(57)【要約】【課題】基板上に多層パターンを印刷する方法及び装置を提供する。【解決手段】一実施形態では、多層パターンを印刷する方法は、基板の表面の一領域上に第１パターン化層を堆積させることを含む第１印刷工程と、表面の前記領域、すなわち第１パターン化層の上に第２パターン化層を堆積させることを含む第２印刷工程と、第１パターン化層に対する第２パターン化層の位置決めの精度を確認する工程とを含む。確認する工程は、第１印刷工程後に第１パターン化層の第１光学画像を取得する工程と、第２印刷工程後に第２パターン化層の第２光学画像を取得する工程と、第１減算光学画像を形成するために画像減算を行う工程と、減算光学画像を第１画像と比較することによって第２パターン化層の位置を決定する工程とを含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に多層パターンを印刷する方法であって、
第１基板の表面の一領域上に第１パターン化層を堆積させることを含む第１印刷ステップと、
前記表面の前記領域又は前記第１パターン化層の上に第２パターン化層を堆積させることを含む第２印刷ステップと、
前記第１パターン化層に対する前記第２パターン化層の位置合わせの精度を確認するステップと
を含み、前記確認するステップが、
前記第１印刷ステップの後で前記第２印刷ステップの前に、前記第１パターン化層の第１光学画像を取得するステップと、
前記第２印刷ステップ後に前記第２パターン化層の第２光学画像を取得するステップと、
第１画像減算プロセスを行うことによって前記第１基板上の前記第２パターン化層の位置を決定するステップであって、前記第１画像減算プロセスが、前記第１光学画像を前記第２光学画像から減算することにより第１減算光学画像を形成することを含むステップと、
前記第１減算光学画像を前記第１光学画像と比較するステップであって、前記比較に基づいて生成されたデータが、その後の印刷ステップの特性を調節するために使用されるステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記第１基板の前記表面の前記領域上に第３パターン化層を堆積させることを含む第３印刷ステップと、
前記第３印刷ステップ後に前記第３パターン化層の第３光学画像を取得するステップと、
第２画像減算プロセスを行うことによって前記第１基板上の前記第３パターン化層の位置を決定するステップであって、前記第２画像減算プロセスが、前記第１光学画像を前記第３光学画像から減算することにより第２減算光学画像を形成することを含むステップと、
前記第２減算光学画像を前記第１光学画像又は前記第２光学画像と比較するステップであって、前記第２減算光学画像を前記第１光学画像又は前記第２光学画像と比較することに基づいて生成されたデータが、第２のその後の印刷ステップの特性を調節するために使用されるステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１パターン化層を堆積させるステップが、前記第１基板の前記表面の前記領域上にドーピングペーストを配置するステップをさらに含み、
前記第２パターン化層を堆積させるステップが、前記ドーピングペーストが配置されている前記領域の少なくとも一部の上に、材料を含有する第１金属を配置するステップをさらに含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記その後の印刷ステップが、前記第１基板上で行われる第３印刷ステップを含み、前記第３印刷ステップが、前記材料を含有する第１金属上に、材料を含有する第２金属を堆積させるステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１パターン化層を堆積させるステップが、前記第１基板の前記表面の前記領域上に、材料を含有する第１金属を配置するステップをさらに含み、
前記第２パターン化層を堆積させるステップが、前記材料を含有する第１金属の少なくとも一部の上に、材料を含有する第２金属を配置するステップをさらに含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１印刷ステップが、前記第１多層パターンを形成するために前記基板の前記領域上で実行される、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記光学画像が、可視フィールド又は赤外フィールド内の光で検出された画像を含む、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記印刷ステップが、高濃度にドープされた領域上の二重印刷による金属接点の形成を含む太陽電池の形成に使用され、前記金属接点が、前記第１基板の表面上に第１多層パターンで形成される、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記第１印刷ステップで、高濃度にドープされた領域上に幅の広いフィンガを規定するために幅の広い金属線を印刷し、前記第２印刷ステップで、前記幅の広い金属線上に幅の狭いフィンガを規定するために細い金属線を印刷する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ドーピングペーストが、高濃度にドープされた領域を規定するために前記第１基板の前記領域上に配置される、請求項３に記載の方法。
【請求項１１】
基板上に多層パターンを印刷する装置であって、
前記基板上に第１パターン化層を印刷するように構成された第１印刷ステーションと、
前記第１パターン化層を基板の領域に位置合わせするように動作可能な第１デバイスと、
前記第１パターン化層の上に第２パターン化層を印刷するように動作可能な少なくとも１つの第２印刷ステーションと、
前記第２パターン化層の印刷後に位置合わせの精度を確認するように動作可能であり、前記精度の前記確認に基づくデータを少なくとも１つの位置合わせ用手段にフィードバックするように動作可能な少なくとも１つの制御手段と
を備えており、前記制御手段が、
前記第２層が印刷される前に前記第１パターン化層の第１光学画像を取得し、前記第１パターン化層上に印刷された前記第２パターン化層の第２光学画像を取得するように動作可能な検出組立部品と、
前記第２パターン化印刷層の前記基板上の実際の位置を決定するために、前記第２光学画像と前記第１光学画像との間の画像減算による画像計算を実行するように動作可能な制御ユニットと
をさらに備え、前記制御ユニットが、前記画像計算の成果を品質制御ステーションにフィードバックするようにさらに動作可能である、装置。
【請求項１２】
第３印刷ステーションをさらに備え、
前記制御ユニットが、
前記第１印刷ステーションと前記第２印刷ステーションとに結合された第１制御ステーションと、
前記第２印刷ステーションと前記第３印刷ステーションとに結合された第２制御ステーションと
をさらに備えている、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記制御ユニットが、前記第３印刷ステーションと前記品質制御ステーションとに結合された第３制御ステーションをさらに備えている、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１印刷ステーションと前記第２印刷ステーションとの間に配置された第１位置合わせデバイスと、
前記第２制御ステーションと前記第３印刷ステーションとの間に配置された第２位置合わせデバイスと
を備える位置合わせデバイスをさらに備えている、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１制御ステーション及び前記第２制御ステーションの各々が、光学画像データを取得して、前記光学画像データの少なくとも一部を前記制御ユニットに伝送するように構成された検出デバイスを備えている、請求項１１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に、光電池セル又はグリーンテープタイプ回路デバイスを形成するために使用することができる、基板上に多層パターンを印刷する方法及び装置に関する。特に、本発明による方法は、シルクスクリーン印刷、インクジェット印刷、レーザ印刷、又は他のタイプの印刷によって基板上に多層印刷することによって多層パターンを生成するシステムで、使用することができる。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、日光を直接電力に変換する光電池（ＰＶ）デバイスである。ＰＶ市場は、過去１０年間に３０％を超える年率成長を遂げた。いくつかの記事は、世界全体の太陽電池の電力生産が近い将来１０ＧＷｐを超え得ることを示唆している。すべてのソーラーモジュールの９５％より多くがシリコンウエハ系であると推定される。高い市場成長率は、太陽光発電コストを大幅に削減する必要性との組み合わせで、高品質の太陽電池を安価に形成するための多数の重大な課題を結果として生じた。したがって、商業的に実行可能な太陽電池を作る際の１つの主要な構成要素は、デバイスの歩留まりを改善し、基板のスループットを増加させることによって、太陽電池を形成するために必要な製造コストを削減することにある。
