パターン形成装置およびパターン形成方法
【課題】基板表面に塗布液を塗布して硬化させることにより基板表面に所定のパターンを形成するパターン形成技術において、パターンのさらなる微細化・高アスペクト化を可能とする技術を提供する。
【解決手段】吐出ノズル５２３から基板Ｗに吐出される隔壁形成用塗布液の側面部に対して集中的に、ライトガイド５３３の下端に設けたレンズ５３４で収束された光を照射する。塗布液の側面部が他の部分に先んじて硬化することで、表面張力によって表面が丸くなったり塗布液が広がるのを抑制することができるため、薄く均一で側面部が急峻に立ち上がる隔壁Ｂを形成することができる。
【解決手段】吐出ノズル５２３から基板Ｗに吐出される隔壁形成用塗布液の側面部に対して集中的に、ライトガイド５３３の下端に設けたレンズ５３４で収束された光を照射する。塗布液の側面部が他の部分に先んじて硬化することで、表面張力によって表面が丸くなったり塗布液が広がるのを抑制することができるため、薄く均一で側面部が急峻に立ち上がる隔壁Ｂを形成することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板表面に塗布液を塗布して硬化させることにより、基板表面に所定のパターンを形成するパターン形成技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、平面表示装置用の隔壁形成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、発光素子アレイを形成するための隔壁を形成している。また、本願出願人が先に開示した特許文献２には、このような技術が光電変換デバイス（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適用可能であることが開示されている。すなわち、基板表面のうち配線パターンを形成すべき領域の両側に隔壁をそれぞれ形成し、それらの間に配線材料を含む塗布液を塗布することで所定の配線パターンが形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１８４３０３号公報（例えば、図３）
【特許文献２】特開２０１０−２７８２２５号公報（例えば、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年では配線パターンのさらなる微細化・高アスペクト化が求められている。特許文献１に記載の技術においてこのような要求に応えるためには、基板表面の配線パターンを形成すべき領域に臨む隔壁の側面をより急峻なものとする必要がある。しかしながら、そのための具体的な技術については、これまでのところ確立されるに至っていない。
【０００５】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板表面に塗布液を塗布して硬化させることにより基板表面に所定のパターンを形成するパターン形成技術において、パターンのさらなる微細化・高アスペクト化を可能とする技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明にかかるパターン形成装置は、基板の表面に所定のパターンを形成するパターン形成装置であって、上記目的を達成するため、光硬化性材料を含む隔壁形成用塗布液を前記基板表面に向けて吐出するとともに前記基板表面に対し相対移動して、前記基板表面のうち前記パターンを形成すべきパターン形成領域に隣接する隔壁形成領域に前記隔壁形成用塗布液を塗布する塗布手段と、光を出射するとともに前記基板表面に対し前記塗布手段と一体的に相対移動して、前記隔壁形成領域に光を照射して前記隔壁形成領域に塗布された前記隔壁形成用塗布液を光硬化させる光照射手段とを備え、前記隔壁形成領域のうち前記パターン形成領域との境界に接する境界領域における前記光照射手段による露光量が、前記隔壁形成領域のうち前記境界領域を挟んで前記パターン形成領域と反対側の非境界領域における前記光照射手段による露光量よりも大きいことを特徴としている。
【０００７】
このように構成された発明では、露光量の違いに起因して、基板表面の隔壁形成領域に塗布された隔壁形成用塗布液の光硬化の進行度合いが均一でない。すなわち、隔壁形成領域のうちパターン形成領域との境界に接する境界領域では露光量が比較的大きいため、隔壁形成用塗布液の光硬化が速く進行する。これに対して、パターン形成領域との境界からより離れた非境界領域では、露光量が比較的小さいため隔壁形成用塗布液の光硬化は遅い。言い換えれば、隔壁形成用塗布液の光硬化の進行が境界領域で速く進む一方で非境界領域では遅く進むように、隔壁形成領域への露光量が設定されている。
【０００８】
このようにすることで、次のような効果が得られる。まず、塗布液に対する露光量が概ね均一となるようにした場合を考えると、基板表面に塗布された塗布液では、その表面全体がほぼ同じタイミングで硬化するが、表面全体が表面張力によって互いに引っ張り合うため硬化後の表面が丸く滑らかな状態となってしまい、隔壁として良好な急峻な側面を得にくい。これに対して、本発明では、パターン形成領域の外縁に臨む境界領域で隔壁用塗布液の硬化が急速に進行する一方で、より離れた非境界領域では流動性の高い状態がより長期間維持される。このため、境界領域では塗布直後の形状を維持しつつ隔壁用塗布液の表面を硬化させることが可能であり、より急峻な側面を得ることができる。これにより、この発明では、従来技術よりもパターンの微細化・高アスペクト化を図ることが可能となっている。
【０００９】
この発明においては、例えば、隔壁形成領域に対する光照射手段による露光量が、パターン形成領域との境界において最大であり、パターン形成領域との境界から離れるにつれて低下するようにしてもよい。このようにすると、隔壁用塗布液の硬化はパターン形成領域との境界において最も速く、該境界から離れるにつれて遅くなる。そのため、上記効果をより確実に得ることができる。
【００１０】
具体的には、例えば、光照射手段は、光を出射する光源と、該光源から出射される光を基板表面に向けて収束させる収束部とを備え、基板表面において収束部の光軸がパターン形成領域と隔壁形成領域との境界またはパターン形成領域内を通るようにすることができる。基板表面に照射される光の強度は光軸上で最も高く光軸から離れるにつれて低下するので、光軸がパターン形成領域と隔壁形成領域との境界またはパターン形成領域内を通るようにすることで、隔壁形成領域ではパターン形成領域との境界における光の強度が最も高く、該境界から離れるにつれて低下することとなる。
【００１１】
また、例えば、塗布手段は、パターン形成領域とそれぞれ隣接し該パターン形成領域を挟む両側の隔壁形成領域に隔壁形成用塗布液を塗布するようにしてもよい。こうすることで、パターン形成領域の両側を挟むように急峻な隔壁が形成されるので、それらの隔壁に挟まれた領域にパターン形成を良好に行うことができる。
【００１２】
また、この発明にかかるパターン形成装置では、例えば、隔壁形成領域に塗布された隔壁形成用塗布液が光硬化してなる隔壁に囲まれたパターン形成領域に、パターン形成材料を含むパターン形成用塗布液を塗布するパターン形成手段を備えるようにしてもよい。上記したように、本発明によればパターン形成領域に臨む側面が急峻な隔壁を形成することができるので、こうして形成された隔壁に隔壁に挟まれた領域（パターン形成領域）にパターン形成材料を含む塗布液を塗布することにより、微細なまたはアスペクト比の高いパターンを良好に形成することができる。
【００１３】
また、例えば、境界領域における光照射手段による露光量が、隔壁形成用塗布液を光硬化させるために必要最小限の最小露光量以上である一方、非境界領域の少なくとも一部における光照射手段による露光量が最小露光量よりも小さくなるようにしてもよい。このような構成では、境界領域では隔壁形成用塗布液の光硬化が確実に生じる一方で、非境界領域では隔壁形成用塗布液の硬化に長い時間がかかる、または不完全な硬化となるため、上記した急峻な側面を形成するという効果がより確実に得られる。
【００１４】
本発明にかかるパターン形成装置では、例えば、塗布手段は、各々が隔壁形成用塗布液を連続的に吐出する複数のノズルを有し、該複数のノズルが一体的に基板表面に対し相対移動するように構成されてもよい。このようないわゆるノズルスキャン方式の塗布技術によれば、互いに平行なストライプ状の隔壁を多数同時に形成することができ、また微細なパターン形成も可能である。このような技術を適用することで、微細でアスペクト比の高いパターンを短時間に効率よく形成することが可能となる。
【００１５】
また、この発明にかかるパターン形成方法は、基板の表面に所定のパターンを形成するパターン形成方法であって、上記目的を達成するため、前記基板表面のうち前記パターンを形成すべきパターン形成領域に隣接する隔壁形成領域に光硬化性材料を含む隔壁形成用塗布液を塗布するとともに、前記隔壁形成領域に塗布された前記隔壁形成用塗布液に光を照射して光硬化させることで、前記パターン形成領域の外縁に沿って前記パターン形成領域を挟む隔壁を形成する隔壁形成工程と、前記隔壁によって挟まれた前記パターン形成領域に、パターン形成材料を含むパターン形成用塗布液を塗布して前記パターンを形成するパターン形成工程とを備え、前記隔壁形成工程では、前記隔壁形成領域のうち前記パターン形成領域との境界に接する境界領域における露光量が、前記隔壁形成領域のうち前記境界領域を挟んで前記パターン形成領域と反対側の非境界領域における露光量よりも大きいことを特徴としている。
【００１６】
このように構成された発明においても、上記した理由により、パターン形成領域の外縁に沿って急峻な側面を有する隔壁を形成することが可能である。そして、こうして形成された隔壁に挟まれたパターン形成領域にパターン形成用塗布液を塗布してパターン形成を行うことにより、上記したパターン形成装置と同様に、パターンの微細化・高アスペクト化を図ることが可能である。
【００１７】
この場合において、隔壁形成工程では、例えば基板表面のうちパターン形成領域を除く表面全体を隔壁形成領域として、該隔壁形成領域の全体に隔壁形成用塗布液を塗布するようにしてもよい。このようにすると、パターン形成領域を除く基板表面全体に隔壁形成用塗布液が塗布され、これが硬化すれば基板表面を覆う保護膜として作用する。すなわち、この発明では、パターン形成のための隔壁を兼ねる基板保護膜を形成することができる。そして、形成される隔壁はパターン形成領域に臨む側面が急峻であるため、パターンの微細化・高アスペクト化を図ることが可能である。
【００１８】
さらに、隔壁形成用塗布液は、光硬化後において可視光に対する透過性を有するものであってもよい。このような発明は、光電デバイスを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。例えば表面に光電変換面を有する基板にパターン形成を行う場合に適用した場合、入射光を妨げることなく光電変換面を保護し、しかもパターン形成時には隔壁として良好に機能する膜を基板表面に形成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明にかかるパターン形成装置およびパターン形成方法では、基板表面のパターン形成領域に接する境界領域に塗布された隔壁形成用塗布液については光硬化が比較的速く進む一方、パターン形成領域から離れた領域では隔壁形成用塗布液の硬化が遅い。そのため、パターン形成領域に臨む隔壁形成用塗布液の側面を急峻な状態で硬化させることができるので、パターン形成領域に形成されるパターンの微細化・高アスペクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】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。
