(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に液状材料を塗布するための塗布針と、
その底に前記塗布針の先端部を貫通させることが可能な貫通孔が開けられ、液状材料が注入される容器と、
前記容器の底に設けられ、前記貫通孔を閉蓋するシール部材と、
前記塗布針および前記容器を相対的に上下動可能に支持する直動案内部材と、
前記塗布針および前記容器を相対的に上下動させ、前記塗布針の先端部によって前記シール部材に孔を開け、その孔から前記塗布針の先端部を突出させ、前記容器内に注入された前記液状材料を前記塗布針の先端部に付着させる駆動部とを備える、塗布ユニット。
【請求項２】
前記塗布針の先端部が前記シール部材の孔から突出するとき、前記シール部材の孔の内側と前記塗布針の外周面とが密着し、余分な前記液状材料が前記塗布針の先端部に付着して前記容器の外部に出ることが抑制される、請求項１に記載の塗布ユニット。
【請求項３】
前記シール部材に開けられた前記孔の直径は、前記塗布針の先端部の外径と略等しい、請求項１または請求項２に記載の塗布ユニット。
【請求項４】
前記シール部材は、厚さが１００μm以下の合成樹脂フィルムを含む、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の塗布ユニット。
【請求項５】
前記駆動部は、待機時は、前記塗布針の先端部を前記容器内の前記液状材料に浸漬させ、塗布時は、前記塗布針を下降させて前記先端部を前記容器の貫通孔および前記シール部材の孔から突出させ、前記先端部に付着した前記液状材料を前記対象物に塗布した後、前記塗布針を上昇させて前記先端部を前記容器内の前記液状材料に浸漬させる、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の塗布ユニット。
【請求項６】
前記対象物は基板であり、
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の塗布ユニットと、
前記塗布ユニットを前記基板の表面の所望の位置の上方の予め定められた位置に配置する位置決め装置とを備える、塗布装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は塗布ユニットおよびそれを用いた塗布装置に関し、特に、塗布針を用いて対象物に液状材料を塗布する塗布ユニットと、それを用いた塗布装置とに関する。より特定的には、この発明は、塗布針を用いて基板の表面に導電性パターンを描画したり、導電性パターンのオープン欠陥を修正したり、導電性接着剤を塗布する塗布ユニットと、それを用いた塗布装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦＩＤ（radio  frequency  identification）タグのような半導体装置の分野では、基板の表面に微細な回路を印刷、塗布方式で形成するプリンテッドエレクトロニクス技術が急速に発展してきている。微細な電極パターンを形成する方式としては、印刷方式、インクジェット方式、塗布針を用いる方式などがある。塗布針を用いる方式には、広範囲の粘度の液状材料を微細領域に塗布することができるという長所がある。
【０００３】
特許文献１には、その底に貫通孔が開けられ、液状材料が注入された容器と、その先端部が貫通孔の直径と略同じ外径を有し、基板表面の欠陥部に液状材料を塗布するための塗布針と、容器および塗布針を相対的に上下動可能に支持する直動案内部材と、容器および塗布針を相対的に上下動させ、貫通孔から塗布針の先端部を突出させて先端部に液状材料を付着させる駆動部とを備えた塗布ユニットが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２６８３５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の塗布ユニットでは、高粘度の液状材料の塗布動作を複数回繰り返すと、容器の貫通孔の下に液状材料溜まりが発生する場合があり、塗布針の先端部に付着する液状材料の量が変化し、基板表面に塗布される液状材料の量がバラツクという問題があった。
