(57)【要約】【課題】高生産性かつ低コストで被印刷物面内で均一に印刷可能であり、さらに被印刷物の表面に形成された溝や穴等の凹部内に、印刷材料を充填不足やはみ出しを発生させること無く精度良く充填するスクリーン印刷方法を提供する。【解決手段】少なくとも被印刷物上に開口窓を設けたスクリーン版を設置し、ペースト状の印刷材料を該スクリーン版上に載せ、スキージを前記印刷材料に接触させて加圧しながら該スクリーン版上で平行移動させることによって前記開口窓を通じて前記被印刷物上に前記印刷材料を塗布するスクリーン印刷方法において、前記スキージと前記スクリーン版との間に前記印刷材料を介在させるとともに、少なくとも前記開口窓が存在する部分では前記スキージが前記スクリーン版に直接接触しないように間隔を保持して前記スキージを平行移動させることを特徴とするスクリーン印刷方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも被印刷物上に開口窓を設けたスクリーン版を設置し、ペースト状の印刷材料を該スクリーン版上に載せ、スキージを前記印刷材料に接触させて加圧しながら該スクリーン版上で平行移動させることによって前記開口窓を通じて前記被印刷物上に前記印刷材料を塗布するスクリーン印刷方法において、前記スキージと前記スクリーン版との間に前記印刷材料を介在させるとともに、少なくとも前記開口窓が存在する部分では前記スキージが前記スクリーン版に直接接触しないように間隔を保持して前記スキージを平行移動させることを特徴とするスクリーン印刷方法。
【請求項２】
前記スキージ全体が、前記スクリーン版に直接接触しないように間隔を保持して前記スキージを平行移動させることを特徴とする請求項１に記載のスクリーン印刷方法。
【請求項３】
前記スキージを平行移動させた後に、前記印刷材料を、前記スクリーン版上の少なくとも前記開口窓が存在する部分に残留させたまま、次の被印刷物にスクリーン印刷を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスクリーン印刷方法。
【請求項４】
前記開口窓が存在する部分でのスキージとスクリーン版との間隔を、１〜５００μｍの範囲に保持して前記スキージを平行移動させることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のスクリーン印刷方法。
【請求項５】
前記スクリーン版を、スキージ幅１００ｍｍあたり１０〜２５０Ｎの力で前記印刷材料を介して前記スキージで垂直方向に押しながら、前記スキージを平行移動させることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のスクリーン印刷方法。
【請求項６】
前記スキージを、１〜３００ｍｍ／ｓの速度で平行移動させることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のスクリーン印刷方法。
【請求項７】
前記印刷材料として、粘度が５０〜５００Ｐａ・ｓのペーストを用いることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のスクリーン印刷方法。
【請求項８】
前記スキージとして、少なくとも前記開口窓に対応する部分に凹形状の溝が形成されたスキージを用いることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のスクリーン印刷方法。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のスクリーン印刷方法であって、表面に凹部が設けられた被印刷物上に該凹部に対応する位置に開口窓が設けられているスクリーン版を設置し、前記スキージを平行移動させることによって前記凹部に印刷材料を充填することを特徴とするスクリーン印刷方法。
【請求項１０】
凹部を形成した基板に、請求項９に記載のスクリーン印刷方法を用いて、導電性ペーストからなる印刷材料を前記凹部に充填することによって、前記基板上に電極を形成することを特徴とするスクリーン印刷方法。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載のスクリーン印刷方法により製造されたものであることを特徴とするスクリーン印刷物。
【請求項１２】
請求項１１に記載の印刷物であって、基板上に形成された凹部にスクリーン印刷で電極が形成されたものであることを特徴とする太陽電池。
【請求項１３】
少なくとも、開口窓を設けたスクリーン版と、該スクリーン版上を平行移動することによってペースト状の印刷材料を前記開口窓を通して被印刷物上に供給するスキージとを備えたスクリーン印刷装置であって、前記スキージが平行移動する際に、少なくとも前記開口窓が存在する部分で前記スキージと前記スクリーン版とが所定間隔で離間し、直接接触しないものであることを特徴とするスクリーン印刷装置。
【請求項１４】
前記スキージが平行移動する際に、前記スキージ全体と前記スクリーン版とが所定間隔で離間し、直接接触しないものであることを特徴とする請求項１３に記載のスクリーン印刷装置。
【請求項１５】
前記スキージとスクリーン版とが所定間隔で離間するための手段が、前記スクリーン版上に残留した印刷材料の厚さを測定し、その値を基にして前記スキージが前記印刷材料を介して前記スクリーン版を押す力を調整する手段であるか、あるいは、前記スキージを平行移動させるためのレールを滑走する冶具に前記スキージを固定して、前記スクリーン版とスキージとの間隔が一定になるように前記レールの高さを調節する手段であることを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載のスクリーン印刷装置。
【請求項１６】
