JP2016159213A - 液充填装置、液充填方法及び塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】塗布ヘッドの初期充填から安定吐出までの時間及び塗布液使用量を抑えることができる液充填装置、液充填方法及び塗布装置を提供する。
【解決手段】実施形態に係る液充填装置７は、液体が流れる液体流路４ｃ及びその液体流路４ｃにつながるノズルＮを有するインクジェット方式の塗布ヘッド４に塗布液を充填する液充填装置であって、液体流路４ｃの隅部に塗布液と異なる非塗布液を付着させる非塗布液付着部（加圧タンク２１や供給タンク２２など）と、非塗布液が隅部に付着した液体流路４ｃに塗布液を充填する塗布液充填部（加圧タンク２１や供給タンク２２など）とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、液充填装置、液充填方法及び塗布装置に関する。

表示装置や半導体装置などを製造する場合、例えば、ガラス基板上に配向膜やカラーフィルタなどの機能性薄膜を形成するため、また、半導体ウエハ上にレジストなどの機能性薄膜を形成するため、塗布装置が用いられている。通常、塗布装置は、複数のノズルから塗布液を吐出するインクジェット方式の塗布ヘッド及びその塗布ヘッドに塗布液を充填する液充填装置などを備えている。この塗布装置は、液充填装置によりあらかじめ塗布ヘッドに塗布液を充填しておき、その充填済の塗布ヘッドと塗布対象物とを相対移動させながら、各ノズルから液滴を吐出させて塗布対象物の表面に塗布膜を形成する。

前述の塗布ヘッドの各ノズルは、塗布ヘッド内の液体流路に個別に接続されている。塗布ヘッド内の液体流路は複雑な流路となっており、例えば一本の主管路や複数本の枝管路、複数個の液室などにより構成されている。このため、液充填装置により液体流路に塗布液を充填する際には、液体流路やノズルに気泡が残ることがある。これは吐出不良の原因となることから、その気泡を取り除く必要があるが、気泡除去方法としては、液体流路内の塗布液を加圧などによって強制的に送り、各ノズルから塗布液と共に気泡を排出する方法が用いられている。

特開２００４−２４９７２号公報

しかしながら、前述の気泡除去方法では、液体流路の隅部（角部）に溜まった気泡を取り除くことが難しく、その気泡を塗布液と共に排出するためには、長い時間と多くの塗布液を必要とする。また、長い時間と多くの塗布液を費やしても、液体流路の隅部に溜まった気泡を排出することができず、時間や塗布液を無駄にすることがある。このため、塗布ヘッドの初期充填から安定吐出までの時間が長くなり、さらに、塗布液使用量が増加する。

本発明が解決しようとする課題は、塗布ヘッドの初期充填から安定吐出までの時間及び塗布液使用量を抑えることができる液充填装置、液充填方法及び塗布装置を提供することである。

実施形態に係る液充填装置は、液体が流れる液体流路及びその液体流路につながるノズルを有するインクジェット方式の塗布ヘッドに塗布液を充填する液充填装置であって、液体流路の隅部に塗布液と異なる非塗布液を付着させる非塗布液付着部と、非塗布液が隅部に付着した液体流路に塗布液を充填する塗布液充填部とを備える。

実施形態に係る液充填装置は、液体が流れる液体流路及びその液体流路につながるノズルを有するインクジェット方式の塗布ヘッドに塗布液を充填する液充填装置であって、液体流路に塗布液と異なる非塗布液を充填する非塗布液充填部と、液体流路に充填された非塗布液を液体流路から排出する非塗布液排出部と、非塗布液が排出された液体流路に塗布液を充填する塗布液充填部とを備える。

実施形態に係る液充填装置は、液体が流れる液体流路及びその液体流路につながるノズルを有するインクジェット方式の塗布ヘッドに塗布液を充填する液充填装置であって、液体流路の内壁面に塗布液と異なる非塗布液を結露又は蒸気により付着させる非塗布液付着部と、非塗布液が内壁面に付着した液体流路に塗布液を充填する塗布液充填部とを備える。

実施形態に係る液充填方法は、液体が流れる液体流路及びその液体流路につながるノズルを有するインクジェット方式の塗布ヘッドに塗布液を充填する液充填方法であって、液体流路の隅部に塗布液と異なる非塗布液を付着させる工程と、非塗布液が隅部に付着した液体流路に塗布液を充填する工程とを有する。

実施形態に係る液充填方法は、液体が流れる液体流路及びその液体流路につながるノズルを有するインクジェット方式の塗布ヘッドに塗布液を充填する液充填方法であって、液体流路に塗布液と異なる非塗布液を充填する工程と、液体流路に充填された非塗布液を液体流路から排出する工程と、非塗布液が排出された液体流路に塗布液を充填する工程とを有する。

実施形態に係る液充填方法は、液体が流れる液体流路及びその液体流路につながるノズルを有するインクジェット方式の塗布ヘッドに塗布液を充填する液充填方法であって、液体流路の内壁面に塗布液と異なる非塗布液を結露又は蒸発により付着させる工程と、非塗布液が内壁面に付着した液体流路に塗布液を充填する工程とを有する。

実施形態に係る塗布装置は、ステージと、液体が流れる液体流路及びその液体流路につながるノズルを有するインクジェット方式の塗布ヘッドと、塗布ヘッドに塗布液を充填する液充填装置とを備える塗布装置であって、液充填装置は、前述の実施形態のいずれか一つに係る液充填装置である。

