JP2006215121A - Gelation control method, film forming method, device manufacturing method, electro-optical device, and electronic equipment - Google Patents

Gelation control method, film forming method, device manufacturing method, electro-optical device, and electronic equipment Download PDF

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欣也 小澤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gelation control method for controlling gelation of a liquid material with high accuracy, to provide a film forming method for stably forming a film in a desired shape on a substrate with high accuracy by using the gelation control method, to provide a device manufacturing method which can attain improvement in quality, and to provide an electro-optical device and electronic equipment. <P>SOLUTION: The film forming method is carried out by preparing a liquid material as liquid drops and depositing the drops on the substrate to form a film, wherein gelation of the liquid material is controlled by using at least either the solid content concentration of the liquid material or the drying rate of the liquid drops as a parameter so as to control the shape of a dry film of the liquid drops. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ゲル化制御方法、膜形成方法、デバイス製造方法、電気光学装置および電子機器に関するものである。   The present invention relates to a gelation control method, a film formation method, a device manufacturing method, an electro-optical device, and an electronic apparatus.

ディスプレイや表示光源等として用いられる電気光学装置や、半導体装置等の電子装置は、その製造過程において、基板上に材料を配置し、その基板上に膜を形成する工程を含む。材料の配置技術や膜形成技術は、品質や機能と密接に係わり、上記各装置の性能の向上を図る上で重要である。
基板上に材料を配置する技術としては、吐出ヘッドに設けられたノズルを介して液体材料を液滴として吐出する方法がある(例えば、特許文献1参照。)。
An electro-optical device used as a display, a display light source, or the like, or an electronic device such as a semiconductor device includes a process of arranging a material on a substrate and forming a film on the substrate in the manufacturing process. Material placement technology and film formation technology are closely related to quality and function, and are important for improving the performance of each of the above devices.
As a technique for arranging a material on a substrate, there is a method of discharging a liquid material as droplets through a nozzle provided in an ejection head (see, for example, Patent Document 1).

この液滴吐出法は、スピンコート法等の技術に比べて、液体材料の消費に無駄が少なく、基板上に配置する液体材料の量や位置の制御を行いやすいという利点がある。
液滴吐出法を用いて基板上に膜を形成する技術では、液体材料を基板上に配置する際の配置精度が求められる一方で、液膜の乾燥後における膜形状の精度向上や安定化が求められる。
ところが、膜形状を精度よく制御する方法が確立されていないというのが現状である。
This droplet discharge method is advantageous in that it consumes less liquid material and can easily control the amount and position of the liquid material placed on the substrate as compared with a technique such as spin coating.
The technique of forming a film on a substrate using the droplet discharge method requires placement accuracy when the liquid material is placed on the substrate, while improving and stabilizing the film shape after drying the liquid film. Desired.
However, the current situation is that a method for accurately controlling the film shape has not been established.

特開平11−274671号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-274671

本発明の目的は、液体材料のゲル化を精度よく制御することが可能なゲル化制御方法、このゲル化制御方法を用いて、基板上に所望の形状の膜を精度よく安定して形成することが可能な膜形成方法、品質の向上が可能なデバイス製造方法、電気光学装置および電子機器を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a gelation control method capable of accurately controlling gelation of a liquid material, and to form a film having a desired shape on a substrate with high accuracy using this gelation control method. An object of the present invention is to provide a film forming method, a device manufacturing method capable of improving quality, an electro-optical device, and an electronic apparatus.

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のゲル化制御方法は、液体材料の固形分濃度および液体材料の乾燥速度のうちの少なくとも一方をパラメータとして、前記液体材料のゲル化を制御することを特徴とする。
これにより、液体材料のゲル化を精度よく制御することができる。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The gelation control method of the present invention is characterized in that the gelation of the liquid material is controlled using at least one of the solid content concentration of the liquid material and the drying speed of the liquid material as a parameter.
Thereby, the gelation of the liquid material can be accurately controlled.

本発明の膜形成方法は、液体材料を液滴にして基板上に配置し、前記基板上に膜を形成する方法であって、
前記液体材料の固形分濃度および前記液滴の乾燥速度のうちの少なくとも一方をパラメータとして、前記液体材料のゲル化を制御することにより、前記液滴の乾燥膜の形状を制御することを特徴とする。
これにより、液滴の乾燥膜を様々な形状に制御することができる。その結果、基板上の所望の膜を精度よく安定して形成することができる。
The film forming method of the present invention is a method of forming a film on a substrate by disposing a liquid material as droplets on the substrate,
The shape of the dried film of the droplet is controlled by controlling the gelation of the liquid material using at least one of the solid content concentration of the liquid material and the drying speed of the droplet as a parameter. To do.
Thereby, the dry film | membrane of a droplet can be controlled to various shapes. As a result, a desired film on the substrate can be formed accurately and stably.

本発明の膜形成方法では、前記乾燥膜の形状は、前記液滴の乾燥膜の膜厚分布および前記液滴の乾燥膜の外径を含むことが好ましい。
これにより、液滴の乾燥膜において、膜厚および外径の制御を行うことができる。
本発明の膜形成方法では、前記パラメータは、乾燥時における前記液滴内の液体の流れを決定するものであることが好ましい。
これにより、液体材料のゲル化を制御して、乾燥膜の膜厚分布を目的とするものに制御することができる。
In the film forming method of the present invention, it is preferable that the shape of the dry film includes a film thickness distribution of the dry film of the droplet and an outer diameter of the dry film of the droplet.
Thereby, the film thickness and the outer diameter can be controlled in the dried film of the droplet.
In the film forming method of the present invention, it is preferable that the parameter determines a flow of liquid in the droplet during drying.
Thereby, the gelation of the liquid material can be controlled to control the film thickness distribution of the dry film.

本発明の膜形成方法では、前記液滴の縁部において、前記液滴の中央部より早く前記液体材料のゲル化が生じるように、前記パラメータを設定することが好ましい。
これにより、縁部で膜厚が大きい乾燥膜を容易に得ることができる。
本発明の膜形成方法では、前記液滴の中央部において、前記液滴の縁部より早く前記液体材料のゲル化が生じるように、前記パラメータを設定することが好ましい。
これにより、比較的平坦な乾燥膜を容易に得ることができる。
本発明の膜形成方法では、前記液滴の全体において、ほぼ同時に前記液体材料のゲル化が生じるように、前記パラメータを設定することが好ましい。
これにより、比較的平坦な乾燥膜を容易に得ることができる。
In the film forming method of the present invention, it is preferable to set the parameters so that the liquid material is gelled at the edge of the droplet earlier than the central portion of the droplet.
Thereby, a dry film having a large film thickness at the edge can be easily obtained.
In the film forming method of the present invention, it is preferable that the parameter is set so that the liquid material is gelled earlier than the edge of the droplet in the central portion of the droplet.
Thereby, a relatively flat dry film can be easily obtained.
In the film forming method of the present invention, it is preferable that the parameters are set so that the liquid material gels almost simultaneously in the entire droplet.
Thereby, a relatively flat dry film can be easily obtained.

本発明の膜形成方法では、前記基板が搭載されるステージの移動速度、前記基板上に配置される液滴同士の間隔および前記液体材料に対する前記基板表面の接触角のうちの少なくとも1つを制御することにより、前記液滴の乾燥速度を変化させることが好ましい。
これにより、液体材料のゲル化を制御して、液滴の乾燥膜の形状を制御することから、基板上に所望の形状の膜パターンを精度よく安定して形成することができる。
In the film forming method of the present invention, at least one of a moving speed of a stage on which the substrate is mounted, an interval between droplets arranged on the substrate, and a contact angle of the substrate surface with the liquid material is controlled. It is preferable to change the drying speed of the droplets.
Accordingly, since the gelation of the liquid material is controlled to control the shape of the dried film of the droplet, a film pattern having a desired shape can be accurately and stably formed on the substrate.

本発明のデバイス製造方法は、基板に膜パターンが形成されてなるデバイスの製造方法であって、
本発明の膜形成方法により、前記基板上に前記膜パターンを形成することを特徴とする。
これにより、基板に所望の膜パターンが形成されてなる各種デバイスを製造することができる。
The device manufacturing method of the present invention is a device manufacturing method in which a film pattern is formed on a substrate,
The film pattern is formed on the substrate by the film forming method of the present invention.
Thereby, various devices in which a desired film pattern is formed on the substrate can be manufactured.

本発明の電気光学装置は、本発明のデバイス製造方法を用いて製造されたデバイスを備えることを特徴とする。
これにより、高い品質の電気光学装置を安定して得ることができる。
本発明の電子機器は、本発明の電気光学装置を備えることを特徴とする。
これにより、高い品質の電子機器を安定して得ることができる。
The electro-optical device of the present invention includes a device manufactured using the device manufacturing method of the present invention.
Thereby, a high quality electro-optical device can be obtained stably.
An electronic apparatus according to the present invention includes the electro-optical device according to the present invention.
Thereby, a high quality electronic device can be obtained stably.

以下、本発明のゲル化制御方法、膜形成方法、デバイス製造方法、電気光学装置および電子機器について、図示の好適実施形態に基づいて説明する。
本発明のゲル化制御方法は、液体材料の固形分濃度および液体材料の乾燥速度のうちの少なくとも一方をパラメータとして、このパラメータを定めることにより、液体材料のゲル化を制御するものである。
Hereinafter, a gelation control method, a film formation method, a device manufacturing method, an electro-optical device, and an electronic apparatus according to the present invention will be described based on the illustrated preferred embodiments.
The gelation control method of the present invention controls gelation of a liquid material by determining this parameter using at least one of the solid content concentration of the liquid material and the drying speed of the liquid material as a parameter.

以下、本発明のゲル化制御方法を膜形成方法に適用した場合を一例に説明する。
図1は、本発明のゲル化制御方法を適用した膜形成方法における代表的な液滴の乾燥過程を模式的に示す図である。
本発明の膜形成方法においては、液体材料を液滴にして基板上に配置し、それを乾燥させて基板上に液滴の乾燥膜を形成する。
なお、ここでは、基板上に1つの液滴を配置した場合について説明するが、本発明はこれに限らず、例えば、基板上に複数の液滴を配置し、それらを乾燥する場合も含む。
また、後述するように、複数の液滴の乾燥膜を、連続的に並べることにより、基板上に線状の膜パターンを形成することも可能である。
Hereinafter, the case where the gelation control method of the present invention is applied to a film forming method will be described as an example.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a typical droplet drying process in a film forming method to which the gelation control method of the present invention is applied.
In the film forming method of the present invention, a liquid material is formed as droplets on a substrate and dried to form a dried film of droplets on the substrate.
Although a case where one droplet is arranged on the substrate will be described here, the present invention is not limited to this, and includes, for example, a case where a plurality of droplets are arranged on the substrate and dried.
Further, as will be described later, it is also possible to form a linear film pattern on a substrate by continuously arranging dry films of a plurality of droplets.

