JP2005131465A

JP2005131465A - 溶液の供給装置

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Publication number: JP2005131465A
Application number: JP2003367750A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Matsushima; 大輔松嶋; Masahiko Kurosawa; 雅彦黒澤
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2003-10-28
Filing date: 2003-10-28
Publication date: 2005-05-26
Anticipated expiration: 2023-10-28
Also published as: JP4669658B2

Abstract

【課題】この発明は基板に溶液を均一な厚さになるよう供給することができるようにした溶液の供給装置を提供することにある。
【解決手段】基板に溶液をインクジェット方式によって供給する供給装置において、
上面に基板を載置して所定方向に駆動される搬送テーブル３と、溶液を液滴状に噴射する複数のノズル１７を有し、搬送テーブルの上方に所定方向に対して交差する方向に沿って配置された複数のヘッド１１と、搬送テーブルの上記所定方向の移動を検出するリニアエンコーダ２０と、リニアエンコーダからの検出信号によってヘッドのノズルから基板の所定方向に沿う溶液の噴射を制御する制御装置３１とを具備する。
【選択図】図１

Description

この発明はインクジェット方式によって液滴状の溶液を基板に噴射供給する溶液の供給装置に関する。

一般に、液晶表示装置や半導体装置の製造工程においては、ガラス基板や半導体ウエハなどの基板に回路パターンを形成するための成膜プロセスがある。この成膜プロセスでは、基板の板面にたとえば配向膜やレジストなどの機能性薄膜が形成される。

基板に機能性薄膜を形成する場合、この機能性薄膜を形成する溶液をノズルから液滴状にして噴射し、基板の板面に供給するインクジェット方式による供給装置が用いられている。

この供給装置は、基板を搬送する搬送テーブルを有しており、この搬送テーブルの上方には、上記ノズルが穿設されたノズルプレートを有する複数のヘッドが基板の搬送方向に対してほぼ直交する方向に沿ってたとえば千鳥状に設けられている。それによって、搬送される基板の上面には複数のノズルから液滴状の溶液が搬送方向と交差する方向に所定間隔で噴射塗布されるようになっている。

上記ノズルから基板に供給された液滴状の溶液は時間の経過によって流動し、隣り合う液滴が一体化して基板上に所定の厚さの薄膜を形成する。基板に形成される薄膜は厚さが均一であることが要求される。一方、基板の大型化にともない、基板には溶液を複数の領域に分けて塗布することが行なわれている。その場合、基板に塗布された溶液の各領域間のピッチ精度が要求される。

膜厚精度や各領域のピッチ精度を向上させるためには、上記ヘッドのノズルから基板に噴射される液滴の噴射位置を精度よく設定することが要求される。従来、液滴の噴射位置は、搬送テーブルを所定方向に駆動する送りねじの回転数を検出し、この回転数に基づいて上記溶液の吐出タイミングを設定するようにしていた。

上記送りねじは上記搬送テーブルに設けられたナット体に螺合しており、この送りねじを駆動源によって回転駆動することで、上記基板が載置された搬送テーブルが所定方向に駆動されるようになっている。

上記送りねじとナット体との間にはガタがある。そのため、送りねじの回転数によって基板の搬送位置を設定し、その設定に基づいて溶液を噴射するようにしたのでは、送りねじとナット体との間のガタによって溶液の噴射位置に誤差が生じることがある。

それによって、基板には液滴状の溶液を予め設定した間隔で精度よく供給できなくなるから、間隔精度の低下に伴って基板上に形成される薄膜の厚さも不均一になるということがある。

この発明は、基板上に液滴状の溶液を予め設定された位置に精度よく供給することができるようにした溶液の供給装置を提供することにある。

この発明は、基板に溶液をインクジェット方式によって供給する溶液の供給装置において、
上面に上記基板を載置して所定方向に駆動される搬送テーブルと、
上記溶液を液滴状に噴射する複数のノズルを有し、上記搬送テーブルの上方に上記所定方向に対して交差する方向に沿って配置された複数のヘッドと、
上記搬送テーブルの上記所定方向の移動を検出する検出手段と、
この検出手段からの検出信号によって上記ヘッドのノズルから上記基板の上記所定方向に沿う溶液の噴射を制御する制御手段と
を具備したことを特徴とする溶液の供給装置にある。

上記検出手段は、上記搬送テーブルの移動方向に沿って設けられたリニアスケールと、上記搬送テーブルに設けられ上記リニアスケールの位置を検出するリニアセンサとからなるリニアエンコーダであることが好ましい。

