JP4334645B2 - 塗布装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、枚葉タイプの基板に、効率よくかつ均一な膜厚の塗布膜を形成する塗布装置に係り、特に、大面積の枚葉基板に、所望の特性の塗布膜を形成するための、耐久性および信頼性のある塗布装置を得ることを目的とする。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置やプラズマディスプレイなどに用いられる枚葉タイプのガラス基板に、感光性樹脂膜や接着剤層、保護膜などを形成するための樹脂溶液やインキなどの塗布液を塗布する方式としては、一般に回転塗布方式が多用されている。回転塗布方式には開放型と密閉型があるが、いずれも、塗布液の塗布効率が低く、しかも、基板のコーナ部分の塗布膜厚が厚くなりすぎるという欠点があり、今後見込まれる基板寸法の大型化にともなって、塗布液の使用量、塗布膜厚の均一性、および塗布工程の生産性などの点において課題が多い。
【０００３】
そこで、回転塗布方式における欠点を解消するとともに、塗布液自体の物性や基板の平滑度の影響を受けることが少なく、安定して均一な膜厚の塗布膜を枚葉基板に形成できる塗布装置を、国際出願ＰＣＴ／ＪＰ９４／００８４５（国際公開９４／２７７３７号、国際出願日：１９９４年５月２７日）において、本出願人は先に提案した。
【０００４】
この塗布装置は、上方へ向かって開口するとともに、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、塗布ヘッドに塗布液を供給する塗布液供給手段と、塗布ヘッドの上方に対向して配置され、塗布面を下方へ向け、かつ傾斜状態に基板を吸着保持する基板保持部材とを備えている。この塗布装置では、先ず、塗布ヘッドに塗布液を供給してスリットから塗布液を吐出し、基板と塗布ヘッドとの間隙に帯状の液溜まりを形成する。次いで、この液溜まりを横切る方向へ、塗布ヘッド、または基板を吸着保持した基板保持部材を相対的に移動させることによって、塗布液の液溜まりを基板の塗布面に順次接触させ、基板に塗布膜を形成する。
【０００５】
上記塗布装置は、塗布液の粘度や表面張力などの物性、および基板の濡れ性や平滑度などに対応して、所望の均一な塗布膜厚を得るために、基板の塗布面と塗布ヘッドとの間隙を調節する機構、および、前記間隙を維持した状態で、基板の傾斜角度を調節する機構、さらに、基板を吸着保持した基板保持部材と塗布ヘッドとの相対的な移動速度を調節する機構などを備えている。この塗布装置によると、塗布液の塗布効率がよく、しかも枚葉基板であっても、塗布面の平滑度に影響されず、基板の片面のみに、広い領域にわたって均一な膜厚の塗布膜を形成することができる。
【０００６】
次に、上記塗布装置における塗布膜形成基板の生産性をより向上するため、基板を吸着保持する基板保持部材の外周の複数箇所に、塗布処理する基板の外周よりも内側に延びた空間部を設けた。そして、塗布装置へ基板を供給したり、塗布装置から基板を排出する際、基板を着脱するための基板着脱部材が、基板着脱位置に係止した基板保持部材の前記空間部を通過しながら、基板を装着、または離脱するように構成した塗布装置を、特願平９−１９５７５（特開平１０−２０２１６３号、出願日：１９９７年１月２０日）において提案した。この塗布装置によれば、複雑な機構を用いることなく、塗布処理後の基板排出や塗布処理前の基板供給などの基板着脱動作が高速かつ確実になるので、塗布膜形成基板の生産性を高められる。
【０００７】
さらに、本出願人は、基板に形成する塗布膜の膜厚をより均一にするため、上記塗布方式に加え、従来の回転塗布方式を併用した塗布装置を、特願平９−３１２３７（特開平９−２６７０６６号、出願日：１９９７年１月３０日）において提案した。これは、すでに塗布液を塗布された基板を高速回転することにより、均一な膜厚の塗布膜領域を拡大し、塗布膜形成基板の有効寸法を大きくする効果がある。
【０００８】
上記各出願においては、塗布装置の構成上２つの形式を提案している。第１の形式は、塗布ヘッドを固定し、基板保持部材を移動する形式である。この形式の塗布装置において、塗布開始位置から塗布終了位置までの基板保持部材の移動距離は、少なくとも基板の塗布方向長さ以上の距離を要し、したがって、基板保持部材の移動距離を含む塗布装置の機械的長さは、少なくとも、基板の塗布方向長さの２倍以上になる。しかし、最近は、塗布処理を施す基板の大判化にともない、基板保持部材が大型化し重量も増大しており、第１の形式の塗布装置では、所望の塗布膜特性を得るための機械的精度や、装置の耐久性を確保できなくなりつつある。
【０００９】
塗布装置の第２の形式は、塗布処理時に基板保持部材を固定し、塗布ヘッドを移動する形式である。この形式の塗布装置の機械的長さは、塗布ヘッドの移動距離、すなわち基板の塗布方向長さに、塗布ヘッド自体の移動方向における物理的な寸法と、塗布ヘッドを移動させる移動手段の物理的な長さとを加えたものとなる。したがって、塗布処理する基板が大判化しても、塗布装置の機械的長さを、第１の形式の塗布装置よりも短く構成することができるので、機械的精度や、装置の耐久性を確保することが容易である。
【００１０】
上記塗布装置における構成上の要点は、第１に、下向きに傾斜して基板保持部材に吸着保持した基板の塗布面と、塗布ヘッドに設けられた水平方向に延びる帯状スリットの上向き開口との間隙を常に一定に維持しつつ、基板の塗布面と並行な傾斜方向に、塗布ヘッドを一定速度で移動するように構成することである。
【００１１】
第２に、所望の均一な塗布膜厚を得るために、塗布液の粘度や表面張力、および基板の濡れ性などに対応して、基板を保持する基板保持部材の傾斜角度を調節可能とすることである。第３に、塗布装置へ塗布処理前の基板を供給したり、塗布装置から塗布処理後の基板を排出するとき、迅速確実に基板を装着、または離脱できるように、塗布処理中の下向きの傾斜位置から基板保持部材を反転回動し、必ずしも水平である必要はないが、一定の基板着脱位置で上向きに係止することである。
【００１２】
図４、および図５は、前記第２の形式の塗布処理装置の構成例を示す外観斜視図と側面透視図である。この塗布装置では、塗布部躯体１１の上部に、塗布処理する基板Ｓを吸着保持する基板保持部材１３を、回動軸Ｊを介して軸承している。この基板保持部材１３は、駆動源Ｍ２によって塗布処理位置Ｒと基板着脱位置Ｖとの間を反転回動することができる。塗布部躯体１１の下部には、基板保持部材１３の基板保持面（図では下向き）に対向するように、塗布処理する基板の塗布面と一定の間隙を維持しながら、駆動源Ｍ１によって移動する塗布ヘッド１５が、直線状ガイドレール１７を介して、スライド可能に設けられている。
【００１３】
この塗布部躯体１１は、その下部の一端が回動軸Ｋにて架台２１に軸承されており、他端が塗布部傾斜角調節手段３０を介して、塗布処理される基板Ｓの傾斜角度を調節可能に架台２１に取り付けられている。そして、塗布部傾斜角調節手段３０のハンドルＨを回転することにより、塗布部躯体１１の回動角度、すなわち、塗布処理時の基板の傾斜角度θを調節可能としてある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、塗布処理する基板の大判化、大面積化の要求が増大しており、そのため、先ず、基板を吸着保持する基板保持部材の大サイズ化が必要になった。その際、基板保持面の平面度を確保するための機械的強度アップにより、基板保持部材自体の寸法や重量が増大してきた。当然、基板に塗布処理するための塗布ヘッドも、大サイズ化が必要になり、寸法や重量が増大する。さらに、基板保持部材を反転回動する回動機構や、塗布ヘッドを移動する移動機構も、機械的強度アップが必要になり、また、基板保持部材と塗布ヘッドとを一体的に保持する塗布部躯体も、所定の位置精度を保つために強度アップされ、寸法や重量が増大した。
【００１５】
