专利名称：薄膜形成装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用喷射头在基板上喷出、涂布并形成薄膜的薄膜形成装置。
背景技术：
各种半导体装置和显示元件等由各种各样的薄膜构成，近年来，作为在展现飞跃 性发展的液晶显示元件中被认为是最主要的薄膜，列举取向膜等。具有薄型化、大型化且低能耗这些很大优势的液晶显示装置主流运用在移动电 话、个人计算机或是薄型电视机等中，实现了很大的发展。液晶显示元件将液晶组合物夹持在形成有电极的两块基板之间，通过在两个电极 之间施加电压，利用在液晶的分子排列中产生扭曲使来自背光源的光直接进入、遮挡的开 关(switching)现象，通过与偏光板和滤色器的组合来显示图像。取向膜起到用于在液晶分子的排列中发生变化的触发器的功能。另外，为了使液 晶分子在一个方向上排列，需要预先给予液晶分子的分子轴与取向膜所成的预倾角。具体而言，在将取向膜涂布于基板之后，通过用特定的布来实施朝特定方向轻轻 摩擦的摩擦(rubbing)处理，从而在取向膜的表面形成作为液晶分子的排列发生扭曲时的 起点的核。若在两基板的电极之间施加电压，则能实现液晶在固定方向上的排列。为了实现 所希望的显示，取向膜的作用是极其重要的，因而强烈希望能具有作为薄膜的基本特性的 膜厚和组成的均勻性。此外，液晶的分子排列的状况与画面的亮度和视角的宽度等显示性能紧密相关， 为了改善这些特性，提议采用水平电场方式取向(IPS)或垂直取向(VA)，并开发了与之对 应的取向膜材料。将这种取向膜材料涂布于基板，大面积、薄且均勻地成膜便成为重要的技 术问题。以往的液晶显示元件的取向膜形成一般采用如专利文献1(日本专利特开昭 54-21862号公报)所记载的偏置印刷(苯胺印刷(日文7 > * 〃印刷))这样的方法。将 在网纹辊(anilox roller)上展开的取向膜材料用刮刀辊制成均勻厚度，在转印至设在版 体上的印刷版之后，转印至基板表面，经过干燥工序和烧成工序之后，形成取向膜。每年液晶显示元件的基板都在大型化，而在以往的印刷方法中，由于在无尘室内 更换设有印刷版的版体非常困难，而且材料损耗也大，因此如专利文献2(日本专利特开 2003-80130号公报)所记载，也提出了如下喷射方式的取向膜形成方法，这种取向膜形成 方法从喷嘴喷射取向膜材料并涂布在基板表面，经过展开、干燥和烧成的过程来形成取向 膜。图10是表示现有的薄膜形成装置的简要情况的图。薄膜形成装置Ib具有将基板 3固定的基板搬运台4，在基板搬运台4的上方，设置了安装有多个喷射头9的头支架2a的 头部件2支承设置于门型框架2e。在各喷射头9的下表面存在着多个喷嘴9a，喷出从涂布溶液收纳容器2c经由涂布溶液供给配管2d供给而来的材料溶液9d。另外，各喷嘴9a的液滴喷出方向垂直于基板3 的表面。利用台移动用致动器6a使基板搬运台4水平移动，一边调整基板搬运台4上的基 板3的移动量和从喷嘴头9的喷出量，一边进行涂布动作。基板搬运台4通过工作台控制器(stage controller) IOf进行高精度的定位。利 用位置检测器6b获取基板搬运台4的位置，通过反馈至工作台控制器IOf，从而控制成使其 位于正确的位置。在以规定速度朝规定方向进行搬运的基板3的表面上，将从各喷射头9喷出的、以 球状的点滴落的材料溶液9d通过展开、干燥和烧成来形成取向膜。另外，关于涂布动作中的基板3的行进，有以下两种方法固定喷射头9的位置、使 基板搬运台4水平移动的直接移动的方法；以及固定基板搬运台4的位置、使喷嘴头9水平 移动的间接移动的方法。为解决偏置印刷的液晶显示元件的取向膜形成中的问题而提出的采用喷嘴头的 非接触方式的形成方法，解决了关于取向膜材料的使用效率和版更换的技术问题。然而，在确保取向膜的膜厚的均勻性这点上，存在很大的技术问题。