JP5819621B2 - パターン形成方法およびパターン形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、基板表面に対して相対移動するノズルから光硬化性材料を含む塗布液を塗布してこれに光照射することで基板上にパターンを形成するパターン形成技術に関する。

基板表面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パターン形状に合わせて塗布し、これに光（例えばＵＶ光）を照射して硬化させる技術がある。例えば、本願出願人が先に開示した特許文献１に記載の技術では、光電変換デバイス（具体的には太陽電池）の表面に配線パターンを形成するのにこの技術を用いている。より詳しくは、この技術では、基板に対し相対移動するノズルから光硬化性樹脂を含む塗布液を基板表面に塗布するとともにこれにＵＶ光を照射し硬化させて、配線材料を流し込むための隔壁を形成する。そして、こうして形成された隔壁に挟まれた溝部に、液状の配線材料を流し込むことにより、高アスペクトの配線パターンを基板表面に形成している。

特開２０１０−２７８２２５号公報（例えば、図３）

しかしながら、塗布液の塗布およびこれへの光照射によってパターン形成する技術においては、以下のような問題が残されていた。すなわち、基板に塗布された塗布液の形状を維持したまま硬化させるには、ノズルから吐出された直後の液に光照射することが有効である。しかしながら、このようにするとノズルの吐出口周辺で塗布液が光照射により固まって固着してしまい、吐出口を詰まらせてしまうおそれがある。これを回避するためにノズルから離れた位置から光照射を行ったのでは、吐出された塗布液が周囲に流れ広がってしまい、所望の断面形状が得られなくなる。中でも粘度の比較的低い塗布液を用いる場合にこの問題が顕著である。

また、塗布液に向けて光を出射する光出射部とノズルとの距離が離れていると、塗布終端位置でノズルからの塗布液の吐出を終了した時点では塗布液の終端部には光が十分に照射されず、硬化が不十分となって形状が崩れてしまうことがある。

このように、従来のパターン形成技術においては、ノズル周辺での塗布液の固着の防止と、塗布された塗布液の確実な硬化とを両立させることが困難であった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板表面に光硬化性材料を含む塗布液を塗布して光照射することで基板上にパターンを形成するパターン形成技術において、ノズル周辺での塗布液の固着を防止し、しかも、塗布された塗布液に確実に光を照射して硬化させ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は、上記目的を達成するため、基板の表面に沿ってノズルを所定の走査移動方向に相対移動させながら、前記ノズルの吐出口から光硬化性材料を含む塗布液を連続的に吐出させるとともに、前記ノズルに追随させて光出射手段を前記基板の表面に沿って前記走査移動方向に相対移動させて、前記基板に塗布された前記塗布液に光照射することで前記光硬化材料を光硬化させ、前記基板に対する前記ノズルの相対位置が所定の塗布終了位置に到達すると、前記吐出口からの前記塗布液の吐出を停止させるとともに、前記ノズルを前記基板表面に対し離間する方向に相対移動させ、前記ノズルの離間後に、前記光出射手段を前記基板に対して前記走査移動方向に相対移動させて、前記吐出口からの吐出停止により終端された前記塗布液の終端部まで光照射を行い、前記塗布液への光照射の開始から前記塗布液の前記終端部への光照射を行うまでの間、前記光出射手段と前記基板表面との間隔を一定に維持す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、塗布液を吐出するノズルが塗布終了位置で吐出を終了するとともに基板表面から相対的に離間することで、基板表面に塗布された塗布液とノズルとが確実に切り離される。そして、光出射手段をさらに走査移動方向に相対移動させることにより、吐出停止の時点で基板上の塗布液に光が未だ照射されていない未照射部分があってもこの部分にまで光を照射して硬化させることができる。このとき、塗布液への光照射の開始から塗布液の終端部への光照射を行うまでの間、光出射手段と基板表面との間隔を一定に維持する。ノズルは基板表面から離間した位置に退避しているため、ノズルの吐出口の周りで塗布液に光が当たって硬化することが防止されている。また、塗布液に対する光照射条件が均一となり、パターンの硬化度合いを一定にするとともにその形状を適正に制御することができる。

このように、本発明によれば、ノズル周辺での塗布液の固着を防止しつつ、塗布された塗布液に確実に光を照射して硬化させることで所望の形状でパターン形成を行うことが可能である。また、ノズルの退避後も光出射手段を走査移動させて基板上の塗布液に光照射を行うことができるため、ノズルと光出射手段とを無理に近接配置する必要がなく、この点からも、ノズル周辺での塗布液の固着を効果的に防止することができる。

このパターン形成方法において、例えば、ノズルが塗布終了位置に到達すると、ノズルの走査移動方向への基板に対する相対移動および吐出口からの塗布液の吐出を停止させてから、ノズルを基板表面から離間させるようにしてもよい。このようにすると、ノズル移動が停止した状態で吐出口からの塗布液の吐出が停止され、その後でノズルの離間が行われるため、吐出口周辺に残存する塗布液が基板に垂れ落ちたり、塗布液の終端部がノズルにより細く引き延ばされる糸引きが生じるのを防止し、パターン形状の乱れを抑制することができる。

