JP6479555B2 - 膜形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、ノズル孔から基板に向けてインクの液滴を吐出することにより、膜を形成する膜形成装置に関する。

下記の特許文献１に、加熱された膜材料（インク）をノズル孔から基板に向けて吐出して膜を形成する装置が開示されている。ノズル孔から吐出可能な程度まで膜材料の粘度を低下させるために、膜材料が加温される。複数のノズルヘッドが、支持板に取り付けられて、ノズルヘッド間の相対位置が固定されている。膜材料が貯蔵されたタンクから、複数のノズルヘッドに膜材料が供給される。

国際公開第２０１３／０１５０９３号

インクの寿命は、加温されている時間に依存する。インクが寿命に達すると、タンク及びノズルヘッド内のインクを回収した後、新しいインクの注入前に、タンク及びノズルヘッド内を洗浄しなければならない。実際には、ほとんど使用されなかったノズルヘッド内も、他のノズルヘッドと同様に洗浄される。このため、インク交換作業が煩雑になる。

本発明の目的は、メンテナンス作業の負荷を軽減することができる膜形成装置を提供することである。

本発明の一観点によると、
基板を保持するステージと、
前記ステージに保持された前記基板に向けてインクの液滴を吐出するノズル孔を含む複数の吐出モジュールと、
複数の前記吐出モジュールを前記ステージの上方に支持する支持構造物と、
複数の前記吐出モジュールの各々に対応して配置され、対応する前記吐出モジュールにそれぞれインクを供給するとともに、各々が、インクを貯蔵するタンク及びインクを加温する加温装置を含む複数の供給モジュールと、
前記ステージ及び前記吐出モジュールの一方を他方に対して移動させる移動機構と、
前記吐出モジュール、前記移動機構、及び前記加温装置を制御する制御装置と
を有する膜形成装置が提供される。

吐出モジュールの各々に対応して供給モジュールが配置されているため、吐出モジュールごとにインクの交換を行うことが可能である。このため、インク交換作業の時間短縮を図ることができる。

図１は、実施例による膜形成装置の概略正面図である。 図２は、実施例による膜形成装置の概略側面図である。 図３は、１つの吐出モジュールの底面図である。 図４は、制御装置の機能を表すブロック図である。 図５は、表示装置に表示される画像の一例を示す図である。 図６Ａ〜図６Ｅは、インクの交換手順を説明するための４つの供給モジュール及び吐出モジュールの模式図である。 図７Ａ〜図７Ｃは、支持構造物に取り付けられた４つの吐出モジュールの模式図である。 図８Ａは、吐出モジュールを交換する前のノズル孔と画素との対応関係を示す図であり、図８Ｂは、吐出モジュールを交換した後のノズル孔と画素との対応関係を示す図である。 図９は、ノズル孔を画素に割り当てる処理のフローチャートである。 図１０は、ステージに小さな基板が保持された状態の膜形成装置の概略正面図である。

図１及び図２に、それぞれ実施例による膜形成装置の概略正面図及び概略側面図を示す。基台２０の上に、移動機構２１を介してステージ２２が支持されている。水平な２方向をｘ方向及びｙ方向とし、鉛直方向の上向きをｚ軸の正方向とするｘｙｚ直交座標系を定義する。ステージ２２は、ｘｙ面に平行な保持面を有する。保持面に基板５０が保持される。

複数の吐出モジュール３０が、支持構造物６０によってステージ２２の上方に支持されている。支持構造物６０には、例えば門型フレームが用いられる。吐出モジュール３０の各々は、昇降機構６１を介して支持構造物６０に取り付けられており、ステージ２２に対して昇降可能である。吐出モジュール３０は、ステージ２２に保持された基板５０に対向する複数のノズル孔を有する。ノズル孔から基板５０に向けて、インクの液滴が吐出される。

吐出モジュール３０の各々に対応して供給モジュール４０が配置されている。供給モジュール４０は、インクを貯蔵するタンク４１、タンク４１内のインクを加温する加温装置４２、及びタンク４１内のインクの温度を計測する温度センサ４３を含む。加温装置４２には、電熱ヒータを用いることができる。複数の吐出モジュール３０は、支持構造物６０に対して、吐出モジュール３０ごとに着脱可能である。

