JP4335747B2 - テーブルコータ機用ステージ装置 - Google Patents

Description

本発明はステージ装置に関し、特にテーブルコータ機に適したステージ装置に関する。

コータ機の一例として、例えば液晶板の製造過程においてガラス基板に特定の材料による薄膜を塗布形成するコータ機がある。これまで、この種のコータ機はスピンコーティング方式による、いわゆるスピンコータ機が主流であった。しかし、スピンコータ機は、その機構上、基板上に滴下された高価な塗布材料のほとんどが捨てられてしまうという問題点を有している。

そこで、近年はスピンコータ機に代えてテーブルコータ機が提供され始めている。テーブルコータ機は、ある長さの塗布材料の噴射口を持つノズル部又は被処理基板を搭載しているテーブルを一軸方向にスライドさせることで塗布を行うものであり、塗布材料の廃棄量が少なくて済む利点を持つ（例えば特許文献１参照）。

しかし、最近は被処理基板が大型化（例えば２ｍ×２ｍ）しつつあり、これに対応可能なステージ装置が要求されている。

図６、図７を参照して、大型の被処理基板用として提案されているテーブルコータ機用ステージ装置の一例について説明する。図６、図７において、架台１５０上に石定盤１６０が固定されている。石定盤１６０は上面側に凹部を有し、この凹部には、被処理基板を搭載して吸着保持するための基板テーブル１００が設けられる。基板テーブル１００の両側に対応する石定盤１６０の両側、つまり凹部より高くなっている部分には、互いに平行に延びるようにレール部１１０Ａ、１１０Ｂが設けられている。以下では、この延在方向をＹ軸と呼ぶ。これらのレール部１１０Ａ、１１０Ｂにはそれぞれ、レール部１１０Ａ、１１０Ｂに沿って走行可能なようにＹ軸駆動機構１２０Ａ、１２０Ｂが組み合わされる。Ｙ軸駆動機構１２０Ａ、１２０Ｂはリニアモータにより実現される。つまり、レール部１１０Ａ、１１０Ｂに沿ってリニアモータの固定磁石部（ヨーク部）が配置され、Ｙ軸駆動機構１２０Ａ、１２０Ｂはリニアモータの可動コイル部を持つ。

Ｙ軸駆動機構１２０Ａ、１２０Ｂにはまた、そこから上方に延びるようにＺ軸駆動機構１３０Ａ、１３０Ｂが設けられている。Ｚ軸駆動機構１３０Ａ、１３０Ｂは、Ｚ軸方向、つまり上下方向への駆動源であり、これらの間に架け渡されたノズル部１４０をＺ軸方向に駆動するためのものである。

ノズル部１４０は、Ｙ軸駆動機構１２０Ａ、１２０ＢによりＺ軸駆動機構１３０Ａ、１３０Ｂと共にＹ軸方向に移動可能であり、Ｚ軸駆動機構１３０Ａ、１３０ＢによりＺ軸方向に移動可能である。

本ステージ装置に組み付けられるノズル部１４０は、図８に示すように、基板テーブル１００上に搭載される被処理基板（図示せず）の幅より大きめの長さを持ち、その最下部に長さ方向に沿って形成されている微小サイズのスリットから塗布材料を噴射あるいは滴下させる。

以下では、Ｙ軸駆動機構１２０Ａ、１２０Ｂ、Ｚ軸駆動機構１３０Ａ、１３０Ｂ、ノズル部１４０を含む可動部全体をスライダ部と称して説明を行う。

上記のようなテーブルコータ機用ステージ装置で駆動されるスライダ部の塗布時動作は以下の様になる。

イ．ノズル部１４０を塗布高さまで下動させ、被処理基板の直前で一旦、停止する。
ロ．停止状態から一定速度になるまで塗布しながら加速する。
ハ．塗布しながら被処理基板の終端側へ一定速度で移動する。
ニ．塗布しながら被処理基板の終端直前で減速停止する。
ホ．停止後、ノズル部１４０を一定高さだけ上動させ、塗布開始位置まで戻る。

上記のように、従来のテーブルコータ機は以下のような構造となっている。

Ａ．スライダ部にノズル部１４０を搭載している。
Ｂ．スライダ部を駆動するためのリニアモータは石定盤１６０上に配置されている。
Ｃ．スライダ部が滑走するレール部１１０Ａ、１１０Ｂや基板テーブル１００も同じ石定盤１６０上に設置されている。

その結果、スライダ部が加減速時に発生する反力は石定盤１６０が直接受けることになる。このため、スライダ部の加減速時に石定盤１６０自体が振動し塗布むらを発生する原因となっている。

