KR20240037827A - 액체 토출장치, 액체 토출장치의 제어방법, 기판 처리장치, 및 물품 제조방법 - Google Patents

액체 토출장치, 액체 토출장치의 제어방법, 기판 처리장치, 및 물품 제조방법 Download PDF

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마사히로 쿠리
테츠야 야마모토
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캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

액체의 토출구가 설치된 면을 클리닝할 때의 액체 소비량의 저감에 유리한 기술을 제공한다. 액체 토출장치는, 액체를 토출하는 토출구가 설치된 면과, 액체를 저류하는 저류부와, 상기 토출구로부터 상기 저류부에 연통하는 유로를 갖는 토출 헤드와, 상기 저류부 내의 압력을 제어하는 제어부와, 흡인구를 상기 면을 따라 이동시키면서, 상기 면에 부착된 액체를 상기 흡인구로부터 흡인함으로써, 상기 면의 클리닝 처리를 행하는 클리닝부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 클리닝 처리에 있어서, 상기 흡인구의 흡인력에 의해 상기 유로 내의 액체에 작용하는 제1 힘에 근거하여, 상기 유로 내에 형성되는 액체 표면의 위치를 상기 유로 내에 유지시키도록 상기 저류부 내의 압력을 제어한다.

Description

액체 토출장치, 액체 토출장치의 제어방법, 기판 처리장치, 및 물품 제조방법{LIQUID DISCHARGE APPARATUS, METHOD OF CONTROLLING LIQUID DISCHARGE APPARATUS, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, AND ARTICLE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 액체 토출장치, 액체 토출장치의 제어방법, 기판 처리장치, 및 물품 제조방법에 관한 것이다.
최근, 다양한 기능 소자를 제조할 때에, 잉크젯 장치를 사용해서 기능 소자의 재료를 기판 위에 부여해서 패턴을 형성하는 것(패터닝)이 시도되고 있다. 잉크젯 장치를 사용한 패터닝은, 온디맨드 패터닝이 가능하기 때문에 재료의 사용 효율이 높은 것, 비진공 프로세스로서 제조장치가 비교적 소형으로 되는 것, 대면적을 고속으로 도포할 수 있는 것 등의 장점을 갖고 있다.
상기한 잉크젯 장치에서는, 도트 패턴 형성중이나 대기중에, 잉크(액체)의 토출구의 근방에 이물질이나 액체 방울이 부착하거나, 이 토출구로부터 기포가 유입함으로써, 토출 불량이나 품위의 혼란이라고 하는 결함이 발생하는 일이 있다. 이와 같은 결함을 해결하기 위해, 특허문헌 1에는, 흡인 노즐(흡인구)을 토출구 면으로부터 이격된 상태에서 토출구 면을 따라 이동시켜, 토출구 면에 잔류한 잉크를 흡인 제거함으로써, 토출구 면을 클리닝하는 기술이 기재되어 있다.
일본국 특개 2020-110802호 공보
특허문헌 1에 기재된 토출구 면의 클리닝에서는, 토출구 면에 잔류한 잉크와 함께, 토출구 내의 잉크도 흡인 노즐에 흡입되는 일이 있다. 이 경우, 해당 클리닝에 있어서의 잉크의 소비량이 증가할 수 있다.
따라서, 본 발명은, 액체의 토출구가 설치된 면을 클리닝할 때의 액체 소비량의 저감에 유리한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면으로서의 액체 토출장치는, 액체를 토출하는 토출구가 설치된 면과, 액체를 저류하는 저류부와, 상기 토출구로부터 상기 저류부에 연통하는 유로를 갖는 토출 헤드와, 상기 저류부 내의 압력을 제어하는 제어부와, 흡인구를 상기 면을 따라 이동시키면서, 상기 면에 부착된 액체를 상기 흡인구로부터 흡인함으로써, 상기 면의 클리닝 처리를 행하는 클리닝부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 클리닝 처리에 있어서, 상기 흡인구의 흡인력에 의해 상기 유로 내의 액체에 작용하는 제1 힘에 근거하여, 상기 유로 내에 형성되는 액체 표면의 위치를 상기 유로 내에 유지시키도록 상기 저류부 내의 압력을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명이 또 다른 목적 또는 기타 측면은, 이하, 첨부도면을 참조해서 설명되는 바람직한 실시형태에 의해 명확해질 것이다.
본 발명에 따르면, 예를 들면, 액체의 토출구가 설치된 면을 클리닝 할 때의 액체 소비량의 저감에 유리한 기술을 제공할 수 있다.
도1은 잉크젯 장치의 구성예를 도시한 도면(토출처리).
도2는 잉크젯 장치의 구성예를 도시한 도면(클리닝 처리).
도3은 토출 헤드의 구성예를 도시한 도면.
도4는 클리닝 처리에 있어서의 토출 헤드의 일부와 흡인 노즐의 일부를 도시한 도면.
도5는 토출 헤드의 토출면의 클리닝 처리를 행하고 있는 상태를 도시한 도면.
도6은 잉크젯 장치의 동작 시퀀스를 나타낸 플로우차트.
도7은 기능 소자의 재료의 도포의 예를 나타낸 모식도.
