JP5988107B2

JP5988107B2 - スクリーン印刷装置を用いた半導体装置の製造方法

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Publication number: JP5988107B2
Application number: JP2013556167A
Authority: JP
Inventors: 平　茂治; 茂治平
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-02-03
Filing date: 2012-02-03
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2032-02-03
Also published as: JPWO2013114616A1; WO2013114616A1

Description

本発明は、スクリーン印刷装置及びそれを用いた半導体装置の製造方法に関する。

近年、半導体、導体、絶縁体の基板上に様々な半導体膜等の機能性薄膜を形成した半導体装置が形成されている。例えば、太陽光を電気エネルギーに変換することができる太陽電池が石油代替エネルギー源として使用されている。太陽電池には、単結晶型太陽電池、多結晶型太陽電池、アモルファス型太陽電池等、又はこれらを組み合わせたものが挙げられる。

図７は、太陽電池１００の構成の例を示す。図７は、太陽電池１００の一主面側の平面図である。太陽電池１００では、光起電力部１０の裏面に電力を集電して外部へ取り出すためのフィンガー１２ａやバスバー１２ｂ等を含む電極１２が設けられる。太陽電池１００の反対側の面にも同様に電極が設けられる。電極１２は、バインダ樹脂に導電性フィラーを混在させたインクを光起電力部１０の主面にスクリーン印刷して形成される（特許文献１等）。

スクリーン印刷は、図８の斜視図に示すようなステージ１０２上に基板を載せ置いた状態で実行される。図９及び図１０は、図８のラインＡ−Ａに沿った断面図である。ステージ１０２は、ステージ本体１４とピン１６とを備える。ステージ本体１４にはピン１６を納める孔１４ａが設けられており、図９に示すように、ピン１６をステージ本体１４に対して上方向に移動させることによって、孔１４ａからピン１６の先端をステージ面１４ｂから突出させることができる。このようにピン１６をステージ面１４ｂから突出させた状態において、基板１８をピン１６上に載せ置く。そして、図１０に示すように、ピン１６を下方向に移動させて孔１４ａ内に収納することによって基板１８がステージ面１４ｂ上に載せ置かれる。このようにステージ面１４ｂに基板１８を載せ置いた状態で基板の表面にインクをスクリーン印刷して電極を形成する。その後、ピン１６を再び上方へ移動させることで基板１８をピン１６の先端で支持し、ステージ面１４ｂから離間させる。これにより、電極を印刷した後、印刷面に触れることなく印刷面の裏側から支持して基板１８を移動させることが可能となる。

特開２０１１−２２４８４１号公報

このようなステージ１０２を用いた場合、ステージ面１４ｂに基板１８が載せ置かれた状態からピン１６によって基板１８を持ち上げて支持する際に、ピン１６の先端が基板１８の印刷面の裏側に突き当てられる。これにより、基板１８に衝撃が与えられ、基板１８に形成された半導体装置の特性が低下するおそれがある。

また、ステージ面１４ｂに基板１８を載せ置いた状態においてスクリーン印刷を行う際に、孔１４ａの窪み部分においてスクリーン版と基板１８とに隙間が生じ、印刷の不良が生じ易くなる。

したがって、ステージ１０２を用いた場合、歩留りが低下するおそれがある。

本発明の１つの態様は、第１平面を有する第１支持部及び第２平面を有する第２支持部を備えるステージと、第１支持部と第２支持部とを相対移動させる相対移動部と、塗布材をスクリーン印刷する印刷部と、を備え、相対移動部によって第１平面と第２平面とを同一平面とした基板支持面を形成し、基板支持面に載せ置かれた基板に塗布材を塗布する、スクリーン印刷装置である。

本発明の別の態様は、第１平面を有する第１支持部及び第２平面を有する第２支持部を備えるステージと、第１支持部と第２支持部とを相対移動させる相対移動部と、塗布材をスクリーン印刷する印刷部と、を有するスクリーン印刷装置を用い、相対移動部によって第１平面と第２平面とを同一平面とした基板支持面に基板を載せ置いた状態において塗布材を塗布する、半導体装置の製造方法である。