前記スキージに少なくとも前記開口窓に対応する部分に凹形状の溝が形成され、該凹形状の溝の直下では前記スクリーン版に前記スキージが直接接触しないものであることを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載のスクリーン印刷装置。
【請求項１７】
印刷材料に接触させて加圧しながらスクリーン版上を平行移動することによってスクリーン版の開口窓から印刷材料を吐出させるためのスクリーン印刷方法に使用されるスキージであって、少なくとも前記印刷材料に接触する部分に凹形状の溝が形成され、該凹形状の溝の直下では前記スクリーン版に直接接触しないものであることを特徴とするスキージ。
【請求項１８】
凹部を形成した基板に、請求項１３ないし請求項１６のいずれか１項に記載のスクリーン印刷装置を用いて、導電性ペーストからなる印刷材料を前記凹部に充填することによって電極が形成されたものであることを特徴とする太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリーン印刷に関するものであり、特に、高生産性かつ低コストで均一に印刷でき、さらに被印刷面上に形成された溝や穴等の凹部内に選択的に印刷材料を精度良く充填することができるスクリーン印刷方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、フラットパネルディスプレイ等の画像表示装置やプリント基板、太陽電池等の電子部品の製造工程の１つに、各種基板上に形成された溝や穴等の凹部の内部に電極や発光層を形成する工程がある。この電極や発光層は、基板上に形成された凹部に導電性ペーストや発光材料などを充填して形成されており、これらの材料が凹部に十分に充填され、かつ、凹部周辺の基板表面上にこれらの材料がはみ出さないことが必要とされている。
【０００３】
これらの材料を基板凹部へ充填する方法としては、フォトリソグラフィやインクジェット印刷等が用いられてきた。しかし、これらの方法は、導電性ペーストや発光材料などを精度良く高い充填率で凹部に充填することができるが、一方で、生産に要する費用が多大となるという問題があった。
【０００４】
そこで、生産に要する費用を削減することを目的として、スクリーン印刷を用いて上記材料を基板上に形成された凹部に充填し、電極や発光層を形成することが行われている（例えば特許文献１参照）。スクリーン印刷により基板上に形成された凹部に導電性ペーストや発光材料などの印刷材料を充填する方法としては、例えば、先ず、凹部が形成された基板上に、凹部に対応した位置に開口窓が設けられているスクリーン版を設置する。そして、印刷材料をスクリーン版上に供給し、スクレッパをスクリーン版上で平行移動させて開口窓に印刷材料を充填する。その後、スキージをスクリーン版に接触させスキージでスクリーン版を基板に押し当てながらスキージを平行移動させて、開口窓に充填された印刷材料を基板上の凹部内に押し出し、凹部に印刷材料を充填する。この一連の作業を繰り返すことにより、凹部に導電性ペーストや発光材料が充填された基板を生産する。スクリーン印刷法を用いることにより、フォトリソグラフィやインクジェット印刷に比べ工程数の削減や処理速度の増大が図られ、生産に要する費用を削減することが可能である。
【０００５】
しかし、このスクリーン印刷を用いた方法においても、次の問題点がある。
すなわち、スキージでスクリーン版を基板に押し当てながら印刷するため、スキージとスクリーン版との間で摩擦が生じてスキージ及びスクリーン版の寿命が短くなってスキージやスクリーン版の交換頻度が多くなり、生産性が低下したりコスト低減の効果が小さくなるといった問題がある。
また、被印刷物やスクリーン版の凹凸の影響を受けて不均一に印刷されたり、印刷材料の凹部への充填不足や凹部からのはみ出しといった問題も発生する。特にスクリーン印刷では、インクジェット印刷等の方法に比べて印刷材料の吐出量制御が難しいため、印刷品質にばらつきが生じてしまう。このばらつきは、例えば電極作製工程に適用した場合、電極材料の充填不足によって電極の抵抗増大を引き起こしたり、電極材料がはみ出すことによって隣の電極との短絡を引き起こすため、製造工程の歩留まりが低下することになる。
【０００６】
印刷材料のはみ出しの問題に対し、特許文献１や特許文献２などにおいて、スクリーン版の開口窓の幅を被印刷面上の凹部の幅よりも狭くし、はみ出し幅を削減する方法が提案されている。しかし、このスクリーン版開口幅による対策では、スクリーン版のメッシュや開口窓の製作精度の面で限界があり、他の方法による対策が必要である。
【０００７】
また、特許文献３では、スキージ進行方向に対するスキージ面とスクリーン面の内角と、進行方向に対するスキージ幅を規定したスキージを用いて、スキージでスクリーンを押す力及び印刷スピードを適正な範囲に調節する方法が提案されている。この方法により、スキージがスクリーンを押す力を小さくしてスクリーンの変形や印刷ずれを防止し、さらに穴埋め不足、突起、にじみ等を防止することが可能となった。しかしながら、この方法もやはり、印刷時にスキージとスクリーンを接触させているため、スキージやスクリーンの磨耗や変形の問題や、印刷位置ずれ等の問題を完全に解決することはできなかった。また、被印刷物やスクリーンの凹凸の影響が出てしまい、塗工されたペーストの面内の均一性は依然として不十分であった。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−２２３３７２号公報
【特許文献２】特開２００２−１１８３４７号公報
