JP2006007125A - 塗布方法 - Google Patents

Abstract

【課題】未塗布部の発生を抑制し、均一な膜を得るための塗布方法を提供すること。
【解決手段】塗布液吐出用ノズルから塗布液を吐出するとともに、被塗布材を保持するステージ又は塗布液吐出用ノズルの少なくとも一方を相対的に移動させることにより、被塗布材表面に塗布膜を形成する塗布方法において、塗布液吐出用ノズルは、被塗布材の相対的な進行方向で見た場合、進行方向側に位置するフロントリップと、反対側に位置するリアリップと両リップ間に形成されるスリットとを有しており、両リップはスリットを形成する塗料ガイド面と、塗料ガイド面に連なり被塗布材と略平行なリップ面と、リップ面と連なり被塗布材と一定の角度を持つリップ傾斜面を有しているとともに、塗布動作中にフロントリップのリップ傾斜面が塗布液と接し、且つ、塗布動作中に塗布幅方向範囲内において、両リップ面全体が塗布液と接していることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、枚葉塗布方法に関し、更に詳細には、精密塗布用のダイコータを用いて枚葉塗布を行うための方法に関する。そして、ディスプレイ用の基板上に塗布膜を形成する場合の他、例えばレジスト塗布等の半導体製造分野、紫外線吸収層塗布等の光学フィルタ製造分野等の液体状の塗布液を枚葉方式で供給される被塗布材の表面に均一に塗布する場合に好適である。

従来から、光学フィルタ用のプラスティック基板や、液晶ディスプレイ用のガラス基板、カラーフィルタ用のガラス基板等に様々な塗布液を薄く、しかも、均一に塗布することが強く要請されている。工業的にこのような基板に塗布膜を形成するためには、被塗布材を１枚ずつコータに供給し、塗布液を塗布し、乾燥等の次工程に搬送する枚葉塗布方式を採用することになる。

又、被塗布材に塗布膜を形成するに当たって、スピンコータ、バーコータ、ロールコータが広く用いられている。

このうち、スピンコータを用いる方法は、半導体ウエハのフォトレジスト塗布に広く用いられている方法であり、回転する被塗布材の表面中央に塗布液を滴下することによって塗布膜を形成することができる。そして、この方法により得られる塗布膜は塗布液の種類をこの方法に適したものに設定することにより全範囲に亘って膜厚を可成り精度良く均一化できる。

しかし、所定の膜厚の塗布膜を得るための塗布液の使用量が著しく多く、不経済である。又、被塗布材のエッジ部、裏面に塗布液が付着したり、装置内に飛散した塗布液がゲル化或は固形化することがあり、工程の安定性、清浄性に欠けるので、塗布製品の品質低下の原因になってしまう。

ロールコータを用いる方法は、ローラを介して塗布液を被塗布材に転写する方法であり、長尺の被塗布材、ロール状の巻き取られた被塗布材への塗布を行うことができる。しかし、塗布液がパンからアプリケーションロール、被塗布材へ順次送られている関係上、塗布液が空気に曝される時間が長く、延ては塗布液の吸湿、酸化による変質が起こり易いのみならず、異物の混入も発生し易い。この結果、塗布製品の品質低下を招いてしまう。

バーコータを用いる方法は、ロッドに細いワイヤを巻いたバーを用いて被塗布材に塗布液を塗布する方法である。この方法ではロッドに巻かれたワイヤが被塗布材に接するため塗布膜にスジが入り易いという不都合がある。

このような不都合を考慮して、近年に至って、ダイコータを用いることが提案されている。ダイコータは、従来から厚膜塗布や、高粘度塗布液を連続塗布する用途に広く採用されており、ダイコータを用いて被塗布材塗布膜を形成する場合には特許文献１〜３に見られるようにカーテンフロー法、押し出し法、ビード法等の塗布方法が知られる。中でも上記ビード法は、ダイコータのダイヘッド先端に設けられたスリットから塗布液を吐出して、ダイヘッド先端と一定の間隔を保って相対的に走行する被塗布材との間に塗布液ビードと呼ばれる塗布液溜まりを形成し、この状態で被塗布材の走行に伴って塗布液を引き出して塗布膜を形成する。そして、塗布膜形成により消費されると量と同量の塗布液をスリットから供給されることにより塗布膜を連続的に形成するビード法を採用すれば、形成された塗布膜は膜厚の均一性を可成り高精度に達成できる。又、塗布液の無駄が殆どなく、又、スリットから吐出されるまで塗布液送液経路が密閉されているのであるから、塗布液の変質、異物の混入を防止でき、得られる塗布膜の品質を高く維持できる。

