JP5486266B2 - 塗布装置 - Google Patents
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Description
この塗布装置は、ステージ上の基板に対して塗布液を吐出する口金を有する塗布ユニットと、塗布液を溜めているタンクを有する液ユニットと、タンクの塗布液を口金に送るポンプとを備えている。
さらに、第二の塗布液92Aに第一の塗布液91Aが混ざるのを防止するためには、繋ぎ換え部95、ポンプ97及び口金96内に溜まっている第一の塗布液91Aを排出する必要があるが、特にポンプ97内には第一の塗布液91Aが多く残留しているため、この第一の塗布液91Aを排出するために多くの時間を要し、作業時間がさらに多くかかる他、塗布液の変更毎に多くの塗布液を無駄にしてしまう。
近年では、多品種少量の塗布基板を生産する必要があるため、塗布液の種類の交換機会が多く発生することとなり、この結果、塗布液の種類を交換する作業に時間がかかると、生産性が低下してしまう。
さらに、これらポンプと切り換えバルブの出口ポートとの間に設けられた流入口から洗浄ユニットにより洗浄流体が供給され、当該洗浄流体を口金用流路を経て口金から排出させる。したがって、塗布液の変更のために、ポンプ内の塗布液を排出する必要がなく、また、ポンプ内を洗浄する必要がない。このため、塗布液を無駄にする量は従来よりも減り、また、洗浄のための領域が狭くて済み、液換えのために必要となる洗浄時間の短縮が可能となる。
すなわち、前記流入口は、ポンプと出口ポートとの間に設けられていることから、流入口よりも下流側、すなわち、出口ポートを含む口金までを洗浄液で洗浄することができる。これにより、複数種類の塗布液を切り換えた場合、入口ポートから出口ポートに異なる塗布液が供給されるが、この供給された塗布液と、先の塗布液とが混合するのを防止することができる。さらに人手による切り換えバルブを洗浄する手間も省くことができる。
〔塗布装置の構成〕
図1は本発明の塗布装置の概略構成を示している説明図である。この塗布装置は、塗布液が塗布される基板Wを載せるステージ18及びこの基板Wに対して塗布液を吐出する口金3を有している塗布ユニット1を備えた装置本体と、塗布液を溜めるタンク11,12を有し前記装置本体とは別に設置された液ユニット2とを備えている。基板Wはガラス基板であり、塗布液はフォトレジスト液等である。液ユニット2と塗布ユニット1とは、配管4,5を介して接続されている。また、塗布装置は、後に説明するが、塗布液を異なる種類に交換する液換え作業の際に、配管等の各部を洗浄流体によって洗浄するための洗浄ユニット10を備えている。
本発明では、洗浄ユニット10によって洗浄流体が供給される前記流入口23を、第一ポンプ21から切り換えバルブ7の出口ポート33までの間の第一塗布液11Aが流れる流路の途中に設ければよいが、本実施形態では、前記洗浄バルブ13が有する一方の入口ポート131を洗浄流体の流入口23としている。また、他方の入口ポート132は第一塗布液11Aの流入口である。
このように、第一ポンプ21と切り換えバルブ7との間に、洗浄流体の流入口23(入口ポート131)が設けられ、洗浄バルブ13においてこの流入口23から出口ポート133へと洗浄流体が流れる状態とし、かつ、切り換えバルブ7において第一の入口ポート31から出口ポート33へと洗浄流体が流れる状態とすることで、洗浄ユニット10によって前記流入口23に供給された洗浄流体は、当該流入口23から廃液バルブ15、切り換えバルブ7及び配管6を通じて口金3に供給され、当該口金3から排出されるようになる。
これにより、洗浄バルブ13から下流側、すなわち、流入口23から廃液バルブ15、切り換えバルブ7及び配管6を通じて口金3に至る流路が洗浄される。
そして、本発明では、洗浄ユニット10によって洗浄流体が供給される前記流入口24を、第二ポンプ22から切り換えバルブ7の出口ポート33までの間の第二塗布液12Aが流れる流路の途中に設ければよいが、本実施形態では、前記洗浄バルブ14が有する一方の入口ポート231を洗浄流体の流入口24としている。また、他方の入口ポート232は第二塗布液12Aの流入口である。