上記所定方向と交差する方向に駆動可能に設けられ溶液が供給されて上記ヘッドの下方を通過した上記基板を撮像し、その撮像によって上記基板に供給された溶液のパターンの上記所定方向と交差する方向の縁部を検出する撮像手段を有することが好ましい。

上記撮像手段による溶液のパターンの上記所定方向と交差する方向の両側縁部の撮像は、それぞれ上記所定方向と交差する方向の外方から内方に向かって上記撮像手段を駆動して撮像することが好ましい。

この発明によれば、基板が載置された搬送テーブルの移動を検出手段によって直接検出し、その検出に基づいてヘッドのノズルから溶液を噴射させるようにしたため、基板に溶液を噴射する位置を高精度に設定することができる。

以下、図面を参照しながらこの発明の一実施の形態を説明する。

図１と図２はこの発明の溶液の供給装置を示す側面図と平面図であって、この供給装置は矩形盤状のベース１を備えている。このベース１の上面には幅方向に所定間隔で離間した一対のレール２が長手方向に沿って設けられている。このレール２には搬送テーブル３が移動可能に設けられている。

上記ベース１の長手方向一端には第１の駆動源４が設けられている。この第１の駆動源４はボールねじ５を回転駆動する。このボールねじ５は上記搬送テーブル３の下面側に、上記ベース１の長手方向に沿って回転可能に支持されているとともに、上記搬送テーブル３の下面に設けられた図示しないナット体に螺合している。したがって、上記第１の駆動源４によってボールねじ５を回転させれば、上記搬送テーブル３をベース１の長手方向に沿って往復駆動することができる。この搬送テーブル３の駆動方向をＸ方向とし、水平面上においてＸ方向と直交する方向をＹ方向とする。

上記搬送テーブル３の上面には液晶表示装置に用いられるガラス製の基板７が図示しないロボットなどによって位置決め供給される。搬送テーブル３に供給された基板７は、たとえば吸引などの手段によって移動不能に保持される。

上記ベース１の長手方向中途部にはベース１の長手方向に沿って駆動される搬送テーブル３を跨ぐ状態で門型の第１の支持体８が設けられている。この第１の支持体８の一側には取付け枠９が設けられている。この取付け枠９には、上記基板７に、たとえば配向膜やレジストなどの機能性薄膜を形成する溶液を供給する複数のヘッド１１が千鳥状に設けられている。

上記ヘッド１１は、図３と図４に示すようにヘッド本体１２を備えている。ヘッド本体１２は筒状に形成され、その下面開口は可撓板１３によって閉塞されている。この可撓板１３はノズルプレート１４によって覆われており、このノズルプレート１４と上記可撓板１３との間に液室１５が形成されている。

上記ヘッド本体１２の長手方向一端部には上記液室１５に連通する給液孔１６が形成され、この給液孔１６には供給管１６ａが接続されている。給液孔１６から上記液室１５には上記溶液が供給される。それによって、上記液室１５内は溶液で満たされるようになっている。ヘッド本体１２の長手方向他端部には上記液室１５に連通する排液孔１９が形成され、この排液孔１９には排液管１９ａが接続されている。

図４に示すように、上記ノズルプレート１４には、溶液が塗布される基板７の搬送方向に直交する方向に沿って複数のノズル１７が千鳥状に穿設されている。上記可撓板１３の上面には、図３に示すように上記各ノズル１７にそれぞれ対向して複数の圧電素子１８が設けられている。

上記圧電素子１８には、所定のパルス幅のパルス電圧が後述するように印加される。それによって、圧電素子１８は伸縮し、可撓板１３を部分的に弾性変形させるから、その圧電素子１８に対向位置するノズル１７から溶液が基板７の上面に噴射供給される。
なお、ヘッド本体１２の内部には後述する駆動回路部４１が設けられ、この駆動回路部４１によって圧電素子１８にパルス電圧が印加されるようになっている。

図１に示すように、上記一対のレール２の一方の側面には長手方向に沿ってリニアスケール２１が設けられている。上記搬送テーブル３の駆動方向と交差する方向であって、上記リニアスケール２１と対応する一側には上記リニアスケール２１の位置を検出するリニアセンサ２２が設けられている。リニアスケール２１とリニアセンサ２２とでリニアエンコーダ２０を構成しており、このリニアエンコーダ２０によって上記搬送テーブル３の上記第１の駆動源４によって駆動されるＸ方向の位置を直接的に精密に検出することができるようになっている。

