CN100430151C - 涂覆模头和涂覆设备 - Google Patents

Abstract

一种能够通过从细槽(12a)喷射涂覆液体对衬底表面进行涂覆、同时相对于基本材料(1)相对运动的涂覆模头，包括凸缘部分(12b)和尖端侧表面(12c)，其中尖端侧表面(12c)相对于涂覆液体的接触角度形成大于凸缘部分(12b)相对于涂覆液体的接触角度，由此由于在涂覆时稳定涂覆液体的冲击，防止在涂覆液体中出现条带和台阶形不均匀性，可以进行制造液晶显示器的滤色器所需的高精度涂覆操作。

Description

涂覆模头和涂覆设备

技术领域

本发明涉及涂覆模头、涂覆设备以及制造涂覆模头的方法。

背景技术

通常，液晶显示器的滤色器的制造涉及将抗蚀剂液体涂覆在包括玻璃片的基片上，以便提供红(R)、绿(G)和兰(B)的三个层，或者提供保护表面层或几何形状。对于制造所需的高精度涂层来说，已经使用旋涂。在旋涂中，过多的昂贵的抗蚀剂材料施加在基片表面上，并且基片以高速转动。旋涂具有转动基片的径向速度造成大部分抗蚀剂材料分散离开基片表面的问题，由此浪费大量施加的抗蚀剂材料并造成生产成本高。

旋涂的这个问题需要改善使用涂覆模头进行涂覆的方法，使得不再需要旋涂。

但是，此类型的公知涂覆方法不能实现涂层所需的厚度一致性，这是由于出现位于基片运动方向上的条带以及相对于基片运动方向横向定位的台阶。

发明内容

考虑到现有技术的问题，设计出本发明。本发明的目的在于提供涂覆模头、涂覆设备和制造涂覆模头的方法，从而提供制造液晶显示器的滤色器所需的高度准确的涂层。

为了在模头涂覆过程中稳定液珠，本发明人针所进行的深入努力使其实现了本发明。特别是，本发明人发现在使得模头终端部段的侧表面相对于涂覆液体的接触角度大于终端部段上的凸缘的凸缘表面相对于涂覆液体的接触角度的过程中，在液珠的最上面部分从涂覆模头落下处的点可总是保持在凸缘表面和侧表面在其中限定边界线的区域处。

按照本发明一个示例性实施例，提供一种具有喷射将要施加在衬底上的涂覆液体的细槽的涂覆模头，包括：位于涂覆模头终端部段上并具有从细槽延伸的凸缘表面的凸缘和位于终端部段上并具有相对于凸缘表面倾斜的侧表面的侧部，其中侧表面和凸缘表面构造成使得侧表面相对于涂覆液体的接触角度大于凸缘表面相对于涂覆液体的接触角度。

按照本发明另一示例性实施例，设置涂覆模头，其中侧表面和凸缘表面构造成使得侧表面相对于涂覆液体的接触角度大于凸缘表面相对于涂覆液体的接触角度的角度差大于或等于5度。

按照本发明另一示例性实施例，设置涂覆模头，其中侧表面的表面材料不同于凸缘表面的材料。

按照本发明另一示例性实施例，设置涂覆模头，其中侧表面的表面粗糙度不同于凸缘表面的表面粗糙度。

按照本发明另一示例性实施例，设置涂覆模头，在凸缘表面和侧表面之间设置边界线，并且边界线相对于细槽具有小于或等于5μm/m的直线度和平行度，其中在边界线附近，在相对于涂覆液体的接触角度相互不同的相邻区域之间设置接触角度边界线，并且其中接触角度边界线和边界线之间的偏差小于或等于5μm。

按照本发明的另一实施例，提供一种涂覆设备，包括：具有喷射将要施加到衬底上的涂覆液体的细槽的涂覆模头，涂覆模头包括位于涂覆模头终端部段上并具有从细槽延伸凸缘表面的凸缘和位于终端部段上并具有相对于凸缘表面倾斜的侧表面的侧部，其中侧表面和凸缘表面构造成使得侧表面相对于涂覆液体的接触角度大于凸缘表面相对于涂覆液体的接触角度以及在衬底和涂覆模头之间进行相对移位而终端部段保持靠近衬底以便喷射涂覆液体到衬底上的装置。

本发明的实施例可在涂覆过程中稳定液珠，防止了条带和台阶的出现，该现象容易在使用涂覆模头施加涂覆层中形成。因此，如果使用在制造用于液晶显示器的滤色器的抗蚀剂涂覆过程中，本发明的每个实施例可进行制造所需的高精度涂覆，使其可以进行涂覆过程，而没有旋涂，造成成本减小。

按照本发明的另一实施例，提供一种具有喷射将要施加到衬底上的涂覆液体的细槽的涂覆模头，涂覆模头包括位于涂覆模头终端部段上并具有从细槽延伸凸缘表面的凸缘和位于终端部段上并具有相对于凸缘表面倾斜的侧表面的侧部，其中凸缘表面的表面粗糙度以最大高度Rmax来表示，按照日本工业标准JIS B0601测量，该高度小于或等于0.3μm。

按照本发明的另一实施例，设置涂覆模头，其中凸缘表面通过超精细研磨进行镜面抛光。

按照本发明的另一实施例，设置涂覆模头，其中凸缘表面通过电解在线修整(ELID)研磨进行镜面抛光。

按照本发明某些实施例，凸缘表面具有足够光滑的表面粗糙度以便充分抑制接触角度中的局部变化，使得涂覆液体在该方向上平稳运动，以便在涂覆液体施加在衬底期间增加液珠在衬底相对于涂覆模头移位的方向上的横向尺寸，因此缩短液珠形成所需的时间。因此，如果使用在制造用于液晶显示器的滤色器的抗蚀剂涂覆过程中，通过尽可能缩短不能实现所需厚度均匀性的缺陷范围，涂覆模头可进行制造所需的高精度涂覆。

