JP6901379B2

JP6901379B2 - 塗布装置

Info

Publication number: JP6901379B2
Application number: JP2017212392A
Authority: JP
Inventors: 雄悟福島; 森　俊裕; 俊裕森
Original assignee: Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2017-11-02
Filing date: 2017-11-02
Publication date: 2021-07-14
Anticipated expiration: 2037-11-02
Also published as: JP2019084471A

Description

本発明は、塗布液を吐出する塗布ユニットと基板とを相対的に移動させて、基板上に塗布膜を形成する塗布装置に関するものである。

フラットパネルディスプレイに使用されるレジスト液が均一に塗布された基板の製作にスリットノズルを有する塗布装置が使用されており、プリント基板やパッケージ基板のような配線基板における配線パターン、パワー半導体の絶縁膜パターンの製作にインクジェットノズルを有する塗布装置が使用されている。

これらの塗布装置は、図７に示すように、基板Ｗを載置するステージ１００と、塗布液を吐出する塗布ユニット１０１とを有しており、塗布ユニット１０１の塗布器１０２から塗布液を吐出させながら、基板Ｗと塗布ユニット１０１とを相対的に移動させることにより、基板Ｗ上に塗布膜が形成されるようになっている（例えば下記特許文献１参照）。

通常、ステージ１００には、ロボットハンド１０３（図７（ｂ）参照）等により前工程から搬送されてきた基板Ｗを受け取るリフトピン１０４が設けられている。そして、リフトピン１０４の先端部分に基板Ｗが載置されると、リフトピン１０４がステージ１００内に収容され、基板Ｗがステージ１００上に載置される。ステージ１００には、吸引孔が形成されており、基板Ｗがステージ１００に載置されると、ステージ１００の全面に配置された吸引孔から吸引力が発生し基板Ｗがステージ１００に吸着保持される。この状態で、ステージ１００と塗布ユニット１０１を相対的に移動させつつ、塗布器１０２から塗布液を吐出することにより基板Ｗ上に塗布膜が形成される。その後、吸引孔の吸引力が解除され、リフトピン１０４により基板Ｗがステージ１００の表面から所定位置まで持ち上げられると、ロボットハンド１０３が基板Ｗの下側に入って基板Ｗを受け取り、基板Ｗが次工程に搬送される。

特開２００５−１４４３７６号公報

しかし、上記塗布装置では、基板Ｗが電気を帯びてしまい、その帯電量が大きいため、基板Ｗが破損しやすいという問題があった。すなわち、上記塗布装置では、ステージ１００上に基板Ｗが吸引孔に発生する吸引力で全面吸着されており、さらに、基板Ｗがリフトピン１０４によりステージ１００から持ち上げられることにより、基板Ｗには接触帯電及び剥離帯電により大きな静電気が発生する。この静電気の発生により、ロボットハンド１０３が接近した際にスパークが生じて基板Ｗ上に設けられたデバイスが破損したり、基板Ｗそのものが破損したりするという問題があった。

また、静電気の発生により、パーティクルが付着しやすくなり、塗布膜の製膜精度が低下する虞があるという問題もあった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、基板が帯電することを抑えることができる塗布装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明の塗布装置は、基板を保持するステージユニットと、前記ステージユニット上の基板に塗布液を塗布する塗布ユニットと、を備え、前記ステージユニットに保持された基板と、前記塗布ユニットとを相対的に移動させつつ、前記塗布ユニットから塗布液を吐出させることにより基板上に塗布膜を形成する塗布装置であって、前記ステージユニットは、基板を浮上させる浮上ステージ部と、基板を吸着保持する吸着保持部とを有しており、前記浮上ステージ部上に浮上する基板を前記吸着保持部で保持した状態で、前記浮上ステージ部と前記吸着保持部とが一体になって、前記塗布ユニットに対して、基板が搬入出される基板入替位置と基板上に塗布液が塗布される塗布位置とに移動することを特徴としている。

上記塗布装置によれば、基板が浮上ステージ部によって浮上され、吸着保持部のみで吸着保持されているため、基板を保持する状態において、基板と接触する領域を吸着保持部のみにすることができる。したがって、従来のように基板を保持する状態が基板と全面接触する場合に比べて、接触帯電及び剥離帯電の帯電量を抑えることができ、基板に発生した静電気により、基板上のデバイスや基板自体が破損する問題を回避することができる。

