KR101358340B1 - 기판 상에 물질을 도포하는 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 선 인쇄 방법에 관한 것이다. 방법은 복수의 간격 값과 미리 정해진 스캔 방향에 따라 복수의 인쇄 유닛을 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 복수의 인쇄 유닛에 의해 기판 상에 물질을 침적하여 미리 정해진 간격 파라미터에 따른 복수의 평행한 선을 각각 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 프린팅 유닛은 미리 정해진 폭의 인쇄된 선을 얻기 위해 미리 정해진 스캔 방향에 대해 비스듬히 배치될 수 있다. 기판은 복수의 방향 각각에서 복수의 선이 스캔 방향으로 인쇄되도록 스캔들 사이에 회전될 수 있다.

Description

기판 상에 물질을 도포하는 방법 및 시스템 {METHOD AND SYSTEM FOR APPLYING MATERIALS ON A SUBSTRATE}
본 발명은 기판 상에 물질을 도포하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
태양 전지(solar cell) 제조 시에 잉크젯 인쇄 또는 에어로졸 분배(aerosol dispensing) 등의 비접촉식 침적(non-contact deposition) 기술의 도입으로, 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT) 또는 인쇄 회로(printed circuit)는 기판 상에 전도선의 침적(형성)이 가능할 수 있다. 전도선에 요구되는 전도도는 다양한 기타 요건 또는 제약과 균형을 이룰 필요가 있을 수 있다. 예를 들면, 전도선의 폭이 넓을수록 태양 전지에 의해 생산된 전기 에너지를 더 잘 전도할 수 있지만, 제조에 필요한 태양 또는 다른 광을 차단할 수도 있다. 그러나, 전도선의 폭의 감소는 전기 전도도의 감소라는 바람직하지 못한 결과를 초래할 수 있다. 또한, 예컨대 태양 전지의 제조는 여러 배향(orientation) 각각 및/또는 여러 폭 각각에 있어 전도선의 침적을 필요로 할 수 있다. 또, 전도선은 보통 기판 상의 특정 위치에, 전도선들 사이의 미리 정해진 거리 또는 다른 적용 가능한 관계일 수 있는 특정 분포에 따라 침적되도록 요구된다.
태양 전지의 대량 제조에 적합한 현재의 시스템 및 방법은 보통 "스캔 축" 또는 "스캔 방향"이라고 하는 단일 축을 따르는 선형 스캔 시에 기판을 평행이동(translate)하기 위해 컨베이어 처리(conveyor peocessing)를 활용한다. 이러한 컨베이어 처리는 흔히 "교차 스캔(cross scan)" 축이라고 하는, 스캔 축 또는 스캔 방향과 기본적으로 직교하는 인쇄 헤드(print head)에 배치된 복수의 노즐과 결합되어 있다. 그러나, 종래 기술의 시스템 및 방법은, 재료의 침적이 미리 정해진 패턴 또는 파라미터를 따르는 것일 때, 노즐을 특수하게 배열, 설치 또는 제어해야할 수 있다. 예를 들면, 기판 상에 다수의 평행한 선을 인쇄하는 것은 일부 노즐의 제거, 불능화(disabling), 삽입(interleaving), 아니면 유지를 필요로할 수 있다. 시스템 및 방법을 폭, 배향 및 분포와 같은 미리 정해진 파라미터 세트에 따라 기판 상에 도전선을 간단, 신속 및 비용 효율이 높게 침적하는 시스템 및 방법을 가능하게 하는 것은 기술적인 도전이다.
본 발명으로 간주되는 내용은 명세서의 끝 부분에 구체적으로 언급하고 명백하게 청구되어 있다. 그러나, 본 발명의 목적, 특징 및 이점을 포함하여, 구성 및 동작 방법 모두에 관해서는, 첨부도면과 함께 읽을 때 이하의 상세한 설명에 의해 가장 잘 이해할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 예시적인 금속화 패턴(metallization pattern)을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인쇄 유닛 및 관련 인쇄 패턴의 예시적인 배치의 실례를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인쇄 유닛 및 관련 인쇄 패턴의 예시적인 배치의 실례를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인쇄 유닛 및 관련 인쇄 패턴의 예시적인 배치의 실례를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 인쇄 유닛 및 위치결정 유닛(positioning unit)의 예시적인 배치의 실례를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 인쇄 유닛 및 위치결정 유닛의 예시적인 배치의 실례를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 인쇄 유닛 및 평행이동 유닛(translation unit)의 예시적인 배치의 실례를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 인쇄 유닛, 평행이동 유닛의 예시적인 배치 및 기판의 예시적인 회전의 실례를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 예시적인 패턴을 나타낸다.
실례의 단순 명료함을 위해, 도면에 나타낸 요소가 반드시 비례를 맞춰 그려진 것이 아님을 알 것이다. 예를 들면, 일부 요소의 치수는 명료함을 위해 다른 요소에 비해 과장될 수 있다. 또, 적절하다고 생각되면, 도면부호는 대응하거나 유사한 요소를 나타내기 위해 도면 중에 반복될 수 있다.
이하의 상세한 설명에서는, 본 발명에 대한 완전한 이해를 제공하기 위해 많은 구체적인 세부사항을 설명한다. 그러나 해당 기술분야의 당업자라면 본 발명은 이러한 구체적인 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 알 것이다. 다른 예에서는, 본 발명의 이해를 모호하게 하지 않기 위해 주지의 방법, 절차, 구성요소, 모듈, 유닛 및/또는 회로를 자세하게 설명하지 않았다.
