JP4728629B2

JP4728629B2 - インクジェット塗布装置及びインクジェット塗布方法

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Publication number: JP4728629B2
Application number: JP2004344486A
Authority: JP
Inventors: 直明桜井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2024-11-29
Also published as: JP2006150225A

Description

本発明は、半導体装置又は液晶パネル若しくは有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルを用いた表示装置などのような、電子デバイスの製造の際に用いられるインクジェット塗布装置及びインクジェット塗布方法に関する。

電子デバイスの製造工程においては、表示装置の発光層やカラーフィルタ層などのように微細なパターニングを行う場合に、水溶液や、無機又は有機溶媒を含む塗布液の液滴を、インクジェットヘッドに設けられたノズルから基板上に噴射して基板上に塗布し、乾燥させて、機能層やレジスト層等の膜を形成させることが行われている。

インクジェット法により基板上に膜を形成させるときには、前記インクジェットヘッドのノズルが基板表面を走査するように、前記インクジェットと前記基板とのいずれか一方または両方を相対的に移動させることにより、基板上の所定領域を塗布している。

しかしながら、塗布された塗布液の乾燥の仕方が、基板上に塗布された所定領域内で均一にならない場合があり、乾燥ムラの発生や、乾燥固化した塗布物の形状、厚みが一様にならないなどの問題が生じることがあった。このような乾燥ムラや塗布物の形状の相違は、電子デバイスの製造に悪影響を及ぼすため、できる限り抑制することが望まれる。

特許文献１には、インクジェット法等の吐出法により機能層形成用液を塗布し乾燥させて機能性素子を製造する方法に関して、製造される機能層の平坦性を得るために、機能層の形状を検査して、その形状に応じて乾燥工程における溶媒の揮発速度を速く又は遅くする方法が提案されている。

しかしながら、特許文献１に記載の方法は、吐出法により基板上に着弾した個々の機能層の形状に着目して、形状を制御しようとする方法であり、基板上の塗布された所定領域にわたって乾燥ムラ及び形状のばらつきを防止するものでは必ずしもなかった。
特開２００３−２６６００３号公報

本発明は、上述の事情に鑑みなされたものであり、基板に塗布された塗布液を基板上の塗布領域内で均一に乾燥させることを可能にして、塗布物のムラを防止するとともに、乾燥後の塗布物の形状を効果的に均一にすることのできるインクジェット塗布装置及びインクジェット塗布方法を提供することを目的とする。

本発明のインクジェット塗布装置は、溶質と溶媒とを含む塗布液を噴射して基板に塗布するインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドと前記基板との間で、前記基板上の塗布領域を覆って設けられ、前記基板に対向する面に塗布液の溶媒を付着させた覆いと、前記覆いに設けられた開閉可能な複数の孔と、前記覆いに設けられた複数の孔に接続し、前記基板と前記覆いとの空間にガスを導入し又は前記空間からガスを排出する導管と、前記複数の孔を通して流れるガスの流量を、前記複数の孔の位置に応じて個別に調整可能な流量調整手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明のインクジェット塗布方法は、インクジェットヘッドから塗布液を基板に向けて噴射しつつ前記インクジェットヘッドと前記基板とを前記基板の表面に沿う方向に相対移動させて前記基板表面の所定領域に前記塗布液を塗布するインクジェット塗布方法において、前記基板上の塗布領域への塗布が終えるまでは前記インクジェットヘッドと前記基板との間に、開閉可能な複数の孔を有する覆いを設けるとともに、前記覆いの前記基板に対向する面に塗布液の溶媒を付着させておき、前記基板と前記覆いとの間の空間を前記塗布液中の溶媒の揮発を抑制する雰囲気に保持し、前記基板上の塗布領域への塗布を終えた後に、基板上の塗布領域を乾燥させる際、前記複数の孔を通して前記基板と前記覆いとの間の空間にガスを導入し又は前記空間からガスを排出するとともに、前記複数の孔を通して前記基板と前記覆いとの間の空間に導入され又は前記空間から排出されるガスの流量を、前記複数の孔の位置に応じて個別に変化させることを特徴とする。

本発明によれば、塗布ムラを防止することができ、塗布物の形状を均一にすることができる。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明のインクジェット塗布装置の一例の要部を示す斜視図である。同図において、インクジェット塗布装置は、ベース１１の上面部にＸテーブル１２、Ｙテーブル１３が順次に設けられていて、このＹテーブル１３上に、塗布しようとする基板を保持するステージ１４が支持されている。このステージ１４の上面には、基板Ｓが保持されている。この基板Ｓは、例えばカラーフィルタ基板である。

