JP2006061755A

JP2006061755A - 塗布膜用乾燥炉

Info

Publication number: JP2006061755A
Application number: JP2004243930A
Authority: JP
Inventors: Teruyuki Nakano; 輝幸中野; Yasuhiro Ozawa; 康博小澤
Original assignee: Ishii Hyoki Co Ltd
Current assignee: Ishii Hyoki Co Ltd
Priority date: 2004-08-24
Filing date: 2004-08-24
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2024-08-24
Also published as: JP3917994B2; US8167611B2; KR20070053714A; KR101117536B1; CN100478085C; WO2006022232A1; CN101010147A; US20100167224A1

Abstract

【課題】塗布膜を塗布されたガラス基板の乾燥において、塗布膜の下面を長時間指示しているとその支持痕跡がのこりガラス基板としての品質に課題があった。
【解決手段】塗布膜が塗布されたガラス基板６の下面を常に移動する送り手段１０，１８で当接しながら加熱乾燥するので、ピン１１，１２，２１の痕が発生し難いものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶ディスプレイ用ガラス基板や半導体ウエハ等の基板であって、その表面に塗布膜が形成された基板の塗布膜用乾燥炉に関する。

近年、液晶ディスプレイの製造においては、大型化や量産化、薄型化を目的に、基板としてより薄く大型のガラス基板が用いられるようになってきた。また、ガラス基板に塗布膜としての配向膜をインクジェットプリンターにて塗布する方法が採用され始めた。

しかし、この塗布膜の乾燥に於いて、塗布膜の乾燥中ずっとガラス基板の決められた位置を固定ピンで支持していると、ガラス基板と固定ピンの当接周辺との温度差により塗布膜の乾燥ムラが生じるとともにピン痕が残り品質上問題があった。

このような乾燥ムラ、ピン痕を防止するため、ガラス基板の下面を固定ピンと、固定ピンの近傍で上下に移動するリフトピンとで交互に支持して乾燥するという乾燥炉が提案されている（特許文献１）。
特開平１０−７６２１１号公報

しかし、ガラス基板の下面の異なる位置を固定ピンとリフトピンとで交互に支持して乾燥するという構成でも、乾燥炉での塗布液の乾燥時間に関係なく二点で交互に支持しているだけなので、固定ピン、リフトピン両方のピンの痕跡が残ることが危惧されるものであった。

本発明は乾燥時にガラス基板に支持ピンの痕跡が残り難い塗布膜用乾燥炉を提供するものである。

上記課題を解決するため本発明の塗布膜用乾燥炉は、側面に形成された基板の搬送口と、前記基板の塗布膜を加熱乾燥させる加熱手段と、前記塗布膜の加熱乾燥時に、基板の下面と当接し、基板との当接位置を移動させる送り手段とを備えたものである。

このことにより、乾燥中は基板の下面の当接点を変えながら加熱乾燥するものである。
また、ホットプレートヒータ、基板、ホットプレートヒータと基板を上下で挟むようにホットプレートヒータを順次配置し、上下のホットプレートヒータ間に前記基板の搬送口と、前記塗布膜の加熱乾燥時に、基板の下面と当接し、基板との当接位置を移動させる送り手段とを設けたものである。

このことにより、基板は上下のホットプレートヒータにて均一に加熱乾燥されるとともに、初期乾燥時に緩やかな温度上昇で塗布膜のレベリング効果を促進し、その後塗布膜に十分熱を供給して乾燥させることができる。ホットプレートヒータを上下に複数配置することにより少ない熱源で加熱出来る。さらに、乾燥中は基板の下面の当接点を変えながら加熱乾燥できる。

また、送り手段が、前記搬送口から搬入された基板の下面を支持する支持ピンと、駆動手段にて支持ピンよりも低い位置から高い位置へ垂直方向に移動すると共に水平方向に移動する移動ピンしたもので、支持ピン並びに移動ピンと基板の下面との当接位置が常に変わっているので、ピン痕が残ることがない。

