JP2014091076A - 基板製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノズルヘッドの温度の過度の上昇を抑制することができる基板製造装置を提供する。
【解決手段】 ステージが、薄膜を形成すべき基板を保持する。ノズルヘッドが、ステージに保持された基板に向かって薄膜材料の液滴を吐出する。材料供給系が、ノズルヘッドに、液状の薄膜材料を供給する。加温装置が、材料供給系の少なくとも一部を加温する。冷却機構がノズルヘッドを冷却する。熱伝達阻害構造が、材料供給系が配置された加温空間から、ノズルヘッドが配置された冷却空間への熱の伝達を阻害する
【選択図】 図１

Description

本発明は、加熱された薄膜材料をノズルヘッドから吐出して基板の表面に薄膜を形成する基板製造装置に関する。

ノズルヘッドから薄膜材料の液滴を吐出して、基板の表面に、所定のパターンを有する薄膜を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１）。薄膜を形成すべき基板は、例えばプリント基板であり、薄膜材料はソルダーレジストである。基板をノズルヘッドに対して移動させるために、ＸＹステージ等の可動ステージに基板が保持される。

ソルダーレジスト等の薄膜材料は、循環装置から材料供給用の配管を通ってノズルヘッドに供給され、余分な薄膜材料が、材料回収用の配管を通って循環装置に回収される。ノズルヘッドから液滴を安定して吐出するために、薄膜材料を加熱して、薄膜材料の粘度を低下させることが好ましい。

特開２００４−１０４１０４号公報

薄膜材料を加熱するために、材料供給用の配管等を含む材料供給系の少なくとも一部が加熱される。ノズルヘッド内のアクチュエータを駆動するための電子回路基板が、ノズルヘッドに収容されている。材料供給系の一部を加熱すると、材料供給系が配置される空間の温度が上昇する。また、一般的にソルダーレジスト等の薄膜材料には光硬化性の樹脂が用いられる。基板に付着した液状の薄膜材料を硬化させるために、ノズルヘッドの近傍に硬化用の光源、例えば発光ダイオードが設置される。発光ダイオードが熱源となり、ノズルヘッドの近傍の温度が上昇する。このため、電子回路基板から十分な放熱を行うことが困難になる。電子回路基板の温度上昇が顕著になると、回路の動作が不安定になる。

本発明の目的は、ノズルヘッドの温度の過度の上昇を抑制することができる基板製造装置を提供することである。

本発明の一観点によると、
薄膜を形成すべき基板を保持するステージと、
前記ステージに保持された基板に向かって薄膜材料の液滴を吐出するノズルヘッドと、
前記ノズルヘッドに、液状の薄膜材料を供給する材料供給系と、
前記ノズルヘッドが収容される第１の空間、及び前記材料供給系が収容される第２の空間の少なくとも一方を強制的に加温または冷却する温度調節機構と、
前記第１の空間及び前記第２の空間の一方から他方への熱の伝達を阻害する熱伝達阻害構造と
を有する基板製造装置が提供される。

熱伝達阻害構造が配置されていることにより、第１の空間と第２の空間との温度調整を、効率的に行うことができる。

図１は、実施例１による基板製造装置の概略図である。 図２は、支持プレート、ノズルヘッド、及び硬化用光源の平面図である。 図３Ａに、支持プレートの１つの開口内に配置されたノズルヘッド及び硬化用光源の底面図であり、図３Ｂは、図３Ａの一点鎖線３Ｂ−３Ｂにおける断面図である。 図４は、冷却機構、ノズルヘッド、支持プレート、及び仕切板の概略図である。 図５Ａ及び図５Ｂは、仕切板の平面図である。 図６Ａは、実施例２による基板製造装置のノズルヘッド、硬化用光源、支持プレート、及び仕切板の断面図であり、図６Ｂは、液冷用の配管、ノズルヘッド、及び硬化用光源の平面図である。