このように、寸法や重量が増大した塗布部躯体を、図４および図５に示した装置構造を用いて、傾斜角度自在に構成することは、装置の機械的強度面から問題があり、安全性や耐久性を損なう虞れがある。本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、上向きに開口したスリットを有する塗布ヘッドに塗布液を供給して、スリットから塗布液を吐出し、下向きに傾斜して保持された基板に塗布液を塗布する塗布装置において、塗布処理時における基板の傾斜角度を調節可能にするとともに、大判化、大面積化した基板においても所望の塗布膜特性が得られ、その品質維持が容易で、かつ高い耐久性と安全性とを有する塗布装置を得ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の塗布装置は、塗布処理位置において塗布面を下方へ向けかつ傾斜状態に基板を保持する基板保持部材と、塗布処理位置と基板着脱位置との間で基板保持部材を反転回動する回動手段と、塗布処理位置における基板保持部材の下方に設けられ、上方へ向かって開口し水平方向に延びるスリットを有する塗布ヘッドと、塗布ヘッドに塗布液を供給し、スリットから塗布液を吐出する塗布液供給手段と、塗布ヘッドを基板の傾斜方向と平行な方向へ相対的に移動させる移動手段とを、基板の塗布面と塗布ヘッドとが塗布処理時に一定の間隙を維持するように、基板保持部材と塗布ヘッドとを対向して保持する塗布部躯体に設け、この塗布部躯体を円軌道に沿って回動自在に支持する架台と連結し、架台に対する塗布部躯体の回動角度を調節することによって、塗布処理される基板の傾斜角度を可変する塗布部傾斜角調節手段を備えている。
【００１７】
そして、本発明の塗布装置は、塗布部躯体または架台の一方に固着された一対の円弧状案内部材と、他方に固着され、前記一対の円弧状案内部材の円軌道に沿って摺動する複数の摺動部材とで構成され、架台上にて塗布部躯体を回動自在に支持する躯体回動手段を備えている。なお、本発明の塗布装置に設けられた、基板保持部材は、水平に延びる回動軸によって塗布部躯体に軸承され、前記躯体回動手段を構成する円弧状案内部材の円軌道中心は、基板保持部材を軸承する回動軸心に位置するように構成した。また、本発明の塗布装置に設けられた、塗布部傾斜角調節手段は、動力を用いる駆動源によって、機械的に駆動される。
【００１８】
すなわち、塗布処理する基板を吸着保持する基板保持部材とその回動機構、および、基板に塗布膜を形成するための塗布ヘッドを含む塗布液供給手段とその駆動機構を塗布部躯体に一体的に設け、架台上にてこの塗布部躯体を円軌道に沿って回動するように構成する。つまり、塗布部躯体または架台の一方に固着された一対の円弧状案内部材と、他方に固着され、前記一対の円弧状案内部材の円軌道に沿って摺動する複数の摺動部材とで構成された躯体回動手段を用いることによって、大型化し重量が増大した塗布部躯体を、架台上にて自在に回動できるようにした。
【００１９】
このように塗布装置を構成することによって、塗布処理する基板が大判化、大面積化しても、塗布装置全体の強度や耐久性を損なうことなく塗布部を回動可能となり、塗布処理する基板の傾斜角度を、所望する塗布膜特性を得られるように調節できることになる。さらに、躯体回動手段を構成する円弧状案内部材の円軌道中心を、基板保持部材を軸承する回動軸心に位置させたので、塗布部を回動しても、基板保持部材を軸承する回動軸心の空間的位置は変化せず、したがって、反転回動した基板保持部材の基板着脱位置を空間的に固定でき、基板着脱機構などの構造が簡単になる。また、架台に対する塗布部の回動角度を調節するための塗布部傾斜角調節手段を、動力を用いて機械的に駆動することにより、大型化し重量が増大した塗布部を安全に回動させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。なお、図１は、本発明の塗布装置の実施形態を示す外観斜視図である。また、図２は、塗布装置の構成を示すために装置の一部を破断した状態の側面図である。さらに、図３は、塗布部の回動角度調節動作を説明するための側面図である。
【００２１】
（塗布装置の構成）
まず、塗布装置の構成概要について説明する。図１、図２において、１は塗布装置の本体である。塗布装置１は、基板Ｓに塗布膜を形成する塗布部１０と、前記塗布部１０を回動自在に支持する架台部２０とで構成される。架台部２０の側面フレーム２１Ａ、２１Ｂの上部には、それぞれ円弧状ガイドレール２２が固着されている。この円弧状ガイドレール２２は、摺動面が円軌道をなすように研磨加工された、例えば、鋼鉄で作製される。
【００２２】
一方、塗布部１０を構成する塗布部躯体１１の側面フレーム１１Ａ、１１Ｂには、前記架台部２０の円弧状ガイドレール２２に設けられた円軌道に沿って摺動する、複数の摺動部材１２を備えている。この摺動部材１２は、例えば、ボールベアリングやニードルベアリングが用いられる。
【００２３】
塗布部１０は、複数の摺動部材１２を介して、架台部２０の円弧状ガイドレール２２上に載置され、この円弧状ガイドレール２２の円軌道に沿って自在に回動可能になっている。この塗布部１０の回動中心は、回動軸Ｊによって塗布部躯体１１に軸承されている基板保持部材１３の回動軸心Ｑと同一中心になるように構成される。
【００２４】
また、本実施形態では、塗布装置１を構成する架台部２０の側面フレーム２１Ａ、２１Ｂに、回動軸心Ｑを中心とする半径にて、円弧状に穿孔された円弧状スリット２３が設けられている。そして、先端部にネジ加工を施した連結ピン３１が、この円弧状スリット２３から突出するように、塗布部１０を構成する側面フレーム１１Ａ、１１Ｂに固着されている。この連結ピン３１のネジ加工部には、塗布部固定ネジ３２が嵌め込まれ、この塗布部固定ネジ３２を締めることによって、塗布部躯体１１が架台部２０に固定される構造になっている。
【００２５】
さらに、本塗布装置には、架台部２０に対する塗布部１０の回動角度、すなわち、塗布処理する基板の傾斜角度を調節するための塗布部傾斜角調節手段が設けられている。図２および図３において、３１は、塗布部躯体１１の側面フレームに固着されている連結ピンである。この連結ピン３１にはスライダ３３が軸装されている。このスライダ３３には、平行案内軸が挿通されている。平行案内軸の一方は、ボールネジロッド３４であり、このボールネジロッド３４と平行に他方の案内軸であるガイドロッド３５が設けられている。このボールネジロッド３４の一端には傘歯車が嵌入され、架台部２０の両側面フレーム２１Ａ、２１Ｂ間に配設された伝導軸３６と噛み合っている。この伝導軸３６は、ベルトまたはチェーンなどの伝導手段を介してモータ等の駆動源Ｍ３に連結されている。
【００２６】
本塗布装置における塗布部傾斜角調節手段は、この駆動源Ｍ３を含むスライダ駆動機構によって構成される。すなわち、駆動源Ｍ３を駆動して、伝導軸３６を介してボールネジロッド３４を回転させることにより、ボールネジロッド３４とガイドロッド３５によって構成される平行案内軸に沿って、スライダ３３が摺動する。このスライダ３３は、駆動源Ｍ３の回転方向を制御することによって摺動方向を換えることができ、また、駆動源Ｍ３への動力供給を制御することによって、摺動したり、あるいは停止させることができる。つまり、駆動源Ｍ３を制御することによってスライダ３３が摺動し、連結ピン３１を介して塗布部躯体１１を回動することになり、よって、塗布処理時における基板の傾斜角度を調節することができる。なお、駆動源Ｍ３としては、例えば、ブレーキ付きインダクションモータが用いられる。
【００２７】
（塗布部の構成）
次に、塗布部１０の構成について説明する。図２に示すように、塗布部１０の上部には、塗布部躯体１１に軸承された基板保持部材１３が、駆動源Ｍ２、例えば、サーボモータと減速機とによって、塗布処理位置Ｒと基板着脱位置Ｖとの間で反転回動可能に設けられる。前記基板保持部材１３は、基板保持面に多数の吸引孔を備え、それらの吸引孔は、図示しない吸引ポンプに接続され、吸引ポンプの吸引作用により、塗布処理する基板を基板保持面に吸着保持する。この基板保持部材１３は、塗布処理位置Ｒにおいては、塗布部躯体１１に設けられた塗布処理位置係止手段１４によって位置決めされ、また、基板着脱位置Ｖにおいては、塗布装置１との相対位置が固定された基板着脱位置係止手段２４によって位置決めされる。
【００２８】
一方、塗布部１０の下部には、上向きに開口し水平に延びるスリットを有する塗布ヘッド１５が、前記基板保持部材１３に下向きに吸着保持された基板Ｓの塗布面と並行な方向へスライド可能に、塗布部躯体１１に固着された直線状ガイドレール１７に沿って移動する移動基台１６を介して取り付けられている。塗布ヘッド１５を載置した移動基台１６は、ガイドレール１７に併設されたボールネジ１８に連結され、駆動源Ｍ１、例えば、回転数を制御可能なサーボモータによって、ボールネジ１８が一定回転数で回転することによって、直線状ガイドレール１７に沿って移動可能とされる。
【００２９】
すなわち、基板保持部材１３が回動し、塗布処理位置係止手段１４によって位置決めされ、塗布処理位置Ｒに係止された状態で、基板保持部材１３の基板保持面と直線状ガイドレール１７とは並行になり、基板保持部材１３に吸着保持された基板Ｓの塗布面と、ガイドレール１７上に移動可能に装着された塗布ヘッド１５の上向きに開口したスリットとは、一定の間隙を保持した状態になる。この状態で、駆動源Ｍ１を駆動すると、前記一定の間隙を維持した状態で、基板保持部材１３に吸着保持された基板Ｓの塗布面と並行な方向に、傾斜した基板Ｓの最も高い端縁Ｓ１から最も低い端縁Ｓ２の方向へ、塗布ヘッド１５が一定速度で移動可能とされる。