本発明の膜形成方法では、乾燥過程において、液体材料の固形分濃度および液滴の乾燥速度のうちの少なくとも一方をパラメータとして、このパラメータを定めることにより、液滴の乾燥膜を様々な形状に制御する。
具体的には、例えば、液滴の乾燥膜を、図1(a)に示すように、中央部に比べて縁部の膜厚を厚くするといったような膜厚分布の制御を行うことができる。また、例えば、液滴の乾燥膜を、図1(b)に示すように、着弾後の液滴に比べて縮径させるといったような外径の制御を行うことができる。
In the film forming method of the present invention, in the drying process, by setting at least one of the solid content concentration of the liquid material and the drying speed of the liquid droplet as a parameter, the dry film of the liquid droplet is formed into various shapes by determining this parameter. Control.
Specifically, for example, as shown in FIG. 1A, the film thickness distribution can be controlled such that the film thickness of the edge of the dry film of the droplet is thicker than that of the central part. . Further, for example, as shown in FIG. 1B, the outer diameter can be controlled such that the diameter of the dried film of the droplet is reduced compared to the droplet after landing.

図1(a)に示す乾燥過程は、液滴の中央部に比べて縁部における固形分濃度が早く上昇し、ゲル化するように、上記パラメータ(液体材料の固形分濃度、液滴の乾燥速度)を定めたものである。
ここで、「ゲル化」とは、流動性を有する液体材料が、その流動性が消失または低減して粘弾性を示す状態のことを言い、「ゲル化点」とは、液体材料が粘弾性を示し、容易に溶液体中を固体成分が動けなくなく状態になる転移点と定義する。
また、「液体材料が粘弾性を示す状態」とは、基板上に配置した液体材料に対して、応力を与えると変形するが、その応力を取り除くとほぼ元の形状に復元する状態のことを言う。
In the drying process shown in FIG. 1 (a), the above-described parameters (solid content concentration of liquid material, drying of droplets) so that the solid content concentration at the edge rises faster than the central portion of the droplet and gels. Speed).
Here, “gelation” means a state in which a fluid material having fluidity loses or reduces its fluidity and exhibits viscoelasticity, and “gelation point” means that the liquid material has viscoelasticity. And is defined as a transition point at which the solid component easily moves in the solution body.
In addition, “the state in which the liquid material exhibits viscoelasticity” refers to a state in which the liquid material placed on the substrate is deformed when stress is applied, but is restored to its original shape when the stress is removed. To tell.

なお、ゲル化点における液体材料中の固形分濃度は、固形分の種類、溶媒の種類等に依存して若干変化するため、特に限定されないが、45wt%以上であるのが好ましく、55wt%以上であるのがよい。これにより、ゲル化点に至るまで十分に液体材料が広がる時間が存在し、またゲル化に至った状態で液体材料中の液性成分(溶媒または分散媒)等の含有量が十分少なくなるので、得られた乾燥膜は、その密度が向上し、特性が高くかつ平坦性が得られやすいものとなる。   The solid content concentration in the liquid material at the gelation point is not particularly limited because it varies slightly depending on the type of solid content, the type of solvent, etc., but is preferably 45 wt% or more, and 55 wt% or more. It is good to be. As a result, there is sufficient time for the liquid material to spread until reaching the gel point, and the content of the liquid component (solvent or dispersion medium) in the liquid material is sufficiently reduced in the state of gelation. The obtained dry film has an improved density, high characteristics, and flatness.

一般に、基板上に配置された液滴は縁部(エッジ)において乾燥の進行が速い。液滴の乾燥過程において、液滴の縁部における固形分濃度がゲル化点に達すると、その縁部において液体材料が局所的にゲル化する。
すると、そのゲル化した部分によって液滴の縁部がピン止めされたような状態となり、それ以降の乾燥に伴う液滴の収縮(外径の収縮)が抑制される。
以後、この現象、すなわち、縁部で液体材料のゲル化によって乾燥に伴う液滴の収縮が抑制される現象を「ピニング」と呼ぶ。
In general, the liquid droplets disposed on the substrate are rapidly dried at the edges. In the drying process of the droplet, when the solid content concentration at the edge of the droplet reaches the gel point, the liquid material locally gels at the edge.
Then, the edge of the liquid droplet is pinned by the gelled portion, and the contraction of the liquid droplet (contraction of the outer diameter) accompanying the subsequent drying is suppressed.
Hereinafter, this phenomenon, that is, a phenomenon in which the shrinkage of the droplet accompanying the drying due to the gelation of the liquid material at the edge is suppressed is referred to as “pinning”.

一方、図1(b)に示す乾燥過程は、液滴の全体の固形分濃度ができるだけゲル化点に達しないように、上記パラメータ(液体材料の固形分濃度、液滴の乾燥速度)を定めたものである。
この場合、液滴の縁部での局所的な液体材料のゲル化が生じにくいことから、上述したピニングが起こらず、乾燥過程において、蒸発に伴って液滴が収縮する。すなわち、乾燥の進行とともに、液滴の外径が小さくなる。
以後、この現象、すなわち、乾燥時にピニングすることなく液滴が収縮する現象を「ディピニング」と呼ぶ。
なお、図1(a)および(b)に矢印で示す液滴内の液体の流れは、一例であり、実際とは異なる場合がある。
On the other hand, in the drying process shown in FIG. 1B, the above parameters (solid content concentration of liquid material, droplet drying speed) are determined so that the solid content concentration of the entire droplet does not reach the gel point as much as possible. It is a thing.
In this case, since local gelation of the liquid material is unlikely to occur at the edge of the droplet, the above-described pinning does not occur, and the droplet shrinks with evaporation in the drying process. That is, as the drying progresses, the outer diameter of the droplet decreases.
Hereinafter, this phenomenon, that is, a phenomenon in which droplets contract without being pinned during drying is referred to as “depinning”.
In addition, the flow of the liquid in the droplet shown by the arrows in FIGS. 1A and 1B is an example and may be different from the actual one.

ここで、上記パラメータのうち、液滴の乾燥速度は、基板が搭載されるステージの移動速度、基板上に配置される液滴同士の間隔(液滴間距離)、複数の液滴の配列や配置のタイミングおよび液体材料に対する基板表面の接触角等に応じて変化する。
例えば、ステージが移動すると、液滴近傍の気相の蒸気濃度が低下する等により、液滴の乾燥が促進される。ステージの移動速度が大きいほど、大気に対する液滴の相対的な移動速度が大きくなり、液滴の乾燥速度が大きくなる。
Here, among the above parameters, the drying speed of the droplets is the moving speed of the stage on which the substrate is mounted, the interval between the droplets arranged on the substrate (inter-droplet distance), the arrangement of a plurality of droplets, It changes according to the timing of arrangement and the contact angle of the substrate surface with respect to the liquid material.
For example, when the stage moves, drying of the droplets is promoted because the vapor concentration in the gas phase near the droplets decreases. As the moving speed of the stage increases, the moving speed of the droplet relative to the atmosphere increases, and the drying speed of the droplet increases.

図2は、基板上に複数(ここでは2滴)の液滴を配置した例を示す図である。
図2に示すように、液滴の乾燥時、液相から気相に出て行く蒸気は、液滴を中心に3次元に拡散する。
ここで、「蒸気拡散層」とは、液滴から蒸発した分子が拡散による移動のために、液滴近傍の気相中に濃度勾配を形成している領域をいう。
FIG. 2 is a diagram showing an example in which a plurality of (here, two) droplets are arranged on a substrate.
As shown in FIG. 2, when the droplets are dried, the vapor that goes out from the liquid phase to the gas phase diffuses three-dimensionally around the droplets.
Here, the “vapor diffusion layer” refers to a region in which molecules evaporated from a droplet form a concentration gradient in the gas phase in the vicinity of the droplet due to movement by diffusion.

ここでは、液滴表面近傍の気相中に形成され、他の液滴に影響を与える濃度を有する蒸気層のことを広義の蒸気拡散層として含むものとする。また、液滴間距離は隣り合う両液滴同士の中心間隔とする。
なお、蒸気拡散層の厚さは、液体材料の物性や固形分濃度、環境温度等に応じて変化する。
Here, a vapor layer formed in the gas phase near the droplet surface and having a concentration that affects other droplets is included as a vapor diffusion layer in a broad sense. Further, the distance between the droplets is the center distance between the two adjacent droplets.
The thickness of the vapor diffusion layer varies depending on the physical properties, solid content concentration, environmental temperature, etc. of the liquid material.

基板上に複数の液滴が配置されるとき、液滴が他の液滴の蒸気拡散層内に存在したり、あるいは隣り合う両液滴の蒸気拡散層が互いに一部重なると、液滴表面の蒸気濃度の変化等によって、液滴の蒸発速度が変化する。具体的には、液滴間距離が短く、蒸気拡散層の重なる距離が長いほど、液滴の蒸発速度(乾燥速度)が小さくなり、乾燥時間が長くなる。   When a plurality of droplets are arranged on the substrate, if the droplets exist in the vapor diffusion layer of another droplet or the vapor diffusion layers of both adjacent droplets partially overlap each other, the droplet surface The evaporation rate of the droplet changes due to a change in the vapor concentration of the liquid. Specifically, the shorter the distance between droplets and the longer the overlapping distance of the vapor diffusion layers, the smaller the evaporation rate (drying rate) of the droplets, and the longer the drying time.

一方、蒸気拡散層が重ならない場合は、液滴間距離が変化しても、液滴の蒸発速度および乾燥時間はほとんど変化しない。
したがって、蒸気拡散層の影響を受ける範囲内で、液滴間距離(液滴同士の間隔)を変化させることにより、液滴の乾燥速度を変化させることができる。
また、基板上に複数の液滴を配置する場合、上述した液滴間距離だけでなく、液滴を配置するタイミング、数および配列等によっても液滴の乾燥時間が変化する。
On the other hand, when the vapor diffusion layers do not overlap, even if the distance between the droplets changes, the evaporation rate and drying time of the droplets hardly change.
Therefore, the drying speed of the droplets can be changed by changing the distance between the droplets (the interval between the droplets) within a range affected by the vapor diffusion layer.
In addition, when a plurality of droplets are arranged on the substrate, the drying time of the droplets varies depending not only on the distance between the droplets described above but also on the timing, number and arrangement of the droplets.

