JP4490320B2 - 塗布装置 - Google Patents

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Description

本発明は塗布装置に関する。特に、液晶基板の製造工程の一つであるレジスト液塗布工程での使用に好適な塗布装置に関する。
従来、液晶基板の製造工程の一つであるレジスト液塗布工程では、図8に示すような塗布装置を使用していた。図8は従来における塗布装置20の構成図である。なお後述する本発明に係る塗布装置1と同一の構成要素については、塗布装置1における符号と同一の符号を記す。
図8に示すように、従来の塗布装置20は、貯留タンク4、ステージ5、口金6、口金駆動装置7、液移送ポンプ80、第1開閉バルブ11、第2開閉バルブ12及び制御装置30などから構成される。塗布装置20では、液移送ポンプ80におけるプランジャPの往復駆動に伴い、第1開閉バルブ11と第2開閉バルブ12とを交互に開閉させることにより、吸込口81から吸込んだレジスト液を吐出口82から吐出する。レジスト液の吐出動作時に、口金駆動装置7が口金6とガラス基板Kとを近接させた状態にすると共に、口金6をX方向に移動させることで、スリット状の開口部621から滲出するレジスト液をガラス基板Kの表面に塗布する。塗布装置20における液移送ポンプ80は、シリンダ83とプランジャPとの間隙Gを封止する封止部材として、オーリングNを使用していた。
特願2004−058914
上述の液移送ポンプ80によると、オーリングNとシリンダ83の内周面との間に生じる摩擦により、オーリングNの摩耗が早かった。またパーティクルが生じるとこともあった。このため、頻繁にオーリングNを交換する必要があり、作業コスト及び部品コストが高くつき、また生産ラインの一時的中断により生産効率が低下するという問題があった。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、塗布液を口金に導く液移送ポンプを備える塗布装置において、液移送ポンプで使用される封止部材の長寿命化を図ることのできる塗布装置を提供することにある。
上述の課題を解決するために、請求項1の塗布装置1は、塗布液を貯留する貯留タンク4と、塗布対象となる基板Kを保持するステージ5と、スリット状の開口部621を備えステージ5の上方に架設された口金6と、吸込動作と吐出動作とを交互に行うことにより貯留タンク4内の塗布液を口金6に導く液移送ポンプ8と、液移送ポンプ8の吸込口C12と貯留タンク4との間に配設され上記吸込動作時に開状態となり上記吐出動作時に閉状態となる第1開閉バルブ11と、液移送ポンプ8の吐出口C13と口金6との間に配設され上記吐出動作時に開状態となり上記吸込動作時に閉状態となる第2開閉バルブ12と、スリット状の開口部621と基板Kとを近接させた状態で口金6と基板Kとを相対移動させる駆動手段7とを備える塗布装置1において、上記液移送ポンプ8は、吸込口C12及び吐出口C13を備えるシリンダCと、シリンダCの内部をその軸線J1に沿う方向に往復移動可能に設けたプランジャPと、シリンダCとプランジャPとの間隙Gを封止する膜状封止部材Fと、プランジャPを駆動するためのプランジャ駆動手段PDとを備えており、前記シリンダCにおける非接液室R2に真空ポンプ9が接続されていることを特徴とする。
請求項2の塗布装置では、前記膜状封止部材Fは、可撓性材からなるキャップ状体から構成され、該キャップ状体の開口端部F2をシリンダCの内周面上に固着させた状態で該キャップ状体の胴部F3によりプランジャPを被覆すると共に、シリンダCとプランジャPとの間隙Gで下側に折り返して形成されるU字形折返し部F1により該間隙Gを封止してなる。
