JP2005212138A - Liquid droplet discharging apparatus, method, and device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、所定の液体をノズル開口から液滴として吐出する液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置及び液滴吐出方法、並びに当該装置又は方法を用いたデバイス製造方法に関する。 The present invention relates to a droplet discharge apparatus and a droplet discharge method including a droplet discharge head that discharges a predetermined liquid as a droplet from a nozzle opening, and a device manufacturing method using the apparatus or method.
液滴吐出ヘッドは、タンクから供給される所定の液体を収容する圧力発生室と、圧力発生室を加圧するピエゾ素子と、圧力発生室に連通するノズル開口とを含んで構成されており、圧力発生室の液体をピエゾ素子で加圧することで、微少量の液体をノズル開口から液滴として吐出するものである。かかる構成の液滴吐出ヘッドでは、ノズル開口において液体が空気に接触するため、ノズル開口から液滴が吐出されない状況が長時間に亘るとノズル開口近傍の液体が蒸発して液体の粘性が増加(増粘)し、ノズル開口の目詰まりが引き起こされる。 The droplet discharge head includes a pressure generation chamber that stores a predetermined liquid supplied from a tank, a piezo element that pressurizes the pressure generation chamber, and a nozzle opening that communicates with the pressure generation chamber. By pressurizing the liquid in the generation chamber with a piezo element, a minute amount of liquid is discharged as droplets from the nozzle opening. In the liquid droplet ejection head having such a configuration, since the liquid contacts the air at the nozzle opening, the liquid in the vicinity of the nozzle opening evaporates and the viscosity of the liquid increases when the liquid droplets are not ejected from the nozzle opening for a long time. (Thickening), and clogging of the nozzle opening is caused.
このため、液滴吐出ヘッドは、ノズル開口を封止(キャッピング)してノズル開口からの液体の蒸発を防止するキャッピング装置が必須となる。キャッピング装置は、ノズル開口を封止する封止部と封止部内に負圧を供給する吸引ポンプとを備えて構成される。このキャッピング装置は、単に液滴吐出ヘッドのノズル開口を封止部で封止するだけではなく、吸引ポンプによって封止部内に負圧を作用させてノズル開口から強制的に液体を排出させることにより、ノズル開口の近傍で増粘している液体を排出させる。従来のキャッピング装置の詳細については、例えば以下の特許文献1,2を参照されたい。
ところで、液体の蒸発量は温度が高い程多くなり、湿度が低い程多くなる。このため、高温低湿度環境下では、液滴吐出ヘッドのノズル開口からの液体の蒸発量が多くなって、ノズル開口の目詰まりが生じやすくなる。また、高温低湿度環境下では、液滴吐出ヘッドのノズル開口をキャッピング装置の封止部で封止していても、封止時間が長時間に亘ると封止部内における保湿性が低下し、ノズル開口の目詰まりが生じてしまうという問題がある。 By the way, the amount of liquid evaporation increases as the temperature increases, and increases as the humidity decreases. For this reason, in a high-temperature and low-humidity environment, the amount of liquid evaporation from the nozzle opening of the droplet discharge head increases, and the nozzle opening is likely to be clogged. Also, in a high-temperature and low-humidity environment, even if the nozzle opening of the droplet discharge head is sealed with the sealing part of the capping device, the moisture retention in the sealing part decreases when the sealing time is extended for a long time, There is a problem that the nozzle opening is clogged.
また、上記のタンクと液滴吐出ヘッドの圧力発生室との間の流路は液体が漏れないように設計されるが、この流路に液体の漏れが生じない程度の微小な隙間が生ずることがある。このような隙間があると、ノズル開口からの蒸発ほどの蒸発はしないものの、隙間から液体が蒸発して液体が増粘してしまう。このため、例えば液滴吐出ヘッドを長期に亘って休止状態にしておくと流路において液体が増粘してしまい、液滴吐出ヘッドを動作させたときに、流路において増粘した液体がノズル開口に至るとノズル開口の目詰まりが生じやすくなるという問題がある。 In addition, the flow path between the tank and the pressure generating chamber of the droplet discharge head is designed so that liquid does not leak, but there is a minute gap in the flow path that does not cause liquid leakage. There is. If such a gap exists, the liquid does not evaporate as much as evaporation from the nozzle opening, but the liquid evaporates from the gap and the liquid thickens. For this reason, for example, if the droplet discharge head is left in a resting state for a long period of time, the liquid thickens in the flow channel, and when the droplet discharge head is operated, the liquid thickened in the flow channel When reaching the opening, there is a problem that the nozzle opening is likely to be clogged.
ノズル開口の目詰まりが生ずると、液滴吐出ヘッドのノズル開口から液体の吸引動作を行った後、ノズルプレート面をワイパで拭き取るクリーニングが行われる。このため、液体の排出量が多くなって液体が無駄に消費されるとともに、ノズルプレート面を拭き取るワイパの寿命を短縮させ、更にはノズルプレート面の撥水性を低下させるという副次的な問題も生ずる。 When the nozzle opening is clogged, after a liquid suction operation is performed from the nozzle opening of the droplet discharge head, cleaning is performed by wiping the nozzle plate surface with a wiper. For this reason, there is a secondary problem that the liquid discharge amount is increased and the liquid is wasted, the life of the wiper that wipes the nozzle plate surface is shortened, and further the water repellency of the nozzle plate surface is lowered. Arise.
更に、近年においては、液滴吐出装置は、液晶表示装置で用いられるカラーフィルタ、マイクロレンズアレイ、その他の微細なパターンを有する各種デバイスの製造に用いられてきており、しかも複数の液滴吐出ヘッドを設けることでスループット(単位時間に製造することができるデバイスの数)を極力向上させようとしている。従って、ノズル開口の目詰まりによるスループットの低下は極力避けなければならない。 Further, in recent years, the droplet discharge device has been used for the manufacture of various devices having fine patterns such as color filters, microlens arrays, and the like used in liquid crystal display devices, and a plurality of droplet discharge heads. By providing this, the throughput (the number of devices that can be manufactured per unit time) is to be improved as much as possible. Therefore, a reduction in throughput due to clogging of the nozzle openings must be avoided as much as possible.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、液滴吐出ヘッドのノズル開口での目詰まりを防止することができる液滴吐出装置及び方法、並びにスループットの低下を招かずにデバイスを製造することができるデバイス製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a droplet discharge apparatus and method capable of preventing clogging at a nozzle opening of a droplet discharge head, and a device without causing a decrease in throughput. It is an object of the present invention to provide a device manufacturing method that can be used.
