JP6545051B2

JP6545051B2 - 塗布方法

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Publication number: JP6545051B2
Application number: JP2015178114A
Authority: JP
Inventors: 謙一島谷; 哲友枝
Original assignee: Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2015-09-10
Publication date: 2019-07-17
Anticipated expiration: 2035-09-10
Also published as: WO2017043554A1; US20180339308A1; CN108025328B; CN108025328A; JP2017051910A; KR20180051546A

Description

本発明は、インクジェット法により基材上に塗布液を塗布し、任意の形状の塗布膜を形成する塗布方法に関するものである。

基材Ｗ上に任意の形状の塗布パターンを形成するにあたり、従来はフォトリソグラフィが採用されていたのに代わって近年ではインクジェット法による塗布が採用される場合が多い。このインクジェット法により、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かつエッチングの工程で多量の塗布材料を消費していたことに対して、少ない工程でかつ塗布材料をほぼ無駄にしない塗布パターン５１の形成を行うことが可能となる。

ただし、インクジェット法による塗布パターンの形成では、基材Ｗへの着弾後の液滴の濡れ広がりが生じるため、予め設定された形状通りに塗布パターンを形成させることは困難である。特に塗布パターン同士の間隔が狭い場合において塗布パターン同士がつながってしまうことがあり、この塗布パターンに期待される性能を発揮することができなくなるおそれがあった。そこで、下記特許文献１に示す通り、塗布パターンの形状にしたがって基材Ｗの親液性を高くしておき、その部分に液滴を吐出する方法がとられる場合がある。こうすることにより液滴は親液性が高い部分内で濡れ広がるため、あらかじめ設定した形状の塗布パターンを容易に形成することができる。

特開２００５−１０９３９０号公報

しかし、上記方法によって塗布パターンを形成した場合であっても、任意の形状の塗布パターンを精度良く得ることができないおそれがあった。具体的には、図６（ａ）のように基材Ｗ上に塗布パターンの形状にしたがって周囲より親液性が高いパターン領域９１をあらかじめ形成し、そのパターン領域９１上に液滴を塗布して図６（ｂ）に示す塗布パターン９２を形成させた際に、図６（ｂ）に矢印で示す通り塗布パターン９２に対して表面張力が作用するため、塗布パターン９２の中央部に向かって塗布パターン９２が引き寄せられ、図６（ｃ）に示す通りたとえば塗布パターン９２の隅部において非充填部９３が生じるおそれがあった。

本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、あらかじめ設定された形状通りに塗布パターンを形成させることが可能な塗布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塗布方法は、基材上に形成されたパターン領域全体に塗布液を塗布し、前記パターン領域の形状を有する塗布パターンを形成させる塗布方法であり、前記パターン領域の周囲は前記パターン領域よりも親液性が低く、前記パターン領域内には、前記パターン領域内のその他の部分よりも親液性が低い撥液部が設けられていることを特徴としている。

上記塗布方法によれば、撥液部が設けられていることにより表面張力によって塗布パターンが中央に引き寄せられるのに対して、撥液部においてそれを押し戻す作用が生じるため、表面張力による塗布パターンの変形を抑えることが可能である。

また、前記撥液部は、前記パターン領域内の少なくとも隅部近傍に設けられていると良い。

こうすることにより、表面張力による塗布パターンの変形が最も生じるおそれのある隅部において塗布パターンの変形を抑えることができ、より精度の高い形状の塗布パターンを得ることができる。

また、前記撥液部の寸法は、塗布液の飛翔径よりも小さいと良い。

こうすることにより、撥液部上に塗布液が充填されずに塗布パターンに穴があくことを防ぐことができる。

また、前記隅部に最も近い前記撥液部と前記隅部との距離は、塗布液の前記飛翔径の２０分の１倍から３倍の間であると良い。

こうすることにより、塗布パターン隅部の形状をより精度良くすることができる。

本発明の塗布方法によれば、あらかじめ設定された形状通りに塗布パターンを形成させることが可能である。

本発明の一実施形態における塗布方法を行うための塗布装置を示す概略図である。本実施形態にかかる基材を表す図である。本実施形態における塗布された直後の塗布パターンの断面図である。本実施形態にかかる塗布方法を用いて基材に形成された塗布パターンである。他の実施形態にかかる基材を表す図である。従来の塗布方法により形成された塗布パターンを示す図である。

