JP2010264329A - 塗布方法および塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エクストルージョン型ノズルを用いて枚葉状の基板の表面に塗布液を塗布する方法において、塗布始端部で塗布液をはみ出すことなく高精度な塗布範囲を実現する塗布方法を提供する。
【解決手段】塗布液３に圧力をかけてスリット６から吐出し基板２上に塗膜を形成する方法であって、塗布始端部においてスリット６先端と基板２の間に充填する塗布液３をスリット幅６ａと実塗布幅の間の２点間で濡れ広がり度合を検知し、濡れ広がり速度から実塗布幅到達時間を算出し、塗布開始のタイミングとノズル１移動速度を制御することで、塗布始端部で塗布液をはみ出すことなく、且つ欠けることなく高精度な塗布範囲を実現する。
【選択図】図１

Description

本発明は、枚葉状の基板の表面に塗布液を塗布するために用いられるエクストルージョン型ノズル等を用いた塗布方法および塗布装置に関するものである。

大画面薄型ディスプレイ装置として知られているプラズマディスプレイパネル、液晶、有機ＥＬディスプレイ等に用いる基板の表面に、均一に塗布液を塗布する方法として、エクストルージョン型ノズルを用いた塗布方法がある。エクストルージョン型ノズルは、ノズルに供給された塗布液を塗布幅方向に分配するマニホールドと、マニホールド内の塗布液を整流しつつ吐出するスリットを備えた構造になっている。粘性の低い塗布液の塗布では、塗布の始端部において塗布液に圧力をかけて吐出し基板と接液する際に、ノズル先端と基板とのギャップ、塗布液の粘性、吐出圧力などのばらつきで、始端部の塗布液が幅方向にはみ出したり、塗布の欠けが生じたりする。

始端部のはみ出しを防止する方法としては、図８の従来の塗布装置における切り欠きを設けたノズルの構造を示す断面図に示すように、ノズル１のスリット６両端に切り欠き１０を設け、それ以上濡れ広がらないようにし、かつ吐出量を多めに設定しておき塗布欠けを防止する方法などがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１７０５４２号公報

しかしながら、特許文献１のような方法で塗布始端の幅を規正しようとすると、はみ出しにくくはなるものの、切り欠き部に塗布液が付着して乾燥することにより異物となって塗布液に異物が混入したり、濡れ広がりが足りない場合に塗布欠けになったりするという課題がある。

本発明は、エクストルージョン型ノズルの塗布方法および塗布装置において、所望塗布領域外へ塗布液が付着する課題を解決し、塗布液をはみ出させることなく、且つ欠けることなく塗布することを目的とするものである。

本発明の塗布方法は、圧力をかけることによりノズルのスリットから塗布液を吐出して基板上に塗膜を形成する方法であって、塗布開始時に前記スリットの幅に対してスリット幅方向の外側に濡れ広がる前記塗布液を少なくとも２箇所で検出する工程と、前記検出結果から前記塗布液の濡れ広がり速度を検出する工程と、前記濡れ広がり速度から目標塗布幅に前記塗布液が到達するまでの時間を算出する工程と、前記到達するまでの時間から前記ノズルの移動開始時間および移動速度を制御する工程と、を有することを特徴とする。

また、前記塗布液の濡れ広がりの検出を前記スリットの幅方向に対して両側の外側のそれぞれ少なくとも２箇所で行うことを特徴とする。
また、前記塗布液の濡れ広がりの検出を光センサで行うことを特徴とする。

また、前記光センサが、塗布開始位置から塗布終了位置に向けての塗布方向とレーザー光軸が平行になるように配置された透過型光センサであることを特徴とする。
また、前記光センサが、塗布開始位置から塗布終了位置に向けての塗布方向とレーザー光軸が平行になるように配置された反射型光センサであることを特徴とする。

また、前記塗布液の濡れ広がりの検出を、前記スリットの吐出面に対してレーザー光軸が垂直になるように配置された反射型光センサで行うことを特徴とする。
本発明の塗布装置は、圧力をかけることによりノズルのスリットから塗布液を吐出して基板上に塗膜を形成し、塗布開始時に前記スリットの幅に対してスリット幅方向の外側に濡れ広がる前記塗布液を検出する少なくとも２つの検出器と、前記検出結果から前記塗布液の濡れ広がり速度を検出する速度検出器と、前記濡れ広がり速度から目標塗布幅に前記塗布液が到達するまでの時間を算出する演算器と、前記到達するまでの時間から前記ノズルの移動開始時間および移動速度を制御する制御器と、を有することを特徴とする。

