(57)【要約】【課題】基板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、異形基板に効率よくパターン形成を行うことのできる技術を提供する。【解決手段】基板に対する走査移動方向に直交する方向（Ｙ方向）に沿って、塗布液を吐出する吐出ノズル５２３を列状に並べた第１ノズル体５２と、ボールねじ機構７４０によりＹ方向位置を変更可能な１対の吐出ノズル７２３を有する第２ノズル体７２とを有する。第１ノズル体５２からの塗布液の吐出により互いに平行で同一長さの複数のパターンを形成する一方、これとは長さの異なるパターンについては、第１ノズル体５２とは独立したタイミングで塗布制御される第２ノズル体７２により行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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複数の第１吐出口を列状に配列された第１ノズル体と、
前記塗布液を吐出する第２吐出口を有する第２ノズル体と、
前記第１ノズル体を、前記基板に対して前記第１吐出口の配列方向と直交する走査移動方向に相対移動させる一方、前記第２ノズル体を、前記基板に対して前記走査移動方向に、かつ前記第２吐出口が前記配列方向において前記第１吐出口のそれぞれよりも外側を通過するように相対移動させる移動手段と
を備え、
前記第１吐出口からの前記塗布液の吐出と、前記第２吐出口からの前記塗布液の吐出とを異なるタイミングで実行する
ことを特徴とするパターン形成装置。
【請求項２】
前記移動手段は、前記第１吐出口からの前記塗布液の吐出に同期させて前記基板に対する前記第１ノズル体の相対移動を行う一方、前記第２吐出口からの前記塗布液の吐出に同期させて前記基板に対する前記第２ノズル体の相対移動を行う請求項１に記載のパターン形成装置。
【請求項３】
前記第２ノズル体は、前記配列方向における前記第２吐出口の位置を変更設定可能である請求項１または２に記載のパターン形成装置。
【請求項４】
前記移動手段は、前記配列方向における前記第２吐出口の位置設定に応じて前記第２ノズル体の前記基板に対する相対移動量を変更可能である請求項３に記載のパターン形成装置。
【請求項５】
前記第２吐出口の位置が互いに前記配列方向に異なる複数の前記第２ノズル体を備える請求項１または２に記載のパターン形成装置。
【請求項６】
前記配列方向において前記第１ノズル体の両側に１対の前記第２吐出口が設けられた請求項３または４に記載のパターン形成装置。
【請求項７】
前記１対の第２吐出口が前記第１吐出口の列に対して対称な位置に設けられ、
前記移動手段は、前記１対の第２吐出口を一体的に前記基板に対し相対移動させる請求項６に記載のパターン形成装置。
【請求項８】
前記１対の第２吐出口のそれぞれに対して、前記塗布液を貯留する同一の塗布液貯留部から前記塗布液が供給される請求項６または７に記載のパターン形成装置。
【請求項９】
前記複数の第１吐出口に対して、前記塗布液を貯留する同一の塗布液貯留部から前記塗布液が供給される請求項１ないし８のいずれかに記載のパターン形成装置。
【請求項１０】
前記第１ノズル体および前記第２ノズル体の前記走査移動方向における位置が固定されており、
前記移動手段は、前記基板を保持した前記基板保持手段を移動させることにより、前記基板に対する前記第１ノズル体および前記第２ノズル体の相対移動を実現する請求項１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】
パターンを形成するための材料を含む塗布液を基板に塗布してパターンを形成するパターン形成方法において、
前記塗布液をそれぞれ吐出する複数の第１吐出口を列状に配列された第１ノズル体を、前記基板に対し前記第１吐出口の配列方向と直交する走査移動方向に相対移動させて、前記複数の第１吐出口に対応した複数の線状パターンを形成する工程と、
前記塗布液を吐出する第２吐出口を有する第２ノズル体を、前記基板に対して前記走査移動方向に、かつ前記第２吐出口が前記配列方向において前記第１吐出口のそれぞれよりも外側を通過するように相対移動させて線状パターンを形成する工程と
を備え、
前記第１吐出口からの前記塗布液の吐出と、前記第２吐出口からの前記塗布液の吐出とを異なるタイミングで実行する
ことを特徴とするパターン形成方法。
【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。
