JP2014005113A - 超音波振動浮上装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板を超音波振動浮上させた状態で基板上の塗布膜を乾燥させた場合であっても、塗布膜に乾燥ムラが形成されるのを抑えることができる超音波振動浮上装置を提供する。
【解決手段】基板を超音波振動浮上させる振動板部と、前記振動板部に超音波振動を与える超音波発振部と、を備える超音波振動浮上装置であって、前記超音波発振部は、前記振動板部に与える振動周波数を切替える振動切替部を備えており、前記振動切替部は、前記振動板部上に基板を振動浮上させている間に、前記振動板部に与える振動周波数を周期的に切替える構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動板に超音波振動を与えることにより、塗布膜が形成された基板を超音波浮上させる超音波振動浮上装置に関するものである。

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、基板上にレジスト液が塗布されたもの（塗布基板と称す）が使用されている。この塗布基板は、塗布装置により基板上にレジスト液が均一に塗布されることによって塗布膜が形成され、その後、乾燥装置により塗布膜が乾燥されることにより生産される。

最近では、塗布基板の保持、搬送には、塗布基板の裏面（塗布面と反対側）の損傷を回避するため、非接触で行われることがある。例えば、特許文献１では、振動板に超音波振動を付与することにより塗布基板を超音波振動浮上させており、基板を超音波振動浮上させながら加熱することにより、塗布基板の裏面に傷を付けることなく塗布膜を乾燥させることができる。

特開２００６−２０５０６４号公報

しかし、特許文献１に記載の超音波振動浮上を用いて乾燥させる方法では、塗布膜に乾燥ムラが生じるという問題があった。ここで、図４は、一般的な超音波振動浮上装置の構成を示す図であり、（ａ）は、全体を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の２点鎖線部分の拡大図であり、（ｃ）は（ｂ）の２点鎖線部分の拡大図である。すなわち、振動発振部１００からの発振信号により振動子１０２を介して振動が振動板部１０１に伝達されると、振動板部１０１から放射される音響放射圧によって基板Ｗが浮上する。その際、基板Ｗは、音響放射圧の影響を受けて共振することにより微小な振幅で振動し、基板Ｗには振動の腹ｆの部分と節ｎの部分とが形成される。そして、基板Ｗに腹ｆの部分と節ｎの部分とが形成された状態では、塗布膜Ｃが腹ｆの部分に集中しやすくなるため、そのまま乾燥させると、図４（ｃ）に示すように、塗布膜Ｃは、腹ｆであった部分が厚く形成され、節ｎであった部分が薄く形成されてしまい、結果として塗布膜Ｃの乾燥ムラが生じるという問題があった。

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、基板を超音波振動浮上させた状態で基板上の塗布膜を乾燥させた場合であっても、塗布膜に乾燥ムラが形成されるのを抑えることができる超音波振動浮上装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明の超音波振動浮上装置は、基板を超音波振動浮上させる振動板部と、前記振動板部に超音波振動を与える超音波発振部と、を備える超音波振動浮上装置であって、前記超音波発振部は、前記振動板部に与える振動周波数を切替える振動切替部を備えており、前記振動切替部は、前記振動板部上に基板を振動浮上させている間に、前記振動板部に与える振動周波数を周期的に切替えることを特徴としている。

上記超音波振動浮上装置によれば、前記振動切替部により、基板を振動板部上で浮上させている間に振動板部に与える振動周波数を周期的に切替えるため、振動板部の振動が周期的に変化する。すなわち、振動板部の振動が周期的に変化すると、振動板部から放射される音響放射圧の影響による基板の振動も変化することにより、基板に形成される腹の部分と節の部分との位置が変化する。したがって、厚く形成される腹の部分と薄く形成される節の部分とが周期的に変化させることができるため、腹の部分が厚く形成され、節の部分が薄く形成されるという現象を抑えることができ、基板を超音波振動浮上させた状態で乾燥させた場合であっても塗布膜に乾燥ムラが形成されるのを抑えることができる。

また、前記振動板部を加熱するヒータ部をさらに備える構成にしてもよい。

この構成によれば、基板を超音波振動浮上させた状態で基板上に形成された塗布膜を自然乾燥させるよりも早く乾燥させることができる。

また、前記振動板部が複数配列されて配置されており、この振動板部の配列方向に基板を浮上させた状態で搬送する搬送部をさらに備える構成にしてもよい。

この構成によれば、基板を搬送させながら乾燥させることができる。

本発明の超音波振動浮上装置によれば、基板を超音波振動浮上させた状態で基板上の塗布膜を乾燥させた場合であっても、塗布膜に乾燥ムラが形成されるのを抑えることができる。

