パターン形成装置およびパターン形成方法
【課題】基板に塗布液を塗布して所定のパターンを形成するパターン形成技術において、異形基板に効率よくパターン形成を行うことのできる技術を提供する。
【解決手段】マニホールド空間となる窪部５５２およびこれに連通する複数の溝部５５３を有するハウジング本体５５ａと、例えばシリコーンゴム製の弾性部材５５ｂと、一部の溝部５５３に対応する位置に貫通孔５５５が設けられたカバー部材５５ｃとを重ね合わせて吐出ノズル５５が構成される。貫通孔５５５に臨む弾性部材５５ｂを押圧して弾性変形させ、溝部５５３と弾性部材５５ｂとで囲まれた塗布液流路の断面積を変化させることで、塗布液の吐出・停止を制御する。
【解決手段】マニホールド空間となる窪部５５２およびこれに連通する複数の溝部５５３を有するハウジング本体５５ａと、例えばシリコーンゴム製の弾性部材５５ｂと、一部の溝部５５３に対応する位置に貫通孔５５５が設けられたカバー部材５５ｃとを重ね合わせて吐出ノズル５５が構成される。貫通孔５５５に臨む弾性部材５５ｂを押圧して弾性変形させ、溝部５５３と弾性部材５５ｂとで囲まれた塗布液流路の断面積を変化させることで、塗布液の吐出・停止を制御する。
【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】
基板上に所定のパターンを形成する技術として、パターンを形成するための材料を含んだ塗布液を基板上に塗布しこれを硬化させるようにしたものがある。例えば本願出願人が先に開示した特許文献１に記載の技術は、光電変換面を有する基板に配線パターンを形成して光電変換デバイスを製造する技術に適用可能なものであり、この技術では、多数の吐出口を有するノズルを基板に対し走査移動させるとともに、各吐出口からパターン形成材料を含む塗布液を吐出させることによって、互いに平行で長さの等しい多数のライン状パターンを基板上に形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】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】
ところで、この種のパターン形成技術によってパターンを形成すべき基板の形状は様々である。例えば、太陽電池セルの基板として用いられる単結晶シリコン基板としては、正方形の四隅を切り落としたような八角形としたものがある。これは、円形の単結晶シリコンウエハの面積を有効に活用するためである。そのため、形成すべきパターンの長さは必ずしも一定ではない。
【０００５】
しかしながら、上記技術で形成されるパターンの長さは全て同じであり、このような矩形形状ではない基板（以下、「異形基板」という）に対し、塗布により効率よくパターンを形成する技術については、これまでのところ確立されるに至っていなかった。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板に塗布液を塗布して所定のパターンを形成するパターン形成技術において、異形基板に効率よくパターン形成を行うことのでき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】
【０００７】
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、パターンを形成するための材料を含む塗布液を保持する液溜まり部を有するとともに、それぞれが前記液溜まり部と連通し該液溜まり部に貯留された前記塗布液を吐出する複数の吐出口を有するノズル体と、前記基板保持手段に保持された前記基板に対して相対的に前記ノズル体を走査移動させる走査移動手段と、前記複数の吐出口のうち少なくとも１つを制御対象吐出口として、該制御対象吐出口からの前記塗布液の吐出およびその停止を制御する吐出制御手段とを備え、前記ノズル体は、前記液溜まり部から前記吐出口まで連通する塗布液の流路が形成されるとともに前記制御対象吐出口に連通する前記流路の側面の少なくとも一部を露出させたハウジングと、前記流路の露出部分を覆って閉塞することで前記塗布液を前記流路に沿って流通させる弾性部材とを備える一方、前記吐出制御手段は、前記弾性部材を前記流路の内部に向けて押圧する押圧部材を備え、該押圧部材の前記流路内部への押し込み量を変化させて当該制御対象吐出口からの前記塗布液の吐出およびその停止を制御することを特徴としている。
【０００８】
このように構成された発明では、ノズル体に設けられた複数の吐出口の少なくとも一部が制御対象吐出口となっており、他の吐出口とは独立して塗布液の吐出・停止を制御することが可能である。その理由は以下の通りである。塗布液は液溜まり部と制御対象吐出口とを連通させる流路に沿って流れるが、上記構成ではノズル体を構成するハウジングにおいて該流路の一部が露出しており、これを弾性部材で覆っている。このため、流路の側壁面の一部が弾性部材により構成されることとなる。この弾性部材を押圧し弾性変形させることで流路の断面積を変化させ、流路を流通する塗布液の量を制御することができる。
【０００９】
パターン材料を含む塗布液の持つ例えば粘性、チクソ性および表面張力等の物理的特性により、流路を完全に閉塞しなくても塗布液の流通を停止させることは可能である。したがって、この発明では、押圧部材の流路内部への押し込み量を変化させることで制御対象吐出口からの塗布液の吐出・停止を制御することが可能である。そのため、上記したような異形基板に対しても所定のパターンを効率よく形成することができる。
【００１０】
この発明において、例えば、複数の吐出口がノズル体の底部に列状に配置され、走査移動手段はノズル体を吐出口の配列方向と異なる方向に走査移動させるようにしてもよい。こうすることで、ノズル体の１回の走査移動で互いに平行な塗布液によるライン状パターンを複数形成することができる。
【００１１】
ここで、例えば列状に配列された複数の吐出口のうち、外側に位置する所定個数の吐出口を制御対象吐出口とするようにしてもよい。例えば前記した八角形の基板にパターンを形成する場合、該基板に形成すべきパターンの長さは基板の中央部ではほぼ一定でよいが、端部ではより短いパターンが必要となる。列状に配列された複数の吐出口のうち外側のものを制御対象吐出口とすることで、このような異形基板にも効率よくパターン形成を行うことができる。
【００１２】
この発明の具体的態様として、例えば、ハウジングは一の主面に流路の側壁となる溝部を複数並べて設けたハウジング本体と、該複数の溝部を一括して覆う平板状またはシート状の弾性部材を挟んでハウジング本体の主面と対向するカバー部材とを備え、カバー部材には制御対象吐出口に対応する溝部に臨む弾性部材を部分的に露出させる貫通孔が設けられて、該貫通孔に押圧部材が設けられる構造としてもよい。
【００１３】
このような構成では、弾性部材がハウジング本体とカバー部材とで挟み込まれた構造となる。そして、ハウジング本体に設けられた溝部の壁面と溝部を覆う弾性部材の表面とで囲まれた領域が塗布液の流路として機能する。カバー部材は、流路を圧送される塗布液により弾性部材が浮き上がるのを防止するバックアップ材として機能する。そして、カバー部材の貫通孔を通して露出する弾性部材を押圧することで、流路の断面積を加減することができる。
【００１４】
この場合において、例えば、制御対象吐出口が複数設けられ、複数の制御対象吐出口に対応する複数の溝部が連続した一体の弾性部材によって覆われる一方、複数の制御対象吐出口のそれぞれに対応する流路の各々に対して個別に貫通孔が設けられるようにしてもよい。複数の溝部を連続した弾性部材で覆い、さらにカバー部材によって弾性部材を押さえることで、溝部と弾性部材との隙間から液漏れが生じるのを確実に防止することができる。また、貫通孔を各流路ごとに個別に設けることで、隣接する流路間での塗布液のクロストークを抑えることができる。
【００１５】
なお、溝部に臨む弾性部材の厚さは、例えば溝部の深さ以上とすることができる。溝部の深さに対して弾性部材が薄いと、押圧による流路への弾性部材のせり出し量を大きくすることが難しく、流路断面積の変化量、すなわち塗布液の流通量に対する調整範囲が限定的となってしまう。弾性部材の厚さを例えば溝部の深さ以上とすることで、弾性部材が押圧されることにより流路断面の大部分を閉塞することが可能となり、塗布液の流通量に対する調整範囲を広くすることができる。
【００１６】
また、本発明のパターン形成装置では、例えば液溜まり部に保持された塗布液を加圧する加圧手段を備え、塗布液への加圧力を増減して各吐出口からの塗布液の吐出を制御するようにしてもよい。液溜まり部の塗布液への加圧によって、液溜まり部に連通する全ての吐出口からの塗布液の吐出・停止を一括して制御することができる。これに個別の制御、すなわち上記構成による制御対象吐出口からの吐出制御を適宜組み合わせることにより、多様な基板形状やパターンにも対応して効率よくパターン形成を行うことが可能となる。
【００１７】
また、例えば、複数の制御対象吐出口について、吐出制御手段は各制御対象吐出口からの吐出タイミングを異ならせるようにしてもよい。これにより、長さが様々に異なるパターンをノズル体の１回の走査移動で同時に形成することが可能となる。
【００１８】
本発明は、塗布液がペースト状のものである場合に特に優れた効果を奏する。粘度が比較的高いペースト状の塗布液では、流路の完全な閉塞によらずとも吐出を停止させることができるからである。
【００１９】
また、弾性部材としては、柔軟性および弾性に富み、加圧による破損や不純物の滲出の少ないものが望ましく、このような用途には例えばシリコーンゴムまたはフッ素ゴム製のものを好適に適用することができる。
【００２０】
また、この発明にかかるパターン形成方法は、正方形の四隅を切り落とした形である八角形の基板の表面に、互いに平行な複数のストライプ状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、パターンを形成するための材料を含む塗布液を保持する液溜まり部にそれぞれ連通する複数の吐出口を列状に配したノズル体を前記基板に対し相対的に走査移動させるとともに、前記各吐出口から前記塗布液を吐出させて前記基板に塗布し、前記列状に配列された前記複数の吐出口のうち、外側に位置する所定個数の前記吐出口を制御対象吐出口として、前記液溜まり部と前記制御対象吐出口とを連通させる前記塗布液の流路の側壁面の一部を弾性部材により形成し、該弾性部材を前記流路側に押圧して前記流路の断面積を変化させて、前記制御対象吐出口からの前記塗布液の吐出およびその停止を制御することを特徴としている。
【００２１】
前述の説明から明らかなように、このように構成された発明では、列状に並んだ吐出口のうち外側に位置する所定数のものが制御対象吐出口として他の吐出口とは独立して塗布液の吐出・停止を制御することが可能となっている。したがって、八角形の基板に対し、対向する辺が平行である中央部分には比較的長いパターンを形成する一方、両端部分にはこれより短いパターンを形成することができ、しかもこれらを１回のノズル体の走査移動により効率よく形成することができる。
【発明の効果】
【００２２】