본 발명의 실시예는 다양한 인쇄 시스템 및 방법에 적용 가능하다. 단순 명료함을 위해, 비접촉식 물질 침적 시스템의 예시적인 실시예 및 참조예는 주로 잉크젯 시스템을 사용하는 미소 전자 장치(microelectronics), 평판 디스플레이 및 태양 전지용의 금속 전도선의 제조 애플리케이션을 위한 것일 것이다. 그러나, 본 발명의 범위는 이러한 예시적인 실시예로 한정되지 않으며, 에어로졸 분사(aerosol jet) 침적 시스템 또는 디스펜서 등의 다른 침적 시스템 및 그래픽, 출판물(perss), 대중 매체, 포장재, 전자 장치(electronics) 및 임의의 적당한 잉크 또는 분배 물질(dispensing material)를 사용하는 다른 것 등의 다른 애플리케이션에 적용될 수도 있다.
본 발명의 실시예는 비접촉식 침적 방법으로, 예를 들면 전기 전도선(electrically conductive line)과 같은, 선을 인쇄하는 방법에 관한 것이다. 예를 들면, 이 방법은 복수의 잉크젯 노즐로부터 반도체 웨이퍼 등의 기판 상에, 은 등의 물질을 침적하여 전지 전도성 접촉선(electrically conductive contact line)을 인쇄하는 것을 포함한다. 이 선은 원하는 치수, 예컨대 전도도 요건을 충족시키는 폭을 가지도록 설계될 수 있다. 본 발명의 실시예는 또한 기판 상의 하나 이상의 선에 대한 배향, 폭 또는 위치 등의 미리 정해진 파라미터 및/또는 선들 사이의 간격 값 또는 다른 관계와 관련된 파라미터에 따라 전도선을 침적하는 것에 관한 것이다. 이러한 실시예는, 예를들면 광 전지(photovoltaic cell)의 전면(front side) 상에 금속화 패턴을 침적할 때 유리할 수 있다.
여기에 기재한 바와 같이, 종래기술에 따르면, 인쇄 헤드 또는 다른 인쇄 유닛은 스캔 방향 또는 축에 수직이거나 직교하는 방향 또는 선을 따라 배치되어 있다. 일 실시예에 따르면, 복수의 인쇄 헤드 또는 다른 인쇄 유닛은 스캔 축 또는 방향을 따라 배치될 수 있다. 이와 같이 배치된 인쇄 헤드는 또한 원하는 및/또는 미리 정해진 간격 파라미터 또는 값에 따라 설치되거나, 간격을 두거나, 배치될 수 있다. 예를 들면, 세 개의 인쇄 헤드가 스캔 방향을 따라 설치될 수 있으며 또한 이 세 개의 인쇄 헤드에 의해 인쇄된 세 개의 선 각각은 서로 간격을을 두고 있거나 일정한 거리에 있도록, 분리되거나 간격을 두고 있을 수 있다. 이러한 배치는 여기에 기재된 것과 같은 컨베이어 처리와 결합될 수 있다. 예를 들면, 컨베이어에 의해 스캔 축을 따라 기판을 이동시킴으로써 스캔 축을 따라 배치된 다수의 인쇄 헤드 각각에 의해 기판 상의 다수의 위치에 다수의 평행한 선을 인쇄 또는 침적할 수 있다. 여기에 기재된 바와 같이, 본 발명의 실시예는 다양한 간격 값, 파라미터 또는 거리, 및 기타 파라미터에 따라 평행한 선들의 인쇄를 가능하게 할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 여기에 기재된 바와 같은 평행한 선을 생성하도록 배치되는 것에 더해, 인쇄 헤드는 스캔 축과 각을 이루어 설치되거나 배치되고, 또는 경사지거나 회전되거나 아니면 인쇄된 선의 폭이 미리 정해진 파라미터에 따르도록 배치될 수 있다. 예를 들면, 단 한번의 스캔으로, 좁은 두 번째 선이 좀 더 넓은 첫 번째 선에서 2 cm 거리에 평행하게 인쇄될 수 있고, 세 번째, 훨씬 더 넓은 선이 두 번째 선에서 1.5cm 거리에 첫 번째 및 두 번째 선에 평행하게 인쇄될 수 있다. 본 명세서에 기재된 바와 같이, 인쇄 헤드 또는 다른 관련 인쇄 유닛이 임의의 적용되는 패턴을 제공하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예는 다양한 인쇄 시스템, 방법 및 목적에 적용될 수 있지만, 간단 명료함을 위해, 여기서는 주로 태양 전지의 전면 금속화에 대해 언급할 것이다. 그러나, 본 발명의 실시예는 여기에 기재된 예로 한정되거나 제한되지 않으며 따라서 어떤 시스템, 방법 또는 목적에도 적용될 수 있음을 알 것이다.