例えば、基板上に先に液滴が配置されてから次の液滴を配置するまでの期間に応じて、次の液滴の配置時における先の液滴の乾燥(蒸発)状態が変化する。そのため、その変化に応じて、それらの液滴間での蒸気拡散層の影響の大きさ、並びに液滴の乾燥速度が変化する。すなわち、上記期間が長いほど、複数の液滴間での蒸気拡散層の影響が小さくなり、液滴の乾燥速度が大きくなる。   For example, the drying (evaporation) state of the previous liquid droplet changes when the next liquid droplet is disposed, depending on the period from when the first liquid droplet is disposed on the substrate to when the next liquid droplet is disposed. Therefore, according to the change, the magnitude of the influence of the vapor diffusion layer between the droplets and the drying rate of the droplets change. That is, the longer the period, the less the influence of the vapor diffusion layer between the plurality of droplets, and the higher the drying rate of the droplets.

また、図3(a)および(b)に示すように、蒸気拡散層が重なる範囲内で、1つの液滴Aに並べて配置される液滴Bの数が多いほど、蒸気拡散層の影響が大きく現れ、液滴Aの乾燥速度が小さくなる。
また、蒸気拡散層が重なる範囲内で、図3(a)に示すように、1つの液滴Aの一方の側に1つの液滴Bが配置される場合、液滴Aでは、液滴Bが配置された側の乾燥速度が部分的に小さくなる。この場合、乾燥速度に部分的な偏りが生じるために、液滴Aの乾燥膜の形状は異方的になる。
これに対して、図3(b)に示すように、1つの液滴Aの全周にわたって複数の液滴Bが配置される場合、上述した乾燥速度の部分的な偏りが生じにくく、液滴Aの乾燥膜の形状は等方的となる。
Further, as shown in FIGS. 3A and 3B, the larger the number of droplets B arranged in one droplet A within the range where the vapor diffusion layers overlap, the more the influence of the vapor diffusion layer is. It appears large and the drying speed of the droplet A becomes small.
Further, when one droplet B is disposed on one side of one droplet A as shown in FIG. 3A within the range where the vapor diffusion layers overlap, in the droplet A, the droplet B The drying speed on the side where the is disposed is partially reduced. In this case, since a partial deviation occurs in the drying speed, the shape of the dry film of the droplet A becomes anisotropic.
On the other hand, as shown in FIG. 3B, when a plurality of droplets B are arranged over the entire circumference of one droplet A, the above-described partial unevenness in the drying speed is unlikely to occur. The shape of the dry film A is isotropic.

図4(a)および(b)は、液体材料に対する基板表面の接触角(静的接触角)が互いに異なる場合の液滴の様子を示している(接触角θa<θb)。
同量の液滴を基板上に配置するとき、接触角が小さいほど液滴の外径は大きい。液滴の外径が大きいと、乾燥速度が大きくなる傾向にあることから、液体材料に対する基板表面の接触角が小さいほど、乾燥速度が大きくなる。
なお、接触角は、例えば、基板表面に対して、液体材料に対する濡れ性を高める親液化処理を施すことにより小さくなり、基板表面に対して、液体材料に対する濡れ性を低くする撥液化処理を施すことにより大きくなる。
FIGS. 4A and 4B show the state of liquid droplets when the contact angle (static contact angle) of the substrate surface with respect to the liquid material is different (contact angle θa <θb).
When the same amount of droplets is placed on the substrate, the smaller the contact angle, the larger the outer diameter of the droplets. Since the drying speed tends to increase when the outer diameter of the droplet is large, the drying speed increases as the contact angle of the substrate surface with the liquid material decreases.
Note that the contact angle is reduced by, for example, applying a lyophilic process for increasing the wettability with respect to the liquid material to the substrate surface, and applying a lyophobic process for reducing the wettability with respect to the liquid material to the substrate surface. It will be bigger.

以上のことから、基板が搭載されるステージの移動速度、基板上に配置される液滴同士の間隔(液滴間距離)、複数の液滴の配列や配置のタイミングおよび液体材料に対する基板表面の接触角等を制御することにより、液滴の乾燥速度を変化させることができる。
なお、液滴の乾燥速度を変化させる方法としては、上記の他に、温度や、湿度、気圧等の環境因子を制御したり、加熱手段や送風手段を用いたりしてもよい。
また、これらの制御手法は、必要に応じて、任意の2つ以上を組み合わせて用いることができる。
From the above, the moving speed of the stage on which the substrate is mounted, the interval between droplets arranged on the substrate (distance between droplets), the arrangement and arrangement timing of a plurality of droplets, and the surface of the substrate relative to the liquid material By controlling the contact angle and the like, the drying speed of the droplets can be changed.
As a method of changing the drying speed of the droplets, in addition to the above, environmental factors such as temperature, humidity, and atmospheric pressure may be controlled, or a heating unit or a blowing unit may be used.
Moreover, these control methods can be used in combination of arbitrary two or more as needed.

図5は、一定の乾燥条件下での、液滴からの液体(溶媒、分散媒等の液性成分)の蒸発量の時間積分を示す図である。
図5に示すように、乾燥の初期段階には、時間あたりの蒸発量が多い(図5に示すA部)。これは、基板上に液滴が配置された直後の乾燥初期においては、液滴の周囲の蒸気濃度が低く、液滴の乾燥速度(蒸発速度)が大きいからである。
その後、液滴の周囲(液体分子の平均自由工程距離分)が飽和濃度に達すると、液滴の乾燥速度は、蒸気の拡散速度に律速された定常状態となり(図5に示すB部)、乾燥初期に比べて遅くなる。
FIG. 5 is a diagram showing time integration of the evaporation amount of the liquid (liquid component such as a solvent and a dispersion medium) from the droplets under a certain drying condition.
As shown in FIG. 5, in the initial stage of drying, the amount of evaporation per time is large (part A shown in FIG. 5). This is because in the initial stage of drying immediately after the droplets are placed on the substrate, the vapor concentration around the droplets is low and the drying rate (evaporation rate) of the droplets is high.
After that, when the periphery of the droplet (the average free process distance of the liquid molecules) reaches the saturation concentration, the drying rate of the droplet becomes a steady state limited by the diffusion rate of the vapor (part B shown in FIG. 5). Slower compared to the initial drying stage.

前述したように、基板上に配置された液滴は縁部(エッジ)において乾燥の進行が速い。そのため、乾燥の初期段階(図5に示すA部)には、液滴の縁部で液体(液性成分)が急速に蒸発し、固形分濃度が上昇する傾向にある。このとき、液滴の縁部における固形分濃度がゲル化点に達すると、上述したピニングが生じる。
本発明では、このような現象を制御することにより、目的とする形状(膜厚分布および外径)の乾燥膜を形成する。
図6〜図8は、それぞれ、ピニングを経て形成された乾燥膜の形状、すなわち、液滴の縁部において、中央部より早く液体材料のゲル化を生じさせて形成された乾燥膜の形状を示す図であり、右が平面図、左が断面図である。
なお、図6〜図8に示す乾燥膜は、乾燥過程における上記パラメータが互いに異なる。
As described above, the droplets disposed on the substrate are rapidly dried at the edges. Therefore, at the initial stage of drying (part A shown in FIG. 5), the liquid (liquid component) rapidly evaporates at the edge of the droplet and the solid concentration tends to increase. At this time, when the solid content concentration at the edge of the droplet reaches the gel point, the above-described pinning occurs.
In the present invention, by controlling such a phenomenon, a dry film having a target shape (film thickness distribution and outer diameter) is formed.
6 to 8 respectively show the shape of the dry film formed through pinning, that is, the shape of the dry film formed by causing gelation of the liquid material at the edge of the droplet earlier than the central part. The right side is a plan view and the left side is a sectional view.
In addition, the dry film | membrane shown in FIGS. 6-8 differs from the said parameter in a drying process mutually.

<図6に示す乾燥膜を形成する場合>
まず、図6(a)に示すように、液滴を基板上に配置し、次いで、図6(b)に示すように、液滴が拡径(底面積が増大)した後、ディピニングを利用して、図6(c)に示すように、目的とする外径(サイズ:寸法)に縮径(底面積が減少)するまで乾燥する。
この液滴の縮径(ディピニング)は、例えば、液滴の乾燥速度をできるだけ小さくして、時間あたりの蒸発量の多い初期段階の乾燥を防ぐこと等により調整することができる。
<When forming the dry film shown in FIG. 6>
First, as shown in FIG. 6 (a), the droplets are arranged on the substrate, and then, as shown in FIG. 6 (b), after the droplets are enlarged (bottom area is increased), depinning is used. Then, as shown in FIG. 6C, drying is performed until the diameter is reduced to the target outer diameter (size: dimension) (bottom area is reduced).
The diameter of the droplets (depinning) can be adjusted, for example, by reducing the drying speed of the droplets as much as possible to prevent drying at an initial stage where the amount of evaporation per time is large.

次に、液滴が目的とする外径に至ったとき、図6(d)に示すように、液滴にピニングを生じさせる。
ここで、ピニングが生じると、先の図1(a)に示したように、液滴内で、液滴の縁部で蒸発により失った分の液体を中央部から補う流れ、すなわち中央部から縁部に向かう液体の流れが形成される。この液体の流れは、上記パラメータに応じて変化する。
Next, when the droplet reaches the target outer diameter, as shown in FIG.
Here, when pinning occurs, as shown in FIG. 1A, in the droplet, the liquid lost by evaporation at the edge of the droplet is supplemented from the central portion, that is, from the central portion. A liquid flow towards the edge is formed. This liquid flow changes in accordance with the above parameters.

図6に示す乾燥膜は、乾燥時における液滴内で中央部から縁部への液体の流れが強く形成されるように上記パラメータを定めることにより形成されたものである。
先の図1(a)に示すように、ピニングが生じた後、液滴内で、中央部から縁部に向かう液体の流れが強く形成されると、この液体の流れに伴い、液滴の縁部に固形分が多く運ばれる。
The dry film shown in FIG. 6 is formed by determining the above parameters so that the liquid flow from the central part to the edge part is strongly formed in the droplets during drying.
As shown in FIG. 1 (a), after a pinning occurs, if a liquid flow from the center to the edge is strongly formed in the droplet, the droplet flows along with the liquid flow. A lot of solids are carried to the edge.

