説明

パターン形成装置

【課題】 例えばフィンガー配線のような塗布パターンを基板の主面に形成する際に、塗布パターンを厚膜(高アスペクト比)に形成することができるパターン形成装置を提供する。
【解決手段】 第1ノズル41の第1吐出口47から吐出され、第1ノズル41の対向面45と、ステージにほぼ水平に支持されて第1ノズル41に対して移動する基板9の主面との間に界面張力により存在する、光硬化性を有するペースト7に対して、その側方から光を照射することにより、ペースト7を硬化させる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば、太陽電池パネル用の基板上に配線パターンなどのパターンを塗布形成する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、図5に示すように太陽電池パネルは、基板9の表面に出力を取り出すための表面用のバス配線93と、このバス配線93の長手方向に対して直交する方向に交差するとともに互いに平行に設けられた複数のフィンガー配線91が形成されている(例えば、特許文献1参照)。基板9は例えばシリコン基板であり、その表面にはn型拡散層が形成され、このn型拡散層の表面にバス配線93とフィンガー配線91が形成されている。また、バス配線93とフィンガー配線91を除くn型拡散層の表面には反射防止膜が形成されている。
【0003】
上述のバス配線93、フィンガー配線91などの各配線を形成する方法として、スクリーン印刷法を用い、基板上に導電性のペーストを印刷して配線を形成する方法が知られている。スクリーン印刷法により形成されるフィンガー配線は、例えば、その幅が120μmで、その高さが20μmであり、その断面は扁平な凸形状である。
【0004】
近年、太陽電池パネルによる光電変換効率を向上させるために、上記フィンガー配線91の幅を小さくして、基板9の表面における受光面積を大きくすることが検討されている。しかしながら、フィンガー配線91の幅を小さくすると、フィンガー配線91の断面積が小さくなる。この結果、フィンガー配線91の電気抵抗が大きくなり、フィンガー配線91による集電能力が低下する。
【0005】
集電能力の低下を防止するためにフィンガー配線91を厚膜化することにより、電気抵抗の増加を抑制する方法が考えられる。換言すれば、フィンガー配線91の幅は小さくするが、その高さを大きくして高アスペクト比の配線を形成することによりフィンガー配線91の断面積を大きくし、電気抵抗の増加を抑制する方法が考えられる。しかしながら、スクリーン印刷法により配線を厚膜化することは難しく、高アスペクト比のフィンガー配線91を容易に形成することができない、という問題が発生する。
【0006】
そこで、スクリーン印刷法に替えて、例えば特許文献2に記載されるような塗布方法を用いて配線を塗布形成する方法が考えられる。この塗布方法によれば基板上に線状に塗布液を複数の吐出口から供給するとともに、基板上に供給された塗布液に光を照射して塗布液を硬化させることによって、塗布パターンを形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2005‐353851号公報(例えば、図1、図2)
【特許文献2】特開2002‐184303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】
【0008】
しかしながら、上述の塗布方法を用いて基板9上にフィンガー配線91を形成すれば、ある程度、厚膜のフィンガー配線91が形成できるが、所望のアスペクト比を有するフィンガー配線91を形成することは難しいという別の問題が発生する。
【0009】
本発明の目的は、上述のような点に鑑み、例えばフィンガー配線のような塗布パターンを基板の主面に形成する際に、塗布パターンを厚膜(高アスペクト比)に形成することができるパターン形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
請求項1に係る第1発明(パターン形成装置)は、基板をほぼ水平に支持する支持手段と、支持手段に支持された基板の主面に対向する対向面および当該対向面の一方側寄りの位置に開口する吐出口を有するノズルと、支持手段に支持された基板を前記一方側から他方側に向かう第1方向に相対移動させる移動手段と、移動手段により相対移動する基板の主面に向けて、前記ノズルの吐出口から、光硬化性を有するパターン形成材料を吐出させる吐出手段と、前記ノズルの吐出口から吐出され、前記ノズルの対向面と、移動手段により相対移動する基板の主面との間に存在するパターン形成材料に対して、第1方向と直交する第2方向側から光を照射する光照射手段と、を備えることを特徴とする。
