CN100473468C

CN100473468C - 改善涂布层均匀质量的工艺方法

Info

Publication number: CN100473468C
Application number: CNB2005101376978A
Authority: CN
Inventors: 何无忌; 麦越汉
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2005-12-31
Filing date: 2005-12-31
Publication date: 2009-04-01
Anticipated expiration: 2025-12-31
Also published as: CN1990121A

Abstract

本发明公开了一种改善涂布层均匀质量的工艺方法，该方法包括下列步骤，首先提供一涂布头以及一基板，利用该涂布头与该基板间的一相对运动使从该涂布头输出的涂料流体可以涂布于基板上；再以一控制方式调节该基板与该涂布头间一涂布珠的压力环境以控制该涂布珠的一上游新月长度或稳定度，使工艺落于一无缺陷的涂布窗域内。通过该方法，本发明分别设计了涂布头的结构以及调整基板与涂布头间的攻角，进而控制涂布珠的压力梯度变化，以提升工艺的良品率。此外，本发明还提供一种方法，通过预测缺陷的频率，并以与该缺陷的频率具有一相位差的一波形来减低涂布珠下游月形的振动，进而达到减少缺陷产生，提高工艺良品率的目的。

Description

改善涂布层均匀质量的工艺方法

技术领域

本发明涉及一种涂布方法，尤其涉及一种利于控制压力环境(含涂料流体外部压力或其内部压力分布)变化，以控制涂布珠上游的新月长度，进而消除涂布于基板上的材料的云纹(mura or barring)缺陷，进而提高工艺良品率的一种改善涂布层均匀质量的工艺方法。

背景技术

为了配合市场应用与制造经济效益的需求，面板厂所制造的液晶面板尺寸也逐渐往上提升，近年来，面板尺寸的大小已经从一代厂的300X400mm玻璃基板演至目前的第七代的1870X2200mm，而且具有逐步加大的趋势。为了使面板厂可以抗衡市场竞争来获利，产能需不断的提升，但一方面又要兼顾成本，因此工艺速度与良品率的改善绝对是必要面对的挑战。而在面板的工艺里，即属阵列(array)工艺段的光阻剂涂布为工艺的重要瓶颈，所以各大厂家，无不致力于涂布速度的改善与良品率的提升。

如图1所示利用细缝式涂布机来进行湿式涂布，在涂布的工艺中，影响涂布的质量莫过于涂布珠3的几何尺寸、涂布间隙a(涂布头与基板2的距离)、供料间隙b以及涂布头与基板间的相对速度u所影响。

请参阅图2A所示，该图为现有技术的研究成果所呈显出的涂布窗域(coating window)以及缺陷区域示意图。所谓涂布窗域40代表在涂布过程中，涂布环境压力与涂布层(图1的32)厚度导数关系图中，所决定出使工艺稳定的区域40，只要在涂布窗域40的范围内，就不会在工艺中产生缺陷；反之，则因各种不同的不稳定因素而容易生成涂布缺陷。接下来配合图1以及图2A所示，简介在涂布工艺下，容易产生缺陷的种类，当周遭真空度过高且涂布层厚度厚时，也就是在边界溢流区域41的范围内，则容易产生上游新月(meniscus)边界30的溢流(swelling)现象。如在空气卷入区域42时，则容易产生空气卷入缺陷。此外还有如肋条与河川区域43所示的肋条(ribbing)与河川(rivulets)的缺陷现象。

在区域44所发生的缺陷为云纹(mura or barring)现象。如图2B所示，所谓云纹33缺陷，一般而言，在真空度不足，而涂布层32厚度薄时会产生的一种缺陷。如图2C所示，云纹33为有规律周期性的瑕疵，使得涂布层32厚度产生周期性的变化，通常与某些涂布参数，如：涂布头移动的速度有关。而在2001年富士胶卷验证了云纹现象是由涂布珠受到外部扰动，使下游产生变化，进而使涂布层厚度形成周期性的变化。在该研究报告中，还提出了云纹频率的估算公式用以估算云纹缺陷所发生的频率。

