は、図３に示すように、脆性材料基板４の上に積層されている。また、図３に示すように、膜５は、主として、金属裏面（下部）電極Ｌ１と、ＣＩＧＳ（Cu、In、Ga、Se）光吸収層Ｌ２と、バッファ層Ｌ３と、透明電極窓層Ｌ４と、を有している。
【００１５】
さらに、溝６は、金属裏面電極Ｌ１、ＣＩＧＳ光吸収層Ｌ２、バッファ層Ｌ３、および透明電極窓層Ｌ４が、この順番に積層された後、ＣＩＧＳ光吸収層Ｌ２、バッファ層Ｌ３、および透明電極窓層Ｌ４が除去されることにより形成される。また、透明電極窓層Ｌ４が積層される前の段階で、ＣＩＧＳ光吸収層Ｌ２およびバッファ層Ｌ３を除去することにより、溝を形成する場合もある。そして、形成された溝６により金属裏面電極Ｌ１が露出する。
【００１６】
図１および図２に戻って、パターニング装置１は、主として、保持ユニット１０と、パターニングユニット２０と、撮像部ユニット８０と、制御ユニット９０と、を有している。なお、図１および以降の各図には、それらの方向関係を明確にすべく、必要に応じて適宜、Ｚ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系が付されている。
【００１７】
保持ユニット１０は、太陽電池３を構成する脆性材料基板４を保持するとともに、保持された脆性材料基板４をパターニングユニット２０に対して相対的に移動させる。図１に示すように、保持ユニット１０は、基部１０ａ上に設けられており、主として、テーブル１１と、ボールねじ機構１２と、モータ１３と、を有している。
【００１８】
ここで、基部１０ａは、例えば略直方体状の石定盤により形成されており、その上面（保持ユニット１０と対向する面）は、平坦加工されている。これにより、基部１０ａの熱膨張を低減でき、保持ユニット１０に保持された脆性材料基板４を良好に移動させることができる。
【００１９】
テーブル１１は、載置された脆性材料基板４を吸着保持する。また、テーブル１１は、保持された脆性材料基板４を、矢印ＡＲ１方向（Ｘ軸プラスまたはマイナス方向：以下、単に、「進退方向」とも呼ぶ）に進退させるとともに、矢印Ｒ１方向に回転させる。図１および図２に示すように、テーブル１１は、主として、吸着部１１ａと、回転台１１ｂと、移動台１１ｃと、を有している。
【００２０】
吸着部１１ａは、回転台１１ｂの上側に設けられている。図１および図２に示すように、吸着部１１ａの上面には、脆性材料基板４が載置可能とされている。また、吸着部１１ａの上面には、複数の吸着溝（図示省略）が格子状に配置されている。したがって、脆性材料基板４が載置された状態で、各吸着溝内の雰囲気が排気（吸引）されることによって、脆性材料基板４は、吸着部１１ａに対して吸着される。
【００２１】
回転台１１ｂは、吸着部１１ａの下側に設けられており、Ｚ軸と略平行な回転軸１１ｄを中心に吸着部１１ａを回転させる。また、移動台１１ｃは、回転台１１ｂの下側に設けられており、進退方向に沿って、吸着部１１ａおよび回転台１１ｂを移動させる。
【００２２】
したがって、テーブル１１に吸着保持された脆性材料基板４は、矢印ＡＲ１方向に進退させられるとともに、吸着部１１ａの進退動作にともなって移動する回転軸１１ｄを中心に回転させられる。
【００２３】
ボールねじ機構１２は、テーブル１１の下側に配置されており、テーブル１１を矢印ＡＲ１方向に進退させる。図１および図２に示すように、ボールねじ機構１２は、主として、送りネジ１２ａと、ナット１２ｂと、を有している。
【００２４】
送りネジ１２ａは、テーブル１１の進退方向に沿って延びる棒体である。送りネジ１２ａの外周面には、螺旋状の溝（図示省略）が設けられている。また、送りネジ１２ａの一端は支持部１４ａにより、送りネジ１２ａの他端は支持部１４ｂにより、それぞれ回転可能に支持されている。さらに、送りネジ１２ａは、モータ１３と連動連結されており、モータ１３が回転すると、その回転方向に送りネジ１２ａが回転する。
【００２５】
ナット１２ｂは、送りネジ１２ａの回転にしたがい、不図示のボールの転がり運動によって、矢印ＡＲ１方向に進退する。図１および図２に示すように、ナット１２ｂは、移動台１１ｃの下部に固定されている。
【００２６】
したがって、モータ１３が駆動させられ、モータ１３の回転力が送りネジ１２ａに伝達されると、ナット１２ｂは、矢印ＡＲ１方向に進退する。その結果、ナット１２ｂが固定されているテーブル１１は、ナット１２ｂと同様に矢印ＡＲ１方向に進退する。
【００２７】
一対のガイドレール１５、１６は、進行方向におけるテーブル１１の移動を規制する。図２に示すように、一対のガイドレール１５、１６は、基部１０ａ上において、矢印ＡＲ２方向に所定距離だけ隔てて固定されている。
【００２８】
複数（本実施の形態では２つ）の摺動部１７（１７ａ、１７ｂ）は、ガイドレール１５に沿って矢印ＡＲ１方向に摺動自在とされている。図１および図２に示すように、各摺動部１７（１７ａ、１７ｂ）は、移動台１１ｃの下部において、矢印ＡＲ１方向に所定距離だけ隔てて固定されている。
【００２９】
複数（本実施の形態では２つ：ただし、図示の都合上、摺動部１８ａのみ記載）の摺動部１８は、ガイドレール１６に沿って矢印ＡＲ１方向に摺動自在とされている。図１および図２に示すように、各摺動部１８は、摺動部１７（１７ａ、１７ｂ）と同様に、移動台１１ｃの下部において、矢印ＡＲ１方向に所定距離だけ隔てて固定されている。
【００３０】
このように、モータ１３の回転力がボールねじ機構１２に付与されると、テーブル１１は、一対のガイドレール１５、１６に沿って移動する。そのため、進退方向におけるテーブル１１の直進性を確保することができる。
【００３１】
パターニングユニット２０は、パターニングツール６０（図４参照）を用いることによって、脆性材料基板４上の膜５に溝６を形成する。図１および図２に示すように、パターニングユニット２０は、主として、パターニングヘッド３０と、駆動部７０と、を有している。
【００３２】
パターニングヘッド３０は、保持ユニット１０に保持された脆性材料基板４に対して相対的に移動させられることによって、脆性材料基板４の上に形成された膜５に溝６を形成する。なお、パターニングヘッド３０の詳細な構成については、後述する。
【００３３】
駆動部７０は、パターニングツール６０が取り付けられたホルダ３１（図４参照）を、保持ユニット１０に対して相対的に移動させることによって、パターニングツール６０を矢印ＡＲ２方向（Ｙ軸プラスまたはマイナス方向：以下、単に、「加工方向」とも呼ぶ）に沿って往復移動させる。図２に示すように、駆動部７０は、主として、支柱７１と、レール７２と、モータ７３と、を有している。
【００３４】
複数（本実施の形態では２本）の支柱７１（７１ａ、７１ｂ）は、基部１０ａから上下方向（Ｚ軸方向）に延びる。図２に示すように、各ガイドレール７２は、支柱７１ａ、７１ｂの間に挟まれた状態で、これら支柱７１ａ、７１ｂに対して固定される。
【００３５】
複数（本実施の形態では２本）のガイドレール７２は、加工方向におけるパターニングヘッド３０の移動を規制する。図２に示すように、複数のガイドレール７２は、上下方向に所定距離だけ隔てて固定されている。
【００３６】
モータ７３は、不図示の送り機構（例えば、ボールねじ機構）と連動連結されている。これにより、モータ７３が回転すると、パターニングヘッド３０は、複数のガイドレール７２に沿って矢印ＡＲ２方向に往復する。
【００３７】
撮像部ユニット８０は、保持ユニット１０に保持された脆性材料基板４を撮像する。図２に示すように、撮像部ユニット８０は、複数のカメラ８５（８５ａ、８５ｂ）を有している。
【００３８】