【０００３】
太陽電池は、典型的に、１つ又は複数のＰＮ接合を有する。各ＰＮ接合は、半導体材料内に２つの異なった領域を備え、一方はＰ型領域として示され、他方はＮ型領域として示される。太陽電池のＰＮ接合が（光子からのエネルギーから成る）日光にさらされると、日光はＰＶ効果により直接電気に変換される。
【０００４】
太陽電池は、特定の量の電力を発生し、所望の量のシステム電力を伝達するようなサイズのモジュール中に並べられる。ソーラーモジュールは、特定のフレーム及びコネクタを有するパネル中に結合される。太陽電池は、通常はシリコン基板上に形成され、このシリコン基板は単結晶又は多結晶シリコン基板であってもよい。典型的な太陽電池は、典型的には約０．３ｍｍ未満の厚さのシリコンウエハ、基板、又はシートを含み、Ｐ型領域の上部のＮ型シリコンの薄い層が基板上に形成されている。
【０００５】
一般に、標準的なシリコン太陽電池は、Ｐ型ベース領域と、Ｎ型エミッタ領域と、これらの間に配置されたＰＮ接合領域とを含むウエハ上に製作される。Ｎ型領域、又はＮ型半導体は、負電荷キャリア、すなわち電子の数を増加するために、半導体にあるタイプの元素（例えば、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、又はアンチモン（Ｓｂ））をドーピングすることによって形成される。同様に、Ｐ型領域、又はＰ型半導体は、結晶格子に３価の原子を追加し、結果としてシリコン格子に関して通常４つの共有結合の１つから電子を失わせることによって形成される。このようにして、ドーパント原子は、第４の結合を完成させるために、隣接する原子の共有結合から電子を受け入れることができる。ドーパント原子は電子を受け入れ、隣接する原子から１つの結合の半分を失わせ、結果として「正孔」を生じさせる。
【０００６】
光が太陽電池に当たると、入射光子からのエネルギーが、ＰＮ接合領域の両側に電子−正孔対を発生する。電子はＰＮ接合を横切ってより低いエネルギーレベルに拡散し、正孔は反対方向に拡散し、エミッタ上に負電荷を生成し、対応する正電荷がベースに蓄積する。電気回路がエミッタとベースとの間に作られ、ＰＮ接合がある波長の光にさらされると、電流が流れる。照射されたときに半導体によって発生される電流は、太陽電池の表側、すなわち受光側と、裏側とに配置された接点を通って流れる。上部接点構造は、一般に、電流をより大きいバスバーに供給する、広く間隔を開けた細い金属線又はフィンガとして構成される。後部接点は、入射光が太陽電池に衝突するのを妨げないため、多数の細い金属線で形成することに制約されない。太陽電池は、一般に、反射防止コーティング１６又はＡＲＣとして作用し、太陽電池の上面からの光反射を最小にするＳｉ３Ｎ４のような誘電体材料で覆われる。
【０００７】
スクリーン印刷は、布やセラミックのような物体上にデザインを印刷するのに長く使用されており、基板の表面上に電気接点又は相互配線のような電気部品設計を印刷するためにエレクトロニクス産業で使用されている。最新式の太陽電池製作プロセスも、スクリーン印刷プロセスを使用する。いくつかの用途では、太陽電池基板上にフィンガのような接触線をスクリーン印刷することが望ましい。フィンガは、基板と接触し、１つ又は複数のドープされた領域（例えば、Ｎ型エミッタ領域）とオーミック接続を形成することができる。オーミック接点は、デバイスの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）曲線が線形且つ対称的になるように、すなわち、半導体デバイスのドープされたシリコン領域と金属接点との間に高抵抗のインターフェースが存在しないように準備された半導体デバイス上の領域である。低抵抗で安定した接点は、太陽電池の性能と、太陽電池製作プロセスで形成される回路の信頼性とのために重要である。太陽電池デバイスとの接点を強化するために、基板表面内に形成された高濃度にドープされた領域上にフィンガを置き、オーミック接点の形成を可能にすることが典型的である。形成された高濃度にドープされた領域は、これらの電気的特性により、これらを通過することができる光の量を遮断する又は最小にする傾向があるため、これらの領域を、フィンガをこれらの上で容易に整列及び形成できることを保証するのに十分なくらい大きく作りながら、これらのサイズを最小化することが望ましい。自動化搬送デバイス上の基板の位置決めでのエラーによる、下にある高濃度にドープされた領域に対する堆積されたフィンガの誤った位置合わせは、基板のエッジの欠陥の原因となる。基板表面上の高濃度にドープされた領域の未知の重ね合わせ及び誤った位置合わせ、及び／又は、自動化搬送デバイス上の基板の移動が、貧弱なデバイス性能と低いデバイス効率とをもたらす可能性がある。
【０００８】
高濃度にドープされた領域は、種々のパターン化技術を使用して高濃度に及び低濃度にドープされた区域を生成することによって、例えば、パターン化拡散バリアを使用するリン散布工程を行うことによって、基板表面上に形成してもよい。裏側接点は、基板のＰ型ベース領域とのオーミック接点を形成することによって、電流を生産するために太陽電池に必要な電気回路を完成する。
【０００９】
適当な支持体又は基板、例えば、シリコン又はアルミナベースを有するウエハ上へのいくつかの連続印刷工程、例えば、シルクスクリーン印刷、レーザ、インクジェット又は同様のプロセスによる、多層パターンの生産のための、例えば、いわゆる二重印刷のための方法も既知である。
【００１０】
例えば、第１印刷層と、この第１印刷層上に重ねられた第２印刷層とによって形成される多層構造は、接点から伝達される電流を増加させることを可能にするが、種々の層が一般に１０ミクロン（μｍ）の範囲内の精度で互いに正しく整列されることを必要とするため、印刷プロセスをより複雑にする。典型的に、自動化搬送デバイス上の基板の移動と、印刷ヘッドの移動とがうまく制御されないと、堆積パターンが不適切に形成されるであろう。その結果、印刷プロセス工程中にエラーがあった場合には、印刷された複数の層の誤った位置合わせは、基板を破棄させる原因になるであろう。したがって、下の層に関してそのたびごとに印刷される層の位置合わせを確認するために、各印刷工程後に１つ又は複数の制御工程の必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
いくつかの既知の技術は、印刷層の位置を、閉リング逆作用制御にこの情報を使用するために、知る必要がある。しかしながら、一旦所定の層がより下の層上に印刷されていると、概して言えば、連続する層が重ねられているため、これらの連続する層の的確な位置を知ることは特に困難である。したがって、システム内の基板上の２層のスクリーン印刷パターンの位置合わせを制御する改善された方法を有する、太陽電池、電子回路、又は他の有用なデバイスの製造のための方法及び装置が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、基板上に多層パターンを印刷する制御方法及び装置を提供する。一実施形態では、基板上に多層パターンを印刷する方法は、基板の表面の領域上に第１パターン化層を堆積するステップを含む少なくとも１つの第１印刷工程と、第２の又はその後の印刷工程に先立って基板を位置合わせする少なくとも１つのその後の工程と、表面の領域又は第１パターン化層の上に第２パターン化層を堆積するステップを含む少なくとも１つの第２印刷工程と、第１パターン化層に対する第２パターン化層の位置合わせの精度を確認する少なくとも１つの工程とを含む。確認は、第１印刷工程の後で第２印刷工程の前に、第１パターン化層の第１光学画像を取得するステップと、第２印刷工程後に第２パターン化層の少なくとも１つの第２光学画像を取得するステップと、第１画像減算プロセスを行うことによって基板上の第２パターン化層の位置を決定する少なくとも１つの工程とを含み、第１画像減算プロセスは、第１光学画像を第２光学画像から減算し、第１減算光学画像を形成するステップと、第１減算光学画像を第１光学画像と比較するステップとを含み、比較から生成されたデータを使用し、その後の印刷工程の特性を調節する。本発明によれば、決定工程の成果は、第２の又はその後の印刷工程の閉リング逆作用制御のためのフィードバックで使用され、第２以降のパターン化層の印刷の品質を制御する工程でも使用される。
