JP4905140B2 - 重量測定方法及び液滴吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、機能性材料を含む液状体の微小液滴の重量測定方法、液状体の吐出方法および液状体の吐出装置に関する。

近年、インクジェット法（液滴吐出法）を用いて、機能性材料を含む液状体を基板上に液滴として吐出して、カラーフィルタや発光層等の薄膜パターンを描画する方法が提案されている。液滴を吐出する方式には、ピエゾ素子（圧電変換素子）を用いて上記液状体を加圧する方式、あるいは、通電による発熱で上記液状体に気泡を発生させ、当該気泡による圧力を利用する方式等がある。

このような液滴吐出方法では、基板上に必要な量の液状体を安定的に吐出するため、印加する駆動電圧の波形等を調整して吐出される液滴の重量のばらつきを抑制する必要がある。そのための液状体の液滴の重量測定方法としては、基板に対して液滴を吐出する際に管理するのと同様の環境条件下で吐出ヘッドから液滴を吐出し、このときに吐出された液滴の重量を測定する方法が知られている（特許文献１）。

上記液滴の重量の調整に際しては、まず最初に吐出ヘッドから液滴を吐出して重量を測定し、その値が所定の規格に入っているか否かを判断する。そして、測定値が所定の規格内にない場合は、吐出ヘッドの駆動電圧を変更して再度液滴を吐出して重量を測定する。ここで、吐出ヘッドから吐出される液滴の重量は、吐出ヘッドの駆動電圧と当該液滴の粘度とで、ほぼ一義的に定まる。液滴の粘度が一定である場合、吐出量は、駆動電圧を横軸とするグラフ上において一定の傾きを持つ直線上にプロットされる。したがって、駆動電圧の変更に際しては、上述の直線に基づいて所望の液滴重量が得られる値を選択する。駆動電圧変更後の液滴の再吐出においても測定重量が所定の規格内に入らない場合は、さらに駆動電圧を調整して再吐出を行う。このように、吐出された液滴の重量の測定値が所定の規格に収まるまで、吐出と重量測定を繰り返すのが一般的である。

特開２００４−２０９４２９号公報

しかしながら、上記のように吐出量の測定を繰り返すと、同一の環境条件下にあっても、前回の吐出による発熱等の影響により吐出される液滴の粘度が変化してしまうことがある。この場合、ある駆動電圧において、予定される液滴の吐出量とは異なる量の液滴が吐出されることとなる。こうした状態において吐出量が調整される結果、吐出ヘッドが冷却されて液滴の粘度が元に戻ると、吐出される液滴の重量が所定の規格から外れてしまうという問題点がある。

本発明は以上の問題点を鑑みてなされたものであり、実際の使用態様に即した態様で液滴を吐出することにより、駆動電圧と吐出される液滴の重量との関係を一定に保ちながら吐出量の調整を可能にするものである。

上記課題を解決するために本発明にかかる重量測定方法は複数のノズルを２以上のノズル群に分割して備える液滴吐出ユニットから、基板上に液状体を液滴として吐出してパターンを描画する装置において、上記ノズルから吐出される液状体の重量を測定する重量測定方法であって、各々の上記ノズル群ごとに、液状体を液滴として重量測定機構に吐出し、吐出された当該液状体の重量を測定する第１測定工程と、上記第１測定工程における測定結果の中に所定の規格の範囲外の数値がある場合、当該測定結果に基づいて、当該ノズル群の吐出条件を変更する条件変更工程と、上記条件変更工程後に、上記第１測定工程と同一の順序で上記ノズル群ごとに上記ノズルから上記液状体を液滴として上記重量測定機構に吐出し、上記ノズル群ごとに、吐出された上記液状体の重量を測定する第２測定工程と、を有することを特徴とする。

かかる方法によれば、第１測定工程で一部のノズル群のみ規格外があった場合でも、条件変更工程で当該規格外のノズル群について吐出条件を変更した後、第２測定工程で液滴吐出ユニットを構成する全てのノズル群について、ノズルから吐出される液状体の重量を測定するため、実際の使用態様に即した状態で吐出量の調整ができる。したがって、ノズル群間の液滴の吐出量の差異が抑制された状態で基板上に液滴を吐出でき、高精細なパターンを描画することができる。

好ましくは、上記第１測定工程および上記第２測定工程の前に、各々の上記ノズル群を構成する部材および内部に充填されている液状体の温度が所定の温度になるまで静置する静置工程を付加したことを特徴とする。

かかる方法により、第１測定工程における上記液滴吐出ユニットの温度上昇の影響を抑制した状態で吐出量の調整ができる。したがって、より一層実際の使用態様に即した状態で吐出量の調整ができ、より一層高精細なパターンを描画することができる。