供給モジュール４０が、供給経路４４及び回収経路４５を介して、対応する吐出モジュール３０に接続されている。供給経路４４及び回収経路４５に、それぞれ供給ポンプ４６及び回収ポンプ４７が挿入されている。供給モジュール４０から供給経路４４を通って吐出モジュール３０にインクが供給され、吐出モジュール３０から回収経路４５を通って供給モジュール４０にインクが回収される。

インクとして、例えば紫外線硬化性の樹脂を含む液状の膜材料が用いられる。インクを加温することにより、インクの粘度が低下し、ノズル孔からの吐出性を高めることができる。基板５０に塗布されたインクに紫外線を照射して硬化させることにより、基板５０の所望の位置に膜を形成することができる。

支持構造物６０に位置検知器６５が取り付けられている。位置検知器６５は、ステージ２２に保持された基板５０の表面に設けられたアライメントマークや、形成された膜の位置を検知する。位置検知器６５には、例えば撮像装置が用いられる。

移動機構２１が、ステージ２２及び吐出モジュール３０の一方を他方に対して、ｘ方向及びｙ方向の二方向に移動させる。図１に示した例では、移動機構２１が、吐出モジュール３０に対してステージ２２を移動させる。

制御装置７０が、吐出モジュール３０、移動機構２１、加温装置４２、及び昇降機構６１を制御する。位置検知器６５から、検知結果が制御装置７０に入力される。制御装置７０は、位置検知器６５から受信した検知結果を解析することにより、基板５０の表面に形成されているアライメントマークや、膜の座標を算出する。制御装置７０が、種々の情報を表示装置８０に表示する。

図３に、１つの吐出モジュール３０の底面図を示す。支持プレート３１に、複数のインクジェットヘッド３２、及び複数の光源３４が取り付けられている。インクジェットヘッド３２の、ステージ２２（図１）を向く底面に、複数のノズル孔３３が設けられている。ノズル孔３３は、ｘ方向に等間隔で並んでいる。複数のインクジェットヘッド３２は、ｙ方向に並んで配置されている。１つの吐出モジュール３０に着目した時、複数のノズル孔３３が全体としてｘ方向に等間隔で分布するように、複数のインクジェットヘッド３２の相対位置が調節されている。具体的には、複数のインクジェットヘッド３２が相互にｘ方向にずれて配置されている。

光源３４は、ｙ方向に隣り合う２つのインクジェットヘッド３２の間、及びｙ方向に関して最も両端のインクジェットヘッド３２のさらに外側に配置されている。光源３４は、ステージ２２に保持された基板５０に対して、硬化用の光、例えば紫外線を照射する。

次に、基板５０に膜を形成する手順について説明する。形成すべき膜の形状を定義する画像データが制御装置７０（図１）に記憶されている。制御装置７０が、移動機構２１を制御してステージ２２をｙ方向に移動させながら（走査しながら）、画像データに基づいて吐出モジュール３０を制御することにより、ノズル孔３３からインクの液滴を吐出させる。光源３４から放射された硬化用の光が基板５０に照射されることにより、基板５０に付着したインクが硬化する。インクが硬化することによって、基板５０に膜が形成される。

基板５０をｘ方向にずらして、ｙ方向への複数回の走査を行うことにより、基板５０の表面の全域に膜を形成することができる。

図４に、制御装置７０の機能を表すブロック図を示す。制御装置７０は、位置算出部７１、移動制御部７２、吐出制御部７３、表示制御部７４、加温制御部７５、ノズル孔画素割り当て部７６、累積加温時間算出部７７、及び累積稼働時間算出部７８を含む。これらの各機能は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）がコンピュータプログラムを実行することにより実現される。

制御装置７０は、さらに記憶装置９０を含む。記憶装置９０に、画像データ９１、ノズル孔画素割り当てデータ９２、累積稼働時間データ９３、及び累積加温時間データ９４を記憶する領域が確保されている。画像データ９１は、基板５０（図１）に形成すべき膜の形状をビットマップ形式で定義する。ノズル孔画素割り当てデータ９２は、吐出モジュール３０のノズル孔３３（図３）と、画像データ９１の画素との対応関係を定義する。累積稼働時間データ９３は、吐出モジュール３０ごとに、稼働時間の累積値を表す。吐出モジュール３０を交換した場合には、当該吐出モジュール３０の稼働時間の累積値が初期設定される。累積加温時間データ９４は、供給モジュール４０ごとに、インクの加温時間の累積値を表す。１つの供給モジュール４０のインクを交換した場合には、当該供給モジュール４０の加温時間の累積値が初期設定される。

