(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、高い圧力で塗布液を押し出すことができ、吐出制御を適切に行うことのできる技術を提供する。【解決手段】吐出ノズル３１の先端部が楔型となっており、その先端にさらに突出する突起部３１０を有する。突起部３１０の下面３１０ｂは基板に近接対向される基板対向面となっており、その端部から、基板Ｗから次第に離間する吐出口配設面３１０ｃが立ち上がっている。吐出口配設面３１０ｃのうち基板対向面３１０ｂに隣接する位置に、塗布液を吐出するための吐出口３１１が設けられる。吐出口３１１の周囲および塗布液供給経路３１２の周囲壁面が一体形成される。【選択図】図５
2013046886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を略水平姿勢に保持する基板保持手段と、
前記基板保持手段に保持された前記基板の表面に対向配置され、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吐出ヘッドと、
前記基板保持手段に保持された前記基板と前記吐出ヘッドとを相対移動させて、前記基板表面に沿って前記吐出ヘッドを所定の走査移動方向に走査移動させる移動手段と
を備え、
前記吐出ヘッドには、内部に前記塗布液を貯留する液溜まり部と、前記塗布液を吐出する吐出口と、前記液溜まり部から前記吐出口へ前記塗布液を供給する塗布液供給経路とが設けられており、
前記吐出ヘッドの下部には、前記基板表面と略平行な基板対向面と、該基板対向面の前記走査移動方向における後方側端部で前記基板対向面と接し該後方側端部から離れるにつれて前記基板表面から離間する吐出口配設面とが設けられ、前記吐出口が、前記吐出口配設面のうち前記基板対向面の後方側端部と隣接する位置に開口し、前記塗布液供給経路の壁面および前記吐出口周囲の壁面が一体形成されている
ことを特徴とするパターン形成装置。
【請求項２】
前記塗布液供給経路の壁面、前記基板対向面および前記吐出口配設面が一体形成されている請求項１に記載のパターン形成装置。
【請求項３】
前記吐出ヘッドの内部が筒状の空洞となって該空洞が前記液溜まり部をなし、前記空洞の壁面が、前記塗布液供給経路の壁面、前記基板対向面および前記吐出口配設面とともに一体形成されている請求項１または２に記載のパターン形成装置。
【請求項４】
前記吐出口と前記基板対向面との距離がゼロである請求項１ないし３のいずれかに記載のパターン形成装置。
【請求項５】
前記吐出口を有する前記吐出口配設面が、前記走査移動方向と直交する幅方向に複数配列されている請求項１ないし４のいずれかに記載のパターン形成装置。
【請求項６】
前記吐出口配設面では、前記吐出口が前記走査移動方向と直交する幅方向に複数配列されている請求項１ないし４のいずれかに記載のパターン形成装置。
【請求項７】
前記複数の吐出口が前記幅方向に等間隔で配置されており、最も外側の前記吐出口よりも前記幅方向の外側における前記基板対向面の幅が、互いに隣接する前記吐出口間の間隔よりも小さい請求項５または６に記載のパターン形成装置。
【請求項８】
前記吐出口配設面が前記基板表面となす角が３０度以上６０度以下である請求項１ないし７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、パターンを形成するための材料を含む塗布液を基板表面に塗布して所定のパターンを形成するパターン形成装置に関するものである。
【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り、これを実現するための種々の技術がこれまで提案されている。例えば特許文献１は、このようなパターン形成技術に適用可能なノズルの構造を開示したものである。特許文献１に記載の技術は、塗布液の流通経路となる窪みや溝を設けた複数の部品を重ね合わせてノズル先端部を構成することでノズルを分解可能としつつ、外部からこれらを挟み付けて保持することにより、隙間からの液漏れを防止しようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２２２７７０号公報（例えば、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年ではさらなるパターンの高アスペクト化およびパターン形成の高速化が求められるようになってきている。すなわち、パターン幅に対する高さの比（アスペクト比）の高いパターンをより短時間で形成することが求められている。このためには、高粘度の塗布液をこれまでより高い圧力（例えば１ＭＰａ以上）をかけて押し出すことのできる技術が必要となってくる。従来技術のノズル構造では、このような要求に対し十分に応えることができない場合があった。具体的には、高い内部圧力によってノズル部品が僅かに変形したり、毛細管現象によって部品の隙間から液が滲み出すことで圧力損失を生じ、これによって、吐出口から吐出される塗布液の断面形状や吐出量などの吐出制御が適切に行えないことがあった。
