JP2018008206A

JP2018008206A - 塗布前処理方法

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Publication number: JP2018008206A
Application number: JP2016138296A
Authority: JP
Inventors: 俊一岡本; Shunichi Okamoto; 暁雄鈴木; Akio Suzuki
Original assignee: Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2016-07-13
Filing date: 2016-07-13
Publication date: 2018-01-18

Abstract

【課題】塗布工程前の塗布前処理において、塗布器に気泡が発生するのを抑えることができる塗布前処理方法を提供する。【解決手段】送液配管９３には、塗布液ポンプ８と塗布器６との連通を切替えるための開閉時で流路容積が変動する送液バルブ３が設けられており、塗布器から塗布液を吐出して塗布膜を形成する塗布工程を行うために、予め送液バルブを閉状態にして塗布液ポンプに塗布液を充填する塗布液充填工程を行った後、送液バルブが閉状態のまま送液配管のうち送液バルブのすぐ上流側に位置する上流側送液配管内を加圧状態に維持する上流側送液配管加圧工程と、上流側送液配管加圧工程後、塗布工程開始前に送液バルブを開状態にすることにより送液バルブの流路容積増加分が上流側送液配管の塗布液で補充される送液バルブ内補充工程と、を有する構成とする塗布前処理方法。【選択図】図２

Description

本発明は、薬液等の塗布液を供給する塗布装置の塗布前処理方法であって、実際に塗布工程を行う前の準備段階における塗布前処理方法に関するものである。

液晶、半導体、有機ＥＬ等のエレクトロニクス業界では、基板上に塗布液を塗布することにより薄膜を形成する工程が数多く存在している。特に、カラーフィルタやＴＦＴ用アレイ基板では、平面状の塗布膜を形成するため、スリットノズルを有する塗布装置が使用されている。

この塗布装置は、図７に示すように、一方向に延びる塗布器１００と、この塗布器１００に塗布液を送液する塗布液ポンプ１０１と、塗布液を貯留する塗布液タンク１０２とを備えている。そして、塗布液タンク１０２から所定量の塗布液を塗布液ポンプ１０１に一時的に貯留させた後、塗布液ポンプ１０１から塗布器１００に送液することで、塗布器１００のスリットノズル１０３から塗布液を吐出させつつ、塗布器１００を基板に沿う方向に移動させることにより、均一厚さの塗布膜が形成された塗布基板が形成されるようになっている。

この塗布装置は、塗布器１００と塗布液ポンプ１０１とが送液配管１０４で連結されおり、この送液配管１０４には送液バルブ１０５が設けられている。塗布工程では、送液バルブ１０５が開状態で塗布液ポンプ１０１から塗布液が送液されることにより塗布器１００から塗布液が吐出される（図７（ａ））。なお、図７において、白抜きで示される送液バルブ１０５は開状態を示し、黒色で示される送液バルブ１０５は閉状態を示している。そして、塗布工程が終了すると、送液バルブ１０５が閉状態にして塗布器１００に供給される塗布液が停止され（図７（ｂ））、次の塗布工程を行うための準備処理（塗布前処理）が行われる。すなわち、送液バルブ１０５が閉じられた状態で、塗布液タンク１０２から塗布液ポンプ１０１に所定量の塗布液が供給される（図７（ｃ））。その後、塗布液ポンプ１０１を停止させて送液バルブ１０５を開いた状態にすることにより、次の塗布工程を開始する準備が完了する。この塗布前処理では、塗布器１００、塗布液ポンプ１０１、及び送液配管１０４内に気泡が発生しないように、これらが塗布液で満たされるように行われる。仮に、気泡が発生すると吐出圧力が不安定になり、塗布開始における応答遅れ等の要因になるためである。

特開２００７−３５７１３号公報

しかし、上記塗布装置の塗布前処理方法では、塗布器１００内に気泡が発生するという問題があった。すなわち、送液配管１０４に設けられる送液バルブ１０５には、塗布液を定量的に送液するのに適したダイアフラムバルブが用いられている。このダイヤフラムバルブは、図３に示すように、往復動作するピストン軸３４に変形しにくい膜状部材３５が設けられおり、この膜状部材３５がピストン軸３４の動きに合わせて往復動し、相手方当接壁部３７に当接することで閉状態になり、相手方当接壁部３７から離間することで開状態になる。この開閉動作の際、膜状部材３５の変形量が極めて小さいことから、所定量の塗布液を精度よく送液することができる。

