JP6155064B2 - 塗布装置および塗布方法 - Google Patents

Description

この発明は、有機ＥＬ表示装置用ガラス基板、液晶表示装置用ガラス基板、太陽電池用パネル基板、ＰＤＰ用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等の基板や、リチウムイオン二次電池用金属箔等の長尺状のフィルムから成る被塗布部材に対して塗布液を塗布する塗布装置に関し、特に、ノズルと被塗布部材とを相対移動させることにより被塗布部材に塗布液を塗布する塗布装置および塗布方法に関する。

例えば、液晶表示装置用ガラス基板や太陽電池用パネル基板等の矩形状、平面状の基板に対して塗布液を塗布する塗布装置は、基板を載置するテーブルと、塗布液を吐出するスリットを備えたスリットノズルをテーブル上に載置された基板の表面に沿って移動させる移動機構とを備えている。このような塗布装置においては、塗布液による膜厚の均一性を確保するため、スリットノズルの移動速度とスリットノズルから吐出される塗布液の吐出流量との関係を適正なものとする必要がある。

ノズルの移動速度とノズルから吐出される塗布液の吐出流量との関係を適正なものとするためには、塗布液を吐出するための吐出ポンプの駆動速度の制御が必要となる。ここで、吐出ポンプの駆動速度とは、弾力性のあるチューブをローラでしごいて管内の液体を押出すチューブポンプにおいてはチューブ押し出しのための往復移動速度であり、シリンジに充填された塗布液をピストンの移動により押し出すシリンジポンプにおいてはピストンの移動速度であり、互いに噛合する一対のギアの回転により塗布液を送液するギアポンプにおいてはギアの回転速度である。

従来、このような吐出ポンプにより塗布液を吐出する場合においては、スリットノズルの移動速度と、これに対応する吐出ポンプの駆動速度との関係を実験的に求めておき、吐出ポンプをスリットノズルの移動速度に応じた駆動速度で駆動して塗布液を吐出する構成が採用されている。そして、塗布開始時においては、吐出ポンプの駆動速度がスリットノズルの移動速度に追従しないため応答遅延が生ずることから、吐出開始時においては吐出ポンプの駆動速度を一時的に高速にするようにしている（特許文献１参照）。

特開２００６−２３９６００号公報

上述したように、従来、ノズルの移動速度とノズルから吐出される塗布液の吐出流量との関係を適正なものとするためには、スリットノズルの移動速度とこれに対応する吐出ポンプの駆動速度との関係を実験的に求める必要がある。この作業は、従来、塗布装置を利用して実際に基板に塗布液を塗布することにより実行していた。このため、スリットノズルの移動速度とこれに対応する吐出ポンプの駆動速度との関係を求めるためには、基板を消費するという問題がある。特に、スリットノズルの移動速度とこれに対応する吐出ポンプの駆動速度との関係を正確に求めるためには、試行錯誤的な実験を繰り返す必要があることから、無駄な基板の消費が極めて多量になるという問題が生ずる。

一方、従来、スリットノズルから基板に塗布液を塗布する前に、スリットノズルからプリディスペンスローラに塗布液を塗布することにより、塗布液を適正に塗布するようにした塗布装置が提案されている。このため、このプリディスペンスローラを利用し、スリットノズルの移動速度と、これに対応する吐出ポンプの駆動速度との関係を実験的に求めるときに、スリットノズルからプリディスペンスローラに対して塗布液を塗布することも考えられる。