［実施例１］
図１に、実施例１による基板製造装置の概略図を示す。基台１０に、移動機構１１によってステージ１３が支持されている。ｘｙ面を水平面とし、鉛直上方をｚ軸の正の向きとするｘｙｚ直交座標系を定義する。ステージ１３は、ｘ方向及びｙ方向に移動可能である。ステージ１３の上に、薄膜を形成する対象物である基板１５が保持される。基板１５は、例えば回路パターンが形成されたプリント基板であり、ステージ１３に吸着される。形成される薄膜には、例えばソルダーレジストが用いられる。

複数のノズルヘッド２０が、支持プレート３０によって、ステージ１３の上方に支持されている。ノズルヘッド２０は、ステージ１３に保持された基板１５に向けて、薄膜材料の液滴を吐出する。薄膜材料には、例えば光硬化性の樹脂が用いられる。図１には現れていないが、支持プレート３０に、薄膜材料を硬化させるための硬化用光源が取り付けられている。薄膜材料に、紫外線硬化性の樹脂が用いられる場合は、硬化用光源は、基板１５に向けて紫外光を放射する。

次に、ノズルヘッド２０へ薄膜材料を供給する材料供給系４０について説明する。メインタンク４１内に、液状の薄膜材料が貯蔵されている。加温装置４２が、メインタンク４１内の薄膜材料を加熱し、その温度を目標温度に維持する。目標温度は、例えば７５℃〜９０℃である。加温装置４２には、例えば抵抗加熱ヒータが用いられる。

ノズルヘッド２０の上方に、複数のサブタンク４５が配置されている。ある個数、例えば５個のノズルヘッド２０に対して、１つのサブタンク４５が準備される。図１では、１つのサブタンクのみを表している。支持プレート３０に、２０個のノズルヘッド２０が取り付けられている場合には、４個のサブタンク４５が準備される。サブタンク４５ごとに準備された送出ポンプ４３が、メインタンク４１内の薄膜材料を、供給配管４４を経由してサブタンク４５まで輸送する。加温装置４６が、サブタンク４５内の薄膜材料を加熱し、目標温度、例えば７５℃に維持する。加温装置４６には、例えば抵抗加熱ヒータが用いられる。メインタンク４１からサブタンク４５まで輸送される間に、薄膜材料の温度が低下した場合でも、サブタンク４５内で、薄膜材料が再び目標温度まで加温される。

サブタンク４５内の薄膜材料が、ノズルヘッド２０ごとに準備された配管４７を経由して、ノズルヘッド２０まで輸送される。ノズルヘッド２０から基板１５に向けて吐出されなかった薄膜材料が、配管４８を経由して、バッファタンク４９に回収される。バッファタンク４９は、サブタンク４５に対応して準備される。回収ポンプ５０が、バッファタンク４９内の薄膜材料を、回収配管５１を経由してメインタンク４１に戻す。

サブタンク４５と同様に、バッファタンク４９に加温装置を配置してもよい。バッファタンク４９に加温装置を配置することにより、薄膜材料がノズルヘッド２０からメインタンク４１に回収されるときの温度低下を抑制することができる。回収配管５１内で薄膜材料の温度が低下すと、薄膜材料の粘度が上昇して、配管内に薄膜材料が付着し、薄膜材料の安定した循環が阻害される場合がある。バッファタンク４９に加温装置を配置することにより、より安定して薄膜材料を循環させることができる。

支持プレート３０の上に遮蔽板３１が取り付けられており、遮蔽板３１が、材料供給系４０及びノズルヘッド２０を覆う。支持プレート３０と遮蔽板３１とで囲まれた空間が、仕切板３２によって、材料供給系４０が配置された加温空間３３と、ノズルヘッド２０が配置された冷却空間３４とに仕切られる。

冷却機構６０が、冷却空間３４内に空冷のための気流を発生させる。これにより、ノズルヘッド２０が冷却される。冷却機構６０の具体的な構成については、後に図４を参照して説明する。仕切板３２は、加温空間３３から冷却空間３４への熱の伝達を阻害する機能を有する。本明細書において、仕切板３２を「熱伝達阻害構造」という場合がある。材料供給系４０の周囲の高温の空気が、遮蔽板３１と仕切板３２との間に閉じ込められることにより、移動機構１１及びステージ１３への熱の影響が軽減される。

