JP4013596B2 - Film forming apparatus, film forming method, device manufacturing apparatus, device manufacturing method, and device - Google Patents
Film forming apparatus, film forming method, device manufacturing apparatus, device manufacturing method, and deviceInfo
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製膜装置と製膜方法、およびデバイス製造装置とデバイス製造方法並びにデバイスに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電子機器、例えばコンピュータや携帯用の情報機器端末の発達に伴い、液晶表示デバイス、特にカラー液晶表示デバイスの使用が増加している。この種の液晶表示デバイスは、表示画像をカラー化するためにカラーフィルタを用いている。カラーフィルタには、基板を有し、この基板に対してR(赤)、G(緑)、B(赤)のインクを所定パターンで供給することで形成されるものがある。このような基板に対してインクを供給する方式としては、例えばインクジェット方式の製膜装置が採用されている。
【0003】
インクジェット方式を採用した場合、製膜装置においてはインクジェットヘッドから所定量のインクを基板に対して吐出して供給するが、この場合、例えば基板はYステージ(Y方向に移動自在なステージ)に搭載され、インクジェットヘッドはXステージ(X方向に移動自在なステージ)に搭載される。そして、Xステージの駆動によりインクジェットヘッドを所定位置に位置決めした後に、Yステージの駆動により基板をインクジェットヘッドに対して相対移動させながらインクを吐出することで、インクジェットヘッドからのインクが基板の所定位置に供給できるようになっている。
【0004】
上記のインクジェットヘッドでは、インクを吐出する手段として、インクタンクを構成する壁面に複数のノズル開口を形成するとともに、各ノズル開口と対向するように伸縮方向を一致させて圧電素子を配設したものが多く用いられている。この種の圧電素子としては、例えば特開昭63−295269号公報に開示されているように、電極と圧電材料とを交互にサンドイッチ状に積層したものが提供されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような問題が存在する。複数の圧電素子を同時に駆動した場合、大きなピーク電流を必要とし発熱量も多大になってしまう。特に圧電素子の伸縮時の大きなピーク電流は、配線抵抗等による著しい電圧降下を引き起こすため、選択した圧電素子の数により駆動信号が異なる、いわゆるクロストークが発生することになる。このクロストークは、インク滴の飛翔特性に影響し、製膜品質を劣化させてしまう。
【0006】
このような問題の対策として、例えば特開平5−84902号公報や特開2000−238261号公報が提供されている。特開平5−84902号公報に開示された技術は、圧電素子を複数のブロックに分割して時分割駆動することにより、全圧電素子駆動時に必要とする最大ピーク電流値を低減するものである。また、特開2000−238261号公報に開示された技術は、圧電素子の駆動電圧発生回路を複数具備し、各駆動電圧発生回路の出力をそれぞれアナログスイッチを介して圧電素子に接続することにより、多くのノズルを有するインクジェットヘッドの駆動電圧発生回路を複数に分割して構成できるものである。
【0007】
ところが、これらの技術では、制御が複雑になり機械的な設計負荷が大きくなるという問題に加えて、回路部品等が増えてコストアップを招くという問題も生じてしまう。
【0008】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、簡素な回路構成でピーク電流値を低減できる製膜装置と製膜方法、およびデバイス製造装置とデバイス製造方法並びにデバイスを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、以下の構成を採用している。
本発明の製膜装置は、複数のノズルに対応させて圧電素子が配設され、圧電素子に供給される駆動波形に応じてノズルから機能性液体を吐出する製膜装置であって、時間差をもって設定された複数の駆動波形からなる波形群を生成する波形生成部と、製膜処理状態に応じて、生成された波形群から所定の駆動波形を選択して圧電素子に供給する波形選択部とを有することを特徴とするものである。
【0010】
従って、本発明では、圧電素子が時間差をもって駆動するように駆動波形を選択することで圧電素子駆動時の駆動電流を分散させ、ピーク電流値を低減することができる。この際、駆動波形は一つの波形生成部から生成されるので、圧電素子毎に波形生成用の回路や素子を設ける必要がなく回路構成を簡素化できる。なお、本明細書における機能性液体とは、印字(製膜)を行う比較的粘度の低いインクや潤滑油や樹脂等の高粘度のものも含んでいる。
【0011】
波形群としては、機能性液体がノズルから吐出される吐出用波形と、機能性液体がノズルから吐出されずにメニスカスを振動させる振動用波形とを含むことが好ましい。
【0012】
これにより、本発明では、波形群から吐出用波形が選択された圧電素子に対応したノズルからは機能性液体を吐出することができ、振動用波形が選択された圧電素子に対応したノズルの機能性液体は強制的に撹拌されることにより増粘や物性劣化を防止することができる。
【0013】
また、波形群には略同一の吐出用波形が複数含まれることが好ましい。
【0014】
これにより、本発明では、吐出用波形で圧電素子を駆動した場合、吐出タイミングをずらせても各ノズルから略同一量の機能性液体を吐出することが可能になる。
【0015】
また、波形選択部が隣り合うノズルに対して、選択する駆動波形を異ならせる構成も採用可能である。
【0016】
これにより、本発明では、隣り合うノズルから同時に機能性液体を吐出した場合に生じるクロストークの影響を低減することができる。
【0017】
そして、本発明のデバイス製造装置は、複数のノズルから吐出された機能性液体を基板に供給し基板に製膜処理を施す製膜装置を有するデバイス製造装置であって、製膜装置として上記の製膜装置が用いられることを特徴としている。
【0018】
これにより、本発明では、製膜装置において簡素化された回路構成でピーク電流値を低減できるので、デバイス製造に係るコストアップ及び製膜品質の劣化を防止することができる。
【0019】
また、本発明のデバイスは、上記のデバイス製造装置により製造されたことを特徴としている。
【0020】
