JP2008296113A

JP2008296113A - 塗布装置

Info

Publication number: JP2008296113A
Application number: JP2007143594A
Authority: JP
Inventors: Isao Ichio; 勇夫一尾
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2007-05-30
Filing date: 2007-05-30
Publication date: 2008-12-11

Abstract

【課題】ノズルからの溶液の吐出動作を安定化すること。
【解決手段】塗布ヘッド１２内の溶液をノズル２４から吐出して基板Ｗに塗布するとともに、塗布ヘッド１２のノズル２４出口が開口しているノズル面１２Ａに付着した溶液を拭き取り手段５０により拭き取る塗布装置において、前記拭き取り手段５０が、塗布ヘッド１２のノズル面１２Ａの外縁寄りに接するガイド部材５２と、ガイド部材５２が上記ノズル面１２Ａの外縁寄りに接するときに、該ノズル面１２Ａとの間に隙間を介して該ノズル面１２Ａに相対し、該ノズル面１２Ａに付着した溶液を拭き取る拭き取り部材５１とを有してなるもの。
【選択図】図２

Description

本発明は塗布装置に関する。

液晶表示装置や半導体装置の製造工程においては、ガラス基板や半導体ウエハ等の基板に機能性薄膜を形成する成膜プロセスがある。このプロセスでは、塗布ヘッドに設けた圧電素子の駆動により、塗布ヘッド内の機能性薄膜を形成する溶液をノズルから吐出して基板の上面にこの溶液を塗布するインクジェット方式の塗布装置が用いられることがある。

従来の塗布装置では、塗布ヘッドのノズルから溶液を繰り返し吐出させている間にノズル出口が開口しているノズル面に溶液が付着して残留することが知られている。そして、付着残留する溶液がノズル出口を覆うように付着すると、圧電素子が駆動してもノズルから溶液が吐出されなかったり、逆に吐出量が過大になったりする不具合を生じる。

そこで、特許文献１の塗布装置では、塗布ヘッドのノズル面に摺接することで、ノズル面に付着した溶液を拭き取る平板形状のブレードからなる拭き取り手段を備え、ノズル面に付着した溶液を除去することとしている。
特開2004-223356号公報

従来の拭き取り手段はブレードを塗布ヘッドのノズル面に直に摺接させてノズル面に付着した溶液を拭き取るものであるが、ノズル面に付着した溶液を完全に除去することには困難がある。

除去仕切れなかった溶液が、ノズル出口の周縁の一部分に残った場合、溶液をノズルから吐出させた際に、吐出される溶液とノズルの出口に付着して残った溶液との間に表面張力による引き合い作用が生じ、その結果、吐出された溶液がノズルの出口に付着した溶液の方向に曲がる、即ち垂直に吐出されない現象が生じる。溶液がノズルから垂直に吐出されないと、基板上における目標の塗布位置に対して実際の塗布位置がずれるので、基板上に配向膜等の機能性薄膜を形成する場合、その膜厚にムラが生じる問題をひき起こす。

本発明の課題は、ノズルからの溶液の吐出動作を安定化することにある。

請求項１の発明は、塗布ヘッド内の溶液をノズルから吐出して基板に塗布するとともに、塗布ヘッドのノズル出口が開口しているノズル面に付着した溶液を拭き取り手段により拭き取る塗布装置において、前記拭き取り手段が、塗布ヘッドのノズル面の外縁寄りに接するガイド部材と、ガイド部材が上記ノズル面の外縁寄りに接するときに、該ノズル面との間に隙間を介して該ノズル面に相対し、該ノズル面に付着した溶液を拭き取る拭き取り部材とを有してなるようにしたものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において更に、前記ガイド部材が塗布ヘッドのノズル面に転接するガイドローラからなるようにしたものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において更に、前記拭き取り部材が拭き取りローラからなり、拭き取りローラの下側部を、溶液の溶質が溶解する溶剤を収容する溶剤槽内の該溶剤に浸漬し、拭き取りローラの上部に位置するローラ面により塗布ヘッドのノズル面に付着した溶液を拭き取り可能にし、この拭き取り作業後の拭き取りローラを溶剤槽内の溶剤に対して回転させるようにしたものである。

