JP2012206093A

JP2012206093A - 塗布方法および塗布装置

Info

Publication number: JP2012206093A
Application number: JP2011075881A
Authority: JP
Inventors: Yuji Uchida; 勇治内田; Naomi Kurihara; 尚実栗原; Junichi Uehara; 淳一上原
Original assignee: Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2012-10-25

Abstract

【課題】各吐出ノズルの吐出量を正確に把握し、精度良く全ノズルの吐出量を調整することができる塗布方法および塗布装置を提供する。
【解決手段】吐出ノズルから液滴を吐出し、基板へ塗布を行う吐出工程と、吐出ノズルから吐出した液滴の着弾面積を測定する測定工程と、前記吐出工程における各吐出ノズルの制御量を調節する調節工程と、を有する塗布方法において、前記調節工程では、前記吐出工程が行われる前に実施された前記測定工程の過去データの蓄積から得られる統計データにもとづいて、この吐出工程における各吐出ノズルの制御量の調節を行うことを特徴とする。
【選択図】図８

Description

本発明は、インクジェット方式により基板に塗布を行う塗布方法および塗布装置に関するものである。

カラー液晶ディスプレイ等のフラットパネルディスプレイには、色形成の中核を成す部材としてカラーフィルタが用いられている。カラーフィルタは、ガラス基板上に微細なＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３色の画素が多数並べられて形成されている。

このカラーフィルタを製造する装置として、ガラス基板上に形成された多数の微細な画素部に、Ｒ、Ｇ、Ｂの各インクをインクジェットヘッドから吐出して塗布し、Ｒ、Ｇ、Ｂの色画素を形成するインクジェット装置が近年用いられるようになってきている。

インクジェットヘッドにはインクを吐出するノズルが多数配列されており、これらのノズルから複数の画素部へ同時にインクを吐出することにより複数の色画素を同時に形成することができるが、ノズルから吐出されるインクの量にはノズル同士の間で少なからずばらつきが生じる。すなわち、長時間の使用によりノズル内壁にインクが付着するため、これが要因となり各ノズルのインクの吐出量が経時変化する。このばらつきを考慮せずにそれぞれの画素部へのインクの吐出を行うと、それぞれの色画素を形成するインクの量にばらつきが生じ、それがカラーフィルタの色ムラとなる。

ここで、各ノズルの吐出量のばらつきを調整してカラーフィルタの色ムラを防ぐため、評価用の塗布を実施した基板の膜厚や色度を専用の測定器を用いて測定し、その結果をノズルの吐出量調節に反映する方法が一般的に用いられているが、その方法を行うためには、基板への塗布を行う装置とは別に専用の測定器を必要とし、また、測定結果が得られるまでに、基板の搬送および測定に多くの時間を必要とする。そこで、下記特許文献１では、ガラス基板とは別に塗布装置内に設けられた着弾面へ複数のノズルからインク液滴を着弾させて着弾面積を測定し、この測定結果をもとに各ノズルの駆動電圧を調節し、複数のノズルから吐出される液滴の液滴量のばらつきを調節している。

特開２０１０−２０４４０８号公報

しかし、上記特許文献１に記載された機能を有する塗布装置では、ノズルの吐出量の調節が精度良くできないという問題があった。具体的には、同一のノズルから吐出される液滴の量にも１回の吐出ごとにばらつきがあるのに対し、１回の吐出結果に対して液滴の着弾面積を測定して調節を行うため、調節に少なからず誤差が生じ、精度良い調節ができない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、精度良く各ノズルの吐出量を調節することのできる調節工程を有する塗布方法および塗布装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明の塗布方法は、吐出ノズルから液滴を吐出し、基板へ塗布を行う吐出工程と、吐出ノズルから吐出した液滴の着弾面積を測定する測定工程と、前記吐出工程における各吐出ノズルの制御量を調節する調節工程と、を有する塗布方法において、前記調節工程では、前記吐出工程が行われる前に実施された前記測定工程の過去データの蓄積から得られる統計データにもとづいて、この吐出工程における各吐出ノズルの制御量の調節を行うことを特徴としている。

上記塗布方法によれば、調節工程では、測定工程の過去データの蓄積から得られる統計データにもとづいて各吐出ノズルの制御量の調節を行うことにより、十分な標本数の統計データによって、ばらつきの成分を省いたデータを割り出して調節することができるため、吐出ノズルの吐出量のばらつきの影響の少ない、精度良い調節を行うことが可能となる。

また、前記調節工程では、前回の前記調節工程以降に行われた前記測定工程のデータの蓄積から得られる統計データから同一の吐出ノズルが吐出した液滴の着弾面積の標本平均を求め、調節後のこの吐出ノズルから求められる前記標本平均が所定の値となるように、この吐出ノズルの制御量を調節することを各吐出ノズルにおいて行うと良い。

こうすることにより、同一の吐出ノズルが吐出した液滴の着弾面積の標本平均を求めることで、吐出ノズルの吐出量のばらつきの影響が少ない着弾面積の値が得られ、この着弾面積の値をもとに吐出ノズルの制御量の調節を行うことで、精度良い調節を行うことが可能である。

また、前記調節工程において、調節後の前記制御量が所定の範囲から外れる吐出ノズルが存在する場合、この吐出ノズルは寿命であると判断し、この吐出ノズルの交換を促す信号を出力すると良い。

こうすることにより、制御量が小さくなりすぎて液滴が吐出されなくなったり、制御量が大きくなりすぎて液滴がしぶいたりというような吐出不具合を発生するおそれのある吐出ノズルを検出することができるため、その吐出ノズルを早期に交換することにより、より安定した塗布を行うことができる。

