JP2013065583A - パターン形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 例えばフィンガー配線のような塗布パターンを基板の主面に形成する際に、塗布パターンを厚膜（高アスペクト比）に形成することができるパターン形成装置を提供する。
【解決手段】 第１ノズル４１の第１吐出口４７から吐出され、第１ノズル４１の対向面４５と、ステージにほぼ水平に支持されて第１ノズル４１に対して移動する基板９の主面との間に界面張力により存在する、光硬化性を有するペースト７に対して、その側方から光を照射することにより、ペースト７を硬化させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、太陽電池パネル用の基板上に配線パターンなどのパターンを塗布形成する技術に関する。

一般に、図５に示すように太陽電池パネルは、基板９の表面に出力を取り出すための表面用のバス配線９３と、このバス配線９３の長手方向に対して直交する方向に交差するとともに互いに平行に設けられた複数のフィンガー配線９１が形成されている（例えば、特許文献１参照）。基板９は例えばシリコン基板であり、その表面にはｎ型拡散層が形成され、このｎ型拡散層の表面にバス配線９３とフィンガー配線９１が形成されている。また、バス配線９３とフィンガー配線９１を除くｎ型拡散層の表面には反射防止膜が形成されている。

上述のバス配線９３、フィンガー配線９１などの各配線を形成する方法として、スクリーン印刷法を用い、基板上に導電性のペーストを印刷して配線を形成する方法が知られている。スクリーン印刷法により形成されるフィンガー配線は、例えば、その幅が１２０μｍで、その高さが２０μｍであり、その断面は扁平な凸形状である。

近年、太陽電池パネルによる光電変換効率を向上させるために、上記フィンガー配線９１の幅を小さくして、基板９の表面における受光面積を大きくすることが検討されている。しかしながら、フィンガー配線９１の幅を小さくすると、フィンガー配線９１の断面積が小さくなる。この結果、フィンガー配線９１の電気抵抗が大きくなり、フィンガー配線９１による集電能力が低下する。

集電能力の低下を防止するためにフィンガー配線９１を厚膜化することにより、電気抵抗の増加を抑制する方法が考えられる。換言すれば、フィンガー配線９１の幅は小さくするが、その高さを大きくして高アスペクト比の配線を形成することによりフィンガー配線９１の断面積を大きくし、電気抵抗の増加を抑制する方法が考えられる。しかしながら、スクリーン印刷法により配線を厚膜化することは難しく、高アスペクト比のフィンガー配線９１を容易に形成することができない、という問題が発生する。

そこで、スクリーン印刷法に替えて、例えば特許文献２に記載されるような塗布方法を用いて配線を塗布形成する方法が考えられる。この塗布方法によれば基板上に線状に塗布液を複数の吐出口から供給するとともに、基板上に供給された塗布液に光を照射して塗布液を硬化させることによって、塗布パターンを形成することができる。

特開２００５‐３５３８５１号公報（例えば、図１、図２） 特開２００２‐１８４３０３号公報（例えば、図３）

しかしながら、上述の塗布方法を用いて基板９上にフィンガー配線９１を形成すれば、ある程度、厚膜のフィンガー配線９１が形成できるが、所望のアスペクト比を有するフィンガー配線９１を形成することは難しいという別の問題が発生する。

本発明の目的は、上述のような点に鑑み、例えばフィンガー配線のような塗布パターンを基板の主面に形成する際に、塗布パターンを厚膜（高アスペクト比）に形成することができるパターン形成装置を提供することにある。

請求項１に係る第１発明（パターン形成装置）は、基板をほぼ水平に支持する支持手段と、支持手段に支持された基板の主面に対向する対向面および当該対向面の一方側寄りの位置に開口する吐出口を有するノズルと、支持手段に支持された基板を前記一方側から他方側に向かう第１方向に相対移動させる移動手段と、移動手段により相対移動する基板の主面に向けて、前記ノズルの吐出口から、光硬化性を有するパターン形成材料を吐出させる吐出手段と、前記ノズルの吐出口から吐出され、前記ノズルの対向面と、移動手段により相対移動する基板の主面との間に存在するパターン形成材料に対して、第１方向と直交する第２方向側から光を照射する光照射手段と、を備えることを特徴とする。

