JP4224151B2

JP4224151B2 - 塗布装置

Info

Publication number: JP4224151B2
Application number: JP23232098A
Authority: JP
Inventors: 正晴金沢
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1998-08-04
Filing date: 1998-08-04
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2018-08-04
Also published as: JP2000042468A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は塗布装置に係り、特に大型ガラス基板等の枚葉タイプの被塗布基板に塗布液を均一、かつ、効率良く塗布するための塗布装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＬＣＤ用カラーフィルタ等の大型ガラス基板に塗布液を塗布する方式としては、スピン塗布方式が多く用いられている。
【０００３】
このスピン塗布方式には大気開放型および密閉カップ型があるが、何れの方式も、その塗布効率が１０パーセント程度と低く、しかも被塗布基板の回転中心部分と周辺部分の塗布膜厚が厚くなりすぎるという欠点がある。このため、例えば、塗布膜厚が数μｍ±３％の範囲であることが要求される場合、スピン塗布方式により形成した塗布膜をそのまま使用することが困難であり、被塗布基板の回転中心部分と周辺部分との中間領域の塗布膜厚が比較的均一な部分を使用する必要がある。したがって、スピン塗布方式は、塗布液の使用量、被塗布基板の有効利用等の点で問題がある。
【０００４】
上述のようなスピン塗布方式の欠点を解決するための方式としては、ナイフ塗布方式、ロール塗布方式またはダイ塗布方式がある。
【０００５】
これらの方式は、何れも、被塗布基板上に塗布用クリアランスを設け、その設定値によって塗布膜厚を決定して塗布面の平滑性を得る方式であるが、この方式では、被塗布基板表面の平滑度（凹凸度）が塗布精度以上に低い（凹凸度が大きい）ものに対しては、均一な膜厚を得ることが困難である。
【０００６】
また、被塗布基板表面の凹凸に影響され難い塗布液の塗布方法としては、一般にディップ塗布方式が知られているが、この方式では、被塗布基板の非塗布部を被覆することが不可欠であり、作業が煩雑なものとなる。
【０００７】
そこで、上記のような各塗布方式における欠点を解消して、枚葉基板に塗布液の物性に影響を受けることなく安定した状態で均一な塗布膜を形成することのできるビード塗布方式の塗布装置が提案されている（特願平６−５２４１０９号）。
【０００８】
この塗布装置では、上向きに開口する直線状のスリットを有する塗布ヘッドを備え、基板ホルダに吸着された被塗布基板が、その先端部が塗布ヘッドのスリットの直上に所定のクリアランスを介して対向するように位置される。そして、塗布ヘッドに塗布液が供給されると、塗布液がスリットから吐出されてビードを形成し、被塗布基板の先端部下面に付着する。この状態から基板ホルダが一定速度で斜め上方にスライドされ、ビードから塗布液が被塗布基板の下面に順次付着され、塗布液の層が形成される。このとき、塗布ヘッドには連続して塗布液の供給が行われ、ビードにおける塗布液の量が一定に保たれている。このように被塗布基板が斜め上方に上昇してその後端部が塗布ヘッドのスリット上に到達すると、基板ホルダのスライドが停止され、ビードを形成する塗布液が塗布ヘッド内に吸引されてビードが消滅される。