JP2010175919A - スピンレスコート装置およびカラーフィルタ基板 - Google Patents

Abstract

【課題】同一ガラス基板内に複数の狙い膜厚がある品種に対して、それぞれの狙い値に膜厚を制御できるスピンレスコート装置を提供することと、その装置を用いた複数品種の面付けを持つカラーフィルタ基板を提供する。
【解決手段】ステージ上に載置されたガラス基板の表面に、該ガラス基板表面と所定間隔離して該ガラス基板に対して移動する少なくとも1台以上のスリットノズルに塗布液をポンプで送液しながら、該塗布液を一定幅及び一定長塗布するスピンレスコート装置において、前記ガラス基板面内の膜厚を変更したい位置で、複数の狙い（仕上がり）膜厚に対応する塗布膜厚への膜厚変更制御機構を具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス基板等の板状被処理物表面に、フォトレジスト等の塗布液を塗布するためのスピンレスコート装置に関し、該装置をもちいて得られるカラーフィルタ基板に関する。

従来、ガラス基板等の板状被処理物表面に、フォトレジスト等の塗布液を塗布するための塗布方式として、スピンコート方式がある。これは、スピンナー上に載置した被処理物表面の中心部にノズルあるいはスリットから塗布液を滴下し、スピンナーによって被処理物を回転させ、その遠心力で塗布液を外方に向けて拡散させることで均一に塗布しようとする方法である。この場合の塗布液の膜厚は、回転数と時間で制御されるが、この方法では被処理物表面に残る塗布液は僅かであり、殆どが飛散してしまうので無駄がある。

そこで、スピンコート方式に代わって、ノズル自体に所定幅の塗布液吐出口スリットを開口させ、このスリットノズルを一定速度で移動することで被処理物表面に所定幅で塗布液を均一に塗布でき、塗布液の無駄をなくし且つ効率的な方法としてスリットダイを用いたスピンレスコート装置が提案されている。これは、スリットノズル（ダイ）コート方式と称され、大型液晶表示装置用カラーフィルタ基板の感光性樹脂の塗布等に多用されている。

従来のスピンレスコート装置においては、ポンプから供給された塗布液をダイのスリットから押し出し、常盤上に載置されたガラス基板に対して所定の間隙を保ってスリットダイを一定速度で移動して、ガラス基板等の被処理物に対して液溜まり即ちビードを形成させながら均一の膜厚となるように塗布する。このスリットダイは、例えば特許文献１に開示されているように、一般的には、サイドプレートで両サイドから挟持された２枚以上のブロックを組み合わせてスリットを形成し、ポンプに接続した塗布液を供給する供給口と、供給された塗布液を一度留めて貯蔵し幅方向に広げて長手方向に均一に流動させるためのマニホールド部分と、マニホールドより塗布液を幅方向で均一に流動させてリップより吐出させるためのスリットを有している。

しかしながら、従来の方法では、1ガラス基板に対して、狙いコート膜厚（すなわち仕上がり膜厚）は1条件であり、1ガラス基板面内に複数の狙いコート膜厚を設定することは出来ない。特許文献２には、スリットを形成するために用いるシム開口部側面が外側に凸の曲線状とすることで、塗布幅方向で両端の膜厚と中央部の膜厚とを同等にする事で塗膜全体の均一塗布を可能とし、高品質のカラーフィルタを提供する技術が開示されている。

近年、カラー液晶表示装置は、液晶カラーテレビやカーナビゲーション用および液晶表示装置一体型のノートパソコンとして大きな市場を形成するに至っており、省エネ、省スペースという特徴を活かしたデスクトップパソコン用のモニターおよびテレビとしても普及している。また、大型薄型テレビ市場の拡大につれて、用いるガラス基板は年々大型化し、最近では第６世代（Ｇ６：１５００ｍｍ×１８００ｍｍ）、あるいは第８世代（Ｇ８：２１６０ｍｍ×２４００ｍｍ）と呼ばれる大型ガラス基板が使われており、更には、第１０世代（Ｇ１０：２８５０ｍｍ×３０５０ｍｍ）の生産が準備されている。例えば、Ｇ８サイズのガラス基板に、４０型テレビと１５型テレビ用の面付けが配置されているカラーフィルタ基板の場合、色膜厚・色度や積層ＰＳ（Ｐｈｏｔｏ Ｓｐａｃｅｒ）高さの狙い値は、片方の面付け品に適合した値にしか設定することはできず、もう一方の面付け品の値は成り行きとなる結果となり、ガラス基板の有効利用によるコストダウンやカラーフ
ィルタの高品質化が進まない問題があった。

