JP2010162470A - 中空ニードル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
ステージ精度で塗布位置の高精度化を図れる塗布方法において、微少量塗布する液体を安定して正確に一定量供給し、部材の個体差を生じない塗布手段を提供することを目的とする。
【解決手段】
孔内表面が親液性である貫通孔を有する液体を定量規定する円柱状の保持部を、中空ニードル本体先端に有する中空ニードルを用いることにより、保持部の貫通孔に正確な量の液体を保持し、圧空により保持した液体を対象物に塗布することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶パネル等の表示装置の製造工程において、パターンの欠陥個所の修正を行う際に微小な領域に液状材料を一定量安定供給する手段である中空ニードルを低コストかつ安定的に提供するものである。これにより修正個所に液体材料を塗布し、適宜乾燥させることで、局所成膜するものである。

テレビ用途の液晶パネル等の表示装置では、市場の要求により、対角寸法で30，40インチ以上のパネルの面積が拡大してきている。一方、成膜段階でのパネル面積当たりの不良発生率を劇的に削減することは現状難しい。このため、安定した液晶パネルの供給には成膜段階での製品不良の救済策が不可欠である。

液晶パネルの場合を例に示すと、不良個所のパターンの修正を施し、不良製品の救済を施す方法として、特許文献１に示されるような方法が提案されている。フォトリソ工程で生じた画素パターンの欠陥部にレーザ光を照射し欠陥部とその周辺部分の膜を除去する。その後、レーザ照射個所に対して、液状化した薄膜材料を滴下、乾燥させて、局所的に成膜する。この液状化材料は一般的に薄膜材料を溶媒に溶かして作られる。

液状材料を塗布する際に、大きく分けて３つの方法が普及している。1つは、特許文献２で提案されるようなシリンジに蓄えられた材料に圧力をかけ、中空ニードルから材料を供給するディスペンス方式である。もう一つは特許文献１または３で提案されるような微小な液滴をヘッドで形成し、放出するインクジェット方式である。他の方法として、特許文献４で提案されるようなニードルの先端に液溜りを作り、ニードルを基板に接触させることで、液を基板に転写するピン転写方式がある。

その他の方法として、中空ガラスニードルの先端において、孔の所定深さの領域を除き、ニードルの内外面にフォトリソプロセスで撥液処理を施す方式（以下、液量規定中空ニードル方式）が非特許文献１に提案されている。このニードルの先端を液壷に浸すことにより、液は孔内部の撥液処理を施されていない範囲で、毛細管現象で液の濡れ上がり、常にニードル内部に充填される。充填後、液を噴出せばニードル外面の撥液処理により、液残りを生じず、対象に液を塗布することができる。

特開2004- 251988号公報 特開平2-56271号公報 特開2006-35173号公報 特開2005-283893号公報 日本機械学会第14回バイオエンジニアリング講演会(BE2002)講演論文集, No. 02-04, pp. 207-208, 2002年3月

液体塗布の対象となる表示パネルは高精細化が進み、日増しに露光パターンの微細化が進んでいる。このため、欠陥修正時のレーザ光による除去加工領域及び液状材料の塗布領域も微細化が要求され、数〜数百ピコリットル程度の塗布量も必要となるケースが生じてくる。なお、レーザでパターンの除去加工を行った領域に対して過剰な液状材料の塗布を行った場合、乾燥後に除去する必要が生じたり、逆に不足する場合は、断線等の不具合が生じる。また、液を塗布する位置が正確でないと濡れ広がる時にレーザ加工した部分を全て覆いきれない、あるいは、目的以外の場所に膜を形成し、後で除去しなくてはならないなどの不具合が生じる。以上に述べたように、表示パネルの修正では（１）微少量の液滴を、ばらつきを抑えて供給すること、（２）必要な位置に正確に塗布することが求められる。さらに、（３）上記を達成する手段が、単純な製作方法で効率よく製作できることも必要である。

基板上の薄膜パターンの欠陥修正を行う際に、液状材料の塗布可能な量を基準にレーザを照射し、その後液状材料を塗布して修正する場合について従来の方法での技術課題を示す。

