專利名稱：薄膜形成裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種采用噴射頭在基板上噴出、涂布并形成薄膜的薄膜形成裝置。
背景技術(shù)：
各種半導體裝置和顯示元件等由各種各樣的薄膜構(gòu)成，近年來，作為在展現(xiàn)飛躍 性發(fā)展的液晶顯示元件中被認為是最主要的薄膜，列舉取向膜等。具有薄型化、大型化且低能耗這些很大優(yōu)勢的液晶顯示裝置主流運用在移動電 話、個人計算機或是薄型電視機等中，實現(xiàn)了很大的發(fā)展。液晶顯示元件將液晶組合物夾持在形成有電極的兩塊基板之間，通過在兩個電極 之間施加電壓，利用在液晶的分子排列中產(chǎn)生扭曲使來自背光源的光直接進入、遮擋的開 關(guān)(switching)現(xiàn)象，通過與偏光板和濾色器的組合來顯示圖像。取向膜起到用于在液晶分子的排列中發(fā)生變化的觸發(fā)器的功能。另外，為了使液 晶分子在一個方向上排列，需要預先給予液晶分子的分子軸與取向膜所成的預傾角。具體而言，在將取向膜涂布于基板之后，通過用特定的布來實施朝特定方向輕輕 摩擦的摩擦(rubbing)處理，從而在取向膜的表面形成作為液晶分子的排列發(fā)生扭曲時的 起點的核。若在兩基板的電極之間施加電壓，則能實現(xiàn)液晶在固定方向上的排列。為了實現(xiàn) 所希望的顯示，取向膜的作用是極其重要的，因而強烈希望能具有作為薄膜的基本特性的 膜厚和組成的均勻性。此外，液晶的分子排列的狀況與畫面的亮度和視角的寬度等顯示性能緊密相關(guān)， 為了改善這些特性，提議采用水平電場方式取向(IPS)或垂直取向(VA)，并開發(fā)了與之對 應的取向膜材料。將這種取向膜材料涂布于基板，大面積、薄且均勻地成膜便成為重要的技 術(shù)問題。以往的液晶顯示元件的取向膜形成一般采用如專利文獻1(日本專利特開昭 54-21862號公報)所記載的偏置印刷(苯胺印刷(日文7 > * 〃印刷))這樣的方法。將 在網(wǎng)紋輥(anilox roller)上展開的取向膜材料用刮刀輥制成均勻厚度，在轉(zhuǎn)印至設在版 體上的印刷版之后，轉(zhuǎn)印至基板表面，經(jīng)過干燥工序和燒成工序之后，形成取向膜。每年液晶顯示元件的基板都在大型化，而在以往的印刷方法中，由于在無塵室內(nèi) 更換設有印刷版的版體非常困難，而且材料損耗也大，因此如專利文獻2(日本專利特開 2003-80130號公報)所記載，也提出了如下噴射方式的取向膜形成方法，這種取向膜形成 方法從噴嘴噴射取向膜材料并涂布在基板表面，經(jīng)過展開、干燥和燒成的過程來形成取向 膜。圖10是表示現(xiàn)有的薄膜形成裝置的簡要情況的圖。薄膜形成裝置Ib具有將基板 3固定的基板搬運臺4，在基板搬運臺4的上方，設置了安裝有多個噴射頭9的頭支架2a的 頭部件2支承設置于門型框架2e。在各噴射頭9的下表面存在著多個噴嘴9a，噴出從涂布溶液收納容器2c經(jīng)由涂布溶液供給配管2d供給而來的材料溶液9d。另外，各噴嘴9a的液滴噴出方向垂直于基板3 的表面。利用臺移動用致動器6a使基板搬運臺4水平移動，一邊調(diào)整基板搬運臺4上的基 板3的移動量和從噴嘴頭9的噴出量，一邊進行涂布動作?；灏徇\臺4通過工作臺控制器(stage controller) IOf進行高精度的定位。利 用位置檢測器6b獲取基板搬運臺4的位置，通過反饋至工作臺控制器IOf，從而控制成使其 位于正確的位置。在以規(guī)定速度朝規(guī)定方向進行搬運的基板3的表面上，將從各噴射頭9噴出的、以 球狀的點滴落的材料溶液9d通過展開、干燥和燒成來形成取向膜。另外，關(guān)于涂布動作中的基板3的行進，有以下兩種方法固定噴射頭9的位置、使 基板搬運臺4水平移動的直接移動的方法；以及固定基板搬運臺4的位置、使噴嘴頭9水平 移動的間接移動的方法。為解決偏置印刷的液晶顯示元件的取向膜形成中的問題而提出的采用噴嘴頭的 非接觸方式的形成方法，解決了關(guān)于取向膜材料的使用效率和版更換的技術(shù)問題。然而，在確保取向膜的膜厚的均勻性這點上，存在很大的技術(shù)問題。以往的噴射方 式的取向膜形成方法是在常壓(大氣壓)下進行的，由于噴射方式所使用的液滴是極微量 的，因此噴出后的液滴的飛行軌跡容易受到周圍氣氛的氣流影響，與基板上的落點位置的 偏差直接關(guān)聯(lián)。