JP2004154715A

JP2004154715A - 枚葉塗工方法

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Publication number: JP2004154715A
Application number: JP2002324304A
Authority: JP
Inventors: Rikiya Matsumoto; 力也松本; Norio Morii; 紀雄森井; Hiroichi Enomoto; 博一榎本
Original assignee: Hirano Tecseed Co Ltd; Hirano Steel Recycle Co; New STI Technology Inc
Current assignee: Hirano Tecseed Co Ltd; Hirano Steel Recycle Co; New STI Technology Inc
Priority date: 2002-11-07
Filing date: 2002-11-07
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2022-11-07
Also published as: JP4141805B2

Abstract

【課題】キャピラリコータを用いる際に、ノズルの乾燥を防止して清浄度の劣化を防ぐ。
【解決手段】ガラス基板４の下面にノズル６の先端の塗布液を塗布していないガラス基板４の着脱の期間に、スリット６ａの乾燥を防ぐため、一定の時間が経過すると、ノズル６が上昇し、ローラ３２に捨塗りを行う。ガラス基板４が吸着テーブル１０に装着されると、吸着テーブル１０が反転して、ガラス基板４の下面がノズル６に対向するようになり、移動フレーム１４が移動し、塗布が行われる。塗布の終了後、移動フレーム１４が仮想線で示す位置から実線で示す位置まで戻り、ガラス基板４の着脱が可能となるとともに、捨塗りをローラ３２で受けることも可能になる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板材の表面に、枚葉式に塗膜を形成するための枚葉塗工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電子部品工業や光学部品工業では、各種板材の表面に塗膜を形成する工程が多く設けられている。たとえば、液晶表示装置でカラー表示を行うために用いられるカラーフィルタでは、フォトレジストなどの各種薬液をガラス基板上に繰り返し塗布することで生産されており、この意味では、精密塗布技術は最重要な要素技術であるといえる。
【０００３】
このような薬液の塗布装置としては、スピンコータが代表的なものである。スピンコータは、板材を表面に垂直な軸線まわりに高速回転させ、塗布すべき薬液を回転中心付近に滴下し、遠心力と薬液の表面張力とを利用して、薬液の薄膜を精度良く形成することができる利点がある。
【０００４】
これに対して、スリット状のノズルから塗布すべき薬液を精密に押し出し、これを被塗布面上に置くことで、薄膜を直接塗布するダイコータを用いる方法も提案されている。さらに、被塗布面を下方に向けておき、スリット状のノズルを上向きにして、スリット間から薬液を流出させて塗布するキャピラリコータを用いる方法も提案されている（たとえば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−６２３７０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
生産技術や材料の進歩、さらには需要の開拓によって液晶表示装置は年々大画面化しており、これに使用されるカラーフィルタも大型化している。
【０００７】
また、液晶表示素子などの平面素子の製造は、大型基板上に多数の画面を一括形成することが可能であることから、生産性向上、コストダウンの観点からも、生産時に使用する基板の大面積化傾向は今後も継続することが予想されている。
【０００８】
液晶ディスプレイは、レジストや着色材、保護膜といった多数の薬液の塗布やパターン形成を繰り返すことで生産される。従来は、これらの塗膜の形成はスピンコータを要素とする塗布装置が使用されてきたが、スピンコータをこのような大型化した基板への薬液塗布に用いた場合、高価な薬液の９０％以上を飛散する結果となり、コスト的なロスが大きい問題がある。また、塗布する薬液は、通常樹脂や顔料などの固型分を溶剤で溶解・分散しているもので、飛散した薬液に由来する乾燥物が塗膜上に再付着して製品上に欠陥を発生する問題もある。さらに、ガラス基板が大型化した場合、スピンコータのような高速回転を必要とする装置の製造が困難である点も問題となる。このように、スピンコータは、大面積化が著しい液晶表示装置用部材製造に用いる塗布装置としては、限界にあるといえる。
【０００９】
これに対してキャピラリコータでは、ノズルに、毛管作用を生じるような狭いスリットが塗布すべき板材の幅方向に長く延びるように形成されている。塗布液となる各種薬液は、スリット状の隙間を毛管作用と静圧とによって、重力に抗して上昇する。塗布された薬液は、乾燥して固体の膜となる。
