JP2001099694A

JP2001099694A - 液面高さ検出装置および塗布装置

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Publication number: JP2001099694A
Application number: JP27597999A
Authority: JP
Inventors: Eiji Okuno; 英治奥野; Kazuto Ozaki; 一人尾崎
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2001-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】ノズル手段の外部流出口に対するタンク内の
塗布液の相対的な液面高さを正確に検出できるようにす
る。【解決手段】連通管２４を介してノズル１内の塗布液
槽１６に連通された外部タンク２２内の塗布液を、照明
装置３４による照明の下、カメラ３２により外部タンク
２２の外側から撮像し、この塗布液の画像を二値化回路
により二値化画像に変換する。そして、制御部におい
て、この二値化画像におけるブラック画素（塗布液部分
に相当する画素）の全画素数に対する比率を求め、この
比率に基づいてタンク内液面高さＨを調べる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示ディスプ
レイ（ＬＣＤ）又はプラズマディスプレイ（ＰＤＰ）用
ガラス基板、半導体基板およびプリント基板などの各種
基板の被塗布面に対して、フォトレジスト膜、カラーフ
ィルタ材、平坦化材、層間絶布液等を毛管現象で汲み上
げて塗布する塗布装置に適用される液面高さ検出装置お
よび塗布装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、上記のような塗布装置とし
て、例えば図１２に示すように、吸着ステージ１００に
基板Ｓを垂直（鉛直）姿勢で保持し、塗布液が貯溜され
た塗布液槽１０４を有するノズル１０２を、この基板Ｓ
の表面に所定間隔の隙間（ギャップ）で接近させた状態
で基板Ｓに対して上方から下方に移動させながら、毛管
現象で塗布液槽１０４から汲み上げられた塗布液を基板
Ｓの表面に塗布するようにした塗布装置が知られてい
る。

【０００３】この塗布装置には、同図に示すように塗布
液を貯溜した外部タンク１０６が設けられ、この外部タ
ンク１０６と上記塗布液槽１０４とが連通管１０７を介
して相互に連通接続されている。そして、例えば外部タ
ンク１０６内の塗布液の液量調整により上記ノズル１０
２のノズル口（外部流出口）に対する外部タンク内の塗
布液の相対的な液面高さＨが調整されることにより、塗
布液槽１０４から基板Ｓへの塗布液の供給量が調整され
るようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような塗布装置
では、上記液面高さＨを検出してこの高さＨを管理する
ことが基板Ｓに塗布液を均一に塗布する上で必要であ
り、従来は、例えば投光部と受光部とを一体に備えたフ
ァイバー式光学センサを上記外部タンク１０６に一定の
間隔で上下方向に複数個並べて取付け、これらセンサに
よる塗布液の有無の検知に基づいて塗布液の液面を検出
して上記液面高さＨを管理していた。

【０００５】しかし、従来のこの方法では、液面高さＨ
が一定の範囲内にあることを検知し得るだけであり、正
確な液面高さＨを検知する上では不十分である。そのた
め、基板Ｓに塗布液を均一に塗布する上で改善の余地が
ある。

【０００６】さらに、外部タンク１０６にファイバー式
光学センサを取付けているため、タンク交換時等には、
タンク１０６に対してセンサを脱着することが要求さ
れ、この際、センサの取付けを精度よく再現するのが困
難であることから、タンク交換等、メンテナンス後の検
出の再現性が悪いという問題もあった。

【０００７】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであって、第１の目的は、ノズル手段の外部流
出口に対するタンク内の塗布液の相対的な液面高さをよ
り正確に検出できるようにすることにあり、第２の目的
は、さらに外部タンクの交換等、外部タンクのメンテナ
ンスを行った後でも、上記の液面高さを再現性良く検出
できるようにすることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の液面高さ検出装置は、鉛直あるいは傾斜姿
勢で保持された基板の被塗布面にノズル手段を近接させ
た状態で、当該ノズル手段を上記被塗布面に沿って相対
的に移動させながら、当該ノズル手段の内部から塗布液
を毛管現象によって汲み上げて、上記ノズル手段の外部
流出口を介して基板に塗布するとともに、ノズル手段と
は別個独立して設けられたタンクから上記ノズル手段に
塗布液を供給するように構成された塗布装置に適用され
る装置であって、上記タンクとして外部から視認可能に
形成されたタンクを備え、さらに、タンクの外部に配設
されて当該タンク内に貯溜された塗布液の液面を撮像す
る撮像手段と、撮像手段により撮像された画像に基づい
てノズル手段の外部流出口に対するタンク内の塗布液の
相対的な液面高さを調べる液面高さ演算手段とを備えて
いるものである（請求項１）。この構成においては、例
えば上記撮像手段としてエリアセンサを設けることがで
き（請求項２）、また、撮像手段による撮像の際に所定
の照明を提供する照明手段として、タンクを挟んで上記
撮像手段の反対側に配置されて透過照明を提供する照明
装置を設けることができる（請求項３）。

【０００９】これらの装置によれば、タンク内に貯溜さ
れた塗布液の液面の具体的な位置を検知することが可能
となり、これによりノズル手段の外部流出口に対する塗
布液の相対的な液面高さを正確に求めることができるよ
うになる。

【００１０】上記の装置においては、例えば撮像手段に
より撮像される画像を所定の閾値に基づいて二値化画像
に変換するとともに、この二値化画像のいずれか一の階
調を有する画素の全画素数に対する比率を求め、この比
率に基づいて液面高さを調べるように上記液面高さ演算
手段を構成することができる（請求項４）。あるいは、
撮像手段により撮像される画像を多階調の画像に変換
し、この多階調画像の上記液面高さ方向における階調の
変化率に基づいてタンク内に貯溜された塗布液の液面の
位置を調べ、この液面の位置に基づいて上記液面高さを
求めるように上記液面高さ演算手段を構成することもで
きる（請求項５）。

