JP2017228641A - 膜パターン形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェット法を用いて、より少ない工程で膜パターンを形成することができる膜パターン形成方法を提供する。【解決手段】基材上に形成されたパターン領域に設定量の塗布液を塗布することにより膜パターンを形成する方法であって、基材上のパターン領域に設定量より少ない塗布液を塗布することによりパターン領域を塗布液で埋めるパターン領域仮埋設工程と、基材を気体雰囲気に曝すことによりパターン領域を含む基材の表面を撥液処理する撥液処理工程と、前記パターン領域が設定量になるまで塗布液を補充する塗布液補充工程と、を有しており、前記パターン領域仮埋設工程、前記撥液処理工程、前記塗布液補充工程がこの順で行われるように構成する。【選択図】図４

Description

本発明は、基材上に塗布液を吐出することにより形成される膜パターンの形成方法に関するものである。

ガラスやフィルム等の基材上にインクジェット法により液滴を吐出し、線分、矩形状等、様々な形状の塗布膜（膜パターンという）を形成することが望まれている。例えば、プリント基板やパッケージ基板のような配線基板（基材）における配線パターン、パワー半導体の絶縁膜パターンは、従来では、フォトリソグラフィにより形成されていた。ところが、フォトリソグラフィでは、塗布、露光、エッチングなど多くの工程が必要であり、さらに、エッチング工程では多量の塗布材料を消費していたため、インクジェット法を用いることにより、少ない工程で塗布材料を無駄にすることなく膜パターンを形成することが検討されている。

具体的には、図５（ａ）に示すように、基材Ｗ上に形成するパターン領域１００を縁取ったバンク１０１を形成し、バンク１０１で形成されて凹部１０２となったパターン領域１００に塗布液を吐出する。そして、パターン領域１００に塗布された塗布液を乾燥させることにより膜パターン１０３が形成される（図５（ｃ））。ここで、塗布液を乾燥させると、塗布液の体積が減少し凹部１０２に対する塗布液が少なくなってしまうため、凹部１０２には予め乾燥時の体積の減少を見越した設定量の塗布液が塗布される。これにより、パターン領域１００に塗布された塗布液が凹部１０２を満たした状態で乾燥し、設計通りの膜パターン１０３が形成される（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２７４６７１号公報

ここで、インクジェット法を用いた場合でも、パターン領域１００を形成する凹部１０２に設定量の塗布液を供給するには、塗布液がバンク１０１の上面に流れ出るのを防止するため、バンク１０１の上面を撥液処理する必要がある。すなわち、バンク１０１が形成された基板に対して撥液処理を行った後（図５（ｂ））、塗布液を塗布することにより、バンク１０１の上面に付着した塗布液が凹部１０２に流れ込みやすくなると共に、凹部１０２に供給された塗布液がバンク１０１の上面に流れ出るのを抑えることができ、設定量の塗布液を凹部１０２に供給することができる（図５（ｃ））。

ところが、バンク１０１が形成された状態で撥液処理を行うと、凹部１０２内も撥液処理されるため、凹部１０２に絶縁膜が形成されている場合には、その絶縁膜にダメージを与える虞がある。これを防止するため、凹部１０２をマスクして撥液処理を行うことが考えられるが、マスク処理を行うと、インクジェット法を用いても結局マスク処理を省くことができず、少ない工程で膜パターン１０３を形成することが困難になるという問題があった。

そこで、本発明は、インクジェット法を用いて、より少ない工程で膜パターンを形成することができる膜パターン形成方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明の膜パターン形成方法は、基材上に形成されたパターン領域に設定量の塗布液を塗布することにより膜パターンを形成する方法であって、基材上のパターン領域に設定量より少ない塗布液を塗布することによりパターン領域を塗布液で埋めるパターン領域仮埋設工程と、基材を気体雰囲気に曝すことによりパターン領域を含む基材の表面を撥液処理する撥液処理工程と、前記パターン領域が設定量になるまで塗布液を補充する塗布液補充工程と、を有しており、前記パターン領域仮埋設工程、前記撥液処理工程、前記塗布液補充工程がこの順で行われることを特徴としている。