【００３０】
この塗布ヘッド１５には、塗布液貯留タンクＴ、塗布液供給ポンプＰ、塗布液濾過フィルタＦなどで構成された塗布液供給手段が接続され、前記塗布液供給手段が運転状態のとき、塗布ヘッド１５に設けられた上向きに開口し水平に延びるスリットから塗布液が吐出し塗布ヘッド１５の上面に液溜まりを形成する。この状態で塗布ヘッド１５を、傾斜した基板Ｓの最も高い端縁Ｓ１から最も低い端縁Ｓ２の方向へ移動することにより、塗布ヘッド１５の上面に形成された液溜まりの塗布液が順次基板Ｓに付着し、均一な膜厚の塗布膜が基板Ｓの塗布面に形成される。
【００３１】
塗布ヘッド１５が移動し、基板Ｓの塗布面に塗布膜が形成されたら、塗布終了位置Ｍにて塗布ヘッド１５は停止する。次いで、基板保持部材１３が、塗布膜が形成された基板Ｓを吸着保持したまま、基板着脱位置Ｖへ向けて回動を開始する。基板保持部材１３は、駆動源Ｍ２によって反転回動し基板着脱位置Ｖにおいて、基板着脱位置係止手段２４によって位置決めされる。その後、図示しない基板着脱部材によって、塗布膜が形成された基板Ｓは、基板保持部材１３から離脱する。
【００３２】
そして、塗布処理する新しい基板が、基板着脱位置Ｖに係止されている基板保持部材１３上に載置された後、再び基板保持部材１３は塗布処理位置Ｒへ向けて回動する。この間に、塗布ヘッド１５は、塗布終了位置Ｍから塗布開始位置Ｌに復帰し、基板保持部材１３が塗布処理位置Ｒの塗布処理位置係止手段１５に係止されたら、再び、塗布ヘッド１５による塗布処理が開始される。
【００３３】
（装置の作用動作）
次に、本塗布装置の作用動作について説明する。図３は、塗布部１０の回動角度を図２の角度とは異なる角度に調節した状態を示している。前述したように、塗布処理では、所望の均一な膜厚などの塗布膜特性を得るため、塗布液の粘度や表面張力を調製するとともに、基板の濡れ性などに対応して、基板を保持する基板保持部材の傾斜角度を調節する。
【００３４】
例えば、基板Ｓに形成する塗布膜の膜厚を厚くしようとするときは、高粘度の塗布液を用いて、かつ、塗布処理時の基板の傾斜角度を小さくするため、図３に示すように、塗布部の回動角度を水平に近づくようにする。逆に、塗布膜の膜厚を薄くしようとするときは、低粘度の塗布液を用いて、かつ、塗布処理時の基板の傾斜角度を大きくするため、図２に示したように、塗布部の回動角度を鉛直に近づくようにする。
【００３５】
なお、塗布液の粘度や表面張力の調製においては、塗布液の乾燥性や塗布膜厚の均一性なども考慮しなければならず、おのずと限界があるので、本塗布装置では、塗布処理時の基板の傾斜角度を調整することによって、所望の均一な膜厚の塗布膜を得ようとするものである。
【００３６】
以下に、本発明の塗布装置において、塗布処理時の基板の傾斜角度を調節する手順について説明する。先ず最初に、本塗布装置で使用する塗布液の粘度と表面張力、および塗布処理する基板の濡れ性を、所定の測定方法を用いて測定し記録する。この記録は、種々の塗布液や基板の塗布特性データとして蓄積することにより、塗布装置の調節に利用することができる。次いで、調製した塗布液を、本装置の塗布液供給手段に供給し、具体的には塗布液貯留タンクＴへ注入し、塗布液供給ポンプＰを起動して、塗布液供給手段を始動する。
【００３７】
次に、塗布装置において基板の傾斜角を調節する。例えば、塗布装置の塗布部回動角度が、水平に対し０°〜４０°の範囲で調節可能なとき、最初に設定する塗布部の回動角度を、回動範囲のほぼ中間に位置する２０°に設定する。基板の傾斜角度、すなわち塗布部の回動角度は、図２、図３に示す塗布部固定ネジ３２を一旦緩めて、塗布部１０を回動可能にして調節する。塗布部１０の回動角度の調節は、駆動源Ｍ３を正転または逆転することにより、ボールネジロッド３４を回転駆動してスライダ３３を移動することによって行う。スライダ３３の移動によって、連結ピン３１を介して連結された塗布部１０の回動角度が所定の角度に位置したら、塗布部固定ネジ３２を締めて塗布部躯体１１を架台２０に固定する。
【００３８】
次に、塗布液を塗布するテスト用基板を塗布装置に装着し、塗布処理を行う。このテスト塗布処理は少なくとも３回行い、それぞれ塗布膜厚等の塗布膜特性を測定する。その結果、塗布膜厚等の塗布膜特性の平均値が、例えば、所望の塗布膜厚よりも薄い場合は、最小回動角度０°〜中間回動角度２０°の中間である１０°に設定し、再度塗布膜特性を測定する。もし、所望の塗布膜厚よりも厚い場合は中間回動角度２０°〜最大回動角度４０°の中間である３０°に設定し、再度塗布膜特性を測定する。
【００３９】
上記２回の測定結果をもとに、塗布部１０の回動角度、すなわち基板の傾斜角度と塗布膜特性との相関特性を得ることによって、所望の塗布膜特性が得られる塗布部の回動角度を求める。その際、相関特性上の再現精度が不十分なときは、例えば、前記２回の測定の、さらに中間の回動角度において、再度塗布膜特性を測定し、所望の精度の相関特性を得てから、目的とする塗布膜特性を得られる傾斜角度を求め、塗布部１０の回動角度を決定する。
【００４０】
なお、これらの準備動作中に測定した測定結果や測定条件は、すべて記録するとともに、本番の塗布処理中に抜き取り等で塗布膜特性を測定した結果と合わせて、統計処理することによって、各種塗布液の粘度や表面張力、基板の濡れ性、塗布処理時の基板の傾斜角度などと、得られた塗布膜特性との相関性が図られ、塗布膜の品質保証が容易になる。
【００４１】
このように、塗布処理においては、所望する塗布膜特性を得るために、何度も塗布部１０の回動角度を調節することになるが、本発明の塗布装置では、回動角度の調節を、安全確実かつ簡便迅速に行えるように装置を構成している。その一つは塗布部の回動機構である。すなわち、本発明の塗布装置は、塗布処理位置Ｒにおいて基板を吸着保持するための基板保持部材１３を軸承し、この基板保持部材１３に対し、並行に移動する塗布ヘッド１５を備えた塗布部１０を、複数の摺動部材１２を介して、架台部２０に設けた円弧状ガイドレール２２に載置し、回動自在としている。
【００４２】
したがって、塗布処理する基板の大判化、大面積化にともなって、大型化し重量が増大した塗布部１０の荷重は、複数の摺動部材１２、および円弧状ガイドレール２２を介して、架台部２０に加わることになる。つまり、個々の摺動部材１２や円弧状ガイドレール２２に加わる荷重は分散し、軽減されることになり、機械的強度や耐久性、および安全性を高めることになる。
【００４３】
また、塗布部１０の重心位置が、複数の摺動部材１２の中間位置にあれば、連結ピン３１、スライダ３３、ボールネジロッド３４などで構成される塗布部傾斜角調節手段に加わる塗布部１０の荷重が軽減され、機械的強度や耐久性、および安全性の面でより好ましい状態になる。
【００４４】
本塗布装置の他の特徴の一つは、塗布部躯体１１に軸承された水平に延びる回動軸Ｊの回動軸心Ｑを中心に、基板に塗布液を塗布する塗布処理位置Ｒと、基板を装着または離脱する基板着脱位置Ｖとの間で、基板保持部材１３を反転回動させる回動手段を備えており、基板の供給動作、および排出動作を簡便迅速に行うことができることである。
【００４５】
そして、この基板保持部材１３の回動軸心Ｑは、塗布部躯体１１を回動自在とする躯体回動手段の円弧状ガイドレールに設けた円軌道の半径中心と同一中心に設けられる。したがって、塗布部１０を回動し、塗布処理時における基板の傾斜角度をいかように調節した場合でも、基板保持部材１３の回動軸心Ｑが物理的に移動することはない。
【００４６】
よって、基板の傾斜角度調整にともなう、塗布部１０の回動角度調節作業の都度、基板着脱位置Ｖにおいて基板保持部材１３に基板を装着し、もしくは基板保持部材１３から基板を離脱する基板着脱部材の動作位置を調節する作業が不要になる。また、基板保持部材１３を基板着脱位置Ｖにおいて係止する基板着脱位置係止手段２４も、塗布装置との相対位置を調節する必要がない。したがって、基板の傾斜角度変更にともなう塗布装置周辺機構の調節作業を不要にすることができるとともに、塗布装置自体の機構、構造も簡素化できることにより装置の耐久性を高められ、また、基板の傾斜角度調整を迅速化できる。
【００４７】
（他の実施例）
上記塗布部傾斜角調節手段を用いて、基板の傾斜角度を調節する際は、駆動源Ｍ３の回転方向切り替えスイッチを兼ねた駆動スイッチを断接して、塗布部の回動角度を調節すればよい。また、塗布部１０の回動角度を検出する手段を備えることもでき、その場合は、塗布部１０の回動角度を自動制御により調節することも可能になる。なお、いずれの場合においても、塗布部１０の回動角度を固定するための塗布部固定ネジ３２を併用し、誤操作による塗布部１０の回動を防止する必要がある。