また、好ましくは、上記液滴吐出ユニットは、基板に対して上記液状体を吐出する描画領域と上記重量測定機構に対して上記液状体を吐出する重量測定領域との間を移動可能に構成されており、上記第１測定工程および上記第２測定工程においては上記重量測定領域に位置し、上記静置工程においては上記描画領域に位置することを特徴とする請求項２に記載の重量測定方法。

かかる方法により、ユニットの温度が、実際に基板上に液滴を滴下するときにより近い温度となる状態で、吐出量の調整ができる。したがって、より一層実際の使用態様に即した状態で吐出量の調整ができ、より一層高精細なパターンを描画することができる。

また、好ましくは、上記液滴吐出ユニットは、上記描画領域および上記重量測定領域のいずれとも異なる退避領域にも移動可能に構成されており、上記第１測定工程、上記静置工程、上記第２測定工程のいずれにも該当しないときには上記退避領域に位置することを特徴とする。

かかる方法によれば、上記液滴吐出ユニットのノズルのクリーニング等を上記描画領域および上記重量測定領域以外の領域で行うことができる。したがって、上記描画領域および上記重量測定領域への、異物の付着等を抑制でき、万全の状態で測定や基板へのパターン描画ができる。その結果、より一層高精細なパターンを描画することができる。

また、上記課題を解決するために本発明にかかる液滴吐出装置は、上記の重量測定方法を実行するプログラムを記録する記憶手段を備えることを特徴とする。

かかる液滴吐出装置によれば、記憶手段記憶されたプログラムにより上記重量測定方法を常に実施できるため、基板上に常に高精細なパターンを描画することができる。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。まず、ピエゾ素子およびノズル群としてのヘッド等について述べ、さらに液滴吐出装置の概略を述べる。
図１は、本実施形態の対象であるノズル群としての吐出ヘッド（以下「ヘッド」と称する。）の内部構造を示す概略斜視図である。中心線５６を挟んで対称となる片側の一部を、当該ヘッドを構成する主要部材である第１の板状部材としてのノズルプレート２０、圧力室基板３０、および第２の板状部材としての振動板４０に分けて示している。圧力室５２および共通流路５４等が形成された圧力室基板３０の上面および下面には、振動板４０およびノズルプレート２０がそれぞれ接合されてヘッドとなる。

圧力室基板３０は所定の厚さのシリコン基板であり、一部の領域が裏面まで貫通するように選択的にエッチング除去され、残る部分が隔壁５０となっている。そして当該領域が後述する振動板４０およびノズルプレート２０で上下から挟まれて、圧力室５２および共通流路５４を形成している。各々の圧力室５２は共通流路５４を介して連通しており、図示しない液状体のタンクから共通流路５４を介してインクが常に充填されている。

振動板４０は弾性変形可能な板状部材であり、弾性膜４２と圧力発生素子としてのピエゾ素子６０の下電極膜６２を電気的に絶縁するための絶縁体膜４４とを積層して形成されている。そして、各々の圧力室５２に対応する位置に共通電極である下電極膜６２を介してピエゾ素子６０が配置されている。

ピエゾ素子６０は、強誘電体薄膜６４および上部電極６６等からなり、上部電極６６からはリード電極６８が引き出されている。リード電極６８からピエゾ素子６０に電圧を印加して振動板４０を圧力室５２の容積を小さくする方向に撓ませると、圧力室５２に充填されている液状体がノズル２１から吐出される。

図２は、ヘッド１０全体を示す概略斜視図である。ヘッド１０は、上述する３枚の基板（２０、３０、４０）を保持するヘッド基板７３と、当該ヘッド基板に連なる接続針７２を有する液導入部７１等からなる。接続針７２は、圧力調整弁を介して図示しない液状体のタンクから、圧力室内に液状体を導入する。

また、ヘッド基板７３には、２連のコネクタ７５が設けられており、各コネクタ７５は、フレキシブルフラットケーブルを介して後述するヘッドドライバ１３１（図６参照）に接続されている。ヘッドドライバ１３１は、個々のピエゾ素子６０にそれぞれ独立に駆動電圧を与えて、任意のノズル２１から液滴を吐出する。
このようなヘッド１０が複数個集合して、液滴吐出ユニットとしてのヘッドユニットとなる。そしてキャリッジを介して液滴吐出装置に搭載される。液滴吐出装置は、ヘッドユニットを１個のみ搭載している場合もあり、また複数のヘッドユニットを搭載する場合もある。