補充タンク５３内に、薄膜材料が貯蔵されている。メインタンク４１内の薄膜材料が減少すると、補充ポンプ５４を動作させて、補充タンク５３からメインタンク４１に薄膜材料を補充する。補充タンク５３は、遮蔽板３１と支持プレート３０とで囲まれた空間の外に配置されている。補充タンク５３内の薄膜材料の温度はほぼ室温である。補充用の薄膜材料を室温で保管することにより、熱による薄膜材料の劣化を防止することができる。

遮蔽板３１、支持プレート３０、移動機構１１、及びステージ１３は、エンクロージャ１２内に配置される。排気ポンプ１６がエンクロージャ１２内を排気する。エンクロージャ１２内を排気すると、エンクロージャ１２に取り付けられたフィルタ１７を通って外気がエンクロージャ１２内に流入する。これにより、エンクロージャ１２内を換気することができる。排気ポンプ３５が、加温空間３３内を排気する。加温空間３３内が排気されると、遮蔽板３１に設けられた流入口３６を通って加温空間３３内に外気が流入する。加温空間３３内が換気されることにより、加温空間３３の過度の温度上昇を防止することができる。

図２に、支持プレート３０、ノズルヘッド２０、及び硬化用光源２５の平面図を示す。支持プレート３０に複数の開口３７が形成されている。例えば、合計１０個の開口３７が２列に並んでいる。２列の各々は、ｘ方向に等ピッチで並ぶ５個の開口３７で構成される。一方の列の開口３７は、他方の列の開口３７に対して、ｘ方向に半ピッチ分ずれている。

開口３７の各々の内側に、２個のノズルヘッド２０がｙ方向に並んで配置されている。２個のノズルヘッド２０の間、及びノズルヘッド２０の各々の外側に、それぞれ硬化用光源２５が配置されている。ノズルヘッド２０及び硬化用光源２５にブラケット２１が取り付けられている。ノズルヘッド２０及び硬化用光源２５は、ブラケット２１を介して支持プレート３０に取り付けられている。

ノズルヘッド２０の各々の、ステージ１３（図１）に対向する面（図２において、紙面の背面側の面）に、ｘ方向に等ピッチで並ぶ複数のノズル孔が形成されている。１つの開口３７内の２つのノズルヘッド２０は、ｘ方向にずれて配置され、全体として、ノズル孔がｘ方向に等ピッチで配列する。さらに、１０個の開口３７内に配置された合計２０個の
ノズルヘッド２０のノズル孔は、全体として、ｘ方向に等ピッチで配列する。

図３Ａに、支持プレート３０（図２）の１つの開口３７内に配置されたノズルヘッド２０及び硬化用光源２５の底面図を示す。２個のノズルヘッド２０がｙ方向に並んで配置されている。ノズルヘッド２０の間、及び各ノズルヘッド２０の外側に、それぞれ硬化用光源２５が配置されている。ノズルヘッド２０の各々に、２列に並んだノズル孔２２が形成されている。２個のノズルヘッド２０に設けられた合計４列のノズル孔２２は、全体として、ｘ方向に等ピッチで配列する。硬化用光源２５の各々は、ｘ方向に並ぶ複数の発光ダイオード２６を含む。

図３Ｂに、図３Ａの一点鎖線３Ｂ−３Ｂにおける断面図を示す。開口３７内に配置された２個のノズルヘッド２０及び３個の硬化用光源２５が、支持プレート３０に取り付けられている。支持プレート３０の上に仕切板３２が配置されている。支持プレート３０と仕切板３２との間に、冷却空間３４が画定される。ノズルヘッド２０及び硬化用光源２５の各々の下端は、支持プレート３０よりも下方に突出しているが、大部分は、冷却空間３４内に収容される。

ノズルヘッド２０の上面に、供給口２７及び回収口２８が配置されている。供給口２７からノズルヘッド２０内に液状の薄膜材料が供給され、吐出されなかった薄膜材料が回収口２８から回収される。ノズルヘッド２０の各々の、ステージ１３（図１）を向く面にノズル孔２２が設けられている。ノズルヘッド２０内にアクチュエータ２３、及び駆動回路２４が組み込まれている。アクチュエータ２３には、例えば圧電素子が用いられる。駆動回路２４はアクチュエータ２３を駆動するための電気信号を発生する。アクチュエータ２３が駆動されることにより、ノズル孔２２から薄膜材料が液滴の状態で吐出される。駆動回路２４は、ノズルヘッド２０の筺体のｚｘ面に平行な面の内側の表面に取り付けられており、冷却空間３４内に配置される。

