JP2009165951A - Thin film forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インクジェットヘッドを用いて基板上に薄膜を吐出塗布形成する薄膜形成装置に関するものである。 The present invention relates to a thin film forming apparatus for discharging and forming a thin film on a substrate using an ink jet head.
各種の半導体装置や表示素子等は、様々な薄膜で構成されており、近年、飛躍的な伸びを示している液晶表示素子の中で、最も重要な薄膜と考えられているものとしては、配向膜などが挙げられる。 Various semiconductor devices, display elements, and the like are composed of various thin films. Among liquid crystal display elements that have shown dramatic growth in recent years, as the most important thin film, Examples include membranes.
薄型化、大型化、且つ低消費電力という大きな長所を有する液晶表示装置は、携帯電話、パーソナルコンピュータ、又は薄型テレビジョン等において主流に用いられ、大きな発展を遂げている。 A liquid crystal display device having great advantages of thinning, large size, and low power consumption is mainly used in a mobile phone, a personal computer, a thin television, and the like, and has been greatly developed.
液晶表示素子は、電極が形成された2枚の基板の間に液晶組成物を挟持し、2つの電極間に電圧を印加することによって、液晶の分子配列に捩れを起こし、バックライトからの光を直進させたり、遮ったりするスイッチング現象を利用して、偏光板、及びカラーフィルタとの組合せで画像を表示する。 In a liquid crystal display element, a liquid crystal composition is sandwiched between two substrates on which electrodes are formed, and a voltage is applied between the two electrodes, whereby the molecular arrangement of the liquid crystal is twisted and light from the backlight is emitted. The image is displayed in combination with a polarizing plate and a color filter by using a switching phenomenon in which the image is straightly moved or blocked.
配向膜は、液晶分子の配列に変化を生じるさせるためのトリガとして機能する。尚、液晶分子を一方向に配列するために、液晶分子の分子軸と配向膜とが成すプレチルト角を予め与えておく必要がある。 The alignment film functions as a trigger for causing a change in the alignment of the liquid crystal molecules. In order to align the liquid crystal molecules in one direction, a pretilt angle formed by the molecular axis of the liquid crystal molecules and the alignment film needs to be given in advance.
具体的には、基板に配向膜を塗布した後、特定の布で特定の方向に軽く摩擦するラビング処理を施すことにより、配向膜の表面に液晶分子の配列が捩れる際の起点となる核が形成される。 Specifically, after the alignment film is applied to the substrate, a rubbing process that lightly rubs in a specific direction with a specific cloth is performed to provide a nucleus that becomes a starting point when the alignment of liquid crystal molecules is twisted on the surface of the alignment film. Is formed.
両基板の電極間に電圧を印加すれば、一定方向の液晶の分子配列が実現する。意図した表示を実現するためには、配向膜の役割は極めて重要であり、薄膜の基本特性である膜厚や組成の均一性が強く望まれている。 If a voltage is applied between the electrodes of both substrates, liquid crystal molecular alignment in a certain direction is realized. In order to realize the intended display, the role of the alignment film is extremely important, and the uniformity of the film thickness and composition, which are the basic characteristics of the thin film, is strongly desired.
また、液晶の分子配列の状況は、画面の明るさや視野角の広さ等の表示性能と深い関係にあり、これらの特性改善のために、横電界方式配向(IPS)や垂直配向(VA)が提案され、それに応じた配向膜材料が開発されている。この配向膜材料を基板に塗布し、大面積で薄く均一に成膜することが重要な課題となっている。 In addition, the molecular alignment of the liquid crystal has a deep relationship with the display performance such as the brightness of the screen and the width of the viewing angle. In order to improve these characteristics, the horizontal electric field type alignment (IPS) and the vertical alignment (VA). Has been proposed, and alignment film materials have been developed accordingly. It is an important issue to apply this alignment film material to a substrate to form a thin film uniformly in a large area.
従来の液晶表示素子の配向膜形成は、特許文献1に記載のオフセット印刷(フレキソ印刷)による方法が一般的である。アニロックスローラ上に展開された配向膜材料をドクタローラで均一な厚さにし、版胴上に設けた印刷版に転写した後、基板表面に転写し、乾燥工程及び焼成工程を経ることで、配向膜が形成される。
液晶表示素子は、年々基板が大型化しており、従来の印刷方法では印刷版が設けられた版胴をクリーンルーム内で交換することが非常に困難で、さらに材料損失も大きいため、特許文献2に記載されているように、配向膜材料をノズルから噴射して基板表面に塗布し、展開、乾燥及び焼成のプロセスを経て配向膜を形成するインクジェット方式の配向膜形成方法も提案されている。
図10は、従来の薄膜形成装置の概要を示す図である。薄膜形成装置1bは、基板3を固定する基板搬送テーブル4を有し、基板搬送テーブル4の上方に、複数のインクジェットヘッド9をヘッドブラケット2aに配置したヘッド2が門型フレーム2eに支えられて設けられる。
FIG. 10 is a diagram showing an outline of a conventional thin film forming apparatus. The thin film forming apparatus 1b has a substrate transfer table 4 for fixing the
各インクジェットヘッド9の下面には複数のノズル9aが存在し、塗布溶液収納容器2cから塗布溶液供給配管2dを介して供給した材料溶液9dを吐出する。尚、各ノズル9aの液滴吐出方向は、基板3の表面に対して垂直である。
A plurality of
テーブル移動用アクチュエータ6aで基板搬送テーブル4を水平に移動させ、基板搬送テーブル4上の基板3の移動量とインクジェットヘッド9からの吐出量を調整しながら塗布動作が行われる。
The substrate transfer table 4 is moved horizontally by the table moving actuator 6a, and the coating operation is performed while adjusting the movement amount of the
基板搬送テーブル4は、ステージコントローラ10fにより高精度な位置決めが行われる。位置検出器6bで基板搬送テーブル4の位置を取得し、ステージコントローラ10fにフィードバックすることにより、正確な位置となるように制御される。
The substrate transfer table 4 is positioned with high accuracy by the
所定の方向に所定の速度で搬送される基板3の表面に、各インクジェットヘッド9から吐出され、球状のドットとして着弾した材料溶液9dを、展開、乾燥、及び焼成することで配向膜が形成される。
An alignment film is formed by spreading, drying, and firing the
尚、塗布動作における基板3の進行については、インクジェットヘッド9の位置を固定し基板搬送テーブル4を水平移動させる直接移動の方法と、基板搬送テーブル4の位置を固定しインクジェットヘッド9を水平移動させる間接移動の方法とがある。
As for the progress of the
オフセット印刷による液晶表示素子の配向膜形成における問題点解決のために提案されたインクジェットヘッドを用いた非接触方式の形成方法においては、配向膜材料の使用効率や版換えに関する課題は解決されている。 In the non-contact forming method using the inkjet head proposed for solving the problem in forming the alignment film of the liquid crystal display element by offset printing, the problems related to the use efficiency of the alignment film material and the plate change have been solved. .
