TWI574429B - Substrate trench processing tools and substrate trench processing device - Google Patents

Description

基板之溝槽加工工具及基板用溝槽加工裝置

本發明係關於一種溝槽加工工具，尤其係關於一種由保持具保持，且用於在作為加工對象之基板上與保持具共同相對往返移動而於基板形成溝槽之基板之溝槽加工工具及具有溝槽加工工具之溝槽加工裝置。

薄膜太陽電池係例如藉由如專利文獻1所示之方法而製造。於該專利文獻1記載之製造方法中，藉由於玻璃等基板上形成由Mo膜所構成之下部電極膜，其後，於下部電極膜上形成溝槽而分割成短條狀。其次，於下部電極膜形成包含CIGS膜等黃銅礦構造化合物半導體膜之化合物半導體膜。然後，利用溝槽加工將該等半導體膜之一部分呈條紋狀地除去從而分割成短條狀，並以覆蓋該等之方式形成上部電極膜。最後，利用溝槽加工將上部電極膜之一部分呈條紋狀地剝離從而分割成短條狀。

作為如以上之步驟中之溝槽加工技術之一，使用利用金剛石等機械工具來除去薄膜之一部分之機械刻劃法。於該機械刻劃法中，為了可有效率地進行溝槽加工，而提出有專利文獻2所示之溝槽加工裝置。

專利文獻2之裝置於頭部可上下移動地安裝有工具保持具，進而，擺動構件可於規定之角度範圍內擺動地安裝於該工具保持具。於擺動構件保持有溝槽加工工具，擺動構件使去向移動時之前進切削姿勢與來向移動時之後進切削姿勢反轉。於溝槽加工工具中，於去向移動側及 來向移動側設置有對稱之前部刀尖及後部刀尖。而且，擺動構件處於去向移動(前進)切削姿勢時前部刀尖與太陽電池基板接觸，處於來向移動(後進)切削姿勢時後部刀尖與太陽電池基板接觸。

[先行技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本實開昭63-16439號公報

[專利文獻2]日本特開2012-146954號公報

當使用如以上之溝槽加工工具進行溝槽加工時，可有效率地進行溝槽加工。然而，當工具兩端之刀尖逐漸磨耗時，刀之移動方向之寬度越磨耗越變寬，無法長期維持良好之加工品質。

因此，本案發明者開發了因磨耗而導致之刀之寬度之變化較少、且可實現長壽命化之溝槽加工工具，並已提出申請(日本專利特願2011-212148)。該溝槽加工工具中，工具之刀尖部連續地形成為形成於去向移動側之前端之第1刀、及形成於來向移動側之前端之第2刀。此處，於第1刀與第2刀之間，不存在未形成有刀之部分。因此，當第1刀磨耗時會削去第2刀，再者，相反地當第2刀磨耗時會削去第1刀。因此，即使第1刀及第2刀磨耗，亦可抑制各刀之寬度變化。

此處，第1刀及第2刀相對於移動方向以相同角度向工具本體側傾斜。該傾斜角度與工具之擺動角度相等。因此，當自去向移動時向來向移動時之移動方向切換時，工具擺動傾斜角度之兩倍。因此，於傾斜角度較大之情形時，自一傾斜角度向另一傾斜角度移動之時間(即擺動時 間)變長，於該時間內無法進行準確之溝槽加工。再者，工具擺動期間需要使工具之移動速度成為低速，而導致花費加工時間。

另一方面，若使傾斜角度變小，則利用一刀進行加工時所產生之切削屑無法自另一刀一側順利地排出。因此，存在因切削屑而導致加工品質降低之情形。

本發明之課題在於：當使工具相對於基板相對地往返移動而進行溝槽加工時，可使工具之擺動角度較小，且使切削屑良好地排出從而使加工品質穩定。

本發明之第1方面中之基板之溝槽加工工具係由保持具保持，且用於在作為加工對象之基板上與保持具共同相對地往返移動而於基板形成溝槽之工具，且具有由保持具保持之工具本體、及形成於工具本體之前端部之刀尖部。刀尖部具有第1刀、第2刀、及退避部。第1刀形成於工具本體之前端部，且形成於移動方向之去向移動側之前端。第2刀形成於來向移動側之前端。退避部形成於第1刀與第2刀之間，且以向工具本體側凹陷之方式形成。

