JP6274832B2 - 薄膜形成方法及び薄膜形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板に液状の薄膜材料を塗布した後、硬化させることにより、薄膜を形成する薄膜形成方法、及び薄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、基板に塗布された薄膜材料を硬化させることにより薄膜を形成する技術が知られている（例えば特許文献１）。この薄膜形成技術は、例えば、プリント基板のソルダーレジストの形成、ビルドアップ基板の層間絶縁膜の形成等に適用される。

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。薄膜材料が液滴化されて基板に塗布されると、薄膜材料が面内方向に広がる。基板に形成される薄膜のパターンの解像度を高めるために、薄膜材料の着弾後、速やかに薄膜材料を硬化させることが好ましい。ところが、薄膜材料をベタに塗布する領域において、薄膜材料の着弾後、速やかに薄膜材料を硬化させると、液滴の各々に対応して、薄膜の表面に凹凸が現れてしまう。

薄膜の表面の凹凸を軽減することができる薄膜形成方法が、特許文献２に開示されている。この方法では、まず、薄膜を形成すべき領域の縁に沿って、エッジパターンを形成する。エッジパターンよりも内側に液状の薄膜材料を塗布して、薄膜形成領域を液状の薄膜材料で覆う。液状の薄膜材料の表面が平坦になった後、薄膜材料を硬化させることにより、薄膜を形成する。これにより、表面が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

表面の平坦な薄膜を形成する従来の方法では、まずエッジパターンを形成する工程、エッジパターンより内側の薄膜形成領域を液状の薄膜材料で覆う工程、及び液状の薄膜材料を硬化させる工程を順番に実行しなければならない。このため、薄膜を形成するための所要時間が長くなってしまう。

本発明の目的は、薄膜形成のための所要時間の増大を抑制し、かつ表面の凹凸が軽減された薄膜を形成することができる薄膜形成方法、及び薄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、
基板に、液状の薄膜材料を着弾させた後、着弾した前記薄膜材料の表層部を硬化させることにより、内部が液状で表面に被膜が形成された第１の薄膜部分を形成する工程と、
前記第１の薄膜部分と部分的に重なるように、液状の前記薄膜材料を着弾させて前記第１の薄膜部分の前記被膜を破損させ、前記第１の薄膜部分の内部の液状の前記薄膜材料と、新たに着弾させた前記薄膜材料とが混ざり合う状態にした後、新たに着弾した前記薄膜材料の表層部を硬化させることにより、第２の薄膜部分を形成する工程と、
前記第１の薄膜部分と前記第２の薄膜部分との境界が識別不能になった後、前記第１の薄膜部分及び前記第２の薄膜部分を新たな薄膜材料の着弾によって変形しない程度まで硬化させる工程と
を有し、
前記第１の薄膜部分を形成する工程が、
相互に平行に、かつ等間隔に配置された第１の仮想直線に沿って着弾位置をずらしながら、前記薄膜材料を着弾させる工程と、
着弾した前記薄膜材料の表層部を硬化させる工程と
を含み、
前記第２の薄膜部分を形成する工程が、
相互に隣り合う前記第１の仮想直線の間に、前記第１の仮想直線と平行に配置された第２の仮想直線に沿って着弾位置をずらしながら、両側の前記第１の薄膜部分と部分的に重なるように、前記薄膜材料を着弾させる工程と、
新たに着弾した前記薄膜材料の表層部を硬化させる工程と
を含む薄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、前記基板に向けて、光硬化性の薄膜材料を液滴化して吐出する複数のノズル孔が設けられた少なくとも２つのノズルヘッドと、
前記基板に対向し、前記基板に付着した前記薄膜材料に硬化用の光を照射する少なくとも３つの硬化用光源と、
前記ノズルヘッド及び前記硬化用光源に対して、前記基板を相対的に移動させる移動機構と、
複数の前記硬化用光源の各々に対向する位置を、前記基板に付着した液状の前記薄膜材料が通過するとき、前記硬化用光源からの光による前記薄膜材料の硬化度が異なるように前記硬化用光源を制御する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、
前記基板を走査方向に移動させながら、前記ノズル孔から前記薄膜材料を吐出させ、前記基板に付着した前記薄膜材料に硬化用の光を照射することによって薄膜が形成されるように前記ノズルヘッド、前記硬化用光源、及び前記移動機構を制御するときに、
前記ステージに保持された前記基板に、前記ノズル孔から液状の前記薄膜材料が着弾した後、着弾した前記薄膜材料に前記硬化用光源の少なくとも１つから光が照射されることによって前記薄膜材料の表層部が硬化されて被膜が形成された第１の薄膜部分が形成され、
前記第１の薄膜部分と部分的に重なるように、前記ノズル孔から液状の前記薄膜材料が着弾し、前記第１の薄膜部分の前記被膜が破損し、前記第１の薄膜部分の内部の液状の前記薄膜材料と、新たに着弾させた前記薄膜材料とが混ざり合う状態にした後、新たに着弾した前記薄膜材料に前記硬化用光源の少なくとも１つから光が照射されることによって新たに着弾した前記薄膜材料の表層部が硬化されて第２の薄膜部分が形成され、
前記第１の薄膜部分と前記第２の薄膜部分との境界が識別不能になった後、前記第１の薄膜部分及び前記第２の薄膜部分に、前記硬化用光源の少なくとも１つから光が照射されることによって、前記第１の薄膜部分及び前記第２の薄膜部分が、新たな薄膜材料の着弾によって変形しない程度まで硬化されるように、前記ノズルヘッド、前記硬化用光源、及び前記移動機構を制御する薄膜形成装置が提供される。