이하, 첨부도면을 참조해서 실시형태를 상세히 설명한다. 이때, 이하의 실시형태는 청구범위에 관한 발명을 한정하는 것은 아니다. 실시형태에는 복수의 특징이 기재되어 있지만, 이들 복수의 특징의 모두가 발명에 필수적인 것은 아니고, 또한, 복수의 특징은 임의로 조합되어도 된다. 더구나, 첨부도면에 있어서는, 동일 혹은 유사한 구성에 동일한 참조번호를 붙이고, 중복한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 일 실시형태의 잉크젯 장치(1)(기판 처리장치)의 구성예 및 동작 원리에 대해서, 도1∼도2를 참조하면서 설명한다. 도1 및 도2는, 디스플레이용 패널이나 반도체용이라고 하는 기판을 처리하는 기판 처리장치로서의 잉크젯 장치(1)의 구성예를 도시한 도면이다. 도1은, 기판(2) 위에의 잉크의 토출처리를 행하고 있는 상태를 나타내고 있고, 도2는, 토출 헤드(5)의 토출면(20)의 클리닝 처리를 행하고 있는 상태를 나타내고 있다. 명세서 및 도면에서는, 도1 및 도2에 나타낸 것과 같이, 기판(2)이 배치되는 면과 평행한 면을 XY 평면으로고 하는 XYZ 좌표계에 있어서 방향을 나타낸다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 압력은, 게이지 압력일 수 있다.
본 실시형태의 잉크젯 장치(1)는, 기능 소자의 재료를 기판 위에 부여해서 패턴이나 막을 형성하는 장치다. 잉크젯 장치(1)는, 예를 들면, 표시 패널로서의 기판(2)을 유지해서 이동하는 기판 스테이지(3)를 구비한다. 기판(2)은, 제조하려고 하는 대상 제품에 의해, 글래스 기판 혹은 플라스틱 기판 등으로부터 적절히 선택된 것일 수 있다. 기판(2)은, 전형적으로는 판 형상의 부재이지만, 기판으로서 기능할 수 있는 것인 한, 특정한 형상에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 기판(2)은, 변형가능한 필름이어도 되고, 원 형상의 기판을 사용해도 된다. 기판 스테이지(3) 위의 기판(2)은, 잉크를 공급(도포)해서 다수의 표시 화소를 배열 형성하기 위한 화소 에어리어(201)와, 잉크의 상태를 평가하기 위해 잉크가 시험적으로 토출되는 평가 에어리어(202)를 갖는다. 이때, 본 명세서에 있어서, 「잉크」란, 기판(2) 위에 패턴이나 막을 형성하기 위해 사용되는 액체를 말한다. 본 명세서에서는 잉크의 성분에 대해서는 특별하게 한정은 없지만, 예를 들면, 유기막을 형성하기 위한 용질과 용매를 포함하는 액체를 사용할 수 있다.
잉크젯 장치(1)는, 잉크 액체 방울(4)을 기판(2)을 향해서 토출 가능한 토출 헤드(5)와, 잉크 탱크(7)로부터 토출 헤드(5)에 잉크를 공급하는 잉크 공급계(6)와, 토출 헤드(5)의 내부의 압력을 제어하는 압력 제어부(12)(제어부)를 구비한다. 잉크 탱크(7)는, 잉크를 저장하는 탱크이며, 잉크젯 장치(1)의 내부에 배치되어 있어도 되고, 잉크젯 장치(1)의 외부에 배치되어 있어도 된다. 또한, 잉크젯 장치(1)는, 기판(2) 위에의 패터닝을 제어하는 주 제어부(11)와, 토출 헤드(5)의 토출 특성을 회복시키기 위해 토출 헤드(5)의 클리닝 처리를 행하는 클리닝부(8)를 구비한다. 토출 헤드(5), 압력 제어부(12) 및 클리닝부(8)는, 잉크(액체)를 토출하는 액체 토출장치를 구성하는 것으로서 이해되어도 된다.
여기에서, 기판(2)이 기판 스테이지(3)에 탑재될 때에, 위치 오차가 발생할 수 있다. 또한, 기판(2)이 다양한 제조 프로세스를 거침으로써, 기판(2)에는 XY 방향으로 형상 변형이 발생할 수 있다. 그 때문에, 잉크젯 장치(1)는, 기판(2)의 위치와 기판(2)의 변형량을 계측하는 얼라인먼트 스코프(9)를 구비할 수 있다. 기판(2)의 전체면에 대해 얼라인먼트 계측을 행하기 위해, 얼라인먼트 스코프(9)와 기판 스테이지(3)가 XY 방향으로 구동된다. 또한, 기판 스테이지(3)에 탑재되는 기판(2)에는 두께 격차가 있다. 그 때문에, 기판 스테이지(3)를 Y 방향으로 주사하면서 토출 헤드(5)로 잉크를 토출하면, 기판(2)의 두께 격차에 기인해서 잉크 액체 방울의 기판(2)에의 착탄 위치(부착 위치)에 격차가 발생할 수 있다. 따라서, 잉크젯 장치(1)는, 기판(2)의 Z 방향의 위치(높이)를 계측하는 높이 센서(10)도 구비할 수 있다. 기판(2)의 전체면에 대해 높이 계측을 행하기 위해, 높이 센서(10)와 기판 스테이지(3)가 XY 방향으로 상대 구동된다. 즉, 높이 센서(10) 및/또는 기판 스테이지(3)가 XY 방향으로 구동된다. 이때, 얼라인먼트 스코프(9) 및 높이 센서(10)는, 도1에만 도시하고 있어, 도2에서는 도시를 생략하고 있다.
주 제어부(11)는, 잉크젯 장치(1)의 각 부를 제어해서 기판(2) 위에의 패터닝을 총괄한다. 주 제어부(11)는, CPU(Central Processing Unit) 등의 프로세서 및 메모리 등의 기억부를 갖는 컴퓨터로 구성될 수 있다. 주 제어부(11)는, 예를 들면, FPGA(Field Programmable Gate Array의 약자) 등의 PLD(Programmable Logic Device의 약자), 또는, ASIC(Application Specific Integrated Circuit의 약자), 또는, 프로그램이 끼워넣어진 범용 컴퓨터, 또는, 이들의 전부 또는 일부의 조합으로 구성되어도 된다.
