特許 6057406 薄膜形成装置及び薄膜形成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6057406

(24)【登録日】2016年12月16日

(45)【発行日】2017年1月11日

(54)【発明の名称】薄膜形成装置及び薄膜形成方法

(51)【国際特許分類】

   H05K 3/28 20060101AFI20161226BHJP

   B05C 5/00 20060101ALI20161226BHJP

   H05K 1/02 20060101ALI20161226BHJP

   H05K 3/00 20060101ALI20161226BHJP

【ＦＩ】

   H05K3/28 E

   B05C5/00 101

   H05K1/02 S

   H05K3/00 P

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2012-1029(P2012-1029)

(22)【出願日】2012年1月6日

(65)【公開番号】特開2013-140908(P2013-140908A)

(43)【公開日】2013年7月18日

【審査請求日】2014年5月21日

【審判番号】不服2016-3958(P2016-3958/J1)

【審判請求日】2016年3月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100117499

【弁理士】

【氏名又は名称】小島 誠

(72)【発明者】

【氏名】岡本 裕司

【合議体】

【審判長】 阿部 利英

【審判官】 小関 峰夫

【審判官】 中川 隆司

(56)【参考文献】

【文献】 特開平８−２３６９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−５２９０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３０４０３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１２５７６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

H05K 3/00

H05K 3/10

H05K 3/28

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物を保持するステージと、
前記対象物に対向し、ソルダーレジストである第１の色の液状材料を吐出する複数のノズル穴が形成された第１のノズルヘッドと、
前記対象物に対向し、ソルダーレジストである第１の色とは異なる第２の色の液状材料を吐出する複数のノズル穴が形成された第２のノズルヘッドと、
前記第１のノズルヘッド及び前記第２のノズルヘッドに対して前記ステージを、または前記ステージに対して前記第１のノズルヘッド及び前記第２のノズルヘッドを、前記対象物の面内方向に移動させる移動機構と、
前記移動機構、前記第１のノズルヘッド、及び前記第２のノズルヘッドを制御する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、
第１の薄膜及び第２の薄膜で覆うべき領域を示す第１のイメージデータと、前記第２の薄膜を形成するための基礎となる第２のイメージデータとを記憶しており、
前記第１のノズルヘッド及び前記移動機構を制御して、前記対象物に、前記第１のイメージデータで定義された領域から前記第２のイメージデータで定義された領域を除外して得られるイメージデータに基づいて、前記第１の色の液状材料を前記対象物の表面に着弾させながら光硬化させることで前記第１の薄膜を形成し、
前記第２のノズルヘッド及び前記移動機構を制御して、前記対象物に、前記第２のイメージデータに基づいて、前記第２の色の液状材料を前記対象物の表面に着弾させながら光硬化させることで前記第２の薄膜を形成する
薄膜形成装置。

【請求項2】

前記制御装置は、前記第２の薄膜を形成すべき領域には、前記第１の色の液状材料を吐出しないように前記第１のノズルヘッドを制御する請求項１に記載の薄膜形成装置。

【請求項3】

前記制御装置は、
前記第２のノズルヘッドのノズル穴から吐出される前記第２の色の液状材料の液滴の体積が、前記第１のノズルヘッドのノズル穴から吐出される前記第１の色の液状材料の液滴の体積より大きくなるように、前記第１のノズルヘッド及び前記第２のノズルヘッドを制御する
請求項１又は２に記載の薄膜形成装置。

【請求項4】

第１の薄膜及び第２の薄膜で覆うべき領域を示す第１のイメージデータで定義された領域から、前記第２の薄膜を形成するための基礎となる第２のイメージデータで定義された領域を除外して得られるイメージデータに基づいて、複数の第１のノズル穴から対象物の表面に向けて、ソルダーレジストである第１の色の液状材料を吐出して前記対象物の表面に着弾させながら光硬化させることで第１の色の第１の薄膜を形成する工程と、
前記第２のイメージデータに基づいて、複数の第２のノズル穴から前記対象物の表面に向けて、ソルダーレジストである前記第１の色とは異なる第２の色の液状材料を吐出して前記対象物の表面に着弾させながら光硬化させることで第２の色の第２の薄膜を形成する工程と
を有する薄膜形成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、対象物上に液状材料を吐出して薄膜を形成する装置、及び薄膜を形成する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

