JP5278646B2 - スリットコータおよび塗工方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板上に塗布液を塗布するスリットコータおよび塗工方法に関する。詳しくは、スリットコータのスリットノズル内の気泡を除去し、基材上に塗工した塗膜に気泡が生じることなく安定した塗膜が形成されるスリットコータおよび塗工方法に関する。

液晶表示装置やプラズマディスプレイパネルにおいて、カラー表示、反射率の低減、コントラストの改善、分光特性制御などの目的にカラーフィルタを用いることは有用な手段となっている。

この表示装置に用いられるカラーフィルタは、多くの場合、画素として形成されて使用される。また、表示装置用カラーフィルタの画素を形成する方法として、これまで実用されてきた方法には、フォトリソグラフィー法、印刷法などが挙げられる。

例えば、顔料分散法は、このフォトリソグラフィー法の一つの方法である。しかし、この顔料分散法において使用するカラーフィルタ形成用のフォトレジストは、ガラス基板上に、例えば、スピンコータを用いて回転塗布され、この塗膜にフォトマスクを介してＵＶ露光、現像処理がおこなわれ表示装置用カラーフィルタの画素として形成される。

従来、液晶表示装置の製造プロセスにおいて、フォトレジストなどの塗布装置としては、ノズルからガラス基板の中央部に塗布液を滴下した後、ガラス基板を回転させ塗布液を延展させるスピンコータが多く用いられてきた。

このスピンコータは、膜厚の精度が高いのが長所であるが、ガラス基板が大型化するとモーターなどの機械的制約から装置化するのが困難であり、また、塗布液の９５％以上が無駄に浪費されるといった短所がある。

このため、例えば、５５０ｍｍ×６５０ｍｍ程度の大きさのガラス基板においては、スリット＆スピンコータ（或いは、コート＆スピンコータとも呼ばれる）が使用され始めた。これは、スリットノズルから塗布液をガラス基板に塗布した後、ガラス基板を回転させて膜厚の均一性を高める方法である。

この方法は、塗布液の利用率が３０〜４０％と大幅に改善されたが、上述したようにモーターなどの機械的制約が生じるため、装置を更に大型化するのは困難である。

上述したコータに代わってスリットコータの開発、実用が進んでいる。前記スリットコータは、ガラス基板を載置した定盤を、或いは塗布ヘッドを水平移動させながらスリットノズルから塗布液をガラス基板に塗布する方法である。そとて、１ｍ×１．３ｍ、或いは１．５ｍ×１．８ｍ程度の大きさのガラス基板でも対応することができる。

前記スリットコータは、フレームと吸引バキューム付き定盤からなるステージ、及びスリットノズルで構成されている。

そして、スリットノズルはステージ右方、フレーム上方の第一待機位置に設けられ、基板上に塗布液を塗布する際には、スリットノズルが右方から左方に移動し、定盤上に載置・固定された基板上に塗布液を塗布するようになっている。

このようなスリットコータの動作は、例えば、先ず、第一ロボットが前工程から搬送された基板を吸引バキューム付き定盤上に載置する。そして、基板は吸引バキュームによって定盤上に固定される。

次に、ステージ右方、フレーム上方の第一待機位置のスリットノズルは、定盤上に固定された基板上を右方から左方へと移動しながら基板上に塗布液を塗布し、第二待機位置に至る。

塗布液の塗布が終了すると第二ロボットは、基板を次工程へと搬出する。そして、スリットノズル内に混入した気泡の排出は、第二待機位置または第一待機位置で行われる。例えば、この第二待機位置において行われる際には、気泡の排出などが終了するとスリットノズルは第一待機位置に戻る。

このようなスリットコータにおける、塗布液の供給、及び気泡の排出を行う装置および方法は多く提案され、知られている。

例えば、図２に示すスリットコータ（１００）は供給ポンプ（１０５）とバルブ（１０４）を介してスリットノズル（１０１）が供給系に設けられている。また、排出系には気泡除去用配管（１０２）にバルブ１０４を介して排液貯蔵タンク（１０７）が設けられている。
そして、スリットノズル（１０１）の下方には、スリットノズル（１０１）の吐出口から
吐出する塗布液を受け入れる受け皿（１０６）が設けられている。