다음에, 토출 헤드(5)(토출부)의 구성예에 대해 설명한다. 도1 및 도2에서는, 1개의 토출 헤드(5)를 구비한 잉크젯 장치(1)의 구성예가 도시되어 있지만, 토출 헤드(5)는, 예를 들면, X방향 및 Y방향으로 각각 복수 배열될 수 있다. 잉크젯 장치(1)에서는, 복수의 토출 헤드(5)의 각각에 있어서의 잉크 액체 방울의 토출을 개별적으로 제어함으로써, 기판(2) 위의 화소 에어리어(201)에 원하는 분포의 잉크를 공급(도포)할 수 있다. 도3에는, 1개의 토출 헤드(5)의 구성예가 도시되어 있다. 도3은, 도1 및 도2의 토출 헤드(5)를 확대한 도면이다. 토출 헤드(5)는, 잉크를 토출하는 적어도 1개의 토출구(5a)(토출 구멍)와, 잉크 공급계(6)를 통해 잉크 탱크(7)로부터 공급된 잉크를 저류하는 저류부(5b)와, 토출구(5a)로부터 저류부(5b)에 연통하는 유로(5c)를 갖는다. 본 실시형태에서는, 토출구(5a)는, 기판(2)에 대향하는 면(20)에 복수 설치되어 있다. 이때, 이하에서는, 기판(2)에 대향하는 면(20)을 「토출면(20)」으로 표기하는 일이 있다.
1개의 토출구(5a)와 그것에 연통하는 1개의 유로(5c)로 이루어진 세트는, 잉크를 토출하는 1개의 토출 노즐(19)(토출 소자)을 구성한다. 즉, 본 실시형태의 토출 헤드(5)는, 복수의 토출 노즐(19)을 구비하고 있다. 각 토출 노즐(19)은, 압전 소자(토출 에너지 발생 소자, 피에조 액추에이터)를 유로(5c)에 갖고 있고, 주 제어부(11)로부터 공급된 구동신호에 따라 압전 소자가 작동함으로써, 토출구(5a)로부터 잉크 액체 방울(4)을 토출할 수 있다. 본 실시형태에서는, 1개의 저류부(5b)에 대해 복수의 노즐(19)(토출구(5a), 유로(5c))이 설치되어 있다.
또한, 유로(5c)의 내부(유로 내)에 형성되는 잉크의 액체 표면의 위치 및 형상은, 압력 제어부(12)에 의해 제어된다. 압력 제어부(12)는, 예를 들면, 잉크 탱크(7)와 토출 헤드(5)의 저류부(5b) 사이에서 잉크의 이송을 행하는 펌프 등으로 구성될 수 있다. 압력 제어부(12)는, 각 토출 노즐(19)에 있어서의 잉크의 액체 표면의 위치가 유로(5c) 내에 유지되고, 또한, 이 액체 표면의 형상이 메니스커스 형상이 되도록, 토출 헤드(5)의 저류부(5b)의 내부(저류부 내)에 있어서의 잉크의 압력을 제어할 수 있다. 예를 들면, 통상 상태에 있어서, 압력 제어부(12)는, 토출 헤드(5)의 저류부(5b) 내의 압력을, 토출구(5a)의 외부 압력(대기압)과 중력의 합계에 대한 균형을 유지하도록, 외부 압력(대기압)보다도 낮은 압력(부압)으로 제어한다. 일례로서, 압력 제어부(12)는, 통상 상태에 있어서, 유로(5c)의 하단부에서 잉크의 액체 표면이 메니스커스를 형성하도록, 저류부(5b)의 압력을 대기압보다도 0.3∼0.5kPa만큼 낮은 압력(부압)으로 제어할 수 있다. 이와 같은 부압 제어에 의해, 유로(5c) 내의 잉크는, 유로(5c)의 하단부(최하단부), 즉, 토출구(5a)의 근방에서 잉크의 액체 표면이 메니스커스를 형성해서 토출에 적합한 상태가 된다. 그 결과, 의도하지 않은 타이밍에 잉크가 토출구(5a)로부터 누출하는 것을 억제할 수 있다. 이때, 통상 상태는, 후술하는 클리닝 처리를 행하지 않고 있는 상태이며, 일례로서, 기판(2) 위에의 잉크의 토출처리를 행하고 있는 상태일 수 있다.
한편, 토출 헤드(5)에서는, 잉크의 토출중이나 대기중에, 토출구(5a)의 근방에 이물질이나 액체 방울이 부착되거나, 토출구(5a)로부터 토출 헤드(5)의 내부에 기포가 유입하여, 토출 불량이나 품위의 혼란이라고 하는 결함이 발생하는 일이 있다. 이 경우, 압력 제어부(12)는, 토출 헤드(5)의 저류부(5b) 내의 압력을 외부 압력(대기압)보다도 높은 압력으로 제어한다. 일례로서, 압력 제어부(12)는, 대기압보다도 5∼50kPa만큼 높은 압력(정압)이 되도록, 저류부(5b) 내의 압력을 제어할 수 있다. 이와 같은 정압 제어에 의해, 토출구(5a)로부터 이물질이나 기포를 잉크와 함께 토출 헤드(5)의 외부로 배출할 수 있다.(가압 배출 처리).
그런데, 전술한 가압 배출 처리를 행하면, 도2에 나타낸 것과 같이, 각 토출구(5a)로부터 배출된 잉크의 잔액(16)이 토출면(20)에 부착되는 일이 있다. 토출면(20)에의 잉크의 잔액(16)의 부착은, 각 토출구(5a)로부터 기판(2) 위에의 잉크의 토출처리를 행한 경우에도 생기는 일이 있다. 그 때문에, 본 실시형태의 잉크젯 장치(1)(액체 토출장치)는, 클리닝부(8)(회복 유닛)를 구비하고 있고, 이 클리닝부(8)를 사용해서 토출 헤드(5)(토출면(20))의 클리닝 처리를 행한다. 클리닝 처리는, 주 제어부(11)의 제어 하, 클리닝부(8)를 토출 헤드(5)의 아래쪽에 배치한 상태에서 행해질 수 있다. 이때, 기판 스테이지(3)는, 토출 헤드(5)의 아래쪽으로부터 후퇴피한 위치에 배치될 수 있다. 이때, 본 실시형태의 잉크젯 장치(1)는, 토출 헤드(5)의 아래쪽에 클리닝부(8)를 구동하도록 구성되어 있지만, 클리닝부(8)의 윗쪽에 토출 헤드(5)를 구동하는 구성이어도 된다.