これにより、本発明では、デバイス製造に係るコストアップ及び製膜品質の劣化を防止することができる。
【0021】
一方、本発明の製膜方法は、複数のノズルに対応させて圧電素子が配設され、圧電素子に供給される駆動波形に応じてノズルから機能性液体を吐出する製膜方法であって、時間差をもって設定された複数の駆動波形からなる波形群を生成する波形生成工程と、製膜処理状態に応じて、生成された波形群から所定の駆動波形を選択して圧電素子に供給する波形選択工程とを有することを特徴としている。
【0022】
これにより、本発明では、圧電素子が時間差をもって駆動するように駆動波形を選択することで圧電素子駆動時の駆動電流を分散させ、ピーク電流値を低減することができる。この際、駆動波形は一つの波形生成部から生成されるので、圧電素子毎に波形生成用の回路や素子を設ける必要がなく回路構成を簡素化できる。
【0023】
波形群としては、機能性液体がノズルから吐出される吐出用波形と、機能性液体がノズルから吐出されずにメニスカスを振動させる振動用波形とを含むことが好ましい。
【0024】
これにより、本発明では、波形群から吐出用波形が選択された圧電素子に対応したノズルからは機能性液体を吐出することができ、振動用波形が選択された圧電素子に対応したノズルの機能性液体は吐出されずに強制的に撹拌されることにより増粘や物性劣化を防止することができる。
【0025】
また、波形群には略同一の吐出用波形が複数含まれることが好ましい。
【0026】
これにより、本発明では、吐出用波形で圧電素子を駆動した場合、吐出タイミングをずらせても各ノズルから略同一量の機能性液体を吐出することが可能になる。
【0027】
また、波形選択部が隣り合うノズルに対して、選択する駆動波形を異ならせる構成も採用可能である。
【0028】
これにより、本発明では、隣り合うノズルから同時に機能性液体を吐出した場合に生じるクロストークの影響を低減することができる。
【0029】
そして、本発明のデバイス製造方法は、複数のノズルから吐出された機能性液体を基板に供給し基板に製膜処理を施す製膜処理工程を含むデバイス製造方法であって、上記の製膜方法を用いて製膜処理工程を行うことを特徴としている。
【0030】
これにより、本発明では、製膜処理において簡素化された回路構成でピーク電流値を低減できるので、デバイス製造に係るコストアップ及び製膜品質の劣化を防止することができる。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の製膜装置と製膜方法、およびデバイス製造装置とデバイス製造方法並びにデバイスの実施の形態を、図1ないし図7を参照して説明する。ここでは、本発明の製膜装置を例えば機能性液体としてのインクを用いて、液晶表示デバイスに対して用いられるカラーフィルタ等を製造するためのフィルタ製造装置に適用するものとして説明する。
【0032】
図1は、フィルタ製造装置(デバイス製造装置)を構成する製膜装置(インクジェット装置)10の概略的な外観斜視図である。このフィルタ製造装置は、ほぼ同様の構造を有する3基の製膜装置10を備えており、各製膜装置10は、それぞれR(赤)、G(緑)、B(青)の各色のインクをフィルタ基板に吐出する構成になっている。
【0033】
製膜装置10は、ベース12、第1移動手段14、第2移動手段16、図示しない電子天秤(重量測定手段)、吐出手段としてのインクジェットヘッド20、キャッピングユニット22、クリーニングユニット24等を有している。ベース12の上には、第1移動手段14、電子天秤、キャッピングユニット22、クリーニングユニット24および第2移動手段16が設置されている。
【0034】
第1移動手段14は、好ましくはベース12の上に直接設置されており、しかもこの第1移動手段14は、Y軸方向に沿って位置決めされている。これに対して第2移動手段16は、支柱16A、16Aを用いて、ベース12に対して立てて取り付けられており、しかも第2移動手段16は、ベース12の後部12Aにおいて取り付けられている。第2移動手段16のX軸方向は、第1移動手段14のY軸方向とは直交する方向である。Y軸はベース12の前部12Bと後部12A方向に沿った軸である。これに対してX軸はベース12の左右方向に沿った軸であり、各々水平である。
【0035】
第1移動手段14は、ガイドレール40、40を有しており、第1移動手段14は、例えば、リニアモータを採用することができる。このリニアモータ形式の第1移動手段14のスライダー42は、ガイドレール40に沿って、Y軸方向に移動して位置決め可能である。
【0036】
スライダー42は、θ軸用のモータ44を備えている。このモータ44は、例えばダイレクトドライブモータであり、モータ44のロータはテーブル46に固定されている。これにより、モータ44に通電することでロータとテーブル46は、θ方向に沿って回転してテーブル46をインデックス(回転割り出し)することができる。
【0037】
テーブル46は、基板48を位置決めして、しかも保持するものである。また、テーブル46は、吸着保持手段50を有しており、吸着保持手段50が作動することにより、テーブル46の穴46Aを通して、基板48をテーブル46の上に吸着して保持することができる。テーブル46には、インクジェットヘッド20がインクを捨打ち或いは試し打ち(予備吐出)するための予備吐出エリア52が設けられている。
【0038】
第2移動手段16は、支柱16A,16Aに固定されたコラム16Bを有しており、このコラム16Bは、リニアモータ形式の第2移動手段16を有している。スライダー60は、ガイドレール62Aに沿ってX軸方向に移動して位置決め可能であり、スライダー60は、インク吐出手段としてのインクジェットヘッド20を備えている。
【0039】
インクジェットヘッド20は、揺動位置決め手段としてのモータ62,64,66,68を有している。モータ62を作動すれば、インクジェットヘッド20は、Z軸に沿って上下動して位置決め可能である。このZ軸はX軸とY軸に対して各々直交する方向(上下方向)である。モータ64を作動すると、インクジェットヘッド20は、Y軸回りのβ方向に沿って揺動して位置決め可能である。モータ66を作動すると、インクジェットヘッド20は、X軸回りのγ方向に揺動して位置決め可能である。モータ68を作動すると、インクジェットヘッド20は、Z軸回りのα方向に揺動して位置決め可能である。
【0040】
このように、図1のインクジェットヘッド20は、スライダー60において、Z軸方向に直線移動して位置決め可能で、α、β、γに沿って揺動して位置決め可能であり、インクジェットヘッド20のインク吐出面20Pは、テーブル46側の基板48に対して正確に位置あるいは姿勢をコントロールすることができる。なお、インクジェットヘッド20のインク吐出面20Pには、それぞれがインクを吐出する複数(ここでは、例えば120個)のノズル(吐出口)が設けられている。
【0041】
