JP2004281258A - Thin film formation method and device - Google Patents

Thin film formation method and device Download PDF

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JP2004281258A
JP2004281258A JP2003071909A JP2003071909A JP2004281258A JP 2004281258 A JP2004281258 A JP 2004281258A JP 2003071909 A JP2003071909 A JP 2003071909A JP 2003071909 A JP2003071909 A JP 2003071909A JP 2004281258 A JP2004281258 A JP 2004281258A
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Japan
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thin film
solvent
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discharge
substrate
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JP2003071909A
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Inventor
Kenichi Nagayama
健一 永山
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Pioneer Corp
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Pioneer Electronic Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a device for forming a thin film with a given pattern. <P>SOLUTION: A given pattern is obtained by arranging a thin film on a base plate, arranging a solvent for dissolving the thin film in an island shape on the thin film, and blotting and removing the island-shaped solvent. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜形成方法及びその装置に関する。
【0002】
【従来技術】
無機材料又は有機材料からなる薄膜のパターンを形成する方法として、フォトエッチング法、印刷法、レーザ照射法、マスクを用いた蒸着法等が知られている。
フォトエッチング法は、基板に薄膜を形成した後、薄膜上にフォトレジストを所定のパターンで形成し、ウエットエッチング処理若しくはドライエッチング処理によってレジストに覆われていない薄膜部分を除去し、レジストを剥離して薄膜のパターンを形成する方法である。
【0003】
印刷法は、所定のパターンを有する版を用い、基板上に薄膜溶液を転写し、該薄膜溶液を乾燥することで薄膜のパターンを形成する方法である。
レーザ照射法は、基板に薄膜を形成した後、不要な部分に集光したレーザを照射して、薄膜成分を蒸発除去することで薄膜のパターンを形成する方法である。
マスクを用いた蒸着法は、基板に所定のパターンを有するマスクを密着させて薄膜材料を蒸着させてパターンを形成する方法である。
【0004】
上記方法を用いて、LSI等の半導体装置や、LCD、有機エレクトロルミネセンス(以下有機ELと称する)等の表示装置などが形成されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術の薄膜形成方法は、酸性又はアルカリ性の溶剤や有機溶剤に薄膜全体を曝す工程や、薄膜を含めて基板全体を加熱処理する工程を含んでいる。従って、薄膜材料又は薄膜を支える下地に耐薬品性や耐熱性がない場合、かかる従来方法を用いることはできない。
【0006】
本発明が解決しようとする課題には、前述した問題が1例として挙げられる。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の薄膜形成方法は、所定パターンの薄膜を形成する薄膜形成方法であって、基板に薄膜を成膜する成膜工程と、前記薄膜を溶解する溶媒を前記薄膜上に島状に配置する溶媒配置工程と、前記溶媒配置工程後に当該島状溶媒を吸い取って除去する溶媒除去工程と、を含むことを特徴とする。
【0008】
請求項6に記載の薄膜形成装置は、所定パターンの薄膜を形成する薄膜形成装置であって、基板に薄膜を成膜する成膜手段と、前記薄膜を溶解する溶媒を前記薄膜に島状に配置する少なくとも1つの溶媒配置手段と、当該島状溶媒を吸い取って除去する少なくとも1つの溶媒除去手段と、を含むことを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は、本発明による所定パターンの薄膜を形成する薄膜形成方法について、概略的に示している。成膜工程(図1(a))において、基板1の全面若しくは所望の位置に薄膜2を成膜する。薄膜2は、スピンコート法、蒸着法など種々の成膜方法を用いて成膜できる。特に、蒸着法に不向きな材料は、スピンコート法を用いることで、膜厚が均一な薄膜が形成できる。
【0010】
薄膜2の上に、薄膜2を溶解する溶媒3を薄膜2上に島状に配置する溶媒配置工程(図1(b))を行う。この溶媒配置工程において使用される溶媒3の配置手段は、例えばスクリーン印刷法等の印刷法を用いた印刷手段又は噴霧機構若しくは滴下機構を備えた吐出ノズルなどが使用できる。吐出ノズルは、インクジェット方式を用いたインクジェットノズルなどが含まれる。溶媒3は、薄膜2を溶解させるものであれば良く、例えば有機溶媒等が用いられる。また、溶媒は、薄膜成分を分解する成分が含まれても良い。例えば、薄膜がポリマーである場合、解重合剤等が添加された溶媒が使用できる。
【0011】
溶媒配置工程後、薄膜2上で溶媒3を静止させる溶媒静止工程(図1(c))を実施する。溶媒静止工程に要する時間は、溶媒3が配置された部分の薄膜2が溶媒3に溶解するまでの溶解時間を考慮して決定される。溶解時間の決定要因として、成膜成分が溶媒へ溶解する溶解係数及び成膜された薄膜の膜厚等がある。なお、溶媒3への溶解が速い場合、薄膜2上に溶媒3を配置した直後に、溶媒3を除去することとしても良い。
【0012】
溶媒静止工程終了後、溶媒3を吸い取って除去する溶媒除去工程(図1(d))を実施する。溶媒3を吸い取って除去する方法として、圧力差を利用して吸引する方法や毛管現象を利用する方法がある。圧力差を用いる方法を行う手段は、真空吸引する液体吸引ノズルなどがある。毛管現象を利用する手段としては、毛管や液体吸収体などがある。液体吸収体は、例えば溶媒に対して親和性が高いポリマー等が使用できる。
【0013】