また、例えば、塗布液への光照射の開始から、吐出口からの塗布液の吐出停止までの間、走査移動方向におけるノズルと光出射手段との間隔を一定に維持する、つまりこの間、ノズルと光出射手段とを一体的に基板に対し相対移動させるようにしてもよい。このような動作は比較的簡単な装置構成で実現可能であり、また塗布液の吐出から光照射までの時間差が一定となるので、パターン形状を制御する上でも有効である。

また、例えば、ノズルの位置を固定して基板を移動させることにより、基板に対するノズルの相対移動を実現するようにしてもよい。基板に対するノズルの相対移動は、基板、ノズルのいずれを移動させても実現可能であるが、ノズルを固定し基板を移動させるようにすれば、移動に伴って生じるノズルへの衝撃や振動に起因する塗布液の垂れや軌跡のブレを未然に防止することができる。

また、この発明にかかるパターン形成装置は、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、光硬化性材料を含む塗布液を連続的に吐出可能な吐出口を有するノズルと、前記吐出口から吐出された前記塗布液に対し光を出射する光出射手段と、前記基板保持手段に保持された前記基板の表面に沿って前記ノズルを所定の走査移動方向に相対移動させるとともに、前記ノズルに追随させて前記光出射手段を前記基板の表面に沿って前記走査移動方向に相対移動させる移動機構とを備え、前記移動機構により前記基板に対し相対移動される前記ノズルが所定の塗布終了位置に到達すると、前記吐出口からの前記塗布液の吐出を停止するとともに、前記移動機構が前記ノズルを前記基板表面に対し離間する方向に相対移動させ、前記ノズルの離間後に、前記移動機構が前記光出射手段を前記基板に対して前記走査移動方向に相対移動させて、前記吐出口からの吐出停止により終端された前記塗布液の終端部まで光照射を行い、前記移動機構は、前記光出射手段と前記基板表面との間隔を一定に維持しつつ前記光出射手段を前記基板に対し前記走査移動方向に相対移動させることを特徴としている。

このように構成された発明は、上記したパターン形成方法を実行するのに好適な装置構成を有しており、上記のように動作することにより、上記したパターン形成方法の発明と同様の効果を得ることができる。すなわち、この発明によれば、ノズル周辺での塗布液の固着を防止しつつ、塗布された塗布液に確実に光を照射して硬化させることで所望の形状でパターン形成を行うことが可能である。

この発明において、移動機構は、光出射手段と基板表面との間隔を一定に維持しつつ光出射手段を基板に対し走査移動方向に相対移動させるようにすると、塗布液に対する光照射条件を均一とすることができ、パターンの硬化度合いを一定にするとともにその形状を適正に制御することができる。

また、例えば、移動機構は、ノズルを所定位置に固定保持する一方、基板保持手段を移動させるように構成され、基板保持手段を走査移動方向と反対方向に移動させることにより基板に対してノズルを走査移動方向に相対移動させ、基板に対するノズルの相対位置が塗布終了位置に達すると、基板保持手段をノズルから離間する方向に移動させるようにしてもよい。

ノズルを固定し基板を移動させることにより、上記したように、ノズルへの衝撃や振動に起因する液垂れや軌跡のブレを防止することができる。また、ノズルが塗布終了位置に達すると基板保持手段をノズルから離間させることにより、ノズルからの液垂れや糸引きを確実に防止することができる。

この場合において、例えば、移動機構は、走査移動方向には光出射手段をノズルと一体的に支持する一方、基板表面に対し接近・離間する接離方向には光出射手段をノズルに対し移動自在に支持し、基板保持手段がノズルから離間する方向に移動するときに、基板保持手段に追随させて光出射手段を移動させるようにしてもよい。

このようにすれば、走査移動方向にはノズルと光出射手段とが基板表面に対し一体的に走査移動する一方、基板保持手段がノズルから離間移動する際には光出射手段もこれに追随するので、光出射手段と基板との間隔を一定に維持することができ、光照射条件の変動を防止することができる。

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、ノズルからの塗布液の吐出終了後にノズルを基板表面から離間させるとともに、光出射手段をさらに走査移動させて光照射を継続することにより、ノズル周辺での塗布液の固着を防止しつつ、塗布された塗布液に確実に光を照射して硬化させることで所望の形状でパターン形成を行うことができる。

この発明にかかるパターン形成方法における処理内容を模式的に示す第１の図である。 この発明にかかるパターン形成方法における処理内容を模式的に示す第２の図である。 このプロセスにおけるノズルと光出射部の軌跡を示す図である。 この発明にかかるパターン形成装置の一実施形態を示す図である。 シリンジポンプの構造を示す図である。 シリンジポンプによる材料塗布の様子を模式的に示す図である。 図４の装置におけるパターン形成処理の一態様を示すフローチャートである。 図７の処理における装置各部の動作を示すタイミングチャートである。 本発明にかかるパターン形成装置の他の実施形態を示す図である。

最初に、この発明にかかるパターン形成方法の原理について、図１ないし図３を参照して説明する。本発明を適用したパターン形成方法では、ステージ上に略水平に載置された基板の表面に沿って、光硬化性を有するパターン材料を含む塗布液を吐出するノズルと、該塗布液に光を照射する光出射部とを相対的に走査移動することにより、基板表面に塗布液が硬化してなるパターンを形成する。なお、ノズルおよび光出射部の基板に対する相対移動は、ノズルおよび光出射部の移動、基板の移動のいずれによっても実現可能であるが、ここではより原理を理解しやすい、基板を固定しノズルおよび光出射部を移動させる場合を採り上げて説明する。