上記膜パターン形成方法によれば、パターン領域仮埋設工程でパターン領域を塗布液で埋めた状態で撥液処理工程で撥液処理が行われるため、パターン領域は撥液処理されず、パターン領域以外の部分を選択的に撥液処理することができる。すなわち、基材にはバンクにより凹部でパターン領域が形成されているが、パターン領域仮埋設工程では、凹部に設定量よりも少ない塗布液が充填されている。そのため、基材を撥液処理を行う気体雰囲気に曝した状態では、凹部内の塗布液によって凹部内が撥液処理されるのが抑制される。したがって、撥液処理工程では、凹部内以外の凹部上面が撥液処理される。その後、塗布液補充工程により、バンクの上面に付着した塗布液が凹部に流れ込みやすくなると共に、凹部に供給された塗布液がバンクの上面に流れ出るのが抑えられ、凹部内の塗布液が補充されることにより、凹部（パターン領域）には、塗布液が表面張力で盛り上がった状態にまで補充され、設定量の塗布液が供給される。その後、塗布液を乾燥させることにより設計通りの膜パターンが形成される。したがって、従来のように凹部も同時に撥液処理されることにより、凹部内にダメージが与えられるのを防止でき、撥液処理でマスク処理をする必要もないため、インクジェット法を用いて、より少ない工程で膜パターンを形成することができる。

また、具体的な前記撥液処理工程で形成される気体雰囲気の様態としては、ＨＭＤＳ（１，１，１，３，３，３−ヘキサメチルジシラザン）で形成されている構成にすることができる。

本発明によれば、インクジェット法を用いて、マスク処理が不要で、より少ない工程で膜パターンを形成することができる。

本発明の膜パタン形成方法を適用する塗布装置を概略的に示す上面図である。 上記塗布装置の側面図である。 本発明の膜パターン形成方法を示すフローチャートである。。 膜パターンが形成される状態を示す図であり、（ａ）は基板にバンクが形成された状態を示す図、（ｂ）はパターン領域仮埋設工程でパターン領域に設定量よりも少ない塗布液が塗布された状態を示す図、（ｃ）は撥液処理されている状態を示す図、（ｄ）は撥液処理された後、基板の表面状態を示す図、（ｅ）は塗布液補充工程によりパターン領域に塗布液が補充されて設定量の塗布液が塗布された状態を示す図である。 従来の膜パターンが形成される状態を示す図であり、（ａ）は基板にバンクが形成された状態を示す図、（ｂ）は撥液処理されている状態を示す図、（ｃ）はパターン領域に塗布液が供給されて設定量の塗布液が塗布された状態を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の膜パタン形成方法を適用する塗布装置を概略的に示す上面図であり、図２は、図１の塗布装置の側面図である。

図１、図２に示すように、塗布装置は、基材Ｗを載置するステージ１０と、基材Ｗ上に塗布材料を吐出する液滴ユニット２とを備えており、ステージ１０と液滴ユニット２とを相対的に移動させつつ塗布材料を吐出させることにより、基材Ｗ上に膜パターン３（図４（ｅ）参照）を形成することができるようになっている。すなわち、ステージ１０が一方向に移動可能に形成され、液滴ユニット２には、塗布材料を吐出するノズルヘッド４がステージ１０の移動方向と直交するように形成されており、これらステージ１０とノズルヘッド４とが交差するエリア（塗布エリアＡ）で、塗布材料が吐出されて基材Ｗ上に膜パターン３が形成される。

この膜パターン３は、導電膜、液晶表示パネルの配向膜、タッチパネルの絶縁膜等であり、この塗布装置は、基材Ｗ上に平坦な膜パターン３を形成する用途であれば、あらゆる膜パターン３を形成することができる。例えば、有機ＥＬ、配線パターン、パワー半導体用途等の膜パターン３を形成することができる。

