JP2005152716A - スリットコート式塗布装置及びスリットコート式塗布方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 液体の乾燥を防いで塗布不良を防止し、基板に液体を均一な膜厚で塗布することができると共に、液体の無駄な消費を防止してコストを低減することができるスリットコート式塗布装置及びスリットコート式塗布方法を提供する。
【解決手段】 基板１の表面の塗布面１ａに対して、液体２を保持した貯留手段５０からの液体２を塗布ヘッド４０に設けられたスリット状のノズル開口４１から流出させ、基板１と塗布ヘッド４０とを面方向に相対的に移動させることで、基板１に液体２を塗布するスリットコート式塗布装置１０であって、前記貯留手段５０は、前記液体２を気体と共に封止された封止領域５２に保持するものであり、前記貯留手段５０の内部に保持された液体２の液面２ａの高さを検出する液面検出手段５４と、前記液面検出手段５４が検出した前記貯留手段５０内に保持された液体２の液面２ａの高さと前記ノズル開口４１の先端の高さとを相対的に変化させて前記ノズル開口４１から流出される液体２の流量を塗布しながら連続的に制御する制御部６０を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ノズルの先端から液体を供給し、基板の表面に液体を均一に塗布するスリットコート式塗布装置及びスリットコート式塗布方法に関する。

半導体ウェハやガラス基板等の基板の平面にレジスト材料や絶縁材料などの液体を塗布する塗布装置として、ノズルの先端から毛細管現象により液体を流出させて、基板の平面に液体を塗布するスリットコート式塗布装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このようなスリットコート式塗布装置では、基板上、特に円盤形状を有する基板上に液体を塗布する塗布初めや塗布終わりなどで、液体を均一な膜厚で塗布することができず、その後もムラやスジなどが発生してしまうという問題がある。また、基板上に液体を均一な膜厚で塗布できないと、液体の無駄な消費量が多くなってしまい、高コストになってしまうという問題がある。

このため、液体を大気解放するように保持した塗工タンクと、塗工タンク内の液体の液面高さを検出する液面検出センサとを設け、液面検出センサが検出した塗工タンク内の液面の高さに応じて、塗工タンクをノズルに対して上下に移動させることで、基板に塗布される液体の塗布厚の不安定領域の幅を狭くしたスリットコート式塗布装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、特許文献２のスリットコート式塗布装置では、大気解放した塗工タンクを用いているため、塗工タンクに保持された液体が蒸発し、蒸発したことによって液体の動粘度が変化してしまい、液体を均一な膜厚で塗布することができず、液体を無駄に消費してしまうという問題がある。また、大気解放した塗工タンクを用いているため、液体にゴミやホコリなどの異物が混入し易く、異物によって塗工タンクと塗布ヘッドとを接続する供給路が詰まったり、ノズル開口が目詰まりを起こして塗布不良等が生じてしまうという問題がある。

特開平６−３４３９０８号公報（第２〜４頁、第１〜２図） 特開２００３−１１７１号公報（第３〜５頁、第１図）

本発明はこのような事情に鑑み、液体の乾燥を防いで塗布不良を防止し、基板に液体を均一な膜厚で塗布することができると共に、液体の無駄な消費を防止してコストを低減することができるスリットコート式塗布装置及びスリットコート式塗布方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、基板の表面の塗布面に対して、液体を保持した貯留手段からの液体を塗布ヘッドに設けられたスリット状のノズル開口から流出させ、前記基板と前記塗布ヘッドとを面方向に相対的に移動させることで、前記基板に液体を塗布するスリットコート式塗布装置であって、前記貯留手段は、前記液体を気体と共に封止された封止領域に保持するものであり、前記貯留手段の内部に保持された液体の液面高さを検出する液面検出手段と、前記液面検出手段が検出した前記貯留手段内に保持された液体の液面高さと前記ノズル開口の先端の高さとを相対的に変化させて前記ノズル開口から流出される液体の流量を塗布しながら連続的に制御する制御部とを具備することを特徴とするスリットコート式塗布装置にある。
かかる第１の態様では、液体を貯留手段の封止領域に保持することで、液体の蒸発を防ぎ、液体の動粘度を変化させずに基板に塗布される液体の膜厚の制御を高精度に行うことができる。また、蒸発、塗布した膜厚のバラツキ及び無駄な領域での消費を防止して、液体の無駄な消費を防止してコストを低減することができる。また、液体に異物が混入することなく、塗布不良や供給不良等を防止することができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記貯留手段には、前記封止領域の気体の圧力を検出する圧力検出手段が設けられていることを特徴とするスリットコート式塗布装置にある。
かかる第２の態様では、貯留手段内の液体の液面の高さが変化することによって、液体と共に保持された封止領域の気体の圧力が変化しても、検出した気体の圧力に基づいて液面高さとノズル開口の先端との高さとを相対的に変化させることで、ノズル開口から流出される流量の制御を高精度に行うことができる。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記貯留手段には、前記封止領域の気体の圧力を調整する圧力調整手段が設けられていることを特徴とするスリットコート式塗布装置にある。
かかる第３の態様では、圧力調整手段によって封止領域の圧力を調整することによって、ノズル開口から液体が流出し易くすると共に、流量の制御を高精度に行うことができる。

本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記圧力調整手段が、前記封止領域を外部と連通する微細通路を封止するバルブと、バルブを調整して外部との連通状態を調整する調整手段とを具備することを特徴とするスリットコート式塗布装置にある。
かかる第４の態様では、バルブを調整して外部との連通状態を調整することで、液面の変化に対するノズル開口からの液体の流量の変化を急激に変化させることなく、液体を基板に均一な膜厚で塗布することができる。

本発明の第５の態様は、第３の態様において、前記圧力調整手段が、前記封止領域に対して気体の導入又は排気を行うポンプとこのポンプを制御して前記封止領域内を加圧又は減圧するポンプ制御手段とを具備することを特徴とするスリットコート式塗布装置にある。
かかる第５の態様では、ポンプによって封止領域の圧力を調整することで、ノズル開口から液体が流出し易くすると共に、流量の制御を高精度に行うことができる。