図１および図２は、この発明にかかるパターン形成方法における処理内容を模式的に示す図である。塗布開始前の時点では、図１（ａ）に示すように、略水平状態に保持された基板Ｗの表面Ｗｆの一方端部側の上部に、下端の吐出口から塗布液を吐出可能なノズルＮと、光、例えばＵＶ光（紫外線）を下端から出射する光出射部Ｅとを配置する。そして、図１（ｂ）に示すように、ノズルＮからの塗布液Ｐの吐出および光出射部Ｅからの光Ｌの出射を開始する。これとほぼ同時に、矢印方向ＤｓへのノズルＮの走査移動を開始するとともに、ノズルＮに追随するように光出射部Ｅを矢印方向Ｄｓへ移動させる。これによって、ノズルＮと光出射部Ｅとが一体的に基板Ｗに対し矢印方向Ｄｓへ走査移動する。このため、光硬化性材料を含む塗布液Ｐが基板Ｗの表面Ｗｆに塗布されるとともに、基板表面Ｗｆ上で塗布直後の塗布液ＰにＵＶ光Ｌが照射され、塗布液が光硬化する。

図１（ｃ）に示すように、ノズルＮから塗布液Ｐを連続的に吐出させながらノズルＮを走査移動させ、これに追随する光出射部Ｅからの光Ｌを塗布液Ｐに照射することで、基板表面Ｗｆには塗布液が光硬化してなるライン状のパターンが形成される。

ここで、図１（ｄ）に示すように、ノズルＮが予め定められた塗布終了位置、例えば基板Ｗの他方端の近傍まで移動してきたときを考える。塗布終了位置ではノズルＮからの塗布液Ｐの吐出を停止させるが、このとき吐出停止とともに単にノズルＮの走査移動を停止させたとき、次のような問題がある。

第１に、ノズルＮからの塗布液の吐出を停止させたとしても、吐出口の周辺にはまだ塗布液が残存しており、これが基板表面Ｗｆに垂れ落ちてしまうおそれがある。このことは、パターンの終端部が本来の太さよりも太くなりパターン形状が乱れる原因となる。第２に、ノズルＮに追随する光出射部Ｅからの光がパターンの終端部にまで当たらず、硬化が不十分となってしまうおそれがある。

上記した第１の問題を解消するためには、吐出停止とほぼ同時にノズルＮを基板表面Ｗｆから素早く離間させることが有効である。一方、第２の問題を解消する策としては、ノズルＮと光出射部Ｅとを近接配置することにより、ノズルＮから吐出される塗布液の基板表面Ｗｆにおける着液位置と、光出射部Ｅから出射される光による基板表面Ｗｆにおける照射位置とを近づけることが考えられる。

しかしながら、このようにした場合、ノズルＮの吐出口近傍で塗布液に光が照射され、ノズル周辺、特に吐出口の周りで塗布液が固まってしまいノズルＮを詰まらせるという新たな問題が生じうる。また、塗布終了位置でノズルＮを基板表面Ｗｆから離間させる際に、塗布液がその表面張力によりノズルＮと基板表面Ｗｆとの間で糸状に細く延びた状態で固まってしまう現象（ここではこの現象を「糸引き」と称する）が起きる可能性もある。

このように、従来技術のようにノズルＮと光出射部Ｅとを一体的に基板Ｗに対し走査移動させる構成においては、ノズルＮと光出射部Ｅとを近接配置するとノズルＮへの塗布液の固着が生じやすくなる一方、これらの距離を離すと特にパターン終端部で光照射が不十分になりやすいという、相反する課題が残されていた。

この発明のパターン形成方法では、このような問題を解消するため、パターンの終端部を次のようにして形成している。すなわち、図２（ａ）に示すように、ノズルＮからの塗布液の吐出を停止すると同時に、またはその直後に、ノズルＮを基板表面Ｗｆから離間する方向（図の例では上方）に移動させる。一方、図２（ｂ）に示すように、その後も光出射部Ｅの矢印方向Ｄｓへの走査移動を継続させ、図２（ｃ）に示すように、基板表面Ｗｆに塗布された塗布液Ｐの終端部Ｐｅまで確実に光照射を行ってから、光出射部Ｅの走査移動を終了させる。

図３はこのプロセスにおけるノズルと光出射部の軌跡を示す図である。図３（ａ）に実線矢印で示すように、このパターン形成方法による一連のプロセスにおいて、ノズルＮの吐出口先端の軌跡は、塗布開始位置から塗布終了位置まで基板表面Ｗｆに沿って略水平な線を描き、塗布終了位置で上向きに転じる。これにより、塗布終了位置では、基板上の塗布液ＰからノズルＮが素早く切り離されて、パターンの太さが増大したり、糸引きを生じるなどの問題が回避される。

一方、光出射部Ｅについては、図３（ａ）に破線矢印で示すように、基板表面Ｗｆとの間隔を一定に維持した状態で走査移動方向Ｄｓに移動する。これにより、基板Ｗに塗布された塗布液Ｐに対して、その始端から終端まで一定の照射条件で光照射が行われる。これにより、断面形状の安定したパターンを形成することができる。また、パターンの終端部にまで確実に光照射が行われることで、終端部におけるパターンの硬化不足を防止することができる。そのため、ノズルＮと光出射部Ｅとを極端に近接させて配置する必要はなく、ノズルＮの吐出口周辺で塗布液に光が照射されて硬化しノズルを詰まらせることが防止される。