従来の方法では微量な塗布量をばらつき無く供給することに問題が生じることもあった。精細なパターンに対する修正において、塗布する液状材料は極めて微量であり、数ピコリットル〜数100ピコリットルの塗布量が要求されるケースも考えられる。

ディスペンス方式ではシリンジに充填された液状材料をピストンまたはスクリューにより圧力を付加し、中空のニードルから吐出するものである。ピストンの移動量で吐出量を制御する場合、例えば、シリンジの内径が5mmで100ピコリットルを吐出する場合、ピストンの移動量は5nm程度となり、実現が困難である。また、ニードル径を50μmとして、ニードルに充填した材料を、パルスエア等で押し出す方法にしても、ニードル内の液充填位置で50μm程度の変化を制御することになり、吐出精度の確保が難しい。

ピン転写方式では、ピンの先端に親液加工、それ以外に撥液加工を施すことにより、微小量の液を塗布することが可能になる。しかし、液壷へのピンの浸し方により、ピン先端に形成される液状材料のメニスカスの大きさが変化し、再現性よく、塗布量のばらつきを抑えることが困難であった。

この点、インクジェット方式や液量規定ニードル方式は微量の液滴を一定量供給することは可能である。

次に、従来の方式における塗布位置に関する課題を以下に示す。

基本的にディスペンス方式、ピン転写方式、液量規定中空ニードル方式は塗布位置を画像処理等で計測後、ｘｙｚステージなどの手段により、目標位置に液供給手段を移動し、ニードルやピンを塗布対象の基板に接近または接触させて液体を塗布する。この時のステージ移動精度、つまり塗布位置の精度は一般に高精度を実現しやすい。一方、インクジェット方式では、液滴を放出する際、放出角度のばらつきや、供給ヘッド周辺の気流等の影響を受け、精度が劣化し易いという問題があった。

最後に従来の方式における液供給手段の製作方法についての課題を示す。

ディスペンス方式に用いるシリンジ，ニードル，ピストンや供給制御機器などは量産品が市販されており、安価に入手可能である。同様にインクジェットヘッドなども比較的容易に入手可能である。ピン転写方式でのニードルは撥液処理などを施す場合、成膜工程が必要になる場合があるが、ピンの外面への処理であれば、比較的容易に製作可能である。しかし、液量規定中空ニードル方式では、ニードルの複数回の成膜工程が必要である。細いガラス管を作る際、ガラス管を加熱、溶解させ、軸方向に引っ張り、切断する。こうして得られた
細いガラス管の先端は、数°程度の傾きを有するテーパー状になる。この状態で成膜し、露光しようとすると、露光光をガラス面に対して直角に入射させることが困難で、斜めに入射した露光光波はガラスの中を広い範囲で伝播するため、感光性レジストにマスキングを掛けて露光範囲の限定が困難である。つまり、撥液性を持たせない領域の範囲にばらつきを生じる可能性がある。すなわち、１本のニードルでは充填する液滴のばらつきを低減できても、ニードル自体に個体差があり、ニードル交換毎に調整が必要となる問題が生じた。

そこで、本発明では、ディスペンス方式やピン転写方式のようにステージ精度で塗布位置の高精度化を図れる塗布方法において、微少量塗布する液体を安定して一定量供給し、部材の個体差を生じない塗布手段を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための、中空の中空ニードル本体と、前記中空ニードルの中空内に設けられ、孔内の表面が親液性である貫通孔を有する保持部とを備えた中空ニードルを提供する。

本発明によれば、中空ニードルの先端を液壷に付ければ、中空ニードルの先端に設けた保持部の親液性の孔で生じる毛細管現象での液の吸い上げ、孔の外部の撥液皮膜によりメニスカス形成により、自動的に一定量の液滴を正確に確保することができる。その後、中空ニードルの内部にエアを供給することで、充填した正確な量の液を塗布対象に安定して移すことが可能である。

