JP2014108388A - Substrate manufacturing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板の表面に薄膜パターンを形成する基板製造装置に関する。 The present invention relates to a substrate manufacturing apparatus that forms a thin film pattern on a surface of a substrate.
ノズルヘッドから薄膜パターン形成用の材料を含んだ液滴を吐出して、基板の表面に薄膜パターンを形成する技術が知られている(例えば特許文献1)。 A technique for forming a thin film pattern on the surface of a substrate by discharging droplets containing a material for forming a thin film pattern from a nozzle head is known (for example, Patent Document 1).
このような薄膜形成技術において、例えば、基板にはプリント配線基板が用いられ、薄膜材料にはソルダーレジストが用いられる。プリント配線基板は、基材及び配線を含み、所定の位置に電子部品等がはんだ付けされる。ソルダーレジストは、電子部品等をはんだ付けする導体部分を露出させ、はんだ付けが不要な部分を覆う。全面にソルダーレジストを塗布した後、フォトリソグラフィ技術を用いて開口を形成する方法に比べて、製造コストの低減を図ることが可能である。 In such a thin film forming technique, for example, a printed wiring board is used as a substrate, and a solder resist is used as a thin film material. The printed wiring board includes a base material and wiring, and an electronic component or the like is soldered to a predetermined position. The solder resist exposes a conductor portion for soldering an electronic component or the like and covers a portion that does not require soldering. It is possible to reduce the manufacturing cost as compared with a method in which a solder resist is applied to the entire surface and then an opening is formed using a photolithography technique.
通常、薄膜形成時に、基板が真空チャック等によってステージに吸着される。プリント基板には、一般的に、基板の両面に形成された配線同士を電気的に接続するためのスルーホールが形成されている。基板のスルーホールが真空チャックの吸引孔に重なると、スルーホールを通して気流が生じる。この気流が、薄膜パターンの形成に悪影響を与える場合がある。 Usually, when forming a thin film, the substrate is adsorbed to the stage by a vacuum chuck or the like. In the printed board, generally, a through hole for electrically connecting wirings formed on both sides of the board is formed. When the through hole of the substrate overlaps the suction hole of the vacuum chuck, an air flow is generated through the through hole. This air flow may adversely affect the formation of the thin film pattern.
本発明の目的は、基板にスルーホールが形成されていても、スルーホールを通る気流の影響を排除または軽減して薄膜パターンの形成を行うことが可能な基板製造装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a substrate manufacturing apparatus capable of forming a thin film pattern by eliminating or reducing the influence of an airflow passing through a through hole even if the substrate has a through hole.
本発明の一観点によると、
保持面に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向し、前記基板に向けて、薄膜材料の液滴を吐出するノズルヘッドと、
前記ステージに形成されており、前記保持面に開口する複数の吸引孔と、
前記吸引孔を介して、前記保持面に保持された基板を吸引する吸引装置と、
前記吸引孔を流れる気体の流量を変化させる流量調整機構と、
前記ステージと前記ノズルヘッドとの一方を他方に対して、前記保持面に平行な方向に移動させる移動機構と
を有し、
前記流量調整機構は、前記ステージと前記ノズルヘッドとの相対位置関係に基づいて、前記複数の吸引孔のうち一部の吸引孔を流れる気体の流量を制限する基板製造装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
A stage for holding the substrate on the holding surface;
A nozzle head that faces the substrate held on the stage and discharges a droplet of a thin film material toward the substrate;
A plurality of suction holes formed in the stage and opening in the holding surface;
A suction device for sucking the substrate held on the holding surface through the suction hole;
A flow rate adjusting mechanism for changing the flow rate of the gas flowing through the suction hole;
A moving mechanism that moves one of the stage and the nozzle head in a direction parallel to the holding surface with respect to the other;
A substrate manufacturing apparatus is provided in which the flow rate adjusting mechanism limits a flow rate of gas flowing through some of the plurality of suction holes based on a relative positional relationship between the stage and the nozzle head.
