JP6383225B2 - 太陽電池のテクスチャリング - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池に関し、特に、多結晶太陽電池ウェハ上の光捕捉構造を生成するための方法に関する。

太陽電池のテクスチャリングは、光捕捉性能を向上させ、全体的な効率を高める重要なプロセスステップである。

現在、単結晶ウェハは、ピラミッド状構造を形成するＫＯＨエッチャントを使用してテクスチャリングされている。結晶面に沿って形成されたこれらの構造は、非常に良好な光捕捉特性をもたらす。

一方、多結晶Ｓｉ（ｍｃ−Ｓｉ）ウェハは、等方的にエッチングされなければならない。多結晶ウェハに関して、適切なエッチャント、典型的には、ＨＦ／硝酸／酢酸の混合物を使用したウェハ表面全体のエッチングを含む業界標準の等方性テクスチャリングプロセスが使用されている。等方性テクスチャリングプロセスは、表面を粗くするために、切り口の損傷の凹凸を利用する。

等方性テクスチャリングプロセスは、コスト効率が高いが、得られた等方性テクスチャリングされた表面は、パターニングされた特徴と比較して決して最適なものではない。テクスチャリングされた表面は、光捕捉特性を改善したが、ピラミッド状又はトラフ状構造よりも効果が低い。ＮＲＥＬ／１３６６報告書によれば、トラフ状構造を使用すると、０．３％の絶対効率の向上が等方性テクスチャリングされた表面と比較して算出されている。さらに、最良の光捕捉構造（ランダムピラミッド）により、最大０．８％の絶対効率の向上を達成することができる。

等方性テクスチャリングプロセスの代わりに、ｍｃ−Ｓｉウェハ上にエッチングマスクを印刷し、その後、パターニングされた光捕捉機能を形成するようにマスクを介して露光されたウェハ領域をエッチングすることを含む。しかしながら、インクジェット、スクリーン印刷又はフレキソ印刷などの従来のマスク印刷技術は、最小線幅仕様を満たすことができず、ミクロ接触プリンティング、ディップペン・ナノリソグラフィ（ＤＮＰ、書き込み先端としてＡＦＭ型プローブを用いる）又は他のＭＥＭＳアプローチなどの新たな技術は、遅すぎて脆弱であり、又は、大面積にわたる十分な垂直クリアランスを提供しない。

必要とされるものは、従来の方法に付随する問題を回避する多結晶ウェハにおけるパターニングされたピラミッド又はトラフ状の特徴を生成するためのコスト効率が高い方法である。

本発明は、密集した並列の細長い導管のアレイを介してウェハ上に液体マスク材料を印刷することを含む、コスト効率が高い方法で多結晶シリコンウェハの平坦面上にパターニングされた光捕捉構造（例えば、ピラミッド又はトラフ状特徴）を生成する方法に関し、液体マスク材料は、導管のそれぞれに沿って流れさせられ、マスク材料の一部は、ウェハ表面上に導管のそれぞれの先端部から排出される。排出されたマスク材部分がウェハ表面の第１の部分上にマスク材料パターンを形成するように且つウェハ表面の第２の部分がマスク材料パターン内に画定された開口を介して露出されるように、ウェハは導管アレイの下方に同時に移動される。残りの多結晶シリコンウェハが所望のパターニングされた光捕捉構造（例えば、トラフ状構造）を形成するように、露出された平坦な表面部分は、その後にエッチングされる（例えば、ＨＦ／硝酸／酢酸混合物）。そして、マスク材料パターンは、必要に応じて、テクスチャエッチング槽内のリフトオフプロセスを介して又は塩基可溶性溶液を介してのいずれかによって除去される。エッチング前に対象とするｍｃ−Ｓｉ基板上に並列のマスク特徴を「印刷」するために密集した導管を利用することにより、本発明は、従来の方法よりもマスク印刷速度を大幅に増加させ、それにより、従来の方法を用いて可能であるよりも大幅に低いコストで、望ましいパターニングされた光捕捉構造（例えば、ピラミッド又はトラフ状特徴）を有するｍｃ−Ｓｉ太陽電池の製造を容易とする。

本発明の態様によれば、導管のそれぞれは、基部とその先端部との間に延在する毛細管流路を含み、各毛細管流路は、３から１０μｍ（例えば、５μｍ）の範囲内の小さな公称流路幅を有し、液体マスク材料を送ることは、排出されたマスク材料部分が指定された公称幅（例えば、約１０ミクロン以下）及び公称厚（例えば、１から１０ミクロンの範囲内）を有するマスク特徴をウェハ表面上に形成するように、十分な液体マスク材料が毛細管流路に沿って流れさせることを含む。そのような導管を介して液体マスク材料を排出することにより、本発明は、太陽電池の形成に関連する最小線幅仕様を満たし且つマスク特徴の１経路印刷を容易とするように十分なマスク材料を蒸着するマスク印刷方法を容易とし（すなわち、第２の印刷層を回避するために十分なマスク材料を印刷する）、このアプローチを、インクジェット、スクリーン印刷及びフレキソ印刷のアプローチよりも優れたものとする。１つの実施形態において、導管は、印刷ヘッド基板に取り付けられてそこから延在しており、液体マスク材料を送ることは、液体マスク材料部分が全ての導管に沿って同時に流れ且つそこから排出されるように、導管へとマスク材料を供給する印刷ヘッド基板に画定された容器へとマスク材料を供給することを含む。この配置は、非常に薄く密集した導管（例えば、インチあたり１０００本以上の導管）の形成を容易とし、それにより、太陽電池の製造に関連する最小線幅要件を満たす高スループットの印刷プロセスを提供する。１つの実施形態において、多結晶シリコンウェハは、導管アレイの下方に高速（例えば、１２５ｍｍ／ｓ以上）で搬送機構（例えば、コンベアベルト）を介して移動される。搬送機構の速度によって印刷ヘッドを介したマスク材料の流れを一致させることにより、本発明は、高いコスト効率で多結晶シリコンウェハ上へのパターニングされた光捕捉構造の形成を容易とする高速で単一経路のマスク印刷方法を提供する。

本発明の実施形態によれば、印刷ヘッドは、各微小バネ型導管の先端（自由端）部が印刷ヘッド基板からオフセットされる（すなわち、離れて配設される）ように、印刷ヘッド基板に取り付けられた基部と、印刷ヘッド基板から離れるように湾曲した本体部とを有する並列の湾曲した応力−金属微小バネ型導管を備える。各微小バネ型導管は、液体マスク材料が供給される関連する毛細管流路の少なくとも一部を画定する（すなわち、液体マスク材料が基部から各微小バネ型導管の先端部へと本体部に沿って同時に流れるように）。応力−金属微小バネを使用して導管を形成することにより、本発明は、上述した印刷要件を満たす印刷ヘッドの製造に適した実績のある歩留まりを有する独自のＣｌａｗＣｏｎｎｅｃｔ（商標）製造プロセスの変更版を利用し、従来の印刷構造よりも著しくより堅牢である印刷ヘッドを提供する。１つの実施形態において、印刷ヘッドは、各印刷ヘッド・セグメントが約３’’の長さで且つ直線アレイに配設された３０００個以上の微小バネを含むようにセグメント化されている。具体的な実施形態によれば、液体マスク材料は、微小バネの隣接する対間に画定されたスリット状の毛細管流路に沿って流れる。他の特定の実施形態において、液体マスク材料は、微小バネ型導管のそれぞれに画定されたチューブ状の毛細管流路に沿って流れる。さらに他の特定の実施形態において、液体マスク材料は、各微小バネ型導管上に配設された案内流路構造（例えば、粘性液体マスク材料を導く尾根状構造又は谷／流路のいずれか）に沿って流れる。特定の実施形態のそれぞれは、長い動作寿命を有する堅牢な印刷ヘッドを提供する実績のある製造技術を利用する（すなわち、１５００００個以上の６インチ太陽電池を製造するのに適している）。

本発明の代替的な実施形態によれば、導管は、例えば、ＵＶレーザ微小加工を用いてエッチングされたポリイミドシートの一部によって形成された直線状のカンチレバー部を含む。各カンチレバー部は、基板本体に取り付けられた基部を有し、基板本体から離れるように端（先端）部まで延在している。薄い（２５から５０μｍ厚）ポリイミドが非常に適合するため、そのような印刷ヘッドは、適合する湾曲したカンチレバーと同様に、例えば非常に脆弱である微小加工された直線状のシリコン・カンチレバーアレイとは逆に、破壊又は失敗することなく、（鉛筆と酷似するように）ウェハ全体を「スクライブ」することができることが想定される。また、ポリイミドは、最新のレーザ微小加工の技術を使用して容易にパターニングされ、必要とされる小さな特徴は、例えば、２６５ｎｍのＵＶレーザシステムによって得られることができる。