このように、この発明にかかるパターン形成方法によれば、従来技術では困難であった、ノズルにおける塗布液の固着防止作用と、塗布液の終端部まで光照射して形状の安定したパターンを形成するという作用とを両立させることが可能となっている。

なお、塗布終了位置でノズルＮからの塗布液の吐出を停止した後、ノズルＮを基板表面Ｗｆから離間させる方向については、図３（ａ）に示すような基板表面Ｗｆに対し垂直な方向に限定されるものではない。例えば図３（ｂ）および図３（ｃ）に実線矢印で示すように、上向きへの移動と走査移動方向Ｄｓへの移動とを組み合わせてノズルＮを退避させるようにしてもよい。図３（ｂ）の例では、塗布液の吐出終了後に光出射部Ｅが方向Ｄｓへの走査移動を継続するときに、ノズルＮが上方に退避しつつ光出射部Ｅと同じ速度で走査移動方向Ｄｓへ移動するようにしている。また、図３（ｃ）の例では、ノズルＮが上方に退避した後、光出射部Ｅと同じ速度で走査移動方向Ｄｓへ移動するようにしている。これらの例では、次のような利点がある。

このとき、光出射部Ｅの走査移動が終了した時点、つまりプロセス終了時におけるノズルＮと光出射部Ｅとの走査移動方向Ｄｓにおける距離Ｄは、塗布開始時および走査移動中における両者の距離と変わらない。したがって、ノズルＮと光出射部Ｅとは、走査移動方向Ｄｓに対しては一体的に移動する一方、基板表面Ｗｆに対し接近・離間する接離方向（この例では上下方向）にのみ相対位置が変化するように構成されればよいこととなる。このため、ノズルＮおよび光出射部Ｅを保持しまたは基板Ｗに対し相対移動させるための装置構成を、比較的簡単なものとすることが可能となる。この点を鑑みた本発明のパターン形成装置の実施形態における具体的な装置構成について、次に説明する。

なお、上記した原理説明では基板Ｗを固定しノズルＮおよび光出射部Ｅを走査移動させていたが、実際のプロセスにおいては、ノズルＮを固定し基板Ｗを移動させる方が好ましい。その理由は、塗布液を吐出するノズルＮを移動させる構成では該移動やその停止に伴ってノズルＮに衝撃や振動が不可避的に加わるため、これに起因するノズルＮからの液垂れや、形成されるパターンの直線性の低下（ブレ）を生じてしまうからである。以下に説明する本発明の実施形態では、ノズルについては位置を変化させず、基板および光出射部を移動制御することにより上記の動作を実現している。

図４はこの発明にかかるパターン形成装置の一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、あるいは特許文献１に記載されたように該電極配線パターンを形成するための隔壁を形成することで、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ための装置である。説明の便宜上、図４に示すように各座標軸を設定するものとする。

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（ペースト状）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ＵＶ光（紫外線）を照射する光出射部５３とが取り付けられている。

詳しくは後述するが、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該塗布液を吐出ノズル５２３から基板Ｗ上に吐出する。例えば電極配線パターン形成用の塗布液としては、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。なお、塗布液は導電性粒子を含むものに限定されず、例えば上記した隔壁を形成するための材料を含むものであってもよい。

光出射部５３は、光出射部昇降機構５３３を介してベース５１に取り付けられている。光出射部昇降機構５３３は、制御部６によって駆動制御される圧電素子、ボールねじ機構またはソレノイド等のアクチュエータにより、光出射部５３を上下方向（Ｚ方向）に昇降させるものである。この光出射部昇降機構５３３の作動により、この実施形態では、光出射部５３の基板Ｗとの間隔を調整することが可能となっている。

光出射部５３は、紫外線を発生する光源ユニット５３２に光ファイバ５３１を介して接続される。図示を省略しているが、光源ユニット５３２はその光出射部に開閉自在のシャッターを有しており、その開閉および開度によって出射光のオン・オフおよび光量を制御することができる。光源ユニット５３２は制御部６により制御されている。基板Ｗに塗布された塗布液に対して光出射部５３からＵＶ光を照射することにより、塗布直後の断面形状が維持された状態で塗布液が硬化する。なお、光源ユニット５３２としては、紫外線を発生する光源、例えば高圧水銀ランプや低圧水銀ランプ、ＬＥＤ（発光ダイオード）を有するものなどを用いることができる。

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、Ｙ方向に移動させるＹ方向移動機構２２、およびＺ方向を向く軸を中心に回転させるθ回転機構２３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。θ回転機構２３はモータ２３１によりステージ３をＺ方向を向く軸を中心に回転させる。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。

さらに、θ回転機構２３とステージ３との間には、ステージ昇降機構２４が設けられている。ステージ昇降機構２４は、制御部６からの制御指令に応じてステージ３を昇降させ、基板Ｗを指定された高さ（Ｚ方向位置）に位置決めする。ステージ昇降機構２４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、ボールねじ機構やギヤによるもの、楔の噛み合わせによるものなどを用いることができる。