此處，由於在第1刀與第2刀之間形成有退避部，因此即便使第1刀及第2刀之傾斜角度變小亦可經由退避部而良好地排出切削屑。因此，當使工具往返移動而進行溝槽加工時，可於移動方向之切換時提高加工品質，另外可縮短加工時間。

本發明之第2方面中之基板之溝槽加工工具係如第1方面之溝槽加工工具，其中第1刀及第2刀均相對於與工具本體之長度方向之軸正交之基準面，以朝向移動方向離開基準面之方式傾斜。

藉由使第1刀及第2刀傾斜，而於工具擺動時使各刀之整個面與基板抵接。因此，可有效率地進行加工。再者，加之於第1刀與第2 刀之間形成有退避部，從而即使各刀磨耗亦可使刀之狀態之變化較小。

本發明之第3方面中之基板之溝槽加工工具係如第2方面之溝槽加工工具，其中退避部具有第1退避面與第2退避面。第1退避面形成於第1刀之第2刀側，且相對於基準面以朝向第2刀側離開基準面之方式傾斜。第2退避面形成於第2刀之第1刀側，且相對於基準面以朝向第1刀側離開基準面之方式傾斜。

藉由使各退避面之傾斜角度較大，而可更加順利地排出切削屑。

本發明之第4方面中之基板之溝槽加工工具係如第3方面之溝槽加工工具，其中退避部之傾斜角度大於各刀之傾斜角度。

此處，使刀之傾斜角度、即工具之擺動角度較小從而可提高移動方向切換時之加工品質，再者，使退避部之傾斜角度較大從而可使切削屑之排出順利。

本發明之第5方面中之基板之溝槽加工工具係如第2至第4方面中任一項之溝槽加工工具，其中退避部之沿基準面之方向之長度比第1刀及第2刀之沿基準面之長度長。

此處，由於退避部之移動方向之長度形成為相對較長，因此可使切削屑之排出更加順利。

本發明之第6方面中之基板之溝槽加工工具係如第2至第5方面中任一項之溝槽加工工具，其中工具本體由擺動自如地支承於保持具之擺動構件支承，且第1刀及第2刀之傾斜角度與擺動構件之擺動角度相等。

此處，分別於去向移動時及來向移動時，各刀之寬度整體與基板接觸，從而可有效率地進行加工。

本發明之第7方面中之基板之溝槽加工工具係如第1至第6 方面中任一項之溝槽加工工具，其中刀尖部係以移動方向之寬度越朝向前端越變窄之方式，傾斜且對稱地形成有相對向之去向移動側之側面與來向移動側之側面。

此處，較理想為刀尖部之移動方向之寬度全部相同。於該情形時，即使第1刀及第2刀磨耗，移動方向之寬度之變化亦較小。

然而，通常，刀尖部之寬度非常小，若使較小寬度之刀尖部變長，則強度會降低，且加工中破損之可能性變高。

因此，於該第7方面之工具中，刀尖部係以前端較細，且越離開前端越變粗之方式形成。因此，可抑制強度之降低，並且可抑制因磨耗而導致之寬度變化從而可實現長壽命化。

本發明之第8方面中之基板之溝槽加工工具係如第1至第7方面中任一項之溝槽加工工具，其中刀尖部之與移動方向正交之方向之寬度較工具本體之該方向之寬度窄。

刀尖部之與移動方向正交之方向之寬度需要根據加工之溝槽之寬度尺寸而設定。而且，通常溝槽寬度尺寸非常窄。另一方面，由於工具本體安裝於保持具上，再者，為了確保強度，因此需要一定之寬度。

