JP2012143691A - パターン形成方法およびパターン形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板表面に塗布液を塗布しこれを光硬化させることにより所定のパターンを形成するパターン形成技術において、品質の良好なパターンを効率よく形成する。
【解決手段】吐出ノズル先端の吐出口５２１から基板Ｗに向けて塗布液を吐出するとともに、基板Ｗに塗布された直後の塗布液Ｐに対して第１の照射光源５５１，５５２から波長３６５ｎｍのＵＶ光Ｌ1を照射する。これにより塗布液の表面が硬化する。続いて、第２の照射光源５６１，５６２から、より長波長（例えば３８５ｎｍまたは３９５ｎｍ）のＵＶ光Ｌ2を、先のＵＶ光Ｌ1の照射を受けた塗布液に照射する。長波長の光Ｌ2はより塗布液の内部まで浸透するので、内部の硬化が促進される。
【選択図】図２

Description

この発明は、基板表面に塗布液を塗布することにより所定のパターンを形成するパターン形成技術に関し、特に塗布液を光硬化させてパターンを形成する技術に関する。

基板上に所定のパターンを形成する技術として、光硬化性材料を含む塗布液を基板上に適宜のパターンで塗布し、塗布された塗布液に光を照射して硬化させるものがある。例えば特許文献１に記載の技術は、例えばプラズマディスプレイのような平面表示装置に用いられる背面板に隔壁を設けた構造物を製造するのに際して、アスペクト比（幅／高さ）の高い隔壁を形成するために、背面板となるガラス基板に紫外線硬化樹脂を含んだ液状の隔壁材料をライン状に塗布し、これに紫外線を照射することで硬化させて隔壁を形成している。

この種のパターン形成技術において、材料を硬化させる光源としてはこれまで主として水銀ランプが広く使用されており、光硬化性材料についても水銀ランプの主波長（３６５ｎｍ）で効率よく硬化することを目的としたものが多く実用化されている。

特開２００２−１８４３０３号公報（例えば、段落００７８）

このような技術は、上記のような平面表示装置用の隔壁パターンのみならず、種々のパターンを形成する際にも応用しうる。しかしながら、この種のパターン材料としては、照射光に対する透過性が必ずしも高くないものもある。例えば、基板上に所定の配線パターンを形成するためには金属微粒子やカーボンブラックのような導電性粒子を含む塗布液を用いることが考えられるが、これらの粒子が塗布液内部への光の浸透を阻害するため、光照射によって塗布液の表面が硬化したとしても、その内部は流動性の高い状態がしばらく維持されていることがある。

そのため、材料が完全に硬化する前にその内部が流動し断面形状が崩れたり、硬度をより高めるために加熱処理する際にパターン内部で気泡が発生するなどにより、パターンの品質を劣化させてしまうという問題があった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板表面に塗布液を塗布しこれを光硬化させることにより所定のパターンを形成するパターン形成技術において、品質の良好なパターンを効率よく形成することのできる技術を提供することを目的とする。

この発明にかかるパターン形成方法の一の態様は、上記目的を達成するため、光硬化性材料を含むペースト状塗布液を基板上に所定のパターン形状に塗布する塗布工程と、前記基板に塗布された塗布液に第１の波長を有する第１の光を照射して、前記塗布液の表面を硬化させる第１光照射工程と、前記第１光照射工程で表面を硬化された前記塗布液に前記第１の波長より長い第２の波長を有する第２の光を照射する第２光照射工程とを備えることを特徴としている。

また、この発明にかかるパターン形成装置の一の態様は、上記目的を達成するため、基板を保持する基板保持手段と、前記基板保持手段に保持された基板の表面に対して、光硬化性材料を含むペースト状塗布液を所定のパターン形状に塗布する塗布手段と、前記基板に塗布された塗布液に第１の波長を有する第１の光を照射して、前記塗布液の表面を硬化させる第１光照射手段と、前記第１光照射手段により表面を硬化された前記塗布液に前記第１の波長より長い第２の波長を有する第２の光を照射する第２光照射手段とを備えることを特徴としている。

このように構成された発明では、まず比較的短い波長の第１の光によって、光硬化性材料を含む塗布液の表面が硬化される。これにより、塗布後の塗布液の断面形状がしばらくの間保持される。続いて、より波長の長い、したがってより塗布液の内部まで浸透する第２の光を照射することにより、塗布液の内部まで硬化が促進される。このように、まず短波長の光を照射することで塗布液の表面を硬化させ、続いてより長波長の光を照射すると、この光はより塗布液の内部まで浸透するので、塗布液の内部まで硬化させることができる。そのため、パターンの断面形状の崩れや加熱処理による気泡の発生を防止することが可能であり、品質の良好なパターンを効率よく形成することができる。

この場合において、光硬化性材料は、第１の波長において特に短時間で硬化する特性を有するものであることが望ましい。逆に言えば、第１の光は、使用する光硬化性材料に適合した波長（第１の波長）を有する光であることが望ましい。これにより、短時間で塗布液の表面を硬化させることができ、塗布直後の形状を維持したパターンを形成することが可能となる。