【００１３】
一実施形態では、基板上に多層パターンを印刷する装置は、基板上に第１パターン化層を印刷するように構成された第１印刷ステーションと、基板を位置合わせするように動作可能な第１デバイスと、基板上に第１パターン化層の上に第２パターン化層を印刷するように動作可能な少なくとも１つの第２印刷ステーションと、第２パターン化層の印刷後に位置合わせの精度を確認するように動作可能であり、精度の確認からのデータを、位置合わせのための少なくとも１つの手段にフィードバックするように動作可能な少なくとも１つの制御手段とを含む。制御手段は、第２層が印刷される前に、第１パターン化層の第１光学画像を取得し、第１パターン化層上に印刷された第２パターン化層の少なくとも１つの第２光学画像を取得するように動作可能な検出手段と、第２パターン化印刷層の基板上の実際の位置を決定するために第２光学画像と第１光学画像との間の画像減算による画像計算を実行するように動作可能な制御及びコマンドユニットとをさらに備え、制御及びコマンドユニットは、画像計算の成果を品質制御ステーションにフィードバックするようにさらに動作可能である。
【００１４】
本発明の上に列挙された特徴を詳細に理解できるように、上で簡潔にまとめられた本発明のより具体的な説明は、いくつかが添付図面に例示されている実施形態への参照によって得ることができる。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施形態のみを例示し、したがって、その範囲を制限するものとみなされるべきではなく、本発明は他の等しく有効な実施形態を認めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】スクリーン印刷する方法の一実施形態である。
【図２】スクリーン印刷する方法の一実施形態である。
【図３】図１及び２の方法を実行することができるシステムの概略図である。
【図４】図１及び２の方法を実行することができるシステムの概略図である。
【図５】画像減算の方法の一実施形態である。
【図６】基板の平面図である。
【図７】図６に例示した基板の一部の断側面図である。
【図８】図６に例示した基板の一部の断側面図である。
【図９】スクリーン印刷システムの一実施形態の概略等角図である。
【図１０】図９のスクリーン印刷システムの概略上平面図である。
【図１１】スクリーン印刷システムの一実施形態を例示する概略上平面図である。
【図１２】光学検査システムの一実施形態の概略等角図である。
【図１３】光学検査システムの一実施形態の概略等角図である。
【図１４】光学検査システムの一実施形態の概略等角図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
理解を容易にするために、同一の参照番号は、可能であれば、図面に共通する同一の要素を指定するために使用されている。ある実施形態で開示されている要素は、明確な列挙なしで、他の実施形態でも有益に利用されることができると考えられる。
【００１７】
本発明の実施形態は、一般に、基板上に多層パターンを印刷する方法を提供し、この方法は、制御ユニットによって実行される画像減算計算の結果を使用して一連の印刷された層の正確な位置合わせを提供する閉ループ又は閉リング逆作用制御に基づいている。これは、デバイスの歩留まり性能と、基板処理ラインの所有コスト（ＣｏＯ）とを改善する。
【００１８】
本発明の実施形態により、画像減算による処理のおかげで、最後の印刷層を以前の印刷層から光学的に分離し、これらに関連する障害を除去することができ、連続した印刷層の実際の位置を的確に知ることが、たとえ全体としてこれらが互いの上に重ねられているとしても、より簡単である。そのうえ、本発明は、閉リング逆作用で多層パターンの層の位置合わせを制御することと、品質制御のためとの両方に、同じ取得工程と、同じ検出又は視覚システムを使用するという利点を提示する。
【００１９】
本発明の１つの利点は、同じスクリーン印刷ネットを使用することが必要で、異なったネットを使用することができない場合、画像減算に基づく制御が二重スクリーン印刷プロセスによく適合していることである。
【００２０】
これは、単一の取得で逆作用制御と品質制御との両方を果たすことができるという点で、処理速度を増加させる。
【００２１】
さらに、本発明による方法及び装置は、より経済的且つコンパクトであり、品質制御のための専用の視覚システムを必要としない。
【００２２】
図１は、スクリーン印刷する方法を提供する。図１では、ブロックＩは、図５に例示したような、基板５０１上に配置された第１印刷層５００の第１画像５０４を取得する工程を示す。ブロックＩＩは、図５に示すような、第１印刷層５００の上に第２層５０２を配置するために使用される第１印刷工程を示す。ブロックＩＩＩは、第１層５００の上に印刷された第２層５０２の第２画像５０６を取得する工程を示す。ブロックＩＶは、画像減算プロセスを行うことを含む、取得された画像を解析する工程を示す。ブロックＶは、ここで行われるプロセスの性能を改善するために、ブロックＩＶで行われる解析の成果に基づいて、ブロックＩＩで使用される制御要素にデータを戻すために使用される、閉ループ又は閉リング逆作用を示す。ブロックＶＩは、図１に記載した方法を改善するために使用される、ブロックＩＶで行われる計算の成果に基づく、品質制御処理技術を示す。
【００２３】
図５は、取得された画像と、図１と併せて上で論じた画像減算工程の成果とを図式的に例示する。図５に例示したように、取得された第２画像５０６は、典型的に、前に堆積された第１層５００に対して誤って位置合わせされている第２層５０２を含んでいることがある。したがって、基板５０１上に配置された第１層５００の第１画像５０４が第２画像５０６から減算されると、個々の第２層５０２の減算された画像又は第３画像５０８を、多層堆積及び処理シーケンスをよりよく制御するために、制御システムによって形成、解析及び／又は使用することができる。減算された画像５０８は、第２層５０２の第２画像５０６の個々の光学画像であってもよい。
【００２４】
一実施形態では、システムは、結晶シリコン太陽電池生産ラインの一部で本発明によるスクリーン印刷プロセスを行うことに適合されている。太陽電池生産ラインの一部で行われるプロセスは、所望の材料で基板をパターン化するステップと、次にその基板を１つ又は複数の後続の処理チャンバ内で処理するステップとを含んでもよい。後続の処理チャンバは、１つ又は複数の焼付け工程と、１つ又は複数の洗浄工程とを行うように適合されていてもよい。
【００２５】
本明細書での考察は、主に接点又は相互配線構造のようなパターンを太陽電池デバイスの表面にスクリーン印刷するプロセスを論じるが、この構成は、本明細書に記載された発明の範囲を制限するものではない。本発明から利益を得ることができる他の基板材料は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、ポリ結晶シリコン、又は他の望ましい基板材料上又は中に形成された活性領域を有することができる基板を含む。
【００２６】
図２は、スクリーン印刷する方法を提供する。一実施形態では、本方法は、基板上の少なくとも１つの印刷工程１１と、第２及び第３印刷工程２１、３１のような１つ又は複数の追加の印刷工程とを含む。第１及び第２位置合わせ工程１３、２３も用意される。第１位置合わせ工程１３は、第１印刷工程１１と第２印刷工程２１との間に行われる。第２位置合わせ工程２３は、第２印刷工程２１と第３印刷工程３１との間に行われる。第１、第２、及び第３確認工程１２、２２、３２は、それぞれ、印刷工程１１、２１及び３１の後に位置合わせの精度を確認する。品質制御工程３８及び排出工程４０が、第３確認工程３２の後に行われる。本発明の実施形態は、さらに、３つより多くの印刷工程を有する方法や、２つ又はそれ未満の印刷工程を有するより簡単な場合を提供してもよく、又はこれらに適合してもよいと考えられる。
【００２７】
本発明の一実施形態では、各確認工程１２、２２、３２は、対応する印刷工程の上流及び下流の両方で行われる光学画像を取得する工程を含む。光学画像は、検出器の使用により、可視範囲、赤外範囲、又は光の他の適当な波長の光で検出された画像によって定義される。一実施形態では、各光学画像は、システム内に配置された１つ又は複数の放射線源によって放射された所望の波長範囲内で基板の表面上の特徴を検出及び分析するように構成されたカメラを含む検出器組立部品の使用によって形成される。一実施形態では、カメラは、基板の表面のデジタル画像を形成するように適合されたＣＣＤカメラを備える。
