(57)【要約】【課題】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おいて、高さの異なるパターンが混在するパターンを基板上に効率よく形成することのできる技術を提供する。【解決手段】基板Ｗに導電性ペーストを塗布することにより、幅広で低いバス配線パターンＢを形成する。次に、バス配線パターンＢの高さＨｂを測定し、吐出ノズル７２３の下端の基板Ｗからの高さＨｎがバス配線パターンＢの高さＨｂよりも大きくなるように、吐出ノズル７２３と基板Ｗとの間隔を調整する。そして、吐出ノズル７２３から導電性ペーストＡ2を吐出させながら基板ＷをＸ方向に移動させることでフィンガー配線パターンＦを形成するが（（ａ）および（ｂ））、吐出ノズル７２３が既設のバス配線パターンＢの上部を通過する際にはペーストの吐出を停止させる（（ｃ））。【選択図】図８
2012043876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンを形成するための材料を含む塗布液を吐出する第１ノズルを基板の表面に対し相対移動させて前記塗布液を前記基板表面に塗布し、前記基板の表面に沿って第１方向に延びる第１パターンを形成する第１形成工程と、
パターンを形成するための材料を含む塗布液を吐出する第２ノズルを前記基板の表面に対し相対移動させて前記塗布液を前記基板表面に塗布し、前記基板の表面に沿って前記第１方向と交わる第２方向に延びる第２パターンを形成する第２形成工程と
を備え、
前記第２パターンの幅が前記第１パターンの幅よりも小さく、かつ前記第２パターンの高さが前記第１パターンの高さよりも大きく、しかも、
前記第２形成工程では、前記基板表面に形成された前記第１パターンとの対向位置を前記第２ノズルが通過する時に前記第２ノズルからの前記塗布液の吐出を停止させる
ことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記第２形成工程では、前記第１パターンと接するように前記第２パターンを形成する請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記第２形成工程後に、前記第１パターンおよび前記第２パターンが形成された前記基板を加熱処理する加熱工程を備える請求項１または２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記第１形成工程で形成された前記第１パターンの前記基板表面からの高さを測定する測定工程をさらに備え、
前記第２形成工程では、前記第２ノズルと前記基板表面との間を、前記測定工程における測定結果に基づいて設定した間隔に維持しながら前記第２ノズルを前記基板表面に対し相対移動させる請求項１ないし３のいずれかに記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記第１形成工程および前記第２形成工程では、ノズルディスペンス法により前記塗布液を前記基板表面に塗布する請求項１ないし４のいずれかに記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記第２形成工程では、光硬化性材料を含む前記塗布液を前記第２ノズルから吐出させるとともに、前記第２ノズルから前記基板に塗布された直後の前記塗布液に光を照射する請求項１ないし５のいずれかに記載のパターン形成方法。
【請求項７】
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それぞれ吐出する第１ノズルおよび第２ノズルと、
前記基板保持手段に保持された前記基板表面に対して前記第１ノズルを第１方向に相対移動させ、さらに該基板表面に対して前記第２ノズルを前記第１方向と交わる第２方向に相対移動させる移動手段と、
前記第２ノズルからの前記塗布液の吐出およびその停止を制御する制御手段と
を備え、
前記第１方向における前記第１ノズルの吐出口の開口サイズが、前記第２方向における前記第２ノズルの吐出口の開口サイズよりも小さく、かつ、前記第１方向に直交する第１幅方向における前記第１ノズルの吐出口の開口サイズが、前記第２方向に直交する第２幅方向における前記第２ノズルの吐出口の開口サイズよりも大きく、
前記制御手段は、前記基板表面のうち前記第１ノズルからの塗布液によって覆われた領域との対向位置を前記第２ノズルが通過する時に前記第２ノズルからの前記塗布液の吐出を停止させる
ことを特徴とするパターン形成装置。
【請求項８】
前記第１ノズルから前記基板表面に塗布された塗布液の高さを測定する測定手段と、
前記第２ノズルと前記基板表面との間隔を、前記測定手段による測定結果に基づいて設定する間隔設定手段と
を備え、
前記移動手段は、前記間隔設定手段により設定された間隔を維持しながら前記第２ノズルを前記基板表面に対して相対移動させる請求項７に記載のパターン形成装置。
【請求項９】
前記第１ノズルは、前記第１方向に直交する方向に開口位置の異なる複数の吐出口を有し、該複数の吐出口のそれぞれから前記塗布液を吐出する請求項７または８に記載のパターン形成装置。
【請求項１０】
前記第２ノズルは、前記第２方向に直交する方向に開口位置の異なる複数の吐出口を有し、該複数の吐出口のそれぞれから前記塗布液を吐出する請求項７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】
光電変換面を有する光電変換素子用の基板を前記基板として、該光電変換面に沿って、導電性ペーストを前記塗布液とする請求項１ないし６のいずれかに記載のパターン形成方法により、前記第１パターンとしてのバス配線パターンおよびこれと交わる前記第２パターンとしてのフィンガー配線パターンを形成する
ことを特徴とする光電変換デバイスの製造方法。
【請求項１２】
