JP5490763B2 - 塗布装置 - Google Patents

Description

この発明はノズルから液体を噴射して基板に機能性薄膜を形成する塗布装置に関する。

たとえば、半導体装置や液晶表示装置の製造工程においては、半導体ウエハやガラス基板などに機能性薄膜を形成する製膜プロセスがある。このプロセスでは、基板に機能性薄膜を形成する溶液を噴射塗布するインクジェット方式の塗布装置が用いられることがある。この塗布装置は、搬送される基板の上方に、基板の搬送方向に直交する方向に沿ってインクジェット方式によって溶液を噴射することが可能な複数のヘッドが並設されており、これらヘッドに形成されたノズルから基板に向けて溶液が噴射塗布されるようになっている。

基板に噴射塗布される溶液は、溶液タンクから供給されるので、各ヘッドは溶液タンクに別々の配管によって接続されていた。

ところで、最近は半導体装置や液晶表示装置の製造において、大型の基板が使用されることがある。大型の基板に機能性薄膜を形成する場合、基板の全面に均一に溶液を噴射塗布するために、複数のヘッドが基板の上方に並設されることになる。そのため、各ヘッドと溶液タンクとをそれぞれ配管で接続しなければならないから、溶液タンクとヘッドの間に配設される配管が増加することになる。その結果、使用する配管が多くなり、コストアップにつながることになるばかりか、この配管を設けるために大きな空間が必要となり、装置の大型化を招いたり、配管の設置が不可能となる場合がある。

また、溶液タンクから各ヘッドに供給された溶液が、非噴射時にヘッドのノズル面に複数のノズルを覆うように付着し、次の噴射の開始時に適切な噴射がなされないことがあったり、非噴射時にノズルから溶液が滴下することがあった。

この発明の第１の目的は、ヘッドと溶液タンクとをぞれぞれ配管で接続しないですむようにした塗布装置を提供することにある。

また、この発明の第２の目的は、非噴射時に溶液がノズルから滴下したりヘッドの下面に付着滞留するのを防止することができる塗布装置を提供することにある。

本発明は、ノズルを用いて基板に溶液を噴射塗布する塗布装置において、
上記ノズルが形成されたインクジェット方式の複数のヘッドと、
これらヘッドに上記溶液を供給する主管路と、
この主管路に接続され上記溶液を貯える溶液タンクと、
ガスバルブを介して上記溶液タンクと接続され上記溶液タンク内を加圧するガスを供給するガス供給管と、
上記各ヘッドと上記主管路とをそれぞれ接続する複数の分配管と、
上記複数の分配管それぞれに設けられる分配バルブと、
上記主管路に接続された気泡抜き弁と、
上記気泡抜き弁を開状態、上記分配バルブを閉状態、かつ上記ガスバルブを開放して上記溶液タンク内を加圧した状態とする制御装置と、
を有することを特徴とする塗布装置にある。

この発明によれば、各ヘッドと溶液タンクとを接続する配管を減らすことができるから、装置の小型簡略化やコストダウンを図ることができる。

この発明の一実施の形態に係る塗布装置を示す正面図。 塗布装置の側面図。 ヘッダーの構成を示す正面図。 図３のＡ−Ａ線に沿った断面図。 塗布装置の配管系統及び制御を示す概略図。 この発明の第２の実施の形態に係るヘッダーの正面図。 図６のＢ−Ｂ線に沿った断面図。

以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態を説明する。

図１〜図５はこの発明の第１の実施の形態を示す。

図１と図２に示す塗布装置はほぼ直方体形状のベース１を有する。上記ベース１の下面の所定位置にはそれぞれ脚２が設けられており、上記ベース１を水平に支持している。

上記ベース１の上面の幅方向両端部には長手方向に沿ってそれぞれ取り付け板３が固着されている。各取り付け板３の上面の上記ベース１の幅方向内方に位置する一端部には長手方向に沿ってそれぞれ断面ほぼ矩形状のガイド部材４が固着されている。

この一対のガイド部材４の上面側にはテーブル５が水平に設けられている。このテーブル５はほぼ矩形板状をしており、その下面の対向する一対の端部には断面ほぼＬ字状のスライド部材６が固着されている。