本発明によれば、スクリーン印刷によって半導体装置に生ずる損傷及び印刷不良を抑制することができ、歩留りが向上する。

本発明の実施の形態におけるスクリーン印刷装置の構造を示す斜視図である。本発明の実施の形態におけるスクリーン印刷装置の構造及び作用を示す断面図である。本発明の実施の形態におけるスクリーン印刷装置の構造及び作用を示す断面図である。本発明の実施の形態における半導体製造方法を示すフローチャートである。本発明の実施の形態におけるスクリーン印刷装置の構造の別例を示す斜視図である。本発明の実施の形態におけるスクリーン印刷装置の構造の別例を示す斜視図である。太陽電池の構成を示す図である。従来のスクリーン印刷装置の構造を示す斜視図である。従来のスクリーン印刷装置の構造及び作用を示す断面図である。従来のスクリーン印刷装置の構造及び作用を示す断面図である。

図１〜図３は、本発明の実施の形態におけるスクリーン印刷装置２００の構成を示す図である。スクリーン印刷装置２００は、ステージ２０、移動部２２及び印刷部２４を含んで構成される。なお、図１〜図３は、スクリーン印刷装置２００の構成を説明するための模式図であり、説明を明確にするために内部構造の詳細な記載は省略する。

図１は、スクリーン印刷装置２００の斜視図であり、スクリーン印刷装置２００の構成を模式的に示す。図２及び図３は、ラインＢ−Ｂに沿ったステージ２０の作用を説明するための断面構造を示す。なお、図１〜図３では、移動部２２における移動方向をそれぞれＸ−Ｙ−Ｚ方向として破線矢印で示している。

ステージ２０は、スクリーン印刷を行う際に基板２０２が載せ置かれる部材である。ステージ２０は、ピン２６及びステージ本体２８を含んで構成される。

ピン２６は、基板２０２が載せ置かれる第１平面２６ａを上面に有するステージ２０の構成要素である。ピン２６は、第１支持部に相当する。本実施の形態では、図１に示すように、ピン２６は円柱状部材である。また、ピン２６は、円柱軸方向がＺ方向に向くようにＸ−Ｙ平面内に均等に４つ配置される。

ピン２６には、真空排気孔２６ｂを設けてもよい。真空排気孔２６ｂは、真空ポンプ等の真空排気装置（図示しない）に接続されており、ピン２６の第１平面２６ａ上に基板２０２が載せ置かれた際に基板２０２の位置が第１平面２６ａ上でずれないように真空吸着するために用いられる。

ステージ本体２８は、基板２０２が載せ置かれる第２平面２８ａを上面に有するステージ２０の構成要素である。ステージ本体２８は、第２支持部に相当する。本実施の形態では、図１に示すように、ステージ本体２８は、ピン２６の各々が対応するピン孔２８ｂを有する平板状部材である。ピン孔２８ｂには、ピン２６がそれぞれ挿入される。ステージ本体２８は、後述する移動部２２によってピン２６に対してＺ方向に相対的に移動可能である。

ステージ本体２８には、真空排気孔２８ｃを設けてもよい。真空排気孔２８ｃは、真空ポンプ等の真空排気装置（図示しない）に接続されており、ステージ本体２８の第２平面２８ａ上に基板２０２が載せ置かれた際に基板２０２の位置が第２平面２８ａ上でずれないように真空吸着するために用いられる。

移動部２２は、ステージ２０をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向に移動させる手段を含む。例えば、移動部２２は、ステッピングモータとボールネジ等を組み合わせた駆動部を用いて、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向にそれぞれ互いに独立に移動可能な３つの可動ステージを駆動することによって実現することができる。但し、移動部２２の構成はこれに限定されるものではない。

移動部２２は、ステージ２０全体をＸ−Ｙ方向に移動させる。これにより、移動部２２は、ステージ２０上に基板２０２を載せ置く位置から、ステージ２０上に載せ置かれた基板２０２上に印刷部２４によって印刷を行う位置へステージを移動させることを可能とする。また、移動部２２は、ステージ本体２８をピン２６に対してＺ方向に相対的に移動させる。

移動部２２は、さらにＸ−Ｙ平面内においてステージ２０を回転させる手段を備えてもよい。移動部２２に回転させる手段を設けることによって、印刷部２４に設けられたスクリーン版に対してステージ２０上に載せ置かれた基板２０２を正確に位置合わせすることが可能となる。回転部は、モータと回転ステージとの組み合わせ等の既存の機械的な構成を用いて実現することができる。