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、複数の吐出口の少なくとも一部を制御対象吐出口とすることで、１回のノズル体の走査移動で互いに長さの異なる複数のパターンを形成することができる。これにより、矩形形状でない異形基板に対しても効率よくパターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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】図１のパターン形成装置を用いて形成される太陽電池セルの例を示す図である。
【図３】図１の装置によるフィンガー電極形成の様子を模式的に示す図である。
【図４】吐出ノズルの構造を示す分解斜視図である。
【図５】組立後の吐出ノズルの外観および断面構造を示す図である。
【図６】開閉機構の構成および動作を示す図である。
【図７】この実施形態によるパターン形成処理を示すフローチャートである。
【図８】図７の処理における各部の動作を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
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を跨ぐようにしてフレーム１２１が固定され、フレーム１２１には塗布ヘッド部５が取り付けられている。
【００２６】
ステージ移動機構２は、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。
【００２７】
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、塗布ヘッド部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。
【００２８】
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。
【００２９】
塗布ヘッド部５のベース５１には、液状（ペースト状）の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基板Ｗに向けて吐出する塗布ノズル体５２が設けられている。塗布ノズル体５２は、内部が空洞となって塗布液を貯留するシリンジポンプ５２１と、該ポンプ５２１の内部空間に挿入されたプランジャ５２４とを備えている。プランジャ５２４は、制御部６により駆動制御されるモータ、ソレノイド等のアクチュエータまたは圧縮空気等によって上下駆動され、シリンジポンプ５２１の内部空間に貯留された塗布液を加圧する。
【００３０】
また、塗布ノズル体５２の下部には塗布液を基板Ｗに向けて吐出する機能を有する吐出ノズル５５が取り付けられている。吐出ノズル５５の詳しい構造については後述するが、その内部にはシリンジポンプ５２１の内部空間と連通する塗布液流路が設けられて、プランジャ５２４の作動によりシリンジポンプ５２１より圧送される塗布液を下端に開口する吐出口５５０から吐出する。
【００３１】
また、塗布ヘッド部５のベース５１には、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。光照射部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。
【００３２】
図２は図１のパターン形成装置を用いて形成される太陽電池セルの例を示す図である。この太陽電池セルＳは、単結晶シリコン基板Ｗの表面（光電変換面および反射防止膜が設けられた面）に、幅が細い多数のフィンガー配線パターンＦと、これらを横断するように設けられたより幅広のバス配線パターンＢとを設けた構造を有している。フィンガー配線パターンＦとバス配線パターンＢとはその交点において電気的に接続されている。
【００３３】
各部の寸法については、例えばフィンガー配線パターンＦの幅および高さが５０μｍ程度、バス配線パターンＢの幅が１．８ｍｍないし２．０ｍｍ、高さが５０μｍないし７０μｍとすることができるが、これらの数値に限定されるものではない。
【００３４】
シリコン基板Ｗは、概略正方形の四隅を切り取ってなる、中心軸Ｃに対して線対称な八角形をしている。これは、略円柱形に製造される単結晶シリコンロッドから切り出したウエハが円板形状をしており、その表面積を有効に利用して基板Ｗを作成する必要性から生じた形状である。
【００３５】
このため、基板Ｗ上に多数形成されるフィンガー電極Ｆは、基板Ｗの中央部の略矩形とみなせる矩形領域ＲＲでは一定の長さを有しているが、端部領域ＥＲではその形状に合わせて１本ごとに長さが異なっている。具体的には、矩形領域ＲＲに形成される複数の電極Ｆｒはいずれも基板Ｗの長さより少し短い同一の長さを有しているのに対し、端部領域ＥＲに形成される電極Ｆｅは、基板Ｗ端面の後退に伴って長さが変化し、基板最端部に近いものほど短くなっている。図２の例では、基板中央の矩形領域ＲＲに２０本の同一長の電極パターンＦｒ、基板両端部の端部領域ＥＲに互いに長さの異なる３本ずつの電極パターンＦｅがそれぞれ形成される。なお、これは単なる一例であり、パターンの本数はこれらに限定されるものではない。
【００３６】
吐出のオンオフが一括して制御される多数のノズルを基板に対し一体的に相対移動させてパターンを形成する従来技術では、このような形状の基板に対応することができなかった。また、各ノズルを個別にオンオフ制御するための具体的な技術はこれまで実用化されるに至っていない。これに対し、本実施形態のパターン形成装置１は、以下に詳述する構造の吐出ノズルを用いて塗布を行うことにより、図２のような異形基板に対してもパターン形成を効率よく行うことが可能となっている。
【００３７】
図３は図１の装置によるフィンガー電極形成の様子を模式的に示す図である。図３（ａ）に示すように、この装置１では、基板Ｗを載置したステージ２をＸ方向に移動させることによって、相対的に吐出ノズル５５を基板Ｗの表面に対して（−Ｘ）方向に走査移動させる。図３（ｂ）に示すように、吐出ノズル５５の下面にはノズル内部に形成された塗布液流路５５１と連通して開口する吐出口５５０が設けられている。
【００３８】
吐出口５５０は、吐出ノズル５５の下面に複数設けられており、これら複数の吐出口５５０はＹ方向に沿って１列に等間隔で配置される。Ｙ方向における吐出ノズル５５の寸法は同方向における基板Ｗの寸法と同程度またはそれ以上である。したがって、基板Ｗに対して吐出ノズル５５を１回走査移動させるのみで、基板Ｗの全面にフィンガー電極パターンＦｒ，Ｆｅを形成することができる。
【００３９】
塗布液としては、導電性ペースト、すなわち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。また、塗布液の粘度は、光照射による硬化処理を実行する前において例えば５０Ｐａ・ｓ（パスカル秒）以下で、硬化処理を実行した後は３５０Ｐａ・ｓ以上になることが好ましい。
【００４０】
吐出口５５０から基板Ｗ表面に吐出された直後の塗布液に対して、ノズルの走査移動方向（−Ｘ方向）における吐出口５５０の後方に配置された光照射部５３からの出射光Ｌが照射される。これにより、吐出直後の断面形状を維持したまま塗布液が硬化し、電極パターンＦｒ，Ｆｅが形成される。吐出口５５０の形状、塗布液の粘度および光照射条件を適宜に設定することにより種々の断面形状を有するパターンを形成することができ、特にパターン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。
【００４１】
図４は吐出ノズルの構造を示す分解斜視図である。また、図５は組立後の吐出ノズルの外観および断面構造を示す図である。より詳しくは、図５（ａ）は組立後の吐出ノズル５５の外観を示す斜視図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。また図５（ｃ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図である。なお、ここでは理解を容易にするために、吐出ノズル５５に設けられる吐出口の数を減らして図示している。
【００４２】
吐出ノズル５５は、それぞれが剛性の高い材料、例えばステンレスのような金属材料またはセラミック材料等により形成されたハウジング本体５５ａとカバー部材５５ｃとにより、弾性および耐薬品性を有する例えばシリコーンゴムまたはフッ素ゴム（例えばバイトン；登録商標）製のシートからなる平板状の弾性部材５５ｂを挟み込んだ構造を有している。ハウジング本体５５ａとカバー部材５５ｃとは例えばネジ等の締結部材によって互いに固結されているが、ここでは締結部材の図示を省略している。
【００４３】
ハウジング本体５５ａの内部はくり抜かれて窪部５５２となっており、弾性部材５５ｂが重ね合わされた状態で窪部５５２と弾性部材５５ｂとで囲まれる空間Ｍが塗布液を一時的に保持するマニホールドとして機能する。カバー部材５５ｃはマニホールド空間Ｍの内圧により弾性部材５５ｂが外部へ膨らむのを防止するバックアップ材として機能しており、弾性部材５５ｂはハウジング本体５５ａとカバー部材５５ｃとの間を密封して塗布液が漏れ出すのを防止するパッキンとしての機能を有している。
【００４４】
ハウジング本体５５ａの窪部５５２から一方端面（図４において手前側）に向けて複数の溝部５５３が一列に並べて設けられており、弾性部材５５ｂが重ね合わされた状態で溝部５５３と弾性部材５５ｂとで囲まれる細長い空間が塗布液流路５５１として機能する。つまり、溝部５５３は、管状の塗布液流路５５１の側壁面の一部を露出させたものに相当しており、これを弾性部材５５ｂによって覆うことで、管状の塗布液流路５５１が形成される。また、こうして形成された塗布液流路５５１は吐出ノズル５５の一方端面で開口し、該開口が吐出口５５０として機能する。
【００４５】
このようにして、吐出ノズル５５内部のマニホールド空間Ｍ、吐出ノズル５５の端面に開口する吐出口５５０およびマニホールド空間Ｍと各吐出口５５０とを連通させる塗布液流路５５１が形成される。なお、図４の例では説明の便宜上８本の溝部５５３が図示されているが、実際には形成すべきパターンの本数（図２の例では２６本）に対応する溝部が形成される。
【００４６】
また、ハウジング本体５５ａの窪部５５２から、吐出口５５０が開口する端面とは反対側の他方端面（図４において奥側）に向けて、窪部５５２と連通してハウジング本体５５ａの他方端面に開口する塗布液導入部５５４が設けられており、塗布液導入部５５４はシリンジポンプ５２１と接続される。
【００４７】
以上のような構成により、この吐出ノズル５５では、シリンジポンプ５２１から送り出された塗布液は塗布液導入部５５４を介してマニホールド空間Ｍに一時的に保持され、それぞれマニホールド空間Ｍに連通する塗布液流路５５１を通して各吐出口５５０から外部へ吐出される。
【００４８】