按照本发明的另一实施例，设置涂覆模头，其中侧表面和凸缘表面构造成使得侧表面相对于涂覆液体的接触角度大于凸缘表面相对于涂覆液体的接触角度。

该构造可将在液珠的最上面部分从涂覆模头落下处的点总是保持在凸缘表面和侧表面在其中限定边界线的区域处。因此，如果使用在制造用于液晶显示器的滤色器的抗蚀剂涂覆过程中，通过抑制涂覆层的厚度变化，结合所述构造的涂覆模头可进行制造所需的高精度涂覆。

按照本发明的另一实施例，设置涂覆模头，其中侧表面由含有镍(Ni)和1-10wt％的氟树脂的混合物进行无电镀覆来制成。

按照本发明的另一实施例，设置涂覆模头，其中侧表面的表面粗糙度不同于凸缘表面的表面粗糙度。

本发明的所述可实施例可将在液珠的最上面部分从涂覆模头落下处的点总是保持在凸缘表面和侧表面在其中限定边界线的区域处。因此，如果使用在制造用于液晶显示器的滤色器的抗蚀剂涂覆过程中，通过抑制涂覆层的厚度变化，结合所述构造的涂覆模头可进行制造所需的高精度涂覆。

按照本发明的另一实施例，设置涂覆模头，其中边界线设置在凸缘表面和侧表面之间，并且边界线相对于细槽的直线度和平行度小于或等于2μm/m。

如果使用在制造用于液晶显示器的滤色器的抗蚀剂涂覆过程中，通过在将涂覆液体施加到衬底上的初始阶段中尽可能缩短不能实现所需厚度均匀性的缺陷范围，按照本发明实施例的涂覆模头可进行制造所需的高精度涂覆。

按照本发明的另一实施例，设置涂覆模头，其中在凸缘表面和侧表面之间的边界线附近，在相对于涂覆液体的接触角度相互不同的相邻区域之间设置接触角度边界线，并且其中接触角度边界线和边界线之间的偏差小于或等于2μm。

如果使用在制造用于液晶显示器的滤色器的抗蚀剂涂覆过程中，通过抑制涂覆层的厚度变化，按照本发明实施例的涂覆模头可进行制造所需的高精度涂覆。

按照本发明的另一实施例，设置涂覆设备，包括：具有喷射将要施加到衬底上的涂覆液体的细槽的涂覆模头，涂覆模头包括位于涂覆模头终端部段上并具有从细槽延伸凸缘表面的凸缘和位于终端部段上并具有相对于凸缘表面倾斜的侧表面的侧部，其中凸缘表面的表面粗糙度以最大高度Rmax来表示，按照日本工业标准JIS B0601测量，该高度小于或等于0.3μm；以及在衬底和涂覆模头之间进行相对移位而终端部段保持靠近衬底以便喷射涂覆液体到衬底上的装置。

如果使用在制造用于液晶显示器的滤色器的抗蚀剂涂覆过程中，通过在将涂覆液体施加到衬底上的初始阶段中尽可能缩短不能实现所需厚度均匀性的缺陷范围并通过抑制涂覆层的厚度变化，按照本发明实施例的涂覆设备可进行制造所需的高精度涂覆。

按照本发明的另一实施例，提供一种制造具有喷射将要施加到衬底上的涂覆液体的细槽的涂覆模头的方法，涂覆模头包括位于涂覆模头终端部段上并具有从细槽延伸凸缘表面的凸缘和位于终端部段上并具有相对于凸缘表面倾斜的侧表面的侧部，其中凸缘表面的表面粗糙度以最大高度Rmax来表示，按照日本工业标准JIS B0601测量，该高度小于或等于0.3μm；该方法包括进行镜面抛光来处理凸缘表面的步骤。

按照本发明方法的实施例，凸缘表面具有足够光滑的表面粗糙度以便充分抑制接触角度中的局部变化，使得涂覆液体在该方向上平稳运动，以便在涂覆液体施加在衬底上期间增加液珠在衬底相对于涂覆模头移位的方向上的横向尺寸，因此缩短液珠形成所需的时间。因此，如果使用在制造用于液晶显示器的滤色器的抗蚀剂涂覆过程中，通过尽可能缩短不能实现所需厚度均匀性的缺陷范围，按照本发明方法的实施例，可进行制造所需的高精度涂覆。

除了制造用于液晶显示器的滤色器的抗蚀剂涂层之外，按照本发明实施例的涂覆模头和涂覆设备可具有其他用途。

附图说明

图1(a)和1(b)是按照本发明的涂覆模头的一个实施例的示意透视图以及该透视图的一部分的放大视图；

图2是通过放大涂覆模头的终端部段给出的示意透视图；

图3(a)和3(b)是表示制造图1所示涂覆模头的过程的示意透视图；

图4是图1所示的涂覆模头在涂覆液体施加在衬底表面期间的示意截面图；

图5是按照本发明涂覆模头的另一实施例的终端部段的示意透视图；

图6是按照本发明涂覆模头的另一实施例的终端部段的示意透视图；

图7是涂覆模头的一个比较实例的示意透视图；

图8是涂覆模头的比较实例在涂覆液体施加在衬底表面期间的示意截面图；

图9是涂覆模头的另一比较实例在涂覆液体施加在衬底表面期间的示意截面图；

图10(a)和10(b)是按照本发明的涂覆模头的另一实施例的示意透视图以及该透视图的一部分的放大视图；

图11是通过放大图10所示的涂覆模头的终端部段给出的示意透视图；

图12(a)和12(b)是表示制造图10所示涂覆模头的过程的示意透视图；

图13是图10所示的涂覆模头在涂覆液体施加在衬底表面期间的示意截面图；

图14(a)、14(b)和14(c)分别是喷射涂覆液体的涂覆模头的示意透视图、使用自由浆体进行表面抛光的凸缘的放大视图以及使用ELID(电解在线修整)研磨过程进行表面抛光的凸缘的放大视图。