【００４８】
また、上記実施形態においては、塗布部躯体を回動するための躯体回動手段として、円弧状ガイドレールを架台の側面フレームに設け、この円弧状ガイドレールの円軌道上を摺動する複数の摺動部材を、塗布部躯体の側面フレームに備えて構成したが、逆に、塗布部躯体に円弧状ガイドレールを設け、その円弧状ガイドレールを介して塗布部躯体を支持するために、円弧状ガイドレールの円軌道に接触して摺動する摺動部材を架台に備えて構成してもよい。
【００４９】
すなわち、本発明の塗布装置では、躯体回動手段として、塗布部躯体か、または塗布部躯体を支持する架台の、いずれか一方に、円弧状の案内部材を固着する。その際、円弧状案内部材の円軌道の半径中心を、塗布部躯体に軸承した基板保持部材の回動軸心と一致させる。他方、前記円弧状案内部材の円軌道に沿って摺動する摺動部材を、架台、または塗布部躯体に固着する。例えば、前記実施形態とは異なり、塗布部躯体の両側面に円弧状ガイドレールを設け、この円弧状ガイドレールの円軌道に接触しながら回転する支持輪を架台に備えてもよい。そして、塗布部躯体を円弧状ガイドレールを介して、架台の支持輪上に載置する。すると、塗布部躯体は、前記架台の支持輪上にて、円弧状ガイドレールの円軌道に沿って自在に回動可能となる。
【００５０】
さらに、架台に対する塗布部の回動角度を設定するために、架台と、架台上を回動する塗布部躯体とを連結する塗布部傾斜角調節手段を設け、この塗布部傾斜角調節手段を操作して、円弧状ガイドレールを設けた塗布部躯体を、架台に設けた支持輪上にて回動のうえ位置決めして固定することによって、塗布処理時における基板の傾斜角度を調整することができる。
【００５１】
このとき、この塗布部躯体の回動中心は、塗布部躯体に軸承している基板保持部材の回動軸心と、同一の軸心位置にあるので、基板の傾斜角度、すなわち塗布処理位置における基板保持部材の傾斜角度を調整するために、塗布部の回動角度を変化させた場合においても、基板保持部材の回動軸心は変化せず、従って、基板着脱位置に回動したときの基板保持部材の係止位置も変化しない。
【００５２】
ちなみに、本実施形態の塗布装置では、厚さ１ｍｍ、長さ７００×幅６００ｍｍの大きさのガラス基板に、感光性樹脂溶液の塗布膜を±１０パーセント以内の膜厚バラツキで形成することができた。また、従来の塗布装置では、所望の塗布膜特性を得るための、塗布装置の調整に要する時間が１時間以上必要であったが、本発明の塗布装置によると、塗布装置の調整時間を３０分以下に短縮することができ、飛躍的に、塗布装置の稼働率を向上することができた。
【００５３】
なお、本発明の塗布装置で塗布処理される枚葉基板は、典型的には液晶表示装置のカラーフィルタ用ガラス基板であり、基板に塗布される液は、ガラス基板上に微細パターンを形成するための感光性樹脂溶液である。前記ガラス基板は非可撓性であるが、本塗布装置で処理される基板は、このようなガラス基板に限らず、プラスチック、金属、板紙などでもよい。
【００５４】
また、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３〜５０ｃｐｓ程度の溶剤系感光性樹脂溶液、水系感光性樹脂溶液、または、これらの感光性樹脂溶液に顔料などの着色剤を分散させた感光性樹脂溶液、その他、染料、フィラー、増感剤、樹脂、添加剤などを単独または組合せて混合することもできる。さらに、各種接着剤、保護膜などを形成するための樹脂溶液、各種インキなどを対象とすることができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した如く、本発明の塗布装置は、請求項１に示したように、塗布処理位置において塗布面を下方へ向けかつ傾斜状態に基板を保持する基板保持部材と、塗布処理位置と基板着脱位置との間で基板保持部材を反転回動する回動手段と、塗布処理位置における基板保持部材の下方に設けられ、上方へ向かって開口し水平方向に延びるスリットを有する塗布ヘッドと、塗布ヘッドに塗布液を供給し、スリットから塗布液を吐出する塗布液供給手段と、塗布ヘッドを基板の傾斜方向と平行な方向へ相対的に移動させる移動手段とを、基板の塗布面と塗布ヘッドとが塗布処理時に一定の間隙を維持するように、基板保持部材と塗布ヘッドとを対向して保持する塗布部躯体に設け、この塗布部躯体を円軌道に沿って回動自在に支持する架台と連結し、架台に対する塗布部躯体の回動角度を調節することによって、塗布処理される基板の傾斜角度を可変する塗布部傾斜角調節手段を備えたので、塗布液の粘度や表面張力、基板に対する濡れ性などの特性に対応して、塗布部の回動角度を調節して、塗布処理時時における基板の傾斜角度を自在に設定することができ、多様な特性の塗布液に対応して、所望の塗布膜厚や膜厚の均一性などの塗布膜特性を得ることが容易である。
【００５６】
また、本発明の塗布装置における躯体回動手段は、請求項１に示したように、塗布部躯体または架台の一方に固着された一対の円弧状案内部材と、他方に固着され、前記一対の円弧状案内部材の円軌道に沿って摺動する複数の摺動部材とで構成され、架台上にて塗布部躯体を回動自在に支持する躯体回動手段を備えたので、塗布処理する基板が大判化、大面積化しても、構造が簡単で、かつ精度が高く、安全性や耐久性に優れる塗布装置を得られる。
【００５７】
さらに、本発明の塗布装置は、請求項２に示したように、基板保持部材は、水平に延びる回動軸によって塗布部躯体に軸承され、請求項１に示す円弧状案内部材の円軌道中心が、基板保持部材を軸承する回動軸心に位置するので、塗布処理時の基板傾斜角度を調節するために、塗布部躯体を回動した場合においても、基板着脱位置における基板保持部材の係止位置は変化せず、従って、基板保持部材に基板を装着、および基板保持部材から基板を離脱するための基板着脱機構の調節が不要になり、構造が簡単でかつ精度が高く、信頼性や耐久性に優れ、操作性の良好な塗布装置を得られる。
【００５８】
また、本発明の塗布装置は、請求項３に示したように、塗布部傾斜角調節手段は、動力を用いる駆動源によって機械的に駆動されるので、大型化し重量が増大した塗布部を、安全かつ確実に回動して、塗布処理する基板の傾斜角度を可変することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本塗布装置の全体構成を示す外観斜視図である。
【図２】 本塗布装置の構成を示す一部破断した側面図である。
【図３】 塗布部の回動角度調節動作を説明するための側面図である。
【図４】 従来の塗布装置の構成例を示す外観斜視図である。
【図５】 従来の塗布装置の構成を示す側面図である。
【符号の説明】
１ 塗布装置
１０ 塗布部
１１ 塗布部躯体
１１Ａ、１１Ｂ 側面フレーム
１２ 摺動部材
１３ 基板保持部材
１４ 塗布処理位置係止手段
１５ 塗布ヘッド
１６ 移動基台
１７ 直線状ガイドレール
１８ ボールネジ
２０ 架台部
２１ 架台
２１Ａ、２１Ｂ 架台フレーム
２２、２２Ａ 円弧状ガイドレール
２３ 円弧状スリット
２４ 基板着脱位置係止手段
３０ 塗布部傾斜角調節手段
３１ 連結ピン
３２ 塗布部固定ネジ
３３ スライダ
３４ ボールネジロッド
３５ ガイドロッド
３６ 伝導軸
Ｊ 回動軸
Ｌ 塗布開始位置
Ｍ 塗布終了位置
Ｑ 回動軸心
Ｓ 基板
Ｓ１ 基板の高い端縁
Ｓ２ 基板の低い端縁
Ｒ 塗布処理位置
Ｖ 基板着脱位置
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３ 駆動源
【発明の属する技術分野】
本発明は、枚葉タイプの基板に、効率よくかつ均一な膜厚の塗布膜を形成する塗布装置に係り、特に、大面積の枚葉基板に、所望の特性の塗布膜を形成するための、耐久性および信頼性のある塗布装置を得ることを目的とする。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置やプラズマディスプレイなどに用いられる枚葉タイプのガラス基板に、感光性樹脂膜や接着剤層、保護膜などを形成するための樹脂溶液やインキなどの塗布液を塗布する方式としては、一般に回転塗布方式が多用されている。回転塗布方式には開放型と密閉型があるが、いずれも、塗布液の塗布効率が低く、しかも、基板のコーナ部分の塗布膜厚が厚くなりすぎるという欠点があり、今後見込まれる基板寸法の大型化にともなって、塗布液の使用量、塗布膜厚の均一性、および塗布工程の生産性などの点において課題が多い。
【０００３】