通過噴嘴頭與基板的縫隙制成盡可能狹窄，以使得噴出時的動能不發(fā)生衰減，從 而能維持落點位置的精度保證，但對于大型化的基板而言，縫隙缺乏裕度，會成為形成在基 板上的取向膜的膜厚變動的很大原因。落點位置精度也會發(fā)生在噴射頭與基板的相對移動速度變動的情況下、或噴嘴的 噴射時刻偏差的情況下，但由于噴射方式的取向膜形成方法是將以一滴液滴形成在基板上 的點擴散、展開來得到大面積的薄膜的方法，因此點的位置偏差會成為膜厚變動的很大原 因。此外，噴射頭是通過與半導體相同的微細的過程來制造的，為使材料溶液流暢地 流過占據(jù)設備主要部分的流路，需要對作為材料溶液的流體特性的粘度加以制約。而且，為 了從噴嘴噴射出一個液滴，也需要對材料溶液本身的表面張力加以制約。另外，在如今，關(guān)于作為工業(yè)用加以利用的噴射頭，粘度為5 15mPa · s左右，表 面張力為25 45mN/m左右。關(guān)于取向膜材料，由于作為主成分的聚酰亞胺是非常穩(wěn)定的高分子材料，不易溶 解，因此作為溶劑，大量采用Y-丁內(nèi)酯、N-甲基吡咯烷酮或丁基溶纖劑等，配成較低粘度 進行噴射涂布。當添加了溶劑的材料溶液滴落在基板上時，會同時發(fā)生溶劑的蒸發(fā)和作為液體 的擴散展開，最終成為半干燥狀態(tài)時，物質(zhì)的移動停止，由于比重相對較大的聚酰亞胺分 子擴散而朝端部前進，因此會產(chǎn)生端部的膜厚變得非常厚的咖啡漬現(xiàn)象(coffee stain effect)ο在以薄膜形成為目的的過程中，由于涂布區(qū)域的周緣部上的膜厚異常增大，在液 晶顯示元件的制造中是致命的麻煩，因此端部的鼓起是不得不避免的重要的技術(shù)問題。
在通過噴射的薄膜形成方法中，作為得到均勻性高的膜厚分布的方法，在低于大 氣壓的減壓環(huán)境下進行噴射涂布是有效的。不過，為了用薄膜形成裝置進行穩(wěn)定的噴出涂 布，需要注意噴射頭的噴嘴面與涂布溶液收納容器的液面的水位差。圖11是對噴射頭的噴嘴面與涂布溶液收納容器的液面的水位差進行表示的圖。由于多用于噴射涂布裝置的剪斷型的噴射頭9通過壓電元件使變形噴出機構(gòu)接 近至噴嘴9a跟前，因此噴射頭9的噴嘴9a的面比涂布溶液收納容器2c內(nèi)的材料溶液9d 的液面高。另外，若材料溶液9d的液面比噴射頭9的噴嘴9a面高，則材料溶液9d不在噴嘴 9a面上受到限制，而發(fā)生滲出。此外，若材料溶液9d的液面超過必要地下降，則無法發(fā)揮壓 電元件的泵吸作用，因而無法進行噴出、涂布。在確保水位差時，若考慮到不妨礙噴射頭的移動和基板搬運臺的移動，則供給配 管系統(tǒng)容易變得冗長，在減壓下安裝薄膜形成裝置時會產(chǎn)生很大的技術(shù)問題。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種薄膜形成裝置，該薄膜形成裝置在減壓下將材 料溶液從噴射頭噴出、并涂布在基板上從而形成薄膜時，不僅能實現(xiàn)膜厚的均勻性，還能不 影響噴出涂布的功能、簡潔地安裝各結(jié)構(gòu)。成為液滴而從噴射頭飛出的材料溶液在滴落至基板之后，在基板表面擴散、展開， 在取得材料溶液所具有的動能與對于基板面的摩擦阻力取得平衡時，擴散、展開停止。在擴散過程中，不斷從材料溶液的表面蒸發(fā)溶劑等的揮發(fā)量。另外，蒸發(fā)行為進行 得最強烈的是液滴前端部的自由表面。當這個區(qū)域的蒸發(fā)加速，則為了從液滴的中心部朝向端部供給材料溶液，會產(chǎn)生 稱之為馬拉高尼(marangoni)流的流動。通過反復進行這種流動，會在端部產(chǎn)生濃度高的 區(qū)域，結(jié)果使膜厚變得非常大。圖12是減壓度對從噴射頭噴出的液滴在基板上展開、最終的液滴截面形狀所帶 來的影響進行表示的圖。如圖12的上部所示，同時進行材料溶液的流動和溶劑的蒸發(fā)干燥。材料溶液在基 板上的擴散展開是由液滴所具有的動能和基板的表面狀態(tài)決定的，但由于溶劑的蒸發(fā)的沸 點會因減壓的程度而改變，因此能控制整體的流動。若對大氣中的成膜行為13與減壓下的成膜行為13a進行比較，則如圖12的下部 所示，最終的表面形狀會因減壓程度而發(fā)生很大的變化。通過采用減壓單元來控制材料溶液的擴散和溶劑等的揮發(fā)量的蒸發(fā)，在用由噴射 噴出的液滴的連接來形成薄膜時，能消除咖啡漬現(xiàn)象和膜厚不均勻等情況，能實現(xiàn)平坦度 好的均勻的膜厚。此外，材料溶液從涂布溶液收納容器向噴射頭的供給是利用考慮了重力的水位差。在涂布溶液收納容器的液面和噴射頭的噴嘴面朝大氣開放的狀態(tài)下，使包括噴射 頭的管路的配管阻力與相當于水位差的重力相平衡，在噴出中斷時，材料溶液不會從噴嘴 流出，在噴出動作時，與噴射頭的致動器相呼應來使材料溶液不滯留地進行供給。圖13是對噴出前階段中在噴嘴前端上的溶液凹凸透鏡的形狀產(chǎn)生影響的水位差 的狀態(tài)進行說明的圖。
