JP2015167944A

JP2015167944A - 膜形成方法及び膜形成装置

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Publication number: JP2015167944A
Application number: JP2014047088A
Authority: JP
Inventors: 裕司岡本; Yuji Okamoto
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2014-03-11
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2015-09-28
Anticipated expiration: 2034-03-11
Also published as: CN104907227B; KR101713813B1; TW201534402A; CN104907227A; TWI564090B; KR20150106322A; JP6085578B2

Abstract

【課題】膜を厚くしても、側面の傾斜が緩やかになりにくい膜形成方法を提供する。【解決手段】基板の表面の、膜材料を塗布すべき被塗布領域の縁に沿って、膜材料を液滴化して塗布し、硬化させて外縁部を先に形成し、その後、外縁部よりも内側に、膜材料を液滴化して塗布し、硬化させることにより、内奥部を形成することにより、外縁部及び内奥部からなり、上面が窪んでいる単位層を形成する。単位層の上に、さらに、各々が外縁部と内奥部とからなる別の単位層を、最上層の単位層の上面が窪んだ形状を維持しながら、積み重ねる。【選択図】図７

Description

本発明は、基板に、液滴化された膜材料を塗布し、硬化させることにより、膜を形成する方法、及び膜形成装置に関する。

ノズルヘッド（インクジェットヘッド）から液状の薄膜材料を吐出して、基板の表面に薄膜を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１）。薄膜材料には、光硬化性樹脂（例えば、紫外線硬化性樹脂）が用いられる。基板に付着した薄膜材料に硬化用の光を照射することにより、薄膜材料を硬化させて薄膜を形成する。

特許文献２に開示された方法では、まず、薄膜を形成すべき領域の縁に、液滴化された薄膜材料を着弾させることにより、エッジパターンを形成する。エッジパターンを形成した後、薄膜を形成すべき領域の内側に薄膜材料を着弾させることにより、薄膜を形成すべき領域を液状の薄膜材料で覆う。その後、液状の薄膜材料に硬化用の光を照射することにより、薄膜材料を硬化させる。

エッジパターンが、液状の薄膜材料の流動を堰き止める。薄膜を形成すべき領域の内側においては、基板表面に着弾した薄膜材料が横方向に連続して、表面が平坦な液状の被膜が形成される。表面が平坦になった後、薄膜材料が硬化されるため、表面の平坦な薄膜を形成することができる。

特許第３５４４５４３号公報国際公開第２０１３／０１１７７５号

大電流用の厚銅基板の銅膜の厚さは、５０μｍ〜２ｍｍ程度である。厚銅基板の銅膜を形成するために、絶縁膜も同程度まで厚くしなければならない。従来のノズルヘッドを用いた薄膜形成方法で、このように厚い膜を形成すると、膜の側面が傾斜し、その斜面が緩やかになってしまう。本発明の目的は、膜を厚くしても、側面の傾斜が緩やかになりにくい膜形成方法、及び膜形成装置を提供することである。

本発明の一観点によると、
基板の表面の、膜材料を塗布すべき被塗布領域の縁に沿って、膜材料を液滴化して塗布し、硬化させて外縁部を先に形成し、その後、前記外縁部よりも内側に、前記膜材料を液滴化して塗布し、硬化させることにより、内奥部を形成することにより、前記外縁部及び前記内奥部からなり、上面が窪んでいる単位層を形成する工程と、
前記単位層の上に、さらに、各々が前記外縁部と前記内奥部とからなる別の単位層を、最上層の単位層の上面が窪んだ形状を維持しながら、積み重ねる工程と
を有する膜形成方法が提供される。