カバー部材５５ｃには、上面から下面へ貫通する貫通孔５５５が設けられている。図５（ｂ）および図５（ｃ）に示すように、貫通孔５５５は、組立後の吐出ノズル５５における一部の塗布液流路５５１に対応する位置に設けられている。より詳しくは、組立後の吐出ノズル５５においては、一列に配置された溝部５５３のうち両外側のそれぞれ所定数（図４の例では２本ずつ）の溝部５５３の一部が弾性部材５５ｂを介して貫通孔５５５に臨む位置となるように、言い換えれば弾性部材５５ｂを除いたとき貫通孔５５５を通して当該溝部５５３の一部が露出するように、溝部５５３と貫通孔５５５との位置関係が設定されている。貫通孔５５５の断面寸法は溝部５５３の幅よりも大きくなっている。その理由は後述する。
【００４９】
以下に説明するように、この貫通孔５５５には、貫通孔５５５に臨む溝部５５３が弾性部材５５ｂとともに構成する塗布液流路５５１を開閉するための開閉機構５５６が取り付けられる。
【００５０】
図６は開閉機構の構成および動作を示す図である。図６（ａ）に示すように、開閉機構５５６は、制御部６により制御されるアクチュエータ５５６１と、該アクチュエータ５５６１に取り付けられたプッシュロッド５５６２とを備えている。アクチュエータ５５６１は、制御部６からの制御指令に応じてプッシュロッド５５６２を溝部５５３側に向けて変位させることで弾性部材５５ｂを溝部５５３側に押圧し、また該押圧を解除するように動作するものである。例えば圧縮空気により動作するピストン、圧電素子、ソレノイドなど任意の構造のものを用いることができる。また、アクチュエータ５５６１とプッシュロッド５５６２とは一体のものであってもよい。
【００５１】
各開閉機構５５６は制御部６によって個別に動作制御されており、例えば図６（ｂ）に示すように一の（図において左側の）開閉機構５５６に対して制御指令が与えられると、当該開閉機構５５６のアクチュエータ５５６１がプッシュロッド５５６２を押し下げる。これにより、弾性部材５５ｂが弾性変形し、溝部５５３の底部に向けてせり出してくる。その結果、溝部５５３の壁面と弾性部材５５ｂとによって形成される塗布液流路５５１の断面積が減少し、塗布液流路５５１を流れる塗布液の量が規制される。粘度の高いペースト状の塗布液では、このように塗布液流路５５１の断面積がある程度まで小さくなるとほとんど流通が生じなくなる。したがってこのような塗布液を用いる場合には流路が完全に閉塞されることを必須とするものではない。一方、アクチュエータ５５６１による押圧が解除されると、弾性部材５５ｂが復元して塗布液流路５５１の断面積は元に戻る。
【００５２】
このように、この実施形態では、塗布液流路５５１を構成する溝部５５３に対応して設けた貫通孔５５５に開閉機構５５６を設け、塗布液流路５５１の側壁の一部をなす弾性部材５５ｂを押圧して弾性変形させ塗布液流路５５１の断面積を変化させる。こうすることにより、塗布液流路５５１を流通する塗布液の量を制御する。塗布液流路５５１の断面積についてはプッシュロッド５５６２の押し込み量によって加減することが可能であり、また粘度の高いペースト状の塗布液については流路断面積がある程度まで小さくなれば流通が停止するため、上記構成により、塗布液流路５５１を流通して吐出口５５０から吐出される塗布液の吐出をオン・オフ制御することが可能である。
【００５３】
ここで、弾性部材５５ｂの厚さと溝部５５３の深さとの関係について考察する。図６（ａ）に示すように、弾性部材５５ｂの厚さＴａは溝部５５３の深さＤａと同程度、またはこれ以上であることが望ましい。比較例として図６（ｃ）に示すように、弾性部材Ｘ1の厚さＴｂが溝部Ｘ2の深さＤｂよりも小さいとき、開閉機構Ｘ3からの押圧により溝部Ｘ2内にせり出す弾性部材Ｘ1の量が少なく、結果として流路断面積を制限する効果が小さくなる。このため、流路における塗布液の流通量の調整範囲が狭くなり、流通を完全に停止させることができない等の問題が生じうる。弾性部材５５ｂの厚さＴａを溝部５５３の深さＤａと同程度以上としておけば、流路の大部分を弾性部材の弾性変形によって閉塞することが可能となり、塗布液の流通量の調整範囲を広く、また必要に応じて確実に流路を閉塞させることができる。
【００５４】
また、図６（ａ）に示すように、この実施形態では、溝部５５３の幅Ｗａよりも貫通孔５５５の開口幅Ｗｂが大きくなるようにして、溝部５５３の幅Ｗａよりも大きな幅Ｗｃを有するプッシュロッド５５６２によって弾性部材５５ｂを押圧している。比較例として図６（ｄ）に示すように、溝部Ｘ4の幅よりも細いプッシュロッドＸ5を設けても吐出制御は可能である。ただしこの場合、溝部Ｘ4に押し込まれた弾性部材Ｘ6に大きなせん断力が作用するため、弾性部材が破損するおそれがある。すなわち、このような構成では装置の耐久性が低下する。このような問題を解消するためには、溝部５５３の幅よりも太いプッシュロッド５５６２を用いることがより好ましい。
【００５５】
また、貫通孔５５５は、吐出を制御すべき流路５５１の１つずつに対応して個別に設けられる。隣接する２つ以上の流路５５１に対して共通の貫通孔を設けることも考えられるが、このようにした場合、１つの流路５５１に対して設けられた開閉機構５５６が弾性部材５５ｂを押圧した際の弾性変形によって溝部５５３の周囲の弾性部材５５ｂが浮き上がり、ハウジング本体との間に隙間が生じて隣接する流路同士が接続されてしまうおそれがある。各流路に対して個別に貫通孔５５５を設ければ、貫通孔５５５の周囲の弾性部材５５ｂをカバー部材５５ｃによって押さえておくことができるので、隣接する流路間での液漏れを確実に防止することができる。
【００５６】
上記構成の吐出ノズル５５を有するパターン形成装置１では、制御部６からの制御指令に応じてシリンジポンプ５２１が動作すると、内部に貯留されたパターン形成材料を含む塗布液が加圧され、該塗布液はシリンジポンプ５２１から吐出ノズル５５に圧送される。吐出ノズル５５に送られた塗布液はマニホールド空間Ｍを介して当該マニホールド空間Ｍに連通する各塗布液流路５５１に流れ、最終的には各吐出口５５０から吐出される。
【００５７】
一列に配置された塗布液流路５５１のうち、両端部寄りの所定数のものについては流路上に開閉機構５５６が設けられており、各開閉機構５５６を個別に制御することで、当該塗布液流路５５１における塗布液の流通量を加減したり、各吐出口５５０からの塗布液の吐出の開始および停止タイミングを調整することができる。このように、開閉機構により独自に吐出制御される吐出口を、以下では必要に応じて「制御対象吐出口」と称する。一方、上記を除く中央部分に配置された塗布液流路５５１には開閉機構が設けられない。したがって、これらの流路に連通する吐出口５５０からの塗布液の吐出は、マニホールド空間Ｍ内の塗布液への加圧、すなわちシリンジポンプ５２１の動作によって一括して制御されることになる。
【００５８】
なお、開閉機構５５６を設けることによって、これに対応する吐出口５５０からの塗布液の吐出を他の吐出口と完全に独立して制御できるというわけではない。つまり、本実施形態の開閉機構５５６が有するのは、シリンジポンプ５２１からの加圧によって制御対象吐出口から吐出されようとする塗布液を制限する機能である。したがって、開閉機構５５６が設けられた塗布液流路５５１に対応する吐出口５５０（すなわち制御対象吐出口）のみから塗布液を吐出させることが可能な構造ではない。
【００５９】
本実施形態の吐出ノズル５５は、図２に例示するパターンのうちフィンガー電極Ｆの形成に用いられる。このケースでは、図３に示すように、基板Ｗ中央部の矩形領域ＲＲに形成されるパターンＦｒは全て同一長である一方、両側の端部領域ＥＲに形成されるパターンＦｅはこれより短い。このようなパターンを形成する際に、上記構成の吐出ノズル５５を好適に用いることが可能である。
【００６０】
より詳しくは、形成すべきパターンのうち、基板Ｗの矩形領域ＲＲに形成されるパターンＦｒは全て同じ長さであるため、これらを形成するための塗布液の吐出は一括制御されてよい。一方、端部領域ＥＲに形成されるパターンＦｅについては、これらを形成するための塗布液の吐出は個別に制御される必要があり、しかも、その求められる制御は、一括制御される吐出を一時的に制限することによって実現可能なものである。
【００６１】
したがって、上記構成を有し吐出口５５０の個数が形成すべきパターンの本数に対応した吐出ノズル５５を用いて、端部領域用のパターンＦｅを制御対象吐出口からの塗布液により、矩形領域用のパターンＦｒをその他の吐出口からの塗布液により形成することで、目的は達成される。以下、図２のパターンを形成するための具体的な方法について説明する。なお、図２のパターンはフィンガー電極Ｆに加えてバス電極Ｂを有するものであるが、ここではそのうちフィンガー電極を形成する方法について説明する。
【００６２】
図７はこの実施形態によるパターン形成処理を示すフローチャートである。また図８は図７の処理における各部の動作を示すタイミングチャートである。この処理は、形成すべきパターンの本数に対応する２６個の吐出口５５０を有する吐出ノズル５５を用いて実行される。吐出口５５０の列のうち両外側の３個ずつの吐出口が、開閉機構５５６が設けられた制御対象吐出口となっている。図８に示す符号Ｐ1ないしＰ3およびＰ24ないしＰ26は、制御対象吐出口を特定するための符号であり、図３（ａ）に記載されたものに対応している。すなわち、２６個の吐出口のうち最外側に位置する制御対象吐出口が符号Ｐ1，Ｐ26、これより１つ内側の制御対象吐出口を符号Ｐ2，Ｐ25、さらにこれより１つ内側の制御対象吐出口を符号Ｐ3，Ｐ24として表している。これらを除く残り２０個の吐出口は開閉機構を有しないものであり、矩形領域ＲＲのパターンＦｒの形成に用いられる。
【００６３】
この処理では、最初に基板Ｗをパターン形成装置１に搬入し、パターンを形成すべき面を上向きにしてステージ３に載置する（ステップＳ１０１）。また、開閉機構５５６を作動させて、吐出口列における端部にある制御対象吐出口を全て閉塞しておく（ステップＳ１０２）。塗布液の流れ出しが防止されれば足り、流路の完全なる閉塞を要しないことは前述した通りである。
【００６４】
この状態で、ステージ移動機構２によりステージ３をＸ方向に移動させ（ステップＳ１０３、時刻Ｔ1）、次いで、吐出ノズル５５が基板ＷのＸ方向端部の直上に移動してくるタイミングで、シリンジポンプ５２１による塗布液への加圧を開始する（ステップＳ１０４、時刻Ｔ2）。このとき、制御対象吐出口Ｐ1〜Ｐ3，Ｐ24〜Ｐ26は閉塞されており、したがって制御対象吐出口でない中央部分に位置する吐出口のみから塗布液の吐出が開始される。これにより矩形領域ＲＲのパターンＦｒが形成開始される。
【００６５】
その後、以下の手順で制御対象吐出口を順次開放する（ステップＳ１０５）。すなわち、シリンジポンプ５２１の加圧を開始してから所定時間経過後に制御対象吐出口のうち最も中央に近い吐出口Ｐ3，Ｐ24の閉塞をまず解除し、塗布液流路を開放する（時刻Ｔ3）。次いでこれらの外側に隣接する制御対象吐出口Ｐ2，Ｐ25を開放し（時刻Ｔ4）、最後に最も外側の制御対象吐出口Ｐ1，Ｐ26を開放する（時刻Ｔ5）。これにより、基板Ｗの端部領域ＥＲには、吐出口の開放タイミングに応じて始端位置がそれぞれ異なるパターンＦｅが形成される。
【００６６】