そこで、回転塗布方式における欠点を解消するとともに、塗布液自体の物性や基板の平滑度の影響を受けることが少なく、安定して均一な膜厚の塗布膜を枚葉基板に形成できる塗布装置を、国際出願ＰＣＴ／ＪＰ９４／００８４５（国際公開９４／２７７３７号、国際出願日：１９９４年５月２７日）において、本出願人は先に提案した。
【０００４】
この塗布装置は、上方へ向かって開口するとともに、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、塗布ヘッドに塗布液を供給する塗布液供給手段と、塗布ヘッドの上方に対向して配置され、塗布面を下方へ向け、かつ傾斜状態に基板を吸着保持する基板保持部材とを備えている。この塗布装置では、先ず、塗布ヘッドに塗布液を供給してスリットから塗布液を吐出し、基板と塗布ヘッドとの間隙に帯状の液溜まりを形成する。次いで、この液溜まりを横切る方向へ、塗布ヘッド、または基板を吸着保持した基板保持部材を相対的に移動させることによって、塗布液の液溜まりを基板の塗布面に順次接触させ、基板に塗布膜を形成する。
【０００５】
上記塗布装置は、塗布液の粘度や表面張力などの物性、および基板の濡れ性や平滑度などに対応して、所望の均一な塗布膜厚を得るために、基板の塗布面と塗布ヘッドとの間隙を調節する機構、および、前記間隙を維持した状態で、基板の傾斜角度を調節する機構、さらに、基板を吸着保持した基板保持部材と塗布ヘッドとの相対的な移動速度を調節する機構などを備えている。この塗布装置によると、塗布液の塗布効率がよく、しかも枚葉基板であっても、塗布面の平滑度に影響されず、基板の片面のみに、広い領域にわたって均一な膜厚の塗布膜を形成することができる。
【０００６】
次に、上記塗布装置における塗布膜形成基板の生産性をより向上するため、基板を吸着保持する基板保持部材の外周の複数箇所に、塗布処理する基板の外周よりも内側に延びた空間部を設けた。そして、塗布装置へ基板を供給したり、塗布装置から基板を排出する際、基板を着脱するための基板着脱部材が、基板着脱位置に係止した基板保持部材の前記空間部を通過しながら、基板を装着、または離脱するように構成した塗布装置を、特願平９−１９５７５（特開平１０−２０２１６３号、出願日：１９９７年１月２０日）において提案した。この塗布装置によれば、複雑な機構を用いることなく、塗布処理後の基板排出や塗布処理前の基板供給などの基板着脱動作が高速かつ確実になるので、塗布膜形成基板の生産性を高められる。
【０００７】
さらに、本出願人は、基板に形成する塗布膜の膜厚をより均一にするため、上記塗布方式に加え、従来の回転塗布方式を併用した塗布装置を、特願平９−３１２３７（特開平９−２６７０６６号、出願日：１９９７年１月３０日）において提案した。これは、すでに塗布液を塗布された基板を高速回転することにより、均一な膜厚の塗布膜領域を拡大し、塗布膜形成基板の有効寸法を大きくする効果がある。
【０００８】
上記各出願においては、塗布装置の構成上２つの形式を提案している。第１の形式は、塗布ヘッドを固定し、基板保持部材を移動する形式である。この形式の塗布装置において、塗布開始位置から塗布終了位置までの基板保持部材の移動距離は、少なくとも基板の塗布方向長さ以上の距離を要し、したがって、基板保持部材の移動距離を含む塗布装置の機械的長さは、少なくとも、基板の塗布方向長さの２倍以上になる。しかし、最近は、塗布処理を施す基板の大判化にともない、基板保持部材が大型化し重量も増大しており、第１の形式の塗布装置では、所望の塗布膜特性を得るための機械的精度や、装置の耐久性を確保できなくなりつつある。
【０００９】
塗布装置の第２の形式は、塗布処理時に基板保持部材を固定し、塗布ヘッドを移動する形式である。この形式の塗布装置の機械的長さは、塗布ヘッドの移動距離、すなわち基板の塗布方向長さに、塗布ヘッド自体の移動方向における物理的な寸法と、塗布ヘッドを移動させる移動手段の物理的な長さとを加えたものとなる。したがって、塗布処理する基板が大判化しても、塗布装置の機械的長さを、第１の形式の塗布装置よりも短く構成することができるので、機械的精度や、装置の耐久性を確保することが容易である。
【００１０】
上記塗布装置における構成上の要点は、第１に、下向きに傾斜して基板保持部材に吸着保持した基板の塗布面と、塗布ヘッドに設けられた水平方向に延びる帯状スリットの上向き開口との間隙を常に一定に維持しつつ、基板の塗布面と並行な傾斜方向に、塗布ヘッドを一定速度で移動するように構成することである。
【００１１】
第２に、所望の均一な塗布膜厚を得るために、塗布液の粘度や表面張力、および基板の濡れ性などに対応して、基板を保持する基板保持部材の傾斜角度を調節可能とすることである。第３に、塗布装置へ塗布処理前の基板を供給したり、塗布装置から塗布処理後の基板を排出するとき、迅速確実に基板を装着、または離脱できるように、塗布処理中の下向きの傾斜位置から基板保持部材を反転回動し、必ずしも水平である必要はないが、一定の基板着脱位置で上向きに係止することである。
【００１２】
図４、および図５は、前記第２の形式の塗布処理装置の構成例を示す外観斜視図と側面透視図である。この塗布装置では、塗布部躯体１１の上部に、塗布処理する基板Ｓを吸着保持する基板保持部材１３を、回動軸Ｊを介して軸承している。この基板保持部材１３は、駆動源Ｍ２によって塗布処理位置Ｒと基板着脱位置Ｖとの間を反転回動することができる。塗布部躯体１１の下部には、基板保持部材１３の基板保持面（図では下向き）に対向するように、塗布処理する基板の塗布面と一定の間隙を維持しながら、駆動源Ｍ１によって移動する塗布ヘッド１５が、直線状ガイドレール１７を介して、スライド可能に設けられている。
【００１３】
この塗布部躯体１１は、その下部の一端が回動軸Ｋにて架台２１に軸承されており、他端が塗布部傾斜角調節手段３０を介して、塗布処理される基板Ｓの傾斜角度を調節可能に架台２１に取り付けられている。そして、塗布部傾斜角調節手段３０のハンドルＨを回転することにより、塗布部躯体１１の回動角度、すなわち、塗布処理時の基板の傾斜角度θを調節可能としてある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、塗布処理する基板の大判化、大面積化の要求が増大しており、そのため、先ず、基板を吸着保持する基板保持部材の大サイズ化が必要になった。その際、基板保持面の平面度を確保するための機械的強度アップにより、基板保持部材自体の寸法や重量が増大してきた。当然、基板に塗布処理するための塗布ヘッドも、大サイズ化が必要になり、寸法や重量が増大する。さらに、基板保持部材を反転回動する回動機構や、塗布ヘッドを移動する移動機構も、機械的強度アップが必要になり、また、基板保持部材と塗布ヘッドとを一体的に保持する塗布部躯体も、所定の位置精度を保つために強度アップされ、寸法や重量が増大した。
【００１５】
このように、寸法や重量が増大した塗布部躯体を、図４および図５に示した装置構造を用いて、傾斜角度自在に構成することは、装置の機械的強度面から問題があり、安全性や耐久性を損なう虞れがある。本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、上向きに開口したスリットを有する塗布ヘッドに塗布液を供給して、スリットから塗布液を吐出し、下向きに傾斜して保持された基板に塗布液を塗布する塗布装置において、塗布処理時における基板の傾斜角度を調節可能にするとともに、大判化、大面積化した基板においても所望の塗布膜特性が得られ、その品質維持が容易で、かつ高い耐久性と安全性とを有する塗布装置を得ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の塗布装置は、塗布処理位置において塗布面を下方へ向けかつ傾斜状態に基板を保持する基板保持部材と、塗布処理位置と基板着脱位置との間で基板保持部材を反転回動する回動手段と、塗布処理位置における基板保持部材の下方に設けられ、上方へ向かって開口し水平方向に延びるスリットを有する塗布ヘッドと、塗布ヘッドに塗布液を供給し、スリットから塗布液を吐出する塗布液供給手段と、塗布ヘッドを基板の傾斜方向と平行な方向へ相対的に移動させる移動手段とを、基板の塗布面と塗布ヘッドとが塗布処理時に一定の間隙を維持するように、基板保持部材と塗布ヘッドとを対向して保持する塗布部躯体に設け、この塗布部躯体を円軌道に沿って回動自在に支持する架台と連結し、架台に対する塗布部躯体の回動角度を調節することによって、塗布処理される基板の傾斜角度を可変する塗布部傾斜角調節手段を備えている。
【００１７】