上記各スライド部材６は上記各ガイド部材４とそれぞれ係合し、それによって上記テーブル５はベース１の長手方向に沿ってスライド可能に支持される。上記テーブル５は図示しない駆動装置によって上記ガイド部材４に沿って所定の速度で駆動されるようになって
いる。

上記テーブル５の上面には例えば静電チャックや吸引チャックのような保持手段によってガラス基板や半導体ウエハなどの被塗布材としての基板Ｗが着脱可能に保持されるようになっている。

つまり、基板Ｗは上記テーブル５の上面に保持されることで上記ベース１の上面側を長手方向に沿って搬送されるようになっている。

上記ベース１の長手方向中途部には、上記一対のガイド部材４を跨ぐ状態で、門型に形成された支持体７が立設されている。

この支持体７の上部には、内部に主管路８を有する角柱からなるヘッダー９が水平に渡設されている。図１、図３及び図５に示すように、このヘッダー９の一端には、上記主管路８の一端に連通する気泡抜き弁４０が上方に向かって設けられており、両端にはそれぞれ円筒状のジャーナル１０ａ、１０ｂが突出して形成されている。そして、これらジャーナル１０ａ、１０ｂは、それぞれ上記支持体７の各支柱部１１に設けられた一対の軸受１２に回転可能に支持されている。

上記主管路８は、上記ヘッダー９の長手方向ほぼ全長にわたって形成されており、他端は一方のジャーナル１０ｂの端面に開口している。

上記ジャーナル１０ａ、１０ｂは、上記支柱部１１から上記ベース１の幅方向外方に突出している。一方のジャーナル１０ａには、図２に示すように、モータ１４の回転軸１４ａが継ぎ手１６を介して着脱可能に連結されている。このモータ１４は上記支柱部１１に固着されたブラケット１５に保持されている。このモータ１４は図示しない制御装置によって回転駆動されるようになっている。

また、他方のジャーナル１０ｂには、溶液供給管１７の先端が回転継ぎ手１８によって回転可能かつ液密に連結されている。すなわち、上記主管路８と上記溶液供給管１７とが上記回転継ぎ手１８を介して連通されている。

したがって、上記モータ１４を駆動させることによって、上記ヘッダー９が所定の角度で回転されるようになっている。なお、上記ヘッダー９はモータ１４に代わり、手動で回転させるようにしてもよい。

上記溶液供給管１７の基端は、基板Ｗに噴射する溶液を貯える溶液タンク１９の下端部に接続されており、この溶液を上記ヘッダー９の内部に形成された主管路８に供給できるようになっている。

図３と図４に示すように、上記ヘッダー９の基板Ｗの搬送方向に対して交差する一方の側面には、上記ヘッダー９の長手方向に沿ってインクジェット方式の複数のヘッド２０が止めネジ２１によって固着されている。これら複数のヘッド２０がなす長さ寸法は、基板Ｗの幅寸法とほぼ同等あるいはわずかに長く設定されており、搬送される基板Ｗの全体が上記複数のヘッド２０の下方を通過するようになっている。

図４に示すように、上記各ヘッド２０と上記ヘッダー９とはそれぞれ逆Ｕ字状の分配管２２によって接続されている。この分配管２２は上記主管路８に連通しており、それによって上記溶液タンク１９の溶液を上記主管路８から上記ヘッド２０に供給できるようになっている。

上記各分配管２２にはそれぞれ分配バルブ２３が設けられており、各分配バルブ２３は制御装置４１によって開閉制御されるようになっている。これによって、例えばヘッド２０のメンテナンス時に、メンテナンスが必要なヘッド２０の分配バルブ２３のみを閉止することで、そのヘッド２０のみを取り外して作業ができるため、この作業により生じる溶液の無駄を最小限にすることができる。なお、分配バルブ２３は手動式であってもよい。

また、溶液を塗布する基板Ｗの幅寸法が小さくなり、使用するヘッド２０の数減らす場合には、ヘッド２０が接続されない分配管２２の分配管バルブ２３を閉じることで対応することができる。つまり、溶液を塗布する基板Ｗの幅寸法が変わっても、分配管２２に分
配バルブ２３が設けられているため、容易に対応できる。

