JP2004016916A

JP2004016916A - Coating method, coating apparatus and electronic device

Info

Publication number: JP2004016916A
Application number: JP2002174960A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Sakurada; 桜田　和昭; Hiroshi Kiguchi; 木口　浩史
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2002-06-14
Publication date: 2004-01-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a coating method capable of obtaining a flat coating film wherein the residue of unevenness is reduced, and a coating apparatus therefor. <P>SOLUTION: The coating apparatus 10 is equipped with a liquid discharge head 21 for discharging a liquid material as liquid drops and a discharge control unit 23 for controlling the discharge of liquid drops from the liquid discharge head 21. The discharge control unit 23 discharges a liquid material from the liquid discharge head 21 to form a coating film 30 on a substrate 20 and the liquid material is further discharged to the recessed parts 31 formed to the coating film 30. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塗布方法及び塗布装置に関し、特に、液晶表示装置、半導体装置、ＥＬ装置などの電子装置の製造過程に用いられる塗布技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子装置の製造過程に用いられる塗布技術として、液体吐出方式の利用が拡大する傾向にある。液体吐出方式による塗布技術は、一般に、基板と液体吐出ヘッドとを相対的に移動させながら、液体吐出ヘッドに設けられた複数のノズルから液体材料を液滴として吐出し、その液滴を基板上に繰り返し付着させて塗布膜を形成するものであり、スピンコート方式などの従来の塗布技術に比べて、液体材料の消費に無駄が少なく、任意のパターンをフォトリソグラフィーなどの手段を用いず直接塗布することが出来るといった利点を有する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記液体吐出方式の塗布技術では、処理速度を高めようとして、液体吐出ヘッドからの吐出量を多くすると、吐出される液滴の体積が大きくなり、その結果、液滴の形状が凹凸となって塗布膜に残り、膜の平坦性を低下させるおそれがある。
【０００４】
また、塗布膜を形成する基板上には、電子装置の構成要素の一部によって段差が存在している場合がある。基板上に大きな段差が存在すると、その段差によって塗布膜に凹凸が生じやすい。
【０００５】
本発明は、上述する事情に鑑みてなされたものであり、凹凸の残留が少なく、平坦な塗布膜を得ることができる塗布方法及び塗布装置を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、高品質な電子装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の塗布方法は、液体吐出ヘッドから液体材料を液滴として吐出して、基板上に塗布膜を形成するとともに、該塗布膜に形成される凹部に向けて前記液体材料をさらに吐出することを特徴とする。
【０００７】
本発明の第１の塗布方法では、基板上に塗布膜を形成するとともに、その塗布膜に形成される凹部に向けて液体材料をさらに吐出することにより、塗布膜に形成された凹凸が平坦化される。しかも、この塗布方法では、液体材料を液滴として吐出することから、その吐出先を限定しやすい。すなわち、塗布膜の凹部に限定して、液体材料を効果的に吐出することができる。
【０００８】
上記塗布方法においては、前記塗布膜の凹部の位置は、予め記憶されるか、あるいは検出手段を介して検出されるとよい。
凹部の位置が記憶あるいは検出されることにより、その情報に基づいて、確実に凹部に向けて液体材料を吐出することが可能となる。
【０００９】
また、上記塗布方法において、前記塗布膜の凹部に向けて前記液体材料を吐出するとき、前記液体吐出ヘッドから吐出される液滴の体積をそれまでよりも小さくするのが好ましい。
液滴の体積を小さくすることにより、液滴の形状が凹凸となって塗布膜に残るのを回避することができる。
【００１０】
また、上記目的を達成するために、本発明の第２の塗布方法は、液体吐出ヘッドから第１の液体材料を液滴として吐出して、基板上に塗布膜を形成するとともに、前記第１の液体材料よりも低粘度の第２の液体材料を、前記塗布膜上にさらに吐出することを特徴とする。
【００１１】
本発明の第２の塗布方法では、第１の液体材料によって基板上に形成した塗布膜上に、第１の液体材料よりも低粘度の第２の液体材料を吐出することにより、塗布膜の凹部に低粘度の第２の液体材料が流れこみ、塗布膜に形成された凹凸が平坦化される。
【００１２】
また、上記目的を達成するために、本発明の第１の塗布装置は、液体材料を液滴として吐出する液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドからの液滴の吐出制御を行う吐出制御装置とを備え、前記吐出制御装置は、前記液体吐出ヘッドから前記液体材料を吐出させて、基板上に塗布膜を形成した後に、該塗布膜に形成される凹部に向けて前記液体材料をさらに吐出させることを特徴とする。
【００１３】
本発明の第１の塗布装置では、上述した本発明の第１の塗布方法を実施可能であることから、塗布膜の平坦化が図られる。すなわち、吐出制御装置の制御によって、液体吐出ヘッドから液体材料を吐出して、基板上に塗布膜を形成した後、その塗布膜に形成される凹部に向けて液体材料をさらに吐出することにより、塗布膜に形成された凹凸が平坦化される。
【００１４】
上記塗布装置において、前記吐出制御装置は、前記塗布膜に形成される凹部の位置を記憶する記憶部と、前記塗布膜に形成される凹部の位置を検出する検出手段とのうちの少なくとも一方を備えるのが好ましい。
これにより、記憶部に記憶された情報、あるいは検出手段によって検出された情報に基づいて、確実に凹部に向けて液体材料を吐出することが可能となる。
【００１５】
また、上記塗布装置において、前記吐出制御装置は、前記塗布膜の凹部に向けて前記液体材料を吐出するとき、前記液体吐出ヘッドから吐出される液滴の体積をそれまでよりも小さくするのが好ましい。
液滴の体積を小さくすることにより、液滴の形状が凹凸となって塗布膜に残るのを回避することができる。
【００１６】
また、上記目的を達成するために、本発明の第２の塗布装置は、液体材料を液滴として吐出する液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドからの液滴の吐出制御を行う吐出制御装置とを備え、前記吐出制御装置は、前記液体吐出ヘッドから第１の液体材料を液滴として吐出させて、基板上に塗布膜を形成するとともに、前記第１の液体材料よりも低粘度の第２の液体材料を、前記塗布膜上にさらに吐出させることを特徴とする。
【００１７】
本発明の第２の塗布装置では、上述した本発明の第２の塗布方法を実施可能であることから、塗布膜の平坦化が図られる。すなわち、吐出制御装置の制御によって、第１の液体材料によって基板上に形成した塗布膜上に、第１の液体材料よりも低粘度の第２の液体材料を吐出することにより、塗布膜の凹部に低粘度の第２の液体材料が流れこみ、塗布膜に形成された凹凸が平坦化される。
【００１８】
また、本発明の電子装置は、上記記載の本発明の第１または第２の塗布装置を用いて形成された塗布膜を備えることを特徴とする。
本発明の電子装置では、塗布膜の平坦性が高く、良好な性能が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳しく説明する。
図１は、本発明の第１の塗布装置の実施の形態例を示している。
【００２０】
図１において、塗布装置１０は、ベース１１２と、ベース１１２上に設けられ、基板２０を支持する基板ステージ２２と、ベース１１２と基板ステージ２２との間に介在し、基板ステージ２２を移動可能に支持する第１移動装置（移動装置）１１４と、基板ステージ２２に支持されている基板２０に対して処理液体を吐出可能な液体吐出ヘッド２１と、液体吐出ヘッド２１を移動可能に支持する第２移動装置１１６と、液体吐出ヘッド２１の液滴の吐出動作を制御する制御装置２３とを備えている。更に、塗布装置１０は、ベース１１２上に設けられている重量測定装置としての電子天秤（不図示）と、キャッピングユニット２５と、クリーニングユニット２４とを有している。また、第１移動装置１１４及び第２移動装置１１６を含む塗布装置１０の動作は、制御装置２３によって制御される。
