JP2009273971A - パターン形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上への液剤の塗布によるパターン形成において、微細線のパターン形成であっても安定してパターンを塗布することを可能にする。
【解決手段】保持された基板とノズルとのギャップを変化させながらインクを吐出するパターン形成方法であって、距離センサによるノズルと基板とのギャップを計測する工程と、ノズルと基板とのギャップを狭くする工程（Ａ）と、インクを少量吐出する工程（Ｂ）と、ノズルと基板との間に所定のギャップを設ける工程（Ｃ）と、ノズルと基板とを水平方向に相対移動させると同時にインクを吐出する工程（Ｄ）とから構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、基板上にノズルからインクなどの液剤を吐出させながら基板とノズルとを相対的に移動させることにより、基板上に所定のパターンを形成するパターン形成方法に関するものである。

インク材料を基板上に塗布する装置において、基板上の塗布量を安定させる方法として、特許文献１に記載されているように、ノズルと基板とのギャップの値を一定に制御する方法が採用されている。この方法について図５を参照して説明する。

図５において、ノズル１０１内にはペーストが充填されており、ノズル１０１に対してエア圧制御ユニット１０６で所定のエア圧を加えることにより、ペーストがノズル１０１から吐出され、ノズル１０１と基板１０２との相対移動により基板１０２上にペーストパターン１０３を形成する構成である。

そして、パターン形成と同時にノズル１０１に固定された距離センサ１０５により基板１０２との距離を計測し、このデータを基に図示しない機構によりノズル１０１を上下方向に移動させて、ノズル１０１と基板１０２とのギャップ１０４の値をあらかじめ設定した値に保持する方法が用いられている。

この場合、ノズル１０１を上下方向に移動させずに固定した場合に、ノズル１０１と基板１０２とのギャップ１０４が変動する要因としては、基板１０２を保持するテーブルの平面度および傾き、あるいは基板１０２の平面度および平行度などが考えられる。

また、処理液供給部が基板に対して相対移動しながら処理液を供給する処理液塗布装置において、基板の塗布終了側の端縁での処理液の盛り上がりを防止する方法として、特許文献２に記載されるように、塗布終了時に、ノズルと基板とのギャップの値を小さくする制御方法が知られている。この方法について図６を参照して説明する。

図６において時間ｔとギャップ（ＧＡＰ）との関係を示しており、制御部は、処理液供給部を基板の塗布終了側の端縁付近で下降させる際に、処理液供給部において処理液を吸引させることにより、処理液供給部から供給される処理液の量を抑えつつ下降させ、また、処理液供給部を基板表面に沿う方向に相対移動させる際に、処理液供給部が基板の塗布開始側に到達したときに、処理液供給部を所定距離上昇させ、その後、処理液供給部を基板表面に沿う方向に相対移動させる構成になっている。
特開平２−５２７４２号公報 特開２００４−３１４０７６号公報

しかしながら、前記従来技術による基板とノズル間のギャップを一定に保つ手段や、塗布終了時にギャップの値を小さくする手段では、幅１００μｍ以下の微細な線を塗布する場合において、一定のギャップ以上ではインクを塗布すると線が途切れてしまい、安定に塗布することが困難であるという課題を有していた。

その原因は、図７に示すように、前記従来技術のようなギャップ１０４を一定に保つ方法では、ノズル１０１に設けられているノズル吐出口１１０からのインク１１１の吐出時に、インク１１１がノズル１０１の表面に濡れ拡がってしまうため、インク１１１が基板１０２に接触する時点において所定の線幅１１２を超える液滴に成長してしまい、結果として基板１０２上に所定の微細なパターンを塗布することができないためである。