光電変換面を有する基板と、
前記光電変換面に沿って第１方向に延びるバス配線パターンと、
前記光電変換面に沿って前記第１方向と交わる第２方向に延びるフィンガー配線パターンと
を備え、
前記フィンガー配線パターンの幅が前記バス配線パターンの幅よりも小さく、かつ前記フィンガー配線パターンの高さが前記バス配線パターンの高さよりも大きい
ことを特徴とする光電変換デバイス。
【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ものであり、例えば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関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば太陽電池のような光電変換デバイスでは、光を受光して電荷を発生する光電変換面を有する基板に、発生した電荷を集める集電電極が設けられる。例えば特許文献１に記載された太陽電池では、太陽電池基板の受光面に、フィンガー電極とも称される多数の細い電極パターンと、これらを横断するバス電極とも称される幅広の電極パターンとを組み合わせた集電電極が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】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】
【０００４】
このような基板上パターンを短時間で効率よく形成するために、公知の塗布技術を適用して、パターン形成材料を含む塗布液を基板に塗布してこれを硬化させることでパターンを形成することが考えられる。しかしながら、塗布技術をこのようなパターン形成に利用する場合においては、次のような解決すべき課題が残されていた。
【０００５】
基板上に多数形成されるフィンガー電極パターンについては、電気抵抗が低く、しかも入射光の遮蔽をできるだけ抑えることが望ましく、この点で幅が狭く高さのある、いわゆるアスペクト比の高いパターンが求められる。一方、本数が少なくより幅広のバス電極パターンについては、後述するように、高さを抑えた方が好ましいということが本願発明者らの知見により明らかになっている。
【０００６】
このように、形成するパターンの目的によって必要とされるパターンの幅や高さは異なっているが、特にこのような高さの異なるパターンを塗布によって作り分ける技術は、これまで確立されるに至っていなかった。
【０００７】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、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おいて、高さの異なるパターンが混在するパターンを基板上に効率よく形成することのできる技術を提供することを第１の目的とする。また、高さの異なるパターンを混在させることにより、特性が良好で生産性に優れた光電変換デバイスを提供することを第２の目的とする。
【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方法は、上記第１の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吐出する第１ノズルを基板の表面に対し相対移動させて前記塗布液を前記基板表面に塗布し、前記基板の表面に沿って第１方向に延びる第１パターンを形成する第１形成工程と、パターンを形成するための材料を含む塗布液を吐出する第２ノズルを前記基板の表面に対し相対移動させて前記塗布液を前記基板表面に塗布し、前記基板の表面に沿って前記第１方向と交わる第２方向に延びる第２パターンを形成する第２形成工程とを備え、前記第２パターンの幅が前記第１パターンの幅よりも小さく、かつ前記第２パターンの高さが前記第１パターンの高さよりも大きく、しかも、前記第２形成工程では、前記基板表面に形成された前記第１パターンとの対向位置を前記第２ノズルが通過する時に前記第２ノズルからの前記塗布液の吐出を停止させ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、比較的幅広で高さの小さい第１パターンが第１ノズルからの塗布液によって形成され、幅がより狭く高さのある第２パターンが第２ノズルからの塗布液によって形成される。このとき、既に第１パターンが形成された基板表面との対向位置を第２ノズルが通過する際、第２ノズルからの塗布液の吐出が停止されるので、第１パターンに重ねて第２パターンが形成されることはない。このようにすることで、この発明では、幅広で低い第１パターンと、幅が狭く高さのある第２パターンとが交わってなるパターンを基板上に形成することが可能である。
【００１０】
また、より高さの低い第１パターンを第２パターンに先立って形成することにより、第１および第２パターンの高さについては、他方に制約されることなく個別に設定することができるので、使用目的に応じた適正な高さのパターンを基板上に形成することが可能となる。
【００１１】
この発明において、第２形成工程では、例えば第１パターンと接するように第２パターンを形成してもよい。こうすることで、高さの異なる第１パターンと第２パターンとが互いに接した状態で交わることとなる。このため、第１および第２パターンが導電性パターンである場合にはパターン間の導通を確実に取ることが可能となる。また、これらのパターンが基板表面を区画する隔壁として用いられる場合には、各区画を確実に分離することが可能となる。
【００１２】
また、例えば、第２形成工程後に、第１パターンおよび第２パターンが形成された基板を加熱処理する加熱工程を備えるようにしてもよい。本願発明者らの知見によると、塗布液の乾燥やパターンの焼成処理のために基板を加熱する場合、特に幅、高さとも大きいパターンにおいて熱伸縮に起因するとみられるパターンの剥がれが生じやすい。本発明では、幅広で低い第１パターンと幅が狭く高さのある第２パターンとを形成しているので、このような加熱によるパターンの剥がれを抑制することができる。