代替的な実施形態によれば、導管への液体マスク材料の送りは、いくつかの可能な機構によって達成される。１つの特定の実施形態において、液体マスク材料は、導管へと１つ以上のインクジェット印刷ヘッドを介して正確な量（量）で送達され、インクジェットノズルは、個々のカンチレバー型の導管の基部の上方に位置しており、インクは、印刷ヘッドからの液滴を用いて測定される。第２の具体的な実施形態において、液体マスク材料は、例えば、チューブ状の導管内にインクを供給する１つ以上の加圧されたマニホールドを介して送達される。さらに具体的な実施形態において、液体マスク材料は、インク容器に隣接した印刷ヘッド基板の加熱によって前記複数の導管へと送達される前記液体材料の粘度勾配を制御することによって導管へと送達される。それゆえに、温度勾配は、導管上においてインクを測定するのに使用される粘度勾配を形成するために、印刷ヘッドのマニホールドにおいて使用される。温度は、セグメント化されたヒータを介して又は印刷ヘッドのマニホールドの背面から熱勾配を形成することによってのいずれかによって制御される。

整列された先端部を有する並列の導管に加えて、冗長性を提供するために又は製造率を増加させるためにいくつかの代替的な導管配置が選択的に利用される。１つの特定の実施形態において、導管は、印刷されたインク線のマージの機会を減らす千鳥状の先端部によって形成されており（すなわち、導管に沿って押しやられて千鳥状の先端部から排出されたインク／マスク材料によって形成されており）、ラインピッチの削減を容易とする。第２の具体的な実施形態において、導管のいくつかの組は、２つ以上の先端部が各印刷線上に配設されるように直列に配置されており、第１の導管からの第１の排出されたマスク材料が第２の直列に配置された導管からの第２の排出されたマスク材料部分の上面に蒸着されるように直列に配置された導管から同時に印刷するのを可能とする。直列配置はまた、第１の導管が適切に動作しないときに、第１の直列配置された導管の「発生」のために第２の導管の使用を可能とすることによって冗長性を容易とする。さらに他の特定の実施形態において、直列に配置された導管の複数の組は、予想される印刷長よりも長い距離（例えば、各ウェハの長さよりも長い距離）離隔され、マスク材料が各印刷線に沿って複数の導管から印刷されるように直列カラム多重化を使用して印刷が行われ、それにより、印刷速度を高め、印刷経路長を減少させ、インク貯留供給時間を削減する。

代替的な実施形態によれば、マスク材料は、露出された多結晶シリコンウェハの後続のエッチングが所望の光捕捉構造パターンを生成するように多結晶ウェハ上に所定のパターンで印刷される。例えば、１つの特定の実施形態において、マスク材料は、ウェハが先端部の下方を通過するのにともない連続的に各導管から排出され、それにより、後続のエッチングがウェハ表面に並列の溝型の光捕捉構造を生成するように連続的な並列のマスク線を含むマスクを製造する。１つの特定の実施形態において、マスク材料は連続的に排出されるとともに、プロセス方向（すなわち、ウェハの移動方向に対して垂直）に対して横方向に印刷ヘッドを往復運動させ、それにより、排出されたマスク材料は、ウェハ表面の関連する部分にわたって波線を形成する。他の特定の実施形態において、連続的な直線状又は波状のマスク材料線は重複し、又は、多結晶シリコンウェハ上に前記多結晶シリコンウェハ上のドット状の露出された平坦な表面部分を画定させ、それにより、ドット状の露出された領域のその後のエッチングは、ピット型の光捕捉構造を生成する。さらに他の具体的な実施形態において、マスク材料は、（例えば、ウェハ表面に対して導管の先端部を間欠的に接触させることにより）一連の重複した「ドット」として印刷され、マスク材料ドットは、直線状若しくは波状線を形成するように又はドット状の露出された平坦な表面部分を画定するように連続的に配置される。間欠的な接触接近を容易とするために、既存の導管製造プロセスに加えて、（ペン先印刷についての特定の問題を提起することがある）機械的摩耗特性を改善するために、各導管（カンチレバー）の先端部に追加のコーティング又は材料が配設される。特に、イリジウムなどの材料は、剥離された微小バネ構造上又は（それをオーバーコートしないためにイリジウムがマスクされた後）電気メッキ工程前のいずれかに（例えば、スパッタリングによって）蒸着されることができる。他の実施形態において、ロジウムなどの材料は、（カンチレバー本体を形成する電解メッキ工程後に）各微小バネの先端部に電気メッキされる。イリジウム及びロジウムは、双方とも、非常に硬くて耐久性のある材料であり、これらのコーティングは、印刷ヘッドの寿命を向上させるように機能する。

さらに他の代替的な実施形態によれば、液体マスク材料は、１つの印刷ヘッドによって生成された第１のマスク材料線が他の印刷ヘッドによって生成された第２のマスク材料線間に配設されるように、オフセット導管を有する２つの印刷ヘッドから送達され、それにより、各印刷ヘッドにおける隣接する導管間の間隔は、印刷ヘッドの製造歩留まりを向上させるために大きくされる。

本発明のこれらの及び他の特徴、態様及び効果は、以下の説明、添付された特許請求の範囲及び添付図面に関してより良好に理解されるようになる。

図１は、本発明の一般化された実施形態にかかる多結晶シリコンウェハ上にパターニングされた光捕捉構造を生成するためのシステムを示す平面側の斜視図である。 図２は、図１のシステムを利用したパターニングされた光捕捉構造を生成するための簡略化された方法を示すフロー図である。 図３は、本発明の実施形態にかかるマスク印刷プロセスを示す平面図である。 図４は、図３の処理において利用される微小バネ型導管を含む例示的な印刷ヘッドを示す斜視図である。 図５Ａは、第１の特定の実施形態にかかる微小バネ型導管を示す斜視側面図である。 図５Ｂは、第１の特定の実施形態にかかる微小バネ型導管を示す斜視正面図である。 図６Ａは、第２の特定の実施形態にかかる微小バネ型導管を示す斜視側面図である。 図６Ｂは、第２の特定の実施形態にかかる微小バネ型導管を示す斜視正面図である。 図７は、第３の特定の実施形態にかかる微小バネ型導管を示す斜視側面図である。 図７Ａは、他の特定の実施形態にかかる微小バネ型導管によって利用される他の流路の特徴を示す断面図である。 図７Ｂは、他の特定の実施形態にかかる微小バネ型導管によって利用される他の流路の特徴を示す断面図である。 図７Ｃは、他の特定の実施形態にかかる微小バネ型導管によって利用される他の流路の特徴を示す断面図である。 図８は、本発明の他の実施形態にかかる印刷ヘッドを示す平面側の斜視図である。 図９Ａは、本発明の関連する具体的な実施形態にしたがって利用される他のマスク材料供給システムを示す簡略化された側断面図である。 図９Ｂは、本発明の関連する具体的な実施形態にしたがって利用される他のマスク材料供給システムを示す簡略化された側断面図である。 図９Ｃは、本発明の関連する具体的な実施形態にしたがって利用される他のマスク材料供給システムを示す簡略化された側断面図である。 図１０Ａは、本発明の他の特定の実施形態にしたがって利用される様々な導管の配置を示す簡略化された平面図である。 図１０Ｂは、本発明の他の特定の実施形態にしたがって利用される様々な導管の配置を示す簡略化された平面図である。 図１０Ｃは、本発明の他の特定の実施形態にしたがって利用される様々な導管の配置を示す簡略化された平面図である。 図１０Ｄは、本発明の他の特定の実施形態にしたがって利用される様々な導管の配置を示す簡略化された平面図である。 図１１は、本発明の特定の実施形態にしたがって印刷される直線マスク材料パターンを含むウェハを示す簡略化された平面図である。 図１２は、後続のエッチング後における図１１のウェハを示す上正面斜視図である。 図１３は、本発明の他の特定の実施形態にしたがって印刷される他の直線マスク材料パターンを含むウェハを示す簡略化された平面図である。 図１４Ａは、本発明の他の特定の実施形態にしたがって印刷される波線状マスク材料パターンを含むウェハを示す簡略化された平面図である。 図１４Ｂは、本発明の他の特定の実施形態にしたがって印刷される波線状マスク材料パターンを含むウェハを示す簡略化された平面図である。 図１５Ａは、本発明の他の特定の実施形態にしたがって印刷されるドット状マスク材料パターンを含むウェハを示す簡略化された平面図である。 図１５Ｂは、本発明の他の特定の実施形態にしたがって印刷されるドット状マスク材料パターンを含むウェハを示す簡略化された平面図である。 図１６は、本発明の他の特定の実施にかかる２つのオフセット・印刷ヘッドを利用したマスク印刷システムを示す簡略化された平面図である。