図３および図４にキャリッジ１００の各態様を示す。図３はヘッドユニット９０を１つ搭載したキャリッジ１００をノズル２１側から見た態様を示す模式図である。図４は複数のヘッドユニット９０がキャリッジ１００に搭載される態様を示す図である。図示するようにヘッドユニット９０は、複数のヘッド１０（この場合は２列で計１２個）を規則的に配列して形成されている。各々のヘッドは液状体を供給される図示しない供給配管を有している。したがって、ヘッドユニット９０内のヘッド１０は各々が異なる液状体の供給を受けることもでき、また１２個全てのヘッド１０が同一の液状体の供給を受けることもできる。例えば３種類の液状体を用いる場合、４個づつのヘッド１０が同一の液状体を同一のタンクから供給される。ここで、タンクが同一であっても、個々のヘッド１０および供給配管の温度は異なり得るため、液状体の粘度はヘッド１０ごとに異なり得る。したがって全てのヘッド１０から同一の液状体を吐出する場合であっても、吐出される液滴の重量はヘッド１０ごとに測定する必要がある。

図４は、複数個のヘッドユニット９０を１つのキャリッジ１００に配列した態様を示すものである。隣接するヘッド１０とノズル２１がＸ方向にオーバーラップするように配列することで、キャリッジ１００を固定し、基板ＷをＸ方向に移動させることのみで、パターンを描画できる利点がある。ヘッドユニット９０が複数個あっても、個々のヘッド１０間で液状体の粘度が異なり得るため、後述する図５（ａ）に示す単一のヘッドユニット９０を用いる液滴吐出装置と同様に、個々のヘッド１０について吐出される液滴の重量を測定する必要がある。

次に、図５（ａ）〜図５（ｃ）に、液滴吐出装置における上述のキャリッジ１００等の配置の態様を示す。図５（ａ）は、図３に示すヘッドユニット９０を１つ搭載したキャリッジ１００と重量測定機構１１４とを組み合わせた液滴吐出装置１を示すものである。

図５（ｂ）は、図４に示す複数個のヘッドユニット９０を搭載したキャリッジ１００と重量測定機構１１４とを組み合わせた液滴吐出装置２を示すものである。図５（ｃ）は、図４に示す複数個のヘッドユニット９０を搭載したキャリッジ１００と重量測定機構１１４とに加えて、メンテナンス機構１１６を組み合わせた液滴吐出装置３を示すものである。

まず、図５（ａ）に示す液滴吐出装置から説明する。図示するように、液滴吐出装置１は、基板Ｗが載置される吸着テーブル１０５をＸ軸方向に移動させるＸ軸テーブル１０１と、キャリッジ１００をＸ軸テーブル１０１の上方において、Ｙ軸方向に移動させるＹ軸テーブル１０３とを備えている。

Ｘ軸テーブル１０１は、Ｘ軸ガイドレール１０２上を図示しないＸ軸リニアモータによって自在に移動可能である。同様にＹ軸テーブル１０３は、Ｙ軸ガイドレール１０４上を図示しないＹ軸リニアモータによって自在に移動可能である。Ｙ軸テーブル１０３の下方には、Ｙ軸に沿って描画領域１０８と重量測定領域１１０とが設けられ、重量測定領域１１０には重量測定機構１１４が設けられている。キャリッジ１００は、Ｙ軸ガイドレール１０４に沿って描画領域１０８内、および描画領域１０８と重量測定領域１１０との間を移動可能である。

重量測定機構１１４は、ヘッドユニット９０の底面に若干の余裕をもって対面可能な寸法形状の受け部を有し、その内部に電子天秤を１または複数個備えている。電子天秤の上面は受け皿状となっており、吐出された液状体を吸収する多孔質の発泡プラスチック等の吸収体が備えられている。そして吐出された液状体を上記吸収体で受け止めて、その重量を正確に測定することができる。

図３に示す様に、ヘッドユニット９０は１２個のヘッド１０を有しているので、重量測定機構１１４が電子天秤を、例えば２個備えている場合は、全てヘッドの測定するにあたってはヘッド１０と電子天秤の位置合せと、液滴の吐出を６回ずつ繰り返すこととなる。

次に、図５（ｂ）に示す液滴吐出装置２を説明する。液滴吐出装置２は、図４に示す複数個（この場合は７個）のヘッドユニット９０を一列に配置したキャリッジ１００を用いている。また重量測定機構１１４は２個のヘッドユニット９０を同時に測定可能なように拡大されている。基板ＷのＹ軸方向の全域に同時に液滴を吐出できるため、基板上に効率的にパターンを描画できる。

次に、図５（ｃ）に示す液滴吐出装置３を説明する。液滴吐出装置３は、図５（ｂ）に示す液滴吐出装置に退避領域としてのメンテナンス領域１１２、およびメンテナンス機構１１６を付加したものである。

メンテナンス領域１１２は、Ｙ軸方向に沿って重量測定領域１１０に隣接している。描画領域１０８と同様にキャリッジ１００に配列されている複数個（７個）のヘッドユニット９０の全てが収まる幅を有し、当該領域内にメンテナンス機構１１６が配置されている。