プリント配線板にソルダーレジストのパターンを形成する従来の方法について説明する。まず、表面に回路パターンが形成されたプリント配線板の全面に、感光性のソルダーレジストを塗布する。所定のマスクパターンを用いて、ソルダーレジスト膜を露光し、その後現像することにより、ソルダーレジストのパターンが形成される。

【0003】

通常、ソルダーレジスト層の上に、基板を識別するための識別情報が印字される。ソルダーレジスト層を露光する前に、インクジェットプリンタにより識別情報を印字する方法が公知である。印字後に、ソルダーレジスト層を露光及び現像することにより、洗浄に対して強い印字パターンを形成することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６−１４７６１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来の方法では、ソルダーレジスト層の塗布、印字、露光、及び現像の工程により、識別情報が印字された基板が製造される。印字のための工程数の削減が求められている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一観点によると、
対象物を保持するステージと、
前記対象物に対向し、第１の色の液状材料を吐出する複数のノズル穴が形成された第１のノズルヘッドと、
前記対象物に対向し、第１の色とは異なる第２の色の液状材料を吐出する複数のノズル穴が形成された第２のノズルヘッドと、
前記第１のノズルヘッド及び前記第２のノズルヘッドに対して前記ステージを、または前記ステージに対して前記第１のノズルヘッド及び前記第２のノズルヘッドを、前記対象物の面内方向に移動させる移動機構と、
前記移動機構、前記第１のノズルヘッド、及び前記第２のノズルヘッドを制御する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、
第１の薄膜及び第２の薄膜で覆うべき領域を示す第１のイメージデータと、前記第２の薄膜を形成するための基礎となる第２のイメージデータとを記憶しており、
前記第１のノズルヘッド及び前記移動機構を制御して、前記対象物に、前記第１のイメージデータで定義された領域から前記第２のイメージデータで定義された領域を除外して得られるイメージデータに基づいて、前記第１の色の液状材料で前記第１の薄膜を形成し、前記第２のノズルヘッド及び前記移動機構を制御して、前記対象物に、前記第２の色の液状材料で前記第２の薄膜を形成する薄膜形成装置が提供される。

【0007】

本発明の他の観点によると、
第１の薄膜及び第２の薄膜で覆うべき領域を示す第１のイメージデータで定義された領域から、前記第２の薄膜を形成するための基礎となる第２のイメージデータで定義された領域を除外して得られるイメージデータに基づいて、複数の第１のノズル穴から対象物の表面に第１の色の液状材料を吐出して第１の色の第１の薄膜を形成する工程と、
前記第２のイメージデータに基づいて、複数の第２のノズル穴から前記対象物の表面に前記第１の色とは異なる第２の色の液状材料を吐出して第２の色の第２の薄膜を形成する工程と
を有する薄膜形成方法が提供される。

【発明の効果】

【0008】

第１のノズルヘッド及び第２のノズルヘッドを用いて、１度の走査によって２色の液状材料を塗布することができる。一方の色の液状材料で文字や記号等を表せば、印字のための独立した工程を実施することなく印字を行うことができる。また、２色で塗り分けることにより、意匠的な効果を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施例１による薄膜形成装置の概略側面図である。