本発明は、低コストの太陽電池の製造中に多結晶シリコンウェハ上に光捕捉構造を生成するのに使用されるマスクパターンを印刷するための方法の改善に関する。以下の説明は、当業者が特定の用途及びその要件の文脈において提供されるような本発明を作製して使用するのを可能とするために提示される。本願明細書では、「上」、「下」、「下向き」、「前」、「後」などの方向を示す用語は、説明のために相対位置を提示することを意図しており、基準の絶対的なフレームを指定することを意図するものではない。さらに、語句「一体に接続された」及び「一体に成形された」は、単一の成形又は機械加工された構造の２つの部分間の接続関係を説明するために本願明細書において使用され、例えば、接着剤、ファスナ、クリップ又は可動継ぎ手を介して接合される２つの別個の構造を示す（修飾語「一体に」を有しない）用語「接続された」又は「連結された」とは区別される。望ましい実施形態に対する様々な変更は、当業者にとって明らかであり、本願明細書において定義される一般的な原理は、他の実施形態に適用することができる。したがって、本発明は、図示されて説明された特定の実施形態に限定されることを意図するものではなく、本願明細書に開示された原理及び新規な特徴と一致する最も広い範囲を与えられるべきである。

図１は、多結晶シリコン（ｍｃ−Ｓｉ）ウェハ１０１−１及び１０１−２の平坦面１０２上に一体パターニングされた光捕捉構造１０５を生成するためのシステム１００を示す平面斜視図であり、図２は、本発明の一般化された実施形態にかかるシステム１００を用いて一体パターニングされた光捕捉構造１０５を生成するための方法を示すフロー図である。語句「一体パターニングされた光捕捉構造」における用語「一体」は、光捕捉構造１０５が（例えば、ｍｃ−Ｓｉウェハ材料の隣接部分をエッチング／除去することにより）ウェハ１０１−１及び１０１−２を構成するｍｃ−Ｓｉ材料の一部によって全体的に形成されており、ウェハ１０１−１及び１０１−２上に配設又は形成された光捕捉構造とは語句「一体パターニングされた光捕捉構造」を区別することを示している。図示のために図１における斜線部分によって示されているが、パターニングされた光捕捉構造１０５は、平面ウェハ表面１０２の一部をエッチング／除去することによって形成された３次元のｍｃ−Ｓｉ構造（例えば、ピラミッド又はトラフ状の特徴）を含むことが理解される。

図１に示されるように、システム１００は、一般に、マスク材料供給源１２０から液体マスク材料１２５を受け取る印刷ヘッド・アセンブリ１１０と、印刷ヘッド・アセンブリ１１０の下方に多結晶シリコン（ｍｃ−Ｓｉ）ウェハ１０１−１及び１０１−２を搬送するための搬送ベルト１３０と、ウェハ１０１−１及び１０１−２上にエッチャント１４５を塗布するためのエッチングステーション１４０とを含む。

図２の上部を参照すると、一般化された方法は、マスク材料１２５が導管１１３−１から１１３−５のアレイの先端部から排出されるように、印刷ヘッド・アセンブリ１１０に対して液体マスク材料１２５を送ることを含む（ブロック２１０）。図１の上部に示されるように、印刷ヘッド・アセンブリ１１０は、供給源１２０からのマスク材料１２５を受ける容器１１２と、基板１１１から並列に延在する密集した並列の細長導管１１３−１から１１３−５とを有する基板１１１を含む。各導管１１３−１から１１３−５は、液体マスク材料１２５（望ましくは、ワックス、樹脂、ポリマー、脂肪酸及びエステルなどの有機化合物）が容器１１２から導管１１３−１から１１３−５内に送られる（流れる）ようにマスク材料源１２０と連通している。各細長導管１１３−１から１１３−５は、基板１１１に取り付けられた基部と、基板１１１から離れて配設された先端部と、容器１１２から先端部へとマスク材料の流れを導くための毛細管流路を画定する本体部とを含む。例えば、導管１１３−１は、基部１１４−１と先端部１１６−１との間において本体部に沿って延在する流路１１５−１を含み、導管１１３−５は、基部１１４−５と先端部１１６−５との間に延在する流路１１５−５を含む。図１の右上部において破線楕円によって示されるように、液体マスク材料１２５の送り（流れ）は、排出されたマスク材料部分１２５−１から１２５−５が表面１０２上に密集したマスク特徴１２６−１から１２６−５（例えば、連続線又は一連の連続した「ドット」）から構成されたマスク材料パターン１２６を形成するように、各導管１１３−１から１１３−５の毛細管流路に沿った（例えば、導管１１３−５の流路１１５−５に沿った）十分な液体マスク材料の流れを引き起こすために、以下に記載される流れ発生方法の１つを利用することを含む。例えば、図１において破線矢印によって示されるように、マスク材料部分１２５−１は、ウェハ１０１−１の上面１０２上にマスク特徴１２６−１を形成するように導管１１３−１の先端部１１６−１から排出される前に、流路１１５−１に沿って容器１１２から流れる。それと同時に、マスク材料部分１２５−５は、流路１１５−５に沿って容器１１２から流れ、ウェハ１０１−１の上面１０２上にマスク特徴１２６−５を形成するように導管１１３−５の先端部１１６−５から排出される。マスク材料部分１２５−２、１２５−３及び１２５−４は、同様に、ウェハ１０１−１及び１０１−２の上面１０２にマスク特徴１２６−２から１２６−４を形成するように導管１１３−２、１１３−３及び１１３−４からそれぞれ同時に排出される。

図２のブロック２２０を参照すると、本方法は、さらに、排出されたマスク材料１２５が各ウェハ上にマスク材料パターン１２６を形成するように、印刷ヘッド・アセンブリ１１０の下方（すなわち、導管アレイの下方）にウェハ１０１−１及び１０１−２を移動させることを含む。図１に示される例示的な実施形態によれば、ウェハ１０１−１及び１０１−２は、排出されたマスク材料部分１２５−１から１２５−５がウェハ１０１−１及び１０１−２の上面１０２上に離隔された線状特徴１２６−１から１２６−５の形態でマスク材料パターン１２６を生成するように、１１３−１から１１３−５の下方に（すなわち、液体マスク材料が導管１１３−１から１１３−５の先端部から排出されているときに）連続して高速（例えば、１２５ｍｍ／ｓ以上）でコンベア１３０によって移動される。１つの実施形態において、コンベア１３０は、細長線状の特徴１２６−１から１２６−５がウェハ１０１−１及び１０１−２の関連する離隔された表面部分を被覆（マスク）するように、（例えば、図１における矢印「Ｘ」の方向に）導管１１３−１から１１３−５の下方に一定速度でウェハ１０１−１及び１０１−２を支持して移動させるベルト式可動構造である。具体的には、ウェハ１０１−１上に示されるように、特徴１２６−１から１２６−５は、各隣接する特徴対（例えば、特徴１２６−１及び１２６−２）が露出された溝状の表面部分１０２−２によって分離された平坦上面１０２の「マスクされた」部分１０２−１上に配設される。搬送機構１３０によって提供されるウェハ速度によって印刷ヘッド１１０を介したマスク材料１２５の流れを一致させることにより、本発明は、高いコスト効率で多結晶シリコンウェハ１０１−１及び１０１−２上へのパターニングされた光捕捉構造１０５の形成を容易とする高速で単一経路のマスク印刷方法を提供する。

図２におけるブロック２３０によって示されるように、マスク材料パターン１２６を形成した後に、ウェハ１０１−１及び１０１−２は、エッチャント１４５が一体パターニングされた光捕捉構造１０５を形成するように各ウェハの上面１０２上に塗布されるエッチングステーション１４０の下方に又はそれを通って移動される。本発明の態様によれば、図１におけるウェハ１０１−２上の斜線表面によって示されるように、エッチャント１４５は、残り（エッチングされた）ｍｃ−Ｓｉウェハ材料（すなわち、マスク特徴１２６−１から１２６−５によってエッチャント１４５から保護される部分）が一体パターニングされた光捕捉構造１０５を形成するように、各ウェハの露出された平坦表面部分１０２−２をエッチングする（すなわち、その部分を除去する）ように塗布される。例示的な実施形態において、エッチャント１４５は、残りの多結晶シリコンウェハ材料が所望のパターニングされた光捕捉構造１０５（例えば、トラフ状構造）を形成するように塗布されるＨＦ／硝酸／酢酸混合物の１つを含む。

図２の下部におけるブロック２４０を参照すると、マスク材料パターン１２６は、その後、公知の技術を用いて任意に除去される。例えば、マスクは、完全に切り取られ、マスクがエッチング槽から濾過される基板からリフトオフされることができる。他の方法は、ＫＯＨ又はＫ_２ＣＯ_３を用いた塩基性溶液内でマスク材料をエッチングすることであろう。

図２の方法は、多結晶ウェハ１０１−１及び１０１−２においてパターニングされたピラミッド又はトラフ状特徴を生成するためのコスト効率が高い方法を提供している。すなわち、本願明細書に記載された方法で導管１１３−１から１１３−５を介して液体マスク材料を排出することにより、本発明は、インクジェット、スクリーン印刷及びフレキソ印刷アプローチよりもコスト効率が高い方法で太陽電池の形成に関連する最小線幅仕様を満たすマスク印刷方法を容易とする。

