説明

多層パターンをスクリーン印刷するための方法及び装置

本発明の実施形態は、一般に、基板上に多層パターンをスクリーン印刷する装置及び方法を提供する。一実施形態では、複数個の位置合わせマークに沿って、第1の層のパターンを基板の表面上に印刷する。基板のフィーチャに対する位置合わせマークの場所を測定して、そのパターンの実際の場所を決定する。実際の場所を予測される場所と比較して、基板上のパターン配置の位置誤差を決定する。配置の精度を向上させ、位置誤差を小さくするために、この情報を使用して、第1の層の上に印刷される次の層のパターンの配置を調整する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、一般に、基板の表面上に多層パターンをスクリーン印刷するためのシステム及びプロセスに関する。
【背景技術】
【0002】
太陽電池は、日光を電力に直接変換する光起電(PV)デバイスである。典型的には、太陽電池は1つ又は複数のp−n接合を有する。各p−n接合は、半導体材料内に、一方の側はp型領域といい、他方の側はn型領域という2つの異なる領域を含む。太陽電池のp−n接合が(フォトンのエネルギーからなる)日光にさらされると、その日光はPV効果によって電気に直接変換される。太陽電池は特定の量の電力を生成するものであり、所望の量のシステム電力を与える大きさのモジュールでタイル張りされる。太陽モジュールは、特定のフレームとコネクタをもつパネルに連結される。通常、太陽電池はシリコン基板上に形成され、その基板は単結晶又は多結晶のシリコン基板であってよい。典型的な太陽電池は、基板上に形成されたp型領域の上端にn型シリコンの薄い層をもつ、典型的には厚さ約0.3mm未満のシリコンウェハ、基板又はシートを備える。
【0003】
PV市場は、最近10年間に、30%を超える年率で成長を遂げてきている。いくつかの記事は、近い将来、世界中での太陽電池による電力生産量が10GWpを超える可能性があると示唆している。すべての太陽モジュールのうちの95%超はシリコンウェハをベースとするということが見積もられている。その高い市場成長率は、太陽による電気のコストを大幅に低下させる必要性と相まって、高品質の太陽電池を安価に形成するためのいくつかの深刻な課題につながっている。したがって、商業的に成り立つ太陽電池を作成する上での1つの主要な構成要素は、デバイスの歩留まりを改善し、かつ基板を処理する量を増加させることによって、太陽電池を形成するために必要な製造コストを減少させることにある。
【0004】
スクリーン印刷は、布やセラミックスなどの対象物上にデザインを印刷する際に長く使用されてきており、電気的な接点や配線などの電気部品のデザインを基板の表面上に印刷するために、電子産業で使用されている。最新技術の太陽電池製作プロセスでも、スクリーン印刷プロセスを使用する。いくつかの用途では、接点の通電容量を増加させるために、単層パターンの印刷で可能なよりも高いアスペクト比(すなわち、線の高さと線の幅の比)で太陽電池基板上に接触線を印刷することが望ましい。この要求に応えるために、印刷された線のアスペクト比を高めるように2層のパターンをスクリーン印刷する試みがなされてきた。しかしながら、自動移送デバイス上で基板の位置決めをする際の誤差や、基板の端部の欠陥、又は自動移送デバイス上で基板がシフトすることに起因して、既存の層のスクリーン印刷パターン上で第2の層のスクリーン印刷パターンの位置がずれることにより、デバイスの性能が悪くなりデバイスの効率が低くなるおそれがある。
【発明の概要】
【0005】
したがって、システム内の基板上で2層のスクリーン印刷パターンを位置合わせする制御方法を改善した、太陽電池、電子回路又は他の有用なデバイスを生産するためのスクリーン印刷装置が求められている。
【0006】
本発明の一実施形態では、スクリーン印刷プロセスは、第1の層のパターンが表面上に印刷された基板であって、そのパターンが少なくとも2個の位置合わせマークを含む基板を受け取ることと、基板の少なくとも1つのフィーチャに対する少なくとも2個の位置合わせマークの実際の位置を決定することと、少なくとも2個の位置合わせマークの実際の位置を少なくとも2個の位置合わせマークの予測される位置と比較することと、少なくとも2個の位置合わせマークの実際の位置と予測される位置の間のオフセットを決定することと、決定されたオフセットを補うようにスクリーン印刷デバイスを調整することと、第1の層のパターンの上に第2の層のパターンを印刷することとを含む。
【0007】
本発明の別の実施形態では、スクリーン印刷プロセスは、第1の層のパターンであって導電性の細線の構造及び少なくとも2個の位置合わせマークを含むパターンを、基板の表面上にスクリーン印刷デバイスで印刷することと、光学検査組立体の下に基板を移動させることと、第1の層のパターンの光学像を捕捉することと、基板の少なくとも1つのフィーチャに対する少なくとも2個の位置合わせマークの実際の位置を決定することと、少なくとも2個の位置合わせマークの実際の位置を少なくとも2個の位置合わせマークの予測される位置と比較することと、実際の位置と予測される位置の間のオフセットを決定することと、決定されたオフセットを補うようにスクリーン印刷デバイスを調整することと、調整されたスクリーン印刷デバイスによって、第1の層のパターンの上に第2の層のパターンを印刷することとを含む。
【0008】
本発明のさらに別の実施形態では、スクリーン印刷システムは、第1の位置と第2の位置と第3の位置の間で移動可能な印刷ネストが上に配置されている回転アクチュエータと、第1の位置の印刷ネスト上に基板を装填するように配置されている投入コンベアと、調整可能なスクリーン印刷デバイスが内部に配置されているスクリーン印刷チャンバであって、印刷ネストが第2の位置にあるとき基板上にパターンを印刷するように配置され、パターンが導電性の細線の構造及び少なくとも2個の位置合わせマークを含むスクリーン印刷チャンバと、カメラ及びランプを有し、印刷ネストが第1の位置にあるとき第1の層のパターンの光学像を捕捉するように配置される光学検査組立体と、印刷ネストが第3の位置にあるとき基板を降ろすように配置されている出口コンベアと、第1の層のパターンの光学像に捕捉された位置合わせマークの予測される位置に対する位置合わせマークの実際の位置のオフセットを決定し、第1の層のパターンの上に第2の層のパターンを印刷する前に、決定されたオフセットを補うようにスクリーン印刷デバイスを調整するように構成されたソフトウェアを含むシステムコントローラとを備える。
