KR100212089B1

KR100212089B1 - 박막형성방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR100212089B1
Application number: KR1019950029373A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 나카; 마사요시 미우라; 히로시 오구라; 나오코 마쯔다
Original assignee: 모리시타 요이찌; 마츠시타 덴키산교 가부시키가이샤
Priority date: 1994-09-09
Filing date: 1995-09-07
Publication date: 1999-08-02
Also published as: CN1127696A; CN1066386C; KR960012303A

Abstract

액체를 토출하는 노즐을 복수개 지닌 잉크제트헤드, 잉크제트헤드에서 토출된 액체가 부착되는 피도포기판을 회전축에 대해 회전시키는 회전장치, 잉크제트헤드와 피도포기판을 피도포기판에 대한 회전축의 근방영역과 회전축에서 떨어진 분리영역과의 사이에서 상대이동시키는 상대이동장치, 잉크제트헤드와 피도포기판과의 상대위치가, 근방영역에서 분리영역을 향해 상대적으로 이동함에 대응하여 상대이동장치에 의한 상대이동속도가 작아지도록 상대이동수단을 제어하는 상대이동제어장치 및, 잉크제트헤드와 피도포기판과의 상대위치가, 근방영역에서 분리영역을 향해 상대적으로 이동함에 대응하여 회전장치에 의한 회전각속도가 작아지도록 상대이동수단을 제어하는 상대이동제어장치로 이루어진 박막형성장치이다.

Description

박막형성방법 및 그 장치

제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 박막형성장치의 구성도.

제2도는 박막형성장치의 잉크제트헤드의 단면도.

제3(a)도 및 3(b)도는 박막형성장치의 잉크제트헤드의 노즐의 단면도.

제4도는 박막형성장치의 잉크제트헤드의 입력조정기구의 구성도.

제5도는 박막형성장치의 전체구성도.

제6도는 박막형성장치의 작동도.

제7도는 본 발명의 제2실시예에 따른 박막형성장치의 구성도.

제8도는 제7도의 박막형성장치의 설명도.

제9도는 본 발명의 제3실시예에 따른 박막형성장치의 설명도.

제10(a), 10(b), 10(c)도는 본 발명의 제4실시예의 토출원리를 설명하는 설명도.

제11도는 동일 토출원리를 구체화한, 용액토출을 위한 구성도.

제12도는 동일 토출원리를 구체화한 구성으로 얻은 비저항전계관계에 의존하는 용액토출의 특성도.

제13도는 동일 토출원리를 구체화한, 용액토출을 위한 다른 구성도.

제14도는 동일 토출원리를 구체화한, 박막형성장치의 전체구성도.

제15도는 동일 토출원리를 구체화한, 용액토출을 위한 본 발명의 제8실시예에 따른 다른 구성도.

제16도는 제15도의 구성으로 얻은 압력파-정전력관계에 의존하는 용액토출의 특성도.

제17도는 제15도의 구성으로 얻은 비저항-전계관계에 의존하는 용액토출의 특성도.

제18도는 본 발명의 제9실시예에 따른 박막형성방법에 사용된 스핀도포기의 개략구성도.

제19도는 본 발명의 제10실시예에 따른 박막형성방법의 잉크제트헤드를 도시한 단면도.

제20(a), 20(b), 20(c)도는 종래의 박막형성장치의 설명도.

제21도는 종래의 박막형성장치의 설명도.

제22도는 본 발명의 제11실시예에 따른 박막형성장치의 사시도.

제23도는 토출헤드의 사시도.

제24도는 제어부의 구성을 도시한 블록도.

제25도는 박막형성장치의 제어흐름도.

제26도는 제23도에 대응하는 다른 실시예도.

제27도는 제23도에 대응하는 다른 실시예도.

제28도는 제23도에 대응하는 다른 실시예도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 피도포기판 11 : 잉크헤드

12 : 설치대 13 : 스핀들

21 : 공기공급원 22 : 액체저장소

23 : 압력조정기구 24 : 액체유입구

25 : 공기유입구 26 : 공기토출구

27 : 액체토출구 50, 51 : 모터

53 : 퍼스널컴퓨터

본 발명은 박막형성방법 및 박막형성장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 마이크로노즐을 통해 용액상물질을 토출시켜, 기판등에 박막(넓은 의미로는 100㎛이하, 일반적으로는 10㎛이하의 박막)을 형성하는 방법 및 장치에 관한 것이며, 본 발명은 예를들면, 하이브리드 IC회로, 반도체회로 혹은 마이크로머쉰제작에 적합한 박막형성공정에 사용될 수 있다.

근년, 박막형성기술은 각종분야에 사용되어 왔으며, 막형성의 실제방식에 대해서도, 스퍼터링 및 증착과 같은 진공장치가 필요한 것 이외에도, 스핀도포, 인쇄, 다이코팅을 포함하여 광범위하게 검토되어 왔다.

이들 중에서, 특히 스핀도포방식은 반도체프로세스에서의 레지스트도포, 보호막형성등에 자주 사용되고 있다. 이하, 종래의 스핀도포기에 대해서 설명한다. 제20(a), 20(b), 20(c)도는 종래의 일반적인 스핀도포기의 구성 및 동작상태를 나타낸 것이다.

제20(a), 20(b) 및 20(c)도에서, (101)은 스핀도포기의 스핀들, (102)는 시료고정기판, (103)은 도포용액체를 토출하는 노즐, (104)는 박막형성용기판, (105), (106)은 액체, (107)은 박막, (108)은 비산방울이다.

이와같은 구성에 의해, 제20(a)도에 도시한 바와같이, 노즐(103)에서 기판(104)을 향해 액체(105)를 토출시켜 기판(104)위에 놓인 상태로 한다. 다음, 제20(b)도에 도시한 바와같이, 스핀도포기를 저속ω₁으로 회전시켜 액체(106)를 기판(104)위에 펴지게 한다. 그리고, 제20(c)도에 도시한 바와같이, 스핀도포기를 고속ω₂으로 더욱 회전시켜 기판(104)위에 박막(107)을 형성한다.

그러나, 상기 종래구성에 의해서는, 제20(c)도에 도시한 바와같이, 쓸모없이 비산되는 비산방울(108)을 발생하여 액체의 80~90%가 버려지게 된다. 이와같은 이유는, 액체(105)가 다량으로 토출되지 않으면, 액체(105)와 상용성이 불량한 부분에서 기판(104)이 부분적으로 미도포상태로 남게되기 때문이다.

상술한 바와같이, 종래의 스핀도포기는 액체의 사용효율이 나쁘고, 대부분의 도포액을 낭비해 버린다고 하는 과제를 지니고 있다. 또한, 스핀도포기로 막을 형성하는 경우에는, 액체가 안쪽에서 외주방향으로 유동하기 때문에, 외주부분의 막두께가 커지게 되어, 디스크 자체의 뒤틀림 원인으로 된다. 반면, 종래, 인쇄기기로서, 마이크로노즐을 사용하여 잉크를 토출시키는 액체토출장치가 정력적으로 개발되어 왔고, 이런 액체토출장치의 응용으로서, 근년, 잉크 이외의, 예를들면, 레지스트를 토출하는 용액으로 사용하여, IC회로 등의 작성에 적용되는 액체토출장치 혹은 회로형성방법이 개발되고 있다.

이하, 종래기술로서, 일본 특개평 5-104052호 공보의 액상물질도포장치를 예로 들어 설명한다.

제21도는 일본 특개평 5-104052호에 개시된 구성을 도시한 것이다.

제21도에서, (201)은 액상물질공급부, (202)는 액상물질공급부(201)에 접속된 토출헤드, (203)은 피도포부재(이하, 기판), (204)는 토출헤드(202)와 기판(203)을 서로 대향하도록 위치 결정하는 X-Y스테이지이다.

또, 토출헤드(202)는, 액상물질공급부(201)에 연통하여 액상물질(205)이 채워진 압력실(206)과, 압력실(206)의 길이방향 중간부에 설치되고, 토출헤드(202)의 하단면에 개방된 노즐(207)과, 압전소자(208)에 의해 변위가 부여되고, 그 변위를 증폭하는 변위증폭실(209)과, 압력실(206)과 변위증폭실(209)과의 경계에 설치된 다이아그램(210)으로 이루어진다.

또, 압전소자(208)는 제어부(211)에 의해 구동되고, 이것에 의해 발생된 변위가 변위증폭실(209), 다이아그램(210)을 거쳐, 압력실(206) 내의 액상물질(105)에 전달되어, 그 결과, 압력실(206) 내의 액상물질(105)이 가압되어, 노즐(207)에서 액상물질(205)이 액체방울(205a) 형태로 하방으로 비산하게 된다.

이와 같은 구성을 채택함으로서, 노즐(207)에 함유된 액상물질(205)을 액체방울(205a) 형태로 기판(203)에 비산시킴으로서 액상물질(205)을 기판(203)에 임의의 패턴으로 도포하는 것이 가능해진다.

또, X-Y스테이지(204)는 제어부(211)에 의해 소정위치로 제어된다.

그러나, 상술한 종래 구성에서는, 토출방법으로서 주로 압전효과를 이용하고 있기 때문에, 하기 설명하는 바와 같이 극복해야 할 과제가 있다.

즉, 압전효과를 사용한 압력인가식(이하, 압전식)에 의한 토출방법에서는, 토출되는 용액은 노즐 직경의 2배에서 3배의 직경을 지니는 토출액방울로 되기 때문에, 토출액에 의해 형성되는 회로패턴의 미세화 및 정밀도에 제한을 받게 된다.

다음, 회로패턴의 미세화 및 정밀도를 높이기 위해서는, 노즐 직경을 작게 할 필요가 있으나, 노즐 직경을 작게하면 할수록, 압전식의 토출방법에서는 노즐부에서의 점착손실이 커지게 되므로, 특히, 고점도의 용액의 경우 노즐 직경을 작게하는데 한계가 있다.

더욱이, 압전식의 토출방법에서는, 용존공기량이 많은 유기용제등을 토출용액으로서 사용하면, 공동현상이 발생해버려, 토출안정성이 없어지게 되므로, 토출될 수 있는 용액의 종류가 좁은 범위로 한정되게 된다.

그러므로, 본 발명의 목적은, 새로운 액체토출헤드를 도입함으로서 도포액을 고효율성으로 사용하게 하는, 박막형성장치 및 박막형성방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1양상에 따르면, 액체를 토출하는 노즐을 복수개 지닌 잉크제트헤드; 잉크제트헤드에서 토출된 액체가 부착되는 피도포기판을 회전축에 대해 회전시키는 회전수단; 잉크제트헤드와 피도포기판을, 피도포기판에 대한 회전축의 근방영역과 회전축에서 떨어진 분리영역과의 사이에서 상대이동시키는 상대이동수단; 잉크제트헤드와 피도포기판과의 상대위치가, 근방영역에서 분리영역을 향해 상대적으로 이동함에 대응하여 상대이동수단에 의한 상대이동속도가 작아지도록 상대이동수단을 제어하는 상대이동제어수단으로 이루어지는 막형성장치가 제공된다.

본 발명의 제2양상에 의하면, 액체를 토출하는 노즐을 복수개 지닌 잉크제트헤드; 잉크제트헤드에서 토출된 액체가 부착되는 피도포기판을 회전축에 대해 회전시키는 회전수단; 잉크제트헤드와 피도포기판을, 피도포기판에 대한 회전축의 근방영역과 회전축에서 떨어진 분리영역과의 사이에서 상대이동시키는 상대이동수단과; 잉크제트헤드와 피도포기판과의 상대위치가 근방영역에서 분리영역을 향해 상대적으로 이동함에 대응하여 회전수단에 의한 회전각속도가 작아지도록 상대이동수단을 제어하는 상대이동제어수단으로 이루어지는 막형성장치가 제공된다.

