(57)【要約】【課題】吐出直後のパターン形成材料の表面張力を抑制し、基板上に適切な断面形状を有するパターンを形成するパターン形成装置を提供する。【解決手段】パターン形成装置１は、基板９を傾斜した状態で保持するステージ３、および、基板９に向けてパターン形成材料を吐出する吐出部４２を有するヘッド部４を備え、ステージ３はステージ移動機構２により基板９の主面に沿う方向に移動する。パターンを形成する際には、まず、基板９が吐出部４２の下方へと移動し、基板９上にエタノールと水との混合液が供給される。混合液は吐出部４２の吐出口に接しつつ基板９上にて保持される。そして、吐出部４２からパターン形成材料を吐出しつつステージ３を移動することにより、吐出直後のパターン形成材料が混合液により表面張力が減少した状態とされ、吐出部４２の吐出口の形状に対応する断面形状にて基板９上に隔壁パターン９１が形成される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にパターンを形成するパターン形成装置であって、
基板を保持する保持部と、
基板に向けてパターン形成材料を吐出する吐出口が形成された吐出部と、
基板の主面に沿う方向に前記吐出部を前記基板に対して相対的に移動する移動機構と、
を備え、
前記吐出部から吐出された直後のパターン形成材料に液体が付与されることを特徴とするパターン形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載のパターン形成装置であって、
付与される液体が前記吐出口の外部にて基板上に保持され、前記液体が前記吐出口と接することを特徴とするパターン形成装置。
【請求項３】
請求項２に記載のパターン形成装置であって、
パターン形成材料が親水性である場合は前記液体が親水性であり、パターン形成材料が疎水性である場合は前記液体が疎水性であることを特徴とするパターン形成装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載のパターン形成装置であって、
前記液体の温度を調整する温度調整部をさらに備えることを特徴とするパターン形成装置。
【請求項５】
請求項２ないし４のいずれかに記載のパターン形成装置であって、
パターン形成材料が光硬化性樹脂を含み、前記液体中のパターン形成材料に向けて光を照射する光照射部をさらに備えることを特徴とするパターン形成装置。
【請求項６】
請求項２ないし５のいずれかに記載のパターン形成装置であって、
吐出されたパターン形成材料から液体を除去する手段をさらに備えることを特徴とするパターン形成装置。
【請求項７】
請求項２ないし６のいずれかに記載のパターン形成装置であって、
前記保持部が、水平面に対して傾斜した状態で基板を保持し、前記吐出部が基板の主面に沿って下側へと相対的に移動し、
前記液体が、前記吐出部と基板の主面の上側の部位との間に保持されることを特徴とするパターン形成装置。
【請求項８】
基板上にパターンを形成するパターン形成方法であって、
ａ）  吐出部からパターン形成材料を基板に向けて吐出しつつ前記吐出部を前記基板の主面に沿って相対的に移動する工程と、
ｂ）  前記ａ）工程と並行して吐出直後のパターン形成材料に液体を付与する工程と、
を有することを特徴とするパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上にパターンを形成する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、プラズマ表示装置や有機ＥＬ表示装置等に用いられるパネルに隔壁や電極、蛍光体等のパターンを形成する方法として、サンドブラスト法（フォトリソグラフィ法とも呼ばれる。）、スクリーン印刷法、リフトオフ法等が知られている。しかしながら、これらの方法は煩雑であり、生産コストを増加させる要因となっている。そこで、近年、特許文献１に開示されているように微細な吐出口を有するノズルからペースト状のパターン形成材料を吐出して基板上にパターンを形成する手法が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１８４３０３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、使用されるパターン形成材料の種類によっては、吐出直後のパターン形成材料の断面形状が表面張力（正確には、空気に接する部分の表面張力）の影響により変形してしまうことがある。具体的には、矩形の吐出口に対して、吐出されたパターン形成材料の断面形状の上部の角が丸みを帯びて略半円形に変形してしまうことがあり、断面の形状精度や高アスペクト比が要求されるパターン（特に、隔壁パターン）を形成することが困難となる。