本発明の他の観点によると、
基板を保持するステージと、
前記ステージに保持された前記基板に対向し、前記基板の表面に、光硬化性の膜材料を
液滴化して吐出する複数のノズル孔を有するノズルヘッドと、
前記基板に塗布された前記膜材料に硬化用の光を照射する光源と、
前記ノズルヘッド及び前記光源に対して前記基板を相対的に移動させる移動機構と、
前記ノズルヘッド及び前記移動機構を制御する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、前記ノズルヘッド及び前記移動機構を制御して、
前記基板の表面の被塗布領域の縁に沿って、前記膜材料を液滴化して塗布し、硬化させて外縁部を先に形成し、その後、前記外縁部よりも内側に、前記膜材料を液滴化して塗布し、硬化させることにより、内奥部を形成することにより、前記外縁部及び前記内奥部からなり、上面が窪んでいる単位層を形成し、
前記単位層の上に、さらに、各々が前記外縁部と前記内奥部とからなる別の単位層を、最上層の単位層の上面が窪んだ形状を維持しながら、積み重ねる膜形成装置が提供される。

外縁部を形成した後に内奥部を形成することにより、内奥部を形成するときに塗布される膜材料が外縁部の外側に流れ出さない。単位層の上面が窪んでいるため、単位層の上に外縁部を形成するときに、膜材料の外側への流出量を少なくすることができる。これにより、膜を厚くしても、膜の側面が緩やかになることを抑制できる。

図１は、実施例による膜形成装置の概略図である。図２Ａは、実施例による膜形成装置のノズルヘッドを含むノズルユニットの斜視図であり、図２Ｂは、ノズルユニットの底面図である。図３は、実施例による膜形成装置のステージ及びノズルユニットの平面図である。図４Ａは、膜を形成するときに膜材料を塗布すべき領域（被塗布領域）の平面形状の一部分を示す平面図であり、図４Ｂは、被塗布領域の形状を定義する画像データの一部分を示す図である。図５Ａは、外縁部を形成するときに膜材料を塗布する対象となる画素を示す図であり、図５Ｂ〜図５Ｄは、外縁部を形成する工程の途中段階、及び形成後の基板及び外縁部の断面図である。図６Ａは、内奥部を形成するときに膜材料を塗布する対象となる画素を示す図であり、図６Ｂ〜図６Ｃは、内奥部を形成する工程の途中段階、及び形成後の基板、外縁部、及び内奥部の断面図である。図７Ａ〜図７Ｄは、膜を形成する工程の途中段階、及び形成後の基板及び膜の断面図である。図８Ａ〜図８Ｆは、実施例による膜形成方法の効果を説明するための、膜形成の途中段階における基板及び膜の断面図である。図９Ａ及び図９Ｂは、厚銅基板を製造する方法を説明するための、製造途中段階における厚銅基板の断面図である。

図１に、実施例による膜形成装置の概略図を示す。基台１０の上に移動機構１１を介してステージ１２が支持されている。ｘ軸及びｙ軸が水平方向を向き、ｚ軸が鉛直上方を向くｘｙｚ直交座標系を定義する。移動機構１１は、制御装置３０により制御されて、ステージ１２をｘ方向及びｙ方向に移動させる。

ステージ１２の上面（保持面）に、膜を形成すべき基板５０が保持される。基板５０は、例えば真空チャックによりステージ１２に固定される。ステージ１２の上方にノズルヘ
ッド２０が、昇降可能に支持されている。ノズルヘッド２０は、基板５０に対向する複数のノズル孔を有する。各ノズル孔から、基板５０の表面に向かって光硬化性（例えば紫外線硬化性）の膜材料が液滴化されて吐出される。薄膜材料の吐出は、制御装置３０によって制御される。

図１では、基台１０に対してノズルヘッド２０を静止させ、基板５０を移動させる例を示したが、その逆に、基台１０に対して基板５０を静止させ、ノズルヘッド２０を移動させてもよい。このように、基板５０とノズルヘッド２０との一方を他方に対して相対的に移動させる構成とすることも可能である。

図２Ａに、ノズルヘッド２０を含むノズルユニット２１の斜視図を示す。ベースプレート２２に、複数、例えば２個のノズルヘッド２０が、ｙ方向に並んで取り付けられている。ノズルヘッド２０の各々は、ｘ方向に並んだ複数のノズル孔２３を有する。ｙ方向に隣り合う２つのノズルヘッド２０の間、及び両端のノズルヘッド２０よりもさらに外側に、それぞれ硬化用光源２４が取り付けられている。硬化用光源２４は、基板５０（図１）に塗布された膜材料に硬化用の光（例えば紫外光）を照射する。

