JP7362556B2 - 塗布機構及び塗布装置 - Google Patents

Description

本発明は、塗布装置及び塗布機構に関する。

特許文献１（特開２０１５－１１２５７６号公報）には、塗布機構が記載されている。特許文献１に記載されている塗布機構は、塗布材料容器と、塗布針と、駆動機構とを有している。

塗布材料容器は、上下方向において、第１上端と、第１上端の反対側の端である第１下端とを有している。塗布材料容器の第１下端は、底壁により閉塞されている。底壁には、塗布材料容器の内部に連通している孔が形成されている。塗布材料容器の第１上端には、塗布材料容器の内部に連通している開口部が形成されている。塗布材料容器の内部には、液体材料が貯留されている。

塗布針は、上下方向に延在している。塗布針は、上下方向において、第２上端と、第２上端の反対側の端である第２下端とを有している。塗布針は、第２下端に位置する先端部を有している。先端部の外径は、第２下端から離れるにしたがって大きくなっている。先端部は、開口部から塗布材料容器の内部に挿入されている。

駆動機構は、塗布針を上下方向に沿って移動させる。これにより、先端部が、孔から突出する。先端部が孔から突出する際、液体材料が、先端部に付着している。先端部に付着している液体材料は、基板上に塗布される。

特開２０１５－１１２５７６号公報

特許文献１に記載されている塗布機構においては、先端部の外径が第２下端から離れるにしたがって大きくなっているため、上下方向において先端部に隣接する塗布針の部分の外径は、先端部の外径よりも大きくなる。その結果、特許文献１に記載されている塗布機構においては、塗布針を孔に通過させるために、孔の内径を大きくせざるを得ない。孔の内径が大きくなると、孔の内部に液体材料が溜まりやすくなり、液体材料の塗布の安定性が損なわれるおそれがある。

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、液体材料の塗布の安定性を改善することが可能な塗布機構及び塗布装置を提供するものである。

本発明の塗布機構は、上下方向において第１上端と第１上端の反対側の端である第１下端とを有し、内部に液体材料が貯留される容器と、上下方向に沿って延在しており、上下方向において第２上端と第２上端の反対側の端である第２下端とを有する塗布針と、塗布機構とを備える。容器の第１上端には、容器の内部に連通している開口部が形成されている。容器は、第１下端を閉塞し、容器の内部に連通している孔が形成された底壁を含んでいる。塗布針は、第２下端に位置する第１部分と上下方向において第１部分に隣接する第２部分とを含む先端部を有し、先端部が開口部から容器の内部に挿入されている。第１部分の外径は、第２下端から離れるにしたがって小さくなっている。第２部分の外径は、第１部分から離れるにしたがって大きくなっている。塗布機構は、塗布針を上下方向に沿って移動させることにより、先端部を孔から突出させる。

上記の塗布機構において、第１部分の側面と上下方向とは、先端部が孔から突出した際に液体材料が第２下端から垂れ下がるような角度をなしていてもよい。

上記の塗布機構において、第１部分の側面と上下方向とは、先端部が孔から突出した際に液体材料が先端部を覆うような角度をなしていてもよい。

本発明の塗布装置は、少なくとも１つの上記の塗布機構を備える。
上記の塗布装置において、塗布機構の数は、複数であってもよい。複数の塗布機構のうちの１つにおいては、容器の内部に液体材料として第１液体材料が貯留されているとともに、第１部分の側面と上下方向とが先端部が孔から突出した際に第１液体材料が先端部を覆うような角度をなしていてもよい。複数の塗布機構のうちの他の１つにおいては、容器の内部に液体材料として第２液体材料が貯留されているとともに、第１部分の側面と上下方向とが先端部が孔から突出した際に第２液体材料が第２下端から垂れ下がるような角度をなしていてもよい。

本発明の塗布機構及び塗布装置によると、液体材料の塗布の安定性を改善することができる。

塗布装置１００の斜視図である。 塗布機構１０の正面図である。 下端１３ｂ近傍における塗布針１３の拡大図である。 Ｚ軸に平行な容器１４の断面図である。 角度θと液体材料Ｌの付着態様との関係を示す第１模式図である。 角度θと液体材料Ｌの付着態様との関係を示す第２模式図である。 下端１３ｂ近傍における塗布針１３Ａの拡大図である。 塗布機構１０Ｂを用いて液体材料Ｌ２の塗布を行う際の模式図である。

