(57)【要約】  本発明の実施形態は、一般に、基板上に多層パターンをスクリーン印刷する装置及び方法を提供する。一実施形態では、複数個の位置合わせマークに沿って、第１の層のパターンを基板の表面上に印刷する。基板のフィーチャに対する位置合わせマークの場所を測定して、そのパターンの実際の場所を決定する。実際の場所を予測される場所と比較して、基板上のパターン配置の位置誤差を決定する。配置の精度を向上させ、位置誤差を小さくするために、この情報を使用して、第１の層の上に印刷される次の層のパターンの配置を調整する。
2012518555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２個の位置合わせマークを含む第１の層のパターンが表面上に印刷された基板を受け取ることと、
前記基板の少なくとも１つのフィーチャに対する前記少なくとも２個の位置合わせマークの実際の位置を決定することと、
前記少なくとも２個の位置合わせマークの前記実際の位置を前記少なくとも２個の位置合わせマークの予測される位置と比較することと、
前記少なくとも２個の位置合わせマークの前記実際の位置と前記予測される位置の間のオフセットを決定することと、
前記決定されたオフセットを補うようにスクリーン印刷デバイスを調整することと、
前記第１の層のパターンの上に第２の層の前記パターンを印刷することと
を含む、スクリーン印刷プロセス。
【請求項２】
前記パターンが導電材料の線をさらに含む、請求項１に記載のスクリーン印刷プロセス。
【請求項３】
前記基板が多角形であり、前記少なくとも２個のマークのそれぞれが異なる隅の領域に印刷されている、請求項２に記載のスクリーン印刷プロセス。
【請求項４】
前記位置合わせマークの前記実際の位置を決定することが、前記位置合わせマークの光学像を捕捉すること、及び前記光学像上の前記位置合わせマークの物理的な特徴を認識することを含む、請求項１に記載のスクリーン印刷プロセス。
【請求項５】
前記位置合わせマークの前記予測される位置が、前記第１の層を印刷する前に、前記基板の少なくとも１つのフィーチャに対して決定される、請求項４に記載のスクリーン印刷プロセス。
【請求項６】
前記基板の前記表面上に少なくとも３個の位置合わせマークが印刷されている、請求項４に記載のスクリーン印刷プロセス。
【請求項７】
前記位置合わせマークの前記実際の位置を比較することが、２個の前記位置合わせマークの間に第１の基準線を引くこと、及び第３の位置合わせマークと前記第１の基準線の間に第２の基準線を引くことを含み、前記第２の基準線が前記第１の基準線に対して垂直である、請求項６に記載のスクリーン印刷プロセス。
【請求項８】
前記オフセットを決定することが、各位置合わせマークの前記実際の位置と前記予測される位置の間の距離を測定すること、及び座標移動アルゴリズムによって前記オフセットを計算することを含む、請求項６に記載のスクリーン印刷プロセス。
【請求項９】
導電性の細線の構造及び少なくとも２個の位置合わせマークを含む第１の層のパターンを、基板の表面上にスクリーン印刷デバイスで印刷することと、
光学検査組立体の下に前記基板を移動させることと、
前記第１の層のパターンの光学像を捕捉することと、
前記基板の少なくとも１つのフィーチャに対する前記少なくとも２個の位置合わせマークの実際の位置を決定することと、
前記少なくとも２個の位置合わせマークの前記実際の位置を前記少なくとも２個の位置合わせマークの予測される位置と比較することと、
前記実際の位置と前記予測される位置の間のオフセットを決定することと、
前記決定されたオフセットを補うように前記スクリーン印刷デバイスを調整することと、
前記調整されたスクリーン印刷デバイスによって、前記第１の層のパターンの上に第２の層の前記パターンを印刷することと
を含む、スクリーン印刷プロセス。
【請求項１０】
前記第１の層を印刷する前に、前記基板の少なくとも１つのフィーチャに対する前記位置合わせマークの前記予測される位置を決定することをさらに含む、請求項９に記載のスクリーン印刷プロセス。
【請求項１１】
前記位置合わせマークの前記実際の位置を決定することが、前記位置合わせマークの光学像を捕捉すること、及び前記光学像上の前記位置合わせマークの物理的な特徴を認識することを含む、請求項１０に記載のスクリーン印刷プロセス。
【請求項１２】
前記基板の前記表面上に少なくとも３個の位置合わせマークが印刷されている、請求項１１に記載のスクリーン印刷プロセス。
【請求項１３】
前記位置合わせマークの前記実際の位置を比較することが、２個の前記位置合わせマークの間に第１の基準線を引くこと、及び第３の位置合わせマークと前記第１の基準線の間に第２の基準線を引くことを含み、前記第２の基準線が前記第１の基準線に対して垂直である、請求項１２に記載のスクリーン印刷プロセス。
【請求項１４】
前記オフセットを決定することが、各位置合わせマークの前記実際の位置と前記予測される位置の間の距離を測定すること、及び座標移動アルゴリズムによって前記オフセットを計算することを含む、請求項１１に記載のスクリーン印刷プロセス。
【請求項１５】
第１の位置と第２の位置と第３の位置との間で移動可能な印刷ネストが上に配置されている回転アクチュエータと、
前記第１の位置の前記印刷ネスト上に基板を装填するように配置されている投入コンベアと、
調整可能なスクリーン印刷デバイスが内部に配置されているスクリーン印刷チャンバであって、前記印刷ネストが前記第２の位置にあるとき前記基板上にパターンを印刷するように配置されており、前記パターンが導電性の細線の構造及び少なくとも２個の位置合わせマークを含むスクリーン印刷チャンバと、
カメラ及びランプを有し、前記印刷ネストが前記第１の位置にあるとき第１の層のパターンの光学像を捕捉するように配置されている光学検査組立体と、
前記印刷ネストが前記第３の位置にあるとき前記基板を降ろすように配置されている出口コンベアと、