図４に示すように、上記各ヘッド２０の下面には、その長手方向に沿って複数のノズル２４（１つのみ図示）が所定の間隔で穿設されており、搬送される基板Ｗの板面に機能性薄膜としての、たとえば配向膜、レジスト、カラーフィルタ、有機エレクトロニクスルミ
ネッセンスなどを形成する溶液を噴射することができるようになっている。

図５に示すように、上記溶液タンク１９には補給管２５の先端が接続されており、この補給管２５の基端は溶液補給タンク２６に接続されている。上記補給管２５には補給バルブ２７が設けられており、この補給バルブ２７を開くことによって、上記溶液補給タンク
２６から上記溶液タンク１９に溶液を補給可能となっている。

上記溶液タンク１９には、液面計２８が設けられており、この溶液タンク１９内に貯えられた溶液の液面のレベルを検出可能となっている。上記ヘッド２０から基板Ｗに溶液を噴射すること等により上記溶液タンク１９内の溶液の液面レベルが低下した場合、上記液
面計２８からの検出信号によって上記制御装置４１が上記補給バルブ２７を開放する。それによって、上記溶液補給タンク２６から上記溶液タンク１９に溶液が補給されるようになっている。

つまり、上記溶液タンク１９に貯えられた溶液の液面は、上記液面計２８によって常に所定のレベル、すなわち上記ヘッド２０の下面に形成されたノズル２４のレベルとほぼ同一若しくはわずかに下方に保たれるようになっている。

また、上記溶液タンク１９の上部には、この溶液タンク１９の内部を大気圧に開放する大気圧開放バルブ３１が設けられており、上記制御装置４１によって開閉制御される。

上記溶液タンク１９には、この溶液供給タンク１９に窒素ガスやヘリウムガス等の不活性ガスを供給するためのガス供給管３２が接続されており、このガス供給管３２に設けられたガスバルブ３３を上記制御装置４１で開放することによって、上記溶液タンク１８内を加圧できるようになっている。

次に上記構成の塗布装置を使用する際の作用について説明する。

この塗布装置を使用する場合、使用準備として上記大気圧開放バルブ３１を閉止するとともに上記ガスバルブ３３及び気泡抜き弁４０を開放し、上記溶液タンク１９内に不活性ガスを供給する。

これによって、上記溶液タンク１９内は加圧され、上記溶液供給管１７、上記ヘッダー９の主管路８及び上記分配管２２の内部は溶液で充満され、これら各管１７、８、２２内の気体は上記気泡抜き弁４０から外部に排出されることになる。

その結果、後述する溶液の噴射時に、溶液内に混入した気泡によって、上記ノズル２４から溶液が間欠的に噴射される等の、不適切な噴射がなされるのを防止することができる。

上記各管１７、８、２２が溶液によって充満されたならば、上記気泡抜き弁４０及び上記ガスバルブ３３を閉じ、上記大気圧開放バルブ３１を開放する。以上で使用準備は終了する。

上記使用準備が終了したならば、基板Ｗをテーブル５の上面に保持するとともに、このテーブル５をベース１の長手方向に沿って所定の速度で駆動する。基板Ｗがヘッダー９に設けられたヘッド２０の下方に到達したならば、基板Ｗに向けて上記ヘッド２０のノズル
２４から溶液を噴射する。つまり、上記各分配バルブ２３を開放し、溶液を上記主管路８に接続された各分配管２２を通じて、各ヘッド２０に供給する。そして、各ヘッド２０に供給された溶液を、図示しないピエゾ素子の作用によってノズル２４から噴射させる。

上記ヘッダー９に並設されたヘッド２０がなす長さ寸法は、基板Ｗの幅寸法とほぼ同等或いはやや長く設定されているので、噴射される溶液は基板Ｗの全面に塗布されることになる。

上記ノズル２４から溶液を噴射するに伴って、上記溶液タンク１９内の溶液の液面レベルは低下することになる。液面レベルが所定のレベル、つまり上記ヘッド２０の下面に形成されたノズル２４とほぼ同一若しくはわずかに下方に設定されたレベルより下回り、そのことが液面計２８によって検出されると、上記液面計２８に接続された上記制御装置４１によって、上記補給バルブ２７が開放され、上記溶液補給タンク２６から上記溶液タンク１９に溶液が補給される。