【００１３】
また、例えば、第１形成工程で形成された第１パターンの基板表面からの高さを測定する測定工程をさらに備え、第２形成工程では、第２ノズルと基板表面との間を、測定工程における測定結果に基づいて設定した間隔に維持しながら第２ノズルを基板表面に対し相対移動させるようにしてもよい。こうすることで、第１パターンと第２パターンとの高低差を管理しながらパターン形成を行うことができる。また、基板に対し第２ノズルを相対移動させる時に、基板表面に形成済みの第１パターンに第２ノズルが接触して第１パターンが損壊するのを未然に防止することができる。
【００１４】
また、例えば、第１形成工程および第２形成工程の少なくとも一方において、ノズルディスペンス法により塗布液を基板表面に塗布するようにしてもよい。ノズルから連続的に塗布液を吐出するノズルディスペンス法を適用することにより、幅の広いパターンや高さのあるパターンを短時間で効率よく形成することができる。
【００１５】
また、例えば、第２形成工程では、光硬化性材料を含む塗布液を第２ノズルから吐出させるとともに、第２ノズルから基板に塗布された直後の塗布液に光を照射するようにしてもよい。このようにすると、第２ノズルから吐出された直後の塗布液がその形状を保ったまま光硬化して第２パターンとなるため、幅が狭く高さのある第２パターンを確実に形成することができる。
【００１６】
また、この発明にかかるパターン形成装置は、上記第１の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それぞれ吐出する第１ノズルおよび第２ノズルと、前記基板保持手段に保持された前記基板表面に対して前記第１ノズルを第１方向に相対移動させ、さらに該基板表面に対して前記第２ノズルを前記第１方向と交わる第２方向に相対移動させる移動手段と、前記第２ノズルからの前記塗布液の吐出およびその停止を制御する制御手段とを備え、前記第１方向における前記第１ノズルの吐出口の開口サイズが、前記第２方向における前記第２ノズルの吐出口の開口サイズよりも小さく、かつ、前記第１方向に直交する第１幅方向における前記第１ノズルの吐出口の開口サイズが、前記第２方向に直交する第２幅方向における前記第２ノズルの吐出口の開口サイズよりも大きく、前記制御手段は、前記基板表面のうち前記第１ノズルからの塗布液によって覆われた領域との対向位置を前記第２ノズルが通過する時に前記第２ノズルからの前記塗布液の吐出を停止させることを特徴としている。
【００１７】
このように構成された発明では、第１ノズルから吐出される塗布液の断面形状は、第２ノズルから吐出される塗布液の断面形状に比べて幅が大きく高さが小さい。また、基板表面に対する第１ノズルおよび第２ノズルの相対移動方向が異なっている。さらに、既に第１パターンが形成された基板表面との対向位置を第２ノズルが通過する際、第２ノズルからの塗布液の吐出が停止される。このため、上記発明と同様に、第１ノズルから吐出された塗布液により形成される幅広で高さの小さいパターンと、第２ノズルから吐出された塗布液により形成される幅が狭く高さの大きいパターンとを基板上に効率よく形成することができる。
【００１８】
このパターン形成装置においては、例えば、第１ノズルから基板表面に塗布された塗布液の高さを測定する測定手段と、第２ノズルと基板表面との間隔を、測定手段による測定結果に基づいて設定する間隔設定手段とをさらに備え、移動手段は、上記したパターン形成方法の発明と同様にして、間隔設定手段により設定された間隔を維持しながら第２ノズルを基板表面に対して相対移動させるようにしてもよい。
【００１９】
また、例えば、第１ノズルは、第１方向に直交する方向に開口位置の異なる複数の吐出口を有し、該複数の吐出口のそれぞれから塗布液を吐出するようにしてもよく、また第２ノズルは、第２方向に直交する方向に開口位置の異なる複数の吐出口を有し、該複数の吐出口のそれぞれから塗布液を吐出するようにしてもよい。このようにすると、複数本のパターンを同時に形成することができ、より短時間で効率よくパターン形成することが可能である。
【００２０】
また、この発明にかかる光電変換デバイスの製造方法は、上記第２の目的を達成するため、光電変換面を有する光電変換素子用の基板を前記基板として、該光電変換面に沿って、導電性ペーストを前記塗布液とする上記のいずれかのパターン形成方法により、前記第１パターンとしてのバス配線パターンおよびこれと交わる前記第２パターンとしてのフィンガー配線パターンを形成することを特徴としている。
【００２１】
このように構成された発明では、上記したように短時間で効率よくパターン形成することのできる技術を用いてバス配線パターンおよびフィンガー電極パターンを形成するため、これらの電極パターンを有する光電変換デバイスを優れた生産性で製造することが可能である。また、バス配線パターンとフィンガー配線パターンとの高さを、他方に制約されることなくそれぞれの目的に応じて最適化することができるので、特性の良好な光電変換デバイスを製造することが可能である。
【００２２】
また、この発明にかかる光電変換デバイスは、上記第２の目的を達成するため、光電変換面を有する基板と、前記光電変換面に沿って第１方向に延びるバス配線パターンと、前記光電変換面に沿って前記第１方向と交わる第２方向に延びるフィンガー配線パターンとを備え、前記フィンガー配線パターンの幅が前記バス配線パターンの幅よりも小さく、かつ前記フィンガー配線パターンの高さが前記バス配線パターンの高さよりも大きいことを特徴としている。
【００２３】