본 발명의 제3양상에 의하면, 본 발명의 제1양상에 있어서, 상대이동제어수단이, 잉크제트헤드와 피도포기판과의 상대위치가 근방영역에서 분리영역을 향해 상대적으로 이동함에 대응하여 회전수단에 의한 회전각속도가 작아지도록 상대이동수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 막형성장치가 제공된다.

본 발명의 제4양상에 의하면, 액체를 토출하는 노즐을 복수개 지닌 액체토출부재에서 토출된 액체가 부착되는 피도포기판을 회전축에 대해 회전시키고; 회전축근방의 피도포기판의 근방영역과 회전축에서 떨어진 피도포기판의 분리영역사이에서, 액체토출부재와 피도포기판을, 근방영역에서 분리영역을 향해 상대이동을 많이 할수록 상대이동속도를 더욱 감소시키도록 서로 상대이동시키는 공정으로 이루어지는 막형성방법이 제공된다.

본 발명의 제5양상에 의하면, 액체를 토출하는 노즐을 복수개 지닌 액체토출부재에서 토출된 액체가 부착되는 피도포기판을 회전축에 대해 회전시키고; 회전축근방의 피도포기판의 근방영역과 회전축에서 떨어진 피도포기판의 분리영역사이에서, 액체토출부재와 피도포기판을, 근방영역에서 분리영역을 향해 상대이동을 많이 할수록 피도포기판의 회전각속도를 더욱 감소시키도록 서로 상대이동시키는 공정으로 이루어지는 막형성방법이 제공된다.

본 발명의 제6양상에 의하면, 본 발명의 제4양상에 있어서, 이동공정에서, 피도포기판의 회전각속도를 더욱 감소시키는 것을 특징으로 하는 막형성방법이 제공된다.

본 발명의 제7양상에 의하면, 액체를 토출하는 노즐을 복수개 지닌 잉크제트헤드와, 액체가 부착되는 기판을, 기판표면에 액체가 부착하는데 충분한 제1상대속도로 회전시켜, 기판표면의 전역에 균일하게 액체를 도포함으로서 제1도포상태를 달성하는 도포공정과, 도포공정후, 제1상대속도보다 고속의 제2상대속도로 잉크제트헤드와 기판을 회전하여, 과도하게 도포되어 있는 도포액을 제1도포상태로부터 비산시킴으로서 제1도포상태보다 균일한 제2도포상태를 달성한 막을 기판상에 형성하는 공정으로 이루어진 막형성방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 제8양상에 의하면, 본 발명의 제1양상에 있어서, 잉크제트헤드는, 노즐로 구성되고, 액체의 토출량이 한쪽방향을 향해 점차 증가하도록 한쪽방향으로 배열해 있는 복수의 토출부를 지녀, 최소 토출량의 토출부가 기판 근방영역쪽에 배치해 있는 것을 특징으로 하는 막형성방법이 제공된다.

[실시예 1]

제1도는 본 발명의 제1실시예의 스핀도포기의 개략구성도이다.

제1도에서, (10)은 디스크형상의 피도포기판이며, (11)은 잉크헤드, (12)는 피도포기판(10)의 설치대, (13)은 설치대(12)의 스핀들이고, (50)은 회전수단예로서 모터이다.

여기에서, 잉크제트헤드라는 것은, 마이크로노즐(통상, 0.2 또는 0.1mm이하의 노즐 직경)에서 액체를 토출시켜, 전기신호에 의해 액체의 토출상태를 제어하여 피기록매체에 액체를 부착시키는 것을 의미한다.

본 실시예에서 잉크헤드는 복수의 이와같은 마이크로노즐을 지니고 있고, 보다 구체적으로는, 48개의 노즐이 10개/mm 간격으로 피도포기판(10)의 반경방향으로 배열되어 있다. 상술한 마이크로노즐의 구성예로는, 구멍직경이 200㎛이하, 예를들면 50∼60㎛인 50개의 노즐이 0.5㎜간격으로 배열해 있다.

종래 스핀도포기에 사용된 토출노즐은 내경이 0.5∼1㎜인 것이 사용되어, 극소량의 토출량을 제어하는데 어려움은 있으나, 본 실시예와 같이, 정의된 잉크제트헤드를 사용함으로서, 미세한 패턴을 그릴수 있는 동시에 균일하고, 아주 얇은 막을 형성할 수 있게 된다.

본 실시예에서는, 먼저, 제1도에 도시한바와 같이, 피도포기판(10)을 각속도θ로 회전시키면서, 잉크제트헤드(11)를 피도포기판(10)의 반경방향으로 속도V로 상대이동시켜, 노즐에서 도포액을 토출시켜 도포액을 피도포기판(10)위에 부착시킨다.

다음, 피도포기판(10)을 1회 회전시키면, 잉크제트헤드(11)에 의해 48개의 도포된 라인이 100㎛ 간격으로 생성되어, 즉, 결과로서, 폭 4.8mm의 줄이 그려지게 된다. 더욱이, 이 경우, 라인폭을 적절하게 선택하면, 인접하는 라인끼리 서로 연결되어 소정두께의 박막이 형성하게 된다. 따라서, 이런 적당한 조건을 찾아내고, 피도포기판(10)이 1회전할 때의 잉크제트헤드(11)의 상대이동속도V에 의한 이동량을 4.8mm로 설정하면, 소위 나선상의 1행정기록으로 박막을 형성할 수 있게 된다.

또한, 이러한 1행정기록 이외에, 몇번의 중첩기록으로 하여도 박막을 형성할 수가 있다.

보다 상세하게는, 잉크제트헤드(11)의 상대이동속도V와 피도포기판(10)의 각속도θ의 설정에 의해, 잉크제트헤드(11)를 소정량, 예를들면 4.8mm 상대이동시키는 동안, 피도포기판(10)을 몇번 회전시켜 중첩기록하여도 박막의 형성이 가능하며, 이와같이 하면, 10개/mm보다 가늘고, 조밀한 라인을 그림으로서 보다 얇은 박막을 확실하게 형성하는데 적당하다.

상세하게는, 제1도와 관련하여, 피도포기판(10)의 회전중심을 원점 0으로 하고, 반경방향의 거리를 X로 하면, 피도포기판(10)은 각속도θ로 회전하고, 잉크제트헤드(11)는, 피도포기판(10)의 반경방향(X방향)으로 속도V로 이동하면서, 위치Xs에서 토출을 개시하고, 피도포기판(10)의 외주위치Xe에서 토출을 정지하여 박막형성을 완료한다.

이 동작에서, 피도포기판(10)의 전영역에 걸쳐 두께가 동등한 박막을 형성하기 위해서는, 잉크제트헤드(11)에서의 토출량이 일정치Q인 경우에는, 다음식(1)을 만족할 필요가 있다.

(단, K₁은 정수이고, K₁0이다)

또한, 피도포기판(10)의 전영역에 걸쳐 동일해상력으로 라인을 그리기 위해서는 다음의 식(2)를 만족할 필요가 있다.

(단, K₂은 정수이고, K₂0이다)

즉, 디스크형상의 기판은 중심보다 외방에 있어서, 도포면적이 증대하므로, 속도V는 중심에서 외방을 향해감에 따라 감소시킬 필요가 있고, 또, 회전수가 일정하면, 주위속도는 중심보다 외방에서 고속으로 되므로, 잉크제트헤드의 기록위치에 있어서의 주위속도가 일정하기 위해서는, 회전수도 X의 값이 증가함에 따라 감속시킬 필요가 있다.

예를들면, V, e가 일정하면, 중심부분에서의 주위속도가 낮아지기 때문에, 도포라인의 밀도는 동일하여도, 중앙부분의 라인이 두꺼워지게 되어, 중앙부분이 두껍게 되고, 외주부분에서 얇게 되는 박막이 생기게 되고, 더욱이, 외주부분의 라인이 중첩되지 않고, 라인형태로 남아 있게 되는 것도 있다.

또, 식(1)이 만족된 상태로, e가 일정하게 유지된 경우에는, 도포량은 피도포기판의 전역에서 일정하게 되나, 중앙부분은 주위속도가 느리기 때문에 두껍게 되고, 밀도가 낮은 라인으로 도포되고, 외주부는 가늘고, 고밀도인 라인에 의해 도포가 되기 때문에, 외주부는 도포라인이 잘 중첩되고, 균일한 막이 형성되나, 중앙부에서는 라인의 중첩이 나쁘고, 도포불균일이 발생하기도 한다.

이들 실시예에서 볼 수 있듯이, 피도포기판 전역에 균일하고, 두께가 일정한 박막을 형성하기 위해서는 식(1) 및 (2)의 적어도 한쪽을 만족시키는 것이 바람직하고, 양식을 모두 만족시키는 것이 보다 바람직하다.

다음, 제2도는 본 실시예에 따른 잉크제트헤드의 대표적인 구성을 나타내는 개략도이다.

제2도에 있어서, (11)은 잉크제트헤드, (21)은 공기공급원, (22)는 액체저장소, (23)은 헤드(11)로 공급되는 공기의 유량을 조정하는 압력조정기구, (24)는 액체유입구, (25)는 공기유입구, (26)은 공기토출구, (27)은 액체토출구이다.

이 경우, 액체토출구(27)와 공기토출구(26)는 잉크제트헤드(11)위에 동심원상으로 설치된다.

잉크제트헤드(11)에 대해, 공기공급원(21)에서는 압력조정기구(23)를 개재해서 공기유입구(25)에서 공기류가 유입하여 있고, 공기토출구(26)에서 일정한 유속의 공기류가 유출하고 있다.

한편, 액체저장소(22)에서는, 도포액이 액체유입구(24)를 개재하여 공급되어 있다.

또, 공기공급원(21)는 액체저장소(22)에도 접속되어 있고, 잉크제트헤드(11)내의 액체에 대해 압력이 인가되어, 공기류에 의해 생기는 액체토출구(27) 근방에 있어서의 공기압과 균형을 이루어, 도포액이 액체토출구(27)에서 유지된다.

다음, 제3(a) 및 3(b)도는 제2도의 노즐부의 확대도이다.

제3(a)도에 도시한 바와같이, 공기토출구(26)와 액체토출구(27)는, 동심원상으로 배치되어 있고, 공기토출구(26)에서는 일정한 유속의 공기류가 유출하고 있고, 이 공기류의 유출에 따라, 액체토출구(27)의 출구에는 이 공기류에 의해 발생하는 압력Pa가 생긴다.

한편, 액체저장소(22)에는, 공기압이 인가되어 있으므로, 액체토출구(27)내의 액체에는 압력Pi가 생긴다.

다음, Pa와 Pi가 거의 동등하게 균형을 이룸으로서, 도포액이 액체토출구(27)에서 안정한 매니스커스로 유지되어, 도포액이 액체토출구(27)에 보유된다.

반면, 제3(b)도에 도시한 바와같이, 압력조정기구(23)에 의해 잉크제트헤드(11)에 공급된 공기류가 감소하면, 액체토출구(27)의 출구에서 생긴 압력이, Pa보다 작은 Pb로 되어, 압력차(Pi-Pb)에 의해 메니스커스가 붕괴되어 도포액이 토출하게 된다. 한편, 공기는 공기토출구(26)를 통해 계속 흐르게 되므로, 토출액으로 공기토출구(26)를 통과하도록 이 공기류에 싸여 외방으로 토출된다.

다음, 제4도는 압력조정기구(23)의 대표적인 구성예를 도시한 것이다.