また、前記検出器を前記スリットの幅方向に対して両側の外側のそれぞれ少なくとも２箇所に設けることを特徴とする。
また、前記検出器が光センサであることを特徴とする。

また、前記光センサが、塗布開始位置から塗布終了位置に向けての塗布方向とレーザー光軸が平行になるように配置される透過型光センサであることを特徴とする。
また、前記光センサが、塗布開始位置から塗布終了位置に向けての塗布方向とレーザー光軸が平行になるように配置される反射型光センサであることを特徴とする。

また、前記検出器が、前記スリットの吐出面に対してレーザー光軸が垂直になるように配置される反射型光センサであることを特徴とする。
このような構成により、高精度な塗布範囲の制御を実現できる。

以上の本発明の手段により、所望塗布領域外に塗布液をはみださせることなく、高精度な塗布範囲の制御を実現する効果が得られる。

本発明の塗布方法および塗布装置におけるノズルの構造を示す断面図 本発明の塗布方法および塗布装置におけるノズルとセンサの位置関係を示す断面図 本発明の塗布方法および塗布装置における塗布工程を示すフロー図 本発明の塗布方法および塗布装置における塗布ギャップ制御方法を説明する概略図 本発明の塗布方法および塗布装置における濡れ広がり検知方法を説明する詳細断面図 本発明の塗布方法および塗布装置におけるノズル両端にセンサを設ける構成を説明する断面図 本発明の塗布方法および塗布装置における反射型センサを用いた場合の構成を示す断面図 従来の塗布装置における切り欠きを設けたノズルの構造を示す断面図

本発明の塗布方法および塗布装置は、塗布装置によって基板上に膜を形成する際に、基板の塗布液が流れる領域の内のスリット幅より外側に濡れ広がる塗布液を検出する検出器を少なくとも２箇所に設けることにより、塗布液が外側に濡れ広がる速度を速度検出器で検出して、所定の位置まで塗布液がぬれ広がる時間を演算器で計算し、ノズルの移動を開始するタイミングおよびノズルの移動速度を制御器で制御することにより、所望塗布領域外に塗布液をはみださせることなく、且つ欠けることなく、高精度な塗布範囲の制御がされた塗布を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、検出器として光センサを用いる場合を例に図１〜図６を参照して説明する。
図１は本発明の塗布方法および塗布装置におけるノズルの構造を示す断面図であり、本発明の塗布方法および塗布装置に用いるエクストルージョン型ノズル１の塗布動作時における側断面図を示す。図１に示されるように、エクストルージョン型ノズル１と基板２のギャップにスリット幅６ａのスリット６を通して塗布液３を充填させる際に、塗布開始位置から塗布終了位置に向けた塗布方向に対してレーザー光軸が平行になるように配置された透過型の光センサ発光部４から、塗布開始位置から塗布終了位置に向けて発光したレーザー光４ａを光センサ受光部５で受光し、ノズル１と基板２のギャップで塗布液３の濡れ広がりを検出する構成になっている。図２は本発明の塗布方法および塗布装置におけるノズルとセンサの位置関係を示す断面図であり、図１中のＡ−Ａに示した位置でのノズル断面を塗布開始方向からみた断面図である。塗布動作時においてノズル１内の塗布液３に圧力をかけてスリット６から吐出させる際に、塗布液３が通過するスリット６の幅と、基板２との塗布ギャップ７をスリット中央から左右へと濡れ広がる塗布液３を検知するレーザー光４ａ、４ｂとの位置関係を示している。図２に示すように、光センサ発光部４および光センサ受光部５は、塗布液３がスリット６の幅からはみ出してぬれ広がるのを検出するために、スリット６幅の外側にレーザー光４ａ、４ｂが通るように設置される。