本発明は、前記従来技術の課題に鑑み、基板上へのインクなどの液剤の塗布において、微細な線によるパターン形成に対しても安定してパターンを塗布することができるパターン形成方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、液剤を吐出するノズルと該ノズルに対向設置された基板とにギャップを形成し、前記ノズルと前記基板とを水平方向に相対移動させて、前記基板上に前記ノズルの液剤吐出によりパターンを形成するパターン形成方法において、前記基板と前記ノズルとのギャップを変化させながら液剤を吐出することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載のパターン形成方法において、ノズルと基板とのギャップを計測する工程と、ノズルと基板とのギャップを狭くする工程と、ノズルから液剤を少量吐出させる工程と、ノズルと基板との間に所定のギャップを形成する工程と、ノズルと基板とを水平方向に相対移動させると同時にノズルから液剤を吐出する工程とからなることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２記載のパターン形成方法において、ノズルと基板との所定のギャップを形成する工程において、所定のギャップを２０μｍ〜１５０μｍに設定することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１記載のパターン形成方法において、ノズルと基板とのギャップを計測する工程と、ノズルと基板とのギャップを狭くする工程と、ノズルから液剤を少量吐出させる工程と、ノズルと基板とを水平方向に相対移動させると同時に液剤をノズルから吐出させながら所定のギャップを形成する工程とからなることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４記載のパターン形成方法において、ノズルと基板とを水平方向に相対移動させると同時に液剤をノズルから吐出させながら所定のギャップを形成する工程において、相対移動の加減速の領域にて所定のギャップを形成することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項４または５記載のパターン形成方法において、ノズルと基板とを水平方向に相対移動させると同時に液剤をノズルから吐出させながら所定のギャップを形成する工程において、所定のギャップを２０μｍ〜１５０μｍに設定することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項２または４記載のパターン形成方法において、ノズルと基板間のギャップを計測する工程において、液剤吐出範囲におけるノズルと基板間のギャップを計測することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項２，４または７記載のパターン形成方法において、計測した各位置におけるノズルと基板間のギャップ値を基に、各位置において所定のギャップを形成するように補正することを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項２または４記載のパターン形成方法において、液剤を少量吐出する工程において、ノズルと基板との双方に液剤が接触していることを確認することを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項２または４記載のパターン形成方法において、ノズルと基板間に所定のギャップを設ける工程において、所定のギャップを形成する際に、ノズルと基板との双方に液剤が接触していることを確認することを特徴とする。

本発明に係るパターン形成方法によれば、ノズルから液剤を吐出するときに、液剤がノズル表面に濡れ拡がる前に、基板に液剤を接触させることができ、液剤が基板に接触する時点において、所定の線幅を超えることがないようにすることができるため、基板上に微細な線を塗布することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明に係るパターン形成方法の実施の形態を説明するためのパターン形成装置の概略構成の正面図、図２は図１のパターン形成装置の側面図である。

図１，図２において、１はインクを吐出するノズル、２はインク吐出により表面にパターン形成される基板、３は基板２を保持する水平移動可能なステージ、４はノズル１と基板２間のギャップ５を計測する距離センサである。

図１に示すように、ノズル１には、ノズル１をインク塗布方向に対して直交する方向である水平方向に移動させるための水平移動機構６が設けられ、この水平移動機構６を駆動する駆動手段である第１モータ７と、第１モータ７を制御するための第１制御部８とが設置されている。

図２に示すように、ノズル１には、ノズル１を基板２の鉛直方向に相対的に駆動させる鉛直移動機構９が設けられ、この鉛直移動機構９とノズル１とを連結するプレート１０と、鉛直移動機構９を駆動する駆動手段である第２モータ１１と、距離センサ４から得られた情報を基に第２モータ１１を制御する第２制御部１２とが設置されている。

さらにステージ３には、ステージ３を塗布方向に移動させるステージ移動機構１３と、ステージ移動機構１３を駆動する駆動手段である第３モータ１４と、第３モータ１４を制御する第３制御部１５とが設置されている。

ここでは、幅７０μｍの複数本の線を塗布する例について説明する。ノズル１には直径３０μｍのノズル吐出口１ａが設けられ、ノズル吐出口１ａからインクが吐出される。ノズル１を多孔にすれば、同時に複数本を塗布することが可能であり、本例においては、３００μｍピッチでノズル吐出口１ａを設けている。

また、ノズル１と基板２間のインクの状態を視認するため、複数のノズル吐出口１ａを有するノズル１を、正面から見ることができるようにカメラ１６を備えている。

次に、実施の形態１の作用について説明する。

まず、吐出する範囲におけるノズル１と基板２間のギャップ５を一定値に設定したままで、距離センサ４により計測を行う。計測した各位置でのノズル１と基板２間のギャップ５を基に、あらかじめ定められている設定値との差分を求め、各位置で一定値のギャップ５を設けることができるように補正する。この動作により、基板２および該基板２を搭載しているステージ３などの撓みによるノズル１と基板２間のギャップ５の誤差をキャンセルすることができる。