本発明の第６の態様は、第２〜５の何れかの態様において、前記制御部が、前記圧力検出手段が検出した前記封止領域の気体の圧力と、前記液面検出手段が検出した前記貯留手段内の液面高さと、前記ノズル開口の先端の高さとに基づいて、前記ノズル開口の先端の高さに対する前記貯留手段内の液面高さを相対的に変化させることを特徴とするスリットコート式塗布装置にある。
かかる第６の態様では、ノズル開口からの液体の流量の制御を高精度に行うことができる。

本発明の第７の態様は、第３〜６の何れかの態様において、前記制御部が、前記ノズル開口の先端の高さに対する前記貯留手段内の液面高さを相対的に変化させると共に、前記圧力調整手段を制御して前記封止領域の気体の圧力を調整して、前記ノズル開口から流出される液体の流量を塗布しながら連続的に制御することを特徴とするスリットコート式塗布装置にある。
かかる第７の態様では、ノズル開口から液体が流出し易くすると共に、流量の制御を高精度に行うことができる。

本発明の第８の態様は、第１〜７の何れかの態様において、前記塗布ヘッドが、前記貯留手段内に液体に浸漬するように保持されていることを特徴とするスリットコート式塗布装置にある。
かかる第８の態様では、貯留手段と塗布ヘッドとの距離を短くすることができ、貯留手段内の液体の液面高さの調整によるノズル開口からの液体の流量の変化を直ちに行わせることができる。

本発明の第９の態様は、第１〜７の何れかの態様において、前記塗布ヘッドと前記貯留手段とが前記基板の面方向に並設されていることを特徴とするスリットコート式塗布装置にある。
かかる第９の態様では、塗布ヘッドと貯留手段とを並設することで、貯留手段を複雑な形状で形成する必要がなく、製造コストを低減することができる。

本発明の第１０の態様は、第９の態様において、前記ノズル開口と前記貯留手段との前記基板の面方向の距離が１０ｃｍ以内であることを特徴とするスリットコート式塗布装置にある。
かかる第１０の態様では、塗布ヘッドと貯留手段とを１０ｃｍ以内に設けることで、貯留手段内の液体の液面高さの調整によるノズル開口からの液体の流量の変化を直ちに行わせることができる。

本発明の第１１の態様は、第１〜１０の何れかの態様において、前記貯留手段を鉛直方向に移動自在に保持する液面調整手段が設けられていると共に、前記制御部が、前記液面調整手段を制御することで、前記ノズル開口の先端の高さに対する前記貯留手段内の液体の液面高さを相対的に変化させることを特徴とするスリットコート式塗布装置にある。
かかる第１１の態様では、液面調整手段によってノズル開口の先端の高さに対する貯留手段内の液体の液面高さを容易に調整することができる。

本発明の第１２の態様は、第１〜１１の何れかの態様において、前記貯留手段と前記塗布ヘッドとの間には、前記塗布ヘッドに供給する液体の動粘度を検出する動粘度検出手段を具備し、前記制御部が前記動粘度検出手段の検出した液体の動粘度に基づいて、前記ノズル開口の先端の高さに対する前記貯留部内の液体の液面高さを相対的に変化させることを特徴とするスリットコート式塗布装置にある。
かかる第１２の態様では、液体の動粘度が変化したり、他の液体を用いた場合にも、ノズル開口からの液体の流量を容易に制御することができる。

本発明の第１３の態様は、第１〜１２の何れかの態様において、前記貯留手段内に保持された液体の液面の面積と、前記ノズル開口の開口面積が同等であることを特徴とするスリットコート式塗布装置にある。
かかる第１３の態様では、貯留手段内の液体の液面高さを調整した際のノズル開口からの液体の流量の変化を適宜行わせることができる。

本発明の第１４の態様は、液体を保持した貯留手段からの液体を塗布ヘッドに設けられたスリット状のノズル開口から鉛直方向上向きに流出させ、基板の表面の塗布面を鉛直方向下向きとして、当該基板と前記塗布ヘッドとを面方向に相対的に移動させることで、前記基板に液体を塗布するスリットコート式塗布方法であって、前記貯留手段が、前記液体を気体と共に封止された封止領域に保持するものであり、前記貯留手段内に保持された液体の液面高さを検出すると共に、検出した液面高さと、前記ノズル開口の先端の高さとを相対的に変化させて前記ノズル開口から流出させる液体の流量を塗布しながら連続的に制御することを特徴とするスリットコート式塗布方法にある。
かかる第１４の態様では、液体を貯留手段の封止領域に保持することで、液体の蒸発を防ぎ、液体の動粘度を変化させずに基板に塗布される液体の膜厚の制御を高精度に行うことができる。また、蒸発、塗布した膜厚のバラツキ及び無駄な領域での消費を防止して、液体の無駄な消費を防止してコストを低減することができる。また、液体に異物が混入することなく、塗布不良や供給不良等を防止することができる。

本発明の第１５の態様は、第１４の態様において、前記封止領域内の気体を加圧した後に、前記基板に液体を塗布することを特徴とするスリットコート式塗布方法にある。
かかる第１５の態様では、封止領域内の気体を加圧することで、ノズル開口から液体を流出し易くすることができ、塗布により液体が消耗されても気体が負圧になることがない。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るスリットコート式塗布装置の概略構成を示す図であり、図２は、スリットコート式塗布装置の制御を示すブロック図である。図１に示すように、スリットコート式塗布装置１０は、シリコンウェハ、半導体基板等の基板１が保持される保持テーブル２０と、保持テーブル２０の基板１側に鉛直方向に移動自在に設けられた装置本体３０と、後述するノズル開口からの液体２の流量を制御する制御部６０とを具備する。