【００２８】
印刷工程１１の後で印刷工程２１の前に、基板上に印刷された第１パターン化層の第１光学画像が、工程１２ａで取得される。印刷工程２１の後で印刷工程３１の前に基板上に印刷されたさらなるパターン化層の第２及び第３光学画像が、工程２２ａで取得される。印刷工程３１の後、基板上に印刷されたさらなるパターン化層の第４光学画像が、工程３２ａで取得される。計算工程２２ｂ、３２ｂが、さらなるパターン化層の光学画像と、第１光学画像のような前に取得された光学画像との間の画像減算によって、さらなるパターン化層の実際の位置を決定する。この情報は、前記パターン化層上へのさらなるパターン化層の印刷の位置合わせを制御するための閉ループプロセスと、さらなる印刷工程２１、３２の下流の品質制御との両方で使用される。
【００２９】
いくつかの実施形態では、画像減算工程は、第１画像の上面への第２画像の重ね合わせに関係し、一方が他方の上面に印刷された２つの印刷パターンを再現する全体的な画像を得る。画像減算工程は、重ね合わせによって得られた全体的な画像中の取得された２つの画像間の画素から画素を減算することによって実行される。
【００３０】
いくつかの実施形態では、重ね合わせによって得られた全体的な画像で、第１印刷パターンの第１画像の画素は、第２印刷パターンの第２画像の一致する画素から減算される。
【００３１】
第２パターンが第１印刷パターンと正確に位置合わせされているならば、減算から得られる画像は均一な色である。
【００３２】
それとは逆に、第２パターンが第１印刷パターンと位置合わせされずに印刷されているならば、減算から得られる画像は第２印刷パターンのみを含有する。
【００３３】
例えば、モノクロカメラから取得された画像の場合、グレーの値を有する画素が減算される。他の変形では、カラーカメラを使用することもできる。
【００３４】
したがって、同じ発色を有するゾーンは黒色を決定し、異なった発色を有するゾーンは白色、又は白に近いグレー色を決定する。２つの画像の２つの印刷パターンが完璧に重ね合わされ、位置合わせされているならば、減算された画像は、例えば、全くの黒である。
【００３５】
いくつかの実施形態では、画像減算工程は、生産工程中のサイクル時間に影響を与えないように、実時間で実行される。
【００３６】
いくつかの実施形態では、画像減算工程を行うのに必要な時間は、数十ミリ秒の範囲内である。
【００３７】
さらに、画像減算工程の期間は、取得される画像の解像度に依存することがある。いくつかの例では、画像は、５メガ画素の解像度のセンサを有する複数のカメラ、例えば、５メガ画素の４つのカメラを使用して取得される。
【００３８】
いくつかの実施形態では、２つの画像を正確に減算するために、２つの画像に含まれる印刷パターンは、最初に慎重に重ね合わされる。
【００３９】
重ね合わせ工程のために、いくつかの実施形態は、第１印刷パターンの中心と、次に第２印刷パターンの中心とを計算し、２つの対応する中心を重ねることによって２つの印刷パターンを重ね合わせるように準備し、最終的に２つの画像を上述したように減算する。
【００４０】
２つの工程、重ね合わせ及び減算は、実際的に同時に実行することができるが、２つの別個の工程で実行することもできる。
【００４１】
減算工程の後、いくつかの実施形態では、減算によって得られた画像をフィルタ処理するための工程が提供され、フィルタは、得られた画像をきれいにするために使用することができる。いくつかの実施形態では、フィルタは、例えば背景光によって引き起こされる擬似要素として識別されるいくらかのレベルのグレーを除去する。
【００４２】
いくつかの実施形態では、減算は、画像全体に、又は特定のゾーンに実行することができる。例えば、ある印刷を他の印刷と位置合わせするために、いくつかの実施形態では、例えば４つの周辺ゾーン、例えば第１及び第２印刷の上面の４つのゾーンで動作することで十分であり得、中心を使用することは必要でないことがある。いくつかの基本的な実施形態では、要求される精度にも依存して、ある印刷を他の印刷と位置合わせするために、２つのゾーン間のみの画像減算を操作することで十分であり得る。
【００４３】
制御方法のいくつかの実施形態は、画素の部分で、したがって、１０から１００マイクロンの画素範囲の特徴的な寸法を考慮して、また、使用されるカメラのセンサの解像度が高いか低いかに依存して、５から５０ミクロンで推定することができる重ね合わせと位置合わせの精度を可能にする。
【００４４】
おそらく上述したフィルタ処理工程と組み合わされる画像減算工程は、画像を洗浄し、それ故、既知の技術で、完全に可視で、したがって、位置合わせに影響を与える可能性がある、あり得る印刷汚れの損害を制限する機能も有するため、いくつかの実施形態は、正確な制御方法を提供する。
【００４５】
いくつかの実施形態は、例えば銀系導体ペーストが使用される標準的な印刷工程と、例えば選択エミッタを作るために、銀系導体ペーストが、高濃度にドープされたゾーンに重ね合わされる工程の両方に適用可能な制御方法を提供する。いくつかの実施形態は、低い色コントラストでの印刷が重ね合わされる場合に、方法が特に有用であることを提供する。
【００４６】
図３は、図１及び２に示された方法を実行することができるシステム１００の概略図である。図３中の矢印は、システム１００の種々の部分間のデータの流れの方向を示す。一実施形態では、システム１００は、連続して、第１印刷ステーション５０と、第１制御ステーション５１と、第１位置合わせデバイス５４と、第２印刷ステーション６０と、第２制御ステーション６１と、第２位置合わせデバイス６４と、第３印刷ステーション７０と、第３制御ステーション７１と、品質制御ステーション７５と、排出ステーション８０と、中央制御及びデータ処理ユニット９０とを備える。一実施形態では、第１、第２及び第３印刷ステーション５０、６０、７０は、複数のアクチュエータ（例えば、オペレーションパーモータ又はサーボモータ）を含み、これらのアクチュエータは、第１、第２及び第３制御ステーション５１、６１、７１と連絡し、第１、第２及び第３印刷ステーション５０、６０、７０内に配置されたスクリーン印刷マスクの、印刷されている基板に対する位置及び／又は角度配向を調節するために使用される。ある構成では、以下にさらに論じるように、第１、第２及び第３印刷ステーション６０、６０、７０は、各々、印刷チャンバ１０２（図９及び１０）を含んでもよく、印刷チャンバ１０２は複数のアクチュエータ１０２Ａを有し、アクチュエータ１０２Ａは、第１、第２及び第３制御ステーション５１、６１、７１と通信し、第１、第２及び第３印刷ステーション５０、６０、７０内に配置されたスクリーン印刷マスク１０２Ｂ（図９及び１０）の、印刷されている基板に対する位置及び／又は角度配向を調節するために使用される。一実施形態では、スクリーン印刷マスク１０２Ｂは、基板の表面上のスクリーン印刷材料（すなわち、インク又はペースト）のパターン及び位置付けを規定するためにこれらを通過して形成された穴、スロット、又は他の開孔のような複数の特徴１０２Ｃを有する金属シート又は板である。一般的には、基板の表面上に堆積されることになるスクリーン印刷パターンは、アクチュエータと、第１、第２及び第３制御ステーション５１、６１、７１によって受信された情報とを使用して、スクリーン印刷マスクを基板表面の上の所望の位置に配向することによって、自動化されたやり方で、基板と位置合わせされる。自動化されたスキージタイプのデバイス（図示せず）を、基板の表面上にパターン化スクリーン印刷材料を形成するように特徴１０２Ｃを介してスクリーン印刷材料を促すために使用してもよい。
【００４７】