なお、以下の説明では、ステージ１０が移動する方向をＸ軸方向、ノズルヘッド４が移動する方向をＹ軸方向、Ｘ軸およびＹ軸方向の双方に直交する方向をＺ軸方向として説明を進めることとする。

図１、図２に示す塗布装置は、上方から見て十字形状の基台６を有しており、この基台６上にステージ１０、液滴ユニット２が設けられている。具体的には、液滴ユニット２が一方向（Ｙ軸方向）に延びる形状を有しており、ステージ１０が液滴ユニット２のほぼ中央位置と交差するように移動可能に設けられている。また、この塗布装置は、各処理エリアが設定されており、Ｘ軸方向手前側に基材入替エリアＢが設定され、ステージ１０と液滴ユニット２とが交差する位置に塗布エリアＡが設定されている。すなわち、ステージ１０は、基材入替エリアＢと塗布エリアＡとに移動可能になっており、基材入替エリアＢで基材Ｗが搬入されるとステージ１０が塗布エリアＡに移動し、塗布エリアＡで基材Ｗ上に膜パターン３が形成された後、再び基材入替エリアＢに移動して基材Ｗが搬出されるようになっている。

ステージ１０は、基材Ｗを載置するものであり、載置された基材Ｗが水平な姿勢を維持した状態で載置されるようになっている。このステージ１０の表面には、真空ポンプが接続された複数の吸引孔が形成されており、真空ポンプを作動させることにより、吸引孔に吸引力を発生させて基材Ｗをステージ１０の表面に保持できるようになっている。

このステージ１０は、一方向（Ｘ軸方向）に移動できるようになっている。すなわち、基台６上にはＸ軸方向に延びるレール１１が設けられており、このレール１１にステージ１０がスライド自在に取り付けられている。そして、ステージ１０にはリニアモータが取り付けられており、リニアモータを駆動制御することにより任意の位置に移動、及び、停止できるようになっている。これにより、ステージ１０が塗布エリアＡ、基材入替エリアＢ、及び、撥液処理エリアＤに移動することができるようになっている。この塗布エリアＡは、液滴ユニット２から基材Ｗ上に液滴３０を吐出して膜パターン３を形成するエリアである。すなわち、ステージ１０は、液滴ユニット２に対してＸ軸方向に微少移動することができようになっており、所定位置におけるＸ軸方向成分の移動を正確に行えるようになっている。

また、基材入替エリアＢは、基材Ｗの入替を行うエリアであり、ロボットハンド等を介して基材Ｗの搬入及び搬出が行われる。搬入される基材Ｗには、予めフォトリソによりパターン領域５（図４（ａ）参照）を囲うようにバンク５１が形成されている。すなわち、バンク５１によりパターン領域５が凹部５２として形成されている。そして、基材Ｗの搬入時には、ステージ１０が、基材入替エリアＢに移動し、ステージ１０表面に基材Ｗが供給される。そして、塗布エリアＡに移動して基材Ｗに膜パターン３が形成された後、再び基材入替エリアＢに移動し、塗布膜基材Ｗ（膜パターン３が形成された基材Ｗ）がロボットハンド等を介して搬出される。

液滴ユニット２は、基材Ｗ上に液滴を着弾させて膜パターン３を形成するものである。液滴ユニット２は、一方向（Ｙ軸方向）に延びるガントリ部２１と、このガントリ部２１に設けられたノズルヘッド４とを有している。

ガントリ部２１は、基台６上にＹ軸方向に離れて設置される２本の脚部２２と、これらの脚部２２を連結するＹ軸方向に延びるビーム部２３とで形成される門型形状を有している。すなわち、ガントリ部２１は、ステージ１０を移動させるレール１１を跨ぐ形状に形成されている。そして、ビーム部２３にはノズルヘッド４が設けられており、本実施形態では、２つのノズルヘッド４が設けられている。これらのノズルヘッド４は、用途に応じて、異なる塗布材料が吐出できるようにしてもよいし、同じ塗布材料が吐出できるように設定してもよい。なお、同じ塗布材料が吐出される場合には、１台がメンテナンス中で使用できない場合でももう１台稼働させることで生産性の向上を図ることができる。