【図２】シリンジポンプの構造を示す図である。
【図３】第２ヘッド部に設けられた吐出ノズルの構造を示す図である。
【図４】この装置によるパターン形成の概要を示す図である。
【図５】図１のパターン形成装置を用いた太陽電池製造プロセスの例を示すフローチャートである。
【図６】塗布により形成される隔壁の形状を例示する図である。
【図７】本実施形態における隔壁形成の原理を説明するための図である。
【図８】本実施形態が所期の作用効果を奏するための条件の一例を示す図である。
【図９】本実施形態が所期の作用効果を奏するための条件の他の例を示す図である。
【図１０】複数の隔壁を形成する場合の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１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、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装置である。この装置１は、例えば光電変換デバイスの光入射面に集電電極パターンを形成するという用途に好適に使用することができる。
【００２２】
このパターン形成装置１では、基台１１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１１にはステージ３を跨ぐようにして２組のフレーム１２１，１２２が固定され、フレーム１２１には第１ヘッド部５、フレーム１２２には第２ヘッド部７がそれぞれ取り付けられる。第２ヘッド部７は、第１ヘッド部５に対して（＋Ｘ）方向に離隔配置されており、両者の間隔は基板ＷのＸ方向長さより広く設定される。
【００２３】
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。
【００２４】
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、第１および第２ヘッド部５，７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。
【００２５】
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、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。
【００２６】
第１ヘッド部５のベース５１には、内部空間に液状の隔壁形成用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、および、基板Ｗに向けてＵＶ光（紫外線）を照射する光照射部５３が取り付けられている。シリンジポンプ５２の構造については後に詳しく説明する。
【００２７】
光照射部５３は、光ファイバ５３１を介して紫外線を発生する光源ユニット５３２に接続される。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。
【００２８】
図２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２（ａ）は第１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、また図２（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。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。
【００２９】
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、後述する隔壁形成用の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。すなわち、このパターン形成装置１は、ノズルディスペンス法を採用した塗布装置である。
【００３０】
図２（ｂ）に示すように、シリンジポンプ５２の下面５２２には、複数の吐出ノズル５２３がＹ方向に近接配置されている。各吐出ノズル５２３の吐出口５２５の開口形状はＹ方向に長い矩形であり、Ｘ方向の開口サイズが例えば２０μｍないし１００μｍ、Ｙ方向の開口サイズはこれより大きく例えば２ｍｍである。図２（ａ）に示すように、各吐出ノズル５２３はシリンジポンプ５２の下面５２２から斜め下方に向けて突出している。後述するように、このパターン形成装置１では、ステージ３に載置した基板ＷをＸ方向に移動させながら吐出口５２５から塗布液を吐出させるので、上記形状を有する吐出口５２５から吐出される塗布液は、基板Ｗ上に比較的幅広く、かつ薄く塗布されることになる。
【００３１】
図１に戻って、第２ヘッド部７の構造について説明する。第２ヘッド部７には、ベース７１および該ベース７１にシリンジポンプ７２が設けられている。シリンジポンプ７２の構成および機能は、第１ヘッド部５に設けられたシリンジポンプ５２と基本的に同じである。ただし、後述するように、内部に貯留される液体はパターン形成用の塗布液である。また、以下に説明するように、シリンジポンプ７２の下端に設けられた吐出ノズル７２３の構造が第１ヘッド部５とは相違している。
【００３２】
図３は第２ヘッド部に設けられた吐出ノズルの構造を示す図である。より詳しくは、シリンジポンプ７２の下面７２２に設けられた吐出ノズル７２３の構造を示す図である。図３に示すように、第２ヘッド部７における吐出ノズル７２３は、シリンジポンプ筐体の下面７２２にＹ方向に等間隔に離隔して複数設けられている。また、各吐出ノズル７２３先端の開口部７２５は第１ヘッド部５の吐出ノズル５２３の吐出口５２５よりも小さく、１辺が２０μｍ程度の矩形である。また、各吐出口７２５のＹ方向における位置は、第１ヘッド部５において互いに隣接する２つの吐出ノズル５２３，５２３の吐出口５２５，５２５のちょうど中間となっている。
【００３３】
図４はこの装置によるパターン形成の概要を示す図である。このパターン形成装置１によるパターン形成では、図４（ａ）に示すように、基板Ｗ上にまず第１ヘッド部５から隔壁形成材料を含む塗布液を塗布しこれを硬化させることで、微小な隙間を空けて互いに平行に延びる複数の隔壁パターンＢを形成する。そして、こうして形成された隔壁パターンＢの隙間に第２ヘッド部７から配線パターン形成材料を含む塗布液を流し込むことによって、互いに平行な複数の細い配線パターンＥを形成する。
【００３４】
これにより、図４（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面各所は配線パターンＥまたは隔壁パターンＢのいずれかによって覆われる。基板Ｗが太陽電池用基板であるとき、こうして形成された配線パターンＥは光電変換により生成された電荷を集電する集電用電極として機能する。このような目的においては、各々の配線パターンＥは、入射光を遮蔽しないように基板Ｗに接する幅が小さく、かつ電気抵抗を小さくするために高さが大きい、つまりアスペクト比が高いものであることが望ましい。配線パターンＥは互いに隣接する隔壁Ｂ間の隙間に形成されるので、隔壁パターンＢの間隔を適宜に設定することで微細なパターン幅（例えば２０μｍ〜５０μｍ程度）を実現可能である。
【００３５】
一方、隔壁パターンＢは上記した通り細い配線パターンＥを形成する際に隔壁として機能するほか、配線パターン形成後は基板Ｗ表面の保護膜として機能する。基板Ｗが太陽電池用基板であるときには、入射光を効率よく光電変換面に到達させるために、隔壁パターンＢは薄く（例えば２０μｍないし１００μｍ程度）、また可視光に対する透過性を有するものであることが望ましい。なお、図４（ｂ）においては隔壁パターンＢと配線パターンＥとの基板Ｗ表面からの高さを同一としているがこれに限定されるものではなく、それぞれの高さは異なっていてもよい。
【００３６】
図５は図１のパターン形成装置を用いた太陽電池製造プロセスの例を示すフローチャートである。最初に、光電変換面に反射防止膜を形成した基板Ｗをパターン形成装置１に搬入し、初期位置（図１に示す位置）に位置決めされたステージ３に載置する（ステップＳ１０１）。続いて、ステージ３を（＋Ｘ）方向に移動開始させるとともに、第１ヘッド部５のシリンジポンプ５２を動作させて、吐出ノズル５２３から隔壁形成用塗布液を吐出させて基板Ｗに塗布する（ステップＳ１０２）。すなわち、この実施形態では、ノズルスキャン方式により隔壁形成用塗布液を塗布する。隔壁形成用塗布液としては、隔壁の材料となる光硬化性樹脂および溶剤を含み、かつ硬化後に可視光に対する透過性を有する任意のものを用いることができる。
【００３７】
なお、以下の説明においては、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、基板Ｗ表面のうち配線パターンＥを形成すべき領域Ｒｅを「配線形成領域」と称する一方、隔壁パターンＢを形成すべき領域Ｒｂを「隔壁形成領域」と称することとする。
【００３８】
図６は塗布により形成される隔壁の形状を例示する図である。図６（ａ）に示すように、理想的な隔壁Ｂｉは、その断面形状が薄い矩形である、つまり基板Ｗ表面からの高さＨｉが小さく均一であり、しかも側面Ｓｉが基板Ｗから急峻に立ち上がっているものである。しかしながら、薄く均一な膜を作るためには塗布液として比較的低粘度のものが必要であり、これを基板Ｗに塗布した場合、図６（ｂ）に示すように表面張力によって塗布液Ｐ1の表面が丸まってしまい、基板Ｗ表面からの立ち上がりも緩やかとなって急峻な側面が得られない。また、側面を急峻なものとするため、図６（ｃ）に示すように厚みを増大させると、配線パターン形成後の保護膜として理想的な状態から大きく離れてしまう。
【００３９】
この問題を解消するため、この実施形態では、基本的には図６（ｂ）に示す例と同様に比較的低粘度の塗布液を基板Ｗの隔壁形成領域Ｒｂに塗布することで薄く均一な隔壁を形成する一方、次に説明するように、隔壁形成領域Ｒｂに塗布された隔壁形成用塗布液のうち、配線形成領域Ｒｅに近い境界領域に集中的に光照射を行い（図５のステップＳ１０３）、この部分の塗布液を他の部分に先んじて硬化させるようにしている。
【００４０】
図７は本実施形態における隔壁形成の原理を説明するための図である。図７（ａ）に示すように、本実施形態のパターン形成装置１の第１ヘッド部５では、吐出ノズル５２３のそれぞれに対して、該ノズル５２３を挟むように１対のライトガイド５３３，５３３が設けられており、これら複数のライトガイド５３３が一体として光出射部５３を構成している。各ライトガイド５３３の下端には、光ファイバ５３１を通して案内される光源ユニット５３２からの光を収束させつつ基板Ｗ表面に向けて出射させるためのレンズ５３４が設けられている。１対のライトガイド５３３，５３３は吐出ノズル５２３の吐出口５２５に対して（＋Ｘ）方向に僅かにずれた位置に設けられている。