また、前記調節工程において、前記統計データから同一の吐出ノズルが吐出した液滴の着弾面積の標本標準偏差を求め、前記標本標準偏差の値が所定の値を超える場合、この吐出ノズルは寿命であると判断し、この吐出ノズルの交換を促す信号を出力すると良い。

こうすることにより、標本標準偏差の値が所定の値を超える吐出ノズル、すなわち、何らかの原因により吐出のばらつきが大きくなった吐出ノズルを検出することができ、その吐出ノズルを早期に交換することにより、より安定した塗布を行うことができる。

また、上記課題を解決するために本発明の塗布装置は、液滴を吐出する吐出ノズルと、液滴を着弾させるターゲットである検査面と、液滴が着弾した前記検査面の画像を取得する画像認識カメラと、吐出ノズルの制御量の調節および前記画像の処理を行う制御部と、を備え、吐出ノズルから液滴を吐出し、基板へ塗布を行う吐出モードと、吐出ノズルから吐出した液滴の着弾面積を測定する測定モードと、前記測定モードの過去データの蓄積をもとに、以降の前記吐出モードにおける各吐出ノズルの制御量を調節する調節モードと、を有する塗布装置であって、前記測定モードにおいて、前記吐出ノズルが前記検査面に向かって液滴を吐出することで形成された液滴のパターンを前記画像認識カメラが撮像して画像を取得し、前記制御部が前記パターンの画像から液滴の面積を測定して面積データを作成し、前記制御部は、さらに前記調節モードにおいて、前記吐出モードの前に実施された前記測定モードの過去データの蓄積から得られる統計データにもとづいて、この吐出モードにおける各吐出ノズルの制御量の調節を行うことを特徴としている。

上記塗布装置によれば、先述の通り、調節モードにおいて、測定モードの過去データの蓄積から得られる統計データにもとづいて各吐出ノズルの制御量の調節を行うことにより、十分な標本数の統計データによって、ばらつきの成分を省いたデータを割り出して調節することができるため、吐出ノズルの吐出量のばらつきの影響の少ない、精度良い調節が可能となる。

上記の調節工程を有する塗布方法および塗布装置によれば、各ノズルの吐出量を正確に把握でき、精度良く全ノズルの吐出量を調整することができる。

本発明の一実施形態を示す模式図であり、側面図である。検査面および画像取得部の概略図であり、斜視図である。検査面に着弾した検査液体の着弾パターンを示す模式図であり、上面図である。着弾した液滴の着弾面積のヒストグラムを示す模式図である。液滴の形状のモデル図である。吐出ノズルの吐出電圧と吐出された液滴量との関係を示す模式図である。吐出ノズルの吐出電圧と吐出された液滴の着弾面積との関係を示す模式図である。本実施形態における塗布装置の動作フローである。

図１は、本発明の一実施形態を示す模式図である。塗布装置１は、塗布部２、塗布ステージ３、測定装置４、および制御部５を備えており、塗布部２が塗布ステージ３上の基板Ｗの上方を移動しながら塗布部２内の吐出ノズルから塗布液の液滴を吐出することにより、基板Ｗへの塗布動作が行われる。また、塗布部２が測定装置４へ液滴を吐出し、その液滴の吐出状態を制御部５が測定し、その結果にもとづいて制御部５が各吐出ノズルの制御量を調節することにより、各ノズルからの吐出量の調節が行われる。

なお、以下の説明では、塗布部２が移動する方向をＹ軸方向、Ｙ軸方向と水平面上で直交する方向をＸ軸方向、Ｘ軸およびＹ軸方向の双方に直交する方向をＺ軸方向として説明を進めることとする。

塗布部２は、塗布ヘッド１０、および塗布ヘッド移動装置１２を有している。塗布ヘッド１０は塗布ヘッド移動装置１２によって塗布ステージ３上の基板Ｗおよび後述する測定装置４の検査面３１といった吐出対象までの移動が可能であり、各吐出対象まで移動した後、塗布ヘッド１０は自身が有する吐出ノズル１１から各吐出対象に対して液滴の吐出を行う。

塗布ヘッド１０は、ほぼ直方体の形状をとり、その下面が水平になるよう配置されており、下面に複数の吐出ノズル１１を有している。また、塗布ヘッド１０は配管を通じてタンク１３とつながっており、タンク１３に貯蔵された塗布液が吐出部１０へ供給される。タンク１３から塗布ヘッド１０へ供給されたこの塗布液は、全ての吐出ノズル１１へ供給される。ここで、待機時に各吐出ノズル１１から塗布液が漏れ出ないよう、真空源１４から真空バルブ１５を介してタンク１３に所定の大きさの負圧をかけており、これによって吐出ノズル１１内に塗布液がとどめられている。そして、これらの吐出ノズル１１から塗布液の液滴が吐出されることで、塗布ヘッド１０から基板Ｗおよび検査面３１への液滴の吐出が行われる。また、各吐出ノズル１１はそれぞれに図示しない吐出駆動機構を有し、制御部５から各吐出ノズル１１において吐出のオン、オフの制御を行うことにより、任意の吐出ノズル１１を選択して液滴を吐出することが可能である。なお、本実施形態では、吐出駆動機構としてピエゾアクチュエータを用いている。また、この吐出駆動機構を有する吐出ノズル１１の制御量を制御部５が調節することにより、吐出ノズル１１から吐出される液滴の量の調節が可能である。ここで、本実施形態では、吐出駆動機構の吐出電圧が吐出ノズル１１の制御量にあたる。

塗布ヘッド移動装置１２はリニアステージなどで構成される直動機構であり、これに組み付けられている塗布ヘッド１０をＹ軸方向に移動させることが可能である。制御部５にて塗布ヘッド移動装置１２の駆動を制御することにより、塗布ヘッド１０は基板Ｗおよび後述する検査面３１に対して相対的に移動することができ、基板Ｗの上方および検査面３１の上方へ移動することが可能である。また、塗布ヘッド移動装置１２を駆動させながら塗布ヘッド１０の吐出ノズル１１から基板Ｗへ液滴を吐出することにより、連続的に基板Ｗへの塗布を行うことが可能である。

