JP2012066228A - 塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低粘度塗工液を用いて基材の表面に高精度の均一な塗膜塗工が可能であり、振動などの外乱を受ける状況でも安定した高精度均一塗工が実施できる、ダイヘッドを用いた塗布装置を提供する。
【解決手段】塗工液６の塗布量を決定するための塗布量制御パラメータに基づいて塗工液の塗布量を制御する塗布量制御装置１０と、基材２に塗工された塗工液の塗布膜厚と相関性を持つ状態量をリアルタイムに測定する状態量検出機構１２と、状態量に応じて予め定められた塗布量制御パラメータを記憶する制御量記憶手段１４とを備える。塗布量制御装置１０は、状態量検出機構１２によって測定された状態量に対応する塗布量制御パラメータを制御量記憶手段１４から特定すると共に、特定した塗布量制御パラメータに基づいて塗布量の制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、基材表面に塗工液を塗工する技術に係わり、特に、低粘度塗工液を用いて基材の表面に高精度の均一な塗膜塗工が可能であり、さらに外乱を検出する機構と、外乱による影響を打ち消す機構を備えることにより、安定した高精度均一塗工を実施できる、ダイヘッドを用いた塗布装置に関するものである。

従来より、基板表面に塗工液を塗工する方法として、ロールコーター法やスピンコート法などが用いられている。

ロールコーター法は塗工液を複数のロールを介して転写していく方式で、連続的な大量塗工に適している。しかし、塗工液に異物が混入しやすく、さらにコーターパンからロールが回転しながら液を持っていくという構造上一定時間内に塗工する液量を直接制御できず塗膜の膜厚精度が低くなりやすい。

スピンコート法は塗布対象の基材を高速回転させ、中央に塗液を滴下することで遠心力により薄膜を形成する方法であり、精度良く均一に塗工することが可能である。しかし所望の膜厚を得るのに必要な塗液が多く、効率が悪い。

上記のような問題を回避し、高精度に均一な塗布を実現する方法として、ダイ先端スリットより塗工液を基材面に直接塗工するダイ型塗布装置が実用化されている。ダイ型塗布装置では塗膜を均一に塗布でき、さらに塗出された液がそのまま塗膜となるため、効率も良い。

上記ダイ型塗布装置を用いる対象は、例えばエレクトロニクス分野における10μｍ以下の薄い膜の高精度均一塗工である。このような薄い膜においては、数百ｎｍ程度の微小な膜厚不均一でも、薄膜の機能低下や外観不良を引き起こすため、極めて高精度な膜厚制御が要求される。

しかし、ポンプからの塗出量ムラやギャップ間の振動、基材搬送速度の振動などの外乱要因により塗布量が一定とならず、膜厚不均一性が発生することがある。

外乱要因を排除するための対策は、多くの方法が従来より考案されている。例えば同伴空気を排除するためバキューム装置を設置し、減圧をすることでムラを防ぐ方式がある。しかしこの方式では同伴空気を防ぐことは可能であるが、塗布装置の不安定な挙動や振動などによる微小外乱を起因とした膜厚不均一を抑えることは難しい。

また、塗布ビードの状態と相関性のある状態量を検出し、検出により得られた状態量に応じた制御量を演算し、その結果を元に状態寮を変化させる処理をリアルタイムに繰り返す方法が提案されている。しかしこの方法では状態量の演算に時間がかかり、リアルタイムに状態量制御を行うに際して許される限られた時間内に処理を完遂することは難しい。

そこで、高精度の均一塗布膜形成が可能で、さらに外乱に対応した制御の可能な塗布装置が要望されていた。

特開２００４−３５８３８０号公報

本発明は、上記の要望を満たすべくなされたものであって、特に、低粘度塗工液を用いて基材の表面に高精度の均一薄膜塗工が可能であり、さらに外乱や突発的な変動があっても膜厚が高精度に均一化された塗布を行えるダイヘッドを用いた塗布装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に係わる発明は、ダイヘッドのスリットから塗工液を塗出し、基材に塗工するダイ型塗布装置であって、前記塗工液の塗布量を決定するための塗布量制御パラメータに基づいて前記塗工液の塗布量を制御する制御手段と、前記基材に塗工された塗工液の塗布膜厚と相関性を持つ状態量をリアルタイムに測定する測定手段と、前記状態量に応じて予め定められた前記塗布量制御パラメータを記憶する記憶手段とを備え、前記制御手段は、前記測定手段によって測定された状態量に対応する前記塗布量制御パラメータを前記記憶手段から特定すると共に、特定した前記塗布量制御パラメータに基づいて塗布量の制御を行うことを特徴とする塗布装置である。