さらに、送り手段が、複数の回転体と、この回転体から放射線状に突出して基板下面と当接するピンとからなり、このピンの間隔を回転体が回転するとき基板の下面に常にピンが当接するように配置したものであるから、基板の下面との当接位置が常に変わるとともに、ガラス基板を水平に移動できるのでホットプレートヒーターの熱をさらに均一に伝えることが出来るのでピン痕が残ることが無い。

本発明における塗布膜用乾燥炉は、乾燥中は基板の下面の当接位置が常に変わっているので、従来のように支持ピンの痕跡が残ることが無く、品質不良を防止できる。また、加熱手段として上下にホットプレートヒータを用いることにより、均一加熱が行えるので乾燥ムラが防止できると共に、塗布膜のレベリング、乾燥が確実に行え液ダレを防止できるものである。

以下図１から図５を参考に本発明の実施の形態１を説明する。

図１は実施の形態１を示す塗布膜用乾燥炉の概要図である。図２は図１のＡ部拡大図である。図３は図２の断面図である。図４は図２の垂直伸縮機構の動作状態を示す説明図である。図５（ａ）は基板の搬入時に固定ピンで基板を支持した状態を示す図、図５（ｂ）は移動ピンが上昇した状態を示す図、図５（ｃ）は移動ピンを水平に移動させた状態を示す図、図５（ｄ）は移動ピンが下降して固定ピンで基板を支持した状態を示す図、図５（ｅ）は移動ピンが待機状態へ移動した状態を示す図である。

図において、塗布膜用乾燥炉１は、下から上へホットプレートヒータ２、乾燥室３、ホットプレートヒータ２、乾燥室３と順次配置し、５段の乾燥室３，３，・・・を形成している。そして、前記乾燥室３の側面には搬送口４が設けられて、上面にヒンジ（図示せず）で搬送扉５が設けられている。

前記ホットプレートヒータ２は、加熱手段の一形態を示すもので、最上段と最下段を除いて上面と下面にパネル型の電気ヒータ（図示せず）を設けると共に、最上段のホットプレートヒータ２は下面に、最下段のホットプレートヒータ２は上面にパネル型の電気ヒータ（図示せず）を設けている。各パネル型の電気ヒータは同じ発熱量のものを利用している。しかし、乾燥室３の上下中央付近で均一な温度が得難い場合は、上下の電気ヒータの発熱量を調整して、均一な温度になるように設定することが望ましい。

前記乾燥室３へのガラス基板６の出し入れは、図示していない前工程から送られてくるガラス基板６を受け取った搬送ロボット７により行われる。この搬送ロボット７は各乾燥室３の搬送口４まで上下に移動するとともに、搬送口４より乾燥室３内へ延びるアーム８を備えており、アーム８上にガラス基板６が裁置されて乾燥室３へ搬入される。

前記ガラス基板６は、矩形をしており上面６ａを上側にして表面にインクジェットプリンター（図示せず）によりポリイミドを溶剤で薄めて粘度を非常に低くした配向膜である塗布膜９が印刷されている。

送り手段１０は、最上段のホットプレートヒータ２を除いた、ホットプレートヒータ２の上面に設けられている。すなわち、乾燥室３の底面に設けられていることになる。

送り手段１０は、前記搬送口４から搬入されたガラス基板６の下面と当接し支持する支持ピン１１と、移動ピン１２とを備えている。この移動ピン１２は、移動ピン１２の先端１２ａを支持ピン１１の先端１１ａよりも低い位置と高い位置とに垂直方向へ移動する垂直伸縮機構である垂直エアーシリンダー１３に取り付けている。また、垂直エアーシリンダー１３は水平方向へ移動する水平伸縮機構である水平エアーシリンダー１４に取り付けている。

前記垂直エアーシリンダー１３は、ケース１３ａの内部に上下方向に移動するピストン１３ｂと、このピストン１３ｂから上方へ突出したロッド１３ｃとを備えており、ピストン１３ｂの下方にピストン１３ｂを加圧して押し上げるための室１３ｄが形成されている。この垂直エアーシリンダー１３は水平移動するために底面にローラ１３ｅが取り付けられていて、前記ホットプレートヒータ２の上面を転がるようにしている。