メンテナンス機構１１６は、ヘッド１０内で粘度が増加した液状体を吸引除去する吸引ユニットと、ノズル面に付着した液状体や異物を拭き取りを行うワイピングユニット等を備えており、ノズル目詰まり等、液滴吐出機能を回復させることができる。なお、上記各態様の液滴吐出装置は、温度および湿度が一定に保たれたチャンバー内に設置され、できる限り同一の雰囲気中でパターンを描画するよう努められている。

次に、液滴吐出装置全体の制御系について説明する。図６は、上記図５（ｃ）に示す液滴吐出装置３の制御系を示すブロック図である。図示するように、液滴吐出装置３の制御系は上位コンピュータ５と、ヘッド（液滴吐出ヘッド）１０、Ｘ軸テーブル１０１、Ｙ軸テーブル１０３、メンテナンス機構１１６、重量測定機構１１４等を駆動する各種ドライバを有する駆動部１２１と、駆動部１２１を含め液滴吐出装置１全体を統括制御する制御部１２２（コントローラ１３）とを備えている。

上位コンピュータ５は、コントローラ１３に接続されたコンピュータ本体に、キーボードや、キーボードによる入力結果等を画像表示するディスプレイ等が接続されて構成されている。

駆動部１２１は、ヘッド１０を制御するヘッドドライバ１３１と、Ｘ軸テーブル１０１およびＹ軸テーブル１０３を駆動する各リニアモータをそれぞれ制御する移動用ドライバ１３２と、メンテナンス機構を構成する各要素を制御するメンテナンス用ドライバ１３３と、重量測定機構１１４の電子天秤等を制御する重量測定用ドライバ１３４と、を備えている。

制御部１２２は、ＣＰＵ１４１と、ＲＯＭ１４２と、ＲＡＭ１４３と、Ｐ−ＣＯＮ１４４とを備え、これらは互いにバス１４５を介して接続されている。ＲＯＭ１４２は、ＣＰＵ１４１で処理する重量測定等を実行する制御プログラムを記憶する制御プログラム領域を有している。ＲＡＭ１４３は、各種レジスタ群の他に、基板Ｗ上に液状体の吐出を行うための描画データを記憶する描画データ記憶部、基板Ｗおよびヘッドユニット９０の設計位置データを記憶する位置データ記憶部等の各種記憶部を有し、制御処理のための各種作業領域として使用される。

Ｐ−ＣＯＮ１４４には、駆動部１２１の各種ドライバのほか、基板Ｗの位置を認識するカメラ等が接続されており、ＣＰＵ１４１の機能を補うと共に、周辺回路とのインタフェース信号を取り扱うための論理回路が構成されて組み込まれている。このため、Ｐ−ＣＯＮ１４４は、上位コンピュータ５からの各種指令バス１４５に取り込むと共に、ＣＰＵ１４１と連動して、ＣＰＵ１４１等からバス１４５に出力されたデータや制御信号を駆動部１２１に出力する。そして、ＣＰＵ１４１は、ＲＯＭ１４２内の制御プログラムに従って、Ｐ−ＣＯＮ１４４を介して各種検出信号、各種指令、各種データ等を入力し、ＲＡＭ１４３内の各種データ等を処理した後、Ｐ−ＣＯＮ１４４を介して駆動部１２１等に各種の制御信号を出力することにより、液滴吐出装置３全体を制御している。例えば、ＣＰＵ１４１は、ヘッド１０、Ｘ軸テーブル１０１およびＹ軸テーブル１０３を制御して、所定の液滴吐出条件および所定の移動条件で、ヘッド１０から基板Ｗに液状体を液滴として吐出してパターンを描画する。

また、ＣＰＵ１４１は、Ｙ軸テーブル１０３を制御してキャリッジ１００を重量測定領域１１０に配置し、ヘッドユニット９０に搭載されたヘッド１０から液状体を液滴として吐出させる。そして、電子天秤によって計測された液状体の重量に基づいて液滴の吐出量を演算する。この演算結果に基づいて各ヘッド１０のピエゾ素子６０を駆動する駆動電圧を制御して、適正な量の液滴を吐出させる。

次に、各実施形態の重量測定方法を用いた液状体の吐出方法について、図７、図８を用いて説明する。

（第１の実施形態）
図７は、本発明の第１の実施形態の液滴の重量測定方法を、当該測定後のパターン描画工程も含めて示すフローチャートである。本実施形態は、図５（ａ）に示す液滴吐出装置１、すなわちキャリッジ１００がヘッドユニット９０を１個のみ備える液滴吐出装置を用いる態様であり、ステップ１〜ステップ８で構成されている。請求項に示す第１測定工程および第２測定工程に該当するのが、ステップ３の計測用吐出工程である。そして、ステップ６の条件変更工程が請求項に示す条件変更工程である。