【００１０】
液晶表示素子などのガラス基板を用いた生産は、枚葉方式で（１枚ずつ）行う必要があり、塗布すべき板材の装置への装着や、装置からの板材の装置からの脱着工程がある。一方、工場での生産では、ロット切り替えや各種トラブルに伴う数分から数十分の待機時間が発生することは不可避である。コータは断続的に運転されることを前提としなければならない。
【００１１】
一方、ガラス基板に塗布される薬液は、一般に有機溶媒を多量に含んでいる。このため静止状態で、長時間空気に曝された場合、薬液表面から溶剤が揮発することで、粘度増加や、固化し、塗布不良を誘発することが想定される。このような塗布不良の危険は、特に上方に開口を有する長いスリット状のノズルを有するキャピラリコータでは重大な関心である。すなわち、ノズルの清浄度が塗膜の品質、ひいては製品（たとえばカラーフィルタ、液晶表示素子）の品位を決定することから、ノズルの清浄度を常に良好に保つことが要求される。
【００１２】
本発明は、キャピラリコータを用いた枚葉塗工方法に関する。さらに詳細には、キャピラリコータのノズルの清浄度を維持した枚葉塗工方法に関する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、水平な姿勢の板材の下面側に、上向きのスリット状ノズルを配置して、スリット状ノズルから静圧によって塗布液を流出させ、板材とスリット状ノズルとを相対的に移動させて、該下面に塗膜を形成する枚葉塗工方法であって、スリット状ノズルから板材への塗布を行わない時間が予め設定される基準を超えると、該スリット状ノズルから塗布液を流出させることを特徴とする枚葉塗工方法である。
【００１４】
本発明に従えば、枚葉塗工方法では、水平な姿勢の板材の下面側に、上向きのスリット状ノズルを配置して、スリット状ノズルから静圧によって塗布液を流出させ、板材とスリット状ノズルとを相対的に移動させて、下面に塗膜を形成するキャピラリコータを用いる。板材は、１枚ずつ塗布するので、板材の装着や除去を行っている間は、塗布を行うことができない。塗布を行わない間、塗布液はノズルのスリット内に滞留し、時間の経過とともに固まりやすくなるけれども、スリット状ノズルから板材への塗布を行わない時間が予め設定される基準を超えると、スリット状ノズルから塗布液を流出させるので、ノズルの乾燥を防止して清浄度の劣化を防ぐことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、本発明の実施の一形態としての枚葉塗工方法に使用するキャピラリコータ２の概略的な構成を示す。図１は正面視、図２は左側面視してそれぞれ示す。キャピラリコータ２は、ガラス基板４にレジストなどの薬液の塗膜を形成するために使用する。ガラス基板４は、たとえば１１００ｍｍ×１２５０ｍｍ程度の大きさを有し、カラーフィルタ製造工程には、その一表面に０．５〜２μｍの厚みに塗膜を形成する工程を含んでいる。ノズル６は、一定の幅を有するスリット６ａが上方に開口するようにベースフレーム８内に配置され、ガラス基板４の下面にスリット６ａから上昇して流出する薬液を塗布することができる。
【００１６】
薬液を塗布するガラス基板４は、吸着テーブル１０の表面に真空吸着などで保持される。吸着テーブル１０は、軸線が水平な回転軸１２を中心として回転可能であり、吸着面を上向きにする状態でガラス基板４を吸着し、ガラス基板４が下側となるように１８０°回転する。回転軸１２の軸線方向の両端には、移動フレーム１４，１６が設けられ、回転軸１２を支持している。移動フレーム１４，１６は、ベースフレーム８の正面側および背面側にそれぞれ設けられる走行ガイド１８，２０に沿って、図１の左右方向に移動可能である。移動フレーム１４，１６内には、移動のためのリニアモータがそれぞれ設けられており、円滑かつ正確な移動を行うことができる。移動フレーム１４，１６が移動すると、吸着テーブル１０の下面に吸着されているガラス基板４も移動する。ノズル６は、移動するガラス基板４の下面に臨む位置に配置されている。ノズル６には、一定の隙間のスリットが正面側から背面側に延びるように設けられている。ノズル６の全幅は、たとえば前述のガラス基板４を使用することを前提とする場合、１３００ｍｍ程度である。
【００１７】
ノズル６は、昇降機構２２によって昇降変位可能である。ノズル６が上昇すると、移動するガラス基板４の下面に薬液を塗布することができる。ノズル６を下降させると、塗布している薬液を切ることができる。ノズル６に対する薬液の供給は、タンク２４からホース２６を介して行われる。タンク２４は、昇降機構２８によって昇降変位可能である。タンク２４の上方には、タンク２４内の薬液の液面の高さを検知する液面センサ３０が設けられている。タンク２４には、別に設けた薬液タンクから薬液が所定のタイミングで補給される。
【００１８】
