JP2019025450A

JP2019025450A - 塗布機構及び塗布装置

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Publication number: JP2019025450A
Application number: JP2017149884A
Authority: JP
Inventors: 山中　昭浩; Akihiro Yamanaka; 昭浩山中; 東克隆艾; Dongkelong Ai; 陽香中村; Haruka Nakamura
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2017-08-02
Filing date: 2017-08-02
Publication date: 2019-02-21
Anticipated expiration: 2037-08-02
Also published as: JP6461260B1; US20200254477A1; EP3663005A1; WO2019026624A1; US11511311B2; EP3663005A4; CN110997157A

Abstract

【課題】塗布針先端の損傷及び基板への打痕の発生を抑制することができる塗布機構を提供する。【解決手段】本発明の一態様に係る塗布機構は、塗布針を用いて基板上に塗布材料を塗布する塗布機構である。本発明の一態様に係る塗布機構は、ホルダベースと、ホルダベースの内部に取り付けられるスライド機構と、塗布針が取り付けられ、かつスライド機構によって塗布針の延在方向に沿ってスライド自在に支持される塗布針固定部材と、塗布針固定部材のスライド機構に対する相対的な位置を保持する位置保持機構とを備える。位置保持機構は、塗布針の先端が基板と接触する直前までの間において、塗布針固定部材のスライド機構に対する相対的な位置を保持する。位置保持機構は、塗布針の先端が基板と接触する直前から基板から離間するまでの間において、塗布針固定部材のスライド機構に対する相対的な位置の変化を許容する。【選択図】図２

Description

本発明は、塗布機構及び塗布装置に関する。より特定的には、本発明は、塗布材料を基板上に塗布する塗布機構及び塗布装置に関する。

従来から、塗布針を用いて基板の上に塗布材料を塗布する塗布機構として、特開２００７−２６８３５３号公報（特許文献１）、特開２０１３−１０９３１５号公報（特許文献２）及び特開２０１５−１１２５７７号公報（特許文献３）に記載の塗布機構が知られている。

特許文献１に記載の塗布機構は、塗布針と、塗布針固定板と、アームと、直動案内部材と、支持台と、シリンダと、ピンとを有している。塗布針は、塗布針固定板に取り付けられている。塗布針固定板は、アームに取り付けられている。直動案内部材は、支持台に取り付けられ、かつアームを上下方向に移動可能に支持している。シリンダは、支持台に取り付けられ、かつ駆動板を有している。ピンは、アームを支持するように水平方向に延在し、かつ駆動板に取り付けられている。

シリンダが駆動板を下方向に移動させることによって、ピンは、アームを支持しなくなる。その結果、アームは、自重により下方向に移動し、塗布針が基板と接触する。特許文献１に記載の塗布機構によると、これにより、塗布材料の塗布が行われる。

特許文献２に記載の塗布機構は、塗布針と、塗布針ホルダと、アームと、スライド機構と、支持ピンと、シリンダと、支持部材と、接触圧力軽減機構とを有している。塗布針は、塗布針ホルダに取り付けられている。塗布針ホルダは、アームに取り付けられている。スライド機構は、支持部材に取り付けられ、かつアームを上下方向に移動可能に支持している。ピンは、アームを支持するように水平方向に延在している。シリンダは、支持部材に取り付けられ、かつピンを上下方向に移動させる。ピンが下方向に移動することによって、ピンがアームを支持しなくなる。その結果、アーム及び支持針ホルダを介してアームに取り付けられている塗布針は、自重により基板に向かって移動する。

接触圧力軽減機構は、アームと支持部材とを連結している。接触圧力軽減機構は、例えばバネである。接触圧力軽減機構は、塗布針と基板との距離が近づくにしたがって、アームを上方向に持ち上げる方向に付勢する。そのため、特許文献２に記載の塗布機構によると、塗布針が基板に対して及ぼす接触圧力が軽減される。