【0009】
本発明の上記の特徴を詳細に理解できるように、一部が添付図面に示される実施形態を参照することにより、上記で簡単に概要を述べた本発明のさらに詳細な説明が与えられる。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態のみを示しており、したがって本発明の範囲を限定するものと考えられるべきではなく、本発明は同等に効果的な他の実施形態を許容し得ることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1A】本発明の実施形態と併せて使用して所望のパターンの多数の層を形成することができるシステムの概略等角図である。
【図1B】図1Aのシステムの概略上面図である。
【図2A】太陽電池基板の前面、すなわち受光面の平面図である。
【図2B】第1の層の上に印刷された第2の層が適切にそろえられている太陽電池基板の一部分の概略断面図である。
【図2C】スクリーン印刷する層同士の位置ずれを示した、太陽電池基板の概略等角図である。
【図3A】本発明の一実施形態による基板上に印刷される位置合わせマークの様々な例を示した図である。
【図3B】本発明の実施形態による基板の前面上の位置合わせマークの一の構成を示した図である。
【図3C】本発明の実施形態による基板の前面上の位置合わせマークの別の構成を示した図である。
【図3D】本発明の実施形態による基板の前面上の位置合わせマークのまた別の構成を示した図である。
【図4A】検査組立体が基板の前面を検査するように配置されている構成を示した、回転アクチュエータ組立体の一実施形態の概略等角図である。
【図4B】基板の前面の照明を制御する回転アクチュエータ組立体の実施形態を示した図である。
【図5】検査組立体が複数の光学検査デバイスを備える回転アクチュエータ組立体の一実施形態の概略等角図である。
【図6】本発明の一実施形態による基板150の前面上に2層のパターンを正確にスクリーン印刷するための動作シーケンスの概略図である。
【図7】本発明の実施形態と併せて使用して所望のパターンの多数の層を形成することができるシステムの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明の実施形態は、スクリーン印刷システムで基板を処理する装置及び方法を提供する。そのシステムは、改善された基板移送、位置合わせ、及びスクリーン印刷プロセスを利用し、これらにより、デバイスの収量性と基板処理ラインの管理コスト(CoO)を改善することができる。一実施形態では、スクリーン印刷システム(以下、システムという)は、結晶シリコン太陽電池の生産ラインの一部分の中でスクリーン印刷プロセスを実行するようになされており、そのラインでは、基板が所望の材料で2層以上にパターン付けされ、次いで1つ又は複数の後続する処理チャンバで処理される。後続する処理チャンバは、1つ又は複数の焼成ステップと、1つ又は複数の洗浄ステップとを実行するようになされていてもよい。一実施形態では、そのシステムは、カリフォルニア州サンタクララのApplied Materials,Inc.が所有するBaccini S.p.A.から入手可能なSoftline(商標)ツール内に配置されたモジュールである。以下の記述では、主として太陽電池デバイスの表面上に配線や接触構造などのパターンをスクリーン印刷するプロセスについて論じるが、この構成は、本明細書に記載した本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
【0012】
図1A及び図1Bは、本発明の実施形態と併せて使用して太陽電池基板150の表面上に所望のパターンの多数の層を形成することができるスクリーン印刷システム、すなわちシステム100の一実施形態を示した概略等角図及び概略上面図である。一実施形態では、システム100は、納入コンベア111、回転アクチュエータ組立体130、スクリーン印刷チャンバ102、及び退出コンベア112を備える。納入コンベア111は、投入コンベア113などの入力デバイスから基板150を受け取り、回転アクチュエータ組立体130に連結された印刷ネスト131に基板150を移送するように構成してもよい。退出コンベア112は、処理された基板150を回転アクチュエータ組立体130に連結された印刷ネスト131から受け取り、出口コンベア114などの基板除去デバイスに基板150を移送するように構成してもよい。投入コンベア113と出口コンベア114は、より大きな生産ラインの一部である自動基板搬送デバイスでもよい。例えば、投入コンベア113と出口コンベア114はSoftline(商標)ツールの一部でもよく、システム100はそのツールのモジュールでもよい。
【0013】
図1Aに示すように、回転アクチュエータ組立体130は、システム100内で印刷ネスト131の角度を選択的に位置決めすることができるように、回転アクチュエータ(図示せず)とシステムコントローラ101によって「B」軸の周りに回転し角度を位置決めすることができる。回転アクチュエータ組立体130は、印刷ネスト131やシステム100で基板処理シーケンスを実行するのに使用する他の自動デバイスを制御しやすくするための1つ又は複数の支持部材を有してもよい。
【0014】