前記第１の層のパターンの前記光学像に捕捉された前記位置合わせマークの予測される位置に対する前記位置合わせマークの実際の位置のオフセットを決定し、前記第１の層のパターンの上に第２の層のパターンを印刷する前に、前記決定されたオフセットを補うように前記スクリーン印刷デバイスを調整するように構成されたソフトウェアを含むシステムコントローラと
を備える、スクリーン印刷システム。
【請求項１６】
前記光学検査組立体が複数のカメラをさらに備えており、前記ランプが、前記光学検査組立体の下に配置された前記基板の表面に対して実質的に直角に光線を向けるように構成されている、請求項１５に記載のスクリーン印刷システム。
【請求項１７】
前記システムコントローラが、前記基板の少なくとも１つのフィーチャに対する前記位置合わせマークの前記実際の位置を特定するように構成されたソフトウェアをさらに含んでいる、請求項１６に記載のスクリーン印刷システム。
【請求項１８】
前記スクリーン印刷パターンが少なくとも３個の位置合わせマークを含んでいる、請求項１７に記載のスクリーン印刷システム。
【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、基板の表面上に多層パターンをスクリーン印刷するためのシステム及びプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、日光を電力に直接変換する光起電（ＰＶ）デバイスである。典型的には、太陽電池は１つ又は複数のｐ−ｎ接合を有する。各ｐ−ｎ接合は、半導体材料内に、一方の側はｐ型領域といい、他方の側はｎ型領域という２つの異なる領域を含む。太陽電池のｐ−ｎ接合が（フォトンのエネルギーからなる）日光にさらされると、その日光はＰＶ効果によって電気に直接変換される。太陽電池は特定の量の電力を生成するものであり、所望の量のシステム電力を与える大きさのモジュールでタイル張りされる。太陽モジュールは、特定のフレームとコネクタをもつパネルに連結される。通常、太陽電池はシリコン基板上に形成され、その基板は単結晶又は多結晶のシリコン基板であってよい。典型的な太陽電池は、基板上に形成されたｐ型領域の上端にｎ型シリコンの薄い層をもつ、典型的には厚さ約０．３ｍｍ未満のシリコンウェハ、基板又はシートを備える。
【０００３】
ＰＶ市場は、最近１０年間に、３０％を超える年率で成長を遂げてきている。いくつかの記事は、近い将来、世界中での太陽電池による電力生産量が１０ＧＷｐを超える可能性があると示唆している。すべての太陽モジュールのうちの９５％超はシリコンウェハをベースとするということが見積もられている。その高い市場成長率は、太陽による電気のコストを大幅に低下させる必要性と相まって、高品質の太陽電池を安価に形成するためのいくつかの深刻な課題につながっている。したがって、商業的に成り立つ太陽電池を作成する上での１つの主要な構成要素は、デバイスの歩留まりを改善し、かつ基板を処理する量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減少させることにある。
【０００４】
スクリーン印刷は、布やセラミックスなどの対象物上にデザインを印刷する際に長く使用されてきており、電気的な接点や配線などの電気部品のデザインを基板の表面上に印刷するために、電子産業で使用されている。最新技術の太陽電池製作プロセスでも、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、接点の通電容量を増加させるために、単層パターンの印刷で可能なよりも高いアスペクト比（すなわち、線の高さと線の幅の比）で太陽電池基板上に接触線を印刷することが望ましい。この要求に応えるために、印刷された線のアスペクト比を高めるように２層のパターンをスクリーン印刷する試みがなされてきた。しかしながら、自動移送デバイス上で基板の位置決めをする際の誤差や、基板の端部の欠陥、又は自動移送デバイス上で基板がシフトすることに起因して、既存の層のスクリーン印刷パターン上で第２の層のスクリーン印刷パターンの位置がずれることにより、デバイスの性能が悪くなりデバイスの効率が低くなるおそれがある。
【発明の概要】
【０００５】
したがって、システム内の基板上で２層のスクリーン印刷パターンを位置合わせする制御方法を改善した、太陽電池、電子回路又は他の有用なデバイスを生産するためのスクリーン印刷装置が求められている。
【０００６】
本発明の一実施形態では、スクリーン印刷プロセスは、第１の層のパターンが表面上に印刷された基板であって、そのパターンが少なくとも２個の位置合わせマークを含む基板を受け取ることと、基板の少なくとも１つのフィーチャに対する少なくとも２個の位置合わせマークの実際の位置を決定することと、少なくとも２個の位置合わせマークの実際の位置を少なくとも２個の位置合わせマークの予測される位置と比較することと、少なくとも２個の位置合わせマークの実際の位置と予測される位置の間のオフセットを決定することと、決定されたオフセットを補うようにスクリーン印刷デバイスを調整することと、第１の層のパターンの上に第２の層のパターンを印刷することとを含む。
【０００７】
本発明の別の実施形態では、スクリーン印刷プロセスは、第１の層のパターンであって導電性の細線の構造及び少なくとも２個の位置合わせマークを含むパターンを、基板の表面上にスクリーン印刷デバイスで印刷することと、光学検査組立体の下に基板を移動させることと、第１の層のパターンの光学像を捕捉することと、基板の少なくとも１つのフィーチャに対する少なくとも２個の位置合わせマークの実際の位置を決定することと、少なくとも２個の位置合わせマークの実際の位置を少なくとも２個の位置合わせマークの予測される位置と比較することと、実際の位置と予測される位置の間のオフセットを決定することと、決定されたオフセットを補うようにスクリーン印刷デバイスを調整することと、調整されたスクリーン印刷デバイスによって、第１の層のパターンの上に第２の層のパターンを印刷することとを含む。
