JP2010158629A - 液滴塗布方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 塗布ヘッドのノズルから吐出される塗布液の液滴の量を高精度に測定すること。
【解決手段】 塗布ヘッド２０のノズル２６から塗布液を液滴Ｌとして吐出させて基板に塗布する液滴塗布装置１０において、塗布液とは混ざり合わず、塗布液の比重より小さい比重をもち、塗布ヘッド２０のノズル２６から吐出した塗布液の液滴Ｌを受止め球状にして捕獲する液状体Ｖと、液状体Ｖに捕獲されて球状をなす上記液滴Ｌを撮像する撮像部５０と、撮像した液滴Ｌの画像に基づいて、当該液滴Ｌの量を求める検査部６０とを有してなるもの。
【選択図】 図７

Description

本発明は液滴塗布方法及び装置に関する。

インク等の液滴塗布装置として、特許文献１に記載の如く、基板に対して塗布液を液滴として吐出させて塗布する複数のノズルを備えた塗布ヘッドを有してなるものがある。塗布ヘッドは、各ノズルに対応する圧電素子を備え、各圧電素子に対する駆動電圧の印加に応じて各ノズルから塗布液を吐出する。このとき、配向膜やレジスト等の薄膜の形成に用いられる塗布ヘッドでは、均一な厚さの膜を形成するために、各ノズルからの塗布液の吐出量が均一に調整されていることが求められる。ところが、各ノズルの個体差、各圧電素子の個体差等により、各圧電素子に同一の駆動電圧を印加しても、各ノズルからの塗布液の吐出量は必ずしも同一にならない。

そこで、従来技術では、各ノズルからの塗布液の吐出量を検出し、この検出結果に基づいて各圧電素子の印加電圧を調整することにより、各ノズルからの塗布液の吐出量が互いに同一になるように調整している。

特開2005-40690号公報

従来技術では、各ノズルからの塗布液の吐出量を、各ノズルから吐出されて検査用基板に着弾した液滴の着弾面積から測定するものがある。ところが、検査用基板の表面における塗布液との接触角は基板上の場所（領域）によってばらつきを有している。従って、検査用基板の各場所で、塗布量が同じであっても接触角が小さい場所に比べて接触角が大きい場所では、着弾した塗布液の投影面積が小さくなる。このような検査用基板を用いた場合、着弾面積の検出結果に接触角のばらつきに起因する誤差が含まれ、ノズル間の吐出量を均一に調整することが困難になる。

また、従来技術では、各ノズルからの塗布液の吐出量を、各ノズルから吐出されて落下中の液滴の飛翔面積から測定するものがある。ところが、各ノズルから吐出された液滴の飛翔形状は、各ノズルの出口状態、落下中の液滴に及ぶ気流の影響等により不安定になる。従って、飛翔面積の検出結果に各ノズルの出口状態や気流の影響等に起因する誤差が含まれ、ノズル間の吐出量を均一に調整することが困難になる。

本発明の課題は、塗布ヘッドのノズルから吐出される塗布液の液滴の量を高精度に測定することにある。

本発明の他の課題は、塗布ヘッドの複数のノズルから吐出される塗布液の吐出量を均等化することにある。

請求項１の発明は、塗布ヘッドのノズルから塗布液を液滴として吐出させて基板に塗布する液滴塗布方法において、塗布ヘッドのノズルから吐出した塗布液の液滴を、塗布液とは混ざり合わず、塗布液の比重より小さい比重をもつ液状体に受止め球状にして捕獲する捕獲工程と、液状体に捕獲されて球状をなす上記液滴を撮像する撮像工程と、撮像した液滴の画像に基づいて、当該液滴の量を求める検査工程とを有してなるようにしたものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において更に、前記検査工程で求めた液滴の量に基づいて、対応するノズルからの塗布液の吐出量を調整する制御工程とを有してなるようにしたものである。

請求項３の発明は、請求項２の発明において更に、前記塗布ヘッドが複数のノズルを備えるとき、各ノズルから吐出した塗布液の各液滴について前記捕獲工程と前記撮像工程と前記検査工程を行ない、前記制御工程では、前記検査工程で求めた各液滴の量に基づいて、各ノズルから吐出される液滴の量が互いに同一になるように各ノズルからの塗布液の吐出量を調整するようにしたものである。

