KR20100057499A - 액적 토출 장치의 토출량 평가 방법 - Google Patents

액적 토출 장치의 토출량 평가 방법

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Abstract

(과제) 토출량을 고(高)정밀도로 그리고 효율 좋게 평가하는 것이 가능한 방법을 제공한다.
(해결 수단) 본 발명의 액적 토출 장치의 토출량 평가 방법은, 용질을 용매에 용해시킨 용액과 분산질(dispersoid)을 분산매에 분산시킨 분산액과의 적어도 한쪽을 포함한 액상체를 토출하는 액적 토출 장치에 있어서, 토출되는 액상체의 토출량을 평가하는 방법이다. 액상체(Q1)에 포함되는 성분 중의 용매와 분산매와의 적어도 한쪽을 흡수하는 수리층(receiving layer; 21)과, 수리층(21)에 맞닿아 형성되며 액상체(Q1)에 포함되는 성분 중의 수리층(21)에 흡수되는 흡수 성분을 흡수하지 않는 베이스층(22)을 갖는 시험편(2)의 수리층(21)에, 액상체(Q1)를 액적 토출 장치에 의해 토출하는 토출 공정과, 흡수 성분이 수리층(21)에 퍼진 흡수부(Q21)의 면적을 평가하여, 이 평가 결과에 기초하여 액상체의 토출량을 평가하는 평가 공정을 구비하고 있다.
액상체, 수리층, 베이스층, 토출량

Description

액적 토출 장치의 토출량 평가 방법 {METHOD FOR EVALUATING DISCHARGE AMOUNT OF LIQUID DROPLET DISCHARGING DEVICE}
본 발명은, 액적 토출 장치의 토출량 평가 방법에 관한 것이다.
최근에, 액적 토출법을 이용한 성막 기술이 주목받고 있다. 액적 토출법에 의하면, 막의 형성 재료를 포함한 미소(微小)한 액상체를 소망하는 위치에 배치하는 것이 가능하다. 이에 따라, 미세한 막 패턴을 형성할 수 있어, 포토리소그래피법을 이용하는 경우보다도 패터닝(patterning)이 용이화된다. 또한, 막 형성 재료의 낭비를 적게 할 수 있기 때문에, 제조 비용을 낮게 할 수 있다.
액적 토출법에 이용되는 액적 토출 헤드는, 예를 들면 X방향으로 늘어선 다수의 토출 유닛을 구비하고 있다. 복수의 토출 유닛의 각각은, 액상체의 저류부(貯留部; reserving section), 노즐, 액상체를 가압하여 노즐로부터 밀어내는 피에조(piezoelectric) 소자 등을 구비하고 있다. 이러한 액적 토출 헤드로 성막면 상을 Y방향으로 주사하면서, 토출 유닛으로부터 액상체를 토출시켜 액상체를 배치하고 있다.
액적 토출 헤드에 있어서는, 복수의 토출 유닛에 있어서의 액상체의 토출량 을 균일하게 하는 것이 중요하다. 토출량에 불균일이 발생해 있으면 Y방향으로 막두께의 불균일을 일으켜 버리기 때문이다. 예를 들면, 액적 토출법에 의해 화상 표시 장치 등의 컬러 필터를 제조하는 경우에, 컬러 필터에 막두께 불균일이 발생하면, 이것이 주사 방향을 따르는 줄무늬(streak)(줄무늬 얼룩)로서 시인되어(recognized), 표시 품질이 손상되어 버린다.
토출량의 불균일을 적게 하는 방법으로서는, 각 토출 유닛의 토출량을 제어하는 방법이 제안되고 있다(예를 들면 특허문헌 1). 특허문헌 1에서는, 액적의 토출량이 설정값과 크게 다른 토출 유닛의 토출 동작을 규제하여, 토출량의 불균일을 작게 하고 있다. 이러한 기술을 적용하는 데 있어, 각 토출 유닛의 토출량을 정확하게 아는 것은 매우 중요하다. 토출량이 설정값에 대하여 어느 정도 다른지를 앎으로써, 토출량의 제어를 양호하게 행하는 것이 가능해지기 때문이다.
토출량의 평가 방법의 하나로서, 토출된 액상체의 형상으로부터 체적을 산출하는 방법이 알려져 있다. 이 방법에서는, 우선, 검사용 기판상에 액적 토출 헤드에 의해 액상체를 배치(토출)한다. 그리고, 배치된 액상체에 포함되는 용매나 분산매 등의 액체 성분을 증발시켜, 액상체에 포함되는 고체 성분을 고형체로 한다. 그리고, 검사용 기판에 평행한 계측면에 있어서의 고형체의 윤곽을 광 간섭법 등에 의해 계측한다. 이 계측은, 검사용 기판과 계측면과의 거리를 변화시켜 복수의 계측면에 있어서 행한다.
복수의 계측면의 각각에 있어서, 고형체의 윤곽으로 둘러싸이는 면적을 산출함으로써, 이 계측면에서의 고형체의 단면적이 구해진다. 이에 따라, 고형체의 저 면(bottom)으로부터의 거리(높이)에 대한 고형체의 단면적이 구해지고, 단면적을 높이로 적분함으로써 고형체의 체적이 구해진다. 토출한 액상체의 조성은 이미 알고 있기 때문에, 고형체의 체적으로부터 액상체의 체적을 역산할 수 있어, 토출량을 평가할 수 있다.
[특허문헌 1] 일본공개특허공보 2003-159787호
그러나, 이 평가 방법에 의해 토출량을 고(高)정밀도로 그리고 효율 좋게 평가하는 것은, 이하의 이유에 의해 곤란하다.
이 평가 방법에서는 액상체를 건조시킨 후에 계측을 행하기 때문에, 예를 들면 8시간 정도의 건조 시간이 필요하게 되어, 효율 좋게 계측을 행할 수 없다. 건조 시간을 단축하기 위해서 가열 처리 등을 행하는 것도 생각할 수 있지만, 이에 따라 공수(工數)가 증가하는 것이나 열에 의한 액상체의 변질 등에 의해 평가 정밀도가 저하하는 것 등의 문제를 일으킬 우려가 있다.
또한, 이 평가 방법에 있어서 평가 정밀도를 향상시키는 방법으로서는, 고형체의 3차원 형상의 측정 정밀도를 향상시키는 방법을 생각할 수 있다. 예를 들면, 검사용 기판과 계측면과의 거리를 다양하게 변화시켜, 다점(multiple-point) 계측을 행하면 된다고 사료된다. 그러나, 계측마다 계측면에 대하여 광 간섭계의 조정을 행한 후에 고형체의 화상을 촬상하기 때문에, 다점 계측에 막대한 노력(勞力)이 필요하게 되어, 효율 좋게 계측을 행할 수 없다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 토출량을 고정밀도로 그리고 효율 좋게 평가하는 것이 가능한 액적 토출 장치의 토출량 평가 방법을 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
본 발명의 액적 토출 장치의 토출량 평가 방법은, 용질을 용매에 용해시킨 용액과 분산질(dispersoid)을 분산매에 분산시킨 분산액의 적어도 한쪽을 포함한 액상체를 토출하는 액적 토출 장치에 있어서, 토출되는 액상체의 토출량을 평가하는 방법으로서, 상기 액상체에 포함되는 성분 중의 상기 용매와 상기 분산매의 적어도 한쪽을 흡수하는 수리층(receiving layer)과, 이 수리층에 맞닿아 형성되며 상기 액상체에 포함되는 성분 중의 상기 수리층에 흡수되는 흡수 성분을 흡수하지 않는 베이스층을 갖는 시험편의 상기 수리층에, 상기 액상체를 상기 액적 토출 장치에 의해 토출하는 토출 공정과, 상기 흡수 성분이 상기 수리층에 퍼진 흡수부의 면적을 평가하고, 이 평가 결과에 기초하여 상기 액상체의 토출량을 평가하는 평가 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
시험편의 수리층에 액상체를 액적 토출 장치에 의해 토출하면, 액상체의 흡수 성분이 수리층에 흡수된다. 이 흡수 성분은, 수리층과 맞닿아 형성된 베이스층에는 흡수되지 않기 때문에, 수리층의 면 방향으로 퍼진다. 따라서, 흡수 성분의 체적은, 수리층에 있어서 흡수 성분이 퍼진 흡수부의 면적과 수리층의 두께와의 곱이 되며, 흡수부의 면적에 비례하는 양이 된다. 또한, 흡수 성분의 체적은, 토출된 액상체의 조성과 액상체의 체적에 의해 결정되며, 액상체의 체적에 비례하는 양이기 때문에, 흡수부의 면적은 토출된 액상체의 체적에 비례하는 양이 된다. 따라서, 토출된 액상체의 체적을 흡수부의 면적으로부터 산출하거나 액상체의 상대적인 체적을 흡수부의 면적에 의해 비교할 수 있어, 액상체의 토출량을 평가할 수 있다.