液滴の縁部では、液体材料のゲル化に伴って粘弾性化が進行すること等により、液体の流れが滞留しやすく、固形分の高濃度状態が維持される。すなわち、中央部から縁部に向かう液体の流れに比べて、縁部から中央部に向かう液体の流れが弱くなる。
その結果、液滴の縁部において固形分が中央部より多くなり、乾燥膜の縁部の膜厚が厚くなる。
この場合、上記パラメータのうち、液体材料の固形分濃度が低いほど、また、乾燥速度が大きいほど、中央部から縁部に向かう液体の流れが強くなる。
At the edge of the droplet, the flow of the liquid tends to stay due to the progress of viscoelasticity accompanying the gelation of the liquid material, and the high concentration state of the solid content is maintained. That is, the liquid flow from the edge to the center is weaker than the liquid flow from the center to the edge.
As a result, the solid content at the edge of the droplet is greater than that at the center, and the film thickness at the edge of the dry film is increased.
In this case, among the above parameters, the lower the solid content concentration of the liquid material and the higher the drying speed, the stronger the liquid flow from the center to the edge.

したがって、液体材料の固形分濃度を低下させたり、乾燥速度を大きくしたりすることにより、液体材料のゲル化を制御して、乾燥膜の中央部に対する縁部の膜厚比を大きくすることができる。つまり、図6(e)に示すように、縁部の厚い乾燥膜、すなわち、膜厚分布が目的とするものに制御された乾燥膜が形成される。
また、固形分が微粒子の場合、その微粒子の粒径が小さいほど、液体の流れに乗せて固形分を縁部に運びやすいために、乾燥膜の中央部の膜厚が薄くなりやすい。乾燥膜の中央部に対する縁部の膜厚比が大きくなることで、例えば、図6(e)に示すように、リング状の乾燥膜が形成される。
Therefore, by reducing the solid content concentration of the liquid material or increasing the drying speed, it is possible to control the gelation of the liquid material and increase the film thickness ratio of the edge to the center of the dry film. it can. That is, as shown in FIG. 6 (e), a dry film having a thick edge, that is, a dry film in which the film thickness distribution is controlled to the target is formed.
In addition, when the solid content is fine particles, the smaller the particle size of the fine particles, the easier it is to carry the solid content to the edge by being placed on the liquid flow, and thus the thickness of the central portion of the dry film tends to be thin. By increasing the film thickness ratio of the edge to the center of the dry film, for example, a ring-shaped dry film is formed as shown in FIG.

<図7に示す乾燥膜を形成する場合>
図7に示す乾燥膜は、図6に示す乾燥膜を得る場合より、液滴内での中央部から縁部への液体の流れが弱くなるように上記パラメータを定めることにより形成されたものである。
上記パラメータのうち、液体材料の固形分濃度が高いほど、また、乾燥速度が小さいほど、中央部から縁部に向かう液体の流れが弱くなり、液滴の縁部に固形分が運ばれにくくなる。
また、固形分が微粒子の場合、その微粒子の粒径が大きいほど、固形分を液滴の中央部から縁部まで運びにくくなることから、乾燥膜の中央部の膜厚が薄くなりにくい。
その結果、図7に示すように、中央部と縁部とが同程度の膜厚の、ほぼ平坦な断面形状を有する乾燥膜が形成される。
<When forming the dry film shown in FIG. 7>
The dry film shown in FIG. 7 is formed by determining the above parameters so that the flow of liquid from the center to the edge in the droplet is weaker than in the case of obtaining the dry film shown in FIG. is there.
Of the above parameters, the higher the solid content concentration of the liquid material and the lower the drying speed, the weaker the liquid flow from the center to the edge and the less likely it is to carry the solid to the edge of the droplet. .
Further, when the solid content is fine particles, the larger the particle size of the fine particles, the more difficult it is to carry the solid content from the central portion of the droplet to the edge portion, and thus the thickness of the central portion of the dry film is less likely to be thin.
As a result, as shown in FIG. 7, a dry film having a substantially flat cross-sectional shape is formed in which the central portion and the edge portion have the same film thickness.

<図8に示す乾燥膜を形成する場合>
図8に示す乾燥膜は、図7に示す乾燥膜を得る場合より、液滴内での中央部から縁部への液体の流れが弱くなるように上記パラメータを定めることにより形成されたものである。
図8に示す乾燥膜は、例えば、図6および図7に示す乾燥膜に比べて、液体材料の固形分濃度が高く、乾燥速度が小さく、固形分である微粒子の粒径が大きい。この場合、液滴の中央部から縁部への固形分の運搬が行われにくく、図8に示すように、乾燥膜の縁部に比べて中央部の膜厚が厚くなる。
<When forming the dry film shown in FIG. 8>
The dry film shown in FIG. 8 is formed by setting the above parameters so that the flow of liquid from the center to the edge in the droplet is weaker than when the dry film shown in FIG. 7 is obtained. is there.
The dry film shown in FIG. 8 has, for example, a higher solid content concentration of the liquid material, a lower drying speed, and a larger particle size of the solid content as compared with the dry film shown in FIGS. In this case, it is difficult to carry the solid content from the central portion of the droplet to the edge portion, and as shown in FIG. 8, the thickness of the central portion is thicker than the edge portion of the dry film.

このように、ピニングが生じる条件下において、上記パラメータ(液体材料の固形分濃度、液滴の乾燥速度)、あるいは、微粒子の粒径を変化させ、液体材料のゲル化を制御することにより、液滴の乾燥膜を様々な形状に制御することができる。
また、縁部の膜厚が厚いリング状の乾燥膜について、上記パラメータおよび微粒子の粒径を変化させることにより、縁部の盛り上がり部分の幅等を制御することが可能である。
具体的には、高濃度で微粒子の粒径が大きいほど、中央部から縁部に向かう液体の流れの影響を受けにくくなることから、膜形状が平坦に近づくとともに、縁部の盛り上がり部分の幅が狭くなる傾向を示す。
In this way, under the conditions in which pinning occurs, the above parameters (solid content concentration of liquid material, droplet drying speed) or the particle size of fine particles are changed to control the gelation of the liquid material. The dry film of the droplet can be controlled in various shapes.
Further, with respect to the ring-shaped dry film having a thick edge portion, it is possible to control the width and the like of the raised portion of the edge portion by changing the parameters and the particle diameter of the fine particles.
Specifically, the higher the concentration and the larger the particle size of the fine particles, the less the influence of the liquid flow from the center to the edge, so that the film shape approaches flat and the width of the raised portion of the edge Shows a tendency to narrow.

図9は、ピニングを経て形成された乾燥膜に関し、特に、リング状の膜について、液体材料の固形分濃度および微粒子の粒径を変化させた場合の膜形状の変化の様子を示す図である。
ここで、微粒子の粒径:(a)<(b)、であり、液体材料の固形分濃度:(a)<(b)である。
FIG. 9 is a diagram showing a change in the film shape when the solid content concentration of the liquid material and the particle diameter of the fine particles are changed with respect to the dry film formed through pinning. .
Here, the particle diameter of the fine particles: (a) <(b), and the solid content concentration of the liquid material: (a) <(b).

(a)の乾燥膜の外径をW、縁部の厚さをh、縁部の盛り上がり部分の幅をLとし、(b)の乾燥膜の外径をW、縁部の厚さをh、縁部の盛り上がり部分の幅をLとするとき、W<W、h<h、L>Lであった。
なお、ピニングによる乾燥中の液滴上に、別の液滴を重ねて配置してもよい。この場合、乾燥中の液滴の液体分が増すことで、中央部から縁部への液体の流れが維持され、固形分が縁部にさらに運ばれる。そのため、縁部への固形分の移動が促進され、縁部の膜厚がさらに厚くなりやすい。
The outer diameter of the dry film of (a) is W 1 , the thickness of the edge is h 1 , the width of the raised part of the edge is L 1 , the outer diameter of the dry film of (b) is W 2 , W 1 <W 2 , h 1 <h 2 , L 1 > L 2 when the thickness is h 2 and the width of the raised portion of the edge is L 2 .
Note that another droplet may be placed on the droplet being dried by pinning. In this case, the liquid content of the droplets being dried increases, so that the liquid flow from the center to the edge is maintained, and the solid content is further conveyed to the edge. Therefore, the movement of the solid content to the edge is promoted, and the film thickness of the edge tends to be further increased.

また、液体材料に対する基板表面の親和性を制御し、親和性が変化する境界部分をピニングの誘因として作用させてもよい。
また、基板上に配置された液体材料を加熱することや、液体材料を調製する溶媒または分散媒として低沸点のものを用いることにより、上記パラメータによる膜形状の変化が顕著になる。
Further, the affinity of the substrate surface with respect to the liquid material may be controlled, and the boundary portion where the affinity changes may act as an incentive for pinning.
In addition, when the liquid material disposed on the substrate is heated, or when a low boiling point solvent or dispersion medium is used to prepare the liquid material, the change in the film shape due to the above parameters becomes significant.

図10は、液滴の中央部において、縁部より早く液体材料のゲル化を生じさせて形成された乾燥膜の形状を示す図であり、右が平面図、左が断面図である。
まず、図10(a)に示すように、液滴を基板上に配置し、次いで、図10(b)に示すように、液滴が拡径(底面積が増大)した後、ディピニングを利用して、図10(c)に示すように、液滴を縮径(底面積を減少)させる。
FIG. 10 is a diagram showing the shape of a dry film formed by causing the liquid material to gel before the edge at the center of the droplet. The right side is a plan view and the left side is a cross-sectional view.
First, as shown in FIG. 10 (a), the droplets are arranged on the substrate, and then, as shown in FIG. 10 (b), the droplets are expanded in diameter (the bottom area is increased), and then depinning is used. Then, as shown in FIG. 10C, the diameter of the droplet is reduced (the bottom area is reduced).

次に、液滴が目的の外径に至ったとき、図10(d)に示すように、液滴の中央部において、縁部より先に液体材料にゲル化を生じさせる。これにより、液滴の中央部が前記ピニングと同様の状態となる。
この状態で、図7に示す乾燥膜を形成する場合と同様にして、液滴内での縁部から中央部への液体の流れが弱くなるように上記パラメータを定めることにより、図10(e)に示すように、ほぼ平坦な横断面形状を有する乾燥膜を形成することができる。
Next, when the droplet reaches the target outer diameter, as shown in FIG. 10D, the liquid material is gelled before the edge portion at the center of the droplet. Thereby, the center part of a droplet will be in the state similar to the said pinning.
In this state, in the same manner as in the case of forming the dry film shown in FIG. 7, the above parameters are set so that the flow of liquid from the edge to the center in the droplet is weakened. ), A dry film having a substantially flat cross-sectional shape can be formed.

