KR100786211B1 - 액적 토출 장치 - Google Patents

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다카히토 사네카타
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세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 액적 토출 및 레이저 조사에 관한 파라미터의 관리가 용이하고, 액적을 워크(work)에 토출하는 묘화계(描畵系)와, 토출된 액적과 레이저 스폿의 위치 맞춤을 정확하면서도 신속하게 할 수 있는 액적 토출 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
베이스(방진대)(2)와, 기능액을 액적으로 하여 토출하는 액적 토출 헤드(31)와, 액적 토출 헤드(31)를 유지하는 캐리지(32)와, 액적이 묘화되는 워크(W)를 유지하는 스테이지(3a)를 구비하는 묘화계(3)와, 레이저 광을 출력하는 광원(40)과, 광원(40)과 액적 사이에 구성되어 액적에 입사되는 레이저 광이 통과하는 광로(4a, 4b, 4c)를 구비하는 광학계(4)를 가지며, 베이스(2) 위에 묘화계(3)와 광학계(4)가 함께 베이스(2)의 상면을 기준면으로 하여 구축되는 동시에, 묘화계(3)와 광학계(4)의 제휴 제어를 통하여 패턴 묘화·정착이 행해진다.
액적 토출 장치, 고니오 스테이지, 레이저 스폿, 빔 디퓨저

Description

액적 토출 장치{DROPLET EJECTION APPARATUS}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 토출 장치의 제어 구성의 개략을 설명하기 위한 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 토출 장치의 구성을 설명하기 위한 외관도.
도 3은 도 2의 요부 정면도.
도 4는 도 2에 나타낸 묘화계(描畵系) 및 촬상계를 설명하기 위한 모식도.
도 5는 도 2에 나타낸 묘화계 및 광학계를 설명하기 위한 모식도.
도 6의 (a)∼(d)는 도 2에 나타낸 액적 토출 장치에서 제 1 광로를 이용한 배선 패턴의 형성 방법을 설명하기 위한 공정도.
도 7의 (a) 및 (b)는 도 2에 나타낸 액적 토출 장치에서 제 2 광로를 이용한 배선 패턴의 형성 방법을 설명하기 위한 공정도.
도 8의 (a) 및 (b)는 도 2에 나타낸 액적 토출 장치에서 제 3 광로를 이용한 배선 패턴의 형성 방법을 설명하기 위한 공정도.
도 9의 (a) 및 (b)는 도 2에 나타낸 액적 토출 장치에서, 얼라인먼트 마크 제작 공정을 설명하기 위한 공정도로서, 특히, 레이저 스폿과 액적 토출 헤드의 위치 맞춤 공정을 설명하기 위한 도면.
도 10의 (a) 및 (b)는 도 2에 나타낸 액적 토출 장치에서, 얼라인먼트 마크 제작 공정을 설명하기 위한 공정도로서, 특히, (a)는 워크(work)에 얼라인먼트 마크를 제작하는 공정을 설명하는 도면, (b)는 CCD 카메라에 얼라인먼트 마크를 인식시키는 공정을 설명하기 위한 도면.
도 11의 (a) 및 (b)는 도 2에 나타낸 액적 토출 장치를 사용한 실험 결과를 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 레이저 조사 없음의 비교예, (b)는 레이저 조사 있음의 실시예의 결과를 설명하기 위한 도면.
도 12의 (a) 및 (b)는 도 2에 나타낸 액적 토출 장치를 사용한 실험 결과를 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 액적 토출량이 많은 경우의 금속 배선 패턴의 형성예로서, 최우측의 패턴이 레이저 조사 있음의 실시예, 그 이외가 레이저 조사 없음의 비교예이고, (b)는 액적 토출량이 적은 경우의 금속 배선 패턴의 형성예로서, 위의 패턴이 레이저 조사 있음의 실시예, 아래의 패턴이 레이저 조사 없음의 비교예.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 액적 토출 장치 2 : 베이스(방진대)
2a : 브리지 3 : 묘화계
4 : 광학계 4a, 4b, 4c : 제 1∼제 3 광로
5 : 촬상계 31 : 액적 토출 헤드
32 : 캐리지 33 : 캐리지용 θ방향 회전체
33 : 고니오 스테이지(gonio-stage) 34 : 캐리지용 Z축 방향 이동체
35 : 캐리지용 피드 방향 이동체 3a : 스테이지
3b : 스테이지용 θ방향 회전체
3c : 스테이지용 피드 방향 이동체
3d : 스테이지용 스캔 방향 이동체 40 : 레이저 광원
51 : 제 1 CCD 카메라(제 1 전자 카메라)
52 : 제 1 CCD 카메라용 Z축 방향 이동체
53 : 제 2 CCD 카메라(제 2 전자 카메라)
55 : 칸막이 56 : 빔 디퓨저
60 : 제어부 D : 액적
P : 배선 패턴 S : 레이저 스폿
본 발명은 액적 토출 장치에 관한 것으로, 특히, 액적을 토출하는 묘화계와, 토출된 액적에 레이저 광을 조사하는 광학계를 구비한 액적 토출 장치에 관한 것이며, 그 중에서도 배선 패턴을 형성하기 위한 액적 토출 장치에 관한 것이다.