이러한 액적 토출 장치의 토출량 평가 방법에 의하면, 토출된 액상체를 건조시킬 필요가 없기 때문에 건조 시간을 줄일 수 있어, 효율 좋게 토출량을 평가할 수 있다. 2차원 계측에 의해 평가 가능한 양인 면적을 이용하여 토출량을 평가하기 때문에, 3차원 계측에 의해 형상을 측정하는 경우에 비하여 계측하는 수고를 현격하게 줄일 수 있어, 효율 좋게 토출량을 평가할 수 있다.
또한, 액상체를 건조시킨 고형체의 체적이 건조 정도에 따라 변화함으로써 평가 정밀도가 저하해 버리는 것이 방지된다. 건조 과정에 있어서 액상체가 변질되는 것이나 액상체의 부분적인 건조 정도가 불균일한 것 등에 기인하여, 고형체의 형상이 왜곡되어 평가 정밀도가 저하해 버리는 것도 방지된다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 액적 토출 장치의 토출량을 고(高)정밀도로 그리고 효율 좋게 평가할 수 있다.
또한, 상기 평가 공정에서는, 상기 흡수부의 화상을 촬상하는 촬상 처리와, 상기 화상을 해석하는 해석 처리를 행함으로써, 상기 면적을 평가하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 촬상된 화상에 의해 흡수부의 면적을 평가하기 때문에, 눈으로 보는 것에 의해 면적을 평가하는 경우에 비하여, 미소한 흡수부에 대해서도 그 면적을 고정밀도로 그리고 효율 좋게 평가할 수 있다.
또한, 상기 해석 처리에서는, 상기 화상에 있어서의 상기 흡수부의 계조(gradation)와, 상기 화상에 있어서의 상기 흡수부의 주변부의 계조를 이용하여 문턱값을 설정하고, 이 문턱값에 의해 상기 흡수부의 윤곽을 검출하여 상기 면적을 평가하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 흡수부의 윤곽을 문턱값에 의해 객관적으로 검출할 수 있 어, 흡수부의 면적을 정확하게 평가할 수 있다. 또한, 흡수부마다 문턱값이 설정되기 때문에, 촬상에 이용하는 조명의 조도가 시간적 혹은 공간적으로 변화하는 것에 따른 평가 정밀도의 저하가 방지된다.
또한, 상기 해석 처리에서는, 상기 흡수부의 계조로서 상기 화상에 있어서의 상기 흡수부의 주연부(rim)를 제외한 부분의 계조를 이용함과 아울러, 상기 주변부의 계조로서 상기 화상에 있어서의 상기 흡수부의 근접부를 제외한 부분의 계조를 이용하는 것이 바람직하다.
일반적으로, 촬상된 화상에 있어서 촬상 대상물의 윤곽 부근은, 촬상에 이용하는 렌즈 등의 광학계에 의해 흐릿해져 버린다. 상기와 같이 흡수부의 주연부와 흡수부의 근접부, 즉 촬상 대상물의 윤곽 부근을 제외하고 문턱값을 설정하면, 문턱값이 흡수부의 윤곽의 흐릿해짐(blurring)에 영향받지 않게 되어, 문턱값을 고정밀도의 값으로 설정할 수 있다. 따라서, 흡수부의 윤곽을 정확히 검출할 수 있어, 토출량을 고정밀도로 평가할 수 있다.
또한, 상기 해석 처리에서는, 상기 화상에 있어서 계조가 변화하는 부분을 제거하고, 상기 흡수부의 계조와 상기 주변부의 계조를 구하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 흡수부 윤곽의 흐릿해짐을 객관적으로 제거하고 문턱값을 설정할 수 있어, 문턱값을 적확한 값으로 설정할 수 있다. 따라서, 흡수부의 윤곽을 정확히 검출할 수 있어, 토출량을 고정밀도로 평가할 수 있다.
또한, 상기 평가 공정에서는, 초점 거리를 다르게 하여 복수 횟수의 상기 촬상 처리를 행함과 아울러, 상기 해석 처리에서는, 상기 복수 횟수의 촬상 처리에 의해 얻어진 복수의 화상을 이용하여 상기 문턱값을 설정하는 것이 바람직하다.
초점 거리를 다르게 하여 복수 횟수의 촬상 처리를 행하면, 복수 횟수의 촬상 처리에 의해 얻어진 복수의 화상에 있어서 흡수부의 윤곽이 흐릿해진 부분의 크기는, 초점 거리에 따라 변화한다. 윤곽이 흐릿해진 부분 중의 실제 윤곽의 내측에 위치하는 부분과, 윤곽이 흐릿해진 부분 중의 실제 윤곽의 외측에 위치하는 부분과의 크기의 비율은, 윤곽이 흐릿해진 부분의 크기에 상관없이 거의 일정하기 때문에, 복수의 화상으로부터 실제의 윤곽을 정확하게 구할 수 있다.
또한, 상기 해석 처리에서는, 상기 흡수부의 계조와 상기 주변부의 계조와의 평균값을 상기 문턱값으로 설정하는 것이 바람직하다.
흡수부의 실제의 윤곽은, 윤곽이 흐릿해진 부분의 외주와, 윤곽이 흐릿해진 부분의 내주와의 거의 중앙에 위치하고 있다. 촬상 처리에 있어서 핀트(focus)가 어긋날수록 윤곽이 흐릿해진 부분이 커지지만, 상기와 같이 하면 촬상 처리에 있어서의 핀트의 어긋남 양에 영향을 받지 않고, 실제의 윤곽을 정확하게 구할 수 있다.
또한, 상기 해석 처리에서는, 상기 문턱값의 소수점 이하를 올린 정수를 제1 문턱값으로 하여 상기 면적을 제1 가(假)평가함과 아울러, 상기 문턱값의 소수점 이하를 버린 정수를 제2 문턱값으로 하여 상기 면적을 제2 가평가하여, 상기 제1 가평가에 의해 상기 면적을 평가한 값을 상기 문턱값과 상기 제1 문턱값과의 차이에 반비례하여 가중치를 부여함과 아울러, 상기 제2 가평가에 의해 상기 면적을 평가한 값을 상기 문턱값과 상기 제2 문턱값과의 차이에 반비례하여 가중치를 부여함 으로써 상기 면적을 평가하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 문턱값의 소수점 이하의 값을 가미하여 흡수부의 면적을 평가할 수 있어, 토출량의 평가 정밀도를 높일 수 있다.
(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)
이하에, 본 발명의 실시 형태를 설명하지만, 본 발명의 기술 범위는 이하의 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 이후의 설명에서는 도면을 이용하여 각종의 구조를 예시하지만, 구조의 특징적인 부분을 알기 쉽게 나타내기 위해, 도면 중의 구조는 그 치수나 축척을 실제의 구조에 대하여 다르게 하여 나타내는 경우가 있다. 액적 토출 장치의 토출량 평가 방법의 실시 형태의 설명에 앞서, 액적 토출 장치의 구성예를 설명한다.
도 1은 액적 토출 헤드(액적 토출 장치)를 구비한 성막 장치의 일 예를 나타내는 개략 사시도이다. 이 성막 장치는, 액적 토출법에 의해 액상체를 워크(workpiece)(피(被)처리 기판)에 배치하는 것이다. 배치되는 액상체는, 막 재료 등의 고체 성분을 함유하고 있어, 건조시키면 고체 성분이 잔류하는 것이다. 액상체는, 고체 성분을 분산매(용매)에 분산(용해)시킨 분산액(용액) 등이다. 액상체의 구체예로서는, 안료나 염료 등을 포함한 컬러 필터 재료나, UV 잉크, 금속 배선 등의 도전막 패턴의 형성 재료인 금속 입자를 포함한 콜로이드 용액 등을 들 수 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 성막 장치(1)는, 지지대(10)상에 형성된 워크 스테이지(11)와, 워크 스테이지(11)보다도 높은 위치에 형성된 액적 토출 헤드(12)를 구비하고 있다. 워크 스테이지(11)의 상면에는, 워크(W)를 올려놓는 것이 가능하게 되어 있다. 워크 스테이지(11) 및 액적 토출 헤드(12)는, 도시를 생략한 제어 장치에 의해 위치 제어된다. 또한, 상기의 제어 장치는, 액적 토출 헤드(12)의 토출 동작을 제어하도록 되어 있다. 이상과 같은 구성에 의해, 워크(W)를 주사하면서 액적 토출 헤드(12)로부터 워크(W)의 소정의 영역에 액상체를 배치하는 것이 가능하게 되어 있다.
