JP6160365B2 - Processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、カルコパイライト系薄膜太陽電池などの製造に用いる加工装置に関し、特に、薄膜層の一部を除去してパターニングを行う加工装置に関する。 The present invention relates to a processing apparatus used for manufacturing a chalcopyrite thin film solar cell or the like, and more particularly to a processing apparatus that performs patterning by removing a part of a thin film layer.
ＣＩＳ（ＣｕＩｎＳｅ２）やＣＩＧＳ（Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２）といったカルコパイライト系薄膜太陽電池は、例えば、ソーダガラスなどのガラス基板に、裏面電極となるモリブデン（Ｍｏ）膜をスパッタリングで成膜し、係るモリブデン膜の上に、ＣＩＳもしくはＣＩＧＳからなるｐ型の光吸収層、ＣｄＳからなる高抵抗バッファ層、ＩＴＯなどからなるn型の酸化物透明導電膜（ＴＣＯ）層を、それぞれに適した成膜法で順次に成膜することによって作製される。 Chalcopyrite thin film solar cells such as CIS (CuInSe 2 ) and CIGS (Cu (In 1-x Ga x ) Se 2 ), for example, sputter a molybdenum (Mo) film serving as a back electrode on a glass substrate such as soda glass. A p-type light absorption layer made of CIS or CIGS, a high-resistance buffer layer made of CdS, an n-type oxide transparent conductive film (TCO) layer made of ITO, etc. It is produced by sequentially forming a film by a film forming method suitable for each.
ただし、係る製造プロセスの途中において、基板上に形成された複数の太陽電池セル間の絶縁を確保するために、先に形成された薄膜層の一部を直線状に除去して絶縁用の（セル分離用の）加工溝（加工痕）を形成するパターニング加工が行われる。係るパターニング加工には、ガラス基板上に形成されたＭｏ層をパターニングするＰ１工程と、Ｐ１工程の後、Ｍｏ層上に形成されたＣＩＧＳ光吸収層をパターニングするＰ２工程と、Ｐ２工程の後、ＣＩＧＳ光吸収層上に形成されたＴＣＯ層をパターニングするＰ３工程とがある。 However, in the middle of the manufacturing process, in order to ensure insulation between the plurality of solar cells formed on the substrate, a part of the previously formed thin film layer is removed linearly for insulation ( A patterning process for forming a processing groove (processing mark) for cell separation is performed. In the patterning process, the P1 step of patterning the Mo layer formed on the glass substrate, the P2 step of patterning the CIGS light absorption layer formed on the Mo layer after the P1 step, and the P2 step, There is a P3 process for patterning the TCO layer formed on the CIGS light absorption layer.
このうち、Ｐ１工程はレーザー光により行われるが、Ｐ２、Ｐ３工程はパターニングツールとも称される溝加工ツールによってメカニカルに行われるのが一般的である。係るメカニカルスクライビングにおいては、通常、溝加工ツールの先端部に設けられた刃先を基板に接触させた状態で溝加工ツールを基板に対して水平に相対移動させることにより、溝加工ツールが接触した部分の薄膜層を除去することで、基板に加工溝を形成する。 Among these, the P1 process is performed by laser light, but the P2 and P3 processes are generally performed mechanically by a groove processing tool also called a patterning tool. In such mechanical scribing, the groove tool is usually in contact with the substrate by moving the groove tool horizontally relative to the substrate with the cutting edge provided at the tip of the groove tool in contact with the substrate. By removing the thin film layer, a processed groove is formed in the substrate.
しかしながら、基板は必ずしも平坦ではなく、多少の反りや撓みを有することがある。それゆえ、単に刃先の高さを一定に保って溝加工ツールを相対移動させるだけでは、刃先と基板との接触が十分ではなく、あるいは刃先が基板に全く接触せず、加工溝を良好に形成できない箇所が生じ得る。そのため、反りや撓みのある基板に対応すべく、あらかじめ基板の凹凸（高さ位置分布）を測定しておき、係る凹凸に従ってツールの高さ位置を違えることにより基板とツールとの高さ方向における相対的な位置関係を一定に保って加工を行う態様が、従来より周知である。 However, the substrate is not necessarily flat and may have some warping and deflection. Therefore, simply keeping the height of the blade constant and moving the grooving tool relative to each other does not provide sufficient contact between the blade edge and the substrate, or the blade edge does not contact the substrate at all and forms a good groove. Unable to do so. Therefore, in order to deal with a substrate with warping or bending, the unevenness (height position distribution) of the substrate is measured in advance, and the height position of the tool is changed according to the unevenness in the height direction between the substrate and the tool. An aspect in which processing is performed while maintaining a relative positional relationship constant has been conventionally known.
あるいは、加工溝の加工精度を高めるべく、溝加工ツールが基板に与える力が一定に保たれるように制御を行いつつ加工を行う装置もすでに公知である（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された装置においては、溝加工ツールを保持するスクライブヘッドに、溝加工ツールを加圧するエアシリンダが設けられており、刃先が基板を押圧する力が一定となるように、エアシリンダが溝加工ツールに与える力が調整される。これにより、直線的できれいな加工溝が形成されるようになっている。
Alternatively, an apparatus that performs processing while controlling the force applied to the substrate by the groove processing tool to be constant in order to increase the processing accuracy of the processing groove is already known (for example, see Patent Document 1). In the apparatus disclosed in
また、水平に配置された四角柱状のガイド体を囲驍する態様にて無底直方体状の可動体を設け、該可動体の内部からガイド体の表面に向けて静圧気体を噴出させることで生じる静圧により、可動体をガイド体に沿って非接触状態で支持、案内する静圧気体直線案内装置もすでに公知である（例えば、特許文献２参照）。 In addition, a bottomless rectangular parallelepiped movable body is provided in a manner surrounding a horizontally disposed square columnar guide body, and static pressure gas is ejected from the inside of the movable body toward the surface of the guide body. A static pressure gas linear guide device that supports and guides the movable body in a non-contact state along the guide body by the generated static pressure is already known (see, for example, Patent Document 2).
溝加工ツールにより基板表面に加工溝を形成する場合、理想的には、薄膜層を所望の加工溝の幅で除去するのに最低限必要な力が、基板に対する刃先の相対移動方向において刃先から基板に（より詳細には、刃先と接触する薄膜層に）加わればよい。基板に対し必要以上の力が加わると、溝加工で除去しようとする薄膜層の下のＭｏ層を損傷させたり、溝加工ツールを不必要に摩耗させたりするため好ましくない。また、係る相対移動方向に直交する方向（以下、直交方向）において刃先から基板に作用する力は、直接に加工に利用される力ではないので、加工が確実に実現される限りにおいて、できるだけ小さいことが望ましい。 When forming a processing groove on the substrate surface with a groove processing tool, ideally, the minimum force required to remove the thin film layer with the desired processing groove width is from the cutting edge in the relative movement direction of the cutting edge with respect to the substrate. It may be added to the substrate (more specifically, to the thin film layer in contact with the cutting edge). If an excessive force is applied to the substrate, it is not preferable because the Mo layer under the thin film layer to be removed by grooving is damaged or the grooving tool is unnecessarily worn. In addition, since the force acting on the substrate from the blade edge in a direction orthogonal to the relative movement direction (hereinafter referred to as the orthogonal direction) is not a force that is directly used for processing, it is as small as possible as long as the processing is reliably realized. It is desirable.
