JP4004319B2 - 回転式塗布装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塗布液体を基板上に滴下して回転させ、遠心力により拡散して塗布膜を形成する回転式塗布装置とその容器及びその容器の開閉方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カラーフィルタなどの製造ライン等においては、薄く均一な塗装面を得るために、スピンナ又はホエラといわれる回転式塗布装置が用いられる。その代表的なものは、一般的にスピンコータと言われている。
図７及び図８は、このようなスピンコータの例を中心軸を含む面で切断して示した断面図である。
図７は、インキが塗布される基板１が収容され、その上下を覆う容器（インナーカップ）１１０と、その外側を上下から覆う容器（アウターカップ）１２０の２つのカップが閉じている状態を示す。図８は、基板上へのインク塗布を終了し、インナーカップ１１０とアウターカップ１２０を開放した直後の状態を示している。
【０００３】
インナーカップ１１０は、インキを塗布したい基板１と共に回転するカップである。カップ内に基板１を出し入れするために、通常は上下２枚の上インナーカップ１１１と下インナーカップ１１２により構成され、上下に別れて開くようになっている。２枚のカップの間は、塗布回転時には端部円周上の数ヶ所に設置されたスペーサ１１５により、周辺部の開口の高さは、通常１〜２ｍｍ程度で小さく保持されている。また、基板１の出し入れするときには、上インナーカップ１１２が上に逃げることにより開口の高さが大きくなる。
【０００４】
アウターカップ１２０は、インナーカップ１１０の外側に設置された回転しないカップである。主として遠心力によりインナーカップ１１０より飛び出したインキを、さらにその外側に飛び出さないようにするためのものである。このアウターカップ１２０は、インナーカップ１１０と同様に、上下２枚の上アウターカップ１２１と下アウターカップカップ１２２により構成され、基板１の出し入れの際には、上アウターカップ１２１が上昇して開口する。
【０００５】
下インナーカップ１１２は、図示しない駆動機構に接続されており、塗布動作中は回転動作をしている。また、上インナーカップ１１１は、スペーサ１１５を介して下インナーカップ１１２から駆動力を伝達され回転する。このスピン回転の遠心力により、基板１上に滴下した図示しない塗布インキを基板１の表面に拡散させている。
【０００６】
通常、スピン回転中は、遠心力によりスピンコータ内に飛散した塗布インキを回収するために、ブロア等を使用してインク微粒子の混じった内部空気を排出している。この排気により、カップ内部は負圧となる。図中の１２２ａ、１２２ｂは、スピンコータ内の空気を吸引するための孔である。なお、図では、スピン回転を与える駆動装置、空気吸引装置、カップ開閉装置など、容器以外のものは省略してある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の機構では、塗布動作が終了しカップの回転が停止すると、図７の状態でインナーカップ１１０が停止する。その後、図８のように、カップを開放する動作が始まると、カップ内部が負圧となっているため、外部から空気を吸いこむ。しかもこのとき、インナーカップ１１０がアウターカップ１２０と同時に開放し始めるため、外部より吸いこまれた空気は、基板１上面のに流れ込む。図８の矢印（点線）は、スピン回転終了後のカップ開放時に生じた気流の様子を示すものである。
【０００８】
クリーンルーム等の発塵量の少ない環境においても、完全に異物浮遊を防止することは困難である。吸い込まれた空気に異物が混じっていれば、インナーカップ１１０及びアウターカップ１２０を同時に開けると、この気流に乗って異物がインナーカップ１１０内の基板１の表面にも接近し、基板１上のインク塗布面に触れて付着する。そこで、折角平滑に仕上げた塗布面を汚し、異物付着による突起不良を発生し、製造の歩留まりを低下させる、という問題が発生する。
【０００９】