【0011】
第1発明によれば、ノズルの吐出口から吐出されたパターン形成材料が界面張力により基板の主面とノズルの対向面との間に満たされる。この状態にあるパターン形成材料に対して光照射手段から光を照射する。この結果、高さを維持した状態にあるパターン形成材料が光によって硬化され、高アスペクト比のパターンが形成される。
【0012】
請求項2に係る第2発明は、第1発明において、前記ノズルの対向面が前記一方側から他方側に向かうに連れて上方に傾斜する傾斜面であることを特徴とする。
【0013】
第2発明によれば、ノズルの吐出口から吐出されたパターン形成材料を界面張力によって、高い位置により確実に維持させることができる。
【発明の効果】
【0014】
請求項1または請求項2に係る発明によれば、例えばフィンガー配線のような塗布パターンを基板の主面に形成する際に、塗布パターンを厚膜(高アスペクト比)に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】実施形態のパターン形成装置を模式的に示す側面図である。
【図2】第1ノズルの底面図と、塗布状態を示す側面図である。
【図3】塗布状態を示す正面図と、フィンガー配線パターンを示す図である。
【図4】実施形態の動作の流れを示すフロー図である。
【図5】太陽電池パネルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。図1は本発明の実施形態の一例であるパターン形成装置1を模式的に示す側面図である。パターン形成装置1は例えば図5に示す太陽電池パネルを製造するために基板9上にフィンガー配線91用のフィンガー配線パターン71およびバス配線93用のバス配線パターンを塗布形成する装置である。
【0017】
基板9は、例えば、単結晶シリコンや多結晶シリコンなどからなるp型半導体であるシリコン基板である。また、上記フィンガー配線91およびバス配線93が形成される基板9の表面側にはn型拡散層が形成され、このn型拡散層上には反射防止膜が形成されている。
【0018】
図1に示すようにパターン形成装置1は、基板載置部20、駆動部30、第1塗布部40および第2塗布部50を備える。基板載置部20は上からステージ21、昇降部22、ベース部23およびナット部25が積層された構造を有する。ステージ21はその上面にて基板9をほぼ水平に支持する。ベース部23はターンテーブル機構を備え、このターンテーブル機構が昇降部を介してステージ21を水平面内において90度、回動可能に支持する。また、ベース部23はガイドレールに対して滑動自在に連結される連結部を備える。ナット部25はベース部23の下面に固定されている。なお、基板載置部20が本発明の支持手段に相当する。
【0019】
ベース部23とステージ21との間には、昇降部22が設けられている。昇降部22は、ベース部23に対してステージ21を昇降させ、ステージ21に載置された基板9の高さ位置(Z方向位置)を位置決めする。昇降部22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。
【0020】
駆動部30は、基台31の(+X)側端の上面に固定されたモータ35を備える。モータ35はサーボモータでありエンコーダを内蔵している。モータ35の回転軸にはボール螺子33が固定されている。ボール螺子33の(−X)側端部は基台31の(−X)側端部の上面に、X軸周りに回転自在に固定されている。ボール螺子33は上記ナット部25に螺合されている。Y方向に並列配置された一対のガイドレール37は基台31の上面にX方向に沿って延設されている。ガイドレール37は上記ベース部23を滑動自在に支持するとともに基板載置部20の移動方向を規定する。なお、駆動部30が本発明の移動手段に相当する。
【0021】
第1塗布部40はフィンガー配線用の配線パターン(フィンガー配線パターン71)を基板9の主面に塗布するための塗布部である。第1塗布部40はパターンを形成するためのパターン形成材料である、例えば導電性を有する高粘度のペースト7を吐出する第1ノズル41を備える。第1塗布部40には基板載置部20をY方向に沿って跨ぐように基台31に設けられたフレーム81が設けられている。第1ノズル41は、フレーム81の梁部の下面に、Y方向に沿って複数(例えば16個)、設けられている。なお、第1ノズル47が本発明のノズルに相当する。
【0022】
各第1ノズル41にはそれぞれシリンジポンプ42が取り付けられている。また、第1塗布部40にはシリンジポンプ42にペースト7を供給する図示しないペースト供給機構が設けられている。なお、シリンジポンプ42等が本発明の吐出手段に相当する。
