JP5488015B2 - スクリーン印刷方法 - Google Patents

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Description

本発明は、スクリーン印刷方法に係り、特に印刷パターンの整合をとるアライメント方法を採用したスクリーン印刷方法に関するものである。
太陽電池セルの電極のアスペクト比を高めるため、一度電極ペーストをスクリーン印刷により塗布して形成した電極の上に、更に複数回重ねてスクリーン印刷して電極を形成する方法がある。これを多層電極印刷とよぶ。正確な多層電極印刷を行うために、例として図１に示すようなアライメントマークが使用される。このアライメントマークは、被印刷物であるウェハー上に、図２のようにして形成される。即ち、図２は、２つのアライメントマークをもつ太陽電池セルの例であり、１１が半導体基板、１２がフィンガー電極、１３がバスバー電極、１４がアライメントマークである。第１に、特定の形状のアライメントマーク（例：図１（ａ）のＡ０，Ｂ０）の形状と位置を予め画像処理装置に記憶させておく。第２に、１層目の電極と同時に上記アライメントマークと同じ形状のアライメントマーク（例：図１（ｂ）のＡ１，Ｂ１）が基板に印刷される。第３に、２層目以降の電極印刷ステージ上にＡ１，Ｂ１が印刷された被印刷物が置かれる。第４にＡ１，Ｂ１をカメラが認識し、同一形状のＡ０，Ｂ０がもつ位置データと重なり合うように、ステージ位置を微調整する。その後電極ペーストを印刷することで、多層電極を形成することができる。
ところが、印刷を繰り返すことでペーストの粘度が変化したり、被印刷物が割れたりしてアライメントマークが正確に印刷できなくなることがある（例：図１（ｃ）のＡ２，Ｂ２）。これにより、予め画像処理装置に記憶させたマークと実印刷されたマークとの形状の違いが大きくなると、正確な画像処理が行えなくなる。結果として下層の電極と、その上に重ねて印刷された電極がずれてシャドーロスが増加し、太陽電池セルの変換効率が低下する。
これに対し、例えば特開２００６−０８０４１５号公報（特許文献１）では、スクリーン印刷により形成されたアライメントマークを画像処理して位置補正を行うと同時に異常がないか観察し、異常が発見されたときは工程を停止して対応している。
しかし、特開２００６−０８０４１５号公報（特許文献１）の方法においては、アライメントマークの経時変化（ペースト粘度低下によるにじみ、突発的な異常等）には対応ができない。また、マークに異常が発生した場合は工程を停止しているため、対応に時間がかかるという問題がある。
特開２００６−０８０４１５号公報
このように、例えば太陽電池セルの多層電極形成を行う際、予め画像処理装置に記憶させたマークと実印刷されたマークとの形状の違いが大きくなると、正確な画像処理が行えなくなる。結果として下層の電極と、その上に重ねて印刷された電極がずれてシャドーロスが増加し、太陽電池セルの変換効率が低下する。
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、精度よく、しかも簡単に位置決めを行って多層印刷することを可能にしたスクリーン印刷方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行った結果、下記のスクリーン印刷方法を見出したものである。
即ち、本発明は下記のスクリーン印刷方法を提供する。
請求項１：
スクリーン印刷を複数回行う際の精度を向上させる方法であって、被印刷物に第１の印刷物とアライメントマークが印刷された後、前記印刷されたアライメントマークと画像処理装置に登録されたアライメントマークの形状データ及び位置データからなる参照データとを比較してその後の印刷のための被印刷物の位置決めを行うスクリーン印刷方法において、前記印刷されたアライメントマークをカメラにて参照して形状データとして保存し、その形状データを前記画像処理装置の参照データに上書きし、該上書きした参照データをその後の印刷を行う際の被印刷物の位置決め用の参照データとして更新して用いることを特徴とするスクリーン印刷方法。
請求項２：
前記アライメントマークは、アライメントマークの最外周辺を通るように規定された長方形の外周の辺の長さの合計と、アライメントマーク自体の外周の辺の長さの合計の比が１：０．１〜１：５０であることを特徴とするスクリーン印刷方法。
請求項３：
前記アライメントマークの形状が、Ｔ字形状、十字形状、四角形状、三角形状、楕円形状又は半円形状であることを特徴とする請求項１又は２記載のスクリーン印刷方法。