ただし、その一方で、溝加工ツールに不要な摩擦力が作用すると、刃先から基板に不要に大きな力が作用してしまったり、あるいは、基板と刃先との接触状態が不十分となって、確実な加工が実現されない場合がある。 However, if an unnecessary frictional force is applied to the grooving tool, an excessively large force is applied from the cutting edge to the substrate, or the contact state between the substrate and the cutting edge is insufficient, which is certain. May not be realized.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、所望の加工溝を確実に形成することができる加工装置を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at providing the processing apparatus which can form a desired process groove | channel reliably.
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、薄膜層が形成された基板の前記薄膜層の一部を除去して前記基板に溝を形成する、パターニング加工を行う加工装置であって、先端に刃先を備えるパターニングツールと、鉛直方向に長手方向を有する第１の部分を有し、前記刃先を鉛直下方に向けた状態を保って前記パターニングツールを前記第１の部分の下端部において保持するパターニングヘッドと、前記パターニングヘッドを鉛直方向において付勢する付勢手段と、前記パターニングヘッドの自重をキャンセルする自重キャンセル手段と、前記パターニングヘッドの前記第１の部分の一部を水平面内において囲驍するガイド部を有するとともに、前記パターニングヘッドの前記第１の部分の表面に設けられた複数の噴出孔のそれぞれから前記ガイド部の対向する面に向けてエアを噴出することにより、前記パターニングヘッドを前記ガイド部に対し非接触な状態にて保持しつつ前記ガイド部に沿って鉛直方向に案内する静圧案内手段と、を備え、前記パターニング加工の際の前記基板に対する前記パターニングツールの相対移動方向を第１の方向とするとき、前記複数の噴出孔のうち、少なくとも、前記パターニングヘッドの前記第１の方向に垂直な面の最も上側および最も下側に設けられてなる噴出孔の内部に、両端部における圧力状態に応じて自在にかつ自律的に開閉する可変バルブを備える、ことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of
請求項２の発明は、請求項１に記載の加工装置であって、前記可変バルブが、中空円筒状のコイルバネであるバネ部材と、円筒状をなしており、一方端側に十字状の溝部を有するとともに他方端側に円錐台状の突起部を有してなり、かつ、前記溝部の中心と前記突起部の間に流路を有し、前記突起部に前記バネ部材が接続されてなる絞り部材と、円筒状をなしており、一方端側に円錐台状の切り欠き部を有してなるとともに前記切り欠き部の底部から長手方向に沿って前記バネ部材が挿嵌される空隙を有し、かつ、前記空隙と他方端側との間に流路を有する本体部とを備え、前記絞り部材の突起部と前記本体部の切り欠き部とが対向して配置されていることを特徴とする。
Invention of
請求項３の発明は、請求項２に記載の加工装置であって、前記複数の噴出孔のうち前記可変バルブが設けられてなるものをバルブ付き噴出孔とするとき、前記可変バルブは、前記バルブ付き噴出孔において前記本体部の前記他方端側が前記ガイド部と対向するように設けられてなり、前記バルブ付き噴出孔において前記本体部の前記他方端側近傍の圧力が低下したとき、前記バネ部材が縮んで前記切り欠き部と前記突起部との間の間隔が狭くなる、ことを特徴とする。
Invention of
請求項１ないし請求項３の発明によれば、パターニングヘッドはガイドと非接触な状態に保たれるので、加工の際にパターニングヘッドが鉛直方向に上下動する場合であっても、パターニングヘッドとガイド部との間で摩擦が生じることはなく、それゆえ、パターニングツールの基板の表面凹凸に対する追随性、もしくは、パターニングツールが基板に対して与える押圧力（付勢力）の安定性が、良好に確保される。
According to the first to third aspects of the invention, since the patterning head is kept in a non-contact state with the guide, even if the patterning head moves up and down in the vertical direction during processing, Friction does not occur between the guide and the patterning tool can follow the surface irregularities of the substrate, or the stability of the pressing force (biasing force) applied to the substrate by the patterning tool is good. Secured.
特に、請求項２ないし請求項４の発明によれば、特段の制御要素を設けずとも、噴出孔からのエアの噴出を自律的に制御することが出来る。
In particular, according to the inventions of
特に、請求項４の発明によれば、パターニングヘッドの垂直部が傾斜姿勢にある場合であっても、ガイド部との間で非接触状態が保たれる。
In particular, according to the invention of
＜装置構成と基本動作＞
図１は、本発明の実施の形態に係る加工装置１００の構成を概略的に示す斜視図である。図２、図３は、加工装置１００に備わるパターニングヘッド（スクライブヘッド）８の近傍部分を拡大した２つの側面図（ＹＺ側面図およびＺＸ断面図）である。図４は、加工装置１００の機能的構成を示すブロック図である。
<Device configuration and basic operation>
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of a
本実施の形態に係る加工装置１００は、概略的にいえば、ガラスなどの下地基板上に薄膜層を形成してなる加工対象基板（以下、単に基板とも称する）Ｗの薄膜層を部分的に除去する加工を行う装置である。例えば、加工装置１００は、ＣＩＳ（ＣｕＩｎＳｅ２）やＣＩＧＳ（Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２）といったカルコパイライト系薄膜太陽電池の製造プロセスにおいて、いわゆるＰ２工程に使用することが出来る。
Generally speaking, processing
なお、Ｐ２工程までのカルコパイライト系薄膜太陽電池の代表的な製造プロセスは、以下の工程を含んでいる。加工装置１００は、このうちの工程iv)に好適な装置である。
In addition, the typical manufacturing process of the chalcopyrite thin film solar cell until P2 process includes the following processes. The
i）ガラス基板の上にＭｏ層を形成する；
ii）複数の太陽電池セル間の絶縁を確保するために、レーザー光の照射によってＭｏ層を直線状に除去することにより複数の直線状の加工溝（Ｐ１ライン）を形成するパターニング加工を行う（Ｐ１工程）；
iii）Ｐ１ラインが形成されたＭｏ層の上にＣＩＧＳ光吸収層を形成する；
iv）Ｐ１ラインから一定距離を保ちつつパターニングツールを移動させてＣＩＧＳ光吸収層を除去することにより、Ｐ１ラインに沿った（Ｐ１ラインの形状に倣った）複数の直線状の加工溝（Ｐ２ライン）を形成するパターニング加工を行う（Ｐ２工程）。
i) forming a Mo layer on a glass substrate;
ii) In order to ensure insulation between a plurality of solar cells, patterning is performed to form a plurality of linear processing grooves (P1 lines) by removing the Mo layer linearly by laser light irradiation ( P1 step);
iii) forming a CIGS light absorption layer on the Mo layer on which the P1 line is formed;
iv) Moving the patterning tool while maintaining a certain distance from the P1 line to remove the CIGS light absorption layer, thereby providing a plurality of linear processing grooves (P2 line) along the P1 line (following the shape of the P1 line) ) Is formed (step P2).