因此，於該溝槽加工工具中，使刀尖部之與移動方向正交之方向之寬度較窄，另一方面使工具本體之該方向之寬度較寬。

本發明之第9方面中之基板用溝槽加工裝置係用於在基板上加工溝槽之裝置，且具備載置基板之載台、頭部、及移動機構。頭部配置於載台之上方，且具有：安裝有第1至第8方面中任一項之溝槽加工工具之保持具、及用於使保持具移動於上下方向之驅動部。移動機構使頭部於與載台之載置面平行之面內，相對於載台而相對地移動。

如以上之本發明，於進行往返移動而可進行溝槽加工之溝槽 加工工具，可使工具之擺動角度較小，且可良好地排出切削屑從而可使加工品質穩定。

2‧‧‧工具

3‧‧‧頭部

17‧‧‧保持具

18‧‧‧擺動構件

36‧‧‧工具本體

37‧‧‧刀尖部

38a、38b‧‧‧刀

39‧‧‧退避部

39a、39b‧‧‧退避面

圖1係安裝有本發明之一實施形態中之溝槽加工工具之溝槽加工裝置之外觀立體圖。

圖2係溝槽加工裝置之頭部之前視圖。

圖3係用於說明溝槽加工時之動作之示意圖。

圖4係溝槽加工工具之前視圖及側視圖。

圖5係放大地表示溝槽加工時之刀之姿勢之圖。

將安裝有本發明之一實施形態中之溝槽加工工具之集成型薄膜太陽電池用溝槽加工裝置之外觀立體圖示於圖1中。

[溝槽加工裝置之整體構成]

該裝置具備：載台1，其載置太陽電池基板W；頭部3，其安裝有溝槽加工工具(以下僅記為工具)2；及相機4與監視器5各兩個。

載台1可於水平面內沿圖1之Y方向移動。再者，載台1可於水平面內以任意之角度旋轉。又，於圖1中，表示頭部3之概略外觀，頭部3之詳細情形將於下文中敍述。

頭部3可利用移動機構6而於載台1之上方沿X、Y方向移動。又，如圖1所示，X方向係於水平面內與Y方向正交之方向。移動機構6具有：一對支承柱7a、7b、跨及一對支承柱7a、7b間而設置之導桿8、及驅動形成於導桿8之導件9之馬達10。頭部3可沿導件9如上述般於X 方向上移動。

兩個相機4分別固定於台座12上。各台座12可沿設置於支承台13上之於X方向上延伸之導件14移動。兩個相機4可進行上下移動，利用各相機4拍攝到之影像被顯示於對應之監視器5中。

[頭部]

將頭部3抽出而表示於圖2中。頭部3具有板狀之基座16、保持具17、擺動構件18、及氣缸19。

保持具17經由未圖示之軌道而相對於基座16沿上下方向滑動自如地支承。保持具17具有保持具本體22、及固定於保持具本體22之表面上之支承構件23。保持具本體22形成為板狀，且於上部具有開口22a。支承構件23為橫方向較長之矩形狀之構件，且於內部形成有供擺動構件18插通之貫通孔23a。

擺動構件18由保持具本體22及支承構件23擺動自如地支承。擺動構件18具有下部之工具安裝部24、及自工具安裝部24向上方延伸而形成之延長部25。

於工具安裝部24形成有溝槽，於該溝槽中***有工具2，進而利用固定板24a而將工具2固定於溝槽內。

於延長部25之下部，於水平方向上形成有貫通於與溝槽形成方向正交之方向之孔25a。而且，擺動構件18以貫通該孔25a之銷26為中心而擺動自如。銷26由保持具本體22與支承構件23支承。

於延長部25之上端部25b之左右兩側，設置有一對限制構件27a、27b。如圖3所示，各限制構件27a、27b具有固定於保持具本體22上之筒狀構件28a、28b、及***筒狀構件28a、28b之內部之彈簧29a、29b。而且，藉由使各彈簧29a、29b之前端抵接於延長部25之上端部25b，而將擺動構件18維持於如圖2及圖3(b)所示之中立位置上。再者，擺動構件 18擺動而按壓任一彈簧29a、29b，使延長部25之上端部25b抵接於筒狀構件28a、28b，由此限制擺動角度。於該實施形態中，設定為擺動構件18之擺動角度於±3°之角度範圍內受到限制，但較佳於±7°以內受到限制。