제4도와 관련하여, 공기공급원에서의 공기류는, 솔레노이드밸브(41)의 입구A내로 유입하고, 솔레노이드밸브(41)에 따라 유출구 B 혹은 C를 경유하여 유출한다.

여기서, 솔레노이드밸브(41)는 전기신호에 의해 유출구를 B 혹은 C로 절환하는 것이다.

유입구(A)가 유출구(C)와 연통하고 있는 경우는, 제3(a)도의 상태로 액체저장소의 압력P₁과 공기류에 의한 압력Pa가 거의 동등하게 되어 있다.

그리고, 솔레노이드밸브(41)에 토출신호가 입력되면, 유로가 C에서 B로 절환된다.

제4도에 도시한 바와같이, 유출구B에는, 쓰로틀밸브등의, 유로내의 대량 압력손실을 포함하는 유로저항체(52)가 접속되어 있고, 공기가 유로저항체(52)를 통과함으로서 압력손실이 발생하고, 잉크제트헤드에서의 공기류에 의한 압력이 Pa에서 Pb로 저하하여, 제3(b)도의 상태로 되어 도포액이 토출하게 된다.

이하, 상술한 구성의 잉크제트헤드를 사용하여, 실제로 피도포기판위에 도포액을 토출하여 도포한 구체적 실시예에 대해 설명한다.

본 실시예에서, 피도포기판으로서는, 폴리카보네이트제의 상변화형(광-결정화형) 광디스크를 사용하고, 도포액으로서는 금속증착면의 보호막으로 하기 위해 UV(자외선)경화액을 사용한다. 또한, 디스크 직경은 130mm로 하고, UV경화액의 도포범위는 반경 약 20mm이상의 부분으로 한다.

따라서, 제1도에서 Xs=20mm이고, Xe=65mm로 된다.

또, UV경화액은, 자외선을 조사함으로서 경화하여 고체화하는 수지용액이며, 구체적으로는, 아크릴산에스테르조성물을 사용하고, 그 물성은, 점도가 23cP, 비중이 1.07, 표면장력이 29dyn/cm, 및 경화수축율이 9.8%이다. 이와같은 조건하에서, 막두께 5㎛의 보호막을 형성하는 데에 필요한 액량은, 대략 70mg으로 견적되었다.

따라서, 잉크제트헤드에 의한 액체토출량은 대략 300mg/min이므로, 대략 20초내로 도포작업을 완료함으로서 7㎛ 정도의 보호막을 형성하게 된다.

이 경우, 식(1)은 다음식(3)으로 표현할 수 있다.

(단, V는 mm/s, X는 mm)

여기서, 정수K₁이 결정되는 방법에 대해 설명한다. 상술한 바와같이, 피도포기판(10)의 원점 0에서 반경방향의 거리X가 20(mm)인 위치에서 도포를 개시하여, X=65(mm)인 위치에서 도포를 완결하고, 도포시간은 20초간이라고 할 때, 도포시간은 막두께와 도포면적으로부터 결정된다. 이것으로부터, 식(1)은

(dx/dt)*X=K₁으로 변환할 수 있고, 이 미분방정식을 풀면, (1/2)*X²=K₁*t+C (단, C는 정수)로 된다. 도포개시 시간을 t=0(sec), X=20으로 하면, (1/2)*20²=C, C=200 이고, 도포종결 시간을 t=20(sec), X=65으로 하면, (1/2)*65²=K₁*20+C 이다.

상기, C=200을 이 식에 대입하면, K₁={(1/2)*65²-200}/20=95.6 이 되므로, K₁은 95.6이라고 결정할 수 있다.

한편, 식(2)는 도포작업시 라인의 두께와 중첩도포회수(혹은 라인밀도)에 관한 것이므로, K₂=32000, 36000, 40000(e : rpm, X : mm)의 3개의 경우에 대해서 검토를 행한다.

실제로는, 퍼스널컴퓨터를 사용하여, 소프트웨어를 통해, X축방향의 속도V 및 각속도θ가, 각각 식(2) 및 식(3)을 만족하도록 제어를 행한다.

구체적으로, 식(3)에 따라 속도V를 제어하기 위해서는, V를 시간의 함수로 표현하면 편리하다. 즉, V=dx/dt 이므로, 식(3)은 다음의 관계식(4)로 변환된다.

다음, 식(4)로 표시되는 미분방정식을 풀고, t=0에서 X=20mm의 조건을 대입하면, X는 다음식(5)로 표시되므로, V는 다음식(6)으로 표현될 수 있다.

따라서, 식(6)을 만족하도록 퍼스널컴퓨터로 V를 제어하여 실제의 도포를 행한다.

제5도는 본 실시예에 따른 퍼스널컴퓨터를 사용한 도포장치의 구성도이다.

제5도에서, 제1도와 동일한 구성에는 동일부호를 붙였고, 또 (51)은 모터, (52)는 모터드라이버, (53)은 제어수단으로 사용하는 퍼스널컴퓨터, (54)는 이동대이다.

이 구성에서, 피도포기판(10)은 모터(50)에 의해 이동되어 회전되고, 잉크제트헤드(11)와 피도포기판(10)의 상대이동은 모터(51)에 의해 이루어진다.

또한, 모터(50), (51)는 모터드라이버(52)에 의해 구동되고, 이것은 퍼스널컴퓨터(53)에 접속되어 있어, 퍼스널컴퓨터(53)에 인스톨된 소프트웨어에 의해 구동이 제어된다.

제6도에 V, e 및 토출신호를 제어한 예를 나타내었다. 제6도와 관련하여, 가로축은 광디스크이 반경방향의 중심으로부터의 위치X를 표시하고, 세로축은 잉크제트헤드의 X방향의 속도V 및 디스크의 회전속도θ를 표시한다.

먼저, 초기상태에 있어서는, 잉크제트헤드는 X=10mm의 위치에 있고, 디스크는 1800rpm으로 회전하고 있다.

다음, 잉크제트헤드가 V=290mm/s로 상대이동을 개시하고, X=20의 위치에 도달하면, 토출신호가 입력되어 도료액이 토출하고 반면, 잉크제트헤드 및 디스크는 도면에 나타낸 바와같이 X에 반비례하는 V 및로 감속하면서 이동회전을 행한다.

다음, X=65의 위치에 도달하면, 토출정지신호가 입력되어서, 속도V 및 각속도θ는 0으로 감속된다. 하기, 상기 조건하에서, K₂=32000, 36000, 40000(: rpm, X : mm) 의 3개의 경우에 대해서의 측정결과를 나타내었다.

먼저, K₂=32000의 조건에서는, 회전수가 낮고 도포라인의 밀도가 낮기 때문에, 줄무늬상의 凹凸가 약간 남아 있는 경향이 있다.

다음에, K₂=36000인 조건하에서는, 6~8㎛의 매끈한 막두께를 지닌 박막이 형성될 수 있다.

한편, K₂=40000인 조건하에서는, 회전수가 너무 높아지기 때문에 원심력이 과대하게 발생하고, 도포중에 이것 이전에 부착한 도포액이 유동을 일으켜 외방으로 흐르고, 그 결과, 방사상의 줄무늬가 생기는 경향이 있다.

따라서, 이 실시예에서, K₂=36000인 조건이 보다 바람직한 반면, 형성되는 박막의 종류에 따라 다른 조건하에서 형성된 것이어도 사용가능하다.

또한, 피도포기판 전역에 균일하고 두께가 일정한 박막을 형성하기 위해서는, 식(1) 및 식(2)를 둘다 만족시킬 것이 바람직하나, 대상으로 되는 박막의 종류에 따라 적어도 한쪽 조건을 만족시켜도 되는 경우도 있다.

상술한 바와같이, 본 실시예에서는, 식(1) 및 식(2)의 적어도 하나 또는 둘 다를 만족시킴으로서, 즉, 상대속도V는, 중심에서 외방으로 감에 따라, 즉, 스핀들의 회전축근처의 기판영역에서 회전축과 떨어진 기판영역을 향해 외방으로 이동해 감에 따라 감속되고, 및/또는 회전수도 X값이 증가함에 따라 감속됨으로서, 피도포기판 전역에 걸쳐 균일하고, 두께도 일정한 박막을 형성할 수 있다.

[실시예 2]

다음, 본 발명의 제2실시예에 대해 상세히 설명한다.

제1실시예에서 설명한 바와같이, 도포에 의해 형성되는 박막의 종류 또는 막두께에 따라, 식(1) 및 식(2)의 조건에 따라 K₁및 K₂를 적의 설정하여 소정의 박막을 형성할 수 있으나, 형성하는 박막의 공정등에 의해서, 더 많은 검토가 필요한 경우도 있다.

예를들면, 약 10초내로 도포를 종결하여, 약 3.5㎛의 막두께를 형성할 수 있는, 식(1)의 K₁=191.2인 경우에는, 식(2)의 K₂를 최대 60000가지 변화시켜 실험을 하였으나, 평활한 박막이 얻어지지 않고, 원주상의 줄무늬 패턴이 남아 있게 되버린다. 이와 같은 현상은, 도포액의 토출방울의 미소화에 한계가 있는 경우, 또는 회전축의 회전수가 너무 낮은 경우 등에 생기는 것으로 생각할 수 있다.

본 제2실시예에서는, 잉크제트헤드에 의한 도포작업으로는 박막이 충분히 균일하게 되지 않을 경우를 고려하여, 凹凸을 평활하게 레벨링하는 구성을 제공한다.

제7도는 본 발명의 제2실시예의 스핀도포기의 개략구성도이다.

제1실시예와 마찬가지로, 제7도와 관련하여, 폴리카보네이트제의 피도포기판(10)을 회전시키면서 잉크제트헤드인 도포액토출헤드(70)를 상대이동시켜, UV경화액의 도포액으로 박막을 형성한다. 더욱이, 본 제2실시예에 있어서는, 도포액토출헤드(70)에 인접하여 공기유출헤드(71)가 더욱 설치되어 있고, 도포액의 피도포기판(10)으로의 부착직후에, 공기류를 불어넣음으로서 도포액을 유동시켜 도포막을 평활하게 할 수 있다.

구체적으로는, 본 제2실시예에서는, 제1실시예와 동일한 잉크제트헤드와 도포액을 사용하고, 식(1)에서 K₁=191.2, 식(2)에서 K₂=60000으로 설정하여 검토를 행한다. 먼저, 공기유출헤드(71)를 사용하지 않는 경우에는, 줄무늬패턴이 남게 되어 평활한 도막은 얻을 수 없었다.

이에 대하여, 제7도와 같이, 공기유출헤드(71)를 부가하면, 3~4㎛의 박막을 형성할 수 있게 된다.

구체적으로는, 공기유출헤드(71)는, 구멍직경 100㎛의 노즐을 24개 정렬시키고, 약 0.15kg/㎤의 압력으로 공기류를 유출시키도록 구성한 것으로, 공기의 유출속도는 100~200m/s 정도이고, 공기흐름은 공기의 동요가 적은 층흐름영역의 흐름이라고 생각할 수 있다.

제8도에, 공기류에 의해 도포막이 균일하게 되는 방법을 나타내었다.

제8도와 관련하여, 먼저, 토출액이 피도포기판(10)에 부착한 직후는, 인접하는 라인은, 서로 분리되어 있는 영역 A로 표시된 상태에 있게 된다. 그후, 도포액은 시간의 경과에 따라 퍼져서 피도포기판(10)을 적시고, 영역B로 표시한 바와같은 상태로 되며, 그대로는, 凹凸이 해소되지 않고, 건조해서 경화되어 버린다.

