(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
エッジパターンを形成するときに、エッジパターンの太さに対応して、エッジパターンの幅方向に関して複数の地点に薄膜材料が着弾する。本願発明者の評価実験によると、薄膜の端面が傾斜し、その傾斜角が場所によって異なる現象が確認された。本発明の目的は、薄膜の端面の傾斜を大きくし、場所による傾斜角のばらつきを少なくすることが可能な薄膜形成方法及び薄膜形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一観点によると、
基板の表面の薄膜形成領域の縁に、薄膜材料を液滴化して着弾させるとともに、着弾し
た前記薄膜材料を硬化させることにより、前記薄膜形成領域の縁に沿うエッジパターンを
形成する工程と、
前記エッジパターンを形成した後、前記エッジパターンから、前記薄膜形成領域の内部
に向かって広がる
前記薄膜形成領域の縁よりも内側の額縁領域に、前記薄膜材料を着弾さ
せるとともに、着弾した前記薄膜材料を硬化させることにより、土手パターンを形成する
工程と、
前記土手パターンを形成した後、前記土手パターンよりも内側に、前記薄膜材料を着弾
させて、前記土手パターンよりも内側の領域を、液状の前記薄膜材料で覆う工程と、
前記土手パターンよりも内側の液状の前記薄膜材料を硬化させる工程と
を有し、
前記薄膜形成領域の形状は、二次元方向に配列した複数のピクセルからなる画像データ
によって定義されており、
前記エッジパターンを形成する工程において、
一つの前記ピクセルの連続にて形成され
る前記薄膜形成領域の縁
に前記薄膜材料の液滴を着弾させる薄膜形成方法が提供される。
【0008】
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基板に対向し、前記基板の表面に、光硬化性の薄膜材料の液
滴を吐出する複数のノズル孔を有するノズルヘッドと、
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光源と、
前記ノズルヘッド及び前記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、
二次元方向に配列した複数のピクセルのうち前記薄膜材料の液滴を着弾させるべき塗布
ピクセルを特定することにより、前記基板の表面に、薄膜形成領域を定義する画像データ
を記憶しており、前記画像データに基づいて、前記ノズルヘッド及び前記移動機構を制御
する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、
一つの前記ピクセルの連続にて形成される前記薄膜形成領域の縁
に前記薄膜材料が着弾
し、前記基板に付着した前記薄膜材料が硬化されてエッジパターンが形成され、
前記エッジパターンが形成された後、前記エッジパターンから、前記薄膜形成領域の内
部に向かって広がる
前記薄膜形成領域の縁よりも内側の額縁領域に、前記薄膜材料が着弾
し、着弾した前記薄膜材料が硬化することによって土手パターンが形成され、
前記土手パターンが形成された後、前記土手パターンよりも内側に、前記薄膜材料が着
弾し、前記土手パターンよりも内側の領域が液状の前記薄膜材料で覆われ、前記土手パタ
ーンよりも内側の領域の液状の前記薄膜材料が硬化するように、前記ノズルヘッド及び前
記移動機構を制御する薄膜形成装置が提供される。
【発明の効果】
【0009】
薄膜形成領域の縁に沿って一列に並んでいるピクセルに薄膜材料を着弾させて、予めエッジパターンを形成しておくことにより、薄膜の端面の傾斜角のばらつきを少なくすることができる。さらに、端面の傾斜が緩やかになることを抑制することができる。
【発明を実施するための形態】
【0011】
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。
【0012】
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の表面に向かって光硬化性(例えば紫外線硬化性)の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。
【0013】
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。
【0014】
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、それぞれ硬化用光源40が取り付けられている。硬化用光源40は、基板60(
図1)に付着した薄膜材料に硬化用の光(例えば紫外光)を照射する。
【0015】