このように構成された発明では、幅広で高さの小さいバス配線パターンと、幅が狭く高さの大きいフィンガー配線パターンとを、他方の寸法に制約されることなくそれぞれ個別に最適化されたアスペクト比で実現することが可能である。そのため、この発明にかかる光電変換デバイスは、特性が良好で、すぐれた生産性で製造可能なものとなっている。
【発明の効果】
【００２４】
この発明にかかるパターン形成方法およびパターン形成装置では、高さの異なる２種のパターンを基板上に交わらせてなるパターンを効率よく形成することができる。また、それぞれのパターンの高さをそれぞれ個別に最適化することができる。また、この発明にかかる光電変換デバイスの製造方法によれば、特性の良好な光電変換デバイスを優れた生産性で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【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の装置の電気的構成を示す図である。
【図３】シリンジポンプの構造を示す図である。
【図４】第２ヘッド部に設けられた吐出ノズルの構造を示す図である。
【図５】この発明にかかる光電変換デバイスの一実施形態を示す図である。
【図６】図１のパターン形成装置を用いた太陽電池製造プロセスを示すフローチャートである。
【図７】バス配線パターン形成の様子を模式的に示す図である。
【図８】フィンガー配線パターン形成の様子を模式的に示す図である。
【図９】パターンの交点の変形例を示す図である。
【図１０】この発明にかかるパターン形成装置の変形例を示す図である。
【図１１】この変形例における太陽電池製造プロセスを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。また、図２はこの装置の電気的構成を示す図である。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。
【００２７】
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２組のフレーム１２１，１２２が固定され、フレーム１２１には第１ヘッド部５、フレーム１２２には第２ヘッド部７がそれぞれ取り付けられる。第２ヘッド部７は、第１ヘッド部５に対して（＋Ｘ）方向に離隔配置されており、両者の間隔は基板ＷのＸ方向長さより広く設定される。
【００２８】
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。
【００２９】
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、第１および第２ヘッド部５，７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。
【００３０】
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。
【００３１】
第１ヘッド部５のベース５１には、内部空間に液状の塗布液を貯留するとともに該塗布液を基板Ｗ上に吐出するシリンジポンプ５２、および、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。シリンジポンプ５２の構造については後に詳しく説明する。
【００３２】
光照射部５３は、光ファイバ５３１を介して紫外線を発生する光源ユニット５３２に接続される。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。
【００３３】
また、光照射部５３を挟んでシリンジポンプ５２と反対側に、高さ検出センサ５４が設けられている。高さ検出センサ５４は、例えば光または超音波を下向きに出射し、反射してくる光または超音波を検出して、基板Ｗ上面の高さおよび基板Ｗ上に形成された構造物の基板Ｗ上面からの高さを検出する。高さ検出センサ５４の出力信号は制御部６に入力されている。
【００３４】
図３はシリンジポンプの構造を示す図である。より具体的には、図３（ａ）は第１ヘッド部５に設けられたシリンジポンプ５２の内部構造を示す側面図であり、また図３（ｂ）はシリンジポンプ５２下面に設けられた吐出ノズルの構造を示す図である。シリンジポンプ５２の筐体５２１の内部は、上端が上方に向かって開口し、下端が筐体５２１の下面５２２に設けられた吐出ノズル５２３に連通する空洞となっている。該空洞の上端の開口部から、制御部６からの制御指令に応じて上下動するプランジャ５２４が挿入されている。
【００３５】
こうして筐体５２１の内壁とプランジャ５２４とで形成される筐体５２１の内部空間ＳＰに、後述する組成の塗布液が貯留されており、制御部６からの制御指令によってプランジャ５２４が押し下げられると、内部空間ＳＰに連通する吐出ノズル５２３の下端で下向きに開口する吐出口５２５から塗布液が連続的に吐出される。すなわち、このパターン形成装置１は、ノズルディスペンス法を採用した塗布装置である。
【００３６】
図３（ｂ）に示すように、シリンジポンプ５２の下面５２２には、Ｙ方向に所定の距離（例えば５０ｍｍ）だけ離隔した２つの吐出ノズル５２３が設けられている。各吐出ノズル５２３の吐出口５２５の開口形状はＹ方向に長い矩形であり、Ｘ方向の開口Ａ5ｘが例えば２０μｍ、Ｙ方向の開口Ａ5ｙはこれより大きく例えば２ｍｍである。後述するように、このパターン形成装置１では、ステージ３に載置した基板ＷをＸ方向に移動させながら吐出口５２５から塗布液を吐出させるので、上記形状を有する吐出口５２５から吐出される塗布液は、基板Ｗ上に比較的幅広く、かつ薄く塗布されることになる。
【００３７】