【０００５】
また、パターン形成材料を高粘度化することにより表面張力の影響を抑制することも考えられるが、この場合、微細な吐出口からパターン形成材料を円滑に吐出することができなくなってしまう。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、基板上に適切な断面形状を有するパターンを形成することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、基板上にパターンを形成するパターン形成装置であって、基板を保持する保持部と、基板に向けてパターン形成材料を吐出する吐出口が形成された吐出部と、基板の主面に沿う方向に前記吐出部を前記基板に対して相対的に移動する移動機構とを備え、前記吐出部から吐出された直後のパターン形成材料に液体が付与される。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のパターン形成装置であって、付与される液体が前記吐出口の外部にて基板上に保持され、前記液体が前記吐出口と接する。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のパターン形成装置であって、パターン形成材料が親水性である場合は前記液体が親水性であり、パターン形成材料が疎水性である場合は前記液体が疎水性である。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載のパターン形成装置であって、前記液体の温度を調整する温度調整部をさらに備える。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項２ないし４のいずれかに記載のパターン形成装置であって、パターン形成材料が光硬化性樹脂を含み、前記液体中のパターン形成材料に向けて光を照射する光照射部をさらに備える。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項２ないし５のいずれかに記載のパターン形成装置であって、吐出されたパターン形成材料から液体を除去する手段をさらに備える。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項２ないし６のいずれかに記載のパターン形成装置であって、前記保持部が、水平面に対して傾斜した状態で基板を保持し、前記吐出部が基板の主面に沿って下側へと相対的に移動し、前記液体が、前記吐出部と基板の主面の上側の部位との間に保持される。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、基板上にパターンを形成するパターン形成方法であって、ａ）  吐出部からパターン形成材料を基板に向けて吐出しつつ前記吐出部を前記基板の主面に沿って相対的に移動する工程と、ｂ）  前記ａ）工程と並行して吐出直後のパターン形成材料に液体を付与する工程とを有する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態に係るパターン形成装置１の概略構成を示す図である。パターン形成装置１は、プラズマ表示装置のガラス基板（以下、「基板」という。）９上に隔壁のパターン９１（例えば、断面形状の幅が数１０μｍ、高さが数百μｍの矩形のパターン）を形成する装置であり、隔壁パターンが形成された基板９は他の工程を介してプラズマ表示装置の組立部品であるパネル（通常、リアパネル）となる。
【００１６】