ところが、塗布前処理において、塗布液タンク１０２から塗布液ポンプ１０１に所定量の塗布液が供給された後（図７（ｃ））、塗布液ポンプ１０１を停止させて送液バルブ１０５を開いた状態にすると（図７（ｄ））、送液バルブ１０５を閉じている際には膜状部材３５の裏面側に位置していた背面空間が送液バルブ１０５を開いた状態で流路として現れるため、送液バルブ１０５の開閉時において流路容積が変動し、流路容積が増加する。これにより、塗布前処理が終了した図７（ｄ）の状態において、送液バルブ１０５の開状態による容積変動に伴って、塗布器１００のスリットノズル１０３から空気が吸入され、塗布器１００内に気泡１０６が発生するという問題があった。

特に近年では、有機ＥＬ、半導体分野において、塗布液の粘度が高粘度化しており、これに伴い、配管径やバルブ容積が大きくなっている。そのため、送液バルブ１０５の流路容積の変動量が大きくなり、送液バルブ１０５を開いた際にスリットノズル１０３から気泡が侵入する問題も顕著になっている。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、塗布工程前の塗布前処理において、塗布器に気泡が発生するのを抑えることができる塗布前処理方法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塗布前処理方法は、塗布液ポンプから送液配管を通じて塗布器に塗布液を送液することにより塗布器の吐出口から塗布液を吐出する塗布装置の塗布前処理方法において、前記送液配管には、前記塗布液ポンプと前記塗布器との連通を切替えるための開閉時で流路容積が変動する送液バルブが設けられており、前記塗布器から塗布液を吐出して塗布膜を形成する塗布工程を行うために、予め前記送液バルブを閉状態にして前記塗布液ポンプに塗布液を充填する塗布液充填工程を行った後、前記送液バルブが閉状態のまま前記送液配管のうち前記送液バルブのすぐ上流側に位置する上流側送液配管内を加圧状態に維持する上流側送液配管加圧工程と、前記上流側送液配管加圧工程後、塗布工程開始前に前記送液バルブを開状態にすることにより前記送液バルブの流路容積増加分が前記上流側送液配管の塗布液で補充される送液バルブ内補充工程と、を有することを特徴としている。

上記塗布前処理方法によれば、塗布ポンプに塗布液を充填した後、送液バルブを開く前に、送液バルブの上流側に位置する上流側送液配管内を加圧状態にする上流側送液配管加圧工程を有しているため、送液バルブを開いた際に流路容積が増えても、上流側送液配管内に存在していた塗布液が増加した流路容積部分を埋めるように流れ込む。したがって、流路容積増加分に対して、送液バルブよりも下流側に位置する下流側送液配管側（塗布器含む）から塗布液が流れ込むことを抑えることができるため、塗布器のスリットノズルから気泡が侵入するのを抑えることができる。

また、具体的な実施の様態における送液バルブとして、ダイヤフラムバルブを使用することができる。

本発明の塗布前処理方法によれば、塗布工程前の塗布前処理において、塗布器に気泡が発生するのを抑えることができる。

本発明の塗布前処理方法が適用される塗布装置を示す斜視図である。上記塗布装置の配管径路を概略的に示す図である。送液バルブとしてのダイヤフラムバルブを示す図である。塗布前処理方法を工程順に示す図であり、（ａ）は塗布工程を示す図、（ｂ）は塗布工程終了を示す図、（ｃ）は塗布液ポンプに塗布液を充填する工程を示す図である。塗布前処理方法を工程順に示す図であり、（ａ）は上流側送液配管を加圧する工程を示す図、（ｂ）は送液バルブ内に上流側送液配管内の塗布液を補充する工程を示す図である。別の実施形態における塗布前処理方法を工程順に示す図であり、（ａ）は上流側送液配管を加圧する工程を示す図、（ｂ）は送液バルブ内に上流側送液配管内の塗布液を補充する工程を示す図である。従来の塗布前処理方法を工程順に示す図であり、（ａ）は塗布工程を示す図、（ｂ）は塗布工程終了を示す図、（ｃ）は塗布液ポンプに塗布液を充填する工程を示す図、（ｄ）は塗布工程前に送液バルブを開状態にした状態を示す図である。

本発明の塗布前処理方法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塗布装置を示す斜視図であり、図２は、塗布装置を概略的な配管径路を示した図である。

図１、図２に示すように、塗布装置１は、供給される薄板状の基板２に薬液やレジスト液等の塗布液（本発明の処理液）を塗布するものである。この塗布装置１は、基台４０と、基板２を載置するためのテーブル４と、このテーブル４に対し一定方向に移動可能に構成される塗布ユニット５と、この塗布ユニット５に塗布液を供給する塗布液ポンプ８と、塗布液ポンプ８に塗布液を供給する塗布液タンク８とを備えている。