なおステップ３は、ステップ６の条件変更工程で全てのヘッド１０の吐出量が規格内に入らない場合、何度も繰り返される。繰り返す場合においては、条件変更工程の前の計測用吐出工程が第１測定工程となり、条件変更工程の後の計測用吐出工程が第２測定工程となる。以下、各工程について述べる。

ステップＳ１は第１移動工程である。制御部１２２は、Ｙ軸テーブル１０３を駆動してキャリッジ１００を重量測定領域１１０に移動させ、重量測定機構１１４に対向するように配置する。

ステップＳ２は位置合せ工程である。制御部１２２は、ヘッドユニット９０内の１２個のヘッド１０から測定対象のヘッド１０を選択して、重量測定機構１１４の電子天秤に対向するように位置を合せる。

ステップＳ３は計測用吐出工程である。制御部１２２の制御により、駆動部１２１は、所定の駆動電圧を測定対象のヘッド１０に印加して、当該ヘッドから予め設定された吐出数の液状体を液滴として重量測定機構１１４内の電子天秤の液滴受け部に吐出させる。そして、１吐出あたりの液滴の吐出量を算出する。このような演算は、ＣＰＵ１４１がＲＯＭ１４２に記憶された計算式を基に実行する。

上述したように、本工程は請求項で言うところの第１測定工程と第２測定工程とを兼ねている。すなわち、内容的には同一の工程であっても、最初の測定は第１測定工程であり、第１測定工程の測定結果の中で１つでも規格外のヘッド１０が合った場合に、再度当該ヘッドの吐出条件を変更した後、再度全てのヘッド１０について吐出量を測定する工程が第２測定工程となる。なお、吐出数は、重量測定機構１１４の最小計量単位を、ヘッド１０が有するノズル数と吐出される液滴の重量とで徐した数値であり、ＲＯＭ１４２に格納される重量測定プログラムに含められている。

ステップＳ４は確認工程である。制御部１２２は、キャリッジ１００に搭載されている全てのヘッド１０（本実施形態では１２個）について上述の重量測定が終了したか否かを確認する。計測用吐出工程が条件変更工程を経た工程であり、吐出条件を変更されたヘッド１０が１２個の全てではない場合、すなわち１１個以下の場合でも１２個全ての測定を実施する。計測が終了していない場合は、上記ステップＳ２を経て上記ステップＳ３に進んで未測定のヘッド１０の吐出量を測定する。

ステップＳ５は判定工程である。制御部１２２は、測定した１２個全てのヘッド１０の吐出量が規格の範囲内にあるか否かを判定する。判定の結果全てのヘッド１０の吐出量が規格内である場合は、ステップＳ７の移動工程を経て、ステップＳ８のパターン描画工程へ移行する。一方、ヘッドユニット９０を構成する１２個のヘッド１０のうち１個でも規格外のヘッド１０があった場合は、ステップＳ６の条件変更工程へ移行する。

ステップＳ６は吐出条件を変更する条件変更工程である。ＣＰＵ１４１は、吐出量が規格外と判定されたヘッド１０の吐出条件を、吐出量が規格内に収まる方向へ変更する。変更方法としては、ピエゾ素子６０に印加される駆動波形において、駆動電圧を変える方法が挙げられる。ＲＯＭ１４２には駆動電圧と吐出量との関係を表わす式が記録されており、測定結果に基づいて駆動電圧を変更する。なお、駆動波形としての台形波における急峻性を変える方法でも液滴の吐出量を変えることが可能である。

液滴吐出条件が変更されたヘッドユニット９０は、再度吐出量が計測される。つまり、ステップＳ２の位置合せ工程に戻り、重量測定部への移動と位置合せを経た後、ステップＳ３の計測用吐出工程とステップＳ４の判定工程に移行する。そして再びヘッドユニット９０内の１２個全てのヘッド１０について、１回目の測定と同様の順序で吐出量を測定し、規格内に収まっているか否かを判定する。

全てのヘッド１０を前回の測定と同一の順序で測定するため、１回目の測定時にピエゾ素子６０の動作により加熱されたヘッド１０も十分に冷却されている。したがって、１回目の測定時と同様の環境下で、印加電圧（または、波形）のみ異なる態様で測定できる。また、１２個全てのヘッド１０について再度測定するため、周囲のヘッド１０の発熱の影響も１回目の測定時と同様である。

以下、ヘッドユニット９０内の１２個全てのヘッド１０の吐出量が規格内に入るまで上述のループ、すなわち１２個全てのヘッド１０に対する吐出量の測定を繰り返す。そして、全てのヘッド１０の吐出量が規格内に入るとステップＳ７の第２移動工程に移行する。

