JP2019063758A - 吸着ステージ - Google Patents

Abstract

【課題】基板の裏面に溶液材料が付着することを低減できる吸着ステージを提供する。【解決手段】液体が塗布される基板を把持する吸着ステージにおいて、前記基板が載置される面である載置面と、前記載置面に開口する吸着部と、前記吸着部に連通する負圧付加機構と、前記載置面において、前記基板が載置される領域の外周と前記吸着部との間に設けられた載置面に開口する溝部と、を有する。【選択図】図７

Description

この発明は、溶液材料を基板に塗布する塗布装置に関する。

従来、電圧印加された溶液材料をノズルから噴霧し、吸着ステージに把持された基板に薄膜として堆積するエレクトロスプレー装置が知られている。（たとえば、特許文献１参照）。このようなエレクトロスプレー装置は、金属製ノズルに高電圧を印加することで、ノズル開口先端部において、溶液材料表面に凝集した同一電荷同士のクーロン反発力によりテーラーコーンを形成し、当該クーロン反発力が溶液材料の表面張力を上回ると、液滴がスプレー状に拡がり、エレクトロスプレーが発生する現象を利用して、電気的に接地された吸着ステージに基板を固定し、溶液材料を供給された金属製ノズルに高電圧を印加することでノズルと吸着ステージとの間の電位差を設け、溶液材料を基板に向けて噴霧させ薄膜として堆積させている。

特開２０１４−１８０５９０号公報

ここで、特許文献１で開示されているようなエレクトロスプレー装置に用いられる吸着ステージは、基板を載置する面に多数の孔が設けられており、この孔に連通する真空装置により基板を吸着する。しかしながら、このような吸着ステージでは、たとえば、吸着ステージの基板を載置する面のごくわずかな凹凸や基板のそり等により、吸着ステージと基板との間にごくわずかな隙間が存在している。

この隙間は吸着ステージ上の基板を載置する面に設けられた孔と連通しているため、真空装置による基板を吸着する負圧がこの隙間を通って吸着ステージ上の基板の側面である基板端部近傍にも働く。このため、基板に溶液材料をスプレー塗布する際に、基板に堆積せずに基板端部近傍を通過する噴霧された溶液材料は、吸着ステージ上の基板端部近傍に働く負圧により、この隙間に引き込まれ、基板の裏面に溶液材料が付着する可能性があった。

本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、基板の裏面に溶液材料が回り込み付着することを低減する吸着ステージを提案するものである。

上記課題を解決するために、本発明の吸着ステージは、液体を塗布される基板を把持する吸着ステージにおいて、前記基板が載置される面である載置面と、前記載置面に開口する吸着部と、前記吸着部に連通する負圧付加機構と、前記載置面において、前記基板が載置される領域の外周と前記吸着部との間に設けられた前記載置面に開口する溝部と、を有することを特徴とする。

載置面上で基板が載置される領域の外周と吸着部との間に溝部を設けることにより、吸着部から基板端部までの間の基板と載置面との隙間の圧力損失を大きくでき、基板端部における基板と載置面の間を通って伝わる吸着部からの負圧の力を低減できるので、溶液材料が、吸着部からの負圧の影響を受け、基板の裏面に回り込み付着することを低減できる。

前記溝部は、前記吸着部を取り囲む連続した溝部であることを特徴としてもよい。

連続した溝部により、基板端部における基板と載置面の間を通って伝わる吸着部からの負圧の力を更に低減できるので、溶液材料が、吸着部からの負圧の影響を受け、基板の裏面に回り込み付着することを更に低減できる。また、毛細管現象による溶液材料の回り込みを連続した溝部で全て止めることができるので、連続しない溝部に比べて溶液材料が基板の裏面に回り込み付着することを低減できる。

前記溝部に連通する吸引機構を有することを特徴としてもよい。

溝部を吸引することにより、溝部の基板が溝部内側に引き寄せられ、載置面の基板端部側と基板との密着度があがることにより、溶液材料が、吸着部からの負圧の影響を受け、基板の裏面に回り込み付着することを低減できる。

前記溝部から見て前記基板が載置される領域の外周側の前記載置面と前記溝部との角は、前記溝部から見て前記吸着部側の前記載置面と前記溝部との角より高いことを特徴としてもよい。