액적 토출 기술을 이용한 금속 배선의 패터닝에서의 건조 및 소성 공정에서는, 프로세스 시간의 단축, 저비용화 또는 저에너지화 등의 문제가 있다. 현 실정에서는 핫플레이트나 클린 오븐을 이용하여, 건조 및 소성을 행하고 있지만, 프로세스 시간이 길기 때문에, 비용면 및 에너지면에서 과제가 있다. 그래서, 액적 토 출에 의해 금속 배선 패턴을 형성한 후, 레이저를 이용하여 건조 및 소성을 행하는 프로세스가 제안되고 있다.
특허 문헌 1에는, 기판 위에, 워크 위에 도전성 재료를 토출하여 도전층을 묘화하고, 묘화된 상기 도전층에 램프 또는 레이저 광에 의해 가열 처리를 실시하는 잉크젯 장치가 제안되고 있다. 이 장치에서, 도전성 재료를 토출하는 잉크젯 처리실과, 램프 또는 레이저 광을 조사하는 조사실은 따로 설치되어 있다. 워크는 잉크젯 처리실에서 묘화 처리를 실시한 후, 조사실에 반송되어, 레이저 광 등의 조사 처리가 이루어진다.
[특허 문헌 1] 일본국 공개 특허 2004-241770호 공보
특허 문헌 1의 장치에서는, 도전성 재료를 토출하는 묘화계와, 건조 또는 소성을 위해 램프 광이나 레이저 광을 토출된 도전성 재료에 조사하는 광학계가, 따로따로 설치되어 있기 때문에, 액적 토출 및 레이저 조사에 관한 파라미터, 예를 들면, 액적이 워크에 착탄(着彈)되고 나서 레이저가 조사될 때까지 요하는 시간 등의 정확한 관리가 곤란하다. 또한, 특허 문헌 1의 장치에서는, 묘화계와 광학계가 다른 기준면 위에 있기 때문에, 묘화된 도전층과 상기 레이저 광의 조사 스폿과의 얼라인먼트에 수고가 든다는 문제점이 있다. 또한, 워크를 잉크젯 처리실로부터 레이저 조사실까지 반송하기 때문에, 반송 시간이 걸린다는 문제점이 있다.
본 발명은 액적 토출 및 레이저 조사에 관한 파라미터의 관리가 용이하고, 액적을 워크에 토출하는 묘화계와, 토출된 액적과 레이저 스폿의 위치 맞춤을 정확 하면서도 또한 신속하게 할 수 있는 액적 토출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 베이스(base)와, 기능액을 액적으로 하여 토출하는 액적 토출 헤드와, 상기 액적 토출 헤드를 유지하는 캐리지와, 상기 액적이 묘화(描畵)되는 워크를 유지하는 스테이지를 구비하는 묘화계와, 레이저 광을 출력하는 광원과, 상기 광원과 상기 액적 사이에 구성되고 상기 액적에 입사되는 상기 레이저 광이 통과하는 광로를 구비하는 광학계(系)를 가지며, 상기 베이스 위에, 상기 베이스 상면을 함께 기준면으로하여 상기 묘화계와 상기 광학계가 구축되는 동시에, 양 계(系)의 제휴 제어를 통하여 패턴 묘화·정착을 행하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치를 제공한다.
본 발명의 액적 토출 장치에서는, 상기 광로는 상기 스테이지에 대해서 위쪽으로부터 상기 레이저 광을 상기 액적에 입사시키는 제 1 광로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액적 토출 장치에서는, 상기 광로는 상기 스테이지에 대해서 경사 방향으로부터 상기 레이저 광을 상기 액적에 입사시키는 제 2 광로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액적 토출 장치에서는, 상기 광로는 상기 스테이지에 대해서 평행한 방향으로부터 상기 레이저 광을 상기 액적에 입사시키는 제 3 광로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액적 토출 장치에서는, 상기 액적 토출 헤드를 상기 레이저 광으로부터 보호하는 보호 커버를 가지며, 상기 보호 커버의 측면은 상기 제 3 광로의 광로 조정시에 레이저 스폿 위치 확인용의 평면으로서 사용 가능하다.