本発明においては、上述した方法により塗膜膜厚を変動する要因に対応した制御を実施することにより、高精度に均一な塗膜形成を行うことが可能となる。

さらに、測定値からどのような変動が発生するかを事前に調査し、その結果を記憶装置に保持することにより、測定値から即座に制御すべき情報を得ることが可能であり、リアルタイムな測定と制御により外乱に対応した膜厚の高精度な均一化を迅速に実施することができるようになる。

また、請求項２に係わる発明は、請求項１に記載のダイ型塗布装置であって、前記状態量が前記ダイヘッドの先端と前記基材との距離であることを特徴とする塗布装置である。

また、請求項３に係わる発明は、請求項１に記載のダイ型塗布装置であって、前記制御手段による前記塗布量の制御は、以下の式（１）に基づいてなされることを特徴とする塗布装置である。
Ｈｃ＝Ｈ＋Ａ×sin（ＢＴ） （１）
ただし、Ｈｃは前記制御手段によって制御される塗布量、Ｈは予め定められた基準の塗布量、Ｔは時刻、ＡおよびＢは前記塗布量制御パラメータとする。

本発明による塗布装置では、ダイ型塗布装置による塗布時の外乱を抑えるためのものであるため、ダイ型塗布装置による塗布において特に良く見られる、正弦波状の周期的なムラを抑えることが特に重要である。そのため、正弦波状の周期的なムラに対応した、正弦波の塗出振動を加えることにより、ダイ型塗布装置におけるムラを効率よく除去することが可能となる。

本発明によれば、低粘度塗工液を用いて基材の表面に高精度の均一な薄膜塗工が可能なダイ型塗布装置において、外乱による影響を検出し、外乱の影響による塗布膜厚のムラを取り除くための制御をリアルタイムに行う。これにより、膜厚が数十μｍ程度となる塗工を実施するにあたり、数百ｎｍ程度の膜厚ムラをも除去した均一な薄膜塗工を連続的に実施することが可能となる。

本発明におけるリアルタイム塗布制御のフローを示した構成図である。 本発明におけるダイヘッドを有する塗布装置の側面図である。 本発明におけるダイヘッドを有する塗布装置の要部を示す説明図である。

以下、本発明における塗布装置およびそれを用いた塗布方法について、図面を参照して説明する。

具体例として、検出する状態量をダイヘッド先端と塗工対象物となる基板（基材）との距離ｈとし、制御すべき塗布量Ｈｃを、通常の塗布量をＨ、時刻をＴ、制御パラメータをＡおよびＢとし、Ｈｃ＝Ｈ＋Ａ×sin（ＢＴ）とした場合について説明する。

塗布手段について、図２および図３に基づき説明する。一方方向に移動する塗工対象物２（基材）の表面に塗液を塗工する手段として、図３に示されるマニホールド部５、スリット６、マニホールド内の空気を抜くための空気抜き穴７を有するダイヘッド１に対し、供給口３を介して、総塗出量Ｑ（ｔ）を供給することで塗工を実施する。
より詳細には、ダイヘッド１は、ダイヘッド本体１Ａと、ダイヘッド本体１Ａの内部に水平方向に延在形成されたマニホールド部５と、マニホールド部５の長手方向の中間部に設けられ塗工液体４が供給される供給口３と、マニホールド部５に連通されたスリット６と、マニホールド部５内に混入した空気をマニホールド部５外に排出する空気抜き孔７とを備えている。
スリット６は、マニホールド部５の長さ方向と同一の方向に延在する長さ（Ｚ方向）と、この長さと直交する幅（Ｘ方向）と、長さおよび幅と直交する高さ（Ｙ方向）とを有している。
スリット６は、高さ方向の上端の上端開口がマニホールド部５に連通し、高さ方向の下端の下端開口がダイヘッド本体１Ａの下端に開口している。
塗工液４の塗工対象物２に対する塗工は、ダイヘッド１を塗工対象物２に対して速度Ｖで相対移動させて行う。

ダイヘッド先端と塗工対象物の距離ｈを測定するため、図２に示される距離測定装置８をダイヘッド側面に設置する。

リアルタイム塗布制御を実施するため、想定される塗布条件において、距離ｈの変化に応じて塗膜を均一化するのに必要となるパラメータＡおよびＢを、状態量の変化に応じて事前に算出し、記憶装置に記憶させる。このときの算出方法としては、測定による方法、流体各部の圧力値推算による方法、ビード内流動を計算することによる方法、いずれを用いてもよいが、多くのパラメータが必要となるため、圧力値推算またはビード内流動の計算による方法が望ましい。