【図2】図２Ａは、薄膜を形成する対象物と、形成すべき薄膜との平面図であり、図２Ｂは、その一部分を拡大した平面図である。

【図3】図３Ａは、ノズルユニットの斜視図であり、図３Ｂは、ノズルユニットの底面図である。

【図4】図４は、第１の薄膜を形成する液状材料と第２の薄膜を形成する液状材料との着弾点の位置を示す図である。

【図5】図５Ａ〜図５Ｃは、実施例１による方法で形成した薄膜の断面図である。

【図6】図６は、実施例１による方法で薄膜を形成するときに利用されるイメージデータを視覚的に示した図である。

【図7】図７は、実施例２による方法で形成した薄膜の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［実施例１］
図１に、実施例１による薄膜形成装置の概略側面図を示す。定盤２０の上に、移動機構２１によりステージ２５が保持されている。ステージ２５の上に、薄膜を形成する対象物３０、例えばプリント基板が保持されている。移動機構２１は、ステージ２５を、その保持面に平行な２方向に移動させるとともに、保持面に垂直な軸を回転中心として回転させることができる。ステージ２５は、例えば真空チャックにより対象物３０を固定する。

【0011】

ステージ２５の上方に、ノズルユニット４０及び撮像装置５０が配置されている。ノズルユニット４０及び撮像装置５０は、支柱２２及び梁２３により、定盤２０に支持されている。ノズルユニット４０は、複数のノズル穴を有しており、ノズル穴から対象物２５に向かって液状材料の液滴、例えばソルダーレジストの液滴を吐出する。撮像装置５０は、対象物３０の表面に形成されているアライメントマーク、配線パターン等を撮像する。

【0012】

撮像装置５０で取得されたイメージデータが、制御装置６０に入力される。制御装置６０は、移動機構２１を制御することによりステージ２５を移動させる。さらに、制御装置４０は、ノズルユニット４０に吐出信号を送信することにより、所望のノズル穴から液状材料の液滴を吐出させる。また、制御装置４０は、撮像装置５０で取得されたイメージデータの画像解析を行う。制御装置６０内に準備された記憶装置６１に、薄膜形成に必要となる種々のイメージデータや、制御装置６０が実行するプログラム等が記憶されている。

【0013】

図１では、ノズルユニット４０及び撮像装置５０を定盤２０に対して固定し、ステージ２５を定盤２０に対して移動可能な構成とした。その逆に、ステージ２５を定盤２０に固定し、ノズルユニット４０及び撮像装置５０を、定盤２０に対して移動可能な構成としてもよい。さらに、ステージ２５を、定盤２０に対して一次元方向に移動可能にし、ノズルユニット４０及び撮像装置５０を、ステージ２５の移動方向に直交する方向に移動可能な構成としてもよい。

【0014】

図２Ａに、対象物３０の表面に形成すべき第１の薄膜３２、及び表面に形成されているアライメントマーク３１の平面図を示す。対象物３０の外形は、例えば長方形である。対象物３０の表面に、形成すべき第１の薄膜３２の平面形状を示すイメージデータが定義されている。さらに、対象物３０の四隅に、アライメントマーク３１が形成されている。アライメントマーク３１には、対象物３０の表面に形成されている配線パターンと同様に、銅箔が用いられる。第１の薄膜３２の平面形状、アライメントマーク３１の平面形状、及び両者の相対位置関係を示すイメージデータが、記憶装置６１（図１）に記憶されている。

【0015】

図２Ｂに、第１の薄膜３２の一部分、及び文字や記号等の平面形状を有する第２の薄膜３３を示す。図２Ｂのハッチングを付した領域に、第１の薄膜３２が形成される。長方形または円形等の開口３４には、銅箔が露出する。第２の薄膜３３は、「Ｃ０１」、「Ｒ２１」、「ＲＡＭ」、「ＣＰＵ」等の文字の形状に対応する平面形状を有する。第２の薄膜３３を形成すべき位置が、イメージデータにより定義されている。

【0016】

図２Ｂに示した例では、第２の薄膜３３が、文字を示す平面形状を有するが、文字以外の種々の記号を示す平面形状を有してもよい。第２の薄膜３３は、肉眼で識別可能な平面形状及び大きさを有する。