以下では本発明に係る実施例を図を用いて説明する。

図１は、本発明の１形態を示す塗布用ニードルの断面図と、液状材料４の充填、塗布方法を示す。中空パイプであるガラス製のニードル本体１と液状材料４を保持する円柱状の保持部２より液量規定ニードル10が構成される。

ニードル本体１はガラス以外に、金属材料，樹脂材料，セラミックスなど、十分な強度と耐久性が得られれば、どのように選んでも構わない。

ニードル本体1に対しては、端面も含めた全面にわたり、撥液性の皮膜３を形成する。皮膜３の形成方法としては、その分子にフッ素を含む有機物を溶媒に溶き、それをニードル本体１に塗布またはその溶液にニードル本体１を漬け込み、乾燥させて行う。また、表面の皮膜３にめっきを用いても良い。撥液性皮膜３は強い撥液性を示すものであればフッ素を含む有機物にこだわらなくてもよい。また、皮膜３はニードル本体１全体ではなくても、液状材料４が接触しうる箇所（例えば、ニードル本体１の先端付近のみや、ニードル本体１が保持部２に接している部分を除く部分など）に形成していれば足りる。

保持部２の材質は液状材料６（例えば、アルコール，アセトン，ヘキサン，NMP，ペグミアなどの有機溶剤で希釈したフォトレジスト，配向膜材料，塗布ITO液，金属錯体など溶液）に対して親液性であり接触角が小さいことが望ましい。この条件に適合すれば、ニードル本体1と同じ材質であることにこだわらず、どのような材質を用いても構わない。例えば、アルミナやジルコニアなどのセラミックス材料を用いてもよいし、金属材料で製作しても構わない。保持部２には少なくとも１つ以上、両底面を貫く孔４を設ける。この孔に液状材料が充填されることになるが、この孔は数μmの直径でアスペクト比10未満であればドリルで精密に加工することが可能であり、孔４の数や直径，保持部２の長さにより液状材料６の充填量を管理できる。保持部２の貫通孔４以外の表面には、發液性の皮膜３ａが施されているが、図２に示すようにこの皮膜３ａは省略してもよい。

ニードル本体1に対して保持部２は内側に挿入されている。ニードル本体１に保持部２を挿入し易くするために、図５のようにニードル本体１の孔口及び保持部材上部に面取り加工を施しても構わない。両者の固定は液状材料６が化学反応を起こさなければ、接着剤を用いても構わない。接着剤を用いない場合、ニードル本体１の内径よりも保持部２の外径を大きくし、焼きばめ、冷やしばめ等によって固定することができる。また、ニードル本体1を加熱等により一旦軟化させ保持部２を融着しても良い。両者の固定は、最終的にニードル本体1にエアを流し込んだ時に圧力で保持部２が飛び出さない、もしくは、両者のはめあい部分（固定部）から圧空８が漏れ出さないように気密性がとれていれば、上記の固定方法によらなくても良い。保持部２を固定したとき、貫通孔４は固定部の両側に貫通するようになっている。また、保持部２は、中空ニードル本体１の先端を含む領域に固定すると、液の充填がしやすくなるので望ましい。

本発明の中空ニードルの製造方法について説明する。まず、保持部２の基材となる親液性の部材を用意する。この親液性の部材の表面に、必要に応じて撥液性の皮膜３aを成膜し、成膜後に貫通孔４をあけ、保持部２が作製される。表面が發液性または發液処理を行った中空ニードル本体１を用意し、保持部２をニードル本体１の内部に挿入して固定すると、液量規定ニードル１０が完成する。

本発明にかかる液量規定ニードル１０の使用について説明する。液量規定ニードル10を液状材料が納められた液壷（図示せず）に浸けた時に、毛細管現象で孔４を液が濡れ上がり、保持部２上部にメニスカス７を形成する。取り扱う液状材料６において、ニードル本体１の内部の撥液皮膜３の接触角と保持部２の接触角の差が90°以上あることが望ましい。また、貫通孔４の大きさ（径及び長さ）は、毛細管現象により貫通孔４内全体に液が充填される大きさであり、具体的には数100nm〜１μmとなる。このようにすることで、毛細管現象で濡れあがった液状材料６は保持部２からニードル本体１への濡れ上がりが生じず、液量の規定が自動的に行われる。

