JP7090011B2 - 膜パターン形成方法 - Google Patents

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Description

本発明は、基材上に液滴を吐出して所定パターンの塗布膜を形成する膜パターン形成方法に関するものである。
ガラスやフィルム等の基材上にインクジェット法により液滴を吐出し、線分、矩形状等、様々な形状の塗布膜(膜パターンという)を形成することが望まれている。例えば、プリント基板やパッケージ基板のような配線基板(基材)における配線パターン、パワー半導体の絶縁膜パターンは、インクジェット法を用いることにより、少ない工程で塗布材料を無駄にすることなく膜パターンを形成することが検討されている。
このインクジェット法による膜パターンを形成する場合には、基材上に膜パターンに応じた膜形成領域が設定されており、その膜形成領域に塗布材料である液滴を多数吐出することにより行われる。すなわち、膜形成領域に塗布開始端部に液滴を吐出する塗布開始工程と、塗布開始端部から順次液滴を吐出する本塗布工程とが行われることにより、基材を載置するステージと液滴を吐出するノズルを複数有する液滴ヘッドユニットとを相対的一方向に移動させつつ、所定タイミングでノズルから一方端から他方端に向かって順次液滴を吐出させることにより膜パターンを形成する。
ここで、図8は、液滴ヘッドユニット100と基材Wとの関係を示す図であり、基材W上の2点鎖線は、膜形成領域101を示しており、破線の円形状は、後述の駆動パルス信号を受けた際に液滴ヘッドユニット100から吐出される液滴104の着弾位置102を示している。すなわち、塗布開始工程が行われると、膜形成領域101の塗布開始端部103に液滴ヘッドユニット100を移動させ、塗布開始端部103の位置で液滴104を吐出することにより、液滴ヘッドユニット100の移動方向と直交する方向に配列するノズルから液滴104を吐出し、膜パターンの縁端部を形成する(図8(b))。次に、本塗布工程により、液滴ヘッドユニット100がモータ等の駆動装置により移動しつつ、モータに取り付けられたエンコーダの駆動パルス信号に応じて液滴104を吐出する。すなわち、エンコーダの駆動パルス信号を受ける度に周期的に、液滴ヘッドユニット100の移動方向と直交する方向(単に幅方向ともいう)に配列するノズルから液滴104が吐出されることにより、幅方向に順次、液滴104の膜が形成される。形成された液滴104の膜は、流動して互いに連結することで、最終的に膜形成領域101に一様な膜パターンが形成される(例えば下記特許文献1参照)。
特開2009-255007号公報
ところが、上述の膜パターン形成方法では、形成される膜厚を調節することが難しいという問題があった。すなわち、膜厚を調節する場合には、エンコーダからの駆動パルス信号の周期をコントローラで調節することにより行われる。具体的には、膜厚を厚くする場合には、駆動パルス信号の周期を短くすることにより、液滴104の周期的な着弾位置102を密にして調節することができる。そして、この場合、図9(a)に示すように、膜形成領域101の塗布終了端部105に着弾する多数の着弾位置102を選択できるため、膜パターンの縁端部を精度よく形成することができる。しかし、膜厚を薄くする場合には、駆動パルス信号の周期を長くすることにより、液滴104の周期的な着弾位置102を粗くして液滴104量を調節する必要がある。ところが、着弾位置102を粗くすると、図9(b)に示すように、膜形成領域101の塗布終了端部105において、液滴104の周期的な駆動パルス信号に基づく着弾位置102が合わなくなり、塗布終了端部105における膜パターンの縁端部に液滴104を着弾させることができず、縁端部の形成精度が低下してしまうという問題があった。
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、膜パターンの膜厚が薄い場合であっても、膜パターンの縁端部を精度よく形成することができる膜パターン形成方法を提供することを目的としている。
