CN1891461B - 液滴喷出装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种容易管理与液滴喷出及激光照射相关的参数，并可准确、迅速地进行将液滴喷到工件的描绘系统、所喷出的液滴与激光点的定位的液滴喷出装置。具有：基台(防振台)(2)；描绘系统(3)，其包括：使功能液以液滴形态喷出的液滴喷出头(31)、保持上述液滴喷出头(31)的滑架(32)、保持描绘有液滴的工件W的载物台(3a)；光学系统(4)，其包括：输出激光的光源(40)、在光源(40)与液滴之间构成并使入射到液滴的激光通过的光程(4a、4b、4c)，在基台(2)上，将基台的上面作为基准面，共同构筑描绘系统(3)与光学系统(4)，并通过描绘系统(3)与光学系统(4)的联动控制进行图案的描绘、定影。

Description

液滴喷出装置 
技术领域
本发明涉及液滴喷出装置，特别是涉及一种具有喷出液滴的描绘系统、对所喷出的液滴照射激光的光学系统的液滴喷出装置，其中，也涉及用于形成布线图案的液滴喷出装置。 
背景技术
在采用液滴喷出技术形成金属布线图案的干燥及烧成工序中，存在着如何缩短工序时间、降低成本并节省能源等问题。现状是采用加热板或洁净烘箱(clean oven)，进行干燥及烧成，但由于工序耗时长，存在成本方面及能源方面的课题。因此，提出了一种在通过液滴喷出形成金属布线图案后，采用激光进行干燥及烧成的工序。 
在专利文献1中，提出了一种在基板上将导电性材料喷出到工件上来描绘导电层，并在所描绘的上述导电层上通过灯光或激光进行加热处理的喷墨装置。在该装置中，分别设有喷出导电性材料的喷墨处理室、和进行灯光或激光照射的照射室。工件在喷墨处理室进行描绘处理之后，被运送到照射室，进行激光等的照射处理。 
[专利文献1]特开2004-241770号公报 
在专利文献1的装置中，由于喷出导电性材料的描绘系统和为了将用于干燥或烧成的灯光或激光照射到所喷出的导电性材料的光学系统是分别设置的，所以，很难正确管理与液滴喷出及激光照射相关的参数，例如从液滴弹落到工件之后到被激光照射所需的时间等。而且，在专利文献1的装置中，由于描绘系统和光学系统位于不同的基准面上，所以在校准所描绘的导电层与上述激光的照射点时，存在着费时的问题。另外，为了将工件从喷墨处理室运送到激光照射室，存在需要花费运送时间的问题。 
发明内容
本发明的目的在于，提供一种液滴喷出装置，该装置容易管理与液滴喷出及激光照射相关的参数，并可准确、迅速地进行将液滴喷出到工件的描绘系统、和所喷出的液滴与激光点的定位。 
本发明的液滴喷出装置，其特征在于，具有：基台；描绘系统，其包括：将功能液以液滴形态喷出的液滴喷出头、保持上述液滴喷出头的滑架、保持描绘有上述液滴的工件的载物台；光学系统，其包括：输出激光的光源、在上述光源与上述液滴之间构成并使入射到该液滴的上述激光通过的光程，在上述基台上，以该基台上面作为共同的基准面构筑上述描绘系统和上述光学系统，并且通过两个系统的联动控制进行图案的描绘、定影，上述光程包含相对上述载物台从平行方向使上述激光入射到上述液滴的第三光程。 
本发明的液滴喷出装置，其特征在于：上述光程包含相对上述载物台从上方使上述激光入射到上述液滴的第一光程。 
本发明的液滴喷出装置，其特征在于：上述光程包含相对上述载物台从斜方向使上述激光入射到上述液滴的第二光程。 
本发明的液滴喷出装置，具有保护上述液滴喷出头免受上述激光影响的保护罩，上述保护罩侧面，在进行上述第三光程的光程调整时，可作为激光点位置确认用的平面而使用。 