ステップＳ７では、制御部１２２は、Ｙ軸テーブル１０３を駆動してキャリッジ１００を描画領域１０８に移動させる。そして、予め載置されている基板Ｗのパターンが描画される領域の端部と位置合せする。そして、次のステップＳ８のパターン描画工程に移行する。

ステップＳ８のパターン描画工程では、制御部１２２は基板ＷのＸ方向の移動と、キャリッジ１００のＹ方向の往復運動を組み合わせて、基板Ｗ上に液状体を液滴として吐出してパターンを描画する。

本実施形態では、計測用の液滴吐出を必ずキャリッジ１００に配置されている１２個全てのヘッド１０について連続して行う。つまり、吐出量が規格を満たさないヘッド１０がある場合、当該ヘッドの吐出条件変更後、当該ヘッドのみ再測定することはなく、１回目の測定時と同様に、他の（吐出量が規格を満たしていた）１１個のヘッド１０と共に再測定する。その結果、常に同一の条件下で測定することとなり、ヘッド１０を構成する部材およびヘッド１０内に充填されている液状体の温度がほぼ一定の状態で測定できる。

前回の吐出による発熱の影響（加熱によるヘッド１０自体の変形、および液状体の粘度の変化等）を受けることを抑制できるため、ヘッド１０から吐出される液滴の重量とヘッド１０の駆動電圧との間の線形関係を維持できる。その結果、条件変更工程を経た場合でも経ない場合でも常に略同一の液滴を吐出することができ、基板上に描画されるパターンの精度が向上させることができるという効果が得られる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図８のフローチャートを用いて説明する。図８は第２の実施形態の液滴の重量測定方法を、当該測定後の（基板Ｗへの）パターン描画工程も含めて示すフローチャートである。本実施形態は図５（ｃ）に示す液滴吐出装置３を用いる態様である。液滴吐出装置３は、複数（７個）のヘッドユニット９０を一列に配置したキャリッジ１００を有することと、描画領域１０８および重量測定領域１１０に加えてメンテナンス領域１１２を有することが特徴である。また、本実施形態は、第１測定工程と、条件変更工程と、第２測定工程とに加えて、キャリッジ１００を移動させず、ヘッド１０からの液滴の吐出も行わない静置工程を有していることが特徴である。以下、各工程について述べる。

ステップＳ１は第１移動工程である。制御部１２２は駆動部１２１を介して、Ｙ軸テーブル１０３を、キャリッジ１００を退避領域としてのメンテナンス領域１１２あるいは重量測定領域１１０から描画領域１０８に移動させる。本実施形態では、キャリッジ１００は、後述する第１測定工程、静置工程、第２測定工程のいずれにも該当しない時にはメンテナンス領域１１２に位置している。また後述する様に、測定工程の前にはキャリッジ１００を描画領域１０８に静置する静置工程が必要である。したがって新たに基板Ｗ上にパターンを描画する場合、上述するようにキャリッジ１００をメンテナンス領域１１２あるいは重量測定領域１１０から描画領域１０８に移動させることが必要となる。

ステップＳ２は静置工程である。描画領域１０８で、キャリッジ１００を液滴の吐出を行わずに所定の時間保持する。それによって、ヘッド１０、およびヘッド１０の内部や供給配管に充填されている液状体の温度をできる限り周囲の大気温度に近づける。上述するように本実施形態にかかる液滴吐出装置３は、温度が一定に保たれたチャンバー内に設置されているため、所定の時間保持されたヘッド１０等の温度は略同一（一定）となる。なお上記構成では、所定の時間は１５分以上が好ましい。理由は、１５分あれば上述するヘッド１０等の温度が周囲の大気温度と略同一になるからである。

ステップＳ３は第２移動工程である。制御部１２２は、駆動部１２１を介してＹ軸テーブル１０３を移動させて、キャリッジ１００内のヘッドユニット９０の１つを重量測定領域１１０に移動させ、重量測定機構１１４に対向するように配置する。

本実施形態にかかる液滴吐出装置は、キャリッジ１００はヘッドユニット９０が７個搭載されている一方、重量測定領域１１０はヘッドユニット９０が２個分しか対応していない。したがって、キャリッジ１００の左側の２個のヘッドユニット９０が重量測定領域１１０に移動した場合、他の５個のヘッドユニット９０は描画領域１０８にあり、ヘッド１０等の温度は描画領域１０８の温度と略同一に保たれる。