本発明に係る実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は、本発明を実施する塗布装置の概略図である。
塗布装置１は、塗布部２、塗布ステージ３、アライメント部４、および制御部５を備えており、塗布部２が塗布ステージ３上の基材Ｗの上方を移動しながら塗布部２内のノズルから塗布液の液滴を吐出することにより、基材Ｗへの塗布動作が行われる。そして、基材Ｗ上に着弾した液滴同士が連結し、基材Ｗ上に塗布パターン５１が形成される。また、塗布部２が基材Ｗへ液滴を吐出する前に、アライメント部４が基材Ｗのアライメントマークを撮像し、その結果にもとづいて制御部５が塗布ステージ３の位置および角度を調節して基材Ｗの位置ずれを補正する。

なお、以下の説明では、基材Ｗへの液滴吐出時に塗布部２が移動する（走査する）方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向と水平面上で直交する方向を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。

塗布部２は、塗布ヘッド１０、および塗布ヘッド移動装置１２を有している。塗布ヘッド１０は塗布ヘッド移動装置１２によって塗布ステージ３上の基材Ｗの任意の位置まで移動することが可能であり、吐出位置まで移動した後、塗布ヘッド１０はノズル１１から各吐出対象に対してインクジェット法により液滴の吐出を行う。

塗布ヘッド１０は、Ｙ軸方向を長手方向とする略直方体の形状を有し、複数の吐出ユニット１３が組み込まれている。

吐出ユニット１３には、複数のノズル１１が設けられており、吐出ユニット１３が塗布ヘッド１０に組み込まれることにより、ノズル１１が塗布ヘッド１０の下面に配列される形態をとる。

また、塗布ヘッド１０は配管を通じてサブタンク１５と連通している。サブタンク１５は、塗布ヘッド１０の近傍に設けられており、サブタンク１５と離間して設けられたメインタンク１６から配管を経由して供給された塗布液を一旦貯蔵し、その塗布液を塗布ヘッド１０へ高精度で供給する役割を有する。サブタンク１５から塗布ヘッド１０へ供給された塗布液は、塗布ヘッド１０内で分岐され、各吐出ユニット１３の全てのノズル１１へ供給される。

各ノズル１１はそれぞれ駆動隔壁１４を有し、制御部５からそれぞれのノズル１１に対する吐出のオン、オフの制御を行うことにより、任意のノズル１１の駆動隔壁１４が伸縮動作し、液滴を吐出する。なお、本実施形態では、駆動隔壁１４としてピエゾアクチュエータが用いられている。

また、各ノズル１１からの液滴の吐出を安定させるために、塗布待機時には塗布液が各ノズル１１内で所定の形状の界面（メニスカス）を維持してとどまる必要があり、そのため、サブタンク１５内には真空源１７によって所定の大きさの負圧が付与されている。なお、この負圧は、サブタンク１５と真空源１７との間に設けられた真空調圧弁１８によって調圧されている。

塗布ヘッド移動装置１２は走査方向移動装置２１、シフト方向移動装置２２、および回転装置２３を有しており、塗布ヘッド１０をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させ、また、Ｚ軸方向を回転軸として回転させる。

走査方向移動装置２１は、リニアステージなどで構成される直動機構であり、制御部５に駆動を制御されて塗布ヘッド１０をＸ軸方向（走査方向）に移動させる。

走査方向移動装置２１が駆動し、基材Ｗの上方で塗布ヘッド１０が走査しながらノズル１１から液滴を吐出することにより、Ｘ軸方向に並んだ塗布領域に対して連続的に塗布液の塗布を行う。

シフト方向移動装置２２は、リニアステージなどで構成される直動機構であり、制御部５に駆動を制御されて塗布ヘッド１０をＹ軸方向（シフト方向）に移動させる。

これにより、塗布ヘッド１０内で吐出ユニット１３同士が間隔を設けて設置されている場合に、一度塗布ヘッド１０をＸ軸方向に走査させながら塗布を行った後、塗布ヘッド１０をＹ軸方向にずらし、その間隔を補完するように塗布することで、基材Ｗの全面への塗布を行うことが可能となっている。