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、それぞれ硬化用光源40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、ノズルピッチの半分だけ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に相当するピッチで配置される。
【0016】
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。ノズルユニット30に、ノズルヘッド32及び硬化用光源40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からの薄膜材料の吐出を制御する。
【0017】
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600dpi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。基板60に付着した薄膜材料は、基板60の移動方向の下流側に位置する硬化用光源40から放射された光により硬化される。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、600dpiに相当する間隔の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、片方向走査を行ってもよいし、往復走査を行ってもよい。
【0018】
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することにより、基板60の全域に薄膜材料を塗布することができる。
【0019】
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、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。
【0020】
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。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。
【0021】
図5Aに、薄膜形成領域61の形状を定義するビットマップ形式の画像データの一部を示す。この画像データは、制御装置50(
図1)に記憶されている。複数のピクセル63がx方向及びy方向の二次元方向に、行列状に配置されている。ビットマップを構成するピクセル63は、2400dpiの解像度になるように定義されている。薄膜材料を着弾させるべきピクセル(以下、「塗布ピクセル63A」という。)を特定することにより、薄膜形成領域61の形状が定義される。
図5Aでは、塗布ピクセル63Aにハッチングが付されている。開口62と少なくとも部分的に重なるピクセル63には、薄膜材料を着弾させない。以下、薄膜材料を着弾させないピクセルを「非塗布ピクセル63B」という。
【0022】
図5B、及び
図6A〜
図6Gを参照して、参考例による薄膜形成方法について説明する。参考例では、まず、薄膜形成領域61の縁に沿うエッジパターンを形成する。その後、薄膜形成領域61の内部に薄膜材料を塗布する。
【0023】
図5Bに、薄膜形成領域61を定義する塗布ピクセル63Aのうち、エッジパターンを形成するときに薄膜材料を着弾させるべき塗布ピクセル63Cを定義する画像データを示す。塗布ピクセル63Cにハッチングが付されている。エッジパターンを形成するための塗布ピクセル63Cは、薄膜形成領域61の縁に沿って並んでいる。エッジパターンの幅方向には、塗布ピクセル63Cが複数個、例えば約3個配置されている。
【0024】
図6A〜
図6Eに、参考例による薄膜形成方法によって薄膜を形成するときの各工程における基板の断面図を示す。
図6A〜
図6Eは、
図5Bの一点鎖線6−6の位置における断面図に相当する。
図6A〜
図6Gでは、基板60をy軸の正の向き(
図6A〜
図6Gの右方向)に移動させながら、薄膜材料の塗布が行われる。
【0025】
図6Aに示すように、基板60上の塗布ピクセル63Cに薄膜材料65を着弾させる。着弾した薄膜材料65は、横方向に広がり、着弾した塗布ピクセル63Cの周囲のいくつかのピクセルを覆う。
図6Bに、隣接する塗布ピクセル63Cに薄膜材料65を着弾させた状態を示す。
図6Aに示した工程で着弾した薄膜材料65が、その周囲のピクセルまで広がっているため、
図6Bの段階では、すでに塗布されている薄膜材料65と部分的に重なる位置に、新たな薄膜材料66が着弾する。既に付着している薄膜材料65の上面は、中心から外方に向かって低くなるように傾斜している。このため、既に付着している薄膜材料65の上に着弾した薄膜材料66は、その下の薄膜材料65の上面の傾斜に沿って、低い方(
