(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持する基板保持部と、
ペースト状の塗布液を貯留するための連続した液溜め空間を内部に有するとともに、それぞれが該液溜め空間と連通する複数の吐出口を下面に設けられた筐体部と、
前記液溜め空間に貯留された前記塗布液を加圧して前記複数の吐出口から前記塗布液を前記基板保持部に保持された前記基板に向けて連続的に吐出させる加圧部と、
前記筐体部の側面または上面に設けられた光入射部に光を入射させる光源と、
前記筐体部の底部壁体に沿って前記底部壁体内に埋め込まれて設けられ、前記光入射部に入射した光を前記吐出口に隣接する前記筐体部下面の吐出口隣接位置まで案内して、前記基板に塗布された前記塗布液に光を照射する導光部材と、
前記筐体部と前記基板保持部に保持された前記基板とを相対移動させる移動部と
を備えることを特徴とするパターン形成装置。
【請求項２】
前記複数の吐出口は、前記移動部による前記筐体部と前記基板との相対移動方向に交差する方向に列状に配置されている請求項１に記載のパターン形成装置。
【請求項３】
前記導光部材は、前記筐体部の壁体内部を通って前記光入射部から前記吐出口隣接位置まで延設された複数の光ファイバーを有し、前記吐出口隣接位置で前記光ファイバーの端面から下向きに光を出射する請求項２に記載のパターン形成装置。
【請求項４】
前記吐出口隣接位置では、前記複数の光ファイバーの端面が前記複数の吐出口の配設方向に沿って列状に配置されている請求項３に記載のパターン形成装置。
【請求項５】
前記筐体部は、前記基板保持部に保持された前記基板に向かう方向を軸方向とし底面に前記複数の吐出口が穿設されたシリンジである請求項１ないし４のいずれかに記載のパターン形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板上に電極などのパターンを形成する装置に関するものであり、例えば太陽電池基板などの光電変換素子の光電変換面に電極パターンを形成する装置に関する。
【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は、パターン材料を含む塗布液をノズルから連続的に吐出させて基板にパターンを描画する方法がある。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、基板に対し一方向に相対移動するノズルから光硬化性樹脂を含むペースト状のパターン形成材料を吐出させて基板に塗布し、光照射部から紫外線を照射することによって樹脂を硬化させて基板上にパターン形成を行っている。このように、ノズルから吐出された直後の塗布液を光照射によって硬化させることで、幅が細く高さのあるパターンを形成することが可能である。
【０００３】
上記した特許文献１に記載の技術を、例えば太陽電池などの光電変換素子の電極形成に応用することが考えられる。例えば特許文献２に記載の技術においては、太陽電池の光電変換面に、フィンガー電極とも称される多数の細い電極と、これらを横断するバス電極とも称される幅広の電極とが形成される。このような電極の形成に上記技術を適用することで、アスペクト比の高い電極を得ることが期待される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２０４１３９号公報（例えば、図２）
【特許文献２】特開２００５−３５３８５１号公報（例えば、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような塗布によるパターン形成技術においては、処理のスループットを高めるために、基板の移動方向と交差する方向に多数のノズルを配列し、これらのノズルから一斉に塗布液を吐出させることで、１回の相対移動で多数本のパターンを形成することが考えられる。この場合、各ノズルからの塗布液の吐出量を均一にするためには、大きな液溜め空間に貯留した塗布液を加圧し、この液溜め空間に連通させた各ノズルから塗布液を押し出すように吐出させることが有効である。
【０００６】
しかしながら、このようにすると、液溜め空間を形成するタンク筐体のサイズが大きくなり、光照射部をノズルに近接配置することが難しくなり、結果的に塗布から光照射までの時間差が大きくなってアスペクト比の高いパターンを得られなくなってしまう。
【０００７】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板上に塗布した塗布液を光により硬化させて電極などのパターンを形成するパターン形成装置において、塗布から光照射までの時間を短くしてアスペクト比の高いパターンを形成する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】
【０００８】