이하에, 도 1에 나타낸 XYZ 직교 좌표계에 기초하여 설명한다. 이 XYZ 직교 좌표계에 있어서, X방향 및 Y방향이 워크 스테이지(11)의 면 방향과 평행을 이루고 있으며, Z방향이 워크 스테이지(11)의 면 방향과 직교하고 있다. 실제로는, XY평면이 수평면에 평행한 면으로 설정되어 있으며, Z방향이 연직 상(上) 방향으로 설정되어 있다. 성막 시에는, 예를 들면 주(main)주사 방향을 따라 액상체를 배치한 후에 부(sub)주사 방향의 위치를 조정하여, 재차, 주주사 방향을 따라 액상체를 배치한다. 여기에서는, 워크 스테이지(11)의 이동 방향인 Y방향이 주주사 방향, 액적 토출 헤드(12)의 이동 방향인 X방향이 부주사 방향으로 설정되어 있다.
워크 스테이지(11)는 진공 흡착 장치(도시 생략) 등을 구비하고 있어, 올려놓여진 워크(W)를 착탈 가능하게 고정할 수 있다. 워크 스테이지(11)에는, 스테이지 이동 장치(111)가 형성되어 있다. 스테이지 이동 장치(111)는, 볼 나사 또는 리니어 가이드 등의 베어링 기구를 구비하며, 상기의 제어 장치로부터 입력되는 제어 신호에 기초하여, 워크 스테이지(11)를 Y방향으로 이동시킨다. 이에 따라, 올 려놓여진 워크(W)를 Y방향의 소정의 위치로 이동시킬 수 있다.
성막 장치(1)는, 3종류(적·녹·청)의 컬러 필터 재료의 각각에 대응하여, 3개의 액적 토출 헤드(12)를 구비하고 있다. 3개의 액적 토출 헤드(12)는 모두 캐리지(13)에 부착되어 있으며, 캐리지(13)에는, 캐리지 이동 장치(131)가 형성되어 있다. 캐리지 이동 장치(131)는, 상기의 제어 장치로부터 입력되는 제어 신호에 기초하여, 캐리지(13)를 X방향으로 이동시키는 것이나, Z축 둘레로 회전시키는 것이 가능하게 되어 있다. 이에 따라, 액적 토출 헤드(12)의 소정의 위치로 이동시킬 수 있다.
3개의 액적 토출 헤드(12)의 각각은, 다수의 토출 유닛(후술함)을 구비하고있다. 토출 유닛의 각각은, 상기의 제어 장치로부터의 묘화(drawing) 데이터나 제어 신호에 기초하여 액상체를 토출한다. 3종류의 컬러 필터 재료인 3종류의 액상체는, 각각 탱크(14A, 14B, 14C)에 저류(reserve)되어 있다. 저류된 액상체는, 그 종류마다 튜브군(141)을 통과하여, 대응하는 액적 토출 헤드(12)로 공급된다.
도 2(a), 도 2(b)는 액적 토출 헤드(12)의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 도 2(a)는 액적 토출 헤드(12)에 있어서 워크(W)와의 대향면을 나타내는 평면도이고, 도 2(b)는 도 2(a)의 A-A'선 화살표 방향으로 본 단면도이다.
도 2(a)에 나타내는 바와 같이 액적 토출 헤드(12)는, 주주사 방향(Y방향)과 대략 직교하여 배열된 복수의 토출 유닛(U)을 구비하고 있다. 여기에서는, Y방향에 있어서 서로 떨어져 2군의 토출 유닛군이 배치되어 있다. 2군의 토출 유닛군의 각각은, X방향을 따라 배열된 복수(예를 들면 180개)의 토출 유닛(U)으로 구성되어 있다. 한쪽의 토출 유닛군을 구성하는 토출 유닛(U)은, 다른 한쪽의 토출 유닛군을 구성하는 토출 유닛(U)의 사이에 배치되어 있다. 복수의 토출 유닛(U)에서 공통의 노즐 플레이트(121)가 형성되어 있다. 노즐 플레이트(121)에는, 토출 유닛(U)마다 노즐(125)이 형성되어 있다. 노즐(125)은, 토출 유닛(U)의 배열 방향(X방향)을 따라 배열되어 있다.
노즐(125)은 액상체의 저류실(122)과 연이어 통하고 있다. 저류실(122)은, 액상체의 공급로(123)를 거쳐 복수의 토출 유닛(U)에서 공통의 리저버(reservoir; 124)와 연이어 통하고 있다. 공급로(123)의 상세한 형상을 도시하지 않지만, 저류실(122)로부터 리저버(124)로 액상체가 역류하지 않도록 되어 있다. 리저버(124)는, 도 1에 나타낸 튜브군(141) 중 어느 하나와 접속되어 있다. 토출 유닛(U)으로부터 토출되는 액상체는, 탱크(14A, 14B, 14C)로부터 튜브군(141), 리저버(124), 공급로(123)를 거쳐 저류실(122) 내에 충전된다.
도 2(b)에 나타내는 바와 같이 토출 유닛(U)은, 노즐 플레이트(121), 진동판(128) 및, 노즐 플레이트(121)와 진동판(128)에 협지(挾持)된 유로(flow-path) 형성 기판(127)을 갖고 있다. 유로 형성 기판(127)에는, 관통공이나 오목부가 형성되어 있다. 이 관통공이나 오목부가 노즐 플레이트(121)와 진동판(128)의 사이에 끼워짐으로써, 액상체의 저류실(122)이나 공급로(123)가 구성되어 있다. 즉, 진동판(128)의 일부는, 저류실(122)의 벽면으로 되어 있다.
진동판(128)의 저류실(122)의 반대측에는, 토출 유닛(U)마다 압전 구동 소자(piezoelectric driving element; 129)가 형성되어 있다. 압전 구동 소자(129) 는, 하부 전극(129a), 상부 전극(129c) 및, 이들 전극 간에 협지된 압전체(129b)로 이루어져 있다. 상기한 제어 장치는, 복수의 토출 유닛(U)의 각각에 있어서의 압전 구동 소자(129)에, 소정의 타이밍으로 구동 전압 파형을 공급한다.
압전 구동 소자(129)에 구동 전압 파형이 공급되면, 압전체(129b)는 면 방향으로 신축한다. 이에 따라, 저류실(122)과 평면적으로 겹치는 부분의 진동판(128)이 면 방향과 직교하는 두께 방향으로 변위하여, 저류실(122)의 용적이 변화한다. 저류실(122)의 용적이 최소가 되면, 용적 감소분의 액상체가 노즐(125)로부터 워크(W)측으로 밀려나와 토출된다. 액상체의 토출량은, 저류실(122)의 용적 변화량에 기초하고 있으며, 압전체(129b)의 변위량, 즉 하부 전극(129a)과 상부 전극(129c)과의 사이에 인가되는 전압값에 의해 조정 가능하다.
토출량을 조정하는 방법으로서는, 토출 유닛(U)마다 개별로 조정하는 방법이나, 복수의 토출 유닛(U)을 복수의 그룹으로 분할하여, 그룹마다 조정하는 방법을 들 수 있다. 그룹마다 조정하면, 구동 신호를 생성하는 회로 등의 구동 회로를 토출 유닛(U)마다 형성할 필요가 없어져, 장치 비용을 저감하는 것이나, 장치를 소형으로 하는 것이 가능해진다.
또한, 워크(W)의 소정의 영역에 대하여 복수 횟수의 토출 동작을 행하는 경우에는, 토출 횟수를 조정하는 방법에 의해, 소정의 영역에 배치되는 액상체의 총량을 조정할 수도 있다. 소정 영역에 대하여 토출 동작을 행하는 토출 유닛(U)으로서, 토출량이 상대적으로 많은 것과 상대적으로 적은 것을 조합하여 이용함으로써, 소정의 영역에 배치되는 액상체의 총량을 조정할 수도 있다.
도 3은 제어계의 회로 구성을 나타내는 모식도(schematic diagram)이다. 여기에서는, 제어계가 구동 회로 기판(15)과, 드라이버(16)에 의해 구성되어 있다. 드라이버(16)는 액적 토출 헤드(12)에 형성되어 있으며, 구동 회로 기판(15)은, 드라이버(16)와 전기적으로 접속되어 있음과 아울러, 성막 장치(1)의 제어 장치와 전기적으로 접속되어 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 구동 회로 기판(15)은, 인터페이스(151), 묘화 데이터 메모리(152), 파형 선택 회로(153) 및, 제1∼4 D/A 컨버터(154A∼154D)를 구비하고 있다. 또한, 드라이버(16)는, COM 선택 회로(161), 스위칭 회로(162) 및, 압전체군(163)을 구비하고 있다. 여기에서는, 압전체군(163)이, 압전체(PZ1∼PZ180)에 의해 구성되어 있다. 압전체(PZ1∼PZ180)는, 각각이 도 2(b)에 나타낸 압전체(129b)에 대응하는 것이다. 토출 유닛(U1∼U180) 중 사용하는 토출 유닛은, 4개의 그룹으로 분할되어 있으며, 그룹마다 공통의 구동 신호를 공급하도록 되어 있다.