本発明の塗布方法および塗布装置における塗布工程を示すフロー図を図３に示し、下記に詳細を述べる。
まず、図２で示すノズル１を、基板２の表面を計測し、所望の塗布ギャップ７となるように基板２上に下降させ（Ｓ１）、塗布液３をスリット６から吐出させる（Ｓ２）。その際吐出された塗布液３は基板２に付着し（Ｓ３）、表面張力により図２におけるノズル１と基板２の塗布ギャップ７を外側へと濡れ広がる。この塗布液３の濡れ広がりは、まずレーザー光４ａが感知し（Ｓ４）、その後、レーザー光４ｂが感知する（Ｓ５）。これらレーザー光４ａ、４ｂが感知した時間とセンサ距離より濡れ広がり速度を算出し、その速度より所望の塗布幅までの濡れ広がり時間を算出する（Ｓ６）。この時間経過と同時にノズル１を図１に示す矢印方向に走行させることで所望の塗布領域以外に塗布液３を付着させることなく、塗布することを可能とする（Ｓ７）。最後に、塗布した膜を乾燥させる（Ｓ８）。

つづいて前記記載の構成およびフローを用いた形態における塗布について述べる。まず、図４に本発明の塗布方法および塗布装置における塗布ギャップ制御方法を説明する概略図し、ノズル１と基板２の塗布ギャップの制御方法を説明する。まず、図４（ａ）では塗布動作前に基板２の表面を計測するためのレーザー変位計８とその走行方向を示す。次に、図４（ｂ）に示すように、基板２の表面を少なくとも２ライン、レーザー変位計８などの計測器を塗布開始位置から塗布終了位置に向けて塗布方向と平行に移動させて基板２の表面高さを計測する。次に、図４（ｃ）に示すようなラインごとの表面高さの計測値を平均化し、その平均値に対して所望の塗布ギャップ７になるようにノズル１を下降させて基板２に近づける。なお、ここでは、塗布開始位置から塗布終了位置へと塗布と同じ方向で基板２の表面の計測を行ったが、戻り動作の時間短縮による生産効率向上のために塗布終了位置から塗布開始位置へと移動しながら計測しても良い。また、ここでは、ノズル１とレーザー変位計８を同じ駆動系で塗布開始位置から塗布終了位置まで移動させたが、戻り動作の時間短縮による生産効率向上のためにノズル１の塗布方向の駆動系とレーザー変位計８の計測方向への駆動系を別駆動にして、塗布動作前の基板２表面の計測では、レーザー変位計８だけ先に移動させて計測しても良い。

その状態で、ノズル１内の塗布液３にポンプなどにより圧力をかけて、ノズル１先端のスリット６から一定量の塗布液３を吐出させる。このとき、塗布ギャップ７は、小さすぎると基板２面内での塗布ギャップ７の均一性を悪化させ、塗布ギャップ７が大きすぎると塗布速度の低下につながる。また、スリット幅６ａは、ノズル１の吐出口であるスリット６部の塗布方向の厚みであり、小さすぎるとスリット幅６ａの均一性が悪化して塗布した際の膜厚むらの原因となり、スリット厚み６ａが大きすぎると塗布速度の低下につながることから、塗布ギャップ７は５０〜２００μｍの範囲、スリット６ａの厚みは５０〜２００μｍの範囲が好ましく、塗布速度は５０ｍｍ／ｓ以上、吐出量は０．０５〜０．２ｍＬの範囲であることが好ましい。

次に、図５は本発明の塗布方法および塗布装置における濡れ広がり検知方法を説明する詳細断面図を示し、ノズル１と基板２の塗布ギャップ７間の塗布液３の濡れ広がりを検知するレーザー光４ａ、４ｂ部分の拡大図であり、スリット６から吐出された塗布液３が濡れ広がる様子と、レーザー光４ａ、４ｂの照射領域との相関を示す。図５（ａ）は、塗布液３がスリット６から吐出される直後の様子を示す。ノズル１と基板２の塗布ギャップ７間に、一定量吐出した塗布液３が充填され、スリット６の幅より内側から塗布液３が満たされていき、レーザー光４ａ、４ｂは塗布液３を検知していない状態である。

その後、図５（ｂ）に示すように、スリット６の幅より内側に充填された塗布液３がノズル１と基板２の塗布ギャップ７間を表面張力によりスリット幅の外側に濡れ広がる。このとき、塗布液３の吐出量が多く、塗布液３の粘度が低く、塗布液３と基板２の濡れ性が高く、塗布ギャップ７が小さいほど、濡れ広がり速度は速い。この濡れ広がる塗布液３が、レーザー光４ａの位置まで広がると、塗布液３がレーザー光４ａを遮ることで、光センサ受光部５が光量変化を検知する。このときのセンサの応答速度は２０ｍｓ以下が好ましい。