基板に形成されているスルーホールが吸引孔と重なっても、流量調整機構が吸引口を通過する気体の流量を制限することにより、スルーホールを流れる気体の流量を制限するこ
とができる。これにより、スルーホールに流入する気流による影響を排除または軽減して、薄膜パターンを形成することができる。
Even if the through hole formed in the substrate overlaps with the suction hole, the flow rate adjusting mechanism restricts the flow rate of the gas passing through the suction port, whereby the flow rate of the gas flowing through the through hole can be restricted. Thereby, the thin film pattern can be formed by eliminating or reducing the influence of the airflow flowing into the through hole.
[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。定盤20の上に、移動機構21によりステージ22が支持されている。ステージ22の上面(保持面)に、プリント配線板等の基板27が保持される。ステージ22の保持面に平行な方向をx方向及びy方向とし、保持面の法線方向をz方向とするxyz直交座標系を定義する。移動機構21は、ステージ22をx方向及びy方向に移動させる。
[Example 1]
FIG. 1 shows a schematic diagram of a substrate manufacturing apparatus according to the first embodiment. A
定盤20の上方に、ノズルユニット30及び撮像装置28が、支持部材24よって支持されている。ノズルユニット30は、ノズルユニット支持機構31を介して支持部材24に昇降可能に支持されている。ノズルユニット30及び撮像装置28は、ステージ22に保持された基板27に対向する。撮像装置28は、基板27の表面に形成されている配線パターン、アライメントマーク、基板27に形成された薄膜パターン等を撮像する。撮像されて得られた画像データが、制御装置70に入力される。ノズルユニット30は、複数のノズル孔から基板27に向けて、光硬化性(例えば紫外線硬化性)の薄膜材料の液滴(例えばソルダーレジスト等の液滴)を吐出する。吐出された薄膜材料が、基板27の表面に付着する。
Above the
制御装置70が、移動機構21、ノズルユニット30、及び撮像装置28を制御する。移動機構21に組み込まれたエンコーダによりステージ22の位置が検出され、検出結果が制御装置70に入力される。制御装置70には、基板27に形成すべき薄膜パターンの形状を定義するラスタフォーマットの画像データ等が記憶されている。オペレータが、入力装置71を通して制御装置70に、種々の指令(コマンド)や、制御に必要な数値データを入力する。制御装置70は、出力装置72からオペレータに対して各種情報を出力する。
The
図2に、ノズルユニット30(図1)の斜視図を示す。ノズルホルダ35に複数、例えば4個のノズルヘッド34がy方向に並んで取り付けられている。ノズルヘッド34の各
々の、ステージ22に対向する面(以下、「ノズル面」という。)38に、複数のノズル孔37が開口している。複数のノズル孔37は、x方向に2列に並んでいる。4個のノズルヘッド34の複数のノズル孔37は、x方向に関して異なる位置に配置され、全体としてx方向に関して等間隔に分布する。
FIG. 2 is a perspective view of the nozzle unit 30 (FIG. 1). A plurality of, for example, four
ノズルヘッド34の間、及び両端のノズルヘッド34の外側に、それぞれ硬化用光源36が取り付けられている。硬化用光源36は、基板27(図1)に硬化用の光、例えば紫外線を照射する。
A
