JP2009095791A - インクジェット式塗布装置の吐出準備方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板Ｓへのインクの塗布に先立って、待機位置で各塗布ヘッド３からの滴下速度を調節する際に、吐出不能または吐出不良が生じている塗布ノズルがあれば、その都度回復動作を行うことで、調節時間の実質的な短縮が可能で吐出調節精度の高いインクジェット式塗布装置の吐出準備方法を提供する。
【解決手段】 複数個の塗布ヘッド３に対しインクタンク５からインクを供給し、各塗布ヘッドに設けた圧電素子３５に所定の駆動パルス電圧を印加して塗布ヘッドからインクをそれぞれ滴下させて当該インクの滴下速度を検出し、塗布ヘッドからのインクの滴下速度が所定の範囲に含まれるように全塗布ヘッドの圧電素子への印加電圧を順次調節する。そのとき、滴下速度が所定の範囲に含まれないと、その塗布ヘッドの圧電素子に印加し得る最大駆動電圧及び最大駆動周波数のうち少なくとも一方で当該圧電素子に駆動パルス電圧を印加し、吐出の回復動作を行う。
【選択図】 図４

Description

本発明は、インクジェット式塗布装置の吐出準備方法に関する。

フォトリソグラフィー工程を経ることなく基板上に微細な導電パターン等を直接形成するためにインジェット式塗布装置を用いることが知られており、近年では、薄膜トランジスタ基板の製作工程において数μｍの高精細なソース・ドレイン電極パターンを形成すること、または、フラットパネルディスプレイ用のカラーフィルター、配向膜やスぺーサーを形成することにも利用されている。

上記用途に利用されるインクジェット式塗布装置としては、塗布ヘッドからのインクの吐出量の調節が容易であることから、インク通路内に圧電素子（ピエゾ素子）を設けたものを使用することが一般的である。但し、この種のインクジェット式塗布装置においては、塗布ヘッドから吐出されたインクの吐出量にばらつきがあると、塗布パターンに厚みむらが生じ、製品歩留まりを低下させることになる。

そこで、塗布ノズルから吐出（滴下）されるインク滴の大きさ（インク吐出量）がインクの滴下速度に比例し、また、塗布ノズルからのインクの滴下速度が圧電素子に印加する駆動パルス電圧に比例することに着目し、塗布ノズルからのインクの滴下速度が所望の規定速度範囲内となるように、各塗布インク毎に圧電素子への駆動パルス電圧を調節するようにしたインジェット式塗布装置の吐出準備方法が特許文献１で知られている。
特開２００２−２０７１１２号公報

上記特許文献１記載のような圧電素子への印加すべき駆動パルス電圧の調節は、通常、インクを塗布すべき基板から離間した待機位置において、例えばメンテナンス後に基板へのインクの塗布に先立って行われる。このような場合、塗布ヘッドに通じるインク通路に気泡が発生し、または、異物が混入していることで、塗布ヘッドのうちいずれかが、インクが全く吐出されない吐出不能状態またはインクの吐出量が低下した吐出不良状態となっていることがある。このときに、上記特許文献１記載のような圧電素子への駆動パルス電圧の調節を無理やり行っても、吐出状態が回復しなければその調節に余分な時間がかかるだけである。

また、塗布ヘッドのうちいずれかの圧電素子への駆動パルス電圧の調節ができないため、これを放置し、正常な塗布ヘッドのみに対し上記調節を行い、その後に各塗布ヘッドに対しパージ動作などのメンテナンスを再度行うのでは、調節した塗布ヘッドの吐出状態がさらに変化する虞がある。この場合、滴下速度の再調節が必要になって前回の調節が無駄になり、さらに余分な時間がかかることになる。

