(57)【要約】【課題】高精細ライン状パターニングを高スループットで行うことが可能な塗布装置を提供する。【解決手段】塗布材料を平板基板５に向けて吐出するノズル２と、ノズル２と平板基板５とを相対的に移動させる移動手段と、ノズル２から吐出される塗布材料の飛行曲がりを抑制する飛行曲がり抑制手段９とを有する。飛行曲がり抑制手段９は、ノズル２の相対移動方向と直交する方向に、塗布材料の飛行経路を挟んで配置されている。【選択図】  図１
2010069352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗布材料を基板に向けて吐出するノズルと、
前記ノズルと前記基板とを相対的に移動させる移動手段と、
前記ノズルから吐出される塗布材料の飛行曲がりを抑制する飛行曲がり抑制手段と、
を有し、
前記飛行曲がり抑制手段は、前記ノズルの相対移動方向と直交する方向に、塗布材料の飛行経路を挟んで配置されていることを特徴とする塗布装置。
【請求項２】
前記飛行曲がり抑制手段は、塗布材料吐出時における前記ノズルの相対移動方向に向かって広がっていることを特徴とする請求項１に記載の塗布装置。
【請求項３】
前記飛行曲がり抑制手段は、吐出された塗布材料の極性と同じ極性の電荷が印加される電極の機能を備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の塗布装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の塗布装置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細線パターンを形成するための塗布装置に関し、特に、平板基板上に細線パターンを形成するための塗布装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のディスペンサーを用いた平板基板への細線塗布は、ディスペンサー内で塗布液を加圧し、口径を絞ったノズルを通過させて吐出液柱を細く絞り、塗布対象の基板上に吐出していた（特許文献１参照）。また、塗布液を吐出すると共に、ノズルと基板との相対位置を変化させることで、ライン幅１００μｍ程度の細線を塗布する方法が知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２１７８４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
液晶ディスプレーや有機ＥＬディスプレー等の表示ディスプレーは、高精細化と製造工程における高スループットが要求されている。これに伴い、液晶ディスプレーに用いるカラーフィルター製造工程や、有機ＥＬディスプレーの発光層塗布などにおけるライン状パターニング工程では、線幅をより狭く、描画をより高速化することが要求されている。
【０００５】
パターニングの線幅については、従来は数１００μｍであったが、現在は２０μｍから３０μｍの線幅が要求され始めている。また、ディスペンサーを用いた細線塗布では、高スループット化に向けて、ディスペンサーの描画速度（移動速度）として、数ｃｍ／ｓｅｃから数ｍ／ｓｅｃが要求されている。
【０００６】
このような要求に対して、従来のディスペンサーを用いて細線塗布を行うと、細い吐出液柱を高速で移動させるため、気流や電気的な影響を受け、ノズルから見た吐出液柱の吐出方向が変動してしまう。この結果、隣り合ったライン間で塗布液の混ざり合いが生じ、所望の位置にラインを描画することができない。この際、塗布方向（パターン長手方向）への吐出方向の変動よりも、塗布方向と直交する吐出方向の変動が問題となる。この点、基板を固定してディスペンサーを移動させる塗布でも、ディスペンサーを固定して基板を移動させる塗布でも同じ現象が生じる。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、高精細ライン状パターニングを高スループットで行うことが可能な塗布装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の塗布装置は、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を有している。すなわち、本発明の塗布装置は、塗布材料を基板に向けて吐出するノズルと、ノズルと基板とを相対的に移動させる移動手段と、ノズルから吐出される塗布材料の飛行曲がりを抑制する飛行曲がり抑制手段と、を有している。