【００４１】
このため、図７（ａ）および（ｂ）に示すように、基板Ｗに対し（−Ｘ）方向に相対移動する吐出ノズル５２３から基板Ｗ表面に向けて吐出され隔壁形成領域Ｒｂに塗布された直後の隔壁形成用塗布液Ｐｂの両側面部Ｓｐ、特に基板Ｗ表面と接する部分に対して、ライトガイド５３３からの光Ｌが集中的に照射される。これにより、塗布液Ｐｂの側面部Ｓｐのみが塗布直後の形状をほぼ維持した状態で硬化し、こうして硬化した側面部Ｓｐが、未硬化の塗布液がさらに外側に流れ広がるのを防止する。側面部Ｓｐの硬化が不完全な状態においては未硬化の塗布液Ｐｂが外側に向かって広がろうとするが、この力は側面部Ｓｐの表面を外側、つまり配線形成領域Ｒｅに向かって押し広げる方向に作用する。その一方で、配線形成領域Ｒｅとの境界において基板Ｗ表面と接する塗布液では既に硬化が始まっているため、塗布液Ｐｂが配線形成領域Ｒｅまで侵入することはなく、塗布液が広がろうとする力は硬化し始めた側面部Ｐｂを基板Ｗ表面に対してより屹立させるように作用する。
【００４２】
一方、両側面部Ｓｐ以外では、ライトガイド５３３から出射される光Ｌがあまり届かないため、塗布液Ｐｂは塗布直後の低粘度の状態を維持している。このため、両側面部Ｓｐ以外では重力によるレベリングによって塗布液Ｐｂの表面はほぼ水平となる。これにより、この実施形態では、図６（ａ）に示した理想形状に近い隔壁パターンを形成することが可能となっている。
【００４３】
言い換えると、この実施形態は、隔壁形成領域Ｒｂから外側へ流れ広がろうとする塗布液Ｐｂを、該塗布液を硬化させるに十分な強度の照射光の仮想的な壁によって閉じ込め、これにより薄く均一で、かつ配線形成領域Ｒｅの外縁に接する側面部Ｓｐが急峻に立ち上がる理想的な隔壁Ｂを得ようとするものであるということができる。
【００４４】
これに対し、隔壁形成領域Ｒｂに塗布された塗布液Ｐｂに対しほぼ一様な光を照射した場合を考えると、塗布後の塗布液Ｐｂの表面は表面張力によって丸くなり、しかも該表面の硬化がほぼ一様に進むことから、このような丸い表面形状のまま硬化してしまうことになる。このため、図６（ｂ）に示すように、厚さが均一でなく、しかも側面部が緩やかに立ち上がる隔壁が形成されてしまう。すなわち、このような方法では図６（ｂ）に例示した問題が解決されない。
【００４５】
図８は本実施形態が所期の作用効果を奏するための条件の一例を示す図である。１対のライトガイド５３３，５３３から照射される光の基板Ｗ表面における光強度は、同図に示すように、レンズ５３４の光軸Ａｏ上において最大であり、これから離れるにつれて漸減する。本実施形態において、薄く平坦で、かつ側面部が急峻に立ち上がる隔壁Ｂを形成することができる第１の例は、図８に示すように、隔壁形成領域Ｒｂと配線形成領域Ｒｅとの境界上における照射光の光強度Ｉｄが、隔壁形成領域Ｒｂのうち配線形成領域Ｒｅとの境界から離れた非境界領域Ｒｎにおける光強度よりも高いというケースである。
【００４６】
こうすることにより、隔壁形成領域Ｒｂのうち配線形成領域Ｒｅとの境界に近い境界領域Ｒｄでは塗布液に対する露光量（光強度と照射時間との積）が、非境界領域Ｒｎにおける露光量よりも大きくなる。これにより、境界領域Ｒｄでは塗布液の硬化が非境界領域Ｒｎよりも速くなり、上記した薄く平坦で、かつ側面部が急峻に立ち上がる隔壁Ｂを形成することができるという作用効果が得られる。隔壁形成領域Ｒｂのうち配線形成領域Ｒｅとの境界における露光量と、非境界領域Ｒｎにおける露光量との差が大きいほど、上記した効果は顕著なものとなる。
【００４７】
また、境界領域Ｒｄにおける露光量が、塗布液Ｐｂを光硬化させるために必要最小限の最小露光量（これに対応する光強度を「最小光強度Ｉｍｉｎ」と称する）以上である限りにおいて、非境界領域Ｒｎにおける露光量は最小露光量に満たなくても構わない。これは、配線形成用塗布液を流し込むための隔壁として機能させるためには塗布液Ｐｂのうち配線形成領域Ｒｅに臨む側面部Ｓｐが硬化していれば足り、それ以外の部分は必ずしも硬化している必要はなく、また塗布後時間をおくことにより、あるいは後述するように後工程において加熱処理を行うことにより、事後的に未硬化部分を硬化させることが可能であるからである。
【００４８】
なお、隔壁形成領域Ｒｂにおける「境界領域Ｒｄ」と「非境界領域Ｒｎ」とは概念上の区分であって、形成された隔壁Ｂにおいて明確に両領域を区分することができるというものではない。少なくとも、隔壁形成領域Ｒｂと配線形成領域Ｒｅとの境界上における照射光の光強度Ｉｄよりも低い強度で光を照射される領域が隔壁形成領域Ｒｂ内に存在する、ということが上記作用効果を得るための要件であることを、図８は意味している。このことから例えば、隔壁形成領域Ｒｂのうち、隔壁形成領域Ｒｂと配線形成領域Ｒｅとの境界上における照射光の光強度Ｉｄ以上の光強度が照射される領域を「境界領域Ｒｄ」、光強度がこれより低い領域を「非境界領域Ｒｎ」と定義することができる。
【００４９】
このような要件を満たすように光照射を行うことにより、基板Ｗの隔壁形成領域Ｒｂに塗布された隔壁形成用塗布液Ｐｂは、その境界領域Ｒｄにおいて急速に硬化が進む一方、非境界領域Ｒｎでは硬化が遅い、または硬化しない。図８下段においては、塗布液Ｐｂのうち光照射（図２のステップＳ１０３）によって直ちに硬化するであろう部分にドットを付して示している。これにより、薄く平坦で、かつ側面部が急峻に立ち上がる隔壁Ｂを形成することができる。
【００５０】
図８に示した例では、レンズ５３４の光軸Ａｏは基板Ｗ表面上において配線形成領域Ｒｅとの境界から少し内側に入った隔壁形成領域Ｒｂ内を通っており、この位置において照射光の光強度および塗布液に対する露光量が最大となっている。しかしながら、上記効果を得るための光強度の分布はこれに限定されるものではない。
【００５１】
図９は本実施形態が所期の作用効果を奏するための条件の他の例を示す図である。上記した通り、本実施形態により薄く平坦で側面部が急峻に立ち上がる隔壁Ｂを形成するための要件は、「隔壁形成領域Ｒｂと配線形成領域Ｒｅとの境界上における塗布液への露光量が塗布液Ｐｂを硬化させるのに十分なものであり、かつ該境界から離れた領域において露光量がより少ない部分が存在する」ことである。
【００５２】
この要件を満たす限りにおいて、例えば図９（ａ）に示すように、レンズ５３４の光軸Ａｏが基板Ｗ表面上で隔壁形成領域Ｒｂと配線形成領域Ｒｅとの境界を通っていたり、図９（ｂ）に示すように該境界から少し外側の配線形成領域Ｒｅ内を通っていても構わない。これらのケースではいずれも、隔壁形成領域Ｒｂにおいて配線形成領域Ｒｅとの境界に近いほど光強度が高く、境界から離れるにつれて光強度は漸減する。これらの場合でも、隔壁形成領域Ｒｂと配線形成領域Ｒｅとの境界上における光強度Ｉｄが最小光強度Ｉｍｉｎ以上であれば該境界に近い部分での塗布液の硬化が進行する。その一方、境界から離れた領域では照射光強度が弱いために硬化が遅くあるいは進まず、これにより上記した効果を得ることが可能である。これらのケースにおいては例えば、隔壁形成領域Ｒｂのうち最小光強度Ｉｍｉｎ以上の光強度が得られる領域を境界領域Ｒｂ、これに満たない領域を非境界領域Ｒｎとみなすことができる。
【００５３】
なお、上記の説明では、１つの吐出ノズル５２３から吐出される塗布液Ｐｂにより形成される１つの隔壁Ｂについて述べてきたが、図４に示したように、また後述するように、実際のデバイス製造においては基板Ｗ上に複数の隔壁Ｂが互いに微小な隙間を隔てて平行に形成され、この隙間に配線形成用塗布液が流し込まれることにより配線パターンＥが形成される。このような微小な隙間を隔てて複数の隔壁Ｂを形成する場合においては、上記した１つの隔壁Ｂを形成するための構成を複数組並べることによって実現することも可能であり、また次のようにすることも可能である。
【００５４】
図１０は複数の隔壁を形成する場合の構成例を示す図である。この例では、上記例と同様に、隔壁形成用塗布液を吐出する吐出ノズル（図示省略）の両側にライトガイド５７３を設ける。ここで、ライトガイド５７３は、Ｙ方向に隣接して配置される２つの吐出ノズルのほぼ中間位置に設けられ、各ライトガイド５７３に設けられたレンズ５７４の光軸Ａｘは、基板Ｗ表面において２つの隔壁形成領域Ｒｂに挟まれた配線形成領域Ｒｅのほぼ中間を通るように構成されている。
【００５５】
このような構成によれば、配線形成領域Ｒｅのほぼ中央において照射光の光強度が最大となり、配線形成領域のＲｂの中央部から隔壁形成領域Ｒｂに向かって光強度が漸減している。そして、該配線形成領域Ｒｂとこれを挟む２つの隔壁形成領域Ｒｂとの境界におけるライトガイド５７３からの出射光の光強度Ｉｄが、塗布液Ｐｂを光硬化させるのに必要な最小光強度Ｉｍｉｎよりも高くなるように、ライトガイド５７３からの出射光量が設定される。
【００５６】
これにより、各隔壁形成領域Ｒｂについて見れば、図９（ｂ）と同様に、配線形成領域Ｒｅとの境界において光強度が最大であり、該境界から離れるにつれて光強度が低下するという状況となっている。このため、前述した例と同様に、薄く均一で、かつ側面部が急峻に立ち上がる隔壁Ｂを形成することが可能である。そして、隣接する２つの隔壁Ｂ1，Ｂ2の互いに向かい合う側面Ｓ1，Ｓ2を１つのライトガイド５７３により同時に形成することが可能となる。
【００５７】
このことは単に装置構成を簡素化するという効果のみならず、次のような効果ももたらす。すなわち、配線パターンのさらなる微細化を図るためには、隣接する隔壁間の間隔を狭くする必要がある。図７に例示したように、１つの吐出ノズル５２３の両側にそれぞれライトガイド５３３を設ける構成では、吐出ノズル間の間隔を縮小するためには各ライトガイドをより小さく形成する必要があり、装置コストの上昇や光強度の低下などの問題を生じうる。
【００５８】
一方、図１０の構成によれば、このような問題を生じることなく吐出ノズル間の間隔を縮小させることができる。また、塗布液の広がりを仮想的な光の壁で食い止めるとの思想に基づけば、基板Ｗに向けて照射する光の強度やその収束のさせ方によって隔壁間の間隔を制御することが可能であり、微細な配線パターンを塗布液の吐出量の変動等の影響を受けずに制御性よく行うことが可能となる。
【００５９】
図５に戻って、太陽電池製造プロセスの説明を続ける。こうして形成された互いに平行な複数の隔壁Ｂによって挟まれた配線形成領域Ｒｅに対して、第２ヘッド部の吐出ノズル７２３から配線形成材料を含む塗布液を流し込むことによって、基板Ｗ上に配線パターンＥを形成する（ステップＳ１０４）。このとき、形成すべき配線パターンＥの高さが隔壁Ｂ以下である場合には、隔壁Ｂによって塗布液の広がりが防止されるため、塗布液への光硬化性材料の添加および光照射を必要としない。もちろん、これらを行うことによって、隔壁よりも高い配線パターンを形成することも可能である。
【００６０】
塗布液としては、導電性ペースト、すなわち電極の材料たる例えば銀粉末などの導電性粒子と、有機溶剤および粘度調整剤としての例えばエチルセルロースを含む有機ビヒクルとを含有するものを用いることができる。
【００６１】