請求項４の発明は、塗布ヘッドのノズルから塗布液を液滴として吐出させて基板に塗布する液滴塗布装置において、塗布液とは混ざり合わず、塗布液の比重より小さい比重をもち、塗布ヘッドのノズルから吐出した塗布液の液滴を受止め球状にして捕獲する液状体と、液状体に捕獲されて球状をなす上記液滴を撮像する撮像部と、撮像した液滴の画像に基づいて、当該液滴の量を求める検査部とを有してなるようにしたものである。

請求項５の発明は、請求項４の発明において更に、前記検査部で求めた液滴の量に基づいて、対応するノズルからの塗布液の吐出量を調整する制御部とを有してなるようにしたものである。

請求項６の発明は、請求項５の発明において更に、前記塗布ヘッドの複数のノズルから吐出した塗布液の各液滴の量に基づいて、各ノズルから吐出される液滴の量が互いに同一になるように各ノズルからの塗布液の吐出量を調整するようにしたものである。

本発明によれば、塗布ヘッドのノズルから吐出した塗布液の液滴を、塗布液とは混ざり合わず、塗布液の比重より小さい比重をもつ液状体に受止め球状にして捕獲し、液状体に捕獲されて球状をなす上記液滴を撮像し、撮像した液滴の画像に基づいて、当該液滴の量を求めることにより、塗布ヘッドのノズルから吐出される塗布液の液滴の量を高精度に測定することができる。

また、ノズルを複数有する場合には、複数のノズルから吐出した塗布液の各液滴の量に基づいて、各ノズルから吐出される液滴の量が互いに同一になるように各ノズルからの塗布液の吐出量を調整することにより、塗布ヘッドの複数のノズルから吐出される塗布液の吐出量を均等化することができる。

図１は液滴塗布装置を示す正面図である。 図２は液滴塗布装置を示す平面図である。 図３は液滴塗布装置を示す側面図である。 図４は液滴塗布装置を示す制御ブロック図である。 図５は塗布ヘッドを示す断面図である。 図６は塗布ヘッドの複数のノズルからの液滴吐出状態を示す模式図である。 図７は撮像工程と検査工程を示す模式図である。 図８は液状体に捕獲された球状の液滴を示す模式図である。

図１〜図４に示す液滴塗布装置１０は、ベース１１を床面上に水平に支持し、ベース１１の上面の幅方向の両端部にガイド部材１２を延在し、ガイド部材１２の上面に搬送テーブル１３を配置している。搬送テーブル１３は、両側のスライド部材１４により、ガイド部材１２にスライド自在に支持され、Ｘ軸方向駆動装置１５によりガイド部材１２の長手方向（Ｘ軸方向）に沿って駆動される。搬送テーブル１３の上面にはガラス基板等の基板Ｗが着脱可能に保持される。

液滴塗布装置１０は、ベース１１の長手方向の中間部に、両側のガイド部材１２を跨ぐ門型の支持体１６を立設している。支持体１６の上側には、取付部材１７が水平に設けられ、取付部材１７の一側面には複数、本実施例では３個の塗布ヘッド２０がベース１１の幅方向（Ｙ軸方向）に沿って並設されている。３個の塗布ヘッド２０の下側を搬送テーブル１３及び基板Ｗが相対移動して通過するようになっている。

塗布ヘッド２０は、図５に示す如く、ヘッド本体２１を有している。ヘッド本体２１は、上面側から下面側に連通する開口部２２を有しており、その下面開口は可撓板２３によって閉塞されている。この可撓板２３は、ノズルプレート２４によって下側を覆われており、可撓板２３とノズルプレート２４との間には複数の液室２５が形成されている。この液室２５は、溶液タンク（不図示）から供給される塗布液、例えば配向膜を形成するポリイミド溶液、或いは液晶等によって満たされている。ノズルプレート２４には、各液室２５に対応する複数のノズル２６がヘッド本体２１の長手方向とほぼ直交する方向、即ち基板Ｗの搬送方向（Ｘ軸方向）に直交する方向（Ｙ軸方向）に沿って一列に形成されている。