一実施形態では、回転アクチュエータ組立体130は、スクリーン印刷チャンバ102内で実行されるスクリーン印刷プロセスの間にそれぞれ基板150を支持するようになされた4個の印刷ネスト131、又は基板支持体を備える。図1Bは回転アクチュエータ組立体130の位置を模式的に示す。その回転アクチュエータ組立体では、投入コンベア113から基板150を受け取るために1個の印刷ネスト131が位置「1」にあり、別の基板150がその表面上にパターンのスクリーン印刷を受けることができるように別の印刷ネスト131がスクリーン印刷チャンバ102内の位置「2」にあり、処理された基板150を送出コンベア112に移送するために別の印刷ネスト131が位置「3」にあり、かつ別の印刷ネスト131が位置「1」と位置「3」の中間段階である位置「4」にある。
【0015】
一実施形態では、システム100内のスクリーン印刷チャンバ102は、Baccini S.p.A.から入手可能な従来のスクリーン印刷デバイスを使用し、そのデバイスは、スクリーン印刷プロセス中に位置「2」にある印刷ネスト131上に配置されている基板150の表面上に所望のパターンで材料を堆積させる。一実施形態では、スクリーン印刷チャンバ102は複数のアクチュエータ、例えば、アクチュエータ102A(ステッピングモータ、サーボモータなど)を収容し、それらのアクチュエータは、システムコントローラ101と通信し、システムコントローラ101から送られたコマンドによって基板に対するスクリーン印刷デバイスの位置及び/又は角の向きを調整するのに使用される。一実施形態では、スクリーン印刷チャンバ102は、金属を含有する材料又は誘電体を含有する材料を太陽電池基板150上に堆積させる。一実施形態では、太陽電池基板150は、幅が約125mm〜約156mmの間であり、長さが約70mm〜約156mmの間である。
【0016】
一実施形態では、システム100は、位置「1」の印刷ネスト131上に置かれた基板150を検査するようになされた検査組立体200を備える。検査組立体200は、位置「1」の印刷ネスト131上に位置する搬入済み又は処理済みの基板150を検査するように配置された1つ又は複数のカメラ121を備えてもよい。一実施形態では、検査組立体200は、少なくとも1つのカメラ121(例えば、CCDカメラ)と、検査をしてその検査結果をシステムコントローラ101に通信することができる他の電子部品とを備え、そのシステムコントローラを使用して印刷ネスト131上の基板150の向き及び位置を解析する。
【0017】
システムコントローラ101は、システム100全体の制御と自動化を容易にするものであり、中央演算処理装置(CPU)(図示せず)と、メモリ(図示せず)と、サポート回路(又はI/O)(図示せず)とを備えてもよい。CPUは、様々なチャンバプロセス及びハードウェア(例えば、コンベア、検出器、モータ、流体送出ハードウェアなど)を制御するために産業上の環境で使用されるどのような形式のコンピュータプロセッサの1つでもよく、システム及びチャンバプロセス(例えば、基板の位置、プロセス時間、検出器の信号など)を監視する。メモリはCPUに接続されており、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読み出し専用メモリ(ROM)、フロッピーディスク、ハードディスクなどの容易に入手可能な1つ又は複数のメモリ、又は他のどのような形式のローカル又はリモートのデジタル記憶装置でもよい。CPUに命令するために、ソフトウェアの命令及びデータをコーディングし、メモリ内に格納することができる。サポート回路も、従来の様式でプロセッサをサポートするために、CPUに接続されている。サポート回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入出力回路機構、サブシステムなどを含んでもよい。システムコントローラ101によって読み取り可能なプログラム(又はコンピュータの命令)が、基板上でどのタスクが実行可能であるかを決定する。好ましくは、プログラムはシステムコントローラ101によって読み取り可能なソフトウェアであり、そのソフトウェアは、少なくとも、基板の位置情報、様々な制御される部材の移動シーケンス、基板検査システムの情報、及びそれらの任意の組み合わせを生成し、格納するためのコードを含む。本発明の一実施形態では、図3A〜図3Dに関してこの後記載するように、システムコントローラ101は位置合わせマークの位置を決定するためのパターン認識ソフトウェアを含む。
【0018】
図2Aは、太陽電池基板150の前面155、すなわち受光面の平面図である。光を当てられたとき太陽電池内に形成された接合部によって生成された電流が、太陽電池基板150の前面155上に配置されている前面接触構造156と、太陽電池基板150の裏面(図示せず)上に配置されている裏面接触構造(図示せず)とを流れる。図2Aに示すように、前面接触構造156は、間隔を広くとった薄い金属線、すなわちフィンガ152として構成してもよく、その線によってより大きな母線151に電流が供給される。典型的には、前面155は窒化ケイ素(SiN)などの誘電体材料の薄い層でコーティングされ、その層は光の反射を最小限に抑えるための反射防止コーティング(ARC)の働きをする。太陽電池基板150の裏面は受光面ではないため、裏面接触構造(図示せず)は、一般には薄い金属線に制約されない。
【0019】
一実施形態では、基板150の前面155上の母線151及びフィンガ152の配置は、印刷ネスト131上の基板150の位置決めに対する、スクリーン印刷チャンバ102(図1A)で使用するスクリーン印刷デバイスの位置合わせに左右される。一般に、スクリーン印刷デバイスは、スクリーン印刷チャンバ102に収容されたシート又はプレートであり、複数の開口、スロット又は他のフィーチャが内部に形成されて、基板150の前面155上にスクリーン印刷されるインク又はペーストのパターン及び配置を画定する。典型的には、基板150の表面上にフィンガ152及び母線151がスクリーン印刷されたパターンの位置合わせは、基板150の端部に対するスクリーン印刷デバイスの位置合わせに左右される。例えば、図2Aに示すように、母線151及びフィンガ152の単層のスクリーン印刷されたパターンの配置は、基板150の端部150Aに対して予測される位置X及び予測される角の向きRと、端部150Bに対して予測される位置Yとをもつことができる。