JP2011022312A - 塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型ガラス基板への適用可能な、従来より簡略化されて製造装置の大幅なコストダウン対応が可能となる塗布液供給機構を有する塗布装置を提供する。
【解決手段】ガラス基板の表面に所定量の塗布液をポンプで送液しながら、一定幅及び一定長塗布する塗布装置において、ポンプがスプリットマニホールド形式のダブルポンプであり、ポンプ中央の駆動部で左右一対の隔壁を動作させることで、左右一対の液室の片方で塗布液充填槽から塗布液を吸引受容し、且つ、その塗布液を低圧濾過用フィルターへ送り出し、他方の液室で低圧濾過用フィルターで濾過された塗布液を吸引受容し、且つ、その塗布液をスリットノズルに送り出して所定量吐出させることで、1台のスリットノズルに接続する1台のダブルポンプで、塗布液の低圧濾過と塗布とを交互に繰り返す。
【選択図】図２

Description

本発明は、カラーフィルタ用の感光性樹脂等の塗布液をろ過し、かつ所望の量の塗布液をガラス基板等の板状被処理物表面に塗布するための塗布装置に関する。

液晶ディスプレイなどに用いられるカラーフィルタの製造方法は、フォトリソグラフィーによる方法（フォトリソ方式と称する）が一般的である。このフォトリソ方式では、感光性レジストを矩形状のガラス基板に塗布し、乾燥、露光、現像、硬膜の工程を複数回繰り返すことで、一定の格子状あるいはストライプ状のパターンを得ることができる。

ガラス基板等の表面に、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、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用いられている。こ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。

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。

しかしながら、上記した基板の大型化が進むと共に、パネル価格の下落に伴って、カラーフィルタへのコストダウン要求も更に厳しくなってきている。従って、次世代の２ｍ角を超えるようなサイズのカラーフィルタ製造ラインをフォトリソ方式で構築する場合、装置自体のコストが従来ラインより大幅にアップし、イニシャルコストの大幅なアップが予想される。すなわち、従来の延長線上の装置では最近のコストダウン要求を満たすことは困難である。

一方、近年、カラーフィルタは高精細化が進み、カラーフィルタの製造にあたり、所望される正確な量にて塗布液をガラス基板に塗布する必要性が高まっている。塗布量が不均一であった場合、ガラス基板上に形成される被膜の膜厚が不均一となり、フォトリソ方式で形成される製品のパターン精度が低下する。また、前記カラーフィルタの製造にあたり、ガラス基板に塗布された塗布液中に不純物や気泡が無いことも要求されている。塗布された塗布液中に不純物や気泡が混入していた場合、製品のパターン欠けなどの不良の原因となる。

そこで、特許文献１では、フィードポンプとディスペンスポンプの２台のダイヤフラムポンプを用いて、濾過時の送液と、塗布時の送液を個別に行い、塗布動作以外の時間に、低圧で濾過を行う、タクトタイムの低下を防止し得る塗布装置が開示されている。しかし
ながら、この装置では、塗布液供給機構が複雑でメンテナンスに負荷がかかる問題があった。

特開２００３−１９０８６０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、大型ガラス基板への適用可能な性能を保持しながら、従来より簡略化され、製造装置の大幅なコストダウン対応が可能となる塗布液供給機構を有する塗布装置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スリットノズルに、所定量の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塗布装置において、前記ポンプが、スプリットマニホールド形式のダブルポンプであり、１台の前記ダブルポンプ中央の駆動部で左右（または、上下）一対の隔壁を動作させることで、左右（または、上下）一対の液室（チャンバー）の片方の液室（以下、ＦＰ室と呼称する）で、塗布液充填槽から塗布液を吸引受容して所定の量に維持し、且つ、その塗布液を低圧濾過用フィルターへ送り出す機能と、左右（または、上下）一対の液室（チャンバー）の他方の液室（以下、ＤＰ室と呼称する）で、前記低圧濾過用フィルターで濾過された塗布液を吸引受容して所定の量に維持し、且つ、その塗布液を前記スリットノズルに送り出し、該塗布液を所定量吐出させる機能とを有し、1台のスリットノズルに接続する1台の前記ダブルポンプで、塗布液の低圧濾過と塗布とを交互に繰り返す塗布液供給機構を具備していることを特徴とする塗布装置である。