このように、第二ポンプ22と切り換えバルブ7との間に、洗浄流体の流入口24(入口ポート231)が設けられ、洗浄バルブ14においてこの流入口24から出口ポート233へと洗浄流体が流れる状態とし、かつ、切り換えバルブ7において第二の入口ポート32と出口ポート33へと洗浄流体が流れる状態とすることで、洗浄ユニット10によって前記流入口24に供給された洗浄流体は、当該流入口24から廃液バルブ16、切り換えバルブ7及び配管6を通じて口金3に供給され、当該口金3から排出されるようになる。これにより、洗浄バルブ14から下流側、すなわち、流入口24から廃液バルブ16、切り換えバルブ7及び配管6を通じて口金3に至る流路が洗浄される。
このように、流入口23,24を、バルブの無い単純な分岐流路のうちの一つの流路で構成するのではなく、三方向弁からなる洗浄バルブ13,14の入口ポート131,231とすることにより、洗浄流体がポンプ側へと流れることを当該洗浄バルブ13,14において防ぐことができ、また、洗浄バルブ13,14の流入口23,24よりも下流側の流路を洗浄できることにより、人手による洗浄作業を省くことができる。
そして、本発明では、洗浄流体の前記流入口23と、切り換えバルブ7の出口ポート33との間に、第一塗布液11Aを廃液として排出するための流出口25を設ければよいが、本実施形態では、前記廃液バルブ15の副流路側にある第二流出ポート43を、前記流出口25としている。このため、前記流出口25が前記流入口23の下流側に設けられるので、当該流入口23から供給された洗浄流体を流すだけで、洗浄することができる。
そして、本発明では、洗浄流体の別の前記流入口24と、切り換えバルブ7の出口ポート33との間に、第二塗布液12Aを廃液として排出するための流出口26を設ければよいが、本実施形態では、廃液バルブ16の副流路側にある第二流出ポート143を、前記流出口26としている。このため、前記流出口26が前記流入口24の下流側に設けられるので、当該流入口24から供給された洗浄流体を流すだけで、洗浄することができる。
この廃液バルブ16では、第二塗布液12Aを口金3から吐出するためには、第二流出ポート143(流出口26)が閉じた状態となって当該第二塗布液12Aを流入ポート141から流出ポート142へと流すが、第一塗布液11Aを口金3から吐出する作業中では、第二流出ポート143(流出口26)が開いた状態となって、第二ポンプ22により定期的に圧送された第二塗布液12Aを、流入ポート141から第二流出ポート143(流出口26)へ流す(ブリード動作する)ことができる。第二流出ポート143(流出口26)を流れ出た第二塗布液12Aは、廃液として排出される。なお、このブリード動作の際、切り換えバルブ7の第二の入口ポート32側は閉状態にあるので、第二塗布液12Aは、切り換えバルブ7側である流出ポート142へと流れない。
以上のように構成された塗布装置において、第一塗布液11Aを口金3から吐出して基板W(図1参照)に塗布していた状態から、第二塗布液12Aに交換する作業を説明する。図2は、第一塗布液11Aを塗布し、かつ、第二塗布液12Aについては前記ブリード動作を行うことができる状態を示している。各開閉バルブに関して、黒塗りで示しているものは閉状態にあり、白色で示しているものは開状態にある。切り換えバルブ7、洗浄バルブ13,14、及び、廃液バルブ15,16に関しては、閉状態にあるポート側を黒塗りで示し、開状態にあるポート側を白塗りで示している。また、塗布液や洗浄流体が流れている配管を太線で示している。
図2の第一塗布液11Aを塗布している状態では、洗浄バルブ13において、入口ポート131を閉じて入口ポート132と出口ポート133とが繋がった状態にあり、廃液バルブ15では、第二流出ポート43を閉じて流入ポート41と流出ポート42とが繋がった状態にあり、切り換えバルブ7では、入口ポート32を閉じて入口ポート31と出口ポート33とが繋がった状態にある。
第二塗布液12A側に関して、洗浄バルブ14では、入口ポート231を閉じて入口ポート232と出口ポート233とが繋がった状態にあり、廃液バルブ16では、第二流出ポート143が開いており、流入ポート141から第二流出ポート143へと流体が流れることができる状態にある。
再び、図3に示しているように、開閉バルブ17Aを開き、開閉バルブ17Bを閉じ、洗浄ユニット10によってエアを洗浄バルブ13の入口ポート131へ供給する。このエアによって、洗浄した流路に残っている可能性のある洗浄液を口金3から抜き出す。そして、図5に示しているように、開閉バルブ17A,17Bを閉じる。