基板150の前面155上にフィンガ152及び母線151がスクリーン印刷されたパターンの単層の、基板150の前面155上で予測される位置(X,Y)及び予測される角の向きRからの位置誤差は、位置オフセット(ΔX,ΔY)及び角度オフセットΔRとして記載することができる。よって、位置オフセット(ΔX,ΔY)は、端部150A及び150Bに対する母線151及びフィンガ152のパターンの配置における誤差であり、角度オフセットΔRは、基板150の端部150Bに対して母線151及びフィンガ152が印刷されたパターンの角の位置合わせにおける誤差である。基板150の前面155上に母線151及びフィンガ152がスクリーン印刷されたパターンの単層が誤って配置されると、形成されたデバイスが正しく動く能力に影響を及ぼし、このためシステム100のデバイス歩留まりに影響を及ぼすおそれがある。しかしながら、互いの上にスクリーン印刷パターンの多数の層が印刷されている応用例では、位置誤差を最小限に抑えることはさらに重要になる。
【0020】
完成した太陽電池の効率を低減させることなく前面接触構造156の通電容量を増加させるために、2つ以上の連続する層で母線151及びフィンガ152のパターンをスクリーン印刷することによって、母線151及びフィンガ152の太さを大きくすることなくそれらの高さを大きくしてもよい。図2Bは、第1の層の母線151A及びフィンガ152Aの上に印刷された第2の層の母線151B及びフィンガ152Bが適切にそろえられている基板150の一部分の概略垂直断面図である。
【0021】
図2Cは、スクリーン印刷する層同士の位置ずれを示した、太陽電池基板150の概略等角図である。典型的には、図2Aに示すように、第2の層としてスクリーン印刷されたパターンの、第1の層の上への位置合わせは、基板150の端部150A、150Bに対するスクリーン印刷デバイスの位置合わせに左右される。しかしながら、最初のスクリーン印刷動作と後続するスクリーン印刷動作の間で基板150の位置決めが変化するため及び/又は測定公差の影響が複合するために、第1の層に対する第2の層の位置ずれが起こるおそれがある。一般に、第1の層のフィンガ152A及び母線151Aに対する第2の層のフィンガ152B及び母線151Bの位置ずれは、位置的なずれ(Xl,Yl)及び角度ずれRlとして記載することができる。第1の層のスクリーン印刷されたパターンに対して第2の層のスクリーン印刷パターンの位置及び角度がずれると、単層パターンのときよりも前面155が覆われるか又は遮られるためにデバイスの性能及びデバイスの効率が低下するおそれがあり、結果としてシステム100のデバイス歩留まりが全体的に低下することになる。
【0022】
第2の層のスクリーン印刷されたパターンを第1の層のスクリーン印刷されたパターンにそろえる正確さを改善するために、本発明の実施形態では、1つ又は複数の光学検査デバイスと、システムコントローラ101と、1個又は複数個の位置合わせマークとを利用する。それらのマークは、第1の層のスクリーン印刷されたパターンに対する第2の層のスクリーン印刷されたパターンの位置合わせを自動的に調整するために、第1の層のスクリーン印刷されたパターンを印刷する間に基板150の前面155上に形成される。一実施形態では、1つ又は複数の光学検査デバイスからシステムコントローラ101によって受け取った情報と、システムコントローラが第1の層の母線151A及びフィンガ152Aに対するスクリーン印刷デバイスの位置及び向きを制御できる能力とを使って、第2の層の母線151B及びフィンガ152Bを第1の層の母線151A及びフィンガ152Aに自動式でそろえる。スクリーン印刷デバイスは、スクリーン印刷チャンバ102内でスクリーン印刷デバイスを所望の位置に自動式で配置しかつ向けるようになされた1つ又は複数のアクチュエータ102Aに連結されてもよい。一実施形態では、光学検査デバイスは、検査組立体200に収容された1つ又は複数の部材を備える。一実施形態では、その1個又は複数個の位置合わせマーク、又は基準マークは、以下で記載する図3A〜図3Dに示す位置合わせマーク160を含んでもよい。
【0023】
図3Aは、位置合わせマーク160の様々な例、例えば位置合わせマーク160A〜160Dを示す。それらのマークは、第1の層の母線151A及びフィンガ152Aのスクリーン印刷プロセス中に基板150の前面155上に形成し、検査組立体200が使用して、基板150の前面155上にスクリーン印刷された第1の層の母線151A及びフィンガ152Aの位置オフセット(ΔX,ΔY)と角度オフセットΔRを見つけることができる。一実施形態では、形成された太陽電池デバイスの性能に位置合わせマーク160が影響を及ぼさないように、位置合わせマーク160は、基板150の前面155の未使用の範囲に印刷される。一実施形態では、位置合わせマーク160は、円形状(例えば、位置合わせマーク160A)、長方形状(例えば、位置合わせマーク160B)、十字形状(例えば、位置合わせマーク160C)、又は英数字の形状(例えば、位置合わせマーク160D)でもよい。一般には、システムコントローラ101で提供されるパターン認識ソフトウェアが、検査組立体200により視認された画像から位置合わせマーク160の実際の位置を、よって、基板150の前面155上に母線151A及びフィンガ152Aがスクリーン印刷されたパターンの第1の層の実際の位置を決定することができるように、位置合わせマーク160の形状を選択することが望ましい。すると、システムコントローラ101は、予測される位置(X,Y)からの位置オフセット(ΔX,ΔY)と、予測される角の向きRからの角度オフセットΔRとを決定することができ、第2の層の母線151B及びフィンガ152Bを印刷するときに、位置的なずれ(Xl,Yl)と角度ずれRlを最小限に抑えるようにスクリーン印刷デバイスを調整することができる。
【0024】
