JP2005040690A - 塗布装置および塗布方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のノズルから溶液を均一に吐出できる塗布装置および塗布方法を提供すること。
【解決手段】基板Ｗの表面に溶液を噴射塗布する塗布装置において、上記基板Ｗを搬送する搬送テーブルと、この搬送テーブルの上側に設けられ、ノズルを備えたヘッド９と、このヘッド９内に設けられ、駆動信号の印加により上記ノズルから溶液を液滴状に吐出させる圧電振動子と、上記ノズルから吐出した液滴Ｌの体積を検出する高速度カメラ６１および画像処理装置６６と、この高速度カメラ６１および画像処理装置６６により得られた液滴Ｌの体積に基づき、上記駆動信号を制御して上記ノズルから吐出する溶液の吐出量を調整する駆動制御装置６７とを具備する。
【選択図】 図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノズルから溶液を噴射して基板に塗布するインクジェット方式の塗布装置および塗布方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、液晶表示装置の製造工程では、ガラス基板の表面に配向膜やレジスト等の機能性薄膜が成膜される。基板の表面に機能性薄膜を成膜する場合、その材料となる溶液（機能性薄膜を形成する溶液）を基板に噴射するインクジェット方式の塗布装置を用いることがある。
【０００３】
この塗布装置は、基板を搬送するための搬送テーブルを有しており、搬送テーブルの上側には、複数のヘッドが基板の搬送方向に対して交差するように並設されている。各ヘッドの下面には、複数のノズルが内部の液室に連通するように穿設されており、各ノズルに対応して設けられた圧電振動子を駆動することで、ヘッドの下側を搬送される基板に向けて液室内の溶液を噴射できるようになっている。
【０００４】
最近では、２枚のガラス基板の間に液晶を供給する際にも、インクジェット方式の塗布装置を使用することがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の塗布装置は、液室内に貯えられた溶液を複数のノズルから同時に吐出させるため、各圧電振動子に同じ電圧を印加しても、各ノズルで吐出量に差が生じることがある。
【０００６】
また、ガラス基板の間に液晶を供給する場合、その供給量を高い精度に保つ必要があるが、従来の塗布装置では液晶の供給中に積算の供給量を検出することが出来なかったため、供給量を精度よく制御することが出来なかった。
【０００７】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、その第１の目的とするところは、複数のノズルから均一に液滴を吐出できる塗布装置および塗布方法を提供すること、第２の目的とするところは、溶液の吐出量を精度よく制御できる塗布装置および塗布方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の塗布装置および塗布方法は次のように構成されている。
【０００９】
（１）基板の表面に溶液を噴射塗布する塗布装置において、上記基板を搬送する搬送テーブルと、この搬送テーブルの上側に設けられ、ノズルを備えたヘッドと、このヘッド内に設けられ、駆動信号の印加により上記ノズルから溶液を液滴状に吐出させる圧電振動子と、上記ノズルから吐出した液滴の情報を検出する検出手段と、この検出手段により得られた液滴の情報に基づき、上記駆動信号を制御して上記ノズルから吐出する溶液の吐出量を調整する制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１０】
（２）（１）に記載された塗布装置であって、上記検出手段は、上記ノズルから吐出した液滴を撮像する撮像手段と、この撮像手段によって撮像された液滴の寸法に基づいて、各液滴の量を算出する画像処理装置とを有することを特徴とする。
【００１１】
（３）（１）に記載された塗布装置であって、上記検出手段は、上記ノズルから吐出した液滴を受ける受け部材と、この受け部材に付着した液滴の情報を検出する検出器とを有することを特徴とする。
【００１２】
（４）基板の表面に溶液を噴射塗布する塗布装置において、上記基板を支持し、その重量を測定する測定装置と、上記測定装置により支持された基板の上側に設けられ、複数のノズルを有するヘッドと、このヘッド内に設けられ、駆動信号の印加により上記ノズルから溶液を吐出させる圧電振動子と、上記測定装置の測定情報に基づいて、基板に塗布する溶液の塗布量を制御する制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１３】