このような、スリットコータ（１００）のスリットノズル（１０１）内部の気泡は供給ポンプ（１０５）で塗布液を送液し、気泡除去用配管（１０２）から排液貯蔵タンク（１０７）に塗布液と共に気泡を排液貯蔵タンク（１０７）に送液している。

また、図３に示すスリットコータ（１００）は供給ポンプ（１０５）とバルブ（１０４）を介してスリットノズル（１０１）が供給系に設けられている。そして、スリットノズル（１０１）の下方には、スリットノズル（１０１）の吐出口から吐出する塗布液を受け入れる受け皿（１０６）が設けられている。

また、排出系には気泡除去用配管（１０２）にバルブ（１０４）と吸引ポンプ（１０３）を介して排液貯蔵タンク（１０７）が設けられている。そして、スリットコータ（１００）のスリットノズル１０１内部の気泡は気泡除去用配管（１０２）途中に設置した吸引ポンプを用いて塗布液と気泡を吸い出し排液貯蔵タンク（１０７）に送液している。

さらに、スリットノズルに混入し、溜まる気泡の排出時に、塗布液の使用量を削減し、気泡の排出に要する時間を短縮し、気泡に起因する不良を低減させ、塗布液の種類を問わず、基板上へ塗布液を廉価に塗布することのできるスリットノズルの塗布システム（例えば、特許文献１参照。）が提案されている。

このスリットノズルの塗布システムはスリットノズルへの塗布液の供給が供給ポンプによって行い、スリットノズルからの気泡の排出は吸引ポンプによる気泡の吸引によって行う。

以下に先行技術文献を示す。
特開２００６−８７９９９号公報

しかしながら、塗布液の供給、及び気泡の排出を行う機構を用いて、上記のような動作で基板上に塗布液を塗布し、スリットノズル内の気泡の排出を行うと、実際の製造においては、安全を見込んで気泡の排出を行うために、どうしても塗布液の供給量が過度になるといった問題が生じる。

また、気泡の排出に要する時間も過度になってしまうといった問題がある。

本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、大型基板上への塗布液の塗布を、スリットコータを用いて行う際に、スリットノズルに混入し、溜まる気泡の排出時間を短縮し、効率良く、且つ、塗布液の供給量を過度に供給することなく、最小限の塗布液の使用量で、気泡に起因する不良を低減させ、大型基板上へ塗布液を廉価に塗布することのできるスリットコータおよび塗工方法を提供することを課題とするものである。

上記問題点を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、少なくとも、基板上に塗布する塗布液を貯蔵する貯蔵タンクと塗布液供給配管と塗布液供給ポンプと塗布液供給制御バルブとスリットノズルとスリットノズルから排出する塗布液を受け入れる受け皿（ドレンパン）とスリットノズルから供給過剰塗布液を排出する気泡除去配管と、排出塗布液貯蔵タンクを備えたスリットコータであって、
前記気泡除去配管に、前記スリットノズルの溜まり部に混入した気泡を塗布液とともに除去する塗布液排出吸引ポンプと前記気泡除去配管の内圧を検知する塗布液排出圧力計と前記塗布液排出圧力計で検知した信号により、前記塗布液排出吸引ポンプを前記スリットノズルから外気を吸引しない様に制御する圧力制御部と過剰供給塗布液の流量制御と気泡排出時に開閉する塗布液排出制御バルブとを具備していることを特徴としたスリットコータである。

次に、本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載のスリットコータを用いて、スリットノズルの溜まり部に混入した気泡を塗布液とともに除去しつつ、基板に塗工液を塗工する塗工方法である。