【0017】

図３Ａに、ノズルユニット４０の斜視図を示す。支持部材４１の底面に、６個のノズルヘッド４２が取り付けられている。ノズルヘッド４２の各々に、複数のノズル穴４５が形成されている。ノズル穴４５は、例えば２列に配列している。６個のノズルヘッド４２のうち４個のノズルヘッド４２Ｇは、ノズル穴４５から、第１の色、例えば緑色の液状材料の液滴を吐出する。残りの２個のノズルヘッド４２Ｗは、ノズル穴４５から、第２の色、例えば白色の液状材料の液滴を吐出する。ノズルヘッド４２は、ノズル穴４５の配列方向と直交する方向に配列している。相互に隣り合うノズルヘッド４２の間、及び最も端に位置するノズルヘッド４２よりも外側に、紫外光源４３が配置されている。紫外光源４３は、対象物３０（図１）に紫外線を照射する。

【0018】

図３Ｂに、ノズルヘッド４２及び紫外光源４３の底面図を示す。ノズルヘッド４２の各々の底面（基板３０に対向する表面）に、２列のノズル列４６が形成されている。ノズル列４６の各々は、図３Ｂにおいて縦方向に、ピッチ（周期）８Ｐで配列した複数のノズル穴４５で構成されている。一方のノズル列４６のノズル穴４５の位置は、他方のノズル列４６のノズル穴４５の位置に対して、縦方向に４Ｐだけずれている。

【0019】

第１の色用の４個のノズルヘッド４２Ｇは、縦方向に少しずつずらして、支持部材４１（図３Ａ）に固定されている。ずれ量は、１つのノズル列４６におけるノズル穴４５のピッチ８Ｐの１／８である。例えば、最も左側のノズルヘッド４２Ｇを基準として、２番目、３番目、及び４番目のノズルヘッド４２Ｇは、図３Ｂにおいて下方に２Ｐ、Ｐ、３Ｐだけずらされている。縦方向のみに着目すると、４個のノズルヘッド４２Ｇに形成されているノズル穴４５は、ピッチＰで等間隔に配置されることになる。

【0020】

第２の色用の２個のノズルヘッド４２Ｗは、縦方向の２Ｐだけずれて固定されている。さらに、一方のノズルヘッド４２Ｗは、第１の色用の基準となるノズルヘッド４２Ｇに対して、縦方向にＰ／２だけずれている。縦方向のみに着目すると、２個のノズルヘッド４２Ｗに形成されているノズル穴４５は、ピッチ２Ｐで等間隔に配置されることになる。

【0021】

このため、第２の色用のノズルヘッド４２Ｗによって形成される記号パターン３３（図２Ｂ）の縦方向の解像度は、第１の色用のノズルヘッド４２Ｇによって形成される薄膜パ
ターン３２（図２Ｂ）の縦方向の解像度の１／２になる。縦方向に関して、薄膜パターン３２を形成する液状材料の２つの着弾点に対して、記号パターン３３を形成する液状材料の１つの着弾点が対応する。既に説明したように、第２の色用のノズルヘッド４２Ｗの１つが、第１の色用の基準となるノズルヘッド４２Ｇに対して、縦方向にＰ／２だけずれて固定されている。このため、縦方向に関して、記号パターン３３を形成する液状材料の着弾点が、薄膜パターン３２を形成する液状材料の２つの着弾点の中間に位置することになる。

【0022】

図３Ｂに示したノズルヘッド４２の底面に対象物３０（図１）を対向させた状態で、対象物３０を横方向に移動させながら、ノズルヘッド４２から液状材料を吐出させることにより、対象物３０に液状材料を塗布することができる。

【0023】

図３Ｂにおいて横方向に関する解像度は、ステージ２５（図１）の移動速度、及びノズル穴４５（図３Ｂ）からの液状材料の吐出周期により決定される。第１の色用のノズルヘッド４２Ｇの個数が第２の色用のノズルヘッド４２Ｗの個数の２倍であるため、ノズルヘッド４２の吐出周期が同一である場合、横方向に関しても、第２の薄膜３３（図２Ｂ）の縦方向の解像度が、第１の薄膜３２（図２Ｂ）の縦方向の解像度の１／２になる。液状材料の着弾点の、横方向に関する相対位置は、ノズル穴４５からの吐出タイミングを制御することにより、調整可能である。