第１発明によれば、ノズルの吐出口から吐出されたパターン形成材料が界面張力により基板の主面とノズルの対向面との間に満たされる。この状態にあるパターン形成材料に対して光照射手段から光を照射する。この結果、高さを維持した状態にあるパターン形成材料が光によって硬化され、高アスペクト比のパターンが形成される。

請求項２に係る第２発明は、第１発明において、前記ノズルの対向面が前記一方側から他方側に向かうに連れて上方に傾斜する傾斜面であることを特徴とする。

第２発明によれば、ノズルの吐出口から吐出されたパターン形成材料を界面張力によって、高い位置により確実に維持させることができる。

請求項１または請求項２に係る発明によれば、例えばフィンガー配線のような塗布パターンを基板の主面に形成する際に、塗布パターンを厚膜（高アスペクト比）に形成することができる。

実施形態のパターン形成装置を模式的に示す側面図である。 第１ノズルの底面図と、塗布状態を示す側面図である。 塗布状態を示す正面図と、フィンガー配線パターンを示す図である。 実施形態の動作の流れを示すフロー図である。 太陽電池パネルを示す図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態の一例であるパターン形成装置１を模式的に示す側面図である。パターン形成装置１は例えば図５に示す太陽電池パネルを製造するために基板９上にフィンガー配線９１用のフィンガー配線パターン７１およびバス配線９３用のバス配線パターンを塗布形成する装置である。

基板９は、例えば、単結晶シリコンや多結晶シリコンなどからなるｐ型半導体であるシリコン基板である。また、上記フィンガー配線９１およびバス配線９３が形成される基板９の表面側にはｎ型拡散層が形成され、このｎ型拡散層上には反射防止膜が形成されている。

図１に示すようにパターン形成装置１は、基板載置部２０、駆動部３０、第１塗布部４０および第２塗布部５０を備える。基板載置部２０は上からステージ２１、昇降部２２、ベース部２３およびナット部２５が積層された構造を有する。ステージ２１はその上面にて基板９をほぼ水平に支持する。ベース部２３はターンテーブル機構を備え、このターンテーブル機構が昇降部を介してステージ２１を水平面内において９０度、回動可能に支持する。また、ベース部２３はガイドレールに対して滑動自在に連結される連結部を備える。ナット部２５はベース部２３の下面に固定されている。なお、基板載置部２０が本発明の支持手段に相当する。

ベース部２３とステージ２１との間には、昇降部２２が設けられている。昇降部２２は、ベース部２３に対してステージ２１を昇降させ、ステージ２１に載置された基板９の高さ位置（Ｚ方向位置）を位置決めする。昇降部２２としては、例えばソレノイドや圧電素子などのアクチュエータによるもの、ギヤによるもの、楔の噛み合わせによるものなどを用いることができる。

駆動部３０は、基台３１の（＋Ｘ）側端の上面に固定されたモータ３５を備える。モータ３５はサーボモータでありエンコーダを内蔵している。モータ３５の回転軸にはボール螺子３３が固定されている。ボール螺子３３の（−Ｘ）側端部は基台３１の（−Ｘ）側端部の上面に、Ｘ軸周りに回転自在に固定されている。ボール螺子３３は上記ナット部２５に螺合されている。Ｙ方向に並列配置された一対のガイドレール３７は基台３１の上面にＸ方向に沿って延設されている。ガイドレール３７は上記ベース部２３を滑動自在に支持するとともに基板載置部２０の移動方向を規定する。なお、駆動部３０が本発明の移動手段に相当する。

第１塗布部４０はフィンガー配線用の配線パターン（フィンガー配線パターン７１）を基板９の主面に塗布するための塗布部である。第１塗布部４０はパターンを形成するためのパターン形成材料である、例えば導電性を有する高粘度のペースト７を吐出する第１ノズル４１を備える。第１塗布部４０には基板載置部２０をＹ方向に沿って跨ぐように基台３１に設けられたフレーム８１が設けられている。第１ノズル４１は、フレーム８１の梁部の下面に、Ｙ方向に沿って複数（例えば１６個）、設けられている。なお、第１ノズル４７が本発明のノズルに相当する。

各第１ノズル４１にはそれぞれシリンジポンプ４２が取り付けられている。また、第１塗布部４０にはシリンジポンプ４２にペースト７を供給する図示しないペースト供給機構が設けられている。なお、シリンジポンプ４２等が本発明の吐出手段に相当する。