凹凸의 건조경화전에, 도포액에 대해 공기류를 불어넣으면, 凹凸상태에서의 영역B의 도포막이 더욱 유동하여 미진동을 일으키므로, 결과적으로, 영역C와 같이 균일한 박막으로 된다.

상술한 바와같이, 본 제2실시예에 있어서, 도포액토출헤드(70)에 인접하여 공기유출헤드(71)를 설치하고, 도포액의 피도포기판으로의 부착직후이고, 건조, 경화전에 공기류를 불어넣음으로서 도포액을 유동, 진동시켜 균일한 도포막을 형성할 수 있다.

[실시예 3]

다음, 본 발명의 제3실시예에 대해 상세히 설명한다.

본 제3실시예는 제2실시예와 마찬가지로 형성된 박막의 균일성을 향상시키기 위한 것이나, 본 실시예에서는, 토출액을 대전시켜서 도막을 균일화한 것이다. 구체적으로는, 제1실시예와 기본적으로는 마찬가지의 구성을 지닌 잉크제트헤드의 공기토출구(92)의 표면에 전극(93) 설치하고, 이 전극(93)과 액체토출구(91)내에 유지되어 있는 토출액(94)과의 사이에 전원(90)에 의해 전위차를 부여하여, 토출하는 방울(95)을 대전시키는 구성으로 하며, 본 실시예에 사용된 피도포기판(10)과 토출액(94)은 제1실시예와 마찬가지이다.

제9도는 본 제3실시예의 잉크제트헤드의 노즐부의 확대도이다.

제9도에 있어서, 액체토출구(91)와 공기토출구(92)는 절연재로 구성되고, 공기토출구(92)의 출구측 표면에는 전극(93)이 설치되어 있다. 또한, 전극(93)과 액체토출구(91)에 유지되어 있는 토출액(94) 사이에 전위차를 인가하도록 전원(90)이 접속되어 있다. 이와같은 구성에 있어서, 전원(90)에 의해 전위차가 인가되면 전극(93)과 토출액(94) 사이의 정전용량에 따라 토출액(94)이 대전된다.

다음, 외방으로 토출되는 방울(95)은 대전하여 비상해서, 피도포막기판(10)에 도달해서 부착한다. 이와같이 대전된 방울(95)은 폴리카보네이트 등의 절연재로 구성된 기판에 부착한 경우, 대전한 상태로 유지된다.

그리고, 미리 피도포기판(10)에 부착한 방울(95)의 부착부분과, 계속해서 피도포기판(10)에 도착하는 방울(95)은, 동일극성으로 대전되어 있기 때문에, 서로 반발하고, 그 결과, 피도포기판(10) 위를, 부착된 액체가 보다 넓은 방향으로 작용하게 된다. 구체적으로는, 본 제3실시예에 있어서, 폴리카보네이트제의 광디스크의 UV경화액을 사용하여, 식(1)에서 K₁=191.2, 식(2)에서 K₂=60000으로 설정하고, 전극(93)과 토출액(94) 사이에 대략 600V의 전위차를 부여하여, 10초간 도포를 행한다.

다음, 액체를 대전하지 않은 경우에는, 줄무늬패턴이 남게 되어 평활한 박막은 형성되지 않았으나, 전극(93)과 토출액(94) 사이에 전위차를 부여하여 토출액을 대전시킨 경우에는 3~4㎛의 평활한 박막을 형성할 수가 있었다.

상술한 바와같이, 본 제3실시예에서는, 공기토출구 주위에 설치된 전극과 토출액간에 전위차를 부여하여 토출액을 대전함으로서 균일한 도포막을 형성할 수 있다.

또한, 본 제3실시예의 토출액을 대전하는 구성에 더하여, 제2실시예에서 설명한 공기유출헤드를 설치하여, 도포액의 피도포기판으로의 부착직후이고 건조경화전에, 공기류를 불어넣는 구성을 조합함으로서, 보다 균일한 도포막을 한층더 확실하게 형성할 수 있음은 물론이다.

또, 상술한 모든 실시예에 있어, 피도포기판 및 도포액의 종류는 상기 예시한 것에 한정되는 것은 아니어서, 실리콘기판으로의 레지스트도포, 유리기판, 세라믹기판, 금속판 등으로의 전기적 혹은 광학적 기능을 기닌 기능성박막의 형성에도 적용할 수 있다. 그러나, 도포액은 도포시 노즐이 막히는 것을 방지하기 위해 비급속건조형 수지용액인 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 각속도 및 이동속도의 제어하에, 스핀들근방의 영역과 스핀들에서 점점 멀어진 영역사이에, 피도포기판과 잉크제트헤드를 서로 상대적으로 회전시키면서 이동시킨다. 이 이동으로, 잉크제트헤드의 복수의 노즐을 통해 피도포기판으로 액체가 토출됨으로서, 피도포기판에 균일성이 우수한 도포막을 형성하게 된다.

더욱이, 공기유출헤드를 설치하여, 피도포기판으로의 액체의 토출직후에 피도포기판에 공기류를 불어넣는다.

또한, 잉크제트헤드에서 토출된 액체를 대전시키는 대전수단을 설치하여, 피도포기판에 미리 부착된 액체방울이 부착된 부분과, 계속해서 피도포기판에 도달하는 액체방울이 서로 반발하고, 그 결과, 피도포기판에 부착된 액체가 보다 넓게 떨어지는 방향으로 액체가 이동하게 된다.

상술한 구성에 의해, 본 발명에서는, 매우 간단한 구조에 의해, 도포액을 낭비하거나, 막의 외주부가 두껍게 되는 것 없이, 피도포기판의 전역에 걸쳐 박막을 균일하게 형성할 수 있는 박막형성장치를 제공한다. 또한, 목적에 따라 조건을 각종방식으로 변화시켜서, 소정 막두께의 박막을 형성할 수 있는, 자유도가 높은 박막형성장치를 제공한다.

[실시예 4]

이하, 본 발명의 제4실시예로서, 저항이 10⁵ cm 이하인 용액을 사용하여 박막을 형성하는 방법에 대해 설명한다.

제10(a), 10(b) 및 10(c)도는 정전력을 사용하여 용액을 토출시킨 경우의 토출상태를 도시한 설명도이다. 제10(a), 10(b) 및 10(c)도에서, (121), (124), (126)은 노즐, (122)는 피도포부재, (123)~(127)은 용액의 토출상태를 나타낸다. 정전력을 사용하여 용액을 토출시키면, 그 토출상태는 제10(a), 10(b) 및 10(c)로 도시한 상태로 크게 분류할 수 있다.

즉, 대표적인 3개의 토출상태로서, 제10(a)도는 노즐(121)과 독립적으로 액체방울(123) 형태로 용액이 토출하여 피도포부재(122)에 부착하는 상태이고, 제10(b)도는 노즐(124)에서 (125)로 나타낸 실을 당기는 것 같은 스트링닝현상을 일으켜 용액이 토출해서 피도포부재(122)에 부착하는 상태이고, 제10(c)도는 노즐(126)에서 (127)로 표시한 분무상태로 용액이 토출하여 피도포부재(122)에 부착하는 상태이다.

미세한 박막을 형성하기 위해서는, 제10(b)도의 스트링닝현상을 일으키는 상태에서 용액을 토출시킬 필요가 있으나, 본 발명자의 실험에 의해, 토출상태는 용액의 저항성에 의존한다는 것을 발견하였다. 즉, 저항이 10⁵ cm 이하이면, 용액에 정전력이 성공적으로 작용하지 않아, 양호한 스트링닝을 달성할 수 없으므로, 용액의 저항은 10⁵ cm 이상인 것이 바람직하다.

이하, 실험 내용에 대해 상세히 설명한다. 제11도는 용액이 정전력에 의해 토출되고, 도포되기 위한 기본적인 구성을 도시하는 구성도이다.

제11도에서, (128)은 용액공급구, (129)는 용액토출구, (130)은 용액, (131)은 부착된 용액에 의해 박막이 형성되는 피도포부재, (132)는 피도포부재(11)의 배면에 설치된 배면전극, (133)은 노즐, (134)는 고압전원을 나타낸다.

이 구성에 있어서, 용액(130)은 배면전극(132)과 노즐(133)간에 고압전원(134)에 의해 전압인가를 행하여 발생한 전계에 의해, 노즐(133)에서 피도포부재(131)를 향해 토출된다.

제12도는, 제11도에 도시한 구성으로 정전력을 이용하여 용액을 토출한 경우에 있어서의 용액의 토출상태를, 비저항과 인가전압과의 관계로 표시한 것이다.

제12도에 있어서, 가로축이 용액의 비저항을, 세로축이 정전력에 의한 전계의 강도를 나타내고, a부분은 용액이 토출하지 않은 상태, b부분은 독립액체방울형태로 용액이 토출하는 상태(제10(a)도의 상태), C부분은 분무상으로 용액이 토출하는 상태(제10(c)도의 상태), d부분은 스트링닝상태로 용액이 토출하는 상태(제10(b)도의 상태)를 나타낸다.

상술한 바와같이, 미세한 패턴의 박막을 형성하기 위해서는, 토출용액을 제어할 수 있는 스트링닝상태로 용액을 토출할 필요가 있다.

따라서, 제12도의 d부분의 상태가 달성되도록, 먼저, 용액의 비저항이 10⁵ cm 이상인 것을 선택하는 것을 전제로 하고, 더욱이, 용액에 대해 부여하는 에너지(전계의 강도)를, 스트링닝상태가 달성되는 수준으로 조정함으로서, 양호한 박막형성이 가능한 토출상태로 되도록 한다.

예를들면, DRAM용 캐피시터 및 불휘발성메모리용 재료로서의 개발이 진행되고 있는 MOD(Metallo-Organic Deposition)용액, 졸-겔용액 등은, 일반적으로 에탄올, 메탄올 등의 탄화수소계유기용제가 용매로서 첨가되어 있고, 이들 용액의 비저항은 일반적으로 10⁷ cm 이상이다.

이들 용액을 종래의 압전소자를 사용한 토출방법으로 토출을 행하면, 캐비테이션이 발생하게 되어 양호한 용액토출을 달성할 수 없으나, 본 실시예의 구성으로 용액을 토출하면, 제12도로부터 명확한 바와같이, 용액이 10⁵ cm 이상의 높은 비저항을 지니기 때문에 안정한 스트링닝상태에서의 용액토출이 달성될 수 있으므로, 노광공정이나 에칭공정을 사용하지 않고도 기판의 임의의 장소에 압전체박막이나 유전체박막을 직접 형성할 수 있다.

또, 제11도의 구성이 아니라, 제13도에 도시한 구성으로 용액을 토출시켜도 마찬가지이다.

이 구성은, 용액을 정전력으로 토출하는 원리는 제11도의 구성과 마찬가지이나, 전계를 발생시키기 위한 한쪽 전극으로서, 피도포부재(135)의 상면에 형성된 금속막(135a)을 이용하고 있는 점이 다른 것으로, 용도에 따라, 어떠한 구성도 선택할 수 있다.

계속해서, 상술한 박막형성방법을 실제로 적용한 박막형성장치에 대해서 상세히 설명한다.

제14도는 본 발명의 제4실시예에 따른 박막형성장치의 구성을 도시한 것이다.