上記課題を解決するために本発明の膜パターン形成方法は、基材上の膜形成領域にインクジェット法により液滴を行って膜パターンを形成する膜パターン形成方法であって、前記膜形成領域の塗布開始端部の位置情報に基づいて当該塗布開始端部に液滴を吐出する塗布開始工程と、基材とこの基材を載置するステージとを相対的に搬送させる搬送装置の駆動パルス信号に応じて液滴を吐出する本塗布工程と、がこの順で行われ、前記本塗布工程は、形成する膜パターンの膜厚に応じて、前記駆動パルス信号毎に液滴の吐出の要否が設定されることにより、前記駆動パルス信号の周期に対して間欠的に一定周期で液滴が吐出される間欠周期塗布工程と、前記膜形成領域の塗布終了端部の位置情報に基づいて、前記間欠周期塗布工程の吐出周期にかかわらず、前記塗布終了端部に液滴を吐出する塗布終了工程とを有していることを特徴としている。
上記膜パターン形成方法によれば、膜厚の厚薄にかかわらず、膜パターンの縁端部を精度よく形成することができる。すなわち、本塗布工程では、駆動パルス信号毎に液滴の吐出の要否が設定されるため、所定の駆動パルス信号を受けた場合に実際にノズルから吐出される液滴量をゼロに設定することで、駆動パルス信号があっても液滴を吐出をさせず、一定周期で間欠的に液滴の吐出を行うように設定する(間欠周期塗布工程)。これにより、駆動パルス信号を密にした場合であっても粗く設定した場合と同様に、実際に吐出される液滴を周期的に調節して、膜パターンの膜厚に応じて液滴量を調節することができる。そして、塗布終了端部では、その位置情報に基づいて、間欠周期塗布工程の吐出周期にかかわらず液滴を吐出させる(塗布終了工程)。すなわち、周期的な駆動パルス信号を密に設定することにより、塗布終了端部に着弾する液滴候補は多数存在するため、その液滴から適切な液滴を選択し、本塗布工程で設定される間欠周期塗布工程の吐出周期とは独立させて駆動パルス信号に基づいて液滴を吐出させる。これにより、膜パターンの膜厚が薄い場合であっても、塗布終了端部に対応する膜パターンの縁端部を精度よく形成することができる。
本発明によれば、膜パターンの膜厚が薄い場合であっても、膜パターンの縁端部を精度よく形成することができる。
本発明の膜パターン形成方法が適用されるインクジェット塗布装置を概略的に示す側面図である。 上記インクジェット塗布装置の上面図である。 上記インクジェットヘッド部のノズルの配置を示す図である。 上記インクジェット塗布装置の制御系を示すブロック図である。 上記インクジェット塗布装置の塗布動作を示すフローチャートである。 膜形成領域と着弾位置を示す図であり、(a)は塗布動作前の状態を示す図であり、(b)は塗布開始工程において、塗布開始端部に液滴が吐出された状態を示す図である。 膜形成領域と着弾位置を示す図であり、(a)は間欠周期塗布工程において吐出周期で液滴が吐出された状態を示す図であり、(b)は塗布終了工程において塗布終了端部に液滴が吐出された状態を示す図である。 従来の膜形成領域と着弾位置を示す図であり、(a)は塗布動作前の状態を示す図であり、(b)は塗布開始工程において、塗布開始端部に液滴が吐出された状態を示す図であり、(c)は本塗布工程において、液滴が着弾された状態を示す図である。 従来の膜形成領域と着弾位置を示す塗布終了端部における拡大図であり、(a)は、駆動パルス信号の周期を短く設定した状態を示す図であり、(b)は、駆動パルス信号の周期を長く設定した状態を示す図である。
本発明のインクジェット塗布装置に係る実施の形態を図面を用いて説明する。
図1は、インクジェット塗布装置の一実施形態を示す側面図であり、図2は、インクジェット塗布装置の上面図である。
インクジェット塗布装置は、図1、図2に示すように、基材Wを載置するステージ10と、基材Wに液滴P(塗布材料)を塗布する液滴ヘッドユニット2とを有しており、液滴ヘッドユニット2がステージ10に載置された基材W上を移動しつつ、液滴Pを吐出することにより、基材W上に塗布膜が形成される。