また、本実施形態では、塗布ヘッド１０はＹ軸方向だけでなく、図示しない移動装置によりＸ軸方向にも移動可能としている。これにより、Ｘ軸方向の幅が塗布ヘッド１０の長さよりも長い基板Ｗに対しても、１回の塗布動作が完了するごとに塗布ヘッド１０をＸ軸方向にずらし、複数回に分けて塗布を行うことにより、基板Ｗの全面へ塗布を行うことが可能となっている。

塗布ステージ３は、基板Ｗを固定する機構を有し、基板Ｗへの塗布動作はこの塗布ステージ３の上に基板Ｗを載置し、固定した状態で行われる。本実施形態では、塗布ステージ３は吸着機構を有しており、図示しない真空ポンプなどを動作させることにより、基板Ｗと当接する面に吸引力を発生させ、基板Ｗを吸着固定している。

測定装置４は、検査面３１、および画像取得部４０を有している。吐出状態の測定は、先述の塗布動作を開始する前、もしくは塗布動作を１回または複数回実施した後に行われ、吐出状態測定を行う場合には、塗布ヘッド１０が検査面３１の上方へ移動した後、塗布ヘッド１０がＹ軸方向に移動しながら検査面３１へ向けて液滴を吐出し、その液滴が検査面３１に着弾して液滴パターン２１を形成する。この液滴パターン２１が形成された検査面３１の画像データを画像取得部４０が取得する。取得した画像データは、後述の解析装置５１に転送され、そのデータをもとに各吐出ノズル１１から吐出された液滴の着弾面積、着弾位置、着弾形状といった着弾状態の測定が行われる。

検査面３１および画像取得部４０の構成の詳細を図２に示す。本実施形態では、検査面３１は帯状フィルム３２であり、その両端は図示しない巻きだしローラおよび巻き取りローラにつながっている。ここで制御部５からの制御により巻き取りローラが回転することで、帯状フィルム３２が巻き取られ、同時に供給ローラから帯状フィルムが巻き出される。帯状フィルム３２の巻き取りおよび巻きだし動作を吐出状態測定を行う前に行うことにより、液滴や異物の無い面に液滴パターン２１を形成し、吐出状態測定を行うことができる。

また、この巻き取りおよび巻きだし動作は、吐出状態測定を行う度に行う必要はなく、前回の吐出状態測定を行った後、まだ帯状フィルム３２上に吐出状態測定を行うことができる程度の（液滴や異物の無い）領域が残存するならば、次回の吐出状態測定では塗布ヘッド１０の位置を変えてその領域を用いても良い。この場合、複数回の吐出状態測定を行った結果、帯状フィルム３２上に吐出状態測定を行うことができる程度の領域が無くなったときに、巻き取りおよび巻きだし動作が実施され、液滴や異物の無い面が準備される。本実施形態では、Ｙ軸方向に１００ｍｍの幅を有する帯状フィルム３２に対し、Ｙ軸方向に吐出位置をずらしながら８回程度の吐出状態測定を行った後、巻き取りおよび巻きだし動作を行っている。こうすることにより、帯状フィルム３２を効率的に使用し、かつ、他の吐出状態測定で吐出された液滴パターン２１の影響を受けることの無い吐出状態測定を行っている。

また、巻きだしローラと巻き取りローラの間には複数のガイドローラ３３が帯状フィルム３２に当接しており、図上に鎖線で示す帯状フィルム３２上の液滴が着弾する着弾領域３４が水平になるよう、帯状フィルム３２はガイドローラ３３によりガイドされている。また、着弾領域３４の下方には、帯状フィルム３２を吸着するための吸着テーブル３５が備えられている。吸着テーブル３５は、帯状フィルム３２と当接する面がほぼ平坦である。また、帯状フィルム３２と当接する面は吸引口を有し、図示しない真空ポンプなどを駆動させることにより吸引力を持つことが可能である。吐出状態測定中はこの吸着テーブル３５が着弾領域３４を含む領域分の帯状フィルム３２を吸着固定することにより、吐出状態測定中に着弾領域３４にかかる部分で液滴パターン２１の位置がずれてしまうことを防いでいる。

画像取得部４０は、画像認識カメラ４１、第１カメラ移動装置４２および第２カメラ移動装置４３を有している。画像認識カメラ４１は第１カメラ移動装置４２および第２カメラ移動装置４３に組み付けられており、第１カメラ移動装置４２および第２カメラ移動装置４３を駆動させることにより、画像認識カメラ４１はＸ軸方向およびＹ軸方向に移動することが可能である。

画像認識カメラ４１は、本実施形態ではモノクロのＣＣＤカメラであり、画像取得のタイミングについて外部からの制御が可能である。制御部５により指示を与えることで、この画像認識カメラ４１は連続して画像データを取得し、この取得した画像データはケーブルを介して後述の解析装置５１へ転送される。

第１カメラ移動装置４２は、リニアステージなどで構成される直動機構であり、画像認識カメラ４１をＸ軸方向に移動させることが可能である。また、第２カメラ移動装置４３は、リニアステージなどで構成される直動機構であり、画像認識カメラ４１および第１カメラ移動装置４２をＹ軸方向に移動させることが可能である。

ここで、制御部５により第１カメラ移動装置４２および第２カメラ移動装置４３の駆動を制御することにより、画像認識カメラ４１は検査面３１に対してＸ軸方向およびＹ軸方向に相対的に移動することが可能である。吐出状態測定中にこれらの移動機構を駆動させて画像認識カメラ４１が移動しながら検査面３１の画像データを連続して取得することにより、着弾領域３４に形成された全ての液滴パターン２１を撮像し、測定を行うことが可能である。