本発明のスリットコータおよび塗工方法は以上の構成からなるのでエアベントの効率が上がることはもとより、基板に塗布膜を安定して形成することができる。

また、エアベントの効率が上がることにより、基板に塗布膜を形成する塗布液の使用量が削減できる。

さらに、本発明のスリットコータは該装置を形成する、例えば、配管、貯蔵タンク、排出塗布液貯蔵タンク等の配置位置の影響を受け難い。

また、本発明のスリットコータは塗布液を塗布する条件を設定し、その設定条件を制御盤等に入力することにより供給ポンプ等による塗布液の加圧等が適宜制御される。

さらに、スリットノズルからの気泡も塗布する条件を設定し、その設定条件を制御盤等に入力することにより塗布液排出吸引ポンプの吸引力が適宜制御される。そして、排出塗布液等が塗布液排出吸引ポンプ等によって排出塗布液貯蔵タンクに送液される。

このため、大型基板上への塗布液の塗布を行う際に、スリットノズルに混入し、溜まる気泡の排出時に、塗布液の供給量を過度することがない。

また、気泡の排出に要する時間を過度にせず、すなわち、気泡の排出時間を短縮することができる。

そして、気泡に起因する不良が低減できる。さらに、塗布液の種類を問わず、大型基板上へ塗布液を廉価に塗布することができる。

本発明のスリットコータおよび塗工方法を実施の形態に沿って以下に図面を参照にしながら詳細に説明する。

図１は、本発明のスリットコータを説明する一実施例の概略を示す概略図である。

図１に示すように、本発明のスリットコータ（１）は塗布液（２）を供給し貯蔵する塗布液貯蔵タンク（３）と、その塗布液貯蔵タンク（３）に供給された塗布液（２）を送液させるための塗布液供給配管（４）と、その塗布液供給配管（４）内に、塗布液（２）を送液させるための塗布液供給ポンプ（５）が供給系（２０）に設けられている。

さらに、供給系（２０）には塗布液供給ポンプ（５）により塗布液供給配管（４）内を送液する塗布液（２）の流量を制御する流量制御バルブ（６）とが設けられている。そして、供給系（２０）により送液された塗布液（２）はスリットノズル（１２）内に供給される。また、流量制御を塗布液供給ポンプ（５）により行う場合には流量制御バルブ（６）は開閉のみの制御でよい。

また、スリットノズル（１２）内に供給された塗布液（２）が吐出口から吐出する下方には、吐出された塗布液（２）を受け入れる受け皿（１４）が設けられている。そして、受け皿（１４）の底部には、受け皿（１４）で受け入れた塗布液（２）を排出塗布液貯蔵タンクに排出するための、塗布液排出配管が施されている。

また、排出系（３０）には、スリットノズル（１２）に供給された塗布液（２）がスリットノズル（１２）の吐出口から吐出される塗布液（２）以上の、過剰供給塗布液や気泡等を排出するための気泡除去配管（８）と塗布液排出吸引ポンプ（１０）が設けられている。

さらに、気泡除去配管（８）には過剰供給塗布液の流量を制御する排出流量制御バルブ（７）と、塗布液排出圧力計（９）と、過剰供給塗布液や気泡等が塗布液排出吸引ポンプ（１０）により送液される排出塗布液等を貯蔵する排出塗布液貯蔵タンク（１１）等が設けられている。また、流量制御を塗布液排出吸引ポンプ（１０）により行う場合には排出流量制御バルブ（７）は開閉のみの制御でよい。

前記供給系には、塗布液貯蔵タンク（３）に貯蔵される塗布液（２）や基板に形成される塗膜等によって、適宜フィルター（１３）の使用の可否、あるいは材質、メッシュ等の
仕様が選択される。そして、塗布液貯蔵タンク（３）と塗布液供給ポンプ（５）の間に塗布液（２）の異物等を除去するためのフィルター（１３）等が通常設けられる。

前記フィルター（１３）は塗布液貯蔵タンク（３）と塗布液供給ポンプ（５）の間に設ける以外に、図には示していないが排出系の（３０）、例えば、塗布液排出吸引ポンプ（１０）と排出塗布液貯蔵タンク（１１）との間に設けることもできる。