図6Bにおいて左方向)に流れる。
図6Bでは、すでに付着している薄膜材料65と、新たに付着した薄膜材料66との境界を明示しているが、実際には液体同士が混ざり合い、両者の境界は判別不能である。
【0026】
図6Cに、さらに隣接する塗布ピクセル63Cに薄膜材料65を着弾させた状態を示す。
図6Cの段階で着弾した薄膜材料67も、図の左方向に流れる。
【0027】
図6Dに示すように、薄膜材料65、66、67が硬化用光源40(
図3)の下方を通過するとき、薄膜材料65、66、67に硬化用の光70が照射される。これにより、薄膜材料65、66、67が硬化されて、エッジパターン71が形成される。
【0028】
薄膜材料の着弾と、硬化とを繰り返すことにより、
図6Eに示すように、
図6Dに示したエッジパターン71から見て開口62の反対側にもエッジパターン71が形成される。1回の走査では、塗布ピクセルのうち600dpiで分布する一部の塗布ピクセル63Cにのみ薄膜材料が着弾する。4回の走査を行うことにより、2400dpiに相当するすべての塗布ピクセル63Cに薄膜材料が着弾する。これにより、エッジパターン71が完成する。
【0029】
図6Fに示すように、薄膜形成領域61の内部のピクセルに、薄膜材料を着弾させる。このときには、硬化用の光を照射しない。これにより、薄膜形成領域61の内部が、液状の薄膜材料68で覆われる。エッジパターン71が、薄膜材料の流出を堰き止める。
【0030】
図6Gに示すように、液状の薄膜材料68に硬化用の光72を照射する。これにより、薄膜材料68(
図6F)が硬化し、エッジパターン71(
図6F)を含む薄膜69が形成される。
図6Gにおいて、薄膜69の左側の縁(基板60の移動方向の下流側を向く縁)の傾斜角θ1が、右側の縁(基板60の移動方向の上流側を向く縁)の傾斜角θ2より大きい。これは、
図6B及び
図6Cに示した工程で、薄膜材料66、67が、図の左方向に流れることにより、左側の斜面の傾斜が緩やかになるためである。
【0031】
上述のように、
図6A〜
図6Gに示した参考例では、薄膜69の縁の傾斜角にばらつきが発生する。また、基板60の移動方向の上流側を向く端面の傾斜が緩やかになってしまう。以下に説明する実施例では、薄膜69の縁の傾斜角のばらつきを少なくするとともに、端面の傾斜が緩やかになってしまうことを防止することができる。
【0032】
次に、
図7A〜
図9F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7A及び
図7Bは、基板60の平面図を示す。薄膜形成領域61は、
図4に示したものと同一である。
図8は、薄膜形成領域61の縁に沿うエッジパターンの形状を定義する画像データを示し、
図9A〜
図9Fは、実施例による薄膜形成方法の各工程における基板の断面図を示す。
図9A〜
図9Fは、
図7A〜
図7B、
図8の一点鎖線9−9における断面を表している。
【0033】
図7Aに示すように、薄膜形成領域61の縁に沿って、エッジパターン75を形成する。
図8に、エッジパターン75を形成するときの塗布ピクセル63Dを示す。
図8において、塗布ピクセル63Dにハッチングが付されている。エッジパターン75を形成するときの塗布ピクセル63Dは、薄膜形成領域61の縁に沿って一列に並んでいる。薄膜形成領域61(
図7A)を定義する塗布ピクセル63A(
図5A)のうち、非塗布ピクセル63B(
図5A)と線で接しているピクセルが、エッジパターン75を形成するときの塗布ピクセル63Dとして抽出される。非塗布ピクセル63Bと頂点のみで接している塗布ピクセル63A、及び非塗布ピクセル63Bと接していない塗布ピクセル63Aは、エッジパターン75を形成するときの塗布ピクセル63Dとして抽出されない。
【0034】
図9Aから
図9Dまでの工程により、エッジパターン75が形成される。まず、
図9Aに示すように、1回目の走査により、塗布ピクセル63Dに、薄膜材料74を着弾させる
。
図9Bに示すように、基板60に付着した薄膜材料74(
図9A)が硬化用光源40(
図3)の下方を通過するとき、硬化用の光73が照射され、薄膜材料74が硬化される。硬化された薄膜材料は、エッジパターン75の一部を構成する。
【0035】
図9Cに示すように、1回目の走査を継続し、他の塗布ピクセル63Dに、薄膜材料74を着弾させる。
図9Cでは、
図9Bの工程で形成されたエッジパターン75から見て、開口62の反対側の塗布ピクセル63Dに薄膜材料74が着弾した状態が示されている。
図9Dに示すように、薄膜材料74(
図9C)に硬化用の光79が照射されることにより、薄膜材料74が硬化される。硬化された薄膜材料は、エッジパターン75の一部を構成する。