【特許文献３】特開平８−１５３９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、高生産性かつ低コストで被印刷物面内で均一に印刷可能であり、さらに被印刷物の表面に形成された溝や穴等の凹部内に、印刷材料を充填不足やはみ出しを発生させること無く精度良く充填するスクリーン印刷方法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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも被印刷物上に開口窓を設けたスクリーン版を設置し、ペースト状の印刷材料を該スクリーン版上に載せ、スキージを前記印刷材料に接触させて加圧しながら該スクリーン版上で平行移動させることによって前記開口窓を通じて前記被印刷物上に前記印刷材料を塗布するスクリーン印刷方法において、前記スキージと前記スクリーン版との間に前記印刷材料を介在させるとともに、少なくとも前記開口窓が存在する部分では前記スキージが前記スクリーン版に直接接触しないように間隔を保持して前記スキージを平行移動させることを特徴とするスクリーン印刷方法を提供する（請求項１）。
【００１１】
このように、スキージとスクリーン版との間に印刷材料を介在させるとともに、少なくとも開口窓が存在する部分ではスキージがスクリーン版に直接接触しないように間隔を保持してスキージを平行移動させることによって、スキージとスクリーン版との間に摩擦が生じることが無くなり、スキージやスクリーン版の磨耗や変形を防止して長寿命とすることができる。その結果、スキージやスクリーン版の交換頻度が減少するので、生産性を向上させ、生産コストも低減させることが可能となる。また、被印刷物やスクリーン版の凹凸を、スキージの弾性だけでなく、スクリーン版とスキージとの間に介在する印刷材料でも吸収するため、印刷時に被印刷物やスクリーン版の凹凸の影響を受けることが無くなり、印刷物の面内分布が均一となる。そのため、印刷工程での歩留まりが向上する。さらに、開口窓からの印刷材料の吐出量や吐出する際の圧力を制御しやすくなり、印刷材料の不足、にじみ、はみ出しなどの問題を解消できる。
【００１２】
この場合、前記スキージ全体が、前記スクリーン版に直接接触しないように間隔を保持して前記スキージを平行移動させても良い（請求項２）。
このように、スキージ全体がスクリーン版に直接接触しないように間隔を保持してスキージを平行移動させれば、スキージやスクリーン版の寿命をさらに長くすることができる。
【００１３】
この場合、前記スキージを平行移動させた後に、前記印刷材料を、前記スクリーン版上の少なくとも前記開口窓が存在する部分に残留させたまま、次の被印刷物にスクリーン印刷を行うことが好ましい（請求項３）。
【００１４】
本発明のスクリーン印刷方法において、少なくとも開口窓が存在する部分ではスキージはスクリーン版に直接接触していないため、スキージとスクリーン版との間に隙間が生じる。そのため、一度印刷を行うと、スキージがスクリーン版に直接接触せずにスクリーン版上を通過した部分に印刷材料が残留する。この状態で次の被印刷物にスクリーン印刷を行えば、従来のスクリーン印刷方法のような次回の印刷の前にスクレッパ等で開口窓に印刷材料を充填する工程が不要となり、印刷工程が短縮できるので有利である。
【００１５】
この場合、前記開口窓が存在する部分でのスキージとスクリーン版との間隔を、１〜５００μｍの範囲に保持して前記スキージを平行移動させることが好ましい（請求項４）。
このように、開口窓が存在する部分でのスキージとスクリーン版との間隔を、１〜５００μｍの範囲に保持してスキージを平行移動させれば、スキージの移動中印刷材料をスクリーン版上に途切れずに均一に拡げることができる。また、例えば、金属粒子を含む導電性ペーストのような印刷材料でも、均一に塗布することが可能となる。
【００１６】
この場合、前記スクリーン版を、スキージ幅１００ｍｍあたり１０〜２５０Ｎの力で前記印刷材料を介して前記スキージで垂直方向に押しながら、前記スキージを平行移動させることが好ましい（請求項５）。
このように、スクリーン版を、スキージ幅１００ｍｍあたり１０〜２５０Ｎの力で印刷材料を介してスキージで垂直方向に押しながら、スキージを平行移動させることで、スキージとスクリーン版とを上記範囲内の間隔で離間させながらスムーズに印刷することができる上、印刷材料の不足やにじみ、スクリーン版の変形などを防止することもできる。
【００１７】
また、前記スキージを、１〜３００ｍｍ／ｓの速度で平行移動させることが好ましい（請求項６）。
このように、１〜３００ｍｍ／ｓの速度の範囲内でスキージを平行移動させることにより、好適な印刷時間で印刷することができる。
【００１８】
この場合、前記印刷材料として、粘度が５０〜５００Ｐａ・ｓのペーストを用いることが好ましい（請求項７）。
このように、粘度が５０〜５００Ｐａ・ｓのペーストを印刷材料として用いることによって、スキージとスクリーン版との間隔を上記範囲内に保持し、印刷材料の不足、突起、にじみなどが生じることなく印刷することができる。
【００１９】
この場合、前記スキージとして、少なくとも前記開口窓に対応する部分に凹形状の溝が形成されたスキージを用いることが好ましい（請求項８）。
このように、少なくとも開口窓に対応する部分に凹形状の溝が形成されたスキージを用いれば、凹形状の溝直下でスキージとスクリーン版とが直接接触しない。これにより、スキージが印刷材料を介してスクリーン版を押す力をコントロールすることができる。このため、開口窓からの印刷材料の吐出量や吐出時の圧力を制御することができ、印刷材料不足やにじみ、はみ出しなどの問題を解消することができる。
【００２０】
また、本発明は、上記のスクリーン印刷方法であって、表面に凹部が設けられた被印刷物上に該凹部に対応する位置に開口窓が設けられているスクリーン版を設置し、前記スキージを平行移動させることによって前記凹部に印刷材料を充填することを特徴とするスクリーン印刷方法を提供する（請求項９）。
【００２１】
このように、上記のスクリーン印刷方法を用い、表面に凹部が設けられた被印刷物上に凹部に対応する位置に開口窓が設けられているスクリーン版を設置し、スキージを平行移動させることによって凹部に印刷材料を充填すれば、印刷材料の充填不足やはみ出しなどが発生しにくくなり、凹部内部に印刷材料を精度良く充填することができ、印刷工程の歩留まりが向上する。また、印刷材料の凹部からのはみ出し量が大幅に減少するので、印刷材料の余分な消費を防ぎ、材料費を削減することができる。