在公开的文献中，如：美国专利US.Pat.No.4445458所揭露的一种涂布头，其特征在于其下游唇体10具有八字形的设计，以助于涂布层膜厚的均一性。又有如美国专利US.Pat.No.5728430所揭露的技术是以涂布头上游唇体11、下游唇体10的设计，以达到调节涂布流压力梯度与改善涂布精度与质量的目的。这是因为适当的压力分布可以稳定涂布层的分离线，所以该技术提出利用涂布流随着涂布方向而渐缩可以帮助提升涂布质量，尤其是避免肋条(ribbing)等缺陷的出现。然而，此方式会影响涂布珠的流体力学行为，因为渐缩过剧时会导致涂布的逆向压力过大，导致涂布流场向上游推挤，产生上游溢流(upstream leakage)的问题。

虽然前述的技术多为提升涂布珠稳定的方向以改善涂布质量，不过对于涂布时产生云纹缺陷的问题并无法有效的改善。为了解决云纹缺陷的问题，一般解决方式都是利用压抑涂布设备的振动以及降低基板与涂布头间的相对速度。不过降低速度，会直接降低面板的制造产能，进而影响到生产效率，而降低市场的竞争力。

综合上述，急需一种改善涂布层均匀质量的工艺方法来解决现有技术的缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种改善涂布层均匀质量的工艺方法，利用调节涂布珠的压力环境来控制涂料流体上游新月长度，进而使工艺落于涂布窗域内，达到解决云纹缺陷问题的目的。

本发明的次要目的是提供一种改善涂布层均匀质量的工艺方法，利用调节涂布珠的压力环境来控制其上游新月长度或稳定度，进而使工艺落于涂布窗域内，以解决云纹缺陷问题，达到缩短涂布工艺时间，以增加生产效率的目的。

为了实现上述的目的，本发明提供一种改善涂布层均匀质量的工艺方法，其包括有下列步骤：首先，提供一涂布头以及一基板，利用该涂布头与该基板间的一相对运动使从该涂布头输出的涂料流体可以涂布于基板上。然后，以一控制调节方式，使控制该基板与该涂布头间一涂料流体的压力环境，以调整该涂料流体的一上游新月长度，使工艺落于一涂布窗域内。

较佳的是，该控制调节方式还包括一调整该涂布头的上游区域的一真空度至适当范围，使调整该涂料流体的上游新月长度，使工艺落于一涂布窗域内。其中该真空度可选择为一定值以及动态改变值其中之一。或者是该控制调节方式，还可同时控制下游区域的真空度。前述的真空度是可通过在该涂布头的上游区域设置一低压装置以降低上游区域的气压来控制。

较佳的是，该涂布头，可为一上游唇体以及一下游唇体，该上游唇体与该下游唇体间还具有至少一槽孔，且上游唇体以及该下游唇体与该基板相对的一面上具有一连续曲面的设计，以控制调节涂布流体的压力梯度，以调整该涂料流体的一上游新月长度，使工艺落于一涂布窗域内。其中该连续曲面可选择具有至少一凹面以降低压力梯度以及一凸面以增加压力梯度其中之一。或者是其中该连续曲面为凹面与凸面的组合，以控制调节涂料流体的压力梯度。

较佳的是，该控制调节方式还包括有在涂布过程中，以一调整方式改变该涂布头与该基板间的一攻角角度的步骤。调整攻角的方式有两种，第一种方式为使该基板保持一水平方向，然后在涂布过程中，移动该涂布头，以动态改变该攻角角度。第二种则为使该涂布头保持一重力方向；然后在涂布过程中，移动该基板，以动态改变该攻角角度；其中该基板设置于一倾斜调整装置上，该倾斜调整装置具有一平行机构承载该基板，该平行机构还连接于一可沿重力方向进行往复运动的位置调整体上以调整该攻角。该攻角角度可介于四度至零度之间。此外，该倾斜调整装置的另一种实施方式可使用具有一承载板以承载该基板，该承载板的一侧还连接于可沿重力方向进行往复运动的一位置调整体上以调整该攻角。