【００２１】
第１移動装置１１４はベース１１２の上に設置されており、Ｙ方向に沿って位置決めされている。第２移動装置１１６は、支柱１６Ａ，１６Ａを用いてベース１１２に対して立てて取り付けられており、ベース１１２の後部１２Ａにおいて取り付けられている。第２移動装置１１６のＸ方向（第２の方向）は、第１移動装置１１４のＹ方向（第１の方向）と直交する方向である。ここで、Ｙ方向はベース１１２の前部１２Ｂと後部１２Ａ方向に沿った方向である。これに対してＸ方向はベース１１２の左右方向に沿った方向であり、各々水平である。また、Ｚ方向はＸ方向及びＹ方向に垂直な方向である。
【００２２】
第１移動装置１１４は、例えばリニアモータによって構成され、ガイドレール１４０，１４０と、このガイドレール１４０に沿って移動可能に設けられているスライダー１４２とを備えている。このリニアモータ形式の第１移動装置１１４のスライダー１４２は、ガイドレール１４０に沿ってＹ方向に移動して位置決め可能である。
【００２３】
また、スライダー１４２はＺ軸回り（θＺ）用のモータ１４４を備えている。このモータ１４４は、例えばダイレクトドライブモータであり、モータ１４４のロータは基板ステージ２２に固定されている。これにより、モータ１４４に通電することでロータと基板ステージ２２とは、θＺ方向に沿って回転して基板ステージ２２をインデックス（回転割り出し）することができる。すなわち、第１移動装置１１４は、基板ステージ２２をＹ方向（第１の方向）及びθＺ方向に移動可能である。
【００２４】
基板ステージ２２は基板２０を保持し、所定の位置に位置決めするものである。また、基板ステージ２２は不図示の吸着保持装置を有しており、吸着保持装置が作動することにより、基板ステージ２２の穴４６Ａを通して基板２０を基板ステージ２２の上に吸着して保持する。
【００２５】
第２移動装置１１６はリニアモータによって構成され、支柱１６Ａ，１６Ａに固定されたコラム１６Ｂと、このコラム１６Ｂに支持されているガイドレール６２Ａと、ガイドレール６２Ａに沿ってＸ方向に移動可能に支持されているスライダー１６０とを備えている。スライダー１６０はガイドレール６２Ａに沿ってＸ方向に移動して位置決め可能であり、液体吐出ヘッド２１はスライダー１６０に取り付けられている。
【００２６】
液体吐出ヘッド２１は、揺動位置決め装置としてのモータ６２，６４，６７，６８を有している。モータ６２を作動すれば、液体吐出ヘッド２１は、Ｚ軸に沿って上下動して位置決め可能である。このＺ軸はＸ軸とＹ軸に対して各々直交する方向（上下方向）である。モータ６４を作動すると、液体吐出ヘッド２１は、Ｙ軸回りのβ方向に沿って揺動して位置決め可能である。モータ６７を作動すると、液体吐出ヘッド２１は、Ｘ軸回りのγ方向に揺動して位置決め可能である。モータ６８を作動すると、液体吐出ヘッド２１は、Ｚ軸回りのα方向に揺動して位置決め可能である。すなわち、第２移動装置１１６は、液体吐出ヘッド２１をＸ方向（第１の方向）及びＺ方向に移動可能に支持するとともに、この液体吐出ヘッド２１をθＸ方向、θＹ方向、θＺ方向に移動可能に支持する。
【００２７】
このように、図１の液体吐出ヘッド２１は、スライダー１６０において、Ｚ軸方向に直線移動して位置決め可能で、α、β、γに沿って揺動して位置決め可能であり、液体吐出ヘッド２１の液滴吐出面１１Ｐは、基板ステージ２２側の基板２０に対して正確に位置あるいは姿勢をコントロールすることができる。なお、液体吐出ヘッド２１の液滴吐出面１１Ｐには液滴を吐出する複数のノズルが設けられている。
【００２８】
電子天秤（不図示）は、液体吐出ヘッド２１のノズルから吐出された液滴の一滴の重量を測定して管理するために、例えば、液体吐出ヘッド２１のノズルから、５０００滴分の液滴を受ける。電子天秤は、この５０００滴の液滴の重量を５０００の数字で割ることにより、一滴の液滴の重量を正確に測定することができる。この液滴の測定量に基づいて、液体吐出ヘッド２１から吐出する液滴の量を最適にコントロールすることができる。
【００２９】
クリーニングユニット２４は、液体吐出ヘッド２１のノズル等のクリーニングをデバイス製造工程中や待機時に定期的にあるいは随時に行うことができる。キャッピングユニット２５は、液体吐出ヘッド２１の液滴吐出面１１Ｐが乾燥しないようにするために、デバイスを製造しない待機時にこの液滴吐出面１１Ｐにキャップをかぶせるものである。
【００３０】
液体吐出ヘッド２１が第２移動装置１１６によりＸ方向に移動することで、液体吐出ヘッド２１を電子天秤、クリーニングユニット２４あるいはキャッピングユニット２５の上部に選択的に位置決めさせることができる。つまり、デバイス製造作業の途中であっても、液体吐出ヘッド２１をたとえば電子天秤側に移動すれば、液滴の重量を測定できる。また液体吐出ヘッド２１をクリーニングユニット２４上に移動すれば、液体吐出ヘッド２１のクリーニングを行うことができる。液体吐出ヘッド２１をキャッピングユニット２５の上に移動すれば、液体吐出ヘッド２１の液滴吐出面１１Ｐにキャップを取り付けて乾燥を防止する。
【００３１】
つまり、これら電子天秤、クリーニングユニット２４、およびキャッピングユニット２５は、ベース１１２上の後端側で、液体吐出ヘッド２１の移動経路直下に、基板ステージ２２と離間して配置されている。基板ステージ２２に対する基板２０の給材作業及び排材作業はベース１１２の前端側で行われるため、これら電子天秤、クリーニングユニット２４あるいはキャッピングユニット２５により作業に支障を来すことはない。
【００３２】
図１に示すように、基板ステージ２２のうち、基板２０を支持する以外の部分には、液体吐出ヘッド２１が液滴を捨打ち或いは試し打ち（予備吐出）するための予備吐出エリア（予備吐出領域）１５２が、クリーニングユニット２４と分離して設けられている。この予備吐出エリア１５２は、図１に示すように、基板ステージ２２の後端部側においてＸ方向に沿って設けられている。この予備吐出エリア１５２は、基板ステージ２２に固着され、上方に開口する断面凹字状の受け部材と、受け部材の凹部に交換自在に設置されて、吐出された液滴を吸収する吸収材とから構成されている。
【００３３】
基板２０としては、本例では、半導体装置の製造に用いられるシリコンからなるウエハが用いられる。また、基板２０上に塗布される液体材料としては、例えば、レジスト（フォトレジスト）等の放射線感光液、カラーインク、保護膜用液体材料、塗布シリコン酸化膜を形成するための液体材料であるＳＯＧ（Ｓｐｉｎ　Ｏｎ　Ｇｌａｓｓ）、低誘電率層間絶縁膜を形成するためのＬｏｗ−ｋ材料、ＰＩ膜など機能性膜用液体材料、その他揮発性液体材料などが用いられる。なお、本発明は、半導体装置の製造プロセス用に限定されず、液晶表示装置、ＥＬ装置、撮像装置（ＣＣＤなど）、磁気ヘッド等のデバイスの他、カラーフィルタやタッチパネル等の他の電子装置の製造用としても適用可能であり、プラズマディスプレイパネル製造用の大型の電子装置に対しても有効である。そのため、本発明に用いられる基板としては、シリコン基板に限らず、ガラス基板、石英基板、セラミックス基板、金属基板、プラスチック基板、プラスチックフィルム基板等、他の材質の基板も適用される。
【００３４】
図２（ａ）及び（ｂ）は、上記塗布装置１０を用いた本発明の第１の塗布方法の実施の形態例を模式的に示している。
本例の塗布方法は、液体吐出ヘッド２１から液体材料を液滴として吐出して、基板２０上に塗布膜３０を形成する塗布膜形成工程（図２（ａ））と、その塗布膜３０に形成される凹部３１に向けて液体材料をさらに吐出する平坦化工程（図２（ｂ））とを有する。
【００３５】
すなわち、図２（ａ）に示す塗布膜形成工程では、基板２０と液体吐出ヘッド２１とを相対的に移動させながら、液体吐出ヘッド２１に設けられた複数のノズルから液体材料を液滴３５として吐出し、その液滴３５を基板２０上に繰り返し付着させ、これにより、基板２０上に塗布膜３０を形成する。また、図２（ｂ）に示す平坦化工程では、基板２０上に上記塗布膜３０を形成した後、さらにその塗布膜３０の凹部３１に向けて、液体吐出ヘッド２１から液体材料を液滴３６として吐出し、これにより、塗布膜３０に形成された凹部３１を液体材料で埋め、塗布膜３０の平坦化を図る。
【００３６】
基板２０上の塗布膜３０に形成される凹部３１は、例えば、液体吐出ヘッド２１から吐出される液滴３５の大きさや、塗布前の基板２０上に存在している段差、あるいは塗布精度などに基づいて形成される。このうち、液滴の大きさ、及び基板上の段差を形成要因とする凹部については、基板と液体吐出ヘッドのノズルとの位置関係などの機械的あるいは制御的な情報や、それまでの処理工程における処理条件などのプロセス情報などから、その凹部が形成される位置を予め特定することが可能である。
【００３７】