本実施の形態に係る加工装置１００は、基台１の上に、ステージ２と、ヘッド移動機構３とを主として備える。なお、図１においては、詳細を後述するパターニングツール（スクライブツール）１０による加工方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、鉛直方向をＺ軸方向とする右手系のＸＹＺ座標を付している。
The
ステージ２は、ガラスからなり、その上面に基板Ｗを固定できるようになっている。ステージ２に対する基板Ｗの固定は、ステージ２の上面に設けられた図示しない吸引孔を含む公知の吸引手段２ａ（図４）によって実現される。また、ステージ２は、例えばボールネジ機構やリニアモータ機構などの図１においては図示しない公知の駆動手段２ｂ（図４）によってＸ軸方向に進退自在とされてなる。本実施の形態に係る加工装置１００においては、係るステージ２のＸ軸方向の移動によって、パターニングツール１０によるＸ軸方向への加工が実現される。
The
ヘッド移動機構３は、Ｙ軸方向およびＺ軸方向におけるパターニングヘッド８の移動を担う部位である。ヘッド移動機構３は、Ｙ軸方向において互いに離間する１対の支柱４（４ａ、４ｂ）と、支柱４ａ、４ｂによって支持されることによってステージ２の上方においてＹ軸方向に延在するガイドバー５と、Ｙ軸方向に移動自在なＹ軸移動部６と、Ｚ軸方向に移動自在なＺ軸粗動部７と、Ｚ軸粗動部７に保持されたパターニングヘッド８とを主として備える。
The
Ｙ軸移動部６は、概略、ＹＺ平面に平行な板状をなしており、Ｘ軸方向負側の面に設けられた一対の被ガイド部６ａ、６ｂがガイドバー５に設けられた一対のガイド５ａ、５ｂに案内されることによってＹ軸方向に移動自在とされてなる。また、Ｙ軸移動部６は、Ｘ軸方向正側の面に一対のガイドバー６ｃ、６ｄを備える。
The Y-
Ｚ軸粗動部７は、概略、ＹＺ平面に平行な板状をなしており、そのＸ軸方向負側の面に設けられた一対の被ガイド部７ａ、７ｂが、Ｚ軸方向に延在する態様にてＹ軸移動部６に設けられた一対のガイドバー６ｃ、６ｄに案内されることによってＺ軸方向に移動自在とされてなる。
The Z-axis
Ｚ軸方向におけるＺ軸粗動部７の動作はボールネジ機構により実現される。すなわち、Ｚ軸方向に延在させて設けられたボールねじ７ｄがモータ７ｅによって駆動されることで、一対の被ガイド部７ａ、７ｂが一対のガイドバー６ｃ、６ｄによってＺ軸方向に案内される。
The operation of the Z-axis
また、Ｚ軸粗動部７のＸ軸方向正側の面には、Ｚ軸方向に延在する貫通孔７ｈを有するガイド７ｃが付設されてなる。ガイド７ｃは、後述するように、パターニングヘッド８の動作をＺ軸方向に制限するために設けられてなる。
Further, a
なお、図２および図３においては図示を省略するが、同様に、Ｙ軸方向におけるＹ軸移動部６の動作も、モータ６ｅ（図４）を有するボールネジ機構により実現される。
Although not shown in FIGS. 2 and 3, similarly, the operation of the Y-
パターニングヘッド８は、概略、ＺＹ平面に平行でＺ軸方向に長手方向を有する矩形状の垂直部８ａとＸＹ平面に平行でＹ軸方向に長手方向を有する矩形状の水平部８ｂとを有しており、かつ、ＹＺ側面視において、Ｌ字状をなしている。垂直部８ａの下端部分にはパターニングツール１０を保持するツールホルダ８ｈが着脱自在に付設されてなる。なお、後述するように、パターニングヘッド８は、傾斜姿勢を採ることがあり、その際には垂直部８ａは必ずしも垂直状態ではなく、水平部８ｂは必ずしも水平状態ではないが、係る状態の場合も、便宜上、両部分をそれぞれ垂直部８ａおよび水平部８ｂと称することとする。
The
垂直部８ａは、そのＸＹ断面が矩形状をなしている。また、垂直部８ａは、そのＺ軸方向において、水平部８ｂと接合されてなる上端側近傍とツールホルダ８ｈが付設されてなる下端側近傍とを除いた部分が、Ｚ軸粗動部７に付設されてなるガイド７ｃの貫通孔７ｈに、非接触状態で挿嵌されてなる。換言すれば、垂直部８ａは、微小な間隙Δを介してガイド７ｃに囲驍されてなる。係る間隙は５μｍ〜２０μｍ程度であるのが好ましい。
The
このような構成および配置関係を有するパターニングヘッド８の垂直部８ａとＺ軸粗動部７のガイド７ｃとは、静圧案内機構を構成してなる。すなわち、垂直部８ａとガイド７ｃとは、垂直部８ａからのエアの噴出に伴い発生する静圧によって互いに非接触状態を保ちつつ、パターニングヘッド８の動作をＺ軸方向に制限するようになっている。図２および図３においては詳細な図示を省略するが、垂直部８ａのガイド７ｃに囲驍された部分のうち、両図において斜線を付してなる範囲に、エア供給源１５（図４）から供給されるエア（空気）を垂直部８ａから貫通孔７ｈに向けて噴出するエア噴出機構８ｃが設けられてなる。
The
一方、水平部８ｂの上方には、最下端部に押圧部９ａを有するエアシリンダ９が設けられており、エアシリンダ９が加圧することで、押圧部９ａがパターニングヘッド８の水平部８ｂを上方からＺ軸負方向へと押圧するようになっている。係る態様にて押圧部９ａがパターニングヘッド８を押圧することで、パターニングツール１０が基板Ｗに与える力が調整できるようになっている。エアシリンダ９の加圧状態は、電空レギュレータ１４（図４）によって制御される。
On the other hand, an
なお、本実施の形態に係る加工装置１００において実現される、エアシリンダ９の押圧部９ａがパターニングヘッド８を押圧する動作は、あくまでパターニングヘッド８を付勢する動作の一態様である。それゆえ、エアシリンダ９は付勢手段の一態様であって、エアシリンダ９がパターニングヘッド８に与える押圧力は、上位概念的にいえば、パターニングヘッド８を付勢する付勢力である。
The operation of pressing the
さらに、水平部８ｂには、Ｚ軸粗動部７との間に自重キャンセルバネ８ｄが設けられている。自重キャンセルバネ８ｄは、Ｚ軸方向に延在する態様にて設けられており、パターニングヘッド８に対しＺ軸正方向に力（弾性力）を加えることで、パターニングツール１０およびツールホルダ８ｈを含めたパターニングヘッド８の自重（Ｚ軸負方向に作用する重力）をキャンセルするようになっている。
Further, a self-
なお、図１ないし図３においては、一のＺ軸粗動部７に対し一のパターニングヘッド８（およびエアシリンダ９）を設けた構成を例示しているが、一のＺ軸粗動部７に対し、Ｙ軸方向に列設させる態様にて複数のパターニングヘッド８を設ける態様であってもよい。
1 to 3 exemplify a configuration in which one patterning head 8 (and air cylinder 9) is provided for one Z-axis
パターニングツール１０の一方端側には刃先１０ａが形成されてなる。刃先１０ａはパターニングツール１０の本体部分と一体に形成されている。刃先１０ａの幅は、形成しようとする加工溝の幅によっても異なるが、数十μｍ〜数百μｍ程度が好適である。
A
パターニングツール１０は種々の形状を取り得る。例えば、刃先１０ａに向かうに従って先細となる形状などが好適な一例である。
The
また、図示は省略するが、ヘッド移動機構３にはさらに、レーザー変位計が設けられる。例えば、レーザー変位計は、Ｚ軸粗動部７のＸ軸方向正側の面に付設された保持アームに保持されることによって、Ｘ軸方向においてパターニングツール１０よりも前方（正側）となる位置に配置されるのが好適である。レーザー変位計は、基板Ｗを載置したステージ２がＸ軸方向を移動する間に、基板Ｗの表面の表面形状変化を、換言すれば、局所的な凹凸（高さ位置）変化を断続的もしくは連続的に計測するために設けられる。レーザー変位計により取得されたデータ（複数の形状計測位置と当該位置における基板Ｗの高さ位置とのデータセット）は、形状データ１３ｃとして記憶部１３に記憶される（図４）。レーザー変位計としては、公知のものを適用可能である。
Although not shown, the
一方、図４に示すように、加工装置１００は、コントローラ１１と、電空レギュレータ１４と、エア供給源１５と、入力操作部２１と、表示部２２とをさらに備える。