태양 전지의 전면 금속화는 흔히 "핑거(finger)" 또는 "핑거 라인(finger line)"이라고 하는 등간격의 얇은 전도선을 포함한다. 핑거 라인은 광에 의해 생성된 전류(광생성 전류)(photo generated current)를 태양 전지가 전력을 공급할 수 있게 하는 전기 단자에 전도하는 데 사용된다. 선들 사이의 간격은 광 전지 소자( photovoltaic element)를 포함하는 재료의 저항으로 인한 손실 감소에 대한 요구와 음영손(shadow loss) 최소화에 대한 필요 사이의 절충물일 수 있다. 일반적인 핑거 라인 사이의 간격은 2 mm이며, 선 폭은 제조 기술에 따라 달라질 수 있는데 100 μm 아래일 수 있다. 광 전지 소자가 대면적인 경우, 또는 수 개의 태양 전지가 함께 상호연결되어 태양광 모듈(solar module)을 형성할 때, 핑거의 전도도는 광생성 전류를 전기 단자에 효율적으로 전도하기에는 불충분할 수 있다. 이것을 극복하기 위한 일반적인 접근법은 "버스 바(bus-bar)", 또는 "탭(tab)"이라 불리는 핑거 라인에 직교하는 수 개, 예컨대 두 개 또는 세 개의 보다 넓은 선을 사용하여, 핑거로부터 광생성 전류를 수집하고, 다른 태양 전지 또는 단자에 연결하는 것이다. 이 버스 바의 폭은 보통 1.5 내지 3 mm 이다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 예시적인 금속화 패턴을 나타낸 도 1을 참조한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 평행한, 얇은 핑거 라인(103)이 도면부호 104로 나타낸 것처럼, 특정 간격으로 침적될 수 있다. 더 넓을 수 있는 다른 평행한 선의 세트, 예컨대 본 명세서에 기재된 바와 같은 버스 라인은 도면부호 102로 나타낸 것처럼 제2 간격 파라미터에 따라 인쇄될 수 있다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예는 복수의 평행한 선을 적어도 복수의 간격 파라미터 각각과 복수의 폭 파라미터 각각에 따라 침적하도록 구성될 수 있다.
도 1에 도시된 패턴은, 예컨대 태양 전지의 대량 생산에 유용할 수 있는 전형적인 패턴의 일례일 수 있다. 명료함을 위해, 이 패턴에 대해 여기서 더 자세히 언급할 것이지만, 이 예시적인 패턴은 여기에 일례로 언급된 것이며, 여러 다른 패턴, 폭, 간격 또는 다른 파라미터가 본 발명의 실시예와 함께 사용될 수 있다는 것을 알 것이다. 여기에 기재된 바와 같이, 핑거 라인(103) 및 버스 라인 또는 바(101)와 같은 패턴은 기판이 아래에서 스캔 방향으로 스캔되는 동안 인쇄 유닛에 설치될 수 있는 하나 이상의 노즐로부터 금속화 물질을 분배함으로써 도포될 수 있다. 그러므로, 스캔 축을 따라 배향된 분사 노즐(jetting nozzle)의 어레이가, 도 1에 도시된 패턴에 따라 광기전 태양 전지(photovoltaic solar cell)의 전도선을 형성하는 데 적합할 수 있다.
본 발명의 실시예 및 여기에 설명한 바에 따르면, 복수의 선, 예컨대 금속화 선이 복수의 인쇄 유닛 각각에 의해 인쇄되거나 침적될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 각 금속화 선은 스캔 축을 따라 배향된 노즐의 단일 어레이로부터 또는 단일 어레이에 의해 침적될 수 있다. 이러한 노즐 어레이는 단일 인쇄 유닛, 예컨대 해당 기술분야에 알려진 인쇄 헤드에 맞춰지거나 연관될 수 있다. 인쇄 유닛은 임의의 사용 가능한 수의 노즐을, 예컨대 수 백개의 노즐을 포함할 수 있다. 여기에 기재된 본 발명의 실시예에 따라 도포(apply)된 패턴은 금속화 물질의 양의 감소를 필요로 할 수 있고, 예를 들면, 잉크젯 요소의 수가 상당히 줄어든 잉크젯 프린터에 의해 도포될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 기본적으로 기판의 스캔 축을 따라 배향된 선형 어레이로 배열된 침적 요소의 어레이에 의해 인쇄될 수 있다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 인쇄 유닛 및 관련 인쇄 패턴의 예시적인 배치의 실례를 나타내는 도 2를 참조한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 인쇄 시스템(200)은 인쇄 유닛(201, 202, 203, 204, 205 )를 포함하며, 각 인쇄 유닛은 인쇄 유닛(201)에 맞춰진 노즐(210, 211, 212, 213 및 인쇄 유닛(205)에 설치된 노즐(215, 216, 217)과 같은, 분배 노즐을 각각 포함한다. 도시된 바와 같이, 인쇄 유닛은 스캔 방향(좌표계(270)로 도시된 바와 같음)을 따라 배치될 수 있어, 단일 인쇄 유닛의 일부인 노즐이 기판(260) 상에 대응하는 선을 인쇄할 수 있다.
화살표(220)로 나타낸 바와 같이, 인쇄 유닛은 미리 정해진 간격 파라미터에 따라 시프트(shift) 또는 평행이동(translate)되거나 아니면 배치 또는 재배치될 수 있다. 예를 들면, 서로로부터 특정 거리에 있는 5개의 평행한 선을 생성하기 위해, 인쇄 유닛(201 - 205)은 상기한 미리 정해진 간격 파라미터에 따라 도 2에 도시된 바와 같이 배치될 수 있다. 예를 들면, 선(230)은 인쇄 유닛(201)에 의해 인쇄될 수 있고; 선(231)은 인쇄 유닛(202)에 의해 인쇄될 수 있는 등이다. 여기에 더 설명된 바와 같이, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 다른 인쇄 배치도 마찬가지로 적용 가능하다. 도 2에 도시된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 핑거 및/또는 버스 라인과 같은 선은 고정 간격 및/또는 폭으로 침적되거나 인쇄될 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에 이 점에 대해서는 한정되지 않는다.