ダイコート法による塗布において、品質の高い塗布膜を得るためには、ダイヘッド先端と被塗布材との間に形成される塗布液ビードを均一に保つ必要がある。特許文献４〜９に記載されているように、ダイヘッド先端部の形状や表面状態を制御し、塗布液ビートをダイヘッド先端部の被塗布材と略平行なリップ面内のみに接触させることによって、塗布液ビードを均一に保つ試みがなされている。

米国特許第４，２３０，７９３号公報 米国特許第４，６９６，８８５号公報 米国特許第２，７６１，７９１号公報 特開平９−１３１５５９号公報 特開平９−２７６７７１号公報 特開２０００−１５３２０５号公報 特開２００２−２４８３９９号公報 特開２００２−３４６４５５号公報 特開２００３−１６４７８８号公報

ダイコート法による塗布において、高速塗布、若しくは薄膜塗布、又は高粘液塗布を行う場合、ダイヘッド先端と被塗布材との間に形成される塗布液ビードを均一に保つことが難しくなり、未塗布部が発生する。

本発明は、未塗布部の発生を抑制し、均一な膜を得るための塗布方法を提供することを目的とするものである。

本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、上記目的を達成するためには、塗布動作中にフロントリップのリップ傾斜面が塗布液と接していることが効果的であるとの知見を得、本発明を完成させるに至った。

本発明に係る塗布方法次の通りである。

本発明に係る塗布方法は、塗布液吐出用ノズルから塗布液を吐出するとともに、被塗布材を保持するステージ又は塗布液吐出用ノズルの少なくとも一方を相対的に移動させることにより、被塗布材表面に塗布膜を形成する塗布方法において、塗布液吐出用ノズルは、被塗布材の相対的な進行方向で見た場合、進行方向側に位置するフロントリップと、反対側に位置するリアリップと両リップ間に形成されるスリットとを有しており、両リップはスリットを形成する塗料ガイド面と、塗料ガイド面に連なり被塗布材と略平行なリップ面と、リップ面と連なり被塗布材と一定の角度を持つリップ傾斜面を有しているとともに、塗布動作中にフロントリップのリップ傾斜面が塗布液と接し、且つ、塗布動作中に塗布幅方向範囲内において、両リップ面全体が塗布液と接している。このことは、塗布動作中に塗布幅方向範囲内における両リップ面が塗布液に接していることであり、塗布動作中に塗布幅方向範囲外の両リップ面は塗布液に接していても、接していなくても構わない。又、リアリップのリップ傾斜面は塗布液と接していても、接していなくても構わない。

本発明の塗布方法によれば、塗布動作中に塗布液がフロントリップ面と接触し、且つ、塗布動作中に塗布方向範囲内において、両リップ面全体が塗布液と接していることにより、未塗布部の発生を抑制することができる。

以下、添付図面によってこの発明の好ましい実施の形態を詳細に説明する。

図１はこの発明の塗布方法が実施される塗布装置の一例を示す概略図、図２は塗布液吐出用ノズル周りの構成を示す断面図である。

フロントリップ７１及びリアリップ７２から成る塗布液吐出用ノズルには塗布液供給口及び塗布液が塗布液供給口からスリット１２へと流れる間に塗布液の圧力分布を均一とさせるためのマニホールド７３を備えている。塗布液は塗布液タンク１から定量ポンプ６によって塗布液吐出用ノズルに供給される。この定量ポンプ６とはギヤポンプ、ダイヤフラムポンプ、シリンジポンプ等の容積式ポンプを示している。又、ポンプの他の塗布液供給機構として塗布液タンクを圧力容器に入れ、この圧力容器に対して加圧ポンプにより加圧空気を供給することによって塗布液を押し出す形式も可能である。塗布液タンク１から定量ポンプ６までの配管２の経路に必要に応じてフィルタ５、開閉弁３が設けられる。

塗布液吐出用ノズル７は、フロントリップ７１又はリアリップ７２又はその両方に穴をあけてマニホールド７３とし、マニホールド７３に対して塗布液供給口（図示せず）を設ける。フロントリップ７１とリアリップ７２を向かい合わせて一定の間隔（スリットギャップ１０４）を介して接合しスリット１２を形成する。このスリットギャップ１０４は好ましくは２００μｍ〜１０μｍ程度である。このスリットギャップ１０４がこれ以上広いと塗布幅方向に均一な塗布液の液圧が得られず、これ以上狭いと吐出圧損が大きくなり過ぎて滑らかな塗布が困難となる。

フロントリップ７１及びリアリップ７２の材料としては、加工性や耐薬品性、長期安定性に優れ、親水性を持つＳＵＳ３１６やＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼が好ましい。