本発明の態様によれば、各導管１１３−１から１１３−５は、基板１１１に取り付けられた（固定）基部と、基板１１１から離れて配設された先端部とを有するカンチレバー型構造を含み、各導管の基部から先端部へのマスク材料の流れ（すなわち、流路）を制御する毛細管（流れ）流路を含む／定義する。例えば、図１の右上部に示される破線泡を参照すると、導管１１３−５は、基部１１４−５と先端部１１６−５との間に延在している毛細管流路１１５−５を取り囲む（画定する）チューブ状構造を含み、マスク材料部分１２５−５が、基部１１４に隣接して配設された開口（第１の）端を介して流路１１５−５に入り、先端部１１６−５に向かって基部１１４−５から導管１１３−５に沿って導かれ（流れ）、マスク特徴１２６−５を形成するように先端部１１６−５における開口（第２の）端から排出されるように、毛細管流路１１５−５が容器１１２と連通している。導管１１３−１から１１３−４は、同様に、それらがマスク特徴１２６−１から１２６−４をそれぞれ形成するように、マスク材料部分１２５−１から１２５−４を導くように容器１１２と連通している。導管１１３−１から１１３−５の各毛細管流路は、狭いマスク特徴の形成を容易とするミクロンレベルの公称流路幅を有している。例えば、図１の右上部において破線泡で示されるように、毛細管流路１１５−５は、約１０ミクロン以下の公称幅Ｗを有する線状マスク特徴１２６−５の形成を容易とする３から１０ミクロンの範囲内の公称流路幅（間隙距離Ｇ）を有する。カンチレバー型導管１１３−１から１１３−５を利用することの利点は、排出されるマスク材料部分１２５−１から１２５−５が１から１０ミクロンの範囲内の所望の公称幅Ｗ及び公称厚Ｔを有するマスク特徴１２６−１から１２６−５を形成するように、十分な液体マスク材料が送達される（例えば、毛細管流路１１５−１から１１５−５に沿って流れる）ということであり、それにより、マスク印刷プロセスは、「単一経路」印刷工程において達成される。すなわち、本願明細書に記載された方法で導管１１３−１から１１３−５を介して液体マスク材料１２５を排出することにより、本発明は、太陽電池の形成に関連する最小線幅仕様を双方とも満たすマスク印刷方法を容易とし、マスク特徴の単一経路印刷（すなわち、第２の印刷層を回避するように十分なマスク材料を印刷する）を容易とするように十分なマスク材料を蒸着し、このアプローチをインクジェット、スクリーン印刷及びフレキソ印刷のアプローチよりも優れたものとする。この配置はまた、非常に薄くて密集した導管（例えば、インチあたり１０００本以上の導管）の形成を容易とし、それにより、太陽電池の製造に関連する最小線幅要件を満たす高スループットの印刷プロセスを提供する。

図３は、ｍｃ−Ｓｉウェハ１０１が印刷ヘッド１１０の下方に（すなわち、図の下向きに）移動され、複数の並列の線状マスク特徴１２６が上述した方法を用いてウェハ１０１上に印刷されるマスク印刷プロセスを示す平面図である。この場合、印刷ヘッド１１０は、それらがウェハ１０１の幅Ｗ_Ｗに及ぶように、エンド・ツー・エンドで配置された３つのセグメント１１０−１、１１０−２及び１１０−３（すなわち、３つの別個の基板１１１−１、１１１−２及び１１１−３上に形成された）を含み、各セグメント１１０−１、１１０−２及び１１０−３は、ウェハ１０１の対応する部分上にマスク材料を蒸着するように配置されている（例えば、セグメント１１０−２は、通常ｍｃ−Ｓｉ ＰＶ装置上にみられるバスバー１０６の間にマスク特徴１２６を形成するように配設されている）。特定の実施形態において、各セグメントの基板（例えば、基板１１１−２）は、３インチの公称幅Ｗ_Ｓを有し、ウェハ１０１は、６インチの幅Ｗ_Ｗを有する。

図４は、本発明の実施形態にかかる単一の印刷ヘッド・セグメント１１０Ａを示す斜視図であり、セグメント１１０Ａは、基板１１１Ａに対して片持ち型の配置で固定される湾曲した微小バネ型導管１１３Ａの線形アレイを含む。具体的には、各微小バネ型導管１１３Ａは、基板１１１Ａの平坦面に取り付けられた基（固定端）部１１４Ａと基板１１１Ａからオフセットされた（すなわち、離れて配設された）先端（自由端）部１１６Ａとを有する微小バネ構造を含む。１つの実施形態において、各微小バネ型導管１１３Ａは、本発明の譲受人によって開発された高密度相互接続（ＨＤＩ）プラットフォーム技術に準拠した独自ＣｌａｗＣｏｎｎｅｃｔ（商標）に利用されるものと同様の技術を用いて作製された応力−金属微小バネ構造を備える。ＣｌａｗＣｏｎｎｅｃｔ技術によれば、各微小バネ型導管１１３Ａは、応力−工業用フィルムとして蒸着された後に、その最下部（すなわち、基板１１１Ａの上面に隣接した蒸着材料）がその上側部分（すなわち、基板１１１Ａから最も遠くに位置する水平層）よりも低い内部引張応力を有するバネ材料島（平坦構造）を形成するようにパターニングされる自己湾曲バネ金属を用いて形成され、それにより、その後の剥離プロセス中に基板１１１Ａから離れるように上向きに湾曲させるようにバネ金属島の狭い「指」部を生じさせる内部応力の変化を応力−工業用金属フィルムに有させる。応力−工業用金属フィルムにおけるこのような内部応力の変化を生成するための方法は、例えば、米国特許第３，８４２，１８９号明細書（異なる内部応力を有する２つの金属の蒸着）及び米国特許第５，６１３，８６１号明細書（例えば、プロセスパラメータを変化させながらスパッタリングされる単一の金属）に教示されており、双方とも参照することによって本願明細書に組み込まれる。１つの実施形態において、チタン（Ｔｉ）剥離材料層が基板１１１上に蒸着され、その後、応力−工業用金属フィルムは、剥離材料上にスパッタリング蒸着又はメッキされたモリブデン（Ｍｏ）、「モリ−クロム」合金（ＭｏＣｒ）、タングステン（Ｗ）、チタン−タングステン合金（Ｔｉ：Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）及びニッケル−ジルコニウム合金（ＮｉＺｒ）のうちの１つ以上を含む。応力−工業用金属フィルムが良好な母材として機能しない場合には、任意のパッシベーション金属層（図示しない；例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）又はロジウム（Ｒｈ））が後続のメッキプロセスのためのシード材料として作用するように応力−工業用金属フォルムの上面に蒸着されてもよい。パッシベーション金属層はまた、完成したバネ構造における接触抵抗を改善するために設けられてもよい。代替的な実施形態において、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）又はニッケル−ジルコニウム（ＮｉＺｒ）フィルムがシード層を有さずに直接メッキされることができるように形成されてもよい。無電解メッキが使用される場合、電極層の蒸着は、省略することができる。さらに他の代替的な実施形態において、自己湾曲バネ材料は、公知の技術にしたがって作製されるバイモルフ／バイメタル化合物（例えば、金属１／金属２、シリコン／金属、シリコン酸化物／金属、シリコン／窒化シリコン）のうちの１つ以上とすることができる。各場合において、高導電性材料（例えば、金）の外層は、導電性を高めてマイクロプラズマの生成を容易とするために「基」バネ金属材料上に形成される。さらに他の実施形態において、各微小バネ型導管は、その基（アンカー）部が任意の支持構造（例えば、剥離層の保持部又は予め形成された導電性基体構造）を介して下方基板に接続されるように作製される。

本発明の微小バネ型導管は、製造プロセスが各微小バネ構造／導管の長さに沿って延在する適切な毛細管流路を設けるように変更されるという点で、ＣｌａｗＣｏｎｎｅｃｔ技術によって形成される標準的な微小バネ型プローブとは異なり、それにより、微小バネ構造の一部に又は微小バネ構造の一部によって形成された毛細管流路に沿ってマスク材料部分の一部を同時に流れさせることによって各微小バネ型導管からの液体マスク材料の排出が行われる。例示的な毛細管流路特徴は、図５−図７を参照しながら以下に説明される。