本例の塗布方法では、塗布膜３０における凹部３１が形成される位置が予め特定される場合には、その位置を制御装置２３内の記憶部２３ａに記憶しておき、その記憶された情報を用いて、上記平坦化工程における液体材料の吐出を行う。また、上記凹部３１が形成される位置が予め特定されない場合には、塗布膜３０が形成された後に検出手段を介して凹部３１の位置を検出し、その検出情報を用いて、上記平坦化工程における液体材料の吐出を行う。塗布膜の凹部の位置を記憶あるいは検出し、その情報に基づいて凹部に向けて液体材料の吐出を行うことにより、塗布膜の平坦化を確実に行うことができる。
【００３８】
検出手段としては、基板上の塗布膜の凹部を検出可能な公知の様々な技術が適用可能である。例えば、ビームの干渉や観察画像を用いる非接触式の検出手段の他に、プローブなどを用いた接触式の検出手段が適用される。なお、検出手段は、塗布膜の凹部の位置に関する情報を検出すると、その情報を上記制御装置２３に送るようになっている。
【００３９】
図３（ａ）〜（ｃ）は、液滴の形状を形成要因とする塗布膜の凹部を平坦化する例を示す図であり、図３（ａ）は基板２０上に液体材料が液滴として配置された直後の様子を模式的に示している。
【００４０】
図３（ａ）において、基板２０上には複数の液滴３５が所定の間隔で並べて配置される。基板２０上に配置された液滴３５は、この後、互いに付着し合って広がり、基板２０上で膜状になるが、液体材料の特性によっては、液滴３５同士の隙間部分が微小な凹部となって残る場合がある。そのため、本例では、図３（ｂ）に示すように、液滴３５同士の隙間の部分、すなわち先に配置された液滴３５とは異なる位置に、さらに液体材料を液滴３６として配置する。具体的には、先の液滴３５の基板２０上での配置位置に関する情報を記憶しておき、その記憶された情報に基づいて、液体吐出ヘッドを介して次の液滴３６を吐出し、その液滴３６を、先の液滴３５の配置位置とは異なる位置に配置する。これにより、液滴３５の形状を形成要因とする塗布膜３０の凹部が液体材料（液滴３６）で埋まり、塗布膜３０の平坦化が図られる。
【００４１】
このとき、本例では、先に吐出した液滴３５に比べて、後に吐出する液滴３６の体積を小さくするのが好ましい。後に吐出する液滴３６の体積が小さいことにより、その液滴３６の形状が凹凸となって塗布膜３０に残るのが抑制される。また、液滴３６の体積を小さくすることで、塗布膜３０に形成されている凹部が微小な場合にも、その凹部内に液滴３６を配置することができ、その凹部を確実に液体材料で埋めることが可能になる。
【００４２】
なお、後に吐出する液滴３６の体積は、必ずしも先に吐出した液滴３５に比べて小さい必要はなく、塗布面の凹部の形状によっては、同程度あるいは大きくてもよい。また、基板に対して液体材料を配置する回数は、２回に限らず、３回以上としてもよい。この場合、例えば、図３（ｃ）に示すように、先の２回の液滴３５，３６の吐出位置とは異なる位置に向けて、それまでよりもさらに体積の小さい液滴３７を吐出するのが好ましい。これにより、膜の平坦化をさらに図ることができる。
【００４３】
図４（ａ）は、段差が存在する基板２０上に液体材料を配置した様子を模式的に示す側面図、図４（ｂ）は、上記段差によって形成された塗布膜の凹部に向けて液体材料を吐出する様子を示す側面図である。
【００４４】
図４（ａ）において、段差が存在する基板２０上に配置された液体材料は、段差の影響を受け、その段差に倣って凹凸が生じやすい。なお、基板２０上の段差を形成する部材は、半導体装置の回路を構成する要素の一部であり、基板２０上の複数箇所に存在する。また、塗布膜３０は、電気的な絶縁機能を有する層間絶縁膜であり、液体材料として例えばシリコン化合物が用いられる。
【００４５】
本例では、一旦塗布膜３０を形成した後、図４（ｂ）に示すように、塗布膜３０の凹部３１にさらに液体材料を液滴３６として配置する。具体的には、基板２０上に形成されている段差の位置を予め記憶しておき、その記憶された情報に基づいて、その段差位置に向けて次の液滴３６を吐出する。段差の位置は、基板２０に対するそれまでのプロセス情報から求めてもよく、塗布前に検出手段を介して検出してもよい。これにより、基板２０上の段差を形成要因とする塗布膜３０の凹部３１が液体材料で埋まり、塗布膜３０の平坦化が図られる。
【００４６】
また、この図４の例においても、図３の例と同様に、先に吐出した液滴３５に比べて、後に吐出する液滴３６の体積を小さくするのが好ましい。後に吐出する液滴３６の体積を小さくすることにより、その液滴３６の形状が凹凸となって塗布膜３０に残るのが防止される。また、塗布膜３０に形成されている凹部が微小な場合にも、その凹部を確実に液体材料で埋めることが可能になる。
【００４７】
次に、本例の塗布装置について、特に液滴の吐出技術について説明する。
先の図１に示した液体吐出ヘッド２１は、インクジェット方式を始めとする液体吐出方式により、液体材料を液滴として吐出して塗布対象の基板上に液体材料を塗布し、塗布膜を形成するものである。液滴吐出方式としては、帯電制御方式、加圧振動方式、電気機械変換式、電気熱変換方式、静電吸引方式などが挙げられる。帯電制御方式は、材料に帯電電極で電荷を付与し、偏向電極で材料の飛翔方向を制御してノズルから吐出させるものである。また、加圧振動方式は、材料に超高圧を印加してノズル先端側に材料を吐出させるものであり、制御電圧をかけない場合には材料が直進してノズルから吐出され、制御電圧をかけると材料間に静電的な反発が起こり、材料が飛散してノズルから吐出されない。また、電気機械変換方式（ピエゾ方式）は、ピエゾ素子（圧電素子）がパルス的な電気信号を受けて変形する性質を利用したもので、ピエゾ素子が変形することによって材料を貯留した空間に可撓物質を介して圧力を与え、この空間から材料を押し出してノズルから吐出させるものである。また、電気熱変換方式は、材料を貯留した空間内に設けたヒータにより、材料を急激に気化させてバブル（泡）を発生させ、バブルの圧力によって空間内の材料を吐出させるものである。静電吸引方式は、材料を貯留した空間内に微小圧力を加え、ノズルに材料のメニスカスを形成し、この状態で静電引力を加えてから材料を引き出すものである。また、この他に、電場による流体の粘性変化を利用する方式や、放電火花で飛ばす方式などの技術も適用可能である。このうち、ピエゾ方式は、液体材料に熱を加えないため、材料の組成等に影響を与えないなどの利点を有する。本実施例では、液体材料選択の自由度の高さ、及び液滴の制御性の良さの点から上記ピエゾ方式を用いる。
【００４８】
図５は、ピエゾ方式による液体の吐出原理を説明するための図である。
図５において、液体材料を収容する液体室４１（圧力室）に隣接してピエゾ素子４２が設置されている。液体室４１には液体供給系４４が接続されており、この液体供給系４４を介して液体室４１内に液体材料が供給される。ピエゾ素子４２は、駆動回路４３に接続されており、駆動回路４３を介して印加される電圧に応じて伸長する。ピエゾ素子４２が伸長すると、液体室４１が変形してその中の液体材料が加圧され、液体材料がノズル４０から微小な液滴として吐出される。
【００４９】
液体吐出ヘッド２１には、上述したノズル４０が列状に複数配置されており、制御装置２３は、ピエゾ素子への印加電圧の制御、すなわち駆動信号を制御することにより、複数のノズル４０のそれぞれに対して、液体材料の吐出制御を行う。具体的には、制御装置２３は、ノズル４０から吐出される液滴の体積や、単位時間あたりに吐出する液滴の数、液滴同士の距離などを変化させることができる。例えば、列状に並ぶ複数のノズルの中のうち、液滴を吐出するノズルを選択的に使用することにより、複数の液滴同士の距離を変化させることができる。
【００５０】
図６は、ピエゾ素子に与える駆動信号の例を示している。以下、この図５を用いて、微小ドット、中ドット、大ドットの体積の異なる３種類の液滴を吐出する原理について説明する。
図６において、駆動波形［Ａ］は駆動信号発生回路が生成する基本波形である。波形［Ｂ］は基本波形の　Ｐａｒｔ１　で形成されていて、メニスカス（液体の凹凸面）を揺動させノズル開口近傍の増粘した液体を拡散し、微小な液滴の吐出不良を未然に防止するために用いられる。Ｂ１　はメニスカスが静定している状態であり、Ｂ２　はピエゾ素子に緩やかに充電することで液体室（圧力室）の体積を拡張しメニスカスを僅かノズル内に引き込む動作を示している。波形［Ｃ］は基本波形の　Ｐａｒｔ２　で形成されていて、微小ドットの液滴を吐出する波形である。まず静定している状態（Ｃ１）から急激にピエゾ素子を充電してメニスカスを素早くノズル内に引き込む。次に一旦引き込まれたメニスカスが再びノズルを満たす方向に振動を開始するタイミングに併せて液体室を僅か縮小（Ｃ３）させることにより微小ドットの液滴が飛翔する。放電を途中休止した後の２度目の放電（Ｃ４）は吐出動作後のメニスカスやピエゾ素子の残留信号を制振させるとともに液滴の飛翔形態を制御する役目を果たしている。波形［Ｄ］は基本波形の　Ｐａｒｔ３で形成されていて、中ドットを吐出する波形である。静定状態（Ｄ１）から緩やかに大きくメニスカスを引き込み（Ｄ２）、メニスカスが再びノズルを満たす方向に向かうタイミングに合わせて急激に液体室を収縮（Ｄ３）させることで中ドットの液滴が吐出される。Ｄ４　ではピエゾ素子に充電／放電することでメニスカスやピエゾ素子の残留振動を制振させている。波形［Ｅ］は基本波形の　Ｐａｒｔ２　と　Ｐａｒｔ３　を組み合わせて形成されていて、大ドットの液滴を吐出するための波形である。まず、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３　に示す過程で小ドットの液滴を吐出し、小ドット吐出後に僅かに残留するメニスカスの振動がノズル内を液体で満たすタイミングに合わせて中ドットを吐出する波形をピエゾ素子に印加する。Ｅ４、Ｅ５　の過程で吐出される液滴は中ドットよりも大きい体積であり、先の小ドットの液滴と合わせてさらに大きい大ドットの液滴が形成される。このように駆動信号を制御することにより、微小ドット、中ドット、大ドットの体積の異なる３種類の液滴を吐出することができる。