請求項４：
前記被印刷物に２点以上のアライメントマークを用いて画像処理を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のスクリーン印刷方法。
請求項５：
前記画像処理装置へのアライメントマークの参照データ上書き更新頻度が印刷回数１〜５０００回ごとであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のスクリーン印刷方法。
請求項６：
前記印刷物は太陽電池の電極であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載のスクリーン印刷方法。
請求項７：
前記被印刷物は第１層目に電極パターンが印刷された太陽電池セルのウェハーであり、前記被印刷物側の位置決め基準として、前記第１層目と同時に印刷されたアライメントマークを用い、また画像処理装置の位置決め基準として、前記第１層目の電極パターンと同時に印刷されたアライメントマーク乃至は印刷回数最大５０００回以内に印刷されたアライメントマークを用い、少なくとも１層以上の電極パターンを印刷して複層構造の電極とすることを特徴とする請求項６記載のスクリーン印刷方法。
請求項８：
前記アライメントマークは、太陽電池セルの第１層目のフィンガー電極パターンの一部を利用してアライメントマークを形成することを特徴とする請求項６又は７記載のスクリーン印刷方法。
請求項９：
前記アライメントマークとして、印刷パターンの一部が使用され、アライメントマークと印刷パターンの区切りが存在せず、前記被印刷物側の位置決め基準として、画像処理装置のカメラが視野に収めた部分全てをアライメントマークとして使用することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載のスクリーン印刷方法。
本発明によれば、多層スクリーン印刷を精度よく簡単に行うことができる。
アライメントマークの一例を示し、（ａ）は事前に画像処理装置に参照画像として登録されたアライメントマーク、（ｂ）は実印刷されたアライメントマーク、（ｃ）は印刷を重ねて形状変化してしまったアライメントマークを示す。 太陽電池セルの電極とアライメントマークを印刷した基板の平面図である。 スクリーン印刷装置の概略図である。
本発明のスクリーン印刷方法は、被印刷物に第１の印刷物とアライメントマークとを印刷した後、第２層以降の印刷を行い、複数層のスクリーン印刷物を形成する際、予め画像処理装置に参照画像として登録されたアライメントマークと上記被印刷物に実印刷されたアライメントマークとが一致するように被印刷物を位置決めして第２層以降のスクリーン印刷を行う方法において、スクリーン印刷を複数回行う際の精度を向上させる方法であって、被印刷物に第１の印刷物とアライメントマークが印刷された後、アライメントマークがカメラにて参照されて画像データとして保存され、該画像データがその後の印刷を行う際の画像処理装置の参照データとして更新して用いられるものである。
特に、本発明は太陽電池の電極形成をスクリーン印刷方法にて行う場合に有効であり、１層目の電極とアライメントマークが印刷された後、外観異常検査装置を通過する際にアライメントマークをカメラにて参照して画像データを保存し、上記画像データを２層目以降の電極を形成する際の画像処理装置の参照データとして適宜更新して用いることで、実印刷されたアライメントマークの経時変化に影響されずに正確な印刷機のステージ位置調節と多層電極形成を行い、アライメントマークの経時変化や異常に対応することができる。
以下、本発明によるアライメント方法の一例について、図面を参照して説明する。
図２は、上述したように、アライメントマーク１４，１４を持つ太陽電池セルの受光面側の外観を示す。図１は太陽電池セルの２つのアライメントマークの拡大図である。図３に、この太陽電池セルに多層電極を形成するスクリーン印刷装置の外観を示す。図３の１が被印刷物、２が可動式のステージで、Ｘ，Ｙ，θが可変であり、３が被印刷物上に印刷されたアライメントマークを認識するための固定のカメラ、４が固定のスクリーン、５がステージをスクリーン直下まで移動させるためのボールネジ、６が画像処理装置である。事前に６の画像処理装置に参照画像として図１（ａ）のアライメントマークＡ０，Ｂ０の形状と位置データを登録しておく。これらＡ０，Ｂ０と、被印刷物１上に同パターンとして１層目と同時に実印刷された図１（ｂ）のアライメントマークＡ１，Ｂ１が規定の誤差範囲内で重なるようにステージ位置（Ｘ，Ｙ，θ）を微調整する。微調整が終了したら、２層目以降の電極ペーストを印刷する。