ここで、光硬化性材料は紫外線硬化性樹脂であり、第１の光が紫外線であるようにしてもよい。前記したように、紫外線領域で硬化する樹脂については種々のものが実用化されており、本発明においてもこのような材料を適用することができ、これにより品質の良好なパターンを効率よく低コストで形成することができる。

また、塗布液は第１の光に対して不透明な導電性粒子を含むものであってもよい。このように導電性粒子を含む塗布液のパターンを形成することで、基板上に配線を形成することができる。この場合、塗布液に含まれる光硬化性材料自体は第１の光を透過するものであっても、導電性粒子が透過を阻害するため、第１の光は塗布液の内部まで浸透せず、結果として塗布液の内部が硬化しない。第１の光を照射された塗布液に対してより長波長の第２の光を照射することで、より内部まで塗布液を硬化させることができる。

また、上記発明において、例えば、塗布液を吐出するノズルを基板表面に対し相対移動させることで塗布液を基板上にライン状に塗布し、基板に塗布された直後の塗布液に第１の光を照射するようにしてもよい。このような、基板表面に対し相対移動するノズルから塗布液を塗布する、いわゆるノズルスキャン方式の塗布によれば、基板上に微細パターンで塗布液を塗布することが可能であり、特に塗布直後の塗布液に光照射することにより、ノズルから吐出された直後の断面形状を維持したまま塗布液を硬化させてパターンを形成することができる。このため、パターンの幅に対する高さの比、すなわちアスペクト比の大きなパターンを形成することができる。

また、この発明では、例えば、第２の光を照射された塗布液を加熱して硬化させるようにしてもよい。こうすることで、塗布液が硬化してなるパターンの硬度をより向上させることが可能である。このとき、長波長の第２の光の照射により、塗布液の内部まで硬化が進行しているため、内部が液状である場合に加熱により生じうる気泡の発生を抑えて、パターンの品質低下を防止することができる。

また、本発明にかかるパターン形成装置においては、例えば、塗布手段は塗布液を吐出する吐出口を有し該吐出口から塗布液を吐出しながら基板表面に対し相対移動するノズルを備えるものであってもよい。このような構成によれば、前記したノズルスキャン方式の塗布により塗布液を塗布することで、微細なパターンを形成することが可能となる。

ここで、例えば、第１光照射手段は、基板表面に対するノズルの移動方向における吐出口の後方に配置されるとともに基板表面に対しノズルと一体的に相対移動し、ノズルにより基板に塗布された直後の塗布液に向けて第１の光を出射する第１光出射部を有するようにしてもよい。このようにすると、ノズルと第１光出射部とが一体的に基板に対し相対移動することで、ノズルの吐出口から基板に向けて吐出された塗布液に対し、第１光出射部から直ちに第１の光が照射されて、塗布直後の塗布液の断面形状が維持された状態で塗布液の表面が硬化する。そして、その後に第２の光が照射されて内部まで硬化が進行することにより、最終的に塗布直後の形状を保ったパターンを形成することが可能となる。

さらに、例えば、第２光照射手段は、基板表面に対するノズルの移動方向における第１光出射部の後方に配置されるとともに基板表面に対しノズルおよび第１光出射部と一体的に相対移動し、第１光出射部により第１の光を照射された後の塗布液に向けて第２の光を出射する第２光出射部を有するようにしてもよい。このようにすると、第１光出射部からの第１の光照射により表面を硬化された塗布液が、続いて第２光出射部からの第２の光照射を受けてより内部まで硬化が進行する。これにより、塗布直後の形状を保ったパターンを形成することが可能となる。

ここで、第１および第２の光の発生源については、例えば、第１光照射手段が第１の波長を主波長とする第１の光源を備える一方、第２光照射手段が第２の波長を主波長とする第２の光源を備えるようにしてもよく、また、第１の波長成分および第２の波長成分をともに含む光を発する第３の光源を備え、第１光照射手段は、第３の光源が発する光から第２の波長成分を通過させず第１の波長成分を通過させるフィルタを備えるようにしてもよい。

光源として例えばＬＥＤ（発光ダイオード）を用いる場合、その発光波長（主波長）は実質的に単一波長とみなせるものが実用化されているので、発光波長が互いに異なる第１の光源と第２の光源とを用いて本発明を実現することが可能である。また、例えば高圧水銀ランプのように多くの波長成分を含んだ光を発生する第３の光源を用いる場合には、フィルタにより照射光の波長を制限することで、単一の光源を用いて同様の作用効果を得ることが可能である。

この発明にかかるパターン形成方法およびパターン形成装置では、基板に光硬化性材料を含むペースト状の塗布液を塗布しこれを光照射させるのに際して、まず比較的波長の短い第１の光で塗布液表面を硬化させ、さらにより波長の長い第２の光を照射することで、塗布液の内部まで硬化を進行させる。これにより、この発明では、塗布直後の形状が保たれた品質の良好なパターンを効率よく形成することができる。