以往的喷射方 式的取向膜形成方法是在常压(大气压)下进行的，由于喷射方式所使用的液滴是极微量 的，因此喷出后的液滴的飞行轨迹容易受到周围气氛的气流影响，与基板上的落点位置的 偏差直接关联。通过喷嘴头与基板的缝隙制成尽可能狭窄，以使得喷出时的动能不发生衰减，从 而能维持落点位置的精度保证，但对于大型化的基板而言，缝隙缺乏裕度，会成为形成在基 板上的取向膜的膜厚变动的很大原因。落点位置精度也会发生在喷射头与基板的相对移动速度变动的情况下、或喷嘴的 喷射时刻偏差的情况下，但由于喷射方式的取向膜形成方法是将以一滴液滴形成在基板上 的点扩散、展开来得到大面积的薄膜的方法，因此点的位置偏差会成为膜厚变动的很大原 因。此外，喷射头是通过与半导体相同的微细的过程来制造的，为使材料溶液流畅地 流过占据设备主要部分的流路，需要对作为材料溶液的流体特性的粘度加以制约。而且，为 了从喷嘴喷射出一个液滴，也需要对材料溶液本身的表面张力加以制约。另外，在如今，关于作为工业用加以利用的喷射头，粘度为5 15mPa · s左右，表 面张力为25 45mN/m左右。关于取向膜材料，由于作为主成分的聚酰亚胺是非常稳定的高分子材料，不易溶 解，因此作为溶剂，大量采用Y-丁内酯、N-甲基吡咯烷酮或丁基溶纤剂等，配成较低粘度 进行喷射涂布。当添加了溶剂的材料溶液滴落在基板上时，会同时发生溶剂的蒸发和作为液体 的扩散展开，最终成为半干燥状态时，物质的移动停止，由于比重相对较大的聚酰亚胺分 子扩散而朝端部前进，因此会产生端部的膜厚变得非常厚的咖啡渍现象(coffee stain effect)ο在以薄膜形成为目的的过程中，由于涂布区域的周缘部上的膜厚异常增大，在液 晶显示元件的制造中是致命的麻烦，因此端部的鼓起是不得不避免的重要的技术问题。
在通过喷射的薄膜形成方法中，作为得到均勻性高的膜厚分布的方法，在低于大 气压的减压环境下进行喷射涂布是有效的。不过，为了用薄膜形成装置进行稳定的喷出涂 布，需要注意喷射头的喷嘴面与涂布溶液收纳容器的液面的水位差。图11是对喷射头的喷嘴面与涂布溶液收纳容器的液面的水位差进行表示的图。由于多用于喷射涂布装置的剪断型的喷射头9通过压电元件使变形喷出机构接 近至喷嘴9a跟前，因此喷射头9的喷嘴9a的面比涂布溶液收纳容器2c内的材料溶液9d 的液面高。另外，若材料溶液9d的液面比喷射头9的喷嘴9a面高，则材料溶液9d不在喷嘴 9a面上受到限制，而发生渗出。此外，若材料溶液9d的液面超过必要地下降，则无法发挥压 电元件的泵吸作用，因而无法进行喷出、涂布。在确保水位差时，若考虑到不妨碍喷射头的移动和基板搬运台的移动，则供给配 管系统容易变得冗长，在减压下安装薄膜形成装置时会产生很大的技术问题。因此，本发明的目的在于提供一种薄膜形成装置，该薄膜形成装置在减压下将材 料溶液从喷射头喷出、并涂布在基板上从而形成薄膜时，不仅能实现膜厚的均勻性，还能不 影响喷出涂布的功能、简洁地安装各结构。成为液滴而从喷射头飞出的材料溶液在滴落至基板之后，在基板表面扩散、展开， 在取得材料溶液所具有的动能与对于基板面的摩擦阻力取得平衡时，扩散、展开停止。在扩散过程中，不断从材料溶液的表面蒸发溶剂等的挥发量。另外，蒸发行为进行 得最强烈的是液滴前端部的自由表面。当这个区域的蒸发加速，则为了从液滴的中心部朝向端部供给材料溶液，会产生 称之为马拉高尼(marangoni)流的流动。通过反复进行这种流动，会在端部产生浓度高的 区域，结果使膜厚变得非常大。图12是减压度对从喷射头喷出的液滴在基板上展开、最终的液滴截面形状所带 来的影响进行表示的图。如图12的上部所示，同时进行材料溶液的流动和溶剂的蒸发干燥。材料溶液在基 板上的扩散展开是由液滴所具有的动能和基板的表面状态决定的，但由于溶剂的蒸发的沸 点会因减压的程度而改变，因此能控制整体的流动。若对大气中的成膜行为13与减压下的成膜行为13a进行比较，则如图12的下部 所示，最终的表面形状会因减压程度而发生很大的变化。