請求項の塗布装置では、所定の正圧を上記貯留タンク4内に付与する正圧付与手段10を備える。なお、液移送ポンプ8の液室R1には、塗布液が圧送されることになるが、液移送ポンプ8を基準に見れば塗布液を吸い込む形になるため、ここでは請求項1における「吸込動作」という表現をそのまま採り入れている。
請求項の塗布装置では、前記プランジャ駆動手段PDは、吸込動作時におけるプランジャPの移動速度が、吐出動作時おけるプランジャPの移動速度よりも低速度となるようにプランジャPを駆動する。
請求項の塗布装置では、前記プランジャ駆動手段PDは、吸込動作時におけるプランジャPの加速開始段階での時間−速度の関係が略S字曲線形状となるように、プランジャPを駆動する。
請求項の塗布装置では、前記液移送ポンプ8は、その吐出口C13がシリンダCの頂部に設けられ、シリンダCの軸線J1が鉛直軸に平行となるように立設して使用される。
請求項の塗布装置は、膜状封止部材Fから漏れた塗布液を検出するための塗布液検出センサDを設け、この塗布液検出センサDの検知信号に応じて第1開閉バルブ11を閉状態とする。
本発明によると、塗布液を口金に導く液移送ポンプを備える塗布装置において、液移送ポンプで使用される封止部材の長寿命化を図ることができる。
請求項1,2の発明によると、シリンダCとプランジャPとの間隙Gを封止する封止部材として膜状封止部材Fを使用するため、摩耗やパーティクルの発生が少ない。
また、非液室R2を真空状態とすることにより、膜状封止部材FとプランジャPの外周面及びシリンダCの内周面との密着性が良くなり、膜状封止部材Fに凸凹、皺、または折り目などが形成されなくなる。
請求項の発明によると、シリンダCの液室R1に流入した塗布液は、正圧付与手段10により加圧されているため、プランジャPが吸込動作を行う側へ移動したときに生じる液室R1内の圧力減少が補償される。これにより、変化率の大きい瞬時的な圧力変動が液室R1に生じないので、膜状封止部材Fに無理な力が加わることが防止され、膜状封止部材Fの長寿命化を図ることができる。
請求項4,5の発明によると、プランジャPは、吸込動作時に穏やかに降下するので、変化率の大きい瞬時的な圧力変動が液室R1に生じない。従って膜状封止部材Fに無理な力が加わることが防止され、膜状封止部材Fの長寿命化を図ることができる。
請求項の塗布装置によると、気泡が吐出口C13から抜け出やすく、気泡がU字形折返し部F1の底部に入り込んだままの状態となったり、接触したままの状態となったりすることが極めて少なくなる。従って、膜状封止部材Fの接液部に局所的な圧力変動が生じることがなく、この点からも膜状封止部材Fの長寿命化を図ることができる。
請求項の発明によると、膜状封止部材Fが経時劣化等の要因で破れた場合、塗布動作を一時的に中断するため、漏れたレジスト液を真空ポンプ9が吸い込んでしまうことが防止される。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図1は本発明に係る塗布装置1の外観を示す斜視図、図2は塗布装置1の構成図、図3は液移送ポンプ8の正面一部断面図、図4は膜状封止部材Fの外観を示す斜視図、図5はプランジャ駆動装置PDがプランジャPを上死点から下死点に向かう方向に駆動するときの時間−速度の関係を示すグラフである。なお、図3(A)はプランジャPが下死点にある状態を示し、図3(B)はプランジャPが上死点にある状態を示す。
図1,2に示すように、塗布装置1は、基台2、制御装置3、貯留タンク4、ステージ5、口金6、口金駆動装置7、液移送ポンプ8、真空ポンプ9、加圧ポンプ10、第1開閉バルブ11及び第2開閉バルブ12などから構成され、塗布装置1の横側(図1において塗布装置1の左側または右側)に配設された図示しないロボットから受け取ったガラス基板Kに対してレジスト液を塗布する。
基台2は、塗布装置1の各構成部を支える台座として機能し、主として石材により構成される。石材とするのは温度変化に伴う変形を最小限に抑えるためである。