【０００８】
本発明のさらに別の実施形態では、スクリーン印刷システムは、第１の位置と第２の位置と第３の位置の間で移動可能な印刷ネストが上に配置されている回転アクチュエータと、第１の位置の印刷ネスト上に基板を装填するように配置されている投入コンベアと、調整可能なスクリーン印刷デバイスが内部に配置されているスクリーン印刷チャンバであって、印刷ネストが第２の位置にあるとき基板上にパターンを印刷するように配置され、パターンが導電性の細線の構造及び少なくとも２個の位置合わせマークを含むスクリーン印刷チャンバと、カメラ及びランプを有し、印刷ネストが第１の位置にあるとき第１の層のパターンの光学像を捕捉するように配置される光学検査組立体と、印刷ネストが第３の位置にあるとき基板を降ろすように配置されている出口コンベアと、第１の層のパターンの光学像に捕捉された位置合わせマークの予測される位置に対する位置合わせマークの実際の位置のオフセットを決定し、第１の層のパターンの上に第２の層のパターンを印刷する前に、決定されたオフセットを補うようにスクリーン印刷デバイスを調整するように構成されたソフトウェアを含むシステムコントローラとを備える。
【０００９】
本発明の上記の特徴を詳細に理解できるように、一部が添付図面に示される実施形態を参照することにより、上記で簡単に概要を述べた本発明のさらに詳細な説明が与えられる。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示しており、したがって本発明の範囲を限定するものと考えられるべきではなく、本発明は同等に効果的な他の実施形態を許容し得ることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本発明の実施形態と併せて使用して所望のパターンの多数の層を形成することができるシステムの概略等角図である。
【図１Ｂ】図１Ａのシステムの概略上面図である。
【図２Ａ】太陽電池基板の前面、すなわち受光面の平面図である。
【図２Ｂ】第１の層の上に印刷された第２の層が適切にそろえられている太陽電池基板の一部分の概略断面図である。
【図２Ｃ】スクリーン印刷する層同士の位置ずれを示した、太陽電池基板の概略等角図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による基板上に印刷される位置合わせマークの様々な例を示した図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態による基板の前面上の位置合わせマークの一の構成を示した図である。
【図３Ｃ】本発明の実施形態による基板の前面上の位置合わせマークの別の構成を示した図である。
【図３Ｄ】本発明の実施形態による基板の前面上の位置合わせマークのまた別の構成を示した図である。
【図４Ａ】検査組立体が基板の前面を検査するように配置されている構成を示した、回転アクチュエータ組立体の一実施形態の概略等角図である。
【図４Ｂ】基板の前面の照明を制御する回転アクチュエータ組立体の実施形態を示した図である。
【図５】検査組立体が複数の光学検査デバイスを備える回転アクチュエータ組立体の一実施形態の概略等角図である。
【図６】本発明の一実施形態による基板１５０の前面上に２層のパターンを正確にスクリーン印刷するための動作シーケンスの概略図である。
【図７】本発明の実施形態と併せて使用して所望のパターンの多数の層を形成することができるシステムの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態は、スクリーン印刷システムで基板を処理する装置及び方法を提供する。そのシステムは、改善された基板移送、位置合わせ、及びスクリーン印刷プロセスを利用し、これらにより、デバイスの収量性と基板処理ラインの管理コスト（ＣｏＯ）を改善することができる。一実施形態では、スクリーン印刷システム（以下、システムという）は、結晶シリコン太陽電池の生産ラインの一部分の中でスクリーン印刷プロセスを実行するようになされており、そのラインでは、基板が所望の材料で２層以上にパターン付けされ、次いで１つ又は複数の後続する処理チャンバで処理される。後続する処理チャンバは、１つ又は複数の焼成ステップと、１つ又は複数の洗浄ステップとを実行するようになされていてもよい。一実施形態では、そのシステムは、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．が所有するＢａｃｃｉｎｉ  Ｓ．ｐ．Ａ．から入手可能なＳｏｆｔｌｉｎｅ（商標）ツール内に配置されたモジュールである。以下の記述では、主として太陽電池デバイスの表面上に配線や接触構造などのパターンをスクリーン印刷するプロセスについて論じるが、この構成は、本明細書に記載した本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
【００１２】
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の実施形態と併せて使用して太陽電池基板１５０の表面上に所望のパターンの多数の層を形成することができるスクリーン印刷システム、すなわちシステム１００の一実施形態を示した概略等角図及び概略上面図である。一実施形態では、システム１００は、納入コンベア１１１、回転アクチュエータ組立体１３０、スクリーン印刷チャンバ１０２、及び退出コンベア１１２を備える。納入コンベア１１１は、投入コンベア１１３などの入力デバイスから基板１５０を受け取り、回転アクチュエータ組立体１３０に連結された印刷ネスト１３１に基板１５０を移送するように構成してもよい。退出コンベア１１２は、処理された基板１５０を回転アクチュエータ組立体１３０に連結された印刷ネスト１３１から受け取り、出口コンベア１１４などの基板除去デバイスに基板１５０を移送するように構成してもよい。投入コンベア１１３と出口コンベア１１４は、より大きな生産ラインの一部である自動基板搬送デバイスでもよい。例えば、投入コンベア１１３と出口コンベア１１４はＳｏｆｔｌｉｎｅ（商標）ツールの一部でもよく、システム１００はそのツールのモジュールでもよい。