（５）ノズルが形成されたヘッドを有し、このヘッド内に設けられた圧電振動子に駆動信号を印加することで、上記ノズルから溶液を液滴状に噴射して基板に塗布する塗布方法において、上記ノズルから吐出した液滴の情報を検出する検出工程と、この検出工程によって得られた液滴の情報に基づいて、上記駆動信号を制御して上記ノズルから吐出する溶液の吐出量を調整する制御工程とを具備することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図６を参照しながら本発明の第１の実施の形態を説明する。
【００１５】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る塗布装置の正面図、図２は同実施の形態に係る塗布装置の側面図である。
【００１６】
図１と図２に示す塗付装置はベース１を有する。ベース１下面の所定位置には脚２がそれぞれ設けられ、ベース１はこれら脚２によって水平に支持されている。
【００１７】
ベース１上面の幅方向の両端部には、それぞれ取り付け板３が長手方向に沿って設けられている。これら取り付け板３には、それぞれガイド部材４が固定され、その上面には矩形板状の搬送テーブル５が配置されている。
【００１８】
この搬送テーブル５は、断面Ｌ字状のスライド部材６によって、ガイド部材４にスライド自在に支持されており、駆動装置（不図示）によってガイド部材４の長手方向に沿って駆動されるようになっている。
【００１９】
搬送テーブル５の上面には、ガラス基板や半導体ウエハ等の基板Ｗが着脱可能に保持される。そして、搬送テーブル５に保持された基板Ｗは、搬送テーブル５とともにガイド部材４の長手方向に沿って搬送される。
【００２０】
ベース１の長手方向の中途部には、門型の支持体７が２つのガイド部材４を跨ぐように設けられている。支持体７の上側には、角柱からなる取り付け部材８が水平に設けられており、取り付け部材８の一側面には複数、この実施の形態では８つのヘッド９が並設されている。これらヘッド９がなす長さ寸法は、基板Ｗの幅寸法とほぼ同等、或いは僅かに長く設定されており、搬送される基板Ｗ全体がヘッド９の下側を通過するようになっている。
【００２１】
図３は同実施の形態に係るヘッド９の構成を示す断面図、図４は同実施の形態に係るヘッド９の構成を示す下面図である。
【００２２】
図３と図４に示すように、各ヘッド９はヘッド本体５１を備えている。ヘッド本体５１は、上面側から下面側に連通する開口部５２を有しており、その下面開口は可撓板５３によって閉塞されている。この可撓板５３は、ノズルプレート５４によって下側を覆われており、可撓板５３とノズルプレート５４との間には液室５５が形成されている。この液室５５は、溶液タンク（不図示）から供給される溶液、例えば配向膜を形成するポリイミド、或いは液晶等によって満たされている。
【００２３】
図４に示すように、ノズルプレート５４には、多数のノズル５６がヘッド本体５１の長手方向とほぼ直交する方向、すなわち基板Ｗの搬送方向に直交する方向に沿って一列に形成されている。
【００２４】
図３に示すように、可撓板５３の上面には、各ノズル５６と対向する位置にそれぞれ圧電振動子５８が固定されている。これら圧電振動子５８には、ヘッド本体５１の外部に設けられた駆動制御装置６７（後述する）が接続され、各圧電振動子５８に対して独立に駆動電圧を印加できるようになっている。駆動電圧が印加された圧電振動子５８は、可撓板５３を部分的に変形させ、対応するノズル５６から駆動電圧に応じた量の溶液を吐出させる。そして、ノズル５６から吐出した溶液は液滴状となり、搬送される基板Ｗの表面に付着する。
【００２５】
図１と図２に示すように、搬送テーブル５の上方には、高速度カメラ６１と照明装置６２が互いに対向するように配置されている。これら高速度カメラ６１と照明装置６２はブラケット６３によって固定されており、その光学軸ａはヘッド９の下側に設定されている。高速度カメラ６１は、照明装置６２から照射される光を用いて、ノズル５６から吐出し、基板Ｗに付着する前の液滴Ｌを撮像する。なお、照明装置６２には、光線による熱の影響を抑えるために赤外線フィルタを取り付けても良い。
【００２６】
ブラケット６３は、支持体７の上面側に水平に設けられたボールネジ６４によって、その軸心線の方向に沿って移動可能に支持されている。ボールネジ６４の一端部にはモータ６５が設けられており、このモータ６５を駆動することで、高速度カメラ６１と照明装置６２をブラケット６３と共にボールネジ６４の軸心線の方向、すなわちヘッド９の並設方向に沿って往復駆動できるようになっている。
【００２７】
図５は同実施の形態に係る塗布装置の要部の構成を示す概略図である。