これにより、流入口23から廃液バルブ15、切り換えバルブ7及び配管6を通じて口金3に至る流路が洗浄され、切り換えバルブ7から口金3までの流路に第一塗布液11Aが残留するのを抑えることができる。
このブリード動作は、前記制御装置80(図1参照)の制御によって実行されるが、このようなブリード動作を行うのは、第一塗布液11Aが長時間にわたって流れていない状態が継続すると、その配管内において、第一塗布液11Aの一部が僅かに固まったりする等、その状態・特性が変わってしまうおそれがあるが、このブリード動作により、これを防止することが可能となるためである。
液換え作業の他の実施形態を説明する。前記液換え作業(方法1)は、塗布作業を行うために塗布液が流れていた流路等の洗浄を終えてから、次に塗布作業を行う塗布液に液換えする方法であるが、液換え作業(方法2)は、塗布作業を行うために塗布液が流れていた流路等ではなく、次に塗布作業を行う塗布液を流そうとする流路等の洗浄を終えてから、当該次に塗布作業を行う塗布液に液換えする方法である。
そして、開閉バルブ17Aを開き、洗浄ユニット10によってエアを洗浄バルブ14の入口ポート231へ供給する。このエアによって、これから第二塗布液12Aを流そうとする各配管、切り換えバルブ7内の流路、配管6、及び、口金3を洗浄する。この際、切り換えバルブ7の出口ポート33側、配管6、及び、口金3内に残った第一塗布液11Aが、当該口金3から廃液溜め部82に排出される。
再び、図6に示しているように、開閉バルブ17Aを開き、代わりに、開閉バルブ17Bを閉じ、洗浄ユニット10によってエアを洗浄バルブ14の入口ポート231へ供給する。このエアによって、洗浄した流路に残っている洗浄液を口金3から抜き出す。
これにより、流入口24から廃液バルブ16、切り換えバルブ7及び配管6を通じて口金3に至る流路が洗浄され、切り換えバルブ7から口金3までの流路に第二塗布液12Aが残留するのを抑えることができる。
洗浄バルブ14において、開いていた入口ポート231を閉じた状態とする代わりに、閉じていた入口ポート232を開いた状態へと切り換え、入口ポート232と出口ポート233とが繋がった状態とする。
そこで、第二ポンプ22を作動させ、第二タンク12内の第二塗布液12Aを、口金3へと圧送し、第二塗布液12Aによる塗布作業が開始される。以上より、第一塗布液11Aから第二塗布液12Aへの液換えが完了する。
そして、この切り換えバルブ7は、二つの入口ポート31,32を択一的に出口ポート33と繋がった状態となるように切り換え可能であるため、口金3から吐出させる塗布液の種類を、例えば、第一塗布液11Aから第二塗布液12Aへと変更するには、この切り換えバルブ7が有する弁体(後に説明する)の位置の切り換えを行えばよく、図15に示した従来のような作業者による継手(フランジ)の繋ぎ換え作業が不要となり、塗布液の変更が簡単となる。
なお、第一ポンプ21により前記ブリード動作が実行されるため、当該第一ポンプ21内及び第一塗布液11Aのための前記切り換えバルブ7までの流路において、当該第一塗布液11Aが定期的に流れることから、その性質を維持することが可能となり、次に、第二塗布液12Aから第一塗布液11Aへと再度液換えを行っても、直ぐに第一塗布液11Aによる塗布作業を開始することができる。
図2に示している切り換えバルブ7、洗浄バルブ13,14は同じ構成であるため、代表して切り換えバルブ7について説明する。図9は、切り換えバルブ7を一部断面で示した正面図であり、図10は、図9の切り換えバルブ7の一点鎖線で切断した部分を、矢印Aで示しているように下から見た断面図である。
この切り換えバルブ7は、図9に示している姿勢が、塗布装置への取り付け姿勢であり、第一入口ポート31及び第二入口ポート32は水平方向の直線上に配置され、出口ポート33は上下方向の直線上に配置され下向きに開口するように、バルブ7は取り付けられる。
すなわち、ハウジング34内には、第一入口ポート31を有する第一流路35と、第二入口ポート32を有する第二流路36と、出口ポート33を有している第三流路37と(図9参照)、共通流路38とが形成されている。そして、第一流路35の下流側に第一弁室51が設けられ、第二流路36の下流側に第二弁室52が設けられている。第一弁室51の側面にある封止面51aには、共通流路38の一方に繋がる第一開口51bが形成されていて、第二弁室52の側面にある封止面52aには、前記共通流路38の他方に繋がる第二開口52bが形成されている。共通流路38は直線状の短い流路であり、第一流路35と第二流路36とを合流させ、この共通流路38の中央は開口して第三流路37(図9参照)へと繋がっている。
