JP6662725B2 - 塗布パターン形成方法、塗布パターン形成装置、および塗布パターン付き基材 - Google Patents

塗布パターン形成方法、塗布パターン形成装置、および塗布パターン付き基材 Download PDF

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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パターン形成方法、塗布パターン形成装置、および塗布パターン付き基材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塗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塗れ広がるため、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７（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７（ｂ）に示す塗布パターン９２を形成させた際に、図７（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７（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パターン形成方法、塗布パターン形成装置、および塗布パターン付き基材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パターン形成方法は、基材上に設けられたパターン領域に塗布液を塗布し、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パターン形成方法であり、前記パターン領域の親液性を調節する親液性調節工程と、親液性が調節された前記パターン領域に塗布液を塗布して塗布パターンを形成する塗布パターン形成工程と、を有し、前記親液性調節工程では、前記パターン領域が少なくとも一方向に関して複数の小パターン領域に区分され、隣接する前記小パターン領域同士は異なる親液性を有するよう前記パターン領域の親液性が調節され、前記パターン領域が区分される方向である区分方向において、前記パターン領域の端部以外の前記小パターン領域が最も低い親液性を有し、この最も低い親液性を有する前記小パターン領域から前記パターン領域の端部に向かって前記小パターン領域の親液性が高くなることを特徴としている。
上記塗布パターン形成方法によれば、親液性調節工程により区分方向において、パターン領域の端部以外の小パターン領域が最も低い親液性を有し、この最も低い親液性を有する小パターン領域からパターン領域の端部に向かって小パターン領域の親液性が高くなることにより、塗布パターンを形成する塗布液に塗布パターン内側から外側への流れが生じ、パターン領域の端部にまで塗布液を塗れ広がらせることが可能である。
また、前記親液性調節工程では、少なくとも前記パターン領域の角部に前記小パターン領域が設けられ、前記パターン領域を構成する複数の前記小パターン領域の中で角部の前記小パターン領域が最も親液性が高くなるよう前記パターン領域の親液性が調節されると良い。
こうすることにより、塗布液が塗れ広がりにくいパターン領域の角部にも塗布液を塗れ広がらせることができる。
また、前記親液性調節工程では、前記パターン領域の端部を構成する前記小パターン領域の親液性が前記パターン領域と接する前記パターン領域の外側部分の親液性よりも高くなるよう前記パターン領域の親液性が調節されると良い。
こうすることにより、パターン領域外にまで塗布液が塗れ広がることを防ぐことができる。
また、上記課題を解決するために本発明の塗布パターン形成装置は、基材上に設けられたパターン領域に塗布液を塗布し、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パターン形成装置であり、前記パターン領域の親液性を調節する親液性調節部と、前記パターン領域に塗布液を塗布して塗布パターンを形成する塗布部と、を有し、前記親液性調節部により、前記パターン領域が少なくとも一方向に関して複数の小パターン領域に区分され、隣接する前記小パターン領域同士は異なる親液性を有するよう前記パターン領域の親液性が調節され、前記パターン領域が区分される方向である区分方向において、前記パターン領域の端部以外の前記小パターン領域が最も低い親液性を有し、この最も低い親液性を有する前記小パターン領域から前記パターン領域の端部に向かって前記小パターン領域の親液性が高くなることを特徴としている。
上記塗布パターン形成装置によれば、親液性調節部により、区分方向において、パターン領域の端部以外の小パターン領域が最も低い親液性を有し、この最も低い親液性を有する小パターン領域からパターン領域の端部に向かって小パターン領域の親液性が高くなることにより、塗布パターンを形成する塗布液に塗布パターン内側から外側への流れが生じ、パターン領域の端部にまで塗布液を塗れ広がらせることが可能である。
本発明の塗布パターン形成方法、塗布パターン形成装置、および塗布パターン付き基材によれば、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パターン形成装置を示す概略図である。 本実施形態にかかる塗布パターン形成前の基材を表す図である。 本実施形態にかかる小パターン領域の区分手順を示す図である。 本実施形態における塗布パターン形成直後の基材の断面図である。 本実施形態にかかる塗布パターン形成方法を用いて基材に形成された塗布パターン付き基材である。 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パターン形成装置の概略図である。
塗布パターン形成装置１は、塗布部２、塗布ステージ３、親液性調節部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、親液性調節部４が基材Ｗ上の塗布パターン５１が形成される領域であるパターン領域５２の親液性を調節し、塗布パターン形成後の塗布液の塗れ広がりの挙動をあらかじめ制御する。