【００１３】
図１Ａに示すように、回転アクチュエータ組立体１３０は、システム１００内で印刷ネスト１３１の角度を選択的に位置決めすることができるように、回転アクチュエータ（図示せず）とシステムコントローラ１０１によって「Ｂ」軸の周りに回転し角度を位置決めすることができる。回転アクチュエータ組立体１３０は、印刷ネスト１３１やシステム１００で基板処理シーケンスを実行するのに使用する他の自動デバイスを制御しやすくするための１つ又は複数の支持部材を有してもよい。
【００１４】
一実施形態では、回転アクチュエータ組立体１３０は、スクリーン印刷チャンバ１０２内で実行されるスクリーン印刷プロセスの間にそれぞれ基板１５０を支持するようになされた４個の印刷ネスト１３１、又は基板支持体を備える。図１Ｂは回転アクチュエータ組立体１３０の位置を模式的に示す。その回転アクチュエータ組立体では、投入コンベア１１３から基板１５０を受け取るために１個の印刷ネスト１３１が位置「１」にあり、別の基板１５０がその表面上にパターンのスクリーン印刷を受けることができるように別の印刷ネスト１３１がスクリーン印刷チャンバ１０２内の位置「２」にあり、処理された基板１５０を送出コンベア１１２に移送するために別の印刷ネスト１３１が位置「３」にあり、かつ別の印刷ネスト１３１が位置「１」と位置「３」の中間段階である位置「４」にある。
【００１５】
一実施形態では、システム１００内のスクリーン印刷チャンバ１０２は、Ｂａｃｃｉｎｉ  Ｓ．ｐ．Ａ．から入手可能な従来のスクリーン印刷デバイスを使用し、そのデバイスは、スクリーン印刷プロセス中に位置「２」にある印刷ネスト１３１上に配置されている基板１５０の表面上に所望のパターンで材料を堆積させる。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（ステッピングモータ、サーボモータなど）を収容し、そ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、システムコントローラ１０１から送られたコマンドによって基板に対するスクリーン印刷デバイスの位置及び／又は角の向きを調整するのに使用される。一実施形態では、スクリーン印刷チャンバ１０２は、金属を含有する材料又は誘電体を含有する材料を太陽電池基板１５０上に堆積させる。一実施形態では、太陽電池基板１５０は、幅が約１２５ｍｍ〜約１５６ｍｍの間であり、長さが約７０ｍｍ〜約１５６ｍｍの間である。
【００１６】
一実施形態では、システム１００は、位置「１」の印刷ネスト１３１上に置かれた基板１５０を検査するようになされた検査組立体２００を備える。検査組立体２００は、位置「１」の印刷ネスト１３１上に位置する搬入済み又は処理済みの基板１５０を検査するように配置された１つ又は複数のカメラ１２１を備えてもよい。一実施形態では、検査組立体２００は、少なくとも１つのカメラ１２１（例えば、ＣＣＤカメラ）と、検査をしてその検査結果を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備え、そのシステムコントローラを使用して印刷ネスト１３１上の基板１５０の向き及び位置を解析する。
【００１７】
システムコントローラ１０１は、システム１００全体の制御と自動化を容易にするものであり、中央演算処理装置（ＣＰＵ）（図示せず）と、メモリ（図示せず）と、サポート回路（又はＩ／Ｏ）（図示せず）とを備えてもよい。ＣＰＵは、様々なチャンバプロセス及びハードウェア（例えば、コンベア、検出器、モータ、流体送出ハードウェアなど）を制御するために産業上の環境で使用されるどのような形式のコンピュータプロセッサの１つでもよく、システム及びチャンバプロセス（例えば、基板の位置、プロセス時間、検出器の信号など）を監視する。メモリはＣＰＵに接続されており、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、ハードディスクなどの容易に入手可能な１つ又は複数のメモリ、又は他のどのような形式のローカル又はリモートのデジタル記憶装置でもよい。ＣＰＵに命令するために、ソフトウェアの命令及びデータをコーディングし、メモリ内に格納することができる。サポート回路も、従来の様式でプロセッサをサポートするために、ＣＰＵに接続されている。サポート回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入出力回路機構、サブシステムなどを含んでもよい。システムコントローラ１０１によって読み取り可能なプログラム（又はコンピュータの命令）が、基板上でどのタスクが実行可能であるかを決定する。好ましくは、プログラムはシステムコントローラ１０１によって読み取り可能なソフトウェアであり、そのソフトウェアは、少なくとも、基板の位置情報、様々な制御される部材の移動シーケンス、基板検査システムの情報、及びそれらの任意の組み合わせを生成し、格納するためのコードを含む。本発明の一実施形態では、図３Ａ〜図３Ｄに関してこの後記載するように、システムコントローラ１０１は位置合わせマークの位置を決定するためのパターン認識ソフトウェアを含む。
【００１８】
図２Ａは、太陽電池基板１５０の前面１５５、すなわち受光面の平面図である。光を当てられたとき太陽電池内に形成された接合部によって生成された電流が、太陽電池基板１５０の前面１５５上に配置されている前面接触構造１５６と、太陽電池基板１５０の裏面（図示せず）上に配置されている裏面接触構造（図示せず）とを流れる。図２Ａに示すように、前面接触構造１５６は、間隔を広くとった薄い金属線、すなわちフィンガ１５２として構成してもよく、その線によってより大きな母線１５１に電流が供給される。典型的には、前面１５５は窒化ケイ素（ＳｉＮ）などの誘電体材料の薄い層でコーティングされ、その層は光の反射を最小限に抑えるための反射防止コーティング（ＡＲＣ）の働きをする。太陽電池基板１５０の裏面は受光面ではないため、裏面接触構造（図示せず）は、一般には薄い金属線に制約されない。