この機能を有効に活かすためには、液壷への液量規定ニードル10の浸け方も影響する。液量規定ニードル10を液壷に深く浸け過ぎると、水頭差の影響で液量を自動的に規定できなくなるので、液量規定ニードル10の先端が液面に接触する程度、もしくは保持部材２の高さよりも浅く浸ける必要がある。こうすることで、液量規定ニードル10内に毛細管現象を利用して充填する液量を常に一定量に規定することができる。

液壷から液量規定ニードル10を引き上げた時に、保持部２の下部にもメニスカス７を形成する。しかし、ニードル本体１の外側にも撥液皮膜３を施しておけば、液状材料６が濡れ上がることもなく、保持部２の下部に形成するメニスカス７の大きさも一定の大きさになる。保持部２の上下に形成するメニスカス７と孔部に充填した液状材料８の量の合計が、液量規定ニードル10に充填される液の総量となる。

液状材料６を充填後、液量規定ニードル10の先端を塗布対象に近付けて位置決め後、ニードル本体１の内部に圧空（空気）９を吹き込むことで、液量規定ニードル10に充填した液状材料６を塗布する。保持部２下端からの液離れを良くするために、保持部２の上下の端面に撥液皮膜３ａを施してもよい。この場合、製作を単純化させるために、保持部２の外面全体に撥液性皮膜３ａを形成した後、孔４を開けるようにしてもよい。また、この撥液性皮膜３ａにより、保持部材２の上下のメニスカスも小さくなるので、孔に充填された液状材料８の量がより支配的になる。保持部材２の底面の面積に比べて孔開口部の総面積が比較的大きい場合には、図２に示すように保持部２の外面に撥液性皮膜３ａを施さなくても構わない。この場合には、上下のメニスカスよりも、孔に充填された液状材料８の量がより支配的になる。

以上に示した図１，図２ではニードル本体１の先端に対して保持部材２の突出はないが、図３，図４に示すように、保持部２を突出させても構わない。また、図４に示すように突出した保持部２に面取りを施しても構わない。なお、保持部２を突出させる場合、その外面に撥液性皮膜３ａを施すことが望ましい。

本実施例によれば、中空ニードルの先端を液壷に付ければ、中空ニードルの先端に設けた保持部の親液性の孔で生じる毛細管現象での液の吸い上げ、孔の外部の撥液皮膜によりメニスカス形成により、自動的に一定量の液滴を正確に確保することができる。その後、中空ニードルの内部にエアを供給することで、充填した正確な量の液を塗布対象に安定して移すことが可能である。

また、撥液性を示す部分と親液性示す部分を複雑なフォトリソ工程を用いずに、撥液性を全体に施した中空ニードル本体に、撥液性でない部材を組み込むようにできるので、液保持部の大きさのみの加工精度管理で、個体差の少ない液量規制中空ニードルが製作可能であり、正確に液量を計測することができる。更に、中空ニードルの材料としてガラス以外の不透明な材料を選択することも可能になる。塗布時においては、中空ニードルの外面に撥液処理が施されているため、液の濡れ上がりを抑えることが可能になり正確な量の塗布が可能である。また、本発明で言及するように、保持部においても孔以外に撥液処理を施せば、塗布時に液離れが良くなり、塗布精度も更に向上する。

保持部材の材料として、親液性のあるセラミクス等の材料を選定し、中空ニードルや保持部の端面にフッ素系の有機物やめっきなどが施してあれば、さらに安定した液の充填が可能となる。

液の塗布量を変更する場合には、中空ニードル内部に組み込む保持部材の長さを変更する、つまり孔の長さを変更することにより対応可能である。

実施例２にかかる液量規定ニードル10の実施形態を示す。実施例１ではニードル本体１は、表面に撥水処理を施すので、撥液性を持たないか撥液性が不足している材料で形成されている場合に有効である。しかし、テフロン（登録商標）樹脂などの強力な撥液性を示す材料やそのような材料が混錬された樹脂や金属などでニードル本体１を形成する場合、図６に示すように、撥液性皮膜３を表面に施さなくても同様な効果が得られる。