【００５１】
ここで、本例の塗布装置は、液体吐出方式を採用しており、複数のノズルのそれぞれについて上述した吐出制御を独立して行うことが可能である。そのため、その吐出先を限定しやすい。すなわち、塗布膜の凹部に限定して、液体材料を効果的に吐出することができる。
【００５２】
また、本例の塗布装置では、上述したように、液滴の体積を容易に変化させることができるので、液体材料の塗布を複数回繰り返す場合にも、塗布時間の増加を抑制できる。すなわち、例えば、先の図２（ａ）に示した塗布膜形成工程において、比較的大きい体積の液滴を用いて、多量の液体材料を短時間で基板上に配置し、先の図２（ｂ）に示した平坦化工程において、それよりも小さい体積の液滴を用いて塗布膜の平坦化を図る。これにより、塗布時間の増加の防止と膜の平坦化を同時に達成することができる。
【００５３】
次に、図７は、本発明の第２の塗布装置の実施の形態例を示しており、図８（ａ）及び（ｂ）は、上記第２の塗布装置を用いた本発明の第２の塗布方法の実施の形態例を模式的に示している。
図７において、本例の塗布装置５０は、先の図１に示した塗布装置１０とほぼ同様の機能を有する構成要素からなる。なお、先の図１に示した塗布装置１０と同様の機能を有するものは同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
本例の塗布装置５０は、先の図１に示した塗布装置１０と異なり、複数（本例では２つ）の液体吐出ヘッド５１ａ，５１ｂを備えており、これら複数の液体吐出ヘッド５１ａ，５１ｂは、粘度が互いに異なる材料源にそれぞれ接続されている。また、複数の液体吐出ヘッド５１ａ，５１ｂは、制御装置５４の制御のもとで、選択的に用いられる。
【００５４】
続いて、図８（ａ）及び（ｂ）を参照して本例の塗布方法について説明する。上記塗布装置５０を用いた本例の塗布方法では、まず、液体吐出ヘッド５１ａから第１の液体材料を液滴６５として吐出して、基板２０上に塗布膜６０を形成する（図８（ａ））。その後、第１の液体材料よりも低粘度の第２の液体材料を、液体吐出ヘッド５１ｂから液滴６６として吐出して、上記塗布膜６０上にその低粘度の第２の液体材料を配置する（図８（ｂ））。
【００５５】
本例の塗布方法では、第１の液体材料によって基板２０上に形成した塗布膜６０上に、第１の液体材料よりも低粘度の第２の液体材料を配置することにより、塗布膜６０の凹部６１に低粘度の第２の液体材料が流れこみ、塗布膜６０が平坦化される。また、本例の場合、塗布膜６０上に配置する液体材料が低粘度であることから、塗布膜６０上で広がりやすく、液体材料の吐出先を、凹部６１に限定しなくてもよい。すなわち、塗布膜６０の凹部６１に限定して低粘度の第２の液体材料を塗布してもよく、凹部６１を含む凹部６１の周辺あるいは塗布膜６０全面に第２の液体材料を塗布してもよい。そのため、制御の簡素化が図られる。
【００５６】
なお、図８の例では、粘度の異なる液体材料ごとに異なる液体吐出ヘッドを用いているが、本発明はこれに限定されず、１つの液体吐出ヘッドから異なる粘度の液体材料を選択的に吐出するようにしてもよい。この場合、液体吐出ヘッドに接続される液体供給系に、粘度の異なる材料源への接続を切り替える切り替え手段を設けるとよい。あるいは、液体材料の粘度を低下させるための溶媒を付加する配管経路を設け、必要に応じて液体材料の粘度を低下させる構成にしてもよい。
【００５７】
また、先の図２に示した第１の塗布方法と、図８に示した第２の塗布方法とを組み合わせてもよい。
【００５８】
また、上述した実施例の塗布方法及び塗布装置を用いることにより、塗布膜の平坦化が図られることから、半導体装置の製造に際し、高精度あるいは高品質なデバイスを製造することが可能となる。また、上述した実施例では、半導体装置の製造プロセスに本発明を適用した例を示したが、他の製造プロセスに本発明を適用することにより、液晶表示装置、ＥＬ装置、撮像装置（ＣＣＤ）、磁気ヘッド等のデバイスの他、カラーフィルタやタッチパネル等の装置等、各種デバイスあるいは装置の高品質化を図ることができる。
【００５９】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００６０】
【発明の効果】
本発明の塗布方法及び塗布装置によれば、塗布膜に形成される凹部に向けて液体材料をさらに吐出したり、低粘度の液体材料を吐出したりすることにより、凹凸の残留が少なく、平坦な塗布膜を得ることができる。
【００６１】
また、本発明の電子装置によれば、構成要素の一部として平坦な膜を備えることから、高品質化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の塗布装置の実施の形態例を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の塗布方法の実施の形態の一例を模式的に示す図である。
【図３】液滴の形状を形成要因とする塗布膜の凹部を平坦化する例を説明するための図である。
【図４】基板上の段差を要因とする塗布膜の凹部を平坦化する例を説明するための図である。
【図５】ピエゾ方式による液体の吐出原理を説明するための図である。
【図６】ピエゾ素子に与える駆動信号の一例を示しており、微小ドット、中ドット、大ドットの体積の異なる３種類の液滴を吐出する駆動信号をそれぞれ示している。
【図７】本発明の第２の塗布装置の実施の形態例を示す斜視図である。
【図８】本発明の第２の塗布方法の実施の形態の一例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０，５０…塗布装置、２０…基板、２１、５１ａ，５１ｂ…液体吐出ヘッド、２３，５４…制御装置（吐出制御装置）、３０，６０…塗布膜、３１，６１…凹部、３５，３６，３７，６５，６６…液滴。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a coating method and a coating apparatus, and more particularly to a coating technique used in a process of manufacturing an electronic device such as a liquid crystal display device, a semiconductor device, and an EL device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, as a coating technique used in a manufacturing process of an electronic device, use of a liquid discharge method has been increasing. In a coating technique using a liquid ejection method, generally, a liquid material is ejected as droplets from a plurality of nozzles provided on the liquid ejection head while relatively moving the substrate and the liquid ejection head, and the droplets are placed on the substrate. Is applied repeatedly to form a coating film. Compared with conventional coating techniques such as spin coating, there is less waste of liquid material and direct application of arbitrary patterns without using means such as photolithography. It has the advantage that it can be done.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described liquid ejection type coating technique, if the ejection amount from the liquid ejection head is increased in order to increase the processing speed, the volume of the ejected droplet increases, and as a result, the shape of the droplet becomes uneven. It may remain on the coating film and reduce the flatness of the film.