図２に示すように、第１ノズル４１はその底面（下面）にＸ方向に延びる対向面４５を有する。この対向面４５は、基板載置部２０に支持された基板９の主面に対して第１ノズル４１からペースト７を吐出する際に、基板９の主面と対向する。

第１吐出口４７は、第１ノズル４１の対向面４５の（−Ｘ）側寄りの位置に開口している。第１吐出口４７は矩形状であり、そのＹ方向の幅寸法は例えば５０μｍであり、形成すべきフィンガー配線パターン７１の幅寸法とほぼ等しい。第１吐出口４７と基板９の主面との間隔寸法は、形成すべきフィンガー配線パターン７１の高さ寸法とほぼ等しく、例えば８０μｍである。

第１吐出口４７は第１ノズル４１本体の内部に形成されたマニホールド（液溜り部）４４の一方側に連通している。マニホールド４４の他方側は、第１ノズル４１の上面に開口した供給口４３に連通している。供給口４３にはシリンジポンプ４２が接続されている。シリンジポンプ４２から供給されたペースト７は供給口４３およびマニホールド４４を介して第１吐出口４７から吐出される。なお、第１吐出口４７が本発明の吐出口に相当する。

対向面４５は第１吐出口４７が開口している側（すなわちＸ方向におけるその一方側）から他方側に向かうに連れて上方に傾斜する傾斜面である。換言すれば、対向面４５と基板９の主面との間隔は上記一方側から他方側に向かうに連れて広がっていくように対向面４５が配置されている。

図３（ａ）に示すように、第１ノズル４１のＹ方向における左右両側には一対の第１光照射部６１が設けられている。一対の光照射部６１はフレーム８１の梁部の下面に支持部材８５を介してそれぞれ取り付けられている。また、一対の光照射部６１は第１光ファイバ６２を介して第１光源部６３に光学的にそれぞれ接続されている。第１光源部６３は紫外線などの光を放射する光源と、光源と光ファイバー６２との間に配置されたシャッター機構を有する。

光照射部６１は第１ノズル４１の吐出口４７から吐出され、第１ノズル４１の対向面４５と基板９の主面との間に存在するペースト７に対して光を照射する。なお、図３（ａ）においては、１個の第１ノズル４１および一対の光照射部６１を図示しているが、上述のように第１塗布部４０は複数の第１ノズル４１を備え、これらの第１ノズル４１に対して一対の光照射部６１がそれぞれ設けられている。また、図１、図２においては光照射部６１等の図示を省略している。

パターンを形成するための高粘度材料からなるパターン形成材料であるペースト７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。導電性粒子は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。

図１に戻り、第２塗布部５０は第１塗布部４０より（＋Ｘ）側に配置されている。第２塗布部５０はバス配線用のパターンを基板９の主面に塗布するための塗布部である。第２塗布部５０はパターンを形成するための材料であるペースト７を吐出する複数（例えば２個）の第２ノズル５１を備える。

複数の第２ノズル５１は、基板載置部２０をＹ方向に沿って跨ぐように基台３１に設けられたフレーム８２の梁部の下面にＹ方向に沿ってそれぞれ取り付けられている。第２ノズル５１の下端には第２吐出口５７が開口している。第２ノズル５１にはシリンジポンプ５２が取り付けられている。また、第２塗布部５０にはシリンジポンプ５２内にペースト７を供給する図示しないペースト供給機構が設けられている。

第２塗布部５０は複数（例えば２個）の第２光照射部６４をさらに備える。第２光照射部６４は第２ノズル５１の（＋Ｘ）側の位置に所定間隔を空けて、それぞれ第２ノズル５７に並設されるようにフレーム８２に固定される。つまり、第２ノズル５１と第２光照射部６４はフレーム８２に一体的に固定されている。第２光照射部６４には光ファイバー６５の一方端が光学的に接続されている。光ファイバー６５の他方端は第２光源部６６に光学的に接続されている。第２光源部６６は紫外線などの光を放射する光源と、光源と光ファイバー６５との間に配置されたシャッター機構を有する。

制御部６０はＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどから構成されるコンピュータである。ＲＯＭにはパターン形成装置１の動作を制御するためのプログラムやステージ２１の移動速度（すなわち基板９の移動速度）を制御するための速度条件である速度パラメータなどが記憶されている。