较佳的是，控制调节方式包括有下列步骤：提供形成一云纹的频率；接着以一波形产生器，产生与该形成频率具有一相位差的一波形。最后，使该波形消除该基板与该涂布头间一涂布珠的下游月形边界振动。

较佳的是，该相位差为180度。

较佳的是，该相位差为165度至195度。

较佳的是，该波形产生器为一声波产生器。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为涂布工艺示意图；

图2A为现有技术的研究成果所呈显出的涂布窗域(coating window)以及缺陷区域示意图；

图2B以及图2C为云纹缺陷示意图；

图3为本发明改善涂布层均匀质量的方法的流程示意图；

图4A为本发明改善涂布层均匀质量的方法的第一较佳实施例示意图；

图4B为本发明改善涂布层均匀质量的方法的第一较佳实施例涂布窗域示意图；

图5A为本发明改善涂布层均匀质量的方法的第二较佳实施例示意图；

图5B为回流现象示意图；

图6为本发明改善涂布层均匀质量的方法的第三较佳实施例以及改善涂布层均匀质量装置第一较佳实施例示意图；

图7为本发明改善涂布层均匀质量的方法的第四较佳实施例以及改善涂布层均匀质量装置第二较佳实施例示意图；

图8A为本发明改善涂布层均匀质量的方法的第五较佳实施例流程示意图；

图8B为本发明第五较佳实施例的波形产生器配置示意图；

图8C为本发明第五较佳实施例的相位差示意图。

其中，附图标记：

1-涂布头

10-下游唇体

11-上游唇体

12-低压装置

13-波形产生器

130-波形

2-基板

3-涂布珠

30-上游新月

31-下游新月

32-涂布层

33-云纹

34-云纹产生频率

40-涂布窗域

41-边界溢流区

42-空气卷入区

43-肋条与河川区

44-云纹区

60-改善涂布层均匀质量的方法

601~602-流程

61-改善涂布层均匀质量的方法

611~614-流程

50-上游区域

51-下游区域

7-涂布头

70-上游唇体

71-下游唇体

701、711-连续曲面

72-槽孔

8-倾角调整装置

80-平行机构

801-顶板

802-承载板

81-位置条整体

82-间隙调整机构

91-回流

θ-攻角

u-相对速度

a-涂布间隙

b-供料间隙

具体实施方式

如图3所示，本发明提供一种改善涂布层均匀质量的工艺方法60，其是包括有下列步骤：首先，如步骤601所示，提供一涂布头以及一基板，利用该涂布头与该基板间的一相对运动使该涂布头涂布至少一层涂料流体于该基板的上。然后如步骤602所示，以一控制方式调节该基板与该涂布头间一涂布珠的压力环境(压力剃度)以控制该涂布珠的一上游新月长度或稳定度，使工艺落于一无缺陷涂布窗域内。接下来，将针对调整方式逐一介绍。

如图4A所示，在本实施例中，利用与涂布机台同步且设置于涂布珠3上游区域50的一低压装置12来提高涂布珠上游区域50的真空度，使得上游区域50以及下游区域51产生压力差，以控制上游新月30长度或稳定度。如图4B所示，利用此方式可使得涂布条件进入到涂布窗域40内，进而改善涂布质量而解决云纹缺陷的问题。为了使涂布珠3更加稳定，起始的真空度可以较高，而随着工艺时间逐步降低至某默认值，至于真空度变化的曲线与涂布速度则必须配合实际的需求而定。另外，也可以在涂布过程中维持起始的真空度。

从图2A中可以了解，云纹缺陷是在涂布窗域40的下部稳定极限边界，所以可见云纹现象是出现于低真空压力的情形下。而现行的光阻剂涂布多在常压环境下进行，因此可推论涂布珠的上游月形长度确实为形成云纹的因素。所以如在涂布上游区建立低压区，则可以使改善云纹现象，使涂布条件进入到涂布窗域40。因此，通过本较佳实施例的方式，通过以该低压装置12来调整上游区域50的真空度，可以有效控制云纹缺陷的问题。