なお、以下の説明では、塗布ユニット５が移動する方向をＸ軸方向、これと水平面上で直交する方向をＹ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、図１における手前側を前方、その反対側を後方として説明を進めることとする。

前記基台４０は、各構成部材、例えばテーブル４及び塗布ユニット５が所定の姿勢を保つように支持するものである。

前記テーブル４は、搬入された基板２をその表面に載置して保持するものである。具体的には、テーブル４には、その表面に開口する複数の吸引孔が形成されており、これらの吸引孔と真空ポンプとが連通して接続されている。そして、テーブル４の表面に基板２が載置された状態で真空ポンプを作動させることにより、吸引孔に吸引力が発生し基板２がテーブル４の表面側に吸引されて吸着保持されるようになっている。また、テーブル４には、基板２を昇降動作させる基板昇降機構が設けられている。すなわち、テーブル４の表面には複数のピン孔が形成されており、このピン孔にはＺ軸方向に昇降動作可能なリフトピンが埋設されている。これにより、テーブル４の表面に基板２を載置した状態でリフトピンを上昇させることにより、リフトピンの先端部分が基板２に当接した状態で、基板２を所定の高さ位置に保持できるようになっている。

前記塗布ユニット５は、テーブル４に載置された基板２に塗布液を塗布するためのものであり、一方向に延び塗布液を吐出する塗布器６と、この塗布器６の両端部分に設けられたユニット支持部３０とを有している。

前記ユニット支持部３０は、塗布器６を昇降動作可能に支持するとともに、この塗布器６をＸ軸方向に移動させるためのものであり、走行装置１０とこの走行装置１０に支持される昇降装置２０とを有している。

昇降装置２０は、塗布器６を昇降動作させるものであり、Ｚ軸方向に延びるレール２１と塗布器６に連結されるスライダ２２とを有している。このレール２１には、スライダ２２がレール２１に沿ってスライド自在に取り付けられている。また、スライダ２２にはサーボモータ２３により駆動されるボールねじ機構が取り付けられており、このサーボモータ２３を駆動制御することにより、スライダ２２がＺ軸方向に移動するとともに、任意の位置で停止できるようになっている。これにより、塗布器６は、Ｚ軸方向への昇降動作が駆動制御され、テーブル４に対して接離可能に動作するようになっている。

走行装置１０は、塗布器６をＸ軸方向に走行させるためのものであり、走行装置本体１１とＸ軸方向に延びるレール１３とを有している。この走行装置本体１１は、基台４０との間に設けられるエアパッド（不図示）によって基台４０上に支持されている。そして、走行装置本体１１は、その一部がレール１３にスライド自在に取り付けられており、走行装置本体１１に取り付けられたリニアモータ１２を駆動制御することにより、走行装置本体１１がＸ軸方向に移動するようになっている。これにより、塗布器６は、Ｘ軸方向に沿って走行することができるようになっている。

このように構成されるユニット支持部３０により、塗布器６は、テーブル４の表面に対してＺ軸方向に昇降動作できるとともに、テーブル４の表面から所定高さを維持した状態でテーブル４の表面上をＸ軸方向に沿って走行できるようになっている。

前記塗布器６は、Ｙ軸方向に延びる形状を有する柱状部材であり、テーブル４の表面と対向する対向面には塗布液を吐出するスリットノズル６１（図２参照）が形成されている。このスリットノズル６１は、テーブル４の表面側に突出し、この突出した部分にはＹ軸方向に延びる形状のスリットが形成されている。すなわち、このスリットノズル６１を通じて塗布器６に供給された塗布液が基板２の表面に吐出されるようになっている。

この塗布器６の上流側には、塗布液を貯留する塗布液タンク８が設けられている。この塗布液タンク８には、所定量の塗布液が貯留されている。そして、塗布液タンク８と塗布液ポンプ８とが配管９１によって連結されており、塗布液タンク８内が加圧されることにより塗布液が配管９１を通じて塗布液ポンプ８に送液できるようになっている。また、塗布液タンク８には、気泡除去機能（不図示）が設けられており、貯留された塗布液に気泡が混在するのを防止できるようになっている。したがって、塗布液ポンプ８には、気泡が含まれていない塗布液を供給できるようになっている。

また、塗布器６と塗布液タンク８との間には、塗布液ポンプ８が設けられている。この塗布液ポンプ８は、シリンジポンプであり、シリンダ８１内でプランジャ８２が軸方向に移動することにより、吸引動作、及び、吐出動作が行えるようになっている。すなわち、塗布液ポンプ８は、吸引動作を行うことにより、１枚の基板２に必要な塗布液を一時的に貯留し、吐出動作を行うことにより、塗布器６から塗布液を吐出することができる。