そのまま基板Ｗに対する吐出ノズル５５の走査移動を継続することで、基板Ｗ上には互いに平行な２６本の電極パターンが形成されてゆく。基板Ｗが所定位置に達するまでこの状態を継続した後（ステップＳ１０６）、開放した順序とは逆の順序で、各制御対象吐出口を順次閉塞する（ステップＳ１０７）。すなわち、時刻Ｔ6において最も外側の制御対象吐出口Ｐ1，Ｐ26を閉塞し、その後の時刻Ｔ7においてこれらに隣接する制御対象吐出口Ｐ2，Ｐ25を閉塞する。そして、時刻Ｔ8において最も内側の制御対象吐出口Ｐ3，Ｐ24を閉塞する。吐出口の閉塞に伴って、当該吐出口からの塗布液によるパターン形成が少しずつ時間差を持って順次終了する。したがって、これらのパターンの終端位置も異なったものとなる。
【００６７】
この時点で、制御対象吐出口ではない吐出口からの塗布液の吐出は継続しているが、シリンジポンプ５２１からの加圧を停止することで（ステップＳ１０８、時刻Ｔ9）、これらの吐出口からの塗布液によるパターン形成も終了する。その後、ステージ３の移動を停止し（ステップＳ１０９、時刻Ｔ10）、フィンガー電極パターンＦ（Ｆｒ，Ｆｅ）が形成された基板Ｗが搬出されて（ステップＳ１１０）、処理が完了する。
【００６８】
以上のようなパターン形成処理によると、基板Ｗの中央部の矩形領域ＲＲでは、互いに平行で長さの等しいパターンＦｒが形成される。一方、基板両端の端部領域ＥＲでは、基板Ｗの外側に近いほどパターンの形成開始が遅く、しかも形成終了が早くなる。基板Ｗと吐出ノズル５５とは一定速度で相対移動しているため、形成のタイミングの差異は基板Ｗ上におけるパターンの始端および終端位置に反映されて、最終的には図２および図３に示すようなフィンガー電極パターンＦが形成される。この間、基板Ｗに対する吐出ノズル５５の走査移動は１回のみである。
【００６９】
以上のように、この実施形態では、単一のマニホールド空間Ｍに複数の吐出口５５０を連通させる。そして、このうちの一部については、必要に応じて塗布液流路５５１を閉塞する開閉機構５５６を設けて制御対象吐出口とし、個別に塗布液の吐出タイミングを制御できるようにしている。その他の吐出口については、マニホールド空間Ｍへの加圧によって吐出タイミングが制御される。
【００７０】
このような構成によれば、吐出ノズル５５の走査移動によって一度に形成される多数のライン状パターンのうちの一部について、パターンの始端位置および終端位置を他のパターンと異ならせることができる。そのため、図２に示すような異形基板であっても、その全面に効率よくパターンを形成することができる。
【００７１】
また、流路を閉塞するための構成としては、流路の側壁面の一部を弾性部材により構成し、該弾性部材を外部から押圧することによって弾性変形させ、流路断面積を変化させる。このような構成によれば、複雑な機構を用いることなく、また流路からの塗布液の漏れを防止しながら、塗布液の流通を適切に制御することができる。また、不純物の発生原因となる機構部品を流路上に配する必要がなく、塗布液への不純物の混入を防止することが可能である。
【００７２】
以上説明したように、この実施形態では、ステージ３が本発明の「基板保持手段」として機能しており、ステージ移動機構２が本発明の「走査移動手段」として機能している。また、塗布ノズル体５２および吐出ノズル５５が本発明の「ノズル体」および「ハウジング」としてそれぞれ機能しており、マニホールド空間Ｍが本発明の「液溜まり部」に相当している。また、この実施形態では、開閉機構５５６が本発明の「吐出制御手段」として機能しており、そのうちプッシュロッド５５６２が本発明の「押圧部材」として機能している。さらに、この実施形態では、シリンジポンプ５２１が本発明の「加圧手段」として機能している。
【００７３】
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、塗布液流路５５１の断面形状が略矩形であるが、流路の形状はこれに限定されず任意である。例えば、断面Ｕ字またはＶ字形状の溝部の開口を弾性部材によって覆うことにより流路を形成するようにしてもよい。カバー部材５５ｃに設けられた貫通孔の形状についても同様である。
【００７４】
また例えば、上記実施形態では、ハウジング本体５５ａに形成された溝部５５３の開口部分を弾性部材５５ｂで覆うことによって管状の塗布液流路５５１を構成しているが、このような構成に限定されず、流路の少なくとも一部壁面が弾性部材により構成されていればよい。この点において、例えば大部分がハウジングに埋設された流路の一部のみがハウジング表面に露出し、これを弾性部材で覆うことで流路を構成するものであってもよい。また例えば、高剛性材料の外管および弾性材料の内管の二重管構造を有する流路とし、外管の一部を切り欠いて内管を露出させた構造であってもよい。
【００７５】
また例えば、上記実施形態では、一列に並ぶ吐出口のうち外側の一部を制御対象吐出口としているが、これに限定されない。すなわち、吐出口の配列が上記とは異なったものであってもよく、またどの吐出口を制御対象吐出口とするかは任意であり、これらのいずれにも本発明を適用することが可能である。また、全ての吐出口を制御対象吐出口としても構わない。また、上記実施形態では吐出ノズル５５における制御対象吐出口の配列が中心に対する対称性を有しているが、このことは必須の要件ではない。
【００７６】
また例えば、上記実施形態では、太陽電池セルＳを形成するのに、まずシリコン単結晶基板Ｗにフィンガー電極パターンＦを形成し、次いでバス電極Ｂを形成している。しかしながら、これらの順番はこれに限定されず、例えばバス電極パターンＢが既に形成された基板をパターン形成装置１に搬入してフィンガー電極パターンＦを形成するようにしてもよい。
【００７７】
また、上記実施形態では光硬化性樹脂を含む塗布液に対して光照射を行うことで塗布液を硬化させ電極を得ているが、塗布液が光硬化性樹脂を含むことおよび塗布液に対して光照射を行うことは必須の要件ではない。また上記実施形態では塗布ヘッド部５を固定して基板Ｗを載置したステージ３を移動させて基板Ｗに対するノズル体の相対移動を実現しているが、基板を固定しノズル体を移動させる構成であってよい。
【００７８】
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、上記実施形態における基板の形状やパターンの本数はその一例を示したものであり、本発明の適用範囲がこれらに限定されるものではない。
【００７９】
また、上記各実施形態では単結晶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】
【００８０】
この発明は、基板上のパターン、例えば太陽電池基板上の電極配線パターンを形成する装置および方法に適用可能であり、特に矩形形状でない異形基板に長さの異なるパターンを形成する場合に好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００８１】
２ ステージ移動機構（走査移動手段）
３ ステージ（基板保持手段）
５２ 塗布ノズル体（ノズル体）
５５ 吐出ノズル（ハウジング）
５５ａ ハウジング本体
５５ｂ 弾性部材
５５ｃ カバー部材
５２１ シリンジポンプ（加圧手段）
５５０ 吐出口
５５１ 塗布液流路
５５５ 貫通孔
５５６ 開閉機構（吐出制御手段）
５５６２ プッシュロッド（押圧部材）
Ｍ マニホールド空間（液溜まり部）
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】
基板上に所定のパターンを形成する技術として、パターンを形成するための材料を含んだ塗布液を基板上に塗布しこれを硬化させるようにしたものがある。例えば本願出願人が先に開示した特許文献１に記載の技術は、光電変換面を有する基板に配線パターンを形成して光電変換デバイスを製造する技術に適用可能なものであり、この技術では、多数の吐出口を有するノズルを基板に対し走査移動させるとともに、各吐出口からパターン形成材料を含む塗布液を吐出させることによって、互いに平行で長さの等しい多数のライン状パターンを基板上に形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】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】
ところで、この種のパターン形成技術によってパターンを形成すべき基板の形状は様々である。例えば、太陽電池セルの基板として用いられる単結晶シリコン基板としては、正方形の四隅を切り落としたような八角形としたものがある。これは、円形の単結晶シリコンウエハの面積を有効に活用するためである。そのため、形成すべきパターンの長さは必ずしも一定ではない。
【０００５】
しかしながら、上記技術で形成されるパターンの長さは全て同じであり、このような矩形形状ではない基板（以下、「異形基板」という）に対し、塗布により効率よくパターンを形成する技術については、これまでのところ確立されるに至っていなかった。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板に塗布液を塗布して所定のパターンを形成するパターン形成技術において、異形基板に効率よくパターン形成を行うことのでき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】
【０００７】
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、パターンを形成するための材料を含む塗布液を保持する液溜まり部を有するとともに、それぞれが前記液溜まり部と連通し該液溜まり部に貯留された前記塗布液を吐出する複数の吐出口を有するノズル体と、前記基板保持手段に保持された前記基板に対して相対的に前記ノズル体を走査移動させる走査移動手段と、前記複数の吐出口のうち少なくとも１つを制御対象吐出口として、該制御対象吐出口からの前記塗布液の吐出およびその停止を制御する吐出制御手段とを備え、前記ノズル体は、前記液溜まり部から前記吐出口まで連通する塗布液の流路が形成されるとともに前記制御対象吐出口に連通する前記流路の側面の少なくとも一部を露出させたハウジングと、前記流路の露出部分を覆って閉塞することで前記塗布液を前記流路に沿って流通させる弾性部材とを備える一方、前記吐出制御手段は、前記弾性部材を前記流路の内部に向けて押圧する押圧部材を備え、該押圧部材の前記流路内部への押し込み量を変化させて当該制御対象吐出口からの前記塗布液の吐出およびその停止を制御することを特徴としている。
【０００８】
このように構成された発明では、ノズル体に設けられた複数の吐出口の少なくとも一部が制御対象吐出口となっており、他の吐出口とは独立して塗布液の吐出・停止を制御することが可能である。その理由は以下の通りである。塗布液は液溜まり部と制御対象吐出口とを連通させる流路に沿って流れるが、上記構成ではノズル体を構成するハウジングにおいて該流路の一部が露出しており、これを弾性部材で覆っている。このため、流路の側壁面の一部が弾性部材により構成されることとなる。この弾性部材を押圧し弾性変形させることで流路の断面積を変化させ、流路を流通する塗布液の量を制御することができる。
【０００９】