【００１１】なお、塗布装置において上記液面高さが所
定レベルを超えると（一定レベルよりも高くなると）タ
ンクやノズル手段から塗布液が漏れる虞れがあり、逆に
上記液面高さが所定レベル未満であると（一定レベルよ
りも低いと）ノズル手段に気泡が侵入する虞がある。そ
のため、上限と下限とを定めて上記液面高さを管理する
ことが要求されるが、この場合、上限あるいは下限での
液面高さの検知精度は、必ずしも塗布液を塗布している
最中に維持すべき液面高さの検知精度ほどに高い精度が
要求されるわけではない。そのため、例えば、上記液面
高さに対する所定の基準高さを含む一定範囲を撮像する
ように撮像手段の視野を設定する一方、上記タンクの上
記一定範囲の上下両外側の位置であって上記液面高さの
所定の上限位置及び下限位置に、塗布液の有無を検出可
能なセンサをそれぞれ取付けるようにしてもよい（請求
項６）。この際、例えば上記各センサとして、光の照射
部と受光部とを備え、照射部から照射されて塗布液で反
射した光を受光部で受光することにより塗布液を検知す
る光学センサを用いる場合には、各センサを照明手段の
近傍において撮像手段に指向するように配置し、さらに
上記照明手段を直流点灯とする一方、上記各センサの照
射部をパルス点灯とし（請求項７）、これにより照明手
段の照明光による各センサの誤検知を防止するようにす
ればよい。

【００１２】また、上記液面高さ演算手段は、上記タン
クの内壁から離れたところで水平状態にある塗布液面の
高さを検出するものであることが好ましい（請求項
８）。これにより、タンクの内壁に沿って液面高さが上
昇したり、その上昇部分が不連続な挙動をするような場
合においてもその悪影響を極力受けずに正確な液面高さ
を求めることができる。そのためには、撮像手段により
撮像された画像の高さ方向の階調が変化する領域の下端
位置を液面と判定すればよい（請求項９）。

【００１３】また、本発明の塗布装置は、鉛直あるいは
傾斜姿勢で保持された基板の被塗布面にノズル手段を近
接させた状態で当該ノズル手段を上記被塗布面に沿って
相対的に移動させながら、当該ノズル手段の内部から塗
布液を毛管現象によって汲み上げて、上記ノズル手段の
外部流出口を介して基板に塗布するとともに、ノズル手
段とは別個独立して設けられたタンクから上記ノズル手
段に塗布液を供給するように構成された塗布装置であっ
て、上記タンク内に貯溜された塗布液の液面を検出する
検出手段を上記ノズル手段に対して一定位置に設けると
ともに、上記タンクを上記検出手段とは独立して上記ノ
ズル手段に対して取り外し可能に設けたことを特徴とす
るものである（請求項１０）。

【００１４】このようにすれば、メンテナンスなどの際
にタンクを取り外したり取り付けたりする操作を行なっ
ても、検出手段とノズル手段との相対的な位置関係は一
定に維持されているため、ノズル手段に対する液面高さ
を再現性よく検出でき、検出手段が検出する液面高さを
一定にすることでノズル手段の外部流出口に対する塗布
液の相対的な液面高さを再現性よく一定高さに保つこと
ができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態につい
て図面を用いて説明する。

【００１６】図１は、本発明に係る液面高さ検出装置を
備えた塗布装置を概略的に示している。この図に示す塗
布装置は、垂直あるいは傾斜姿勢で保持されている基板
Ｓに対してノズル手段として機能するノズル１を近接さ
せた状態で基板Ｓの被塗布面に沿って移動させながら、
毛管現象を利用して汲み上げた塗布液を基板Ｓの被塗布
面に塗布するものである。

【００１７】この塗布装置には、同図に示すように壁状
の架台１０が設けられ、この架台１０に基板保持面１２
ａを有した基板保持ステージ１２が支持軸１０ａを介し
て回動可能に支持されている。この基板保持ステージ１
２は、図外のステージ駆動機構により、基板保持面１２
ａが水平となる基板受け渡し姿勢（同図の破線に示す姿
勢）と、基板保持面１２ａが垂直姿勢となる塗布姿勢
（同図の実線に示す姿勢）とにわたって上記架台１０に
対して回動変位可能となっている。

【００１８】また、基板保持ステージ１２には、基板Ｓ
のサイズ毎の外周縁部に対応した箇所に、真空吸引用の
複数のバキュームパッド（図示せず）が配設され、この
バキュームパッドによる真空吸着で基板Ｓを保持するよ
うになっている。

【００１９】そして、基板保持ステージ１２の基板保持
面１２ａが上記の基板受け渡し姿勢に位置決めされた状
態で、図外の基板搬送装置によって未処理の基板Ｓが基
板保持面１２ａ上に搬送された後、上記バキュームパッ
ドにより真空吸着されることにより基板Ｓが基板保持ス
テージ１２に吸着保持され、さらに基板Ｓを吸着保持し
たままで基板保持ステージ１２が上記塗布姿勢に回動変
位することにより基板Ｓが垂直（鉛直）姿勢に位置決め
されるようになっている。また、塗布処理が完了する
と、上記と逆の動作で基板Ｓが基板保持ステージ１２か
ら基板搬送装置に受け渡されて搬出されるようになって
いる。

【００２０】なお、この実施形態では、基板保持ステー
ジ１２による基板Ｓの保持状態は、上記の通り垂直（鉛
直）姿勢であるが、傾斜した姿勢であってもよく、例え
ば基板Ｓが基板保持ステージ１２の上側に位置するよう
に若干傾いた状態で保持するようにしてもよい。また、
ここでは、基板Ｓを保持する手段として基板Ｓを真空吸
着するようにしているが、基板Ｓの保持方法はこれに限
定されるものではなく、例えば基板Ｓの上下左右を爪状
の部材でひっかけて保持するような構成であってもよい
ことは言うまでもないことである。