本発明の課題は、基板上のインク塗布終了後のカップの開放時に、基板塗布面が汚れるのを極力少なくして、この工程における基板の性能劣化を防ぎ、製品の歩留りを向上させるような、回転式塗布装置とその容器及びその容器の開閉方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１の発明は、液体が塗布されるべき基板（１）上に塗布液体を滴下し、前記基板を回転することにより前記塗布液体を拡散させて塗布膜を形成する回転式塗布装置であって、前記基板の上下から覆い開閉が可能な第１の容器（１０）と、前記第１の容器の上下から覆い開閉が可能な第２の容器（２０）と、前記基板の回転中心に対して略同軸上に配置された棒状部材であって、その一端部が前記第１の容器に回転自在に接続された接続部（３１）と、前記第２の容器に設けられ、前記接続部をスライド可能に貫通させる孔部（２１ａ）と、前記接続部の他端部に設けられ、前記第２の容器が開放する方向に移動する際に前記第２の容器に対して接触可能に設けられた接触部（３１ａ）とを備えることを特徴とする回転式塗布装置である。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１に記載の回転式塗布装置において、前記第２の容器（２０）の開閉を駆動する駆動部（５１）と、前記駆動部（５１）を制御する制御部（５０）と、を含むこと特徴とする回転式塗布装置である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照して、本発明の実施の形態について、さらに詳しくに説明する。
本実施形態では、容器内に基板１を回転自在に支持し、その上下を覆う第１の容器であるインナーカップ１０と、インナーカップ１０の外側の上下を覆う第２の容器であるアウターカップ２０のそれぞれの開閉動作に時間差を設けることにより、カップ開時の気流により巻き込んだ異物をインナーカップ１０内部の基板面に持ちこむことを防止している。
【００１６】
図１は、本発明の回転式塗布装置の容器の一実施形態を示す斜視図である。
本実施形態の回転式塗布装置の容器は、上記時間差を設けるために、インナーカップ１０とアウターカップ２０の間を係合する係合部３０を備えている。係合部３０は、インナーカップ１０の上部を回転自在に支持するとともに、係合する両者を、上下方向の一定範囲内に限定し相対的にスライドさせるものである。
【００１７】
図１では、内部構造を判りやすくするため、インナーカップ１０及びそれと共動する係合部３０の一部（軸回りの１／４の部分）を切除してある。また、アウターカップ２０及びそれと共動する係合部３０の一部（軸回りの１／２の部分）を切除してある。
図２は、図１の実施形態を中心軸を含む垂直な面で切断した断面図である。インナーカップ１０は、インク等の図示しない塗布液を塗布しようとする基板１を載せるための下インナーカップ１２と、その上を覆う上インナーカップ１１とで構成されている。
【００１８】
下インナーカップ１２の下面中央には、下回転軸１４が固定されている。下回転軸１４は、上端部に鍔１４ａを有し、鍔１４ａによって下インナーカップ１２に固定され、インナーカップ１０が回転する場合の下側の軸となる
上インナーカップ１１の上面中央には、上回転軸１３が固定されている。上回転軸１３は、下端部に鍔１３ａを有し、中心部に上下に長い孔１３ｂのある略円筒状で、鍔１３ａによって上インナーカップ１１に固定され、インナーカップ１０が回転する場合の上側の軸となる。
【００１９】
アウターカップ２０は、下インナーカップ１２のさらに下側を覆う下アウターカップ２２と、上インナーカップ１１のさらに上側を覆う上アウターカップ２１で構成されている。下アウターカップ２２の中心部には、下回転軸１４を貫通させる孔２２ａが設けられている。孔２２ｂは、インナーカップ１０とアウターカップ２０で構成されるコータカップ内の空気を吸引するための排気孔である。上アウターカップ２１の中心部には、上回転軸１３に係合する係合部３０の一部を貫通させる孔２１ａが設けられている。
【００２０】
