JP2004025003A - 連続薄膜コーティング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス基板を複数保持可能な基板保持器を用いることにより、ガラス基板を接続することなく、またガラス／接続部界面を発生させることなく、連続塗布を可能とする装置を提供することにより、スリットダイ方式における塗布動作変化時の膜厚均一性向上、タクトタイムの向上。
【解決手段】ガラス基板１を流体による浮上又は真空吸着させる微細孔４を有するベースプレート２と、ベースプレート２の上にガラス基板１を１枚又は複数枚格納し保持する基板保持器３と、基板保持器３にガラス基板１を供給する供給部と、ベースプレート２の上に基板保持器３により保持されている各ガラス基板１に対して塗液を連続的に塗布するダイヘッド５と、ガラス基板１又は基板保持器３とダイヘッド５とのギャプを調整するＺ軸調整部と、ダイヘッド５に塗液を供給する塗液供給部と、塗布後の各ガラス基板を排出する排出部とを備えることを連続薄膜コーティング装置。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の枚葉状ガラス基板に対する連続薄膜コーティングを高い均一性で実現する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガラス基板に対する塗布装置の多くは、ガラス基板中央部に塗液を滴下し、その後基板を回転させることによって薄膜を形成させる、スピンコート方式を採っている。しかし近年、スピンコート方式は無効になる塗液量が多いこと、また特に大型基板において中央部と端部とでの膜厚の均一性が低下することなどの問題が挙げられている。
【０００３】
スピンコート方式に代わる、単板塗布装置の塗布方式、いわゆるスリットダイ方式は、高精度に平面度が保証され、かつ真空吸着のための微細穴加工を施しガラス基板を吸着させたテーブルと、塗布を行うダイヘッドを相対的に移動することで塗布を行う方式である。しかし、テーブル、ダイヘッド及びその支持機構のいずれも重量物であるため慣性モーメントの影響が大きい。すなわち、以下の問題点が挙げられる。
【０００４】
（１）塗布開始、終了時ではテーブルあるいはダイヘッドユニットの加減速による装置全体のひずみ、振動が塗布動作に影響する。
（２）加減速が終了し速度が一定に収束するまでの時間、すなわち安定状態での塗布動作が不可能となる時間が増大する。
（３）塗布動作の開始、終了時にはバルブ動作および塗液圧送を伴うため、圧力の立ち上がりのタイムラグによって塗液塗出量の不安定状態が生じる。
【０００５】
すなわち、スリットダイ方式は塗布動作の定常状態を保つことが困難であり、塗布開始、および終了時に膜厚の挙動が乱れる現象が問題になっている。以上の点からスリットダイ方式は連続的に塗布を行う際に有効であり、枚葉塗工装置には不向きであると言える。このような経緯で、連続塗布方法に関する提案は数多く挙げられている。しかしながら、従来提案されてきた連続塗布方法では、ガラス衝突による発塵、テープ張り合わせによるテープ／ガラス界面の発生による均一性低下、テープ除去時の薄膜破損等の問題がある。また塗布の方式、装置の構造上からも、塗布速度を上げることが困難であるためタクトタイムに関する問題が生じる。
【０００６】
また、従来の一般的なスリットダイ方式は、ダイのスリットから塗液を微量に塗出し、ダイヘッドとガラス基板とを相対的に移動させることによって塗布を行う。そのため、次の問題が生じる。塗布動作すなわち塗布バルブの開閉を繰り返すことによって、ダイの先端からエアが混入し、薄膜形成の妨げとなることである。そのため、塗布の際には塗布の開始、終了の動作を行わないこと、あるいはその影響がない範囲で塗布を行うことが求められる。
以上の点から、スリットダイ方式は、ｒｏｌｌ　ｔｏ　ｒｏｌｌの塗工など数ｍ以上の塗布距離を持った塗布動作時に有利な手法であり、一般の枚葉塗工には不向きとされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ガラス基板を複数保持可能な基板保持器を用いることにより、ガラス基板を接続することなく、またガラス／接続部界面を発生させることなく、連続塗布を可能とする装置を提供することにより、スリットダイ方式における塗布動作変化時の膜厚均一性向上、タクトタイムの向上を課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を達成するための本願各請求項に係る発明は、以下のようなものである。