また、液滴を検査面３１に着弾させる時には塗布ヘッド１０が検査面３１の真上に位置する必要があるため、第２カメラ移動装置４３を駆動させることにより、塗布ヘッド１０が検査面３１の真上に位置する間、画像認識カメラ４１をＹ軸方向に移動させて退避させることも可能である。

また、検査面３１は、本実施形態のようなフィルム状だけでなく、ガラス板など板状であっても良い。ただし、この場合は、吐出状態測定を行う毎に検査面３１を交換する必要がある。ここで検査面３１をＸ軸方向またはＹ軸方向に移動させる機構を設けて検査面３１をＸ軸方向またはＹ軸方向に移動させ、１枚の検査面３１で複数回の吐出状態測定を行うようにしても、その移動させる距離の分だけ装置のスペースが必要となる。

また、画像取得部４０のその他の構成として、複数台の画像認識カメラ４１がＸ軸方向に並べて設けられ、画像取得時に画像認識カメラ４１は移動せずに全ての液滴パターン２１の画像を取得する構成であっても良い。

制御部５は、コンピュータ、シーケンサなどを有し、塗布ヘッド１０への送液、吐出ノズル１１からの液滴の吐出および吐出量の調節、画像認識カメラ４１による画像取得、各移動機構の駆動などの動作の制御を行う。また、制御部５は、解析装置５１を有し、画像認識カメラ４１によって得られた画像をもとに各吐出ノズル１１の吐出の良否を判定し、また、吐出ノズル１１の吐出量を調節するための制御量を算出する。

解析装置５１は、ＣＰＵおよびＲＡＭやＲＯＭを有するコンピュータであり、画像認識カメラ４１によって得られた画像より各液滴パターン２１の着弾位置、着弾形状、および着弾面積を算出して、各吐出ノズル１１の吐出状態を判定し、また、着弾面積のデータを蓄積し、その結果にもとづいて、吐出ノズル１１の制御量を決定する。解析装置５１には、画像データの各構成画素の輝度情報をもとに画像データから液滴パターン２１の外形データを抽出する画像処理部、画像処理部により抽出した各液滴パターン２１の外形データから重心位置、形状、面積などの着弾状態のデータを算出してこのデータから各吐出ノズル１１の吐出の良否を判定したり、また、算出した面積のデータの蓄積結果をもとに各吐出ノズル１１の制御量を算出したりする解析部など、各機能を実行するためのプログラムが記憶されている。また、解析装置５１は、ハードディスクや、ＲＡＭまたはＲＯＭなどのメモリからなる、各種情報を記憶する記憶装置を有しており、画像データや、解析部により算出された各液滴パターン２１の重心位置データ、着弾形状データ、および着弾面積データや、良否判定時の基準データおよびしきい値データ、使用可能な吐出ノズル１１の情報などがこの記憶装置に記憶される。

また、解析装置５１は、画像認識カメラ４１とケーブルを介して連結されており、画像認識カメラ４１で取得された画像データを自身に取り込み、記憶装置に記憶することができる。

次に、解析装置５１が行う、各吐出ノズル１１の吐出状態の良否の判定方法について、以下に説明する。

まず、自身に取り込んだ画像データから液滴パターン２１の外形データを抽出し、各液滴パターン２１の重心位置、着弾形状、および着弾面積を算出する。具体的には、自身に取り込んだ画像データに対して、画像処理部がその画像データの各構成画素ごとの輝度値を計測する。そして、輝度値の計測により得られた、隣接画素間の輝度値の変化の度合いの情報をもとに、画像処理部が画像データから液滴パターン２１の外形データを抽出する。そして、抽出された液滴パターン２１の外形データに対し、それぞれの重心位置、着弾形状、および着弾面積を解析部が算出する。また、ここで算出した着弾面積のデータは、後述する吐出量の調節を行うためのデータとして、記憶装置に蓄積される。

各液滴パターン２１の外形データの重心位置を算出する方法としては、各液滴パターン２１の外形データに対して、個々に外接する矩形を求め、その矩形の重心を算出する方法などが用いられる。また、各液滴パターン２１の着弾形状は、外形データの円形度を求める方法などを用いて求められる。また、各液滴パターン２１の着弾面積は、画像データ上で外形データを形成する画素数を計算する方法などを用いて求められる。

また、本実施形態では、画像データから液滴パターン２１の外形データを抽出するにあたって、液滴パターン２１の外形をより明確に確認し、抽出を容易とするために、解析装置５１の画像処理部は、まず画像データを構成する各画素の輝度に対して所定の輝度値をしきい値として二値化し、例えば液滴部分が黒く、その他の部分が白くなるような白黒データに置き換え、この白黒データに対して液滴パターン２１の外形データの抽出を行っている。

次に、解析装置５１の解析部が、各液滴パターン２１の着弾状態の良否、すなわち、液滴を吐出した吐出ノズル１１の良否を判定する。このときの吐出ＮＧの検出例について、図３に示す。まず、図３（ａ）は、全ての吐出ノズル１１からの吐出が所定の通りであった場合の液滴パターン２１の着弾状態である。この状態における各液滴パターン２１の重心位置、円形度、面積のデータを基準データとして、あらかじめ解析装置５１の記憶装置に記憶されている。また、この基準データに対して実際に吐出された液滴パターン２１の着弾状態が許容される許容範囲（しきい値）のデータも、あらかじめ解析装置５１の記憶装置に記憶されている。