본 발명의 액적 토출 장치에서는, 상기 제 1 광로는 워크 위에 착탄된 액적에 레이저 광을 조사하기 위해 사용할 수 있다. 상기 제 2 광로는 비행 중의 액적 또는 워크 위에 착탄된 액적에 레이저 광을 조사하기 위해 사용할 수 있다. 상기 제 3 광로는 토출 직후의 액적, 비행 중의 액적 또는 워크 위에 착탄된 액적에 레이저 광을 조사하기 위해 사용할 수 있다. 또한, 상기 광로는 상기 베이스 위, 소정의 위치에 배치된 복수의 렌즈 등에 의해서 구성할 수 있다.
본 발명의 액적 토출 장치에서는, 상기 베이스 위에 설치되고, 상기 워크와 상기 묘화계의 얼라인먼트를 취하기 위한 제 1 전자 카메라와, 상기 묘화계와 상기 광학계의 얼라인먼트를 취하기 위한 제 2 전자 카메라를 갖는다.
본 발명의 액적 토출 장치에서는, 묘화 중, 상기 캐리지 및 상기 액적 토출 헤드는 상기 베이스에 대해서 위치가 고정되고, 상기 스테이지가 이동하여 묘화를 행한다.
본 발명의 액적 토출 장치에서는, 상기 광로를 통과한 레이저가 조사되는 영역은 상기 워크의 이동 방향을 따라서, 상기 액적이 상기 워크에 착탄되는 영역의 전방에 위치한다.
본 발명의 액적 토출 장치에서는, 상기 기능액은 전기적 소자, 광학적 소자 또는 전기 광학적 소자의 재료를 포함하며, 상기 장치는 상기 액적을 상기 워크 위 에 토출하여 소정의 패턴을 묘화하고, 상기 액적에 상기 레이저 광을 조사함으로써 패턴을 정착시켜서, 디바이스를 제조한다.
본 발명의 액적 토출 장치에서는, 상기 기능액은 도전성 입자를 포함하며, 상기 장치는 상기 액적을 상기 워크 위에 토출하여 소정의 패턴을 묘화하고, 상기 액적에 상기 레이저 광을 조사함으로써 상기 액적을 건조하여 상기 도전성 입자를 소결(燒結)시켜서 배선 패턴을 형성한다.
상기 기능액으로서는, 금속 미립자가 용매 중에 분산된 것이 적절히 사용된다. 이 형태에서, 상기 레이저 광은 액적의 건조 외에, 예를 들면, 배선의 형성,또는, 금속 미립자의 소결을 위해 액적에 조사된다. 또한, 전기 광학 장치란, 전기적 작용, 광학적 작용 또는 전기 광학적 작용을 발휘하는 소자를 포함하는 디바이스를 가리키며, 예시하면, 반도체 장치, 배선 기판, 또는 유기 EL, 액정, 전계 발광, 전기 영동 등의 각종 표시 장치이다.
본 발명의 액적 토출 장치는 전기 배선, 금속 배선, 유기 EL 소자, 컬러 필터, 포토 레지스트, 마이크로렌즈 어레이, 일렉트로 루미네선스, 또는 생체 물질 등의 기능 소자의 패턴 형성에 사용된다. 사용되는 기능액은 예를 들면, 상기 패턴을 형성하기 위한 성분과 상기 성분에 적합한 용매를 포함한다.
본 발명에 의하면, 묘화계와 광학계가 동일한 기준 위에 설치되어 있음으로써, 양 계의 제휴 제어에 의해, 묘화계와 광학계의 위치 맞춤을 간단히 확립할 수 있고, 이에 따라, 토출된 액적에 레이저 광을 정확히 조사할 수 있으며, 액적 토출 및 레이저 조사에 관한 파라미터의 관리가 용이하다.