なお、以下の説明では、この液滴ヘッドユニット2が移動する方向をX軸方向(主走査方向)、これと水平面上で直交する方向をY軸方向(副走査方向、又は、幅方向)、X軸およびY軸方向の双方に直交する方向をZ軸方向として説明を進めることとする。
インクジェット塗布装置は、基台1を有しており、この基台1上にステージ10、液滴ヘッドユニット2が設けられている。具体的には、基台1上にステージ10が設けられており、このステージ10をY軸方向に跨ぐように液滴ヘッドユニット2が設けられている。
ステージ10は、基材Wを載置するものであり、載置された基材Wが水平な姿勢を維持した状態で載置できるようになっている。具体的には、ステージ10の表面は、平坦に形成されており、その表面には、吸引孔が複数形成されている。この吸引孔には真空ポンプが接続されており、ステージ10の表面に基材Wを載置した状態で真空ポンプを作動させることにより、吸引孔に吸引力が発生し、基材Wが水平な姿勢でステージ10の表面に吸着保持できるようになっている。
また、液滴ヘッドユニット2は、基材W上に塗布材料である液滴Pを着弾させて塗布するものであり、塗布材料を吐出するインクジェットヘッド部21と、このインクジェットヘッド部21を支持するガントリ部22とを有している。
このガントリ部22は、ステージ10のY軸方向両外側に配置される脚部22aと、これらの脚部22aを連結しY軸方向に延びるビーム部材22bとを有する略門型形状に形成されている。そして、このビーム部材22bにインクジェットヘッド部21が取付けられており、ガントリ部22は、ステージ10をY軸方向に跨いだ状態でX軸方向に移動可能に取り付けられている。本実施形態では、基台1のY軸方向両端部分にはそれぞれX軸方向に延びるレール(不図示)が設置されており、脚部22aがこのレールにスライド自在に取り付けられている。そして、脚部22aにはリニアモータ81(図4参照)が取り付けられており、このリニアモータ81を駆動制御することにより、ガントリ部22がX軸方向に移動し、任意の位置で停止できるようになっている。
また、リニアモータ81には、エンコーダ82(リニアエンコーダ)(図4参照)が設けられており、エンコーダ82からの周期的な駆動パルス信号により、インクジェットヘッド部21のX軸方向の位置を把握することができる。すなわち、エンコーダ82と後述の制御装置(コントローラ)とが接続されており、エンコーダ82からの駆動パルス信号を受信した制御装置により、インクジェットヘッド部21のX軸上の位置が検出されるようになっている。
また、ビーム部材22bは、両脚部22aを連結する柱状部材である。このビーム部材22bには、インクジェットヘッド部21が取付けられている。具体的には、ビーム部材22bのX軸方向一方側の側面に、インクジェットヘッド部21が取り付けられており、このインクジェットヘッド部21に設けられたノズル31aがステージ10の表面に向く姿勢で取付けられている。したがって、ガントリ部22がX軸方向に移動又は停止するにしたがって、インクジェットヘッド部21もそれに付随してX軸方向に移動又は停止を行うことができ、ガントリ部22の移動量を調節することにより、ステージ10の表面に載置された基材W上にインクジェットヘッド部21を位置させて基材W上に塗布材料である液滴Pを吐出できるようになっている。
また、インクジェットヘッド部21は、複数のノズル31aを一体化させたものである。本実施形態では、インクジェットヘッド部21は、複数のノズル31aを有しており、それぞれのノズル31aから液滴Pを吐出できるようになっている。
インクジェットヘッド部21は、図3に示すように、ノズル31aを有する複数のヘッドモジュール31を備えている。本実施形態では、複数のヘッドモジュール31がY軸方向(副走査方向)に沿って配列されており、塗布方向に対して直交する方向に配置されている。また、ヘッドモジュール31は、複数のノズル31aを有しており、ノズル31aが一方向に所定の配列ピッチで整列した状態で設けられている。本実施形態では、ノズル31aの副走査方向における配列方向寸法が、基材Wの副走査方向寸法よりも大きい寸法になるように構成されている。これにより、図2に示すように、ガントリ部22がX軸方向に移動することにより、1回の走査で基材W上の膜形成領域すべてを液滴Pの着弾エリアにすることができる。