【００２１】上記架台１０には、図外のリニアモータを
駆動源として該架台１０に対して昇降駆動されるベース
部材１４が設けられるとともに、このベース部材１４に
塗布液供給用のノズル１が取付けられ、基板保持ステー
ジ１２が塗布姿勢に位置決めされると、このノズル１が
基板Ｓに対向するようになっている。

【００２２】このノズル１は、図２に示すように、塗布
液を貯留する塗布液槽１６を有し、当該塗布液槽１６内
の塗布液をノズル口（外部流出口）２０から基板保持ス
テージ１２に保持された基板Ｓに向けて供給可能に構成
されている。より詳しく説明すると、ノズル１の内部に
は、気密な筒状の塗布液槽１６が基板Ｓの幅方向（同図
の紙面に対して垂直な方向）に延設されており、この塗
布液槽１６から、幅方向に細長のスリット１８が斜め上
方に向かって直線状に延びてこのスリット１８が基板Ｓ
の被塗布面ＳＦに対向する前面壁部１５の前端面１５ａ
に略水平に開口（ノズル口２０）している。そして、基
板Ｓの被塗布面ＳＦと前端面１５ａとの間に塗布液の液
溜り２を形成可能なように、図外のギャップ調整機構に
より、ノズル１が基板Ｓの被塗布面ＳＦに非接触でかつ
所定の隙間（ギャップ）Ｇで近接するように配置されて
いる。

【００２３】上記ベース部材１４には、また、塗布液を
貯溜する外部タンク２２が脱着可能に設けられ、この外
部タンク２２が連通管２４を介して上記ノズル１の塗布
液槽１６に連通接続されるとともに、外部タンク２２の
上面に、図外の大気開放管が接続されて外部タンク２２
の内部が大気圧に設定されている。これにより外部タン
ク２２内の塗布液が塗布液槽１６に向けて常時供給可能
とされ、当該塗布液槽１６が常に塗布液で満たされ得る
ようになっている。

【００２４】なお、外部タンク２２には、双方向式のポ
ンプ２８を具備する連通管３０を介して、塗布装置の近
傍に配置された塗布液容器２６が連通接続されている。
この塗布液容器２６は、図２においては外部タンク２２
よりも小さく描いてあるが、実際には外部タンク２２の
容量に比べて十分に大量の塗布液を貯溜している。そし
て、塗布処理によって外部タンク２２内の塗布液が消費
された際にポンプ２８を作動させてこの塗布液容器２６
から外部タンク２２に塗布液を供給するほか、外部タン
ク２２から塗布液容器２６に塗布液を戻したり逆に供給
したりして、外部タンク２２内の液量を調整し、このよ
うに塗布液の液量が調整されることによりノズル１のノ
ズル口２０に対する外部タンク２２内の塗布液の相対的
な液面高さ（以下「タンク内液面高さ」という）Ｈが調
整可能となっている。そして、このようにタンク内液面
高さＨが調整されることによりノズル１内の塗布液にか
かる圧力が調整され、その結果、基板Ｓに対する塗布液
の供給量が調整されるようになっている。

【００２５】上記外部タンク２２は、例えばＰＴＦＥ
（ポリテトラフロロエチレン）やＰＦＡ（パーフロロア
ルコキシポリマー）などの透明、あるいは半透明の樹脂
材料で形成されており、外部タンク２２内に貯留されて
いる塗布液の液面高さを外部から透視して視覚により目
視確認可能となっている。なお、外部タンク２２は、必
ずしも全体が透明等である必要はなく、塗布液の液面を
外部から透視できて目視可能であれば一部が透明あるい
は半透明なものであってもよい。

【００２６】また、外部タンク２２の側方には、外部タ
ンク２２の外側から塗布液を撮像するカメラ３２（撮像
手段：検出手段）と、当該カメラ３２による撮像時に照
明を提供する照明装置３４とが設けられている。

【００２７】カメラ３２は、例えばフォトダイオードア
レイやＣＣＤなどにより構成されるエリアセンサを有
し、水平方向から外部タンク２２内の塗布液面を含む領
域の画像を撮像するように配置されている。一方、照明
装置３４は、ＬＥＤ等から構成され、上記外部タンク２
２を挟んでちょうどカメラ３２の反対側に配置されてい
る。そして、照明装置３４から照射されて外部タンク２
２を透過する照明光をカメラ３２により受光することに
より外部タンク２２内の塗布液の投影像に対応した画像
信号をカメラ３２から後述する制御部３６に出力するよ
うになっている。

【００２８】なお、上記カメラ３２及び照明装置３４
は、共に上記ベース部材１４に固定されており、上記ノ
ズル１及び外部タンク２２と一体に昇降可能となってい
る。

【００２９】図３は、図１の塗布装置の制御系を示すブ
ロック図である。

【００３０】この塗布装置は、論理演算を実行する周知
のＣＰＵと、そのＣＰＵを制御する種々のプログラムな
どを予め記憶するＲＯＭと、装置動作中に種々のデータ
を一時的に記憶するＲＡＭとを備えた制御部３６を有し
ており、基板Ｓへの塗布液の塗布動作がこの制御部３６
により統括的に制御されるようになっている。

【００３１】この制御部３６は、種々のキー、例えば数
字を入力するテンキー、電源のオン・オフを入力する電
源キー、塗布スタートキー、基板サイズ、基板厚さ、塗
布液粘度および塗布膜厚などを設定する各種設定キーな
どを適当に配置してなる操作部３８が接続されており、
この操作部３８を介して入力されたデータや指令などが
制御部３６に入力されるように構成されている。

