JP5619057B2

JP5619057B2 - 塗布装置

Info

Publication number: JP5619057B2
Application number: JP2012058065A
Authority: JP
Inventors: 勇夫村岸; 修三土田; 茂参川; 堀川晃宏; 晃宏堀川; 山本　章博; 章博山本
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2032-03-15
Also published as: JP2013188717A; CN103301991A; CN103301991B

Description

本発明は、基板上に塗布液を塗布するための塗布装置に関する。

電子機器に用いる半導体ウエハやディスプレーデバイスなど半導体ウエハやディスプレーデバイスなどの基板上や、電池極板やフィルムなどの連続体上にコート液を精度よく均一に塗布するための方法としては、従来からダイコート法やロールコート法などの方法があった。

ダイコート法は、一定量のコート液を塗出するダイノズル先端部と塗布する基板とのギャップを、所定の間隔に保つことで塗布膜厚を一定の膜厚に確保する方法である。このためダイノズル先端部と基板や連続体とのギャップ精度を確保するため、基板や連続体の裏面に剛性があり高精度で温度による変形の少ない石定盤や高精度に回転するロールなどを設置し、基板や連続体をこれに沿わせることで塗布膜厚を確保していた。この場合、精度確保のために複雑な装置構造になり、部品点数の増加、高価な部品の使用が求められ高価な装置となっていた。また凹凸のある基板に対しては、ダイノズル先端部と基板との間のギャップ精度を確保することができず、精度よく均一に塗布することが不可能であった。

また、ロールコート法を用いた場合、いったん転写ロール面に所定の厚みで転写膜を形成し、転写膜を基板や連続体に転写するが、常に回転している転写ロール面に安定して所定の膜厚で転写膜を形成することが難しく、転写ロール面上の余分な転写膜をスクラバーで掻き取り、所定の転写膜厚を確保している。この場合、スクラバーで掻き取られた余分な転写膜は廃棄されるため、塗布材料の利用効率を低下させていた。

そこで、安価な装置を用いて基板上にコート液を精度よく均一に塗布する方法として、特許文献１に示されたバーコータを備えた塗布装置や特許文献２に示すような巻線型マイヤーロッドを用いた塗布方法と装置が提案されている。

図６は特許文献１に示されたバーコータを備えた塗布装置の構成を示す斜視図である。図６において、６０１は両端を支持アーム６０２にて支持されて、被塗布物６０３に近づく方向と離れる方向とに移動可能となっているバーコータである。６０４は旋回アーム６０５に取り付けられアーム部材水平部６０６を介してアーム部材垂直部６０７からバーコータ６０１に垂直荷重をかける重りである。重り６０４で所定の荷重を掛けることによりバーコータ６０１を被塗布物６０３に圧接させた状態で、被塗布物６０３とバーコータ６０１との間を矢印Ａ方向に移動させることにより、コート液６０８を被塗布物６０３の全体に塗布する。６０９はバーコータ６０１によって被塗布物６０３の幅方向全体に塗布されたコート液である。

図７は特許文献２に示された基板上に溶液を被覆するための塗布装置の構成を示す斜視図である。図７において、７０１は両端７０２を保持ピン７０３とロッド保持部７０４で保持されたマイヤーロッドで、ピボット軸７０５を支点としレバー７０６にてクッション７０７が取り付けられた重り７０８で基板７０９側に加圧できるようになっている。７１０はシャフト７１１が駆動部（図示せず）に連結され、表面が圧縮性層７１２で形成された駆動ローラであり、基板７０９を矢印Ａ方向に搬送する。基板７０９の下面の圧縮性層７１２で基板７０９をマイヤーロッド７０１側に、マイヤーロッド７０１の上面に設置する重り７０８に取り付けられたクッション７０７でマイヤーロッド７０１を基板７０９側に押し付けることにより、基板７０９とマイヤーロッド７０１の隙間を一定に保つことで基板７０９上面に塗布された溶液７１３を基板表面に所定の膜厚で拡げることができる。