そして、飛行曲がり抑制手段は、ノズルの相対移動方向と直交する方向に、塗布材料の飛行経路を挟んで配置されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の塗布装置によれば、ノズルの相対移動方向と直交する方向に、塗布材料の飛行経路を挟んで配置された飛行曲がり抑制手段を備えているので、走査方向と直交する方向に対する塗布材料の吐出方向における変動を抑えることができる。その結果、隣り合ったライン間での塗布液の混ざり合いを防ぐことができる。したがって、高精細ライン状パターニングと製造工程における高スループットとを両立した塗布装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の塗布装置の実施形態を説明する。
【００１１】
本発明の実施形態に係る塗布装置（以下、ディスペンサーと称する）は、物理的作用によって塗布液を加圧し、液柱をノズルから吐出するようになっている。すなわち、本発明の実施形態に係るディスペンサーは、塗布材料を基板に向けて吐出するノズルと、ノズルと基板とを相対的に移動させる移動手段と、ノズルから吐出される塗布材料の飛行曲がりを抑制する飛行曲がり抑制手段とを有している。そして、飛行曲がり抑制手段は、ノズルの相対移動方向と直交する方向に、塗布材料の飛行経路を挟んで配置されている。また、飛行曲がり抑制手段は、塗布材料吐出時におけるノズルの相対移動方向に向かって広がっていることが好ましい。さらに、飛行曲がり抑制手段は、吐出された塗布材料の極性と同じ極性の電荷が印加される電極の機能を備えていることが好ましい。
【００１２】
また、このような構成からなるディスペンサーを用いて、有機ＥＬディスプレー等のデバイスを作成することにより、高精細なライン状パターニングを行うことができる。
【００１３】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係るディスペンサーを用いて平板基板上に細線塗布を行っている様子を示す概略俯瞰図である。
【００１４】
本発明の第１の実施形態に係るディスペンサー１は、塗布液の加圧方法によって数種類の方式を採用することができる。例えば、以下の５つの方式のディスペンサーがあり、特に限定はされないが、高い圧力を安定して保持できることが必要である。
（１）他の装置で作られた圧縮ガス、圧縮空気によって加圧する方式。
（２）圧縮ガス、圧縮空気がプランジャを介してシリンジ内の塗布液を加圧する方式。
（３）電気モーターの作用がプランジャを変位させ、これにより塗布液を加圧する方式。
（４）シリンジ内のスクリューが回転することで、塗布液を加圧する方式。
（５）液送ポンプがシリンジ内へ塗布液を圧送して加圧する方式。
【００１５】
図１に示すように、塗布液は、ディスペンサー１を経てノズル２へ送られる。ノズル２は、細線塗布を行うために吐出口が絞られており、吐出液柱の径が細められる。ノズル２の口径が小さいほど細線塗布する際に有利であるが、ノズル２の吐出口径を極端に小さく絞ることは、加工限度の問題で難しく、現在の技術では２０μｍ程度の口径が限度である。また、口径を極端に小さく絞ると、塗布液中の固形物による詰まりや、塗布材料の凝集が生じ、吐出液柱の形状が変化したり、吐出量が不安定になったり、場合によっては液が吐出されない事態を引き起こす。
【００１６】
目標とする塗布ラインのパターン幅、塗布速度、塗布液の固形分濃度、塗布液の粘度、乾燥後の目標膜厚等により吐出液柱径が決まり、これに応じて吐出口径が決定されるが、２０μｍから１００μｍの口径であることが好ましい。
【００１７】
ノズル２より吐出された吐出液柱４は、飛行曲がりを抑制する飛行曲がり抑制手段９の間を通過し、平板基板５に接触して塗布される。吐出液柱４はノズル２の出口形状に応じて、断面が真円であっても、楕円であってもよいが、効果をバランス良く受けるために、塗布方向８を軸に対称であることが好ましい。
【００１８】
飛行曲がり抑制手段９は、吐出液柱４を安定させるために、吐出液柱４に物理的な外力を与える手段である。ここで、外力とは、ノズルと基板との相対的移動時に飛行曲がり抑制手段９によって発生する気流だけでもよく、さらに電界や帯電等の電気的な力や、磁気的な力、音圧などを加えてもよい。
【００１９】