【０００５】
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、高い圧力で塗布液を押し出すことができ、吐出制御を適切に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】
【０００６】
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、基板を略水平姿勢に保持する基板保持手段と、前記基板保持手段に保持された前記基板の表面に対向配置され、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吐出ヘッドと、前記基板保持手段に保持された前記基板と前記吐出ヘッドとを相対移動させて、前記基板表面に沿って前記吐出ヘッドを所定の走査移動方向に走査移動させる移動手段とを備え、前記吐出ヘッドには、内部に前記塗布液を貯留する液溜まり部と、前記塗布液を吐出する吐出口と、前記液溜まり部から前記吐出口へ前記塗布液を供給する塗布液供給経路とが設けられており、前記吐出ヘッドの下部には、前記基板表面と略平行な基板対向面と、該基板対向面の前記走査移動方向における後方側端部で前記基板対向面と接し該後方側端部から離れるにつれて前記基板表面から離間する吐出口配設面とが設けられ、前記吐出口が、前記吐出口配設面のうち前記基板対向面の後方側端部と隣接する位置に開口し、前記塗布液供給経路の壁面および前記吐出口周囲の壁面が一体形成されていることを特徴としている。
【０００７】
このように構成された発明では、液溜まり部から吐出口に至る塗布液供給経路および吐出口周囲の壁面が一体形成されることにより、複数部品の継ぎ目において生じる塗布液の滲み出しの問題がない。そのため、液溜まり部から吐出口への塗布液の高圧での圧送が可能であり、また圧力損失に起因して吐出が不安定になることが抑制される。
【０００８】
また、吐出ヘッド下部の吐出口配設面に設けられた吐出口は、吐出口配設面と基板対向面とが接する基板対向面の後方側端部に隣接する位置に形成される。このため、吐出ヘッドが基板表面に対向配置された状態では、吐出口の下端から基板表面までの距離は基板対向面と基板表面との距離とほぼ同じになる。そして、基板対向面と基板表面とを近接させることで、吐出口の下端を基板表面のごく近くまで近接させることができる。このため、吐出口から吐出された塗布液は、吐出口周辺で滞留したり基板に向かって落下する過程を経ることなく直ちに基板表面に接触し、基板表面への付着力によってその場に留まることになる。したがって、吐出ヘッド内部から基板表面への塗布液の受け渡しがスムーズとなり、吐出された塗布液の断面形状の制御をしやすくなる。
【０００９】
これらの構成およびその作用効果により、この発明では、高い圧力で塗布液を押し出しつつ、吐出制御を適切に行いながら塗布液を塗布することができるので、断面形状や寸法を適切に制御されたパターンを高速に形成することが可能である。
【００１０】
この発明では、例えば、塗布液供給経路の壁面、基板対向面および吐出口配設面が一体形成されていてもよい。このようにすると、一体となったこれらの各部が塗布液供給経路および吐出口を取り囲む構造体となるので、より高圧に耐える構造とすることができる。
【００１１】
さらに、例えば、吐出ヘッドの内部が筒状の空洞となって該空洞が液溜まり部をなし、該空洞の壁面が、塗布液供給経路の壁面、基板対向面および吐出口配設面とともに一体形成されてもよい。このようにすると、液溜まり部を構成する空洞の壁面までもが一体構造となるので、液溜まり部から基板表面に至る塗布液の流れにおいて部品の継ぎ目がなくなり、上記効果をさらに確かなものとすることができる。
【００１２】
ここで、例えば、吐出口と基板対向面との距離をゼロとする、つまり、吐出口の周縁部の一部を基板対向面の後方側端部と一致させるようにしてもよい。こうすることで、吐出口から吐出された塗布液が基板表面に到達するまでの時間もほぼゼロとすることができ、吐出口から吐出された直後の断面形状のまま塗布液を基板表面に塗布することができる。
【００１３】
また、例えば、吐出口を有する吐出口配設面が、走査移動方向と直交する幅方向に複数配列されていてもよい。あるいは、例えば、吐出口配設面では、吐出口が走査移動方向と直交する幅方向に複数配列されていてもよい。これらの構成では、複数の吐出口からそれぞれ塗布液を吐出させて、吐出ヘッドの１度の走査移動で複数本のパターンを同時に形成することができるので、基板へのパターン形成に要する時間をより短縮することができる。