次に、硬化用光源２５の構造について説明する。発光ダイオード２６の下方にシリンドリカルレンズ２９が配置されている。シリンドリカルレンズ２９は、発光ダイオード２６から放射された光を、ｙｚ面内に関して収束させる。発光ダイオード２６に、ヒートシンク３８が取り付けられている。ヒートシンク３８は、冷却空間３４内に配置されており、発光ダイオード２６で発生した熱を、冷却空間３４内に放射する。

図４に、冷却機構６０（図１）、ノズルヘッド２０、支持プレート３０、及び仕切板３２の概略図を示す。支持プレート３０と仕切板３２とにより、冷却空間３４が画定されている。冷却空間３４内に、ノズルヘッド２０の駆動回路２４が配置されている。図４には示されていないが、硬化用光源２５のヒートシンク３８（図３Ｂ）も、冷却空間３４内に配置されている。駆動回路２４及び発光ダイオード２６は、発熱源として作用する。サブタンク４５から、配管４７を介して、ノズルヘッド２０の供給口２７に、目標温度まで加熱された薄膜材料が供給される。配管４７と供給口２７との接続箇所は、仕切板３２の隙間に配置される。

送風ファン６１から送風ダクト６２を介して、冷却空間３４内に冷却用のガス、例えば空気が送り込まれる。冷却空間３４内に送り込まれた冷却用のガスは、冷却空間３４内をｘ方向に流れた後、排気ダクト６３を介して、排気ファン６４によって冷却空間３４から排気される。冷却空間３４内に気流が発生することにより、ノズルヘッド２０の駆動回路２４、及び硬化用光源２５のヒートシンク３８（図３Ｂ）を空冷することができる。

図３Ａ及び図３Ｂに示したように、発光ダイオード２６が並ぶ方向（ｘ方向）にほぼ平行な姿勢で、ヒートシンク３８が配置されている。また、送風ダクト６２から冷却空間３
４内に流入した冷却用のガスは、冷却空間３４内をｘ方向に流れて、排気ダクト６３に達する。ヒートシンク３８が、冷却用のガスの流れに沿う姿勢で配置されているため、冷却用のガスが、直線的に流れるように誘導される。乱流の発生が回避されることにより、ノズルヘッド２０の駆動回路２４、及び硬化用光源２５のヒートシンク３８（図３Ｂ）を効率的に冷却することができる。

図５Ａに、仕切板３２の平面図を示す。ｘ方向に長い長方形状の複数の仕切板３２が隙間６５を隔ててｙ方向に並べられている。平面視において、隙間６５内にノズルヘッド２０の供給口２７及び回収口２８が配置される。硬化用光源２５は、平面視において仕切板３２と重なる。仕切板３２が、加温空間３３（図１）と冷却空間３４（図１）との間の空気の流通を阻害するため、ノズルヘッド２０の駆動回路２４（図３Ｂ、図４）及び硬化用光源２５のヒートシンク３８（図３Ｂ）を効率的に冷却することができる。

図５Ｂに、仕切板３２の他の構成例を示す。図５Ｂに示した例では、ｘ方向に並ぶ２つのノズルヘッド２０の間において、仕切板３２の隙間６５が、図５Ａに示した例に比べて狭くされている。このため、加温空間３３と冷却空間３４（図１）との間の空気の流通を阻害する機能が高まる。

［実施例２］
図６Ａ及び図６Ｂを参照して、実施例２による基板製造装置について説明する。以下、実施例１との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。

図６Ａに、実施例２による基板製造装置のノズルヘッド、硬化用光源、支持プレート、及び仕切板の断面図を示し、図６Ｂに、液冷用の配管７０、ノズルヘッド２０、及び硬化用光源２５の平面図を示す。ノズルヘッド２０の、駆動回路２４が取り付けられている壁面の外側の表面、及び硬化用光源２５のヒートシンク３８に、液冷用の配管７０が密着している。送出ポンプ７１が、液冷用の配管７０に冷却用の液体、例えば水を流す。実施例２では、ノズルヘッド２０及び硬化用光源２５が、液冷方式により冷却される。