位置算出部７１は、位置検知器６５からの画像信号を解析することにより、基板５０（図１）に形成されているアライメントマークや、基板５０に形成された膜の座標を算出する。ノズル孔画素割り当て部７６は、インクの液滴の着弾点の座標に基づいて、ノズル孔３３（図３）の各々を、画像データ９１の画素に割り当てる。割り当て結果は、ノズル孔画素割り当てデータ９２として記憶装置９０に格納される。

移動制御部７２は、移動機構２１を制御することにより、ステージ２２（図１）をｘ方向またはｙ方向に移動させる。吐出制御部７３は、移動制御部７２から受信したステージ２２の位置情報、画像データ９１、及びノズル孔画素割り当てデータ９２に基づいて、吐出モジュール３０を制御する。さらに、吐出制御部７３は、吐出モジュール３０が稼働中か否かの情報を、累積稼働時間算出部７８に通知する。累積稼働時間算出部７８は、吐出モジュール３０ごとに稼働時間の累積値を算出する。算出された累積値は、累積稼働時間データ９３として記憶装置９０に格納される。

加温制御部７５が加温装置４２を制御することにより、供給モジュール４０ごとにインクを加温する。インクを加温しているか否かの情報が、累積加温時間算出部７７に通知される。累積加温時間算出部７７は、供給モジュール４０ごとにインクの加温時間の累積値を算出する。算出された累積値は、累積加温時間データ９４として記憶装置９０に格納される。

表示制御部７４は、記憶装置９０に格納されている累積稼働時間データ９３及び累積加温時間データ９４を読み出し、表示装置８０に表示する。

図５に、表示装置８０に表示される画像の一例を示す。供給モジュール４０ごとに、インクの累積加温時間が表示される。さらに、吐出モジュール３０ごとに、累積稼働時間が表示される。

インクを加温すると、インクの劣化が促進される。一般的に、インクの加温時間の累積値が規定の保証時間を超えると、インクを交換しなければならない。膜形成装置のオペレータは、表示装置８０に表示された供給モジュール４０ごとの累積加温時間に基づいて、インクの交換時期を予測することができる。さらに、表示装置８０に表示された吐出モジュール３０ごとの累積稼働時間に基づいて、吐出モジュール３０のメンテナンス時期を決定することができる。

次に、図６Ａ〜図６Ｅを参照して、１つの供給モジュール４０に収容されているインクの加温時間の累積値が保証時間を超えた場合のインク交換手順について説明する。

図６Ａに、４つの供給モジュール４０及び吐出モジュール３０の模式図を示す。全ての供給モジュール４０及び吐出モジュール３０内にインク４８が収容されている。以下、左から３番目の供給モジュール４０内のインクの累積加温時間が保証時間を超えた例について説明する。

図６Ｂに示すように、インク交換対象の供給モジュール４０に接続されている吐出モジュール３０内のインクを、全て供給モジュール４０に回収する。図６Ｃに示すように、インク交換対象の供給モジュール４０に回収されたインクを、供給モジュール４０から排出する。図６Ｄに示すように、インク交換対象の供給モジュール４０に洗浄液４９を注入する。供給モジュール４０と吐出モジュール３０との間で洗浄液４９を循環させることにより、供給モジュール４０及び吐出モジュール３０を洗浄する。洗浄後、洗浄液４９を廃棄し、図６Ｅに示すように、インク交換対象の供給モジュール４０に新しいインク４８を注入する。新しいインク４８は、吐出モジュール３０にも供給される。

図６Ａ〜図６Ｅに示したインク交換手順では、インク交換対象の供給モジュール４０以外の供給モジュール４０については、インク交換及び洗浄は行われない。これらの供給モジュール４０及び吐出モジュール３０内のインク４８は、継続して使用される。