종래기술에 따르면, 인쇄 헤드는 보통 평행한 선의 인쇄를 가능하게 하기 위해, 예컨대 스캔 축 전체를 따라 인쇄 헤드를 배치함으로써, 미리 정해진 간격의 노즐을 구비하여 제조된다. 그러나, 예컨대 평행한 선들 사이의 간격이 다른, 상이한 패턴을 필요로 할 때, 이 인쇄 헤드는 더 이상 사용될 수 없고, 따라서 다른 인쇄 헤드로 교체될 수 있다. 여기에 기재된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 인쇄 헤드 또는 유닛을 교체하는 대신에, 간단히 재배치함으로써 복수의 패턴을 제공할 수 있다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 인쇄 유닛 및 관련 인쇄 패턴의 예시적인 배치의 실례를 나타내는 도 3을 참조한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 인쇄 유닛 또는 인쇄 헤드는 인쇄되는 선들 사이에 임의의 간격이 가능하도록 움직이거나 시프트되거나 아니면 배치될 수 있다. 어떤 경우에, 일부 인쇄 헤드 또는 유닛은 예컨대 인쇄된 선들 사이의 큰 간격 또는 거리를 얻기 위해 비활성 상태(disable)가 될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 인쇄 유닛( 201, 202, 203, 204, 205)은 도 2에 도시된 패턴과는 다른 패턴을 얻기 위해 재배치될 수 있다. 예를 들면, 인쇄 유닛(202)은 제거될 수 있고, 인쇄 유닛(203)은 인쇄 유닛(204) 왼쪽으로 이동될 수 있으며, 인쇄 유닛(204)는 인쇄 유닛(203) 오른쪽으로 이동될 수 있다. 따라서, 기판(360) 상에 형성된 결과물의 선(311, 312, 313, 314)들 사이의 간격 또는 거리는 도 2에 도시된 선(230 - 234)들 사이의 간격 또는 거리와 다를 것이다.
여기에 설명한 바와 같이, 인쇄된 선들 사이의 거리는, 예를 들면, 도 2 및/또는 도 3에 도시된 바와 같이, 인쇄 유닛 또는 인쇄 헤드를 적절히 배치함으로써 결정 및/또는 달성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 인쇄된 선의 원하는 폭은 인쇄 유닛을 스캔 방향에 대해 비스듬히 경사지게, 대각선으로 배치, 회전 또는 배치함으로써 얻을 수 있다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 인쇄 유닛 및 관련 인쇄 패턴의 예시적인 배치의 실례를 나타내는 도 4를 참조한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 인쇄 유닛(410, 411)은 스캔 방향 화살표(440)로 나타낸 바와 같은 스캔 방향에 대해 비스듬히, 예컨대 도시된 바와 같이 각도 θ(450)로 회전되거나, 경사지거나, 선회하거나 아니면 배치될 수 있다. 따라서 도시된 바와 같이, 대응하는 폭의 인쇄된 선(412, 413)이 결과로서 생길 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이 인쇄 유닛을 비스듬히 배치하는 것은 여러 고려사항, 제약 및/또는 파라미터에 따른 것일 수 있다. 예를 들면, 인쇄 헤드의 경사 또는 각도는 인쇄된 선의 원하는 폭에 따른 것일 수 있다. 다른 고려사항은 침적 재료의 중첩 정도일 수 있다. 예를 들면, 인쇄 헤드(411)와 스캔 방향 사이의 각 θ는 90°일 때, 완전한 중첩이 생길 수 있다, 즉 인쇄 헤드(411) 상에 도시된 노즐(420)과 노즐(430)이 완전히 중첩될 수 있고, 따라서 노즐(430)은 실질적으로 노즐(420)에 의해 침적되었던 것과 동일한 위치의 재료 상에 재료를 침적할 수 있다. 그러나 도시된 바와 같이, 각도 θ를 90°아래의 어떤 값으로 감소시키면, 재료 침적의 중첩이 생길 수 있다, 즉, 동일한 인쇄 헤드 또는 유닛에 맞춰진 다른 노즐에 의해 침적된 재료의 상부에는 첫 번째 노즐에 의해 침적된 재료의 일부만 침적될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 인쇄 유닛의 배향을 조정하거나 배치하거나 아니면 제어함으로써 중첩의 정도를 제어할 수 있다.
예를 들면, 여기에 기재된 핑거 라인은 보통 좁은 선이지만, 버스 바는 보통 더 넓다. 따라서, 다수의 인쇄 유닛은 다수의 버스 라인 각각을 침적하기 위해 여기에 설명한 바와 같이 비스듬히 배치될 수 있거나, 다수의 인쇄 유닛은 단일 버스 또는 기타 가능한 폭의 선을 최적하기 위해 여기에 설명한 바와 같이 비스듬히 배치될 수 있다. 인쇄 유닛의 특정 경사에 의해 특정 폭의 선을 얻을 수 있다. 예를 들면, 노즐(420)과 노즐(430) 사이의 거리 id가 D이고, 인쇄 유닛(411)으로 하여금 폭 W의 선을 침적하게 하려면, 경사 각도 θ는 W = D(cos(θ))가 되도록 선택될 수 있다. 스캔 방향에 대한 인쇄 헤드의 각도(예컨대, θ)를 계산할 때, 모든 적용 가능한 파라미터를 고려할 수 있다. 예를 들면, 도 4에 도시되고 여기에 설명한 바와 같이 인쇄 유닛을 경사지게 할 때, 인쇄 헤드의 길이, 인쇄 유닛에 맞춰진 노즐의 수, 인쇄 유닛 상의 노즐들 간의 간격 또는 거리, 침적의 중첩 정도 및 원하는 인쇄된 선 폭이 고려될 수 있다. 각각 원하는 선 폭으로 간격으로 두고 있는 노즐의 수, 및 원하는 중첩의 정도는 적절한 계산에 의해 모두 처리될 수 있다. 예로서, 점 사이즈가 직경 50 μm이고 50% 중첩하는 경우, 1mm의 스캔 세그먼트 전체를 덮기 위해서는 40개의 잉크젯 요소가 필요할 수 있다. 이러한 계산은 회전 또는 경사 각도(예컨대, 도 4의 θ)를 결정하기 위해, 여기에 설명한 것과 같은 여러 관련 파라미터를 고려하여 수행될 수 있다.