次に、塗布動作について図３を参照して説明する（パターン形成工程Ａ〜Ｄ）。図３は、縦軸に基板２とノズル１間のギャップ５の値をとり、横軸に塗布時間をとった関係図である。図３のゼロ時点ではノズル１と基板２間のギャップ５は、上記の計測を行った結果により補正されている。また、本例のギャップ５は、基板２，ステージ３およびノズル１底面の平面度の誤差などを考慮して、基板２とノズル１が接触しないギャップ５となるように算出した。その塗布時におけるノズル１と基板２間のギャップ値は５０μｍに設定している。

図３に示すＡの範囲では、所定のギャップ５である５０μｍよりも低い領域までノズル１と基板２間のギャップ５を鉛直移動機構９により狭める。ここでの目的はノズル１の表面に吐出されたインクＩが濡れ広がる前に基板２に接触させることである。そのため、ノズル１と基板２間が約２０μｍになるまでギャップ５を狭める。このときのノズル１と基板２間の状態を図４（ａ）に示す。

図３に示すＢの範囲では、ノズル１から吐出された少量のインクＩと基板２が接触している状態を保持している。このとき、図２のカメラ１６により、ノズル１と基板２とがインクＩによりつながっていることを確認する。このとき、ノズル１と基板２間にインクＩがつながっていない場合は、インクＩの吐出量を調整するなどの措置をとることができる。このときのノズル１と基板２間の状態が図４（ｂ）である。

図３に示すＣの範囲において、所定のギャップ５である５０μｍまで、ノズル１と基板２間を鉛直移動機構９により引き上げる。このときにおいても、図２のカメラ１６により、ノズル１と基板２とがインクＩによりつながっていることを確認する。このとき、基板２とノズル１間にインクＩがつながっていない場合はインクＩの吐出量を調整するか、もしくは塗布を中止するなどの措置をとることができる。このときのノズル１と基板２間の状態を図４（ｃ）に示す。

図３に示すＤの範囲において、ノズル１からの吐出を行うと同時に、ステージ移動機構１３によりノズル１と基板２の相対位置を塗布方向に移動させ、所定の位置へのインクＩの塗布を行う。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２のパターン形成装置の構成については、図１，図２に示す実施の形態１と同じであって、図１〜図４を参照して実施の形態２の作用について説明する。

まず、吐出する範囲におけるノズル１と基板２間のギャップ５の計測を、一定値に設定したまま距離センサ４により行う。計測した各位置でのノズル１と基板２間のギャップ５を基に、設定値との差分を求め、各位置で一定値のギャップ５を設けることができるように補正する。この動作により、基板２および該基板２を搭載しているステージ３などの撓みによるノズル１と基板２間のギャップ５の誤差をキャンセルすることができる。

この時点でノズル１と基板２間のギャップ５は、上記の計測を行った結果により、補正されている。また、本例ではギャップ５は、基板２，ステージ３およびノズル１底面の平面度の誤差などを考慮して基板２とノズル１が接触しないギャップ５を算出し、その塗布時におけるノズル１と基板２間のギャップ値は５０μｍに設定している。

そして図３で示すＡの範囲では、所定のギャップ５である５０μｍよりも低い領域までノズル１と基板２間のギャップ５を鉛直移動機構９により狭める。ここでの目的はノズル１の表面に吐出されたインクＩが濡れ広がる前に基板２に接触させることである。そのため、ノズル１と基板２間が約２０μｍになるまでギャップ５を狭める。このときのノズル１と基板２間の状態は図４（ａ）に示すようになる。

図３に示すＢの範囲では、ノズル１から吐出された少量のインクＩと基板２が接触している状態を保持している。このとき、図２のカメラ１６によりノズル１と基板２とがインクＩによりつながっていることを確認する。そして基板２とノズル１間にインクＩがつながっていない場合は、インクＩの吐出量を調整するなどの措置をとることができる。このときのノズル１と基板２間の状態は図４（ｂ）に示すようになる。

図３に示すＣおよびＤの範囲において、所定のギャップ５である５０μｍまでノズル１と基板２間を鉛直移動機構９により引き上げると同時にインクＩを吐出させながら、ノズル１と基板２との相対位置をステージ移動機構１３にて変化させることにより、所定の位置に対するインクＩの塗布を行う。このときにおいても、図２のカメラ１６により、ノズル１と基板２とがインクＩによりつながっていることを確認する。このとき、基板１とノズル２間にインクＩがつながっていない場合は、インクＩの吐出量を調整するか、塗布を中止するなどの措置をとることができる。このときのノズル１と基板２間の状態は図４（ｃ）に示すようになる。