しかしながら、配向膜の膜厚の均一性確保という点では、大きな課題がある。従来のインクジェット方式の配向膜形成方法は、常圧(大気圧)下で行われており、インクジェット方式に使われる液滴が極微量であるため、吐出後の液滴の飛行軌跡が周囲雰囲気の気流の影響を受けやすく、基板への着弾位置のばらつきに直結する。 However, there is a big problem in ensuring uniformity of the alignment film thickness. The conventional inkjet method for forming an alignment film is performed under normal pressure (atmospheric pressure), and the amount of droplets used in the inkjet method is extremely small. It is easily affected by the air current and directly affects the dispersion of the landing position on the substrate.
インクジェットヘッドと基板とのギャップをできるだけ狭くして、吐出時の運動エネルギーが減衰しないようにすることで、着弾位置の精度確保を維持できるが、大型化した基板に対してはギャップに裕度がなくなり、基板上に形成される配向膜の膜厚変動の大きな要因となる。 By ensuring that the gap between the inkjet head and the substrate is as narrow as possible so that the kinetic energy during ejection does not decay, it is possible to maintain the accuracy of the landing position. This becomes a major factor in fluctuations in the thickness of the alignment film formed on the substrate.
着弾位置精度は、インクジェットヘッドと基板の相対移動速度が変動した場合や、ノズルの噴射タイミングがずれた場合にも起こるが、インクジェット方式による配向膜形成方法は基板上に一液滴で形成されるドットを拡散展開して大面積の薄膜を得る方法であるため、ドットの位置ずれは膜厚変動の大きな要因となる。 The landing position accuracy occurs when the relative movement speed of the ink jet head and the substrate fluctuates or when the nozzle ejection timing is shifted, but the alignment film forming method using the ink jet method forms a single droplet on the substrate. Since this is a method of obtaining a thin film having a large area by diffusing and developing dots, the positional deviation of the dots is a major factor in film thickness fluctuation.
また、インクジェットヘッドは、半導体と同様の微細なプロセスで製造されており、デバイスの主要な部分を占める流路を材料溶液が円滑に通るためには、材料溶液の流体特性として粘度の制約がある。さらに、ノズルから1個の液滴を噴射するためには、材料溶液自体の表面張力の制約がある。 Further, the ink jet head is manufactured by a fine process similar to that of a semiconductor, and in order for the material solution to smoothly pass through the flow path that occupies the main part of the device, there is a restriction on viscosity as a fluid property of the material solution. . Furthermore, in order to eject one droplet from the nozzle, there is a restriction on the surface tension of the material solution itself.
尚、現在、産業用として用いられているインクジェットヘッドに関しては、粘度が5〜15mPa・s程度、表面張力が25〜45mN/m程度である。 In addition, regarding the inkjet head currently used for industrial use, the viscosity is about 5 to 15 mPa · s and the surface tension is about 25 to 45 mN / m.
配向膜材料の場合は、主成分であるポリイミドは非常に安定した高分子材料であり、溶解し難いので、溶剤としてγ−ブチルラクトン、N−メチルピロリドン、又はブチルセロソルブ等を大量に用いて、低粘度にして噴射塗布を行う。 In the case of an alignment film material, polyimide as a main component is a very stable polymer material and is difficult to dissolve. Therefore, a large amount of γ-butyllactone, N-methylpyrrolidone, butyl cellosolve, etc. is used as a solvent. The viscosity is applied by spraying.
溶剤を添加した材料溶液が基板上に着弾すると、溶剤の蒸発と液体としての拡散展開が同時に起こり、最終的に半乾燥状態になったところで物質の移動は止まるが、相対的に比重が大きいポリイミドの分子は拡散して端部に行くため、端部の膜厚が非常に大きくなるコーヒーステイン現象が生じる。 When a solvent-added material solution lands on the substrate, evaporation of the solvent and diffusion development as a liquid occur simultaneously. Finally, when the material is semi-dried, the movement of the substance stops, but the polyimide has a relatively large specific gravity. The molecules diffuse and go to the end, so that a coffee stain phenomenon occurs in which the thickness of the end becomes very large.
薄膜形成を目的としたプロセスにおいて、塗布領域の周縁部での膜厚の異常な増大は、液晶表示素子の製造では致命的なトラブルとなるため、端部の盛り上がりは避けなければならない重要な課題である。 In the process aiming at thin film formation, an abnormal increase in the film thickness at the periphery of the coating area is a fatal trouble in the manufacture of liquid crystal display elements, so it is important to avoid the bulge at the edge. It is.
インクジェットによる薄膜形成方法において、均一性が高い膜厚分布を得る手段として、大気圧よりも低い減圧環境下でインクジェット塗布を行うことが有効である。ただし、薄膜形成装置で安定した吐出塗布を行うためには、インクジェットヘッドのノズル面と塗布溶液収納容器の液面の水頭差に注意する必要がある。 In a method for forming a thin film by inkjet, it is effective to perform inkjet coating under a reduced pressure environment lower than atmospheric pressure as a means for obtaining a highly uniform film thickness distribution. However, in order to perform stable discharge coating with the thin film forming apparatus, it is necessary to pay attention to the water head difference between the nozzle surface of the inkjet head and the liquid surface of the coating solution storage container.
図11は、インクジェットヘッドのノズル面と塗布溶液収納容器の液面レベルとの水頭差について示した図である。 FIG. 11 is a diagram showing the water head difference between the nozzle surface of the inkjet head and the liquid level of the coating solution storage container.
インクジェット塗布装置に多用される剪断型のインクジェットヘッド9は、ノズル9aの直前までピエゾ素子による変形吐出機構が接近しているため、インクジェットヘッド9のノズル9a面は、塗布溶液収納容器2c内の材料溶液9dの液面よりも高くする。
The shear type
尚、材料溶液9dの液面がインクジェットヘッド9のノズル9a面よりも高いと、材料溶液9dがノズル9a面で拘束されることがなく、染みだしてしまう。また、材料溶液9dの液面が必要以上に下がってしまうと、ピエゾ素子のポンプ作用が及ばなくなり、吐出塗布されなくなる。
If the liquid surface of the
水頭差を確保する際に、インクジェットヘッドの移動や基板搬送テーブルの移動を妨げないように配慮すると、供給配管系が冗長になりやすく、減圧下で薄膜形成装置を実装する際には大きな課題となる。 When securing the water head difference, taking care not to disturb the movement of the inkjet head and the movement of the substrate transfer table, the supply piping system tends to be redundant, which is a major issue when mounting a thin film forming apparatus under reduced pressure. Become.
そこで、本発明は、減圧下でインクジェットヘッドから基板上に材料溶液を吐出塗布して薄膜を形成する際に、膜厚の均一性を実現すると共に、吐出塗布の機能を損なうことなく各構成を簡潔に実装した薄膜形成装置を提供することを目的とするものである。 Therefore, the present invention realizes uniformity of the film thickness when forming a thin film by discharging and applying a material solution onto a substrate from an inkjet head under reduced pressure, and each component without impairing the function of discharging and applying. An object of the present invention is to provide a thin film forming apparatus that is simply mounted.
液滴となってインクジェットヘッドを飛び出した材料溶液は、基板に着弾した後、基板表面に拡散展開するが、材料溶液が持つ運動エネルギーと基板面に対する摩擦抵抗とのバランスが取れたところで拡散展開は止まる。 The material solution that drops out of the inkjet head as a droplet lands on the substrate and then diffuses and develops on the substrate surface. However, when the kinetic energy of the material solution and the frictional resistance against the substrate surface are balanced, Stop.
