JP2010227897A - 塗布装置システム及び塗布基板の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】洗浄工程を終えた基板から水分の除去を効果的に行って塗布基板を作製することができる塗布装置システムを提供する。
【解決手段】液体洗浄された基板に対して前処理を行う前処理装置と、前処理がされた基板に対して塗布液を塗布する塗布装置本体３とを備えている。前記前処理装置は、液体洗浄された基板に、プラズマによって生成されたラジカルを照射するプラズマ処理機５と、このプラズマ処理機５のヘッド部と基板とを相対的に基板の面方向に沿って移動させる駆動機構６とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板に塗布液を塗布して塗布基板を作製する塗布装置システム及び塗布基板の作製方法に関する。

液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等のフラットパネルディスプレイには、ガラス基板上にレジスト液（塗布液）が塗布された塗布基板が使用されている。この塗布基板を製造する装置として、例えば特許文献１に記載の塗布装置が使用されている。
この塗布装置は、ガラス基板を載せるステージと、このガラス基板に沿って移動すると共に当該ガラス基板に塗布液を吐出するスリット状のノズルとを備えている。そして、ノズルをガラス基板に沿って移動させながら、当該ノズルからレジスト液をガラス基板に帯状に吐出する。これにより、レジスト液が膜状となってガラス基板上に塗布される。

このような塗布装置によりガラス基板にレジスト液を塗布する前に、当該ガラス基板に付着している異物を除去する洗浄作業が行われている。この作業は、洗浄液が用いられ、例えばブラシ洗浄や高圧スプレー洗浄等によって行われている。そして、洗浄液を用いて洗浄した後に、エアナイフによる液切り工程、ガラス基板を乾燥させる乾燥工程を経て、レジスト液を塗布する塗布工程が行われている。

特開２００８−２３８１４４号公報（図１参照）

前記のとおり、ガラス基板にレジスト液を塗布する前に、ガラス基板の表面を洗浄液によって洗浄し、エアナイフによる液切り処理を行っているが、この処理では水分除去が不十分である。つまり、エアナイフによる液切り処理後であっても、基板表面にはまだ分子レベルで水分が残っている。そこで、乾燥工程でガラス基板を乾燥させているが、この場合、乾燥した水分によるシミ（跡形）が表面に残ることがあり、塗布基板の品質に影響を与えることがある。このように、ガラス基板に水分等が残っていると、塗布液の塗布むらが発生するおそれがあり、塗布基板の品質を低下させてしまうことがある。
また、乾燥工程で基板に熱を加えるとその後冷却が必要となり、生産効率を低下させ、また、装置の大型化へと繋がる。さらに、基板に熱を加えると基板表面における塗布液の接触角が大きくなり、塗布性能に影響を与えてしまうこともある。
そこで、本発明は、洗浄工程を終えた基板から水分の除去を効果的に行って塗布基板を作製することができる塗布装置システム及び塗布基板の作製方法を提供することを目的とする。

本発明は、液体洗浄された基板に対して前処理を行う前処理装置と、前記前処理がされた前記基板に対して塗布液を塗布する塗布装置本体とを備えた塗布装置システムであって、前記前処理装置は、液体洗浄された前記基板に、プラズマによって生成されたラジカルを照射するプラズマ処理部と、前記プラズマ処理部と前記基板とを相対的に当該基板の面方向に沿って移動させる駆動部とを備えていることを特徴とする。

また、本発明は、液体洗浄した基板に対して塗布液を塗布して塗布基板を作製する、塗布基板の作製方法であって、前記液体洗浄をした後であって、前記塗布液が前記基板の塗布面に塗布される前に、当該塗布面にプラズマによって生成されたラジカルを照射し、その後、前記塗布面に塗布液を塗布して塗布基板を作製することを特徴とする。

本発明の塗布装置システム及び塗布基板の作製方法によれば、液体洗浄された基板に、プラズマによって生成されたラジカルを照射するので、基板に水分が残留していても、ラジカルによりその水分を分解して基板から除去することができる。さらに、このような水分の除去と共に、ラジカルにより基板の表面を活性化することができ、後に行われる塗布液の塗布に際し、塗れ性を高めることが可能となる。また、直接プラズマを基板に当てないでラジカルを照射するので、基板の表面の損傷を防ぐことができる。