図５はシリンジポンプの構造を示す図である。より具体的には、図５（ａ）はヘッド部５に設けられたシリンジポンプ５２の内部構造を示す側面図であり、図５（ｂ）はシリンジポンプ５２下面に設けられた吐出ノズルの構造を示す図である。また、図５（ｃ）はシリンジポンプ５２と光出射部５３との位置関係を模式的に示す図である。シリンジポンプ５２の筐体５２１の内部は、上端が上方に向かって開口し、下端が筐体５２１の下面５２２に設けられた吐出ノズル５２３に連通する空洞となっている。該空洞の上端の開口部から、制御部６からの制御指令に応じて上下動するプランジャ５２４が挿入されている。

こうして筐体５２１の内壁とプランジャ５２４とで形成される筐体５２１の内部空間ＳＰに、所定の組成を有する塗布液が貯留されており、制御部６からの制御指令によってプランジャ５２４が押し下げられると、内部空間ＳＰに連通する吐出ノズル５２３の下端で下向きに開口する吐出口５２５から塗布液が連続的に吐出される。

図５（ｂ）に示すように、シリンジポンプ５２の下面５２２には、Ｙ方向に所定の距離だけ離隔して複数の吐出ノズル５２３が設けられている。各吐出ノズル５２３の吐出口５２５の開口形状は略長方形で、その１辺の長さは塗布すべき塗布液の線幅とほぼ同じとされる。これらは形成すべきパターンのサイズや断面形状、配列ピッチ等に応じて適宜変更することができる。

図５（ｃ）に示すように、光出射部５３は吐出ノズル５２３に近接して配置される。光出射部５３は例えばステンレスのような金属ブロックから削り出されたものであり、内部に光ファイバ５３１を挿通するための貫通孔５３４が設けられている。そして、この貫通孔５３４に光ファイバ５３１が挿通されて、その端面が光出射部５３下面の開口部５３５に露出している。このような構成により、光源ユニット５３２において発生されたＵＶ光が光ファイバ５３１を介して基板Ｗの表面Ｗｆに向けて出射される。このとき、出射される光Ｌの出射方向は、吐出直後の液に光照射を行うべく吐出ノズル５２３直下の基板表面Ｗｆに向けて、しかし吐出ノズル５２３の吐出口５２５に当たらないように設定される。

なお、図に示されるように光出射部５３からの光Ｌは広がりを有しているため、「吐出口５２５に光が当たらない」ための条件を一義的に定めるのは難しい。しかし、実用的には、例えば、吐出口５２５の開口端における光強度が光軸中心における光強度の１／ｅ（ｅは自然対数の底）よりも小さければ、「光が当たらない」と見なすことができる。このように、吐出口５２５における照射光Ｌの光強度を十分に小さくしておくことで、吐出口５２５周辺に塗布液が固着してノズルを詰まらせるのを防止することができる。

図６はシリンジポンプ５２による材料塗布の様子を模式的に示す図である。図６に示すように、この塗布装置１では、制御部６が予め作成された制御プログラムに従い、ステージ３に載置した基板ＷをＸＹ平面内で水平移動させながら各吐出ノズル５２３の吐出口５２５から塗布液Ｐを吐出させることで、基板Ｗ上に所定の線状パターンを形成することができる。複数の吐出口５２５をＹ方向に並べて設けることにより、Ｙ方向に互いに離隔した互いに平行な複数本の線状パターンを１度の走査移動で形成することができる。ここで、ステージ３を（＋Ｘ）方向に移動させたときのステージ３に対する吐出ノズル５２３の相対移動方向、すなわち（−Ｘ）方向を、吐出ノズル５２３の走査移動方向Ｄｓとする。

このように構成されたパターン形成装置１では、基板Ｗ上に吐出した塗布液による互いに平行な細いライン状（線状）のパターンを多数形成することができる。また、塗布直後の塗布液を光照射により硬化させるので、塗布直後の断面形状が維持され、吐出口５２５の開口形状を適宜に選択することで、幅に対する高さの比、すなわち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。

図７は図４の装置におけるパターン形成処理の一態様を示すフローチャートである。また、図８は図７の処理における装置各部の動作を示すタイミングチャートである。この動作では最初に、処理対象となる基板Ｗを上記のパターン形成装置１に搬入し、パターン形成面である表面Ｗｆを上向きにしてステージ３に載置する（ステップＳ１０１）。次いで、ステージ３を初期位置に移動させることにより、基板Ｗに対する吐出ノズル５２３および光出射部５３の相対位置を所定の塗布開始位置（図１（ａ）に示す位置）に位置決めする（ステップＳ１０２）。

この状態から、時刻Ｔ0（図８）において、ステージ３の駆動を開始して基板Ｗの移動を開始するとともに、吐出ノズル５２３からの塗布液の吐出および光出射部５３からの光出射を開始する（ステップＳ１０３）。図８に示すように、この時刻Ｔ0において、ステージ３はステージ昇降機構２４により比較的高い位置に位置決めされている。このため、ステージ３に載置された基板Ｗから見たときの吐出ノズル５２３および光出射部５３の高さは比較的低い。つまり、これらが基板表面Ｗｆに近接した位置にある。

こうして吐出ノズル５２３から一定量の塗布液の吐出および光出射部５３からの光出射を連続的に行いながら、ステージ３に対する吐出ノズル５２３の位置が所定の塗布終了位置（図１（ｄ）に示す位置）に到達するまで、一定速度でステージ３の移動を継続する（ステップＳ１０４）。

