JP5058449B2 - 塗布膜の形成方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は塗布膜の形成方法及び装置に関する。

インクジェット等により塗布液（溶媒中に膜材料が溶解又は分散している液）を基板上に塗布して塗布膜を形成する塗布膜の形成方法では、(1)塗布膜の塗布工程、(2)塗布膜が広がりならされて平坦面になるレベリング工程、(3)塗布膜の乾燥工程が必要とされる。

このような、塗布膜の形成方法は、液晶表示パネルの製造工程における、ガラス基板へのレジストや配向膜等の機能性薄膜の形成に用いられる。

ここで、塗布膜の乾燥が始まり塗布液の流動が悪くなるとレベリングの進行は極端に制限される。従って十分なレベリングを行なうためにはレベリング速度が乾燥速度を上回る必要がある。しかしながら、乾燥の早い液体（例えばレジスト等）を用いた場合、乾燥速度がレベリング速度を上回り、十分に液が広がる前に乾燥が進んでしまうという問題がある。これらの対策として、特許文献１では、乾燥装置において基板に溶媒蒸気を制限するカバーを設ける方法が提案されている。また、特許文献２では、塗布装置に溶媒ガスを導入し、塗布雰囲気を制限する方法が提案されている。
特開2003-159558 特開2003-245582

特許文献１は、乾燥装置で所定の溶媒雰囲気を形成しようとするものであるため、基板が塗布装置から乾燥装置に輸送されるまでの空気の流れや温度変化によりレベリング不良を起こし易い。

特許文献２は、塗布装置で所定の溶媒雰囲気を形成してレベリングするものであり、生産性が悪い。

本発明の課題は、塗布膜のレベリング性を向上し、かつ生産性を向上することにある。

請求項１の発明は、塗布工程において塗布液を基板上に塗布して塗布膜を形成する塗布膜の形成方法において、
前記塗布膜が形成された前記基板を、搬送装置が備える密閉容器に収容して前記塗布膜を前記塗布液の溶媒の雰囲気中に置いた状態で前記塗布工程の次の工程へ搬送するにあたり、
前記密閉容器に形成され、シャッタによって開閉される開口を通して前記密閉容器内に前記基板を収容する工程と、
前記シャッタによって開口を閉じた状態で、前記基板を収容した前記密閉容器を前記次の工程へ搬送する工程と、を備え、
前記密閉容器内に基板を収容する工程は、前記密閉容器内に設けられた、前記開口を通して前記密閉容器の内外に移動可能なアームによって行なわれることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、塗布装置によって塗布液を基板上に塗布して塗布膜を形成する塗布膜の形成装置において、
前記塗布膜が形成された前記基板を、前記塗布膜を前記塗布液の溶媒の雰囲気中に置いた状態で前記塗布装置から他の装置へと搬送する搬送装置であって、
前記搬送装置は、前記基板を収容する密閉容器と、前記密閉容器の開口を開閉するシャッタと、前記密閉容器内に設けられた、前記開口を通して前記密閉容器の内外に移動可能とされ基板を支持するアームと、を備え、
前記密閉容器を前記塗布装置と他の装置との間で搬送可能ならしめることを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項２の発明において更に、前記基板を収容する密閉容器の天井高さが該基板の端部まわりでより低く設定されるようにしたものである。

請求項４の発明は、請求項２又は３の発明において更に、前記密閉容器内にガスを導入し、該密閉容器内の雰囲気を調整するガス導入手段を有するようにしたものである。

請求項５の発明は、請求項４の発明において更に、前記ガス導入手段は、分離／連結可能な管継手を中間部に備えたガス導入管を有し、ガス導入管における管継手よりも密閉容器側には、管継手の分離によって閉鎖し管継手の連結によって開放する開閉バルブを備えるようにしたものである。