제14도에 있어서, (137)은 용액을 토출시키는 용액토출부, (138)은 용액이 토출됨으로서 박막이 형성되는 피도포부재, (139)는 피도포부재(138)를 가열하는 히터블록, (140)은 피도포부재(138)상의 임의의 장소에 용액을 토출시켜 박막을 형성하도록, 피도포부재를 이동시키는 X-Y스테이지로, 피도포부재(138)를 X방향으로 이동시키는 모터(140x)와, Y방향으로 이동시키는 모터(140y)를 지닌다. 또, (141)은 히터블록(139)에서 발생하는 열의 전도를 방지하기 위해 배치된 단열판, (142)는 용액토출부(137)를 수직방향으로 위치시킬 수 있는 Z스테이지로 용액토출부(137)를 X 및 Y방향에 직각인 Z방향으로 이동시킬 수 있는 모터(142Z)를 지닌다. (143)은 토출하는 용액을 저장하고, 용액토출부(137)에 용액을 공급하는 용액공급부이다.

또, (144)는 용액토출부(137)의 용액토출량제어, 히터블록(139)의 온도제어, 및 X-Y스테이지(140)와 Z스테이지(142)의 이동거리제어를 행하는 제어부이다.

이와같은 장치구성에 있어서, Z스테이지(142)로 용액토출부(137)의 위치결정을 행한 후, 용액은 용액토출부(137)에서 피도포부재(138)를 향해, 상기의 토출원리에 따라 토출된다. 이때, 필요에 따라, X-Y스테이지(140)를 토출도중 또는 토출완료 후에 이동한다.

또, 피도포부재(138)를 가열하는 가열기구인 히터블록(139)이 설치되어 있기 때문에, 용액을 피도포부재(138)상에 토출한 후, 피도포부재(138)를 가열함으로서, 용매를 신속하게 증발시켜 박막을 형성할 수 있고, 따라서, 박막을 형성하는 데 필요한 시간을 단축할 수 있다.

또한, 가열수단으로서 램프를 사용하여 가열하는 방법 등을 채용하여도 마찬가지 효과를 얻을 수 있다. 물론, 실온하에서의 건조가 시간적으로 충분한 경우에는 가열공정을 생략할 수도 있다. 또, 기판은 평판에 한정되지 않아, 곡면상의 것이어도 마찬가지 방법으로 박막형성이 가능하다.

더욱이, 제14도에 도시한 장치구성에 더하여, 박막을 형성하는 장소의 분위기를 불활성가스로 채우는 기능을 부가함으로서, 대기중의 수분 등과 반응해버려 자신이 지닌 특성을 열화시키는 것과 같은 용액을 토출하여도, 대기의 영향을 받는 것 없이 특성을 유지할 수 있게 된다.

박막을 형성하는 장소의 분위기를 불활성가스로 채우기 위한 수단으로서는, 예를들면, 박막을 형성하는 장소를 용기로 에워싸고, 그 안에 공기보다도 높은 압력으로 불활성가스를 도입하여도 되고, 또는, 진공펌프 등을 사용하여 박막을 형성하는 장소와 대기중과의 사이에 압력차를 부여하여, 박막을 형성하는 장소를 불활성가스로 채워도 된다.

또, 용액을 토출하는 용액토출부(137)의 헤드를, 노즐을 복수로 한 멀티노즐헤드로 구성할 수 있으며, 이것은, 다른 용액에 의한 박막형성을 동시에 행하게하거나, 일정간격을 지닌 복수의 회로패턴을 동시에 작성할 수 있게 하여, 생산성의 향상을 도모한다.

[실시예 5]

이하, 본 발명의 제5실시예에 대해 설명한다. 제4실시예에서는 비저항이 높은(10⁵ cm 이상) 용액에 대해서 설명하였으나, 본 실시예에서는 비저항이 낮은 용액(10⁵ cm 이하)이 토출하는 경우에 대해서 설명한다.

졸겔용액으로 시판되고 있는 것 중에서 일부의 것. 예를들면, 아세트산을 주용매로 하는 SrTiO₃졸겔용액 등은, 비저항이 약 4×10³ cm로 낮기 때문에, 정전력에 의해 스트링닝현상을 일으키지 않고, 제4실시예의 원리에 따른 토출에 의해서는 안정한 용액토출을 달성할 수가 없다. 이 원인은, 아세트산염이 용매 중에서 해리한 이온으로 되어 비저항을 낮추기 때문이라고 생각할 수 있다. 그러므로, 비저항을 상승시킬 목적으로, 이 용액에 소수성의 유기용매인 이소부틸벤젠을 제2용매로서 1 : 1의 비율로 혼합하면, 제12도의 d부분에 포함되는 바와같이, 비저항이 10⁷ cm으로 상승하여 양호한 용액토출이 가능하게 된다.

상기와 같이, 매질을 잘 용해시키는 제1용매에 더하여, 비저항 조정을 목적으로 하는 제2용매를 사용함으로서, 정전력에 의해 양호한 토출이 가능한 용액을 제조할 수가 있다.

일반적으로, 이 제2용액은, 제1용액보다도 극성이 낮은 유기용매이고, 또, 제1용액과의 상용성이 좋은 것이 예를들면, 지방족탄화수소, 나프텐계탄화수소, 모노 또는 디알킬나프탈렌, 페네틸규멘 등의 방향족탄화수소 등의 유기용매가 바람직하다.

또, 토출 후의 공정은 제4실시예와 마찬가지로 하여, 박막을 형성할 수 있다.

[실시예 6]

이하, 본 발명의 제6실시예에 대해 설명한다. 본 제6실시예에서는, 점도가 비교적 높은(10~20CP 이상) 용액, 특히 수지용액의 토출에 대해 설명한다.

수지를 용해한 용액을 피도포부재상에 토출시키고, 그후 건조시킴으로서 수지박막을 얻는, 박막의 형성방법은 전자부품회로제작시의 마스크재료 및 각종 용도에 적용할 수 있다. 이들 용액은 일반적으로 점도가 높고, 10~20CP 이상인 경우가 많기 때문에, 종래의 압전식 토출방법을 사용한 경우에는 토출이 불가능하거나, 불안정하게 되는 것이 많았다.

그러나, 정전력을 이용한 토출방법을 사용하면, 20~30CP의 점도에서도, 용액이 수지용액이기만 하면 고정밀도의 패턴을 제작할 수 있다는 것을 발견하였다. 또, 수지용액 중에는 용액의 비저항이 10⁵ cm보다도 낮은 용액도 존재한다.

제12도를 참조하여 볼 때, 비저항이 낮은 이들 수지용액을 토출하는 것은 불가능하다고 생각되나, 수지용액에 대한 본 발명자의 검토에 의하면, 예외적으로, 비저항이 낮은 경우에도 스트링닝상태를 발생할 수 있다는 것을 발견하였다.

예를들면, PVA(폴리비닐알콜)을 5% 첨가한 PVA수용액의 비저항은 500cm 정도이나, 정전력을 사용한 토출방법을 사용하므로서 스트리닝상태의 용액토출을 확인할 수 있었다. 이 이유는, 정전력에 의해 스트링닝현상을 발생시키는 물성값적인 요인으로서, 비저항값 뿐만 아니라, 용질자체의 분자량의 크기도 고려해야 하기 때문이다.

수지용액이 스트링닝현상을 일으키기 쉬운 것에 대해서는, 반드시 원인이 명확하게 되어 있다라고는 말할 수 없으나, 고분자단백질이 실을 당기는 것과 마찬가지로, 고분자의 수지가 스트링닝현상을 일으키기 쉽다라는 것으로 생각할 수 있다.

한편, 토출 후의 공정은 제4실시예와 마찬가지로 하여, 박막을 형성할 수 있다.

이상으로부터, 토출용액으로서 수지를 사용한 경우에는, 비저항값의 사용가능범위를 실질적으로 확대한 박막형성이 행해질 수 있기 때문에, 통상의 전자부품회로제작시의 마스크형성이, 수지의 도포, 노광, 에칭등의 복수의 공정을 필요로 하는 것에 대하여, 제4실시예의 토출원리에 따라 수지용액으로부터 박막형성을 행함으로서, 1회의 공정만으로도, 마스크를 형성할 수 있고, 회로제작시의 공정수감소, 회로의 저가격화등으로 커다란 효과를 줄 수 있다.

[실시예 7]

이하, 본 발명의 제7실시예에 대해 설명한다. 제7실시예에서는, 금속박막을 형성하는 방법에 대해 설명한다.

금속미분말을 함유하는 용액을 직접 피도포부재상에 토출하여 박막을 형성할 수 있으면, 미세한 배선의 직접형성이 가능하게 되므로, 회로의 소형화 및 저가격화에 커다란 효과를 줄 수 있다. 금속미분말을 안정하게 함유한 용액을 제조할 경우에는, 분산제를 사용하여 현탁시키면 된다.

분산제의 예로서는 계면활성제가 있고, 고액계면에 흡착하여 계면에너지를 저하시켜 안정시키는 것이다. 즉, 이 계면활성제는, 미립자표면에 흡착보호피막을 형성하기 때문에, 안정하게 분산된 현탁액에서는, 개개의 미립자사이에서 직접 접촉·충돌을 일으키지 않으므로 전기 전도도가 낮은, 즉, 비저항이 10⁵ cm 이상인 용액으로 할 수가 있다.

또, 흡착보호막은 계면활성제만으로도 형성될 수 있으나, 표면피막을 더욱 강고하게 하는 물질도 존재한다.

일반적으로 이들 물질은 보호콜로이드 또는 에멀션안정제라고 호칭되나, 이와같은 물질을 첨가함으로서 미분말끼리의 충돌을 확실하게 피할 수 있고, 전기적인 특성이 안정한 현탁액을 제조할 수가 있다.

보호콜로이드로서는, 천연고무, 전분, 알긴산염, 단백질, 레시틴, 섬유를 지닌 에테르, 폴리비닐알콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴산유도체, 콜로이드실리카등이 공지되어 있다.

일반적으로, 미립자의 분산액은 그 미립자의 크기가 0.1㎛ 이하일 때는 콜로이드라고 부르며, 수㎛~0.1㎛ 정도의 크기일 때는 에멀션이라고 부른다.

이와같은 미립자의 분산액은 이미 시판되어 있고, 본 실시예에서는, 은미립자(Shinku Yakin K.K 제조)를 톨루엔용제에 분산시킨 Ag30wt%의 독립분산초립자용액을 사용한다. 이 분산미립자는, 가스환경에서의 증발법에 의해 생성된 것으로, 입경은 0.1㎛ 이하이며, 콜로이드상으로 분산된 개개의 입자가 응집하는 것없이 독립하여 분산되어 있기 때문에, 용액의 비저항이 약 10⁷ cm로 높다. 이들 미립자의 분산액을 정전력을 사용하여 피도포부재상에 토출하면, 양호한 스트링닝현상이 발생하여 토출이 가능하게 된다.

그후, 피도포부재상에 토출한 분산액을 300℃에서 가열하면, 분산액은 전기 전도성을 지닌 은박막으로 된다. 이것은 은미립자를 덮은 계면활성제 또는 보호콜로이드가 열에 의해 녹아서 증발하고, 은미립자끼리의 접촉응집이 이루어졌기 때문이라고 생각된다. 물론, 이 가열공정은 경우에 따라 상술한 바와같이 생략할 수도 있다.

상기와 같이, 미립자 자체가 비저항이 낮은 성질을 가진 것이어도, 절연재료로 피복된 미립자로 하여 토출용액을 형성하면, 정전력에 의해 양호하게 토출할 수 있어 박막형성이 가능하며, 미세한 배선의 직접형성을 행할 수 있기 때문에, 회로의 저가격화나 곡면을 지닌 피도포부재상의 배선에 있어서, 커다란 효과를 들 수 있다.