【００１４】
この場合、複数の吐出口が幅方向に等間隔で配置され、最も外側の吐出口よりも幅方向の外側における基板対向面の幅が、互いに隣接する吐出口間の間隔よりも小さくなるようにしてもよい。等間隔のパターンを多数形成する場合、吐出ヘッドの１回の走査移動で吐出口の数に対応するパターンを形成する動作を、基板に対する吐出ヘッドの幅方向位置を異ならせて繰り返すことで実現可能である。このとき、吐出ヘッドが基板上の形成済みパターンに接触してパターンが損傷することがあり得るが、上記構成とすることで、基板対向面の端部は形成済みパターンから離れた位置を通過するため、パターンを損傷させることなく等間隔のパターンを形成することができる。
【００１５】
また、例えば、吐出口配設面が基板表面となす角が３０度以上６０度以下となるようにしてもよい。この角が小さいと、走査移動方向における吐出口の後端部と基板表面との距離が小さくなるため、高アスペクト比のパターンを形成するのに適さない。また、この角を大きくしようとすると、塗布液供給経路の壁面と基板対向面との距離が小さくなり、結果として塗布液供給経路の壁面が肉薄となってしまい塗布液の圧力に対する耐性が低下する。本願発明者らの知見によると、この角は３０度ないし６０度が好適である。
【発明の効果】
【００１６】
この発明では、液溜まり部から吐出口に至る塗布液供給経路および吐出口周囲の壁面が一体のものとして形成されているので、部品の継ぎ目からの塗布液の滲み出しに起因する圧力損失がない。また、吐出ヘッド下部の吐出口配設面に設けた吐出口を基板対向面に隣接する位置としているので、吐出口から吐出された塗布液は直ちに基板表面に接触する。これらの構成により、本発明によれば、高い圧力で塗布液を押し出しつつ、吐出制御を適切に行いながら塗布液を塗布することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を適用可能なパターン形成装置の一例を示す図である。
【図２】吐出ノズルの外観を示す図である。
【図３】吐出ノズルの内部構造を示す図である。
【図４】吐出ノズルの先端部の詳細構造を示す第１の拡大図である。
【図５】吐出ノズルの先端部の詳細構造を示す第２の拡大図である。
【図６】形成済みパターンとノズル通過位置との関係を示す図である。
【図７】吐出ノズルの変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は本発明を適用可能なパターン形成装置の一例を示す図である。図１および以下に説明する図では、ＸＹＺ直交座標軸を適宜示すとともに、鉛直方向であるＺ軸の周りにθz回転座標軸を適宜示す。また、以下では、各座標軸の矢印方向を正方向と適宜称するとともに、各座標軸の矢印と逆方向を負方向と適宜称する。
【００１９】
このパターン形成装置１は、例えば表面に光電変換層が形成された単結晶シリコンウエハーなどの基板Ｗ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互いに交わるフィンガー電極およびバス電極からなる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。
【００２０】
このパターン形成装置１では、基台１２が設けられるとともに、上面に基板Ｗを支持するステージ１４が基台１２の上に配置されている。このステージ１４は、適宜の駆動機構を有するステージ移動機構１５によって、Ｙ軸方向へ移動自在であるとともにθz軸方向に回転自在になっている。さらに、パターン形成装置１では、吐出装置１６が基台１２の上に支持されている。
【００２１】
この吐出装置１６は、パターンを形成するための材料を含む塗布液を吐出して、ステージ１４に支持される基板Ｗにパターンを形成するものである。具体的には、吐出装置１６は、Ｘ軸方向に並ぶ２つの吐出ユニット３、４を備えている。これら吐出ユニット３、４はＸ軸方向へ移動自在に構成されている。そして、吐出ユニット３、４の一方がステージ１４のＹ軸方向への移動経路の上側に選択的に位置して塗布液を吐出すると、その下側を通過する基板Ｗの表面にＹ軸方向に延びる直線状のパターンが形成される。
【００２２】
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。なお、光硬化性の塗布液を用いる理由は、基板Ｗに塗布液を吐出してパターンを形成した後に、このパターンに光を照射することで、パターンの形状を固定させるためである。
【００２３】
