JP2017001001A - 塗布装置及び塗布方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの一部分に高精度に液体を塗布することができる塗布装置を提供する。【解決手段】本実施の形態に塗布装置１は、昇降可能なワーク保持部１１を有し、ワーク保持部１１にワークＷを保持する昇降装置１０と、ワーク保持部１１によって降下されるワークＷが浸漬される液体を収容するディップ槽２０と、ディップ槽２０内の液体の液面レベルを検知する液面センサー３０と、ワーク保持部１１の昇降を制御する制御装置４０と、を備える。制御装置４０は、液面センサー３０によって検知された液面レベルに基づき、ワーク保持部１０に保持されたワークＷからディップ槽２０内の液体の液面までの離間距離を算出し、当該離間距離に基づき、ワークＷをディップ槽２０内の液体に所定量だけ浸漬させる目標位置を決定して、当該目標位置にワーク保持部１１を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、液体にワークを浸漬してワークに液体を塗布する塗布装置及び塗布方法に関する。

この種の塗布装置はディップコーターと呼ばれ、例えば光学レンズや電子デバイスなどのワークに薄膜を形成する際に用いられる。ディップコーターは、一般的に、ワークを昇降させる昇降装置と、塗工液などの液体を収容するディップ槽と、を有している。このようなディップコーターにおいてワークに薄膜を形成する場合には、昇降装置によってワークをディップ槽内の塗工液に浸漬し、所定の速度で引き上げて塗工液を乾燥させる。これにより、ワークの表面に所望の厚さの薄膜を形成することができる。

ディップコーターでは液切れが生じるため、液切れを検知した場合にディップ槽に液体を供給する機構を有するものなどが従来から知られている。例えば特許文献１には、液面センサーを備え、液面センサーの検出に応じてディップ槽への液体供給量を制御する構成が開示されている。

特開２００９−７８２１７号公報

ところで、光学レンズや電子デバイスなどの分野で使用される従来のディップコーターは、その昇降速度を数十マイクロ〜数ナノメートル毎秒レベルで制御でき、精密な薄膜の制御を行うことができる。しかしながら、ワークの表面全体への塗工が主であるが故、塗布領域の決定、つまり塗工液へのワークの浸漬位置の決定は目視にて行われることがほとんどであり、その精度は数ミリメートルレベル程度である。

そのため、従来のディップコーターにおいては、ワークの微細なある一部分のみを塗工液に浸漬して当該部分に高精度に塗工を行うことは困難であった。すなわち、従来のディップコーターは、ワークの一部分に高精度に塗工を行うような使用を想定しておらず、これを実現する機能を有していない。

本発明は、上記実情を考慮してなされたものであって、ワークの一部分に高精度に液体を塗布することができる塗布装置及び塗布方法を提供することを目的とする。

本発明は、昇降可能なワーク保持部を有し、当該ワーク保持部にワークを保持する昇降装置と、前記ワーク保持部によって降下されるワークが浸漬される液体を収容するディップ槽と、前記ディップ槽内の液体の液面レベルを検知する液面センサーと、前記ワーク保持部の昇降を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記液面センサーによって検知された液面レベルに基づき、前記ワーク保持部に保持されたワークから前記ディップ槽内の液体の液面までの離間距離を算出し、当該離間距離に基づき、ワークを前記ディップ槽内の液体に所定量だけ浸漬させる目標位置を決定して、当該目標位置に前記ワーク保持部を制御する、ことを特徴とする塗布装置、である。

本発明による塗布装置において、前記ワーク保持部は、ワークの一部に直接的又は間接的に昇降方向で当接する位置決め部材を有しており、当該位置決め部材にワークを当接させた状態でワークを保持するようになっていてもよい。

