JP2017087096A - 塗布装置及び塗布方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塗布装置の塗布ヘッドのスリットノズルと基板の間のビードに欠落を生じさせずに塗布液を塗布する。【解決手段】基板を保持するステージと、スリットノズルから塗布液を塗出する塗布ヘッドを有する塗布装置を用いる塗布方法において、少なくとも、前記塗布ヘッドと前記基板の表面までの間隔の分布を測定する工程と、前記ステージの水平上面を複数のアレイ状に配列した基板可動支持手段により前記基板を上下に移動させる工程と、前記塗布ヘッドと前記基板の表面までの間隔の分布の測定値と設定間隔との間隔の差を計算する工程と、該間隔の差を補正するように前記上下駆動機構を制御させつつ前記基板に対して前記塗布ヘッドを相対的に移動させつつ前記基板の表面に塗布液を塗布する工程で塗布液を塗布する。【選択図】図１

Description

本発明は、スリットノズルを有するダイコータを用いて基板上に塗布液を塗布する塗布装置及び塗布方法に関する。

液晶表示装置やプラズマディスプレイパネルにおいて、カラー表示、反射率の低減、コントラストの改善、分光特性制御などの目的にカラーフィルタが用いられている。そのカラーフィルタには画素が形成されている。このカラーフィルタの画素を形成する方法は、ガラスの基板上にカラーフィルタ形成用のフォトレジストを塗布し、この塗膜にフォトマスクを介してＵＶ露光、現像処理を行って表示装置用カラーフィルタの画素を形成している。

大きな基板に、厚く均一な塗膜のフォトレジストを塗布するために、一定幅のスリットを有するヘッドから塗布液を吐出し、被塗工物表面に所望の厚みの塗工膜を形成するスリットノズルを有するダイコータにより基板に塗布液を塗布する塗布装置が用いられている。

特許文献１や特許文献２のように、ダイコータによる塗布装置は、基板を載置したステージ、或いは塗布ヘッドを水平移動させることで、基板と塗布ヘッドを相対的に移動させながら塗布ヘッドのスリットノズルから塗布液を基板に塗布し、１ｍから２ｍ近くの大きなガラス基板にも塗布している。

特開２００８−１４０８２５号公報 特開２００６−２６３５３５号公報

スリットノズルを有するダイコータを用いて基板に塗膜を形成する場合には、ポンプから送液される塗布液をダイコータの塗布ヘッド内部のマニホールドに一旦貯め、ダイコータの塗布ヘッドを基板に近接させた状態で塗布ヘッドに設けられたスリット形状のノズルから塗布液を吐出し、吐出した塗布液が基板に当たる部分にビードと呼ばれる液溜りを形成する。

そして、塗布ヘッドのスリットノズルから吐出する塗布液の液圧をコントロールすることにより、ビードを保持しながら、基板上を一方向に塗布ヘッドを走行することで、基板上に塗膜を形成する。塗布膜厚は吐出される塗布液の流量と基板に対する塗布ヘッドの走行速度によって決まる。

しかし、この塗布の際に、ビードが一部欠落することがあり、それにより基板への塗布液の未塗布部分がスジとなって不良が生じることがある。この不良の原因であるビードの一部欠落は、塗布ヘッドのスリットノズルと基板との間隔が大きすぎる場合に生じる。

そのため、本発明の課題は、塗布装置が、ビードの一部欠落を生じさせないために、塗布ヘッドのスリットノズルと基板との間隔を一定に保つことである。

本発明者は、上記課題を解決するために、
基板に対して塗布ヘッドを相対的に移動させつつ前記基板の表面に塗布液を塗布する塗布装置であって、少なくとも、前記基板の表面高さの分布を測定する基板表面高さ測定手段を備える塗布ヘッドと、水平上面に複数の上下駆動機構を有する基板可動支持手段と基板固定支持手段をアレイ状に配列し、前記基板を保持するステージと、前記基板の表面高さの分布の測定値と設定表面高さとの高さの差を計算し、該高さの差を補正するように前記上下駆動機構を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする塗布装置である。