上記のようにして隔壁パターンおよび配線パターンが形成された基板Ｗをパターン形成装置１から搬出して図示しない加熱処理装置に移動させ（ステップＳ１０５）、該基板Ｗに対して所定の条件で加熱処理を行う（ステップＳ１０６）。これにより、パターンを完全に硬化させるとともに、配線パターンＥと基板Ｗとの導通を確保する（ファイヤースルー）。このときの加熱温度としては例えば２００℃とすることができる。なお、このように加熱温度を比較的低く抑えることで隔壁パターンの損傷を防止し該パターンを基板Ｗに対する保護膜として残存させる方法、および、適当な雰囲気中で高温加熱することで隔壁パターンを分解除去する方法のいずれを採用してもよい。
【００６２】
以上のように、この実施形態のパターン形成装置１においては、太陽電池用の基板Ｗの表面に、互いに微小な隙間を設けて複数の隔壁Ｂを形成し、こうしてできた隙間に配線形成用塗布液を流し込んで硬化させることにより、基板Ｗに微細な配線パターンＥを形成する。隔壁Ｂは、互いに近接配置させた複数の吐出ノズル５２３から隔壁形成材料を含む塗布液を基板Ｗに吐出させるとともに、塗布された塗布液に光を照射し、光硬化性材料を含む塗布液を光硬化させることによって形成される。
【００６３】
この場合において、光照射は塗布された塗布液Ｐｂの側面、特に基板Ｗ上の配線形成領域Ｒｅと隔壁形成領域Ｒｂとが接する境界部分に対して集中的に行われる。これにより、隔壁形成領域Ｒｂに塗布された塗布された塗布液Ｐｂでは、配線形成領域Ｒｅに臨む側面部Ｓｐがまず他の部分に先んじて硬化する。一方、境界から離れた部分では塗布液の流動性の高い状態がより維持される。
【００６４】
これにより、塗布液が周囲に流れ広がったり表面張力で表面が丸くなってしまうという問題が抑制され、この実施形態では、薄く均一で、しかも側面部が基板Ｗ表面から急峻に立ち上がった隔壁Ｂを形成することができる。このような隔壁Ｂの構造は、隔壁Ｂで囲まれた配線形成領域Ｒｅに配線形成材料を含む塗布液を流し込んで微細かつアスペクト比の高い配線を形成するための隔壁として極めて有効なものである。
【００６５】
なお、上記実施形態の説明においては、基板Ｗ上における光強度に基づいて所期の作用効果を得るための条件を議論しているが、本質的には塗布液の硬化の度合いに影響を与えるのは「露光量」である。この実施形態では、ライトガイド５３３が基板Ｗ表面に対して一定速度で相対移動することから各位置における照射時間は一定であるため、本来は露光量で考慮すべき問題を照射光の光強度によって検討することができる。より一般的には、光強度と照射時間とを勘案した露光量に基づいて、照射光の強度や照射時間を適宜に設定すればよい。
【００６６】
以上説明したように、この実施形態においては、第１ヘッド部５に設けられたシリンジポンプ５２が本発明の「塗布手段」として機能しており、各吐出ノズル５２３が本発明の「ノズル」として機能している。また、光源ユニット５３２が本発明の「光源」として機能する一方、ライトガイド５３３、特にその下端に設けられたレンズ５３４が本発明の「収束部」として機能しており、これらが一体的に本発明の「光照射手段」として機能している。
【００６７】
また、この実施形態においては、配線パターンＥが本発明の「パターン」に相当しており、配線形成領域Ｒｅが本発明の「パターン形成領域」に相当している。そして、第２ヘッド部７に設けられたシリンジポンプ７２が本発明の「パターン形成手段」として機能している。一方、隔壁形成領域Ｒｂが本発明の「境界領域」および「非境界領域」を含む本発明の「隔壁形成領域」に相当している。
【００６８】
また、本実施形態にかかる太陽電池製造プロセスは本発明の「パターン形成方法」を具現化した一の態様であり、ステップＳ１０２およびＳ１０３が本発明の「隔壁形成工程」に相当する一方、ステップＳ１０４が本発明の「パターン形成工程」に相当している。
【００６９】
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、上記実施形態では基板Ｗに向けて出射される光の光軸をほぼ鉛直下向きとしているが、これに限定されるものではなく、例えば塗布液の側面に対して斜め上方から光が入射するように、照射方向を設定してもよい。このようにすることで、塗布液の側面に入射する単位面積当たりの光量を大きくして、塗布液の側面をより効率よく硬化させることができる。
【００７０】
また、例えば上記実施形態では、基板Ｗに塗布された隔壁形成用塗布液Ｐｂの側面部に集中的に光を照射するためにレンズ５３４により光を収束させているが、光を収束させる構成は必須ではない。また、レンズによる集光によって光の照射域を制限するのに代えて、不要な方向への光放射を規制する遮蔽手段を適宜設けて照射域を制限するようにしてもよい。
【００７１】
また、上記実施形態では、隔壁形成領域Ｒｂの非境界領域Ｒｎに塗布された塗布液については光照射による硬化をさせず、後の加熱処理によって硬化させているが、非境界領域Ｒｎについては境界領域Ｒｄよりも遅れて塗布液を硬化させることによって本発明の目的を達成することが可能である。したがって、上記に限定されず、例えば側面部Ｓｐを選択的に光硬化させた後で、塗布液全体に光を照射して硬化させるようにしてもよい。この場合の光照射は、配線形成用塗布液の塗布後であってもよく、このとき配線形成用塗布液にも光硬化性材料を添加しておけば、当該光照射によってパターン全体を硬化させることが可能である。
【００７２】
また、上記実施形態では基板全体を配線パターンＥおよび隔壁パターンＢにより覆っているが、公知の太陽電池構造のように各配線パターンＥに交わるバス電極を形成するために、該バス電極を形成すべき位置を除いて上記パターンを形成するようにしてもよい。
【００７３】
また、上記実施形態では、基板Ｗへの隔壁パターンＢの形成と、隔壁パターンが形成された基板Ｗへの配線パターンＥの形成とを単一のパターン形成装置１で一連の処理として実行しているが、これらは個別の装置により実行されてもよい。また、配線パターン形成用のシリンジポンプを隔壁形成用のシリンジポンプと同一のヘッド部に搭載し、隔壁の形成と配線パターンの形成とを僅かな時間差で連続的に行うようにしてもよい。
【００７４】
また、上記実施形態では基板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。
【００７５】
また、上記実施形態ではシリコン基板上に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。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
この発明は、基板上に所定のパターンを形成するパターン形成技術に適用可能であり、特に基板全体を覆うように配線パターンと隔壁パターンとを形成する場合に好適に適用することができる。また、隔壁を光透過性のあるものとすることで、各種の光学デバイスの製造に好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１ パターン形成装置
５２ シリンジポンプ（塗布手段）
７２ シリンジポンプ（パターン形成手段）
５２３ 吐出ノズル（ノズル）
５３２ 光源ユニット（光源、光照射手段）
５３３ ライトガイド（光照射手段）
５３４ レンズ（収束部、光照射手段）
Ｂ 隔壁パターン（隔壁）
Ｅ 配線パターン（パターン）
Ｒｂ 隔壁形成領域
Ｒｄ 境界領域（隔壁形成領域）
Ｒｅ 配線形成領域（パターン形成領域）
Ｒｎ 非境界領域（隔壁形成領域）
Ｓ１０２，Ｓ１０３ 隔壁形成工程
Ｓ１０４ パターン形成工程
Ｗ 基板
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板表面に塗布液を塗布して硬化させることにより、基板表面に所定のパターンを形成するパターン形成技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、平面表示装置用の隔壁形成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、発光素子アレイを形成するための隔壁を形成している。また、本願出願人が先に開示した特許文献２には、このような技術が光電変換デバイス（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適用可能であることが開示されている。すなわち、基板表面のうち配線パターンを形成すべき領域の両側に隔壁をそれぞれ形成し、それらの間に配線材料を含む塗布液を塗布することで所定の配線パターンが形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１８４３０３号公報（例えば、図３）
【特許文献２】特開２０１０−２７８２２５号公報（例えば、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年では配線パターンのさらなる微細化・高アスペクト化が求められている。特許文献１に記載の技術においてこのような要求に応えるためには、基板表面の配線パターンを形成すべき領域に臨む隔壁の側面をより急峻なものとする必要がある。しかしながら、そのための具体的な技術については、これまでのところ確立されるに至っていない。
【０００５】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板表面に塗布液を塗布して硬化させることにより基板表面に所定のパターンを形成するパターン形成技術において、パターンのさらなる微細化・高アスペクト化を可能とする技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明にかかるパターン形成装置は、基板の表面に所定のパターンを形成するパターン形成装置であって、上記目的を達成するため、光硬化性材料を含む隔壁形成用塗布液を前記基板表面に向けて吐出するとともに前記基板表面に対し相対移動して、前記基板表面のうち前記パターンを形成すべきパターン形成領域に隣接する隔壁形成領域に前記隔壁形成用塗布液を塗布する塗布手段と、光を出射するとともに前記基板表面に対し前記塗布手段と一体的に相対移動して、前記隔壁形成領域に光を照射して前記隔壁形成領域に塗布された前記隔壁形成用塗布液を光硬化させる光照射手段とを備え、前記隔壁形成領域のうち前記パターン形成領域との境界に接する境界領域における前記光照射手段による露光量が、前記隔壁形成領域のうち前記境界領域を挟んで前記パターン形成領域と反対側の非境界領域における前記光照射手段による露光量よりも大きいことを特徴としている。
【０００７】
このように構成された発明では、露光量の違いに起因して、基板表面の隔壁形成領域に塗布された隔壁形成用塗布液の光硬化の進行度合いが均一でない。すなわち、隔壁形成領域のうちパターン形成領域との境界に接する境界領域では露光量が比較的大きいため、隔壁形成用塗布液の光硬化が速く進行する。これに対して、パターン形成領域との境界からより離れた非境界領域では、露光量が比較的小さいため隔壁形成用塗布液の光硬化は遅い。言い換えれば、隔壁形成用塗布液の光硬化の進行が境界領域で速く進む一方で非境界領域では遅く進むように、隔壁形成領域への露光量が設定されている。
【０００８】
