JP2006075780A - 塗布装置と塗布方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
装置の大型化に伴い、複数の塗布ヘッドを設けた門型フレームのフレームが熱伸びにより変形して、塗布位置の精度が低下し、正確な塗布ができないという課題が発生した。
【解決手段】
フレームの一端側を固定として、他端側をフレームの長手方向に移動可能に直動リニアガイド支持する構成として、熱伸びによるフレームに熱応力（フレームの曲がり）が発生しないようすると共に、熱伸びによるヘッド位置のズレを基準器により熱伸び量を求めて補正することで解決できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フラットパネルの製造過程で、基板上にペーストを塗布や液晶を滴下するための塗布装置と塗布方法に関する。

従来の技術としては、特許文献１に記載されているように、ガラス基板をＸＹθ方向に移動可能なテーブル上に載置し、ガラス基板の主面に対してノズルの吐出口に対向するようにし、ペースト収納筒に充填したペーストを該吐出口から該基板上に吐出させながら該基板と該ノズルとの相対位置関係を変化させることにより、該基板上に所望形状のペーストパタ−ンを塗布する構成のものがある。

特開平７−２７５７７０号公報

上記従来技術では、ＬＣＤなどのフラットパネルの分野においては、ガラス基板サイズの大型化が進んでおり、塗布ヘッドの塗布範囲も拡大し、これにより、塗布ヘッドを支持する門型フレームも長く、大きくなり、装置の運搬途中やクリーンルームへの搬入そして、クリーンルームの室温変動など、装置の温度状態が変化するため、門型フレームには、熱伸びによる熱応力が発生し、門型フレームの変形とペーストパターンを所望の形状に塗布描画することが困難な状況にある。

前述のように、ガラス基板サイズの大型化に伴い、塗布ヘッドを支持する門型フレームも長く、大きくなり、装置の運搬途中やクリーンルームへの搬入そして、クリーンルームでの室温変動など、装置の温度状態が変化する。このため、門型フレームには、熱伸びによる熱応力が発生し、ペーストパターンを所望の形状と位置に塗布描画することが困難な状況になる。

そこで、本発明の目的は、熱伸びによる門型フレームの変形と塗布位置精度の低下を防止し、ペーストパターンの形状を所望の形状にする装置を実現することである。

本発明は、該ノズルを含む塗布ヘッド部を直動案内により複数支持する門型フレームの長手方向の熱伸びを直動ガイドにて支持するようにしたことにより、フレームに生じる熱応力の発生を防止できるように構成し、また、装置設置環境でのフレームの熱伸び長さを、基準器により計測し、該ノズルを該基板上の所望の位置に位置決めし、所望のペーストパターンを塗布描画できるように補正制御できるようにペースト塗布機とした。

以上説明したように、本発明によれば、基板主面に四画状のペーストパターンを塗布描画する際に、装置の設置環境による熱伸びによる門型フレームの熱変形を防止し、また、ペーストパターンの塗布位置誤差を低減し、所望のパターン形状を得るペースト塗布機を提供することができる。

本発明は、ノズルを含む複数の塗布ヘッド部を直動案内する塗布ヘッドＸ軸移動機構を備えた門型フレーム部のフレーム（横梁）備えている。装置の大型化に伴い、このフレームが周囲の温度環境等により伸びが発生しフレームが湾曲し、塗布位置に誤差が発生し、正確なペースト塗布や、液晶滴下ができなくなる問題が発生した。そこで、本発明では、このフレームの長手方向の熱伸び（Ｘ軸方向の伸び）による変形を防止するため、前記フレーム（横梁）の一方側を固定支持し、他方側をＸ軸方向に可動(Ｙ軸方向は固定)できる直動ガイドにて支持するよう構成した。これにより、フレームに生じる熱応力の発生を防止できるように構成した。また、装置設置環境でのフレームの熱伸び長さを、基準器により計測し、該ノズルを該基板上の所望の位置に位置決めし、所望のペーストパターンを塗布描画できるように補正制御する方法を採用した。以下の実施例にて詳細に説明する。

以下、本発明の１実施例について図面を用いて説明する。本実施例では、基板面上にペーストパターン（シール材パターン）を描画する装置を例に説明するが、同様に、門型フレーム構造で基板上に液晶を滴下する滴下装置にも適用できることは言うまでもない。