【００２２】
この場合、凹部を形成した基板に、上記のスクリーン印刷方法を用いて、導電性ペーストからなる印刷材料を前記凹部に充填することによって、前記基板上に電極を形成することが好ましい（請求項１０）。
【００２３】
このように、凹部を形成した基板に、上記のスクリーン印刷方法を用いて、導電性ペーストからなる印刷材料を凹部に充填することによって基板上に電極を形成すれば、導電性ペーストの凹部内部への充填不足による抵抗率の増大や、導電性ペーストのはみ出しによる隣接電極との短絡を防止することができる。これにより、電極形成工程の歩留まりが向上する。
【００２４】
また、本発明により上記のスクリーン印刷方法により製造されたスクリーン印刷物が提供される（請求項１１）。
上記のスクリーン印刷方法により製造されたスクリーン印刷物は、安価で被印刷物面内で印刷材料が均一に印刷された高品質なものとなる。
【００２５】
特に、本発明により、基板上に形成された凹部にスクリーン印刷で電極が形成された太陽電池が提供される（請求項１２）。
このような太陽電池であれば、低抵抗率で短絡のない電極を有する低コストの太陽電池となる。
【００２６】
さらに、本発明によれば、少なくとも、開口窓を設けたスクリーン版と、該スクリーン版上を平行移動することによってペースト状の印刷材料を前記開口窓を通して被印刷物上に供給するスキージとを備えたスクリーン印刷装置であって、前記スキージが平行移動する際に、少なくとも前記開口窓が存在する部分で前記スキージと前記スクリーン版とが所定間隔で離間し、直接接触しないものであることを特徴とするスクリーン印刷装置が提供される（請求項１３）。
【００２７】
このように、スキージが平行移動する際に、少なくとも開口窓が存在する部分でスキージとスクリーン版とが所定間隔で離間し、直接接触しないものであれば、スキージとスクリーン版との間に摩擦が生じないため、スキージ及びスクリーン版の寿命が長く、印刷材料を均一に印刷できるスクリーン印刷装置とすることができる。
【００２８】
この場合、前記スキージが平行移動する際に、前記スキージ全体と前記スクリーン版とが所定間隔で離間し、直接接触しないスクリーン印刷装置であっても良い（請求項１４）。
このように、スキージが平行移動する際に、スキージ全体とスクリーン版とが所定間隔で離間し、直接接触しないスクリーン装置であれば、スキージやスクリーン版の寿命がより長いスクリーン印刷装置とすることができる。
【００２９】
この場合、前記スキージとスクリーン版とが所定間隔で離間するための手段が、前記スクリーン版上に残留した印刷材料の厚さを測定し、その値を基にして前記スキージが前記印刷材料を介して前記スクリーン版を押す力を調整する手段であるか、あるいは、前記スキージを平行移動させるためのレールを滑走する冶具に前記スキージを固定して、前記スクリーン版とスキージとの間隔が一定になるように前記レールの高さを調節する手段であることが好ましい（請求項１５）。
【００３０】
このように、スキージとスクリーン版とが所定間隔で離間するための手段が、スクリーン版上に残留した印刷材料の厚さを測定し、その値を基にしてスキージが印刷材料を介してスクリーン版を押す力を調整する手段であるか、あるいは、スキージを平行移動させるためのレールを滑走する冶具にスキージを固定して、スクリーン版とスキージとの間隔が一定になるようにレールの高さを調節する手段であれば、スキージを平行移動する間に確実にスキージとスクリーン版とが直接接触しないとともに、一定の間隔で保持しながらスキージを平行移動させることが可能なスクリーン印刷装置とすることができる。
【００３１】
この場合、前記スキージに少なくとも前記開口窓に対応する部分に凹形状の溝が形成され、該凹形状の溝の直下では前記スクリーン版に前記スキージが直接接触しないものであっても良い（請求項１６）。
【００３２】
このように、スキージに少なくとも開口窓に対応する部分に凹形状の溝が形成されていれば、凹形状の溝の直下ではスクリーン版にスキージが直接接触せず、一定の間隔に安定して保ちながら、スキージを平行移動させることが可能なスクリーン印刷装置とすることができる。
【００３３】
また、本発明は、印刷材料に接触させて加圧しながらスクリーン版上を平行移動することによってスクリーン版の開口窓から印刷材料を吐出させるためのスクリーン印刷方法に使用されるスキージであって、少なくとも前記印刷材料に接触する部分に凹形状の溝が形成され、該凹形状の溝の直下では前記スクリーン版に直接接触しないスキージを提供する（請求項１７）。
【００３４】
このように、少なくとも印刷材料に接触する部分に凹形状の溝が形成され、凹形状の溝の直下ではスクリーン版に直接接触しなければ、開口窓からの必要量の印刷材料を好適な圧力で吐出できるスキージとすることができる。
【００３５】
さらに、本発明は、凹部を形成した基板に、上記のスクリーン印刷装置を用いて、導電性ペーストからなる印刷材料を前記凹部に充填することによって電極が形成された太陽電池を提供する（請求項１８）。
このような太陽電池は、導電性ペーストが凹部内部に充填不足やはみ出しが無く確実に充填された電極を有するので、電極部分の抵抗率が低く且つ短絡のない低コストの太陽電池となる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によるスクリーン印刷方法であれば、従来のスキージとスクリーン版とを接触させながら印刷する方法に比べて、両者が互いに擦れ合う機会が少なくなり、スキージやスクリーン版の寿命が延びる。このため、生産コストを低減し、生産性を向上させることができる。また、印刷時に被印刷物やスクリーン版の凹凸の影響を受けにくくなり、印刷物の面内分布が均一になる。しかも、一度の印刷後、スクリーン版上のスキージが通過した部分には印刷材料が残留するため、次回の印刷の前にスクレッパで開口窓に印刷材料を充填する工程が不要となる。そのため、印刷工程が短縮され、生産性が向上する。