保持テーブル２０は、鉛直方向下側の面に、基板１の表面の液体２が塗布される塗布面１ａが鉛直方向下向きとなるように保持している。この保持テーブル２０による基板１の保持方法は、特に限定されず、例えば、真空ポンプによる真空吸引等が挙げられる。また、保持テーブル２０は、例えば、図示しない駆動モータ等のテーブル駆動手段によって基板１の塗布面１ａの面方向に位置決め移動自在に設けられている。
また、保持テーブル２０が保持した基板１の塗布面１ａ側には、装置本体３０が図示しない駆動モータ、電磁石、圧力ポンプ等の駆動手段によって鉛直方向に位置決め移動自在に設けられている。また、装置本体３０には、基板１の塗布面１ａに液体２を塗布する塗布ヘッド４０と、塗布ヘッド４０に供給する液体２を保持する貯留手段５０とが設けられている。

塗布ヘッド４０は、装置本体３０に固定されており、基板１の塗布面１ａに相対向する位置に貯留手段５０から供給された液体２が毛細管現象によって流出されるスリット状のノズル開口４１が鉛直方向上向きに設けられている。また、塗布ヘッド４０内には、液体溜まり部４２が設けられており、この液体溜まり部４２によって液体２をノズル開口４１に亘って均一に流出させている。このような塗布ヘッド４０では、液体溜まり部４２内に液体２が充填されると、液体溜まり部４２内に充填された液体２が毛細管現象によってノズル開口４１まで上昇するようになっている。このような塗布ヘッド４０の先端と基板１の塗布面１ａとの間隔ｍは、液体２の動粘度や基板１への濡れ性などによって適宜調整される。

貯留手段５０は、塗布ヘッド４０と供給管５１を介して接続され、内部に液体２を保持する封止領域５２が設けられている。そして、この封止領域５２に液体２を所定量保持させることで、保持された液体２の上部側に気体が保持された気体溜まり部５３が設けられている。本実施形態では、封止領域５２を密封し、気体溜まり部５３内の気体が大気解放されないようにした。

なお、気体溜まり部５３に保持される気体は、例えば、空気や、不活性ガス又は窒素ガス等を挙げることができる。また、気体溜まり部５３内の気体は、予め大気圧よりも加圧されて保持されている。これは、例えば、気体溜まり部５３内に気体が大気圧で保持されていると、液体２を消費することで液面２ａが下降した際に、気体溜まり部５３の容積が大きくなることによって気体溜まり部５３が負圧になってしまい、ノズル開口４１から液体２を流出させることができなくなってしまうからである。

また、貯留手段５０は、液面調整手段５４によって鉛直方向に位置決め移動自在に保持されている。液面調整手段５４は、貯留手段５０を保持するアーム５４ａを具備し、アーム５４ａを上下方向に位置決め移動するものであり、その駆動手段は特に限定されず、例えば、駆動モータ、オイル等を送る圧力ポンプ、電磁石等が挙げられる。なお、液面調整手段５４は、装置本体３０に固定されており、貯留手段５０を装置本体３０に対して鉛直方向に移動させる。

また、貯留手段５０の気体溜まり部５３内には、気体溜まり部５３内に保持された気体の圧力を検出する圧力検出手段５５が設けられている。この圧力検出手段５５としては、例えば、静電容量式気圧センサなどを挙げることができる。また、圧力検出手段５５が検出した気体溜まり部５３内の気体の圧力は、詳しくは後述する制御部６０に送られる。なお、図示しないが、貯留手段５０内に液体を適宜補充できるように、補充手段を設けるようにしてもよい。補充手段としては、例えば、貯留手段５０に連通して液体２を保持した補充タンクと、補充タンクからの液体を貯留手段５０に送る補充ポンプとを挙げることができる。

また、装置本体３０には、貯留手段５０の内部に保持された液体２の液面２ａの高さを検出する液面検出手段５６が設けられている。本実施形態では、液面検出手段５６は、レーザ光を液面２ａに向かって照射することにより非接触式で液面を検出する液面検出センサ５７と、一端が装置本体３０に固定され、他端が液面検出センサ５７を液面２ａに相対向する位置に保持するアーム部５８とで構成されている。このような液面検出手段５６が検出した貯留手段５０内の液面２ａの高さは、詳しくは後述する制御部６０に送られる。なお、本実施形態では、液面検出手段５６が、貯留手段５０の外側からレーザ光を照射して液面２ａを検出するため、貯留手段５０の少なくとも液面検出センサ５７に対向する面がレーザ光に対して透過性を有する材料で形成されている。

また、貯留手段５０と塗布ヘッド４０とを接続する供給管５１は、例えば、ゴムチューブ等のフレキシブルな材料で形成されている。この供給管５１には、貯留手段５０から塗布ヘッド４０に供給される液体２の動粘度を検出する動粘度検出手段５９が設けられている。そして、動粘度検出手段５９が検出した液体２の動粘度は、詳しくは後述する制御部６０に送られる。

制御部６０は、図２に示すように、液面検出手段５６が検出した貯留手段５０内の装置本体３０に対する液面２ａの高さから、貯留手段５０内の液面２ａとノズル開口４１の先端との水頭値ｈを取得する。そして、制御部６０は、取得した水頭値ｈと、動粘度検出手段５９が検出した液体２の動粘度と、圧力検出手段５５が検出した気体溜まり部５３内の気体の圧力とから、塗布ヘッド４０のノズル開口４１から流出される液体２が基板１の塗布面１ａに均一な膜厚で塗布される流量となるように、液面調整手段５４を制御することで、液面調整手段５４がノズル開口４１の先端に対する貯留手段５０内の液面２ａの高さを変更する。このときの制御部６０による液面２ａの高さの変更は、詳しくは後述するが、基板１の塗布面１ａに液体２を塗布しながら連続的に行われる。また、制御部６０が制御する流量は、保持テーブル２０を移動する移動速度によって塗布される液体２の膜厚が変わるため、保持テーブル２０の移動速度に応じて適宜決定される。このため、制御部６０がテーブル駆動手段の基板１の送り速度を取得するようにしてもよい。