拡散過程において、材料溶液の表面から溶剤等の揮発分が蒸発し続ける。尚、蒸発挙動が最も盛んに行われるのは、液滴の先端部の自由表面である。 In the diffusion process, volatile components such as a solvent continue to evaporate from the surface of the material solution. The evaporation behavior is most actively performed on the free surface of the tip of the droplet.
この領域の蒸発が加速されると、液滴の中心部から端部に向かって材料溶液を供給するために、マランゴニ流と呼ばれる流れが生じる。この流れの繰り返しにより、端部に濃度の高い領域が生じ、結果として膜厚が非常に大きくなる。 When evaporation in this region is accelerated, a flow called Marangoni flow is generated to supply the material solution from the center to the end of the droplet. By repeating this flow, a region having a high concentration is formed at the end portion, and as a result, the film thickness becomes very large.
図12は、インクジェットヘッドから吐出した液滴が基板上に展開し、最終的な液滴断面形状に及ぼす減圧度の影響について示した図である。 FIG. 12 is a diagram showing the influence of the degree of pressure reduction on the final droplet cross-sectional shape when the droplet discharged from the inkjet head is developed on the substrate.
図12の上段のように、材料溶液の流動と溶剤の蒸発乾燥が同時に起こる。材料溶液の基板上での拡散展開は、液滴の持つ運動エネルギーと基板の表面状態により決まるが、溶剤の蒸発は減圧の程度により沸点が変わるので、全体の流れが制御される。 As shown in the upper part of FIG. 12, the material solution flows and the solvent evaporates and drys simultaneously. The diffusion and development of the material solution on the substrate is determined by the kinetic energy of the droplet and the surface state of the substrate, but the evaporation of the solvent changes its boiling point depending on the degree of decompression, so that the entire flow is controlled.
大気中における成膜挙動13と減圧下における成膜挙動13aを比較すると、図12の下段のように、最終的な表面形状は減圧度合いによって大きく変わる。
Comparing the
材料溶液の拡散と溶剤等の揮発分の蒸発を、減圧手段を用いて制御することにより、インクジェット吐出による液滴の繋がりで薄膜を形成する際に、コーヒーステイン現象や膜厚むら等が解消され、平坦度に優れた均一な膜厚を実現することができる。 By controlling the diffusion of the material solution and the evaporation of volatile components such as solvents using decompression means, when forming a thin film by connecting droplets by inkjet ejection, the coffee stain phenomenon and film thickness unevenness are eliminated. A uniform film thickness excellent in flatness can be realized.
また、塗布溶液収納容器からインクジェットヘッドへの材料溶液の供給は、重力を考慮した水頭差を利用する。 Further, the supply of the material solution from the coating solution storage container to the ink jet head uses a water head difference considering gravity.
塗布溶液収納容器の液面、及びインクジェットヘッドのノズル面は大気開放された状態で、水頭差に相当する重力とインクジェットヘッドの管路を含む配管抵抗を平衡させ、吐出休止時には材料溶液がノズルから出ないようにし、吐出動作時にはインクジェットヘッドのアクチュエータに呼応して材料溶液を滞ることなく供給する。 With the liquid surface of the coating solution storage container and the nozzle surface of the inkjet head open to the atmosphere, the gravity corresponding to the water head difference and the piping resistance including the inkjet head pipe line are balanced, and the material solution is discharged from the nozzle during discharge suspension. In the discharging operation, the material solution is supplied without stagnation in response to the actuator of the inkjet head.
図13は、吐出前段階におけるノズル先端での溶液メニスカスの形状に影響を及ぼす水頭差の状態について示した図である。 FIG. 13 is a diagram showing a state of a water head difference that affects the shape of the solution meniscus at the nozzle tip in the pre-ejection stage.
水頭差適正14であればメニスカス9eの形状は最適であり、水頭差過剰14aだと材料溶液9dが後退したメニスカス9eとなり、水頭差不足14bだとノズル9aから液垂れ9fを生じる。
If the water head difference is 14, the shape of the meniscus 9e is optimal. If the water head difference is excessive 14a, the
そのため、インクジェットヘッド9のノズル9a吐出口での材料溶液9dのメニスカス9e形状が最適となるように、水頭差を設定する必要がある。尚、大気圧中では、インクジェットヘッド9のノズル9a面に対して、材料溶液9dの液面を100mm程度低くする。
Therefore, it is necessary to set the water head difference so that the shape of the meniscus 9e of the
減圧下では、インクジェットヘッドに直結する塗布溶液収納容器が減圧室の外部に設置されると、減圧室内外で圧力差を生じ、これを水頭差でカバーすることは困難であるので、塗布溶液収納容器は減圧室内部に入れる。尚、塗布溶液収納容器に材料溶液を補充する塗布溶液補充用タンク等まで含める必要はない。 Under reduced pressure, if the coating solution storage container directly connected to the ink jet head is installed outside the decompression chamber, a pressure difference is generated inside and outside the decompression chamber, and it is difficult to cover this with a water head difference. Place the container in a vacuum chamber. It is not necessary to include a coating solution replenishing tank or the like for replenishing the material solution in the coating solution storage container.
次に、インクジェットの噴射塗布動作を円滑に行うためには、減圧環境下でどのノズルからも液滴が吐出できることが要求される。また、インクジェットの安定吐出のためには、インクジェットヘッドや配管供給系の目詰まり等がないことが必要である。 Next, in order to smoothly perform the ink jet spray coating operation, it is required that droplets can be discharged from any nozzle under a reduced pressure environment. Further, for stable ink jetting, it is necessary that the ink jet head and the piping supply system are not clogged.
インクジェットヘッドを含む材料溶液の供給系において、外部からの空気の流入による気泡混入や、内部からの気泡発生は、圧力遮断を引き起こし、安定した吐出ができなくなる。尚、外部からの気泡混入は、シール等の対応で防止可能である。 In the material solution supply system including the ink jet head, bubbles mixed in due to the inflow of air from the outside and the generation of bubbles from the inside cause pressure interruption, and stable ejection cannot be performed. Note that air bubbles from the outside can be prevented by measures such as sealing.
内部からの気泡発生については、材料溶液の中に含まれている溶剤が、減圧環境下で沸点が降下することにより、蒸発しやすくなり、気泡発生が加速されたり、材料溶液に最初から内在していた水分、保管時に吸収された水分、又は配管系やインクジェットヘッドの流路壁面に結露した水分などが、減圧により蒸発する可能性もある。 Regarding the generation of bubbles from the inside, the solvent contained in the material solution tends to evaporate due to the lowering of the boiling point in a reduced pressure environment, and the bubble generation is accelerated, or the bubbles are inherent in the material solution from the beginning. Water that has been stored, moisture that has been absorbed during storage, or moisture that has condensed on the walls of the piping system or the flow path of the inkjet head may be evaporated by decompression.
