溝加工ツールおよびこれを用いた薄膜太陽電池のスクライブ装置
【課題】 集積型薄膜太陽電池を歩留まりよく製造することのできる溝加工ツールおよびスクライブ装置を提供する。
【解決手段】 棒状のボディ８１と、ボディ８１の先端に形成された直方体状の刃先領域８２からなり、刃先領域８２は、一対の短辺と一対の長辺とで囲まれる長方形の底面８３と、底面８３の２つの短辺側でそれぞれ底面８３に対し直交する前面８４および後面８５と、底面８３の２つの長辺側でそれぞれ底面８３に対し直交する右側面８９および左側面８８からなる５つの平面で形成され、前面８４と右側面８９との角部９４、および、前面８４と左側面８８との角部９３に縦方向の刃先が形成され、前面８４と底面８３との角部に横方向の刃先が形成され、底面８３と前面８４との角部に傾斜面９０が形成されるようにする。
【解決手段】 棒状のボディ８１と、ボディ８１の先端に形成された直方体状の刃先領域８２からなり、刃先領域８２は、一対の短辺と一対の長辺とで囲まれる長方形の底面８３と、底面８３の２つの短辺側でそれぞれ底面８３に対し直交する前面８４および後面８５と、底面８３の２つの長辺側でそれぞれ底面８３に対し直交する右側面８９および左側面８８からなる５つの平面で形成され、前面８４と右側面８９との角部９４、および、前面８４と左側面８８との角部９３に縦方向の刃先が形成され、前面８４と底面８３との角部に横方向の刃先が形成され、底面８３と前面８４との角部に傾斜面９０が形成されるようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カルコパイライト化合物系集積型薄膜太陽電池等の集積型薄膜太陽電池を製造する際の溝加工ツール、および、溝加工ツールを用いたスクライブ装置に関する。
ここで、カルコパイライト化合物とは、ＣＩＧＳ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２）の他に、ＣＩＧＳＳ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２）、ＣＩＳ（ＣｕＩｎＳ２）等が含まれる。
【背景技術】
【０００２】
カルコパイライト化合物半導体を光吸収層として用いる薄膜太陽電池においては、基板上に複数のユニットセルを直列接続した集積型構造が一般的である。
【０００３】
従来のカルコパイライト化合物系集積型薄膜太陽電池の製造方法について説明する。図６は、ＣＩＧＳ薄膜太陽電池の製造工程を示す模式図である。まず、図６（ａ）に示すように、ソーダライムガラス（ＳＬＧ）等からなる絶縁基板１上に、プラス側の下部電極となるＭｏ電極層２をスパッタリング法によって形成した後、光吸収層形成前の薄膜太陽電池基板に対してスクライブ加工により下部電極分離用の溝Ｓを形成する。
【０００４】
その後、図６（ｂ）に示すように、Ｍｏ電極層２上に、化合物半導体（ＣＩＧＳ）薄膜からなる光吸収層３を蒸着法、スパッタリング法等によって形成し、その上に、ヘテロ接合のためのＺｎＳ薄膜等からなるバッファ層４をＣＢＤ法（ケミカルバスデポジション法）により形成し、その上に、ＺｎＯ薄膜からなる絶縁層５を形成する。そして、透明電極層形成前の薄膜太陽電池基板に対して、下部電極分離用の溝Ｓから横方向に所定距離はなれた位置に、スクライブ加工によりＭｏ電極層２にまで到達する電極間コンタクト用の溝Ｍ１を形成する。
【０００５】
続いて、図６（ｃ）に示すように、絶縁層５の上からＺｎＯ：Ａｌ薄膜からなる上部電極としての透明電極層６を形成し、光電変換を利用した発電に必要な各機能層を備えた太陽電池基板とし、スクライブ加工により下部のＭｏ電極層２にまで到達する電極分離用の溝Ｍ２を形成する。
【０００６】
上述した集積型薄膜太陽電池を製造する工程において、電極分離用の溝Ｍ１およびＭ２をスクライブにより溝加工する技術として、レーザスクライブ法とメカニカルスクライブ法が用いられてきた。
【０００７】
レーザスクライブ法は、例えば特許文献１で開示されているように、アークランプ等の連続放電ランプによってＮｄ：ＹＡＧ結晶を励起して発信したレーザ光を照射することにより電極分離用の溝を形成する。この方法は、光吸収層形成後の薄膜太陽電池基板に対して溝を形成する場合、スクライブ時にレーザ光の熱によって光吸収層３の光電変換特性が劣化するおそれがあった。
【０００８】
メカニカルスクライブ法は、例えば特許文献２および３で開示されているように、先端が先細り状となった金属針（ニードル）等の溝加工ツールの刃先を、所定の圧力をかけて基板に押しつけながら移動させることによって、電極分離用の溝を加工する技術である。現在ではこのメカニカルスクライブ法が多く行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−３１２８１５号公報
【特許文献２】特開２００２−０９４０８９号公報
【特許文献３】特開２００４−１１５３５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献２および３に開示されているようなメカニカルスクライブ法では、溝加工ツールの刃先の形状を先細りの針状にしてあるが、厳密には、薄膜太陽電池に圧接される部分は接触面積を広くするために平らとなるように先端が略水平にカットされている。すなわち、図７に示すように、先端部分が円錐台形状にしてある。このような形状の溝加工ツール８’を、薄膜太陽電池基板の溝を形成すべき薄膜（上下両電極や光吸収層等の各種機能層）に押しつけながら、スクライブ予定ラインに沿ってＹ方向へ相対的に移動させることで、溝加工を行うようにしている。
先端部分が円錐台形状の溝加工ツールを用いることにより、薄膜との接触面積が大きくなるので比較的安定して溝加工を行うことができる。その一方で、大きな接触面による摩擦抵抗等によって薄膜が不規則に大きく剥がれてしまい、不必要な部分まで除去してしまうことがあり、太陽電池の特性および歩留まりが低下するといった問題点があった。
【００１１】
特に、スクライブラインの線幅を一定に維持して製品としての設計上予定された品質（光電変換効率等）の実現および品質の均一性（再現性）をよくするためには、薄膜の剥離度合いを一定にする必要がある。そのため、薄膜の性状等に合わせて刃先を押しつける負荷を加減することで剥離度合いをある程度調整することができるが、薄膜表面に対する押圧力が一律に増減するため、微調整することは非常に困難であった。
【００１２】
また、上述した溝加工ツールの刃先は、先細りのテーパ面を有する円錐台形状である。したがって、刃先が摩耗したり、また、刃こぼれしたりした場合に刃先を研磨すると、刃先の径が大きくなり、その結果、スクライブされる溝幅が研磨前よりも広くなってしまうことになる。そのため、同じ刃先を、長期間使用し続けることや、研磨して繰り返し使用することができず、不経済であるといった問題点もあった。
【００１３】
そこで、本発明は、カルコパイライト化合物系集積型薄膜太陽電池基板（例えば、透明電極形成前の前駆体）やその他の集積型薄膜太陽電池における電極分離用の溝や上下電極間に形成された光吸収層等の各種機能層に上下電極コンタクト用の溝を加工する際に、一定の溝幅で歩留まりよく、また、光電変換効率等の製品としての品質の均一性をよく加工することのできる溝加工ツール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】
上記課題を解決するためになされた本発明は、以下に示す溝加工ツールの発明と溝加工方法の発明を前提としてなされたものである。
まず、前提発明となる集積型薄膜太陽電池用の溝加工ツールの発明は、棒状のボディと、ボディの先端に形成された刃先領域とからなり、刃先領域は細長く延びる長方形の底面と、底面の短手方向の端辺から立ち上がる前面並びに後面と、底面の長手方向の端辺から直角に立ち上がって互いに平行な一対の面をなす左、右側面とからなり、少なくとも前後面のいずれか片面と底面とによって形成される角部が刃先となるようにしてある。
そして、前提発明となる集積型薄膜太陽電池の溝加工方法は、集積型薄膜太陽電池基板のスクライブ予定ラインに沿って、溝加工ツールの刃先で押圧しながら、前記太陽電池基板と前記溝加工ツールを相対的に移動させて前記太陽電池上（例えば、少なくとも光吸収層を含む各種の機能層、特に透明電極層形成前の前駆体の少なくとも光吸収層を含む各機能層）にスクライブラインを形成する集積型薄膜太陽電池の溝加工方法であって、前記溝加工ツールが、棒状のボディと、ボディの先端部に形成された刃先領域とからなり、刃先領域は細長く延びる長方形の底面と、底面の短手方向の端辺から立ち上がる前面並びに後面と、底面の長手方向の端辺から直角に立ち上がって互いに平行な一対の面をなす左、右側面とからなり、前後面のいずれか片面と底面とによって形成される角部が刃先をなし、長方形をなす底面の長軸方向が前記移動方向に沿って配置され、刃先領域の前面若しくは後面が太陽電池の被加工面との間になす角度が５０〜８０度、特には６５度〜７５度の範囲内で進行方向側に傾斜させて溝加工を行うようにしている。