本実施形態のキャピラリコータ２には、移動フレーム１４，１６の一方端側に、ローラ３２、ケーシング３４および駆動部３６が設けられる。実線で示すように、移動フレーム１４，１６がベースフレーム８の他方端側に移動しているときに、ガラス基板４の着脱が行われ、その間にローラ３２がノズル６の上方の位置となる。ガラス基板４の着脱の間、ノズル６は待機状態となるけれども、間欠的にローラ３２に対して薬液を吐出す捨塗りを行い、ノズル６の乾燥を防止することができる。このときノズル６から吐出する薬液は、ノズル６を上昇させてロール３２の表面に付着させる。ケーシング３４内には、後述するようなロール３２の清浄化機構が設けられ、ロール３２の表面が清浄な状態でノズル６からの薬液を付着させることができる。ロール３２は、駆動部３６によって回転駆動され、常に清浄な表面がノズル６に臨むようにすることが可能である。
【００１９】
塗布の概要を説明する。まず、塗布基板装着工程では、吸着テーブル１０の吸着面を上向きにして、薬膜形成面を上向きにしたガラス基板４を吸着テーブル１０に装着する。ノズル６は、下方で待機している。ノズル６には、前述のスリット３２が形成され、スリット３２には塗布液である薬液３４が充填されている。吸着テーブル反転工程では、ガラス基板４が装着された吸着テーブル１０を回転軸１２周りに１８０°回転して反転させる。ガラス基板４は、吸着テーブル１０の下側となり、塗膜形成面が下面側となる。
【００２０】
この工程の間、ロール３２がノズル６の上方に位置し、ノズル６からの薬液４０の吐出を受けることができる。
【００２１】
塗布開始位置への移動工程では、ガラス基板４を下方に吸着した吸着テーブル１０を含めて、図１および図２に示す移動フレーム１４，１６が移動し、ガラス基板４で塗布を開始すべき一端がノズル６の直上の位置に達するまで移動する。接液工程では、ノズル６を上昇させ、ガラス基板４の表面とノズル６の先端との間の間隔を、２０〜４０μｍとする。タンク２４は、図２に示す昇降機構２８で上下し、薬液３４の液面の高さをガラス基板４の下面の高さに合わせる。この結果、ノズル６の開口部から、静圧で薬液３４が流れ出し、ガラス基板４の下面に接触し、接液がなされる。
【００２２】
塗布工程では、接液に続いて、１５０〜３００μｍ程度の距離がガラス基板４とノズル６との間に生じるように、ノズル６とタンク２４が下降する。この際、タンク２４内の液面はノズル６の先端の高さとなるように調節される。
【００２３】
次に、吸着テーブル１０の移動が再開される。定常的な塗布速度としては、２〜３ｍ／ｍｉｎ前後が選択されるが、場合によってはこれ以上とすることも可能である。
【００２４】
吸着テーブル１０の移動によって、ノズル６の先端に対してガラス基板４の表面が相対的に移動し、スリット３２を通じて薬液３４がガラス基板４の表面に供給される。定常状態では、極めて安定な供給が実現され、均一な膜厚が得られる。
【００２５】
塗布終了工程では、吸着テーブル１０が逆方向に移動し、吸着テーブル反転ならびに基板アンロード工程では、吸着テーブル１０が回転軸１２まわりに反転して、上側となるガラス基板４の吸着を停止し、薬液の塗布を完了したガラス基板４が取出される。
【００２６】
次のガラス基板４を装着することで、塗布基板装着工程に戻る。この工程ではローラ３２も、吸着テーブル１０とともに移動し、ノズル６の上方の位置に戻って、ノズル６から吐出される薬液４０を受けることが可能な状態となる。
【００２７】
図３は、図１のローラ３２、ケーシング３４および駆動部３６についての構成を示す。ローラ３２は、たとえば直径が３０ｍｍ程度のＥＰＤＭなどのゴム材料で形成される。ローラ３２の回転方向について、ノズル６からの薬液が付着する部分の下流側で、スキージ５０の先端がローラ３２の外周面に当接し、ローラ３２の表面に付着している薬液がかき落される。さらにローラ３２の表面波、洗浄機構５２によって洗浄され、清浄化された表面が一周して再度ノズル６の直上の位置に回ってくる。捨塗りを行うときには、図１の昇降機構２２でノズル６をローラ３２の表面に薬液が塗布可能な位置まで上昇させる。
【００２８】
図４は、捨塗りを行う工程（ａ）と、そのタイミング（ｂ）の一例をそれぞれ示す。塗布終了工程の後、塗布開始位置への移動工程が始まる塗布開始までの間に、ノズル６は待機状態となっており。この間に、タンク２４内への薬液４０の補充などが行われる。図４（ａ）に示すように、捨塗りも、塗布終了と塗布開始との間に行う。
【００２９】
図４（ｂ）に示すように、塗布開始位置への移動と接液の間には、５秒程度の時間を要し、塗布工程では、２０秒程度の時間を要する。また離液工程では、５秒程度の時間を要し、離液後、次の接液までに２０秒程度の時間を要する。
【００３０】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３１】
実施例
ポジ型感光性レジスト（クラリアント社製：ＡＺＴＦＰ−３１０Ｋ）を用い、ヒラノテクシード社製キャピラリコータを用いてガラス基板に連続、塗布試験を行なった。この間、待機中に表１の条件で捨塗りを行なった。
【００３２】
塗布完了後、９０〜１２０度でプリベークし、溶媒を除去した後、ナトリウムランプの反射照明、ならびに透過光を用いた目視観察を行ない、スリット状ノズルの清浄度低下に起因する塗布むらの有無を観察した。
【００３３】
【表１】