時刻Ｔ1において吐出ノズル５２３が塗布終了位置に達すると、吐出ノズル５２３からの塗布液の吐出およびステージ３の移動を停止させる（ステップＳ１０５）。これとほぼ同時に、またはこれより僅かに遅れて、ステージ昇降機構２４によりステージ３を下降させる。このとき、ステージ昇降機構２４と同期させて光出射部昇降機構５３３を作動させることにより、ステージ３の下降に追随させて光出射部５３も下降させる。こうすることにより、ステージ３および光出射部５３を下方へ移動させる（ステップＳ１０６）。図８に示すように、ステージ３が下方へ移動することにより、基板Ｗから見た吐出ノズル５２３の高さはそれまでの比較的低い位置からより高い位置に変化するが、光出射部５３はステージ５３の下降に追随して下降しているため、基板Ｗから見た高さは変わっていない。

このことは、ステージ３に載置された基板Ｗおよび光出射部５３に対して吐出ノズル５２３を上方へ退避させるのと相対的には同じである。ただし、吐出ノズル５２３を固定していることにより、前述したとおり、ノズルの振動に起因する液垂れを防止しつつ、基板Ｗ上の塗布液と吐出ノズル５２３（より詳しくは吐出口５２５）とを切り離すことができる。

なお、塗布終了位置において、ステージ３の移動を停止させることは必須の要件ではない。すなわち、吐出ノズル５２３からの塗布液の吐出を停止し吐出ノズル５２３を退避させる一方で、Ｘ方向へのステージ３の移動についてはそのまま継続させてもよい。こうすることで、ステージ３停止に伴う１箇所への集中的な光照射を回避することができる。ただし、吐出口５２５への塗布液の固着を防止するという目的からは、塗布液の吐出とともにステージ３の移動を塗布液の吐出とともにいったん停止させてから吐出ノズル５２３を退避させるようにした方が、より確実に基板Ｗ上の塗布液とノズルとを切り離すことができる点で好ましい。

続いてステージ３の移動を再開し（ステップＳ１０７、時刻Ｔ2）、光出射部５３が基板Ｗ上において塗布終了位置よりも外側の照射終了位置に到達するまでステージ３の移動を継続する（ステップＳ１０８）。この間、光出射部５３からのＵＶ光の出射を継続させる。時刻Ｔ3において光出射部５３が照射終了位置に到達すると、光出射部５３からの光出射を停止するとともに、ステージ３の移動を停止する（ステップＳ１０９）。この時点では、図２（ｃ）に示すように、基板表面Ｗｆに塗布された塗布液Ｐの終端部Ｐｅまで光が照射されて、パターン全体が一様に硬化する。なお、図２（ｃ）の原理図では、塗布終了位置到達後のノズルＮは真上へ退避した位置で停止しているが、上記構成の装置および動作においては、吐出ノズル５２３は真上へ退避した後、光出射部５３とともにさらに水平方向へ移動することになる。つまり、吐出ノズル５２３の軌跡は、図３（ｃ）に示すものとなる。この場合、吐出ノズル５２３は基板Ｗ上の塗布液から既に分離されており、パターンの形状には影響しない。

以上のように、この実施形態のパターン形成装置１およびそれを用いたパターン形成方法では、基板Ｗに対し基板表面Ｗｆに沿って相対移動する吐出ノズル５２３から光硬化性材料を含む塗布液を吐出して基板表面Ｗｆに塗布するとともに、吐出ノズル５２３を追随するように基板表面Ｗｆに沿って相対移動する光出射部５３から基板上の塗布液にＵＶ光を照射することで塗布液を光硬化させてパターンを形成する。これにより、塗布直後の塗布液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り、例えば断面の幅に対する高さの大きい高アスペクト比のパターン形成を行うという目的に好適に適用することができる。

この場合において、吐出ノズル５２３と光出射部５３とは完全に一体化されているのではなく、必要に応じて両者の位置関係を変化させることが可能な構成となっている。すなわち、吐出ノズル５２３が塗布終了位置に到達すると、塗布液の吐出を停止させて吐出ノズル５２３を基板表面Ｗｆから離間する方向に退避させる一方で、光出射部５３については基板表面Ｗｆに近接させた状態でさらに走査移動を行う。これにより、塗布液の終端部Ｐｅまで確実に光照射が行われ、パターン全体を一様に硬化させることができる。そのため、パターン終端部において光照射量が不足することにより硬化が不十分となる問題を回避することができる。

また、このとき塗布液の吐出を停止した吐出ノズル５２３については基板表面Ｗｆから離間退避させて基板上の塗布液から切り離しているので、吐出口５２５の周辺で塗布液が光硬化により固着したり、パターン終端部に糸引きを生じるなどの問題が未然に防止されている。すなわち、この実施形態によれば、ノズルにおける塗布液の固着防止作用と、塗布液の終端部まで光照射して形状の安定したパターンを形成するという作用とを両立させることが可能となっている。

以上説明したように、この実施形態においては、吐出ノズル５２３が本発明の「ノズル」として機能しており、光出射部５３が本発明の「光出射手段」として機能している。また、ステージ３が本発明の「基板保持手段」として機能するとともに、ステージ移動機構２および光出射部移動機構５３３が一体として本発明の「移動機構」として機能している。