第１の薄膜部分と第２の薄膜部分との境界が識別不能になった後に、第３の硬化度まで硬化させることによって、薄膜を形成するため、薄膜の表面の凹凸を軽減することができる。また、事前にエッジパターン等を形成する必要がないため、薄膜形成のための所要時間の増大を防止することができる。

図１は、実施例による薄膜形成装置の概略正面図である。 図２Ａは、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、ステージ、基板、及びノズルユニットの平面図である。 図４は、基板に形成すべき薄膜の平面形状の一例を示す平面図である。 図５Ａは、基板とノズルユニットとの側面図であり、基板に着弾した薄膜材料の平面図である。 図６Ａ〜図６Ｅは、実施例による薄膜形成方法の途中段階における基板の断面図であり、図６Ｆは、薄膜が形成された基板の断面図である。 図７Ａは、比較例１による薄膜形成方法で薄膜を形成するときの、基板、ノズルヘッド、第１の硬化用光源、及び第２の硬化用光源の側面図であり、図７Ｂ〜図７Ｄは、比較例１による薄膜形成方法の途中段階における基板の断面図であり、図７Ｅは、比較例１による薄膜形成方法で薄膜が形成された基板の断面図である。 図８Ａは、比較例２による薄膜形成方法で薄膜を形成するときの、基板、ノズルヘッド、第１の硬化用光源、及び第２の硬化用光源の側面図であり、図８Ｂ〜図８Ｄは、比較例２による薄膜形成方法の途中段階における基板の断面図であり、図８Ｅは、比較例２による薄膜形成方法で薄膜が形成された基板の断面図である。 図９Ａ〜図９Ｃは、他の実施例による薄膜形成方法の途中段階における基板の断面図である。 図９Ｄ〜図９Ｅは、他の実施例による薄膜形成方法の途中段階における基板の断面図である。 図１０Ａ〜図１０Ｆは、図９Ａ〜図９Ｅに示した実施例による薄膜形成方法の途中段階における基板の断面図であり、図９Ｆは、図９Ａ〜図９Ｅに示した実施例による薄膜形成方法で薄膜が形成された基板の断面図である。

図１に、実施例による薄膜形成装置の概略正面図を示す。基台２０の上に移動機構２１を介してステージ２２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２１は、制御装置５０により制御されて、ステージ２２をｘ方向及びｙ方向に移動させる。なお、移動機構２１が、ｚ軸に平行な方向を回転中心としてステージ２２の回転方向の姿勢を変化させる機能を有してもよい。

ステージ２２の上面（保持面）に、薄膜を形成すべき基板６０が保持される。基板６０は、例えば真空チャックによりステージ２２に固定される。ステージ２２の上方にノズルユニット３０が、昇降可能に支持されている。ノズルユニット３０は、複数のノズルヘッドを含む。ノズルヘッドは、基板６０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６０の表面に向かって薄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５０によって制御される。液状の薄膜材料には、光硬化性樹脂（例えば、紫外線硬化性樹脂）が用いられる。

図１では、基台２０に対してノズルユニット３０を静止させ、基板６０を移動させる例を示したが、その逆に、基台２０に対して基板６０を静止させ、ノズルユニット３０を移動させてもよい。このように、基板６０とノズルユニット３０との一方を他方に対して相対的に移動させる構成とすればよい。

図２Ａに、ノズルユニット３０の斜視図を示す。ベースプレート３１に、複数、例えば２個のノズルヘッド３２が、ｙ方向に並んで取り付けられている。ノズルヘッド３２の各々は、ｘ方向に並んだ複数のノズル孔３３を有する。ｙ方向に隣り合う２つのノズルヘッド３２の間、及び両端のノズルヘッド３２よりもさらに外側に、それぞれ第１の硬化用光源４０が取り付けられている。最も外側の第１の硬化用光源４０よりもさらに外側に、それぞれ第２の硬化用光源４１が取り付けられている。第１の硬化用光源４０及び第２の硬化用光源４１は、基板６０（図１）に付着した薄膜材料に硬化用の光（例えば紫外線）を照射する。

基板６０の表面において、第２の硬化用光源４１から放射された光のパワー密度が、第１の硬化用光源４０から放射された光のパワー密度より高い。基板６０（図１）に塗布された液状の薄膜材料が、第１の硬化用光源４０から放射された光に照射されると、その極薄い表層部のみが硬化されて皮膜が形成されるが、内部は実質的に硬化されない。薄膜材料の表層部のみが硬化される現象を「仮硬化」ということとする。皮膜が形成された薄膜材料の上に、液滴状の薄膜材料が着弾すると、被膜が破壊され、既に塗布されていた液状の薄膜材料と、新たに塗布された液状の薄膜材料とが混ざり合う。

皮膜が形成された薄膜材料に、第２の硬化用光源４１から放射された光が照射されると、薄膜材料の硬化度が高くなる。例えば、薄膜材料の内部まで硬化される。このため、第２の硬化用光源４１から放射された光に照射された薄膜材料に、新たな液滴状の薄膜材料が着弾しても、両者は混ざり合わない。