このようにすることで、次のような効果が得られる。まず、塗布液に対する露光量が概ね均一となるようにした場合を考えると、基板表面に塗布された塗布液では、その表面全体がほぼ同じタイミングで硬化するが、表面全体が表面張力によって互いに引っ張り合うため硬化後の表面が丸く滑らかな状態となってしまい、隔壁として良好な急峻な側面を得にくい。これに対して、本発明では、パターン形成領域の外縁に臨む境界領域で隔壁用塗布液の硬化が急速に進行する一方で、より離れた非境界領域では流動性の高い状態がより長期間維持される。このため、境界領域では塗布直後の形状を維持しつつ隔壁用塗布液の表面を硬化させることが可能であり、より急峻な側面を得ることができる。これにより、この発明では、従来技術よりもパターンの微細化・高アスペクト化を図ることが可能となっている。
【０００９】
この発明においては、例えば、隔壁形成領域に対する光照射手段による露光量が、パターン形成領域との境界において最大であり、パターン形成領域との境界から離れるにつれて低下するようにしてもよい。このようにすると、隔壁用塗布液の硬化はパターン形成領域との境界において最も速く、該境界から離れるにつれて遅くなる。そのため、上記効果をより確実に得ることができる。
【００１０】
具体的には、例えば、光照射手段は、光を出射する光源と、該光源から出射される光を基板表面に向けて収束させる収束部とを備え、基板表面において収束部の光軸がパターン形成領域と隔壁形成領域との境界またはパターン形成領域内を通るようにすることができる。基板表面に照射される光の強度は光軸上で最も高く光軸から離れるにつれて低下するので、光軸がパターン形成領域と隔壁形成領域との境界またはパターン形成領域内を通るようにすることで、隔壁形成領域ではパターン形成領域との境界における光の強度が最も高く、該境界から離れるにつれて低下することとなる。
【００１１】
また、例えば、塗布手段は、パターン形成領域とそれぞれ隣接し該パターン形成領域を挟む両側の隔壁形成領域に隔壁形成用塗布液を塗布するようにしてもよい。こうすることで、パターン形成領域の両側を挟むように急峻な隔壁が形成されるので、それらの隔壁に挟まれた領域にパターン形成を良好に行うことができる。
【００１２】
また、この発明にかかるパターン形成装置では、例えば、隔壁形成領域に塗布された隔壁形成用塗布液が光硬化してなる隔壁に囲まれたパターン形成領域に、パターン形成材料を含むパターン形成用塗布液を塗布するパターン形成手段を備えるようにしてもよい。上記したように、本発明によればパターン形成領域に臨む側面が急峻な隔壁を形成することができるので、こうして形成された隔壁に隔壁に挟まれた領域（パターン形成領域）にパターン形成材料を含む塗布液を塗布することにより、微細なまたはアスペクト比の高いパターンを良好に形成することができる。
【００１３】
また、例えば、境界領域における光照射手段による露光量が、隔壁形成用塗布液を光硬化させるために必要最小限の最小露光量以上である一方、非境界領域の少なくとも一部における光照射手段による露光量が最小露光量よりも小さくなるようにしてもよい。このような構成では、境界領域では隔壁形成用塗布液の光硬化が確実に生じる一方で、非境界領域では隔壁形成用塗布液の硬化に長い時間がかかる、または不完全な硬化となるため、上記した急峻な側面を形成するという効果がより確実に得られる。
【００１４】
本発明にかかるパターン形成装置では、例えば、塗布手段は、各々が隔壁形成用塗布液を連続的に吐出する複数のノズルを有し、該複数のノズルが一体的に基板表面に対し相対移動するように構成されてもよい。このようないわゆるノズルスキャン方式の塗布技術によれば、互いに平行なストライプ状の隔壁を多数同時に形成することができ、また微細なパターン形成も可能である。このような技術を適用することで、微細でアスペクト比の高いパターンを短時間に効率よく形成することが可能となる。
【００１５】
また、この発明にかかるパターン形成方法は、基板の表面に所定のパターンを形成するパターン形成方法であって、上記目的を達成するため、前記基板表面のうち前記パターンを形成すべきパターン形成領域に隣接する隔壁形成領域に光硬化性材料を含む隔壁形成用塗布液を塗布するとともに、前記隔壁形成領域に塗布された前記隔壁形成用塗布液に光を照射して光硬化させることで、前記パターン形成領域の外縁に沿って前記パターン形成領域を挟む隔壁を形成する隔壁形成工程と、前記隔壁によって挟まれた前記パターン形成領域に、パターン形成材料を含むパターン形成用塗布液を塗布して前記パターンを形成するパターン形成工程とを備え、前記隔壁形成工程では、前記隔壁形成領域のうち前記パターン形成領域との境界に接する境界領域における露光量が、前記隔壁形成領域のうち前記境界領域を挟んで前記パターン形成領域と反対側の非境界領域における露光量よりも大きいことを特徴としている。
【００１６】
このように構成された発明においても、上記した理由により、パターン形成領域の外縁に沿って急峻な側面を有する隔壁を形成することが可能である。そして、こうして形成された隔壁に挟まれたパターン形成領域にパターン形成用塗布液を塗布してパターン形成を行うことにより、上記したパターン形成装置と同様に、パターンの微細化・高アスペクト化を図ることが可能である。
【００１７】
この場合において、隔壁形成工程では、例えば基板表面のうちパターン形成領域を除く表面全体を隔壁形成領域として、該隔壁形成領域の全体に隔壁形成用塗布液を塗布するようにしてもよい。このようにすると、パターン形成領域を除く基板表面全体に隔壁形成用塗布液が塗布され、これが硬化すれば基板表面を覆う保護膜として作用する。すなわち、この発明では、パターン形成のための隔壁を兼ねる基板保護膜を形成することができる。そして、形成される隔壁はパターン形成領域に臨む側面が急峻であるため、パターンの微細化・高アスペクト化を図ることが可能である。
【００１８】
さらに、隔壁形成用塗布液は、光硬化後において可視光に対する透過性を有するものであってもよい。このような発明は、光電デバイスを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。例えば表面に光電変換面を有する基板にパターン形成を行う場合に適用した場合、入射光を妨げることなく光電変換面を保護し、しかもパターン形成時には隔壁として良好に機能する膜を基板表面に形成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明にかかるパターン形成装置およびパターン形成方法では、基板表面のパターン形成領域に接する境界領域に塗布された隔壁形成用塗布液については光硬化が比較的速く進む一方、パターン形成領域から離れた領域では隔壁形成用塗布液の硬化が遅い。そのため、パターン形成領域に臨む隔壁形成用塗布液の側面を急峻な状態で硬化させることができるので、パターン形成領域に形成されるパターンの微細化・高アスペクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】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。
【図２】シリンジポンプの構造を示す図である。
【図３】第２ヘッド部に設けられた吐出ノズルの構造を示す図である。
【図４】この装置によるパターン形成の概要を示す図である。
【図５】図１のパターン形成装置を用いた太陽電池製造プロセスの例を示すフローチャートである。
【図６】塗布により形成される隔壁の形状を例示する図である。
【図７】本実施形態における隔壁形成の原理を説明するための図である。
【図８】本実施形態が所期の作用効果を奏するための条件の一例を示す図である。
【図９】本実施形態が所期の作用効果を奏するための条件の他の例を示す図である。
【図１０】複数の隔壁を形成する場合の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１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、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装置である。この装置１は、例えば光電変換デバイスの光入射面に集電電極パターンを形成するという用途に好適に使用することができる。
【００２２】
このパターン形成装置１では、基台１１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１１にはステージ３を跨ぐようにして２組のフレーム１２１，１２２が固定され、フレーム１２１には第１ヘッド部５、フレーム１２２には第２ヘッド部７がそれぞれ取り付けられる。第２ヘッド部７は、第１ヘッド部５に対して（＋Ｘ）方向に離隔配置されており、両者の間隔は基板ＷのＸ方向長さより広く設定される。
【００２３】
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。
【００２４】
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、第１および第２ヘッド部５，７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。
【００２５】
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、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。
【００２６】
第１ヘッド部５のベース５１には、内部空間に液状の隔壁形成用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、および、基板Ｗに向けてＵＶ光（紫外線）を照射する光照射部５３が取り付けられている。シリンジポンプ５２の構造については後に詳しく説明する。
【００２７】
光照射部５３は、光ファイバ５３１を介して紫外線を発生する光源ユニット５３２に接続される。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。
【００２８】
図２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２（ａ）は第１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、また図２（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。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。
【００２９】
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、後述する隔壁形成用の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。すなわち、このパターン形成装置１は、ノズルディスペンス法を採用した塗布装置である。
【００３０】