制御装置3は、塗布装置1が所定の塗布動作を行うように、塗布装置1における各構成部の動作を、予め組み込まれたプログラムにより制御可能とする、いわゆるNC制御器である。
貯留タンク4は、所定量のレジスト液を貯留するための密閉槽であり、配管を介してそれぞれ加圧ポンプ10、エア抜きバルブ41及び第1開閉バルブ11に接続される。貯留タンク4の内部は、加圧ポンプ10により0.1MPa程度まで加圧可能とされる。
ステージ5は、塗布対象となるガラス基板Kを、十分な平面度を確保して載置可能な載置面を有し、基台2と同様に石材で構成される。その表面にはガラス基板Kを吸着保持するための多数の小径貫通孔が穿設されると共に、ガラス基板Kの受取り時または引渡し時に該ガラス基板Kを昇降させるための複数本のリフトピンが表面から出没可能に設けられる。
口金6は、口金支持部(ガントリー)61によりステージ5上に架設された角柱状の金属体からなり、レジスト液を滲出するためのスリット状の開口部621が中央長手方向に沿って形成されている。
口金駆動装置7は、基台2に設けられたリニアモータ71、及び口金支持部61に設けられた直線サーボモータ72などからなり、口金6を図中X,Zのそれぞれの方向に直線駆動可能とする。
液移送ポンプ8は、図3に示すように、シリンダC、プランジャP、膜状封止部材F及びプランジャ駆動部PDを備え、立設した状態、すなわちシリンダCの軸線J1を鉛直軸に平行にした状態で使用される。
シリンダCは、耳部C11を備える略椀形の上側カバー体C1と、これと同様に耳部C21を備える略椀形の下側カバー体C2とからなる。上側カバー体C1と下側カバー体C2とは、それぞれの耳部C11と耳部C21との間に膜状封止部材Fの開口端部F2を挟持させた状態で該耳部C11,C21同士をボルトM1により締め付けることで一体化してシリンダ本体を形成する。上側カバー体C1と膜状封止部材Fとの間には液室R1が形成され、下側カバー体C2と膜状封止部材Fとの間には真空室R2が形成される。真空室R2には、レジスト液の漏れを検知するための液検知センサDが設けられる。
上側カバー体C1には、吸込口C12と吐出口C13とが穿設される。吸込口C12は、上側カバー体C1の側面にその法線方向と平行となるように穿設され、プランジャPが上死点位置に達したときに、シリンダCとプランジャPとの間隙Gが形成される範囲内に穿設される。吐出口C13は、上側カバー体C1の頂部に、軸線J1と平行な方向に穿設される。
下側カバー体C2には、真空引き口C22とロッド穴C23とが穿設される。真空引き口C22は、配管を介して真空ポンプ9に連接する。ロッド穴C23は、プランジャPのロッドP3が摺動可能に貫通するように設けられた貫通穴であり、下側カバー体C2の底部に穿設される。
プランジャPは、ヘッドP1、座板P2及びロッドP3を備える。膜状封止部材Fにより被覆されるヘッドP1は、座板P2を介してボルトM2によりロッドP3と連結する。ロッド穴C23を貫通したロッドP3は、その他端がプランジャ駆動装置PDに連結される。
膜状封止部材Fは、可撓性材よりなるキャップ状体から構成される。可撓性材として、例えば強力なポリエステル布の上にゴムを被覆したものが使用され、膜状封止部材Fは次のようにして間隙Gを封止する。すなわち、その開口端部F2をシリンダCの内周面上に固着させた状態で該キャップ状体の胴部F3によりプランジャPの上部を被覆する。そしてシリンダCとプランジャPとの間隙Gで下側に折り返すことにより、断面視U字形のU字形折返し部F1を形成し、このU字形折返し部F1により間隙Gを封止する。U字形折返し部F1は、プランジャPの往復駆動とともにその駆動方向と同一方向に間隙Gを移動する。このときU字形折返し部F1は、間隙Gを転がるようにして移動するので、摩耗損失が少なくしかも液体や気体の漏洩がない。