請求項６の発明は、請求項４又は５の発明において更に、前記容器内に導入されるガスの流れを制御する手段を有し、ガスの流れを制御する手段として、密閉容器内へのガスの導入口と密閉容器内に収納される基板との間に配置され、ガスの導入口からの距離が遠くなるほど開口量が大きく形成された孔を備えた遮蔽部材を備えるようにしたものである。

請求項７の発明は、請求項２〜６のいずれかの発明において更に、前記容器内のガスを排出し、容器内の雰囲気を調整するガス排出手段を有するようにしたものである。

基板に塗布膜を塗布した直後〜基板搬送中に、塗布膜を溶媒雰囲気中に閉じ込める。これにより、塗布膜を外部雰囲気の影響から隔離するとともに、乾燥を抑制し、必要なレベリングを行なうことができる。

基板の搬送時間をレベリング工程に割り当てるものとなり、生産性を向上する。

図１は塗布膜形成装置を示すブロック図、図２は塗布膜形成装置を示す斜視図、図３は塗布膜形成工程を示す工程図、図４は塗布膜のレベリング状態を示す模式図、図５は容器に接続されるガス導入手段を示す模式図、図６は容器とその内部構造を示す模式図、図７は管継手を示す模式図、図８は容器の変形例を示す模式図、図９は容器付搬送手段を示す模式図である。

塗布膜形成装置１００は、液晶表示パネルの製造に用いられるガラス基板にレジスト等の機能性薄膜を形成するもので、図１、図２に示す如く、塗布装置１０、搬送装置２０、乾燥装置（ベーク装置）３０、容器ストッカ４０を有して構成される。

塗布装置１０は、図２に示す如く、インクジェットヘッド１１の下方に配置されたステージ１２の上に基板１を載せ、インクジェットヘッド１１に対してステージ１２を移動することにより、インクジェットヘッド１１が吐出する塗布液を基板１上に塗布して塗布膜２を形成する。搬送装置２０は、基板１を塗布装置１０から乾燥装置３０へ搬送する。乾燥装置３０は、ホットプレート３１の上に基板１を載せ、そのプレートを介して塗布膜２を加熱乾燥（ベーク）させる。

しかるに、塗布膜形成装置１００は、搬送装置２０により基板１を塗布装置１０から乾燥装置３０へ搬送する過程で、塗布膜２を該塗布膜２から蒸発した溶媒の雰囲気中に置く雰囲気制御手段として、基板１を被う密閉容器５０を有する。容器５０は図２に示す如く、基板１を載せるベース５１と、ベース５１の周囲に着脱されるカバー５２からなる。ベース５１は熱伝導の良い、例えばアルミにて構成される。

従って、塗布膜形成装置１００は以下の如くにより基板１の塗布膜２を形成する。
(1)塗布装置１０のステージ１２の上にベース５１を置き、このベース５１の上に基板１を置き、ステージ１２をインクジェットヘッド１１に対して移動させる過程で、インクジェットヘッド１１が吐出する塗布液を基板１に塗布する（図３（Ａ））。基板１をインクジェットヘッド１１の後方の所定位置（カバー５２の降下位置）に止める（図３（Ｂ））。

(2)搬送装置２０の保持具２１に保持されたカバー５２が上述(1)のベース５１に被着され、密閉容器５０を形成してカプセル化する（図３（Ｃ））。

容器５０（カバー５２）の容積は、塗布膜２から蒸発した溶媒で十分な溶媒雰囲気を形成できる最小容積に設定することが好ましい。この容積を最小にするにはカバー５２の天井高さ（基板１とカバー５２のギャップ）を小さくすることが望ましく、例えば1mm程度とする。ベース５１とカバー５２の接触部は、それらの一方に設けたＯリング等でシールされ、気密性を維持する。これにより、容器５０は、容積が小さいために、別途溶媒蒸気を供給する必要なく、塗布膜２の蒸発溶媒雰囲気を維持できる。

