JP2007325985A - インク塗布装置及びそれを用いたインクの塗布方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塗布対象物の温度を精度良く制御して塗布対象物上に均一な厚さの塗布膜を形成することができるインク塗布装置及びそれを用いたインクの塗布方法を提供する。
【解決手段】本発明は、気密的なフード６内において支持台３に支持される塗布対象物２に対してインク４を塗布するインク塗布装置であって、支持台３の表面に温度制御ガス１２を流すための凹凸状のガス流路２１が設けられている。インク４の塗布の際、所定の温度に制御された温度制御ガス１２をガス流路２１に導入することにより、塗布対象物２の温度を一定の温度に制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばインクジェットヘッドの吐出ノズルからインクを吐出し、塗布対象物上に塗布膜を形成するためのインク塗布装置及びインクの塗布方法に関する。

従来より、インクジェットヘッドの吐出ノズルからインクを吐出して、塗布対象物上に塗布膜を形成する装置が広く知られている。
従来、この種のインク塗布装置においては、インクジェットヘッドから吐出されるインクの溶媒のミストの漏洩を防止するため、インクを塗布する空間をフードで気密的に覆い、フード内の雰囲気を排気しながらインクを塗布することが行われている。

このようなインク塗布装置においては、近年、塗布膜の厚さを均一にすることが求められており、そのためには、塗布対象物の温度を制御することが重要であることが認識されつつある。
しかし、従来、この種のインク塗布装置を用いて塗布膜を形成する際に塗布対象物の温度を精度良く制御する技術は提案されていない。

なお、他の技術分野、例えばプラズマ処理装置を用いたエッチングの分野では、処理対象基板上の温度を測定し、その測定結果に基づいて、所定の温度に設定された温度調節媒体を、この対象物を支持する支持台に供給することにより、支持台の温度を制御することが行われている（特許文献１参照）。
特開平７−５８０８０号公報

本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、塗布対象物の温度を精度良く制御して塗布対象物上に均一な厚さの塗布膜を形成することができるインク塗布装置及びそれを用いたインクの塗布方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１記載の発明は、気密的なフード内において支持台に支持される塗布対象物に対してインクを塗布するインク塗布装置であって、前記支持台の表面に温度制御ガスを流すための凹凸状のガス流路が設けられ、所定の温度に制御された前記温度制御ガスを前記ガス流路に導入するように構成されているものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記塗布対象物の表面温度を測定する温度計を有し、当該温度計によって測定された結果に基づいて前記温度制御ガスの温度を制御するように構成されているものである。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２のいずれか１項記載の発明において、前記フード内の当該塗布対象物近傍のインク溶媒の濃度を測定する濃度センサーと、当該フード内の圧力を測定する圧力計とを有し、当該濃度センサーと当該圧力計によって測定された結果に基づいて、当該フード内の雰囲気を排気するように構成されているものである。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の発明において、前記支持台のガス流路は、金属材料の表面を粗面化した粗面化被膜によって形成されているものである。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の発明において、前記粗面化被膜は、その厚さが５０μｍ〜５００μｍであるものである。
請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項記載の発明において、前記粗面化被膜は、その表面粗さが２０ｎｍ〜３００ｎｍであるものである。
請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載のインク塗布装置を用いてインクを塗布する方法であって、インクジェットヘッドからインクを吐出し、支持台に支持された塗布対象物の表面にインクを塗布する際に、前記支持台と前記塗布対象物との間の前記ガス流路に、所定の温度に制御した温度制御ガスを導入して流すことにより、塗布対象物の表面温度を制御するものである。
請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、前記塗布対象物の表面温度を、２０〜８０℃に制御するものである。
請求項９記載の発明は、請求項７又は８のいずれか１項記載の発明において、前記塗布対象物の表面温度分布が±１℃となるように制御するものである。

本発明においては、塗布対象物を支持する支持台の表面に凹凸状のガス流路が設けられており、インクを塗布する際、支持台と塗布対象物との間のガス流路に温度制御ガスを導入して流すことにより塗布対象物の表面温度を制御することから、塗布対象物表面の温度を常時一定に維持することができ（例えば、±１℃）、これによりインクの凝固速度を一定にして塗布対象物の表面に均一な厚さの塗布膜を形成することができる。