図２Ｂに、ノズルユニット２１の底面図を示す。２つのノズルヘッド２０がｙ方向に並んで配置されている。２つのノズルヘッド２０の間、及び最も外側のノズルヘッド２０よりもさらに外側に、それぞれ硬化用光源２４が配置されている。ノズルヘッド２０の各々のノズル孔２３は、ｘ方向に千鳥配列している。１つのノズルヘッド２０に着目すると、一例として、ｘ方向に関してノズル孔２３が３００ｄｐｉに相当するピッチで配置されている。一方のノズルヘッド２０は、他方のノズルヘッド２０に対して、ノズルピッチの半分だけｘ方向にずれて配置されている。このため、２つのノズルヘッド２０のノズル孔２３は、全体として、ｘ方向に関して６００ｄｐｉに相当するピッチで配置される。

図３に、ステージ１２、基板５０、及びノズルユニット２１の平面図を示す。ステージ１２の保持面に基板５０が保持されている。基板５０の上方にノズルユニット２１が支持されている。ノズルユニット２１のベースプレート２２に、ノズルヘッド２０及び硬化用光源２４が取り付けられている。移動機構１１が、制御装置３０から制御されることにより、ステージ１２をｘ方向及びｙ方向に移動させる。

制御装置３０に、形成すべき膜の平面形状を定義する画像データが記憶されている。画像データは、例えば二次元に配列した複数の画素を含む。制御装置３０は、この画像データに基づいてノズルヘッド２０からの膜材料の吐出のタイミング制御を行う。

基板５０をｙ方向に移動させながら、ノズル孔２３（図２Ｂ）から膜材料を液滴化して吐出することにより、ｘ方向に関して６００ｄｐｉの解像度で、膜材料を基板５０に塗布することができる。基板５０に塗布された膜材料は、基板５０の移動方向の前方に位置する硬化用光源２４から放射された光により硬化される。基板５０をｙ方向に移動させながら、ノズル孔２３から膜材料を液滴化して吐出する処理を、「基板の走査」ということとする。基板５０を、６００ｄｐｉに相当する間隔の１／４だけｘ方向にずらして４回の基板の走査を行うことにより、ｘ方向に関して２４００ｄｐｉの解像度で、膜材料を基板５０に塗布することができる。４回の基板の走査において、片方向走査を行ってもよいし、往復走査を行ってもよい。

４回の基板の走査によって膜材料を塗布することができる領域を、１つの経路（パス）ということとする。１つの経路のｘ方向の幅が、基板５０のｘ方向の寸法より狭い場合、基板５０の表面を複数の経路に区分することにより、基板５０の全域に膜材料を塗布することができる。

形成すべき膜に要求される解像度が６００ｄｐｉである場合には、１回の基板の走査で１つの経路の処理を完了することができる。また、２４００ｄｐｉに相当するノズルピッチを有するノズルヘッド２０を用いると、１回の基板の走査で１つの経路の処理を完了することができる。

図４Ａに、膜を形成するときに膜材料を塗布すべき領域（被塗布領域）の平面形状の一部分を示す。基板５０の表面に、ｙ方向に伸びる複数の被塗布領域５２が画定されている。この被塗布領域５２に膜材料を塗布して硬化させることにより、膜が形成される。なお、被塗布領域５２は、ｘ方向に伸びるストライプ状の形状であってもよいし、ｘ方向及びｙ方向に対して斜め方向に伸びるストライプ状の形状であってもよいし、曲線に沿うストライプ状の形状であってもよいし、不定形であってもよい。

図４Ｂに、被塗布領域５２を定義する画像データの一例を示す。この画像データは、二次元（ｘ方向及びｙ方向）に配列した複数の画素５３からなる。複数の画素５３が、膜材料を塗布する対象の画素と、塗布する対象ではない画素とに区分されている。図４Ｂにおいて、膜材料を塗布する対象の画素５３にハッチングが付されている。図４Ｂのハッチングが付された画素５３の集合により、被塗布領域５２が定義される。