一実施形態では、各制御ステーション５１、６１、７１は、検出デバイス５２、６２、７２と、コマンド及び制御ユニット５３、６３、７３とをそれぞれ備える。いくつかの構成では、制御ステーション５１、６１、７１の各々は、システムの所望の領域内で行われるプロセスの制御及び自動化を容易にするシステムコントローラを含んでもよく、中央処理ユニット（ＣＰＵ）（図示せず）、メモリ（図示せず）、及び支持回路（又はＩ／Ｏ）（図示せず）を含んでもよい。ＣＰＵは、種々のチャンバプロセス及びハードウェア（例えば、コンベヤ、光学検査組立部品、モータ、流体送出ハードウェア、等）を制御し、システム及びチャンバプロセス（例えば、基板位置、プロセス時間、検出器信号、等）をモニタする、産業的設定で使用されるコンピュータプロセッサの任意の形式の１つであってもよい。メモリは、ＣＰＵに接続されており、ローカル又はリモートの、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク（登録商標）、ハードディスク、又は任意の他の形式のデジタルストレージのような、１つ又は複数のたやすく利用可能なメモリであってもよい。ソフトウェア命令及びデータは、符号化し、ＣＰＵに命令するためのメモリ内に格納することができる。プロセッサを従来の方法で支持する支持回路もＣＰＵに接続される。支持回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入力／出力回路網、サブシステム、等を含んでもよい。システムコントローラによって読み取り可能なプログラム（又はコンピュータ命令）は、どのタスクを基板上で行うことができるかを決定する。好適には、プログラムは、システムコントローラによって読み取り可能なソフトウェアであり、このソフトウェアは、少なくとも、光学画像と、基板位置情報と、種々の被制御部品の一連の運動と、基板光学検査システム情報と、これらの任意の組み合わせとを発生させ、格納するためのコードを含む。本発明の一実施形態では、システムコントローラは、基板の表面上の堆積された層の位置を解決するためのパターン認識ソフトウェアを含む。
【００４８】
図２を参照すると、第１印刷工程１１の一実施形態では、シルクスクリーン印刷が、例えばシリコン系ウエハの基板の表面上に実行され、多層パターンの第１層が形成される。第１印刷工程１１は、図３の第１印刷ステーション５０に対応し、ここで基板は既知の送り込みシステムによって送り込まれる。送り込みシステムは、一般には、印刷ステーションと、制御ステーションと、位置合わせシステムと、排出ステーションの各々との間で基板を搬送するように構成された、搬送ロボットのようなロボットデバイスである。
【００４９】
第１印刷工程１１の下流、スクリーン印刷の方法の一実施形態は、基板上の第１印刷層の位置を識別するために、第１検出デバイス５２によって、図５中の第１画像５０４によって示されるような、基板上に印刷された第１印刷層の第１光学画像を取得する第１工程１２ａを提供する。第１画像５０４は、第１制御ステーション５１の第１コマンド及び制御ユニット５３中に記憶することができ、動作モードにしたがって、おそらく、第２制御ステーション６１の第２コマンド及び制御ユニット６３に送信することができ、又は、中央制御及びデータ処理ユニット９０に直接送信し、記憶することができる。第１パターン化層の位置に関係する情報を、第１位置合わせデバイス５４に送ることができる。第１取得工程１２ａに第１位置合わせ工程１３を続けてもよく、第１位置合わせ工程１３では、第１印刷層の位置に関連して、第１位置合わせデバイス５４、例えば、スラスタ又はアクチュエータは、第２印刷工程２１の遂行のために、基板を正確に位置させる。他の実施形態では、基板の正確な位置決めは、基板を第２印刷ステーション６０の印刷ヘッド部分の下に移動する位置合わせデバイスによって達成される。第１位置合わせデバイス５４は、第２印刷ステーション６０内に存在する印刷ヘッド（例えば、印刷マスク１０２Ｂ）を位置決めするアクチュエータ（例えば、アクチュエータ１０２Ａ）を提供することもできる。
【００５０】
パターンの第２層５０２（図５）が基板上で第１層５００の上に印刷される第２印刷工程２１の後、本発明は、第２検出デバイス６２によって、図５中の第２画像５０６によって示されるような、第１印刷層と共に基板上に印刷された第２パターン化層の第２光学画像を取得する第２工程２２ａを提供する。第２画像５０６は、第２制御ステーション６１の第２コマンド及び制御ユニット６３中に記憶することができ、動作モードにしたがって、おそらく、第３制御ステーション７１の第３コマンド及び制御ユニット７３に送信することができ、又は、中央処理及びデータ処理ユニット９０に直接送信し、記憶することができる。さらに、第２制御ステーション６１の第２コマンド及び制御ユニット６３は、第２画像５０６と第１画像５０４との間の画像減算によって第１計算工程２２ｂを実行し、図５中の第３画像５０８によって示されるような基板上の個々の第２層５０２の実際の位置を事実上識別する計算の成果は、第１位置合わせデバイス５４に適切に命じるために、閉ループで使用され、また、品質制御ステーション７５によって処理される。
【００５１】
第２パターン化層５０２の位置に関係する情報を、第１位置合わせデバイス５４に送ることができる。特に、前記データが一致しない事象では、第２制御ステーション６１の第２コマンド及び制御ユニット６３は、不一致を通信するために、フィードバック信号を第１位置合わせデバイス５４に送り、エラーをその後に処理される基板上で補正できるようにする。
【００５２】
第２取得工程２２ａに第２位置合わせ工程２３を続けてもよく、第２位置合わせ工程２３では、第２印刷層の位置に関連して、第２位置合わせデバイス６４、例えば、スラスタ又はアクチュエータは、第３印刷工程３１の遂行のために、基板を正確に位置させる。第２位置合わせ工程２３の後、第３印刷工程３１及び第３確認工程３２が実行される。特に、第３印刷工程３１では、第３印刷ステーション７０に対応して、パターン化材料の第３層が基板上に印刷される。次に、第３確認工程３２では、第３検出デバイス７２の使用によって、第２層５０２上に印刷された第３パターン化層の第３光学画像を取得するために、第３工程３２ａが行われる。
【００５３】
第３画像は、動作モードにしたがって、第３制御ステーション７１のコマンド及び制御ユニット７３に、又は、中央制御及びデータ処理ユニット９０に記憶することができる。そのうえ、第３確認工程３２では、第３処理ステーション７１の第３コマンド及び制御ユニット７３は、第３画像と第２画像５０６との間、又は、第３画像と第１画像５０４との間の画像減算によって第２計算工程３２ｂを行い、第１計算工程２２ｂで行われた画像減算の成果は、計算の全体の成果を形成するために使用してもよく、この全体の成果は、実質的には基板の単一の第３層の位置を識別し、第２位置合わせデバイス６４に適切に命じるために、閉ループプロセスで使用され、また、品質制御ステーション７５によって処理される。
【００５４】
第３パターン化層の位置に関係する情報を、第２位置合わせデバイス６４に送ることができる。特に、前記データが一致しない事象では、第３制御ステーション７１の第３コマンド及び制御ユニット７３は、不一致を通信するために、フィードバック信号を第２位置合わせデバイス６４に送る。品質制御ステーション７５は、信号を排出ステーション８０に送り、排出ステーション８０は、排出工程で、システム又はプラントから、生産された基板を、最終的な倉庫、又は、廃棄ウエハストレージビンのいずれかに排出する。
【００５５】
各コマンド及び制御ユニット５３、６３、７３は、検出されたデータを中央制御及びデータ処理ユニット９０にも供給し、中央制御及びデータ処理ユニット９０は、収集されたデータを、ユーザによって予め規定されたデータベースにしたがって系統立て、記憶し、これらを、ユーザによって要求された形式及びやり方で、例えば統計的に、又は、生産プロセスの臨界点を識別するようなやり方で処理する。
【００５６】
図４に示す他の実施形態によれば、すべてのデータ送信サブ工程を、単一の中央コマンド及び制御ユニット１２０によって管理することができ、中央コマンド及び制御ユニット１２０は、各印刷ステーション５０、６０、７０の下流の検出デバイス５２、６２、７２から届くデータを処理し、受信されたデータをプリセットプログラムにしたがって比較し、制御信号を異なった位置合わせデバイス５４、６４に送信する。いくつかの構成では、中央制御及びデータ処理ユニット９０及び／又は１２０は、システムコントローラを含んでもよく、システムコントローラは、システムの所望の領域内で行われる処理の制御及び自動化を容易にし、中央処理ユニット（ＣＰＵ）（図示せず）、メモリ（図示せず）、及び支持回路（又はＩ／Ｏ）（図示せず）を含んでもよい。上で言及した制御ユニット９０及び１２０は、一般に、上で挙げた制御ユニット５３、６３、７３として構成することができる。
【００５７】
上述したより一般的な印刷工程１１、２１、３１に関係する本発明の実施形態は、特別に太陽電池形成プロセスを用い、このプロセスは、図６及び７に見られる、基板２５０の表面上の所望の多層パターン２３０中に形成される高濃度にドープされた領域２４１の上への二重印刷による金属接点、例えば銀の形成を含む。
【００５８】