本発明において、塗布対象物の表面温度を測定する温度計を有し、当該温度計によって測定された結果に基づいて温度制御ガスの温度を制御するように構成すれば、より高精度の塗布対象物の温度制御が可能になる。

本発明において、フード内の当該塗布対象物近傍のインク溶媒の濃度を測定する濃度センサーと、当該フード内の圧力を測定する圧力計とを有し、当該濃度センサーと当該圧力計によって測定された結果に基づいて、当該フード内の雰囲気を排気するように構成すれば、塗布対象物の表面上に形成されるインクの塗布膜の膜厚を精度良く制御することが可能になる。

本発明によれば、塗布対象物の表面に均一な厚さの塗布膜を形成することができる。

以下、本発明に係るインク塗布装置及びそれを用いたインクの塗布方法の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るインク塗布装置の概略構成である。
図１に示すように、本実施の形態のインク塗布装置１は、基板等の塗布対象物２を支持する支持台３と、塗布対象物２に対してインク４を塗布するインクジェットヘッド５とを有し、これら支持台３及びインクジェットヘッド５は、外気を導入するように構成されたフード６によって気密的に覆われている。

ここで、フード６には、ヘパフィルター７が取り付けられており、このヘパフィルター７によってインクの溶剤蒸気等を取除いて無害化した後、フード６の外部へ排気するように構成されている。

本実施の形態の場合、ヘパフィルター７は後述する排気制御部１８に接続され、この排気制御部１８からの命令に基づいてその排気速度を調整するようになっている。
支持台３は、アルミやステンレス鋼材等の金属材料からなる基台８の表面に、後述する粗面化被膜９を設けて構成されている。

本実施の形態の場合、支持台３には、粗面化被膜９と基台８とを貫通する微細な導入孔１０が複数設けられている（図中では概念的に一つ描かれている）。そして、装置外部の図示しないガス源からガス導入管１１を介して導入孔１０に温度制御ガス１２を導入し、支持台３と塗布対象物２との間の後述するガス流路２１に温度制御ガス１２を導くように構成されている。
ここで、温度制御ガス１２は、温度制御部１３からの命令に基づきヒーター１４によって加熱され所定の温度に制御されるようになっている。

本発明の場合、温度制御ガス１２は、特に限定されるものではないが、温度制御効率及び雰囲気汚染防止の観点からは、クリーンドライ状態の空気又はヘリウム、アルゴン、窒素等の不活性ガスを用いることが好ましい。
さらに、支持台３と塗布対象物２との間に導入された温度制御ガス１２は、支持台３の粗面化被膜９と基台８とを貫通するように設けられた導出孔１５及び導出管１６を介して装置外部に排出されるようになっている。

本実施の形態の場合、フード６内には、放射熱温度計１７が設けられている。この放射熱温度計１７は、塗布対象物２に対向配置され、塗布対象物２が放射する赤外線（放射エネルギー）を測定することによって塗布対象物２の表面の温度を検出する機能を有するもので、上述した温度制御部１３に接続され、測定した結果を温度制御部１３に出力するようになっている。

フード６内の塗布対象物２の表面近傍には、濃度センサー１９が配置されている。この濃度センサー１９は、塗布対象物２の表面に着弾したインク４から蒸発するインク溶剤の濃度を検出し、その結果を排気制御部１８に出力するようになっている。
さらに、フード６内には、圧力計２０が配置されている。この圧力計２０は、フード６内の圧力を検出し、その結果を排気制御部１８に出力するようになっている。

図２（ａ）（ｂ）は、本実施の形態の支持台の表面を示す拡大模式図である。
図２（ａ）（ｂ）に示すように、支持台３の基台８表面に設けられた粗面化被膜９は、その表面に多数の凹凸状のガス流路２１を形成して構成されている。

本発明では、この粗面化被膜９のガス流路２１により、支持台３上に塗布対象物２を配置した場合に塗布対象物２の下面との間に隙間が形成され温度制御ガス１２が流れるようになっている。

本発明の場合、粗面化被膜９の凹凸の程度は表面粗さ（Ｒａ）を用いて規定する。この場合、表面粗さの値は特に限定されることはないが、支持台３と塗布対象物２との間に温度制御ガス１２を確実に滞留させて塗布対象物２における温度分布をより均一にする観点からは、２０ｎｍ〜３００ｎｍとすることが好ましい。
また、粗面化被膜９を構成する材料は特に限定されることはないが、塗布対象物２との間の静電気を低減する観点からは、高純度のアルミナ又は導電性のフッ素樹脂を用いることが好ましい。