ここで、実際に塗布ヘッド１０から液滴が吐出され、液滴パターン２１が検査面３１上面に着弾して図３（ｂ）のパターンが描かれたとする。このパターンの画像データは、画像認識カメラ４１によって取得され、解析装置５１へ転送される。そして、解析装置５１の解析部が図３（ａ）のデータと比較する。すると、解析部は、図３（ｂ）の矢印で示した箇所が図３（ａ）に対して重心位置がずれている点で異なっており、両者の重心位置にｄの差異があることを、まず算出する。ここで、解析装置５１には、重心位置の差異の許容範囲として、しきい値ｄ’があらかじめ設定、記憶されており、解析部はｄとｄ’の大小を確認することにより、着弾位置の良否を判定する。もし、ｄがｄ’以下であると、この重心位置の差異は許容範囲内であると解析部は判定し、この着弾は正常であると判定する。すなわち、この箇所へ液滴を吐出した吐出ノズル１１は正常であると判定する。逆に、ｄがｄ’より大きいと、この重心位置の差異は許容範囲を外れていると解析部は判定し、この着弾は異常であると判定する。すなわち、この箇所へ液滴を吐出した吐出ノズル１１に詰まりがあると判定する。

また、着弾異常の現象は、図３（ｂ）で示したような重心位置に異常があるもののほかに、図３（ｃ）に表すように、液滴パターン２１の形状が円でなく涙目状や楕円状となり、形状に異常があるもの、および図３（ｄ）に表すように、液滴パターン２１の面積に異常があるものなどがある。ここで、先述の通り、各液滴パターン２１に対して重心位置、円形度、面積の評価を行うことで、図３の（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）のような着弾異常が検出可能である。

そして、これらの現象が単独で、もしくは複合して、液滴パターン２１に現れた場合、この液滴パターン２１はＮＧとして解析部は判定し、この液滴を吐出した吐出ノズル１１はＮＧであるとの情報が解析装置５１から制御部などへ出力される。

以上の方法によって各吐出ノズル１１の吐出の良否が判定される。そして、この判定によりＮＧとなった吐出ノズル１１は、使用ＮＧとなり、その情報が解析装置５１の記憶装置に記憶されている、使用可能な吐出ノズル１１の情報に反映され、以降の基板Ｗへの塗布や検査面３１への吐出には使用されなくなる。

次に、制御部５による吐出ノズル１１の吐出量の調節方法について、以下に説明する。

本実施形態では、液滴パターン２１の着弾面積の測定結果をもとに吐出ノズル１１の吐出量の調節を行う。すなわち、測定で得られた着弾面積と所定の値との比較を行い、調節を行うことによって着弾面積が所定の値となるように吐出ノズル１１の制御量の調節を行う。ここで、所定の値とは、本実施形態では、基板Ｗへ塗布ムラなく塗布が行えるときに測定された着弾面積の値であり、吐出ノズル１１の使用当初の着弾面積としている。

ここで、液滴パターン２１の着弾面積は、先述の通り吐出の良否判定において常に算出している値であり、この値を吐出量の調節にも用いることにより、吐出量の調節のためのデータ取りを別途実施する必要はなく、塗布装置１の運用タクトに影響を及ぼさずにデータを集めることが可能である。

図４に同一の吐出ノズル１１から液滴を吐出したときの着弾面積のヒストグラムを示す。ノズル内のインクの詰まりなどが進行しないような短期間のうちに同一の吐出ノズルから吐出を行っても、その吐出量にはばらつきが存在する。これに対し、十分な回数の着弾面積の測定を行ってヒストグラムを作成すると、図４に示すように、ばらつきを伴った着弾面積の分布は正規分布に従うものと考えられる。

着弾面積が正規分布に従う場合、標本平均ｍ、標本標準偏差σ、標本数ｎの測定結果の集合から推定される母平均μは、以下の式（１）に示す信頼区間（誤差範囲）にあり、この区間は標本数ｎが大きくなるほど小さくなり、標本平均ｍと母平均μとの誤差が小さくなる。すなわち、着弾面積の測定回数が多いほど、その結果から得られる着弾面積の標本平均Ｓ_ｍは母平均との誤差が無くなり、ばらつきの成分が省かれたものとなる。
ｍ−ｋσ／ｎ^１／２≦μ≦ｍ＋ｋσ／ｎ^１／２ ……（１）
ｋは確率変数であり、信頼区間の信頼度を９５％とするとき、ｋ＝１．９６である。仮に、信頼度９５％のもと、測定された着弾面積の標本平均ｍ＝４０に対して標本標準偏差σ＝２であり、それに対して誤差範囲を±０．２以下を目標とする場合、式（１）より、ｎは４００以上であれば良い。これに対し、本実施形態における塗布装置１にて、１日あたり１，０００枚以上の基板Ｗへの塗布を行い、基板Ｗへ塗布を行うごとに吐出の良否判定を行うとすると、１日あたり１，０００以上の着弾面積の測定を行うことができる。すなわち、例えば前日の着弾面積の測定結果をもとに１日１回吐出量の調節を行う運用方法を行うことにより、１，０００以上という十分な標本数にて着弾面積の標本平均Ｓ_ｍを得ることが可能であり、ばらつきを省いた着弾面積の標本平均Ｓ_ｍ（以降、着弾面積Ｓ_ｍと呼ぶ）を用いて精度良く吐出ノズル１１の制御量の調節を行うことが可能となる。また、この標本数のデータを１回の工程で一度に取得しようとするならば、全ての液滴を着弾させるために非常に大きな寸法の検査面３１が必要となり、また、全ての液滴パターン２１の着弾面積の測定に時間を要するため、測定中に液滴中の溶剤が揮発して液滴が収縮し、着弾面積が小さくなるおそれがある。このことを鑑みても、本発明は有用である。