如圖2所示，氣缸19固定於缸體支承構件30之上表面上。缸體支承構件30配置於保持具17之上部，且固定於基座16上。於缸體支承構件30中形成有貫通於上下方向之孔，氣缸19之活塞桿(未圖示)貫通於該貫通孔中，且桿前端連結於保持具17。

再者，於基座16之上部設置有彈簧支承構件31。於彈簧支承構件31與保持具17之間設置有彈簧32，利用彈簧32而對保持具17向上方施力。利用該彈簧32而可大致抵消保持具17之自重。

於保持具17之左右兩側，設置有一對空氣供給部34a、34b。一對空氣供給部34a、34b均為相同構成，分別具有接頭35與空氣噴嘴36。

[工具]

於圖4中表示工具2之詳細情形。圖4(a)為工具2之前視圖，該圖(b)為其側視圖。再者，圖5為刀尖部之部分放大圖，(a)表示中立時之姿勢，(b)表示向右方向移動時之姿勢，(c)表示向左方向移動時之姿勢。

工具2具有由保持具17保持之工具本體36、及形成於工具本體36之前端部之刀尖部37。

如圖5所示，於刀尖部37之前端，具有形成於移動方向之兩側之第1刀38a及第2刀38b、以及形成於該等刀38a、38b之間之退避部39。此處，第1刀38a係用於在去向移動時進行溝槽加工之刀，第2刀38b係用於在來向移動時進行溝槽加工之刀。

如圖4及圖5所示，刀尖部37之移動方向之寬度越朝向前端越變窄(於該例中，刀之前端之寬度為0.1mm)。即，刀尖部37之相對 向之去向移動側之側面37a與來向移動側之側面37b傾斜且對稱地形成。兩側面37a、37b之相對於基準面S之傾斜角度α1(參照圖4(a))作為一例為73度，刀尖部37之前端部之角度α2作為一例為34度。又，基準面S係與工具2之長度方向之軸N正交之平面。

如圖5(a)所示，第1刀38a及第2刀38b均相對於基準面S以朝向移動方向離開基準面S之方式傾斜。第1刀38a及第2刀38b之傾斜角度β1作為一例為3度。該傾斜角度β1設定為與擺動構件18之擺動角度β3相等。因此，於加工時，第1刀38a及第2刀38b均成為刀尖面與載台1之載置面(基板表面)平行，從而使各刀38a、38b之整個面抵接於基板表面。再者，於該例中，各刀38a、38b之移動方向之寬度W1均為0.01mm。

退避部39以於移動方向上於第1刀38a與第2刀38b之間向工具本體36側(圖4及圖5中為上方)凹陷之方式形成。具體而言，退避部39具有第1退避面39a及第2退避面39b。第1退避面39a形成於第1刀38a之第2刀38b側，且相對於基準面S以朝向第2刀38b側離開基準面S之方式傾斜。再者，第2退避面39b形成於第2刀38b之第1刀38a側，且相對於基準面S以朝向第1刀38a側離開基準面S之方式傾斜。而且，各退避面39a、39b之傾斜角度β2大於各刀38a、38b之傾斜角度β1，作為一例為14度。再者，於該例中，退避部39之移動方向之寬度W2為0.08mm。

再者，如圖4(b)所示，刀尖部37與之移動方向正交之方向之寬度W3形成為較工具本體36之該方向之寬度窄。該方向之刀尖部37之寬度遍及全長相同，於該例中為0.04~0.380mm。

又，工具本體36之刀尖部37側之部分如圖4(b)所示，以與移動方向正交之方向之寬度越接近刀尖部37越變窄之方式傾斜。

總結以上，作為一實施例之刀尖部37之各規格如下所述。

α1：73°

α2：34°

β1：3°(=擺動構件之擺動角度β3)