パターン材料を含む塗布液の持つ例えば粘性、チクソ性および表面張力等の物理的特性により、流路を完全に閉塞しなくても塗布液の流通を停止させることは可能である。したがって、この発明では、押圧部材の流路内部への押し込み量を変化させることで制御対象吐出口からの塗布液の吐出・停止を制御することが可能である。そのため、上記したような異形基板に対しても所定のパターンを効率よく形成することができる。
【００１０】
この発明において、例えば、複数の吐出口がノズル体の底部に列状に配置され、走査移動手段はノズル体を吐出口の配列方向と異なる方向に走査移動させるようにしてもよい。こうすることで、ノズル体の１回の走査移動で互いに平行な塗布液によるライン状パターンを複数形成することができる。
【００１１】
ここで、例えば列状に配列された複数の吐出口のうち、外側に位置する所定個数の吐出口を制御対象吐出口とするようにしてもよい。例えば前記した八角形の基板にパターンを形成する場合、該基板に形成すべきパターンの長さは基板の中央部ではほぼ一定でよいが、端部ではより短いパターンが必要となる。列状に配列された複数の吐出口のうち外側のものを制御対象吐出口とすることで、このような異形基板にも効率よくパターン形成を行うことができる。
【００１２】
この発明の具体的態様として、例えば、ハウジングは一の主面に流路の側壁となる溝部を複数並べて設けたハウジング本体と、該複数の溝部を一括して覆う平板状またはシート状の弾性部材を挟んでハウジング本体の主面と対向するカバー部材とを備え、カバー部材には制御対象吐出口に対応する溝部に臨む弾性部材を部分的に露出させる貫通孔が設けられて、該貫通孔に押圧部材が設けられる構造としてもよい。
【００１３】
このような構成では、弾性部材がハウジング本体とカバー部材とで挟み込まれた構造となる。そして、ハウジング本体に設けられた溝部の壁面と溝部を覆う弾性部材の表面とで囲まれた領域が塗布液の流路として機能する。カバー部材は、流路を圧送される塗布液により弾性部材が浮き上がるのを防止するバックアップ材として機能する。そして、カバー部材の貫通孔を通して露出する弾性部材を押圧することで、流路の断面積を加減することができる。
【００１４】
この場合において、例えば、制御対象吐出口が複数設けられ、複数の制御対象吐出口に対応する複数の溝部が連続した一体の弾性部材によって覆われる一方、複数の制御対象吐出口のそれぞれに対応する流路の各々に対して個別に貫通孔が設けられるようにしてもよい。複数の溝部を連続した弾性部材で覆い、さらにカバー部材によって弾性部材を押さえることで、溝部と弾性部材との隙間から液漏れが生じるのを確実に防止することができる。また、貫通孔を各流路ごとに個別に設けることで、隣接する流路間での塗布液のクロストークを抑えることができる。
【００１５】
なお、溝部に臨む弾性部材の厚さは、例えば溝部の深さ以上とすることができる。溝部の深さに対して弾性部材が薄いと、押圧による流路への弾性部材のせり出し量を大きくすることが難しく、流路断面積の変化量、すなわち塗布液の流通量に対する調整範囲が限定的となってしまう。弾性部材の厚さを例えば溝部の深さ以上とすることで、弾性部材が押圧されることにより流路断面の大部分を閉塞することが可能となり、塗布液の流通量に対する調整範囲を広くすることができる。
【００１６】
また、本発明のパターン形成装置では、例えば液溜まり部に保持された塗布液を加圧する加圧手段を備え、塗布液への加圧力を増減して各吐出口からの塗布液の吐出を制御するようにしてもよい。液溜まり部の塗布液への加圧によって、液溜まり部に連通する全ての吐出口からの塗布液の吐出・停止を一括して制御することができる。これに個別の制御、すなわち上記構成による制御対象吐出口からの吐出制御を適宜組み合わせることにより、多様な基板形状やパターンにも対応して効率よくパターン形成を行うことが可能となる。
【００１７】
また、例えば、複数の制御対象吐出口について、吐出制御手段は各制御対象吐出口からの吐出タイミングを異ならせるようにしてもよい。これにより、長さが様々に異なるパターンをノズル体の１回の走査移動で同時に形成することが可能となる。
【００１８】
本発明は、塗布液がペースト状のものである場合に特に優れた効果を奏する。粘度が比較的高いペースト状の塗布液では、流路の完全な閉塞によらずとも吐出を停止させることができるからである。
【００１９】
また、弾性部材としては、柔軟性および弾性に富み、加圧による破損や不純物の滲出の少ないものが望ましく、このような用途には例えばシリコーンゴムまたはフッ素ゴム製のものを好適に適用することができる。
【００２０】
また、この発明にかかるパターン形成方法は、正方形の四隅を切り落とした形である八角形の基板の表面に、互いに平行な複数のストライプ状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、パターンを形成するための材料を含む塗布液を保持する液溜まり部にそれぞれ連通する複数の吐出口を列状に配したノズル体を前記基板に対し相対的に走査移動させるとともに、前記各吐出口から前記塗布液を吐出させて前記基板に塗布し、前記列状に配列された前記複数の吐出口のうち、外側に位置する所定個数の前記吐出口を制御対象吐出口として、前記液溜まり部と前記制御対象吐出口とを連通させる前記塗布液の流路の側壁面の一部を弾性部材により形成し、該弾性部材を前記流路側に押圧して前記流路の断面積を変化させて、前記制御対象吐出口からの前記塗布液の吐出およびその停止を制御することを特徴としている。
【００２１】
前述の説明から明らかなように、このように構成された発明では、列状に並んだ吐出口のうち外側に位置する所定数のものが制御対象吐出口として他の吐出口とは独立して塗布液の吐出・停止を制御することが可能となっている。したがって、八角形の基板に対し、対向する辺が平行である中央部分には比較的長いパターンを形成する一方、両端部分にはこれより短いパターンを形成することができ、しかもこれらを１回のノズル体の走査移動により効率よく形成することができる。
【発明の効果】
【００２２】
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、複数の吐出口の少なくとも一部を制御対象吐出口とすることで、１回のノズル体の走査移動で互いに長さの異なる複数のパターンを形成することができる。これにより、矩形形状でない異形基板に対しても効率よくパターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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】図１のパターン形成装置を用いて形成される太陽電池セルの例を示す図である。
【図３】図１の装置によるフィンガー電極形成の様子を模式的に示す図である。
【図４】吐出ノズルの構造を示す分解斜視図である。
【図５】組立後の吐出ノズルの外観および断面構造を示す図である。
【図６】開閉機構の構成および動作を示す図である。
【図７】この実施形態によるパターン形成処理を示すフローチャートである。
【図８】図７の処理における各部の動作を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
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を跨ぐようにしてフレーム１２１が固定され、フレーム１２１には塗布ヘッド部５が取り付けられている。
【００２６】
ステージ移動機構２は、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。
【００２７】
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、塗布ヘッド部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。
【００２８】
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。
【００２９】
塗布ヘッド部５のベース５１には、液状（ペースト状）の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基板Ｗに向けて吐出する塗布ノズル体５２が設けられている。塗布ノズル体５２は、内部が空洞となって塗布液を貯留するシリンジポンプ５２１と、該ポンプ５２１の内部空間に挿入されたプランジャ５２４とを備えている。プランジャ５２４は、制御部６により駆動制御されるモータ、ソレノイド等のアクチュエータまたは圧縮空気等によって上下駆動され、シリンジポンプ５２１の内部空間に貯留された塗布液を加圧する。
【００３０】
また、塗布ノズル体５２の下部には塗布液を基板Ｗに向けて吐出する機能を有する吐出ノズル５５が取り付けられている。吐出ノズル５５の詳しい構造については後述するが、その内部にはシリンジポンプ５２１の内部空間と連通する塗布液流路が設けられて、プランジャ５２４の作動によりシリンジポンプ５２１より圧送される塗布液を下端に開口する吐出口５５０から吐出する。
【００３１】
また、塗布ヘッド部５のベース５１には、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。光照射部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。
【００３２】
図２は図１のパターン形成装置を用いて形成される太陽電池セルの例を示す図である。この太陽電池セルＳは、単結晶シリコン基板Ｗの表面（光電変換面および反射防止膜が設けられた面）に、幅が細い多数のフィンガー配線パターンＦと、これらを横断するように設けられたより幅広のバス配線パターンＢとを設けた構造を有している。フィンガー配線パターンＦとバス配線パターンＢとはその交点において電気的に接続されている。
【００３３】
各部の寸法については、例えばフィンガー配線パターンＦの幅および高さが５０μｍ程度、バス配線パターンＢの幅が１．８ｍｍないし２．０ｍｍ、高さが５０μｍないし７０μｍとすることができるが、これらの数値に限定されるものではない。
【００３４】
シリコン基板Ｗは、概略正方形の四隅を切り取ってなる、中心軸Ｃに対して線対称な八角形をしている。これは、略円柱形に製造される単結晶シリコンロッドから切り出したウエハが円板形状をしており、その表面積を有効に利用して基板Ｗを作成する必要性から生じた形状である。
【００３５】
このため、基板Ｗ上に多数形成されるフィンガー電極Ｆは、基板Ｗの中央部の略矩形とみなせる矩形領域ＲＲでは一定の長さを有しているが、端部領域ＥＲではその形状に合わせて１本ごとに長さが異なっている。具体的には、矩形領域ＲＲに形成される複数の電極Ｆｒはいずれも基板Ｗの長さより少し短い同一の長さを有しているのに対し、端部領域ＥＲに形成される電極Ｆｅは、基板Ｗ端面の後退に伴って長さが変化し、基板最端部に近いものほど短くなっている。図２の例では、基板中央の矩形領域ＲＲに２０本の同一長の電極パターンＦｒ、基板両端部の端部領域ＥＲに互いに長さの異なる３本ずつの電極パターンＦｅがそれぞれ形成される。なお、これは単なる一例であり、パターンの本数はこれらに限定されるものではない。
【００３６】