そして、上記課題を解決するためになされた本発明の溝加工ツールは、棒状のボディと、ボディの先端に形成された直方体状の刃先領域からなり、前記刃先領域は、一対の短辺と一対の長辺とで囲まれる長方形の底面、底面の２つの短辺側でそれぞれ底面に対し直交する前面および後面、底面の２つの長辺側でそれぞれ底面に対し直交する右側面および左側面からなる５つの平面で形成され、前面と右側面との角部、および、前面と左側面との角部に縦方向の刃先が形成され、前面と底面との角部に横方向の刃先が形成され、底面と前面との角部に傾斜面が形成されるようにしてある。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の溝加工ツールによれば、集積型薄膜太陽電池における電極分離用の溝や上下電極間に形成された光吸収層等の各種機能層に上下電極コンタクト用の溝を加工する際に、一定の溝幅で加工することができ、歩留まりが向上する。刃先が摩耗した場合には、底面並びに必要に応じて前後面を研磨することによって刃先を補修することができる。特に、底面を研磨しても刃先部分の左右側面を平行面にしてあるので、刃の左右幅の寸法に変化が生じることがない。これにより、研磨後であってもスクライブされる溝幅を研磨前と同じに維持することができる。
特に、新品のときから溝加工ツールの底面と前面との角部に傾斜面が形成されるようにすることで、初めて使用するときから傾斜面を被加工面に圧接した状態でスクライブが行われる。傾斜面が形成されている溝加工ツールは、底面と前面との角部が摩耗した状態と類似した形状になっている。したがって、新品のときから、あたかも摩耗した後の溝加工ツールの状態でスクライブすることができる。具体的には、刃先が鋭利すぎると被加工面に対し局所的に圧力がかかってしまい、Ｍｏ膜を損傷させる原因となるおそれがあるが、傾斜面により圧力が局所に集中することを避けることができる。
また、溝加工ツールの刃先を、前後の角部に２カ所形成した場合には、一方が摩耗または破損すればツールの取り付け方向を変えることにより他方の刃先を新品として使用できる。
【００１６】
本発明の集積型薄膜太陽電池製造方法にあっては、パターニングを行う際に、底面と、前面または後面との角部が刃先として形成されている形状の溝加工ツールを使用するので、溝加工ツールの前面または後面を基板に対して進行方向側に傾斜させることにより、角部の刃先が点接触に近い線接触で基板に接触して薄膜の剥離をスムーズに行うことができる。特に、溝加工ツールの刃先部分の前面若しくは後面と基板上面に対する角度が５０〜８０度、特には６５度〜７５度の範囲内で進行方向側に傾斜させることにより、除去した膜屑に乗り上げてバウンドすることによるスクライブラインの断絶（傾斜角度が上記設定値より低い場合）や、押圧荷重が高くなることによる不規則な薄膜の剥離の発生（傾斜角度が上記設定値より高い場合）を無くして、直線状できれいなスクライブラインを形成することができる。
【００１７】
溝加工ツールは、底面と前後面とによって形成される刃先の角度が直角であるようにするのが好ましい。刃先が摩耗し研磨を行う際に、ボディの軸方向に対し直角に研磨すれば底面と前後面とが直角にすることができるので、研磨作業が容易になる。
【００１８】
溝加工ツールが、超硬合金、または、ダイヤモンドで形成されているのが好ましい。
これにより、ツールの寿命が長く、変形も少ないことから、長期間にわたって精度よくスクライブ加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明にかかる集積型薄膜太陽電池のスクライブ装置の一実施形態を示す斜視図。
【図２】本発明にかかる溝加工ツールの斜視図。
【図３】上記溝加工ツールの底面拡大図。
【図４】本発明にかかる溝加工ツールの取り付け傾斜角度と、それに対応する太陽電池基板のスクライブラインの加工状態を示す模式図。
【図５】従来の加工ツールと本発明にかかる溝加工ツールとによる加工状態の比較例を示す図。
【図６】一般的なＣＩＧＳ系の薄膜太陽電池の製造工程を示す模式図。
【図７】従来の溝加工ツールの一例を示す斜視図。
【図８】本発明にかかる溝加工ツールの他の一実施形態を示す斜視図。
【図９】図８の溝加工ツールの底面を拡大した斜視図。
【図１０】図８の溝加工ツールの底面の拡大図。
【図１１】スクライブ時の刃先部分の状態を示す図。
【図１２】本発明の他の一実施形態の溝加工ツールを示す斜視図。
【図１３】図１２の溝加工ツールの底面を拡大した斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（実施形態１）
以下において、本発明の詳細を、その実施の形態を示す図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明にかかる溝加工ツールを用いた集積型薄膜太陽電池用スクライブ装置ＳＣの実施形態を示す斜視図である。スクライブ装置ＳＣは、水平方向（Ｙ方向）に移動可能で、かつ、水平面内で９０度および角度θ回転可能なテーブル１８を備えており、テーブル１８は実質的に太陽電池基板Ｗの保持手段を形成する。
【００２１】
テーブル１８を挟んで設けてある両側の支持柱２０，２０と、Ｘ方向に延びるガイドバー２１とで構成されるブリッジ１９は、テーブル１８上を跨ぐように設けてある。ホルダ支持体２３は、ガイドバー２１に形成したガイド２２に沿って移動可能に取り付けられ、モータ２４の回転によりＸ方向に移動する。
【００２２】
ホルダ支持体２３には、スクライブヘッド７が設けられており、スクライブヘッド７の下部には、テーブル１８上に載置される太陽電池基板Ｗの薄膜表面をスクライブ加工する溝加工ツール８を保持するホルダ９が設けられている。ホルダ９はスクライブヘッド７への取り付け角度を調整することができるようにしてあり、この取り付け角度を調整することで、溝加工ツール８と太陽電池基板Ｗとの角度を調整できるようにしてある。
【００２３】
また、Ｘ方向およびＹ方向に移動することが可能な台座１２，１３にカメラ１０，１１がそれぞれ設けられている。台座１２，１３は支持台１４上でＸ方向に延設されたガイド１５に沿って移動する。カメラ１０，１１は、手動操作で上下動することができ、撮像の焦点を調整することができる。カメラ１０，１１で撮影された画像はモニタ１６，１７に表示される。
【００２４】
テーブル１８上に載置された太陽電池基板Ｗの表面には、位置を特定するためのアライメントマークが設けられており、カメラ１０，１１によりアライメントマークを撮像することにより、太陽電池基板Ｗの位置を調整する。具体的には、テーブル１８に支持された太陽電池基板Ｗ表面のアライメントマークを、カメラ１０，１１により撮像してアライメントマークの位置を特定する。特定されたアライメントマークの位置に基づいて、太陽電池基板Ｗ表面の載置時の方向ズレを検出し、テーブル１８を所定角度回転させることでズレを修正する。
【００２５】
そして、テーブル１８をＹ方向に所定ピッチで移動するごとに、スクライブヘッド７を下降させて溝加工ツール８の刃先を太陽電池基板Ｗの表面に押しつけた状態でＸ方向に移動させ、太陽電池基板Ｗの表面をＸ方向に沿ってスクライブ加工する。太陽電池基板Ｗの表面をＹ方向に沿ってスクライブ加工する場合は、テーブル１８を９０度回転させて、上記と同様の動作を行う。
【００２６】
図２並びに図３は、本発明の前提となる発明の溝加工ツール８を示す。図２は下方から見た斜視図であり、図３は溝加工ツール８の底面を拡大した図である。この溝加工ツール８は実質的にスクライブヘッド７への取付部となる円柱状のボディ８１と、その先端部に放電加工等により一体的に形成された刃先領域８２とからなり、超硬合金またはダイヤモンド等の硬質材料で造られている。刃先領域８２は、長方形の底面８３と、底面８３の短手方向の端辺から直角に立ち上がった前面８４並びに後面８５と、底面８３の長手方向の端辺から直角に立ち上がって互いに並行をなす左、右側面８８，８９とからなる。底面８３と前後面８４，８５とによって形成される角部がそれぞれ刃先８６，８７となる。
【００２７】