本発明の実施形態に係る超音波振動浮上装置を示す斜視図である。 上記超音波振動浮上装置の側面図である。 上記超音波振動浮上装置の構成を概略的に示す図であり、（ａ）は、全体を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の２点鎖線部分の拡大図であり、（ｃ）は（ｂ）の２点鎖線部分の拡大図である。 従来の超音波振動浮上装置の構成を概略的に示す図であり、（ａ）は、全体を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の２点鎖線部分の拡大図であり、（ｃ）は（ｂ）の２点鎖線部分の拡大図である。

本発明に係る実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態における超音波振動浮上装置の斜視図であり、図２は、その側面図である。超音波振動浮上装置１は、振動板部２、超音波発振部４を備えており、超音波発振部４により振動板部２が超音波振動し、その音響放射圧の影響により振動板部２上の基板Ｗを浮上させるものである。そして、本実施形態の超音波振動浮上装置１では、さらに、ヒータ部３、搬送部５を備えており、基板Ｗが振動板部２上を浮上した状態で加熱乾燥されながら搬送されるようになっている。

なお、以下の説明では、基板Ｗが搬送される方向をＹ軸方向、Ｙ軸方向と水平面上で直交する方向をＸ軸方向、Ｘ軸およびＹ軸方向の双方に直交する方向をＺ軸方向として説明を進めることとする。

振動板部２は、複数の振動板２１を配列させて形成されている。本実施形態では、振動板２１は、アルミ製（アルミ合金製）の矩形状に形成された平板であり、基板Ｗと対向する対向面６は平坦状に形成されている。そして、すべての振動板２１は、対向面６が同一高さ位置になるように調節ｎされて配置されており、基板Ｗを搬送する搬送路を形成している。すなわち、振動板２１の配列方向は次工程の方向に延びて配列され、後述の搬送部５によって基板Ｗが振動板２１に沿って搬送されることにより、基板Ｗが次工程に搬送されるようになっている。

ヒータ部３は、振動板部２の対向面６の裏面７側に配置されており、ヒータユニット３１とスペーサ３２とを有している。ヒーターユニット３１は、複数のプレートヒータ３３を平面状に並べて形成されている。ヒーターユニット３１は、振動板部２の裏面７と対向させた状態で所定間隔離れた位置に配置される。そして、振動板部２上の基板Ｗは、振動板部２の裏面７側から加熱されることにより、基板Ｗ上に形成された塗布膜Ｃが乾燥されるようになっている。

プレートヒータ３３は、ヒータユニット３１の熱源であり、本実施形態では、カートリッジヒータ、シーズヒータが矩形のアルミフレームに挿入されて形成されている。なお、ヒータユニット３１の熱源としては、プレートヒータ３３以外にもマイカヒータを用いてもよい。

スペーサ３２は、ヒータ部３と振動板部２との距離を調節ｎするものである。このスペーサ３２は、例えば樹脂製の小径のブロックであり、本実施形態では、スペーサ３２によって振動板部２とヒータユニット３１との間に１ｍｍの間隔が設けられている。このように振動板部２とヒータ集合体３３とを離間することにより、ヒータ集合体３３による振動板部２への加熱は直接加熱でなく輻射加熱となり、直接加熱と比較して振動板部２全体の温度を均一にすることができる。

搬送部５は、基板Ｗを振動板部２の配列方向に搬送させるものであり、ハンド５１および進退機構５２を有している。ハンド５１は、基板Ｗを支持するものであり、その先端部分で基板Ｗを対角位置から挟むことにより基板Ｗを支持できるようになっている。ハンド５１の先端部分は、Ｌ字状のブロックが備えられており、このブロックのＬ字状凹部を基板の角部における２辺と接触させることにより振動板部２上に超音波振動浮上した状態の基板Ｗを支持することができる。

また、進退機構５２は、ハンド５１を進退させるものであり、本実施形態では直動機構が設けられている。この進退機構５２は、基板Ｗを支持又は解除する際に進退動作が制御される。すなわち、進退機構５２は、伸縮動作できるようになっており、進退機構５２を延伸させることにより、基板Ｗの角部にハンド５１が当接して基板Ｗを支持することができ、また、進退機構５２を収縮させることにより、ハンド５１が基板Ｗから退避して、基板Ｗの支持を解除することができる。

また、進退機構５２は、図示しない移動ユニットに接続されている。すなわち、移動ユニットは、振動板部２の配列方向に沿って設けられており、移動ユニットの走行によって進退機構５２が振動板部２に沿って移動できるようになっている。したがって、進退機構５２が基板Ｗを支持した状態で移動ユニットを制御することにより基板Ｗを振動板部２上を浮上させた状態で搬送することができるようになっている。