【００２８】
図５に示すように、高速度カメラ６１には、画像処理装置６６が接続されている。この画像処理装置６６は、高速度カメラ６１によって撮像された液滴Ｌの寸法に基づき、液滴Ｌの量を算出する。なお、本実施の形態では、液滴Ｌの形状がほぼ球形であると仮定して、高速度カメラ６１によって撮像された液滴Ｌの投影面積からその体積を算出している。
【００２９】
画像処理装置６６には、駆動制御装置６７が接続されている。この駆動制御装置６７は、ヘッド９内の各圧電振動子５８に接続されており、画像処理装置６６によって算出された液滴Ｌの体積に基づいて、圧電振動子５８の駆動電圧を制御する。それによって、ヘッド９に設けられた複数のノズル５６から均一な体積の液滴Ｌが吐出されるよう各圧電振動子５８の駆動電圧を調整する。なお、本実施の形態では、駆動電圧としてパルス信号を用いている。
【００３０】
次に、図６を用いて駆動制御装置６７の構成について簡単に説明する。
【００３１】
図６は同実施の形態に係る駆動制御装置６７の構成を示す概略図である。
【００３２】
図６に示すように、駆動制御装置６７は、ＣＰＵ８１とシリアル−パラレル変換チップ８２とアンプ８５を有している。
【００３３】
ＣＰＵ８１とシリアル−パラレル変換チップ８２は、シリアル信号配線８３によって接続され、ＣＰＵ８１はシリアル信号配線８３を介してシリアル−パラレル変換チップ８２に圧電振動子５８の駆動のＯＮ、ＯＦＦを決めるシリアル信号を入力する。
【００３４】
シリアル−パラレル変換チップ８２と各アンプ８５は、パラレル信号配線８４によってそれぞれ接続されている。シリアル−パラレル変換チップ８２は、ＣＰＵ８１から入力されたシリアル信号をパラレル信号に変換し、各パラレル信号を対応するアンプ８５に入力する。
【００３５】
各アンプ８５には、それぞれ上記圧電振動子５８が接続されており、各圧電振動子５８は、シリアル−パラレル変換チップ８２から各アンプ８５を介して入力されるパラレル信号により駆動する。
【００３６】
各アンプ８５にはＣＰＵ８１が接続されており、ＣＰＵ８１は各アンプ８５の利得を調整する。
【００３７】
ＣＰＵ８１には、上記画像処理装置６６が接続されており、各ノズル５６から吐出した液滴Ｌの体積が入力される。
【００３８】
すなわち、ＣＰＵ８１は、シリアル信号を出力することで、各ノズル５６から液滴Ｌを吐出させ、吐出した液滴Ｌの体積に基づいて、対応するアンプ８５の利得を調整し、各圧電振動子５８に印加する駆動信号の電圧を設定する。これによって、各ノズル５６から吐出する液滴Ｌの体積を所定の値に設定することができる。
【００３９】
次に、上記構成の塗付装置を使用する際の作用について説明する。
【００４０】
本実施の形態に係る塗布装置を使用する場合、最初にヘッド９の調整を行う。ヘッド９の調整とは、各ヘッド９のノズル５６から溶液を噴射させて、各ノズル５６から吐出する液滴Ｌの体積（重量でも同じ）が均一になるように各ヘッド９を調整する作業のことである。
【００４１】
ヘッド９の調整を行う場合、まず駆動制御装置６７によって指定する圧電振動子５８に所定の駆動電圧を印加する。駆動電圧が印加された圧電振動子５８は、可撓板５３を部分的に変形させ、液室５５内の溶液を対応するノズル５６から液滴Ｌとして吐出させる。このとき、高速度カメラ６１のシャッターと液滴Ｌの吐出とを同期させておき、ノズル５６から吐出した液滴Ｌを高速度カメラ６１によって撮像する。
【００４２】
高速度カメラ６１によって撮像された液滴Ｌは、画像処理装置６６によって投影面積（寸法）が算出され、さらに、この投影面積に基づいて液滴Ｌの体積が概算される。なお、ノズル５６から吐出した液滴Ｌは、ヘッド９の下側に待機する搬送テーブル５上の受け部材７２の表面に付着する。
【００４３】
ノズル５６から吐出した液滴Ｌの体積が算出されたら、この算出結果を駆動制御装置６７にフィードバックし、ノズル５６から吐出される液滴Ｌの体積が所定値（目標値）になるように圧電振動子５８の駆動電圧を調整する。
【００４４】
そして、１つのノズル５６から吐出する液滴Ｌの体積を調整したら、高速度カメラ６１をノズル５６の並設方向に移動し、同様の手順によって各圧電振動子５８の駆動電圧を調整する。これによって、全ノズル５６から吐出する液滴Ｌの体積が均一となるよう調整される。以上でヘッド９の調整が終了する。
【００４５】
なお、本実施の形態では、全ノズル５６から液滴Ｌを均一に吐出するために、圧電振動子５８に印加するパルス信号の電圧を調整しているが、駆動電圧を圧電振動子５８に印加する時間、すなわちパルス幅を調整してもよい。
【００４６】