また、前記塗布装置システムにおいて、前記プラズマ処理部は、マイナス電極と、前記マイナス電極を挟んで前記移動の方向の前後両側に設けられた一対のプラス電極とを有し、前記マイナス電極と前記一対のプラス電極それぞれとの間に、前記ラジカルを前記基板に照射する当該ラジカルの吹き出し部が形成されているのが好ましい。
この場合、二つのラジカルの吹き出し部が、移動方向の前後に接近した状態として配置することが可能となる。このため、二つの吹き出し部から基板に対するラジカルの照射領域を重ねることが可能となり、大きな出力（照射量）が得られる。

本発明によれば、液体洗浄された基板に水分が残留していても、ラジカルによりその水分を分解して基板から除去することができるので、残留した水分が原因となって塗布液の塗布むらが発生するのを防止することが可能となり、作製する塗布基板の品質を向上させることができる。

本発明の塗布装置システムの概略構成図である。 塗布装置本体の斜視図である。 洗浄装置の要部の概略図である。 プラズマ装置の要部の概略図である。 塗布基板の作製方法のフロー図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の塗布装置システムの概略構成図である。この塗布装置システムは、基板に対して洗浄液による洗浄を行う洗浄装置１と、この洗浄がされた基板に対して前処理を行う前処理装置と、この前処理がされた基板に対して塗布液を塗布する塗布装置本体３とを備えている。なお、前記前処理は、洗浄液による洗浄がされた基板に対して行うプラズマ処理であり、前記前処理装置は、このプラズマ処理を行うプラズマ装置２である。

図２は塗布装置本体３の斜視図である。この塗布装置本体３は、薄板状の基板Ｗに、薬液やレジスト等の塗布液を塗布するものであり、基台１３と、基板Ｗを載せるステージ１４と、このステージ１４に対し特定方向に移動可能な塗布ユニット１５とを備えている。塗布ユニット１５が移動する方向をＸ軸方向、これと水平面上で直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の双方に直交する上下方向をＺ軸方向とする。
基台１３上にステージ１４が設置され、このステージ１４のＹ軸方向の両側にレール１７が設けられている。このレール１７に塗布ユニット１５が載置されていて、塗布ユニット１５はレール１７に沿ってＸ軸方向に移動する。
ステージ１４は、図外の搬送装置によって前記プラズマ装置２から搬入された基板Ｗを、その上面に載置することができると共に、当該基板Ｗを図示しないポンプによって吸引することで保持する。

塗布ユニット１５は、ステージ１４に載置した基板Ｗに塗布液を塗布するためのものであり、Ｙ軸方向に沿って延び塗布液を流出するスリット状のノズル（図示せず）を下部に有する口金部２２と、この口金部２２の両端部分に設けられたユニット支持部２３とを有している。ユニット支持部２３は、口金部２２をＺ軸方向に昇降させる昇降機構２４と、口金部２２をＸ軸方向に走行させる走行機構２５とを有している。つまり、塗布装置本体３は、スリット状ノズルからレジスト液をガラス基板に帯状に吐出し、ガラス基板上に膜状としてレジスト液を塗布するスリットコータである。

この塗布装置本体３、洗浄装置１及びプラズマ装置２の各動作タイミング等は、塗布装置システムが備えている制御装置２６（図１参照）によって制御される。なお、制御装置２６は、ＣＰＵからなる演算手段、プログラムやデータを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等の記憶手段、外部との間で信号を入出力するための入出力インターフェース等を含むコンピュータからなる。記憶手段に記憶された各種プログラムを演算手段が実行することで、塗布装置システムの各部の動作を制御する機能を備えている。