次に、上記の方法で求められた着弾面積Ｓ_ｍと吐出ノズル１１の制御量（吐出電圧）Ｖとの関係を説明する。まず、着弾面積Ｓ_ｍと液滴の体積Ｖ_ｕとの関係を以下に示す。検査面３１に着弾した液滴の形状を、図５のモデル図に示す通り、ある平面で球を切断した形状とみなし、そのときの接触角をθとすると、この液滴の体積Ｖ_ｕは、この液滴の底面積と同等の着弾面積Ｓ_ｍの関数として、以下の式（２）の通り表すことが可能である。
Ｖ_ｕ＝｛（２−３ｃｏｓθ＋ｃｏｓ^３θ）／（３ｓｉｎ^３θπ^１／２）｝Ｓ_ｍ ^３／２ ……（２）
ここで、接触角θは液滴を構成する塗布液の物性と検査面３１の物性とで決定されるため、同じ塗布液を吐出し続ける間はθは一定であり、これを定数とみなすと、体積Ｖ_ｕは着弾面積Ｓ_ｍの（３／２）乗に比例する。そこで、式（２）においてθが現れる部分を簡単にまとめて、以下の式（３）の通り表す。
Ｖ_ｕ＝ａＳ_ｍ ^３／２ ……（３）
ここで、我々は、液滴の体積Ｖ_ｕと吐出電圧Ｖとの関係は図６に示す通り一次関数で表され、また、塗布液の色、すなわち物性などに関わらず、その関数の傾きはほぼ等しく、切片が変化するのみであることが実験の結果から分かった。そこで、この関数を式（４）の通り表すと、式（３）より吐出電圧Ｖは着弾面積Ｓ_ｍにより式（５）の通り表すことができる。
Ｖ＝ｐＶ_ｕ＋ｑ（ｔ） ……（４）
Ｖ＝ａｐＳ_ｍ ^３／２＋ｑ（ｔ） ……（５）
すなわち、吐出電圧Ｖは着弾面積Ｓ_ｍの（３／２）乗の関数であり、塗布液の物性や吐出ノズル１１の吐出状態によりその切片の値が変化する。

次に、着弾面積Ｓ_ｍの測定結果をもとに吐出ノズル１１の吐出電圧Ｖを調節する方法について図７を用いて説明する。まず、基板Ｗへ塗布ムラなく塗布が行えるときに測定されたこの吐出ノズル１１による液滴の着弾面積Ｓ_ｍの値がＳ_ｍ０であった場合、この吐出ノズル１１の吐出電圧Ｖの調節は、液滴の着弾面積Ｓ_ｍがこのＳ_ｍ０となるように行う。ここで、前回の吐出電圧Ｖの調節では、吐出電圧ＶがＶ_１のときに着弾面積がＳ_ｍ０となったとすると、このときの上記の式（５）で表される関数のグラフは図７（ａ）に示す通りである。

これに対し、前回の調節後、吐出ノズル１１の使用を続けたのち、今回の調節にあたって吐出電圧Ｖを前回の調節結果に合わせてＶ_１にして着弾面積Ｓ_ｍを測定すると、その値はＳ_ｍ０でなくＳ_ｍ２に変化していたとする。このとき、式（５）に示す吐出電圧Ｖと着弾面積Ｓ_ｍとの関数の切片が変化し、前回の調節時は図７（ｂ）の実線のグラフで示される関数であったのに対し、今回の調節時は図７（ｂ）の二点鎖線のグラフで示される関数になったと考える。そこで、今回の調節では、二点鎖線のグラフにおいて着弾面積がＳ_ｍ０となる吐出電圧Ｖ、すなわちＶ_２となるように吐出電圧Ｖが決定される。これを数式で表すと、図７（ｂ）におけるＳ_ｍ０、Ｓ_ｍ２、Ｖ_１、Ｖ_２の関係および式（５）から、式（６）が得られる。
Ｖ_２−Ｖ_１＝ａｐ（Ｓ_ｍ０ ^３／２−Ｓ_ｍ２ ^３／２） ……（６）
この式（６）に既知の数値であるＳ_ｍ０、Ｓ_ｍ２、Ｖ_１を代入することにより、Ｖ_２が求められる。

以上に示した方法を経て、吐出ノズル１１の制御量である吐出電圧Ｖの調節値が決定される。すなわち、前回の調節結果で得られた吐出電圧Ｖ_１で吐出した液滴の着弾面積の測定を繰り返し行い、その結果標本平均Ｓ_ｍ２が求まり、次回の調節のときは標本平均がＳ_ｍ０となるような吐出電圧Ｖの調節値が式（６）によりＶ_２と算出される。解析装置５１の解析部は、各吐出ノズル１１に対して、この調節値Ｖ_２を算出して制御部５へ出力し、それにもとづいて制御部５が塗布ヘッド１０内の各吐出ノズル１１に対して吐出電圧Ｖの調整を行うことにより、各吐出ノズル１１の吐出量の調節が行われる。

次に、塗布装置１による基板Ｗへの塗布動作の動作フローを図８に示す。

まず、基板Ｗへの塗布を行う前に調節工程を実施するかどうかの判断が行われる（ステップＳ１）。後述するステップＳ１１の測定工程で得られた着弾面積データが解析装置５１の記憶装置に十分な標本数分蓄積されており、かつ、調節工程を行うタイミングであるとオペレータもしくは制御部５が判断した場合、調節工程が行われる。また、着弾面積データが十分な標本数分蓄積されていない場合、または、調節工程を行うタイミングではないとオペレータもしくは制御部５が判断した場合、調節工程はスキップされ、ステップ３の基板Ｗの搬入工程へ移る。

調節工程を行うと判断された場合、制御部５によって調節工程が実施され、各吐出ノズル１１が所定量だけ液滴を吐出できるよう、各吐出ノズル１１の制御量が調節される（ステップＳ２）。具体的には、各ノズルにおいて前回の調節工程を行った後から蓄積された着弾面積データをもとに、先述の通り解析装置５１の解析部が着弾面積の標本平均を算出し、その標本平均と所定値との差から、各吐出ノズル１１の適切な吐出電圧値を算出し、その値に合わせて制御部５が各吐出ノズル１１の吐出電圧を調節する。