在本发明的液滴喷出装置中，上述第一光程，可用于使激光照射到弹落在工件上的液滴。上述第二光程，可用于使激光照射到飞行中的液滴或弹落到工件上的液滴。上述第三光程，可用于使激光照射到刚喷出的液滴、飞行中的液滴或弹落到工件上的液滴。另外，上述光程，可通过在上述基台上，配置于规定位置的多个透镜等构成。 
本发明的液滴喷出装置，具有：设置在上述基台上，用于校准上述工件与上述描绘系统的第一电子相机；和用于校准上述描绘系统与上述光学系统的第二电子相机。 
本发明的液滴喷出装置，在描绘过程中，上述滑架及上述液滴喷出头相对上述基台其位置被固定，通过移动上述载物台来进行描绘。 
在本发明的液滴喷出装置中，通过上述光程的激光所照射区域，沿着上述工件的移动方向，位于上述液弹落到上述工件的区域的前方。 
在本发明的液滴喷出装置中，上述功能液包含电元件、光学元件或电光学元件的材料，上述装置将上述液滴喷出到上述工件上后描绘规定的图案，并通过对上述液滴照射激光使图案定影，来制造设备。 
在本发明的液滴喷出装置中，上述功能液含有导电性粒子，上述装置将上述液滴喷出到上述工件上、描绘规定的图案，并通过对上述液滴照射上述激光，使该液滴干燥、使上述导电性粒子烧结来形成布线图案。 
作为上述功能液，优选使用在溶媒中分散有金属微粒的功能液。在该方式中，上述激光除了对液滴进行干燥以外，例如，还用于布线的形成、或金属微粒的烧结，而对液滴进行照射。另外，所谓电光学装置是指包含发挥电作用、光学作用或电光学作用的元件的器件，举例来说，就是半导体装置、布线基板、或有机EL、液晶、场致发光、电泳等各种显示装置。 
本发明的液滴喷出装置，用于形成电布线、金属布线、有机EL元件、滤色器、光致抗蚀层、微透镜阵列、电致发光元件、或生物物质等功能元件的图案。所使用的功能液，包含例如用于形成上述图案的成分、与该成分适合的溶媒。 
根据本发明，通过将描绘系统和光学系统设置在同一基准上，并通过两个系统的联动控制，可简单确立描绘系统和光学系统的定位，由此可使激光准确地照射到喷出的液滴，从而，易于管理与液滴喷出及激光照射相关的参数。 
另外，根据本发明，由于能够使激光正确地照射到液滴，所以，在严密的定时，例如，在液滴刚从液滴喷出头喷出之后、或刚到达工件之后、或在液滴飞行当中，会对液滴照射激光，使液滴干燥，从而，可缩小液滴的直径和弹落直径。 
附图说明
图1是用于说明本发明的一实施例的液滴喷出装置的控制构造概略的框图。 
图2是用于说明本发明的一实施例的液滴喷出装置的构成的外观图 
图3是图2主要部分的主视图。 
图4是用于说明图2所示的描绘系统及摄像系统的模式图。 
图5是用于说明图2所示的描绘系统及光学系统的模式图。 
图6(A)～(D)是用于说明在图2所示的液滴喷出装置中采用第一光程的布线图案形成方法的工序图。 
图7(A)及(B)是用于说明在图2所示的液滴喷出装置中采用第二光程的布线图案形成方法的工序图。 
图8(A)及(B)是用于说明在图2所示的液滴喷出装置中采用第三光程的布线图案形成方法的工序图。 
图9(A)及(B)是用于说明在图2所示的液滴喷出装置中制作校准标记工序的工序图，特别是用于说明使激光点与液滴喷出头的定位工序的图。 
图10(A)及(B)是用于说明在图2所示的液滴喷出装置中制作校准标记工序的工序图，特别是，(A)是用于说明在工件上制造校准标记的工序的图，(B)是用于说明使CCD相机识别校准标记的工序的图。 
图11(A)及(B)是用于说明图2所示的使用液滴喷出装置的实验结果的图，是用于说明(A)是没有激光照射的比较例，(B)是有激光照射的实施结果的图。 