実開昭６２−１８３５８６号公報特開２００１−１５７８６５号公報

しかしながら、特許文献１に示されるようなバーコータ６０１を備えた塗布装置において、反りや凹凸が大きく且つ大型の基板上にコート液を塗布する際、塗布する基板の幅方向における両端でしか保持されていないバーコータ６０１に垂直荷重をかけて基板に押し付けて基板を搬送した場合、バーコータ６０１と基板との摩擦でバーコータ６０１自身に振動が生じ、基板表面にコート液を精度よく均一に塗布することが技術的に困難であった。また、特許文献２に示されるような基板７０９上に溶液７１３を被覆するための塗布方法および塗布装置において、反りや凹凸が大きい基板７０９に対しマイヤーロッド７０１を全長にわたって一定荷重で基板７０９側に押し付けても、基板７０９下面を受ける駆動ローラ７１０の表面が圧縮性層７１２で形成されているため、基板７０９の反りや凹凸が矯正されることがなく、マイヤーロッド７０１を全長にわたって基板７０９の反りや凹凸に沿わせることができない。このためマイヤーロッド７０１と基板７０９との隙間が部分的に異なり、基板７０９表面に溶液７１３を精度よく均一に塗布することが技術的に困難であった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、反りや凹凸のある基板上に、容易にコート液を精度よく均一に塗布することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の塗布装置は、基板に塗布液を供給する塗布手段と、芯材の表面に溝が形成されてなり、前記基板の塗布表面に配置され前記塗布液を掻き拡げるコータと、前記コータの両端およびその間に長手方向に所定の間隔で設けられ前記コータを保持する複数の保持加圧手段と、前記複数の保持加圧手段と接続され、前記保持加圧手段を介して前記コータを重力方向に加圧する昇降手段と、前記昇降手段に設けられ、それぞれの前記保持加圧手段を独立して加圧する複数の加圧手段とを有することを特徴とする。

また、前記間隔をＰ，前記基板の幅方向の長さをＬ，前記基板の所定の位置での反り量をｄＺ，コータの断面２次モーメントをＩｙ，前記コータのヤング率をＥとした場合、前記所定の位置での前記保持加圧手段が前記コータに印加する荷重Ｗ_ｉは、

と定義されることが好ましい。

また、前記コータのヤング率と前記断面２次モーメントの積を最小にしても良い。
また、前記加圧手段がバネであり、前記バネが前記保持加圧手段を加圧する荷重は前記バネのバネ定数と前記バネの変形量の積であり、前記バネ定数を最小に前記バネの変形量を最大にしても良い。

また、前記コータが、円筒状またはパイプ形状の芯材と、前記芯材の表面に巻かれたワイヤとからなるバーであっても良い。
また、前記バーによって掻き拡げられた前記塗布液の膜厚が、隣接する前記ワイヤと前記基板とでできる隙間の体積で決まっても良い。

以上のように、バーを複数のチャックで保持し、各チャックに対応して加圧手段を設けることにより、局所的に、各チャックの加圧荷重を加圧手段で調整しながら加圧することができるため、反りや凹凸のある基板上に、容易にコート液を精度よく均一に塗布することができる。

実施の形態１における塗布装置の構成を示す斜視図実施の形態１におけるバーの構成を説明する斜視図実施の形態１における複数のチャックの作用を説明する概略図実施の形態１におけるチャックとチャックに対応するバーヘッド内の加圧手段の構成を説明する図実施の形態２におけるバーの構成を説明する要部断面図特許文献１に示されたバーコータを備えた塗布装置の構成を示す斜視図特許文献２に示された基板上に溶液を被覆するための塗布装置の構成を示す斜視図

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は実施の形態１における塗布装置の構成を示す斜視図である。

図１において、１０１はコート液１０４等の塗布液を基板１０３に供給する塗布手段であり、塗布時に基板１０３の位置調整ができるステージ１０２に設置された基板１０３上に、コート液１０４を基板１０３の幅方向に必要な量だけ供給する手段である。本実施の形態１では塗布手段１０１として、シリンジ１０５の先端に供給針１０６を取付けたディスペンサーを用いている。コート液１０４の塗布手段１０１はボールネジ１０８に連結されている。ボールネジ１０８は、上下動する支持部材１０７に両端が保持されており、塗布手段１０１を基板１０３の幅方向に移動させることにより、コート液１０４を余すことなく基板の幅方向に塗布できる。１０９は基板１０３上に基板１０２の幅方向と平行に設置されたバーであり、塗布液を掻き拡げるコータの一例である。保持加圧手段である複数のチャック１１０はバー１０９を保持すると共にバー１０９を加圧することにより、バー１０９を基板１０３に圧接させる。保持加圧手段としての複数のチャック１１０は昇降手段としてのバーヘッド１１１に所定の間隔で保持されている。また、バーヘッド１１１は個々のチャック１１０を垂直方向に加圧して動作させ、個々のチャック１１０は独立してバー１０９を基板側に加圧できる構成である。図１では所定の間隔で設けられた１０個のチャック１１０でバー１０９を保持，加圧する構成を例示している。また、バーヘッド１１１はそれぞれのチャック１１０に対応する加圧手段を具備しており、例えば、加圧手段は圧縮バネ等を用いることができる。なお、コータとしては、バー１０９のように円筒形状でも角柱形状でも良く、その他、へら状のもの等様々な形状を用いることができる。