[실시예 8]

이하, 본 발명의 제8실시예에 대해 설명한다. 제4~제7실시예에서는, 용액을 토출하는 수단으로서 정전력만을 사용하는 경우에 대해 설명하였으나, 본 제8실시예에서는, 정전력 이외에도 압전소자등에 의한 진동을 용액에 보조적으로 인가한 경우에 대해서 설명한다.

제15도는 정전력과 압력파를 병용한 노즐을 사용하여 용액을 토출시키는 구성을 나타낸 것이다.

제15도에 있어서, (147)은 토출구, (148)은 용액에 압력파를 발생시키기 위한 압전소자, (149)는 압력실, (150)은 용액공급구, (151)은 배면전극, (152)는 고압전원, (153)은 피도포부재이다.

이 구성에 의해, 압전소자(148)에 전압을 인가하면, 압전소자(148)가 일그러져 압력실(149)의 용적이 변화한다. 이 압력실(149)의 용적변화는 토출구(147)내의 용액에 유동을 일으켜, 이 유동이 소정치보다 큰 경우에는, 용액방울로 되어 피도포부재를 향해 토출된다.

또, 압력실(149)내의 잉크와 배면전극(151) 간에는 전계가 작용하고 있고, 잉크를 피도포부재(153)를 향해 흡인하는 힘을 발휘한다.

용액의 토출은 용액에 대해 정전력을 가할 때, 혹은, 압전소자(148)에 의한 압력파와 정전력이 둘다 존재할 때에 실행되며, 용액에 대해 아무힘도 가해지지 않을 때는, 용액의 표면장력에 의해 토출구(147)에 보유된다.

제16도는 상술한 장치를 사용하여, 정전력만의 경우와, 압력파를 병용한 경우의 용액의 토출에 대해 검토한 결과를 나타낸다.

제16도에 도시한 곡선은, 용액이 토출개시점을 연결한 결과이며, 압전효과에 의한 압력파를 용액에 부여하지 않는 경우에는, C점의 정전력(제12도의 전계강도 2kV/mm에 상당한다)이 필요한 반면, 용액에 압력파를 가하므로서, D점에 도달할 때까지는, 압력파가 크면 클수록 정전력을 상대적으로 작게 할 수 있는 것을 나타낸다.

이 경우, 용액에 부여되는 압력파의 크기는, 압전소자의 재질, 크기, 액실의 형상, 노즐직경, 토출액의 물성값 등에 의해 변화하나, 일반적으로, 압전소자에 인가하는 전압값으로 50V~500V 정도이다. 이 실험결과는, 용액의 토출방법으로서, 용액에 대해 정전력만을 인가하는 경우와 비교하여, 정전력에 압력파를 보충적으로 가함으로서, 제4실시예의 제12도에 도시한 토출개시전압을 낮출 수 있고, 스트링닝현상을 넓은 범위로 발생시킬 수 있는 것을 나타낸다.

상기 사실에 대해 제17도를 사용하여 더 설명한다. 제17도는 용액에 대해 제16도의 점E로 나타낸 정전력과 압력파를 가한 경우의, 용액의 비저항값과 토출개시 때의 인가전압간의 관계를 나타낸 것이다.

제17도에 있어서, 파선F는 정전력만에 의한 토출개시 전압을 나타내며(제12도의 곡선A에 상당), 곡선G는, 정전력과 압력파에 의한 토출개시전압을 나타낸 것이다. 토출수단으로서, 정전력에 압력파를 가함으로서 용액의 토출개시전압을 내릴 수 있으므로, 용액이 스트링닝현상을 일으키는 상태의 영역이, 정전력만에 의한 d부분의 영역에 부가하여 e부분을 추가할 수 있고, 비저항이 낮은 용액도 사용할 수 있게 되어, 토출용액의 선택의 폭을 넓게 할 수 있다.

상기와 같이, 토출용액에 대해 정전력뿐만 아니라 압력파를 가하면, 정전력만에 의한 용액 토출방법보다, 토출용액의 종류를 광범위하게 선택할 수 있으므로, 형성되는 박막의 종류가 넓어지고, 회로부품 혹은 마이크로머쉰의 제작에 커다란 효과를 줄 수가 있다.

상기 제4~제8실시예에서는 용액을 스트링닝상태로 토출시키는 방법에 관해 설명하였으나, 본 발명은 이들에 한정된 것은 아니어서, 용액을 도포시의 소정상태에 따라, 제10(a)도에 도시한 방울형태 또는 제10(c)도에 도시한 분무상태로 형성하도록 용액의 비저항을 조정할 수 있다.

본 발명의 상술한 구성에 있어서는, 토출에 사용할 수 있는 용액의 종류에 실질적으로 아무 제약이 없다.

또, 토출용액을 신뢰성 있는 스트링닝상태로 형성하면, 미세박막을 형성할 수 있다.

상술한 바와같이, 본 발명에 의하면, 막형성재료로서 용액상 물질을 사용하고, 막형성재료의 토출수단으로서 정전력 단독, 또는 정전력에 더하여 압전효과를 이용하여, 피형성부재상에 막형성재료의 용액을 토출하고, 용액중에 함유된 용매를 가열하거나, 소정시간 실온으로 방치하여 증발시킴으로서, 종래의 막형성방법에 비교하여, 토출에 사용되는 용액의 종류에 실질적인 제약이 없고, 또한, 토출용액이 스트링닝상태로 형성되면 미세한 박막을 형성할 수가 있으므로 각종 회로 및 디바이스의 제작시에도 많은 편리성을 부여한다.

다른 한편, 잉크제트헤드를, 액체공급원쪽에서 액체토출노즐에 형성된 메니스커스를 향해 외방으로 압력이 인가되어 액체가 토출되도록 구성할 수 있으므로, 이 경우, 액체토출노즐 반대편에 공기토출노즐을 설치하여, 액체토출노즐과 공기토출노즐사이의 틈에 공기류가 향하도록 하고, 이때 공기토출노즐 근방의 액체토출노즐의 공기압은 액체공급원쪽에서 액체토출노즐에 형성된 메니스커스로 인가된 공기압보다 작게 설정함으로서, 액체를 공기류에 태워서 외방으로 토출시킨다.

[실시예 9]

이하, 본 발명의 제9실시예에 대해 설명한다. 제18도는 본 발명의 제9실시예에 따른 박막형성방법과, 장치에 사용되는 스핀도포기의 개략구성도이다.

제18도에서, (10)은 피도포기판, (161)은 잉크제트헤드, (162)는 노즐이다.

또, 여기서 잉크제트헤드(161)는, 전기신호에 의한 액체토출상태제어하에, 마이크로노즐(일반적으로 0.1mm 이하)을 통해 액체를 토출하여 기록매체에 부착시키는 형태를 말한다.

또한, 노즐(162)은 회전하는 피도포기판(10)의 반경방향에 규칙적인 간격으로 복수개가 형성되어 있다. 그런 구성에 의한 박막형성방법에 대해 하기 설명한다.

먼저, 예를들면, 제5도의 퍼스널컴퓨터(53)의 제어하에 제5도와 마찬가지의 구동제어기구를 사용하고, 피도포기판(10)을 저속으로 회전시키면서, 잉크제트헤드(161)의 노즐(162)에서 피도포기판(10)을 향해 도포액(163)을 토출시켜, 도포액(163)을 피도포기판(10)위에 부착하기 시작한다.

다음, 일반적으로 도포액(163)이 피도포기판(10)의 전체표면에 부착할 때까지 피도포기판(10)을 저속으로 회전시키면서, 도포액(163)을 잉크제트헤드(161)의 노즐(162)에서 피도포기판(10)을 향해 연속적으로 토출시킨다. 즉, 이런 저속회전은, 도포액이 피도포기판(10)의 표면에 부착되도록 하는데 충분한 회전수에 부합하기 위해 필요하다.

이 경우, 복수의 노즐(162) 사이의 피치가 너무 넓어 인접 노즐(162)로 형성된 도포액(163)의 라인이 중첩되지 않고 서로 분리된 경우에는, 제5도의 퍼스널컴퓨터(53)에 의해, 피도포기판(10)을 저속으로 복수회 회전시키는 한편 잉크제트헤드(161)를 피도포기판(10)의 반경방향으로 이동시킴으로서, 피도포기판(10)의 전표면에 걸쳐 도포액을 빈틈없이 부착시킨다.

계속해서, 제5도의 퍼스널컴퓨터(53)의 제어로, 도포액이 일반적으로 피도포기판(10)의 전표면에 부착된 것을 체크한 후, 피도포기판(10)을 앞서의 저속회전보다 고속으로 회전시켜, 고도하게 도포된 도포액을 날려버리는 한편 도포막의 균일성을 한층 향상시킨다. 이런 식으로, 피도포기판(10)위에 박막을 형성한다.

스핀도포기에 종래 사용한 토출노즐은 내경이 0.5~1mm인 것들로, 미소한 토출량을 제어하기는 곤란하였으나, 반면, 본 제9실시예에서와 같이 잉크제트헤드(161)를 사용하면, 미세한 패턴을 그릴 수 있고, 균일하고 극히 얇은 막을 형성할 수 있다.

또한, 제9실시예에 의하면, 피도포기판(10)의 전표면에는 잉크제트헤드(161)에 의해 도포액이 미리 도포되어 있기 때문에, 고속회전시 비산되어 버리는 도포액을 소량으로 감축할 수 있어, 처리시간의 커다란 감축뿐 아니라, 런닝코스트도 절약할 수 있다.

[실시예 10]

이하, 본 발명의 제10실시예에 대해 설명한다. 제19도는 본 발명의 제10실시예에 따른 박막형성방법에 사용되는 잉크제트헤드의 상세한 구성예를 도시한, 스핀도포기의 요부단면도이다.

일반적으로, 잉크제트기록시스템으로서 각종 형태의 시스템을 사용할 수 있으며, 예를들어, 열에너지로 기포를 일으키고, 얻어진 압력으로 액체를 토출시키는 버블제트시스템, 및 액실을 압전소자로 압축하고, 얻어진 압력파로 액체를 토출시키는 압전형 온디멘드시스템을 들 수 있다. 그러나, 이들 시스템은 토출될 수 있는 액체에 커다란 제한이 있어, 예를들면, 사용가능한 액체로서, 점도는 1~5CP 정도로 작아야 하는 제약이 있다.

제19도에 도시한 바와같은 소위 정전흡인시스템으로 구성된 잉크제트헤드를 사용하면, 비교적 점도가 높은(대략 100CP 이하) 토출액을 사용할 수가 있다.

제19도에서, (170)은 피도포기판, (171)은 정전흡인시스템의 잉크제트헤드, (172)는 토출노즐, (173)은 금속등의 전기 전도성 물질로 만들어지고, 전극으로 사용하는 기판고정대이다. 또, (174)는 고전압발생기이고, (175)는 액실이다. 이와같은 구성을 지니는 스핀도포기의 작용에 관해 하기 설명하나, 박막형성작동원리는 제9실시예와 동일하다.

먼저, 피도포기판(170)을 저속으로 회전시키면서, 기판고정대(173)와 액실(175) 사이에 고전압발생기(174)에 의해 소정시간주기로 고전압펄스를 인가한다.

이 고전압펄스가 인가되는 동안, 토출노즐(172)에 형성된 액체의 메니스커스는 기판고정대(173)를 향해 흡인되어 토출됨으로써, 피도포기판(170)에 액체가 부착하게 된다. 일반적으로, 토출노즐(172)과 기판고정대(173) 사이의 간격이 2~3mm이면, 액체는 2~4kV 정도의 전압으로 토출될 수 있다.

이런 정전흡인방식의 잉크제트헤드에 대해서는, 대략 100CP이하의 고절연성의 유기용매용액을 사용할 수 있으므로, 폴리이미드액 및 레지스트액 등을 토출시킬 수 있다.