【０００９】
まず請求項１の発明は、ガラス基板を流体による浮上又は真空吸着させる微細孔を有するベースプレートと、ベースプレートの上にガラス基板を１枚又は複数枚格納し保持する基板保持器と、基板保持器にガラス基板を供給する供給部と、ベースプレートの上に基板保持器により保持されている全てのガラス基板に対して塗液を連続して塗布するダイヘッドと、ガラス基板又は基板保持器とダイヘッドとのギャプを調整するＺ軸調整部と、ダイヘッドに塗液を供給する塗液供給部と、塗布後の全てのガラス基板を排出する排出部とを備えることを特徴とする連続薄膜コーティング装置である。
【００１０】
また請求項２の発明は、前記ベースプレートが分割式になっており、それぞれのパートにおいては平面度が少なくとも数１０μｍ以下に保証され、前記Ｚ軸調整部がセンサに依ってガラス基板及び保持器の高さ変動にダイヘッドを追従させることを特徴とする請求項１に記載の連続薄膜コーティング装置である。
【００１１】
また請求項３の発明は、前記基板保持器が、ガラス基板格納後に移動することに依って、保持しているガラス基板の位置決めがなされることを特徴とする請求項１又は２に記載の連続薄膜コーティング装置である。
【００１２】
また請求項４の発明は、前記基板保持器の形状が、保持しているガラス基板からオフセットした状態で、該ガラス基板を端部から少なくとも数ｍｍ程度カバーしているものであり、該ガラス基板の端部に塗液が塗布されることを防止する形状であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の連続薄膜コーティング装置である。
【００１３】
また請求項５の発明は、前記基板保持器の形状が、保持しているガラス基板に対して、毛細現象などによる塗液の該ガラス基板端部回り込みを防止する程度の該ガラス基板表面からのオフセット量を有する形状であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の連続薄膜コーティング装置である。
【００１４】
また請求項６の発明は、前記基板保持器の裏面、すなわち保持しているガラス基板表面に対面する面は、ぬれ性を低下させる表面処理を施したものであることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の連続薄膜コーティング装置である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、本発明による連続薄膜コーティング装置の主構成部を例示する模式図である。また、図２〜３は、本発明による連続薄膜コーティング装置の動作を例示する断面図である。
【００１７】
［本発明装置の構成］
図１〜３において、１はガラス基板、２はベースプレート、３は基板保持器、４は流体圧送及び吸引のための微細孔、５は塗液をガラス基板上に塗布するためのダイヘッド、７はガラス基板表面及び基板保持器表面をセンシングし塗布ダイヘッドのＺ軸を追従させるためのセンサである。また、Ａはガラス基板１表面から基板保持器３の裏面、すなわちガラス基板１に対する面のオフセット量である。なお基板保持器３及びベースプレート２等のユニットは複数組み合わせることによってガラス基板１の複数設置を可能にするが、設置面積、装置としての精度及び剛性、タクトタイム等を考慮した上で拡張することが可能である。図１に示す連続薄膜コーティング装置は、基板四枚を同時に保持可能なユニットを組んだ例であり、その一部分を示した。
【００１８】
基板保持器３は、図１に示すように、ガラス基板１を覆うようにして複数の基板を格納出来る構造である。ガラス基板１の格納および位置決めは、ロボットアーム等の供給部に依って行うが、ベースプレート２／ガラス基板１表面の摺動を容易にするため、ベースプレート２表面に配した微細孔４に依ってガラス基板１を流体浮上させている。この微細孔４に依ってガラス基板１をエア浮上及び真空吸着させることが可能なエア圧送及び真空引きを行う。塗布時において、ガラス基板１表面のＺ軸位置にダイヘッド５を追従させることが可能なセンサ７及び構造を有している。