平板基板５には、予め塗布エリアを囲うように、フォトリソ等の手段でバンク（隔壁）を形成しておいてもよい。また、塗布エリアを親液性（親水性）にしたり、塗布エリア以外を撥液性（撥水性）にしたり、両方の処方を同時に施してもよい。なお、応用する分野によっては以上のような処理が一切なくてもよいが、ディスプレー製品のように、高精細化と製造工程での高スループットが要求されている塗布においては、いずれかの処理が必要となる。
【００２０】
平板基板５は、平面精度を有する定盤等の上面に、静電吸着やバキューム吸着、ピンやアームによる機械的方法等により固定される。
【００２１】
また、ディスペンサー１は、ノズル２と平板基板５とを相対的に移動させるための移動手段（図示せず）を備えている。この移動手段は、ノズル２と平板基板５とを相対的に移動させることができればどのような構成であってもよく、公知の技術を用いることができる。
【００２２】
次に、上述した構成からなるディスペンサー１を用いて、塗布液を塗布する手順を説明する。
【００２３】
まず、平板基板５を定盤上に固定する。次いで、ディスペンサー１にノズル２を装着し、塗布液を充填する。次いで、平板基板５に吐出液がかからない位置で、シリンジ内の塗布液を加圧して、ノズル２より吐出させ、吐出液量を所望の値で安定させる。
【００２４】
そして、飛行曲がり抑制手段９により外力を発生させると、吐出液柱４は最も安定する位置で保たれる。飛行曲がり抑制手段９とノズル２の相対位置が変わらないように固定した状態で、ノズル２と平板基板５の相対位置関係を変化させることにより塗布を行い、ライン状パターン６を形成する。図１中、符号８は塗布方向を示す。
【００２５】
相対位置関係を変化させるには、平板基板５を動かさずに、ノズル２を走査させて細線塗布を行ってもよいし、ノズル２を動かさずに、平板基板５を走査させて細線塗布を行ってもよいし、双方を走査させて細線塗布を行ってもよい。
【００２６】
本発明のように、高速で走査させるディスペンサー１では、ノズル２側よりも平板基板５を固定する定盤の慣性質量の方が大きい場合が多い。このため、装置全体の高強度化や、駆動モーターなどの大型化が必要になり設備的に負荷が大きくなるため、ノズル２を走査させる方法が好ましい。ライン状パターン６が平板基板５内に複数ある場合は、以上の動作を１ライン毎に行う。
【００２７】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態の飛行曲がり抑制手段は、吐出液柱の近傍に、走査方向を軸にして対称であって、走査方向前後に開口させて複数の電極を配置して、電極に塗布液の電荷と同じ極性の電荷を印加するような構成となっている。
【００２８】
図２は、第２の実施形態に係るディスペンサーを用いて平板基板上に細線塗布を行っている例を示す概略俯瞰図である。なお、図２において図１と同様の機能を有する部分には同一の符号を付している。
【００２９】
飛行曲がり抑制手段として機能する電極３は、吐出液柱４の通過する空間に電界を形成するための電極であり、ノズル２の近傍に固定する。材質は、白金や金、銅、亜鉛、鉄、鉄合金、ニッケル、アルミニウム等、金属が用いられるが、電気伝導体であればどのような材質であってもよい。その他の構成は、上述した第１の実施形態と同様である。
【００３０】
図３、図４、図５、図６、図７、図８は、第２の実施形態に係る塗布装置において、液柱と電極部をディスペンサー上面から見た状態を示す図である。第２の実施形態では、吐出液柱４を挟む位置に電極３が配置されている。
【００３１】
第２の実施形態において、塗布方向８の前後方向で開口させて電極３を分割しているのは、ノズル２もしくは平板基板５を描画するために走査させた際、発生する気流を整えるためである。すなわち、塗布方向８の前後方向で電極３が閉じていると、発生する気流渦のために吐出液柱４が不安定になり、描画精度が低下してしまう。
【００３２】
電極３をノズル２と同じ相対位置で保持した状態で塗布を行うが、電極３は、図３、図４、図５、図６、図７、図８のように吐出液柱４を囲む位置に配置し、電極３により形成される電界を有効に利用する。
【００３３】
電極３を分割する個数、大きさ、配置は、吐出液柱径、吐出液柱高さ、塗布速度と気流の乱れ具合、塗布液の比重、塗布液の電気的特性、目標とする塗布ラインの精度等に応じて決定される。
【００３４】
電極３で電界を形成するために印加される電荷は、電荷発生源７より供給され、直流電圧でも、交流電圧でも、パルス電圧でもよい。但し、交流電圧やパルス電圧は０Ｖになった時に吐出液柱４に電界を加えることができなくなるので、一定に吐出液柱４が形成されている間は、直流電圧を印加し続けることが好ましい。