行われる二重印刷は、例えば、幅が異なるサイズを有する重ね合わされたフィンガ、幅が同じサイズを有するが、異なった材料又は異なった機能で作られた重ね合わされたフィンガ、又はこれら２つのタイプの組み合わせを作るように完成させることができる。例えば、本発明の実施形態は二重印刷モードを提供し、二重印刷モードでは、図６、７及び８に見られるように、第１印刷工程１１でドーパントペーストを印刷して高濃度にドープされた領域２４１を形成し、第２印刷工程２１で、幅の広いフィンガ２６０を規定する例えば銀の幅の広い金属線を、高濃度にドープされた領域２４１上に印刷し、第３印刷工程３１で、幅の狭いフィンガ２６０ａを規定する例えば銀の幅の狭い金属線を、幅の広い金属線上に印刷し、多層パターン２３０を有する金属接点構造を形成する。１つ以上の熱処理工程を、印刷工程（例えば、工程１１、２１、３１）の間にシステム内の基板上に行い、高濃度にドープされた領域２４１を形成するようドーパントペースト中のドーパント原子を追い込む、及び／又は、第２及び第３印刷層で認められる金属材料と基板表面（例えば、高濃度にドープされた領域２４１）との間に良好な電気接点を緻密化し、形成するような処理を、印刷された層にさらにしてもよいことが留意される。
【００５９】
一実施形態では、二重印刷プロセスを使用してもよく、この二重印刷プロセスでは、第１印刷工程１１の後、第２印刷工程２１は、例えば銀系材料を含む接点ペーストによって金属化フィンガ２６０を形成するような印刷工程を提供し、次に続く第３印刷工程３１は、接点ペーストとは異なる例えば銀系材料を含む導電性ペーストによって金属化フィンガ２６０ａを形成するような印刷工程を提供する。
【００６０】
図６は、フィンガ２６０のような、高濃度にドープされた領域２４１と、その上に形成されたパターン化金属接点構造２４２とを有する基板２５０の表面２５１の平面図である。図７は、高濃度にドープされた領域２４１上に配置された、例えば銀で作られた金属フィンガ２６０を有する表面２５１の一部を例示している。フィンガ２６０及びバスバーのような金属接点構造は、高濃度にドープされた領域２４１上に、高品質の電気接続がこれらの２つの領域間に形成できるように形成される。低抵抗で安定した接点は、太陽電池の性能のために重要である。高濃度にドープされた領域２４１は、一般に、約０．１原子パーセント以下のドーパント原子がドープされている基板２５０の材料の一部を備える。高濃度にドープされた領域２４１のパターン化タイプは、当該技術分野でよく知られている、従来のリソグラフィ及びイオン注入技術、又は、従来の誘電体マスキング及び高温炉拡散技術によって形成することができる。パターン化された高濃度にドープされた領域２４１の形成は、ここでも論じたように、スクリーン印刷プロセス及び後スクリーン印刷熱処理の使用によっても形成することができる。しかしながら、典型的に、これらの従来の技術を使用して基板２５０の表面２５１上の形成された高濃度にドープされた領域２４１のパターンの実際の位置合わせ及び配向を光学的に決定するやり方はないため、高濃度にドープされた領域２４１上の金属接点構造２４２の位置合わせ及び堆積のプロセスは、従来の技術を使用しては不可能である。
【００６１】
以下により詳しく説明する他の実施形態では、上で挙げた印刷ステーション５０、６０、７０の１つもしくは複数、又は各々は、図８、９及び１０に関連して説明した印刷システム１１０として構成することができる。さらに、検出デバイス５２、６２、７２及び制御ユニット５３、６３、７３を設けられた制御ステーション５１、６１、７１は、図９、１０、１２、１３に例説したシステムコントローラ１０１と関係付けられる、図１２、１３及び１４に関連して後述する検査システム４００として構成することができる。特に、制御ユニット５３、６３、７３は、以下に説明するシステムコントローラ１０１として構成することができる。上で挙げた位置合わせデバイス５４、６４は、図９及び１０の印刷チャンバ１０２と関連して後述するアクチュエータ１０２Ａとして構成することができる。
【００６２】
本発明の一実施形態によれば、図９は、図３及び４のシステム１００の印刷ステーション５０、６０、７０の１つ又は複数の少なくとも一部を形成してもよく、図１２、１３、１４で見られる光学検査システム４００を使用して太陽電池基板２５０の表面上に所望のパターンで金属接点を形成するために使用されてもよい、スクリーン印刷システム１１０の一部の一実施形態を例示する概略等角図であり、図１１は、その概略上平面図である。一実施形態では、スクリーン印刷システム１１０は、入来コンベヤ１１１と、ロータリアクチュエータ組立部品１３０と、スクリーン印刷チャンバ１０２と、外向コンベヤ１１２とを備える。入来コンベヤ１１１は、入力コンベヤ１１３（すなわち、図１０中の経路「Ａ」）のような入力デバイスから基板２５０を受け、基板２５０を、ロータリアクチュエータ組立部品１３０に結合された印刷ネスト１３１に運ぶように構成されてもよい。外向コンベヤ１１２は、ロータリアクチュエータ組立部品１３０に結合された印刷ネスト１３１から処理された基板２５０を受け、基板２５０を出口コンベヤ１１４（すなわち、図１０中の経路「Ｅ」）のような基板除去デバイスに運ぶように構成されてもよい。入力コンベヤ１１３及び出口コンベヤ１１４は、より大規模な生産ラインの部分である自動化された基板取扱いデバイスであってもよい。一実施形態では、コンベヤ１１１、１１２、１１３、１１４の１つ又は複数は、第１印刷ステーション５０、第１制御ステーション５１、第２印刷ステーション６０、第２制御ステーション６１、第３印刷ステーション７０、第３制御ステーション７１、品質制御ステーション７５、及び、排出ステーション８０の任意の２つ間のような、システム１００内のステーションの任意の２つ間で基板を運ぶために使用されてもよい。
【００６３】
ロータリアクチュエータ組立部品１３０は、印刷ネスト１３１をスクリーン印刷システム１１０内で選択的に角度的に位置決めできるように（例えば、図１０中の経路「Ｄ１」及び「Ｄ２」）、ロータリアクチュエータ（図示せず）及びシステムコントローラ１０１によって「Ｆ」軸の周りを回転させ、角度的に位置決めさせてもよい。ロータリアクチュエータ組立部品１３０は、印刷ネスト１３１、又は、スクリーン印刷システム１１０で基板処理シーケンスを行うために使用される他の自動化デバイスの制御を容易にするために、１つ又は複数の支持部品を有してもよい。
【００６４】
一実施形態では、ロータリアクチュエータ組立部品１３０は、４つの印刷ネスト１３１又は基板支持体を含み、これらは各々、スクリーン印刷チャンバ１０２内で行われるスクリーン印刷プロセス中に基板２５０を支持するのに適合している。図１０は、ロータリアクチュエータ組立部品１３０の位置を概略的に例示しており、この位置では、ある印刷ネスト１３１は、位置「１」にあり、基板２５０を入来コンベヤ１１１から受け、他の印刷ネスト１３１は、他の基板２５０がスクリーン印刷されたパターンをその表面上に受けることができるように、スクリーン印刷チャンバ１０２内の位置「２」にあり、他の印刷ネスト１３１は、基板２５０を外向コンベヤ１１２に運ぶための位置「３」にあり、他の印刷ネスト１３１は、位置「１」と位置「３」との間の中間段階である位置「４」にある。
【００６５】
図１１に例示するように、印刷ネスト１３１は一般に、給送スプール１３５と、巻取りスプール１３６と、ローラ１４０と、１つ以上のアクチュエータ１４８とを有するコンベヤ組立部品１３９から成り、アクチュエータ１４８は、給送スプール１３５及び／又は巻取りスプール１３６に結合されており、それらはプラテン１３８を横切って置かれた支持材料１３７を給送及び保持するのに適合している。プラテン１３８は一般に、基板支持表面を有し、スクリーン印刷チャンバ１０２で行われるスクリーン印刷プロセス中、この基板支持表面上に基板２５０及び支持材料１３７が置かれる。一実施形態では、支持材料１３７は多孔性材料であり、この多孔性材料は、支持材料１３７の一方の側に配置された基板２５０を、従来の真空発生デバイス（例えば、真空ポンプ、真空エジェクタ）によって支持材料１３７の反対側に加えられた真空によってプラテン１３８上に保持させることを可能にする。一実施形態では、基板をプラテンの基板支持表面１３８Ａに「つかめる」ように、真空は、プラテン１３８の基板支持表面１３８Ａに形成された真空ポート（図示せず）に加えられる。一実施形態では、支持材料１３７は、例えば、タバコに使用されるタイプの通気性の紙、あるいは、同じ機能を行うプラスチック又は織物材料のような他の類似材料から成る通気性材料である。
【００６６】
ある構成では、支持材料１３７上に置かれた基板２５０の移動を印刷ネスト１３１内で精密に制御できるように、アクチュエータ１４８は、給送スプール１３５及び巻取りスプール１３６に結合されるか、これらと係合するように適合されている。一実施形態では、給送スプール１３５及び巻取りスプール１３６は、各々、支持材料１３７の長さの対面する端を受容するように適合されている。一実施形態では、アクチュエータ１４８は、各々、１つ又は複数のドライバホイール１４７を含有し、ドライバホイール１４７は、プラテン１３８を横切る支持材料１３７の運動及び位置を制御するために、給送スプール１３５及び／又は巻取りスプール１３６上に置かれた支持材料１３７の表面に結合されるか、接触している。