つまり、従来のテーブルコータ機は、被処理基板に塗布を行う時に発生する振動の影響で塗布むらができる領域が広かった。成膜基板において塗布むらができた部分は使用することができず廃棄せざるを得ない領域である。

特開２０００−１６７４６３号公報

そこで、本発明は、振動源であるリニアモータのヨーク部と塗布機構部とを分離することにより、塗布時に発生する振動の影響を低減し塗布むらができる領域を最小限にすることを課題としている。

本発明によれば、架台上に設置された定盤上を、一軸方向にノズル部を搬送可能とする第１のスライダを含むテーブルコータ機用ステージ装置において、前記第１のスライダをリニアモータで構成し、該リニアモータの可動部を前記定盤に設置した前記一軸方向に延びるレール部に沿って走行可能とし、前記リニアモータのヨーク部は前記定盤から構造的に分離して設置した前記一軸方向に延びるアームを介して前記レール部に沿うように配置し、前記架台と前記定盤との間には少なくとも１つの除振ユニットを設置したことを特徴とするテーブルコータ機用ステージ装置が提供される。

なお、前記第１のスライダは、前記定盤の両側において互いに平行に前記一軸方向に延びるように設置した２本の前記レール部に沿って走行可能な２つのリニアモータによる２つの駆動機構から成り、前記アームも互いに平行に前記一軸方向に延びるように２つ設置され、前記２つの駆動機構にはそれぞれ上下方向に可動の上下駆動機構が組み合わされ、これら２つの上下駆動機構の上下動部の間に前記ノズル部が架け渡される。

前記アームは前記架台、あるいは前記架台が設置される床に設置される。

前記定盤は石定盤であってその上面には凹部が設けられており、該凹部に被処理基板を搭載するための基板テーブルが設置され、該基板テーブルの両側に対応する位置において前記凹部の底部より高くなっている部分にそれぞれ前記石定盤と同じ石材料による前記レール部が設置される。

前記レール部に前記一軸方向に延びるリニアスケールが設置され、前記リニアモータの可動部における前記リニアスケールの対向位置にリニアセンサヘッドが設置される。

前記リニアモータの可動部は、前記レール部に対して静圧空気軸受で前記一軸方向の案内が行われる。

従来のテーブルコータ機用ステージ装置の構造はスライダが加減速時に発生する反力を定盤が直接受けるため、定盤自体が振動してしまい塗布むらの原因となっていた。これに対し、本発明によるステージ装置の構造では反力を直接定盤で受けるのでは無く架台で受けるので、反力により架台が振動しても、架台と定盤の間に設置された除振ユニットにより振動が低減され、これによって微小振動に起因する塗布むらの発生が防止される。勿論、何らかの原因により床自体が振動したとしても、この振動も除振ユニットにより低減される。

図１〜図４を参照して、本発明によるテーブルコータ機用ステージ装置の第１の実施の形態について説明する。本発明によるステージ装置の特徴を要約すれば、Ｙ軸駆動機構の構成形態及び架台と定盤との関係を改良した点にある。従って、２つのＺ軸駆動機構及びこれらの間に架け渡されるノズル部の形態は図６、図７で説明したものと同じでも良い。それゆえ、以下では２つのＺ軸駆動機構及びこれらの間に架け渡されるノズル部については詳細な説明を省略する。

図１、図２において、架台１０上に複数の除振ユニット２５を介して石定盤２０が配置されている。石定盤２０は上面側中央部を大きく研削して形成した凹部を有し、この凹部には、被処理基板を搭載して吸着保持するための基板テーブル３０が設けられる。基板テーブル３０の両側に対応する石定盤２０の両側、つまり凹部より高くなっている部分には、石定盤２０と同じ石材料により互いに平行に延びるようにレール部２１Ａ、２１Ｂが設けられている。これらのレール部２１Ａ、２１Ｂにはそれぞれ、レール部２１Ａ、２１Ｂに沿って走行可能な可動部を持つＹ軸駆動機構４０Ａ、４０Ｂが設置される。Ｙ軸駆動機構４０Ａ、４０Ｂはリニアモータにより実現されるが、詳細な構造については後述する。