図２Ｂに、ノズルユニット３０の底面図を示す。２つのノズルヘッド３２がｙ方向に並んで配置されている。２つのノズルヘッド３２の間、及び最も外側のノズルヘッド３２よりもさらに外側に、それぞれ第１の硬化用光源４０が配置されている。第１の硬化用光源４０よりもさらに外側に、それぞれ第２の硬化用光源４１が配置されている。

ノズルヘッド３２の各々のノズル孔３３は、ｘ方向に千鳥配列している。１つのノズルヘッド３２に着目すると、一例として、ｘ方向に関してノズル孔３３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３２は、他方のノズルヘッド３２に対して、３００ｄｐｉに相当するピッチの半分だけ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３２のノズル孔３３は、全体として、ｘ方向に関して６００ｄｐｉに相当するピッチ（以下、ノズルピッチという。）で配置される。

図３に、ステージ２２、基板６０、及びノズルユニット３０の平面図を示す。ステージ２２の保持面に基板６０が保持されている。基板６０の上方にノズルユニット３０が支持されている。ベースプレート３１に、ノズルヘッド３２、第１の硬化用光源４０、及び第２の硬化用光源４１が取り付けられている。移動機構２１が、制御装置５０から制御されることにより、ステージ２２をｘ方向及びｙ方向に移動させる。制御装置５０は、ノズルヘッド３２から薄膜材料を吐出させるタイミングを制御する。

基板６０をｙ方向に移動させながら、ノズル孔３３（図２Ｂ）から薄膜材料を液滴化して吐出することにより、ｘ方向に関してノズルピッチに相当する解像度（６００ｄｐｉ）で、薄膜材料を基板６０に着弾させることができる。基板６０に着弾した（塗布された）薄膜材料は、基板６０の移動方向の下流側に位置する第１の硬化用光源４０から放射された光により仮硬化される。

基板６０をｙ方向に移動させながら、ノズル孔３３（図２Ｂ）から薄膜材料を液滴化して吐出する処理を、「走査」ということとする。基板６０を、ノズルピッチの１／４だけｘ方向にずらして４回の走査を行うことにより、ｘ方向に関してノズルピッチに相当する解像度の４倍（２４００ｄｐｉ）の解像度で、薄膜材料を基板６０に着弾させることができる。４回の走査において、基板６０を一方向にのみ移動させてもよいし、往復移動させてもよい。

４回の走査によって薄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６０のｘ方向の寸法より狭い場合、基板６０の表面を複数の経路に区分して、経路ごとに薄膜を形成することにより、基板６０の全域に薄膜を形成することができる。

薄膜に要求される解像度が６００ｄｐｉである場合には、１回の走査で１つの経路の処理を完了することができる。また、薄膜に要求される解像度が２４００ｄｐｉである場合に、２４００ｄｐｉに相当するノズルピッチを有するノズルユニット３０を用いると、１回の走査で１つの経路の処理を完了することができる。

図４に、基板６０に形成すべき薄膜の平面形状の一例を示す。基板６０の表面に、薄膜を形成すべき領域（薄膜形成領域）６１が画定されている。図４では、薄膜形成領域６１
にハッチングが付されている。図４に示した例では、１つの薄膜形成領域６１が、内部に円形や長方形の開口６２を含む。他の薄膜形成領域６１は円形や正方形である。薄膜形成領域６１のパターンを定義するビットマップ形式の画像データが、制御装置５０（図１）に記憶されている。一例として、基板６０は、ビルドアップ基板のコア基板に相当し、薄膜は、層間絶縁膜に相当する。

図５Ａに、基板６０とノズルユニット３０との側面図を示す。第２の硬化用光源４１、第１の硬化用光源４０、ノズルヘッド３２、第１の硬化用光源４０、ノズルヘッド３２、第１の硬化用光源４０、及び第２の硬化用光源４１が、この順番に、ｙ方向に配列している。基板６０をｙ軸の正の方向（図５Ａにおいて右方向）に移動させながら、２つのノズルヘッド３２から薄膜材料を液滴化して吐出する。

２つのノズルヘッド３２の各々の下流側（ｙ軸の正の側）に配置された第１の硬化用光源４０、及び下流側の端に配置された第２の硬化用光源４１が点灯されている。上流側の端の第２の硬化用光源４１、及び最も上流側の第１の硬化用光源４０は消灯されており、使用されない。

図５Ｂに、基板６０に着弾した薄膜材料の平面図を示す。図５Ｂでは、着弾時の液滴状の薄膜材料を円形で示す。上流側のノズルヘッド３２から吐出された薄膜材料が、相互に平行に、かつ等間隔に配置された第１の仮想直線６４に沿って、着弾位置を移動させながら着弾する。下流側のノズルヘッド３２から吐出された薄膜材料は、相互に隣り合う第１の仮想直線６４の間に、第１の仮想直線６４と平行に配置された第２の仮想直線６５に沿って、着弾位置を移動させながら着弾する。第２の仮想直線６５に沿って着弾する薄膜材料は、その両側の第１の仮想直線６４に沿って着弾している薄膜材料と部分的に重なる。

図６Ａ〜図６Ｆを参照して、実施例による薄膜形成方法について説明する。図６Ａ〜図６Ｆは、それぞれ図５Ａ、図５Ｂの一点鎖線６Ａ〜６Ｆの位置における基板６０及び薄膜材料の断面図を示す。