溝部より基板端部側の載置面を高くすることにより、載置面の基板端部側の溝部の角と基板との密着度があがることにより、溶液材料が、吸着部からの負圧の影響を受け、基板の裏面に回り込み付着することを低減できる。

本発明によれば、上記のように、吸着ステージで把持された基板に溶液材料を塗布する際に、溶液材料が基板の裏面に回り込み付着することを低減できる。

一般的なエレクトロスプレー装置の一例を示した概略図である。 図１のａ矢視の一般的な吸着ステージの概略平面図である。 図２のｂ矢視の側面図である。 図３のｃ矢視の本発明の吸着ステージを用いないで塗布した場合の基板の裏面の状態を示した図である。 本発明の吸着ステージが用いられたエレクトロスプレー装置の一例を示した概略図である。 実施例１の吸着ステージの一例を示した図５のａ矢視の概略平面図である。 図６のｄ矢視の側面図である。 実施例２の吸着ステージの一例を示した図５のａ矢視の概略平面図である。 図８のｆ矢視の側面図である。 実施例３の吸着ステージの一例を示した概略側面図である。

本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。まず、一般的なエレクトロスプレー装置の一例の概略図を図１に示す。図１のエレクトロスプレー装置１は、電圧印加された溶液材料を噴霧するノズル３と、ノズル３から噴霧される溶液材料に電圧を印加する電圧制御部４と、ノズル３の噴霧側に位置し、基板２を吸着し把持する吸着ステージ１０’とを有する。

ノズル３は、たとえば金属製の円筒状の細管であり、開口の一方の端は図示しない溶液材料供給部と連通し、開口の他方は、吸着ステージ１０’と対向するよう配置されている。電圧制御部４により制御された電圧を直接ノズル３に印加することにより、図示しない溶液材料供給部からノズル３の内部に供給される溶液材料に電圧が印加され、吸着ステージ１０’と対向する側のノズル先端に電圧印加された溶液材料によるテーラーコーンを形成した後、テーラーコーン先端から溶液材料が噴霧されるよう構成されている。

吸着ステージ１０’は、たとえば金属製等の導電性物質からなり電気的に接地されている。電圧制御部４により、ノズル３と吸着ステージ１０’との間に電位差を持たせることで、ノズル３から噴霧された溶液材料は吸着ステージ１０’に向かって飛行する。これにより吸着ステージ１０’に吸着された基板２への溶液材料の塗布がされる。

ここで、吸着ステージ１０’に把持される基板２と吸着ステージ１０’には、基板２のそりや吸着ステージ１０’の基板が載置される面の平面度や面粗度等により、吸着ステージ１０’と基板２との間に、ごくわずかな隙間が存在している。

吸着ステージ１０’について、図２および図３を用いて説明する。図２は、図１のａ矢視の吸着ステージ１０’の概略平面図であり、図３は、図２のｂ矢視図である。吸着ステージ１０’は、基板２を載置する載置面１２と、載置面１２上で基板２が載置される領域である把持領域１３の内部に設けられ、基板２の塗布側の面（表面）と反対側の面である裏面を吸着し基板２を把持する吸着部１１と、吸着部１１に連通する図示しない負圧付加機構とを有している。ここで、一般的な吸着ステージ１０’の基板２が載置される面は基板２の大きさよりも大きく構成されているため、把持領域１３の範囲は基板２の裏面の範囲に等しい。

吸着部１１は、載置面１２に開口し図示しない負圧付加機構に連通する複数の貫通孔１５を有している。図示しない負圧付加機構から供給される負圧により、吸着部１１の貫通孔１５が載置面１２上の把持領域１３に載置された基板２の裏面を吸着し、基板２を吸着部１１が把持する。