【００３５】
電極３に印加する極性は、マイナスに帯電しやすい塗布液に対してマイナスを印加することにより、電極３と吐出液柱４の間に電気的斥力が発生し、形成される電界のバランスが保たれるほぼ中央の位置で、吐出液柱４が保持される。また、電気的斥力による吐出液柱４の安定保持は、吐出液柱４の形状を塗布方向８と平行に扁平化させ、塗布幅を狭くするという相乗効果も生じる。一方、マイナスに帯電しやすい塗布液に対してプラスを印加すると、電極３と吐出液柱４の間に電気的引力が発生し、吐出液柱４の形状が膨張する方向に働き、形状が不安定となる。したがって、電極３へ印加する極性は、吐出液柱４の帯電極性と同じにする必要がある。
【００３６】
電極３に印加する電位は、吐出液柱径、吐出液柱高さ、吐出液柱の帯電量、電極面積、電極からの距離、塗布速度と気流の乱れ具合、目標とする塗布ラインの精度等に応じて、個別の条件に合わせて設定する。
【００３７】
一般的な有機溶剤を用いた吐出液柱４はマイナスに帯電しやすいので、マイナスの電荷を印加することが望ましい。
【００３８】
＜第３の実施形態＞
第３の実施形態の飛行曲がり抑制手段は、ノズルの相対移動方向と直交する方向に、塗布材料の飛行経路を挟んで配置され、さらに走査方向前方の開口度が、走査方向後方の開口度よりも大きくなっている。
【００３９】
図９、図１０、図１１は、第３の実施形態に係る塗布装置において、液柱と電極部をノズル上面から見た状態を示す図である。第３の実施形態では、塗布方向８の前方の開口度が、後方に較べて大きくなるように、電極３を配置するが、特に電極である必要はなく、単に気流を整える板や、磁気的な力や音圧などを印加する部材を同様に配置したものであってもよい。
【００４０】
第３の実施形態の電極３において、塗布方向８の前方が開き、かつ後方が狭まっていることにより、ノズル２を走査させた際に発生する気流を整える効果が増大し、吐出液柱４を一層安定させて一定の位置に保持することが可能になる。
【００４１】
電極３の形状は、図９に示すように直線の断面で構成してもよいし、図１０に示すように曲率を持たせた断面で構成してもよいし、図１１に示すように複数の電極で構成してもよい。
【００４２】
電極３の形状や大きさ、配置については、吐出液柱径、吐出液柱高さ、塗布速度と気流の乱れ具合、塗布液の比重、塗布液の電気的特性、目標とする塗布ラインの精度等に応じて個別の条件に合わせて設定する。
【実施例１】
【００４３】
以下、具体的な実施例を用いて、本発明の塗布装置（ディスペンサー）を説明する。
【００４４】
実施例１として、シリンジ内の塗布液をプランジャで加圧する方式のディスペンサーを準備し、先端口径２０μｍのノズルを装着した。塗布液は、薄膜形成材料を有機溶剤メシチレンに溶解させ、５重量％になるように調製した溶液を準備し、シリンジ内に１０ｍｌ充填した。
【００４５】
吐出液柱近傍で電界を形成するための電極は、吐出液柱を挟み走査方向と平行となる位置に、幅２ｍｍ×高さ１ｍｍ×長さ３ｍｍの寸法の銅電極を固定した。電極とノズル、シリンジは共に固定され、基板を載せる定盤上を直線的に高速で移動する。
【００４６】
塗布対象の基板は、１００ｍｍ×１００ｍｍのガラス基板にフォトリソ法を用いて、幅５μｍ×高さ３μｍの樹脂バンクをライン状パターンの脇に形成し、パターン溝幅は３０μｍで形成した。
【００４７】
基板を載せるステージは平面精度が出ている定盤を用い、基板をバキュームエアチャックで固定した。基板に吐出液がかからない位置で、シリンジ内の塗布液をプランジャで加圧して、ノズル２より吐出される液量が２５μｌ／ｓｅｃになるように調節しながら、電極に−５００Ｖを印加した。目的とするライン状パターンに合わせて、ノズル２を２ｍ／ｓｅｃの速度で移動させて塗布を行った。
【００４８】
１５０℃、１時間の条件で乾燥後、ライン状パターンに塗布された薄膜形成材料の形状を測定すると、ライン幅は３０μｍ、厚みは１５０ｎｍとなり、良好なライン状パターンを得ることができた。
【実施例２】
【００４９】
実施例２として、吐出液柱近傍で電界を形成するための電極を、幅２ｍｍ×高さ１ｍｍ×長さ３ｍｍの寸法の銅電極とした。また、吐出液柱を挟み塗布方向前方に開口するように約１５度の角度でひねり、図９、図１０、図１１に示すような逆ハの字の形に電極を配置して固定した。
【００５０】