【００６７】
一実施形態では、スクリーン印刷システム１１０は、位置「１」で印刷ネスト１３１上に位置する基板２５０を検査するように適合されている検査組立部品２００を含んでもよい。検査組立部品２００は、位置「１」で印刷ネスト１３１上に位置する入来又は処理済み基板２５０を検査するように置かれた１つ以上のカメラ１２１を含んでもよい。この構成では、検査組立部品２００は、少なくとも１つのカメラ１２１（例えば、ＣＣＤカメラ）と、検査し、検査結果を、印刷ネスト１３１上の基板２５０の配向及び位置を解析するために使用されるシステムコントローラ１０１に通信することができる他の電子部品とを含む。他の実施形態では、検査組立部品２００は、上で論じた光学検査システム４００を備える。
【００６８】
スクリーン印刷チャンバ１０２は、スクリーン印刷プロセス中、位置「２」で印刷ネスト１３１上に置かれた基板２５０の表面上に所望のパターンで材料を堆積させることに適合されている。一実施形態では、スクリーン印刷チャンバ１０２は、複数のアクチュエータ、例えばアクチュエータ１０２Ａ（例えば、オペレーションパーモータ又はサーボモータ）を含み、これらのアクチュエータは、システムコントローラ１０１と通信し、スクリーン印刷チャンバ１０２内に配置されたスクリーン印刷マスク１０２Ｂ（図６）の、印刷されている基板２５０に対する位置及び／又は角度配向を調節するために使用される。一実施形態では、スクリーン印刷マスク１０２Ｂは、基板２５０の表面上のスクリーン印刷材料（すなわち、インク又はペースト）のパターン及び位置付けを規定するためにこれらを通過して形成された穴、スロット、又は他の開孔のような複数の特徴１０２Ｃ（図６）を有する金属シート又は板である。一般的には、２５０基板の表面上に堆積されることになるスクリーン印刷パターンは、アクチュエータ１０２Ａと、検査組立部品２００からシステムコントローラ１０１によって受信された情報とを使用して、スクリーン印刷マスク１０２Ｂを基板表面の上の所望の位置に配向することによって、自動化されたやり方で、基板２５０と位置合わせされる。一実施形態では、スクリーン印刷チャンバ１０２は、約１２５ｍｍと１５６ｍｍとの間の幅と、約７０ｍｍと約１５６ｍｍとの間の長さとを有する太陽電池基板上に、材料を含有する金属又は材料を含有する誘電体を堆積させることに適合されている。一実施形態では、スクリーン印刷チャンバ１０２は、基板の表面上に金属接点構造を形成するために、基板の表面上にペーストを含む金属を堆積させることに適合されている。
【００６９】
一実施形態では、検出デバイス５２、６２、７２は、図１２、図１３及び図１４に示す光学検査システム４００によって表される。光学検査システム４００は、基板２５０の表面上に形成された高濃度にドープされた領域２４１のパターン２３０の実際の位置合わせ及び配向を決定するように構成されている。光学検査システム４００は、一般に、多層パターンの高濃度にドープされた領域２４１と、幅の広いフィンガ２６０及び幅の狭いフィンガ２６０Ａとの位置合わせ及び配向を、基板２５０の高濃度にドープされていない領域に対して光学的に決定することができるように、所望の波長の放射線を発するように構成された放射線源４０２及び４０３のような１つ以上の電磁放射線源と、印刷されたパターン化層の関連する光学画像を取得するような、反射された又は吸収されない放射線を捉えるように構成された検出器組立部品４０１とを含有する。配向及び位置合わせデータを導き出すことができる、検出器組立部品４０１によって取得された光学画像は、次にシステムコントローラ１０１に引き渡され、システムコントローラ１０１は、画像減算による計算工程３２ａ、３２ｂを動作させ、その結果、パターン化金属化技術の使用による高濃度にドープされた領域２４１の表面上への幅の広いフィンガ２６０及び幅の狭いフィンガ２６０ａのような金属接点構造の第２印刷工程２１及び第３印刷工程３１の目的のため、基板の位置付け位置合わせを閉ループで調節及び制御するように構成されている。
【００７０】
さらに、検出器ユニット４０１によって取得された同じ光学画像は、品質制御に使用されてもよい。
【００７１】
パターン化金属化技術は、スクリーン印刷プロセス、インクジェット印刷プロセス、リソグラフィ及びブランケット金属堆積プロセス、又は、他の同様なパターン化金属化プロセスを含んでもよい。一実施形態では、金属接点は、図９〜１２と併せて下で論じるように、スクリーン印刷システム１００で行われるスクリーン印刷プロセスを使用して、基板２５０の表面上に配置される。
【００７２】
高濃度にドープされた領域２４１がシリコン基板内に形成される場合の構成では、紫外線（ＵＶ）及び赤外線（ＩＲ）波長領域内の波長で発せられる電磁放射線が、シリコン基板又は高濃度にドープされた領域によって、優先的に吸収、反射、又は透過のいずれかをされることが信じられている。発せられた放射線の透過、吸収、又は反射の違いは、このように、検出器組立部品４０１及びシステムコントローラ１０１によって分析することができるいくらかの見分け可能なコントラストを生成するために使用することができる。一実施形態では、約８５０ｎｍと４ミクロン（ｐｍ）との間の波長の電磁放射線を発することが望ましい。一実施形態では、放射線源４０２及び４０３の１つ以上は、光の所望の波長の１つ以上を伝達するように適合されている発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
【００７３】
一実施形態では、光学検査システム４００は、放射線源４０２を有し、放射線源４０２は、電磁放射線「Ｂ１」を、基板の検出器組立部品４０１が配置されている側と反対の基板２５０の表面２５２に伝達するように構成されている。一実施形態では、放射線源４０２は、太陽電池基板２０５の裏側に近接して配置されており、検出器組立部品４０１は、基板２５０の前面表面に近接して配置されている。この構成では、発せられた電磁放射線「Ｂ１」が基板２５０を通過し、経路「Ｃ」をたどって検出器組立部品４０１に伝達できるようにするために、１０６０ｎｍより大きいような、シリコンの吸収エッジより大きい光学的放射線を使用することが望ましい。典型的に太陽電池用途で使用される典型的に低濃度にドープされたシリコン基板（例えば、＜１０１７原子／ｃｍ３）と対比して高濃度にドープされた領域での高いドーピングレベル（例えば、＞１０１８原子／ｃｍ３）により、吸収又は透過特性は、これらの波長内でこれらの領域の各々に関して有意に異なるであろうと信じられている。一実施形態では、約１．１μｍと約１．５μｍとの間の範囲の放射波長に限ることが望ましい。一実施形態では、高濃度にドープされた領域は、少なくとも５０オームパースクエアの抵抗を有する。
【００７４】
光学検査システム４００の他の実施形態では、発せられる波長の１つ又は複数が、基板２５０の部分、又は、高濃度にドープされた領域２４１と、幅の広いフィンガ２６０及び幅の狭いフィンガ２６０Ａとによって吸収又は反射され、経路「Ｃ」をたどって検出器ユニット４０１に発せられるように、放射線源４０３は、基板の検出器組立部品４０１と同じ側の基板２５０の表面２５１に電磁放射線「Ｂ２」を伝達するように構成されている。この構成では、領域間の所望のコントラストが検出器組立部品４０１によって検出できるようになるまで、約８５０ｎｍと４ミクロン（ｐｍ）との間の波長の光学的放射線を発することが望ましい。
【００７５】
光学検査システム４００の一実施形態では、基板２５０の表面上の高濃度にドープされた領域２４１と、幅の広いフィンガ２６０と、幅の狭いフィンガ２６０Ａのパターンの検出をさらに助けるために、２つの放射線源４０２及び４０３と、１つ又は複数の検出器組立部品４０１とが使用される。この場合では、放射線源４０２及び４０３を、これらが同じ又は異なった波長の放射線を発するように構成することが望ましいことがある。
【００７６】
検出器組立部品４０１は、受信された１つ又は複数の波長の電磁放射線の強度を測定するように構成された、電磁放射線検出器、カメラ、又は他の同様のデバイスを含んでいる。一実施形態では、検出器組立部品４０１は、放射線源４０２又は４０３の１つ又は複数によって発せられた所望の波長範囲内で、基板の表面上の特徴を検出及び分析するように構成されたカメラ４０１Ａを含んでいる。一実施形態では、カメラ４０１Ａは、検出信号の信号対ノイズ比を高めるために冷却ＣＣＤアレイを有するＩｎＧａＡｓタイプのカメラである。いくつかの構成では、基板２５０の表面２５１とカメラ４０１Ａとの間を囲う又は遮蔽することによって、検出器組立部品４０１を環境光から隔離することが望ましい。