バーヘッド１１１を加圧して昇降させる昇降手段として、例えば、バーヘッドの２箇所に取り付けたエアシリンダ１１２を用いる。昇降手段としてのバーヘッド１１１は基板１０３の上面にあるときにエアシリンダ１１２によって下降されて基板１０３を加圧し、所定の間隔で設けられたチャック１１０により基板１０３全長にわたる大きな反りやうねりに沿うように加圧される。本実施の形態１のバーヘッド１１１は、エアシリンダ１１２のダンパー効果により、下降した後も基板１０３の反りに沿って一定量の上下動が可能であり、基板１０３の全長にわたってその一定量までの基板の大きな反りに沿うことができる。さらに、各チャック１１０は、バーヘッド１１１内でそれぞれ独立した加圧手段により加圧荷重を調整される。加圧手段により加圧調整可能なチャック１１０によりバー１０９を基板１０３側に加圧するため、バー１０９は常に基板１０３の部分的な反りや凹凸に沿うことができる。なお、バーヘッド１１１は基板１０３の上面にないときにはエアシリンダ１１２で上昇して待機する。

本実施の形態１における塗布の動作手順は、まず、搬送する手段としてのステージ１０２にて基板１０３を基板の長さ方向である矢印Ａ方向に搬送する。同時に、塗布手段１０１を基板１０３の長さ方向と直交する幅方向に搬送させながらコート液１０４を塗布する。その後、エアシリンダ１１２でバーヘッド１１１を下降させてバー１０９で基板１０３を加圧する。この時、それぞれ独立したチャック１１０で基板１０３に沿うようにバー１０９を加圧でき、コート液４を均一に基板１０３上に拡げることができる。なお、基板１０３の搬送する代わりに、塗布手段１０１やバー１０９等を移動させて塗布することも可能である。

このように、基板１０３上に塗布されたコート液１０４を、基板１０３の幅方向にわたって設けられるバー１０９で拡げる際に、バー１０９の長手方向に所定の間隔で当接された複数のチャック１１０でバー１０９を加圧することができるため、基板１０３に反りや凹凸を有していたとしても、局所的に、各チャック１１０の加圧荷重をバーヘッド１１１に内蔵される加圧手段で調整しながら加圧することができるため、バー１０９を基板１０３の反りや凹凸に追従させることができ、反りや凹凸のある基板１０３上に、振動を抑制しながら、容易にコート液１０４を精度よく均一に塗布することができる。

次に、図２を用いてバーの構成を例示する。
バーの表面には、コート液を所定の膜厚で掻き拡げるために溝が形成されている。図２では、バーの軸心に巻きつけたワイヤの隙間を溝として機能させる構成場合の例である。

図２は実施の形態１におけるバーの構成を説明する斜視図であり、基板に沿って加圧されたバーの断面の状態を示す。
図２に示すように、バー１０９は芯材２０２と、芯材２０２の全長にわたって隙間なく巻きつけられたワイヤ２０１とで構成され、ワイヤ２０１どうしと基板２０３とでできる空間２０４を溝として用いる。バー１０９で基板１０３を加圧しながらバー１０９を基板１０３の長手方向に移動させることにより、空間２０４をコート液が通過し、所定の膜厚でコート液が基板全体に拡げられる。例えば、芯材２０２として直径３ｍｍのジュラルミンを用い、ワイヤ２０１として直径２５μｍのステンレスワイヤを用いたバー１０９によって掻き拡げることにより、膜厚５μｍの塗布膜を形成することができる。

次に、図３を用いて実施の形態１におけるバーが基板の反りを吸収する様子を説明する。
図３は実施の形態１における複数のチャックの作用を説明する概略図であり、独立した加圧手段で凹凸のある基板表面に沿うように加圧されたバーの模式図を示す。ここで、図３（ａ）はバーに対するチャックの配置を示す図であり、図３（ｂ）は基板の反りに応じたチャックの作用を説明する図である。