【００１９】
一実施形態では、基板１５０の前面１５５上の母線１５１及びフィンガ１５２の配置は、印刷ネスト１３１上の基板１５０の位置決めに対する、スクリーン印刷チャンバ１０２（図１Ａ）で使用するスクリーン印刷デバイスの位置合わせに左右される。一般に、スクリーン印刷デバイスは、スクリーン印刷チャンバ１０２に収容されたシート又はプレートであり、複数の開口、スロット又は他のフィーチャが内部に形成されて、基板１５０の前面１５５上にスクリーン印刷されるインク又はペーストのパターン及び配置を画定する。典型的には、基板１５０の表面上にフィンガ１５２及び母線１５１がスクリーン印刷されたパターンの位置合わせは、基板１５０の端部に対するスクリーン印刷デバイスの位置合わせに左右される。例えば、図２Ａに示すように、母線１５１及びフィンガ１５２の単層のスクリーン印刷されたパターンの配置は、基板１５０の端部１５０Ａに対して予測される位置Ｘ及び予測される角の向きＲと、端部１５０Ｂに対して予測される位置Ｙとをもつことができる。基板１５０の前面１５５上にフィンガ１５２及び母線１５１がスクリーン印刷されたパターンの単層の、基板１５０の前面１５５上で予測される位置（Ｘ，Ｙ）及び予測される角の向きＲからの位置誤差は、位置オフセット（ΔＸ，ΔＹ）及び角度オフセットΔＲとして記載することができる。よって、位置オフセット（ΔＸ，ΔＹ）は、端部１５０Ａ及び１５０Ｂに対する母線１５１及びフィンガ１５２のパターンの配置における誤差であり、角度オフセットΔＲは、基板１５０の端部１５０Ｂに対して母線１５１及びフィンガ１５２が印刷されたパターンの角の位置合わせにおける誤差である。基板１５０の前面１５５上に母線１５１及びフィンガ１５２がスクリーン印刷されたパターンの単層が誤って配置されると、形成されたデバイスが正しく動く能力に影響を及ぼし、このためシステム１００のデバイス歩留まりに影響を及ぼすおそれがある。しかしながら、互いの上にスクリーン印刷パターンの多数の層が印刷されている応用例では、位置誤差を最小限に抑えることはさらに重要になる。
【００２０】
完成した太陽電池の効率を低減させることなく前面接触構造１５６の通電容量を増加させるために、２つ以上の連続する層で母線１５１及びフィンガ１５２のパターンをスクリーン印刷することによって、母線１５１及びフィンガ１５２の太さを大きくすることなくそれらの高さを大きくしてもよい。図２Ｂは、第１の層の母線１５１Ａ及びフィンガ１５２Ａの上に印刷された第２の層の母線１５１Ｂ及びフィンガ１５２Ｂが適切にそろえられている基板１５０の一部分の概略垂直断面図である。
【００２１】
図２Ｃは、スクリーン印刷する層同士の位置ずれを示した、太陽電池基板１５０の概略等角図である。典型的には、図２Ａに示すように、第２の層としてスクリーン印刷されたパターンの、第１の層の上への位置合わせは、基板１５０の端部１５０Ａ、１５０Ｂに対するスクリーン印刷デバイスの位置合わせに左右される。しかしながら、最初のスクリーン印刷動作と後続するスクリーン印刷動作の間で基板１５０の位置決めが変化するため及び／又は測定公差の影響が複合するために、第１の層に対する第２の層の位置ずれが起こるおそれがある。一般に、第１の層のフィンガ１５２Ａ及び母線１５１Ａに対する第２の層のフィンガ１５２Ｂ及び母線１５１Ｂの位置ずれは、位置的なずれ（Ｘｌ，Ｙｌ）及び角度ずれＲｌとして記載することができる。第１の層のスクリーン印刷されたパターンに対して第２の層のスクリーン印刷パターンの位置及び角度がずれると、単層パターンのときよりも前面１５５が覆われるか又は遮られるためにデバイスの性能及びデバイスの効率が低下するおそれがあり、結果としてシステム１００のデバイス歩留まりが全体的に低下することになる。
【００２２】
第２の層のスクリーン印刷されたパターンを第１の層のスクリーン印刷されたパターンにそろえる正確さを改善するために、本発明の実施形態では、１つ又は複数の光学検査デバイスと、システムコントローラ１０１と、１個又は複数個の位置合わせマークとを利用する。それらのマークは、第１の層のスクリーン印刷されたパターンに対する第２の層のスクリーン印刷されたパターンの位置合わせを自動的に調整するために、第１の層のスクリーン印刷されたパターンを印刷する間に基板１５０の前面１５５上に形成される。一実施形態では、１つ又は複数の光学検査デバイスからシステムコントローラ１０１によって受け取った情報と、システムコントローラが第１の層の母線１５１Ａ及びフィンガ１５２Ａに対するスクリーン印刷デバイスの位置及び向きを制御できる能力とを使って、第２の層の母線１５１Ｂ及びフィンガ１５２Ｂを第１の層の母線１５１Ａ及びフィンガ１５２Ａに自動式でそろえる。スクリーン印刷デバイスは、スクリーン印刷チャンバ１０２内でスクリーン印刷デバイスを所望の位置に自動式で配置しかつ向けるようになされた１つ又は複数のアクチュエータ１０２Ａに連結されてもよい。一実施形態では、光学検査デバイスは、検査組立体２００に収容された１つ又は複数の部材を備える。一実施形態では、その１個又は複数個の位置合わせマーク、又は基準マークは、以下で記載する図３Ａ〜図３Ｄに示す位置合わせマーク１６０を含んでもよい。
【００２３】