吐出のオンオフが一括して制御される多数のノズルを基板に対し一体的に相対移動させてパターンを形成する従来技術では、このような形状の基板に対応することができなかった。また、各ノズルを個別にオンオフ制御するための具体的な技術はこれまで実用化されるに至っていない。これに対し、本実施形態のパターン形成装置１は、以下に詳述する構造の吐出ノズルを用いて塗布を行うことにより、図２のような異形基板に対してもパターン形成を効率よく行うことが可能となっている。
【００３７】
図３は図１の装置によるフィンガー電極形成の様子を模式的に示す図である。図３（ａ）に示すように、この装置１では、基板Ｗを載置したステージ２をＸ方向に移動させることによって、相対的に吐出ノズル５５を基板Ｗの表面に対して（−Ｘ）方向に走査移動させる。図３（ｂ）に示すように、吐出ノズル５５の下面にはノズル内部に形成された塗布液流路５５１と連通して開口する吐出口５５０が設けられている。
【００３８】
吐出口５５０は、吐出ノズル５５の下面に複数設けられており、これら複数の吐出口５５０はＹ方向に沿って１列に等間隔で配置される。Ｙ方向における吐出ノズル５５の寸法は同方向における基板Ｗの寸法と同程度またはそれ以上である。したがって、基板Ｗに対して吐出ノズル５５を１回走査移動させるのみで、基板Ｗの全面にフィンガー電極パターンＦｒ，Ｆｅを形成することができる。
【００３９】
塗布液としては、導電性ペースト、すなわち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。また、塗布液の粘度は、光照射による硬化処理を実行する前において例えば５０Ｐａ・ｓ（パスカル秒）以下で、硬化処理を実行した後は３５０Ｐａ・ｓ以上になることが好ましい。
【００４０】
吐出口５５０から基板Ｗ表面に吐出された直後の塗布液に対して、ノズルの走査移動方向（−Ｘ方向）における吐出口５５０の後方に配置された光照射部５３からの出射光Ｌが照射される。これにより、吐出直後の断面形状を維持したまま塗布液が硬化し、電極パターンＦｒ，Ｆｅが形成される。吐出口５５０の形状、塗布液の粘度および光照射条件を適宜に設定することにより種々の断面形状を有するパターンを形成することができ、特にパターン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。
【００４１】
図４は吐出ノズルの構造を示す分解斜視図である。また、図５は組立後の吐出ノズルの外観および断面構造を示す図である。より詳しくは、図５（ａ）は組立後の吐出ノズル５５の外観を示す斜視図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。また図５（ｃ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図である。なお、ここでは理解を容易にするために、吐出ノズル５５に設けられる吐出口の数を減らして図示している。
【００４２】
吐出ノズル５５は、それぞれが剛性の高い材料、例えばステンレスのような金属材料またはセラミック材料等により形成されたハウジング本体５５ａとカバー部材５５ｃとにより、弾性および耐薬品性を有する例えばシリコーンゴムまたはフッ素ゴム（例えばバイトン；登録商標）製のシートからなる平板状の弾性部材５５ｂを挟み込んだ構造を有している。ハウジング本体５５ａとカバー部材５５ｃとは例えばネジ等の締結部材によって互いに固結されているが、ここでは締結部材の図示を省略している。
【００４３】
ハウジング本体５５ａの内部はくり抜かれて窪部５５２となっており、弾性部材５５ｂが重ね合わされた状態で窪部５５２と弾性部材５５ｂとで囲まれる空間Ｍが塗布液を一時的に保持するマニホールドとして機能する。カバー部材５５ｃはマニホールド空間Ｍの内圧により弾性部材５５ｂが外部へ膨らむのを防止するバックアップ材として機能しており、弾性部材５５ｂはハウジング本体５５ａとカバー部材５５ｃとの間を密封して塗布液が漏れ出すのを防止するパッキンとしての機能を有している。
【００４４】
ハウジング本体５５ａの窪部５５２から一方端面（図４において手前側）に向けて複数の溝部５５３が一列に並べて設けられており、弾性部材５５ｂが重ね合わされた状態で溝部５５３と弾性部材５５ｂとで囲まれる細長い空間が塗布液流路５５１として機能する。つまり、溝部５５３は、管状の塗布液流路５５１の側壁面の一部を露出させたものに相当しており、これを弾性部材５５ｂによって覆うことで、管状の塗布液流路５５１が形成される。また、こうして形成された塗布液流路５５１は吐出ノズル５５の一方端面で開口し、該開口が吐出口５５０として機能する。
【００４５】
このようにして、吐出ノズル５５内部のマニホールド空間Ｍ、吐出ノズル５５の端面に開口する吐出口５５０およびマニホールド空間Ｍと各吐出口５５０とを連通させる塗布液流路５５１が形成される。なお、図４の例では説明の便宜上８本の溝部５５３が図示されているが、実際には形成すべきパターンの本数（図２の例では２６本）に対応する溝部が形成される。
【００４６】
また、ハウジング本体５５ａの窪部５５２から、吐出口５５０が開口する端面とは反対側の他方端面（図４において奥側）に向けて、窪部５５２と連通してハウジング本体５５ａの他方端面に開口する塗布液導入部５５４が設けられており、塗布液導入部５５４はシリンジポンプ５２１と接続される。
【００４７】
以上のような構成により、この吐出ノズル５５では、シリンジポンプ５２１から送り出された塗布液は塗布液導入部５５４を介してマニホールド空間Ｍに一時的に保持され、それぞれマニホールド空間Ｍに連通する塗布液流路５５１を通して各吐出口５５０から外部へ吐出される。
【００４８】
カバー部材５５ｃには、上面から下面へ貫通する貫通孔５５５が設けられている。図５（ｂ）および図５（ｃ）に示すように、貫通孔５５５は、組立後の吐出ノズル５５における一部の塗布液流路５５１に対応する位置に設けられている。より詳しくは、組立後の吐出ノズル５５においては、一列に配置された溝部５５３のうち両外側のそれぞれ所定数（図４の例では２本ずつ）の溝部５５３の一部が弾性部材５５ｂを介して貫通孔５５５に臨む位置となるように、言い換えれば弾性部材５５ｂを除いたとき貫通孔５５５を通して当該溝部５５３の一部が露出するように、溝部５５３と貫通孔５５５との位置関係が設定されている。貫通孔５５５の断面寸法は溝部５５３の幅よりも大きくなっている。その理由は後述する。
【００４９】
以下に説明するように、この貫通孔５５５には、貫通孔５５５に臨む溝部５５３が弾性部材５５ｂとともに構成する塗布液流路５５１を開閉するための開閉機構５５６が取り付けられる。
【００５０】
図６は開閉機構の構成および動作を示す図である。図６（ａ）に示すように、開閉機構５５６は、制御部６により制御されるアクチュエータ５５６１と、該アクチュエータ５５６１に取り付けられたプッシュロッド５５６２とを備えている。アクチュエータ５５６１は、制御部６からの制御指令に応じてプッシュロッド５５６２を溝部５５３側に向けて変位させることで弾性部材５５ｂを溝部５５３側に押圧し、また該押圧を解除するように動作するものである。例えば圧縮空気により動作するピストン、圧電素子、ソレノイドなど任意の構造のものを用いることができる。また、アクチュエータ５５６１とプッシュロッド５５６２とは一体のものであってもよい。
【００５１】
各開閉機構５５６は制御部６によって個別に動作制御されており、例えば図６（ｂ）に示すように一の（図において左側の）開閉機構５５６に対して制御指令が与えられると、当該開閉機構５５６のアクチュエータ５５６１がプッシュロッド５５６２を押し下げる。これにより、弾性部材５５ｂが弾性変形し、溝部５５３の底部に向けてせり出してくる。その結果、溝部５５３の壁面と弾性部材５５ｂとによって形成される塗布液流路５５１の断面積が減少し、塗布液流路５５１を流れる塗布液の量が規制される。粘度の高いペースト状の塗布液では、このように塗布液流路５５１の断面積がある程度まで小さくなるとほとんど流通が生じなくなる。したがってこのような塗布液を用いる場合には流路が完全に閉塞されることを必須とするものではない。一方、アクチュエータ５５６１による押圧が解除されると、弾性部材５５ｂが復元して塗布液流路５５１の断面積は元に戻る。
【００５２】
このように、この実施形態では、塗布液流路５５１を構成する溝部５５３に対応して設けた貫通孔５５５に開閉機構５５６を設け、塗布液流路５５１の側壁の一部をなす弾性部材５５ｂを押圧して弾性変形させ塗布液流路５５１の断面積を変化させる。こうすることにより、塗布液流路５５１を流通する塗布液の量を制御する。塗布液流路５５１の断面積についてはプッシュロッド５５６２の押し込み量によって加減することが可能であり、また粘度の高いペースト状の塗布液については流路断面積がある程度まで小さくなれば流通が停止するため、上記構成により、塗布液流路５５１を流通して吐出口５５０から吐出される塗布液の吐出をオン・オフ制御することが可能である。
【００５３】
ここで、弾性部材５５ｂの厚さと溝部５５３の深さとの関係について考察する。図６（ａ）に示すように、弾性部材５５ｂの厚さＴａは溝部５５３の深さＤａと同程度、またはこれ以上であることが望ましい。比較例として図６（ｃ）に示すように、弾性部材Ｘ1の厚さＴｂが溝部Ｘ2の深さＤｂよりも小さいとき、開閉機構Ｘ3からの押圧により溝部Ｘ2内にせり出す弾性部材Ｘ1の量が少なく、結果として流路断面積を制限する効果が小さくなる。このため、流路における塗布液の流通量の調整範囲が狭くなり、流通を完全に停止させることができない等の問題が生じうる。弾性部材５５ｂの厚さＴａを溝部５５３の深さＤａと同程度以上としておけば、流路の大部分を弾性部材の弾性変形によって閉塞することが可能となり、塗布液の流通量の調整範囲を広く、また必要に応じて確実に流路を閉塞させることができる。
【００５４】
また、図６（ａ）に示すように、この実施形態では、溝部５５３の幅Ｗａよりも貫通孔５５５の開口幅Ｗｂが大きくなるようにして、溝部５５３の幅Ｗａよりも大きな幅Ｗｃを有するプッシュロッド５５６２によって弾性部材５５ｂを押圧している。比較例として図６（ｄ）に示すように、溝部Ｘ4の幅よりも細いプッシュロッドＸ5を設けても吐出制御は可能である。ただしこの場合、溝部Ｘ4に押し込まれた弾性部材Ｘ6に大きなせん断力が作用するため、弾性部材が破損するおそれがある。すなわち、このような構成では装置の耐久性が低下する。このような問題を解消するためには、溝部５５３の幅よりも太いプッシュロッド５５６２を用いることがより好ましい。
【００５５】
また、貫通孔５５５は、吐出を制御すべき流路５５１の１つずつに対応して個別に設けられる。隣接する２つ以上の流路５５１に対して共通の貫通孔を設けることも考えられるが、このようにした場合、１つの流路５５１に対して設けられた開閉機構５５６が弾性部材５５ｂを押圧した際の弾性変形によって溝部５５３の周囲の弾性部材５５ｂが浮き上がり、ハウジング本体との間に隙間が生じて隣接する流路同士が接続されてしまうおそれがある。各流路に対して個別に貫通孔５５５を設ければ、貫通孔５５５の周囲の弾性部材５５ｂをカバー部材５５ｃによって押さえておくことができるので、隣接する流路間での液漏れを確実に防止することができる。