本発明の実施形態によれば、塗布ヘッドの初期充填から安定吐出までの時間及び塗布液使用量を抑えることができる。

第１の実施形態に係る塗布装置の概略構成を示す図である。 第１の実施形態に係る液充填装置の概略構成を示す図である。 第１の実施形態に係る塗布ヘッドの内部構造を示す断面図（図２中のＸ１−Ｘ１断面図）である。 第１の実施形態に係る液充填装置が行う液充填処理の流れを示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る液充填装置の概略構成を示す図である。

（第１の実施形態）
第１の実施形態について図１乃至図４を参照して説明する。

図１に示すように、第１の実施形態に係る塗布装置１は、塗布対象物Ｗを支持するステージ２と、そのステージ２上の塗布対象物Ｗの表面に沿う一方向（図１中ではＹ軸方向）にステージ２を移動させるステージ搬送部３と、ステージ２上の塗布対象物Ｗの表面に塗布液を個別に吐出する複数の塗布ヘッド４と、それらの塗布ヘッド４をステージ２の上方で支持する支持部５と、ステージ搬送部３や支持部５を支持する架台６と、各塗布ヘッド４に液体を充填する液充填装置７と、各部を制御する制御部８とを備えている。

ステージ２は、塗布対象物Ｗ（例えばガラス基板や半導体ウエハなど）が載置される載置面を有しており、ステージ搬送部３上に設けられている。このステージ２には、塗布対象物Ｗが自重により載置されるが、これに限るものではなく、例えば、その塗布対象物Ｗを保持するため、静電チャックや吸着チャックなどの機構、また、ステージ２上の支持ピンにより塗布対象物Ｗを支持する機構を用いることが可能である。

ステージ搬送部３は、ステージ２を一方向のＹ軸方向に案内して移動させる移動機構であり、架台６上に固定されて設けられている。このステージ搬送部３は制御部８に電気的に接続されており、その駆動が制御部８により制御される。ステージ搬送部３としては、例えば、サーボモータを駆動源とする送りねじ式の移動機構やリニアモータを駆動源とするリニアモータ式の移動機構などを用いることが可能である。

各塗布ヘッド４は、ステージ２の上方にコラムなどの支持部５により支持されており、ステージ２上の塗布対象物Ｗの表面に液滴を吐出する。これらの塗布ヘッド４はそれぞれ制御部８に電気的に接続されており、それらの駆動が制御部８により制御される。塗布ヘッド４としては、インクジェット方式の塗布ヘッドを用いている。なお、塗布ヘッド４について詳しくは後述する。

支持部５は、Ｘ軸方向に長尺な門型の形状に形成されており、架台６上のステージ搬送部３を跨ぐように架台６上に設けられている。この支持部５の梁部はＸ軸方向に平行にステージ２の載置面に対して水平にされており、支持部５の脚部は架台６の上面に固定されている。

架台６は、床面上に設置されており、ステージ搬送部３や支持部５などを床面から所定の高さ位置に支持する。架台６の上面は平面に形成されており、この架台６の上面にステージ搬送部３や支持部５などが取り付けられている。

液充填装置７は、その主要部が架台６内に設けられており、塗布ヘッド４内に塗布液を充填する装置である。この液充填装置７は、気泡残留がない迅速な塗布液充填のため、塗布ヘッド４に対する塗布液の充填前に、塗布液と異なる非塗布液（例えば、水、好ましくは純水、あるいは、溶媒や、塗布液と非反応性の液体など）を塗布ヘッド４内に充填し、その後、充填した非塗布液を塗布ヘッド４内から排出し、非塗布液を排出した塗布ヘッド４内に塗布液を充填する。なお、液充填装置７について詳しくは後述する。

制御部８は、架台６内に設けられており、各部を集中的に制御するマイクロコンピュータなどのコンピュータや、塗布パターンなどを含む各種情報及び各種プログラムを記憶する記憶部（いずれも図示せず）などを備えている。この制御部８は、例えば、塗布対象物Ｗに対して塗布を行う場合、ステージ２上の塗布対象物Ｗを主走査方向（Ｙ軸方向）に移動させつつ、インクジェット方式の塗布ヘッド４から塗布液を吐出させてステージ２上の塗布対象物Ｗの表面に塗布するように、ステージ搬送部３及び各塗布ヘッド４を制御する。また、制御部８は、塗布ヘッド４に塗布液を充填する場合、塗布ヘッド４に対する非塗布液の充填及び排出、さらに、塗布液の充填を行うように液充填装置７を制御する。

次に、塗布ヘッド４及び液充填装置７について詳しく説明する。

図２に示すように、塗布ヘッド４は、液体（非塗布液や塗布液）が流入する流入口４ａと、液体が流出する流出口４ｂと、流入口４ａ及び流出口４ｂをつなぐ液体流路４ｃと、その液体流路４ｃにつながる複数のノズルＮを有するノズルプレート４ｄとを備えている。この塗布ヘッド４は、ステージ２の上方からステージ２上の塗布対象物Ｗの表面に向けて各ノズルＮから個別に液滴を吐出する。

流入口４ａは塗布ヘッド４の上面に形成されており、液体流路４ｃの一端の開口となる。また、流出口４ｂも塗布ヘッド４における流入口４ａが形成された上面と同じ面にその流入口４ａと反対側の端部に位置付けられて形成されており、液体流路４ｃの他端の開口となる。液体流路４ｃは屈曲する複雑な流路に構成されており、その液体流路４ｃの内壁面は非塗布液及び塗布液に対する親液性、少なくとも非塗布液に対する親液性（非塗布液が水である場合には親水性）を有する。ノズルプレート４ｄは塗布ヘッド４の下面に着脱可能に設けられており、各ノズルＮは所定間隔で直線状に並ぶようにノズルプレート４ｄに形成されている。なお、一例として、塗布ヘッド４は各ノズルＮの並び方向がＸ軸方向（図１中）に対して平行になるように配置されている。