１つのインクタンクから、共通のポンプを用いて複数の吐出モジュール３０にインクを循環させる場合、インクが劣化すると、全ての吐出モジュール３０内のインクを回収して、洗浄を行わなければならない。これに対し、実施例においては、劣化していないインクは廃棄することなく継続して使用される。さらに、劣化したインクを使用していた供給モジュール４０及び吐出モジュール３０のみを洗浄すればよい。これにより、インクを有効利用し、インク交換作業の作業時間を短縮することができる。

次に、図７Ａ〜図９を参照して、１つの吐出モジュール３０が故障した場合のメンテナンス手順について説明する。

図７Ａ〜図７Ｃに、支持構造物６０に取り付けられた４つの吐出モジュール３０の模式図を示す。以下、図７Ａの左から２番目の吐出モジュール３０Ａのインクジェットヘッド３２（図３）が故障した例について説明する。故障の発生が確認されると、図７Ｂに示すように、故障が発生したインクジェットヘッド３２を含む吐出モジュール３０Ａを支持構造物６０から取り外す。その後、図７Ｃに示すように、新しい吐出モジュール３０Ｂを支持構造物６０に取り付ける。

図８Ａに、吐出モジュール３０を交換する前のノズル孔３３と画素５１との対応関係を示す。吐出モジュール３０の各々に、複数のノズル孔３３が設けられている。ノズル孔３３は、図３に示したように、複数の列を構成している。１つの吐出モジュール３０内では、ノズル孔３３は、全体としてｘ方向に等間隔で分布している。図８Ａでは、複数列のノズル孔３３が１列で表されている。

４つの吐出モジュール３０に対して、１つのグローバルビットマップが対応付けられる。グローバルビットマップは、ｘ方向及びｙ方向に行列状に分布する複数の画素で構成される、１つのノズル孔３３が、ｙ方向に延びる画素列内の画素５１に対応付けられる。図８Ａに示した例では、最も左に配置された吐出モジュール３０の左端（左から０番目）のノズル孔Ｎ（０）が、０番目の画素Ｐ（０）に割り当てられている。

ノズル孔３３のｘ方向のピッチと、グローバルビットマップの画素５１のｘ方向のピッチとが等しい場合、左から１番目のノズル孔Ｎ（１）は、１番目の画素Ｐ（１）に割り当てられる。グローバルビットマップの画素ピッチが、ノズル孔３３のピッチより小さい場合、左から１番目のノズル孔Ｎ（１）が、２番目以降の画素Ｐ（２）、Ｐ（３）、Ｐ（４）・・・のいずれかに割り当てられる。この場合には、基板５０（図１）をｘ方向に画素ピッチ分ずらしながら、複数回の走査を行うことにより、全ての画素にインクを着弾させることができる。

左から２番目、３番目、及び４番目の吐出モジュール３０の左端のノズル孔Ｎ（０）が、それぞれｉ番目の画素Ｐ（ｉ）、ｊ番目の画素Ｐ（ｊ）、及びｋ番目の画素Ｐ（ｋ）に割り当てられている。

吐出モジュール３０を交換すると、交換された吐出モジュール３０のノズル孔３３のｘ方向の位置がずれる。以下、左から２番目の吐出モジュール３０Ａが、新しい吐出モジュール３０Ｂに交換された場合について説明する。

図８Ｂに、交換後の吐出モジュール３０Ｂのノズル孔３３と、画素５１との対応関係を示す。交換後の左から２番目の吐出モジュール３０Ｂの左端のノズル孔Ｎ（０）から吐出されたインクの液滴の着弾位置が、画素Ｐ（ｉ）から画素Ｐ（ｉ−１）にずれている。この場合、吐出モジュール３０Ｂのノズル孔Ｎ（０）から吐出されたインクの液滴の着弾位置が画素Ｐ（ｉ）に着弾するように吐出モジュール３０Ｂの位置を微調整する代わりに、ノズル孔Ｎ（０）を画素Ｐ（ｉ−１）に割り当てる。