そこで、本発明の課題は、上記点に鑑み、処理すべき対象物へのインクの塗布に先立って待機位置で各塗布ヘッドからの滴下速度を調節する際に、吐出不能または吐出不良が生じている塗布ノズルがあれば、その都度回復動作を行うことで、調節時間の実質的な短縮が可能で吐出調節精度の高いインクジェット式塗布装置の吐出準備方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のインクジェット式塗布装置の吐出準備方法は、複数個の塗布ヘッドに対しインクタンクからインクを供給し、各塗布ヘッドに設けた圧電素子に所定の駆動パルス電圧を印加して塗布ヘッドからインクをそれぞれ滴下させて当該インクの滴下速度を検出し、塗布ヘッドからのインクの滴下速度が所定の範囲に含まれるように全塗布ヘッドの圧電素子への印加電圧を順次調節していくインクジェット式塗布装置の吐出準備方法であって、前記塗布ヘッドからインクを滴下させたときの当該滴下速度が所定の範囲に含まれないと、その塗布ヘッドの圧電素子に印加し得る最大駆動電圧及び最大駆動周波数のうち少なくとも一方で当該圧電素子に駆動パルス電圧を印加し、吐出の回復動作を行うようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、塗布ヘッドの待機位置における吐出量調節時に、吐出不良または吐出不能状態のものがある場合、圧電素子へ印加すべき駆動パルス電圧の調節を無理やり行なわず、通常のインク吐出時の駆動パルス電圧より高い最大電圧及び最大周波数の少なくとも一方で駆動パルス電圧を印加し、その都度吐出状態を回復させる。その後に、インク滴の滴下速度の調節が行なわれる。結果として、調節時間を短縮でき、高い精度で吐出調節を行うことができる。なお、吐出状態の回復を行っても、回復しない場合には、その時点で滴下速度の調節を終了し、各塗布ヘッドに対しパージ動作などのメンテナンスを行う。これにより、滴下速度の調節に余分な時間がかかることをさらに防止できる。

また、本発明においては、前記塗布ヘッドからインクを滴下させたときに塗布ヘッドのノズル端からの延長線に対するインクの飛翔角をさらに検出し、当該飛翔角が所定の範囲に含まれないと、吐出不良があると判断し、前記吐出の回復動作を行うようにすれば、さらに高い精度で吐出調節ができてよい。

ここで、本発明のおいては、どうような原因で吐出不良状態が生じているかは把握できないものの、前記吐出の回復動作の際に、最大駆動電圧まで圧電素子に印加する駆動パルス電圧を段階的に増加させていけば、所定の段階でその状態に適した駆動パルス電圧が印加されて吐出の回復がなされてよい。

他方で、前記吐出の回復動作の際に、最大駆動周波数まで圧電素子に印加する駆動パルス電圧の周波数を段階的に増加させる構成を採用してもよい。

なお、一回の吐出準備において全塗布ノズルからのインクの滴下速度が所定の範囲に含まれるように調整するため、前記吐出の回復動作は、連続して複数回行われるようにしておくことが好ましい。

また、インク種や処理すべき対象物に応じて、前記滴下速度または飛翔角が適切となる所定の範囲を変更自在としておくことが好ましい。

図１及び図２を参照して説明すれば、１は、本実施の形態のインクジェット式塗布装置である。インクジェット式塗布装置１は、ガラス基板やシリコンウエハなどの処理すべき所定の基板（対象物）Ｓが位置決めして載置される基板ステージ２と、基板ステージ２の上方において、基板ステージ２に載置した基板Ｓに対しインクを吐出して塗布するための複数個の塗布ヘッド３とを具備する。

各塗布ヘッド３は、後述するノズル端が同一平面上に位置するように等間隔で列設され、図示しない駆動手段に連結されたホルダ４で保持されている。そして、図示しない制御手段からの制御により、各塗布ヘッド３が基板Ｓ上をＸ−Ｙ方向に一体に移動し、所定のパターンでインクを塗布する。

図３に示すように、同一構造の各塗布ヘッド３はヘッド本体３１を有し、ヘッド本体３１の下端には、基板Ｓに向かい合うようにノズル３２が形成されている。ノズル３２は、インク通路３３を介して所定容積のインクチャンバ３４に連通している。インクチャンバ３４には、当該インクチャンバ３４内の容積を変化させるために公知の構造の圧電素子（ピエゾ素子）３５が設けられている。圧電素子３５は公知の構造を有する電圧制御回路（図示せず）に接続され、一定の範囲の電圧及び周波数で所定の駆動パルス電圧が印加されるようになっている。