図１は本発明によるペースト塗布機の一実施形態を示す斜視図である。尚、対向して設置した複数の塗布ヘッド各部の番号は、煩雑を避ける為、以下の説明において各部の番号にａ〜ｆの添字を付し説明する。
各フレーム（横梁）２ａ，２ｂの一方端はＸ軸方向に移動できないように、支持脚３１ａ、又はリニアモータ４ｂに固定されている。また、各横梁２ａ、２ｂの他端側はＸ軸方向に移動可能なように熱伸び案内ガイド２５ａ，２５ｂに支持されている。この熱伸び案内ガイドは、例えば一方側にＸ方向に設けられたレールと、そのレール上を移動するようにすべり軸受け又は転がり軸受け構造としてある。なお、Ｘ軸方向に自由に移動できる構造であれば上記構造に限定されるものではない。

図１において、架台１上の一方側には、それぞれリニアモータ備えた複数の塗布ヘッド部を各々Ｘ軸方向に移動させる移動機構(リニアレール）を備えた横梁２ａが支持部材３１ａに一方端側が固定され、他方端側に熱伸び案内ガイド２５ａが設けてある。横梁２ａと対向する位置に、それぞれリニアモータを備えた他の複数の塗布ヘッド部を各々Ｘ軸方向に移動させる移動機構(リニアレール）を備えた横梁２ｂが設けてある。この横梁２ｂはＹ軸方向移動できるように、袈台１側に固定された塗布ヘッドの間隔を調整する機構３ａ、３ｂであるリニアレールが設けられ、横梁２ｂ両端には間隔調整用リニアモータ４ａ，４ｂが設けられている。また、この横梁２ｂの一端側は、Ｘ軸方向には移動しないようにリニアモータ４ｂに固定支持され、他端側はＸ軸方向に移動可能に熱伸び案内ガイド２５ｂを介して支持されている。また、横梁２ａ，２ｂと対向する袈台１上には基板７を支持してＹ軸方向に移動させるＹ軸移動テーブル６が設けられている。このＹ軸移動テーブル６は、その上に基板保持機構５が設けてある。

複数の塗布ヘッドの横梁２ａ、２ｂには、直動ガイドが、塗布ヘッド部側にはリニアサーボモータが設けてあり、それぞれの塗布ヘッドがＸ軸方向に移動制御される。複数の塗布ヘッド部は、複数の塗布ヘッドを支持するためのＸ軸方向移動用リニアサーボモータを裏面側に設け、表側にＺ軸サーボモータ１０ａ〜１０ｆを設けたＺ軸移動テ−ブル支持ブラケット８ａ〜８ｆ備えている。このＺ軸サーボモータ１０ａ〜１０ｆにより、塗布部を上下に移動させるＺ軸移動テ−ブル９ａ〜９ｆが設けられている。このＺ軸移動テーブルに、ペースト収納筒（シリンジ）１３ａやノズルを設けたノズル支持具１４ａや、距離計１６ａ、及び照明の可能な光源を備えた鏡筒と画像認識カメラ１５ａが取り付けてある。

なお、照明の可能な光源を備えた鏡筒と画像認識カメラ１５ａは、各塗布ノズルの平行調整や間隔調整用に使用される他、基板の位置合わせやペーストパターンの形状認識などのために基板に対向するように設けられている。

架台１の内部には、各機構の駆動を行なうリニアモータ４ａｍ、４ｂｍ、８ａｍ〜８ｆｍとテーブルを移動するサーボモータ６ｍを制御する主制御部１７ａが設けられている。この主制御部１７ａはケーブル１７ｅを介して副制御部１７ｂに接続されている。副制御部１７ｂはＺ軸移動テーブルを駆動するサーボモータ１０ａ〜１０ｆを制御する。主制御部１７ａにはモニタ１７ｆやキーボード１７ｇ、外部記憶装置であるハードディスク１７ｃ、フロッピディスク１７ｄが接続されている。かかる主制御部１７ａでの各種処理のデータがキーボード１７ｇから入力され、画像認識カメラ１５ａ〜１５ｆで捉えた画像や主制御部１７ａにおいて行った画像処理等による位置の算出からフレームの伸び量ををもとめ、これらの処理状況がモニタ１７ｆで表示される。また、キーボード１７ｇから入力されたデータなどは、外部記憶装置であるハードディスク１７ｃやフロッピディスク１７ｄなどの記憶媒体に記憶保管される。