【００５６】
上記構成の吐出ノズル５５を有するパターン形成装置１では、制御部６からの制御指令に応じてシリンジポンプ５２１が動作すると、内部に貯留されたパターン形成材料を含む塗布液が加圧され、該塗布液はシリンジポンプ５２１から吐出ノズル５５に圧送される。吐出ノズル５５に送られた塗布液はマニホールド空間Ｍを介して当該マニホールド空間Ｍに連通する各塗布液流路５５１に流れ、最終的には各吐出口５５０から吐出される。
【００５７】
一列に配置された塗布液流路５５１のうち、両端部寄りの所定数のものについては流路上に開閉機構５５６が設けられており、各開閉機構５５６を個別に制御することで、当該塗布液流路５５１における塗布液の流通量を加減したり、各吐出口５５０からの塗布液の吐出の開始および停止タイミングを調整することができる。このように、開閉機構により独自に吐出制御される吐出口を、以下では必要に応じて「制御対象吐出口」と称する。一方、上記を除く中央部分に配置された塗布液流路５５１には開閉機構が設けられない。したがって、これらの流路に連通する吐出口５５０からの塗布液の吐出は、マニホールド空間Ｍ内の塗布液への加圧、すなわちシリンジポンプ５２１の動作によって一括して制御されることになる。
【００５８】
なお、開閉機構５５６を設けることによって、これに対応する吐出口５５０からの塗布液の吐出を他の吐出口と完全に独立して制御できるというわけではない。つまり、本実施形態の開閉機構５５６が有するのは、シリンジポンプ５２１からの加圧によって制御対象吐出口から吐出されようとする塗布液を制限する機能である。したがって、開閉機構５５６が設けられた塗布液流路５５１に対応する吐出口５５０（すなわち制御対象吐出口）のみから塗布液を吐出させることが可能な構造ではない。
【００５９】
本実施形態の吐出ノズル５５は、図２に例示するパターンのうちフィンガー電極Ｆの形成に用いられる。このケースでは、図３に示すように、基板Ｗ中央部の矩形領域ＲＲに形成されるパターンＦｒは全て同一長である一方、両側の端部領域ＥＲに形成されるパターンＦｅはこれより短い。このようなパターンを形成する際に、上記構成の吐出ノズル５５を好適に用いることが可能である。
【００６０】
より詳しくは、形成すべきパターンのうち、基板Ｗの矩形領域ＲＲに形成されるパターンＦｒは全て同じ長さであるため、これらを形成するための塗布液の吐出は一括制御されてよい。一方、端部領域ＥＲに形成されるパターンＦｅについては、これらを形成するための塗布液の吐出は個別に制御される必要があり、しかも、その求められる制御は、一括制御される吐出を一時的に制限することによって実現可能なものである。
【００６１】
したがって、上記構成を有し吐出口５５０の個数が形成すべきパターンの本数に対応した吐出ノズル５５を用いて、端部領域用のパターンＦｅを制御対象吐出口からの塗布液により、矩形領域用のパターンＦｒをその他の吐出口からの塗布液により形成することで、目的は達成される。以下、図２のパターンを形成するための具体的な方法について説明する。なお、図２のパターンはフィンガー電極Ｆに加えてバス電極Ｂを有するものであるが、ここではそのうちフィンガー電極を形成する方法について説明する。
【００６２】
図７はこの実施形態によるパターン形成処理を示すフローチャートである。また図８は図７の処理における各部の動作を示すタイミングチャートである。この処理は、形成すべきパターンの本数に対応する２６個の吐出口５５０を有する吐出ノズル５５を用いて実行される。吐出口５５０の列のうち両外側の３個ずつの吐出口が、開閉機構５５６が設けられた制御対象吐出口となっている。図８に示す符号Ｐ1ないしＰ3およびＰ24ないしＰ26は、制御対象吐出口を特定するための符号であり、図３（ａ）に記載されたものに対応している。すなわち、２６個の吐出口のうち最外側に位置する制御対象吐出口が符号Ｐ1，Ｐ26、これより１つ内側の制御対象吐出口を符号Ｐ2，Ｐ25、さらにこれより１つ内側の制御対象吐出口を符号Ｐ3，Ｐ24として表している。これらを除く残り２０個の吐出口は開閉機構を有しないものであり、矩形領域ＲＲのパターンＦｒの形成に用いられる。
【００６３】
この処理では、最初に基板Ｗをパターン形成装置１に搬入し、パターンを形成すべき面を上向きにしてステージ３に載置する（ステップＳ１０１）。また、開閉機構５５６を作動させて、吐出口列における端部にある制御対象吐出口を全て閉塞しておく（ステップＳ１０２）。塗布液の流れ出しが防止されれば足り、流路の完全なる閉塞を要しないことは前述した通りである。
【００６４】
この状態で、ステージ移動機構２によりステージ３をＸ方向に移動させ（ステップＳ１０３、時刻Ｔ1）、次いで、吐出ノズル５５が基板ＷのＸ方向端部の直上に移動してくるタイミングで、シリンジポンプ５２１による塗布液への加圧を開始する（ステップＳ１０４、時刻Ｔ2）。このとき、制御対象吐出口Ｐ1〜Ｐ3，Ｐ24〜Ｐ26は閉塞されており、したがって制御対象吐出口でない中央部分に位置する吐出口のみから塗布液の吐出が開始される。これにより矩形領域ＲＲのパターンＦｒが形成開始される。
【００６５】
その後、以下の手順で制御対象吐出口を順次開放する（ステップＳ１０５）。すなわち、シリンジポンプ５２１の加圧を開始してから所定時間経過後に制御対象吐出口のうち最も中央に近い吐出口Ｐ3，Ｐ24の閉塞をまず解除し、塗布液流路を開放する（時刻Ｔ3）。次いでこれらの外側に隣接する制御対象吐出口Ｐ2，Ｐ25を開放し（時刻Ｔ4）、最後に最も外側の制御対象吐出口Ｐ1，Ｐ26を開放する（時刻Ｔ5）。これにより、基板Ｗの端部領域ＥＲには、吐出口の開放タイミングに応じて始端位置がそれぞれ異なるパターンＦｅが形成される。
【００６６】
そのまま基板Ｗに対する吐出ノズル５５の走査移動を継続することで、基板Ｗ上には互いに平行な２６本の電極パターンが形成されてゆく。基板Ｗが所定位置に達するまでこの状態を継続した後（ステップＳ１０６）、開放した順序とは逆の順序で、各制御対象吐出口を順次閉塞する（ステップＳ１０７）。すなわち、時刻Ｔ6において最も外側の制御対象吐出口Ｐ1，Ｐ26を閉塞し、その後の時刻Ｔ7においてこれらに隣接する制御対象吐出口Ｐ2，Ｐ25を閉塞する。そして、時刻Ｔ8において最も内側の制御対象吐出口Ｐ3，Ｐ24を閉塞する。吐出口の閉塞に伴って、当該吐出口からの塗布液によるパターン形成が少しずつ時間差を持って順次終了する。したがって、これらのパターンの終端位置も異なったものとなる。
【００６７】
この時点で、制御対象吐出口ではない吐出口からの塗布液の吐出は継続しているが、シリンジポンプ５２１からの加圧を停止することで（ステップＳ１０８、時刻Ｔ9）、これらの吐出口からの塗布液によるパターン形成も終了する。その後、ステージ３の移動を停止し（ステップＳ１０９、時刻Ｔ10）、フィンガー電極パターンＦ（Ｆｒ，Ｆｅ）が形成された基板Ｗが搬出されて（ステップＳ１１０）、処理が完了する。
【００６８】
以上のようなパターン形成処理によると、基板Ｗの中央部の矩形領域ＲＲでは、互いに平行で長さの等しいパターンＦｒが形成される。一方、基板両端の端部領域ＥＲでは、基板Ｗの外側に近いほどパターンの形成開始が遅く、しかも形成終了が早くなる。基板Ｗと吐出ノズル５５とは一定速度で相対移動しているため、形成のタイミングの差異は基板Ｗ上におけるパターンの始端および終端位置に反映されて、最終的には図２および図３に示すようなフィンガー電極パターンＦが形成される。この間、基板Ｗに対する吐出ノズル５５の走査移動は１回のみである。
【００６９】
以上のように、この実施形態では、単一のマニホールド空間Ｍに複数の吐出口５５０を連通させる。そして、このうちの一部については、必要に応じて塗布液流路５５１を閉塞する開閉機構５５６を設けて制御対象吐出口とし、個別に塗布液の吐出タイミングを制御できるようにしている。その他の吐出口については、マニホールド空間Ｍへの加圧によって吐出タイミングが制御される。
【００７０】
このような構成によれば、吐出ノズル５５の走査移動によって一度に形成される多数のライン状パターンのうちの一部について、パターンの始端位置および終端位置を他のパターンと異ならせることができる。そのため、図２に示すような異形基板であっても、その全面に効率よくパターンを形成することができる。
【００７１】
また、流路を閉塞するための構成としては、流路の側壁面の一部を弾性部材により構成し、該弾性部材を外部から押圧することによって弾性変形させ、流路断面積を変化させる。このような構成によれば、複雑な機構を用いることなく、また流路からの塗布液の漏れを防止しながら、塗布液の流通を適切に制御することができる。また、不純物の発生原因となる機構部品を流路上に配する必要がなく、塗布液への不純物の混入を防止することが可能である。
【００７２】
以上説明したように、この実施形態では、ステージ３が本発明の「基板保持手段」として機能しており、ステージ移動機構２が本発明の「走査移動手段」として機能している。また、塗布ノズル体５２および吐出ノズル５５が本発明の「ノズル体」および「ハウジング」としてそれぞれ機能しており、マニホールド空間Ｍが本発明の「液溜まり部」に相当している。また、この実施形態では、開閉機構５５６が本発明の「吐出制御手段」として機能しており、そのうちプッシュロッド５５６２が本発明の「押圧部材」として機能している。さらに、この実施形態では、シリンジポンプ５２１が本発明の「加圧手段」として機能している。
【００７３】
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、塗布液流路５５１の断面形状が略矩形であるが、流路の形状はこれに限定されず任意である。例えば、断面Ｕ字またはＶ字形状の溝部の開口を弾性部材によって覆うことにより流路を形成するようにしてもよい。カバー部材５５ｃに設けられた貫通孔の形状についても同様である。
【００７４】
また例えば、上記実施形態では、ハウジング本体５５ａに形成された溝部５５３の開口部分を弾性部材５５ｂで覆うことによって管状の塗布液流路５５１を構成しているが、このような構成に限定されず、流路の少なくとも一部壁面が弾性部材により構成されていればよい。この点において、例えば大部分がハウジングに埋設された流路の一部のみがハウジング表面に露出し、これを弾性部材で覆うことで流路を構成するものであってもよい。また例えば、高剛性材料の外管および弾性材料の内管の二重管構造を有する流路とし、外管の一部を切り欠いて内管を露出させた構造であってもよい。
【００７５】
また例えば、上記実施形態では、一列に並ぶ吐出口のうち外側の一部を制御対象吐出口としているが、これに限定されない。すなわち、吐出口の配列が上記とは異なったものであってもよく、またどの吐出口を制御対象吐出口とするかは任意であり、これらのいずれにも本発明を適用することが可能である。また、全ての吐出口を制御対象吐出口としても構わない。また、上記実施形態では吐出ノズル５５における制御対象吐出口の配列が中心に対する対称性を有しているが、このことは必須の要件ではない。
【００７６】