実施例２のように、冷却機構６０を液冷方式とすることにより、空冷方式を採用した実施例１に比べて冷却能力を高めることができる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

１０ 基台
１１ 移動機構
１２ エンクロージャ
１３ ステージ
１５ 基板
１６ エンクロージャ
１７ フィルタ
２０ ノズルヘッド
２１ ブラケット
２２ ノズル孔
２３ アクチュエータ
２４ 駆動回路（発熱源）
２５ 硬化用光源
２６ 発光ダイオード（発熱源）
２７ 供給口
２８ 回収口
２９ シリンドリカルレンズ
３０ 支持プレート
３１ 遮蔽板
３２ 仕切板
３３ 加温空間
３４ 冷却空間
３５ 排気ポンプ
３６ 流入口
３７ 開口
３８ ヒートシンク
４０ 材料供給系
４１ メインタンク
４２ 加温装置
４３ 送出ポンプ
４４ 供給配管
４５ サブタンク
４６ 加温装置
４７、４８ 配管
４９ バッファタンク
５０ 回収ポンプ
５１ 回収配管
５３ 補充タンク
５４ 補充ポンプ
６０ 冷却機構
６１ 送風ファン
６２ 送風ダクト
６３ 排気ダクト
６４ 排気ファン
６５ 隙間
７０ 液冷用の配管
７１ 送出ポンプ

Claims (8)

1. 薄膜を形成すべき基板を保持するステージと、
   前記ステージに保持された基板に向かって薄膜材料の液滴を吐出するノズルヘッドと、
   前記ノズルヘッドに、液状の薄膜材料を供給する材料供給系と、
   前記ノズルヘッドが収容される第１の空間、及び前記材料供給系が収容される第２の空間の少なくとも一方を強制的に加温または冷却する温度調節機構と、
   前記第１の空間及び前記第２の空間の一方から他方への熱の伝達を阻害する熱伝達阻害構造と
   を有する基板製造装置。
2. 前記温度調節機構は、前記材料供給系の少なくとも一部を加温する加温装置を含む請求項１に記載の基板製造装置。
3. 前記温度調節機構は、前記第１の空間を冷却する冷却機構を含む請求項１または２に記載の基板製造装置。
4. 前記ノズルヘッドは、
   前記ステージに保持された基板に向かって薄膜材料の液滴を吐出するノズル孔と、
   前記薄膜材料を前記ノズル孔から吐出させるアクチュエータと、
   前記アクチュエータを駆動する駆動回路と
   を含み、
   前記冷却機構は、前記駆動回路を冷却する請求項３に記載の基板製造装置。
5. 前記薄膜材料は、光硬化性の樹脂であり、
   さらに、
   前記基板に塗布された薄膜材料を硬化させる光を照射する硬化用光源と、
   前記硬化用光源に熱的に結合したヒートシンクと
   を含み、
   前記ヒートシンクは前記第１の空間内に配置され、前記冷却機構は、前記ヒートシンクを冷却する請求項４に記載の基板製造装置。
6. さらに、前記ノズルヘッド及び前記硬化用光源を、前記ステージの上方に支持する支持プレートを有し、
   前記駆動回路及び前記ヒートシンクは、前記支持プレートより上方に配置されており、前記熱伝達阻害構造は、前記支持プレートの上方に配置され、前記支持プレートとともに、前記第２の空間を画定する仕切板を含む請求項５に記載の基板製造装置。
7. 前記冷却機構は、前記第１の空間内に気流を生じさせる空冷機構を含む請求項３乃至６のいずれか１項に記載の基板製造装置。
8. 薄膜を形成すべき基板を保持するステージと、
   前記ステージに保持された基板に対して作用を施す発熱源と、
   前記発熱源が収容される第１の空間、及び前記第１の空間の周囲の第２の空間の一方から他方への熱の伝達を阻害する熱伝達阻害構造と、
   前記第１の空間内を冷却する冷却機構と
   を有する基板製造装置。

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