また、基材ＷのＹ軸方向の幅が塗布ヘッド１０の長さよりも長い場合であっても、１回の塗布動作が完了するごとに塗布ヘッド１０をＹ軸方向にずらし、複数回に分けて塗布を行うことにより、基材Ｗの全面へ塗布を行うことが可能である。

回転装置２３は、Ｚ軸方向を回転軸とする回転ステージであり、制御部５に駆動を制御されて塗布ヘッド１０を回転させる。

この回転装置２３によって塗布ヘッド１０の角度を調節することにより、塗布ヘッド１０の走査方向と直交する方向（Ｙ軸方向）のノズル１１の間隔を調節し、塗布領域およびの寸法および液滴の大きさに適した間隔とする。

塗布ステージ３は、基材Ｗを固定する機構を有し、基材Ｗへの塗布動作はこの塗布ステージ３の上に基材Ｗを載置し、固定した状態で行われる。本実施形態では、塗布ステージ３は吸着機構を有しており、図示しない真空ポンプなどを動作させることにより、基材Ｗと当接する面に吸引力を発生させ、基材Ｗを吸着固定している。

また、塗布ステージ３は図示しない駆動装置によりＸ軸方向およびＹ軸方向に移動し、また、Ｚ軸方向を回転軸として回転することが可能であり、塗布ステージ３の上に載置された基材Ｗが有するアライメントマークをアライメント部４が確認した後、この確認結果に基づいて基材Ｗの載置のずれを修正する際、塗布ステージ３が移動し、また、回転する。なお、塗布ステージ３の移動および回転は、基材Ｗの載置状態の微調整が目的であるため、塗布ステージ３が移動可能な距離、回転可能な角度は微少であっても構わない。

アライメント部４は、画像認識カメラ２４、走査方向移動装置２５およびシフト方向移動装置２６を有している。画像認識カメラ２４は、走査方向移動装置２５およびシフト方向移動装置２６に組み付けられており、これらの移動装置を駆動させることにより、画像認識カメラ２４はＸ軸方向およびＹ軸方向に移動することが可能である。

画像認識カメラ２４は、本実施形態ではモノクロのＣＣＤカメラであり、画像取得のタイミングについて外部からの制御が可能である。制御部５により指示を与えることで、この画像認識カメラ２４は画像データを取得し、この取得した画像データはケーブルを介して制御部５へ転送される。

走査方向移動装置２５は、リニアステージなどで構成される直動機構であり、制御部５に駆動を制御されて画像認識カメラ２４およびシフト方向移動装置２６をＸ軸方向に移動させる。

シフト方向移動装置２６は、リニアステージなどで構成される直動機構であり、制御部５に駆動を制御されて画像認識カメラ２４をＹ軸方向に移動させる。

ここで、制御部５により走査方向移動装置２５およびシフト方向移動装置２６の駆動を制御することにより、画像認識カメラ２４は塗布ステージ３に載置された基材Ｗに対してＸ軸方向およびＹ軸方向に相対的に移動し、複数の位置で基材Ｗのアライメントマークを撮像する。

そして、撮像された各アライメントマークの位置情報をもとに制御部５が基材Ｗの載置ずれを計算し、この載置ずれを補正するように制御部５が塗布ステージ３を動作させる。

制御部５は、コンピュータ、シーケンサなどを有し、塗布ヘッド１０への送液、ノズル１１からの液滴の吐出および吐出量の調節、画像認識カメラ２４による画像取得、各移動機構の駆動などの動作の制御を行う。

また、制御部５は、ハードディスクやＲＡＭまたはＲＯＭなどのメモリからなる、各種情報を記憶する記憶装置を有しており、液滴を塗布する工程において後述のパターン領域内に塗布膜を形成するための液滴の吐出位置の座標データがこの記憶装置に保存される。また、塗布に必要なその他のデータも、この記憶装置に保存される。