ここで、上述したように吸着ステージ１０’と基板２の間にはごくわずかな隙間が存在いているため、図示しない負圧付加機構による負圧がこの隙間にも存在する。

吸着部１１内の貫通孔１５の基板２側の点（Ｐ０）での圧力（ＰＡ０）は、基板２の側面である基板端部１７の載置面１２上、すなわち、把持領域１３の外周上の点（Ｐ１）では、Ｐ０−Ｐ１間の隙間の圧力損失（ΔＰＡ’）により弱められるが、負圧として存在している。ここで、Ｐ１における圧力（ＰＡ１’）は、Ｐ０での圧力（ＰＡ０）からＰ０−Ｐ１間の隙間の圧力損失（ΔＰＡ’）を引いた圧力（ＰＡ１’）になる（ＰＡ１’＝ＰＡ０−ΔＰＡ’）。このＰ１における圧力（ＰＡ１’）により、Ｐ１から基板２の裏面と吸着ステージ１０’の載置面１２の隙間に基板２周辺の外気を吸い込む。これに伴い、基板端部１７近傍を通過するノズル３から噴霧された溶液材料や基板２の表面を伝う基板２に塗布された溶液材料が、基板２の裏面と吸着ステージ１０’の載置面１２の隙間に入り込み、基板２の裏面に溶液材料が付着してしまう可能性がある。また、上記に加えて、塗布が進んでいくと、基板２上に堆積せずにこの隙間近傍の吸着ステージ１０’上に堆積した溶液材料と、基板２上に堆積したのち基板端部１７を伝ってＰ１近傍の吸着ステージ上に堆積した溶液材料とが、基板端部１７でのこの隙間入口に溜まっていく。その結果、毛細管現象が働き、溶液材料がこの隙間に更に入り込み、基板２の裏面に溶液材料が付着する可能性がある。この状態を図４に示す。図４は図３のｃ矢視図であり、ハッチング部は溶液材料が付着した部分を表示している。

本発明の実施例１の吸着ステージの一例について、図５、図６および図７を用いて説明する。図５は、一般的なエレクトロスプレー装置に本発明の吸着ステージ１０を用いた図である。図６は、図５のｄ矢視の吸着ステージ１０の概略平面図であり、図７は、図６のｅ矢視図である。実施例１の吸着ステージ１０は、図２、図３で説明した一般的な吸着ステージ１０’に対して、基板２を載置する載置面１２に開口する溝部１４を更に有している。

溝部１４は、把持領域１３の外周から、たとえば、１００μｍから１０ｍｍ程度の一定の距離を離して、把持領域１３の外周に沿って把持領域１３の内部に吸着部１１を取り囲むように設けられ、載置面１２に開口する連続した溝であり、溝の断面形状は、溝の全周に渡って均一であり、たとえば、幅５０μｍ〜１ｍｍ、深さ０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度の図７に示すような矩形の形状である。

吸着部１１の貫通孔１５の基板２側の点（Ｐ０）での圧力（ＰＡ０）は、基板２の基板端部１７の載置面１２上、すなわち、把持領域１３の外周上の点（Ｐ１）では、Ｐ０−Ｐ１間の隙間の圧力損失（ΔＰＡ）を引いた圧力（ＰＡ１）に減圧される（ＰＡ１＝ＰＡ０−ΔＰＡ）。

ここで、ΔＰＡは、Ｐ０から溝部１４から見て基板端部１７と反対側の載置面１２と溝部１４との角の点（Ｐ２）までの隙間（Ｐ０−Ｐ２間）の圧力損失（ΔＰＡ２）と、Ｐ２から溝部１４内の点（Ｐ３）までの隙間（Ｐ２−Ｐ３間）で隙間が急拡大する圧力損失（ΔＰＡ３）と、Ｐ３から溝部１４から見て基板端部１７側の載置面１２と溝部１４との角の点（Ｐ４）までの隙間（Ｐ３−Ｐ４間）で隙間が急縮小する圧力損失（ΔＰＡ４）との和になる（ΔＰＡ＝ΔＰＡ２＋ΔＰＡ３＋ΔＰＡ４）。ここにおいて、隙間の急拡大や急縮小を有する隙間の圧力損失は、形状が変化しない隙間の圧力損失よりも大きい。溝部１４を設けることにより、溝部１４を設けない場合よりもＰ０−Ｐ１間の隙間の圧力損失を大きくできている（ΔＰＡ＞ΔＰＡ’）。これにより、基板端部１７の載置面１２上、すなわち、把持領域１３の外周上の点（Ｐ１）での圧力を溝部１４を設けない場合に比べて低減できる。（ＰＡ１＜ＰＡ１’）。こうすることにより、基板端部１７周辺のノズル３から噴霧された溶液材料や基板２の表面を伝う基板２に塗布された溶液材料が基板２と吸着ステージ１０間に回り込む量を大きく低減できる。