ヘッド９の調整が終了したら、搬送テーブル５の上面に基板Ｗを載置し、この搬送テーブル５をベース１の長手方向に沿って所定の速度で駆動する。そして、搬送される基板Ｗがヘッド９の下方に到達したら、各圧電振動子５８にヘッド９の調整により調整された駆動電圧を印加し、液室５５内の溶液を各ノズル５６から吐出させる。これによって、基板Ｗの表面には均一な体積の液滴Ｌからなる溶液が噴射塗布される。
【００４７】
溶液の塗布時には、高速度カメラ６１を所定の位置に固定しておく。高速度カメラ６１は、対象とするノズル５６から順次吐出する液滴Ｌを撮像し、各液滴Ｌの撮像画像を画像処理装置６６に出力する。
【００４８】
画像処理装置６６は、高速度カメラ６１によって撮像された各液滴Ｌの体積に基づいて、塗布中にノズル５６から吐出した液滴Ｌの積算の体積を算出する。これによって、塗布中に基板Ｗに塗布された溶液の塗布量がリアルタイムで検出される。
【００４９】
上記構成の塗布装置によれば、溶液塗布前の準備段階において、全ヘッド９の全ノズル５６から溶液を順に吐出させ、吐出した液滴Ｌの体積に基づいて各圧電振動子５８の駆動電圧を調整している。
【００５０】
そのため、溶液の塗布時には、全ノズル５６から吐出される液滴Ｌが均一な体積となっているから、基板Ｗの表面に均一な膜厚で溶液を塗布することができる。
【００５１】
さらに、溶液塗布時にノズル５６から吐出する液滴Ｌを高速度カメラ６１によって継続的に撮像している。
【００５２】
そのため、溶液塗布の開始時からの溶液の積算吐出量をリアルタイムで検出できるから、基板Ｗの表面に供給される溶液の供給量を高い精度で制御することができる。
【００５３】
次に、図７と図８を用いて本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、ここでは、第１の実施の形態と同じ構成に対しては同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００５４】
図７は本発明の第２の実施の形態に係る塗布装置の構成を示す正面図、図８は同実施の形態に係る塗布装置の要部の構成を示す概略図である。
【００５５】
図７と図８に示すように、本実施の形態では、高速度カメラ６１および画像処理装置６６の代わりに、ノズル５６から吐出した液滴Ｌの情報を検出する検出手段として、受け部材７２と液滴確認センサ７３を用いている。
【００５６】
液滴確認センサ７３は、支持体７にほぼ水平に設けられたボールネジ７４によって支持されており、ボールネジ７４の一端部に設けられたモータ７５を駆動することで、その軸心線の方向に駆動されるようになっている。
【００５７】
受け部材７２は、搬送テーブル５の上面に載置されてヘッド９のほぼ直下に配置されている。
【００５８】
このような塗布装置において、圧電振動子５８に駆動電圧を印加すると、各ノズル５６から吐出した溶液は、液滴Ｌとなって受け部材７２の表面にノズル５６のピッチ間隔で付着する。
【００５９】
そのため、受け部材７２の上側で液滴確認センサ７３を走査させて、受け部材７２に付着した液滴Ｌを検出することで、液滴Ｌが各ノズル５６から吐出されたかどうかを確認することができる。
【００６０】
液滴確認センサ７３の出力、すなわち液滴Ｌの吐出の有無は、検出処理装置７６によって処理された後、駆動制御装置６７に入力され、この駆動制御装置６７によって、液滴Ｌの吐出が確認されないノズル５６に対応する圧電振動子５８の駆動電圧が調整される。これによって、溶液塗布前の準備段階において、全ノズル５６から溶液が確実に吐出されるよう調整することができる。
【００６１】
なお、本実施の形態では、上述した液滴確認センサ７３の代わりに、第１の実施の形態で使用した高速度カメラ６１を用いてもよい。この場合、高速度カメラ６１に第１の実施の形態で使用した画像処理装置６６を接続して、画像処理装置６６により得られた液滴Ｌの体積を駆動制御装置６７にフィードバックすることで、液滴Ｌの吐出の確認以外に、全ノズル５６から均一な体積の液滴Ｌを吐出することも可能となる。
【００６２】
次に、図９と図１０を用いて本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、ここでは、第１の実施の形態と同じ構成に対しては同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００６３】
図９は本発明の第３の実施の形態に係る塗布装置の構成を示す正面図、図１０は同実施の形態に係る塗布装置の要部の構成を示す概略図である。
【００６４】
図９と図１０に示すように、本実施の形態では、第１の実施の形態で使用した高速度カメラ６１および照明装置６２の代わりに、液滴Ｌの量を検出する検出器として、高精度天秤７１を使用している。すなわち、搬送テーブル５の上面に高精度天秤７１を設け、この高精度天秤７１の上面に基板Ｗを載置している。