これによって、塗布ヘッドと被塗布基板上の塗布液の層が分離される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようなビード塗布方式の塗布装置では、塗布ヘッドへの塗布液の供給を塗布時のみ行う場合、何らかの理由により被塗布基板への塗布の時間的間隔が長くなると、塗布ヘッド先端における塗布液の乾燥が生じて粘度が高くなり、次の塗布において、塗布ヘッド先端に溜っていた粘度の高い塗布液からなる塗布膜と、新たに供給された塗布液からなる塗布膜との境界に塗布ムラやグラディエーションが発生するという問題があった。また、塗布ヘッド先端における塗布液の乾燥・固化により汚れが発生した場合、次の塗布において、塗布方向にスジムラが生じるという問題もあった。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、特に大型ガラス基板等の枚葉タイプの被塗布基板に対して均一な塗布膜を形成することができる塗布装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は水平方向に延び塗布液を上方に向って吐出させるための帯状のスリットを有する塗布ヘッドと、スリットが被塗布基板に対向するように前記塗布ヘッドと被塗布基板とを相対的に移動させる移動手段と、前記塗布ヘッドに塗布液を供給する塗布液供給手段と、前記塗布ヘッドの少なくともスリットを覆うカバー部材を有する乾燥防止部とを備え、該乾燥防止部はカバー部材内に溶剤雰囲気を供給する溶剤供給手段を有し、前記カバー部材は前記塗布ヘッドのスリット近傍の形状に対応した係合用開口部を下方に開口するように備えるとともに、該係合用開口部にはパッキン部材が配設され、さらに、前記カバー部材は、前記係合用開口部に沿って内部に溶剤溜り用のフランジ部を備え、該フランジ部は、断面がＬ字形状でありカバー部材の内壁面から内部中央に向けて突設されており、前記溶剤供給手段は、該パッキン部材が前記塗布ヘッドのスリット周辺に当接するようにしてスリットを覆った前記カバー部材の内部を、高溶剤濃度、高圧力の状態とするものであるような構成とした。
【００１２】
このような本発明では、被塗布基板への塗布操作の間に乾燥防止部のカバー部材により塗布ヘッドのスリットが覆われて外気と遮断されるので、塗布ヘッド上での塗布液の乾燥が防止され、さらに、被塗布基板への塗布の時間的間隔が長くなる場合等に、溶剤供給手段から供給された溶剤雰囲気により、カバー部材の内部が高圧の溶剤雰囲気となるので、塗布液からの溶剤の蒸発が有効に抑制されて、塗布ヘッド上での塗布液の乾燥が防止される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の最も好ましいと思われる実施の形態について説明を行う。
【００１４】
図１は本発明の塗布装置の実施形態の一例を示す側面図である。図１において、塗布装置１は、装置本体１１の支持フレーム１１Ａに、塗布時のスライド方向の下流側（図１の矢印Ａ方向）の端部が低くなるように傾斜した状態で取り付けられた直線状のガイドフレーム１２と、このガイドフレーム１２にスライド自在に取り付けられた塗布ヘッド１４と、支持フレーム１１Ａに回動可能に取り付けられた基板ホルダ１３とを備え、ガイドフレーム１２の直上であって基板ホルダ１３の回動範囲外には乾燥防止部１０が配設されている。この乾燥防止部１０の配設位置は、塗布時の塗布ヘッド１４のスライド移動範囲の上端（図１に実線で示されている位置）よりも更にガイドフレーム１２の上端側（図１の矢印Ｂ方向）にある。
【００１５】
図２は、塗布ヘッド１４がガイドフレーム１２上を塗布時のスライド移動範囲から更に上方（図１の矢印Ｂ方向）へ移動して乾燥防止部１０の下に位置した状態を示す図である。図２に示されるように、乾燥防止部１０は、塗布ヘッド１４のスリット１４ａの軸方向と同一方向に延びるカバー部材２１と、溶剤タンク２２に貯えられている溶剤を空気と混合し溶剤雰囲気として供給パイプ２４を介してカバー部材２１内に供給するポンプ２３（溶剤供給手段）と、カバー部材２１を矢印ａ方向に昇降させる昇降装置（図示せず）とを備えている。
