CN102452798A - 涂布装置及利用该涂布装置形成涂布层的方法 - Google Patents

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Abstract

涂布装置及利用该涂布装置形成涂布层的方法。一种涂布装置包括：喷嘴，其具有被配置成喷射涂布溶液的喷嘴前端以及被配置成存储该涂布溶液的头部；移动轴，其被配置成使所述喷嘴沿直线前后移动；旋转连接部件，其被配置成连接所述移动轴与所述喷嘴并允许所述喷嘴旋转；工作台，其设置在所述移动轴下方；以及清洁装置，其设置在所述移动轴的一端，并具有所述喷嘴前端的凹形的喷嘴前端插入单元和固定该喷嘴前端插入单元的基部，其中，所述喷嘴在所述工作台的表面的法线方向上被所述移动轴固定，在所述移动轴的延伸方向上前后移动，并且相对于所述移动轴旋转。

Description

涂布装置及利用该涂布装置形成涂布层的方法
技术领域
本发明涉及用于液晶显示器(LCD)制造工艺中的光致抗蚀剂(PR)或有机材料涂布工艺的涂布装置，更具体地说，涉及能够管理喷嘴的前端而不需要预备处理(priming)的涂布装置，以及利用该涂布装置形成涂布层的方法。
背景技术
一般地说，制造使用薄膜晶体管(TFT)的液晶显示模块的工艺分为TFT工艺、单元工艺和模块工艺。
在TFT工艺中，TFT按照阵列重复地形成在玻璃基板上。TFT工艺包括：等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺，其将沉积所需的气体导入真空室，并在设置了压力和基板温度时，利用射频(RF)功率将所导入的气体转化为等离子体，以在基板上进行沉积；溅射(sputtering)工艺，在该溅射工艺中，通过RF功率或直流(DC)功率形成的等离子体中的具有高能量的气体离子与目标表面撞击，待沉积的原子从该目标溅射并沉积在该基板上；光刻(photolithography)工艺，其根据光敏化学物(例如，PR)与光反应时光敏化学物的特性改变的原理，利用具有期望图案的掩模选择性地向PR照射光，以形成与该掩模图案相同的图案；以及蚀刻工艺，其利用诸如由气体等离子体产生的原子或基团(radical)的反应材料与沉积在基板上的材料发生反应并被转化为挥发性材料的现象。
单元工艺包括：配向层沉积工艺，其在下基板和上基板上形成配向层，该下基板上形成有TFT，该上基板上形成有滤色器；研磨工艺，其使液晶在配向层上对齐；间隔物工艺，其用于施放间隔物；液晶注入工艺，其将上基板和下基板彼此附接，在其中注入液晶，随后密封注入孔。
在模块工艺中，确定最终提供给用户的产品的质量。在该工艺中，将偏振膜附接至已完成的面板，安装驱动集成电路(IC)，装配印刷电路板(PCB)，并且最后装配背光单元和底板(chassis)。
在这些LCD制造工艺中的TFT工艺的光刻工艺中，光通过具有期望图案的掩模选择性地照射至PR，该PR与光反应以具有经改变的特性，由此形成与该掩模图案相同的图案。
按照如下顺序执行这种光刻工艺：PR涂布操作，其利用PR来涂布所沉积的薄膜(即，玻璃表面)；曝光操作，其利用掩模来选择性地照射光；以及显影操作，其利用显影剂去除被照射的部分中的PR以形成图案。
在用于在PR涂布操作中的PR涂布的涂布装置中，如图1所示，“非旋转涂布机”包括：涂布机卡盘10，其用于固定玻璃G；喷嘴12，其用于当在由涂布机卡盘10固定的玻璃G的上表面上方移动时喷射PR溶液；以及清洁单元20，其用于清洁喷嘴12。
如图2所示，清洁单元20是由清洁器22、预备辊(priming roller)24和备用单元26组成的一个模块的形式，并被设置在涂布机卡盘10的一侧。