図２（ｂ）に示すように、シリンジポンプ５２の下面５２２には、複数の吐出ノズル５２３がＹ方向に近接配置されている。各吐出ノズル５２３の吐出口５２５の開口形状はＹ方向に長い矩形であり、Ｘ方向の開口サイズが例えば２０μｍないし１００μｍ、Ｙ方向の開口サイズはこれより大きく例えば２ｍｍである。図２（ａ）に示すように、各吐出ノズル５２３はシリンジポンプ５２の下面５２２から斜め下方に向けて突出している。後述するように、このパターン形成装置１では、ステージ３に載置した基板ＷをＸ方向に移動させながら吐出口５２５から塗布液を吐出させるので、上記形状を有する吐出口５２５から吐出される塗布液は、基板Ｗ上に比較的幅広く、かつ薄く塗布されることになる。
【００３１】
図１に戻って、第２ヘッド部７の構造について説明する。第２ヘッド部７には、ベース７１および該ベース７１にシリンジポンプ７２が設けられている。シリンジポンプ７２の構成および機能は、第１ヘッド部５に設けられたシリンジポンプ５２と基本的に同じである。ただし、後述するように、内部に貯留される液体はパターン形成用の塗布液である。また、以下に説明するように、シリンジポンプ７２の下端に設けられた吐出ノズル７２３の構造が第１ヘッド部５とは相違している。
【００３２】
図３は第２ヘッド部に設けられた吐出ノズルの構造を示す図である。より詳しくは、シリンジポンプ７２の下面７２２に設けられた吐出ノズル７２３の構造を示す図である。図３に示すように、第２ヘッド部７における吐出ノズル７２３は、シリンジポンプ筐体の下面７２２にＹ方向に等間隔に離隔して複数設けられている。また、各吐出ノズル７２３先端の開口部７２５は第１ヘッド部５の吐出ノズル５２３の吐出口５２５よりも小さく、１辺が２０μｍ程度の矩形である。また、各吐出口７２５のＹ方向における位置は、第１ヘッド部５において互いに隣接する２つの吐出ノズル５２３，５２３の吐出口５２５，５２５のちょうど中間となっている。
【００３３】
図４はこの装置によるパターン形成の概要を示す図である。このパターン形成装置１によるパターン形成では、図４（ａ）に示すように、基板Ｗ上にまず第１ヘッド部５から隔壁形成材料を含む塗布液を塗布しこれを硬化させることで、微小な隙間を空けて互いに平行に延びる複数の隔壁パターンＢを形成する。そして、こうして形成された隔壁パターンＢの隙間に第２ヘッド部７から配線パターン形成材料を含む塗布液を流し込むことによって、互いに平行な複数の細い配線パターンＥを形成する。
【００３４】
これにより、図４（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面各所は配線パターンＥまたは隔壁パターンＢのいずれかによって覆われる。基板Ｗが太陽電池用基板であるとき、こうして形成された配線パターンＥは光電変換により生成された電荷を集電する集電用電極として機能する。このような目的においては、各々の配線パターンＥは、入射光を遮蔽しないように基板Ｗに接する幅が小さく、かつ電気抵抗を小さくするために高さが大きい、つまりアスペクト比が高いものであることが望ましい。配線パターンＥは互いに隣接する隔壁Ｂ間の隙間に形成されるので、隔壁パターンＢの間隔を適宜に設定することで微細なパターン幅（例えば２０μｍ〜５０μｍ程度）を実現可能である。
【００３５】
一方、隔壁パターンＢは上記した通り細い配線パターンＥを形成する際に隔壁として機能するほか、配線パターン形成後は基板Ｗ表面の保護膜として機能する。基板Ｗが太陽電池用基板であるときには、入射光を効率よく光電変換面に到達させるために、隔壁パターンＢは薄く（例えば２０μｍないし１００μｍ程度）、また可視光に対する透過性を有するものであることが望ましい。なお、図４（ｂ）においては隔壁パターンＢと配線パターンＥとの基板Ｗ表面からの高さを同一としているがこれに限定されるものではなく、それぞれの高さは異なっていてもよい。
【００３６】
図５は図１のパターン形成装置を用いた太陽電池製造プロセスの例を示すフローチャートである。最初に、光電変換面に反射防止膜を形成した基板Ｗをパターン形成装置１に搬入し、初期位置（図１に示す位置）に位置決めされたステージ３に載置する（ステップＳ１０１）。続いて、ステージ３を（＋Ｘ）方向に移動開始させるとともに、第１ヘッド部５のシリンジポンプ５２を動作させて、吐出ノズル５２３から隔壁形成用塗布液を吐出させて基板Ｗに塗布する（ステップＳ１０２）。すなわち、この実施形態では、ノズルスキャン方式により隔壁形成用塗布液を塗布する。隔壁形成用塗布液としては、隔壁の材料となる光硬化性樹脂および溶剤を含み、かつ硬化後に可視光に対する透過性を有する任意のものを用いることができる。
【００３７】
なお、以下の説明においては、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、基板Ｗ表面のうち配線パターンＥを形成すべき領域Ｒｅを「配線形成領域」と称する一方、隔壁パターンＢを形成すべき領域Ｒｂを「隔壁形成領域」と称することとする。
【００３８】
図６は塗布により形成される隔壁の形状を例示する図である。図６（ａ）に示すように、理想的な隔壁Ｂｉは、その断面形状が薄い矩形である、つまり基板Ｗ表面からの高さＨｉが小さく均一であり、しかも側面Ｓｉが基板Ｗから急峻に立ち上がっているものである。しかしながら、薄く均一な膜を作るためには塗布液として比較的低粘度のものが必要であり、これを基板Ｗに塗布した場合、図６（ｂ）に示すように表面張力によって塗布液Ｐ1の表面が丸まってしまい、基板Ｗ表面からの立ち上がりも緩やかとなって急峻な側面が得られない。また、側面を急峻なものとするため、図６（ｃ）に示すように厚みを増大させると、配線パターン形成後の保護膜として理想的な状態から大きく離れてしまう。
【００３９】
この問題を解消するため、この実施形態では、基本的には図６（ｂ）に示す例と同様に比較的低粘度の塗布液を基板Ｗの隔壁形成領域Ｒｂに塗布することで薄く均一な隔壁を形成する一方、次に説明するように、隔壁形成領域Ｒｂに塗布された隔壁形成用塗布液のうち、配線形成領域Ｒｅに近い境界領域に集中的に光照射を行い（図５のステップＳ１０３）、この部分の塗布液を他の部分に先んじて硬化させるようにしている。
【００４０】
図７は本実施形態における隔壁形成の原理を説明するための図である。図７（ａ）に示すように、本実施形態のパターン形成装置１の第１ヘッド部５では、吐出ノズル５２３のそれぞれに対して、該ノズル５２３を挟むように１対のライトガイド５３３，５３３が設けられており、これら複数のライトガイド５３３が一体として光出射部５３を構成している。各ライトガイド５３３の下端には、光ファイバ５３１を通して案内される光源ユニット５３２からの光を収束させつつ基板Ｗ表面に向けて出射させるためのレンズ５３４が設けられている。１対のライトガイド５３３，５３３は吐出ノズル５２３の吐出口５２５に対して（＋Ｘ）方向に僅かにずれた位置に設けられている。
【００４１】
このため、図７（ａ）および（ｂ）に示すように、基板Ｗに対し（−Ｘ）方向に相対移動する吐出ノズル５２３から基板Ｗ表面に向けて吐出され隔壁形成領域Ｒｂに塗布された直後の隔壁形成用塗布液Ｐｂの両側面部Ｓｐ、特に基板Ｗ表面と接する部分に対して、ライトガイド５３３からの光Ｌが集中的に照射される。これにより、塗布液Ｐｂの側面部Ｓｐのみが塗布直後の形状をほぼ維持した状態で硬化し、こうして硬化した側面部Ｓｐが、未硬化の塗布液がさらに外側に流れ広がるのを防止する。側面部Ｓｐの硬化が不完全な状態においては未硬化の塗布液Ｐｂが外側に向かって広がろうとするが、この力は側面部Ｓｐの表面を外側、つまり配線形成領域Ｒｅに向かって押し広げる方向に作用する。その一方で、配線形成領域Ｒｅとの境界において基板Ｗ表面と接する塗布液では既に硬化が始まっているため、塗布液Ｐｂが配線形成領域Ｒｅまで侵入することはなく、塗布液が広がろうとする力は硬化し始めた側面部Ｐｂを基板Ｗ表面に対してより屹立させるように作用する。
【００４２】
一方、両側面部Ｓｐ以外では、ライトガイド５３３から出射される光Ｌがあまり届かないため、塗布液Ｐｂは塗布直後の低粘度の状態を維持している。このため、両側面部Ｓｐ以外では重力によるレベリングによって塗布液Ｐｂの表面はほぼ水平となる。これにより、この実施形態では、図６（ａ）に示した理想形状に近い隔壁パターンを形成することが可能となっている。
【００４３】
言い換えると、この実施形態は、隔壁形成領域Ｒｂから外側へ流れ広がろうとする塗布液Ｐｂを、該塗布液を硬化させるに十分な強度の照射光の仮想的な壁によって閉じ込め、これにより薄く均一で、かつ配線形成領域Ｒｅの外縁に接する側面部Ｓｐが急峻に立ち上がる理想的な隔壁Ｂを得ようとするものであるということができる。
【００４４】
これに対し、隔壁形成領域Ｒｂに塗布された塗布液Ｐｂに対しほぼ一様な光を照射した場合を考えると、塗布後の塗布液Ｐｂの表面は表面張力によって丸くなり、しかも該表面の硬化がほぼ一様に進むことから、このような丸い表面形状のまま硬化してしまうことになる。このため、図６（ｂ）に示すように、厚さが均一でなく、しかも側面部が緩やかに立ち上がる隔壁が形成されてしまう。すなわち、このような方法では図６（ｂ）に例示した問題が解決されない。
【００４５】
図８は本実施形態が所期の作用効果を奏するための条件の一例を示す図である。１対のライトガイド５３３，５３３から照射される光の基板Ｗ表面における光強度は、同図に示すように、レンズ５３４の光軸Ａｏ上において最大であり、これから離れるにつれて漸減する。本実施形態において、薄く平坦で、かつ側面部が急峻に立ち上がる隔壁Ｂを形成することができる第１の例は、図８に示すように、隔壁形成領域Ｒｂと配線形成領域Ｒｅとの境界上における照射光の光強度Ｉｄが、隔壁形成領域Ｒｂのうち配線形成領域Ｒｅとの境界から離れた非境界領域Ｒｎにおける光強度よりも高いというケースである。
【００４６】
こうすることにより、隔壁形成領域Ｒｂのうち配線形成領域Ｒｅとの境界に近い境界領域Ｒｄでは塗布液に対する露光量（光強度と照射時間との積）が、非境界領域Ｒｎにおける露光量よりも大きくなる。これにより、境界領域Ｒｄでは塗布液の硬化が非境界領域Ｒｎよりも速くなり、上記した薄く平坦で、かつ側面部が急峻に立ち上がる隔壁Ｂを形成することができるという作用効果が得られる。隔壁形成領域Ｒｂのうち配線形成領域Ｒｅとの境界における露光量と、非境界領域Ｒｎにおける露光量との差が大きいほど、上記した効果は顕著なものとなる。
【００４７】
また、境界領域Ｒｄにおける露光量が、塗布液Ｐｂを光硬化させるために必要最小限の最小露光量（これに対応する光強度を「最小光強度Ｉｍｉｎ」と称する）以上である限りにおいて、非境界領域Ｒｎにおける露光量は最小露光量に満たなくても構わない。これは、配線形成用塗布液を流し込むための隔壁として機能させるためには塗布液Ｐｂのうち配線形成領域Ｒｅに臨む側面部Ｓｐが硬化していれば足り、それ以外の部分は必ずしも硬化している必要はなく、また塗布後時間をおくことにより、あるいは後述するように後工程において加熱処理を行うことにより、事後的に未硬化部分を硬化させることが可能であるからである。
【００４８】
なお、隔壁形成領域Ｒｂにおける「境界領域Ｒｄ」と「非境界領域Ｒｎ」とは概念上の区分であって、形成された隔壁Ｂにおいて明確に両領域を区分することができるというものではない。少なくとも、隔壁形成領域Ｒｂと配線形成領域Ｒｅとの境界上における照射光の光強度Ｉｄよりも低い強度で光を照射される領域が隔壁形成領域Ｒｂ内に存在する、ということが上記作用効果を得るための要件であることを、図８は意味している。このことから例えば、隔壁形成領域Ｒｂのうち、隔壁形成領域Ｒｂと配線形成領域Ｒｅとの境界上における照射光の光強度Ｉｄ以上の光強度が照射される領域を「境界領域Ｒｄ」、光強度がこれより低い領域を「非境界領域Ｒｎ」と定義することができる。