【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、パターンを形成するための材料を含んだ塗布液を基板上に塗布しこれを硬化させるようにしたものがある。例えば本願出願人が先に開示した特許文献１に記載の技術は、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適用可能なものであり、この技術では、多数の吐出口を有するノズルを基板に対し走査移動させるとともに、各吐出口からパターン形成材料を含む塗布液を吐出させることによって、互いに平行で長さの等しい多数のライン状パターンを基板上に形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２７８２２５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】
【０００４】
ところで、この種のパターン形成技術によってパターンを形成すべき基板の形状は様々である。例えば、太陽電池セルの基板として用いられる単結晶シリコン基板としては、正方形の四隅を切り落としたような八角形としたものがある。これは、円形の単結晶シリコンウエハの面積を有効に活用するためである。そのため、形成すべきパターンの長さは必ずしも一定ではない。
【０００５】
しかしながら、上記技術で形成されるパターンの長さは全て同じであり、このような矩形形状ではない基板（以下、「異形基板」という）に対し、塗布により効率よくパターンを形成する技術については、これまでのところ確立されるに至っていなかった。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板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、異形基板に効率よくパターン形成を行う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】
【０００７】
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複数の第１吐出口を列状に配列された第１ノズル体と、前記塗布液を吐出する第２吐出口を有する第２ノズル体と、前記第１ノズル体を、前記基板に対して前記第１吐出口の配列方向と直交する走査移動方向に相対移動させる一方、前記第２ノズル体を、前記基板に対して前記走査移動方向に、かつ前記第２吐出口が前記配列方向において前記第１吐出口のそれぞれよりも外側を通過するように相対移動させる移動手段とを備え、前記第１吐出口からの前記塗布液の吐出と、前記第２吐出口からの前記塗布液の吐出とを異なるタイミングで実行することを特徴としている。
【０００８】
このように構成された発明では、前記した特許文献１に記載のものと同様の、互いに平行で長さの等しい線状の複数のパターンを第１ノズル体の走査移動によって１度に形成することができる。さらに、第２ノズル体の走査移動および第１ノズル体とは異なる吐出タイミングでの塗布液の吐出によって、第１ノズル体により形成される各パターンと平行で、しかもこれらのパターンとは長さの異なるパターンを形成することができる。そして、第１ノズル体および第２ノズル体による塗布を組み合わせることで、矩形形状でない異形基板に対しても効率よくパターンを形成することができる。
【０００９】
この発明において、例えば、移動手段が、第１吐出口からの塗布液の吐出に同期させて基板に対する第１ノズル体の相対移動を行う一方、第２吐出口からの塗布液の吐出に同期させて基板に対する第２ノズル体の相対移動を行うようにしてもよい。塗布液の吐出開始時および停止時のような過渡状態においては、吐出量が安定しないためパターン形状が乱れることがありうるが、基板に対する第１および第２ノズル体の移動を吐出タイミングと同期させて行うことにより、この問題を解消することができる。
【００１０】
また例えば、第２ノズル体が、配列方向における第２吐出口の位置を変更設定可能であるようにしてもよい。このような構成では、第２吐出口の位置を配列方向に変更することで、多数本のパターンを形成することができる。特に、配列方向における第２吐出口の位置設定に応じて第２ノズル体の基板に対する相対移動量を変更するようにすれば、第２ノズル体によって種々の長さのパターンを形成することができる。
【００１１】
また例えば、第２吐出口の位置を互いに配列方向に異ならせた複数の第２ノズル体が配されてもよい。このようにすることで、複数の第２ノズル体により複数のパターンを効率よく形成することができる。
【００１２】
また例えば、配列方向において第１ノズル体の両側に１対の第２吐出口が設けられてもよい。こうすることで、第１ノズル体により形成されるパターンの両側にこれとは長さの異なるパターンを形成することができる。なお、第２吐出口は配列方向において第１ノズル体の両側にあることが必要であるが、走査移動方向における第１ノズル体と第２吐出口との位置関係は限定されない。
【００１３】