さらに、粗面化被膜９の膜厚は特に限定されることはないが、必要な強度を確保しつつ塗布対象物２との間の静電気を低減する観点からは、５０μｍ〜５００μｍとすることが好ましい。
さらにまた、粗面化被膜９の形成方法は特に限定されることはないが、被膜形成の容易さの観点からは、プラズマ溶射法を用いて形成することが好ましい。

このような構成を有する本実施の形態のインク塗布装置１においては、図１に示すように、塗布対象物２を支持台３の上に配置し、インクジェットヘッド５を塗布対象物２に対向して移動させながら、塗布対象物２の表面にインク４を吐出して塗布膜を形成する。
その際、支持台３と塗布対象物２の間のガス流路２１に、所定の温度の温度制御ガス１２を常時流すようにする。

本実施の形態の場合、ガス流路２１を流れる温度制御ガス１２の温度は、塗布対象物２の表面の温度を放射熱温度計１７によって検出し、その検出結果に基づいて調整する。
具体的には、放射熱温度計１７による検出結果に基づいてヒーター１４を動作させ、ガス導入管１１を流れる温度制御ガス１２の加熱具合を調整する。そして、この検出・調整は、塗布対象物２の表面上にインク４を塗布し塗布膜が形成されるまで継続する。

この場合、塗布対象物２の表面の温度は、特に限定されることはないが、塗布対象物２の表面により均一な厚さの塗布膜を形成させる観点からは、２０〜８０℃に調整することが好ましい。
また、塗布対象物２の表面の温度分布は、特に限定されることはないが、塗布対象物２の表面により均一な厚さの塗布膜を形成させる観点からは、±１℃とすることが好ましい。

さらに、この塗布膜を形成する際には、塗布対象物２の表面に着弾したインク４から蒸発するインク溶剤の塗布対象物２の表面近傍の濃度を濃度センサー１９で検出するとともに、フード６内部の圧力を圧力計２０で検出し、それぞれの検出結果に基づいてヘパフィルタ７によって排気量を調整しつつフード６の内部の雰囲気を排気する。

以上述べたように本実施の形態においては、塗布対象物２を支持する支持台３の表面に凹凸状のガス流路２１が設けられており、インク４を塗布する際、支持台３と塗布対象物２との間のガス流路２１に温度制御ガス１２を導入して流すことにより塗布対象物２の表面温度を制御することから、塗布対象物２表面の温度を常時一定に維持することができ（例えば、±１℃）、これによりインク４の凝固速度を一定にして塗布対象物２の表面に均一な厚さの塗布膜を形成することができる。

また、本実施の形態においては、塗布対象物２の表面温度を測定する放射熱温度計１７を有し、この放射熱温度計１７によって測定された結果に基づいて温度制御ガス１２の温度を制御することから、より高精度の塗布対象物２の温度制御ができる。

さらに、本実施の形態においては、フード６内の塗布対象物２近傍のインク溶媒の濃度を測定する濃度センサー１９と、フード６内の圧力を測定する圧力計２０とを有し、濃度センサー１９と圧力計２０によって測定された結果に基づいてフード６内の雰囲気を排気することから、塗布対象物２の表面上に形成されるインク４の塗布膜の膜厚を精密に制御することができる。

＜基台表面上に形成した粗面化被膜の表面粗さＲａの決定＞
ステンレス鋼材製の基台上に、高純度アルミナ材をプラズマ溶射法により溶射して、膜厚が２００μｍの粗面化被膜を形成した支持台を用いた。

そして、この支持台上に塗布対象物としてガラス基板（４００ｍｍ×５００ｍｍ×厚さ０．７ｍｍ）を配置し、支持台とガラス基板との間のガス流路に、温度５０℃に設定したクリーンドライ窒素を流しながら、放射熱温度計によりガラス基板上の２５箇所の温度を測定してガラス基板表面の温度分布を求めた。その結果を図３に示す。
図３から、粗面化被膜の表面粗さＲａが、２０〜３００ｎｍの場合に、ガラス基板表面の温度分布が、±１℃程度に維持できることがわかる。

