JP5623146B2 - 膜形成装置および膜形成方法 - Google Patents
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Description
絶縁性材料と有機マトリクス成分とを含む液体を、導電性の凸部を有する基板に対して吐出して、上記凸部を被覆する絶縁膜を形成する絶縁膜形成方法であって、
上記凸部を被覆するように上記液体を塗布する塗布工程と、
上記塗布工程によって上記基板上に塗布された液体を、非加熱下で所定の時間置くことによって上記溶媒を乾燥させる第一の乾燥工程と、
上記第一の乾燥工程の後に、上記基板上に塗布された液体に対して、上記有機マトリクス成分の架橋促進温度を超えない温度下において強制的に乾燥処理を施す第二の乾燥工程とを含むことを特徴としている。
上記塗布工程では、上記有機マトリクス成分の架橋促進温度より低い沸点を有する媒体に、下記(i)と下記(ii)との反応物および下記(iii)が分散または溶解した液体を、上記液体として塗布することが好ましい。
RnSi(OR’)4−n …(1)
(式中、R、R’は炭素数1〜8のアルキル基、アリール基またはアルケニル基を表わし、nは0〜3の整数である)
(ii) 上記有機マトリクス成分としてのアルコキシシランの部分加水分解物
(iii) 界面活性剤
上記の構成によれば、溶媒の乾燥速度を調整できることから、膜厚制御性を良好に発揮することができる。
上記第一の乾燥工程では、上記所定の時間を10秒以上90秒以内の範囲とすることが好ましい。
上記第二の乾燥工程の後、上記基板を、上記有機マトリクス成分の架橋促進温度以上の温度になるように加熱する硬化工程を更に含むことが好ましい。
上記凸部と重畳している部分の最大の膜厚よりも、当該凸部の端部に沿って上記凸部と重畳していない部分の最大の膜厚のほうが厚い絶縁膜が形成される。
絶縁性材料と有機マトリクス成分とを含む液体を、導電性の凸部を有する基板に対して吐出して、上記凸部を被覆する絶縁膜を形成する絶縁膜形成装置であって、
上記凸部を被覆するように上記液体を塗布する塗布手段と、
上記基板と上記塗布手段との相対位置を変化させるための移動手段と、
上記塗布手段により上記基板上に塗布された塗布液体を、上記有機マトリクス成分の架橋促進温度を超えない温度下において強制的に乾燥させる乾燥手段と、
上記液体を塗布してから上記乾燥手段による強制乾燥を開始するまでの時間を管理する管理手段を備えていることを特徴としている。
上記基板を、上記有機マトリクス成分の架橋促進温度以上の温度になるように加熱する加熱手段を更に備えていることが好ましい。
絶縁性材料と有機マトリクス成分とを含む液体を、導電性の凸部を有する基板に対して吐出して、上記凸部を被覆する絶縁膜を形成する絶縁膜形成方法であって、
上記凸部を被覆するように上記液体を塗布する塗布工程と、
上記塗布工程によって上記基板上に塗布された液体を、非加熱下で所定の時間置くことによって上記溶媒を乾燥させる第一の乾燥工程と、
上記第一の乾燥工程の後に、上記基板上に塗布された液体に対して、上記有機マトリクス成分の架橋促進温度を超えない温度下において強制的に乾燥処理を施す第二の乾燥工程とを含むことを特徴としている。
絶縁性材料と有機マトリクス成分とを含む液体を、導電性の凸部を有する基板に対して吐出して、上記凸部を被覆する絶縁膜を形成する絶縁膜形成装置であって、
上記凸部を被覆するように上記液体を塗布する塗布手段と、
上記基板と上記塗布手段との相対位置を変化させるための移動手段と、
上記液体塗布手段により上記基板上に塗布された塗布液体、上記有機マトリクス成分の架橋促進温度を超えない温度下において強制的に乾燥させる乾燥手段と、
上記液体を塗布してから上記乾燥手段による強制乾燥を開始するまでの時間を管理する管理手段を備えている。
図1は、本発明の一実施形態に係る膜形成装置の構成を示した外観図である。
インクジェットヘッド10は、その液体(インク)吐出口がステージ30上に配置された基板20と対向するように、キャリッジ70に固定されている。インクジェットヘッド10は、吐出制御回路40に接続されており、吐出制御回路40から送信される吐出信号に応じて液体を吐出する。本実施形態の膜形成装置1では、インクジェットヘッド10としてシェアモード型のインクジェットヘッドが使用されており、吐出制御回路40から送信される吐出信号として、パルス電圧が用いられている。
基板20は、図示しないロボット等搬入出手段によりステージ30上に配置される。