特許文献３に記載の塗布機構は、塗布針と、塗布針ホルダとを有している。塗布針ホルダは、ホルダベースと、塗布針固定部材と、直動部材と、弾性部材とを有している。塗布針固定部材には、塗布針が取り付けられている。直動部材は、ホルダベースに取り付けられ、かつ塗布針固定部材を一方向に移動可能に支持している。弾性部材は、ホルダベースと塗布針固定部材とを連結している。弾性部材は、塗布針を基板側へ向かう方向に付勢する。

特開２００７−２６８３５３号公報特開２０１３−１０９３１５号公報特開２０１５−１１２５７７号公報

特許文献１に記載の塗布機構においては、塗布針先端と基板とが接触している際に、塗布針先端には、塗布針、塗布針固定板及びアームの重量が、自重として作用する。特許文献１に記載の塗布機構においては、基板上に微細なパターンを塗布するために塗布針先端を細くした場合、塗布針先端と基板との間の圧力に起因して、基板への打痕又は塗布針先端の損傷が生じるおそれがある。

特許文献２に記載の塗布機構においては、接触圧力軽減機構により、塗布針先端と基板との間の圧力が緩和される。しかしながら、接触圧力軽減機構による塗布針先端と基板との間の圧力を緩和する効果は、塗布針が基板に接触する際の速度が上昇するにしたがって薄れてしまう。その結果、特許文献２に記載の塗布機構においても、塗布針先端の損傷又は基板への打痕が生じるおそれがある。

特許文献３に記載の塗布機構においては、塗布針先端と基板とが接触する際、塗布針及び塗布針固定部材の重量のみが自重として作用する。そのため、特許文献３に記載の塗布機構においては、塗布針先端と基板との間の圧力が減少し、基板への打痕及び塗布針先端の損傷が抑制される。しかしながら、特許文献３において、塗布針は、弾性部材によって基板に向かって付勢される。そのため、基板に接触する際の塗布針先端の高さ位置にばらつきが生じた場合には、弾性部材の付勢力により、塗布針先端と基板との間の圧力が増加する。そのため、特許文献３に記載の塗布機構においても、塗布針先端の損傷及び基板への打痕の発生に関して改善の余地がある。

本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、塗布針先端の損傷及び基板への打痕の発生を抑制することができる塗布機構及び塗布装置を提供するものである。

本発明の一態様に係る塗布機構は、塗布針を用いて基板上に塗布材料を塗布する塗布機構である。本発明の一態様に係る塗布機構は、ホルダベースと、ホルダベースの内部に取り付けられるスライド機構と、塗布針が取り付けられ、かつスライド機構によって塗布針の延在方向に沿ってスライド自在に支持される塗布針固定部材と、塗布針固定部材のスライド機構に対する相対的な位置を保持する位置保持機構とを備える。位置保持機構は、塗布針の先端が基板と接触する直前までの間において、塗布針固定部材のスライド機構に対する相対的な位置を保持する。位置保持機構は、塗布針の先端が基板と接触する直前から基板から離間するまでの間において、塗布針固定部材のスライド機構に対する相対的な位置の変化を許容する。

上記の塗布機構において、位置保持機構は、磁性部材と、磁性部材と対向するように配置される電磁石とにより構成されていてもよい。

上記の塗布機構において、磁性部材は、永久磁石であってもよい。上記の塗布機構において、磁性部材は、塗布針固定部材に取り付けられていてもよく、電磁石は、ホルダベースに取り付けられていてもよい。

本発明の一態様に係る塗布装置は、上記の塗布機構を備える。

本発明の一態様に係る塗布機構及び塗布装置によると、塗布針先端の損傷及び基板への打痕の発生を抑制することができる。

実施形態に係る塗布機構１０の正面図である。塗布針ホルダ６の内部構造図である。塗布針ホルダ６の変形例の内部構造図である。塗布針６３の先端位置のプロファイルを示すグラフである。塗布装置１００の模式図である。