この場合において、１対の第２吐出口が第１吐出口の列に対して対称な位置に設けられ、移動手段が該１対の第２吐出口を一体的に基板に対し相対移動させるようにしてもよい。このような構成では、例えば太陽電池用の単結晶シリコン基板のような、走査移動方向の軸に対して対称な形状を有する基板に対して効率よくパターンを形成することができる。
【００１４】
また例えば、１対の第２吐出口のそれぞれに対して、塗布液を貯留する同一の塗布液貯留部から塗布液が供給されるようにしてもよい。このようにすると、第２吐出口のそれぞれから吐出される塗布液の吐出条件を同じにして、断面形状および長さの揃ったパターンを形成することができる。同様に、複数の第１吐出口に対しても、塗布液を貯留する同一の塗布液貯留部から塗布液が供給されるようにしてもよい。こうすることで、第１ノズル体により形成される複数のパターンの断面形状および長さを揃えることができる。
【００１５】
また、この発明においては、例えば、第１ノズル体および第２ノズル体の走査移動方向における位置が固定されており、移動手段が基板を保持した基板保持手段を移動させることにより、基板に対する第１ノズル体および第２ノズル体の相対移動を実現するようにしてもよい。塗布液を吐出する第１および第２ノズル体を移動させる場合、該ノズル体に加わる衝撃や振動によって塗布液の吐出量が変動しパターン形状が乱れるおそれがある。第１および第２ノズル体を動かさず基板を動かすことによって、このような問題が未然に防止される。
【００１６】
また、この発明にかかるパターン形成方法は、パターンを形成するための材料を含む塗布液を基板に塗布してパターンを形成するパターン形成方法であって、上記目的を達成するため、前記塗布液をそれぞれ吐出する複数の第１吐出口を列状に配列された第１ノズル体を、前記基板に対し前記第１吐出口の配列方向と直交する走査移動方向に相対移動させて、前記複数の第１吐出口に対応した複数の線状パターンを形成する工程と、前記塗布液を吐出する第２吐出口を有する第２ノズル体を、前記基板に対して前記走査移動方向に、かつ前記第２吐出口が前記配列方向において前記第１吐出口のそれぞれよりも外側を通過するように相対移動させて線状パターンを形成する工程とを備え、前記第１ノズル体の前記基板に対する相対移動量と、前記第２ノズル体の前記基板に対する相対移動量とが互いに異な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、上記したパターン形成装置の発明と同様に、矩形形状でない異形基板に対しても効率よくパターンを形成することができる。なお、この発明において、第１ノズル体によるパターン形成と、第２ノズル体によるパターン形成との前後関係は限定されない。すなわち、いずれが先に実行されてもよい。また例えば、パターンの形成開始または形成終了のいずれかのタイミングを、第１ノズル体と第２ノズル体との間で同時にするようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
この発明にかかるパターン形成装置およびパターン形成方法では、第１ノズル体により長さの等しい複数のパターンを１度に形成するとともに、これとは長さの異なるパターンを第２ノズル体により形成することで、矩形形状でない異形基板に対しても効率よくパターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明にかかるパターン形成装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】第１および第２ノズル体の構造を示す図である。
【図３】図１のパターン形成装置を用いて形成される太陽電池セルの例を示す図である。
【図４】このパターン形成装置におけるパターン形成処理を示すフローチャートである。
【図５】第１ノズル体によるパターン形成を模式的に示す図である。
【図６】塗布終了動作の原理を説明するための模式図である。
【図７】第２ノズル体によるパターン形成を模式的に示す図である。
【図８】この発明にかかるパターン形成装置の第２実施形態の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１はこの発明にかかるパターン形成装置の第１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。
【００２１】
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、後述する第１ノズル体と第２ノズル体との吐出口間相互の間隔が基板ＷのＸ方向長さより長くなるように設定される。
【００２２】
ステージ移動機構２は、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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