上記の工程を経て、薄膜のパターンが形成できる。上記の如く、薄膜全体をレジスト等の薬剤に曝すことなく、部分的に溶媒を配置及び吸い取って薄膜のパターンを形成することができる故、耐薬品性が低い薄膜に対してもパターンが形成できる。また、各工程において加熱処理を行うことなくパターン形成することができる故、例えば有機化合物等の耐熱性が低い薄膜に対してもパターン形成ができる。
【0014】
上記の如き薄膜形成方法を実施する薄膜形成装置の構造及びその動作について説明する。
図2に示す如く、薄膜形成装置4は、溶媒を吐出する吐出ノズル5含む溶媒配置手段と、溶媒を吸い取って除去する液体吸引ノズル6を含む溶媒除去手段と、を含んでいる。吐出ノズル5は、例えばインクジェット方式を用いたインクジェットノズルである。インクジェットノズルから吐出される溶媒の液量は、少量にすることができる故、微細なパターン形成ができる。なお、該溶媒配置手段や該溶媒除去手段は、各々基板に対して位置決めする位置決め機構や移動を行う移動機構などを備えているものの、図面中への記載を省略した。また、薄膜形成装置4には、基板を搬送する基板搬送手段や、基板が載置される基板載置手段や、薄膜を成膜する成膜手段などが含まれるものの、かかる手段についても図面中への記載を省略した。
【0015】
薄膜形成装置4は、基板搬送手段を用いて基板1を装置内に導入する。基板1は、水平テーブルに載置され固定部材で固定される。基板を固定した後、成膜手段が基板1上に薄膜2を形成する(図2(a))。成膜手段は、スピンコート、蒸着手段等が使用できる。
薄膜を成膜した後、吐出ノズル5が移動し、薄膜2の所望の位置に溶媒3を配置する(図2(b))。
【0016】
吐出ノズル5が、溶媒配置動作を終了して停止位置まで移動した後(図2(c))、溶媒3を薄膜2上に静止させて薄膜2を溶媒3に溶解させる。(図2(d))。
所定時間が経過した後、液体吸引ノズル6が移動し、薄膜が溶解した溶媒3を真空吸引する(図2(e))。真空吸引は、溶媒3が存在する領域のみで行う。なお、液体吸引ノズル6が薄膜2から離れた位置に設けられている場合など、溶媒3が存在しない領域で吸引動作を行っても薄膜2に影響がない場合には、液体吸引ノズル6が移動している間、連続的に真空吸引を行うこととしても良い。また、1度の吸引で溶媒3が除去できない場合は、液体吸引ノズル6を複数回移動させて溶媒3の除去を完全にする。
【0017】
溶媒3が除去された基板1(図2(f))は、基板搬送手段を用いて薄膜形成装置4外に搬送され、薄膜のパターン形成が終了する。上記の如く、薄膜の不要部分に溶媒を配置して薄膜を溶解させ、薄膜が溶解した溶媒を吸い取って除去することによって薄膜のパターンが得られることから、予めパターンが形成されたレジストやマスクを設けておく必要がない故、パターンの形成が簡便になる。
【0018】
なお、薄膜の膜厚が厚い場合など、1度の動作でパターンが形成されない場合は、溶媒の配置動作と溶媒の除去動作を繰返し行うこととしても良い。
また、吐出ノズルは、インクジェットノズルの他に、円状やスリット状等の形状のノズル口を有するノズルを用いることができる。
また、上記装置において、溶媒の除去を液体吸収体によって行う場合、薄膜が設けられている側から基板1を液体吸収体からなるシートで覆う他、液体吸収体が表面に設けられたローラーを回転させつつ溶媒3に接触させて吸収することとしても良い。
【0019】
上記装置は、吐出ノズル及び液体吸引ノズルを移動させる場合に限定されず、水平テーブルに移動機構を設けて基板を動かすこととしても良い。かかる構成によって、吐出ノズル及び液体吸引ノズルを固定して基板を移動させることや、ノズル及び基板の双方を移動させることができる。
なお上記装置は、成膜手段を含まないこととしても良い。かかる構成の場合、予め薄膜が形成された基板が薄膜形成装置に導入されることとしても良い。
【0020】
上記装置の動作の制御について図3のフローチャートを用いて説明する。
基板が、基板搬送手段によって装置内に導入される(S1)。
基板位置センサ及び基板移動手段を用いて、基板の原点が水平テーブルの原点位置に合うまで基板の位置出しが行われる(S2)。
基板の位置出しが完了して基板が固定された後、成膜手段を用いて基板上に薄膜を成膜する(S3)。
【0021】
成膜終了後、吐出ノズル及び液体吸引ノズルが共に原点位置に合うまでノズルの位置出しが行われる(S4)。
吐出ノズル及び液体吸引ノズルが共に原点位置に合わせられた後、形成するパターンを基に基板の原点に対して変換されたX−Y座標データ、溶媒吐出量データ、溶解時間データ等を含む製造レシピデータがメモリに取り込まれる(S5)。
【0022】
該製造レシピデータに従って、吐出ノズルが移動し、溶媒を配置する。溶媒が薄膜上に配置されると同時に、時間測定手段がカウントを開始する。(S6)。吐出ノズルが停止位置まで移動したことをノズル位置センサが検出すると、吐出ノズルが停止する(S7)。
時間測定手段のカウント数が、溶解時間となった後、液体吸引ノズルを移動させつつ薄膜が溶解した溶媒の吸引を行う(S8)。真空吸引は、前述の製造レシピデータに従って動作する。
【0023】
液体吸引ノズルが停止位置まで移動したことをノズル位置センサが検出すると、液体吸引ノズルが停止し、基板が基板搬送手段によって装置の外に取り出される(S9)。
上記のステップによって、薄膜が所望のパターンに形成される。上記の如き制御によれば、製造レシピデータを変更することによって薄膜に形成するパターンを変更することができる故、基板毎に異なるパターンの薄膜を形成する場合であっても、連続して形成することができる。
【0024】
なお成膜工程とパターン形成工程の間に基板の搬送を行うステップが含まれても良い。例えば、薄膜形成装置に成膜工程処理チャンバとパターン形成工程処理チャンバが設けられている場合、薄膜を形成するステップが終了した後、基板搬送ステップを行って、基板をパターン形成工程処理チャンバに搬送することとしても良い。基板搬送ステップ終了後、基板はパターン形成工程処理チャンバ内にて位置決めされ、パターン形成工程が開始される。
【0025】
上記の如き薄膜形成装置において、吐出ノズルと液体吸引ノズルはそれぞれ別々に移動させる場合に限定されない。例えば図4に示す如く、吐出ノズルと液体吸引ノズルの双方を同時に移動させ、且つ両ノズルの進行方向に対して前方のノズルが溶媒を吐出しつつ後方のノズルが溶媒を吸引することとしても良い(図4(b))。薄膜の溶解度が高い場合などには、上記の如く吐出ノズル及び液体吸引ノズルの双方を同時に移動させて溶媒の配置と溶媒の吸引除去をほぼ同時に行うことによって、より厳密なパターンの形成ができる。
【0026】
なお、吐出ノズルと液体吸引ノズルが一体的に形成された吐出・吸引ノズルを用いても良い。吐出・吸引ノズルは、例えば吐出ノズルと吸引ノズルの各液体通路の中心軸に関して互いに同心的に配置している。図5に示す如く、吐出・吸引ノズル7Aは、吐出ノズル通路8の周囲に筒状の液体吸引ノズル通路9を設けている。また吐出・吸引ノズル7Bは、液体吸引ノズル通路9の周囲に筒状の吐出ノズル通路8を設けている。かかる配置することによって、粘性が低い溶媒や揮発性の溶媒を用いることができる。
【0027】