图15(a)和15(b)分别是使用结合有通过自由浆体进行表面抛光的涂覆模头施加涂覆液体期间形成的初始液珠的示意透视图以及使用结合有通过ELID研磨过程进行表面抛光的涂覆模头施加涂覆液体期间形成的初始液珠的示意透视图；

图16是按照本发明涂覆模头的另一实施例的终端部段的示意透视图；

图17是按照本发明涂覆模头的另一实施例的终端部段的示意透视图；

图18是涂覆模头的另一比较实例在涂覆液体施加在衬底表面期间的示意透视图；

图19是涂覆模头的另一比较实例在涂覆液体施加在衬底表面期间的示意截面图；

图20是涂覆模头的另一比较实例在涂覆液体施加在衬底表面期间的示意截面图。

具体实施方式

在本发明的涂覆模头的一个实施例中，位于模头的终端部段的侧部的表面(即侧表面)相对于涂覆液体的接触角度大于位于终端部段上的凸缘的表面(即凸缘表面)相对于涂覆液体的接触角度。

该构造增加了在施加涂覆液体到衬底上期间在凸缘表面和衬底之间形成的液珠的稳定性，使得涂覆模头以高速进行高精度涂覆操作。最好是，侧表面相对于涂覆液体的接触角度大于凸缘表面相对于涂覆液体的接触角度的角度大于或等于5度。如果接触角度的差值太小，涂覆模头不能满意地稳定液珠。接触角度差值越大，稳定有效性越大。稳定液珠形成涂覆模头可进行更高精度的涂覆过程的条件，例如增加处理速度。因此，最好是增加接触角度的差值。具体是，接触角度的差值最好大于或等于10度。更优选的是，接触角度的差值大于或等于20度。

具有多个实例可以实现侧表面相对于涂覆液体的接触角度大于凸缘表面相对于涂覆液体的接触角度的所述构造。一个实例是制造进行镀覆或涂覆的侧表面和/或凸缘表面。另一实例是通过用不同材料将凸缘和侧部制成分开部件，使得侧表面的材料不同于凸缘表面的材料。抛光的侧表面的表面粗糙度不同于凸缘表面的表面粗糙度是又一实例。另外，该构造可通过任何一个所述实例进行组合来实现。

当侧表面的接触角度相对于涂覆液体大于凸缘表面相对于涂覆液体的接触表面时，本发明涂覆模头的实施例可将在液珠的最上面部分从涂覆模头落下处的点总是保持在凸缘表面和侧表面在其中限定边界线的区域处。边界线相对于细槽具有直线度和平行度，这对于抑制涂覆层的厚度变化很重要。因此，当需要进行制造滤色器所需的高精度涂覆过程时，最好是直线度和平行度的偏差尽可能小。具体是，偏差小于或等于5μm/m。另外，边界线附近地区的微观区域表示出侧表面和/或凸缘表面不需要在延伸到边界线的整个区域内具有相同的接触角度。

即使使用掩模覆盖凸缘表面以便只在进行表面处理(和侧表面一样)以形成相对于涂覆液体具有大接触角度的涂覆层期间暴露例如终端部段的侧部，涂覆层的边缘不总是准确位于边界线上，而可以延伸超过边界线或不能到达边界线。

当接触角度边界线设置或限定在相邻两个区域之间时，该两个区域相对于涂覆液体的接触角度相互不同的程度可以表示接触角度不同特性，接触角度边界线总是准确地位于侧表面和凸缘表面之间的边界线上的可能性最小。如果在接触角度边界线和边界线之间存在很大的偏差，可以出现涂覆偏差。为了满足制造滤色器所需的高精度涂覆，偏差最好小于或等于5μm/m。

按照本发明涂覆设备的实施例包括在衬底和涂覆模头之间进行相对运动的装置，其中终端部段保持靠近衬底以便将喷射的涂覆液体施加在衬底上。采用该构造使其可以在衬底上进行高精度涂覆。

由于可以进行高精度涂覆，按照本发明的涂覆模头和涂覆设备的实施例可进行将抗蚀剂液体涂覆在包括玻璃片的衬底上的操作，以便在制造用于液晶显示器的滤色器期间，提供红色(R)、绿色(G)和兰色(B)的三个层，或者提供保护表面层或几何形状，使其可以进行制造所需的高精度涂覆，而不使用旋涂。除了为了制造液晶显示器的滤色器而进行抗蚀剂涂覆之外，按照本发明实施例的涂覆模头和涂覆设备可具有其他用途。

下面将参考附图描述本发明的优选实施例。图1是按照本发明的涂覆模头12的一个实施例的示意透视图以及该透视图一部分的放大视图。图2是通过放大涂覆模头12的终端部段给出的示意透视图。

与传统装置类似，涂覆模头12具有喷射将要施加的涂覆液体的细槽12a、位于涂覆模头12的终端部段12c、12b上并具有在大致垂直于细槽12a的方向上从细槽12a向外延伸的凸缘表面12b的凸缘12b以及位于终端部段12b、12c上并具有从凸缘12b的凸缘表面向外延伸并相对其倾斜的侧表面12c的侧部12c。涂覆模头12的整个主体由不锈钢制成。在此实施例中，凸缘的凸缘表面和侧部的侧表面分别通过参考标号12b、12c来表示。