여기에 설명한 바와 같이 스캔 축을 따르거나 스캔 축 또는 방향에 평행한 인쇄 유닛 또는 프린 헤드는 여러가지로 유리할 수 있다. 예를 들면, 핑거 라인에 평행한 어레이 형태의 노즐의 배향은, 물질의 침적이 동일한 어레이 또는 인쇄 유닛에 속하는 다수의 노즐에 의해 이루어질 수 있는 이점이 있다. 그러므로, 상이한 인쇄 헤더에 속하는 노즐에 의해 침적이 수행될 때 기계적인 정렬 불량(mechanical misalignment)에 기인한 인쇄 정합 불량(mis-registration)과 같은 해당 기술분야에 널리 알려진 문제를 회피하거나 방지할 수 있다. 이에 상응하여, 상기 방법은 상이한 인쇄 헤드 간의 정밀한 정렬을 회피하는, 프린터 교정 절차가 상당히 간단하다는 이점을 제공한다. 예를 들면, 도 2, 도 3, 및 도 4에 도시된 바와 같은 위치에 인쇄 헤드를 고정시키는 것은 도 2, 도 3, 및 도 4에 각각 도시된 바와 같은 선의 정밀 인쇄를 보장할 수 있다.
예를 들면 도 2 , 도 3, 및 도 4와 관련하여 설명한 본 발명의 실시예는 여러가지로 활용될 수 있다. 예를 들면, 물질 침적 시스템은 패턴의 고정밀 인쇄 또는 침적을 가능하게 할 수 있다.
해당 기술분야에 알려진 것처럼, 컨베이어 기반 시스템의 정밀도(precision) 또는 분해능(resolution)은 스캔 방향에 대해 비대칭적이다. 스캔 방향에서, 분해능은 주로 스캔 속도 및 분해능 또는 정밀도에 의해, 그리고 방출 빈도(ejection frequency)에 의해 결정된다. 교차 스캔 방향에서의 분해능은 주로 교차 스캔 방향에 투영된 단위 길이당 노즐의 수에 의해 결정된다. 따라서, 스캔 방향에서의 분해능, 정확도 또는 정밀도는 교차 스캔 방향에서의 그것들보다 기본적으로 원래 높다. 본 발명의 실시예는 스캔 방향에 있어 임의의 배향 또는 방향의 선을 침적함으로써 교차 스캔 방향에 대한 정밀도 또는 분해능과 같은 제약을 완하 또는 감소시킬 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 스캔 방향에서 기판을 스캐닝 하면서 임의의 방향을 따르거나 임의의 배향으로 임의의 선을 인쇄하도록 기판을 회전시키거나 아니면 배치할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 시스템에서, 고분해능은 하나의 축에서만 요구될 수 있고 다른 축, 예컨대 직교 축에서는 완화될 수 있다. 기판을 회전시킴으로써, 고 분해능 또는 정밀도의 인쇄는 임의의 방향을 따르거나 임의의 배향의 선을 포함하는 모든 패턴을 여전히 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 직접 인쇄(direct-write ) 물질 침적 프린터에 의한 광기전 태양 전지의 금속화 선 도포 방법은, 제1 세트의 금속화 선(예컨대 핑거 라인)에 평행한 축으로 기판을 스캐닝함으로써 상기 제1 세트의 금속화 선을 형성하는 단계; 상기 스캔 축을 따라 배향된 단일 수직열(coloumn)의 노즐로부터 각 선을 침적하는 단계; 상기 기판을 예컨대 90도 회전시키는 단계; 및 제2 세트의 금속화 라인(예컨대, 버스 라인 또는 버스 바)에 평행한 축으로 상기 기판을 스캐닝하여 상기 제2 세트의 금속화 선을 형성하는 단계를 포함한다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 상기한 방법 및/또는 여기에 기재된 바와 같은 상기 선의 세트를 얼마든지 인쇄 또는 침적할 수 있다는 것을 알 것이다.
이제 본 발명의 실시에에 따른 인쇄 유닛(printing unit) 및 위치결정 유닛(positioning unit)의 예시적인 배치의 실례를 나타내는 도 5를 참조한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 시스템(500)은 도 2와 관련하여 여기에서 설명한 바와 같이 배치될 수 있는 복수의 제1 인쇄 유닛(510)을 포함할 수 있다. 시스템(500)은 도 4와 관련하여 여기에서 설명한 바와 같이 배치될 수 있는 복수의 제2 인쇄 유닛(560)을 포함할 수 있다. 시스템(500)은 평행이동 테이블(translation table)(520) 및 회전 유닛(530)을 포함하는 위치결정 유닛 또는 어셈블리를 포함할 수 있다. 회전 유닛(530)은 고도의 정밀도로 자신의 움직임을 추적하고 제어 유닛에 의한 폐루프 동작(closed loop operation)에 대해 피드백을 제공할 수 있는, 예를 들면 광학 인코더(optical encoder)와 같은, 센서를 구비할 수 있다. 회전 유닛(530)은 높은 정밀도 및 분해능으로 모든 적용 가능한 각도로 회전할 수 있다. 예를 들면, 20 마이크로 라디안(micro radian)(4 아크 초(arc-second)) 보다 우수한 반복도를 가지고 2 마이크로 라디안(0.4 아크 초)보다 우수한 해상도를 가진다.