図１に戻って、第２ヘッド部７の構造について説明する。上記した第１ヘッド部５と同様に、第２ヘッド部７には、ベース７１、シリンジポンプ７２、光照射部７３が設けられている。また、光照射部７３には光ファイバ７３１および光源ユニット７３２が接続されている。これらの各構成の機能は、第１ヘッド部５まわりに設けられた対応する各構成のものと基本的に同じである。ただし、第２ヘッド７には高さ検出センサは設けられず、また、以下に説明するように、シリンジポンプ７２の下端に設けられた吐出ノズル７２３の構造が第１ヘッド部５とは相違している。
【００３８】
図４は第２ヘッド部に設けられた吐出ノズルの構造を示す図である。より詳しくは、図４（ａ）はシリンジポンプ７２の下面７２２に設けられた吐出ノズル７２３の構造を示す図であり、図４（ｂ）は吐出ノズル７２３を側方から見た拡大図である。これらの図に示すように、第２ヘッド部７における吐出ノズル７２３は、シリンジポンプ筐体７２１の下面７２２にＹ方向に等間隔に離隔して多数（この例では１６個）設けられている。また、各吐出ノズル７２３先端の開口部７２５の形状はＹ方向に長い矩形であり、Ｘ方向の開口Ａ7xが約１００μｍ、Ｙ方向の開口Ａ7yが約５０μｍである。すなわち、Ｘ方向の開口は第１ヘッド部５の吐出ノズル５２３の吐出口５２５よりも大きく、Ｙ方向の開口は第１ヘッド部５の吐出ノズル５２３の吐出口５２５よりも小さい。
【００３９】
さらに、各吐出ノズル７２３の吐出口７２５の開口方向は真下（−Ｚ方向）ではなく、図４（ｂ）に示すように、吐出口７２５を含む面の法線方向Ｄｎは、（−Ｚ）方向から角度θだけＸ方向に傾いている。この例ではこの角度θを４５度としているが、これに限定されるものではない。このように構成されたシリンジポンプ７２では、上記形状を有する吐出口７２５から吐出される塗布液は、基板Ｗ上に狭い幅で高く塗布されることになる。
【００４０】
図５はこの発明にかかる光電変換デバイスの一実施形態を示す図である。より具体的には、図５（ａ）は図１のパターン形成装置により形成される、本発明にかかる光電変換デバイスの一実施形態としての太陽電池モジュールＭの上面図、図５（ｂ）はその斜視図である。この太陽電池モジュールＭは、太陽電池用基板Ｓの光電変換面を覆うように反射防止膜Ｒが形成されてなる基板Ｗの表面（光電変換面および反射防止膜Ｒが設けられた面）に導電性ペーストを塗布することにより、幅が細く高さのある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で高さの低いバス配線パターン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。以下では、フィンガー配線パターンＦの延設方向を符号Ｄｆ、バス配線パターンＢの延設方向を符号Ｄｂで表し、これらが直交しているものとするが、他の角度を持って交わるものであってもよい。
【００４１】
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。
【００４２】
光入射によって光電変換面へ発生した電荷は、基板上に多数形成されたフィンガー配線パターンＦによって捕捉され、さらにバス配線パターンＢに集められて外部に取り出される。いずれの電極パターンも電気抵抗が低いことが求められるが、基板表面に多数形成されるフィンガー配線パターンＦについては入射光の遮蔽を抑えるべく幅を小さくする必要があり、その分高さが必要となる。すなわち、フィンガー配線パターンＦとしては高アスペクト比のパターンが求められる。一方、数の少ないバス配線パターンＢについては入射光の遮蔽の問題よりも低抵抗化がより求められ、より幅広のパターンが求められる。しかしながら、本願発明者らの知見によれば、幅広で高さのあるパターンを塗布により形成する場合、次のような問題があることがわかってきた。
【００４３】
基板上に導電性ペーストなどペースト状の塗布液を塗布して配線パターンを形成する場合、ペーストに含まれる溶剤成分を揮発させてパターンを乾燥させたり、塗布液に含まれるパターン形成材料の化学反応を促進させるために、塗布後の基板を加熱・焼成処理することが一般的に行われる。また、図５に示すような太陽電池モジュールの製造プロセスにおいては、導電性の低い反射防止膜を貫通させて光電変換面と電極パターンとを導通させるために、ペースト塗布後の基板を高温に加熱するファイヤースルー処理が一般的に行われる。
【００４４】
このような加熱処理を行う場合において、熱による基板およびパターンの伸縮に起因してパターン表面にクラックを生じたり、パターンが基板から剥がれることがある。これらの現象はデバイスとしての性能を低下させる。特に、形成されたパターンが幅、高さとも大きいものであるとき、クラックや剥がれが起きやすい。これは、パターンが大きいほどパターン内での温度差が大きくなりやすいためと考えられる。したがって、幅の広いバス配線パターンＢについては、高さを抑えることが望ましい。
【００４５】
このように、フィンガー配線パターンＦについてはできるだけ高く形成することが望ましい一方、バス配線パターンＢについては高さをある程度に抑えることが求められるというように、パターンの形成目的によって最適なパターン高さが同じでない場合がある。つまり、特性の良好な太陽電池モジュールを得るためには、高さの異なるパターンを同一基板上に混在させて形成する必要がある。先に説明したパターン形成装置１は、以下に説明するように、このような要求に応えて役割の異なるパターンの高さをそれぞれ個別に最適化し、特性の良好な太陽電池モジュールを優れた生産性で製造することができるものである。
【００４６】
図６は図１のパターン形成装置を用いた太陽電池製造プロセスを示すフローチャートである。最初に、光電変換面に反射防止膜を形成した基板Ｗをパターン形成装置１に搬入し、初期位置（図１に示す位置）に位置決めされたステージ３に載置する（ステップＳ１０１）。続いて、ステージ３を（＋Ｘ）方向に移動開始させる（ステップＳ１０２）。この状態で、第１ヘッド部５のシリンジポンプ５２を動作させて、吐出ノズル５２３から塗布液を吐出させて基板Ｗに塗布しバス配線パターンＢを形成する（ステップＳ１０３）。