図６Ａに示すように、上流側のノズルヘッド３２（図５Ａ）から薄膜材料を吐出する。これにより、基板６０に薄膜材料７１が塗布される。図６Ｂに示すように、液状の薄膜材料７１（図６Ａ）が、第１の硬化用光源４０（図５Ａ）の下方を通過するときに、第１の硬化用光源４０から放射された光に照射される。これにより、薄膜材料７１が第１の硬化度まで硬化され、第１の薄膜部分７２が形成される。

第１の薄膜部分７２は、液状の薄膜材料が薄い皮膜７２ａで覆われた構造を有する。第１の硬化用光源４０から放射される光は、薄膜材料７１（図６Ａ）の表層部を薄く硬化させるが、内部までは硬化させることができない程度のパワー密度を有する。

全てのモノマーが架橋してポリマーになった状態の硬化度が１００％と定義される。硬化度は、例えば、フーリエ変換赤外ラマン分光法により評価することができる。第１の薄膜部分７２は、内部の液状の薄膜材料に未架橋のモノマーが含まれているため、第１の硬化度は、１００％よりも十分低い値である。

図６Ｃに示すように、下流側のノズルヘッド３２（図５Ａ）から薄膜材料を吐出する。これにより、第１の薄膜部分７２と部分的に重なるように、液状の薄膜材料７３が基板６０に着弾する。液状の薄膜材料７３の着弾によって、皮膜７２ａの一部が破損する。これにより、第１の薄膜部分７２の内部の液状の薄膜材料と、新たに着弾した液状の薄膜材料７３とが相互に混ざり合う。

図６Ｄに示すように、液状の薄膜材料７３が下流側の第１の硬化用光源４０（図５Ａ）の下方を通過するときに、第１の硬化用光源４０から放射された光によって、液状の薄膜材料７３（図６Ｃ）が第２の硬化度まで硬化される。これにより、第２の薄膜部分７４が形成される。第２の薄膜部分７４は、第１の薄膜部分７２と同様に、液状の薄膜材料が薄い皮膜７４ａで覆われた構造を有する。第２の硬化度も、第１の硬化度と同様に、１００％より十分低い値である。第１の薄膜部分７２（図６Ｂ）を形成するときの光のパワー密度と、第２の薄膜部分７４を形成するときの光のパワー密度とが等しければ、第１の硬化度と第２の硬化度とは、ほぼ等しい。

図６Ｅに、図６Ｄの状態からある時間が経過した時点における基板６０の断面図を示す。第１の薄膜部分７２の皮膜７２ａ及び第２の薄膜部分７４の皮膜７４ａ（図６Ｄ）が十分薄いため、第１の薄膜部分７２及び第２の薄膜部分７４（図６Ｄ）の液状の薄膜材料の表面張力により、皮膜７２ａ、７４ａが変形し、その表面が平坦化される。表面が平坦化されると、第１の薄膜部分７２と第２の薄膜部分７４との境界が識別不能になる。

図６Ｆに示すように、第１の薄膜部分７２及び第２の薄膜部分７４が、ｙ軸の正の側の端に配置された第２の硬化用光源４１（図５Ａ）からの光に照射されることにより、第３の硬化度まで硬化される。ここで、「第３の硬化度」は、薄膜材料の着弾によっては変形しない程度の硬化度を意味する。第３の硬化度は、第１の硬化度及び第２の硬化度のいずれよりも高い。第３の硬化度まで硬化されることにより、薄膜７０が形成される。この時点で、第３の硬化度が、薄膜７０に要求される硬化度まで達している必要はない。第３の硬化度が、形成すべき薄膜に要求される硬化度に達していない場合、基板６０をステージ２２（図１）から取り出した後、薄膜７０に強い光を照射して、目標とする硬化度まで硬化させればよい。

次に、上記実施例による薄膜形成方法の効果を、比較例１及び比較例２による薄膜形成方法と対比しながら説明する。

図７Ａに、比較例１による薄膜形成方法で薄膜を形成するときの、基板６０、ノズルヘッド３２、第１の硬化用光源４０、及び第２の硬化用光源４１の側面図を示す。比較例１では、第２の硬化用光源４１が消灯されている。また、第１の硬化用光源４０から放射される光の、基板６０の表面におけるパワー密度は、図５Ａに示した実施例による薄膜形成方法の第２の硬化用光源４１から放射される光の、基板６０の表面におけるパワー密度とほぼ等しい。

図７Ｂ〜図７Ｅに、それぞれ図７Ａの一点鎖線７Ｂ〜７Ｅの位置における基板６０の断面図を示す。図７Ｂに示すように、上流側のノズルヘッド３２（図７Ａ）から薄膜材料を吐出することにより、基板６０に薄膜材料７６を塗布する。

図７Ｃに示すように、下流側の第１の硬化用光源４０からの光によって、液状の薄膜材料７６（図７Ｂ）が第３の硬化度まで硬化されることにより、第１の薄膜部分７７が形成される。実施例では、図６Ｂに示したように、第１の薄膜部分７２は、表層部のみが硬化した状態であったが、比較例１では、第１の薄膜部分７７は、内部まで硬化されている。

図７Ｄに示すように、下流側のノズルヘッド３２（図７Ａ）から薄膜材料を吐出することにより、基板６０に薄膜材料７８を塗布する。薄膜材料７８は、第１の薄膜部分７７と部分的に重なる。第１の薄膜部分７７は、内部まで硬化されているため、薄膜材料７８は、第１の薄膜部分７７と馴染まない。