图12(A)及(B)是用于说明图2所示的采用液滴喷出装置的实验结果的图，(A)是液滴喷出量多的情况下金属布线图案的形成例，最右面的图案是有激光照射的实施例，其他的是没有激光照射的比较例，  (B)是液滴喷出量少的情况下金属布线图案的形成例，上面的图案是有激光照射的实施例，下面的图案是没有激光照射的比较例。 
图中：1-液滴喷出装置，2-基台(防振台)，2a-桥架(bridge)，3-描绘系统，4-光学系统，4a、4b、4c-第一～第三光程，5-摄像系统，31-液滴喷出头，32-滑架，33-滑架用θ方向旋转体，33-角度载物台，34-滑架用Z轴方向移动体，35-滑架用进给方向移动体，3a-载物台，3b-载物台用θ方向旋转体，3c-载物台用进给方向移动体，3d-载物台用扫描方向移动体，40-激光源，51-第一CCD相机(第一电子相机)，52-第一CCD相机用Z轴方向移动体，53-第二CCD相机(第二电子相机)，55-隔板，56-光束阻断器(beam diffuser)，60-控制部，D-液滴，P-布线图案，S-激光点 
具体实施方式
在本发明优选的实施方式中，上述基台是防振台，将防振载物台作为基准面，构筑描绘系统及光学系统。另外，描绘系统及光学系统可采用周知的固定方式，例如，可采用螺栓螺母类、夹具类、焊接、粘结等方式安装在基台上。 
以下，参照附图对本发明的一个实施例进行说明。 
图1是用于说明本发明一个实施例的液滴喷出装置的控制构造概略的框图。 
参照图1，本发明一个实施例的液滴喷出装置的基本控制构造，具有：控制部60，其在基台1上，将基台1的上面作为共同的基准面，构成包含液滴喷出头31等(参照图2)的描绘系统3、包含第一～第三光程等(参照图2)对喷出的液滴乃至弹落到工件上的液滴(图案)进行激光照射的光学系统4，并且，对液滴喷出、激光照射的定时、液滴喷出的位置、激光照射位置进行整体控制，通过两个系统(描绘系统3及光学系统4)的联动控制进行图案描绘和定影；摄像系统5，其由控制部60控制，对描绘系统3和光学系统4进行校准，以及确保描绘系统3与弹落有液滴并进行图案描绘和定影的工件W的校准。另外，控制部60可由微型计算机构成，从描绘系统3、光学系统4以及摄像系统5接收传感器信号、图像信号等，并输出各种驱动控制信号，对这些系统进行联动控制。 
图2是用于说明本发明的一个实施例的液滴喷出装置构造的外观图。图3是图2主要部分的主视图。参照图2及图3，本发明的一个实施例的液滴喷出装置1，包括：基台2、描绘系统3、光学系统4、摄像系统5而构成。 
基台2是防振台。在基台2上，以基台2的上面作为基准面，构筑有描绘系统3、光学系统4、以及摄像系统5。基台2上，在图2中左侧配置包含描绘系统3的实验区域，在同图右侧配置包含光学系统4的激光盒区域，实验区域与激光盒区域由隔板55隔开，在描绘系统3的旁边配置有校准用的摄像系统5。 
描绘系统3具有：液滴喷出头31，使功能液以液滴D的形态喷出；滑 架32，保持液滴喷出头31；载物台3a，保持描绘有上述液滴的工件W。液滴喷出头31通过未图示的保护罩的保护免受光学系统4所输出的激光的照射。保护罩侧面，在后述的平行式第三光程4c进行光程调整时可作为激光点位置确定用的平面而使用。 
描绘时(通过连续喷出液滴形成图案时)，液滴喷出头31一侧的机构及光学系统4是固定的，载物台3a一侧的机构向扫描轴方向移动。在载物台3a移动方向的前方，有光学系统4输出的激光点区域。 
通过光学系统4以基台(防振台)2的上面作为基准面而构成，能够以高精度形成激光程，与构成在被驱动的部件上，例如，构筑在滑架32上相比，由于不受驱动装置的影响，所以，激光点位置稳定。光学系统4具有：输出激光的光源S、和在光源S与液滴D之间形成并且入射到该液滴的上述激光所通过的第一～第三光程4a、4b、4c。可任意选择第一～第三光程4a、4b、4c，调整照射位置和照射角度，经由这些光程，激光会照射到从液滴喷出头31喷出的液滴。 