【0024】

図４に、第１の薄膜３２及び第２の薄膜３３を構成する液状材料の着弾点の分布を示す。第１の薄膜３２を形成する液状材料の着弾点７０が、縦方向及び横方向にピッチＰで配置されている。第２の薄膜３３を形成する液状材料の着弾点７１が、縦方向及び横方向にピッチ２Ｐで配置されている。着弾点７０、７１の位置を示す円形は、液状材料が対象物表面で広がる領域を示しているのではなく、円形の大きさが、当該着弾点に着弾する液滴の体積の大小関係に対応する。すなわち、第２の薄膜３３の着弾点７１に着弾する液滴の体積が、第１の薄膜３２の着弾点７０に着弾する液滴の体積より大きい。実際には、１つの液滴を構成する液状材料の広がる領域は、図４に示した円形領域よりも広い。第１の薄膜３２を形成する液状材料は、隣接する着弾点に着弾した液状材料に連続する。これにより、面的に隙間が生じない薄膜を形成することができる。第２の薄膜３３が形成される領域には、第１の薄膜３２を形成するための液状材料が着弾しないように、液状材料の吐出が制御される。

【0025】

液滴の体積は、ノズルヘッド４２に与える吐出信号により制御可能である。一例として、第２の薄膜３３の着弾点７１に着弾する液状材料の体積は、第１の薄膜３２の着弾点７０に着弾する液状材料の体積の約４倍である。第２の薄膜３３の、縦方向及び横方向の解像度が、それぞれ第１の薄膜３２のそれの１／２である。このため、第１の薄膜３２と第２の薄膜３３との平均膜厚をほぼ等しくすることができる。

【0026】

図５Ａに、図４の一点鎖線５Ａ−５Ａにおける断面図を示す。対象物３０の表面に、第１の薄膜３２及び第２の薄膜３３が形成されている。図５Ａにおいては、着弾点７０、７１の位置をわかりやすくするために、着弾点ごとに、表面形状が凸になるように示しているが、実際にはほとんど平坦な表面が得られる。図３Ｂに示したように、ノズルヘッド４２の間に紫外光源４３が配置されているため、１つのノズルヘッド４２から吐出された液状材料が硬化した後、次のノズルヘッド４２から吐出された液状材料が対象物３０の表面に着弾する。

【0027】

図５Ａは、第１の薄膜３２を形成する液状材料が着弾して硬化した後に、第２の薄膜３３を形成する液状材料が着弾した例を示している。第１の薄膜３２と第２の薄膜３３との境界において、第２の薄膜３３の縁が、第１の薄膜３２の縁の上に覆い被さっている。

【0028】

図５Ｂ〜図５Ｃに、第１の薄膜３２を形成する液状材料と、第２の薄膜３３を形成する液滴との着弾順序が異なる他の例を示す。図５Ｂに示した例では、第２の薄膜３３を形成する液状材料が着弾して硬化した後、第１の薄膜３２を形成する液状材料が着弾する。このため、図５Ａに示した例とは逆に、第２の薄膜３３の縁が、第１の薄膜３２の縁の下に潜り込んでいる。図５Ｃに示した例では、第１の薄膜３２と第２の薄膜３３との境界の場所によって、着弾順序が異なる。例えば、図５Ｃの左側の境界においては、第１の薄膜３２を形成する液状材料が、第２の薄膜３３を形成する液状材料より先に着弾する。図５Ｃの右側の境界においては、その逆に、第２の薄膜３３を形成する液状材料が、第１の薄膜３２を形成する液状材料より先に着弾する。