実施例１または２に示した液量規定ニードル10を用いた、基板30上に形成された薄膜の修正を行う装置の一実施例を図７に示す。

図７(a)では、基板30上の欠陥31を検出し、レーザ加工を行う。図７(b)では、レーザ加工を行った個所33に対して、膜形成を行う。この実施例では、プログラムに従った基本的な制御は主制御装置50がおこない、個々の動作や機器の制御についてはその下部に位置する位置決め制御ユニット52、画像検出ユニット53、レーザ加工ユニット54、圧空制御ユニット55が行う。

まず、図７(a)での処理方法を以下に示す。

最初に定盤40上に基板30を載せ固定する。基板30の姿勢をほぼ一定にするため、定盤40には位置決めピンなどを設け、基板の端面を押付けて粗位置決めをしておくとよい。基板の固定は定盤に真空吸着できるような孔または溝を設け、固定すると良い。

その後、画像検知ユニット53は、カメラ13の画像から、基板30上に形成したアライメントマーク32を画像認識し、アライメントマーク32を基準とした座標系の構成を行う。その後、カメラ13で基板30上に形成したパターンをスキャンし、パターンの欠陥31を画像検出ユニット53で検知し、欠陥個所31の位置情報を主制御装置50を介して記憶装置51に記録する。

一通りスキャンが終了した後、パターンの欠陥31が生じている個所にカメラを移動し、レーザ照射を行う。レーザ発信機18や絞り17の操作についてはレーザ加工ユニットが制御を行い、加工対象となる膜の材質、厚さ毎に最適な波長、出力、照射範囲を調整する。レーザの照射範囲33は欠陥が収まるかそれよりも広い範囲とし、液量規定ニードル10の一回の塗布液量で適正に塗布できる範囲とする必要がある。液状材料6の濡れ広がりを考慮すると、円形であると更に良い。レーザ照射により、欠陥個所31およびその周辺を除去したあと、図７(b)に示す液状材料６の塗布を行う。

図７(b)では図７(a)に示した装置と別のステーションで処理する方法と、ヘッドのみを別にして同じ定盤40上で処理する方法が考えられる。以下では、どちらの場合にも当てはまるように説明する。

液量規定ニードル10を液壷25液面に接触させ液状材料６充填する。液壷25は液状材料６の有機溶媒が揮発し、濃度変化が起きないように、液量規定ニードル10が出し入れできる孔が設けられた蓋26を設けることが望ましい。非稼動時には、液量規定ニードル10は液壷の蓋26の孔に差し込まれた状態とし、先端部の乾燥を抑える様にする。

記憶装置51の情報に従い、位置決めユニット52はステージ37．38を駆動し、液量規定ニードル10をレーザ修正範囲33の中心上方に移動する。そこで、基板との高さを光学的に測定する高さセンサ39で、液量規定ニードル10先端と基板30の間隔を狭めて行く。所定の間隔に達したら圧空制御ユニットはバルブ23を開放し、圧空9を液量規定ニードル10内部に送り込む。液離れを良くするために、圧空９を送りながらｚステージ38を上昇させるとよい。

以上に示したように液状材料6の塗布が終了後、定盤40に基板を固定したまま温風を吹き付けて、塗布個所34を乾燥させるか、基板30の固定を解除し、基板30を炉に入れて乾燥させる。

本発明の液量規定ニードルは、例えばＰＤＰパネルの配線パターンの修正や液晶パネル，有機ＥＬパネルのTFTパターンあるいは液晶パネルのカラーフィルタの修正において液状化させた材料をピンポイントで塗布するのに有用である。