事前に画像処理装置に参照画像として登録されたＡ０，Ｂ０と、被印刷物上に同パターンとして１層目と同時に実印刷されたアライメントマークＡ１，Ｂ１の形状が近ければ高い精度で印刷できる。しかし、印刷を重ねることによりペーストの粘度変化や製版のパターンのつまり、被印刷物のワレ等が発生してＡ１，Ｂ１の形状が変化して図１（ｃ）のアライメントマークＡ２，Ｂ２のようになることがある。このままだと、Ａ０，Ｂ０とＡ２，Ｂ２との形状の差が大きすぎて正確なステージ位置の調節ができず、２層目以降の電極印刷の位置精度が低下してしまう。そこで、以下のような機構を設ける。
１層目の電極パターンとアライメントマークを印刷した後、２層目以降の電極パターンを印刷する前に外観異常検査装置（図示せず）を通過させる。ここでは１層目電極の太り、断線、汚れ等を検知する。上記外観異常検知と同時に、被印刷物上に実印刷されたアライメントマークをカメラにより参照し、その形状データを保存する。上記形状データを、逐次Ａ０，Ｂ０として上書きして使用することで、事前に画像処理装置に参照画像として登録されたＡ０，Ｂ０と、被印刷物上に同パターンとして１層目と同時に実印刷されたアライメントマークＡ１，Ｂ１の形状差異を小さくすることが可能になる。これに伴い、長時間の多層電極印刷の位置精度を保つことができる。
この場合、理想的には、１回目の印刷が行われた際に、被印刷物とそのアライメントマークに逐一ＩＤを振り、該当ＩＤの被印刷物が２回目の印刷が行われる際に、該当アライメントマークを読み込んで画像処理を行うことが好ましい。しかし、アライメントマーク上書きを行う際に、処理に必要な時間は約０．０５〜０．１０秒であるから、更新頻度は印刷物１枚ごとに行っているとタクトが落ちてしまう。従って、前記画像処理装置へのアライメントマークの上書き頻度を、印刷物約５０００枚以内ごとにすることで、歩留まりとタクトを両立させることが可能である。即ち、前記画像処理装置へのアライメントマーク更新が印刷回数１〜５０００回ごと、より好ましくは１〜３０００回、更に好ましくは１〜１０００回ごとに行うことが好ましい。
また、アライメントマークは、２点以上のほうがより精度を増す。
前記アライメントマークとして、Ｔ字の他に十字や四角、三角、楕円、半円等様々な形状を用いることができる。本発明はアライメントマークの形状に限定されず適用することが可能である。
なお、前記アライメントマークは、アライメントマークの最外周辺を通るように規定された長方形の外周の辺の長さの合計と、アライメントマーク自体の外周の辺の長さの合計の比が１：０．１〜１：５０、より好ましくは１：０．５〜１：２０、更に好ましくは１：０．６〜１：１０、とりわけ１：０．８又は１：１であり、アライメントによる位置合わせの精度を上げるために、画像処理で判別しやすいが複数回印刷による変化の影響を受けやすい形状をしており、アライメントによる位置合わせの精度と複数回印刷によるマークの形状変化への対策として、画像処理装置の参照データとして更新して用いられるものである。
例えば、アライメントマークが一辺の長さａの正三角形状の場合は、当該正三角形は各辺の長さがａと√３ａ／２の長さの長方形に収めることができる。この場合、アライメントマークの最外周辺を通るように規定された長方形の外周の辺の長さの合計と、アライメントマーク自体の外周の辺の長さの合計の比は（２＋√３）ａ：３ａ≒１：０．８となる。
なお、図２に示したように、本発明方法は、太陽電池を形成するに際し、フィンガー電極及び／又はバスバー電極を２層又はそれ以上の多層にスクリーン印刷方法にて形成する際に有効に採用される。
即ち、被印刷物は第１層目に電極パターンが印刷された太陽電池セルのウェハーであり、前記被印刷物側の位置決め基準として、前記第１層目と同時に印刷されたアライメントマークを用い、また画像処理装置の位置決め基準として、前記第１層目の電極パターンと同時に印刷されたアライメントマーク乃至は印刷回数最大５０００回以内に印刷されたアライメントマークを用い、少なくとも１層以上の電極パターンを印刷して複層構造の電極とする方法が採用し得る。この場合、前記アライメントマークは太陽電池セルの第１層目のフィンガー電極パターンの一部を利用しており、余計なシャドーロスを増やすことなくアライメントマークを形成することができ、また前記アライメントマークとして印刷パターンの一部が使用され、明確なマークと印刷パターンの区切りが存在せず、前記被印刷物側の位置決め基準として、画像処理装置のカメラが視野に収めた部分全てをアライメントマークとして使用することができるものである。