図3B〜図3Dは、検査組立体200が受け取った画像からシステムコントローラ101によって算出されたオフセット測定値の正確さを改善するために使用することができる、基板150の前面155上の位置合わせマーク160の様々な構成を示す。図3Bは、2個の位置合わせマーク160が基板150の前面155上で反対側の隅の近くに設置されている1つの構成を示す。この実施形態では、位置合わせマーク160を可能な限り離して広げることにより、端部150Aや150Bのような基板150上のフィーチャに対する相対誤差をより正確に決定することができる。図3Cは、母線151A及びフィンガ152Aのパターンの第1の層のオフセットを決定するのに役立つように、3個の位置合わせマーク160が基板150の前面155上で様々な隅の近くに印刷されている別の構成を示す。
【0025】
図3Dは、3個の位置合わせマーク160が基板150の前面155の全体にわたって方策上重要な位置に印刷されている別の構成を示す。この実施形態では、位置合わせマーク160のうちの2個が端部150Aに平行な線上に配置され、第3の位置合わせマーク160が端部150Aに対して垂直に離れて配置されている。この実施形態では、基板150に対する第1の層の母線151A及びフィンガ152Aの位置及び向きに関する付加的な情報を与えるために、システムコントローラ101内のパターン認識ソフトウェアが垂直な基準線L1及びL2を作る。
【0026】
図4Aは、印刷ネスト131上に配置された基板150の前面155を検査するように検査組立体200が配置されている構成を示す、回転アクチュエータ組立体130の一実施形態の概略等角図である。一実施形態では、カメラ121の視野範囲122により基板150上の表面155の少なくとも1つの領域を検査することができるように、基板150の前面155の上方にカメラ121が配置されている。一実施形態では、視野範囲122は、1個又は複数個の位置合わせマーク160と基板の端部150Aなどの基板150のフィーチャとを視認して、第1の層の母線151A及びフィンガ152Aがスクリーン印刷されたパターンのオフセットに関する情報をシステムコントローラ101に提供するように配置されている。一実施形態では、視野範囲122は、端部150A及び150Bなどの基板150上の多数のフィーチャと1個又は複数個の位置合わせマーク160とを視認して、理想的な位置からの位置合わせマーク160の位置オフセットに関する座標情報を、よって基板150の前面155上における第1の層の母線151A及びフィンガ152Aの位置オフセット(ΔX,ΔY)及び角度オフセットΔRを提供するように配置されている。したがって、回転アクチュエータ組立体130、投入コンベア111及び印刷チャンバ102に対する各印刷ネスト131の位置がそれぞれ変化するため、回転アクチュエータ組立体130内に配置されている各印刷ネスト131とスクリーン印刷チャンバ102の部材の位置合わせは別々に調整される。
【0027】
図4Bは、カメラ121が受け取った位置情報の正確さを改善するために基板150の前面155の照明を制御する光学検査組立体200の実施形態を示す。一実施形態では、ランプ123から投射された光「D」が位置合わせマーク160によって遮断されることにより作られる影161が最小になるように、ランプ123を向けてもよい。一般に、反射光Eが、少なくとも、位置合わせマーク160から反射される第1の成分E1と、影領域161から反射される第2の成分E2とを含むため、影161は測定された位置合わせマーク160の大きさに影響を及ぼすことがある。影161は、位置合わせマーク160の本当の幅W1と位置合わせマーク160の見かけの幅Wl+W2とをカメラ121が見分ける能力に影響を及ぼすことがある。
【0028】
したがって、影161の大きさを縮小させるために、基板150の前面155に対して可能な限り直角(すなわち、90度)に近くなるようにランプ123を向けることが望ましいだろう。一実施形態では、ランプ123は約80度〜約100度の間の角度Fに向けられる。別の実施形態では、ランプ123は約85度〜約95度の間の角度Fに向けられる。
【0029】
一実施形態では、光学検査システム200が基板150の前面155上における位置合わせマーク160の位置を正確に決定する能力を改善するのに役立つように、ランプ123から与えられる光の波長を制御することもまた望ましい。一実施形態では、ランプ123は、赤色LEDを使用して基板150の前面155を照らす。太陽電池基板150の前面155上に典型的に形成される窒化ケイ素(SiN)の反射防止コーティング(ARC)層の上に第1の層の母線151A及びフィンガ152Aが印刷されているとき、赤色LEDの光は特に効果的になり得る。一実施形態では、基板150の前面155上でARCが形成された範囲に印刷されている位置合わせマーク160の上に、カメラ121の視野範囲122を配置することが望ましい。
【0030】
図5は、検査組立体200が複数の光学検査デバイスを備える回転アクチュエータ組立体130の一実施形態の概略等角図である。一実施形態では、検査組立体200は、基板150の前面155の3つの異なる領域を視認するようになされた3つのカメラ121A、121B及び121Cを備える。一実施形態では、カメラ121A、121B及び121Cは、基板150の前面155の、印刷された位置合わせマーク160を内部に含む領域を視認するようにそれぞれ配置されている。この実施形態では、視野範囲122A、122B及び122Cのそれぞれの大きさを縮小し、よって単位面積当たりの画素の分解能、すなわち個数を増加させることが可能であるため、第1の層の母線151A及びフィンガ152Aの配置を測定する精度を改善することができるとともに、さらに位置合わせマーク160の位置を基板150の前面155にわたって可能な限り広げて位置合わせの誤差の量を低減することが可能になる。
【0031】