上記課題を解決するために、本発明の液滴吐出装置は、所定の液体を貯蔵する液体貯蔵部と、当該液体貯蔵部から供給される前記液体をノズル開口から液滴として吐出する液滴吐出ヘッドとを備える液滴吐出装置において、少なくとも前記液滴吐出ヘッドの前記ノズル開口及びその近傍の環境を低温及び高湿度に設定する環境設定装置を備えることを特徴としている。
この発明によれば、環境設定装置によってノズル開口及びその近傍の環境が低温及び高湿度に設定されるため、ノズル開口からの液体の蒸発が抑えられて液滴吐出ヘッド内の液体の増粘を抑制することができる。この結果として、ノズル開口での目詰まりを防止することができる。また、ノズル開口の目詰まりが防止されることから、ノズル開口からの液体の吸引動作の低減により液体の無駄な消費を抑えることができ、クリーニング回数の低減によりワイパの寿命短縮を防止することができ、更にはノズル開口が形成された面の撥水性の低下を防止することができる。
また、本発明の液滴吐出装置は、前記環境設定装置が、前記液滴吐出ヘッドの全体を低温及び高湿度に設定することを特徴としている。
この発明によれば、液滴吐出ヘッドの全体が低温及び高湿度に設定されるため、ノズル開口からの液体の蒸発量を抑えることができる。また、液滴吐出ヘッドに液体の漏れが生じない程度の微小な隙間が生じていても、この隙間からの液体の蒸発を抑えることができる。この結果として、液滴吐出ヘッド内の液体の増粘を抑制することができ、ノズル開口の目詰まりを防止することができる。
また、本発明の液滴吐出装置は、前記環境設定装置が、前記液体貯蔵部から前記液滴吐出ヘッドまでの前記液体の流路の少なくとも一部を低温及び高湿度に設定することを特徴としている。
この発明によれば、液体貯蔵部から液滴吐出ヘッドまでの液体の流路の少なくとも一部が低温及び高湿度に設定されるため、液体の漏れが生じない程度の微小な隙間が液体の流路に生じていても、この隙間からの液体の蒸発を抑えることができ、流路内の液体の増粘を抑制することができる。この結果として、液滴吐出ヘッドのノズル開口の目詰まりを防止することができる。
また、本発明の液滴吐出装置は、前記液滴吐出ヘッドの前記ノズル開口を封止する封止部を有するキャッピング装置を備え、前記環境設定装置は、前記封止部内を低温及び高湿度に設定することにより、前記封止部に封止された前記液滴吐出ヘッドの前記ノズル開口及びその近傍の環境を低温及び高湿度に設定することを特徴としている。
この発明によれば、液滴吐出ヘッドのノズル開口を封止する封止部内が低温及び高湿度に設定されて液滴吐出ヘッドの前記ノズル開口及びその近傍の環境が低温及び高湿度に設定されるため、ノズル開口からの液体の蒸発が抑えられて液滴吐出ヘッド内の液体の増粘を抑制することができる。この結果、液滴吐出ヘッドのノズル開口が封止部に封止される状況下においてもノズル開口の目詰まりを防止することができる。
また、本発明の液滴吐出装置は、前記液体貯蔵部の少なくとも一部と前記液滴吐出ヘッドとを少なくとも収容するチャンバを備え、前記環境設定装置は、前記チャンバ内を低温及び高湿度に設定することにより、少なくとも前記液滴吐出ヘッドの前記ノズル開口及びその近傍の環境を低温及び高湿度に設定することを特徴としている。
この発明によれば、液体貯蔵部の少なくとも一部と液滴吐出ヘッドとがチャンバ内に収容され、チャンバ内が低温及び高湿度に設定されて少なくとも液滴吐出ヘッドのノズル開口及びその近傍の環境が低温及び高湿度に設定されるため、少なくともノズル開口からの液体の蒸発が抑えられ、更には液滴吐出ヘッドに液体の漏れが生じない程度の微小な隙間が生じており、液体貯蔵部から液滴吐出ヘッドまでの液体の流路に液体の漏れが生じない程度の微小な隙間が生じていても、これらの隙間からの液体の蒸発が抑えられる。この結果として液滴吐出ヘッドのノズル開口の目詰まりをより効果的に防止することができる。
また、本発明の液滴吐出装置は、前記液滴吐出ヘッド内に設けられ、前記液滴を吐出するための圧力を発生する圧力発生素子を駆動して、前記所定の液体が前記ノズル開口から前記液滴吐出ヘッド外に向かう流れを作り出すことにより、前記ノズル開口及びその近傍を冷却することを特徴としている。
この発明によれば、液滴吐出ヘッドに設けられる圧力発生素子が駆動されてノズル開口から液滴吐出ヘッド外に向かう液体の流れが作り出され、温度の上昇した液体が液滴吐出ヘッドから吐出される。これにより、ノズル開口及びその近傍が冷却されるため、ノズル開口及びその近傍の環境を低温に設定することができる。
また、本発明の液滴吐出装置は、前記液滴吐出ヘッドが前記封止部に封止されている状態で、前記所定の液体が前記ノズル開口から前記液滴吐出ヘッド外に向かう流れを作り出すための負圧を前記封止部内に供給する負圧供給装置を備えることを特徴としている。
この発明によれば、液滴吐出ヘッドが封止部に封止されている状態のときに、封止部内に負圧が供給されてノズル開口から液滴吐出ヘッド外に向かう液体の流れが作り出され、温度の上昇した液体が液滴吐出ヘッドから排出される。これにより、ノズル開口及びその近傍が冷却されるため、ノズル開口及びその近傍の環境を低温に設定することができる。
また、本発明の液滴吐出装置は、前記液滴吐出ヘッドが前記キャッピング装置の封止部に封止されている時間を計時する計時手段と、前記計時手段の計時結果に応じて前記封止部への負圧の供給を制御する制御手段とを備えることを特徴としている。
この発明によれば、液滴吐出ヘッドがキャッピング装置の封止部に封止されている時間に応じて封止部への負圧の供給が制御されて液滴吐出ヘッドから液滴が排出されるため、これによっても液滴吐出ヘッド内の液体の増粘を抑制することができる。この結果として、長時間に亘って液滴吐出ヘッドのノズル開口が封止されてもノズル開口の目詰まりを防止することができる。
また、本発明の液滴吐出装置は、前記環境設定装置が、少なくとも前記液滴吐出ヘッドの前記ノズル開口及びその近傍の湿度を60〜80%の範囲の湿度に設定することを特徴としている。
この発明によれば、少なくとも液滴吐出ヘッドのノズル開口及びその近傍の湿度が60〜80%と高い湿度に設定されるため、ノズル開口からの液体の蒸発を抑制することができ、その結果としてノズル開口の目詰まりを防止することができる。ここで、湿度を60%以下に保つと液体の蒸発が促進されるため好ましくなく、80%以上に保つと液滴吐出ヘッドを構成する部材(例えば、接着剤)が化学変化を起こして液滴吐出ヘッドの劣化を招く虞があるため好ましくない。
上記課題を解決するために、本発明の液滴吐出方法は、所定の液体を貯蔵する液体貯蔵部から供給される前記液体をノズル開口から液滴として吐出する液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出方法であって、少なくとも前記液滴吐出ヘッドの前記ノズル開口及びその近傍の環境を低温及び高湿度に設定する環境設定ステップを含むことを特徴としている。
この発明によれば、ノズル開口及びその近傍の環境が低温及び高湿度に設定されるため、ノズル開口からの液体の蒸発が抑えられて液滴吐出ヘッド内の液体の増粘を抑制することができる。この結果として、ノズル開口での目詰まりを防止することができる。また、ノズル開口の目詰まりが防止されることから、ノズル開口からの液体の吸引動作の低減により液体の無駄な消費を抑えることができ、クリーニング回数の低減によりワイパの寿命短縮を防止することができ、更にはノズル開口が形成された面の撥水性の低下を防止することができる。
また、本発明の液滴吐出方法は、前記環境設定ステップが、前記液滴吐出ヘッドの全体を低温及び高湿度に設定するステップであることを特徴としている。
この発明によれば、液滴吐出ヘッドの全体が低温及び高湿度に設定されるため、ノズル開口からの液体の蒸発量を抑えることができる。また、液滴吐出ヘッドに液体の漏れが生じない程度の微小な隙間が生じていても、この隙間からの液体の蒸発を抑えることができる。この結果として、液滴吐出ヘッド内の液体の増粘を抑制することができ、ノズル開口の目詰まりを防止することができる。
また、本発明の液滴吐出方法は、前記環境設定ステップが、前記液体貯蔵部から前記液滴吐出ヘッドまでの前記液体の流路の少なくとも一部を低温及び高湿度に設定するステップであることを特徴としている。
この発明によれば、液体貯蔵部から液滴吐出ヘッドまでの液体の流路の少なくとも一部が低温及び高湿度に設定されるため、液体の漏れが生じない程度の微小な隙間が液体の流路に生じていても、この隙間からの液体の蒸発を抑えることができ、流路内の液体の増粘を抑制することができる。この結果として、液滴吐出ヘッドのノズル開口の目詰まりを防止することができる。
また、本発明の液滴吐出方法は、少なくとも前記液滴吐出ヘッドの前記ノズル開口及びその近傍の環境が低温及び高湿度に設定された状態で、前記ノズル開口を封止する封止ステップを含むことを特徴としている。
この発明によれば、液滴吐出ヘッドの前記ノズル開口及びその近傍の環境が低温及び高湿度に設定された状態でノズル開口が封止されるため、ノズル開口からの液体の蒸発が抑えられて液滴吐出ヘッド内の液体の増粘を抑制することができる。この結果、液滴吐出ヘッドのノズル開口が封止部に封止される状況下においてもノズル開口の目詰まりを防止することができる。
また、本発明の液滴吐出方法は、前記封止ステップが、前記封止部内に負圧を供給して、前記所定の液体が前記ノズル開口から前記液滴吐出ヘッド外に向かう流れを作り出して前記ノズル開口及びその近傍の環境を低温に設定するステップを含むことを特徴としている。
この発明によれば、液滴吐出ヘッドが封止部に封止されている状態のときに、封止部内に負圧が供給されてノズル開口から液滴吐出ヘッド外に向かう液体の流れが作り出され、温度の上昇した液体が液滴吐出ヘッドから排出される。これにより、ノズル開口及びその近傍が冷却されるため、ノズル開口及びその近傍の環境を低温に設定することができる。
また、本発明の液滴吐出方法は、前記液滴吐出ヘッドが前記封止部に封止されている時間を計時する計時ステップと、前記計時ステップの計時結果に応じて前記封止部への負圧の供給を制御する制御ステップとを含むことを特徴としている。
この発明によれば、液滴吐出ヘッドが封止部に封止されている時間に応じて封止部への負圧の供給が制御されて液滴吐出ヘッドから液滴が排出されるため、これによっても液滴吐出ヘッド内の液体の増粘を抑制することができる。この結果として、長時間に亘って液滴吐出ヘッドのノズル開口が封止されてもノズル開口の目詰まりを防止することができる。
また、本発明のデバイス製造方法は、所定箇所に機能性を有するパターンが形成されたワークを備えたデバイスの製造方法であって、上記の何れかに記載の液滴吐出装置が備える液滴吐出ヘッド又は上記の何れかに記載の液滴吐出方法で用いられる液滴吐出ヘッドを用いて前記ワーク上に前記所定の液体を液滴として吐出して前記パターンを形成する工程を含むことを特徴としている。
この発明によれば、上記の何れかに記載の液滴吐出装置が備える液滴吐出ヘッド又は上記の何れかに記載の液滴吐出方法で用いられる液滴ヘッドを用いてワーク上に所定の液体を液滴として吐出してパターンを形成しているため、ノズル開口の目詰まりを解消するための時間が大幅に削減され、この結果としてスループットの低下を招かずにデバイスを効率よく製造することができ、デバイスの製造コストを低減することができる。
In order to solve the above-described problems, a droplet discharge device of the present invention includes a liquid storage unit that stores a predetermined liquid, and a droplet discharge that discharges the liquid supplied from the liquid storage unit as a droplet from a nozzle opening. A droplet discharge apparatus including a head includes an environment setting device that sets at least the nozzle opening of the droplet discharge head and an environment in the vicinity thereof to low temperature and high humidity.