【００６５】
圧電振動子５８に駆動電圧を印加すると、ノズル５６から溶液が吐出し、液滴Ｌとなって高精度天秤７１上の基板Ｗに付着する。基板Ｗに付着した液滴Ｌは、自重により周囲に流動し、基板Ｗの表面に液膜を形成する。
【００６６】
そして、予め設定してある重量分（設定重量）の溶液を基板Ｗの表面に塗布したら、圧電振動子５８の駆動を停止し、高精度天秤７１によって基板Ｗに実際に塗布された溶液の重量（実際塗布量）を測定する。なお、上記設定重量は最終的に基板Ｗに塗布する溶液の重量（目標塗布量）よりも少なく設定しておく。そして、実際塗布量を測定したら、塗布量処理装置７７によって目標塗布量との差を算出し、実際塗布量が目標塗布量になるまで溶液の塗布を繰り返す。
【００６７】
こうすることで、基板Ｗに溶液を塗布している最中に、ノズル５６から吐出した溶液の積算重量をリアルタイムで測定できるから、装置の構成を複雑にすることなく、基板Ｗに塗布する溶液の重量を高い精度で制御することができる。
【００６８】
なお、本発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００６９】
【発明の効果】
本発明の塗布装置および塗布方法によれば、複数のノズルから吐出される溶液の吐出量を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る塗布装置の正面図。
【図２】同実施の形態に係る塗布装置の側面図。
【図３】同実施の形態に係るヘッドの構成を示す断面図。
【図４】同実施の形態に係るヘッドの構成を示す下面図。
【図５】同実施の形態に係る塗布装置の要部の構成を示す概略図。
【図６】同実施の形態に係る駆動制御装置の構成を示す概略図。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る塗布装置の構成を示す正面図。
【図８】同実施の形態に係る塗布装置に要部の構成を示す概略図。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る塗布装置の構成を示す正面図。
【図１０】同実施の形態に係る塗布装置の要部の構成を示す概略図。
【符号の説明】
５…搬送テーブル、９…ヘッド、５６…ノズル、５８…圧電振動子、６１…高速度カメラ、６６…画像処理装置、６７…駆動制御装置（制御手段）、７１…高精度天秤、７２…受け部材、Ｗ…基板、Ｌ…液滴。

Claims (5)

1. 基板の表面に溶液を噴射塗布する塗布装置において、
   上記基板を搬送する搬送テーブルと、
   この搬送テーブルの上側に設けられ、ノズルを備えたヘッドと、
   このヘッド内に設けられ、駆動信号の印加により上記ノズルから溶液を液滴状に吐出させる圧電振動子と、
   上記ノズルから吐出した液滴の情報を検出する検出手段と、
   この検出手段により得られた液滴の情報に基づき、上記駆動信号を制御して上記ノズルから吐出する溶液の吐出量を調整する制御手段と、
   を具備することを特徴とする塗布装置。
2. 上記検出手段は、
   上記ノズルから吐出した液滴を撮像する撮像手段と、
   この撮像手段によって撮像された液滴の寸法に基づいて、各液滴の量を算出する画像処理装置と、
   を有することを特徴とする請求項１記載の塗布装置。
3. 上記検出手段は、
   上記ノズルから吐出した液滴を受ける受け部材と、
   この受け部材に付着した液滴の情報を検出する検出器と、
   を有することを特徴とする請求項１記載の塗布装置。
4. 基板の表面に溶液を噴射塗布する塗布装置において、
   上記基板を支持し、その重量を測定する測定装置と、
   上記測定装置により支持された基板の上側に設けられ、複数のノズルを有するヘッドと、
   このヘッド内に設けられ、駆動信号の印加により上記ノズルから溶液を吐出させる圧電振動子と、
   上記測定装置の測定情報に基づいて、基板に塗布する溶液の塗布量を制御する制御手段と、
   を具備することを特徴とする塗布装置。
5. ノズルが形成されたヘッドを有し、このヘッド内に設けられた圧電振動子に駆動信号を印加することで、上記ノズルから溶液を液滴状に噴射して基板に塗布する塗布方法において、
   上記ノズルから吐出した液滴の情報を検出する検出工程と、
   この検出工程によって得られた液滴の情報に基づいて、上記駆動信号を制御して上記ノズルから吐出する溶液の吐出量を調整する制御工程と、
   を具備することを特徴とする塗布方法。

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