インクジェットヘッド20は、圧電素子としてピエゾ素子を用いたヘッドであり、複数のノズルに対してそれぞれこのピエゾ素子が設けられている。そして、各ピエゾ素子に駆動信号が印加されて各ノズル毎にインク室を拡大または縮小することで、ノズルからのインク吐出を制御できる構成になっている。
【0042】
図2に、インクジェットヘッド20のインク吐出に関する制御系を示す。
このインクジェットヘッド20では、各ノズル11(ノズル番号を#1、#2、…で示す)に対応させてピエゾ素子PZ(PZ1、PZ2、…で示す)が設けられている。そして、各ピエゾ素子PZには波形選択部13がそれぞれ接続されており、これら波形選択部13は波形生成部15に接続されている。
【0043】
波形生成部15は、ピエゾ素子PZを駆動するために印加する電圧の駆動波形(以下、単に波形と称する)を生成するものであり、本実施形態では、図3(a)に示すように、時間差をもって設定(定義)される複数(ここでは4つ)の波形0〜3からなる波形群Pが生成される構成になっている。ここで、波形0は、インクがノズル11から吐出されない大きさに設定される。すなわち、この波形0は、駆動電圧をピエゾ素子PZに印加したときに、ノズル面に対してメニスカスが離間・接近を繰り返すように微振動する大きさに設定された振動用波形とされている。また、波形1〜3は、駆動電圧をピエゾ素子PZに印加したときに、インク室が縮小・加圧されて所定量のインクを吐出する大きさに設定された吐出用波形とされている。なお、波形1〜3は略同一の吐出用波形であり、この波形が印加されたピエゾ素子PZに対応するノズル11からは、ほぼ同一量のインクが吐出される構成になっている。
【0044】
波形選択部13は、波形生成部15で生成された波形群Pの中から、製膜処理状態に応じて、且つノズルの位置(ノズル番号)に応じた波形を選択してピエゾ素子PZに供給するものである。具体的には、図3(b)に示すように、4つの波形に対して、2ビットのデータで制御し、セレクタ値“00”で波形0、“01”で波形1、“10”で波形2、“11”で波形3が選択される。
【0045】
図1に戻り、電子天秤は、インクジェットヘッド20のノズルから吐出されたインク滴の1滴の重量を測定して管理するために、例えば、インクジェットヘッド20のノズルから、5000滴分のインク滴を受ける。電子天秤は、この5000滴のインク滴の重量を5000で割ることにより、インク滴1滴の重量をほぼ正確に測定することができる。このインク滴の測定量に基づいて、インクジェットヘッド20から吐出するインク滴の量を最適にコントロールすることができる。
【0046】
クリーニングユニット24は、インクジェットヘッド20のノズル等のクリーニングをフィルタ製造工程中や待機時に定期的にあるいは随時に行うことができる。キャッピングユニット22は、インクジェットヘッド20のノズル内のインクが乾燥しないようにするために、フィルタを製造しない待機時にこのインク吐出面20Pを外気に触れさせないようにするものである。
【0047】
上記の構成の製膜装置10の中、インクジェットヘッド20の駆動に関して説明する。
上述したように、波形生成部15は予め設定された波形0〜3からなる波形群Pを生成するが(波形生成工程)、メンテナンスや待機時等、インクを吐出しない工程では波形選択部13は振動用波形0を選択して(波形選択工程)、ピエゾ素子PZに供給する。そして、ピエゾ素子PZはインクが吐出しない大きさで駆動(伸縮)し、インクはインクジェットヘッド20内で微振動する。これにより、インクは撹拌され、非吐出時においてもインクの増粘や物性劣化が抑制される。
【0048】
一方、インクを吐出する際には、波形選択部13はノズル番号に応じて波形1〜3の一つを選択し(波形選択工程)ピエゾ素子PZに供給する。具体的には、図4に示すように、一列に並ぶ複数のノズル11は、波形1を選択するノズル番号#1、#4、#7…のグループ、波形2を選択するノズル番号#2、#5、#8…のグループ、及び波形3を選択するノズル番号#3、#6、#9…のグループに分けられ、各グループ毎にほぼ同時に、且つほぼ同一量のインクを吐出する。なお、このグループ分けは、隣り合うノズル(例えば#1と#2や#2と#3)に対して異なる波形が選択されるように設定される。これにより、隣り合うノズルからは時間差をもってインクが吐出されることになり、同時にインクを吐出した場合に生じるクロストークの影響を低減することが可能になる。
【0049】
続いて、製膜処理工程について説明する。
作業者がテーブル46の前端側から基板48を第1移動手段14のテーブル46の上に給材すると、この基板48はテーブル46に対して吸着保持されて位置決めされる。そして、モータ44が作動して、基板48の端面がY軸方向に並行になるように設定される。
【0050】
次に、インクジェットヘッド20がX軸方向に沿って移動して、電子天秤の上部に位置決めされる。そして、指定滴数(指定のインク滴の数)の吐出を行う。これにより、電子天秤は、たとえば5000滴のインクの重量を計測して、インク滴1滴当たりの重量を計算する。そして、インク滴の1滴当たりの重量が予め定められている適正範囲に入っているかどうかを判断し、適正範囲外であればピエゾ素子に対する印加電圧の調整等を行って、インク滴の1滴当たりの重量を適正に収める。
【0051】
インク滴の1滴当たりの重量が適正な場合には、基板48が第1移動手段14よりY軸方向に適宜に移動して位置決めされるとともに、インクジェットヘッド20が第2移動手段16によりX軸方向に適宜移動して位置決めされる。そして、インクジェットヘッド20は、予備吐出エリア52(吸収材54)に対して全ノズルからインクを予備吐出した後に、基板48に対してY軸方向に相対移動して(実際には、基板48がインクジェットヘッド20に対してY方向に移動する)、基板48上の所定領域に対して所定のノズルから所定幅でインクを吐出する。インクジェットヘッド20と基板48との一回の相対移動が終了すると、インクジェットヘッド20が基板48に対してX軸方向に所定量ステップ移動し、その後、基板48がインクジェットヘッド20に対して移動する間にインクを吐出する。そして、この動作を複数回繰り返すことにより、製膜領域全体にインクを吐出して製膜することができる。
【0052】
続いて、図5および図6を参照して、製膜処理によりカラーフィルタを製造する例について説明する。
【0053】
図5の基板48は、透明基板であり適度の機械的強度と共に光透過性の高いものを用いる。基板48としては、例えば、透明ガラス基板、アクリルガラス、プラスチック基板、プラスチックフィルム及びこれらの表面処理品等が適用できる。
【0054】
たとえば、図6に示すように長方形形状の基板48上に、生産性をあげる観点から複数個のカラーフィルタ領域105をマトリックス状に形成する。これらのカラーフィルタ領域105は、後でガラス48を切断することで、液晶表示装置に適合するカラーフィルタとして用いることができる。