According to the present invention, since the environment around the nozzle opening and the surrounding environment are set to low temperature and high humidity, the evaporation of the liquid from the nozzle opening is suppressed, and the liquid in the droplet discharge head is thickened. Can be suppressed. As a result, clogging at the nozzle opening can be prevented. In addition, since clogging of the nozzle opening is prevented, wasteful consumption of liquid can be suppressed by reducing the liquid suction operation from the nozzle opening, and shortening of the wiper life can be prevented by reducing the number of cleanings. Furthermore, it is possible to prevent a decrease in water repellency of the surface on which the nozzle openings are formed.
The droplet discharge device of the present invention is characterized in that the environment setting device sets the entire droplet discharge head to a low temperature and a high humidity.
According to the present invention, since the entire droplet discharge head is set to a low temperature and a high humidity, the amount of liquid evaporated from the nozzle opening can be suppressed. Further, even if a minute gap that does not cause liquid leakage occurs in the droplet discharge head, evaporation of the liquid from the gap can be suppressed. As a result, thickening of the liquid in the droplet discharge head can be suppressed, and clogging of the nozzle opening can be prevented.
In the droplet discharge device of the present invention, the environment setting device sets at least a part of the flow path of the liquid from the liquid storage unit to the droplet discharge head at low temperature and high humidity. Yes.
According to the present invention, since at least a part of the flow path of the liquid from the liquid storage unit to the droplet discharge head is set at a low temperature and a high humidity, a minute gap that does not cause liquid leakage is formed in the liquid flow. Even if it occurs in the channel, the evaporation of the liquid from the gap can be suppressed, and the thickening of the liquid in the channel can be suppressed. As a result, clogging of the nozzle openings of the droplet discharge head can be prevented.
In addition, the droplet discharge device of the present invention includes a capping device having a sealing portion that seals the nozzle opening of the droplet discharge head, and the environment setting device has a low temperature and high humidity inside the sealing portion. By setting, the nozzle opening of the droplet discharge head sealed in the sealing portion and the environment in the vicinity thereof are set to low temperature and high humidity.
According to this invention, the inside of the sealing portion that seals the nozzle opening of the droplet discharge head is set to low temperature and high humidity, and the environment of the nozzle opening of the droplet discharge head and the vicinity thereof is set to low temperature and high humidity. Therefore, the evaporation of the liquid from the nozzle opening can be suppressed and the thickening of the liquid in the droplet discharge head can be suppressed. As a result, clogging of the nozzle opening can be prevented even under a situation where the nozzle opening of the droplet discharge head is sealed by the sealing portion.
In addition, the droplet discharge device of the present invention includes a chamber that houses at least a part of the liquid storage unit and the droplet discharge head, and the environment setting device sets the inside of the chamber to low temperature and high humidity. By doing so, at least the nozzle opening of the droplet discharge head and the environment in the vicinity thereof are set to low temperature and high humidity.
According to the present invention, at least a part of the liquid storage unit and the droplet discharge head are accommodated in the chamber, and the chamber is set to low temperature and high humidity so that at least the nozzle opening of the droplet discharge head and the environment in the vicinity thereof Is set at low temperature and high humidity, at least the evaporation of the liquid from the nozzle opening is suppressed, and there is a minute gap that does not cause liquid leakage in the droplet discharge head. Even if there is a minute gap in the liquid flow path to the droplet discharge head that does not cause liquid leakage, evaporation of the liquid from these gaps can be suppressed. As a result, clogging of the nozzle openings of the droplet discharge head can be prevented more effectively.
Further, the droplet discharge device of the present invention is provided in the droplet discharge head and drives a pressure generating element that generates a pressure for discharging the droplet, so that the predetermined liquid is discharged from the nozzle opening. The nozzle opening and its vicinity are cooled by creating a flow toward the outside of the droplet discharge head.
According to the present invention, the pressure generating element provided in the droplet discharge head is driven to create a liquid flow from the nozzle opening toward the outside of the droplet discharge head, and the liquid whose temperature has risen is discharged from the droplet discharge head. The Thereby, since the nozzle opening and its vicinity are cooled, the environment of the nozzle opening and its vicinity can be set to low temperature.
In the droplet discharge device of the present invention, the predetermined liquid creates a flow from the nozzle opening toward the outside of the droplet discharge head in a state where the droplet discharge head is sealed in the sealing portion. It is characterized by comprising a negative pressure supply device for supplying a negative pressure to the inside of the sealing portion.
According to the present invention, when the droplet discharge head is sealed in the sealing portion, a negative pressure is supplied into the sealing portion to create a liquid flow from the nozzle opening toward the outside of the droplet discharge head. Thus, the liquid whose temperature has risen is discharged from the droplet discharge head. Thereby, since the nozzle opening and its vicinity are cooled, the environment of the nozzle opening and its vicinity can be set to low temperature.
Further, the droplet discharge device of the present invention is configured to measure the time during which the droplet discharge head is sealed in the sealing portion of the capping device, and the sealing according to the timing result of the timing unit. And a control means for controlling supply of negative pressure to the section.
According to this invention, the supply of negative pressure to the sealing portion is controlled according to the time during which the droplet discharge head is sealed in the sealing portion of the capping device, and the droplet is discharged from the droplet discharge head. Therefore, it is possible to suppress the thickening of the liquid in the droplet discharge head. As a result, clogging of the nozzle opening can be prevented even if the nozzle opening of the droplet discharge head is sealed for a long time.
In the droplet discharge device of the present invention, the environment setting device sets the humidity of at least the nozzle opening of the droplet discharge head and the vicinity thereof to a humidity in the range of 60 to 80%.
According to this invention, at least the nozzle opening of the droplet discharge head and the humidity in the vicinity thereof are set to a high humidity of 60 to 80%, so that the evaporation of the liquid from the nozzle opening can be suppressed, and as a result It is possible to prevent clogging of the nozzle opening. Here, it is not preferable to maintain the humidity at 60% or less because the evaporation of the liquid is promoted, and when the humidity is maintained at 80% or more, the member (for example, adhesive) constituting the droplet discharge head causes a chemical change to cause a droplet. This is not preferable because the discharge head may be deteriorated.
In order to solve the above problems, a droplet discharge method of the present invention is a droplet using a droplet discharge head that discharges the liquid supplied from a liquid storage unit that stores a predetermined liquid as a droplet from a nozzle opening. An ejection method is characterized in that it includes an environment setting step for setting at least the nozzle opening of the droplet ejection head and the environment in the vicinity thereof to low temperature and high humidity.
According to the present invention, since the environment of the nozzle opening and the vicinity thereof is set to low temperature and high humidity, the evaporation of the liquid from the nozzle opening is suppressed, and the thickening of the liquid in the droplet discharge head can be suppressed. it can. As a result, clogging at the nozzle opening can be prevented. In addition, since clogging of the nozzle opening is prevented, wasteful consumption of liquid can be suppressed by reducing the liquid suction operation from the nozzle opening, and shortening of the wiper life can be prevented by reducing the number of cleanings. Furthermore, it is possible to prevent a decrease in water repellency of the surface on which the nozzle openings are formed.
The droplet discharge method of the present invention is characterized in that the environment setting step is a step of setting the entire droplet discharge head to a low temperature and a high humidity.
According to the present invention, since the entire droplet discharge head is set to a low temperature and a high humidity, the amount of liquid evaporated from the nozzle opening can be suppressed. Further, even if a minute gap that does not cause liquid leakage occurs in the droplet discharge head, evaporation of the liquid from the gap can be suppressed. As a result, thickening of the liquid in the droplet discharge head can be suppressed, and clogging of the nozzle opening can be prevented.
In the droplet discharge method of the present invention, the environment setting step is a step of setting at least a part of the flow path of the liquid from the liquid storage unit to the droplet discharge head to a low temperature and a high humidity. It is characterized by.