这种涂布装置按照正常模式和空闲模式操作，在正常模式中，喷嘴12反复喷射PR溶液，而在空闲模式中，喷嘴12暂时停止喷射PR溶液。下文将说明根据这些模式的喷嘴12的操作。
首先，在正常模式中，顺序执行如下工艺：涂布工艺，其中喷嘴12向玻璃G的表面喷射PR溶液以执行PR涂布；清洁工艺，其中在完成针对一块玻璃G的涂布操作后，喷嘴12返回到清洁单元20并在清洁器22中被清洁；以及准备工艺，其中喷嘴12的PR溶液被预备辊24施放(dispense)以进入喷射准备状态。在准备工艺之后，重复涂布工艺，以连续执行针对多块玻璃的涂布操作。
在喷射准备状态的准备工艺中，在涂布一块玻璃G之后直到准备好下一块玻璃之前，喷嘴12的前端处的PR可能会变干，因此逐渐地施放PR溶液。这种PR施放也防止了当通过移动清洁器23执行清洁时清洁溶液进入喷嘴12。
在该清洁工艺中，安装在清洁器22上的移动清洁器23移动并且清洁喷嘴12。
在空闲模式下，在已经完成涂布工艺的喷嘴12经历清洁工艺和准备工艺之后，该喷嘴12移动到备用单元26并经历备用工艺，在该备用工艺中，该喷嘴12被浸入容纳在备用单元26中的PR溶液P中。在预定时间之后，再次执行清洁工艺。
换言之，在空闲模式下，在备用工艺期间喷嘴12被浸入PR溶液P中以防止残留在喷嘴12中的PR溶液完全变干，从而顺利执行重新开始的涂布工艺。
通过上下移动喷嘴12来执行浸入操作。由于因非旋转涂布的应当精确执行PR施放操作的特性，而使得喷嘴12具有能够上下移动的操作结构，所以这是可行的。
但是，包括这种清洁单元的传统的非旋转涂布机存在一些问题。在空闲模式中PR可能在被浸入的喷嘴12的外部变干，而阻碍喷嘴清洁操作。并且，容纳在备用单元26中的PR溶液P可能变硬并且导致问题。此外，难以在备用单元26中保持适量的PR。
近来，基板变的越来越大并且即使小的碰撞也会使其损坏。为防止这种损坏，基板被浮置在空气中并被传送，并且正在研究在基板浮置在工作台上方而不与工作台表面接触的情况下执行各个单元工艺的方法。为此，涂布装置需要气浮工作台，并且需要在基板浮置在空气中的情况下形成涂布层。
发明内容
因此，本发明致力于基本上消除了由于现有技术的限制和缺点所产生的一个或更多个问题的一种非旋转涂布装置以及一种使用该非旋转涂布装置形成涂布层的方法。
本发明的优点是提供一种非旋转涂布装置，该非旋转涂布装置能够防止喷嘴被污染而不需要预备处理，并且在基板浮置在工作台上方的情况下保持Z轴方向上的精确度，以防止光致抗蚀剂(PR)的涂布性能的劣化等。
本发明的附加特征和优点将在下面的描述中得到阐释且将部分地变得明显，或者可以通过本发明的实践来了解。通过书面的说明书及其权利要求以及附图中具体指出的结构可以实现和获得本发明的这些和其它优点。
为了实现这些和其它优点，根据本发明的目的，如这里所具体实施和广义描述的，一种涂布装置包括：喷嘴，其具有被配置成喷射涂布溶液的喷嘴前端以及被配置成存储该涂布溶液的头部；移动轴，其被配置成使所述喷嘴沿直线前后移动；旋转连接部件，其被配置成连接所述移动轴与所述喷嘴并且允许所述喷嘴旋转；工作台，其设置在所述移动轴下方；以及清洁装置，其设置在所述移动轴的一端，并具有所述喷嘴前端的凹形的喷嘴前端插入单元，以及固定该喷嘴前端插入单元的基部，其中，所述喷嘴被移动轴固定在工作台的表面的法线方向，在移动轴的延伸方向上前后移动，并且相对于该移动轴旋转。