도시된 바와 같이, 선(550)은 실리콘 웨이퍼 또는 태양 전지일 수 있는 기판(540) 상에 인쇄될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 평행이동 테이블(520)은 좌표계(570)로 나타낸 바와 같이 스캔 축(또는 X 축)을 따라 기판(540)을 평행이동할 수 있다. 따라서, 각각의 선(550)은 인쇄 유닛(510)에서 각각의 인쇄 유닛에 의해 인쇄될 수 있다. 여기에서 설명한 핑거 라인일 수 있는 선(550)의 침적은 좌표계(570)로 나타낸 바와 같은 스캔 방향을 따라 인쇄 유닛(510)의 위치결정을 포함할 수 있다. 인쇄 유닛(510)들은 또한 핑거 라인(550)의 요구 간격에 따라 간격을 두고 있을 수 있다. 예컨대 인쇄 유닛(510)은 서로 2 mm 떨어져 배치될 수 있다. 특정한 핑거 라인이 단일 인쇄 유닛에 의해 인쇄될 수 있다. 따라서, 복수의 선의 인쇄는 복수의 인쇄 유닛 또는 헤드 각각에 의해 이루어질 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서는, 인쇄 유닛(510)에 의해 물질이 침적된 후, 회전 유닛(530)이 기판을, 예를 들면, 90도 회전시킬 수 있다.
이제, 본 발명의 실시예에 따른 인쇄 유닛 및 위치결정 유닛의 예시적인 배치의 실례를 나타내는 도 6을 참조한다. 여기에 설명하는 바와 같이, 핑거 라인(550)을 인쇄한 다음에, 기판(540)을, 예컨대 90도(90°) 회전시킬 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 이러한 회전 다음에, 인쇄 유닛(56)에 의해 기판(540)을 평행이동시킬 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 선(550)들과 직교하는 한 세트의 선(580)이 인쇄 유닛(560)에 의해 인쇄될 수 있다. 도시된 바와 같이, 그 결과는 모두 스캔 방향으로 인쇄된 핑거 라인과 버스 라인을 포함하는 패턴일 수 있다. 도시된 바와 같이, 선(58)은 선(550)보다 넓을 수 있다. 따라서, 각각의 선(58)의 인쇄는 단일 노즐보다 많은 노즐을 필요로 할 수 있다. 도시된 바와 같이, 인쇄 유닛이 도시된 스캔 방향에 대해 비스듬하게 설치, 맞춤, 장착, 배열 또는 배치될 수 있다. 따라서, 다수의 노즐이, 예컨대 도 4와 관련하여, 여기에서 설명한 선(580) 중 어느 하나를 인쇄하기 위해 사용될 수 있다. 여기에 설명한 예시적인 실시예는 기판을 스캔 방향으로 평행이동 및/또는 기판을 회전시키는 것을 포함하지만, 다른 가능성 및/또는 구현예가 존재한다. 예를 들면, 몇몇 실시예에서, 기판의 평행이동 및/또는 회전 대신에 또는 이에 더해, 인쇄 유닛을 평행이동 및/또는 회전시킬 수 있다. 예를 들면, 제1 세트의 인쇄 유닛은 제1 방향으로 기판을 스캔하기 위해 평행이동되어 제1 세트의 선, 예컨대 핑거 라인을 침적할 수 있고, 제2 세트의 인쇄 유닛은 제2 방향으로 기판을 스캔하기 위해 평행이동되어 제2 세트의 선, 예컨대 버스 라인을 침적할 수 있다.
여기에 설명한 예시적인 시스템 및 방법은 기판을 회전시키는 요소를 포함하지만, 본 발명의 실시예에 의한 다른 가능성을 사용할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 인쇄 시스템은 두 개의 직교 또는 상이한 축으로 기판을 스캔할 수 있도록 하는 평행이동 시스템을 포함할 수 있다.