(3)上述(2)の容器５０（ベース５１、カバー５２）は搬送装置２０の搬送アーム２２に移載され、乾燥装置３０へ搬送される（図３（Ｄ））。この搬送過程で、基板１の塗布膜２は、容器５０の内部の上述(2)の溶媒雰囲気中に置かれ、乾燥を抑えられてレベリングを促進される。

(4)搬送装置２０は容器５０（ベース５１、カバー５２）に収容された基板１を乾燥装置３０へ搬入する。ベース５１は熱伝導の良い材料で構成されているから、ホットプレート３１の上に直に載せられ、塗布膜２を加熱乾燥（ベーク）する（図３（Ｅ）、（Ｆ））。乾燥装置３０に搬入した後、ベークを行なうにあたり、カバー５２を外し、このカバー５２を容器ストッカ４０に回収する。カバー５２は、塗布膜２の加熱乾燥後に、ベース５１とともに回収されても良い。

(5)塗布膜２の加熱乾燥後、基板１を下流工程へ搬送する。このとき、ベース５１が容器ストッカ４０に回収される。容器ストッカ４０に回収されて冷却されたベース５１、カバー５２は、それぞれ、前述(1)、(2)に導入されて循環使用される。

以上のように、塗布膜形成装置１００は、基板１を容器５０に入れ、塗布膜２を所望の管理された雰囲気に保持しつつ、基板１の搬送、レベリング、乾燥を行ない、高品質の塗布膜２を形成できる。図４（Ａ）は容器５０を用いない場合の塗布膜２のレベリング状態、図４（Ｂ）は容器５０を用いた場合の塗布膜２のレベリング状態を示す。尚、ここで、図４（Ａ）、（Ｂ）は、基板１上に塗布液を複数の線状に塗布し、そのうち１本の線幅及び高さを所定時間のレベリング後に測定した結果を模式的に示したグラフである。これら（Ａ）、（Ｂ）のグラフにおいて、縦軸は、線状に塗布された塗布液の高さを示し、横軸は、線状に塗布された塗布液の幅方向長さを示し、両者の尺度は同じである。また、便宜上、塗布液を線状に塗布した塗布線を塗布膜と称している。これによれば、基板１を容器５０の閉じ込めることにより、塗布膜２の乾燥を抑制し、塗布膜２の平坦面の巾が約1.5倍に広がり、レベリングが促進されることが確認できる。

以下、容器５０内にガスを導入し、又は容器５０内のガスを排出し、容器５０内の雰囲気を調整する手段として、カバー５２に設けたガス導入管６０、ガス排出管７０、バキューム排気管８０について説明する。

ガス導入管６０、ガス排出管７０により、容器５０（ベース５１、カバー５２）内にガスを導入し又は排出することにより、容器５０内の雰囲気を調整し、又は容器５０内の雰囲気を一様化できる。導入ガスは塗布液の溶媒蒸気であっても、これと異なる任意のガスであっても良い。容器５０の容積が小さいため、ガスの導入量、排出量は少なくて済む。バキューム排気管８０により、容器５０の雰囲気を減圧し、基板１を容器５０に収容したまま乾燥装置３０で減圧乾燥を行なうこともできる。

容器５０の容積が小さいことにより、また、基板１が大きくなるに従って塗布膜２の中央部と端部で雰囲気の影響差が大きくなることにより（塗布膜２のエッジは中央部側に比べて表面積が大きくて乾燥し易い）、導入ガスや排出ガスの気流の変化が塗布膜２の蒸発、乾燥状態に影響を及ぼして膜ムラを生じ易い。従って、ガスの導入や排出は、容器５０の１ヵ所で行なうのでなく、複数配置することが好ましい。ガス導入について例示すれば、図５、図６に示す如く、ガス導入管６０（ガス排出管７０、バキューム排気管８０も同様）を複数の分岐管６１に分岐し、各分岐管６１にガス導入ノズル６２を接続し、各ガス導入ノズル６２をカバー５２内の裏面の複数位置に分散配置することにより、ガス導入による雰囲気の局所的変化を緩和し、容器５０内の雰囲気を一様化できる。このとき、各分岐管６１にレギュレータ６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃ等を設け、カバー５２の中央部のレギュレータ６１Ａの供給量に比して、端部寄りのレギュレータ６１Ｃの供給量をより多くする等、各ガス導入ノズル６２からのガス供給量を互いに調整することも有効である。