第１ヘッド部５のベース５１には、内部空間に液状（ペースト状）の塗布液を貯留するとともに該塗布液を下端に設けられた吐出ノズル５２３から基板Ｗ上に吐出する第１ノズル体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。第１ノズル体５２の構造については後に詳しく説明する。
【００２６】
光照射部５３は、紫外線を発生する光源ユニット５３２に光ファイバ５３１を介して接続される。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。
【００２７】
一方、第２ヘッド部７には、上記した第１ヘッド部５と同様に、ベース７１、第２ノズル体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。光照射部７３、光ファイバ７３１および光源ユニット７３２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。
【００２８】
図２は第１および第２ノズル体の構造を示す図である。同図下部に示すように、第１ヘッド部５に設けられた第１ノズル体５２は、内部が空洞となって塗布液を貯留するシリンジポンプ５２１と、該空洞に連通するバッファ空間ＢＦを内部に有するマニホールド部５２２と、該マニホールド部５２２の下面にＹ方向に列状に配された複数の吐出ノズル５２３とを備えている。各吐出ノズル５２３の下端には、バッファ空間ＢＦに連通する吐出口５２５が設けられている。また、シリンジポンプ５２１の内部空間にはプランジャ５２４が挿入されており、該プランジャ５２４は、制御部６により駆動制御されるモータ、ソレノイド等のアクチュエータまたは圧縮空気等によって上下駆動される。
【００２９】
このような構成では、制御部６からの制御指令に応じてプランジャ５２４が押し下げられることにより、シリンジポンプ５２１内の塗布液が加圧されてマニホールド部５２２に押し出される。マニホールド部５２２に送られた塗布液は、バッファ空間ＢＦを経由して各吐出ノズル５２３の第１吐出口５２５から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。圧送される塗布液をバッファ空間ＢＦを介して吐出させることにより、各吐出口５２５から吐出される塗布液の量を均一化することができる。
【００３０】
一方、図２上部に示すように、第２ノズル体７２では、塗布液を貯留するシリンジポンプ７２１の内部空間は可撓性を有する一対の中空チューブ７２６を介して１対の吐出ノズル７２３の下端に設けられた吐出口７２５に連通している。各吐出ノズル７２３は、ベース７１に取り付けられたボールねじ機構７４０により、Ｙ方向に所定範囲で移動自在に支持されている。より具体的には、ボールねじ機構７４０は、モータ７４１、該モータ７４１に連結されてＹ方向に延設されたボールねじ７４２およびモータ７４１とは反対側のボールねじ７４２端部を支持する軸受け部７４３とを備えている。ボールねじ７４２のねじ溝は両端部で互いに逆向きに刻接され、このねじ溝に螺合するナットと吐出ノズル７２３とが一体化されている。
【００３１】
このため、制御部６からの制御指令に応じてモータ７４１が回転することにより、ボールねじ７４２が回転し、これに応じて吐出ノズル７２３がＹ方向に移動する。２つの吐出ノズル７２３に設けられたナットと螺合するねじ溝の向きが反対であるため、２つの吐出ノズル７２３は互いに逆方向に動く。具体的には、例えばボールねじ７４２が図２において破線矢印で示す方向に回転するとき、２つの吐出ノズル７２３もそれぞれ破線矢印で示す方向に、つまりＹ方向に互いに離間するように動く。逆に、ボールねじ７４２が図２に示す点線矢印方向に回転するとき、２つの吐出ノズル７２３もそれぞれ点線矢印で示す方向に、つまりＹ方向に互いに接近するように動く。なお、ねじ溝の方向を同一として２つの吐出ノズル７２３が間隔を一定に維持しながら同一方向に移動するようにしても構わない。
【００３２】
第１ノズル体５２の吐出口５２５の列のＹ方向における中心を通るＸ方向の軸（一点鎖線）に対して、２つの吐出ノズル７２３の吐出口７２５は対称な位置にある。すなわち、中心軸からそれぞれの吐出口７２５までのＹ方向距離Ｄ1、Ｄ2は等しい。なお、２つの吐出口７２５のＸ方向、Ｚ方向における位置は同じである。また、吐出ノズル７２３の移動による吐出口７２５の可動範囲は、第１ノズル体５２の吐出口５２５の列において最も外側にある最外側吐出口５２５ａよりも外側を含む。
【００３３】
シリンジポンプ７２１は内部空間に塗布液を貯留するとともに、該内部空間にはプランジャ７２４が設けられている。制御部６からの制御指令に応じてプランジャ７２４が押し下げられると、シリンジポンプ７２１内部に貯留された塗布液が加圧され、チューブ７２６を介して吐出ノズル７２３下端の吐出口７２５から押し出される。１対の吐出ノズル７２３に対して単一のシリンジポンプ７２１から塗布液を圧送することにより、各吐出口７２５から均等に塗布液を吐出することができる。