이제, 본 발명의 실시예에 따른 인쇄 유닛 및 평행이동 유닛의 예시적인 배치의 실례를 나타내는 도 7을 참조한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 시스템(700)은 인쇄 유닛 어레이(710, 740) 및 평행이동 스테이지 또는 유닛(760, 770)을 포함할 수 있는 평행 이동 유닛 또는 시스템을 포함할 수 있다, 도시된 바와 같이, 기판(720)은 평행이동 스테이지(760, 770)에 의해 제1 위치에 제2 위치로 평행이동될 수 있다. 평행이동 스테이지 또는 유닛(760, 770)은 기판(720)이 제1 방향 및 제2 방향으로 평행이동될 수 있도록 결합되거나, 아니면 동작 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들면 도시된 바와 같이, 평행이동 유닛(760)은 좌표계(780)에 의해 도시된 Y 방향으로 기판(720)을 평행이동시킬 수 있고, 평행이동 유닛(770)은 좌표계(780)에 의해 도시된 X 방향으로 기판(720)을 평행이동시킬 수 있다. 예컨대 도 5와 관련하여 여기에 설명한 바와 같이, 제1 세트의 선(730), 예컨대 핑거 라인은 기판(720)이 어레이(710) 아래로 또는 가까이로 평행이동되는 동안에 인쇄 유닛 어레이(710)에 의해 인쇄되거나 침적될 수 있다. 기판(720)은 평행이동 유닛(760)에 의해, 평행이동 유닛(770)에 의해 집어올려질 수 있거나 아니면 평행이동 유닛(770)으로 전달될 수 있는 위치로 운반될 수 있다. 평행이동 유닛(770)은 제1 세트의 선(730)에 직교할 수 있는 제2 세트의 선(750)(예컨대, 버스 라인)이 침적될 수 있는, 어레이(740) 아래 또는 가까이로 기판(720)을 평행이동시킬 수 있다. 기판을 임의의 적당한, 적용 가능한, 또는 요구된 방향으로 평행이동시키기 위해 유닛(760, 770)과 같은 얼마든지 많은 평행이동 유닛이 결합될 수 있고, 따라서 임의의 방향의 선을 스캔 방향으로 인쇄할 수 있음을 알 것이다.
여기에 설명한 예는 주로 직교 스캔 방향 또는 회전에 대해 언급하였지만, 본 발명의 실시예에 의해 다른 가능한 것이 사용될 수 있다. 예를 들면, 20도(20°) 또는 120도(120°) 회전이 가능하다. 금속 패턴은, 몇 개만 예를 들면, 반도체의 저항 손실(resistance loss), 전하 캐리어 평균 자유 행정(charge carrier mean free path), 금속화 선의 총 길이와 같은, 음영손 외에 각종파라미터에 따라 최적화될 수 있다. 그러므로 일반적으로, 선호되는 패턴은 위에서 설명한 직교하는 선 이외에 금속화 라인으로 구성되는 임의의 기하학적 형태(geometry)를 가질 수 있다.
이제, 본 발명의 실시예에 따른 인쇄 유닛, 평행이동 유닛의 예시적인 배치 및 기판의 예시적인 회전의 실례를 나타내는 도 8을 참조한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 시스템(800)은 도 5와 관련하여 여기에 설명한 바와 같이 복수의 인쇄 유닛(510), 평행이동 테이블(520) 및 회전 유닛(530)을 포함할 수 있다. 선(550)은 도 5와 관련하여 여기에서 설명한 바와 같이 기판(540) 상에 침적될 수 있다. 도면부호 810으로 나타낸 바와 같이, 기판(540)은 90°이외의 각도로 회전될 수 있다. 예를 들면 도시된 바와 같이, 기판(540)은 120°로 회전될 수 있다. 또 첫 번째 스캔 후에 기판을 120°로 회전하고 두 번째 스캔 후에 다시 120°회전시킴으로써 얻을 수 있는 패턴을 나타내는 도 9를 참조한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 도시된 바와 같이 기판이 회전된 후, 기판은 제2 세트의 선이 침적될 수 있는 제2 세트의 인쇄 유닛 쪽으로 평행이동될 수 있다. 이 대신에 또는 이에 더해, 기판은 전후로, 예컨대 제1 방향 및 그 역 방향으로 평행이동될 수 있다. 예를 들면, 기판이 도면부호 810으로 도시한 바와 같이 회전된 후, 기판(540)은 제2 세트의 선이 인쇄될 수있는 인쇄 유닛(510)을 향해 뒤로 평행이동될 수 있다. 따라서, 기판은 동일한 인쇄 유닛, 인쇄 헤드 또는 노즐의 어레이 아래에서 여러번 스캔될 수 있고, 또한 각각의 그러한 여러번의 스캔 동안에 스캔 축에 대해 상이한 각도로 배치 배향될 수 있다.
본 발명의 실시예는 프로세서나 컨트롤러에 의해 실행될 때 여기에 개시된 방법을 수행하는 예컨대 컴퓨터로 실행가능한 명령어를 인코딩, 포함 또는 저장하는, 컴퓨터 또는 프로세서로 판독 가능한 매체와 같은 물품(article); 또는 예를 들면 메모리, 디스크 드라이브, 또는 USB 메모리와 같은, 컴퓨터 또는 프로세서 스토리지 매체를 포함할 수 있다.
명시적으로 언급하지 않는 한, 여기에 설명한 방법 실시예는 특정한 순서 또는 시퀀스에 제약을 받지 않는다. 또, 설명한 방법 실시예 또는 그 요소 중 일부는 시간상 동일 점에서 또는 시간상 중첩하는 점에서 일어나거나 수행될 수 있다. 해당 기술분야에 알려진 바와 같이, 함수, 타스크(task), 서브타스크 또는 프로그램과 같은 실행가능한 코드 세그먼트의 실행은 함수, 프로그램 또는 다른 구성요소의 실행이라고 할 수 있다.
본 발명의 실시예는 이러한 것으로 한정되지는 않지만, 예를 들면, "처리(processing)", "컴퓨팅(computing)", "계산(calculating)", "결정(determining)", "설정(establishing)", "분석(analyzing)", "검사(checking)" 등과 같은 용어를 이용한 논의는, 컴퓨터의 레지스터 및/또는 메모리 내에서 물리적인(예컨대 전자) 양으로 표현된 데이터를, 연산(operation) 및/또는 프로세스를 수행하는 명령어를 저장할 수 있는 컴퓨터의 레지스터 및/또는 메모리 또는 다른 정보 스토리지 매체 내의 물리적인 양과 유사하게 표현된 다른 데이터로 조작 및/또는 변환하는, 컴퓨터, 컴퓨팅 플랫폼, 컴퓨팅 시스템, 또는 기타 전자적인 컴퓨팅 디바이스의 동작(들) 및/또는 프로세스(들)을 나타낼 수 있다.