第一光程4a，取液滴喷出头31上空方向的路径，可使激光相对载物台3a以90度角(以90°为基准可调整角度)入射，对液滴进行照射。 
第二光程4b，可使激光相对载物台3a以45度角(以45°为基准可调整角度)入射，对液滴进行照射。从第二光程4b入射的激光点呈椭圆形，激光强度的分布状态也有变化。 
第三光程4c，穿过液滴喷出头31与载物台3a之间，使激光相对载物台3a平行入射，可用于对刚喷出或飞行中的液滴照射激光。来自第三光程4c的激光，受到光束阻断器56的阻挡。根据第三光程4c，通过在液滴飞行中通过激光程，可进行干燥工序。结果，液滴在弹落到工件之后的直径与不采用该工序的情况相比变小。通过采用该工序可实现金属线的细线化。 
第一～第三光程4a、4b、4c，可以由在基台2上配置在规定位置的反射镜、透镜、衍射光栅等其他光学元件形成。出于安全因素，优选激光经由快门进入描绘系统3所位于的实验区域。另外，为了进行光程调整和用于干燥、烧成的激光强度判断，优选设置连锁装置。激光点的直径通过调整光学元件可以改变，也可变更形状，点的位置也可向扫描轴方向(图3 中的左右方向)调整。另外，点的位置还可向进给轴方向(图3中的前后方向)调整。 
图4是用于说明图2所示的描绘系统及摄像系统的模式图。图5是用于说明图2所示的描绘系统及光学系统的模式图。 
参照图4及图5，图2所示的描绘系统3由液滴喷出头31一侧的机构、和保持工件W的载物台3a一侧的机构构成。 
液滴喷出头31一侧的机构包括：附加在上述液滴喷出头31及滑架32上、作为滑架用θ方向旋转体的角度载物台33；安装有可向θ方向自由旋转的角度载物台33，在描绘前后被手动操作的滑架用Z轴方向移动体34；安装有可向Z轴方向自由移动的移动体34的滑架用进给方向移动体35。移动体35可向进给方向自由移动地安装在桥架2a上，桥架2a固定在图2所示的基台2上。移动体34在描绘前后通过手动而被操作。角度载物台33，是在相对移动体34的安装面前方具有假想的旋转中心的载物台，通过与数种喷头安装板组合使用，容易进行旋转调整(0°～90°)。 
另外，液滴喷出头31通过经由滑架32，向角度载物台33半径方向的外侧突出配置，可防止当使激光程极度接近液滴喷出头31而配置时，装置所占有的区域会受到激光的干涉。 
载物台3a一侧的机构，从下方由：进给轴移动机构、扫描轴移动机构、θ轴移动机构构成。详细来说，载物台3a一侧的机构包括：附加在上述载物台3a的载物台用θ方向旋转体3b、安装有可向θ方向自由旋转的旋转体3b的载物台用进给方向移动体3c、安装有可向扫描方向自由移动的移动体3c的载物台用扫描方向移动体3d。移动体3d可向扫描方向自由移动地安装在图2所示的基台2上。这样，通过在载物台3a一侧可向进给轴及扫描轴方向移动，在描绘过程中，可将液滴喷出头31一侧固定，结果，在描绘过程中，功能液的供给通路位置不变，使得功能液向液滴喷出头31的供给稳定。 
图2所示的摄像系统5包括：为了取得工件W与描绘系统3的校准，即液滴弹落位置与工件的校准的第一CCD相机51；可向Z轴方向自由移动地安装有第一CCD相机51的第一CCD相机用Z轴方向移动体52；用于取得描绘系统3与光学系统4的校准，即用于校准液滴弹落位置与经过第一 至第三光程4a、4b、4c照射到工件W的激光点S的第二CCD相机53。移动体52可向Z轴方向自由移动地安装在滑架用进给方向移动体35上。 