実施形態の詳細を、図面を参照して説明する。なお、以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施形態に係る塗布機構の構成）
以下に、実施形態に係る塗布機構１０の構成を説明する。図１は、実施形態に係る塗布機構１０の正面図である。図１に示すように、塗布機構１０は、サーボモータ１と、カム２と、軸受３と、カム連結板４と、可動部５と、塗布針ホルダ６と、塗布材料容器７とを有している。塗布機構１０は、基板ＳＵＢ上に塗布材料を塗布するための機構である。なお、基板ＳＵＢには、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム等が用いられる。

サーボモータ１は、回転軸を有している。サーボモータ１の回転軸は、Ｚ方向に沿って延在している。サーボモータ１の回転軸は、中心軸周りに回転可能となっている。

カム２は、サーボモータ１の回転軸に取り付けられている。カム２は、サーボモータ１の回転軸の中心軸周りに回転可能となっている。カム２は、第１面２ａと、第２面２ｂとを有している。カム２は、第１面２ａにおいて、サーボモータ１の回転軸に取り付けられている。第２面２ｂは、第１面２ａの反対面である。第２面２ｂは、Ｚ方向と直交している。

カム２は、中心部と、フランジ部とを有している。カム２は、中心部に位置する第１面２ａにおいて、サーボモータ１の回転軸に取り付けられている。フランジ部は、中心部の外周に配置されている。フランジ部に位置する第１面２ａは、カム面となっている。すなわち、フランジ部に位置する第１面２ａと第２面２ｂとの距離は、フランジ部の周方向に沿って変動している。

軸受３は、軸受３の外周面がカム２のカム面（フランジ部に位置する第１面２ａ）に接するように配置されている。カム連結板４は、一方端と、他方端とを有している。カム連結板４は、一方端において、軸受３に連結されている。他方端は、一方端の反対側の端である。

可動部５は、カム連結板４の他方端に連結されている。可動部５には、塗布針ホルダ６が取り付けられている。

図２は、塗布針ホルダ６の内部構造図である。図２に示すように、塗布針ホルダ６は、ホルダベース６１と、塗布針固定部材６２と、塗布針６３と、スライド機構６４と、位置保持機構６５とを有している。

ホルダベース６１の内部には、塗布針固定部材６２、スライド機構６４及び位置保持機構６５が収納されている。塗布針固定部材６２は、第１端６２ａと、第２端６２ｂとを有している。第１端６２ａ及び第２端６２ｂは、塗布針固定部材６２の長手方向における端である。なお、塗布針固定部材６２の長手方向は、Ｚ方向に沿っている。塗布針６３は、塗布針固定部材６２に取り付けられている。具体的には、塗布針６３は、先端側が塗布針固定部材６２の第１端６２ａから突出するように取り付けられている。塗布針６３は、Ｚ方向に沿って延在している。

スライド機構６４は、ホルダベース６１に、取り付けられている。塗布針固定部材６２は、スライド機構６４により、塗布針６３の延在方向に沿って（Ｚ方向に沿って）スライド自在に支持されている。ここで、塗布針固定部材６２がスライド機構６４にスライド自在に支持されているとは、塗布針固定部材６２とスライド機構６４との間の摺動抵抗を除き、塗布針固定部材６２のスライド機構６４に対するスライドを規制する力が作用していないことをいう。スライド機構６４には、例えばリニアガイドが用いられる。

位置保持機構６５は、例えば、磁性部材６５ａと、電磁石６５ｂとにより構成されている。磁性部材６５ａは、塗布針固定部材６２に取り付けられている。より具体的には、磁性部材６５ａは、塗布針固定部材６２の第２端６２ｂに取り付けられている。磁性部材６５ａには、磁性材料が用いられる。磁性部材６５ａは、永久磁石であってもよい。磁性部材６５ａは、Ｚ方向と交差する方向に延在している。電磁石６５ｂは、ホルダベース６１に取り付けられている。