【００７７】
一実施形態では、検出器組立部品４０１は、カメラ４０１Ａと基板の表面２５１との間に配置された１つ又は複数の光学フィルタ（図示せず）も含んでいる。この構成では、光学フィルタは、ある所望の波長のみをカメラ４０１Ａへ通過させ、カメラ４０１Ａによって受けられている不要なエネルギーの量を減少させ、検出された放射線の信号対ノイズ比を改善するように選択される。光学フィルタは、例えば、バーアソシエイツ社又はアンドーバーコーポレーションから購入される、帯域通過フィルタ、狭帯域フィルタ、光学エッジフィルタ、ノッチフィルタ、又は広帯域フィルタであってもよい。本発明の他の態様では、基板上に投射され、カメラ４０１Ａによって検出される波長を制限するために、光学フィルタが、放射線源４０２又は４０３と基板２５０との間に追加される。この構成では、広い範囲の波長を伝達することができる放射線源４０２又は４０３を選択し、基板の表面に衝突する波長を線源するためにフィルタを使用することが望ましいことがある。
【００７８】
本発明の実施形態は、このように、上記のような確認工程１２、２２、３２に対応する、第１印刷工程２１で印刷されたパターン化された高濃度にドープされた領域２４１の実際の位置合わせ及び配向を決定することと、次に、画像減算による計算工程によって各機会に収集された情報を使用して高濃度にドープされた領域２４１の表面上の多層パターンにしたがって金属接点を形成する、第２及び第３印刷工程２１、３１とを提供する。
【００７９】
基板表面２５１上に形成された高濃度にドープされた領域２４１の位置合わせ及び配向を、パターン化導電層をその上に形成する前に、直接決定しようとして、システムコントローラ１０１は、所望のデータを収集するために１つ又は複数の光学検査システム４００を使用してもよい。図１０は、印刷ネスト１３１及び光学検査組立部品２００の一部に組み込まれた光学検査システム４００の一実施形態を例示している。一実施形態では、検査組立部品２００はカメラ４０１Ａを備え、印刷ネスト１３１は、コンベヤ組立部品１３９と、支持材料１３７と、プラテン１３８と、放射線源４０２とを備えている。この構成では、放射線源４０２は、支持材料１３７と、基板２５０が「つかまれている」プラテン１３８とを経て、電磁放射線「Ｂ１」を基板２５０の表面２５２へ発することに適合されている。発せられた電磁放射線「Ｂ１」は、次に、基板の部分を経て、経路「Ｃ」をたどって、カメラ４０１Ａに進み、カメラ４０１Ａは、発せられた放射線の一部を受けるように置かれている。一般に、支持材料１３７及びプラテン１３８は、カメラ４０１及びシステムコントローラ１０１によって受けられて処理される電磁放射線の信号対ノイズ比に有意に影響を与えない材料から作られ、このような影響を与えない厚さを有する。一実施形態では、プラテン１３８は、ＵＶ及びＩＲ波長の光を有意に遮断しないサファイヤのような光学的に透明な材料から形成される。上で論じたように、他の実施形態では、放射線源４０３は、１つ以上の放射された波長が、基板２５０の部分によって吸収又は反射され、経路「Ｃ」をたどってカメラ４０１Ａに伝達されるように、電磁放射線「Ｂ２」を支持材料１３７及びプラテン１３８上に置かれた基板２５０の表面２５１に伝達するように構成されている。
【００８０】
図８は、印刷ネスト１３１上に配置された基板２５０の表面２５１を検査するように置かれた検査組立部品２００を例示する、ロータリアクチュエータ組立部品１３０の一実施形態の概略等角図である。
【００８１】
典型的に、基板２５０の表面２５１上のパターン２３０の位置合わせは、基板２５０の特徴へのパターン２３０の位置合わせに依存する。一実施形態では、パターン２３０の位置合わせは、エッジ２５０Ａ、２５０Ｂ（図８）のような基板上の特徴へのスクリーン印刷デバイスの位置合わせに基づく。パターン２３０の位置付けは、基板２５０のエッジ２５０Ａに関して予想される位置Ｘ及び予想される角度配向Ｒと、基板２５０のエッジ２５０Ｂに関して予想される位置Ｙとを有するであろう。表面２５１上のパターン２３０の、表面２５１上の予想される位置（Ｘ，Ｙ）及び予想される角度配向Ｒからの位置付け誤差は、位置的オフセット（ΔＸ，ΔＹ）及び角度オフセットΔＲと記述することができる。このように、位置的オフセット（ΔＸ，ΔＹ）は、エッジ２５０Ａ及び２５０Ｂに対する高濃度にドープされた領域２４１のパターン２３０の位置付けの誤差であり、角度オフセットΔＲは、基板２５０のエッジ２５０Ｂに対する高濃度にドープされた領域２４１のパターン２３０の角度配向の誤差である。基板２５０の表面２５１上のスクリーン印刷されたパターン２３０の誤った位置付けは、形成されたデバイスの正しく行う能力に影響を及ぼし得、そういうわけで、システム１００のデバイス歩留まりに影響を及ぼし得る。しかしながら、位置的誤差を最小にすることは、高濃度にドープされた領域２４１上に導電層を配置するような、スクリーン印刷された層が他の形成されたパターンの上面に堆積される場合の用途で、より一層重要になる。
【００８２】
この目的のため、一実施形態では、カメラ２１２の視野１２２が表面２５１の少なくとも１つの領域を検査できるように、カメラ４０１Ａが基板２５０の表面２５１の上に位置している。カメラ４０１Ａによって受けられた情報は、システムコントローラ１０１からアクチュエータ１０２Ａに送られるコマンドを使用して、スクリーン印刷マスクと、そういうわけでその後に堆積される材料とを、高濃度にドープされた領域２４１と位置合わせするために使用される。高濃度にドープされた領域２４１を並べ替える通常のプロセス中、位置情報データが、各印刷ネスト１３１上に置かれた各基板２５０について、スクリーン印刷チャンバ１０２に引き渡される前に収集される。検査組立部品２００は、基板上に形成されたパターン２３０をよりよく分析するのを助けるために、印刷ネスト１３１上に置かれた基板２５０の異なった領域を調べるように適合された複数の光学検査システム４００も含んでもよい。
【００８３】
以上は本発明の実施形態に向けられているが、本発明の他の及びさらなる実施形態を、その基本的な範囲から逸脱することなく考案することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１１  第１印刷工程
１２  第１確認工程
１２ａ  第１取得工程
１３  第１位置合わせ工程
２１  第２印刷工程
２２  第２確認工程
２２ａ  第２取得工程
２２ｂ  第１計算工程
２３  第２位置合わせ工程
３１  第３印刷工程
３２  第３確認工程
３２ａ  第３工程
３２ｂ  第２計算工程
３８  品質制御工程
４０  排出工程
５０  第１印刷ステーション
５１  第１制御ステーション
５２  第１検出デバイス
５３  第１コマンド及び制御ユニット
５４  第１位置合わせデバイス
６０  第２印刷ステーション
６１  第２制御ステーション
６２  第２検出デバイス
６３  第２コマンド及び制御ユニット
６４  第２位置合わせデバイス
７０  第３印刷ステーション
７１  第３制御ステーション
７２  第３検出デバイス
７３  第３コマンド及び制御ユニット
７５  品質制御ステーション
８０  排出ステーション
９０  中央制御及びデータ処理ユニット
１００  スクリーン印刷システム
１０１  システムコントローラ
１０２  スクリーン印刷チャンバ
１０２Ａ  アクチュエータ
１０２Ｂ  スクリーン印刷マスク
１０２Ｃ  特徴
１１１  入来コンベヤ
１１２  外向コンベヤ
１１３  入力コンベヤ
１１４  出口コンベヤ
１２０  中央コマンド及び制御ユニット
１２１  カメラ
１２２  視野
１３０  ロータリアクチュエータ組立部品
１３１  印刷ネスト
１３５  給送スプール
１３６  巻取りスプール
１３７  支持材料
１３８  プラテン
１３９  コンベヤ組立部品
１４０  ローラ
１４７  ドライバホイール
１４８  アクチュエータ
２００  検査組立部品
２３０  多層パターン
２４１  高濃度にドープされた領域
２４２  パターン化金属接点構造
２５０  基板
２５０Ａ  エッジ
２５０Ｂ  エッジ
２５１  表面
２５２  表面
２６０  幅の広いフィンガ
２６０ａ  幅の狭いフィンガ
４００  検査システム
４０１  検出器組立部品
４０１Ａ  カメラ
４０２  放射線源
４０３  放射線源
５００  第１印刷層
５０２  第２層
５０４  第１画像
５０６  第２画像
５０８  第３画像
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【外国語明細書】
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