また、ハウジング34内には第二の空間34bが形成され、第一弁体53の基部53cとこの空間34bの周面との間に駆動用ダイアフラム53eが設けられている。
このように構成することで、バルブ7内に気泡70が残留することを防ぐことができる。すなわち、例えば、図9に示しているように、仮に第二弁室52の第二塗布液12A内に気泡70が存在していると、この気泡70はその頂上52c側に集まる。そこで、第二入口ポート32から第二弁室52へと繋がる流路本体部36aが、この第二弁室52の頂上52c側に偏った位置で開口36bしているので、当該流路本体部36aを流れてきた第二塗布液12Aによって、この気泡70を巻き込んで下流側である第三流路37へと流すことが可能となる。そして、これは第一弁室51においても同様であり、バルブ7内に気泡70が残留することを防ぐことができる。
なお、口金3(図2参照)までの間の塗布液に気泡70が多く存在していると、この塗布液をポンプで送り出している際に、当該気泡70が弾性体として作用し塗布液の圧力が変動し、口金3からの塗布液の吐出量が一定とならず、基板Wに塗布した塗布液にむら(膜厚むら)ができてしまうおそれがある。
さらに、前記のとおり、流路本体部35a,36aは、弁室51,52の頂上側に偏った位置で開口していることから、当該弁室51,52に塗布液が流入すると、当該弁室51,52において渦流が発生し、塗布液の置き換え性能を高めることができる。さらに、この渦流によって、前記気泡70の排出性能を高めることができる。
また、前記実施形態の姿勢としたバルブ7では、例えば、第二入口ポート32から第二弁室52へと繋がる流路本体部36aが、この第二弁室52の頂上52c側に偏った位置で開口36bしているので、当該流路本体部36aを流れてきた第二塗布液12Aによって、気泡70を巻き込んで下流側である第三流路37へと流すことが可能となり、バルブ7内に気泡70が残留することを防ぐことができる。このように、気泡排出性能の高いバルブ7となることで、塗布液に気泡70が混入することを嫌う塗布装置において好都合である。
図2に示している二つの廃液バルブ15,16は同じ構成であるため、代表して一方側の廃液バルブ15について説明する。図13は、廃液バルブ15を正面から見た場合の断面図であり、図14は、図13の矢印Bの方向から見た断面図である。
この廃液バルブ15は、図13に示している姿勢が、塗布装置への取り付け姿勢であり、流入ポート41及び流出ポート42を端部に有する直線状の主流路44が、水平方向に延びる状態となって、バルブ15は取り付けられる。
主流路44と副流路45との間に一つの弁室61が形成されていて、この弁室61に弁体62の先部62bが収納された状態にある。弁室61の上面にある封止面61aには、主流路44に繋がる開口61bが形成されている。そして、副流路45は、前記封止面61aで開口している(図14参照)。なお、図示しないが、副流路45は弁室61の側周面で開口する構成であってもよい。
ハウジング46内には第二の空間46bが形成され、弁体62の基部62cとこの空間46bの周面との間に駆動用ダイアフラム62eが設けられている。
そして、図13と図14とに示しているように、弁体62の閉塞面62aは、主流路44に接近して設けられていて、主流路44の中心線C3から、閉状態にある弁体62の閉塞面62aまでの距離L3(図14参照)は、主流路44の半径R1とほぼ同一である。
この形状によれば、主流路44と弁室61との間の壁65(図13の拡大図参照)において、その厚さが極めて薄い部分が存在していることになる。なお、この厚さが極めて薄い部分は、図14の拡大図によれば矢印Jの部分である。壁65の厚さが極めて薄いとは、実際は主流路44を流れる流体に圧力が作用しているため、耐圧を考慮した設計上の観点から、壁65の厚さを完全にゼロとするわけにはいかず、その圧力に耐えられる設計上必要な壁の厚さ(数ミリ未満の厚さ)を有している程度であることを意味している。なお、実施例としては、壁65は最薄部(図14の拡大図の矢印Jの部分)で0.5ミリとすることが可能である。したがって、極めて薄いとは0ミリより大きく2ミリ以下であると言える。