電磁石６５ｂは、磁性部材６５ａと対向するように配置されている。電磁石６５ｂは、通電されることによって、磁性部材６５ａに対して引力を発生させるように構成されている。電磁石６５ｂへの通電は、後述するように、図４の時刻ｔ_Ａから時刻ｔ_Ｂとの間及び図４の時刻ｔ_Ｃから時刻ｔ_Ｄとの間において行われ、図４の時刻ｔ_Ｂから時刻ｔ_Ｃとの間において行われない。

そのため、位置保持機構６５は、塗布針６３の先端が基板ＳＵＢに接触する直前までの間において塗布針固定部材６２のスライド機構６４に対する相対的な位置を保持する一方で、塗布針６３の先端が基板ＳＵＢに接触する直前から基板ＳＵＢから離間するまでの間において塗布針固定部材６２とスライド機構６４との間の相対的な位置の変化を許容している。

図３は、塗布針ホルダ６の変形例の内部構造図である。図３に示すように、磁性部材６５ａは、塗布針固定部材６２の第２端６２ｂに取り付けられている。電磁石６５ｂは、塗布針固定部材６２の第２端６２ｂに対向しているホルダベース６１の内壁面に取り付けられている。電磁石６５ｂは、通電されることにより磁性部材６５ａに対して斥力を発生させるように構成されている。これにより、位置保持機構６５は、塗布針固定部材６２のスライド機構６４に対する相対的な位置を保持してもよい。

図１に示すように、塗布材料容器７は、Ｚ方向において、塗布針ホルダ６よりも基板ＳＵＢに近い側に配置されている。塗布材料容器７には、塗布材料が充填されている。塗布材料には、例えば導電性粒子を含有するペースト状のものが用いられる。塗布材料容器７には、塗布針６３が通されている（塗布材料容器７の底面から塗布針６３の先端が突出している）。

（実施形態に係る塗布機構の動作）
以下に、実施形態に係る塗布機構１０の動作を説明する。サーボモータ１の回転軸が中心軸周りに回転することにより、カム２がサーボモータ１の回転軸の中心軸周りに回転する。カム面（フランジ部に位置する第１面２ａ）は、フランジ部の周方向に沿って第２面２ｂとの距離が変動している。そのため、カム２の回転に伴い、カム面と接触している軸受３のＺ方向における位置が、変動する。

軸受３は、カム連結板４を介して可動部５に連結されている。塗布針ホルダ６は、可動部５に取り付けられている。そのため、軸受３のＺ方向における位置変動により、塗布針ホルダ６のＺ方向における位置が変動する。

図４は、塗布針６３の先端位置のプロファイルを示すグラフである。図４中において、横軸は時間であり、縦軸は塗布針６３先端の移動速度である。図４に示すように、塗布針６３の先端は、時刻ｔ_Ａにおいて、上端位置にある。時刻ｔ_Ａから時刻ｔ_Ｂまでの間は、電磁石６５ｂが通電されることにより、塗布針固定部材６２のスライド機構６４に対する相対的位置が固定されている。そのため、時刻ｔ_Ａから時刻ｔ_Ｂまでの間は、塗布針ホルダ６（ホルダベース６１）を基板ＳＵＢに近づけることにより、塗布針６３先端のＺ方向における位置が基板ＳＵＢに近づく（ホルダベース６１の移動に、塗布針６３先端の移動が追従する）。時刻ｔ_Ｂにおいて、塗布針６３の先端は、基板ＳＵＢに接触する直前の状態にある。時刻ｔ_Ｂにおける塗布針６３先端と基板ＳＵＢとの距離（すなわち、塗布針６３先端が基板ＳＵＢに接触する直前における塗布針先端と基板ＳＵＢとの距離）は、予め設定されている。なお、塗布針６３先端の位置は、サーボモータ１の回転角度として制御することができる。

時刻ｔ_Ｂにおいて、電磁石６５ｂへの通電が停止される。その結果、塗布針固定部材６２のスライド機構６４に対する相対的な移動が許容され、塗布針固定部材６２、塗布針６３及び磁性部材６５ａの重量（以下においては、自重という）によって、塗布針６３の先端が基板ＳＵＢに接触する。すなわち、塗布針６３の先端が基板ＳＵＢと接触している間は、塗布針６３に自重以外の力は作用しない。