【0023】
図2に示すように、第1ノズル41はその底面(下面)にX方向に延びる対向面45を有する。この対向面45は、基板載置部20に支持された基板9の主面に対して第1ノズル41からペースト7を吐出する際に、基板9の主面と対向する。
【0024】
第1吐出口47は、第1ノズル41の対向面45の(−X)側寄りの位置に開口している。第1吐出口47は矩形状であり、そのY方向の幅寸法は例えば50μmであり、形成すべきフィンガー配線パターン71の幅寸法とほぼ等しい。第1吐出口47と基板9の主面との間隔寸法は、形成すべきフィンガー配線パターン71の高さ寸法とほぼ等しく、例えば80μmである。
【0025】
第1吐出口47は第1ノズル41本体の内部に形成されたマニホールド(液溜り部)44の一方側に連通している。マニホールド44の他方側は、第1ノズル41の上面に開口した供給口43に連通している。供給口43にはシリンジポンプ42が接続されている。シリンジポンプ42から供給されたペースト7は供給口43およびマニホールド44を介して第1吐出口47から吐出される。なお、第1吐出口47が本発明の吐出口に相当する。
【0026】
対向面45は第1吐出口47が開口している側(すなわちX方向におけるその一方側)から他方側に向かうに連れて上方に傾斜する傾斜面である。換言すれば、対向面45と基板9の主面との間隔は上記一方側から他方側に向かうに連れて広がっていくように対向面45が配置されている。
【0027】
図3(a)に示すように、第1ノズル41のY方向における左右両側には一対の第1光照射部61が設けられている。一対の光照射部61はフレーム81の梁部の下面に支持部材85を介してそれぞれ取り付けられている。また、一対の光照射部61は第1光ファイバ62を介して第1光源部63に光学的にそれぞれ接続されている。第1光源部63は紫外線などの光を放射する光源と、光源と光ファイバー62との間に配置されたシャッター機構を有する。
【0028】
光照射部61は第1ノズル41の吐出口47から吐出され、第1ノズル41の対向面45と基板9の主面との間に存在するペースト7に対して光を照射する。なお、図3(a)においては、1個の第1ノズル41および一対の光照射部61を図示しているが、上述のように第1塗布部40は複数の第1ノズル41を備え、これらの第1ノズル41に対して一対の光照射部61がそれぞれ設けられている。また、図1、図2においては光照射部61等の図示を省略している。
【0029】
パターンを形成するための高粘度材料からなるパターン形成材料であるペースト7は導電性および光硬化性を有し、例えば、導電性粒子、有機ビヒクル(溶剤、樹脂、増粘剤等の混合物)および光重合開始剤を含む。導電性粒子は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。
【0030】
図1に戻り、第2塗布部50は第1塗布部40より(+X)側に配置されている。第2塗布部50はバス配線用のパターンを基板9の主面に塗布するための塗布部である。第2塗布部50はパターンを形成するための材料であるペースト7を吐出する複数(例えば2個)の第2ノズル51を備える。
【0031】
複数の第2ノズル51は、基板載置部20をY方向に沿って跨ぐように基台31に設けられたフレーム82の梁部の下面にY方向に沿ってそれぞれ取り付けられている。第2ノズル51の下端には第2吐出口57が開口している。第2ノズル51にはシリンジポンプ52が取り付けられている。また、第2塗布部50にはシリンジポンプ52内にペースト7を供給する図示しないペースト供給機構が設けられている。
【0032】
第2塗布部50は複数(例えば2個)の第2光照射部64をさらに備える。第2光照射部64は第2ノズル51の(+X)側の位置に所定間隔を空けて、それぞれ第2ノズル57に並設されるようにフレーム82に固定される。つまり、第2ノズル51と第2光照射部64はフレーム82に一体的に固定されている。第2光照射部64には光ファイバー65の一方端が光学的に接続されている。光ファイバー65の他方端は第2光源部66に光学的に接続されている。第2光源部66は紫外線などの光を放射する光源と、光源と光ファイバー65との間に配置されたシャッター機構を有する。
【0033】
制御部60はCPU、RAMおよびROMなどから構成されるコンピュータである。ROMにはパターン形成装置1の動作を制御するためのプログラムやステージ21の移動速度(すなわち基板9の移動速度)を制御するための速度条件である速度パラメータなどが記憶されている。