【０００６】
それゆえに、この発明の主たる目的は、液状材料を多数回安定して塗布することが可能な塗布ユニットと、それを用いた塗布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】
この発明に係る塗布ユニットは、対象物に液状材料を塗布するための塗布針と、その底に塗布針の先端部を貫通させることが可能な貫通孔が開けられ、液状材料が注入される容器と、容器の底に設けられ、貫通孔を閉蓋するシール部材と、塗布針および容器を相対的に上下動可能に支持する直動案内部材と、塗布針および容器を相対的に上下動させ、塗布針の先端部によってシール部材に孔を開け、その孔から塗布針の先端部を突出させ、容器内に注入された液状材料を塗布針の先端部に付着させる駆動部とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る塗布ユニットでは、塗布針の先端部がシール部材の孔から突出するとき、余分な液状材料が塗布針の外周部に付着して容器の外部に出ることがシール部材によって抑制される。したがって、容器の貫通孔の下に液状材料溜まりが発生することを防止することができ、液状材料を多数回安定に塗布することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本願発明の基礎となる塗布ユニットの要部と、それを用いた塗布方法を示す断面図である。
【図２】図１に示した塗布ユニットの問題点を説明するための断面図である。
【図３】この発明の一実施の形態による塗布ユニットの要部と、それを用いた塗布方法を示す断面図である。
【図４】図３に示した塗布ユニットを用いた塗布方法を示す他の断面図である。
【図５】図３および図４に示した塗布ユニットの全体構成を示す図である。
【図６】図５に示した塗布ユニットを備えた液状材料塗布装置の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本願発明の理解を容易にするために、まず本願発明の基礎となる塗布ユニットについて説明する。図１（ａ）〜（ｃ）は、塗布ユニットの要部と、それを用いた塗布方法を示す断面図である。図１（ａ）において、塗布ユニットは、容器１、蓋２、および塗布針３を含む。
【００１１】
容器１内の穴１ａには、液状材料４が注入される。穴１ａの底の中央部には、貫通孔１ｂが形成されている。穴１ａは、貫通孔１ｂに近付くに従って断面積が小さくなるテーパ形状を有する。したがって、液状材料４が少ない場合でも、塗布針３の先端部３ａを液状材料４に浸漬することができ、経済的である。また、貫通孔１ｂは微小であるので、液状材料４の表面張力、容器１の撥水性、撥油性により、貫通孔１ｂからの液状材料４の漏れはほとんどない。容器１の側面には、容器１を支持するための突起部１ｃが設けられている。
【００１２】
蓋２の中央部には、貫通孔２ａが形成されている。蓋２は、容器１の上端の開口部を閉じて容器１内を密封する。塗布針３の先端部３ａは、先端に向かって徐々に細くなるテーパ形状を有する。塗布針３の先端には、円形の平坦面が形成されている。塗布針３は、先端側（下側）の細軸部３ｂと、基端側（上側）の太軸部３ｃとを含む。細軸部３ｂの外径は、容器１の底の貫通孔１ｂの直径と略同じか若干小さく設定されている。太軸部３ｃの外径は、蓋２の貫通孔２ａの直径と略同じか若干小さく設定されている。貫通孔１ｂの中心軸と、貫通孔２ａの中心軸と、塗布針３の中心軸とが一致するように、容器１と蓋２と塗布針３が配置される。
【００１３】