また、このノズル31aは、汎用性のあるノズルが使用されており、ヘッドモジュール31に駆動電圧が印加されると、各ノズル31aに共通の駆動電圧が印加され、各ノズル31aから所定の液量の液滴Pが吐出されるようになっている。
また、ヘッドモジュール31は、それぞれが互いに重複する部分を有するようにずらして配置されている。図3の例では、隣接するヘッドモジュール31がX軸方向に交互にずらして配置されている。すなわち、これらのヘッドモジュール31は、ノズル31aの配置間隔とヘッドモジュール31の両端部分とでは寸法が異なっているため、この両端部分の寸法分を相殺できるようにX軸方向にずらしつつY軸方向に配列される。すなわち、インクジェットヘッド部21は、X軸方向に見て通常ノズル31aがY軸方向に等間隔で配置されており、インクジェトヘッド部21全体としてX軸方向に見て、すべての通常ノズル31aがY軸方向に沿って一定の配列ピッチで配列され、X軸方向から見てY軸方向に亘って等間隔で配置されている。
次に、上記インクジェット塗布装置の制御系の構成について図4に示すブロック図を用いて説明する。
図4は、この実装装置に設けられた制御装置90の制御系を示すブロック図である。図4に示すように、この塗布装置は、上述した各種ユニットの駆動を制御する制御装置90が設けられている。この制御装置90は、主制御部91、記憶部91a、駆動制御部92、位置検出部93、吐出制御部94、入出力装置制御部95とを有している。
主制御部91は、予め記憶されたプログラムに従って一連の塗布動作を実行すべく、駆動制御部92を介して各ユニットのリニアモータ81等の駆動装置を駆動制御するとともに、塗布動作に必要な各種演算を行うものである。具体的には、吐出位置の演算、ヘッドモジュール31に液滴Pを吐出させるための駆動電圧の作成及び修正を行うことができる。本実施形態では、エンコーダからの周期的な駆動パルス信号に応じた吐出タイミングから、形成する膜パターンの膜厚に対する膜パターンの形成に必要な液滴量を加味して、実際に着弾させる吐出周期が演算される。すなわち、周期を密にした全吐出タイミングから、膜パターンの形成に必要な液滴量となる吐出タイミングの周期(吐出周期)を演算し、吐出周期に合わない吐出タイミングでは、駆動パルス信号を受けた場合にノズルからの吐出量をゼロに設定する。すなわち、駆動パルス信号に応じた吐出タイミングを間引いて間欠的に一定周期で吐出するように設定する(間欠周期塗布)。これにより、全駆動パルス信号に応じて吐出した場合に比べて、膜形成領域R(図6参照)に吐出される液滴Pが位置的に偏ることなく、膜形成領域Rに吐出される液滴量を抑えることができる。
また、基材W状に液滴Pを着弾させるべき着弾位置Lに対して、着弾位置Lに対する吐出すべきノズル31aの選択を行って液滴Pが吐出されるように制御する。本実施形態では、膜形成領域Rの塗布開始端部R1の位置情報に基づいて液滴Pを吐出することができる。すなわち、膜形成領域Rの塗布開始端部R1の位置が設定されると、この塗布開始端部R1位置を基準にノズル31aが配置され、その位置で液滴Pが吐出される。なお、この塗布開始端部R1の着弾位置Lは、吐出周期の開始点として設定され、記憶部91aにて記憶される。
また、膜形成領域Rの塗布終了端部R2の着弾位置Lに対しても液滴Pが吐出されるように制御する。具体的には、全駆動パルス信号に応じた吐出位置から塗布終了端部R2における膜パターンの縁端部を形成するのに適切な着弾位置Lが演算により求められ選択される。この塗布終了端部R2における着弾位置Lは、先に説明した吐出周期とは別に求められてもよく、別に求められた場合には、設定された吐出周期から独立して、その塗布終了端部R2を形成する着弾位置Lに吐出されるように設定される。