ここで、図３に示すように、塗布ヘッド４は、ノズルＮ毎の液室１１と、前述の液体流路４ｃの一部である主管路１２と、その主管路１２及び各液室１１をつなげる複数本の枝管路１３と、各液室１１の容積を変化させるための可撓板１４と、可撓板１４を変形させる複数の圧電素子１５とを備えている。なお、液体流路４ｃとしては、主管路１２だけではなく、ノズルＮや液室１１、枝管路１３も含まれる。各圧電素子１５には、それぞれ駆動電圧が制御部８の制御に応じて印加される。この塗布ヘッド４は、吐出対象のノズルＮに対応する圧電素子１５により可撓板１４を変形させ、吐出対象のノズルＮにつながる液室１１の容積を変えて、その液室１１内の塗布液をノズルＮから押し出して吐出する。このときの液室１１、すなわち液体流路４ｃは塗布液によって満たされている。塗布液としては、例えば、配向膜材料や顔料、接着剤、金属や樹脂の微粒子など、塗布対象物Ｗの表面上に残留する溶質及びその溶質を溶解（分散）させる溶媒を含む溶液を用いることが可能である。

なお、前述の塗布ヘッド４は、液体（非塗布液又は塗布液）の充填時など、ステージ搬送部３によってステージ２が移動することで、そのステージ２の側面に設けられた液受け部（不図示）の上方に位置する。これにより、塗布ヘッド４の液体流路４ｃに液体を充填する際に、各ノズルＮから流れ出た液体は液受け部（不図示）によって回収されることになる。このとき、流れ出る液体の量、特に塗布液の量は極力抑えられているが、回収された液体を再利用することも可能である。

図２に戻り、液充填装置７は、液体を貯留する加圧タンク（第１貯留部）２１及び供給タンク（第２貯留部）２２と、液体又は気体の流路となる複数の配管２３ａ〜２３ｏと、液体又は気体の流れを制御する複数の開閉弁２４ａ〜２４ｐとを備えている。各配管２３ａ〜２３ｏとしては、例えば各種パイプやチューブなどを用いることが可能である。また、各開閉弁２４ａ〜２４ｐとしては、例えば電磁弁やエアオペレートバルブなどを用いることが可能である。これらの開閉弁２４ａ〜２４ｐは、それぞれ制御部８に電気的に接続されており、それらの駆動が制御部８により制御される。

加圧タンク２１及び供給タンク２２は、第１接続管２３ａ及び第２接続管２３ｂにより接続されており、液体の循環が可能に構成されている。第１接続管２３ａの途中には開閉弁２４ａが設けられており、第２接続管２３ｂの途中には第１開閉弁２４ｂ及び第２開閉弁２４ｃが設けられている。

第１接続管２３ａの一端は加圧タンク２１の下面に取り付けられており、その他端は供給タンク２２の下面に取り付けられている。また、第２接続管２３ｂの一端は供給タンク２２内の底部付近まで延びており、その他端は加圧タンク２１内に、液体が加圧タンク２１の内壁面に沿って流れていくように設けられている。これにより、第２接続管２３ｂの一端から加圧タンク２１内に流れ出た液体は、加圧タンク２１の内壁面に沿って流れるため、加圧タンク２１内の液面が乱れることを抑制し、液体中に気泡が発生することを抑えることが可能である。

加圧タンク２１には、液体供給管２３ｃ、大気開放管２３ｄ、気体供給管２３ｅ及び液体排出管２３ｆが接続されている。液体供給管２３ｃの途中には開閉弁２４ｄが設けられており、大気開放管２３ｄの途中には開閉弁２４ｅが設けられており、気体供給管２３ｅの途中には開閉弁２４ｆが設けられており、液体排出管２３ｆの途中には開閉弁２４ｇが設けられている。なお、液体供給管２３ｃの一端は加圧タンク２１内に、前述の第２接続管２３ｂの加圧タンク２１側の端部と同様、液体が加圧タンク２１の内壁面に沿って流れていくように設けられている。

供給タンク２２には、液体供給管２３ｇ、大気開放管２３ｈ、気体供給管２３ｉ及び液体排出管２３ｊが接続されている。液体供給管２３ｇの途中には開閉弁２４ｈが設けられており、大気開放管２３ｈの途中には開閉弁２４ｉが設けられており、気体供給管２３ｉの途中には開閉弁２４ｊが設けられており、液体排出管２３ｊの途中には開閉弁２４ｋが設けられている。なお、液体供給管２３ｇの一端は供給タンク２２内に、前述の第２接続管２３ｂの加圧タンク２１側の端部と同様、液体が供給タンク２２の内壁面に沿って流れていくように設けられている。

ここで、加圧タンク２１には、液体供給管２３ｃから非塗布液の一例として水Ａ１又は塗布液の一例としてインクＡ２が供給され、供給タンク２２にも液体供給管２３ｇから、加圧タンク２１に供給された液体と同じ液体、すなわち水Ａ１又はインクＡ２が供給される。なお、非塗布液の一例として水Ａ１及び塗布液の一例としてインクＡ２を用いているが、これに限るものではなく、他の液体を用いることも可能である。例えば、非塗布液としては、インクＡ２に含まれる水Ａ１、すなわち塗布液に含まれる溶媒を用いているが、溶媒以外にも、塗布液と非反応性の液体などを用いることができる。