또한, 본 발명에 의하면, 액적에 레이저 광을 정확히 조사할 수 있기 때문에, 엄밀한 타이밍으로, 예를 들면, 액적이 액적 토출 헤드로부터 토출된 직후 또는 워크에 피착(被着)된 직후, 또는 액적이 한창 비행하고 있는 중에, 액적에 레이저 광을 조사하여, 액적을 건조시켜서, 액적 직경이나 착탄 직경을 작게 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는, 상기 베이스가 방진대(防振臺)로서, 방진대의 상면을 기준면으로 하여, 묘화계 및 광학계가 구축된다. 또한, 묘화계 및 광학계는 공지의 정착 수단, 예를 들면, 볼트 너트류, 척(chuck)류, 용접, 접착 등의 수단을 이용하여, 베이스에 부착할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 토출 장치의 제어 구성의 개략을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 토출 장치의 기본적인 제어 구성은 베이스(1) 위에, 베이스(1)의 상면을 함께 기준면으로 하여 액적 토출 헤드(31) 등(도 2 참조)을 포함하는 묘화계(3)와, 제 1∼제 3 광로 등(도 2 참조)을 포함하여 토출된 액적 내지 워크 위에 착탄된 액적(패턴)에 레이저 광 조사를 행하는 광학계(4)가 구축되는 동시에, 액적 토출, 레이저 광 조사의 타이밍, 액적 토출의 위치, 레이저 광 조사 위치의 전체적인 제어를 행하고, 양 계(묘화계(3) 및 광학계(4))의 제휴 제어를 통하여 패턴 묘화·정착을 행하는 제어부(60)와, 제어부(60)에 의해서 제어되고, 묘화계(3)와 광학계(4)의 얼라인먼트, 및 묘화계(3)와 액적이 착탄되어 패턴이 묘화·정착되는 워크(W)와의 얼라인먼트를 확립하는 촬상계(5)를 구비하여 구성되어 있다. 또한, 제어부(60)는 마이크로 컴퓨터로 구성할 수 있으며, 묘화계(3), 광학계(4) 및 촬상계(5)로부터, 센서 신호, 화상 신호 등을 수신하고, 각종 구동 제어 신호를 출력하여, 이들 계를 제휴 제어한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 토출 장치의 구성을 설명하기 위한 외관도이다. 도 3은 도 2의 요부 정면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액적 토출 장치(1)는 베이스(2)와 묘화계(3)와 광학계(4)와 촬상계(5)를 포함하여 구성되어 있다.
베이스(2)는 방진대이다. 베이스(2) 위에는 묘화계(3) 및 광학계(4)와, 또한, 촬상계(5)가 베이스(2)의 상면을 기준면으로 하여 구축되어 있다. 베이스(2) 위, 도 2중 좌측에 묘화계(3)를 포함하는 실험 영역, 동(同) 우측에 광학계(4)를 포함하는 레이저 박스 영역이 배치되고, 실험 영역과 레이저 박스 영역은 칸막이(55)에 의해 구분되고, 묘화계(3)의 옆에 얼라인먼트용의 촬상계(5)가 배치되어 있다.
묘화계(3)는 기능액을 액적(D)으로 하여 토출하는 액적 토출 헤드(31)와, 액적 토출 헤드(31)를 유지하는 캐리지(32)와, 상기 액적이 묘화되는 워크(W)를 유지하는 스테이지(3a)를 구비하고 있다. 액적 토출 헤드(31)는 광학계(4)가 출력하는 레이저 광으로부터 보호 커버(도시 생략)에 의해 보호된다. 보호 커버의 측면은 후술하는 평행 타입의 제 3 광로(4c)의 광로 조정시에 레이저 스폿 위치 확인용의 평면으로서 사용 가능하다.
묘화시(액적의 연속적인 토출에 의한 패턴 형성시), 액적 토출 헤드(31)측의 기구 및 광학계(4)는 고정이며, 스테이지(3a)측의 기구가 스캔축 방향으로 이동된다. 스테이지(3a)의 이동 방향 전방에, 광학계(4)가 출력하는 레이저 스폿의 영역이 있다.
광학계(4)는 베이스(방진대)(2)의 상면을 기준면으로 하여 구축되어 있음으로써, 레이저 광로를 고정밀도로 형성 가능하며, 구동되는 부재, 예를 들면, 캐리지(32) 위에 구축되는 경우에 비하여, 구동 수단의 영향을 받지 않기 때문에, 레이저 스폿 위치가 안정된다. 광학계(4)는 레이저 광을 출력하는 광원(S)과, 광원(S)과 액적(D) 사이에 구성되고 상기 액적에 입사되는 상기 레이저 광이 통과하는 제 1∼제 3 광로(4a, 4b, 4c)를 구비하고 있다. 제 1∼제 3 광로(4a, 4b, 4c)는 임의로 선택되어, 이 광로를 통해서, 액적 토출 헤드(31)로부터 토출된 액적에, 조사 위치나 조사 각도가 조정되어 레이저가 조사된다.
제 1 광로(4a)는 액적 토출 헤드(31)의 상공 방향의 경로를 취하여, 레이저 광을 스테이지(3a)에 대하여 90도의 각도(90°를 기준으로 하여 각도 조정 가능)로 입사하여, 액적에 조사하는 것이 가능하다.
