JP5056611B2 - 基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ等に用いるガラス基板の表面に表面処理剤、フォトレジスト等の塗工剤を精密に塗布するための基板処理装置に関する。

従来、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイに用いるガラス基板の表面に表面処理剤やフォトレジスト、カラーレジスト等の各種塗工剤を均一に塗布する方法としては、ガラス基板を回転テーブルに載置して高速で回転させ、中心に塗工剤を滴下するスピンコート法を初めとして、処理液に基板を浸漬して引き上げるディッピングコート法、ゴムロールを使用するロールコート法、定盤に載置した基板上に吐出ダイを水平移動させて塗工するダイコート法など各種の塗工方法が用いられてきた。

特許文献１に記載された塗布装置は、ダイコート法の改良に関わるものであり、水平なテーブルに載置した基板の上から、浮上手段によって浮上させたスリット状吐出口をリニアモーターによって水平移動させて塗工する塗布装置である。
この塗布装置は、スリットノズルを浮上させることによって、ノズルの移動に伴って発生する振動を排除することが可能となるため、高精度の塗工が期待されるものであるが、近年におけるガラス基板の超大型化に対応しようとした場合、長大で重量の大きな吐出ノズルを浮上移動させることは、機械的に見てもまたコスト面においても現実的でない。

これに対して特許文献２に記載された油性樹脂溶液の塗布方法及び装置は、特許請求範囲に記載された通り、方形のガラス基板相互の等辺を密に接合し、空気圧で浮上させて同一平面に配列保持したガラス基板列に、その最後尾の基板に搬送力を加え、水平に搬送しながら連続的に油性樹脂溶液を塗布することを特徴とする塗布方法とこれに用いる装置である。

この装置の特徴は、塗布ヘッドが固定されており、この固定された塗布ヘッドから樹脂溶液を供給しながら、この塗布ヘッドの下に、空気圧によって浮上されたガラス基板を連続的に搬送して油性樹脂溶液を塗布する点にあるが、この方法によるとガラス基板の継ぎ目に樹脂溶液が入り込みガラス基板の端面が汚れるという問題の他、ガラス基板の接合に当って、衝撃を生ずることのないように制御するのが実際上極めて難しいという問題がある。

固定された塗工ヘッドから供給される塗工液を、空気浮上させたガラス基板上に塗布する方法自体は、近年のガラス基板の超大型化にも対応が可能であり合理的な方法であるが、この方法の問題点として温度むらによるガラス基板の変形の問題がある。

特許文献１に示された方法のように、ガラス基板をテーブル上に載置して固定した状態で塗工する方法の場合には、テーブルに多少の温度むらがあったとしても基板自体が歪むことはないが、特許文献２に示された方法のように、基板を空気浮上させた状態で塗工する場合には、ガラス基板が拘束されていないため、ガラス基板の厚さが厚く、寸法も小さい場合には殆ど問題とならないが、厚さが薄く、寸法の大きいガラス基板の場合には、この浮上用に用いる圧縮空気の温度のばらつきや、定盤自体の温度のばらつきによっては、基板に歪みが発生し、均一な塗工ができないという問題がある。
特開2001-310152号公報 特開平4-55347号公報

本発明は、大型のガラス基板に対しても、均一な塗膜を安定して付与することのできる基板処理装置を提案することを目的とする。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明は、基板の表面に塗液を塗布するための基板処理装置であって、基板を水平に浮上させる浮上ステージと基板を保持し移動させる基板移動手段と基板表面に所定量の塗液を供給する固定された塗工ノズルとを有し、浮上ステージ上に浮上された基板を基板移動手段によって保持移動させながら、塗工ノズルから塗液を供給して、基板表面に塗液を塗布する基板処理装置において、前記浮上ステージ内部には冷却水通路と温度測定器が設置されており、該温度測定器の温度指示に従って冷却水通路を通過する冷却水量を調節することにより、浮上ステージの温度を一定に保持し、かつ、前記浮上ステージ表面には交互に配列されたエアー噴出孔と真空吸引孔とが設けられており、エアー噴出孔から一定温度のエアーを噴出すると同時に真空吸引孔からエアーを吸引し、基板を一定の高さに保持することを特徴とする基板処理装置である。