凸缘表面12b在宽度d上在法线方向上延伸，宽度d通常在0.1-1.0mm之间。凸缘表面12b是通过暴露涂覆模头12主体的表面所得的裸露表面，涂覆模头研磨到粗糙度Rmax在0.1-0.4μm/m范围内。侧表面12c包括表面层13，表面层13由相对于涂覆液体具有较差可湿性的材料制成，该表面层通过涂覆或镀覆沉积在涂覆模头12主体的裸露表面(基面)上。侧表面12c的表面层13相对于涂覆液体具有较差的可湿性(因此相对于涂覆液体具有大接触角度)。

进行表面处理以便提供表面层13的实例是镍(Ni)的无电镀覆、含有镍(Ni)和氟树脂的混合物的无电镀覆以及氟树脂的涂覆。对于表面层13的材料进行选择，使得侧表面12c相对于涂覆液体的接触角度大于凸缘表面12b相对于涂覆液体的接触角度。可进行该选择，使得例如侧表面相对于涂覆液体的接触角度大于凸缘表面相对于涂覆液体的接触角度的角度大于或等于10度。更优选的是该角度大于或等于20度。

如果涂覆液体通常是用于制造液晶显示器的滤色器的液化抗蚀剂的形式，凸缘表面12b相对于涂覆液体的接触角度在7度到10度的范围内。如果在这种情况下，表面层13通过镍(Ni)的无电镀覆形成，侧表面12c相对于涂覆液体的角度高达20度，并因此角度差值高达至少10度。如果表面层13由氟树脂涂覆形成，侧表面12c相对于涂覆液体的接触角度高达50度，并因此角度差值高达至少40度。在提供增大的接触角度方面，氟树脂涂覆优于镍(Ni)的无电镀覆，尽管前者的耐用性比后者差。将氟树脂结合在无电镍镀覆中造成的接触角度大于通过镍的无电镀覆所提供的接触角度，与氟树脂涂覆相比，还提供增加的耐用性。因此，可以选择镍和氟树脂的混合物的适当比例以便满足适用于侧表面12c的所需性能。表面层13可以延伸以便覆盖至少一个区域，该区域可在涂覆液体施加在衬底期间通过涂覆液体的分布来覆盖。

如图2所示，表面层13在整个侧表面12c之上延伸以便限定正好位于凸缘表面12b和侧表面12c之间的边界线上的边缘。设置在凸缘表面12b和侧表面12c之间的边界线14是直的，并相对于细槽12b具有小于或等于5μm/m的直线度和平行度。

为了形成其边缘正好位于边界线14上的表面层13，边界线具有小于或等于5μm/m的直线度和平行度，表面层13的材料通过镀覆或涂覆沉积在不仅包括侧表面12c而且包括凸缘表面12b的整个表面区域上，如图3(a)所示。随后通过抛光去除材料的一部分，以便暴露凸缘12b的表面和表面层13的边缘，如图3(b)所示。

为了使用涂覆模头12施加涂覆液体，涂覆模头12的终端部段12b、12c布置靠近放置在夹头(未示出)上的衬底1的表面，如图4所示，并且衬底相对于涂覆模头12运动。涂覆模头12喷射将要施加的涂覆液体到衬底上，在凸缘表面12b和衬底1之间形成液珠12，将与液珠12分开的一部分施加在衬底1上。

如上所述，侧表面12c相对于涂覆液体的接触角度大于与液珠3接触的凸缘表面12b的接触角度，造成侧表面12c显示出比凸缘表面差的可湿性。该构造可将在液珠3的最上面部分从涂覆模头12落下处的点A或B总是保持在具有好的可湿性的凸缘表面12b和差的可湿性的侧表面在其中限定边界线14的区域处。在涂覆液体施加在衬底1上时，液珠3保持稳定，将涂覆液体施加在衬底1上而不出现通常出现的任何条带和台阶。因此，可形成涂覆层4，通过将厚度变化抑制在足够低的程度(例如，厚度变化在层厚度的±3％内)，使得涂覆层4具有完全的厚度均匀性。因此，如果使用在制造液晶显示器的滤色器的抗蚀剂涂覆过程中，该涂覆模头12a进行制造所需的高精度涂覆(例如，厚度变化在层厚度的±3％内)。不再需要通常采用的旋涂。

在所述实施例中，主体的裸露表面制成凸缘表面12b，并且具有较差可湿性的表面层13制成侧表面12c，使得侧表面的接触角度大于凸缘表面的接触角度。本发明不局限于该实施例，并可以通过用具有优于主体裸露表面的可湿性的表面层覆盖凸缘表面12b以及通过主体的裸露表面制成侧表面12c来实现。实现本发明的另一方法涉及将具有好的可湿性的一个表面层覆盖凸缘表面12b并将具有差的可湿性的另一表面层覆盖侧表面12c。

例如镀覆或涂覆的表面处理仅仅是改变凸缘表面12b和侧表面12c的接触角度的实例。接触角度可以任何其他适当方式来改变。参考图5，涂覆模头12A包括具有例如部分16和17的由不同材料制成的分开构件，该部分制成凸缘表面12b和侧表面12c。参考图6，尽管由相同材料制成，涂覆模头12B通过表面处理制成，使得凸缘表面12b具有更大的粗糙度，从而提供好的可湿性(减小的接触角度)，并通过另一表面处理使得侧表面12c具有较小的粗糙度，从而提供差的可湿性(增加的接触角度)。使用这种方法，侧表面的接触角度可制成大于凸缘表面的接触角度。凸缘表面和侧表面的接触角度可通过材料选择和提供粗糙度的表面处理相结合来改变。