以下、薄膜パターンの形成方法について説明する。基板27(図1)をy方向に移動させながら、形成すべき薄膜パターンの画像データに基づいて、ノズル孔37から薄膜材料の液滴を吐出させる。この動作を、「走査」ということとする。ノズル孔37から吐出された薄膜材料の液滴が基板27に着弾する。基板27に着弾した薄膜材料に、硬化用光源36から硬化用の光が照射される。これにより、薄膜材料の少なくとも表層部が硬化する。基板27(図1)とノズルユニット30とのx方向の相対位置を変えて、複数回の走査を行うことにより、基板27の表面に薄膜パターンを形成することができる。
Hereinafter, a method for forming a thin film pattern will be described. While moving the substrate 27 (FIG. 1) in the y direction, droplets of the thin film material are ejected from the
図3に、ステージ22及びノズルヘッド34の断面図を示す。ステージ22の上面(保持面)に基板27が保持されている。基板27の上方にノズルヘッド34が配置されている。ノズルヘッド34のノズル面38が基板27に対向する。ノズル面38に複数のノズル孔37が配置されている。基板27とノズル面38との間隔は、例えば0.5mm〜1mmである。
FIG. 3 shows a cross-sectional view of the
ステージ22内に、複数の吸引孔40が形成されている。吸引孔40の各々の一端が保持面に開口する。吸引孔40の各々は、流量調整機構43を介して共通流路41に接続されている。流量調整機構43には、アクチュエータによって開閉を行う開閉弁、例えば電磁弁が用いられる。なお、開(オン)状態と閉(オフ)状態との2状態をとる電磁弁に代えて、流路断面積を変化させることによって吸引孔40を流れる気体の流量を多段階または連続的に変化させることができる弁を用いてもよい。流量調整機構43の各々の開閉は、制御装置70によって制御される。吸引装置45が、共通流路41及び流量調整機構43を介して吸引孔40内を排気する。これにより、吸引孔40内が負圧になり、基板27がステージ22の保持面に吸着される。
A plurality of suction holes 40 are formed in the
移動機構21が、制御装置70からの指令により、ステージ22をx方向またはy方向に移動させる。移動機構21に設けられているエンコーダから、ステージ22の位置情報が制御装置70に入力される。
The moving
基板27に複数のスルーホール26が形成されている。一部のスルーホール26は、吸引孔40の開口部と重なる。開口部がスルーホール26と重ならない吸引孔40は、基板27によって塞がれる。
A plurality of through
流量調整機構43が開いている場合、吸引装置45を動作させると、吸引孔40内が負圧になり、基板27が保持面に吸着される。制御装置70が、ステージ22とノズルヘッド34との相対位置関係に基づいて、一部の流量調整機構43を閉じる。具体的には、ノズルヘッド34の直下に位置する吸引孔40(保持面への、ノズルヘッド34の垂直投影像と重なる吸引孔40)に接続された流量調整機構43を閉じる。一般に、xy面内に関するノズルヘッド34の大きさは、基板27より小さいため、一部の流量調整機構43が閉じられても、開いている流量調整機構43に対応する吸引孔40からの吸引により、基板27の吸着状態が維持される。なお、流量調整機構43を完全に閉じる代わりに、流路断面積を小さくして、気体の流量を制限してもよい。
When the flow
実施例1の効果について説明する前に、図4A及び図4Bを参照して、比較例による基板製造装置のステージ及びノズルヘッドについて説明する。 Before describing the effects of the first embodiment, a stage and a nozzle head of a substrate manufacturing apparatus according to a comparative example will be described with reference to FIGS. 4A and 4B.