さらに図５（ｃ）のように、塗布液３が濡れ広がり続け、レーザー光４ｂの位置まで濡れ広がったところで、塗布液３がレーザー光４ｂを遮ることで光センサ受光部５が光量変化を検知する。このときのセンサの応答速度は２０ｍｓ以下が好ましい。ここで、レーザー光４ａとレーザー光４ｂを検知した時間差から、濡れ広がりの速度と、実際に膜形成として完成させたい実塗布幅までの到達時間を算出する。このとき、実塗布幅からレーザー光４ｂで検知する位置までの距離をＸｂ、レーザー光４ａで検知する位置からレーザー光４ｂで検知する位置までの距離をＸａとし、レーザー光４ａとレーザー光４ｂの光量変化を検知した時間差をＴａとすると、濡れ広がりの速度Ｓは、Ｓ＝Ｘａ／Ｔａで表され、レーザー光４ｂの光量変化を検知してから塗布液３が実塗布幅に濡れ広がって到達するまでの時間Ｔｂは、Ｔｂ＝Ｘｂ／Ｓで表される。このようにして算出した実塗布幅までの到達時間から、図５（ｄ）に示すように、所望の実塗布幅に到達する時間を予測して、ポンプを動作させて塗布液３の吐出と、ノズル１の水平移動とを開始して塗布を行う。また、ノズル１を水平移動させる代わりに、基板２を水平移動させて塗布しても良い。このように、接液時の濡れ広がりを検知しながら、塗布量やノズル１の移動開始時間等の塗布開始動作のタイミングを制御することで、ノズル１と基板２の塗布ギャップ７のバラツキや、吐出圧力の応答時間のバラツキなどの影響を受けて、塗布始端部ではみ出したり、欠けたりすることなく、所望の塗布範囲に制御して膜形成を実現できる。このようにして塗布した膜を、真空乾燥や熱処理などによる乾燥工程で塗布液３の溶媒成分を除去し、膜形成が完了する。このとき、スリット幅からレーザー光４ａの距離は、小さすぎるとレーザー光が濡れ広がりが始まる前のスリット幅内の塗布液の影響を受けてしまい、大きすぎるとレーザー光４ａとレーザー光４ｂ間の距離やレーザー光４ｂと所望塗布幅間の距離が小さくなってしまうため、５０〜２００μｍ程度が好ましい。

なお、今回はノズル１の幅方向に対して片側だけで濡れ広がりの検知を行った例を示したが、図７の本発明の塗布方法および塗布装置におけるノズル両端にセンサを設ける構成を説明する断面図に示すように、ノズル１の幅方向の両側に設置すれば、ノズル１と基板２の塗布ギャップ７幅方向のバラツキによって生じる左右の濡れ広がり速度と実塗布幅到達時間の違いに対しても、片側だけで検知するより精度良くはみ出しと欠けを防止することができるので、基板表面の平面度が悪い場合などノズル１と基板２の塗布ギャップ７の幅方向の精度が低い場合には、両側に設置すると良い。具体的には、左右それぞれの濡れ広がり速度を、Ｓ１、Ｓ２とし、実塗布幅到達時間をＴｂ１、Ｔｂ２とすると、Ｓ１＞Ｓ２の場合にはＴｂ１＜Ｔｂ２となる。さらに、吐出を開始してから第一のレーザー光４ａ１、４ａ２を検知するまでの時間をＴ１、Ｔ２とすると、Ｔ１＜Ｔ２であるが、Ｔ１＋Ｔａ１＋Ｔｂ１＜Ｔ２になるような場合、左右の一方のはみ出しもしくは塗布欠けを防止することができない。このようなことを防止するには、基板表面の平面度を管理しておかなければならない。Ｔ１＜Ｔ２で且つ、Ｔ１＋Ｔａ１＋Ｔｂ１＞Ｔ２の場合には、塗布品位の仕様に合わせて、左右のどちらか一方の先に実塗布幅に到達する側に合わせて塗布するか、左右の両方が実塗布幅に到達するように塗布するか、を選択すればよい。