另一方面，一种利用涂布装置形成涂布层的方法，该涂布装置包括：喷嘴，其具有被配置成喷射涂布溶液的喷嘴前端以及被配置成存储该涂布溶液的头部；移动轴，其被配置成使所述喷嘴沿直线前后移动；旋转连接部件，其被配置成连接所述移动轴与所述喷嘴并且允许所述喷嘴旋转；工作台，其设置在所述移动轴下方；以及清洁装置，其设置在所述移动轴的一端，并具有所述喷嘴前端的凹形的喷嘴前端插入单元，以及固定该喷嘴前端插入单元的基部，其中，所述喷嘴被移动轴固定在工作台的表面的法线方向，在移动轴的延伸方向上前后移动，并且相对于该移动轴旋转，该方法包括：将喷嘴前端移动至移动轴的所述一端以将喷嘴前端设置为与清洁装置的喷嘴前端插入单元相对；向上移动喷嘴前端插入单元，以将该喷嘴前端插入单元与该喷嘴前端紧密地接合；沿着移动轴移动喷嘴前端以清洁该喷嘴前端；在空气中浮置基板以在工作台上方安装该基板，使该基板与该工作台间隔预定距离；旋转经清洁的喷嘴前端，使其对准安装在工作台上方的基板的一端；在喷嘴前端进行预施放涂布溶液的停留(dwelling)操作，以在喷嘴前端与基板之间的间隙中填充涂布溶液；以及在以预定速度沿着移动轴移动喷嘴前端的同时喷射涂布溶液以在基板上形成涂布层。
应当理解，以上一般性说明和以下详细说明都是示例性和解释性的，意在为所要求保护的本发明提供进一步解释。
附图说明
包含附图以提供对本发明的进一步理解，在本说明书中并入附图并构成本说明书的一部分，附图例示了本发明的实施方式，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图中：
图1是示意性示出根据现有技术的非旋转涂布机的喷嘴清洁单元以及使用喷嘴的涂布工艺的平面图；
图2是传统的非旋转涂布机中使用的喷嘴清洁单元的示意性截面图；
图3是根据本发明示例性实施方式的非旋转涂布装置的立体图；
图4A至图4C是示出使用根据本发明示例性实施方式的涂布装置在基板上形成涂布层的工艺的视图；以及
图5是示出在使用根据本发明示例性实施方式的涂布装置形成涂布层的工艺中的停留操作的视图。
具体实施方式
现在将对本发明的实施方式进行详细说明，附图中示出本发明的实施方式的示例。尽可能用类似的附图标记来表示相同的或类似的部件。
图3是根据本发明实施方式的非旋转涂布装置的立体图。
如图所示，根据本发明示例性实施方式的非旋转涂布装置100包括：喷嘴125，其被配置成喷射涂布溶液；移动轴110，其被配置成使喷嘴125沿直线移动并将喷嘴125在Z轴方向上固定；旋转连接部件112，其被配置成连接喷嘴125与移动轴110并且旋转喷嘴125；工作台140，基板安装并浮置在工作台140上方；以及清洁装置162，其清洁喷嘴前端122。
被配置成向基板喷射涂布溶液的喷嘴125由金属制成并包括：喷嘴前端122，从该喷嘴前端122喷射涂布溶液；以及喷嘴头部120，其被配置成向喷嘴前端122供给涂布溶液。作为喷嘴前端122，长度与基板宽度相同的条被固定在距离基板190的预定距离处，并且该条具有顶点为尖角的五边形截面。
此外，从外部向喷嘴头部120供给涂布溶液，喷嘴头部120储存该涂布溶液，并向喷嘴前端122提供适量的所储存的涂布溶液。
并且，喷嘴头部120通过旋转连接部件112固定到在一个方向上延伸的移动轴110。由于这种结构，喷嘴前端122在Z轴方向(也就是工作台140的法线方向)上被稳定地固定。这里，喷嘴头部120被固定到移动轴110并且可以通过旋转连接部件112从90度旋转至360度。
将喷嘴125固定到移动轴110以使其不在Z轴方向上移动的原因是为了工艺稳定性。浮置在工作台140上方的空气中的基板190由于空气浮动而导致实际上在距离工作台140的表面的高度上存在微小误差。在这种情况下，当喷嘴125也在Z轴方向上移动时，高度误差范围增大，并且涂布稳定性劣化。