図３は、洗浄装置１の要部の概略図である。洗浄装置１は、洗浄液を用いて基板Ｗを洗浄する洗浄機３１と、この洗浄した基板Ｗの洗浄液を除去する液切り機３２とを有している。洗浄機３１は、洗浄液を噴出するノズル３１ａを有し、基板Ｗを送りながらノズル３１ａから洗浄液を当該基板Ｗの上面（以下、塗布面５０という）に噴射し、付着している異物を洗い流す。そして、液切り機３２は、エアを噴出するノズル３２ａを有し、基板Ｗを送りながらノズル３２ａから圧縮エアを当該基板Ｗの塗布面５０に噴射し、付着していた洗浄液をエアナイフの作用により除去する。ノズル３１ａ及びノズル３２ａは、基板Ｗの幅方向（図３では紙面方向）と同等以上の長さを有していて、基板Ｗの全体に対して洗浄液及びエアを接触させることができる。なお、洗浄装置１は、他の形態であってもよく、例えば、洗浄機３１は、洗浄液を用いてブラシによって塗布面５０を洗浄する構成であってもよい。

図４は、プラズマ装置２の要部の概略図である。プラズマ装置２は、前記洗浄装置１によって液体洗浄がされかつ液切りがされ、図外の搬送装置によって当該洗浄装置１から搬入された基板Ｗに、プラズマによって生成されたラジカルを照射するプラズマ処理機５と、このプラズマ処理機５の（後述する）ヘッド部５ａと基板Ｗとを相対的に当該基板Ｅの面方向に沿って移動させる駆動機構６（図１参照）とを備えている。
プラズマ処理機５は、高周波電源部（ＲＦ電源部）１１、アースされるマイナス電極７、高周波電源が供給される一対のプラス電極８，９、これら電極７，８，９を搭載しているフレーム１０及びガス供給部３９を有している。

電極７，８，９及びフレーム１０によってヘッド部５ａが構成されていて、前記駆動機構６は、このヘッド部５ａと基板Ｗとの内の一方又は双方を、当該基板Ｗの塗布面５０の面方向（図４の左右方向）に移動させる構成である。例えば、ヘッド部５ａを移動させるために、駆動機構６は、図示しないが、ヘッド部５ａを面方向に移動可能に支持するガイド部材と、このガイド部材に沿ってヘッド部５ａを移動させるためのボールねじ機構及びモータを備えた構成とすればよい。また、基板Ｗを移動させるためには、駆動機構６は、基板Ｗが載る載置部１２をベルト（又はローラ）としたコンベアを有している。
実施形態のプラズマ装置２は、基板Ｗ（基板Ｗを載せた載置部１２）を矢印Ａ１方向に搬送しながら、ヘッド部５ａをその反対の矢印Ａ２方向に移動させるように構成されている。このように、ヘッド部５ａ及び基板Ｗの双方を移動させることで、プラズマ処理の作業スペースが小さくて済み、プラズマ装置２の小型化が図れる。

マイナス電極７及びプラス電極８，９それぞれは、基板Ｗの幅方向（図４では紙面方向）と同等以上の長さを有していて、基板Ｗの幅方向全長に対向して設けられている。そして、このプラズマ処理機５では、一つのマイナス電極７を挟んでヘッド５ａの移動方向（矢印Ａ２方向）前後の両側に一対のプラス電極８，９が設けられている。マイナス電極７とプラス電極８，９それぞれとは移動方向に離れてフレーム１０に取り付けられていて、マイナス電極７と一対のプラス電極８，９それぞれとの間に、ラジカルを基板Ｗに照射するラジカルの吹き出し部４０，４１が形成されている。

このように構成したプラズマ装置２によれば、前記ガス供給部３９によって、ガスがマイナス電極７と一対のプラス電極８，９それぞれとの間に供給され、大気圧化で、高周波によりマイナス電極７とプラス電極８と間及びマイナス電極７とプラス電極９と間にプラズマを発生させ、このプラズマによって前記ガスが電離を起こしラジカルを生成し、このラジカルを基板Ｗに照射させることができる。なお、前記ガスとして、大気中の空気であってもよいが、より活性化エネルギーの高いガスであってもよく、例えば窒素ガスとすることができる。

以上のように構成した塗布装置システムによって行われる塗布基板の作製方法について、図１と図５とにより説明する。図５はこの作製方法のフロー図である。
先ず、洗浄前の基板Ｗが洗浄装置１に搬入されると（ステップＳ１）、この洗浄装置１の洗浄機３１により、洗浄液を用いて基板Ｗの塗布面５０全体の洗浄を行い（ステップＳ２）、この洗浄された基板Ｗに対して、液切り機３２のエアナイフにより洗浄液の液切りを行う（ステップＳ３）。