【００４７】
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。２つのシリンジポンプ５２、７２に充填する塗布液の組成は同じものであってもよく、またそれぞれに組成の異なる塗布液を準備してもよい。
【００４８】
図７はバス配線パターン形成の様子を模式的に示す図である。図７（ａ）に示すように、基板Ｗを（＋Ｘ）方向に移動させながら、シリンジポンプ５２の吐出ノズル５２３から塗布液Ａ1を吐出させ、吐出直後の塗布液Ａ1に対して光照射部５３から光Ｌ1を照射することにより、基板Ｗ上に幅広で高さの低いバス配線パターンＢが形成される。吐出ノズル５２３はＹ方向に２つ並べて設けられているため、バス配線パターンＢはＹ方向に２本並べて平行に形成される。また、この段階では、バス配線パターンＢの延設方向Ｄｂは基板移動方向であるＸ方向に等しい。
【００４９】
また、形成されたバス配線パターンＢの基板表面からの高さＨｂを、高さ検出センサ５４によって検出する。高さ検出センサ５４の出力は制御部６に入力され、制御部６は、その検出出力に基づいてバス配線パターンＢが規定の高さに形成されたか否かを判定する。塗布液の組成ムラや液温度等による粘度ばらつきに起因してバス配線パターンＢの高さＨｂが規定の範囲から外れている場合、次の基板へのバス配線パターン形成時における基板Ｗの高さを調整することで、次回プロセスでは規定の高さが得られるようにする。また、後述するように、高さ検出センサ５４によって検出されたバス配線パターンＢの高さＨｂは、フィンガー配線パターン形成時の基板Ｗの高さにも反映される。
【００５０】
図６に戻って太陽電池製造プロセスの説明を続ける。続いて、上記のようにバス配線パターンＢが形成された基板Ｗを載置するステージ３を９０度回動させる（ステップＳ１０４）。これにより、バス配線パターンＢの延設方向ＤｂはＹ方向となる。引き続き第２ヘッド部７により形成されるフィンガー配線パターンＦの延設方向ＤｆはＸ方向であるため、結果的にバス配線パターンＢの延設方向Ｄｂとフィンガー配線パターンＦの延設方向Ｄｆとは基板Ｗ上で直交することとなる。
【００５１】
ステージ３の回動とともに、バス配線パターンＢの高さ検出結果に基づいてステージ昇降機構２４を動作させて、後述するステージ３の高さ調整を行う（ステップＳ１０５）。それに続いて、第２ヘッド部７により、基板Ｗ上にフィンガー配線パターンＦを形成する（ステップＳ１０６）。
【００５２】
図８はフィンガー配線パターン形成の様子を模式的に示す図である。図８（ａ）に示すように、基板ＷをＸ方向に移動させながら吐出ノズル７２３から塗布液を吐出させることによってフィンガー配線パターンＦを形成するので、フィンガー配線パターンＦの延設方向Ｄｆは基板Ｗの移動方向（Ｘ方向）と一致する。このとき、既に形成されているバス配線パターンＢの延設方向ＤｂはＹ方向であるため、基板Ｗの移動に伴い吐出ノズル７２３は既設のバス配線パターンＢの上部を一時的に通過することになる。
【００５３】
ここで、アスペクト比の高いフィンガー配線パターンＦを制御性よく形成するためには、吐出ノズル７２３を基板Ｗにできるだけ近接させるのが望ましい。というのは、吐出ノズル７２３と基板Ｗとの間隔が大きいと吐出された塗布液は基板Ｗに向けて落下することによって塗布されることになるため、吐出直後のアスペクト比の高い断面形状を維持することが難しくなるからである。その一方で、基板Ｗ上には既にバス配線パターンＢが形成されており、吐出ノズル７２３を基板Ｗに近づけすぎるとノズル下端がバス配線パターンＢと接触してバス配線パターンＢを損傷させたり、吐出ノズル７２３を汚損させるおそれがある。
【００５４】
そこで、この実施形態では、バス配線パターンＢの形成時にその高さＨｂを高さ検出センサ５４によって実測し、その結果に基づいて、フィンガー配線パターン形成時における吐出ノズル７２３の基板Ｗ表面からの高さを設定するようにしている。具体的には、図８（ａ）に示すように、高さ検出センサ５４によって測定されたバス配線パターンＢの高さＨｂに所定のマージン（１０μｍ〜２５μｍ程度）を加えて、基板Ｗ表面からの吐出ノズル７２３下端の高さＨｎを設定する。そして、吐出ノズル７２３の下端がこうして設定された値Ｈｎとなるように、ステージ昇降機構２４により基板Ｗの高さを調整する。
【００５５】
以後の動作では、こうして設定された吐出ノズル７２３と基板Ｗとの間隔を維持しながら基板ＷをＸ方向に移動させる。こうすることにより、吐出ノズル７２３とバス配線パターンＢとの接触を確実に防止しながら、アスペクト比の高いフィンガー配線パターンＦを形成することが可能となる。なお、吐出ノズルと基板との間に、バス配線パターンの高さのばらつきによらない十分なマージンが当初より確保されている場合には、バス配線パターンの高さ検出結果に基づく間隔調整を省いてもよい。
【００５６】
このように、バス配線パターンＢを形成済みの基板ＷをＸ方向に移動させながら吐出ノズル７２３の吐出口７２５から塗布液を吐出させ基板Ｗに塗布するとともに、塗布直後の塗布液Ａ2に対して光照射部７３から光Ｌ2を照射することにより、吐出直後のアスペクト比の高い断面形状を維持したまま塗布液Ａ2が硬化し、高アスペクト比のフィンガー配線パターンＦが得られる。このときのフィンガー配線パターンＦの高さは吐出口７２５の形状に依存し、この例では約７０μｍである。
【００５７】
さらに基板Ｗの移動を継続すると、吐出ノズル７２３は基板Ｗ上に形成されたバス配線パターンＢとの対向位置を通過することになるが、このとき塗布液の吐出を継続するとバス配線パターンＢの上部にも塗布液が塗布されてしまうことになる。太陽電池モジュールの発電動作上はバス配線パターン上にフィンガー配線パターンが形成されていても問題はない。しかしながら、バス配線パターンには電荷を外部に取り出すための導電性リボン（例えば銅箔）が取り付けられるため、バス配線パターンの表面に大きな凹凸があると導電性リボンとの密着性が低下してしまう。また、性能の点でもバス配線パターンを部分的に厚くすることに特に利点はない。