更に、吐出口及び液体吸引口が複数設けられている場合、上記配置の他に、図6に示す如く、吐出ノズルの吐出口列10と液体吸引ノズルの液体吸引口列11とが互いに平列になるように配置した吐出・吸引ノズル7Cや、吐出ノズルの複数の吐出口12と液体吸引ノズルの複数の液体吸引口13とを交互に且つ直線に沿って配置した吐出・吸引ノズル7Dなどを用いることができる。かかる配置によれば、各ノズル口毎に吐出状態を制御することによって、より複雑なパターンを形成することができる。
【0028】
図7に示される如く、矩形の薄膜が等間隔で島状に分布するように基板上に設けられた、平面パターンの形成方法について説明する。
図8に示す如く、直線状のスリットを吐出口とした吐出ノズル5と直線状のスリットを液体吸引口とした液体吸引ノズル6が設けられた薄膜形成装置4内に基板を導入し、水平テーブルに載置して固定した後、薄膜2を成膜する(図8(a))。
【0029】
薄膜成膜後、吐出ノズル5が移動し、基板の所定の位置に帯状に溶媒3を配置する。吐出ノズル5が停止位置まで移動した後、溶媒3を基板上に静止させて薄膜を溶解させる(図8(b))。
所定時間が経過した後、液体吸引ノズル6が移動し、薄膜が溶解した溶媒を真空吸引する(図8(c))。
【0030】
液体吸引ノズル6が停止位置まで移動した後、基板回転機構によって基板が90°回転し、吐出ノズル5及び液体吸引ノズル6が移動して原点位置に位置決めされる(図8(d))。
各ノズルの位置決めが完了した後、吐出ノズル5が移動し、基板の所定の位置に帯状に溶媒3を配置する。吐出ノズル5が、停止位置に移動した後、溶媒3を基板上に静止させて薄膜を溶解させる(図8(e))。
【0031】
所定時間経過後、液体吸引ノズル6が移動し、薄膜が溶解した溶媒を真空吸引し、薄膜のパターンが完了する(図8(f))。
なお、上記装置では、基板を90°回転させているもののこれに限定されず、各ノズルに回転機構を設けてノズルを90°回転させても良い。
図7に示したパターンを得るための変形例を図9に示す。図9(a)に示す如く、薄膜形成装置は、直線状のスリットが設けられた吐出ノズルが2つ備えられ、一方の吐出ノズル5Aが他方の吐出ノズル5Bに対して直角になるように配置されている。薄膜形成装置4内に基板を導入し、薄膜2を成膜する(図9(a))。
【0032】
吐出ノズル5AのみがY方向に移動して帯状の溶媒を配置する(図9(b))。吐出ノズル5Aが停止位置にて停止した後、吐出ノズル5BがX方向に移動しつつ溶媒を配置する(図9(c))。所定時間が経過した後、液体吸引ノズル6がY軸方向に移動して溶媒を吸引する(図9(d))。上記の如き装置を用いることによって、液体吸引ノズルの動作は1回だけで済むことから、製造時間の削減に有効である。
【0033】
上記の如き成膜方法及び装置を用いて、例えば有機EL発光素子の有機機能層が形成できる。図10に示す如く、有機EL発光素子14の有機化合物からなる有機機能層17は、陽極16と陰極18とによって挟持されており、陽極−陰極間に電圧を印加することによって、陽極16から注入される正孔と陰極18から注入される電子が有機機能層17内で再結合して発光する。有機機能層17は、例えば基板15側から順に、陽極16から正孔が注入される正孔注入層19、正孔を輸送する正孔輸送層20、正孔と電子が再結合して発光する発光層21、電子が注入される電子注入層22、が積層されてなる。上記薄膜形成方法及び装置の溶媒を有機機能層の各層が溶解できる有機溶媒等とすることによって、有機機能層のパターンを形成することができる。
【0034】
有機EL発光素子14の形成に対して、上記の薄膜形成方法及び装置が特に有効であるのは、高分子材料からなる有機機能層17がスピンコート等のウエットプロセスで成膜される場合である。有機機能層17の全てがウエットプロセスで形成される場合、有機機能層17の各層の成膜工程と本発明によるパターン形成とを繰り返すことによって形成しても良い。また、有機機能層17の各層のうち複数層の積層を行った後に、本発明によるパターン形成を行うこととしても良い。後者の場合、積層された各々の層に共通する溶媒があれば、パターン形成工程の回数が減らすことができるので、より効率的である。
【0035】
なお有機機能層のうち1部の層を本発明による方法でパターン形成を行い、その他の層を蒸着法等の成膜方法でパターン形成しても良い。例えばホール注入層を本発明によるパターン形成方法によって形成し、残りの層をマスク蒸着法などのパターン形成方法によって形成しても良い。
a.実施例1
上記の方法を用いて、有機EL発光パネルディスプレイを作成した。
(1)陽極の作成
スパッタ法を用いて、ガラス基板上に1500Åのインジウム−スズ酸化物(以下ITOと称する)を設けた。次に東京応化社製のフォトレジストAZ6112をITO膜上にストライプ状に成膜した。この基板を塩化第2鉄水溶液と塩酸の混合液中に浸漬し、レジストが覆っていない部分のITOをエッチングした。基板をアセトン中に浸漬してレジストを除去した後、ライン数256本からなるストライプ状の電極パターンが形成された。
(2)有機機能層(高分子膜)の成膜
(1)で得られた基板上に、N,N−ジメチルホルムアミド(以下DMFと称する)有機溶媒に溶解され且つ酸が添加されたポリアニリン誘導体の溶液をスピンコート法を用いて塗布した。
(3)有機機能層(高分子膜)のパターン形成
(2)の基板を図8の如き装置に導入した。溶媒としてDMFを用いた。吐出ノズルを移動させつつ画素部分以外の位置にDMFを帯状に配置した。5秒放置後、液体吸引ノズルを動作してDMFを吸引した。基板を90°回転させた後、吐出ノズルを移動させつつDMFを帯状に配置した。5秒放置後、液体吸引ノズルを動作させてDMFを吸引した。基板を加熱して、画素部分に450Åのポリアニリン膜を形成した。
(4)有機機能層(低分子層)のパターン形成
(3)の基板上に、マスクを用いた蒸着法によって、α−NPD(N,N’−di−1−naphthalenyl−N,N’−diphenyl−(1,1’−biphenyl)−4,4’−diamine)を250Å、Alq3(tris(8−hydroxyquinoline)aluminum)を600Å各々順に積層して形成した。更に、マスクを用いた蒸着法によりアルミニウム−リチウム(Al−Li)合金を1000Å蒸着させて陰極を形成した。該陰極は、該陽極に直交するように64本のストライプ状に形成された。以上の工程によって有機EL発光パネルディスプレイを完成させた。
b.比較例1
上記実施例の(3)において、画素以外の部分のポリアニリン膜をDMFによる溶解ではなく、YAGレーザからのレーザ光を照射して除去した以外は、上記実施例と同様の工程で有機EL発光パネルディスプレイを完成させた。
c.パネルの全点灯試験
実施例及び比較例で作成したパネルを所望の駆動回路に接続して全点灯を行った。各パネルの発光状態を観察すると、実施例にて作成されたパネルの全ての画素は点灯していたが、3本の陽極ラインと5本の陰極ライン上にある画素が点灯していなかった。これは、レーザ照射により陽極が損傷して断線したしまったこと、並びにポリアニリンがレーザによって完全に除去されなかったことにより接触不良が発生したことによる。この結果から、本発明による薄膜パターン形成方法は、下地を傷めずにポリアニリン膜を完全にパターにングできることが確認された。
【0036】
所定パターンの薄膜を形成する薄膜形成方法であって、基板に薄膜を成膜する成膜工程と、前記薄膜を溶解する溶媒を前記薄膜上に島状に配置する溶媒配置工程と、前記溶媒配置工程後に当該島状溶媒を吸い取って除去する溶媒除去工程と、を含むことを特徴とする方法によれば、加熱による薄膜除去工程を含まない故、耐熱性が低い薄膜や薄膜を支える下地を傷めることなくパターンを形成することができる。