また、供給タンク２２内の液面高さは、塗布ヘッド４への塗布液充填後、通常、塗布ヘッド４のノズル面（図２中の下面）の高さとの水頭差Ｂ１が所定値（例えば、同じ高さを０とすると−１０ｍｍ程度）となり、塗布ヘッド４内の液体が負圧により各ノズルＮから漏れ出さないように設定されている。なお、塗布ヘッド４のノズルＮから塗布液が吐出されると、そのノズルＮにつながる液室１１が減圧するため、その液室１１につながる枝管路１３内の塗布液が液室１１に引き込まれる。これにより、液室１１は常に塗布液により満たされるため、液滴を連続して吐出することが可能となる。

第２接続管２３ｂには、開閉弁２４ｂに並列に開閉弁２４ｌが循環管２３ｋにより接続されている。また、循環管２３ｋには、開閉弁２４ｂ及び開閉弁２４ｌに並列に塗布ヘッド４が流入管２３ｌ及び流出管２３ｍにより接続されている。なお、図２では、例示のため、塗布ヘッド４が一つしか示されていないが、他の塗布ヘッド４も前述と同様に並列に接続されている。流入管２３ｌの一端は循環管２３ｋの途中（循環管２３ｋにおける開閉弁２４ｌより上流側）に接続されており、その他端が塗布ヘッド４の流入口４ａに接続されている。また、流出管２３ｍの一端は循環管２３ｋの途中（循環管２３ｋにおける開閉弁２４ｌより下流側）に接続されており、その他端が塗布ヘッド４の流出口４ｂに接続されている。

流入管２３ｌの途中には開閉弁２４ｍが設けられており、流出管２３ｍの途中には開閉弁２４ｎが設けられている。さらに、流入管２３ｌの途中（流入管２３ｌにおける開閉弁２４ｍより下流側）には交換流入管２３ｎが接続されており、流出管２３ｍの途中（流出管２３ｍにおける開閉弁２４ｎより上流側）には交換流出管２３ｏが接続されている。交換流入管２３ｎの途中には開閉弁２４ｏが設けられており、交換流出管２３ｏの途中には開閉弁２４ｐが設けられている。交換流入管２３ｎ及び交換流出管２３ｏは、塗布ヘッド交換時の液使用量削減のため、交換後の塗布ヘッド４内の液体流路４ｃに容器（不図示）内の水を充填し、その後、充填した水を液体流路４ｃから排出する場合に用いられる（詳しくは後述する）。このとき、水の充填や排出のためには、例えばガス圧を用いることが可能である。

なお、液体（水Ａ１やインクＡ２）の充填や排出のための手段としては、前述のように気体を用いる手段に限るものではなく、例えば、液体に圧をかけるため、加圧タンク２１や供給タンク２２内に圧力をかける加圧ポンプを設けることや配管の途中に送液ポンプを設けることも可能であり、また、水頭差を用いることも可能であり、各種手段を用いることができる。

次に、前述の液充填装置７が行う液充填処理について図４を参照して説明する。塗布装置１の制御部８が各種情報及び各種プログラムに基づいて液充填処理を実行する。ここで、塗布ヘッド４に対する液充填準備として、塗布ヘッド４は液受け部（不図示）上に位置しており、全開閉弁２４ａ〜２４ｐが閉状態にされている（図２参照）。また、加圧タンク２１及び供給タンク２２は水Ａ１を貯留していない状態である。なお、水Ａ１はインクＡ２よりも粘度が低い液である。

図４に示すように、水Ａ１の充填が塗布ヘッド４に対して行われ（ステップＳ１）、水Ａ１の充填完了後、その水Ａ１の排出が塗布ヘッド４に対して行われ（ステップＳ２）、さらに、水Ａ１の排出完了後、インクＡ２の充填が塗布ヘッド４に対して行われる（ステップＳ３）。これにより、塗布ヘッド４に対するインクＡ２の充填前に、水Ａ１が塗布ヘッド４内に充填され、その後、充填された水Ａ１が塗布ヘッド４内から排出されてから、水Ａ１が排出された塗布ヘッド４内にインクＡ２が充填されることになる。

ステップＳ１の水Ａ１の充填（非塗布液充填工程）では、図２中の開閉弁２４ｅ、２４ｉ、２４ａ、２４ｄ及び２４ｈが開状態にされる。これに応じて、水Ａ１が液体供給管２３ｃから加圧タンク２１に流れ込み、液体供給管２３ｇから供給タンク２２に流れ込み、各タンク２１及び２２の液面高さがそれぞれ所定高さとなると、開閉弁２４ｄや２４ｈ、２４ａ、２４ｉが閉状態にされる。例えば、供給タンク２２内の液面の所定高さは、供給タンク２２内の水Ａ１が塗布ヘッド４の液体流路４ｃや配管を満たすことが可能な量になる高さである。次いで、開閉弁２４ｃ、２４ｌ、２４ｎ、２４ｍ及び２４ｊが開状態にされる。これに応じて、気体（一例としてＮ_２）が供給タンク２２内に流れ込み、そのガス圧によって供給タンク２２内の水Ａ１が第２接続管２３ｂに押し出される。押し出された水Ａ１は、第２接続管２３ｂの一部、循環管２３ｋの一部及び流入管２３ｌを流れ、塗布ヘッド４の流入口４ａから塗布ヘッド４内の液体流路４ｃに流れ込み、その塗布ヘッド４内の液体流路４ｃに充填される。その後、液体流路４ｃの主管路１２を通り塗布ヘッド４の流出口４ｂから流れ出た水Ａ１は、流出管２３ｍ、循環管２３ｋの一部及び第２接続管２３ｂの一部を通り、加圧タンク２１内に流れ込む。また、主管路１２につながる枝管路１３を通過した水Ａ１は液室１１及びノズルＮまで流れ、そのノズルＮから漏れ出す。この漏れ出した水Ａ１は、塗布ヘッド４の下方の液受け部（不図示）により回収される。なお、液使用量削減のためには、回収した水Ａ１を再利用することも可能である。