【0055】
カラーフィルタ領域105には、たとえば図6に示すように、RのインクとGのインクおよびBのインクを所定のパターンで形成して配置している。この形成パターンとしては、図に示すように従来公知のストライプ型のほかに、モザイク型やデルタ型あるいはスクウェアー型等がある。特に、ヘッド20を傾けることで画素部の配列ピッチにノズル間隔を対応させる場合、ストライプ型では一度に吐出できるノズルの数が多いため効果的である。
【0056】
図5は、基板48に対してカラーフィルタ領域105を形成する工程の一例を示している。
【0057】
図5(a)では、透明の基板48の一方の面に対して、ブラックマトリックス110を形成したものである。カラーフィルタの基礎となる基板48の上には、光透過性のない樹脂(好ましくは黒色)を、スピンコート等の方法で、所定の厚さ(たとえば2μm程度)に塗布して、フォトリソグラフィー法等の方法でマトリックス状にブラックマトリックス110を設ける。ブラックマトリックス110の格子で囲まれる最小の表示要素がフィルタエレメントとなり、たとえばX軸方向の巾30μm、Y軸方向の長さ100μm程度の大きさの窓である。
【0058】
ブラックマトリックス110を形成した後は、たとえば、ヒータにより熱を与えることで、基板48の上の樹脂を焼成する。
【0059】
図5(b)に示すように、インク滴99は、フィルタエレメント112に供給される。インク滴99の量は、加熱工程におけるインクの体積減少を考慮した充分な量である。
【0060】
図5(c)の加熱工程では、カラーフィルタ上のすべてのフィルタエレメント112に対してインク滴99が充填されると、ヒータを用いて加熱処理を行う。基板48は、所定の温度(例えば70℃程度)に加熱する。インクの溶媒が蒸発すると、インクの体積が減少する。体積減少の激しい場合には、カラーフィルタとして充分なインク膜の厚みが得られるまで、インク吐出工程と、加熱工程とを繰り返す。この処理により、インクの溶媒が蒸発して、最終的にインクの固形分のみが残留して膜化する。
【0061】
図5(d)の保護膜形成工程では、インク滴99を完全に乾燥させるために、所定の温度で所定時間加熱を行う。乾燥が終了するとインク膜が形成されたカラーフィルタの基板48の保護及びフィルタ表面の平坦化のために、保護膜120を形成する。この保護膜120の形成には、たとえば、スピンコート法、ロールコート法、リッピング法等の方法を採用することができる。
【0062】
図5(e)の透明電極形成工程では、スパッタ法や真空蒸着法等の処方を用いて、透明電極130を保護膜120の全面にわたって形成する。
【0063】
図5(f)のパターニング工程では、透明電極130は、さらにフィルタエレメント112の開口部に対応させた画素電極にパターニングされる。
【0064】
なお、液晶の駆動にTFT(Thin Film Transistor)等を用いる場合ではこのパターニングは不用である。また、上記製膜処理の間には、定期的あるいは随時クリーニングユニット24を用いてインクジェットヘッド20のインク吐出面20Pをワイピングすることが望ましい。
【0065】
以上のように、本実施の形態では、ピエゾ素子PZを3つのグループに分けて異なるタイミングで駆動しているので、駆動時に必要とする最大ピーク電流値をほぼ1/3に低減できることに加えて、一つの波形生成部15により全てのピエゾ素子PZに供給される駆動波形を生成することで、個別に波形生成用の回路を設けることなく、回路構成の簡素化を実現している。結果として、装置の軽量化やトランジスタ等のアナログ回路部品等が減りコストダウンを実現することができる。
【0066】
また、本実施の形態では、振動用波形0でピエゾ素子PZを駆動することで、インク吐出動作の停止中であっても微振動によりインクジェットヘッド20内のインクを撹拌できるため、インクの増粘やインク物性の劣化を抑制することができる。そのため、インク吐出動作再開後でもインク吐出不良や吐出重量の変動等を防止することができ、スループット低下や無駄なインク消費を防ぐことが可能になる。
【0067】
さらに、本実施の形態では、駆動波形1〜3を略同一波形とすることで、上記グループ間でインク吐出量をほぼ同一にすることができ、ノズル間のインク吐出量のバラツキによる製膜品質の低下を防止することが可能になる。また、本実施の形態では、隣り合うノズル間でインク吐出に時間差を設けているので、同時にインクを吐出した場合に生じるクロストークの影響を低減することもできる。
【0068】
なお、上記実施の形態において、波形選択部がピエゾ素子毎に設けられる構成としたが、これに限定されるものではなく、例えば上記グループ毎に波形選択部を設ける構成としてもよい。また、上記実施の形態では、吐出用波形を3つ設定するものとして説明したが、隣り合うノズルでインク吐出に時間差が設けられれば、図7に示すように、吐出用波形を2つ設定して2つのグループに分ける構成としてもよい。
【0069】
また、上記実施の形態では、製膜装置をフィルタ製造装置に適用する構成としたが、これに限定されるものではなく、例えば用紙等に印字・製膜するプリンタ(プロッタ)にも適用可能である。
【0070】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができ、例えば、上記実施形態においては、最初にR(赤色)のパターン形成を行い、続いてG(緑色)のパターン形成、そして最後にB(青色)のパターン形成を行うものとしたが、これに限らず、必要に応じてその他の順番でパターン形成するものとしても良い。
また、本発明のデバイス製造装置は、たとえば液晶表示デバイス用のカラーフィルタの製造に限定されるものではなく、たとえば、EL(エレクトロルミネッセンス)表示デバイスに応用が可能である。EL表示デバイスは、蛍光性の無機および有機化合物を含む薄膜を、陰極と陽極とで挟んだ構成を有し、前記薄膜に電子および正孔(ホール)を注入して再結合させることにより励起子(エキシトン)を生成させ、このエキシトンが失活する際の光の放出(蛍光・燐光)を利用して発光させる素子である。こうしたEL表示素子に用いられる蛍光性材料のうち、赤、緑および青色の各発光色を呈する材料すなわち発光層形成材料及び正孔注入/電子輸送層を形成する材料をインクとし、各々を本発明のデバイス製造装置を用いて、TFT等の素子基板上にパターニングすることで、自発光フルカラーELデバイスを製造することができる。本発明におけるデバイスの範囲にはこのようなELデバイスをも含むものである。
この場合、例えば、上記のカラーフィルタのブラックマトリクスと同様に樹脂レジストを用いて1ピクセル毎に区画する隔壁を形成するとともに、下層となる層の表面に吐出された液滴が付着しやすいように、且つ、隔壁が吐出された液滴をはじき隣接する区画の液滴と混じり合うことを防止するため、液滴の吐出の前工程として、基板に対し、プラズマ、UV処理、カップリング等の表面処理を行う。しかる後に、正孔注入/電子輸送層を形成する材料を液滴として供給し製膜する第1の製膜工程と、同様に発光層を形成する第2の製膜工程とを経て製造される。