また、前記吸着保持部は、基板の除外領域を吸着保持する構成にしてもよい。

この構成によれば、製品として使用されない除外領域を吸着保持するため、吸着保持部で保持する領域を極力抑えて基板に生じる接触帯電及び剥離帯電の帯電量を抑えることができる。

また、前記浮上ステージ部と前記吸着保持部とが、前記浮上ステージ部の中心を回転中心として回転する構成にしてもよい。

この構成によれば、塗布ユニットがインクジェットで構成されている場合に、塗布ユニットに対して基板を傾斜させることにより、インクジェットのノズルピッチよりも小さいピッチであっても塗布することが可能になり、高精度なパターンに対応することができる。

本発明の塗布装置によれば、基板が帯電することを抑えることができる。

本発明の塗布装置を概略的に示す上面図である。上記塗布装置の側面図である。ステージユニットを拡大した正面図である。インクジェットヘッド部のノズルの配置を示す図である。吸着保持部の側面図である。ステージユニットと塗布ユニットの位置関係を示す図であり、（ａ）はステージユニットが通常状態で移動した状態を示す図であり、（ｂ）はステージユニットが回転機構により塗布ユニットに対して基板を傾斜させて移動した状態を示す図である。従来の塗布装置を示す図であり、（ａ）はステージ上に基板が載置された状態を示す図であり、（ｂ）は基板がリフトピンにより持ち上げられた状態を示す図である。

本発明の塗布装置に係る実施の形態を図面を用いて説明する。本実施形態では、塗布ユニット２がインクジェットの場合について説明するが、スリットノズルであってもよく、本発明は、塗布の様態に限定されるものではない。

図１は、塗布装置の一実施形態を示す上面図、図２は、その塗布装置の側面図である。

塗布装置は、図１、図２に示すように、基板Ｗを載置するステージユニット１と、基板Ｗにインク（塗布材料）を塗布する塗布ユニット２とを有しており、塗布ユニット２とステージユニット１に載置された基板Ｗとが相対的に移動しつつ、基板Ｗ上にインクを所定の着弾位置に吐出されることにより、基板Ｗ上に塗布膜（塗布パターンを含む）が形成される。

なお、以下の説明では、ステージユニット１が移動する方向をＸ軸方向（主走査方向）、これと水平面上で直交する方向をＹ軸方向（副走査方向）、Ｘ軸およびＹ軸方向の双方に直交する方向をＺ軸方向として説明を進めることとする。

塗布装置は、基台３を有しており、この基台３上にステージユニット１、塗布ユニット２が設けられている。具体的には、基台３上には、ステージユニット１が走行する第１レール部３１と塗布ユニット２が走行する第２レール部３２とが設けられており、本実施形態では、第１レール部３１が第２レール部３２の内側に配置されている。これら第１レール部３１と第２レール部３２とは、Ｘ軸方向に延びて形成されており、ステージユニット１、塗布ユニット２がそれぞれ第１レール部３１、第２レール部３２に沿ってＸ軸方向に移動しできるように形成されている。本実施形態では、ステージユニット１は、基板入替位置と塗布位置とに移動でき、塗布ユニット２は、塗布位置とメンテナンス位置とに移動できるようになっている。

また、塗布ユニット２は、基板Ｗ上に塗布材料であるインクを着弾させて塗布するものであり、塗布材料を吐出するインクジェットヘッド部２１と、このインクジェットヘッド部２１を支持するガントリ部２２とを有している。

このガントリ部２２は、略門型形状に形成されており、第１レール部３１のＹ軸方向両外側に配置される脚部２２ａと、これらの脚部２２ａを連結しＹ軸方向に延びるビーム部材２２ｂとを有している。そして、このビーム部材２２ｂにインクジェットヘッド部２１が取付けられており、ガントリ部２２は、第１レール部３１をＹ軸方向に跨いだ状態でＸ軸方向に移動可能に取り付けられている。具体的には、脚部２２ａが第２レール部３２にスライド自在に取り付けられており、脚部２２ａに設けられたリニアモータを駆動制御することにより、ガントリ部２２がＸ軸方向に移動し、任意の位置で停止できるようになっている。本実施形態では、塗布動作が行われる塗布位置と、メンテナンス動作が行われるメンテナンス位置とに停止できるようになっている。なお、塗布動作中は、ガントリ部２２は塗布位置で固定されるようになっている。