인터페이스(151)는, 제어 장치에 PCI 버스 등(도시 생략)으로 접속되어 있다. 제어 장치는, 토출 데이터(SIA) 및 COM 선택 데이터(SIB)가 포함되는 묘화 데이터(SI)나, 회로를 구동·제어하는 클록 신호나 래치 신호 등의 각종 제어 신호 등을 출력한다. 묘화 데이터(SI) 및 각종 제어 신호는, 묘화 데이터 메모리(152)에 기입된다. 묘화 데이터 메모리(152)는, 예를 들면 32 비트의 SRAM이다.
토출 데이터(SIA)는, 워크(W)와 액적 토출 헤드(12)와의 상대 위치에 따라, 토출 유닛(U1∼U180)의 각각에 구동 신호를 공급할지 말지를 규정하는 데이터이다. 예를 들면, 형성하는 박막 패턴을 매트릭스 형상으로 구분하고, 구분된 각 비트에 있어서의 토출 동작의 온 오프를 2치 데이터로 맵핑한 비트맵 데이터로 되어 있다.
COM 선택 데이터(SIB)는, 토출 유닛의 그룹 분할을 규정함과 아울러 각 그룹에 공급하는 구동 신호를 규정하는 데이터이다. 여기에서는, 각 토출 유닛용의 구동 신호로서, 4종류의 구동 신호(COM1∼COM4)로부터 1개를 선택하도록 되어 있다. COM 선택 데이터(SIB)에는, 구동 신호(COM1∼COM4)의 파형을 규정하는 구동 파형 번호 데이터(WN)와, 각 토출 유닛용으로 구동 신호(COM1∼COM4) 중 어느 하나를 선택할지를 규정하는 데이터가 포함되어 있다. 이에 따라, 각 구동 신호로 구동되는 토출 유닛의 집합이 1개의 그룹으로서 규정되어 있다.
묘화 데이터 메모리(152)는, 각종의 제어 신호에 의한 데이터 판독의 요구에 따라, 토출 데이터(SIA)를 시리얼 데이터로서 드라이버(16)의 스위칭 회로(162)로 출력하고, COM 선택 데이터(SIB)를 시리얼 데이터로서 드라이버의 COM 선택 회로(161)로 출력한다. 구동 파형 번호 데이터(WN)는, 파형 선택 회로(153)로 출력된다.
파형 선택 회로(153)는, 미리 기억되어 있는 파형 데이터(예를 들면 64종류)로부터 구동 파형 번호 데이터(WN)가 지정하는 파형 데이터를 판독하여, 이것을 토출 데이터(SIA)에 대응하는 어드레스에 기억한다. 또한, 각종의 제어 신호에 의한 데이터 판독의 요구에 따라, 지정되는 어드레스에 기억되어 있는 구동 파형 데이터를 각 D/A 컨버터로 출력한다.
제1 D/A 컨버터(154A)는, 각종 제어 신호에 동기하여 파형 선택 회로(153)로 부터 입력되는 구동 파형 데이터를 유지한다. 또한, 이 구동 파형 데이터를 아날로그 변환하여 구동 신호(COM1)를 생성해, 드라이버(16)의 COM 선택 회로(161)로 출력한다. 이하 동일하게, 제2 D/A 컨버터(154B)는 구동 신호(COM2)를, 제3 D/A 컨버터(154C)는 구동 신호(COM3)를, 제4 D/A 컨버터(154D)는 구동 신호(COM4)를 생성하여, 각각 COM 선택 회로(161)로 출력한다.
COM 선택 회로(161)는, 각종의 제어 신호에 의해 제어되며 COM 선택 데이터(SIB)에 기초하여, 각 토출 유닛에 있어서의 압전 소자용의 구동 신호(V1∼V180)의 각각을 스위칭 회로(162)로 출력한다. 또한, 스위칭 회로(162)는, 각종의 제어 신호에 의해 제어되며 토출 데이터(SIA)에 기초하여, 구동 신호(V1∼V180)를 토출 유닛마다 온 오프한다. 이에 따라, 각 토출 유닛에 대응하여 형성된 압전체(PZ1∼PZ180) 중, 소정의 압전 소자에 소정의 구동 신호가 공급된다. 구동 신호가 공급된 압전체는, 하부 전극(129a)과 상부 전극(129c)과의 사이에 인가된 전압값에 따른 변위량으로 수축되며, 이 변위량에 따른 토출량의 액상체가 토출된다.
다음으로, 전술한 바와 같은 구성의 성막 장치(1)에 기초하여 액적 토출 장치의 토출량 평가 방법의 실시 형태를 설명한다.
도 4(a)는, 본 실시 형태에 있어서 토출량의 평가에 이용하는, 평가 장치(17) 및 시험편(2)의 구성을 나타내는 모식도이며, 도 4(b)는 시험편(2)의 확대도이다.
도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에서는 시험편(2) 및 평가 장 치(17)를 이용하여 토출량을 평가한다. 평가 장치(17)는 성막 장치(1)의 캐리지(13)에 부착되어 있다. 시험편(2)은 워크(W)에 고정되어 있으며, 워크(W)는, 워크 스테이지(11)에 착탈 가능하게 고정되어 있다.
평가 장치(17)는, 촬상부(CCD 카메라; 171), 광학계(172), 조명부(173), 제어부(174) 및, 기억부(175)를 구비하고 있다. 조명부(173)로부터 사출된 조명광의 일부는, 시험편(2)에 배치된 촬상 대상물(후술함)의 표면에서 반사되어, 광학계(172)를 거쳐 CCD 카메라(171)에 입사하도록 되어 있다.
CCD 카메라(171)는, 수광한 빛을 전하로 변환하는 수광 소자나, 이 전하를 판독하는 전하 결합 소자 등을 갖고 있다. 광학계(172)는, 단수 또는 복수의 렌즈군에 의해 구성되어 있다. CCD 카메라(171)에 의해 촬상되는 화상은, 광학계(172)에 의해 촬상 대상물에 대하여 예를 들면 6∼10배 정도로 확대된다. 조명부(173)는, 촬상 대상물과 CCD 카메라(171)와의 사이의 광축을 고리 형상으로 둘러싼 링 조명에 의해 구성되어 있다.
제어부(174)는, CCD 카메라(171)의 온 오프를 제어함과 아울러, 광학계(172)의 초점 거리나 조리개를 제어하는 것이다. 또한, 제어부(174)는, CCD 카메라(171)의 촬상 결과를 해석하는 기능도 갖고 있다. 상세하게, 제어부(174)는, CCD 카메라(171)의 전하 결합 소자에 의해 판독된 전하를 전기 신호로서 수취하여, 이 전기 신호를 기억부(175)에 화상 데이터로서 기억시킨다. 또한, 제어부(174)는, 기억부(175)에 기억된 화상 데이터를 판독하여 해석하며, 해석 결과를 기억부(175)에 기억시킨다.
도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 시험편(2)은, 수리층(21)과 베이스층(22)으로 이루어져 있다. 수리층(21)은 베이스층(22)에 맞닿아 형성되어 있으며, 베이스층(22)은 워크(W)에 고정되는 부분이다.
수리층(21)은, 액적 토출 헤드(12)로부터 토출되는 액상체에 포함되는 액체 성분의 적어도 일부의 성분을 흡수하는 재질의 것이다. 액상체에 포함되는 액체 성분은, 고체 성분을 용해하는 용매나 분산시키는 분산매 등이다. 예를 들면, 액상체로서, 고체 성분을 분산매에 분산시킨 분산액을 이용하는 경우에, 수리층(21)은 분산매를 흡수하는 재질의 것이 선택된다. 또한, 액상체로서, 고체 성분을 분산매에 분산시킨 분산액과, 이 고체 성분과 동일 혹은 다른 고체 성분을 용매에 용해시킨 용액과의 혼합액을 이용하는 경우에, 수리층(21)은 분산액과 용매와의 적어도 한쪽을 흡수하는 재질의 것으로부터 선택된다. 수리층(21)은 대략 균일한 두께로 되어 있으며, 수리층(21)의 두께는, 토출량에 따라 적절하게 설정된다. 예를 들면, 토출량이 미량일수록, 수리층(21)의 두께를 얇게 함으로써 평가 정밀도를 높게 할 수 있다. 여기에서는, 토출량이 수(數)피코리터 정도이며, 수리층(21)의 두께가 10㎛ 정도이다.