容器５０のカバー５２に設けられるガス導入管６０（ガス排出管７０、バキューム排気管８０も同様）にあっては、ガス導入ノズル６２のノズル口６２Ａからのガスの気流が塗布膜２の乾燥状態の局所的な変化を引き起こすことのないように、流量、圧力、向きを制御すると良く、ガス導入ノズル６２と塗布膜２との間でノズル口６２Ａからの気流を制限する整流遮蔽板６３を設けることも考えられる。整流遮蔽板６３は、図６（Ｃ）、（Ｄ）に示す如く、微細な孔６３Ａの開いた板、又はそれらを複数層状に組合せたものとすることができる。整流遮蔽板６３の孔６３Ａは、ノズル口６２Ａからの気流の方向に並置され、ノズル口６２Ａの直近では小径孔として遮蔽効果を大きくし、ノズル口６２Ａから遠くなるに従い大径孔とする等、その配置、孔サイズを調整して設けられる。

尚、基板１が大型になると、カバー５２のたわみが考えられる。塗布膜２から蒸発する溶媒雰囲気を利用するため、基板１とカバー５２のギャップは数mm〜数10mmの如くに最小にすることが好ましく、カバー５２には高い剛性が求められる。図６の容器５０では、複数のガス導入ノズル６２を棒状の、管にその長手方向に沿って複数のガス吐出孔を配列してなるシャワーノズルとしてカバー５２の裏面に配置し、これらがカバー５２の補強梁として機能する。

容器５０のカバー５２に設けられるガス導入管６０（ガス排出管７０、バキューム排気管８０も同様）は、図５に示す如く、容器５０が搬送装置２０により搬送されるときに、この容器５０をガス供給源から切り離し可能にするため、ガス導入管６０の中間部を管継手６４により分離し、上下のガス導入管６０Ａ、６０Ｂのそれぞれに開閉バルブ６５Ａ、６５Ｂを設けた。

管継手６４は、図７に示す如く、上ガス導入管６０Ａと下ガス導入管６０Ｂの接合面にＯリング６６を設け、下ガス導入管６０Ｂにばね６７で閉じ方向に付勢される開閉バルブ６５Ｂを設け、上ガス導入管６０Ａに開閉バルブ６５Ｂを押し開くピン６８を設けることにて構成できる。上ガス導入管６０Ａを昇降装置で支持し、上ガス導入管６０Ａの直下に下ガス導入管６０Ｂが位置付けられたら、上ガス導入管６０Ａを下降させて下ガス導入管６０Ｂに押付けると、開閉バルブ６５Ｂが開く（図７（Ｂ）の状態）。尚、上ガス導入管６０Ａの開閉バルブ６５Ａは電磁弁等にて構成できる。

図８は容器５０の変形例であり、基板１上の塗布膜２を被うカバー５２の天井高さを基板１の端部まわりで低くしたものである。基板１の端部側に位置付けられる塗布膜２のエッジが乾燥し易いことに対し、塗布膜２のエッジまわりで溶媒雰囲気の濃度を濃くしようとするものである。

図９は容器付搬送装置２０Ａの例であり、旋回台９１に容器９２を設け、容器９２の内部に設けたガイドレール９３に搬送アーム９４を支持し、搬送アーム９４を容器９２の前面開口から内外に移動可能にし、容器９２の前面開口にシャッタ９５を設けたものである。塗布装置１０と乾燥装置３０との間で基板１を搬送アーム９４に支持して搬送するとともに、その搬送中は搬送アーム９４を基板１とともに容器９２の中に格納し、シャッタ９５によりその容器９２を本発明の密閉容器とするものである。