この発明にかかるパターン形成装置の第１実施形態を示す図である。 第１実施形態におけるヘッド部の構成をより詳細に示す図である。 第１実施形態における配線形成処理を示すフローチャートである。 この発明にかかるパターン形成装置の第２実施形態を示す図である。 第２実施形態におけるヘッド部の構成を示す図である。 第３実施形態における配線形成処理を示すフローチャートである。

＜第１実施形態＞
図１はこの発明にかかるパターン形成装置の第１実施形態を示す図である。このパターン形成装置１は、例えば表面に光電変換層を形成された単結晶シリコンウエハなどの基板Ｗ上に導電性を有する電極配線パターンを形成し、例えば太陽電池として利用される光電変換デバイスを製造するのに使用可能な装置である。

このパターン形成装置１では、基台１０１上にステージ移動機構２が設けられ、基板Ｗを保持するステージ３がステージ移動機構２により図１に示すＸ−Ｙ平面内で移動可能となっている。基台１０１にはステージ３を跨ぐようにしてフレーム１０２が固定され、フレーム１０２にはヘッド部５が取り付けられる。ヘッド部５のベース５１には、内部空間に液状の塗布液を貯留するとともに該塗布液を基板Ｗ上に吐出するシリンジポンプ５２と、基板Ｗに向けてそれぞれＵＶ光（紫外線）を照射する第１照射部５５および第２照射部５６とが取り付けられている。

ステージ移動機構２は、下段からステージ３をＸ方向に移動させるＸ方向移動機構２１およびＹ方向に移動させるＹ方向移動機構２２を有する。Ｘ方向移動機構２１は、モータ２１１にボールねじ２１２が接続され、さらに、Ｙ方向移動機構２２に固定されたナット２１３がボールねじ２１２に取り付けられた構造となっている。ボールねじ２１２の上方にはガイドレール２１４が固定され、モータ２１１が回転すると、ナット２１３とともにＹ方向移動機構２２がガイドレール２１４に沿ってＸ方向に滑らかに移動する。

Ｙ方向移動機構２２もモータ２２１、ボールねじ機構およびガイドレール２２４を有し、モータ２２１が回転するとボールねじ機構によりθ回転機構２３がガイドレール２２４に沿ってＹ方向に移動する。以上の構成により、ヘッド部５の基板Ｗに対する相対的な移動方向および向きが変更可能とされる。ステージ移動機構２の各モータは、装置各部の動作を制御する制御部６により制御される。上記のように構成されたステージ移動機構２により、この実施形態では、ステージ３に載置された基板Ｗをヘッド部５に対して矢印Ｄｓ方向に相対移動させる。

ヘッド部５のシリンジポンプ５２は電極パターンの材料を含む塗布液を内部に貯留し、制御部６からの制御指令に応じてプランジャ５２２が上下動することで、該塗布液を吐出ノズル５２０の下端に設けた吐出口５２１から基板Ｗ上に吐出する。吐出口５２１から塗布液を吐出させながら、ステージ移動機構２により基板Ｗを方向Ｄｓに移動させることにより、基板Ｗ上には、その移動方向Ｄｓに平行なＸ方向に延びるライン状のパターンを形成することができる。すなわち、このパターン形成装置１は、いわゆるノズルスキャン方式によって基板Ｗに塗布液を塗布する装置である。

塗布液としては、導電性および光硬化性を有し、例えば導電性粒子、有機ビヒクル（溶剤、樹脂、増粘剤等の混合物）および光重合開始剤を含むペースト状の混合液を用いることができる。導電性粒子は電極の材料たる例えば銀粉末であり、有機ビヒクルは樹脂材料としてのエチルセルロースと有機溶剤を含む。また、塗布液の粘度は、光照射による硬化処理を実行する前において例えば５０Ｐａ・ｓ（パスカル秒）以下で、硬化処理を実行した後は３５０Ｐａ・ｓ以上になることが好ましい。

第１照射部５５および第２照射部５６は、吐出ノズル５２０から基板Ｗ上に吐出された塗布液に対してそれぞれＵＶ光を照射することにより、塗布液の硬化を促進させる。これにより、塗布直後の断面形状が維持された状態で塗布液が光硬化する。

図２は第１実施形態におけるヘッド部の構成をより詳細に示す図である。図２（ａ）に示すように、第１光照射部５５は、ヘッド部５に設けられたシリンジポンプ５２をＹ方向から挟むように設けられた１対の照射光源５５１，５５２を備えている。照射光源５５１，５５２のそれぞれは光源としてＵＶ光を出射する発光ダイオード（Light Emitting Diode；ＬＥＤ）を備えており、その発光主波長は紫外領域に属する３６５ｎｍである。

この３６５ｎｍという波長は高圧水銀ランプからの出射光に含まれる主たる波長成分に対応するものであり、光重合反応を利用して樹脂を硬化させる加工技術において一般的に用いられているものである。したがって、光硬化性を持たせた樹脂材料としてもこの波長において効率よく硬化するものが種々開発されており、本実施形態の光重合開始剤も、この波長（３６５ｎｍ）に対応させたものが用いられる。