如果喷嘴125可以在Z轴方向上移动，则连续进行垂直运动。重复的垂直运动可能使Z轴上的高度再现性(reproducibility)劣化。在这种情况下，管理喷嘴前端122的功能显著劣化，这会使涂布工艺的缺陷增加。为避免此问题，根据本发明示例性实施方式的涂布装置100的喷嘴125在Z轴方向上被固定并且不会在Z轴方向上移动。
工作台140与作为基板190的传送路径的基板传送路径(未示出)连接，使得基板190浮置在空气中并且在空气中移动，从而以预定距离安装在工作台140上方，或者工作台140具有装载机(未示出)及卸载机(未示出)，使得基板190被安装在工作台140上。
近来，基板190变得越来越大，并且基板传送路径(未示出)被制备为使得当基板190移动时由于与另一组件接触而导致的损坏最小。根据本发明示例性实施方式的涂布装置100还具有多个孔(未示出)，根据这种气浮传送方案(air-floating transferscheme)，这些孔被配置成排放具有适当压力的空气以使基板190与工作台140的表面平行地浮置在工作台140的表面上方预定高度处。
由于这种结构，大面积基板190可以浮置在空气中并通过基板传送路径(未示出)连续地移动到工作台140。
此外，根据本发明示例性实施方式的涂布装置100的最显著的特征是在移动轴110的固定有喷嘴头部120的一端处制备的清洁装置162。清洁装置162具有喷嘴前端插入单元160，该喷嘴前端插入单元160具有喷嘴前端122的凹形的槽hm，使得可以插入喷嘴前端122。清洁装置162具有：基部150，其被配置成即使当喷嘴前端插入单元160与喷嘴前端122摩擦时仍保持喷嘴前端插入单元160固定；以及垂直驱动装置153，其用于在基部150上垂直地(即，在Z轴方向上)移动喷嘴前端插入单元160。
喷嘴前端插入单元160由具有优良弹性以及用于去除喷嘴前端122的表面上的涂布溶液的优良特性的材料(例如，橡胶或高弹性海绵)制成。
在清洁装置162中制备垂直驱动装置153以垂直移动喷嘴前端插入单元160的原因是由于根据本发明示例性实施方式的涂布装置100的特性，喷嘴前端122以及喷嘴头部120需要在垂直方向(即，Z轴方向)上被固定，以及由于根据本发明示例性实施方式的清洁装置162的特性，喷嘴前端插入单元160需要紧密接合至喷嘴前端122。
以下将说明使用根据本发明示例性实施方式的具有上述构造的涂布装置在基板上形成涂布层的方法。
图4A至图4C是示出使用根据本发明示例性实施方式的涂布装置100在基板上形成涂布层的工艺的视图。
首先，如图4A所示，喷嘴头部120和喷嘴前端122移动到移动轴110的存在清洁装置162的一端。此时，清洁装置162的喷嘴前端插入单元160的长度方向被设置在与移动轴110相同的方向，从而喷嘴前端122的长轴被设置为与移动轴110平行。
此后，当喷嘴前端122被设置为面对清洁装置162的喷嘴前端插入单元160时，喷嘴前端插入单元160通过垂直驱动装置153向上移动以紧密接合至喷嘴前端122，其间没有间距。
随后，当喷嘴前端插入单元160与喷嘴前端122彼此紧密接合时，喷嘴前端122和喷嘴头部120沿着移动轴110缓慢移动以去除喷嘴前端122上的涂布溶液。当喷嘴前端122在喷嘴前端插入单元160中缓慢移动时，喷嘴前端122上的涂布溶液被转移至喷嘴前端插入单元160。这是由于与金属喷嘴前端122相比，涂布溶液对于由橡胶、高弹性海绵等制成的喷嘴前端插入单元160具有更强的粘附力，并存在诸如磨擦力的其它力。
由于此原因，喷嘴前端122上的涂布溶液被完全去除。
与传统的预备处理以及将喷嘴前端浸入涂布溶液的清洁方法相比，喷嘴前端122的清洁在短时间内执行并且不需要清洁溶液等。因此，容纳在喷嘴前端122中的涂布溶液不被污染。并且，由于涂布溶液没有残留在喷嘴前端122的表面上，所以在涂布工艺期间不会出现诸如水平线缺陷的故障。