【００１６】
図３は、乾燥防止部１０を構成するカバー部材２１の天地を逆転させた状態の斜視図である。図２および図３に示されるように、上記のカバー部材２１は長手方向に係合用開口部２１Ａを有する筒体であり、両端部は封止端壁２１Ｂにより封止されている。この係合用開口部２１Ａの形状、および、封止端壁２１Ｂの形状は、使用する塗布ヘッド１４のスリット１４ａ近傍の形状に対応して適宜設定されるものである。上記の係合用開口部２１Ａの塗布ヘッド１４との接触面には、パッキン部材２１Ｃが配設されている。
【００１７】
このような乾燥防止部１０は、塗布ヘッド１４が乾燥防止部１０の下に位置した状態で、昇降装置により塗布ヘッド１４上にカバー部材２１を降下させる。これにより、係合用開口部２１Ａのパッキン部材２１Ｃが塗布ヘッド１４のスリット１４ａの周囲に当接し、スリット１４ａがカバー部材２１により覆われ、周囲の環境から隔離された状態となる。また、ポンプ２３を駆動させることにより、溶剤雰囲気を供給パイプ２４を介してカバー部材２１内に送り込み、カバー部材２１で覆われた内部を高溶剤濃度、高圧力の状態とすることができる。この場合の圧力は、大気圧の１〜３倍の範囲内で設定することができる。使用する溶剤は、塗布対象となる塗布液に応じて適宜選択することができ、塗布液に使用されている溶剤と同じものでも、異なるものでもよく、例えば、３−エトキシプロピオン酸エチル、３−メトキシブチルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、シクロヘキサノン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルモノメチルエーテルアセテート等の溶剤を使用することができる。
【００１８】
図４は、本発明の塗布装置における乾燥防止部の他のカバー部材の実施形態を示す断面図である。図４において、カバー部材２１´は、長手方向に（係合用開口部２１´Ａに沿って）溶剤溜り用のフランジ部２５を備えている点で、上述のカバー部材２１と異なる。このフランジ部２５は、断面がＬ字形状でありカバー部材２１´の内壁面から内部中央に向けて突設されており、溶剤を上記フランジ部２５に溜めておくことにより、カバー部材２１内は常に溶剤雰囲気に維持される。
【００１９】
尚、上述の塗布装置では、乾燥防止部１０が塗布ヘッド１４に対して昇降可能とされているが、塗布ヘッド１４が乾燥防止部１０に対して昇降可能である構成としてもよい。
【００２０】
基板ホルダ１３は、水平方向に延びる軸Ｐを中心に駆動部１９により図１の矢印ａ方向と矢印ｂ方向に回動されるようになっており、図示しない吸引機構の作動によりその吸着面に被塗布基板Ｓを吸着して保持するようになっている。そして、被塗布基板Ｓを吸引保持した基板ホルダ１３は、ストッパー１８ａにより位置規制された状態の塗布位置と、ストッパー１８ｂにより位置規制された状態の基板受け渡し位置（図１に一点鎖線で示されている）との間を回動可能とされている。
【００２１】
また、塗布ヘッド１４は、図示しない塗布液供給手段から供給される塗布液をスリット１４ａから上方に吐出するようになっている。この塗布ヘッド１４は、ガイドフレーム１２に沿って配設されたボールねじ１５に螺合されており、このボールねじ１５がモータＭによって回転されることにより、ガイドフレーム１２に沿ってスリット１４ａを被塗布基板Ｓに対向させながらスライドされるようになっている。
【００２２】
ここで、塗布ヘッド１４の一例を図５乃至図８を参照して説明する。
【００２３】