しかしながら、例えば、太陽電池用パネル基板やリチウムイオン二次電池用金属箔に塗布される塗布液は、例えば、３０ｃＰ（センチポアズ）から４０００ｃＰ程度と極めて高粘度であることから、吐出ポンプの駆動速度を実験的に求めた後に、プリディスペンスローラを洗浄することが極めて困難となるという問題を生ずる。なお、３０ｃＰは、ＳＩ単位系で表現すると、０．０３Ｐａ・ｓ（パスカル・秒）となる。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、ノズルと被塗布部材との相対移動速度を、実際に被塗布部材に対して塗布を行うことなく求めることが可能な塗布装置および塗布方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、ノズルと被塗布部材とを相対移動させることにより前記被塗布部材に塗布液を塗布する塗布装置であって、塗布液タンクに貯留された塗布液を圧送する吐出ポンプと、前記吐出ポンプの駆動速度を制御する駆動速度制御部と、前記吐出ポンプと前記ノズルとを連結する第１流路と、前記第１流路と分岐した第２流路に配設され、前記ノズルから塗布液を吐出するときの流路抵抗と同等の流路抵抗を生じる抵抗部と、前記吐出ポンプを、前記ノズルまたは前記抵抗部に選択的に接続する流路切替機構と、前記吐出ポンプと前記ノズルとが接続されたときの前記第１流路の圧力と、前記吐出ポンプと前記抵抗部とが接続されたときの前記第２流路の圧力とを測定する圧力計と、を備え、前記流路切替機構は、前記吐出ポンプと前記ノズルとの間の流路に配設された第１開閉弁と、前記吐出ポンプと前記抵抗部との間の流路に配設された第２開閉弁とを備えるとともに、前記圧力計は、前記第１開閉弁と前記第２開閉弁との間に配設されることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記抵抗部は、流路抵抗の大きさを変更可能である。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記被塗布部材は平面状の基板であり、前記基板を載置するテーブルと、前記ノズルを前記テーブル上に載置された基板の表面に沿って移動させる移動機構と、を備える。

請求項４に記載の発明は、ノズルと被塗布部材とを相対移動させることにより前記被塗布部材に塗布液を塗布する塗布方法であって、吐出ポンプにより第１流路を介して前記ノズルに塗布液を圧送するときの前記第１流路の圧力を測定することで圧力損失を測定する工程と、前記吐出ポンプにより第２流路を介して抵抗部に塗布液を圧送するときの前記第２流路の圧力を測定して、前記抵抗部に抵抗値を設定する工程と、抵抗値が設定された抵抗部に塗布液を送液し、前記吐出ポンプの駆動速度を調整する工程と、からなることを特徴とする。

請求項１および請求項４に記載の発明によれば、塗布液を適正に塗布するためのノズルと被塗布部材との相対移動速度を、実際に被塗布部材に対して塗布を行うことなく、実験的に求めることが可能となる。

請求項１に記載の発明によれば、単一の圧力計を利用して、吐出ポンプとノズルとが接続されたときの第１流路の圧力および吐出ポンプと抵抗部とが接続されたときの第２流路の圧力を測定することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、塗布液の塗布条件が変更された場合においても、塗布液を適正に塗布するためのノズルと被塗布部材との相対移動速度を、実験的に求めることが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、基板を載置するテーブルと、ノズルをテーブル上に載置された基板の表面に沿って移動させる移動機構とを備える塗布装置により、平面状の基板に対して適切に塗布液を塗布することが可能となる。

この発明に係る塗布装置の斜視図である。 この発明に係る塗布装置の側面概要図である。 スリットノズル１３から塗布液を吐出する塗布液吐出機構の概要図である。 塗布液を吐出するための吐出ポンプ４３の駆動速度と吐出される塗布液の圧力との関係を示すタイムチャートである。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る塗布装置の斜視図である。また、図２は、この発明に係る塗布装置の側面概要図である。なお、図１においては、ノズル洗浄機構３１等の図示を省略している。また、図２においては、キャリッジ１４等の図示を省略している。

この塗布装置は、例えば、太陽電池用パネル基板１００に対して高粘度の塗布液を塗布するために使用されるものである。この塗布液の粘度は、少なくとも３０ｃＰ（センチポアズ）以上であり、一般的には３００ｃＰ以上である。この発明は、塗布液として、その粘度が３０ｃＰ以上、特に、３００ｃＰ以上のものを使用するときに、特に、好適なものである。

この塗布装置は、基板１００を吸着保持するためのステージ１１を備える。このステージ１１としては、その上面の平面度が数マイクロメータ程度とされた石定盤等が使用される。ステージ１１には、図示を省略した複数のリフトピンが、適宜の間隔をおいて設けられている。このリフトピンは、基板１００の搬入、搬出時に、基板１００をその下方より支持して、ステージ１１の表面より上方に上昇させる。