底面８３の左右幅Ｌ１は５０〜６０μｍが好ましいが、要求されるスクライブの溝幅に合わせて２５〜８０μｍとすることができる。また、刃先領域８２の有効高さ、すなわち刃先領域の左右側面８８，８９並びに前後面８４，８５の高さＬ２は０．５ｍｍ程度が好ましい。さらに、円柱状のボディ８１の直径は２〜３ｍｍ程度がよい。なお、溝加工ツール８のボディ８１は円柱状に限らず、断面四角形や多角形で形成することも可能である。
【００２８】
上述した溝加工ツール８を用いて加工を行う場合は、刃先領域８２の底面８３の長軸方向をツールの移動方向に沿った状態で、かつ、太陽電池基板Ｗに対して刃先部分８２の前面８４または後面８５を所定角度だけ傾斜させた状態でスクライブヘッド７に取り付ける。この場合の傾斜角度は５０〜８０度、特には６５度〜７５度の範囲が好ましい。
【００２９】
図４は溝加工ツール８を用いて太陽電池基板Ｗに溝加工を行うときの溝加工ツール８の取り付け角度と太陽電池基板Ｗの加工状態との関係について、実験によって得た結果を示す模式図である。
図４（ａ）は、溝加工ツール８を５０〜８０度、特には６５度〜７５度の好ましい傾斜角度で取り付けてスクライブさせた場合の結果を示す。太陽電池基板Ｗに形成される溝Ｍは余分な部分が剥離されることなく、スクライブラインに沿って直線状にきれいに形成することができた。
図４（ｂ）は、溝加工ツール８を５０度未満の傾斜角度で取り付けてスクライブさせた場合の結果を示す。溝加工ツール８の刃先は、除去した膜屑に乗り上げてバウンドすることにより加工される溝Ｍに断絶の発生が見られた。
図４（ｃ）は、溝加工ツール８を、８０度を超える傾斜角度で取り付けてスクライブさせた場合の結果を示す。溝加工ツール８の押圧荷重が高くなることによって加工された溝Ｍに不規則な薄膜の剥離が発生した。
【００３０】
本発明（前提発明）によれば、溝加工ツール８の前面８４または後面８５を太陽電池基板Ｗに対して進行方向側に傾斜させることにより、前面または後面と、底面とによって形成される角部、すなわち刃先８６または刃先８７が点接触に近い線接触で太陽電池基板Ｗに接触して薄膜の剥離をスムーズに行うことができる。特に、溝加工ツール８の刃先領域の前面８４若しくは後面８５と基板Ｗの上面に対する角度が、５０〜８０度、特には６５度〜７５度の範囲内で進行方向側に傾斜させることにより、除去した膜屑に乗り上げてバウンドすることによるスクライブラインの断絶や、押圧荷重が高くなることによる不規則な薄膜の剥離の発生を無くして、直線状できれいなスクライブラインを形成することが可能となった。
【００３１】
また、溝加工ツール８の刃先８６，８７は、前後の角部に２カ所形成されているので、一方が摩耗または破損すれば、溝加工ツール８の取り付け方向を変えることにより他方の刃先を新品として使用できる。しかも、いずれの刃先も摩耗した場合には、底面８３並びに必要に応じて前後面８４，８５を研磨することによって刃先を補修することができる。
【００３２】
図５は従来からの加工ツールにより形成されたスクライブラインと、本発明の溝加工ツールにより形成されたスクライブラインとを比較した画像データである。本発明の溝加工ツールを用いて６５〜７５度の範囲の傾斜角でスクライブした場合には、従来例に比べて、明らかに一定の幅できれいなスクライブラインを形成することができた。
【００３３】
なお、上記実施例では、スクライブヘッド７をＸ方向に移動させることでスクライブ加工を実行したが、スクライブヘッド７と、太陽電池基板Ｗとが相対的に移動できれば足りることから、太陽電池基板Ｗが固定された状態でスクライブヘッド７をＸ方向およびＹ方向に移動させてもよいし、スクライブヘッド７を移動させることなく、太陽電池基板ＷのみをＸ方向およびＹ方向に移動させてもよい。
【００３４】
以上、本発明（前提発明）の代表的な実施例について説明したが、本発明は必ずしも上記の実施例の構造のみに特定されるものではなく、変形実施されてもよい。例えば、底面と前後面とによって形成される刃先の角度は上記実施例で述べたように略直角が好ましいが、多少鈍角に形成しても差し支えがない。
【００３５】
（実施形態２）
次に、実施形態１の溝加工ツールを変形した実施形態について説明する。図２，図３で説明した溝加工ツール８では、図４で説明したように、溝加工ツール８の前面８４と被加工面とのなす角度（スクライブ角度という）が適切な角度範囲内になるように傾斜させてスクライブすることにより、連続した一定幅の溝が形成できる。
【００３６】
しかしながら、例えば、溝加工ツール８が新品の場合には、適切なスクライブ角度に設定して使用する場合であっても、溝に隣接する薄膜が剥離してしまい、溝の幅が広い部分が生じる場合があった。さらに、Ｍｏ膜に比較的傷がつきやすい傾向もあった。新品でない場合においても、まれに同様の不具合が生じることがあった。
【００３７】
そこで、溝加工ツール８をさらに改良し、溝に隣接する薄膜の剥離を抑制して、一定の幅の溝を安定して形成することができ、しかも溝加工される薄膜の下の層の膜に傷がつきにくい構造の溝加工ツールを作成するようにした。
【００３８】
すなわち、第二の実施形態にかかる溝加工ツールは、棒状のボディと、ボディの先端に形成された直方体状の刃先領域からなり、刃先領域は、一対の短辺と一対の長辺とで囲まれる長方形の底面、底面の２つの短辺側でそれぞれ底面に対し直交する前面および後面、底面の２つの長辺側でそれぞれ底面に対し直交する右側面および左側面からなる５つの平面で形成され、前面と右側面との角部、および、前面と左側面との角部に縦方向の刃先が形成され、前面と底面との角部に横方向の刃先が形成され、底面と右側面との角部、および、底面と左側面との角部は面取りが行われるようにしている。
そして本発明の溝加工ツールによれば、溝加工ツールを進行方向側に傾斜させることで前面と底面との角部の刃先を被加工面に当接し、圧接状態でスクライブするようにして溝加工を行う。
【００３９】
第二の実施形態にかかる溝加工ツールによれば、底面と右側面との角部、および、底面と左側面との角部は、面取りが行われているのでこの部分が鋭利ではなくなっており、スクライブを行ったときにこれらの角部が薄膜に接して剥離することがなくなり、きれいな直線の溝を形成することができるようになる。
具体的には、これらの角部が薄膜に接することによって、ときたま発生する不規則な薄膜の剥離(図４（ｃ）参照)を完全に抑えることができる。
【００４０】
上記第二実施形態の溝加工ツールにおいて、本発明では底面と前面との角部に傾斜面が形成されるようにしている。新品のときから溝加工ツールに傾斜面を形成しておくことにより、初めて使用するときから傾斜面を被加工面に圧接した状態でスクライブが行われる。傾斜面が形成されている溝加工ツールは、傾斜面が形成されていない溝加工ツール（図２参照）をしばらく使用し続けて、底面と前面との角部が摩耗した状態と類似した形状になっている。したがって、新品のときから、あたかも摩耗した後の溝加工ツールの状態でスクライブすることができる。具体的には、刃先が鋭利すぎると被加工面に対し局所的に圧力がかかってしまい、Ｍｏ膜を損傷させる原因となるおそれがあるが、傾斜面により圧力が局所に集中することを避けることができる。
【００４１】
また、第二実施形態の溝加工ツールにおいて、傾斜面と底面とのなす角が１０度〜４０度の範囲であるようにするのが好ましい。傾斜面と底面とのなす角を当該範囲内にすることで、溝加工ツールの傾斜面を被加工面に当接させたときに、前面と被加工面とのなす角度（スクライブ角度と呼ぶ）が５０度（傾斜面と底面とのなす角が４０度）〜８０度（傾斜面と底面とのなす角が１０度）の間になり、図４（ａ）で説明したようにきれいなスクライブ加工ができる範囲に設定することができる。
【００４２】
また、第二実施形態の溝加工ツールにおいて、後面と右側面との角部、および、後面と左側面との角部に縦方向の刃先が形成されるとともに、後面と底面との角部に横方向の刃先が形成されるようにしてもよい。
前面と後面とを入れ替えることにより、片側面が破損し、または、十分に摩耗した場合でも他方に切り替えて使用を続けることができる。
【００４３】
ここで、底面と後面との角部に傾斜面が形成されるようにしてもよい。底面と後面との角部にも傾斜面を形成することにより、前後入れ替えた場合にも、あたかも摩耗した後の溝加工ツールの状態でスクライブすることができるようになり、その結果、加工品質の経時変化を抑えることができる。
【００４４】
以下において、第二の溝加工ツールにかかる本発明の詳細を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００４５】
第二の溝加工ツールを使用するスクライブ装置ＳＣは、第一の実施形態における図１で説明したスクライブ装置と同じ装置を用いることができるので、同符号を付すことにより説明を省略する。