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若水位差正好14，則凹凸透鏡9e的形狀最為合適，若水位差過大14a，則為材料溶 液9d后退的凹凸透鏡9e，若水位差不足14b，則從噴嘴9a產(chǎn)生液體下垂9f。因此，需要將水位差設定成使噴射頭9的噴嘴9a噴出口中的材料溶液9d的凹凸 透鏡9e形狀最為合適。另外，在大氣壓中，使材料溶液9d的液面相對于噴射頭9的噴嘴9a 面低IOOmm左右。在減壓下，若將與噴射頭直接連結(jié)的涂布溶液收納容器設置于減壓室的外部時， 則在減壓室內(nèi)外產(chǎn)生壓力差，由于不容易用水位差來抵消該壓力差，因此涂布溶液收納容 器放入減壓室內(nèi)部。不過，不需要包括對涂布溶液收納容器補充材料溶液的涂布溶液補充 用儲罐(夕 > 々)等。接著，為了流暢地進行噴射的噴射涂布動作，要求在減壓環(huán)境下從任何噴嘴均能 噴出液滴。此外，為了噴射的穩(wěn)定噴出，需要使噴射頭和配管供給系統(tǒng)沒有孔眼堵塞等。在包括噴射頭的材料溶液的供給系統(tǒng)中，因來自外部的空氣的流入而引起的氣泡 混入和來自內(nèi)部的氣泡產(chǎn)生會引起壓力切斷，從而無法進行穩(wěn)定的噴出。另外，來自外部的 氣泡混入能通過密封件等的方法得以防止。對于來自內(nèi)部的氣泡產(chǎn)生，材料溶液中所包含的溶劑在減壓環(huán)境下沸點降低、容 易蒸發(fā)，使氣泡的產(chǎn)生加速，或者也可能使最初便存在于材料溶液內(nèi)的水分、在保管時所吸 收的水分或是在配管系統(tǒng)或噴射頭的流路壁面上結(jié)露的水分等通過減壓進行蒸發(fā)。圖14是表示液晶取向膜的溶劑成分和水的蒸汽壓的圖。作為形成取向膜所采用 的溶劑成分，有NMP(N_甲基吡咯烷酮)、丁基溶纖劑、Y-丁內(nèi)酯等。蒸汽壓線圖15是從Antione式求得的表示液體的溫度與蒸汽壓的關(guān)系的圖，與材 料溶液所包含的溶劑相比，存在于材料溶液等內(nèi)的水分受減壓沸騰的影響更為顯著。在47kPa的減壓度下，水的平衡溫度為大約80°C，在7. 4kPa的減壓度下則降低至 大約40°C，在標準室溫25°C進行減壓，水分發(fā)生汽化的下限為3. 169kPa。雖然也根據(jù)噴射頭的流路內(nèi)部的表面狀態(tài)，但若在大氣壓和下限值范圍內(nèi)減壓來 進行動作，則能實現(xiàn)穩(wěn)定的噴出。接著，為了在大氣環(huán)境下使構(gòu)成噴射頭的所有噴嘴不滯留地噴出，需要使對擠壓 材料溶液的空氣的力和相當于水位差的材料溶液的重量之和與為不使材料溶液從噴嘴流 出而保留的力和伴隨材料溶液移動的管路阻力之和的壓差恰當，當確定了噴射頭、涂布溶 液配管系統(tǒng)和涂布環(huán)境條件之后，使水位差最適化成為穩(wěn)定噴出的主要條件。在減壓環(huán)境下，若恰當?shù)鼐S持欲使材料溶液流出的力與欲使材料溶液保留的力之 差，就能實現(xiàn)穩(wěn)定的噴出。為了使噴射噴出動作穩(wěn)定且持續(xù)，需要始終保持所需要的材料溶 液的噴出與所供給的材料溶液的補充的平衡。檢測液面伴隨著材料溶液的使用而降低的狀況，供給與減少量相應的材料溶液。 作為測量液面的裝置，具有光學式的裝置、采用浮子等的機械式的裝置、采用聲波的裝置寸。在涂布溶液收納容器進入減壓室的狀況下，安裝能使保持有涂布溶液收納容器的 設置移動工作臺上下移動的機構(gòu)。接著，由于噴射頭的噴嘴面與基板的縫隙通常為Imm以下，因此為了確保負水位 差，需要使涂布溶液收納容器設置在比保持基板的基板搬運臺的面更下方的位置。