また、本発明の請求項２に係る発明は、前記塗布液供給機構が、少なくとも、塗布液充填槽と、前記塗布液充填槽中の塗布液中にその一端が接続される吸引流路と、前記吸引流路中に配置されて前記吸引流路の開閉を行う入り口弁と、前記吸引流路の他端が接続されており、塗布液を前記充填槽から吸引受容して所定の量に維持し、受容した塗布液を送り出すＦＰ室を片側に有するダブルポンプと、前記ＦＰ室に一端が接続されている搬送流路と、前記搬送流路中に配置されており、前記塗布液を濾過するための第一フィルターと、前記搬送流路の他端が接続されており、前記濾過された塗布液を所定の量受容し、前記受容した濾過された塗布液を所定の量吐出するＤＰ室を片側に有する前記ダブルポンプと、一端が前記ＤＰ室に接続されており他端が第二フィルターを介して前記スリットノズルの吐出口に接続されている吐出流路と、前記吐出流路中に配置されて、前記吐出流路の開閉を行う出口弁とを有してしており、且つ、前記ＦＰ室中の気泡並びに塗布液の一部を排出するためのＦＰ室排出機構と、前記ＤＰ室中の気泡並びに塗布液の一部を排出するためのＤＰ室排出機構と、前記フィルター中に配置されており気泡並びに塗布液の一部を排出するためのフィルター排出機構とを有し、前記排出機構はそれぞれ排出する気泡並びに塗布液の流路の開閉を行う排出機構弁を有していることを特徴とする請求項１に記載する塗布装置である。

また、本発明の請求項３に係る発明は、前記塗布液供給機構が、ダブルポンプ中央部の隔壁をＦＰ室側からＤＰ室側に動かすことで、前記スリットノズルからの塗布液の吐出中に、前記充填槽から塗布液が前記ＦＰ室に吸引受容され、ダブルポンプ中央部の隔壁をＤＰ室側からＦＰ室側に、前記ＦＰ室側からＤＰ室側に動かす動作より低速で動かすことで
、前記ＦＰ室の塗布液がフィルターで低圧濾過されてＤＰ室に吸引受容される、ポンプ制御機能および配管・弁制御機能を有することを特徴とする請求項1又は２に記載する塗布装置である。

従来の塗布液供給機構を有した塗布装置では、送液の為にフィードポンプとディスペンスポンプの２台のダイヤフラムポンプにより、濾過時の送液と塗布時の送液を個別に行い、塗布以外の時間に低圧で濾過を行っていた。その為、塗布工程一色分につき、フィードポンプとディスペンスポンプのそれぞれ一台ずつが必要であった。それに対して、本発明の塗布装置では、1台のスリットノズルに接続する1台のダブルポンプで、塗布液の低圧濾過と塗布とを交互に繰り返す塗布液供給機構を具備していることで、ポンプの購入費用とメンテナンス費用の削減ができ、ポンプ台数削減による廃液配管系の共有化が可能となり、配管、廃液缶用ロードセル等の設備を簡略化することが出来るため、製造装置の大幅なコストダウン対応が可能となる。

本発明の塗布装置の一実施形態に係る一例のスピンレスコート装置を斜視で示した説明図。 本発明の塗布装置の一実施形態に係る塗布液供給機構の一例の概略説明図。 従来の塗布装置の塗布液供給機構の一例の概略説明図。