본 발명의 실시예는 이러한 것으로 한정되지는 않지만, 여기에서 사용된 "복수"라는 용어는 예를 들면, "다수(mutiple)" 또는 "둘 이상"을 포함할 수 있다. 용어 "복수"는 명세서 전반에서 둘 이상의 구성요소, 디바이스, 요소, 유닛, 파라미터 등을 설명하기 위해 사용될 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명의 특정한 특징을 실례를 들어 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자에게는 여러 수정예, 대체예, 변경예, 및 등가물이 발견될 수 있다. 따라서, 첨부된 특허청구범위는 이러한 모든 수정예 및 변경예를 본 발명의 참 사상 내에 포함하도록 의도된 것임을 알아야 한다.

Claims (16)

  1. 기판 상에 평행선을 인쇄하는 방법으로서,
    복수의 인쇄 유닛을 구비한 인쇄 시스템을 제공하는 단계;
    기판 상의 평행선 사이의 요구되는 간격에 따라 상기 인쇄 유닛 사이의 간격을 조정하는 단계; 및
    스캔 방향으로 상기 기판과 상기 인쇄 유닛 사이의 상대적인 평행이동을 진행하면서, 평행선을 형성하도록 상기 인쇄 유닛으로부터 상기 기판 상에 인쇄 물질을 침적하는 단계
    를 포함하고,
    상기 인쇄 유닛 각각은, 상기 스캔 방향에 따라 정렬된 일렬의 노즐을 포함하며,
    상기 인쇄 유닛 사이의 간격은 조정가능한,
    기판 상에 평행선을 인쇄하는 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 인쇄 유닛 중 하나 이상의 인쇄 유닛에 있는 상기 일렬의 노즐이 상기 스캔 방향에 평행하게 정렬되는, 기판 상에 평행선을 인쇄하는 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 인쇄 유닛 각각은 서로 다른 상기 평행선 중 하나를 형성하는, 기판 상에 평행선을 인쇄하는 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 인쇄 물질의 액적(droplet)을 부분적으로 중첩되도록 침적시키는, 기판 상에 평행선을 인쇄하는 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 인쇄 물질은 전기 전도성 물질이고, 상기 기판은 반도체 웨이퍼인, 기판 상에 평행선을 인쇄하는 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 인쇄 유닛 중 하나 이상의 인쇄 유닛에 있는 상기 일렬의 노즐이 상기 스캔 방향에 대하여 미리 결정된 각도를 이루도록 정렬되고, 상기 미리 결정된 각도는 요구되는 인쇄 선의 폭 파라미터에 기초하여 결정되는, 기판 상에 평행선을 인쇄하는 방법.
  7. 복수의 제1 인쇄 유닛; 및 기판과 상기 제1 인쇄 유닛 사이의 상대적인 평행이동을 제공하기 위한 평행이동 테이블
    을 포함하는 인쇄 시스템으로서,
    상기 제1 인쇄 유닛 각각은, 제1 스캔 방향을 따라 정렬된 일렬의 노즐을 포함하며,
    상기 제1 인쇄 유닛 사이의 간격은 조정가능하고,
    상기 인쇄 시스템은, 복수의 제1 평행선을 형성하기 위하여, 상기 제1 인쇄 유닛에 의해 상기 제1 스캔 방향으로 기판 상에 인쇄 물질을 침적하도록 구성되는,
    인쇄 시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 평행선 각각은, 서로 다른 상기 제1 인쇄 유닛 중 하나에 의해 형성되는, 인쇄 시스템.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 인쇄 유닛으로 인쇄한 이후에 상기 기판을 회전하기 위한 회전 유닛; 및 복수의 제2 인쇄 유닛을 더 포함하고,
    상기 제2 인쇄 유닛 각각은, 상기 제1 스캔 방향을 따라 정렬된 일렬의 노즐을 포함하며,
    상기 제2 인쇄 유닛 사이의 간격은 조정가능하고,
    상기 인쇄 시스템은, 복수의 제2 평행선을 형성하기 위하여, 상기 제2 인쇄 유닛에 의해 상기 기판 상에 인쇄 물질을 더 침적하는,
    인쇄 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 평행선 각각은, 서로 다른 상기 제2 인쇄 유닛 중 하나에 의해 형성되는, 인쇄 시스템.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 인쇄 시스템은 복수의 제2 인쇄 유닛을 더 포함하고,
    상기 평행이동 테이블은 서로에 대해 직교하는 두 개의 스테이지 유닛을 포함하며,
    상기 제2 인쇄 유닛 각각은, 상기 제1 스캔 방향을 따라 정렬된 일렬의 노즐을 포함하며,
    상기 제2 인쇄 유닛 사이의 간격은 조정가능하고,
    상기 인쇄 시스템은, 복수의 제2 평행선을 형성하기 위하여, 상기 제2 인쇄 유닛에 의해 상기 기판 상에 인쇄 물질을 더 침적하는,
    인쇄 시스템.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 평행선 각각은 서로 다른 상기 제2 인쇄 유닛 중 하나에 의해 형성되는, 인쇄 시스템.
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