また、本発明による塗布装置は、前記ディップ槽内の液面の揺れを抑制する除振装置を備えていてもよい。

また、本発明による塗布装置は、前記昇降装置及び前記ディップ槽を収容する筐体を備え、前記筐体の上部に、塵埃を捕集するためのフィルタユニットが設けられていてもよい。

また、本発明による塗布装置は、送風機を備え、前記制御装置は、前記ワーク保持部を昇降させる際に前記送風機の送風を停止又は送風量を低減させてもよい。

また、本発明による塗布装置においては、前記昇降装置の側方に、前記ワーク保持部を側方から撮像する撮像装置が設けられてもよい。

この場合、前記液面センサーは、前記ワーク保持部に設けられており、当該液面センサーから前記ディップ槽内の液体の液面までの距離を液面レベルとして検知してもよい。

また、本発明は、昇降可能なワーク保持部を有し、当該ワーク保持部にワークを保持する昇降装置と、前記ワーク保持部によって降下されるワークが浸漬される液体を収容するディップ槽と、を備える塗布装置を準備する工程と、前記ワーク保持部にワークを保持する工程と、前記ディップ槽内の液体の液面レベルを検知する工程と、検知された液面レベルに基づき、前記ワーク保持部に保持されたワークから前記ディップ槽内の液体の液面までの離間距離を算出する工程と、前記離間距離に基づき、ワークを前記ディップ槽内の液体に所定量だけ浸漬させる目標位置を決定する工程と、前記目標位置に前記ワーク保持部を制御する工程と、を備えることを特徴とする塗布方法、である。

本発明によれば、ワークの一部分に高精度に液体を塗布することができる。

本発明の一実施の形態に係る塗布装置の概略構成図である。 図１の要部拡大図である。

以下、図面を参照しながら本発明の一実施の形態について説明する。図面は例示であり、説明のために特徴部を誇張することがあり、実物とは異なる場合がある。なお、以下の各図において、同一部分には同一の符号を付している。また、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」などの用語や長さなどについては、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。

図１に示すように、本実施の形態に係る塗布装置１は、昇降可能なワーク保持部１１を有し、ワーク保持部１１にワークＷを保持する昇降装置１０と、ワーク保持部１１によって降下されるワークＷが浸漬される塗工液Ｌ（液体）を収容するディップ槽２０と、ディップ槽２０内の塗工液Ｌの液面レベルを検知する液面センサー３０と、ワーク保持部１１の昇降を制御する制御装置４０と、を備えている。

昇降装置１０は、上述のワーク保持部１１と、ワーク保持部１１を昇降可能に保持する昇降軸１２と、を有し、ワーク保持部１１は、制御装置４０の指令に応じて駆動する図示しないモータによって、昇降軸１２に沿って上下方向に移動されるようになっている。本実施の形態の昇降装置１０では、ワーク保持部１１の昇降速度を数十マイクロ〜数ナノメートル毎秒レベルで制御することが可能となっている。

図２は、ワーク保持部１１の拡大図であり、本実施の形態においてワーク保持部１１は、上下方向に沿って配置される板状のベース部１１Ａと、ベース部１１Ａに設けられワークＷの上部に昇降方向（上下方向）で当接する位置決めピン１１Ｂと、を有しており、位置決めピン１１ＢにワークＷの上部を当接させた状態でワークＷを保持するようになっている。

図示のワークＷは一例として長方形状の基板であり、ベース部１１Ａに沿う状態でワーク保持部１１に保持されている。図２において、位置決めピン１１Ｂは、ベース部１１Ａの主面に水平方向で並んで複数（図示例では２つ）立設され、位置決めピン１１Ｂの各々にワークＷの上部が当接されている。図示省略するが、ベース部１１Ａには、ワークＷをベース部１１上に着脱可能に保持する固定部材が設けられている。当該固定部材としては、クリップや粘着テープなどが採用され得るが、これらに限定されるものではない。

上述のように位置決めピン１１ＢにワークＷの上部を当接させた状態でワークＷを保持する場合、ワークＷの昇降方向における寸法（上下幅）に基づいて、位置決めピン１１ＢからワークＷの下部までの距離を容易に特定できるため、ワークＷの下部の位置を容易に特定できる。また、例えばワークＷが同一形状の他のワークＷに交換された際においても、ワークＷの下部を常時、一定の位置に位置付けることができる。

なお、本実施の形態では、位置決めピン１１ＢがワークＷの上部に下方から当接されることによりワークＷの位置決めを行うが、例えばワークＷに治具を固定し、治具に形成した穴に位置決めピン１１Ｂを嵌合させてもよい。この場合においても、位置決めピン１１Ｂと治具の穴の内周面とが昇降方向で当接することにより、ワークＷと位置決めピン１１Ｂとが間接的に当接する結果、ワークＷの位置決めを行うことができる。また、本実施の形態では、位置決め部材としてピン部材が採用されているが、他の形状であっても構わない。