また、インクチャンバ３４の上流側（図３で上側）には、他のインク通路３６が連通している。ノズル本体３１上面に通じるインク通路３６の端部には、インク供給管３７が接続され、当該インク供給管３７の他端が、塗布ヘッド３の上方に位置させて配置され、所定のインクが収納されているインクタンク５（インク収納部）に接続されている。

ここで、インクタンク５に収納されているインク５については、基板表面に形成しようとするものに応じて適宜選択され、例えば、フラットパネルディスプレイ用のスぺーサーを形成する用途のものであれば、スペーサー粒子、バインダ、溶剤からなるインクが用いられる。

インクタンク５には、図示しないバキュームポンプ等の吸引手段が付設され、当該吸引手段を作動させてインクタンク５内を大気圧より低い圧力（負圧）にすることで、塗布ヘッド３内のインクがノズル３２からインクが吐出しないようにインクタンク５に向かって引き込まれている。そして、電圧制御回路により圧電素子３５に所定の駆動パルス電圧を印加して変形させると、例えばインクチャンバ３４内の容積が増加してその内部の圧力が低下することで、インク供給管３７からインク通路３６を経てインクがインクチャンバ３４内に引き込まれる。そして、電圧印加を停止すると、圧電素子３５が元状態に戻り、インクチャンバ３４内の容積が減少してその圧力が増加し、ノズル３２からインクが押し出されて吐出される。

また、基板ステージ２の一側には、上面を開口した略箱状のインク受け部６が設けられ、このインク受け部６上方の空間が、各塗布ヘッドが基板Ｓが基板ステージ２から離間した待機位置を構成する（図１及び図２参照）。インク受け部６の外側壁にはナット部材７１が設けられ、ナット部材７１には、モータ等の駆動手段を備えた送りねじ７２が螺合し、これにより、インク受け部６が塗布ヘッド３に対し昇降自在となっている。

また、インク受け部６の底面には、列設した各塗布ヘッド３のノズル３２端をそれぞれ密閉する一体形状のキャップ８が設けられている。そして、各塗布ヘッド３を待機位置に移動させた後、当該インク受け部６を上昇させると、各塗布ヘッド３のノズル３２端にキャップ８が装着されるようになっており、基板Ｓへの塗布を行わないときに、乾燥防止等の役割を果たす。

また、キャップ８の長手方向の一側には、公知の構造のワイパーブレード９が立設されており、ワイパーブレード９の先端が各ノズル３２端に接触する位置までインク受け部６を下降させた後、各塗布ヘッド３をＸ方向に移動させると、各塗布ヘッド３のノズル３２端に沿ってワイパーブレード９が滑動し、当該ノズル３周辺のインク滴を払拭できる。

ここで、例えばメンテナンスを行った後に、待機位置においては、各塗布ヘッド３を基板Ｓ上方に移動させて当該基板３へのインクの塗布を行うのに先立って、ノズル３２からキャップ８を離脱させ、各塗布ヘッド３からのインクの吐出可能なメニスカスの形成した後、各塗布ヘッド３からのインク滴の滴下速度の調節（吐出準備）が行われる。

このようなインク滴の滴下速度の調節ために、インク受け部６には、公知の構造を有するストロボ発光装置６１と、ストロボ発光装置６１の各ストロボ発光により各塗布ヘッド３のノズル３２端から吐出されたインク滴の位置を検出するＣＣＤカメラ等の観察装置６２とが設けられている。そして、図示しない制御手段によりストロボ発光間隔内におけるインク滴の移動距離からインク滴の吐出速度及びノズル３２からの延長線に対するインクの飛翔角が検出できるようになっている。そして、吐出準備においては、当該吐出速度が所定の範囲に含まれるように、電圧制御回路からの印加電圧または周波数が適宜調節される。

ここで、メンテナンス等を行った後、上記吐出準備を行う際に、インク供給管３７並びにヘッド本体３１内のインクチャンバ３４及びインク通路３３、３６に気泡が発生し、または、異物が混入し、塗布ヘッド３のうちいずれかが、インクが全く吐出されない吐出不能状態またはインクの吐出量が低下した吐出不良状態となっている場合がある。