ここで、前述の非塗布液充填では、開閉弁２４ｅ、２４ｃ、２４ｌ及び２４ｎを開状態にしておき、塗布ヘッド４の主管路１２を通過した水Ａ１を加圧タンク２１内に戻しているが、これに限るものではなく、開閉弁２４ｅ、２４ｃ、２４ｌ及び２４ｎを閉状態にしておき、塗布ヘッド４の各ノズルＮから水Ａ１を漏れ出させつつ、液体流路４ｃに水Ａ１を充填するようにしても良い。また、供給タンク２２内の液面高さが前述の所定高さより低いような場合には、液体供給管２３ｇからの水Ａ１の供給以外にも、開閉弁２４ｉ、２４ａ及び２４ｆだけを開状態とし、気体（一例としてＮ_２）のガス圧により加圧タンク２１から供給タンク２２に水Ａ１を供給し、供給タンク２２内の液面高さを所定高さにすることも可能である。さらに、加圧タンク２１が供給タンク２２よりも高い位置に設置されている場合には、水Ａ１の自重だけで供給することもできる。

ステップＳ２の水Ａ１の排出（非塗布液排出工程）では、水Ａ１の充填完了後（充填開始から所定充填時間が経過した後）、開閉弁２４ｊは開状態に維持され、気体が供給タンク２２内に流れ込んでおり、供給タンク２２内に残る水Ａ１はガス圧によって第２接続管２３ｂに押し出される。その後、供給タンク２２内の水Ａ１が無くなると、気体が第２接続管２３ｂの一部、循環管２３ｋの一部及び流入管２３ｌを流れ、塗布ヘッド４の流入口４ａから塗布ヘッド４内の液体流路４ｃに流れ込む。この気体の流れによって塗布ヘッド４の液体流路４ｃ内の水Ａ１は、前述と同じように、加圧タンク２１内に流れ込んだり、各ノズルＮから漏れ出したりし、塗布ヘッド４内の液体流路４ｃから水Ａ１が排出される。このとき、第２接続管２３ｂ、循環管２３ｋ、流入管２３ｌ及び流出管２３ｋなども水Ａ１が排出された状態となる。ここで、塗布ヘッド４の液体流路４ｃの内壁面は水Ａ１により濡れた状態となり、次工程で、内壁面が濡れた状態の液体流路４ｃに対してインクＡ２の充填が行われることになる。この液体流路４ｃの内壁面が濡れた状態とは、液体流路４ｃ内が水Ａ１により満たされて水Ａ１が液体流路４ｃの内壁面に接触している状態ではなく、液体流路４ｃ内の水Ａ１が排出されて水Ａ１が液体流路４ｃの内壁面に付着している状態（例えば内壁面に部分的に付着している状態）である。液体流路４ｃの内壁面に付着している水Ａ１の周囲には空気が存在している。

ステップＳ３のインクＡ２の充填（塗布液充填工程）では、水Ａ１の排出完了後（排出開始から所定排出時間が経過した後）、開閉弁２４ｊ、２４ｍ、２４ｎ、２４ｌ及び２４ｃが閉状態にされ、開閉弁２４ｅは開状態のまま、開閉弁２４ｉが開状態にされ、その後、加圧タンク２１及び供給タンク２２内の水Ａ１がインクＡ２に交換される。まず、開閉弁２４ｇ及び２４ｋが開状態にされ、加圧タンク２１内の水Ａ１が液体排出管２３ｆを通って排出され、供給タンク２２内に水Ａ１が残っていたならば、残っていた水Ａ１が液体排出管２３ｊを通って排出される。加圧タンク２１内の水Ａ１が完全に排出された後、開閉弁２４ｅ及び２４ｇが閉状態にされ、開閉弁２４ａ及び２４ｆが開状態にされると、第１接続管２３ａ内に残る水Ａ１がガス圧によって供給タンク２２内に流れ込み、液体排出管２３ｊを通って排出される。その排出後、開閉弁２４ｆ及び２４ｋが閉状態にされ、開閉弁２４ｅ、２４ｄ及び２４ｈが開状態にされる。これに応じて、インクＡ２が液体供給管２３ｃから加圧タンク２１に流れ込み、液体供給管２３ｇから供給タンク２２に流れ込み、各タンク２１及び２２の液面高さがそれぞれ所定高さとなると、開閉弁２４ｄ、２４ｈ、２４ａ及び２４ｉが閉状態にされる。なお、液使用量削減のためには、加圧タンク２１及び供給タンク２２から排出した水Ａ１をタンク（不図示）などによって回収し、再利用することも可能である。次いで、液交換後、前述の非塗布液充填と同様、ガス圧による充填手順で、塗布ヘッド４内にインクＡ２が充填される。なお、塗布ヘッド４に対するインクＡ２の充填後、供給タンク２２の液面高さは、塗布ヘッド４のノズル面高さとの水頭差Ｂ１が所定値となるように調整される。