通过采用减压单元来控制材料溶液的扩散和溶剂等的挥发量的蒸发，在用由喷射 喷出的液滴的连接来形成薄膜时，能消除咖啡渍现象和膜厚不均勻等情况，能实现平坦度 好的均勻的膜厚。此外，材料溶液从涂布溶液收纳容器向喷射头的供给是利用考虑了重力的水位差。在涂布溶液收纳容器的液面和喷射头的喷嘴面朝大气开放的状态下，使包括喷射 头的管路的配管阻力与相当于水位差的重力相平衡，在喷出中断时，材料溶液不会从喷嘴 流出，在喷出动作时，与喷射头的致动器相呼应来使材料溶液不滞留地进行供给。图13是对喷出前阶段中在喷嘴前端上的溶液凹凸透镜的形状产生影响的水位差 的状态进行说明的图。
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若水位差正好14，则凹凸透镜9e的形状最为合适，若水位差过大14a，则为材料溶 液9d后退的凹凸透镜9e，若水位差不足14b，则从喷嘴9a产生液体下垂9f。因此，需要将水位差设定成使喷射头9的喷嘴9a喷出口中的材料溶液9d的凹凸 透镜9e形状最为合适。另外，在大气压中，使材料溶液9d的液面相对于喷射头9的喷嘴9a 面低IOOmm左右。在减压下，若将与喷射头直接连结的涂布溶液收纳容器设置于减压室的外部时， 则在减压室内外产生压力差，由于不容易用水位差来抵消该压力差，因此涂布溶液收纳容 器放入减压室内部。不过，不需要包括对涂布溶液收纳容器补充材料溶液的涂布溶液补充 用储罐(夕 > 々)等。接着，为了流畅地进行喷射的喷射涂布动作，要求在减压环境下从任何喷嘴均能 喷出液滴。此外，为了喷射的稳定喷出，需要使喷射头和配管供给系统没有孔眼堵塞等。在包括喷射头的材料溶液的供给系统中，因来自外部的空气的流入而引起的气泡 混入和来自内部的气泡产生会引起压力切断，从而无法进行稳定的喷出。另外，来自外部的 气泡混入能通过密封件等的方法得以防止。对于来自内部的气泡产生，材料溶液中所包含的溶剂在减压环境下沸点降低、容 易蒸发，使气泡的产生加速，或者也可能使最初便存在于材料溶液内的水分、在保管时所吸 收的水分或是在配管系统或喷射头的流路壁面上结露的水分等通过减压进行蒸发。图14是表示液晶取向膜的溶剂成分和水的蒸汽压的图。作为形成取向膜所采用 的溶剂成分，有NMP(N_甲基吡咯烷酮)、丁基溶纤剂、Y-丁内酯等。蒸汽压线图15是从Antione式求得的表示液体的温度与蒸汽压的关系的图，与材 料溶液所包含的溶剂相比，存在于材料溶液等内的水分受减压沸腾的影响更为显著。在47kPa的减压度下，水的平衡温度为大约80°C，在7. 4kPa的减压度下则降低至 大约40°C，在标准室温25°C进行减压，水分发生汽化的下限为3. 169kPa。虽然也根据喷射头的流路内部的表面状态，但若在大气压和下限值范围内减压来 进行动作，则能实现稳定的喷出。接着，为了在大气环境下使构成喷射头的所有喷嘴不滞留地喷出，需要使对挤压 材料溶液的空气的力和相当于水位差的材料溶液的重量之和与为不使材料溶液从喷嘴流 出而保留的力和伴随材料溶液移动的管路阻力之和的压差恰当，当确定了喷射头、涂布溶 液配管系统和涂布环境条件之后，使水位差最适化成为稳定喷出的主要条件。在减压环境下，若恰当地维持欲使材料溶液流出的力与欲使材料溶液保留的力之 差，就能实现稳定的喷出。为了使喷射喷出动作稳定且持续，需要始终保持所需要的材料溶 液的喷出与所供给的材料溶液的补充的平衡。检测液面伴随着材料溶液的使用而降低的状况，供给与减少量相应的材料溶液。 作为测量液面的装置，具有光学式的装置、采用浮子等的机械式的装置、采用声波的装置寸。在涂布溶液收纳容器进入减压室的状况下，安装能使保持有涂布溶液收纳容器的 设置移动工作台上下移动的机构。接着，由于喷射头的喷嘴面与基板的缝隙通常为Imm以下，因此为了确保负水位 差，需要使涂布溶液收纳容器设置在比保持基板的基板搬运台的面更下方的位置。