本発明は、この構成により、基板の表面の高さとスリットノズルの高さの間隔を一定値に保つことができる効果がある。

また、本発明は、基板を保持するステージと、スリットノズルから塗布液を塗出する塗布ヘッドを有する塗布装置を用いる塗布方法であって、少なくとも、前記塗布ヘッドと前記基板の表面までの間隔の分布を測定する工程と、前記ステージの水平上面を複数のアレイ状に配列した基板可動支持手段により前記基板を上下に移動させる工程と、前記塗布ヘッドと前記基板の表面までの間隔の分布の測定値と設定間隔との間隔の差を計算する工程と、該間隔の差を補正するように前記上下駆動機構を制御させつつ前記基板に対して前記塗布ヘッドを相対的に移動させつつ前記基板の表面に塗布液を塗布する工程が含まれることを特徴とする塗布方法である。

本発明の塗布装置は、制御手段、基板の表面高さの分布の測定値と設定表面高さとの高さの差を計算させ、該高さの差を補正するように上下駆動機構を制御させつつ、基板に対して塗布ヘッドを相対的に移動させつつ基板の表面に塗布液を塗布する。これにより、本発明は、基板の表面の高さと前記スリットノズルの高さの間隔を一定値に保ちつつ基板の表面に塗布液を塗布することができる効果がある。

そして、本発明は、基板の表面の高さとスリットノズルの高さの間隔を各位置で一定値に保つことで、塗布装置の塗布ヘッドのスリットノズルと基板の間の液溜りに欠落を生じさせずに塗布液を塗布することができ、塗布不良を低減できる効果がある。

（ａ）本発明の実施形態の塗布装置の平面図、（ｂ）は側面図である。 本発明の実施形態の塗布装置の側面の塗布ヘッドと基板Ｓ部分の拡大図である。 本発明の実施形態の塗布装置の動作のフローチャートである。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明に係る塗布装置の第１の実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。図１（ａ）は塗布装置の平面図、図１（ｂ）は塗布装置の側面図である。図２は、塗布装置の塗布ヘッド２０と基板Ｓの部分の拡大図である。図３は、塗布装置の動作のフローチャートである。これらの図を参照して、塗布装置の詳細な構成を説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る塗布装置は、例えば液晶パネル用のガラス基板等基板Ｓ上に塗布液Ｌを塗布する塗布装置であり、ステージ１０と塗布ヘッド２０を主要な構成要素としている。塗布ヘッド２０は、スリットノズル２１を有する。

（ステージ）
図１に、本実施形態のステージ１０を示す。ステージ１０は、基板Ｓを支持する水平上
面を有する。水平上面は、複数の平板状の部材をアレイ状に配置して基板Ｓを支える基板可動支持手段１１の領域と、基板固定支持手段１２の領域とで形成する。基板固定支持手段１２は、基板Ｓを支える基板可動支持手段１１の領域以外の基板Ｓの領域を支える部材で構成する。

（可動支持部）
ステージ１０の水平上面を構成する複数の基板可動支持手段１１は、各々を、アクチュエータ装置などの上下駆動機構１３によって、個々に高さを変えられるようにする。それぞれの上下駆動機構１３は、制御手段４０で制御され、それぞれの基板可動支持手段１１の高さを制御する。

このように、ステージ１０は、基板可動支持手段１１のアレイと基板固定支持手段１２を組み合わせた面で基板Ｓを支持する。

各基板可動支持手段１１のアレイは各々が、基板Ｓの一部を支持し、制御手段４０が上下駆動機構１３を適切に制御することによって、基板可動支持手段１１の高さを選択的に調節して基板Ｓの高さの部分的な変動を補正する。それにより、基板Ｓの部分的なたわみを補正される。

（塗布ヘッド）
次に、ダイコータの塗布ヘッド２０を説明する。塗布ヘッド２０は、管で送液される塗布液Ｌが線状に均一に塗布できる様にした流路を設けた金属ブロックと塗布液Ｌを吐出するスリットノズル２１からなる。

ダイコータの塗布ヘッド２０の流路には、ポンプＰから塗布ヘッド２０に送液される塗布液を一旦貯め、塗布ヘッド２０のスリットノズル２１に送り出すマニホールド２０ａを有する。

そして、スリットノズル２１はＹ方向にスリット状に開口した部分であり、そのスリットノズル２１をステージ１０上の基板Ｓに対向させ、前記マニホールド２０ａから供給された塗布液Ｌをスリットノズル２１から基板Ｓに向かって吐出する。

塗布ヘッド２０のスリットノズル２１は基板Ｓに近接させ、スリットノズル２１と基板Ｓの間を一定の狭い間隔となる様接近させて、その間隔に塗布液ＬのビードＬｂを形成する。