係合部３０は、上アウターカップ２１に対して上下の一定範囲内で相対位置を変えることができる上下移動棒３１と、上下移動棒３１の中央部をスライド自由に支持する鍔付き円筒状の支持部３２と、上下移動棒３１の下部と上回転軸１３を回転自在に係合するボールベアリング３３とで構成されている。
ボールベアリング３３は、その外周側面が上回転軸の孔１３ｂの内側に密着し、内周側面は、上下移動棒３１の下部に密着する状態で組み込まれている。
【００２１】
支持部３２の鍔３２ａは、その内側面が孔２１ａに連続するように、上アウターカップ２１の外側に固定されている。したがって、孔２１ａと支持部３２は、上下移動棒３１に対してスライドできるが、上下移動棒３１の上部には、中心部より径の大きい頭部３１ａがあるので、頭部３１ａの出っ張りが、その下端で上アウターカップの上昇を規制し、相対的にスライドできる範囲を限定する。
【００２２】
次に、本実施形態の特徴であるインナーカップ１０とアウターカップ２０の開放動作について説明する。
図３及び図４は、カップ開閉動作を説明するための説明図である。これらは、いずれも動作中の図１の実施形態を、図２と同様に中心軸を含む垂直面で切断した断面図である。図５は、図１〜図４に示す実施形態の容器を使用した回転式塗布装置の機能系統を示す説明図である。
【００２３】
基板１の表面に塗布液を塗布しようとする場合は、上アウターカップ２１及び上インナーカップ１１が開放されている状態で、基板搬送機構５２によって、基板１が下インナーカップ１２の上の載置され、その上に塗布液滴下機構５３によりインクなどの塗布液体の必要量が滴下される。続いて、カップ回転機構５４により下インナーカップ１２を回転させると、上インナーカップ１１も、スペーサ１５を介して駆動力が伝達され回転する。そして、滴下された塗布液は、遠心力により基板１の表面に薄く均一に拡散される。
【００２４】
インナーカップ１０の回転中は、カップ排気機構５５が作動し、排気口２２ｂからカップ内の空気を吸引しているので、遠心力により飛散するインキは、インナーカップ１０内から飛び出し、アウターカップ２０を経て装置外部に排出される。そこで、塗布加工を終わった時点のカップ内部は、負圧になっている。
その後に、基板１を装置外に取り出すために、カップは開放される。図２は、その直前の状態であり、図３は、カップ開放開始後の間もない時点での状態を示している。
【００２５】
カップの回転が停止すると、上アウターカップ２１は、カップ開閉機構５１によって上昇する方向に駆動される。カップ開放動作が始まっても、係合部３０の上下移動棒３１と支持部３２とがスライドするので、暫くの間（図２の状態から図３の状態に移行する間）は、上アウターカップ２１のみが単独に上昇して、図３に示すように、アウターカップ２０が開放される。このとき、インナーカップ１０は閉鎖状態を保っているため、外部より吸いこまれた空気は、上インナーカップ１１と上アウターカップ２１の間の空間に勢いよく流れ込むが、こうして生じた気流は、図３に点線の矢印で示すように、基板１の表面には達しない。
【００２６】
さらに、上アウターカップ２１が上昇すると、その過程（図３の状態から図４の状態に移行する間）では、上下移動棒３１の頭部３１ａの下端と支持部３２の上端が接触しているので、両者間の上下方向のスライドは停止し、上アウターカップ２１と上インナーカップ１１は共動する。そこで、上インナーカップ１１も上昇を開始し、インナーカップ１０は開放される。
インナーカップ１０が開放されたときは、図４に示すように、図３のような気流はなく、カップ内の空気の乱れはなくなっている。したがって、外部から流入した浮遊異物の基板面上への付着はなく、高品位の製品を得ることができる。
【００２７】
（変形形態）
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
例えば、図１〜図４に示す容器の係合部３０の上下移動棒の頭部３１ａの下端部と支持部３２の上端部との間に、セットカラー３４（図２で破線で示してある）等を挿入し、このセットカラー３４に任意の厚さのものを選ぶことによって、インナーカップ１０の開放のタイミング遅れ量を調整することができる。カップ内の負圧は、基板回転中の排気の流量に応じて変化するが、これに対応して、前記のタイミングを調節すれば、容易に最適な気流の状態を作ることができる。