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、本発明における「塗布終了後のノズルを基板表面から離間させる一方、光出射手段の走査移動を継続させる」という技術思想を実現するため、上記実施形態では、吐出ノズル５２３をベース５１に固定する一方、光出射部５３を昇降機構５３３によりベース５１に対し昇降自在に設けるようにしている。しかしながら、当該思想を実現するための構成はこれに限定されるものではなく、例えば次のようにしても構わない。

図９は本発明にかかるパターン形成装置の他の実施形態を示す図である。より具体的には、図９（ａ）はこの発明にかかるパターン形成装置の第２実施形態におけるヘッド部を示す図である。この実施形態におけるヘッド部７は、第１実施形態の装置におけるヘッド部５に代えて図４の装置に装着可能なものであり、ベース７１にシリンジポンプ７２が固定されている点は第１実施形態と同様である。ただし、光出射部７３を保持する光出射部昇降機構７３３は、ボールねじ機構７３６によりＸ方向に移動自在の支持ブロック７３７に取り付けられている。光出射部昇降機構７３３およびボールねじ機構７３６により、図９（ａ）に点線矢印で示すように、光出射部７３はＸ軸、Ｚ軸の２軸方向に移動可能となっている。

この構成によれば、図３に示す２つの動作態様のいずれをも実現可能である。また、ステージ３の停止後、ボールねじ機構７３６により光出射部７３を駆動することにより走査移動方向Ｄｓへの移動が可能であるため、ステージ３の移動を再開する必要がない。このため、吐出ノズル７２３と基板Ｗとの関係においては走査移動方向への移動を停止させつつ、光出射部７３と基板Ｗとの関係においては走査移動方向への移動を継続することができる。

また、図３に示すように、光出射部Ｅの動きに着目すると、単に基板表面Ｗｆに平行な直線運動をするのみである。したがって、光出射部Ｅが基板表面Ｗｆに沿った方向（ここでは水平方向）にはノズルＮに追随する一方、基板表面Ｗｆに対して接近・離間する接離方向（ここでは鉛直方向）には基板Ｗに追随して動くようにできれば、必ずしもこれを駆動するための能動的な機構を要しない。例えば図９（ｂ）に示す機構により、このような動作が可能である。

図９（ｂ）はこの発明にかかるパターン形成装置の第３実施形態におけるヘッド部を示す図である。なお、この実施形態では光出射部に所望の動きをさせるための構成に特徴があるので、ベース８１に設けられるシリンジポンプについては記載を省略する。この実施形態におけるヘッド部８には支持プレート８２が設けられ、図示を省略しているが光照射部はこの支持プレート８２の下面に固定されている。支持プレート８２には１対の貫通孔８２１が穿設されており、ベース８１の下面から突設された１対の規制ピン８１１がこの貫通孔８２１に挿通されている。このため、支持プレート８２は、水平方向（Ｘ方向、Ｙ方向）には移動が規制される一方、上下方向（Ｚ方向）には所定の範囲で上下動自在となっている。

そして、支持プレート８２の下面両端部は、ステージ３の側面にＸ方向（走査移動方向に平行な方向）に延設された１対のスライドレール８３によって下方から摺動自在に支持されている。このような構成によれば、支持プレート８３は、ステージ３のＸ方向への移動に対しては一定の位置を保持する一方、ステージ３のＺ方向への移動に追随して上下動可能となっている。

したがって、ベース８１にノズルを固定する一方、支持プレート８２に光照射部を固定することにより、第１実施形態の装置と同様の動作、つまり走査移動方向についてはノズルと光照射部との間隔を一定に維持しつつ、接離方向には基板と光照射部との間隔を一定に維持することが可能となる。

なお、部材間の摺動に起因して生じるパーティクルが基板Ｗに付着するのを抑制するために、図９（ｂ）に示すように、上記動作を実現するための貫通孔８２１、規制ピン８１１およびスライドレール８３等については、ステージ３に載置される基板Ｗの上方から離れた位置に設けられることが望ましい。

また、上記実施形態では吐出ノズル５２３を固定した状態で基板Ｗを載置するステージ３を移動させることで、水平方向および上下方向における吐出ノズル５２３と基板Ｗとの相対移動を実現しているが、吐出ノズル５２３を移動させるようにしてもよい。ただし、ノズルを固定した状態でも上記のようにパターン端部近傍において吐出量が変動することから、ノズルを動かしたり振動を与えることは好ましくなく、この意味においては、上記実施形態のように基板Ｗを移動させる構成がより好ましい。

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所定の電極配線パターンを形成して太陽電池としての光電変換デバイスを製造しているが、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。また、塗布により形成すべきパターンの用途についても特に限定することなく、任意のものに本発明を適用することが可能である。

この発明は、基板上に光硬化性材料を含む塗布液を塗布して光照射することで所定の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。

２ ステージ移動機構（移動機構）
３ ステージ（基板保持手段）
５２ シリンジポンプ
５３ 光出射部（光出射手段）
５２３ 吐出ノズル（ノズル）
５２５ 吐出口
Ｄｓ 走査移動方向
Ｗ 基板

Claims (8)