[0004]
In addition, a step may be present on a substrate on which a coating film is formed due to a part of components of an electronic device. If a large step exists on the substrate, the step easily causes irregularities in the coating film.
[0005]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a coating method and a coating apparatus capable of obtaining a flat coating film with less unevenness.
Another object of the present invention is to provide a high-quality electronic device.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first coating method of the present invention is to form a coating film on a substrate by discharging a liquid material from a liquid discharge head as droplets, and to form a concave portion formed in the coating film. The liquid material is further ejected toward.
[0007]
According to the first coating method of the present invention, the coating film is formed on the substrate, and the liquid material is further discharged toward the concave portion formed in the coating film, so that the unevenness formed in the coating film is flattened. Is done. In addition, in this application method, since the liquid material is discharged as droplets, the discharge destination can be easily limited. That is, the liquid material can be effectively discharged only in the concave portions of the coating film.
[0008]
In the above-described coating method, the position of the concave portion of the coating film may be stored in advance or detected via a detecting unit.
By storing or detecting the position of the concave portion, it is possible to reliably discharge the liquid material toward the concave portion based on the information.
[0009]
In the above-described coating method, when the liquid material is discharged toward the concave portion of the coating film, it is preferable that the volume of the liquid droplet discharged from the liquid discharge head is smaller than before.
By reducing the volume of the droplet, it is possible to prevent the shape of the droplet from becoming uneven and remaining on the coating film.
[0010]
In order to achieve the above object, a second coating method of the present invention discharges a first liquid material as liquid droplets from a liquid discharge head to form a coating film on a substrate, A second liquid material having a lower viscosity than that of the liquid material is further discharged onto the coating film.
[0011]
In the second coating method of the present invention, the second liquid material having a lower viscosity than the first liquid material is discharged onto the coating film formed on the substrate with the first liquid material, thereby forming the coating film. The low-viscosity second liquid material flows into the recess, and the unevenness formed on the coating film is flattened.
[0012]
In order to achieve the above object, a first coating apparatus of the present invention includes a liquid discharge head that discharges a liquid material as liquid droplets, and a discharge control device that controls the discharge of liquid droplets from the liquid discharge head. Wherein the discharge control device discharges the liquid material from the liquid discharge head to form a coating film on a substrate, and then further discharges the liquid material toward a concave portion formed in the coating film. It is characterized by the following.
[0013]
In the first coating apparatus of the present invention, since the above-described first coating method of the present invention can be performed, the coating film is flattened. That is, by discharging the liquid material from the liquid discharge head under the control of the discharge control device, forming a coating film on the substrate, and further discharging the liquid material toward the concave portion formed in the coating film, The unevenness formed on the coating film is flattened.
[0014]
In the coating device, the discharge control device includes at least one of a storage unit that stores a position of a concave portion formed in the coating film and a detecting unit that detects a position of a concave portion formed in the coating film. Preferably, it is provided.
This makes it possible to reliably discharge the liquid material toward the concave portion based on the information stored in the storage unit or the information detected by the detection unit.
[0015]
Further, in the coating device, the discharge control device may reduce a volume of a droplet discharged from the liquid discharge head when discharging the liquid material toward a concave portion of the coating film. preferable.
By reducing the volume of the droplet, it is possible to prevent the shape of the droplet from becoming uneven and remaining on the coating film.
[0016]
In order to achieve the above object, a second coating apparatus of the present invention includes a liquid discharge head that discharges a liquid material as liquid droplets, and a discharge control device that controls the discharge of liquid droplets from the liquid discharge head. The discharge control device discharges the first liquid material as droplets from the liquid discharge head to form a coating film on a substrate, and the second liquid material has a lower viscosity than the first liquid material. Wherein the liquid material is further discharged onto the coating film.
[0017]
In the second coating apparatus of the present invention, since the above-described second coating method of the present invention can be performed, the coating film is flattened. That is, under the control of the discharge control device, the second liquid material having a lower viscosity than the first liquid material is discharged onto the coating film formed on the substrate with the first liquid material, whereby the concave portion of the coating film is formed. The low-viscosity second liquid material flows into the substrate, and the unevenness formed on the coating film is flattened.
[0018]
Further, an electronic device of the present invention includes a coating film formed using the first or second coating device of the present invention described above.
In the electronic device of the present invention, the coating film has high flatness and good performance can be obtained.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 shows an embodiment of the first coating apparatus of the present invention.
[0020]
In FIG. 1, a coating apparatus 10 includes a base 112, a substrate stage 22 provided on the base 112, supporting the substrate 20, and interposed between the base 112 and the substrate stage 22 to move the substrate stage 22. A first moving device (moving device) 114 for supporting, a liquid discharge head 21 capable of discharging the processing liquid to the substrate 20 supported on the substrate stage 22, and a second supporting the liquid discharge head 21 movably. The liquid ejection head 21 includes a moving device 116 and a control device 23 that controls the operation of ejecting liquid droplets from the liquid ejection head 21. Further, the coating device 10 includes an electronic balance (not shown) as a weight measuring device provided on the base 112, a capping unit 25, and a cleaning unit 24. The operation of the coating device 10 including the first moving device 114 and the second moving device 116 is controlled by the control device 23.
[0021]
The first moving device 114 is installed on the base 112 and is positioned along the Y direction. The second moving device 116 is mounted upright on the base 112 using the columns 16A, 16A, and is mounted on the rear portion 12A of the base 112. The X direction (second direction) of the second moving device 116 is a direction orthogonal to the Y direction (first direction) of the first moving device 114. Here, the Y direction is a direction along the front 12B and rear 12A directions of the base 112. On the other hand, the X direction is a direction along the left-right direction of the base 112 and is horizontal. The Z direction is a direction perpendicular to the X direction and the Y direction.
[0022]
The first moving device 114 is constituted by, for example, a linear motor, and includes guide rails 140, 140, and a slider 142 movably provided along the guide rail 140. The slider 142 of the first moving device 114 of the linear motor type can be positioned by moving in the Y direction along the guide rail 140.