図３に示すように、バー１０９に接することができるように、任意の数のチャック１１０が所定の間隔Ｐで配置される。バーヘッドはエアシリンダにより加圧されるが、バーヘッドが具備する加圧手段の作用により、それぞれのチャック１１０に独立した荷重が印加される。そのため、チャック１１０は独立してバー１０９に荷重Ｗ_ｉを印加することができる。チャック１１０がバー１０９に荷重Ｗ_ｉを印加することにより、バー１０９は基板１０３に押し付けられる。このような構成において、基板１０３に反りやうねりを有していたとしても、加圧手段の圧縮力により荷重が加算されて、バー１０３にそれぞれのチャック１１０から反りに応じた荷重が印加され、反り量をバー１０９の弾性で吸収して緩衝することができるので、バー１０９が基板１０３全幅にわたって沿うことができる。

ここで、各々のチャック１１０からバー１０９へ印加する加圧荷重Ｗ_ｉは（ｉはチャックに対応する変数）、基板１０３の幅方向の長さをＬ、各チャック１１０が当接する位置での基板１０３の反りをｄＺ、バー１０９の断面２次モーメントをＩｙ、バー１０９のヤング率をＥとした場合、以下の式（１）に基づいて算出することができる。

例えば、バー１０９の芯材として直径３ｍｍのジュラルミンを用いた場合、ヤング率Ｅは６．４×１０^１０Ｐａ、断面２次モーメントＩｙは３．９７ｍｍ^４となり、加圧荷重の間隔Ｐを２０ｍｍとして、基板１０３の幅方向の長さＬが１００ｍｍ、基板１０３の最大反りｄＺが１００μｍだとすると、バー１０９を基板１０３に沿わすためには、チャックからバー１０９への加圧荷重を２．１４Ｎ以上とすることが必要となる。そして、それぞれのチャック１１０では、バーヘッドの加圧手段により、当接する基板１０３の反り量に応じてバー１０９に印加する荷重が調整される。

ここで、コータのヤング率Ｅと断面２次モーメントＩｙの積が最小となるようにしても良い。
次に、図４を用いてチャックの構成例について説明する。

図４は実施の形態１におけるチャックとチャックに対応するバーヘッド内の加圧手段の構成を説明する図であり、図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）は正面図である。
図４において、１１０はシャフトネジ４０２を介してシャフト４０３に連結されたチャックであり、チャック１１０の先端に設けられたスリット４０４をチャックネジ４０５で締め付けることで基板１０３に接するバー１０９を保持することができる。４０８は所定の間隔でバーヘッド１１１内に設けられたブッシュであり、シャフト４０３を上下動作可能なように支持している。加圧手段４１０は、シャフト４０３の上側端面に端面ネジ４１１で固定された端面板４１２と、バーヘッドの蓋４１３に設けられたズレ防止凹部４１４の間に設置される。加圧手段４１０として、例えば、圧縮バネを用いることができ、ブッシュ４０８の端面板４１２に荷重を印加することでバー１０９を基板１０３に加圧する。加圧手段４１０がバネである場合、バネが保持加圧手段を加圧する荷重はバネのバネ定数と前記バネの変形量の積となる。この場合、バネ定数を最小にし、バネの変形量を最大にするようにバネを設けることが好ましい。

例えば、バネ定数ｋを０．２Ｎ／ｍｍで初期長さ２０ｍｍのものを端面板４１２とバーヘッドの蓋４１３に設けられたズレ防止凹部４１４の間で１０ｍｍに圧縮して変形量ｄｘを１０ｍｍとし、バー１０９が基板１０３に接触し始めたときの初期加圧荷重を２Ｎとする。この場合、バーヘッド１１１を基板１０３側に２ｍｍ下げることによって、すべてのチャック１１０が２．４Ｎの加圧荷重Ｗ_ｉをバーヘッド１０９に印加することができ、２．１４Ｎ以上の加圧荷重Ｗ_ｉをかけることとなる。そして、基板１０３の反りや凹凸があったとしても、バネ等の加圧手段４１０で、バー１０９が基板１０３に沿うようにバー１０９に印加される荷重が調整される。

なお、バネ定数を０．２Ｎ／ｍｍと小さくしているためバー１０９の全長にわる基板１０３の反りや凹凸が１ｍｍあったとしても、実際に基板１０３の各所に印加される加圧荷重のばらつきを０．２Ｎ以内に抑えることができる。
なお、実施の形態１においては、搬送する手段としてステージを用いて基板１０３を搬送したが、基板１０３を固定し、バー１０３、保持加圧手段、昇降手段を搬送しても同じ効果が得られる。

また、実施の形態１においては、バーヘッド１１１を加圧する手段としてエアシリンダ１１２を用いたが、上下機構に連接されたバネ等を用いても同じ効果が得られる。
以上のように、バーヘッド１１１から複数のチャック１１０に一括して荷重を印加し、
一定間隔に並べられたチャック１１０を介してバー１０９に荷重を印加してバー１０９を基板１０３に圧接させ、さらに、各チャック１１０内に加圧手段４１０を設けることにより、基板１０３に反りや凹凸があったとしても、加圧手段４１０で反りや凹凸に応じた荷重調整ができるため、容易かつ、精度良く均一にコート液１０４を塗布することができる。