当完成喷嘴前端122的清洁时，清洁装置162的喷嘴前端插入单元160向下移动并固定至基部150。此时，尽管图中未示出，但是清洁溶液等被喷射在喷嘴前端插入单元160上以去除从喷嘴前端122的表面转移来的残留涂布溶液，并使喷嘴前端插入单元160清洁。
如图4B所示，经清洁的喷嘴前端122沿着移动轴110移动到设置有工作台140的一端的部分，并旋转90度使得工作台140的该端的宽度与喷嘴前端122的长轴对齐。
当执行喷嘴前端122的清洁和移动时，浮置在空气中的基板190通过基板传送路径(未示出)移动并被设置在工作台140上方。此时，工作台140也在预定压力下通过多个孔排出空气以使得基板190不与工作台140的表面接触。因此，基板190在工作台140表面上方预定距离处浮置在空气中。
由于基板190不与工作台140的表面接触并且在空气中保持浮置状态，所以可以防止由于与工作台140的表面接触而导致的擦伤或损坏。并且，通过防止基板190与工作台140上的诸如细微灰尘的污染源接触，可以防止基板190的污染以及外来物质的引入等。
随后，如图4C所示，在喷嘴前端122被设置于在工作台140上方浮置在空气中的基板190的一端的情况下，执行从喷嘴前端122喷射预定量的涂布溶液180的预施放工艺，并且连续执行逐渐喷射预定量的涂布溶液180的停留工艺，以使得喷嘴前端122与基板190之间的间隙被适量的涂布溶液180填充，如图5(示出使用本发明示例性实施方式的涂布装置形成涂布层的操作中的停留工艺的附图)所示。
此后，在喷嘴前端122与喷嘴头部120以预定速度沿着移动轴110移动的同时，通过喷嘴前端122连续喷射适量的涂布溶液180，从而在基板190上形成涂布层195。这里，涂布溶液180可以是诸如光致抗蚀剂(PR)的光敏材料、诸如聚酰亚胺的配向溶液、或诸如苯并环丁烯或光亚克力(photo-acryl)的有机绝缘材料。
随后，当喷嘴前端122到达基板190的另一端时，停止喷射涂布溶液180，并且在工作台140与在工作台140上方浮置在空气中的基板190之间的距离减小的情况下，其上形成有涂布层195的基板190沿基板传送路径(未示出)移动。此时，喷嘴前端122再次旋转90度，以与移动轴110平行，并再次移动至移动轴110的所述一端，以设置在清洁装置162上方。
此后，重复上述操作以在新的基板上连续形成涂布层。
当如上所述使用上述根据本发明示例性实施方式的非旋转涂布装置100执行在基板190上形成涂布层195的工艺时，不需要执行预备处理，并且由于使用具有由橡胶、高弹性海绵等制成的喷嘴前端插入单元160的清洁装置来简单地执行清洁，所以用来形成每单位面积涂布层的时间减少。
并且，由于喷嘴前端122和喷嘴头部120被固定至移动轴110并且即使当基板190浮置在空气中并安装在工作台140上方时也仅在一条直线上前后移动，所以喷嘴前端122在Z轴方向(即，工作台表面的法线方向)上被固定。因此，即使重复涂布工艺，在Z轴方向上也不会出现误差。结果，防止了当喷嘴前端122在Z轴方向上移动时由Z轴方向的误差所导致的传统的涂布缺陷，从而获得了涂布稳定性。
如上所述，根据本发明示例性实施方式的非旋转涂布装置具有能够垂直(即，在Z轴方向上)移动并由特定材料制成的清洁装置。因此，每次在利用PR等涂布基板之前喷嘴穿过清洁装置，并在从喷嘴表面完全去除了残留PR的情况下执行涂布材料的涂布，从而防止喷嘴的污染、由于残留材料所产生的突起、以及水平线缺陷。