時刻ｔ_Ｃにおいて、電磁石６５ｂへの通電が再開される。時刻ｔ_Ｃから時刻ｔ_Ｄまでの間は、塗布針固定部材６２のスライド機構６４に対する相対的位置が固定された状態で、塗布針６３の先端が上端位置に向かって移動する。

（実施形態に係る塗布機構の効果）
以下に、実施形態に係る塗布機構１０の効果を説明する。上記のとおり、塗布機構１０においては、位置保持機構６５は、図４の時刻ｔ_Ａから時刻ｔ_Ｂの間（塗布針６３の先端が基板ＳＵＢに接触する直前までの間）及び時刻ｔ_Ｃから時刻ｔ_Ｄの間（塗布針６３の先端が基板ＳＵＢから離間した後）において、電磁石６５ｂに通電が行われるため、塗布針固定部材６２のスライド機構６４に対する相対的な位置が保持されている。一方で、図４における時刻ｔ_Ｂから時刻ｔ_Ｃの間（塗布針６３の先端が基板ＳＵＢに接触する直前から基板ＳＵＢから離間するまでの間）において、電磁石６５ｂに通電が行われないため、塗布針固定部材６２とスライド機構６４との間の相対的な位置の変化を許容している。

そのため、塗布針ホルダ６のＺ方向における位置合わせにばらつきが生じたとしても、そのばらつきは、塗布針固定部材６２がスライド機構６４に対して相対的に移動することにより吸収される。したがって、塗布機構１０によると、塗布針６３と基板ＳＵＢの接触荷重の増加が抑制され、塗布針６３先端の損傷及び基板への打痕の発生を抑制することができる。

塗布針６３の先端における直径が１０μｍ以下である場合、塗布針６３の先端に自重を超える荷重が印加されると、基板ＳＵＢ上に塗布した塗布材料が基板ＳＵＢから剥離する等の基板ＳＵＢへのダメージが発生するおそれがある。

塗布機構１０においては、上記のとおり、塗布針６３の先端と基板ＳＵＢとが接触している間は、塗布針固定部材６２とスライド機構６４との間の相対的な位置の変化が許容されているため、塗布針６３の先端に自重を超える荷重は作用しない。そのため、塗布機構１０によると、例えば１０μｍ以下の先端径の塗布針６３を用いる場合であっても、基板ＳＵＢへのダメージを抑制できる。

（実施形態に係る塗布装置の構成）
以下に、実施形態に係る塗布装置１００の構成を説明する。図５は、塗布装置１００の模式図である。図５に示すように、塗布装置１００は、塗布機構１０と、Ｘ軸テーブル２０と、Ｙ軸テーブル２１と、Ｚ軸テーブル３０と、観察光学系４０と、ＣＣＤカメラ５０と、制御用コンピュータ６０と、モニタ７０と、操作パネル８０とを有している。

Ｘ軸テーブル２０及びＹ軸テーブル２１には、基板ＳＵＢが搭載されている。Ｘ軸テーブル２０及びＹ軸テーブル２１は、基板ＳＵＢをＸ軸方向及びＹ方向に移動させることが可能である。塗布機構１０は、Ｚ軸テーブル３０に取り付けられており、Ｚ方向に移動することができる。観察光学系４０は、基板ＳＵＢ上の塗布位置を観察する。ＣＣＤカメラ５０は、観察光学系４０により観察される基板ＳＵＢ上の画像を、電気信号に変換する。

制御用コンピュータ６０は、塗布機構１０、Ｘ軸テーブル２０、Ｙ軸テーブル２１、Ｚ軸テーブル３０、観察光学系４０及びＣＣＤカメラ５０を制御する。モニタ７０は、ＣＣＤカメラ５０により取得された画像信号及び制御用コンピュータ６０の画像を表示する。操作パネル８０は、制御用コンピュータへの指令が入力可能に構成されている。