可能的是在凸缘表面12b和侧表面12c之间的边界线14附近具有设置或限定在相邻两个区域之间的接触角度边界线14a，相邻两个区域的相对于涂覆液体的接触角度相互不同的程度表示出接触角度的不同特性。如果是这种情况，最好是接触角度边界线14a和边界线14之间的偏差小于或等于5μm(见图4)。

接着参考图7-9，其中描述本发明的比较实例。

如图7所示，包括总体构造的凸缘表面和总体构造的侧表面的涂覆模头2布置成其终端部段靠近夹头5上的衬底1的表面附近。接着夹头5运动衬底1以便相对于喷射液化抗蚀剂的涂覆模头2移位，施加喷射的液化抗蚀剂以便在衬底1的表面上形成涂覆层4。随后，通过以高速转动衬底1来实现层4的厚度均匀性。在不转动衬底1的情况下不能实现厚度均匀性的原因在于，由于不可避免地形成的条带4a和台阶4b，使用涂覆模头2进行涂覆的方法不能将厚度变化抑制在可接受的范围内。由于在通过涂覆模头在衬底上施加抗蚀剂之后马上采用旋涂，需要两个过程，增加了成本。

接着，对于在涂覆模头2将涂覆液体施加在衬底上时造成涂覆层的厚度变化的原因进行描述。如图8所示，涂覆模头2具有喷射将要施加的抗蚀剂(涂覆液体)的细槽2a、具有在大致垂直于细槽2a的方向上从细槽2a向外延伸的凸缘表面2b的凸缘2b，和具有从凸缘2b的凸缘表面向外延伸并相对其倾斜的侧表面2c的侧部2c。在将涂覆液体施加在衬底1的表面期间，涂覆模头2在凸缘表面2b和衬底1之间形成涂覆液体团块(液珠)3。如果液珠3稳定保持其形状，由此可将在液珠3的最上面部分从涂覆模头2落下处的点A或B总是保持在凸缘表面2b和侧表面2c在其中限定边界线的区域处，涂覆层4将没有不希望的厚度变化。

但是，比较实例不能将点A或B总是保持在具有边界线的区域处，使得液体从凸缘表面2b流到侧表面2c，造成液体如箭头C所示沿着侧表面2c的运动，以及液体如箭头D所示沿着凸缘表面2b的运动。液体的这种运动妨碍液珠3的稳定，因此造成点A或B运动到偏离边界线的不同位置上。如果点A或B沿着边界线运动到多个隔开的点的每个点上，将出现在衬底的运动方向上延伸的条带4a(见图7)，而如果点A或B沿着边界线运动到连续的不同位置上，将出现相对于衬底1的运动方向横向定位的台阶4b。

为了防止点A或B运动到不同位置上以便增加液珠3的稳定性，人们可以设计涂覆模头2A，如图9所示，该模头具有位于凸缘表面2b和相邻侧表面2c之间的边界线上或与其平行的锐利边缘2d。但是尽管与图7所示的涂覆模头2相比，模头2A为液珠3提供增加的稳定性，该涂覆模头2A也不能充分限制点A或B运动到不同位置。在图9中，观察到条带和台阶数量减小，但是减小程度没有足够大到在制造液晶显示器的滤色器期间进行所需的高精度涂覆。

按照本发明，涂覆模头12可充分提高液珠3的稳定性，因此防止在涂覆层4内出现条带和台阶。

实例

接着将描述本发明的实施例。

(1)涂覆模头：涂覆模头12；

涂覆模头12主体的材料：不锈钢；

凸缘表面12b：宽度：500μm；

表面：与主体相同材料(不锈钢)；

表面粗糙度Rmax：0.4μm；

相对于涂覆液体的接触角度：大约7度；

侧表面12c：表面：镍的无电镀覆；

表面粗糙度Rmax：0.4μm；

相对于涂覆液体的接触角度：大约15度；

凸缘表面12b和侧表面12c之间边界线的直线度：小于或等于5μm/m；

(2)涂覆液体

溶剂系统上的彩色抗蚀剂；

粘度：5cP；

表面张力：25dyne/cm；

(3)涂覆条件

如图4所示，采用向下取向的涂覆模头12，衬底1放置在涂覆模头12之下，并以80mm/秒的速度水平运动以便施加涂覆液体到大约10μm的深度。

(4)结果

在施加涂覆液体之后在涂覆层上进行视觉检测没有发现条带和台阶。在干躁涂覆层之后，测量涂覆层为1.5μm厚，其厚度变化小于或等于±2％。涂覆层的厚度变化落入制造滤色器所需的可接受的范围内。在制造滤色器期间不需要使用旋涂。

由于侧表面相对于涂覆液体的接触角度大于凸缘表面相对于涂覆液体的接触角度，本发明的涂覆模头可将在液珠的最上面部分从涂覆模头落下处的点总是保持在凸缘表面和侧表面在其中限定边界线的区域处，由此提供充分稳定的液珠。该构造足以有效地防止在涂覆层内出现条带和台阶，并且还满意地抑制了厚度变化。如果使用在制造液晶显示器的滤色器的抗蚀剂涂覆过程中，本发明的实施例可进行制造所需的高精度涂覆。因此，本发明的实施例可通过消除旋涂而实现成本减小。

本发明的其他实施例

参考附图，此后详细描述本发明的另一实施例。

图10是按照本发明的涂覆模头101的另一实施例的示意透视图以及该透视图的一部分的放大视图。图11是通过放大涂覆模头101的终端部段给出的示意透视图。

涂覆模头101具有用于喷射将要施加的涂覆液体的细槽111、位于涂覆模头的终端部段112、112b上并具有在大致垂直于细槽111的方向上从细槽111向外延伸的凸缘表面112的凸缘112以及位于终端部段112、113上并具有从凸缘112的凸缘表面向外延伸并相对其倾斜的侧表面113的侧部113。涂覆模头101的整个主体由不锈钢制成。