塗布ヘッド２０は、可撓板２３の上面における各ノズル２６と対向する位置にそれぞれ圧電素子２８が固定されている。これら圧電素子２８には、ヘッド本体２１に設けられた駆動部２９が接続され、各圧電素子２８に対して独立に駆動電圧を印加できるようになっている。駆動電圧が印加された圧電素子２８は、可撓板２３を部分的に変形させ、対応するノズル２６から駆動電圧に応じた量の塗布液を吐出させる。ノズル２６から吐出した塗布液は液滴状となり、搬送される基板Ｗの表面に付着塗布される。

塗布ヘッド２０は、制御部３０に電気的に接続されており、制御部３０により制御される駆動部２９が各圧電素子２８に印加する駆動電圧に応じて各ノズル２６から塗布液を吐出する。尚、搬送テーブル１３の長手方向の端部には、各塗布ヘッド２０の吐出を安定させるための吐出安定部２０Ａが設けられている。この吐出安定部２０Ａは、各塗布ヘッド２０のダミー吐出用の受皿、及び各塗布ヘッド２０の吐出面をワイプするワイプブレード等を有している。

しかるに、液滴塗布装置１０の制御部３０は、塗布ヘッド２０の各ノズル２６から吐出される塗布液の液滴Ｌの量（容積又は重量）を高精度に調整し、各ノズル２６から吐出される塗布液の吐出量を均等化するため、受容体４０に収容した透光性液状体（粘性剤、ゲル状剤等）Ｖ、撮像部５０、検査部６０、表示部７０を用いて以下の如くに動作する。

液滴塗布装置１０は、搬送テーブル１３の長手方向の端部（塗布ヘッド２０の吐出安定部２０Ａと反対側）に支持板４１を水平に設け、複数の塗布ヘッド２０のそれぞれに対応する複数、本実施例では３個の受容体４０をベース１１の幅方向（Ｙ軸方向）に沿って並置する。各受容体４０は、図６、図７に示す如く、塗布ヘッド２０の各ノズル２６から吐出される塗布液とは混ざり合わない程度の表面張力の差を有し、塗布液の比重より小さい比重を持つ液状体Ｖを収容する。各塗布ヘッド２０の各ノズル２６から吐出した塗布液の液滴Ｌを、各受容体４０内の液状体Ｖに受止め球状にして捕獲するものである。受容体４０及び支持板４１は、支持板４１の下部に配置される後述の光源５６の光を支持板４１、受容体４０、液状体Ｖに透過して、液状体Ｖ中の液滴Ｌを支持板４１の上部の撮像部５０により撮像可能にするように、ガラス等の透明体又は半透明体にて構成される。但し、撮像部５０及び光源５６を支持板４１の上部に配置し、光源５６の光が液状体Ｖ中の液滴Ｌに反射して該液滴Ｌを撮像部５０により撮像可能にするものでも良い。

液滴塗布装置１０は、塗布ヘッド２０の取付部材１７の先端部にガイド部材５１を延在し、ガイド部材５１の側面に撮像部５０を配置している。撮像部５０は、スライド部材５２により、ガイド部材５１にスライド自在に支持され、Ｙ軸方向駆動装置５３によりガイド部材５１の長手方向（Ｙ軸方向）に沿って駆動される。撮像部５０は、図７に示す如く、３個の各塗布ヘッド２０の各ノズル２６から各受容体４０内の液状体Ｖに捕獲された球状の各液滴Ｌの上側を順に通過し、それらの液滴Ｌを撮像する。撮像部５０としては、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ等を用いる。

尚、液滴塗布装置１０は、各受容体４０の支持板４１が設けられている搬送テーブル１３の長手方向の端部で、支持板４１の下部に、取付部材５４に支持されるガイド部材５５を延在し、ガイド部材５５の上面に光源５６を配置している。光源５６は、スライド部材５７により、ガイド部材５５にスライド自在に支持され、Ｙ軸方向駆動装置５８（不図示）によりガイド部材５５の長手方向（Ｙ軸方向）に沿って駆動される。撮像部５０と光源５６がそれらの中心軸（光軸）を合致させながら、互いに同期してそれらのガイド部材５１、５５の長手方向に沿って駆動され、前述の各受容体４０内の液状体Ｖに捕獲されて球状をなす各液滴Ｌを撮像部５０により撮像する。