클리닝부(8)는, 도2에 나타낸 것과 같이, 흡인구(13a)(흡인 구멍)를 갖는 흡인 노즐(13)과, 흡인 노즐(13)을 XY 방향(수평 방향)으로 구동하는 XY 구동기구(15)와, 흡인 노즐(13)을 Z 방향(수직 방향)으로 구동하는 Z 구동기구(21)를 구비할 수 있다. 흡인 노즐(13)은, 흡인구(13a)가 토출 헤드(5)의 토출면(20)에 부분적으로 대향하도록 구성된다. 흡인구(13a)는, 본 실시형태에서는 흡인 노즐(13)의 상부면(23)에 설치되어 있고, 이 상부면(23)을 이하에서는 「흡인면(23)」으로 표기하는 일이 있다.
또한, 클리닝부(8)는, 흡인구(13a)로부터의 흡인의 유량 Q를 제어하는 유량 제어부(14)와, 흡인 노즐(13)의 구동을 제어하는 구동 제어부(24)와, 흡인 노즐(13)(흡인구(13a))과 토출 헤드(5)의 토출면(20)의 간격 L을 계측하는 계측부(22)를 구비할 수 있다. 흡인구(13a)로부터의 흡인의 유량 Q는, 흡인 노즐(13)(흡인구(13a))에서 발생하는 흡인력으로 이해되어도 되고, 이하에서는 「흡인 유량 Q」로 표기하는 일이 있다. 구동 제어부(24)는, XY 구동기구(15)에 의한 흡인 노즐(13)의 구동 속도 V를 제어하는 속도 제어부, 및, Z 구동기구(21)에 의한 흡인 노즐(13)의 높이를 제어하는 높이 제어부로서의 기능을 포함할 수 있다. 구동 제어부(24)는, 주 제어부(11)의 일부로서 구성되어도 된다. 계측부(22)는, 예를 들면, 토출 헤드(5)의 토출면(20)의 높이 위치를 검출함으로써, 그 검출 결과에 근거하여, 계측부(22)와 흡인구(13a)(흡인면(23))의 위치 관계를 나타내는 기지의 정보로부터, 흡인 노즐(13)과 토출면(20)의 간격 L(거리)을 계측한다.
상기한 것과 같이 구성된 클리닝부(8)는, 클리닝 처리에 있어서, 흡인 노즐(13)(흡인구(13a))에 흡인력을 발생시키면서, 흡인 노즐(13)과 토출 헤드(5)의 토출면(20)을 이격시킨 상태에서 흡인 노즐(13)을 토출면(20)을 따라 이동시킨다. 클리닝 처리에 있어서의 흡인 유량 Q, 구동 속도 V 및 간격 L은, 사전에 설정된 목표값이 되도록 제어된다. 일례로서, 흡인 유량 Q의 목표값은 8L/min 이상, 구동 속도 V의 목표값은 20mm/s 이하, 간격 L의 목표값은 0.5mm 이하로 설정될 수 있다. 이와 같은 클리닝 처리에 의해, 토출 헤드(5)의 토출면(20)에 부착된 잉크의 잔액(16)을, 흡인 노즐(13)의 흡인구(13a)로부터 흡인할 수 있다. 즉, 토출 헤드(5)의 토출면(20)에 부착된 잉크의 잔액(16)을 저감(제거)하여, 토출 헤드(5)의 토출 이상을 저감할 수 있다.
여기에서, 전술한 클리닝 처리에서는, 토출 헤드(5)(각 토출 노즐(19)) 내의 잉크가, 토출 헤드(5)의 토출면(20)에 있어서의 잉크의 잔액(16)과 함께, 흡인 노즐(13)(흡인구(13a))에 흡입되는 일이 있다. 이 경우, 클리닝 처리에 있어서의 잉크의 소비량이 증가할 수 있기 때문에, 흡인 노즐(13)에 의한 토출 헤드(5) 내의 잉크의 흡입을 회피하는 것이 요망된다. 따라서, 본 실시형태의 압력 제어부(12)는, 클리닝 처리에 있어서, 흡인 노즐(13)의 흡인력에 의해 유로(5c) 내의 잉크에 작용하는 힘에 근거하여, 유로(5c)에 형성되는 잉크의 액체 표면의 위치를 이 유로(5c) 내에 유지시키도록 저류부(5b) 내의 압력을 제어한다. 이에 따라, 클리닝 처리에 있어서, 흡인 노즐(13)에 의한 토출 노즐(19) 내의 잉크의 흡입을 회피하여, 잉크의 소비량을 저감할 수 있다. 이하, 잉크의 소비량을 저감하기 위한 클리닝 처리의 제어 예에 대해 설명한다.
우선, 클리닝 처리에 있어서 토출 헤드(5)의 각 유로(5c) 내의 잉크(액체 표면)에 작용하는 힘 P1, P2, P3의 정의에 대해, 도4를 참조하면서 설명한다. 도4는, 클리닝 처리중에 있어서의 토출 헤드(5)의 일부와 흡인 노즐(13)의 일부를 나타내고 있다. 도4에서는, 유로(5c) 내의 잉크(액체 표면)에 작용하는 힘 P1, P2를 화살표에 의해 모식적으로 나타내고 있고, 이 화살표의 방향은, 힘 P1, P2가 작용하는 방향을 나타내고 있다.