制御部６０はベース部２３に電気的に接続され、ベース部２３が備えるターンテーブル機構の回動動作を制御する。制御部６０は昇降部２２に電気的に接続され、昇降部２２の昇降動作を制御する。制御部６０はシリンジポンプ４２，５２に電気的に接続され、各シリンジポンプの駆動を制御する。制御部６０は第１光源部６３および第２光源部６６にそれぞれ電気的に接続され、各光源部内の光源の点灯・消灯やシャッター機構の開閉動作を制御する。

また、制御部６０はモータ３５に電気的に接続され、モータ３５の駆動・停止、回転数および回転方向などを制御するとともに、モータ３５からのフィードバック情報を取得する。なお、モータ３５の回転数は上記速度パラメータに応じて制御部６０により制御される。また、制御部６０はモータ３５からのフィードバック情報に基づいて基板載置部２０のＸ方向における原点位置からの移動距離を算出して検出する。換言すれば、制御部６０はステージ２１に載置された基板９のＸ方向における位置を算出して検出する。

次にパターン形成装置１の動作について、図４に示すフロー図を参照して説明する。まず、図４に示すステップＳ１０において、図１の（−Ｘ）側端部（原点位置）に配置されたステージ２１上の所定位置に図示しない搬送ロボットまたは操作者により基板９が載置され、基板が搬入される（基板搬入工程）。基板が搬入されると制御部６０はモータ３５の駆動を開始してボール螺子３３を回転駆動させる。ボール螺子３３が回転駆動されるとナット部２５が（＋Ｘ）方向に駆動されて、ステージ２１を含む基板載置部２０が（＋Ｘ）方向への移動を開始する（ステップＳ２０、ステージ移動開始工程）。

ステップＳ３０において、フィンガー配線パターン７１の塗布工程が実行される。この工程により基板９の主面上に、互いに平行な複数（例えば１６本）のＸ方向に延びる線状パターンであるフィンガー配線パターン７１が塗布形成される。ステップＳ３０では、まず、制御部６０はモータ３５から取得したフィードバック情報に基づいてステージ２１のＸ方向における位置を算出して、移動するステージ２１上の基板９の主面内におけるフィンガー配線パターン７１の塗布開始位置が第１塗布部４０の第１ノズル４１の下方に到達したことを検出したときに、モータ３５の駆動を停止してステージ２１の移動を止める。

次に制御部６０はシリンジポンプ４２を駆動する。制御部６０によってシリンジポンプ４２が駆動されると、ペースト７はシリンジポンプ４２から第１ノズル４１の供給口４３、マニホールド４４および第１吐出口４７を介して、基板９の主面に向けて吐出される。基板９の主面に吐出されたペースト７は、対向面４５に対する界面張力により、対向面４５に沿って広がる。この結果、基板９の主面と対向面との間にペースト７が満たされる。特に第１吐出口４７より（＋Ｘ）側、すなわち基板９の進行方向側においても、図２（ｂ）に示すように基板９と対向面４５との間にペースト７が満たされる。ここで、対向面４５が上方に向かう傾斜面となっているので、第１吐出口４７より基板９の進行方向側においてペースト７の高さ位置は第１吐出口４７の近辺よりも高くなっている。

上述のように基板９の主面と対向面４５との間にペースト７が満たされた状態で、制御部６０はモータ３５を駆動させて、ステージ２１を（＋Ｘ）方向に移動させる。また、基板９の主面と対向面４５との間に存在するペースト７に対して、図３（ａ）に示すように、一対の第１光照射部６１から光（紫外線）が照射されてペースト７が硬化する。ここで、第１光照射部６１からの光の照射方向は基板９の進行方向（＋Ｘ方向）と直交するＹ方向であり、基板９の主面と対向面４５との間に存在するペースト７の側方から光が照射される。この結果、例えばその幅が５０μｍで、その高さが８０μｍであるアスペクト比が１以上のフィンガー配線パターン７１が塗布形成されて行く。

次に制御部６０はモータ３５から取得したフィードバック情報に基づいてステージ２１のＸ方向における位置を算出して、移動するステージ２１上の基板９がフィンガー配線パターン７１の塗布終了位置に到達したことを検出したときに、制御部６０はシリンジポンプ４２の駆動を停止するとともに、モータ３５の駆動を停止してステージ２１の移動を止める。

