JP2004199975A - パターン形成装置およびパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】適切な形状の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を保持するステージ３、基板９に向けてパターン形成材料を吐出する吐出部４２、吐出されたパターン形成材料にイオンを付与するイオナイザ４５、および、基板９上のパターン形成材料の帯電量を測定する電荷測定部４６を備える。パターンを形成する際には、まず、イオナイザ４５の駆動が開始され、イオンが基板９の表面近傍に供給される。続いて、ステージ３の移動に伴って吐出部４２から基板９に向けてパターン形成材料が吐出される。パターン形成材料は帯電した状態にて吐出されるが、イオンにより電荷が除去され、静電気によるパターン形成材料の変形や吐出異常等の発生が抑制される。
【選択図】 図２

Description

【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、上記手法において、セラミックス等の絶縁体により形成されるノズルから絶縁性のパターン形成材料が吐出される場合には、吐出時におけるノズルとパターン形成材料との間の摩擦により基板上のパターンが帯電する可能性がある。例えば、図１に示すように、一定ピッチにて配列形成された複数の吐出口９０２を有するノズル９０１から基板９０３（平行斜線を付して図示）上にパターン形成材料が吐出された場合に、吐出されたパターン形成材料９０４の表面が、例えば、プラスに帯電することがある。この場合に、パターン形成材料の材質によっては、端に位置する吐出口９０２により吐出されたパターン形成材料において（図１中にて符号９０４ａを付すパターン形成材料）、隣接するパターン形成材料９０４との間に作用する斥力の影響により断面形状が歪んだり、パターン形成材料９０４自体が倒れたりする恐れがある。
【０００５】
また、吐出口９０２側の部位はパターン形成材料９０４とは逆の極性に帯電するため、吐出途上のパターン形成材料が吐出口９０２の近傍に引き寄せられつつ吐出され、基板９０３上のパターン形成材料９０４の形状が変形したり、吐出口９０２の近傍に付着して、以降のパターン形成材料の吐出に支障を来す恐れがある。さらに、パターン形成材料９０４が不均一に帯電することも考えられる。
【０００６】
一方、絶縁体の基板が使用される場合には、基板自体が帯電する（または、帯電している）可能性があり、基板上に形成されるパターン形成材料が静電気により変形する恐れがある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、適切な形状のパターンを形成することを目的としている。
【０００８】
【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、吐出されたパターン形成材料から静電気を除去する手段とを備える。
【０００９】
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、前記除去する手段が、吐出されたパターン形成材料にイオン化されたガスを付与するイオナイザである。
【００１０】
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、基板上のパターン形成材料の帯電量を測定する電荷測定部と、前記電荷測定部からの出力に基づいて前記イオナイザにより付与されるイオンの量を制御する制御部とをさらに備える。
【００１１】
請求項４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されたパターン形成材料にイオン化されたガスを付与する工程とを有する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の一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（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。
【００１３】
パターン形成装置１は、基台１１上にステージ移動機構２が設けられ、ステージ移動機構２により基板９を保持するステージ３が図２中に示すＸ方向に移動可能とされる。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。
【００１４】
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Ｘ方向に滑らかに移動する。
【００１５】
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はセラミックスにより形成されるノズル４３を有し、ノズル４３にはＹ方向に配列された複数の吐出口が形成される。パターン形成材料は、例えば、低軟化点ガラスフリット、紫外線硬化性樹脂、その他、溶剤や添加剤を含んでおり絶縁体であるものが使用される。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、ノズル４３は必ずしもセラミックスにより形成される必要はない。
【００１６】
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。
【００１７】
光照射部４４の（−Ｘ）側にはイオナイザ４５がベース４１に取り付けられる。イオナイザ４５は内部に電極および送風機構を有し（送風口がヘッド部４に設けられ、電極や送風機構はヘッド部４外に設けられてもよい。）、電極によりその近傍の空気を構成する分子（酸素、窒素、水蒸気等）がプラスイオンとマイナスイオン（以下、「イオン」と総称する。）に電離され、送風機構により基板９上に供給される。また、光照射部４４と吐出部４２との間には、吐出部４２から吐出されるパターン形成材料の帯電量を測定する電荷測定部４６が設けられる。電荷測定部４６はセンサである下端がパターン形成材料に近接した状態とされる。