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當對很大區(qū)域進行涂布時，需要一邊使噴射頭和基板中的至少一方移動一邊來進 行涂布，但由于無法將涂布材料收納容器設置在基板搬運臺的可動范圍內(nèi)，因此必須將涂 布溶液供給配管設定得很長。因此，若將涂布材料收納容器配置在噴射頭的上部附近，則能縮短涂布溶液供給 配管，并能構(gòu)成整齊的薄膜形成裝置。與此同時，導入采用電空調(diào)節(jié)器的微差壓調(diào)整機構(gòu)，對于水位差的影響，使負的壓 力位移至正側(cè)。其結(jié)果是，不僅解決了材料溶液供給上的問題，還能將涂布材料收納容器與 噴射頭接近，從而能實現(xiàn)高效的安裝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了上述技術(shù)問題，這種薄膜形成裝置的特征在于，由多個噴射頭、涂布溶 液收納容器、基板搬運臺、系統(tǒng)控制裝置和減壓室構(gòu)成，其中，上述這些噴射頭將材料溶液 從以一定間隔形成的多個噴嘴噴出并涂布于基板，上述涂布溶液收納容器利用噴嘴面與液 面的水位差對上述噴射頭供給材料溶液，上述基板搬運臺承載上述基板并使其水平移動， 上述系統(tǒng)控制裝置具有對上述噴射頭的噴出進行控制的噴射頭控制器和一邊使上述基板 搬運臺移動一邊對位置進行檢測從而進行反饋控制的工作臺控制器，上述減壓室包括收容 上述噴射頭、涂布溶液收納容器和基板搬運臺的減壓單元，將直接連接于上述噴射頭的上 述涂布溶液收納容器設置在相同的減壓環(huán)境下。這種薄膜形成裝置的特征在于，減壓室內(nèi)的壓力在從大氣壓(101. 3kPa)到水的 飽和蒸汽壓3. IkPa的范圍。這種薄膜形成裝置的特征在于，設有水位差調(diào)整機構(gòu)，該水位差調(diào)整機構(gòu)通過檢 測涂布溶液收納容器的液面高度，并使上述涂布溶液收納容器升降，從而使噴射頭的噴嘴 面與涂布溶液收納容器的液面的水位差維持恒定。這種薄膜形成裝置的特征在于，在將涂布溶液收納容器設置在比噴射頭高的位置 時設置微壓差調(diào)整機構(gòu)，該微壓差調(diào)整機構(gòu)利用電空調(diào)節(jié)器在噴射頭與涂布溶液收納容器 之間產(chǎn)生負的微壓差。


圖1是表示本發(fā)明的薄膜形成裝置的簡要情況的圖。圖2是表示用本發(fā)明的薄膜形成裝置形成取向膜的液晶顯示元件的截面結(jié)構(gòu)的 圖。圖3是表示當用本發(fā)明的薄膜形成裝置進行單程(日文1 〃 7 )涂布時構(gòu)成模 擬的長尺線(日文長尺，^ > )的頭部件的布局的俯視圖和主視圖。圖4是表示本發(fā)明的薄膜形成裝置的涂布動作的控制結(jié)構(gòu)的圖。圖5是表示本發(fā)明的薄膜形成裝置的減壓室中的控制結(jié)構(gòu)的圖。圖6是表示用本發(fā)明的薄膜形成裝置將涂布溶液收納容器的液面與噴射頭的噴 嘴面的水位差保持在最佳的機構(gòu)。圖7是表示本發(fā)明的薄膜形成裝置將涂布溶液收納容器配置于噴射頭上方、使配 管系統(tǒng)高效化的結(jié)構(gòu)的圖。
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圖8是表示設置于本發(fā)明的薄膜形成裝置的電空調(diào)節(jié)器的控制結(jié)構(gòu)的圖。圖9是實現(xiàn)使本發(fā)明的薄膜形成裝置的電空調(diào)節(jié)器的輸出壓力收斂至固定值的 控制的框圖。圖10是表示現(xiàn)有的薄膜形成裝置的簡要情況的圖。圖11是對噴射頭的噴嘴面與涂布溶液收納容器的液面的水位差進行表示的圖。圖12是表示減壓度對從噴射頭噴出的液滴在基板上展開、最終的液滴截面形狀 所帶來的影響的圖。圖13是對噴出前階段中在噴嘴前端上的溶液凹凸透鏡的形狀產(chǎn)生影響的水位差 的狀態(tài)進行說明的圖。圖14是表示液晶取向膜的溶劑成分和水的蒸汽壓的圖。