ノズル孔３３と画素５１との再割り当てを行うことにより、吐出モジュール３０のｘ方向の位置ずれは、実質的に解消される。膜形成時に、１つの吐出モジュール３０でインクを塗布する必要がある領域（守備範囲）のｘ方向の寸法は、ｘ方向に関して両端に設けられている２つのノズル孔３３の間隔よりも小さくなるように設計される。このため、ノズル孔３３と画素５１との再割り当てを行っても、グローバルビットマップの全ての画素５１にインクを着弾させることができる。

図８Ａ及び図８Ｂでは、交換した吐出モジュール３０Ｂのｘ方向に関する位置のずれについて説明したが、ｙ方向に関しても同様の位置ずれが生じ得る。ｙ方向に関しての位置ずれは、ノズル孔３３からの吐出タイミングを調整することにより、実質的に解消される。

次に、図９を参照して、ノズル孔３３を画素５１に割り当てる処理について説明する。必要に応じて、図４に示した制御装置７０のブロック図を参照する。

図９に、ノズル孔３３を画素５１に割り当てる処理のフローチャートを示す。ステップＳ１において、評価用の基板をステージ２２（図１）に載せる。ステップＳ２において、吐出制御部７３（図４）が吐出モジュール３０を制御することにより、特定のノズル孔３３から評価用の基板に向けてインクの液滴を吐出する。評価時にインクの液滴を吐出する特定のノズル孔３３として、例えば図８Ｂに示した左端のノズル孔Ｎ（０）が選択される。なお、特定のノズル孔３３として、複数のノズル孔３３を選択してもよい。

移動制御部７２（図４）が移動機構２１を制御することにより、インクの着弾位置を位置検知器６５の視野内に配置する。ステップＳ３において、位置算出部７１（図４）が、評価用の基板の表面のうち、インクの着弾位置の画像を取得する。ステップＳ４において、取得された画像から、インクの着弾位置の座標を算出する。

ステップＳ５において、ノズル孔画素割り当て部７６（図４）が、着弾位置の座標に基づいて、ノズル孔３３と画素５１との再割り当てを行う。具体的には。吐出モジュール３０のノズル孔３３を、当該ノズル孔３３から吐出されたインクの着弾位置に最も近い画素５１に割り当てる。ステップＳ６において、再割り当ての結果に基づき、ノズル孔画素割り当てデータ９２（図４）を更新する。

実施例においては、吐出モジュール３０を支持構造物６０（図１）に取り付ける前に、吐出モジュール３０内の複数のインクジェットヘッド３２（図３）の相対的位置関係が調整済である。このため、吐出モジュール３０を支持構造物６０に取り付けた後、ソフトウェア的な処理のみによって、吐出モジュール３０の位置のばらつきを実質的に解消することができる。

これに対し、１枚の支持プレートに、全てのインクジェットヘッド３２が固定されている場合には、ソフトウェア的な処理のみによって、ノズル孔３３と画素５１との再割り当てを行うことが困難である。この構成では、例えば、支持プレート３１（図３）に、全てのインクジェットヘッド３２が、ｘ方向及びｙ方向に行列状に取り付けられている。ｙ方向に並ぶ２つのインクジェットヘッド３２のうち一方を交換した場合、ｙ方向に並ぶ２つのインクジェットヘッド３２のｘ方向に関する相対的なずれは、ノズル孔３３と画素５１との再割り当てによって解消することができない。このため、機械的に位置の微調整を行う必要がある。

実施例においては、複数のインクジェットヘッド３２を含む吐出モジュール３０ごとに交換されるため、交換後に、ノズル孔３３と画素５１との再割り当て処理を行うことによって、位置ずれを実質的に解消することができる。このため、インクジェットヘッド３２が故障した時のメンテナンス作業の時間を短縮することができる。

次に、図１０を参照して、膜を形成すべき基板５０が、複数の吐出モジュール３０が配置された領域に比べて小さい場合の膜形成方法について説明する。

図１０に、ステージ２２に小さな基板５０が保持された状態の膜形成装置の概略正面図を示す。基板５０が小さいため、１つの吐出モジュール３０、例えば図１０の右端の吐出モジュール３０を休止させ、他の３つの吐出モジュール３０を動作させる。休止中の吐出モジュール３０に接続されている供給モジュール４０のインクは加温されない。このため、休止中の吐出モジュール３０に供給されるインクの劣化を軽減することができる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