힘 P1(제1 힘)은, 흡인 노즐(13)(흡인구(13a))의 흡인력에 의해 토출구(5a)로부터 흡인되도록 유로(5c) 내의 잉크(액체 표면)에 작용하는 힘(이하, 흡인력으로 표기하는 일이 있다)으로서 정의된다. 흡인력(힘 P1)은, 유량 제어부(14)에 의해 제어되는 흡인 유량 Q(흡인력)와, 구동 제어부(24)에 의해 제어되는 구동 속도 V와, 계측부(22)에 의해 계측되는 간격 L에 근거하여 산출될 수 있다. 예를 들면, 흡인 유량 Q, 구동 속도 V 및 간격 L에 대한 흡인력(힘 P1)의 관계를 나타낸 정보(계산식 등)가, 실험이나 시뮬레이션 등에 의해 사전에 생성되어 압력 제어부(12)에 기억된다. 압력 제어부(12)는, 이 정보에 근거하여, 흡인 유량 Q(흡인력), 구동 속도 V 및 간격 L로부터 흡인력(힘 P1)을 산출 할 수 있다.
힘 P2(제2 힘)는, 유로(5c) 내의 잉크(액체 표면)를 저류부(5b)의 방향(저류부측)으로 인입하는 힘(이하, 인입력으로 표기하는 일이 있다)으로서 정의된다. 환언하면, 힘 P2는, 유로(5c) 내의 잉크(액체 표면)에 작용하는, 저류부(5b)를 향하는 방향(+Z방향)의 힘으로서 정의된다. 본 실시형태의 경우, 압력 제어부(12)는, 흡인 노즐(13)이 토출구(5a)에 대향하고 있는 대향 상태(제2상태)에 있어서, 흡인력(힘 P1)과의 균형을 유지하기 위해, 인입력(힘 P2)이 통상 상태에 비해 증가하도록 저류부(5b) 내의 압력을 제어한다. 인입력(힘 P2)은, 사전에 설정된 계산식 등을 사용함으로써, 흡인력(힘 P1)에 근거하여 결정될 수 있다. 이때, 통상 상태는, 흡인 노즐(13)(흡인구(13a))이 토출구(5a)에 대향하고 있지 않는 비대향 상태(제1상태)이며, 예를 들면, 전술한 것과 같이, 클리닝 처리를 행하지 않고 있는 상태도 포함할 수 있다.
힘 P3은, 토출구(5a) 및 유로(5c)를 거쳐 저류부(5b) 내에 기포가 유입해 버리는 인입력(힘 P2)의 한계값(임계값)으로서 정의된다. 예를 들면, 대향 상태에 있어서 압력 제어부(12)에 의한 인입력(힘 P2)을 지나치게 증가하면, 잉크의 액체 표면이 유로(5c)의 상단부(최상단부)를 넘어버려, 토출구(5a) 및 유로(5c)를 거쳐 저류부(5b) 내에 기포가 유입할 수 있다. 힘 P3은, 이와 같은 기포의 유입이 발생하는 인입력(힘 P2)의 임계값으로서 정의되고, 실험이나 시뮬레이션 등에 의해 사전에 설정될 수 있다.
이하, 클리닝 처리를 행할 때의 압력 제어부(12)의 압력 제어 시퀀스에 대해, 전술한 힘 P1, P2, P3을 사용하여 설명한다. 도5는, 흡인 노즐(13)을 사용해서 토출면(20)의 클리닝 처리를 행하고 있는 상태를 도시한 도면이다. 여기에서, 본 실시형태에서는, 클리닝 처리전에, 전술한 가압 배출 처리가 행해질 수 있다. 가압 배출 처리는, 클리닝 처리의 일부로서 이해되어도 된다.
우선, 가압 배출 처리에 있어서의 압력 제어 시퀀스에 대해 설명한다. 가압 배출 처리에 있어서, 압력 제어부(12)는, 토출 헤드(5)의 저류부(5b) 내의 압력을 외부 압력(대기압)보다 높은 압력(정압)으로 제어하여, 각 토출 노즐(19)로부터 잉크를 토출시킨다. 가압 배출 처리가 종료하면, 압력 제어부(12)는, 외부 압력(대기압)과 중력의 합계에 대한 균형이 유지되고, 또한, 각 토출 노즐(19)(유로(5c)) 내에서 잉크의 액체 표면이 메니스커스를 형성하도록, 저류부(5b) 내의 압력을 외부 압력보다 낮은 압력으로 제어한다. 이때, 압력 제어부(12)는, 각 토출 노즐(19)에 있어서의 잉크의 인입력(힘 P2)이 임계값(힘 P3) 이하가 되도록, 즉, ｜P2｜<｜P3｜가 만족하도록, 저류부(5b) 내의 압력을 제어한다. 이와 같은 제어에 의해, 각 토출 노즐(19)(각 토출구(5a))로부터 잉크가 계속해서 누출하는 것, 및, 토출구(5a)와 유로(5c)를 거쳐 저류부(5b) 내에 기포가 유입하는 것을 회피할 수 있다.
다음에, 클리닝 처리에 있어서의 압력 제어 시퀀스에 대해 설명한다. 클리닝 처리는, 토출면(20)에 대해 흡인 노즐(13)(흡인구(13a))을 이동시키면서, 토출면(20)에 부착된 잉크의 잔액(16)을 흡인 노즐(13)로 흡인하는 처리다. 도5에 도시되는 클리닝 처리에서는, 토출면(20)에 대해 흡인 노즐(13)을 +Y방향으로 이동시키는 예를 나타내고 있다.