ここで、液面検出手段５６は装置本体３０に固定されているため、液面検出手段５６が検出する貯留手段５０内の液面２ａの高さは、装置本体３０に対する高さとなる。また、液面調整手段５４は装置本体３０に固定されているため、液面調整手段５４が貯留手段５０を鉛直方向に移動すると、貯留手段５０は装置本体３０に対して鉛直方向に移動することになる。すなわち、液面検出手段５６が検出する液面２ａの高さ及び液面調整手段５４が調整する液面２ａの高さは、装置本体３０に対する高さとなる。そして、装置本体３０には、塗布ヘッド４０が固定されているため、液面検出手段５６が検出した液面２ａの高さは、ノズル開口４１の先端の高さに対する液面２ａの高さに変換することができる。また、液面調整手段５４は、貯留手段５０の液面２ａの高さをノズル開口４１の先端を基準として調整することができる。

このように、制御部６０は、液面調整手段５４を制御して貯留手段５０を鉛直方向に移動することで、貯留手段５０内の液面２ａをノズル開口４１の先端に対して調整して、液面２ａと塗布ヘッド４０のノズル開口４１の先端との水頭値ｈを変化させることができる。これにより、制御部６０は、塗布ヘッド４０のノズル開口４１から流出する液体２の流量を制御して、基板１の塗布面１ａに液体を均一な膜厚となるように塗布することができる。

また、貯留手段５０内の液体２を塗布ヘッド４０によって基板１の塗布面１ａに塗布し、液体２が消費されると、貯留手段５０に対して内部の液体２の液面２ａが下降し、貯留手段５０の気体溜まり部５３の体積が増大することによって気体溜まり部５３内の気体が減圧される。これにより、塗布ヘッド４０のノズル開口４１から毛細管現象によって流出される液体２の流量が減少してしまう。このため、本実施形態では、圧力検出手段５５が気体溜まり部５３内の気体の圧力を検出し、検出した気体の圧力に基づいて制御部６０が液面調整手段５４による貯留手段５０の液面２ａの高さを補正することで、流量が一定となるようにしている。

さらに、制御部６０は、動粘度検出手段５９が検出した貯留手段５０から塗布ヘッド４０に供給される液体２の動粘度に応じて、ノズル開口４１の先端に対する液面２ａの高さを補正している。すなわち、貯留手段５０に保持された液体２を入れ替えたり、貯留手段５０に新たな液体２を補充したり、時間が経過することでノズル開口４１から液体２が蒸発したりすることで、液体２の動粘度が変化したとしても、動粘度検出手段５９が塗布ヘッド４０に供給する液体２の動粘度を検出し、検出した液体２の動粘度に基づいて制御部６０が液面調整手段５４による貯留手段５０の液面２ａの高さを補正することで、液体２の動粘度に適した流量で塗布が行われるようにしている。

なお、制御部６０に装置本体３０を鉛直方向に移動させる図示しない駆動手段の制御を行わせるようにしてもよい。これにより、制御部６０が、動粘度検出手段５９が検出した液体２の動粘度及び圧力検出手段５５が検出した気体溜まり部５３内の気体の圧力等に応じて、保持テーブル２０とノズル開口４１の先端との間隔ｍを調整して、液体２の動粘度などの液体特性に応じた間隔ｍの調整を行わせることができる。また、同様に、制御部６０に保持テーブル２０を基板１の塗布面１ａの面方向に移動するテーブル駆動手段２１の制御を行わせるようにしてもよい。これにより、基板１の送り速度に応じた流量の制御を行わせることができ、均一な膜厚を塗布させることができる。

また、装置本体３０に設けられた塗布ヘッド４０と貯留手段５０とは、基板１の塗布面１ａの面方向で例えば、１０ｃｍ以内に近接して設けられているのが好ましい。これは、例えば、塗布ヘッド４０と貯留手段５０とが離れて設けられていると、貯留手段５０の液面２ａの高さを調整しても、ノズル開口４１の先端の液体２に影響を与えるのにタイムラグが発生してしまうからである。

さらに、貯留手段５０の液面２ａの面積と、ノズル開口４１の開口面積とは略同一とするのが好ましい。これは、例えば、ノズル開口４１の開口面積よりも貯留手段５０の液面２ａの面積が大きいと、微少な液面２ａの高さの調整であっても、ノズル開口４１の液体２の高さが大きく変化し、流量の微少な調整ができないからである。また、逆にノズル開口４１の開口面積よりも貯留手段５０の液面２ａの面積が小さいと、ノズル開口４１の液体２の高さを変化させる際に、貯留手段５０の液面２ａの高さを大きく調整しなくてはならないためである。

ここで、上述したスリットコート式塗布装置１０を用いたスリットコート式塗布方法について説明する。なお、図３〜図６は、スリットコート式塗布方法を示す要部断面図である。スリットコート式塗布装置１０は、塗布を行わない待機状態では、図３（ａ）に示すように、装置本体３０が保持テーブル２０から離れた位置で位置決めされる。この待機状態では、ノズル開口４１の先端から毛細管現象により液体２が流出しないように、液体２の液面が塗布ヘッド４０内となるように液面調整手段５４が貯留手段５０を鉛直方向下側に移動した状態で保持している。このときの貯留手段５０内の液体２の液面２ａと、ノズル開口４１の先端との水頭値ｈ_１は、圧力検出手段５５が検出した気体溜まり部５３内の気体の圧力、液面検出手段５６が検出した液面２ａの高さ及び動粘度検出手段５９が検出した液体２の動粘度に基づいて適宜行われる。

次に、図３（ｂ）に示すように、図示しない駆動手段が装置本体３０を保持テーブル２０側に移動することで、待機状態のノズル開口４１の先端と基板１との間隔を、塗布状態の間隔ｍ_１とする。次に、図４（ａ）に示すように、制御部６０が液面検出手段５６の検出した液面２ａの高さ、動粘度検出手段５９が検出した液体２の動粘度及び圧力検出手段５５が検出した気体溜まり部５３の気体の圧力に基づいて、液面調整手段５４を制御することで、貯留手段５０を鉛直方向上側に移動してノズル開口４１の先端から液体２を所定量突出させる。このときのノズル開口４１の先端と貯留手段５０内の液体２の液面２ａとの水頭値をｈ_２とする。