베이스층(22)은, 토출되는 액상체 중의 수리층(21)에 흡수되는 흡수 성분을 흡수하지 않는 재질의 것이다. 여기에서는, 베이스층(22)이, PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 등으로 이루어져 있다. 베이스층(22)의 두께는, 수리층(21)에 대한 흡수 성분을 베이스층(22)이 통과하지 않는 두께로 설정되어 있는 것이 바람직하며, 또한 워크(W)에 안정적으로 고정 가능한 두께로 설정되어 있는 것이 바람직하 다. 이러한 관점에서, 본 실시 형태의 베이스층(22)의 두께가, 수백㎛∼수㎜(여기에서는 120㎛) 정도로 설정되어 있다. 이상과 같이, 성막 장치(1)에 평가 장치(17)와 시험편(2)을 부착한 후에, 이하와 같은 순서로 평가를 행한다.
도 5(a)∼(c)는 토출량 평가 방법을 나타내는 공정도이다.
우선, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이 액적 토출 헤드(12)의 토출 유닛(U)으로부터 시험편(2)을 향해 액적 형상의 액상체(Q1)를 토출한다. 액상체(Q1)는, 리저버(124)나 저류실(122)에 저류된 액상체(Q)의 일부이다. 본 실시 형태의 액상체(Q)는, 고체 성분을 분산매(수리층(21)에 대한 흡수 성분)에 분산시킨 것이다. 시험편(2)의 소정 영역을 향해 토출하는 액상체(Q1)의 액적의 수로서는, 단수라도 좋고, 복수라도 좋다. 여기에서는, 시험편(2)의 1개소에 1방울의 액상체를 토출함과 아울러, 시험편(2)의 복수 개소에 액적을 토출한다.
도 5(b)에 나타내는 바와 같이, 시험편(2)에 착탄한(landed) 액상체(Q2)는, 시험편(2)의 면 방향으로 퍼진다. 본 실시 형태에서는 수리층(21)이, 액상체(Q2)에 포함되는 분산매를 흡수하고, 액상체(Q2)에 포함되는 고체 성분을 통과시키지 않도록 되어 있다. 또한, 베이스층(22)은, 이 분산매를 통과시키지 않도록 되어 있다. 이에 따라, 수리층(21)상에 고체 성분이 잔류하여 고형체(Q22)가 형성된다. 또한, 수리층(21)에 흡수된 분산매는, 베이스층(22)에 흡수되지 않음으로써, 수리층(21) 중에 있어서 수리층(21)의 두께 방향과 직교하는 면 방향으로 퍼진다. 이에 따라, 수리층(21) 중에 있어서 분산매가 흡수된 부분인 흡수부(Q21)가 형성된다. 흡수부(Q21)의 두께는, 수리층(21)의 두께와 거의 동일하다.
이어서, 도 5(c)에 나타내는 바와 같이, 시험편(2)을 워크 스테이지(11)상에 유지해 두고, 캐리지(13)를 이동시켜 시험편(2)에 배치된 액상체(Q2)를 촬상할 수 있는 위치에 평가 장치(17)를 이동시킨다. 액적 토출 헤드(12)로부터 액상체(Q1)를 토출했을 때의 헤드의 위치 정보 등은, 성막 장치(1)에 기억되어 있으며, 이 위치 정보에 기초하여 배치된 액상체(Q2)와 평가 장치(17)를 위치 맞춤하면 좋다. 성막 장치(1)로부터 시험편(2)을 떼어내지 않았기 때문에, 배치된 액상체(Q2)와 평가 장치(17)를 용이하게 그리고 고(高)정밀도로 위치 맞춤할 수 있다.
그리고, 평가 장치(17)의 제어부(174)에 의해, 광학계(172)가 핀트 등을 조정함과 아울러, CCD 카메라(171)가, 배치된 액상체(Q2; 촬상 대상물)를 촬상한다. 액상체(Q2)와 평가 장치(17)가 고정밀도로 위치 맞춤되어 있기 때문에, 고정밀도로 그리고 용이하게 핀트 등을 조정할 수 있어, 양호한 화상을 얻을 수 있다. 촬상 범위로서는, 1개의 액상체(Q2)만이 포함되는 범위라도 좋고, 복수의 액상체(Q2)가 포함되는 범위라도 좋다. 여기에서는, 복수의 액상체(Q2)가 포함되는 범위를 촬상한다. 이상과 같이 하여 얻어진 화상을 이하의 해석 처리에 의해 해석하여, 토출량을 평가한다.
도 6(a)는, 얻어진 화상의 일 예를 나타내는 평면 모식도이며, 도 6(b)는, 해석 처리에 있어서의 해석 방법의 설명도이다. 도 6(b)에는, 시험편(2)에 배치된 액상체(Q2)의 측면도와, 이 액상체(Q2)에 대응하는 화상(P)의 평가 영역(A1)의 확대도와, 평가 영역(A1)의 중심을 통과하는 B-B'선을 따른 계조 분포도를 대응지어 도시하고 있다.
도 6(a)에 나타내는 바와 같이, CCD 카메라(171)에 의해 얻어진 화상(P)에는, 흡수부(Q21)에 대응하는 평가 영역(A1)과, 흡수부(Q21) 주변의 수리층(21)에 대응하는 주변 영역(A2)이 포함되어 있다. 평가 영역(A1)은 대략 원형의 영역이며, 복수의 액상체(Q2)에 대응하여 복수의 평가 영역(A1)이 화상(P)에 포함되어 있다.
도 6(b)의 평가 영역(A1)의 확대도 및, 계조 분포의 그래프에 나타내는 바와 같이, 평가 영역(A1)의 중앙 영역(A11)에서는 계조가 거의 일정하게 되어 있고, 주변 영역(A2)에서도 계조가 거의 일정하게 되어 있다. 본 실시 형태에서는 평가 영역(A1)의 계조가 주변 영역(A2)의 계조보다도 낮게 되어 있다. 중앙 영역(A11)과 주변 영역(A2)과의 사이의 영역에서는, 중앙 영역(A11)으로부터 떨어짐에 따라 계조가 연속적으로 높아지고 있다. 또한, 실시 형태의 설명에 이용하는 도면에서는, 중앙 영역(A11)과 주변 영역(A2)과의 사이의 영역을 과장하여 나타내고 있다.
흡수부(Q21)의 실제의 윤곽은, 중앙 영역(A11)과 주변 영역(A2)과의 사이의 계조가 연속적으로 변화하는 영역에 포함되어 있다. 이 영역은, 핀트의 어긋남이나, 광학계(172)를 구성하는 렌즈에 있어서의 수차(aberration)나 비네팅(vignetting), 흡수부(Q21)의 윤곽 부근에 있어서의 빛의 산란 등에 의해 흡수부(Q21)의 광학상(optical image)이 흐릿해진 부분이다. 핀트를 맞춤으로써 이 영역을 좁게 하는 것은 가능하다. 한편, 수차나 비네팅을 완전히 없애는 일은 어려우며, 광학계(172)가 복잡한 구성으로 되어 장치 비용이 올라 버릴 우려도 있다. 또한, 촬상 대상의 표면에서 반사한 빛에 의해 화상을 얻는 촬상 방법에 있어서, 산란광의 영향을 없애는 일은 매우 곤란하다. 따라서, 계조가 변화하는 영역을 완전히 없애는 일은 매우 곤란하며, 통상은, 흡수부(Q21)의 실제의 윤곽을 직접적으로 그리고 정확하게 구하는 것은 매우 곤란하다. 복수의 흡수부(Q21)를 일괄하여 촬상하면 효율 좋게 토출량의 평가를 행할 수 있지만, 다점에 핀트를 맞추는 일 등이 어려워지기 때문에, 통상이라면 평가 정밀도가 저하될 우려가 있다.
본 실시 형태의 방법에 의하면, 다음에 설명하는 바와 같은 방법을 이용하기 때문에, 평가 정밀도를 확보하면서 효율 좋게 평가를 행할 수 있다.
이하에, 중앙 영역(A11)과 주변 영역(A2)과의 사이에 있어서, 흡수부(Q21)의 실제의 윤곽에 둘러싸이는 영역을 주연(rim) 영역(A13)이라고 한다. 주연 영역(A13)과 주변 영역(A2)과의 사이의 영역을 근접(adjacent) 영역(A12)이라고 한다. 주연 영역(A13)은 흡수부(Q21)의 주연부에 대응하고 있으며, 근접 영역(A12)은, 실제의 흡수부(Q21)의 외측에 위치하는 흡수부(Q21)의 근접부에 대응하고 있다.
본 실시 형태에서는, 흡수부(Q21)의 계조와 주변부의 계조를 이용하여 문턱값을 설정하고, 문턱값에 의해 주연 영역(A13)을 특정하여 흡수부(Q21)의 실제의 윤곽을 구한다. 여기에서는, 흡수부(Q21)에 대응하는 평가 영역(A1) 중, 계조가 변화하는 영역인 주연 영역(A13)과 근접 영역(A12)을 제거한 영역, 즉 중앙 영역(A11)의 계조를 흡수부(Q21)의 계조로 한다.