제 2 광로(4b)는 레이저 광을 스테이지(3a)에 대하여 45도의 각도로(45°를 기준으로 하여 각도 조정 가능) 입사하여, 액적에 조사하는 것이 가능하다. 제 2 광로(4b)에 의한 레이저 스폿은 타원 형상이 되고, 레이저 강도의 분포 상태도 변화된다.
제 3 광로(4c)는 레이저 광을 액적 토출 헤드(31)와 스테이지(3a) 사이를 통 과하여 스테이지(3a)에 대해서 평행하게 입사하고, 토출 직후 또는 비행 중의 액적에 레이저 광을 조사하기 위해서 이용할 수 있다. 제 3 광로(4c)에 의한 레이저 광은 빔 디퓨저(56)로 받아낸다. 제 3 광로(4c)에 의하면, 액적이 비행 중에 레이저 광로를 통과함으로써, 건조 프로세스가 행해진다. 이 결과, 액적이 워크에 착탄된 후의 직경이 이 프로세스를 적용하지 않는 경우에 비하여 작아진다. 이 프로세스를 적용함으로써 금속 배선의 세선화(細線化)를 실현할 수 있다.
제 1∼제 3 광로(4a, 4b, 4c)는 베이스(2) 위, 소정의 위치에 배치된 반사경, 렌즈, 회절 격자 등 그 외의 광학 소자에 의해서 형성할 수 있다. 안전상, 레이저 광은 셔터를 통하여 묘화계(3)가 위치하는 실험 영역에 들어가는 것이 바람직하다. 또한, 광로 조정과 건조·소성을 위한 레이저 광 강도 판정을 행하여, 인터록(interlock)을 설치하는 것이 바람직하다. 레이저 스폿 직경은 광학 소자의 조정으로 가변할 수 있고, 형상의 변경도 할 수 있으며, 스폿 위치도 스캔축 방향(도 3에서 좌우 방향)으로 조정 가능하다. 또한, 스폿 위치는 피드축 방향(도 3에서 전후 방향)으로도 조정 가능하다.
도 4는 도 2에 나타낸 묘화계 및 촬상계를 설명하기 위한 모식도이다. 도 5는 도 2에 나타낸 묘화계 및 광학계를 설명하기 위한 모식도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 도 2에 나타낸 묘화계(3)는 액적 토출 헤드(31)측의 기구와, 워크(W)를 유지하는 스테이지(3a)측의 기구로 구성되어 있다.
액적 토출 헤드(31)측의 기구는 상기한 액적 토출 헤드(31) 및 캐리지(32)에 더하여, 캐리지용 θ방향 회전체인 고니오 스테이지(gonio-stage ; 33)와, 고니오 스테이지(33)가 θ방향으로 회전 가능하게 부착되고, 묘화 전후에 수동 조작되는 캐리지용 Z축 방향 이동체(34)와, 이동체(34)가 Z축 방향으로 이동 가능하게 부착된 캐리지용 피드 방향 이동체(35)를 구비하고 있다. 이동체(35)는 브리지(2a)에 피드 방향으로 이동 가능하게 부착되고, 브리지(2a)는 도 2에 나타낸 베이스(2) 위에 고정되어 있다. 이동체(34)는 묘화 전후에 수동으로 조작된다. 고니오 스테이지(33)는 이동체(34)에 대한 부착면 전방에 가상의 회전 중심을 갖는 스테이지로서, 수 종류의 헤드 부착 플레이트와 조합시켜서 사용함으로써, 회전 조정(0°∼90°)이 용이하다.
또한, 액적 토출 헤드(31)가 캐리지(32)를 통하여, 고니오 스테이지(33)의 반경 방향 바깥쪽으로 돌출하여 배치되어 있음으로써, 레이저의 광로를 액적 토출 헤드(31)에 최대한 근접시켜서 배치할 때, 장치가 점유하는 영역에 레이저가 간섭해버리는 것을 방지할 수 있다.
스테이지(3a)측의 기구는 밑에서부터, 피드축 이동 기구, 스캔축 이동 기구, θ축 이동 기구로 구성되어 있다. 상세하게는, 스테이지(3a)측의 기구는 상기한 스테이지(3a)에 더하여, 스테이지용 θ방향 회전체(3b)와, 회전체(3b)가 θ방향으로 회전 가능하게 부착된 스테이지용 피드 방향 이동체(3c)와, 이동체(3c)가 스캔 방향으로 이동 가능하게 부착된 스테이지용 스캔 방향 이동체(3d)를 구비하고 있다. 이동체(3d)는 스캔 방향으로 이동 가능하게 도 2에 나타낸 베이스(2) 위에 부착되어 있다. 이와 같이, 스테이지(3a)측에 피드축 및 스캔축 방향으로 이동 가능하게 함으로써, 묘화 중, 액적 토출 헤드(31)측을 고정할 수 있고, 이 결과, 묘화 중, 기능액의 공급 유로의 위치가 불변이 되어, 액적 토출 헤드(31)에의 기능액 공급이 안정된다.