According to the present invention, since at least a part of the flow path of the liquid from the liquid storage unit to the droplet discharge head is set at a low temperature and a high humidity, a minute gap that does not cause liquid leakage is formed in the liquid flow. Even if it occurs in the channel, the evaporation of the liquid from the gap can be suppressed, and the thickening of the liquid in the channel can be suppressed. As a result, clogging of the nozzle openings of the droplet discharge head can be prevented.
The droplet discharge method of the present invention includes a sealing step of sealing the nozzle opening in a state where at least the nozzle opening of the droplet discharge head and the environment in the vicinity thereof are set to low temperature and high humidity. It is characterized by that.
According to this invention, since the nozzle opening is sealed in a state where the nozzle opening of the droplet discharge head and the surrounding environment are set to low temperature and high humidity, evaporation of the liquid from the nozzle opening is suppressed. It is possible to suppress the thickening of the liquid in the droplet discharge head. As a result, clogging of the nozzle opening can be prevented even under a situation where the nozzle opening of the droplet discharge head is sealed by the sealing portion.
Further, in the droplet discharge method of the present invention, the sealing step supplies a negative pressure into the sealing portion to create a flow of the predetermined liquid from the nozzle opening toward the outside of the droplet discharge head. The method includes the step of setting the environment of the nozzle opening and the vicinity thereof to a low temperature.
According to the present invention, when the droplet discharge head is sealed in the sealing portion, a negative pressure is supplied into the sealing portion to create a liquid flow from the nozzle opening toward the outside of the droplet discharge head. Thus, the liquid whose temperature has risen is discharged from the droplet discharge head. Thereby, since the nozzle opening and its vicinity are cooled, the environment of the nozzle opening and its vicinity can be set to low temperature.
In addition, the droplet discharge method of the present invention includes a time measuring step for measuring a time during which the droplet discharge head is sealed in the sealing portion, and applying to the sealing portion according to a time measurement result in the time measuring step. And a control step for controlling supply of the negative pressure.
According to this invention, since the supply of the negative pressure to the sealing portion is controlled according to the time during which the droplet discharge head is sealed in the sealing portion, the droplet is discharged from the droplet discharge head. This also can suppress the thickening of the liquid in the droplet discharge head. As a result, clogging of the nozzle opening can be prevented even if the nozzle opening of the droplet discharge head is sealed for a long time.
Further, the device manufacturing method of the present invention is a method for manufacturing a device including a workpiece having a functional pattern formed at a predetermined location, and the droplet discharge device included in any of the above-described droplet discharge devices A step of forming the pattern by discharging the predetermined liquid as droplets onto the workpiece using a droplet discharge head used in the droplet discharge method according to any one of the above. Yes.
According to this invention, a predetermined liquid is applied onto a workpiece using the droplet discharge head provided in any of the droplet discharge devices described above or the droplet head used in any of the droplet discharge methods described above. Since the pattern is formed by ejecting the droplets as droplets, the time required to eliminate clogging of the nozzle openings is greatly reduced. As a result, the device can be efficiently manufactured without causing a decrease in throughput. The manufacturing cost of the device can be reduced.
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による液滴吐出装置及び方法並びにデバイス製造方法について詳細に説明する。 Hereinafter, a droplet discharge apparatus and method and a device manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
〔液滴吐出装置〕
図1は、本発明の一実施形態による液滴吐出装置の概略構成を示す斜視図である。尚、以下の説明においては、必要であれば図中にXYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。XYZ直交座標系は、XY平面が水平面に平行な面に設定され、Z軸が鉛直上方向に設定される。また、本実施形態では吐出ヘッド(液滴吐出ヘッド)20の移動方向がX方向に設定され、ステージSTの移動方向がY方向に設定されている。
[Droplet discharge device]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a droplet discharge device according to an embodiment of the present invention. In the following description, if necessary, an XYZ orthogonal coordinate system is set in the drawing, and the positional relationship of each member will be described with reference to this XYZ orthogonal coordinate system. In the XYZ orthogonal coordinate system, the XY plane is set to a plane parallel to the horizontal plane, and the Z axis is set to the vertically upward direction. In this embodiment, the movement direction of the discharge head (droplet discharge head) 20 is set to the X direction, and the movement direction of the stage ST is set to the Y direction.
図1に示す通り、本実施形態の液滴吐出装置IJは、ベース10と、ベース10上でガラス基板等の基板Pを支持するステージSTと、ステージSTの上方(+Z方向)において支持され、基板Pに対して所定の液滴を吐出可能な吐出ヘッド20とを含んで構成されている。ベース10とステージSTとの間には、ステージSTをY方向に移動可能に支持する第1移動装置12が設けられている。また、ステージSTの上方には、吐出ヘッド20をX方向に移動可能に支持する第2移動装置14が設けられている。
As shown in FIG. 1, the droplet discharge device IJ of the present embodiment is supported on a