以下に本発明の塗布装置を、一実施形態に基づいて説明する。

図１に示すように、本発明の塗布装置の一実施形態に係る一例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1台のスリットノズル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ダブルポンプ６を有する塗布液供給機構６０を基本として構成されている。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。

一般に、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。また、塗布が間歇的に行われるため、塗布液のリップからの吐出制御のために図示しないトラップタンクを設ける。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、本発明に係る塗布装置の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。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を供給するダブルポンプ６は、ガラス基板の所定の位置で塗布液の吐出速度を維持できるポンプ制御プログラムを有する塗布液供給機構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。ダブルポンプ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、ダイアフラムポンプ、ピストン（シリンジ）ポンプなどの、ポンプ中央の駆動部で左右（または、上下）一対の隔壁を動作させることで、左右（または、上下）一対の液室（チャンバー）の片方の液室（ＦＰ室）で、液を吸引受容して所定の量に維持し、且つ、その液を送り出す機能と、左右（または、上下）一対の液室（チャンバー）の他方の液室（ＤＰ室）で、ＦＰ室から送り出されたされた液を吸引受容して所定の量に維持し、且つ、その液を送り出す機能を有した、スプリットマニホールド形式のダブルポンプが採用できる。

本発明の塗布装置に係る前記塗布液供給機構６０は、図２に示すように、少なくとも、1台以上の塗布液充填槽５０と、塗布液充填槽５０中の塗布液５中にその一端が接続される吸引流路８と、吸引流路８中に配置されて吸引流路８の開閉を行う入口開閉弁８０（Ｏ，Ｐ）と、吸引流路８の他端が接続されており、塗布液５を塗布液充填槽５０から吸引受容して所定の量に維持し、受容した塗布液５を送り出すＦＰ室６１を片側に有するダブルポンプ６とを有している。このダブルポンプ６のＦＰ室６１は開閉弁８１（Ｓ）を介して一端が搬送流路９と接続されている。搬送流路９中には、塗布液５を濾過するための第一フィルター１０が配置されており、搬送流路９の他端は開閉弁８２（Ｋ）を介してダブルポンプ６のＤＰ室６２接続されている。このＤＰ室６２は、ダブルポンプ６の隔壁７の動作で濾過された塗布液５を所定の量受容し、さらに、ダブルポンプ６の隔壁７の反対方向の動作で受容した濾過された塗布液を所定の量、一端が接続されている吐出流路１１に吐出する。更に、吐出流路１１は、吐出流路中に配置されて、吐出流路１１の開閉を行う出口開閉弁８３（Ｍ）を介して第二フィルター１２に連接された前記スリットノズル３の吐出口に接続されている。

また、本発明の塗布装置に係る前記塗布液供給機構６０は、ＦＰ室６１中の気泡並びに塗布液の一部を排出するためのＦＰ室排出機構と、ＤＰ室６２中の気泡並びに塗布液の一部を排出するためのＤＰ室排出機構と、第一フィルター１０中に配置されており気泡並びに塗布液の一部を排出するためのフィルタ排出機構とを有している。この排出機構により、ＦＰ室６１からは開閉弁８４（Ｒ）を通じ、第一フィルタ１０からは開閉弁８５（Ｔ）を通じ、ＤＰ室６２からは開閉弁８６（Ｌ）を通じて、それぞれ排出する気泡並びに塗布液が排出流路１３を通って排出弁８７（Ｖ）介して廃液槽１４に排出される。

また、本発明の塗布装置に係る塗布液供給機構６０では、ダブルポンプ６中央部の隔壁７をＦＰ室６１側からＤＰ室６２側に動かすことで、スリットノズル３からの塗布液５の吐出中に、塗布液充填槽５０から塗布液５がＦＰ室６１に吸引受容され、前記したダブルポンプ６中央部の隔壁７をＤＰ室６２側からＦＰ室６１側に、前記したＦＰ室側からＤＰ室側に動かす動作より低速で動かすことで、ＦＰ室６１の塗布液が第一フィルター１０で低圧濾過されてＤＰ室６２に吸引受容される。この動作は、図示しないコンピュータ等のポンプ制御プログラムおよび配管・弁制御プログラムによってコントロールされる。