液滴塗布装置１０は、撮像部５０から送信される各液滴Ｌの画像（検出結果）を検査部６０に受信する。検査部６０は、各液滴Ｌの画像に基づいて、その液滴Ｌの直径ｄを測定し、ひいてはその容積ないしは重量を測定する。検査部６０は、各液滴Ｌの画像を表示部７０に転送して表示する（図８）。

制御部３０は、塗布ヘッド２０の各ノズル２６から吐出された各液滴Ｌの量（容積又は重量）を検査部６０で測定した後、塗布ヘッド２０を制御し、各液滴Ｌのそれぞれに対応するノズル２６からの塗布液の吐出量を調整する。例えば、制御部３０は、各ノズル２６から吐出される各液滴Ｌの量（容積又は重量）が互いに同一になるように塗布ヘッド２０を制御し、各ノズル２６からの塗布液の吐出量を調整する。

制御部３０による塗布ヘッド２０の制御手順は以下の如くになる。
(1)準備工程
Ｘ軸方向駆動装置１５により搬送テーブル１３を駆動し、搬送テーブル１３を図１に２点鎖線で示す待機位置に位置付ける。このとき、支持体１６の取付部材１７に並設されている各塗布ヘッド２０の直下に、搬送テーブル１３の端部に設けられている支持板４１上の各受容体４０が位置付けられる。

(2)捕獲工程
各塗布ヘッド２０のそれぞれにおいて、駆動部２９により各圧電素子２８に印加される駆動電圧に応じて各ノズル２６から塗布液を吐出し、各ノズル２６から吐出した塗布液の液滴Ｌを、各受容体４０内の液状体Ｖに受止め球状にして捕獲する。

(3)撮像工程
Ｙ軸方向駆動装置５３、５８により、撮像部５０と光源５６をそれらの対向する位置関係を保持したままＹ軸方向に沿って駆動し、このＹ軸方向に沿って並置されている各受容体４０内の液状体Ｂに捕獲されて球状をなす各液滴Ｌを順に撮像部５０により撮像する。尚、液滴Ｌの撮像は、撮像部５０と光源５６を間欠的に停止させて行なっても良く、移動中に行なっても良い。

(4)検査工程
撮像部５０が撮像した各液滴Ｌの画像に基づいて、検査部６０により各液滴Ｌの直径ｄを測定し、ひいてはその容積ないしは重量を測定する。

(5)制御工程
検査部６０により測定された各液滴Ｌの量（容積又は重量）が目標値になるように、当該ノズル２６に対応する圧電素子２８の駆動電圧を調整し、当該ノズル２６から吐出される液滴Ｌの量（容積又は重量）を目標値になるように調整する。

このとき、各塗布ヘッド２０のそれぞれにおいて、全ノズル２６のそれぞれから吐出される各液滴Ｌの量（容積又は重量）を同一の目標値になるように調整し、ひいては各ノズル２６から吐出される液滴Ｌの量（容積又は重量）を互いに同一になるように調整する。

尚、液滴塗布装置１０にあっては、塗布ヘッド２０の各ノズル２６のそれぞれにおいて、当該ノズル２６から続けて吐出した複数個の液滴Ｌ（Ｌ1，Ｌ2・・・）について、前述の(2)〜(4)を行ない、(4)で求めた複数個の液滴Ｌ1，Ｌ2・・・各個の容積又は重量の平均値を、当該ノズル２６から吐出される液滴Ｌの量（容積又は重量）とするものでも良い。

尚、本発明が適用される塗布液は、基本的にはどんな種類（ポリイミド、カラーフィルタ用、ＵＶ硬化タイプ、溶剤タイプ、油性タイプ、水性タイプ）でも良く、液滴を形成できれば良い。本発明が適用される液状体は、塗布液とは混ざり合わない程度の表面張力の差を有し、塗布液の比重より小さい比重をもち、塗布液の液滴を受止め球状にして捕獲するものであれば良い。そのため、液状体Ｖは、捕獲した液滴Ｌ状の塗布液が自身の有する表面張力によって液状体Ｖ内で球形となることを妨げない程度に低い粘度であることが好ましい。例えば、塗布液としてプリンタ用インクを考えた場合、表面張力は通常25〜35（dyn/cm）、比重が1.05前後であるから、このインクに対する液状体としては表面張力がインクより小さい20（dyn/cm）近傍、比重が0.9近傍のものを用いる。このような液状体としては、例えばシリコーンオイルを用いることができる。尚、液状体は、その比重が、液状体の粘度との関係でも多少異なるが、塗布液と同程度であり、捕獲した塗布液が液状体中で浮上することも沈下することもなく、静止可能であることが好ましい。