図14は、液晶配向膜の溶剤成分と水の蒸気圧を示すグラフである。配向膜を形成するのに用いられる溶剤成分としては、NMP、ブチルセロソルブ、γ−ブチルラクトンなどがある。 FIG. 14 is a graph showing the solvent component of the liquid crystal alignment film and the vapor pressure of water. Examples of the solvent component used for forming the alignment film include NMP, butyl cellosolve, and γ-butyllactone.
蒸気圧線図15は、液体の温度と蒸気圧の関係を示すAntioneの式から求めたものであり、減圧沸騰の影響は、材料溶液に含まれる溶剤よりも、材料溶液等に内在する水分の影響の方が著しい。 The vapor pressure diagram 15 is obtained from the equation of Antione showing the relationship between the temperature of the liquid and the vapor pressure, and the effect of the boiling under reduced pressure is greater than the solvent contained in the material solution. The effect is more pronounced.
47kPaの減圧度では水の平衡温度は約80℃、7.4kPaでは約40℃まで低下しており、標準的な室温である25℃において減圧して水分が気化する下限は3.169kPaである。 At a reduced pressure of 47 kPa, the equilibrium temperature of water is reduced to about 80 ° C., and at 7.4 kPa, it is reduced to about 40 ° C., and the lower limit for vaporization of moisture by reducing pressure at 25 ° C., which is a standard room temperature, is 3.169 kPa. .
インクジェットヘッドの流路内部の表面状態にも依るが、大気圧と下限値の範囲内で減圧して動作を行えば、安定吐出を実現することができる。 Although depending on the surface state inside the flow path of the ink jet head, stable discharge can be realized if the operation is performed while reducing the pressure within the range between the atmospheric pressure and the lower limit.
次に、大気環境下でインクジェットヘッドを構成する全ノズルが滞りなく吐出するためには、材料溶液を押す空気の力と水頭差に相当する材料溶液の重量の和と、ノズルから材料溶液を出さないように押し留める力と材料溶液の移動に伴う管路抵抗の和との差圧を適正にする必要があり、インクジェットヘッド、塗布溶液配管系及び塗布環境条件が決まると、水頭差を最適化することが安定吐出の要件となる。 Next, in order to discharge all the nozzles that make up the inkjet head in an atmospheric environment without stagnation, the sum of the air force pushing the material solution and the weight of the material solution corresponding to the water head difference, and the material solution is discharged from the nozzle. The pressure difference between the holding force and the sum of the pipe resistances accompanying the movement of the material solution needs to be appropriate, and when the inkjet head, coating solution piping system and coating environment conditions are determined, the water head difference is optimized. This is a requirement for stable ejection.
減圧環境下においても、材料溶液を出そうとする力と押し留めようとする力の差を適正に維持すれば、安定吐出が可能である。インクジェット吐出動作を安定して持続させるためには、需要である材料溶液の吐出と、供給である材料溶液の補給とのバランスを常に保つ必要がある。 Even under a reduced pressure environment, stable discharge is possible if the difference between the force for releasing the material solution and the force for pressing the material solution is properly maintained. In order to stably maintain the inkjet discharge operation, it is necessary to always maintain a balance between the discharge of the material solution that is the demand and the replenishment of the material solution that is the supply.
材料溶液の使用に伴う液面の低下状況を検知し、減少量に見合う材料溶液を供給する。液面を計測する装置としては、光学式のもの、フロート等を用いる機械式のもの、音波を用いるもの等がある。 Detects the liquid level drop caused by the use of the material solution, and supplies the material solution corresponding to the amount of decrease. As an apparatus for measuring the liquid level, there are an optical type, a mechanical type using a float or the like, and a type using a sound wave.
減圧室に塗布溶液収納容器が入っている状況においては、塗布溶液収納容器を保持している設置移動ステージを上下に移動できる機構を取り付ける。 In a situation where the coating solution storage container is contained in the decompression chamber, a mechanism capable of moving the installation moving stage holding the coating solution storage container up and down is attached.
次に、インクジェットヘッドのノズル面と基板のギャップは通常1mm以下であるので、マイナスの水頭差を確保するために、塗布溶液収納容器は基板を保持している基板搬送テーブルの面より下に設置する必要がある。 Next, since the gap between the nozzle surface of the inkjet head and the substrate is usually 1 mm or less, the coating solution storage container is installed below the surface of the substrate transport table holding the substrate in order to ensure a negative water head difference. There is a need to.
広い領域を塗布する場合には、インクジェットヘッドと基板のうち少なくとも一方を移動させながら行う必要があるが、塗布材料収納容器を基板搬送テーブルの可動範囲内には設置できないため、塗布溶液供給配管を長く取らなければならない。 When coating a wide area, it is necessary to move at least one of the inkjet head and the substrate. However, since the coating material storage container cannot be installed within the movable range of the substrate transport table, the coating solution supply pipe must be installed. Have to take long.
そのため、塗布材料収納容器をインクジェットヘッドの上部近傍に配置すれば、塗布溶液供給配管も短くでき、整然とした薄膜形成装置を構成することができる。 Therefore, if the coating material storage container is disposed in the vicinity of the upper part of the inkjet head, the coating solution supply pipe can be shortened, and an orderly thin film forming apparatus can be configured.
それと共に、電空レギュレータを用いた微差圧調整機構を導入し、水頭差の影響に関してマイナスであったものをプラス側にシフトさせる。その結果、材料溶液供給上の問題を解決した上に、インクジェットヘッドと塗布材料収納容器を近接でき、効率的な実装が可能となる。 At the same time, a fine differential pressure adjustment mechanism using an electropneumatic regulator is introduced to shift the negative effect on the effect of the head differential to the positive side. As a result, the problem in supplying the material solution can be solved, and the inkjet head and the coating material storage container can be brought close to each other, thereby enabling efficient mounting.
インクジェット吐出を減圧環境下で行うため、吐出された液滴が基板面に沿って溶剤の蒸発を伴いながら拡散展開した際に、端部での盛り上がりも少なくなり、スムーズに隣接する液滴と合流させることができる。その結果、膜厚のばらつきが小さい平滑な表面形状を有する薄膜を形成することができる。 Since inkjet discharge is performed in a reduced pressure environment, when the discharged droplets diffuse and expand along with the evaporation of the solvent along the substrate surface, the rise at the edge is reduced and smoothly merges with adjacent droplets. Can be made. As a result, a thin film having a smooth surface shape with small variations in film thickness can be formed.
塗布溶液収納容器を減圧室内に設置することにより、インクジェットヘッドのノズル面との相対的な水頭差は、大気圧中と同様な取扱いをすることができ、薄膜形成装置の小型化を実現することができる。 By installing the coating solution storage container in the vacuum chamber, the relative water head difference with the nozzle surface of the inkjet head can be handled in the same way as in atmospheric pressure, and the thin film forming apparatus can be miniaturized. Can do.
減圧雰囲気の減圧度の下限を制限することにより、インクジェットヘッドの配管内部や送液配管中の気泡の発生を抑えることができ、安定吐出の信頼性を向上させることができる。 By limiting the lower limit of the degree of decompression of the decompressed atmosphere, it is possible to suppress the generation of bubbles in the piping of the ink jet head and in the liquid feeding piping, and the reliability of stable ejection can be improved.