そして、本発明の塗布装置は、塗布部躯体または架台の一方に固着された一対の円弧状案内部材と、他方に固着され、前記一対の円弧状案内部材の円軌道に沿って摺動する複数の摺動部材とで構成され、架台上にて塗布部躯体を回動自在に支持する躯体回動手段を備えている。なお、本発明の塗布装置に設けられた、基板保持部材は、水平に延びる回動軸によって塗布部躯体に軸承され、前記躯体回動手段を構成する円弧状案内部材の円軌道中心は、基板保持部材を軸承する回動軸心に位置するように構成した。また、本発明の塗布装置に設けられた、塗布部傾斜角調節手段は、動力を用いる駆動源によって、機械的に駆動される。
【００１８】
すなわち、塗布処理する基板を吸着保持する基板保持部材とその回動機構、および、基板に塗布膜を形成するための塗布ヘッドを含む塗布液供給手段とその駆動機構を塗布部躯体に一体的に設け、架台上にてこの塗布部躯体を円軌道に沿って回動するように構成する。つまり、塗布部躯体または架台の一方に固着された一対の円弧状案内部材と、他方に固着され、前記一対の円弧状案内部材の円軌道に沿って摺動する複数の摺動部材とで構成された躯体回動手段を用いることによって、大型化し重量が増大した塗布部躯体を、架台上にて自在に回動できるようにした。
【００１９】
このように塗布装置を構成することによって、塗布処理する基板が大判化、大面積化しても、塗布装置全体の強度や耐久性を損なうことなく塗布部を回動可能となり、塗布処理する基板の傾斜角度を、所望する塗布膜特性を得られるように調節できることになる。さらに、躯体回動手段を構成する円弧状案内部材の円軌道中心を、基板保持部材を軸承する回動軸心に位置させたので、塗布部を回動しても、基板保持部材を軸承する回動軸心の空間的位置は変化せず、したがって、反転回動した基板保持部材の基板着脱位置を空間的に固定でき、基板着脱機構などの構造が簡単になる。また、架台に対する塗布部の回動角度を調節するための塗布部傾斜角調節手段を、動力を用いて機械的に駆動することにより、大型化し重量が増大した塗布部を安全に回動させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。なお、図１は、本発明の塗布装置の実施形態を示す外観斜視図である。また、図２は、塗布装置の構成を示すために装置の一部を破断した状態の側面図である。さらに、図３は、塗布部の回動角度調節動作を説明するための側面図である。
【００２１】
（塗布装置の構成）
まず、塗布装置の構成概要について説明する。図１、図２において、１は塗布装置の本体である。塗布装置１は、基板Ｓに塗布膜を形成する塗布部１０と、前記塗布部１０を回動自在に支持する架台部２０とで構成される。架台部２０の側面フレーム２１Ａ、２１Ｂの上部には、それぞれ円弧状ガイドレール２２が固着されている。この円弧状ガイドレール２２は、摺動面が円軌道をなすように研磨加工された、例えば、鋼鉄で作製される。
【００２２】
一方、塗布部１０を構成する塗布部躯体１１の側面フレーム１１Ａ、１１Ｂには、前記架台部２０の円弧状ガイドレール２２に設けられた円軌道に沿って摺動する、複数の摺動部材１２を備えている。この摺動部材１２は、例えば、ボールベアリングやニードルベアリングが用いられる。
【００２３】
塗布部１０は、複数の摺動部材１２を介して、架台部２０の円弧状ガイドレール２２上に載置され、この円弧状ガイドレール２２の円軌道に沿って自在に回動可能になっている。この塗布部１０の回動中心は、回動軸Ｊによって塗布部躯体１１に軸承されている基板保持部材１３の回動軸心Ｑと同一中心になるように構成される。
【００２４】
また、本実施形態では、塗布装置１を構成する架台部２０の側面フレーム２１Ａ、２１Ｂに、回動軸心Ｑを中心とする半径にて、円弧状に穿孔された円弧状スリット２３が設けられている。そして、先端部にネジ加工を施した連結ピン３１が、この円弧状スリット２３から突出するように、塗布部１０を構成する側面フレーム１１Ａ、１１Ｂに固着されている。この連結ピン３１のネジ加工部には、塗布部固定ネジ３２が嵌め込まれ、この塗布部固定ネジ３２を締めることによって、塗布部躯体１１が架台部２０に固定される構造になっている。
【００２５】
さらに、本塗布装置には、架台部２０に対する塗布部１０の回動角度、すなわち、塗布処理する基板の傾斜角度を調節するための塗布部傾斜角調節手段が設けられている。図２および図３において、３１は、塗布部躯体１１の側面フレームに固着されている連結ピンである。この連結ピン３１にはスライダ３３が軸装されている。このスライダ３３には、平行案内軸が挿通されている。平行案内軸の一方は、ボールネジロッド３４であり、このボールネジロッド３４と平行に他方の案内軸であるガイドロッド３５が設けられている。このボールネジロッド３４の一端には傘歯車が嵌入され、架台部２０の両側面フレーム２１Ａ、２１Ｂ間に配設された伝導軸３６と噛み合っている。この伝導軸３６は、ベルトまたはチェーンなどの伝導手段を介してモータ等の駆動源Ｍ３に連結されている。
【００２６】
本塗布装置における塗布部傾斜角調節手段は、この駆動源Ｍ３を含むスライダ駆動機構によって構成される。すなわち、駆動源Ｍ３を駆動して、伝導軸３６を介してボールネジロッド３４を回転させることにより、ボールネジロッド３４とガイドロッド３５によって構成される平行案内軸に沿って、スライダ３３が摺動する。このスライダ３３は、駆動源Ｍ３の回転方向を制御することによって摺動方向を換えることができ、また、駆動源Ｍ３への動力供給を制御することによって、摺動したり、あるいは停止させることができる。つまり、駆動源Ｍ３を制御することによってスライダ３３が摺動し、連結ピン３１を介して塗布部躯体１１を回動することになり、よって、塗布処理時における基板の傾斜角度を調節することができる。なお、駆動源Ｍ３としては、例えば、ブレーキ付きインダクションモータが用いられる。
【００２７】
（塗布部の構成）
次に、塗布部１０の構成について説明する。図２に示すように、塗布部１０の上部には、塗布部躯体１１に軸承された基板保持部材１３が、駆動源Ｍ２、例えば、サーボモータと減速機とによって、塗布処理位置Ｒと基板着脱位置Ｖとの間で反転回動可能に設けられる。前記基板保持部材１３は、基板保持面に多数の吸引孔を備え、それらの吸引孔は、図示しない吸引ポンプに接続され、吸引ポンプの吸引作用により、塗布処理する基板を基板保持面に吸着保持する。この基板保持部材１３は、塗布処理位置Ｒにおいては、塗布部躯体１１に設けられた塗布処理位置係止手段１４によって位置決めされ、また、基板着脱位置Ｖにおいては、塗布装置１との相対位置が固定された基板着脱位置係止手段２４によって位置決めされる。
【００２８】
一方、塗布部１０の下部には、上向きに開口し水平に延びるスリットを有する塗布ヘッド１５が、前記基板保持部材１３に下向きに吸着保持された基板Ｓの塗布面と並行な方向へスライド可能に、塗布部躯体１１に固着された直線状ガイドレール１７に沿って移動する移動基台１６を介して取り付けられている。塗布ヘッド１５を載置した移動基台１６は、ガイドレール１７に併設されたボールネジ１８に連結され、駆動源Ｍ１、例えば、回転数を制御可能なサーボモータによって、ボールネジ１８が一定回転数で回転することによって、直線状ガイドレール１７に沿って移動可能とされる。
【００２９】
すなわち、基板保持部材１３が回動し、塗布処理位置係止手段１４によって位置決めされ、塗布処理位置Ｒに係止された状態で、基板保持部材１３の基板保持面と直線状ガイドレール１７とは並行になり、基板保持部材１３に吸着保持された基板Ｓの塗布面と、ガイドレール１７上に移動可能に装着された塗布ヘッド１５の上向きに開口したスリットとは、一定の間隙を保持した状態になる。この状態で、駆動源Ｍ１を駆動すると、前記一定の間隙を維持した状態で、基板保持部材１３に吸着保持された基板Ｓの塗布面と並行な方向に、傾斜した基板Ｓの最も高い端縁Ｓ１から最も低い端縁Ｓ２の方向へ、塗布ヘッド１５が一定速度で移動可能とされる。
【００３０】
この塗布ヘッド１５には、塗布液貯留タンクＴ、塗布液供給ポンプＰ、塗布液濾過フィルタＦなどで構成された塗布液供給手段が接続され、前記塗布液供給手段が運転状態のとき、塗布ヘッド１５に設けられた上向きに開口し水平に延びるスリットから塗布液が吐出し塗布ヘッド１５の上面に液溜まりを形成する。この状態で塗布ヘッド１５を、傾斜した基板Ｓの最も高い端縁Ｓ１から最も低い端縁Ｓ２の方向へ移動することにより、塗布ヘッド１５の上面に形成された液溜まりの塗布液が順次基板Ｓに付着し、均一な膜厚の塗布膜が基板Ｓの塗布面に形成される。
【００３１】