図１に示すように、ディップ槽２０は、塗工液Ｌの液面の揺れを抑制する除振装置５０上に載置されている。除振装置５０としては、アクティブ型の除振装置が用いられてもよいし、パッシブ型の除振装置が用いられてもよい。また、液面センサー３０は、光学式の測距センサーであり、ワーク保持部１１の側部に設けられている。液面センサー３０は、当該液面センサー３０からディップ槽２０内の塗工液Ｌの液面までの距離を液面レベルとして検知し、制御装置４０に出力するようになっている。なお、液面センサー３０としては、光学式の測距センサーに代えて、超音波式の測距センサーなどが用いられても構わない。

また、図１に示すように、本実施の形態の塗布装置１は、筐体６０を備えており、この筐体６０に、昇降装置１０、ディップ槽２０及び液面センサー３０及び除振装置５０が収容されている。筐体６０の上部には、塵埃（パーティクル）を捕集するためのフィルタユニット６５と、送風機７０と、が設けられている。フィルタユニット６５としては、ＨＥＰＡフィルタ又はＵＬＰＡフィルタが用いられることが好ましい。また、送風機７０は下方に向けて送風を行う。送風機７０は、筐体６０内において塵埃が上方に舞い上がることを抑制する目的及びワークＷを冷却する目的で設けられている。また、本実施の形態では、筐体６０内において、昇降装置１０及び液面センサー３０の側方に、ワーク保持部１１を側方から撮像する撮像装置８０が設けられている。

次に制御装置４０について説明する。制御装置４０は、昇降装置１０に指令を出力してワーク保持部１１を昇降させると共に、ワーク保持部１１の昇降方向位置（上下方向における位置）を認識可能となっている。また、制御装置４０は、送風機７０の送風の切換及び送風量の調整が可能であり、且つ撮像装置８０の制御も可能となっている。

また、図２を参照し、本実施の形態の制御装置４０は、液面センサー３０によって検知された液面レベルに基づき、ワーク保持部１１に保持されたワークＷからディップ槽２０内の塗工液Ｌの液面までの離間距離Ｃを算出し、当該離間距離Ｃに基づき、ワークＷをディップ槽２０内の塗工液Ｌに所定量Ｘだけ浸漬させる目標位置ＴＤを決定して、当該目標位置ＴＤにワーク保持部１１を制御することが可能となっている。

本実施の形態においては、制御装置４０が、昇降方向におけるワークＷの寸法及び位置決めピン１１Ｂから液面センサー３０までの距離を記憶しており、これらの値を用いて特定可能な液面センサー３０からワークＷの下部までの距離Ｂを更に記憶している。液面センサー３０によって検知される液面レベルは、本実施の形態において液面センサー３０からディップ槽２０内の塗工液Ｌの液面までの距離Ａであるため、この距離Ａから距離Ｂを減算することにより、上述の離間距離Ｃが求められる。また、上述の目標位置ＴＤは、所定量Ｘ＋離間距離Ｃによって算出される。

なお、ワークＷが同一形状の他のワークＷに交換された際においても、位置決めピン１１Ｂによって位置決めされる場合には、ワークＷの下部は常時、一定の位置に位置付けられるため、上述の距離Ｂは一定となる。一方、ワークＷが異なるサイズのワークに交換された場合には、この交換されたワークの昇降方向における寸法を、制御装置４０に入力することにより、液面センサー３０から当該ワークの下部までの距離を算出することができる。

また、本実施の形態では、撮像装置８０を用いることによって、上述のようにワークＷの寸法などを用いずに、液面センサー３０からワークＷの下部までの距離Ｂを算出することも可能となっている。具体的には、ワークＷを保持した状態のワーク保持部１１を昇降させ、撮像装置８０でワークＷの下部を認識した際のワーク保持部１１の昇降方向位置と、撮像装置８０で液面センサー３０の下端部を認識した際のワーク保持部１１の昇降方向位置と、を記録する。これにより、これら各位置の差分をとることで距離Ｂを特定することが可能となる。なお、その他のセンサーを用いることによって、ワークＷの下部の位置を検知しても構わない。