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図示しないアライメント装置が確認した後、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。
また、塗布ステージ３上の基材は、親液性調節部４の直下にまで移動可能であり、基材Ｗは親液性調節部４の直下において親液性調節部４によって親液性が調節された後、塗布部２の直下まで移動して塗布部２により塗布パターンが形成される。
親液性調節部４は、本実施形態では露光装置２４であり、紫外線を基材Ｗに向かって照射する。
ここで本発明における基材Ｗは、たとえばガラス基板、シリコンウェハ、樹脂フィルムなどであり、紫外線の照射により表面が改質されて親液性が変化する。また、基材Ｗの表面の親液性の度合いは紫外線の照射時間によって変化するため、本実施形態では、制御部５によって基材Ｗの各位置への親液性調節部４からの紫外線照射時間が制御され、基材Ｗの各位置の親液性の度合いが調節される。
また、照射時間は同じであっても紫外線の波長や強度によっても親液性の度合いは調節可能である。したがって、親液性調節部４は基材Ｗの各位置への紫外線照射における紫外線の波長もしくは強度が制御部５によって制御され、基材Ｗの各位置の親液性の度合いが調節されるような形態であってもよい。また、照射する紫外線の波長もしくは強度が異なる親液性調節部４が複数設けられ、これら親液性調節部４が制御部５による制御によって使い分けられることによって基材Ｗの各位置の親液性の度合いが調節される形態であっても良い。
また、親液性調節部４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、親液性調節部４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。
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親液性調節部４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親液性調節部４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、親液性調節部４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、基材Ｗの任意の位置の親液性を変化させる。
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、親液性調節部４の動作の制御などを行う。
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、塗布およびパターン領域の親液性の調節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、上記の塗布パターン形成装置１を用いて行う本発明の塗布パターン形成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。
本発明では、前述の通り、塗布部２が基材Ｗへ液滴を吐出する前に、親液性調節部４が基材Ｗ上の塗布パターン５１が形成される領域であるパターン領域５２の親液性を調節し、塗布パターン形成後の塗布液の塗れ広がりの挙動をあらかじめ制御している。
すなわち、基材Ｗは始めはパターン領域５２の外側の部分である外周部５３の親液性と同等の親液性で全面が形成されているのに対し、パターン領域５２に相当する位置に紫外線を照射することにより、照射された部分が外周部５３よりも親液性が高くなるようにしている。
このように基材Ｗにおいてパターン領域５２の親液性を外周部５３より高くすることにより、塗布パターン形成装置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上で塗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の境界を超えて塗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。
なお、本説明では、塗布液の塗布前にパターン領域５２の親液性を調節する工程を親液性調節工程、親液性調節工程後に塗布パターン５２に向けて塗布液を塗布し、パターン領域５２の形状を有する塗布パターン５１を形成させる工程をパターン形成工程と呼ぶ。
ここで、本発明の塗布パターン形成方法にかかる基材Ｗのパターン領域５２は、少なくとも一方向に関して複数の小パターン領域に区分されている。図２の例ではパターン領域５２はハッチングで示す１つの小パターン領域５４、４つの小パターン領域５５、４つの小パターン領域５６に区分されており、たとえば図２で一点鎖線で結んだ部分では、Ｘ軸方向に小パターン領域５５、小パターン領域５４、小パターン領域５５の順に小パターン領域が並ぶようにパターン領域５２が区分されている。
小パターン領域５４、小パターン領域５５、小パターン領域５６はそれぞれ親液性が異なっており、ハッチングが密であるほど親液性が高いことを示している。すなわち、これら３種類の小パターン領域の中で小パターン領域５４が最も親液性が低く、小パターン領域５６が最も親液性が高い。そして、これら３種類の小パターン領域は、もっとも低い親液性を有する小パターン領域５４がパターン領域５２の端部以外に配置され、この小パターン領域５４からパターン領域５２の端部に向かって小パターン領域の親液性が高くなるような配置となっている。
なお、本説明での「区分され」とは、隣同士で親液性の異なる小パターン領域として並んでいることを示しており、それぞれの小パターン領域が物理的に分割されていることは決して必要としない。
図３に、本実施形態にかかる小パターン領域の区分手順を示す。
まず、パターン領域５２全体に親液性調節部４により照射を行い、小パターン領域５４を形成する。
次に、パターン領域５２の端部にあたる部分にさらに照射を行う。さらに照射を行うことにより照射時間が増加し、小パターン領域５４より親液性が高い小パターン領域５５が形成される。
最後に、パターン領域５２の角部にあたる部分にさらに照射を行う。さらに照射を行うことにより照射時間が増加し、小パターン領域５５より親液性が高い小パターン領域５６が形成される。これらの作業により、小パターン領域５４からパターン領域５２の端部に向かって親液性が高くなるパターン領域５２の形成が完了する。