上記搬送テーブル３が支持体８のヘッド１１の下方を通過すると、上記基板７の上面には上記ヘッド１１から噴射された溶液によって所定のパターン、この実施の形態では図２に鎖線で示すようにＸ方向に３つで、Ｙ方向に２つ、合計６つのパターンＰが形成される。

上記搬送テーブル３の駆動方向下流側には、ベース１の幅方向に沿って門型の第２の支持体２５が設けられている。この第２の支持体２５の中間部、つまりベース１の上面に対して平行な部分には撮像手段としてのＣＣＤカメラ２６が設けられている。

つまり、第２の支持体２５の中間部には取付け体２７が設けられている。この取付け体２７は第２の駆動源２８によって回転駆動される図示しないボールねじによって搬送テーブル３の駆動方向と交差する方向である、Ｙ方向に沿って駆動されるようになっている。

上記基板７が搬送テーブル２によってＸ方向に駆動され、ヘッド１１から噴射供給される溶液が上記基板７の上面に所定のパターンＰで塗布された後、ヘッド１１の下方を通過してＣＣＤカメラ２６の下方に到達すると、このＣＣＤカメラ２６によって上記パターンＰが撮像され、その撮像によって各パターンＰのＹ方向に沿う両側縁部のＹ座標が算出される。それによって、基板７に塗布されたパターンＰがＹ方向にずれているか否かが後述するように検出される。

図５は溶液の供給装置の制御回路図で、同図中３１は制御装置である。この制御装置３１には、上記リニアエンコーダ２０からの検出信号と、上記ＣＣＤカメラ２６からの撮像信号とが入力される。上記制御装置３１にはヘッドコントローラ３２とノズルコントローラ３３とが接続されている。これらコントローラ３２，３３はリニアエンコーダ２０からの検出信号に基づいて駆動信号をマスタユニット３４に出力する。

上記マスタユニット３４は、第１のＣＰＵ３５、第１のトランシーバ３６、２４Ｖの直流電圧を供給する電源３７を有し、複数のヘッド１１のノズル１７からの溶液の噴射を制御する。

各ヘッド１１（図５には１つのみ図示）には上述した駆動回路部４１が設けられている。この駆動回路部４１には第２のＣＰＵ４２が設けられている。この第２のＣＰＵ４２には上記第１のＣＰＵ３５からの同期パルスが入力されるとともに、上記第１のトランシーバ３６と通信する第２のトランシーバ４３を介して上記ノズルコントローラ３３から駆動信号が入力される。

上記第１のＣＰＵ３５は、上記搬送テーブル３のＸ方向の移動量に基づいて上記リニアエンコーダ２０のリニアセンサ２２からの複数のパルス信号に対し、上記制御装置３１及び上記ヘッドコントローラ３２を介して１つの同期パルスを上記第２のＣＰＵ４２に出力するようになっている。

第２のＣＰＵ４２には塗布データが記憶されたメモリ４４が接続されている。メモリ４４に記憶された塗布データは、上記第１のＣＰＵ３５からの同期パルス信号が駆動回路部４１の第２のＣＰＵ４２に入力されることで、この第２のＣＰＵ４２に読み出される。第２のＣＰＵ４２に読み出された塗布データはシリアル−パラレルデータ変換部４５に出力される。

シリアル−パラレルデータ変換部４５には第１の変圧部４６が接続されている。この第１の変圧部４６は、上記マスタユニット３４の電源３７からの２４Ｖの電圧を、上記第２のＣＰＵ４２からの電圧指令に応じて０〜９０Ｖの電圧に変圧し、上記シリアル−パラレルデータ変換部４５に出力する。このシリアル−パラレルデータ変換部４５には上記ヘッド１１に設けられた複数の圧電素子１８が接続されている。

それによって、上記第２のＣＰＵ４２からの塗布データに対応する圧電素子１８に上記第１の変圧部４６で変圧された電圧が印加されるから、電圧が印加された圧電素子１８に対応するノズル１７から溶液が噴射されるようになっている。

なお、上記駆動回路部４１には上記マスタユニット３４に設けられた電源３７から給電された２４Ｖの直流電圧を５Ｖに変圧する第２の変圧部４７が設けられている。この第２の変圧部４７で変圧された５Ｖの電圧は、駆動回路４１に設けられたトランジスタ等の電子部品に供給されるようになっている。