本実施の形態では、各塗布ヘッド３からの滴下速度の調節（吐出準備）を順次行う場合に、上記検出したインクの滴下速度及び飛翔角の少なくとも一方から吐出不能状態または吐出不良状態の塗布ヘッド３を判別し、吐出不良または吐出不能の塗布ヘッド３があれば、その都度、電圧制御回路により圧電素子３５に印加し得る最大駆動電圧及び最大駆動周波数のうち少なくとも一方で当該圧電素子３５に駆動パルス電圧を印加し、吐出の回復動作を行うようにした。以下に、図４を参照して、本実施の形態のインクジェット式塗布装置１における吐出準備方法について具体的に説明する。

先ず、図示しない制御手段に、電圧制御回路により各塗布ヘッド３の圧電素子３５に当初印加する電圧及び周波数（設定駆動波形）と、基板Ｓへのインク塗布時におけるインク滴の規定速度範囲と、吐出不良を判断するインク滴の吐出速度の閾値やインク滴の飛翔角の閾値など吐出不良条件を入力する（Ｓ１）。

次いで、塗布ヘッド３の待機位置において、インク受け部６を下降させ、各塗布ヘッド３から吐出されたインク滴の吐出速度がストロボ発光装置６１と、観察装置６２とにより検出できる位置まで移動させる。この場合、各塗布ヘッド３のノズル３２端からキャップ８が離脱されており、インク滴が吐出可能となっている。

次いで、列設した塗布ヘッド３のうち長手方向一端に位置するものから、その圧電素子３５に、上記設定した駆動波形の駆動パルス電圧を印加し、観察装置６２によりインク滴の有無を確認する（Ｓ２）。インク滴が確認できないと、制御手段により吐出不能が発生していると判断される。このとき、第１の吐出回復処理が実行される（Ｓ３）。即ち、上記設定された駆動パルス電圧のうち電圧のみを、電圧制御回路を介して圧電素子３５に印加し得る最大電圧に変更して印加する。この処理に際して、制御手段に、第１の吐出回復処理時の電圧、印加時間や印加回数などの条件が適宜設定されている。

次いで、上記第１の吐出回復処理が終了すると、観察装置６２によりインク滴の有無を再度確認する（Ｓ４）。このとき、インク滴が未だ確認されないと、第２の吐出回復処理が実行される（Ｓ５）。即ち、上記設定された駆動パルス電圧のうち周波数のみを、電圧制御回路を介して圧電素子に印加し得る最大周波数に変更して印加する。この処理に際して、上記同様、制御手段には、周波数や印加時間や印加回数などの条件が適宜設定されている。そして、インク滴が確認されるまで制御手段に設定された回数で第１及び第２の吐出回復処理が繰り返され、インク滴が未だ確認できない場合には、メンテナンスの必要性を報知する。

他方で、インク的が確認されると、ストロボ発光間隔内におけるインク滴の移動距離からインク滴の吐出速度が検出される（Ｓ６）。そして、検出された吐出速度が上記設定した吐出不良条件に含まれるかを判別し（Ｓ７）、当該吐出不良条件に含まれると、制御手段により吐出不良が発生していると判断される。この場合、上記同様に、第１の吐出回復処理が実行される（Ｓ８）。

次いで、上記第１の吐出回復処理が終了すると、インク滴の吐出速度が再度検出される（Ｓ９）。そして、検出された吐出速度が上記設定した吐出不良条件に含まれるかを再度判別し（Ｓ１０）、当該吐出不良条件に含まれると、上記同様に、第２の吐出回復処理が実行される（Ｓ１１）。そして、吐出不良が解消するまで制御手段に設定された回数で第１及び第２の吐出回復処理が繰り返され、吐出不良が解消しない場合には、メンテナンスの必要性を報知する。

不良条件に含まれていない場合には、検出した吐出速度が規定速度範囲に含まれているかを判別し（Ｓ１２）、規定速度範囲に含まれていない場合には、従来技術同様に、電圧制御回路により圧電素子３５に印加する駆動パルス電圧が再設定される（Ｓ１３）。また、検出した吐出速度が規定速度範囲に含まれているか、または含まれるようになった場合には、当該塗布ヘッド３からのインク滴の吐出速度調節が終了し、相互に隣接する次の塗布ヘッド３への調節に移行する。このようにして他側に位置する塗布ヘッド３までの全てについて上記同様の吐出準備処理が行われる。