【００５８】
そこで、この実施形態では、図８（ｂ）に示すように、吐出ノズル７２３が既設のバス配線パターンＢとの対向位置を通過する間は塗布液の吐出を停止し、図８（ｃ）に示すように、吐出ノズル７２３がバス配線パターンＢとの対向位置を通過した後に塗布液の吐出を再開するようにしている。このとき、吐出ノズル７２３下端の高さＨｎがバス配線パターンＢの高さＨｂよりも大きく設定されているので、吐出ノズル７２３とバス配線パターンＢとが接触することは回避されている。なお、基板Ｗ上におけるバス配線パターンＢの形成位置については、既知のノズルの位置関係とステージ３の現在位置とから特定することが可能であり、例えばステージ３を移動させるモータ２１１等がステッピングモータである場合には、その駆動パルス数からステージ位置を割り出すことが可能である。また、位置検出のためのセンサやロータリーエンコーダなど公知の技術を用いてバス配線パターンの位置を特定するようにしてもよい。
【００５９】
バス配線パターンＢとフィンガー配線Ｆとの交点については、図８（ｃ）に示すように、原理的にはバス配線パターンＢの端面とフィンガー配線Ｆとの端面が接するように塗布液を塗布すればよい。しかしながら、位置検出精度上の問題や液ダレに起因するパターン形状の変形に起因して、バス配線パターンＢとフィンガー配線Ｆとの接続状態が不安定となることも考えられる。そこで、次のようにしてもよい。
【００６０】
図９はパターンの交点の変形例を示す図である。図９（ａ）に示す例では、先に形成された低いパターンＰ1の端部に一部が重なるように、後から形成する高いパターンＰ2を形成している。このように、互いに交わる２種のパターンの一部をその交点においてオーバーラップさせることにより、２種のパターンを確実に接触させることができる。本実施形態の太陽電池のように２種のパターン間の導通が必要となるケースや、例えば有機ＥＬディスプレイやプラズマディスプレイのように、基板表面を区画する隔壁としての利用を目的としてパターン形成するケースでは、このような方法を採ることが望ましい。
【００６１】
このようなパターンを形成するためには、後のパターンＰ2を形成する際に、ノズルが先のパターンＰ1との対向位置に差し掛かってから塗布液の吐出を停止し、ノズルが先のパターンＰ1との対向位置を通過し終えるよりも少し前に吐出を再開するようにすればよい。
【００６２】
一方、図９（ｂ）に示す例では、先に形成するパターンＰ1と後で形成するパターンＰ2との間にギャップを設ける。このためには、後のパターンＰ2を形成する際に、ノズルが先のパターンＰ1との対向位置に差し掛かるよりも少し前に塗布液の吐出を停止し、ノズルが先のパターンＰ1との対向位置を通過し終えてから吐出を再開させればよい。この方法は、２種のパターンを確実に分離させたい場合に有効である。このように、塗布液の吐出停止・再開のタイミングを少し変更することにより、図８および図９に示したいずれのパターンも形成することが可能である。
【００６３】
再び図６に戻って、太陽電池製造プロセスの説明を続ける。上記のようにして基板Ｗ上に互いに交わるバス配線パターンＢおよびフィンガー配線パターンＦが形成されると、ステージ３の移動を停止し（ステップＳ１０７）、パターン形成済みの基板Ｗを搬出する（ステップＳ１０８）。この時点ではこれらの配線パターンは単に反射防止膜Ｒ上に付着しているにすぎないため、反射防止膜Ｒを貫通させて光電変換面と配線パターンとを導通させる（ファイヤースルー）ための加熱処理を、図示しない加熱装置によって行う（ステップＳ１０９）。
【００６４】
ファイヤースルーのための加熱処理については公知であるのでここでは詳しい説明を省略するが、加熱温度としては例えば７００℃ないし８００℃とすることができる。このとき、幅広で厚みのあるパターンでは熱伸縮に起因するクラックや剥がれが生じうるが、この実施形態における配線パターンは、幅が狭くて高さのあるフィンガー配線パターンＦと、幅は広いが低いバス配線パターンＢとを組み合わせたものであるので、加熱処理によるクラックや剥がれが生じる可能性は低くなっている。なお、加熱処理を行うことによって、配線パターンの高さは２０％ないし３０％程度低下するので、塗布液の塗布高さはこれを見越して仕上がり高さより高めにしておくことが望ましい。
【００６５】
こうして形成された太陽電池モジュールＭは、いずれも電気抵抗が低くクラックや基板からの剥がれのないバス配線パターンＢおよびフィンガー配線パターンＦを備えているので、光電変換面において発生した電荷を低損失で効率よく外部へ取り出すことができ、電気的特性の優れた光電変換デバイスとなる。また、塗布液を連続的に吐出する吐出ノズルと基板とを相対移動させるノズルディスペンス法によりパターン形成しているので、所定の高さを有する配線パターンを短時間で効率よく形成することができる。
【００６６】
なお、この実施形態では、高さの異なる２種類の配線パターンのうち、低い方のパターン（バス配線パターンＢ）を先に形成し、その後で高い方のパターン（フィンガー配線パターンＦ）を形成する。こうすることにより、高さの異なるパターンを制御性よく、かつ優れた生産性で形成することが可能である。高い方のパターンを先に形成してしまうと、これと交わる低いパターンを形成する際にノズルと既設パターンとが干渉しやすくなり、これを避けるためにノズルと基板との間隔を大きくすると、パターンの断面形状の制御が難しくなるからである。
【００６７】
