JP2018047400A - 塗布方法及び塗布装置 - Google Patents
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Abstract
Description
これにより、塗布器の先端に液だまりが前記の状態で形成され、そして、塗布動作の際、特定領域上の液だまりの塗布液は特定領域に残留させ、かつ、非特定領域上の液だまりの塗布液は先端に留まらせることが可能となる。なお、前記「下向き」には、鉛直方向下向きの場合以外に、鉛直方向に対して傾斜する下向きの場合も含まれる。
また、前記スリットの塗布液を更に前記塗布器内に引く力が、当該スリットの塗布液を前記開口において表面張力により保持させる力と、バランスする前記圧力に調整するのが好ましい。
これにより、塗布器の先端において、スリットの塗布液とこの先端に付着する塗布液とが連続した状態で、液だまりが形成される。
なお、仮に、前記引く力が前記保持させる力よりも強くなりすぎると、スリットの塗布液は塗布器内に引きこまれ、非特定領域から特定領域に移行した際に、特定領域への塗布液の供給が停止されるおそれがある。また、これとは反対に、前記引く力が前記保持させる力よりも弱くなりすぎると、基材への塗布液の供給が過多となってしまう。
また、前記特定領域は前記非特定領域と比べて前記塗布器の前記先端に近い位置にある領域であり、前記非特定領域に対して前記先端の前記液だまりが非接触となる位置関係で前記塗布器と前記基材とは離れて相対移動するようにしてもよい。この場合、塗布器の先端の液だまりの一部が特定領域に接することで、この特定領域に対して塗布されるが、非特定領域に対しては塗布されない。
図1は、塗布装置(スリットコータ)5の全体構成を説明する概略図である。この塗布装置5は、基材7に対して塗布液を供給して基材7の表面に対して部分的にかつ一括して塗膜を形成するための装置である。基材7は、ロールトゥロールで送られる帯状の薄い部材であってもよいが、本実施形態では、枚葉状の薄い部材(基板)としている。なお、基材7を枚葉状とする場合、その輪郭形状は、矩形であってもよく、円形であってもよく、又は、その他の形状であってもよい。
塗布装置5は、塗布器10の他に、基材7と塗布器10とを相対的に移動させる移動手段20と、塗布器10内の塗布液の圧力を調整する圧力付与手段40とを備えている。更に、塗布装置5は、各種制御を行うコンピュータからなる制御装置50と、塗布器10内の塗布液の圧力を計測するための圧力センサ60とを備えている。
また、本実施形態では、基材7に対して開口11から塗布液が下向きに吐出される。後述する塗布動作の際、溜め部13、スリット12は、塗布液で満たされた状態(つまり、充満状態)となる。
移動手段20は、装置基台6に設けられているレール21、このレール21に沿って水平方向に移動する可動ブロック22、及び、可動ブロック22を移動させるリニアアクチュエータ23を備えている。そして、塗布器10は可動ブロック22に搭載されている。この移動手段20により、固定状態にあるステージ9上の基材7に対して、塗布器10が水平方向に移動可能となる。なお、移動手段20は、塗布器10と基材7とを、前記一方向(スリット12の長手方向)に交差(直交)する方向に相対移動させる構成であればよく、図示しないが、固定状態にある塗布器10に対してステージ9(基材7)を移動させる構成であってもよい。また、移動手段20は、塗布器10を上下方向に移動させる昇降アクチュエータ24を備えている。これにより、基材7に対する塗布器10(開口11)の高さを変更することが可能である。移動手段20は、制御装置50によって制御され、所定の速度(具体的には一定速度)で塗布器10を水平方向に移動させることができる。
圧力調整器42は、レギュレータからなり、タンク41の塗布液に作用させる圧力を変化させる。圧力調整器42は、制御装置50によって制御され、タンク41の塗布液の圧力(内圧)を調整する。タンク41と塗布器10とは配管82を通じて接続されていることから、タンク41の塗布液の圧力を調整することで、塗布器10(溜め部13)の塗布液の圧力を所定の値に調整する(つまり制御する)ことができる。例えば、タンク41の塗布液の圧力(ゲージ圧)を負圧に調整することで、塗布器10(溜め部13)の塗布液の圧力(ゲージ圧)を負圧にする。