【００３２】また、制御部３６は、ノズル駆動部４０に
接続されており、上記ＲＯＭ内に登録されたリニアモー
タ駆動制御プログラム等に基づいて上記ノズル駆動部４
０に制御信号を出力する。これによりベース部材１４の
リニアモータ等がノズル駆動部４０により駆動されるこ
ととなり、ベース部材１４に搭載されたノズル１の移動
がノズル駆動部４０を介して制御部３６により制御され
る。

【００３３】また、制御部３６は、上記照明装置３４を
駆動する照明駆動回路４２に接続されており、上記ＲＯ
Ｍ内に登録された照明駆動制御プログラム等に基づいて
上記照明駆動回路４２に制御信号を出力する。これによ
り照明装置３４が照明駆動回路４２により駆動される。

【００３４】また、制御部３６は、カメラ３２による撮
像画像を所定の閾値に基づいて二値化画像に変換する二
値化回路４４に接続されており、ここで二値化された画
像に基づいてタンク内液面高さＨを調べる。そして、こ
のタンク内液面高さＨが所定の上限値Ｌｕｐと下限値Ｌ
ｌｗとの間にあるかを調べ、タンク内液面高さＨが上限
値Ｌｕｐと下限値Ｌｌｗとの間にある場合には、さらに
タンク内液面高さＨと基準液面高さＨ₀とを比較し、両
者に差がある場合には、その差を是正し得る塗布液の量
（ずれ量）を演算するようになっている。すなわち、上
記制御部３６及び二値化回路４４等により本発明の液面
高さ演算手段が構成されている。

【００３５】ここで、カメラ３２から得られる撮像画像
は、使用する塗布液が一般的なフォトレジストの場合は
液面よりも下が暗色、液面よりも上が明色になるような
階調となっており、かかる撮像画像を二値化画像に変換
すると、暗色部分はブラック画素Ｂに、明色部分はホワ
イト画素Ｗになる。この二値化画像への変換により得ら
れる二値化画像データとしては、例えば、図５に示すよ
うな二値化画像データ（０；ホワイト画素Ｗ、１；ブラ
ック画素Ｂ）を得ることができ、上記タンク内液面高さ
Ｈは、この画像データのうちブラック画素Ｂ、すなわち
塗布液に対応する画素の全画素数に対する比率ＰＢとし
て求められ、上述の比較等はこの比率ＰＢと上記ＲＯＭ
内に登録されたデータとに基づいて行う。すなわち、上
記ＲＯＭには、タンク内液面高さＨの上限値Ｌｕｐに対
応する比率ＰＢｕｐ（上限比率ＰＢｕｐという）、同下
限値Ｌｌｗに対応する比率ＰＢｌｗ（下限比率ＰＢｌｗ
という）、基準液面高さＨ₀に対応する比率ＰＢ₀（基準
比率ＰＢ₀）がそれぞれ記憶されており、演算により求
められた上記タンク内液面高さＨに対応する比率ＰＢと
これらの各データ（上限比率ＰＢｕｐ、下限比率ＰＢｌ
ｗ、基準比率ＰＢ₀）とを比較するようになっている。
なお、この例では、タンク内液面高さＨを、上述のよう
に画像データのうちブラック画素Ｂの全画素数に対する
比率ＰＢとして求めているが、勿論ホワイト画素の全画
素数に対する比率として求めるようにしてもよい。

【００３６】なお、図４（ａ）に示すように、外部タン
ク２２の壁面近傍ではその材料によっては表面張力によ
る液面上昇が生じる場合があり、また、塗布液の液面が
上昇する際には、その液面上昇が連続的であっても、外
部タンク２２の内壁と接触する部分の塗布液面が間欠的
に上昇するような挙動を示すことがある。この場合、液
面上昇部分の存在によって上記比率ＰＢが正確に得られ
ない、つまり正確なタンク内液面高さＨを求めることが
できない虞れがある。そのため、当実施の形態では、外
部タンク２２の内壁と接触する部分において上昇してい
る液面位置ではなく、内壁から離れたところで水平状態
にある塗布液面を検出するようにしている。具体的に
は、図４（ａ）に示すような外部タンク２２の内壁近傍
の液面を撮像した画像面（同図（ｂ）、ただし液面上昇
部分は誇張して描いてある）において、同図（ｃ）に示
すように、塗布液の存在しない箇所に対応する低階調部
分（ホワイト部分）と塗布液の存在する箇所に対応する
高階調部分（ブラック部分）とが上下に現れ、その間
に、上記のような液面上昇部分による中間階調部分（グ
レー部分）が存在する。そこで、予めこの高階調部分と
中間階調部分との境、すなわち塗布液の液面近傍（図中
Ｐ_LWで示す位置）の階調（Ｔ）を調べ、この階調（Ｔ）
を閾値として設定するようにしている。

【００３７】制御部３６は、さらに上記ポンプ２８を駆
動するポンプ駆動回路４６に接続されており、上記ＲＯ
Ｍ内に登録されたポンプ駆動制御プログラム等、あるい
は上記タンク内液面高さＨと基準液面高さＨ₀との差か
ら演算された塗布液の量（ずれ量）に基づいて上記ポン
プ駆動回路４６に制御信号を出力する。これによりポン
プ２８がポンプ駆動回路４６により駆動される。なお、
ここで基準液面高さＨ ₀とは、所定の塗布条件（塗布液
の種類やノズル１の移動速度など）に対応して所望の塗
布膜品質（膜厚など）が得られるための外部タンク２２
内における液面高さであって、実験などによって経験的
に決定される。

【００３８】次に、上記のように構成された塗布装置の
動作について説明する。

【００３９】上記塗布装置において塗布動作が開始され
ると、まず、基板保持ステージ１２が上記基板受け渡し
姿勢に位置決めされ、図１の一点鎖線で示すように基板
搬送装置によって未処理の基板Ｓが基板保持面１２ａ上
に搬入される。そして、基板保持ステージ１２により当
該基板Ｓが真空吸着された後、基板保持ステージ１２が
基板Ｓを吸着保持したまま塗布姿勢に回動変位し、基板
Ｓが垂直姿勢に位置決めされる。