[0023]
The slider 142 includes a motor 144 for rotating around the Z axis (θZ). The motor 144 is, for example, a direct drive motor, and the rotor of the motor 144 is fixed to the substrate stage 22. Thus, when the motor 144 is energized, the rotor and the substrate stage 22 rotate along the θZ direction to index (rotate) the substrate stage 22. That is, the first moving device 114 can move the substrate stage 22 in the Y direction (first direction) and the θZ direction.
[0024]
The substrate stage 22 holds the substrate 20 and positions it at a predetermined position. Further, the substrate stage 22 has a suction holding device (not shown). When the suction holding device is operated, the substrate 20 is sucked and held on the substrate stage 22 through the hole 46A of the substrate stage 22.
[0025]
The second moving device 116 is constituted by a linear motor, and supports a column 16B fixed to the columns 16A, 16A, a guide rail 62A supported by the column 16B, and a movable member in the X direction along the guide rail 62A. Slider 160 provided. The slider 160 can be moved and positioned in the X direction along the guide rail 62A, and the liquid ejection head 21 is attached to the slider 160.
[0026]
The liquid discharge head 21 has motors 62, 64, 67, and 68 as swing positioning devices. When the motor 62 is operated, the liquid discharge head 21 can be moved up and down along the Z axis to be positioned. The Z axis is a direction (vertical direction) orthogonal to the X axis and the Y axis. When the motor 64 is operated, the liquid ejection head 21 can be positioned by swinging along the β direction around the Y axis. When the motor 67 is operated, the liquid ejection head 21 can be positioned by swinging in the γ direction around the X axis. When the motor 68 is operated, the liquid ejection head 21 can be positioned by swinging in the α direction around the Z axis. That is, the second moving device 116 supports the liquid discharge head 21 so as to be movable in the X direction (first direction) and the Z direction, and is capable of moving the liquid discharge head 21 in the θX direction, the θY direction, and the θZ direction. To support.
[0027]
As described above, the liquid discharge head 21 in FIG. 1 can be positioned by linearly moving in the Z-axis direction and can be positioned by swinging along α, β, and γ in the slider 160. The droplet discharge surface 11P can accurately control the position or posture with respect to the substrate 20 on the substrate stage 22 side. In addition, a plurality of nozzles for discharging droplets are provided on the droplet discharge surface 11P of the liquid discharge head 21.
[0028]
An electronic balance (not shown) measures, for example, the weight of one droplet ejected from the nozzle of the liquid ejection head 21 and manages, for example, 5000 droplets from the nozzle of the liquid ejection head 21. receive. The electronic balance can accurately measure the weight of one droplet by dividing the weight of the 5000 droplets by the number of 5000. Based on the measured amount of the droplet, the amount of the droplet ejected from the liquid ejection head 21 can be optimally controlled.
[0029]
The cleaning unit 24 can perform cleaning of the nozzles and the like of the liquid discharge head 21 regularly or at any time during the device manufacturing process or during standby. The capping unit 25 covers the droplet discharge surface 11P of the liquid discharge head 21 during standby for not manufacturing a device in order to prevent the droplet discharge surface 11P from drying.
[0030]
By moving the liquid discharge head 21 in the X direction by the second moving device 116, the liquid discharge head 21 can be selectively positioned above the electronic balance, the cleaning unit 24 or the capping unit 25. That is, even during the device manufacturing operation, the weight of the droplet can be measured by moving the liquid ejection head 21 to, for example, the electronic balance side. Further, if the liquid discharge head 21 is moved above the cleaning unit 24, the liquid discharge head 21 can be cleaned. If the liquid discharge head 21 is moved above the capping unit 25, a cap is attached to the droplet discharge surface 11P of the liquid discharge head 21 to prevent drying.
[0031]
That is, the electronic balance, the cleaning unit 24, and the capping unit 25 are arranged on the rear end side of the base 112, directly below the moving path of the liquid discharge head 21, and apart from the substrate stage 22. Since the work of supplying and discharging the substrate 20 to and from the substrate stage 22 is performed at the front end side of the base 112, the operation is not hindered by the electronic balance, the cleaning unit 24, or the capping unit 25.
[0032]
As shown in FIG. 1, a portion of the substrate stage 22 other than supporting the substrate 20 is provided with a preliminary ejection area (preliminary ejection) for the liquid ejection head 21 to discard or test eject (preliminary ejection) a droplet. An area 152 is provided separately from the cleaning unit 24. The preliminary ejection area 152 is provided along the X direction on the rear end side of the substrate stage 22, as shown in FIG. The preliminary discharge area 152 is fixed to the substrate stage 22 and has a receiving member having a concave cross-section and opening upward, and an absorbing material that is exchangeably installed in a concave portion of the receiving member and absorbs discharged liquid droplets. It is composed of
[0033]
In this example, a wafer made of silicon used for manufacturing a semiconductor device is used as the substrate 20. Examples of the liquid material applied on the substrate 20 include a radiation-sensitive liquid such as a resist (photoresist), a color ink, a liquid material for a protective film, and SOG which is a liquid material for forming a coated silicon oxide film. (Spin On Glass), a low-k material for forming a low dielectric constant interlayer insulating film, a liquid material for a functional film such as a PI film, and other volatile liquid materials are used. Note that the present invention is not limited to the manufacturing process of a semiconductor device, but includes devices such as a liquid crystal display device, an EL device, an imaging device (such as a CCD), a magnetic head, and other electronic devices such as a color filter and a touch panel. The present invention is also applicable to manufacturing, and is effective for large-sized electronic devices for manufacturing plasma display panels. Therefore, the substrate used in the present invention is not limited to a silicon substrate, and a substrate of another material such as a glass substrate, a quartz substrate, a ceramic substrate, a metal substrate, a plastic substrate, a plastic film substrate, or the like is also applicable.
[0034]
FIGS. 2A and 2B schematically show an embodiment of the first coating method of the present invention using the coating device 10.
The coating method according to the present embodiment includes a coating film forming step of forming a coating film 30 on the substrate 20 by discharging a liquid material from the liquid discharge head 21 as droplets (FIG. 2A). And a flattening step (FIG. 2B) for further discharging the liquid material toward the recess 31 to be formed.
[0035]
That is, in the coating film forming step shown in FIG. 2A, the liquid material is formed as droplets 35 from a plurality of nozzles provided in the liquid discharge head 21 while the substrate 20 and the liquid discharge head 21 are relatively moved. The droplet 35 is ejected, and the droplet 35 is repeatedly attached to the substrate 20, thereby forming the coating film 30 on the substrate 20. In the planarization step shown in FIG. 2B, after the coating film 30 is formed on the substrate 20, the liquid material is further transferred from the liquid ejection head 21 toward the concave portion 31 of the coating film 30 to form a droplet 36. As a result, the concave portions 31 formed in the coating film 30 are filled with a liquid material, and the coating film 30 is planarized.
[0036]
The concave portion 31 formed in the coating film 30 on the substrate 20 has, for example, a size of the droplet 35 discharged from the liquid discharge head 21, a step existing on the substrate 20 before coating, or a coating accuracy. It is formed based on. Among them, regarding the concave portion caused by the size of the droplet and the step on the substrate, mechanical or control information such as the positional relationship between the substrate and the nozzle of the liquid discharge head, and the processing steps up to that point It is possible to specify in advance the position where the concave portion is to be formed from process information such as processing conditions in the above.
[0037]
In the coating method of this example, when the position where the concave portion 31 is formed in the coating film 30 is specified in advance, the position is stored in the storage unit 23a in the control device 23, and the stored information is stored. The liquid material is discharged in the above-described flattening step. If the position at which the concave portion 31 is to be formed is not specified in advance, the position of the concave portion 31 is detected via the detecting means after the coating film 30 is formed, and the flattening step is performed using the detection information. Of the liquid material in the step (a). By storing or detecting the position of the concave portion of the coating film and discharging the liquid material toward the concave portion based on the information, the coating film can be reliably flattened.
[0038]
As the detecting means, various known techniques capable of detecting a concave portion of the coating film on the substrate can be applied. For example, a contact-type detection unit using a probe or the like is applied in addition to a non-contact-type detection unit using beam interference or an observation image. When the detecting means detects information on the position of the concave portion of the coating film, the detecting means sends the information to the control device 23.