【００４６】
次に、スクライブ装置に取り付ける本発明の溝加工ツールについて説明する。図８、図９、図１０は、一実施形態である溝加工ツール８ａを示す図であり、図８は下方から見た斜視図、図９は底面を拡大した斜視図、図１０は底面の拡大図である。なお、図２で説明した溝加工ツール８と同じ部分についても、同符号を付すこととする。
【００４７】
この溝加工ツール８ａは、スクライブヘッド７への取付部となる円柱状のボディ８１と、その先端部に放電加工等により一体的に形成された直方体状の刃先領域８２とからなり、超硬合金またはダイヤモンド等の硬質材料で造られている。
刃先領域８２は、一対の短辺と一対の長辺とで囲まれる細長い長方形の底面８３と、（後述する傾斜面９０，９６が形成される前の状態で）底面８３の短辺側で底面に対し直交するように形成される前面８４、後面８５と、底面８３の長辺側で底面側に対し直交するように形成され、互いに平行をなす左側面８８、右側面８９とを有する。
【００４８】
刃先領域８２の底面８３と前面８４との角部は面取りが行われ、傾斜面９０が形成してある。太陽電池基板を溝加工する際には、この傾斜面９０を太陽電池基板の被加工面に当接させた状態で、溝加工ツール８ａを左側面８８および右側面８９に平行な方向に移動させることにより、太陽電池基板の被加工面をスクライブする。傾斜面９０を設ける主な理由は、新品のときから、あたかも摩耗した後の溝加工ツールの状態でスクライブすることができるようにするためであるが、これ以外に、刃先が鋭利すぎると局所的に圧力がかかってしまい、Ｍｏ膜を損傷させる原因となるおそれがあるので、圧力が局所に集中することを避けるためでもある。なお、説明の便宜上、図においては傾斜面９０を模式的に大きく示しているが、傾斜面９０が被加工面に当接してスクライブできればよいので、傾斜面９０はこれよりも小さくてもよい。具体的には傾斜面９０の底面側から前面側までの長さ（面取りの幅）は、３μｍ〜２０μｍ程度にしてある。
【００４９】
なお、傾斜面９０を設けず、刃先領域８２の底面８３と前面８４との角部を被加工面に当接させた状態で、溝加工ツール８ａを左側面８８および右側面８９に平行な方向に移動させることにより、太陽電池基板の被加工面をスクライブしてもよい。その場合は、新品状態で初めて使用するときにＭｏ膜を損傷させるおそれがあるが、スクライブを数回行うと底面８３と前面８４との角部が摩耗し、Ｍｏ膜を損傷させるおそれが解消される。このため、新品の溝加工ツールに交換した際に、Ｍｏの金属板や不良品などの製品にならない太陽電池基板を用いてスクライブを数回行い、底面８３と前面８４との角部を意図的に摩耗させてから、製品を生産するための加工に使用することとしてもよい。
【００５０】
また、溝加工ツール８ａは、底面８３と左側面８８との角部９１、および、底面８３と右側面８９との角部９２の面取りを行うようにしてある。この面取りはＣ面加工が好ましいが、Ｒ面加工でもよい。面取りの幅（底面側から左側面側、および、底面側から右側面側までの長さ）は、それぞれ３μｍ〜８μｍ程度である。
【００５１】
一方、前面８４と左側面８８との角部９３、前面８４と右側面８９との角部９４は、面取りを行わずに鋭利に仕上げて、縦方向（垂直方向）の刃先となるようにしてある。
【００５２】
そして、傾斜面９０は、底面８３となす角が１０度〜４０度、好ましくは１５度〜２５度にしてある。すなわち、傾斜面９０が被加工面に当接した状態にすると、前面８４と傾斜面９０とがなすスクライブ角度αが５０度〜８０度の範囲、好ましくは６５度〜７５度の範囲になるようにしてある。このスクライブ角度は、図４（ａ）で説明した適切なスクライブ加工ができる範囲内に入ることになる。
【００５３】
次に、本発明の溝加工ツール８ａによる刃先の経時変化について説明する。図１１はスクライブ時の刃先部分の状態を示す図であり、図１１（ａ）は新品のときの状態、図１１（ｂ）はしばらく使用した後の状態である。
【００５４】
新品のときの傾斜面９０は、スクライブ回数が増加するにつれて摩耗し、やがて前後方向に長さが増した傾斜面９０ａで使用することになるが、傾斜面９０が傾斜面９０ａに変化しても、面接触している長さが少し変化しただけなので、被加工面に対する影響は大きく変化することはない。また、傾斜面９０ａは左右側面方向には広がらず、また、傾斜面９０に平行に摩耗していくので、摩耗後も同じ線幅で、しかもスクライブ角度αが同じ状態で安定したスクライブ加工が行える。
【００５５】
底面８３と左側面８８との角部９１、および、底面８３と右側面８９との角部９２は、積極的に面取りがなされているので、溝加工ツール８ａを傾斜させてスクライブする場合に、底面８３は被加工面から離れることになるので、これまでは加工品質にほとんど影響しないと考えられていた。そのため、面取りを行わず鋭利な状態にしていた。しかしながら、角部９１，９２について面取りすることにより、加工品質が向上することになった。特に、時折発生していた膜の剥離がほとんど発生しなくなった。このように、角部９３，９４を鋭利にし、これ以外の角部９１，９２を面取りすることにより、使用後に不規則に発生する膜の剥離がほとんど発生しなくなった。
【００５６】
なお、角部９３，９４についてもＣ面取り加工を行ってみたが、これらの角部の面取りをすることにより、かえって加工品質が劣化し、膜剥離が発生した。これらの結果を表１にまとめる。
【００５７】
【表１】
【００５８】
すなわち、角部９３，９４は面取りせず鋭利な刃先とし、角部９１，９２は面取りを行ったときに、優れた加工品質が得られることとなった。
【００５９】
図１２は、他の実施形態である溝加工ツール８ｂの斜視図、図１３はその底面を拡大した斜視図である。なお、図８〜図１０で示した溝加工ツール８ａと同じ部分については同符号を付すことにより、説明を省略する。
本実施形態では、前面８４だけでなく、後面８５側の角部９７，９８も面取りを行わず鋭利に仕上げて縦方向の刃先としてある。さらに傾斜面９６を形成して、傾斜面９６と後面８５との角部９９を横方向の刃先としてある。
【００６０】
これにより、前面８４側を進行方向にしてスクライブ加工するだけでなく、前後入れ替えて後面８５側を進行方向にしてスクライブ加工することで、溝加工ツールとしての寿命を倍増することができる。
【００６１】
以上、本発明の代表的な実施例について説明したが、本発明は必ずしも上記の実施例の構造のみに特定されるものではく、本発明の目的を達成し、請求の範囲を逸脱しない範囲内で適宜修正、変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、例えば、カルコパイライト化合物系半導体膜を用いた集積型薄膜太陽電池の製造の際に用いる溝加工ツールに適用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
Ｗ 太陽電池基板
７ スクライブヘッド
８，８ａ，８ｂ 溝加工ツール
８１ ボディ
８２ 刃先領域
８３ 底面
８４ 前面
８５ 後面
８６ 刃先
８７ 刃先
８８ 左側面
８９ 右側面
９０，９６ 傾斜面
９１，９２ 角部（面取り）
９３，９４，９５ 角部（刃先）
９７，９８，９９ 角部（刃先）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カルコパイライト化合物系集積型薄膜太陽電池等の集積型薄膜太陽電池を製造する際の溝加工ツール、および、溝加工ツールを用いたスクライブ装置に関する。
ここで、カルコパイライト化合物とは、ＣＩＧＳ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２）の他に、ＣＩＧＳＳ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２）、ＣＩＳ（ＣｕＩｎＳ２）等が含まれる。
【背景技術】
【０００２】
カルコパイライト化合物半導体を光吸収層として用いる薄膜太陽電池においては、基板上に複数のユニットセルを直列接続した集積型構造が一般的である。
【０００３】
従来のカルコパイライト化合物系集積型薄膜太陽電池の製造方法について説明する。図６は、ＣＩＧＳ薄膜太陽電池の製造工程を示す模式図である。まず、図６（ａ）に示すように、ソーダライムガラス（ＳＬＧ）等からなる絶縁基板１上に、プラス側の下部電極となるＭｏ電極層２をスパッタリング法によって形成した後、光吸収層形成前の薄膜太陽電池基板に対してスクライブ加工により下部電極分離用の溝Ｓを形成する。
【０００４】