特に、被印刷物に形成された溝や穴等の凹部に印刷材料を充填する場合には、印刷材料を凹部内部に十分に充填させることができる上、印刷材料が凹部からはみ出る量を最少に抑えることができる。本発明を太陽電池の電極形成に適用すれば、電極の抵抗増大や短絡を防止することができ、高性能の太陽電池を歩留まり良く生産することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明のスクリーン印刷方法を、太陽電池の製造工程の中で、基板上に形成された溝状の凹部に導電性ペーストを充填し電極を形成する工程を例に挙げて説明する。
【００３８】
まず、図１に示すように、被印刷物をスクリーン印刷装置のチャックテーブル７上に固定する。被印刷物としては、例えばシリコン単結晶ウェーハ１が用いられる。本発明の場合、使用できるシリコン単結晶ウェーハの形状、物性などは特に限定されない。シリコン単結晶ウェーハ１の表面には、研削加工により溝状の凹部２が設けられている。研削加工により発生した表面のダメージを除去するために、シリコン単結晶ウェーハにアルカリ溶液などによるエッチングを施しても良い。
【００３９】
シリコン単結晶ウェーハ１上に、ウェーハ表面の溝状の凹部２に対応する位置に開口窓３が設けられているスクリーン版４を、スクリーン版とウェーハの間に間隔を開けて設置する。そして、スクリーン版４の上に印刷材料である導電性ペースト５を供給し、スクレッパ（不図示）をスクリーン版４に平行な方向に移動させてスクリーン版の開口窓３に導電性ペーストを充填する。
【００４０】
次に、スキージ６を導電性ペースト５に直接接触させ加圧するとともにスクリーン版４には接触しないようにしてスクリーン版４上を平行移動させると、図１のように、スキージ６から導電性ペースト５を介してスクリーン版４に圧力がかかり、スクリーン版４がシリコン単結晶ウェーハ１に接触し、導電性ペースト５が開口窓３を通って押し出され、ウェーハに形成された溝状の凹部２内部に充填される。本発明では、少なくとも開口窓３が存在する部分でスキージ６とスクリーン版４との間に導電性ペースト５を介在させ、スキージ６とスクリーン版４とが直接接触しないように間隔を保持しながらスキージ６を平行移動させる。これにより、スキージやスクリーン版の磨耗を防ぎ、スクリーン版やシリコン単結晶ウェーハ表面の凹凸に影響されることなく均一に導電性ペーストを充填することができる。さらにスキージが導電性ペーストを介してスクリーン版を押す力を制御して導電性ペーストが凹部からはみ出したり充填不足になるのを防止できる。なお、スキージとスクリーン版との間に間隔を空けているので、スキージを平行移動させた後に、少なくとも開口窓が存在する部分には導電性ペーストが残留する。
【００４１】
本発明の場合、スキージ６とスクリーン版４との間隔は、１〜５００μｍの範囲内であることが好ましい。導電性ペーストなど金属粒子を含むペーストの場合、金属粒子の粒径が通常約１μｍ程度であるため、スキージとスクリーン版との間隔は１μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上であることが好ましい。一方、５００μｍ以上になると印刷材料が多く必要になり無駄が生じるうえ、スクリーン版までの距離が離れてスキージからの圧力が十分に伝わらないため、印刷材料を開口窓から押し出しにくくなる。５００μｍ以下であれば、版上に途切れずにペーストを拡げることができ、印刷材料を開口窓から容易に吐出することができるので好ましい。
【００４２】
スキージとスクリーン版とを離間させ、直接接触させない方法の例として、次の２通りの方法が挙げられる。１つは、スキージとスクリーン版の間に介在させた印刷材料にくさび効果を発生させ、スキージとスクリーン版とを離間させる方法である。くさび効果とは、互いに対向した平行でない二面が相対運動をした際に、この二面に挟まれた流体内に圧力が発生する効果である。このくさび効果は、滑り軸受けやハードディスクのヘッド浮上等で利用されている流体力学的な効果である。もう１つは、機械的にスキージをスクリーン版から離間させる方法である。
【００４３】
くさび効果を用いてスキージとスクリーン版とを離間させるには、例えば図２に示すようなスクリーン印刷装置を用いてスクリーン印刷を行う。図２のスクリーン印刷装置１０では、スキージ６は、スキージが導電性ペーストを介してスクリーン版を押す圧力を調節するための印刷圧力調整用アクチュエータ１１で固定されている。このスキージ６は、不図示の滑走手段によってスクリーン版４上を平行移動できるようになっている。アクチュエータ１１は、圧縮空気や電力によってスキージ６を上下させ、スキージ６がスクリーン版４を押す圧力を調節している。この印刷圧力調整用アクチュエータ１１は、アクチュエータ制御回路１２に接続されている。
【００４４】
このスクリーン印刷装置１０では、導電性ペースト５が無い状態ではスキージ６はスクリーン版４に接触しているが、導電性ペースト５を供給してスクリーン版４上を平行移動させると、くさび効果によりスキージ６はスクリーン版４と離間する。スキージが導電性ペーストを介してスクリーン版を押す圧力を変化させることによって、スキージ６とスクリーン版４との間隔を調整し、開口窓３からの導電性ペースト５の吐出量やウェーハ１表面の溝状の凹部２への充填圧力を制御する。本発明では、スキージが導電性ペーストを介してスクリーン版を押す圧力を、スキージ幅１００ｍｍあたり１０〜２５０Ｎの範囲にすることが好ましい。１０Ｎ未満では、導電性ペーストを開口窓から吐出させることができなかったり、充填不足となる恐れがある。２５０Ｎを超えると、開口窓から吐出する導電性ペーストの量や充填圧力が大きくなって導電性ペーストが凹部からはみ出したり、スキージとスクリーン版とが接触してスキージ及びスクリーン版が磨耗したり変形したりする恐れがある。圧力を１０〜２５０Ｎの範囲内にすれば、スキージとスクリーン版とが接触することなく、スキージとスクリーン版との間隔を１〜５００μｍの範囲内に保持してスクリーン印刷を行うことができる上、充填不足やはみ出しなどを防止できる。