＜支持台上に設置した塗布対象物へのインクの塗布＞
（実施例）
ステンレス鋼材の基台上に表面粗さＲａが５０ｎｍで膜厚が２００μｍの高純度アルミナ材からなる粗面化被膜を形成した支持台上に、塗布対象物として上記ガラス基板を配置した。
次いで、支持台とガラス基板との間にクリーンドライ窒素ガスを導入し、放射熱温度計によりガラス基板の表面温度を測定して、ガラス基板の表面温度が６０℃となるように調整した。

そして、インクジェットヘッドからインクを吐出して、ガラス基板上に配線パターンを形成した。この配線パターン形成する際には、濃度センサーによってガラス基板の近傍のインク濃度を測定するとともに、圧力計によってフード内の圧力を測定し、これらの測定結果に基づき、排気装置からの排気量を調整した。
このようにして形成した配線パターンの一部の電子顕微鏡写真を図４に示す。

（比較例）
ガラス基板の表面温度を９０℃に設定した以外は、実施例と同様にしてガラス基板上に配線パターンを形成した。
このようにして形成した配線パターンの一部の電子顕微鏡写真を図５に示す。

図４から明らかなように、ガラス基板上の表面温度を６０℃に維持した実施例の場合には、ガラス基板上に塗布されたインクが、均一な膜厚の配線パターンを形成していることがわかる。

一方、図５から明らかなように、ガラス基板上の表面温度を９０℃に維持した比較例の場合には、ガラス基板上に塗布されたインクのパターンの表面には痘痕のようなものが形成され、不均一な厚さの配線パターンが形成されていることがわかる。

本発明の実施の形態に係るインク塗布装置の概略構成図 同実施の形態の支持台の表面を示す拡大模式図 基板表面の温度分布と粗面化被膜の表面粗さとの関係を示すグラフ 基板の表面温度を６０℃に維持して形成された配線パターンの一部の電子顕微鏡写真 基板の表面温度を９０℃に維持して形成された配線パターンの一部の電子顕微鏡写真

符号の説明

１…インク塗布装置 ２…塗布対象物 ３…支持台 ４…インク ５…インクジェットヘッド ６…フード ７…ヘパフィルター ８…基台 ９…粗面化被膜 １０…導入孔 １１…ガス導入管 １２…温度制御ガス １３…温度制御部 １４…ヒーター １７…放射熱温度計 １９…濃度センサー ２０…圧力計 ２１…ガス流路

Claims (9)

1. 気密的なフード内において支持台に支持される塗布対象物に対してインクを塗布するインク塗布装置であって、
   前記支持台の表面に温度制御ガスを流すための凹凸状のガス流路が設けられ、
   所定の温度に制御された前記温度制御ガスを前記ガス流路に導入するように構成されているインク塗布装置。
2. 前記塗布対象物の表面温度を測定する温度計を有し、当該温度計によって測定された結果に基づいて前記温度制御ガスの温度を制御するように構成されている請求項１記載のインク塗布装置。
3. 前記フード内の当該塗布対象物近傍のインク溶媒の濃度を測定する濃度センサーと、当該フード内の圧力を測定する圧力計とを有し、当該濃度センサーと当該圧力計によって測定された結果に基づいて当該フード内の雰囲気を排気するように構成されている請求項１又は２のいずれか１項記載のインク塗布装置。
4. 前記支持台のガス流路は、金属材料の表面を粗面化した粗面化被膜によって形成されている請求項１乃至３のいずれか１項記載のインク塗布装置。
5. 前記粗面化被膜は、その厚さが５０μｍ〜５００μｍである請求項１乃至４のいずれか１項記載のインク塗布装置。
6. 前記粗面化被膜は、その表面粗さが２０ｎｍ〜３００ｎｍである請求項１乃至５のいずれか１項記載のインク塗布装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載のインク塗布装置を用いてインクを塗布する方法であって、
   インクジェットヘッドからインクを吐出し、支持台に支持された塗布対象物の表面にインクを塗布する際に、
   前記支持台と前記塗布対象物との間の前記ガス流路に、所定の温度に制御した温度制御ガスを導入して流すことにより、塗布対象物の表面温度を制御するインクの塗布方法。
8. 前記塗布対象物の表面温度を、２０〜８０℃に制御する請求項７記載のインクの塗布方法。
9. 前記塗布対象物の表面温度分布が±１℃となるように制御する請求項７又は８のいずれか１項記載のインクの塗布方法。