このように本実施の形態では、塗布ヘッド３の待機位置での吐出量調節時に、吐出不良または吐出不能状態のものがあるとき、各塗布ヘッド３における圧電素子３５への印加電圧の調節を無理やり行なわず、通常のインク吐出時の駆動パルス電圧より高い電圧及び周波数を印加して、その都度吐出状態を回復させ、その上で滴下速度の調節が行なわれる。結果として、調節時間を短縮でき、高い精度で吐出調節が行われる。なお、吐出状態の回復を行っても、回復しない場合には、その時点で滴下速度の調節を終了し、各塗布ヘッド３に対しパージ動作などのメンテナンスを行うため、滴下速度の調節に余分な時間がかかることが防止できる。

なお、上記吐出回復処理に際しては、吐出不良または吐出不能になっている塗布ノズル３の状態は把握できない。このため、前記吐出の回復動作の際に、吐出回復条件として、最大駆動電圧まで圧電素子に印加する駆動パルス電圧を、その回復処理の回数が増すにつれ段階的に増加させていくように設定しておいてもよい。これにより、その状態に適した駆動パルス電圧を印加できてその回復処理が行われてよい。この場合、最大周波数まで圧電素子に印加する駆動パルス電圧の周波数を段階的に増加させるようにしてもよい。

本発明の吐出準備方法が実施できるインクジェット式の塗布装置の模式的な要部拡大平面図。 図１に示す塗布装置の模式的な正面図。 塗布ヘッドを説明する断面図。 本発明の吐出準備における各塗布ヘッドの吐出調節を説明するフロー図。

符号の説明

１ インクジェット式の塗布装置
２ 基板ステージ
３ 塗布ヘッド
３２ ノズル
３３、３６ インク通路
３４ インクチャンバ
３５ 圧電素子
５ インクタンク（インク収納部）
６ インク受け部
８ キャップ
９ ワイパーブレード

Claims (6)

1. 複数個の塗布ヘッドに対しインクタンクからインクを供給し、各塗布ヘッドに設けた圧電素子に所定の駆動パルス電圧を印加して塗布ヘッドからインクをそれぞれ滴下させて当該インクの滴下速度を検出し、塗布ヘッドからのインクの滴下速度が所定の範囲に含まれるように全塗布ヘッドの圧電素子への印加電圧を順次調節していくインクジェット式塗布装置の吐出準備方法であって、
   前記塗布ヘッドからインクを滴下させたときの当該滴下速度が所定の範囲に含まれないと、その塗布ヘッドの圧電素子に印加し得る最大駆動電圧及び最大駆動周波数のうち少なくとも一方で当該圧電素子に駆動パルス電圧を印加し、吐出の回復動作を行うようにしたことを特徴とするインクジェット式塗布装置の吐出準備方法。
2. 前記塗布ヘッドからインクを滴下させたときに塗布ヘッドのノズル端からの延長線に対するインクの飛翔角をさらに検出し、当該飛翔角が所定の範囲に含まれないと、前記吐出の回復動作を行うことを特徴とする請求項１記載のインクジェット式塗布装置の吐出準備方法。
3. 前記吐出の回復動作の際に、最大駆動電圧まで圧電素子に印加する駆動パルス電圧を段階的に増加させることを特徴とする請求項１または請求項２記載のインクジェット式塗布装置の吐出準備方法。
4. 前記吐出の回復動作の際に、最大駆動周波数まで圧電素子に印加する駆動パルス電圧の周波数を段階的に増加させることを特徴とする請求項１または請求項２記載のインクジェット式塗布装置の吐出準備方法。
5. 前記吐出の回復動作を、複数回行うようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のインクジェット式塗布装置の吐出準備方法。
6. 前記滴下速度または飛翔角が適切となる所定の範囲を変更自在としたことを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載のインクジェット式塗布装置の吐出準備方法。
   

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