【００１８】
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、イオナイザ４５および電荷測定部４６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。
【００１９】
図３はヘッド部４を拡大して示す図である。図３に示すように、ノズル４３の先端には吐出口４３１が形成されており、吐出口４３１は基板９に向かう方向よりも（−Ｘ）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。また、イオナイザ４５には、ノズル４３の先端に向かって開口する送風口４５１が設けられる。
【００２０】
図４はノズル４３の下部を（−Ｘ）側から（＋Ｘ）方向を向いて見た様子を示す図である。図４に示すように、複数の吐出口４３１はＹ方向に一定のピッチにて配列形成されており、吐出口４３１の形状は基板９の法線方向（すなわち、Ｚ方向）の高さが、Ｙ方向の幅よりも大きい矩形となっている。
【００２１】
図５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。以下、図２ないし図４を参照しながら、図５に沿ってパターン形成動作について説明を行う。
【００２２】
まず、基板９がステージ３上に載置され、制御部５の制御によりイオナイザ４５の駆動が開始される（ステップＳ１１）。具体的には、イオナイザ４５によりイオンが順次生成されつつ、送風口４５１から送風される空気とともにイオンが放出される。放出されたイオンの大部分は再結合するまでに少なくとも数秒を要するため、イオナイザ４５とノズル４３との間の基板９の表面近傍にはイオンが浮遊する状態とされる。
【００２３】
続いて、光源ユニット４４２およびステージ移動機構２が制御され、紫外線の出射およびステージの移動が開始される（ステップＳ１２）。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Ｓ１３）。吐出部４２からのパターン形成材料の吐出は、図２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。
【００２４】
パターン形成装置１では、パターン形成材料はノズル４３（厳密には、吐出口４３１へと続くノズル４３の内壁）との間の摩擦により、例えば、プラスの静電気を帯びた状態で吐出される。このとき、図６に示すように、吐出されたパターン形成材料９１の表面の電荷により、近傍に浮遊する反対の極性のマイナスイオンが引き寄せられ、中和される。すなわち、イオンにより吐出直後のパターン形成材料９１から静電気が除去される。また、ノズル４３の吐出口４３１近傍は吐出されたパターン形成材料９１とは反対の極性の静電気を帯びた状態とされるが、パターン形成材料９１と同様に、近傍に浮遊するイオンにより静電気が除去される。
【００２５】
吐出部４２に隣接する電荷測定部４６では、下方に位置するパターン形成材料９１の帯電量（例えば、数１０本分のパターンに対応する領域における帯電量）が測定され（ステップＳ１４）、制御部５へと測定結果が出力される。例えば、パターン形成材料９１の帯電量が比較的大きい場合には、制御部５の制御によりイオナイザ４５の風量が高められる（ステップＳ１５）。これにより、吐出口４３１近傍に存在するイオンの量が実質的に増大され、後続して吐出されるパターン形成材料の帯電量を減少させることができる。なお、電荷測定部４６では、予めキャリブレーションが行われることによりパターン形成材料の電位に基づく帯電量の計測が可能とされる。
【００２６】
パターン形成装置１では、ステップＳ１４，Ｓ１５が繰り返し行われ（ステップＳ１６）、吐出されるパターン形成材料に適切な量のイオンが順次付与される。また、イオナイザ４５に異常が発生した場合であっても（例えば、イオンを付与する量が急激に減少したり、生成するプラスイオンとマイナスイオンの比率に異常が生じた場合等）、帯電量の測定が繰り返し行われることにより異常が早急に検出され、不良品が多発することを防止することができる。
【００２７】
基板９上の静電気が除去されたパターン形成材料９１（または、除去途上のパターン形成材料９１）には、吐出部４２の基板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９１は吐出された直後の断面形状を維持しつつ（すなわち、静電気による変形等の悪影響が生じていない状態で）硬化する。
【００２８】
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（ステップＳ１６）、パターン形成材料の吐出が停止される（ステップＳ１７）。終点近傍のパターン形成材料の硬化を行うために基板９はさらに続けて移動し、その後、紫外線の出射およびステージの移動が停止される（ステップＳ１８）。そして、イオナイザが停止され（ステップＳ１９）、パターン形成装置１によるパターン形成が終了する。
【００２９】
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。
【００３０】
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から基板９に向けてパターン形成材料が吐出され、これに並行して、吐出されたパターン形成材料９１にイオナイザ４５からイオン化された空気が付与される。これにより、パターン形成材料９１から静電気が除去され、パターン形成時におけるパターン形成材料の変形や吐出異常等の発生が抑制される。その結果、パターン形成装置１では、高精度な隔壁パターンを形成することができる。また、パターン形成材料の種類や吐出条件等が変更された場合であっても、電荷測定部４６からの出力に基づいてイオナイザ４５が制御されるため、吐出されるパターン形成材料に適切な量のイオンを付与することができる。