図７Ｅに示すように、薄膜材料７８（図７Ｄ）が、第１の硬化用光源４０からの光に照
射されて第３の硬化度まで硬化されることにより、第２の薄膜部分７９が形成される。

比較例１では、第１の薄膜部分７７と第２の薄膜部分７９とが相互に馴染まない。このため、形成される薄膜の表面に凹凸が残る。この凹凸により、走査方向（ｙ方向）に平行な細かい筋が肉眼で観察される。

図８Ａに、比較例２による薄膜形成方法で薄膜を形成するときの、基板６０、ノズルヘッド３２、第１の硬化用光源４０、及び第２の硬化用光源４１の側面図を示す。比較例２では、第１の硬化用光源４０が消灯されている。また、第２の硬化用光源４１から放射される光の、基板６０の表面におけるパワー密度は、図５Ａに示した実施例による薄膜形成方法の第２の硬化用光源４１から放射される光の、基板６０の表面におけるパワー密度とほぼ等しい。

図８Ｂ〜図８Ｅに、それぞれ図８Ａの一点鎖線８Ｂ〜８Ｅの位置における基板６０の断面図を示す。図８Ｂに示すように、上流側のノズルヘッド３２（図８Ａ）から薄膜材料を吐出することにより、基板６０に薄膜材料７６を塗布する。図８Ｃに示すように、下流側のノズルヘッド３２（図８Ａ）から薄膜材料を吐出することにより、基板６０に薄膜材料７８を塗布する。薄膜材料７６及び薄膜材料７８は液体状態であるため、両者は容易に混ざり合う。

図８Ｄに示すように、薄膜材料７８の着弾後、第２の硬化用光源４１による光の照射が行われる前に、薄膜材料７６と薄膜材料７８とが混ざり合って、表面が平坦な液状の薄膜８０が形成される。また、液状の薄膜８０の縁も液状のままであるため、最も外周に着弾した薄膜材料７６が面内方向に広がり、滲みが生じる。

図８Ｅに示すように、液状の薄膜８０（図８Ｄ）が第２の硬化用光源４１からの光に照射されることにより、硬化される。これにより薄膜８１が形成される。比較例２では、薄膜８１の表面が平坦化されるが、縁に滲みが発生しやすい。

図１〜図６Ｆに示した実施例では、液状の薄膜材料７１（図６Ａ）が基板６０に着弾した後、薄膜材料７１を吐出したノズルヘッド３２の下流側に位置する第１の硬化用光源４０によって、直ちに第１の硬化度まで硬化される。図８Ｄに示したように、基板６０に塗布された薄膜材料が液状のままであると、薄膜材料が面内方向に広がり、滲みが発生する。実施例では、薄膜材料の着弾後、短時間で第１の硬化度まで硬化され、その後は、滲みが生じなくなる。このため、薄膜７０（図６Ｆ）の縁の滲みを軽減することができる。下流側のノズルヘッド３２（図５Ａ）から吐出された薄膜材料７３（図６Ｃ）が薄膜７０の縁を形成する場合にも、同様に、滲みを軽減することができる。

薄膜材料が基板６０に着弾してから、第１の硬化度まで硬化されるまでの時間は、薄膜材料の着弾地点から、その下流側の第１の硬化用光源４０（図５Ａ）による照射領域までの距離、及び基板６０の移動速度に依存する。滲みを軽減する十分な効果を得るために、薄膜材料が基板６０に着弾してから、第１の硬化度まで硬化されるまでの時間を０．２秒より短くすることが好ましい。同様に、薄膜材料が基板６０に着弾してから、第２の硬化度まで硬化されるまでの時間も、０．２秒より短くすることが好ましい。

第２の硬化度まで硬化された第２の薄膜部分７４（図６Ｄ）が、第３の硬化度まで硬化されて薄膜７０（図６Ｆ）が形成されるまでの時間は、基板６０の表面のうち、最も下流側の第１の硬化用光源４０（図５Ａ）による照射領域から、下流側の端に配置された第２の硬化用光源４１による照射領域までの距離、及び基板６０の移動速度に依存する。第１の薄膜部分７２と第２の薄膜部分７４（図６Ｄ）とが馴染んで、表面が平坦化されるまで
の時間を確保するために、第２の硬化度まで硬化された第２の薄膜部分７４（図６Ｄ）が、第３の硬化度まで硬化されるまでの経過時間を０．５秒より長くすることが好ましい。

上記条件を満足するために、下流側のノズルヘッド３２からの薄膜材料の着弾地点から、その下流側の第１の硬化用光源４０による照射領域までの距離よりも、最も下流側の第１の硬化用光源４０の照射領域から、最も下流側の第２の硬化用光源４１の照射領域までの距離を長くすることが好ましい。

次に、図９Ａ〜図１０Ｆを参照して、他の実施例による薄膜形成装置、及び薄膜形成方法について説明する。以下、図１〜図６Ｆに示した実施例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。この実施例では、走査ごとに、ノズルピッチの１／４だけｘ方向にずらして４回の走査を行うことにより、１つの経路内に薄膜が形成される。