こうして製造されるELデバイスは、セグメント表示や全面同時発光の静止画表示、例えば絵、文字、ラベル等といったローインフォメーション分野への応用、または点・線・面形状をもった光源としても利用することができる。さらに、パッシブ駆動の表示素子をはじめ、TFT等のアクティブ素子を駆動に用いることで、高輝度で応答性の優れたフルカラー表示デバイスを得ることが可能である。
また、本発明の製膜装置に金属材料や絶縁材料を供すれば、金属配線や絶縁膜等のダイレクトな微細パターニングが可能となり、新規な高機能デバイスの作製にも応用できる。
なお、上記の実施形態では、便宜的に「インクジェット装置」ならびに「インクジェットヘッド」と呼称し、吐出される吐出物を「インク」として説明したが、このインクジェットヘッドから吐出される吐出物は所謂インクには限定されず、ヘッドから液滴として吐出可能に調整されたものであればよく、例えば、前述のELデバイスの材料、金属材料、絶縁材料、又は半導体材料等様々な材料が含まれることはいうまでもない。
【0071】
また、本発明における製膜装置は、対象物上に特定のパターンを形成する用途に限らず、例えば半導体装置の製造工程におけるレジスト膜の形成など、対象物全体を覆う用途にも適用可能である。
また、図示した製膜装置のインクジェットヘッド20は、R(赤).G(緑).B(青)の内の1つの種類のインクを吐出することができるようになっているが、この内の2種類あるいは3種類のインクを同時に吐出することももちろんできる。また、製膜装置10の第1移動手段14と第2移動手段16はリニアモータを用いているがこれに限らず他の種類のモータやアクチュエータを用いることもできる。
なお、実施の形態においては、非吐出のノズルに振動用波形0を印加する構成としたが、必ずしもこの必要はなく、振動により機能性液体が物性の変化を起こす場合には、非吐出時に電圧変動のない駆動電圧を印加することとしてもよい。
【0072】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、駆動時に必要とする最大ピーク電流値を低減できることに加えて、回路構成の簡素化を実現し、装置の軽量化やコストダウンに寄与するという効果が得られる。また、本発明では、スループット低下や無駄な消費を防ぐとともに、製膜品質の低下防止やクロストークの影響低減という効果も得られる。さらに、発熱量が抑制され、ヘッドの温度特性が向上するので吐出安定性が増すという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のフィルタ製造装置を構成する製膜装置の概略的な外観斜視図である。
【図2】 インクジェットヘッドのインク吐出に関する制御系を示す図である。
【図3】 (a)は波形生成部で生成された波形群の図であり、(b)はセレクタ値と波形の関係を示す図である。
【図4】 ノズル番号と波形との関係を示す図表である。
【図5】 (a)〜(f)は、基板を用いてカラーフィルタを製造する手順の一例を示す図である。
【図6】 基板と基板上のカラーフィルタ領域の一部を示す図である。
【図7】 別の形態のノズル番号と波形との関係を示す図表である。
【符号の説明】
P 波形群
PZ ピエゾ素子(圧電素子)
0 駆動波形(振動用波形)
1〜3 駆動波形(吐出用波形)
10 製膜装置(インクジェット装置)
11 ノズル
13 波形選択部
15 波形生成部
48 基板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a film forming apparatus, a film forming method, a device manufacturing apparatus, a device manufacturing method, and a device.
[0002]
[Prior art]
With the development of electronic devices such as computers and portable information device terminals, the use of liquid crystal display devices, particularly color liquid crystal display devices, is increasing. This type of liquid crystal display device uses a color filter to colorize a display image. Some color filters have a substrate and are formed by supplying R (red), G (green), and B (red) ink in a predetermined pattern to the substrate. As a method for supplying ink to such a substrate, for example, an ink jet type film forming apparatus is employed.
[0003]
When the ink jet method is adopted, the film forming apparatus discharges and supplies a predetermined amount of ink from the ink jet head to the substrate. In this case, for example, the substrate is mounted on a Y stage (a stage movable in the Y direction). The inkjet head is mounted on an X stage (a stage movable in the X direction). After the ink jet head is positioned at a predetermined position by driving the X stage, the ink from the ink jet head is discharged to a predetermined position on the substrate by discharging the ink while moving the substrate relative to the ink jet head by driving the Y stage. Can be supplied.