図11は、液滴の全体において、ほぼ同時に液体材料のゲル化を生じさせて形成された乾燥膜の形状を示す図であり、右が平面図、左が断面図である。
まず、図11(a)に示すように、液滴を基板上に配置し、次いで、図11(b)に示すように、液滴が拡径(底面積が増大)した後、ディピニングを利用して、図11(c)に示すように、液滴を縮径(底面積を減少)させる。
FIG. 11 is a diagram showing the shape of a dry film formed by causing gelation of a liquid material almost simultaneously in the entire droplet, and the right side is a plan view and the left side is a cross-sectional view.
First, as shown in FIG. 11 (a), the droplets are arranged on the substrate, and then, as shown in FIG. 11 (b), after the droplets have expanded in diameter (the bottom area increases), depinning is used. Then, as shown in FIG. 11C, the diameter of the droplet is reduced (the bottom area is reduced).

次に、液滴が目的の外径に至ったとき、図11(d)に示すように、液滴の全体において、ほぼ同時に液体材料にゲル化を生じさせる。
ここで、先の図1(b)に示すように、ディピニングによる乾燥過程では、蒸発に伴って液滴が収縮する(例えば、収縮比:1/2以下)。
この液滴の収縮過程では、液滴内で、中央部から縁部に向かう液体の流れと縁部から中央部に向かう流れとを含む対流が持続的に形成され、液滴内における局所的な固形分濃度の上昇が抑制されるとともに、液滴内の固形分濃度の均一化が図られる。
Next, when the droplet reaches the target outer diameter, as shown in FIG. 11D, the liquid material is gelled almost simultaneously in the entire droplet.
Here, as shown in FIG. 1B, in the drying process by depinning, the droplet contracts with evaporation (for example, contraction ratio: 1/2 or less).
In the droplet contraction process, a convection including a liquid flow from the center to the edge and a flow from the edge to the center is continuously formed in the droplet, and a local convection is generated in the droplet. The rise in the solid content concentration is suppressed, and the solid content concentration in the droplets is made uniform.

したがって、この状態で、液滴の全体において、ほぼ同時に液体材料にゲル化を生じさせると、液滴は、その収縮過程における形状を維持して粘弾性化した後、固化に至る。
その結果、図11(e)に示すように、乾燥膜は、その中央部と縁部とがほぼ同程度の膜厚となるか、縁部に比べて中央部の膜厚が若干大きい程度となる。
なお、図6、図10および図11において、(d)から(e)に至る過程において、液滴の外径が若干減少してもよい。
また、このような方法による膜形成では、乾燥過程において液滴を収縮させることから、基板上に極めて微小な膜を形成することが可能である。
Therefore, in this state, if gelation occurs in the liquid material almost simultaneously in the entire droplet, the droplet becomes viscoelastic while maintaining its shape in the contraction process, and then solidifies.
As a result, as shown in FIG. 11 (e), the dry film has a thickness approximately equal to the central portion and the edge portion, or is slightly larger than the edge portion. Become.
6, 10, and 11, the outer diameter of the droplet may be slightly reduced in the process from (d) to (e).
Further, in the film formation by such a method, since the droplet is contracted in the drying process, it is possible to form an extremely minute film on the substrate.

この他、乾燥過程の液滴の収縮を利用して、例えば、密な構造の膜(コロイド結晶等)を形成する等、様々な特徴を有する膜を形成することができる。
また、このような方法による膜形成では、所定量の液滴について、液体材料の固形分濃度が高いほど、乾燥膜の径が大きくなる。逆に、液体材料の固形分濃度を低く抑えることにより、極めて微小な薄膜を形成することが可能である。この場合、基板上に配置可能な液滴量に下限がある場合にも、液体材料の固形分濃度を調整して、液体材料のゲル化を制御することによって、乾燥過程における液滴の収縮比を高め、基板上に極めて微小な乾燥膜を形成することができる。
In addition to this, it is possible to form a film having various characteristics, for example, by forming a film having a dense structure (such as a colloidal crystal) by utilizing the shrinkage of the droplets during the drying process.
Further, in film formation by such a method, for a predetermined amount of droplets, the higher the solid content concentration of the liquid material, the larger the diameter of the dry film. On the contrary, it is possible to form a very small thin film by keeping the solid content concentration of the liquid material low. In this case, even when there is a lower limit to the amount of droplets that can be placed on the substrate, the shrinkage ratio of the droplets during the drying process is controlled by adjusting the solid content concentration of the liquid material and controlling the gelation of the liquid material. And a very small dry film can be formed on the substrate.

以上説明したように、本発明の膜形成方法によれば、液体材料の固形分濃度および液滴の乾燥速度のうちの少なくとも一方を変化させ、液滴中の液体材料のゲル化を制御することにより、液滴の乾燥膜を様々な形状に制御することができる。その結果、基板上に所望の形状の膜を精度よく安定して形成することが可能となる。
したがって、この膜形成方法を用いて電子デバイスを製造することにより、デバイス品質の向上を図ることができる。
As described above, according to the film forming method of the present invention, at least one of the solid content concentration of the liquid material and the drying speed of the droplet is changed to control the gelation of the liquid material in the droplet. Thus, the dry film of the droplets can be controlled in various shapes. As a result, a film having a desired shape can be accurately and stably formed on the substrate.
Therefore, it is possible to improve device quality by manufacturing an electronic device using this film forming method.

また、図6に示すリング状の乾燥膜は、他の材料の容器(バンク)あるいは土台として好ましく利用可能である。すなわち、リング状薄膜の縁部の内側に別の材料を配置する場合、縁部の盛り上がりが壁となって、材料の配置精度の向上が図られる。
また、図10および図11に示す乾燥膜は、いずれも、微細化や膜物性の向上が図られるので、様々な分野に応用可能である。
かかる乾燥膜は、例えば、半導体素子、TFT素子、EL素子等の各種電子デバイスの高精細化に好ましく利用可能である。
Moreover, the ring-shaped dry film | membrane shown in FIG. 6 can be preferably utilized as a container (bank) or a foundation of another material. That is, when another material is disposed inside the edge of the ring-shaped thin film, the bulge of the edge serves as a wall, thereby improving the material placement accuracy.
In addition, the dry films shown in FIGS. 10 and 11 can be applied to various fields because miniaturization and improvement of film properties can be achieved.
Such a dry film can be preferably used for high definition of various electronic devices such as semiconductor elements, TFT elements, and EL elements.

また、液滴吐出法を用いて基板上に液滴を配置する場合、吐出可能な液滴量には下限があるものの、本発明の膜形成方法によれば、従来と同じ装置を用いても、着弾直後の液滴に比べて微小な膜を容易に形成することができる。この場合、従来の装置を用いて、フェムトリットル(fL)の液滴を吐出可能な装置と同等、もしくはそれ以上の微小な膜を形成することが可能である。   Further, when droplets are placed on a substrate using the droplet discharge method, the amount of droplets that can be discharged has a lower limit, but according to the film forming method of the present invention, the same apparatus as in the past can be used. As compared with a droplet immediately after landing, a minute film can be easily formed. In this case, it is possible to form a minute film equivalent to or more than that of a device capable of discharging femtoliter (fL) droplets using a conventional device.

また、本発明の膜形成方法を用いて形成されるコロイド結晶膜は、高い伝導度や純粋な特性等から、有機ELにおける薄膜、有機TFTにおける電極等に好ましく利用可能である。また、膜の結晶化が図られることにより、構造解析が容易になることから、バイオや製薬の分野におけるタンパク質等の構造解析にも利用可能である。また、光学部材としての利用も可能である。   In addition, the colloidal crystal film formed by using the film forming method of the present invention can be preferably used for a thin film in an organic EL, an electrode in an organic TFT, and the like because of high conductivity and pure characteristics. Moreover, since the structure can be easily crystallized by crystallization of the film, it can be used for structural analysis of proteins and the like in the fields of biotechnology and pharmaceuticals. It can also be used as an optical member.

以上説明したように、本発明の膜形成方法では、液体材料として、溶液および分散液のいずれも使用可能である。
ここで、用いる液体材料が溶液である場合、その溶質としては、例えば、樹脂材料、酸化物の前駆体、合金触媒の前駆体、タンパク質、アミノ酸、核酸、ホルモン類、糖類等の生体物質(生物関連物質)等が挙げられる。
一方、本発明で用いる液体材料が分散液である場合、その分散質としては、例えば、樹脂粒子、Au粒子、Ag粒子のような金属粒子等が挙げられる。
なお、液体材料の調製に用いる溶媒または分散媒(液性成分)は、溶媒または分散媒の種類に応じて、適宜選択するようにすればよい。
As described above, in the film forming method of the present invention, either a solution or a dispersion can be used as the liquid material.
Here, when the liquid material to be used is a solution, examples of the solute include biological materials (biological substances) such as resin materials, oxide precursors, alloy catalyst precursors, proteins, amino acids, nucleic acids, hormones, and saccharides. Related substances).
On the other hand, when the liquid material used in the present invention is a dispersion, examples of the dispersoid include metal particles such as resin particles, Au particles, and Ag particles.
The solvent or dispersion medium (liquid component) used for preparing the liquid material may be appropriately selected according to the type of the solvent or dispersion medium.

次に、本発明の膜形成方法に好適に用いられる膜形成装置について説明する。
図12は、本発明の膜形成方法に好適に用いられる膜形成装置の構成例を示す図である。
図12において、膜形成装置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。
さらに、膜形成装置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(図示せず)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および第2移動装置116を含む膜形成装置10の動作は、制御装置23によって制御される。
Next, a film forming apparatus suitably used for the film forming method of the present invention will be described.
FIG. 12 is a diagram showing a configuration example of a film forming apparatus suitably used in the film forming method of the present invention.
In FIG. 12, a film forming apparatus 10 is provided on a base 112, a substrate stage 22 that supports the substrate 20, and is interposed between the base 112 and the substrate stage 22 so that the substrate stage 22 can be moved. A first moving device (moving device) 114 supported by the substrate stage, a liquid ejecting head 21 capable of ejecting the processing liquid to the substrate 20 supported by the substrate stage 22, and a first supporting device movably supporting the liquid ejecting head 21. A two-movement device 116 and a control device 23 for controlling the droplet discharge operation of the liquid discharge head 21.
Further, the film forming apparatus 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 film forming apparatus 10 including the first moving device 114 and the second moving device 116 is controlled by the control device 23.

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方向およびY方向に垂直な方向である。
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 with respect to the base 112 using the support columns 16 </ b> A and 16 </ b> A, and is mounted at the rear portion 12 </ b> A 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.