また、吐出装置１６は、ステージ１２上の基板Ｗの上側で、上述の吐出ユニット３、４を支持する第１支持機構５を備える。第１支持機構５は、ガントリ５１と、ガントリ５１の上側に取り付けられた直動ガイド５２と、直動ガイド５２のスライドテーブル５２１に取り付けられた２つの屈曲部材５２２、５２３とを有する。ガントリ５１は、ステージ１４のＹ軸方向への移動経路をＸ軸方向から挟みつつＸ軸方向に平行に並ぶ２本の柱５１１、５１２と、これらの柱５１１、５１２に上側から架設されたＸ軸方向に平行な梁５１３とで構成されている。つまり、ガントリ５１は、ステージ１４のＹ軸方向への移動経路をＸ軸方向から跨いで配置されている。そして、ガントリ５１の梁５１３の上面に直動ガイド５２が取り付けられている。この直動ガイド５２のスライドテーブル５２１は、直動ガイド５２のＸ軸方向の端に設けられたモーターＭ52から図示しないボールネジ機構を介して駆動力を受けて、直動ガイド５２の上側でＸ軸方向に移動自在となっている。
【００２４】
スライドテーブル５２１の上面には、平板を９０度に屈曲させた同一構成の２つの屈曲部材５２２、５２３がＸ軸方向に並んで、取り付けられている。そして、屈曲部材５２２を介して垂直ベース５３がスライドテーブル５２１に取り付けられるとともに、屈曲部材５２３を介して垂直ベース５４がスライドテーブル５２１取り付けられる。これら垂直ベース５３、５４はいずれも、鉛直方向に延びる平板形状を有するとともに、ＺＸ平面に平行に（換言すればＹ軸方向に直交して）に配置されている。そして、垂直ベース５３、５４それぞれは、その上部で屈曲部材５２３、５２３にねじ止めされるとともに、梁５１３のＹ軸負方向の側面側を通過して、梁５１３の下側まで延設されている。こうして、垂直ベース５３、５４は、梁５１３の片側（Ｙ軸負方向側）に配置されるとともに、Ｘ軸方向へ移動自在な状態で梁５１３によって支持されている。
【００２５】
そして、梁５１３の下側に突出した垂直ベース５３の下部に吐出ユニット３が取り付けられるとともに、同様にして垂直ベース５４の下部に吐出ユニット４が取り付けられる。したがって、吐出ユニット３、４は、垂直ベース５３、５４と一体的にＸ軸方向に移動自在となっている。
【００２６】
吐出ユニット３は、フィンガー電極を形成するために塗布液を基板Ｗに吐出するものであり、Ｚ軸方向に対してＹ軸方向に傾いて支持されている。したがって、吐出ユニット３の吐出方向は、Ｚ軸方向に対してＹ軸方向に傾いている。一方、吐出ユニット４は、バス電極を形成するために塗布液を基板Ｗに吐出するものであり、Ｚ軸方向に対して平行に支持されている。したがって、吐出ユニット４の吐出方向は、Ｚ軸負方向に平行である。なお、吐出ユニット４の支持態様については、吐出ユニット３と同様にＺ軸方向に対してＹ軸方向に傾けて支持するように適宜変更可能である。
【００２７】
なお、吐出ユニット３、４のそれぞれは、その下端に備えた吐出ノズル３１、４１から基板Ｗへ塗布液を吐出する。より詳しくは、各吐出ノズル３１、４１はその先端部分で開口する吐出口から塗布液を吐出する。吐出ノズル３１、４１は吐出ユニット３、４に対して着脱自在となっており、それぞれの目的に応じて必要な個数の吐出口を具備する吐出ノズル３１、４１を取り付けてパターン形成に用いることができる。この例では、吐出ノズル４１は比較的幅広の吐出口を１つ有しており、基板Ｗに幅広のバス電極パターンを形成するのに用いられる。一方、吐出ノズル３１はより小さな吐出口を複数有しており、細く互いに平行な多数のフィンガー電極パターンを形成するのに用いられる。
【００２８】
より詳しくは、次のようにして各電極が基板Ｗに対して形成される。まず、吐出ユニット３、４に対してＹ軸負方向側の移動開始位置にステージ１４が位置するとともに、フィンガー電極用の吐出ユニット３がステージ１４のＹ軸方向への移動経路の上側に移動する。この状態から、ステージ１４がＹ軸正方向へ移動を開始すると、フィンガー電極用の吐出ユニット３が下側を通過する基板Ｗに対して塗布液を吐出して、基板Ｗに吐出口と同数のフィンガー電極が形成される。電極の必要本数に応じて、吐出ユニット３に対するステージ１４のＸ方向位置を変更しながら上記動作を行うことで、基板Ｗには、所定数のフィンガー電極が形成される。このフィンガー電極の形成が完了すると、ステージ１４はＹ軸負方向へ移動して先程の移動開始位置に戻りながら、θz軸方向に９０度回転する。また、ステージ１４のこれらの動作と並行して、バス電極用の吐出ユニット４がステージ１４のＹ軸方向への移動経路の上側に移動する。これらの動作の完了に続いて、ステージ１４がＹ軸正方向へ移動を開始すると、バス電極用の吐出ユニット４が下側を通過する基板Ｗに対して塗布液を吐出して、基板Ｗに所定数のバス電極が形成される。このように、この実施形態では、ステージ１４を移動させることで、吐出ユニット３、４をステージ１４に対して相対的に移動させて、基板Ｗにパターンを形成する。なお、吐出ユニット３、４による塗布の順序は上記に限定されず逆であってもよい。