另外，以上说明的各种旋转体及移动体，通过未图示的电动机、直动机构、蜗杆齿条式机构等，进行适当的驱动。 
下面，对由以上说明的液滴喷出装置进行的布线图案的各种形成方法进行说明。 
图6(A)～图6(D)是用于说明在图2所示的液滴喷出装置中采用第一光程的布线图案形成方法的工序图。根据该形成方法，将金属微粒分散在溶媒中的功能液作为液滴从液滴喷出头31喷出，激光经由第一光程4a，相对工件W的表面从垂直方向入射。 
参照图6(A)，在载物台3a上的工件W上，从液滴喷出头31向垂直方向喷出液滴D，弹落到工件W上。 
参照图6(B)，载物台3a向扫描方向移动，同时液滴D连续弹落到工件W上，形成未干燥及未烧成的图案P。 
参照图6(C)，载物台3a进一步向扫描方向移动，图案P的一端在第一光程4a的正下方，即位于激光点S，被激光照射。 
参照图6(D)，载物台3a更进一步向扫描方向移动，从图案P的一端到另一端为止，被激光照射。由此，通过溶媒挥发干燥，将金属微粒互相烧结而完成了图案P。 
图7(A)及(B)是用于对图2所示的液滴喷出装置中采用第二光程的布线图案形成方法进行说明的工序图。根据该形成方法，将金属微粒在溶媒中分散的功能液作为液滴从液滴喷出头31喷出，激光经由第二光程4b，相对工件W的表面从斜方向入射。 
图7参照(A)，在载物台3a上的工件W上，从液滴喷出头31喷出液滴D，弹落到工件W上的激光点S。同时，激光经由第二光程4b照射到液滴D，使得液滴D中的溶媒挥发干燥，金属微粒相互烧结。 
参照图7(B)，在载物台3a向扫描方向移动的同时液滴D连续弹落在工件W的激光点S上，同时，激光经由第二光程4b照射到液滴D，使得液滴D中的溶媒挥发干燥，金属微粒相互烧结，从而形成图案P。 
图8(A)及(B)是用于说明在图2所示的液滴喷出装置中采用第三 光程的布线图案形成方法的工序图。 
图8参照(A)，激光经由第三光程4c，照射在液滴喷出头31与工件W之间。液滴喷出头31以横穿激光的方式喷出液滴D。液滴D，通过在飞行中受到激光照射，以溶媒蒸发使得液滴直径变小的状态弹落到工件W上。 
参照图8(B)，通过载物台3a向扫描方向移动，液滴D连续弹落在工件W上，形成图案P。根据该方法，由于功能液中的溶媒在空中蒸发，所以可形成更细微的图案。 
下面，在图2所示的液滴喷出装置中，对激光点与液滴喷出头的定位工序进行说明。 
图9(A)及图9(B)是用于说明在图2所示的液滴喷出装置中激光点与液滴喷出头的定位工序的工序图。 
图9参照(A)，作为工件W，将玻璃基板(玻璃半成品)通过真空吸附设置在载物台3a上。将载物台3a向进给轴方向移动，使校准标记形成位置与滑架32位置相吻合。 
使数滴液滴从液滴喷出头31喷出。在液滴D弹落到工件W之后，将载物台3a向扫描轴方向移动(这时要把握移动量)，使弹落的滴液从滑架32的正下方露出，并将弹落的液滴D与激光点S一起放入激光点S确定用的第二CCD相机53的视野内。以该状态，例如进行第二光程4b等的激光程调整，来进行液滴D的弹落位置与激光点S的定位。在改变第二CCD相机53焦距倍率的同时，按顺序进行粗调整和微调整。通过以上工序，完成了液滴喷出头31与激光点S的校准，可使激光对从液滴喷出头31的任意一个喷嘴喷出而形成的金属布线进行照射。另外，通过改变激光的控制方法，可实现各种各样的照射图案。 
下面，对工件(基板)的校准工序进行说明。 
图10(A)及图10(B)是为了在图2所示的液滴喷出装置中对工件(基板)的校准工序进行说明的工序图。 