具體實施例方式以下，根據(jù)附圖，對本發(fā)明的薄膜形成裝置進行詳細的說明。另外，以液晶顯示元 件的最重要的功能薄膜、即取向膜為例，使用取向膜溶液作為材料溶液的情況進行說明。圖1是表示本發(fā)明的薄膜形成裝置的簡要情況的圖。薄膜形成裝置1由頭部件2、 涂布溶液收納容器2c、基板搬運臺4以及減壓室7等構(gòu)成。頭部件2將多個噴射頭9配置于頭托架2a，被門型框架2e保持成中空，并能用頭 部件升降用致動器2b使其上下移動。為了噴出材料溶液9d的液滴，在各噴射頭9a上以一定間隔地以直線狀朝向下方 地形成有多個噴嘴9a，此外，為了供給材料溶液9d，連接有從涂布溶液收納容器2c延伸并 分岔的涂布溶液供給配管2d?；灏徇\臺4載有涂布材料溶液9d的基板3，是用于使基板3水平移動的臺。另 外，基板3若在大氣壓中處理則能采用真空吸附法，但由于是在減壓環(huán)境下，因此會被基板 吸附用的靜電卡盤(chuck)4a固定于基板搬運臺4上。此外，能使基板搬運臺4承載在包括升降銷(lift pin)機構(gòu)5a的工作臺5上，以 使得在基板3的搬入或搬出時能將基板搬運臺4朝上方提起。基板搬運臺4能通過工作臺移動用致動器6a沿導軌6前后移動。通過位置檢測 器6b來測定基板搬運臺4的位置，并能適當?shù)乜刂埔苿恿俊Ｍǔ?，工作臺移動用致動器6a采用伺服電動機，通過滾珠螺桿連接于工作臺5，但 當要求產(chǎn)生塵埃少(日文低発麈)的情況下，能采用線性電動機。頭部件2、涂布溶液收納容器2c和基板搬運臺4在密閉了的減壓室7內(nèi)，配設在底 架7a上。頭部件2通過將門型框架2e固定于底架7a而得到支承，基板搬運臺4將導軌6 鋪設在底架7a上來設置。另外，由于頭部件2的各噴射頭9利用壓力來供給材料溶液9d，因此與各噴射頭9 直接連接的涂布溶液收納容器2c需要放置在相同的壓力環(huán)境下。此外，減壓室7外設置有用于對減壓室7進行減壓的真空排氣泵7b和用于除去揮 發(fā)性有機化合物(VOC)的揮發(fā)性溶劑吸附處理裝置7c。圖2是表示用本發(fā)明的薄膜形成裝置形成取向膜的液晶顯示元件的截面結(jié)構(gòu)的 圖。
液晶面板8是使用通過薄膜形成裝置1涂布取向膜8a后的基板3來制造的液晶 顯示元件。由前表面模塊、液晶層和后表面模塊構(gòu)成，若照射來自后方的背光源的光，則能 映出圖像。前表面模塊的涂布于基板3的取向膜8a和后表面模塊的涂布于基板3的取向膜 8a彼此面對，其間填充液晶分子來制作液晶層，通過對相對電極和像素電極施加電壓來改 變液晶分子的排列方向，通過與偏光板組合來進行所透過的光的打開/關(guān)閉。此外，通過濾 色器來改變光的顏色。圖3是表示當用本發(fā)明的薄膜形成裝置進行單程涂布時構(gòu)成模擬的長尺線的頭 部件的布局的俯視圖和主視圖。另外，上部是頭部件2的俯視圖，下部是頭部件2的主視圖。噴射頭9將壓電元件作為底座，形成從材料溶液供給口 9b將材料溶液9d流至各 噴嘴9a的流路。若對流路施加電壓，則通過壓電效果使流路形狀伸縮，起到泵的作用，因此 能使液滴從噴嘴噴出。為了進行一列份的涂布，可將噴射頭9制成在長軸方向上排列的噴射頭列，但準 備兩列噴射頭列，使各列平行，配置成使第一列的噴射頭9與第二列的噴射頭9彼此錯開。另外，第一列的噴射頭9與第二列位于其右方的噴射頭9的位置關(guān)系是使第一列 右端的噴嘴9a與第二列左端的噴嘴9a的位置對齊，而第一列的噴射頭9與第二列位于其 左方的噴射頭9的位置關(guān)系是使第一列左端的噴頭9a與第二列右端的噴嘴9a的位置對 齊。在一列中存在噴射頭9之間的非噴嘴區(qū)域，但通過制成兩列彼此錯開來進行補充 就能實現(xiàn)等間隔的噴嘴間距，從而在時間差下能使兩列噴射頭列起到模擬一根線條狀的頭 部件2的作用。各噴射頭9的材料溶液供給口 9b連接有涂布溶液供給配管2d，若從噴嘴9a噴出 材料溶液9d后，則將材料溶液9d從涂布溶液收納容器2c供給到噴射頭9內(nèi)。各噴射頭9通過頭部件控制器連接電纜9c與系統(tǒng)控制裝置10連接，并控制材料 溶液9d從噴嘴9a的噴出。圖4是表示本發(fā)明的薄膜形成裝置的涂布動作的控制結(jié)構(gòu)的圖。系統(tǒng)控制裝置10 由噴射頭控制器10a、控制用計算機10e、工作臺控制器IOf和減壓控制IOg等構(gòu)成。噴射頭控制器IOa由頭部件驅(qū)動部10b、存儲部IOc和控制部IOd等構(gòu)成，控制各 噴射頭9的動作?？刂朴糜嬎銠CIOe是執(zhí)行組合有涂布動作的控制算法的程序的裝置，首先設定噴 出涂布間隔和涂布圖案信息(涂布開始位置、涂布結(jié)束位置、涂布圖案形狀等)。涂布圖案形狀以位圖(bit map)等數(shù)據(jù)制作。通過使各點與噴射頭9的噴嘴9a 對應，就能控制噴出。另外，所設定的位圖數(shù)據(jù)被送至儲存部10c。若將涂布開始信號從控制用計算機IOe送至控制部10d，則控制部IOd每次接收 來自工作臺控制器IOf的編碼器脈沖時，將其作為觸發(fā)信號對頭部件驅(qū)動部IOb和儲存部 IOc發(fā)出動作指令。