特開平−１７３８７８号公報 特開２００４−８６４号公報

本発明は上記した事情と問題点に鑑みてなされたもので、同一ガラス基板内に複数の狙い膜厚がある品種に対して、それぞれの狙い値に膜厚を制御できるスピンレスコート装置を提供することと、その装置を用いた複数品種の面付けを持つカラーフィルタ基板を提供することを課題としている。

本発明の請求項１に係る発明は、ステージ上に載置されたガラス基板の表面に、該ガラス基板表面と所定間隔離して該ガラス基板に対して移動する少なくとも1台以上のスリットノズルに塗布液をポンプで送液しながら、該塗布液を一定幅及び一定長塗布するスピンレスコート装置において、前記ガラス基板面内の膜厚を変更したい位置で、複数の狙い（仕上がり）膜厚に対応する塗布膜厚への膜厚変更制御機構を具備していることを特徴とするスピンレスコート装置である。

また、本発明の請求項２に係る発明は、前記膜厚変更制御機構が、前記ガラス基板に前記塗布液を定常状態で塗布している最中に、前記ガラス基板面内の膜厚を変更したい位置で、少なくとも1台以上の塗布液送液ポンプを制御して前記スリットノズルからの前記塗布液の吐出速度を変更し且つ維持できるポンプ制御プログラムと、少なくとも1台以上の塗布液送液ポンプを含む塗布液の吐出速度を変更し且つ維持できる塗布液送液手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載するスピンレスコート装置である。

また、本発明の請求項３に係る発明は、前記膜厚変更制御機構が、前記ガラス基板に前記塗布液を定常状態で塗布している最中に、前記ガラス基板面内の膜厚を変更したい位置で、前記ガラス基板に対する前記スリットノズルの移動速度を変更し且つ維持できるスリットノズル搬送制御プログラムとスリットノズル搬送手段とを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載するスピンレスコート装置である。

次に、本発明の請求項４に係る発明は、前記膜厚変更制御機構が、前記ガラス基板に対して移動する、それぞれ独立した塗布液送液ポンプを有する複数のスリットノズルを有し、一台のスリットノズルが前記ガラス基板に前記塗布液を定常状態で塗布している最中に、前記ガラス基板内の膜厚を変更したい位置で、定常送液塗布動作をしていない他方のスリットノズルと塗布液送液ポンプを駆動制御して、重ね塗りによって塗布膜厚を変える手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載するスピンレスコート装置である。

次に、本発明の請求項５に係る発明は、前記膜厚変更制御機構が、前記ガラス基板に対して移動する前記スリットノズルが、該スリットノズルの吐出開口幅または内部流路幅を、該スリットダイ幅方向の膜厚を変更したい位置で設定変更できる手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載するスピンレスコート装置である。

次に、本発明の請求項５に係る発明は、請求項１〜５のいずれか1項に記載するスピン
レスコート装置を用いて得られる、同一ガラス基板内に、膜厚の異なる複数の品種の面付けを有することを特徴とするカラーフィルタ基板である。

本発明のスピンレスコート装置は、ガラス基板面内の膜厚を変更したい位置で、複数の狙い（仕上がり）膜厚に対応する塗布膜厚への膜厚変更制御機構を具備しているため、従来はできなかった２つ以上の狙いコート膜厚が設定可能になる。そのため、複数の大きさを有するカラーフィルタパネルを同一ガラス基板内に配置したカラーフィルタ基板に対して、カラーフィルタパネルそれぞれに対応した膜厚設定をする事ができるようになる。それにより、従来余白であったガラス基板上の領域に、異なる狙い膜厚のカラーフィルタパネルを配置すれば、ガラスの有効利用率を大幅に上げる事が可能になり、スピンレスコート装置の有効稼動が向上し、生産性向上に寄与できる。同時に液晶表示装置、特に薄型テレビ等の市場動向に合わせた柔軟な品種対応が可能となる。