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当对很大区域进行涂布时，需要一边使喷射头和基板中的至少一方移动一边来进 行涂布，但由于无法将涂布材料收纳容器设置在基板搬运台的可动范围内，因此必须将涂 布溶液供给配管设定得很长。因此，若将涂布材料收纳容器配置在喷射头的上部附近，则能缩短涂布溶液供给 配管，并能构成整齐的薄膜形成装置。与此同时，导入采用电空调节器的微差压调整机构，对于水位差的影响，使负的压 力位移至正侧。其结果是，不仅解决了材料溶液供给上的问题，还能将涂布材料收纳容器与 喷射头接近，从而能实现高效的安装。
发明内容
本发明为了上述技术问题，这种薄膜形成装置的特征在于，由多个喷射头、涂布溶 液收纳容器、基板搬运台、系统控制装置和减压室构成，其中，上述这些喷射头将材料溶液 从以一定间隔形成的多个喷嘴喷出并涂布于基板，上述涂布溶液收纳容器利用喷嘴面与液 面的水位差对上述喷射头供给材料溶液，上述基板搬运台承载上述基板并使其水平移动， 上述系统控制装置具有对上述喷射头的喷出进行控制的喷射头控制器和一边使上述基板 搬运台移动一边对位置进行检测从而进行反馈控制的工作台控制器，上述减压室包括收容 上述喷射头、涂布溶液收纳容器和基板搬运台的减压单元，将直接连接于上述喷射头的上 述涂布溶液收纳容器设置在相同的减压环境下。这种薄膜形成装置的特征在于，减压室内的压力在从大气压(101. 3kPa)到水的 饱和蒸汽压3. IkPa的范围。这种薄膜形成装置的特征在于，设有水位差调整机构，该水位差调整机构通过检 测涂布溶液收纳容器的液面高度，并使上述涂布溶液收纳容器升降，从而使喷射头的喷嘴 面与涂布溶液收纳容器的液面的水位差维持恒定。这种薄膜形成装置的特征在于，在将涂布溶液收纳容器设置在比喷射头高的位置 时设置微压差调整机构，该微压差调整机构利用电空调节器在喷射头与涂布溶液收纳容器 之间产生负的微压差。
图1是表示本发明的薄膜形成装置的简要情况的图。图2是表示用本发明的薄膜形成装置形成取向膜的液晶显示元件的截面结构的 图。图3是表示当用本发明的薄膜形成装置进行单程(日文1 〃 7 )涂布时构成模 拟的长尺线(日文長尺，^ > )的头部件的布局的俯视图和主视图。图4是表示本发明的薄膜形成装置的涂布动作的控制结构的图。图5是表示本发明的薄膜形成装置的减压室中的控制结构的图。图6是表示用本发明的薄膜形成装置将涂布溶液收纳容器的液面与喷射头的喷 嘴面的水位差保持在最佳的机构。图7是表示本发明的薄膜形成装置将涂布溶液收纳容器配置于喷射头上方、使配 管系统高效化的结构的图。
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图8是表示设置于本发明的薄膜形成装置的电空调节器的控制结构的图。图9是实现使本发明的薄膜形成装置的电空调节器的输出压力收敛至固定值的 控制的框图。图10是表示现有的薄膜形成装置的简要情况的图。图11是对喷射头的喷嘴面与涂布溶液收纳容器的液面的水位差进行表示的图。图12是表示减压度对从喷射头喷出的液滴在基板上展开、最终的液滴截面形状 所带来的影响的图。图13是对喷出前阶段中在喷嘴前端上的溶液凹凸透镜的形状产生影响的水位差 的状态进行说明的图。图14是表示液晶取向膜的溶剂成分和水的蒸汽压的图。
