JP5283874B2 - インクジェット式塗布装置の吐出準備方法 - Google Patents

Description

本発明は、塗布ヘッドからインクの吐出が可能なメニスカスを形成するためのインクジェット式塗布装置の吐出準備方法に関する。

フォトリソグラフィー工程を経ることなく基板表面に微細な導電パターン等を直接形成するためにインジェット式塗布装置を用いることが知られており、近年では、薄膜トランジスタ基板の製作工程において数μｍの高精細なソース・ドレイン電極パターンを形成すること、または、フラットパネルディスプレイ用のカラーフィルターや配向膜を形成することにも利用されている。

上記用途に利用されるインクジェット式塗布装置としては、塗布ヘッドからのインクの吐出量の調節が容易であることから、インク通路を介してインクの供給源たるインクタンク（インク収納部）に連通するインクチャンバと、当該インクチャンバ内に設けた圧電素子（ピエゾ素子）とを備えた塗布ヘッドを複数個列設して構成したドロップオンデマンド方式のものを使用することが知られている（例えば、特許文献１）。

このものでは、インクタンク内を負圧に保持することにより当該インクタンク側にインクを引き込んだ状態から、圧電素子に所定の駆動パルス電圧を印加して変形させると、例えばインクチャンバ内の容積が増加してその内部の圧力が低下する。このとき、インク通路からインクチャンバ内にインクが引き込まれる。そして、電圧印加を停止すると、圧電素子が元の状態に戻り、インクチャンバ内の容積が減少してその圧力が増加し、塗布ヘッドのノズル端からインクが押し出されて吐出される。

このようなインクジェット式塗布装置においては、例えばメンテナンスを行った後、基板へのインクの塗布に先立って、塗布すべき基板から離間した待機位置において所謂インクの吐出準備が通常行われる。ここで、基板へのインクの塗布以外のとき（塗布ヘッドが待機位置にあるとき）、乾燥の防止等の目的から塗布ヘッドのノズル端にはキャップが装着されている。

そして、従来のインクの吐出準備においては、各塗布ヘッドのノズル端に装着しているキャップを離脱させた後、インクタンク内を加圧することで、全ての塗布ヘッドから強制的にインクを押し出させる。そして、加圧を停止した後、塗布ヘッドのノズル端に残るインク溜まりをワイパーブレード等により払拭し、インクタンク内を再度減圧することで塗布ヘッドからインクの吐出が可能なメニスカスが再生される。
特開２００２−２０７１１２号公報

しかしながら、上述の吐出準備のように、インクタンク内を加圧して全ての塗布ヘッドからインクを強制的に押し出すのでは、各塗布ヘッドから多量のインクが吐出され、インクが無駄に消費されるという問題があり、塗布ヘッドの数が多いときには多量のインクが無駄になる。また、加圧を停止したときに塗布ヘッドのノズル端の周辺に多量のインク溜まりが残る場合があり、これでは、効率よくワイパーブレード等により払拭できず、インク吐出準備に手間がかかる。

そこで、本発明の課題は、上記点に鑑み、待機位置で各塗布ヘッドからのインクの吐出準備を行う際に、無駄にインクが消費されることがない作業性のよいインクジェット式塗布装置の吐出準備方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のインクジェット式塗布装置の吐出準備方法は、塗布ヘッドのノズル端にキャップを装着し、塗布に用いられるインクを収納したインク収納部が塗布ヘッドより上方に位置する状態で当該インク収納部内を負圧状態から大気開放し、前記キャップを下降させることにより塗布ヘッドの先端とキャップとの間に間隙を設けて当該間隙にインクを染み出させ、前記キャップを離脱させた後、前記インク収納部を減圧することを特徴とする。

本発明によれば、インク収納部を負圧状態から大気解放すると、当該インク収納部より下方に位置する塗布ヘッドに向かってインクがその自重で押し出されていく。そして、塗布ヘッドとキャップとの間に間隙を形成すると、塗布ヘッドのノズル端からインクが緩やかに染み出して広がる。次に、キャップを離脱させると、塗布ヘッドのノズル端には少量のインク溜まりが形成され、その後、前記インク収納部を再度減圧する。このとき、塗布ヘッド内のインクがインク収納部方向に再度引き込まれてメニスカスが形成（再生）される。

このように本発明においては、インクタンク内を加圧して塗布ヘッドから強制的にインクを押し出すのではなく、インクの自重で緩やかにインクを押し出し、上記間隙にインク染み出されるようにしたため、インクが無駄に消費されることが防止される。その際に、塗布ヘッドに通じるインク通路に発生または混入した気泡や異物も、自重が作用しているインクによりノズル端から排出され易くなり、塗布ヘッドが吐出不良状態となることを抑制できる。