【００３４】
本発明は、実施例のようなポジレジスト液４０をガラス基板４に塗布する工程ばかりではなく、カラーレジスト、黒色レジスト、透明保護膜などの薬液を、液状の状態で塗布して形成する工程に同様に適用することができる。また、移動フレーム１４，１６によってガラス基板４が静止しているノズル６に対して移動するけれども、ガラス基板４が静止して、ノズル６の方が移動するようにすることもできる。
【００３５】
また、捨塗りの際に、ゴム製のロール３２を用いているけれども、金属や合成樹脂など、他の材料であってもよい。ゴムなどの軟質の材料を用いれば、ノズル６に接触しても破損させないようにすることができる。また、ロール３２ばかりではなく、連続したシートを接触させて、液を付着させ、液が付着したシートをそのまま巻取って廃棄するようにすることもできる。また、単にノズル６から塗布液を流出させるだけでもよい。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、板材の装着を待つなど塗布を行わない間、スリット状ノズルの吐出口周辺での塗布液の乾燥物付着による塗膜の均一性の悪化を防止することができる。すなわち、塗布を行わない時間が予め設定される基準を超えると、スリット状ノズルから塗布液を流出させ、ノズルの乾燥を防止して清浄度の劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態による塗布に使用するキャピラリコータ２の一部を切り欠いて示す正面図である。
【図２】図１のキャピラリコータ２の左側面図である。
【図３】図１のローラ３２に関連する部分の構成を示す簡略化した正面断面図の一例である。
【図４】図１および図２のキャピラリコータ２で捨塗りを行う工程図、およびタイムチャートの一例である。
【符号の説明】
２キャピラリコータ
４ガラス基板
６ノズル
６ａスリット
１０吸着テーブル
１４，１６移動フレーム
２２，２８昇降機構
２４タンク
３０液面センサ
３２ローラ
４０薬液

Claims

水平な姿勢の板材の下面側に、上向きのスリット状ノズルを配置して、スリット状ノズルから静圧によって塗布液を流出させ、板材とスリット状ノズルとを相対的に移動させて、該下面に塗膜を形成する枚葉塗工方法であって、
スリット状ノズルから板材への塗布を行わない時間が予め設定される基準を超えると、該スリット状ノズルから塗布液を流出させることを特徴とする枚葉塗工方法。