JP2009095690A - インクジェットヘッド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のノズルを有するインクジェットヘッドを用いて、基板上の複数箇所に材料を塗布する装置において、ヘッド取付けの際の目標位置からのズレを計測し、効率よくかつ高精度に修正することで、歩留まり良く製品基板を製造する。
【解決手段】装置に複数個設置してあるインクジェットヘッドにおいて、中央のヘッドを基準とし、ノズルカメラを用いて該ヘッド１の両端ノズル（ピッチｄ）の位置を計測することにより、全てのヘッドを予め位置補正する。さらに、調整用基板に材料をパターン塗布し、塗布ドットの位置を観測することで目標位置からのズレ（ピッチＤ）を計測し、その差分から移動量を計算し、各ヘッド間のノズルのＸＹθ方向位置補正を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、液滴を吐出する液滴吐出装置に関し、更に詳細には、ヘッド移動フレーム移動型のマルチヘッドのインクジェット液滴塗布装置に関する。

インクジェットヘッドとは気泡又は圧電素子を利用して、少量の液滴を高精度に吐出するための装置であり、インクジェット塗布装置はそれを使用して高精度・高機密な液滴塗布を実現すること目的とした装置として近年注目を集めており、さまざまな分野での適用が期待されている。

特許文献１に記載のように、塗布対象となる基板に大型化に伴い、装置実装されるインクジェットヘッドも増加しており、基板への高精度塗布において、それらインクジェットヘッドの取付け時のズレによるノズル位置のばらつきが、塗布性能に大きな影響を及ぼす。そこで治具を使用してのヘッド取付けや、ノズル観測による位置補正のなどで、ノズル位置精度の向上を図る必要がある。

特開２００４−１４８１８０号公報（図１）

特許文献１の方法では、ヘッド部に設けたカメラにより、基板に吐出された液滴状態を観測して、取り付けの基準位置からのズレ量を計算し、ヘッドを移動することにより補正を行っていた。また、固定カメラにより塗布液の飛翔状況から塗布量を観測するようにしていた。

しかし、この方法ではヘッド毎の射出速度・射出角度の違いにより、実際に塗布した場合、各ヘッド間での塗布状態に差が発生し、膜にスジムラが発生してしまう可能性がある。また、試験用に基板を準備する必要があり、試験用の吐出も行う必要があり塗布液の無駄も生じる。

本発明の目的は、従来のノズル位置の検出結果に基づくノズル位置の補正の他に、塗布後の基板上の各ドット位置をドット位置検出カメラで観測して、塗布ずれ量を求めて、ノズル位置を補正すると共に、実際の吐液滴の飛翔状態を観測して、その観測結果に基づいて吐出制御することで、高精度の塗布を実現した塗布装置を提供することにある。

ヘッドの射出状態の違いによる影響をなくす為、基板にパターン塗布を行い、その塗布ドットの位置ズレをカメラにて計測し移動量を計算し、ヘッドをＸＹθ方向に移動することで、位置補正を行う。

本発明では、インクジェットヘッドの射出速度、射出角度等のバラツキは、単一ヘッドにおいては比較的小さいものであるが、配列した各ヘッドのノズル間では、製造時に生じる初期特性バラツキによるものが非常に大きいこと、装置設置の際の取付け誤差が生じること、又は塗布を行う際の環境変化、即ち、例えば気温変化、使用材料の粘度変化、目詰まり等による前記インクジェットヘッドの経時特性変化の影響が大きいことに着目し、塗布を行う直前に、各ヘッド毎の射出特性を測定し、前記測定結果に基づき塗布制御することによって、塗布ドット毎の位置バラツキを軽減し、均一でムラのない高品質なパネルを製造できる。

インクジェット塗布装置を例に、本発明の実施例を説明する。

図１〜２にはインクジェット塗布装置として６個のインクジェットヘッドを装着したものの概観図を示す。

本インクジェット装置では、塗布対象物である基板２１を載置し、図示していない吸引吸着機構にてステージ面上に固定する基板ステージ２０が設けてある。この基板ステージ２０を跨ぐように構成され、前後方向に移動可能な移動フレーム２が設けてある。この移動フレーム２にはフレームの長手方向（左右方向）に移動可能に前方側に３個のインクジェットヘッド１（以下ヘッドと略称する）が、同じく後方側に３個のヘッド１が設けてある。移動フレーム２の両足の部分にはリニアモータを設けた移動ステージ１７が設けてあり、架台側に設けたリニアレール１８上を、リニアモータを駆動することで前後方向に移動する。また、図示していないが移動ステージ１７には移動フレーム２を上下動させる機構も備えている。各ヘッド１はヘッド移動機構３に連結されており、ヘッド移動機構３は移動フレーム２に固定されている。