【0034】
制御部60はベース部23に電気的に接続され、ベース部23が備えるターンテーブル機構の回動動作を制御する。制御部60は昇降部22に電気的に接続され、昇降部22の昇降動作を制御する。制御部60はシリンジポンプ42,52に電気的に接続され、各シリンジポンプの駆動を制御する。制御部60は第1光源部63および第2光源部66にそれぞれ電気的に接続され、各光源部内の光源の点灯・消灯やシャッター機構の開閉動作を制御する。
【0035】
また、制御部60はモータ35に電気的に接続され、モータ35の駆動・停止、回転数および回転方向などを制御するとともに、モータ35からのフィードバック情報を取得する。なお、モータ35の回転数は上記速度パラメータに応じて制御部60により制御される。また、制御部60はモータ35からのフィードバック情報に基づいて基板載置部20のX方向における原点位置からの移動距離を算出して検出する。換言すれば、制御部60はステージ21に載置された基板9のX方向における位置を算出して検出する。
【0036】
次にパターン形成装置1の動作について、図4に示すフロー図を参照して説明する。まず、図4に示すステップS10において、図1の(−X)側端部(原点位置)に配置されたステージ21上の所定位置に図示しない搬送ロボットまたは操作者により基板9が載置され、基板が搬入される(基板搬入工程)。基板が搬入されると制御部60はモータ35の駆動を開始してボール螺子33を回転駆動させる。ボール螺子33が回転駆動されるとナット部25が(+X)方向に駆動されて、ステージ21を含む基板載置部20が(+X)方向への移動を開始する(ステップS20、ステージ移動開始工程)。
【0037】
ステップS30において、フィンガー配線パターン71の塗布工程が実行される。この工程により基板9の主面上に、互いに平行な複数(例えば16本)のX方向に延びる線状パターンであるフィンガー配線パターン71が塗布形成される。ステップS30では、まず、制御部60はモータ35から取得したフィードバック情報に基づいてステージ21のX方向における位置を算出して、移動するステージ21上の基板9の主面内におけるフィンガー配線パターン71の塗布開始位置が第1塗布部40の第1ノズル41の下方に到達したことを検出したときに、モータ35の駆動を停止してステージ21の移動を止める。
【0038】
次に制御部60はシリンジポンプ42を駆動する。制御部60によってシリンジポンプ42が駆動されると、ペースト7はシリンジポンプ42から第1ノズル41の供給口43、マニホールド44および第1吐出口47を介して、基板9の主面に向けて吐出される。基板9の主面に吐出されたペースト7は、対向面45に対する界面張力により、対向面45に沿って広がる。この結果、基板9の主面と対向面との間にペースト7が満たされる。特に第1吐出口47より(+X)側、すなわち基板9の進行方向側においても、図2(b)に示すように基板9と対向面45との間にペースト7が満たされる。ここで、対向面45が上方に向かう傾斜面となっているので、第1吐出口47より基板9の進行方向側においてペースト7の高さ位置は第1吐出口47の近辺よりも高くなっている。
【0039】
上述のように基板9の主面と対向面45との間にペースト7が満たされた状態で、制御部60はモータ35を駆動させて、ステージ21を(+X)方向に移動させる。また、基板9の主面と対向面45との間に存在するペースト7に対して、図3(a)に示すように、一対の第1光照射部61から光(紫外線)が照射されてペースト7が硬化する。ここで、第1光照射部61からの光の照射方向は基板9の進行方向(+X方向)と直交するY方向であり、基板9の主面と対向面45との間に存在するペースト7の側方から光が照射される。この結果、例えばその幅が50μmで、その高さが80μmであるアスペクト比が1以上のフィンガー配線パターン71が塗布形成されて行く。
【0040】
次に制御部60はモータ35から取得したフィードバック情報に基づいてステージ21のX方向における位置を算出して、移動するステージ21上の基板9がフィンガー配線パターン71の塗布終了位置に到達したことを検出したときに、制御部60はシリンジポンプ42の駆動を停止するとともに、モータ35の駆動を停止してステージ21の移動を止める。
【0041】
ステップS30が完了すると、制御部60はベース部23のターンテーブル機構によって、基板9を保持したステージ21を90度、回動させる。ステージ21が90度、回動すると基板9上に形成されたフィンガー配線パターン71の長手方向がY方向と平行になる(ステップS40、ステージ90度回動工程)。
【0042】