更に、溝部１４から見て基板端部１７側の基板２と吸着ステージ１０間との隙間、すなわち、Ｐ１−Ｐ４間の基板２と吸着ステージ１０間との隙間を通って溝部１４に入ってくる溶液材料は、溶液材料自身の表面張力の影響で基板２と溝部１４との基板端部１７側との角（Ｐ４）に留まるため、基板２の裏面を伝ってそれ以上基板２と溝部１４との基板端部１７と反対側の角（Ｐ２）側へ伝うことを大きく低減できる。また、Ｐ４で溶液材料が溶液材料自身の表面張力を超えた場合でも、溶液材料がＰ４から溝部１４の側面を伝い溝部１４の底面に溜まるので、それ以上溶液材料が基板２の裏面を伝うことを大きく低減できる。

また、基板２に堆積した溶液材料が基板端部１７を伝い、吸着ステージ１０上に堆積した溶液材料と共に基板２と吸着ステージ１０との隙間の入り口に溜まっていき、それが毛細管現象により基板２と吸着ステージ１０との隙間に入っていき、溝部１４側に出てきた溶液材料があったとしても、上述したように溝部１４で溶液材料の表面張力が働くことや、溶液材料が溝部１４の側面を伝い溝部１４の底面に溜まることで、それ以上溶液材料が基板２の裏面を伝いにくくなる。

以上にように、溝部１４を設けた吸着ステージ１０を使用することにより、溶液材料が基板２の裏面に回り込む範囲を大きく低減することができる。

本発明の実施例２の吸着ステージ２０は、実施例１の吸着ステージ１０に対して、溝部１４を吸引する吸引機構を更に有している点が異なる。本発明の実施例２の吸着ステージの一例について、図８および図９を用いて説明する。図８は、実施例１で説明した図５におけるｄ矢視図の概略平面図であり、図９は図８のｆ矢視図の概略立面図である。以下、実施例１と同じ構造のものについては、実施例１と同じ符号を用いている。

実施例２の吸着ステージ２０の溝部１４は、溝部１４に開口する貫通孔１６と、貫通孔１６に連通し溝部１４を吸引する図示しない吸引機構とを有している。貫通孔１６は、溝部１４の４辺が均等に基板２を吸引できるように、たとえば図８に示すように溝部１４の４辺の各辺の溝の底にそれぞれ１箇所づつ設けられ、図示しない吸引機構による溝部１４の各辺の吸引力の差を少なくするように配置されている。

溝部１４を吸引することにより、基板２の裏面が溝部１４側に引き寄せられ、その結果、溝部１４から見て基板端部１７側の基板２と吸着ステージ２０間の密着度、すなわち、図９におけるＰ１−Ｐ４間での基板２と吸着ステージ２０間の密着度が上がる。また、基板２の基板端部１７側での反り返りも軽減できる。

これにより、図９におけるＰ１−Ｐ４間の基板２と吸着ステージ２０との間との隙間は、実施例１の吸着ステージ１０のような溝部１４を吸引しない場合より狭くなり、その隙間（Ｐ１−Ｐ４間）の圧力損失（ΔＰＡ４２）は、実施例１の吸着ステージ１０のような溝部１４を吸引しない場合よりも大きくなる（ΔＰＡ４２＞ΔＰＡ４）。これにより、基板端部１７の載置面１２上、すなわち、把持領域１３の外周上の点（Ｐ１）での吸着部１１からの圧力を溝部１４を吸引しない場合に比べて低減できる。

こうすることにより、基板端部１７周辺のノズル３から噴霧された溶液材料や基板２の表面を伝う基板２に塗布された溶液材料が基板２と吸着ステージ２０間に回り込む量を大きく低減できる。

更に、溝部１４から見て基板端部１７側の基板２と吸着ステージ２０間との隙間、すなわち、Ｐ１−Ｐ４間の基板２と吸着ステージ１０間との隙間を通って溝部１４に入ってくる溶液材料は、溶液材料自身の表面張力の影響で基板２と溝部１４との基板端部１７側との角（Ｐ４）に留まると同時に溝部１４内の図示しない吸引機構による減圧環境下で溶液材料に含まれる溶剤の揮発が促進されるため、基板２の裏面を伝ってそれ以上基板２と溝部１４との基板端部１７と反対側の角（Ｐ２）側へ伝うことを大きく低減できる。