【0037】
所定パターンの薄膜を形成する薄膜形成装置であって、基板に薄膜を成膜する成膜手段と、前記薄膜を溶解する溶媒を前記薄膜に島状に配置する少なくとも1つの溶媒配置手段と、当該島状溶媒を吸い取って除去する少なくとも1つの溶媒除去手段と、を含むことを特徴とする装置によれば、溶媒配置手段を制御することによって所望の薄膜のパターンが得られることから、種々のパターンに応じたマスクを形成することなく薄膜を形成できる故、薄膜の製造工程を簡便にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による薄膜形成方法の処理工程を順に示す断面図である。
【図2】本発明による薄膜形成装置の処理動作を順に示す断面図である。
【図3】本発明による薄膜形成装置の動作の制御について示したフロー図である。
【図4】本発明による薄膜形成装置の処理動作を順に示す断面図である。
【図5】薄膜形成装置の吐出・吸引ノズルの断面図である。
【図6】吐出・吸引ノズルのノズル口の配列を示す平面図である。
【図7】本発明により形成される薄膜のパターンを示す平面図である。
【図8】図7に示す如きパターンを形成する薄膜形成装置の処理動作を順に示す平面図である。
【図9】図7に示す如きパターンを形成する薄膜形成装置の処理動作を順に示す平面図である。
【図10】有機EL発光素子の断面図である。
【符号の説明】
2 薄膜
3 溶媒
4 薄膜形成装置
5、5A、5B 吐出ノズル
6 液体吸引ノズル
7A、7B、7C、7D 吐出・吸引ノズル
14 有機EL発光素子
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and an apparatus for forming a thin film.
[0002]
[Prior art]
As a method of forming a pattern of a thin film made of an inorganic material or an organic material, a photoetching method, a printing method, a laser irradiation method, an evaporation method using a mask, and the like are known.
In the photo-etching method, after forming a thin film on a substrate, a photoresist is formed on the thin film in a predetermined pattern, a portion of the thin film that is not covered with the resist is removed by a wet etching process or a dry etching process, and the resist is peeled off. This is a method of forming a pattern of a thin film.
[0003]
The printing method is a method in which a thin film solution is transferred onto a substrate using a plate having a predetermined pattern, and the thin film solution is dried to form a thin film pattern.
The laser irradiation method is a method of forming a thin film pattern by forming a thin film on a substrate and then irradiating an unnecessary portion with a focused laser to evaporate and remove a thin film component.
The evaporation method using a mask is a method in which a mask having a predetermined pattern is brought into close contact with a substrate to deposit a thin film material to form a pattern.
[0004]
Semiconductor devices such as LSIs, display devices such as LCDs and organic electroluminescence (hereinafter, referred to as organic EL) and the like are formed using the above method.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The above-mentioned conventional thin film forming method includes a step of exposing the entire thin film to an acidic or alkaline solvent or an organic solvent, and a step of heating the entire substrate including the thin film. Therefore, when the thin film material or the substrate supporting the thin film has no chemical resistance or heat resistance, such a conventional method cannot be used.
[0006]
The problem to be solved by the present invention includes the above-mentioned problem as an example.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The thin film forming method according to claim 1, wherein the thin film is formed in a predetermined pattern, wherein a film forming step of forming a thin film on a substrate and a solvent for dissolving the thin film are formed on the thin film in an island shape. And a solvent removing step of sucking and removing the island-like solvent after the solvent placing step.