도 2에 나타낸 촬상계(5)는 워크(W)와 묘화계(3)의 얼라인먼트, 즉, 액적 착탄 위치와 워크의 얼라인먼트를 취하기 위한 제 1 CCD 카메라(51)와, 제 1 CCD 카메라(51)가 Z축 방향으로 이동 가능하게 부착된 제 1 CCD 카메라용 Z축 방향 이동체(52)와, 묘화계(3)와 광학계(4)의 얼라인먼트, 즉, 액적 착탄 위치와 제 1 내지 제 3 광로(4a, 4b, 4c)를 거쳐서 워크(W)에 조사되는 레이저 광의 레이저 스폿(S)의 얼라인먼트를 취하기 위한 제 2 CCD 카메라(53)를 구비하고 있다. 이동체(52)는 Z축 방향으로 이동 가능하게 캐리지용 피드 방향 이동체(35)에 부착되어 있다.
또한, 이상 설명한 각종 회전체 및 이동체는 모터(도시 생략), 직동(直動) 기구, 웜 앤드 랙(worm and rack) 기구 등에 의해 적절히 구동된다.
다음에, 이상 설명한 액적 토출 장치에 의한 배선 패턴의 각종 형성 방법을 설명한다.
도 6의 (a)∼도 6의 (d)는 도 2에 나타낸 액적 토출 장치에서 제 1 광로를 이용한 배선 패턴의 형성 방법을 설명하기 위한 공정도이다. 이 형성 방법에 의하면, 액적 토출 헤드(31)로부터 금속 미립자가 용매 중에 분산된 기능액이 액적으로서 토출되고, 레이저 광은 제 1 광로(4a)를 통하여, 워크(W)의 표면에 대해서 수직방향으로부터 입사된다.
도 6의 (a)를 참조하면, 스테이지(3a) 위의 워크(W)에, 액적 토출 헤드(31)로부터 수직 방향으로 액적(D)이 토출되어, 워크(W) 위에 착탄된다.
도 6의 (b)를 참조하면, 스테이지(3a)가 스캔 방향으로 이동되면서, 액적(D)이 워크(W) 위에 연속적으로 착탄되어, 미건조 및 미소결의 패턴(P)이 형성된다.
도 6의 (c)를 참조하면, 또한, 스테이지(3a)가 스캔 방향으로 이동되어, 패턴(P)의 일단이 제 1 광로(4a)의 바로 아래, 즉, 레이저 스폿(S)에 위치하고, 레이저 광이 조사된다.
도 6의 (d)를 참조하면, 또한, 스테이지(3a)가 스캔 방향으로 이동되어, 패턴(P)의 일단으로부터 타단까지, 레이저 광이 조사된다. 이것에 의해, 패턴(P)은 용매가 휘발되어 건조되고, 금속 미립자끼리가 소결되어 감으로써 완성된다.
도 7의 (a) 및 (b)는 도 2에 나타낸 액적 토출 장치에서 제 2 광로를 이용한 배선 패턴의 형성 방법을 설명하기 위한 공정도이다. 이 형성 방법에 의하면, 액적 토출 헤드(31)에서는, 금속 미립자가 용매 중에 분산된 기능액이 액적으로서 토출되고, 레이저 광은 제 2 광로(4b)를 통하여, 워크(W)의 표면에 대해서 경사 방향으로부터 입사된다.
도 7의 (a)를 참조하면, 스테이지(3a) 위의 워크(W)에, 액적 토출 헤드(31)로부터 액적(D)이 토출되어, 워크(W) 위의 레이저 스폿(S)에 착탄된다. 동시에, 제 2 광로(4b)를 통해서, 액적(D)에 레이저 광이 조사되어, 액적(D) 중의 용매가 휘발되어 건조되고, 금속 미립자끼리 소결되어 간다.
도 7의 (b)를 참조하면, 스테이지(3a)가 스캔 방향으로 이동되면서, 액적(D)이 워크(W) 위의 레이저 스폿(S) 위에 연속적으로 착탄되고, 동시에, 제 2 광로(4b)를 통해서, 액적(D)에 레이저 광이 조사되어, 액적(D) 중의 용매가 휘발되어 건조되고, 금속 미립자끼리 소결되어 가서, 패턴(P)이 형성된다.