図6は、本発明の一実施形態による基板150の前面155上に2層のパターンを正確にスクリーン印刷するための動作シーケンス600の概略図である。図6、図1A及び図1Bを参照すると、基板を装填する動作602では、回転アクチュエータ組立体130の位置「1」に置かれた印刷ネスト131の上に、経路Aに沿って第1の基板150を装填する。随意で行われる第1の位置合わせ動作603では、基板150の何も書かれていない前面155の画像を光学検査組立体200が取り込んでもよく、これらの画像に基づいて、基板150の前面155上にパターンを印刷するために、システムコントローラ101がスクリーン印刷チャンバ102内のスクリーン印刷デバイスを設定してもよい。この動作では、パターンの位置は、基板150の端部150A及び150Bなどの、基板150のあるフィーチャの場所に基づいている。
【0032】
動作604では、装填した基板150を収容する印刷ネスト131が時計回りの方向に経路B1に沿って印刷チャンバ102内の位置「2」へ移動するように、回転アクチュエータ組立体130を回転させる。動作606では、母線151Aやフィンガ152A、少なくとも2個の位置合わせマーク160などの、第1の層のスクリーン印刷パターンを基板150の前面155上に印刷する。一実施形態では、3個以上の位置合わせマーク160を基板150の前面155上に印刷する。一実施形態では、位置「1」に置かれた印刷ネスト131の上に第2の基板150を装填する。この実施形態では、動作シーケンスの全体を通して、第2の基板150は装填した第1の基板150と同一の経路をたどる。
【0033】
動作608では、装填した第1の基板150を収容する印刷ネスト131が時計回りの方向に経路B2に沿って位置「3」へ移動するように、回転アクチュエータ組立体130を回転させる。一実施形態では、第1の層のスクリーン印刷パターンを基板上に印刷するため、第2の基板150を収容する印刷ネスト131を位置「2」に移動させる。一実施形態では、位置「1」に置かれた印刷ネスト131の上に第3の基板150を装填する。この実施形態では、動作シーケンスの全体を通して、第3の基板150は第2の基板150と同一の経路をたどる。
【0034】
動作610では、装填した第1の基板150を収容する印刷ネスト131が時計回りの方向に経路B3に沿って位置「4」へ移動するように、回転アクチュエータ組立体130を回転させる。一実施形態では、第2の基板150を収容する印刷ネスト131を位置「3」に移動させる。一実施形態では、第1の層のスクリーン印刷パターンを基板上に印刷するため、装填した第3の基板150を位置「2」に移動させる。一実施形態では、位置「1」に置かれた印刷ネスト131の上に第4の基板150を装填する。この実施形態では、動作シーケンスの全体を通して、第4の基板150は第3の基板150と同一の経路をたどる。
【0035】
動作612では、装填した第1の基板150を収容する印刷ネスト131を時計回りの方向に経路B4に沿って位置「1」へ戻すように、回転アクチュエータ組立体130を回転させる。
【0036】
動作614では、第1の層のスクリーン印刷パターンの位置合わせを解析する。一実施形態では、第1の基板150の前面155上に印刷されている少なくとも2個の位置合わせマーク160の画像を、光学検査デバイス200が捕捉する。その画像は、システムコントローラ101内の画像認識ソフトウェアによって読み取られる。その少なくとも2個の位置合わせマーク160を解析し、それらを予測される位置(X,Y)及び角の向きRと比較することによって、システムコントローラ101は、スクリーン印刷されたパターンの位置オフセット(ΔX,ΔY)及び角度オフセットΔRを決定する。次いで、システムコントローラ101は、この解析から得られた情報を使用して、母線151Bやフィンガ152Bなどの第2の層のスクリーン印刷パターンを第1の層のスクリーン印刷パターンの上に続けて印刷するために、スクリーン印刷チャンバ102内のスクリーン印刷デバイスの位置を調整する。
【0037】
一実施形態では、基板前面155の上に配置されている3個の位置合わせマーク160の画像を、光学検査デバイス200が捕捉する。一実施形態では、システムコントローラ101は、理論上の基準フレームに対する3個の位置合わせマーク160の実際の位置を識別する。次いで、システムコントローラ101は、理論上の基準フレームからの3個の位置合わせマーク160のそれぞれのオフセットを決定し、座標移動アルゴリズムを使用して、第1の層に対して極めてより正確な位置合わせをした、第2の層の母線151B及びフィンガ152Bを引き続き印刷するための理想的な位置に、スクリーン印刷チャンバ102内のスクリーン印刷デバイスの位置を調整する。一実施形態では、最小二乗法(OLS)又は類似の方法を使用して、第2の層を印刷するためのスクリーン印刷デバイスの理想的な位置を最適化することができる。例えば、理論上の基準フレームからの各位置合わせマーク160のオフセットを決定することができ、位置合わせマーク160の実際の位置と理論上の基準フレームの間の距離を最小にする機能によって、スクリーン印刷デバイスの理想的な位置を最適化することができる。
【0038】
動作616では、装填した第1の基板150を収容する印刷ネスト131を時計回りの方向に経路B5に沿ってスクリーン印刷チャンバ102内の位置「2」へ戻すように、回転アクチュエータ組立体130を回転させる。
【0039】
動作618では、動作614の解析から得られた位置合わせの位置を使って、母線151Aやフィンガ152Aなどの第1の層のスクリーン印刷パターンの上に、母線151Bやフィンガ152Bなどの第2の層のスクリーン印刷パターンを印刷する。そのため、動作614の間にシステムコントローラ101が受け取った位置合わせマークの位置情報を使用して、第1の層を形成する間に作られた位置合わせマーク160の実際の位置に対して第2の層のスクリーン印刷材料を向け、かつ位置決めする。したがって、第2の層の配置が第1の層の実際の位置に依存し、端部150A及び150Bなどの基板150のフィーチャに対する第1の層の関係や、基板150のフィーチャに対する第2の層の関係に左右されないため、第2の層の配置の誤差が縮小する。基板150のフィーチャに対して第1の層を配置し、次いで基板150のフィーチャに対して第2の層を配置すると、第1の層のスクリーン印刷パターンに対して第2の層のスクリーン印刷パターンを直接そろえるときよりも誤差がほぼ2倍になることが、当業者であれば理解されよう。