【0036】
図8において、塗布ピクセル63Dに付された数字「1」〜「4」は、当該塗布ピクセル63Dが、それぞれ1回目〜4回目の走査で薄膜材料が着弾する塗布ピクセル63Dであることを意味する。各走査において、塗布ピクセル63Dに薄膜材料を着弾させるとともに、着弾した薄膜材料を硬化させる。1回の走査では、x方向に関して3列おきに選択されたピクセル列に含まれる塗布ピクセル63Dに薄膜材料が着弾する。4回の走査を行うことにより、隈なくピクセル列が選択され、エッジパターン75が完成する。
【0037】
図7Bに示すように、薄膜形成領域61の内部に薄膜材料を塗布し、硬化させることにより、薄膜76を形成する。
図9E及び
図9Fの工程により、薄膜76が形成される。
【0038】
図9Eに示すように、薄膜形成領域61の内部の塗布ピクセル63Aに薄膜材料74を着弾させながら、既に着弾している薄膜材料74を硬化させる。ここで、「内部の塗布ピクセル63A」とは、薄膜形成領域61を定義する塗布ピクセル63A(
図5A)のうち、エッジパターン75(
図9A〜
図9D)の形成時に薄膜材料74の着弾対象となった塗布ピクセル63D(
図8)以外のピクセルを意味する。4回の走査を行うことにより、
図7B及び
図9Fに示すように、薄膜形成領域61の内部の塗布ピクセル63Aに着弾して硬化した薄膜76、及びエッジパターン75を含む薄膜77が形成される。
【0039】
図6A〜
図6Gの参考例と、
図9A〜
図9Fの実施例とを比較しながら、実施例の効果について説明する。実施例においては、
図9A及び
図9Cに示したように、薄膜形成領域61の縁を画定する塗布ピクセル63D(最も外側のピクセル)に薄膜材料74が着弾するとき、当該塗布ピクセル63Dよりも内側のピクセルには薄膜材料が着弾していない。このため、
図6Bに示したように、新たに着弾した薄膜材料66が、既に着弾している薄膜材料65の上面の傾斜に起因して、薄膜形成領域61の外側に向かって流れ出すことがない。このため、
図9Fに示した薄膜77の端面の傾斜角のばらつきを少なくすることができる。さらに、傾斜が緩やかになってしまうことを防止することができる。
【0041】
図10Aに示すように、基板60の表面に、エッジパターン75から、薄膜形成領域61の内側に向かって広がる額縁領域78が画定されている。この額縁領域78に薄膜材料を着弾させるとともに、着弾した薄膜材料を硬化させることにより、土手パターン80を形成する。
【0042】
図11A〜
図11Bに、土手パターン80を形成するまでの各工程における基板60の断面図を示す。
図11Aに示すように、基板60の表面の、塗布ピクセル63D(
図8)に薄膜材料を着弾させ、硬化させることにより、エッジパターン75を形成する。
図11Bに示すように、額縁領域78の塗布ピクセル63Aに薄膜材料を着弾させるとともに、着弾した薄膜材料を硬化させることにより、土手パターン80を形成する。額縁領域78は、エッジパターン75を形成するときの塗布ピクセル63Dに連続し、薄膜形成領域61の内側に位置する一部の塗布ピクセル63Aで構成される。額縁領域78の幅は、ピクセルピッチとほぼ等しくてもよいし、ピクセルピッチより広くてもよい。土手パターン80は、エッジパターン75を形成した後、エッジパターン75の形成と同様の走査を行うことにより形成される。
【0043】
図10Bに示すように、土手パターン80(
図10A)に囲まれた領域に、薄膜82を形成する。
図11C〜
図11Dに、薄膜82を形成する各工程における基板60の断面図を示す。
図11Cに示すように、土手パターン80よりも内側の塗布ピクセル63Aに薄膜材料を着弾させる。これにより、薄膜形成領域61の内部が、液状の薄膜材料81で覆われる。
図11Dに示すように、液状の薄膜材料81(
図11C)を硬化させる。これにより、エッジパターン75及び土手パターン80を含む薄膜82が形成される。
【0044】
図10A〜
図11Dに示した実施例においても、
図7A〜
図9Fに示した実施例と同様に、
図11Dに示した薄膜82の端面の傾斜角のばらつきを少なくすることができる。さらに、傾斜が緩やかになってしまうことを抑制することができる。この実施例では、土手パターン80がエッジパターン75より高くなる。
図11Cに示したように、薄膜形成領域61を液状の薄膜材料81で覆ったとき、土手パターン80が液状の薄膜材料81の流出を堰き止める。薄膜形成領域61の全域が液状の薄膜材料81で覆われた後に、薄膜材料81を硬化させるため、平坦な表面を持つ薄膜82を形成することができる。
【0045】
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。