塗布液吐出用ノズルに一定の間隙（クリアランス１０１）を介して被塗布材に相対して設置する。このクリアランス１０１は５００μｍ〜２５μｍの範囲が好ましい。これより広いと塗布液ビード１１が形成しづらくなり、又、形成できても欠壊し易くなり、安定した塗布が望めない。又、これより狭いと被塗布材の部分的な凹凸によりフロントリップ面７４又はリアリップ面７５が被塗布材９に接触し、未塗布部が発生したり著しく膜厚の塗膜８が形成されてしまい、塗布品の品質を低下せしめる。

被塗布材９は平坦な搬送ステージ１０上に設置されており、塗布中にずれることのないよう真空吸着されている。

前記フロントリップ及びリアリップはスリットを形成する塗料ガイド面と、塗料ガイド面に連なり被塗布材と略平行なリップ面と、リップ面と連なり被塗布材と一定の角度を持つリップ傾斜面を有している。

上記塗布機を用いて、塗布液吐出用ノズルから塗布液を吐出するとともに、被塗布材を保持するステージ又は塗布液吐出用ノズルの少なくとも一方を相対的に移動させることにより、被塗布材表面に塗布膜を形成する。

塗布動作中にフロントリップのリップ傾斜面が塗布液と接し、且つ、塗布動作中に塗布幅方向範囲内において、両リップ面全体が塗布液と接しているように塗布を行うことにより、均一な膜厚分布の薄膜が塗布される。

以下、本発明の効果をより明確なものとするため、実施例を挙げる。

シリコーンオイル（東芝シリコーン製）を塗布液として採用し、無アルカリガラス基板（コーニング製）を被塗布材として使用し、スリットギャップを１００μｍ、クリアランスを１００μｍに設定して塗布を行った。定量ポンプとしてはダイヤフラムポンプを用いた。基板搬送ステージの駆動には高精度サーボモータを採用した。前述の塗布液を塗布液タンクに仕込み、予め塗布液吐出用ノズルに至るまでの送液路内を塗布液で満たした。塗布液吐出用ノズルのフロントリップ面、リアリップ面の幅は共に０．０１ｍｍのものを用いた。スリット先端の吐出口の渡り方向の幅を３５５ｍｍとした。フロントリップ及びリアリップはＳＵＳ３０３にて製作した。

この塗布装置において塗布を行い、フロントリップ側にＣＣＤカメラを設置し、フロントリップ傾斜面を観察した。又、リアリップ側にＣＣＤカメラを設置し、リアリップ傾斜面とリアリップ面の境界を観察した。その結果、未塗布部が発生しない条件では、塗布液はフロントリップ傾斜面に接していることと、リアリップ傾斜面とリアリップ面の境界まで塗布液がリアリップ面側に接していることが観察され、均一な膜が得られた。又、塗布中に塗布速度を徐々に大きくすると、塗布液とフロントリップ傾斜面との接触領域が徐々に小さくなり、接触領域が無くなると同時に未塗布部が発生することが観察された。又、未塗布部が発生する時点まで、リアリップ傾斜面とリアリップ面の境界まで塗布液がリアリップ面側に接していることが観察された。

塗布装置の概略図である。 塗布液吐出用ノズル周りの概略構成図である。

符号の説明

１ 塗布液タンク
２ 配管
３ 開平弁
４ 未使用
５ フィルタ
６ 定量ポンプ
７ 塗布液吐出用ノズル
８ 塗膜
９ 被塗布材
１０ 搬送ステージ
１１ ビード
１２ スリット
７１ フロントリップ
７２ リアリップ
７３ マニホールド
７４ フロントリップ面
７５ リアリップ面
７６ 塗料ガイド面
１０１ クリアランス
１０２ リアリップ幅
１０３ フロントリップ幅
１０４ スリットギャップ
１１０ 検出手段

Claims (1)

1. 塗布液吐出用ノズルから塗布液を吐出するとともに、被塗布材を保持するステージ又は塗布液吐出用ノズルの少なくとも一方を相対的に移動させることにより、被塗布材表面に塗布膜を形成する塗布方法において、
   塗布液吐出用ノズルは、被塗布材の相対的な進行方向で見た場合、進行方向側に位置するフロントリップと、反対側に位置するリアリップと両リップ間に形成されるスリットとを有しており、両リップはスリットを形成する塗料ガイド面と、塗料ガイド面に連なり被塗布材と略平行なリップ面と、リップ面と連なり被塗布材と一定の角度を持つリップ傾斜面を有しているとともに、塗布動作中にフロントリップのリップ傾斜面が塗布液と接し、且つ、塗布動作中に塗布幅方向範囲内において、両リップ面全体が塗布液と接していることを特徴とする塗布方法。

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