パターン形成装置１は、法線が図１中の（＋Ｚ）方向から（＋Ｘ）側に傾斜する面（以下、「傾斜面」という。）１１１を有する基台１１を備え、傾斜面１１１は、例えば、Ｘ軸に対して１５度だけ傾斜した状態とされる。傾斜面１１１上にはステージ移動機構２が設けられ、ステージ移動機構２により基板９を吸引吸着により保持するステージ３が傾斜面１１１に沿って移動可能とされる。基台１１にはステージ３を跨ぐようにしてフレーム１２が固定され、フレーム１２にはヘッド部４が取り付けられる。
【００１７】
ステージ移動機構２は、モータ２１にボールねじ２２が接続され、さらに、ステージ３に固定されたナット２３がボールねじ２２に取り付けられた構造となっている。ボールねじ２２の上方にはガイドレール２４が固定され、モータ２１が回転すると、ナット２３とともにステージ３がガイドレール２４に沿ってＹ軸に直交しつつ基板９の主面（または、傾斜面１１１）に沿う方向（以下、「ステージ移動方向」という。）に滑らかに移動する。また、ステージ３において、ステージ移動方向に関する下側（すなわち、（＋Ｘ）方向に対応する方向）の端部には、後述する水とエタノールとの混合液を受け止める回収ガイド３１ａが設けられる。回収ガイド３１ａにて集められた液は液体回収部３１へと送られる。
【００１８】
ヘッド部４は、基板９上にペースト状のパターン形成材料を吐出する吐出部４２、および、基板９に向けて紫外線を出射する光照射部４４を有し、吐出部４２および光照射部４４はフレーム１２に固定されたベース４１の下部に取り付けられる。吐出部４２はＹ方向に配列された複数の吐出口が形成されたノズル４３を有する。光照射部４４は吐出部４２の（−Ｘ）側において基板９に向かって光を出射し、各吐出口に対応する光のスポットを基板９上に形成する。なお、パターン形成材料は親水性であり、低軟化点ガラスフリット、紫外線硬化性樹脂、その他、溶剤や添加剤等を含んでいる。
【００１９】
吐出部４２には逆止弁４２１を有する供給管４２２が取り付けられ、供給管４２２は分岐しており、一方がポンプ４２３に接続され、他方が制御弁４２４を介してパターン形成材料を貯留するタンク４２５に接続される。光照射部４４は光ファイバ４４１を介して紫外線を発生する光源ユニット４４２に接続される。
【００２０】
ヘッド部４は、さらに、水とエタノールとの混合液（例えば、水が５０％、エタノールが５０％混合された液体であり、以下、単に「混合液」と呼ぶ。）を基板９上に供給する液体供給ノズル４５、および、基板９に向けて温風を付与するエアノズル４６を有する。液体供給ノズル４５は、液体供給管４５１を介して混合液を貯留する液体供給部４５２に接続される。エアノズル４６は、エア供給管４６１を介してエア供給部４６２に接続され、エア供給部４６２により温風が供給される。
【００２１】
ステージ移動機構２のモータ２１、ポンプ４２３、制御弁４２４、光源ユニット４４２、液体供給部４５２およびエア供給部４６２は制御部５に接続され、これらの構成が制御部５により制御されることにより、パターン形成装置１による基板９上への隔壁パターンの形成が行われる。
【００２２】
図２はヘッド部４の下部を拡大して示す図である。図２に示すように、ノズル４３の先端には吐出口４３１が設けられており、吐出口４３１は基板９に向かう方向よりもステージ移動方向に関する上側（後述するパターン形成時における進行方向の後側）に傾いた方向を向いている。さらに、ノズル４３の先端には基板９の主面に平行な面４３２が形成され、面４３２と基板９の主面とが近接した状態とされる。これにより、吐出口４３１が基板９の主面に近接した状態でパターン形成材料が吐出される。
【００２３】
図３はノズル４３の下部をステージ移動方向に関する上側から下側を向いて見た様子を示す図である。図３に示すように、ステージ移動方向から見た吐出口４３１の形状は基板９（平行斜線を付して図示）の法線方向の高さが、ステージ移動方向に垂直な水平方向の幅よりも大きい矩形となっている。
【００２４】
図４はパターン形成装置１が隔壁パターンを形成する動作の流れを示す図である。まず、制御部５の制御により、ステージ３がステージ移動方向に関して下側に移動し、ステージ３上に基板９が載置されて吸引吸着により保持される。（ステップＳ１１）。これにより、ノズル４３が、基板９のステージ移動方向に関する上側（以下、単に「基板９の上側」ともいう。）の端部から僅かに下側にずれた位置に位置する。
【００２５】
