JP4457782B2 - インクジェット塗布装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板の塗布面に液滴を吐出塗布するインクジェット方式の装置に関するものである。

たとえば、液晶表示装置や半導体装置の製造工程においては、ガラス基板や半導体ウエハなどの基板に配向膜などの機能性薄膜を形成するための成膜プロセスがある。この成膜プロセスでは、基板に液滴を吐出してその板面に機能性薄膜を形成する塗布装置が用いられることがある。

この塗布装置は、基板を所定方向に移動する移動手段と、基板の上面側に配置されたインクジェット方式の複数の塗布ヘッドを有し、これら各ヘッドには基板の移動方向に対して交差する方向に沿って一定の間隔で複数のノズルが形成されている。前記各ノズルからは液滴が基板に向けて一定の周波数で吐出される。各ノズルから吐出された液滴は、ノズルの間隔とほぼ同じ間隔で基板に付着することになる。このとき、基板は所定の速度で移動されているので、基板の板面にはその移動方向に沿って一定の間隔で液滴が付着することになる。基板の板面に付着した液滴は、流動して基板の全面にわたって付着するから、この基板の板面に機能性薄膜が形成されるようになっている。

基板を移動する手段には、停止した状態から所定の速度に到達するまでに加速時間が存在し、また、所定の速度から停止するまでに減速時間が存在し、特に、移動手段の小型化のためには加速時間と減速時間に相当する移動長さは無視できない。

前記したように、基板を所定方向に移動する移動手段は、基板を所定の速度で移動するので、ノズルから吐出される液滴の吐出周波数は一定でよいが、基板の移動手段の加速時間・減速時間を使用する場合には、液滴の吐出周波数が一定であると、基板上に付着する液滴の間隔が一定にならないので、最終的に塗布ムラが発生する。

また、基板の移動距離に基づいて吐出すると、基板上に付着する液滴の間隔が一定になるが、基板の加速時間・減速時間では吐出周波数が異なるため、基板に付着した液滴の乾燥時間が異なり、塗布ムラとなる。

特開２００２−２７３８６９号公報

本発明は、インクジェット塗布装置の小型化のために、基板の移動手段の加速時間・減速時間を使用すると、塗布ムラが発生する点を解決することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、移動される基板の塗布面に対してインクジェット方式の塗布ヘッドに設けられた複数のノズルから液滴を吐出塗布する塗布装置において、基板に塗布する塗布信号を発生する塗布信号発生手段と、塗布する前に基板移動手段の移動速度プロファイルを検出して塗布信号の要求タイミングを決定する塗布信号要求手段と、基板移動手段の移動速度プロファイルと塗布液によって塗布量を変更する塗布量制御手段とを備え、更に、前記塗布信号要求手段は、塗布液を選択する塗布液設定手段と、移動ステージの移動速度プロファイルを検出する移動速度プロファイル検出手段と、設定された塗布液と移動速度プロファイルによって塗布信号を要求する優先度調整信号を発生する優先度調整手段と、時間一定の塗布信号要求信号を生成するタイマと、移動ステージの移動距離一定の塗布信号要求信号を生成する移動距離計数手段と、優先度調整信号によって基板の移動距離または所定の時間間隔に基づいて塗布信号要求信号を発生する塗布信号発生手段とを備えたことを特徴とする。

更に、前記塗布量制御手段は、インクジェット方式の塗布ヘッドに供給する駆動電圧の形状で塗布量を制御することを特徴とする。

本発明のインクジェット塗布装置は、塗布基板の移動距離当たりの塗布量と吐出周波数が一定になるので、基板上に均一な厚さの機能性薄膜を形成することが可能となる。

インクジェット塗布装置の小型化を図るという目的を、基板上の塗布品質を損なわずに実現した。

図１は、本発明装置の一実施例の構成図である。

本発明の塗布装置は、基板１を所定方向（Ｘ方向）に移動する移動ステージ２と、基板１の上面側に配置されたインクジェット方式の４個の塗布ヘッド３〜６を有し、これら塗布ヘッド３〜６には基板１の移動方向（Ｘ方向）に対して直交する方向に沿って一定の間隔で複数のノズルが形成されている。４個の塗布ヘッド３〜６は、基板１の移動方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）に移動する移動ステージ７に配置され、複数のノズルから基板１に液滴を付着させる。各ヘッド３〜６は、可撓性の接続ケーブル８〜１１によって各ヘッド駆動回路１２〜１５と接続される。

図２は、図１に示した構成図における信号の流れを示す全体接続図である。

塗布信号発生回路１６、塗布信号要求回路１７、塗布量制御回路１８、移動ステージ駆動回路１９〜２０である。

Ｘ方向移動ステージ２を駆動すると、Ｘ方向移動ステージ２の移動によって、Ｘ方向移動ステージ２に設置されたエンコーダ（図示せず）からエンコーダ信号２３が発生する。

このエンコーダ信号２３が発生すると、塗布信号要求回路１７は、塗布信号発生回路１６に各塗布ヘッド３〜６の塗布信号２４を要求する。

塗布信号発生回路１６からの塗布信号２４は、塗布量制御回路１８に出力される。塗布量制御回路１８は、塗布ヘッド３〜６を駆動するヘッド駆動回路１２〜１５に駆動波形と液滴の吐出データを供給し、塗布ヘッド３〜６のノズルから液滴が吐出される。