本発明に係るスピンレスコート装置の一実施形態を斜視で示した説明図。 本発明に係るスピンレスコート装置を、複数のサイズを同一のガラス基板の塗布長方向に面付けしたカラーフィルタの一例に適用した場合を平面で示した説明図。 本発明に係るスピンレスコート装置の、スリットノズル移動速度と膜厚の関係の説明図。 本発明に係るスピンレスコート装置の、塗布液ポンプの吐出速度と膜厚の関係の説明図。 本発明に係るスピンレスコート装置の、スリットノズル移動速度および塗布液ポンプの吐出速度と膜厚の関係の説明図。 本発明の請求項４に係るスピンレスコート装置の、一実施形態例の模式図。

以下に本発明のスピンレスコート装置を、一実施形態に基づいて説明する。

図１に示すように、本発明のスピンレスコート装置は、図示しない装置ベースの上に、ガラス基板１を載置する石常盤からなる基板ステージ２と、フォトレジスト等の塗布液５を吐出する少なくとも1台以上のスリットノズル３と、このスリットノズル３を基板ステージ上に支持するとともに基板ステージに沿って移動させる門型のガントリ４と、スリットノズル３に接続して塗布液充填槽５０から塗布液を供給する送液ポンプ６を有する塗料供給装置６０を基本として構成され、ガラス基板の面内の任意の位置で、複数の狙い膜厚に対応する塗布膜厚への膜厚変更制御機構を備えている。なお、図示しないが、スリットノズルの先端を洗浄する洗浄ユニット、塗布動作停止時のノズル先端の乾燥を避けるためのディップユニット、塗布液を事前吐出して調整するプライミングユニットを付属させることはかまわない。

本発明に係るスリットノズル３には、少なくとも1台以上の塗布液送液ポンプ６を含む、ガラス基板の任意の位置即ち動作時間で塗布液の吐出速度を変更し且つ維持できるポンプ制御プログラム６１を有する塗料供給装置６０が接続されている。また、本発明に係るスリットノズル３は、ステージ２を載置する基台上のガイドレールのエンコーダー７でス
リットノズル３の動きを監視しながら、ガラス基板１の任意の位置即ち動作時間でスリットノズルの移動速度を変更し且つ維持できるスリットノズル搬送制御プログラム３１とノズル移動式ガントリを構成要素に含むスリットノズル搬送手段３０を備えている。

そのため、例えば、図２（ａ）に示すように、複数のサイズを有する面付け品に対して、従来の装置では図２（ｂ）に示すように、面付けにかかわらず同じ膜厚となるのに対して、本発明のスピンレスコート装置では、図２（ｃ）に示すように、それぞれ異なる膜厚狙いが可能となる。

基板ステージ２は、塗布対象となるガラス基板１を、十分な平面度を確保して載置でき、十分な精度および剛性を維持するために石常盤で構成される。その載置面にはガラス基板を真空吸着保持するための図示しない多数の微小径の貫通孔が穿設されている。また、ガラス基板の受取り時及び引渡し時に、ガラス基板を昇降させるための複数本の図示しないリフトピン用の小径の貫通孔が穿設されている。

スリットノズル３は、サイドプレートで両サイドから挟持された少なくとも２枚以上のブロックを組み合わせてスリットを形成し、塗布液を供給する供給口と、供給された塗布液を一度留めて貯蔵し幅方向に広げて長手方向に均一に流動させるためのマニホールドと、マニホールドより塗布液を幅方向で均一に流動させてリップ部より吐出させるためのスリットを有している。スリットの間隔は、１０μｍから５００μｍの間の所定の値に調整する。スリット間隔が１０μｍ未満では、塗布液吐出の圧力損失が大きくポンプに過負荷がかかり、ポンプの動きに対して塗布液吐出の応答が遅れる。スリット間隔が５００μｍを超えると、スリットダイの幅方向の塗布液の吐出量の均一性が確保しにくい。