具体实施例方式以下，根据附图，对本发明的薄膜形成装置进行详细的说明。另外，以液晶显示元 件的最重要的功能薄膜、即取向膜为例，使用取向膜溶液作为材料溶液的情况进行说明。图1是表示本发明的薄膜形成装置的简要情况的图。薄膜形成装置1由头部件2、 涂布溶液收纳容器2c、基板搬运台4以及减压室7等构成。头部件2将多个喷射头9配置于头托架2a，被门型框架2e保持成中空，并能用头 部件升降用致动器2b使其上下移动。为了喷出材料溶液9d的液滴，在各喷射头9a上以一定间隔地以直线状朝向下方 地形成有多个喷嘴9a，此外，为了供给材料溶液9d，连接有从涂布溶液收纳容器2c延伸并 分岔的涂布溶液供给配管2d。基板搬运台4载有涂布材料溶液9d的基板3，是用于使基板3水平移动的台。另 外，基板3若在大气压中处理则能采用真空吸附法，但由于是在减压环境下，因此会被基板 吸附用的静电卡盘(chuck)4a固定于基板搬运台4上。此外，能使基板搬运台4承载在包括升降销(lift pin)机构5a的工作台5上，以 使得在基板3的搬入或搬出时能将基板搬运台4朝上方提起。基板搬运台4能通过工作台移动用致动器6a沿导轨6前后移动。通过位置检测 器6b来测定基板搬运台4的位置，并能适当地控制移动量。通常，工作台移动用致动器6a采用伺服电动机，通过滚珠螺杆连接于工作台5，但 当要求产生尘埃少(日文低発麈)的情况下，能采用线性电动机。头部件2、涂布溶液收纳容器2c和基板搬运台4在密闭了的减压室7内，配设在底 架7a上。头部件2通过将门型框架2e固定于底架7a而得到支承，基板搬运台4将导轨6 铺设在底架7a上来设置。另外，由于头部件2的各喷射头9利用压力来供给材料溶液9d，因此与各喷射头9 直接连接的涂布溶液收纳容器2c需要放置在相同的压力环境下。此外，减压室7外设置有用于对减压室7进行减压的真空排气泵7b和用于除去挥 发性有机化合物(VOC)的挥发性溶剂吸附处理装置7c。图2是表示用本发明的薄膜形成装置形成取向膜的液晶显示元件的截面结构的 图。
液晶面板8是使用通过薄膜形成装置1涂布取向膜8a后的基板3来制造的液晶 显示元件。由前表面模块、液晶层和后表面模块构成，若照射来自后方的背光源的光，则能 映出图像。前表面模块的涂布于基板3的取向膜8a和后表面模块的涂布于基板3的取向膜 8a彼此面对，其间填充液晶分子来制作液晶层，通过对相对电极和像素电极施加电压来改 变液晶分子的排列方向，通过与偏光板组合来进行所透过的光的打开/关闭。此外，通过滤 色器来改变光的颜色。图3是表示当用本发明的薄膜形成装置进行单程涂布时构成模拟的长尺线的头 部件的布局的俯视图和主视图。另外，上部是头部件2的俯视图，下部是头部件2的主视图。喷射头9将压电元件作为底座，形成从材料溶液供给口 9b将材料溶液9d流至各 喷嘴9a的流路。若对流路施加电压，则通过压电效果使流路形状伸缩，起到泵的作用，因此 能使液滴从喷嘴喷出。为了进行一列份的涂布，可将喷射头9制成在长轴方向上排列的喷射头列，但准 备两列喷射头列，使各列平行，配置成使第一列的喷射头9与第二列的喷射头9彼此错开。另外，第一列的喷射头9与第二列位于其右方的喷射头9的位置关系是使第一列 右端的喷嘴9a与第二列左端的喷嘴9a的位置对齐，而第一列的喷射头9与第二列位于其 左方的喷射头9的位置关系是使第一列左端的喷头9a与第二列右端的喷嘴9a的位置对 齐。在一列中存在喷射头9之间的非喷嘴区域，但通过制成两列彼此错开来进行补充 就能实现等间隔的喷嘴间距，从而在时间差下能使两列喷射头列起到模拟一根线条状的头 部件2的作用。各喷射头9的材料溶液供给口 9b连接有涂布溶液供给配管2d，若从喷嘴9a喷出 材料溶液9d后，则将材料溶液9d从涂布溶液收纳容器2c供给到喷射头9内。各喷射头9通过头部件控制器连接电缆9c与系统控制装置10连接，并控制材料 溶液9d从喷嘴9a的喷出。图4是表示本发明的薄膜形成装置的涂布动作的控制结构的图。系统控制装置10 由喷射头控制器10a、控制用计算机10e、工作台控制器IOf和减压控制IOg等构成。喷射头控制器IOa由头部件驱动部10b、存储部IOc和控制部IOd等构成，控制各 喷射头9的动作。控制用计算机IOe是执行组合有涂布动作的控制算法的程序的装置，首先设定喷 出涂布间隔和涂布图案信息(涂布开始位置、涂布结束位置、涂布图案形状等)。