ノズル２の移動速度は４ｍ／ｓｅｃに調整し、移動速度と電極の配置以外は実施例１と同様にして塗布を行った。
【００５１】
乾燥後、ライン状パターンの形状を測定すると、実施例と同様に良好なライン状パターンを得ることができた。
【００５２】
［比較例１］
比較例１として、電極を取り外し、電荷は印加せずに、それ以外の条件は上記実施例１と同様にして塗布を行った。比較例１では、隣り合ったライン間で、吐出液柱の変動による塗布液の混ざり合いが発生し、良好なライン状パターンを得ることができなかった。
【００５３】
［比較例２］
比較例２として、上記実施例１において、ノズル２の移動速度を４ｍ／ｓｅｃに調整し、移動速度以外は実施例１と同様にして塗布を行った。比較例２では、隣り合ったライン間で、吐出液柱の変動による塗布液の混ざり合いが発生し、良好なライン状パターンを得ることができなかった。
【００５４】
以上説明したように、本発明の塗布装置によれば、飛行曲がり抑制手段を備えているため、走査方向と直交する方向に対する塗布材料の吐出方向の変動が抑えられ、隣り合ったライン間での塗布液の混ざり合いを防ぐことができる。このため、高精細ライン状パターニングと製造工程での高スループットとを両立することが可能となる。
【００５５】
また、ノズルから吐出された吐出液柱と同極性の電荷を複数の電極に印加することにより、吐出液柱を挟む電極間に電界が形成され、これにより電極と吐出液柱との間に斥力が発生し、吐出液柱が空間の一定位置（ほぼ中央）に保持される。さらに、電極を走査方向前後に開口させて配置した場合には、ノズルもしくは基板を走査した際に発生する気流が開口部から逃げ、気流を乱すことがない。
【００５６】
このように、電界による液柱制御と気流制御との２つの作用によって、吐出方向の変動が抑えられ、従来は１００μｍ程度の幅が限度であったライン状パターニングの線幅が、３０μｍ幅まで細線化できる。また、ディスペンサーの描画速度は従来１ｍ／ｓｅｃ程度が限度であったが、２ｍ／ｓｅｃの高速描画が可能になる。
【００５７】
また、気流制御の効果が向上するため、４ｍ／ｓｅｃまで描画速度を速めることができ、さらなる高スループットが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】第１の実施形態のディスペンサーを用いて細線塗布を行っている概略俯瞰図。
【図２】第２の実施形態のディスペンサーを用いて細線塗布を行っている概略俯瞰図。
【図３】第２の実施形態に係る塗布装置において、液柱と電極部をディスペンサー上面から見た状態を示す図。
【図４】第２の実施形態に係る塗布装置において、液柱と電極部をディスペンサー上面から見た状態を示す図。
【図５】第２の実施形態に係る塗布装置において、液柱と電極部をディスペンサー上面から見た状態を示す図。
【図６】第２の実施形態に係る塗布装置において、液柱と電極部をディスペンサー上面から見た状態を示す図。
【図７】第２の実施形態に係る塗布装置において、液柱と電極部をディスペンサー上面から見た状態を示す図。
【図８】第２の実施形態に係る塗布装置において、液柱と電極部をディスペンサー上面から見た状態を示す図。
【図９】第３の実施形態に係る塗布装置において、液柱と電極部をディスペンサー上面から見た状態を示す図。
【図１０】第３の実施形態に係る塗布装置において、液柱と電極部をディスペンサー上面から見た状態を示す図。
【図１１】第３の実施形態に係る塗布装置において、液柱と電極部をディスペンサー上面から見た状態を示す図。
【符号の説明】
【００５９】
１  ディスペンサー
２  ノズル
３  電極
４  吐出液柱
５  平板基板
６  ライン状パターン
７  電荷発生源
８  塗布方向
９  飛行曲がり抑制手段
【図１】
2010069352.tif 000003
【図２】
2010069352.tif 000004
【図３】
2010069352.tif 000005
【図４】
2010069352.tif 000006
【図５】
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【図６】
2010069352.tif 000008
【図７】
2010069352.tif 000009
【図８】
2010069352.tif 000010
【図９】
2010069352.tif 000011
【図１０】
2010069352.tif 000012
【図１１】
2010069352.tif 000013