JP4548039B2 - スリットコート式塗布方法及び電子デバイス用基板 - Google Patents

Description

本発明は、ノズルの先端から所定の塗布溶液を流出して基板の表面にその塗布溶液を塗布するスリットコート式塗布方法、及びこのスリットコート式塗布方法に用いて好適な電子デバイス用基板に関する。

例えば、半導体ウェハやガラス基板等の基板にレジスト材料や絶縁材料などの所定の溶液（溶剤）を塗布する塗布方法としては、例えば、毛細管現象によりノズルの先端から溶液を流出させて、基板の表面に溶液を塗布するスリットコート式塗布方法がある（例えば、特許文献１参照）。また、その他に、例えば、ゴムロールからなる塗布ロール部に溶液を付着させ、塗布ロール部に付着した溶液を基板上に塗布する方法等もある（例えば、特許文献２参照）。

なお、このような塗布方法によって基板の表面に全面に亘って溶液を塗布した後は、一般的に、例えば、ホットプレート上にこの基板を配置して塗布した溶液を乾燥させることによって基板表面に塗布膜を形成している。

そして、このような塗布方法によって基板上に溶液を塗布した場合、基板に塗布された溶液が塗布直後から乾燥し始めてしまうため、乾燥ムラやひけ等が発生してしまうという問題がある。特に、基板が凹部を有する場合には、この凹部の周縁部において乾燥ムラやひけが発生しやすい。また、使用する溶液の粘度が比較的低い材料を用いて薄い膜厚の塗布膜を形成する場合、このような問題が顕著に表れる。

特開平６−３４３９０８号公報（第１〜２図、第２〜４頁、） 特開平７−４７３１５号広報（第１〜２図、第３〜４頁）

本発明はこのような事情に鑑み、所定形状の凹部を有する基板の表面に塗布溶液を均一に塗布することができ、塗布溶液の乾燥むらやひけを防止することができるスリットコート式塗布方法、及びこのスリットコート式塗布方法に用いて好適な電子デバイス用基板を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、五角形以上の多角形形状の開口形状を有する長穴であり且つその長手方向の少なくとも一端部側の各角部の角度が鈍角となっている凹部を有する基板を固定した保持テーブルと、該保持テーブルに保持された前記基板の表面に相対向するように配置されると共に当該基板の表面に向かって所定の塗布溶液を流出するスリット状のノズル開口を有する塗布ヘッドとを、水平方向で相対的に移動させて前記基板の前記塗布溶液を塗布する際、前記塗布ヘッドが前記基板に形成された前記凹部の他端部側から一端部側に向かって相対移動中に当該基板の表面に前記塗布溶液を塗布するようにしたことを特徴とするスリットコート式塗布方法にある。
かかる第１の態様では、基板に塗布された塗布溶液のひけ、特に凹部の周縁部における塗布溶液のひけ、乾燥むら等を防止して、基板の全面に均一に塗布膜を形成することができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記基板が、シリコン基板の表面に酸化シリコンからなる絶縁膜を介して配線パターンを形成するための導電層を有する電子デバイス用基板であり、前記塗布溶液が前記導電層のパターニングに用いられるレジストであることを特徴とするスリットコート式塗布方法にある。
かかる第２の態様では、導電層を良好にパターニングでき、凹部の周縁部、すなわち、凹部に極めて近い部分であっても配線パターンを形成することができる。

本発明の第３の態様は、厚さ方向の少なくとも一部が除去された長穴である凹部を有するシリコン基板の表面に、酸化シリコンからなり前記凹部の内壁面まで連続的に設けられる絶縁膜と、該絶縁膜上に設けられ配線パターンを形成するための導電層とを有し、且つ前記凹部の開口形状が五角形以上の多角形形状であると共に当該凹部の長手方向の少なくとも一端部側の各角部の角度が鈍角となっていることを特徴とする電子デバイス用基板にある。
かかる第３の態様では、凹部を所定の形状とすることで、スリットコート式塗布方法によって、導電層上にレジストを均一に形成することができる。したがって、導電層を良好にパターニングして配線パターンを形成することができ、凹部の周縁部、すなわち、凹部に極めて近い部分であっても配線パターンを形成することができる。

本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記凹部の前記角部がＲ形状となっていることを特徴とする電子デバイス用基板にある。
かかる第４の態様では、レジストをより均一に形成することができると共に、基板の剛性が向上する。