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部と、ペースト状の塗布液を貯留するための連続した液溜め空間を内部に有するとともに、それぞれが該液溜め空間と連通する複数の吐出口を下面に設けられた筐体部と、前記液溜め空間に貯留された前記塗布液を加圧して前記複数の吐出口から前記塗布液を前記基板保持部に保持された前記基板に向けて連続的に吐出させる加圧部と、前記筐体部の側面または上面に設けられた光入射部に光を入射させる光源と、前記筐体部の底部壁体に沿って前記底部壁体内に埋め込まれて設けられ、前記光入射部に入射した光を前記吐出口に隣接する前記筐体部下面の吐出口隣接位置まで案内して、前記基板に塗布された前記塗布液に光を照射する導光部材と、前記筐体部と前記基板保持部に保持された前記基板とを相対移動させる移動部とを備えることを特徴としている。
【０００９】
このように構成された発明では、筐体部側面または上面の光入射部に入射された光が、筐体部の底部壁体に沿って底部壁体内に埋め込まれた導光部材を通って下面の吐出口隣接位置から基板に塗布された塗布液に照射される。このように、入射光が筐体部の底部壁体内に埋め込まれた導光部材によって吐出口隣接位置まで案内されることで、吐出口から吐出され基板に塗布された塗布液に対し、短い時間差で光を照射することができ、アスペクト比の高いパターンを形成することができる。
【００１０】
ここで、複数の吐出口は、移動部による筐体部と基板との相対移動方向に交差する方向に列状に配置されていてもよい。このようにすると、筐体部と基板との１回の相対移動で互いに平行な多数の線状のパターンを形成することができる。
【００１１】
また、例えば、導光部材は、筐体部の壁体内部を通って光入射部から吐出口隣接位置まで延設された複数の光ファイバーを有し、吐出口隣接位置で光ファイバーの端面から下向きに光を出射する構成としてもよい。このような構成では、光入射部から入射された光が光ファイバーによって吐出口隣接位置まで案内されるので、光の損失が少なく、また必要に応じて光の経路を曲げることが可能である。
【００１２】
この場合において、例えば、吐出口隣接位置では、複数の光ファイバーの端面が複数の吐出口の配設方向に沿って列状に配置されていてもよい。このようにすると、複数の吐出口からそれぞれ吐出される塗布液の全体に対して光を照射することができる。
【００１３】
また、例えば、筐体部は、基板保持部に保持された基板に向かう方向を軸方向とし底面に複数の吐出口が穿設されたシリンジであってもよい。このような構成では、シリンジ内の塗布液を加圧することによって各吐出口でほぼ均一な吐出圧を得ることができ、各吐出口から吐出される塗布液の量を均一化することができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明にかかるパターン形成装置によれば、下面に複数の吐出口が設けられ内部に塗布液を貯留する筐体部の壁体内を通って光が案内されるため、吐出口の近くで塗布液に光を照射することができ、塗布液の塗布から光照射までを短時間で行うことが可能となり、アスペクト比の高いパターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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】塗布ヘッド部の外観を示す図である。
【図３】塗布ヘッド部の内部構造を示す断面図である。
【図４】タンク壁体内での光ファイバーケーブルの配設状態を示す図である。
【図５】この装置による電極パターン形成の様子を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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のパターンを形成し、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を形成するという用途に好適に使用することができる。
【００１７】
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（水平面）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が取り付けられる。塗布ヘッド部５の構造については後で詳しく説明する。
【００１８】
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（鉛直方向）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。
【００１９】
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の各モータは制御部６により制御される。
【００２０】
図２は塗布ヘッド部の外観を示す図である。また、図３は塗布ヘッド部の内部構造を示す断面図である。より詳しくは、図２（ａ）は塗布ヘッド部５をＸ方向から見た図であり、図２（ｂ）は塗布ヘッド部５の底面を下方から見た図である。また、図３（ａ）はＹ方向から見た塗布ヘッド部５の断面図であり、図３（ｂ）はＸ方向から見た塗布ヘッド部５の断面図である。