ステージ１１の上方には、このステージ１１の両側部分から略水平に掛け渡されたキャリッジ１４が設けられている。このキャリッジ１４は、スリットノズル１３を支持するためのノズル支持部１５と、このノズル支持部１５の両端を支持する左右一対の昇降機構１６とを備える。また、ステージ１１の両端部には、略水平方向に平行に伸びる一対の走行レール１７が配設される。これらの走行レール１７は、キャリッジ１４の両端部をガイドすることにより、キャリッジ１４を、図１に示すＸ方向に往復移動させる。

ステージ１１およびキャリッジ１４の両側部分には、ステージ１１の両側の縁側に沿って、それぞれ固定子２１と移動子２２を備える一対のリニアモータ２０が配設されている。また、ステージ１１およびキャリッジ１４の両側部分には、それぞれスケール部と検出子とを備えた一対のリニアエンコーダ２３が固設される。このリニアエンコーダ２３は、キャリッジ１４の位置を検出する。

また、図２に示すように、ステージ１１の側方には、ノズル洗浄機構３１が配設されている。このノズル洗浄機構３１は、洗浄ブロック３２と待機ポッド３３とを備える。この塗布装置においては、塗布動作を実行する前あるいは実行した後に、スリットノズル１３をこのノズル洗浄機構３１で洗浄するようにしている。なお、このノズル洗浄機構３１とステージ１１における基板１００の保持位置との間には、液受けバット３５が配設されている。

この塗布装置により塗布動作を実行するときには、最初に、図示しない搬送ロボット等の搬送機構により、ステージ１１上に基板１００を搬入する。そして、ステージ１１上に形成された図示しない吸着溝から排気を行うことにより、ステージ１１上に基板１００を吸着保持する。この状態において、一対のリニアモータ２０と左右一対の昇降機構１６の作用によりスリットノズル１３を、基板１００の表面における一方の端縁と近接させた状態で、このスリットノズル１３から塗布液を吐出する。そして、リニアモータ２０の駆動により、スリットノズル１３から塗布液を吐出したままの状態で、このスリットノズル１３を基板１００の表面に沿って移動させる。基板１００の表面全域への塗布液の塗布が終了すれば、図示しない搬送機構により、ステージ１１上から基板１００を搬出して、塗布動作を終了する。

以上のような構成を有する塗布装置においては、塗布液による膜厚の均一性を確保するため、スリットノズル１３の移動速度とスリットノズル１３から吐出される塗布液の吐出流量との関係を適正なものとする必要がある。このため、この発明に係る塗布装置においては、スリットノズル１３から基板１００に対して塗布液を吐出するときの流路抵抗と同等の流路抵抗を生じる抵抗部４３を利用して、スリットノズル１３から吐出される塗布液の吐出流量を調整するようにしている。

図３は、スリットノズル１３から塗布液を吐出する塗布液吐出機構の概要図である。

この発明に係る塗布装置は、塗布液を貯留する貯留タンク４１と、この貯留タンク４１内に貯留された塗布液をスリットノズル１３に送液するための吐出ポンプ４２と、分岐部４５と、この分岐部４５に接続され分岐部４５における塗布液の圧力を測定する圧力計４４と、スリットノズル１３から基板１００に対して塗布液を吐出するときの流路抵抗と同等の流路抵抗を発生させる抵抗部４３とを備える。この実施形態においては、この抵抗部４３としては、流路抵抗の大きさを変更することが可能なものが使用される。この抵抗部４３として、例えば、ニードルバルブを使用することができる。

吐出ポンプ４２と分岐部４５とは、管路６０により接続されている。また、分岐部４５とスリットノズル１３とは、管路６１により接続されている。さらに、分岐部４５と抵抗部４３とは、管路６２により接続されている。貯留タンク４１と吐出ポンプ４２との間には、電磁開閉弁５５が配設されている。また、管路６１には電磁開閉弁５１が配設されており、管路６２には電磁開閉弁５２が配設されている。さらに、抵抗部４３と図示しないドレインとを接続する管路６３には、電磁開閉弁５３が配設されており、抵抗部４３と貯留タンク４１とを接続する管路６４には電磁開閉弁５４が配設されている。

なお、管路６０と管路６１は、吐出ポンプ４２とスリットノズル１３とを連結するこの発明に係る第１流路として機能し、管路６２は、この第１流路から分岐したこの発明に係る第２流路として機能する。

次に、スリットノズル１３から吐出される塗布液の吐出流量を調整する調整動作について説明する。図４は、塗布液を吐出するための吐出ポンプ４３の駆動速度と吐出される塗布液の圧力との関係を示すタイムチャートである。