そして、フィルター（１３）は塗布液貯蔵タンク（３）と塗布液供給ポンプ（５）の間か、塗布液排出吸引ポンプ（１０）と排出塗布液貯蔵タンク（１１）との間のいずれか一方か、または両方に設けることもできる。

前記塗布液排出吸引ポンプ（１０）と排出塗布液貯蔵タンク（１１）との間にフィルター（１３）を設けることにより排出塗布液貯蔵タンク（１１）に送液される排出塗布液等（１２）を再利用あるいは他の用途に用いる際に好適である。

前記塗布液（２）が貯蔵される塗布液貯蔵タンク（３）および排出塗布液等が貯蔵される排出塗布液貯蔵タンク（１１）の材料はステンレス鋼または構造用圧延鋼材、構造用炭素鋼材あるいはアルミニウム合金、ニッケルクロム合金等の金属等が用いられるが、特に金属に限定されるものではない。

前記金属類以外として耐溶剤性が付与されている樹脂、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などのポリエステル、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）などのポリオレフィン、ナイロン−６、ナイロン−６６などのポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等を用いることができる。

また、構造用圧延鋼材または構造用炭素鋼材等を用いた場合には、内面または内外面等をクローム鍍金あるいはフッ素樹脂等のコーティング加工または焼き付け加工等を施すことが好ましい。

また、塗布液（２）を送液する塗布液供給配管（４）および排出塗布液等を送液する気泡除去配管（８）に用いられる材料はステンレス鋼または構造用圧延鋼材、構造用炭素鋼材あるいはアルミニウム合金、ニッケルクロム合金等からなる金属製のパイプおよび耐溶剤性が付与されている樹脂、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などのポリエステル、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）などのポリオレフィン、ナイロン−６、ナイロン−６６などのポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のパイプ等が用いられる。

さらに、前記金属製のパイプに耐溶剤性が付与されている、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などのポリエステル、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）などのポリオレフィン、ナイロン−６、ナイロン−６６などのポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等の樹脂が被覆されているパイプ等が用いられる。

また、図１に示す一例のスリットノズル（１２）は、図には示していないがスリットノズル（１２）内には溜まり部、その下方にスリットが設けられている。そして、溜まり部の下方に設けられているスリットの先端の吐出口から塗布液（２）が吐出される。

また、塗布液（２）を塗布する際は、図１に示す、排出系の排出流量制御バルブ（７）を閉じる。そして、塗布液排出吸引ポンプ（１０）は作動させない状態にしておきく。

さらに、塗布液供給ポンプ（５）の作動により塗布液貯蔵タンク（３）内の塗布液（２）をフィルター（１３）と流量制御バルブ（６）を介して塗布液供給配管（４）内からスリットノズル（１２）の溜まり部に供給され、さらに、スリットを経て吐出口から基板上へ塗布される。

また、気泡を排出する際は、排出流量制御バルブ（７）を開とし、また、塗布液排出吸引ポンプ（１０）は作動させた状態にする。

そして、スリットノズル（１２）の溜まり部に混入した気泡を排出流量制御バルブ（７）および流量制御バルブ（６）内を介して、気泡除去配管（８）内から排出塗布液（１３）と共に吸引して排出する。尚、この際、塗布液（２）はスリットノズル（１２）の吐出口からも吐出される。

基板上へ塗布液（２）を塗布する際には、前記スリットノズル（１２）の吐出口から吐出される塗布液（２）は常に一定の圧力と流量でカーテン状に形成されて下方に垂下する。そして、塗布液（２）は基板面に均一な塗布膜を形成する。

前記塗布液（２）が一定の圧力と流量の吐出は流量制御バルブ（６）と排出流量制御バルブ（７）と塗布液排出圧力計（９）等で送液されてくる塗布液（２）の状態が検知される。

そして、検知した信号を図には示していないが該装置に設けられている制御盤内で、検知した信号に基づいて塗布液供給ポンプ（５）と塗布液排出吸引ポンプ（１０）および流量制御バルブ（６）と排出流量制御バルブ（７）等が適宜作動制御される。