以下に、従来の塗布液供給機構と、本発明の塗布装置に係る塗布液供給機構の動作を説明する。なお、同等の働きをする構成については説明をわかり易くするため同一の符号を用いる。

図３は従来の塗布液供給機構の一例の概略説明図で、送液の為にフィードポンプ６１０とディスペンスポンプ６２０の２台のダイヤフラムポンプにより、濾過時の送液と塗布時の送液を個別に行い、塗布以外の時間に低圧で濾過を行っていた。まず、
（１）フィードポンプ６１０の配管開閉弁Ｏ，Ｑを開き、開閉弁Ｓ，Ｒを開にし、フィードポンプ６１０が引くことで、塗布液充填槽５０から塗布液５を吸い上げフィードポンプ６１０内に塗布液が充填される。
（２）次に、開閉弁Ｑを閉じ、開閉弁Ｓ，Ｒ，Ｋを開け、ディスペンスポンプ６２０で引きながらフィードポンプ６１０でポンプ内の塗布液を押し出すことで、フィードポンプ６１０内の塗布液を、フィードポンプ６１０とディスペンスポンプ６２０との間にある第一フィルター１０で低圧濾過させディスペンスポンプ６２０内に溜める。
（３）次に、開閉弁Ｋ，Ｌを閉じ、出口開閉弁Ｍを開け、ディスペンスポンプ６２０内の塗布液を押し出すことで、スリットノズル３から基板１に塗布液が吐出され塗布される。（４）ディスペンスポンプ６２０が上記した（３）の動作をしているのと同時に、フィードポンプ６１０では前記した（１）の動作が行われる。
以降、（１）→（２）→（３）と動作が繰り返される。

図２に示す、本発明の塗布装置に係る一例の塗布液供給機構の動作では、まず
（１０）開閉弁Ｏ，Ｐを開け、開閉弁Ｓ，Ｒを閉じ、ダブルポンプ内の隔壁７が、図２で左に動くことで、塗布液充填槽５０から塗布液を吸い上げ、ダブルポンプ６の右側のＦＰ室６１に塗布液が充填される。
（２０）次に開閉弁Ｏ，Ｐ，Ｒを閉じ、開閉弁Ｓ，Ｋを開け、ダブルポンプ内の隔壁７が、前記（１０）の動作に較べて低い速度で、図２で右に動くことで、ＦＰ室６１内の塗布液を第一フィルター１０で低圧濾過させダブルポンプ６の左側のＤＰ室６２に溜める。
（３０）次に、開閉弁Ｋ，Ｌを閉じ、出口開閉弁Ｍを開け、ダブルポンプ内の隔壁７が、前記（１０）の動作と同じ速度で、図２で左にに動くことで、ＤＰ室の塗布液を押し出すことで、スリットノズル３から基板１に塗布液が吐出され塗布される。
（４０）（３０）の動作と同時にダブルポンプの右側では（１０）の動作が行われている。
以降、（１０）→（２０）→（３０）と動作が繰り返される。即ち、1台のスリットノズ
ルに接続する1台のダブルポンプで、塗布液の低圧濾過と塗布とを交互に繰り返す塗布液供給機構を具備した塗布装置が得られる。従来に比較して、タクトタイム等をロスすることなく設備の簡略化、ひいては装置コスト削減による製品のコストダウン対応が可能となる。