図4Aに、比較例による基板製造装置のステージ22及びノズルヘッド34の断面図を示す。ステージ22に、共通流路41及び吸引孔40が形成されている。比較例においては、流量調整機構43(図3)が配置されていない。その他の構成は、実施例1による基板製造装置の構成と同一である。ノズル孔37から薄膜材料の液滴32が吐出され、基板27の上面に着弾する。液滴の飛翔経路は、一般的には、基板27の保持面に対して垂直である。
FIG. 4A shows a cross-sectional view of the
吸引装置45を動作させると、吸引孔40に重なっているスルーホール26を通って吸引孔40内に空気が流れ込む。これにより、基板27とノズルヘッド34との間の空間に、スルーホール26に向かう気流が発生する。吸引孔40の開口部と重なったスルーホール26の近傍に着弾すべき液滴32の飛翔経路が、気流によって乱される。このため、液滴32が、目標位置から、スルーホール26に近づく方向にずれた位置に着弾する場合がある。
When the
図4Bに、基板27のスルーホール26、及びその近傍に形成された薄膜パターンの平面図を示す。スルーホール26の周囲に薄膜パターン50が形成されている。薄膜パターン50には、スルーホール26の位置に、スルーホール26よりもやや大きな開口51が形成されている。スルーホール26の外周線と、開口51の外周線との間に、薄膜材料を塗布しない環状の領域57が設けられている。
FIG. 4B shows a plan view of the through
液滴32(図4A)の飛翔経路が乱れると、環状の領域57内に薄膜材料からなるアイランド53が形成される場合がある。または、開口51の縁からスルーホール26に向かう突出部55が形成される場合もある。アイランド53及び突出部55は、はんだ処理時に、不良発生の原因になる。
When the flight path of the droplet 32 (FIG. 4A) is disturbed, an
これに対し、実施例1による基板製造装置では、図3に示したように、ノズルヘッド34の直下に位置する吸引孔40が、流量調整機構43によって塞がれる。このため、基板27とノズル面38との間の空間に、液滴の飛翔経路を乱すような気流が生じない。これにより、スルーホール26の近傍においても、液滴を目標位置に着弾させることができる。必ずしも、吸引孔40を完全に塞ぐ必要はない。吸引孔40を流れる気体の流量を制限することにより、基板27とノズル面38との間の空間に発生する気流を、液滴の飛翔経路を乱さない程度まで弱める構成としてもよい。
On the other hand, in the substrate manufacturing apparatus according to the first embodiment, as shown in FIG. 3, the
[実施例2]
図5A〜図6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。
[Example 2]
A substrate manufacturing apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described, and description of the same configuration will be omitted.
図5Aに、実施例2による基板製造装置のステージ22の平面図を示す。ステージ22の保持面に、複数の吸引孔40が分布している。吸引孔40は、例えば行列状に配置されている。保持面が、複数の区画42に区分されている。区画42の各々の内部に複数の吸引孔40が配置されている。区画42ごとに、吸引孔40の流量制御が行われる。
FIG. 5A is a plan view of the
図5Bに、図5Aの一点鎖線5B−5Bにおける断面図を示す。区画42ごとに、複数の吸引孔40が1つの流量調整機構43を介して、共通流路41に接続される。このため、区画42ごとに、吸引孔40が閉塞される。
FIG. 5B is a cross-sectional view taken along one-
図6に、ステージ22とノズルユニット30との位置関係の一例を示す。xy面内に関して、一部の区画42がいずれかのノズルヘッド34と重なる。制御装置70(図1)は、移動機構21(図1)のエンコーダから受信したステージ22の位置情報に基づいて、ノズルヘッド34と重なっている区画42を抽出し、ノズルヘッド34と重なる区画42内の吸引孔40に接続された流量調整機構43(図5B)を閉じる。図6において、閉じられた流量調整機構43に接続されている吸引孔40を、黒く塗り潰して示している。
FIG. 6 shows an example of the positional relationship between the
実施例2のように、複数の吸引孔40を含む区画42ごとに吸引孔40の閉塞を行ってもよい。
As in the second embodiment, the suction holes 40 may be closed for each
[実施例3]
図7A〜図8を参照して、実施例3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。
[Example 3]
A substrate manufacturing apparatus according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 7A to 8. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described, and description of the same configuration will be omitted.