また、本実施の形態の制御装置４０は、ワーク保持部１１を昇降させる際、特に降下させる際に、送風機７０の送風を停止又は送風量を低減させることも可能となっている。

次に、本実施の形態に係る塗布装置１の動作の一例として、ワークＷの一部のみに塗工液Ｌを塗布する塗布方法を説明する。

本実施の形態では、まず、塗布装置１において、位置決めピン１１ＢにワークＷの上部を当接させた状態でワークＷがワーク保持部１１に保持される。その後、ディップ槽２０内の塗工液Ｌの液面レベルが検知される。この検知は、ワーク保持部１１及びワークＷが塗工液Ｌから離間し且つ静止した状態において行われる。本実施の形態では、ここで、上述の距離Ａ、すなわち液面センサー３０からディップ槽２０内の塗工液Ｌの液面までの距離が検知される。

次いで、検知された液面レベルに基づき、ワーク保持部１１に保持されたワークＷからディップ槽２０内の塗工液Ｌの液面までの離間距離Ｃが算出される。本実施の形態では、上述したように、制御装置４０に記憶されている液面センサー３０からワークＷの下部までの距離Ｂを、距離Ａから減算することによって、離間距離Ｃが算出される。

次いで、算出された離間距離Ｃに基づき、ワークＷをディップ槽２０内の塗工液Ｌに所定量Ｘだけ浸漬させる目標位置ＴＤが決定される。所定量Ｘは、ユーザが制御装置４０に任意に入力することで特定され、これに応じて目標位置ＴＤが自動で算出される。

その後、目標位置ＴＤにワーク保持部１１が制御される。具体的には、静止状態のワーク保持部１１を下方に向けて目標位置ＴＤだけ移動させる。これにより、ワークＷの下部から所定量Ｘまでの範囲のみが、塗工液Ｌに浸漬される。この際、本実施の形態では、送風機７０の送風が停止又は送風量が低減される。その後は、ワーク保持部１１が上昇されることにより、ワークＷが塗工液Ｌから離脱され、ワークＷに対する塗工液Ｌの塗布作業が完了する。

以上に説明した本実施の形態では、塗工液ＬへのワークＷの浸漬の前に、ワークＷから液面までの離間距離Ｃを厳密に計測してから、ワーク保持部１１が機械的に厳密に数値制御されて移動（降下）されるため、ワークＷの下部から所定量Ｘまでの範囲を高精度に浸漬することができる。特に、塗工液ＬへのワークＷの浸漬前に、ワークＷから液面までの距離を厳密に計測してからワーク保持部１１を移動させることにより、塗工液Ｌの蒸発による液面レベルの変動が塗布精度に及ぼす影響を最小限に抑制でき、所定範囲に対する高精度の浸漬が可能となる。

すなわち、例えばマイクロ〜ナノメートルレベルの精度が要求される場合には、ディップ槽２０内の塗工液Ｌの蒸発による液面レベルのわずかな変動であっても、塗布精度に大きな影響が及ぶ。これに対して、本実施の形態に係る塗布装置１は、液体への浸漬の前に、ワークから液面までの距離を厳密に計測してからワーク保持部１１を移動させるので、液面レベルの変動が塗布精度に及ぼす影響を最小限に抑制できる。その結果、所定範囲に対する高精度の浸漬を行うことが可能となる。

したがって、本実施の形態によれば、ワークＷの一部分に高精度に塗工液Ｌを塗布することができる。具体的に、本件発明者は、本実施の形態の塗布装置１によって、ワークＷの下部から１００μｍまでの範囲に高精度に塗工液Ｌを塗布することができたことを確認している。

また、本実施の形態では、ワーク保持部１１が、ワークＷの一部に直接的に昇降方向で当接する位置決めピン１１Ｂを有しており、位置決めピン１１ＢにワークＷの一部を当接させた状態でワークＷを保持する。これにより、ワークＷの昇降方向における寸法に基づいて、位置決めピン１１ＢからワークＷの下部までの距離を容易に特定できるため、ワークＷの下部の位置を容易に特定できる。これにより、液面センサー３０が検知する液面レベルとワークＷの下部の位置とから、これらの間の離間距離Ｃを容易に決定できるので、塗布作業の作業効率を向上できる。また、例えばワークＷが同一形状の他のワークＷに交換された際においても、ワークＷの下部を常時、一定の位置に位置付けることができるので、同一形状のワークに繰り返し塗布作業を行う際の作業効率も向上できる。

また、本実施の形態の塗布装置１は、ディップ槽２０内の（塗工液Ｌの）液面の揺れを抑制する除振装置５０を備える。これにより、液面の揺れが塗布精度に及ぼす影響を抑制できる。