또한, 주변 영역(A2)의 계조를 주변부의 계조로 한다. 중앙 영역(A11), 주변 영역(A2)을 특정하는 데는, 각종 통계적 방법을 이용하면 좋다.
예를 들면, 평가 영역(A1)의 중심 주변의 영역을 절취하여, 이 영역에 있어서의 계조의 변화율이 소정치(예를 들면, 측정 오차 정도) 이하가 되는 영역을 중앙 영역(A11)으로 하는 방법을 들 수 있다. 계조의 변화율은, 서로 이웃하는 화소의 계조의 차분(difference)이나, 계조 분포의 근사식을 구하여 각 화소에 있어서의 근사식의 미분 상수(differential constant) 등에 의해 평가할 수 있다. 주변 영역(A2)에 대해서도, 중앙 영역(A11)과 동일한 방법에 의해 특정할 수 있다.
이 외에도, 평가 영역(A1)의 중심 주변의 영역을 절취하고, 이 영역에 있어서의 계조의 불균일을 표준 편차나 RMS(이승 평균 평방근) 등에 의해 평가하여, 계조 불균일이 소정치(예를 들면, 측정 오차 정도) 이하가 되는 영역을 중앙 영역(A11)으로 하는 방법을 들 수 있다.
측정 오차의 원인으로서는, 조명광의 조도 불균일 등을 생각할 수 있다. 예를 들면 흡수부(Q21)를 배치하기 전의 화상을 촬상해 두고, 이 화상에 있어서의 계조의 불균일을 조명광의 조명 불균일에 의한 것으로 가정함으로써 측정 오차를 견적낼 수 있다.
본 실시 형태에서는, 도 6(b)의 그래프에 나타내는 바와 같이, 중앙 영역(A11)의 계조1과 주변 영역(A2)의 계조2와의 평균값을 문턱값으로 한다. 예를 들면, 계조1은 중앙 영역(A11)에 있어서의 계조의 평균값이며, 계조2는 주변 영역(A2)에 있어서의 계조의 평균값이다. 일반적으로, 물체의 윤곽의 흐릿해짐은, 윤곽의 내측과 외측에서 대칭적으로 발생하기 때문에, 계조1과 계조2와의 평균값(문턱값)과 계조가 일치하는 부분을 특정함으로써, 흡수부(Q21)의 윤곽을 특정할 수 있다.
예를 들면, 계조가 문턱값 이하인 화소수를 구함으로써, 윤곽으로 둘러싸이는 영역의 면적에 대응하는 양이 구해진다. 윤곽으로 둘러싸이는 영역의 화소인지 아닌지의 판정 방법으로서는, 계조가 문턱값 미만인 화소수를 구하는 방법, 계조가 문턱값 이하인 화소수와 계조가 문턱값 미만인 화소수와의 평균값을 구하는 방법 등을 이용해도 좋다. 여기에서 말하는 화소수는, 면적을 나타내는 지표로서, 정수(整數)인 경우 이외에, 분수인 경우나 소수인 경우도 있을 수 있다.
또한, 이하와 같은 보간(interpolation)을 이용한 방법에 의해 평가 정밀도를 높일 수도 있다. 수치예로서, 예를 들면 계조1이 30이며, 계조2가 100.6이라고 한다. 계조1과 계조2와의 평균값인 65.3을 문턱값으로 설정한다. 문턱값의 소수점 이하를 올린 정수인 66을 제1 문턱값으로 하여, 계조가 제1 문턱값 이하인 화소수를 구한다(제1 가평가). 이 화소수를 S66이라고 한다. 이어서, 문턱값의 소수점 이하를 버린 정수인 65를 제2 문턱값으로 하여, 계조가 제2 문턱값 이하인 화소수를 구한다(제2 가평가). 이 화소수를 S65이라고 한다.
이어서, 제1 문턱값과 문턱값과의 차이인 0.7에 반비례하여 S66에 가중치를 부여함과 아울러, 제2 문턱값과 문턱값과의 차이인 0.3에 반비례하여 S65에 가중치를 부여한다. 구체적으로는, 내삽법(內揷法)에 의해 문턱값에 대응하는 화소수(S)를, 식(S＝0.3×S66＋0.7×S65)에 의해 보간하여 구한다. 이러한 방법에 의해, 문턱값에 있어서 소수점 이하의 값을 가미할 수 있어, 윤곽으로 둘러싸이는 영역의 면적에 대응하는 양을 고(高)정밀도로 구할 수 있다. 이 방법에 있어서도, 상기한 윤곽으로 둘러싸이는 영역의 화소의 판정 방법을 이용할 수 있다.
또한, 이하와 같은 수치 해석적인 방법에 의해, 윤곽의 내측의 면적을 평가할 수도 있다. 이 방법에서는, 우선, 적절하게 선택되는 선을 따른 계조 분포의 곡선의 근사식을 구한다. 문턱값과 대응하는 근사식의 해(解)를 구함으로써, 윤곽상의 점의 화상(P)에 있어서의 좌표가 구해진다. 상기의 선을 이 선에 직교하는 방향으로 이동시키면서, 윤곽상의 점의 좌표를 순차적으로 구한다.
그리고, 구해진 점군을 통과하는 폐곡선(閉曲線)을 윤곽으로 하여, 이 윤곽의 내측의 면적 혹은 화소수를 적분 등에 의해 구한다.
또한, 촬상 처리에 있어서 1개의 흡수부(Q21)에 대하여 핀트를 다르게 하여 복수의 화상을 촬상하고, 해석 처리에 있어서 흡수부(Q21)의 면적을 평가해도 좋다. 이하에, 복수의 화상을 이용한 해석 처리에 대해서 설명한다.
도 7은, 도 6과 다른 해석 처리를 나타내는 설명도로서, 핀트를 다르게 하여 촬상한 화상(P1, P2)의 확대도와, 화상(P1, P2)에 있어서의 계조 분포의 비교를 나타내는 그래프를 대응시켜 나타내고 있다. 화상(P1)은, 화상(P2)보다도 핀트가 맞는 화상이다.
복수의 화상을 이용하는 해석 처리의 하나로서는, 복수의 화상에 기초하여 문턱값을 설정하고, 이 문턱값을 이용하여 흡수부(Q21)의 면적을 평가하는 방법이 있다. 또한, 복수의 화상에 기초하여 수치 해석적으로 흡수부(Q21)의 윤곽을 구하여 면적을 평가하는 방법도 있다. 이하에, 이들 방법을 설명한다.
도 7의 화상(P1)의 확대도에 나타내는 바와 같이, 화상(P1)에는, 평가 영 역(A3)과, 주변 영역(A4)이 포함되어 있다. 평가 영역(A3)에는, 중앙 영역(A31), 주연 영역(A33), 근접 영역(A32)이 포함되어 있다. 도 7의 화상(P2)의 확대도에 나타내는 바와 같이, 화상(P2)에는, 평가 영역(A5)과, 주변 영역(A6)이 포함되어 있다. 평가 영역(A5)에는, 중앙 영역(A51), 주연 영역(A53), 근접 영역(A52)이 포함되어 있다. 이들 각종 영역의 정의에 대해서는, 도 6에 나타낸 화상(P)과 동일하다.
화상(P1, P2)을 비교하면, 핀트가 맞는 화상(P1)에서는, 중앙 영역(A31)이 화상(P2)의 중앙 영역(A51)보다도 넓어지며, 근접 영역(A32)이 화상(P2)의 근접 영역(A52)보다도 좁아진다. 화상(P1, P2)에 있어서의 계조 분포를 비교하면, 도 7의 그래프에 나타내는 바와 같이, 화상(P1)에 있어서의 계조 분포의 곡선은, 화상(P2)에 있어서의 계조 분포 곡선과 교차하고 있다. 흡수부(Q21)의 실제의 윤곽 부근에 대하여, 그 내측과 외측에서 대칭적으로 광학상이 흐릿해진다고 생각되기 때문에, 2개의 곡선의 교점은, 흡수부(Q21)의 실제의 윤곽의 위치에 대응하고 있다고 생각된다. 따라서, 2개의 곡선의 교점에 있어서의 계조를 문턱값으로 함으로써, 흡수부(Q21)의 실제의 윤곽을 고정밀도로 구할 수 있다.
2개의 곡선의 교점에 있어서의 계조는, 계조1과 계조2와의 거의 평균값이 되는 경우가 많다. 따라서, 도 6에 나타낸 해석 처리와 같이 계조1과 계조2와의 평균값을 문턱값으로 하면, 간단히 문턱값을 설정할 수 있음과 아울러 핀트의 어긋남 등에 영향받는 일 없이 적확한 문턱값을 설정할 수 있다.