【００４５】
このように、くさび効果を用いる方法では、アクチュエータがスキージを押す力を一定にするだけでくさび効果が発生するので、スキージとスクリーン版との間隔は高精度で一定に保持される。
【００４６】
本発明の場合、粘度が５０〜５００Ｐａ・ｓの導電性ペーストを使用して、充填不足やはみ出しなどを防止する。スキージを平行移動させる速度は、導電性ペーストの粘度や開口窓の面積などに応じて好適な印刷時間となるように、１〜３００ｍｍ／ｓの範囲内に設定すると良い。こうすることで、スキージとスクリーン版との間隔を所定値に保持して、所望品質を有する印刷物を高生産性で得ることができる。
【００４７】
機械的にスキージをスクリーン版から離間させる方法には、光学センサを用いてスクリーン上に残留したペースト厚を測定し、スキージとスクリーン版との間隔を制御する方法、スキージをスクリーン版と接触しない高さに固定し、スクリーン版上を平行移動させる方法、凹形状の溝が形成されたスキージを用いる方法などがある。
【００４８】
光学センサを用いてスキージとスクリーン版との間隔を制御する方法では、例えば図３に示すスクリーン印刷装置を用いてスクリーン印刷を行う。図３のスクリーン印刷装置１５では、図２のスクリーン印刷装置のスクリーン版４の上方に光学センサ１３が設置されている。光学センサ１３はコンピュータ１４に接続され、このコンピュータ１４はアクチュエータ制御回路１２に接続されている。
【００４９】
具体的に、図３のスクリーン印刷装置を用いてスキージを平行移動させている間のスキージ６とスクリーン版４との間隔を所定値に保つには、例えば、まず、スキージ６を平行移動させた後にスクリーン版４上に残留する導電性ペースト５の反射率（印刷材料の残留具合）やスクリーン版との距離等を光学センサ１３で測定する。そして、コンピュータ１４にて、予め設定しておいた目標値と光学センサの測定値とを比較する。一致しない場合は、コンピュータ１４からの指示でアクチュエータ制御回路１２を介して印刷圧力調整用アクチュエータ１１を作動させ、スキージ６の高さを変化させる。この作業をスキージを平行移動させている間中（印刷中）常に、あるいは間欠的に行って、スキージとスクリーン版との間隔を所定値に保持する。
このように、図３のスクリーン印刷装置では、光学センサを用いることによりスキージとスクリーン版との間隔をより高精度で制御でき、開口窓から吐出される導電性ペーストの量や充填圧力をより精度良く制御できる。
【００５０】
スキージをスクリーン版と接触しない高さに固定する方法では、例えば図４に示すスクリーン印刷装置を用いてスクリーン印刷を行う。図４のスクリーン印刷装置２０では、スクリーン版４の版枠２１にガイドレール高さ調整用アクチュエータ２２を備えた支柱２３が取り付けられ、上部にガイドレール２４が設置されている。また、スキージ６はスキージ固定冶具２５で固定されており、このスキージ固定冶具２５はガイドレール２４によりスクリーン版４に対して平行に滑走可能となっている。スキージ６のスクリーン版４に対する高さはガイドレール高さ調整用アクチュエータ２２を用いてガイドレールの高さを調整することによって制御される。
【００５１】
具体的に、スクリーン印刷を行う際、スキージとスクリーン版との間隔が１〜５００μｍになるようにガイドレール２４の高さを調整し固定する。これにより、スキージ６とスクリーン版４とはスクリーン印刷中に直接接触しなくなる。スクリーン版４上に印刷材料である導電性ペースト５を供給し、スキージ６を平行移動させると、スキージとスクリーン版とで導電性ペーストを押し潰す現象が発生し、スキージ６、スクリーン版４、導電性ペースト５の三者間で作用／反作用の力のやり取りが行われる。このため、導電性ペースト５を介してスキージ６からスクリーン版４に圧力がかかり、スクリーン版４が被印刷物であるシリコン単結晶ウェーハ１に接触するとともに、スクリーン版の開口窓３から導電性ペースト５が押し出され、ウェーハ上の凹部２に導電性ペーストが充填される。この方法では、スキージとスクリーン版との間隔や導電性ペーストの粘度などにより、開口窓から吐出する導電性ペーストの量や充填圧力を制御することができる。
【００５２】
そして、この方法でも、スキージとスクリーン版とが直接接触しないのでスキージ及びスクリーン版の磨耗や変形が防止できる。さらに、導電性ペーストを介して間接的にスキージからスクリーン版に圧力をかけているため、開口窓から導電性ペーストを必要量以上に吐出することがなくなり、また導電性ペーストの充填圧力が緩和され、導電性ペーストが凹部からはみ出す幅が減少する。
【００５３】
一方、凹形状の溝が形成されたスキージを用い、スキージとスクリーン版とを離間させる方法では、例えば図５に示すスクリーン印刷装置を用いてスクリーン印刷を行う。図５は、太陽電池のフィンガ電極など、互いに平行な溝状の凹部が形成されたシリコン単結晶ウェーハに対しスクリーン印刷を行う場合に使用するスクリーン印刷装置の一例である。
スクリーン印刷装置３０のチャックステージ７に固定されたシリコン単結晶ウェーハ１上に、ウェーハ上に形成された溝状の凹部２に対応する位置に開口窓３が設けられているスクリーン版４が設置されている。スキージ６は、印刷材料に接触する部分であって開口窓に対応する位置に断面が半楕円形の溝３１が形成され、不図示のスキージ移動手段によって開口窓に沿ってスクリーン版上を平行移動できるようになっている。
【００５４】
また、例えば、図６のスクリーン印刷装置を用いることも可能である。図６のスクリーン印刷装置３２では、スキージ６に、印刷材料に接触する部分であって開口窓に対応する位置に断面が半円形の溝３３が複数形成されている。この溝３３直下ではスキージ６とスクリーン版４とは直接接触しないようになっている。