【００４０】こうして基板Ｓが垂直姿勢に位置決めされ
ると、ノズル１が基板Ｓに沿って移動させられ、基板Ｓ
の被塗布面ＳＦに塗布液が塗布される。

【００４１】具体的には、まず、ノズル１が基板Ｓの上
端に移動させられ、基板Ｓの被塗布面ＳＦとノズル１の
前端面１５ａとの間での毛管現象などで塗布液槽１６内
からスリット１８を通って塗布液が汲み上げられて、そ
の間に流入し、液溜り２が形成される。そして、この状
態で、ノズル１が基板Ｓに沿って一定の速度で下降させ
られることにより基板Ｓの被塗布面ＳＦに塗布液が塗布
される。

【００４２】そして、上記のようにして基板Ｓへの塗布
液の塗布処理が完了すると、基板保持ステージ１２が基
板Ｓを吸着保持したまま基板受け渡し姿勢に回動変位し
て基板Ｓが垂直状態から水平状態に戻された後、基板搬
送装置により基板保持ステージ１２から基板Ｓがピック
アップされて次工程へと搬出される。

【００４３】なお、上記のような一連の塗布動作におい
ては、上記カメラ３２により撮像される外部タンク２２
内の塗布液の画像に基づいてタンク内液面高さＨが検出
され、上記制御部３６によってタンク内液面高さＨが基
準液面高さＨ₀となるように外部タンク２２内の塗布液
の液量が調整される。具体的には、図６のフローチャー
トに示すようにタンク内液面高さＨが制御部３６により
調整される。以下、この制御について説明する。

【００４４】まず、このフローでは、画像を二値化する
際の閾値が設定される（ステップＳ１）。そして、カメ
ラ３２により塗布液面を含む領域の画像の読み込みを行
い、その撮像された画像がこの閾値に基づいて二値化画
像に変換され、この二値化画像のうちブラック画素Ｂ、
すなわち塗布液に対応する画素の全画素数に対する比率
ＰＢが求められる（ステップＳ２）。

【００４５】次いで、この比率ＰＢが上限比率ＰＢｕｐ
以下か否かが判断され、ここで比率ＰＢが上限比率ＰＢ
ｕｐ以下と判断された場合には、さらに比率ＰＢが下限
比率ＰＢｌｗ以上か否かが判断される（ステップＳ３，
Ｓ４）。そして、ここで比率ＰＢが下限値Ｌｌｗ以上と
判断されると、さらに比率ＰＢが基準比率ＰＢ₀に一致
するか否かが判断され、一致していると判断された場合
にはステップＳ２にリターンされる（ステップＳ５）。

【００４６】一方、ステップＳ５において、比率ＰＢが
基準比率ＰＢ₀に一致していないと判断された場合に
は、比率ＰＢと基準比率ＰＢ₀との差からタンク内液面
高さＨを基準液面高さＨ₀とするのに必要な塗布液の液
量（ずれ量）が演算される（ステップＳ６）。そして、
この液量に基づいてポンプ２８が制御された後、ステッ
プＳ２にリターンされる（ステップＳ７）。これにより
タンク内液面高さＨが基準液面高さＨ₀となるように調
整される。

【００４７】なお、ステップＳ３において比率ＰＢが上
限比率ＰＢｕｐを超えている場合、あるいはステップＳ
４において比率ＰＢが下限比率ＰＢｌｗ未満である場合
には、共にステップＳ８に移行され、例えば警告灯が点
灯される等してオペレータに報知されて本フローチャー
トが終了する。

【００４８】以上のように、この実施の形態の塗布装置
では、外部タンク２２内の塗布液をカメラ３２により撮
像し、その画像に基づいてタンク内液面高さＨを検出す
るようにしているため、複数のファイバー式光学センサ
を一定の間隔で外部タンクに取付けて塗布液の液面を検
出している従来のこの種の装置と比べると、外部タンク
２２内に貯溜された塗布液の液面を精密に検知すること
が可能であり、これによりタンク内液面高さＨを正確に
検出することができる。従って、上述のようなタンク内
液面高さＨの調整を精度よく行うことができ、これによ
り基板Ｓの品質を向上させることができる。

【００４９】また、上記の塗布装置では、上述のように
外部タンク２２とカメラ３２とが独立とされ、さらにノ
ズル１とカメラ３２とが一定の位置関係で共にベース部
材１４に固定されているため、メンテナンス等により外
部タンク２２を脱着した後に外部タンク２２のノズル１
に対する相対位置が若干変ってしまうようなことがあっ
たとしても、ノズル１とカメラ３２との相対的な位置関
係が変化することはなく、一定の位置関係に保持され
る、従って、カメラ３２が検出する液面高さを一定に制
御することでノズル１に対する液面高さも一定に保つこ
とができる。このようにノズル１に対するタンク内液面
高さＨを再現性よく検出することができ、メンテナンス
等により外部タンク２２を脱着した後であってもタンク
内液面高さＨの調整を精度よく行うことができる。