ヘッド移動機構３には取付けブラケット４を介してヘッド１が装着されており、基板ステージ２０に対してヘッド１の吐出口（ノズル９）が間隔をあけて平行になるように配置されている。それらヘッド移動機構３、取付けブラケット４及びヘッド１の組合せが前列に３個、後列３個の計６個が移動フレーム２に千鳥状に設置されている。また、装置（基板ステージ２０）前方（又は後方）にはノズルカメラ６及び飛滴検査カメラ７が設置されている。ノズルカメラ６はヘッド１のノズルを観測できるように、上方に向けて設置され、飛滴検査カメラ７はノズル９から吐出された液滴の状態を観測するために水平方向に向けて設置されている。また、図２に示すように移動フレーム２の後方（又は前方）側には移動フレーム２の後方側ヘッドを覆うカバーが設けてあり、そのカバー部分に塗布ドット検査カメラ８が取付けられている。この塗布ドット検査カメラ８は基板面上に塗布された液滴の状態を観測するために、下向きに設置してある。この塗布ドット検査カメラ８はカバー部に設けたリニアレール２２に沿ってフレーム２の長手方向に移動できるようにリニアモータを備えている。

次に、装置の各部分の機能及び動きについて説明する。

図３に示すように、各ヘッド１は底面に液材料を吐出するための複数のノズル９が二次元で複数列配置されている。また、各ヘッド１にはノズル９から液滴材料を吐出するためのピエゾ駆動機構を内蔵している。また、ノズル９は等間隔で配置されている。本実施例ではノズル９を２列に千鳥配列しているが、これに限らず、１列でもよく、さらに列を増やしたものでもよい。

図４に示すように、ヘッド移動機構３は３個のクラッチ１０，１１，１２及びシャフト１３，１４，１５及び駆動力伝達ボックス３５を備えている。クラッチ１０はヘッド１をシャフト１３に連結解除するもので、クラッチ１０をＯＮすることで、ヘッドをＸ軸方向に移動できるものである。クラッチ１１はシャフト１４とヘッド１を連結解除するためのもので、クラッチ１１をＯＮすることでヘッド１をＹ軸方向に移動させるものである。クラッチ１２はヘッド１をシャフト１に連結解除するためのもので、クラッチ１２をＯＮすることでヘッド１をθ方に回転させるためのものである。各シャフト１３，１４，１５は連結部１６に内蔵されたヘッド駆動用モータで回転される。そのため、各クラッチをＯＮ/ＯＦＦすることで、各取付けブラケットとそれに装着されたヘッドを選択して、任意にＸ・Ｙ・θ方向に移動することができる。

先に説明したように、移動フレーム２は移動ステージ１７を介してリニアレール１８に設置されており、移動フレーム２は移動ステージ１７に対し垂直方向に上下に移動するための駆動機構と、リニアレール１８に沿って前後方向に移動する駆動機構を有している。

また、各ヘッド１のノズルの状態を観測して、各ノズルの詰りを検出して、ノズルの清掃やヘッドの交換を行うためのノズルカメラ６が設けてある。さらに、ノズルから吐出された液滴の飛翔状態を観測するための飛滴検査カメラ７が設けてある。図５にはノズルカメラの観測状況を、図６には複数のヘッドの吐出口の配置状態を示している。ノズルカメラで観測した結果や、これまでのノズルの使用来歴等を用いて図示していない制御部で清掃すべきか、あるいはヘッドを交換すべきかの判断を行い、この判断結果に基づいた処理を行うようになっている。

前述の、ノズルカメラ６および飛滴検査カメラ７は、基板ステージ２０の前方側に設けた、同軸の移動レール１９に左右方向に移動可能に設置されている。まず、移動フレーム２が上昇した（各ヘッドが上方の）状態で、移動フレーム２に設けてあるヘッド１のノズル位置がノズルカメラ６の位置（移動レール位置）になるように、リニアレール１８に沿って移動フレーム２が移動する。次に、観測するヘッド１のノズルの位置までノズルカメラ６を移動することで、各ヘッド１のノズルの状態を下側から観測できる。また、飛滴検査カメラ７は、各ヘッドから射出される飛滴を観測できる位置に移動し、飛滴に標準を合わせて、ノズル面と平行に移動しながら飛滴の観測をする。この飛滴を観測することで、ヘッド１のずれノズル９の詰り等を予測できると共に、ヘッド１の駆動制御のための情報として使用する構成になっている。この飛滴の観測時には、できれば、真空吸着などにより、基板ステージ２０上に調整用基板２１を設置し、移動フレーム２を上下方向に移動することで各ヘッドと基板２１とのギャップを制御し、移動フレーム２の前後方向の移動速度（即ち塗布速度）を制御して基板２１への材料塗布を実施する。この際、移動速度と各ヘッドの射出のタイミングを制御することで、さまざまなパターンの塗布が可能である。なお、調整用基板を用いずに実際の塗布状態で上記制御を行うようにしても良い。