図２（ｂ）に示すように、照射光源５５１，５５２は、シリンジポンプ５２の吐出ノズル５２０下端に設けられて塗布液Ｐを吐出する吐出口５２１よりも、（＋Ｘ）方向に寄った位置に設けられている。このため、吐出口５２１から塗布液Ｐを塗布された基板Ｗがステージ移動機構２により矢印Ｄｓ方向に移動するとき、吐出直後の塗布液Ｐが照射光源５５１，５５２の直下位置に移動してくる。これに上記波長を有するＵＶ光Ｌ1を照射光源５５１，５５２により左右から照射することで、塗布液Ｐに含まれる光重合開始剤の重合が促進され、塗布液Ｐの硬化が始まる。

吐出直後の塗布液ＰにＵＶ光Ｌ1を照射することで、塗布液Ｐが基板Ｗ上で流れ広がる前に硬化させて吐出直後の断面形状を保持したパターンを形成することが可能である。しかしながら、この実施形態における塗布液Ｐは導電性粒子（例えば銀粉末）を含有するものであり、このような粒子がＵＶ光に対して不透明、つまりＵＶ光の透過性が低いものであることから、照射されたＵＶ光は塗布液Ｐの内部にまで浸透することは期待できない。このため、この時点では塗布液ＰのうちＵＶ光が浸透する表面部分のみが硬化し、内部は流動性を保った状態となっている。

このように、吐出直後にまず塗布液の表面部分を硬化させることで、塗布液Ｐが基板Ｗ上に流れ広がるのを抑制することができ、吐出直後の断面形状を維持することができるので、アスペクト比の高いパターンを形成することが可能である。ただし、内部が流動することから形状は十分に安定しているとは言えず、また硬化を完全なものとするために後工程として加熱処理（焼成処理）を行う場合には溶剤成分の揮発により内部に空隙を生じるおそれもあるため、できるだけ早い段階で内部まで硬化を進行させることが望ましい。

この目的のために、この実施形態では、第１照射部５５に対して（＋Ｘ）方向の隣接位置に第２照射部５６が設けられている。第２照射部５６は、吐出口５２１から吐出されて基板Ｗ上にライン状に塗布され第１照射部５５からのＵＶ光照射を受けた塗布液Ｐを挟むように、１対の照射光源５６１，５６２を備えている。照射光源５６１，５６２も光源としてのＬＥＤを備えているが、その発光主波長は第１光照射部５５の主波長（３６５ｎｍ）よりも長く、例えば３８５ｎｍまたは３９５ｎｍとされる。

さらに、照射光源５６１，５６２のそれぞれでは、複数個のＬＥＤがＸ方向に沿って一列に配置されている。したがって、第２照射部５６からは、塗布液Ｐに対して比較的長波長のＵＶ光Ｌ2が左右から照射され、その照射時間は第１照射部５５による照射時間よりも長くなっている。

吐出直後に塗布液Ｐに対して照射されるＵＶ光Ｌ1（波長３６５ｎｍ）よりも波長の長い光Ｌ2は、より塗布液Ｐの内部にまで浸透し、塗布液Ｐの内部を硬化させる。また、その照射時間を長くすることで、内部の硬化をより進行させることができる。これにより、パターンの断面形状のさらなる変化が抑えられるとともに、後の加熱処理工程におけるパターン内部での空隙の生成を防止することができる。

なお、波長の長い光は塗布液Ｐおよび基板Ｗの温度を上昇させやすく、このことが塗布液Ｐの断面形状の変動の原因となり得るが、この実施形態では吐出直後の塗布液Ｐに対しては比較的短波長（３６５ｎｍ）のＵＶ光のみを照射しているので、このような温度上昇が抑えられている。そして、既に表面が硬化した状態の塗布液Ｐに対してより長波長（３８５ｎｍまたは３９５ｎｍ）のＵＶ光を照射するので、温度上昇に起因するパターン形状の乱れは生じない。

上記のように、この実施形態のヘッド部５では、基板Ｗの移動方向Ｄｓに沿って、塗布液Ｐを吐出する吐出口５２１、比較的短波長のＵＶ光Ｌ1を出射する第１の照射光源５５１，５５２および比較的長波長のＵＶ光Ｌ2を出射する第２の照射光源５６１，５６２がこの順番に配置され、基板Ｗの移動に伴ってこれらが基板Ｗに対し一体的に相対移動する。したがって、基板Ｗに吐出された塗布液Ｐは第１の照射光源５５１，５５２からの光Ｌ1および第２の照射光源５６１，５６２からの光Ｌ2を順次照射されてその内部まで硬化する。