儲存部IOc從位圖數(shù)據(jù)中將進行一次涂布動作所需要的涂布圖案形狀的數(shù)據(jù)送 至頭部件驅(qū)動部10b。即、在噴射頭列為兩列時，發(fā)送兩列份的數(shù)據(jù)。頭部件驅(qū)動部IOb基于涂布圖案形狀的數(shù)據(jù)對各噴射頭9發(fā)送頭部件驅(qū)動信號。在噴射頭列為兩列時，在發(fā)送了第一列的頭部件驅(qū)動信號之后，隔開時間發(fā)送第二列的頭 部件驅(qū)動信號。在各噴射頭9中，根據(jù)涂布圖案形狀從噴嘴9a對基板3噴出材料溶液9d。由于基 板3進行移動，因此在第一列噴出之后，第二列以填滿第一列的空隙的形態(tài)噴出，使一列份 均勻地涂布。此外，控制用計算機IOe在與涂布開始同時或在進行定位反饋控制時，對工作臺 控制器IOf發(fā)送用于控制基板3移動的指令數(shù)據(jù)(移動開始信號、涂布開始位置、涂布結(jié)束 位置等)。工作臺控制器IOf使工作臺移動用致動器6a動作從而使基板搬運臺4以規(guī)定速 度移動，并且從涂布開始位置到涂布結(jié)束位置定期地將編碼器脈沖傳送至控制部I0d。若基板搬運臺4移動，則通過位置檢測器6b定期地獲取基板搬運臺4的位置，從 而計算出基板搬運臺4的速度，并經(jīng)由工作臺控制器IOf傳送至控制用計算機IOe0控制用計算機IOe判斷基板搬運臺4的移動速度是否適當，當過快或過慢時，通過 促使工作臺控制器IOf調(diào)整移動速度來進行反饋控制。通過對管理噴射頭9的噴出的噴射頭控制器IOa與管理基板搬運臺4的移動的工 作臺控制器IOf的關(guān)系進行適當控制，就能在基板3上涂布形成均勻的薄膜。此外，控制用計算機IOe也進行減壓室7內(nèi)的減壓控制10g。通過在減壓環(huán)境下進 行涂布動作來控制液滴滴落至基板3之后的擴散展開中的蒸發(fā)，并能使膜厚分布均勻。圖5是表示本發(fā)明的薄膜形成裝置的減壓室中的控制結(jié)構(gòu)的圖。使收容薄膜形成 裝置1的減壓室7內(nèi)的壓力比大氣壓低來進行涂布動作。對減壓室7實施真空密封7d，并設置有測定減壓室7的減壓度、檢測壓力變動的真 空儀7e。除此之外，還設有壓力調(diào)整用的閥門和大氣開放用的閥門，能通過過濾器取入氮氣。為了對減壓室7內(nèi)進行減壓而連接了真空排氣泵7b，但為了保持低真空度下的壓 力水平為一定，在減壓室7與真空排氣泵7b之間設置可變壓力調(diào)整閥7i，來進行對于微小 的壓力變動的控制。減壓室7的壓力上升，當真空儀7e檢測到這一情況時，便將壓力檢測信號輸入至 定序器7f。定序器7f通過通信單元7g對伺服放大器7h發(fā)出指令，對控制可變壓力調(diào)整閥 7i打開、關(guān)閉的伺服電動機7j進行操作，打開可變壓力調(diào)整閥7i。若減壓室7的壓力到達設定值，則根據(jù)定序器7f的指令，伺服放大器7h關(guān)閉可變 壓力調(diào)整閥7i，并且打開漏泄閥7k，保持減壓室7內(nèi)的壓力為設定值。若確定了對滴落的材料溶液9d的擴散展開和材料溶液9d中的溶劑的蒸發(fā)所形成 的薄膜的膜厚帶來的影響為最適當?shù)臏p壓度，則始終能將減壓室7設定成最適壓力。在本發(fā)明的噴射涂布中，用涂布溶液供給配管2d連結(jié)涂布溶液收納容器2c和各 噴射頭9，根據(jù)涂布溶液收納容器2c的液面與噴射頭9的噴嘴9a面的水位差，利用重力來 進行自然供給。采用剪斷型的噴射頭9，當在大氣壓下進行噴射涂布時，若將涂布溶液收納容器 2c的液面高度設定成比噴射頭9的噴嘴9a面低大約100mm，則能進行良好的噴出。另外，通過適當降低涂布溶液收納容器2c的液面，則能使噴射頭9的凹凸透鏡9e適合。若液面高則容易發(fā)生液體泄漏，若液面過低則容易無法噴出。此外，若噴射頭9位于減壓室7內(nèi)而涂布溶液收納容器2c位于減壓室7外，則需 要確保IOm以上的非常大的水位差，從而使構(gòu)成裝置變得困難，因此涂布溶液收納容器2c 也設置在減壓室7內(nèi)。即使在大氣壓下材料溶液9d的供給良好，若放置在減壓環(huán)境下，則由于沸點降 低，內(nèi)在的水分容易汽化，由于汽化了或內(nèi)在的氣體的體積與壓力成反比而增大，因此在涂 布溶液供給配管2d內(nèi)會發(fā)生材料溶液9d的不連續(xù)部分，從而無法進行穩(wěn)定的噴出。