[0008]
7. The thin film forming apparatus according to claim 6, wherein the thin film forming apparatus forms a thin film having a predetermined pattern, wherein a film forming means for forming a thin film on a substrate and a solvent for dissolving the thin film are formed in an island shape on the thin film. It is characterized by including at least one solvent disposing means to be disposed and at least one solvent removing means for sucking and removing the island-shaped solvent.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 schematically shows a thin film forming method for forming a thin film having a predetermined pattern according to the present invention. In the film forming step (FIG. 1A), a thin film 2 is formed on the entire surface of the substrate 1 or on a desired position. The thin film 2 can be formed using various film forming methods such as a spin coating method and an evaporation method. In particular, for a material that is not suitable for an evaporation method, a thin film having a uniform film thickness can be formed by using a spin coating method.
[0010]
On the thin film 2, a solvent disposing step of disposing the solvent 3 for dissolving the thin film 2 in an island shape on the thin film 2 (FIG. 1B) is performed. As a means for arranging the solvent 3 used in the solvent arranging step, for example, a printing means using a printing method such as a screen printing method or a discharge nozzle provided with a spray mechanism or a dropping mechanism can be used. The discharge nozzle includes an ink jet nozzle using an ink jet method. The solvent 3 only needs to dissolve the thin film 2, and for example, an organic solvent or the like is used. Further, the solvent may contain a component that decomposes the thin film component. For example, when the thin film is a polymer, a solvent to which a depolymerizing agent or the like is added can be used.
[0011]
After the solvent disposing step, a solvent resting step (FIG. 1C) for stopping the solvent 3 on the thin film 2 is performed. The time required for the solvent resting step is determined in consideration of the dissolution time until the thin film 2 where the solvent 3 is disposed is dissolved in the solvent 3. Determining factors for the dissolution time include the dissolution coefficient of the film-forming component in the solvent and the thickness of the formed thin film. In the case where the dissolution in the solvent 3 is fast, the solvent 3 may be removed immediately after disposing the solvent 3 on the thin film 2.
[0012]
After the completion of the solvent resting step, a solvent removing step (FIG. 1D) for sucking and removing the solvent 3 is performed. As a method of sucking and removing the solvent 3, there are a method of suctioning using a pressure difference and a method of utilizing capillary action. Means for performing the method using the pressure difference include a liquid suction nozzle for performing vacuum suction. Means utilizing the capillary phenomenon include capillaries and liquid absorbers. As the liquid absorber, for example, a polymer having a high affinity for a solvent can be used.
[0013]
Through the above steps, a thin film pattern can be formed. As described above, the pattern of the thin film can be formed by partially arranging and absorbing the solvent without exposing the entire thin film to a chemical such as a resist, so that a pattern can be formed even on a thin film having low chemical resistance. . Further, since a pattern can be formed without performing a heat treatment in each step, a pattern can be formed even on a thin film having low heat resistance such as an organic compound.
[0014]
The structure and operation of a thin film forming apparatus that performs the above thin film forming method will be described.
As shown in FIG. 2, the thin film forming apparatus 4 includes a solvent disposing means including a discharge nozzle 5 for discharging a solvent, and a solvent removing means including a liquid suction nozzle 6 for sucking and removing the solvent. The discharge nozzle 5 is, for example, an inkjet nozzle using an inkjet method. Since the amount of the solvent discharged from the inkjet nozzle can be reduced, a fine pattern can be formed. The solvent arranging means and the solvent removing means each have a positioning mechanism for positioning with respect to the substrate, a moving mechanism for moving, and the like, but are not shown in the drawings. Further, the thin film forming apparatus 4 includes a substrate transport unit for transporting a substrate, a substrate mounting unit on which a substrate is mounted, a film forming unit for forming a thin film, and the like. Was omitted from the description.
[0015]
The thin film forming apparatus 4 introduces the substrate 1 into the apparatus by using the substrate transport means. The substrate 1 is placed on a horizontal table and fixed by a fixing member. After fixing the substrate, the film forming means forms the thin film 2 on the substrate 1 (FIG. 2A). As the film forming means, spin coating, vapor deposition means and the like can be used.
After forming the thin film, the discharge nozzle 5 moves, and the solvent 3 is arranged at a desired position on the thin film 2 (FIG. 2B).
[0016]
After the discharge nozzle 5 completes the solvent disposition operation and moves to the stop position (FIG. 2C), the solvent 3 is stopped on the thin film 2 and the thin film 2 is dissolved in the solvent 3. (FIG. 2 (d)).
After a lapse of a predetermined time, the liquid suction nozzle 6 moves, and vacuum sucks the solvent 3 in which the thin film is dissolved (FIG. 2E). The vacuum suction is performed only in the region where the solvent 3 exists. When the suction operation is performed in a region where the solvent 3 does not exist, such as when the liquid suction nozzle 6 is provided at a position away from the thin film 2, the liquid suction nozzle 6 is moved. During the operation, vacuum suction may be continuously performed. If the solvent 3 cannot be removed by one suction, the liquid suction nozzle 6 is moved a plurality of times to completely remove the solvent 3.
[0017]
The substrate 1 from which the solvent 3 has been removed (FIG. 2 (f)) is transported out of the thin film forming apparatus 4 using the substrate transport means, and the pattern formation of the thin film is completed. As described above, a solvent is disposed in an unnecessary portion of the thin film to dissolve the thin film, and the thin film pattern is obtained by sucking and removing the solvent in which the thin film is dissolved, so that a resist or mask in which a pattern is formed in advance is used. Since there is no need to provide them, pattern formation is simplified.
[0018]
When the pattern is not formed by one operation such as when the thickness of the thin film is large, the operation of disposing the solvent and the operation of removing the solvent may be repeatedly performed.
Further, as the discharge nozzle, a nozzle having a nozzle opening having a circular or slit shape can be used in addition to the inkjet nozzle.
In the above apparatus, when the solvent is removed by a liquid absorber, the substrate 1 is covered with a sheet made of the liquid absorber from the side where the thin film is provided, and a roller provided with the liquid absorber on the surface is rotated. Alternatively, it may be absorbed while being brought into contact with the solvent 3.
[0019]
The above-described apparatus is not limited to the case where the discharge nozzle and the liquid suction nozzle are moved, and the substrate may be moved by providing a moving mechanism on the horizontal table. With this configuration, it is possible to move the substrate while fixing the ejection nozzle and the liquid suction nozzle, or to move both the nozzle and the substrate.