On the other hand, as shown in FIG. 4, the
コントローラ１１は、加工装置１００における種々の動作や演算等を担う。コントローラ１１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどのコンピュータハードウェアにより実現される機能的構成要素として、加工制御部１２を備える。
The
またコントローラ１１は、例えばハードディスクなどからなる記憶媒体である記憶部１３を備える。記憶部１３には、加工装置１００を動作させるためのプログラム１３ａと、個々の加工を行う際の加工条件が記述された加工レシピ１３ｂと、基板Ｗの表面形状（高さ位置）のデータである形状データ１３ｃと、加工時にエアシリンダ９の押圧部９ａがパターニングヘッド８を押圧する力である押圧力を記述した押圧力データ１３ｄとが主に記憶される。プログラム１３ａがＣＰＵにおいて実行されることにより、機能的構成要素としての加工制御部１２が実現され、該加工制御部１２が機能することによって、加工装置１００の種々の動作が実現される。
The
加工制御部１２は、吸引手段２ａによる基板Ｗの吸引固定、駆動手段２ｂによるステージ２の移動、モータ６ｅ、７ｅによるＹ軸移動部６やＺ軸粗動部７の移動、エアシリンダ９によるパターニングヘッド８の押圧動作、エア噴出機構８ｃにおけるエア噴出動作、あるいはさらに、レーザー変位計による基板Ｗの計測など、基板Ｗに対する加工処理動作全般の制御を担う。
The
形状データ１３ｃは、レーザー変位計によって取得される、基板Ｗの表面の局所的な高さ位置が記述されたデータである。また、押圧力データ１３ｄは、基板Ｗを加工する際に押圧部９ａがパターニングヘッド８に与える押圧力の大きさが記述されたデータである。押圧力は、一定値として定められる態様であってもよいし、Ｘ軸に対する関数として定められる態様であってもよい。後者の場合、押圧力を、形状データ１３ｃに基づいて特定される、基板Ｗの局所的な表面形状の違いに応じて局所位置ごとに違えるようにすることも可能である。
The
そして、電空レギュレータ１４は、押圧部９ａがパターニングヘッド８に与える押圧力を押圧力データ１３ｄに基づいて制御する。
The
エア供給源１５は、静圧案内機構において垂直部８ａをガイド７ｃに対して非接触状態に保つべく、垂直部８ａから噴出させるためのエアを供給する部位である。
The
入力操作部２１は、加工装置１００のオペレータが加工装置１００に対して種々の操作指示やデータを入力するためのインターフェースである。また、表示部２２は、加工装置１００の処理メニューや動作状況などを表示するためのものである。なお、入力操作部２１と表示部２２がタッチパネルなどによって構成されることにより、一体化されていてもよい。
The
以上のような構成を有する加工装置１００においては、概略、加工レシピ１３ｂの記述内容に基づく加工制御部１２の制御によって、ステージ２に基板Ｗを吸引固定させ、かつ、パターニングツール１０の先端に備わる刃先１０ａを基板Ｗの表面に接触（当接）させた状態で、あらかじめ取得あるいは設定された形状データ１３ｃや押圧力データ１３ｄの記述内容に従って、ステージ２をＸ軸方向に移動させることにより、つまりは、パターニングツール１０を基板Ｗに対してＸ軸方向に相対的に移動させることにより、当接部分の薄膜層を剥離除去して基板Ｗに対しＸ軸方向に沿った直線状の加工溝を形成することが出来る。
In the
例えば、パターニングヘッド８をＹ軸方向に所定ピッチで移動させる都度、ステージ２をＸ軸方向に移動させることによって、互いに平行かつ真直な直線状の複数の加工溝を形成することが出来る。
For example, each time the
また、形成予定ラインの形状が曲線的である場合には、Ｘ軸方向へのステージ２の移動に、パターニングヘッド８のＹ軸方向への移動が重畳されるようになっていてもよい。
Further, when the shape of the line to be formed is curved, the movement of the
なお、加工を行っている間のパターニングツール１０と基板Ｗとの接触状態の維持は、エアシリンダ９による押圧によってパターニングヘッド８をＺ軸方向に動作させる（上下動させる）ことによって実現される。係る場合においては、両者のＺ軸方向における相対的な位置関係が一定に保たれるように、エアシリンダ９が与える押圧力が形状データ１３ｃに従って調整されてもよいし、押圧力をあらかじめ押圧力データ１３ｄに記述されてなる大きさで保たれるようになっていてもよい。
The contact state between the
一方、パターニングヘッド８の水平方向における保持は、静圧案内機構によって実現される。すなわち、パターニングヘッド８は、ガイド７ｃに対し非接触な状態を保ちつつ水平保持されてなる。
On the other hand, holding of the
＜静圧案内機構＞
次に、本実施の形態に係る加工装置１００が備える静圧案内機構の詳細について説明する。図５は、加工装置１００において静圧案内機構を構成するパターニングヘッド８の垂直部８ａとガイド７ｃとの要部外観斜視図である。図６は、垂直部８ａのみの要部外観斜視図である。図７は、垂直部８ａに設けられたエア噴出機構８ｃの構成を概略的に示す斜視図である。
<Static pressure guide mechanism>
Next, the detail of the static pressure guide mechanism with which the
図５に示すように、パターニングヘッド８の垂直部８ａは、その周囲をガイド７ｃに囲驍されてなる。ただし、垂直部８ａの上端側は露出しており、その露出部分のＸ軸方向負側には、垂直部８ａの内部にエア供給源１５から供給されるエアを導入する供給孔Ｈ０が設けられてなる。供給孔Ｈ０には、他方端をエア供給源１５に接続されてなる図示しない供給管が接続される。
As shown in FIG. 5, the
また、図６および図７に示すように、パターニングヘッド８の垂直部８ａのガイド７ｃに囲驍されてなる部分には、複数の噴出孔Ｈ１ａ〜Ｈ１ｈ、Ｈ２ａ〜Ｈ２ｈ、Ｈ３ａ〜Ｈ３ｈが設けられてなる。ただし、図７においては、噴出孔は黒い点として表現している。また、図７に示すように、それぞれの噴出孔は、垂直部８ａの内部で流路Ｆによって供給孔Ｈ０と接続されてなる。ただし、図７においては図示の簡単のため、流路Ｆは一点鎖線として表現している。これら供給孔Ｈ０、噴出孔Ｈ１ａ〜Ｈ１ｈ、Ｈ２ａ〜Ｈ２ｈ、Ｈ３ａ〜Ｈ３ｈ、および、流路Ｆが、垂直部８ａにおいてエア噴出機構８ｃを構成している。供給孔Ｈ０、噴出孔Ｈ１ａ〜Ｈ１ｈ、Ｈ２ａ〜Ｈ２ｈ、Ｈ３ａ〜Ｈ３ｈ、および、流路Ｆの径（内径）は、０．０１ｍｍ〜数ｍｍ程度が好適である。
Further, as shown in FIGS. 6 and 7, a plurality of ejection holes H1a to H1h, H2a to H2h, and H3a to H3h are provided in a portion surrounded by the
図６および図７に示すように、本実施の形態においては、噴出孔は３段に分けて設けられている。Ｚ軸方向正側（供給孔Ｈ０に近い側）より１段目には噴出孔Ｈ１ａ〜Ｈ１ｈが設けられており、２段目には噴出孔Ｈ２ａ〜Ｈ２ｈが設けられて、３段目には噴出孔Ｈ３ａ〜Ｈ３ｈが設けられている。 As shown in FIGS. 6 and 7, in the present embodiment, the ejection holes are provided in three stages. On the first stage from the Z axis direction positive side (side closer to the supply hole H0), the ejection holes H1a to H1h are provided, and on the second stage, the ejection holes H2a to H2h are provided. The ejection holes H3a to H3h are provided.