複数（本実施の形態では２台）のカメラ８５（８５ａ、８５ｂ）は、図１および図２に示すように、保持ユニット１０の上方に配置されている。各カメラ８５（８５ａ、８５ｂ）は、脆性材料基板４上に形成された特徴的な部分（例えば、アライメントマーク（図示省略））の画像を撮像する。そして、各カメラ８５（８５ａ、８５ｂ）により撮像された画像に基づいて、脆性材料基板４の位置および姿勢が求められる。
【００３９】
制御ユニット９０は、パターニング装置１の各要素の動作制御、およびデータ演算を実現する。図１および図２に示すように、制御ユニット９０は、主として、ＲＯＭ９１と、ＲＡＭ９２と、ＣＰＵ９３と、を有している。
【００４０】
ＲＯＭ（Read Only Memory）９１は、いわゆる不揮発性の記憶部であり、例えば、プログラム９１ａが格納されている。なお、ＲＯＭ９１としては、読み書き自在の不揮発性メモリであるフラッシュメモリが使用されてもよい。ＲＡＭ（Random Access Memory）９２は、揮発性の記憶部であり、例えば、ＣＰＵ９３の演算で使用されるデータが格納される。
【００４１】
ＣＰＵ（Central Processing Unit）９３は、ＲＯＭ９１のプログラム９１ａに従った制御（例えば、昇降部５０によるホルダ揺動部３４の昇降動作、および駆動部７０によるパターニングヘッド３０の往復動作等の制御）、および脆性材料基板４の位置演算等のデータ処理を実行する。
【００４２】
＜２．パターニングヘッドの構成＞
図４は、パターニングヘッド３０付近の構成の一例を示す正面図である。図５および図６のそれぞれは、ホルダ揺動部３４付近の構成の一例を示す側面図である。図７は、パターニングツール６０の構成を示す正面図である。図８から図１０のそれぞれは、パターニングツール６０と太陽電池３との位置関係の一例を示す正面図である。
【００４３】
パターニングヘッド３０は、脆性材料基板４に対して相対的に移動させられることによって、この脆性材料基板４の上に形成された膜５を部分的に剥離または除去し、裏面電極を露出させ、例えば、溝６（図３参照）を形成する。図４から図６に示すように、パターニングヘッド３０は、主として、ホルダ３１と、ホルダ揺動部３４と、昇降部５０と、パターニングツール６０と、を有している。
【００４４】
ホルダ３１は、図４および図７に示すように、パターニングツール６０の刃部６１ａが太陽電池３側となるように、パターニングツール６０を固定する。また、図５および図６に示すように、パターニングツール６０がホルダ３１に固定されている場合、パターニングツール６０の刃部６１ａの刃渡り方向（矢印ＡＲ３方向）は、溝６（図３参照）の加工方向（矢印ＡＲ２方向）（膜の剥離または除去方向）に対して略垂直とされている。
【００４５】
ここで、パターニングツール６０について説明する。パターニングツール６０は、膜５を部分的に剥離または除去し、例えば、溝６（図３参照）を形成する工具である。パターニングツール６０による膜の剥離または除去は、脆性材料基板４の上に形成された膜５にパターニングツール６０が突き当てられた状態で、脆性材料基板４に対してパターニングツール６０が相対的に移動させられることによって、実行される。図７に示すように、パターニングツール６０は、主として、刃部６１と、把持部６２と、を有している。
【００４６】
刃部６１は、図４から図７に示すように、平板状とされている。また、図７に示すように、刃部６１は、膜の剥離または除去方向、例えば、溝６の加工方向（矢印ＡＲ２方向）と略垂直な刃渡り方向（矢印ＡＲ３方向）に延びる刃先６１ａを有している。
【００４７】
ここで、図４から図７に示すように、刃部６１の表面に沿った方向であり、かつ、刃渡り方向（矢印ＡＲ３方向）と略垂直な方向を、長さ方向（矢印ＡＲ４方向）と定義する。この場合、図７に示すように、長さ方向における刃先６１ａのサイズＳ１（第１サイズ）が、長さ方向における刃部６１のサイズＳ２（第２サイズ）より小さくなるように、刃部６１に貫通孔６１ｂが形成されている。すなわち、長さ方向における刃先６１ａの幅は、非常に狭いものとなる。
【００４８】
これにより、図８および図９に示すように、刃先６１ａが脆性材料基板４上の膜５に突き当てられると、刃先６１ａは脆性材料基板４の主面の形状に倣って変形する。例えば、熱処理に起因して基板が反り（湾曲し）、非接触時における刃先６１ａの刃渡り方向（矢印ＡＲ３方向）に対して脆性材料基板４の主面が傾斜する場合であっても（図８参照）、脆性材料基板４の主面に沿って刃先６１ａを追従させることができる（図９参照）。そのため、刃先６１ａが脆性材料基板４上に形成された膜５に片当たりすることを抑制でき、膜５を適切な幅にわたって剥離または除去し、例えば、適切な幅の溝６を形成することができる。
【００４９】
このように、刃部６１の刃先６１ａが膜５に突き当てられた状態で、長さ方向に沿った荷重成分がパターニングツール６０に作用すると、刃先６１ａの刃渡り方向が膜５の表面に対して略平行となるように、刃先６１ａが変形する。
【００５０】
また、脆性材料基板４上から除去された膜５は、刃部６１に設けられた貫通孔６１ｂを介して、パターニングツール６０の加工方向と逆側（例えば、パターニングツール６０がＹ軸プラス方向に移動する場合、Ｙ軸マイナス方向側）に排出される。すなわち、除去された膜５が、刃先６１ａに付着することを抑制できる。そのため、パターニングツール６０の刃先６１ａが脆性材料基板４上の膜５に対して移動させられる場合であっても、良好な膜５の除去状態を維持することができる。
【００５１】
ここで、長さ方向における刃先６１ａのサイズＳ１としては、好ましくは０．３ｍｍ〜２ｍｍ（さらに好ましくは、０．５ｍｍ〜１ｍｍ）が好適である。また、長さ方向における刃部６１のサイズＳ２としては、好ましくは２ｍｍ〜２０ｍｍ（さらに好ましくは、３ｍｍ〜１０ｍｍ）が好適である。
【００５２】
把持部６２は、図７に示すように、平板状とされており、刃部６１から長さ方向（矢印ＡＲ４方向）に沿って延びる。そして、把持部６２の端部付近がホルダ３１に設けられた固定穴３１ａに挿入されることによって、パターニングツール６０は、ホルダ３１に固定される。
【００５３】
ここで、図７に示すように、刃渡り方向（矢印ＡＲ３方向）における刃先６１ａのサイズＳ３（第３サイズ）は、刃渡り方向における把持部６２のサイズＳ４（第４サイズ）より大きくなるように設定されている。そのため、１回の溝加工によって、把持部６２のサイズＳ４より大きな幅の溝６（図３参照）が、容易に形成できる。
【００５４】
また、刃渡り方向における刃先６１ａのサイズＳ３としては、好ましくは１ｍｍ〜１５ｍｍ（さらに好ましくは、２ｍｍ〜１０ｍｍ）が好適である。また、刃渡り方向における刃部６１のサイズＳ４としては、好ましくは０．５ｍｍ〜１２ｍｍ（さらに好ましくは、１ｍｍ〜８ｍｍ）が好適である。
【００５５】
ホルダ揺動部３４は、ホルダ３１を脆性材料基板４に対して揺動させることによって、刃先６１ａの刃渡り方向を調整する。図５および図６に示すように、ホルダ揺動部３４は、主として、ホルダジョイント３５と、ホルダ取付ブロック４０と、を有している。
【００５６】
ホルダジョイント３５は、図４に示すように、長さ方向（矢印ＡＲ４方向）と略平行な回転軸３８ａを中心に回転させられることによって、ホルダ取付ブロック４０に対して回動可能に支持される。図４から図６に示すように、ホルダジョイント３５は、主として、取付片３６と、旋回部３８と、を有している。
【００５７】
取付片３６は、ホルダジョイント３５の下部にホルダ３１を取り付けるための取付要素である。図４から図６に示すように、取付片３６は、ホルダジョイント３５の下端に設けられており、取付片３６の形状は、側面視略Ｌ字状とされている。
【００５８】
また、図４から図６に示すように、取付片３６は、揺動軸３６ａを有している。揺動軸３６ａは、パターニングツール６０の延伸方向（矢印ＡＲ４方向）と略垂直であり、かつ、刃先６１ａの刃渡り方向（矢印ＡＲ３方向）と略垂直な方向（矢印ＡＲ５方向：以下、単に、「軸心方向」とも呼ぶ）に延びる。そして、ホルダ３１は、取付片３６に設けられた揺動軸３６ａを中心に揺動する。