なお、この図においては、縦軸は吐出ポンプ４２の駆動速度または圧力計４４により測定した塗布液の圧力を示し、横軸は時間を示している。ここで、吐出ポンプ４２の駆動速度とは、上述したように、吐出ポンプ４２としてチューブポンプを使用する場合においてはチューブ押し出しのための往復移動速度であり、シリンジポンプを使用する場合においてはピストンの移動速度であり、ギアポンプを使用する場合においてはギアの回転速度である。

塗布液の吐出量を調整する場合には、最初に、スリットノズル１３から基板１００に対して塗布液を塗布するとともに、適正な塗布が行われたときの塗布液の圧力を測定する。この場合においては、電磁開閉弁５１を開放するとともに電磁開閉弁５２を閉止する。そして、吐出ポンプ４２を駆動して吐出ノズル１３から基板１００の表面に塗布液を吐出する。図４(ａ)における符号ａ１は、このときの吐出ポンプ４２の駆動速度を示し、符号ｂ１は圧力計４４により測定した塗布液の圧力を示している。なお、符号ｂ１で示す圧力は、吐出ポンプ４２とスリットノズル１３とが接続されたときの第１流路を構成する管路６１の圧力に相当する。そして、塗布の開始後一定の時間が経過して安定した塗布が行われた場合の圧力Ｐを測定し、記憶する。

次に、電磁開閉弁５１を閉止するとともに電磁開閉弁５２を開放する。そして、吐出ポンプ４２を駆動して塗布液を抵抗部４３に送液する。また、このときには、塗布液を貯留タンク４１に戻して再利用するときには電磁開閉弁５４を開放し、塗布液を廃棄するときには電磁開閉弁５３を開放する。図４(ｂ)における符号ｂ２は圧力計４４により測定した塗布液の圧力を示している。なお、符号ｂ２で示す圧力は、吐出ポンプ４２と抵抗部４３とが接続されたときの第２流路を構成する管路６２の圧力に相当する。

そして、この状態において、圧力計４４により測定される圧力が、図４(ａ)および図４(ｂ)において符号ｂ１で示すように、基板１００への塗布の開始後一定の時間が経過して安定した塗布が行われた場合の圧力Ｐとなるように、抵抗部４３における流路抵抗値を変更する。すなわち、図４(ｂ)において符号ｂ２で示す曲線が符号ｂ１で示す曲線と一致するように、抵抗部４３における流路抵抗値を変更する。

この状態においては、吐出ポンプ４２の駆動速度と圧力計４４により測定される塗布液の圧力や塗布液の流量との関係は、実際に塗布ノズル１３から基板１００に対して塗布液を塗布しているときの状態と完全に一致している。このため、この状態において、吐出ポンプ４２の駆動速度を調整することにより、スリットノズル１３の移動速度とスリットノズル１３から吐出される塗布液の吐出流量との関係を適正なものとすることが可能となる。

すなわち、図４（ｃ）に示すように、図４（ａ）および図４（ｂ）において符号ａ１で示す吐出ポンプ４２の駆動速度を、符号ａ２で示すように、塗布液の塗布開始直後において一時的に高速化し、しかる後、図４（ａ）および図４（ｂ）において符号ａ１で示す速度と同様の速度まで復帰させる。これにより、図４（ｃ）において符号ｂ１で示す塗布液の圧力は、図４（ｃ）において符号ｂ４で示すように変化する。これにより、図４（ｃ）において符号Ｃ１で示すスリットノズル１３の速度変化と、スリットノズル１３から吐出される塗布液との関係を適正なものとすることが可能となる。

なお、このようなこの吐出ポンプ４２の駆動速度の調整は、従来同様、塗布液の流量がスリットノズル１３の移動速度に適したものとなるように、実験的に行われる。この場合においては、抵抗部４３により生ずる塗布液の損失が、スリットノズル１３により基板１００に塗布液を塗布しているときの圧力損失と一致する状態となっていることから、実際に基板１００に塗布液を塗布しない状態においても、基板１００に塗布液を塗布している場合と同様の状態において、吐出ポンプ４２の駆動速度の調整を適正に実行することが可能となる。