塗布ヘッド１５が移動し、基板Ｓの塗布面に塗布膜が形成されたら、塗布終了位置Ｍにて塗布ヘッド１５は停止する。次いで、基板保持部材１３が、塗布膜が形成された基板Ｓを吸着保持したまま、基板着脱位置Ｖへ向けて回動を開始する。基板保持部材１３は、駆動源Ｍ２によって反転回動し基板着脱位置Ｖにおいて、基板着脱位置係止手段２４によって位置決めされる。その後、図示しない基板着脱部材によって、塗布膜が形成された基板Ｓは、基板保持部材１３から離脱する。
【００３２】
そして、塗布処理する新しい基板が、基板着脱位置Ｖに係止されている基板保持部材１３上に載置された後、再び基板保持部材１３は塗布処理位置Ｒへ向けて回動する。この間に、塗布ヘッド１５は、塗布終了位置Ｍから塗布開始位置Ｌに復帰し、基板保持部材１３が塗布処理位置Ｒの塗布処理位置係止手段１５に係止されたら、再び、塗布ヘッド１５による塗布処理が開始される。
【００３３】
（装置の作用動作）
次に、本塗布装置の作用動作について説明する。図３は、塗布部１０の回動角度を図２の角度とは異なる角度に調節した状態を示している。前述したように、塗布処理では、所望の均一な膜厚などの塗布膜特性を得るため、塗布液の粘度や表面張力を調製するとともに、基板の濡れ性などに対応して、基板を保持する基板保持部材の傾斜角度を調節する。
【００３４】
例えば、基板Ｓに形成する塗布膜の膜厚を厚くしようとするときは、高粘度の塗布液を用いて、かつ、塗布処理時の基板の傾斜角度を小さくするため、図３に示すように、塗布部の回動角度を水平に近づくようにする。逆に、塗布膜の膜厚を薄くしようとするときは、低粘度の塗布液を用いて、かつ、塗布処理時の基板の傾斜角度を大きくするため、図２に示したように、塗布部の回動角度を鉛直に近づくようにする。
【００３５】
なお、塗布液の粘度や表面張力の調製においては、塗布液の乾燥性や塗布膜厚の均一性なども考慮しなければならず、おのずと限界があるので、本塗布装置では、塗布処理時の基板の傾斜角度を調整することによって、所望の均一な膜厚の塗布膜を得ようとするものである。
【００３６】
以下に、本発明の塗布装置において、塗布処理時の基板の傾斜角度を調節する手順について説明する。先ず最初に、本塗布装置で使用する塗布液の粘度と表面張力、および塗布処理する基板の濡れ性を、所定の測定方法を用いて測定し記録する。この記録は、種々の塗布液や基板の塗布特性データとして蓄積することにより、塗布装置の調節に利用することができる。次いで、調製した塗布液を、本装置の塗布液供給手段に供給し、具体的には塗布液貯留タンクＴへ注入し、塗布液供給ポンプＰを起動して、塗布液供給手段を始動する。
【００３７】
次に、塗布装置において基板の傾斜角を調節する。例えば、塗布装置の塗布部回動角度が、水平に対し０°〜４０°の範囲で調節可能なとき、最初に設定する塗布部の回動角度を、回動範囲のほぼ中間に位置する２０°に設定する。基板の傾斜角度、すなわち塗布部の回動角度は、図２、図３に示す塗布部固定ネジ３２を一旦緩めて、塗布部１０を回動可能にして調節する。塗布部１０の回動角度の調節は、駆動源Ｍ３を正転または逆転することにより、ボールネジロッド３４を回転駆動してスライダ３３を移動することによって行う。スライダ３３の移動によって、連結ピン３１を介して連結された塗布部１０の回動角度が所定の角度に位置したら、塗布部固定ネジ３２を締めて塗布部躯体１１を架台２０に固定する。
【００３８】
次に、塗布液を塗布するテスト用基板を塗布装置に装着し、塗布処理を行う。このテスト塗布処理は少なくとも３回行い、それぞれ塗布膜厚等の塗布膜特性を測定する。その結果、塗布膜厚等の塗布膜特性の平均値が、例えば、所望の塗布膜厚よりも薄い場合は、最小回動角度０°〜中間回動角度２０°の中間である１０°に設定し、再度塗布膜特性を測定する。もし、所望の塗布膜厚よりも厚い場合は中間回動角度２０°〜最大回動角度４０°の中間である３０°に設定し、再度塗布膜特性を測定する。
【００３９】
上記２回の測定結果をもとに、塗布部１０の回動角度、すなわち基板の傾斜角度と塗布膜特性との相関特性を得ることによって、所望の塗布膜特性が得られる塗布部の回動角度を求める。その際、相関特性上の再現精度が不十分なときは、例えば、前記２回の測定の、さらに中間の回動角度において、再度塗布膜特性を測定し、所望の精度の相関特性を得てから、目的とする塗布膜特性を得られる傾斜角度を求め、塗布部１０の回動角度を決定する。
【００４０】
なお、これらの準備動作中に測定した測定結果や測定条件は、すべて記録するとともに、本番の塗布処理中に抜き取り等で塗布膜特性を測定した結果と合わせて、統計処理することによって、各種塗布液の粘度や表面張力、基板の濡れ性、塗布処理時の基板の傾斜角度などと、得られた塗布膜特性との相関性が図られ、塗布膜の品質保証が容易になる。
【００４１】
このように、塗布処理においては、所望する塗布膜特性を得るために、何度も塗布部１０の回動角度を調節することになるが、本発明の塗布装置では、回動角度の調節を、安全確実かつ簡便迅速に行えるように装置を構成している。その一つは塗布部の回動機構である。すなわち、本発明の塗布装置は、塗布処理位置Ｒにおいて基板を吸着保持するための基板保持部材１３を軸承し、この基板保持部材１３に対し、並行に移動する塗布ヘッド１５を備えた塗布部１０を、複数の摺動部材１２を介して、架台部２０に設けた円弧状ガイドレール２２に載置し、回動自在としている。
【００４２】
したがって、塗布処理する基板の大判化、大面積化にともなって、大型化し重量が増大した塗布部１０の荷重は、複数の摺動部材１２、および円弧状ガイドレール２２を介して、架台部２０に加わることになる。つまり、個々の摺動部材１２や円弧状ガイドレール２２に加わる荷重は分散し、軽減されることになり、機械的強度や耐久性、および安全性を高めることになる。
【００４３】
また、塗布部１０の重心位置が、複数の摺動部材１２の中間位置にあれば、連結ピン３１、スライダ３３、ボールネジロッド３４などで構成される塗布部傾斜角調節手段に加わる塗布部１０の荷重が軽減され、機械的強度や耐久性、および安全性の面でより好ましい状態になる。
【００４４】
本塗布装置の他の特徴の一つは、塗布部躯体１１に軸承された水平に延びる回動軸Ｊの回動軸心Ｑを中心に、基板に塗布液を塗布する塗布処理位置Ｒと、基板を装着または離脱する基板着脱位置Ｖとの間で、基板保持部材１３を反転回動させる回動手段を備えており、基板の供給動作、および排出動作を簡便迅速に行うことができることである。
【００４５】
そして、この基板保持部材１３の回動軸心Ｑは、塗布部躯体１１を回動自在とする躯体回動手段の円弧状ガイドレールに設けた円軌道の半径中心と同一中心に設けられる。したがって、塗布部１０を回動し、塗布処理時における基板の傾斜角度をいかように調節した場合でも、基板保持部材１３の回動軸心Ｑが物理的に移動することはない。
【００４６】
よって、基板の傾斜角度調整にともなう、塗布部１０の回動角度調節作業の都度、基板着脱位置Ｖにおいて基板保持部材１３に基板を装着し、もしくは基板保持部材１３から基板を離脱する基板着脱部材の動作位置を調節する作業が不要になる。また、基板保持部材１３を基板着脱位置Ｖにおいて係止する基板着脱位置係止手段２４も、塗布装置との相対位置を調節する必要がない。したがって、基板の傾斜角度変更にともなう塗布装置周辺機構の調節作業を不要にすることができるとともに、塗布装置自体の機構、構造も簡素化できることにより装置の耐久性を高められ、また、基板の傾斜角度調整を迅速化できる。
【００４７】
（他の実施例）
上記塗布部傾斜角調節手段を用いて、基板の傾斜角度を調節する際は、駆動源Ｍ３の回転方向切り替えスイッチを兼ねた駆動スイッチを断接して、塗布部の回動角度を調節すればよい。また、塗布部１０の回動角度を検出する手段を備えることもでき、その場合は、塗布部１０の回動角度を自動制御により調節することも可能になる。なお、いずれの場合においても、塗布部１０の回動角度を固定するための塗布部固定ネジ３２を併用し、誤操作による塗布部１０の回動を防止する必要がある。
【００４８】
また、上記実施形態においては、塗布部躯体を回動するための躯体回動手段として、円弧状ガイドレールを架台の側面フレームに設け、この円弧状ガイドレールの円軌道上を摺動する複数の摺動部材を、塗布部躯体の側面フレームに備えて構成したが、逆に、塗布部躯体に円弧状ガイドレールを設け、その円弧状ガイドレールを介して塗布部躯体を支持するために、円弧状ガイドレールの円軌道に接触して摺動する摺動部材を架台に備えて構成してもよい。
【００４９】
すなわち、本発明の塗布装置では、躯体回動手段として、塗布部躯体か、または塗布部躯体を支持する架台の、いずれか一方に、円弧状の案内部材を固着する。その際、円弧状案内部材の円軌道の半径中心を、塗布部躯体に軸承した基板保持部材の回動軸心と一致させる。他方、前記円弧状案内部材の円軌道に沿って摺動する摺動部材を、架台、または塗布部躯体に固着する。例えば、前記実施形態とは異なり、塗布部躯体の両側面に円弧状ガイドレールを設け、この円弧状ガイドレールの円軌道に接触しながら回転する支持輪を架台に備えてもよい。そして、塗布部躯体を円弧状ガイドレールを介して、架台の支持輪上に載置する。すると、塗布部躯体は、前記架台の支持輪上にて、円弧状ガイドレールの円軌道に沿って自在に回動可能となる。