本発明によれば、ノズルから溶液の吐出を安定化することができるので、基板に溶液を精度良く塗布することができ、製品品質を向上させることができる。

図１は塗布装置を示す正面図、図２は図１の要部拡大図、図３は図２のIII−III線に沿う矢視図、図４は塗布ヘッドを示す断面図である。

図１に示す塗布装置はほぼ直方体状のベース１を備えている。このベース１の下面の所定位置にはそれぞれ脚２が設けられており、これら脚２によって上記ベース１を水平に支持している。

上記ベース１の上面の幅方向両端部にはそれぞれ載置板３（一方のみ図示）が長手方向に沿って設けられている。これら載置板３の上面にはそれぞれ第１のレール部材４が長手方向に沿って設けられている。これら第１のレール部材４の上面には、テーブルとしての搬送テーブル５がその下面の幅方向両側に平行に設けられた一対の受け部材６をスライド可能に係合させて支持されている。つまり、搬送テーブル５は上記ベース１上で、上記第１のレール部材４に沿うＸ方向（搬送テーブル５の上面（水平面）に沿う一方向）に移動可能となっている。

上記ベース１の長手方向一端には駆動手段としての第１のＸ駆動源７が設けられている。この第１のＸ駆動源７は、上記搬送テーブル５の下面に設けられたナット体（図示せず）に組み合わされたねじ軸７ａを回転駆動する。

それによって、上記搬送テーブル５は図１に矢印で示すＸ方向に沿って駆動されるようになっている。この搬送テーブル５の上面には、液晶表示装置に用いられるガラス製の基板Ｗが供給位置決めされている。尚、上記基板Ｗは、上記搬送テーブル５に真空吸着や静電吸着等の手段によって吸着保持される。

上記ベース１の長手方向中途部には上記一対のレール部材４を跨ぐ門型状の支持体（不図示）が立設されている。この支持体の一側面の上部には取付け板（不図示）が上記ベース１の幅方向に沿って架設されている。この取付け板には、インクジェット方式によって機能性薄膜である、例えば配向膜等を形成する溶液を液滴状に噴射する複数の塗布ヘッド１２が上記Ｘ方向と交差するＹ方向（水平面に沿い、かつ上記一方向に直交する方向）に沿って配置されている。この実施の形態では、例えば３つ塗布ヘッド１２が千鳥状に配置されている。

図４に示すように、上記塗布ヘッド１２はヘッド本体１８を備えている。ヘッド本体１８は筒状に形成され、その下面開口は可撓板１９によって閉塞されている。この可撓板１９はノズルプレート２１によって覆われており、このノズルプレート２１と上記可撓板１９との間には複数の液室２２が形成されている。

各液室２２は、ノズルプレート２１内に形成された主管部２１Ａに枝管部２１Ｂを介してそれぞれ連通していて、上記主管部２１Ａから上記枝管部２１Ｂを介して溶液が各液室２２に供給される。主管部２１Ａは、一端が後述する給液孔２３に接続され、他端が後述する回収孔２７に接続される。

上記ヘッド本体１８の長手方向一端部には上記液室２２に連通する上記給液孔２３が形成され、この給液孔２３には開閉弁２３Ｂを備えた給液管２３Ａが接続されている。この給液孔２３から上記液室２２には機能性薄膜を形成する上記溶液が供給される。それによって、上記液室２２内は溶液で満たされるようになっている。

図４に示すように、上記ノズルプレート２１には、基板Ｗの搬送方向に直交する方向である、Ｙ方向に沿って複数のノズル２４が穿設されている。各ノズル２４は各液室２２に連通している。上記可撓板１９の上面には、上記各ノズル２４にそれぞれ対向して複数の圧電素子２５が設けられている。

尚、基板Ｗを搬送テーブル５によってＸ方向に搬送する代わりに、塗布ヘッド１２が設けられた支持体をＸ方向に駆動するようにしても良い。

各圧電素子２５は上記ヘッド本体１８内に設けられた駆動回路部（不図示）によって駆動電圧が供給される。それによって、圧電素子２５は伸縮し、可撓板１９を部分的に変形させるから、その圧電素子２５に対向位置するノズル２４から溶液が液滴となって吐出され、搬送される基板Ｗの上面に供給塗布される。従って、基板Ｗの上面には、液滴状の溶液が行列状に配列された塗布パターンが形成される。そして、この塗布パターンは、液滴状の各溶液が流動して濡れ広がることにより、付着し合って１つの膜となる。