도 8의 (a) 및 (b)는 도 2에 나타낸 액적 토출 장치에서 제 3 광로를 이용한 배선 패턴의 형성 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 8의 (a)를 참조하면, 레이저 광이 제 3 광로(4c)를 통하여, 액적 토출 헤드(31)와 워크(W) 사이에 조사되고 있다. 액적 토출 헤드(31)는 레이저 광을 횡단하도록 액적(D)을 토출한다. 액적(D)은 그 비행 중에 레이저 광이 조사됨으로써, 용매가 증발하여 액적 직경이 작아진 상태로 워크(W) 위에 착탄된다.
도 8의 (b)를 참조하면, 스테이지(3a)가 스캔 방향으로 이동됨으로써, 액적(D)이 워크(W) 위에 연속적으로 착탄되어, 패턴(P)이 형성된다. 이 방법에 의하면, 공중에서 기능액 중의 용매가 증발하기 때문에, 보다 미세한 패턴이 형성된다.
다음에, 도 2에 나타낸 액적 토출 장치에서, 레이저 스폿과 액적 토출 헤드의 위치 맞춤 공정을 설명한다.
도 9의 (a) 및 도 9의 (b)는 도 2에 나타낸 액적 토출 장치에서, 레이저 스폿과 액적 토출 헤드의 위치 맞춤 공정을 설명하기 위한 공정도이다.
도 9의 (a)를 참조하면, 워크(W)로서 유리 기판(순 유리)을 스테이지(3a)에 진공 흡착에 의해 세팅한다. 스테이지(3a)를 피드축 방향으로 이동하여, 얼라인먼트 마크 형성 위치와 캐리지(32)의 위치를 맞춘다.
액적 토출 헤드(31)로부터 수 발의 액적을 토출시킨다. 액적(D)이 워크(W)에 착탄된 후, 스테이지(3a)를 스캔축 방향으로 이동하여(이 때 이동량을 파악함), 착탄된 액적을 캐리지(32)의 바로 아래로부터 내보내고, 착탄된 액적(D)과 레이저 스폿(S)을 함께 레이저 스폿(S) 확인용의 제 2 CCD 카메라(53)의 시야 내에 넣는다. 이 상태에서, 예를 들면, 제 2 광로(4b) 등의 레이저 광로의 조정을 행하여, 액적(D)의 착탄 위치와 레이저 스폿(S)의 위치 맞춤을 행한다. 제 2 CCD 카메라(53)의 줌 배율을 변경시키면서, 순차적으로, 대략 조정, 미세 조정을 행한다. 이상의 공정에 의해, 액적 토출 헤드(31)와 레이저 스폿(S)의 얼라인먼트가 종료되고, 액적 토출 헤드(31)의 임의의 노즐로부터 토출하여 형성된 금속 배선에 레이저 광을 조사할 수 있다. 또한, 레이저 광의 제어 방법을 변경함으로써 여러가지 조사 패턴을 실현할 수 있다.
다음에, 워크(기판)의 얼라인먼트 공정에 관하여 설명한다.
도 10의 (a) 및 도 10의 (b)는 도 2에 나타낸 액적 토출 장치에서, 워크(기판)의 얼라인먼트 공정에 관하여 설명하기 위한 공정도이다.
얼라인먼트 마크 제작을 위해, 액적 토출 헤드(31)로부터 수 발의 액적(D)을 토출시킨다. 레이저 광도 동시에 조사한다. 액적(D)이 워크(W)에 착탄된 후, 스테이지(3a)를 스캔축 방향으로 이동하고, 착탄된 액적(D)을 레이저 스폿(S)에 위치시킨다. 레이저가 조사된 액적(D)은 건조·소성된다. 이상의 공정을 반복하여, 얼라인먼트 마크(A)를 워크(W)의 스캔 방향으로 2군데 제작한다. 또한, 필요에 따라서, 얼라인먼트 마크(A)의 위치·수량·형상은 변경 가능하다.
스테이지(3a)를 피드축 방향으로 이동하여, 제작 완료된 얼라인먼트 마크(A)를 제 1 CCD 카메라(51)의 시야 하에 넣는다. 스테이지(3a)를 스캔축 방향으로 이동하여, 2군데의 얼라인먼트 마크(A)의 형상을 제 1 CCD 카메라(51)로 인식시켜서, 마크 형상을 등록한다. 마크 등록 후, 통상의 기판 얼라인먼트가 가능하게 된다. 예를 들면, 제 1∼제 3 레이저 광로(4a, 4b, 4c)를 이용한 금속 배선의 건조·소성 공정을 행한 후, 워크(W)를 스테이지(3a)로부터 떼어내어, 다른 장소에서 작업을 행하고 나서, 재차, 이 액적 토출 장치에서 추가 작업을 하고 싶은 경우에도, 워크(W)의 얼라인먼트가 즉시 가능하다.