【００５９】
このように、膜５に対して突き当てられた刃先６１ａの刃渡り方向（矢印ＡＲ３方向）が、膜５の表面に対して略平行となるように、ホルダ揺動部３４は、ホルダ３１を矢印Ｒ２方向（図４参照）に回転させることができる。
【００６０】
これにより、図１０に示すように、脆性材料基板４の熱処理に起因して脆性材料基板４が反り、その結果、非接触時における刃先６１ａの刃渡り方向に対して脆性材料基板４の主面が傾斜する場合であっても、刃先６１ａが膜５に片当たりすることを抑制できる。そのため、脆性材料基板４の上に形成された膜５を適切な幅にわたって剥離または除去することができ、例えば、溝６が形成できる。
【００６１】
旋回部３８は、ホルダ取付ブロック４０に対して回転可能に支持されている。図４に示すように、旋回部３８は、ベアリング４６、４７の内径面と対向するように、挿入されている。
【００６２】
ホルダ取付ブロック４０は、上述のようにホルダジョイント３５を回動可能に支持する。図４に示すように、ホルダ取付ブロック４０は、ホルダジョイント３５の取付片３６の上方、およびホルダ３１の上方に設けられており、主として、ベアリング４６、４７と、固定部４９と、を有している。
【００６３】
ベアリング４６、４７は、取付ブロック本体４０ａ内に、かつ、上からこの順番に、配置されている。ベアリング４６、４７は、ホルダジョイント３５の旋回部３８を軸支する。
【００６４】
固定部４９は、ベアリング４６、４７により回動自在にされた旋回部３８を、ホルダ取付ブロック４０に対して固定する。ここで、固定部４９としては、例えば、ネジ等の締結部材が用いられても良い。これにより、回転軸３８ａ周りにおけるホルダジョイント３５の回動角が設定できる。そのため、ホルダ３１に固定されたパターニングツール６０の姿勢がＸＹ平面内で調整できる。
【００６５】
なお、本実施の形態では、２つのベアリング４６、４７を用いるものとして説明したが、ベアリングの個数はこれに限定されず、例えば、１つであっても良いし、３つ以上であっても良い。
【００６６】
昇降部５０は、ホルダ３１を保持ユニット１０と近接する方向に移動させることによって、ホルダ３１に固定されたパターニングツール６０を脆性材料基板４上の膜５に突き当てる。図４に示すように、昇降部５０は、主として、シリンダ５１と、伝達部５２と、を有している。
【００６７】
シリンダ５１は、ホルダ取付ブロック４０側に上下方向（Ｚ軸プラスまたはマイナス方向）に沿った駆動力を付与する駆動力供給源である。図４に示すように、シリンダ５１は、ホルダ取付ブロック４０の上方に配置されており、主として、本体部５１ａと、ロッド５１ｂと、を有している。
【００６８】
ロッド５１ｂは、本体部５１ａに対して進退可能とされている。図４に示すように、ロッド５１ｂの下端は、伝達部５２に連結されている。したがって、シリンダ５１が駆動し、ロッド５１ｂが本体部５１ａから進出することによって、伝達部５２は、ロッド５１ｂの下端により下方向に押し下げられる。
【００６９】
伝達部５２は、シリンダ５１およびホルダ取付ブロック４０の間に設けられており、シリンダ５１からの駆動力をホルダ取付ブロック４０に伝達する。
【００７０】
ガイド機構５３は、図４に示すように、主として、ガイドレール５３ａと、ガイドレール５３ａに沿って上下方向に摺動自在とされたガイドブロック５３ｂと、を有している。また、取付プレート５４は、ガイド機構５３およびホルダ取付ブロック４０の間に挟まれた板材である。ホルダ取付ブロック４０は、取付プレート５４を介してガイドブロック５３ｂに固定されている。これにより、ホルダ取付ブロック４０に上下方向に沿った駆動力が付与されると、ガイド機構５３は、ガイドブロック５３ｂの昇降方向に沿ってホルダ取付ブロック４０をガイドする。
【００７１】
回転軸５６は、図４から図６に示すように、パターニングツール６０の延伸方向（矢印ＡＲ４方向）と略垂直であり、かつ、取付片３６に設けられた揺動軸３６ａと略垂直な方向に延びる。これにより、回転軸５６周りにおけるホルダ取付ブロック４０の回転角が設定できる。そのため、ホルダ３１に固定されたパターニングツール６０の姿勢がＹＺ平面内で調整できる。
【００７２】
＜３．本実施の形態のパターニングツールおよびパターニングヘッドの利点＞
以上のように、本実施の形態のパターニングツール６０、およびこのパターニングツール６０を含むパターニングヘッド３０において、刃部６１には、貫通孔６１ｂが設けられている（図７参照）。そして、この貫通孔６１ｂの存在によって、長さ方向（矢印ＡＲ４方向）における刃先６１ａのサイズＳ１は、長さ方向における刃部６１のサイズＳ２より小さくなる。
【００７３】
これにより、刃先６１ａが太陽電池３の膜５に突き当てられると、刃先６１ａは脆性材料基板４の主面の形状に倣って変形する。そのため、刃先６１ａが脆性材料基板４上に形成された膜５に片当たりすることを抑制でき、膜５を適切な幅にわたって剥離または除去することができ、例えば、溝６を形成することができる。
【００７４】
また、脆性材料基板４上から除去された膜５は、刃部６１に設けられた貫通孔６１ｂを介して、パターニングツール６０の加工方向と逆側に排出される。そのため、パターニングツール６０の刃先６１ａが脆性材料基板４の膜５に対して移動させられる場合であっても、良好な膜５の除去状態を維持することができる。
【００７５】
また、本実施の形態において、脆性材料基板４上の膜５に対して突き当てられた刃部６１の刃渡り方向（矢印ＡＲ３方向）が、基板の表面に対して略平行となるように、パターニングヘッド３０のホルダ揺動部３４は、ホルダ３１を回転させることができる。これにより、刃先６１ａが膜５に片当たりすることを抑制できる。そのため、脆性材料基板４の上に形成された膜５を適切な幅にわたって剥離または除去することができ、溝６が形成できる。
【００７６】
＜４．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。
【００７７】
（１）本実施の形態において、パターニング装置１は、太陽電池３の膜５を剥離または除去（例えば、溝加工）の対象としているが、剥離または除去（例えば、溝加工）の対象はこれに限定されるものでない。加工対象としては、土台となる基部（脆性材料基板に限定されない）の上に罫書き可能な膜が形成されているものであれば十分である。
【００７８】
（２）また、本実施の形態では、パターニングヘッド３０が、駆動部７０により保持ユニット１０に対して加工方向（矢印ＡＲ２方向）に移動させられるものとして説明したが、これに限定されるものでない。例えば、パターニングヘッド３０が固定され、保持ユニット１０が加工方向に移動させられても良い。さらに、保持ユニット１０およびパターニングヘッド３０の両者が加工方向に移動させられても良い。すなわち、保持ユニット１０およびパターニングヘッド３０の少なくとも一方が他方に対して相対的に移動させられれば十分である。
【００７９】
（３）また、本実施の形態において、パターニングツール６０の刃部６１には、図７に示すように、刃先６１ａのサイズＳ１が、刃部６１のサイズＳ２より小さくなるように、貫通孔６１ｂが形成されているが、パターニングツール６０の構成はこれに限定されるものでない。
【００８０】
図１１は、パターニングツール１６０の構成を示す正面図である。例えば、図１１のパターニングツール１６０のように、刃渡り方向における刃部６１および把持部１６２のサイズが略同一となるように設定されてもよい。
【００８１】
この場合も、刃先６１ａが脆性材料基板４上の膜５に突き当てられると、刃先６１ａは脆性材料基板４の主面の形状に倣って変形する。また、脆性材料基板４上から除去された膜５は、刃部６１に設けられた貫通孔６１ｂを介して、パターニングツール６０の加工方向と逆側に排出される。