【0040】
動作620では、装填した第1の基板150を収容する印刷ネスト131を時計回りの方向に経路B6に沿って位置「3」へ戻すように、回転アクチュエータ組立体130を回転させる。動作622では、2層のパターンが上にスクリーン印刷されている装填した第1の基板150を、位置「3」で印刷ネスト131から降ろす。空の印刷ネスト131が別の基板150を装填するために再び位置「1」に戻るまで動作シーケンス600は続き、そのシーケンス全体が繰り返される。
【0041】
一実施形態では、動作604と614の間で、第1の層の乾燥や硬化などの複数の処理ステップを実行してもよく、そのため、基板150が同一の印刷ネスト131上に配置されたままである必要はない。例えば、第1のシステム100(図1A)を使って基板150の表面上に第1の層を配置し、次いで第2のシステム100で基板150上に第2の層を形成する。ある構成では、第1の基板支持体(例えば、印刷ネスト131)と、第1の光学検査デバイス200と、第1のシステムコントローラ101とを有する第1のシステム100で動作602〜604を実行し、第2の基板支持体(例えば、第2の印刷ネスト131)と、第2の光学検査デバイス200と、第2のシステムコントローラ101とを有する第2のシステム100で動作614〜618を実行する。別の構成では、基板は同一のシステム100を2回通過する。
【0042】
本発明の実施形態では、単一の入力と単一の出力をもつシステム100に関して図1A及び図1Bに図示したが、本発明の実施形態は、図7に図示したような二重の入力と二重の出力をもつシステム700にも同様に適用可能である。
【0043】
図7は、本発明の実施形態と併せて使用して、基板150の前面155上に母線151やフィンガ152などの所望のパターンの多層の層を形成することができるシステム700の上面図である。図示のように、システム700が2つの投入コンベア111と2つの送出コンベア112を備えるという点で、システム700は図1A及び図1Bに図示したシステム100とは異なる。システム700が2つのスクリーン印刷チャンバ102を備えるという点でも、システム700はシステム100とは異なる。しかしながら、システム700に関する本発明の実施形態の動作シーケンスは、システム100に関するものと実質的に同一である。例えば、最初に位置「1」に装填した第1の基板150に対する動作シーケンス600は、図6に関して前に記載したものと同一である。しかしながら、最初に位置「3」に装填した第2の基板150と並行に、動作シーケンス600を走らせることができる。
【0044】
また、本発明の実施形態では2層のスクリーン印刷プロセスに関して記載したが、本発明の別の実施形態は、追加の層が上に印刷されるスクリーン印刷プロセスにも同様に適用可能である。
【0045】
上記は本発明の実施形態に関するが、本発明の基本的範囲から逸脱することなく本発明の他のさらなる実施形態を構成してもよく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲により定められる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも2個の位置合わせマークを含む第1の層のパターンが表面上に印刷された基板を受け取ることと、
前記基板の少なくとも1つのフィーチャに対する前記少なくとも2個の位置合わせマークの実際の位置を決定することと、
前記少なくとも2個の位置合わせマークの前記実際の位置を前記少なくとも2個の位置合わせマークの予測される位置と比較することと、
前記少なくとも2個の位置合わせマークの前記実際の位置と前記予測される位置の間のオフセットを決定することと、
前記決定されたオフセットを補うようにスクリーン印刷デバイスを調整することと、
前記第1の層のパターンの上に第2の層の前記パターンを印刷することと
を含む、スクリーン印刷プロセス。
【請求項2】
前記パターンが導電材料の線をさらに含む、請求項1に記載のスクリーン印刷プロセス。
【請求項3】
前記基板が多角形であり、前記少なくとも2個のマークのそれぞれが異なる隅の領域に印刷されている、請求項2に記載のスクリーン印刷プロセス。
【請求項4】
前記位置合わせマークの前記実際の位置を決定することが、前記位置合わせマークの光学像を捕捉すること、及び前記光学像上の前記位置合わせマークの物理的な特徴を認識することを含む、請求項1に記載のスクリーン印刷プロセス。
【請求項5】
前記位置合わせマークの前記予測される位置が、前記第1の層を印刷する前に、前記基板の少なくとも1つのフィーチャに対して決定される、請求項4に記載のスクリーン印刷プロセス。
【請求項6】
前記基板の前記表面上に少なくとも3個の位置合わせマークが印刷されている、請求項4に記載のスクリーン印刷プロセス。
【請求項7】
前記位置合わせマークの前記実際の位置を比較することが、2個の前記位置合わせマークの間に第1の基準線を引くこと、及び第3の位置合わせマークと前記第1の基準線の間に第2の基準線を引くことを含み、前記第2の基準線が前記第1の基準線に対して垂直である、請求項6に記載のスクリーン印刷プロセス。
【請求項8】
前記オフセットを決定することが、各位置合わせマークの前記実際の位置と前記予測される位置の間の距離を測定すること、及び座標移動アルゴリズムによって前記オフセットを計算することを含む、請求項6に記載のスクリーン印刷プロセス。
【請求項9】
導電性の細線の構造及び少なくとも2個の位置合わせマークを含む第1の層のパターンを、基板の表面上にスクリーン印刷デバイスで印刷することと、
光学検査組立体の下に前記基板を移動させることと、
前記第1の層のパターンの光学像を捕捉することと、
前記基板の少なくとも1つのフィーチャに対する前記少なくとも2個の位置合わせマークの実際の位置を決定することと、