다음에, 도 2에 나타낸 액적 토출 장치를 사용한 실험 결과를 설명한다.
도 11의 (a) 및 도 11의 (b)는 도 2에 나타낸 액적 토출 장치를 사용한 실험 결과를 설명하기 위한 도면으로서, (A)는 레이저 조사 없음의 비교예, (B)는 레이저 조사 있음의 실시예의 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 11의 (a)와 도 11의 (b)를 비교하면, 레이저 조사에 의해 액적 착탄 후의 습윤 확장이 억제되는 것을 알 수 있다.
도 12의 (a) 및 도 12의 (b)는 도 2에 나타낸 액적 토출 장치를 사용한 실험 결과를 설명하기 위한 도면으로, (a)는 액적 토출량이 많은 경우의 금속 배선 패턴의 형성예로서, 가장 우측의 패턴이 레이저 조사 있음의 실시예, 그 이외가 레이저 조사 없음의 비교예이고, (b)는 액적 토출량이 적은 경우의 금속 배선 패턴의 형성예로서, 위의 패턴이 레이저 조사 있음의 실시예, 아래의 패턴이 레이저 조사 없음의 비교예이다.
도 12의 (a)와 도 12의 (b)로부터, 레이저 조사에 의해 벌지(bulge)와 단선의 발생이 억제되는 것을 알 수 있다.
본 발명은 금속 배선의 패터닝 외에, 컬러 필터, 입체 조형에 사용되는 열경화 수지 또는 자외선 경화 수지, EL 소자, 마이크로렌즈 어레이, DNA 또는 단백질 등의 생체 물질의 패터닝에 적용된다.

Claims (10)

  1. 베이스(base)와,
    기능액을 액적으로 하여 토출하는 액적 토출 헤드와, 상기 액적 토출 헤드를 유지하는 캐리지와, 상기 액적이 묘화(描畵)되는 워크를 유지하는 스테이지를 구비하는 묘화계(系)와,
    레이저 광을 출력하는 광원과, 상기 광원과 상기 액적 사이에 구성되어 상기 액적에 입사되는 상기 레이저 광이 통과하는 광로를 구비하는 광학계(系)와,
    상기 베이스 위에 설치되고, 상기 워크와 상기 묘화계의 얼라인먼트를 취하기 위한 제 1 전자 카메라와, 상기 묘화계와 상기 광학계의 얼라인먼트를 취하기 위한 제 2 전자 카메라를 가지며,
    상기 베이스 위에, 상기 베이스 상면을 함께 기준면으로 하여 상기 묘화계와 상기 광학계가 구축되는 동시에, 양 계(系)의 제휴 제어를 통하여 패턴 묘화·정착을 행하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광로는 상기 스테이지에 대해서 위쪽으로부터 상기 레이저 광을 상기 액적에 입사시키는 제 1 광로를 포함하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광로는 상기 스테이지에 대해서 경사 방향으로부터 상기 레이저 광을 상기 액적에 입사시키는 제 2 광로를 포함하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장 치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광로는 상기 스테이지에 대해서 평행한 방향으로부터 상기 레이저 광을 상기 액적에 입사시키는 제 3 광로를 포함하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 액적 토출 헤드를 상기 레이저 광으로부터 보호하는 보호 커버를 가지며, 상기 보호 커버의 측면은 상기 제 3 광로의 광로 조정시에 레이저 스폿 위치 확인용의 평면으로서 사용 가능한 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    묘화 중, 상기 캐리지 및 상기 액적 토출 헤드는 상기 베이스에 대해서 위치가 고정되고, 상기 스테이지가 이동하여 묘화를 행하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광로를 통과한 레이저가 조사되는 영역은 상기 워크의 이동 방향을 따라서, 상기 액적이 상기 워크에 착탄되는 영역의 전방에 위치하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 기능액은 전기적 소자, 광학적 소자 또는 전기 광학적 소자의 재료를 포함하며,
    상기 액적을 상기 워크 위에 토출하여 소정의 패턴을 묘화하고, 상기 액적에 상기 레이저 광을 조사함으로써 패턴을 정착시켜서, 디바이스를 제조하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 기능액은 도전성 입자를 포함하며,
    상기 액적을 상기 워크 위에 토출하여 소정의 패턴을 묘화하고, 상기 액적에 상기 레이저 광을 조사함으로써 상기 액적을 건조하여 상기 도전성 입자를 소결시켜서 배선 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치.
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