続いて、液体供給部４５２を制御することにより液体供給ノズル４５から所定量の混合液が基板９に向けて供給され（ステップＳ１２）、図２に示すように、ノズル４３の面４３２に対向する位置よりも基板９の主面の上側の部位とノズル４３との間にて混合液９２が保持される。混合液９２の液層の深さは、例えば、１ｍｍ程度である。また、ノズル４３の面４３２と基板９の主面との間の間隙は微小であるため、この間隙にて混合液９２の界面が形成され、混合液９２がステージ移動方向に関してノズル４３よりも下側に流出することが防止される。なお、パターン形成装置１ではＹ方向に関して混合液の流出をせき止める部位が設けられていないが、混合液９２は表面張力によりＹ方向に流出することが防止され基板９上に保持される。もちろん、必要に応じて混合液９２の流出を防止する部材がパターン形成装置１に設けられてもよい。
【００２６】
混合液９２の液層が形成されると、光源ユニット４４２およびエア供給部４６２が制御され、紫外線の出射および温風の供給が開始される（ステップＳ１３）。図２に示すように、光照射部４４から出射された紫外線は、混合液９２を介して基板９上に照射される。また、エアノズル４６からの温風は、混合液９２の外側にて基板９に対して付与される。
【００２７】
続いて、制御部５は、ステージ移動機構２を制御することによりステージ移動方向の上側へとステージ３の移動を開始する（ステップＳ１４）。これにより、基板９に対して吐出部４２がステージ移動方向の下側へと相対的に移動し、混合液９２の液層も重力により基板９に対してステージ移動方向の下側へと相対的に移動する。
【００２８】
吐出部４２（正確には、吐出口４３１）が基板９上のパターン形成の始点上に達すると、吐出部４２から基板９に向かってパターン形成材料の吐出が開始される（ステップＳ１５）。吐出部４２からのパターン形成材料の吐出は、図１に示す逆止弁４２１、ポンプ４２３および制御弁４２４により行われる。まず、制御部５の制御により制御弁４２４が開放された状態でポンプ４２３が吸引動作を行う。このとき、逆止弁４２１によりパターン形成材料の逆流が阻止されるため、タンク４２５からポンプ４２３へとパターン形成材料が引き込まれる。次に、制御部５の制御により制御弁４２４が閉じられ、ポンプ４２３が押出動作を行う。これにより、ノズル４３から連続的にパターン形成材料が吐出される。
【００２９】
図２に示すように、パターン形成材料はほぼ混合液９２中に吐出されるため、吐出直後のパターン形成材料は外気中に吐出される場合よりも表面張力が減少した状態となる。その結果、パターン形成材料が表面張力により変形することが抑制され、ステージ移動方向から見た吐出口４３１の形状（図３参照）に対応する断面形状にてパターン形成材料が基板９上に順次付着する。このとき、パターン形成材料と基板９との密着を阻害する基板９上の不要物は混合液９２（特に、エタノール）により除去されるため、基板９上に付着したパターン形成材料は良好な密着性を有する。
【００３０】
そして、吐出部４２の進行方向（基板９に対する相対的な進行方向）の後方に配置されている光照射部４４からの紫外線が混合液９２を介して基板９上のパターン形成材料に順次照射される。前述のように、パターン形成材料は紫外線により硬化（架橋反応）が開始する紫外線硬化性樹脂を含んでおり、光照射部４４によりパターン形成材料は吐出された直後の断面形状を維持しつつ、吐出後短時間にて硬化する。その結果、パターン形成材料が混合液９２内で溶解等することが抑制されるとともに、図５に示すように、パターンの基板９（平行斜線を付して図示）に接する部分の幅に対する高さの比（いわゆる、アスペクト比）が高く、かつ、角が丸みを帯びることが抑制された隔壁パターン９１が形成される。なお、水やエタノールは紫外線をほとんど透過するとともに混合液９２の液層の深さが浅いため、充分な紫外線がパターン形成材料に照射される。
【００３１】
隔壁パターン９１は、ステージ３の移動に伴って混合液９２の外側へと移動し、エアノズル４６より温風が付与され、表面に付着した混合液が除去される。隔壁パターン９１に混合液が付着した状態で長時間放置されると、隔壁パターン９１が溶解する等の悪影響が生じる恐れがあるが、パターン形成装置１では、温風が付与されて短時間で混合液が除去されるため、隔壁パターン９１の形状が適切に維持される。
【００３２】