[0004]
In the above-described inkjet head, as a means for ejecting ink, a plurality of nozzle openings are formed on the wall surface constituting the ink tank, and piezoelectric elements are arranged so that the expansion and contraction directions coincide with each nozzle opening. Is often used. As this type of piezoelectric element, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-295269, an element in which electrodes and piezoelectric materials are alternately stacked is provided.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the following problems exist in the conventional technology as described above. When a plurality of piezoelectric elements are driven at the same time, a large peak current is required and the amount of heat generated is large. In particular, a large peak current at the time of expansion / contraction of the piezoelectric element causes a significant voltage drop due to wiring resistance or the like, so that a so-called crosstalk occurs in which drive signals differ depending on the number of selected piezoelectric elements. This crosstalk affects the flight characteristics of the ink droplets and degrades the film forming quality.
[0006]
As countermeasures against such problems, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 5-84902 and 2000-238261 are provided. The technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-84902 reduces the maximum peak current value required for driving all piezoelectric elements by dividing the piezoelectric element into a plurality of blocks and time-division driving. In addition, the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-238261 includes a plurality of drive voltage generation circuits for piezoelectric elements, and the output of each drive voltage generation circuit is connected to the piezoelectric elements via analog switches, respectively. The drive voltage generation circuit of an ink jet head having many nozzles can be divided into a plurality of parts.
[0007]
However, in these techniques, in addition to the problem that the control is complicated and the mechanical design load is increased, there is a problem that the number of circuit parts is increased and the cost is increased.
[0008]
The present invention has been made in view of the above points, and provides a film forming apparatus and a film forming method, a device manufacturing apparatus, a device manufacturing method, and a device capable of reducing a peak current value with a simple circuit configuration. For the purpose.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention employs the following configuration.
The film forming apparatus of the present invention is a film forming apparatus in which piezoelectric elements are arranged corresponding to a plurality of nozzles, and a functional liquid is discharged from the nozzles according to a driving waveform supplied to the piezoelectric elements. A waveform generation unit that generates a waveform group including a plurality of set drive waveforms, and a waveform selection unit that selects a predetermined drive waveform from the generated waveform group according to the film forming process state and supplies the selected drive waveform to the piezoelectric element; It is characterized by having.
[0010]
Therefore, in the present invention, by selecting a drive waveform so that the piezoelectric elements are driven with a time difference, the drive current at the time of driving the piezoelectric elements can be dispersed and the peak current value can be reduced. At this time, since the drive waveform is generated from one waveform generation unit, it is not necessary to provide a waveform generation circuit or element for each piezoelectric element, and the circuit configuration can be simplified. In addition, the functional liquid in the present specification includes inks with relatively low viscosity for printing (film formation), and high-viscosity liquids such as lubricating oils and resins.
[0011]
The waveform group preferably includes a discharge waveform in which the functional liquid is discharged from the nozzle and a vibration waveform that vibrates the meniscus without discharging the functional liquid from the nozzle.
[0012]
Accordingly, in the present invention, the functional liquid can be ejected from the nozzle corresponding to the piezoelectric element for which the waveform for ejection is selected from the waveform group, and the function of the nozzle corresponding to the piezoelectric element for which the waveform for vibration is selected. The viscous liquid can be prevented from thickening and deterioration of physical properties by being forcibly stirred.
[0013]
The waveform group preferably includes a plurality of substantially the same ejection waveforms.
[0014]
Accordingly, in the present invention, when the piezoelectric element is driven with the waveform for ejection, it is possible to eject substantially the same amount of functional liquid from each nozzle even if the ejection timing is shifted.
[0015]
In addition, a configuration in which the drive waveform to be selected is different for the nozzles adjacent to each other by the waveform selection unit can be employed.
[0016]
Thereby, in this invention, the influence of the crosstalk which arises when a functional liquid is discharged from an adjacent nozzle simultaneously can be reduced.
[0017]
The device manufacturing apparatus of the present invention is a device manufacturing apparatus having a film forming apparatus that supplies a functional liquid ejected from a plurality of nozzles to a substrate and performs film forming on the substrate. A film forming apparatus is used.
[0018]
Thereby, in this invention, since a peak electric current value can be reduced with the circuit structure simplified in the film forming apparatus, the cost increase which concerns on device manufacture, and deterioration of film forming quality can be prevented.
[0019]
A device of the present invention is manufactured by the above-described device manufacturing apparatus.
[0020]
Thereby, in the present invention, it is possible to prevent an increase in cost and film formation quality related to device manufacture.
[0021]
On the other hand, the film forming method of the present invention is a film forming method in which piezoelectric elements are arranged corresponding to a plurality of nozzles, and functional liquid is discharged from the nozzles according to a driving waveform supplied to the piezoelectric elements, A waveform generation process for generating a waveform group composed of a plurality of drive waveforms set with a time difference, and a waveform selection for supplying a piezoelectric element by selecting a predetermined drive waveform from the generated waveform group according to the film forming process state And a process.
[0022]
Accordingly, in the present invention, the drive current at the time of driving the piezoelectric element can be dispersed by selecting the drive waveform so that the piezoelectric element is driven with a time difference, and the peak current value can be reduced. At this time, since the drive waveform is generated from one waveform generation unit, it is not necessary to provide a waveform generation circuit or element for each piezoelectric element, and the circuit configuration can be simplified.
[0023]
The waveform group preferably includes a discharge waveform in which the functional liquid is discharged from the nozzle and a vibration waveform that vibrates the meniscus without discharging the functional liquid from the nozzle.
[0024]
Accordingly, in the present invention, the functional liquid can be ejected from the nozzle corresponding to the piezoelectric element for which the waveform for ejection is selected from the waveform group, and the function of the nozzle corresponding to the piezoelectric element for which the waveform for vibration is selected. When the liquid is forcibly stirred without being discharged, thickening and deterioration of physical properties can be prevented.
[0025]
The waveform group preferably includes a plurality of substantially the same ejection waveforms.
[0026]
Accordingly, in the present invention, when the piezoelectric element is driven with the waveform for ejection, it is possible to eject substantially the same amount of functional liquid from each nozzle even if the ejection timing is shifted.