また、ベース１１の上面部には、門形の支持体１５が、ステージ１４を跨ぐように立設されていて、この門形の支持体１５に昇降部材１６が上下方向に移動可能に取り付けられている。この昇降部材１６の側面にＬ形支持具１７が取り付け固定され、このＬ形支持具１７の水平部から下方に、インクジェットヘッド１８が垂直方向を回転軸として回動可能に取り付けられている。そして、前記基板ＳをＸテーブル１２及びＹテーブル１３の移動によって前記インクジェットヘッド１８の直下に移動させた状態で、図示しないインク供給タンクから前記インクジェットヘッド１８にインクが供給されて、このインクジェットヘッド１８から基板Ｓに向けて塗布液を噴射するとともに、基板ＳをＸテーブル１２及びＹテーブル１３を移動させることにより、基板Ｓ上の所定領域が塗布されるようになっている。

このようなインクジェット塗布において、従来技術では、インクジェットヘッド１８から噴射し基板Ｓ上に着弾させたインクの乾燥後の形状にばらつきが生じる場合があったのは、既に述べたとおりである。この原因は、基板上でインクが塗布された領域近傍における雰囲気条件や気流条件に相違が生じたり、変動が生じたりすることによって着弾したインクの乾燥速度が塗布領域内で異なってしまったためだと考えられる。また、最初に着弾したインクから順次に溶媒が揮発するため、塗布された領域近傍における雰囲気中の溶媒濃度が次第に高くなることが原因となって、後で着弾したインクの乾燥速度が遅くなる場合があり、この点でも乾燥速度に相違が生じて、乾燥ムラや形状の相違が生じる場合があった。

基板上に塗布された塗布液の乾燥速度が相違すると、得られる固化物の形状が異なることから、塗布された領域内において着弾された各インクの乾燥速度に相違が生じると、乾燥ムラや固化物の形状の不揃いが生じてしまう。

そこで、図１に示す本発明の一実施形態の塗布装置においては、インクジェットヘッド１８と基板Ｓとの間に、覆い２１を設けて、この覆い２１により塗布中は基板Ｓ上に塗布されたインクの乾燥を抑制する。図示した覆い２１は、前記基板Ｓ上の塗布領域を覆うことができるような大きさの概略平板形状をなし、前記インクジェットヘッド１８の先端部に設けられたノズルから噴射されたインクの液滴を通過させるための貫通孔２１ａを備えている。この貫通孔２１ａの平面形状は、インクジェットヘッド１８と嵌まり合う形状として、この貫通孔にインクジェットヘッド１８を嵌め合わせた状態でインクジェット塗布を行うこともできる。なお、前記覆い２１は、基板Ｓへの所定領域への塗布中は、インクジェットヘッド１８と一緒に移動することができ、塗布後はインクジェットヘッド１８とは別途に移動することができるように設けられていて、例えば図示しない移動装置を介して前記門形の支持体１５又はベース１１上に取り付けられている。

本実施形態のインクジェット塗布装置は、かような覆い２１を前記基板Ｓに近接して備えることから、インクジェット塗布中は、前記基板Ｓと前記覆い２１との間の空間にインクの溶媒ガスが高濃度で含まれる、インク中の溶媒の揮発を抑制する雰囲気に保持される。したがって、塗布された領域の全ての領域において乾燥が起こらないか、又は著しく遅延する。

塗布を終えた後は、昇降部材１６を駆動させて前記インクジェットヘッド１８を上方に退避させ、一方、覆い２１を前記基板Ｓ上から開放するよう、例えば覆い２１を前記インクジェットヘッド１８とは別途に水平方向に移動させて、基板Ｓに塗布されたインクを乾燥させる。かくして、塗布中は乾燥が抑制されていた基板Ｓ上の塗布された全ての領域を、同時に同じ条件で乾燥させることができるので、基板上においてインクの乾燥速度が異なる領域が生じ難く、ひいては塗布ムラや形状の不均一化を防止することができる。

前記覆い２１を前記基板Ｓ上から開放するには、上述のように覆い２１を基板Ｓ上から他所へ水平方向に移動させる方法に限られない。例えば、この覆い２１に開閉可能な複数の孔が設けられて、前記基板上の塗布領域への塗布が終えるまでは前記複数の孔を閉じておき、前記基板上の塗布領域への塗布を終えた後に、前記複数の孔を開けることにより、前記覆い２１を前記基板Ｓ上から実質的に開放するようにすることもできる。

すなわち、図１に示した覆い２１には、この覆い２１の厚み方向に貫通する複数の孔が設けられており、これらの複数の孔のそれぞれに、開閉可能なバルブが取り付けられている。このバルブに接続して、逆Ｌ形の配管部品２２が覆い２１の上面に設けられている。前記バルブが設けられている覆い２１について、前記基板Ｓ上の塗布領域への塗布が終えるまでは前記バルブを閉じて前記複数の孔を閉じておき、前記基板Ｓ上の塗布領域への塗布を終えた後にバルブを閉じて前記複数の孔を開くようにすれば、覆い２１を基板Ｓ上から他所へ水平方向に移動させなくても、基板Ｓ上の塗布領域を均一に乾燥させることができる。また、厚み方向に貫通する複数の孔は、次に述べるように、これらの孔を通して前記基板Ｓと前記覆い２１との間の空間に対し積極的に送風又は排気を行うことにより、基板の塗布領域を一様に乾燥させるのに活用することができる。