并且，由于喷嘴在Z轴方向上被固定并且仅在一个方向前后移动，所以可以避免由于当喷嘴在Z轴方向反复移动所造成的精确度劣化而导致的涂布性能的劣化。因此，可以防止由于PR的厚度差异所导致的涂布缺陷等。
此外，由于省略了预备处理，所以每单位面积的涂布时间减少。
对于本领域普通技术人员明显的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。因此，本发明旨在覆盖本发明的落在所附权利要求及其等效物的范围之内的修改和变型。
本申请要求2010年10月27日提交的韩国专利申请No.10-2010-0105626的优先权，通过引用将其全部内容并入本文。

Claims (7)

1.一种涂布装置，该涂布装置包括：
喷嘴，其具有被配置成喷射涂布溶液的喷嘴前端以及被配置成存储所述涂布溶液的头部；
移动轴，其被配置成使所述喷嘴沿直线前后移动；
旋转连接部件，其被配置成连接所述移动轴与所述喷嘴并允许所述喷嘴旋转；
工作台，其设置在所述移动轴下方；以及
清洁装置，其设置在所述移动轴的一端，并具有所述喷嘴前端的凹形的喷嘴前端插入单元和固定所述喷嘴前端插入单元的基部，
其中，所述喷嘴在所述工作台的表面的法线方向上被所述移动轴固定，在所述移动轴的延伸方向上前后移动，并且相对于所述移动轴旋转。
2.根据权利要求1所述的涂布装置，其中，所述喷嘴前端插入单元被设置为长轴在与所述移动轴平行的方向上。
3.根据权利要求1所述的涂布装置，其中，所述清洁装置具有用于垂直地移动所述喷嘴前端插入单元的垂直驱动装置。
4.根据权利要求1所述的涂布装置，其中，所述喷嘴前端插入单元由橡胶或高弹性海绵制成。
5.一种利用涂布装置形成涂布层的方法，该涂布装置包括：喷嘴，其具有被配置成喷射涂布溶液的喷嘴前端以及被配置成存储所述涂布溶液的头部；移动轴，其被配置成使所述喷嘴沿直线前后移动；旋转连接部件，其被配置成连接所述移动轴与所述喷嘴并且允许所述喷嘴旋转；工作台，其设置在所述移动轴下方；以及清洁装置，其设置在所述移动轴一端，并具有所述喷嘴前端的凹形的喷嘴前端插入单元和固定所述喷嘴前端插入单元的基部，其中，所述喷嘴在所述工作台的表面的法线方向上被所述移动轴固定，在所述移动轴的延伸方向上前后移动，并且相对于所述移动轴旋转，该方法包括：
将所述喷嘴前端移动至所述移动轴的所述一端，以将所述喷嘴前端设置为与所述清洁装置的所述喷嘴前端插入单元相对；
向上移动所述喷嘴前端插入单元，以将所述喷嘴前端插入单元与所述喷嘴前端紧密地接合；
沿着所述移动轴移动所述喷嘴前端以清洁所述喷嘴前端；
在空气中浮置基板以在所述工作台上方安装该基板，使该基板与所述工作台间隔预定距离；
旋转经清洁的喷嘴前端，使所述喷嘴前端对准安装在所述工作台上方的所述基板的一端；
执行在所述喷嘴前端处预施放涂布溶液的停留操作，以在所述喷嘴前端与所述基板之间的间隙中填充所述涂布溶液；以及
在以预定速度沿着所述移动轴移动所述喷嘴前端的同时喷射所述涂布溶液，以在所述基板上形成涂布层。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，在所述工作台上方安装所述基板的步骤包括如下步骤：将浮置在空气中的所述基板的传送路径与所述工作台的一端对齐；以及移动在所述工作台上方浮置在空气中的所述基板。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，在所述基板在所述工作台上方浮置在空气中的情况下，在沿着所述移动轴移动所述喷嘴前端的同时喷射所述涂布溶液，以在所述基板上形成所述涂布层。
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