ノズルヘッド４は、ビーム部２３が脚部２２に対して昇降動作することにより、基材Ｗに対して昇降動作できるようになっている。これにより基材Ｗに塗布材料を吐出する塗布動作の際には、基材Ｗとノズルヘッド４との距離が適切になるように調節される。ノズルヘッド４には、塗布材料を吐出するヘッドモジュールが複数設けられている。このヘッドモジュールは、ピエゾ素子を駆動源としたインク吐出装置であり、ステージ１０に対向する平坦なノズル面に複数のノズルが形成されている。そして、ピエゾ素子を駆動させることにより各ノズルから一滴ずつ塗布材料を吐出できるようになっている。

また、ノズルヘッド４は、ビーム部２３に沿ってＹ軸方向に移動できるようになっている。具体的には、ビーム部２３上にはＹ軸方向に延びるレールが設けられており、このレールにノズルヘッド４がスライド自在に取り付けられている。そして、リニアモータを駆動制御することにより任意の位置に移動、及び、停止できるようになっている。これにより、ノズルヘッド４は、基材Ｗ上に塗布を行う塗布エリアＡと、待機エリアＰとに移動することができる。また、ノズルヘッド４は、Ｙ軸方向に微少移動できようになっており、塗布エリアＡではステージ１０上の基材Ｗに対してＹ軸方向の所定位置に塗布材料である液滴を精度よく着弾させることができる。すなわち、ノズルヘッド４がＹ軸方向に移動し、ステージ１０がＸ軸方向に移動することにより、ノズルヘッド４とステージ１０とが相対的に移動し、基材Ｗ上のパターン領域５の所定位置に精度よく液滴を着弾させることができるようになっている。

また、ノズルヘッド４は、待機エリアＰでフラッシングを行うことにより、ノズルの目詰まりを防止することができる。本実施形態では、塗布エリアＡにおいて膜パターン３を形成した後、待機エリアＰに移動する。そして、塗布エリアＡに次の新たな基材Ｗが供給されるまで待機エリアＰにてフラッシングが行われ、微少ノズルの目詰まりを防止することができるようになっている。

また、ビーム部２３には、ノズルヘッド４の反対側に検査ユニットが設けられている。すなわち、塗布エリアＡと基材入替エリアＢとの間には、検査エリアＣが設けられており、検査エリアＣにおいて基材Ｗの位置決めと、形成された膜パターン３の検査が行われる。具体的には、ビーム部２３には、検査カメラ７（ＣＣＤカメラ）が設けられており、検査エリアＣ外に待機していた検査カメラ７がビーム部２３の延びる方向に沿って移動しつつ基材Ｗの表面を撮像できるようになっている。そして、基材Ｗ上に膜パターン３が形成された後、検査カメラ７で各膜パターン３を撮像することにより、各膜パターン３の良否に関する検査が行われる。

また、基材入替エリアＢと対向する位置には、撥液処理エリアＤが設けられている。この撥液処理エリアＤには、チャンバ部８が設けられており、ステージ１０がチャンバ部８内に収容できるようになっている。チャンバ部８は、ステージ１０が収容された状態で密閉できるようになっており、ステージ１０を収容した状態で基材Ｗを撥液処理できるようになっている。具体的には、チャンバ部８には、ガス供給口（不図示）が設けられており、このガス供給口からＨＭＤＳ（１，１，１，３，３，３−ヘキサメチルジシラザン）が供給されるようになっている。そして、チャンバ部８内にステージ１０を収容した状態でチャンバ部８内をＨＭＤＳで満たすことにより、チャンバ部８内の基材ＷがＨＭＤＳに曝され、基材Ｗの表面が撥液処理されるようになっている。なお、本実施形態では、ＨＭＤＳが用いられるが、ＣＦ４ガスを供給しプラズマ処理することにより撥液処理する構成であってもよい。