本発明のインクジェット塗布装置は、前記覆い２１に設けられた複数の孔に接続し、前記基板Ｓと前記覆い２１との空間にガスを導入し又は前記空間からガスを排出する導管２３を備える構成とすることもできる。すなわち、図１に示す実施形態においては、前記覆い２１に設けられた複数の孔に接続している逆Ｌ形の配管部品２２に、可とう性を有するチューブ２３の一端が接続されている。なお、図１では、理解を容易にするために前記チューブ２３が、覆い２１の側縁部近傍に設けられた配管部品２２にのみ接続されているように図示しているが、覆い２１に設けられた複数の孔の全てに前記チューブ２３を接続することができることは言うまでもない。

前記チューブ２３のもう一方の端部は、図２に模式図で示すように、送風装置２４に接続されている。この送風装置２４から供給される空気又はその他のガスがチューブ２３を通して前記覆い２１と基板Ｓとの間の空間に導かれることにより、前記空間に気流を生じさせてこの気流により塗布を終えた基板上のインクを乾燥させる。また、前記送風装置２４の代わりに、図示しない排気装置に前記チューブ２３のもう一方の端部が接続されるようにすることもできる。この排気装置によりチューブ２３を通して前記覆い２１と基板Ｓとの間の空間の雰囲気ガスを吸引排気することにより、前記空間に気流を生じさせてこの気流により塗布を終えた基板上のインクを乾燥させる。送風による乾燥、排気による乾燥には、それぞれ利点があるので、乾燥条件等に応じて適宜使い分ければよい。更に、覆い２１に設けられた複数の孔にそれぞれ接続される複数のチューブのうち、一部は送風装置２４に接続し、他の一部は排気装置に接続して、覆い２１と基板Ｓとの間の空間に送風しつつ排気するようにして乾燥させることもできる。

前記チューブ２３が前記覆い２１に取り付けられた配管部品２２に接続されて、上述したように前記基板Ｓと前記覆い２１との空間にガスを導入し又は前記空間からガスを排出することにより、基板Ｓ上に塗布されたインクの乾燥速度を調整することができるので、乾燥ムラがいっそう改善され、また、より良好な形状のインク固化物を得ることができる。

次に、上述した前記複数の孔を通して前記基板Ｓと前記覆い２１と間の空間に供給され、又は前記空間から排出されるガスの流量を個別に調整可能にすることは、乾燥ムラがよりいっそう改善され、また、更に良好な形状のインク固化物を得るために有利である。すなわち、インクジェット塗布中は、基板Ｓに近接して前記覆い２１が設けられることにより、基板Ｓ上の塗布領域にわたってインクの乾燥が抑制されるが、基板の周縁部と基板の中央部とを比べると、基板の周縁部のほうが幾分か乾燥し易い傾向にある。これは、基板の周縁部から外側に向けて溶媒ガスが流出して周縁部の雰囲気中の溶媒濃度が基板中央部に比べて低くなる場合があるからである。そこで、覆い２１に設けられた複数の孔の各孔のガスの流量を個別に調整可能とすることにより、基板周辺部と中央部との乾燥速度をいっそう同じくすることができる。また、基板Ｓ上の塗布領域が基板表面の特定部分に偏在していて、その特定部分を良好な条件で乾燥させたい場合があり得る。このような場合にも、各孔のガスの流量を個別に調整可能とすることにより、前記特定部分のみを均一に乾燥させることができる。

上述のように基板Ｓに設けられた複数の孔の流量を個別に調整する手段としては、前記覆い２１に設けられたバルブを用いることができる。また、前記送風装置２４又は前記排気装置に、流量調整手段を設けることもできる。

次に、本発明に従いインクジェット塗布を行うに当たっては、覆い２１の前記基板Ｓに対向する面（下面）に、塗布液の溶媒を付着させておくこともできる。すなわち、この覆い２１の下面に、塗布するインクの溶媒を付着させておくことにより、この付着した溶媒が前記覆い２１と前記基板Ｓとの間の空間で揮発するから、前記空間中の溶媒濃度を高め、よってインクジェット塗布中は、基板Ｓ上に塗布されたインクの乾燥をいっそう抑制することができる。前記覆い２１の前記基板Ｓに対向する面（下面）に前記溶媒を付着させるには、単に溶媒を塗布するだけでも良いし、また、図２に示すように前記覆い２１の前記基板Ｓに対向する面にスポンジ２５を設けて、このスポンジに溶媒を含浸させて溶媒を保持するようにしても良い。