【００３４】
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つのノズル体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。
【００３５】
第１ノズル体５２および第２ノズル体７２を上記のような構成としたことにより、この実施形態では次のような効果を得ることができる。まず、第１ノズル体５２にＹ方向に列状に並べた複数の吐出口５２５を設けているので、該吐出口５２５から塗布液を吐出しつつ、第１ノズル体５２を基板Ｗに対しＸ方向に相対移動させることにより、塗布液をＹ方向に沿って延びる互いに平行で長さの等しいライン状に塗布することができる。塗布液に光硬化性材料を含有させるとともに、塗布直後の塗布液に対して光照射部５３から光（例えばＵＶ光）を照射することによって、塗布直後の塗布液がその断面形状を保ったまま硬化してなるライン状パターンを形成することができる。
【００３６】
また、第１ノズル体５２とは別体の第２ノズル体７２においても、吐出口７２５から同様に塗布液を吐出させながら第２ノズル体７２を基板Ｗに対しＹ方向に相対移動させて光照射部７３から光照射を行うことにより、Ｙ方向に沿って延びるライン状（線状）のパターンを形成することができる。このとき、第１ノズル体５２とは独立して第２ノズル体７２による塗布、より具体的には塗布液の吐出のオン・オフタイミングを制御することができるので、第１ノズル体５２により形成される互いに長さの等しいパターンとは異なる長さのパターンを形成することが可能である。
【００３７】
すなわち、このパターン形成装置１は、第１ノズル体５２および第２ノズル体７２を固定位置決めした状態で基板Ｗを移動させることにより、基板Ｗに対する第１ノズル体５２および第２ノズル体７２の相対移動を実現している。基板とノズルとの相対移動においては両者のいずれを動かしてもよいことになるが、ノズルを固定し基板を移動させることにより、ノズルに衝撃や振動が加わることに起因する吐出口からの液垂れや吐出量の変動を防止してパターン形状を安定させることができる。
【００３８】
また、第１ノズル体５２における吐出口５２５の列よりもＹ方向において外側で、かつＹ方向に位置を変えて第２ノズル体７２によるライン状パターンを形成することができるので、矩形形状とは異なる異形基板に対しても効率よくパターン形成を行うことができる。特に、第１ノズル体５２における吐出口５２５の列の中心に対して第２ノズル体における１対の吐出口７２５を対称な位置としているので、次に示すようにその形状が線対称性を有する基板に対するパターン形成を効率よく行うことができる。
【００３９】
図３は図１のパターン形成装置を用いて形成される太陽電池セルの例を示す図である。この太陽電池セルＳは、単結晶シリコン基板Ｗの表面（光電変換面および反射防止膜が設けられた面）に、幅が細い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のバス配線パターン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。
【００４０】
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。
【００４１】
シリコン基板Ｗは、概略正方形の四隅を切り取ってなる、中心軸Ｃに対して線対称な八角形をしている。これは、略円柱形に製造される単結晶シリコンロッドから切り出したウエハが円板形状をしており、その表面積を有効に利用して基板Ｗを作成する必要性から生じた形状である。
【００４２】
このため、基板Ｗ上に多数形成されるフィンガー電極Ｆは、基板Ｗの中央部の略矩形とみなせる矩形領域ＲＲでは一定の長さを有しているが、端部領域ＥＲではその形状に合わせて１本ごとに長さが異なっている。多数のノズルを基板に対し相対移動させてパターンを形成する従来技術では、このような形状の基板に対応することができなかった。これに対し、本実施形態のパターン形成装置１は、矩形領域ＲＲと端部領域ＥＲとで塗布を個別に制御しているので、図３のような異形基板に対してもパターン形成を効率よく行うことが可能である。
【００４３】
図４はこのパターン形成装置におけるパターン形成処理を示すフローチャートである。より具体的には、図４のパターン形成処理は、図３に示すような八角形の基板Ｗにフィンガー電極Ｆを形成するための処理である。最初に、基板Ｗをパターン形成装置１に搬入し、ステージ３に載置する（ステップＳ１０１）。次に、ボールねじ機構７４０を作動させて第２ノズル体７２における２つの吐出ノズル７２５間の間隔を所定の初期値に設定するが（ステップＳ１０２）、その詳細については後に説明する。この状態で、ステージ３をＸ方向に移動開始させるとともに（ステップＳ１０３）、第１ノズル体５２の吐出ノズル５２３からの塗布液を吐出を開始して、矩形領域ＲＲへのフィンガー配線パターンの形成を行う（ステップＳ１０４）。なお、パターンの始端部を断面形状が一定の整ったものとするためには、基板Ｗの移動開始と塗布液の吐出開始とをほぼ同時とすることが望ましい。