図３Ａは、位置合わせマーク１６０の様々な例、例えば位置合わせマーク１６０Ａ〜１６０Ｄを示す。それらのマークは、第１の層の母線１５１Ａ及びフィンガ１５２Ａのスクリーン印刷プロセス中に基板１５０の前面１５５上に形成し、検査組立体２００が使用して、基板１５０の前面１５５上にスクリーン印刷された第１の層の母線１５１Ａ及びフィンガ１５２Ａの位置オフセット（ΔＸ，ΔＹ）と角度オフセットΔＲを見つけることができる。一実施形態では、形成された太陽電池デバイスの性能に位置合わせマーク１６０が影響を及ぼさないように、位置合わせマーク１６０は、基板１５０の前面１５５の未使用の範囲に印刷される。一実施形態では、位置合わせマーク１６０は、円形状（例えば、位置合わせマーク１６０Ａ）、長方形状（例えば、位置合わせマーク１６０Ｂ）、十字形状（例えば、位置合わせマーク１６０Ｃ）、又は英数字の形状（例えば、位置合わせマーク１６０Ｄ）でもよい。一般には、システムコントローラ１０１で提供されるパターン認識ソフトウェアが、検査組立体２００により視認された画像から位置合わせマーク１６０の実際の位置を、よって、基板１５０の前面１５５上に母線１５１Ａ及びフィンガ１５２Ａがスクリーン印刷されたパターンの第１の層の実際の位置を決定することができるように、位置合わせマーク１６０の形状を選択することが望ましい。すると、システムコントローラ１０１は、予測される位置（Ｘ，Ｙ）からの位置オフセット（ΔＸ，ΔＹ）と、予測される角の向きＲからの角度オフセットΔＲとを決定することができ、第２の層の母線１５１Ｂ及びフィンガ１５２Ｂを印刷するときに、位置的なずれ（Ｘｌ，Ｙｌ）と角度ずれＲｌを最小限に抑えるようにスクリーン印刷デバイスを調整することができる。
【００２４】
図３Ｂ〜図３Ｄは、検査組立体２００が受け取った画像からシステムコントローラ１０１によって算出されたオフセット測定値の正確さを改善するために使用することができる、基板１５０の前面１５５上の位置合わせマーク１６０の様々な構成を示す。図３Ｂは、２個の位置合わせマーク１６０が基板１５０の前面１５５上で反対側の隅の近くに設置されている１つの構成を示す。この実施形態では、位置合わせマーク１６０を可能な限り離して広げることにより、端部１５０Ａや１５０Ｂのような基板１５０上のフィーチャに対する相対誤差をより正確に決定することができる。図３Ｃは、母線１５１Ａ及びフィンガ１５２Ａのパターンの第１の層のオフセットを決定するのに役立つように、３個の位置合わせマーク１６０が基板１５０の前面１５５上で様々な隅の近くに印刷されている別の構成を示す。
【００２５】
図３Ｄは、３個の位置合わせマーク１６０が基板１５０の前面１５５の全体にわたって方策上重要な位置に印刷されている別の構成を示す。この実施形態では、位置合わせマーク１６０のうちの２個が端部１５０Ａに平行な線上に配置され、第３の位置合わせマーク１６０が端部１５０Ａに対して垂直に離れて配置されている。この実施形態では、基板１５０に対する第１の層の母線１５１Ａ及びフィンガ１５２Ａの位置及び向きに関する付加的な情報を与えるために、システムコントローラ１０１内のパターン認識ソフトウェアが垂直な基準線Ｌ１及びＬ２を作る。
【００２６】
図４Ａは、印刷ネスト１３１上に配置された基板１５０の前面１５５を検査するように検査組立体２００が配置されている構成を示す、回転アクチュエータ組立体１３０の一実施形態の概略等角図である。一実施形態では、カメラ１２１の視野範囲１２２により基板１５０上の表面１５５の少なくとも１つの領域を検査することができるように、基板１５０の前面１５５の上方にカメラ１２１が配置されている。一実施形態では、視野範囲１２２は、１個又は複数個の位置合わせマーク１６０と基板の端部１５０Ａなどの基板１５０のフィーチャとを視認して、第１の層の母線１５１Ａ及びフィンガ１５２Ａがスクリーン印刷されたパターンのオフセットに関する情報をシステムコントローラ１０１に提供するように配置されている。一実施形態では、視野範囲１２２は、端部１５０Ａ及び１５０Ｂなどの基板１５０上の多数のフィーチャと１個又は複数個の位置合わせマーク１６０とを視認して、理想的な位置からの位置合わせマーク１６０の位置オフセットに関する座標情報を、よって基板１５０の前面１５５上における第１の層の母線１５１Ａ及びフィンガ１５２Ａの位置オフセット（ΔＸ，ΔＹ）及び角度オフセットΔＲを提供するように配置されている。したがって、回転アクチュエータ組立体１３０、投入コンベア１１１及び印刷チャンバ１０２に対する各印刷ネスト１３１の位置がそれぞれ変化するため、回転アクチュエータ組立体１３０内に配置されている各印刷ネスト１３１とスクリーン印刷チャンバ１０２の部材の位置合わせは別々に調整される。
【００２７】
図４Ｂは、カメラ１２１が受け取った位置情報の正確さを改善するために基板１５０の前面１５５の照明を制御する光学検査組立体２００の実施形態を示す。一実施形態では、ランプ１２３から投射された光「Ｄ」が位置合わせマーク１６０によって遮断されることにより作られる影１６１が最小になるように、ランプ１２３を向けてもよい。一般に、反射光Ｅが、少なくとも、位置合わせマーク１６０から反射される第１の成分Ｅ１と、影領域１６１から反射される第２の成分Ｅ２とを含むため、影１６１は測定された位置合わせマーク１６０の大きさに影響を及ぼすことがある。影１６１は、位置合わせマーク１６０の本当の幅Ｗ１と位置合わせマーク１６０の見かけの幅Ｗｌ＋Ｗ２とをカメラ１２１が見分ける能力に影響を及ぼすことがある。
【００２８】
したがって、影１６１の大きさを縮小させるために、基板１５０の前面１５５に対して可能な限り直角（すなわち、９０度）に近くなるようにランプ１２３を向けることが望ましいだろう。一実施形態では、ランプ１２３は約８０度〜約１００度の間の角度Ｆに向けられる。別の実施形態では、ランプ１２３は約８５度〜約９５度の間の角度Ｆに向けられる。
【００２９】
一実施形態では、光学検査システム２００が基板１５０の前面１５５上における位置合わせマーク１６０の位置を正確に決定する能力を改善するのに役立つように、ランプ１２３から与えられる光の波長を制御することもまた望ましい。一実施形態では、ランプ１２３は、赤色ＬＥＤを使用して基板１５０の前面１５５を照らす。太陽電池基板１５０の前面１５５上に典型的に形成される窒化ケイ素（ＳｉＮ）の反射防止コーティング（ＡＲＣ）層の上に第１の層の母線１５１Ａ及びフィンガ１５２Ａが印刷されているとき、赤色ＬＥＤの光は特に効果的になり得る。一実施形態では、基板１５０の前面１５５上でＡＲＣが形成された範囲に印刷されている位置合わせマーク１６０の上に、カメラ１２１の視野範囲１２２を配置することが望ましい。