また、本実施の形態の塗布装置１は、送風機７０を備え、制御装置４０は、ワーク保持部１１を昇降させる際に送風機７０の送風を停止又は送風量を低減させるようになっている。これにより、液面の揺れが塗布精度に及ぼす影響を抑制できる。

また、本実施の形態の塗布装置１では、昇降装置１０の側方に、ワーク保持部１１を側方から撮像する撮像装置８０が設けられている。これにより、ワークＷの寸法などを用いずに、液面センサー３０からワークＷの下部までの距離Ｂを特定することができるので、利便性を向上できる。

以上、本発明の一実施の形態及びその変形例を説明したが、本発明は、これらに限定されることなく、種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上述の実施の形態では、液面センサー３０が昇降装置１０のワーク保持部１１に設けられているが、液面センサー３０の設置位置は、これに限定されるものではない。例えば、液面センサーはディップ槽１０に設けられ、ディップ槽１０の底面から液面までの距離を液面レベルとして検知するものでもよい。この場合であっても、ディップ槽１０の底面を基準としたワーク保持部１１の昇降方向位置を特定すれば、ワーク保持部１１に保持されたワークＷと液面までの距離を特定することができる。

また、上述の実施の形態では、ワーク保持部１１に一つのワークＷが保持されるが、ワーク保持部１１に複数のワークが保持されてもよい。また、治具を介してワーク保持部１１にワークを保持する場合においても、治具に複数のワークが固定されてもよい。

１ 塗布装置
１０ 昇降装置
１１ ワーク保持部
１１Ａ ベース部
１１Ｂ 位置決めピン
１２ 昇降軸
２０ ディップ槽
３０ 液面センサー
４０ 制御装置
５０ 除振装置
６０ 筐体
６５ フィルタユニット
７０ 送風機
８０ 撮像装置

Claims (8)

1. 昇降可能なワーク保持部を有し、当該ワーク保持部にワークを保持する昇降装置と、
   前記ワーク保持部によって降下されるワークが浸漬される液体を収容するディップ槽と、
   前記ディップ槽内の液体の液面レベルを検知する液面センサーと、
   前記ワーク保持部の昇降を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記液面センサーによって検知された液面レベルに基づき、前記ワーク保持部に保持されたワークから前記ディップ槽内の液体の液面までの離間距離を算出し、当該離間距離に基づき、ワークを前記ディップ槽内の液体に所定量だけ浸漬させる目標位置を決定して、当該目標位置に前記ワーク保持部を制御する、ことを特徴とする塗布装置。
2. 前記ワーク保持部は、ワークの一部に直接的又は間接的に昇降方向で当接する位置決め部材を有しており、当該位置決め部材にワークを当接させた状態でワークを保持するようになっている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の塗布装置。
3. 前記ディップ槽内の液面の揺れを抑制する除振装置を備える、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の塗布装置。
4. 前記昇降装置及び前記ディップ槽を収容する筐体を備え、
   前記筐体の上部に、塵埃を捕集するためのフィルタユニットが設けられる、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の塗布装置。
5. 送風機を備え、
   前記制御装置は、前記ワーク保持部を昇降させる際に前記送風機の送風を停止又は送風量を低減させる、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれに記載の塗布装置。
6. 前記昇降装置の側方に、前記ワーク保持部を側方から撮像する撮像装置が設けられる、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の塗布装置。
7. 前記液面センサーは、前記ワーク保持部に設けられており、当該液面センサーから前記ディップ槽内の液体の液面までの距離を液面レベルとして検知する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の塗布装置。
8. 昇降可能なワーク保持部を有し、当該ワーク保持部にワークを保持する昇降装置と、前記ワーク保持部によって降下されるワークが浸漬される液体を収容するディップ槽と、を備える塗布装置を準備する工程と、
   前記ワーク保持部にワークを保持する工程と、
   前記ディップ槽内の液体の液面レベルを検知する工程と、
   検知された液面レベルに基づき、前記ワーク保持部に保持されたワークから前記ディップ槽内の液体の液面までの離間距離を算出する工程と、
   前記離間距離に基づき、ワークを前記ディップ槽内の液体に所定量だけ浸漬させる目標位置を決定する工程と、
   前記目標位置に前記ワーク保持部を制御する工程と、
   を備えることを特徴とする塗布方法。

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