【0029】

図６に、実施例１の薄膜形成方法で用いられるイメージデータを、視覚的に示す。これらのイメージデータは、例えばラスタ形式で定義されている。図６では、液状材料を着弾させるべき着弾点が位置する領域（薄膜形成領域）を、ハッチングを付して示している。薄膜、例えばソルダーレジスト膜で覆うべき領域を示すイメージデータ８０においては、薄膜形成領域内に、複数の開口３４が画定されている。第２の薄膜３３を形成するための基礎となるイメージデータ８１においては、薄膜形成領域の平面形状が、文字または記号を表している。

【0030】

従来は、ソルダーレジスト膜を形成した後に、文字等を印字していた。このため、ソルダーレジスト膜のパターニングは、第１の薄膜３２を形成するためのイメージデータ８０に基づいて行われていた。実施例１においては、図４、図５Ａ〜図５Ｃに示したように、第２の薄膜３３が形成される領域には、第１の薄膜３２の液状材料を着弾させない。このため、イメージデータ８０で定義された薄膜形成領域から、第２の薄膜３３のイメージデータで定義された薄膜形成領域を除外することにより、イメージデータ８２を生成する。このイメージデータ８２に基づいて、第１の薄膜３２を形成する。

【0031】

上記実施例１では、液状材料の吐出及び硬化の処理が終了した時点で、既に対象物３０の表面に文字や記号が表示されている。このため、製造工程数を削減することができる。さらに、文字や記号もソルダーレジストで形成される。このため、インクで文字等を印字する場合に比べて、インクの剥落による文字の消失を防止することができる。

【0032】

また、第１の薄膜３２と第２の薄膜３３とで構成されるソルダーレジスト膜の膜厚を、面内で均一に近づけることができる。

【0033】

上記実施例１では、第１の薄膜３２が、主として本来のソルダーレジスト膜として機能し、第２の薄膜３３が、主として識別標識として機能する。ここで、「主として」と表記したのは、厳密には第２の薄膜３３もソルダーレジスト膜としての役割を担っているためである。ただし、第２の薄膜３３の機能は、識別標識に限定する必要はない。例えば、対象物３０の表面のうちソルダーレジスト膜を形成すべき領域を２色に塗り分けることにより、意匠的な効果を持たせることができる。この時、開口３４（図２Ｂ）の縁を確定する領域には、高解像度でパターンを形成することが可能な第１の薄膜３３を配置することが好ましい。

【0034】

上記実施例１では、第１の色（例えば緑）と第２の色（例えば白）との２色の液状材料を用いたが、３色以上の液状材料を用いてもよい。

【0035】

［実施例２］
図７に、実施例２による方法で形成された薄膜の断面図を示す。実施例１では、第２の薄膜３３が形成される領域には、第１の薄膜３２が形成されなかった。実施例２では、第
２の薄膜３３を形成すべき領域にも第１の薄膜３２が形成される。第２の薄膜３３は第１の薄膜３２の上に形成される
実施例２においても、第２の薄膜３３をソルダーレジストで形成するため、インクの剥落により文字等の消失を防止することができる。また、実施例１の方法に比べて、立体的な識別標識を形成することができる。

【0036】

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。

【符号の説明】

【0037】

２０ 定盤
２１ 移動機構
２２ 支柱
２３ 梁
２５ ステージ
３０ 対象物（プリント基板）
３１ アライメントマーク
３２ 第１の薄膜
３３ 第２の薄膜
４０ ノズルユニット
４１ 支持部材
４２ ノズルヘッド
４２Ｇ 第１の色用のノズルヘッド
４２Ｗ 第２の色用のノズルヘッド
４３ 紫外光源
４５ ノズル穴
５０ 撮像装置
６０ 制御装置
６１ 記憶装置
７０ 第１の薄膜の着弾点
７１ 第２の薄膜の着弾点
８０ 薄膜で覆う領域を定義するイメージデータ
８１ 第２の薄膜のイメージデータ
８２ 第１の薄膜のイメージデータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】