【００２９】
図２は吐出ノズルの外観を示す図である。また、図３は吐出ノズルの内部構造を示す図である。より詳しくは、図２は吐出ユニット３に設けられたフィンガー電極形成用の吐出ノズル３１の外観を示す斜視図である。また、図３（ａ）は図２のＡ−Ａ’線断面図、図３（ｂ）は図２のＢ−Ｂ’線断面図である。
【００３０】
これらの図に示すように、吐出ノズル３１は例えばステンレス材により形成されて内部が空洞部ＣＶとなった略円柱形状の外観を有しており、その一方端（図２において左下方）の側面が両側から斜めに切り取られた楔形となっている。楔形状を構成する２つの主面のうちＺ方向における上側の平面を符号３１ａ、下側の平面を符号３１ｂにより表す。そして、楔の先端に、それぞれ１つずつ吐出口３１１が穿設された複数（この例では５つ）の突起部３１０がＸ方向に並べて配設されている。
【００３１】
各吐出口３１１は吐出ノズル３１内部の空洞部ＣＶに連通している。より具体的には、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、吐出ノズル３１内部の空洞部ＣＶからノズル先端（図３において左方）に向けて、その断面積が次第に減少する塗布液供給経路３１２が設けられており、該塗布液供給経路３１２の先端が吐出ノズル３１の先端で外部に向けて開口し、吐出口３１１となっている。
【００３２】
また、吐出ノズル３１の他方端は吐出ユニット３の本体に対し着脱自在のジョイント部３１ｃとなっており、該ジョイント部３１ｃを吐出ユニット３本体に係合させることで、吐出ノズル３１が保持されるとともに、ステージ１４に載置された基板Ｗに対して所定の位置に位置決めされる。
【００３３】
吐出ノズル３１内部の空洞部ＣＶは吐出口３１１と反対側端部において外部に向かって開口する開口３１ｄとなっており、該開口３１ｄから塗布液が空洞部ＣＶに供給されるとともに、図示しないピストンロッドが挿入されることにより、空洞部ＣＶに貯留した塗布液を必要に応じて加圧し吐出口３１１から吐出させるシリンジポンプとしての機能が実現される。
【００３４】
図２に示した吐出ノズル３１は、例えばステンレスのような金属ブロックから削り出されたものであり、全体が継ぎ目のない一体のものとして構成されている。
【００３５】
図４および図５は吐出ノズルの先端部の詳細構造を示す拡大図である。より詳しくは、図４は吐出ノズル３１の先端部に設けられた吐出口３１１の構造を示す斜視図（およびその部分拡大図）であり、図５は吐出ノズル３１の先端部を正面、側面および底面側から見た三面図である。吐出ノズル３１が吐出ユニット３に装着されたとき、これらの図に示すように、吐出ノズル３１先端部の下側平面３１ｂが、ステージ１４に載置された基板Ｗと所定の間隔を空けて平行に保持される。
【００３６】
吐出ノズル３１の一方端に平面３１ａ，３１ｂによりＹ軸正方向の先細り形状に形成された、楔の先端に、さらにＹ軸正方向に突出して５箇所の突起部３１０がＸ方向に一列に設けられている。突起部３１０の上面３１０ａは吐出ノズル３１の上側平面３１ａと同一平面をなしている。また、各突起部３１０の下面は互いに同一平面をなしており、該平面は吐出ノズル３１の下側平面３１ｂからさらに基板Ｗ側に向けて突出した基板対向面３１０ｂとなっている。基板対向面３１０ｂは基板Ｗの表面とほぼ平行に基板Ｗに対して近接対向配置され、基板対向面３１０ｂと基板Ｗとの間隔はできるだけ小さく、例えば数μｍ程度、最大でも１００μｍ程度とされる。
【００３７】
各突起部３１０では、基板対向面３１０ｂの先端寄り、すなわちＹ軸正方向の端部位置において基板対向面３１０ｂと接し、しかも該基板対向面３１０ｂとの接続部分からＹ軸正方向に離れるにつれて基板Ｗ表面から後退するように立ち上がる吐出口配設面３１０ｃが設けられている。吐出口配設面３１０ｃの法線ベクトルＶの成分は、Ｘ方向がゼロ、Ｙ方向が正、Ｚ方向が負となっている。そして、この吐出口配設面３１０ｃに吐出口３１１が開口しているが、その開口位置は基板Ｗに近い側に寄せられている。つまり、吐出口３１１は吐出口配設面３１０ｃのうち基板対向面３１０ｂに隣接する位置に設けられる。図４に示すように、吐出口３１１の下端側周縁部と基板対向面３１０ｂとの間隔Ｄ0はできるだけ小さく、理想的にはゼロとされる。間隔Ｄ0がゼロであるということの意味は、図５に示すように、基板対向面３１０ｂのＹ軸正方向側における端部の一辺が吐出口３１１の周縁部の一部と一致するということである。
【００３８】