その後、図６（ｂ）に示すように、Ｍｏ電極層２上に、化合物半導体（ＣＩＧＳ）薄膜からなる光吸収層３を蒸着法、スパッタリング法等によって形成し、その上に、ヘテロ接合のためのＺｎＳ薄膜等からなるバッファ層４をＣＢＤ法（ケミカルバスデポジション法）により形成し、その上に、ＺｎＯ薄膜からなる絶縁層５を形成する。そして、透明電極層形成前の薄膜太陽電池基板に対して、下部電極分離用の溝Ｓから横方向に所定距離はなれた位置に、スクライブ加工によりＭｏ電極層２にまで到達する電極間コンタクト用の溝Ｍ１を形成する。
【０００５】
続いて、図６（ｃ）に示すように、絶縁層５の上からＺｎＯ：Ａｌ薄膜からなる上部電極としての透明電極層６を形成し、光電変換を利用した発電に必要な各機能層を備えた太陽電池基板とし、スクライブ加工により下部のＭｏ電極層２にまで到達する電極分離用の溝Ｍ２を形成する。
【０００６】
上述した集積型薄膜太陽電池を製造する工程において、電極分離用の溝Ｍ１およびＭ２をスクライブにより溝加工する技術として、レーザスクライブ法とメカニカルスクライブ法が用いられてきた。
【０００７】
レーザスクライブ法は、例えば特許文献１で開示されているように、アークランプ等の連続放電ランプによってＮｄ：ＹＡＧ結晶を励起して発信したレーザ光を照射することにより電極分離用の溝を形成する。この方法は、光吸収層形成後の薄膜太陽電池基板に対して溝を形成する場合、スクライブ時にレーザ光の熱によって光吸収層３の光電変換特性が劣化するおそれがあった。
【０００８】
メカニカルスクライブ法は、例えば特許文献２および３で開示されているように、先端が先細り状となった金属針（ニードル）等の溝加工ツールの刃先を、所定の圧力をかけて基板に押しつけながら移動させることによって、電極分離用の溝を加工する技術である。現在ではこのメカニカルスクライブ法が多く行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−３１２８１５号公報
【特許文献２】特開２００２−０９４０８９号公報
【特許文献３】特開２００４−１１５３５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献２および３に開示されているようなメカニカルスクライブ法では、溝加工ツールの刃先の形状を先細りの針状にしてあるが、厳密には、薄膜太陽電池に圧接される部分は接触面積を広くするために平らとなるように先端が略水平にカットされている。すなわち、図７に示すように、先端部分が円錐台形状にしてある。このような形状の溝加工ツール８’を、薄膜太陽電池基板の溝を形成すべき薄膜（上下両電極や光吸収層等の各種機能層）に押しつけながら、スクライブ予定ラインに沿ってＹ方向へ相対的に移動させることで、溝加工を行うようにしている。
先端部分が円錐台形状の溝加工ツールを用いることにより、薄膜との接触面積が大きくなるので比較的安定して溝加工を行うことができる。その一方で、大きな接触面による摩擦抵抗等によって薄膜が不規則に大きく剥がれてしまい、不必要な部分まで除去してしまうことがあり、太陽電池の特性および歩留まりが低下するといった問題点があった。
【００１１】
特に、スクライブラインの線幅を一定に維持して製品としての設計上予定された品質（光電変換効率等）の実現および品質の均一性（再現性）をよくするためには、薄膜の剥離度合いを一定にする必要がある。そのため、薄膜の性状等に合わせて刃先を押しつける負荷を加減することで剥離度合いをある程度調整することができるが、薄膜表面に対する押圧力が一律に増減するため、微調整することは非常に困難であった。
【００１２】
また、上述した溝加工ツールの刃先は、先細りのテーパ面を有する円錐台形状である。したがって、刃先が摩耗したり、また、刃こぼれしたりした場合に刃先を研磨すると、刃先の径が大きくなり、その結果、スクライブされる溝幅が研磨前よりも広くなってしまうことになる。そのため、同じ刃先を、長期間使用し続けることや、研磨して繰り返し使用することができず、不経済であるといった問題点もあった。
【００１３】
そこで、本発明は、カルコパイライト化合物系集積型薄膜太陽電池基板（例えば、透明電極形成前の前駆体）やその他の集積型薄膜太陽電池における電極分離用の溝や上下電極間に形成された光吸収層等の各種機能層に上下電極コンタクト用の溝を加工する際に、一定の溝幅で歩留まりよく、また、光電変換効率等の製品としての品質の均一性をよく加工することのできる溝加工ツール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】
上記課題を解決するためになされた本発明は、以下に示す溝加工ツールの発明と溝加工方法の発明を前提としてなされたものである。
まず、前提発明となる集積型薄膜太陽電池用の溝加工ツールの発明は、棒状のボディと、ボディの先端に形成された刃先領域とからなり、刃先領域は細長く延びる長方形の底面と、底面の短手方向の端辺から立ち上がる前面並びに後面と、底面の長手方向の端辺から直角に立ち上がって互いに平行な一対の面をなす左、右側面とからなり、少なくとも前後面のいずれか片面と底面とによって形成される角部が刃先となるようにしてある。
そして、前提発明となる集積型薄膜太陽電池の溝加工方法は、集積型薄膜太陽電池基板のスクライブ予定ラインに沿って、溝加工ツールの刃先で押圧しながら、前記太陽電池基板と前記溝加工ツールを相対的に移動させて前記太陽電池上（例えば、少なくとも光吸収層を含む各種の機能層、特に透明電極層形成前の前駆体の少なくとも光吸収層を含む各機能層）にスクライブラインを形成する集積型薄膜太陽電池の溝加工方法であって、前記溝加工ツールが、棒状のボディと、ボディの先端部に形成された刃先領域とからなり、刃先領域は細長く延びる長方形の底面と、底面の短手方向の端辺から立ち上がる前面並びに後面と、底面の長手方向の端辺から直角に立ち上がって互いに平行な一対の面をなす左、右側面とからなり、前後面のいずれか片面と底面とによって形成される角部が刃先をなし、長方形をなす底面の長軸方向が前記移動方向に沿って配置され、刃先領域の前面若しくは後面が太陽電池の被加工面との間になす角度が５０〜８０度、特には６５度〜７５度の範囲内で進行方向側に傾斜させて溝加工を行うようにしている。
そして、上記課題を解決するためになされた本発明の溝加工ツールは、棒状のボディと、ボディの先端に形成された直方体状の刃先領域からなり、前記刃先領域は、一対の短辺と一対の長辺とで囲まれる長方形の底面、底面の２つの短辺側でそれぞれ底面に対し直交する前面および後面、底面の２つの長辺側でそれぞれ底面に対し直交する右側面および左側面からなる５つの平面で形成され、前面と右側面との角部、および、前面と左側面との角部に縦方向の刃先が形成され、前面と底面との角部に横方向の刃先が形成され、底面と前面との角部に傾斜面が形成されるようにしてある。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の溝加工ツールによれば、集積型薄膜太陽電池における電極分離用の溝や上下電極間に形成された光吸収層等の各種機能層に上下電極コンタクト用の溝を加工する際に、一定の溝幅で加工することができ、歩留まりが向上する。刃先が摩耗した場合には、底面並びに必要に応じて前後面を研磨することによって刃先を補修することができる。特に、底面を研磨しても刃先部分の左右側面を平行面にしてあるので、刃の左右幅の寸法に変化が生じることがない。これにより、研磨後であってもスクライブされる溝幅を研磨前と同じに維持することができる。
特に、新品のときから溝加工ツールの底面と前面との角部に傾斜面が形成されるようにすることで、初めて使用するときから傾斜面を被加工面に圧接した状態でスクライブが行われる。傾斜面が形成されている溝加工ツールは、底面と前面との角部が摩耗した状態と類似した形状になっている。したがって、新品のときから、あたかも摩耗した後の溝加工ツールの状態でスクライブすることができる。具体的には、刃先が鋭利すぎると被加工面に対し局所的に圧力がかかってしまい、Ｍｏ膜を損傷させる原因となるおそれがあるが、傾斜面により圧力が局所に集中することを避けることができる。
また、溝加工ツールの刃先を、前後の角部に２カ所形成した場合には、一方が摩耗または破損すればツールの取り付け方向を変えることにより他方の刃先を新品として使用できる。
【００１６】