尚、圧電素子２５に印加する電圧の強さを変えて圧電素子２５の作動量を制御すれば、各圧電素子２５が対向するノズル２４からの溶液の吐出量、つまり液滴の大きさを変えることができる。

上記ヘッド本体１８の長手方向他端部には上記液室２２に連通する上記回収孔２７が形成され、この回収孔２７には開閉弁２７Ｂを備えた回収管２７Ａが接続されている。上記給液孔２３から液室２２に供給された溶液は、上記回収孔２７から回収することができるようになっている。即ち、各ヘッド１２は上記液室２２に供給された溶液をノズル２４から吐出させるだけでなく、上記液室２２を通じて上記回収孔２７から回収することが可能となっている。

図２に示すように、上記搬送テーブル５の上記塗布ヘッド１２側に位置する一端面の下端部には載置板３１が水平に支持されている。この載置板３１の上面にはＹ方向に所定間隔で離間した一対の第２のレール部材３２（１つのみ図示）がＸ方向に沿って敷設されている。

上記第２のレール部材３２にはＸ可動体３３がＸ方向に沿って移動可能に設けられている。このＸ可動体３３には軸線をＸ方向に沿って配置されたねじ軸３４が組み合わされている。このねじ軸３４は上記搬送テーブル５に形成された空間部５ａに配置されたパルスモータ等の第２のＸ駆動源３５によって回転駆動されるようになっている。それによって、上記Ｘ可動体３３は上記載置板３１上でＸ方向に沿って駆動されるようになっている。

上記Ｘ可動体３３にはシリンダ等のＺ駆動源３６が軸線を垂直にして配置されている。このＺ駆動源３６の駆動軸３６ａには平板状のＺ可動体３７が設けられている。このＺ可動体３７は上記Ｚ駆動源３６によってＺ方向である、上下方向に駆動されるようになっている。

Ｚ可動体３７には溶剤槽４０が設置されている。溶剤槽４０は、塗布ヘッド１２が吐出する溶液の溶質を溶解する溶剤Ｌを収容する。溶剤槽４０は、平面視において千鳥配置された３つの塗布ヘッド１２を取り込むことができる大きさに形成されている。

溶剤槽４０には、図２、図３に示す如く、３つの塗布ヘッド１２のそれぞれに対応する拭き取り手段５０（５０Ａ〜５０Ｃ）が設置されている。拭き取り手段５０は、塗布ヘッド１２のノズル面１２Ａ（ノズルプレート２１の下面であって各ノズル２４の出口が開口している面）に付着した溶液を、塗布ヘッド１２による基板Ｗへの溶液塗布段階の前及び／又は後に拭き取る。

拭き取り手段５０は、塗布ヘッド１２のノズル面１２ＡのＹ方向の両端側である外縁寄りに転接する両側ガイドローラ５２、５２（ガイド部材）と、ガイドローラ５２がノズル面１２Ａの外縁寄りに転接するときに、ノズル面１２Ａとの間に一定（例えば数十μm）の隙間を介してノズル面１２Ａに相対し、ノズル面１２Ａに付着した溶液を拭き取る拭き取りローラ５１（拭き取り部材）とを有する。拭き取りローラ５１とガイドローラ５２の外径の半径差が、拭き取りローラ５１がノズル面１２Ａとの間に介する隙間になる。

拭き取り手段５０は、拭き取りローラ５１の回転軸５１Ａを溶剤槽４０内に立てた軸受５１Ｂにより支持し、拭き取りローラ５１の下側部として下側略半分を溶剤槽４０内の溶剤に浸漬し、拭き取りローラ５１のローラ面における上端部により塗布ヘッド１２のノズル面１２Ａに付着した溶液を拭き取り可能にする。溶剤槽４０の外側面には、回転軸５１Ａに連結されるモータ５３が固定されており、モータ５３の駆動により、拭き取り作業後の拭き取りローラ５１を溶剤槽４０内の溶剤に対して回転させる。拭き取りローラ５１の両側のガイドローラ５２は、ベアリング５２Ａを介して回転軸５１Ａに回転自由に支持されている。