図９Ａに、１回目の走査中における基板６０、ノズルヘッド３２、及び第１の硬化用光源４０の側面図を示す。この実施例では、第２の硬化用光源４１（図２Ａ、図２Ｂ）は使用されない。第１の硬化用光源４０は、制御装置５０（図１）から制御されることにより、放射する光の強度を２段階に切り替えることができる。

第１の硬化用光源４０から放射される光の強度が低いとき（以下、このときの強度を「低強度」という。）、基板６０に塗布された薄膜材料を、第１の硬化度または第２の硬化度まで硬化させることができる。すなわち、図６Ｂ及び図６Ｄに示したように、薄膜材料の表層部のみを薄く硬化させ、皮膜を形成することができる。第１の硬化用光源４０から放射される光の強度が高いとき（以下、このときの強度を「高強度」という。）、基板６０に塗布された薄膜材料を、第３の硬化度まで硬化させることができる。すなわち、図６Ｆに示したように、薄膜材料を内部まで硬化させることができる。

１回目の走査は、基板６０の移動方向（ｙ軸の正方向）に関してノズルヘッド３２の各々の下流側に配置された第１の硬化用光源４０から、低強度の光が放射された状態で行われる。

図１０Ａに、最も下流側の第１の硬化用光源４０からの光に照射された直後（図９Ａの一点鎖線１０Ａの位置）の基板６０の断面図を示す。図６Ｄに示した状態と同様に、皮膜７２ａで覆われた第１の薄膜部分７２、及び皮膜７４ａで覆われた第２の薄膜部分７４が形成されている。第１の薄膜部分７２及び第２の薄膜部分７４の内部は、液状のままである。

図９Ｂに、２回目の走査中における基板６０、ノズルヘッド３２、及び第１の硬化用光源４０の断面図を示す。１回目の走査が終了すると、基板６０の移動方向を反転させるとともに、基板６０をｘ方向にノズルピッチの１／４だけずらせて、２回目の走査が行われる。２回目の走査では、最も上流側（ｙ軸の最も正の側）の第１の硬化用光源４０から高強度の光が放射され、他の２つの第１の硬化用光源４０から低強度の光が放射される。

図１０Ｂに、高強度の光が照射される直前（図９Ｂの一点鎖線１０Ｂの位置）における基板６０の断面図を示す。第１の薄膜部分７２及び第２の薄膜部分７４の液状部分の表面張力により、皮膜７２ａ及び７４ａが変形して平坦になる。これにより、第１の薄膜部分７２と第２の薄膜部分７４との境界が識別不能になる。

図１０Ｃに、高強度の光が照射された直後（図９Ｂの一点鎖線１０Ｃの位置）における基板６０の断面図を示す。第１の薄膜部分７２及び第２の薄膜部分７４（図１０Ｂ）の内
部まで硬化されることにより、薄膜７０が形成される。薄膜７０の表面は平坦である。このように、ある走査時に仮硬化された薄膜材料が、次の走査時に、第３の硬化度まで硬化される。

図１０Ｄに、最も下流側（図９Ｂにおいてｙ軸の負の側）の第１の硬化用光源４０の下方を通過した直後（図９Ｂの一点鎖線１０Ｄの位置）における基板６０の断面図を示す。１回目の走査時に塗布された薄膜７０の上に、第３の薄膜部分８５及び第４の薄膜部分８６が形成される。第３の薄膜部分８５及び第４の薄膜部分８６を形成する薄膜材料は、それぞれ１回目の走査時に形成された第２の薄膜部分７４及び第１の薄膜部分７２の着弾地点から、ｘ方向にノズルピッチの１／４だけずれた地点に着弾する。この時点で、第３の薄膜部分８５及び第４の薄膜部分８６は、表面に皮膜８５ａ及び８６ａが形成された状態であり、内部は液状のままである。このため、時間の経過とともに、第３の薄膜部分８５及び第４の薄膜部分８６の表面が平坦化される。

図９Ｃに、３回目の走査中における基板６０、ノズルヘッド３２、及び第１の硬化用光源４０の側面図を示す。２回目の走査が終了すると、基板６０の移動方向を反転させるとともに、基板６０をｘ方向にノズルピッチの１／４だけずらせて、３回目の走査が行われる。３回目の走査では、最も上流側（ｙ軸の最も負の側）の第１の硬化用光源４０から高強度の光が放射され、他の２つの第１の硬化用光源４０から低強度の光が放射される。

図１０Ｅに、高強度の光が照射された直後（図９Ｃの一点鎖線１０Ｅの位置）における基板６０の断面図を示す。第３の薄膜部分８５及び第４の薄膜部分８６（図１０Ｄ）が硬化されて、薄膜８７が形成される。その後、図９Ｃに示すように、薄膜８７の上に、ノズルヘッド３２から吐出された薄膜材料が塗布されて、仮硬化されることにより、薄膜部分８８が形成される。

図９Ｄに、４回目の走査中における基板６０、ノズルヘッド３２、及び第１の硬化用光源４０の側面図を示す。３回目の走査が終了すると、基板６０の移動方向を反転させるとともに、基板６０をｘ方向にノズルピッチの１／４だけずらせて、４回目の走査が行われる。４回目の走査では、２回目の走査（図９Ｂ）と同様に、最も上流側（ｙ軸の最も正の側）の第１の硬化用光源４０から高強度の光が放射され、他の２つの第１の硬化用光源４０から低強度の光が放射される。３回目の走査時に形成された薄膜部分８８が第３の硬化度まで硬化されることにより、薄膜８９が形成される。その後、薄膜８９の上に、ノズルヘッド３２から吐出された薄膜材料が塗布されて、仮硬化されることにより、薄膜部分９０が形成される。