このような液充填処理によれば、塗布ヘッド４の液体流路４ｃにインクＡ２を充填する前に、液体流路４ｃに水Ａ１を充填し、その後、充填した水Ａ１を液体流路４ｃから排出することによって、液体流路４ｃ内の各隅部にインクＡ２よりも粘度が低い水Ａ１を付着させ、その付着後に液体流路４ｃ内にインクＡ２を充填する。つまり、液体流路４ｃにインクＡ２を充填する前に、インクＡ２が行き渡り難く空気が残り易い隅部にあらかじめ水Ａ１を付着させておく。これにより、液体流路４ｃにインクＡ２を供給したとき、インクＡ２が液体流路４ｃの隅部に行き渡らなかったとしても、その隅部には水Ａ１が付着しているため、空気が隅部に閉じ込められることを防止することが可能となり、インクＡ２の充填後、隅部に気泡が残ることを抑えることができる。さらに、非塗布液としてインクＡ２の溶媒である水Ａ１を用いることで、インクＡ２は非塗布液に馴染みやすくなる。このため、塗布ヘッド４の液体流路４ｃに供給されたインクＡ２は、液体流路４ｃの隅部に付着した非塗布液に接すると、この非塗布液と混ざりあい、隅部まで広がるため、隅部に空気が残ることを確実に抑えることができる。

ここで、水Ａ１は前述の充填及び排出後に液体流路４ｃの隅部（角部）に付着しているが、液体流路４ｃの隅部に直接付着したり、あるいは、液体流路４ｃの内壁面（隅部を含む領域）に一度付着し、その後、水Ａ１の排出時の気体の流れによって隅部に向かって移動又は広がり、隅部に付着したりする。液体流路４ｃの内壁面は親水性を有しているため、水１は内壁面に広がりやすく、隅部まで行き渡り易い。

また、インクＡ２の粘度が１０ｍＰａ・ｓを超えると、液体流路４ｃの隅部に気泡が残留する割合が増加することが実験によりわかっているが、このような粘度のインクＡ２を用いた場合でも、例えば、液体流路４ｃの隅部にインクＡ２よりも粘度が低い水Ａ１を供給しておくことで、インクＡ２の充填時に気泡が残ることを効果的に防ぐことができる。なお、非塗布液は、塗布液よりも粘度が低い液に限られるものではないが、隅部に確実に非塗布液を行き渡らせるためには粘度が低い方が好ましい。

なお、塗布ヘッド４の液体流路４ｃに水Ａ１を充填した後、引き続きインクＡ２を充填する、すなわち水Ａ１を充填した状態の液体流路４ｃにインクＡ２を充填すると、水Ａ１とインクＡ２が混ざり合い、インクＡ２の濃度が薄くなる。このインクＡ２の濃度低下を防止するためには、充填した水Ａ１を液体流路４ｃから排出し、その排出後、液体流路４ｃ内が水Ａ１により満たされておらず、液体流路４ｃの内壁面が水Ａ１により濡れている状態、すなわち水Ａ１が内壁面に付着している状態の液体流路４ｃにインクＡ２を充填することが重要である。インクＡ２の濃度が薄くなると、インクＡ２の中に含まれている溶質の割合が少なくなるので、形成しようとする機能性膜の膜厚が所望の膜厚にならなったり、機能性膜の機能が絶縁性である場合には、所望の電気抵抗値が得られなかったりという、不具合が生じてしまう。

ここで、液充填装置７につながる塗布ヘッド４を交換する場合には、交換対象の塗布ヘッド４に対応する開閉弁２４ｍ、２４ｎ、２４ｏ及び２４ｐが閉状態にされてから（あるいはそれらの閉状態が確認されてから）、交換対象の塗布ヘッド４が取り外されて交換される。その後、交換された塗布ヘッド４に対応する開閉弁２４ｏが開状態にされ、容器（不図示）内の水が交換流入管２３ｎ及び流入管２３ｌの一部を流れ、交換された塗布ヘッド４内の液体流路４ｃに充填される。その後、開閉弁２４ｐが開状態にされ、充填された水が塗布ヘッド４内の液体流路４ｃから排出され、流出管２３ｍの一部及び交換流出管２３ｏを流れる。このような水の充填及び排出後には、前述の塗布液充填と同じように、交換された塗布ヘッド４に対応する開閉弁２４ｍ及び２４ｎなどが開状態にされ、塗布ヘッド４の液体流路４ｃにインクＡ２が充填される。これにより、交換された塗布ヘッド４の液体流路４ｃ、流入管２３ｌの一部及び流出管２３ｍの一部にのみインクＡ２を充填すれば良く、インクＡ２の使用量及び充填時間を抑えることができる。なお、塗布ヘッド４を交換するためには、流入管２３ｌと流出管２３ｍから塗布ヘッド４を切り離す必要があるため、流入管２３ｌにおける交換流入管２３ｎと流入口４ａとの間、及び、流出管２３ｍにおける流出口４ｂと交換流出管２３ｏとの間に、それぞれ着脱式の継手を設けておくと良い。

また、液充填装置７につながる塗布ヘッド４のノズルプレート４ｄを交換する場合には、交換対象の塗布ヘッド４のノズルプレート４ｄを取り外し、その後、取り付けるノズルプレート４ｄを容器（不図示）内の水に浸漬させて取り出し、その取り出したノズルプレート４を塗布ヘッド４の下面に取り付ける。このようなノズルプレート４ｄの浸漬及び取り出しによる水の充填及び排出後には、前述の塗布液充填と同じように、ノズルプレート４ｄが交換された塗布ヘッド４に対応する開閉弁２４ｍ及び２４ｎなどが開状態にされ、ノズルプレート４ｄの各ノズルＮにインクＡ２が充填される。これにより、交換されたノズルプレート４ｄの各ノズルＮにのみインクＡ２を充填すれば良く、インクＡ２の使用量及び充填時間を抑えることができる。ノズルプレート４ｄを取り外す前に、開閉弁２４ｍ、２４ｎ、２４ｏ及び２４ｐが閉じていることを確認しておくのも、ヘッド交換時と同じである。