本発明の集積型薄膜太陽電池製造方法にあっては、パターニングを行う際に、底面と、前面または後面との角部が刃先として形成されている形状の溝加工ツールを使用するので、溝加工ツールの前面または後面を基板に対して進行方向側に傾斜させることにより、角部の刃先が点接触に近い線接触で基板に接触して薄膜の剥離をスムーズに行うことができる。特に、溝加工ツールの刃先部分の前面若しくは後面と基板上面に対する角度が５０〜８０度、特には６５度〜７５度の範囲内で進行方向側に傾斜させることにより、除去した膜屑に乗り上げてバウンドすることによるスクライブラインの断絶（傾斜角度が上記設定値より低い場合）や、押圧荷重が高くなることによる不規則な薄膜の剥離の発生（傾斜角度が上記設定値より高い場合）を無くして、直線状できれいなスクライブラインを形成することができる。
【００１７】
溝加工ツールは、底面と前後面とによって形成される刃先の角度が直角であるようにするのが好ましい。刃先が摩耗し研磨を行う際に、ボディの軸方向に対し直角に研磨すれば底面と前後面とが直角にすることができるので、研磨作業が容易になる。
【００１８】
溝加工ツールが、超硬合金、または、ダイヤモンドで形成されているのが好ましい。
これにより、ツールの寿命が長く、変形も少ないことから、長期間にわたって精度よくスクライブ加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明にかかる集積型薄膜太陽電池のスクライブ装置の一実施形態を示す斜視図。
【図２】本発明にかかる溝加工ツールの斜視図。
【図３】上記溝加工ツールの底面拡大図。
【図４】本発明にかかる溝加工ツールの取り付け傾斜角度と、それに対応する太陽電池基板のスクライブラインの加工状態を示す模式図。
【図５】従来の加工ツールと本発明にかかる溝加工ツールとによる加工状態の比較例を示す図。
【図６】一般的なＣＩＧＳ系の薄膜太陽電池の製造工程を示す模式図。
【図７】従来の溝加工ツールの一例を示す斜視図。
【図８】本発明にかかる溝加工ツールの他の一実施形態を示す斜視図。
【図９】図８の溝加工ツールの底面を拡大した斜視図。
【図１０】図８の溝加工ツールの底面の拡大図。
【図１１】スクライブ時の刃先部分の状態を示す図。
【図１２】本発明の他の一実施形態の溝加工ツールを示す斜視図。
【図１３】図１２の溝加工ツールの底面を拡大した斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（実施形態１）
以下において、本発明の詳細を、その実施の形態を示す図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明にかかる溝加工ツールを用いた集積型薄膜太陽電池用スクライブ装置ＳＣの実施形態を示す斜視図である。スクライブ装置ＳＣは、水平方向（Ｙ方向）に移動可能で、かつ、水平面内で９０度および角度θ回転可能なテーブル１８を備えており、テーブル１８は実質的に太陽電池基板Ｗの保持手段を形成する。
【００２１】
テーブル１８を挟んで設けてある両側の支持柱２０，２０と、Ｘ方向に延びるガイドバー２１とで構成されるブリッジ１９は、テーブル１８上を跨ぐように設けてある。ホルダ支持体２３は、ガイドバー２１に形成したガイド２２に沿って移動可能に取り付けられ、モータ２４の回転によりＸ方向に移動する。
【００２２】
ホルダ支持体２３には、スクライブヘッド７が設けられており、スクライブヘッド７の下部には、テーブル１８上に載置される太陽電池基板Ｗの薄膜表面をスクライブ加工する溝加工ツール８を保持するホルダ９が設けられている。ホルダ９はスクライブヘッド７への取り付け角度を調整することができるようにしてあり、この取り付け角度を調整することで、溝加工ツール８と太陽電池基板Ｗとの角度を調整できるようにしてある。
【００２３】
また、Ｘ方向およびＹ方向に移動することが可能な台座１２，１３にカメラ１０，１１がそれぞれ設けられている。台座１２，１３は支持台１４上でＸ方向に延設されたガイド１５に沿って移動する。カメラ１０，１１は、手動操作で上下動することができ、撮像の焦点を調整することができる。カメラ１０，１１で撮影された画像はモニタ１６，１７に表示される。
【００２４】
テーブル１８上に載置された太陽電池基板Ｗの表面には、位置を特定するためのアライメントマークが設けられており、カメラ１０，１１によりアライメントマークを撮像することにより、太陽電池基板Ｗの位置を調整する。具体的には、テーブル１８に支持された太陽電池基板Ｗ表面のアライメントマークを、カメラ１０，１１により撮像してアライメントマークの位置を特定する。特定されたアライメントマークの位置に基づいて、太陽電池基板Ｗ表面の載置時の方向ズレを検出し、テーブル１８を所定角度回転させることでズレを修正する。
【００２５】
そして、テーブル１８をＹ方向に所定ピッチで移動するごとに、スクライブヘッド７を下降させて溝加工ツール８の刃先を太陽電池基板Ｗの表面に押しつけた状態でＸ方向に移動させ、太陽電池基板Ｗの表面をＸ方向に沿ってスクライブ加工する。太陽電池基板Ｗの表面をＹ方向に沿ってスクライブ加工する場合は、テーブル１８を９０度回転させて、上記と同様の動作を行う。
【００２６】
図２並びに図３は、本発明の前提となる発明の溝加工ツール８を示す。図２は下方から見た斜視図であり、図３は溝加工ツール８の底面を拡大した図である。この溝加工ツール８は実質的にスクライブヘッド７への取付部となる円柱状のボディ８１と、その先端部に放電加工等により一体的に形成された刃先領域８２とからなり、超硬合金またはダイヤモンド等の硬質材料で造られている。刃先領域８２は、長方形の底面８３と、底面８３の短手方向の端辺から直角に立ち上がった前面８４並びに後面８５と、底面８３の長手方向の端辺から直角に立ち上がって互いに並行をなす左、右側面８８，８９とからなる。底面８３と前後面８４，８５とによって形成される角部がそれぞれ刃先８６，８７となる。
【００２７】
底面８３の左右幅Ｌ１は５０〜６０μｍが好ましいが、要求されるスクライブの溝幅に合わせて２５〜８０μｍとすることができる。また、刃先領域８２の有効高さ、すなわち刃先領域の左右側面８８，８９並びに前後面８４，８５の高さＬ２は０．５ｍｍ程度が好ましい。さらに、円柱状のボディ８１の直径は２〜３ｍｍ程度がよい。なお、溝加工ツール８のボディ８１は円柱状に限らず、断面四角形や多角形で形成することも可能である。
【００２８】
上述した溝加工ツール８を用いて加工を行う場合は、刃先領域８２の底面８３の長軸方向をツールの移動方向に沿った状態で、かつ、太陽電池基板Ｗに対して刃先部分８２の前面８４または後面８５を所定角度だけ傾斜させた状態でスクライブヘッド７に取り付ける。この場合の傾斜角度は５０〜８０度、特には６５度〜７５度の範囲が好ましい。
【００２９】
図４は溝加工ツール８を用いて太陽電池基板Ｗに溝加工を行うときの溝加工ツール８の取り付け角度と太陽電池基板Ｗの加工状態との関係について、実験によって得た結果を示す模式図である。
図４（ａ）は、溝加工ツール８を５０〜８０度、特には６５度〜７５度の好ましい傾斜角度で取り付けてスクライブさせた場合の結果を示す。太陽電池基板Ｗに形成される溝Ｍは余分な部分が剥離されることなく、スクライブラインに沿って直線状にきれいに形成することができた。
図４（ｂ）は、溝加工ツール８を５０度未満の傾斜角度で取り付けてスクライブさせた場合の結果を示す。溝加工ツール８の刃先は、除去した膜屑に乗り上げてバウンドすることにより加工される溝Ｍに断絶の発生が見られた。
図４（ｃ）は、溝加工ツール８を、８０度を超える傾斜角度で取り付けてスクライブさせた場合の結果を示す。溝加工ツール８の押圧荷重が高くなることによって加工された溝Ｍに不規則な薄膜の剥離が発生した。
【００３０】
本発明（前提発明）によれば、溝加工ツール８の前面８４または後面８５を太陽電池基板Ｗに対して進行方向側に傾斜させることにより、前面または後面と、底面とによって形成される角部、すなわち刃先８６または刃先８７が点接触に近い線接触で太陽電池基板Ｗに接触して薄膜の剥離をスムーズに行うことができる。特に、溝加工ツール８の刃先領域の前面８４若しくは後面８５と基板Ｗの上面に対する角度が、５０〜８０度、特には６５度〜７５度の範囲内で進行方向側に傾斜させることにより、除去した膜屑に乗り上げてバウンドすることによるスクライブラインの断絶や、押圧荷重が高くなることによる不規則な薄膜の剥離の発生を無くして、直線状できれいなスクライブラインを形成することが可能となった。
【００３１】
また、溝加工ツール８の刃先８６，８７は、前後の角部に２カ所形成されているので、一方が摩耗または破損すれば、溝加工ツール８の取り付け方向を変えることにより他方の刃先を新品として使用できる。しかも、いずれの刃先も摩耗した場合には、底面８３並びに必要に応じて前後面８４，８５を研磨することによって刃先を補修することができる。