図7Aに、実施例3による基板製造装置のステージ22の断面図を示し、図7Bに、流量調整機構43の平面図を示す。流量調整機構43が、収容空間46、閉塞部材47、及び支持棒48を含む。吸引孔40が、収容空間46に接続されている。収容空間46は、その底面に開口する流路49を介して共通流路41に接続されている。収容空間46内に、閉塞部材47が収容されている。
FIG. 7A shows a cross-sectional view of the
収容空間46、閉塞部材47、及び流路49(図7B)は、例えば円形の平面形状を有する。支持棒48は、流路49の中心を回転軸とした3回回転対称となる位置に配置されている。支持棒48の各々は、収容空間46の底面と上面とを接続し、流路49の中心を通る鉛直線に対して、下方に向かって鉛直線に近づくように傾斜している。閉塞部材47が、支持棒48に支持されて、収容空間46の底面から浮いている。このため、吸引孔40、収容空間46、及び共通流路41を介して、保持面上の基板が保持面に吸着される。
The
閉塞部材47は、磁性材料で形成されており、磁石に吸引される。保持面の上に磁石を配置すると、閉塞部材47が磁石に吸引されて、収容空間46の上面に接触する。閉塞部材47が収容空間46の上面に接触することにより、吸引孔40が塞がれる。
The closing
図8に、薄膜を形成しているときのステージ22及びノズルヘッド34の断面図を示す。ノズルヘッド34は、永久磁石を含む。例えば、ノズルヘッド34の筐体を永久磁石で形成してもよいし、非磁性材料からなる筐体に永久磁石を埋め込んでもよい。図8では、ステージ22側にN極が配置され、ステージ22とは反対側にS極が配置されている例を示しているが、極性を反対にしてもよい。
FIG. 8 shows a cross-sectional view of the
ノズルヘッド34の直下に位置する流量調整機構43の閉塞部材47が、ノズルヘッド34からの磁気力により、ノズルヘッド34に引き寄せられる。その結果、閉塞部材47が、収容空間46の上面に接触して吸引孔40を塞ぐ。ノズルヘッド34の直下に、吸引孔40と重なったスルーホール26が存在する場合、吸引孔40が塞がれるため、スルーホール26を通過する気流が発生しない。このため、実施例1の場合と同様に、薄膜材料の液滴の飛翔経路の乱れを防止することができる。
The closing
実施例3では、閉塞部材47を磁性材料で形成し、ノズルヘッド34が永久磁石を含む構成としたが、逆に、閉塞部材47を永久磁石で形成し、ノズルヘッド34の筐体を磁性材料で形成してもよい。さらに、ノズルヘッド34が永久磁石を含み、かつ閉塞部材47を永久磁石で形成し、両者の間に引力が働く構成としてもよい。
In the third embodiment, the closing
[実施例4]
図9A及び図9Bを参照して、実施例4による基板製造装置について説明する。以下、実施例3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。実施例3では、閉塞部材47とノズルヘッド34(図8)との間に作用する磁気力が引力であった。実施例4では、両者の間に作用する磁気力が斥力である。
[Example 4]
With reference to FIG. 9A and FIG. 9B, the board | substrate manufacturing apparatus by Example 4 is demonstrated. Hereinafter, differences from the third embodiment will be described, and description of the same configuration will be omitted. In Example 3, the magnetic force acting between the closing
図9Aに、実施例4による基板製造装置に用いられているステージ22の断面図を示す。実施例4の流量調整機構43は、収容空間46、閉塞部材47、弾性部材60、及び閉塞環61を含む。弾性部材60には、例えばコイルばねが用いられる。弾性部材60は、閉塞部材47と収容空間46の底面との間に挿入されており、閉塞部材47を収容空間46内に、上下に移動可能に支持する。閉塞環61は、収容空間46の底面から突出しており、収容空間46の底面に開口する流路49の開口部を取り囲む平面形状を有する。
FIG. 9A shows a cross-sectional view of the
閉塞部材47に引力以外の外力が加わっていないとき、閉塞部材47は、閉塞環61の上面と、収容空間46の上面との間に、いずれにも接触しない状態で支持されている。閉塞部材47に、下方を向く外力が作用すると、弾性部材60が弾性変形して、閉塞部材47が閉塞環61の上面に接触する。これにより、吸引孔40と共通流路41とを接続する流路49が塞がれる。
When an external force other than an attractive force is not applied to the closing
図9Bに、薄膜を形成しているときのステージ22及びノズルヘッド34の断面図を示す。ノズルヘッド34は、永久磁石を含む。ノズルヘッド34の永久磁石と、閉塞部材47の永久磁石とは、両者の間に斥力が作用する姿勢で配置されている。図9Bでは、閉塞部材47とノズルヘッド34とのN極同士が対向する例を示している。
FIG. 9B shows a cross-sectional view of the
ノズルヘッド34の直下に位置する閉塞部材47と、ノズルヘッド34との間に斥力が働くため、閉塞部材47に対して下向きの力が作用する。この力により、弾性部材60が弾性変形し、閉塞部材47が閉塞環61の上面に接触する。これにより、吸引孔40と共通流路41とを接続する流路49が塞がれる。このため、実施例3の場合と同様に、薄膜材料の液滴の飛翔経路の乱れを防止することができる。
Since a repulsive force acts between the closing