ガントリ４は、スリットノズル３におけるスリット状の吐出口がガラス基板１の表面に対向するように、スリットノズル３を基板ステージ２の上方に支持する機構である。そして、塗布動作時にガラス基板とスリット状の吐出口との微小間隔を保ち且つ非塗布動作時に十分な間隔を保てるように、リニアサーボモータによりＺ（垂直）方向に駆動可能とされる。ガラス基板表面とスリット状の吐出口先端面との微小間隔・クリアランスは、均一塗布のためビードのメニスカスの安定性から、通常１０μｍから５００μｍの間の所定の値に設定する。塗布液の粘度等の特性にもよるが、カラーフィルタ用フォトレジストでは１００μｍから２００μｍの隙間が好ましい。クリアランスが１０μｍ未満では、ガラス基板のうねりやガントリ移動機構の精度のため、スリットノズル先端とガラス基板との接触の恐れがある。

さらに、本発明に係るスリットノズル搬送手段３０を構成するガントリ４は、ガラス基板のほぼ前面に亘って塗布液を塗布できるように、図示しないリニアモータによりＸ（走行軸）方向に駆動可能とする。本発明のノズル移動式ガントリ４は、基板ステージ２を載置する基台上のガイドレールのエンコーダー７でスリットノズルの動きを監視しながら、ガラス基板の任意の位置即ち動作時間でスリットノズル３の移動速度を変更し且つ維持できるスリットノズル搬送制御プログラム３１を備えている。なお、リニアサーボモータやリニアモータに代えてボールねじ式の駆動機構を用いることも出来る。

スリットノズル３に接続して、塗布液充填槽５０から塗布液５を供給する少なくとも1台以上の送液ポンプ６は、ガラス基板の膜厚を変更したい位置即ち動作時間で塗布液の吐出速度を変更し且つ維持できるポンプ制御プログラム６１を有する塗料供給装置６０を構成している。カラーフィルタ基板等にフォトレジスト等を塗布する装置では、塗布方向の膜厚分布を均一にでき且つ気泡や不純物を含まない塗布膜の形成が要求される。さらに、本発明のスピンレスコート装置では、同一ガラス基板面内での異なる狙い膜厚を実現することを目的とするため、送液ポンプ６は、脈動が微小で定流量特性に優れ、塗布液の吐出
応答性に優れたものが望ましい。ポンプとしては、ギアポンプ、ダイアフラムポンプ、ピストン（シリンジ）ポンプなどが採用できるが、特にシリンジポンプは、ピストンにより内液を直接送り出す方式であるため、応答性に優れ好ましい。

次に、図3、図４、図５に示す塗布動作プログラムを参照して、上記のように構成された本発明のスピンレスコート装置の動作を説明する。図3、図４、図５は、それぞれ、「ガラス基板に対する相対的なノズルの走行速度を変える」、「送液ポンプの送液量を変える」、および「上記２つを組み合わせて実施する」の３つの手法を実施した場合に得られる膜厚の変化量を表す。

まず、公知の方法によって被塗布基材のガラス基板を受け取り、公知の方法によってガラス基板のセンタリングを行って基板ステージ上に載置し、真空吸着保持する。次いで、リニアモータでガントリを＋Ｘ方向に駆動してスリットノズルを移動し、塗布開始位置で停める。続いてリニアサーボモータを駆動してスリットノズルを−Ｚ方向に移動し、スリットノズルのリップ部とガラス基板の表面との隙間が１００μｍ〜２００μｍ程度の距離となったところで停める。

次いで、塗布動作を行う。送液ポンプから塗布液をスリットノズルに送り、まず、スリット状の吐出口とガラス基板の表面との間にこれら双方に接するビードを形成し、定常的な塗布動作が開始される。

図３（ａ）に示す塗布動作プログラムでは、ポンプ送液速度Ｑ０は一定で、スリットノズルから塗布液を定速で吐出させながらガントリをガラス基板に沿うＸ（走行軸）方向にノズル移動速度Ｖ１の定速で時間ｔ１走行させることにより、塗布膜厚Ｔｈ１の均一厚さのレジスト塗膜が塗布される。スリットノズル走行中に膜厚を変更したい位置で、ノズル移動速度Ｖ１をＶ２に変え定速で時間ｔ２走行させることにより、塗布膜厚Ｔｈ２の均一厚さのレジスト塗膜が塗布される。さらに、スリットノズル走行中に膜厚を元に戻したい位置で、ノズル移動速度Ｖ２をＶ１に変え定速で時間ｔ３走行させることにより、塗布膜厚Ｔｈ１の均一厚さのレジスト塗膜が塗布され、図３（ｂ）に示すような塗布基板が形成される。なお、膜厚を変更したい位置は、求める塗布基板の面付けパターンに基づいて、例えば塗布速度Ｖ１×ｔ１にて算出され任意に設定が可能である。また、膜厚の変化部分△Ｔｈは、以下の計算式により導き出された値として得ることができる。
△Ｔｈ＝Ｑ０×ｋ×（１／Ｖ２−１／Ｖ１）
ここで、ｋ＝ＮＶ／ａ、ＮＶは塗布液中の固形分、ａはノズル塗布幅である。