プランジャ駆動装置PDは、回転駆動軸を備えるサーボモータ、及びこの回転駆動軸の回転運動を直線運動に変換するボールネジから構成される。その動作は、制御装置3に組み込まれたプログラムにより制御可能とされる。プランジャ駆動装置PDは、図5に示すように、プランジャPを上死点から下死点に向けて駆動するとき、その加速開始段階における時間−速度の関係が略S字曲線形状となるように制御される。
第1開閉バルブ11は、貯留タンク4と液移送ポンプ8の吸込口C12との間に設けられ、液移送ポンプ8の吸込動作時に開状態となり、液移送ポンプ8の吐出動作時に閉状態となるように制御される。また、液検知センサDがレジスト液を検知したときの信号に応じて閉状態となるように制御される。第2開閉バルブ12は、口金6と液移送ポンプ8の吐出口C13との間に設けられ、液移送ポンプ8の吸込動作時に閉状態となり、移送ポンプ8の吐出動作時に開状態となるように制御される。
次に、以上のように構成された塗布装置1の塗布動作について説明する。図6は塗布動作の流れを示すフローチャートである。図7は塗布動作時における第1開閉バルブ11及び第2開閉バルブ12の開閉状態と液室R1内の圧力とプランジャPの速度との関係を示すグラフである。なお図5,7において、横軸は時間軸である。またプランジャPが上死点から下死点に向かう方向の速度をプラスとしている。
図6に示すように、塗布動作は、初期状態設定ステップS1、基板保持ステップS2、液吸込みステップS3、液吐出ステップS4、口金駆動ステップS5及び基板引渡しステップS6により行われる。
初期状態設定ステップS1において、貯留タンク4に貯留されたレジスト液は、加圧ポンプ10により約0.1MPa程度まで加圧される共に、エア抜きバルブ41により所定時間のエア抜きがなされる。また、液移送ポンプ8の真空室R2は、真空ポンプ9を通じて80kPa程度まで真空減圧される。真空室R2を真空状態とすることにより、膜状封止部材FとヘッドP1の外周面及びシリンダCの内周面との密着性が良くなり、U字形折返し部F1に凸凹、皺、または折り目などが形成されなくなる。
基板保持ステップS2において、まずステージ5はリフトピンを上昇させ、ロボットから搬入されたガラス基板Kを受け取る。続いてリフトピンを降下させ、吸着穴に負圧を発生させることによりガラス基板Kをステージ5上に吸着保持する。
液吸込みステップS3において、図7におけるT1部分に示すように、まず第2開閉バルブ12は制御装置3からの指示により閉状態となり、続いて第1開閉バルブ11が開状態となる。続いてプランジャ駆動装置PDは、プランジャPを上死点から下死点に向けて駆動する。このとき液室R1には、第1開閉バルブ11を介して吸込口C12からレジスト液が流入する。
流入したレジスト液は、加圧ポンプ10により加圧されているため、プランジャPの降下に伴う液室R1の圧力減少が補償される。このため液室R1の急激な圧力変動が生じない。従って、膜状封止部材FのU字形折返し部F1に不安定な形状変化が生じない。U字形折返し部F1は、きれいなU字形を保持した状態で間隙Gを移動することができる。これにより、膜状封止部材Fに無理な力が加わることが防止され、膜状封止部材Fの長寿命化を図ることができる。
もし、加圧ポンプ10による加圧がなかった場合は、液室R1内の急激な圧力変動に伴い、U字形折返し部F1が不安定な形状になる。例えばプランジャPが下がりはじめた瞬間においては、レジスト液はその慣性によりすぐには液室R1に流入しないため、液室R1の圧力が瞬時的に急激に下がりその直後に急激に上がる現象が起きる(図7におけるT3部分の点線参照)。この現象により、液室R1と真空室R2との圧力差が一時的に小さくなり、U字形折返し部F1に凸凹、皺、または折り目などが形成される。一度このように形成された変形部分は回復されにくく、プランジャPの往復回数の増加に伴いやがてはその部分で摩耗や亀裂が生じ、膜状封止部材Fの寿命を縮める大きな要因となる。