なお、上述した実施形態においては、抵抗部４３としてニードルバルブを使用しているが、抵抗部４３として、電気的に流路抵抗を変更可能なコントロールバルブを使用してもよい。この場合においては、スリットノズル１３の種類と、スリットノズル１３より塗布される塗布液の種類と、スリットノズル１３と基板１００との距離とを含む塗布液の塗布条件と、抵抗部４３における流路抵抗の大きさとの関係を示すテーブルを記憶部に予め記憶させておき、抵抗部４３による流路抵抗の大きさを、記憶手段に記憶したテーブルに基づいて自動的に決定するようにしてもよい。

また、スリットノズル１３の種類、スリットノズル１３より塗布される塗布液の種類およびスリットノズル１３と基板１００との距離等の塗布条件が常に一定の場合には、流路抵抗が一定となるものを使用することも可能である。

さらに、上述した実施形態においては、分岐部４５に圧力計４４を接続することにより、吐出ポンプ４２とスリットノズル１３とが接続されたときの管路６１の圧力と、吐出ポンプ４２と抵抗部４３が接続されたときの管路６２の圧力とを測定しているが、管路６１と管路６２とに個別に圧力計を接続することにより、吐出ポンプ４２とスリットノズル１３とが接続されたときの管路６１の圧力と、吐出ポンプ４２と抵抗部４３が接続されたときの管路６２の圧力とを測定するようにしてもよい。

本発明は、上述した実施形態だけでなく、可撓性の基材（金属箔など）をロールトゥロールで支持搬送しつつ、スリットノズルから基材に塗布液を塗布する塗布装置にも適用することができる。

１１ ステージ
１３ スリットノズル
１４ キャリッジ
１５ ノズル支持部
１６ 昇降機構
１７ 走行レール
２０ リニアモータ
２３ リニアエンコーダ
３１ ノズル洗浄機構
４１ 貯留タンク
４２ 吐出ポンプ
４３ 抵抗部
４４ 圧力計
４５ 分岐部
５１ 電磁開閉弁
５２ 電磁開閉弁
６１ 管路
６２ 管路
１００ 基板

Claims (4)

1. ノズルと被塗布部材とを相対移動させることにより前記被塗布部材に塗布液を塗布する塗布装置であって、
   塗布液タンクに貯留された塗布液を圧送する吐出ポンプと、
   前記吐出ポンプの駆動速度を制御する駆動速度制御部と、
   前記吐出ポンプと前記ノズルとを連結する第１流路と、
   前記第１流路と分岐した第２流路に配設され、前記ノズルから塗布液を吐出するときの流路抵抗と同等の流路抵抗を生じる抵抗部と、
   前記吐出ポンプを、前記ノズルまたは前記抵抗部に選択的に接続する流路切替機構と、
   前記吐出ポンプと前記ノズルとが接続されたときの前記第１流路の圧力と、前記吐出ポンプと前記抵抗部とが接続されたときの前記第２流路の圧力とを測定する圧力計と、
   を備え、
   前記流路切替機構は、前記吐出ポンプと前記ノズルとの間の流路に配設された第１開閉弁と、前記吐出ポンプと前記抵抗部との間の流路に配設された第２開閉弁とを備えるとともに、前記圧力計は、前記第１開閉弁と前記第２開閉弁との間に配設されることを特徴とする塗布装置。
2. 請求項１に記載の塗布装置において、
   前記抵抗部は、流路抵抗の大きさを変更可能である塗布装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の塗布装置において、
   前記被塗布部材は平面状の基板であり、
   前記基板を載置するテーブルと、
   前記ノズルを前記テーブル上に載置された基板の表面に沿って移動させる移動機構と、
   を備える塗布装置。
4. ノズルと被塗布部材とを相対移動させることにより前記被塗布部材に塗布液を塗布する塗布方法であって、
   吐出ポンプにより第１流路を介して前記ノズルに塗布液を圧送するときの前記第１流路の圧力を測定することで圧力損失を測定する工程と、
   前記吐出ポンプにより第２流路を介して抵抗部に塗布液を圧送するときの前記第２流路の圧力を測定して、前記抵抗部に抵抗値を設定する工程と、
   抵抗値が設定された抵抗部に塗布液を送液し、前記吐出ポンプの駆動速度を調整する工程と、
   からなることを特徴とする塗布方法。

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