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。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
20 定盤
21 移動機構
22 ステージ
24 支持部材
26 スルーホール
27 基板
28 撮像装置
30 ノズルユニット
31 ノズルユニット支持機構
32 薄膜材料の液滴
34 ノズルヘッド
35 ノズルホルダ
36 硬化用光源
37 ノズル孔
38 ノズル面
40 吸引孔
41 共通流路
42 区画
43 流量調整機構
45 吸引装置
46 収容空間
47 閉塞部材
48 支持棒
49 流路
50 薄膜パターン
51 開口
53 アイランド
55 突出部
57 薄膜材料を塗布しない環状の領域
60 弾性部材
61 閉塞環
70 制御装置
71 入力装置
72 出力装置
20
Claims (4)
前記ステージに保持された基板に対向し、前記基板に向けて、薄膜材料の液滴を吐出するノズルヘッドと、
前記ステージに形成されており、前記保持面に開口する複数の吸引孔と、
前記吸引孔を介して、前記保持面に保持された基板を吸引する吸引装置と、
前記吸引孔を流れる気体の流量を変化させる流量調整機構と、
前記ステージと前記ノズルヘッドとの一方を他方に対して、前記保持面に平行な方向に移動させる移動機構と
を有し、
前記流量調整機構は、前記ステージと前記ノズルヘッドとの相対位置関係に基づいて、前記複数の吸引孔のうち一部の吸引孔を流れる気体の流量を制限する基板製造装置。 A stage for holding the substrate on the holding surface;
A nozzle head that faces the substrate held on the stage and discharges a droplet of a thin film material toward the substrate;
A plurality of suction holes formed in the stage and opening in the holding surface;
A suction device for sucking the substrate held on the holding surface through the suction hole;
A flow rate adjusting mechanism for changing the flow rate of the gas flowing through the suction hole;
A moving mechanism that moves one of the stage and the nozzle head in a direction parallel to the holding surface with respect to the other;
The flow rate adjusting mechanism is a substrate manufacturing apparatus that restricts the flow rate of gas flowing through some of the plurality of suction holes based on a relative positional relationship between the stage and the nozzle head.
前記ノズルヘッドは、磁性材料からなる磁性部材を含み、
前記ノズルヘッドの前記磁性部材と、前記閉塞部材との間の磁気的な相互作用によって、前記閉塞部材が移動することにより、前記吸引孔を流れる気体の流量を変化させる請求項1に記載の基板製造装置。 The flow rate adjusting mechanism includes a closing member made of a magnetic material disposed in the flow path of the suction hole,
The nozzle head includes a magnetic member made of a magnetic material,
The substrate according to claim 1, wherein the flow rate of the gas flowing through the suction hole is changed by the movement of the closing member by the magnetic interaction between the magnetic member of the nozzle head and the closing member. manufacturing device.
前記流量調整機構は、前記制御装置によって制御され、前記吸引孔を流れる気体の流量を変化させるアクチュエータを含み、
前記制御装置は、前記ノズルヘッドと前記ステージとの相対位置関係に基づいて、前記アクチュエータを制御する請求項1に記載の基板製造装置。 And a control device for controlling the moving mechanism and the nozzle head,
The flow rate adjusting mechanism includes an actuator that is controlled by the control device and changes a flow rate of the gas flowing through the suction hole,
The substrate manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the control device controls the actuator based on a relative positional relationship between the nozzle head and the stage.
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