Note that the above apparatus may not include the film forming means. In such a configuration, a substrate on which a thin film has been formed in advance may be introduced into the thin film forming apparatus.
[0020]
Control of the operation of the above device will be described with reference to the flowchart of FIG.
The substrate is introduced into the apparatus by the substrate transfer means (S1).
The position of the substrate is determined using the substrate position sensor and the substrate moving means until the origin of the substrate matches the origin position of the horizontal table (S2).
After the positioning of the substrate is completed and the substrate is fixed, a thin film is formed on the substrate using a film forming means (S3).
[0021]
After the film formation, the nozzle position is determined until both the discharge nozzle and the liquid suction nozzle coincide with the origin position (S4).
A manufacturing recipe including XY coordinate data, solvent discharge amount data, dissolution time data, and the like converted from the origin of the substrate based on the pattern to be formed after the discharge nozzle and the liquid suction nozzle are both aligned with the origin position. The data is taken into the memory (S5).
[0022]
According to the manufacturing recipe data, the discharge nozzle moves to dispose the solvent. As soon as the solvent is placed on the film, the time measuring means starts counting. (S6). When the nozzle position sensor detects that the discharge nozzle has moved to the stop position, the discharge nozzle stops (S7).
After the count number of the time measuring means reaches the dissolution time, the solvent in which the thin film is dissolved is sucked while moving the liquid suction nozzle (S8). The vacuum suction operates according to the above-described manufacturing recipe data.
[0023]
When the nozzle position sensor detects that the liquid suction nozzle has moved to the stop position, the liquid suction nozzle stops, and the substrate is taken out of the apparatus by the substrate transfer means (S9).
Through the above steps, a thin film is formed in a desired pattern. According to the above control, the pattern formed on the thin film can be changed by changing the manufacturing recipe data. Therefore, even when the thin film having a different pattern is formed for each substrate, the thin film is formed continuously. be able to.
[0024]
Note that a step of transporting the substrate may be included between the film forming step and the pattern forming step. For example, when a thin film forming apparatus is provided with a film forming process processing chamber and a pattern forming process processing chamber, a substrate transferring step is performed after the step of forming a thin film is completed, and the substrate is transferred to the pattern forming process processing chamber. It is good to do. After the substrate transfer step, the substrate is positioned in the processing chamber for the pattern forming step, and the pattern forming step is started.
[0025]
In the thin film forming apparatus as described above, the discharge nozzle and the liquid suction nozzle are not limited to the case where they are separately moved. For example, as shown in FIG. 4, both the discharge nozzle and the liquid suction nozzle may be moved simultaneously, and the front nozzle may discharge the solvent with respect to the traveling direction of both nozzles, and the rear nozzle may suction the solvent. (FIG. 4 (b)). In the case where the solubility of the thin film is high, a more strict pattern can be formed by simultaneously moving both the discharge nozzle and the liquid suction nozzle and arranging the solvent and removing the solvent by suction as described above.
[0026]
Note that a discharge / suction nozzle in which the discharge nozzle and the liquid suction nozzle are integrally formed may be used. The discharge / suction nozzles are arranged concentrically with each other with respect to the central axes of the liquid passages of the discharge nozzle and the suction nozzle, for example. As shown in FIG. 5, the discharge / suction nozzle 7A is provided with a cylindrical liquid suction nozzle passage 9 around the discharge nozzle passage 8. The discharge / suction nozzle 7B is provided with a cylindrical discharge nozzle passage 8 around the liquid suction nozzle passage 9. With such an arrangement, a solvent having low viscosity or a volatile solvent can be used.
[0027]
Further, when a plurality of discharge ports and liquid suction ports are provided, in addition to the above arrangement, as shown in FIG. 6, a discharge port array 10 of discharge nozzles and a liquid suction port row 11 of liquid suction nozzles are arranged in parallel with each other. And a discharge / suction nozzle 7C in which a plurality of discharge ports 12 of a discharge nozzle and a plurality of liquid suction ports 13 of a liquid suction nozzle are alternately and linearly arranged. Can be used. According to such an arrangement, a more complicated pattern can be formed by controlling the ejection state for each nozzle port.
[0028]
As shown in FIG. 7, a method of forming a planar pattern in which rectangular thin films are provided on a substrate so as to be distributed in an island shape at equal intervals will be described.
As shown in FIG. 8, a substrate is introduced into a thin film forming apparatus 4 provided with a discharge nozzle 5 having a linear slit as a discharge port and a liquid suction nozzle 6 having a linear slit as a liquid suction port. Then, the thin film 2 is formed (FIG. 8A).
[0029]
After the formation of the thin film, the discharge nozzle 5 moves to dispose the solvent 3 in a band at a predetermined position on the substrate. After the discharge nozzle 5 moves to the stop position, the solvent 3 is stopped on the substrate to dissolve the thin film (FIG. 8B).
After a lapse of a predetermined time, the liquid suction nozzle 6 moves, and vacuum sucks the solvent in which the thin film is dissolved (FIG. 8C).
[0030]
After the liquid suction nozzle 6 moves to the stop position, the substrate is rotated by 90 ° by the substrate rotating mechanism, and the discharge nozzle 5 and the liquid suction nozzle 6 move to be positioned at the origin position (FIG. 8D).
After the positioning of each nozzle is completed, the discharge nozzle 5 moves, and the solvent 3 is arranged in a band at a predetermined position on the substrate. After the discharge nozzle 5 moves to the stop position, the solvent 3 is stopped on the substrate to dissolve the thin film (FIG. 8E).
[0031]
After a lapse of a predetermined time, the liquid suction nozzle 6 moves, and the solvent in which the thin film is dissolved is suctioned in vacuum, and the pattern of the thin film is completed (FIG. 8 (f)).
In the above-described apparatus, the substrate is rotated by 90 °, but the present invention is not limited to this. A rotation mechanism may be provided for each nozzle to rotate the nozzle by 90 °.
FIG. 9 shows a modification for obtaining the pattern shown in FIG. As shown in FIG. 9A, the thin film forming apparatus is provided with two discharge nozzles provided with linear slits, and one discharge nozzle 5A is arranged so as to be perpendicular to the other discharge nozzle 5B. Have been. The substrate is introduced into the thin film forming apparatus 4 to form the thin film 2 (FIG. 9A).