또한, 2개의 곡선의 교점에 있어서의 계조를 문턱값으로 하는 방법 외에, 계 조 분포의 곡선의 근사식을 구하고, 2개의 곡선의 교점을 구함으로써, 흡수부(Q21)의 윤곽상에 위치하는 점의 화상 상에서의 좌표를 구할 수 있다. 이러한 점을 다수 구하여, 얻어진 점군을 통과하는 곡선을 구함으로써, 흡수부(Q21)의 윤곽을 나타내는 곡선이 구해진다. 이에 따라, 윤곽으로 둘러싸이는 영역의 면적을 구할 수 있어, 면적을 평가할 수 있다.
이상과 같은 각종 방법에 의해, 흡수부(Q21)의 면적에 비례하는 양(화소수)을 구할 수 있어, 흡수부(Q21)의 면적을 평가할 수 있다. 또한, 예를 들면 치수를 이미 알고 있는 물체를 촬상하여, 화소 사이즈와 실제의 치수와의 대응 관계를 조사함으로써, 흡수부(Q21)의 면적을 구하는 것도 가능하다. 또한, 흡수부(Q21)의 면적에, 흡수부(Q21)의 두께, 즉 수리층(21)의 두께를 곱함으로써 흡수부(Q21)의 체적을 구할 수도 있다, 흡수부(Q21)의 조성은 이미 알고 있기 때문에, 흡수부(Q21)의 체적으로부터 액상체(Q1)의 체적을 구할 수 있어, 액적 토출 장치의 토출량을 구할 수도 있다.
흡수부(Q21)에 대응하는 화소수, 흡수부(Q21)의 면적, 흡수부(Q21)의 체적은, 모두 토출량과 비례 관계에 있다. 따라서, 이들 양 중 어느 것을 이용해도 토출량의 상대 평가를 행하는 것이 가능하다. 예를 들면, 복수의 토출 유닛(U)의 각각에 대해서 흡수부(Q21)에 대응하는 화소수를 구해, 복수의 토출 유닛(U)에서 화소수의 평균값을 구한다. 이 평균값으로 토출 유닛(U)에 대응하는 화소수를 규격화함으로써, 복수의 토출 유닛(U)의 상대적인 토출량을 평가할 수 있다. 상대적인 토출량을 이용하여, 토출량이 평균값과 다른 토출 유닛에 있어서, 구동 전압 파형 이나 토출 횟수 등의 조건을 조정함으로써, 복수의 토출 유닛(U)에서 토출량을 균일하게 할 수 있다. 이하에, 토출량을 균일하게 하는 방법의 일 예를 설명한다.
도 8( a)∼(c)는, 토출량을 균일하게 하는 방법의 일 예를 나타내는 설명도로서, 도 8(a)는, 1개의 액적 토출 헤드에 있어서 복수의 토출 유닛의 토출량의 분포의 일 예를 나타내는 그래프이고, 도 8(b)는, 구동 전압 파형의 일 예를 나타내는 그래프이고, 도 8(c)는, 토출량의 보정 전후에서 토출량 분포의 비교를 나타내는 그래프이다.
도 8( a), (c)에 있어서, 횡축은 토출 유닛 번호를 나타내고 있으며, 종축은 토출량을 나타내고 있다. 여기에서 설명하는 액적 토출 헤드는, 180개의 토출 유닛(U1∼U180)을 구비한 것으로, 일렬로 늘어서 배치되어 있다. 토출 유닛 번호는, 토출 유닛에 열의 끝에 배치된 것부터 순서대로 번호를 붙인 것이다. 각 토출 유닛의 토출량은, 상기의 평가 방법에 의해 얻어진 데이터이다. 여기에서는, 흡수부(Q21)에 대응하는 화상에 있어서 흡수부(Q21)의 윤곽 내에 배치된 화소수에 대해서, 복수의 토출 유닛에서 평균값을 구하고, 이 평균값으로 각 토출 유닛에 대응하는 화소수를 규격화한 것이다. 토출 유닛의 토출량은, 이산적(離散的; discrete)인 데이터이지만, 도 8(a), (c)에는 이산적인 데이터를 평활선으로 연결하여 나타내고 있다.
도 8(a)에 나타내는 바와 같이, 열의 끝에 배치된 토출 유닛일수록 토출량이 커지고 있어, 토출량의 분포는 U자형으로 되어 있다. 액적 토출 헤드에 따라서는, 토출량의 분포가 W자형이 되는 경우도 있다. 도 8(a)에 도시하지 않았지만 열 형상으로 배치된 토출 유닛(U1∼U180) 중 양단측에 배치된 것은, 중앙측에 배치된 것보다도 토출량이 매우 커져 있다. 여기에서는, 토출량의 균일화를 도모하는 관점에서, 양단측에 배치된 토출 유닛(U1∼U10, U171∼U180)을 사용하지 않기로 한다.
토출 유닛(U11∼U170)의 토출량을 균일하게 하는 데는, 우선, 토출량의 최소값으로부터 최대값까지의 범위를 4분할한다. 분할의 수법으로서는, 각각의 범위에 있어서의 토출량의 폭이 균등하게 되도록 분할하는 수법이나, 각각의 범위에 포함되는 토출 유닛의 수가 균등하게 되도록 분할하는 수법 등을 들 수 있다. 여기에서는, 토출량의 폭이 균등하게 되도록 범위를 분할하여, 그 값이 작은 순으로 레인지1, 레인지2, 레인지3, 레인지4로 한다.
다음으로, 레인지1에 포함되는 토출량의 토출 유닛을 그룹(G1), 레인지2에 포함되는 토출량의 토출 유닛을 그룹(G2)으로 하고, 이하를 동일하게 하여 토출 유닛(U11∼U170)을 그룹(G1∼G4)으로 분할한다. 그리고, 그룹(G1∼G4)마다 구동 신호(COM1∼COM4)를 설정한다(도 3 참조). 구동 신호(COM1∼COM4)는, 예를 들면 도 8(b)에 나타내는 바와 같은 전압 파형이다.
여기에서는, 토출 유닛의 압전 소자에 인가하는 전압에 대한 토출량의 관계식에 기초하여, 소정의 토출량이 되는 전압(보정 구동 전압)을 산출한다. 보정 구동 전압을 구하는 식은, 예를 들면 하기의 식 (1)로 나타낸다. 식 (1)에 있어서 V0은 보정 전의 인가 전압이며, K는 미리 시험 등으로 구한 계수이다. 또한, 식 (1)에 있어서, 「그룹의 중심 중량」이라는 통계값을,「각 그룹 내에 있어서의 토출 유닛의 평균 중량」이라는 통계값으로 바꾸어도 좋다. 토출량이 많은 그룹용(예를 들면 그룹(G4))으로는 전압이 낮은 구동 신호(예를 들면 COM4)가 설정되고, 토출량이 적은 그룹용(예를 들면 그룹(G1))으로는, 전압이 높은 구동 신호(예를 들면 COM1)가 설정된다. 이에 따라 토출량의 균일화가 도모된다.
보정 구동 전압＝V0－K·(레인지의 중심 중량－적정 중량) ‥‥(1)
도 8(c)는, 소정의 구동 신호에 의한 토출량(보정 전)의 분포 및, 구동 신호(COM1∼COM4)에 의한 토출량(보정 후)의 분포의 비교를 나타내는 그래프이다. 도 8(c)에 나타내는 바와 같이, 보정 전과 비교해 보정 후는, 액적 토출 헤드 전체로서의 토출량의 불균일이 현격히 저감된다. 이와 같이 토출량을 보정한 액적 토출 헤드를 컬러 필터의 형성에 이용하면, 균일한 막두께의 컬러 필터를 형성할 수 있어, 막두께 분균일에 의해 줄무늬 얼룩 등이 발생되는 것이 방지된다.
이상과 같은, 액적 토출 장치의 토출량 평가 방법에 있어서는, 수리층에 퍼진 흡수부의 면적에 의해 토출량을 평가하기 때문에, 2차원적인 계측에 의해 평가를 행할 수 있다. 따라서, 3차원 계측에 의해 형상을 측정하는 경우에 비교해 계측의 수고를 현격히 줄일 수 있어, 효율 좋게 토출량을 평가할 수 있다.
또한, 흡수부를 촬상한 화상을 이용하여 흡수부의 면적을 평가하고 있으며, 핀트의 영향이나 광학계의 영향 등을 배제하여 흡수부의 면적을 평가하고 있기 때문에, 토출량을 고정밀도로 평가할 수 있다. 또한, 흡수부마다 문턱값을 설정하고, 이 문턱값에 의해 면적을 평가함으로써, 조명광의 조도 불균일의 영향을 제거 할 수 있어, 토출량을 고정밀도로 평가할 수 있다.