次に、液切りがされた基板Ｗが洗浄装置１からプラズマ装置２に搬送され、プラズマ処理機５により、当該基板Ｗの塗布面５０に、プラズマによって生成されたラジカルを照射する（ステップＳ４）。この際、駆動機構６によって、ヘッド５ａ（図４）を基板Ｗに対して移動させながら、基板Ｗの塗布面５０全体にラジカルを照射する。また、図４のヘッド部５ａでは、二つのラジカルの吹き出し部４０，４１が、マイナス電極７を挟んで当該ヘッド部５ａの移動方向に接近した状態として配置されているので、基板Ｗに対するラジカルの照射領域を重ねることが可能となり（重ねられた領域をＢで示している）、大きな出力（照射量）が得られる。このため、ヘッド部５ａの移動速度を上げても、処理のために十分な照射量のラジカルを基板Ｗに与えることができる。すなわち、ヘッド部５ａの移動速度を高めることが可能となり、この結果、処理速度が高まり、生産効率の向上が図れる。

そして、プラズマ装置２によってラジカルが照射された基板Ｗが、当該プラズマ装置２から塗布装置本体３のステージ１４上に搬送され、塗布ユニット１５により、基板Ｗの塗布面５０に塗布液を塗布して（ステップＳ５）塗布基板を作製し、この塗布基板を次の工程へと搬出する（ステップＳ６）。
以上のように前記塗布装置システムによれば、洗浄装置１によって液体洗浄をした後であって、塗布装置本体３によって塗布液が基板Ｗの塗布面５０に塗布される前に、当該塗布面５０に、プラズマによって生成されたラジカルを照射し、その後、塗布面５０に塗布液を塗布することにより、塗布基板を作製することができる。なお、本発明のプラズマ装置２によって行われるプラズマ処理は、基板Ｗの洗浄後に実行される処理であり、プラズマで基板Ｗの洗浄を行う処理とは異なる。

このように構成された塗布装置システム及び塗布基板の作製方法によれば、プラズマ処理機５が、液体洗浄された基板Ｗに、プラズマによって生成されたラジカルを照射するので、当該基板Ｗに水分（洗浄液）が残留していても、前記ラジカルによりその水分を分解して基板Ｗから除去することができる。つまり、エアナイフによって水分を除去していても、塗布液の水分は分子レベルで基板Ｗに残留していることがあるが、本発明によれば、その水分を分解して基板Ｗから除去することができる。この結果、残留した水分が原因となって塗布液の塗布むらが発生することを防止することが可能となり、作製する塗布基板の品質を向上させることができる。また、このプラズマ処理は、大気圧化で実行可能であり、また、常温で実行可能であり、装置の簡素化が可能である。

さらに、水分の除去と共に、ラジカルにより基板Ｗの塗布面５０を活性化することができ、後に塗布装置本体３によって行われる塗布液の塗布に際し、塗れ性を高めることが可能となる。すなわち、ラジカルにより塗布面５０を活性化させる（塗布面５０を水酸基で形成する）ことで、塗布面５０ａにおける塗布液の接触角を小さくすることができ、親液性を高め塗布液を基板Ｗに馴染ませることが可能となる。
特に、基板Ｗ上に基板本体と特性（材質）が異なる各種パターンが形成されていると、両者間で塗布液の表面張力や接触角が異なり、パターン上で塗布膜が切れる等の品質異常が生じる。しかし、本発明のプラズマ処理により、塗布面５０ａ全体を改質し、均質化を図ることができるので、前記品質異常を抑制することが可能となり、塗布基板の品質を向上させることができる。このため、パターン形成部で、塗布速度を遅くしたり、基板Ｗと口金部２２（図１参照）との距離を小さくしたり等しなくてもよい。この結果、塗布速度を上げることが可能となり、生産効率を向上させることができる。
このように、本発明のプラズマ装置２では、残留している水分を除去する処理と、基板Ｗの塗れ性を高める表面処理との双方を、同時に実現することができる。