つぎに、上記構成の供給装置によって基板７に溶液を供給する場合について説明する。
搬送テーブル３に基板７を供給載置したならば、駆動源４を作動させて搬送テーブル３をＸ方向に駆動する。搬送テーブル３のＸ方向の駆動位置はリニアエンコーダ２０によって測定される。リニアエンコーダ２０の検出信号は制御装置３１に入力され、この制御装置３１からヘッドコントローラ３２を介して第１のＣＰＵ３５にパルス信号として出力される。

ヘッドコントローラ３２からパルス信号が入力された第１のＣＰＵ３５は、Ｘ方向に沿う液滴の塗布ピッチに相当する複数のパルス信号に対して１つの同期パルス信号を第２のＣＰＵ４２に出力する。それによって、メモリ４４に記憶された塗布データが読み出される。

上記第２のＣＰＵ４２には、リニアエンコーダ２０による検出信号に基づいてノズルコントローラ３３から駆動信号が入力される。駆動信号が入力された第２のＣＰＵ４２は、シリアル−パラレル変換部４５に発振信号を出力する。それによって、塗布データに対応する所定の圧電素子１８が駆動され、ノズル１７から液滴状の溶液が基板７に所定のパターンＰで噴射塗布される。

このように、リニアエンコーダ２０による基板７のＸ方向の位置検出に基づき、複数のヘッド１１に対して第１のＣＰＵ３５から第２のＣＰＵ４２に同期パルス信号が出力されることで、基板７には塗布データに対応するパターンＰで溶液が塗布されることになる。

各ヘッド１１のノズル１７から基板７に塗布される溶液のＸ方向に沿う間隔は、リニアエンコーダ２０からの検出信号に基づいて制御される。リニアエンコーダ２０はレール２に設けられたリニアスケール２１をリニアセンサ２２によって検出するようになっている。リニアセンサ２２によってリニアスケール２１を検出するようにすれば、ベース１上における搬送テーブル３のＸ方向の位置を直接的に測定していることになる。

したがって、ベース１に対して複数のヘッド１１が精密に位置決めされていれば、基板７上のＸ方向に対して液滴の噴射間隔を高精度に設定することができる。また、Ｘ方向と交差するＹ方向においては、各ヘッド１１に形成されたノズル１７のＹ方向に沿う間隔が一定である。そのため、複数のヘッド１１が取付け枠９にＹ方向に対して精度よく取付けられていれば、Ｙ方向の液滴の間隔は一定になる。したがって、噴射後に液滴が流動して平坦化することで形成されるパターンＰの膜厚を均一化することができる。

基板７がヘッド１１の下方を通過すると、この基板７の上面には溶液によって矩形状の６つのパターンＰが形成される。複数のヘッド１１のＹ方向の取付け位置が搬送テーブル３に対して相対的にずれているような場合、基板７に形成された溶液のパターンＰがＹ方向にずれが生じ、隣り合うパターンＰの間隔に誤差が生じることがある。

そこで、ヘッド１１の下方を通過することで基板７に溶液のパターンＰが形成されたならば、Ｙ方向において隣り合う各パターンＰ間のピッチが所定の精度に設定されているか否かをＣＣＤカメラ２６によって検査する。

ＣＣＤカメラ２６による検査は、まず、図６（ａ）に示すようにＣＣＤカメラ２６をＹ方向に駆動し、Ｙ方向に沿う２つのパターンＰ_１、Ｐ_２の、Ｙ方向に沿う両側縁部のＹ座標Ｙ_１〜Ｙ_４を求める。ついで、両側縁部のＹ座標から、各パターンＰ_１、Ｐ_２のＹ方向の中心座標Ｃ_１、Ｃ_２を求める。そして、Ｃ_１とＣ_２との距離を算出することで、パターンＰ_１とＰ_２とのピッチを求めることができるから、そのピッチによってパターンＰ_１、Ｐ_２がＹ方向にずれているか否かを知ることができる。

パターンＰを形成する溶液の厚さは均一にならず、図６（ｂ）に示すように外周縁が薄肉部５１ａで、それよりも内側が厚肉部５１ｂになることが避けられない。つまり、パターンＰの周縁部は溶液が外方へ流れ易いため、外周縁の厚さが薄くなる。そのため、ＣＣＤカメラ２６をパターンＰの幅方向一端から他端に沿って走査してパターンＰのＹ方向の撮像をしたのでは、幅方向一端ではパターンＰの薄肉部５１ａから厚肉部５１ｂを撮像することになり、幅方向他端では厚肉部５１ｂから薄肉部５１ａを撮像することになる。