【００２１】
塗布ヘッド部５は、光を透過しない材料、例えばステンレスやアルミニウムにより、底面を有する筒状に形成されており、内部が塗布液を貯留するための液溜め空間ＳＰとなったタンク５１を有している。タンク５１の下面５１ａには、液溜め空間ＳＰと連通する吐出口５２１を有する吐出ノズル５２がＹ方向に複数並べて設けられている。この例では１０個の吐出ノズル５２がＹ方向に一列に配列されているが、吐出ノズルの個数はこれに限定されず任意であり、また複数列やいわゆる千鳥配置の吐出ノズルを有してもよい。またその配列方向も、Ｙ軸方向とは異なる方向であってもよい。
【００２２】
タンク５１の内部にはピストン５３が挿入されており、ピストン５３は制御部６により駆動制御されるアクチュエータ５４によってＺ方向に昇降自在となっている。すなわち、タンク５１とピストン５３とは制御部６によって制御されるシリンジを構成している。タンク５１の内壁とピストン５３とで囲まれた液溜め空間ＳＰは塗布液によって満たされている。制御部６からの制御指令によりアクチュエータ５４が作動しピストン５３が押し下げられると、液溜め空間ＳＰに貯留された塗布液が加圧されて各吐出ノズル５２の吐出口５２１から押し出される。図３（ａ）に示すように、タンク５１の底部内壁５１１は吐出口５２１に向かって傾斜するテーパー状に仕上げられており、タンク内の塗布液が最後まで無駄なく吐出口５２１に送り込まれるようになっている。
【００２３】
塗布液としては、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。
【００２４】
このようなペースト状の塗布液においては、せん断応力が加わることによって一時的にその粘度が変化する性質があり、各吐出口５２１近傍における塗布液の粘度のばらつきが吐出量の差になって現れやすい。本実施形態の塗布ヘッド部５では、単純な円筒形状のシリンジの底面、特にその側壁から離隔した中央部に複数の吐出口５２１を設けることにより、各吐出口５２１近傍での塗布液の粘度のばらつきを抑えて、各吐出口５２１から均等に塗布液を吐出することが可能となる。
【００２５】
この装置１では、ステージ移動機構２により基板Ｗを図１の矢印方向Ｄｓに移動させながら、上記した塗布液を塗布ヘッド部５の各吐出口５２１から吐出させることで、基板Ｗに塗布液を塗布することができる。この例では、基板Ｗの移動方向ＤｓはＸ方向である。
【００２６】
また、図１に示すように、この実施形態では、制御部６からの制御指令に応じて光（例えばＵＶ光）を発生する光源ユニット７が設けられている。そして、図１および図３（ａ）に示すように、タンク５１の外壁側面のうち基板Ｗの移動方向Ｄｓにおいて下流側（これらの図において右方）の下部に、光源ユニット７から延びる光ファイバーケーブル７１を接続するための接続部５１２が設けられている。光源ユニット７から発生された光は光ファイバーケーブル７１を介して接続部５１２へ案内される。
【００２７】
タンク５１の底部壁体内には、別の光ファイバーケーブル５５が予め埋め込まれており、接続部５１２では、光ファイバーケーブル５５の一方端面５５ａが露出している。したがって、光源ユニット７からの光は、接続部５１２において光ファイバーケーブル７１から光ファイバーケーブル５５の一方端面５５ａに入射される。こうして光が塗布ヘッド部５に導入される。
【００２８】
図４はタンク壁体内での光ファイバーケーブルの配設状態を示す図である。光ファイバーケーブル５５は極細の光ファイバー５５１を多数束ねたものであり、接続部５１２側では、これらの光ファイバー５５１が束ねられた状態となっている。一方、接続部５１２とは反対側ではこの結束が解かれており、各光ファイバー５５１がＹ方向に略一様に分散された状態でタンク５１下面の吐出口５２１に隣接する位置Ｒにまで延びている。このため、図２（ｂ）に示すように、タンク５１を下から見ると、１本１本の光ファイバー５５１の端面５５１ｂが吐出ノズル５２に隣接する位置Ｒで露出している。
【００２９】
このため、光源ユニット７から発せられる光は、光ファイバーケーブル７１および５５を経由して最終的に各光ファイバー５５１の端面５５１ｂから下向きに出射される。この光は基板Ｗに塗布された塗布液に照射されることで塗布液を硬化させる機能を果たす。各光ファイバー５５１はＹ方向に分散されることで光の照射範囲はＹ方向に細長く広げられているので、Ｙ方向に配列された各吐出口５２１のそれぞれから吐出される塗布液に均等に光を照射することができる。
【００３０】
図５はこの装置による電極パターン形成の様子を模式的に示す図である。図５（ａ）に示すように、この装置１では、ステージ移動機構２により、ステージ３に載置された基板Ｗを矢印方向Ｄｓに移動させる。そして、アクチュエータ５４でピストン５３を下方に押し込むことで液溜め空間ＳＰ内に貯留された塗布液を加圧し、タンク５１下面の吐出ノズル５２の吐出口５２１から塗布液を吐出させる。これにより、塗布液Ｐが基板Ｗ上でＸ方向に延びるストライプ状に塗布される。