涂布图案形状以位图(bit map)等数据制作。通过使各点与喷射头9的喷嘴9a 对应，就能控制喷出。另外，所设定的位图数据被送至储存部10c。若将涂布开始信号从控制用计算机IOe送至控制部10d，则控制部IOd每次接收 来自工作台控制器IOf的编码器脉冲时，将其作为触发信号对头部件驱动部IOb和储存部 IOc发出动作指令。储存部IOc从位图数据中将进行一次涂布动作所需要的涂布图案形状的数据送 至头部件驱动部10b。即、在喷射头列为两列时，发送两列份的数据。头部件驱动部IOb基于涂布图案形状的数据对各喷射头9发送头部件驱动信号。在喷射头列为两列时，在发送了第一列的头部件驱动信号之后，隔开时间发送第二列的头 部件驱动信号。在各喷射头9中，根据涂布图案形状从喷嘴9a对基板3喷出材料溶液9d。由于基 板3进行移动，因此在第一列喷出之后，第二列以填满第一列的空隙的形态喷出，使一列份 均勻地涂布。此外，控制用计算机IOe在与涂布开始同时或在进行定位反馈控制时，对工作台 控制器IOf发送用于控制基板3移动的指令数据(移动开始信号、涂布开始位置、涂布结束 位置等)。工作台控制器IOf使工作台移动用致动器6a动作从而使基板搬运台4以规定速 度移动，并且从涂布开始位置到涂布结束位置定期地将编码器脉冲传送至控制部I0d。若基板搬运台4移动，则通过位置检测器6b定期地获取基板搬运台4的位置，从 而计算出基板搬运台4的速度，并经由工作台控制器IOf传送至控制用计算机IOe0控制用计算机IOe判断基板搬运台4的移动速度是否适当，当过快或过慢时，通过 促使工作台控制器IOf调整移动速度来进行反馈控制。通过对管理喷射头9的喷出的喷射头控制器IOa与管理基板搬运台4的移动的工 作台控制器IOf的关系进行适当控制，就能在基板3上涂布形成均勻的薄膜。此外，控制用计算机IOe也进行减压室7内的减压控制10g。通过在减压环境下进 行涂布动作来控制液滴滴落至基板3之后的扩散展开中的蒸发，并能使膜厚分布均勻。图5是表示本发明的薄膜形成装置的减压室中的控制结构的图。使收容薄膜形成 装置1的减压室7内的压力比大气压低来进行涂布动作。对减压室7实施真空密封7d，并设置有测定减压室7的减压度、检测压力变动的真 空仪7e。除此之外，还设有压力调整用的阀门和大气开放用的阀门，能通过过滤器取入氮气。为了对减压室7内进行减压而连接了真空排气泵7b，但为了保持低真空度下的压 力水平为一定，在减压室7与真空排气泵7b之间设置可变压力调整阀7i，来进行对于微小 的压力变动的控制。减压室7的压力上升，当真空仪7e检测到这一情况时，便将压力检测信号输入至 定序器7f。定序器7f通过通信单元7g对伺服放大器7h发出指令，对控制可变压力调整阀 7i打开、关闭的伺服电动机7j进行操作，打开可变压力调整阀7i。若减压室7的压力到达设定值，则根据定序器7f的指令，伺服放大器7h关闭可变 压力调整阀7i，并且打开漏泄阀7k，保持减压室7内的压力为设定值。若确定了对滴落的材料溶液9d的扩散展开和材料溶液9d中的溶剂的蒸发所形成 的薄膜的膜厚带来的影响为最适当的减压度，则始终能将减压室7设定成最适压力。在本发明的喷射涂布中，用涂布溶液供给配管2d连结涂布溶液收纳容器2c和各 喷射头9，根据涂布溶液收纳容器2c的液面与喷射头9的喷嘴9a面的水位差，利用重力来 进行自然供给。采用剪断型的喷射头9，当在大气压下进行喷射涂布时，若将涂布溶液收纳容器 2c的液面高度设定成比喷射头9的喷嘴9a面低大约100mm，则能进行良好的喷出。另外，通过适当降低涂布溶液收纳容器2c的液面，则能使喷射头9的凹凸透镜9e适合。若液面高则容易发生液体泄漏，若液面过低则容易无法喷出。此外，若喷射头9位于减压室7内而涂布溶液收纳容器2c位于减压室7外，则需 要确保IOm以上的非常大的水位差，从而使构成装置变得困难，因此涂布溶液收纳容器2c 也设置在减压室7内。