図５Ａ〜図７Ｄを参照して、実施例による膜形成方法について説明する。実施例による膜形成方では、同一の平面形状を有する単位層を積み重ねることにより、厚さ５０μｍ〜２ｍｍ程度の膜が形成される。この厚さは、いわゆる「厚膜」と呼ばれる範囲に属する。単位層の各々の形成工程では、まず外縁部が形成され、その後内奥部が形成される。図５Ａ〜図６Ｃが、１つの単位層を形成する工程を示しており、そのうち図５Ａ〜図５Ｄが、外縁部を形成する工程を示しており、図６Ａ〜図６Ｃが、内奥部を形成する工程を示している。図７Ａ〜図７Ｄが、２層目以降の単位層を形成する工程を示している。

図５Ａに、外縁部を形成するときに膜材料を塗布する対象となる画素５３ａを示す。図５Ａにおいて、塗布対象の画素５３ａにハッチングが付されている。外縁部の形成時には、被塗布領域５２の縁に沿う一列の画素５３ａが塗布対象として選択される。なお、隣接する複数列の画素５３を塗布対象として選択してもよい。

図５Ｂに示すように、基板５０を走査することにより、図５Ａに示した塗布対象の画素５３ａに、膜材料を塗布し、硬化させる。これにより、外縁部の下層の一部分５５ａが形成される。ノズル孔２３（図２Ｂ）のピッチと、塗布対象の画素５３ａのピッチとに基づいて、基板５０の走査回数が決定される。

図５Ｃに示すように、外縁部の一部分５５ａの上に、さらに、膜材料と塗布し、硬化させることにより、外縁部の一部分５５ａを高くする。図５Ｂに示した基板５０の走査時の塗布対象の画素５３ａと、図５Ｃに示した基板５０の走査時の塗布対象の画素５３ａとは、同一である。すなわち、外縁部の一部分５５ａの直上に、新たに膜材料が塗布される。

図５Ｄに示すように、さらに基板５０の走査を繰り返して外縁部の一部分５５ａを高くすることにより、目標の高さの外縁部５５を形成する。

図６Ａに、内奥部を形成するときに膜材料を塗布する対象となる画素５３ｂを示す。図６Ａにおいて、塗布対象の画素５３ｂにハッチングが付されている。内奥部の形成時には、外縁部５５の形成時に塗布対象となった画素５３ａの列よりも内側の画素５３ｂが塗布対象として選択される。

図６Ｂに示すように、基板５０を走査することにより、図６Ａに示した塗布対象の画素５３ｂに、膜材料を塗布し、硬化させる。これにより、内奥部の下層の一部分５６ａが形成される。ノズル孔２３（図２Ｂ）のピッチと、塗布対象の画素５３ｂのピッチとに基づいて、基板５０の走査回数が決定される。

図６Ｃに示すように、内奥部の一部分５６ａの上に、さらに、膜材料と塗布し、硬化させることにより、内奥部の一部分５６ａを厚くする。図６Ｂに示した基板５０の走査時の塗布対象の画素５３ｂと、図６Ｃに示した基板５０の走査時の塗布対象の画素５３ｂとは、同一である。さらに基板５０の走査を繰り返すことにより、内奥部の一部分５６ａを目標の厚さまで厚くし、内奥部５６を形成する。外縁部５５と内奥部５６とにより、単位層５７が構成される。単位層５７の上面が窪むように、内奥部５６の厚さ及び外縁部５５の高さが調整されている。具体的には、内奥部５６を形成するときの基板５０の走査回数を、外縁部５５を形成するときの基板５０の走査回数より少なくすることにより、上面が窪んだ単位層５７を形成することができる。

図７Ａに示すように、１層目の単位層５７の上に、さらに外縁部５５を形成する。この外縁部５５の形成方法は、図５Ｂ〜図５Ｄに示した１層目の単位層５７の外縁部５５の形成方法と同一である。なお、外縁部５５の高さは、同一でなくてもよい。すなわち、外縁部５５を形成するときの基板５０の走査回数は同一でなくてもよい。