図５乃至図８において、塗布ヘッド１４の本体１４Ａは塗布液の塗布を行う被塗布基板Ｓの幅以上の長さａを有し、その上面の中央部に、軸方向に沿って延びるとともに上方に向って開口するスリット１４ａが形成されている。そして、このスリット１４ａを挟むようにその両側に一対の斜面１４Ｂおよび１４Ｃが形成されている。
【００２４】
本体１４Ａの内部には、スリット１４ａと平行に延びるとともにスリット１４ａにその軸方向の全域に亘って連通される中空状の液溜り１４Ｄが形成されている。この液溜り１４Ｄにはスリット１４ａの下部に取り付けられた塗布液供給管１４Ｅが接続されており、この塗布液供給管１４Ｅから導入される塗布液が液溜り１４Ｄを介してスリット１４ａから吐出されるようになっている。
【００２５】
図中、１４Ｆは、スリット１４ａの両端部にそれぞれ脱着可能に嵌合された一対のスリット長さ調節用パッキンであり、このスリット長さ調節用パッキン１４Ｆを所望の長さを有する調節用パッキンに交換することにより、スリット１４ａから吐出される塗布液の幅を調節することができる。
【００２６】
図中に示された塗布ヘッド１４の各部の寸法の一例として以下の寸法が挙げられる。
【００２７】
本体１４Ａの長さａ＝４００ｍｍ
本体１４Ａの幅ｂ＝５０ｍｍ
本体１４Ａの高さｃ＝８０ｍｍ
スリット１４ａの長さｄ（スリット長さ調節用パッキン１４Ｆによる調
整後の幅）＝３５０ｍｍ
スリット１４ａの幅ｅ＝１ｍｍ
スリット１４ａの深さｆ＝２７ｍｍ
液溜り１４Ｄの深さｇ＝４０ｍｍ
塗布ヘッド１４に塗布液を供給する塗布液供給手段としては、公知の定量液供給装置を使用することができる。具体的には、図９に示すような機構が挙げられる。この塗布液供給手段は、タンク３０内に収容されている塗布液をバルブ３１を介して供給される空気圧によって押し出し、粗調節用ニードルバルブ３２を介して定量ポンプ３３内に供給する。定量ポンプ３３は内部に薄膜３４を備え、この薄膜３４を介して内部が塗布液供給側３３ａと空気供給側３３ｂとに分けられており、空気供給側３３ｂには、内部にピストン３６を備えた加圧シリンダ３５が接続されている。そして、ピストン３６を矢印方向に所定のストロークだけ移動させることにより、定量ポンプ３３の空気供給側３３ｂ内を加圧して薄膜３４を塗布液供給側３３ａ方向に押し上げ、これにより塗布液供給側３３ａから所定量の塗布液を空気作動弁３７およびサックバックバルブ３８を介して塗布ヘッド１４に供給する。
【００２８】
空気作動弁３７は、被塗布基板Ｓへの塗布液の塗布終了時に空気圧によって自動的に作動して塗布ヘッド１４への塗布液の供給を停止させる。また、サックバックバルブ３８は、空気作動弁３７の閉鎖と同時にピストン３８ａが図９に示す矢印の方向にスライドされてシリンダ３８ｂ内に負圧を生じさせ、これによって塗布ヘッド１４に供給されている塗布液を吸引して回収する。
【００２９】
次に、本発明の塗布装置１の動作について説明する。
【００３０】
まず、被塗布基板Ｓを吸引保持した基板ホルダ１３が図１に実線で示される塗布位置にある状態で、塗布ヘッド１４による被塗布基板Ｓへの塗布が行われる。この塗布は、塗布液供給手段の定量ポンプ３３から一定の流量で塗布ヘッド１４に塗布液を供給しながら、塗布ヘッド１４をガイドフレーム１２に沿って斜め下方（図１の矢印Ａ方向）に移動する。このとき、供給された塗布液がスリット１４ａから吐出してビードを形成し、スリット１４ａの開口部と基板ホルダ１３に吸着保持された被塗布基板Ｓの下面との間のクリアランスの設定に応じた膜厚で、ビードから塗布液が被塗布基板Ｓの下面に順次付着して塗布が行われる。この塗布では、塗布ヘッド１４に連続的に塗布液の供給が行われ、ビードにおける塗布液の量が一定に保たれている。
【００３１】