このように、廃液バルブ15では、塗布液の滞留を防ぐことができるので、前記液換え作業の際に、廃液バルブ15の第二流出ポート43(図3と図4参照)を閉じた状態として、主流路44に洗浄流体を流すだけで済む。すなわち、このような廃液バルブを設けるために(流出口25を設けるために)、例えば、図16の従来例に示しているように、主流路100の途中に分岐部101を形成し、枝流路102に廃液バルブ103を接続した構成とした場合、主流路100に塗布液を流して口金3により塗布作業を行っていると、枝流路102と廃液バルブ103に当該塗布液が流れ込み、滞留してしまう。この滞留物がやがて口金3へと流れ塗布膜に混入すると、塗布ムラの原因となる。このため、図16の従来の構成の場合では、液換え作業の際、主流路100を洗浄している途中で、バルブ103を閉状態から開状態に切り換えて、枝流路102と廃液バルブ103に滞留していた塗布液を洗浄する必要がある。
しかし、前記実施形態の廃液バルブ15によれば、図13に示しているように、主流路44と弁体62の閉塞面62aとの間に塗布液が滞留するのを抑えることができるので、前記液換え作業の際に、第二流出ポート43(図3と図4参照)を閉じた状態として、主流路44に洗浄流体を流すだけで済み、前記塗布ムラの発生を防止することが可能となる。
このように構成することで、バルブ15内に気泡が残留することを防ぐことができる。すなわち、例えば、主流路44を通過する塗布液内に気泡が存在していると、その気泡は主流路44の頂上側を流れる。仮に、開口穴44aが主流路44の頂上側に形成されていると、気泡が開口穴44aに残留してしまうおそれがある。しかし、本実施形態によれば、開口穴44aは、頂上側に形成されていないので、このような気泡の残留を防止することが可能となる。なお、口金3(図2参照)までの間の塗布液に気泡が多く存在していると、この塗布液をポンプで送り出している際に、当該気泡は弾性体として作用し塗布液の圧力が変動し、口金3からの塗布液の吐出量が一定とならず、基板Wに塗布した塗布液にむら(膜厚むら)ができてしまうおそれがある。
また、前記実施形態の姿勢としたバルブ15では、前記開口穴44aは、主流路44の周壁の内の底部に形成され、その中心線C4が下方に向いて形成された構成であるため、
このバルブ15内に気泡が浸入しても、塗布液や洗浄流体と共に容易に流し出すことができ、バルブ15内に残留することを防ぐことができる。このように、気泡排出性能の高いバルブ15となることで、塗布液に気泡が混入することを嫌う塗布装置において好都合である。
また、前記実施形態では、二種類の塗布液から一つが選ばれて塗布される場合の構成を説明したが、図1において、切り換えバルブ7から上流側の構成を複数組設け、これら複数組から一組を、更に設けた切り換えバルブ7によって選択する構成としてもよい。例えば、図1に示した切り換えバルブ7から上流側の構成を二組設け、この二組それぞれが有している切り換えバルブ7の出口ポート33を、別に設けた切り換えバルブ7の入口ポート31,32にそれぞれ接続すれば、四種類の塗布液から一つが選ばれて塗布される塗布装置が得られる。
また、前記実施形態では、カラーフィルタの製造に用いられる塗布装置について説明したが、有機ELを含むフラットパネルディスプレイや太陽電池等の製造に用いられる塗布装置であってもよい。
Claims (1)
- 塗布液を吐出する口金と、
異なる種類の前記塗布液それぞれを前記口金側に送るために当該塗布液の種類毎に設けられた複数のポンプと、
前記複数のポンプと前記口金との間に設けられ、当該ポンプそれぞれと流路を介して繋がっている入口ポートを複数有し、当該複数の入口ポートが択一的に出口ポートと繋がった状態に切り換え可能な切り換えバルブと、
前記出口ポートから前記口金へと前記塗布液を流す口金用流路と、
前記ポンプと前記出口ポートとの間に設けられた流入口から洗浄流体を供給する洗浄ユニットと、を備え、
前記流入口から供給された前記洗浄流体を、前記口金用流路を経て前記口金から排出させ、
前記切り換えバルブと、前記洗浄流体の前記流入口との間に、前記塗布液を廃液として排出するための流出口が設けられていることを特徴とする塗布装置。
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