【００３１】
そして、基板Ｗに塗布された塗布液Ｐに対しては、光源ユニット７から光ファイバーケーブル７１および５５を介して案内される光Ｌが照射される。その結果、光重合開始剤を含む塗布液Ｐが硬化し、図５（ｂ）に示すように、基板Ｗ上にはＹ方向に互いに離隔し、Ｘ方向に沿って延びる互いに平行なストライプ状の電極パターンＥが形成される。このとき、タンク５１の底部壁体内に埋め込んだ光ファイバーケーブル５５によって光源ユニット７からの光をタンク５１下面の吐出口５２１の近傍位置Ｒまで導いて、タンク５１下面から塗布液Ｐに光照射している。そのため、塗布から光照射までの時間を短くすることができ、断面形状において幅が狭くて高さのある、すなわちアスペクト比の高い電極パターンを形成することができる。
【００３２】
また、タンク５１壁体内に光ファイバーケーブル５５を通すことで、吐出ノズル５２と基板Ｗとを近接させて塗布を行うことができるので、微細なパターンの電極を精度よく形成することができる。また、１本１本の光ファイバー５５１は極細であるので曲げることができ、任意の形状に整形して所望の方向に光を導くことが可能であり、しかも光の損失を少なくすることができる。
【００３３】
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「基板保持部」として機能する一方、ステージ移動機構２が本発明の「移動部」として機能している。また、この実施形態では、塗布ヘッド５のタンク５１およびピストン５３がそれぞれ本発明の「筐体部」および「加圧部」として機能している。また、この実施形態では、光源ユニット７および光ファイバーケーブル５５がそれぞれ本発明の「光源」および「導光部材」として機能している。また、接続部５１２が本発明の「光入射部」に相当している。
【００３４】
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、上記実施形態は、内部形状が略円筒であるタンク５１を有しているが、本発明の「筐体部」の内部形状はこれに限定されるものではない。例えば、筐体部内部の断面形状が正方形であったり、Ｙ方向を長手方向とする長方形あるいは長円形であっても構わない。
【００３５】
また、上記実施形態では、光源ユニット７からの光をタンク５１の側面から塗布ヘッド部５に導入しているが、これに代えて、タンクの上面から光を入射させ、タンクの側壁内を通って埋め込まれた光ファイバーケーブルによって、光を塗布ヘッド部底面まで導くようにしてもよい。
【００３６】
また、上記実施形態では、固定された塗布ヘッド５に対して基板Ｗを移動させることで塗布ヘッド５と基板Ｗとの相対移動を実現しているが、逆に基板Ｗを固定して塗布ヘッド５を移動させるようにしてもよい。また、Ｘ方向への相対移動とＹ方向への相対移動とを適宜組み合わせてもよい。
【００３７】
また、上記実施形態では、塗布液を吐出するシリンジを構成する筐体部５１の底面５１ａが基板Ｗの上面に対し平行に配置されており、シリンジの軸が略鉛直方向に向いている。しかしながら、このような態様に限定されるものではなく、例えばシリンジの軸を基板に対する相対移動方向に傾けるようにしてもよい。
【００３８】
また、上記実施形態ではシリコン基板上に電極配線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、例えばリチウムイオン全固体電池のような太陽電池以外のデバイスに電極を形成する際にも、本発明を適用することが可能である。さらに、プラズマディスプレイパネルやタッチパネルなどの隔壁（リブ）パターンや電極以外の配線パターンを形成する場合や、ペースト接着剤を所定のパターンに塗布する場合にも、本発明を好適に適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
この発明は、基板上にパターンを形成する装置に適用可能であり、特にアスペクト比の高いパターンを必要とされる分野、例えば太陽電池基板上に電極パターンを形成する装置に好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
２  ステージ移動機構（移動部）
３  ステージ（基板保持部）
５  塗布ヘッド部
６  制御部
７  光源ユニット（光源）
５１  タンク（筐体部）
５２  吐出ノズル
５５  光ファイバーケーブル（導光部材）
７１  光ファイバーケーブル
５１２  接続部（光入射部）
５２１  吐出口
５５１  光ファイバー
Ｗ  基板
【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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