また、噴出孔Ｈ１ａ、Ｈ２ａ、Ｈ３ａは、垂直部８ａのＸ軸方向負側の面８ａ１に設けられており、噴出孔Ｈ１ｂ、Ｈ１ｃ、Ｈ１ｄ、Ｈ２ｂ、Ｈ２ｃ、Ｈ２ｄ、Ｈ３ｂ、Ｈ３ｃ、Ｈ３ｄは、垂直部８ａのＹ軸方向正側の面８ａ２に設けられており、噴出孔Ｈ１ｅ、Ｈ２ｅ、Ｈ３ｅは、垂直部８ａのＸ軸方向正側の面８ａ３に設けられており、噴出孔Ｈ１ｆ、Ｈ１ｇ、Ｈ１ｈ、Ｈ２ｆ、Ｈ２ｇ、Ｈ２ｈ、Ｈ３ｆ、Ｈ３ｇ、Ｈ３ｈは、垂直部８ａのＹ軸方向負側の面８ａ４に設けられている。
Further, the ejection holes H1a, H2a, H3a are provided on the surface 8a1 on the negative side in the X-axis direction of the
係る噴出孔の配置は、垂直部８ａのＺ軸方向に沿った４つの面８ａ１〜８ａ４の大きさに応じて定められればよい。図６および図７に例示する本実施の形態に係る加工装置１００においては、垂直部８ａのＸ軸方向に垂直な面８ａ１および面８ａ３はＹ軸方向に垂直な面８ａ２および面８ａ４よりも小さい（細い）ことに、つまりは、垂直部８ａが上面視（ＸＹ平面視）でＸ軸方向に長手方向を有する細長い長方形状となっていることに対応して、面８ａ１および面８ａ３には噴出孔が各段１つずつのみ設けられてなり、面８ａ２および面８ａ４には噴出孔が各段３つずつ設けられてなる。垂直部８ａの形状によっては、各面に異なる個数の噴出孔が設けられてもよい。
The arrangement of the ejection holes may be determined according to the sizes of the four surfaces 8a1 to 8a4 along the Z-axis direction of the
エア噴出機構８ｃにおいては、エア供給源１５より供給されるエアが、ＸＹ正負方向に向けて、より具体的には、各方向において垂直部８ａと対向するガイド７ｃの貫通孔７ｈの内壁面に向けて、噴出される。このとき、供給孔Ｈ０を通じて供給されるエアの流量は全ての噴出孔で同じである。係る状態において垂直部８ａとガイド７ｃとの間に発生する静圧によって（それぞれの噴出孔と対向するガイド７ｃの貫通孔７ｈの内面との間に発生する静圧のバランスによって）、垂直部８ａが貫通孔７ｈと非接触な状態を保ちつつ水平保持される状態が実現される。
In the
係る構成のエア噴出機構８ｃを備えることにより、本実施の形態に係る加工装置１００においては、パターニングヘッド８の垂直部８ａとガイド７ｃとの間に発生させた静圧によって、パターニングヘッド８は絶えずガイド７ｃと非接触な状態に保たれる。それゆえ、加工の際にパターニングヘッド８がＺ軸方向に上下動する場合であっても、パターニングヘッド８とガイド７ｃとの間にガイド７ｃとの間で摩擦が生じることはなく、それゆえ、パターニングツール１０の基板Ｗの表面凹凸に対する追随性、もしくは、パターニングツール１０が基板Ｗに対して与える押圧力（付勢力）の安定性が、良好に確保されるようになっている。
By providing the
＜可変バルブによる静圧変動の抑制＞
上述のように、本実施の形態に係る加工装置１００においては、静圧案内機構によってパターニングヘッド８を非接触で水平保持するようになっている。当然ながら、係る水平保持状態が良好に実現されるには、静圧案内機構全体における圧力のバランスが保たれる必要がある。
<Suppression of static pressure fluctuation by variable valve>
As described above, in the
図８は、静圧案内機構全体における圧力のバランスが保たれ、パターニングヘッド８の姿勢が安定しているときの垂直部８ａを通る加工装置１００のＺＸ要部断面図である。これは例えば、パターニングヘッド８が静止しているときなどが該当する。係る場合においては、図８に示すように、面８ａ１に設けられた噴出孔Ｈ１ａ、Ｈ２ａ、および、Ｈ３ａと、面８ａ３に設けられた噴出孔Ｈ１ｅ、Ｈ２ｅ、および、Ｈ３ｅは、同じ大きさの間隙Δを保ってガイド７ｃの貫通孔７ｈの内面と対向している。なお、図８においては図示を省略しているが、係る場合においては、面８ａ２および面８ａ４と貫通孔７ｈとの間も、同じ大きさの間隙Δが保たれている。
FIG. 8 is a ZX main part sectional view of the
ただし、加工装置１００においては、パターニング加工の際、パターニングヘッド８の下端部に備わるパターニングツール１０の刃先１０ａが、外力として基板Ｗから摩擦力（抵抗力）を受けることに起因して、パターニングヘッド８の垂直部８ａに対しトルクが作用する。パターニングヘッド８は、係るトルクが作用した状態においても非接触に水平保持される必要がある。
However, in the
しかも、図６および図７に例示するように、加工装置１００において、静圧案内されるパターニングヘッド８の垂直部８ａが上面視（ＸＹ平面視）で細長い長方形状となっている場合には、垂直部８ａのＸ軸方向に垂直な面８ａ１および面８ａ３に設ける噴出孔の数は、垂直部８ａのＹ軸方向に垂直な面８ａ２および面８ａ４に設ける噴出孔の数よりも少なくせざるを得ない。係る場合、パターニングヘッド８のＸ軸方向における水平保持状態の維持は、Ｙ軸方向における水平保持状態の維持よりも難しい。
Moreover, as illustrated in FIGS. 6 and 7, in the
図９は、パターニング加工の途中、ステージ２がＸ軸正方向に移動することによりパターニングヘッド８が基板Ｗに対してＸ軸負方向に相対移動するときの垂直部８ａを通る加工装置１００のＺＸ要部断面図である。
9 shows that ZX of the
図９に示す場合においては、パターニングヘッド８の垂直部８ａに、刃先１０ａと基板Ｗとの間に作用する摩擦力に起因したトルクがＺＸ面内に沿って作用した結果として、垂直部８ａが傾斜姿勢となっている。より詳細には、垂直部８ａのＸ軸方向負側の面８ａ１において最も上方に設けられてなる噴出孔Ｈ１ａと、Ｘ軸方向正側の面８ａ３において最も下方に設けられてなる噴出孔Ｈ３ｅとが、図８に示すパターニングヘッド８が安定姿勢にあるときよりもガイド７ｃに接近する一方、Ｘ軸方向負側の面８ａ１において最も下方に設けられてなる噴出孔Ｈ３ａと、Ｘ軸方向正側の面８ａ３において最も上方に設けられてなる噴出孔Ｈ１ｅとが、パターニングヘッド８が安定姿勢にあるときよりもガイド７ｃから離間した状態となっている。
In the case shown in FIG. 9, as a result of the torque caused by the frictional force acting between the