吐出制御回路40は、インクジェットヘッド10におけるインク吐出を制御する。吐出制御回路40は、制御部90に接続されており、制御部90から送信された信号に応じて、吐出信号をインクジェットヘッド10へ送信する。吐出信号のパラメータは、吐出制御回路40内のメモリーに保持されている。また、吐出信号のパラメータ書き換えは、制御部90から送信されるパラメータ変更信号によって実施される。なお、パラメータ変更信号は、制御部90内で作成される。
エアヒーター50はインクジェットヘッド10と同様に、キャリッジ70に固定されている。このため、膜形成装置1にキャリッジ70が搭載された後、インクジェットヘッド10とエアヒーター50との相対位置は変わらない。
観察用カメラ60もまた、インクジェットヘッド10と同様に、キャリッジ70に固定されている。このため、膜形成装置1にキャリッジ70が搭載された後、インクジェットヘッド10と、エアヒーター50および観察用カメラ60との相対位置は変わらない。また、観察用カメラ60付近には、図示しないファイバーランプ等の照明手段が取り付けられている。そして、観察用カメラ60には、照明手段により照らされた基板20の反射像が撮像される。また、観察用カメラ60は、制御部90に接続されている。観察用カメラ60により撮像された画像は、制御部90内で画像処理される。そして、これにより、制御部90を通じて、基板20内のパターンのサイズおよび形状を認識することができる。
キャリッジ70は、インクジェットヘッド10、エアヒーター50および観察用カメラ60を固定する部材である。また、ガントリ80は、キャリッジ70を保持する部材である。キャリッジ70は、ガントリ80に固定されている。ガントリ80は、ステージ30を幅方向(Y軸方向)に跨ぐように設けられている。換言すると、ガントリ80は、その長尺方向が基板20の長尺方向と直交するように配置されている。キャリッジ70は、ガントリ80の長尺方向(Y軸方向)に可動するようになっている。また、ステージ30は、その長尺方向(X軸方向)に可動するようになっている。これによって、インクジェットヘッド10、および観察用カメラ60は、基板20上の任意の箇所の上方に配置されることになる。なお、本実施形態では、膜形成装置1がステージ30とガントリ80との両方が移動可能になっている構成である場合について、説明する。しかしながら、膜形成装置1は、ステージ30とガントリ80とのどちらか片方が移動可能になっている構成であってもよい。
制御部90には、ステージ30、キャリッジ70、および、ガントリ80が接続されており、これらの位置を制御する。また、制御部90は、パラメータ変更信号の作成や、上述した種々の制御を行なうとともに、後述する絶縁膜欠損部の検出を行なうための検出処理に関わる。
次に、本実施形態の膜形成装置1を用いた、基板20上への膜形成方法について説明する。本実施形態の膜形成方法では、インクを塗布する基板20として、液晶パネル等に用いるTFT基板の製造工程におけるゲート絶縁膜形成後(CVDによるゲート絶縁膜成膜後)の基板を用い、インクジェットヘッド10から吐出するインクとして、絶縁材料を含むインクを用いている。そして、本実施形態の膜形成方法の一例として、絶縁膜欠損部の修正を目的とした膜形成方法について説明する。
膜形成(絶縁膜欠損部の修正)にあたって、前段階として、まず、絶縁膜欠損部を有する基板20が、図示しないロボット等の搬入出手段によりステージ30上に配置される。このとき、基板20の画素サイズ、絶縁膜欠損部の位置情報等は、図示しない外部入力手段から制御部90へ転送される。
図4は、本実施形態における絶縁膜形成方法を説明するための模式図である。
まず、図4(a)に示すように、修正クロス部205の上方にインクジェットヘッド10がくるように、ステージ30、キャリッジ70、およびガントリ80を移動させる。
1つの修正箇所について、上記塗布工程が完了すると、制御部90により、あらかじめ塗布レシピ内で設定した所定の時間、待機する。これが第一の乾燥工程である。すなわち、第一の乾燥工程の間、塗布液110を、その溶媒が自然蒸発する条件下であって、且つ、非加熱下に置き、塗布液110の溶媒蒸発に伴う乾燥を進める。この待機の間、塗布液110の溶媒蒸発に伴う乾燥とともに、塗布液110内の対流や溶質移動等の物理的作用により、塗布液110の形状が変化する。
第一の乾燥工程において所定時間待機した後、予め設定された強制乾燥条件下において修正箇所の塗布液110強制的に乾燥させる。これが第二の乾燥工程である。
本実施形態では、1つの基板内のすべての修正箇所について塗布工程、第一の乾燥工程、第二の乾燥工程が終了すると、基板が払い出され、次の基板が搬入されるが、払いだされた基板は図示しないカセットに設置される。カセットに所定枚数の基板が蓄積されると、カセットごとオーブンの中に投入され、所定の時間、所定温度で加熱される。これが、硬化工程である。
(第一の乾燥工程の詳細)