次に、図４（ａ）に示す塗布動作プログラムでは、ノズル移動速度Ｖ０は一定で、ノズル走行中にポンプ送液速度Ｑ１をＱ２に変えた。ガントリをガラス基板に沿うＸ（走行軸）方向にノズル移動速度Ｖ０の定速で走行させながら、スリットノズルから塗布液をポンプ送液速度Ｑ１でｔ１時間吐出させ、塗布膜厚Ｔｈ３の均一厚さのレジスト塗膜が塗布される。スリットノズル走行中に膜厚を変更したい位置で、ポンプ送液速度Ｑ１をＱ２に変えｔ２時間吐出させることにより、塗布膜厚Ｔｈ４の均一厚さのレジスト塗膜が塗布される。さらに、スリットノズル走行中に膜厚を元に戻したい位置で、ポンプ送液速度Ｑ２をＱ１に変えｔ３時間吐出させることにより、塗布膜厚Ｔｈ３の均一厚さのレジスト塗膜が塗布された、図４（ｂ）に示すような塗布基板が形成される。なお、膜厚を変更したい位置は、求める塗布基板の面付けパターンに基づいて、例えば塗布速度Ｖ１×ｔ１にて算出され任意に設定が可能である。また、膜厚の変化部分△Ｔｈは、以下の計算式により導き出された値として得ることができる。
△Ｔｈ＝（１／Ｖ０）×ｋ×（Ｑ２−Ｑ１）
ここで、ｋ＝ＮＶ／ａ、ＮＶは塗布液中の固形分、ａはノズル塗布幅である。

次に、図５（ａ）に示す塗布動作プログラムでは、ポンプ送液速度Ｑ１、ノズル移動速度Ｖ１でｔ１走行させて塗布膜厚Ｔｈ５の均一膜厚のレジスト膜を塗布し、ｔ１経過後の同時刻に、それぞれノズル移動速度Ｖ１をＶ２に、ポンプ送液速度Ｑ１をＱ２に変更して膜厚Ｔｈ６の均一膜厚のレジスト膜を塗布し、さらにｔ２経過後の同時刻に、それぞれノズル移動速度Ｖ２をＶ１に、ポンプ送液速度Ｑ２をＱ１に変更して膜厚Ｔｈ５の均一膜厚のレジスト膜が塗布された、図５（ｂ）に示すような塗布基板が形成される。なお、膜厚を変更したい位置は、求める塗布基板の面付けパターンに基づいて、例えば塗布速度Ｖ１×ｔ１にて算出され任意に設定が可能である。また、膜厚の変化部分△Ｔｈは、以下の計算式により導き出された値として得ることができる。
△Ｔｈ＝（１／Ｖ２−Ｖ１）×ｋ×（Ｑ２−Ｑ１）
ここで、ｋ＝ＮＶ／ａ、ＮＶは塗布液中の固形分、ａはノズル塗布幅である。

以上説明したように、本発明のスピンレスコート装置で、塗布中の膜厚の狙い値変更は、ノズル移動速度およびポンプ送液速度の単独かあるいは双方を変更することで、膜厚を変更したい位置で実施可能であることがわかった。前述した、同一カラーフィルタ基板に、例えば、Ｇ８サイズのガラス基板に、４０型テレビと１５型モニター用の面付けが配置されているカラーフィルタ基板の場合、色膜厚・色度や積層ＰＳ高さの狙い値を、それぞれの面付け品に適合した値に設定することができるため、ガラス基板の有効利用によるコストダウンが実現でき、同時に一方の値に合わせて作られていたカラーフィルタの高品質化も可能となった。