図２は図１におけるペースト収納筒１３ａと距離計１６ａとの部分を拡大して示す斜視図である。ペースト収納筒からノズル先端まではノズル支持具１４ａによって支持されている。図２において、図１に対応する部分には同一符号をつけている。

距離計１６ａは、ノズルの先端部に対してガラスからなる基板７の表面（上面）までの距離を非接触の三角測法で計測する。即ち、距離計１６の筐体内に発光素子が設けられ、この発光素子から放射されたレーザ光Ｌは基板７上の計測点で反射し、同じく筐体内に設けられた受光素子で受光される。また、基板７上でのレーザ光の計測点Ｓとノズル１３ａｎの直下位置とは、基板７上で僅かな距離だけずれているが、この僅かな距離程度のずれでは、基板７の表面の凹凸に差がないので、距離計１６ａの計測結果とノズル１３ａｎの先端部から基板７の表面（上面）までの距離との間に差は殆ど存在しない。従って、この距離計１６の計測結果に基いてを制御することにより、基板７の表面の凹凸（うねり）に合わせてのノズル１３ａｎ先端部から基板７の表面（上面）までの距離（間隔）を一定に維持することができる。

このようにして、ノズル１３ａの先端部から基板７の表面（上面）までの距離（間隔）を一定に維持し、かつ、ノズル１３ａｎから吐出される単位時間当りのペースト量が定量に維持することにより、基板７上に塗布描画されるペーストパターンは幅や厚さが一様になる。

次に、本実施例における制御方法について説明する。

図３は、図１における主制御部の構成を示すブロック図であって、１７ａaはマイクロコンピュータ、１７aｂはモータコントローラ、１７aｃはデータ通信バス、１７aｄは外部インターフェース、１７aｅは画像認識装置、１７aｆは各塗布ヘッド移動用Ｘ軸リニアモータ用ドライバ、１７ａｇ、１７ａｈは塗布ヘッドの間隔を調整するＹ軸リニアモータ用ドライバ、１７ａｉはテーブル用Ｙ軸モータ用ドライバ、１７ａｊは塗布ヘッドＹ軸調整移動用モータ用ドライバであり、前出の図面に対応する部分には同一符号をつけている。

同図において、主制御部１７ａは、マイクロコンピュータ１７ａａやモータコントローラ１７ａｂ、Ｘ軸，Ｙ軸，テーブルＹ軸等の各軸ドライバ１７ｆ〜１７ｊ、画像認識カメラ１５ａで得られる映像信号を処理する画像処理装置１７ａｅ、副制御部１７ｂとの間の信号伝送やレギュレータ２２ａ〜２２ｆ、２３ａ〜２３ｆ、バルブユニット２４ａ〜２４ｆの制御を行なう外部インターフェース１７ａｄを内蔵している。

また、マイクロコンピュータ１７ａａには図示しないが、主演算部や後述する塗布描画を行なうための処理プログラムを格納したＲＯＭ、主演算部での処理結果や外部インターフェース１７ａｄ及びモータコントローラ１７ａｂからの入力データを格納するＲＡＭ、外部インターフェース１７ａｄやモータコントローラ１７ａｂとデータをやりとりする入出力部などを備えている。

各モータ８ａｍ〜８ｆｍ、４ａｍ、４ｂｍ、６ｍには、位置を検出するリニアスケールと回転量を検出するエンコーダが内蔵されており、その検出結果をＸ軸、Ｙ軸、テーブルＹ軸等の各軸ドライバ１７ｆ〜１７ｊに戻して位置制御を行なっている。

また、図４は、図１における副制御部１７ｂの構成を示すブロック図であって、１７ｂａはマイクロコンピュータ、１７ｂｂはモータコントローラ、１７ｂｃはデータ通信バス、１７ｂｄは外部インターフェース、１７ｂｅはＺ軸モータ用ドライバであり、前出の図面に対応する部分には同一符号をつけている。