印刷部２４は、スクリーン印刷を行うための構成を有する。印刷部２４は、スクリーン版（印刷製版）、インク吐出器及びスキージ等を含んで構成される。スクリーン版は、例えば、インクを塗布したくない部分を覆うように乳剤でマスクしたシルクやメッシュ等のスクリーンを含む。太陽電池のフィンガー又はバスバー等の電極を形成する場合には、所望の電極形状に合わせた開口部を有するスクリーン版を用いればよい。また、スキージは、スクリーン版上で揺動されることによって吐出されたインクを基板２０２へ転写するために用いられ、耐溶剤性がある樹脂で構成される。インクは、基板２０２上に印刷される材料を含むペースト状で流動性のある材料であればよく、半導体装置を形成する際には導電性材料、誘電体材料、磁性体材料等を含む。例えば、基板２０２上に電極を形成する場合、バインダ樹脂に導電性フィラーを含有させたインクを用いる。

印刷部２４は、ステージ２０上に載せ置かれた基板２０２の上面にスクリーン版を当接させ、インク吐出器からインクをスクリーン版上に吐出させ、スキージを揺動させることによりスクリーン版の開口部に対向する基板２０２の領域にインクを転写する。印刷部２４の機械的な構成は既存の機械的な構成により実現することができる。

次に、図４のフローチャートを参照して、本実施の形態における半導体装置の製造方法について説明する。

まず、ステップＳ１０において、ステージ２０上に基板２０２が載せ置かれる。このとき、図２に示すように、移動部２２によってステージ本体２８をピン２６に対してＺ方向下方に相対的に移動させ、ステージ本体２８の第２平面２８ａからピン２６が突出した状態とする。この状態において、ピン２６の第１平面２６ａ上に基板２０２が載せ置かれる。

例えば、搬送ロボットのアーム等を用いて基板２０２をピン２６の第１平面２６ａ上に配置する。このとき、第１平面２６ａを第２平面２８ａより上方に位置させていることによって、基板２０２の下面側からアームで支持した状態でピン２６の第１平面２６ａ上に基板２０２を搬送することが可能となる。

基板２０２を配置後、ピン２６に設けられた真空排気孔２６ｂから真空排気を行うことによって、基板２０２を第１平面２６ａ上に真空吸着させてもよい。

ステップＳ１２では、ステージ本体２８をＺ方向に移動させる。このとき、図３に示すように、移動部２２によってステージ本体２８をピン２６に対してＺ方向上方に相対的に移動させ、ステージ本体２８の第２平面２８ａがピン２６の第１平面２６ａと同一平面を構成する状態とする。これにより、基板２０２は、ピン２６の第１平面２６ａとステージ本体２８の第２平面２８ａとの両方によって支持される。

このとき、ステージ本体２８の第２平面２８ａは、ピン２６の第１平面２６ａと同一の平面となる位置まで上昇させられるので、既に第１平面２６ａに載せ置かれている基板２０２に対して大きな衝撃を与えることがない。したがって、基板２０２への損傷の発生を抑制することができる。

ステージ本体２８に設けられた真空排気孔２８ｃから真空排気を行うことによって、基板２０２を第２平面２８ａ上に真空吸着させてもよい。

ステップＳ１４では、ステージ２０を移動させ、基板２０２を印刷部２４へ搬送する。移動部２２によってステージ２０をＸ方向及びＹ方向に移動させて、ステージ２０上に載せ置かれた基板２０２を印刷部２４に位置合わせする。また、回転部が設けられている場合には、基板２０２をＸ−Ｙ平面内で回転させてもよい。例えば、ステージ２０上の基板２０２の相対的位置及び印刷部２４に対するステージ２０の相対的位置を検出するセンサ（図示しない）を設け、これらに基づいて基板２０２が印刷部２４における印刷に適した位置に配置されるようにステージ２０を移動させる。

ステップＳ１２とステップＳ１４とを同時に行ってもよい。すなわち、ステージ本体２８をＺ方向に移動させつつ、ステージ２０全体を印刷部２４へ移動させてもよい。これにより、基板２０２の搬入から印刷の開始までの時間を短縮することができる。

ステップＳ１６では、印刷処理が行われる。印刷部２４は、ステージ２０上に載せ置かれた基板２０２の上面にスクリーン版を当接させ、インク吐出器から吐出されたインクをスキージで伸ばしてスクリーン版の開口部に対向する基板２０２の領域にインクを転写する。