以下、実施例及び比較例を示し、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
［実施例，比較例］
太陽電池のフィンガー電極の多層印刷を行うに際し、上記の図１〜３を用いて説明した方法によって画像処理装置への形状登録上書きを１０００枚ごとに行った場合（実施例）と画像処理装置への形状登録上書きを行わない場合（比較例）との、第１層目と第２層目以降の電極のズレ由来の外観異常発生率の比較を表１に示す（両例とも約３００００枚印刷時に比較）。アライメントマークは図１（ｂ）に示す形状で、アライメントマークの最外周辺を通るように規定された長方形の外周の辺の長さの合計と、アライメントマーク自体の外周の辺の長さの合計の比が１：０．８のものを用いた。ここで、外観異常とは、電極フィンガー幅が１５０μｍ以上になった場合を示す。この場合、印刷に要した時間は両例ともほぼ差はなかった。
Figure 0005488015
比較例として示したスクリーン印刷装置の形式は、極めてオーソドックスなものである。表１に示すように、本発明によるスクリーン印刷方法は一般的な方法と比較し、外観異常発生率を抑え、正確な印刷が可能である。
１ 被印刷物
２ 可動式ステージ
３ カメラ
４ スクリーン
５ ボールネジ
６ 画像処理装置
１１ 基板
１２ フィンガー電極
１３ バスバー電極
１４ アライメントマーク

Claims (9)

  1. スクリーン印刷を複数回行う際の精度を向上させる方法であって、被印刷物に第１の印刷物とアライメントマークが印刷された後、前記印刷されたアライメントマークと画像処理装置に登録されたアライメントマークの形状データ及び位置データからなる参照データとを比較してその後の印刷のための被印刷物の位置決めを行うスクリーン印刷方法において、前記印刷されたアライメントマークをカメラにて参照して形状データとして保存し、その形状データを前記画像処理装置の参照データに上書きし、該上書きした参照データをその後の印刷を行う際の被印刷物の位置決め用の参照データとして更新して用いることを特徴とするスクリーン印刷方法。
  2. 前記アライメントマークは、アライメントマークの最外周辺を通るように規定された長方形の外周の辺の長さの合計と、アライメントマーク自体の外周の辺の長さの合計の比が１：０．１〜１：５０であることを特徴とするスクリーン印刷方法。
  3. 前記アライメントマークの形状が、Ｔ字形状、十字形状、四角形状、三角形状、楕円形状又は半円形状であることを特徴とする請求項１又は２記載のスクリーン印刷方法。
  4. 前記被印刷物に２点以上のアライメントマークを用いて画像処理を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のスクリーン印刷方法。
  5. 前記画像処理装置へのアライメントマークの参照データ上書き更新頻度が印刷回数１〜５０００回ごとであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のスクリーン印刷方法。
  6. 前記印刷物は太陽電池の電極であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載のスクリーン印刷方法。
  7. 前記被印刷物は第１層目に電極パターンが印刷された太陽電池セルのウェハーであり、前記被印刷物側の位置決め基準として、前記第１層目と同時に印刷されたアライメントマークを用い、また画像処理装置の位置決め基準として、前記第１層目の電極パターンと同時に印刷されたアライメントマーク乃至は印刷回数最大５０００回以内に印刷されたアライメントマークを用い、少なくとも１層以上の電極パターンを印刷して複層構造の電極とすることを特徴とする請求項６記載のスクリーン印刷方法。
  8. 前記アライメントマークは、太陽電池セルの第１層目のフィンガー電極パターンの一部を利用してアライメントマークを形成することを特徴とする請求項６又は７記載のスクリーン印刷方法。
  9. 前記アライメントマークとして、印刷パターンの一部が使用され、アライメントマークと印刷パターンの区切りが存在せず、前記被印刷物側の位置決め基準として、画像処理装置のカメラが視野に収めた部分全てをアライメントマークとして使用することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載のスクリーン印刷方法。
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