以上、本発明のインクジェット塗布装置及びインクジェット塗布方法の実施形態を、図面を用いて説明したが、本発明のインクジェット塗布装置及びインクジェット塗布方法は、図面に示した実施形態に限定されるものではない。例えば、覆い２１に設けられる開閉可能な孔の個数は、図１に示した例に限られない。貫通孔の個数を多くすれば、塗布されたインクの乾燥速度の制御を塗布領域内でより細かく行うことができる。

以下、本発明の塗布装置を用いた実施例について説明する。

（１）まず、テトラリン溶媒にインクを加えたものを塗布液として、基板上のバンク内に塗布を行った。その際、従来例として覆い２１を設けることなくインクジェット塗布を行った。続いてホットプレートで乾燥させた。

一方、同一インクを同一基板に対して、図１に示すインクジェット塗布装置を用いてインクジェット塗布を行い、その際、塗布中は覆い２１を基板に近接して設けたところ、塗布中の乾燥が抑制され、ホットプレートで乾燥させた後に隣接輝度ムラを測定した。

次に、同一インクを同一基板に対して、図１に示すインクジェット塗布装置を用いてインクジェット塗布を行い、その際、塗布中は覆い２１を基板に近接して設け、塗布終了後はチューブ２３より孔を通して空気を供給して送風乾燥させた後に隣接輝度ムラを測定した。

次に、前記基板と前記覆い２１との間隔を変え、また、覆いの下面に塗布液を付着させた状態でインクジェットの塗布を行い、０．１秒後経過後のテトラリン総蒸発量を測定した。その結果を図３にグラフで示す。図３から明らかなように、覆いを設けなかった比較例は、基板上から溶媒のテトラリンが大量に蒸発したのに対して、本発明に従い、覆いを設けた場合は、いずれも蒸発量が抑制されている。前記基板と前記覆い２１との間隔の違いを見ると、間隔１０ｍｍである場合のほうが、間隔５ｍｍである場合よりも蒸発量が抑制されている。これは、間隔があまりに狭いと、インクジェットヘッドと基板との相対移動により生ずるガスの流れが強くなるため、雰囲気中の溶媒ガスが外部へ流出してしまうためだと考えられる。また、覆いの下面に塗布液を付着させると、蒸発が一層抑制された。

本発明のインクジェット塗布装置の一実施形態の要部を示す斜視図。覆い及び覆いに接続される送風装置の模式図。実施例における基板上のインクの蒸発量示すグラフ。

符号の説明

１８…インクジェットヘッド、Ｓ…基板、２１…覆い、２３…導管、２４…送風装置

Claims

溶質と溶媒とを含む塗布液を噴射して基板に塗布するインクジェットヘッドと、
前記インクジェットヘッドと前記基板との間で、前記基板上の塗布領域を覆って設けられ、前記基板に対向する面に塗布液の溶媒を付着させた覆いと、
前記覆いに設けられた開閉可能な複数の孔と、
前記覆いに設けられた複数の孔に接続し、前記基板と前記覆いとの空間にガスを導入し又は前記空間からガスを排出する導管と、
前記複数の孔を通して流れるガスの流量を、前記複数の孔の位置に応じて個別に調整可能な流量調整手段と、
を備えることを特徴とするインクジェット塗布装置。
インクジェットヘッドから塗布液を基板に向けて噴射しつつ前記インクジェットヘッドと前記基板とを前記基板の表面に沿う方向に相対移動させて前記基板表面の所定領域に前記塗布液を塗布するインクジェット塗布方法において、
前記基板上の塗布領域への塗布が終えるまでは前記インクジェットヘッドと前記基板との間に、開閉可能な複数の孔を有する覆いを設けるとともに、前記覆いの前記基板に対向する面に塗布液の溶媒を付着させておき、前記基板と前記覆いとの間の空間を前記塗布液中の溶媒の揮発を抑制する雰囲気に保持し、
前記基板上の塗布領域への塗布を終えた後に、基板上の塗布領域を乾燥させる際、前記複数の孔を通して前記基板と前記覆いとの間の空間にガスを導入し又は前記空間からガスを排出するとともに、
前記複数の孔を通して前記基板と前記覆いとの間の空間に導入され又は前記空間から排出されるガスの流量を、前記複数の孔の位置に応じて個別に変化させることを特徴とするインクジェット塗布方法。
前記基板上の塗布領域への塗布が終えるまでは前記複数の孔を閉じておき、前記基板上の塗布領域への塗布を終えた後に前記複数の孔を開くことを特徴とする請求項２に記載のインクジェット塗布方法。