次に、図４（ｂ）に示すように、図示しないテーブル駆動手段によって保持テーブル２０を基板１の塗布面１ａの面方向に移動することで、塗布面１ａに液体２を塗布する。そして、塗布を続けると、図５（ａ）に示すように、液体２が消費されることによって、貯留手段５０内の液体２の液面２ａが下降し、ノズル開口４１の先端と液面２ａとの水頭値がｈ_３となり、気体溜まり部５３内の気体が減圧される。

このように下降した液面２ａは、液面検出手段５６が塗布しながら連続的に検出すると共に、圧力検出手段５５が気体溜まり部５３内の気体の圧力を塗布しながら連続的に検出し、図５（ｂ）に示すように、検出した液面２ａのノズル開口４１の先端に対する高さ、動粘度検出手段５９が検出した液体２の動粘度及び圧力検出手段５５が検出した気体溜まり部５３内の気体の圧力とに基づいて、制御部６０が液面調整手段５４を制御することで、ノズル開口４１の先端から流出される液体の流量を一定となるようにする。このときの貯留手段５０内の液面２ａとノズル開口４１の先端との水頭値はｈ_４となる。

次に、図６に示すように、液体２の基板１への塗布が終了すると、図示しない駆動手段が装置本体３０を下降させて待機状態とする。また、同時に、制御部６０が液面検出手段５６が検出した液面２ａとノズル開口４１の先端との水頭値をｈ_４よりも大きな水頭値ｈ_５として、ノズル開口４１の先端から液体２が流出されない待機状態とする。

このように本実施形態では、密封した貯留手段５０を用いることにより、液体２に異物が混入して発生する塗布不良や液体２の供給不良を防止することができる。また、密封した貯留手段５０を用いることにより、液体２の乾燥を防いで、液体の無駄な消費を防止することができる。また、液面検出手段５６が検出した貯留手段５０内の液体２の液面２ａと、圧力検出手段５５が検出した気体溜まり部５３内の気体の圧力と、動粘度検出手段５９が検出した液体２の動粘度とに応じて、貯留手段５０を鉛直方向に移動することで、密封した貯留手段５０を用いても、ノズル開口４１の先端から流出する液体２の流量の高精度な制御を行うことができ、容易に基板１に均一な膜厚で液体２を塗布することができる。

（実施形態２）
図７は、本発明の実施形態２に係るスリットコート式塗布装置の概略断面図である。なお、上述した実施形態１と同様の部材には、同一の符号を付して重複する説明は省略する。図７に示すように、スリットコート式塗布装置１０Ａは、保持テーブル２０、装置本体３０Ａ、制御部６０とを具備し、装置本体３０Ａには、液体２を塗布する塗布ヘッド４０と、液体２を気体と共に封止した状態で保持する貯留手段５０Ａとが供給管５１を介して接続されて保持されている。

貯留手段５０Ａは、気体と共に液体２を封止した封止領域５２に保持するものであり、貯留手段５０Ａには、気体溜まり部５３内の気体の圧力を調整する圧力調整手段として、気体溜まり部５３と外部とを連通する微細通路８０と、微細通路８０を封止して連通状態を調整するバルブ８１とが設けられている。このバルブ８１が微細通路８０の外部との連通状態、すなわち、外部に連通する開口面積を調整することによって、気体溜まり部５３内の気体が大気圧まで変化する時間、すなわち変化率を調整することができる。

そして、バルブ８１が気体溜まり部５３の気体を大気圧まで変化する変化率を調整することによって、液面調整手段５４が貯留手段５０Ａを移動することでノズル開口４１の先端に対する液面２ａの高さが急激に変化したとしても、気体溜まり部５３内の気体の圧力を徐々に大気圧まで変化させることができ、ノズル開口４１からの液体２の流量が急激に変化するのを防止している。これは、例えば、微細通路８０の開口面積が大きいと、液面２ａの高さを調整した際に、気体溜まり部５３内の気体の圧力は、直ちに大気圧となってしてしまう。このようにノズル開口４１の液体２の液面を押す大気圧と、貯留手段５０内の液体２の液面２ａを押す大気圧とが平衡すると、貯留手段５０内の液体２の液面２ａの高さの変化によって、直ちにノズル開口４１から流出する流量に影響を及ぼし、液体２に進行波が生じて液体２を均一な膜厚で塗布できない。このため、バルブ８１が気体溜まり部５３と外部とを連通する微細通路８０の開口面積を調整することによって、貯留手段５０の液面２ａを短時間で急激に変化させても、ノズル開口４１からの流量を時間をかけて徐々に変化させ、液体２に進行波が生じるのを防止して、液体２を均一な膜厚で塗布することができる。

なお、バルブ８１による微細通路８０の開口面積の調整は、図示しない調整手段によって行うことができる。この調整手段としては、手動により調整するもの、動力により調整するもの等が挙げられる。調整手段として、動力を用いた場合には、制御部６０に調整手段を制御させるようにしてもよい。例えば、制御部６０が圧力検出手段５５が検出した圧力に基づいて調整手段を制御してもよく、制御部６０が、液面検出手段５６が検出した液面２ａの高さと、動粘度検出手段５９が検出した動粘度と、圧力検出手段５５が検出した気体の圧力とに基づいて制御するようにしてもよい。

（実施形態３）
図８は、本発明の実施形態３に係るスリットコート式塗布装置の概略断面図である。なお、上述した実施形態１及び２と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。図８に示すように、スリットコート式塗布装置１０Ｂは、保持テーブル２０、装置本体３０Ｂ、制御部６０とを具備し、装置本体３０Ｂには、液体２を塗布する塗布ヘッド４０と、液体を気体と共に封止した状態で保持する貯留手段５０Ｂとが供給管５１を介して接続されて保持されている。

貯留手段５０Ｂは、気体と共に液体２を封止した封止領域５２に保持するものであり、貯留手段５０Ｂには、気体溜まり部５３に気体を導入又は排気することにより、気体溜まり部５３内の圧力を調整する圧力調整手段として、気体溜まり部５３に送風管８２を介して接続された送風ポンプ等のポンプ８３が設けられている。そして、このポンプ８３が気体溜まり部５３内に気体を導入することで、気体溜まり部５３内の気体の圧力を調整している。