また、水平エアーシリンダー１４は、ケース１４ａの内部を左右に移動するピストン１４ｂと、このピストン１４ｂから突出（図３中右側）したロッド１４ｃとを備えており、ロッド１４ｃの先端は前記垂直エアーシリンダー１３のケース１３ａと螺子（図示せず）で固定されている。前記ピストン１４ｂを上死点（図３中ピストンが右側に移動した状態）と下死点（図３中ピストンが左側に移動した状態）とに移動するようにそれぞれ加圧エアーが供給される室１４ｄ，１４ｅがケース１４ａ内に区画されている。そして、ピストン１４ｂが通常下死点側に位置するようにバネ１４ｆの力が付与されている。

また、前記室１３ｃへエアーを供給する室１４ｇが室１４ｅの隣に形成されている。この室１４ｇはカップ状の仕切り１４ｈの外周に螺子１４ｉ切って、ケース１４ａにねじ込んで固定されている。

前記室１４ｄ，１４ｅ，１４ｇにはホットプレートヒータ２内の配管１５ａ，１５ｂ，１５ｃと三方弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃを介してエアーの供給ポンプＰと連結されている。

そして、室１３ｄ，１４ｇ間はフレキシブル管１７の開口１７ａ、１７ｂが接続されて連結されている。前記垂直エアーシリンダー１３，水平エアーシリンダー１４，三方弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，供給ポンプＰにて、移動ピン１２の駆動手段が形成されている。

そして、このような送り手段１０は、支持ピン１１と移動ピン１２を一組として、ガラス基板６の四隅近辺と中間で当接するように九組設けられて、支持ピン１１または移動ピン１２がガラス基板６に当接して保持するときガラス基板６を水平に維持している。

支持ピン１１の高さは、上下のホットプレートヒータ２により形成される乾燥室３の上下寸法の中心よりも若干低く設定している。これは移動ピン１２による当接保持と支持ピン１１による当接保持の高さが大きく変わらないようにするためである。その理由は、前記搬送ロボット７のアーム８の移動を阻害しないと共に、乾燥室３の加熱中にガラス基板６の高さが大きく変わることは加熱温度が均一でなくなり問題となるからである。

前記搬送ロボット７と支持ピン１１との関係を説明すると以下のようになっている。

前記搬送ロボット７のアーム８は、搬送口４からガラス基板６を乾燥室３内に全て移動させた進入位置に達したならば一旦停止する。次にアーム８が下方に移動して支持ピン１１の上にガラス基板６を載せ、さらに下降した下降位置まで移動する。この下降位置に達したならば、搬送口４からアーム８が完全に退避する退避位置へ移動する。

このアーム８の一連の動きの中で、支持ピン１１がガラス基板６の下面と当接して、ガラス基板６を乾燥室３の高さ方向の中央近辺に保持させるものである。

前記移動ピン１２は、支持ピン１１の高さより低い位置から高い位置へ移動するため垂直エアーシリンダー１３により動かされる。移動ピン１２の先端１２ａと支持ピン１１の先端１１ａとの位置関係Ｌは、移動ピンの退避時と作動時でそれぞれ２．５ｍｍ以上離れている。望ましくは３ｍｍ以上離れているほうが良い。その理由はガラス基板６の塗布膜９の乾燥時にピンの熱影響を受けないようにするためである。

さらに、ガラス基板６の底面において支持ピン１１、移動ピン１２が一定間隔で当接することになるが、支持ピン１１とガラス基板６の当接点、移動ピン１２とガラス基板６の当接点が重ならないようにするために、支持ピント１１と移動ピン１２、移動ピン１２と移動ピン１２がガラス基板６の移動方向に対して重ならないようにしている。