[0027]
In addition, a configuration in which the drive waveform to be selected is different for the nozzles adjacent to each other by the waveform selection unit can be employed.
[0028]
Thereby, in this invention, the influence of the crosstalk which arises when a functional liquid is discharged from an adjacent nozzle simultaneously can be reduced.
[0029]
The device manufacturing method of the present invention is a device manufacturing method including a film forming process for supplying a functional liquid ejected from a plurality of nozzles to a substrate and performing a film forming process on the substrate. The film forming process is performed using
[0030]
Thereby, in this invention, since a peak electric current value can be reduced with the circuit structure simplified in the film forming process, the cost increase which concerns on device manufacture, and deterioration of film forming quality can be prevented.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a film forming apparatus and a film forming method, a device manufacturing apparatus, a device manufacturing method, and a device according to the present invention will be described below with reference to FIGS. Here, the film forming apparatus of the present invention is described as being applied to a filter manufacturing apparatus for manufacturing a color filter or the like used for a liquid crystal display device using, for example, ink as a functional liquid.
[0032]
FIG. 1 is a schematic external perspective view of a film forming apparatus (inkjet apparatus) 10 constituting a filter manufacturing apparatus (device manufacturing apparatus). This filter manufacturing apparatus includes three
[0033]
The
[0034]
The first moving means 14 is preferably installed directly on the
[0035]
The 1st moving means 14 has the guide rails 40 and 40, and the 1st moving means 14 can employ | adopt a linear motor, for example. The
[0036]
The
[0037]
The table 46 positions and holds the
[0038]
The second moving means 16 has a
[0039]
The
[0040]
1 can be positioned by linearly moving in the Z-axis direction in the
[0041]
The
[0042]
FIG. 2 shows a control system related to ink ejection of the
In the
[0043]
The
[0044]
The
[0045]
Returning to FIG. 1, in order to measure and manage the weight of one ink droplet ejected from the nozzle of the
[0046]
The
[0047]
The driving of the
As described above, the
[0048]
On the other hand, when ejecting ink, the
[0049]
Next, the film forming process will be described.
When an operator supplies the
[0050]
Next, the
[0051]
When the weight per ink droplet is appropriate, the
[0052]
Next, an example of manufacturing a color filter by a film forming process will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
[0053]
The
[0054]
For example, as shown in FIG. 6, a plurality of
[0055]
In the
[0056]
FIG. 5 shows an example of a process for forming the
[0057]
In FIG. 5A, the
[0058]
After the
[0059]
As shown in FIG. 5B, the
[0060]
In the heating process of FIG. 5C, when
[0061]
In the protective film forming step of FIG. 5D, heating is performed for a predetermined time at a predetermined temperature in order to completely dry the
[0062]
In the transparent electrode forming step of FIG. 5E, the
[0063]
In the patterning step of FIG. 5F, the
[0064]
It should be noted that this patterning is unnecessary when a TFT (Thin Film Transistor) or the like is used for driving the liquid crystal. In addition, during the film forming process, it is desirable to wipe the
[0065]
As described above, in the present embodiment, since the piezo elements PZ are divided into three groups and driven at different timings, in addition to being able to reduce the maximum peak current value required for driving to approximately 3. By generating the drive waveform supplied to all the piezo elements PZ by one
[0066]
Further, in this embodiment, by driving the piezo element PZ with the
[0067]
Furthermore, in the present embodiment, by making the
[0068]
In the above embodiment, the waveform selection unit is provided for each piezo element. However, the present invention is not limited to this. For example, the waveform selection unit may be provided for each group. In the above embodiment, three ejection waveforms are set. However, if there is a time difference in ink ejection between adjacent nozzles, two ejection waveforms are set as shown in FIG. It may be configured to be divided into two groups.
[0069]
In the above embodiment, the film forming apparatus is applied to the filter manufacturing apparatus. However, the present invention is not limited to this. For example, the film forming apparatus can be applied to a printer (plotter) that prints and forms a film on paper. is there.
[0070]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the claims. For example, in the above-described embodiment, the R (red) pattern is first formed. Then, the G (green) pattern is formed, and finally the B (blue) pattern is formed. However, the present invention is not limited to this, and the patterns may be formed in other orders as necessary.
Moreover, the device manufacturing apparatus of this invention is not limited to manufacture of the color filter for liquid crystal display devices, for example, For example, it can apply to an EL (electroluminescence) display device. The EL display device has a structure in which a thin film containing a fluorescent inorganic and organic compound is sandwiched between a cathode and an anode, and excitons are injected by recombining the thin film by injecting electrons and holes. It is an element that generates (exciton) and emits light by utilizing light emission (fluorescence / phosphorescence) when the exciton is deactivated. Of the fluorescent materials used in such EL display elements, materials exhibiting red, green and blue emission colors, that is, a light emitting layer forming material and a material forming a hole injection / electron transport layer are used as inks, and each of the present invention is used in the present invention. A self-luminous full color EL device can be manufactured by patterning on an element substrate such as a TFT using the device manufacturing apparatus. The range of the device in the present invention includes such an EL device.
In this case, for example, as in the black matrix of the above-described color filter, a resin partition is used to form partition walls that are partitioned for each pixel, and droplets discharged on the surface of the lower layer are easily attached. In addition, in order to prevent the droplets ejected from the partition wall from being mixed with the droplets in the adjacent section, the surface of the substrate, such as plasma, UV treatment, coupling, etc., as a pre-process for ejecting the droplets Process. Thereafter, it is manufactured through a first film forming process in which a material for forming the hole injection / electron transport layer is supplied as droplets to form a film, and a second film forming process in which a light emitting layer is similarly formed. .
The EL device manufactured in this way can be used as a segment display or still image display with simultaneous light emission, for example, a low information field such as a picture, text, label, etc., or as a light source with a dot, line, or surface shape. Can do. Further, by using an active element such as a TFT as well as a passively driven display element for driving, it is possible to obtain a full color display device with high brightness and excellent responsiveness.