【００３１】
吐出されたパターン形成材料９１は、図７に示すように不均一に帯電する場合も考えられるが、このような場合でも、パターン形成材料９１近傍に浮遊するプラスイオンおよびマイナスイオンが、それぞれパターン形成材料９１の表面上に生じている逆極性の電荷に引き寄せられ、静電気が適切に除去される。
【００３２】
また、基板９自体が均一または不均一に帯電している場合も想定されるが、基板９上に生じた静電気もパターン形成材料と同様に除去されるため、基板９上の静電気がパターン形成材料の形状に悪影響を与えることも抑制される。
【００３３】
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、様々な変形が可能である。
【００３４】
パターン形成材料に付与されるイオン化されたガスは、空気以外のガスを電離させたものでもよい。
【００３５】
イオナイザ４５は必ずしも送風機構を有する必要はなく、吐出されたパターン形成材料に付与されるイオンの量は、イオンの生成量が変更される等により調整されてもよい。また、プラスイオンまたはマイナスイオンの生成量を個別に制御可能なイオナイザが利用される場合は、電荷測定部４６の測定結果に基づいて、プラスイオンまたはマイナスイオンの生成量がそれぞれ変更されてもよい。
【００３６】
電荷測定部４６では、必ずしもパターン形成材料の表面の電位に基づいて帯電量が計測される必要はなく、実質的に帯電量に相当する物理量が計測されるならば、他の手法が用いられてもよい。
【００３７】
パターン形成装置１ではイオナイザ４５を用いることにより、パターン形成材料に生じた静電気を容易に除去することが実現されているが、静電気を除去するために他の手法が用いられてもよい。
【００３８】
例えば、金属等により形成された導電性のノズルを接地して使用することにより、吐出されるパターン形成材料に生じる静電気が抑制されてもよい。また、パターン形成装置が使用される雰囲気を湿度の高い状態（例えば、湿度６０〜７０％）としてパターン形成材料から静電気を除去する手法が採用されてもよい。さらに、パターン形成材料に炭素粒子を混合する（例えば、５〜１０％混合する）ことでも吐出されるパターン形成材料が帯電することが抑制される。パターン形成材料から静電気を除去するこれらの手法とイオナイザを用いる手法とが併用されてもよい。
【００３９】
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。
【００４０】
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）における隔壁や蛍光体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。
【００４１】
基板９は、必ずしもステージ３上に載置されること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４３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。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、吐出されたパターン形成材料から静電気を除去することにより適切な形状のパターンを形成することができる。
【００４３】
また、請求項２の発明では、容易に静電気を除去することができる。
【００４４】
また、請求項３の発明では、吐出されたパターン形成材料に適切な量のイオンを付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】隔壁パターンに静電気が生じる様子を説明するための図である。
【図２】パターン形成装置の概略構成を示す図である。
【図３】ヘッド部を拡大して示す図である。
【図４】ノズルの下部を示す図である。
【図５】パターンを形成する動作の流れを示す図である。
【図６】隔壁パターンから静電気が除去される様子を説明するための図である。
【図７】隔壁パターンから静電気が除去される様子を説明するための図である。
【符号の説明】
１ パターン形成装置
２ ステージ移動機構
３ ステージ
５ 制御部
９，９０３ 基板
４２ 吐出部
４５ イオナイザ
４６ 電荷測定部
９１，９０４，９０４ａ パターン形成材料
４３１，９０２ 吐出口
Ｓ１１〜Ｓ１９ ステップ

Claims (4)

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、
   吐出されたパターン形成材料から静電気を除去する手段と、
   を備えることを特徴とするパターン形成装置。
2. 請求項１に記載のパターン形成装置であって、
   前記除去する手段が、吐出されたパターン形成材料にイオン化されたガスを付与するイオナイザであることを特徴とするパターン形成装置。
3. 請求項２に記載のパターン形成装置であって、
   基板上のパターン形成材料の帯電量を測定する電荷測定部と、
   前記電荷測定部からの出力に基づいて前記イオナイザにより付与されるイオンの量を制御する制御部と、
   をさらに備えることを特徴とするパターン形成装置。
4. 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されたパターン形成材料にイオン化されたガスを付与する工程と、
   を有することを特徴とするパターン形成方法。

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