尚、前記キャップを離脱させた場合に、塗布ヘッドのノズル端に形成されるインク溜まりを払拭する工程をさらに含むことが好ましい。この場合、上記キャップの離脱後に塗布ヘッドのノズル端に残るインク溜まりは少量であるため、ノズル周辺のインクを払拭する作業性が良い。

また、前記塗布ヘッドを、そのノズル端が同一平面上に位置するように複数個列設して構成している場合には、上記吐出準備の制御を容易にするために、各塗布ヘッドのノズル端を同時に密閉する１個のキャップを用いる構成を採用すればよい。

図１及び図２を参照して説明すれば、１は、本実施の形態のインクジェット式塗布装置である。インクジェット式塗布装置１は、ガラス基板やシリコンウエハなどの処理すべき基板（対象物）Ｓが位置決めして載置される基板ステージ２と、基板ステージ２の上方において、基板ステージ２に載置した基板Ｓに対しインクを吐出して塗布するための複数個の塗布ヘッド３とを具備する。

各塗布ヘッド３は、後述するノズル端が同一平面上に位置するように等間隔で列設され、図示しない駆動手段に連結されたホルダ４で保持されている。そして、図示しない制御手段からの制御により、各塗布ヘッド３が基板Ｓ上をＸ−Ｙ方向に一体に移動し、所定のパターンでインクを塗布する。

図３に示すように、同一構造の各塗布ヘッド３はヘッド本体３１を有し、ヘッド本体３１の下端には、基板Ｓに向かい合うようにノズル３２が形成されている。ノズル３２は、インク通路３３を介して所定容積のインクチャンバ３４に連通している。インクチャンバ３４には、当該インクチャンバ３４内の容積を変化させるために公知の構造を有する圧電素子（ピエゾ素子）３５が設けられ、インクチャンバ３４の上流側（図３で上側）には、他のインク通路３６が連通している。ノズル本体３１上面に通じるインク通路３６の端部には、インク供給管３７が接続され、当該インク供給管３７の他端が、塗布ヘッド３の上方に位置させて配置され、所定のインクが収納されているインクタンク５（インク収納部）に接続されている。

ここで、インクタンク５に収納されているインクについては、基板Ｓ表面に形成しようとするものに応じて適宜選択され、例えば、配向膜用のものであれば、ポリアミック酸からなるインクが用いられる。この用途のインクジェット式塗布装置では、１〜３個の塗布ヘッド３を列設したものが用いられ、この場合のインクタンク５の容量は２０ｍｌであり、基板Ｓへのインクの塗布を開始するに当たり、同程度の量でインクがインクタンク５に収納され、その際、塗布ヘッド３からの吐出量は約４５ｐｌである。

インクタンク５には、図示しないバキュームポンプ等の吸引手段が付設され、当該吸引手段を作動させてインクタンク５内を大気圧より低い圧力（負圧）にすることで、塗布ヘッド３内のインクがノズル３２からインクが吐出しないようにインクタンク５に向かって引き込まれている。そして、圧電素子３５に所定のパルス電圧を印加して変形させると、例えばインクチャンバ３４内の容積が増加してその内部の圧力が低下することで、インク供給管３７からインク通路３６を経てインクがインクチャンバ３４内に引き込まれる。次に、電圧印加を停止すると、圧電素子３５が元状態に戻り、インクチャンバ３４内の容積が減少してその圧力が増加し、ノズル３２からインクが押し出されて吐出される。

また、基板ステージ２の一側には、上面を開口した略箱状のインク受け部６が設けられ、このインク受け部６上方の空間が、各塗布ヘッド３が基板ステージ２、ひいては基板Ｓから離間した待機位置を構成する（図１及び図２参照）。インク受け部６の外側壁にはナット部材７１が設けられ、ナット部材７１には、モータ等の駆動手段を備えた送りねじ７２が螺合し、これにより、インク受け部６が塗布ヘッド３に対し昇降自在となっている。

また、インク受け部６の底面には、列設した各塗布ヘッド３のノズル３２端をそれぞれ密閉する一体形状のキャップ８が設けられている。そして、各塗布ヘッド３を待機位置に移動させた後に、当該インク受け部６を上昇させると、各塗布ヘッド３のノズル３２端にキャップ８が装着されるようになっている。

また、キャップ８の長手方向の一側には、公知の構造のワイパーブレード９が立設されており、ワイパーブレード９の先端が各ノズル３２端に接触する位置までインク受け部６を下降させた後、各塗布ヘッド３をＸ方向に移動させると、各塗布ヘッド３のノズル３２端に沿ってワイパーブレード９が滑動し、当該ノズル３周辺のインク滴を払拭できる。本実施の形態において上記インク受け部６には、公知の構造を有するストロボ発光装置６１と、ストロボ発光装置６１の各ストロボ発光により各塗布ヘッド３のノズル３２端から吐出されたインク滴の位置を検出するＣＣＤカメラ等の観察装置６２とが設けられている。そして、図示しない制御手段によりストロボ発光間隔内におけるインク滴の移動距離からインク滴の吐出速度及びノズル３２からの延長線に対するインクの飛翔角が検出できるようになっている。