インクジェットヘッドのノズル面と塗布溶液収納容器の液面との水頭差は、許容幅の範囲内であれば安定して液滴の吐出が可能であるが、環境温度、環境湿度、又は振動等の影響も考慮に入れて、材料溶液が消費されて液面が下がったら、材料溶液を補充して最適な水頭差を維持することにより、インクジェット吐出を安定して行うことができる。 If the water head difference between the nozzle surface of the inkjet head and the liquid surface of the coating solution storage container is within the allowable range, droplets can be stably ejected, but environmental temperature, environmental humidity, vibration, etc. Taking the influence into consideration, when the material solution is consumed and the liquid level is lowered, the ink solution can be stably ejected by replenishing the material solution and maintaining the optimum water head difference.
最適な水頭差を確保するために塗布溶液収納容器とインクジェットヘッドを繋ぐ配管系が冗長化してしまうのを、インクジェットヘッドの直上に塗布溶液収納容器を取り付け、微差圧調整機構を設けて水頭差を調整することで解消することができる。これにより、薄膜形成装置の小型化及び簡素化が実現でき、配管長が短くなったことで信頼性も向上させることができる。 In order to secure the optimum water head difference, the piping system connecting the coating solution storage container and the inkjet head becomes redundant. The coating solution storage container is attached immediately above the inkjet head, and a slight differential pressure adjustment mechanism is provided to provide a water head difference. It can be solved by adjusting. Thereby, miniaturization and simplification of the thin film forming apparatus can be realized, and the reliability can be improved by shortening the pipe length.
材料溶液には、溶剤を添加することで揮発性有機化合物(VOC)等が含まれているが、薄膜形成装置は減圧室で完全に仕切られており、真空ポンプで排気した後、VOCの吸着除去装置で除去するので、環境に対して十分に配慮することができる。 The material solution contains volatile organic compounds (VOC) and the like by adding a solvent, but the thin film forming apparatus is completely partitioned by the decompression chamber, and is evacuated by a vacuum pump and then adsorbed by VOC. Since removal is performed by a removal device, sufficient consideration can be given to the environment.
本発明は、液晶を始めとする各種の表示素子を構成する機能薄膜の製造や、半導体装置の各種薄膜の製造に適用可能であり、従来のスパッタ法やCVD法等に比べて、塗布材料の利用効率やスループットに優れている上に、極めて安価に提供することができる。 The present invention can be applied to the manufacture of functional thin films constituting various display elements including liquid crystals and the manufacture of various thin films of semiconductor devices. Compared with conventional sputtering methods and CVD methods, the coating material In addition to excellent utilization efficiency and throughput, it can be provided at a very low cost.
以下に、添付図面に基づいて、本発明である薄膜形成装置について詳細に説明する。尚、液晶表示素子の最も重要な機能薄膜である配向膜を例とし、材料溶液として配向膜溶液を使用する場合で説明する。 Below, based on an accompanying drawing, the thin film formation apparatus which is this invention is demonstrated in detail. An alignment film which is the most important functional thin film of the liquid crystal display element will be described as an example, and the case where an alignment film solution is used as a material solution will be described.
図1は、本発明である薄膜形成装置の概要を示す図である。薄膜形成装置1は、ヘッド2、塗布溶液収納容器2c、基板搬送テーブル4、及び減圧室7等からなる。
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a thin film forming apparatus according to the present invention. The thin film forming apparatus 1 includes a
ヘッド2は、ヘッドブラケット2aに複数のインクジェットヘッド9を配置したもので、門型フレーム2eにより中空に保持され、ヘッド昇降用アクチュエータ2bで上下移動させることができる。
The
各インクジェットヘッド9には、材料溶液9dの液滴を吐出するために、複数のノズル9aが一定間隔で直線状に下方に向けて形成され、また、材料溶液9dを供給するために、塗布溶液収納容器2cから延びて分岐した塗布溶液供給配管2dが接続される。
In each
基板搬送テーブル4は、材料溶液9dを塗布する基板3を載せ、基板3を水平移動させるための台である。尚、基板3は、大気圧中での処理であれば真空吸着法を用いることができるが、減圧環境下であるため、基板吸着用の静電チャック4aにより基板搬送テーブル4に固定する。
The substrate transfer table 4 is a table for placing the
また、基板3の搬入又は搬出時に基板搬送テーブル4を上方に持ち上げることができるように、リフトピン機構5aを備えたステージ5の上に基板搬送テーブル4を載せることもできる。
Further, the substrate transport table 4 can be placed on the stage 5 having the lift pin mechanism 5a so that the substrate transport table 4 can be lifted upward when the
基板搬送テーブル4は、テーブル移動用アクチュエータ6aでガイドレール6に沿って前後に移動させることができる。位置検出器6bで基板搬送テーブル4の位置を測定して、移動量を適正に制御することも可能である。
The substrate transfer table 4 can be moved back and forth along the
テーブル移動用アクチュエータ6aは、通常、サーボモータが用いられ、ボールネジを介してステージ5に接続されるが、低発塵が要求される場合には、リニアモータを用いることもできる。 The table moving actuator 6a is normally a servo motor and is connected to the stage 5 via a ball screw. However, when low dust generation is required, a linear motor can be used.
ヘッド2、塗布溶液収納容器2c及び基板搬送テーブル4は、密閉された減圧室7内において、ベースフレーム7a上に配設される。ヘッド2は、門型フレーム2eをベースフレーム7aに固定することで支え、基板搬送テーブル4は、ガイドレール6をベースフレーム7aを敷いて設置する。
The
尚、ヘッド2の各インクジェットヘッド9は、圧力を利用して材料溶液9dを供給するので、各インクジェットヘッド9と直接接続される塗布溶液収納容器2cは、同じ圧力環境下に置く必要がある。
In addition, since each
また、減圧室7の外には、減圧室7を減圧するための真空排気ポンプ7bと、揮発性有機化合物(VOC)を除去するための揮発性溶剤吸着処理装置7cが設置される。
Outside the
図2は、本発明である薄膜形成装置で配向膜を形成した液晶表示素子の断面構造を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of a liquid crystal display element in which an alignment film is formed by the thin film forming apparatus according to the present invention.
液晶パネル8は、薄膜形成装置1で配向膜8aを塗布した基板3を用いて製造した液晶表示素子である。前面モジュールと液晶層と後面モジュールとからなり、後方のバックライトから光を照射すると、画像を映し出すことができる。
The liquid crystal panel 8 is a liquid crystal display element manufactured by using the
前面モジュールの基板3に塗布した配向膜8aと後面モジュールの基板3に塗布した配向膜8aを向かい合わせて、間に液晶分子を充填して液晶層を作り、対向電極と画素電極に電圧を印加することで液晶分子の配列の向きを変え、偏光板と組み合わせることにより、透過する光のON/OFFを行う。また、カラーフィルタを介して光の色を変える。
The
図3は、本発明である薄膜形成装置で1パス塗布を行う場合に擬似的な長尺ラインを構成したヘッドのレイアウトを示す平面図及び正面図である。尚、上段がヘッド2の平面図で、下段がヘッド2の正面図である。
FIGS. 3A and 3B are a plan view and a front view showing a layout of a head having pseudo long lines when one-pass coating is performed by the thin film forming apparatus according to the present invention. The upper stage is a plan view of the
インクジェットヘッド9は、ピエゾ素子をベースにしており、材料溶液供給口9bから各ノズル9aに材料溶液9dを流す流路が形成される。流路に電圧を印加すると圧電効果により流路形状が伸縮しポンプとして機能するので、液滴をノズルから吐出させることができる。
The
1列分の塗布を行うためにインクジェットヘッド9を長手方向に並べたインクジェットヘッド列にするが、インクジェットヘッド列は2列用意し、各列を平行にして、1列目のインクジェットヘッド9と2列目のインクジェットヘッド9とが互い違いとなるように配置する。 In order to perform coating for one row, an inkjet head row is formed by arranging the inkjet heads 9 in the longitudinal direction. However, two rows of inkjet heads are prepared, and the first row of inkjet heads 9 and 2 are arranged in parallel. Arranged so that the inkjet heads 9 in the rows are staggered.