また、ビーム部材２２ｂは、両脚部２２ａを連結する柱状部材である。このビーム部材２２ｂには、インクジェットヘッド部２１が取付けられている。具体的には、ビーム部材２２ｂのＸ軸方向中央位置に、インクジェットヘッド部２１が取り付けられており、このインクジェットヘッド部２１に設けられたノズル２３ｂ、２４ｂ（図４参照）が第１レール部３１に向く姿勢で取付けられている。すなわち、ガントリ部２２が塗布位置に位置する状態でステージユニット１が第１レール部３１を移動し、ステージユニット１に載置された基板Ｗがインクジェットヘッド部２１直下に位置したときに塗布材料であるインクを吐出することにより基板Ｗ上に塗布膜が形成される。

また、インクジェットヘッド部２１は、複数のノズル２３ｂ、２４ｂを一体化させたものである。本実施形態では、インクジェットヘッド部２１は、複数のノズル２３ｂを有する第１ノズルユニット２３と、複数のノズル２４ｂを有する第２ノズルユニット２４とを有しており、第１ノズルユニット２３と第２ノズルユニット２４とがＸ軸方向に互いに隣接して配置された状態で固定されている。本実施形態では、ノズル２３ｂとノズル２４ｂは同じノズルが用いられており、同じ大きさの粒径を吐出できるようになっているが、ノズル２３ｂとノズル２４ｂとで異形ノズルを用いて粒径の異なるインクを吐出できる構成にしてもよい。

このインクジェットヘッド部２１は、ビーム部材２２ｂに沿ってＹ軸方向に第１ノズルユニット２３と第２ノズルユニット２４とが一体となって形成されている。また、ビーム部２２ｂ上にはＹ軸方向に延びるレール（不図示）が設けられており、このレールにインクジェットヘッド部２１がスライド自在に取り付けられている。そして、リニアモータを駆動制御することにより任意の位置に移動、及び、停止できるようになっている。すなわち、インクジェットヘッド部２１は、Ｙ軸方向に微少移動できようになっており、基板Ｗに対してＹ軸方向の所定位置に塗布材料であるインクを精度よく着弾させることができる。これにより、ガントリ部２２が塗布位置に停止した状態で、ステージユニット１がＸ軸方向に移動しつつ、インクジェットヘッド部２１がＹ軸方向に移動することにより、インクジェットヘッド部２１とステージユニット１とが相対的に移動し、インクジェットヘッド部２１のノズル２３ｂ、２４ｂからインクを吐出することによりステージユニット１上の基板Ｗの所定位置に精度よくインクを着弾させることができるようになっている。

第１ノズルユニット２３は、図４に示すように、ノズル２３ｂを有する複数のヘッドモジュール２３ａを備えている。本実施形態では、複数のヘッドモジュール２３ａがＹ軸方向に沿って配列されており、塗布方向に対して直交する方向に配置されている。ヘッドモジュール２３ａは、複数のノズル２３ｂを有しており、ノズル２３ｂが一方向に所定の配列ピッチで整列した状態で設けられている。このノズル２３ｂは、汎用性のあるノズルが使用されており、ヘッドモジュール２３ａに駆動電圧が印加されると、各ノズル２３ｂに共通の駆動電圧が印加され、各ノズル２３ｂから所定の液量のインクが吐出されるようになっている。

また、ヘッドモジュール２３ａは、それぞれが互いに重複する部分を有するようにずらして配置されている。図４の例では、隣接するヘッドモジュール２３ａがＸ軸方向に交互にずらして配置されている。すなわち、これらのヘッドモジュール２３ａは、ノズル２３ｂの配置間隔とヘッドモジュール２３ａの両端部分とでは寸法が異なっているため、この両端部分の寸法分を相殺できるようにＸ軸方向にずらしつつＹ軸方向に配列される。すなわち、第１ノズルユニット２３は、Ｘ軸方向に見て通常ノズル２３ｂがＹ軸方向に等間隔で配置されており、第１ノズルユニット２３全体としてＸ軸方向に見て、すべての通常ノズル２３ｂがＹ軸方向に沿って一定の配列ピッチで配列され、Ｘ軸方向から見てＹ軸方向に亘って等間隔で配置されている。