そして、後の塗布方法でも説明するが、前記移動手段20によって基材7と塗布器10とを、両者の隙間を一定に保ちつつ、相対移動させる際に、圧力付与手段40は、塗布器10内の塗布液の圧力を調整する構成となっている。なお、本実施形態では、塗布動作の際、塗布器10内の塗布液の圧力は一定値に保たれるように調整される。この調整は、圧力センサ60の検出結果に基づいて行われる。
以上の構成を備えている塗布装置5によって行われる塗布方法について説明する。
ステージ9上に載せた基材7に対して塗布器10の先端面18を接近させ、移動手段20によって塗布器10を移動させながら、この基材7に対して塗布液の塗布を行うが、この移動開始の前に、圧力付与手段40は事前処理を行う。つまり、塗布装置5が行う塗布動作には、事前処理と、この事前処理の後に続けて行われる実塗布処理とが含まれる。
圧力付与手段40は、塗布器10内の塗布液(溜め部13の塗布液)を正圧にした後、塗布器10内の塗布液(溜め部13の塗布液)を負圧にすることで、スリット12の塗布液2aを更に塗布器10内の溜め部13に引く力F1を生じさせるが、この引く力F1が、スリット12の塗布液2aを開口11(のエッジ)において表面張力により保持させる力(合力)F2と、バランスするように、塗布器10内の塗布液の圧力を調整する(事前処理)。
図6(A)に示すように、基材7の特定領域K1上を塗布器10の先端面18が通過する際、この先端面18に形成されている液だまり2の塗布液は、特定領域K1に接触する。すると、特定領域K1は親液性を有することから、特定領域K1に接触している塗布器10外の塗布液の表面張力が、塗布器10内での前記引く力F1よりも大きくなる。これはスリット12が開口する先端面18と基材7との間における塗布液の毛細管現象による。このため、前記バランスが崩れ、スリット12から特定領域K1へ塗布液が引き出され、特定領域K1に対して塗布される。
これは、塗布器10の先端面18で液だまり2の塗布液を保持する力(保持力)が、非特定領域K2に塗布液が付着しようとする力(付着力)よりも大きいことに依る。本実施形態では、非特定領域K2は撥液性を有していることから、前記付着力は負の値(斥力)となる。また、前記保持力には、先端面18における塗布液の表面張力の他に、前記引く力F1が含まれる。
しかし、本実施形態では、塗布器10内の塗布液の圧力が所定の値(前記バランスをとる値)に調整されていることから、このような塗布不良を防ぐことが可能となる。
また、これとは反対に、前記引く力F1が前記保持させる力F2よりも弱くなりすぎると、特定領域K1への塗布液の供給が過多となってしまう。
一方向に細長い開口11に対向して、図4(B)に示すように基材7が存在する部分であってかつその基材7の特定領域K1に対しては、塗布液が塗布器10から供給される。これに対して、開口11に対向して、基材7が存在する部分であっても非特定領域K2に対しては、塗布液が供給されず、また、図4(C)に示すように基材7の無い部分では塗布液の吐出がされない。なお、このように、非特定領域K2に対して塗布液が供給されない場合であっても、また、図4(C)に示すように基材7の無い部分に対して塗布液の吐出がされない場合であっても、先端面18には液だまり2が形成された状態にある。
本実施形態の塗布動作は、下向きに開口するスリット12が形成されている塗布器10内の塗布液の圧力を、前記のように負圧に調整することで行われるため、図2に示す基材7を塗布の対象とした場合、特定領域K1に対して塗布がされ、非特定領域K2に対しては塗布がされず、また、余剰となる塗布液を塗布器10内に引き込むことができ、塗布液を無駄にすることがない。つまり、基材7の不要箇所(非特定領域K2)に塗布液を与えず、塗布液の使用効率(歩留まり)の低下を防ぐことができる。