また、請求項２に記載の発明は、前記エアー噴出孔から噴出するエアーは、エアー冷却装置とエアー加熱装置によって一定の温度に調節されていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置である。

また、請求項３に記載の発明は、前記浮上ステージ内部にはプレートヒーターが設置されており、前記温度測定器の温度指示に従って前記冷却水量および該プレートヒーターの出力を調節することにより、浮上ステージの温度を一定に保持することを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の基板処理装置である。

本発明の基板処理装置は、基板を水平に浮上させる浮上ステージと基板を保持し移動させる基板移動手段と基板表面に所定量の塗液を供給する塗工ノズルとを有し、浮上ステージ上に浮上された基板を基板移動手段によって保持移動させながら、塗工ノズルから塗液を供給して、基板表面に塗液を塗布することを特徴とする基板処理装置であるから、塗工ノズルは一定の位置に固定されており、被塗工物である基板が移動する塗工方式であるため、大型の基板に対応するために巨大化し、重量の重くなった塗工ノズルであっても問題なく設置することができる。

また、基板を浮上する浮上ステージと基板を保持し移動させる基板移動手段を有するため、基板を滑らかに移動させることが可能であり、またその移動速度も所定のコントロールされた速度で移動が可能であるから、例えば基板の塗工時には厳密に一定の速度に保ち、基板の搬送時には速度を速めて、基板の搬入搬出に要する時間を短縮するといったコントロールが可能であり、均一な塗膜を能率良く塗工することができる。

また、塗工ノズルについても所定量の塗液を供給することが可能であるから、基板の所定の位置から塗り始めて所定の位置で塗り終わることや、例えば塗り始めと塗り終わりの塗液の供給量を少なくすることにより、塗り始めと塗り終わりに発生しがちな塗膜の盛り
上がりを防止することができる。

浮上ステージ表面に交互に配列されたエアー噴出孔と真空吸引孔とを設け、エアー噴出孔から一定温度のエアーを噴出すると同時に真空吸引孔からエアーを吸引し、基板を一定の高さに保持するようにした場合には、基板のサイズや板厚に関わりなく基板を一定の高さに水平に保持することが可能となるため、特に基板のサイズが大きい場合や板厚が薄い場合には、安定した塗工が可能となる。また、エアーの温度が一定であるため大面積の基板であっても部分的な温度むらによる基板の歪みを防止することができるため、精度の高い塗工が可能となる。
またエアー噴出孔から噴出するエアーの温度を、エアー冷却装置とエアー加熱装置によって一定の温度に調節した場合には、さまざまな要因によりエアー供給源から供給されるエアーの温度がばらついた場合であっても、常に一定の条件で塗工を行うことが可能となる。

さらに浮上ステージ内部に、冷却水通路と温度測定器を設け、温度測定器の温度指示に従って冷却水通路を通過する冷却水量を調節することにより、浮上ステージの温度を一定に保持するようにした場合には、さまざまな要因によって浮上ステージの温度むらが生じた場合であっても、浮上ステージの温度を一定に保つことが可能となるため、浮上ステージの温度むらに起因する基板の歪みを防止することができ、精度の高い塗工が可能となる。

さらに浮上ステージ内部にプレートヒーターを設置し、温度測定器の指示に従って冷却水量およびプレートヒーターの出力を調節することにより、浮上ステージの温度を一定に保持するようにした場合には、浮上ステージの温度を下げるような要因が働いた場合であっても、浮上ステージの温度調節が正確にできるようになり、より安定した塗工が可能となる。

図面に従って、本発明に係る基板処理装置の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明に係る基板処理装置の一実施形態における浮上ステージの構造を示した平面模式図であり、図２は、図１のＡＡ断面において基板に塗工を行う状態を示した断面模式図である。
本実施形態における浮上ステージ１には、エアー噴出孔２と真空吸引孔３とが交互に配列されている。基板を単に浮上搬送する場合や、基板の面積が大きくない場合や、基板の厚さが厚くて、基板に十分な剛性がある場合には、エアー噴出孔のみを備えた浮上ステージでも差し支えないが、基板の面積が大きい場合や面積に比較して板厚が薄い場合には、エアーを噴出するエアー噴出孔のみであると、噴出したエアーが基板の中央部分に滞留するため、浮上した基板の平面性が損なわれる場合がある。基板の面積が大きくさらに板厚が薄い場合であっても、この実施形態のようにエアーを噴出するエアー噴出孔と噴出されたエアーを吸引する真空吸引孔とが交互に配列されていると、噴出したエアーが部分的に滞留することがなく、基板前面にわたって均一化されるので、浮上した基板の平面性が確保される。