同図において、副制御部１７ｂは、マイクロコンピュータ１７ｂａやモータコントローラ１７ｂｂ、Ｚ軸ドライバ１７ｂｅ、距離計１６ａ〜１６ｆで得られる高さデータの入力や主制御部１７ａとの信号伝送を行なう外部インターフェース１７ｂｄを内蔵している。また、マイクロコンピュータ１７ｂａには図示しないが、主演算部や後述する塗布描画時のノズル１３ａｎの高さ制御を行なうための処理プログラムを格納したＲＯＭ、主演算部での処理結果や外部インターフェース１７ｂｄ及びモータコントローラ１７ｂｂからの入力データを格納するＲＡＭ、外部インターフェース１７ｂｄやモータコントローラ１７ｂｂとデータをやりとりする入出力部などを備えている。Ｚ軸モータ１０ａ〜１０ｆには、回転量を検出するエンコーダが内蔵されており、その検出結果をＺ軸ドライバ１７ｂｅに戻して位置制御を行なっている。

主制御部１７ａと副制御部１７ｂの連携した制御のもと、各モータ８ａｍ〜８ｆｍ、４ａｍ、４ｂｍ，６ｍ、１０ａ〜１０ｆが、キーボード１７ｇから入力されてマイクロコンピュータ１７ａａのＲＡＭに格納されているデータに基いて移動・回転することにより、基板保持機構５（図１）に保持された基板７を、Ｙ軸方向に任意の距離を移動し、かつ、ノズル部を上下に移動するＺ軸移動テーブル９ａ〜９ｆを介して、支持したノズル１３ａｎ（図２）〜１３ｆｎを、塗布ヘッドのＸ移動機構２ａ，２ｂにより、Ｘ軸方向に任意の距離を移動し、その移動中、ペースト収納筒１３ａ〜１３ｆに設定した気圧が継続して印加されてノズル１３ａｎ〜１３ｆｎの先端部の吐出口からペーストが吐出され、基板７に所望のペーストパターンが塗布される。

ノズル１３ａｎ〜１３ｆｎがＸ軸方向へ水平移動中に距離計１６ａ〜１６ｆがノズル１３ａｎ〜１３ｆｎと基板７との間隔を計測し、これを常に一定の間隔を維持するように、ノズル１３ａｎ〜１３ｆｎがＺ軸移動テーブル９ａ〜９ｆの上下移動で制御される。

次に、図５により、この実施形態での装置の動作について説明する。
図５において、電源が投入されると（ステップ１００）、まず、塗布機の初期設定が実行される（ステップ２００）。この初期設定工程では、図１において、各軸移動用のモータ及びＺ軸移動テーブル９を駆動することにより、基板保持機構５をＹ方向に移動させて所定の基準位置に位置決めし、また、ノズル１３ａｎ（図２）を、そのペースト吐出口がペースト塗布を開始する位置（即ち、ペースト塗布開始点）となるように、所定の原点位置に設定すると共に、さらに、ペーストパターンデータや基板位置データ、ペースト吐出終了位置データの設定を行なうものである。

かかるデータの入力はキーボード１７ｇ（図１）から行なわれ、入力されたデータは、前述したように、マイクロコンピュータ１７ａａ（図３）に内蔵されたＲＡＭに格納される。

この初期設定工程（ステップ２００）が終了すると、次に、熱伸び補正データ最終の採取処理を実行する。本発明では、基準器を用いてフレームの伸び量を測定するもので、基準器としては、先述べた各塗布ヘッドに設けてあるカメラと、テーブル側に搭載する基準基板、又はテーブル端部側に設けた基準部材等と、カメラ位置と、カメラで求めたマークや目盛の位置からフレーム伸び量を求める翔制御装置内の処理部から構成される。

ここでは、手動操作など方法で、テーブル上に校正を行うための、図６に示す基準基板を搭載する。

基準基板には、ＸＹ軸方向に設定したピッチで位置校正用のマークが所定の位置精度を確保して薄膜に形成されている。このマークを塗布ヘッドに搭載されているカメラにて撮像し、その位置座標から熱伸び長さを算出し、ステップ６００のペーストパターンの塗布描画工程での、塗布位置の補正データとして使用する。

また、図６に示すように、ペーストパターンを塗布する実基板の塗布面に位置校正マークを形成しておく事で、ステップ３００の熱伸び補正データ採取工程をステップ４００の基板搭載処理の後に、実施してもよい。