パターン形成材料の吐出が続けられ、基板９上のパターン形成の終点が吐出部４２の真下に達すると、パターン形成材料の吐出が停止される（ステップＳ１６）。終点近傍のパターン形成材料の硬化および付着した混合液の除去を行うために基板９はさらに続けて移動し、その後、紫外線の出射および温風の供給が停止される（ステップＳ１７）。基板９は、基板９のステージ移動方向に関する下側の端部から僅かに下側にずれた位置に吐出部４２が位置するまで移動し、ステージ３の移動が停止する（ステップＳ１８）。これにより、ノズル４３の面４３２が基板９の主面から離れた状態となり、保持されていた混合液９２は基板９上から流出し、液体回収部３１において回収される（ステップＳ１９）。
【００３３】
以上の工程にて形成された隔壁パターンは他の工程において焼成され、パターン形成材料中の樹脂分が除去されるとともに、低軟化点ガラスフリットが融着して隔壁が形成される。
【００３４】
以上のように、パターン形成装置１では、ステージ３の移動に伴って吐出口４３１から親水性のパターン形成材料が吐出され、これに並行して、親水性の液体が吐出直後のパターン形成材料に付与される。これにより、吐出されたパターン形成材料に液体が良好に付着し、パターン形成材料が表面張力により丸みを帯びることが抑制され、適切な断面形状のパターンを形成することができる。また、ステージ３が水平面に対して傾斜した状態で基板９を保持しつつ、吐出部４２が基板９の主面に沿って下側へと相対的に移動することにより、液体の基板９に対する相対移動を容易に行うことができるとともに、隔壁パターンが速やかに液体の外側へと移動する。その結果、液体が隔壁パターンに悪影響を与えることが抑制される。
【００３５】
なお、水とエタノールとは必ずしも混合して用いられる必要はなく、水またはエタノールのみでもよい。また、親水性のパターン形成材料が利用される限り、パターン形成材料に付与される液体は、例えば、メタノールやＩＰＡ等の分子量が比較的小さいアルコール等の他の親水性の液体でもよく、これにより、液体中におけるパターン形成材料の表面張力が外気中よりも減少する。
【００３６】
また、パターン形成装置１において、疎水性のパターン形成材料が使用される場合は、疎水性の液体（例えば、分子量が比較的大きいアルコールや油等）を用いることによりパターン形成材料に液体が良好に付着し、パターン形成材料の表面張力が減少する。これにより、上述の例と同様に、適切な断面形状を有する隔壁パターンが容易に形成される。
【００３７】
図６は、本発明の第２の実施の形態に係るパターン形成装置１ａの一部を示す図である。図６のパターン形成装置１ａでは、液体供給部４５２に液体の温度を調整する温度調整部４５３が接続されている。他の構成は、図１に示すパターン形成装置１と同様であり同符号を付している。
【００３８】
図６のパターン形成装置１ａでは、図４のパターン形成動作の流れにおいて、基板９を保持するステージ３が所定の初期位置に移動した後（ステップＳ１１）、ステップＳ１２において、温度調整部４５３により一定の温度に冷却された液体が基板９上に供給される。液体の供給は停止することなく継続され、回収ガイド３１ａへと液体が流れる状態とされる。そして、第１の実施の形態と同様に、各構成の駆動が開始され、パターン形成材料の吐出が開始される（ステップＳ１３〜Ｓ１５）。
【００３９】
吐出された直後のパターン形成材料は、液体により表面張力が抑制されるとともに、急激に冷却されることにより粘度が高い状態となり、吐出口４３１の形状に対応する所定の断面形状にて基板９上に付着する。なお、液体の供給が継続的に行われ、ノズル４３の先端と基板９の上側の部位との間に液体が保持されるとともにノズル４３の脇から液体が流れ出す状態とされる。これにより、加熱されたパターン形成材料が吐出される場合であっても液層の温度上昇が防止される。
【００４０】
液体内にて光照射部４４により隔壁パターン９１は硬化し、液体外にてエアノズル４６からの温風により付着した液体が除去される。パターン形成は、基板９上の終点まで続けられ、各構成の動作が停止して、パターン形成が終了する（ステップＳ１６〜Ｓ１９）。
【００４１】
以上のように、パターン形成装置１ａでは温度調整部４５３により液体の温度が調整され、これにより、吐出直後のパターン形成材料の粘度が調整される。その結果、パターン形成材料において表面張力の抑制と粘度の調整との相乗効果により、適切な断面形状を有する隔壁パターンが形成される。