図３はこの実施形態における配線形成処理を示すフローチャートである。この配線形成処理は、光電変換面を有する太陽電池パネル用の基板Ｗの表面に導電性粒子（具体的には銀粉末）を含むペースト状塗布液をライン状に塗布してこれを硬化させることで光電変換面にフィンガー電極配線パターンを形成する処理であり、本発明にかかる「パターン形成方法」の一の実施態様である。フィンガー電極の形成に際しては、光電変換面への遮蔽をできるだけ少なくし、かつ電気抵抗の低い配線パターンが求められる。本実施形態のパターン形成装置１は、上記したようにアスペクト比の高い微細パターンを形成することが可能なものであり、このような用途に好適に適用することができる。

なお、複数のライン状パターンを形成するためには、上記構成を有するヘッド部５をＹ方向に多数並べてもよく、またヘッド部５に対する基板ＷのＹ方向位置を異ならせて複数回基板Ｗの走査移動を繰り返してもよい。以下に説明する配線形成処理では、Ｙ方向にヘッド部５を多数並べることにより、基板Ｗの１度の走査移動で複数のパターンを形成することを想定している。

この配線形成処理では、最初に光電変換面に反射防止膜を形成した基板Ｗをパターン形成装置１に搬入し、初期位置（図１に示す位置）に位置決めされたステージ３に載置する（ステップＳ１０１）。続いて、ステージ３を（＋Ｘ）方向に移動開始させる（ステップＳ１０２）。この状態で、ヘッド部５のシリンジポンプ５２を動作させて、吐出ノズル５２０の吐出口５２１からの塗布液の吐出を開始する（ステップＳ１０３）。

これとほぼ同時に、第１照射部５５および第２照射部５６からのＵＶ光の照射を開始する（ステップＳ１０４）。この状態で基板ＷがＸ方向（基板移動方向Ｄｓ）に移動することにより、基板Ｗ上では、塗布液の塗布、波長の短いＵＶ光Ｌ1の照射、波長の長いＵＶ光Ｌ2の照射がこの順番で行われる。こうして基板Ｗ上に塗布液によるライン状パターンが形成されてゆく。

基板Ｗが予め定められた塗布終了位置に到達すると（ステップＳ１０５）、吐出口５２１からの塗布液の吐出を停止する（ステップＳ１０６）。そして、塗布済みの塗布液の全てに対してＵＶ光の照射が完了するとＵＶ光の照射を停止するとともに（ステップＳ１０７）、ステージ移動機構２によるステージ３の移動を停止させる（ステップＳ１０８）。こうしてパターンが形成された基板Ｗについてはパターン形成装置１から搬出して図示しない加熱処理装置に移動させ（ステップＳ１０９）、加熱処理（焼成処理）を施す（ステップＳ１１０）。これによりパターンを完全に硬化させるとともに、反射防止膜を貫通させてパターンと光電変換面とを導通させる（ファイヤースルー）。このような焼成技術およびそのための装置構成は公知であるので説明を省略する。

以上のように、この実施形態では、基板Ｗに対し相対移動する吐出ノズル５２０の吐出口５２１から光硬化性を有するペースト状の塗布液を吐出させて基板Ｗにライン状に塗布するとともに、塗布された塗布液に対して比較的波長の短い光Ｌ1と比較的波長の長い光Ｌ2とを順番に照射する。基板Ｗに吐出された直後の塗布液に対して直ちに比較的波長の短い光Ｌ1を照射することで、塗布液の表面が硬化するため、塗布直後の塗布液の断面形状を保持することができる。

一方、こうして表面が硬化した塗布液に対して、比較的波長の長い光Ｌ2をさらに照射することで、より内部まで塗布液を硬化させることができる。これにより、以後のパターン形状の崩れが抑制され、また加熱処理時に内部の溶剤成分が膨張することに起因するパターン内部の空隙の生成を抑えることができる。すなわち、この実施形態では、品質の良好なパターンを効率よく形成することができる。

ここで、塗布液に照射するＵＶ光の波長としては３６５ｎｍおよび３８５ｎｍ（または３９５ｎｍ）が用いられ、これらの波長を主波長とするＬＥＤがそれぞれ製品化されているので、そのような製品を光源として用いることが可能である。また、短い方の波長３６５ｎｍは、ＵＶ硬化処理に一般的に用いられている高圧水銀ランプの主波長に対応したものであるので、塗布液に含有させる光硬化性材料としては、この波長に対応する製品として市販されているものを利用することが可能である。光源としてＬＥＤを用いることにより、装置を小型に構成することができ、また消費電力を小さく抑えることができる。

以上説明したように、この実施形態では、ステージ３が本発明の「基板保持手段」として機能する一方、シリンジポンプ５２が本発明の「塗布手段」として機能している。そして、吐出ノズル５２０が本発明の「ノズル」に相当し、吐出口５２１が本発明の「吐出口」に相当している。また、第１照射部５５および第２照射部５６がそれぞれ本発明の「第１光照射手段」および「第２光照射手段」として機能している。そして、第１の照射光源５５１，５５２が本発明の「第１光出射部」および「第１の光源」として機能する一方、第２の照射光源５６１，５６２が本発明の「第２光出射部」および「第２の光源」として機能している。