次に、例えばメンテナンスを行った後に、基板Ｓへのインクの塗布に先立って待機位置において行われる本発明のインクジェット式塗布装置に吐出準備方法について説明する。各塗布ヘッド３の待機位置においては、インク受け部６を上昇位置に移動させることで各塗布ヘッド３のノズル３２端にキャップ８が装着されている（図４（ａ）参照）。この状態では、インクタンク５内は負圧となっている。

次いで、各塗布ヘッド３より上方に在るインクタンク５内を大気解放する。インクタンク５が大気解放されると、インクタンク５内のインクは、その自重によってインク供給管３７並びにヘッド本体３１内のインクチャンバ３４及びインク通路３３、３６を介してノズル３２に向かって押し出され、当該ノズル３端までインクが供給される。そして、インク受け部６を若干下降させて各塗布ヘッドのノズル３２端とキャップ８との間に所定の間隙Ｃを形成する。このとき、ノズル３２端からインクが緩やかに染み出して間隙Ｃに広がる（図４（ｂ）参照）

次いで、キャップ８をさらに下降させて、所定の空間が形成されるようにする（キャップ８の離脱）と、塗布ヘッド３のノズル３２端には少量のインク溜まりＩが形成される（図４（ｃ）参照）。そして、ワイパーブレード９の先端が各ノズル３２端に接触する位置までインク受け部６を下降させた状態で、各塗布ヘッド３をＸ方向に一体に移動させる。これにより、各塗布ヘッド３のノズル３２周辺のインク溜まりＩが払拭される（図４（ｄ）参照）。

最後に、インクタンク５を再度減圧すると、ヘッド本体３１内のインクがインクタンク５に向かって再度引かれ、メニスカスが再生される（図４（ｅ）参照）。このように本実施の形態の吐出準備方法では、インクタンク５内を加圧して塗布ヘッド３から強制的にインクを押し出すのではなく、インクの自重でインクを押し出し、上記間隙にインクを緩やかに染み出されるようにしたため、インクが無駄に消費されることが防止される。その際に、塗布ヘッド３に通じるインク通路３３、３６等に発生または混入した気泡や異物も、自重が作用しているインクによりノズル３２端から排出され易くなり、各塗布ヘッド３が吐出不良状態となることを抑制できる。さらに、キャップ８の離脱後に塗布ヘッド３のノズル端に残るインク溜まりは少量であるため、ノズル周辺のインクを払拭する作業性が良い。

なお、本実施の形態においては、圧電素子を用いた塗布ノズルを用い、インクタンクから各塗布ヘッドにインクを供給するようにしたものについて説明したが、塗布ヘッドの形態や当該塗布ヘッドへのインクの供給については特に限定されるものではなく、例えば、サーマル方式の塗布ヘッドにも本発明を適用できる。

本発明の吐出準備方法が実施できるインクジェット式の塗布装置の模式的な要部拡大平面図。 図１に示す塗布装置の模式的な正面図。 塗布ヘッドを説明する断面図。 （ａ）乃至（ｄ）は、本発明の吐出準備を説明する塗布ヘッドを説明する図。

符号の説明

１ インクジェット式の塗布装置
２ 基板ステージ
３ 塗布ヘッド
３２ ノズル
３３、３６ インク通路
３４ インクチャンバ
３５ 圧電素子
５ インクタンク（インク収納部）
６ インク受け部
８ キャップ
９ ワイパーブレード

Claims (3)

1. 塗布ヘッドのノズル端にキャップを装着し、塗布に用いられるインクを収納したインク収納部が前記塗布ヘッドより上方に位置する状態で当該インク収納部内を負圧状態から大気開放し、前記キャップを下降させることにより前記塗布ヘッドの先端と前記キャップとの間に間隙を設けて当該間隙にインクを染み出させ、前記キャップを離脱させた後、前記インク収納部を減圧することを特徴とするインクジェット式塗布装置の吐出準備方法。
2. 前記キャップを離脱させた場合に、前記塗布ヘッドのノズル端に形成されるインク溜まりを払拭する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載のインクジェット式塗布装置の吐出準備方法。
3. 前記塗布ヘッドを、そのノズル端が同一平面上に位置するように複数個列設して構成している場合に、各塗布ヘッドのノズル端を同時に密閉する１個のキャップを用いることを特徴とする請求項１または請求項２記載のインクジェット式塗布装置の吐出準備方法。

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