次に、上記の塗布装置１を用いて行う本発明の塗布方法について説明する。

図２は、本実施形態にかかる基材を表す図である。

基材Ｗには塗布液の塗布を行う前にあらかじめパターン領域５２が設けられている。パターン領域５２は、塗布パターン５１の形状に合わせて設けられた領域であり、その周囲にあたる外周部５３に比べて親液性が高くなっている（言い換えると、外周部５３はパターン領域５２よりも親液性が低い）。

このように基材Ｗにパターン領域５２と外周部５３とを設ける手段として、基材Ｗにレーザー光線を照射して表面を改質させるものがある。すなわち、基材Ｗは始めは外周部５３のみで形成されており、この基材Ｗの表面の任意の位置にレーザー光線を照射することにより、照射された部分が外周部５３よりも親液性が高いパターン領域５２を形成させる。

このように基材Ｗに親液性の異なるパターン領域５２と外周部５３とを設けることにより、塗布装置１の塗布ヘッド１０から基材Ｗのパターン領域５２に塗布された塗布液が基材Ｗ上で濡れ広がった場合に塗布液はパターン領域５２内にとどまるため、塗布液がパターン領域５２と外周部５３の境界を超えて濡れ広がることを防ぐことができ、容易にパターン領域５２の形状の塗布パターン５１を得ることができる。

ここで、本実施形態では基材Ｗにはガラス基板、シリコンウェハ、樹脂フィルムなどが適用される。

なお、上記の説明ではレーザー照射された部分は親液性が高くなっているが、それとは逆にレーザー照射された部分の親液性が低くなるようにすることができる。すなわち、親液性が高い基材Ｗにレーザーを照射して外周部５３を形成し、この外周部５３で囲まれた部分をパターン領域５２とすることもできる。これらの運用の切替はレーザー照射する際に一緒に用いるガスによって行うことができ、具体的には酸素もしくは窒素を含むガス（空気もそれに該当する）の雰囲気環境下で基材Ｗへのレーザー照射を行うことにより親液性を高めることができ、フッ素系ガスの雰囲気環境下で基材Ｗへのレーザー照射を行うことにより親液性を低くすることができる。

また、本発明の塗布方法にかかる基材Ｗのパターン領域５２内には、パターン領域５２のその他の部分よりも親液性が低い撥液部５４が設けられている。図２の実施例では、撥液部５４はパターン領域５２内に等間隔で複数設けられている。

撥液部５４は、本実施形態では親液性を高めるレーザー照射を行わないことにより形成されている。すなわち、基材Ｗへのレーザー照射は、パターン領域５２の領域から撥液部５４の領域を除いた領域に行われる。そのため、パターン領域５２内に外周部５３と同じ親液性を有する撥液部５４が形成される。

なお、外周部５３と撥液部５４の親液性は必ずしも同一である必要はない。ここで、外周部５３には塗布液が濡れ広がることを阻止する必要があり、撥液部５４の上には塗布液が載る必要があることを考慮すると、撥液部５４の親液性は外周部５３よりは高いことが好ましい。

次に、パターン領域５２に塗布液を塗布した際の塗布パターン５１の挙動を図３に示す。

本実施形態では基材Ｗに塗布パターン５１を形成する際、パターン領域５２全体に塗布液を塗布する。このとき、塗布パターン５１の特に隅部では、図３の上側の矢印で示すように塗布パターン５１自身の表面張力によって塗布パターン５１が中央に引き寄せられる作用が生じる。

これに対して撥液部５４が存在する部分では、図３の下側の矢印で示すように、その撥液性により、表面張力によって中央側へ寄るのとは逆の方向に塗布パターン５１を押し戻す作用が生じる。そのため、表面張力による塗布パターン５１の変形がおさえられ、図４に示すようにパターン領域５２の形状通りの形状の塗布パターン５１を得ることができる。

ここで、この撥液部５４は、パターン領域５２内の少なくとも隅部近傍に設けられていることが好ましい。こうすることにより、表面張力による塗布パターン５１の変形が最も生じるおそれのある隅部において塗布パターン５１の変形を抑えることができ、より精度の高い形状の塗布パターン５１を得ることができる。