如图5A所示，在本实施例中，利用动态移动涂布头1与该基板2之间的攻角θ，进而改变涂布流的压力分布。所谓动态移动涂布头1也即在涂布工艺中逐渐地改变涂布头的攻角θ。在随着涂布头1的动态移动中，可以改变涂布珠3的上游新月30长度或稳定度。在本较佳实施例中该攻角θ可从4度逐渐改变至0度，但不在此限。如图5B所示，在调整攻角θ角度时，要注意避免角度太大而产生负压，使得涂布流内部产生回流91。所谓回流91即为涂布流先回向上游溢流，然后在往下游方向流动。此外，也要注意如果压力梯度太低的话也会引发涂布流不稳定的现象。所以通过适当的角度变化，而产生适当的压力分布进而控制上游新月长度。

如图6所示，在本实施例中，其精神也是改变基板2与该涂布头1之间的夹角，与前述的实施例不同的是，本实施例利用移动基板来改变涂布头的攻角。在移动基板2时，涂布头1仍朝向重力方向。在图标中，移动该基板2的方式是通过一倾角调整装置8来改变基板2与涂布头1的角度。该倾角调整装置8包括有一承载基板2的一平行机构80，该平行机构80还具有一顶板801以及一承载板802，顶板801与承载板802之间还具有一间隙调整机构82，以调整该顶板801与承载板802之间的距离。该平行机构80的一侧还连接有一位置调整体81，该位置调整体81可进行一重力方向的往复运动，以改变该基板2与涂布头1之间的夹角。

如图7所示，在本实施例中，利用变化涂布头7的几何外型设计来改变涂布珠内的压力分布，使得流场趋向稳定以及不会产生回流。通过涂布头7的外形设计适当产生适当的压力分布，来控制上下游新月31涂布液面，达到扩充涂布窗域的目的。该涂布头7包括有一上游唇体70以及一下游唇体71，该上游唇体70与该下游唇体71间还具有至少一槽孔72，使该至少一层涂料流体通过该槽孔72涂布于该基板2上。在本实施例中，涂布头7的上、下游唇体70、71与该基板2相对的面为一连续曲面结构701、711。其中曲面结构701、711由至少一凸面以及至少一凹面所构成。在本实施例中凸面具有可以增加当地的压力，其压力梯度dp/dx>0，而凹面可降低当地压力，其压力梯度dp/dx<0。

为了更了解设计该上、下游唇体70、71表面设计，以下揭露一设计实施方法。欲达到dp/dx>0的压力梯度条件时，先假设以五阶方程式来描述该上、下游唇体70、71的连续曲面结构701、711如式(1)所示：

y＝ax⁵+bx⁴+cx³+dx²+ex+f.................................(1)

同时，设定存在一反曲点位于x方向的2/3L长度点上。此外，其它所需的边界条件如下：

y(0)＝H..................(2)

y(L)＝3H..................(3)

dy(0)/dx＝0............(4)

dy(L)/dx＝0............(5)

d²y/dx²＝0...............(6)

其中H为涂布高度，L为槽孔72中心至上、下游唇体70、71的连续曲面结构701、711端面的距离，如图7所示。然后以上述(2)至(6)为边界条件，求出式(1)的解，以H＝100μm，L＝1000μm为例，得到：

a＝-4.6 x 10^-19

b＝-9.24 x 10^-16

c＝3.39 x 10^-10

d＝0

e＝0

f＝100

若想达到dp/dx<0的条件，则仅需修改y(L)＝H/3的边界条件即可。前述提供的实施例仅为达到本发明的精神的较佳实施方式，只要秉持前述的原则，就可获得可达到压力环境的上、下游唇体70、71的连续曲面结构701、711。