また、熱による伸びの少ないガラス等からなり、基準目盛を設けた部材をテーブルの端部に設けて、この基準部材の目盛を測定してフレーム伸びを計測するようにしても良い。

次に、基板７を基板吸着機構５（図１）に搭載して保持させる（ステップ４００）。

続いて、基板予備位置決め処理（ステップ５００）を行なう。この処理では、基板保持機構５に搭載された基板７の位置決め用マークを画像認識カメラ１５ａ〜１５ｆ中から設定してあるカメラを使用して撮影し、位置決め用マークの重心位置を画像処理で求めて基板７のθ方向での傾きを検出し、これに応じてサーボモータ３０ａｍ〜３０ｆｍ（図３）を駆動し、塗布ヘッドをＹ軸方向に移動し、このθ方向の傾きを補正する。以上により、基板予備位置決め処理（ステップ５００）を終了する。

次に、ペーストパターン描画処理（ステップ６００）を行なう。

この処理では、基板７の塗布開始位置にノズル１３ａｎ〜１３ｆｎの吐出口を位置移動させ、ノズル位置の比較・調整移動を行なう。ここでの比較・調整移動において、先のステップ３００で、求めた熱伸び補正データを使用して、制御を進める。

次に、サーボモータ１０ａ〜１０ｆ及びＺ軸移動テーブル９ａ〜９ｆを動作させてノズル１３ａｎ〜１３ｆｎの高さをペーストパターン描画高さに設定する。

ノズルの初期移動距離データに基づいてノズル１３ａｎ〜１３ｆｎを初期移動距離分下降させる。続く動作では、基板７表面高さを距離計１６ａ〜１６ｆにより測定し、ノズル１３ａｎ〜１３ｆｎ先端がペーストパターンを描画する高さに設定されているか否かを確認し、描画高さに設定できていない場合は、ノズル１３ａｎ〜１３ｆｎを微小距離下降させ、上記の基板７表面計測とノズル１３ａｎ〜１３ｆｎの微小距離下降を繰返し動作をおこない、ノズル１３ａｎ〜１３ｆｎ先端をペーストパターンの塗布描画高さに設定する。

以上の処理が終了すると、次に、マイクロコンピュータ１７ａａのＲＡＭに格納されたペーストパターンデータとθ方向の傾きを補正に基づいてリニアモータモータ６ｍ、８ａｍ〜８ｆｍが駆動され、これにより、ノズル１３ａｎ〜１３ｆｎのペースト吐出口が基板７に対向した状態で、このペーストパターンデータに応じて、ノズル１３ａｎ〜１３ｆｎと基板７がそれぞれＸ，Ｙ方向に移動するとともに、ペースト収納筒１３ａ〜１３ｆに設定した気圧を印加してノズル１３ａｎ〜１３ｆｎのペースト吐出口からのペーストの吐出を開始する。これにより、基板７へのペーストパターンの塗布が開始する。

そして、これとともに、先に説明したように、副制御部１７ｂのマイクロコンピュータ１７ｂａは距離計１６ａ〜１６ｆからノズル１３ａｎ〜１３ｆｎのペースト吐出口と基板７の表面との間隔の実測デ−タを入力し、基板７の表面のうねりを測定して、この測定値に応じてサーボモータ１０ａ〜１０ｆを駆動することにより、基板７の表面からのノズル１３ａｎ〜１３ｆｎの設定高さが一定に維持される。これにより、所望の塗布量でペーストパターンを塗布することができる。

以上ようにして、ペーストパターンの描画が進むが、ノズル１３ａｎ〜１３ｆｎのペースト吐出口が基板７上の上記ペーストパターンデータによって決まる描画パターンの終端であるか否かの判断により、この終端でなければ、再び基板の表面うねりの測定処理に戻り、以下、上記の塗布描画を繰り返して、ペーストパターン形成が描画パターンの終端に達するまで継続する。