도5a는, 토출면(20) 중 흡인 노즐(13)(흡인구(13a))에 대향하는 영역에 토출 노즐(19)(토출구(5a))이 위치하고 있지 않은 상태, 즉, 토출 노즐(19)과 흡인 노즐(13)이 대향하고 있지 않은 통상 상태(제1상태)를 나타내고 있다. 이때, 압력 제어부(12)는, 외부 압력(대기압)과 중력의 합계에 대한 균형이 유지되고, 또한, 각 토출구(5a)의 근방에서 잉크의 액체 표면이 메니스커스를 형성하도록, 토출 헤드(5)의 저류부(5b) 내의 압력을 외부 압력보다 낮은 압력으로 제어한다. 이때, 압력 제어부(12)는, 토출 노즐(19)에 있어서의 잉크의 인입력(힘 P2)이 임계값(힘 P3) 이하가 되도록, 즉, ｜P2｜<｜P3｜이 만족하도록, 저류부(5b) 내의 압력을 부압으로 제어한다. 이와 같은 제어에 의해, 각 토출 노즐(19)(각 토출구(5a))로부터 잉크가 누출하는 것, 및, 토출구(5a) 및 유로(5c)를 거쳐 저류부(5b) 내에 기포가 유입하는 것을 회피할 수 있다.
도5(b)는, 토출면(20) 중 흡인 노즐(13)(흡인구(13a))에 대향하는 영역에 토출 노즐(19)(토출구(5a))이 위치하고 있는 상태, 즉, 토출 노즐(19)과 흡인 노즐(13)이 대향하고 있는 대향 상태(제2상태)를 나타내고 있다. 이 경우, 잉크 소비량을 저감하는 관점에서, 흡인 노즐(13)의 흡인력(힘 P1)에 의해 토출 노즐(19)로부터 잉크가 흡인되는 것이 회피되도록, 도5a의 상태(제1상태)에 비해, 인입력(힘 P2)을 증가시킬 필요가 있다. 그 때문에, 압력 제어부(12)는, 토출 노즐(19)(유로(5c)) 내에 있어서의 잉크의 액체 표면이 토출 노즐(19)(유로(5c)) 내에 유지되도록, 흡인 노즐(13)에 의한 흡인력(힘 P1)에 근거하여, 저류부(5b) 내의 압력을, 통상 상태보다도 부압으로 제어한다. 이때, 압력 제어부(12)는, 토출 노즐(19) 내에서의 잉크의 인입력(힘 P2)이 흡인 노즐(13)에 의한 흡인력(힘 P1) 이상이 되도록, 즉, ｜P1｜≤｜P2｜이 만족하도록 저류부(5b) 내의 압력을 제어한다. 이와 같은 제어에 의해, 대향 상태(제1상태)에 있어서 흡인 노즐(13)에 의해 토출 노즐(19) 내의 잉크가 흡인되는 것을 회피하면서, 토출면(20)의 클리닝을 행할 수 있다. 즉, 클리닝 처리에 있어서의 잉크의 소비량을 저감할 수 있다.
또한, 압력 제어부(12)는, 대향 상태에 있어서, 토출 노즐(19) 내에서의 잉크의 인입력(힘 P2)이 임계값(힘 P3) 이하가 되도록, 즉, ｜P2｜<｜P3｜이 만족하도록, 저류부(5b) 내의 압력을 제어한다. 이와 같은 제어에 의해, 토출구(5a) 및 유로(5c)를 거쳐 저류부(5b) 내에 기포가 유입하는 것을 회피할 수 있다. 즉, 압력 제어부(12)는, 대향 상태에 있어서, ｜P1｜≤｜P2｜<｜P3｜가 만족하도록 저류부(5b) 내의 압력을 제어할 수 있다.
여기에서, 압력 제어부(12)는, 토출 헤드(5)의 각 토출 노즐(19)(토출구(5a))과 흡인 노즐(13)의 XY 방향의 상대 위치에 따라 인입력(힘 P2)을 변화시키도록, 저류부(5b) 내의 압력을 제어할 수 있다. 예를 들면, 압력 제어부(12)는, 해당 상대 위치에 근거하여 통상 상태로부터 대향 상태로 천이했다고 판정한 경우, 그 타이밍에서 인입력(힘 P2)이 증가하도록, 저류부(5b) 내의 압력을 감소시킨다. 마찬가지로, 압력 제어부(12)는, 해당 상대 위치에 근거하여 대향 상태로부터 통상 상태로 천이했다고 판정한 경우, 그 타이밍에서 인입력(힘 P2)이 감소하도록(원래로 되돌아가도록), 저류부(5b) 내의 압력을 증가시킨다. 이와 같은 제어에 의해, 통상 상태 및 대향 상태의 양쪽에 있어서, 토출 노즐(19)에 있어서의 잉크의 액체 표면을 유로(5c) 내에서 유지할 수 있다.
또한, 클리닝 처리에 있어서 흡인 노즐(13)과 토출면(20)의 간격 L이 변화하면, 그것에 따라, 흡인 노즐(13)의 흡인력에 의해 토출 노즐(19) 내의 잉크의 액체 표면에 작용하는 흡인력(힘 P1)도 변화할 수 있다. 그 때문에, 클리닝부(8)(구동 제어부(24))는, 계측부(22)의 계측 결과에 근거하여, 클리닝 처리에 있어서 간격 L이 소정값(목표값)으로 유지되도록 흡인 노즐(13)(흡인구(13a))의 이동을 제어하면 된다.
상기한 것과 같이, 본 실시형태의 압력 제어부(12)는, 클리닝 처리에 있어서, 토출 헤드(5)의 토출 노즐(19)(유로(5c)) 내에 형성되는 잉크의 액체 표면의 위치가 유로(5c) 내에 유지되도록, 흡인력(힘 P1)에 근거하여 저류부(5b) 내의 압력을 제어한다. 이에 따라, 클리닝 처리에 있어서, 흡인 노즐(13)에 의한 토출 노즐(19) 내의 잉크의 흡입을 회피하여, 잉크의 소비량을 저감할 수 있다.