また、上記実施形態の配線形成処理（図３）においては、ステップＳ１０３〜Ｓ１０６が本発明の「塗布工程」に相当する一方、ステップＳ１０４〜Ｓ１０７が本発明の「第１光照射工程」および「第２光照射工程」に相当している。また、ステップＳ１１０が本発明の「加熱工程」に相当している。

＜第２実施形態＞
次に、この発明にかかるパターン形成装置の第２実施形態について説明する。上記した第１実施形態では、塗布液にＵＶ光を照射するための光源としてＬＥＤを用いていたが、次に説明する第２実施形態のパターン形成装置では、従来のＵＶ硬化装置において用いられている高圧水銀ランプを光源として用いている。このため、塗布液に光を照射するための構成が第１実施形態のものとは異なっているが、この点を除く基本的な構成は第１実施形態のものと同様である。そこで、第１実施形態と実質的に同一の構成については同一符号を付して説明を省略する。

図４はこの発明にかかるパターン形成装置の第２実施形態を示す図である。この実施形態のパターン形成装置１ａでは、ＵＶ光を発生する光源として、制御部６により点灯・消灯制御される高圧水銀ランプ７１を備えている。高圧水銀ランプ７１が発する光は光学フィルタ７２によって必要な波長成分のみが取り出されてヘッド部５ａに送られる。より具体的には、波長３６５ｎｍ付近の成分のみを選択的に、またはこれより短い波長成分を透過させるフィルタによって取り出された当該波長の光は光ファイバ７３によって第１照射部７５に送られる。一方、これより長い波長成分を含む光が光ファイバ７４によって第２照射部７６に送られる。

第２照射部７６に送られる光については、例えば高圧水銀ランプ７１から発せられる光に比較的多く含まれる波長４０５ｎｍ、４３６ｎｍなどの特定の波長成分をフィルタにより選択的に取り出したものであってもよく、また第１照射部７５に送られる波長３６５ｎｍよりも長い複数の波長成分を含むものであってもよい。さらに、第１照射部７５に送られる波長３６５ｎｍの成分を含んでいても構わない。ただし、基板Ｗの温度上昇を避けるために、材料の硬化にあまり寄与しない成分、少なくとも赤外成分が除去されていることが望ましい。

図５は第２実施形態におけるヘッド部の構成を示す図である。図５（ａ）に示すように、第２実施形態のヘッド部５ａにおいては、第１実施形態のＬＥＤを光源とする照射光源に代えて、第１光照射部７５を構成する１対の第１ライトガイド７５０，７５０と、第２光照射部７６を構成する１対の第２ライトガイド７６０，７６０とが設けられている。第１ライトガイド７５０には光ファイバ７３からの光が案内される一方、第２ライトガイド７６０には光ファイバ７４からの光が案内される。

第１ライトガイド７５０の下端は吐出ノズル５２０の吐出口５２１から基板Ｗに吐出される塗布液Ｐの方向を向いた光照射面７５１となっており、高圧水銀ランプ７１から発せられて光学フィルタ７２により取り出され光ファイバ７３を通って案内されてくる波長３６５ｎｍのＵＶ光Ｌ3が光照射面７５１から吐出直後の塗布液Ｐに向けて出射される。

一方、第２ライトガイド７６０は基板Ｗからみた吐出ノズル５２０の移動方向（−Ｄｓ）において第１ライトガイド７５０の後方に配置されており、その形状は基板移動方向Ｄｓ（Ｘ方向）に長く延びている。第２ライトガイド７６０の下端は塗布液Ｐの方向を向いた光照射面７６１となっており、該光照射面７６１から光ファイバ７４から案内されるより長波長成分を含む光が、第１ライトガイド７５０からの光照射を受けた塗布液Ｐに向けて出射される。

なお、第１ライトガイド７５０については、基板Ｗに吐出された直後の塗布液Ｐに光照射を行うべく吐出口５２１のすぐ後方に光を照射することが好ましく、また塗布液Ｐが基板移動方向Ｄｓに直交する横方向に広がるのを抑制することができることから、吐出ノズル５２０を挟むように１対のライトガイド７５０，７５０が設けられる。これに対して、表面が硬化した塗布液に長波長の光を照射する第２ライトガイドについてはこのような要請はなく、例えば図５（ｃ）に示すように、基板移動方向Ｄｓにおいて吐出ノズル５２０の下流側に単一の第２ライトガイド７６２を設けてもよい。

このように構成された第２実施形態のパターン形成装置１ａにおいても、第１実施形態と同様の配線形成処理（図３）を実行することにより、第１実施形態と同様に、品質の良好なパターンを効率よく形成することが可能である。この実施形態においては、高圧水銀ランプ７１が本発明の「第３の光源」として機能している一方、光学フィルタ７２が本発明の「フィルタ」として機能している。

＜第３実施形態＞
次に、この発明にかかるパターン形成装置の第３実施形態について説明する。この実施形態におけるパターン形成装置は、第１実施形態の装置１（図１）から第２光照射部５６を除いた構成、または第２実施形態の装置１ａ（図４）から第２光照射部７６を除いた構成を有するものであり、配線形成処理の態様が上記第１、第２実施形態のものとは大きく相違している。以下では便宜的に、第１実施形態のパターン形成装置１の各構成に付した符号を用いて第３実施形態の配線形成処理を説明する。