図６、図７で説明したように、Ｙ軸駆動機構４０Ａ、４０Ｂには、Ｚ軸駆動機構５０Ａ、５０Ｂが設けられている。Ｚ軸駆動機構５０Ａ、５０Ｂは、Ｚ軸方向、つまり上下方向への駆動源であり、これらの間に架け渡されたノズル部６０をＺ軸方向に駆動するためのものである。ノズル部６０は、Ｙ軸駆動機構４０Ａ、４０ＢによりＺ軸駆動機構５０Ａ、５０Ｂと共にＹ軸方向に移動可能であり、Ｚ軸駆動機構５０Ａ、５０ＢによりＺ軸方向に移動可能である。

架台１０の両側には、定盤２０の両側に沿ってレール部２１Ａ、２１Ｂの高さ位置まで上方に延び、かつレール部２１Ａ、２１Ｂと同じ方向に延在するアーム１１Ａ、１１Ｂが設けられている。

図３に示すように、Ｙ軸駆動機構４０Ｂを構成するリニアモータのヨーク部（固定磁石部）４１Ｂはアーム１１Ｂの上端部に設けられる。ヨーク部（固定磁石部）４１Ｂは、コ字形状のヨークの上下の内面側に多数の永久磁石４２Ｂが定間隔をおいて固着されて成る。一方、ヨーク部４１Ｂとの間で磁気的に作用し合う可動コイル部４３Ｂは、レール部２１Ｂを走行する可動部４４Ｂからヨーク部４１Ｂ側に延びるように構成されている。

図４に示すように、レール部２１Ｂの側面には走行方向に延びるリニアスケール４５Ｂが設置され、Ｙ軸駆動機構４０Ｂの可動部４４Ｂにおけるリニアスケール４５Ｂの対向位置にはリニアセンサヘッド４６Ｂが設置されている。

さらに、可動部４４Ｂは、その断面形状がレール部２１Ｂの少なくとも３面を囲むような形状にされ、少なくとも２面と対向し合う内面側にはそれぞれ少なくとも１個の静圧空気軸受４７−１Ｂ、４７−２Ｂが設けられている。静圧空気軸受４７−１Ｂ、４７−２Ｂは、レール部２１Ｂに対して圧縮空気を吹き付けることで可動部４４Ｂがレール部２１Ｂから浮上した状態で走行するようにしている。

上記の構造は、Ｙ軸駆動機構４０Ａについてもまったく同様である。

以上の構造を要約すると以下の通りである。

ａ．塗布ノズル６０はスライダ、つまり２つのＹ軸駆動機構４０Ａ、４０Ｂの間に架け渡される。
ｂ．スライダを駆動するためのリニアモータのヨーク部４１Ａ、４１Ｂは架台１０に設置されたアーム１１Ａ、１１Ｂに固定される。
ｃ．スライダが走行するレール部２１Ａ、２１Ｂや基板テーブル３０は石定盤２０上に固定される。
ｄ．架台１０と石定盤２０の間には除振ユニット２５が設置されている。

上記の構造によれば、スライダの加減速時にヨーク部４１Ａ、４１Ｂに発生する反力はアーム１１Ａ、１１Ｂを介して架台１０が受けることになる。そして、除振ユニット２５が架台１０と石定盤２０の間に設置されているので、石定盤２０以外からくる振動は低減される。除振ユニット２５による振動低減効果を向上させるためには、除振ユニット２５を石定盤２０の底面側に少なくとも３個配置するのが好ましい。３個の場合には、石定盤２０の精度を出し易くするために、正三角形の頂点に対応する位置に配置するのが好ましい。

スライダの加減速時に発生する反力が石定盤２０に作用することが低減されるので、リニアスケール４５Ａ（図示せず）、４５Ｂとリニアセンサヘッド４６Ａ（図示せず）、４６Ｂとの間の振動に起因する誤差も低減される。

なお、本発明において問題としている上記反力による振動は微小振動であり、上記反力によりヨーク部４１Ａ、４１Ｂ側が微小振動したとしても、可動コイル部４３Ａ（図示せず）、４３Ｂと永久磁石４２Ａ（図示せず）、４２Ｂとの間のギャップはこれより大きいのでスライダの走行、つまりＹ軸駆動機構４０Ａ、４０Ｂの可動部４４Ａ（図示せず）、４４Ｂの走行に支障を来たすことは無い。

図５は、本発明の第２の実施の形態を示す。本形態はヨーク部４１Ａ、４１Ｂを設置するためのアーム７１Ａ、７１Ｂを架台１０ではなく、架台１０が設置される床に設置するようにしたものである。この場合、スライダの加減速時に発生する反力に起因する微小振動は床を通して架台１０に伝達される可能性があるが、前述したように架台１０と石定盤２０との間に除振ユニット２５が介在していることにより、石定盤２０への振動は低減される。なお、アーム７１Ａ、７１Ｂの形状は、第１の実施の形態におけるアーム１１Ａ、１１Ｂと同じで良い。