塗布ヘッド２０は、一軸送り機構３０に設置して移動させる。この一軸送り機構３０は、塗布ヘッド２０を、スリットノズル２１の長さの方向に垂直なＸ方向に移動させる。

そして、塗布ヘッド２０のスリットノズル２１から吐出する塗布液Ｌの液圧をコントロールすることにより、ビードＬｂを維持しながら、基板Ｓ上に塗布ヘッド２０をＸ方向に移動させつつ、塗布液Ｌを基板Ｓ上に引き出して基板Ｓに塗膜を形成する。塗布膜厚は吐出される塗布液Ｌの流量と基板Ｓに対する塗布ヘッド２０の走行速度によって決まる。

また、図１のように、塗布ヘッド２０に複数の基板表面高さ測定手段２２を設置する。基板表面高さ測定手段２２は、図１（ａ）のように、塗布ヘッド２０のスリットノズル２１の近くの数箇所に取り付ける。例えば、ステージ１０の各基板可動支持手段１１の列毎に基板表面高さ測定手段２２を設置する。

基板表面高さ測定手段２２は、各位置の基板Ｓの表面と塗布ヘッド２０の間の間隔の分
布を測定する複数箇所の間隔センサ等で構成する。そして、複数箇所の基板表面高さ測定手段２２を用いて基板Ｓの表面の高さの分布、すなわち、塗布ヘッド２０と基板Ｓの表面までの間隔の分布を測定する。

制御手段４０が、測定された基板Ｓの表面の高さの分布のデータを受信し、基板Ｓの表面高さの分布の測定値と、設定表面高さとの高さの差を計算する。設定表面高さは、スリットノズル２１の高さの間隔を一定値に保つ基板Ｓの表面高さの分布のデータである。この設定表面高さのデータは、予め測定することで求めたデータを制御手段４０に記憶させておく。また、設定表面高さの替りに、塗布ヘッド２０と基板Ｓの表面までの間隔の設定間隔を基準にして基板Ｓの表面の高さを制御することもできる。

そして、制御手段４０は、その基板Ｓの表面高さの分布の測定値と、設定表面高さとの高さの差を補正するために必要な、各基板可動支持手段１１の、高さ補正のための上下の移動量を計算する。それにより、制御手段４０は、各基板可動支持手段１１の高さをその高さに補正するように各基板可動支持手段１１毎の上下駆動機構１３を駆動させる。

（塗布装置の動作）
次に、図３のフローチャートを参照して、本実施形態の塗布装置が、ステージ１０で基板Ｓを保持しつつ、塗布ヘッド２０を用いて基板Ｓに塗布液Ｌを塗布する動作を説明する。

（ステップＳ１）
先ず、一軸送り機構３０が、塗布ヘッド２０を基板Ｓの表面の塗布方向に移動を開始させる。次に、塗布ヘッド２０のスリットノズル２１からの塗布液Ｌの基板Ｓの表面への吐出を開始する。

ここで、一軸送り機構３０による塗布ヘッド２０の移動は、定速度で移動させることができるが、ステップモータとボールスクリューによる一軸送り機構３０により、塗布ヘッド２０をステップ送りしつつ、塗布液Ｌも塗布ヘッド２０のステップ送りに同期させて間欠的に塗布液Ｌをスリットノズル２１から吐出させることもできる。

塗布ヘッド２０の基板Ｓへの塗布液Ｌの塗布は、図２のように、位置を固定した基板Ｓに対して塗布ヘッド２０を定速度で移動させながら、塗布液Ｌを塗布ヘッド２０のスリットノズル２１から吐出し、ビードＬｂを形成する。

そして、前記ビードが移動することにより、基板Ｓの所定の領域に塗布液Ｌが塗布される。

（ステップＳ２）
塗布ヘッド２０に設置した複数の基板表面高さ測定手段２２が、基板Ｓの表面の高さ分布を測定し、測定した高さ分布を制御手段４０に送信する。

（ステップＳ３）
制御手段４０が、基板Ｓの表面の高さ分布の測定結果と、基板Ｓの表面の高さとスリットノズル２１の高さの間隔を一定値に保つ基板Ｓの表面高さ分布（設定表面高さ）の差、すなわち、測定された間隔値と設定間隔値の差を計算する。

（ステップＳ４）
制御手段４０が、基板Ｓの表面の高さ分布の測定結果と設定表面高さとの差（測定された間隔値と設定間隔値の差）を補正するために必要な、各上下駆動機構１３の移動高さの
データを計算する。