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
３３・・・トラップタンク ４・・・ガントリ ５・・・塗布液
５０・・・塗布液充填槽 ６・・・ダブルポンプ ６０・・・塗布液供給機構
６１・・・ＦＰ室 ６２・・・ＤＰ室 ６１０・・・フィードポンプ
６２０・・・ディスペンスポンプ ７・・・隔壁 ８・・・吸引流路
９・・・搬送流路 １０・・・第一フィルター １１・・・吐出流路
１２・・・第二フィルター１３・・・排出流路 １４・・・廃液槽
８０・・・入口開閉弁（Ｏ，Ｐ） ８１（Ｓ）、８２（Ｋ）、８４（Ｒ）、８５（Ｔ）、８６（Ｌ）、Ｑ、Ｄ、Ｅ・・・開閉弁
８３・・・出口開閉弁（Ｍ） ８７・・・排出弁（Ｖ）

Claims (3)

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して該ガラス基板に対して移動するスリットノズルに、所定量の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塗布装置において、
   前記ポンプが、スプリットマニホールド形式のダブルポンプであり、１台の前記ダブルポンプ中央の駆動部で左右（または、上下）一対の隔壁を動作させることで、左右（または、上下）一対の液室（チャンバー）の片方の液室（以下、ＦＰ室と呼称する）で、塗布液充填槽から塗布液を吸引受容して所定の量に維持し、且つ、その塗布液を低圧濾過用フィルターへ送り出す機能と、左右（または、上下）一対の液室（チャンバー）の他方の液室（以下、ＤＰ室と呼称する）で、前記低圧濾過用フィルタで濾過された塗布液を吸引受容して所定の量に維持し、且つ、その塗布液を前記スリットノズルに送り出し、該塗布液を所定量吐出させる機能と、を有し、1台のスリットノズルに接続する1台の前記ダブルポンプで、塗布液の低圧濾過と塗布とを交互に繰り返す塗布液供給機構を具備していることを特徴とする塗布装置。
2. 前記塗布液供給機構が、少なくとも、塗布液充填槽と、前記塗布液充填槽中の塗布液中にその一端が接続される吸引流路と、前記吸引流路中に配置されて前記吸引流路の開閉を行う入り口弁と、前記吸引流路の他端が接続されており、塗布液を前記充填槽から吸引受容して所定の量に維持し、受容した塗布液を送り出すＦＰ室を片側に有するダブルポンプと、前記ＦＰ室に一端が接続されている搬送流路と、前記搬送流路中に配置されており、前記塗布液を濾過するための第一フィルターと、前記搬送流路の他端が接続されており、前記濾過された塗布液を所定の量受容し、前記受容した濾過された塗布液を所定の量吐出するＤＰ室を片側に有する前記ダブルポンプと、一端が前記ＤＰ室に接続されており他端が第二フィルターを介して前記スリットノズルの吐出口に接続されている吐出流路と、前記吐出流路中に配置されて、前記吐出流路の開閉を行う出口弁とを有してしており、且つ、前記ＦＰ室中の気泡並びに塗布液の一部を排出するためのＦＰ室排出機構と、前記ＤＰ室中の気泡並びに塗布液の一部を排出するためのＤＰ室排出機構と、前記フィルター中に配置されており気泡並びに塗布液の一部を排出するためのフィルター排出機構とを有し、前記排出機構はそれぞれ排出する気泡並びに塗布液の流路の開閉を行う排出機構弁を有していることを特徴とする請求項１に記載する塗布装置。
3. 前記塗布液供給機構が、ダブルポンプ中央部の隔壁をＦＰ室側からＤＰ室側に動かすことで、前記スリットノズルからの塗布液の吐出中に、前記充填槽から塗布液が前記ＦＰ室に吸引受容され、ダブルポンプ中央部の隔壁をＤＰ室側からＦＰ室側に、前記ＦＰ室側からＤＰ室側に動かす動作より低速で動かすことで、前記ＦＰ室の塗布液がフィルターで低圧濾過されてＤＰ室に吸引受容される、ポンプ制御機能および配管・弁制御機能を有することを特徴とする請求項1又は２に記載する塗布装置。

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