図３（ａ）は、Ｘ方向の移動ステージ２とＹ方向の移動ステージ７の移動時間ｔと移動速度Ｖとの関係を示す図である。

各移動ステージは、停止した状態（時間ｔ０）から加速しながら移動し、時間ｔ１で所定の移動速度Ｖ０に達し、時間ｔ２まで移動速度Ｖ０を保持し、減速しながら停止する（時間ｔ３）。すなわち、移動ステージは、加速時間Ａ、等速時間Ｂ、減速時間Ｃ、停止時間Ｄの４つの時間帯を有する。

例えば、加速時間Ａを１とすると、等速時間Ｂが２、減速時間Ｃが１、停止時間Ｄが１となり、加速時間Ａと等速時間Ｂと減速時間Ｃを足した移動時間は４で、１サイクル時間に占める等速時間Ａの割合は２／５と小さい。塗布装置の小型化のためには、移動ステージの小型化が必須であるが、移動速度Ｖ０を得るためには、加速時間Ａと減速時間Ｃに相当する移動長さが必要で、加速時間Ａと減速時間Ｃに相当する移動長さが全体の長さに占める割合は、移動ステージの長さが短いほど、大きくなる。

図３（ｂ）は、図３（ａ）の動作時における移動時間と塗布ヘッドから吐出される液滴の吐出周期との関係を示す図である。

基板上に同一ピッチで液滴を吐出塗布するためには、移動ステージの加速時間Ａでは吐出周期を減少させ、等速時間Ｂでは吐出周期を一定にし、減速時間Ｃでは吐出周期を増加させる必要がある。すなわち、移動ステージの加速時間Ａと減速時間Ｃとでは等速時間Ｂに比較して吐出周期が長くなるため、基板上のＸ方向に付着して配置される液滴の間の時間間隔が長くなる。

従って、移動ステージの加速時間Ａ及び減速時間Ｃと、等速時間Ｂでは液滴の乾燥時間、すなわち吐出する直前に吐出した液滴の乾燥状態が異なり、最終的に乾燥して薄膜になった時に塗布ムラ（膜厚のバラツキ）が発生することになる。特に、乾燥が速い速乾性の液滴を吐出塗布する場合には塗布ムラは顕著になる。

そこで、速乾性の液滴を吐出塗布する場合には、本発明では図３（ｂ）に示すように、移動ステージの加速時間Ａと減速時間Ｃでは、乾燥時間が長くなるのを防止するために、等速時間Ｂと同じ時間間隔で液滴を吐出するように、吐出周期優先で吐出動作を行うようにし、等速時間Ｂでは移動距離優先で吐出動作を行うように制御する。
これら塗布信号の吐出制御について、図４により説明する。

図４は、図２に示した塗布信号要求回路１７の構成図である。

塗布信号要求回路１７は、最初に移動ステージ２の移動速度プロファイルを検出する。この検出時には、移動ステージ制御回路２１から移動スタート信号２２ではなく検出移動スタート信号５０が出力されるが、塗布信号要求信号発生回路２９から塗布信号要求信号２５が出力されないので、塗布ヘッドから液滴は吐出されない。検出する移動ステージの移動速度プロファイルは、図３（ａ）に示した移動時間によって移動速度がどのように変化するかを表す図であり、液滴を吐出する前に液滴を吐出するときと同じ駆動条件で移動速度を検出して、移動速度プロファイル検出回路３１に記憶される。移動速度プロファイル検出回路３１には、図３（ａ）に示す移動時間と移動速度との関係、例えば、時間ｔ０からｔ１までは加速時間Ａであるので、移動速度プロファイル信号３２は「１」、時間ｔ１からｔ２までは等速時間Ｂであるので移動速度プロファイル信号３２は「０」、時間ｔ２からｔ３までは減速時間Ｃであるので、移動速度プロファイル信号３２は「１」という（ｃ）の信号を記憶する。塗布液設定回路３３に速乾性の塗布液であることが入力されていると、優先度調整回路３４は図５に示すように塗布信号要求信号２５を調整する。

図５は、塗布液の乾燥性と移動ステージの移動速度と塗布信号要求信号２５との関係を表す表である。

速乾性で且つ加速時間及び減速時間の時だけ時間一定のトリガになるように、塗布信号要求信号２５を選択する。従って、優先度調整回路３４から出力される優先度調整信号３０は（ｄ）のようになる。一方、乾燥性が遅い遅乾性の塗布液が入力されていると、図５のように、移動ステージの速度状態にかかわらず移動一定のトリガを選択する。