図７Ｂに示すように、１層目の単位層５７の上に、２層目の内奥部５６を形成する。２層目の内奥部５６の形成方法は、図６Ｂ〜図６Ｃに示した１層目の単位層５７の内奥部５６の形成方法と同一である。なお、内奥部５６の厚さは、同一でなくてもよい。すなわち、内奥部５６を形成するときの基板５０の走査回数は同一でなくてもよい。これにより、１層目の単位層５７の上に形成された外縁部５５及び内奥部５６からなる２層目の単位層５７が形成される。２層目の単位層５７の上面も窪んでいる。１層目の単位層５７の上面が窪んでいるため、２層目の内奥部５６の厚さを、２層目の外縁部５５の高さとほぼ同一にしてもよい。

図７Ｃに示すように、２層目の単位層５７の上に、３層目の外縁部５５及び内奥部５６を形成することにより、３層目の単位層５７を形成する。

図７Ｄに示すように、すでに形成されている単位層５７の上に、別の単位層５７を積み重ねる。このとき、最上層の単位層５７の上面が窪んだ状態を維持しながら、単位層５７を積み重ねる。複数の単位層５７が目標の高さまで積み重ねられた後、最上層の単位層５７の上面の窪みを膜材料で埋め込むことにより、ほぼ平坦な上面を有する平坦化層５８を形成する。ここまでの工程で、積み重ねられた複数の単位層５７、及び平坦化層５８からなる膜６０が形成される。

図８Ａ〜図８Ｄを参照して、上記実施例の効果について説明する。図８Ａに、１層目の外縁部５５が形成された後、１層目の内奥部５６（図６Ｂ）の形成を開始した時点の基板５０及び外縁部５５の概略図を示す。

基板５０の表面に塗布された膜材料の液滴は、基板５０の面内方向に広がるため、外縁部５５の幅は、外縁部５５を形成するときに塗布対象となる画素５３ａ（図５Ａ）からなる画素列の幅よりも広くなる。内奥部５６の形成時に塗布対象となる画素５３ｂ（図６Ａ）のうち最も外側の画素５３ｂに塗布される液滴化された膜材料６１が、１層目の外縁部５５と重なり、かつ外縁部５５の頂上よりも、被塗布領域５２の内側に着弾する。

図８Ｂに示すように、外縁部５５の頂上よりも内側に着弾した膜材料６１は、低い方に
流れる。すなわち、膜材料６１は、被塗布領域５２の内側に向かって流れる。外縁部５５の外側の側面には、膜材料６１はほとんど流出しない。

図８Ｃに示すように、内奥部の一部分５６ａを厚くする工程（図６Ｃ）においても、液滴化された膜材料６１が、外縁部５５の頂上よりも内側に着弾する。このため、図８Ｄに示すように、膜材料６１が外縁部５５の頂上から、被塗布領域５２の内側に向かって流れる。

上述のように、内奥部５６（図６Ｃ）を形成するときに、膜材料が外縁部５５の外側の側面に流れ出さない。このため、膜６０（図７Ｄ）の側面の傾斜が緩やかになることを抑制できる。

図８Ｅに示すように、単位層５７を積み重ねる工程において、現時点における最上層の単位層５７の外縁部５５の直上に、さらに、外縁部５５を形成するための膜材料６１が着弾する。図８Ｆに示すように、単位層５７の上面が窪んでいるため、外縁部５５を形成するための膜材料６１が、その下の外縁部５５の頂上より外側のみではなく、内側にも流れる。単位層５７の上面が窪んでいない場合には、その上に外縁部を形成する際に、塗布された膜材料の大部分が外側に向かって流れてしまう。上述の実施例では、最上層の単位層５７の上面が窪んでいるため、外縁部５５（図７Ａ）を形成するときにも、膜６０（図７Ｄ）の側面への流出を少なくすることができる。これにより、膜６０（図７Ｄ）の側面の傾斜が緩やかになることを抑制できる。

図９Ａ及び図９Ｂを参照して、上記実施例による方法で形成された膜６０（図７Ｄ）を用いた厚銅基板の製造方法について説明する。

図９Ａに示すように、基板５０の表面の、厚銅を配置する領域６３以外の領域に、上述の実施例による方法で膜６０を形成する。図９Ｂに示すように、膜６０が形成されていない領域６３に銅を埋め込むことにより、厚銅６４を形成する。