そして、スリットノズル（１２）の吐出口から気泡等が混入することなく、常に一定の圧力と流量がカーテン状に吐出される。

また、吐出口から空気等が入ることなく、上述したように、常に一定の圧力と流量の塗布液（２）がスリットノズル（１２）の吐出口からカーテン状に形成され、垂下される。

また、図には示していないが、スリットノズル（１２）の内部の溜まり部内の上部は、スリットノズル（１２）の両端から中央に向けて徐々に高くなるように傾斜している。

このような傾斜を設けることにより、スリットノズル（１２）の溜まり部内に混入した気泡が上部の中央へと移動し易くしている。溜まり部内の上部の中央には、通気口が設けられており気泡の排出に好都合になる。

また、スリットノズル（１２）の溜まり部内の上部には傾斜を設けず、混入した気泡を
両端から排出する構造のスリットノズル（１３）も考えられる。

また、本発明のスリットコータは図１に示すように塗布液（２）が貯蔵されている塗布液貯蔵タンク（３）と塗布液供給ポンプ（５）との間の塗布液供給配管（４）にフィルター（１３）が設けられている。

しかし、上述したように塗布液（２）に混入している異物や塗布液（２）に用いられている樹脂等の規格外粒子や、塗布膜の形成等に全く問題がない場合には、必ずしもフィルター（１３）を使用することに限定するものではない。

また、上述した塗布液供給ポンプ（５）と塗布液排出吸引ポンプ（１０）を同時に作動させる際に、例えば、塗布液（２）の流量で制御する場合、塗布液排出吸引ポンプ（１０）は塗布液供給ポンプ（５）と同じモーター駆動の塗布液排出吸引ポンプ（１０）もしくは塗布液供給ポンプ（５）と同程度の流量制御が可能なポンプを用いることが好ましい。

さらに、塗布液（２）の圧力で制御する場合、塗布液排出吸引ポンプ（１０）は、微細な圧力制御が可能なポンプ、例えば、圧力と真空で駆動するダイヤフラムポンプ等が用いられる。

そして、気泡除去配管（８）内の圧力を常時検知し、スリットノズル（１２）の先端より空気を吸引しないように圧力制御計等で制御される。この際、設定される圧力はあらかじめ条件出しを行い適宜選択決定し、制御盤等に設定条件等を入力する。

本発明のスリットコータを説明する一実施例の概略を示す概略図である。 従来のスリットコータを説明する概略図である。 従来のスリットコータを説明する他の概略図である。

符号の説明

１…スリットコータ
２…塗布液
３…塗布液貯蔵タンク
４…塗布液供給配管
５…供給ポンプ
６…流量制御バルブ
７…排出流量制御バルブ
８…気泡除去配管
９…塗布液排出圧力計
１０…塗布液排出吸引ポンプ
１１…排出塗布液貯蔵タンク
１２…スリットノズル
１３…フィルター
１４…受け皿
１５…塗布液排出配管
２０…供給系
３０…排出系

Claims (2)

1. 少なくとも、基板上に塗布する塗布液を貯蔵する貯蔵タンクと塗布液供給配管と塗布液供給ポンプと塗布液供給制御バルブとスリットノズルとスリットノズルから排出する塗布液を受け入れる受け皿（ドレンパン）とスリットノズルから供給過剰塗布液を排出する気泡除去配管と、排出塗布液貯蔵タンクを備えたスリットコータであって、
   前記気泡除去配管に、前記スリットノズルの溜まり部に混入した気泡を塗布液とともに除去する塗布液排出吸引ポンプと前記気泡除去配管の内圧を検知する塗布液排出圧力計と前記塗布液排出圧力計で検知した信号により、前記塗布液排出吸引ポンプを前記スリットノズルから外気を吸引しない様に制御する圧力制御部と過剰供給塗布液の流量制御と気泡排出時に開閉する塗布液排出制御バルブとを具備していることを特徴としたスリットコータ。
2. 請求項１に記載のスリットコータを用いて、スリットノズルの溜まり部に混入した気泡を塗布液とともに除去しつつ、基板に塗工液を塗工する塗工方法。

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