そして、この描画パターン終端に達すると、サーボモータ１０を駆動してノズル１３ａを上昇させ、このペーストパターン描画工程（ステップ６００）が終了する。

次に、基板排出処置（ステップ７００）に進み、図１において、基板７の保持を解除し、装置外に排出する。

そして、以上の全工程を停止するか否かを判定し（ステップ８００）、複数枚の基板に同じパターンでペースト膜を形成する場合には、基板搭載処理（ステップ４００）から繰り返され、全ての基板についてかかる一連の処理が終了すると、作業が全て終了（ステップ９００）となる。

以上のように、本発明ではフレームが周囲環境の温度変化に伴って発生する熱伸びを押さえ込まずに、一方側に自由に伸ばすことでフレームに発生する熱応力によるフレームの曲がりの発生を抑制し、熱伸びにより変化するフレーム長の変化を補正しながら塗布や、滴下を行うように構成することで高精度の塗布や滴下を実現したものである。

本発明によるペ−スト塗布機の一実施形態を示す斜視図である。 図１に示した実施形態での塗布ヘッドの構造を示す斜視図である。 図１に示した実施形態での主制御系統を示すブロック図である。 図１に示した実施形態での副制御系統を示すブロック図である。 図１に示した実施形態の全体動作を示すフロ−チャ−トである。 ペーストパターンの塗布状態を説明する図である。

符号の説明

１…架台、２ａ、２ｂ…塗布ヘッドＸ軸移動機構、３ａ、３ｂ…塗布ヘッド間隔調整機構、４ａ、４ｂ…間隔調整用リニアモータ、５…基板保持機構、６…テーブルＹ軸方向移動機構、７…基板、８ａ〜８ｆ…Ｚ軸移動テーブル支持ブラケット、９ａ〜９ｆ…Ｚ軸移動テーブル、１０ａ〜１０ｆ…Ｚ軸サーボモータ、１３ａ〜１３ｆ…ペースト収納筒（シリンジ）、１３ａｎ〜１３ｆｎ…塗布ノズル、１５ａ〜１５ｆ…照明の可能な光源を備えた鏡筒と画像認識カメラ、１６ａ〜１６ｆ…距離計、１７ａ…主制御部、１８ｂ…副制御部、１７ｆ…モニタ、１７ｇ…キーボード、１７ｃ、１７ｄ…外部記憶装置（ハードディスク、フロッピィーディスク）、１７ｅ…通信ケーブル、２２ｖ…負圧源、２２ａ〜２２ｆ…負圧レギュレータ、２３ｐ正圧源、２３ａ〜２３ｆ…正圧レギュレータ、２４ａ〜２４ｆ…バルブユニット、２５ａ、２５ｂ…熱伸び案内ガイド。

Claims (4)

1. 複数の塗布ヘッドを備えたフレームを有する門型フレームと、前記塗布ヘッドに設けたノズルと、前記ノズルの吐出口に対向するように基板をテ−ブル上に載置し、収納筒に充填した塗布液を該吐出口から前記基板上に吐出させ、前記基板と前記ノズルとの相対位置関係を変化させることにより、前記基板上に所望形状又は所望の位置に前記塗布液を塗布する塗布装置において、
   前記フレームの一方端側を固定し、他方端がフレームの長手方向に移動可能に直動ガイドで支持する構成としたことを特徴とする塗布装置。
2. 請求項１に記載の塗布装置において、
   基準器を設け、前記基準器により計測した前記フレームの伸び量を計測し、前記計測結果に基づいて前記塗布ヘッドの位置補正を行うことを特徴とする塗布装置。
3. 請求項２に記載の塗布装置において、
   前記基準器は、複数設けた位置合わせマークを設けた基準基板と、塗布ヘッド側に設けた前記位置合わせマークを観測するカメラと、前記カメラの撮像画像から前記フレームの伸び量を算出する処理部とからなること特徴とする塗布装置。
4. フレーム上に前記フレームの長手方向に移動可能に設けられた複数の塗布ヘッドと、複数の塗布ヘッドに設けられてるノズルから、前記ノズルに対向して設けられた基板面上に塗布液を滴下又は塗布する塗布方法において、
   前記塗布液の滴下又は塗布に当たり、塗布条件を設定し、各ノズル位置を原点に設定する工程と、
   前記フレームの熱伸び量を計測する工程と、
   前記計測された熱伸び量に応じて、各塗布ヘッドの原点位置を補正する工程と、
   補正された原点位置から塗布を実行する工程とからなる塗布方法。
   

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