（実施の形態２）
図５は実施の形態２におけるバーの構成を説明する要部断面図であり、本実施の形態２の基板に沿って加圧されたバーの拡大断面図を示す。

図５において、５０１は実施の形態２におけるバーの芯材であり、パイプ形状であることが特徴である。芯材５０１の表面には、全長にわたって隙間なくワイヤ５０２が巻きつけられており、ワイヤ５０２どうしと基板１０３との隙間にできる空間５０４でコート液を通過させて所定の膜厚の膜を基板１０３全体に広げる。

実施の形態２では、例えば、バーのパイプ状の芯材５０１として外径３ｍｍで、内径２．２ｍｍのジュラルミンを用いることができる。バーのパイプ状の芯材５０１を用いた場合のバーの断面２次モーメントＩｙは２．８２となり、実施の形態１に示すような直径３ｍｍのジュラルミンを用いた場合の７１％となる。加圧荷重の間隔Ｐを２０ｍｍとして、基板１０３の幅方向の長さＬが１００ｍｍであった場合に、１００μｍの反りを有する基板１０３にパイプ状の芯材５０１を用いたバーを沿わすためには、各々のチャックへの加圧荷重Ｗ_ｉは１．５１Ｎ以上とする必要がある。このため、加圧手段として圧縮バネを用いる場合、バネ定数ｋを０．１５Ｎ／ｍｍと小さくすることができ、部分的な凹凸が１ｍｍ程度の基板１０３を搬送スピードを１２０ｍｍ／ｓまで上げて搬送しても、芯材５０１として外径３ｍｍで内径２．２ｍｍのパイプ状のジュラルミンを用いたバーを基板面から跳ぶことなく基板に沿わせ加圧できる。

本発明は、太陽電池やディスプレーデバイスなどのガラス基板や半導体用Ｓｉ基板にフィルム基板などコート液の塗布に適用することができる。

１０１塗布手段
１０２ステージ
１０３基板
１０４コート液
１０５シリンジ
１０６供給針
１０７支持部材
１０８ボールネジ
１０９バー
１１０チャック
１１１バーヘッド
１１２エアシリンダ
２０１ワイヤ
２０２芯材
２０４空間
４０２シャフトネジ
４０３シャフト
４０４スリット
４０５チャックネジ
４０８ブッシュ
４１０加圧手段
４１１端面ネジ
４１２端面板
４１３蓋
４１４ズレ防止凹部
５０１芯材
５０２ワイヤ
５０４空間

Claims

基板に塗布液を供給する塗布手段と、
芯材の表面に溝が形成されてなり、前記基板の塗布表面に配置され前記塗布液を掻き拡げるコータと、
前記コータの両端およびその間に長手方向に所定の間隔で設けられ前記コータを保持する複数の保持加圧手段と、
前記複数の保持加圧手段と接続され、前記保持加圧手段を介して前記コータを重力方向に加圧する昇降手段と、
前記昇降手段に設けられ、それぞれの前記保持加圧手段を独立して加圧する複数の加圧手段と
を有することを特徴とする塗布装置。
前記間隔をＰ，前記基板の幅方向の長さをＬ，前記基板の所定の位置での反り量をｄＺ，コータの断面２次モーメントをＩｙ，前記コータのヤング率をＥとした場合、前記所定の位置での前記保持加圧手段が前記コータに印加する荷重Ｗ_ｉは、

と定義されることを特徴とする請求項１記載の塗布装置。
前記コータのヤング率と断面２次モーメントの積を最小にすることを特徴とする請求項１記載の塗布装置。
前記コータのヤング率と前記断面２次モーメントの積を最小にすることを特徴とする請求項２記載の塗布装置。
前記加圧手段がバネであり、前記バネが前記保持加圧手段を加圧する荷重は前記バネのバネ定数と前記バネの変形量の積であり、前記バネ定数を最小に前記バネの変形量を最大にすることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の塗布装置。
前記コータが、
円筒状またはパイプ形状の前記芯材と、
前記芯材の表面に巻かれたワイヤと
からなるバーであることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の塗布装置。
前記バーによって掻き拡げられた前記塗布液の膜厚が、隣接する前記ワイヤと前記基板とでできる隙間の体積で決まることを特徴とする請求項６記載の塗布装置。