前述のように、液充填装置７が備える加圧タンク２１や供給タンク２２、配管２３ａ〜２３ｏ、開閉弁２４ａ〜２４ｐなどが、塗布ヘッド４の液体流路４ｃに非塗布液を充填する非塗布液充填部及び液体流路４ｃに充填された非塗布液を液体流路４ｃから排出する非塗布液排出部、すなわち液体流路４ｃの隅部に非塗布液を付着させる非塗布液付着部として機能する。さらに、加圧タンク２１や供給タンク２２、配管２３ａ〜２３ｏ、開閉弁２４ａ〜２４ｐなどは、塗布ヘッド４の液体流路４ｃに塗布液を充填する塗布液充填部としても機能する。

以上説明したように、第１の実施形態によれば、塗布ヘッド４の液体流路４ｃに塗布液を供給する前に、液体流路４ｃに非塗布液を充填し、その後、充填した非塗布液を液体流路４ｃから排出することによって、液体流路４ｃの隅部に非塗布液を付着させてから、その非塗布液が付着した液体流路４ｃに塗布液を充填することが可能となる。つまり、液体流路４ｃに塗布液を充填する前に、塗布液が行き渡り難く空気が残り易い隅部にあらかじめ非塗布液を付着させておくことができ、液体流路４ｃに塗布液を供給したとき、塗布液が液体流路４ｃの隅部に行き渡らなかったとしても、その隅部には非塗布液が付着しているため、空気が隅部に閉じ込められることを防止することができる。これにより、塗布ヘッド４内に気泡を残留させずに迅速に塗布液充填を行うことが可能となり、従来のように液体流路４ｃの隅部に溜まった気泡を塗布液の供給によって取り除く気泡除去を行う必要が無くなるので、塗布ヘッド４の初期充填から安定吐出までの時間及び塗布液使用量を抑えることができる。

インクジェット方式の塗布ヘッド４の場合、液体流路４ｃ内、特に、液室１１の隅部に気泡が溜まった場合、気泡の圧縮性によってノズルＮから塗布液を吐出させるための圧力が吸収されてしまい、不吐出等の吐出不良の発生の原因となる。また、主管路１２や枝管路１３の隅部に気泡が溜まった場合でも、塗布対象物Ｗに対する塗布処理中に、塗布液が吐出されることによって液体流路４ｃ内に生じる塗布液の流れに乗って、溜まっていた気泡が移動し、液室１１の隅部やノズルＮ内に付着して溜まってしまうことがあり、この場合、やはり、上述の吐出不良の発生の原因になる。このようなことがあるため、液体流路４ｃ内の隅部に気泡が溜まらないように塗布液を充填することが重要である。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について図５を参照して説明する。なお、第２の実施形態では、第１の実施形態との相違点（冷却部３１）について説明し、その他の説明は省略する。

図５に示すように、第２の実施形態に係る液充填装置７では、塗布ヘッド４を冷却する冷却部３１が塗布ヘッド４に設けられている。この冷却部３１は、塗布ヘッド４を冷却して液体流路４ｃ内の水分を結露させ、液体流路４ｃの内壁面に非塗布液（水）を付着させる非塗布液付着部として機能する。冷却部３１としては、塗布ヘッド４に直接接触して塗布ヘッド４を冷却するもの、あるいは、塗布ヘッド４に対して冷気を送風して塗布ヘッド４を冷却するものなどを用いることが可能である。

この冷却部３１によれば、塗布ヘッド４内の液体流路４ｃの内壁面に非塗布液を付着させることが可能となるため、塗布ヘッド４内の液体流路４ｃに水Ａ１を充填してから排出する工程（非塗布液充填工程及び非塗布液排出工程）は不要となる。このため、加圧タンク２１及び供給タンク２２には水Ａ１は供給されず、インクＡ２のみが供給されることになる。

このような液充填装置７によれば、塗布ヘッド４の液体流路４ｃにインクＡ２を供給する前に、塗布ヘッド４が冷却部３１により冷却されると、液体流路４ｃ内の水分が結露し、液体流路４ｃの内壁面に水Ａ１が付着する（非塗布液付着工程）。その付着後に液体流路４ｃ内にインクＡ２が充填される（塗布液充填工程）。つまり、液体流路４ｃにインクＡ２を充填する前に、インクＡ２が行き渡り難く空気が残り易い隅部にあらかじめ水Ａ１が付着している。これにより、液体流路４ｃにインクＡ２を供給したとき、インクＡ２が液体流路４ｃの隅部に行き渡らなかったとしても、その隅部には水Ａ１が付着しているため、空気が隅部に閉じ込められることを防止することが可能となり、インクＡ２の充填後、隅部に気泡が残ることを抑えることができる。

なお、非塗布液付着部としては、前述の冷却部３１に替えて、塗布ヘッド４を加熱する加熱部（不図示）を用いることも可能である。この場合には、第１の実施形態と同じ手順で塗布ヘッド４内の液体流路４ｃに少量（蒸気を生じさせることが可能な量）の非塗布液が供給され、その後、加熱部は、液体流路４ｃ内に供給された非塗布液を熱によって蒸発させ、液体流路４ｃの内壁面に非塗布液を付着させる。加熱部としては、塗布ヘッド４に直接接触して塗布ヘッド４を加熱するヒータ、あるいは、塗布ヘッド４に対して温風を送って塗布ヘッド４を加熱するものなどを用いることが可能である。また、塗布ヘッド４の流入口４ａに非塗布液の蒸気を送り込む蒸気部（不図示）を設け、流入口４ａから液体流路４ｃ内に直接、非塗布液の蒸気を供給することも可能である。