【００８２】
（４）また、本実施の形態において、パターニングヘッド３０は、軸心方向（矢印ＡＲ５方向：図４から図６参照）に延びる揺動軸３６ａ周りにホルダ３１を揺動させるホルダ揺動部３４と、貫通孔６１ｂを有するパターニングツール６０と、を有するものとして説明したが、パターニングヘッド３０の構成としては、これに限定されるものでない。
【００８３】
図１２は、パターニングツール２６０の構成を示す正面図である。例えば、図１２のパターニングツール２６０のように、貫通孔を有しない刃部２６１が用いられてもよい。この場合、刃先２６１ａが、膜５に対して突き当てられると、ホルダ揺動部３４は、膜５の表面に対して略平行となるように、ホルダ３１を矢印Ｒ２方向（図４参照）に回転させることができる。そのため、刃先２６１ａが膜５に片当たりすることを抑制できる。
【００８４】
また、揺動軸３６ａを有していないホルダ揺動部３４が用いられ、パターニングツール６０がホルダ３１に対して固定されても良い。すなわち、ホルダ３１は、ホルダ揺動部３４に対して揺動せず、固定された状態である。この場合、刃先６１ａが太陽電池３の膜５に突き当てられると、刃先６１ａは脆性材料基板４の主面の形状に倣って変形する。そのため、刃先６１ａが膜５に片当たりすることを抑制できる。
【００８５】
このように、パターニングヘッド３０が、上述のホルダ揺動部３４およびパターニングツール６０のいずれか一方を有していれば、パターニングツール６０（１６０、２６０）の刃先６１ａ（２６１ａ）が、膜５に片当たりすることを抑制できる。
【符号の説明】
【００８６】
１ パターニング装置
３ 太陽電池
４ 脆性材料基板
５ 膜
６ 溝
１０ 保持ユニット
１１ｄ、３８ａ、５６ 回転軸
２０ パターニングユニット
３０ パターニングヘッド
３１ ホルダ
３４ ホルダ揺動部
３５ ホルダジョイント
３６ａ 揺動軸
５０ 昇降部
５１ シリンダ
５２ 伝達部
６０、１６０、２６０ パターニングツール
６１、２６１ 刃部
６１ａ、２６１ａ 刃先
６１ｂ 貫通孔
６２、１６２ 把持部
７０ 駆動
８０ 撮像部ユニット
９０ 制御ユニット
ｓ１ サイズ（第１サイズ）
ｓ２ サイズ（第２サイズ）
ｓ３ サイズ（第３サイズ）
ｓ４ サイズ（第４サイズ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターニング（溝加工等の太陽電池基板の表面に形成された膜の剥離または除去等）ヘッドおよび該パターニングヘッドを用いたパターニング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＩＧＳ（Copper Indium Gallium DiSelenide）系の太陽電池の表面に刃先を押し当てることによって、太陽電池の表面に形成された膜を剥離させ、溝加工を実行する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００９／１４５０５８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上述の太陽電池の製造工程では、種々の熱処理が施される。これにより、場合によっては、この熱の影響により太陽電池を構成する基板（ガラス基板）が反り、刃先の刃渡り方向と基板表面とが、略平行とならない。通常のパターニングにおいては、幅の狭いパターニングツールを使用して、幅の狭い溝を形成するため、基板の反りによる悪影響が小さいが、例えば、太陽電池基板の端部において、下部電極を露出させるために、下部電極上に形成されている膜を比較的幅広に除去する工程（ハツリ工程ともいう）においては、基板の反りによる悪影響が大きく、刃先が基板上に形成された膜に均等に接触せず、膜を良好な状態で剥離または除去することができないという問題が生ずる。
【０００５】
そこで、本発明では、基板上に形成された膜に対して、膜を良好な状態で剥離または除去することができるパターニングヘッドおよびパターニング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】
【０００６】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に対して相対的に移動させられることによって、前記基板の上に形成された膜を部分的に剥離または除去する加工に使用されるパターニングヘッドであって、パターニングツールと、前記パターニングツールを固定するホルダと、前記ホルダを前記基板に対して揺動させるホルダ揺動部とを備え、前記ホルダに固定された前記パターニングツールは、前記膜に突き当てられた状態で、前記基板に対して相対的に移動させられ、前記ホルダに固定されている場合、前記パターニングツールの刃先の刃渡り方向は、前記加工の方向に対して略垂直とされており、前記ホルダ揺動部は、前記膜に対して突き当てられた前記刃先の前記刃渡り方向が、前記膜の表面に対して略平行となるように、前記ホルダを回転させることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載のパターニングヘッドにおいて、前記ホルダは、前記ホルダ揺動部に設けられた回転軸を中心に揺動し、前記回転軸は、前記パターニングツールの延伸方向と略垂直な方向であり、かつ、前記刃渡り方向と略垂直な方向に延びることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のパターニングヘッドと、前記基板を保持する保持ユニットと、前記保持ユニットに対して前記ホルダを相対的に移動させることによって、前記パターニングツールを前記加工方向に沿って移動させる駆動部とを備え、前記パターニングヘッドは、前記ホルダを前記保持ユニットに近接する方向に移動させることによって、前記ホルダに固定された前記パターニングツールを前記膜に突き当てる昇降部、をさらに有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１ないし請求項３に記載の発明において、基板上の膜に対して突き当てられたパターニングツールの刃先の刃渡り方向が、膜の表面に対して略平行となるように、ホルダ揺動部は、ホルダを回転させる。これにより、基板の熱処理に起因して基板が反り、その結果、非接触時における刃先の刃渡り方向に対して基板の主面が傾斜する場合であっても、刃先が基板に片当たりすることを抑制できる。そのため、基板の上に形成された膜に対して適切な幅の溝が形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態におけるパターニング装置の全体構成の一例を示す正面図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるパターニング装置の全体構成の一例を示す側面図である。
【図３】太陽電池の構成の一例を示す正面図である。
【図４】パターニングヘッド付近の構成の一例を示す正面図である。
【図５】ホルダ揺動部付近の構成の一例を示す側面図である。
【図６】ホルダ揺動部付近の構成の一例を示す側面図である。
【図７】パターニングツールの構成の一例を示す正面図である。
【図８】パターニングツールと太陽電池との位置関係の一例を示す正面図である。
【図９】パターニングツールと太陽電池との位置関係の一例を示す正面図である。
【図１０】パターニングツールと太陽電池との位置関係の一例を示す正面図である。
【図１１】パターニングツールの構成の別の例を示す正面図である。
【図１２】パターニングツールの構成の別の例を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１２】