【００４４】
図５は第１ノズル体によるパターン形成を模式的に示す図である。第１ノズル体５２の複数の吐出ノズル５２３は、図５（ａ）に示すように、基板Ｗの矩形領域ＲＲの幅に対応して等間隔に配置されており、各吐出ノズル５２３から塗布液を吐出しながら第１ノズル体５２を基板Ｗに対し走査移動方向Ｄｎ（−Ｘ方向）に相対的に移動させることで、該走査移動方向Ｄｎに沿った互いに平行で長さの等しい複数のライン状（線状）のフィンガー電極パターンＦ1を同時に形成することができる。
【００４５】
図５（ａ）では図示を省略しているが、図１に示すように、この実施形態では基板Ｗに対して相対移動する第１ノズル体５２に追随するように基板Ｗに対し移動する光照射部５３から塗布液に光照射を行う。このため、吐出口５２５から吐出された直後の塗布液が順次光照射によって硬化し、吐出直後の断面形状を維持したフィンガー電極パターンＦ1が形成される。吐出口５２５の開口形状を四角形とした場合、図５（ｂ）に示すように、断面形状が略四角形のパターンを形成することができる。そのため、パターン幅Ｄｐに対する高さＨｐの比、すなわちアスペクト比の高い電極パターンを効率よく形成することができる。
【００４６】
図４に戻ってパターン形成処理の説明を続ける。上記のような基板Ｗに対する第１ノズル体５２の相対移動を、第１ノズル体５２が所定の塗布終了位置（例えば基板の端部）に到達するまで継続し（ステップＳ１０５）、塗布終了位置に到達すると、塗布終了動作を行う（ステップＳ１０６）。塗布終了動作は、各吐出口５２５からの塗布液の吐出停止、Ｘ方向へのステージ３の移動停止、およびステージ昇降機構２４によるステージ３の下降動作を含む。
【００４７】
図６は塗布終了動作の原理を説明するための模式図である。図６（ａ）に示すように、基板Ｗ表面に沿って走査移動する第１ノズル体５２が塗布終了位置（基板右端）に達した段階で単に吐出を終了しただけでは、基板Ｗ上に塗布された塗布液Ｐはその表面張力によって吐出口５２５周辺またはノズル内の塗布液と連続した状態となっている。この状態でそのまま第１ノズル体５２の走査移動を継続した場合、図６（ｂ）に示すように、吐出ノズル５２３によって塗布液が引き延ばされて細く尾を引いたり、基板Ｗ上で本来の塗布終了位置を超えてパターンが形成されてしまうことがある。
【００４８】
本実施形態では、吐出口５２５からの塗布液の吐出停止、ステージ３の移動停止、ステージ３の下降動作を含む塗布終了動作を行うことで、これを防止するようにしている。すなわち、図６（ｃ）に示すように、吐出口５２５からの塗布液の吐出停止とともにＸ方向への基板Ｗの移動を停止し、さらにステージ３とともに基板Ｗを下降させることで相対的に第１ノズル体５２を基板Ｗ表面から離間する方向に退避させることにより、基板Ｗ上に塗布された塗布液Ｐと第１ノズル体５２とを分離させる。このように、基板Ｗに対する第１ノズル体５２の走査移動と、吐出口５２５からの塗布液の吐出タイミングと同期させてこれらを連動させることで、第１ノズル体５２のさらなるＸ方向への移動によって基板Ｗ上の塗布液が乱れることがなく、パターンの終端部の形状を整ったものとすることができる。
【００４９】
上記したステップＳ１０６までの動作により、基板Ｗ上には、その矩形領域ＲＲに互いに平行で長さの等しい多数のフィンガー電極パターンＦ1が形成されている。続いて、第２ノズル体７２を用いて端部領域ＥＲへのパターン形成を行う。まずその概要について説明する。
【００５０】
図７は第２ノズル体によるパターン形成を模式的に示す図である。端部領域ＥＲへのパターン形成は、図７（ａ）に示すように、第１ノズル体５２によりフィンガー電極パターンＦ1を形成された基板Ｗに対し、第２ノズル体７２に設けられた１対の吐出ノズル７２３を相対移動させながら吐出口７２５から塗布液を吐出することによって行う。このとき、ボールねじ機構７４０により２つの吐出ノズル７２３のＹ方向間隔を調節して、Ｙ方向におけるパターンの形成位置を決定する。また、基板Ｗに対する吐出ノズル７２３の移動の態様と、吐出口７２５からの塗布液の吐出タイミングとを第１ノズル体５２によるものとは異ならせることにより、基板Ｗ上における塗布開始位置および塗布終了位置を変えることでパターンの長さを調節する。
【００５１】
また、端部領域ＥＲに形成すべき複数本のパターンについては、ボールねじ機構７４０により２つの吐出ノズル７２３のＹ方向位置を変えながら基板Ｗに対する複数回の走査移動を行うことにより形成する。すなわち、図７（ａ）に示すように、形成済みの電極パターンＦ1の列において最も外側のもののすぐ外側を２つの吐出ノズル７２３が通過するようにこれらのノズルの位置を設定して、まず１対のパターンＦ21を形成する。このときの両ノズル７２３の間隔が、図４のステップＳ１０２における「初期値」に相当することとなる。