【００１９】
前述のような連続薄膜塗布を実現するため、あらかじめ上に述べたような基板保持器３に複数のガラス基板１を格納後、全ガラス基板１に連続して塗膜形成を行う。基板保持器３にガラス基板１を格納することにより、ガラス基板１を突き当てた状態で設置することがないため、ガラス基板１端面からの発塵を防止することが可能である。
【００２０】
基板保持器３のガラス格納部の開口高さはガラス基板１の厚さとほぼ同等であるため、ピンナップ等の手段によるガラス基板１の搬入は困難である。ガラス基板１の揚上はエア圧送によりエア浮上させ、ロボットハンドを用いて格納部スリットに挿入する。
【００２１】
また、本実施形態では、ベースプレート２を分割式構造とした。本発明では、ガラス基板１を複数保持することに依ってベースプレート２の長大化が進んだため、ベースプレート２の平面度が低下した。この課題の解決手段として、高い平面度を有する複数のベースプレートを組み合わせ、各ベースプレートのＺ軸位置に関してセンサ７による追従塗布運転を行った。ここでＺ軸は、後述するように、ベースプレート２に垂直方向（各図の紙面上下方向）である。
【００２２】
ガラス基板１の格納後は基板保持器３が移動することに依ってガラス基板１の位置決めを行う構造とした。図２に示すように、ガラス基板１の格納時にはガラス基板１はベースプレート２に設置されている微細孔４からの流体圧送に依って浮上されており、ガラス基板１の端面をロボットハンド６等で押すことによって基板保持器３にある程度の粗い位置合わせで格納される。その後基板保持器３自体が移動することにより複数のガラス基板１を±１［ｍｍ］精度で同時に位置決めする。位置決め終了後は、ベースプレート２の微細孔４から真空吸着を行いガラス基板１を固定する。
【００２３】
ここで、ベースプレート２に垂直方向（各図の紙面上下方向）をＺ軸、ガラス基板１もしくはダイヘッド５の進行方向（塗布方向、各図の紙面左右方向）をＸ軸、塗布方向と直角方向（各図の紙面表裏方向）をＹ軸とする。ガラス基板１のＹ軸の位置合わせは基板保持器３のスリット状格納部奥の突き当て部に突き当てることに依って行う。これに対して、Ｘ軸位置決めに関して、ロボットハンド６は基板保持器３格納部の狭いスリット間にはアクセスが困難であるため、ロボットハンド６によるＸ軸のガラス基板１位置決めは不可能である。そのため基板保持器３自体が可動である構造とし、ガラス基板１の格納後の位置決めを可能とした。
【００２４】
基板保持器３の格納部の形状に関して、ガラス基板１表面からの適切なクリアランスを持たせた形状とした。すなわち毛細現象に依って塗液が基板保持器３／ガラス基板１の間隙に回り込むことのないクリアランス量である。また、このクリアランス量に従って、基板保持器３はガラス基板１表面からオフセットした状態でガラス基板をカバーしているが、連続薄膜コーティング時にガラス基板１端部において表面張力による塗膜の不均一性を防止するため、および塗膜の基板保持器３表面からガラス基板１表面への移行時における界面の発生を防止するため、カバーはガラス基板１端部から５［ｍｍ］程度としている。
【００２５】
毛細現象に関して、上記基板保持器３の裏面、すなわちガラス基板１に対する面に対するぬれ性を低下させるために表面処理を施した。毛細現象は間隙の距離、界面の表面張力、塗液の粘度によって導出されるが、ぬれ性を制御することに依り、塗液のガラス基板１／基板保持器３間への回り込みを低減した。
【００２６】
また、基板保持器３は複数同時位置決めが可能である一体式、独立して位置決めを行い、ガラス基板サイズ変更に関して汎用性が高い分割式のいずれの方式も問わないが、ガラス基板を複数格納し、ガラス基板端面から数ｍｍをカバーすることが本質であることを述べておく。すなわち、連続塗布方式では、塗膜が連続して形成されることが、その優位点であり、塗布工程で一貫して塗膜を定常状態におくためには、一体式が有利であると考えられる。また、本実施形態では一体式を採った。
【００２７】
［本発明装置の動作］
図１に示すように本発明装置は複数のガラス基板１を複数同時に設置することが可能であり、複数のガラス基板１を基板保持器３の数量分すべてを設置後に、基板保持器３に格納された状態でまとめて塗布を行う装置である。実際の塗布動作を以下に示す。