前記支持ピン１１や移動ピン１２は熱的影響を受けにくくするため、熱伝導率や比熱の低い耐熱性樹脂（例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）は熱伝導率０．２５Ｗ／ｍ・Ｋ、比熱０．３２Ｋｃａｌ／ｇ・℃）で形成されており、ガラス基板６への熱影響を少なくできる。

前記支持ピン１１，移動ピン１２とガラス基板６との当接面の関係は極力小さいほうが良いが、機械的強度の関係からピン先端は約３０度の角度で先端部半径０．５ｍｍが概ね良好である。

次に塗布膜の乾燥時の動作を説明する。

ガラス基板６が乾燥室３へ搬入されて、搬入扉５が閉じられる（図５（ａ）の状態）。なお、ホットプレートヒータ２は常時通電され温度は一定に制御されている。

この動作によって前記三方弁１６ａが動作して室１４ｇにエアーが供給され、フレキシブル管１７より室1３ｄにエアーが供給されてピストン１３ｂが上昇する。

ピストン１３ｂが上昇すると連結されている移動ピン１２が上昇することになり、支持ピン１１から移動ピン１２（図５（ｂ）の状態）へとガラス基板６の底面の当接が切り替わる。移動ピン１２の移動距離は、支持ピン１１の先端１１ａよりも３ｍｍ上方にガラス基板６を持ち上げた位置としている。

前記移動ピン１２にガラス基板６が当接した状態で三方弁１６ｂが開き水平エアーシリンダー１４の室１４ｅにエアーが供給されてピストン１４ｂが移動（図５（ｃ）の右へ移動した状態）する。

この移動ピン１２の垂直、水平の移動が終わったならば垂直エアーシリンダー１３へのエアー供給を終了するため三方弁１６ａを閉じて、室１３ｄ，１４ｇ内のエアーを三方弁１６ａにより外部へ開放して逃がす。そうすると、移動ピン１２はガラス基板６の自重で下降（図５（ｄ）の状態）する。

この下降の途中でガラス基板６は支持ピン１１へ受け渡される。このときの支持ピン１１とガラス基板６との当接位置はガラス基板６が移動しているので異なった個所での当接となる。

そして、水平エアーシリンダー１４の室１４ｅへのエアーの供給を三方弁１６ｂを切り替えて終了するとともに、室１４ｄへ三方弁１６ｃを切り替えてエアー供給する。そうすると、ピストン１４ｂはバネ１４ｆとエアーの圧力で下死点まで移動し、移動ピン１２は元の位置（図５（ｅ）の状態）へ戻る。

エアー供給に三方弁１６ａ，１６ｂ，１６ｃを用いているのは、各室１３ｄ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｇにエアーを供給しないときは、各室１６ａ，１６ｂ，１６ｃのエアーを逃がして確実な位置にいるようにするためである。

この一連の動きを１サイクルとして乾燥時間中何回もこのサイクルを繰り返す。この１サイクルは移動ピン１２の移動速度が早い程、ピン痕残りが発生し難いが、塗布膜の厚みにもよるがおおよそ４〜８秒で行われる。

このサイクルを繰り返すとガラス基板６が水平に移動してピン１１，１２との当接位置がずれていくので乾燥室３が大きなものが必要となる可能性もあり、何回かこのサイクルを続けたならば今度は逆サイクル（図５（ｅ）→図５（ｄ）→図５（ｃ）→図５（ｂ）→図５（ａ））を行って徐々にもとの位置に戻してくることも可能である。

また、同じ当接点を取らないようにするためには、移動ピン１２が水平エアーシリンダー１４でＸ軸方向への移動だけでなくＺ軸方向への移動を加えることにより、同じ当接点を移動することが無いのでよりピンの痕跡がより生じ難くなるものである。

このように戻してくることにより乾燥室３の小型化が図れる。

そして、乾燥を開始してから時間が過ぎると、前記送り手段１０の動作を停止して、前記搬送扉５を開いて搬送ロボット７のアーム８を乾燥室３へ入れて、アーム８によりガラス基板６を乾燥室３から搬出することになる。