＜１．パターニング装置の構成＞
図１および図２は、それぞれパターニング装置１の全体構成の一例を示す正面図および側面図である。図３は、太陽電池３の構成の一例を示す正面図である。パターニング装置１は、太陽電池３のように脆性材料基板４上に膜５が形成されている場合において、工具により膜５を剥離させることによって、膜５に溝６を形成したり（図３参照）、特定の膜（例えば、金属裏面（下部）電極）を露出させたりする。
【００１３】
ここで、本実施の形態において、「脆性材料基板」とは、例えばガラス基板またはセラミックス基板等のように、脆性材料で形成された基板を言うものとする。
【００１４】
また、本実施の形態で加工対象とされる太陽電池３の膜５は、図３に示すように、脆性材料基板４の上に積層されている。また、図３に示すように、膜５は、主として、金属裏面（下部）電極Ｌ１と、ＣＩＧＳ（Cu、In、Ga、Se）光吸収層Ｌ２と、バッファ層Ｌ３と、透明電極窓層Ｌ４と、を有している。
【００１５】
さらに、溝６は、金属裏面電極Ｌ１、ＣＩＧＳ光吸収層Ｌ２、バッファ層Ｌ３、および透明電極窓層Ｌ４が、この順番に積層された後、ＣＩＧＳ光吸収層Ｌ２、バッファ層Ｌ３、および透明電極窓層Ｌ４が除去されることにより形成される。また、透明電極窓層Ｌ４が積層される前の段階で、ＣＩＧＳ光吸収層Ｌ２およびバッファ層Ｌ３を除去することにより、溝を形成する場合もある。そして、形成された溝６により金属裏面電極Ｌ１が露出する。
【００１６】
図１および図２に戻って、パターニング装置１は、主として、保持ユニット１０と、パターニングユニット２０と、撮像部ユニット８０と、制御ユニット９０と、を有している。なお、図１および以降の各図には、それらの方向関係を明確にすべく、必要に応じて適宜、Ｚ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系が付されている。
【００１７】
保持ユニット１０は、太陽電池３を構成する脆性材料基板４を保持するとともに、保持された脆性材料基板４をパターニングユニット２０に対して相対的に移動させる。図１に示すように、保持ユニット１０は、基部１０ａ上に設けられており、主として、テーブル１１と、ボールねじ機構１２と、モータ１３と、を有している。
【００１８】
ここで、基部１０ａは、例えば略直方体状の石定盤により形成されており、その上面（保持ユニット１０と対向する面）は、平坦加工されている。これにより、基部１０ａの熱膨張を低減でき、保持ユニット１０に保持された脆性材料基板４を良好に移動させることができる。
【００１９】
テーブル１１は、載置された脆性材料基板４を吸着保持する。また、テーブル１１は、保持された脆性材料基板４を、矢印ＡＲ１方向（Ｘ軸プラスまたはマイナス方向：以下、単に、「進退方向」とも呼ぶ）に進退させるとともに、矢印Ｒ１方向に回転させる。図１および図２に示すように、テーブル１１は、主として、吸着部１１ａと、回転台１１ｂと、移動台１１ｃと、を有している。
【００２０】
吸着部１１ａは、回転台１１ｂの上側に設けられている。図１および図２に示すように、吸着部１１ａの上面には、脆性材料基板４が載置可能とされている。また、吸着部１１ａの上面には、複数の吸着溝（図示省略）が格子状に配置されている。したがって、脆性材料基板４が載置された状態で、各吸着溝内の雰囲気が排気（吸引）されることによって、脆性材料基板４は、吸着部１１ａに対して吸着される。
【００２１】
回転台１１ｂは、吸着部１１ａの下側に設けられており、Ｚ軸と略平行な回転軸１１ｄを中心に吸着部１１ａを回転させる。また、移動台１１ｃは、回転台１１ｂの下側に設けられており、進退方向に沿って、吸着部１１ａおよび回転台１１ｂを移動させる。
【００２２】
したがって、テーブル１１に吸着保持された脆性材料基板４は、矢印ＡＲ１方向に進退させられるとともに、吸着部１１ａの進退動作にともなって移動する回転軸１１ｄを中心に回転させられる。
【００２３】
ボールねじ機構１２は、テーブル１１の下側に配置されており、テーブル１１を矢印ＡＲ１方向に進退させる。図１および図２に示すように、ボールねじ機構１２は、主として、送りネジ１２ａと、ナット１２ｂと、を有している。
【００２４】
送りネジ１２ａは、テーブル１１の進退方向に沿って延びる棒体である。送りネジ１２ａの外周面には、螺旋状の溝（図示省略）が設けられている。また、送りネジ１２ａの一端は支持部１４ａにより、送りネジ１２ａの他端は支持部１４ｂにより、それぞれ回転可能に支持されている。さらに、送りネジ１２ａは、モータ１３と連動連結されており、モータ１３が回転すると、その回転方向に送りネジ１２ａが回転する。
【００２５】
ナット１２ｂは、送りネジ１２ａの回転にしたがい、不図示のボールの転がり運動によって、矢印ＡＲ１方向に進退する。図１および図２に示すように、ナット１２ｂは、移動台１１ｃの下部に固定されている。
【００２６】
したがって、モータ１３が駆動させられ、モータ１３の回転力が送りネジ１２ａに伝達されると、ナット１２ｂは、矢印ＡＲ１方向に進退する。その結果、ナット１２ｂが固定されているテーブル１１は、ナット１２ｂと同様に矢印ＡＲ１方向に進退する。
【００２７】
一対のガイドレール１５、１６は、進行方向におけるテーブル１１の移動を規制する。図２に示すように、一対のガイドレール１５、１６は、基部１０ａ上において、矢印ＡＲ２方向に所定距離だけ隔てて固定されている。
【００２８】
複数（本実施の形態では２つ）の摺動部１７（１７ａ、１７ｂ）は、ガイドレール１５に沿って矢印ＡＲ１方向に摺動自在とされている。図１および図２に示すように、各摺動部１７（１７ａ、１７ｂ）は、移動台１１ｃの下部において、矢印ＡＲ１方向に所定距離だけ隔てて固定されている。
【００２９】
複数（本実施の形態では２つ：ただし、図示の都合上、摺動部１８ａのみ記載）の摺動部１８は、ガイドレール１６に沿って矢印ＡＲ１方向に摺動自在とされている。図１および図２に示すように、各摺動部１８は、摺動部１７（１７ａ、１７ｂ）と同様に、移動台１１ｃの下部において、矢印ＡＲ１方向に所定距離だけ隔てて固定されている。
【００３０】
このように、モータ１３の回転力がボールねじ機構１２に付与されると、テーブル１１は、一対のガイドレール１５、１６に沿って移動する。そのため、進退方向におけるテーブル１１の直進性を確保することができる。
【００３１】
パターニングユニット２０は、パターニングツール６０（図４参照）を用いることによって、脆性材料基板４上の膜５に溝６を形成する。図１および図２に示すように、パターニングユニット２０は、主として、パターニングヘッド３０と、駆動部７０と、を有している。
【００３２】
パターニングヘッド３０は、保持ユニット１０に保持された脆性材料基板４に対して相対的に移動させられることによって、脆性材料基板４の上に形成された膜５に溝６を形成する。なお、パターニングヘッド３０の詳細な構成については、後述する。
【００３３】
駆動部７０は、パターニングツール６０が取り付けられたホルダ３１（図４参照）を、保持ユニット１０に対して相対的に移動させることによって、パターニングツール６０を矢印ＡＲ２方向（Ｙ軸プラスまたはマイナス方向：以下、単に、「加工方向」とも呼ぶ）に沿って往復移動させる。図２に示すように、駆動部７０は、主として、支柱７１と、レール７２と、モータ７３と、を有している。
【００３４】
複数（本実施の形態では２本）の支柱７１（７１ａ、７１ｂ）は、基部１０ａから上下方向（Ｚ軸方向）に延びる。図２に示すように、各ガイドレール７２は、支柱７１ａ、７１ｂの間に挟まれた状態で、これら支柱７１ａ、７１ｂに対して固定される。
【００３５】
複数（本実施の形態では２本）のガイドレール７２は、加工方向におけるパターニングヘッド３０の移動を規制する。図２に示すように、複数のガイドレール７２は、上下方向に所定距離だけ隔てて固定されている。