本発明の実施例３の吸着ステージ３０は、実施例１の吸着ステージ１０に対して、溝部１４から見て把持領域１３の外周側の載置面１２と溝部１４との角の高さが溝部１４から見て吸着部１１側の載置面１２と溝部１４との角の高さより高いことが異なる。本発明の実施例２の吸着ステージの一例について、図１０を用いて説明する。図１０は、実施例１で説明した図６におけるｅ矢視図の概略立面図である。以下、実施例１と同じ構造のものについては、実施例１と同じ符号を用いている。

実施例３の吸着ステージ３０の載置面３２は、溝部１４から見て把持領域１３の外周側の載置面である第１載置面３３と溝部１４から見て吸着部１１側の載置面である第２載置面３４とを有している。

ここで第１載置面３３と溝部１４との角（Ｐ４）の高さ（Ｈ１）は、第２載置面３４と溝部１４との角（Ｐ２）の高さ（Ｈ２）より高い（Ｈ１＞Ｈ２）。こうすることにより、基板２と溝部１４の基板端部１７側との角の点（Ｐ４）での基板２と吸着ステージ３０との間の密着度が上がり、この部分での圧力損失が大きくなる。このため、溝部１４内の点（Ｐ３）から把持領域１３の外周上の点（Ｐ１）までの隙間（Ｐ３−Ｐ１間）の圧力損失（ΔＰＡ４３）が、溝部１４から見て両側の載置面３２の高さが同じ場合に比べて大きくなる（ΔＰＡ４３＞ΔＰＡ４）。

これにより、基板端部１７の載置面３２上、すなわち、把持領域１３の外周上の点（Ｐ１）での吸着部１１からの圧力の影響を溝部１４から見て両側の載置面３２の高さが同じ場合に比べて低減できる。こうすることにより、基板端部１７周辺のノズル３から噴霧された溶液材料や基板２の表面を伝う基板２に塗布された溶液材料が基板２と吸着ステージ１０間に回り込む量を大きく低減できる。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。たとえば、溝部１４は連続した溝でなくてもよい。また、溝部１４の断面形状は溝の全周に渡って均一でなくてもよい。

また、溝部の幅は５０μより小さくてもよいし、１ｍｍより大きくてもよい。また、溝部の深さは０.１ｍｍより小さくてもよいし、１ｍｍより大きくてもよい。

また、溝部の位置は、把持領域の外周から１０ｍｍ以上離れていてもよい。

また、溝部１４の断面形状は、たとえば、半円のように矩形でなくてもよい。

また、実施例３の溝部１４に実施例２と同じように貫通孔を設けて吸引してもよい。

また、吸着部１１は貫通孔の集合に限らず、たとえば載置面１２に環状や格子状等に開口する溝であってもかまわない。また多孔質状であってもかまわない。

また、実施例２の溝部１４の貫通孔１６の数量は溝部１４の溝の各辺に１つづつ設けていなくてもよい。たとえば、溝部１４の各辺に複数の貫通孔を設けてもよいし、溝部１４全体で１つの貫通孔でもよい。また溝部１４の貫通孔１６は溝部１４の底ではなく、側面等に開口していてもよい。また溝部１４は貫通孔１６の代わりに、たとえば、溝部１４の内部に開口する溝や多孔質状の内壁を有する溝でもよい。

１ エレクトロスプレー装置
２ 基板
３ ノズル
４ 電圧制御部
１０ 吸着ステージ
１０’ 吸着ステージ
１１ 吸着部
１２ 載置面
１３ 把持領域
１４ 溝部
１５ 貫通孔
１６ 貫通孔
１７ 基板端部
２０ 吸着ステージ
３０ 吸着ステージ
３２ 載置面
３３ 第１載置面
３４ 第２載置面

Claims (4)

1. 液体が塗布される基板を把持する吸着ステージにおいて、
   前記基板が載置される面である載置面と、
   前記載置面に開口する吸着部と、
   前記吸着部に連通する負圧付加機構と、
   前記載置面において、前記基板が載置される領域の外周と前記吸着部との間に設けられた前記載置面に開口する溝部と、を有することを特徴とする吸着ステージ。
2. 前記溝部は、前記吸着部を取り囲む連続した溝であることを特徴とする、請求項１に記載の吸着ステージ。
3. 前記溝部に連通する吸引機構を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の吸着ステージ。
4. 前記溝部から見て前記基板が載置される領域の外周側の前記載置面と前記溝部との角は、前記溝部から見て前記吸着部側の前記載置面と前記溝部との角より高いことを特徴とする、請求項１から３に記載の吸着ステージ。

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