【００４９】
このような要件を満たすように光照射を行うことにより、基板Ｗの隔壁形成領域Ｒｂに塗布された隔壁形成用塗布液Ｐｂは、その境界領域Ｒｄにおいて急速に硬化が進む一方、非境界領域Ｒｎでは硬化が遅い、または硬化しない。図８下段においては、塗布液Ｐｂのうち光照射（図２のステップＳ１０３）によって直ちに硬化するであろう部分にドットを付して示している。これにより、薄く平坦で、かつ側面部が急峻に立ち上がる隔壁Ｂを形成することができる。
【００５０】
図８に示した例では、レンズ５３４の光軸Ａｏは基板Ｗ表面上において配線形成領域Ｒｅとの境界から少し内側に入った隔壁形成領域Ｒｂ内を通っており、この位置において照射光の光強度および塗布液に対する露光量が最大となっている。しかしながら、上記効果を得るための光強度の分布はこれに限定されるものではない。
【００５１】
図９は本実施形態が所期の作用効果を奏するための条件の他の例を示す図である。上記した通り、本実施形態により薄く平坦で側面部が急峻に立ち上がる隔壁Ｂを形成するための要件は、「隔壁形成領域Ｒｂと配線形成領域Ｒｅとの境界上における塗布液への露光量が塗布液Ｐｂを硬化させるのに十分なものであり、かつ該境界から離れた領域において露光量がより少ない部分が存在する」ことである。
【００５２】
この要件を満たす限りにおいて、例えば図９（ａ）に示すように、レンズ５３４の光軸Ａｏが基板Ｗ表面上で隔壁形成領域Ｒｂと配線形成領域Ｒｅとの境界を通っていたり、図９（ｂ）に示すように該境界から少し外側の配線形成領域Ｒｅ内を通っていても構わない。これらのケースではいずれも、隔壁形成領域Ｒｂにおいて配線形成領域Ｒｅとの境界に近いほど光強度が高く、境界から離れるにつれて光強度は漸減する。これらの場合でも、隔壁形成領域Ｒｂと配線形成領域Ｒｅとの境界上における光強度Ｉｄが最小光強度Ｉｍｉｎ以上であれば該境界に近い部分での塗布液の硬化が進行する。その一方、境界から離れた領域では照射光強度が弱いために硬化が遅くあるいは進まず、これにより上記した効果を得ることが可能である。これらのケースにおいては例えば、隔壁形成領域Ｒｂのうち最小光強度Ｉｍｉｎ以上の光強度が得られる領域を境界領域Ｒｂ、これに満たない領域を非境界領域Ｒｎとみなすことができる。
【００５３】
なお、上記の説明では、１つの吐出ノズル５２３から吐出される塗布液Ｐｂにより形成される１つの隔壁Ｂについて述べてきたが、図４に示したように、また後述するように、実際のデバイス製造においては基板Ｗ上に複数の隔壁Ｂが互いに微小な隙間を隔てて平行に形成され、この隙間に配線形成用塗布液が流し込まれることにより配線パターンＥが形成される。このような微小な隙間を隔てて複数の隔壁Ｂを形成する場合においては、上記した１つの隔壁Ｂを形成するための構成を複数組並べることによって実現することも可能であり、また次のようにすることも可能である。
【００５４】
図１０は複数の隔壁を形成する場合の構成例を示す図である。この例では、上記例と同様に、隔壁形成用塗布液を吐出する吐出ノズル（図示省略）の両側にライトガイド５７３を設ける。ここで、ライトガイド５７３は、Ｙ方向に隣接して配置される２つの吐出ノズルのほぼ中間位置に設けられ、各ライトガイド５７３に設けられたレンズ５７４の光軸Ａｘは、基板Ｗ表面において２つの隔壁形成領域Ｒｂに挟まれた配線形成領域Ｒｅのほぼ中間を通るように構成されている。
【００５５】
このような構成によれば、配線形成領域Ｒｅのほぼ中央において照射光の光強度が最大となり、配線形成領域のＲｂの中央部から隔壁形成領域Ｒｂに向かって光強度が漸減している。そして、該配線形成領域Ｒｂとこれを挟む２つの隔壁形成領域Ｒｂとの境界におけるライトガイド５７３からの出射光の光強度Ｉｄが、塗布液Ｐｂを光硬化させるのに必要な最小光強度Ｉｍｉｎよりも高くなるように、ライトガイド５７３からの出射光量が設定される。
【００５６】
これにより、各隔壁形成領域Ｒｂについて見れば、図９（ｂ）と同様に、配線形成領域Ｒｅとの境界において光強度が最大であり、該境界から離れるにつれて光強度が低下するという状況となっている。このため、前述した例と同様に、薄く均一で、かつ側面部が急峻に立ち上がる隔壁Ｂを形成することが可能である。そして、隣接する２つの隔壁Ｂ1，Ｂ2の互いに向かい合う側面Ｓ1，Ｓ2を１つのライトガイド５７３により同時に形成することが可能となる。
【００５７】
このことは単に装置構成を簡素化するという効果のみならず、次のような効果ももたらす。すなわち、配線パターンのさらなる微細化を図るためには、隣接する隔壁間の間隔を狭くする必要がある。図７に例示したように、１つの吐出ノズル５２３の両側にそれぞれライトガイド５３３を設ける構成では、吐出ノズル間の間隔を縮小するためには各ライトガイドをより小さく形成する必要があり、装置コストの上昇や光強度の低下などの問題を生じうる。
【００５８】
一方、図１０の構成によれば、このような問題を生じることなく吐出ノズル間の間隔を縮小させることができる。また、塗布液の広がりを仮想的な光の壁で食い止めるとの思想に基づけば、基板Ｗに向けて照射する光の強度やその収束のさせ方によって隔壁間の間隔を制御することが可能であり、微細な配線パターンを塗布液の吐出量の変動等の影響を受けずに制御性よく行うことが可能となる。
【００５９】
図５に戻って、太陽電池製造プロセスの説明を続ける。こうして形成された互いに平行な複数の隔壁Ｂによって挟まれた配線形成領域Ｒｅに対して、第２ヘッド部の吐出ノズル７２３から配線形成材料を含む塗布液を流し込むことによって、基板Ｗ上に配線パターンＥを形成する（ステップＳ１０４）。このとき、形成すべき配線パターンＥの高さが隔壁Ｂ以下である場合には、隔壁Ｂによって塗布液の広がりが防止されるため、塗布液への光硬化性材料の添加および光照射を必要としない。もちろん、これらを行うことによって、隔壁よりも高い配線パターンを形成することも可能である。
【００６０】
塗布液としては、導電性ペースト、すなわち電極の材料たる例えば銀粉末などの導電性粒子と、有機溶剤および粘度調整剤としての例えばエチルセルロースを含む有機ビヒクルとを含有するものを用いることができる。
【００６１】
上記のようにして隔壁パターンおよび配線パターンが形成された基板Ｗをパターン形成装置１から搬出して図示しない加熱処理装置に移動させ（ステップＳ１０５）、該基板Ｗに対して所定の条件で加熱処理を行う（ステップＳ１０６）。これにより、パターンを完全に硬化させるとともに、配線パターンＥと基板Ｗとの導通を確保する（ファイヤースルー）。このときの加熱温度としては例えば２００℃とすることができる。なお、このように加熱温度を比較的低く抑えることで隔壁パターンの損傷を防止し該パターンを基板Ｗに対する保護膜として残存させる方法、および、適当な雰囲気中で高温加熱することで隔壁パターンを分解除去する方法のいずれを採用してもよい。
【００６２】
以上のように、この実施形態のパターン形成装置１においては、太陽電池用の基板Ｗの表面に、互いに微小な隙間を設けて複数の隔壁Ｂを形成し、こうしてできた隙間に配線形成用塗布液を流し込んで硬化させることにより、基板Ｗに微細な配線パターンＥを形成する。隔壁Ｂは、互いに近接配置させた複数の吐出ノズル５２３から隔壁形成材料を含む塗布液を基板Ｗに吐出させるとともに、塗布された塗布液に光を照射し、光硬化性材料を含む塗布液を光硬化させることによって形成される。
【００６３】
この場合において、光照射は塗布された塗布液Ｐｂの側面、特に基板Ｗ上の配線形成領域Ｒｅと隔壁形成領域Ｒｂとが接する境界部分に対して集中的に行われる。これにより、隔壁形成領域Ｒｂに塗布された塗布された塗布液Ｐｂでは、配線形成領域Ｒｅに臨む側面部Ｓｐがまず他の部分に先んじて硬化する。一方、境界から離れた部分では塗布液の流動性の高い状態がより維持される。
【００６４】
これにより、塗布液が周囲に流れ広がったり表面張力で表面が丸くなってしまうという問題が抑制され、この実施形態では、薄く均一で、しかも側面部が基板Ｗ表面から急峻に立ち上がった隔壁Ｂを形成することができる。このような隔壁Ｂの構造は、隔壁Ｂで囲まれた配線形成領域Ｒｅに配線形成材料を含む塗布液を流し込んで微細かつアスペクト比の高い配線を形成するための隔壁として極めて有効なものである。
【００６５】
なお、上記実施形態の説明においては、基板Ｗ上における光強度に基づいて所期の作用効果を得るための条件を議論しているが、本質的には塗布液の硬化の度合いに影響を与えるのは「露光量」である。この実施形態では、ライトガイド５３３が基板Ｗ表面に対して一定速度で相対移動することから各位置における照射時間は一定であるため、本来は露光量で考慮すべき問題を照射光の光強度によって検討することができる。より一般的には、光強度と照射時間とを勘案した露光量に基づいて、照射光の強度や照射時間を適宜に設定すればよい。
【００６６】
以上説明したように、この実施形態においては、第１ヘッド部５に設けられたシリンジポンプ５２が本発明の「塗布手段」として機能しており、各吐出ノズル５２３が本発明の「ノズル」として機能している。また、光源ユニット５３２が本発明の「光源」として機能する一方、ライトガイド５３３、特にその下端に設けられたレンズ５３４が本発明の「収束部」として機能しており、これらが一体的に本発明の「光照射手段」として機能している。
【００６７】
また、この実施形態においては、配線パターンＥが本発明の「パターン」に相当しており、配線形成領域Ｒｅが本発明の「パターン形成領域」に相当している。そして、第２ヘッド部７に設けられたシリンジポンプ７２が本発明の「パターン形成手段」として機能している。一方、隔壁形成領域Ｒｂが本発明の「境界領域」および「非境界領域」を含む本発明の「隔壁形成領域」に相当している。
【００６８】
また、本実施形態にかかる太陽電池製造プロセスは本発明の「パターン形成方法」を具現化した一の態様であり、ステップＳ１０２およびＳ１０３が本発明の「隔壁形成工程」に相当する一方、ステップＳ１０４が本発明の「パターン形成工程」に相当している。
【００６９】
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、上記実施形態では基板Ｗに向けて出射される光の光軸をほぼ鉛直下向きとしているが、これに限定されるものではなく、例えば塗布液の側面に対して斜め上方から光が入射するように、照射方向を設定してもよい。このようにすることで、塗布液の側面に入射する単位面積当たりの光量を大きくして、塗布液の側面をより効率よく硬化させることができる。
【００７０】
また、例えば上記実施形態では、基板Ｗに塗布された隔壁形成用塗布液Ｐｂの側面部に集中的に光を照射するためにレンズ５３４により光を収束させているが、光を収束させる構成は必須ではない。また、レンズによる集光によって光の照射域を制限するのに代えて、不要な方向への光放射を規制する遮蔽手段を適宜設けて照射域を制限するようにしてもよい。
【００７１】