以上の説明は、スリットノズルを１台使用した場合であるが、図６に示すように、それぞれ独立した塗布液送液ポンプ６（１）および６（２）を有する複数のスリットノズル３（１）および３（２）を有し、一台のスリットノズルがガラス基板に塗布液を定常状態で塗布している最中に、ガラス基板内の膜厚を変更したい位置で、定常送液塗布動作をしていない他方のスリットノズルと塗布液送液ポンプを制御して、重ね塗りによって塗布膜厚を変えることによっても同様の結果を得ることは可能である。ただし、この場合は装置が複雑になり、コスト的にも不利となる可能性がある。

また、上記したガラス基板のＸ(走行軸)方向でのねらい膜厚変更ではなく、幅方向での狙い膜厚の異なる面付けを有する品種については、スリットノズルの吐出開口幅または内部流路幅を、スリットダイ幅方向の膜厚を変更したい位置で設定変更できる手段を備えているスリットノズルを使用することで対応が可能である。対象とする品種に合わせて幅方向のスリット開口幅を変更可能な可変式リップを有したスリットダイや、シムによる内部流量変更可能なスリットダイが考えられるが、高精度の膜厚制御を実現するためには、幅方向で狙い膜厚の異なる面付けを有する品種毎にスリットノズルを準備して、生産品目に合わせてスリットノズルを載せかえることも必要である。

１・・・ガラス基板 ２・・・基板ステージ ３・・・スリットノズル
３０・・・ノズル搬送手段 ３１・・・ノズル搬送制御プログラム
４・・・ガントリ ５・・・塗布液 ５０・・・塗布液充填槽
６・・・送液ポンプ ６０・・・塗料供給装置
６１・・・ポンプ制御プログラム ７・・・エンコーダー

Claims (6)

1. ステージ上に載置されたガラス基板の表面に、該ガラス基板表面と所定間隔離れて該ガラス基板に対して移動する少なくとも1台以上のスリットノズルに塗布液をポンプで送液しながら、該塗布液を一定幅及び一定長塗布するスピンレスコート装置において、
   前記ガラス基板面内の膜厚を変更したい位置で、複数の狙い（仕上がり）膜厚に対応する塗布膜厚への膜厚変更制御機構を具備していることを特徴とするスピンレスコート装置。
2. 前記膜厚変更制御機構が、前記ガラス基板に前記塗布液を定常状態で塗布している最中に、前記ガラス基板面内の膜厚を変更したい位置で、少なくとも1台以上の塗布液送液ポンプを制御して前記スリットノズルからの前記塗布液の吐出速度を変更し且つ維持できるポンプ制御プログラムと、少なくとも1台以上の塗布液送液ポンプを含む塗布液の吐出速度を変更し且つ維持できる塗布液送液手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載するスピンレスコート装置。
3. 前記膜厚変更制御機構が、前記ガラス基板に前記塗布液を定常状態で塗布している最中に、前記ガラス基板面内の膜厚を変更したい位置で、前記ガラス基板に対する前記スリットノズルの移動速度を変更し且つ維持できるスリットノズル搬送制御プログラムとスリットノズル搬送手段とを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載するスピンレスコート装置。
4. 前記膜厚変更制御機構が、前記ガラス基板に対して移動する、それぞれ独立した塗布液送液ポンプを有する複数のスリットノズルを有し、一台のスリットノズルが前記ガラス基板に前記塗布液を定常状態で塗布している最中に、前記ガラス基板内の膜厚を変更したい位置で、定常送液塗布動作をしていない他方のスリットノズルと塗布液送液ポンプを駆動制御して、重ね塗りによって塗布膜厚を変える手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載するスピンレスコート装置。
5. 前記膜厚変更制御機構が、前記ガラス基板に対して移動する前記スリットノズルが、該スリットノズルの吐出開口幅または内部流路幅を、該スリットダイ幅方向の膜厚を変更したい位置で設定変更できる手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載するスピンレスコート装置。
6. 請求項１〜５のいずれか1項に記載するスピンレスコート装置を用いて得られる、同一ガラス基板内に、膜厚の異なる複数の品種の面付けを有することを特徴とするカラーフィルタ基板。