本発明の実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さない。

（実施形態に係る塗布装置の構成）
以下に、実施形態に係る塗布装置（以下においては、「塗布装置１００」とする）の構成を説明する。

図１は、塗布装置１００の斜視図である。図１に示されるように、塗布装置１００は、塗布機構１０と、ベース板２１ａ及び架台２１ｂと、Ｘ軸ステージ２２と、Ｙ軸ステージ２３と、ステージ可動板２４と、吸着板２５と、Ｚ軸ステージ２６と、電装ボックス２７と、観察光学系２８と、撮像装置２９と、制御装置３０とを有している。塗布機構１０の数は、少なくとも１つである。図１に示される例においては、塗布機構１０の数は、２つである（以下においては、これらの塗布機構１０を、それぞれ、「塗布機構１０Ａ」及び「塗布機構１０Ｂ」とすることがある）。

ベース板２１ａ上には、Ｘ軸ステージ２２が配置されている。Ｘ軸ステージ２２は、可動部を有しており、可動部をＸ軸方向に沿って移動させる。ベース板２１ａには、架台２１ｂが取り付けられている。Ｘ軸ステージ２２の可動部上には、Ｙ軸ステージ２３が配置されている。Ｙ軸ステージ２３は、可動部を有しており、可動部をＹ軸方向に沿って移動させる。なお、Ｙ軸は、Ｘ軸に直交している。

Ｙ軸ステージ２３の可動部上には、ステージ可動板２４が配置されている。ステージ可動板２４上には、吸着板２５が配置されている。吸着板２５上には、基板ＳＵＢが配置されている。基板ＳＵＢは、吸着板２５に吸着されることにより、位置が固定されている。Ｘ軸ステージ２２の可動部及びＹ軸ステージ２３の可動部が移動されることにより、基板ＳＵＢのＸ軸及びＹ軸に沿う方向における位置が変化される。

Ｚ軸ステージ２６は、架台２１ｂに取り付けられている。Ｚ軸ステージ２６は、可動部を有しており、可動部をＺ軸に沿って移動させる。なお、Ｚ軸は、Ｘ軸及びＹ軸に直交しており、鉛直方向に対応している。また、Ｚ軸は、基板ＳＵＢの主面に直交している。

Ｚ軸ステージ２６の可動部には、塗布機構１０が取り付けられている。Ｚ軸ステージ２６の可動部が移動されることにより、塗布機構１０のＺ軸に沿う方向における位置が変化される。撮像装置２９は、観察光学系２８を介して、基板ＳＵＢを観察可能である。撮像装置２９は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラである。

電装ボックス２７は、Ｘ軸ステージ２２、Ｙ軸ステージ２３及びＺ軸ステージ２６並びに塗布機構１０に接続されている。電装ボックス２７には、Ｘ軸ステージ２２、Ｙ軸ステージ２３及びＺ軸ステージ２６並びに塗布機構１０を駆動するための電装部品が格納されている。

制御装置３０は、例えば、コンピュータ３０ａと、モニタ３０ｂと、キーボード３０ｃと、マウス３０ｄとを有している。

コンピュータ３０ａは、例えばパソコンである。コンピュータ３０ａは、電装ボックス２７（より具体的には、電装ボックス２７内に格納されている各電装部品）に接続されており、電装ボックス２７に対してＸ軸ステージ２２、Ｙ軸ステージ２３及びＺ軸ステージ２６並びに塗布機構１０を駆動させるための制御信号を送出する。

モニタ３０ｂは、コンピュータ３０ａに接続されている。モニタ３０ｂには、撮像装置２９により撮影された画像及びコンピュータ３０ａの操作画面が表示される。キーボード３０ｃ及びマウス３０ｄは、コンピュータ３０ａに接続されている。モニタ３０ｂに表示されている操作画面上においてキーボード３０ｃ及びマウス３０ｄを用いて各種の入力を行うことにより、コンピュータ３０ａから、電装ボックス２７に対する制御信号が送出される。

＜塗布機構１０の詳細＞
図２は、塗布機構１０の正面図である。図２に示されるように、塗布機構１０は、駆動機構１１と、塗布針ホルダ１２と、塗布針１３と、容器１４とを有している。