尚、容器５０としてベース５１を用いず、基板１の周囲にカバー５２を直に着脱して容器５０を構成するものでも良い。

本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
（請求項１、８）
(a)基板１に塗布膜２を塗布した直後〜基板１の搬送中に、塗布膜２を該塗布膜２からの溶媒雰囲気中に閉じ込める。これにより、塗布膜２を外部雰囲気の影響から隔離するとともに、乾燥を抑制し、必要なレベリングを行なうことができる。

基板１の搬送時間をレベリング工程に割り当てるものとなり、生産性を向上する。

尚、塗布膜２から蒸発した溶媒で雰囲気を形成するようにすれば、溶媒蒸気の供給設備を省くことが可能となる。

（請求項２、９）
(b)基板１を被う密閉容器５０内を溶媒雰囲気にするものであり、最小容積の雰囲気スペースを簡易に形成し、少ない雰囲気ガス量で雰囲気を制御できる。

（請求項１０）
(c)ベース５１とカバー５２により密閉容器５０を簡易に形成できる。ベース５１を熱伝導の良い材料で構成し、基板１を載せたまま乾燥装置３０のホットプレート３１に載せ、ベークを行なうこともできる。

（請求項１１）
(d)カバー５２を基板１に着脱することにより密閉容器５０を簡易に形成できる。

（請求項３、１２）
(e)基板１の端部側に位置付けられる塗布膜２のエッジは中央部側に比べて表面積が大きいために乾燥し易い。このため、容器５０（カバー５２）の天井高さを基板１の端部まわりで低くし、溶媒雰囲気の濃度を塗布膜２のエッジまわりで濃くし、塗布膜２のエッジからの溶媒の蒸発を緩和する。これにより、塗布膜全体で乾燥速度をほぼ均一にすることができ、乾燥速度の差に起因する塗布膜の厚みのばらつきが防止できる。

（請求項４、１３）
(f)容器５０（カバー５２）にガス導入管６０（ガス導入手段）を設けることにより、塗布膜２上の雰囲気を調整できる。

（請求項６、１５）
(g)ガス整流遮蔽板６３等により、上述(f)の導入ガスの流れは塗布膜２に直接当たる等を回避し、塗布膜２のレベリングの乱れを回避する。よって乾燥後の塗布膜の品質（平坦性、均一性）を向上させることができる。

（請求項５、１４）
(h)容器５０（カバー５２）にガス排出管７０（ガス排出手段）を設けることにより、塗布膜２の雰囲気を調整できる。バキューム排気管８０（ガス排出手段）を用いることにより、容器５０のまま減圧乾燥を行なうこともできる。これにより、減圧乾燥装置を省くことが可能となる。

（請求項７、１６）
(i)ガス整流遮蔽板等により上述(h)の排出ガスの流れが塗布膜２に直接当たる等を回避し、塗布膜２のレベリングの乱れを回避する。よって乾燥後の塗布膜の品質を向上させることができる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

例えば、密閉容器は容積を、塗布膜から蒸発した溶媒で十分な溶媒雰囲気を形成できる最小容積に形成した例で説明したが、これより大きくしても良い。この場合、密閉容器にガス導入管を設け、容器内に溶媒蒸気等のガスを供給することが好ましい。

尚、密閉容器を、塗布膜から蒸発した溶媒で十分な溶媒雰囲気を形成できる最小容積に形成すれば、塗布膜から蒸発した溶媒のみで溶媒雰囲気を形成できるので、溶媒蒸気等のガスを供給するガス導入手段を省くことができ、装置構成を簡素化でき有利である。