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。
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)およびθZ方向に移動可能である。
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は図示しない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。
The first moving device 114 is configured by, for example, a linear motor, and includes guide rails 140 and 140 and a slider 142 provided to be movable along the guide rail 140. The slider 142 of the first moving device 114 of this linear motor type can be positioned by moving in the Y direction along the guide rail 140.
Further, 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, by energizing the motor 144, the rotor and the substrate stage 22 can rotate along the θZ direction to index (rotate index) 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.
The substrate stage 22 holds the substrate 20 and positions it at a predetermined position.
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.

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。
The second moving device 116 is constituted by a linear motor, and is supported by a column 16B fixed to the columns 16A and 16A, a guide rail 62A supported by the column 16B, and movable in the X direction along the guide rail 62A. The slider 160 is provided.
The slider 160 can be positioned by moving in the X direction along the guide rail 62 </ b> A, and the liquid discharge head 21 is attached to the slider 160.

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。
The liquid discharge head 21 has motors 62, 64, 67, 68 as swing positioning devices.
If the motor 62 is operated, the liquid ejection head 21 can be positioned by moving up and down along the Z axis. 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 discharge head 21 can be positioned by swinging along the β direction around the Y axis.

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)および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。
When the motor 67 is operated, the liquid discharge head 21 can be positioned by swinging in the γ direction around the X axis.
When the motor 68 is operated, the liquid discharge 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 can move the liquid discharge head 21 in the θX direction, the θY direction, and the θZ direction. To support.

このように、図12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。
12 can be positioned by linearly moving in the Z-axis direction in the slider 160, and can be positioned by swinging along α, β, and γ. The droplet discharge surface 11P can be accurately controlled in position or posture with respect to the substrate 20 on the substrate stage 22 side.
A plurality of nozzles for discharging droplets are provided on the droplet discharge surface 11P of the liquid discharge head 21.

液体吐出ヘッド21は、いわゆる液体吐出方式(液滴吐出方式)により、液体材料(レジスト)をノズルから吐出するものである。
液体吐出方式としては、圧電体素子としてのピエゾ素子を用いてインクを吐出させるピエゾ方式、液体材料を加熱し発生した泡(バブル)により液体材料を吐出させる方式等、公知の種々の技術を適用できる。
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という利点を有する。なお、本実施形態では、上記ピエゾ方式を用いる。
The liquid discharge head 21 discharges a liquid material (resist) from a nozzle by a so-called liquid discharge method (droplet discharge method).
As the liquid ejection method, various known techniques such as a piezo method that ejects ink using a piezoelectric element as a piezoelectric element, and a method that ejects liquid material using bubbles generated by heating the liquid material are applied. it can.
Among these, the piezo method has an advantage that it does not affect the composition of the material because no heat is applied to the liquid material. In the present embodiment, the piezo method is used.

図13は、ピエゾ方式による液体材料の吐出原理を説明するための図である。
図13において、液体材料を収容する液室31に隣接してピエゾ素子32が設置されている。
液室31には、液体材料を収容する材料タンクを含む液体材料供給系34を介して液体材料が供給される。
FIG. 13 is a diagram for explaining the discharge principle of the liquid material by the piezo method.
In FIG. 13, a piezo element 32 is installed adjacent to a liquid chamber 31 for storing a liquid material.
The liquid material is supplied to the liquid chamber 31 via a liquid material supply system 34 including a material tank that stores the liquid material.

ピエゾ素子32は駆動回路33に接続されており、この駆動回路33を介してピエゾ素子32に電圧が印加される。ピエゾ素子32を変形させることにより、液室31が変形し、ノズル30から液体材料が吐出される。
このとき、印加電圧の値を変化させることにより、ピエゾ素子32の歪み量が制御され、印加電圧の周波数を変化させることにより、ピエゾ素子32の歪み速度が制御される。すなわち、液体吐出ヘッド21では、ピエゾ素子32への印加電圧の制御により、ノズル30からの液体材料の吐出の制御が行われる。
The piezo element 32 is connected to a drive circuit 33, and a voltage is applied to the piezo element 32 via the drive circuit 33. By deforming the piezo element 32, the liquid chamber 31 is deformed and the liquid material is discharged from the nozzle 30.
At this time, the amount of distortion of the piezo element 32 is controlled by changing the value of the applied voltage, and the speed of distortion of the piezo element 32 is controlled by changing the frequency of the applied voltage. That is, in the liquid ejection head 21, the ejection of the liquid material from the nozzle 30 is controlled by controlling the voltage applied to the piezo element 32.

図12に戻り、電子天秤(図示せず)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。
Returning to FIG. 12, the electronic balance (not shown) measures, for example, the weight of one droplet discharged from the nozzle of the liquid discharge head 21 and manages, for example, 5000 from the nozzle of the liquid discharge head 21. Receive a drop of drops.
The electronic balance can accurately measure the weight of one droplet by dividing the weight of the 5000 droplet by the number of 5000.
Based on the measured amount of droplets, the amount of droplets ejected from the liquid ejection head 21 can be optimally controlled.

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。
The cleaning unit 24 can clean the nozzles and the like of the liquid discharge head 21 periodically or at any time during the device manufacturing process or during standby.
The capping unit 25 covers the droplet discharge surface 11P during standby when the device is not manufactured in order to prevent the droplet discharge surface 11P of the liquid discharge head 21 from drying.

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。
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 discharge head 21 to the electronic balance side, for example.

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。
また、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。
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の給材作業およ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。
If the liquid discharge head 21 is moved onto the cleaning unit 24, the liquid discharge head 21 can be cleaned.
If the liquid discharge head 21 is moved onto the capping unit 25, a cap is attached to the droplet discharge surface 11P of the liquid discharge head 21 to prevent drying.
That is, the electronic balance, the cleaning unit 24, and the capping unit 25 are disposed on the rear end side on the base 112 and immediately below the movement path of the liquid discharge head 21 and separated from the substrate stage 22.
Since the supply work and the discharge work of the substrate 20 with respect to the substrate stage 22 are performed on the front end side of the base 112, the electronic balance, the cleaning unit 24, or the capping unit 25 does not interfere with the work.

図12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、または試し打ち(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12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。
As shown in FIG. 12, in the portion of the substrate stage 22 other than the substrate 20 that supports the substrate 20, a preliminary discharge area (preliminary discharge) for the liquid discharge head 21 to discard or trial strike (preliminary discharge) is used. A discharge area 152 is provided separately from the cleaning unit 24.
As shown in FIG. 12, the preliminary ejection area 152 is provided along the X direction on the rear end side of the substrate stage 22.
This preliminary discharge area 152 is fixed to the substrate stage 22 and has a concave-shaped receiving member that opens upward, and an absorbent material that is exchangeably installed in the concave portion of the receiving member and absorbs the discharged droplets. It is composed of

基板20としては、ガラス基板、シリコン基板、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の各種のものを用いることができる。また、これら各種の素材基板の表面に半導体膜、金属膜、誘電体膜、有機膜等が下地層として形成されたものも含まれる。また、上記プラスチックとしては、例えば、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルケトン等が用いられる。
なお、上記膜形成装置では、液体吐出ヘッドから吐出された液滴が基板上に配置されると、基板ステージの移動等によって液滴の乾燥速度を制御する。液滴の乾燥方法はこれに限定されず、例えば、ランプアニール等の乾燥手段を用いて液滴の乾燥を行ってもよい。
As the substrate 20, various substrates such as a glass substrate, a silicon substrate, a quartz substrate, a ceramic substrate, a metal substrate, a plastic substrate, and a plastic film substrate can be used. In addition, a substrate in which a semiconductor film, a metal film, a dielectric film, an organic film, or the like is formed as a base layer on the surface of these various material substrates is also included. Examples of the plastic include polyolefin, polyester, polyacrylate, polycarbonate, polyethersulfone, and polyetherketone.
In the film forming apparatus, when the droplets ejected from the liquid ejection head are arranged on the substrate, the drying speed of the droplets is controlled by moving the substrate stage or the like. The method for drying the droplets is not limited to this, and for example, the droplets may be dried using a drying means such as lamp annealing.

図14は、本発明の膜形成方法を適用した膜パターン形成方法を示す図である。
図14(a)〜(c)には、膜パターン形成方法の一例として、上述した膜形成装置10を用いて、基板上に線状の膜パターンを形成する方法の手順の一例を示している。
この膜パターン形成方法では、吐出ヘッド21から液体材料を液滴にして吐出し、その液滴を一定の距離(ピッチ)ごとに基板20上に配置する。そして、この液滴の配置動作を繰り返すことにより、基板20上に線状の膜パターンを形成する。
具体的には、まず、図14(a)に示すように、吐出ヘッド21から吐出した液滴L1を、一定の間隔をあけて基板20上に順次配置する。
FIG. 14 is a diagram showing a film pattern forming method to which the film forming method of the present invention is applied.
FIGS. 14A to 14C show an example of a procedure of a method for forming a linear film pattern on a substrate using the above-described film forming apparatus 10 as an example of a film pattern forming method. .
In this film pattern forming method, a liquid material is discharged from the discharge head 21 as droplets, and the droplets are arranged on the substrate 20 at a certain distance (pitch). Then, a linear film pattern is formed on the substrate 20 by repeating this droplet placement operation.
Specifically, first, as shown in FIG. 14A, the droplets L1 ejected from the ejection head 21 are sequentially arranged on the substrate 20 with a certain interval.

基板20上に液滴L1を配置した後、液体(溶媒、分散媒等の液性成分)の除去を行うために、乾燥処理を行う。
乾燥処理は、例えばホットプレート、電気炉、熱風発生機、ランプアニール等の加熱手段を用いた一般的な加熱処理の他に、基板20を搭載したステージを移動させることにより行ってもよい。
また、本実施形態では、上述したように、液体材料の固形分濃度および液滴の乾燥速度のうちの少なくとも一方をパラメータとして、液体材料のゲル化を制御することにより、液滴の乾燥膜の形状を制御する。
After the droplet L1 is placed on the substrate 20, a drying process is performed in order to remove the liquid (liquid component such as a solvent and a dispersion medium).
The drying process may be performed by moving the stage on which the substrate 20 is mounted, in addition to a general heating process using heating means such as a hot plate, an electric furnace, a hot air generator, and lamp annealing.
Further, in the present embodiment, as described above, the gelation of the liquid material is controlled using at least one of the solid content concentration of the liquid material and the drying speed of the droplet as a parameter, so that the dry film of the droplet can be controlled. Control the shape.