在此实施例中，凸缘的凸缘表面和侧部的侧表面分别由参考标号112和113来表示。

凸缘表面12在法线方向上在宽度d上延伸，宽度d通常在0.1-1.0mm的范围内。

凸缘表面112是通过暴露涂覆模头101主体的表面所得的裸露表面，涂覆模头通过ELID(电解在线修整)研磨到粗糙度Rmax为0.05μm/m。表面粗糙度以表面的整个区域上的最大高度Rmax来表示，该高度按照日本工业标准JIS B0601扫描和测量。按照JS B0601的接触尖端测量方法来获得表面粗糙度的数据。

Rmax 0.05或者Rmax为0.05μm指的是最大高度是0.05μm。JISB 0601与ISO 0484(1982)、ISO 3276(1975)、ISO 4287(1984)、ISO4287-2(1984)和ISO 4288(1985)相对应。

侧表面113包括通过涂覆或镀覆相对于涂覆液体具有差可湿性的材料所形成的表面层114。因此，用作侧表面113的表面层114相对于涂覆液体具有差的可湿性(相对于涂覆液体具有大接触角度)。在此实施例中，表面层114通过含有镍(Ni)和1-10wt％氟树脂的混合物的无电镀覆来形成。

如果涂覆液体以通常用于制造液晶显示器的滤色器的液化抗蚀剂为形式，凸缘表面112相对于涂覆液体的接触角度落入7度到10度的范围内。如果在这种情况下，表面层114通过含有镍(Ni)和1-10wt％氟树脂的混合物的无电镀覆来形成，侧表面113相对于涂覆液体的接触角度高达55度，并且因此角度差值高达至少40度。当氟树脂的含量小于或等于10wt％，表面层114如同裸露主体一样硬(洛氏硬度：HRC 45-55)，并且具有和凸缘表面112一样的耐用性。当氟树脂的含量小于1wt％，表面层114相对于涂覆液体的接触角度失去相对于凸缘12的凸缘表面的优势。当氟树脂的含量大于10wt％，表面层114不能保持和凸缘表面112一样的耐用性。需要形成表面层114，使得表面层114可延伸以便至少覆盖在涂覆过程中可以通过涂覆液体的分布覆盖的区域。

如图11所示，表面层114在整个表面区域113上延伸并具有位于凸缘表面112和表面层114之间的边界线115上的边缘。设置在凸缘表面112和侧表面113上的表面层114之间的边界线115是直的，并且该边界线相对于细槽111具有小于或等于2μm/m的直线度和平行度。

为了形成其边缘正好限定具有小于或等于2μm/m直线度和平行度的边界线115的边缘，通过镀覆和涂覆在不仅包括侧表面113而且包括凸缘表面112的整个表面区域上沉积表面层114的材料，如图12(a)所示，并且接着例如通过抛光去除材料的一部分以便暴露凸缘表面112和表面层114的边缘，如图12(b)所示，按照JIS B0601通过接触尖端测量方法来获得边界线115直线度的数据。

为了使用涂覆模头101施加涂覆液体，涂覆模头101的终端部段112、113保持靠近放置在夹头(未示出)上的衬底102的表面，如图13所示，并且衬底102相对于涂覆模头101运动。涂覆模头101喷射将要施加的涂覆液体到衬底102上，在凸缘表面112和衬底102之间形成液珠103，将与液珠103分离的一部分施加在衬底102上。

图14(a)是喷射涂覆液体的涂覆模头101的透视图。如图14(b)所示，如果涂覆模头101的凸缘表面112以传统方式使用自由浆体研磨，凸缘112的凸缘表面是粗糙的，并且相对于涂覆液体的接触角度的局部变化很大，不能使得涂覆液体在与衬底相对于涂覆模头移位的方向横向的液珠生成方向上平稳运动，因此增加液珠103a生成的所需时间。因此，如图15(a)所示，用于初始生成液珠103a的涂覆液体的消耗量增加(该消耗量经常称为初始液珠量)。因此，在涂覆液体开始施加之后，在施加有涂覆液体的区域内形成在衬底102上的层厚显著增加，形成不能实现所需厚度均匀性的细长缺陷区域。

如图14(c)所示，如果涂覆模头101的凸缘112通过EILD研磨过程处理，凸缘表面112具有光滑的表面粗糙度。该表面粗糙度足够光滑，以便充分抑制相对于涂覆液体的接触角度中的局部变化，使得涂覆液体在与衬底相对于涂覆模头移位方向横向的液珠生成方向上平稳运动，因此缩短液珠103b生成所需的时间。因此，如图5(b)所示，满意地减小液珠103b的初始液珠量，因此将不能在涂覆层102内实现所需厚度均匀性的缺陷范围减小到非常小的长度(例如小于或等于5mm)。如果使用在制造液晶显示器的滤色器的抗蚀剂涂覆过程中，涂覆模头101可进行制造所需的高精度涂覆(例如，缺陷范围小于或等于5mm)。

通过EILD研磨处理形成镜面抛光的凸缘表面112具有小于或等于0.3μm的表面粗糙度Rmax，该粗糙度足够光滑以便充分抑制接触角度中的局部变化。因此涂覆液体在与衬底相对于涂覆模头移位方向横向的液珠生成方向上进行平稳运动，因此缩短液珠103生成的所需时间。为了进一步有助于涂覆液体平稳运动，以便缩短液珠生成所需时间，最好是表面粗糙度Rmax小于或等于0.1μm。更优选的是表面粗糙度Rmax小于或等于0.05μm。