超音波発振部４は、振動板部２に超音波振動を与えるものであり、発振器４２ａ，４２ｂと振動子４１と振動切替部４３とを有している。この超音波発振部４により超音波振動が振動板部２（振動板２１）に与えられ、振動板部２が超音波振動することにより生じる音響放射圧の影響により振動板部２上の基板Ｗを浮上させることができる。

振動子４１は、発振器４２ａ，４２ｂからの発振信号により対象物を超音波振動させるものであり、振動板２１の裏面７に当接させて設けられている。この振動子４１は、本実施形態では、電極およびピエゾ素子を有するランジュバン型振動子４１である。ランジュバン型振動子４１は、発振器４２ａ，４２ｂによって電極に駆動電圧が印加されることでピエゾ素子が振動し、所定の振幅および周波数で発振する。このように発振した振動子４１の振動は、当接する振動板２１へ伝達され、振動板２１を振動させる。そして、振動板２１が振動することで、振動板２１から音響放射音圧が発せられ、この音響放射音圧によって、振動板２１上にある基板Ｗには上向きの力が加わる。これにより、基板Ｗを振動板２１の上方に所定の浮上量だけ浮上した状態で保持することができる。

また、発振器４２ａ，４２ｂは、振動子４１を特定の周波数で振動させる発振信号を出力するものである。本実施形態では、２台の発振器４２ａ，４２ｂが用いられており、それぞれ異なる周波数の発振信号が出力されるように設定されている。具体的には、発振器４２ａは振動子４１を周波数ａで振動させる発振信号を出力し、発振器４２ｂは振動子４１を周波数ｂで振動させる発振信号を出力する。

また、振動切替部４３は、振動子４１と発振器４２ａ，４２ｂとの接続を切替えて振動子４１の振動周波数を切替えるものである。本実施形態では、リレースイッチ４３ａが用いられており、このリレースイッチ４３ａを切替えることにより、振動子４１との接続が切替えられる。すなわち、図示しない制御装置によりリレースイッチ４３ａが切替えられ、振動子４１を周波数ａ又は周波数ｂで振動させることができる。本実施形態では、周期的にリレースイッチ４３ａが切替えられるように設定されており、振動子４１の振動が周期的に切替えられるようになっている。

ここで、図３は、超音波振動浮上装置の構成を示す図である。すなわち、振動子４１により振動板部２を振動させたことによる音響放射圧の影響により、基板が浮上すると共に共振することにより微小な振幅で振動する状態を模式的に表しており、図３（ａ）は全体を示す図であり、図３（ｂ）は（ａ）の２点鎖線部分の拡大図であり、図３（ｃ）は（ｂ）の２点鎖線部分の拡大図である。すなわち、例えば、リレースイッチ４３ａを切替えて、振動子４１を周波数ａで振動させると、振動板部２は周波数ａで振動し、その音響放射圧の影響を受け基板Ｗが共振する。その際、図３（ｃ）で示すように、基板Ｗには仮想的に実線で示す腹ｆと節ｎとが形成される。また、リレースイッチ４３ａを切替えて、振動子４１を周波数ｂで振動させると、同様に、振動板部２は周波数ｂで振動することにより、基板Ｗには仮想的に破線で示す腹ｆと節ｎとが形成される。このように、リレースイッチ４３ａを切替えて振動板部２の周波数を切替えることにより基板Ｗに形成される腹ｆと節ｎとの位置を変えることができる。すなわち、基板Ｗに形成される腹ｆと節ｎの位置により、基板Ｗ上に形成された塗布膜Ｃは腹ｆの位置に流動し集中しやすくなるが、リレースイッチ４３ａを切替えることにより腹ｆの位置と節ｎの位置を周期的に変更することにより塗布膜Ｃが特定位置に集中することを抑えることができるため、乾燥ムラを抑えることができる。

次に、超音波振動浮上装置の動作について説明する。

まず、塗布膜Ｃが形成された基板Ｗが搬入される。具体的には、リレースイッチ４３ａが周波数ａで振動させる発振器４２ａに接続されていることにより振動板部２を周波数ａで振動させている状態で、上流側に設けられた塗布装置により塗布膜Ｃが形成された基板Ｗが振動板部２上に供給される。基板Ｗが供給されると、基板Ｗは振動板部２の振動により生じる音響放射圧の影響により振動板２１の対向面６から所定の高さだけ浮上する。この状態では、基板Ｗが振動板２１上を自由に移動できる状態であるが、搬送部５のハンド５１が進出しその先端部分が基板Ｗの対角の角部に当接することにより基板Ｗが支持される。すなわち、基板Ｗの浮上状態が妨げられることなくハンド５１により基板Ｗが保持される。