次に、この塗布ユニットの使用方法について説明する。まず図１（ａ）に示すように、基板５の表面のうちの所望の位置の上方の所定位置に塗布針３の先端を位置決めする。このとき、塗布針３の太軸部３ｃは蓋２の貫通孔２ａを貫通しており、塗布針３の先端部３ａは容器１内の液状材料４に浸漬されている。
【００１４】
次いで図１（ｂ）に示すように、塗布針３を下降させ、塗布針３の先端部３ａを貫通孔１ｂから容器１の底の下に突出させ、塗布針３の先端を基板５の表面に接触させる。塗布針３の先端部３ａが貫通孔１ｂから容器１の底に突出すると、塗布針３の先端部３ａに液状材料４が付着する。塗布針３の先端が基板５の表面に接触すると、塗布針３の先端部３ａに付着した液状材料４が基板５の表面に塗布される。次に図１（ｃ）に示すように、塗布針３を上昇させ、塗布針３の先端部３ａを容器１内の液状材料４中に浸漬させ、待機する。
【００１５】
次に、この塗布ユニットの問題点について説明する。金属粉を含んで導電性を有する高粘度の液状材料４を使用し、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、位置決め、塗布、待機を複数回繰り返すと、図２（ｃ）に示すように、容器１の貫通孔１ｂの下に液状材料溜まり４ａが発生する場合がある。金属粉を含んだ液状材料４は比重が大きいので、液状材料溜まり４ａが発生し易くなる傾向がある。液状材料溜まり４ａが発生すると、塗布針３の先端部３ａに付着する液状材料４の量が塗布動作の度に変化し、基板５に塗布される液状材料４の量がばらつく。
【００１６】
ＲＦＩＤタグのような半導体装置において、基板５の表面に微細な回路を描画するためには、金属粉を含んだ高粘度の液状材料４を多数回安定して塗布することが可能であることが必要である。本願発明では、この問題点の解決が図られる。
【００１７】
図３（ａ）（ｂ）は、この発明の一実施の形態による塗布ユニットの要部と、それを用いた塗布方法を示す断面図である。図３（ａ）（ｂ）では、未使用の塗布ユニットと、それを用いた塗布方法が示されている。図３（ａ）（ｂ）において、Ａ２部およびＢ２部はそれぞれＡ１部およびＢ１部の拡大図である。
【００１８】
未使用の塗布ユニットでは、図３（ａ）に示すように、容器１の下端面にシール部材６が張り付けられている。シール部材６は貫通孔１ｂの下側の開口部よりも大きな寸法を有し、貫通孔１ｂはシール部材６によって閉蓋されている。シール部材６は、厚さが１００μｍ以下の合成樹脂フィルムで形成されている。シール部材６の外周部は、たとえば接着剤を用いて容器１の下端面のうちの貫通孔１ｂの下側の開口部の周囲に張り付けられる。容器１の下端部のうちのシール部材６が張り付けられる領域に、シール部材６の厚さと同程度の深さの凹部が形成されていても構わない。
【００１９】
未使用の塗布ユニットを用いて塗布する場合、図３（ａ）で示したようにシール部材６が張り付けられた状態で、基板５の表面のうちの所望の位置の上方の所定位置に塗布針３の先端を位置決めする。このとき、塗布針３の太軸部３ｃは蓋２の貫通孔２ａを貫通しており、塗布針３の先端部３ａは容器１内の液状材料４に浸漬されている。
【００２０】
次いで図３（ｂ）に示すように、塗布針３を下降させて塗布針３の先端部３ａによってシール部材６に孔６ａを開け、塗布針３の先端を貫通孔１ｂおよび孔６ａから突出させて基板５の表面に接触させる。シール部材６の孔６ａの直径は、塗布針３の細軸部３ｂの外径（すなわち先端部３ａの最も太い部分の外径）と略同じになる。シール部材６の孔６ａにより、余分な液状材料４が塗布針３の先端部３ａおよび細軸部３ｂに付着して貫通孔１ｂの下に引き出されることを抑制することができ、貫通孔１ｂの下に液状材料溜まり４ａが発生することを防止することができる。
【００２１】
塗布針３の先端部３ａが貫通孔１ｂおよび孔６ａを通って容器１の下に突出すると、塗布針３の先端部３ａに液状材料４が付着する。塗布針３の先端が基板５の表面に接触すると、塗布針３の先端部３ａに付着した液状材料４が基板５の表面に塗布される。この後、図１（ｃ）で示したように、塗布針３を上昇させ、塗布針３の先端部３ａを容器１内の液状材料４中に浸漬させ、１回の塗布を終了する。この塗布ユニットは、シール部材６に孔６ａが開けられた後も使用可能である。