吐出ヘッド20には、流路18を介して吐出ヘッド20から吐出される液滴の溶媒(所定の液体)を貯蔵するタンク16が接続されている。尚、本実施形態では吐出ヘッド20の移動に合わせて流路18が伸縮するものとして説明する。また、ベース10上には、キャッピングユニット22とクリーニングユニット24とが配置されている。制御装置26は、液滴吐出装置IJの各部(例えば、第1移動装置12及び第2移動装置14等)を制御して液滴吐出装置IJの全体の動作を制御する。
A
上記の第1移動装置12はベース10の上に設置されており、Y軸方向に沿って位置決めされている。この第1移動装置12は、例えばリニアモータによって構成され、ガイドレール12a,12aと、このガイドレール12aに沿って移動可能に設けられているスライダー12bとを備えている。このリニアモータ形式の第1移動装置12のスライダー12bは、ガイドレール12aに沿ってY軸方向に移動して位置決め可能である。
The first moving
また、スライダー12bはZ軸回り(θZ)用のモータ12cを備えている。このモータ12cは、例えばダイレクトドライブモータであり、モータ12cのロータはステージSTに固定されている。これにより、モータ12cに通電することでロータとステージSTとは、θZ方向に沿って回転してステージSTをインデックス(回転割り出し)することができる。即ち、第1移動装置12は、ステージSTをY軸方向及びθZ方向に移動可能である。ステージSTは基板Pを保持し、所定の位置に位置決めするものである。また、ステージSTは不図示の吸着保持装置を有しており、この吸着保持装置が作動することによってステージSTに設けられた不図示の吸着穴を通して基板PをステージSTの上に吸着して保持する。
The
上記の第2移動装置14は、支柱28a,28aを用いてベース10に対して立てて取り付けられており、ベース10の後部10aにおいて取り付けられている。この第2移動装置14はリニアモータによって構成され、支柱28a,28aに固定されたコラム28bに支持されている。第2移動装置14は、コラム28bに支持されているガイドレール14aと、ガイドレール14aに沿ってX軸方向に移動可能に支持されているスライダー14bとを備えている。スライダー14bはガイドレール14aに沿ってX軸方向に移動して位置決め可能である。上記の吐出ヘッド20はスライダー14bに取り付けられている。
The second moving
吐出ヘッド20は、揺動位置決め装置としてのモータ30,32,34,36を有している。モータ30を駆動すれば吐出ヘッド20をZ方向に沿って上下動させることができ、任意のZ方向の位置で吐出ヘッド20を位置決めすることができる。モータ32を駆動すれば、吐出ヘッド20をY軸回りのβ方向に沿って揺動させることができ、吐出ヘッド20の角度を調整することができる。モータ34を駆動すれば、吐出ヘッド20をX軸回りのγ方向に沿って揺動させることができ、吐出ヘッド20の角度を調整することができる。モータ36を駆動すれば、吐出ヘッド20をZ軸回りのα方向に沿って揺動させることができ、吐出ヘッド20の角度を調整することができる。
The
このように、図1に示す吐出ヘッド20は、Z方向に直線移動可能であって、α方向、β方向、及びγ方向に沿って揺動して角度を調整することができるようにスライダー14bに支持されている。吐出ヘッド20の位置及び姿勢は、ステージST側の基板Pに対する液滴吐出面20aの位置又は姿勢が所定の位置又は所定の姿勢となるように、制御装置26によって精確に制御される。尚、吐出ヘッド20の液滴吐出面20aには液滴を吐出する複数のノズル開口が設けられている。
As described above, the
上述の吐出ヘッド20から吐出される液滴としては、着色材料を含有するインク、金属微粒子等の材料を含有する分散液、PEDOT:PSS等の正孔注入材料や発光材料等の有機EL物質を含有する溶液、液晶材料等の高粘度の機能性液体、マイクロレンズの材料を含有する機能性液体、たんぱく質や核酸等を含有する生体高分子溶液等の種々の材料を含有する液滴が採用される。
As the droplets ejected from the
ここで、吐出ヘッド20の構成について説明する。図2は吐出ヘッド20の分解斜視図であり、図3は吐出ヘッド20の主要部の一部を示す透視図である。図2に示す吐出ヘッド20は、ノズル板110、圧力室基板120、振動板130、及び筐体140を含んで構成されている。図2に示す通り、圧力室基板120は、キャビティ121、側壁122、リザーバ123、及び供給口124を備えている。キャビティ121は、圧力室であってシリコン等の基板をエッチングすることにより形成されるものである。側壁122は、キャビティ121間を仕切るよう構成され、リザーバ123は、各キャビティ121に所定の液体を充填する時に所定の液体を供給可能な共通の流路として構成されている。供給口124は、各キャビティ121に所定の液体を導入可能に構成されている。
Here, the configuration of the
また、図3に示す通り、振動板130は、圧力室基板120の一方の面に貼り合わせ可能に構成されている。振動板130には前述した圧電体デバイスの一部である圧電体素子150が設けられている。圧電体素子150は、ペロブスカイト構造を持つ強誘電体の結晶であり、振動板130上に所定の形状で形成されて構成されている。この圧電体素子150は、制御装置26から供給される駆動信号に対応して体積変化を生ずることが可能に構成されている。ノズル板110は、圧力室基板120に複数設けられたキャビティ(圧力室)121の各々に対応する位置にそのノズル開口111が配置されるよう、圧力室基板120に貼り合わせられている。ノズル板110を貼り合わせた圧力室基板120は、更に、図2に示す通り、筐体140に填められて液滴吐出ヘッド20を構成している。
Further, as shown in FIG. 3, the
吐出ヘッド20から液滴を吐出するには、まず、制御装置26が液滴を吐出させるための駆動信号を吐出ヘッド20に供給する。所定の液体は吐出ヘッド20のキャビティ121に流入しており、駆動信号が吐出ヘッド20に供給されると吐出ヘッド20に設けられた圧電体素子150がその駆動信号に応じた体積変化を生ずる。この体積変化は振動板130を変形させ、キャビティ121の体積を変化させる。この結果、そのキャビティ121のノズル開口111から液滴が吐出される。液滴が吐出されたキャビティ121には吐出によって減った液滴が新たにタンク16から供給される。
In order to eject droplets from the
尚、図2及び図3を参照して説明した吐出ヘッド20は圧電体素子150に体積変化を生じさせて液滴を吐出させる構成であったが、発熱体により所定の液体に熱を加えその膨張によって液滴を吐出させるようなヘッド構成であってもよい。また、静電気によって振動板を変形させることにより体積変化を生じさせて液滴を吐出させるような吐出ヘッドであってもよい。
The
図1に戻り、第2移動装置14は、吐出ヘッド20をX軸方向に移動させることで、吐出ヘッド20をクリーニングユニット24又はキャッピングユニット22の上部に選択的に位置決めさせることができる。つまり、デバイス製造作業の途中であっても、吐出ヘッド20をクリーニングユニット24上に移動すれば、吐出ヘッド20のクリーニングを行うことができる。また、吐出ヘッド20をキャッピングユニット22の上に移動すれば、吐出ヘッド20の液滴吐出面20aにキャッピングを施したり、液滴をキャビティ121に充填したり、ノズル開口111の目詰まり等による吐出不良を回復させたりすることが可能となる。つまり、クリーニングユニット24及びキャッピングユニット22は、ベース10上の後部10a側で、吐出ヘッド20の移動経路直下に、ステージSTと離間して配置されている。
Returning to FIG. 1, the second moving
キャッピングユニット22及びクリーニングユニット24は、チャンバ38内に配置されている。尚、図1においては、図面の複雑化を避けるためチャンバ38を簡略化して図示している。チャンバ38内にはキャッピングユニット22及びクリーニングユニット24以外に、タンク16の一部及び流路18が配置されている(図4参照)。ここで、タンク16の一部のみがチャンバ38内に配置される構成としたのは、タンク16の交換を容易にするためである。
The capping
チャンバ38のX軸に直交する側壁の一方(+X方向側に配置される側壁)には不図示の開閉機構が設けられており、開閉機構を開状態にすることで、吐出ヘッド20のX方向への移動を妨げることなくチャンバ38内への吐出ヘッド20の配置、又はチャンバ38外への吐出ヘッド20の配置が可能に構成されている。また、開閉機構を閉状態にすることで、チャンバ38内の気密性を保つことができる。
An opening / closing mechanism (not shown) is provided on one of the side walls orthogonal to the X axis of the chamber 38 (side wall disposed on the + X direction side). By opening the opening / closing mechanism, the X direction of the
吐出ヘッド20がチャンバ38内に配置された状態で開閉機構を閉状態にすると流路18の全てがチャンバ38内に収容されるが、吐出ヘッド20がチャンバ38外に配置された状態で開閉機構を閉状態にすると流路18の一部がチャンバ38内に収容され、残りはチャンバ38外に配置される。吐出ヘッド20がチャンバ38外に配置されて開閉機構を閉状態にしても、流路18は吐出ヘッド20の動きに合わせて伸縮可能に構成されている。ステージSTに対する基板Pの搬入作業及び搬出作業はベース10の前部10b側で行われるため、これらチャンバ38によりこれらの作業に支障をきたすことはない。
When the opening / closing mechanism is closed with the
尚、ここではタンク16と吐出ヘッド20とが別々に取り付けられ、これらが伸縮自在な流路18によって接続されている場合を例に挙げて説明するが、タンク16と吐出ヘッド20とをキャリッジに取り付けた構成であってもよい。かかる構成の場合には、吐出ヘッド20とタンク16とが長さが固定の流路によって接続され、吐出ヘッド20とともに、タンク16が移動することになる。
Here, a case where the
チャンバ38内に設けられるクリーニングユニット24は、ノズル開口111が形成された面を拭き取るワイパを備えており、吐出ヘッド20のノズル開口111等のクリーニングをデバイス製造工程中や待機時に定期的に又は随時に行うことができる。チャンバ38内に設けられるキャッピングユニット22は、吐出ヘッド20の液滴吐出面20aが乾燥しないように、デバイスを製造しない待機時にこの液滴吐出面20aにキャッピングを施したり、液滴をキャビティ221に充填する際に用いたり、また、吐出不良が生じた吐出ヘッド20を回復させるものである。
The
次に、チャンバ38内の環境(温度及び湿度)を設定する構成及びキャッピングユニット22の構成について説明する。図4は、チャンバ38内の構成及びチャンバ38に付随して設けられる空調装置の概略構成を示す図である。尚、図4において、図1に示した部材と同一の部材には同一の符号を付しており、クリーニングユニット24の図示は省略している。
Next, the configuration for setting the environment (temperature and humidity) in the
図4に示す通り、キャッピングユニット22は、キャッピング部40、連通管41、及びポンプ42を含んで構成されている。キャッピング部40はチャンバ38内に配置されており、凹形状であって吐出ヘッド20に当接する突出部40aが形成されている。このキャッピング部40内には吐出ヘッド20から吐出される液滴に対する吸収性に優れ、液滴が吸収された際には湿潤状態を保つスポンジ等の材料からなる湿潤部材(図示省略)が嵌合されている。
As shown in FIG. 4, the capping
キャッピング部40の底面にはチャンバ38の外部に通じる連通管41が接続されている。ポンプ42は、チャンバ38外に設けられており、連通管41を介してキャッピング部40を吸引、減圧する(負圧を供給する)ものである。このポンプ42は、制御装置26と電気的に接続されており、制御装置26の制御の下で、その駆動が制御される。チャンバ38外に配される連通管41の端部付近には、連通管41を伝って排出される液体を貯蔵する廃液タンク43が設けられている。
A
また、チャンバ38の外部には、チャンバ38内及びキャッピング部40内の環境(温度及び湿度)を設定する空調装置44が設けられている。この空調装置44は、チャンバ38内及びキャッピング部40内の温度を室温程度よりも低い温度(例えば、15〜20℃程度)に設定し、湿度を60〜80%程度に設定する。空調装置44は、制御装置26から出力される制御信号に基づいて、温度及び湿度の設定、給気、並びに排気を行う。
An