尚、1列目のインクジェットヘッド9と2列目右方にあるインクジェットヘッド9とは、1列目の右端のノズル9aと2列目の左端のノズル9aの位置を合わせ、1列目のインクジェットヘッド9と2列目左方にあるインクジェットヘッド9とは、1列目の左端のノズル9aと2列目の右端のノズル9aの位置を合わせる。
In addition, the
1列ではインクジェットヘッド9間の非ノズル領域をカバーすることができないが、2列互い違いにして補うことで等間隔のノズルピッチを実現することができ、時間差をおいて2列のインクジェットヘッド列を擬似的に1本のライン状のヘッド2として機能させることができる。
One row cannot cover the non-nozzle region between the ink jet heads 9, but by compensating the two rows alternately, an equally spaced nozzle pitch can be realized, and two ink jet head rows can be formed with a time difference. It can function as a single line-shaped
各インクジェットヘッド9の材料溶液供給口9bには塗布溶液供給配管2dが接続され、ノズル9aから材料溶液9dが吐出されると、塗布溶液収納容器2cからインクジェットヘッド9内に材料溶液9dが供給される。
A coating
各インクジェットヘッド9は、ヘッドコントローラ接続ケーブル9cによりシステム制御装置10に接続され、ノズル9aからの材料溶液9dの吐出が制御される。
Each
図4は、本発明である薄膜形成装置の塗布動作における制御構造を示す図である。システム制御装置10は、インクジェットヘッドコントローラ10a、制御用コンピュータ10e、ステージコントローラ10f、及び減圧制御10g等からなる。
FIG. 4 is a diagram showing a control structure in the coating operation of the thin film forming apparatus according to the present invention. The
インクジェットヘッドコントローラ10aは、ヘッド駆動部10b、メモリ部10c、及び制御部10d等からなり、各インクジェットヘッド9の動作を制御する。
The
制御用コンピュータ10eは、塗布動作の制御アルゴリズムが組まれたプログラムを実行する装置であり、まず吐出塗布ピッチと塗布パターン情報(塗布開始位置、塗布終了位置、塗布パターン形状等)が設定される。
The
塗布パターン形状は、ビットマップ等のデータで作成される。各ドットをインクジェットヘッド9のノズル9aに対応させたりすることで、吐出が制御できる。尚、設定されたビットマップデータはメモリ部10cに送られる。
The application pattern shape is created by data such as a bitmap. By making each dot correspond to the
制御用コンピュータ10eから制御部10dに塗布開始信号が送られると、制御部10dは、ステージコントローラ10fからエンコーダパルスを受ける度に、それをトリガ信号としてヘッド駆動部10b及びメモリ部10cに動作指示を出す。
When the application start signal is sent from the
メモリ部10cは、ビットマップデータから1回の塗布動作で必要な塗布パターン形状のデータをヘッド駆動部10bに送る。即ち、インクジェットヘッド列が2列ある場合は、2列分のデータを送る。
The
ヘッド駆動部10bは、塗布パターン形状のデータを基に、各インクジェットヘッド9にヘッド駆動信号を送る。インクジェットヘッド列が2列ある場合は、1列目のヘッド駆動信号を送った後、時間を置いて2列目のヘッド駆動信号を送る。
The
各インクジェットヘッド9において、塗布パターン形状に応じてノズル9aから基板3に対して材料溶液9dが吐出される。基板3は移動することから、1列目が吐出された後、2列目が1列目の空きを埋めるように吐出され、1列分が均等に塗布される。
In each
また、制御用コンピュータ10eは、塗布開始と同時に、又は位置決めフィードバック制御する際に、ステージコントローラ10fに対し、基板3の移動を制御するための指令データ(移動開始信号、塗布開始位置、塗布終了位置等)を送る。
Further, the
ステージコントローラ10fは、テーブル移動用アクチュエータ6aを動作させて所定の速度で基板搬送テーブル4を移動させると共に、塗布開始位置から塗布終了位置まで定期的にエンコーダパルスを制御部10dに送る。
The
基板搬送テーブル4が移動すると、定期的に位置検出器6bで基板搬送テーブル4の位置を取得して、基板搬送テーブル4の速度を算出し、ステージコントローラ10fを介して制御用コンピュータ10eに送る。
When the substrate transfer table 4 is moved, the
制御用コンピュータ10eは、基板搬送テーブル4の移動速度が適正であるか判断し、速すぎたり遅すぎたりした場合には、ステージコントローラ10fに移動速度を調整するように促すことで、フィードバック制御する。
The
インクジェットヘッド9の吐出を管理するインクジェットヘッドコントローラ10aと、基板搬送テーブル4の移動を管理するステージコントローラ10fの関係を、適切に制御することにより、基板3に均一な薄膜を塗布形成することが可能となる。
By properly controlling the relationship between the
また、制御用コンピュータ10eは、減圧室7内の減圧制御10gも行う。塗布動作を減圧環境下で行うことにより、液滴が基板3に着弾した後の拡散展開中の蒸発を制御し、膜厚分布を均一にすることができる。
The
図5は、本発明である薄膜形成装置の減圧室における制御構造を示す図である。薄膜形成装置1を収容した減圧室7内を大気圧より低い圧力にして塗布動作を行う。
FIG. 5 is a diagram showing a control structure in the decompression chamber of the thin film forming apparatus according to the present invention. The coating operation is performed by setting the inside of the
減圧室7には真空シール7dが施され、減圧室7の減圧度を測定し圧力変動を検知する真空ゲージ7eが設置される。その他、圧力調整用の弁や大気開放用の弁も設けられ、フィルタを介して窒素を取り込むことができる。
The
減圧室7内を減圧するために真空排気ポンプ7bを接続するが、低真空度で圧力レベルを一定に保つために、減圧室7と真空排気ポンプ7bの間に可変圧力調整弁7iを設け、微小な圧力変動に対する制御を行う。
An
減圧室7の圧力が上がり、それを真空ゲージ7eが検知すると、圧力検知信号がシーケンサ7fに入力される。シーケンサ7fは、通信手段7gを介して、サーボアンプ7hに指令を出し、可変圧力調整弁7iの開閉を制御するサーボモータ7jを操作し、可変圧力調整弁7iを開く。
When the pressure in the
減圧室7の圧力が設定値に達すると、シーケンサ7fの指令により、サーボアンプ7hが可変圧力調整弁7iを閉じると共に、リーク弁7kを開放して、減圧室7内の圧力を設定値に保つ。
When the pressure in the
着弾した材料溶液9dの拡散展開と材料溶液9d中の溶剤の蒸発が形成される薄膜の膜厚に与える影響が最適となる減圧度が決まれば、常に減圧室7を最適圧力に設定することができる。
If the degree of pressure reduction at which the effect of the diffusion of the
本発明のインクジェット塗布においては、塗布溶液収納容器2cと各インクジェットヘッド9を塗布溶液供給配管2dで連結し、塗布溶液収納容器2cの液面レベルとインクジェットヘッド9のノズル9a面との水頭差により重力を利用して自然供給する。
In the inkjet coating of the present invention, the coating
剪断型のインクジェットヘッド9を用い、大気圧下でインクジェット塗布を行う場合、塗布溶液収納容器2cの液面レベルがインクジェットヘッド9のノズル9a面より約100mm低く設定すると良好な吐出が行われる。
When ink jet application is performed under atmospheric pressure using the shear type