また、このようなポンプ８３は、図示しないポンプ制御手段によって制御されている。例えば、ポンプ制御手段は、圧力検出手段５５が検出した気体溜まり部５３の気体の圧力に基づいて、気体溜まり部５３内の気体の圧力が常に一定となるようにポンプ８３を制御してもよく、この場合、制御部６０は、圧力検出手段５５が検出した圧力に基づいて液面２ａのノズル開口４１に対する高さを制御する必要がなく、液面２ａの高さと動粘度とに基づいて液面調整手段５４を制御するようにすればよい。

また、例えば、貯留手段５０Ｂに圧力検出手段５５を設けずに、液面検出手段５６が検出した貯留手段５０内の液面２ａの高さと、液面調整手段５４が移動した貯留手段５０Ｂの鉛直方向の位置とに基づいて、液面２ａが貯留手段５０Ｂに対して下降した量、すなわち、気体溜まり部５３の容積変化量を算出し、算出した容積変化量による気体の減圧に応じて制御部６０がポンプ制御手段を制御するようにしてもよい。

（実施形態４）
図９は、本発明の実施形態４に係るスリットコート式塗布装置の概略断面図である。なお、上述した実施形態１〜３と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。図９に示すように、スリットコート式塗布装置１０Ｃは、保持テーブル２０と、保持テーブル２０の鉛直方向下側に固定された装置本体３０Ｃと、制御部６０Ａとを具備し、装置本体３０Ｃには、貯留手段５０Ｃと、貯留手段５０Ｃ内の液体２に塗布ヘッド４０Ａが浸漬されるように設けられている。

貯留手段５０Ｃは、中央部に塗布ヘッド４０Ａを鉛直方向に移動自在に保持する保持孔６５が設けられている。このような貯留手段５０Ｃは、液体２を気体と共に封止された封止領域５２に保持するものであり、液体２を所定量保持することによって上部側に気体溜まり部５３が設けられている。また、気体溜まり部５３には、圧力検出手段５５が設けられている。このような貯留手段５０Ｃは、装置本体３０Ｃに固定された液面調整手段５４によって鉛直方向に位置決め移動自在に保持されている。

また、塗布ヘッド４０Ａは、装置本体３０Ｃに固定されたヘッド駆動手段９０によって鉛直方向に位置決め移動自在に保持されている。ヘッド駆動手段９０は、塗布ヘッド４０Ａを保持するヘッド用アーム９１を具備し、ヘッド用アーム９１を上下方向に移動して位置決めするものであり、そのヘッド駆動手段９０は、特に限定されず、例えば、駆動モータ、オイル等を送る圧力ポンプ、電磁石等が挙げられる。このようなヘッド駆動手段９０によって、塗布ヘッド４０Ａのノズル開口４１の先端と基板１の塗布面１ａとの間隔ｍが適宜調整されるようになっている。また、図示しないが、ヘッド駆動手段９０には、ヘッド用アーム９１の位置を検出するリニアエンコーダ等のヘッド位置検出手段が設けられており、ヘッド位置検出手段が検出した塗布ヘッド４０Ａの鉛直方向の高さは、制御部６０Ａに送られる。

また、制御部６０Ａは、装置本体３０Ｃに固定された液面検出手段５６によって検出した貯留手段５０Ｃ内の液体２の液面２ａの高さと、ヘッド駆動手段９０に設けられたヘッド位置検出手段からの塗布ヘッド４０Ａの高さとに基づいて、ノズル開口４１の先端を基準とした貯留手段５０Ｃの液面２ａの高さを算出する。そして算出したノズル開口４１の先端に対する液面２ａの高さと、圧力検出手段５５が検出した空気溜まり部５３内の気体の圧力とに基づいて、液面調整手段５４を制御することで貯留手段５０Ｃの液面２ａの高さを調整し、ノズル開口４１からの液体の流量を制御する。

このように、本実施形態では、貯留手段５０Ｃ内の液体２に浸漬するように塗布ヘッド４０Ａを設けることで、貯留手段５０Ｃと塗布ヘッド４０Ａとの距離を短くして、液面２ａの高さの調整による流量の制御を迅速に行うことができる。

（実施形態５）
図１０は、本発明の実施形態５に係るスリットコート式塗布装置の概略断面図である。なお、上述した実施形態１〜４と同一の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。図１０に示すように、スリットコート式塗布装置１０Ｄは、塗布面１ａが鉛直方向上向きとなるように保持する保持テーブル２０Ａと、保持テーブル２０Ａが保持した基板１の塗布面１ａに相対向する位置に鉛直方向に位置決め移動自在に保持された装置本体３０Ｄと、塗布を制御する制御部６０とを具備する。また、装置本体３０Ｄは、基板１の塗布面１ａに相対向する位置に鉛直方向下向きとなるようにノズル開口４１が設けられた塗布ヘッド４０Ｂと、鉛直方向に位置決め移動自在に保持された貯留手段５０とを具備する。

貯留手段５０は、塗布ヘッド４０Ｂと供給管５１を介して接続され、内部に液体２を保持する封止領域５２が設けられている。本実施形態では、上述した実施形態１と同様に、封止領域５２を密封し、気体溜まり部５３内の気体が大気解放されないようにした。また、貯留手段５０は、液面調整手段５４によって装置本体３０Ｄに対して鉛直方向に位置決め自在に保持されている。さらに、空気溜まり部５３内には、気体の圧力を検出する圧力検出手段５５が設けられている。また、装置本体３０Ｄには、貯留手段５０内の液体２の液面２ａの高さを検出する液面検出手段５６が設けられている。

このようなスリットコート式塗布装置１０Ｄでは、制御部６０が、液面検出手段５６が検出した貯留手段５０内の液体２の液面２ａの高さから、貯留手段の液面２ａとノズル開口４１の先端との水頭値ｈを取得する。そして、制御部は、取得した水頭値ｈと、動粘度検出手段５９が検出した液体２の動粘度と、圧力検出手段５５が検出した気体溜まり部５３内の気体の圧力とから、塗布ヘッド４０Ｂのノズル開口４１から流出される液体２が基板１の塗布面１ａに均一な膜厚で塗布される流量となるように、液面調整手段５４を制御する。