尚、３つの拭き取り手段５０Ａ〜５０Ｃのうち、Ｙ方向に隣接する拭き取り手段５０Ａと拭き取り手段５０Ｂは、それらの拭き取りローラ５１のための回転軸５１Ａ、モータ５３を共通にしている。

上述の塗布装置は、第１のＸ駆動源７、駆動回路部２６、第２のＸ駆動源３５、Ｚ駆動源３６、モータ５３等を駆動制御し、塗布装置の動作を統括制御する不図示の制御装置を有する。

このように構成された塗布装置によれば、１枚の基板に対する溶液の塗布が完了してから次の基板に対する溶液の塗布が実行されるまでの間に、制御装置が以下の動作を実行する。

尚、この動作は、搬送テーブル５上に載置された基板Ｗに対する溶液の塗布を開始する直前に行なうと良い。また、搬送テーブル５上から溶液の塗布が完了した基板Ｗが搬出されてから次に溶液が塗布される基板Ｗが搬送テーブル５上に供給されるまでの間に行なっても良い。

(1)搬送テーブル５を塗布ヘッド１２が設けられた支持体から外れた位置である各拭き取り手段５０（５０Ａ〜５０Ｃ）が対応する各塗布ヘッド１２に対して図２に示した位置関係である原位置となるように位置付ける。

(2)各拭き取り手段５０によって対応する各塗布ヘッド１２のノズル面１２Ａを同時に拭き取り作業するため、Ｘ駆動源３５によるＸ可動体３３のＸ方向駆動と、Ｚ駆動源３６によるＺ可動体３７の昇降により、各拭き取り手段５０を図２の原位置から矢印ａ〜ｄの順に移動する。このとき、拭き取りローラ５１はモータ５３のブレーキにより回転ロックされ（このとき、拭き取りローラ５１を強制回転又は回転自由にしても可）、ガイドローラ５２は回転自由である。

矢印ａの動作で、各拭き取り手段５０のガイドローラ５２が塗布ヘッド１２のノズル面１２Ａと同一高さレベルに位置付けられる（予め調整されたＺ駆動源３６の上昇移動量により設定される）。矢印ｂの動作で、ガイドローラ５２は塗布ヘッド１２のノズル面１２Ａの外縁寄りに転接し、拭き取りローラ５１はノズル面１２Ａとの間に拭き取りローラ５１とガイドローラ５２との半径差によって定められた一定の隙間を介してノズル面１２Ａに付着した溶液を拭き取る。各拭き取り手段５０は、矢印ｃ、ｄの動作で、原位置に戻る。

即ち、この実施例において、拭き取るとは、拭き取りローラ５１とガイドローラ５２との半径差によって定まる一定の隙間によって形成される膜状の溶液を残すようにしてノズル面から余分な溶液を取り除くことを意味する。

(3)各拭き取り手段５０による上述(2)の拭き取り作業の終了後、モータ５３により拭き取りローラ５１を溶剤槽４０内の溶剤に対して強制回転させ、拭き取りローラ５１を清浄化する。このとき、ガイドローラ５２も拭き取りローラ５１の側面との摩擦接触により該拭き取りローラ５１に連れ回り、溶剤槽４０内の溶剤によって清浄化される。

このような拭き取り手段５０によれば、拭き取られた塗布ヘッド１２のノズル面１２Ａに溶液の一定の膜厚を形成し、大型化した基板Ｗの広い塗布面に対しても、均一な塗布膜厚分布を形成し、塗布精度を向上できる。

即ち、ノズル面１２Ａに溶液の一定の膜厚が形成されていると、ノズル出口の周縁にほぼ均一な厚みの溶液の膜ができるので、ノズルから溶液が吐出される際、吐出される溶液とノズル出口の周縁に形成された膜状の溶液との間で表面張力による引き合いが生じた場合でも、その引き合いは放射方向にほぼ均等に作用するので、ノズルから吐出された溶液は曲がりを生じることなく垂直方向に落下する。このため、溶液を目標とする塗布位置に精度良く塗布することができ、その結果、均一な塗布膜厚の塗布膜が形成可能となり、製造される製品、例えば液晶表示パネルの品質を向上させることができるのである。