図６は第３実施形態における配線形成処理を示すフローチャートである。この配線形成処理では、最初に基板Ｗをパターン形成装置１に搬入し、初期位置に位置決めされたステージ３に載置する（ステップＳ２０１）。続いて、ステージ３を（＋Ｘ）方向に移動開始させる（ステップＳ２０２）。この状態で、ヘッド部５のシリンジポンプ５２を動作させて、吐出ノズル５２０の吐出口５２１からの塗布液の吐出を開始する（ステップＳ２０３）。ここまでは第１実施形態の動作と同じである。

塗布液が吐出開始されるのとほぼ同時に、基板Ｗに塗布された塗布液に対して波長３６５ｎｍのＵＶ光を照射する（ステップＳ２０４）。この時点では、より長波長の光を照射することはしない。この点が第１実施形態の動作と大きく異なっている。

基板Ｗが所定の塗布終了位置まで到達すると（ステップＳ２０５）、塗布液の吐出を停止し（ステップＳ２０６）、吐出された塗布液のすべてに対してＵＶ光が照射されると、ＵＶ光の照射を終了しステージ３を停止させる（ステップＳ２０８）。

この時点では、基板Ｗに塗布された塗布液はその表面のみがＵＶ光により硬化した状態である。つまり、塗布液は基板Ｗを移動させることができる程度には硬化しているが、長時間の放置や加圧・加熱には耐えられない状態となっている。

そこで、この基板Ｗをパターン形成装置から搬出し（ステップＳ２０９）、紫外線照射装置に移動させて、より長波長のＵＶ光を基板Ｗ上の塗布液全体に対し一括照射する（ステップＳ２１０）。このときの照射光は、吐出直後の塗布液に照射される波長（３６５ｎｍ）よりも長い波長成分を主波長とするものである。その光源としては、第１実施形態において例示したＬＥＤ、第２実施形態において例示した高圧水銀ランプなどを用いることができる。このような基板Ｗ上の広い範囲に一括して光を照射するための装置としては公知のものを用いることができるので、装置構成の図示および説明を省略する。こうしてより長波長の光を照射することにより、この実施形態では、上記した第１および第２実施形態の装置と同様に、塗布液の内部まで硬化を進行させることができる。その後、基板Ｗを加熱処理することで（ステップＳ２１１）、塗布液が硬化してなるパターンの強度をより向上させるとともに、光電変換面との導通が確保される。

このように、この実施形態では、塗布直後の塗布液が比較的短波長のＵＶ光照射によってその表面を硬化させられるので、塗布液の断面形状の変化が抑えられる。こうして塗布液の表面が硬化しているため、パターンの形状変化を伴わずに基板Ｗを移動することができる。そして、より長い波長の光を照射することでパターン内部まで硬化を進行させることができ、以後のパターン形状の変化や加熱処理における空隙の発生等を抑えることができる。また、長波長側の光照射を塗布とは独立して行うことにより、その照射条件や照射時間等を塗布条件に関係なく定めることができるので、より確実にパターン内部まで硬化させることも可能となる。

＜その他＞
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態の配線形成処理では、塗布液を吐出する吐出ノズル５２０を多数用いて基板Ｗの１度の走査移動で多数のライン状フィンガー電極配線パターンを形成することを想定しているが、走査移動を繰り返すことで多数のライン状パターンを形成する場合も上記した構成のパターン形成装置を用いることができる。

また、上記第１実施形態では、基板Ｗ上に吐出された塗布液Ｐを左右から挟むように１対の照射光源５６１，５６２を設けているが、これに限定されるものではなく、例えば第２実施形態と同様に、単一の照射光源から光を出射するようにしてもよい。また、これらの実施形態における第１光照射部についても、塗布液の左右から光を照射することは必須の要件ではなく、基板Ｗに塗布された塗布液に対して遅滞なく光を照射することができるものであれば他の構成であっても構わない。

また、上記実施形態において用いた光の波長はその現実的な一例を示したものであってこれに限定されるものではなく、例えば高圧水銀ランプからの光に含まれる波長２５４ｎｍ、３０３ｎｍなどの成分を第１光照射部から塗布液に照射するようにしてもよい。また、光源についても上記したＬＥＤや高圧水銀ランプに限定されず、例えば低圧水銀ランプやメタルハライドランプなどを光源としてもよい。また、照射光はＵＶ光に限定されず、例えば塗布液に加える光硬化性材料を例えば可視光で硬化する材料とし、ＵＶ光に代えて可視光を照射するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、基台１０１に固定されたヘッド部５に対し基板Ｗを載置したステージ３が移動する構成となっているが、基板が固定されてヘッド部が移動するように構成されてもよい。

また、上記実施形態では、塗布液として光硬化性材料とともに光透過性を有さない導電性粒子を含有したものを用いているが、このような不透明な粒子を含まない塗布液を用いる場合においても、本発明を適用することが可能である。