塗布ヘッド１４がガイドフレーム１２に沿って移動して、被塗布基板Ｓの後端部に塗布ヘッド１４のスリット１４ａが到達すると、塗布ヘッド１４のスライドが停止され、さらに塗布ヘッド１４に接続されたサックバックバルブ３８の作動によってビードを形成する塗布液が塗布ヘッド１４内に吸引されて、塗布ヘッド１４と被塗布基板Ｓ上の塗膜とが分離される。
【００３２】
上記のような被塗布基板Ｓへの塗布が完了すると、基板ホルダ１３は軸Ｐを中心に回動（図１の矢印ｂ方向）してストッパー１８ｂにより所定の基板受け渡し位置に規制される。この基板受け渡し位置では、基板ホルダ１３の保持平面は水平状態にあり、基板ホルダ１３による被塗布基板Ｓの吸引保持は解除されており、塗布が完了した被塗布基板Ｓが取り出され、新たな被塗布基板Ｓが載置される。そして、新たな被塗布基板Ｓを吸引保持した基板ホルダ１３は、軸Ｐを中心に回動（図１の矢印ａ方向）してストッパー１８ａにより所定の塗布位置に規制される。
【００３３】
一方、被塗布基板Ｓへの塗布が完了すると、塗布ヘッド１４はガイドフレーム１２に沿って塗布開始位置（図１に実線で示されている位置）まで戻り、次の塗布のために待機する。このような操作を繰り返すことにより被塗布基板Ｓへの塗布を行うことができ、このように塗布間隔が極めて短い場合は、塗布ヘッド１４のスリット１４ａにおける塗布液の乾燥等が問題となることはない。
【００３４】
また、塗布間隔がやや長くなる場合は、塗布ヘッド１４がガイドフレーム１２上を塗布時のスライド移動範囲から更に上方へ移動して乾燥防止部１０の下に位置する。そして、乾燥防止部１０のカバー部材２１が昇降装置により塗布ヘッド１４上に降下し、係合用開口部２１Ａのパッキン部材２１Ｃが塗布ヘッド１４のスリット１４ａの周囲（斜面１４Ｂ，１４Ｃ）に当接して、スリット１４ａがカバー部材２１により覆われる。これにより、塗布ヘッド１４のスリット１４ａが外気と遮断され、塗布ヘッド１４上での塗布液の乾燥が防止される。この場合、カバー部材として、溶剤溜り用のフランジ部２５に溶剤を保持した上述のカバー部材２１´を使用することにより、塗布ヘッド１４上での塗布液の乾燥防止がより向上する。
【００３５】
さらに、何らかの理由により被塗布基板Ｓへの塗布の時間的間隔が長くなる場合、上述のようにスリット１４ａをカバー部材２１で覆った状態で、乾燥防止部１０のポンプ２３を駆動させて溶剤雰囲気を供給パイプ２４を介してカバー部材２１内に送り込むことにより、カバー部材２１で覆われた内部を高溶剤濃度、高圧力の状態とする。これにより、塗布の時間的間隔が長くても、塗布ヘッド１４上での塗布液の乾燥が防止される。
【００３６】
上記の状態から再度塗布を開始する場合、カバー部材２１内が高溶剤濃度、高圧力の状態にあるときは、まず、供給パイプ２４を介して図示されていない排気系により溶剤雰囲気を排気してカバー部材２１内を大気圧に戻し、次いで、カバー部材２１を昇降装置により塗布ヘッド１４から上方へ上昇させる。次に、塗布ヘッド１４をガイドフレーム１２に沿って塗布開始位置（図１に実線で示されている位置）まで戻し、次の塗布を開始する。
【００３７】
本発明の塗布装置において使用する塗布液は、特に制限はなく、例えば、粘度が４〜１５ｃｐｓ程度の溶剤系感光性樹脂、水系感光性樹脂、または、これらの感光性樹脂に顔料等の着色材を分散させた着色感光性樹脂、各種接着剤、保護膜等を形成するための樹脂、各種インキ等を対象とすることができる。
【００３８】
また、本発明の塗布装置にて塗布可能な被塗布基板としては、特に制限はなく、例えば、ＬＣＤカラーフィルタ用のガラス基板等のように、大面積で表面の平滑度が低い（通常５０〜７０μｍ，最大では１００μｍ程度の凹凸がある）基板であっても、厚みが均一な塗布膜を形成することができる。
【００３９】