[0039]
FIGS. 3A to 3C are diagrams illustrating an example of flattening a concave portion of a coating film due to a shape of a droplet, and FIG. Schematically shows a state immediately after the arrangement.
[0040]
In FIG. 3A, a plurality of droplets 35 are arranged on a substrate 20 at predetermined intervals. The droplets 35 disposed on the substrate 20 thereafter adhere to each other and spread to form a film on the substrate 20. However, depending on the characteristics of the liquid material, the gaps between the droplets 35 may be minute concave portions. May remain. Therefore, in this example, as shown in FIG. 3B, the liquid material is further disposed as a droplet 36 at a portion of a gap between the droplets 35, that is, at a position different from the droplet 35 disposed earlier. . Specifically, information on the arrangement position of the previous droplet 35 on the substrate 20 is stored, and based on the stored information, the next droplet 36 is ejected via the liquid ejection head, The droplet 36 is arranged at a position different from the position where the droplet 35 is arranged. Thereby, the concave portion of the coating film 30 caused by the shape of the droplet 35 is filled with the liquid material (droplet 36), and the coating film 30 is planarized.
[0041]
At this time, in the present example, it is preferable that the volume of the droplet 36 ejected later is smaller than that of the droplet 35 ejected earlier. Since the volume of the droplet 36 to be discharged later is small, the shape of the droplet 36 is prevented from being uneven and remaining on the coating film 30. In addition, by reducing the volume of the droplet 36, even when the concave portion formed in the coating film 30 is minute, the droplet 36 can be arranged in the concave portion, and the concave portion can be reliably formed of the liquid material. It becomes possible to fill in.
[0042]
Note that the volume of the droplet 36 discharged later does not necessarily have to be smaller than the droplet 35 discharged earlier, and may be the same or larger depending on the shape of the concave portion on the application surface. Further, the number of times of disposing the liquid material on the substrate is not limited to two, and may be three or more. In this case, for example, as shown in FIG. 3C, the droplet 37 having a smaller volume is ejected toward a position different from the ejection position of the previous two droplets 35 and 36. Is preferred. Thereby, the film can be further flattened.
[0043]
FIG. 4A is a side view schematically showing a state in which a liquid material is arranged on the substrate 20 having a step, and FIG. 4B is a view showing a state in which the liquid material is directed toward a concave portion of the coating film formed by the step. It is a side view which shows a mode that discharges a material.
[0044]
In FIG. 4A, the liquid material disposed on the substrate 20 having a step is affected by the step, and is likely to have irregularities following the step. Note that the members forming the steps on the substrate 20 are a part of the elements constituting the circuit of the semiconductor device, and are present at a plurality of locations on the substrate 20. The coating film 30 is an interlayer insulating film having an electrical insulating function, and for example, a silicon compound is used as a liquid material.
[0045]
In this example, after the coating film 30 is once formed, a liquid material is further disposed as a droplet 36 in the concave portion 31 of the coating film 30 as shown in FIG. Specifically, the position of the step formed on the substrate 20 is stored in advance, and the next droplet 36 is ejected toward the position of the step based on the stored information. The position of the step may be obtained from the process information of the substrate 20 up to that point, or may be detected via a detecting unit before the application. Thus, the concave portion 31 of the coating film 30 caused by the step on the substrate 20 is filled with the liquid material, and the coating film 30 is planarized.
[0046]
Also in the example of FIG. 4, it is preferable that the volume of the droplet 36 discharged later is smaller than that of the droplet 35 discharged earlier, similarly to the example of FIG. By reducing the volume of the droplet 36 to be discharged later, the shape of the droplet 36 is prevented from being uneven and remaining on the coating film 30. Further, even when the concave portion formed in the coating film 30 is minute, the concave portion can be reliably filled with the liquid material.
[0047]
Next, the application apparatus of the present embodiment, in particular, a droplet discharge technique will be described.
The liquid discharge head 21 shown in FIG. 1 discharges a liquid material as liquid droplets by a liquid discharge method such as an ink jet method and applies the liquid material onto a substrate to be coated, thereby forming a coating film. Things. Examples of the droplet discharge method include a charge control method, a pressure vibration method, an electromechanical conversion method, an electrothermal conversion method, and an electrostatic suction method. In the charging control method, a charge is applied to a material with a charging electrode, and the deflecting electrode controls the flying direction of the material and discharges the material from a nozzle. In the pressurized vibration method, the material is ejected toward the tip of the nozzle by applying an ultra-high pressure to the material. If no control voltage is applied, the material goes straight and is ejected from the nozzle, and the control voltage is applied. Then, electrostatic repulsion occurs between the material and the material, and the material scatters and is not discharged from the nozzle. The electromechanical conversion method (piezo method) utilizes the property of a piezo element (piezoelectric element) to be deformed by receiving a pulse-like electric signal. Pressure is applied through the flexible material, and the material is extruded from this space and discharged from the nozzle. In the electrothermal conversion method, the material is rapidly vaporized by a heater provided in a space in which the material is stored to generate bubbles, and the material in the space is discharged by the pressure of the bubbles. In the electrostatic suction method, a minute pressure is applied to a space in which a material is stored, a meniscus of the material is formed in a nozzle, and in this state, the material is pulled out by applying an electrostatic attractive force. In addition, other techniques such as a method using a change in viscosity of a fluid due to an electric field and a method using a discharge spark are also applicable. Among them, the piezo method does not apply heat to the liquid material, and thus has an advantage that the composition of the material is not affected. In the present embodiment, the above-described piezo method is used from the viewpoint of a high degree of freedom in selecting a liquid material and good controllability of liquid droplets.
[0048]
FIG. 5 is a diagram for explaining the principle of liquid ejection by the piezo method.
In FIG. 5, a piezo element 42 is provided adjacent to a liquid chamber 41 (pressure chamber) that stores a liquid material. A liquid supply system 44 is connected to the liquid chamber 41, and a liquid material is supplied into the liquid chamber 41 via the liquid supply system 44. The piezo element 42 is connected to the drive circuit 43, and expands according to a voltage applied via the drive circuit 43. When the piezo element 42 expands, the liquid chamber 41 is deformed and the liquid material therein is pressurized, and the liquid material is discharged from the nozzle 40 as fine droplets.
[0049]
A plurality of nozzles 40 described above are arranged in a row in the liquid ejection head 21. The control device 23 controls each of the plurality of nozzles 40 by controlling a voltage applied to the piezo element, that is, controlling a drive signal. , Discharge control of the liquid material is performed. Specifically, the control device 23 can change the volume of droplets discharged from the nozzle 40, the number of droplets discharged per unit time, the distance between droplets, and the like. For example, the distance between a plurality of droplets can be changed by selectively using a nozzle that discharges a droplet among a plurality of nozzles arranged in a row.
[0050]
FIG. 6 shows an example of a drive signal given to the piezo element. Hereinafter, the principle of discharging three types of droplets having different volumes of minute dots, medium dots, and large dots will be described with reference to FIG.
In FIG. 6, a drive waveform [A] is a basic waveform generated by the drive signal generation circuit. The waveform [B] is formed by the basic waveform Part1, and oscillates the meniscus (irregular surface of the liquid) to diffuse the thickened liquid near the nozzle opening, thereby preventing the ejection failure of minute droplets. Used for B1 indicates a state in which the meniscus is settled, and B2 indicates an operation in which the volume of the liquid chamber (pressure chamber) is expanded by gradually charging the piezo element, and the meniscus is slightly drawn into the nozzle. The waveform [C] is formed by the basic waveform Part2, and is a waveform for discharging droplets of minute dots. First, the piezo element is rapidly charged from the state of being settled (C1), and the meniscus is quickly drawn into the nozzle. Next, the liquid chamber is slightly reduced (C3) in accordance with the timing at which the meniscus once drawn in starts vibrating again in a direction to fill the nozzles, so that droplets of fine dots fly. The second discharge (C4) after the discharge is stopped halfway plays the role of damping the meniscus and the residual signal of the piezo element after the discharging operation and controlling the flying form of the droplet. The waveform [D] is formed by the basic waveform Part3 and is a waveform for discharging medium dots. From the static state (D1), the meniscus is drawn in gradually and gradually (D2), and the liquid chamber is contracted rapidly (D3) in accordance with the timing at which the meniscus again moves in the direction to fill the nozzles, thereby discharging medium dot droplets. You. In D4, the meniscus and the residual vibration of the piezo element are damped by charging / discharging the piezo element. The waveform [E] is formed by combining the basic waveforms Part2 and Part3, and is a waveform for discharging large-dot droplets. First, in the process shown in E1, E2, and E3, a droplet of a small dot is ejected, and the waveform of the medium dot ejected at the timing when the meniscus vibration slightly remaining after the ejection of the small dot fills the inside of the nozzle with the liquid is obtained. Apply to the device. The droplet ejected in the process of E4 and E5 has a larger volume than the medium dot, and a larger large droplet is formed in combination with the previous small dot. By controlling the drive signal in this way, three types of droplets having different volumes of minute dots, medium dots, and large dots can be ejected.