また、密閉容器にガス排出手段を設けた例を説明したが、必ずしも設けなくても良い。

図１は塗布膜形成装置を示すブロック図である。 図２は塗布膜形成装置を示す斜視図である。 図３は塗布膜形成工程を示す工程図である。 図４は塗布膜のレベリング状態を示す模式図である。 図５は容器に接続されるガス導入手段を示す模式図である。 図６は容器とその内部構造を示す模式図である。 図７は管継手を示す模式図である。 図８は容器の変形例を示す模式図である。 図９は容器付搬送手段を示す模式図である。

符号の説明

１ 基板
２ 塗布膜
１０ 塗布装置
２０、２０Ａ 搬送装置
３０ 乾燥装置
５０ 容器（雰囲気制御手段）
５１ ベース
５２ カバー
６０、６０Ａ、６０Ｂ ガス導入管（ガス導入手段）
６２ ガス導入ノズル
６２Ａ ノズル口
６３ 整流遮蔽板
６４ 管継手
６５Ａ、６５Ｂ 開閉バルブ
７０ ガス排出管（ガス排出手段）
９２ 密閉容器
９４ 搬送アーム
９５ シャッタ

Claims (7)

1. 塗布工程において塗布液を基板上に塗布して塗布膜を形成する塗布膜の形成方法において、
   前記塗布膜が形成された前記基板を、搬送装置が備える密閉容器に収容して前記塗布膜を前記塗布液の溶媒の雰囲気中に置いた状態で前記塗布工程の次の工程へ搬送するにあたり、
   前記密閉容器に形成され、シャッタによって開閉される開口を通して前記密閉容器内に前記基板を収容する工程と、
   前記シャッタによって開口を閉じた状態で、前記基板を収容した前記密閉容器を前記次の工程へ搬送する工程と、を備え、
   前記密閉容器内に基板を収容する工程は、前記密閉容器内に設けられた、前記開口を通して前記密閉容器の内外に移動可能なアームによって行なわれることを特徴とする塗布膜の形成方法。
2. 塗布装置によって塗布液を基板上に塗布して塗布膜を形成する塗布膜の形成装置において、
   前記塗布膜が形成された前記基板を、前記塗布膜を前記塗布液の溶媒の雰囲気中に置いた状態で前記塗布装置から他の装置へと搬送する搬送装置であって、
   前記搬送装置は、前記基板を収容する密閉容器と、前記密閉容器の開口を開閉するシャッタと、前記密閉容器内に設けられた、前記開口を通して前記密閉容器の内外に移動可能とされ基板を支持するアームと、を備え、
   前記密閉容器を前記塗布装置と他の装置との間で搬送可能ならしめることを特徴とする塗布膜の形成装置。
3. 前記基板を収容する前記密閉容器の天井高さが該基板の端部まわりでより低く設定される請求項２に記載の塗布膜の形成装置。
4. 前記密閉容器内にガスを導入し、該密閉容器内の雰囲気を調整するガス導入手段を有する請求項２又は３に記載の塗布膜の形成装置。
5. 前記ガス導入手段は、分離／連結可能な管継手を中間部に備えたガス導入管を有し、
   前記ガス導入管における前記管継手よりも前記密閉容器側には、前記管継手の分離によって閉鎖し前記管継手の連結によって開放する開閉バルブを備える請求項４に記載の塗布膜の形成装置。
6. 前記密閉容器内に導入される前記ガスの流れを制御する手段を有し、前記ガスの流れを制御する手段として、前記密閉容器内への前記ガスの導入口と前記密閉容器内に収納される前記基板との間に配置され、前記ガスの導入口からの距離が遠くなるほど開口量が大きく形成された孔を備えた遮蔽部材を備える請求項４又は５に記載の塗布膜の形成装置。
7. 前記密閉容器内のガスを排出し、前記密閉容器内の雰囲気を調整するガス排出手段を有する請求項２〜６のいずれかに記載の塗布膜の形成装置。

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