如上所述，涂覆模头101的侧表面113的接触角度大于凸缘表面112的接触角度。侧表面113对于涂覆液体具有差的可湿性。该构造可将在液珠103的最上面部分从涂覆模头101落下处的点A或B总是保持在具有好的可湿性的凸缘表面112和差的可湿性的侧表面113在其中限定边界线的区域处。

在将涂覆液体施加在衬底102上期间，液珠103保持稳定，施加涂覆液体到衬底102上没有经常出现的任何条带和台阶。因此，通过将厚度变化抑制在充分低的程度(例如，厚度变化在层厚的±1.5％内)，可以形成具有所需厚度均匀性的涂覆层104。如果使用在制造液晶显示器的滤色器的抗蚀剂涂覆过程中，涂覆模头101可进行制造所需的高精度涂覆(例如，厚度变化在层厚的±1.5％内)。

在所述的实施例中，凸缘表面112由主体的裸露表面形成，并且侧表面113的表面层114具有差的可湿性(大接触角度)，因此为侧表面113提供大于凸缘表面的接触角度。本发明不局限于所述构造中，该构造仅仅是改变凸缘112的凸缘表面和侧部113的侧表面的接触角度的一个实例。例如参考图16，涂覆模头101A包括作为形成凸缘表面112和侧表面113的部分116和117的由不同材料制成的分开构件。参考图17，尽管涂覆模头101B由相同材料制成，涂覆模头101B通过表面处理形成，使得凸缘表面112具有更大的粗糙度，从而提供好的可湿性(减小的接触角度)，并通过另一表面处理使得侧表面113具有较小的粗糙度，从而提供差的可湿性(增加的接触角度)。使用这种方法，侧表面113的接触角度可制成大于凸缘表面112的接触角度。凸缘表面和侧表面的接触角度可通过材料选择和提供粗糙度的表面处理相结合来改变。

可能的是在凸缘表面113和侧表面112之间的边界线115附近具有设置或限定在相邻两个区域之间的接触角度边界线115a，相邻两个区域的相对于涂覆液体的接触角度相互不同的程度表示出接触角度的不同特性。如果是这种情况，最好是接触角度边界线115a和边界线115之间的偏差小于或等于2μm(见图13)。

接着参考图18-20，其中描述本发明的比较实例。

如图18所示，包括总体构造的凸缘表面和总体构造的侧表面的涂覆模头101布置成其终端部段靠近夹头105上的衬底102的表面附近。接着夹头105运动衬底102以便相对于喷射液化抗蚀剂的涂覆模头101移位，施加喷射的液化抗蚀剂以便在衬底102的表面上形成涂覆层104。随后，通过以高速转动衬底102来实现层104的厚度均匀性。由于在通过涂覆模头在衬底上施加抗蚀剂之后马上采用旋涂，需要两个过程，增加了成本。日本专利3201195披露一种涂覆方法，其中通过只使用涂覆模头将涂覆液体施加在衬底上来实现厚度均匀性。但是，该公知的涂覆方法不能令人满意，这是由于它不能满足当前制造液晶显示器的滤色器所需标准。该标准提出在从初始点104a测量的施加方向上不能实现厚度均匀性的缺陷范围应该小于或等于5mm。

但是，当使用涂覆模头101时，在从初始点104的施加方向上难以将缺陷范围抑制在5mm内。

接着，将说明当通过涂覆模头101将涂覆液体施加在衬底上时在初始点104a附近区域内造成不能实现厚度均匀性的缺陷范围的原因。如图19所示，涂覆模头101具有喷射将要施加的抗蚀剂(涂覆液体)的细槽111，具有在垂直于细槽111的方向上从细槽111向外延伸的凸缘表面的凸缘112和具有从凸缘112的凸缘表面向外延伸并相对其倾斜的侧表面的侧部113。在将涂覆液体施加在衬底102的表面上时，涂覆101在凸缘表面112和衬底102之间形成涂覆液体块(液珠)103。通常液珠生成越快，不能实现厚度均匀性的缺陷范围越短。但是实际上，由于凸缘表面112中存在接触角度的局部变化，不能使得涂覆液体在与衬底移位的方向横向的液珠生成的方向上平稳运动，不能缩短该缺陷范围。由于取决于抛光的表面光洁度随着抛光机的性能水平以及操作者不同的技能水平而变化，凸缘表面112的接触角度保持局部变化。当涂覆液体不能平稳和快速流动时，液珠103生成需要很长时间。对于液珠103的生成来说(初始液珠量)，消耗了大量涂覆液体。因此，初始点附近区域内的厚度增加，造成不能实现厚度均匀性的缺陷范围的长度增加。

另外，由于条带141和/或台阶142出现在涂覆层104内，如下所述，通过涂覆模头不能将厚度变化抑制在可接受的范围内。现在将说明当通过涂覆模头101将涂覆液体施加在衬底上时造成涂覆层的厚度变化的原因。参考图19，如果液珠103稳定以便保持其形状，由此将可将在液珠103的最上面部分从涂覆模头101落下处的点A或B总是保持在凸缘表面112和侧表面113在其中限定边界线的区域处，涂覆层104将没有不希望的厚度变化。但是，比较实例不能将点A或B总是保持在具有边界线的区域处，使得液体从凸缘表面112流到侧表面113，造成液体如箭头C所示沿着侧表面113的运动，以及液体如箭头D所示沿着凸缘表面112的运动。液体的这种运动妨碍液珠103的稳定，因此造成点A或B运动到偏离边界线的不同位置上。如果点A或B沿着边界线运动到多个隔开的点的每个点上，将出现在衬底的运动方向上延伸的条带141(见图18)，而如果点A或B沿着边界线运动到连续的不同位置上，将出现相对于衬底的运动方向横向定位的台阶142。