【００５０】なお、上記実施形態では、液面高さＨが上
限値Ｌｕｐ以下であるかという判断（ステップＳ２）
と、液面高さＨが下限値Ｌｌｗ以上であるかという判断
（ステップＳ３）と、液面高さＨが基準液面高さＨ₀と
一致するかという判断（ステップＳ５）とを、装置運転
時に常時繰り返す制御動作を行なっている。しかし、液
面高さＨが基準液面高さＨ₀に一致するかという判断
は、装置運転時の中でも特に塗布処理動作実行時には厳
密に行われることが塗布処理結果の品質保持のために重
要であるが、塗布処理動作実行時以外においてはここま
で厳密に液面高さを管理する必要はなく、塗布処理動作
実行時以外においては、液面高さＨが上限値Ｌｕｐ以下
であるかという判断と、液面高さＨが下限値Ｌｌｗ以上
であるかという判断を行なってその条件を満たしている
ことが確認できればよい。この条件を満たしていれば装
置が外部タンク２２からあふれたり、または外部タンク
２２からノズル１への連通管２４に気体が侵入したりす
る不都合はおこらないからである。従って、上記制御動
作に代えて、次のような制御動作を行なうように変形し
てもよい。すなわち、上記ステップＳ４とステップＳ５
との間において、「液面高さＨが基準液面高さＨ₀と一
致する必要があるか否か」、具体的にはステップＳ４′
として「塗布処理動作実行時であるか」という判断動作
を行い、その判断の結果、塗布処理動作実行時であると
きにはステップＳ５に進むこととし、塗布処理動作実行
時ではないときにはステップＳ２へ戻ることとする。な
お、塗布処理動作実行時ではないときとしては、例え
ば、装置が、塗布されるべき基板が搬送されてくるのを
待っている待機状態にあるときなどがあげられる。

【００５１】また、塗布処理動作中には、塗布処理の進
行に伴って外部タンク２２内の塗布液が徐々に消費され
て減少する。上記実施形態では、外部タンク２２内の塗
布液の消費に伴って液面高さが徐々に低下すると、ステ
ップＳ６，Ｓ７の動作によって１枚の基板の塗布処理中
であっても塗布液が外部タンク２２に補充され、液面高
さの低下が防止されるので、１枚の基板内における塗り
はじめ部分と塗り終わり部分との間における、液面高さ
の低下とそれに伴うノズル１からの塗布液流出速度の低
下に起因する膜厚の変動を防止でき、基板の塗布処理品
質の低下防止の点で望ましい。しかし、外部タンク２２
の容量が十分に大きい場合、具体的には、１枚の基板に
対して塗布する塗布液の量が消費されても実質的に膜厚
の変動を起こさない程度に外部タンク２２内における液
面の面積が十分に大きい場合には、上記ステップＳ５の
判断とステップＳ６，Ｓ７の動作による液面高さのチェ
ックおよび補正動作は、例えば１枚の基板の塗布処理の
開始前に一度、または塗布処理の終了後に一度、または
開始前と終了後の両方に一度づつ、実行するようにし
て、その他の時には実行しないような構成に変形するこ
ともできる。そのような制御動作は、さきのステップＳ
４′として、「液面高さのチェックおよび補正助作を実
行するタイミングであるか否か」、具体的には「塗布処
理実行開始時であるか」または「塗布処理実行終了時で
あるか」または「塗布処理実行開始時であるかまたは塗
布処理実行終了時であるか」を判断する判断動作を行
い、その判断の結果、液面高さのチェックおよび補正動
作を実行するタイミングであると判断したときにはステ
ップＳ５に進むこととし、そうでないときにはステップ
Ｓ２へ戻ることとすればよい。これにより、装置の制御
によるポンプ等の動作はより簡単なものでよくなる。

【００５２】また、さらに、上記の塗布装置において
は、変形例として次のような構成を採用することもでき
る。

【００５３】すなわち、上記の塗布装置では、タンク内
液面高さＨが基準液面高さＨ₀に一致するか否かの判断
およびタンク内液面高さＨが上限値Ｌｕｐと下限値Ｌｌ
ｗとの間に存在するか否かの判断を全てカメラ３２より
撮像した画像に基づいて行っているが、特にタンク内液
面高さＨの検出について精度が要求されるのは、塗布液
の供給量に影響を与える前者の判断であって、後者の判
断は必ずしも前者の判断程、精度が要求されるものでは
ない。

【００５４】そのため、例えば外部タンク２２に、タン
ク内液面高さＨが上限値Ｌｕｐおよび下限値Ｌｌｗに達
したときに塗布液の液面をそれぞれ検知する簡易な上限
センサ及び下限センサを設け、これら各センサによる塗
布液検知の有無に基づいて図６のステップＳ３及びステ
ップＳ４の判断を行うようにし、タンク内液面高さＨが
所定の基準液面高さＨ₀に一致するか否かの判断につい
てのみ二値化画像のブラック画素Ｂの比率ＰＢと基準比
率ＰＢ₀との比較に基づいて判断するようにしてもよ
い。この場合には、二値化画像に基づく上限値及び下限
値の判断が不要となるため、例えば、図７に示すよう
に、タンク内液面高さＨが所定の基準液面高さＨ₀にあ
る時の液面位置を含む極狭い範囲の二値化画像が得られ
るように、カメラ３２による撮像視野を設定するように
すればよい。

【００５５】なお、上限センサ及び下限センサ（検出手
段）として如何なるセンサを用いるかは特に限定されな
いが、例えば光の照射部と受光部とを備え、照射部から
照射されて塗布液で反射した光を受光部で受光すること
により塗布液の有無を検知するファイバー式光学センサ
を用いることができる。この場合には、例えば図８に示
すように、各センサ５２，５４と照明装置３４とが対向
することがないように各センサ５２，５４を照明装置３
４の近傍に配置してカメラ３２側に指向させ、さらに照
明装置３４の照明を直流点灯とする一方、各センサ５
２，５４の照射光をパルス点灯とすることによって、照
明装置３４の照明光による各センサ５２，５４の誤検知
を防止するようにすればよい。また、これらのセンサ５
２，５４は、外部タンク２２に取付けてもよいが、カメ
ラ３２と同様にノズル１に対して相対的に一定の位置関
係となるように設ける方が望ましい。

【００５６】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。なお、第２の実施の形態の基本構成は第１の
実施の形態の塗布装置と共通しており、従って、共通部
分については同一符号を付して説明を省略し、相違点に
ついてのみ以下に詳細に説明することにする。