【００５２】
次いで、吐出ノズル７２３の間隔を少しずつ拡げながら、その都度基板Ｗに対する吐出ノズル７２３の走査移動を繰り返すことで、図７（ｂ）に示すように、パターンＦ22、Ｆ23、…、を順次形成する。このとき、塗布開始位置と塗布終了位置とをノズル間隔の設定値に応じて変更することで、各回の走査移動で形成されるパターンの長さを異ならせることができる。これにより、端部領域ＥＲの形状に応じた電極パターンを形成することができる。また、２つの吐出ノズル７２３を基板Ｗの中心線に対して対称な位置に維持することによって、対称性を有するパターンを形成することができる。
【００５３】
この動作手順を図４のフローチャートに沿って説明する。ステップＳ１０６までの処理で、基板Ｗ上にはフィンガー電極パターンＦ1（図５）が形成されており、基板Ｗを載置したステージ３は第１ノズル体５２の直下位置と第２ノズル体７２の直下位置との間の中間位置に位置している。続くステップＳ１０７では、第２ノズル体７２に設けられた１対の吐出ノズル７２３の吐出口７２５から塗布液を吐出させながら、基板Ｗを載置したステージ３を第２ノズル体７２の下方を通過させることにより、上記したように、端部領域ＥＲに１対のフィンガー電極パターン（例えばパターンＦ21）を形成する。基板Ｗに対する吐出ノズル７２３の位置が塗布終了位置に達すると（ステップＳ１０８）、第１ノズル体による塗布の場合と同様に塗布終了動作を行ってパターンの終端部を整える（ステップＳ１０９）。
【００５４】
そして、必要なパターンの形成が全て終了したか否かを判定し（ステップＳ１１０）、未形成のパターンが残っていれば、第２ノズル体５２に設けた２つの吐出ノズル７２３の間隔を変更設定するとともに（ステップＳ１１１）、ステージ３を中間位置へ戻す（ステップＳ１１２）。この状態で基板Ｗに対する吐出ノズル７２３の走査移動を行って、新たなパターン（例えばパターンＦ22）を形成する。前述した通り、各パターンの形成ごとに基板Ｗに対する吐出ノズル７２３の走査移動のタイミングと吐出口７２５からの吐出タイミングとを同期させることで、パターンの始端部および終端部の形状を整える。
【００５５】
これを必要回数繰り返して行い、必要なパターンが全て形成されたと判定されると（ステップＳ１１０）、ステージ３を所定の基板取り出し位置へ移動させてからその移動を停止し（ステップＳ１１３）、全てのフィンガー電極パターンＦを形成された基板Ｗを搬出することで（ステップＳ１１４）、パターン形成処理が完了する。
【００５６】
こうしてフィンガー電極パターンＦが形成された基板Ｗについては、引き続きバス電極パターンＢの形成が行われ、その後必要に応じて加熱（ファイヤースルー）処理が行われて図３に示す太陽電池セルＳを完成させることができる。バス電極パターンの形成や加熱処理については特に限定されるものではなく、公知の技術を適用することができるので、ここでは説明を省略する。
【００５７】
以上のように、この実施形態では、八角形の単結晶シリコン基板にフィンガー電極パターンを形成するのに際して、基板中央部の矩形領域ＲＲについては、多数の吐出口５２５を列状に配した第１ノズル体５２を基板Ｗに対し走査移動させることで、互いに平行で長さの等しいフィンガー電極パターンＦ1を形成する。一方、形成すべきパターンの長さが一定でない基板の端部領域ＥＲについては、走査移動方向（Ｘ方向）に直交するＹ方向の位置を変更設定可能な１対の吐出ノズル７２５を有する第２ノズル体７２を基板Ｗに対し走査移動させる。このように、矩形領域ＲＲへのパターン形成と、端部領域ＥＲへのパターン形成とを独立して行うことにより、この例のような矩形形状でない異形基板についても効率よく所望のパターンを形成することが可能である。
【００５８】
また、基板Ｗに対する吐出ノズルの走査移動の開始・停止タイミングと、吐出口からの塗布液の吐出タイミングとを同期させることで、パターンの始端部・終端部の形状を整えることが可能である。この場合において、第２ノズル体７２による塗布を第１ノズル体５２による塗布とは独立して行っているため、この実施形態では、長さの異なるパターンについて最適なタイミングで走査移動および吐出の実行を行うことができるので、このような長さの異なるパターンを制御性よく形成することが可能である。
【００５９】
また、第２ノズル体７２の２つの吐出ノズル７２５の間隔を変更可能とし、これを変更設定しながら繰り返し走査移動を行うことで端部領域ＥＲに複数本のパターンを形成するので、端部領域ＥＲに形成すべきパターンの本数に関係なく第２ノズル体７２としては１対の吐出ノズル７２５を設ければよいので、装置構成が簡単となる。
【００６０】