それによって、上記溶液タンク１９内の溶液の液面レベルは、常に上記ヘッド２０のノズル２４のレベルとほぼ同等又はわずかに下方、この実施の形態では図５に示すようにノズル２４のレベルＬ１ は溶液タンク１９の液面レベルＬ２よりもわずかに上方に維持される。しかも、上記溶液タンク１９の液面は、上記大気圧開放バルブ３１によって大気圧に開放されている。したがって、溶液がノズル２４から噴射されない非噴射時には、溶液タンク１９の溶液の液面とノズル２４の開放面とに圧力差がほとんど生じないから、ノズル２４から溶液が滴下したり、ノズル２４から溶液が沁み出してヘッド２０の下面の複数のノズル２４を覆うように付着滞留するのを防止することができる。

また、長時間にわたってノズル２４から溶液を噴射し続けると、溶液に含まれる気泡などが上記ヘッド２０の内部に貯まることがある。したがって、非噴射時に上記モータ１４を駆動し、上記ヘッダー９を上記ヘッド２０と共にほぼ１８０度回転させて、上記ノズル２４が上方に向くようにする。

これによって、上記ヘッド２０内に貯まった気泡は、溶液中を上方に向かって移動し、上記ノズル２４から外部に放出されることになる。つまり、ヘッド２０が設けられたヘッダー９を回転させることができるようにしたため、上記ヘッド２０内に貯まる気泡を容易に除去することができる。

図６と図７はこの発明の第２の実施の形態を示す。

この実施の形態は、上記第１の実施の形態の角柱からなるヘッダー９に代えて、内部を主管路８とした円筒管からなるヘッダー９Ａが用いられている。このヘッダー９Ａには取り付け板３４が固着されており、この取り付け板３４の側面に複数のヘッド２０が止めネジ２１によって一列に固定されている。

上記ヘッダー９Ａの両端部はそれぞれ回転可能に支持されていて、またヘッダー９Ａの一端には、上記主管路８の一端を閉塞する蓋材４２が取り付けられ、他端には上記第１の実施の形態に示した溶液供給管１７が回転継ぎ手１８を介して接続されている。

このように、ヘッダー９Ａを円筒管としたため、回転可能に支持するために、その両端にジャーナルを形成したり、内部に主管路８を穿設する必要がないから、装置の製作を容易にすることができる。

１…ベース
７…支持体
８…主管路
９…ヘッダー
４０…気泡抜き弁
１０ａ、１０ｂ…ジャーナル
１２…軸受
１６…継ぎ手
１８…回転継ぎ手
１９…溶液タンク
２０…ヘッド
２２…分配管
２３…分配バルブ
２６…溶液補給タンク
２７…補給バルブ
２８…液面計
３１…大気圧開放バルブ

Claims (4)

1. ノズルを用いて基板に溶液を噴射塗布する塗布装置において、
   上記ノズルが形成されたインクジェット方式の複数のヘッドと、
   これらヘッドに上記溶液を供給する主管路と、
   この主管路に接続され上記溶液を貯える溶液タンクと、
   ガスバルブを介して上記溶液タンクと接続され上記溶液タンク内を加圧するガスを供給するガス供給管と、
   上記各ヘッドと上記主管路とをそれぞれ接続する複数の分配管と、
   上記複数の分配管それぞれに設けられる分配バルブと、
   上記主管路に接続された気泡抜き弁と、
   上記気泡抜き弁を開状態、上記分配バルブを閉状態、かつ上記ガスバルブを開放して上記溶液タンク内を加圧した状態とする制御装置と、
   を有することを特徴とする塗布装置。
2. 上記主管路は、水平方向に延びる水平部分を有し、
   上記気泡抜き弁は、上記水平部に接続されることを特徴とする請求項１記載の塗布装置。
3. 上記複数の分配管は、上記水平部分にそれぞれ接続されてなることを特徴とする請求項２記載の塗布装置。
4. 上記気泡抜き弁は、上記主管路における上記溶液の流れ方向において、上記主管路と上記複数の分配管との接続部のうち最下流に位置する上記接続部よりも下流側で上記水平部分に接続されることを特徴とする請求項３記載の塗布装置。

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