また例えば、上記実施形態では、太陽電池セルＳを形成するのに、まずシリコン単結晶基板Ｗにフィンガー電極パターンＦを形成し、次いでバス電極Ｂを形成している。しかしながら、これらの順番はこれに限定されず、例えばバス電極パターンＢが既に形成された基板をパターン形成装置１に搬入してフィンガー電極パターンＦを形成するようにしてもよい。
【００７７】
また、上記実施形態では光硬化性樹脂を含む塗布液に対して光照射を行うことで塗布液を硬化させ電極を得ているが、塗布液が光硬化性樹脂を含むことおよび塗布液に対して光照射を行うことは必須の要件ではない。また上記実施形態では塗布ヘッド部５を固定して基板Ｗを載置したステージ３を移動させて基板Ｗに対するノズル体の相対移動を実現しているが、基板を固定しノズル体を移動させる構成であってよい。
【００７８】
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、上記実施形態における基板の形状やパターンの本数はその一例を示したものであり、本発明の適用範囲がこれらに限定されるものではない。
【００７９】
また、上記各実施形態では単結晶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】
【００８０】
この発明は、基板上のパターン、例えば太陽電池基板上の電極配線パターンを形成する装置および方法に適用可能であり、特に矩形形状でない異形基板に長さの異なるパターンを形成する場合に好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００８１】
２ ステージ移動機構（走査移動手段）
３ ステージ（基板保持手段）
５２ 塗布ノズル体（ノズル体）
５５ 吐出ノズル（ハウジング）
５５ａ ハウジング本体
５５ｂ 弾性部材
５５ｃ カバー部材
５２１ シリンジポンプ（加圧手段）
５５０ 吐出口
５５１ 塗布液流路
５５５ 貫通孔
５５６ 開閉機構（吐出制御手段）
５５６２ プッシュロッド（押圧部材）
Ｍ マニホールド空間（液溜まり部）
Ｗ 基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持する基板保持手段と、
パターンを形成するための材料を含む塗布液を保持する液溜まり部を有するとともに、それぞれが前記液溜まり部と連通し該液溜まり部に貯留された前記塗布液を吐出する複数の吐出口を有するノズル体と、
前記基板保持手段に保持された前記基板に対して相対的に前記ノズル体を走査移動させる走査移動手段と、
前記複数の吐出口のうち少なくとも１つを制御対象吐出口として、該制御対象吐出口からの前記塗布液の吐出およびその停止を制御する吐出制御手段と
を備え、
前記ノズル体は、前記液溜まり部から前記吐出口まで連通する塗布液の流路が形成されるとともに前記制御対象吐出口に連通する前記流路の側面の少なくとも一部を露出させたハウジングと、前記流路の露出部分を覆って閉塞することで前記塗布液を前記流路に沿って流通させる弾性部材とを備える一方、
前記吐出制御手段は、前記弾性部材を前記流路の内部に向けて押圧する押圧部材を備え、該押圧部材の前記流路内部への押し込み量を変化させて当該制御対象吐出口からの前記塗布液の吐出およびその停止を制御する
ことを特徴とするパターン形成装置。
【請求項２】
前記複数の吐出口が前記ノズル体の底部に列状に配置され、前記走査移動手段は前記ノズル体を前記吐出口の配列方向と異なる方向に走査移動させる請求項１に記載のパターン形成装置。
【請求項３】
前記列状に配列された前記複数の吐出口のうち、外側に位置する所定個数の前記吐出口が前記制御対象吐出口である請求項２に記載のパターン形成装置。
【請求項４】
前記ハウジングは、一の主面に前記流路の側壁となる溝部を複数並べて設けたハウジング本体と、前記複数の溝部を一括して覆う平板状またはシート状の前記弾性部材を挟んで前記ハウジング本体の前記主面と対向するカバー部材とを備え、
前記カバー部材には、前記制御対象吐出口に対応する前記溝部に臨む前記弾性部材を部分的に露出させる貫通孔が設けられており、該貫通孔に前記押圧部材が設けられる請求項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】
前記制御対象吐出口が複数設けられ、複数の前記制御対象吐出口に対応する複数の前記溝部が連続した一体の前記弾性部材によって覆われる一方、複数の前記制御対象吐出口のそれぞれに対応する前記流路の各々に対して個別に前記貫通孔が設けられた請求項４に記載のパターン形成装置。
【請求項６】
前記溝部に臨む前記弾性部材の厚さが前記溝部の深さ以上である請求項４または５に記載のパターン形成装置。
【請求項７】
前記液溜まり部に保持された前記塗布液を加圧する加圧手段を備え、前記塗布液への加圧力を増減して前記各吐出口からの前記塗布液の吐出を制御する請求項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】
複数の前記制御対象吐出口を有し、前記吐出制御手段は各制御対象吐出口からの吐出タイミングを異ならせる請求項１ないし７のいずれかに記載のパターン形成装置。
【請求項９】
前記塗布液がペースト状である請求項１ないし８のいずれかに記載のパターン形成装置。
【請求項１０】
前記弾性部材がシリコーンゴムまたはフッ素ゴム製である請求項１ないし９のいずれかに記載のパターン形成装置。
【請求項１１】
正方形の四隅を切り落とした形である八角形の基板の表面に、互いに平行な複数のストライプ状パターンを形成するパターン形成方法において、
パターンを形成するための材料を含む塗布液を保持する液溜まり部にそれぞれ連通する複数の吐出口を列状に配したノズル体を前記基板に対し相対的に走査移動させるとともに、前記各吐出口から前記塗布液を吐出させて前記基板に塗布し、
前記列状に配列された前記複数の吐出口のうち、外側に位置する所定個数の前記吐出口を制御対象吐出口として、前記液溜まり部と前記制御対象吐出口とを連通させる前記塗布液の流路の側壁面の一部を弾性部材により形成し、該弾性部材を前記流路側に押圧して前記流路の断面積を変化させて、前記制御対象吐出口からの前記塗布液の吐出およびその停止を制御する
ことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項１】
基板を保持する基板保持手段と、
パターンを形成するための材料を含む塗布液を保持する液溜まり部を有するとともに、それぞれが前記液溜まり部と連通し該液溜まり部に貯留された前記塗布液を吐出する複数の吐出口を有するノズル体と、
前記基板保持手段に保持された前記基板に対して相対的に前記ノズル体を走査移動させる走査移動手段と、
前記複数の吐出口のうち少なくとも１つを制御対象吐出口として、該制御対象吐出口からの前記塗布液の吐出およびその停止を制御する吐出制御手段と
を備え、
前記ノズル体は、前記液溜まり部から前記吐出口まで連通する塗布液の流路が形成されるとともに前記制御対象吐出口に連通する前記流路の側面の少なくとも一部を露出させたハウジングと、前記流路の露出部分を覆って閉塞することで前記塗布液を前記流路に沿って流通させる弾性部材とを備える一方、
前記吐出制御手段は、前記弾性部材を前記流路の内部に向けて押圧する押圧部材を備え、該押圧部材の前記流路内部への押し込み量を変化させて当該制御対象吐出口からの前記塗布液の吐出およびその停止を制御する
ことを特徴とするパターン形成装置。
【請求項２】
前記複数の吐出口が前記ノズル体の底部に列状に配置され、前記走査移動手段は前記ノズル体を前記吐出口の配列方向と異なる方向に走査移動させる請求項１に記載のパターン形成装置。
【請求項３】
前記列状に配列された前記複数の吐出口のうち、外側に位置する所定個数の前記吐出口が前記制御対象吐出口である請求項２に記載のパターン形成装置。
【請求項４】
前記ハウジングは、一の主面に前記流路の側壁となる溝部を複数並べて設けたハウジング本体と、前記複数の溝部を一括して覆う平板状またはシート状の前記弾性部材を挟んで前記ハウジング本体の前記主面と対向するカバー部材とを備え、
前記カバー部材には、前記制御対象吐出口に対応する前記溝部に臨む前記弾性部材を部分的に露出させる貫通孔が設けられており、該貫通孔に前記押圧部材が設けられる請求項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】
前記制御対象吐出口が複数設けられ、複数の前記制御対象吐出口に対応する複数の前記溝部が連続した一体の前記弾性部材によって覆われる一方、複数の前記制御対象吐出口のそれぞれに対応する前記流路の各々に対して個別に前記貫通孔が設けられた請求項４に記載のパターン形成装置。
【請求項６】
前記溝部に臨む前記弾性部材の厚さが前記溝部の深さ以上である請求項４または５に記載のパターン形成装置。
【請求項７】
前記液溜まり部に保持された前記塗布液を加圧する加圧手段を備え、前記塗布液への加圧力を増減して前記各吐出口からの前記塗布液の吐出を制御する請求項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】
複数の前記制御対象吐出口を有し、前記吐出制御手段は各制御対象吐出口からの吐出タイミングを異ならせる請求項１ないし７のいずれかに記載のパターン形成装置。
【請求項９】
前記塗布液がペースト状である請求項１ないし８のいずれかに記載のパターン形成装置。
【請求項１０】
前記弾性部材がシリコーンゴムまたはフッ素ゴム製である請求項１ないし９のいずれかに記載のパターン形成装置。
【請求項１１】
正方形の四隅を切り落とした形である八角形の基板の表面に、互いに平行な複数のストライプ状パターンを形成するパターン形成方法において、
パターンを形成するための材料を含む塗布液を保持する液溜まり部にそれぞれ連通する複数の吐出口を列状に配したノズル体を前記基板に対し相対的に走査移動させるとともに、前記各吐出口から前記塗布液を吐出させて前記基板に塗布し、
前記列状に配列された前記複数の吐出口のうち、外側に位置する所定個数の前記吐出口を制御対象吐出口として、前記液溜まり部と前記制御対象吐出口とを連通させる前記塗布液の流路の側壁面の一部を弾性部材により形成し、該弾性部材を前記流路側に押圧して前記流路の断面積を変化させて、前記制御対象吐出口からの前記塗布液の吐出およびその停止を制御する
ことを特徴とするパターン形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−３９５０５（Ｐ２０１３−３９５０５Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７６５３２（Ｐ２０１１−１７６５３２）
【出願日】平成２３年８月１２日（２０１１．８．１２）
【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２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１２日（２０１１．８．１２）
【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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