ステップＳ４は計測用吐出工程である。当該工程は、ヘッドユニット９０内の各々のヘッド１０のノズル面を重量測定機構１１４の電子天秤に位置合せする工程と、当該天秤の受け部に液滴を吐出する工程と、１吐出あたりの液滴の吐出量（重量）を算出する演算工程との、計３つの工程を含んでいる。上記第１の実施形態と同様に、制御部１２２は、ヘッドユニット９０内の１２個のヘッド１０のうちの測定対象のヘッド１０を、電子天秤の液滴受け部に対向するように位置決めする。そして当該ヘッドから予め設定された吐出数の液滴を重量測定機構１１４内の液滴受け部に吐出する。そして、ＣＰＵ１４１がＲＡＭ１４３に記憶された測定結果を基に、１吐出あたりの液滴の吐出量（重量）を算出する。

吐出数の設定は、重量測定機構１１４の最小計量単位を考慮して、ＲＯＭ１４３に格納される重量測定プログラムに含める。上記最小計量単位を、ヘッド１０が有するノズル数と、吐出される液状体を液滴の重量とで徐した数値となる。

上記第１の実施形態と同様に、本工程は、請求項で言うところの第１測定工程と第２測定工程とを兼ねている。すなわち、内容的には同一の工程であっても、最初の測定は第１測定工程であり、後述する条件変更工程後の再度の測定が第２測定工程となる。キャリッジ１００内の計８４個のヘッド１０の中に１つでも規格外のヘッド１０があった場合に、再度当該ヘッドの吐出条件を変更した後、再度全てのヘッド１０について第２測定工程を行う。

なお、液滴の吐出時には、測定対象以外のヘッド１０からも同時に空打ちしてもよい。その場合、液滴を重量測定機構１１４内の液滴受け部以外の領域に吐出することになるため、重量測定機構１１４は、かかる液滴を受容する構成となっていることが好ましい。これにより、ほぼ全てのヘッド１０が駆動される実際のパターン描画に近い条件で、重量測定を行うことができる。また、重量測定機構１１４が１２個全てのヘッド１０を同時に測定できる場合、すなわち電子天秤が１２個配置されている場合は空打ちの必要はなく、実際のパターン描画に近い条件で重量測定を行うことができる。

ステップＳ５は確認工程である。制御部１２２は、キャリッジ１００内の全てのヘッド１０（本実施形態では８４個）について上述の重量測定が終了したか否かを確認する。測定工程が条件変更工程を経た工程であり、吐出条件を変更されたヘッド１０が８４個の全てではない場合、すなわち８３個以下の場合であっても８４個全ての測定を実施する。計測が終了していない場合は、上記ステップＳ４に進んで、未測定のヘッド１０について位置合せから吐出量の測定までを行う。

ステップＳ６は判定工程である。制御部１２２は、測定した８４個全てのヘッド１０について、液滴の吐出量が規格内であるか否かを判定する。判定の結果、全てのヘッド１０の吐出量が規格内である場合は、ステップＳ８の移動工程へ移行する。一方、測定した８４個全てのヘッド１０の中に１つでも規格外のヘッド１０が存在した場合は、ステップ７の条件変更工程へ移行する。

ステップＳ７の条件変更工程では、制御部１２２は、上述の測定結果をもとに、当該規格外のヘッド１０の吐出条件を規格内に収まる方向へ変更する。変更方法としては、第１の実施形態と同様に、ピエゾ素子６０に印加される駆動電圧、または駆動波形の急峻性を変える方法等がある。

条件変更後は、ステップＳ１の第１移動工程を再度行う。制御部１２２は、移動用ドライバ１３２を介してＹ軸テーブル１０３を駆動して、キャリッジ１００を重量測定領域１１０から描画領域１０８に移動させる。そして次に、ステップＳ２の静置工程に移行し、キャリッジ１００を所定の時間保持する。

上記第１測定工程でピエゾ素子６０を駆動したことにより加熱されたヘッド１０およびヘッド１０の内部や供給配管に充填されている液状体の温度を、周囲の（チャンバー内の）大気温度と略同一となるまで冷却する。以下、再びステップＳ３以降の工程を実施する。上記静置工程を設けたことにより、ステップＳ４の第２測定工程を第１測定工程と同様の状態で実施できる。

以下キャリッジ１００内の、計８４個全てのヘッド１０の吐出量が規格内に入るまで上述のループ、すなわち８４個全てのヘッド１０に対する吐出量の測定と描画領域１０８での静置を繰り返す。そして、全てのヘッド１０の吐出量が規格内に入るとステップＳ８の第３移動工程に移行する。第１の移動工程と同様に、制御部１２２は、移動用ドライバ１３２を介してＹ軸テーブル１０３を駆動して、キャリッジ１００を描画領域１０８に移動させる。そして、ステップＳ９のパターン描画工程に移行する。