尚、塗布溶液収納容器2cの液面の方を適度に低くすることで、インクジェットヘッド9のメニスカス9eを適正にすることができる。液面が高くなると液漏れが生じやすくなり、液面が低すぎると吐出不能になりやすくなる。
In addition, the meniscus 9e of the
また、インクジェットヘッド9が減圧室7内で、塗布溶液収納容器2cが減圧室7外にあると、10m以上の非常に大きい水頭差を確保する必要が生じ、装置を構成することが困難となるため、塗布溶液収納容器2cも減圧室7内に設置する。
Further, if the
大気圧下で材料溶液9dの供給が良好でも、減圧環境下に置くと、沸点が降下するため、内在する水分が気化しやすくなり、気化した又は内在する気体は圧力に反比例して体積を増大させるので、塗布溶液供給配管2d内に材料溶液9dの不連続部分が発生して、安定した吐出が不可能となる。
Even if the supply of the
そこで、減圧室7の減圧度を、薄膜形成装置1が設置されるクリーンルーム等の常温(25℃)での水の飽和蒸気圧(3.1kPa)以上、大気圧(101.3kPa)以下の範囲で設定することにより、内在する水分が気化し気泡が発生するのを防止することができる。尚、温度条件が異なれば、それに応じて下限(水の飽和蒸気圧)も変動させる。
Therefore, the degree of decompression of the
図6は、本発明である薄膜形成装置で塗布溶液収納容器の液面レベルとインクジェットヘッドのノズル面との水頭差を最適に保つ機構を示す図である。 FIG. 6 is a view showing a mechanism for optimally maintaining the water head difference between the liquid level of the coating solution storage container and the nozzle surface of the inkjet head in the thin film forming apparatus according to the present invention.
インクジェット吐出は圧力伝達が重要であるが、インクジェットヘッド9は、減圧環境下に置かれるので、水頭差による自然供給を行うためには、塗布溶液収納容器2cも減圧室7内に置いて、同じ環境下で行う必要がある。
Ink jet discharge is important for pressure transmission. However, since the
水頭差の許容範囲は上下約10mmの幅があるが、材料溶液9dは消費されるので、液面は徐々に下がる。そこで、薄膜形成装置1に水頭差調整機構11を設ける。
The allowable range of the water head difference is about 10 mm above and below, but the
減圧室7内に、移動ステージ11bを垂直方向に移動させることができる収納容器昇降用アクチュエータ11aを設置し、移動ステージ11bに塗布溶液収納容器2cを載置する。
A storage container lifting / lowering actuator 11a capable of moving the moving
また、塗布溶液収納容器2cを挟むように液面監視センサ11cを取り付ける。液面レベルの低下を検知すると、収納容器昇降用アクチュエータ11aにより塗布溶液収納容器2cを上昇させて、常に一定の水頭差を維持する。
Further, the liquid level monitoring sensor 11c is attached so as to sandwich the coating
材料溶液9dの不足を補うために、減圧室7の外に補充用タンク11dを設け、塗布動作の中断時等に、補充用ポンプ11eで塗布溶液収納容器2cに材料溶液9dを送るようにすることもできる。
In order to compensate for the shortage of the
図7は、本発明である薄膜形成装置で塗布溶液収納容器をインクジェットヘッドよりも上方に配置し、配管系統を効率化した構成を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing a configuration in which the coating solution storage container is disposed above the inkjet head in the thin film forming apparatus according to the present invention, and the piping system is made more efficient.
水頭差の設定値は、インクジェットヘッド9のノズル9a面における静止状態での材料溶液9dに掛かる力の釣合いから求められ、塗布溶液収納容器2cの液面はノズル9a面によりも最適設定値だけ低くする必要がある。
The set value of the water head difference is obtained from the balance of the force applied to the
しかし、インクジェットヘッド9と基板3の塗布ギャップは、通常約0.5mmであるため、塗布溶液収納容器2cを基板搬送テーブル4上に置くことはできないし、インクジェットヘッド9よりも高い位置に置くこともできない。
However, since the coating gap between the
そのため、基板搬送テーブル4の可動範囲外であるかなり離れた位置に塗布溶液収納容器2cを設置すると、塗布溶液供給配管2dが非常に長くなり、配管抵抗も増大してしまう。
For this reason, if the application
そこで、薄膜形成装置1aでは、塗布溶液供給配管2dを短く整然と配置し、塗布溶液収納容器2cをインクジェットヘッド9よりも高い位置に設置できるように微差圧調整機構12を設けて信頼性を確保する。
Therefore, in the thin film forming apparatus 1a, the coating
微差圧調整機構12は、電空レギュレータ12aを用いて、塗布溶液収納容器2cが高い位置にあっても、インクジェットヘッド9と塗布溶液収納容器2cの間にマイナスの微差圧を生じさせる。
The fine differential
図8は、本発明である薄膜形成装置に設置した電空レギュレータの制御構造を示す図である。電空レギュレータ12aは、排気弁12bと給気弁12cを有し、設定圧力により両者を使い分けることで、昇圧にも降圧にも対応することができる。
FIG. 8 is a diagram showing a control structure of an electropneumatic regulator installed in the thin film forming apparatus according to the present invention. The
例えば、制御回路12iに昇圧の入力信号が入ると、給気用電磁弁12dは開き、排気用電磁弁12eは閉じて、給気の一部が給気用電磁弁12dを通してパイロット室12fに送られる。パイロット室12fの圧力が上昇し、ダイヤフラム12gの上面に作用すると、ダイヤフラム12gと連動する給気弁12cが開き、給気による加圧が出力圧力となる。
For example, when a boost input signal is input to the control circuit 12i, the
一方、制御回路12iに減圧の入力信号が入ると、給気用電磁弁12dは閉じ、排気用電磁弁12eは開いて、パイロット室12fから排気が行われる。パイロット室12fの圧力が下がることで、ダイヤフラム12gと連動する排気弁12bが開き、排気による減圧が出力圧力となる。
On the other hand, when a depressurization input signal is input to the control circuit 12i, the
図9は、本発明である薄膜形成装置の電空レギュレータの出力圧力を一定値に収束させる制御を実現させるブロック図である。 FIG. 9 is a block diagram for realizing control for converging the output pressure of the electropneumatic regulator of the thin film forming apparatus according to the present invention to a constant value.