【００５０】
さらに、架台に対する塗布部の回動角度を設定するために、架台と、架台上を回動する塗布部躯体とを連結する塗布部傾斜角調節手段を設け、この塗布部傾斜角調節手段を操作して、円弧状ガイドレールを設けた塗布部躯体を、架台に設けた支持輪上にて回動のうえ位置決めして固定することによって、塗布処理時における基板の傾斜角度を調整することができる。
【００５１】
このとき、この塗布部躯体の回動中心は、塗布部躯体に軸承している基板保持部材の回動軸心と、同一の軸心位置にあるので、基板の傾斜角度、すなわち塗布処理位置における基板保持部材の傾斜角度を調整するために、塗布部の回動角度を変化させた場合においても、基板保持部材の回動軸心は変化せず、従って、基板着脱位置に回動したときの基板保持部材の係止位置も変化しない。
【００５２】
ちなみに、本実施形態の塗布装置では、厚さ１ｍｍ、長さ７００×幅６００ｍｍの大きさのガラス基板に、感光性樹脂溶液の塗布膜を±１０パーセント以内の膜厚バラツキで形成することができた。また、従来の塗布装置では、所望の塗布膜特性を得るための、塗布装置の調整に要する時間が１時間以上必要であったが、本発明の塗布装置によると、塗布装置の調整時間を３０分以下に短縮することができ、飛躍的に、塗布装置の稼働率を向上することができた。
【００５３】
なお、本発明の塗布装置で塗布処理される枚葉基板は、典型的には液晶表示装置のカラーフィルタ用ガラス基板であり、基板に塗布される液は、ガラス基板上に微細パターンを形成するための感光性樹脂溶液である。前記ガラス基板は非可撓性であるが、本塗布装置で処理される基板は、このようなガラス基板に限らず、プラスチック、金属、板紙などでもよい。
【００５４】
また、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３〜５０ｃｐｓ程度の溶剤系感光性樹脂溶液、水系感光性樹脂溶液、または、これらの感光性樹脂溶液に顔料などの着色剤を分散させた感光性樹脂溶液、その他、染料、フィラー、増感剤、樹脂、添加剤などを単独または組合せて混合することもできる。さらに、各種接着剤、保護膜などを形成するための樹脂溶液、各種インキなどを対象とすることができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した如く、本発明の塗布装置は、請求項１に示したように、塗布処理位置において塗布面を下方へ向けかつ傾斜状態に基板を保持する基板保持部材と、塗布処理位置と基板着脱位置との間で基板保持部材を反転回動する回動手段と、塗布処理位置における基板保持部材の下方に設けられ、上方へ向かって開口し水平方向に延びるスリットを有する塗布ヘッドと、塗布ヘッドに塗布液を供給し、スリットから塗布液を吐出する塗布液供給手段と、塗布ヘッドを基板の傾斜方向と平行な方向へ相対的に移動させる移動手段とを、基板の塗布面と塗布ヘッドとが塗布処理時に一定の間隙を維持するように、基板保持部材と塗布ヘッドとを対向して保持する塗布部躯体に設け、この塗布部躯体を円軌道に沿って回動自在に支持する架台と連結し、架台に対する塗布部躯体の回動角度を調節することによって、塗布処理される基板の傾斜角度を可変する塗布部傾斜角調節手段を備えたので、塗布液の粘度や表面張力、基板に対する濡れ性などの特性に対応して、塗布部の回動角度を調節して、塗布処理時時における基板の傾斜角度を自在に設定することができ、多様な特性の塗布液に対応して、所望の塗布膜厚や膜厚の均一性などの塗布膜特性を得ることが容易である。
【００５６】
また、本発明の塗布装置における躯体回動手段は、請求項１に示したように、塗布部躯体または架台の一方に固着された一対の円弧状案内部材と、他方に固着され、前記一対の円弧状案内部材の円軌道に沿って摺動する複数の摺動部材とで構成され、架台上にて塗布部躯体を回動自在に支持する躯体回動手段を備えたので、塗布処理する基板が大判化、大面積化しても、構造が簡単で、かつ精度が高く、安全性や耐久性に優れる塗布装置を得られる。
【００５７】
さらに、本発明の塗布装置は、請求項２に示したように、基板保持部材は、水平に延びる回動軸によって塗布部躯体に軸承され、請求項１に示す円弧状案内部材の円軌道中心が、基板保持部材を軸承する回動軸心に位置するので、塗布処理時の基板傾斜角度を調節するために、塗布部躯体を回動した場合においても、基板着脱位置における基板保持部材の係止位置は変化せず、従って、基板保持部材に基板を装着、および基板保持部材から基板を離脱するための基板着脱機構の調節が不要になり、構造が簡単でかつ精度が高く、信頼性や耐久性に優れ、操作性の良好な塗布装置を得られる。
【００５８】
また、本発明の塗布装置は、請求項３に示したように、塗布部傾斜角調節手段は、動力を用いる駆動源によって機械的に駆動されるので、大型化し重量が増大した塗布部を、安全かつ確実に回動して、塗布処理する基板の傾斜角度を可変することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本塗布装置の全体構成を示す外観斜視図である。
【図２】 本塗布装置の構成を示す一部破断した側面図である。
【図３】 塗布部の回動角度調節動作を説明するための側面図である。
【図４】 従来の塗布装置の構成例を示す外観斜視図である。
【図５】 従来の塗布装置の構成を示す側面図である。
【符号の説明】
１ 塗布装置
１０ 塗布部
１１ 塗布部躯体
１１Ａ、１１Ｂ 側面フレーム
１２ 摺動部材
１３ 基板保持部材
１４ 塗布処理位置係止手段
１５ 塗布ヘッド
１６ 移動基台
１７ 直線状ガイドレール
１８ ボールネジ
２０ 架台部
２１ 架台
２１Ａ、２１Ｂ 架台フレーム
２２、２２Ａ 円弧状ガイドレール
２３ 円弧状スリット
２４ 基板着脱位置係止手段
３０ 塗布部傾斜角調節手段
３１ 連結ピン
３２ 塗布部固定ネジ
３３ スライダ
３４ ボールネジロッド
３５ ガイドロッド
３６ 伝導軸
Ｊ 回動軸
Ｌ 塗布開始位置
Ｍ 塗布終了位置
Ｑ 回動軸心
Ｓ 基板
Ｓ１ 基板の高い端縁
Ｓ２ 基板の低い端縁
Ｒ 塗布処理位置
Ｖ 基板着脱位置
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３ 駆動源
Claims (3)
- 塗布面を下方へ向けかつ傾斜状態に基板を位置させ、上方へ向かって開口し水平方向に延びるスリットを有する塗布ヘッドに塗布液を供給して、基板の塗布面と塗布ヘッドとの間隙に、スリットから吐出される塗布液によって液溜まりを形成しつつ、塗布ヘッドを基板の傾斜方向と平行に、傾斜した基板の最も高い端縁から最も低い端縁の方向へ移動することにより、液溜まりの塗布液を基板の塗布面に付着させて、塗布膜を形成する塗布装置において、
塗布処理位置において塗布面を下方へ向けかつ傾斜状態に基板を保持する基板保持部材と、塗布処理位置と基板着脱位置との間で基板保持部材を反転回動する回動手段と、塗布処理位置における基板保持部材の下方に設けられ、上方へ向かって開口し水平方向に延びるスリットを有する塗布ヘッドと、塗布ヘッドに塗布液を供給し、スリットから塗布液を吐出する塗布液供給手段と、塗布ヘッドを基板の傾斜方向と平行な方向へ相対的に移動させる移動手段とを基板の塗布面と塗布ヘッドとが塗布処理時に一定の間隙を維持するように、基板保持部材と塗布ヘッドとを対向して保持する塗布部躯体に設け、
この塗布部躯体を円軌道に沿って回動自在に支持する架台と連結し、架台に対する塗布部躯体の回動角度を調節することによって、塗布処理される基板の傾斜角度を可変する塗布部傾斜角調節手段と、
塗布部躯体または架台の一方に固着された一対の円弧状案内部材と、他方に固着され、前記一対の円弧状案内部材の円軌道に沿って摺動する複数の摺動部材とで構成され、架台上にて塗布部躯体を回動自在に支持する躯体回動手段と、
を備えたことを特徴とする塗布装置。 - 基板保持部材は、水平に延びる回動軸によって塗布部躯体に軸承され、円弧状案内部材の円軌道中心が、基板保持部材を軸承する回動軸心に位置することを特徴とする請求項１に記載の塗布装置。
- 塗布部傾斜角調節手段は、動力を用いる駆動源によって機械的に駆動されることを特徴とする請求項１または２に記載の塗布装置。
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