【００５７】図９は、第２の実施の形態にかかる塗布装
置の制御系を示すブロック図である。この図に示す制御
系は、第１の実施の形態で説明した制御系（図３）にお
いて、二値化回路４４の代わりにＡ／Ｄ変換回路５６及
びエッジ検出回路５８を設けた構成となっており、上記
カメラ３２において撮像された画像をＡ／Ｄ変換回路５
６によって多階調、例えば２５６階調の画像に変換し、
こうして得られた多階調画像からエッジ検出回路５８に
よってエッジを検出し、このエッジ部分に関する信号を
制御部３６に出力するように構成されている。

【００５８】すなわち、カメラ３２による撮像画像を多
階調の画像に変換すると、塗布液が存在する部分と存在
しない部分とがあることにより、例えば図４（ｃ）に示
したように高さ方向に階調が変化する。そのため、エッ
ジ検出回路５８は、階調の単位高さに対する変化率を求
め、この変化率が大きくなる箇所（図４中のエッジ
Ｐ _UP，Ｐ_LW）、すなわち表面張力により生じた外部タン
ク２２内の液面上昇部分の上端部と下端部（すなわち液
面）とを検出し、このエッジＰ_UP，Ｐ_LWのうち液面に相
当するエッジＰ_LWに関する信号を制御部３６に出力す
る。

【００５９】そして、制御部３６は、エッジＰ_LWからタ
ンク内液面高さＨを求め、図１０に示すフローチャート
に従ってタンク内液面高さＨを調整する。すなわち、第
２の実施の形態では、制御部３６、Ａ／Ｄ変換回路５６
及びエッジ検出回路５８により本発明の液面高さ演算手
段が構成されている。

【００６０】ここで、図１０に示すフローについて説明
すると、まずこのフローでは、エッジ検出回路５８から
エッジＰ_LWに関する信号を受けてタンク内液面高さＨを
検出する（ステップＳ１１，ステップＳ１２）。

【００６１】次いで、このタンク内液面高さＨが上限値
Ｌｕｐ以下か否かを判断し、ここでタンク内液面高さＨ
が上限値Ｌｕｐ以下と判断した場合には、さらにタンク
内液面高さＨが下限値Ｌｌｗ以上か否かを判断する（ス
テップＳ１３，Ｓ１４）。そして、ここでタンク内液面
高さＨが下限値Ｌｌｗ以上と判断したら、さらに、タン
ク内液面高さＨが基準液面高さＨ₀に一致するか否かを
判断し、一致していると判断した場合にはステップＳ２
にリターンする（ステップＳ１５）。

【００６２】一方、ステップＳ１５において、タンク内
液面高さＨが基準液面高さＨ₀に一致していないと判断
した場合には、タンク内液面高さＨと基準液面高さＨ₀
との差からこの差を是正するための塗布液の液量（ずれ
量）を演算する（ステップＳ１６）。そして、この液量
に基づいてポンプ２８を駆動制御した後、ステップＳ１
２にリターンする（ステップＳ１７）。

【００６３】なお、ステップＳ１３においてタンク内液
面高さＨが上限値Ｌｕｐを超えている場合、あるいはス
テップＳ１４においてタンク内液面高さＨが上限値Ｌｌ
ｗ未満である場合には、共にステップＳ１８に移行し、
例えば警告灯を点灯する等してオペレータに報知して本
フローチャートを終了する。

【００６４】以上説明した第２の実施の形態にかかる塗
布装置においても、タンク内液面高さＨを検出する具体
的な手法は異なるものの、基本的にはカメラ３２により
撮像される塗布液の画像に基づいてタンク内液面高さＨ
を調べるようにしているため、第１の実施の形態の塗布
装置同様に、タンク内液面高さＨを精度よく検出して調
整することができる。なお、この第２実施形態において
も、ステップＳ１３〜Ｓ１７の判断や処理については、
第１実施形態のステップＳ３〜Ｓ７同様に変形して実施
できる。

【００６５】なお、第１及び第２の実施の形態の塗布装
置では、外部タンク２２、カメラ３２及びノズル１をベ
ース部材１４に対して固定的に設け、タンク内液面高さ
Ｈの調整は、塗布液容器２６から外部タンク２２内へ塗
布液を供給するか、あるいは外部タンク２２内の塗布液
を塗布液容器２６に戻すことにより行っているが、例え
ば、図１１に示すように外部タンク２２及びカメラ３２
を昇降機構６０を介してベース部材１４上に固定するよ
うに構成し、昇降機構６０の作動により外部タンク２２
を昇降させることによってタンク内液面高さＨを調整す
るようにしてもよい。この場合、カメラ３２とノズル１
とが相対的に昇降可能となっているため、タンク内液面
高さＨを再現性よく検出するためには、昇降機構６０に
よるカメラ３２の移動量を精密に検出する検出手段を設
けるのが望ましい。

【００６６】また、上記各実施の形態では、カメラ３２
としてエリアセンサからなるカメラを用いているが、塗
布液の液面高さ方向に撮像素子が配列されるリニアセン
サを用いるようにしてもよい。

【００６７】また、撮像手殻としてのカメラ３２は可視
光領域での画像を撮像するものであったが、これに限ら
ず、例えば赤外線領域での画像を撮像するものであって
もよく、その場合、外部タンク２２は、少なくとも撮像
しようとする波長領域において液面を外部から視認可能
であればよく、照明装置３４は撮像しようとする波長の
光を照射するものであればよい。塗布液がフォトレジス
ト液のように感光性を有するものである場合にはその塗
布液が感光しない領域で撮像することが好ましい。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の液面高さ
検出装置は、ノズル手段に供給するための塗布液を貯溜
したタンクを外部から視認可能に構成し、撮像手段によ
りタンク外部から貯溜された塗布液を撮像することによ
り、その画像に基づいて塗布液の液面を検出してノズル
手段の外部流出口に対するタンク内の塗布液の相対的な
液面高さを調べるようにしているので、この種の従来装
置、すなわちタンクに貯溜された塗布液の液面が一定の
範囲内にあることのみを検知し得る装置と比べると、上
記の相対的な液面高さを精密に検知してこの液面高さを
精度よく管理することができ、その結果、基板の品質を
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液面高さ検出装置が適用される塗
布装置（第１の実施の形態）の一例を示す斜視図であ
る。