本発明の一実施例にかかる液量規定ニードル10の断面図と、液状材料6の充填状態を示す。 本発明の一実施例にかかる液量規定ニードル10の断面図である。 本発明の一実施例にかかる液量規定ニードル10の断面図である。 本発明の一実施例にかかる液量規定ニードル10の断面図である。 本発明の他の実施例にかかる液量規定ニードル10の断面図である。 本発明の他の実施例にかかる液量規定ニードル10の断面図である。 本発明の一実施例にかかる液量規定ニードル10を用いて、基板30上に形成した薄膜の欠陥31を修正する装置の１構成例を示す。 従来のディスペンス方式の塗布方法の概要を示す。 従来から用いられているインクジェット方式の塗布方法の概要を示す。 従来から用いられている塗布針方式の塗布方法の概要を示す。 従来の液量定量ニードルの断面図を示す。

1…ニードル本体，2…保持部，3…撥液性皮膜，4…貫通孔，
6…液状材料，7…メニスカス，8…孔部に充填された液状材料，
9…圧空，10…液量規定ニードル，11…圧空供給手段，
13…カメラ，14…ハーフミラー，15…フィルタ，16…照明，
17…絞り，18…レーザ発信機，19…レンズ，21…コンプレッサ，
22…レギュレータ，23…バルブ，25…液壷，26…蓋，
30…基板，31…欠陥，32…アライメントマーク，
33…レーザ照射範囲，34…塗布範囲，37…ｘｙステージ，
38…ｚステージ，39…高さセンサ，40…定盤，50…主制御装置，
51…記憶装置， 52…位置決めユニット，53…画像検出ユニット，
54…レーザ加工制御ユニット， 55…圧空制御ユニット，
60…シリンジ， 61…ピストン，62…蓋，63…中空ニードル，
70…塗布針，71…撥液性皮膜非形成部，72…平坦部，73…液球，
80…インクジェットヘッド，81…液状材料タンク，82…射出した液滴

Claims (12)

1. 中空ニードル本体と、
   前記中空ニードル端部に設けられ、孔内の表面が親液性である貫通孔を有する保持部とを備えた中空ニードル。
2. 請求項１に記載の中空ニードルであって、
   前記中空ニードル本体と前記保持部とは、前記ニードル本体の内周側と前記保持部の外周側との間に気密性を有して接続され、
   前記貫通孔は、前記保持部の当該接続された部分の両側の面を貫通していることを特徴とする中空ニードル。
3. 請求項１または請求項２に記載の中空ニードルであって、
   前記中空ニードル本体の内面及び外面が撥液性を有することを特徴とする中空ニードル。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の中空ニードルであって、
   前記保持部は、前記貫通孔以外の表面に撥液性を有することを特徴とする中空ニードル。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の中空ニードルであって、
   前記保液部材がセラミクッスで形成されていることを特徴とする中空ニードル。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の中空ニードルであって、
   前記中空ニードル本体は、撥液性を有する材料で形成されていることを特徴とする中空ニードル。
7. 請求項１〜５のいずれかに記載の中空ニードルであって、
   中空ニードル本体の内面及び外面にフッ素を有する有機物でコーティングすることを特徴とする中空ニードル。
8. 請求項７において、
   前記中空ニードルに対して前記コーティングしたフッ素を有する有機物の層をめっきで形成することを特徴とする中空ニードル。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の中空ニードルであって、
   前記保持部は、前記中空ニードル本体の先端を含む領域に設けられていることを特徴とする中空ニードル。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の中空ニードルであって、
    前記貫通孔は、毛細管現象により、その内部の全体に液を充填可能な大きさであることを特徴とする中空ニードル。
11. 親水性を有する材料で形成された部材の表面に撥水処理を施す工程と、
    前記撥水処理を施した部材に貫通孔を形成し、保持部とする工程と、
    表面に發液性を有する中空ニードル本体の中空内に、前記保持部を挿入する工程とを含む中空ニードルの製造方法。
12. 請求項１１において、
    前記保液部材は、前記中空ニードル本体に気密性を有するように接続され、
    前記貫通孔は、前記保持部の前記接続された部分の両側に貫通するように設けられていることを特徴とする中空ニードルの製造方法。

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