ここで、吐出口３１１の寸法は、幅方向すなわちＸ方向および高さ方向すなわちＺ方向ともに２０μｍないし５０μｍ程度である。また、吐出口配設面３１０ｃの寸法は、幅方向には１５０μｍ、高さ方向には２００μｍ程度である。なお、吐出された塗布液が吐出口３１１の周囲の吐出口配設面３１０ｃに付着して広がることで、基板Ｗ上に形成されるパターン幅が吐出口３１１の開口幅より大きくなることがある。この場合のパターン幅の最大値は吐出口配設面３１０ｃの幅と同程度となるから、吐出口配設面３１０ｃの幅については許容されるパターンの最大幅と同程度としておくことが望ましい。吐出ノズル３１の楔先端からさらに突出した突起部３１０先端の吐出口配設面３１０ｃに吐出口３１１を設けることで、塗布液の広がりを吐出口配設面３１０ｃの幅程度に留めることができる。
【００３９】
吐出口３１１を吐出口配設面３１０ｃのうち基板Ｗに近い側に寄せて配置し、かつ吐出ノズル３１の基板対向面３１０ｂを基板Ｗ表面に極めて近い位置に対向配置させることにより、次のような作用効果が得られる。すなわち、図５の側面図からわかるように、このような構成では吐出口３１１の開口面と基板Ｗとの距離が極めて小さい。そのため、吐出ノズル３１内部の空洞部ＣＶから塗布液供給経路３１２を通して吐出口３１１に圧送されてくる塗布液が吐出口３１１から外部空間へ送り出された塗布液は、直ちにその下部が基板Ｗに接触することになる。
【００４０】
この実施形態では、基板Ｗを載置したステージ１４を移動させることで基板Ｗに対して吐出ノズル３１を相対移動させながら、吐出ノズル３１から基板Ｗに対して塗布液を塗布する。このとき、吐出口３１１から基板Ｗ表面までの距離が大きいと、吐出口３１１から自由空間に吐出されて周囲壁面からの摩擦を受けなくなった塗布液が、真っすぐ基板Ｗに向かわず吐出口３１１の周囲に滞留したり、所望の方向と異なる方向へ延びることによって、基板Ｗに形成されるパターンが乱れてしまうことがある。特に、高粘度の塗布液に高い圧力をかけて押し出そうとする場合や、基板Ｗに対する吐出ノズル３１の走査速度が大きい場合にこの傾向が顕著である。このことは、高アスペクト比のパターンを短時間に形成する、という要求に対しては不利となる。
【００４１】
これに対して、この実施形態では、吐出口３１１から基板Ｗ表面までの距離を極めて小さく、原理的にはほぼゼロとすることが可能である。そのため、吐出口３１１から吐出された塗布液が直ちに基板Ｗ表面に着液することとなり、しかもその着液位置が走査移動により吐出口３１１から遠ざかってゆく。そのため、吐出された塗布液の延びる方向が限定され、また塗布液が吐出口３１１の周囲に滞留することも回避される。その結果、この実施形態では、塗布液を高圧で押し出したり、ノズルの走査速度が高い場合でも、断面形状や延設方向が適切に管理されたパターンを形成することが可能である。
【００４２】
また、吐出ノズル３１が一体形成されているため、空洞部ＣＶから塗布液供給経路３１２を経て吐出口３１１に至るまでの流路上に継ぎ目が全くないため、高圧が加えられることによって塗布液が継ぎ目から滲み出すことに起因する圧力損失が生じず、この点からも、塗布液に高い圧力（例えば１ＭＰａ以上）を加えて押し出す際のパターンの形状を管理するのに好適である。
【００４３】
次に、吐出ノズル３１の下側平面３１ｂと基板対向面３１０ｂとを同一平面としない理由について説明する。図５に示すように、吐出ノズル３１の底部は単一の平面ではなく、下側平面３１ｂと、これよりさらに基板Ｗ表面側に突出した基板対向面３１０ｂとの２段構造となっている。そして、吐出口３１１は基板対向面３１０ｂの端部に設けられている。これは、本実施形態では吐出口３１１を基板Ｗ側に寄せて形成しているため、吐出ノズル３１の底面を単一平面とした場合、塗布液供給経路３１２の下側側壁面と吐出ノズル３１の底面との間でノズル筺体が肉薄となり、内部の塗布液への高圧印加に耐えられなくなるからである。吐出ノズル３１の底面のうち吐出口３１１に近い部分の厚みを増大させることで、内部の塗布液に高い圧力を印加することが可能である。吐出口から離れた部分は十分な肉厚を確保することができるため、下側平面３１ｂを後退させることでノズル全体を軽量化することができる。
【００４４】
また、例えば図５（正面図）からわかるように、基板対向面３１０ｂはＸ方向における吐出ノズル３１の幅いっぱいに形成されるのではなく、１列に配置された吐出口３１１のうちその並び方向（Ｘ方向）において最も外側のもののすぐ外側までに留められている。そして、それよりも外側ではノズル底面は下側平面３１ｂと同一の平面まで後退している。このようにする理由は以下の通りである。
【００４５】
この実施形態の吐出ノズル３１はＸ方向に並んだ５つの吐出口３１１を有している。しかしながら、例えば太陽電池のような光電変換デバイスを実際に製造するには、より多数（数十本またはそれ以上）のフィンガー電極を形成する必要がある。この実施形態では、基板Ｗに対する吐出ノズル３１のＹ方向への走査移動を、ノズル位置をＸ方向に変更しながら繰り返すことによって、結果として多数のフィンガー電極を形成するようにしている。