【００３０】
図５は、検査組立体２００が複数の光学検査デバイスを備える回転アクチュエータ組立体１３０の一実施形態の概略等角図である。一実施形態では、検査組立体２００は、基板１５０の前面１５５の３つの異なる領域を視認するようになされた３つのカメラ１２１Ａ、１２１Ｂ及び１２１Ｃを備える。一実施形態では、カメラ１２１Ａ、１２１Ｂ及び１２１Ｃは、基板１５０の前面１５５の、印刷された位置合わせマーク１６０を内部に含む領域を視認するようにそれぞれ配置されている。この実施形態では、視野範囲１２２Ａ、１２２Ｂ及び１２２Ｃのそれぞれの大きさを縮小し、よって単位面積当たりの画素の分解能、すなわち個数を増加させることが可能であるため、第１の層の母線１５１Ａ及びフィンガ１５２Ａの配置を測定する精度を改善することができるとともに、さらに位置合わせマーク１６０の位置を基板１５０の前面１５５にわたって可能な限り広げて位置合わせの誤差の量を低減することが可能になる。
【００３１】
図６は、本発明の一実施形態による基板１５０の前面１５５上に２層のパターンを正確にスクリーン印刷するための動作シーケンス６００の概略図である。図６、図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、基板を装填する動作６０２では、回転アクチュエータ組立体１３０の位置「１」に置かれた印刷ネスト１３１の上に、経路Ａに沿って第１の基板１５０を装填する。随意で行われる第１の位置合わせ動作６０３では、基板１５０の何も書かれていない前面１５５の画像を光学検査組立体２００が取り込んでもよく、これらの画像に基づいて、基板１５０の前面１５５上にパターンを印刷するために、システムコントローラ１０１がスクリーン印刷チャンバ１０２内のスクリーン印刷デバイスを設定してもよい。この動作では、パターンの位置は、基板１５０の端部１５０Ａ及び１５０Ｂなどの、基板１５０のあるフィーチャの場所に基づいている。
【００３２】
動作６０４では、装填した基板１５０を収容する印刷ネスト１３１が時計回りの方向に経路Ｂ１に沿って印刷チャンバ１０２内の位置「２」へ移動するように、回転アクチュエータ組立体１３０を回転させる。動作６０６では、母線１５１Ａやフィンガ１５２Ａ、少なくとも２個の位置合わせマーク１６０などの、第１の層のスクリーン印刷パターンを基板１５０の前面１５５上に印刷する。一実施形態では、３個以上の位置合わせマーク１６０を基板１５０の前面１５５上に印刷する。一実施形態では、位置「１」に置かれた印刷ネスト１３１の上に第２の基板１５０を装填する。この実施形態では、動作シーケンスの全体を通して、第２の基板１５０は装填した第１の基板１５０と同一の経路をたどる。
【００３３】
動作６０８では、装填した第１の基板１５０を収容する印刷ネスト１３１が時計回りの方向に経路Ｂ２に沿って位置「３」へ移動するように、回転アクチュエータ組立体１３０を回転させる。一実施形態では、第１の層のスクリーン印刷パターンを基板上に印刷するため、第２の基板１５０を収容する印刷ネスト１３１を位置「２」に移動させる。一実施形態では、位置「１」に置かれた印刷ネスト１３１の上に第３の基板１５０を装填する。この実施形態では、動作シーケンスの全体を通して、第３の基板１５０は第２の基板１５０と同一の経路をたどる。
【００３４】
動作６１０では、装填した第１の基板１５０を収容する印刷ネスト１３１が時計回りの方向に経路Ｂ３に沿って位置「４」へ移動するように、回転アクチュエータ組立体１３０を回転させる。一実施形態では、第２の基板１５０を収容する印刷ネスト１３１を位置「３」に移動させる。一実施形態では、第１の層のスクリーン印刷パターンを基板上に印刷するため、装填した第３の基板１５０を位置「２」に移動させる。一実施形態では、位置「１」に置かれた印刷ネスト１３１の上に第４の基板１５０を装填する。この実施形態では、動作シーケンスの全体を通して、第４の基板１５０は第３の基板１５０と同一の経路をたどる。
【００３５】
動作６１２では、装填した第１の基板１５０を収容する印刷ネスト１３１を時計回りの方向に経路Ｂ４に沿って位置「１」へ戻すように、回転アクチュエータ組立体１３０を回転させる。
【００３６】
動作６１４では、第１の層のスクリーン印刷パターンの位置合わせを解析する。一実施形態では、第１の基板１５０の前面１５５上に印刷されている少なくとも２個の位置合わせマーク１６０の画像を、光学検査デバイス２００が捕捉する。その画像は、システムコントローラ１０１内の画像認識ソフトウェアによって読み取られる。その少なくとも２個の位置合わせマーク１６０を解析し、それらを予測される位置（Ｘ，Ｙ）及び角の向きＲと比較することによって、システムコントローラ１０１は、スクリーン印刷されたパターンの位置オフセット（ΔＸ，ΔＹ）及び角度オフセットΔＲを決定する。次いで、システムコントローラ１０１は、この解析から得られた情報を使用して、母線１５１Ｂやフィンガ１５２Ｂなどの第２の層のスクリーン印刷パターンを第１の層のスクリーン印刷パターンの上に続けて印刷するために、スクリーン印刷チャンバ１０２内のスクリーン印刷デバイスの位置を調整する。
【００３７】
一実施形態では、基板前面１５５の上に配置されている３個の位置合わせマーク１６０の画像を、光学検査デバイス２００が捕捉する。一実施形態では、システムコントローラ１０１は、理論上の基準フレームに対する３個の位置合わせマーク１６０の実際の位置を識別する。次いで、システムコントローラ１０１は、理論上の基準フレームからの３個の位置合わせマーク１６０のそれぞれのオフセットを決定し、座標移動アルゴリズムを使用して、第１の層に対して極めてより正確な位置合わせをした、第２の層の母線１５１Ｂ及びフィンガ１５２Ｂを引き続き印刷するための理想的な位置に、スクリーン印刷チャンバ１０２内のスクリーン印刷デバイスの位置を調整する。一実施形態では、最小二乗法（ＯＬＳ）又は類似の方法を使用して、第２の層を印刷するためのスクリーン印刷デバイスの理想的な位置を最適化することができる。例えば、理論上の基準フレームからの各位置合わせマーク１６０のオフセットを決定することができ、位置合わせマーク１６０の実際の位置と理論上の基準フレームの間の距離を最小にする機能によって、スクリーン印刷デバイスの理想的な位置を最適化することができる。