ここで、チャンバ38内及びキャッピング部40内の温度を室温程度よりも低温に設定するのは、ノズル開口111からの液体の蒸発、及び吐出ヘッド20及び流路18にある液体の漏れが生じない程度の微小な隙間からの液体の蒸発を抑えるためである。また、湿度を60〜80%程度の高湿度に設定するのは、湿度を60%よりも低い湿度に設定すると液体の蒸発が促進されるため好ましくなく、80%よりも高い湿度に設定すると吐出ヘッド20を構成する部材(例えば、接着剤)が化学変化を起こして液滴吐出ヘッド20の劣化を招く虞があるからである。
Here, the temperature in the
空調装置44には給気管45及び回収管46が接続されている。給気管45は空調装置44で低温高湿度に設定された空気をチャンバ38内及びキャッピング部40に導くものである。この給気管45は2分岐しており、分岐した一方の給気管45aはチャンバ38に接続され、分岐した他方の給気管45bはキャッピング部40に接続されている。回収管46は給気管45により供給された低温高湿度の空気を回収するためのものであり、チャンバ38に接続された回収管46aとキャッピング部40に接続された回収管46bとが回収管46に接続されている。
An
空調装置44が動作している状態では、空調装置44で低温高湿度に設定された空気は、給気管45,45aを介してチャンバ38内に供給され、回収管46a,46を介して空調装置44で回収される。同様に、空調装置44で低温高湿度に設定された空気は、給気管45,45bを介してキャッピング部40内に供給され、回収管46b,46を介して空調装置44で回収される。
In a state where the
次に、本実施形態の液滴吐出装置IJの電気的な機能構成について説明する。図5は、本発明の一実施形態による液滴吐出装置の電気的な機能構成を示すブロック図である。尚、図5においては、図1〜図4に示した部材に相当するブロックには同一の符号を付してある。図5に示す通り、液滴吐出装置IJを制御する電気的な構成は、制御コンピュータ50、制御装置26、及び駆動用集積回路60を含んで構成される。
Next, the electrical functional configuration of the droplet discharge device IJ of this embodiment will be described. FIG. 5 is a block diagram showing an electrical functional configuration of the droplet discharge device according to the embodiment of the present invention. In FIG. 5, blocks corresponding to the members shown in FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 5, the electrical configuration for controlling the droplet discharge device IJ includes a
制御コンピュータ50は、例えばCPU(中央処理装置)、RAM(Random Access Memory)及びROM(Read Only Memory)等の内部記憶装置、ハードディスク、CD−ROM等の外部記憶装置、並びに液晶表示装置又はCRT(Cathode Ray Tube)等の表示装置を含んで構成され、ROM又はハードディスクに記憶されたプログラムに従って、液滴吐出装置IJの動作を制御する制御信号を出力する。この制御コンピュータ50は、例えばケーブル等を用いて図1に示す液滴吐出装置IJに設けられる制御装置26と接続されている。
The
制御装置26は、演算制御部52、駆動信号生成部54、及びタイマ部56を含んで構成される。演算制御部52は、制御コンピュータ50から入力された制御信号及び内部に予め記憶された制御プログラムに基づいて、第1移動装置12、第2移動装置14、及びモータ30〜36を駆動するとともに、キャッピングユニット22に設けられたポンプ42の動作を制御し、更にチャンバ38に付随して設けられた空調装置44の温度及び湿度の設定並びに給気及び排気を制御する制御信号を空調装置44に出力する。
The
また、演算制御部52は、吐出ヘッド20に設けられる複数の圧電体素子150を駆動する各種駆動信号を生成するための各種データ(駆動信号生成用データ)を駆動信号生成部54に出力する。更に、演算制御部52は、上記制御プログラムに基づいて選択データを生成して駆動用集積回路60に設けられた切替信号生成部62に出力する。この選択データは、駆動信号の印加対象となる圧電体素子150を指定するためのノズル選択データと圧電体素子150に印加する駆動信号を指定するための波形選択データとからなる。
The
加えて、演算制御部52は、タイマ部56を用いてキャッピングユニット22を用いて吐出ヘッド20をキャッピング(封止)している時間及び吐出ヘッド20がキャッピングされていない時間を計時するとともに、ポンプ42を駆動する時間等を制御する。
In addition, the
駆動信号生成部54は、上記の駆動信号生成用データに基づいて所定形状の各種駆動信号を生成してスイッチ回路64に出力する。駆動信号生成部54が生成する駆動信号は、例えば、通常駆動信号、冷却駆動信号、及び微小駆動信号等がある。通常駆動信号は、ノズル開口111から所定量の液滴を吐出させるための駆動信号である。冷却駆動信号は、圧電体素子150の駆動によって温度が上昇したキャビティ121内の液体を強制的に排出させるための駆動信号である。冷却駆動信号を圧電体素子150に印加すると、温度が上昇したキャビティ121内の液体が強制的に吐出されるとともに、温度が上昇していない液体がキャビティ121内に流入するために、キャビティ121内(ノズル開口111及びその近傍)が冷却される。
The
微小駆動信号は、ノズル開口111から液滴が吐出されない程度に圧電体素子150を微振動させることでノズル開口111におけるメニスカスを振動させ、ノズル開口111付近における液体の増粘を防止する駆動信号である。タイマ部56は、例えば演算制御部52から出力される計時開始信号及び計時時間が入力され、計時を開始してから計時時間が経過したときに、計時完了信号を出力する。
The minute driving signal is a driving signal that vibrates the meniscus in the
駆動用集積回路60は、吐出ヘッド20内に設けられており、切替信号生成部62及びスイッチ回路64を含んで構成されている。切替信号生成部62は、演算制御部52から出力される選択データに基づいて各圧電体素子150への駆動信号の導通/非導通を指示する切替信号を生成し、スイッチ回路64に出力する。スイッチ回路64は、各圧電体素子150毎に設けられており、切替信号によって指定された駆動信号を圧電体素子150に出力する。
The driving
ここで、駆動信号生成部54が生成する駆動信号の一例、及び吐出ヘッドの動作について簡単に説明する。図6は、駆動信号生成部54で生成される通常駆動信号の1周期分の波形及び吐出ヘッドの動作を模式的に示す図である。図6(a)に示す通り、通常駆動信号は、基本的には、その電圧値が中間電位Vmからスタートした後(ホールドパルスL1)、時刻T1から時刻T2までの間、最大電位VPSまで一定の傾きで上昇し(充電パルスL2)、時刻T2から時刻T3までの間、最大電位VPSを所定時間だけ維持する(ホールドパルスL3)。次に、時刻T3から時刻T4までの間に最低電位VLSまで一定の傾きで下降した後(放電パルスL4)、時刻T4から時刻T5までの間、最低電位VLSを所定時間だけ維持する(ホールドパルスL5)。そして、時刻T5から時刻T6までの間、電圧値は中間電位Vmまで一定の傾きで上昇する(充電パルスL6)。
Here, an example of the drive signal generated by the drive
以上説明した通常駆動信号が圧電体素子150に印加されると、圧電体素子150は図6(b)〜(d)に示す動作を行い、これによりノズル開口111から所定の液体が液滴として吐出される。まず、図6(a)中の時刻T1から時刻T2までの間において、通常駆動信号の電圧値が緩やかに上昇する充電パルスL2が圧電体素子150に印加されると、図6(b)に示すように圧電体素子150がキャビティ121の容積を緩やかに膨張させる方に撓みキャビティ121に負圧が発生する。これによって、所定の液体がリザーバ123からキャビティ121に供給される。また、図示のようにノズル開口111の開口近傍に位置する液状粘性物も僅かにキャビティ121内部方向へ引き込まれることで、メニスカスがノズル開口111内に引き込まれる。
When the normal drive signal described above is applied to the
次に、時刻T2から時刻T3の間において通常駆動信号の電圧値を最大電位VPSに保持するホールドパルスL3が圧電体素子150に印加された後、時刻T3から時刻T4の間において放電パルスL4が印加されると、圧電体素子150が急速にキャビティ121の容積を収縮させる方向に撓み、キャビティ121に正圧が発生する。これにより、図6(c)に示す通り、ノズル開口111から所定の液体が液滴D1として吐出される。
Next, after a hold pulse L3 that holds the voltage value of the normal drive signal at the maximum potential VPS is applied to the
液滴D1が吐出されると、時刻T4から時刻T5までの間、圧電体素子150には最低電位VLSを維持するホールドパルスL5が印加され、その後時刻T5から時刻T6までの間に中間電位Vmまで一定の傾きで上昇する充電パルスL6が圧電体素子150に印加される。充電パルスL6が圧電体素子150に印加されると、圧電体素子150は図6(d)に示すように変形してキャビティ121内に負圧が発生する。これにより、所定の液体がリザーバ123からキャビティ121に供給されるとともに、ノズル開口111の開口近傍に位置する所定の液体も僅かにキャビティ121内部方向へ引き込まれ、図6(d)に示す通り、メニスカスが一定の状態に維持される。このように、例えば最大電位VPSが高いほど、又は放電パルスL4の傾きが急峻なほど、ノズル開口111から吐出される液状粘性物の1ドット当たりの重量が大きい。
When the droplet D1 is ejected, a hold pulse L5 that maintains the minimum potential VLS is applied to the
次に、通常駆動信号と冷却駆動信号とを比較する。図7は、駆動信号生成部54で生成される通常駆動信号及び冷却駆動信号の1周期分の波形を模式的に示す図であって、(a)は通常駆動信号DNの波形を示す図であり、(b)は冷却駆動信号DCの波形を示す図である。図7(a)に示す通り、通常駆動信号DNの繰返周波数fは20kHzに設定されているのに対して、図7(b)に示す通り、加熱駆動信号DHの繰返周波数fは10Hzに設定されている。この10Hz近傍の繰返周波数fは、圧電体素子150を十分に駆動可能なものであると同時に、圧電体素子150が作動することによって発生する熱(作動熱)を最小限に抑える周波数(即ち、キャビティ121内の液体を加熱しない程度の周波数)である。
Next, the normal drive signal and the cooling drive signal are compared. FIG. 7 is a diagram schematically showing waveforms of one cycle of the normal drive signal and the cooling drive signal generated by the drive
また、通常駆動信号DN及び冷却用駆動信号DCの充電パルスL2の傾斜(時間変化率)、ホールドパルスL3の時間、及び放電パルスL3の傾斜は、ノズル開口111から吐出される液滴の大きさ、つまり重量を規定する一因である。冷却用駆動信号DCの充電パルスL2及び放電パルスL3の傾斜は、冷却用駆動信号DCの充電パルスL2及び放電パルスL3の傾斜に対して緩やかに設定されており、冷却用駆動信号DCのホールドパルスL3の時間は、通常用駆動信号DNのホールドパルスL3の時間に対して長めに設定されている。
Further, the inclination (time change rate) of the charge pulse L2 of the normal drive signal DN and the cooling drive signal DC, the time of the hold pulse L3, and the inclination of the discharge pulse L3 are the sizes of the droplets ejected from the