<잉크젯 장치의 동작 시퀀스>
이하, 잉크젯 장치(1)의 동작 시퀀스에 대해서, 도6을 참조하면서 설명한다. 스텝 S11에서, 주 제어부(11)는, 미도시의 기판 반송장치를 제어하여, 기판(2)을 잉크젯 장치(1)에 반입한다. 스텝 S12에서, 주 제어부(11)는, 토출 헤드(5)의 각 토출 노즐(19)의 회복 판정을 행한다. 회복 판정은, 각 토출 노즐(19)에 있어서의 액체 방울의 착탄 위치의 검사나 잔류 신호 파형의 검사 등의 결과에 근거해서 행해질 수 있다. 착탄 위치의 검사는, 각 토출 노즐(19)에 잉크의 액체 방울을 기판(2)(예를 들면, 평가 에어리어(202)) 위에 토출시켜, 기판(2) 위에 있어서의 액체 방울의 착탄 위치를 검사하는 것이다. 액체 방울의 착탄 위치가 기준 위치와 다른 토출 노즐(19)이 있는 경우에는, 해당 토출 노즐(19)에 토출 이상이 생기고 있다고 판정할 수 있다. 또한, 잔류 신호 파형의 검사는, 각 토출 노즐(19)에 특정한 펄스 신호를 주어서 각 토출 노즐(19)을 작동시키고, 그것에 따라 발생한 압력파에 의해 생기는 각 토출 노즐(19)의 변형에 따른 전기신호의 파형을 잔류 신호 파형으로서 검사하는 것이다. 잔류 신호 파형이 기준 파형과 다른 토출 노즐(19)이 있는 경우에는, 해당 토출 노즐(19)에 토출 이상이 생기고 있다고 판정할 수 있다. 이 회복 판정에 있어서 토출 이상으로 판정된 토출 노즐(19)이 있는 경우, 스텝 S13에서, 주 제어부(11)는, 노즐 회복처리를 실행한다. 노즐 회복처리로서는, 전술한 가압 배출 처리 및 클리닝 처리가 행해질 수 있다.
스텝 S14에서, 주 제어부(11)는, 기판 스테이지(3) 및 얼라인먼트 스코프(9)를 제어하여, 기판(2)의 얼라인먼트 계측을 행한다. 스텝 S15에서, 주 제어부(11)는, 기판 스테이지(3) 및 높이 센서(10)를 제어하여, 기판(2)의 높이 계측을 행한다. 이i, 스텝 S14의 해당 얼라인먼트 계측과 스텝 S15의 높이 계측의 순서는 반대이어도 된다. 얼라인먼트 계측 및 높이 계측에 의해 얻어진 기판(2)의 위치, 변형량, 높이에 관한 정보는, 예를 들면, 주 제어부(11) 내의 메모리에 격납된다. 주 제어부(11)는, 기판 위에 형성되는 화소 배치나 화소의 크기 등의 정보가 포함되는 화소 데이터에 근거하여, 토출 제어 정보를 구한다. 토출 제어 정보에는, 기판(2) 위의 화소 에어리어(201)나 평가 에어리어(202)에 있어서의 잉크의 목표 도포 분포를 나타내는 정보가 포함된다.
스텝 S16에서, 주 제어부(11)는, 토출 헤드(5)의 각 토출 노즐(19)의 회복 판정을 행한다. 이 회복 판정에 있어서 토출 이상으로 판정된 토출 노즐(19)이 있는 경우, 스텝 S17에서, 주 제어부(11)는, 해당 토출 노즐(19)에 대해 노즐 회복처리를 실행한다. 스텝 S16 및 S17은, 상기한 스텝 S12 및 S13과 같은 공정이다.
스텝 S18에서, 주 제어부(11)는, 토출 헤드(5)와 기판 스테이지(3)를 동기해서 구동하면서, 목표 도포 분포에 근거하여 토출 헤드(5)에 의해 잉크 액체 방울의 토출 제어(토출처리)를 행한다. 잉크젯 장치(1)를 사용해서 기판(2) 위에 다수의 기능 소자를 형성하기 위해, 잉크를 도포하는 도포 영역과 토출 헤드(5)를 상대적으로 주사해서 기능 소자의 재료를 도포해 간다. 도7에는, 그와 같은 기능 소자의 재료의 도포를 설명하는 모식도가 도시되어 있다. 도7에 있어서, 기판 표면(101)은, 기판(2)의 표면 중 기능 소자(102)가 형성되는 면이다. 화살표 103, 104, 105, 106은, 주사 방향을 나타낸다. 도7은 모식도이기 때문에, 7×5개의 기능 소자(102)가 도시되어 있는 것에 지나지 않지만, 실제로는 상당히 다수의 기능 소자가 형성될 수 있다.
스텝 S19에서, 주 제어부(11)는, 토출 제어 정보에 근거하여 목표 도포 분포에의 토출이 완료하였는지 아닌지를 판정한다. 토출이 완료하지 않고 있으면 처리는 스텝 S16으로 되돌아가고, 토출이 완료한 경우에는, 처리는 스텝 S20으로 진행한다. 스텝 S20에서, 주 제어부(11)는, 미도시의 기판 반송장치를 제어하여, 기판(2)을 잉크젯 장치(1)로부터 반출한다.
여기에서, 본 실시형태에서는, 기판 스테이지(3)를 구동시키고 있지만, 그것에 한정되지 않고, 기판 스테이지(3)를 고정으로 하고, 토출 헤드(5), 얼라인먼트 스코프(9) 등을 XY 평면 내에서 구동시켜도 된다. 또한, 기판 스테이지(3), 토출 헤드(5), 얼라인먼트 스코프(9) 등을 각각 상대적으로 구동시켜도 된다.