即使在大气压下材料溶液9d的供给良好，若放置在减压环境下，则由于沸点降 低，内在的水分容易汽化，由于汽化了或内在的气体的体积与压力成反比而增大，因此在涂 布溶液供给配管2d内会发生材料溶液9d的不连续部分，从而无法进行稳定的喷出。因此，通过将减压室7的减压度设定为设置有薄膜形成装置1的无尘室等的在常 温(25°C )情况下的水的饱和蒸汽压(3. IkPa)以上，大气压(101. 3kPa)以下的范围，便能 防止内在水分汽化而产生气泡。另外，若温度条件不同，则相应地使下限(水的饱和蒸汽 压)发生改变。图6是表示用本发明的薄膜形成装置将涂布溶液收纳容器的液面高度与喷射头 的喷嘴面的水位差保持在最适当的机构。喷射喷出的压力传递很重要，但由于喷射头9设置在减压环境下，因此为了通过 水位差来进行自然供给，也需要将涂布溶液收纳容器2c设置在减压室7内、在相同环境下 进行。水位差的允许范围有上下大约IOmm的宽度，由于材料溶液9d被逐渐消耗，因此液 面缓慢降低。因此，在薄膜形成装置1中设置水位差调整机构11。在减压室7内设置收纳容器升降用致动器11a，该收纳容器升降用致动器Ila能使 移动工作台lib在垂直方向上移动，并将涂布溶液收纳容器2c承载于移动工作台lib。此外，涂布溶液收纳容器2c的两侧安装液面监视传感器11c。若检测到液面水平 降低，则通过收纳容器升降用致动器Ila使涂布溶液收纳容器2c上升，始终维持固定的水 位差。为了补充材料溶液9d的不足，在减压室7外设置补充用储罐1 ld，在涂布动作暂停 时等情况下，能用补充用泵lie将材料溶液9d送至涂布溶液收纳容器2c。图7是表示用本发明的薄膜形成装置将涂布溶液收纳溶液配置于喷射头上方、使 配管系统高效化的结构的图。水位差的设定值从施加于喷射头9的喷嘴9a面上的静止状态下的材料溶液9d上 的力的平衡来求得，涂布溶液收纳容器2c的液面需要比喷嘴9a面低最适当的设定值。然而，由于喷射头9与基板3的涂布缝隙通常大约为0. 5mm,因此无法将涂布溶液 收纳容器2c设置在基板搬运台4上，也无法设置在比喷射头9高的位置。因此，若在基板搬运台4的可动范围外的相当远的位置上设置涂布溶液收纳容器 2c，则涂布溶液供给配管2d非常地长，配管阻力也增大。因此，在薄膜形成装置Ia中，缩短涂布溶液供给配管2d，整齐地配置，设置微差压 调整机构12以能将涂布溶液收纳容器2c设置在比喷射头9高的位置，从而来确保可靠性。微差压调整机构12采用电空调节器12a，即使涂布溶液容器2c处于高的位置，也 会在喷射头9与涂布溶液收纳容器2c之间产生负的微差压。图8是表示设置于本发明的薄膜形成装置的电空调节器的控制结构的图。电空调 节器12a具有排气阀12b和供气阀12c，根据设定压力使两者分开使用，从而能应对升压和
11降压。例如，若对控制电路12i输入升压的输入信号，则供气用电磁阀12d打开，排气 用电磁阀12e关闭，供气的一部分通过供气用电磁阀12d送至引导室(日文^ 4 α 卜 室)12f。当引导室12f的压力上升，作用于膜片12g的上表面时，打开与膜片12g连动的供 气阀12c，由供气引起的加压作为输出压力。另一方面，若对控制电路12i输入减压的输入信号，则供气用电磁阀12d关闭，排 气用电磁阀12e打开，从而从引导室12f进行排气。通过使引导室12f的压力下降，打开与 膜片12g连动的排气阀12b，因排气而引起的减压作为输出压力。图9是实现使本发明的薄膜形成装置的电空调节器的输出压力收敛至固定值的 控制的框图。当用电空调节器12a进行一系列动作之后，通过用压力检测传感器12h检测出引 导室12f的内部压力、并反馈至控制电路12i，从而在成为与输入信号成比例的输出压力为 止执行反复动作。另外，电路调节器12a通过串联或并联地多级设置，从而能使精度提高。