距離測定装置８を用いてリアルタイムに距離ｈを測定し、測定データから制御パラメータＡ、Ｂを記憶装置より取り出し、塗出流量Ｑ（Ｔ）を決定する。

決定された塗出流量Ｑ（Ｔ）を、時刻に応じて塗出する。

上記手順を繰り返し、塗工膜厚にムラが発生しないよう塗出流量Ｑ（Ｔ）をリアルタイムに制御しつつ塗工を実施する。

すなわち、図３に示すように、塗布装置は、ダイヘッド１のスリット６から塗工液６を塗出し、基材２に塗工するダイ型塗布装置である。
塗布装置は、制御手段と、測定手段と、記憶手段とを含んで構成されている。
図１に示すように、制御手段は塗布量制御装置１０で構成され、塗工液６の塗布量を決定するための塗布量制御パラメータＡ，Ｂに基づいて塗工液６の塗布量を制御するものである。
測定手段は、距離測定装置８（図１に示す状態量検出機構１２）によって構成されている。
測定手段は、基材２に塗工された塗工液６の塗布膜厚と相関性を持つ状態量をリアルタイムに測定するものであり、本実施の形態では、状態量はダイヘッド１の先端と基材２との距離ｈである。
記憶手段は、図１に示す制御量記憶装置１４によって構成されている。
記憶手段は、状態量に応じて予め定められた塗布量制御パラメータＡ，Ｂを記憶するものである。
そして、制御手段は、測定手段によって測定された状態量に対応する塗布量制御パラメータＡ，Ｂを記憶装置から特定すると共に、特定した塗布量制御パラメータＡ，Ｂに基づいて塗布量の制御を行う。
ここで、制御手段による塗布量の制御は、以下の式（１）に基づいてなされる。
Ｈｃ＝Ｈ＋Ａ×sin（ＢＴ） （１）
ただし、Ｈｃは前記制御手段によって制御される塗布量、Ｈは予め定められた基準の塗布量、Ｔは時刻、ＡおよびＢは前記塗布量制御パラメータとする。

本発明は、基材表面に塗工液を塗工する技術に係わり、特に、低粘度塗工液を用いて基材の表面に高精度の均一な薄膜塗工が可能であり、さらに外乱に対応した制御を迅速に実施可能なため、均一な薄膜塗工が連続して実施できるダイ型塗布装置であり、特にエレクトロニクス分野における２０μｍ以下の薄い膜において、許容される膜厚ムラが数百ｎｍといった特に精度が必要とされる塗工において適用可能である。

１ … ダイヘッド
２ … 塗工対象物
３ … 供給口
４ … 塗工液体
５ … マニホールド
６ … スリット
７ … 空気抜き穴
８ … 距離測定装置
ｈ … リップ先端と基板の距離
Q（ｔ） … 塗出流量

Claims (3)

1. ダイヘッドのスリットから塗工液を塗出し、基材に塗工するダイ型塗布装置であって、
   前記塗工液の塗布量を決定するための塗布量制御パラメータに基づいて前記塗工液の塗布量を制御する制御手段と、
   前記基材に塗工された塗工液の塗布膜厚と相関性を持つ状態量をリアルタイムに測定する測定手段と、
   前記状態量に応じて予め定められた前記塗布量制御パラメータを記憶する記憶手段とを備え、
   前記制御手段は、前記測定手段によって測定された状態量に対応する前記塗布量制御パラメータを前記記憶手段から特定すると共に、特定した前記塗布量制御パラメータに基づいて塗布量の制御を行う、
   ことを特徴とする塗布装置。
2. 請求項１に記載のダイ型塗布装置であって、前記状態量が前記ダイヘッドの先端と前記基材との距離であることを特徴とする塗布装置。
3. 請求項１に記載のダイ型塗布装置であって、
   前記制御手段による前記塗布量の制御は、以下の式（１）に基づいてなされることを特徴とする塗布装置。
   Ｈｃ＝Ｈ＋Ａ×sin（ＢＴ） （１）
   ただし、Ｈｃは前記制御手段によって制御される塗布量、Ｈは予め定められた基準の塗布量、Ｔは時刻、ＡおよびＢは前記塗布量制御パラメータとする。

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