ノズル１と基板２間のギャップ５を２０μｍから５０μｍに引き上げる時間は、ノズル１と基板２間との相対位置を塗布方向に駆動させるステージ移動機構１３の加速終了時までに行うのが望ましい。本例では、水平方向の相対位置を５０〜３００ｍｍ／ｓで変化させており、このときの加速度は３〜５ｍｍ／ｓ^２で行った。

本発明のパターン形成方法は、微細な線を引くときに有効である。特に微細な厚膜加工が求められる有機ＥＬ，液晶におけるパネルの発光層形成、あるいはプラズマなどのディスプレイ関連の技術はもとより、電子部品および電子部品実装における厚膜加工などの電子部品の生産技術や、実装分野などの用途にも適用できる。

本発明に係るパターン形成方法の実施の形態を説明するためのパターン形成装置の概略構成の正面図 図１のパターン形成装置の側面図 本実施の形態に関する縦軸に基板とノズル間のギャップと塗布時間との関係図 （ａ）〜（ｃ）は図３に示す各部におけるノズルと基板間の状態を示す説明図 従来のノズルと基板とのギャップの値を一定に制御する方法の説明図 従来の処理液塗布装置における処理液供給を説明するための図 従来技術におけるノズル吐出口からのインクの濡れ拡がりの説明図

符号の説明

１ ノズル
１ａ ノズル吐出口
２ 基板
３ ステージ
４ 距離センサ
５ ギャップ
６ 水平移動機構
７ 第１モータ
８ 第１制御部
９ 鉛直移動機構
１１ 第２モータ
１２ 第２制御部
１３ ステージ移動機構
１４ 第３モータ
１５ 第３制御部
１６ カメラ
Ｉ インク

Claims (10)

1. 液剤を吐出するノズルと該ノズルに対向設置された基板とにギャップを形成し、前記ノズルと前記基板とを水平方向に相対移動させて、前記基板上に前記ノズルの液剤吐出によりパターンを形成するパターン形成方法において、
   前記基板と前記ノズルとのギャップを変化させながら液剤を吐出することを特徴とするパターン形成方法。
2. 前記ノズルと前記基板とのギャップを計測する工程と、前記ノズルと前記基板とのギャップを狭くする工程と、前記ノズルから液剤を少量吐出させる工程と、前記ノズルと前記基板との間に所定のギャップを形成する工程と、前記ノズルと前記基板とを水平方向に相対移動させると同時に前記ノズルから液剤を吐出する工程とからなることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
3. 前記ノズルと前記基板との前記所定のギャップを形成する工程において、前記所定のギャップを２０μｍ〜１５０μｍに設定することを特徴とする請求項２記載のパターン形成方法。
4. 前記ノズルと前記基板とのギャップを計測する工程と、前記ノズルと前記基板とのギャップを狭くする工程と、前記ノズルから液剤を少量吐出させる工程と、前記ノズルと前記基板とを水平方向に相対移動させると同時に液剤を前記ノズルから吐出させながら所定のギャップを形成する工程とからなることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
5. 前記ノズルと前記基板とを水平方向に相対移動させると同時に液剤を前記ノズルから吐出させながら所定のギャップを形成する工程において、前記相対移動の加減速の領域にて前記所定のギャップを形成することを特徴とする請求項４記載のパターン形成方法。
6. 前記ノズルと前記基板とを水平方向に相対移動させると同時に液剤を前記ノズルから吐出させながら所定のギャップを形成する工程において、前記所定のギャップを２０μｍ〜１５０μｍに設定することを特徴とする請求項４または５記載のパターン形成方法。
7. 前記ノズルと前記基板間のギャップを計測する工程において、液剤吐出範囲における前記ノズルと前記基板間のギャップを計測することを特徴とする請求項２または４記載のパターン形成方法。
8. 計測した各位置における前記ノズルと前記基板間のギャップ値を基に、各位置において所定のギャップを形成するように補正することを特徴とする請求項２，４または７記載のパターン形成方法。
9. 前記液剤を少量吐出する工程において、前記ノズルと前記基板との双方に液剤が接触していることを確認することを特徴とする請求項２または４記載のパターン形成方法。
10. 前記ノズルと前記基板間に所定のギャップを設ける工程において、前記所定のギャップを形成する際に、前記ノズルと前記基板との双方に液剤が接触していることを確認することを特徴とする請求項２または４記載のパターン形成方法。

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