β2：14°

W1：0.01mm

W2：0.08mm

W3：0.04~0.380mm

[溝槽加工動作]

於使用如以上之裝置對薄膜太陽電池基板進行溝槽加工之情形時，利用移動機構6使頭部3移動並且使載台1移動，使用相機4及監視器5，使工具2位於要形成溝槽之預定線上。

進行如以上之位置對準後，驅動氣缸19使保持具17及擺動構件18下降，從而使工具2之前端接觸薄膜。此時之工具2之對於薄膜之加壓力係藉由供給至氣缸19之氣壓而調整。

其次，驅動馬達10，使頭部3沿溝槽加工預定線掃描。將此時之擺動構件18及工具2之姿勢模式性地表示於圖3及圖5中。

於去向移動時(於圖3中為向右側移動時)，如圖3(a)及圖5(b)所示，利用第1刀38a與基板上之薄膜之接觸阻力，而使擺動構件18以銷26為中心順時針擺動。該擺動藉由擺動構件18之上端部25b抵接於右側之筒狀構件28a而受到限制。因此，工具2保持如圖3(a)及圖5(b)所示之傾斜姿勢，於第1刀38a抵接於基板上之薄膜，且第2刀38b未抵接於基板之表面之狀態下向+M方向移動，從而形成溝槽。

此後，使頭部3相對於基板相對地移動，使工具2移動至接下來應下降之溝槽加工預定線上。然後，與上述同樣地，將工具2抵壓於基板上之薄膜上，沿與上述為相反之方向移動頭部3。

於該來向移動時(於圖3中為向左側移動時)，如圖3(c)及圖5(c)所示，利用第2刀38b與基板上之薄膜之接觸阻力，而使擺動構件18以銷26為中心逆時針地擺動。該擺動藉由擺動構件18之上端部25b抵接於左側之筒狀構件28b而受到限制。因此，工具2保持如圖3(c)及圖5(c)所示之傾斜姿勢，於第2刀38b抵接於基板上之薄膜，且第1刀38a未抵接於基板之表面之狀態下向-M方向移動，從而形成溝槽。

又，於溝槽加工中或溝槽加工結束時，自各空氣供給部34a、34b之空氣噴嘴36噴出空氣，從而除去自基板剝離之膜。

於如以上之溝槽加工時，於移動方向之切換時，工具2擺動(2×β3)=6°。因此，工具2於擺動中移行之距離變得相對較短，從而於擺動中加工之距離較短。因此，存在成為加工不良之可能性之距離變短，從而良率提高。再者，必須降低移動速度之距離變短，從而整體之加工時間縮短。

再者，於往返之加工時，切削屑沿退避部39之退避面39a、39b而排出。此處，退避面39a、39b與基板表面之間確保有相對較寬之空間，因此，可順利地排出切削屑。

[特徵]

(1)由於在第1刀38a與第2刀38b之間設置有退避部39，因此即使各刀38a、38b之傾斜角度、即工具之擺動角度較小，亦可使退避部39之各退避面39a、39b之傾斜角度較大從而可使切削屑之排出性良好。因此，可使工具之移動方向切換時之加工品質降低之部分變短，且可良好地排出切削屑從而可提高加工品質。

(2)藉由使第1刀38a及第2刀38b傾斜擺動角度，而當工具擺動時使各刀之整個面與基板抵接，從而可有效率地進行加工。

(3)由於各刀38a、38b傾斜，且於第1刀38a與第2刀38b 之間形成有退避部39，因此即使各刀38a、38b磨耗亦可使刀之狀態之變化較小。

(4)由於退避部39之移動方向之長度比各刀38a、38b之長度長，因此切削屑之排出變得更加順利。

(5)刀尖部37係以前端較細，且越離開前端越變粗之方式形成。因此，可抑制強度之降低，並且可抑制因磨耗而導致之寬度變化從而可實現長壽命化。

[其他實施形態]