【００５５】
スクリーン印刷を行う際、少なくとも開口窓３がある部分、すなわちスキージ６の溝３１、３３直下でスクリーン版４がスキージ６に直接接触していなければ、図６のようにその他の部分でスキージ６がスクリーン版４に直接接触していても、図５のように接触しなくても良い。図５のように、その他の部分でスキージ６がスクリーン版４に直接接触しないようにするためには、上記のようなくさび効果を発生させたり、スキージ６をスクリーン版４と接触しない高さに固定したりすればよい。
【００５６】
スキージの溝３１、３３の幅や個数は、スクリーン版４に形成された開口窓３のパターン（印刷形状）に応じて適宜変えることができる。例えば、図５のように複数の開口窓をまたぐように溝が形成されていても良く、図６のように各開口窓毎に溝が形成されていても良い。特に、図５のように１つの溝を形成したスキージは、複雑なパターンの印刷を行う場合にも十分対応できる。また、溝３１、３３の断面形状は、半楕円形や半円形に限らず、三角形、四角形、五角形、台形など各種の形状であっても良い。溝の形状や溝の深さを適宜選択することによって、導電性ペーストを介してスキージがスクリーン版を押す圧力を制御することができる。ただし、スキージの溝の深さは、開口窓の直上でスキージとスクリーン版との間隔が１〜５００μｍの範囲内になるように設定される。
【００５７】
上記のような凹形状の溝を有するスキージ６を用いてスクリーン印刷することにより、スキージの溝３１、３３直下では導電性ペースト５を介してスクリーン版４に圧力がかかるため、開口窓３から導電性ペースト５を必要量以上に吐出することがなくなり、また導電性ペースト５の充填圧力が緩和され、導電性ペーストが凹部からはみ出す幅が減少する。
【００５８】
以上のように、少なくとも開口窓がある部分ではスキージとスクリーン版とが直接接触しないようにスクリーン印刷を行うことにより、開口窓から導電性ペーストを必要量以上に吐出することがなくなり、また導電性ペーストの充填圧力が緩和され、導電性ペーストが凹部からはみ出す幅が減少する。
【００５９】
基板上に形成された凹部への充填圧力が緩和される理由を、図７および図８を用いて説明する。スキージをスクリーン版に接触させてスクリーン印刷を行う場合（図７）、スキージ６とスクリーン版４との接触点近傍に圧力が集中する。そのため、導電性ペースト５（印刷材料）が開口窓から勢い良く基板上の凹部へと吐出される。その結果、導電性ペーストの凹部外へのはみ出しが発生しやすくなる。また、印刷点によって圧力が不均一になりやすく、凹部に印刷材料を過充填したり充填不足を生じやすい。これに対し、スキージをスクリーン版に直接接触させずにスクリーン印刷を行う場合（図８）、スキージ６とスクリーン版４との間にペースト５が介在し、スキージからの圧力はペーストを通してスクリーン版に伝達されるため、スクリーン版にかかる圧力は分散する。この結果、開口窓から吐出された導電性ペーストが凹部内部に充填される圧力が緩和され、導電性ペーストのはみ出しなどが防止でき、均一に印刷することができる。
【００６０】
上記のように、本発明のスクリーン印刷を行うと、少なくとも開口窓が存在する部分に導電性ペーストが残留する。したがって、次のシリコン単結晶ウェーハに印刷するには、次のシリコン単結晶ウェーハをセットし、スクレッパを平行移動させて開口窓に導電性ペーストを充填する工程を省略してスクリーン印刷を行うことができる。次回のスクリーン印刷を行う前に、スクリーン版上に残留した導電性ペーストの残り具合を観察して、スキージが導電性ペーストを介してスクリーン版を押す圧力やスキージとスクリーン版との間隔などの印刷条件を調整したり、新たに導電性ペーストを追加するなどして、印刷品質の安定化を図っても良い。
【００６１】
本発明のスクリーン印刷方法を用いてシリコン単結晶ウェーハ上の凹部に導電性ペーストを充填し電極を形成すれば、導電性ペーストの充填不足やはみ出しなどを防止でき、低抵抗率で短絡のない電極が形成できるので、電極形成工程の歩留まりを向上させ、製造コストを削減することができる。また、スキージやスクリーン版の磨耗・変形を防止し寿命が長くすることができるため、生産性を向上させ製造コストをさらに低減することができる。
そして、上記方法で電極を形成した太陽電池は、電極部分の抵抗率が低く且つ短絡のない低コストで高品質の太陽電池となる。
【実施例】
【００６２】
以下に本発明の実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例）
厚さ３００μｍ、直径１２５ｍｍのシリコン単結晶ウェーハ５０枚に、研削加工により幅９０μｍ、深さ６０μｍの溝状の凹部を形成した。このシリコン単結晶ウェーハを、水酸化カリウム水溶液でエッチングし、研削加工で発生したダメージを除去した。
【００６３】
まず、１枚のシリコン単結晶ウェーハ１を、図２に示すスクリーン印刷装置１０のチャックステージ７上に載置して固定し、その上にシリコン単結晶ウェーハ１の凹部２に対応した位置に幅９０μｍの開口窓３を持つスクリーン版４を設置した。
【００６４】
次に、スクリーン版４上に粘度１００Ｐａ・ｓの導電性ペースト５を供給し、スクレッパをスクリーン版４上で平行移動させて開口窓３に導電性ペースト５を充填した。
そして、スキージ６を平行移動させて、シリコン単結晶ウェーハ１上の凹部２に導電性ペースト５を充填した。なお、印刷条件は、スキージ幅１００ｍｍあたりのスキージが導電性ペーストを介してスクリーン版を押す力を１００Ｎ、スキージ移動速度１００ｍｍ／ｓとした。この条件で、スキージの平行移動中にスキージとスクリーン版とは約１００μｍの間隔が保持された。
【００６５】
スキージを平行移動させた後、スクリーン版上に導電性ペーストが残留していることが確認できた。この残留した導電性ペーストの膜厚を複数点について光学センサ１３を用いて測定したところ、約１００μｍであり、測定点間でのばらつきは小さかった。