次に、複数の小パターン領域に区分されたパターン領域５２に塗布液を塗布した際の塗布パターン５１の挙動を図４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４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、上述の通り本発明ではパターン領域５２の端部に向かって親液性が高くなるように複数の小パターン領域に区分している。これにより、塗布パターン５１を形成する塗布液は親液性の低い方から高い方へ流れようとするため、図４の下側の矢印で示すように、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るよう塗布液が塗れ広がり、図５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が形成された塗布パターン付き基材を得ることができる。
ここで、図２の実施形態では、パターン領域５２の少なくとも角部に親液性が最も高い小パターン領域５６が設けられている。これにより、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角部にも塗布液が塗れ広がり、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が形成された塗布パターン付き基材を得ることができる。
また、パターン領域５２の端部を構成する小パターン領域５５、小パターン領域５６は、ともに外周部５３よりも親液性が高くなっている。これにより、パターン領域外にまで塗布液が溢れるように塗れ広がることを防ぐことができる。
以上の塗布パターン形成方法、塗布パターン形成装置、および塗布パターン付き基材により、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の実施形態では一方向（区分方向）における小パターン領域の区分数は、たとえば図２に一点鎖線で示す部分では３つであるが、図６（ａ）に示すように３つより多い区分数にしても良い。また、図６（ａ）に示すように親液性が最も低い小パターン領域は必ずしもパターン領域５２の中央である必要は無い。
また、図２の実施形態ではＸ軸方向、Ｙ軸方向など複数方向に小パターン領域が区分されているが、図６（ｂ）に示すように一方向のみで小パターン領域が区分されていても良い。
また、上記の実施形態では矩形のパターン領域５２に対して塗布パターンの形成を行っているが、それだけに限らず、配線回路など複雑な形状の塗布パターンの形成に対して本発明を適用しても良く、また、曲線状の塗布パターンの形成に対しても本発明を適用しても良い。
また、上記の説明では親液性調節部４は露光装置であるが、それ以外の形態であっても良く、たとえば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も良く、熱を利用して基材Ｗの表面の親液性を調節しても良い。
１ 塗布パターン形成装置
２ 塗布部
３ 塗布ステージ
４ 親液性調節部
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 露光装置
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 小パターン領域
５５ 小パターン領域
５６ 小パターン領域
９１ パターン領域
９２ 塗布パターン
９３ 非充填部
Ｗ 基材

Claims (4)

  1. 基材上に設けられたパターン領域に塗布液を塗布し、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パターン形成方法であり、
    前記パターン領域の親液性を調節する親液性調節工程と、
    親液性が調節された前記パターン領域に塗布液を塗布して塗布パターンを形成する塗布パターン形成工程と、
    を有し、
    前記親液性調節工程では、前記パターン領域が少なくとも一方向に関して複数の小パターン領域に区分され、隣接する前記小パターン領域同士は異なる親液性を有するよう前記パターン領域の親液性が調節され、
    前記パターン領域が区分される方向である区分方向において、前記パターン領域の端部以外の前記小パターン領域が最も低い親液性を有し、この最も低い親液性を有する前記小パターン領域から前記パターン領域の端部に向かって前記小パターン領域の親液性が高くなることを特徴とする、塗布パターン形成方法。
  2. 前記親液性調節工程では、少なくとも前記パターン領域の角部に前記小パターン領域が設けられ、前記パターン領域を構成する複数の前記小パターン領域の中で角部の前記小パターン領域が最も親液性が高くなるよう前記パターン領域の親液性が調節されることを特徴とする、請求項１に記載の塗布パターン形成方法。
  3. 前記親液性調節工程では、前記パターン領域の端部を構成する前記小パターン領域の親液性が前記パターン領域と接する前記パターン領域の外側部分の親液性よりも高くなるよう前記パターン領域の親液性が調節されることを特徴とする、請求項１もしくは２のいずれかに記載の塗布パターン形成方法。
  4. 基材上に設けられたパターン領域に塗布液を塗布し、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パターン形成装置であり、
    前記パターン領域の親液性を調節する親液性調節部と、
    前記パターン領域に塗布液を塗布して塗布パターンを形成する塗布部と、
    を有し、
    前記親液性調節部により、前記パターン領域が少なくとも一方向に関して複数の小パターン領域に区分され、隣接する前記小パターン領域同士は異なる親液性を有するよう前記パターン領域の親液性が調節され、
    前記パターン領域が区分される方向である区分方向において、前記パターン領域の端部以外の前記小パターン領域が最も低い親液性を有し、この最も低い親液性を有する前記小パターン領域から前記パターン領域の端部に向かって前記小パターン領域の親液性が高くなることを特徴とする、塗布パターン形成装置。
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