为了防止点A或B运动到不同位置上以便增加液珠103的稳定性，人们可以设计涂覆模头101A，如图20所示，该模头具有位于凸缘表面112和相邻侧部之间的边界线上或与其平行的锐利边缘118。但是尽管与图19所示的涂覆模头101相比，模头101A为液珠3提供增加的稳定性，该涂覆模头101A也不能充分限制点A或B运动到不同位置。可以减小条带和台阶数量，但是减小程度没有足够大到在制造液晶显示器的滤色器期间所需的高精度涂覆。

按照本发明，由于减小表面粗糙度，满意地抑制接触角度中的局部变化，涂覆液体可以平稳和快速运动，缩短液珠生成所需时间。因此，如果使用在制造用于液晶显示器的滤色器的抗蚀剂涂覆过程中，通过尽可能缩短不能实现所需厚度均匀性的缺陷范围，结合有该构造的涂覆模头可进行制造所需的高精度涂覆。

按照本发明，可将在液珠的最上面部分从涂覆模头落下处的点总是保持在凸缘表面和侧表面在其中限定边界线的区域处。因此，如果使用在制造液晶显示器的滤色器的抗蚀剂涂覆过程中，通过尽可能抑制涂覆层中可能的厚度变化，结合有所述构造的涂覆模头可进行制造所需的高精度涂覆。

如果涂覆模头使用在制造液晶显示器的滤色器的抗蚀剂涂覆过程中，通过尽可能缩短不能实现所需厚度均匀性的缺陷范围，并通过尽可能抑制涂覆层中可能的厚度变化，本发明的涂覆模头可进行制造所需的高精度涂覆。

Claims (11)

1.一种具有喷射将要施加在衬底上的涂覆液体的细槽的涂覆模头，包括：

位于涂覆模头的终端部段上并具有从细槽延伸的凸缘表面的凸缘；

位于终端部段上并具有相对于凸缘表面倾斜的侧表面的侧部；

其中侧表面和凸缘表面构造成使得侧表面相对于涂覆液体的接触角度大于凸缘表面相对于凸缘液体的接触角度；

边界线设置在凸缘表面和侧表面之间，并且边界线相对于细槽具有小于或等于5μm/m的直线度和平行度；

其中在边界线附近，接触角度边界线设置在其相对于涂覆液体的接触角度相互不同的相邻表面区域之间；以及

接触角度边界线和边界线之间的偏差小于或等于5μm。

2.如权利要求1所述的涂覆模头，其特征在于，

侧表面和凸缘表面构造成使得侧表面相对于凸缘液体的接触角度大于凸缘表面相对于涂覆液体的接触角度的角度差值大于或等于5度。

3.如权利要求1所述的涂覆模头，其特征在于，

侧表面的表面材料不同于凸缘表面的表面材料。

4.如权利要求1所述的涂覆模头，其特征在于，

侧表面的表面粗糙度不同于凸缘表面的表面粗糙度。

5.一种涂覆设备，包括具有喷射将要施加在衬底上的涂覆液体的细槽的涂覆模头，涂覆模头包括位于涂覆模头的终端部段上并具有从细槽延伸的凸缘表面的凸缘；位于终端部段上并具有相对于凸缘表面倾斜的侧表面的侧部；其中侧表面和凸缘表面构造成使得侧表面相对于涂覆液体的接触角度大于凸缘表面相对于凸缘液体的接触角度；以及

在衬底和涂覆模头之间进行相对移位的装置，其中终端部段保持靠近衬底以便将喷射的涂覆液体施加在衬底上；

边界线设置在凸缘表面和侧表面之间，并且边界线相对于细槽具有小于或等于5μm/m的直线度和平行度；

其中在边界线附近，接触角度边界线设置在其相对于涂覆液体的接触角度相互不同的相邻表面区域之间；以及

接触角度边界线和边界线之间的偏差小于或等于5μm。

6.一种具有喷射将要施加在衬底上的涂覆液体的细槽的涂覆模头，包括：

位于涂覆模头的终端部段上并具有从细槽延伸的凸缘表面的凸缘；

位于终端部段上并具有相对于凸缘表面倾斜的侧表面的侧部；

其中凸缘表面的表面粗糙度以最大高度Rmax，按照日本工业标准JIS B 0601测量，该高度小于或等于0.3μm；

其中侧表面和凸缘表面构造成使得侧表面相对于涂覆液体的接触角度大于凸缘表面相对于凸缘液体的接触角度；

其中在凸缘表面和侧表面之间的边界线附近，接触角度边界线设置在其相对于涂覆液体的接触角度相互不同的相邻表面区域之间；以及

接触角度边界线和边界线之间的偏差小于或等于2μm。

7.如权利要求6所述的涂覆模头，其特征在于，

凸缘表面通过超精细研磨进行镜面抛光。

8.如权利要求6所述的涂覆模头，其特征在于，

凸缘表面通过电解在线修整(ELID)研磨进行镜面抛光。

9.如权利要求6所述的涂覆模头，其特征在于，

侧表面通过含有镍(Ni)和1-10wt％氟树脂的混合物的无电镀覆来制成。

10.如权利要求6所述的涂覆模头，其特征在于，

侧表面的表面粗糙度不同于凸缘表面的表面粗糙度。

11.如权利要求6所述的涂覆模头，其特征在于，

边界线设置在凸缘表面和侧表面之间，并且边界线相对于细槽具有小于或等于2μm/m的直线度和平行度。

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