図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ、第１の特定の実施形態にかかるスリット状の毛細管流路１１５Ｂを含む微小バネ型導管１１３Ｂを示す斜視側面図及び正面図である。各微小バネ型導管１１３Ｂは、図３を参照して上述したように基板（図示しなし）に取り付けられた基部１１４Ｂ及び基板から離れて配設された先端部１１６Ｂを有する関連する並列の湾曲した応力−金属微小バネ１１３Ｂ−１及び１１３Ｂ−２を含み、関連する微小バネ１１３Ｂ−１及び１１３Ｂ−２は、スリット状の毛細管流路１１５Ｂがそれらの間に画定されるように離隔されている。この場合、液体マスク材料を送ることは、マスク材料がスリット状の毛細管流路１１５Ｂに沿って流れて先端部１１６Ｂの間から排出されるように、微小バネ１１３Ｂ−１及び１１３Ｂ−２の基部１１４Ｂの間の地点にマスク材料を供給することを含む。３から１０ミクロンの範囲内の公称間隙距離Ｇを有する微小バネ１１３Ｂ−１及び１１３Ｂ−２を形成することにより、マスク材料は、それが基部１１４Ｂと先端部１１６Ｂとの間を流れるのにともない毛細管作用（力）を介してスリット状の毛細管流路１１５Ｂ内に維持される。液体の流れのために使用されることができる密集した微小バネ型導管を生成するための技術は、例えば、共同所有の米国特許第７，２４１，４２０号明細書（「応力金属を用いた液体抽出、輸送及び分配用の毛細管流路プローブ」）に開示されており、これは、その全体を参照することによって本願明細書に組み込まれる。

図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ、第２の特定の実施形態にかかるチューブ状の微小バネ型導管１１３Ｃを示す斜視側面図及び正面図である。この場合、液体マスク材料は、例えば矩形断面を有する壁によって画定された（すなわち、四方を囲まれた）中空のチューブ状の毛細管流路１１５Ｃ内を流れ、チューブ状の毛細管流路１１５Ｃは、微小バネ型導管１１３Ｃの基端１１４Ｃと先端１１６Ｃとの間に延在している。この場合、マスク材料は、必要な流量を生成する圧力で封入された容器（図示しない）から毛細管流路１１５Ｃ内に供給される。液体の流れのために使用されることができるチューブ状の微小バネ型導管を生成するための技術は、例えば、共同所有の米国特許第８，０８０，２９３（「カプセル化を使用した微小加工構造の製造」）に開示されており、これは、その全体を参照することによって本願明細書に組み込まれる。

図７は、第３の特定の実施例にかかるパターニングされた微小バネ型導管１１３Ｄを示す斜視側面図であり、図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃは、パターニングされた微小バネ型導管１１３Ｄによって利用される他の液体案内流路タイプを示す断面図である。図５Ａ及び図５Ｂを参照しながら上述したスリット状の流路と同様に、各微小バネ型導管１１３Ｄは、液体マスク材料の流れが各微小バネ型導管１１３Ｄに沿って基部１１４Ｄから先端部１１６Ｄへと移動するのにともない、毛細管作用によって液体マスク材料の流れを制御するように機能する関連する液体案内流路構造１１５Ｄを含む。しかしながら、２つの隣接する微小バネを使用して形成される代わりに、導管１１３Ｄは、その表面において又はその表面に画定された液体案内流路構造１１５Ｄを含むように変更された（パターニングされた）単一の微小バネ構造を含み、液体案内流路構造１１５Ｄは、基部１１４Ｄと先端部１１６Ｄとの間の毛細管液体流れを容易とする形状を含む。図７Ａは、導管１１３Ｄ−１の中央表面領域から上方に延在するリブによって形成された硬質液体案内流路構造１１５Ｄ−１を有する第１の微小バネ型導管１１３Ｄ−１を示している。図７Ｂは、導管１１３Ｄ−２の全長に沿って上面へと延在する正方形又は矩形のトラフとして形成された谷又は溝型液体案内流路構造１１５Ｄ−２を有する第２の微小バネ型導管１１３Ｄ−２を示している。図７Ｃは、導管１１３Ｄ−３の全長に沿って上面へと延在する半円形のトラフ（谷）として形成された他の谷／溝型流路構造１１５Ｄ−３を有する第３の微小バネ型導管１１３Ｄ−３を示している。図７Ａ−図７Ｃに示された液体案内流路構造の利点は、それらが既存のＣｌａｗＣｏｎｎｅｃｔ技術を用いて作製され、したがって、長い動作寿命を有する堅牢な印刷ヘッドを提供すると考えられるということである（すなわち、１５００００個以上の６インチ太陽電池を製造するのに適している）。

本発明は、望ましくは、微小バネ型導管を使用して実装されるが、他の技術もまた利用されることができる。例えば、図８は、本発明の代替的な実施形態にしたがって形成された直線状の並列のカンチレバー部１１３Ｅを含む印刷ヘッド・セグメント１１０Ｅを示す平面側斜視図である。１つの特定の実施形態において、印刷ヘッド・セグメント１１０Ｅは、ＵＶレーザ微小加工を用いてポリイミドシート１１１Ｅをエッチングすることによって形成される。各カンチレバー部１１３Ｅは、ポリイミドシート（基板本体）１１１Ｅに取り付けられた基部１１４Ｅを有し、シート１１１Ｅから離れて端（先端）部１１６Ｅまで延在している。適切な流路は、排出されるマスク材料部分が同時にスリット状の毛細管流路１１５Ｅに沿って流れるように、ポリイミドシート１１１Ｅ上に形成された容器１１２Ｅから、前記複数の直線状カンチレバー部１１３Ｅの隣接する対の間に画定されたスリット状の毛細管流路１１５Ｅまで液体マスク材料を供給する。薄い（２５から５０μｍ厚）ポリイミドは非常に適合しているため、印刷ヘッド・セグメント１１０Ｅが（絵筆と酷似するように）破壊又は失敗することなく、対象とするｍｃ−Ｓｉウェハ全体（図示しない）を「スクライブ」することができることが想定される。すなわち、対象とするｍｃ−Ｓｉウェハと接触したときに脆弱で破壊することができる微細加工された直線状のシリコン・カンチレバーアレイとは異なり、薄いポリイミドカンチレバー部１１３Ｅは、（上述した）応力金属微細バネカンチレバーに関連付けられたものと同様の方法で撓むことができる。また、ポリイミドは、最新のレーザ微小加工の技術を使用して容易にパターニングされ、必要とされる小さな特徴は、例えば２６５ｎｍのＵＶレーザシステムによって得られることができる。

上述した様々な導管への液体マスク材料の送りは、そのいくつかが図９Ａから図９Ｃを参照しながら以下に説明されるいくつかの可能な機構を使用して達成される。

図９Ａは、液体マスク材料１２５が印刷ヘッド１１０Ｆの導管１１３Ｆ（１つが示されている）へと１つ以上のインクジェット印刷ヘッド１２０Ｆを介して正確な量（滴）で送達される第１の液体マスク材料供給システムを示す簡略化された側断面図である。インクジェット印刷ヘッド１２０Ｆの出口ノズルは、液体マスク材料１２５が各導管１１３Ｆの基部１１４Ｆに供給されるように、個々のカンチレバー型導管１１３Ｆにわたって配置される。印刷ヘッド１１０Ｆはまた、液体マスク材料１２５が毛細管流路１１５Ｆに沿って基部１１４Ｆから先端部１１６Ｆへと流れるように配置され、それにより、本願明細書に記載された方法で対象とするｍｃ−Ｓｉウェハ（図示しない）へと転送される。このアプローチの利点は、インクジェット送達システムが非常に正確な量の液体材料を送達するための周知の機構であるということである。

図９Ｂは、液体マスク材料１２５がチューブ状の導管１１３Ｇ（すなわち、図６Ａ及び図６Ｂを参照しながら上述したものと同様）内へと１つ以上の加圧されたマニホールド１２０Ｇを介して送達される第２の液体マスク材料供給システムを示す簡略化された側断面図である。加圧された液体マスク材料１２５−Ｐは、ポンプ又は他の加圧供給源からマニホールド１２０Ｇ内部に画定された容器１１２Ｇへと送達され、容器１１２Ｇは、各チューブ状の導管１１３Ｇの基部１１４Ｇに隣接して配置された毛細管流路の第１の端部と連通しており、それにより、液体マスク材料１２５は、チューブ状の導管１１３Ｇに沿って押しやられ、対象とするｍｃ−Ｓｉウェハ上に先端部１１６Ｆにおける出口から排出される。この第２のアプローチの利点は、加圧されたマニホールドが、一般に、インクジェット送達システムよりも実装するのにより複雑でなく安価であるということである。

図９Ｃは、印刷ヘッド１１０Ｈに供給される液体マスク材料１２５の粘度勾配が、それが印刷ヘッド基板１１１Ｈを介して容器１１２Ｈから導管１１３Ｈへと供給されるのにともない、液体マスク材料１２５を加熱することによって制御され、それにより、温度勾配Ｔが、導管１１３Ｈの基部１１４Ｈにおいて毛細管流路１１５Ｈ内の液体マスク材料１２５を測定するのに使用される所望の粘度勾配を形成する印刷ヘッド１１０Ｈにおいて生成される第３の液体マスク材料供給システムを示す簡略化された側断面図である。温度は、セグメント化されたヒータを介して又は印刷ヘッドのマニホールド１２０Ｈの背面からの熱勾配を形成することによってのいずれかで制御され、それにより、比較的高い粘度及び比較的低温を有する液体マスク材料１２５は、基板１１１Ｈに向かって容器１１２Ｈから下向きに流れるのにともない加熱される。温度勾配は、液体マスク材料１２５が粘度の低下の双方を受けるように設定され、それにより、沿って流れて導管１１３Ｈの先端１１６Ｈから排出されるように液体マスク材料１２５を供給する制御された流量を生成する。この第３のアプローチの利点は、加熱されたマニホールドが、一般に、上述した他の２つの送達システムよりも実装するのにより複雑でなく安価であるということである。