【００２８】
また、回転式塗布装置の容器として、図１〜図４に示すものを用いなくとも、２つのエアーシリンダ等を使用し、それぞれ別個に作動するアクチュエータにより、インナーカップ及びアウターカップを、異なるタイミングで昇降させるようにしてもよい。
図６は、そのような容器開閉方法による回転式塗布装置の機能系統を示す説明図である。
図６の場合も、基板搬送機構６２、塗布液滴下機構６３、カップ回転機構６５、カップ排気機構６６の動作は、図５の場合の基板搬送機構５２、塗布液滴下機構５３、カップ回転機構５４、カップ排気機構５５の動作と同等である。
【００２９】
図６の装置の動作において、インナーカップ７１、７２の回転が停止し、カップ開放動作に移ると、まず、アウターカップ開閉機構６１が作動して上アウターカップ８１が開き、次に、一定時間遅れでインナーカップ開閉機構６２が作動して上インナーカップ７１が開く。
このように、上アウターカップ２１のみが先に開放され、このとき、上インナーカップ１１は、閉鎖状態を保っているため、図５の場合と同様に、外部より流入した浮遊異物は基板面上に付着することはなく、高品位な製品が得られる。
なお、制御部６０のカップ開閉機構を駆動のための設定値を変えることによって、アウターカップ開閉機構６１とインナーカップ開閉機構６２の作動タイミングは、最適値になるよう自在に選ぶことができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、本発明によれば、塗布液体を基板上に拡散させた後の容器開放動作時に、第２の容器が開き始めてから一定時間後に、第１の容器が開き始めるので、容器開放時の第１の容器内の基板上への異物付着を防ぐことができる、という効果がある。したがって、基板の異物付着による突起不良が減少でき、製造工程上での歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転式塗布装置の容器の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の実施形態を垂直面で切断した断面図である。
【図３】カップ開放開始直後の状態を示す説明図（断面図）である。
【図４】カップ開放終了後の状態を示す説明図（断面図）である。
【図５】図１の容器使用の回転式塗布装置の機能系統を示す説明図である。
【図６】他の実施形態の回転式塗布装置の機能系統を示す説明図である。
【図７】従来のスピンコータの例のカップ閉鎖状態を示す断面図である。
【図８】図７のスピンコータのカップ開放直後の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
１０ インナーカップ
１１ 上インナーカップ
１２ 下インナーカップ
１３ 上回転軸
１４ 下回転軸
２Ｏ アウターカップ
２１ 上アウターカップ
２２ 下アウターカップ
３０ 係合部
３１ 上下移動棒
３２ 支持部
３３ ボールベアリング

Claims (2)

1. 液体が塗布されるべき基板上に塗布液体を滴下し、前記基板を回転することにより前記塗布液体を拡散させて塗布膜を形成する回転式塗布装置であって、
   前記基板の上下から覆い開閉が可能な第１の容器と、
   前記第１の容器の上下から覆い開閉が可能な第２の容器と、
   前記基板の回転中心に対して略同軸上に配置された棒状部材であって、その一端部が前記第１の容器に回転自在に接続された接続部と、
   前記第２の容器に設けられ、前記接続部をスライド可能に貫通させる孔部と、
   前記接続部の他端部に設けられ、前記第２の容器が開放する方向に移動する際に前記第２の容器に対して接触可能に設けられた接触部と
   を備えることを特徴とする回転式塗布装置。
2. 請求項１に記載の回転式塗布装置において、
   前記第２の容器の開閉を駆動する駆動部と、
   前記駆動部を制御する制御部と、
   を含むこと特徴とする回転式塗布装置。

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