以下、第一の乾燥工程を詳細に説明する。
本実施形態に用いるインク100(図4(a))は、シリカゾルと、アルコキシシランの部分加水分解物(有機マトリクス)との反応物からなる溶質成分と、界面活性剤とが分散媒に分散または溶解してなる。以下、インクを構成する各成分について説明する。
本発明に用いられるシリカゾルは、水と有機溶媒との混合溶媒中、アルカリ触媒の存在下でアルコキシシランを加水分解重縮合して得られたものである。
アルコキシシランとしては、下記の一般式(1);
RnSi(OR’)4−n …(1)
(式中、R、R’は炭素数1〜8のアルキル基、アリール基またはアルケニル基を表わし、nは0〜3の整数である)
で表される。
有機溶媒としては、アルコール類、ケトン類、エーテル類、エステル類を単独あるいは複数組み合わせて用いることができる。より具体的には、例えばメタノール、エタノール、ブロパノール、ブタノールなどのアルコール類、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、プロピレングリコールモノnプロピルエーテルなどのエチレングリコールエーテル類、エチレングリコール、プロピレングリコール、ヘキシレングリコールなどのグリコール類、酢酸メチル、酢酸エチル、乳酸メチルなどのエステル類等がある。
アルカリ触媒としては、アンモニア、アミン、アルカリ金属水酸化物、第4級アンモニウム化合物、アミン系カップリング剤など、水溶液中でアルカリ性を示す化合物が用いられ、反応混合物のpHが7〜12、好ましくは8〜11となるような量で用いる。
シリカゾルの調製法をさらに具体的に例示すると、例えば、水−アルコール混合溶媒を撹拌しながら、この混合溶媒にアルコキシシランおよび、例えばアンモニア水のようなアルカリ触媒を添加し、加水分解させる。
シリカゾルと反応させるアルコキシシランとしてはシリカゾルの調製に用いた上記一般式(1)で示されるアルコキシシランを用いるが、この時、シリカゾルの調製に用いたと同一のアルコキシシランでもよく、異なっていてもよい。
なお、本発明においては、上記シリカゾルと、上記有機マトリクス成分とを混合し、反応させて溶質成分とする。シリカ粒子の表面で有機マトリクス成分を反応させることで、得られる絶縁膜は緻密で密着性、機械的強度、耐薬品性、耐湿性、絶縁性等に優れる。
界面活性剤としては、イオン性界面活性剤(陽,陰,両性)や非イオン界面活性剤など、インクからの溶媒の乾燥速度を調整できるものならば何を用いてもよいが、膜の高絶縁性を保持するために非イオン性の界面活性剤を使用するのが好ましい。また、有機マトリクス成分との親和性の観点から、非イオン性界面活性剤の中でもポリシリコーン系界面活性剤(ポリエーテル変性、アミノ変性、エポキシ変性、アルコキシ変性等)を使用することが望ましい。特に本発明では、ポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤が好適であり、さらに、この数平均分子量が1,000〜100,000、さらには10,000〜80,000の範囲にあることが最も好ましい。数平均分子量が1,000未満の場合は、溶質成分との親和性が強くなり膜表面に存在しにくくなり、溶媒揮発性の調整効果が低下してしまう。一方、この数平均分子量が100,000を越えると、溶質成分との親和性が低くなりすぎて、ポリエーテル変性シリコーンによるインク中の凝集体あるいは絶縁膜中での偏析等が生じ、均一な絶縁膜を得ることができなくなることがある。
また、インク中の界面活性剤の配合濃度は、インク全体の0.025〜1重量%、さらには0.025〜0.1重量%の範囲にあることが好ましい。インク中の界面活性剤の濃度が少ないと、前述した図9に示すように、本発明の目標とした膜厚制御性の効果が得られないことがある。また、インク中の界面活性剤の濃度が1.0重量%を越えると、絶縁膜と基板の密着性不良による膜の剥離が生じ易くなる。
本発明のインクは、上記反応物と、界面活性剤とが分散媒に分散または溶解している。分散媒としては、有機溶媒が適しており、大気圧下での沸点が220℃未満のものであれば特に制限はなく用いることができる。
インクの一具体例を挙げると、例えば、分散媒に50重量%のプロピレングリコールモノnプロピルエーテル(沸点149.8℃)と25重量%のヘキシレングリコール(沸点198℃)を、界面活性剤として0.05重量%のポリエーテル変性シリコーン界面活性剤とを用いて、溶質成分の濃度が25重量%になるようなインク構成とすることができる。このインクの粘度は17mPa・s、表面張力は26dyn/cmである。
次に、上述した第一の乾燥工程に続いて行なわれる第二の乾燥工程について説明する。