また、拭き取られた塗布ヘッド１２のノズル面１２Ａに溶液の一定の膜厚を確保するから、ノズル面（ノズル出口）は膜状の溶液から生じた溶媒雰囲気でおおわれるので、大型化した基板Ｗにおいて塗布時間が長くなっても、ノズル面１２Ａの乾燥を防ぎ、ノズル２４出口における溶液の固化、ひいてはノズル２４の目つまりを回避できる。ノズル２４からの溶液の吐出動作を安定化できる。

また、塗布ヘッド１２を基板Ｗの搬送経路内におきながら、拭き取り手段５０により塗布ヘッド１２のノズル面１２Ａを拭き取りできる。拭き取り手段５０による拭き取りタイミングは、塗布ヘッド１２が基板Ｗに溶液を塗布する搬送テーブル５の１往路又は１復路毎、１往復路毎、もしくは所定回数の往路又は復路毎等とすることができる。

また、ガイド部材が塗布ヘッド１２のノズル面１２Ａに転接するガイドローラ５２からなるものとすることにより、ガイドローラ５２は塗布ヘッド１２のノズル面１２Ａの外縁上をスムースに接することができる。

また、拭き取り部材が拭き取りローラ５１からなり、拭き取りローラ５１の下側部を、溶液の溶質が溶解する溶剤を収容する溶剤槽４０内の該溶剤に浸漬し、拭き取りローラ５１の上部ローラ面により塗布ヘッド１２のノズル面１２Ａに付着した溶液を拭き取り可能にし、この拭き取り作業後の拭き取りローラ５１を溶剤槽４０内の溶剤に対して回転させることにより、拭き取りローラ５１を簡易に清浄化し、塗布ヘッド１２のノズル面１２Ａに常に安定的に、溶液の一定の膜厚を形成できる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、拭き取り部材はローラに限らず、ゴム等の弾性部材で形成された平板形状のブレードでも良い。また、ガイド部材はローラに限らない。

また、拭き取り手段５０による拭き取りタイミングを、１枚の基板Ｗに対する溶液の塗布が完了する毎とした例で説明したが、例えば、１枚の基板Ｗに対する溶液の塗布を、基板Ｗを塗布ヘッド１２の下側を複数回通過させる所謂往復塗布によって行なう場合、塗布ヘッド１２の下側を通過させる毎としても良い。この場合、図１において、搬送テーブル５の右側に設けていた拭き取り手段５０を、搬送テーブル５の左側にも設けると良い。

図１は塗布装置を示す正面図である。図２は図１の要部拡大図である。図３は図２のIII−III線に沿う矢視図である。図４は塗布ヘッドを示す断面図である。

符号の説明

５搬送テーブル
１２塗布ヘッド
１２Ａノズル面
２４ノズル
４０溶剤槽
５０拭き取り手段
５１拭き取りローラ（拭き取り部材）
５２ガイドローラ（ガイド部材）

Claims

塗布ヘッド内の溶液をノズルから吐出して基板に塗布するとともに、塗布ヘッドのノズル出口が開口しているノズル面に付着した溶液を拭き取り手段により拭き取る塗布装置において、
前記拭き取り手段が、塗布ヘッドのノズル面の外縁寄りに接するガイド部材と、ガイド部材が上記ノズル面の外縁寄りに接するときに、該ノズル面との間に隙間を介して該ノズル面に相対し、該ノズル面に付着した溶液を拭き取る拭き取り部材とを有してなることを特徴とする塗布装置。
前記ガイド部材が塗布ヘッドのノズル面に転接するガイドローラからなる請求項１に記載の塗布装置。
前記拭き取り部材が拭き取りローラからなり、
拭き取りローラの下側部を、溶液の溶質が溶解する溶剤を収容する溶剤槽内の該溶剤に浸漬し、
拭き取りローラの上部に位置するローラ面により塗布ヘッドのノズル面に付着した溶液を拭き取り可能にし、この拭き取り作業後の拭き取りローラを溶剤槽内の溶剤に対して回転させる請求項１又は２に記載の塗布装置。