次に、基板Ｗが搬送される。具体的には、搬送部５の移動ユニットが移動することにより、基板Ｗはハンド５１に支持された状態で下流側に搬送される。ここで、振動板部２は、周波数ａで振動しているため、振動板部２からの音響放射圧の影響により基板Ｗには図３（ｃ）の実線で示す位置に腹ｆと節ｎが形成される。基板Ｗに腹ｆと節ｎとが形成されると、基板Ｗ上の塗布膜Ｃは腹ｆの部分に流動し集中する。そして、この搬送と同時に、ヒータ部３により塗布膜Ｃの乾燥が行われる。すなわち、ヒータ部３が所定の温度に調節ｎされており、ヒータ部３からの輻射加熱により塗布膜Ｃが乾燥される。

次に、振動切替部４３であるリレースイッチ４３ａが切替えられる。すなわち、周波数ａを発振する発振器４２ａから周波数ｂを発信する発振器４２ｂに切替えられることにより、振動板部２の振動数が周波数ｂになり、振動板部２からの音響放射圧の影響により基板Ｗには図３（ｃ）の破線で示す位置に腹ｆと節ｎが形成される。すなわち、周波数ａで振動していた場合に形成される腹ｆと節ｎの位置とは別の位置に腹ｆと節ｎの位置が形成されるため、周波数ａで振動していたときに腹ｆであった位置に流動しようとする塗布膜Ｃが、周波数ｂで振動しているときに形成される腹ｆの位置に流動しようとする。そして、リレースイッチ４３ａは、塗布膜Ｃが特定位置（腹ｆの位置）に集中する前に周期的に発振器４２ａ、４２ｂと交互に切替えられ、この切替動作が継続的に行われることにより、塗布膜Ｃが特定位置に集中して乾燥してしまうのを抑えることができる。すなわち、特定位置に集中する前に乾燥させることができるため、塗布膜Ｃに乾燥ムラが生じるのを抑え、ほぼ均一な厚みで乾燥させることができる。

次に基板Ｗが排出される。すなわち、搬送部５による搬送中に基板Ｗの塗布膜Ｃが乾燥され、ハンド５１により次工程への受渡しが行われることにより、基板Ｗが排出される。

このように、振動板部２の振動を周期的に変化させることにより、塗布膜Ｃが腹ｆの部分で厚く形成され、節ｎの部分で薄く形成されるという現象を抑えることができ、基板を超音波振動浮上させた状態で乾燥させた場合であっても塗布膜Ｃに乾燥ムラが形成されるのを抑えることができる。

また、上記実施形態は一実施形態であり、発明の本質を逸脱しない範囲で様々な設計変更が可能である。すなわち、上記実施形態では、２種類の振動数を発信し切替える例について説明したが、３種以上の振動数を発信する発振器４２ａ，４２ｂ・・を設け、それらを切替える構成であってもよい。この構成であれば、腹ｆの位置と節ｎの位置を細かく切替えることができるため、より平坦に塗布膜Ｃを乾燥させることができる。

また、上記実施形態では、振動切替部４３は、異なる周波数を発信する発振器４２ａ，４２ｂを用いてリレースイッチ４３ａにより切替える構成である例について説明したが、１台の発振器について内部回路で周波数を切替える構成であってもよい。この構成であれば、上記実施形態よりも発振器の台数を減らすことができるため、装置全体のコストを抑えることができる。

また、上記実施形態では、ヒータ部３を用いて乾燥させる例について説明したが、加熱乾燥だけでなく、加熱させることなく自然に放置した状態で振動切替部４３で振動を切替える操作のみで乾燥させる構成であってもよい。

また、上記実施形態では、搬送部５を設ける例について説明したが、振動板部２上に基板Ｗを浮上させた状態で加熱乾燥又は自然乾燥により乾燥させる構成であってもよい。

１ 超音波振動浮上装置
２ 振動板部
３ ヒータ部
４ 超音波発振部
４３ 振動切替部

Claims (3)

1. 基板を超音波振動浮上させる振動板部と、
   前記振動板部に超音波振動を与える超音波発振部と、
   を備える超音波振動浮上装置であって、
   前記超音波発振部は、前記振動板部に与える振動周波数を切替える振動切替部を備えており、前記振動切替部は、前記振動板部上に基板を振動浮上させている間に、前記振動板部に与える振動周波数を周期的に切替えることを特徴とする超音波振動浮上装置。
2. 前記振動板部を加熱するヒータ部をさらに備えることを特徴とする超音波振動浮上装置。
3. 前記振動板部が複数配列されて配置されており、この振動板部の配列方向に基板を浮上させた状態で搬送する搬送部をさらに備えることを特徴とする超音波振動浮上装置。

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