なお、第２ノズルユニット２４は、第１ノズルユニット２３と同じ構成であるため、説明を省略する。

ステージユニット１は、基板Ｗを保持するものである。ここで、図３は、ステージユニット１を拡大した正面図である。このステージユニット１は、第１レール部３１に取り付けられるベース部５０と、このベース部５０上に配置される浮上ステージ部１１と、吸着保持部１２とを有している。すなわち、ステージユニット１は、浮上ステージ部１１によって浮上させた状態の基板Ｗを吸着保持部１２で吸着保持し、ベース部５０が第１レール部３１に沿って移動することにより、基板Ｗを吸着保持した状態でＸ軸方向に搬送できるようになっている。

浮上ステージ部１１は、基板Ｗを浮上させるものであり、本実施形態ではエア浮上機構を有している。浮上ステージ部１１は、ベース部５０上に設けられており、１枚の矩形平板形状に形成されている。この浮上ステージ部１１は、平滑な基板浮上面１１ａ（図３参照）を有しており、基板浮上面１１ａ全体が所定高さ位置になるように設定されている。そして、浮上ステージ部１１は、基板浮上面１１ａにと搬送させる基板Ｗとの間に空気層が形成されることにより基板Ｗを所定高さ位置に浮上させることができるようになっている。具体的には、浮上ステージ部１１には、基板浮上面１１ａに開口する微小な噴出口（不図示）と吸引口（不図示）とが形成されており、噴出口とコンプレッサとが配管で接続され、吸引口と真空ポンプとが配管で接続されている。そして、噴出口から噴出されるエアと吸引口に発生する吸引力とをバランスさせることにより、基板Ｗが基板浮上面１１ａから所定高さに水平の姿勢で浮上させることができるようになっている。これにより、基板Ｗの平面姿勢（平面度という）を高精度に維持した状態で保持できるようになっている。

また、浮上ステージ部１１は、そのＹ軸方向寸法が搬送される基板ＷのＹ軸方向寸法よりも小さく形成されており、基板浮上面１１ａ上に基板Ｗを載置すると、基板浮上面１１ａから基板ＷのＹ軸方向端部がはみ出した状態となる。このはみ出した部分（はみ出し領域Ｔ）を後述の吸着保持部１２で保持することにより、基板Ｗを搬送できるようになっている。この浮上ステージ部１１のＹ軸方向寸法は、はみ出し領域Ｔが吸着保持部１２３０で保持できる必要最小限の寸法になるように設定されている。本実施形態では、基板Ｗの除外領域に設定されている。

ベース部５０は、浮上ステージ部１１を支持するものであり、第１レール部３１に沿って走行可能に取り付けられている。ベース部５０は、第１レール部３１の上面を覆うように設けられている。そして、ベース部５０の下面（第１レール部３１との対向面）には、エアパッド５１が取り付けられており、リニアモータ（不図示）を駆動させることにより、ベース部５０が第１レール部３１上に浮上した状態で第１レール部３１に沿って走行するようになっている。すなわち、リニアモータを駆動制御することにより、ベース部５０が第１レール部３１上を滑らかに走行し、所定の位置で停止できるようになっている。本実施形態では、基板入替位置と塗布位置とに移動し、それぞれの位置で停止できるように構成されている。すなわち、浮上ステージ部１１及び吸着保持部１２が一体となって、基板入替位置と塗布位置とに移動し、それぞれの位置で停止できるように構成されている。