また、上記実施形態では、隔壁形成領域Ｒｂの非境界領域Ｒｎに塗布された塗布液については光照射による硬化をさせず、後の加熱処理によって硬化させているが、非境界領域Ｒｎについては境界領域Ｒｄよりも遅れて塗布液を硬化させることによって本発明の目的を達成することが可能である。したがって、上記に限定されず、例えば側面部Ｓｐを選択的に光硬化させた後で、塗布液全体に光を照射して硬化させるようにしてもよい。この場合の光照射は、配線形成用塗布液の塗布後であってもよく、このとき配線形成用塗布液にも光硬化性材料を添加しておけば、当該光照射によってパターン全体を硬化させることが可能である。
【００７２】
また、上記実施形態では基板全体を配線パターンＥおよび隔壁パターンＢにより覆っているが、公知の太陽電池構造のように各配線パターンＥに交わるバス電極を形成するために、該バス電極を形成すべき位置を除いて上記パターンを形成するようにしてもよい。
【００７３】
また、上記実施形態では、基板Ｗへの隔壁パターンＢの形成と、隔壁パターンが形成された基板Ｗへの配線パターンＥの形成とを単一のパターン形成装置１で一連の処理として実行しているが、これらは個別の装置により実行されてもよい。また、配線パターン形成用のシリンジポンプを隔壁形成用のシリンジポンプと同一のヘッド部に搭載し、隔壁の形成と配線パターンの形成とを僅かな時間差で連続的に行うようにしてもよい。
【００７４】
また、上記実施形態では基板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。
【００７５】
また、上記実施形態ではシリコン基板上に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。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
この発明は、基板上に所定のパターンを形成するパターン形成技術に適用可能であり、特に基板全体を覆うように配線パターンと隔壁パターンとを形成する場合に好適に適用することができる。また、隔壁を光透過性のあるものとすることで、各種の光学デバイスの製造に好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１ パターン形成装置
５２ シリンジポンプ（塗布手段）
７２ シリンジポンプ（パターン形成手段）
５２３ 吐出ノズル（ノズル）
５３２ 光源ユニット（光源、光照射手段）
５３３ ライトガイド（光照射手段）
５３４ レンズ（収束部、光照射手段）
Ｂ 隔壁パターン（隔壁）
Ｅ 配線パターン（パターン）
Ｒｂ 隔壁形成領域
Ｒｄ 境界領域（隔壁形成領域）
Ｒｅ 配線形成領域（パターン形成領域）
Ｒｎ 非境界領域（隔壁形成領域）
Ｓ１０２，Ｓ１０３ 隔壁形成工程
Ｓ１０４ パターン形成工程
Ｗ 基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に所定のパターンを形成するパターン形成装置において、
光硬化性材料を含む隔壁形成用塗布液を前記基板表面に向けて吐出するとともに前記基板表面に対し相対移動して、前記基板表面のうち前記パターンを形成すべきパターン形成領域に隣接する隔壁形成領域に前記隔壁形成用塗布液を塗布する塗布手段と、
光を出射するとともに前記基板表面に対し前記塗布手段と一体的に相対移動して、前記隔壁形成領域に光を照射して前記隔壁形成領域に塗布された前記隔壁形成用塗布液を光硬化させる光照射手段と
を備え、
前記隔壁形成領域のうち前記パターン形成領域との境界に接する境界領域における前記光照射手段による露光量が、前記隔壁形成領域のうち前記境界領域を挟んで前記パターン形成領域と反対側の非境界領域における前記光照射手段による露光量よりも大きい
ことを特徴とするパターン形成装置。
【請求項２】
前記隔壁形成領域に対する前記光照射手段による露光量が、前記パターン形成領域との境界において最大であり、前記パターン形成領域との境界から離れるにつれて低下する請求項１に記載のパターン形成装置。
【請求項３】
前記光照射手段は、光を出射する光源と、該光源から出射される光を前記基板表面に向けて収束させる収束部とを備え、
前記基板表面において前記収束部の光軸が前記パターン形成領域と前記隔壁形成領域との境界または前記パターン形成領域内を通る請求項２に記載のパターン形成装置。
【請求項４】
前記塗布手段は、前記パターン形成領域とそれぞれ隣接し該パターン形成領域を挟む両側の前記隔壁形成領域に前記隔壁形成用塗布液を塗布する請求項１ないし３のいずれかに記載のパターン形成装置。
【請求項５】
前記隔壁形成領域に塗布された前記隔壁形成用塗布液が光硬化してなる隔壁に囲まれた前記パターン形成領域に、パターン形成材料を含むパターン形成用塗布液を塗布するパターン形成手段を備える請求項１ないし４のいずれかに記載のパターン形成装置。
【請求項６】
前記境界領域における前記光照射手段による露光量が、前記隔壁形成用塗布液を光硬化させるために必要最小限の最小露光量以上である一方、前記非境界領域の少なくとも一部における前記光照射手段による露光量が前記最小露光量よりも小さい請求項１ないし５のいずれかに記載のパターン形成装置。
【請求項７】
前記塗布手段は、各々が前記隔壁形成用塗布液を連続的に吐出する複数のノズルを有し、該複数のノズルが一体的に前記基板表面に対し相対移動する請求項１ないし６のいずれかに記載のパターン形成装置。
【請求項８】
基板の表面に所定のパターンを形成するパターン形成方法において、
前記基板表面のうち前記パターンを形成すべきパターン形成領域に隣接する隔壁形成領域に光硬化性材料を含む隔壁形成用塗布液を塗布するとともに、前記隔壁形成領域に塗布された前記隔壁形成用塗布液に光を照射して光硬化させることで、前記パターン形成領域の外縁に沿って前記パターン形成領域を挟む隔壁を形成する隔壁形成工程と、
前記隔壁によって挟まれた前記パターン形成領域に、パターン形成材料を含むパターン形成用塗布液を塗布して前記パターンを形成するパターン形成工程と
を備え、
前記隔壁形成工程では、前記隔壁形成領域のうち前記パターン形成領域との境界に接する境界領域における露光量が、前記隔壁形成領域のうち前記境界領域を挟んで前記パターン形成領域と反対側の非境界領域における露光量よりも大きい
ことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項９】
前記隔壁形成工程では、前記基板表面のうち前記パターン形成領域を除く表面全体を前記隔壁形成領域として、該隔壁形成領域の全体に前記隔壁形成用塗布液を塗布する請求項８に記載のパターン形成方法。
【請求項１０】
前記隔壁形成用塗布液は、光硬化後において可視光に対する透過性を有する請求項９に記載のパターン形成方法。
【請求項１】
基板の表面に所定のパターンを形成するパターン形成装置において、
光硬化性材料を含む隔壁形成用塗布液を前記基板表面に向けて吐出するとともに前記基板表面に対し相対移動して、前記基板表面のうち前記パターンを形成すべきパターン形成領域に隣接する隔壁形成領域に前記隔壁形成用塗布液を塗布する塗布手段と、
光を出射するとともに前記基板表面に対し前記塗布手段と一体的に相対移動して、前記隔壁形成領域に光を照射して前記隔壁形成領域に塗布された前記隔壁形成用塗布液を光硬化させる光照射手段と
を備え、
前記隔壁形成領域のうち前記パターン形成領域との境界に接する境界領域における前記光照射手段による露光量が、前記隔壁形成領域のうち前記境界領域を挟んで前記パターン形成領域と反対側の非境界領域における前記光照射手段による露光量よりも大きい
ことを特徴とするパターン形成装置。
【請求項２】
前記隔壁形成領域に対する前記光照射手段による露光量が、前記パターン形成領域との境界において最大であり、前記パターン形成領域との境界から離れるにつれて低下する請求項１に記載のパターン形成装置。
【請求項３】
前記光照射手段は、光を出射する光源と、該光源から出射される光を前記基板表面に向けて収束させる収束部とを備え、
前記基板表面において前記収束部の光軸が前記パターン形成領域と前記隔壁形成領域との境界または前記パターン形成領域内を通る請求項２に記載のパターン形成装置。
【請求項４】
前記塗布手段は、前記パターン形成領域とそれぞれ隣接し該パターン形成領域を挟む両側の前記隔壁形成領域に前記隔壁形成用塗布液を塗布する請求項１ないし３のいずれかに記載のパターン形成装置。
【請求項５】
前記隔壁形成領域に塗布された前記隔壁形成用塗布液が光硬化してなる隔壁に囲まれた前記パターン形成領域に、パターン形成材料を含むパターン形成用塗布液を塗布するパターン形成手段を備える請求項１ないし４のいずれかに記載のパターン形成装置。
【請求項６】
前記境界領域における前記光照射手段による露光量が、前記隔壁形成用塗布液を光硬化させるために必要最小限の最小露光量以上である一方、前記非境界領域の少なくとも一部における前記光照射手段による露光量が前記最小露光量よりも小さい請求項１ないし５のいずれかに記載のパターン形成装置。
【請求項７】
前記塗布手段は、各々が前記隔壁形成用塗布液を連続的に吐出する複数のノズルを有し、該複数のノズルが一体的に前記基板表面に対し相対移動する請求項１ないし６のいずれかに記載のパターン形成装置。
【請求項８】
基板の表面に所定のパターンを形成するパターン形成方法において、
前記基板表面のうち前記パターンを形成すべきパターン形成領域に隣接する隔壁形成領域に光硬化性材料を含む隔壁形成用塗布液を塗布するとともに、前記隔壁形成領域に塗布された前記隔壁形成用塗布液に光を照射して光硬化させることで、前記パターン形成領域の外縁に沿って前記パターン形成領域を挟む隔壁を形成する隔壁形成工程と、
前記隔壁によって挟まれた前記パターン形成領域に、パターン形成材料を含むパターン形成用塗布液を塗布して前記パターンを形成するパターン形成工程と
を備え、
前記隔壁形成工程では、前記隔壁形成領域のうち前記パターン形成領域との境界に接する境界領域における露光量が、前記隔壁形成領域のうち前記境界領域を挟んで前記パターン形成領域と反対側の非境界領域における露光量よりも大きい
ことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項９】
前記隔壁形成工程では、前記基板表面のうち前記パターン形成領域を除く表面全体を前記隔壁形成領域として、該隔壁形成領域の全体に前記隔壁形成用塗布液を塗布する請求項８に記載のパターン形成方法。
【請求項１０】
前記隔壁形成用塗布液は、光硬化後において可視光に対する透過性を有する請求項９に記載のパターン形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２４８７１２（Ｐ２０１２−２４８７１２Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１９９５０（Ｐ２０１１−１１９９５０）
【出願日】平成２３年５月３０日（２０１１．５．３０）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月３０日（２０１１．５．３０）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
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