次に、図14(b)に示すように、上述した液滴の配置動作を繰り返す。
すなわち、図14(a)に示した前回と同様に、吐出ヘッド21から液体材料を液滴L2にして吐出し、その液滴L2を一定距離ごとに基板20に配置する。
このとき、液滴L2の量(1滴あたりの液体材料の量)およびその配置ピッチP2は前回の液滴L1と同じである。
Next, as shown in FIG. 14B, the above-described droplet placement operation is repeated.
That is, as in the previous time shown in FIG. 14A, the liquid material is discharged from the discharge head 21 as droplets L2, and the droplets L2 are arranged on the substrate 20 at regular intervals.
At this time, the amount of the droplet L2 (the amount of the liquid material per droplet) and the arrangement pitch P2 thereof are the same as the previous droplet L1.

また、液滴L2の配置位置を前回の液滴L1から所定距離S1だけシフトさせる。すなわち、基板20上に配置された前回の液滴L1の中心位置と、今回の液滴L2の中心位置とは上記距離S1だけ離れた位置関係となる。
このシフト量S1は、本実施形態では、上記ピッチP1、P2よりも狭く(S1<P1=P2)、かつ先に基板20に配置された液滴L1に次の液滴L2が一部重なるように定められている。
また、このとき、今回の液滴L2と前回の液滴L1とが接するが、前回の液滴L1はすでに液体分が完全にまたはある程度除去されているので、両者が合体して基板20上で広がるのを抑制することができる。
Further, the arrangement position of the droplet L2 is shifted by a predetermined distance S1 from the previous droplet L1. That is, the center position of the previous droplet L1 disposed on the substrate 20 and the center position of the current droplet L2 are in a positional relationship separated by the distance S1.
In this embodiment, the shift amount S1 is narrower than the pitches P1 and P2 (S1 <P1 = P2), and the next droplet L2 partially overlaps the droplet L1 previously disposed on the substrate 20. It is stipulated in.
At this time, the current droplet L2 and the previous droplet L1 are in contact with each other. However, since the liquid component of the previous droplet L1 has already been completely or removed to some extent, they merge together on the substrate 20. Spreading can be suppressed.

液滴L2を基板20上に配置した後、液体分の除去を行うために、前回と同様に、乾燥処理を行う。
この後、図14(c)に示すように、上述した液滴の配置動作を複数回繰り返す。
各回において、配置する液滴Ln同士の距離間隔(ピッチPn)は、最初の回の距離と同じ(ピッチPn=P1)で、常に一定である。
また、液滴の配置動作を複数回繰り返す際、各回ごとに、液滴Lnの配置を開始する位置を、前回の液滴が配置された位置から所定距離だけずらす。
この液滴の配置動作の繰り返しにより、基板20上に配置された液滴同士の隙間が埋まり、線状の連続したパターンが形成される。
After the droplet L2 is placed on the substrate 20, a drying process is performed in the same manner as the previous time in order to remove the liquid component.
Thereafter, as shown in FIG. 14C, the above-described droplet placement operation is repeated a plurality of times.
At each time, the distance interval (pitch Pn) between the droplets Ln to be arranged is the same as the distance of the first time (pitch Pn = P1), and is always constant.
Further, when the droplet placement operation is repeated a plurality of times, the position at which the placement of the droplet Ln is started is shifted by a predetermined distance from the position at which the previous droplet is placed each time.
By repeating this droplet placement operation, gaps between the droplets placed on the substrate 20 are filled, and a linear continuous pattern is formed.

また、基板上に形成される膜パターンは、常に同じピッチによる液滴配置によって形成され、全体がほぼ等しい形成過程を経ているため、構造が均質なものとなる。
このような膜パターン形成方法では、液体材料のゲル化を制御して、液滴の乾燥膜の形状を制御することから、基板上に所望の形状の膜パターンを精度よく安定して形成することができる。
なお、線状の膜パターン形成方法は、図14(a)〜(c)に示したものに限定されない。例えば、液滴の配置ピッチや、繰り返しの際のシフト量等は任意に設定可能である。
このような膜パターン形成方法によれば、基板に所望の膜パターンが形成されてなる各種デバイスを製造することができる。
In addition, the film pattern formed on the substrate is always formed by droplet arrangement with the same pitch, and the whole undergoes a substantially equal forming process, so that the structure is uniform.
In such a film pattern forming method, the gelation of the liquid material is controlled to control the shape of the dry film of the droplets, so that a film pattern having a desired shape can be accurately and stably formed on the substrate. Can do.
Note that the linear film pattern forming method is not limited to that shown in FIGS. For example, the arrangement pitch of the droplets, the shift amount at the time of repetition, and the like can be arbitrarily set.
According to such a film pattern forming method, various devices in which a desired film pattern is formed on a substrate can be manufactured.

図15は、本発明のデバイス製造方法を用いて製造されたカラーフィルタを搭載した液晶表示装置(電気光学装置)の構成を例示する斜視図である。
本実施形態に係る液晶表示装置400は、液晶駆動用IC(図示せず)、配線類(図示せず)、光源470、支持体(図示せず)等の付帯要素が装着されている。
液晶表示装置400の構成を簡単に説明する。
FIG. 15 is a perspective view illustrating the configuration of a liquid crystal display device (electro-optical device) equipped with a color filter manufactured using the device manufacturing method of the present invention.
The liquid crystal display device 400 according to this embodiment is equipped with auxiliary elements such as a liquid crystal driving IC (not shown), wirings (not shown), a light source 470, a support (not shown), and the like.
The configuration of the liquid crystal display device 400 will be briefly described.

液晶表示装置400は、電気光学装置の一種であり、互いに対向するように配置された、カラーフィルタ460およびガラス基板414と、これらの間に挟持された図示しない液晶層と、カラーフィルタ460の上面側(観察者側)に付設された偏光板416と、ガラス基板414の下面側に付設された図示略の偏光板とを主体として構成されている。
カラーフィルタ460は透明なガラスを主材料として構成される基板461を具備し、観察者側に設けられた基板であり、ガラス基板414はその反対側に設けられる透明な基板である。
The liquid crystal display device 400 is a kind of electro-optical device. The color filter 460 and the glass substrate 414 arranged so as to face each other, a liquid crystal layer (not shown) sandwiched therebetween, and the upper surface of the color filter 460. It is mainly composed of a polarizing plate 416 attached to the side (observer side) and a polarizing plate (not shown) attached to the lower surface side of the glass substrate 414.
The color filter 460 includes a substrate 461 made of transparent glass as a main material and is a substrate provided on the viewer side, and the glass substrate 414 is a transparent substrate provided on the opposite side.

基板461の下側には、黒色感光性樹脂膜で構成される隔壁462と、着色部463およびオーバーコート層464が順次形成され、さらにオーバーコート層464の下側に駆動用の電極418が形成されている。
なお、実際の液晶装置においては、電極418を覆って液晶層側と、ガラス基板414側の後述する電極432上に、配向膜が設けられるが、ここではその図示および説明を省略する。
A partition wall 462 made of a black photosensitive resin film, a colored portion 463, and an overcoat layer 464 are sequentially formed below the substrate 461, and a driving electrode 418 is formed below the overcoat layer 464. Has been.
Note that in the actual liquid crystal device, an alignment film is provided on the liquid crystal layer side and the electrode 432 (to be described later) on the glass substrate 414 side so as to cover the electrode 418, but illustration and description thereof are omitted here.

カラーフィルタ460の液晶層側に形成された液晶駆動用の電極418は、ITO(Indium Tin Oxide)等の透明導電材料を、オーバーコート層464の全面に形成させたものである。
ガラス基板414上には、絶縁層425が形成され、この絶縁層425の上には、スイッチング素子としてのTFT(Thin Film Transistor)と、画素電極432とが形成されている。
The liquid crystal driving electrode 418 formed on the liquid crystal layer side of the color filter 460 is formed by forming a transparent conductive material such as ITO (Indium Tin Oxide) on the entire surface of the overcoat layer 464.
An insulating layer 425 is formed on the glass substrate 414, and a TFT (Thin Film Transistor) as a switching element and a pixel electrode 432 are formed on the insulating layer 425.

ガラス基板414上に形成された絶縁層425上には、マトリクス状に走査線451と、信号線452とが形成され、走査線451と信号線452とに囲まれた領域毎に画素電極432が設けられている。
各画素電極432のコーナー部分と走査線451と信号線452との間部分にはTFTが組み込まれており、走査線451と信号線452に対する信号の印加によってTFTはオンまたはオフの状態となって画素電極432への通電が制御される。
A scanning line 451 and a signal line 452 are formed in a matrix over the insulating layer 425 formed over the glass substrate 414, and a pixel electrode 432 is formed for each region surrounded by the scanning line 451 and the signal line 452. Is provided.
A TFT is incorporated in a corner portion of each pixel electrode 432 and a portion between the scanning line 451 and the signal line 452, and the TFT is turned on or off by applying a signal to the scanning line 451 and the signal line 452. Energization to the pixel electrode 432 is controlled.

図16は、上記液晶表示装置(電気光学装置)を用いた電子機器の一例である携帯電話機の構成を例示する斜視図である。
図16において、携帯電話機92は、複数の操作ボタン921のほか、受話口922、送話口923とともに、上述した液晶表示装置(電気光学装置)400を備えるものである。
FIG. 16 is a perspective view illustrating the configuration of a mobile phone which is an example of an electronic apparatus using the liquid crystal display device (electro-optical device).
In FIG. 16, a mobile phone 92 includes the above-described liquid crystal display device (electro-optical device) 400 in addition to a plurality of operation buttons 921, as well as an earpiece 922 and a mouthpiece 923.

なお、本発明のデバイス製造方法は、電気光学装置に用いられるカラーフィルタのパターニングに限定されず、次のような様々な膜パターンの形成に用いることができる。例えば、有機EL(エレクトロルミネセンス)表示パネルに含まれる有機EL層や、正孔注入層等の薄膜形成に用いることができる。
有機EL層を形成する場合には、例えばポリチオフェン系の導電性高分子等の有機EL材料を含む液滴を、基板上に形成された隔壁により仕切られる領域に向けて吐出し、液滴をその領域に配置する。このように配置された液体材料が乾燥することにより、有機EL層が形成される。
The device manufacturing method of the present invention is not limited to the patterning of color filters used in electro-optical devices, and can be used for forming various film patterns as follows. For example, it can be used for forming thin films such as an organic EL layer and a hole injection layer included in an organic EL (electroluminescence) display panel.
In the case of forming an organic EL layer, for example, a droplet containing an organic EL material such as a polythiophene-based conductive polymer is discharged toward a region partitioned by a partition formed on the substrate, and the droplet is Place in the area. The organic EL layer is formed by drying the liquid material arranged in this way.