プランジャ駆動装置PDは、プランジャPを上死点から下死点に向けて駆動するとき、図5に示すような加速度特性で駆動する。すなわち、その加速開始段階における時間−速度の関係が略S字曲線形状とされる。プランジャPの降下速度は、上昇速度よりも低速度で且つ加速度も小さく、穏やかに降下するので、液室R1には変化率の大きい瞬時的な圧力変動が生じない。
従って、膜状封止部材FのU字形折返し部F1に不安定な形状変化が生じない。U字形折返し部F1は、きれいなU字形を保持した状態で間隙Gを移動することができる。これにより、膜状封止部材Fに無理な力が加わることが防止され、膜状封止部材Fの長寿命化を図ることができる。
加速を始めたプランジャPが所定の速度に達すると、図5,7のT4部分に示すように、所定時間その速度を保つ。プランジャPが下死点に近づいたとき、その減速開始段階における時間−速度の関係は、加速開始段階とは対象形の略S字曲線形状とされる。
液吐出ステップS4において、図7のT2部分に示すように、まず第1開閉バルブ11は制御装置3からの指示により閉状態となり、続いて第2開閉バルブ12が開状態となる。プランジャ駆動装置PDは、プランジャPを下死点から上死点に向けて駆動し、吐出口C13からレジスト液が吐出する。プランジャPが下死点から上死点に向けて移動するとき、その加速開始段階における時間−速度の関係は、一定勾配を有した直線形状とされる。プランジャPが所定の速度に達すると所定時間その速度を保つ。プランジャPが上死点に近づいたとき、その減速開始段階における時間−速度の関係は、加速開始段階とは対象形の一定勾配を有した直線形状とされる。吐出口C13から吐出したレジスト液は、第2開閉バルブ12を介して口金6に導かれる。
吐出口C13は、上側カバー体C1の頂部に軸線J1と平行な方向に穿設されるため、液室R1内の気泡がここから抜け出やすい。つまり、気泡の滞留が防止でき、この点からも膜状封止部材Fの長寿命化を図ることができる。その理由は次のとおりである。すなわちレジスト液の吸い込み動作時における減圧作用や、レジスト液の不十分なエア抜きにより、液室R1中のレジスト液が気泡を含むことがある。この気泡がU字形折返し部F1の底部に入り込んだままの状態、あるいは、接触したままの状態となった場合、膜状封止部材Fの接液部に局所的な圧力変動が生じ、U字形折返し部F1が均一な表面状態を保持せずに移動するようになり、U字形折返し部F1に摩耗や亀裂が生じ、膜状封止部材Fの寿命を縮める大きな要因となるからである。
また、膜状封止部材Fが経時劣化等の要因で破れた場合、真空室R2に設けられた液検知センサDがレジスト液の漏れを検知し、制御装置3はその検知信号に基づいて直ちに第1開閉バルブ11を閉状態にし、塗布動作を一時的に中断するため、漏れたレジスト液を真空ポンプ9が吸い込んでしまうことが防止される。
口金駆動ステップS5において、口金駆動装置7は、まず口金6をガラス基板Kの近接位置まで駆動し、続いて口金6を塗布開始位置X1から塗布終了位置XEに向けて等速度で駆動する。このときスリット状の開口部621からレジスト液が滲出し、口金6の移動に伴いガラス基板Kの表面にレジスト液が塗布される。塗布が終了すると、口金6を塗布終了位置XEで停止させ、第2開閉バルブ12を閉状態とする。そして口金6の移動方向を反転させ、待機位置X0に到達した時点で停止させる。
基板引渡しステップS6において、ステージ5では吸着穴の真空圧を破壊することによりガラス基板Kを吸着保持から解放する。そしてリフトピンを上昇させ、塗布済みのガラス基板Kをロボットに引き渡す。以降、新しいガラス基板Kをロボットから受け取り、予定枚数の塗布が終了するまで(ステップS7でイエス)、上と同様な手順で塗布動作を行う。