〔液滴吐出方法〕
次に、上記構成における液滴吐出装置IJを用いて基板P上にマイクロアレイを形成する方法について説明する。図8は、本発明の一実施形態による液滴吐出方法の概略を示すフローチャートである。尚、吐出ヘッド20は、図8に示す処理が開始される前はチャンバ38内でキャッピング部40においてキャッピングされているものとする。
[Droplet ejection method]
Next, a method for forming a microarray on the substrate P using the droplet discharge device IJ having the above configuration will be described. FIG. 8 is a flowchart showing an outline of a droplet discharge method according to an embodiment of the present invention. It is assumed that the
図5に示す制御コンピュータ50から制御装置26に吐出開始の指示が出力されると、図8に示すフローチャートの処理が開始される。処理が開始されると、演算制御部52は、モータ30を駆動して吐出ヘッド20を+Z方向に移動させ、吐出ヘッド20をキャッピング部40の突出部40aから離間させる。また、第2移動装置14を駆動して吐出ヘッド20を+X方向に移動させることにより、吐出ヘッド20をチャンバ38外に移動させ、吐出開始位置に位置決めする(ステップS11)。尚、チャンバ38に設けられた開閉機構は、演算制御部52からの制御信号に基づいて吐出ヘッド20を移動させる前に開状態になり、吐出ヘッド20がチャンバ38外に移動すると閉状態になる。
When a discharge start instruction is output from the
吐出ヘッド20の位置決めが完了すると、基板P及び吐出ヘッド20を走査しつつ基板P上への液滴の吐出が行われる(ステップS12)。具体的には、演算制御部52は、第1移動装置12を駆動して吐出ヘッド20を+X方向へ走査させると同時に、駆動信号生成用データを駆動信号生成部54に出力して通常駆動信号DNを生成させるとともに、選択データを切替信号生成部62に出力する。演算制御部52からの選択データに基づいて各圧電体素子150への駆動信号の導通/非導通を指示する切替信号が切替信号生成部62で生成され、スイッチ回路64により切替信号によって指定された通常駆動信号DNが圧電体素子150に印加される。これによって、吐出ヘッド20が移動している状態で吐出ヘッド20の複数のノズル開口から液滴が順次吐出される。
When the positioning of the
吐出ヘッド20と基板Pとの1回目の相対移動(走査)が終了すると、演算制御部52は第1移動装置12を駆動して基板Pを支持するステージSTを吐出ヘッド20に対してY軸方向に所定量だけステップ移動させる。ステージSTのステップ移動完了後、演算制御部52は、吐出ヘッド20を基板Pに対して、−X方向に移動させて2回目の走査を開始する。この動作を複数回繰り返して基板P上に液滴を吐出することにより、基板P上にマイクロアレイが形成される。
When the first relative movement (scanning) between the
以上の動作を行って基板P上にマイクロアレイが形成されると、演算制御部52は第1移動装置12を制御して液滴が吐出された基板Pを搬出位置に移動させる。そして、ステージSTによる吸着保持が解除されて不図示の搬送装置によって基板PがステージSTから搬出される。ステージSTから基板Pが搬出されている間に、演算制御部52は、第2移動装置14を制御してX軸方向に吐出ヘッド20を移動させてチャンバ38内のキャッピングユニット22の上方に位置決めする(ステップS13)。尚、チャンバ38に設けられた開閉機構は、演算制御部52からの制御信号に基づいて吐出ヘッド20を移動させる前に開状態になり、吐出ヘッド20がチャンバ38内に配置されると閉状態になる。
When the microarray is formed on the substrate P by performing the above operation, the
吐出ヘッド20のX方向の位置決めが完了すると、演算制御部52は、モータ30を駆動して吐出ヘッド20を−Z方向に移動させて、吐出ヘッド20の液滴吐出面20aをキャッピング部40に形成された突出部40aに当接させて低温高湿度下で吐出ヘッド20のキャッピングを行う(ステップS14)。つまり、吐出ヘッド20の液滴吐出面20aがキャッピング部40に形成された突出部40aに吐出するまでモータ30を駆動すると、演算制御部52は空調装置44に対して、チャンバ38及びキャッピング部40内の温度及び湿度を指示する制御信号及び低温高湿度の空気の給気を開始する制御信号を出力する。
When the positioning of the
空調装置44は、演算制御部52からの制御信号に基づいて温度及び湿度を設定した空気の給気を開始する。給気が開始されると、空調装置44で低温高湿度に設定された空気は、給気管45,45bを介してキャッピング部40内に供給され、回収管46b,46を介して空調装置44で回収される。これにより、ノズル開口111及びその近傍の環境が低温高湿度に設定された状態で吐出ヘッド20がキャッピングされる。
The
また、空調装置44で低温高湿度に設定された空気は、給気管45,45aを介してチャンバ38内に供給され、回収管46a,46を介して空調装置44で回収される。これにより、チャンバ38内に配された吐出ヘッド20の全体が低温高湿度に設定され、更にはタンク16から吐出ヘッド20までの流路18が低温高湿度に設定される。以上の動作により、1枚の基板Pに対して液滴を吐出する動作が完了する。
In addition, the air set to low temperature and high humidity by the
吐出ヘッド20がキャッピング部40にキャッピングされている間は、図9に示す処理が行われる。図9は、液滴吐出ヘッド20のキャッピング中に行われる処理の一例を示す図である。吐出ヘッド20のキャッピングが開始されると、演算制御部52は、まず制御コンピュータ50からの吐出開始指示の有無を判断する(ステップS21)。コンピュータ50からの吐出開始指示があると判断した場合(判断結果が「YES」の場合)には、キャッピング処理が終了し、図8に示す処理が開始される。
While the
一方、コンピュータ50からの吐出開始指示が無いと判断した場合(判断結果が「NO」の場合)には、演算制御部52はタイマ部56を用いて吐出ヘッド20のキャッピング時間の計時を開始する(ステップS22)。次に、演算制御部52はキャッピング時間の計時開始から所定時間(例えば、数日)が経過したか否かを判断し、経過していない場合(判断結果が「NO」の場合)には、ステップS21に戻って吐出指示の有無判断を行う。
On the other hand, when it is determined that there is no discharge start instruction from the computer 50 (when the determination result is “NO”), the
ステップS22において、キャッピング時間が所定時間経過したと判断した場合(判断結果が「YES」の場合)には、演算制御部52は、ポンプ42を駆動してキャッピング部40内に負圧を供給する。これにより、キャビティ121内の液体が吸引されて液体が吐出ヘッド20外に向かう流れが作り出され、増粘した液体がノズル開口111から吐出ヘッド20外に排出される。
In step S22, when it is determined that the predetermined time has elapsed (when the determination result is “YES”), the
また、演算制御部52は、駆動信号生成用データを駆動信号生成部54に出力して冷却駆動信号DCを生成させるとともに、選択データを切替信号生成部62に出力する。これにより、冷却駆動信号DCが吐出ヘッド20の圧電体素子150に印加されて、ノズル開口111の各々から増粘した液滴が順にキャッピング部40内にフラッシングされる(ステ婦S23)。ここで、液滴の吐出に冷却駆動信号DCを用いるのは、キャビティ121内の液滴の温度上昇を防止するためである。尚、ステップS23の処理は、吸引のみでもよく、キャップ内フラッシングのみであってもよい。液体の吸引又はフラッシングが終了すると、ステップS21の処理に戻る。
In addition, the
以上説明した通り、本実施形態では少なくとも吐出ヘッド20のノズル開口111又はその近傍の環境を低温高湿度の環境に設定しているため、ノズル開口111からの液体の蒸発が抑えられてキャビティ121内の液体の増粘を抑制することができる。この結果として、ノズル開口111での目詰まりを防止することができる。また、ノズル開口111の目詰まりが防止されることから、ノズル開口111の目詰まりを解消するための液体の無駄な消費を抑えることができ、クリーニング回数の低減によりワイパの寿命短縮を防止することができ、更にはノズル開口が形成された面の撥水性の低下を防止することができる。
As described above, in this embodiment, at least the
また、吐出ヘッド20及び流路18をキャビティ38内に収容した状態でキャビティ38内を低温高湿度の環境にしているため、液体の漏れが生じない程度の微小な隙間が吐出ヘッド20又は液体の流路18に生じていても、この隙間からの液体の蒸発を抑えることができる。これによって、吐出ヘッド20内の液体(例えば、リザーバ123内の液体)及び流路18内の液体の増粘を抑制することができ、この結果としてノズル開口111の目詰まりを防止することができる。
In addition, since the
更に、吐出ヘッド20がキャッピングされている状態において、仮にキャビティ121内の液体が増粘しても、図9に示す処理によって定期的に増粘した液体を排出しているため、ノズル開口111の目詰まりをより効果的に防止することができる。また更に、本実施形態ではキャッピング部40及びチャンバ38内のみに低温高湿度の空気を供給する構成であるため、大規模の空調設備を必要とせず、液滴吐出装置IJ全体のコストが大幅に上昇することはない。
Furthermore, even if the liquid in the
尚、以上説明した実施形態では、吐出ヘッド20がキャッピング部40にキャッピングされた状態で定期的に増粘した液体を排出する場合について説明したが、ポンプ42による吸引及びキャップ内フラッシングは、キャビティ121内の液体の温度が高いときにも行うことが好ましい。なぜならば、これらによって温度が高く蒸発しやすい液体を吐出ヘッド20外に排出することができるからである。例えば、基板P上への液滴の吐出を終えた吐出ヘッド40がキャッピング部40にキャッピングされた直後に行うのが望ましい。
In the above-described embodiment, the case has been described in which the liquid whose viscosity has been periodically increased is discharged while the
〔デバイス製造方法、及び電子機器〕
以上、本発明の実施形態による液滴吐出装置及び方法について説明したが、この液滴吐出装置及び方向は膜を形成する成膜装置、金属配線等の配線を形成する配線装置、又はマイクロレンズアレイ、液晶表示装置、有機EL装置、プラズマ型表示装置、電界放出ディスプレイ(FED:Field Emission Display)等のデバイスを製造するデバイス製造装置として用いることができる。
[Device Manufacturing Method and Electronic Equipment]
The liquid droplet ejection apparatus and method according to the embodiments of the present invention have been described above. The liquid droplet ejection apparatus and the direction thereof are a film forming apparatus that forms a film, a wiring apparatus that forms wiring such as metal wiring, or a microlens array. It can be used as a device manufacturing apparatus for manufacturing devices such as a liquid crystal display device, an organic EL device, a plasma display device, and a field emission display (FED).