【００４２】
なお、液体の温度調整は、必ずしも液体供給部４５２にて行われる必要はなく、例えば、液層が比較的深い場合には、液層の温度を調整するヒートシンクが設けられてもよい。また、パターン形成装置では隔壁パターンに悪影響を与えない範囲で、基板９上の液体が循環されてもよい。例えば、液体回収部３１から液体供給部４５２に液体が戻されてもよい。
【００４３】
以上、本発明の実施の形態について説明を行ってきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００４４】
上記実施の形態では、液体が吐出口４３１と接しつつ吐出口４３１の外部にて基板９上に保持されることにより、吐出直後のパターン形成材料に液体が付与されるが、例えば、液体を微小液滴にして噴出する噴出部が設けられることにより、吐出直後のパターン形成材料に液体が付与されてもよい。
【００４５】
また、パターン形成材料（または、隔壁パターン）に悪影響を与えない液体が使用される場合には、基板９は必ずしも傾斜した状態で保持される必要はなく、さらに、基板９全体が液体に浸漬されてもよい。
【００４６】
基板９は、必ずしも吸着により保持される必要はなく、例えば、基板９の端部をノズルに干渉しない範囲で把持する部材により保持されてもよい。
【００４７】
ヘッド部４とステージ３とは基板９の主面に沿う方向に相対的に移動すればよく、例えば、ステージ３が固定され、ヘッド部４に移動機構が設けられてもよい。
【００４８】
吐出されたパターン形成材料からの液体の除去は、必ずしも温風の付与により行われる必要はなく、例えば、光の照射による加熱、乾燥したエアの付与により行われてもよい。
【００４９】
パターン形成装置は、有機ＥＬ表示装置や液晶表示装置等の他の種類の平面表示装置（フラットパネルディスプレイ）における隔壁や配線、電極等のパターンの形成に利用されてもよい。また、基板９もガラス基板には限定されず、樹脂基板、半導体基板等であってもよい。
【００５０】
また、パターン形成材料はガラスフリットを含むものに限定されず、電極が形成される場合には、例えば、銀粒子および（紫外線硬化性）樹脂を含むものが利用される。また、パターン形成材料に含まれる硬化性樹脂は必ずしも紫外線により硬化する樹脂である必要はなく、光により硬化する樹脂であれば容易に利用することができる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、吐出された直後のパターン形成材料の表面張力を抑制し、適切な断面形状のパターンを形成することができる。
【００５２】
また、請求項４の発明では、吐出された直後のパターン形成材料の粘度を調整することができる。
【００５３】
また、請求項５の発明では、液体中にてパターン形成材料を硬化することができる。
【００５４】
また、請求項６の発明では、吐出されたパターン形成材料に対して液体が悪影響を与えることを抑制することができる。
【００５５】
また、請求項７の発明では、基板上のパターン形成材料を速やかに液体の外側に移動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】パターン形成装置の概略構成を示す図である。
【図２】ヘッド部の下部を示す図である。
【図３】ノズルの下部を示す図である。
【図４】パターンを形成する処理の流れを示す図である。
【図５】隔壁パターンを示す図である。
【図６】第２の実施の形態に係るパターン形成装置を示す図である。
【符号の説明】
１，１ａ  パターン形成装置
２  ステージ移動機構
３  ステージ
９  基板
４２  吐出部
４４  光照射部
４５  液体供給ノズル
４６  エアノズル
９１  隔壁パターン
９２  混合液
４３１  吐出口
４５３  温度調整部
Ｓ１１〜Ｓ１９  ステップ
【図１】
2004184800.tif 000003
【図２】
2004184800.tif 000004
【図３】
2004184800.tif 000005
【図４】
2004184800.tif 000006
【図５】
2004184800.tif 000007
【図６】
2004184800.tif 000008