【００３８】
動作６１６では、装填した第１の基板１５０を収容する印刷ネスト１３１を時計回りの方向に経路Ｂ５に沿ってスクリーン印刷チャンバ１０２内の位置「２」へ戻すように、回転アクチュエータ組立体１３０を回転させる。
【００３９】
動作６１８では、動作６１４の解析から得られた位置合わせの位置を使って、母線１５１Ａやフィンガ１５２Ａなどの第１の層のスクリーン印刷パターンの上に、母線１５１Ｂやフィンガ１５２Ｂなどの第２の層のスクリーン印刷パターンを印刷する。そのため、動作６１４の間にシステムコントローラ１０１が受け取った位置合わせマークの位置情報を使用して、第１の層を形成する間に作られた位置合わせマーク１６０の実際の位置に対して第２の層のスクリーン印刷材料を向け、かつ位置決めする。したがって、第２の層の配置が第１の層の実際の位置に依存し、端部１５０Ａ及び１５０Ｂなどの基板１５０のフィーチャに対する第１の層の関係や、基板１５０のフィーチャに対する第２の層の関係に左右されないため、第２の層の配置の誤差が縮小する。基板１５０のフィーチャに対して第１の層を配置し、次いで基板１５０のフィーチャに対して第２の層を配置すると、第１の層のスクリーン印刷パターンに対して第２の層のスクリーン印刷パターンを直接そろえるときよりも誤差がほぼ２倍になることが、当業者であれば理解されよう。
【００４０】
動作６２０では、装填した第１の基板１５０を収容する印刷ネスト１３１を時計回りの方向に経路Ｂ６に沿って位置「３」へ戻すように、回転アクチュエータ組立体１３０を回転させる。動作６２２では、２層のパターンが上にスクリーン印刷されている装填した第１の基板１５０を、位置「３」で印刷ネスト１３１から降ろす。空の印刷ネスト１３１が別の基板１５０を装填するために再び位置「１」に戻るまで動作シーケンス６００は続き、そのシーケンス全体が繰り返される。
【００４１】
一実施形態では、動作６０４と６１４の間で、第１の層の乾燥や硬化などの複数の処理ステップを実行してもよく、そのため、基板１５０が同一の印刷ネスト１３１上に配置されたままである必要はない。例えば、第１のシステム１００（図１Ａ）を使って基板１５０の表面上に第１の層を配置し、次いで第２のシステム１００で基板１５０上に第２の層を形成する。ある構成では、第１の基板支持体（例えば、印刷ネスト１３１）と、第１の光学検査デバイス２００と、第１のシステムコントローラ１０１とを有する第１のシステム１００で動作６０２〜６０４を実行し、第２の基板支持体（例えば、第２の印刷ネスト１３１）と、第２の光学検査デバイス２００と、第２のシステムコントローラ１０１とを有する第２のシステム１００で動作６１４〜６１８を実行する。別の構成では、基板は同一のシステム１００を２回通過する。
【００４２】
本発明の実施形態では、単一の入力と単一の出力をもつシステム１００に関して図１Ａ及び図１Ｂに図示したが、本発明の実施形態は、図７に図示したような二重の入力と二重の出力をもつシステム７００にも同様に適用可能である。
【００４３】
図７は、本発明の実施形態と併せて使用して、基板１５０の前面１５５上に母線１５１やフィンガ１５２などの所望のパターンの多層の層を形成することができるシステム７００の上面図である。図示のように、システム７００が２つの投入コンベア１１１と２つの送出コンベア１１２を備えるという点で、システム７００は図１Ａ及び図１Ｂに図示したシステム１００とは異なる。システム７００が２つのスクリーン印刷チャンバ１０２を備えるという点でも、システム７００はシステム１００とは異なる。しかしながら、システム７００に関する本発明の実施形態の動作シーケンスは、システム１００に関するものと実質的に同一である。例えば、最初に位置「１」に装填した第１の基板１５０に対する動作シーケンス６００は、図６に関して前に記載したものと同一である。しかしながら、最初に位置「３」に装填した第２の基板１５０と並行に、動作シーケンス６００を走らせることができる。
【００４４】
また、本発明の実施形態では２層のスクリーン印刷プロセスに関して記載したが、本発明の別の実施形態は、追加の層が上に印刷されるスクリーン印刷プロセスにも同様に適用可能である。
【００４５】
上記は本発明の実施形態に関するが、本発明の基本的範囲から逸脱することなく本発明の他のさらなる実施形態を構成してもよく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲により定められる。
【図１Ａ】
2012518555.tif 000003
【図１Ｂ】
2012518555.tif 000004
【図２Ａ】
2012518555.tif 000005
【図２Ｂ】
2012518555.tif 000006
【図２Ｃ】
2012518555.tif 000007
【図３Ａ】
2012518555.tif 000008
【図３Ｂ】
2012518555.tif 000009
【図３Ｃ】
2012518555.tif 000010
【図３Ｄ】
2012518555.tif 000011
【図４Ａ】
2012518555.tif 000012
【図４Ｂ】
2012518555.tif 000013
【図５】
2012518555.tif 000014
【図６】
2012518555.tif 000015
【図７】
2012518555.tif 000016
【国際調査報告】
2012518555.tif 000017
2012518555.tif 000018
2012518555.tif 000019