（ステップＳ５）
次に、制御手段４０が、そのデータを用いて、ステージ１０の各基板可動支持手段１１の上下駆動機構１３を駆動し各基板可動支持手段１１の高さを補正する。それにより、基板Ｓの表面の高さの分布を、スリットノズル２１の全ての位置でスリットノズル２１と一定の間隔が保たれる。

（ステップＳ６）
塗布ヘッド２０が、基板Ｓへの塗布液Ｌの塗布範囲の終点に達するまで、ステップＳ２からステップＳ５の処理を繰り返す。

この処理により、基板Ｓの表面のたわみ、うねり等の部分的な基板Ｓの高さを補正して、スリットノズル２１と基板Ｓの間隙を一定の間隔に接近した状態を保持することができる。

こうして、基板可動支持手段１１のアレイによって基板Ｓの高さを補正しながら塗布ヘッド２０を基板Ｓの上を通過させることにより、基板Ｓの所定の領域に塗布液Ｌを塗布する。

このように、本実施形態によれば、基板Ｓの部分的な高さを監視する基板表面高さ測定手段２２を用いて検出した基板Ｓの高さに基づいて基板可動支持手段１１の高さを調整して基板Ｓの高さの変動を補正して基板Ｓの表面の平面度を維持しつつ、基板Ｓの上に塗布液Ｌを塗布する。

こうして、アレイ状の基板可動支持手段１１の個々の高さを制御することで、基板Ｓの表面のたわみ、うねり等の部分的な基板Ｓの高さを補正する。すなわち、基板Ｓの表面の高さの分布を、スリットノズル２１の全ての位置でスリットノズル２１と一定の間隔を保つように基板Ｓの表面の高さを補正する制御を行う。

それにより、基板Ｓの平面度が維持されるので、スリットノズル２１と基板Ｓとの間のビードＬｂが一部欠落すること無く、未塗布不良を無くすことができるので、均一な塗布面が得られるという効果がある。

なお、本発明は、以上の実施形態に限定されず、塗布ヘッド２０を基板Ｓに対して相対的に運動させる一軸送り機構３０は、基板Ｓを保持するステージ１０を一軸送りテーブルで移動させる機構で構成することもできる。

また、基板可動支持手段１１は、平板状の部材に限定されず、基板Ｓを押し上げる棒の先端部を基板可動支持手段１１とすることもできる。

また、本発明は、以上の実施形態の、固体で形成した基板可動支持手段１１で基板Ｓを支持し、上下駆動機構１３がその基板可動支持手段１１を上下させることで基板Ｓを上下に移動させる構成に限定されない。すなわち、本発明は、空気流を噴き上げて基板Ｓを空気流によって保持する基板可動支持手段１１を用い、空気流の圧力を制御することで基板を支持する高さを制御する上下駆動機構１３を用いることができる。

１０・・・ステージ
１１・・・基板可動支持手段
１２・・・基板固定支持手段
１３・・・上下駆動機構
２０・・・塗布ヘッド
２０ａ・・・マニホールド
２１・・・スリットノズル
２２・・・基板表面高さ測定手段
３０・・・一軸送り機構
４０・・・制御手段
Ｌ・・・塗布液
Ｌｂ・・・ビード
Ｐ・・・ポンプ
Ｓ・・・基板

Claims (2)

1. 基板に対して塗布ヘッドを相対的に移動させつつ前記基板の表面に塗布液を塗布する塗布装置であって、
   少なくとも、
   前記基板の表面高さの分布を測定する基板表面高さ測定手段を備える塗布ヘッドと、
   水平上面に複数の上下駆動機構を有する基板可動支持手段と基板固定支持手段をアレイ状に配列し、前記基板を保持するステージと、
   前記基板の表面高さの分布の測定値と設定表面高さとの高さの差を計算し、該高さの差を補正するように前記上下駆動機構を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする塗布装置。
2. 基板を保持するステージと、スリットノズルから塗布液を塗出する塗布ヘッドを有する塗布装置を用いる塗布方法であって、
   少なくとも、
   前記塗布ヘッドと前記基板の表面までの間隔の分布を測定する工程と、
   前記ステージの水平上面を複数のアレイ状に配列した基板可動支持手段により前記基板を上下に移動させる工程と、
   前記塗布ヘッドと前記基板の表面までの間隔の分布の測定値と設定間隔との間隔の差を計算する工程と、
   該間隔の差を補正するように前記上下駆動機構を制御させつつ前記基板に対して前記塗布ヘッドを相対的に移動させつつ前記基板の表面に塗布液を塗布する工程が含まれることを特徴とする塗布方法。