垂直部８ａが図８に示した安定姿勢から図９に示した傾斜姿勢へと変化するとき、ガイド７ｃに接近した噴出孔Ｈ１ａと噴出孔Ｈ３ｅの近傍における静圧は増大する一方、ガイド７ｃから離間した噴出孔Ｈ３ａと噴出孔Ｈ１ｅの近傍における静圧が低下する。すなわち、各噴出孔において実現されている静圧のバランスが崩れてしまう。すると、噴出孔Ｈ３ａと噴出孔Ｈ１ｅとから噴出されるエアは、Ｘ軸方向における垂直部８ａの水平保持に寄与し難くなり、垂直部８ａの保持は、残る噴出孔Ｈ１ａ、Ｈ２ａ、Ｈ２ｅ、Ｈ３ｅが担うことになる。しかしながら、噴出孔Ｈ３ａと噴出孔Ｈ１ｅの近傍における静圧の低下により流路Ｆにおけるエアの圧力も低下してしまうため、垂直部８ａに作用するトルクの大きさと静圧案内機構で実現される静圧の大きさとの関係によっては、非接触状態を保つことが困難となり、垂直部８ａがガイド７ｃと接触してしまうことも起こり得る。
When the
そのような不具合が生じることを避けることを目的として、本実施の形態に係る加工装置１００においては、エア噴出機構８ｃを構成する噴出孔のうち、少なくとも、パターニング加工を行う際にパターニングヘッド８の垂直部８ａの姿勢が変化すると近傍において静圧の変動が生じる可能性のあるものに、両端部における圧力状態に応じて自律的かつ連続的に開閉する可変バルブ３０（図１０参照）を設けてなる。以下、可変バルブ３０が設けられた噴出孔を特に、可変バルブ付き噴出孔と称する。
In order to avoid the occurrence of such a problem, in the
例えば、図６および図７に例示する場合であれば、少なくとも、垂直部８ａのＸ軸方向において対向する面８ａ１と面８ａ３において最も上に位置する噴出孔Ｈ１ａ、Ｈ１ｅと、最も下に位置する噴出孔Ｈ３ａ、Ｈ３ｅとが可変バルブ付き噴出孔とされるのが好適である。もちろん、面８ａ１および面８ａ３に備わる全ての噴出孔が、あるいは、エア噴出機構８ｃに備わる全ての噴出孔が、可変バルブ付き噴出孔とされる態様であってもよい。
For example, in the case illustrated in FIG. 6 and FIG. 7, at least the ejection holes H1a and H1e positioned at the uppermost positions in the surfaces 8a1 and 8a3 facing each other in the X-axis direction of the
図１０は、係る可変バルブ３０の構成を示す断面図である。なお、図１０においては、噴出孔Ｈ１ａに可変バルブ３０が設けられた様子を示しているが、他の噴出孔に設けられる場合も、可変バルブ３０の構成および配置は、図１０に例示する場合と同様である。図１１は、バネ部材３２（図１０参照）の図示を省略した可変バルブ３０の要部外観図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configuration of the
可変バルブ３０は主として、本体部３１と、バネ部材３２と、絞り部材３３とから構成される。好ましくは、本体部３１の側面と、対応する噴出孔の内面とにはともにネジ切りがなされており、本体部３１が噴出孔に対して螺合される。
The
本体部３１は、円筒状をなす部材であり、その長手方向の一方端側には円錐台状の切り欠き部３１ａが設けられてなるとともに、該切り欠き部３１ａの底部から長手方向に沿って、バネ部材３２を挿嵌可能な円筒状の空隙３１ｂが設けられてなる。また、本体部３１の他方端側から空隙３１ｂにかけては、長手方向に平行であり空隙３１ｂに比して径の小さい流路ｆ１が設けられてなる。すなわち、本体部３１は、空隙３１ｂと流路ｆ１とが連続する構成、つまりは、その一方端側から他方端側にかけて貫通した構成を有してなる。
The
バネ部材３２は、本体部３１の空隙３１ｂの内径に見合う外径と空隙３１ｂの長さに見合う全長（自然長）を有する中空円筒状のコイルバネである。
The
絞り部材３３は、一方端側に上面視十字状の溝部３３ａが設けられてなるとともに、他方端側が円錐台状の突起部３３ｂとされてなり、かつ、該突起部３３ｂにおいてバネ部材３２に接続された、円筒状の部材である。絞り部材３３は、その突起部３３ｂが、本体部３１の切り欠き部３１ａ内に収まるように形成されてなる。また、絞り部材３３の内部には、溝部３３ａの十字部分の交点から突起部３３ｂにかけて流路ｆ３が設けられてなる。この流路ｆ３は、絞り部材３３の突起部３３ｂが切り欠き部３１ａに当接した状態になった場合でも流路Ｆから流路ｆ１へのエアの流れを保証するべく設けられてなる。
The
なお、少なくとも可変バルブ３０が設けられる噴出孔については、流路Ｆよりもわずか内径が大きくなっており、係る内径の差によって形成されてなる段差３４によって、絞り部材３３の動きが拘束されるようになっている。
Note that at least the ejection hole provided with the
また、流路Ｆにエアを供給していないときに、バネ部材３２が絞り部材３３を段差３４に向かって押圧した状態とするために、本体部３１、バネ部材３２、絞り部材３３のサイズは、それらを組み付けた際、バネ部材３２がその自然長から所定の長さだけ圧縮された状態になるように、設定されている。本体部３１の切り欠き部３１ａと絞り部材３３との間に空隙が形成され、係る空隙は絞り部材３３と噴出孔の内面との隙間とともに流路ｆ２として機能するようになっている。なお、絞り部材３３の溝部３３ａは、バネ部材３２によって絞り部材３３が段差３４に押圧された状態でも、流路Ｆから流路ｆ２へのエアの流れを保証するべく設けられてなる。そしてこのような構成により、絞り部材３３の位置に応じて切り欠き部３１ａと絞り部材の突起部３３ｂとの間隔が変化し、絞り部材３３がバネ部材３２側に位置するほど、切り欠き部３１ａと絞り部材の突起部３３ｂとの間隔が狭くなり、流路Ｆから流路ｆ１へのエアの経路が絞られるようになっている。
Further, when the air is not supplied to the flow path F, the size of the
以上の構成を有する可変バルブ３０は、本体部３１の流路ｆ１の側が垂直部８ａの側面側と面一となるように、設置対象とされた噴出孔に挿嵌されてなる。係る可変バルブ３０においては、流路Ｆにおけるエアの圧力と当該噴出孔の外部近傍における圧力（静圧）との大小関係に応じて、絞り部材３３が変位するとともにバネ部材３２が伸縮するようになっている。
The
具体的には、流路Ｆのエアの圧力をＳ１とし、空隙３１ｂの圧力をＳ２とし、当該噴出孔の外部近傍における（本体部３１の他方端側における）圧力（静圧）をＳ３とし、溝部３３ａ側から見た絞り部材３３の面積をＡ１、突起部３３ｂの先端の面積をＡ２とし、バネ部材３２のバネ定数をｋ、バネ部材３２の自然長から圧縮されている長さをｘとするとき、絞り部材３３はバネ部材３２側から受ける力と流路Ｆ側から受ける力が釣り合う位置に移動し、式１の関係が成り立つ。