また、図４において、ヘッド５ａの電極７，８間及び電極７，９間でプラズマを発生させ、ガス供給部３９がヘッド部５ａに供給したガスを、電極７，８間及び電極７，９間のプラズマによりラジカル化する。そして、供給したガスの勢いにより（流速で）ラジカル化したガスを基板Ｗに吹き付けることができる。このように、直接プラズマを基板Ｗの塗布面５０に当てないで、ラジカルを照射するので、基板Ｗの塗布面５０の損傷を防ぐことができる。特に、基板Ｗが、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等のフラットパネルディスプレイに用いられるカラーフィルタを製造するためのものであり、当該基板Ｗにブラックマトリックスが形成されていても、このブラックマトリックスの表面が損傷するのを防ぐことができる。

さらに、このヘッド部５ａの構成によれば、吹き出し部４０，４１が隣接して設けられていることから、基板Ｗにおけるラジカルの照射エリアを重なることができ、一回で照射するエリアに、（吹き出し部が一つの場合よりも）大きな出力を与えることが可能となる。なお、仮に、吹き出し部を二つとするために、図示しないが、一つのマイナス電極と一つのプラス電極とを一組のヘッド部として、二組のヘッド部を並べて構成した場合では、両吹き出し部間の距離が離れ、ラジカルの照射エリアを重ねることが困難となる。しかし、図４の実施形態によれば、ラジカルの照射エリアを重なることが容易となる。

また、一般的に、洗浄装置によって洗浄された基板Ｗの周縁部は、十分に洗浄がされていない。すなわち、基板Ｗに、物理的にブラシを当てたり、洗浄液を吹き付けたりして洗浄を行っても、基板Ｗの周縁部は形状が不連続であるため、ブラシ及び洗浄液が外へ逃げて十分に洗浄できない。つまり、基板Ｗは、周縁部と中央部とで洗浄の条件が異なるため、洗浄結果も差が生じてしまう。このため、本発明のプラズマ処理を行わないで作製された塗布基板では、その周縁部は、塗布液の表面張力によって塗布液が盛り上がった状態となり、膜厚が大きくなってしまう。しかし、本発明のプラズマ処理は、物理的に処理するものではないため、基板Ｗの周縁部においても、水分の除去及び塗れ性を高める処理が行われ、周縁部を含む基板Ｗの全面に対して、均等な膜厚を得ることが可能となる。

また、本発明は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであっても良い。前記実施形態では、塗布装置システムは、洗浄装置１を備えていたが、この洗浄装置１は、塗布装置システム外に設置されていてもよい。つまり、塗布装置システムは、プラズマ装置２と塗布装置本体３とを備えた構成であってもよい。

１：洗浄装置、 ２：プラズマ装置（前処理装置）、 ３：塗布装置本体、 ５：プラズマ処理機（プラズマ処理部）、 ６：駆動機構（駆動部）、 ７：マイナス電極、 ８：プラス電極、 ９：プラス電極、 ４０：吹き出し部、 ４１：吹き出し部、 ５０：塗布面、 Ｗ：基板

Claims (3)

1. 液体洗浄された基板に対して前処理を行う前処理装置と、前記前処理がされた前記基板に対して塗布液を塗布する塗布装置本体と、を備えた塗布装置システムであって、
   前記前処理装置は、
   液体洗浄された前記基板に、プラズマによって生成されたラジカルを照射するプラズマ処理部と、
   前記プラズマ処理部と前記基板とを相対的に当該基板の面方向に沿って移動させる駆動部と、
   を備えていることを特徴とする塗布装置システム。
2. 前記プラズマ処理部は、マイナス電極と、前記マイナス電極を挟んで前記移動の方向の前後両側に設けられた一対のプラス電極とを有し、前記マイナス電極と前記一対のプラス電極それぞれとの間に、前記ラジカルを前記基板に照射する当該ラジカルの吹き出し部が形成されている請求項１に記載の塗布装置システム。
3. 液体洗浄した基板に対して塗布液を塗布して塗布基板を作製する、塗布基板の作製方法であって、
   前記液体洗浄をした後であって、前記塗布液が前記基板の塗布面に塗布される前に、当該塗布面にプラズマによって生成されたラジカルを照射し、
   その後、前記塗布面に塗布液を塗布して塗布基板を作製することを特徴とする塗布基板の作製方法。

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