例えば塗布材料を塗布することにより回路パターンを基板ＳＵＢ上に形成する場合、第１に、Ｘ軸テーブル２０及びＹ軸テーブル２１を駆動し、回路パターンを形成する領域を観察光学系４０の直下まで移動させる。これにより、回路パターンの形成を開始する位置（以下においては、開始位置という）を確認、決定する。

第２に、塗布機構１０が塗布材料を基板ＳＵＢ上に塗布することにより、回路パターンが形成される。具体的には、まず、塗布材料を塗布する位置（以下においては、塗布位置という）が塗布機構１０の直下に位置するように、Ｘ軸テーブル２０及びＹ軸テーブル２１を駆動させて基板ＳＵＢを移動させる。次に、塗布機構１０により、塗布位置に塗布材料を塗布する。さらに、この塗布の完了後、次の塗布位置が塗布機構の直下に位置するように、Ｘ軸テーブル２０及びＹ軸テーブル２１を駆動させて基板ＳＵＢを移動させる。この一連の動作を連続して繰り返すことにより、回路パターンが形成される。

なお、塗布針６３の下降端位置と観察光学系４０のフォーカス位置の関係は、予め記憶されている。回路パターンの形成時には、観察光学系４０の画像のフォーカスを合せた位置をＺ軸方向における基準とし、塗布針６３が基板ＳＵＢに接触する位置まで、塗布機構１０をＺ軸テーブル３０で移動させてから、上記の塗布を行う。

回路パターンを形成する領域が広く、形成途中での基板ＳＵＢの表面のＺ方向における位置の変化が大きい場合には、途中でフォーカス位置を確認し、塗布機構１０のＺ方向における位置を修正しながら、上記の塗布を行う。このフォーカス位置の確認及び調整は、画像処理を用いて自動で行ってもよいし、レーザセンサ等で基板ＳＵＢの表面のＺ方向における位置を検出しながらリアルタイムで行ってもよい。

以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。

上記の実施形態は、塗布機構及び当該塗布機構を有する塗布装置に特に有利に適用される。

１サーボモータ、２カム、２ａ第１面、２ｂ第２面、３軸受、４カム連結板、５可動部、６塗布針ホルダ、６１ホルダベース、６２塗布針固定部材、６２ａ第１端、６２ｂ第２端、６３塗布針、６４スライド機構、６５位置保持機構、６５ａ磁性部材、６５ｂ電磁石、７塗布材料容器、１０塗布機構、２０Ｘ軸テーブル、２１Ｙ軸テーブル、３０Ｚ軸テーブル、４０観察光学系、５０カメラ、６０制御用コンピュータ、７０モニタ、８０操作パネル、１００塗布装置、ＳＵＢ基板。

Claims

塗布針を用いて基板上に塗布材料を塗布する塗布機構であって、
前記塗布機構は、
ホルダベースと、
前記ホルダベースの内部に取り付けられるスライド機構と、
前記塗布針が取り付けられ、かつ前記スライド機構によって前記塗布針の延在方向に沿ってスライド自在に支持される塗布針固定部材と、
前記塗布針固定部材の前記スライド機構に対する相対的な位置を保持する位置保持機構とを備え、
前記位置保持機構は、前記塗布針の先端が前記基板と接触する直前までの間において、前記塗布針固定部材の前記スライド機構に対する相対的な位置を保持し、前記塗布針の前記先端が前記基板と接触する直前から前記基板から離間するまでの間において、前記塗布針固定部材の前記スライド機構に対する相対的な位置の変化を許容する、塗布機構。
前記位置保持機構は、磁性部材と、前記磁性部材と対向するように配置される電磁石とにより構成される、請求項１に記載の塗布機構。
前記磁性部材は、永久磁石である、請求項２に記載の塗布機構。
前記磁性部材は、前記塗布針固定部材に取り付けられ、
前記電磁石は、前記ホルダベースに取り付けられる、請求項２又は請求項３に記載の塗布機構。
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の前記塗布機構を備える、塗布装置。