ｋｘ＋Ｓ２Ａ２＝Ｓ１Ａ１ …（式１）
なお、空隙３１ｂの圧力Ｓ２は流路ｆ１を介してつながっている噴出孔の外部近傍の圧力Ｓ３の値によって変動し、Ｓ３の増減に応じてＳ２も変化する。圧力Ｓ１と圧力Ｓ３が一定である限りは、式１を満たす位置で絞り部材が一定の位置を保ち、供給孔Ｈ０を通じて垂直部８ａ内に供給されたエアは、流路ｆ３、流路ｆ２、空隙３１ｂ、流路ｆ１を経て噴出孔から噴出される。例えば、図８に示すような安定姿勢にあるときには、各噴出孔における圧力Ｓ３がほぼ同じ値である。
Specifically, the air pressure in the flow path F is S1, the pressure in the
kx + S2A2 = S1A1 (Formula 1)
The pressure S2 in the
一方、圧力Ｓ２が低下するとＳ１とＳ２の値の差（圧力差）に応じてバネ部材３２が縮み、これによって流路ｆ２が狭まる。そして、圧力差が一定のしきい値以上となった場合には、つまりは、バネ部材３２の縮みが所定値に到達した場合、絞り部材３３の突起部３３ｂは本体部３１の切り欠き部３１ａと接触し、流路ｆ２は完全に塞がれてしまうこととなる。
On the other hand, when the pressure S2 decreases, the
加工装置１００においては、このような作用の可変バルブ３０が、上述のように、少なくとも、パターニングヘッド８の垂直部８ａのＸ軸方向において対向する面８ａ１と面８ａ３において最も上に位置する噴出孔Ｈ１ａ、Ｈ１ｅと、最も下に位置する噴出孔Ｈ３ａ、Ｈ３ｅとに設けられてなる。
In the
パターニング加工を行っていない時など、垂直部８ａが図８に示すような安定姿勢にあるときは、全ての可変バルブ付き噴出孔においてＳ１、Ｓ２およびＳ３はほぼ同じ一定の値となっている。
When the
一方、パターニング加工を行っているときなど、パターニングツール１０に作用する加工抵抗によって垂直部８ａが図９に示した傾斜姿勢にあるときは、ガイド７ｃに接近することで噴出孔Ｈ１ａと噴出孔Ｈ３ｅにおける静圧Ｓ３は増加し、これらの噴出孔内の圧力Ｓ２も増加する一方で、ガイド７ｃから離間することで噴出孔Ｈ３ａと噴出孔Ｈ１ｅにおける静圧Ｓ３が低下し、これらの噴出孔内の圧力Ｓ２も低下することとなる。静圧Ｓ３が増加した噴出孔Ｈ１ａと噴出孔Ｈ３ｅでは、静圧Ｓ３と同時に圧力Ｓ２も増加し、流路ｆ２が広くなるため、静圧Ｓ３の増加に応じてエアの供給が増加する。一方、静圧Ｓ３が低下した噴出孔Ｈ３ａと噴出孔Ｈ１ｅでは、静圧Ｓ３と同時に圧力Ｓ２も低下し、流路ｆ２が狭くなるため、静圧Ｓ３の低下に応じてエアの供給が絞られる。つまり、ガイド７ｃに接近した噴出孔では静圧が増加し、ガイド７ｃから離間した噴出孔では静圧が低下するように可変バルブ３０が動作することとなる。その結果として、垂直部８ａは傾斜姿勢ではあるものの、非接触状態で保持され続けることになる。
On the other hand, when the
よって、図６および図７に例示するようにパターニングヘッド８の垂直部８ａがＸ軸方向に長手方向を有する上面視（ＸＹ平面視）で細長い長方形状となっている場合であっても、少なくとも垂直部８ａのＸ軸方向に垂直な面の最も上および最も下に位置する噴出孔に上述の可変バルブ３０を設けておくことで、加工装置１００においては、パターニングツール１０の基板Ｗの表面凹凸に対する追随性、もしくは、パターニングツール１０が基板Ｗに対して与える押圧力（付勢力）の安定性が、良好に確保されるようになっている。
Therefore, even when the
しかも、上述のように、可変バルブ３０の動作は、単にその両端における圧力Ｓ１、Ｓ３にのみ依存するので、自律的かつ連続的である。このことは、すなわち、可変バルブ３０の動作に特段の制御要素は不要であるということを意味している。
Moreover, as described above, the operation of the
なお、パターニング加工の終了後など、パターニングツール１０に対し作用していた外力が解除されると、垂直部８ａは傾斜姿勢から安定姿勢に戻る。すると、Ｓ１とＳ２の圧力差は解消されて、全ての噴出孔の周りにおける静圧は再び等しくなる。
When the external force acting on the
以上、説明したように、本実施の形態に係る加工装置においては、下方にパターニングツールが保持されてなるパターニングヘッドの垂直部とこれを囲驍するガイドとの隙間に、垂直部に設けたエア噴出機構によってエアを噴出し、静圧を発生させることによって、パターニングヘッドは絶えずガイドと非接触な状態に保たれる。それゆえ、加工の際にパターニングヘッドがＺ軸方向に上下動する場合であっても、パターニングヘッドとガイドとの間で摩擦が生じることはなく、それゆえ、パターニングツールの基板の表面凹凸に対する追随性、もしくは、パターニングツールが基板に対して与える押圧力（付勢力）の安定性が、良好に確保されるようになっている。 As described above, in the processing apparatus according to the present embodiment, the air provided in the vertical portion in the gap between the vertical portion of the patterning head in which the patterning tool is held below and the guide surrounding it. By ejecting air by the ejection mechanism and generating static pressure, the patterning head is constantly kept out of contact with the guide. Therefore, even when the patterning head moves up and down in the Z-axis direction during processing, there is no friction between the patterning head and the guide. Therefore, the patterning tool follows the surface irregularities of the substrate. Or stability of the pressing force (biasing force) applied to the substrate by the patterning tool is ensured satisfactorily.