このように、ノズル開口４１が鉛直方向下向きに設けられたとしても、液面２ａと塗布ヘッド４０Ｂの液体溜まり部４２の相対位置を調整することにより、液体溜まり部４２に液体２を導入すれば、毛細管現象とノズル開口４１の先端での液体２の表面張力とにより、ノズル開口４１の先端で液体２が盛り上がるだけで、流出することはない。しかしながら、従来では、液体溜まり部４２の液体２の自重等により、ノズル開口４１から流出する液体２の流量の制御、すなわち、液体２の膜厚の制御を高精度に行うのが困難で、基板１に液体２が厚く塗布されてしまう。しかしながら、本実施形態のスリットコート式塗布装置１０Ｄでは、貯留手段５０が密封された封止領域５２に液体２を保持しているため、気体溜まり部５３内の気体の圧力を設定しておくことで、ノズル開口４１から流出する液体２の流量の制御を容易に高精度に行うことができる。これにより、基板１の塗布面１ａに薄い塗布膜を均一の膜厚で塗布することができる。
なお、本実施形態では、上述した実施形態１の変形例を示したが、勿論、上述した実施形態２〜４のスリットコート式塗布装置１０〜１０Ｃについても同様に、ノズル開口４１を鉛直方向下向きとなるように配置して、塗布を行わせるようにしてもよい。

（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１〜５では、液面検出手段５６として、塗布ヘッド４０〜４０Ｂ及び貯留手段５０〜５０Ｄを有する装置本体３０〜３０Ｃに固定されて、レーザ光の照射により非接触式で液面を検出する液面検出センサ５７とアーム５８とを設けるようにしたが、これに限定されず、たとえば、液面検出手段として、貯留手段５０〜５０Ｃ内に検出電極を設け、導通位置により直接液体２の液面２ａを検出するようにしてもよい。この場合、液面検出手段が検出した液面２ａは、貯留手段５０〜５０Ｃに対する液体２の液面２ａの高さとなるため、貯留手段５０〜５０Ｃを鉛直方向に移動する液面調整手段５４に、貯留手段５０〜５０Ｃの鉛直方向の高さを検出する貯留位置検出手段を設ける必要がある。この貯留位置検出手段としては、特に限定されず、例えば、アーム５４ａの位置を検出できるリニアエンコーダ等が挙げられる。すなわち、リニアエンコーダからなる貯留位置検出手段が貯留手段５０〜５０Ｃの位置を検出し、検出した貯留手段５０〜５０Ｃの鉛直方向の位置と、液面検出手段５４が検出した貯留手段５０〜５０Ｃに対する液面２ａの高さとから、ノズル開口４１の先端を基準とした貯留手段５０〜５０Ｃ内の液体２の液面２ａの高さを算出するようにすればよい。

また、上述した実施形態１〜３及び５では、駆動手段が装置本体３０〜３０Ｂ及び３０Ｄを鉛直方向に移動することで、塗布ヘッド４１の先端と基板１の塗布面１ａとの間隔ｍを調整するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、装置本体３０〜３０Ｂ及び３０Ｄが基板１に対して所定位置に固定されていてもよい。すなわち、ノズル開口４１の先端と基板１の塗布面１ａとの間隔ｍが常に塗布状態の間隔となるようにして、液面調整手段５４が貯留手段５０〜５０Ｂ内の液面２ａの高さを調整することで、塗布状態又は待機状態とするようにしてもよい。勿論、装置本体３０〜３０Ｂ及び３０Ｄを固定し、保持テーブル２０をノズル開口４１に接近離反可能となるように鉛直方向に移動自在に設けるようにしてもよい。

さらに、上述した実施形態１〜５では、液面調整手段５４が貯留手段５０〜５０Ｃを鉛直方向に位置決め移動することで、ノズル開口４１の先端と貯留手段５０〜５０Ｃ内の液体２の液面２ａとの間隔ｍを調整するようにしたが、ノズル開口４１の先端の高さと、貯留手段５０〜５０Ｃ内の液体２の液面２ａの高さとを相対的に変化させることができれば、特にこれに限定されず、例えば、貯留手段を固定し、塗布ヘッドを鉛直方向に移動するようにしてもよい。この場合、ノズル開口の先端と基板の塗布面との間隔ｍが塗布しながら常に一定の間隔となるように、塗布ヘッドの移動に伴い保持テーブルも移動する必要がある。

また、上述した実施形態１〜５では、塗布を行わない待機状態では、液体２がノズル開口４１から突出されないようにしたが、これに限定されず、例えば、待機状態となった際に、ノズル開口４１からの液体２の乾燥を防止するため、ノズル開口４１を塞ぐキャップ部材等を設けるようにしてもよい。また、塗布が終了した際には、ノズル開口４１の先端近傍を例えば、紫外線やプラズマ等の照射により洗浄し、液体２のノズル開口４１への濡れ性が劣化するのを防止するようにしてもよい。

さらに、上述した実施形態１〜３では、動粘度検出手段５９によって、貯留手段５０〜５０Ｂから塗布ヘッド４０に供給される液体２の動粘度を検出し、検出した動粘度に応じて制御部６０が液面２ａの調整を行うようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、常に動粘度が一定の同じ液体を用いる場合には、動粘度検出手段５９を設けずに、制御部６０に動粘度を予め設定しておくようにしてもよい。勿論、動粘度の異なる液体を用いる場合にも、その都度、制御部６０に液体の動粘度を設定するようにしてもよい。

また、上述した実施形態１〜４では、ノズル開口を鉛直方向上向きに配置したスリットコート式塗布装置１０〜１０Ｃを例示し、また、上述した実施形態５では、ノズル開口４１を鉛直方向下向きに配置させたスリットコート式塗布装置１０Ｄを例示したが、ノズル開口４１の向きは特にこれらに限定されず、例えば、ノズル開口の向きを鉛直方向と交差する方向としてもよい。何れにしても、貯留手段内の封止領域に液体２を保持させると共に、貯留手段内の液体２の液面２ａとノズル開口の先端との高さを相対的に変化させることで、ノズル開口から流出させる液体２の流量を高精度に制御することができる。