また、その他の本発明のデバイス製造方法の適用例としては、プラズマディスプレイに含まれる透明電極の補助配線や、IC(integrated circuit)カード等に含まれるアンテナ等のデバイスの形成等がある。具体的には、テトラデカン等の有機溶液に、銀微粒子等の導電性微粒子を混合した溶液を液滴吐出装置を用いてパターニングした後、有機溶液が乾燥すると、金属薄膜層が形成される。   Other application examples of the device manufacturing method of the present invention include auxiliary wiring for transparent electrodes included in plasma displays, formation of devices such as antennas included in IC (integrated circuit) cards, and the like. Specifically, after a solution obtained by mixing conductive fine particles such as silver fine particles in an organic solution such as tetradecane is patterned using a droplet discharge device, a metal thin film layer is formed when the organic solution is dried.

上記以外にも、本発明のデバイス製造方法は、例えば、立体造形に用いられる熱硬化樹脂や、紫外線硬化樹脂等の他、マイクロレンズアレイ材料、また、DNA(deoxyribonucleic acid)やタンパク質といった生体物質等の様々な材料の配置にも用いることが可能である。
また、電子機器としては、携帯電話機の他にも、コンピュータや、プロジェクタ、デジタルカメラ、ムービーカメラ、PDA(Personal Digital Assistant)、車載機器、複写機、オーディオ機器等が挙げられる。
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態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。
In addition to the above, the device manufacturing method of the present invention includes, for example, thermosetting resins and ultraviolet curable resins used for three-dimensional modeling, microlens array materials, biological substances such as DNA (deoxyribonucleic acid) and proteins, and the like It can also be used for the arrangement of various materials.
In addition to mobile phones, electronic devices include computers, projectors, digital cameras, movie cameras, PDAs (Personal Digital Assistants), in-vehicle devices, copying machines, audio devices, and the like.
As described above, the preferred embodiments according to the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to the examples. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described examples are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.

本発明のゲル化制御方法を適用した膜形成方法における代表的な液滴の乾燥過程を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the drying process of the typical droplet in the film formation method to which the gelation control method of this invention is applied. 基板上に複数の液滴を配置した例を示す図である。It is a figure which shows the example which has arrange | positioned the several droplet on a board | substrate. 複数の液滴の配列例を示す図である。It is a figure which shows the example of an arrangement | sequence of a some droplet. 液体材料に対する基板表面の接触角(静的接触角)が互いに異なる場合の液滴の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the droplet when the contact angle (static contact angle) of the substrate surface with respect to a liquid material differs mutually. 一定の乾燥条件下での、液滴からの液体の蒸発量の時間積分を示す図である。It is a figure which shows the time integration of the evaporation amount of the liquid from a droplet on fixed drying conditions. ピニングを経て形成された乾燥膜の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the dry film | membrane formed through pinning. ピニングを経て形成された乾燥膜の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the dry film formed through pinning. ピニングを経て形成された乾燥膜の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the dry film | membrane formed through pinning. ピニングを経て形成された乾燥膜に関し、特に、リング状の膜について、液体材料の固形分濃度および液滴径を変化させた場合の膜形状の変化の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of a film | membrane shape change when the solid content concentration and droplet diameter of a liquid material are changed regarding the dry film | membrane formed through pinning especially about a ring-shaped film | membrane. 液滴の中央部において、縁部より早く液体材料のゲル化を生じさせて形成された乾燥膜の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the dry film | membrane formed by producing gelation of a liquid material earlier than an edge part in the center part of a droplet. 液滴の全体において、ほぼ同時に液体材料のゲル化を生じさせて形成された乾燥膜の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the dry film | membrane formed by producing the gelation of a liquid material substantially simultaneously in the whole droplet. 本発明の膜形成方法に好適に用いられる膜形成装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the film formation apparatus used suitably for the film formation method of this invention. ピエゾ方式による液体材料の吐出原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the discharge principle of the liquid material by a piezo system. 本発明の膜形成方法を適用した膜パターン形成方法を示す図である。It is a figure which shows the film | membrane pattern formation method to which the film | membrane formation method of this invention is applied. 本発明のデバイス製造方法を用いて製造されたカラーフィルタを搭載した液晶表示装置(電気光学装置)の構成を例示する斜視図である。It is a perspective view which illustrates the composition of the liquid crystal display (electro-optical device) carrying the color filter manufactured using the device manufacturing method of the present invention. 液晶表示装置(電気光学装置)を用いた電子機器の一例である携帯電話機の構成を例示する斜視図である。FIG. 11 is a perspective view illustrating the configuration of a mobile phone that is an example of an electronic apparatus using a liquid crystal display device (electro-optical device).

符号の説明Explanation of symbols

10……膜形成装置 11P……液滴吐出面 112……ベース 114……第1移動装置 116……第2移動装置 12A……後部 12B……前部 16A……支柱 16B……コラム 140……ガイドレール 142……スライダー 144……モータ 152……予備吐出エリア 160……スライダー 20…基板 21…液体吐出ヘッド 22…基板ステージ 23……制御装置 24……クリーニングユニット 25……キャッピングユニット 30……ノズル 31……液室 32……ピエゾ素子 33……駆動回路 34……液体材料供給系 46A……穴 62A……ガイドレール 62、64、67、68……モータ 400……液晶表示装置 414……ガラス基板 416……偏光板 418……電極 425……絶縁層 432……電極(画素電極) 451……走査線 452……信号線 460……カラーフィルタ 461……基板 462……隔壁 463……着色部 464……オーバーコート層 470……光源 92……携帯電話機 921……操作ボタン 922……受話口 923……送話口   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Film formation apparatus 11P ... Droplet discharge surface 112 ... Base 114 ... 1st moving device 116 ... 2nd moving device 12A ... Rear part 12B ... Front part 16A ... Support | pillar 16B ... Column 140 ... ... guide rail 142 ... slider 144 ... motor 152 ... preliminary ejection area 160 ... slider 20 ... substrate 21 ... liquid ejection head 22 ... substrate stage 23 ... control device 24 ... cleaning unit 25 ... capping unit 30 ... ... nozzle 31 ... liquid chamber 32 ... piezo element 33 ... drive circuit 34 ... liquid material supply system 46A ... hole 62A ... guide rails 62, 64, 67, 68 ... motor 400 ... liquid crystal display 414 ... Glass substrate 416 ... Polarizing plate 418 ... Electrodes 425 ... Insulating layer 432 ... Electrode (pixel electrode) 451 ... Scanning line 452 ... Signal line 460 ... Color filter 461 ... Substrate 462 ... Partition 463 ... Colored part 464 ... Overcoat layer 470 ... Light source 92 ... Mobile phone 921 ... ... operation buttons 922 …… Entrance 923 …… Speaker

Claims (11)

液体材料の固形分濃度および液体材料の乾燥速度のうちの少なくとも一方をパラメータとして、前記液体材料のゲル化を制御することを特徴とするゲル化制御方法。   A gelation control method characterized by controlling gelation of the liquid material using at least one of a solid content concentration of the liquid material and a drying speed of the liquid material as a parameter. 液体材料を液滴にして基板上に配置し、前記基板上に膜を形成する方法であって、
前記液体材料の固形分濃度および前記液滴の乾燥速度のうちの少なくとも一方をパラメータとして、前記液体材料のゲル化を制御することにより、前記液滴の乾燥膜の形状を制御することを特徴とする膜形成方法。
A method of forming a film on the substrate by disposing a liquid material as droplets on the substrate,
The shape of the dried film of the droplet is controlled by controlling the gelation of the liquid material using at least one of the solid content concentration of the liquid material and the drying speed of the droplet as a parameter. Film forming method.
前記乾燥膜の形状は、前記液滴の乾燥膜の膜厚分布および前記液滴の乾燥膜の外径を含む請求項2に記載の膜形成方法。   The film forming method according to claim 2, wherein the shape of the dry film includes a film thickness distribution of the dry film of the droplet and an outer diameter of the dry film of the droplet. 前記パラメータは、乾燥時における前記液滴内の液体の流れを決定するものである請求項2または3に記載の膜形成方法。   The film forming method according to claim 2, wherein the parameter determines a flow of liquid in the droplet during drying. 前記液滴の縁部において、前記液滴の中央部より早く前記液体材料のゲル化が生じるように、前記パラメータを設定する請求項2ないし4のいずれかに記載の膜形成方法。   5. The film forming method according to claim 2, wherein the parameter is set so that the liquid material is gelled at an edge portion of the droplet earlier than a central portion of the droplet. 前記液滴の中央部において、前記液滴の縁部より早く前記液体材料のゲル化が生じるように、前記パラメータを設定する請求項2ないし4のいずれかに記載の膜形成方法。   5. The film forming method according to claim 2, wherein the parameter is set so that the liquid material is gelled at a central portion of the droplet earlier than an edge portion of the droplet. 前記液滴の全体において、ほぼ同時に前記液体材料のゲル化が生じるように、前記パラメータを設定する請求項2ないし4のいずれかに記載の膜形成方法。   5. The film forming method according to claim 2, wherein the parameter is set so that the liquid material is gelled substantially simultaneously in the entire droplet. 前記基板が搭載されるステージの移動速度、前記基板上に配置される液滴同士の間隔および前記液体材料に対する前記基板表面の接触角のうちの少なくとも1つを制御することにより、前記液滴の乾燥速度を変化させる請求項2ないし7のいずれかに記載の膜形成方法。   By controlling at least one of a moving speed of a stage on which the substrate is mounted, an interval between droplets arranged on the substrate, and a contact angle of the substrate surface with respect to the liquid material, The film forming method according to claim 2, wherein the drying speed is changed. 基板に膜パターンが形成されてなるデバイスの製造方法であって、
請求項2ないし8のいずれかに記載の膜形成方法により、前記基板上に前記膜パターンを形成することを特徴とするデバイス製造方法。
A device manufacturing method in which a film pattern is formed on a substrate,
A device manufacturing method, wherein the film pattern is formed on the substrate by the film forming method according to claim 2.
請求項9に記載のデバイス製造方法を用いて製造されたデバイスを備えることを特徴とする電気光学装置。   An electro-optical device comprising a device manufactured using the device manufacturing method according to claim 9. 請求項10に記載の電気光学装置を備えることを特徴とする電子機器。   An electronic apparatus comprising the electro-optical device according to claim 10.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2018133144A (en) * 2017-02-13 2018-08-23 株式会社Joled Organic electroluminescent panel and light emitting device

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