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「基板保持手段」として機能している。また、第１ノズル体５２に設けられた吐出口５２５が本発明の「第１吐出口」に相当する一方、第２ノズル体７２に設けられた吐出口７２５が本発明の「第２吐出口」に相当している。また、第１ノズル体５２においてはシリンジポンプ５２１とマニホールド部７２２とが、また第２ノズル体７２においてはシリンジポンプ７２１がそれぞれ本発明の「塗布液貯留部」として機能している。そして、ステージ移動機構２およびボールねじ機構７４０が、本発明の「移動手段」として機能している。
【００６１】
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、上記実施形態では、第２ノズル体７２の２つの吐出ノズル７２３の間隔を変更してその都度基板に対する走査移動を行うことで、端部領域ＥＲに長さの異なるフィンガー電極パターンを形成している。これに代えて、例えば次のようにしてもよい。
【００６２】
図８はこの発明にかかるパターン形成装置の第２実施形態の概要を示す図である。この実施形態では、ステージ移動による基板Ｗの移動方向（Ｘ方向）に沿って、第１ノズル体５２と、対となる吐出ノズル（符号８１１および８１２、符号８２１および８２２、符号８３１および８３２）間のＹ方向間隔が互いに異なる複数組の第２ノズル体８１、８２、８３、…とを順番に配している。
【００６３】
このような構成では、端部領域ＥＲに形成すべき複数のパターンそれぞれの位置に対応する位置に予め吐出ノズル８１１、８１２、…が配置されている。したがって、Ｙ方向へのノズル位置の変更は必要なく、単に基板Ｗを各ノズル体との対向位置を通過させることにより、所望のパターンを形成することができる。この実施形態は、複数の基板に対するパターン形成を連続的に行う際のスループットを向上させることができるので、より大量生産に適した態様である。
【００６４】
この場合においても、パターンの形状を整えるためには基板の移動と吐出のタイミングとを同期させることが好ましいが、パターン長さが異なればそのタイミングも異なる。そのため、多数の基板を平行して処理する場合であっても各基板についての移動および吐出の制御は独立して行えることが望ましい。各基板の移動を独立に制御しつつ平行して処理を行うために、各ノズル体のＸ方向間隔Ｄｘは同方向における基板Ｗの長さＬｗよりも大きいことが望ましい。
【００６５】
また例えば、上記実施形態では、太陽電池セルＳを形成するのに、まずシリコン単結晶基板Ｗの矩形領域ＲＲにフィンガー電極パターンＦ1を形成し、次いで端部領域ＥＲにフィンガー電極パターンＦ21等を形成し、その後でバス電極Ｂを形成している。しかしながら、これらの順番はこれに限定されず、例えば端部領域ＥＲへの電極パターン形成後に矩形領域ＲＲへの電極パターン形成を行うようにしてもよい。また、矩形領域ＲＲに形成するパターンと端部領域ＥＲに形成するパターンとの間で、塗布開始または塗布終了のいずれかのタイミングを同時にしてもよい。また、バス電極パターンＢが既に形成された基板をパターン形成装置１に搬入してフィンガー電極パターンＦを形成するようにしてもよい。
【００６６】
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、塗布液の塗布後に加熱処理を行うか否かについても任意である。
【００６７】
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。また、上記実施形態における基板の形状やパターンの本数はその一例を示したものであり、本発明の適用範囲がこれらに限定されるものではない。
【００６８】
また、上記各実施形態では単結晶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】
【００６９】
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、特に矩形形状でない異形基板に長さの異なる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】
【００７０】
２  ステージ移動機構（移動手段）
３  ステージ（基板保持手段）
５２  第１ノズル体
５２５  吐出口（第１吐出口）
７２  第２ノズル体
７２５  吐出口（第２吐出口）
５２１  シリンジポンプ（塗布液貯留部）
５２２  マニホールド部（塗布液貯留部）
７２１  シリンジポンプ（塗布液貯留部）
７４０  ボールねじ機構（移動手段）
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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