〔調整圧力〕:特定領域K1上の液だまり2の塗布液はこの特定領域K1に残留させ、かつ、非特定領域K2上の液だまり2の塗布液は先端17にそのまま留まらせる圧力
そして、前記塗布動作の際、溜め部13の負圧によりスリット12の塗布液2aを更に塗布器10内に引く力F1が、スリット12の塗布液2aを開口11において表面張力により保持させる力F2と、バランスする圧力に、圧力付与手段40が塗布器10内の塗布液(溜め部13の塗布液)の圧力を調整する。これにより、塗布器10の先端17において、スリット12の塗布液2aとこの先端17に付着する塗布液2bとが連続した状態で、液だまり2が形成される。
前記実施形態では、基材7において、特定領域K1が親液性を有し、非特定領域K2が撥液性を有する場合について説明したが、図7(A)に示すように、特定領域K1は非特定領域K2と比べて塗布器10の先端17に近い位置にある領域であってもよい。そして、塗布動作の際、特定領域K1は、塗布器10の先端面18に形成される液だまり2の一部と接触可能となる位置にあるが、非特定領域K2は、前記液だまり2と非接触となる位置にある(図7(C)参照)。つまり、特定領域K1は、基材7のうちの凸となる部分(凸部)の表面であり、非特定領域K2は、凹となる部分(凹部)の表面である。これら表面の高さ寸法の差は、例えば500マイクロメートルである。なお、この基材7の場合、非特定領域K2は撥液性を有していなくて良く、特定領域K1と同等の親液性とすることができる。そして、非特定領域K2に対して塗布器10の先端17の液だまり2が非接触となる位置関係で、塗布器10と基材7とを離して相対移動させる。
図7(A)に示すように、基材7の特定領域K1上を先端面18が通過する際、この先端面18に形成されている液だまり2の塗布液は、特定領域K1に接触する。すると、特定領域K1は親液性を有することから、特定領域K1に接触している塗布器10外の塗布液の表面張力が、塗布器10内での前記引く力F1よりも大きくなる。これはスリット12が開口する先端面18と基材7との間における塗布液の毛細管現象による。このため、前記バランスが崩れ、スリット12から特定領域K1へ塗布液が引き出され、特定領域K1に対して塗布される。
また、前記各実施形態では、塗布動作の際、塗布器10の先端17が特定領域K1上を通過する場合であっても非特定領域K2上を通過する場合であっても、塗布器10内の塗布液の圧力を一定に保つように調整している。しかし、これ以外として、塗布動作の際、塗布器10内の塗布液の圧力を前記相対移動の途中で変更してもよい。これにより、例えば、塗布動作の途中で、特定領域K1における塗布液の膜厚の変更が可能となる。つまり、前記相対移動の移動方向の途中から特定領域K1に形成する塗膜の厚さを、当該途中までの特定領域K1に形成する塗膜の厚さと相違させることが可能となる。なお、このように途中で圧力を変更する手段は、基材7が親液の領域及び撥液の領域を有する場合(図6に示す形態)及び基材7が凹凸を有する場合(図7に示す形態)の双方に適用可能である。
図2に示すように、前記各実施形態では、基材7には複数の特定領域K1が形成されており、各特定領域K1は島状に形成されている。つまり、一つの特定領域K1は他の特定領域K1に対して独立して(離れて)同じ基材7に設けられている。そして、非特定領域K2が網目状となっている。このような基材7を塗布の対象として前記塗布装置5及び塗布方法によって塗布液の塗布を行えば、独立した複数の特定領域K1それぞれに対してのみ塗布液の塗布が可能となる。
図2では、特定領域K1を島状としており、その周囲を非特定領域K2としているが、これら領域が反対に分布されたものであってもよい。つまり、図8は、他の基材7の平面図である。この図8に示すように、非特定領域K2を島状としており、その周囲を特定領域K1としている。この場合、特定領域K1が網目状となる。そして、このような基材7を対象として前記塗布装置5によって塗布動作を行うことができ、この場合、網目状である特定領域K1にのみ塗布液が塗布される。例えば塗布液が導電性を有する場合、網目状の電極を有する基材7が得られる。