【００４６】
この場合、２回目以降の走査移動では先の走査移動で形成されたパターンに隣接するように塗布液を塗布する必要があるが、その際にノズルの一部が形成済みパターンに触れてパターンを損傷させたり、ノズル底面を汚すなどの問題が生じうる。本実施形態の吐出ノズル３１の底面形状は、この問題を未然に解決するためのものである。
【００４７】
図６は形成済みパターンとノズル通過位置との関係を示す図である。吐出ノズル３１の複数回の走査移動によってＸ方向に一定のピッチで配列されるパターンを形成する場合を考える。１回の走査移動によって形成されるパターンのピッチは吐出口３１１の配列ピッチと同じであり常に一定である。したがって、基板Ｗ全体で一定ピッチのパターンを形成するためには、１回の走査移動で形成されるパターンと次の走査移動で形成されるパターンとの間の距離が、１回の走査移動で形成されるパターン間の距離と同じになるように、Ｘ方向へのノズルの送り量を設定すればよい。すなわち、図６に示すように、形成済みのパターンＰのうち最も外側のものＰｅに対して、吐出ノズル３１の吐出口３１１のうちこのパターンＰｅに最も近い位置を通過する吐出口３１１ｅが、パターンの配列ピッチ分だけＸ方向へ離れた位置を通過するようにすればよい。
【００４８】
このとき、基板Ｗ表面に近接配置される基板対向面３１０ｂが形成済みのパターンＰｅに接触するのを避けるための条件は、同図から明らかなように、
（１）最外側の吐出口３１１ｅよりも外側における基板対向面３１０ｂのＸ方向における幅、つまり吐出口３１１ｅと基板対向面３１０ｂのＸ方向端面との間の距離Ｄ1が、吐出口３１１ｅと形成済みパターンＰｅとの間の距離Ｄ2よりも小さい、
（２）吐出ノズル３１の下側平面３１ｂと基板Ｗとの間隔Ｄ3が、形成済みパターンＰｅの高さＨｐよりも大きい、
ということである。
【００４９】
上記条件（１）は、最外側の吐出口３１１ｅと基板対向面３１０ｂのＸ方向端面との間の距離Ｄ1が、互いに隣接する吐出口３１１間の間隔Ｄ4よりも小さくなるようにすることで満たされる。また、条件（２）については、吐出ノズル３１底部の基板対向面３１０ｂと下側平面３１ｂとの段差における高低差Ｈ1を、形成すべきパターンの高さＨｐよりも大きくすることで満たされる。本実施形態における吐出ノズル３１の底面形状は、これらの条件を満たすものである。これにより、形成済みのパターンに接触することなく吐出ノズル３１の走査移動が可能となり、形成済みのパターンの損傷やノズルの汚れを未然に防止することができる。
【００５０】
以上のように、この実施形態では、先端が楔形状となった吐出ノズル３１の先端部分に突起部３１０を設け、その先端の吐出口配設面３１０ｃに塗布液を吐出する吐出口３１１を設けている。また、突起部３１０の下面は、基板Ｗの表面に近接対向配置される基板対向面３１０ｂとなっている。そして、吐出口３１１の開口位置を吐出口配設面３１０ｃのうち基板対向面３１０ｂに隣接する位置としている。このようにすることで、吐出口３１１と基板Ｗ表面との距離を極めて小さくした状態で塗布液を基板Ｗに塗布することができる。そのため、吐出口３１１から吐出された塗布液を直ちに基板Ｗに着液させることで、塗布液が吐出口３１１の周囲に滞留したり、塗布液により形成されるパターンの形状が乱れるのを防止して、形状の安定したパターンを形成することができる。
【００５１】
また、吐出口３１１の周囲およびこれに接続する塗布液供給経路３１２を一体のものとして構成することにより、複数部品の継ぎ目から塗布液が滲み出るという問題が未然に回避されており、ノズル内部の塗布液に高い圧力をかけて押し出すことができる。また、塗布液の流路が一体部品で形成されることで、流路の形状やサイズが組立精度に依存することがないため、パターンのサイズについてもより精密な制御が可能となる。
【００５２】
これらの構成により、本実施形態では、塗布液に高い圧力をかけて吐出口３１１から押し出すことができ、また吐出直後の塗布液を直ちに基板Ｗに着液させて形状を安定させることができるので、高粘度の塗布液による高アスペクト比のパターンを短時間で形成するという要求にも十分に対応することが可能となっている。なお、本実施形態ではさらに、塗布液を貯留する空洞部ＣＶまで含めた吐出ノズル３１全体が一定形成されているため、その効果はより顕著なものとなっている。
【００５３】
また、吐出口３１１がノズル先端からさらに突出した突起部３１０の先端に設けられているため、吐出された塗布液が吐出口３１１の周囲に広がったとしてもその広がりは吐出口配設面３１０ｃの範囲に留まる。そのため、基板Ｗに形成されるパターン幅の制御が比較的容易であるとともに、吐出口３１１の周囲のクリーニングも容易となる。
【００５４】