Further, if a metal material or an insulating material is provided for the film forming apparatus of the present invention, direct fine patterning of a metal wiring, an insulating film or the like becomes possible, and it can be applied to manufacture of a new high-performance device.
In the above embodiment, for convenience, they are referred to as “inkjet device” and “inkjet head”, and the ejected ejected matter has been described as “ink”. However, the ejected matter ejected from the inkjet head is a so-called ink. It is not limited to this, and any material may be used as long as it is adjusted so that it can be ejected as droplets from the head. For example, various materials such as the above-mentioned EL device material, metal material, insulating material, or semiconductor material are included. Needless to say.
[0071]
In addition, the film forming apparatus according to the present invention is not limited to a use for forming a specific pattern on an object, but can be applied to an application for covering the entire object, for example, forming a resist film in a manufacturing process of a semiconductor device. .
In addition, the
In the embodiment, the
[0072]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the maximum peak current value required for driving can be reduced, and the circuit configuration can be simplified, thereby contributing to the weight reduction and cost reduction of the device. . Further, according to the present invention, it is possible to prevent the decrease in throughput and wasteful consumption, as well as the effects of preventing the deterioration of film forming quality and reducing the influence of crosstalk. Furthermore, the amount of heat generation is suppressed, and the temperature characteristics of the head are improved, so that the effect of increasing the ejection stability can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic external perspective view of a film forming apparatus constituting a filter manufacturing apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a control system related to ink ejection of an inkjet head.
FIG. 3A is a diagram of a waveform group generated by a waveform generation unit, and FIG. 3B is a diagram showing a relationship between a selector value and a waveform.
FIG. 4 is a chart showing the relationship between nozzle numbers and waveforms.
FIGS. 5A to 5F are diagrams illustrating an example of a procedure for manufacturing a color filter using a substrate. FIGS.
FIG. 6 is a diagram illustrating a substrate and a part of a color filter region on the substrate.
FIG. 7 is a chart showing the relationship between nozzle numbers and waveforms in another form.
[Explanation of symbols]
P Waveform group PZ Piezo element (piezoelectric element)
0 Drive waveform (waveform for vibration)
1-3 Drive waveform (discharge waveform)
10 Film-forming device (inkjet device)
11
Claims (11)
時間差をもって設定された複数の前記駆動波形からなる波形群を生成する波形生成部と、
製膜処理状態に応じて、前記生成された波形群から所定の前記駆動波形を選択して前記圧電素子に供給する波形選択部とを有することを特徴とする製膜装置。Piezoelectric elements are arranged corresponding to a plurality of nozzles, and a film forming apparatus that discharges functional liquid from the nozzles according to a driving waveform supplied to the piezoelectric elements,
A waveform generation unit for generating a waveform group including a plurality of the drive waveforms set with a time difference;
A film forming apparatus comprising: a waveform selecting unit that selects a predetermined driving waveform from the generated waveform group according to a film forming process state and supplies the selected driving waveform to the piezoelectric element.
前記波形群は、前記機能性液体が前記ノズルから吐出される吐出用波形と、
前記機能性液体が前記ノズルから吐出されずに振動する振動用波形とを含むことを特徴とする製膜装置。The film forming apparatus according to claim 1,
The waveform group includes a discharge waveform in which the functional liquid is discharged from the nozzle;
A film forming apparatus, comprising: a vibration waveform in which the functional liquid vibrates without being discharged from the nozzle.
前記波形群には、略同一の前記吐出用波形が複数含まれることを特徴とする製膜装置。The film forming apparatus according to claim 2, wherein
The film forming apparatus, wherein the waveform group includes a plurality of substantially the same discharge waveforms.
前記波形選択部は、隣り合う前記ノズルに対して選択する前記駆動波形を異ならせることを特徴とする製膜装置。In the film forming apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The film selection apparatus, wherein the waveform selection unit varies the drive waveform selected for the adjacent nozzles.
前記製膜装置として、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載された製膜装置が用いられることを特徴とするデバイス製造装置。A device manufacturing apparatus having an apparatus for supplying a functional liquid discharged from a plurality of nozzles to a substrate and performing a film forming process on the substrate,
A device manufacturing apparatus, wherein the film forming apparatus according to claim 1 is used as the film forming apparatus.
時間差をもって設定された複数の前記駆動波形からなる波形群を生成する波形生成工程と、
製膜処理状態に応じて、前記生成された波形群から所定の前記駆動波形を選択して前記圧電素子に供給する波形選択工程とを有することを特徴とする製膜方法。Piezoelectric elements are arranged corresponding to a plurality of nozzles, and a film forming method for discharging a functional liquid from the nozzles according to a driving waveform supplied to the piezoelectric elements,
A waveform generation step of generating a waveform group consisting of a plurality of the drive waveforms set with a time difference;
And a waveform selecting step of selecting a predetermined drive waveform from the generated waveform group and supplying the selected waveform to the piezoelectric element according to a film forming process state .
前記波形群は、前記機能性液体が前記ノズルから吐出される吐出用波形と、
前記機能性液体が前記ノズルから吐出されずに振動する振動用波形とを含むことを特徴とする製膜方法。In the film forming method according to claim 7,
The waveform group includes a discharge waveform in which the functional liquid is discharged from the nozzle;
A film forming method comprising: a vibration waveform in which the functional liquid vibrates without being discharged from the nozzle.
前記波形群は、略同一の前記吐出用波形を複数含むことを特徴とする製膜方法。In the film forming method of Claim 8,
The film forming method, wherein the waveform group includes a plurality of substantially the same discharge waveforms.
隣り合う前記ノズルに対して、選択する前記駆動波形を異ならせることを特徴とする製膜方法。In the film forming method according to any one of claims 7 to 9,
The film forming method, wherein the drive waveform to be selected is different for the adjacent nozzles.
請求項7から請求項10のいずれか1項に記載された製膜方法を用いて前記製膜処理工程を行うことを特徴とするデバイス製造方法。A device manufacturing method including a film forming process for supplying a functional liquid discharged from a plurality of nozzles to a substrate and performing a film forming process on the substrate,
A device manufacturing method, wherein the film forming process is performed using the film forming method according to any one of claims 7 to 10.
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