移動ステージ２の移動速度プロファイルの検出が終了すると、次に、移動ステージ制御回路２１は移動スタート信号２２を出力して、塗布基板１への塗布を開始する。ここでは、速乾性の塗布液が選択されているとする。移動スタート信号２２によりタイマ２７は時間を計数し、等速時間Ｂの液滴吐出時間間隔に相当する時間になったら、塗布信号要求信号発生回路２９に時間一定のトリガ信号３５を出力する。

一方、エンコーダ信号２３により移動距離計数回路２８は等速時間Ｂの液滴吐出距離間隔に相当する移動距離になったら、塗布信号要求信号発生回路２９に距離一定のトリガ信号３６を出力する。

図５に示したように、速乾性の塗布液では、加速時間Ａと減速時間Ｃでは時間一定のトリガ信号３５が選択され、等速時間Ｂでは距離一定のトリガ信号３６が選択される。従って、図３に示した移動ステージ２の加速時間Ａと減速時間Ｃでは、タイマ２７の時間一定のトリガ信号３５が優先されて、等速時間Ｂでは移動距離計数回路２８の距離一定のトリガ信号が優先されて、塗布信号要求信号発生回路２９は塗布信号要求信号２５を発生する。

前記したように、移動ステージの加速時間Ａと減速時間Ｃでは、等速時間Ｂの液滴吐出時間間隔に相当する時間で液滴が吐出されるため、基板上に配置される液滴間の間隔（距離）は、等速時間Ｂより小さくなり、液滴の吐出量が一定であると薄膜の塗布厚が大きくなる。

そこで、図２に示す塗布量制御回路１８は、加速時間Ａと減速時間Ｃでは等速時間よりも液滴の吐出量が小さくなるように、例えば、塗布ヘッドの圧電素子に印加する駆動電圧の形状（立ち下がり時間、電圧振幅、立ち下がり時間）を制御して、等速時間Ｂに形成される薄膜の塗布厚と同程度になるようにする。

なお、塗布信号要求信号発生回路２９が受け付けるトリガ信号の優先度の割合は、優先度調整信号３０により調整でき、塗布ヘッド３〜６から吐出される塗布液の乾燥の速さの違いに対応できる。前記説明では、速乾性の塗布液を選択したが、遅乾性の塗布液の場合には、表３に示したように移動速度によらず移動距離一定のトリガ信号３６になる。この場合、加速時間Ａ及び減速時間Ｃでは基板上に付着した液滴の乾燥時間が異なるが、塗布液の乾燥時間が遅いため、ほとんど影響はなく、塗布ムラとしては現れない。

なお、上記説明ではヘッド３〜６のノズル配列方向を基板１の移動方向（Ｘ方向）に対して直交する場合について延べたが、直交していなくても構わない。

移動ステージの加速時間と減速時間も液滴を吐出して薄膜形成でき、小型の装置で大面積の基板に均一な薄膜を形成する用途にも適用できる。

本発明の一実施の形態に係る塗布装置の構成図である。 図１に示した構成図における信号の流れを示す全体接続図である。 移動ステージの移動時間と移動速度との関係を示す図である。 図２に示した塗布信号要求回路１７の構成図である。 塗布液の乾燥性と移動ステージの移動速度と塗布信号要求信号の関係を表す表である。

符号の説明

２はＸ方向移動ステージ、３〜６は塗布ヘッド、１６は塗布信号発生回路、１７は塗布信号要求回路、１８は塗布量制御回路、２７はタイマ、２８は移動距離計数回路、２９は塗布信号要求信号発生回路である。

Claims (2)

1. 移動される基板の塗布面に対してインクジェット方式の塗布ヘッドに設けられた複数のノズルから塗布液の液滴を吐出塗布する塗布装置において、
   基板に塗布する塗布信号を発生する塗布信号発生手段と、塗布する前に基板移動手段の移動速度プロファイルを検出して塗布信号の要求タイミングを決定する塗布信号要求手段と、基板移動手段の移動速度プロファイルと塗布液によって塗布量を変更する塗布量制御手段とを備え、
   更に、前記塗布信号要求手段は、塗布液を選択する塗布液設定手段と、移動ステージの移動速度プロファイルを検出する移動速度プロファイル検出手段と、設定された塗布液と移動速度プロファイルによって塗布信号を要求する優先度調整信号を発生する優先度調整手段と、時間一定の塗布信号要求信号を生成するタイマと、移動ステージの移動距離一定の塗布信号要求信号を生成する移動距離計数手段と、優先度調整信号によって基板の移動距離または所定の時間間隔に基づいて塗布信号要求信号を発生する塗布信号発生手段とを備えたことを特徴とするインクジェット塗布装置。
2. 前記塗布量制御手段は、インクジェット方式の塗布ヘッドに供給する駆動電圧の形状で塗布量を制御することを特徴とする請求項１記載のインクジェット塗布装置。

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