1. 基板の表面に沿ってノズルを所定の走査移動方向に相対移動させながら、前記ノズルの吐出口から光硬化性材料を含む塗布液を連続的に吐出させるとともに、前記ノズルに追随させて光出射手段を前記基板の表面に沿って前記走査移動方向に相対移動させて、前記基板に塗布された前記塗布液に光照射することで前記光硬化材料を光硬化させ、
   前記基板に対する前記ノズルの相対位置が所定の塗布終了位置に到達すると、前記吐出口からの前記塗布液の吐出を停止させるとともに、前記ノズルを前記基板表面に対し離間する方向に相対移動させ、
   前記ノズルの離間後に、前記光出射手段を前記基板に対して前記走査移動方向に相対移動させて、前記吐出口からの吐出停止により終端された前記塗布液の終端部まで光照射を行い、
   前記塗布液への光照射の開始から前記塗布液の前記終端部への光照射を行うまでの間、前記光出射手段と前記基板表面との間隔を一定に維持する
   ことを特徴とするパターン形成方法。
2. 前記ノズルが前記塗布終了位置に到達すると、前記ノズルの前記走査移動方向への前記基板に対する相対移動および前記吐出口からの前記塗布液の吐出を停止させてから、前記ノズルを前記基板表面から離間させる請求項１に記載のパターン形成方法。
3. 前記塗布液への光照射の開始から、前記吐出口からの前記塗布液の吐出停止までの間、前記走査移動方向における前記ノズルと前記光出射手段との間隔を一定に維持する請求項１または２に記載のパターン形成方法。
4. 前記ノズルの位置を固定して前記基板を移動させることにより、前記基板に対する前記ノズルの相対移動を実現する請求項１ないし３のいずれかに記載のパターン形成方法。
5. 基板を保持する基板保持手段と、
   光硬化性材料を含む塗布液を連続的に吐出可能な吐出口を有するノズルと、
   前記吐出口から吐出された前記塗布液に対し光を出射する光出射手段と、
   前記基板保持手段に保持された前記基板の表面に沿って前記ノズルを所定の走査移動方向に相対移動させるとともに、前記ノズルに追随させて前記光出射手段を前記基板の表面に沿って前記走査移動方向に相対移動させる移動機構と
   を備え、
   前記移動機構により前記基板に対し相対移動される前記ノズルが所定の塗布終了位置に到達すると、前記吐出口からの前記塗布液の吐出を停止するとともに、前記移動機構が前記ノズルを前記基板表面に対し離間する方向に相対移動させ、
   前記ノズルの離間後に、前記移動機構が前記光出射手段を前記基板に対して前記走査移動方向に相対移動させて、前記吐出口からの吐出停止により終端された前記塗布液の終端部まで光照射を行い、
   前記移動機構は、前記塗布液への光照射の開始から前記塗布液の前記終端部への光照射を行うまでの間、前記光出射手段と前記基板表面との間隔を一定に維持しつつ前記光出射手段を前記基板に対し前記走査移動方向に相対移動させる
   ことを特徴とするパターン形成装置。
6. 前記移動機構は、前記ノズルを所定位置に固定保持する一方、前記基板保持手段を移動させるように構成され、
   前記基板保持手段を前記走査移動方向と反対方向に移動させることにより前記基板に対して前記ノズルを前記走査移動方向に相対移動させ、前記基板に対する前記ノズルの相対位置が前記塗布終了位置に達すると、前記基板保持手段を前記ノズルから離間する方向に移動させる請求項５に記載のパターン形成装置。
7. 前記移動機構は、前記走査移動方向には前記光出射手段を前記ノズルと一体的に支持する一方、前記基板表面に対し接近・離間する接離方向には前記光出射手段を前記ノズルに対し移動自在に支持し、前記基板保持手段が前記ノズルから離間する方向に移動するときに、前記基板保持手段に追随させて前記光出射手段を移動させる請求項６に記載のパターン形成装置。
8. 基板を保持する基板保持手段と、
   光硬化性材料を含む塗布液を連続的に吐出可能な吐出口を有するノズルと、
   前記吐出口から吐出された前記塗布液に対し光を出射する光出射手段と、
   前記基板保持手段に保持された前記基板の表面に沿って前記ノズルを所定の走査移動方向に相対移動させるとともに、前記ノズルに追随させて前記光出射手段を前記基板の表面に沿って前記走査移動方向に相対移動させる移動機構と
   を備え、
   前記移動機構は、
   前記ノズルを所定位置に固定保持する一方、前記基板保持手段を移動させるように構成され、
   前記走査移動方向には前記光出射手段を前記ノズルと一体的に支持する一方、前記基板表面に対し接近・離間する接離方向には前記光出射手段を前記ノズルに対し移動自在に支持し、
   前記基板保持手段を前記走査移動方向と反対方向に移動させることにより前記基板に対して前記ノズルを前記走査移動方向に相対移動させ、
   前記ノズルが所定の塗布終了位置に到達すると、
   前記吐出口からの前記塗布液の吐出が停止され、
   前記移動機構が前記基板保持手段を前記ノズルから離間する方向に移動させて前記ノズルを前記基板表面から離間させるとともに、前記前記基板保持手段に追随させて前記光出射手段を前記接離方向に移動させ、
   前記ノズルの離間後に、前記移動機構が前記光出射手段を前記基板に対して前記走査移動方向に相対移動させて、前記吐出口からの吐出停止により終端された前記塗布液の終端部まで光照射を行う
   ことを特徴とするパターン形成装置。

Images