また、この調節工程の際に着弾面積データの標本標準偏差を求めた結果（ステップＳ３）、標本標準偏差が所定の値を超えるような、１回の吐出ごとのばらつきが大きい吐出ノズル１１が存在した場合、また、調節工程後の各吐出ノズル１１の制御量を確認した結果（ステップＳ４）、制御量が所定範囲を下回って液滴が吐出されなくなるおそれのある吐出ノズル１１、もしくは、制御量が所定範囲を上回って吐出時に液滴がしぶくおそれのある吐出ノズル１１が存在した場合、この吐出ノズル１１は寿命であると制御部５が判断し、この吐出ノズル１１の交換を促す信号を出力する（ステップＳ５）。

調節工程を実施した後、基板Ｗが塗布装置１内の塗布ステージ３へ搬入され（ステップＳ６）、次に塗布ヘッド移動装置１２が駆動することにより塗布ヘッド１０が基板Ｗの上方へ移動し、吐出ノズル１１から基板Ｗの各所定位置へ液滴を吐出する（ステップＳ７）。そして、この吐出工程を１枚の基板Ｗに対して１回もしくは複数回繰り返し行うことにより、基板Ｗへの塗布が完成する（ステップＳ８）。

次に、塗布ヘッド１０は検査面３１へ移動し、吐出ノズル１１から検査面３１へ液滴を吐出する（ステップＳ９）。液滴の吐出後、塗布ヘッド１０は検査面３１から退避し、次に第１カメラ移動装置４２および第２カメラ移動装置４３が駆動することによって画像認識カメラ４１が検査面３１の真上まで移動する。そして、第１カメラ移動装置４２および第２カメラ移動装置４３によって画像認識カメラ４１が移動しながら連続して画像データを取得することにより、全ての液滴パターン２１の画像データを取得する（ステップＳ１０）。なお、この検査面３１への液滴の吐出を行うにあたり、液滴や異物の無い未使用の面に液滴の吐出を行うために、巻き取りローラによる検査面３１の巻き取り動作も適宜行われる。具体的には、まず、吸着テーブル３５による検査面３１の吸着固定が解除され、巻き取りローラが回転することで検査面３１が所定の長さだけ巻き取られ、あらためて吸着テーブル３５が検査面３１の吸着固定を行う。この検査面３１の巻き取り動作は、塗布ヘッド１０が検査面３１まで移動した後に実施しても良いし、塗布ヘッド１０や画像認識カメラ４１が移動する前、もしくは移動中にこの工程を実施しても良い。また、前回の塗布動作において検査面３１への液滴の吐出が終了した直後に実施しておいても良い。

次に、画像データが解析装置５１へ転送され、解析装置５１の記憶装置へ記憶されると、解析装置５１の画像処理部によって、記憶された画像データから液滴パターン２１の外形データが抽出され、その結果より得られる各液滴パターン２１の着弾位置、形状をもとに、液滴を吐出した吐出ノズル１１に対して吐出良否判定が行われる。また、このとき、着弾面積を測定する測定工程も行われ、この測定結果に対しても吐出良否判定が行われる（ステップ１１）。

ステップＳ１１にて吐出良否判定の結果が得られると、その結果は解析装置５１の記憶装置に記憶され、塗布装置１による以後の基板Ｗへの塗布の際の塗布条件に反映される。具体的には、吐出不良と認識された吐出ノズル１１を除いた吐出ノズル１１を使用可能ノズルとして、その使用可能ノズル情報が、吐出良否判定前のものから更新される（ステップＳ１２）。

また、各吐出ノズル１１から吐出された液滴の着弾面積のデータは、次回の調整工程を行うためのデータとして蓄積される（ステップＳ１３）。

最後に塗布ステージ３から基板Ｗが搬出されると（ステップ１４）、一連の塗布動作が完了する。

以上説明した通りの調節工程を有する塗布方法および塗布方法により、１回の吐出ごとのばらつきの影響を受けずに各ノズルの吐出量を正確に把握できるため、精度良く全ノズルの吐出量を調節することができ、この調節によって各画素部への塗布液の吐出量を均一にすることによって、色ムラを生じさせないように基板への塗布を行うことが可能である。

また、ここまでの説明では、塗布ヘッド１０および画像認識カメラ４１が塗布ステージ３および検査面３１に対して相対移動する構成について、本実施形態では、第２カメラ移動装置４３および塗布ヘッド移動装置１２を備え、塗布ヘッド１０および画像認識カメラ４１がそれぞれ独立してＹ軸方向に移動しているが、塗布ヘッド１０と画像認識カメラ４１を一つの架台にまとめて固定し、それをＹ軸方向に移動させるようにすることにより、上記の二つの移動機構を一つにまとめた構成としても良い。

また、塗布ヘッド１０および画像認識カメラ４１に移動機構を設けるのではなく、検査面３１および塗布ステージ３に移動機構を設け、塗布ヘッド１０および画像認識カメラ４１に対して検査面３１および塗布ステージ３が相対移動する構成としても良い。

また、本実施形態では、先述の動作フローに示す通り検査面３１への液滴の吐出、および測定工程を含む吐出良否判定は基板Ｗへの塗布を行った後に行っているが、基板Ｗへの塗布の前に行っても良い。また、基板Ｗへの塗布の途中、すなわち、複数回の吐出工程の合間に検査面３１への液滴の吐出および測定工程を行っても良い。例えば、基板Ｗ上を塗布ヘッド１０が１回以上の往復を行いながら吐出工程を行うことで基板Ｗへの塗布が完成する場合、塗布ヘッド１０が片道の移動で基板Ｗへの吐出を行う動きの延長で検査面３１まで移動して液滴の吐出を行い、そして、画像認識カメラ４１が検査面３１に吐出された直後の液滴パターン２１の画像の取得を行うようにしても良く、そうすることにより、検査面３１への液滴の吐出の工程および測定工程を別途設ける場合に対して手間を少なくすることができる。