ステップＳ９はパターン描画工程である。制御部１２２は、Ｙ軸テーブル１０３を駆動して、キャリッジ１００を描画領域１０８に移動させると同時に、移動用ドライバ１３２を介してＸ軸駆動モータを駆動して描画領域１０８上に載置されている基板Ｗのパターン描画を開始する。キャリッジ１００に搭載されている各ヘッドユニット９０から液滴を吐出しつつＸ軸駆動モータを駆動して基板ＷをＸ軸方向に移動させてパターンを描画する。本実施形態では、基板Ｗ上のパターンが描画される領域の横幅（Ｙ軸方向の長さ）よりもキャリッジ１００が長く、上記横幅全体にヘッド１０が配置されるため、キャリッジ１００を往復運動させることなくパターン描画が可能である。

本実施形態では、第１の実施形態と同様に、計測用の液滴吐出を必ずキャリッジ１００に配置されているヘッド１０全てを連続で行うと共に、測定前に一定時間静置する工程を加えている。その結果、ヘッド１０内に充填されている液状体の温度を、ヘッド１０を構成する部材の温度により一層近づけることができるため、より一層均一な条件下で吐出量を測定し、より一層高い精度で吐出量を設定できる。したがって、基板Ｗ上に描画されるパターンの精度が向上するという効果を得ることができる。

ヘッドの内部構造を示す概略斜視図。 ヘッド全体を示す概略斜視図。 キャリッジの態様を示す図。 キャリッジの態様を示す図。 液滴吐出装置における、キャリッジおよび基板等の配置の態様を示す図。 液滴吐出装置の制御系を示すブロック図。 第１の実施形態の液滴の重量測定方法を示すフローチャート。 第２の実施形態の液滴の重量測定方法を示すフローチャート。

符号の説明

１…液滴吐出装置、２…液滴吐出装置、３…液滴吐出装置、５…上位コンピュータ、１０…ヘッド、２０…ノズルプレート、２１…ノズル、３０…圧力室基板、４０…振動板、４２…弾性膜、４４…絶縁体膜、５０…隔壁、５２…圧力室、５４…共通流路、５６…中心線、６０…ピエゾ素子、６２…下電極膜、６４…強誘電体薄膜、６６…上部電極、６８…リード電極、７１…液導入部、７２…接続針、７３…ヘッド基板、７５…コネクタ、９０…ヘッドユニット、１００…キャリッジ、１０１…Ｘ軸テーブル、１０２…Ｘ軸ガイドレール、１０３…Ｙ軸テーブル、１０４…Ｙ軸ガイドレール、１０５…吸着テーブル、１０８…描画領域、１１０…重量測定領域、１１２…メンテナンス領域、１１４…重量測定機構、１１６…メンテナンス機構、１２１…駆動部、１２２…制御部、１３１…ヘッドドライバ、１３２…移動用ドライバ、１３３…メンテナンス用ドライバ、１３４…重量測定用ドライバ、１４１…ＣＰＵ、１４２…ＲＯＭ、１４３…ＲＡＭ、１４４…Ｐ−ＣＯＮ、１４５…バス、Ｗ…基板。

Claims (5)

1. 複数のヘッドを備える液滴吐出ユニットから、基板上に液状体を液滴として吐出してパターンを描画する装置において、前記ヘッドから吐出される液状体の重量を測定する重量測定方法であって、
   複数回に分けて、前記ヘッドごとに、液状体を液滴として重量測定機構に吐出し、吐出された当該液状体の重量を測定する第１測定工程と、
   前記第１測定工程における測定結果の中に所定の規格の範囲外の数値がある場合、当該測定結果に基づいて、当該ヘッドの吐出条件を変更する条件変更工程と、
   前記条件変更工程後に、前記第１測定工程と同一の順序で前記ヘッドごとに前記ヘッドから前記液状体を液滴として前記重量測定機構に吐出し、前記ヘッドごとに、吐出された前記液状体の重量を測定する第２測定工程と、
   を有することを特徴とする重量測定方法。
2. 前記第１測定工程および前記第２測定工程の前に、各々の前記ヘッドを構成する部材および内部に充填されている液状体の温度が所定の温度になるまで静置する静置工程を付加したことを特徴とする請求項１に記載の重量測定方法。
3. 前記液滴吐出ユニットは、基板に対して前記液状体を吐出する描画領域と前記重量測定機構に対して前記液状体を吐出する重量測定領域との間を移動可能に構成されており、前記第１測定工程および前記第２測定工程においては前記重量測定領域に位置し、前記静置工程においては前記描画領域に位置することを特徴とする請求項２に記載の重量測定方法。
4. 前記液滴吐出ユニットは、前記描画領域および前記重量測定領域のいずれとも異なる退避領域にも移動可能に構成されており、前記第１測定工程、前記静置工程、前記第２測定工程のいずれにも該当しないときには前記退避領域に位置することを特徴とする請求項２に記載の重量測定方法。
5. 請求項１〜４にかかる重量測定方法を実行するプログラムを記録する記憶手段を備えることを特徴とする液滴吐出装置。

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