【００３２】
図５は従来からの加工ツールにより形成されたスクライブラインと、本発明の溝加工ツールにより形成されたスクライブラインとを比較した画像データである。本発明の溝加工ツールを用いて６５〜７５度の範囲の傾斜角でスクライブした場合には、従来例に比べて、明らかに一定の幅できれいなスクライブラインを形成することができた。
【００３３】
なお、上記実施例では、スクライブヘッド７をＸ方向に移動させることでスクライブ加工を実行したが、スクライブヘッド７と、太陽電池基板Ｗとが相対的に移動できれば足りることから、太陽電池基板Ｗが固定された状態でスクライブヘッド７をＸ方向およびＹ方向に移動させてもよいし、スクライブヘッド７を移動させることなく、太陽電池基板ＷのみをＸ方向およびＹ方向に移動させてもよい。
【００３４】
以上、本発明（前提発明）の代表的な実施例について説明したが、本発明は必ずしも上記の実施例の構造のみに特定されるものではなく、変形実施されてもよい。例えば、底面と前後面とによって形成される刃先の角度は上記実施例で述べたように略直角が好ましいが、多少鈍角に形成しても差し支えがない。
【００３５】
（実施形態２）
次に、実施形態１の溝加工ツールを変形した実施形態について説明する。図２，図３で説明した溝加工ツール８では、図４で説明したように、溝加工ツール８の前面８４と被加工面とのなす角度（スクライブ角度という）が適切な角度範囲内になるように傾斜させてスクライブすることにより、連続した一定幅の溝が形成できる。
【００３６】
しかしながら、例えば、溝加工ツール８が新品の場合には、適切なスクライブ角度に設定して使用する場合であっても、溝に隣接する薄膜が剥離してしまい、溝の幅が広い部分が生じる場合があった。さらに、Ｍｏ膜に比較的傷がつきやすい傾向もあった。新品でない場合においても、まれに同様の不具合が生じることがあった。
【００３７】
そこで、溝加工ツール８をさらに改良し、溝に隣接する薄膜の剥離を抑制して、一定の幅の溝を安定して形成することができ、しかも溝加工される薄膜の下の層の膜に傷がつきにくい構造の溝加工ツールを作成するようにした。
【００３８】
すなわち、第二の実施形態にかかる溝加工ツールは、棒状のボディと、ボディの先端に形成された直方体状の刃先領域からなり、刃先領域は、一対の短辺と一対の長辺とで囲まれる長方形の底面、底面の２つの短辺側でそれぞれ底面に対し直交する前面および後面、底面の２つの長辺側でそれぞれ底面に対し直交する右側面および左側面からなる５つの平面で形成され、前面と右側面との角部、および、前面と左側面との角部に縦方向の刃先が形成され、前面と底面との角部に横方向の刃先が形成され、底面と右側面との角部、および、底面と左側面との角部は面取りが行われるようにしている。
そして本発明の溝加工ツールによれば、溝加工ツールを進行方向側に傾斜させることで前面と底面との角部の刃先を被加工面に当接し、圧接状態でスクライブするようにして溝加工を行う。
【００３９】
第二の実施形態にかかる溝加工ツールによれば、底面と右側面との角部、および、底面と左側面との角部は、面取りが行われているのでこの部分が鋭利ではなくなっており、スクライブを行ったときにこれらの角部が薄膜に接して剥離することがなくなり、きれいな直線の溝を形成することができるようになる。
具体的には、これらの角部が薄膜に接することによって、ときたま発生する不規則な薄膜の剥離(図４（ｃ）参照)を完全に抑えることができる。
【００４０】
上記第二実施形態の溝加工ツールにおいて、本発明では底面と前面との角部に傾斜面が形成されるようにしている。新品のときから溝加工ツールに傾斜面を形成しておくことにより、初めて使用するときから傾斜面を被加工面に圧接した状態でスクライブが行われる。傾斜面が形成されている溝加工ツールは、傾斜面が形成されていない溝加工ツール（図２参照）をしばらく使用し続けて、底面と前面との角部が摩耗した状態と類似した形状になっている。したがって、新品のときから、あたかも摩耗した後の溝加工ツールの状態でスクライブすることができる。具体的には、刃先が鋭利すぎると被加工面に対し局所的に圧力がかかってしまい、Ｍｏ膜を損傷させる原因となるおそれがあるが、傾斜面により圧力が局所に集中することを避けることができる。
【００４１】
また、第二実施形態の溝加工ツールにおいて、傾斜面と底面とのなす角が１０度〜４０度の範囲であるようにするのが好ましい。傾斜面と底面とのなす角を当該範囲内にすることで、溝加工ツールの傾斜面を被加工面に当接させたときに、前面と被加工面とのなす角度（スクライブ角度と呼ぶ）が５０度（傾斜面と底面とのなす角が４０度）〜８０度（傾斜面と底面とのなす角が１０度）の間になり、図４（ａ）で説明したようにきれいなスクライブ加工ができる範囲に設定することができる。
【００４２】
また、第二実施形態の溝加工ツールにおいて、後面と右側面との角部、および、後面と左側面との角部に縦方向の刃先が形成されるとともに、後面と底面との角部に横方向の刃先が形成されるようにしてもよい。
前面と後面とを入れ替えることにより、片側面が破損し、または、十分に摩耗した場合でも他方に切り替えて使用を続けることができる。
【００４３】
ここで、底面と後面との角部に傾斜面が形成されるようにしてもよい。底面と後面との角部にも傾斜面を形成することにより、前後入れ替えた場合にも、あたかも摩耗した後の溝加工ツールの状態でスクライブすることができるようになり、その結果、加工品質の経時変化を抑えることができる。
【００４４】
以下において、第二の溝加工ツールにかかる本発明の詳細を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００４５】
第二の溝加工ツールを使用するスクライブ装置ＳＣは、第一の実施形態における図１で説明したスクライブ装置と同じ装置を用いることができるので、同符号を付すことにより説明を省略する。
【００４６】
次に、スクライブ装置に取り付ける本発明の溝加工ツールについて説明する。図８、図９、図１０は、一実施形態である溝加工ツール８ａを示す図であり、図８は下方から見た斜視図、図９は底面を拡大した斜視図、図１０は底面の拡大図である。なお、図２で説明した溝加工ツール８と同じ部分についても、同符号を付すこととする。
【００４７】
この溝加工ツール８ａは、スクライブヘッド７への取付部となる円柱状のボディ８１と、その先端部に放電加工等により一体的に形成された直方体状の刃先領域８２とからなり、超硬合金またはダイヤモンド等の硬質材料で造られている。
刃先領域８２は、一対の短辺と一対の長辺とで囲まれる細長い長方形の底面８３と、（後述する傾斜面９０，９６が形成される前の状態で）底面８３の短辺側で底面に対し直交するように形成される前面８４、後面８５と、底面８３の長辺側で底面側に対し直交するように形成され、互いに平行をなす左側面８８、右側面８９とを有する。
【００４８】
刃先領域８２の底面８３と前面８４との角部は面取りが行われ、傾斜面９０が形成してある。太陽電池基板を溝加工する際には、この傾斜面９０を太陽電池基板の被加工面に当接させた状態で、溝加工ツール８ａを左側面８８および右側面８９に平行な方向に移動させることにより、太陽電池基板の被加工面をスクライブする。傾斜面９０を設ける主な理由は、新品のときから、あたかも摩耗した後の溝加工ツールの状態でスクライブすることができるようにするためであるが、これ以外に、刃先が鋭利すぎると局所的に圧力がかかってしまい、Ｍｏ膜を損傷させる原因となるおそれがあるので、圧力が局所に集中することを避けるためでもある。なお、説明の便宜上、図においては傾斜面９０を模式的に大きく示しているが、傾斜面９０が被加工面に当接してスクライブできればよいので、傾斜面９０はこれよりも小さくてもよい。具体的には傾斜面９０の底面側から前面側までの長さ（面取りの幅）は、３μｍ〜２０μｍ程度にしてある。
【００４９】
なお、傾斜面９０を設けず、刃先領域８２の底面８３と前面８４との角部を被加工面に当接させた状態で、溝加工ツール８ａを左側面８８および右側面８９に平行な方向に移動させることにより、太陽電池基板の被加工面をスクライブしてもよい。その場合は、新品状態で初めて使用するときにＭｏ膜を損傷させるおそれがあるが、スクライブを数回行うと底面８３と前面８４との角部が摩耗し、Ｍｏ膜を損傷させるおそれが解消される。このため、新品の溝加工ツールに交換した際に、Ｍｏの金属板や不良品などの製品にならない太陽電池基板を用いてスクライブを数回行い、底面８３と前面８４との角部を意図的に摩耗させてから、製品を生産するための加工に使用することとしてもよい。
【００５０】