薄肉部５１ａと厚肉部５１ｂとでは撮像時の色合い、つまり光の反射度合が異なるから、ＣＣＤカメラ２６の撮像信号の出力も異なってくる。それによって、パターンＰのＹ方向の一端と他端との側縁のＹ座標を安定して検出することができなくなる。

そこで、ＣＣＤカメラ２６によってパターンＰのＹ方向の一端と他端との側縁を同じ条件で明確に検出することができるようにするため、図６（ｂ）に矢印Ｙ_ＡとＹ_Ｂで示すように、ＣＣＤカメラ２６をパターンＰの両側のそれぞれ縁部の外側から内側に走査して撮像する。

つまり、ＣＣＤカメラ２６はパターンＰのＹ方向一端と他端とを、それぞれ薄肉部５１ａを撮像してから厚肉部５１ｂを撮像することになる、つまり同一の条件で撮像することになるから、ＣＣＤカメラ２６からの撮像信号によってはパターンＰのＹ方向一端と他端との縁部を明確に判定することができる。

それによって、各パターンＰ_１、Ｐ_２の中心座標Ｃ_１、Ｃ_２を正確に算出できるから、これらパターンＰ_１、Ｐ_２のピッチも正確に求めることができる。

パターンＰ_１、Ｐ_２間のピッチがずれている場合には、取付け枠９に取付けられた複数のヘッド１１のＹ方向の取付け位置を、各パターンＰ_１、Ｐ_２のピッチのずれに応じて調整すればよい。したがって、取付け枠９に対して各ヘッド１１を、Ｙ方向に位置決め調整可能に設けるようにする。

取付け枠９に対して各ヘッド１１をＹ方向に対して位置決め調整可能に設けるためには、図示しないが、たとえば各ヘッド１を上記取付け枠９に対して圧電素子によってＹ方向に変位可能に取付ける構造が考えられる。

この発明の一実施の形態の溶液の供給装置を示す側面図。図１に示す溶液の供給装置の平面図。ヘッドの縦断面図。ヘッドの下面側の図。リニアエンコーダからの検出信号に基づいてヘッドのノズルから溶液を噴射させるための制御回路図。溶液のＹ方向に沿う２つのパターンのピッチを求める際の説明図で、（ａ）はＹ方向に沿って塗布された溶液の２つのパターンを拡大した平面図、（ｂ）は基板に塗布された溶液の拡大断面図。

符号の説明

３…搬送テーブル、７…基板、１１…ヘッド、１７…ノズル、２６…ＣＣＤカメラ（撮像手段）、３１…制御装置（制御手段）、２０…リニアエンコーダ、２１…リニアスケール、２２…リニアセンサ。

Claims

基板に溶液をインクジェット方式によって供給する溶液の供給装置において、
上面に上記基板を載置して所定方向に駆動される搬送テーブルと、
上記溶液を液滴状に噴射する複数のノズルを有し、上記搬送テーブルの上方に上記所定方向に対して交差する方向に沿って配置された複数のヘッドと、
上記搬送テーブルの上記所定方向の移動を検出する検出手段と、
この検出手段からの検出信号によって上記ヘッドのノズルから上記基板の上記所定方向に沿う溶液の噴射を制御する制御手段と
を具備したことを特徴とする溶液の供給装置。
上記検出手段は、上記搬送テーブルの移動方向に沿って設けられたリニアスケールと、上記搬送テーブルに設けられ上記リニアスケールの位置を検出するリニアセンサとからなるリニアエンコーダであることを特徴とする請求項１記載の溶液の供給装置。
上記所定方向と交差する方向に駆動可能に設けられ溶液が供給されて上記ヘッドの下方を通過した上記基板を撮像し、その撮像によって上記基板に供給された溶液のパターンの上記所定方向と交差する方向の縁部を検出する撮像手段を有することを特徴とする請求項１記載の溶液の供給装置。
上記撮像手段による溶液のパターンの上記所定方向と交差する方向の両側縁部の撮像は、それぞれ上記所定方向と交差する方向の外方から内方に向かって上記撮像手段を駆動して撮像することを特徴とする請求項３記載の溶液の供給装置。