[0032]
Only the discharge nozzle 5A moves in the Y direction and arranges the strip-shaped solvent (FIG. 9B). After the discharge nozzle 5A stops at the stop position, the solvent is arranged while the discharge nozzle 5B moves in the X direction (FIG. 9C). After a predetermined time has elapsed, the liquid suction nozzle 6 moves in the Y-axis direction to suck the solvent (FIG. 9D). By using the above-described device, the operation of the liquid suction nozzle needs to be performed only once, which is effective in reducing the manufacturing time.
[0033]
An organic functional layer of, for example, an organic EL light emitting element can be formed by using the film forming method and the apparatus as described above. As shown in FIG. 10, an organic functional layer 17 made of an organic compound of an organic EL light-emitting element 14 is sandwiched between an anode 16 and a cathode 18, and is injected from the anode 16 by applying a voltage between the anode and the cathode. The holes injected and the electrons injected from the cathode 18 recombine in the organic functional layer 17 to emit light. The organic functional layer 17 is, for example, in order from the substrate 15 side, a hole injection layer 19 into which holes are injected from the anode 16, a hole transport layer 20 that transports holes, and light emission by recombination of holes and electrons. The light emitting layer 21 and the electron injection layer 22 into which electrons are injected are laminated. The pattern of the organic functional layer can be formed by using a solvent for the thin film forming method and apparatus as an organic solvent or the like in which each layer of the organic functional layer can be dissolved.
[0034]
The above-described method and apparatus for forming a thin film are particularly effective for forming the organic EL element 14 when the organic functional layer 17 made of a polymer material is formed by a wet process such as spin coating. . When all of the organic functional layer 17 is formed by a wet process, the organic functional layer 17 may be formed by repeating the film forming process of each layer of the organic functional layer 17 and the pattern formation according to the present invention. Further, the pattern formation according to the present invention may be performed after a plurality of layers among the respective layers of the organic functional layer 17 are stacked. In the latter case, if there is a common solvent for each of the stacked layers, the number of pattern forming steps can be reduced, which is more efficient.
[0035]
Incidentally, a pattern may be formed on one part of the organic functional layers by the method according to the present invention, and the other layers may be formed by a film forming method such as a vapor deposition method. For example, the hole injection layer may be formed by a pattern forming method according to the present invention, and the remaining layers may be formed by a pattern forming method such as a mask evaporation method.
a. Example 1
Using the above method, an organic EL light emitting panel display was produced.
(1) Preparation of anode A 1500 ° indium-tin oxide (hereinafter referred to as ITO) was provided on a glass substrate by using a sputtering method. Next, a photoresist AZ6112 manufactured by Tokyo Ohkasha was formed on the ITO film in a stripe shape. The substrate was immersed in a mixed solution of an aqueous ferric chloride solution and hydrochloric acid, and the portion of the ITO not covered with the resist was etched. After the substrate was immersed in acetone to remove the resist, a striped electrode pattern consisting of 256 lines was formed.
(2) Formation of an organic functional layer (polymer film) On the substrate obtained in (1), a polyaniline derivative dissolved in an N, N-dimethylformamide (hereinafter referred to as DMF) organic solvent and added with an acid Was applied using a spin coating method.
(3) Pattern formation of organic functional layer (polymer film) The substrate of (2) was introduced into an apparatus as shown in FIG. DMF was used as a solvent. DMF was arranged in a band shape at a position other than the pixel portion while moving the discharge nozzle. After standing for 5 seconds, the liquid suction nozzle was operated to suck DMF. After rotating the substrate by 90 °, the DMF was arranged in a band while moving the discharge nozzle. After standing for 5 seconds, the liquid suction nozzle was operated to suck DMF. The substrate was heated to form a 450 ° polyaniline film on the pixel portion.
(4) Pattern formation of an organic functional layer (low molecular layer) On the substrate of (3), α-NPD (N, N′-di-1-naphthalenyl-N, N′-) was formed by vapor deposition using a mask. Diphenyl- (1,1′-biphenyl) -4,4′-diamine) was formed by sequentially laminating 250 ° and Alq3 (tris (8-hydroxyquinoline) aluminum) by 600 °, respectively. Further, a cathode was formed by depositing an aluminum-lithium (Al-Li) alloy at 1000 ° by a deposition method using a mask. The cathode was formed in 64 stripes perpendicular to the anode. Through the above steps, an organic EL light emitting panel display was completed.
b. Comparative Example 1
In (3) of the above embodiment, the organic EL light emitting panel is manufactured in the same process as in the above embodiment except that the polyaniline film other than the pixels is removed by irradiating a laser beam from a YAG laser instead of dissolving with DMF. The display was completed.
c. Panel full lighting test The panels prepared in Examples and Comparative Examples were connected to a desired drive circuit to perform full lighting. When observing the light emission state of each panel, all the pixels of the panel prepared in the example were lit, but the pixels on the three anode lines and the five cathode lines were not lit. This is due to the fact that the anode was damaged and disconnected by laser irradiation, and that poor contact was caused by the fact that polyaniline was not completely removed by the laser. From these results, it was confirmed that the method for forming a thin film pattern according to the present invention can completely pattern a polyaniline film without damaging the base.
[0036]
A thin film forming method for forming a thin film having a predetermined pattern, comprising: a film forming step of forming a thin film on a substrate; a solvent arranging step of arranging a solvent for dissolving the thin film in an island shape on the thin film; And a solvent removing step of sucking and removing the island-like solvent after the step.Since the method does not include a step of removing the thin film by heating, the thin film having a low heat resistance and a base supporting the thin film are damaged. A pattern can be formed without any problem.
[0037]
A thin film forming apparatus for forming a thin film having a predetermined pattern, a film forming means for forming a thin film on a substrate, at least one solvent arranging means for arranging a solvent for dissolving the thin film in an island shape on the thin film, According to the apparatus, which includes at least one solvent removing means for sucking and removing the island-shaped solvent, a desired thin film pattern can be obtained by controlling the solvent arranging means. Since a thin film can be formed without forming a mask corresponding to the above, the manufacturing process of the thin film can be simplified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view sequentially showing processing steps of a thin film forming method according to the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing the processing operation of the thin film forming apparatus according to the present invention in order.