【図２】図１に示す塗布装置のノズルおよび外部タンク
の構成およびこれら相互の接続関係を示す概略図であ
る。

【図３】図１に示す塗布装置の制御系を示すブロック図
である。

【図４】二値化回路における閾値の設定を説明する図で
ある。

【図５】二値化画像を示す概念図である。

【図６】タンク内液面高さの調整動作を示すフローチャ
ートである。

【図７】二値化画像を示す概念図である。

【図８】上限および下限センサの配置を説明する外部タ
ンクおよびカメラの平面図である。

【図９】塗布装置（第２の実施の形態）の制御系を示す
ブロック図である。

【図１０】タンク内液面高さの調整動作を示すフローチ
ャートである。

【図１１】塗布装置（変形例）におけるノズルおよび外
部タンクの構成およびこれら相互の接続関係を示す概略
図である。

【図１２】塗布装置を説明する概略図である。

【符号の説明】

１ノズル２液溜り１２基板保持ステージ１４ベース部材２２外部タンク２６塗布液容器２８ポンプ３２カメラ３４照明装置３６制御部４０ノズル駆動部４２照明駆動回路４４二値化回路４６ポンプ駆動回路Ｓ基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者尾崎一人京都市上京区堀川通寺之内上る４丁目天神北町１番地の１大日本スクリーン製造株式会社内Ｆターム(参考） 2F014 AA14 AB01 FA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉛直あるいは傾斜姿勢で保持された基板
の被塗布面にノズル手段を近接させた状態で、当該ノズ
ル手段を上記被塗布面に沿って相対的に移動させなが
ら、当該ノズル手段の内部から塗布液を毛管現象によっ
て汲み上げて、上記ノズル手段の外部流出口を介して基
板に塗布するとともに、ノズル手段とは別個独立して設
けられたタンクから上記ノズル手段に塗布液を供給する
ように構成された塗布装置に適用される装置であって、上記タンクとして塗布液の液面を外部から視認可能に形
成されたタンクを備え、さらに、上記タンクの外部に配設されて当該タンク内に貯溜され
た塗布液の液面を撮像する撮像手段と、上記撮像手段により撮像された画像に基づいて上記ノズ
ル手段の外部流出口に対するタンク内の塗布液の相対的
な液面高さを調べる液面高さ演算手段とを備えているこ
とを特徴とする液面高さ検出装置。
【請求項２】上記撮像手段としてエリアセンサを備え
ていることを特徴とする請求項１記載の液面高さ検出装
置。
【請求項３】上記撮像手段による撮像の際に所定の照
明を提供する照明手段として、上記タンクを挟んで上記
撮像手段の反対側に配置されて透過照明を提供する照明
装置を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載
の液面高さ検出装置。
【請求項４】上記液面高さ演算手段は、上記撮像手段
により撮像される画像を二値化画像に変換するととも
に、この二値化画像のいずれか一の階調を有する画素の
全画素数に対する比率を求め、この比率に基づいて上記
液面高さを調べることを特徴とする請求項１乃至３のい
ずれかに記載の液面高さ検出装置。
【請求項５】上記液面高さ演算手段は、上記撮像手段
により撮像される画像を多階調の画像に変換し、この多
階調画像の上記液面高さ方向における階調の変化率に基
づいて上記タンク内に貯溜された塗布液の液面の位置を
調べ、この液面の位置に基づいて上記液面高さを調べる
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液
面高さ検出装置。
【請求項６】上記液面高さに対する所定の基準高さを
含む一定範囲を撮像するように上記撮像手段の視野が設
定される一方、上記タンクの上記一定範囲の上下両外側
の位置であって上記液面高さの所定の上限位置及び下限
位置に、塗布液の有無を検出可能なセンサがそれぞれ取
付けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいず
れかに記載の液面高さ検出装置。
【請求項７】上記各センサは光の照射部と受光部とを
備え、照射部から照射されて塗布液で反射した光を受光
部で受光することにより塗布液を検知する光学センサで
あって、各センサは上記照明手段の近傍において上記撮
像手段側に指向するように配置され、さらに上記照明手
段が直流点灯される一方、上記各センサの照射部がパル
ス点灯されるように構成されていることを特徴とする請
求項６記載の液面高さ検出装置。
【請求項８】上記液面高さ演算手段は、上記タンクの内
壁から離れたところで水平状態にある塗布液面の高さを
検出するものである請求項１乃至５のいずれかに記載の
液面高さ検出装置。
【請求項９】上記液面高さ演算手段は、上記撮像手段に
より撮像された画像の高さ方向の階調が変化する領域の
下端位置を液面と判定するものである請求項８記載の液
面高さ検出装置。
【請求項１０】鉛直あるいは傾斜姿勢で保持された基板
の被塗布面にノズル手段を近接させた状態で当該ノズル
手段を上記被塗布面に沿って相対的に移動させながら、
当該ノズル手段の内部から塗布液を毛管現象によって汲
み上げて、上記ノズル手段の外部流出口を介して基板に
塗布するとともに、ノズル手段とは別個独立して設けら
れたタンクから上記ノズル手段に塗布液を供給するよう
に構成された塗布装置であって、上記タンク内に貯溜さ
れた塗布液の液面を検出する検出手段を上記ノズル手段
に対して一定位置に設けるとともに、上記タンクを上記
検出手段とは独立して上記ノズル手段に対して取り外し
可能に設けたことを特徴とする塗布装置。