また、上記各実施形態では基板Ｗの片面にのみ配線を形成しているが、基板Ｗの両面に配線を形成する場合にも、本発明を適用することが可能である。

また、上記各実施形態ではシリコン基板上にフィンガー電極配線パターンを形成しているが、基板はシリコンに限定されるものではない。例えば、ガラス基板上に形成された薄膜太陽電池や、太陽電池以外のデバイスにパターンを形成する際にも、本発明を適用することが可能である。

この発明は、基板上に所定のパターン、例えば太陽電池基板上のフィンガー電極配線パターンのような細いパターンを安定して形成するための技術に対して特に好適に適用することが可能である。

３ ステージ（基板保持手段）
５２ シリンジポンプ（塗布手段）
５５ 第１照射部（第１光照射手段）
５６ 第２照射部（第２光照射手段）
７１ 高圧水銀ランプ（第３の光源）
７２ 光学フィルタ（フィルタ）
５２０ 吐出ノズル（ノズル）
５２１ 吐出口（吐出口）
５５１，５５２ 第１の照射光源（第１光出射部、第１の光源）
５６１，５６２ 第２の照射光源（第２光出射部、第２の光源）
Ｓ１０３〜Ｓ１０６ 塗布工程
Ｓ１０４〜Ｓ１０７ 第１光照射工程、第２光照射工程
Ｓ１１０ 加熱工程
Ｄｓ 走査移動方向
Ｗ 基板

Claims (12)

1. 光硬化性材料を含むペースト状塗布液を基板上に所定のパターン形状に塗布する塗布工程と、
   前記基板に塗布された塗布液に第１の波長を有する第１の光を照射して、前記塗布液の表面を硬化させる第１光照射工程と、
   前記第１光照射工程で表面を硬化された前記塗布液に前記第１の波長より長い第２の波長を有する第２の光を照射する第２光照射工程と
   を備えることを特徴とするパターン形成方法。
2. 前記光硬化性材料は紫外線硬化性樹脂であり、前記第１の光が紫外線である請求項１に記載のパターン形成方法。
3. 前記塗布液は前記第１の光に対して不透明な導電性粒子を含む請求項１または２に記載のパターン形成方法。
4. 前記塗布工程では、前記塗布液を吐出するノズルを前記基板表面に対し相対移動させることで前記塗布液を前記基板上にライン状に塗布し、
   前記第１光照射工程では、前記基板に塗布された直後の前記塗布液に前記第１の光を照射する請求項１ないし３のいずれかに記載のパターン形成方法。
5. 前記第２の光を照射された前記塗布液を加熱して硬化させる加熱工程を備える請求項１ないし４のいずれかに記載のパターン形成方法。
6. 基板を保持する基板保持手段と、
   前記基板保持手段に保持された基板の表面に対して、光硬化性材料を含むペースト状塗布液を所定のパターン形状に塗布する塗布手段と、
   前記基板に塗布された塗布液に第１の波長を有する第１の光を照射して、前記塗布液の表面を硬化させる第１光照射手段と、
   前記第１光照射手段により表面を硬化された前記塗布液に前記第１の波長より長い第２の波長を有する第２の光を照射する第２光照射手段と
   を備えることを特徴とするパターン形成装置。
7. 前記塗布手段は、前記塗布液を吐出する吐出口を有し該吐出口から前記塗布液を吐出しながら前記基板表面に対し相対移動するノズルを備える請求項６に記載のパターン形成装置。
8. 前記第１光照射手段は、前記基板表面に対する前記ノズルの移動方向における前記吐出口の後方に配置されるとともに前記基板表面に対し前記ノズルと一体的に相対移動し、前記ノズルにより前記基板に塗布された直後の前記塗布液に向けて前記第１の光を出射する第１光出射部を有する請求項７に記載のパターン形成装置。
9. 前記第２光照射手段は、前記基板表面に対する前記ノズルの移動方向における前記第１光出射部の後方に配置されるとともに前記基板表面に対し前記ノズルおよび前記第１光出射部と一体的に相対移動し、前記第１光出射部により前記第１の光を照射された後の前記塗布液に向けて前記第２の光を出射する第２光出射部を有する請求項８に記載のパターン形成装置。
10. 前記第１光照射手段は前記第１の波長を主波長とする第１の光源を備える一方、前記第２光照射手段は前記第２の波長を主波長とする第２の光源を備える請求項６ないし９のいずれかに記載のパターン形成装置。
11. 前記第１の波長成分および前記第２の波長成分をともに含む光を発する第３の光源を備え、
    前記第１光照射手段は、前記第３の光源が発する光から前記第２の波長成分を通過させず前記第１の波長成分を通過させるフィルタを備える請求項６ないし９のいずれかに記載のパターン形成装置。
12. 前記光硬化性材料は紫外線硬化性樹脂であり、前記第１の光が紫外線である請求項６ないし１１のいずれかに記載のパターン形成装置。
    

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