次にステップS50では、制御部60はモータ35から取得したフィードバック情報に基づいてステージ21のX方向における位置を算出して、移動するステージ21上の基板9の主面内におけるバス配線パターンの塗布開始位置が第2塗布部50の第2ノズル51の下方に到達したことを検出したときに、制御部60はシリンジポンプ52を駆動する。制御部60によってシリンジポンプ52が駆動されると、第2ノズル51の第2吐出口57からペースト7が移動する基板9の主面に向けて吐出される。
【0043】
第2ノズル51の2個の吐出口57から吐出されたペースト7は、X方向に移動する基板9の主面にそれぞれ線状に供給される。また、基板9の主面上に供給されたペースト7に対して光照射部64から光(紫外線)が照射されてペースト7が硬化する。この結果、X方向に沿うとともに互いに平行な2本のバス配線パターンが塗布停止位置まで形成される。
【0044】
次に図5のステップS60においてステージ21が図1に示す(+X)側の端部に到達したことを制御部60が検出すると、制御部60はモータ35の駆動を停止して、ステージ21の移動を停止する(移動停止工程)。停止したステージ21上から図示しない搬送ロボットまたは操作者が基板9を受け取り搬出する(ステップS70、搬出工程)。
【0045】
上述のように基板9の表面にある反射防止膜上に形成されたフィンガー配線パターン71およびバス配線パターンは、後工程である焼成工程においてファイアースルー法により反射防止膜の下に形成されているn型拡散層に電気的に接続されることとなる。
【0046】
なお、上述の実施形態を以下のように変形実施しても良い。
上記実施形態において対向面45は傾斜面であるが、対向面45は基板9の主面と平行な平面であっても良い。
【0047】
本発明の吐出手段として、シリンジポンプ42に替えて他の吐出機構を採用しても良い。
【0048】
上記実施形態においては第1塗布部40および第2塗布部50に対して基板9が移動する構成であるが、固定配置された基板9に対して第1塗布部40および第2塗布部50をX方向に移動させても良い。または、固定配置された基板9に対して第1塗布部40を所定方向(例えばX方向)に移動させるとともに第2塗布部50を所定方向と直交する方向(例えばY方向)に移動させる構成でも良い。
【0049】
フィンガー配線パターン71と比較して、高アスペクト比に形成する必要がないバス配線パターンについては、スクリーン印刷など他の方法を用いて形成しても良い。
【0050】
本発明によって形成するパターンは上記フィンガー配線パターンに限定されず、例えばプラズマディスプレイパネル(PDP)を製造する際に基板上に形成される隔壁パターンでも良い。また、基板上に形成される接着剤パターンでも良い。
【符号の説明】
【0051】
1 パターン形成装置
7 ペースト
9 基板
20 基板載置部
30 駆動部
40 第1塗布部
41 第1ノズル
42 シリンジポンプ
45 対向面
47 第1吐出口
50 第2塗布部
60 制御部
61 第1光照射部
71 フィンガー配線パターン

【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板をほぼ水平に支持する支持手段と、
支持手段に支持された基板の主面に対向する対向面および当該対向面の一方側寄りの位置に開口する吐出口を有するノズルと、
支持手段に支持された基板を前記一方側から他方側に向かう第1方向に相対移動させる移動手段と、
移動手段により相対移動する基板の主面に向けて、前記ノズルの吐出口から、光硬化性を有するパターン形成材料を吐出させる吐出手段と、
前記ノズルの吐出口から吐出され、前記ノズルの対向面と、移動手段により相対移動する基板の主面との間に存在するパターン形成材料に対して、第1方向と直交する第2方向側から光を照射する光照射手段と、
を備えることを特徴とするパターン形成装置。
【請求項2】
請求項1に記載されるパターン形成装置において、
前記ノズルの対向面が前記一方側から他方側に向かうに連れて上方に傾斜する傾斜面であることを特徴とするパターン形成装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2013−65583(P2013−65583A)
【公開日】平成25年4月11日(2013.4.11)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−196692(P2011−196692)
【出願日】平成23年9月9日(2011.9.9)
【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)】