因此，通過將減壓室7的減壓度設定為設置有薄膜形成裝置1的無塵室等的在常 溫(25°C )情況下的水的飽和蒸汽壓(3. IkPa)以上，大氣壓(101. 3kPa)以下的范圍，便能 防止內(nèi)在水分汽化而產(chǎn)生氣泡。另外，若溫度條件不同，則相應地使下限(水的飽和蒸汽 壓)發(fā)生改變。圖6是表示用本發(fā)明的薄膜形成裝置將涂布溶液收納容器的液面高度與噴射頭 的噴嘴面的水位差保持在最適當?shù)臋C構(gòu)。噴射噴出的壓力傳遞很重要，但由于噴射頭9設置在減壓環(huán)境下，因此為了通過 水位差來進行自然供給，也需要將涂布溶液收納容器2c設置在減壓室7內(nèi)、在相同環(huán)境下 進行。水位差的允許范圍有上下大約IOmm的寬度，由于材料溶液9d被逐漸消耗，因此液 面緩慢降低。因此，在薄膜形成裝置1中設置水位差調(diào)整機構(gòu)11。在減壓室7內(nèi)設置收納容器升降用致動器11a，該收納容器升降用致動器Ila能使 移動工作臺lib在垂直方向上移動，并將涂布溶液收納容器2c承載于移動工作臺lib。此外，涂布溶液收納容器2c的兩側(cè)安裝液面監(jiān)視傳感器11c。若檢測到液面水平 降低，則通過收納容器升降用致動器Ila使涂布溶液收納容器2c上升，始終維持固定的水 位差。為了補充材料溶液9d的不足，在減壓室7外設置補充用儲罐1 ld，在涂布動作暫停 時等情況下，能用補充用泵lie將材料溶液9d送至涂布溶液收納容器2c。圖7是表示用本發(fā)明的薄膜形成裝置將涂布溶液收納溶液配置于噴射頭上方、使 配管系統(tǒng)高效化的結(jié)構(gòu)的圖。水位差的設定值從施加于噴射頭9的噴嘴9a面上的靜止狀態(tài)下的材料溶液9d上 的力的平衡來求得，涂布溶液收納容器2c的液面需要比噴嘴9a面低最適當?shù)脑O定值。然而，由于噴射頭9與基板3的涂布縫隙通常大約為0. 5mm,因此無法將涂布溶液 收納容器2c設置在基板搬運臺4上，也無法設置在比噴射頭9高的位置。因此，若在基板搬運臺4的可動范圍外的相當遠的位置上設置涂布溶液收納容器 2c，則涂布溶液供給配管2d非常地長，配管阻力也增大。因此，在薄膜形成裝置Ia中，縮短涂布溶液供給配管2d，整齊地配置，設置微差壓 調(diào)整機構(gòu)12以能將涂布溶液收納容器2c設置在比噴射頭9高的位置，從而來確?？煽啃?。微差壓調(diào)整機構(gòu)12采用電空調(diào)節(jié)器12a，即使涂布溶液容器2c處于高的位置，也 會在噴射頭9與涂布溶液收納容器2c之間產(chǎn)生負的微差壓。圖8是表示設置于本發(fā)明的薄膜形成裝置的電空調(diào)節(jié)器的控制結(jié)構(gòu)的圖。電空調(diào) 節(jié)器12a具有排氣閥12b和供氣閥12c，根據(jù)設定壓力使兩者分開使用，從而能應對升壓和
11降壓。例如，若對控制電路12i輸入升壓的輸入信號，則供氣用電磁閥12d打開，排氣 用電磁閥12e關(guān)閉，供氣的一部分通過供氣用電磁閥12d送至引導室(日文^ 4 α 卜 室)12f。當引導室12f的壓力上升，作用于膜片12g的上表面時，打開與膜片12g連動的供 氣閥12c，由供氣引起的加壓作為輸出壓力。另一方面，若對控制電路12i輸入減壓的輸入信號，則供氣用電磁閥12d關(guān)閉，排 氣用電磁閥12e打開，從而從引導室12f進行排氣。通過使引導室12f的壓力下降，打開與 膜片12g連動的排氣閥12b，因排氣而引起的減壓作為輸出壓力。圖9是實現(xiàn)使本發(fā)明的薄膜形成裝置的電空調(diào)節(jié)器的輸出壓力收斂至固定值的 控制的框圖。當用電空調(diào)節(jié)器12a進行一系列動作之后，通過用壓力檢測傳感器12h檢測出引 導室12f的內(nèi)部壓力、并反饋至控制電路12i，從而在成為與輸入信號成比例的輸出壓力為 止執(zhí)行反復動作。另外，電路調(diào)節(jié)器12a通過串聯(lián)或并聯(lián)地多級設置，從而能使精度提高。工業(yè)上的可利用性本發(fā)明的薄膜形成裝置由于是在減壓環(huán)境下進行噴射噴出，因此所噴出的液滴在 一邊伴隨溶劑的蒸發(fā)一邊沿基板面擴散展開時，端部上的鼓起少，能流暢地與相鄰的液滴 合流。其結(jié)果是，能形成具有膜厚偏差小的平滑的表面形狀的薄膜。此外，通過將涂布溶液收納容器設置在減壓室內(nèi)，與噴射頭的噴嘴面的相對水位 差能進行與在大氣壓中相同的處理，從而能實現(xiàn)薄膜形成裝置的小型化。此外，通過限制減壓氣氛的減壓度的下限，能抑制噴射頭的配管內(nèi)部和送液配管 中的氣泡的產(chǎn)生，從而能提高穩(wěn)定噴出的可靠性。此外，若噴射頭的噴嘴面與涂布溶液收納容器的液面的水位差在允許幅度范圍內(nèi) 便能穩(wěn)定地進行液滴的噴出，但考慮到環(huán)境溫度、環(huán)境濕度或振動等影響，若材料溶液被消 耗而使液面下降，則通過補充材料溶液而維持最適合的水位差，從而能穩(wěn)定地進行噴射噴