本発明の第５の態様は、第３又は４の態様において、前記凹部の全ての前記角部の角度が鈍角となっていることを特徴とする電子デバイス用基板にある。
かかる第５の態様では、レジストをさらに均一に塗布でき、配線パターンを高精度に形成することができる。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
本発明のスリットコート式塗布方法は、所定形状の凹部を有する基板の表面に塗布溶液を塗布する際に、凹部の周縁部での塗布溶液のひけを効果的に防止するものである。特に、凹部を有する基板上にＩＣ等を実装するための配線パターンを有する電子デバイス用基板に用いるのに有効な方法であり、具体的には、配線パターンとなる導電層をパターニングするためのレジストの塗布に有効な方法である。このような電子デバイス用基板としては、例えば、インクジェット式記録ヘッドの保護基板（保護基板形成材）等がある。

以下、インクジェット式記録ヘッドを一例として本発明を説明する。なお、図１は、インクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図２は、その平面図及び断面図である。

図１及び図２に示すように、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板１０には、その一方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が幅方向に並設されている。また、その長手方向外側には、後述する保護基板３０のリザーバ部３１と連通される連通部１３が形成されている。また、この連通部１３は、各圧力発生室１２の長手方向一端部でそれぞれインク供給路１４を介して連通されている。

また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。

一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、振動板となる弾性膜５０及び絶縁体膜５５が形成されている。そして、この絶縁体膜５５上に、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０からなる圧電素子３００が、各圧力発生室１２に対向する領域に設けられている。また、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、リード電極９０がそれぞれ接続され、このリード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加されるようになっている。

さらに、流路形成基板１０の圧電素子３００側の面には、この圧電素子３００に対応する領域に圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が接着剤によって接合されている。圧電素子３００は、この圧電素子保持部３１内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。なお、圧電素子保持部３１は、密封されていてもよいし密封されていなくてもよい。

また、保護基板３０には、リザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３２が形成されている。保護基板３０のリザーバ部３２は、弾性膜５０及び絶縁体膜５５に設けられた貫通孔を介して連通部１３と連通され、これらリザーバ部３２及び連通部１３によってリザーバ１００が形成されている。このような保護基板３０の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板で形成されている。

さらに、このような保護基板３０の表面には、絶縁膜１１０がリザーバ部３２の内壁表面まで連続的に設けられている。この絶縁膜１１０は、耐インク性を有する材料、例えば、二酸化シリコンからなり、保護基板３０のリザーバ部３２の内壁表面がインクによって溶解されてしまうのを防止する保護膜を兼ねている。

また、この保護基板３０上には、絶縁膜１１０を介して配線パターン２００が所定パターンで形成され、この配線パターン２００上には圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ２１０が実装されている。さらに、保護基板３０のリザーバ部３２と圧電素子保持部３１との間には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通部３３が設けられている。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０は、この貫通部３３まで延設されており、貫通部３３内に露出したリード電極９０の先端部と駆動ＩＣ２１０とが駆動配線２２０を介して電気的に接続されている。

ここで、上述したように、保護基板３０上には、駆動ＩＣ２１０を実装するための配線パターン２００が、絶縁膜１１０を介して設けられている。このため、本発明では、保護基板３０の配線パターン２００側に開口する凹部、すなわち、リザーバ部３２及び貫通部３３を、開口形状が五角形以上の多角形形状となるように形成し、且つその長手方向の少なくとも一端部側の各角部の角度が鈍角となるように形成している。例えば、本実施形態では、図３に示すように、リザーバ部３２及び貫通部３３は、略六角形の開口形状を有し且つその角部３４のうち、リザーバ部３２等の長手方向の一端部側の角部３４ａの角度のみが鈍角となるようにしている。なお、この鈍角である角部３４ａの角度は、特に限定されないが、１２０°程度とするのが望ましい。さらに、これらリザーバ部３２及び貫通部３３の各角部３４は、Ｒ形状となっていることが好ましい。

そして、このように保護基板３０のリザーバ部３２及び貫通部３３を上述したような所定の形状で形成することで、保護基板３０上に、配線パターン２００を良好に形成することができる。なお、この点については、詳しく後述する。

また、本実施形態では、リザーバ部３２及び貫通部３３が、その長手方向の一端部側の角部３４ａの角度のみが鈍角となるように形成されているが、これに限定されず、図４に示すように、保護基板３０に形成されるリザーバ部３２及び貫通部３３の開口形状を、例えば、八角形として、全ての角部３４の角度が鈍角となるようにしてもよい。

そして、このような保護基板３０のリザーバ部３２に対応する領域上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。また、固定板４２のリザーバ１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバ１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。

このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動ＩＣ２１０からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、圧電素子３００及び振動板をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインクが吐出する。

ここで、上述した保護基板３０の形成方法について説明する。まず、図５（ａ）に示すように、複数の封止基板３０となるシリコン単結晶基板からなる保護基板形成材１３０を所定のマスクパターン（図示なし）を介してエッチング、具体的には、アルカリ溶液によって異方性エッチングすることにより、保護基板形成材１３０に圧電素子保持部３１、リザーバ部３２及び貫通部３３を形成する。ここで、保護基板形成材１３０の表面、すなわち、圧電素子保持部３１とは反対側に開口するリザーバ部３２及び貫通部３３は、上述したように、開口形状が六角形であり且つその長手方向の一端部側の各角部の角度が鈍角となるように形成する（図３参照）。

次に、図５（ｂ）に示すように、保護基板形成材１３０全体を熱酸化することにより、保護基板形成材１３０のリザーバ部３２の内壁表面を含む全ての表面に絶縁膜１１０を形成する。なお、本実施形態では、保護基板形成材１３０がシリコン単結晶基板であるため、絶縁膜１１０は二酸化シリコンからなる。次いで、図５（ｃ）に示すように、保護基板形成材１３０の圧電素子保持部３１側とは反対側の表面上に、例えば、金（Ａｕ）を成膜することにより導電層２０１を形成する。
次に、図５（ｄ）に示すように、このように導電層２０１が形成された保護基板形成材１３０上に、レジストを塗布し、露光・現像することによりレジストマスク２０２を形成する。このとき、本発明では、スリットコート式塗布装置を用いて以下に説明する所定の塗布方法で導電層２０１上にレジストを塗布する。

ここで、レジストの塗布に用いられるスリットコート式塗布装置の一例について説明する。図６は、スリットコート式塗布装置の概略構成を示す斜視図であり、図７は、スリットコート式塗布装置の要部断面図である。図６に示すように、スリットコート式塗布装置４００は、基板４０１（例えば、保護基板形成材）が保持される保持テーブル４０２と、保持テーブル４０２の基板４０１側に設けられる塗布ヘッド４０３と、基板４０１に塗布する塗布溶液４０４、例えば、レジストを塗布ヘッド４０３に供給する貯留手段４０５とを具備する。

保持テーブル４０２は、鉛直方向下側の面に、基板４０１をその表面が鉛直方向下向きとなるように保持する。この保持テーブル４０２による基板４０１の保持方法は、特に限定されず、例えば、真空ポンプ等の吸引による方法が挙げられる。なお、保持テーブル４０２は、例えば、図示しない駆動モータ等のテーブル駆動手段によって基板４０１の面方向に沿って直線移動自在に設けられている。

塗布ヘッド４０３は、鉛直方向上側に向かって開口し貯留手段４０５から供給された塗布溶液４０４を流出するスリット状のノズル開口４０６と、このノズル開口４０６に連通する溶液溜まり部４０７とを有する。また、塗布ヘッド４０３は、図示しない装置本体に鉛直方向に移動自在に保持されており、塗布ヘッド４０３の先端と基板４０１の表面との間隔が、例えば、塗布溶液４０４の動粘度、塗布溶液４０４の基板４０１に対する濡れ性、基板４０１に塗布する塗布溶液４０４の厚さ等を考慮して適宜調整されるようになっている。

貯留手段４０５は、塗布溶液４０４を保持する貯留タンク４０８と、一端が塗布ヘッド４０３に接続され、他端が貯留タンク４０８に接続される供給管４０９とで構成され、貯留タンク４０８の内部に貯留されている塗布溶液４０４を、供給管４０９を介して塗布ヘッド４０３に供給する。

この貯留手段４０５の貯留タンク４０８から供給管４０９を介して塗布ヘッド４０３に塗布溶液４０４が供給され、塗布ヘッド４０３の液体溜まり部４０７内に塗布溶液４０４が充填されると、液体溜まり部４０７内の塗布溶液４０４が毛細管現象によってノズル開口４０６の先端まで上昇する。これにより、スリット状のノズル開口４０６には、塗布溶液４０４が全体に均一に充填されるようになっている。そして、この状態から塗布ヘッド４０３を上昇させてノズル開口４０６から突出した塗布溶液４０４を基板４０１の表面に接触させ、この状態で、保持テーブル４０２と塗布ヘッド４０３とを基板４０１の面方向において相対的に移動させる。例えば、本実施形態では、塗布ヘッド４０３を固定して保持テーブル４０２を基板４０１の面方向に直線移動させることで、これら塗布ヘッド４０３と保持テーブル４０２とを相対的に移動させている。これにより、ノズル開口４０６から塗布溶液４０４が連続的に流出し、基板４０１の表面には塗布溶液４０４が塗布される。