【００６６】
スクリーン印刷が終了したシリコン単結晶ウェーハ１を取り出し、別のシリコン単結晶ウェーハをチャックステージ７上に固定し、スクレッパを平行移動させる工程を行わずに上記条件でスクリーン印刷を行った。この作業を繰り返し、計５０枚のシリコン単結晶ウェーハに対し、ウェーハ上に形成された溝状の凹部に導電性ペーストを充填した。５０枚のシリコン単結晶ウェーハへの印刷完了後、スキージおよびスクリーン版を観察し、磨耗、変形が無いことを確認した。
【００６７】
（比較例）
実施例１と同様のシリコン単結晶ウェーハ５０枚を準備し、まずシリコン単結晶ウェーハ１枚に対し、実施例と同様のスクリーン印刷装置を用いて、スキージ幅１００ｍｍあたりのスキージが導電性ペーストを介してスクリーン版を押す力が３００Ｎ、スキージ移動速度が１５０ｍｍ／ｓの印刷条件でスクリーン印刷を行い、粘度１００Ｐａ・ｓの導電性ペーストをウェーハ上の凹部に充填した。この条件では、スキージの平行移動中にスキージとスクリーン版との間隔は０μｍであった。
【００６８】
スキージを平行移動させた後にスクリーン版上を観察したところ、導電性ペーストは残留していなかった。
【００６９】
スクリーン印刷が終了したシリコン単結晶ウェーハを取り出し、別のシリコン単結晶ウェーハをチャックステージ上に固定し、スクリーン版を設置した。そして、スクレッパを平行移動させて開口窓に導電性ペーストを充填し、その後１枚目と同じ印刷条件でスキージを平行移動させてスクリーン印刷を行った。この作業を繰り返し、計５０枚のシリコン単結晶ウェーハに対し、ウェーハ上の溝状の凹部に導電性ペーストを充填した。印刷完了後、スクリーン版が変形していることが確認された。
【００７０】
実施例及び比較例のシリコン単結晶ウェーハについて、ウェーハ表面における導電性ペーストの印刷幅を測定した。得られた印刷幅の平均値を表１に示す。
【表１】
2006076141.tif 000003
【００７１】
実施例の導電性ペーストの印刷幅は、比較例の印刷幅に比べて約２５％狭くなり、シリコン単結晶ウェーハ上に形成した凹部の幅にほぼ近かった。
【００７２】
以上のように、実施例では、本発明の範囲内の印刷条件でスクリーン印刷を行うことにより、スキージとスクリーン版とを直接接触させないで好適な間隔を保持して印刷を行うことができた。そのため、導電性ペーストの印刷幅は、シリコン単結晶ウェーハ上に形成した凹部の幅に近くなった。
一方、比較例では、スキージを平行移動させた後のスクリーン版上に導電性ペーストが残留しなかったことから、スキージを平行移動させたときにスキージとスクリーン版とが接触していたことが判る。このため、導電性ペーストの充填圧力が高くなり、導電性ペーストが凹部からはみ出し、印刷幅が広くなった。また、比較例では、１枚の印刷毎にスクレッパで導電性ペーストを開口窓に充填する工程が必要であった。また、スキージとスクレッパとがスクリーン版に接触したためにスクリーン版が変形した。このように、比較例は、実施例より工程数が多くなる上、短いサイクルでスクリーン版が変形し交換が必要となるため、実施例に比べ生産性が低く、コスト高となる。
【００７３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、如何なるものであっても本発明の技術範囲に包含される。
【００７４】
例えば、上記実施形態では、溝状の凹部を形成した基板に導電性ペーストを充填する方法を例に挙げたが、本発明は、例えば、平坦な基板上にインクなどを塗布する場合にも適用できる。
また凹部の形状は溝に限らず、穴等でも構わない。本発明は、プリント基板などの複雑なパターンを印刷する場合でも十分適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明のスクリーン印刷方法を説明する概略図である。
【図２】くさび効果を利用してスキージとスクリーン版とを離間させてスクリーン印刷を行う場合に用いるスクリーン印刷装置の一例である。
【図３】光学センサを用いてスキージとスクリーン版との距離を制御してスクリーン印刷を行う場合に用いるスクリーン印刷装置の一例である。
【図４】スキージをスクリーン版と接触しない高さに固定する手段を備えたスクリーン印刷装置の一例である。
【図５】半楕円形の溝が形成されたスキージを備えたスクリーン印刷装置の一例である。（Ａ）斜視図、（Ｂ）断面図。
【図６】半円形の溝が複数形成されたスキージを備えたスクリーン印刷装置の一例である。（Ａ）斜視図、（Ｂ）断面図。
【図７】従来のスクリーン印刷方法において、印刷中にスクリーン版にかかる圧力の分布を表す概略図である。
【図８】本発明のスクリーン印刷方法において、印刷中にスクリーン版にかかる圧力の分布を表す概略図である。
【符号の説明】
【００７６】
１…シリコン単結晶ウェーハ、  ２…凹部、  ３…開口窓、  ４…スクリーン版、
５…導電性ペースト、  ６…スキージ、  ７…チャックテーブル、  
１０、１５、２０、３０、３２…スクリーン印刷装置、
１１…印刷圧力調整用アクチュエータ、１２…アクチュエータ制御回路、  
１３…光学センサ、  １４…コンピュータ、  ２１…版枠、  
２２…ガイドレール高さ調整用アクチュエータ、  ２３…支柱、  ２４…ガイドレール、
２５…スキージ固定冶具、  ３１、３３…溝。
【図１】
2006076141.tif 000004
【図２】
2006076141.tif 000005
【図３】
2006076141.tif 000006
【図４】
2006076141.tif 000007
【図５】
2006076141.tif 000008
【図６】
2006076141.tif 000009
【図７】
2006076141.tif 000010
【図８】
2006076141.tif 000011