電空レギュレータ12aで一連の動作を行ったら、圧力検出センサ12hでパイロット室12fの内部圧力を検出し、制御回路12iにフィードバックすることにより、入力信号に比例した出力圧力になるまで繰り返し動作を実行する。
When a series of operations are performed by the
尚、電空レギュレータ12aは、直列又は並列に多段的に設置することにより、精度を向上させたりすることも可能である。
The
1 薄膜形成装置
1a 薄膜形成装置
1b 薄膜形成装置
2 ヘッド
2a ヘッドブラケット
2b ヘッド昇降用アクチュエータ
2c 塗布溶液収納容器
2d 塗布溶液供給配管
2e 門型フレーム
3 基板
4 基板搬送テーブル
4a 静電チャック
5 ステージ
5a リフトピン機構
6 ガイドレール
6a テーブル移動用アクチュエータ
6b 位置検出器
7 減圧室
7a ベースフレーム
7b 真空排気ポンプ
7c 揮発性溶剤吸着処理装置
7d 真空シール
7e 真空ゲージ
7f シーケンサ
7g 通信手段
7h サーボアンプ
7i 可変圧力調整弁
7j サーボモータ
7k リーク弁
8 液晶パネル
8a 配向膜
9 インクジェットヘッド
9a ノズル
9b 材料溶液供給口
9c ヘッドコントローラ接続ケーブル
9d 材料溶液
9e メニスカス
9f 液垂れ
10 システム制御装置
10a インクジェットヘッドコントローラ
10b ヘッド駆動部
10c メモリ部
10d 制御部
10e 制御用コンピュータ
10f ステージコントローラ
10g 減圧制御
11 水頭差調整機構
11a 収納容器昇降用アクチュエータ
11b 移動ステージ
11c 液面監視センサ
11d 補充用タンク
11e 補充用ポンプ
12 微差圧調整機構
12a 電空レギュレータ
12b 排気弁
12c 給気弁
12d 給気用電磁弁
12e 排気用電磁弁
12f パイロット室
12g ダイヤフラム
12h 圧力検出センサ
12i 制御回路
13 大気中における成膜挙動
13a 減圧下における成膜挙動
14 水頭差適正
14a 水頭差過剰
14b 水頭差不足
15 蒸気圧線図
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thin film forming apparatus 1a Thin film forming apparatus 1b Thin film forming apparatus 2 Head 2a Head bracket 2b Actuator for raising / lowering head 2c Coating solution storage container 2d Coating solution supply piping 2e Portal frame 3 Substrate 4 Substrate transport table 4a Electrostatic chuck 5 Stage 5a Lift pin Mechanism 6 Guide rail 6a Table moving actuator 6b Position detector 7 Decompression chamber 7a Base frame 7b Vacuum exhaust pump 7c Volatile solvent adsorption processing device 7d Vacuum seal 7e Vacuum gauge 7f Sequencer 7g Communication means 7h Servo amplifier 7i Variable pressure regulating valve 7j Servo motor 7k Leak valve 8 Liquid crystal panel 8a Alignment film 9 Inkjet head 9a Nozzle 9b Material solution supply port 9c Head controller connection cable 9d Material solution 9e Meniscus 9f Liquid dripping DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 System controller 10a Inkjet head controller 10b Head drive part 10c Memory part 10d Control part 10e Control computer 10f Stage controller 10g Depressurization control 11 Hydrohead adjustment mechanism 11a Storage container raising / lowering actuator 11b Moving stage 11c Liquid level monitoring sensor 11d For replenishment Tank 11e Replenishment pump 12 Fine differential pressure adjustment mechanism 12a Electro-pneumatic regulator 12b Exhaust valve 12c Intake valve 12d Inlet solenoid valve 12e Exhaust solenoid valve 12f Pilot chamber 12g Diaphragm 12h Pressure detection sensor 12i Control circuit 13 Formation in air Membrane behavior 13a Deposition behavior under reduced pressure 14 Suitable head differential 14a Excessive head differential 14b Insufficient head differential 15 Vapor pressure diagram
Claims (4)
前記インクジェットヘッドにノズル面と液面との水頭差を利用して材料溶液を供給する塗布溶液収納容器と、
前記基板を載置し水平に移動させる基板搬送テーブルと、
前記インクジェットヘッドの吐出を制御するインクジェットヘッドコントローラ及び前記基板搬送テーブルを移動させると共に位置を検出してフィードバック制御するステージコントローラを有するシステム制御装置と、
前記インクジェットヘッド及び塗布溶液収納容器及び基板搬送テーブルを収容する減圧手段を備えた減圧室とからなり、
前記インクジェットヘッドに直接接続された前記塗布溶液収納容器を同じ減圧環境下に置くことを特徴とする薄膜形成装置。 A plurality of inkjet heads for discharging a material solution from a plurality of nozzles formed at regular intervals and applying the solution to a substrate;
A coating solution storage container for supplying a material solution to the inkjet head using a water head difference between a nozzle surface and a liquid surface;
A substrate transfer table for placing and moving the substrate horizontally;
A system controller having an inkjet head controller that controls the ejection of the inkjet head, and a stage controller that moves the substrate transfer table and detects the position and performs feedback control;
A decompression chamber having decompression means for housing the inkjet head, the coating solution storage container, and the substrate transfer table;
The thin film forming apparatus, wherein the coating solution storage container directly connected to the ink jet head is placed under the same reduced pressure environment.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001105627A (en) * | 1999-10-14 | 2001-04-17 | Seiko Epson Corp | Ink supply apparatus |
JP2006015245A (en) * | 2004-07-01 | 2006-01-19 | Seiko Epson Corp | Apparatus and method for forming film |
JP2006088090A (en) * | 2004-09-27 | 2006-04-06 | Seiko Epson Corp | Liquid droplet discharge device |
JP2006192785A (en) * | 2005-01-14 | 2006-07-27 | Sharp Corp | Fluid ejector, inkjet printer, and control method of fluid ejector |
JP2006289355A (en) * | 2005-03-18 | 2006-10-26 | Ran Technical Service Kk | Apparatus and method for forming thin film |
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001105627A (en) * | 1999-10-14 | 2001-04-17 | Seiko Epson Corp | Ink supply apparatus |
JP2006015245A (en) * | 2004-07-01 | 2006-01-19 | Seiko Epson Corp | Apparatus and method for forming film |
JP2006088090A (en) * | 2004-09-27 | 2006-04-06 | Seiko Epson Corp | Liquid droplet discharge device |
JP2006192785A (en) * | 2005-01-14 | 2006-07-27 | Sharp Corp | Fluid ejector, inkjet printer, and control method of fluid ejector |
JP2006289355A (en) * | 2005-03-18 | 2006-10-26 | Ran Technical Service Kk | Apparatus and method for forming thin film |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101116320B1 (en) | 2009-09-22 | 2012-03-09 | 에이피시스템 주식회사 | Appratus for dropping liquid |
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