また、塗布液ポンプ８と塗布液タンク８は、配管９１で接続されており、この配管９１には供給バルブ９２が設けられている。吸引動作を行う場合には、供給バルブ９２を開いた状態で、プランジャ８２を移動させることにより塗布液が配管９１内を移動し塗布液タンク８から塗布液ポンプ８に塗布液が供給される。

また、塗布液ポンプ８と塗布器６は、送液配管９３で接続されており、送液配管９３には送液バルブ３が設けられている。吐出動作を行う場合には、供給バルブ９２を閉じた状態で送液バルブ３を開き、プランジャ８２を移動させることにより塗布液が送液配管９３内を移動し塗布液ポンプ８から塗布器６に塗布液が供給される。

この送液バルブ３は、本実施形態では、ダイヤフラムバルブが用いられている。ダイヤフラムバルブは、図３に示されるように、供給口３１と排出口３２とを有するバルブ本体３３と、バルブ本体３３内に設けられるピストン軸３４とを有しており、ピストン軸３４がバルブ本体３３に対して軸方向に移動可能に構成されている。そして、供給口３１には、送液配管９３の上流側送液配管９３ａが接続され、排出口３２には送液配管９３の下流側送液配管９３ｂが接続されている。

また、このピストン軸３４には、膜状部材３５が設けられており、ピストン軸３４の移動に伴って膜状部材３５が変位できるように形成されている。すなわち、バルブ本体３３内には、供給口３１と排出口３２とを連通する流路が形成されており、流路途中にピストン軸３４の先端が収容される弁室３６が設けられている。この弁室３６に膜状部材３５の外形部分が固定されており、膜状部材３５の中央部分とピストン軸３４の先端とが連結されている。これにより、ピストン軸３４が軸方向に移動すると、膜状部材３５が弁室３６内で軸方向に変位し、ピストン軸３４の先端と対向する当接壁部３７に当接及び離間できるようになっている。すなわち、膜状部材３５が当接壁部３７に当接すると、バルブ本体３３の流路が閉塞されることによりダイヤフラムバルブを閉状態にでき、膜状部材３５が当接壁部３７から離間することにより、バルブ本体３３の流路が開通しダイヤフラムバルブを開状態にできるようになっている。したがって、ダイヤフラムバルブを開状態にして塗布液ポンプ８の吐出動作を行うと、塗布液ポンプ８から吐出された塗布液が上流側配管９１を通じてダイヤフラムバルブの流路を通過し、下流側配管９１を通じて塗布器６のスリットノズル６１から吐出される。そして、塗布動作を停止する場合には、塗布液ポンプ８の吐出動作を停止すると共にダイヤフラムバルブを閉状態にしてダイヤフラムバルブの流路を閉塞させることによりスリットノズル６１から塗布液が吐出されるのを停止することができる。

次に、この塗布装置１における塗布前処理方法について説明する。

まず、供給バルブ９２が閉状態、送液バルブ３が開いた状態で、塗布液ポンプ８から塗布液を送液すると塗布器６のスリットノズル６１から塗布液が吐出され塗布装置１の塗布動作が行われる（図４（ａ）に示す塗布工程）。なお、図４において、黒色で示されたバルブは閉状態を示し、白抜きで示されたバルブは開状態を示している。

塗布工程終了後、又は、塗布装置１の起動直後、次の塗布工程のために、塗布前処理が行われる。すなわち、塗布液充填工程が行われ、塗布液ポンプ８内に塗布液が充填される。具体的には、送液バルブ３が閉じられることによって塗布動作を停止させ（図４（ｂ））、供給バルブ９２を開いた状態で、塗布液タンク８を加圧させつつ、塗布液ポンプ８のプランジャ８２を移動させることにより、塗布液ポンプ８に次の塗布工程に必要な塗布液を充填させる（図４（ｃ））。

塗布液充填工程が行われた後、上流側送液配管加圧工程が行われる。すなわち、上流側送液配管９３ａ内が加圧状態に維持される。具体的には、送液バルブ３を閉じた状態で塗布液タンク８を加圧する。このとき、塗布液ポンプ８は停止しているため、塗布液タンク８、塗布液ポンプ８、及び、配管９１内の塗布液は行き場がなくなり、上流側送液配管９３ａ内が加圧される（図５（ａ））。