【００２２】
図４（ａ）〜（ｃ）は、少なくとも１回使用した塗布ユニットの要部と、それを用いた塗布方法を示す断面図である。図４（ａ）〜（ｃ）において、Ｃ２部、Ｄ２部、およびＥ２部は、それぞれＣ１部、Ｄ１部、およびＥ１部の拡大図である。
【００２３】
少なくとも１回使用した塗布ユニットでは、図４（ａ）に示すように、容器１の下端面に張り付けられたシール部材６に孔６ａが開けらている。孔６ａは、上述したように、塗布針３によって開けられたものである。シール部材６の孔６ａの直径は、塗布針３の細軸部３ｂの外径（すなわち先端部３ａの最も太い部分の外径）と略同じである。
【００２４】
まず図４（ａ）に示すように、基板５の表面のうちの所望の位置の上方の所定位置に塗布針３の先端を位置決めする。このとき、塗布針３の太軸部３ｃは蓋２の貫通孔２ａを貫通しており、塗布針３の先端部３ａは容器１内の液状材料４に浸漬されている。
【００２５】
次いで図４（ｂ）に示すように、塗布針３を下降させ、塗布針３の先端を貫通孔１ｂおよび孔６ａから容器１の底の下に突出させ、基板５の表面に接触させる。このとき、シール部材６の孔６ａの内側と塗布針３の外周面とが密着するので、余分な液状材料４が塗布針３の先端部３ａおよび細軸部３ｂに付着して貫通孔１ｂの下に引き出されることが抑制され、貫通孔１ｂの下に液状材料溜まり４ａが発生することが防止される。
【００２６】
塗布針３の先端部３ａが貫通孔１ｂおよび孔６ａを通って容器１の下に突出すると、塗布針３の先端部３ａに液状材料４が付着する。塗布針３の先端が基板５の表面に接触すると、塗布針３の先端部３ａに付着した液状材料４が基板５の表面に塗布される。この後、図４（ｃ）で示すように、塗布針３を上昇させ、塗布針３の先端部３ａを容器１内の液状材料４中に浸漬させ、待機する。
【００２７】
図５（ａ）は塗布ユニット１０の全体構成を示す正面図であり、図５（ｂ）はその側面図である。図５（ａ）（ｂ）において、塗布ユニット１０は、サーボモータ１１とアーム１２を備える。サーボモータ１１の回転軸は、先端を下向きにして上下方向に配置される。回転軸には、円柱状の回転部１３が固定されている。回転部１３の下端には斜面が形成されている。アーム１２は、サーボモータ１１の下端部の背面に沿うように上下方向に配置され、その上部は支持部１４によってサーボモータ１１の下端部に固定される。
【００２８】
アーム１２の下部の正面には、レール部およびスライド部を含むリニアガイド１５（直動案内部材）が設けられている。レール部は、上下方向に向けられてアーム１２の下部に固定されている。スライド部は、レール部に沿って上下動可能に支持されている。スライド部の上部には可動部１６が固定され、その下部には塗布針ホルダ固定部１７が固定されている。可動部１６のアーム１２側の側面には固定ピン１８が設けられ、その下方にはもう１つの固定ピン１９が位置調整部２０を介してアーム１２に固定されている。固定ピン１８，１９間の距離は、位置調整部２０によって調整可能になっている。２つの固定ピン１８，１９の間にバネ２１が設けられ、このバネ２１により可動部１６は下側に付勢されている。
【００２９】
可動部１６の側面は、カム連結板２２および軸受２３を介してカム２４に固定されている。カム２４の上端には斜面が形成されている。カム２４の上端の斜面は、回転部１３の下端の斜面に当接される。たとえば、サーボモータ１１の回転軸を０度から１８０度まで回転させると軸受２３が下降し、サーボモータ１１の回転軸を１８０度から３６０度まで回転させると軸受２３が上昇する。軸受２３が上下動すると、可動部１６および塗布針ホルダ固定部１７がリニアガイド１５のレール部に沿って上下動する。サーボモータ１１、回転部１３、およびカム２４は、駆動部を構成する。