【００２８】
図２〜図４は断面図であり、実際には紙面の表方向にはガラス基板１のＹ軸方向突き当てのための可動式ブロックが設置されている。塗布前のガラス基板１搬入時にはブロックは位置決め位置にあり、塗布後のガラス基板排出時には、ガラス基板は紙面表方向に排出されるため位置決めブロックは逃げた状態になっている。
【００２９】
図２は、前段階としてガラス基板１をベースプレート２上に複数保持する状態である。次の段階として、図３に示すように、全てのガラス基板１が格納された後に塗布するための複数同時位置決めを行う。さらに図４に示すように、全てのガラス基板１を吸引に依って保持し、ダイヘッド５及びベースプレート２が矢印方向に相対的に移動することにより基板保持器３内に保持された状態で塗布を行う。
【００３０】
以下に各動作の詳細について述べる。図２に示すように、ガラス基板１は紙面の裏方向から挿入される。この際、ガラス基板１は微細孔４によって圧送された流体によって浮上されており、ベースプレート１との摺動が容易に行える。ガラス基板１は基板保持器３の手前（紙面の表方向）にロボット６によってある程度の精度で設置される。その後、上に述べた浮上を行い、ロボットハンド６によって基板保持器３のスリット状格納部に押し込まれる。ロボットハンド６の押し込みは、ガラス基板１がの基板保持器３の紙面表方向にある位置決めブロックに突き当たるまで行う。
【００３１】
以上の動作によってＹ軸方向の位置決めが終了した状態で、図３に示す動作に移行する。
図３に示す動作では、ガラス基板１の浮上を継続した状態で基板保持器３がＸ軸方向（図３の矢印方法）に移動しガラス基板１に突き当たることに依ってガラス基板１のＸ軸方向位置決めを行う。Ｘ軸方向の位置決めは基板保持器３が同時に移動することにより全てのガラス基板１を同時に位置決めする。
【００３２】
次の動作として、図４に示すように、Ｘ、Ｙ軸方向位置決めが完了している状態で浮上させていたガラス基板１を吸着させる。すなわち微細孔４から流体を吸引することによりガラス基板１の固定を行う。ガラス基板１の固定後、ダイヘッド５がガラス基板１及び基板保持器３の上空をオフセットした状態で図４の矢印方向に移動し、基板保持器３に格納された状態で全てのガラス基板１に連続して塗布を行う。ダイヘッド５のガラス基板１あるいは基板保持器３からのオフセット量に関してはセンサ７によってダイヘッド５のＺ軸追従（ガラス基板及び保持器の高さ変動への追従）を行いながら塗布を行う。このことによって塗膜の安定性が向上した。
【００３３】
塗布終了後は、ガラス基板１の排出動作を行う。塗布終了後、微細孔４によるガラス基板１の吸着を解除し、さらに流体を圧送することによってガラス基板１を浮上させる。ガラス基板１は基板保持器３に対して搬入口と反対の方向に排出される。すなわち基板保持器３の紙面表側にある位置決めブロックは逃げた状態になり、ロボットハンド６によって基板保持器３から押し出される。基板保持器３から完全に排出された状態で、ガラス基板１はピンナップされ、ロボットで次工程へ搬送される。
【００３４】
基板保持器３に付着した塗液は、次の塗布の際に正常な塗膜形成の妨げとなるため、クリーニングを行う工程を付加した。すなわち、基板保持器３には、ガラス基板１／基板保持器３界面で塗膜の安定性を失うことのないよう、表面処理を施したため、その効果を最大限に引き出すよう、毎工程でクリーニングが必要である。また、基板保持器３とダイヘッド５との高さ方向の間隙を数１０μｍに設定する際には、前塗布で基板保持器３に付着した塗膜がダイヘッド５に接触することを防止するためにもクリーニングの必要がある。
【００３５】
【発明の効果】
基板保持器によってガラス基板の接続部界面を除くこと、ガラス基板端部の表面張力の影響を回避することが可能になった。その結果、膜厚均一性が向上し、有効エリアが増大した。また、以上に述べたように、本発明に係る装置に依って複数のガラス基板を同時に連続して塗布し、かつ高度に安定した塗膜を得ることが出来た。すなわち枚葉式単板塗布装置では問題となっていた、塗布速度の非定常状態時（立ち上がり、立ち下がり時）における膜厚の変動、塗布開始、終了時の塗膜供給量の変動を解消した。また装置動作が安定した後に連続塗布を行うため、装置の剛性が相対的に向上し、過剰な剛性設計が不要になった。