如图8A所示，云纹现象是一种周期性涂布层厚度变化而引起，云纹出现的频率与涂布滞留时间有很强的关联。因此本发明提供一种改善涂布层均匀质量的工艺方法61，其包括有下列步骤：首先以步骤611提供一涂布头以及一基板，利用该涂布头与该基板间的一相对运动使该涂布头涂布至少一层涂料流体于该基板之上。然后进行步骤612，预测云纹的一形成频率。该预测的方式可以事先建立云纹产生频率34的数据的数据库，然后是状况来决定云纹产生的频率。接下来进行步骤613，以一波形产生器，产生与该形成频率具有一相位差的一波形。最后进行步骤614，使该波形消除该基板与该涂布头间一涂布珠的下游月形边界振动33。

请参阅图8B所示，在本实施例中，该波形产生器13为一声波产生器，该波形130为一声波。如图8C所示，该波形130与该涂布层32表面的云纹产生频率34(也即涂布珠下游月形边界的振动频率)具有180度的相位差，进而达到涂布层厚度均匀化的目标。此外，该相位差也可为165度至195度。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种改善涂布层均匀质量的工艺方法，其特征在于，包括下列步骤：

提供一涂布头以及一基板，利用该涂布头与该基板间的一相对运动使该涂布头涂布至少一层涂料流体于该基板之上；以及

以一控制调节方式，使控制该基板与该涂布头间一涂布珠的压力梯度，以调整该涂布珠的一上游新月长度，使工艺落于一涂布窗域内，其中，控制调节方式还包括一调整该涂布头的上游区域的一真空度，使调整该涂料流体的上游新月长度，使工艺落于一涂布窗域内。

2.根据权利要求1所述的改善涂布层均匀质量的工艺方法，其特征在于，该真空度可选择为一定值以及动态改变值其中之一。

3.根据权利要求1所述的改善涂布层均匀质量的工艺方法，其特征在于，该控制调节方式还可同时控制下游区域的真空度。

4.根据权利要求1所述的改善涂布层均匀质量的工艺方法，其特征在于，其可通过在该涂布头的上游区域设置一低压装置以降低上游区域的气压进而调整该真空度。

5.一种改善涂布层均匀质量的工艺方法，其特征在于，包括下列步骤：

以一控制调节方式，使控制该基板与该涂布头间一涂布珠的压力梯度，以调整该涂布珠的一上游新月长度，使工艺落于一涂布窗域内，

其中，该涂布头可为一上游唇体以及一下游唇体，该上游唇体与该下游唇体间还具有至少一槽孔，且上游唇体以及该下游唇体与该基板相对的一面上具有一连续曲面的设计，以控制调节涂料流体的压力梯度，以调整该涂料流体的一上游新月长度，使工艺落于一涂布窗域内。

6.根据权利要求5所述的改善涂布层均匀质量的工艺方法，其特征在于，该连续曲面具有至少一凹面以降低压力梯度以及一凸面以增加压力梯度其中之一。

7.根据权利要求5所述的改善涂布层均匀质量的工艺方法，其特征在于，该连续曲面为凹面与凸面的组合，以控制调节涂料流体的压力梯度。

8.一种改善涂布层均匀质量的工艺方法，其特征在于，包括下列步骤：

以一控制调节方式，使控制该基板与该涂布头间一涂布珠的压力梯度，以调整该涂布珠的一上游新月长度，使工艺落于一涂布窗域内其中，该控制调节方式包括有下列步骤：

提供形成一云纹的频率；以及

以一波形产生器，产生与该云纹的频率具有一相位差的一波形，使该波形消除该基板与该涂布头间一涂布珠的下游月形边界振动。

9.根据权利要求8所述的改善涂布层均匀质量的工艺方法，其特征在于，该相位差为180度。

10.根据权利要求8所述的改善涂布层均匀质量的工艺方法，其特征在于，该相位差为165度至195度之间。

11.根据权利要求8所述的改善涂布层均匀质量的工艺方法，其特征在于，该波形产生器为一声波产生器。