整列している先端部を有する並列の導管の使用に加えて、図１０Ａ−図１０Ｃを参照しながら以下に説明されるいくつかの代替的な導管配置が、冗長性を与えるために又は生産率を増加させるために選択的に利用される。

図１０Ａは、導管の隣接する各対間に大きな空間を設けることにより、印刷されたマスク材料特徴（インク線）のマージの機会を減少させ且つより高い歩留まりを容易とするために、千鳥状に配設されている並列の導管１１３Ｊ−１及び１１３Ｊ−２の２つの組を有する印刷ヘッド１１０Ｊを示している。第１の組１１３Ｊ−１は、上述したように（導管が基板とウェハとの間にあることを示すように破線で示される）印刷ヘッド基板１１１Ｊ上に形成されて固定されたクロスプロセス（Ｙ軸）方向に整列され、対象とするｍｃ−Ｓｉウェハ上１０１Ｊ上にマスク材料特徴１２６Ｊ−１１、１２６Ｊ−１２及び１２６Ｊ−１３をそれぞれ生成するために上述した方法を利用する並列の導管１１３Ｊ−１１、１１３Ｊ−１２及び１１３Ｊ−１３を含む。第２の組１１３Ｊ−２は、同様にクロスプロセス（Ｙ軸）方向に整列されるが、導管１１３Ｊ−２１、１１３Ｊ−２２及び１１３Ｊ−２３がオフセット距離Ｏだけ第１の組１１３Ｊ−１から処理／移動（Ｘ軸）方向にオフセットされた並列の導管１１３Ｊ−２１、１１３Ｊ−２２及び１１３Ｊ−２３を含む。さらに、導管１１３Ｊ−２１、１１３Ｊ−２２及び１１３Ｊ−２３は、第１の組１１３Ｊ−１によって生成された第１のマスク特徴１２６Ｊ−１１、１２６Ｊ−１２及び１２６Ｊ−１３が第２の組１１３Ｊ−２の対応する導管１１３Ｊ−２１、１１３Ｊ−２２及び１１３Ｊ−２３によって生成された第２のマスク特徴１２６Ｊ−２１、１２６Ｊ−２２及び１２６Ｊ−２３の隣接する対間に配設される（例えば、マスク特徴１２６Ｊ−１２は、マスク特徴１２６Ｊ−２１及び１２６Ｊ−２２の間に配設される）ように、導管１１３Ｊ−１１、１１３Ｊ−１２及び１１３Ｊ−１３に対してクロスプロセス（Ｙ軸）方向にオフセットされている（「千鳥状にされている」）。この「千鳥状」構成は、隣接する導管を分離する空間を大きくすることによって印刷ヘッドの歩留まりを高めながら、密集したマスク材料特徴の印刷を容易とする。

図１０Ｂは、下流の導管（例えば、第３の導管組１１３Ｋ−３内の導管）から排出されたマスク材料特徴が整列される（すなわち、対応する上流側の導管（例えば、第１の導管組１１３Ｋ−１又は第２の導管組１１３Ｋ−２内の導管）から排出されたマスク材料特徴の上面に配設されることができる）ように、重複して配設された（直列配置された）パターンの３つの組の並列の導管１１３Ｋ−１、１１３Ｋ−２及び１１３Ｋ−３を有する印刷ヘッド１１０Ｋを示している。第１の組１１３Ｋ−１は、上述した方法でクロスプロセス（Ｙ軸）方向に整列されて（破線で示される）印刷ヘッド基板１１１Ｋに固定された並列の導管１１３Ｋ−１１、１１３Ｋ−１２、１１３Ｋ−１３、１１３Ｋ−１４及び１１３Ｋ−１５を含む。第２の組１１３Ｋ−２は、同様にクロスプロセス（Ｙ軸）方向に整列されて印刷ヘッド基板１１１Ｋに固定されているが、第１の組１１３Ｋ−１から下流に配設された並列の導管１１３Ｋ−２１、１１３Ｋ−２２、１１３Ｋ−２３、１１３Ｋ−２４及び１１３Ｋ−２５を含み、第３の組１１３Ｋ−３は、同様に整列されて第２の組１１３Ｋ−２から下流に配設された並列の導管１１３Ｋ−３１、１１３Ｋ−３２、１１３Ｋ−３３、１１３Ｋ−３４及び１１３Ｋ−３５を含む。各組からの関連する導管は、プロセス（Ｘ軸）方向に直列整列されている（例えば、導管１１３Ｋ−１１、１１３Ｋ−２１、１１３Ｋ−３１がＹ軸方向に整列され、導管１１３Ｋ−１２、１１３Ｋ−２２、１１３Ｋ−３２がＹ軸方向に整列されるなど）。

印刷ヘッド１１０Ｋの直列配置された導管パターンは、第１の導管からの第１の排出されたマスク材料部分が第２の直列配置された導管からの第２の排出されたマスク材料部分の上面に蒸着されるように同時に印刷するのを容易とする。例えば、図１０Ｂの右側に示されるように、マスク特徴１２６Ｋ−１は、導管１１３Ｋ−１１から排出されたマスク材料の上面に順次印刷される導管１１３Ｋ−２１から排出されたマスク材料の上面に印刷される導管１１３Ｋ−３１から排出されたマスク材料を有する３層のマスク材料によって形成される。

印刷ヘッド１１０Ｋの直列配置された導管パターンはまた、欠陥導管の「発生」のために１つ以上の導管の使用を可能とすることによって冗長性を容易とする。例えば、マスク特徴１２６Ｋ−２は、導管１１３Ｋ−２２から排出されたマスク材料の上面に印刷される導管１１３Ｋ−３２から排出されたマスク材料を有する２層のマスク材料によって形成され、導管１１３Ｋ−１２は、導管１１３Ｋ−３２又は１１３Ｋ−２２の１つが適切に動作しない場合に予備に保持される。同様に、マスク特徴１２６Ｋ−３、１２６Ｋ−４及び１２６Ｋ−５は、導管１１３Ｋ−３３（導管１１３Ｋ−２３及び１１３Ｋ−１３は、予備に保持される）から排出されたマスク材料を含むマスク特徴１２６Ｋ−３と、導管１１３Ｋ−２４（導管１１３Ｋ−３４及び１１３Ｋ−１４は、予備に保持される）から排出されたマスク材料を含むマスク特徴１２６Ｋ−４と、導管１１３Ｋ−１５（導管１１３Ｋ−３５及び１１３Ｋ−２５は、予備に保持される）から排出されたマスク材料を含むマスク特徴１２６Ｋ−５とを有する単一層のマスク材料によってそれぞれ形成される。

図１０Ｃは、マスク印刷プロセス前にｍｃ−Ｓｉウェハ１０１Ｌ上に形成された介在グリッド線１２７Ｌに備えられた間隙によって分離された２組の離隔された導管を有する印刷ヘッド１１０Ｌを示している。具体的には、導管１１３Ｌ−１、１１３Ｌ−２及び１１３Ｌ−３は、グリッド線１２７Ｌの第１の側にマスク特徴１２６Ｌ−１、１２６Ｌ−２及び１２６Ｌ−３を形成するようにピッチＰ１で配置されて離隔された第１の導管組を形成し、導管１１３Ｌ−４、１１３Ｌ−５及び１１３Ｌ−６は、グリッド線１２７Ｌの第２の側にマスク特徴１２６Ｌ−４、１２６Ｌ−５及び１２６Ｌ−６を形成するように配置されて離隔された第２の導管組を形成し、ピッチＰ１は、グリッド線１２７Ｌの幅Ｐ２よりも小さい。

図１０Ｄは、予想される印刷長よりも長い距離（例えば、ウェハ１０１Ｍ−１、１０１Ｍ−２及び１０１Ｍ−３のそれぞれの長さよりも長い距離）離隔された複数組の直列配置された導管を含む他の印刷ヘッド１１０Ｍを示しており、マスク材料が各印刷線に沿って複数の導管から印刷されるように、印刷は直列カラム多重化を使用して行われ、それにより、印刷速度を高め（すなわち、ウェハ１０１Ｍ−１、１０１Ｍ−２及び１０１Ｍ−３上の同時マスク印刷を可能とすることにより）、印刷経路長を減少させ、インク貯留供給時間を削減する。すなわち、第１の組１１３Ｍ−１（例えば、導管１１３Ｍ−１１）は、ウェハ１０１Ｍ−１上にマスク特徴（例えば、特徴１２６Ｍ−１１）を印刷するとともに、第２の組１１３Ｍ−２（例えば、導管１１３Ｍ−２１）は、ウェハ１０１Ｍ−２上にマスク特徴（例えば、特徴１２６Ｍ−２１）を印刷し、第３の組１１３Ｍ−３（例えば、導管１１３Ｍ−３１）は、ウェハ１０１Ｍ−３上にマスク特徴（例えば、特徴１２６Ｍ−３１）を印刷する。