また、本実施形態では基板Ｗへの塗布を行う毎に測定工程を行い、吐出ノズル１１の制御量の調節のための十分な標本数を確保しているが、塗布装置１の運用上、測定工程の頻度を少なくしても十分な標本数が確保できるのであれば、測定工程の頻度は複数の基板Ｗへの塗布を行う毎に行うようにしても良い。例えば、２枚の基板Ｗへの塗布を行うごとに測定工程を１回行っても良い。

また、調節工程は全ノズルで一斉に行わず、個々の吐出ノズル１１において調節工程を行うタイミングを変えても良い。すなわち、塗布装置１を長期間使用することで、吐出ノズル１１の交換作業も発生し、劣化の速度や調節が必要なタイミングがノズル間で異なってくるため、個々の吐出ノズル１１において適したタイミングで調節工程を行っても良い。この場合、調節に用いる着弾面積データは、それぞれの吐出ノズル１１において前回の調節工程以降に蓄積された着弾面積データである。例えば、ある吐出ノズル１１に対して調節工程を実施した場合、この吐出ノズル１１においてはこの時点以降の着弾面積データが次回の調節工程の対象データとなるのに対して、他の吐出ノズル１１においてはこの時点以前の着弾面積データも引き続き次回の調節工程の対象データとなる。

また、本実施形態では、塗布ヘッド１０は、所定量の吐出ノズル１１の集合であるヘッドユニットの組み合わせで構成されており、この場合、調節工程による吐出ノズル１１の制御量の調節は、このヘッドユニット単位にまとめて行っても良い。そうすることにより制御量を調節する対象を少なくすることができ、塗布装置１全体の制御負荷の軽減およびコストダウンにつながる。また、こうすることにより、調節の基準となる着弾面積のデータは、１つのヘッドユニットに含まれる吐出ノズル１１の着弾面積のデータを総合したものになるため、吐出不良などで不使用の吐出ノズル１１を除いた全ての吐出ノズル１１の着弾面積の平均値をそのヘッドユニットの面積データとして運用すると良い。また、この場合、制御量が所定の範囲から外れたり、着弾面積の標本標準偏差が所定の値を超えたりしたときは、ヘッドユニットごと正常品と交換すると良い。

１塗布装置
２塗布部
３塗布ステージ
４測定装置
５制御部
１０塗布ヘッド
１１吐出ノズル
１２塗布ヘッド移動装置
１３タンク
１４真空源
１５真空バルブ
２１液滴パターン
３１検査面
３２帯状フィルム
３３ガイドローラ
３４着弾領域
３５吸着テーブル
４０画像取得部
４１画像認識カメラ
４２第１カメラ移動装置
４３第２カメラ移動装置
５１解析装置
Ｗ基板

Claims

吐出ノズルから液滴を吐出し、基板へ塗布を行う吐出工程と、
吐出ノズルから吐出した液滴の着弾面積を測定する測定工程と、
前記吐出工程における各吐出ノズルの制御量を調節する調節工程と、
を有する塗布方法において、
前記調節工程では、前記吐出工程が行われる前に実施された前記測定工程の過去データの蓄積から得られる統計データにもとづいて、この吐出工程における各吐出ノズルの制御量の調節を行うことを特徴とする塗布方法。
前記調節工程では、前回の前記調節工程以降に行われた前記測定工程のデータの蓄積から得られる統計データから同一の吐出ノズルが吐出した液滴の着弾面積の標本平均を求め、調節後のこの吐出ノズルから求められる前記標本平均が所定の値となるように、この吐出ノズルの制御量を調節することを各吐出ノズルにおいて行うことを特徴とする、請求項１に記載の塗布方法。
前記調節工程において、調節後の前記制御量が所定の範囲から外れる吐出ノズルが存在する場合、この吐出ノズルは寿命であると判断し、この吐出ノズルの交換を促す信号を出力することを特徴とする、請求項１または２に記載の塗布方法。
前記調節工程において、前記統計データから同一の吐出ノズルが吐出した液滴の着弾面積の標本標準偏差を求め、前記標本標準偏差の値が所定の値を超える場合、この吐出ノズルは寿命であると判断し、この吐出ノズルの交換を促す信号を出力することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の塗布方法。
液滴を吐出する吐出ノズルと、
液滴を着弾させるターゲットである検査面と、
液滴が着弾した前記検査面の画像を取得する画像認識カメラと、
吐出ノズルの制御量の調節および前記画像の処理を行う制御部と、
を備え、
吐出ノズルから液滴を吐出し、基板へ塗布を行う吐出モードと、
吐出ノズルから吐出した液滴の着弾面積を測定する測定モードと、
前記測定モードの過去データの蓄積をもとに、以降の前記吐出モードにおける各吐出ノズルの制御量を調節する調節モードと、
を有する塗布装置であって、
前記測定モードにおいて、前記吐出ノズルが前記検査面に向かって液滴を吐出することで形成された液滴のパターンを前記画像認識カメラが撮像して画像を取得し、前記制御部が前記パターンの画像から液滴の面積を測定して面積データを作成し、
前記制御部は、さらに前記調節モードにおいて、前記吐出モードの前に実施された前記測定モードの過去データの蓄積から得られる統計データにもとづいて、この吐出モードにおける各吐出ノズルの制御量の調節を行うことを特徴とする塗布装置。