【００３６】
モータ７３は、不図示の送り機構（例えば、ボールねじ機構）と連動連結されている。これにより、モータ７３が回転すると、パターニングヘッド３０は、複数のガイドレール７２に沿って矢印ＡＲ２方向に往復する。
【００３７】
撮像部ユニット８０は、保持ユニット１０に保持された脆性材料基板４を撮像する。図２に示すように、撮像部ユニット８０は、複数のカメラ８５（８５ａ、８５ｂ）を有している。
【００３８】
複数（本実施の形態では２台）のカメラ８５（８５ａ、８５ｂ）は、図１および図２に示すように、保持ユニット１０の上方に配置されている。各カメラ８５（８５ａ、８５ｂ）は、脆性材料基板４上に形成された特徴的な部分（例えば、アライメントマーク（図示省略））の画像を撮像する。そして、各カメラ８５（８５ａ、８５ｂ）により撮像された画像に基づいて、脆性材料基板４の位置および姿勢が求められる。
【００３９】
制御ユニット９０は、パターニング装置１の各要素の動作制御、およびデータ演算を実現する。図１および図２に示すように、制御ユニット９０は、主として、ＲＯＭ９１と、ＲＡＭ９２と、ＣＰＵ９３と、を有している。
【００４０】
ＲＯＭ（Read Only Memory）９１は、いわゆる不揮発性の記憶部であり、例えば、プログラム９１ａが格納されている。なお、ＲＯＭ９１としては、読み書き自在の不揮発性メモリであるフラッシュメモリが使用されてもよい。ＲＡＭ（Random Access Memory）９２は、揮発性の記憶部であり、例えば、ＣＰＵ９３の演算で使用されるデータが格納される。
【００４１】
ＣＰＵ（Central Processing Unit）９３は、ＲＯＭ９１のプログラム９１ａに従った制御（例えば、昇降部５０によるホルダ揺動部３４の昇降動作、および駆動部７０によるパターニングヘッド３０の往復動作等の制御）、および脆性材料基板４の位置演算等のデータ処理を実行する。
【００４２】
＜２．パターニングヘッドの構成＞
図４は、パターニングヘッド３０付近の構成の一例を示す正面図である。図５および図６のそれぞれは、ホルダ揺動部３４付近の構成の一例を示す側面図である。図７は、パターニングツール６０の構成を示す正面図である。図８から図１０のそれぞれは、パターニングツール６０と太陽電池３との位置関係の一例を示す正面図である。
【００４３】
パターニングヘッド３０は、脆性材料基板４に対して相対的に移動させられることによって、この脆性材料基板４の上に形成された膜５を部分的に剥離または除去し、裏面電極を露出させ、例えば、溝６（図３参照）を形成する。図４から図６に示すように、パターニングヘッド３０は、主として、ホルダ３１と、ホルダ揺動部３４と、昇降部５０と、パターニングツール６０と、を有している。
【００４４】
ホルダ３１は、図４および図７に示すように、パターニングツール６０の刃部６１ａが太陽電池３側となるように、パターニングツール６０を固定する。また、図５および図６に示すように、パターニングツール６０がホルダ３１に固定されている場合、パターニングツール６０の刃部６１ａの刃渡り方向（矢印ＡＲ３方向）は、溝６（図３参照）の加工方向（矢印ＡＲ２方向）（膜の剥離または除去方向）に対して略垂直とされている。
【００４５】
ここで、パターニングツール６０について説明する。パターニングツール６０は、膜５を部分的に剥離または除去し、例えば、溝６（図３参照）を形成する工具である。パターニングツール６０による膜の剥離または除去は、脆性材料基板４の上に形成された膜５にパターニングツール６０が突き当てられた状態で、脆性材料基板４に対してパターニングツール６０が相対的に移動させられることによって、実行される。図７に示すように、パターニングツール６０は、主として、刃部６１と、把持部６２と、を有している。
【００４６】
刃部６１は、図４から図７に示すように、平板状とされている。また、図７に示すように、刃部６１は、膜の剥離または除去方向、例えば、溝６の加工方向（矢印ＡＲ２方向）と略垂直な刃渡り方向（矢印ＡＲ３方向）に延びる刃先６１ａを有している。
【００４７】
ここで、図４から図７に示すように、刃部６１の表面に沿った方向であり、かつ、刃渡り方向（矢印ＡＲ３方向）と略垂直な方向を、長さ方向（矢印ＡＲ４方向）と定義する。この場合、図７に示すように、長さ方向における刃先６１ａのサイズＳ１（第１サイズ）が、長さ方向における刃部６１のサイズＳ２（第２サイズ）より小さくなるように、刃部６１に貫通孔６１ｂが形成されている。すなわち、長さ方向における刃先６１ａの幅は、非常に狭いものとなる。
【００４８】
これにより、図８および図９に示すように、刃先６１ａが脆性材料基板４上の膜５に突き当てられると、刃先６１ａは脆性材料基板４の主面の形状に倣って変形する。例えば、熱処理に起因して基板が反り（湾曲し）、非接触時における刃先６１ａの刃渡り方向（矢印ＡＲ３方向）に対して脆性材料基板４の主面が傾斜する場合であっても（図８参照）、脆性材料基板４の主面に沿って刃先６１ａを追従させることができる（図９参照）。そのため、刃先６１ａが脆性材料基板４上に形成された膜５に片当たりすることを抑制でき、膜５を適切な幅にわたって剥離または除去し、例えば、適切な幅の溝６を形成することができる。
【００４９】
このように、刃部６１の刃先６１ａが膜５に突き当てられた状態で、長さ方向に沿った荷重成分がパターニングツール６０に作用すると、刃先６１ａの刃渡り方向が膜５の表面に対して略平行となるように、刃先６１ａが変形する。
【００５０】
また、脆性材料基板４上から除去された膜５は、刃部６１に設けられた貫通孔６１ｂを介して、パターニングツール６０の加工方向と逆側（例えば、パターニングツール６０がＹ軸プラス方向に移動する場合、Ｙ軸マイナス方向側）に排出される。すなわち、除去された膜５が、刃先６１ａに付着することを抑制できる。そのため、パターニングツール６０の刃先６１ａが脆性材料基板４上の膜５に対して移動させられる場合であっても、良好な膜５の除去状態を維持することができる。
【００５１】
ここで、長さ方向における刃先６１ａのサイズＳ１としては、好ましくは０．３ｍｍ〜２ｍｍ（さらに好ましくは、０．５ｍｍ〜１ｍｍ）が好適である。また、長さ方向における刃部６１のサイズＳ２としては、好ましくは２ｍｍ〜２０ｍｍ（さらに好ましくは、３ｍｍ〜１０ｍｍ）が好適である。
【００５２】
把持部６２は、図７に示すように、平板状とされており、刃部６１から長さ方向（矢印ＡＲ４方向）に沿って延びる。そして、把持部６２の端部付近がホルダ３１に設けられた固定穴３１ａに挿入されることによって、パターニングツール６０は、ホルダ３１に固定される。
【００５３】
ここで、図７に示すように、刃渡り方向（矢印ＡＲ３方向）における刃先６１ａのサイズＳ３（第３サイズ）は、刃渡り方向における把持部６２のサイズＳ４（第４サイズ）より大きくなるように設定されている。そのため、１回の溝加工によって、把持部６２のサイズＳ４より大きな幅の溝６（図３参照）が、容易に形成できる。
【００５４】
また、刃渡り方向における刃先６１ａのサイズＳ３としては、好ましくは１ｍｍ〜１５ｍｍ（さらに好ましくは、２ｍｍ〜１０ｍｍ）が好適である。また、刃渡り方向における刃部６１のサイズＳ４としては、好ましくは０．５ｍｍ〜１２ｍｍ（さらに好ましくは、１ｍｍ〜８ｍｍ）が好適である。
【００５５】
ホルダ揺動部３４は、ホルダ３１を脆性材料基板４に対して揺動させることによって、刃先６１ａの刃渡り方向を調整する。図５および図６に示すように、ホルダ揺動部３４は、主として、ホルダジョイント３５と、ホルダ取付ブロック４０と、を有している。
【００５６】