以上、本発明を２つの実施の形態について説明したが、石定盤２０及びレール部２１Ａ、２１Ｂは、石材料に代えて他の材料、例えばセラミック材で実現されても良い。本発明によるステージ装置はまた、以下のような動作も可能である。つまり、２つのＹ軸駆動機構４０Ａ、４０Ｂの推力に差を与えることにより、ノズル部６０に微小回転運動を与えることができる。微小回転運動というのは、ノズル部６０の長さ方向の中心部を中心とする水平面内でのいわば水平揺動運動である。

本発明は、被駆動部を一軸方向に搬送可能とするスライダを含むステージ装置であって被駆動部における振動をできるだけ低減することを要求されるステージ装置全般に適用可能である。

本発明の第１の実施の形態によるテーブルコータ機用ステージ装置の正面図である。 図１に示されたステージ装置の斜視図である。 図１に示されたＹ軸駆動機構を構成するリニアモータとそのヨーク部を設置するためのアーム及び石定盤の関係を説明するための図である。 図３に示されたリニアモータの可動部とその走行を案内するレール部及びリニアスケールとリニアセンサヘッドの関係を説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態によるテーブルコータ機用ステージ装置の正面図である。 大型処理基板用として提案されているテーブルコータ機用ステージ装置の側面図である。 図６に示されたテーブルコータ機用ステージ装置の正面図である。 テーブルコータ機におけるノズル部を説明するための斜視図である。

符号の説明

１０、１５０ 架台
１１Ａ、１１Ｂ、７１Ａ、７１Ｂ アーム
２０、１６０ 石定盤
２１Ａ、２１Ｂ、１１０Ａ、１１０Ｂ レール部
３０、１００ 基板テーブル
４０Ａ、４０Ｂ、１２０Ａ、１２０Ｂ Ｙ軸駆動機構
４１Ｂ ヨーク部
４２Ｂ 永久磁石
４３Ｂ 可動コイル部
４４Ｂ 可動部
４５Ｂ リニアスケール
４６Ｂ リニアセンサヘッド
４７−１Ｂ、４７−２Ｂ 静圧空気軸受
５０Ａ、５０Ｂ、１３０Ａ、１３０Ｂ Ｚ軸駆動機構
６０、１４０ ノズル部

Claims (7)

1. 架台上に設置された定盤上を、一軸方向にノズル部を搬送可能とする第１のスライダを含むテーブルコータ機用ステージ装置において、
   前記第１のスライダをリニアモータで構成し、
   該リニアモータの可動部を前記定盤に設置した前記一軸方向に延びるレール部に沿って走行可能とし、
   前記リニアモータのヨーク部は前記定盤から構造的に分離して設置した前記一軸方向に延びるアームを介して前記レール部に沿うように配置し、
   前記架台と前記定盤との間には少なくとも１つの除振ユニットを設置したことを特徴とするテーブルコータ機用ステージ装置。
2. 前記第１のスライダは、前記定盤の両側において互いに平行に前記一軸方向に延びるように設置した２本の前記レール部に沿って走行可能な２つのリニアモータによる２つの駆動機構から成り、
   前記アームも互いに平行に前記一軸方向に延びるように２つ設置され、
   前記２つの駆動機構にはそれぞれ上下方向に可動の上下駆動機構が組み合わされ、
   これら２つの上下駆動機構の上下動部の間に前記ノズル部が架け渡されることを特徴とする請求項１に記載のテーブルコータ機用ステージ装置。
3. 前記アームは前記架台に設置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のテーブルコータ機用ステージ装置。
4. 前記アームは前記架台が設置される床に設置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のテーブルコータ機用ステージ装置。
5. 前記定盤は石定盤であってその上面には凹部が設けられており、該凹部に被処理基板を搭載するための基板テーブルが設置され、該基板テーブルの両側に対応する位置において前記凹部の底部より高くなっている部分にそれぞれ前記石定盤と同じ石材料による前記レール部が設置されることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のテーブルコータ機用ステージ装置。
6. 前記レール部に前記一軸方向に延びるリニアスケールを設置し、前記リニアモータの可動部における前記リニアスケールの対向位置にリニアセンサヘッドを設置したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のテーブルコータ機用ステージ装置。
7. 前記リニアモータの可動部を前記レール部に対して静圧空気軸受で前記一軸方向の案内を行うようにしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のテーブルコータ機用ステージ装置。
   
   

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