図２に示されたように、エアー供給配管６から供給されたエアーは、分岐配管によって浮上ステージ１の各エアー噴出孔２から噴出する。また噴出したエアーは、各真空吸引孔３から吸引されて真空供給配管７に集約され吸引除去される。このエアーの噴出と吸引のバランスによって基板１０が浮上ステージ１と一定の間隙を保った状態で浮上することになる。

浮上した基板１０は、図には示されていないが、基板移動手段によって図中の矢印の方
向に移動される。基板移動手段としては、真空吸着装置を備えたアームによって基板の端部を保持し、アームごと移動する方法などを用いることができる。この時、基板の移動速度の精度は、基板移動手段の精度によって決定されるので、塗布むらのない高精度な塗工を実現するためには、基板移動手段として、速度むらのない滑らかな移動が可能なものとする必要がある。

浮上した基板１０の移動に同調して、塗工ノズル８から塗液が基板１０の表面に供給される。塗工ノズル８から基板表面に供給される塗液の量は、図には示されていない送液ポンプによって塗工ノズル８に供給される塗液の量によって決定される。この送液ポンプは、プログラムに従って、送液量を制御できるものであり、基板１０の先端部が塗工ノズルの下を通過し、所定の距離を移動した時点で送液を開始し、基板の後端部が通過する前に送液を停止することができる。こうすることにより、基板の先端部や後端部が塗液によって汚されることがない。また塗液の塗り始めと塗り終わりは送液ポンプの単位時間当たりの送液量を少なくすることにより、塗り始めと塗り終わりに発生しやすい塗液のたまりによる塗膜の盛り上がりを防止することができる。

基板１０を浮上させるためにエアー供給配管６に供給されるエアーは、通常は一定温度に管理されたクリーンルーム内の空気を取り入れてブロアで供給されるか、あるいは、クリーンドライエアー製造装置から一定温度で供給される清浄乾燥空気を用いるので、温度は一定である場合が多い。エアー供給源の温度が常に一定である場合には、特にエアーの温度を調節する必要がない場合もある。

しかし実際上は、さまざまな要因によってエアー噴出孔から噴出するエアー温度がばらつく場合がある。エアー噴出孔から噴出するエアーの温度がばらついた場合、基板の厚さが薄く、またサイズが大きい場合には、基板に部分的な歪みが生じ、その結果基板の平面性が損なわれる。本発明の浮上塗工方式の場合には、基板が浮上していて拘束されていないので、基板の一部に生じたわずかな歪みも基板全体の変形につながる可能性がある。

上記エアー温度のばらつく要因としては、エアー供給源の温度変動と浮上ステージの温度むらが挙げられる。
図３は、本発明に係る基板処理装置の他の実施形態における浮上ステージの構造を示した平面模式図である。また図４は、図３のＢＢ断面を示した断面模式図であり、図５は、図３のＣＣ断面を示した断面模式図である。またさらに図６は、図５のＤＤ断面を示した断面模式図である。なお、図３に示されている冷却水通路１１やステージ温度測定器１６は、浮上ステージの内部に存在するので、実際には上からは見えないが、説明上記載している。

この実施形態においては、浮上ステージ１には、エアー噴出孔２と真空吸引孔３とが交互に配列されているほか、浮上ステージの内部に冷却水通路１１が設けられており、冷却水源から供給された冷却水が冷却水流量調整弁５を経由して浮上ステージ内部を通過し、冷却水リターン配管４から排出される。浮上ステージ１には、図３、図５に示されるようにステージ温度測定器１６が４箇所に設置されており、この温度指示に基づいて、冷却水流量調整弁５を開閉して冷却水通路１１を流れる冷却水の水量を調節することによって浮上ステージの温度を一定に保持することができるようになっている。