[0051]
Here, the coating apparatus of this example employs a liquid discharge method, and the above-described discharge control can be independently performed for each of the plurality of nozzles. Therefore, it is easy to limit the discharge destination. That is, the liquid material can be effectively discharged only in the concave portions of the coating film.
[0052]
Further, in the coating apparatus of this example, as described above, since the volume of the droplet can be easily changed, even when the application of the liquid material is repeated a plurality of times, an increase in the application time can be suppressed. That is, for example, in the coating film forming step shown in FIG. 2A, a large amount of liquid material is disposed on the substrate in a short time by using a droplet having a relatively large volume. In the flattening step shown in b), the coating film is flattened using droplets having a smaller volume. Thereby, it is possible to simultaneously prevent the coating time from increasing and to achieve the film flattening.
[0053]
Next, FIG. 7 shows an embodiment of the second coating apparatus of the present invention, and FIGS. 8A and 8B show the second coating apparatus of the present invention using the second coating apparatus. 1 schematically shows an embodiment of a coating method of the present invention.
7, the coating apparatus 50 of the present example includes components having substantially the same functions as those of the coating apparatus 10 shown in FIG. Those having the same functions as those of the coating apparatus 10 shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified.
The coating apparatus 50 of the present embodiment is different from the coating apparatus 10 shown in FIG. 1 in that it includes a plurality (two in this example) of liquid ejection heads 51a and 51b, and the plurality of liquid ejection heads 51a and 51b. Are connected to material sources having different viscosities. In addition, the plurality of liquid ejection heads 51a and 51b are selectively used under the control of the control device 54.
[0054]
Next, the coating method of this example will be described with reference to FIGS. In the coating method of the present example using the coating device 50, first, the first liquid material is discharged as droplets 65 from the liquid discharge head 51a to form the coating film 60 on the substrate 20 (FIG. 8A )). Thereafter, a second liquid material having a lower viscosity than the first liquid material is ejected from the liquid ejection head 51b as droplets 66, and the second liquid material having a lower viscosity is disposed on the coating film 60. (FIG. 8 (b)).
[0055]
In the coating method of the present example, the second liquid material having a lower viscosity than the first liquid material is disposed on the coating film 60 formed on the substrate 20 with the first liquid material, so that the coating film 60 is formed. The low-viscosity second liquid material flows into the concave portion 61, and the coating film 60 is flattened. Further, in the case of this example, since the liquid material disposed on the coating film 60 has low viscosity, the liquid material is easily spread on the coating film 60, and the discharge destination of the liquid material does not need to be limited to the concave portion 61. That is, a low-viscosity second liquid material may be applied only to the concave portion 61 of the coating film 60, and the second liquid material may be applied to the periphery of the concave portion 61 including the concave portion 61 or the entire surface of the coating film 60. Is also good. Therefore, control is simplified.
[0056]
In the example of FIG. 8, different liquid ejection heads are used for liquid materials having different viscosities, but the present invention is not limited to this, and liquid materials having different viscosities are selectively ejected from one liquid ejection head. You may make it. In this case, the liquid supply system connected to the liquid ejection head may be provided with switching means for switching connection to a material source having a different viscosity. Alternatively, a configuration may be adopted in which a piping path for adding a solvent for reducing the viscosity of the liquid material is provided, and the viscosity of the liquid material is reduced as necessary.
[0057]
Further, the first coating method shown in FIG. 2 may be combined with the second coating method shown in FIG.
[0058]
In addition, by using the coating method and the coating apparatus of the above-described embodiment, a coating film can be flattened, so that a high-precision or high-quality device can be manufactured in manufacturing a semiconductor device. In the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to a manufacturing process of a semiconductor device is described. However, by applying the present invention to another manufacturing process, a liquid crystal display device, an EL device, and an imaging device (CCD) In addition to devices such as magnetic heads, it is possible to improve the quality of various devices and apparatuses such as apparatuses such as color filters and touch panels.
[0059]
As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings. However, it goes without saying that the present invention is not limited to the embodiments. The shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described examples are merely examples, and can be variously changed based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.
[0060]
【The invention's effect】
According to the coating method and the coating apparatus of the present invention, the liquid material is further discharged toward the concave portion formed in the coating film, or the low-viscosity liquid material is discharged, so that the unevenness is reduced and the flatness is reduced. It is possible to obtain a suitable coating film.
[0061]
In addition, according to the electronic device of the present invention, since a flat film is provided as a part of a component, high quality can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a first coating apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of an embodiment of a first coating method of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of flattening a concave portion of a coating film due to a shape of a droplet.
FIG. 4 is a diagram for explaining an example of flattening a concave portion of a coating film due to a step on a substrate.
FIG. 5 is a view for explaining the principle of liquid ejection by a piezo method.
FIG. 6 illustrates an example of a drive signal applied to a piezo element, and illustrates drive signals for ejecting three types of droplets having different volumes of minute dots, medium dots, and large dots.
FIG. 7 is a perspective view showing an embodiment of the second coating apparatus of the present invention.
FIG. 8 is a diagram schematically showing an example of an embodiment of the second coating method of the present invention.
[Explanation of symbols]
10, 50: coating device, 20: substrate, 21, 51a, 51b: liquid discharge head, 23, 54: control device (discharge control device), 30, 60: coating film, 31, 61: concave portion, 35, 36, 37, 65, 66: Droplets.

Claims

A coating method, comprising: discharging a liquid material from a liquid discharge head as droplets to form a coating film on a substrate; and further discharging the liquid material toward a concave portion formed in the coating film.

The coating method according to claim 1, wherein the position of the concave portion formed in the coating film is stored in advance or detected via a detection unit.

The volume of a liquid droplet discharged from the liquid discharge head when discharging the liquid material toward the concave portion of the coating film is smaller than before. Coating method.

The first liquid material is discharged from the liquid discharge head as droplets to form a coating film on the substrate, and a second liquid material having a lower viscosity than the first liquid material is formed on the coating film. A coating method characterized by further discharging.

A liquid ejection head that ejects a liquid material as droplets,
A discharge control device that controls discharge of liquid droplets from the liquid discharge head,
The discharge control device discharges the liquid material from the liquid discharge head to form a coating film on a substrate, and then further discharges the liquid material toward a concave portion formed in the coating film. Coating device.

The discharge control device includes at least one of a storage unit that stores a position of a concave portion formed in the coating film, and a detecting unit that detects a position of a concave portion formed in the coating film. The coating device according to claim 5, wherein the coating device is used.

6. The discharge control device according to claim 5, wherein when discharging the liquid material toward the concave portion of the coating film, the volume of the droplet discharged from the liquid discharge head is made smaller than before. The coating device according to claim 6.

A liquid ejection head that ejects a liquid material as droplets,
A discharge control device that controls discharge of liquid droplets from the liquid discharge head,
The discharge control device discharges a first liquid material as droplets from the liquid discharge head to form a coating film on a substrate, and a second liquid material having a lower viscosity than the first liquid material. Is further discharged onto the coating film.

An electronic device, comprising: a coating film formed by using the coating device according to claim 5.