ステップＳ３０が完了すると、制御部６０はベース部２３のターンテーブル機構によって、基板９を保持したステージ２１を９０度、回動させる。ステージ２１が９０度、回動すると基板９上に形成されたフィンガー配線パターン７１の長手方向がＹ方向と平行になる（ステップＳ４０、ステージ９０度回動工程）。

次にステップＳ５０では、制御部６０はモータ３５から取得したフィードバック情報に基づいてステージ２１のＸ方向における位置を算出して、移動するステージ２１上の基板９の主面内におけるバス配線パターンの塗布開始位置が第２塗布部５０の第２ノズル５１の下方に到達したことを検出したときに、制御部６０はシリンジポンプ５２を駆動する。制御部６０によってシリンジポンプ５２が駆動されると、第２ノズル５１の第２吐出口５７からペースト７が移動する基板９の主面に向けて吐出される。

第２ノズル５１の２個の吐出口５７から吐出されたペースト７は、Ｘ方向に移動する基板９の主面にそれぞれ線状に供給される。また、基板９の主面上に供給されたペースト７に対して光照射部６４から光（紫外線）が照射されてペースト７が硬化する。この結果、Ｘ方向に沿うとともに互いに平行な２本のバス配線パターンが塗布停止位置まで形成される。

次に図５のステップＳ６０においてステージ２１が図１に示す（＋Ｘ）側の端部に到達したことを制御部６０が検出すると、制御部６０はモータ３５の駆動を停止して、ステージ２１の移動を停止する（移動停止工程）。停止したステージ２１上から図示しない搬送ロボットまたは操作者が基板９を受け取り搬出する（ステップＳ７０、搬出工程）。

上述のように基板９の表面にある反射防止膜上に形成されたフィンガー配線パターン７１およびバス配線パターンは、後工程である焼成工程においてファイアースルー法により反射防止膜の下に形成されているｎ型拡散層に電気的に接続されることとなる。

なお、上述の実施形態を以下のように変形実施しても良い。
上記実施形態において対向面４５は傾斜面であるが、対向面４５は基板９の主面と平行な平面であっても良い。

本発明の吐出手段として、シリンジポンプ４２に替えて他の吐出機構を採用しても良い。

上記実施形態においては第１塗布部４０および第２塗布部５０に対して基板９が移動する構成であるが、固定配置された基板９に対して第１塗布部４０および第２塗布部５０をＸ方向に移動させても良い。または、固定配置された基板９に対して第１塗布部４０を所定方向（例えばＸ方向）に移動させるとともに第２塗布部５０を所定方向と直交する方向（例えばＹ方向）に移動させる構成でも良い。

フィンガー配線パターン７１と比較して、高アスペクト比に形成する必要がないバス配線パターンについては、スクリーン印刷など他の方法を用いて形成しても良い。

本発明によって形成するパターンは上記フィンガー配線パターンに限定されず、例えばプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）を製造する際に基板上に形成される隔壁パターンでも良い。また、基板上に形成される接着剤パターンでも良い。

１ パターン形成装置
７ ペースト
９ 基板
２０ 基板載置部
３０ 駆動部
４０ 第１塗布部
４１ 第１ノズル
４２ シリンジポンプ
４５ 対向面
４７ 第１吐出口
５０ 第２塗布部
６０ 制御部
６１ 第１光照射部
７１ フィンガー配線パターン

Claims (2)

1. 基板をほぼ水平に支持する支持手段と、
   支持手段に支持された基板の主面に対向する対向面および当該対向面の一方側寄りの位置に開口する吐出口を有するノズルと、
   支持手段に支持された基板を前記一方側から他方側に向かう第１方向に相対移動させる移動手段と、
   移動手段により相対移動する基板の主面に向けて、前記ノズルの吐出口から、光硬化性を有するパターン形成材料を吐出させる吐出手段と、
   前記ノズルの吐出口から吐出され、前記ノズルの対向面と、移動手段により相対移動する基板の主面との間に存在するパターン形成材料に対して、第１方向と直交する第２方向側から光を照射する光照射手段と、
   を備えることを特徴とするパターン形成装置。
2. 請求項１に記載されるパターン形成装置において、
   前記ノズルの対向面が前記一方側から他方側に向かうに連れて上方に傾斜する傾斜面であることを特徴とするパターン形成装置。

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