また、溝加工ツール８ａは、底面８３と左側面８８との角部９１、および、底面８３と右側面８９との角部９２の面取りを行うようにしてある。この面取りはＣ面加工が好ましいが、Ｒ面加工でもよい。面取りの幅（底面側から左側面側、および、底面側から右側面側までの長さ）は、それぞれ３μｍ〜８μｍ程度である。
【００５１】
一方、前面８４と左側面８８との角部９３、前面８４と右側面８９との角部９４は、面取りを行わずに鋭利に仕上げて、縦方向（垂直方向）の刃先となるようにしてある。
【００５２】
そして、傾斜面９０は、底面８３となす角が１０度〜４０度、好ましくは１５度〜２５度にしてある。すなわち、傾斜面９０が被加工面に当接した状態にすると、前面８４と傾斜面９０とがなすスクライブ角度αが５０度〜８０度の範囲、好ましくは６５度〜７５度の範囲になるようにしてある。このスクライブ角度は、図４（ａ）で説明した適切なスクライブ加工ができる範囲内に入ることになる。
【００５３】
次に、本発明の溝加工ツール８ａによる刃先の経時変化について説明する。図１１はスクライブ時の刃先部分の状態を示す図であり、図１１（ａ）は新品のときの状態、図１１（ｂ）はしばらく使用した後の状態である。
【００５４】
新品のときの傾斜面９０は、スクライブ回数が増加するにつれて摩耗し、やがて前後方向に長さが増した傾斜面９０ａで使用することになるが、傾斜面９０が傾斜面９０ａに変化しても、面接触している長さが少し変化しただけなので、被加工面に対する影響は大きく変化することはない。また、傾斜面９０ａは左右側面方向には広がらず、また、傾斜面９０に平行に摩耗していくので、摩耗後も同じ線幅で、しかもスクライブ角度αが同じ状態で安定したスクライブ加工が行える。
【００５５】
底面８３と左側面８８との角部９１、および、底面８３と右側面８９との角部９２は、積極的に面取りがなされているので、溝加工ツール８ａを傾斜させてスクライブする場合に、底面８３は被加工面から離れることになるので、これまでは加工品質にほとんど影響しないと考えられていた。そのため、面取りを行わず鋭利な状態にしていた。しかしながら、角部９１，９２について面取りすることにより、加工品質が向上することになった。特に、時折発生していた膜の剥離がほとんど発生しなくなった。このように、角部９３，９４を鋭利にし、これ以外の角部９１，９２を面取りすることにより、使用後に不規則に発生する膜の剥離がほとんど発生しなくなった。
【００５６】
なお、角部９３，９４についてもＣ面取り加工を行ってみたが、これらの角部の面取りをすることにより、かえって加工品質が劣化し、膜剥離が発生した。これらの結果を表１にまとめる。
【００５７】
【表１】
【００５８】
すなわち、角部９３，９４は面取りせず鋭利な刃先とし、角部９１，９２は面取りを行ったときに、優れた加工品質が得られることとなった。
【００５９】
図１２は、他の実施形態である溝加工ツール８ｂの斜視図、図１３はその底面を拡大した斜視図である。なお、図８〜図１０で示した溝加工ツール８ａと同じ部分については同符号を付すことにより、説明を省略する。
本実施形態では、前面８４だけでなく、後面８５側の角部９７，９８も面取りを行わず鋭利に仕上げて縦方向の刃先としてある。さらに傾斜面９６を形成して、傾斜面９６と後面８５との角部９９を横方向の刃先としてある。
【００６０】
これにより、前面８４側を進行方向にしてスクライブ加工するだけでなく、前後入れ替えて後面８５側を進行方向にしてスクライブ加工することで、溝加工ツールとしての寿命を倍増することができる。
【００６１】
以上、本発明の代表的な実施例について説明したが、本発明は必ずしも上記の実施例の構造のみに特定されるものではく、本発明の目的を達成し、請求の範囲を逸脱しない範囲内で適宜修正、変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、例えば、カルコパイライト化合物系半導体膜を用いた集積型薄膜太陽電池の製造の際に用いる溝加工ツールに適用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
Ｗ 太陽電池基板
７ スクライブヘッド
８，８ａ，８ｂ 溝加工ツール
８１ ボディ
８２ 刃先領域
８３ 底面
８４ 前面
８５ 後面
８６ 刃先
８７ 刃先
８８ 左側面
８９ 右側面
９０，９６ 傾斜面
９１，９２ 角部（面取り）
９３，９４，９５ 角部（刃先）
９７，９８，９９ 角部（刃先）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状のボディと、ボディの先端に形成された直方体状の刃先領域からなり、
前記刃先領域は、一対の短辺と一対の長辺とで囲まれる長方形の底面、底面の２つの短辺側でそれぞれ底面に対し直交する前面および後面、底面の２つの長辺側でそれぞれ底面に対し直交する右側面および左側面からなる５つの平面で形成され、
前面と右側面との角部、および、前面と左側面との角部に縦方向の刃先が形成され、
前面と底面との角部に横方向の刃先が形成され、
底面と前面との角部に傾斜面が形成されることを特徴とする溝加工ツール。
【請求項２】
傾斜面と底面とのなす角が１０度〜４０度の範囲である請求項１に記載の溝加工ツール。
【請求項３】
さらに、後面と右側面との角部、および、後面と左側面との角部に縦方向の刃先が形成されるとともに、後面と底面との角部に横方向の刃先が形成される請求項１または請求項２のいずれかに記載の溝加工ツール。
【請求項４】
底面と後面との角部に傾斜面が形成される請求項３に記載の溝加工ツール。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の溝加工ツールと、太陽電池基板が載置されるテーブルと、前記溝加工ツールの底面を、前記太陽電池基板に対し傾斜させた状態でスクライブさせるスクライブヘッドとを備えたことを特徴とするスクライブ装置。
【請求項１】
棒状のボディと、ボディの先端に形成された直方体状の刃先領域からなり、
前記刃先領域は、一対の短辺と一対の長辺とで囲まれる長方形の底面、底面の２つの短辺側でそれぞれ底面に対し直交する前面および後面、底面の２つの長辺側でそれぞれ底面に対し直交する右側面および左側面からなる５つの平面で形成され、
前面と右側面との角部、および、前面と左側面との角部に縦方向の刃先が形成され、
前面と底面との角部に横方向の刃先が形成され、
底面と前面との角部に傾斜面が形成されることを特徴とする溝加工ツール。
【請求項２】
傾斜面と底面とのなす角が１０度〜４０度の範囲である請求項１に記載の溝加工ツール。
【請求項３】
さらに、後面と右側面との角部、および、後面と左側面との角部に縦方向の刃先が形成されるとともに、後面と底面との角部に横方向の刃先が形成される請求項１または請求項２のいずれかに記載の溝加工ツール。
【請求項４】
底面と後面との角部に傾斜面が形成される請求項３に記載の溝加工ツール。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の溝加工ツールと、太陽電池基板が載置されるテーブルと、前記溝加工ツールの底面を、前記太陽電池基板に対し傾斜させた状態でスクライブさせるスクライブヘッドとを備えたことを特徴とするスクライブ装置。
【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１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−５６４１４（Ｐ２０１３−５６４１４Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２１４１５０（Ｐ２０１２−２１４１５０）
【出願日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【分割の表示】特願２０１１−５０１５９４（Ｐ２０１１−５０１５９４）の分割
【原出願日】平成２２年２月２３日（２０１０．２．２３）
【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２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【分割の表示】特願２０１１−５０１５９４（Ｐ２０１１−５０１５９４）の分割
【原出願日】平成２２年２月２３日（２０１０．２．２３）
【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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