前記少なくとも2個の位置合わせマークの前記実際の位置を前記少なくとも2個の位置合わせマークの予測される位置と比較することと、
前記実際の位置と前記予測される位置の間のオフセットを決定することと、
前記決定されたオフセットを補うように前記スクリーン印刷デバイスを調整することと、
前記調整されたスクリーン印刷デバイスによって、前記第1の層のパターンの上に第2の層の前記パターンを印刷することと
を含む、スクリーン印刷プロセス。
【請求項10】
前記第1の層を印刷する前に、前記基板の少なくとも1つのフィーチャに対する前記位置合わせマークの前記予測される位置を決定することをさらに含む、請求項9に記載のスクリーン印刷プロセス。
【請求項11】
前記位置合わせマークの前記実際の位置を決定することが、前記位置合わせマークの光学像を捕捉すること、及び前記光学像上の前記位置合わせマークの物理的な特徴を認識することを含む、請求項10に記載のスクリーン印刷プロセス。
【請求項12】
前記基板の前記表面上に少なくとも3個の位置合わせマークが印刷されている、請求項11に記載のスクリーン印刷プロセス。
【請求項13】
前記位置合わせマークの前記実際の位置を比較することが、2個の前記位置合わせマークの間に第1の基準線を引くこと、及び第3の位置合わせマークと前記第1の基準線の間に第2の基準線を引くことを含み、前記第2の基準線が前記第1の基準線に対して垂直である、請求項12に記載のスクリーン印刷プロセス。
【請求項14】
前記オフセットを決定することが、各位置合わせマークの前記実際の位置と前記予測される位置の間の距離を測定すること、及び座標移動アルゴリズムによって前記オフセットを計算することを含む、請求項11に記載のスクリーン印刷プロセス。
【請求項15】
第1の位置と第2の位置と第3の位置との間で移動可能な印刷ネストが上に配置されている回転アクチュエータと、
前記第1の位置の前記印刷ネスト上に基板を装填するように配置されている投入コンベアと、
調整可能なスクリーン印刷デバイスが内部に配置されているスクリーン印刷チャンバであって、前記印刷ネストが前記第2の位置にあるとき前記基板上にパターンを印刷するように配置されており、前記パターンが導電性の細線の構造及び少なくとも2個の位置合わせマークを含むスクリーン印刷チャンバと、
カメラ及びランプを有し、前記印刷ネストが前記第1の位置にあるとき第1の層のパターンの光学像を捕捉するように配置されている光学検査組立体と、
前記印刷ネストが前記第3の位置にあるとき前記基板を降ろすように配置されている出口コンベアと、
前記第1の層のパターンの前記光学像に捕捉された前記位置合わせマークの予測される位置に対する前記位置合わせマークの実際の位置のオフセットを決定し、前記第1の層のパターンの上に第2の層のパターンを印刷する前に、前記決定されたオフセットを補うように前記スクリーン印刷デバイスを調整するように構成されたソフトウェアを含むシステムコントローラと
を備える、スクリーン印刷システム。
【請求項16】
前記光学検査組立体が複数のカメラをさらに備えており、前記ランプが、前記光学検査組立体の下に配置された前記基板の表面に対して実質的に直角に光線を向けるように構成されている、請求項15に記載のスクリーン印刷システム。
【請求項17】
前記システムコントローラが、前記基板の少なくとも1つのフィーチャに対する前記位置合わせマークの前記実際の位置を特定するように構成されたソフトウェアをさらに含んでいる、請求項16に記載のスクリーン印刷システム。
【請求項18】
前記スクリーン印刷パターンが少なくとも3個の位置合わせマークを含んでいる、請求項17に記載のスクリーン印刷システム。

【図1A】
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【図1B】
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【図2A】
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【図2B】
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【図2C】
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【図3A】
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【図3B】
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【図3C】
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【図3D】
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【図4A】
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【図4B】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公表番号】特表2012−518555(P2012−518555A)
【公表日】平成24年8月16日(2012.8.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−550428(P2011−550428)
【出願日】平成21年5月25日(2009.5.25)
【国際出願番号】PCT/EP2009/056324
【国際公開番号】WO2010/094344
【国際公開日】平成22年8月26日(2010.8.26)
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
1.フロッピー
【出願人】(390040660)アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】APPLIED MATERIALS,INCORPORATED
【Fターム(参考)】