本発明の実施形態１に係る塗布装置の概略断面図である。 本発明の実施形態１に係る塗布装置の制御ブロック図である。 本発明の実施形態１に係る塗布方法を示す要部断面図である。 本発明の実施形態１に係る塗布方法を示す要部断面図である。 本発明の実施形態１に係る塗布方法を示す要部断面図である。 本発明の実施形態１に係る塗布方法を示す要部断面図である。 本発明の実施形態２に係る塗布装置の概略断面図である。 本発明の実施形態３に係る塗布装置の概略断面図である。 本発明の実施形態４に係る塗布装置の概略断面図である。 本発明の実施形態５に係る塗布装置の概略断面図である。

符号の説明

１ 基板、１ａ 塗布面、２ 液体、２ａ 液面、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ、１０Ｄ スリットコート式塗布装置、２０、２０Ａ 保持テーブル、３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ、３０Ｄ 装置本体、４０，４０Ａ、４０Ｂ 塗布ヘッド、５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ 貯留手段、５４ 液面調整手段、５５ 圧力検出手段、５６ 液面検出手段、５９ 動粘度検出手段、６０，６０Ａ 制御部

Claims (15)

1. 基板の表面の塗布面に対して、液体を保持した貯留手段からの液体を塗布ヘッドに設けられたスリット状のノズル開口から流出させ、前記基板と前記塗布ヘッドとを面方向に相対的に移動させることで、前記基板に液体を塗布するスリットコート式塗布装置であって、
   前記貯留手段は、前記液体を気体と共に封止された封止領域に保持するものであり、前記貯留手段の内部に保持された液体の液面高さを検出する液面検出手段と、前記液面検出手段が検出した前記貯留手段内に保持された液体の液面高さと前記ノズル開口の先端の高さとを相対的に変化させて前記ノズル開口から流出される液体の流量を塗布しながら連続的に制御する制御部とを具備することを特徴とするスリットコート式塗布装置。
2. 請求項１において、前記貯留手段には、前記封止領域の気体の圧力を検出する圧力検出手段が設けられていることを特徴とするスリットコート式塗布装置。
3. 請求項１又は２において、前記貯留手段には、前記封止領域の気体の圧力を調整する圧力調整手段が設けられていることを特徴とするスリットコート式塗布装置。
4. 請求項３において、前記圧力調整手段が、前記封止領域を外部と連通する微細通路を封止するバルブと、バルブを調整して外部との連通状態を調整する調整手段とを具備することを特徴とするスリットコート式塗布装置。
5. 請求項３において、前記圧力調整手段が、前記封止領域に対して気体の導入又は排気を行うポンプとこのポンプを制御して前記封止領域内を加圧又は減圧するポンプ制御手段とを具備することを特徴とするスリットコート式塗布装置。
6. 請求項２〜５の何れかにおいて、前記制御部が、前記圧力検出手段が検出した前記封止領域の気体の圧力と、前記液面検出手段が検出した前記貯留手段内の液面高さと、前記ノズル開口の先端の高さとに基づいて、前記ノズル開口の先端の高さに対する前記貯留手段内の液面高さを相対的に変化させることを特徴とするスリットコート式塗布装置。
7. 請求項３〜６の何れかにおいて、前記制御部が、前記ノズル開口の先端の高さに対する前記貯留手段内の液面高さを相対的に変化させると共に、前記圧力調整手段を制御して前記封止領域の気体の圧力を調整して、前記ノズル開口から流出される液体の流量を塗布しながら連続的に制御することを特徴とするスリットコート式塗布装置。
8. 請求項１〜７の何れかにおいて、前記塗布ヘッドが、前記貯留手段内に液体に浸漬するように保持されていることを特徴とするスリットコート式塗布装置。
9. 請求項１〜７の何れかにおいて、前記塗布ヘッドと前記貯留手段とが前記基板の面方向に並設されていることを特徴とするスリットコート式塗布装置。
10. 請求項９において、前記ノズル開口と前記貯留手段との前記基板の面方向の距離が１０ｃｍ以内であることを特徴とするスリットコート式塗布装置。
11. 請求項１〜１０の何れかにおいて、前記貯留手段を鉛直方向に移動自在に保持する液面調整手段が設けられていると共に、前記制御部が、前記液面調整手段を制御することで、前記ノズル開口の先端の高さに対する前記貯留手段内の液体の液面高さを相対的に変化させることを特徴とするスリットコート式塗布装置。
12. 請求項１〜１１の何れかにおいて、前記貯留手段と前記塗布ヘッドとの間には、前記塗布ヘッドに供給する液体の動粘度を検出する動粘度検出手段を具備し、前記制御部が前記動粘度検出手段の検出した液体の動粘度に基づいて、前記ノズル開口の先端の高さに対する前記貯留部内の液体の液面高さを相対的に変化させることを特徴とするスリットコート式塗布装置。
13. 請求項１〜１２の何れかにおいて、前記貯留手段内に保持された液体の液面の面積と、前記ノズル開口の開口面積が同等であることを特徴とするスリットコート式塗布装置。
14. 液体を保持した貯留手段からの液体を塗布ヘッドに設けられたスリット状のノズル開口から鉛直方向上向きに流出させ、基板の表面の塗布面を鉛直方向下向きとして、当該基板と前記塗布ヘッドとを面方向に相対的に移動させることで、前記基板に液体を塗布するスリットコート式塗布方法であって、
    前記貯留手段が、前記液体を気体と共に封止された封止領域に保持するものであり、前記貯留手段内に保持された液体の液面高さを検出すると共に、検出した液面高さと、前記ノズル開口の先端の高さとを相対的に変化させて前記ノズル開口から流出させる液体の流量を塗布しながら連続的に制御することを特徴とするスリットコート式塗布方法。
15. 請求項１４において、前記封止領域内の気体を加圧した後に、前記基板に液体を塗布することを特徴とするスリットコート式塗布方法。

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