また、今回は濡れ広がりの検知に透過型の光センサを用いた例を示したが、図６の本発明の塗布方法および塗布装置における反射型センサを用いた場合の構成を示す断面図に示すように、塗布方向に対して基板２と平行にレーザー光で反射型の光センサ９を用いて濡れ広がりを検知して塗布する方法でも良い。この方式で検知した場合、塗布領域全域での検査を可能とする。また、基板２の裏面から基板を通したレーザー光で、基板２表面と塗布液３の接液を反射光で検知する方法でも良い。この方式では、塗布ギャップ７が５０μｍ以下の狭いギャップの塗布プロセスにおいても同様の効果を得ることが出来る。

本発明は、高精度な塗布範囲の制御を実現でき、枚葉状の基板の表面に塗布液を塗布するために用いられるエクストルージョン型ノズル等を用いた塗布方法および塗布装置等に有用である。

１ ノズル
２ 基板
３ 塗布液
４ 光センサ発光部
４ａ レーザー光
４ａ１ レーザー光
４ａ２ レーザー光
４ｂ レーザー光
５ 光センサ受光部
６ スリット
６ａ スリット幅
７ 塗布ギャップ
８ レーザー変位計
９ 光センサ
１０ 切り欠き部

Claims (12)

1. 圧力をかけることによりノズルのスリットから塗布液を吐出して基板上に塗膜を形成する方法であって、
   塗布開始時に前記スリットの幅に対してスリット幅方向の外側に濡れ広がる前記塗布液を少なくとも２箇所で検出する工程と、
   前記検出結果から前記塗布液の濡れ広がり速度を検出する工程と、
   前記濡れ広がり速度から目標塗布幅に前記塗布液が到達するまでの時間を算出する工程と、
   前記到達するまでの時間から前記ノズルの移動開始時間および移動速度を制御する工程と、
   を有することを特徴とする塗布方法。
2. 前記塗布液の濡れ広がりの検出を前記スリットの幅方向に対して両側の外側のそれぞれ少なくとも２箇所で行うことを特徴とする請求項１記載の塗布方法。
3. 前記塗布液の濡れ広がりの検出を光センサで行うことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の塗布方法。
4. 前記光センサが、塗布開始位置から塗布終了位置に向けての塗布方向とレーザー光軸が平行になるように配置された透過型光センサであることを特徴とする請求項３記載の塗布方法。
5. 前記光センサが、塗布開始位置から塗布終了位置に向けての塗布方向とレーザー光軸が平行になるように配置された反射型光センサであることを特徴とする請求項３記載の塗布方法。
6. 前記塗布液の濡れ広がりの検出を、前記スリットの吐出面に対してレーザー光軸が垂直になるように配置された反射型光センサで行うことを特徴とする請求項１記載の塗布方法。
7. 圧力をかけることによりノズルのスリットから塗布液を吐出して基板上に塗膜を形成し、
   塗布開始時に前記スリットの幅に対してスリット幅方向の外側に濡れ広がる前記塗布液を検出する少なくとも２つの検出器と、
   前記検出結果から前記塗布液の濡れ広がり速度を検出する速度検出器と、
   前記濡れ広がり速度から目標塗布幅に前記塗布液が到達するまでの時間を算出する演算器と、
   前記到達するまでの時間から前記ノズルの移動開始時間および移動速度を制御する制御器と、
   を有することを特徴とする塗布装置。
8. 前記検出器を前記スリットの幅方向に対して両側の外側のそれぞれ少なくとも２箇所に設けることを特徴とする請求項７記載の塗布装置。
9. 前記検出器が光センサであることを特徴とする請求項７または請求項８のいずれかに記載の塗布装置。
10. 前記光センサが、塗布開始位置から塗布終了位置に向けての塗布方向とレーザー光軸が平行になるように配置される透過型光センサであることを特徴とする請求項９記載の塗布装置。
11. 前記光センサが、塗布開始位置から塗布終了位置に向けての塗布方向とレーザー光軸が平行になるように配置される反射型光センサであることを特徴とする請求項９記載の塗布装置。
12. 前記検出器が、前記スリットの吐出面に対してレーザー光軸が垂直になるように配置される反射型光センサであることを特徴とする請求項７記載の塗布装置。

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