本發明並不限定於如以上之實施形態，可於不脫離本發明之範圍之情形時進行各種變形或修正。

舉例說明刀尖部之規格之一例，但此僅為一例，可進行各種變更。例如，亦可按如以下之規格形成工具。又，於α2之值為負之情形時，表示以刀尖37朝向前端變寬之方式形成。

α1：50~120°。

a2：-60~80°

β1：1~7°

β2：10~20°

W1：0.005~0.1mm

W2：0.09~0.5mm

W3：0.03~0.5mm

於上述實施形態中，第1刀38a及第2刀38b分別為設置於去向移動側之側面37a與退避面39a所成之角部、及來向移動側之側面37b與退避面39b所成之角部之面，但亦可代替於此，將去向移動側之側面37a與退避面39a所成之角部、及來向移動側之側面37b與退避面39b所成之角部直接用作第1刀38a及第2刀38b。於該情形時，不存在角度β1，擺動 構件之擺動角度於1~7°左右之範圍內設定為任意之值即可。

再者，亦可不使本發明之溝槽加工工具擺動，而以固定姿勢來進行使用。變更工具之姿勢而可使用兩個刀因此較為經濟。

37‧‧‧刀尖部

37a、37b‧‧‧側面

38a、38b‧‧‧刀

39‧‧‧退避部

39a、39b‧‧‧退避面

β1、β2‧‧‧傾斜角度

β3‧‧‧擺動角度

Claims (9)

1. 一種基板之溝槽加工工具，其係由保持具擺動自如地保持，且用於在作為加工對象之基板上與該保持具共同相對地往返移動而於基板上之薄膜形成溝槽之溝槽加工工具，且具備：工具本體，其由該保持具保持；及刀尖部，具有：第1刀，其形成於該工具本體之前端部，且形成於移動方向之去向移動側之前端；第2刀，其形成於來向移動側之前端；及退避部，其形成於該第1刀與該第2刀之間，且向該工具本體側凹陷；在去向移動時，以該第1刀抵接於該基板上之薄膜之傾斜姿勢移動；在來向移動時，以該第2刀抵接於該基板上之薄膜之傾斜姿勢移動。
2. 如申請專利範圍第1項之基板之溝槽加工工具，其中，該第1刀及該第2刀均相對於與該工具本體之長度方向之軸正交之基準面，以朝向移動方向離開該基準面之方式傾斜。
3. 如申請專利範圍第2項之基板之溝槽加工工具，其中，該退避部具有：第1退避面，其形成於該第1刀之該第2刀側，且相對於該基準面以朝向該第2刀側離開該基準面之方式傾斜；及第2退避面，其形成於該第2刀之該第1刀側，且相對於該基準面以朝向該第1刀側離開該基準面之方式傾斜。
4. 如申請專利範圍第3項之基板之溝槽加工工具，其中，該退避部之傾斜角度大於該各刀之傾斜角度。
5. 如申請專利範圍第2至4項中任一項之基板之溝槽加工工具，其中，該退避部之沿該基準面之方向之長度比該第1刀及該第2刀之沿該基準面之長度長。
6. 如申請專利範圍第2至4項中任一項之基板之溝槽加工工具，其中，該工具本體由擺動自如地支承於該保持具之擺動構件支承； 該第1刀及該第2刀之傾斜角度與該擺動構件之擺動角度相等。
7. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之基板之溝槽加工工具，其中，該刀尖部以移動方向之寬度越朝向前端越變窄之方式，傾斜且對稱地形成有相對向之去向移動側之側面與來向移動側之側面。
8. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之基板之溝槽加工工具，其中，該刀尖部之與移動方向正交之方向之寬度較該工具本體之該方向之寬度窄。
9. 一種基板用溝槽加工裝置，其係用於在基板加工溝槽，且具備：載台，其載置基板；頭部，其配置於該載台之上方，且具有：安裝有申請專利範圍第1至8項中任一項之溝槽加工工具之保持具、及用於使該保持具移動於上下方向之驅動部；及移動機構，其使該頭部於與該載台之載置面平行之面內，相對於該載台相對地移動。