したがって、乾燥室３で加熱中は、ガラス基板６の下面を受ける支持ピン１１、移動ピン１２とガラス基板６の底面の当接点が常に移動しており、ガラス基板上にピン痕が残りにくくなり品質不良が大幅に改善される。

また、一対のホットプレートヒータ２により乾燥室３の空気を均一に暖めてガラス基板６を加熱するので塗布膜の乾燥が均一にできるとともに、ガラス基板６を搬入した初期乾燥時に急激にガラス基板６の温度が上昇せず、緩やかな温度上昇となるので、塗布した塗布膜の粘度が低下しレベリング効果が促進して塗布膜の均一性が向上する。

さらに、塗布膜の初期乾燥でのレベリングが終わった後は上下のホットプレートヒータ２から十分熱を供給することができるので乾燥を早く終わらせることができ塗布膜周辺の液ダレが発生しない乾燥が実現できる。

なお、実施の形態１では、搬送口４をガラス基板６の入口と出口を兼用して利用したが、それぞれ相対向する搬送口にして、一方を入口、他方を出口としても良い。

さらに、送り手段１０の材質や寸法は上述の材質、寸法にこだわるものでない。また、送り手段１０としてエアーシリンダーを用いたが、流体シリンダーや電磁ソレノイド等の伸縮機により移動ピンをＸ軸、Ｙ軸またはＺ軸に動かすものであれば良い。また、駆動手段もエアーに限定されるものでなく電気、流体であっても良い。
次に、実施の形態２について説明するが実施の形態１と異なる点は送り手段１８の構造が違うものである。

図６は実施の形態２を示す塗布膜用乾燥炉の概要図である。図７は図６のＢ部拡大図である。図８は図７の正面図である。図９（ａ）は基板の搬入時の状態を示す図、図９（ｂ）はガラス基板を移動させている状態を示す図である。

送り手段１８は、最上段のホットプレートヒータ２を除いた、ホットプレートヒータ２の上面に設けられている。この送り手段１８は軸１９に複数（三列、図６中左右方向）の円盤状の回転体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ（総称して言うときは２０で示す）を取り付けている。この回転体２０の外周には、回転体２０から放射線状にガラス基板６と当接するピン２１が取り付けられている。このピン２１は複数のピンのうちどれか一つが常にガラス基板６の底面に当接しているように設けている。そして、軸１９並びに回転体２０を一組として、奥行き方向（図６の手前から奥へ）に３組配置されている。

回転体２０及びピン２１は、耐熱性樹脂材（ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等の熱伝導率が０．２５Ｗ／ｍ・Ｋ、比熱が０．３２Ｋｃａｌ／ｇ・℃）であり、ガラス基板６に熱影響を与え難い材質である。また、ピン２１のガラス基板６と接触する部分は極力小さいほうが機械的強度の関係から先端形状は３０度の角度で先端半径は０．５ｍｍが概ね良い。また、ピン２１の数も多いほど良いが３〜５ｍｍのピッチで配置するのがよく、移動距離は概ね３０ｍｍ位が良く、移動速度は膜厚にも関係するが３０ｍｍ移動するのに３０〜６０秒位が良い。したがって、回転体２０の回転方向は正逆転できるほうが良い。

送り手段１８はそれぞれ乾燥室３から塗布膜用乾燥炉１の外部へ軸１９が突出し、連結体２２により連結され、ギヤードモータ２３の動きに同期してそれぞれのホットプレートヒータ２の送り手段１８を回転させている。この各軸１９の連結は外部で行ったが塗布膜用乾燥炉１内であっても良い。

次に塗布膜の乾燥時の動作を説明する。

ガラス基板６の乾燥室３への搬入は実施の形態１と同じである。ガラス基板６が乾燥室３へ搬入されると回転体２０のピン２１がガラス基板６の下面と当接する（図９（ａ）の状態）。そして、搬入扉５が閉じられる。なお、ホットプレートヒータ２は常時通電され温度は一定に制御されている。