出ο此外，通過在噴射頭的正上方安裝涂布溶液收納容器、設置微差壓調(diào)整機構(gòu)來調(diào) 整水位差，從而能消除為了確保最適合的水位差使涂布溶液收納容器與噴射頭連接而導致 配管系統(tǒng)的冗長。藉此，能實現(xiàn)薄膜形成裝置的小型化和簡單化，并且通過縮短配管長度來 提高可靠性。此外，在材料溶液中，因添加溶劑而含有揮發(fā)性有機化合物(VOC)等，但由于薄膜 形成裝置被減壓室完全隔開，在用真空泵排氣之后用VOC的吸附除去裝置除去，因此能充 分考慮到環(huán)境。而且，本發(fā)明能適用于構(gòu)成以液晶為主的各種顯示元件的功能薄膜的制造和半導 體裝置的各種薄膜的制造，與現(xiàn)有的濺射法和CVD法等相比，不僅在涂布材料的利用效率 和吞吐量(throughput)上優(yōu)良，還能極為廉價地提供。
1權(quán)利要求
一種薄膜形成裝置，其特征在于，由多個噴射頭、涂布溶液收納容器、基板搬運臺、系統(tǒng)控制裝置和減壓室構(gòu)成，其中，所述這些噴射頭將材料溶液從以一定間隔形成的多個噴嘴噴出并涂布于基板，所述涂布溶液收納容器利用噴嘴面與液面的水位差對所述噴射頭供給材料溶液，所述基板搬運臺承載所述基板并使其水平移動，所述系統(tǒng)控制裝置具有對所述噴射頭的噴出進行控制的噴射頭控制器和一邊使所述基板搬運臺移動一邊對位置進行檢測從而進行反饋控制的工作臺控制器，所述減壓室包括收容所述噴射頭、涂布溶液收納容器和基板搬運臺的減壓單元，所述薄膜形成裝置將直接連接于所述噴射頭的所述涂布溶液收納容器設置在相同的減壓環(huán)境下。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜形成裝置，其特征在于，減壓室內(nèi)的壓力在從大氣壓 (101. 3kPa)到水的飽和蒸汽壓3. IkPa的范圍。
3.如權(quán)利要求1或2所述的薄膜形成裝置，其特征在于，設有水位差調(diào)整機構(gòu)，該水位 差調(diào)整機構(gòu)通過檢測涂布溶液收納容器的液面高度、并使所述涂布溶液收納容器升降，從 而使噴射頭的噴嘴面與涂布溶液收納容器的液面的水位差維持恒定。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的薄膜形成裝置，其特征在于，涂布溶液收納容器設 置在比噴射頭高的位置，所述薄膜形成裝置設有微壓差調(diào)整機構(gòu)，該微壓差調(diào)整機構(gòu)利用 電空調(diào)節(jié)器在噴射頭與涂布溶液收納容器之間產(chǎn)生負的微壓差。
全文摘要
一種薄膜形成裝置，該薄膜形成裝置在減壓下將材料溶液從噴射頭噴出并涂布在基板上形成薄膜時，不僅實現(xiàn)了膜厚的均勻性，而且還能在不影響噴出涂布的功能的情況下簡單地安裝各結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的薄膜形成裝置的特征在于，由多個噴射頭、涂布溶液收納容器、基板搬運臺和減壓室構(gòu)成，其中，所述這些噴射頭將材料溶液從以一定間隔形成的多個噴嘴噴出并涂布于基板，所述涂布溶液收納容器利用噴嘴面與液面的水位差對所述噴射頭供給材料溶液，所述基板搬運臺承載所述基板并使其水平移動，所述減壓室包括收容所述噴射頭、涂布溶液收納容器和基板搬運臺的減壓單元，將直接連接于所述噴射頭的所述涂布溶液收納容器設置在相同的減壓環(huán)境下。
文檔編號B05C5/00GK101909767SQ20088012463
公開日2010年12月8日 申請日期2008年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月16日
發(fā)明者坂本淳, 渡邊道弘, 田島淳一, 齊藤忠之 申請人:株式會社Sat