上述の実施形態では、塗布ヘッドのスリットは上方に向かって開口し、固定されている被塗布基板に対して塗布ヘッドが移動して塗布を行うような構成であるが、スリットが下方に向かって開口した塗布ヘッドを被塗布基板の上方で移動可能に配設した構成、および、スリットが上方または下方に向かって開口した塗布ヘッドを固定し被塗布基板を保持した基板ホルダを移動させるような構成であってもよい。
【００４０】
また、上述の実施形態では、塗布ヘッドが塗布時のスライド移動範囲から更に移動して乾燥防止部の下に位置するように構成されているが、乾燥防止部が塗布ヘッドの塗布開始位置まで移動するような構成としてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、水平方向に延びる帯状のスリットを有する塗布ヘッドと、このスリットが被塗布基板に対向するように塗布ヘッドと被塗布基板とを相対的に移動させる移動手段と、塗布ヘッドに塗布液を供給する塗布液供給手段と、塗布ヘッドの少なくともスリットを覆うカバー部材と、このカバー部材内に溶剤雰囲気を供給する溶剤供給手段を有する乾燥防止部とを備えた塗布装置であり、塗布間隔が短時間である塗布においては、乾燥防止部のカバー部材により塗布ヘッドのスリットが覆われ外気と遮断されることによって塗布ヘッド上での塗布液の乾燥が防止され、また、被塗布基板への塗布の時間的間隔が長くなる場合、溶剤供給手段から供給された溶剤雰囲気によってカバー部材の内部が高圧の溶剤雰囲気となり、時間経過による塗布液からの溶剤の蒸発が有効に抑制されて塗布ヘッド上での塗布液の乾燥が防止され、塗布ヘッド先端に溜っていた塗布液の粘度上昇や乾燥・固化が発生することがなく、形成される塗布膜は厚みが均一なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の塗布装置の実施形態の一例を示す側面図である。
【図２】本発明の塗布装置における乾燥防止部を説明するための図である。
【図３】乾燥防止部を構成するカバー部材の天地を逆転させた状態の斜視図である。
【図４】本発明の塗布装置における乾燥防止部のカバー部材の他の例を説明するための断面図である。
【図５】図１に示される塗布装置において使用される塗布ヘッドの一例を示す斜視図である。
【図６】同塗布ヘッドの正面図である。
【図７】同塗布ヘッドの平面図である。
【図８】同塗布ヘッドの側面図である。
【図９】図１に示される塗布装置において使用される塗布液供給手段の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…塗布装置
１０…乾燥防止部
１２…ガイドフレーム
１３…基板ホルダ
１４…塗布ヘッド
１４ａ…スリット
１５…ボールねじ
１９…駆動部
２１…カバー部材
２１Ａ…係合用開口部
２２…溶剤タンク
２３…ポンプ
２４…供給パイプ
Ｓ…被塗布基板

Claims

水平方向に延び塗布液を上方に向って吐出させるための帯状のスリットを有する塗布ヘッドと、スリットが被塗布基板に対向するように前記塗布ヘッドと被塗布基板とを相対的に移動させる移動手段と、前記塗布ヘッドに塗布液を供給する塗布液供給手段と、前記塗布ヘッドの少なくともスリットを覆うカバー部材を有する乾燥防止部とを備え、該乾燥防止部はカバー部材内に溶剤雰囲気を供給する溶剤供給手段を有し、前記カバー部材は前記塗布ヘッドのスリット近傍の形状に対応した係合用開口部を下方に開口するように備えるとともに、該係合用開口部にはパッキン部材が配設され、さらに、前記カバー部材は、前記係合用開口部に沿って内部に溶剤溜り用のフランジ部を備え、該フランジ部は、断面がＬ字形状でありカバー部材の内壁面から内部中央に向けて突設されており、前記溶剤供給手段は、該パッキン部材が前記塗布ヘッドのスリット周辺に当接するようにしてスリットを覆った前記カバー部材の内部を、高溶剤濃度、高圧力の状態とするものであることを特徴とする塗布装置。