２０ 基台
２１ 移動機構
２２ ステージ
３０、３０Ａ、３０Ｂ 吐出モジュール
３１ 支持プレート
３２ インクジェットヘッド
３３ ノズル孔
３４ 光源
４０ 供給モジュール
４１ タンク
４２ 加温装置
４３ 温度センサ
４４ 供給経路
４５ 回収経路
４６ 供給ポンプ
４７ 回収ポンプ
４８ インク
４９ 洗浄液
５０ 基板
５１ 画素
６０ 支持構造物
６１ 昇降機構
６５ 位置検知器
７０ 制御装置
７１ 位置算出部
７２ 移動制御部
７３ 吐出制御部
７４ 表示制御部
７５ 加温制御部
７６ ノズル孔画素割り当て部
７７ 累積加温時間算出部
７８ 累積稼働時間算出部
８０ 表示装置
９０ 記憶装置
９１ 画像データ
９２ ノズル孔画素割り当てデータ
９３ 累積稼働時間
９４ 累積加温時間

Claims (6)

1. 基板を保持するステージと、
   前記ステージに保持された前記基板に向けてインクの液滴を吐出するノズル孔を含む複数の吐出モジュールと、
   複数の前記吐出モジュールを前記ステージの上方に支持する支持構造物と、
   複数の前記吐出モジュールの各々に対応して配置され、対応する前記吐出モジュールにそれぞれインクを供給するとともに、各々が、インクを貯蔵するタンク及びインクを加温する加温装置を含む複数の供給モジュールと、
   前記ステージ及び前記吐出モジュールの一方を他方に対して移動させる移動機構と、
   前記吐出モジュール、前記移動機構、及び前記加温装置を制御する制御装置と
   を有する膜形成装置。
2. 複数の前記吐出モジュールの各々は、複数のインクジェットヘッドを含み、
   複数の前記吐出モジュールは、前記支持構造物に対して前記吐出モジュールごとに着脱可能である請求項１に記載の膜形成装置。
3. 前記インクジェットヘッドの各々は、第１の方向に等間隔に分布する複数の前記ノズル孔を含み、
   １つの前記吐出モジュールに含まれる複数の前記インクジェットヘッドに設けられている前記ノズル孔が、全体として前記第１の方向に等間隔に分布するように、前記第１の方向に関して複数の前記インクジェットヘッドの相対位置が調節されている請求項２に記載の膜形成装置。
4. 基板を保持するステージと、
   前記ステージに保持された前記基板に向けてインクの液滴を吐出するノズル孔を含む複数の吐出モジュールと、
   複数の前記吐出モジュールを前記ステージの上方に支持する支持構造物と、
   複数の前記吐出モジュールの各々に対応して配置され、対応する前記吐出モジュールにそれぞれインクを供給するとともに、インクを加温する加温装置を含む複数の供給モジュールと、
   前記ステージ及び前記吐出モジュールの一方を他方に対して移動させる移動機構と、
   前記吐出モジュール、前記移動機構、及び前記加温装置を制御する制御装置と、
   表示装置と
   を有し、
   前記制御装置は、前記供給モジュールごとに、前記インクの加温時間を累積することによって累積加温時間を算出し、前記累積加温時間を前記表示装置に表示する膜形成装置。
5. 前記制御装置は、前記吐出モジュールごとの稼働時間を累積して累積稼働時間を算出し、前記累積稼働時間を前記表示装置に表示する請求項４に記載の膜形成装置。
6. さらに、前記ステージに保持された前記基板に付着した前記インクの液滴の位置を検知する位置検知器を有し、
   前記制御装置は、
   複数の画素で定義された画像データを記憶しており、前記画像データに基づいて、前記吐出モジュールを制御し、
   複数の前記吐出モジュールの少なくとも１つの前記ノズル孔から前記ステージに保持された評価用の基板に向けて前記インクの液滴を吐出させ、
   前記位置検知器から、前記評価用の基板に付着した前記インクの位置を検知し、
   前記位置検知器から取得された前記インクの位置情報に基づいて、前記吐出モジュールの前記ノズル孔を、当該ノズル孔から吐出された前記インクの位置に対応する前記画素に割り当てる請求項１乃至５のいずれか１項に記載の膜形成装置。
   

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