なお、吐出ノズル３１の吐出口配設面３１０ｃが基板Ｗの表面との間になす角（図５側面図において符号θで示す）については、３０度ないし６０度程度が適当である。この角度θを小さくすれば形成されるパターンの高さを高くすることができる反面、塗布液供給経路の下部におけるノズル筺体の肉厚が確保できなくなるため強度が低下し、塗布液に高い圧力をかけることができない。逆に、角度θを大きくすれば強度は確保できるが、吐出口上端と基板Ｗとの距離が大きく取れないためパターンの高さが制限される。これらのバランスを取るためには、本願発明者らの知見によれば角度θを３０度ないし６０度の範囲とすることが好ましく、特に例えば４５度程度とするのが望ましい。
【００５５】
以上説明したように、この実施形態においては、ステージ１４およびステージ移動機構１５が本発明の「基板保持手段」および「移動手段」としてそれぞれ機能している。また、吐出ノズル３１が本発明の「塗布ヘッド」として機能しており、空洞部ＣＶ、吐出口３１１および塗布液供給経路３１２がそれぞれ本発明の「液溜まり部」、「吐出口」および「塗布液供給経路」に相当している。
【００５６】
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、上記実施形態の吐出ノズル３１はＸ方向に配列された５つの吐出口３１１を有するが、吐出口の個数はこれに限定されるものではなく任意である。また、吐出口が１つであっても、本発明の技術思想を適用することが可能である。また、吐出口および塗布液供給経路の形状についても、上記に限定されるものではない。
【００５７】
例えば、基板の幅と同程度の幅を有する吐出ノズルに、基板に形成すべきパターンと同数の吐出口を設けてもよく、このようにすれば、Ｙ方向への１回の走査移動のみで基板に必要な数のパターンを形成することが可能である。したがってこの場合、基板とノズルとの間のＸ方向への移動は必須ではない。
【００５８】
また、上記実施形態では、吐出ノズル３１の先端に５つの突起部３１０が設けられ、各突起部３１０の先端の吐出口配設面３１０ｃにそれぞれ１つずつ吐出口３１１が設けられているが、次に説明するように、複数の吐出口が単一の吐出口配設面に設けられてもよい。
【００５９】
図７は吐出ノズルの変形例を示す図である。より詳しくは、図７（ａ）は変形例の吐出ノズル３２の主要部の外観を示す正面図、図７（ｂ）はその斜視図である。この変形例では吐出ノズルの先端形状の身が上記実施形態と異なっており、その他の構成は共通であるため、ここではその相違部分についてのみ説明する。この変形例の吐出ノズル３２では、楔型となったノズルの先端部分に単一の吐出口配設面３２０ｃが設けられており、この吐出口配設面３２０ｃに、複数の吐出口３２１が設けられている。このような構成によっても、上記実施形態と同様に、吐出した塗布液を直ちに基板Ｗに着液させて形状の安定したパターンを形成することができる。
【００６０】
また、上記実施形態に比べてノズル先端部の形状が単純であるため製造がより容易であり、また吐出口３２１の周囲が比較的大面積の吐出口配設面３２０ｃで囲まれているため、吐出口３２１周辺の強度の点ではより優れている。ただし、吐出口３２１から吐出された塗布液が吐出口配設面３２０ｃに沿って広がる可能性があるため、パターン幅の制御という点においては上記実施形態がより優れている。したがってこれらは目的に応じて使い分ければよい。
【００６１】
また、上記実施形態は、光電変換デバイスを製造するためのパターン形成装置１に本発明を適用したものであるが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、基板上にパターン形成材料を塗布することで所定のパターンを形成する装置全般に対して、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】
【００６２】
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に適用可能であり、特に、塗布液を高い圧力で押し出して短時間でパターン形成を行う場合に好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１  パターン形成装置
３，４  吐出ユニット
１４  ステージ（基板保持手段）
１５  ステージ移動機構（移動手段）
３１  吐出ノズル（吐出ヘッド）
３１０  突起部
３１０ｂ  基板対向面
３１０ｃ  吐出口配設面
３１１  吐出口
３１２  塗布液供給経路
ＣＶ  空洞部（液溜まり部）
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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