为了制作校准标记，使数滴液滴D从液滴喷出头31喷出。激光也同时进行照射。在液滴D弹落到工件W之后，将载物台3a向扫描轴方向移动，使弹落的液滴D位于激光点S。被激光照射的液滴D被干燥、烧成。重复以上的工序，将校准标记A在工件W的扫描方向制作2处。另外，根 据需要，可以改变校准标记A的位置、数量、形状。 
将载物台3a向进给轴方向移动，使制作完毕的校准标记A进入第一CCD相机51的视野下。将载物台3a向扫描轴方向移动，使第一CCD相机51识别2处校准标记A的形状，来登记标记形状。标记登记后，就可以进行通常的基板校准。例如，在采用第一～第三激光程4a、4b、4c进行金属布线的干燥、烧成工序之后，将工件W从载物台3a拆下，即使在其他的地方进行作业之后，再次通过该液滴喷出装置进行追加作业的情况下，也可以立即进行工件W的校准。 
下面，说明采用图2所示的液滴喷出装置的实验结果。 
图11(A)及图11(B)是用于说明使用图2所示的液滴喷出装置的实验结果的图，是用于说明(A)为无激光照射的比较例，(B)为有激光照射的实施例的结果的图。 
将图11(A)与图11(B)进行比较，则可以明白通过激光照射可以抑制液滴弹落后的濡湿扩展。 
图12(A)及图12(B)是用于说明使用图2所示的液滴喷出装置的实验结果的图，(A)是液滴喷出量多的情况下金属布线图案的形成例，最右面的图案是有激光照射的实施例，其他的是没有激光照射的比较例，(B)是液滴喷出量少的情况下金属布线图案的形成例，上面的图案是有激光照射的实施例，下面的图案是没有激光照射的比较例。 
从图12(A)与图12(B)可知，通过激光照射可以抑制膨胀和断线的产生。 
工业上的可利用性 
本发明，除了形成金属布线的图案外，还可以适用于在滤色器、立体造型中所使用的热固化树脂或紫外线固化树脂、EL元件、微透镜阵列、DNA或蛋白质等生物物质的图案。 

Claims (6)

1.一种液滴喷出装置，具有：
基台；
描绘系统，其包括：使功能液以液滴形态喷出的液滴喷出头、保持所述液滴喷出头的滑架、和保持描绘有所述液滴的工件的载物台；
光学系统，其包括：输出激光的光源、在所述光源与所述液滴之间构成并使入射到该液滴的所述激光通过的光程，
在所述基台上，将该基台上面作为共同的基准面构筑所述描绘系统和所述光学系统，并且通过两个系统的联动控制进行图案的描绘、定影，
所述光程包含相对所述载物台从平行方向使所述激光入射到所述液滴的第三光程，
所述液滴喷出装置还具有保护所述液滴喷出头免受所述激光照射的保护罩，所述保护罩侧面，在进行所述第三光程的光程调整时，作为激光点位置确认用的平面而使用。
2.如权利要求1所述的液滴喷出装置，其特征在于，具有：设置在所述基台上，用于校准所述工件与所述描绘系统的第一电子相机；和用于校准所述描绘系统与所述光学系统的第二电子相机。
3.如权利要求1所述的液滴喷出装置，其特征在于：在描绘过程中，所述滑架及所述液滴喷出头相对所述基台其位置被固定，通过移动所述载物台来进行描绘。
4.如权利要求1所述的液滴喷出装置，其特征在于：通过所述光程的激光所照射的区域，沿着所述工件的移动方向，位于所述液滴弹落到所述工件的区域的前方。
5.如权利要求1所述的液滴喷出装置，其特征在于：所述功能液包含电元件、光学元件或电光学元件的材料，
将所述液滴喷出到所述工件上、描绘规定的图案，并通过对所述液滴照射所述激光使图案定影，来制造器件。
6.如权利要求1所述的液滴喷出装置，其特征在于：所述功能液含有导电性粒子，
将所述液滴喷出到所述工件、描绘规定的图案，并通过对所述液滴照射所述激光，使该液滴干燥、使所述导电性粒子烧结而形成布线图案。
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