工业上的可利用性本发明的薄膜形成装置由于是在减压环境下进行喷射喷出，因此所喷出的液滴在 一边伴随溶剂的蒸发一边沿基板面扩散展开时，端部上的鼓起少，能流畅地与相邻的液滴 合流。其结果是，能形成具有膜厚偏差小的平滑的表面形状的薄膜。此外，通过将涂布溶液收纳容器设置在减压室内，与喷射头的喷嘴面的相对水位 差能进行与在大气压中相同的处理，从而能实现薄膜形成装置的小型化。此外，通过限制减压气氛的减压度的下限，能抑制喷射头的配管内部和送液配管 中的气泡的产生，从而能提高稳定喷出的可靠性。此外，若喷射头的喷嘴面与涂布溶液收纳容器的液面的水位差在允许幅度范围内 便能稳定地进行液滴的喷出，但考虑到环境温度、环境湿度或振动等影响，若材料溶液被消 耗而使液面下降，则通过补充材料溶液而维持最适合的水位差，从而能稳定地进行喷射喷
出ο此外，通过在喷射头的正上方安装涂布溶液收纳容器、设置微差压调整机构来调 整水位差，从而能消除为了确保最适合的水位差使涂布溶液收纳容器与喷射头连接而导致 配管系统的冗长。藉此，能实现薄膜形成装置的小型化和简单化，并且通过缩短配管长度来 提高可靠性。此外，在材料溶液中，因添加溶剂而含有挥发性有机化合物(VOC)等，但由于薄膜 形成装置被减压室完全隔开，在用真空泵排气之后用VOC的吸附除去装置除去，因此能充 分考虑到环境。而且，本发明能适用于构成以液晶为主的各种显示元件的功能薄膜的制造和半导 体装置的各种薄膜的制造，与现有的溅射法和CVD法等相比，不仅在涂布材料的利用效率 和吞吐量(throughput)上优良，还能极为廉价地提供。
1权利要求
一种薄膜形成装置，其特征在于，由多个喷射头、涂布溶液收纳容器、基板搬运台、系统控制装置和减压室构成，其中，所述这些喷射头将材料溶液从以一定间隔形成的多个喷嘴喷出并涂布于基板，所述涂布溶液收纳容器利用喷嘴面与液面的水位差对所述喷射头供给材料溶液，所述基板搬运台承载所述基板并使其水平移动，所述系统控制装置具有对所述喷射头的喷出进行控制的喷射头控制器和一边使所述基板搬运台移动一边对位置进行检测从而进行反馈控制的工作台控制器，所述减压室包括收容所述喷射头、涂布溶液收纳容器和基板搬运台的减压单元，所述薄膜形成装置将直接连接于所述喷射头的所述涂布溶液收纳容器设置在相同的减压环境下。
2.如权利要求1所述的薄膜形成装置，其特征在于，减压室内的压力在从大气压 (101. 3kPa)到水的饱和蒸汽压3. IkPa的范围。
3.如权利要求1或2所述的薄膜形成装置，其特征在于，设有水位差调整机构，该水位 差调整机构通过检测涂布溶液收纳容器的液面高度、并使所述涂布溶液收纳容器升降，从 而使喷射头的喷嘴面与涂布溶液收纳容器的液面的水位差维持恒定。
4.如权利要求1至3中任一项所述的薄膜形成装置，其特征在于，涂布溶液收纳容器设 置在比喷射头高的位置，所述薄膜形成装置设有微压差调整机构，该微压差调整机构利用 电空调节器在喷射头与涂布溶液收纳容器之间产生负的微压差。
全文摘要
一种薄膜形成装置，该薄膜形成装置在减压下将材料溶液从喷射头喷出并涂布在基板上形成薄膜时，不仅实现了膜厚的均匀性，而且还能在不影响喷出涂布的功能的情况下简单地安装各结构。本发明的薄膜形成装置的特征在于，由多个喷射头、涂布溶液收纳容器、基板搬运台和减压室构成，其中，所述这些喷射头将材料溶液从以一定间隔形成的多个喷嘴喷出并涂布于基板，所述涂布溶液收纳容器利用喷嘴面与液面的水位差对所述喷射头供给材料溶液，所述基板搬运台承载所述基板并使其水平移动，所述减压室包括收容所述喷射头、涂布溶液收纳容器和基板搬运台的减压单元，将直接连接于所述喷射头的所述涂布溶液收纳容器设置在相同的减压环境下。
文档编号B05C5/00GK101909767SQ20088012463
公开日2010年12月8日 申请日期2008年3月26日 优先权日2008年1月16日
发明者坂本淳, 渡边道弘, 田岛淳一, 齐藤忠之 申请人:株式会社Sat