この動作によってギヤードモータ２３は正転をはじめてガラス基板６を移動（図９（ｂ）の状態で、図中右側への移動を正転とする）させる。この移動によりガラス基板６が約３０ｍｍ移動するとギヤードモータ２３は反転して逆回転をする。この動作によりガラス基板６は元の位置の方向へ移動する。そして、また約３０ｍｍ移動するとギヤードモータ２３は正転して、この動きを繰り返す。

そして、乾燥時間が過ぎると前記送り手段１０の動作を停止して、前記搬送扉５を開いて搬送ロボット７のアーム８を乾燥室３へ入れて、アーム８によりガラス基板６を乾燥室３から搬出することになる。

したがって、乾燥室３で加熱中は、ガラス基板６の下面を受けるピン１８とガラス基板６の底面の当接点が常に移動しており、塗布膜にピン痕が残りにくくなり品質不良が大幅に改善される。

また、ガラス基板６は水平に移動されているので塗布膜の液ダレが起こり難いとともに、ガラス基板６が上下に移動しないので上下のホットプレートヒータ２の熱が均一に伝わりやすいので、ガラス基板６の移動による乾燥ムラが生じ難い。

なお、送り手段１８の軸１９を共通のギヤードモータ２３で駆動したが、それぞれにギヤードモータ２３を設けてもよい。

また、実施の形態２における回転体２０やピン２１の材質は実施の形態の材料にこだわるものでなく耐熱性があれば良いものである。

実施の形態１を示す塗布膜用乾燥炉の概略図である。図２は図１のＡ部拡大図である。図３は図２の断面図である。図４は図２の垂直伸縮機構の動作状態を示す説明図である。図５（ａ）は基板の搬入時に固定ピンで基板を支持した状態を示す図、図５（ｂ）は移動ピンが上昇した状態を示す図、図５（ｃ）は移動ピンを水平に移動させた状態を示す図、図５（ｄ）は移動ピンが下降して固定ピンで基板を支持した状態を示す図、図５（ｅ）は移動ピンが待機状態へ移動した状態を示す図である。実施の形態２を示す塗布膜用乾燥炉の概要図である。図７は図６のＢ部拡大図である。図８は図７の正面図である。図９（ａ）は基板の搬入時の状態を示す図、図９（ｂ）はガラス基板を移動させている状態を示す図である。

符号の説明

１塗布膜用乾燥炉
２ホットプレートヒータ（加熱手段）
３乾燥室
６ガラス基板
１０，１８送り手段
１１支持ピン
１２移動ピン
２０回転体
２１ピン

Claims

上面に塗布膜が塗布された基板を加熱してこの塗布膜を乾燥させる塗布膜用乾燥炉であって、
側面に形成された基板の搬送口と、
前記基板の塗布膜を加熱乾燥させる加熱手段と、
前記塗布膜の加熱乾燥時に、基板の下面と当接し、基板との当接位置を移動させる送り手段とを備えたことを特徴とする塗布膜用乾燥炉。
前記加熱手段は、基板を挟んだ上下一対のホットプレートヒータとしたことを特徴とする請求項１記載の塗布膜用乾燥炉。
上面に塗布膜が塗布された基板を加熱してこの塗布膜を乾燥させる塗布膜用乾燥炉であって、
ホットプレートヒータ、基板、ホットプレートヒータと基板を上下で挟むようにホットプレートヒータを順次配置し、上下のホットプレートヒータ間に前記基板の搬送口と、前記塗布膜の加熱乾燥時に、ガラス基板の下面と当接し、基板との当接位置を移動させる送り手段とを設けたことを特徴とする塗布膜用乾燥炉。
前記送り手段は、前記搬送口から搬入された基板の下面を支持する支持ピンと、駆動手段にて支持ピンよりも低い位置から高い位置へ垂直方向に移動すると共に水平方向に移動する移動ピンとから構成されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の塗布膜用乾燥炉。
前記送り手段は、複数の回転体と、この回転体から放射線状に突出し基板の下面と当接するピンとからなり、このピンの間隔を回転体が回転するとき基板の下面に常にピンが当接するように配置したことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の塗布膜用乾燥炉。