このとき、ステージ本体２８の第２平面２８ａがピン２６の第１平面２６ａと同一平面とされており、ステージ本体２８のピン孔２８ｂの窪みがなく、基板２０２が第１平面２６ａと第２平面２８ａとの両方によって支持されている。これにより、スクリーン印刷を行う際に、ピン孔２８ｂの窪み部分においてスクリーン版と基板２０２との間に隙間が生じることがなくなり、印刷不良の発生を抑制することができる。

ステップＳ１８では、ステージ２０を移動させ、基板２０２を印刷部２４から搬出位置へ搬送する。移動部２２によってステージ２０をＸ方向及びＹ方向に移動（並びにＸ−Ｙ平面内で回転）させて、ステージ２０上に載せ置かれた基板２０２を印刷部２４から搬出位置に移動させる。

その後、第２平面２８ａに対して基板２０２が真空吸着されている場合、ステージ本体２８に設けられた真空排気孔２８ｃからの真空排気を止めて真空吸着から開放する。

ステップＳ２０では、ステージ本体２８をＺ方向に移動させる。このとき、図２に示すように、移動部２２によってステージ本体２８をピン２６に対してＺ方向下方に相対的に移動させ、ステージ本体２８の第２平面２８ａがピン２６の第１平面２６ａより下方に位置する状態とする。これにより、基板２０２は、ステージ本体２８の第２平面２８ａから離間し、ピン２６の第１平面２６ａのみによって支持される。

その後、第１平面２６ａに対して基板２０２が真空吸着されている場合、ピン２６に設けられた真空排気孔２６ｂからの真空排気を止めて真空吸着から開放する。

ステップＳ２２では、基板２０２をステージ２０上から外して搬出する。例えば、搬送ロボットのアーム等を用いて基板２０２をピン２６の第１平面２６ａ上から搬出する。このとき、第１平面２６ａを第２平面２８ａより上方に位置させていることによって、印刷が行われた基板２０２の上面に触れることなく、下面側からアームで支持した状態で第１平面２６ａ上から基板２０２を搬出することが可能となる。

なお、本実施の形態におけるピン２６とステージ本体２８の構成は上記態様に限定されるものではない。例えば、図５の斜視図に示すように、ピン２６を矩形柱状とし、それに合わせてステージ本体２８のピン孔２８ｂを矩形状としたスクリーン印刷装置２０４としてもよい。

また、図６の斜視図に示すように、ピン２６の上端面側である第１平面２６ａが広く、下端面側が狭い円柱形状とし、ステージ本体２８のピン孔２８ｂをそれに合わせた形状としてスクリーン印刷装置２０６としてもよい。このようなピン２６及びステージ本体２８とした場合、ステップＳ１２においてステージ本体２８をＺ方向に移動させる際に、ピン２６の外側面とピン孔２８ｂの内側面とを当接させることにより、ピン２６の第１平面２６ａとステージ本体２８の第２平面２８ａとが同一平面を構成する状態とすることが容易となる。

また、本実施の形態では、太陽電池の電極（フィンガー及びバスバー）の形成を例に説明したが、これに限定されるものではない。半導体集積回路等の太陽電池以外の半導体装置の電極の形成にも適用することができる。さらに、スクリーン印刷技術を用いて形成できる薄膜を含む半導体装置の製造にも適用することができる。

１０光起電力部、１２電極、１２ａフィンガー、１２ｂバスバー、１４ステージ本体、１４ａ孔、１４ｂステージ面、１６ピン、１８基板、２０ステージ、２２移動部、２４印刷部、２６ピン、２６ａ第１平面、２６ｂ真空排気孔、２８ステージ本体、２８ａ第２平面、２８ｂピン孔、２８ｃ真空排気孔、１００太陽電池、１０２ステージ、２００，２０４，２０６スクリーン印刷装置、２０２基板。

Claims

第１平面を有する第１支持部及び第２平面を有する第２支持部を備えるステージと、
前記第１支持部と前記第２支持部とを相対移動させる相対移動部と、
塗布材をスクリーン印刷する印刷部と、
を有するスクリーン印刷装置を用い、
前記相対移動部によって前記第２平面を有する第２支持部を上昇させることによって、前記第１平面と前記第２平面とを同一平面とした基板支持面に基板を載せ置いた状態において前記塗布材を塗布する、半導体装置の製造方法。