そして、このようなスリットコート式塗布装置４００を用いて、導電層２０２上にレジストを塗布する方法としては、まず、図８（ａ）に示すように、塗布ヘッド４０３がホームポジションに位置する状態で、保持テーブル４０２の下面に保護基板形成材１３０を所定の向きで固定する。具体的には、保持テーブル４０２（塗布ヘッド４０３）の水平移動方向とリザーバ部３２及び貫通部３３の長手方向とを実質的に一致させ、且つリザーバ部３２及び貫通部３３の鈍角である角部３４ａ側が塗布ヘッドとは反対側に位置するようにして保護基板形成材１３０を保持テーブル４０２に固定する。すなわち、塗布溶液４０４であるレジストの塗布終わり側に、リザーバ部３２及び貫通部３２の鈍角である角部３４ａが位置するように保護基板形成材１３０を配置する。

そして、塗布ヘッド４０３を上昇させて保護基板形成材１３０の表面と塗布ヘッド４０３のノズル開口４０６の先端面との間隔が所定の間隔となるように調整する。具体的には、ノズル開口４０６から突出する塗布溶液４０４の先端部が、保護基板形成材１３０の表面の位置よりも若干高い位置となるように塗布ヘッド４０３を上昇させる。なお、本実施形態では、塗布ヘッド４０３を移動させることで、塗布ヘッド４０３と保護基板形成材１３０との間隔を調整しているが、勿論、塗布ヘッド４０３を固定して、保持テーブル４０２を移動するようにしてもよい。

次に、図８（ｂ）に示すように、図示しないテーブル駆動手段によって保持テーブル４０２を保護基板形成材１３０の面方向、すなわち水平方向に直線移動させることで、塗布ヘッド４０３のノズル開口４０６から突出している塗布溶液４０４が保護基板形成材１３０の表面に接触して塗布溶液４０４の塗布が開始される。そして、このように保護基板形成材１３０へのレジストである塗布溶液４０４の塗布が開始された後、図８（ｃ）に示すように、保持テーブル４０２をさらに移動させることで、塗布溶液４０４がノズル開口４０６から連続的に流出して保護基板形成材１３０の全面に塗布される。

そして、このように保護基板形成材１３０の全面にレジスト（塗布溶液４０４）を塗布した後は、このレジストを乾燥し、さらに露光・現像してレジストマスク２０２を形成する（図５（ｄ））。そして、図５（ｅ）に示すように、このレジストマスク２０２を介して導電層２０１をパターニングすることにより保護基板形成材１３０上に配線パターン２００を形成する。なお、その後は、この保護基板形成材１３０を所定の大きさに分割して保護基板３０と形成する。

以上説明したように、本発明では、凹部を有する基板上にレジストをスリットコート式塗布装置によって塗布する際に、凹部の鈍角である角部側が塗布ヘッドとは反対側に位置するようにした。すなわち、凹部の鈍角である角部がレジストの塗布終わり側に位置するようにした。これにより、塗布されたレジストの乾きムラや、ひけを抑えることができる。特に、例えば、リザーバ部及び貫通部等の凹部の周縁部で発生するレジストのひけを大幅に抑えることができる。また、時間経過に伴うレジストのひけ量（後退量）が減少するため、レジストを塗布後、比較的長い時間放置した場合でもレジストのひけ量（後退量）を少なく抑えることができる。したがって、リザーバ部及び貫通部等の凹部の周縁部、すなわち、凹部に極めて近い場所であっても配線パターン２００を良好にパターニング形成することができる。

ここで、凹部の角部の角度を鈍角とした実施例のサンプルと、凹部の角部の角度を略９０°とした比較例のサンプルとで、凹部の周縁部におけるレジストの後退量を調べた。具体的には、実施例及び比較例の各サンプルに、上述したスリットコート塗布装置を用いて同一の条件でレジストを塗布し、約５分経過後に各サンプル表面を撮影した。図９は、実施例及び比較例の各サンプルの表面写真である。なお、図中に記されている格子状の目盛りの間隔は、約５０μｍである。図９（ａ）に示すように、比較例のサンプルでは、凹部周縁部でのレジストの後退量は、約１００μｍ程度あったが、図９（ｂ）に示すように、実施例のサンプルでは、凹部周縁部でのレジストの後退量は、一目盛り以下、すなわち、約５０μｍ以下に抑えられていた。この結果からも明らかなように、リザーバ部等、凹部の角部の角度を鈍角とすることで、レジストの後退量を大幅に小さく抑えることができる。