さらなる代替的な実施形態によれば、印刷プロセスは、マスク材料がｍｃ−Ｓｉウェハ上に所定のパターンで印刷されるように行われ、所定のパターンの開口を介した多結晶シリコン材料の後続のエッチングは、所望の光捕捉構造パターンを生成する。ソーラーウェハによる光の吸収を増加させる多くの可能なエッチングパターンがある。周知のエッチングパターンは、溝及びいわゆるハニカムテクスチャを含む。例示的な望ましい方法は、本発明によってこれらの構造を実現する。一般に、エッチングされた特徴のピッチに比べて小さいマスクされていない領域を有することが望ましい。周知のように、これは、その深さが光捕捉のために望ましいそれらの幅に匹敵するエッチングされた特徴を生成する。

図１１は、本発明の第１の具体的な実施形態にしたがって印刷された直線状のマスク材料パターンを含むウェハ１０１Ｎを示す簡略化された平面図である。すなわち、マスク１２６Ｎは、印刷ヘッドの導管のそれぞれからマスク材料を連続的に排出することによって形成される一方で、排出されたマスク材料部分がウェハ１０１Ｎの第１の表面部１０２Ｎ−１上に連続した細長い並列のマスク材料線１２６Ｎを形成するように単一経路で対象とするウェハ全体を走査し、マスク材料線１２６Ｎの各隣接対は、細長い露出された平坦な表面部１０２Ｎ−２によって分離される。ウェハ１０１Ｎの後続のエッチングは、細長い露出された平坦な表面部１０２Ｎ−２にのみアクセスされる適切なエッチャントを塗布することを含む（すなわち、マスク部１２６Ｎは、第１の表面部１０２Ｎ−１を保護する）。図１２は、後続のエッチングプロセスが上面１０２Ｎに細長い溝型の光捕捉構造１０５Ｎ−１を形成した後のウェハ１０１Ｎを示す斜視図であり、溝型の光捕捉構造１０５Ｎ−１は、対応する細長い***された尾根状の構造１０５Ｎ−１２によって分離された細長いＶ字状の溝１０５Ｎ−１１を含む。

再度図１２を参照すると、ウェハ１０１Ｎは、得られた太陽電池が変更された光捕捉構造にしたがって多種多様な散乱角を捕捉するのを可能とするウェハの両側に垂直な直線状の溝を有するように処理される。この垂直溝パターンを生成するために、溝型の光捕捉構造１０５Ｎ−１が第１のプロセス（Ｘ軸）方向において上面１０２Ｎに形成された後、ウェハ１０１Ｎは裏返されて９０°回転され、そして、下面１０３Ｎにおいて第２のマスク／エッチングプロセスが行われる（すなわち、ウェハ１０１ＮがＹ軸の矢印に対応する第２のプロセス方向に処理されるように）。光捕捉構造１０５Ｎ−１と同様に、得られた第２の細長い溝型の光捕捉構造１０５Ｎ−２は、尾根状構造１０５Ｎ−２２によって分離された溝１０２Ｎ−２１によって形成されるが、光捕捉構造１０５Ｎ−１に対して垂直に整列される。対象とするウェハの両側に垂直な溝を設けることは、捕捉された光子の数を増加させることによって太陽電池の効率を高める多種多様な散乱角を達成する。

図１４Ａは、ウェハ１０１Ｐが他の代替的な実施形態にかかる並列の波状マスク特徴１２６Ｐによって形成される「波線」のマスクパターンを有するように処理される簡略化された図である。波状マスク特徴１２６Ｐは、上述した印刷ヘッド及びウェハ搬送機構を使用して形成され、マスク材料は、導管（印刷ヘッド）又はウェハのいずれかがクロスプロセス方向（すなわち、ウェハの移動方向に対して横／縦方向）に往復運動（前後移動）しているときに連続的に排出され、それにより、排出されたマスク材料は、ウェハ表面１０２Ｐの波線状露光領域１０２Ｐ−２によって分離された関連する波線状にマスクされた部分１０２Ｐ−１にわたって波線１２６Ｐの形態で蒸着される。波線状露光領域１０２Ｐ−２のその後のエッチングは、線形１Ｄトラフの設計を改善する対応する光捕捉パターンを生成する。

他の特定の実施形態において、連続的な直線状又は波状のマスク材料線は、対象とするｍｃ−Ｓｉウェハのドット状の露出された平坦な表面部分を画定するように重複され、それにより、ドット状の露出された領域の後続のエッチングは、「ハニカム」パターンにおけるピット型の光捕捉構造を生成する。例えば、図１３は、複数の印刷経路で印刷され（例えば、上述したような特徴１２６Ｏ−１１を印刷した後に、対象とするウェハを１２０°回転させ、そして、特徴１２６Ｏ−１３を印刷した後に、対象とするウェハを１２０°回転させ、そして、特徴１２６Ｏ−１３を印刷する）、それにより、三角対称性を有する露出された「孔」領域１０２Ｏ−２のパターンを形成する３組の直線状の並列の連続マスク材料線特徴１２６Ｏ−１１、１２６Ｏ−１２及び１２６Ｏ−１３によって形成されたマスクパターン１２６Ｏを図示している。露出された「孔」領域１０２Ｏ−２がその後にエッチングされたとき、それらがウェハ表面内の複数の方向に光を散乱させるため溝構造よりも優れていると考えられるハニカムパターンを有する光捕捉特徴が形成される。同様に、図１４Ｂに示されるように、露出された「孔」領域１０２Ｑ−２の三角格子を有するマスク材料パターンが、図１４Ａを参照して説明されたものと同様に密集した「波状」マスク材料特徴１２６Ｑを印刷することによって達成される。三角格子が正三角形の場合には、これは、エッチングされたときにハニカムテクスチャをもたらす。そうでない場合には、歪んだハニカムテクスチャが得られる。

さらに他の具体的な実施形態において、マスク材料は、対象とするウェハ上に一連の重複した円形ドット状のマスク材料構造（特徴）を形成する個々の液滴として蒸着される。そのようなドット状のマスク特徴は、選択された液体マスク材料「インク」などのプロセスパラメータの特定の組み合わせを有することが望ましい場合がある。図１５Ａは、ｍｓ−Ｓｉウェハ１０２Ｒのマスクされた部分１０２Ｒ−１を被覆するドット状のマスク材料構造と重複した並列行として形成された直線状のマスク特徴１２６Ｒを示しており（例えば、直線状のマスク特徴１２６Ｒ−５は、ドット特徴１２６Ｒ−５１、１２６Ｒ−５２及び１２６Ｒ−５３によって部分的に形成される）、ドットの行間に露出された表面領域１０２Ｒ−２が設けられており、溝型の光捕捉構造を生成するためにその後にエッチングされる。図１５Ｂは、その後にエッチングされたときに３重対称性を有する複雑な構造を製造する、略三角形に露出された「ドット」を画定するドット状のマスク材料構造１２５Ｓのオフセット行によってｍｃ−Ｓｉウェハ１０１Ｓ上に形成された第２のマスクパターンを示している。図１５Ａ及び図１５Ｂを参照して上述したものなどのドット状のマスク材料構造は、ペン先をウェハ表面と接触させた後に接触解除するのを繰り返すとともに、接触間において印刷ヘッドを平行移動する。上記と同様に、ペン先の間隔よりも細かい間隔を有するパターンは、複数のオフセット印刷ヘッドによって又はその間の印刷ヘッドの平行移動をともなう複数のドットの配置のいずれかによって達成することができる。

既存のプロセスに加えて、（ペン先印刷についての特定の問題を提起することがある）機械的摩耗特性を改善するために、追加のコーティング又は材料がカンチレバーの先端領域に蒸着されることができることが想定される。特に、イリジウムなどの材料は、剥離されたカンチレバー構造上又は（それをオーバーコートしないためにマスクされた後）電気メッキ工程前のいずれかに（スパッタリングによって）蒸着されることができる。また、ロジウムなどの材料は、（カンチレバー「本体」を形成する最初の電解メッキ工程後に）先端領域に電気メッキされることができる。イリジウム及びロジウムは、双方とも、非常に硬くて耐久性のある材料であり、これらのコーティングは、印刷ヘッドの寿命を向上させることができる。