また、主制御部は、記憶部91aを有しており、後述の入出力装置制御部95で入力されたデータや、主制御部で演算された演算結果、例えば、演算されたマッピングデータが一時的に記憶される。すなわち、塗布開始端部R1及び、塗布終了端部R2の着弾位置Lと、塗布開始位置を基準に吐出周期に応じた着弾位置Lとで構成されたマッピングデータが記憶される。
駆動制御部92は、制御本体部91からの制御信号に基づいて、リニアモータ81等を駆動制御するものである。具体的には、リニアモータ81を制御することにより、ガントリ部22のX軸方向への移動等が駆動制御される。
位置検出部93は、エンコーダ82からの駆動パルス信号に基づいて、ガントリ部22の位置、インクジェットヘッド部21の位置を検出する。そして、インクジェットヘッド部21の位置を検出することにより、各ノズル31a毎の位置が演算されて把握されるようになっている。また、エンコーダ82からの駆動パルス信号は、直接、主制御部91にも送信されるようになっており、主制御部91が駆動パルス信号を受けたタイミングでノズル31aから液滴Pが吐出されるように制御されるようになっている。
吐出制御部94は、各ノズル31aから液滴Pが吐出されるタイミングを制御するものである。すなわち、上述のマッピングデータに基づいて、それぞれのノズル31aが所定の位置で駆動パルス信号を受けると、駆動電圧を制御して当該ノズル31aから液滴Pを吐出させる。これにより、所定の位置に液滴Pを着弾させることができる。
入出力装置制御部95は、キーボード83、タッチパネル84等の各入出力装置を制御するものである。具体的には、基材Wの種類、各ノズル31aから吐出される液滴Pの初期吐出量が記憶されており、キーボード83、タッチパネル84から入出力装置制御部95を通じて変更できるようになっている。
次に、本実施形態のインクジェット塗布装置の塗布動作について図5のフローチャートに基づいて説明する。なお、本実施形態では、基材W上に矩形状の平面膜(いわゆるベタ膜)の膜パターンを形成する場合について説明する。すなわち、吐出された液滴Pが基材W上に連結することにより、一様な矩形状の膜パターンが形成される。
まず、ステップS1により基材搬入工程が行われ、基材Wがステージ10上に供給されると、基材Wが所定位置に位置決めされてステージ10上に吸着固定される(図6(a))。そして、予め入力された基材Wデータに基づいて、制御装置の主制御部91において当該基材Wのマッピングデータが演算され記憶部91aで記憶される。すなわち、基材W上に形成された膜形成領域Rに一様な膜パターンが形成できるように着弾位置Lと、吐出周期、着弾位置Lに対するノズル31aの選定等が設定される。
次に、ステップS2により塗布開始工程が行われる。すなわち、膜形成領域Lの塗布開始端部R1にインクジェットヘッド部21を移動させ、その位置で液滴Pを吐出させる(図6(b))。具体的には、マッピングデータに基づいて塗布開始端部R1の位置情報から、ガントリ部22をX軸方向に移動させつつ、同時にインクジェットヘッド部21をY軸方向に移動させて、ノズル31aから液滴Pを吐出させる。この塗布開始端部R1では、インクジェットヘッド部21のノズル31aのうち、Y軸方向に配列された全ノズルから液滴Pが吐出される。これにより、塗布開始端部R1では、吐出された液滴Pが基材W上で連結し、塗布開始端部R1における膜パターンの縁端部が形成される。
次に、ステップS3により本塗布工程が行われる。この本塗布工程では、エンコーダからの駆動パルス信号に応じて液滴Pが吐出されることにより膜パターンが形成され、間欠周期塗布工程(ステップS31)と塗布終了工程(ステップS32)とが行われる。
まず、ステップS31により間欠周期塗布工程が行われる。具体的には、塗布開始端部R1を基準にして、演算された吐出周期に基づいて液滴Pが吐出される(図7(a))。すなわち、エンコーダからの周期的な駆動パルス信号がトリガーとなり液滴Pが吐出されるが、吐出周期に合わないタイミングで駆動パルス信号が入った場合には、ノズル31aから吐出される吐出量はゼロと設定されており液滴Pは吐出されない(例えば、図7(a)におけるL1)。すなわち、吐出周期のタイミングで駆動パルス信号が入った場合にのみ、ノズル31aから液滴Pが吐出されることにより、塗布開始端部R1から一定の周期(吐出周期)で液滴Pが吐出される。これにより、エンコーダからの駆動パルス信号が密である状態を変えることなく、吐出周期を長く設定することにより膜厚を薄くすることができ、吐出周期を短く設定することにより膜厚を厚くすることができる。したがって、吐出周期を適当に調節することにより、膜形成領域Rには、膜厚が精度よく制御された膜パターンを形成することができる。