계속해서, 피도포기판(170)의 전표면에 도포액(177)이 부착되었음을 체크한 후에, 피도포기판(170)을 앞서의 저속회전보다 고속으로 회전시킴으로서, 과도하게 도포된 도포액을 비산시켜 버리고, 도막의 균일성을 더욱 향상시킨다. 즉, 이와 같은 방법으로, 피도포기판(170) 위에 박막을 형성한다.

또한, 본 제10실시예에서는, 종래의 스핀도포기에 의한 것보다 미세한 패턴을 그릴 수 있으며, 또, 균일하고 매우 얇은 막을 형성할 수 있다. 더구나, 피도포기판(170)의 전표면에는, 정전력을 사용하여 잉크제트헤드(171)에 의해 도포액(177)이 미리 도포되어 있기 때문에, 고속회전시 비산해버리는 도포액을 절약할 수 있어, 런닝코스트의 절감뿐 아니라 처리시간도 크게 줄일 수 있다. 상기 잉크제트헤드로서는, 제2~4도에 도시한 바와같이 제1실시예의 잉크제트헤드를 사용할 수 있다.

또한, 제9, 제10실시예에 사용된 잉크제트헤드를 제4도의 솔레노이드밸브(41)로 제어하면, 피도포물에 균일한 박막을 형성할 경우 본 발명에서와 같이, 잉크제트헤드의 고속응답은 떨어질지라도 미세한 패턴을 그릴 필요가 없이, 잉크제트헤드는 실사용에 아무런 문제가 없다.

또, 단순한 압력제어형태인 제9, 제10실시예의 방식은, 점도, 표면장력, 비저항 등의 액체의 물성값에 덜영향을 받아, 사용할 수 있는 액체의 자유도가 커서 훨씬 이점이 많다.

또, 제9, 제10실시예에서는, 피도포기판을 회전축으로 잡은 수직축과 수평으로 위치시키고, 위로부터 액체를 토출시키게 하였으나, 물론, 본 발명은 소정특성의 박막을 형성할 수 있는 한 이러한 구성에만 한정된 것은 아니다.

상기와 같이, 본 발명에 의하면, 복수의 마이크로노즐을 지니는 잉크제트헤드와 기판을 서로 비교적 저속으로 회전시키면서, 기판의 전표면에 도포액을 부착시킨 후에, 기판을 비교적으로 고속으로 회전시킴으로서 균일한 도포박막을 얻는다. 따라서, 비산되어 낭비되는 도포액을 최소한으로 억제할 수 있으므로, 런닝코스트가 낮고, 고속으로 작업할 수 있는 박막형성방법을 제공할 수가 있다. 더욱이, 잉크제트헤드를 사용함으로서, 미세패턴을 그릴뿐만 아니라, 보다 균일하게 아주 얇은 막을 형성할 수 있게 된다.

이 경우, 정전흡인방식의 잉크제트헤드를 사용하면, 대략 100CP 이하의, 고절연성을 지닌 유기용제용매를 도포할 수 있어, 폴리이미드액, 레지스트액등도 토출할 수가 있다. 또, 공기류를 사용하는 잉크제트헤드를 사용하면, 점도, 표면장력, 비저항등의 액체의 물성값에 덜 영향을 받으므로, 사용할 수 있는 액체의 자유도가 커지고, 더욱 유익하게 된다.

[실시예 11]

제22도는 본 발명의 제11실시예에 따른 막형성장치(301)의 사시도이다.

제22도에 있어서, 막형성장치(301)는 광디스크기판(이하, 기판)(302)을 회전가능하게 흡인적으로 보유하는 기판보유부(303), 기판보유부(303)로 유지된 기판(302)을 향해 도포액을 토출시키는 토출헤드(304), 액체를 토출헤드(304)에 공급하는 액체공급부(305), 기판(302) 중심에서 주위로 반경방향으로 토출헤드(304)를 이동시키는 헤드이동부(306) 및 기판보유부(303), 액체공급부(305), 헤드이동부(306)를 제어하는 제어부(307)로 이루어져 있다.

기판보유부(303)는, 디스크형상이고, 회전가능하며 기판(302)을 흡인하는 기판보유대(310)와, 기판보유대(310)를 회전시키는 기판회전모터(311)를 지니며, 유지된 기판(302) 주위를 덮는 컵(312)이 설치되어서 기판보유부(303)를 에워싼다.

제23도에 도시한 토출헤드(304)는, 예를들면, 직경이 점차 증가하는 잉크제트헤드 형태의 7개의 노즐(315a)~(315g)을 지니고, 이들 노즐(315a)~(315g)의 구멍직경은 주위쪽에서 증가하는 도포면적에 따라 결정된다. 노즐(315a)~(315g)은 1행 1열로 배열되어 있다. 또 노즐은 노즐의 반경방향으로 배열하거나, 반경방향에 특정각도로 교차하여 배열해 있을 수 있다. 또한, 도포면적은 기판(302)의 중심측보다 주위측이 보다 크므로, 최소직경의 노즐(315a)은 기판(302)의 중심쪽에 배치해 있고, 최대직경의 노즐(315g)은 주위쪽에 배치해 있다.

액체공급부(305)는 예를들면, 토출량을 조정할 수 있는 정량토출펌프 혹은 가압밀폐조로 구성된다. 액체공급부(305)는 도포면적, 처리시간, 막두께에 따라 결정된 일정한 액체토출량을 토출헤드(304)에 공급한다. 헤드이동부(306)는 제22도에서 실선으로 나타낸 개시위치와, 2점쇄선으로 나타낸 후퇴위치사이에서 토출헤드(304)를 기판(302)의 반경방향으로 이동시킨다. 헤드이동부(306)는, 선단에 토출헤드(304)가 부착해 있는 아암(320), 이동프레임(321), 한쌍의 상·하부가이드바(322), 보유프레임(323), 나사축(342) 및 이동용모터(325)로 이루어진다. 아암(320)은 중간에 수직축에 대해 토출헤드(304)의 설치위치를 조정하기 위한 피보트(320a)를 지니며, 이동아암(321), 아암(320)의 기부단에 부착해 있다. 한쌍의 상·하부가이드바(322)는 프레임(321)을 수평으로 이동시키고, 보유프레임(323)은 가이드바(322)의 양단을 보유하고, 나사축(324)을 회전적으로 지지한다. 나사축(324)은 가이드바(322) 사이의 가이드바(322)에 평행하며, 일단에 이동모터(325)가 연결해 있다. 가이드바(322)로 활주 가능하게 지지된 가이드베어링(도시안함)은 이동프레임(321)내에 설치되어 있다.

제24도에 도시한 바와같이, 제어부(307)는 CPU, ROM, RAM 등을 포함하는 마이크로컴퓨터로 이루어진다. 제어부(307)에는 액체공급부(305), 기판회전모터(311), 이동용모터(35) 및 기타 입출력부가 연결되며, 또, 작동을 개시하는 개시키이를 포함하는 입력키이(330), 나사축(324)의 회전위치와 기판구동부(311)의 회전수를 검출하는 센서를 포함하는 각종 센서(331)가 연결된다.

다음, 상술한 실시예의 작동에 대해 제25도에 도시한 플로오챠트에 따라 설명한다.

제25도의 스텝S1에서 초기설정이 행해진다. 이 초기설정동안, 헤드이동부(306)는 토출헤드(304)를 2점쇄선으로 표시한 바와같이 후퇴위치로 하고, 스텝S2에서, 기판(302)이 기판보유대(310)상에 착설되는 것을 기다린다. 기판(302)이 기판보유대(310)에 착설되면, 프로그램은 스텝S3으로 간다. 스텝S3에서 토출헤드(304)는 헤드이동부(306)에 의해 제22도의 실선으로 표시한 바와같이 개시위치로 되고, 스텝S4에서, 기판회전모터(311)가 on되면, 기판(302)은 일정한 회전속도로 회전한다. 스텝S5에서 액체공급부(305)가 on되면, 토출헤드(304)에서 기판(302)으로 액체가 토출한다. 다음, 스텝S6에서, 토출헤드(304)가 기판(302)의 주위쪽을 향해 일정속도로 이동한다. 스텝S7에서, 토출헤드(304)가 도포단위치에 도달하기를 기다리고, 토출헤드(304)가 도포단위치에 도달하면 프로그램은 스텝S8로 간다. 스텝S8에서, 기판회전모터(311), 이동용모터(325) 및 액체공급부(305)는 off된다. 스텝S9에서, 기판회전모터(311)는 고회전속도로 회전하므로, 과량의 액체가 비산해버린다. 스텝S10에서, 기판방출명령이 별도로 설치된 기판전송시스템에 전달되고, 프로그램은 스텝S2로 흐른다.

이 경우, 노즐(315a)~(315g)의 직경은 도포면적이 증가함에 따라 증가하도록 구성되어 있다. 따라서, 막두께가 가장 균일할 수 있는 막은, 기판(302)을 일정속도로 회전시키고, 토출헤드(304)를 일정속도로 이동시키는 간단한 제어를 통해 형성할 수 있다.

제11실시예에 의하면, 잉크제트헤드는, 노즐로 구성되고, 액체의 토출량이 일방향으로 점점 증가하여, 최소토출량의 토출부가 기판 근방의 영역쪽에 배치해 있는 복수의 토출부로 되어 있으므로, 토출부에서 토출된 액체의 토출량은, 기판 근방의 영역쪽(중심쪽)에서 기판과 떨어진 영역쪽(주위쪽)으로 이동함에 따라 점차 증가한다. 따라서, 토출량은 도포면적이 큰 기판의 주위쪽에서 커지게 되므로, 단순한 제어를 통해 막두께를 가장 균일하게 할 수 있다. 또한, 잉크제트헤드를 기판에 대해 상대적으로 이동시키면, 기판이 액체토출부의 길이보다 일방향이 큰 경우에도 박막을 형성할 수 있다. 또, 노즐의 구멍직경을 점차 증가시키는 것만으로, 기판 주위쪽을 향해 이동해 감에 따라 토출량을 용이하게 증가시킬 수 있다.

[기타실시예]

(a) 제26도에 도시한 바와같이, 토출헤드(404)에 있어서, 예를들면, 동일 직경의 9개의 노즐(435a)~(435i)를 도포면적을 증가시킴에 따라 간격을 점점 좁게하여 배열한다.

이 경우, 토출량은 노즐의 배열피치를 점점 좁게하는 것만으로, 기판의 주위쪽을 향해 이동시킴에 따라 쉽게 증가할 수 있다.

(b) 제27도에 도시한 바와같이, 토츨헤드(504)에 있어서, 동일 직경의 6세트의 노즐군을 등간격으로 배열하고, 노즐군(545a)~(545f)의 노즐수를 도포면적을 증가시킴에 따라 증가시킨다. 이 경우, 노즐을, 노즐군이 배열해 있는 방향을 교차하도록 배열하거나, 노즐을 원주형상으로 한다.

이 경우, 토출량은 각각의 노즐군의 노줄수를 점차 증가시키는 것뿐으로, 기판의 주위쪽을 향해 이동함에 따라 쉽게 증가시킬 수 있다.

(c) 제28도에 도시한 바와같이, 토츨헤드(604)에 있어서, 노즐(615a)~(615e)을 등간격으로 배열하고, 토출헤드(604)내에, 노즐(615a)~(615e)에 공급되는 액체의 압력을 점차 감소시켜 유속을 제어하는 얇은 모서리의 오리피스(636)를 배치한다.