ホルダジョイント３５は、図４に示すように、長さ方向（矢印ＡＲ４方向）と略平行な回転軸３８ａを中心に回転させられることによって、ホルダ取付ブロック４０に対して回動可能に支持される。図４から図６に示すように、ホルダジョイント３５は、主として、取付片３６と、旋回部３８と、を有している。
【００５７】
取付片３６は、ホルダジョイント３５の下部にホルダ３１を取り付けるための取付要素である。図４から図６に示すように、取付片３６は、ホルダジョイント３５の下端に設けられており、取付片３６の形状は、側面視略Ｌ字状とされている。
【００５８】
また、図４から図６に示すように、取付片３６は、揺動軸３６ａを有している。揺動軸３６ａは、パターニングツール６０の延伸方向（矢印ＡＲ４方向）と略垂直であり、かつ、刃先６１ａの刃渡り方向（矢印ＡＲ３方向）と略垂直な方向（矢印ＡＲ５方向：以下、単に、「軸心方向」とも呼ぶ）に延びる。そして、ホルダ３１は、取付片３６に設けられた揺動軸３６ａを中心に揺動する。
【００５９】
このように、膜５に対して突き当てられた刃先６１ａの刃渡り方向（矢印ＡＲ３方向）が、膜５の表面に対して略平行となるように、ホルダ揺動部３４は、ホルダ３１を矢印Ｒ２方向（図４参照）に回転させることができる。
【００６０】
これにより、図１０に示すように、脆性材料基板４の熱処理に起因して脆性材料基板４が反り、その結果、非接触時における刃先６１ａの刃渡り方向に対して脆性材料基板４の主面が傾斜する場合であっても、刃先６１ａが膜５に片当たりすることを抑制できる。そのため、脆性材料基板４の上に形成された膜５を適切な幅にわたって剥離または除去することができ、例えば、溝６が形成できる。
【００６１】
旋回部３８は、ホルダ取付ブロック４０に対して回転可能に支持されている。図４に示すように、旋回部３８は、ベアリング４６、４７の内径面と対向するように、挿入されている。
【００６２】
ホルダ取付ブロック４０は、上述のようにホルダジョイント３５を回動可能に支持する。図４に示すように、ホルダ取付ブロック４０は、ホルダジョイント３５の取付片３６の上方、およびホルダ３１の上方に設けられており、主として、ベアリング４６、４７と、固定部４９と、を有している。
【００６３】
ベアリング４６、４７は、取付ブロック本体４０ａ内に、かつ、上からこの順番に、配置されている。ベアリング４６、４７は、ホルダジョイント３５の旋回部３８を軸支する。
【００６４】
固定部４９は、ベアリング４６、４７により回動自在にされた旋回部３８を、ホルダ取付ブロック４０に対して固定する。ここで、固定部４９としては、例えば、ネジ等の締結部材が用いられても良い。これにより、回転軸３８ａ周りにおけるホルダジョイント３５の回動角が設定できる。そのため、ホルダ３１に固定されたパターニングツール６０の姿勢がＸＹ平面内で調整できる。
【００６５】
なお、本実施の形態では、２つのベアリング４６、４７を用いるものとして説明したが、ベアリングの個数はこれに限定されず、例えば、１つであっても良いし、３つ以上であっても良い。
【００６６】
昇降部５０は、ホルダ３１を保持ユニット１０と近接する方向に移動させることによって、ホルダ３１に固定されたパターニングツール６０を脆性材料基板４上の膜５に突き当てる。図４に示すように、昇降部５０は、主として、シリンダ５１と、伝達部５２と、を有している。
【００６７】
シリンダ５１は、ホルダ取付ブロック４０側に上下方向（Ｚ軸プラスまたはマイナス方向）に沿った駆動力を付与する駆動力供給源である。図４に示すように、シリンダ５１は、ホルダ取付ブロック４０の上方に配置されており、主として、本体部５１ａと、ロッド５１ｂと、を有している。
【００６８】
ロッド５１ｂは、本体部５１ａに対して進退可能とされている。図４に示すように、ロッド５１ｂの下端は、伝達部５２に連結されている。したがって、シリンダ５１が駆動し、ロッド５１ｂが本体部５１ａから進出することによって、伝達部５２は、ロッド５１ｂの下端により下方向に押し下げられる。
【００６９】
伝達部５２は、シリンダ５１およびホルダ取付ブロック４０の間に設けられており、シリンダ５１からの駆動力をホルダ取付ブロック４０に伝達する。
【００７０】
ガイド機構５３は、図４に示すように、主として、ガイドレール５３ａと、ガイドレール５３ａに沿って上下方向に摺動自在とされたガイドブロック５３ｂと、を有している。また、取付プレート５４は、ガイド機構５３およびホルダ取付ブロック４０の間に挟まれた板材である。ホルダ取付ブロック４０は、取付プレート５４を介してガイドブロック５３ｂに固定されている。これにより、ホルダ取付ブロック４０に上下方向に沿った駆動力が付与されると、ガイド機構５３は、ガイドブロック５３ｂの昇降方向に沿ってホルダ取付ブロック４０をガイドする。
【００７１】
回転軸５６は、図４から図６に示すように、パターニングツール６０の延伸方向（矢印ＡＲ４方向）と略垂直であり、かつ、取付片３６に設けられた揺動軸３６ａと略垂直な方向に延びる。これにより、回転軸５６周りにおけるホルダ取付ブロック４０の回転角が設定できる。そのため、ホルダ３１に固定されたパターニングツール６０の姿勢がＹＺ平面内で調整できる。
【００７２】
＜３．本実施の形態のパターニングツールおよびパターニングヘッドの利点＞
以上のように、本実施の形態のパターニングツール６０、およびこのパターニングツール６０を含むパターニングヘッド３０において、刃部６１には、貫通孔６１ｂが設けられている（図７参照）。そして、この貫通孔６１ｂの存在によって、長さ方向（矢印ＡＲ４方向）における刃先６１ａのサイズＳ１は、長さ方向における刃部６１のサイズＳ２より小さくなる。
【００７３】
これにより、刃先６１ａが太陽電池３の膜５に突き当てられると、刃先６１ａは脆性材料基板４の主面の形状に倣って変形する。そのため、刃先６１ａが脆性材料基板４上に形成された膜５に片当たりすることを抑制でき、膜５を適切な幅にわたって剥離または除去することができ、例えば、溝６を形成することができる。
【００７４】
また、脆性材料基板４上から除去された膜５は、刃部６１に設けられた貫通孔６１ｂを介して、パターニングツール６０の加工方向と逆側に排出される。そのため、パターニングツール６０の刃先６１ａが脆性材料基板４の膜５に対して移動させられる場合であっても、良好な膜５の除去状態を維持することができる。
【００７５】
また、本実施の形態において、脆性材料基板４上の膜５に対して突き当てられた刃部６１の刃渡り方向（矢印ＡＲ３方向）が、基板の表面に対して略平行となるように、パターニングヘッド３０のホルダ揺動部３４は、ホルダ３１を回転させることができる。これにより、刃先６１ａが膜５に片当たりすることを抑制できる。そのため、脆性材料基板４の上に形成された膜５を適切な幅にわたって剥離または除去することができ、溝６が形成できる。
【００７６】
＜４．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。
【００７７】
（１）本実施の形態において、パターニング装置１は、太陽電池３の膜５を剥離または除去（例えば、溝加工）の対象としているが、剥離または除去（例えば、溝加工）の対象はこれに限定されるものでない。加工対象としては、土台となる基部（脆性材料基板に限定されない）の上に罫書き可能な膜が形成されているものであれば十分である。
【００７８】
（２）また、本実施の形態では、パターニングヘッド３０が、駆動部７０により保持ユニット１０に対して加工方向（矢印ＡＲ２方向）に移動させられるものとして説明したが、これに限定されるものでない。例えば、パターニングヘッド３０が固定され、保持ユニット１０が加工方向に移動させられても良い。さらに、保持ユニット１０およびパターニングヘッド３０の両者が加工方向に移動させられても良い。すなわち、保持ユニット１０およびパターニングヘッド３０の少なくとも一方が他方に対して相対的に移動させられれば十分である。