【００３０】
塗布針ホルダ固定部１７の下端には、塗布針ホルダ収納部２５が固定されている。塗布針ホルダ収納部２５の下端には凹部(図示せず)が形成されている。塗布針３の上端は、塗布針ホルダ２６の下端の中心に垂直に固定されている。塗布針ホルダ２６の上部には、凸部(図示せず)が形成されている。塗布針ホルダ２６の凸部が塗布針ホルダ収納部２５の凹部に挿嵌され、塗布針ホルダ２６が塗布針ホルダ収納部２５にネジによって固定される。
【００３１】
液状材料４が注入された容器１に蓋２が取り付けられ、蓋２の孔２ａに塗布針３が挿入され、容器１の側面の突起部１ｃの上の金属ピン１ｄがアーム１２の下端の磁石(図示せず)に吸着される。容器１は、塗布針３および金属ピン１ｄによってアーム１２の下端に固定される。
【００３２】
さらに、サーボモータ１１の下端部の側面には原点センサ２７が設けられている。原点センサ２７は、カム２４の側面に形成された原点マークを検出し、サーボモータ１１の原点位置信号を出力する。原点センサ２７の出力信号に基づいて、サーボモータ１１は初期化される。
【００３３】
サーボモータ１１の回転軸の回転角度が０度にされている場合は、図３（ａ）および図４（ａ）で示したように、塗布針３の先端部３ａが容器１内の液状材料４中に浸漬している。サーボモータ１１の回転軸が０度から１８０度まで回転されると、図３（ｂ）および図４（ｂ）で示したように、塗布針３の先端部３ａが容器１の底の貫通孔１ｂおよびシール部材６の孔６ａを通って容器１の底の下に突出される。このとき、塗布針３の先端部３ａに液状材料４が付着し、その液状材料４が基板５の表面に塗布される。サーボモータ１１の回転軸が１８０度から３６０度まで回転されると、図４（ｃ）で示したように、塗布針３の先端部３ａが容器１内に戻されて液状材料４中に浸漬され、待機状態となる。
【００３４】
図６は、塗布ユニット１０を備えた液状材料塗布装置３０の全体構成を示す斜視図である。図６において、液状材料塗布装置３０は、観察光学系３１、ＣＣＤカメラ３２、および塗布ユニット１０を備える。観察光学系３１は、照明用の光源、対物レンズなどを含み、基板５の表面状態や、塗布ユニット１０によって塗布された液状材料４の状態を観察するために用いられる。観察光学系３１によって観察される画像は、ＣＣＤカメラ３２により電気信号に変換される。塗布ユニット１０は、たとえば、基板５上に形成された配線パターンに発生した断線部に導電性の液状材料４を塗布して修正する。観察光学系３１、ＣＣＤカメラ３２、および塗布ユニット１０は、修正ヘッド部を構成する。
【００３５】
液状材料塗布装置３０は、さらに、上記修正ヘッド部を塗布対象の基板５に対して垂直方向（Ｚ軸方向）に移動させるＺステージ３３と、Ｚステージ３３を搭載して横方向（Ｘ軸方向）に移動させるＸステージ３４と、基板５を搭載して前後方向（Ｙ軸方向）に移動させるＹステージ３５と、装置全体の動作を制御する制御用コンピュータ３６と、ＣＣＤカメラ３２によって撮影された画像などを表示するモニタ３７と、制御用コンピュータ３６に作業者からの指令を入力するための操作パネル３８とを備える。ステージ３３〜３５は、位置決め装置を構成する。
【００３６】
なお、この装置構成は一例であり、たとえば、観察光学系３１などを搭載したＺステージ３３をＸステージに搭載し、さらにＸステージをＹステージに搭載し、Ｚステージ３３をＸＹ方向に移動させるガントリー方式と呼ばれる構成でもよく、観察光学系３１などを搭載したＺステージ３３を、塗布対象の基板５に対してＸＹ方向に相対的に移動させることが可能な構成であればどのような構成でもよい。
【００３７】
次に、この液状材料塗布装置３０の動作について説明する。塗布ユニット１０には、所望の塗布針３と、所望の液状材料４が注入された容器１とが予めセットされているものとする。塗布対象の基板５をＹステージ３５上にセットする。ここでは、基板５上に形成された配線パターンに発生した断線部に液状材料４を塗布するものとする。液状材料４は、導電性の金属ペーストである。