図2及び図8それぞれに示す基材7の場合、基材7と塗布器10との相対移動の方向に沿って、特定領域K1と非特定領域K2とが交互に配置されるが、本実施形態の塗布装置5及び塗布方法によれば、特定領域K1のみに対して塗布(パターン塗布)が可能である。
今回開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。
本発明が適用される基材7として、例えば半導体ウエハ(シリコンウエハ)や電極基板等が挙げられるが、その他様々な用途に用いることが可能である。
また、前記実施形態では、塗布器10の開口11から塗布液が吐出される方向は、下向きであるが、これに限らず、斜め下向きであってもよく、また、横向き(水平方向向き)、上向き、斜め上向きとする場合もある。
10:塗布器 11:開口 12:スリット
17:先端 18:面(先端面) 20:移動手段
40:圧力付与手段 K1:特定領域 K2:非特定領域
F1:引く力 F2:保持させる力
Claims (8)
- 特定領域及び非特定領域を有する基材と、一方向に長いスリットが先端で開口し当該開口から塗布液を吐出可能とする塗布器とを、当該一方向に交差する方向に相対移動させ、前記特定領域に塗膜を形成するための塗布方法であって、
前記スリットを有する前記塗布器内の塗布液の圧力を調整することにより当該スリットが開口する前記先端に塗布液の液だまりを形成し、当該液だまりが前記特定領域に接触可能となる位置関係で前記基材と前記塗布器とを相対移動させる塗布動作を行い、
前記塗布動作の際、前記特定領域上の前記液だまりの塗布液は当該特定領域に残留させ、かつ、前記非特定領域上の前記液だまりの塗布液は前記先端に留まらせる前記圧力に調整する、塗布方法。 - 前記スリットが下向きに開口する状態として行う塗布方法であって、
前記スリットの塗布液と前記先端に付着する塗布液とが連続した状態で当該先端に前記液だまりが形成されるように、当該スリットの塗布液と連なる前記塗布器内の塗布液の圧力を調整する、請求項1に記載の塗布方法。 - 前記スリットの塗布液を更に前記塗布器内に引く力が、当該スリットの塗布液を前記開口において表面張力により保持させる力と、バランスする前記圧力に調整する、請求項1又は2に記載の塗布方法。
- 前記特定領域は前記非特定領域と比べて塗布液との親液度が高い領域であり、前記非特定領域は撥液性を有している、請求項1〜3のいずれか一項に記載の塗布方法。
- 前記特定領域は前記非特定領域と比べて前記塗布器の前記先端に近い位置にある領域であり、
前記非特定領域に対して前記先端の前記液だまりが非接触となる位置関係で前記塗布器と前記基材とは離れて相対移動する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の塗布方法。 - 前記塗布動作の際、前記塗布器内の塗布液の圧力を前記相対移動の途中で変更する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の塗布方法。
- 一つの前記特定領域は他の前記特定領域に対して独立して同じ前記基材に設けられている請求項1〜6のいずれか一項に記載の塗布方法。
- 一方向に長いスリットが先端で開口し当該開口から塗布液を吐出可能とする塗布器と、
特定領域及び非特定領域を有する基材と前記塗布器とを前記一方向に交差する方向に相対移動させる移動手段と、
前記スリットが開口する前記先端に塗布液の液だまりが形成されるように当該スリットを有する前記塗布器内の塗布液の圧力を調整する圧力付与手段と、
を備え、
前記移動手段によって、前記液だまりが前記特定領域に接触可能となる位置関係で前記相対移動させる際、前記圧力付与手段は、前記特定領域上の前記液だまりの塗布液は当該特定領域に残留させ、かつ、前記非特定領域上の前記液だまりの塗布液は前記先端に留まらせる前記圧力に調整する、塗布装置。
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