【００７９】
（３）また、本実施の形態において、パターニングツール６０の刃部６１には、図７に示すように、刃先６１ａのサイズＳ１が、刃部６１のサイズＳ２より小さくなるように、貫通孔６１ｂが形成されているが、パターニングツール６０の構成はこれに限定されるものでない。
【００８０】
図１１は、パターニングツール１６０の構成を示す正面図である。例えば、図１１のパターニングツール１６０のように、刃渡り方向における刃部６１および把持部１６２のサイズが略同一となるように設定されてもよい。
【００８１】
この場合も、刃先６１ａが脆性材料基板４上の膜５に突き当てられると、刃先６１ａは脆性材料基板４の主面の形状に倣って変形する。また、脆性材料基板４上から除去された膜５は、刃部６１に設けられた貫通孔６１ｂを介して、パターニングツール６０の加工方向と逆側に排出される。
【００８２】
（４）また、本実施の形態において、パターニングヘッド３０は、軸心方向（矢印ＡＲ５方向：図４から図６参照）に延びる揺動軸３６ａ周りにホルダ３１を揺動させるホルダ揺動部３４と、貫通孔６１ｂを有するパターニングツール６０と、を有するものとして説明したが、パターニングヘッド３０の構成としては、これに限定されるものでない。
【００８３】
図１２は、パターニングツール２６０の構成を示す正面図である。例えば、図１２のパターニングツール２６０のように、貫通孔を有しない刃部２６１が用いられてもよい。この場合、刃先２６１ａが、膜５に対して突き当てられると、ホルダ揺動部３４は、膜５の表面に対して略平行となるように、ホルダ３１を矢印Ｒ２方向（図４参照）に回転させることができる。そのため、刃先２６１ａが膜５に片当たりすることを抑制できる。
【００８４】
また、揺動軸３６ａを有していないホルダ揺動部３４が用いられ、パターニングツール６０がホルダ３１に対して固定されても良い。すなわち、ホルダ３１は、ホルダ揺動部３４に対して揺動せず、固定された状態である。この場合、刃先６１ａが太陽電池３の膜５に突き当てられると、刃先６１ａは脆性材料基板４の主面の形状に倣って変形する。そのため、刃先６１ａが膜５に片当たりすることを抑制できる。
【００８５】
このように、パターニングヘッド３０が、上述のホルダ揺動部３４およびパターニングツール６０のいずれか一方を有していれば、パターニングツール６０（１６０、２６０）の刃先６１ａ（２６１ａ）が、膜５に片当たりすることを抑制できる。
【符号の説明】
【００８６】
１ パターニング装置
３ 太陽電池
４ 脆性材料基板
５ 膜
６ 溝
１０ 保持ユニット
１１ｄ、３８ａ、５６ 回転軸
２０ パターニングユニット
３０ パターニングヘッド
３１ ホルダ
３４ ホルダ揺動部
３５ ホルダジョイント
３６ａ 揺動軸
５０ 昇降部
５１ シリンダ
５２ 伝達部
６０、１６０、２６０ パターニングツール
６１、２６１ 刃部
６１ａ、２６１ａ 刃先
６１ｂ 貫通孔
６２、１６２ 把持部
７０ 駆動
８０ 撮像部ユニット
９０ 制御ユニット
ｓ１ サイズ（第１サイズ）
ｓ２ サイズ（第２サイズ）
ｓ３ サイズ（第３サイズ）
ｓ４ サイズ（第４サイズ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対して相対的に移動させられることによって、前記基板の上に形成された膜を部分的に剥離または除去する加工に使用されるパターニングヘッドであって、
(a) パターニングツールと、
(b) 前記パターニングツールを固定するホルダと、
(c) 前記ホルダを前記基板に対して揺動させるホルダ揺動部と、
を備え、
前記ホルダに固定された前記パターニングツールは、前記膜に突き当てられた状態で、前記基板に対して相対的に移動させられ、
前記ホルダに固定されている場合、前記パターニングツールの刃先の刃渡り方向は、前記加工の方向に対して略垂直とされており、
前記ホルダ揺動部は、前記膜に対して突き当てられた前記刃先の前記刃渡り方向が、前記膜の表面に対して略平行となるように、前記ホルダを回転させることを特徴とするパターニングヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載のパターニングヘッドにおいて、
前記ホルダは、前記ホルダ揺動部に設けられた回転軸を中心に揺動し、
前記回転軸は、前記パターニングツールの延伸方向と略垂直な方向であり、かつ、前記刃渡り方向と略垂直な方向に延びることを特徴とするパターニングヘッド。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のパターニングヘッドと、
前記基板を保持する保持ユニットと、
前記保持ユニットに対して前記ホルダを相対的に移動させることによって、前記パターニングツールを前記加工の方向に沿って移動させる駆動部と、
を備え、
前記パターニングヘッドは、
(d) 前記ホルダを前記保持ユニットに近接する方向に移動させることによって、前記ホルダに固定された前記パターニングツールを前記膜に突き当てる昇降部、
をさらに有することを特徴とするパターニング装置。
【請求項１】
基板に対して相対的に移動させられることによって、前記基板の上に形成された膜を部分的に剥離または除去する加工に使用されるパターニングヘッドであって、
(a) パターニングツールと、
(b) 前記パターニングツールを固定するホルダと、
(c) 前記ホルダを前記基板に対して揺動させるホルダ揺動部と、
を備え、
前記ホルダに固定された前記パターニングツールは、前記膜に突き当てられた状態で、前記基板に対して相対的に移動させられ、
前記ホルダに固定されている場合、前記パターニングツールの刃先の刃渡り方向は、前記加工の方向に対して略垂直とされており、
前記ホルダ揺動部は、前記膜に対して突き当てられた前記刃先の前記刃渡り方向が、前記膜の表面に対して略平行となるように、前記ホルダを回転させることを特徴とするパターニングヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載のパターニングヘッドにおいて、
前記ホルダは、前記ホルダ揺動部に設けられた回転軸を中心に揺動し、
前記回転軸は、前記パターニングツールの延伸方向と略垂直な方向であり、かつ、前記刃渡り方向と略垂直な方向に延びることを特徴とするパターニングヘッド。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のパターニングヘッドと、
前記基板を保持する保持ユニットと、
前記保持ユニットに対して前記ホルダを相対的に移動させることによって、前記パターニングツールを前記加工の方向に沿って移動させる駆動部と、
を備え、
前記パターニングヘッドは、
(d) 前記ホルダを前記保持ユニットに近接する方向に移動させることによって、前記ホルダに固定された前記パターニングツールを前記膜に突き当てる昇降部、
をさらに有することを特徴とするパターニング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１７６５２１（Ｐ２０１２−１７６５２１Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４００４２（Ｐ２０１１−４００４２）
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（３９００００６０８）三星ダイヤモンド工業株式会社 (383)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（３９００００６０８）三星ダイヤモンド工業株式会社 (383)
【Ｆターム（参考）】
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