以上説明したように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第２の実施形態によれば、非塗布液付着工程及び塗布液充填工程の二工程だけを行えば良く、より迅速に、すなわち水を排出する工程を必要としない分だけ速く、塗布ヘッド４内に気泡を残留させずに塗布液充填を行うことが可能となる。ただし、第２の実施形態においても、塗布ヘッド４内の液体流路４ｃの内壁面に非塗布液が大量に付着した場合など、必要に応じて非塗布液排出工程を行った方が良い場合もある。

（他の実施形態）
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、加圧タンク２１と供給タンク２２それぞれに、非塗布液、塗布液を自動的に供給する機構を設けても良い。また、非塗布液専用の加圧タンクと供給タンク、および、塗布液専用の加圧タンクと供給タンクを設け、各供給タンクを第２接続管２３ｂに切り替え接続可能に設けても良い。非塗布液専用のタンクから塗布液専用のタンクに切り替えるときには、塗布ヘッドの液体流路や配管内（特に、排出管２３ｍや循環管２３ｋ内）に残った非塗布液を、前もって、非塗布液専用の加圧タンクに回収しておき、塗布液に非塗布液が混ざることを防止するようにすると良い。

また、供給タンク２２に液体供給管２３ｇを設けなくても良い。供給タンク２２に液体供給管２３ｇを設けない場合には、非塗布液や塗布液を加圧タンク２１に一旦供給し、加圧タンク２１からガス圧や自重によって供給タンク２２へ供給するようにすれば良く、供給タンク２２の非塗布液や塗布液が減ったら加圧タンク２１から補給し、加圧タンク２１の非塗布液や塗布液が減ったら液体供給管２３ｃから補給すれば良い。

１ 塗布装置
４ 塗布ヘッド
４ｃ 液体流路
７ 液充填装置
２１ 加圧タンク
２２ 供給タンク
２３ａ〜２３ｏ 配管
２４ａ〜２４ｐ 開閉弁
３１ 冷却部
Ｎ ノズル

Claims (11)

1. 液体が流れる液体流路及びその液体流路につながるノズルを有するインクジェット方式の塗布ヘッドに塗布液を充填する液充填装置であって、
   前記液体流路の隅部に前記塗布液と異なる非塗布液を付着させる非塗布液付着部と、
   前記非塗布液が前記隅部に付着した前記液体流路に前記塗布液を充填する塗布液充填部と、
   を備えることを特徴とする液充填装置。
2. 液体が流れる液体流路及びその液体流路につながるノズルを有するインクジェット方式の塗布ヘッドに塗布液を充填する液充填装置であって、
   前記液体流路に前記塗布液と異なる非塗布液を充填する非塗布液充填部と、
   前記液体流路に充填された前記非塗布液を前記液体流路から排出する非塗布液排出部と、
   前記非塗布液が排出された前記液体流路に前記塗布液を充填する塗布液充填部と、
   を備えることを特徴とする液充填装置。
3. 液体が流れる液体流路及びその液体流路につながるノズルを有するインクジェット方式の塗布ヘッドに塗布液を充填する液充填装置であって、
   前記液体流路の内壁面に前記塗布液と異なる非塗布液を結露又は蒸気により付着させる非塗布液付着部と、
   前記非塗布液が前記内壁面に付着した前記液体流路に前記塗布液を充填する塗布液充填部と、
   を備えることを特徴とする液充填装置。
4. 前記内壁面は前記非塗布液に対する親液性を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の液充填装置。
5. 前記非塗布液の粘度は前記塗布液の粘度より低いことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の液充填装置。
6. 液体が流れる液体流路及びその液体流路につながるノズルを有するインクジェット方式の塗布ヘッドに塗布液を充填する液充填方法であって、
   前記液体流路の隅部に前記塗布液と異なる非塗布液を付着させる工程と、
   前記非塗布液が前記隅部に付着した前記液体流路に前記塗布液を充填する工程と、
   を有することを特徴とする液充填方法。
7. 液体が流れる液体流路及びその液体流路につながるノズルを有するインクジェット方式の塗布ヘッドに塗布液を充填する液充填方法であって、
   前記液体流路に前記塗布液と異なる非塗布液を充填する工程と、
   前記液体流路に充填された前記非塗布液を前記液体流路から排出する工程と、
   前記非塗布液が排出された前記液体流路に前記塗布液を充填する工程と、
   を有することを特徴とする液充填方法。
8. 液体が流れる液体流路及びその液体流路につながるノズルを有するインクジェット方式の塗布ヘッドに塗布液を充填する液充填方法であって、
   前記液体流路の内壁面に前記塗布液と異なる非塗布液を結露又は蒸発により付着させる工程と、
   前記非塗布液が前記内壁面に付着した前記液体流路に前記塗布液を充填する工程と、
   を有することを特徴とする液充填方法。
9. 前記内壁面は前記非塗布液に対する親液性を有することを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか一項に記載の液充填方法。
10. 前記非塗布液の粘度は前記塗布液の粘度より低いことを特徴とする請求項６乃至請求項９のいずれか一項に記載の液充填方法。
11. ステージと、液体が流れる液体流路及びその液体流路につながるノズルを有するインクジェット方式の塗布ヘッドと、前記塗布ヘッドに塗布液を充填する液充填装置とを備える塗布装置であって、
    前記液充填装置は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の液充填装置であることを特徴とする塗布装置。

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