また、浮上ステージ部１１には、基板Ｗを昇降動作させる基板昇降機構が設けられている。すなわち、基板浮上面１１ａには複数のピン孔１３が形成されており、このピン孔１３にはＺ軸方向に昇降動作可能なリフトピン１４（図２参照）が埋設されている。これにより、基板Ｗを搬入、搬出させることができる。すなわち、基板Ｗの搬入時には、基板入替位置において、基板浮上面１１ａからリフトピン１４を突出させた状態で待機させ、ロボットハンドＦ等により基板Ｗが搬入されると突出した状態のリフトピン１４の先端部分に基板Ｗが載置されることにより基板Ｗがリフトピン１４上に保持される。そして、その状態からリフトピン１４を下降させてピン孔１３に収容させることにより、基板Ｗを基板浮上面１１ａに載置することができる。また、基板Ｗの搬出時には、基板入替位置において、リフトピン１４を突出させることにより基板浮上面１１ａに浮上した基板Ｗを所定の高さ位置で保持させる。そして、ロボットハンドＦ等により基板Ｗの下側から保持することによりリフトピン１４からロボットハンドＦに基板Ｗの受け渡しを行うことができるようになっている。

また、吸着保持部１２は、基板Ｗを吸着して保持するものであり、ベース部５０に取り付けられている。吸着保持部１２は、Ｘ軸方向に延びる平板状のフレーム部１２ａと、このフレーム部１２ａに取り付けられた吸着部１２ｂとを有している。この吸着部１２ｂは、昇降動作するように設けられており、吸着部１２ｂが昇降動作することにより、浮上ステージ部１１上で浮上している基板Ｗの裏面に対して接離できるようになっている。本実施形態では、図５に示すように、フレーム部１２ａに昇降機構１２ｃが設けられており、この昇降機構１２ｃの昇降動作により、フレーム部１２ａと吸着部１２ｂが共に昇降動作するようになっている。

フレーム部１２ａは、吸着部１２ｂを支持するものであり、ベース部５０上に配置されている。すなわち、浮上ステージ部１１をＹ軸方向両側から挟むように配置されており（図３参照）、浮上ステージ部１１のＸ軸方向に沿って配置されている。このフレーム部１２ａには、吸着部１２ｂが複数個取り付けられており、本実施形態では、フレーム部１２ａの長手方向に等間隔で配置されている（図５参照）。

吸着部１２ｂは、基板Ｗを吸着して保持するものであり、直方体のブロック状に形成されている。吸着部１２ｂは、長手方向がＸ軸方向に沿って配置されており、複数の吸着部１２ｂがフレーム部１２ａに一列に配列されて取り付けられている。吸着部１２ｂは、上面部１２ｂｓが平坦に形成されており、全ての吸着部１２ｂの上面部１２ｂｓが同じ高さ位置になるように設定されている。すなわち、吸着部１２ｂは、下端位置と上端位置とに昇降動作する際、この下端位置、及び、上端位置において、全ての吸着部１２ｂの上面部１２ｂｓが同じ高さ位置になるように形成されている。そして、上面部１２ｂｓには、開口部が形成されており、この開口部に吸引力が発生するように形成されている。したがって、吸着部１２ｂの上面部１２ｂｓに基板Ｗの下面が当接された状態で開口部に吸引力を発生させることにより、基板Ｗが吸着部１２ｂの上面部１２ｂｓに吸着され、吸着部１２ｂの設定された上面部１２ｂｓの高さ位置に基板Ｗが吸着保持されるようになっている。

また、ステージユニット１は、Ｚ軸回りに回転できるように形成されている。本実施形態では、ベース部５０にＺ軸回りに回転する回転機構５３が設けられており、浮上ステージ部１１がＺ軸周りに回転できるように構成されている。具体的には、ベース部５０の浮上ステージ部１１が載置される平板部５２が第１レール部３１と連結される下側部分に対してＺ軸回りに回転する回転機構５３が設けられており、回転機構５３の回転によって平板部５２が回転することにより、平板部５２に連結される浮上ステージ部１１及び吸着保持部１２が共通のＺ軸回りに回転することができる。すなわち、通常、図６（ａ）に示すように、基板Ｗがステージユニット１に吸着保持されたまま、塗布ユニット２側に移動して基板Ｗ上に塗布膜が形成されるが、図６（ｂ）に示すように、基板Ｗがステージユニット１に吸着保持されたまま、浮上ステージ部１１の中心軸回りに回転させることができる。そして、インクジェットヘッド部２１に対して、基板Ｗを所定角度を有したまま塗布ユニット２側に移動させて基板Ｗ上に塗布膜を形成することができる。これにより、インクジェットヘッド部２１のノズル２３ｂ、２４ｂのそれぞれの配列ピッチよりも小さいピッチでインクを着弾させることができ、高精細に塗布膜を形成できるようになっている。