以上説明したように、この実施形態では、バス配線パターンＢが本発明の「第１パターン」に相当しており、その延設方向Ｄｂが本発明の「第１方向」に相当している。また、フィンガー配線パターンＦが本発明の「第２パターン」に相当しており、その延設方向Ｄｆが本発明の「第２方向」に相当している。
【００６８】
また、上記実施形態のパターン形成装置１では、ステージ３、ステージ移動機構２および制御部６がそれぞれ本発明の「基板保持手段」、「移動手段」および「制御手段」として機能している。また、吐出ノズル５２３および７２３がそれぞれ本発明の「第１ノズル」および「第２ノズル」として機能している。また、高さ検出センサ５４が本発明の「測定手段」として機能しており、制御部６とステージ昇降機構２４とが一体として本発明の「間隔設定手段」として機能している。
【００６９】
また、図６のフローチャートにおいては、ステップＳ１０３が本発明の「第１形成工程」および「測定工程」に相当している。また、ステップＳ１０６が本発明の「第２形成工程」に相当している。さらに、ステップＳ１０９が本発明の「加熱工程」に相当している。
【００７０】
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、互いに高さの異なるフィンガー配線パターンＦとバス配線パターンＢとを直交させた配線パターンを有する太陽電池モジュールＭを製造するための装置に本発明を適用したものであるが、本発明の適用対象はこれに限定されず、高さが異なり互いに交わる２種類以上のパターンを含むものであれば、上記と異なるパターンを形成する目的にも、本発明を適用することが可能である。またパターンの形状や本数も任意である。
【００７１】
また、上記実施形態では、バス配線パターンＢを形成する第１ヘッド部５に本発明の「測定手段」としての高さ検出センサ５４を設けているが、これに代えて、以下に説明するように、フィンガー配線パターンＦを形成する第２ヘッド部に「測定手段」を設けるようにしてもよい。
【００７２】
図１０はこの発明にかかるパターン形成装置の変形例を示す図である。また、図１１はこの変形例における太陽電池製造プロセスを示すフローチャートである。なお、ここでは上記実施形態と同一の構成には同一符号を付して説明を省略する。この変形例では、図１０（ａ）に示すように、フィンガー配線パターンＦ形成用の吐出ノズル７２３に対して、基板Ｗに対する相対移動方向、すなわち（−Ｘ）方向における前方側（図において左側）位置に、高さ検出センサ７４を設けている。
【００７３】
この変形例においては、バス配線パターンを形成し（ステップＳ１０３ａ）、ステージ３を９０度回動させた後に（ステップＳ１０４）、バス配線パターンの高さ検出およびステージ３の高さ調整を行う（ステップＳ１０５ａ）。このとき、図１０（ａ）に示すように、吐出ノズル７２３からの塗布液の吐出を停止させた状態で基板ＷをＸ方向に移動させて、高さ検出センサ７４によって被測定面の高さ検出を行う。バス配線パターンＢが形成されていない基板Ｗ表面（実線）における検出高さと、バス配線パターンＢ上（破線）における検出高さとの差によってバス配線パターンＢの高さを求めることができる。
【００７４】
こうして高さ検出結果に基づいてステージ３の高さを調整した後で、ステージ３の位置を戻し、図１０（ｂ）に示すように、今度は吐出ノズル７２３から塗布液を吐出させながら基板ＷをＸ方向に移動させることで、フィンガー配線パターンＦを形成することができる（ステップＳ１０６ａ）。このとき、高さ検出センサ７４による測定を継続しておき、被測定面の高さの変化を検出することにより、基板Ｗ上におけるバス配線パターンＢの位置を正確に把握することができる。すなわち、制御部６は、高さ検出センサ７４の出力に基づいて吐出ノズル７２３からの塗布液の吐出および停止を制御することができ、このようにすることでバス配線パターンＢとフィンガー配線パターンＦとの交点における両者の交わりの程度をより精密に制御することが可能となる。
【００７５】
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、本実施形態では塗布液の塗布後に加熱処理を行っているが、加熱処理を伴わないパターン形成技術にも、本発明を適用することが可能である。
【００７６】
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。
【００７７】
また、上記各実施形態では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】
【００７８】
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、特に基板上で互いに交わり高さの異なる２種類以上の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】
【００７９】
１  パターン形成装置
２  ステージ移動機構（移動手段）
３  ステージ（基板保持手段）
６  制御部（制御手段、間隔設定手段）
２４  ステージ昇降機構（間隔設定手段）
５４，７４  高さ検出センサ（測定手段）
５２３  吐出ノズル（第１ノズル）
７２３  吐出ノズル（第２ノズル）
Ｂ  バス配線パターン（第１パターン）
Ｄｂ  （バス配線パターンの）延設方向（第１方向）
Ｄｆ  （フィンガー配線パターンの）延設方向（第２方向）
Ｆ  フィンガー配線パターン（第２パターン）
Ｓ１０３  第１形成工程、測定工程
Ｓ１０６  第２形成工程
Ｓ１０９  加熱工程
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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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