【００３８】
モニタ３７の画面には、基板５の表面が表示される。液状材料塗布装置３０の使用者は、モニタ３７の画面を見ながら操作パネル３８のボタンなどを操作し、モニタ３７の画面の所定位置（たとえば中心）に断線部の中心部の画像が表示されるようにステージ３３〜３５を制御する。断線部の中心部が所定位置に配置されると、そのときのステージ３３〜３５の座標が記憶される。その座標と、予め記憶された観察光学系３１の光軸と塗布針３の中心軸との間の距離と、観察光学系３１の焦点位置と塗布針３の先端との間の距離に基づいてステージ３３〜３５が制御され、図３（ａ）および図４（ａ）で示したように、塗布針３の先端が断線部の上方の所定位置に配置される。
【００３９】
次に、使用者が操作パネル３８を用いて塗布動作を指令すると、サーボモータ１１の回転軸が回転される。サーボモータ１１の回転軸が０度から１８０度まで回転されると、図３（ｂ）および図４（ｂ）で示したように、塗布針３が下降し、塗布針３の先端部３ａが容器１の貫通孔１ｂおよびシール部材６の孔６ａを通って容器１の底の下に突出し、塗布針３の先端部３ａに付着した液状材料４が基板５の表面の断線部に塗布される。サーボモータ１１の回転軸が１８０度から３６０度まで回転されると、図４（ｃ）で示したように、塗布針３が上昇し、塗布針３の先端部３ａが容器１内の液状材料４中に浸漬され、待機状態となる。
【００４０】
以上のように、この実施の形態では、塗布針３の先端部３ａがシール部材６の孔６ａから突出するときに、余分な液状材料４が塗布針３の外周部に付着して容器１の外部に出ることがシール部材６によって抑制される。また、塗布針３および容器１を塗布ユニット１０に取り付けた状態で塗布針３を用いてシール部材６に孔６ａを形成するので、塗布針３とシール部材６の孔６ａの位置ずれが発生することもない。したがって、液状材料４として高粘度で高質量の金属ペーストを使用した場合でも、容器１の貫通孔１ｂの下に液状材料溜まり４ａが発生することを防止することができ、液状材料４を多数回安定に塗布することができる。
【００４１】
また、Ｘステージ３４、Ｙステージ３５、およびＺステージ３３を制御することにより、基板５の表面の任意の位置に液状材料４を塗布することができる。
【００４２】
なお、この実施の形態では、基板５の表面に形成された微細パターンの断線部に液状材料４を塗布する場合について説明したが、これに限るものではなく、塗布位置を連続的に移動させることにより、基板５の表面にＲＦＩＤタグなどの回路を描画したり、導電性パターンを描画したり、導電性接着剤を塗布することも可能であることは言うまでもない。
【００４３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４４】
１  容器、１ａ  穴、１ｂ  貫通孔、１ｃ  突起部、１ｄ  金属ピン、２  蓋、２ａ  貫通孔、３  塗布針、３ａ  先端部、３ｂ  細軸部、３ｃ  太軸部、４  液状材料、５  基板、６  シール部材、６ａ  孔、１０  塗布ユニット、１１  サーボモータ、１２  アーム、１３  回転部、１４  支持部、１５  リニアガイド、１６  可動部、１７  塗布針ホルダ固定部、１８，１９  固定ピン、２０  位置調整部、２１  バネ、２２  カム連結板、２３  軸受、２４  カム、２５  塗布針ホルダ収納部、２６  塗布針ホルダ、２７  原点センサ、３０  液状材料塗布装置、３１  観察光学系、３２  ＣＣＤカメラ、３３  Ｚステージ、３４  Ｘステージ、３５  Ｙステージ、３６  制御用コンピュータ、３７  モニタ、３８  操作パネル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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