또한, 토출된 액상체를 건조시킬 필요가 없기 때문에 건조 시간을 줄일 수 있음과 아울러, 액상체를 건조시키는 것에 의한 평가 정밀도의 저하를 회피할 수 있어, 토출량을 고정밀도로 그리고 고효율로 평가할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 액적 토출 장치에 있어서 토출 유닛으로부터 토출되는 액상체의 양을 고정밀도로 평가할 수 있어, 복수의 토출 유닛에서 토출량을 일치시키는 것이 가능해 진다. 액적 토출 장치의 제조 시에, 복수의 토출 유닛의 특성이 균일해지도록 토출 유닛을 형성하려고 하면, 매우 고도의 가공 기술이 필요해져 제조 비용이 높아지거나 액적 토출 장치의 수율이 저하되어 버린다. 한편으로, 어느 정도의 제조 오차를 용인하면서, 제조된 액적 토출 장치에 대하여 상기와 같은 토출량의 보정을 행하면, 저비용이면서 토출량이 현격히 균일한 액적 토출 장치가 얻어진다.
또한, 복수의 토출 유닛에서의 토출량의 불균일은, 토출 유닛의 배치 위치나 듀티(duty)(가동률) 등에도 기인하고 있기 때문에, 균일한 특성의 토출 유닛이어도 토출량의 불균일을 일으키는 경우가 있다. 이러한 토출량의 불균일을 저감시키는 관점에서도, 제어 방법 등의 소프트 면에서 토출량을 보정하는 것은 매우 유효하다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 액상체로서 고체 성분을 분산매에 분산시킨 분산액을 이용한 예를 설명했지만, 액상체로서, 고체 성분을 용매에 용해시킨 용액을 이용해도 좋고, 액상체로서, 고체 성분을 분산매에 분산시킨 분산액과, 이 고체 성 분과 동일 혹은 별도의 고체 성분을 용매에 용해시킨 용액과의 혼합액을 이용해도 좋다. 이러한 액상체를 이용하는 경우라도, 본 발명에 의해 고정밀도로 그리고 고효율로 토출량을 평가하는 것이 가능하다.
또한, 수리층은, 액상체에 포함되는 성분 중의 용매와 분산매의 적어도 한쪽을 흡수하는 것이면 좋다. 예를 들면, 액상체로서 용액과 분산액과의 혼합액을 이용함과 아울러, 수리층으로서 용매를 흡수하고, 그리고 분산매를 흡수하지 않는 것도 이용할 수도 있다. 이 경우에는, 수리층 중의 용매를 흡수한 흡수부의 면적을 평가할 수 있으면 된다. 예를 들면, 수리층상에 퍼진 분산매를 통과한 빛에 의해 흡수부를 촬상 가능하면, 그 화상을 이용하여 평가할 수 있다.
또한, 분산매를 통하여 흡수부를 촬상한 화상에 의해 면적을 평가하는 것이 어려운 경우에는, 수리층 상에 퍼지는 분산매를 평면에서 본 분산매의 외측에, 흡수부의 윤곽 전체가 배치되도록, 흡수부의 면적을 크게 하면 좋다. 구체적으로는, 수리층을 얇게 할수록 흡수부의 면적이 커지기 때문에, 흡수부의 면적을 평가 가능한 정도까지 수리층의 두께를 조정하면 좋다. 이 경우에는, 분산매로부터 흡수부가 여유(margin)를 갖고 튀어나오도록 수리층의 두께를 설정하고, 튀어나온 부분의 계조를 이용하여 문턱값을 정하는 것이나, 핀트를 다르게 한 복수의 화상을 이용하는 것 등에 의해 면적을 평가할 수 있다.
또한, 시험편의 소정 영역에, 복수 횟수의 토출 동작에 의해 복수 방울의 액상체를 배치하고, 배치된 액상체의 총량을 액적수로 나눔으로써, 토출량의 평균값을 구할 수도 있다.
도 1은 액적 토출 헤드를 구비한 성막 장치의 구성예를 나타내는 개략 사시도이다.
도 2(a)는 액적 토출 헤드의 평면도이며, 도 2(b)는 도 2(a)의 단면도이다.
도 3은 제어계의 회로 구성을 나타내는 모식도(schematic diagram)이다.
도 4(a)는 평가 장치 및 시험편의 구성도이며, 도 4(b)는 시험편의 확대도이다.
도 5(a)∼(c)는 토출량 평가 방법을 나타내는 공정도이다.
도 6(a)는 화상예의 모식도이며, 도 6(b)는 해석 방법의 설명도이다.
도 7은 도 6(b)와 다른 해석 방법의 설명도이다.
도 8(a)∼(c)는, 토출량을 균일하게 하는 방법의 일 예를 나타내는 설명도이다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
1 : 성막 장치
2 : 시험편
12 : 액적 토출 헤드(액적 토출 장치)
17 : 평가 장치
171 : CCD 카메라(촬상부)
172 : 광학계
173 : 조명부
174 : 제어부
175 : 기억부
21 : 수리층(receiving layer)
22 : 베이스층
121 : 노즐 플레이트
122 : 저류실
123 : 공급로
124 : 리저버(reservoir)
125 : 노즐
127 : 유로 형성 기판
128 : 진동판
129 : 압전 구동 소자
U : 토출 유닛
Q1 : 토출된 액상체
Q2 : 배치된 액상체
Q12 : 흡수부

Claims (8)

  1. 용질을 용매에 용해시킨 용액과 분산질(dispersoid)을 분산매에 분산시킨 분산액의 적어도 한쪽을 포함한 액상체를 토출하는 액적 토출 장치에 있어서, 토출되는 액상체의 토출량을 평가하는 방법으로서,
    상기 액상체에 포함되는 성분 중의 상기 용매와 상기 분산매의 적어도 한쪽을 흡수하는 수리층(receiving layer)과, 이 수리층에 맞닿아 형성되며 상기 액상체에 포함되는 성분 중의 상기 수리층에 흡수되는 흡수 성분을 흡수하지 않는 베이스층을 갖는 시험편의 상기 수리층에, 상기 액상체를 상기 액적 토출 장치에 의해 토출하는 토출 공정과,
    상기 흡수 성분이 상기 수리층에 퍼진 흡수부의 면적을 평가하고, 이 평가 결과에 기초하여 상기 액상체의 토출량을 평가하는 평가 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치의 토출량 평가 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 평가 공정에서는, 상기 흡수부의 화상을 촬상하는 촬상 처리와, 상기 화상을 해석하는 해석 처리를 행함으로써, 상기 면적을 평가하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치의 토출량 평가 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 해석 처리에서는, 상기 화상에 있어서의 상기 흡수부의 계조(gradation)와, 상기 화상에 있어서의 상기 흡수부의 주변부의 계조를 이용하여 문턱값을 설정하고, 이 문턱값에 의해 상기 흡수부의 윤곽을 검출하여 상기 면적을 평가하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치의 토출량 평가 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 해석 처리에서는, 상기 흡수부의 계조로서 상기 화상에 있어서의 상기 흡수부의 주연부(rim)를 제외한 부분의 계조를 이용함과 아울러, 상기 주변부의 계조로서 상기 화상에 있어서의 상기 흡수부의 근접부를 제외한 부분의 계조를 이용하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치의 토출량 평가 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 해석 처리에서는, 상기 화상에 있어서 계조가 변화하는 부분을 제거하고, 상기 흡수부의 계조와 상기 주변부의 계조를 구하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치의 토출량 평가 방법.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 공정에서는, 초점 거리를 다르게 하여 복수 횟수의 상기 촬상 처리를 행함과 아울러, 상기 해석 처리에서는, 상기 복수 횟수의 촬상 처리에 의해 얻어진 복수의 화상을 이용하여 상기 문턱값을 설정하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치의 토출량 평가 방법.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 해석 처리에서는, 상기 흡수부의 계조와 상기 주변부의 계조와의 평균값을 상기 문턱값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치의 토출량 평가 방법.
  8. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 해석 처리에서는, 상기 문턱값의 소수점 이하를 올린 정수를 제1 문턱값으로 하여 상기 면적을 제1 가(假)평가함과 아울러, 상기 문턱값의 소수점 이하를 버린 정수를 제2 문턱값으로 하여 상기 면적을 제2 가평가하여,
    상기 제1 가평가에 의해 상기 면적을 평가한 값을 상기 문턱값과 상기 제1 문턱값과의 차이에 반비례하여 가중치를 부여함과 아울러, 상기 제2 가평가에 의해 상기 면적을 평가한 값을 상기 문턱값과 상기 제2 문턱값과의 차이에 반비례하여 가중치를 부여함으로써 상기 면적을 평가하는 것을 특징으로 하는 액적 토출 장치의 토출량 평가 방법.
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