上流側送液配管加圧工程が行われた後、送液バルブ内補充工程が行われる。この送液バルブ内補充工程は、送液バルブ３の流路容積増加分を上流側送液配管９３ａの塗布液で補充するものである。ここで、送液バルブ３は、閉状態から開状態にすることにより、その流路容積が増加する。すなわち、図３に示すように、送液バルブ３を閉状態から開状態にすることにより、膜状部材３５の裏側にある弁室３６の空間が流路として現れるため流路容積が増加する。そのため、送液配管９３全体が通常圧で送液バルブ３を開状態にすると、流路容積増加分だけ圧力が低下し供給バルブ９２が閉じられていることからスリットノズル６１から塗布器６に大気が侵入する。しかし、上流側送液配管９３ａ内が加圧された状態で、送液バルブ３を開状態にすると、送液バルブ３の開閉動作に伴う流路容積増加部分に上流側送液配管９３ａ内の塗布液が入り込み、送液バルブ３の流路が塗布液で充填される。したがって、送液バルブ３を閉状態から開状態にすることにより塗布器６から大気が侵入するのを抑えることができる。その後、塗布液タンク８の加圧力が維持されると塗布器６のスリットノズル６１から塗布液が吐出されるため、送液バルブ３を開状態にした後、所定時間経過後、供給バルブ９２を閉状態にすることにより（図５（ｂ））、スリットノズル６１から余分な塗布液が吐出されるのを防止することができる。その後、プライミング処理等、スリットノズル６１の清掃などを行って、次の塗布工程が行われる。

このように、本実施形態における処理液供給装置によれば、塗布液ポンプ８に塗布液を充填した後、送液バルブ３を開く前に、送液バルブ３の上流側に位置する上流側送液配管９３ａ内を加圧状態にする上流側送液配管加圧工程を有しているため、送液バルブ３を開いた際に流路容積が増えても、上流側送液配管９３ａ内に存在していた塗布液が増加した流路容積部分を埋めるように流れ込む。したがって、流路容積増加分に対して、送液バルブ３よりも下流側に位置する下流側送液配管９３ｂ側（塗布器６含む）から塗布液が流れ込むことを抑えることができるため、塗布器６のスリットノズル６１から気泡が侵入するのを抑えることができる。

また、上記実施形態では、上流側送液配管加圧工程で塗布液タンク８を加圧することにより、上流側送液配管９３ａ内を加圧状態にする例について説明したが、塗布液ポンプ８で上流側送液配管９３ａ内を加圧するものであってもよい。すなわち、図６（ａ）に示すように、塗布液充填工程が行われた後、供給バルブ９２、及び、送液バルブ３を閉じた状態で塗布液ポンプ８を作動させて上流側送液配管９３ａ内を加圧状態に維持する。その後、塗布液ポンプ８の吐出動作を継続しつつ、送液バルブ３を開状態にする（図６（ｂ））。これにより、送液バルブ３の流路容積増加部分に上流側送液配管９３ａ内の塗布液が押し出され、流路容積増加部分が上流側送液配管９３ａ内の塗布液で補充される。そして、流路増加部分に塗布液が補充された後、送液ポンプ８の吐出動作を停止させ、次の塗布工程に備える。この構成でも送液バルブ３を閉状態から開状態にすることにより塗布器６から大気が侵入するのを抑えることができる。

また、上記実施形態では、送液バルブ３としてダイヤフラムバルブを用いる例について説明したが、バルブの開閉動作に伴って流路容積が変化するバルブであれば、塗布前処理方法が適用できる。すなわち、ゲートバルブ、グローブバルブであってもよい。

３送液バルブ
６塗布器
７塗布液タンク
８塗布液ポンプ
９３送液配管
９３ａ上流側送液配管

Claims

塗布液ポンプから送液配管を通じて塗布器に塗布液を送液することにより塗布器の吐出口から塗布液を吐出する塗布装置の塗布前処理方法において、
前記送液配管には、前記塗布液ポンプと前記塗布器との連通を切替えるための開閉時で流路容積が変動する送液バルブが設けられており、
前記塗布器から塗布液を吐出して塗布膜を形成する塗布工程を行うために、予め前記送液バルブを閉状態にして前記塗布液ポンプに塗布液を充填する塗布液充填工程を行った後、
前記送液バルブが閉状態のまま前記送液配管のうち前記送液バルブのすぐ上流側に位置する上流側送液配管内を加圧状態に維持する上流側送液配管加圧工程と、
前記上流側送液配管加圧工程後、塗布工程開始前に前記送液バルブを開状態にすることにより前記送液バルブの流路容積増加分が前記上流側送液配管の塗布液で補充される送液バルブ内補充工程と、
を有することを特徴とする塗布前処理方法。
前記バルブは、ダイヤフラムバルブであることを特徴とする請求項１に記載の塗布前処理方法。