次に、この塗布装置における動作について、図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。

まず、ステップＳ１において、基材Ｗの搬入が行われる。具体的には、基材入替エリアＢにステージ１０が待機しており、基材Ｗがロボットハンドにより搬送されステージ１０上に載置される。この基材Ｗには、図４（ａ）に示すように、予めフォトリソにより膜パターン３を形成するパターン領域５を囲うようにバンク５１が形成されており、パターン領域５が凹部５２として形成されている。

次に、ステップＳ２において、アライメント処理が行われる。このアライメント処理では、ステージ１０に載置された基材Ｗに応じたパターン領域５の位置補正が行われる。具体的には、ステージ１０が基材入替エリアＢから検査エリアＣに移動した後、検査カメラ７でアライメントマークを撮像することによりアライメントマーク位置を特定する。そして、特定されたアライメントマークのズレ量に応じて各基材Ｗのパターン領域５が補正され、パターン領域５におけるノズルヘッド４の吐出位置（着弾位置）が決定される。

次に、ステップＳ３において、パターン領域仮埋設工程が行われる。すなわち、基材Ｗのパターン領域５に対して塗布材料を吐出し、凹部５２であるパターン領域５を埋設する。具体的には、検査エリアＣのステージ１０が塗布エリアＡに移動するとともに、微少液滴ノズルヘッド４１が待機エリアＰから塗布エリアＡに移動する。そして、上記ステップＳ２で算出した吐出位置情報に基づいて、基材Ｗのパターン領域５（凹部５２）に塗布材料である液滴を吐出する。このパターン領域仮埋設工程では、パターン領域５に膜パターン３を形成するのに必要な塗布液の設定量よりも少ない量の塗布液が塗布される。本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、バンク５１で囲まれたパターン領域５の凹部５２が塗布液で埋設される程度の量が塗布される。すなわち、塗布された状態では、凹部５２内の塗布液の表面と、バンク５１の上面とが同じ高さ位置（面位置）になるように調節されており、すべてのパターン領域５にバンク５１の表面と同じ高さ位置になるように塗布液が供給される。

次に、ステップＳ４において、撥液処理工程が行われる。すなわち、バンク５１の上面を撥液処理することで、塗布液が凹部５２からバンク５１の上面に流れ出すのを防止し、パターン領域５に凹部５２の容積以上の塗布液（設定量の塗布液）を留めることができる。具体的には、塗布エリアＡのステージ１０が撥液処理エリアＤに移動し、チャンバ部８に収容される。そして、ステージ１０上の基材Ｗがチャンバ部８に収容された状態でＨＭＤＳが供給され、基材Ｗの表面が撥液処理される（図４（ｃ））。すなわち、基材Ｗの表面の露出した部分が撥液処理される（図４（ｄ））。ここで、パターン領域５の凹部５２は、塗布液で埋設されているため、基材Ｗの表面が露出されていない。したがって、ＨＭＤＳガスが供給されても凹部５２が撥液処理されるのが防止され、凹部５２内に絶縁膜が形成されている場合には、その絶縁膜にダメージが与えられるのを抑えることができる。

次に、ステップＳ５において、塗布液補充工程が行われる。すなわち、パターン領域５である凹部５２に設定量になるまで塗布液が補充される。具体的には、撥液処理エリアＤのステージ１０が塗布エリアＡに移動するとともに、ノズルヘッド４が待機エリアＰから塗布エリアＡに移動する。そして、吐出位置情報に基づいて、基材Ｗのパターン領域５（凹部５２）に塗布材料である液滴を吐出する。すなわち、各パターン領域５毎に設定された塗布液の設定量から、先のパターン領域仮埋設工程で塗布した塗布量を引いた量（残量）の塗布液が塗布される。吐出された塗布液は、図４（ｅ）に示すように、凹部５２から溢れ出そうとするが、バンク５１の表面が撥液処理されているため、バンク５１の上面に流れ出ようとせず、表面張力により盛り上がった状態にまで補充され、設定量の塗布液が供給される。