しかも、パターニングヘッドの垂直部の外面に備わるエア供給機構からのエアの噴出孔のうち、少なくとも、パターニング加工を行う際のパターニングヘッドの相対移動方向に垂直な面の最も上側および最も下側に設けられた噴出孔に、垂直部外面側の圧力が垂直部内部の流路側における圧力よりも小さくなった場合にエアの流量を自律的に制限する可変バルブを設けておくことで、パターニングヘッドの垂直部が傾斜姿勢にある場合であっても、ガイドとの間で非接触状態が保たれるようになっている。 In addition, among the air ejection holes from the air supply mechanism provided on the outer surface of the vertical portion of the patterning head, it is provided at least on the uppermost side and the lowermost side of the surface perpendicular to the relative movement direction of the patterning head when patterning is performed. By providing a variable valve that autonomously restricts the flow rate of air when the pressure on the outer surface of the vertical part is smaller than the pressure on the flow path inside the vertical part, Even when the part is in an inclined posture, a non-contact state is maintained with the guide.
１ 基台
２ ステージ
３ ヘッド移動機構
６ Ｙ軸移動部
７ Ｚ軸粗動部
７ｃ ガイド
８ パターニングヘッド
８ｃ エア噴出機構
８ｄ 自重キャンセルバネ
８ｈ ツールホルダ
９ エアシリンダ
９ａ 押圧部
１０ パターニングツール
１０ａ 刃先
１１ コントローラ
３０ 可変バルブ
３１ 本体部
３２ バネ部材
３３ 絞り部材
１００ 加工装置
Ｆ （エア噴出機構の）流路
ｆ１、ｆ２、ｆ３ （可変バルブの）流路
Ｈ１ａ〜Ｈ１ｈ、Ｈ２ａ〜Ｈ２ｈ、Ｈ３ａ〜Ｈ３ｈ 噴出孔
Ｗ 基板
DESCRIPTION OF
Claims (3)
先端に刃先を備えるパターニングツールと、
鉛直方向に長手方向を有する第１の部分を有し、前記刃先を鉛直下方に向けた状態を保って前記パターニングツールを前記第１の部分の下端部において保持するパターニングヘッドと、
前記パターニングヘッドを鉛直方向において付勢する付勢手段と、
前記パターニングヘッドの自重をキャンセルする自重キャンセル手段と、
前記パターニングヘッドの前記第１の部分の一部を水平面内において囲驍するガイド部を有するとともに、前記パターニングヘッドの前記第１の部分の表面に設けられた複数の噴出孔のそれぞれから前記ガイド部の対向する面に向けてエアを噴出することにより、前記パターニングヘッドを前記ガイド部に対し非接触な状態にて保持しつつ前記ガイド部に沿って鉛直方向に案内する静圧案内手段と、
を備え、
前記パターニング加工の際の前記基板に対する前記パターニングツールの相対移動方向を第１の方向とするとき、前記複数の噴出孔のうち、少なくとも、前記パターニングヘッドの前記第１の方向に垂直な面の最も上側および最も下側に設けられてなる噴出孔の内部に、両端部における圧力状態に応じて自在にかつ自律的に開閉する可変バルブを備える、ことを特徴とする加工装置。 A processing apparatus for performing a patterning process for removing a part of the thin film layer of the substrate on which the thin film layer is formed to form a groove in the substrate,
A patterning tool with a cutting edge at the tip;
A patterning head having a first portion having a longitudinal direction in a vertical direction and holding the patterning tool at a lower end portion of the first portion while maintaining a state in which the cutting edge is directed vertically downward;
Biasing means for biasing the patterning head in the vertical direction;
Self-weight canceling means for canceling the self-weight of the patterning head;
The guide portion has a guide portion that surrounds a part of the first portion of the patterning head in a horizontal plane, and the guide portion extends from each of a plurality of ejection holes provided on the surface of the first portion of the patterning head. Static pressure guide means for guiding the patterning head in a vertical direction along the guide portion while holding the patterning head in a non-contact state with respect to the guide portion by blowing air toward the opposite surface of
Equipped with a,
When the relative movement direction of the patterning tool with respect to the substrate during the patterning process is the first direction, at least the surface perpendicular to the first direction of the patterning head among the plurality of ejection holes. A processing apparatus comprising: a variable valve that opens and closes freely and autonomously according to a pressure state at both end portions inside an ejection hole provided on an upper side and a lowermost side .
前記可変バルブが、
中空円筒状のコイルバネであるバネ部材と、
円筒状をなしており、一方端側に十字状の溝部を有するとともに他方端側に円錐台状の突起部を有してなり、かつ、前記溝部の中心と前記突起部の間に流路を有し、前記突起部に前記バネ部材が接続されてなる絞り部材と、
円筒状をなしており、一方端側に円錐台状の切り欠き部を有してなるとともに前記切り欠き部の底部から長手方向に沿って前記バネ部材が挿嵌される空隙を有し、かつ、前記空隙と他方端側との間に流路を有する本体部とを備え、前記絞り部材の突起部と前記本体部の切り欠き部とが対向して配置されていることを特徴とする加工装置。 The processing apparatus according to claim 1 ,
The variable valve is
A spring member which is a hollow cylindrical coil spring;
It has a cylindrical shape, has a cross-shaped groove on one end side, and has a frustoconical protrusion on the other end, and a channel between the center of the groove and the protrusion A throttle member formed by connecting the spring member to the protrusion;
Has a cylindrical shape, has a truncated cone-shaped notch on one end side, and has a gap into which the spring member is inserted along the longitudinal direction from the bottom of the notch, and And a main body having a flow path between the gap and the other end side, and the protrusion of the throttle member and the notch of the main body are arranged to face each other. apparatus.
前記複数の噴出孔のうち前記可変バルブが設けられてなるものをバルブ付き噴出孔とするとき、前記可変バルブは、前記バルブ付き噴出孔において前記本体部の前記他方端側が前記ガイド部と対向するように設けられてなり、
前記バルブ付き噴出孔において前記本体部の前記他方端側近傍の圧力が低下したとき、前記バネ部材が縮んで前記切り欠き部と前記突起部との間の間隔が狭くなる、
ことを特徴とする加工装置。 The processing apparatus according to claim 2 ,
When the variable valve is provided among the plurality of injection holes, the variable valve is configured such that the other end side of the main body portion faces the guide portion in the injection hole with the valve. So that
When the pressure in the vicinity of the other end of the main body portion decreases in the valve-equipped ejection hole, the spring member contracts and the interval between the cutout portion and the projection portion becomes narrower.
A processing apparatus characterized by that.
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