次に、ステップS32により塗布終了工程が行われる。すなわち、塗布開始工程、間欠周期塗布工程からエンコーダからの駆動パルス信号が取り込まれることにより、インクジェットヘッド部21の位置情報が常に把握されている。そして、インクジェットヘッド部21が塗布終了端部R2に達すると、間欠周期塗布工程が終了すると同時に、塗布終了端部R2に位置する着弾位置Lに液滴Pが吐出される(図7(b))。すなわち、間欠周期塗布工程では、設定された吐出周期と一致する駆動パルス信号に基づいて液滴Pが吐出されていたが、塗布終了工程では、その吐出周期に関わらず、マッピングデータにおける塗布終了端部R2の位置情報に基づいて液滴Pが吐出される。これにより、塗布終了端部R2には、吐出された液滴Pが基材W上で連結し、塗布終了端部R2における膜パターンの縁端部が形成される。なお、この場合であっても駆動パルス信号がトリガーとなって吐出される。
次に、ステップS4により機材搬出工程が行われる。すなわち、基材W上の全ての膜形成領域Rに膜パターンが形成されると、基材Wがステージ10から搬出される。
このようにして、上記膜パターン形成方法によれば、膜厚の厚薄にかかわらず、膜パターンの縁端部を精度よく形成することができる。すなわち、本塗布工程では、駆動パルス信号毎に液滴Pの吐出の要否が設定されるため、所定の駆動パルス信号を受けた場合に実際にノズルから吐出される液滴量をゼロに設定することで、駆動パルス信号があっても液滴Pを吐出をさせず、一定周期で間欠的に液滴Pの吐出を行うように設定する(間欠周期塗布工程)。これにより、駆動パルス信号を密にした場合であっても粗く設定した場合と同様に、実際に吐出される液滴Pを周期的に調節して、膜パターンの膜厚に応じて液滴量を調節することができる。そして、塗布終了端部R2では、その位置情報に基づいて、間欠周期塗布工程の吐出周期にかかわらず液滴Pを吐出させる(塗布終了工程)。すなわち、周期的な駆動パルス信号を密に設定することにより、塗布終了端部R2に着弾する液滴P候補は多数存在するため、その液滴Pから適切な液滴Pを選択し、本塗布工程で設定される間欠周期塗布工程の吐出周期とは独立させて駆動パルス信号に基づいて液滴Pを吐出させる。これにより、膜パターンの膜厚が薄い場合であっても、塗布終了端部R2に対応する膜パターンの縁端部を精度よく形成することができる。
2 液滴ヘッドユニット
10 ステージ
21 インクジェットヘッド部
31a ノズル
L 着弾位置
P 液滴
R 膜形成領域
R1 塗布開始端部
R2 塗布終了端部
W 基材

Claims (1)

  1. 基材上の膜形成領域にインクジェット法により液滴を行って膜パターンを形成する膜パターン形成方法であって、
    前記膜形成領域の塗布開始端部の位置情報に基づいて当該塗布開始端部に液滴を吐出する塗布開始工程と、
    基材とこの基材を載置するステージとを相対的に搬送させる搬送装置の駆動パルス信号に応じて液滴を吐出する本塗布工程と、
    がこの順で行われ、
    前記本塗布工程は、形成する膜パターンの膜厚に応じて、前記駆動パルス信号毎に液滴の吐出の要否が設定されることにより、前記駆動パルス信号の周期に対して間欠的に一定周期で液滴が吐出される間欠周期塗布工程と、
    前記膜形成領域の塗布終了端部の位置情報に基づいて、前記間欠周期塗布工程の吐出周期にかかわらず、前記塗布終了端部に液滴を吐出する塗布終了工程とを有していることを特徴とする膜パターン形成方法。
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