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、上に開示した実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、更に特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
本発明に係る塗布装置の外観を示す斜視図である。 塗布装置の構成図である。 液移送ポンプの正面一部断面図である。 膜状封止部材の外観を示す斜視図である。 プランジャ駆動装置がプランジャを上死点から下死点に向かう方向に鼓動するときの時間−速度の関係を示すグラフである。 塗布動作の流れを示すフローチャートである。 塗布動作時における第1開閉バルブ及び第2開閉バルブの開閉状態と液室内の圧力とプランジャの速度との関係を示すグラフである。 従来における塗布装置の構成図である。
符号の説明
1 塗布装置
4 貯留タンク
5 ステージ
6 口金
7 口金駆動装置(駆動手段)
8 液移送ポンプ
10 加圧ポンプ(正圧付与手段)
11 第1開閉バルブ
12 第2開閉バルブ
621 開口部
C12 吸込口
C13 吐出口
C シリンダ
D 液検出センサ(塗布液検出センサ)
F 膜状封止部材
F1 U字形折返し部
F2 開口端部
F3 胴部
G 間隙
J1 軸線
K ガラス基板(基板)
P プランジャ
PD プランジャ駆動装置(プランジャ駆動手段)
R2 真空室(非接液室)
X 方向

Claims (7)

  1. 塗布液を貯留する貯留タンクと、塗布対象となる基板を保持するステージと、スリット状の開口部を備えステージの上方に架設された口金と、吸込動作と吐出動作とを交互に行うことにより貯留タンク内の塗布液を口金に導く液移送ポンプと、液移送ポンプの吸込口と貯留タンクとの間に配設され上記吸込動作時に開状態となり上記吐出動作時に閉状態となる第1開閉バルブと、液移送ポンプの吐出口と口金との間に配設され上記吐出動作時に開状態となり上記吸込動作時に閉状態となる第2開閉バルブと、スリット状の開口部と基板とを近接させた状態で口金と基板とを相対移動させる駆動手段とを備える塗布装置において、
    上記液移送ポンプは、吸込口及び吐出口を備えるシリンダと、シリンダの内部をその軸線に沿う方向に往復移動可能に設けたプランジャと、シリンダとプランジャとの間隙を封止する膜状封止部材と、プランジャを駆動するためのプランジャ駆動手段とを備えており、前記シリンダにおける非接液室に真空ポンプが接続されていることを特徴とする塗布装置。
  2. 前記膜状封止部材は、可撓性材からなるキャップ状体から構成され、該キャップ状体の開口端部をシリンダの内周面上に固着させた状態で該キャップ状体の胴部によりプランジャを被覆すると共に、シリンダとプランジャとの間隙で下側に折り返して形成されるU字形折返し部により該間隙を封止してなる請求項1に記載の塗布装置。
  3. 所定の正圧を上記貯留タンク内に付与する正圧付与手段を備える請求項1又は2に記載の塗布装置。
  4. 前記プランジャ駆動手段は、吸込動作時におけるプランジャの移動速度が、吐出動作時おけるプランジャの移動速度よりも低速度となるようにプランジャを駆動する請求項1から請求項のいずれかに記載の塗布装置。
  5. 前記プランジャ駆動手段は、吸込動作時におけるプランジャの加速開始段階での時間−速度の関係が略S字曲線形状となるようにプランジャを駆動する請求項1から請求項のいずれかに記載の塗布装置。
  6. 前記液移送ポンプは、その吐出口がシリンダの頂部に設けられ、シリンダの軸線が鉛直軸に平行となるように立設して使用される請求項1から請求項のいずれかに記載の塗布装置。
  7. 前記膜状封止部材から漏れた塗布液を検出するための塗布液検出センサを設け、この塗布液検出センサの検知信号に応じて第1開閉バルブを閉状態とする請求項1から請求項のいずれかに記載の塗布装置。
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