また、ステージユニット１のＸ軸方向反対側には、メンテナンスユニット６が設けられている。このメンテナンスユニット６は、インクジェットヘッド部２１のノズル２３ｂ、２４ｂの保守作業を行うものである。メンテナンスユニット６には、洗浄装置、拭き取り装置、排液トレイが設けられており、定期的にこれらを用いて保守作業が行われる。具体的には、メンテナンス動作時には、ガントリ部２２が第２レール部３２を塗布位置からメンテナンス位置まで移動し、洗浄装置によりインクジェットヘッド部２１のノズル面が洗浄される。そして、拭き取り装置により、ノズル面に付着した洗浄液等が拭き取られた後、排液トレイ上でブリード動作、フラッシング動作が行われ、インクジェットヘッド部２１のノズル２３ｂ、２４ｂの回復が行われる。一連の保守作業が終了するとガントリ部２２が塗布位置に移動し、次の塗布工程に備えるようになっている。

上記実施形態の塗布装置によれば、基板Ｗが浮上ステージ部１１によって浮上され、吸着保持部１２のみで吸着保持されているため、基板Ｗを保持する状態において、基板Ｗと接触する領域を吸着保持部１２のみにすることができる。したがって、従来のように基板Ｗを保持する状態が基板Ｗと全面接触する場合に比べて、接触帯電及び剥離帯電の帯電量を抑えることができ、基板Ｗに発生した静電気により、基板Ｗ上のデバイスや基板Ｗ自体が破損する問題を回避することができる。

また、上記実施形態では、浮上ステージ部１１と吸着保持部１２とが一体となって回転する例について説明したが、塗布ユニット２がスリットノズル等の場合には、塗布ユニット２に対して基板Ｗを回転させる必要がないため、回転機構５３を省略してもよい。

また、上記実施形態では、メンテナンス動作の際、塗布ユニット２がメンテナンスユニット６側（メンテナンス位置）に移動する例について説明したが、塗布ユニット２が固定され、メンテナンスユニット６が塗布ユニット２に移動してメンテナンス動作を行うように構成してもよい。

また、上記実施形態では、基板Ｗを浮上させる手段としてエア浮上である場合について説明したが、浮上ステージ部１１を超音波振動させて基板Ｗを浮上させる構成であってもよい。

また、上記実施形態では、浮上ステージ部１１及び吸着保持部１２が一体となって塗布ユニット２に対して相対的に移動する例について説明したが、浮上ステージ部１１の駆動部と吸着保持部１２の駆動部とを別々に構成し、浮上ステージ部１１と吸着保持部１２とが同調して移動するものであってもよい。

また、上記実施形態では、浮上ステージ部１１と吸着保持部１２とが一体となり、同調して移動する例について説明したが、基板Ｗが浮上ステージ部１１上を浮上する状態を維持する程度に浮上ステージ部１１と吸着保持部１２とが相対的に変位するものであってもよい。

１ステージユニット
２塗布ユニット
１１浮上ステージ部
１２吸着保持部
５０ベース部
５３回転機構
Ｗ基板

Claims

基板を保持するステージユニットと、
前記ステージユニット上の基板に塗布液を塗布する塗布ユニットと、
を備え、前記ステージユニットに保持された基板と、前記塗布ユニットとを相対的に移動させつつ、前記塗布ユニットから塗布液を吐出させることにより基板上に塗布膜を形成する塗布装置であって、
前記ステージユニットは、基板を浮上させる浮上ステージ部と、
基板を吸着保持する吸着保持部とを有しており、
前記浮上ステージ部上に浮上する基板を前記吸着保持部で保持した状態で、
前記浮上ステージ部と前記吸着保持部とが一体になって、
前記塗布ユニットに対して、基板が搬入出される基板入替位置と
基板上に塗布液が塗布される塗布位置とに移動することを特徴とする塗布装置。
前記吸着保持部は、基板の除外領域を吸着保持することを特徴とする請求項１に記載の塗布装置。
前記浮上ステージ部と前記吸着保持部とが、前記浮上ステージ部の中心を回転中心として回転することを特徴とする請求項１又は２に記載の塗布装置。