上記実施例では、単位層５７（図７Ｄ）を積み重ねることにより、膜６０を５０μｍ〜２ｍｍ程度まで厚くすることができる。このため、厚さ５０μｍ〜２ｍｍ程度の厚銅６４を形成することができる。さらに、膜６０の側面の傾斜を急峻にすることができるため、厚銅６４の断面積を大きくすることができる。これにより、大電流を流す用途に適した厚銅６４が得られる。

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ステージ
２０ノズルヘッド
２１ノズルユニット
２２ベースプレート
２３ノズル孔
２４硬化用光源
３０制御装置
５０基板
５２被塗布領域
５３画素
５３ａ外縁部形成時の塗布対象の画素
５３ｂ内奥部形成時の塗布対象の画素
５５外縁部
５５ａ外縁部の一部分
５６内奥部
５６ａ内奥部の一部分
５７単位層
５８平坦化層
６０膜
６１膜材料
６３厚銅を配置する領域
６４厚銅

Claims

基板の表面の、膜材料を塗布すべき被塗布領域の縁に沿って、膜材料を液滴化して塗布し、硬化させて外縁部を先に形成し、その後、前記外縁部よりも内側に、前記膜材料を液滴化して塗布し、硬化させることにより、内奥部を形成することにより、前記外縁部及び前記内奥部からなり、上面が窪んでいる単位層を形成する工程と、
前記単位層の上に、さらに、各々が前記外縁部と前記内奥部とからなる別の単位層を、最上層の単位層の上面が窪んだ形状を維持しながら、積み重ねる工程と
を有する膜形成方法。
１つの前記単位層の前記外縁部を形成する工程において、前記被塗布領域の縁に沿って、前記膜材料を液滴化して塗布し、硬化させて前記外縁部の一部分を形成し、前記外縁部の一部分の上に、さらに前記膜材料を液滴化して塗布し、硬化させて、前記外縁部の一部分を高くすることにより前記外縁部を形成する請求項１に記載の膜形成方法。
前記被塗布領域の形状が、複数の画素からなる画像データにより定義されており、
前記外縁部の一部分を高くするときに、下側の前記一部分を形成するときに前記膜材料を塗布した前記画素と同一の画素に、さらに、前記膜材料を塗布する請求項２に記載の膜形成方法。
基板を保持するステージと、
前記ステージに保持された前記基板に対向し、前記基板の表面に、光硬化性の膜材料を液滴化して吐出する複数のノズル孔を有するノズルヘッドと、
前記基板に塗布された前記膜材料に硬化用の光を照射する光源と、
前記ノズルヘッド及び前記光源に対して前記基板を相対的に移動させる移動機構と、
前記ノズルヘッド及び前記移動機構を制御する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、前記ノズルヘッド及び前記移動機構を制御して、
前記基板の表面の被塗布領域の縁に沿って、前記膜材料を液滴化して塗布し、硬化させて外縁部を先に形成し、その後、前記外縁部よりも内側に、前記膜材料を液滴化して塗布し、硬化させることにより、内奥部を形成することにより、前記外縁部及び前記内奥部からなり、上面が窪んでいる単位層を形成し、
前記単位層の上に、さらに、各々が前記外縁部と前記内奥部とからなる別の単位層を、最上層の単位層の上面が窪んだ形状を維持しながら、積み重ねる膜形成装置。
前記制御装置は、前記ノズルヘッド及び前記移動機構を制御して、１つの前記単位層の前記外縁部を形成するときに、前記被塗布領域の縁に沿って、前記膜材料を液滴化して塗布し、硬化させて前記外縁部の一部分を形成し、前記外縁部の一部分の上に、さらに前記膜材料を液滴化して塗布し、硬化させて、前記外縁部の一部分を高くすることにより前記外縁部を形成する請求項４に記載の膜形成装置。
前記制御装置は、複数の画素からなる画像データにより定義された前記被塗布領域の形状を記憶しており、
前記外縁部の一部分を高くするときに、下側の前記一部分を形成するときに前記膜材料を塗布した前記画素と同一の画素に、さらに、前記膜材料を塗布する請求項５に記載の膜形成装置。