液滴を吐出し終えた吐出ヘッドのノズル開口111及びその環境を低温高湿度の環境にしてノズル開口の目詰まりを防止しているため、ノズルの目詰まりが生ずる回数が減り、目詰まりの回復に要する時間の合計を短縮することができる。また、ノズルの目詰まりを解消するための無駄な液体の消費を抑えることができる。この結果として、デバイスの製造コストを低減することができるとともに、スループットを向上させることができる。
Since the
上記の液晶装置、有機EL装置、プラズマ型表示装置、FED等のデバイスは、ノート型コンピュータ及び携帯電話等の電子機器に設けられる。だだし、電子機器は、上記のノート型コンピュータ及び携帯電話に限られる訳ではなく、種々の電子機器に適用することができる。例えば、液晶プロジェクタ、マルチメディア対応のパーソナルコンピュータ(PC)及びエンジニアリング・ワークステーション(EWS)、ページャ、ワードプロセッサ、テレビ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、電子手帳、電子卓上計算機、カーナビゲーション装置、POS端末、タッチパネルを備えた装置等の電子機器に適用することが可能である。 Devices such as the above-described liquid crystal device, organic EL device, plasma display device, and FED are provided in electronic devices such as notebook computers and mobile phones. However, the electronic device is not limited to the above-described notebook computer and mobile phone, and can be applied to various electronic devices. For example, LCD projectors, multimedia-compatible personal computers (PCs) and engineering workstations (EWS), pagers, word processors, TVs, viewfinder type or monitor direct view type video tape recorders, electronic notebooks, electronic desk calculators, car navigation systems The present invention can be applied to electronic devices such as a device, a POS terminal, and a device provided with a touch panel.
16……タンク(液体貯蔵部)
20……吐出ヘッド(液滴吐出ヘッド)
22……キャッピングユニット(キャッピング装置)
38……チャンバ
40……キャッピング部(封止部)
42……ポンプ(負圧供給装置)
44……空調装置(環境設定装置)
52……演算制御部(制御手段)
56……タイマ部(計時手段)
111……ノズル開口
150……圧電体素子(圧力発生素子)
IJ……液滴吐出装置
16 …… Tank (liquid storage part)
20 …… Discharge head (droplet discharge head)
22 …… Capping unit (capping device)
38 ……
42 …… Pump (negative pressure supply device)
44 …… Air conditioner (environment setting device)
52 …… Calculation control unit (control means)
56 …… Timer section (time measuring means)
111 ……
IJ: Droplet ejection device
Claims (16)
少なくとも前記液滴吐出ヘッドの前記ノズル開口及びその近傍の環境を低温及び高湿度に設定する環境設定装置を備えることを特徴とする液滴吐出装置。 In a droplet discharge device comprising a liquid storage unit for storing a predetermined liquid and a droplet discharge head for discharging the liquid supplied from the liquid storage unit as a droplet from a nozzle opening,
A droplet discharge apparatus comprising: an environment setting device that sets at least low temperature and high humidity in an environment in the vicinity of the nozzle opening of the droplet discharge head and in the vicinity thereof.
前記環境設定装置は、前記封止部内を低温及び高湿度に設定することにより、前記封止部に封止された前記液滴吐出ヘッドの前記ノズル開口及びその近傍の環境を低温及び高湿度に設定することを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載の液滴吐出装置。 A capping device having a sealing portion for sealing the nozzle opening of the droplet discharge head;
The environment setting device sets the inside of the sealing portion to a low temperature and a high humidity, thereby setting the environment of the nozzle opening of the droplet discharge head sealed in the sealing portion and the vicinity thereof to a low temperature and a high humidity. The droplet discharge device according to claim 1, wherein the droplet discharge device is set.
前記環境設定装置は、前記チャンバ内を低温及び高湿度に設定することにより、少なくとも前記液滴吐出ヘッドの前記ノズル開口及びその近傍の環境を低温及び高湿度に設定することを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載の液滴吐出装置。 A chamber containing at least a part of the liquid storage unit and the droplet discharge head;
The environment setting apparatus sets at least the nozzle opening of the droplet discharge head and the vicinity thereof to low temperature and high humidity by setting the inside of the chamber to low temperature and high humidity. The droplet discharge device according to any one of claims 1 to 3.
前記計時手段の計時結果に応じて前記封止部への負圧の供給を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする請求項7記載の液滴吐出装置。 Clocking means for timing the time during which the droplet discharge head is sealed in the sealing portion of the capping device;
The liquid droplet ejection apparatus according to claim 7, further comprising: a control unit that controls supply of a negative pressure to the sealing portion according to a time measurement result of the time measuring unit.
少なくとも前記液滴吐出ヘッドの前記ノズル開口及びその近傍の環境を低温及び高湿度に設定する環境設定ステップを含むことを特徴とする液滴吐出方法。 A droplet discharge method using a droplet discharge head that discharges the liquid supplied from a liquid storage unit that stores a predetermined liquid as a droplet from a nozzle opening,
A droplet discharge method comprising: an environment setting step for setting at least low temperature and high humidity in an environment in the vicinity of the nozzle opening of the droplet discharge head and in the vicinity thereof.
前記計時ステップの計時結果に応じて前記封止部への負圧の供給を制御する制御ステップと
を含むことを特徴とする請求項14記載の液滴吐出方法。 A time measuring step of measuring a time during which the droplet discharge head is sealed in the sealing portion;
The droplet discharging method according to claim 14, further comprising: a control step of controlling supply of a negative pressure to the sealing portion according to a timing result of the timing step.
請求項1から請求項9の何れか一項に記載の液滴吐出装置が備える液滴吐出ヘッド又は請求項10から請求項15の何れか一項に記載の液滴吐出方法で用いられる液滴吐出ヘッドを用いて前記ワーク上に前記所定の液体を液滴として吐出して前記パターンを形成する工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
A method for manufacturing a device including a workpiece having a pattern having functionality at a predetermined location,
The droplet discharge head with which the droplet discharge apparatus as described in any one of Claims 1-9 is equipped, or the droplet used with the droplet discharge method as described in any one of Claims 10-15. A device manufacturing method comprising a step of forming the pattern by discharging the predetermined liquid as droplets onto the work using an ejection head.
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