また、パターン領域５２の隅部に最も近い撥液部５４がパターン領域５２の隅部から遠すぎると、その分塗布パターン５１を押し戻す作用が生じる位置がパターン領域５２の隅部から遠くなるため、塗布パターン５１の変形を抑える効果が薄くなってしまう。一方、パターン領域５２の隅部に最も近い撥液部５４がパターン領域５２の隅部から近すぎると、パターン領域５２の隅部と撥液部５４の間に液滴が入り込みにくくなるため、隅部が欠けた形状の塗布パターン５１になるおそれがある。したがって、パターン領域５２の隅部に最も近い撥液部５４とパターン領域５２の隅部との距離は、塗布液の飛翔径の２０分の１倍から３倍の間であることが好ましい。ここで、本説明における塗布液の飛翔径とは、塗布ヘッド１０のノズル１１から吐出された塗布液の形状が真球であったと仮定した場合の球の直径のことを指す。具体的には、１ｐｌの塗布液がノズル１１から吐出された場合の飛翔径は約１２ｕｍ、４２ｐｌの塗布液がノズル１１から吐出された場合の飛翔径は約４３ｕｍとなる。なお、パターン領域５２の隅部に最も近い撥液部５４とパターン領域５２の隅部との距離が塗布液の飛翔径よりも小さい場合、当該撥液部５４と隅部の間に直接塗布液が着弾することは難しいが、当該撥液部５４の周囲に着弾した塗布液が回り込むことによって、隅部近傍に塗布液が充填される。

また、撥液部５４の寸法は、塗布液の飛翔径よりも小さいことが好ましい。

こうすることにより、撥液部５４に塗布液が充填されずに塗布パターン５１が穴のあいた形状となることを防ぐことができる。

以上の塗布方法により、あらかじめ設定された形状通りに塗布パターンを形成させることが可能である。

ここで、本発明の塗布方法は、以上で説明した形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。たとえば、図２の実施形態では撥液部５４はパターン領域５２内に等間隔に設けられているが、少なくとも隅部に設けられていれば良く、図５（ａ）乃至図５（ｃ）に示すような配置であっても構わない。

また、上記の説明ではレーザー光線を照射して基材Ｗの表面の親液性を調節してパターン領域５２、外周部５３、および撥液部５４を形成しているが、ランプ光や熱を利用して基材Ｗの表面の親液性を調節しても良い。たとえばランプ光を用いる場合、光が当たることで親液性が変化する材料（たとえば光が当たることで表面にフッ素が析出し、親液性が低下する材料）により基材Ｗの表面が形成され、ＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）を用いて基材Ｗの表面への光の投射を制御することにより、任意の形状のパターン領域５２を形成させることができる。

１塗布装置
２塗布部
３塗布ステージ
４アライメント部
５制御部
１０塗布ヘッド
１１ノズル
１２塗布ヘッド移動装置
１３吐出ユニット
１４駆動隔壁
１５サブタンク
１６メインタンク
１７真空源
１８真空調圧弁
２１走査方向移動装置
２２シフト方向移動装置
２３回転装置
２４画像認識カメラ
２５走査方向移動装置
２６シフト方向移動装置
５１塗布パターン
５２パターン領域
５３外周部
５４撥液部
９１パターン領域
９２塗布パターン
９３非充填部
Ｗ基材

Claims

基材上に形成されたパターン領域全体に塗布液を塗布し、前記パターン領域の形状を有する塗布パターンを形成させる塗布方法であり、
前記パターン領域の周囲は前記パターン領域よりも親液性が低く、
前記パターン領域内には、前記パターン領域内のその他の部分よりも親液性が低い撥液部が設けられていることを特徴とする、塗布方法。
前記撥液部は、前記パターン領域内の少なくとも隅部近傍に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の塗布方法。
前記撥液部の寸法は、塗布液の飛翔径よりも小さいことを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載の塗布方法。
前記隅部に最も近い前記撥液部と前記隅部との距離は、塗布液の前記飛翔径の２０分の１倍から３倍の間であることを特徴とする、請求項２または３のいずれかに記載の塗布方法。