本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
(a)塗布ヘッド２０のノズル２６から吐出した塗布液の液滴Ｌを、塗布液とは混ざり合うことなく、塗布液の比重より小さい比重をもつ液状体Ｖに受止めることにより、この液滴Ｌを液状体Ｖの中にある程度沈めた状態で安定的に球状化できる。球状の液滴Ｌを撮像してその直径ｄを測定し、ひいてはその容積ないしは重量を高精度に測定できる。

(b)塗布ヘッド２０のノズル２６から吐出した液滴Ｌの容積ないしは重量が測定されたら、当該ノズル２６から吐出される液滴Ｌの容積ないしは重量が目標値になるように当該ノズル２６に対応する圧電素子２８の駆動電圧を調整する。これにより、当該ノズル２６から吐出される液滴Ｌの容積ないしは重量を目標値になるように調整できる。

(c)塗布ヘッド２０の全ノズル２６のそれぞれについて上述(b)を行なうことにより、全ノズル２６から吐出される液滴Ｌの容積ないしは重量を同一の目標値になるように調整し、ひいては各ノズル２６から吐出される液滴Ｌの容積ないしは重量を互いに同一になるように調整できる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

本発明によれば、塗布ヘッドのノズルから吐出される塗布液の液滴の量を高精度に測定することができる。また、本発明によれば、塗布ヘッドの複数のノズルから吐出される塗布液の吐出量を均等化することができる。

１０ 液滴塗布装置
２０ 塗布ヘッド
２６ ノズル
３０ 制御部
４０ 受容体
５０ 撮像部
６０ 検査部
Ｌ 塗布液の液滴
Ｖ 液状体

Claims (6)

1. 塗布ヘッドのノズルから塗布液を液滴として吐出させて基板に塗布する液滴塗布方法において、
   塗布ヘッドのノズルから吐出した塗布液の液滴を、塗布液とは混ざり合わず、塗布液の比重より小さい比重をもつ液状体に受止め球状にして捕獲する捕獲工程と、
   液状体に捕獲されて球状をなす上記液滴を撮像する撮像工程と、
   撮像した液滴の画像に基づいて、当該液滴の量を求める検査工程とを有してなることを特徴とする液滴塗布方法。
2. 前記検査工程で求めた液滴の量に基づいて、対応するノズルからの塗布液の吐出量を調整する制御工程とを有してなる請求項１に記載の液滴塗布方法。
3. 前記塗布ヘッドが複数のノズルを備えるとき、各ノズルから吐出した塗布液の各液滴について前記捕獲工程と前記撮像工程と前記検査工程を行ない、
   前記制御工程では、前記検査工程で求めた各液滴の量に基づいて、各ノズルから吐出される液滴の量が互いに同一になるように各ノズルからの塗布液の吐出量を調整する請求項２に記載の液滴塗布方法。
4. 塗布ヘッドのノズルから塗布液を液滴として吐出させて基板に塗布する液滴塗布装置において、
   塗布液とは混ざり合わず、塗布液の比重より小さい比重をもち、塗布ヘッドのノズルから吐出した塗布液の液滴を受止め球状にして捕獲する液状体と、
   液状体に捕獲されて球状をなす上記液滴を撮像する撮像部と、
   撮像した液滴の画像に基づいて、当該液滴の量を求める検査部とを有してなることを特徴とする液滴塗布装置。
5. 前記検査部で求めた液滴の量に基づいて、対応するノズルからの塗布液の吐出量を調整する制御部とを有してなる請求項４に記載の液滴塗布装置。
6. 前記塗布ヘッドの複数のノズルから吐出した塗布液の各液滴の量に基づいて、各ノズルから吐出される液滴の量が互いに同一になるように各ノズルからの塗布液の吐出量を調整する請求項５に記載の液滴塗布装置。

Images