이 경우, 얇은 모서리의 오리피스(636)는 노즐의 토출량을 제어하는 유속제어부재로서 작용하므로, 토출량을 기판의 주위쪽을 향해 점차 증가시켜서, 간단한 제어를 통해 기판의 주위쪽을 향해 토출량을 증가시킬 수 있다.

(d) 토출헤드를 이동시키는 대신, 기판보유부를 이동시킨다.

상술한 바와같이, 본 발명에 의하면 토출부에서 토출된 액체의 토출량을, 기판의 중심에서 주위쪽으로 이동시킴에 따라 점차 증가시키므로, 도포면적이 큰 주위쪽에서 토출량이 커지게 되어 간단한 제어를 통해 막두께를 균일하게 할 수가 있다.

Claims

액체를 토출하는 노즐을 복수개 지닌 잉크제트헤드(11, 70, 121, 124, 126, 133, 137, 161, 171, 190); 잉크제트헤드에서 토출된 액체가 부착되는 피도포기판(10)을 회전축에 대해 회전시키는 회전수단(50); 잉크제트헤드와 피도포기판을, 피도포기판에 대한 회전축의 근방영역과 회전축에서 떨어진 분리영역과의 사이에서 상대이동시키는 상대이동수단(51, 54); 잉크제트헤드와 피도포기판과의 상대위치가, 근방영역에서 분리영역을 향해 상대적으로 이동함에 대응하여 상대이동수단에 의한 상대이동속도가 작아지도록 상대이동수단을 제어하는 상대이동제어수단(52, 53)으로 이루어지는 박막형성장치.
액체를 토출하는 노즐을 복수개 지닌 잉크제트헤드(11, 70, 121, 124, 126, 133, 137, 161, 171, 190); 잉크제트헤드에서 토출된 액체가 부착되는 피도포기판(10)을 회전축에 대해 회전시키는 회전수단(50); 잉크제트헤드와 피도포기판을, 피도포기판에 대한 회전축의 근방영역과 회전축에서 떨어진 분리영역과의 사이에서 상대이동시키는 상대이동수단(51, 54); 잉크제트헤드와 피도포기판과의 상대위치가 근방영역에서 분리영역을 향해 상대적으로 이동함에 대응하여 회전수단에 의한 회전각속도가 작아지도록 상대이동수단을 제어하는 상대이동제어수단(52, 53)으로 이루어지는 박막형성장치.
제1항에 있어서, 상대이동제어수단(52, 53)이, 잉크제트헤드와 피도포기판과의 상대위치가 근방영역에서 분리영역을 향해 상대적으로 이동함에 대응하여 회전수단에 의한 회전각속도가 작아지도록 상대이동수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
제3항에 있어서, 상대이동제어수단(52, 53)은, 잉크제트헤드와 피도포기판과의 상대위치가 근방영역에서 분리영역을 향해 상대적으로 이동하는 이동거리에 반비례하여 상대이동의 속도를 감속하는 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
제4항에 있어서, 잉크제트헤드와 피도포기판과의 상대위치가 근방영역에서 분리영역을 향해 상대적으로 이동하는 이동거리를 X, 그 상대속도를 V라고 하면, 상대이동제어수단(52, 53)에서 식V=K₁/X이 유지되고, K₁이 0보다 크면, 잉크제트헤드와 피도포기판은 상대위치Xs에서 다른 상대위치 Xe를 재는 이동거리X에 의해 상대적으로 이동하고, 상대이동소요시간을 t라고 하면, K₁은 미분방정식 K₁=(ds/dt)*X를 풀어서 결정하는 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
제3항에 있어서, 잉크제트헤드(70)에 인접하고, 공기류를 피도포기판을 향하여 유출시키는 공기유출헤드(71)가 더욱 설치되어서, 액체가 피도포기판에 토출된 직후에 공기류를 피도포기판으로 유출하는 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
제3항에 있어서, 잉크제트헤드에서 토출되는 액체를 대전시키는 대전수단(90)을 더욱 지닌 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
제3항에 있어서, 잉크제트헤드가, 액체토출구(27, 91)와 대향하여 공기토출구(25, 92)를 설치하여, 공기토출구에서 공기류를 유출시켜 액체토출구내의 액체압력과, 공기류에 의해 발생한 액체토출구 근방의 공기압력과의 균형을 변화시킴으로서, 액체를 토출하는 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
제8항에 있어서, 공기토출구의 주위에 설치된 전극부재(93)와, 전극부재와 액체토출구 내의 액체사이에 전위차를 인가하는 전위차인가수단(90)을 더욱 지녀, 잉크제트헤드에서 토출된 액체를 대전시키는 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
제1항에 있어서, 잉크제트헤드에서 토출된 액체가 비급속건조수지용액인 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
제3항에 있어서, 토출되는 액체는, 막형성재료 및 막형성재료를 용해시키는 용제를 함유하는 용액상물질이며, 액체를 노즐에 공급하는 공급원(143)과, 피도포기판이 놓이고, 회전수단에 의해 회전하는 스테이지(140)와 피도포기판을 가열하는 가열수단(139)을 더욱 지니는 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
제3항에 있어서, 잉크제트헤드와 피도포기판을 서로 연결하는 규정된 제1방향내에 잉크제트헤드를 이동시키는 제1이동수단(142, 142Z)과, 스테이지상에 배치되어, 제1방향에 수직인 평면내에 2개의 수직방향으로 스테이지를 이동시키는 제2이동수단(140, 140x, 140y)를 더욱 지니는 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
제3항에 있어서, 피도포기판의 표면에 부착되는 액체가, 피도포기판 표면에 균일하게 도포됨으로서 제1도포상태를 달성하는데 충분한 제1상대속도로 피도포기판을 회전시키고, 다음, 과도하게 도포된 도포액이 제1도포상태로부터 비산됨으로서 피도포기판에, 제1도포상태보다 균일한 제2도포상태의 막을 형성하도록, 제1상대속도보다 고속의 제2상태속도로 피도포기판을 회전시키는 제어수단(53)을 더욱 지니는 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
제13항에 있어서, 잉크제트헤드는, 액체를 정전력에 의해 노즐의 외방으로 흡인하여, 액체를 토출하는 정전흡인방식의 잉크제트헤드인 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
제3항에 있어서, 잉크제트헤드는, 액체를 정전력에 의해 노즐의 외방으로 흡인하여, 액체를 토출하는 정전흡인방식의 잉크제트헤드인 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
제9항에 있어서, 액체의 비저항이 10⁵ cm 이상인 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
제8항에 있어서, 액체가 스트링상태로 토출되는 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
제3항에 있어서, 액체는 액체에 압력파를 작용함으로서 토출하는 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
제3항에 있어서, 잉크제트헤드는, 노즐로 구성되고, 액체의 토출량이 한쪽 방향을 향해 점차 증가하도록 한쪽 방향으로 배열해 있는 복수의 토출부를 지녀, 최소토출량의 토출부가 기판근방영역쪽에 배치해 있는 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
제19항에 있어서, 상대이동수단은 최소토출량의 토출구가 기판근방영역쪽에 배치해 있는 상태에서, 기판의 분리영역쪽을 향해 잉크제트헤드를 이동시키는 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
제19항에 있어서, 복수의 토출부는, 등간격으로 배열해 있고, 직경이 분리영역쪽을 향해 점차 증가하는 복수의 노즐인 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
제19항에 있어서, 복수의 토출부는, 동일직경을 지니고, 배열피치가 분리영역쪽을 향해 점차 좁아지는 복수의 노즐인 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
제19항에 있어서, 복수의 토출부는, 등간격으로 배열해 있고, 노즐수가 분리영역쪽을 향해 점차 증가하는 복수의 노즐군인 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
제19항에 있어서, 복수의 토출부는, 등간격으로 배열한 동일 직경의 복수의 노즐과, 노즐의 토출량을 분리영역쪽을 향해 점차 증가하도록 제어하는 유속제어부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
회전축에 대해 기판을 지지하고 회전시키는 회전장치; 상기 회전장치에 지지된 기판과 대향하도록 배치된 복수의 액체토출 노즐을 가진 잉크제트헤드; 상기 잉크제트헤드가 상기 회전축근처의 제1영역과 상기 기판의 외주부사이에서 상기 회전장치의 대략 반경방향으로 장착되면, 상기 잉크제트헤드가 상기 회전장치 및 상기 기판에 대하여 이동되도록 상기 잉크제트와 상기 회전장치의 어느 하나를 상기 잉크제트헤드와 상기 잉크제트헤드의 다른 하나에 대하여 이동시키는 이동장치와; 상기 잉크제트헤드가 상기 기판의 중심으로부터 외주로 이동함에 대응하여 상기 잉크제트헤드의 이동속도 또는 상기 기판의 회전속도가 감소하도록 상기 이동장치와 상기 회전장치를 제어하는 제어장치로 이루어진 기판에 박막을 형성하는 장치.
제25항에 있어서, 상기 복수의 토출노즐은 상기 헤드의 이동방향에 수직방향으로 배설되어 있는 것을 특징으로 하는 기판에 박막을 형성하는 장치.
회전축에 대해 기판을 지지하고 회전시키는 회전장치 액체저장소; 상기 액체저장소내의 액체공급부에 압력을 가하기 위해 상기 액체저장소의 상부에 접속된 공기공급부와; 상기 액체토출구의 근처에서 압력 P₂를 발생하도록 상기 액체토출구를 통해서 일정한 공기의 흐름이 이루어지고, 상기 액체토출구에서의 압력차를 발생해서 액체토출이 이루어지도록 상기 토출구내의 액체가 상기 액체저장소에 공급되는 공기압에 의한 압력 P₁하에 있는 것을 특징으로 하며, 상기 액체저장소와 통한 액체유입구, 상기 공기공급부와 통한 공기유입구, 복수의 액체토출구를 가지고 형성된 제1플레이트 및 상기 제1플레이트와 간격을 두고 상기 액체토출구의 각각이 공기토출구와 동심적으로 되도록 배설된 복수의 공기토출구를 가지고 형성된 제2플레이트를 가진 잉크제트헤드; 서로에 대해 상기 잉크제트헤드와 상기 회전헤드장치 중 하나를 이동시키는 이동장치; 상기 이동장치 및 상기 회전장치를 제어하는 제어장치로 이루어진 기판에 막을 형성하는 장치.
제27항에 있어서, 상기 공기유입구는 상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트 사이에 형성된 틈새와 통하는 것을 특징으로 하는 기판에 막을 형성하는 장치.
제27항에 있어서, 상기 액체토출구내의 액체가 상기 토출구내에 잔류하도록 대략 동일한 균형이 압력 P₂와 압력 P₁사이에서 유지될 때, 상기 각 액체토출구에서 안정된 매니스커스가 이루어지는 것을 특징으로 하고, 상기 공기공급부로부터 상기 공기유입구로 전달되는 공기의 흐름을 조정하는 공기조정기구를 또, 구비한 기판에 막을 형성하는 장치.
제29항에 있어서, 공기가 공기토출구를 통해 계속해서 흘러 토출된 액체를 둘러쌀 때, 압력 P₂가 액체가 상기 액체토출구를 통해 토출되게 하는 압력 P₁보다 작아지도록 상기 공기조정기구가 동작해서 상기 잉크제트헤드 공기유입부로의 공기의 흐름을 저하시키는 것을 특징으로 하는 기판에 막을 형성하는 장치.
제27항에 있어서, 상기 잉크제트헤드가 기판의 중심으로부터 외주로 이동함에 대응해서 상기 잉크제트헤드의 이동속도 또는 상기 기판의 회전속도가 감소하도록 상기 제어장치가 상기 이동장치 및 상기 회전장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 기판에 막을 형성하는 장치.