図９Ｅに示すように、４回目の走査が終了すると、基板６０の移動方向を反転させる。少なくとも１つの第１の硬化用光源４０から、高強度の光が放射された状態で、基板６０を移動させる。ノズルヘッド３２からの薄膜材料の吐出は行わない。

図１０Ｆに、高強度の光が照射された後（図９Ｅの一点鎖線１０Ｆの位置）における基板６０の断面図を示す。薄膜部分９０（図９Ｅ）が第３の硬化度まで硬化されて、薄膜９１が形成される。４回の走査と、最後の硬化のための基板６０の移動（図９Ｅ）により、薄膜７０、８７、８９、９１からなる薄膜９２が形成される。

図９Ａ〜図１０Ｆに示した実施例においても、表面が平坦で、かつ滲みの少ない薄膜９２を形成することができる。さらに、形成する薄膜の解像度を高めることができる。例えば、２つのノズルヘッド３２のノズルピッチが全体として６００ｄｐｉ相当である場合、４回の走査を行うことによって、２４００ｄｐｉの解像度で薄膜９２を形成することができる。

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。

２０ 基台
２１ 移動機構
２２ ステージ
３０ ノズルユニット
３１ ベースプレート
３２ ノズルヘッド
３３ ノズル孔
４０ 第１の硬化用光源
４１ 第２の硬化用光源
５０ 制御装置
６０ 基板
６１ 薄膜形成領域
６２ 開口
６４ 第１の仮想直線
６５ 第２の仮想直線
７０ 薄膜
７１ 液状の薄膜材料
７２ 第１の薄膜部分
７２ａ 皮膜
７３ 液状の薄膜材料
７４ 第２の薄膜部分
７４ａ 皮膜
７６ 液状の薄膜材料
７７ 第１の薄膜部分
７８ 液状の薄膜材料
７９ 第２の薄膜部分
８０ 液状の薄膜
８１ 薄膜
８５ 第３の薄膜部分
８５ａ 皮膜
８６ 第４の薄膜部分
８６ａ 皮膜
８７ 薄膜
８８ 薄膜部分
８９ 薄膜
９０ 薄膜部分
９１、９２ 薄膜

Claims (6)