【００３６】
また、連続塗布を行うことによってダイヘッドあるいはベースプレートの塗布開始、終了動作の回数が低減し、タクトタイムが減少した。さらに、従来の関連技術の連続塗布装置では、連続塗布化によって工程数が増加するのに対し、本発明による連続塗布化では工程数が従来技術の工程数とほぼ等しいため、連続塗布化がタクトタイムに与える影響は少ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の構成を例示する模式図である。ただし、主要な一部分を示したものであり、基板保持器３、ベースプレート２からなるユニットは、精度、設置面積、タクトタイム等の許す限り拡張可能である。
【図２】本発明装置で、ガラス基板１を基板保持器３に搬入する動作を例示する断面図である。ガラス基板１は微細孔４から圧送される流体によって浮上され、ロボットハンド６によって紙面表側にある位置決めブロックまで突き当て、Ｙ軸方向の位置決めされる。
【図３】本発明装置で、ガラス基板１の塗布方向の位置決めを行う動作を例示する断面図である。基板保持器３は位置決めブロックを兼ねており、基板保持器３が全て同時に矢印方向に移動することに依ってＸ軸方向の位置決めを行う。
【図４】本発明装置で、各ガラス基板１に対して連続して塗布を行なう動作を例示する断面図である。ガラス基板１のＸ、Ｙ軸方向の位置決めが完了した時点で、微細孔４から吸着を行いガラス基板１を保持する。ここで、ガラス基板１保持後はガラス基板１表面と基板保持器３裏面とのオフセット量Ａは、塗液が毛細現象によって回り込みが生じない量である。その後、ガラス基板１及び基板保持器３の上空をダイヘッド５が矢印方向に相対的に移動し全てのガラス基板１に連続塗布を行う。その際、ダイヘッド５のＺ軸高さはセンサ７によってガラス基板１及び基板保持器３の高さ変動に追従させる。
【符号の説明】
１…ガラス基板
２…ベースプレート
３…基板保持器
４…微細孔
５…ダイヘッド
６…ロボットハンド
７…センサ（レーザ変位計）
Ａ…オフセット量

Claims (6)

1. ガラス基板を流体による浮上又は真空吸着させる微細孔を有するベースプレートと、ベースプレートの上にガラス基板を１枚又は複数枚格納し保持する基板保持器と、基板保持器にガラス基板を供給する供給部と、ベースプレートの上に基板保持器により保持されている全てのガラス基板に対して塗液を連続して塗布するダイヘッドと、ガラス基板又は基板保持器とダイヘッドとのギャプを調整するＺ軸調整部と、ダイヘッドに塗液を供給する塗液供給部と、塗布後の全てのガラス基板を排出する排出部とを備えることを特徴とする連続薄膜コーティング装置。
2. 前記ベースプレートが分割式になっており、それぞれのパートにおいては平面度が少なくとも数１０μｍ以下に保証され、前記Ｚ軸調整部がセンサに依ってガラス基板及び保持器の高さ変動にダイヘッドを追従させることを特徴とする請求項１に記載の連続薄膜コーティング装置。
3. 前記基板保持器が、ガラス基板格納後に移動することに依って、保持しているガラス基板の位置決めがなされることを特徴とする請求項１又は２に記載の連続薄膜コーティング装置。
4. 前記基板保持器の形状が、保持しているガラス基板からオフセットした状態で、該ガラス基板を端部から少なくとも数ｍｍ程度カバーしているものであり、該ガラス基板の端部に塗液が塗布されることを防止する形状であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の連続薄膜コーティング装置。
5. 前記基板保持器の形状が、保持しているガラス基板に対して、毛細現象などによる塗液の該ガラス基板端部回り込みを防止する程度の該ガラス基板表面からのオフセット量を有する形状であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の連続薄膜コーティング装置。
6. 前記基板保持器の裏面、すなわち保持しているガラス基板表面に対面する面は、ぬれ性を低下させる表面処理を施したものであることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の連続薄膜コーティング装置。

Images