なお、上述したように、リザーバ部３２等の凹部の角部の角度は、全てが鈍角となって
いてもよいが（図４参照）、本実施形態のように、少なくともその長手方向一端部側、す
なわち、レジストの塗布終了側の角部の角度が鈍角となっていればよい（図３参照）。こ
れは図１０に示すように、凹部の周縁部でのレジストのひけが、凹部のレジストの塗布開
始側の周縁部（図中上側凹部の周縁部）よりも塗布終了側の周縁部（図中下側凹部の周縁
部）において顕著に現れるからである。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、スリットコート式塗布装置として、保持テーブル４０２を基板の面方向に移動させることで、保持テーブル４０２と塗布ヘッド４０３とを相対的に移動させる装置を説明したが、これに限定されず、例えば、保持テーブル４０２を固定して、塗布ヘッド４０３を基板４０１の面方向に移動させるものであってもよい。

また、上述した実施形態では、インクジェット式記録ヘッドの保護基板（保護基板形成材）を一例として本発明を説明したが、本発明は、その他の電子デバイスの製造に用いられる電子デバイス用基板等、上述した所定形状の凹部を有する基板であれば適用することができる。

実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。 実施形態１に係る保護基板を示す平面図である。 実施形態１に係る保護基板の変形例を示す平面図である。 実施形態１に係る保護基板の製造工程を示す断面図である。 実施形態１に係る塗布装置の構成を示す概略図である。 実施形態１に係る塗布装置の構成を示す断面図である。 実施形態１に係る塗布方法の概略を示す断面図である。 実施例及び比較例のサンプル基板の表面写真である。 レジストの後退量の違いを示すサンプル基板の表面写真である。

符号の説明

３０ 保護基板、 ３１ 圧電素子保持部、 ３２ リザーバ部、 ３３ 貫通部、 ３４ 角部、 １１０ 絶縁膜、 １３０ 保護基板形成材、 ４０２ 保持テーブル、 ４０３ 塗布ヘッド、 ４０６ ノズル開口

Claims (7)

1. 五角形以上の多角形形状の開口形状を有する長穴であり且つその長手方向の少なくとも一端部側の少なくとも一つの角部の角度が鈍角となっており、且つ前記一端部側の他の角部が鋭角ではない凹部を有する基板を固定した保持テーブルと、該保持テーブルに保持された前記基板の表面に相対向するように配置されると共に当該基板の表面に向かって所定の塗布溶液を流出するスリット状のノズル開口を有する塗布ヘッドとを、水平方向で相対的に移動させて前記基板の前記塗布溶液を塗布する際、前記塗布ヘッドが前記基板に形成された前記凹部の他端部側から一端部側に向かって相対移動中に当該基板の表面に前記塗布溶液を塗布するようにしたことを特徴とするスリットコート式塗布方法。
2. 請求項１において、前記基板が、シリコン基板の表面に酸化シリコンからなる絶縁膜を介して配線パターンを形成するための導電層を有する電子デバイス用基板であり、前記塗布溶液が前記導電層のパターニングに用いられるレジストであることを特徴とするスリットコート式塗布方法。
3. 厚さ方向の少なくとも一部が除去された長穴である凹部を有するシリコン基板の表面に、酸化シリコンからなり前記凹部の内壁面まで連続的に設けられる絶縁膜と、該絶縁膜上に設けられ配線パターンを形成するための導電層とを有し、且つ前記凹部の開口形状が五角形以上の多角形形状であると共に当該凹部の長手方向の少なくとも一端部側の少なくとも一つの角部の角度が鈍角となっており、且つ前記一端部側の他の角部が鋭角ではないことを特徴とする電子デバイス用基板。
4. 請求項３において、前記凹部の前記角部がＲ形状となっていることを特徴とする電子デバイス用基板。
5. 請求項３又は４において、前記凹部の全ての前記角部の角度が鈍角となっていることを特徴とする電子デバイス用基板。
6. 請求項１又は２において、前記基板の凹部は、その長手方向の少なくとも一端部側に含まれる全ての角部の角度が鈍角となっていることを特徴とするスリットコート式塗布方法。
7. 請求項３又は４において、前記凹部の長手方向の少なくとも一端部側に含まれる全ての角部の角度が鈍角となっていることを特徴とする電子デバイス用基板。

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