<물품 제조방법의 실시형태>
본 발명의 실시형태에 있어서의 물품 제조방법은, 예를 들면, 유기 EL 등의 디스플레이용 패널이나 반도체 디바이스 등의 마이크로 디바이스나 미세 구조를 갖는 소자 등의 물품을 제조하는데 적합하다. 본 실시형태의 물품 제조방법은, 기판 위에 상기한 잉크젯 장치를 사용해서 액체를 토출해서 토출액 막을 형성하는 공정과, 토출액 막이 형성된 기판을 건조시켜, 건조 막이 형성된 기판을 가공하는 공정과, 가공된 기판으로부터 물품을 제조하는 공정을 포함한다. 또한, 이러한 물품 제조방법은, 다른 주지의 공정(소성, 냉각, 세정, 산화, 성막, 증착, 도핑, 평탄화, 에칭, 레지스트 박리, 다이싱, 본딩, 패키징 등)을 포함한다. 본 실시형태의 물품 제조방법은, 종래의 방법에 비해, 물품의 성능·품질·생산성·생산 코스트의 적어도 1개에 있어서 유리하다.
발명은 상기 실시형태에 제한되는 것은 아니고, 발명의 정신 및 범위에서 이탈하지 않고, 다양한 변경 및 변형이 가능하다. 따라서, 발명의 범위를 명확히 하기 위해서 청구항을 첨부한다.
1:잉크젯 장치(기판 처리장치), 2:기판, 3:기판 스테이지, 5:토출 헤드, 5a:토출구, 5b:저류부, 5c:유로, 9:얼라인먼트 스코프, 10:높이 센서, 11:주 제어부, 13:흡인 노즐(흡인구), 19:토출 노즐, 20:토출면

Claims (11)

  1. 액체를 토출하는 토출구가 설치된 면과, 액체를 저류하는 저류부와, 상기 토출구로부터 상기 저류부에 연통하는 유로를 갖는 토출 헤드와,
    상기 저류부 내의 압력을 제어하는 제어부와,
    흡인구를 상기 면을 따라 이동시키면서, 상기 면에 부착된 액체를 상기 흡인구로부터 흡인함으로써, 상기 면의 클리닝 처리를 행하는 클리닝부를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 클리닝 처리에 있어서, 상기 흡인구의 흡인력에 의해 상기 유로 내의 액체에 작용하는 제1 힘에 근거하여, 상기 유로 내에 형성되는 액체 표면의 위치를 상기 유로 내에 유지시키도록 상기 저류부 내의 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 액체 토출장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 흡인구가 상기 토출구에 대향하고 있는 제1상태에 있어서, 상기 유로 내의 액체를 상기 저류부 측으로 인입하는 제2 힘을, 상기 흡인구가 상기 토출구에 대향하고 있지 않은 제2상태보다 증가시키도록, 상기 저류부 내의 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 액체 토출장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 힘을 P1, 상기 제2 힘을 P2로 했을 때, 상기 제어부는, 상기 클리닝 처리에 있어서, ｜P1｜≤｜P2｜을 만족하도록 상기 저류부 내의 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 액체 토출장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 클리닝 처리에 있어서, 상기 토출구 및 상기 유로를 거쳐 상기 저류부 내에 기포가 유입하는 것이 회피되도록, 상기 저류부 내의 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 액체 토출장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 토출구 및 상기 유로를 거치는 상기 저류부 내에의 기포의 유입이 생기는 상기 제2 힘의 한계값을 P3로 했을 때, 상기 제어부는, 상기 클리닝 처리에 있어서, ｜P2｜<｜P3｜을 만족하도록 상기 저류부 내의 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 액체 토출장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 클리닝부는, 상기 흡인구와 상기 면을 이격시킨 상태에서 상기 면을 따라 상기 흡인구를 이동시킴으로써, 상기 클리닝 처리를 제어하는 것을 특징으로 하는 액체 토출장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 클리닝부는, 상기 흡인구와 상기 면의 간격을 계측하는 계측부를 갖고, 상기 계측부의 계측 결과에 근거하여, 상기 클리닝 처리에 있어서 상기 간격이 소정값으로 유지되도록 상기 흡인구의 이동을 제어하는 것을 특징으로 하는 액체 토출장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 토출 헤드의 상기 면에는, 상기 저류부 내의 액체를 각각 토출하는 복수의 상기 토출구가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 토출장치.
  9. 액체 토출장치의 제어방법으로서,
    상기 액체 토출장치는,
    액체를 토출하는 토출구가 설치된 면과, 액체를 저류하는 저류부와, 상기 토출구로부터 상기 저류부에 연통하는 유로를 갖는 토출 헤드와,
    흡인구를 상기 면을 따라 이동시키면서, 상기 면에 부착된 액체를 상기 흡인구로부터 흡인함으로써, 상기 면의 클리닝 처리를 행하는 클리닝부를 구비하고,
    상기 클리닝 처리에 있어서, 상기 흡인구의 흡인력에 의해 상기 유로 내의 액체에 작용하는 제1 힘에 근거하여, 상기 유로 내에 형성되는 액체 표면의 위치를 상기 유로 내에 유지시키도록 상기 저류부 내의 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
  10. 기판을 처리하는 기판 처리장치로서,
    상기 기판을 유지해서 이동하는 스테이지와,
    상기 스테이지에 의해 유지된 상기 기판 위에 액체를 토출하는 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 기재된 액체 토출장치를 구비한 것을 특징으로 하는 기판 처리장치.
  11. 청구항 10에 기재된 기판 처리장치를 사용해서 기판 위에 액체를 토출하는 공정과,
    상기 액체가 토출된 상기 기판을 가공하는 공정과,
    가공된 상기 기판으로부터 물품을 제조하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 물품 제조방법.
KR1020230082295A 2022-09-15 2023-06-27 액체 토출장치, 액체 토출장치의 제어방법, 기판 처리장치, 및 물품 제조방법 KR20240037827A (ko)

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