FIG. 3 is a flowchart showing control of the operation of the thin film forming apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a sectional view showing the processing operation of the thin film forming apparatus according to the present invention in order.
FIG. 5 is a sectional view of a discharge / suction nozzle of the thin film forming apparatus.
FIG. 6 is a plan view showing an arrangement of nozzle openings of a discharge / suction nozzle.
FIG. 7 is a plan view showing a pattern of a thin film formed according to the present invention.
8 is a plan view sequentially showing processing operations of a thin film forming apparatus for forming a pattern as shown in FIG. 7;
9 is a plan view sequentially showing processing operations of a thin film forming apparatus for forming a pattern as shown in FIG. 7;
FIG. 10 is a cross-sectional view of an organic EL light emitting device.
[Explanation of symbols]
2 Thin film 3 Solvent 4 Thin film forming apparatus 5, 5A, 5B Discharge nozzle 6 Liquid suction nozzle 7A, 7B, 7C, 7D Discharge / suction nozzle 14 Organic EL light emitting element

Claims (15)

所定パターンの薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
基板に薄膜を成膜する成膜工程と、
前記薄膜を溶解する溶媒を前記薄膜上に島状に配置する溶媒配置工程と、
前記溶媒配置工程後に当該島状溶媒を吸い取って除去する溶媒除去工程と、を含むことを特徴とする方法。
A thin film forming method for forming a thin film of a predetermined pattern,
A film forming step of forming a thin film on a substrate,
A solvent disposing step of disposing the solvent for dissolving the thin film in an island shape on the thin film,
Removing the island-like solvent by suction after the solvent disposing step.
前記溶媒除去工程は、圧力差による液体吸引ノズルによって前記島状溶媒を吸引する工程であることを特徴とする請求項1記載の方法。The method according to claim 1, wherein the solvent removing step is a step of sucking the island-like solvent by a liquid suction nozzle due to a pressure difference. 前記溶媒除去工程は、液体吸収体を前記島状溶媒に接触させて吸収する工程であることを特徴とする請求項1記載の方法。The method according to claim 1, wherein the solvent removing step is a step of bringing the liquid absorber into contact with the island-shaped solvent to absorb the liquid absorbent. 前記薄膜は、有機化合物からなることを特徴とする請求項1記載の方法。The method according to claim 1, wherein the thin film is made of an organic compound. 前記薄膜は、有機エレクトロルミネセンス素子の有機機能層であることを特徴とする請求項1記載の方法。The method according to claim 1, wherein the thin film is an organic functional layer of an organic electroluminescent device. 所定パターンの薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
基板に薄膜を成膜する成膜手段と、
前記薄膜を溶解する溶媒を前記薄膜に島状に配置する少なくとも1つの溶媒配置手段と、
当該島状溶媒を吸い取って除去する少なくとも1つの溶媒除去手段と、を含むことを特徴とする装置。
A thin film forming apparatus for forming a thin film of a predetermined pattern,
Film forming means for forming a thin film on a substrate,
At least one solvent arranging means for arranging a solvent for dissolving the thin film in an island shape on the thin film;
At least one solvent removing means for sucking and removing the island-shaped solvent.
前記溶媒配置手段は、吐出ノズルを含むことを特徴とする請求項6記載の装置。The apparatus according to claim 6, wherein the solvent arranging means includes a discharge nozzle. 前記吐出ノズルは、インクジェット方式を用いたインクジェットノズルであることを特徴とする請求項7記載の装置。The apparatus according to claim 7, wherein the discharge nozzle is an inkjet nozzle using an inkjet method. 前記溶媒配置手段は、印刷法を用いた印刷手段を含むことを特徴とする請求項6記載の装置7. The apparatus according to claim 6, wherein the solvent arranging unit includes a printing unit using a printing method. 前記溶媒除去手段は、液体吸引ノズルと、前記液体吸引ノズルを前記基板の平面に平行な面内で位置決めする位置決め手段と、を含むことを特徴とする請求項6記載の装置。7. The apparatus according to claim 6, wherein said solvent removing means includes a liquid suction nozzle and positioning means for positioning said liquid suction nozzle in a plane parallel to a plane of said substrate. 前記溶媒除去手段は、液体吸収体と、前記液体吸収体を前記基板の平面に平行な面内で位置決めする位置決め手段と、を含むことを特徴とする請求項6記載の装置。7. The apparatus according to claim 6, wherein said solvent removing means includes a liquid absorber and positioning means for positioning said liquid absorber in a plane parallel to a plane of said substrate. 前記溶媒配置手段は吐出ノズルであり、前記溶媒除去手段は液体吸引ノズルであり、前記吐出ノズルと前記液体吸引ノズルが、一体的に形成されて吐出・吸引ノズルを形成していることを特徴とする請求項6記載の装置。The solvent disposing means is a discharge nozzle, the solvent removing means is a liquid suction nozzle, and the discharge nozzle and the liquid suction nozzle are integrally formed to form a discharge / suction nozzle. 7. The device of claim 6, wherein 前記吐出・吸引ノズルの前記吐出ノズルと前記液体吸収ノズルの液体通路は、一方が他方を取り囲んでいることを特徴とする請求項12記載の装置。13. The apparatus according to claim 12, wherein one of the discharge passage of the discharge / suction nozzle and the liquid passage of the liquid absorption nozzle surrounds the other. 前記吐出ノズルは吐出口列を有し、前記液体吸引ノズルは液体吸引口列を有し、前記吐出口列と前記液体吸引口列は互いに並列に配置されていることを特徴とする請求項12記載の装置。13. The discharge nozzle according to claim 12, wherein the discharge nozzle has a discharge port row, the liquid suction nozzle has a liquid suction port row, and the discharge port row and the liquid suction port row are arranged in parallel with each other. The described device. 前記吐出ノズルは複数の吐出口を有し、前記液体吸引ノズルは複数の液体吸引口を有し、前記吐出口と前記液体吸引口は交互に且つ直線に沿って配置されていることを特徴とする請求項12記載の装置。The discharge nozzle has a plurality of discharge ports, the liquid suction nozzle has a plurality of liquid suction ports, and the discharge ports and the liquid suction ports are alternately arranged along a straight line. 13. The device according to claim 12, wherein
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