図１６は、本発明のさらに他の特定の実施形態にかかる印刷ヘッド１１０Ｕ−１及び１１０Ｕ−２を利用したマスク印刷システム１００Ｕを示す簡略化された平面図である。印刷システム１００Ｕは、印刷ヘッド１１０Ｕ−１及び１１０Ｕ−２のそれぞれにおける先の実施形態と同様に、導管１１３Ｕ−１及び１１３Ｕ−２を含み、対象とするウェハ１０１Ｕは、導管１１３Ｕ−１及び１１３Ｕ−２の先端部から排出された（印刷された）液体マスク材料が上述したものと同様にして対象とするウェハ１０１Ｕ上に線状特徴１２６Ｕ−１及び１２６Ｕ−２を形成するように、印刷ヘッド１１０Ｕ−１及び１１０Ｕ−２に対して移動される。印刷システム１００Ｕは、導管１１３Ｕ−１及び１１３Ｕ−２がクロスプロセス（Ｘ軸）方向にオフセットされるように印刷ヘッド１１０Ｕ−１及び１１０Ｕ−２が固定相対位置に維持され、それにより、印刷ヘッド１０１Ｕ−１によって生成された（第１の）マスク材料線１２６Ｕ−１は、印刷ヘッド１０１Ｕ−２によって生成された（第２の）マスク材料線１２６Ｕ−２との間に配設される点で、先の実施形態とは異なる。この配置は、印刷ヘッドの製造歩留まりを向上させるために、各印刷ヘッド１１０Ｕ−１及び１１０Ｕ−２において隣接する導管１１３Ｕ−１及び１１３Ｕ−２の間の間隔を大きくするのを可能とする。

本発明は、特定の実施形態に関して説明されたが、本発明の独創性のある特徴が他の実施形態にも同様に適用可能であり、それらの全てが本発明の範囲内に入ることが意図されていることは、当業者にとって明らかである。

Claims (19)

1. 多結晶シリコンウェハの平坦面上にパターニングされた光捕捉構造を生成する方法であって、
   複数の並列の細長い導管であって、前記導管の夫々が、液体マスク材料が一時貯留される基板に接続され、前記基板に貯留された液体マスク材料が供給される基部と、前記基部に供給された液体マスク材料が吐出される先端部と、前記基部と前記先端部との間に延在する毛細管流路と、を有する導管に沿って、液体マスク材料の一部が前記導管の夫々の先端部から排出されるように前記液体マスク材料を送ることと、
   多結晶シリコンウェハを、複数の導管の先端部の下方を一方向に移動させて、排出されたマスク材料部分によって多結晶シリコンウェハの平坦面の上にマスク材料パターンを形成することであって、前記平坦面の一部が前記マスク材料パターンを介して露出されるように前記液体マスク材料のパターンを形成することと、
   露出された平坦面部分をエッチングして、エッチングされた前記多結晶シリコンウェハが一体パターニングされた光捕捉構造を形成するようにすることと
   を備え、
   前記複数の導管は、基部と前記先端部との間に延在する毛細管流路を備え、前記毛細管流路は、３〜１０ミクロンの公称流路幅を有し、且つ
   前記液体マスク材料の送りは、前記毛細管流路の夫々から排出された液体マスク材料が、前記平坦面上において公称流路幅１０ミクロン以下のマスク特徴を形成するように、充分な量の前記液体マスク材料を前記毛細管流路に沿って流すようにせしめることを含む、
   方法。
2. 前記液体マスク材料の送りは、容器を有する基板を備える印刷ヘッドに前記液体マスク材料を供給することを含み、
   複数の前記毛細管流路は、前記基板に接続されるとともに前記基板から離れて配設され、
   前記液体マスク材料は、前記排出されたマスク材料部分が前記容器から複数の前記毛細管流路に沿って同時に流れるように、前記容器に供給される、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記多結晶シリコンウェハを移動させることは、複数の前記毛細管流路の下を、少なくとも１２５ｍｍ／ｓの速度で前記多結晶シリコンウェハを移動させることを含む、請求項２に記載の方法。
4. 複数の密集した導管は、夫々、基板に取り付けられた前記基部と前記基板から離れて配設された前記先端部とを備える湾曲した微小バネ構造を有し、
   前記液体マスク材料の送りは、前記排出されたマスク材料部分が、夫々の前記微小バネ構造の部分によって画定される毛細管流路を同時に流れるようにせしめることを含む、
   請求項３に記載の方法。
5. 前記液体マスク材料の送りは、前記排出されたマスク材料部分の夫々が、関連する一対の前記微小バネ構造によって画定される対応するスリット状の毛細管流路を流れるようにせしめることを含む、
   請求項４に記載の方法。
6. 前記液体マスク材料の送りは、前記排出されたマスク材料部分の夫々が、複数の前記微小バネ構造のうちの関連する１つの微小バネ構造によって画定された対応するチューブ状の毛細管流路を流れるようにせしめることを含む、
   請求項４に記載の方法。
7. 前記液体マスク材料の送りは、前記排出されたマスク材料部分の夫々が、複数の前記微小バネ構造のうちの関連する１つの微小バネ構造上に設けられた関連する液体案内流路構造を流れるようにせしめることを含む、
   請求項４に記載の方法。
8. 複数の密集した導管は、基板に取り付けられた基部と、基板から離れて配設された先端部とを有する複数の直線状のカンチレバー部を含み、且つ
   前記液体マスク材料の送りは、前記排出されたマスク材料部分が、前記複数の直線状のカンチレバー部の一対によって画定される対応するスリット状の毛細管流路を同時に流れるようにせしめることを含む、
   請求項３に記載の方法。
9. 前記液体マスク材料の送りは、前記排出されたマスク材料部分を、１つ以上のインクジェット印刷ヘッドを介して前記複数の導管に供給することを含む、
   請求項３に記載の方法。
10. 前記液体マスク材料の送りは、前記排出されたマスク材料部分を、１つ以上の加圧されたマニホールドを介して前記複数の導管に供給することを含む、
    請求項３に記載の方法。
11. 前記液体マスク材料の送りは、前記容器に隣接する前記基板を加熱することによって、複数の前記毛細管流路に供給される前記排出されたマスク材料部分の粘度勾配を制御することを含む、
    請求項３に記載の方法。
12. 前記液体マスク材料の送りは、第１の組の並列の導管と第２の組の並列の導管とに沿って前記液体マスク材料を排出することを含み、ここで、前記第１の組は、前記第２の組から前記多結晶シリコンウェハの移動方向に沿ってオフセットされており、
    前記第１の組の導管で形成される第１のマスク特徴の夫々が、前記第２の組の導管で形成される第２のマスク特徴の対の間に位置するように、前記第１の組の並列の導管は、第２の組の並列の導管からクロスプロセス方向にオフセットされている、
    請求項１に記載の方法。
13. 前記液体マスク材料の送りは、第１の導管から排出された第１の液体マスク材料が、第２の導管から排出された第２の液体マスク材料の上に重なるように、前記液体マスク材料を複数の直列配置された導管に同時に供給することを含む、
    請求項１に記載の方法。
14. 前記液体マスク材料の送りは、前記排出されたマスク材料部分を、直列に配置された複数の組の導管に、前記複数の組の導管から前記多結晶シリコンウェハに同時に排出されるように供給することを含む、
    請求項１３に記載の方法。
15. 前記液体マスク材料の送りは、前記複数の導管のそれぞれからマスク材料を連続的に排出して、排出されたマスク材料部分が、多結晶シリコンウェハの細長い露出された平坦な表面部によって分離された、連続した細長い並列のマスク材料線を形成することを含み、
    エッチングは、前記細長い露出された平坦な表面部をエッチングして前記エッチングによって細長い溝型の光捕捉構造を形成することを含む
    請求項１に記載の方法。
16. 前記液体マスク材料の送りは、複数の平行な細長い導管をウェハの移動方向に対して直交する方向に振動させて、排出されたマスク材料部分が前記多結晶シリコンウェハの表面に波型のマスク材料線を形成することを含む、
    請求項１５に記載の方法。
17. 前記液体マスク材料の送りは、前記多結晶シリコンウェハの上に、前記多結晶シリコンウェハのドット状の露出された平坦な表面部を画定する排出されたマスク材料部分を形成することを含み、
    前記露出された平坦面のエッチングは、前記多結晶シリコンウェハのドット状の露出された表面をエッチングしてピット型の光捕捉構造を生成することを含む、
    請求項１に記載の方法。
18. 前記液体マスク材料の送りは、前記複数の導管の先端部を前記多結晶シリコンウェハの平坦面に断続的に接触させて排出されたマスク材料部分によって前記多結晶シリコンウェハの上にドット状のマスク材料構造を形成することを含む、
    請求項１に記載の方法。
19. 前記液体マスク材料の送りは、オフセットした導管を有する第１の印刷ヘッド及び第２の印刷ヘッドに前記液体マスク材料を供給して、前記第１の印刷ヘッドに設けられた導管の先端部から排出された前記液体マスク材料の第１の部分が、前記第２の印刷ヘッドに設けられた導管の先端部から排出された前記液体マスク材料の第２の部分の間に位置するようにすることを含む、
    請求項１に記載の方法。