1. 基板に、液状の薄膜材料を着弾させた後、着弾した前記薄膜材料の表層部を硬化させることにより、内部が液状で表面に被膜が形成された第１の薄膜部分を形成する工程と、
   前記第１の薄膜部分と部分的に重なるように、液状の前記薄膜材料を着弾させて前記第１の薄膜部分の前記被膜を破損させ、前記第１の薄膜部分の内部の液状の前記薄膜材料と、新たに着弾させた前記薄膜材料とが混ざり合う状態にした後、新たに着弾した前記薄膜材料の表層部を硬化させることにより、第２の薄膜部分を形成する工程と、
   前記第１の薄膜部分と前記第２の薄膜部分との境界が識別不能になった後、前記第１の薄膜部分及び前記第２の薄膜部分を新たな薄膜材料の着弾によって変形しない程度まで硬化させる工程と
   を有し、
   前記第１の薄膜部分を形成する工程が、
   相互に平行に、かつ等間隔に配置された第１の仮想直線に沿って着弾位置をずらしながら、前記薄膜材料を着弾させる工程と、
   着弾した前記薄膜材料の表層部を硬化させる工程と
   を含み、
   前記第２の薄膜部分を形成する工程が、
   相互に隣り合う前記第１の仮想直線の間に、前記第１の仮想直線と平行に配置された第２の仮想直線に沿って着弾位置をずらしながら、両側の前記第１の薄膜部分と部分的に重なるように、前記薄膜材料を着弾させる工程と、
   新たに着弾した前記薄膜材料の表層部を硬化させる工程と
   を含む薄膜形成方法。
2. 基板に、液状の薄膜材料を着弾させた後、着弾した前記薄膜材料の表層部を硬化させることにより、内部が液状で表面に被膜が形成された第１の薄膜部分を形成する工程と、
   前記第１の薄膜部分と部分的に重なるように、液状の前記薄膜材料を着弾させて前記第１の薄膜部分の前記被膜を破損させ、前記第１の薄膜部分の内部の液状の前記薄膜材料と、新たに着弾させた前記薄膜材料とが混ざり合う状態にした後、新たに着弾した前記薄膜材料の表層部を硬化させることにより、第２の薄膜部分を形成する工程と、
   前記第１の薄膜部分と前記第２の薄膜部分との境界が識別不能になった後、前記第１の薄膜部分及び前記第２の薄膜部分を新たな薄膜材料の着弾によって変形しない程度まで硬化させる工程と
   を有し、
   前記第１の薄膜部分を形成する工程において、前記薄膜材料が前記基板に着弾してから、着弾した前記薄膜材料の表層部を硬化させるまでの経過時間が０．２秒よりも短く、
   前記第２の薄膜部分を形成する工程において、前記薄膜材料が前記基板に着弾してから、着弾した前記薄膜材料の表層部を硬化させるまでの経過時間が０．２秒よりも短く、
   前記第２の薄膜部分の表層部が硬化された後、前記第１の薄膜部分及び前記第２の薄膜部分を新たな薄膜材料の着弾によって変形しない程度まで硬化させるまでの経過時間が０．５秒より長い薄膜形成方法。
3. 基板に、液状の薄膜材料を着弾させた後、着弾した前記薄膜材料の表層部を硬化させることにより、内部が液状で表面に被膜が形成された第１の薄膜部分を形成する工程と、
   前記第１の薄膜部分と部分的に重なるように、液状の前記薄膜材料を着弾させて前記第１の薄膜部分の前記被膜を破損させ、前記第１の薄膜部分の内部の液状の前記薄膜材料と、新たに着弾させた前記薄膜材料とが混ざり合う状態にした後、新たに着弾した前記薄膜材料の表層部を硬化させることにより、第２の薄膜部分を形成する工程と、
   前記第１の薄膜部分と前記第２の薄膜部分との境界が識別不能になった後、前記第１の薄膜部分及び前記第２の薄膜部分を新たな薄膜材料の着弾によって変形しない程度まで硬化させる工程と
   を有し、
   前記薄膜材料は、光硬化性樹脂を含み、前記第１の薄膜部分及び前記第２の薄膜部分を新たな薄膜材料の着弾によって変形しない程度まで硬化させるときに照射される光のパワー密度が、前記第１の薄膜部分を形成する工程及び前記第２の薄膜部分を形成する工程において前記薄膜材料に照射される光のパワー密度よりも高い薄膜形成方法。
4. 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、前記基板に向けて、光硬化性の薄膜材料を液滴化して吐出する複数のノズル孔が設けられた少なくとも２つのノズルヘッドと、
   前記基板に対向し、前記基板に付着した前記薄膜材料に硬化用の光を照射する少なくとも３つの硬化用光源と、
   前記ノズルヘッド及び前記硬化用光源に対して、前記基板を相対的に移動させる移動機構と、
   複数の前記硬化用光源の各々に対向する位置を、前記基板に付着した液状の前記薄膜材料が通過するとき、前記硬化用光源からの光による前記薄膜材料の硬化度が異なるように前記硬化用光源を制御する制御装置と
   を有し、
   前記制御装置は、
   前記基板を走査方向に移動させながら、前記ノズル孔から前記薄膜材料を吐出させ、前記基板に付着した前記薄膜材料に硬化用の光を照射することによって薄膜が形成されるように前記ノズルヘッド、前記硬化用光源、及び前記移動機構を制御するときに、
   前記ステージに保持された前記基板に、前記ノズル孔から液状の前記薄膜材料が着弾した後、着弾した前記薄膜材料に前記硬化用光源の少なくとも１つから光が照射されることによって前記薄膜材料の表層部が硬化されて被膜が形成された第１の薄膜部分が形成され、
   前記第１の薄膜部分と部分的に重なるように、前記ノズル孔から液状の前記薄膜材料が着弾し、前記第１の薄膜部分の前記被膜が破損し、前記第１の薄膜部分の内部の液状の前記薄膜材料と、新たに着弾させた前記薄膜材料とが混ざり合う状態にした後、新たに着弾した前記薄膜材料に前記硬化用光源の少なくとも１つから光が照射されることによって新たに着弾した前記薄膜材料の表層部が硬化されて第２の薄膜部分が形成され、
   前記第１の薄膜部分と前記第２の薄膜部分との境界が識別不能になった後、前記第１の薄膜部分及び前記第２の薄膜部分に、前記硬化用光源の少なくとも１つから光が照射されることによって、前記第１の薄膜部分及び前記第２の薄膜部分が、新たな薄膜材料の着弾によって変形しない程度まで硬化されるように、前記ノズルヘッド、前記硬化用光源、及び前記移動機構を制御する薄膜形成装置。
5. 前記基板が前記走査方向に移動するとき、前記基板の表面のある位置が、１つの前記ノズルヘッド、１つの前記硬化用光源、他の１つの前記ノズルヘッド、他の１つの前記硬化用光源、及びさらに他の１つの前記硬化用光源にそれぞれ対向する位置を順番に通過するように、前記ノズルヘッド及び前記硬化用光源が配置されており、
   前記基板の移動方向の最も下流側に配置された前記硬化用光源による前記基板の表面におけるパワー密度が、他の前記硬化用光源による前記基板の表面におけるパワー密度より高い請求項４に記載の薄膜形成装置。
6. 複数の前記ノズルヘッドが、前記走査方向に配列しており、
   複数の前記硬化用光源が、前記ノズルヘッドの間、及び両端に配置されている前記ノズルヘッドよりもさらに外側に配置されており、
   前記制御装置は、前記ノズルヘッド、前記硬化用光源、及び前記移動機構を制御して、
   前記基板を前記走査方向に移動させながら、前記ノズルヘッドから前記薄膜材料を吐出させ、前記ノズルヘッドの下流側の前記硬化用光源からの光によって、前記基板に付着した前記薄膜材料の表層部を硬化させ、
   その後、前記基板の移動方向を反転させて、１つの前記硬化用光源からの光によって、表層部が硬化した前記薄膜材料の硬化度を高めるとともに、前記ノズルヘッドから前記薄膜材料を吐出させ、前記ノズルヘッドの下流側の前記硬化用光源からの光によって、前記基板に付着した前記薄膜材料の表層部を硬化させる請求項４に記載の薄膜形成装置。
   

Images