また、本実施形態においては、図４に示されたようにエアー供給配管６から供給されたエアーがエアー加熱装置１４およびエアー冷却装置１３によって温度調節されるようになっている。エアーの温度は、エアー温度測定器１２によって測定され、この温度指示に基づいてエアーの加熱、冷却がなされ、浮上ステージ１に供給されるエアーの温度が一定となる。

また、本実施形態においては、図５および図６に示されたように、浮上ステージ１の内部にプレートヒーター１５が設置されており、浮上ステージの温度が低下した場合にも浮上ステージの温度を一定に保つことができるようになっている。

本実施形態においては、以上説明したように浮上ステージの温度と浮上用に用いるエアーの温度を一定に保持することができるようにしたため、大面積の基板に対しても、常に安定した塗工処理を行うことが可能となった。

以下、本発明の実施例について説明する。
図３〜図６に示された実施形態に順ずる液晶ディスプレイ用カラーフィルターの製造に用いる基板処理装置を作成した。
基板処理装置の諸条件、使用材料および塗工条件は、以下の通りである。
＜基板処理装置の諸条件＞
浮上ステージ寸法・・・5000ｍｍ×2800ｍｍ
浮上ステージ温度設定・・・23℃
冷却水流量・・・30Ｌ／分×2系統
冷却水温度・・・18℃
プレートヒーター・・・1000Ｗ×24枚
浮上用エアー流量・・・1000Ｌ／分
エアー温度設定・・・23℃
基板浮上量・・・50μｍ
＜使用材料＞
基板・・・2160ｍｍ×2460ｍｍ×0.7ｍｍの無アルカリガラス基板
塗布液・・・Ｒｅｄネガレジスト
＜塗工条件＞
処理枚数・・・300枚
搬送タクト・・・45秒／枚
塗工時の基板搬送速度・・・200ｍｍ／秒
送液量・・・10ｍＬ／秒
塗布膜厚・・・2μｍ（乾燥膜厚）
上記条件による連続塗工テストを実施したところ、浮上ステージの温度むらや浮上用エアーの温度むらに起因すると考えられるネガレジストの塗布むらの発生は皆無であった。

本発明に係る基板処理装置の一実施形態における浮上ステージの構造を示した平面模式図。 図１のＡＡ断面において、基板に塗工を行う状態を示した断面模式図。 本発明に係る基板処理装置の他の実施形態における浮上ステージの構造を示した平面模式図。 図３のＢＢ断面を示した断面模式図。 図３のＣＣ断面を示した断面模式図。 図５のＤＤ断面を示した断面模式図。

符号の説明

１・・・浮上ステージ
２・・・エアー噴出孔
３・・・真空吸引孔
４・・・冷却水リターン配管
５・・・冷却水流量調整弁
６・・・エアー供給配管
７・・・真空供給配管
８・・・塗工ノズル
９・・・塗膜
１０・・・基板
１１・・・冷却水通路
１２・・・エアー温度測定器
１３・・・エアー冷却装置
１４・・・エアー加熱装置
１５・・・プレートヒーター
１６・・・ステージ温度測定器

Claims (3)

1. 基板の表面に塗液を塗布するための基板処理装置であって、基板を水平に浮上させる浮上ステージと基板を保持し移動させる基板移動手段と基板表面に所定量の塗液を供給する固定された塗工ノズルとを有し、浮上ステージ上に浮上された基板を基板移動手段によって保持移動させながら、塗工ノズルから塗液を供給して、基板表面に塗液を塗布する基板処理装置において、前記浮上ステージ内部には冷却水通路と温度測定器が設置されており、該温度測定器の温度指示に従って冷却水通路を通過する冷却水量を調節することにより、浮上ステージの温度を一定に保持し、かつ、前記浮上ステージ表面には交互に配列されたエアー噴出孔と真空吸引孔とが設けられており、エアー噴出孔から一定温度のエアーを噴出すると同時に真空吸引孔からエアーを吸引し、基板を一定の高さに保持することを特徴とする基板処理装置。
2. 前記エアー噴出孔から噴出するエアーは、エアー冷却装置とエアー加熱装置によって一定の温度に調節されていることを特徴とする請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記浮上ステージ内部にはプレートヒーターが設置されており、前記温度測定器の温度指示に従って前記冷却水量および該プレートヒーターの出力を調節することにより、浮上ステージの温度を一定に保持することを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の基板処理装置。
   

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