図７に塗布ドット検査カメラの観測状況を示す。図８に塗布ドットの拡大図を示す。この塗布ドット検査カメラ８は図２で示したように、移動フレーム２の後部側に移動フレーム２の長手方向に移動可能に設けてある。すなわち、塗布ドット検査カメラ８は、移動フレーム２に設けたリニアレール２２に設けてあり、このリニアレール上を塗布ドット検査カメラ８が移動（左右方向）し、かつ移動フレーム２を上下前後に移動することで、基板２１に塗布された塗布ドット２６を観測することができる。この塗布ドット検査カメラ８で基板２１を捉えた画像から、基板上に塗布された塗液滴の位置を求めて、ノズルの位置補正を行うものである。

次に、ノズル位置補正（キャリブレーション）方法について図９を用いて説明する。図９にノズル位置調整方法のフローチャートを示す。
まず、第一段階としてノズルカメラ６による検査結果に基づいて各ノズルの位置補正（従来方法）を実施する。手順としては、まず、基板ステージ２０、及び移動フレーム２を動作させてノズルカメラ６の位置にヘッドを移動する。次に、
（１）前列中央のヘッド１を基準とし、ヘッド１の両端ノズル２３、２４の位置をノズルカメラ６で観測し、座標をＸ１，Ｙ１とする。
（２）ノズルカメラ６と塗布ドット検査カメラ８の座標補正を実施する
（３）移動フレーム２と塗布ドット検査カメラ８の座標補正を実施する
（４）ヘッド１の端部のノズル２３と隣接ヘッド３０のヘッド１側のノズル２５とのズレ量ｄｘ、ｄｙ、ｄθを算出し、ヘッドの位置調整を実施する（図６参照）。
（５）同様に全ヘッド間で調整した後、ノズルカメラ６で両端ノズルの位置を算出する。続いて第二段階として塗布ドット検査カメラを用いて、基板上の塗布ドット２６を観測し、観測結果からドットの位置ずれ量を求め、ヘッドの吐出位置の補正を実施する。
（６）全ヘッドにて調整用基板２１にパターン塗布を実施する
（７）塗布ドット２６の位置を位塗布ドット検査８カメラで観測する
（８）ノズルカメラと塗布ドット検査カメラの座標補正を実施する
（９）移動フレームと塗布ドット検査カメラの座標補正を実施する
（１０）ヘッド１の塗布ドット２７と隣接ヘッド３０の塗布ドット２９とのズレ量Ｄｘ、Ｄｙ、Ｄθを算出し、ヘッドの位置調整を実施する（図８参照）
（１１）同様に全ヘッド間で調整した後、ノズルカメラ６で両端ノズルの位置を算出
（１２）以上でキャリブレーションを終了する
また、基板とのギャップを基板の撓みに合わせて校正するためのセンサを搭載することで、更に塗布精度を向上することが可能である。

インクジェット塗布装置の全体構造を示す図である。 塗布装置の後方を示す図である。 インクジェットヘッドのノズル配列を示す図である。 ヘッド移動機構の詳細を示す図である。 ノズルの観測方法を示した図である。 ノズル観測による位置補正方法を示した図である。 塗布ドットの観測方法を示した図である。 図７の塗布ドットの部分拡大図である ノズル位置調整方法のフローチャートである。

符号の説明

１…インクジェットヘッド、２…移動フレーム、３…ヘッド移動機構、４…ブラケット、６…ノズルカメラ、７…飛滴検査カメラ、８…塗布ドット検査カメラ、９…ノズル、１７…移動ステージ、１８…リニアレール、２０…基板ステージ。

Claims (4)

1. 複数のノズルを、二次元で直線状に数列配置したインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドを複数設置可能な移動フレームと、各種基板が設置可能な基板ステージと、を備えたフレーム移動型液材料塗布装置において、
   前記インクジェットヘッドを設置するための取付けブラケットと、前記取付けブラケットをＸＹθ方向に任意に駆動する機能を有するヘッド移動機構と、各部分の状態を観測するためのカメラと、を備えたことを特徴とするインクジェット装置。
2. 請求項１に記載の移動フレームにおいて、
   前記インクジェットヘッドと前記ヘッド移動フレームを支持する移動ステージに、前記移動フレームを上下方向に移動するための駆動機構を有することを、特徴とするインクジェットヘッド装置。
3. 請求項１に記載の基板ステージにおいて、
   真空吸着により基板を固定するための吸着ホールと、真空引きを行うための機構を有することを、特徴とするインクジェットヘッド装置。
4. 請求項１に記載のインクジェットヘッド装置において
   前記カメラは、前記インクジェットヘッドのノズルを観測するノズルカメラと、
   前記インクジェットヘッドより吐出される微小液滴の状態を観測する飛滴検査カメラと、前記インクジェットヘッドにより前記ステージ上の基板に塗布された液滴の状態を観測する塗布ドットカメラであることを、特徴とするインクジェットヘッド装置。

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