基板内のすべての修正箇所について塗布工程、第一の乾燥工程、第二の乾燥工程が終了すると、基板が払い出され、次の基板が搬入されるが、払いだされた基板は図示しないカセットに設置される。硬化工程では、このカセットに所定枚数の基板が蓄積されると、カセットごとオーブンの中に投入して、所定の時間、所定温度でカセットにセットされた基板を加熱する。
以上のように、本実施形態に係る膜形成方法を用いることで、液晶パネルにおけるTFT基板への塗布プロセスのように、濡れ広がりの制約を満足しつつ、膜厚を上限、下限値がある所定の範囲内に収めなければいけない場合においても、膜厚の制御性良く絶縁特性を確保した絶縁膜を作製することができる。
10 インクジェットヘッド(塗布手段)
20 基板
30 ステージ
40 吐出制御回路
50 エアヒーター(加熱手段)
60 観察用カメラ
70 キャリッジ
80 ガントリ
90 制御部(管理手段)
100 インク
110 塗布液
120 塗布膜
201 配線パターン
202 膜欠損部
203 ソース線
204 クロス部
205 修正クロス部
301 ガラス基板(支持基板)
302 下配線
303 絶縁膜
304 半導体層
401 配線
402 基板
403 絶縁膜
Claims (11)
- 絶縁性材料と有機マトリクス成分とを含む液体を、導電性の凸部を有する基板に対して吐出して、上記凸部を被覆する絶縁膜を形成する絶縁膜形成方法であって、
上記凸部を被覆するように上記液体を局所的に塗布する塗布工程と、
上記塗布工程によって上記基板上に塗布された液体を、非加熱下で所定の時間置くことによって上記液体を乾燥させる第一の乾燥工程と、
上記第一の乾燥工程の後に、上記基板上に塗布された液体に対して、上記有機マトリクス成分の架橋促進温度を超えない温度下において強制的に乾燥処理を施す第二の乾燥工程とを含むことを特徴とする絶縁膜形成方法。 - 上記塗布工程では、上記有機マトリクス成分の架橋促進温度より低い沸点を有する媒体に、下記(i)と下記(ii)との反応物および下記(iii)が分散または溶解した液体を、上記液体として塗布することを特徴とする請求項1に記載の絶縁膜形成方法。
(i) 上記絶縁性材料としての下記の一般式(1)で示されるアルコキシシランを加水分解重縮合して得られるシリカゾル
RnSi(OR’)4−n …(1)
(式中、R、R’は炭素数1〜8のアルキル基、アリール基またはアルケニル基を表わし、nは0〜3の整数である)
(ii) 上記有機マトリクス成分としてのアルコキシシランの部分加水分解物
(iii) 界面活性剤 - 上記(iii)界面活性剤は、上記液体に対して、0.025〜1.0重量%の範囲で含まれていることを特徴とする請求項2に記載の絶縁膜形成方法。
- 上記第一の乾燥工程では、上記所定の時間を10秒以上90秒以内の範囲とすることを特徴とする請求項1から3までの何れか1項に記載の絶縁膜形成方法。
- 上記第二の乾燥工程の後、上記基板が上記有機マトリクス成分の架橋促進温度以上の温度になるように加熱する硬化工程を更に含むことを特徴とする請求項1から4までの何れか1項に記載の絶縁膜形成方法。
- 上記凸部と重畳している部分の最大の膜厚よりも、当該凸部の端部に沿って上記凸部と重畳していない部分の最大の膜厚のほうが厚い絶縁膜が形成されることを特徴とする請求項1から5までの何れか1項に記載の絶縁膜形成方法。
- 上記塗布工程では、上記凸部を跨ぐように上記液体を局所的に塗布することを特徴とする請求項1から6までの何れか1項に記載の絶縁膜形成方法。
- 上記塗布工程では、インクジェットヘッドで上記液体を塗布することを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載の絶縁膜形成方法。
- 絶縁性材料と有機マトリクス成分とを含む液体を、導電性の凸部を有する基板に対して吐出して、上記凸部を被覆する絶縁膜を形成する絶縁膜形成装置であって、
上記凸部を被覆するように上記液体を局所的に塗布する塗布手段と、
上記基板と上記塗布手段との相対位置を変化させるための移動手段と、
上記塗布手段により上記基板上に塗布された塗布液体を、上記有機マトリクス成分の架橋促進温度を超えない温度下において強制的に乾燥させる乾燥手段と、
上記液体を塗布してから上記乾燥手段による強制乾燥を開始するまでの時間を管理する管理手段を備えていることを特徴とする絶縁膜形成装置。 - 上記基板を、上記有機マトリクス成分の架橋促進温度以上の温度になるように加熱する加熱手段を更に備えていることを特徴とする請求項9に記載の絶縁膜形成装置。
- 上記塗布手段がインクジェットヘッドを備えたことを特徴とする請求項9または10に記載の絶縁膜形成装置。
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