次に、ステップＳ６において、検査工程が行われる。すなわち、形成された膜パターン３の良否が判断される。具体的には、ステージ１０が検査エリアＣに移動するとともに、検査カメラ７が検査エリアＣに移動する。そして、検査カメラ７により基材Ｗ上のすべてのパターン領域５を撮像し、得られた画像データに基づいて、形成された膜パターン３の良否判定が行われる。

次に、ステップＳ７において、基材Ｗの排出が行われる。すなわち、ステージ１０が検査エリアＣから基材入替エリアＢに移動し、ロボットハンドにステージ１０上の基材Ｗが載置されることにより基材Ｗが排出される。この排出された基材Ｗは、後工程の乾燥装置により膜パターン３を完全に乾燥させる。

上述のように本実施形態の膜パターン形成方法によれば、パターン領域仮埋設工程でパターン領域５を塗布液で埋めた状態で撥液処理工程で撥液処理が行われるため、パターン領域５は撥液処理されず、パターン領域５以外の部分を選択的に撥液処理することができる。すなわち、基材Ｗにはバンク５１により凹部５２でパターン領域５が形成されているが、パターン領域仮埋設工程では、凹部５２に設定量よりも少ない塗布液で充填されている。そのため、基材Ｗを撥液処理を行う気体雰囲気に曝した状態では、凹部５２内の塗布液によって凹部５２内が撥液処理されるのが抑制される。したがって、撥液処理工程では、凹部５２内以外の凹部５２の上面が撥液処理される。その後、塗布液補充工程により、バンク５１の上面に付着した塗布液が凹部５２に流れ込みやすくなると共に、凹部５２に供給された塗布液がバンク５１の上面に流れ出るのが抑えられ、凹部５２内の塗布液が補充されることにより、凹部５２（パターン領域５）には、塗布液が表面張力で盛り上がった状態にまで補充され、設定量の塗布液が供給される。その後、塗布液を乾燥させることにより設計通りの膜パターン３が形成される。したがって、従来のように凹部５２も同時に撥液処理されることにより、凹部５２内にダメージが与えられるのを防止でき、撥液処理でマスク処理をする必要もないため、インクジェット法を用いて、より少ない工程で膜パターン３を形成することができる。

なお、本実施形態では、凹部５２に吐出された塗布液の量は、バンク５１の表面と面位置になるように調節されているが、凹部５２に吐出される塗布液の量は、面位置よりも低い位置まで供給される構成であってもよい。

２ 液滴ユニット
３ 膜パターン
４ ノズルヘッド
５ パターン領域
８ チャンバ部
５１ バンク
５２ 凹部
Ａ 塗布エリア
Ｂ 基材入替エリア
Ｃ 検査エリア
Ｄ 撥液処理エリア
Ｐ 待機エリア
Ｗ 基材

Claims (2)

1. 基材上に形成されたパターン領域に設定量の塗布液を塗布することにより膜パターンを形成する方法であって、
   基材上のパターン領域に設定量より少ない塗布液を塗布することによりパターン領域を塗布液で埋めるパターン領域仮埋設工程と、
   基材を気体雰囲気に曝すことによりパターン領域を含む基材の表面を撥液処理する撥液処理工程と、
   前記パターン領域が設定量になるまで塗布液を補充する塗布液補充工程と、
   を有しており、前記パターン領域仮埋設工程、前記撥液処理工程、前記塗布液補充工程がこの順で行われることを特徴とする膜パターン形成方法。
2. 前記撥液処理工程で形成される気体雰囲気は、ＨＭＤＳで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の膜パターン形成方法。

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