駆動機構１１は、例えば、サーボモータ１１１と、カム１１２と、軸受１１３と、カム連結板１１４と、可動部１１５とを有している。

サーボモータ１１１は、回転軸１１１ａを有している。回転軸１１１ａは、Ｚ軸に沿って延在している。サーボモータ１１１は、図示されていないが、電装ボックス２７に接続されている。サーボモータ１１１は、回転軸１１１ａを中心軸回りに回転させる。カム１１２は、第１面１１２ａと、第２面１１２ｂとを有している。第１面１１２ａは、下方を向いている。第２面１１２ｂは、上方を向いている。すなわち、第２面１１２ｂは、第１面１１２ａの反対面である。

第２面１１２ｂは、中央部と、外周部とを有している。カム１１２は、第２面１１２ｂの中央部において、回転軸１１１ａに取り付けられている。第２面１１２ｂの外周部は、第２面１１２ｂの中央部の周囲に位置している。第２面１１２ｂの外周部と第１面１１２ａとの間の距離は、周方向（回転軸１１１ａの中心軸を中心とする円周に沿う方向）に沿って変動している。第２面１１２ｂの外周部は、カム１１２のカム面となっている。

軸受１１３は、その外周面がカム１１２のカム面（第２面１１２ｂの外周部）に接触するように配置されている。カム連結板１１４は、一方端において軸受１１３に連結されており、他方端において可動部１１５に連結されている。

塗布針ホルダ１２は、可動部１１５に取り付けられている。塗布針１３は、Ｚ軸に沿う方向（上下方向）に沿って延在している。塗布針１３は、上端１３ａと、下端１３ｂとを有している。下端１３ｂは、上端１３ａの反対側の端である。塗布針１３の上端１３ａ側は、塗布針ホルダ１２により保持されている。

図３は、下端１３ｂ近傍における塗布針１３の拡大図である。図３に示されるように、塗布針１３は、下端１３ｂ側に、先端部１３ｃを有している。先端部１３ｃは、第１部分１３ｃａと、第２部分１３ｃｂとを有している。第１部分１３ｃａは、下端１３ｂに位置している。第２部分１３ｃｂは、下端１３ｂとは反対側において第１部分１３ｃａに隣接している。

第１部分１３ｃａの外径を、外径Ｄ１とする。第２部分１３ｃｂの外径を、外径Ｄ２とする。外径Ｄ１は、下端１３ｂから離れるにしたがって小さくなっている。第２部分１３ｃｂ側の端における外径Ｄ１は、第１部分１３ｃａ側の端における外径Ｄ２に等しい。外径Ｄ２は、第１部分１３ｃａから離れるにしたがって大きくなっている。すなわち、先端部１３ｃは、下端１３ｂと下端１３ｂとは反対側の端との間においてくびれた形状を有している。先端部１３ｃに隣接する塗布針１３の部分の外径を、外径Ｄ３とする。第１部分１３ｃａの側面と上下方向とがなす角度を、角度θとする。

図４は、Ｚ軸に平行な容器１４の断面図である。図４に示されるように、容器１４は、上端１４ａと、下端１４ｂとを有している。下端１４ｂは、上端１４ａの反対側の端である。容器１４の内部は、中空になっている。上端１４ａには、開口部１４ｃが形成されている。開口部１４ｃは、容器１４の内部空間に連通している。下端１４ｂは、底壁１４ｄにより閉塞されている。底壁１４ｄには、孔１４ｅが形成されている。孔１４ｅは、底壁１４ｄを厚さ方向に貫通し、容器１４の内部空間に連通している。容器１４の内部空間には、液体材料Ｌが貯留される。先端部１３ｃは、開口部１４ｃから容器１４の内部空間に挿入されている。

回転軸１１１ａの回転に伴って、カム１１２が回転する。第２面１１２ｂの外周部と第１面１１２ａとの間の距離は変動しているため、カム１１２が回転することにより、軸受１１３の上下方向における位置が変動する。上記のとおり、可動部１１５はカム連結板１１４により軸受１１３に連結されており、塗布針ホルダ１２は可動部１１５に取り付けられている。そのため、軸受１１３の上下方向における位置が変動することにより、塗布針ホルダ１２により保持されている塗布針１３の上下方向における位置が変動する。このようにして、駆動機構１１は、塗布針１３（先端部１３ｃ）の上下方向における位置を移動させる。

駆動機構１１が塗布針１３を下方に移動させることにより、先端部１３ｃが、孔１４ｅから突出する。この突出に伴い、先端部１３ｃには、液体材料Ｌが付着する。図５は、角度θと液体材料Ｌの付着態様との関係を示す第１模式図である。図６は、角度θと液体材料Ｌの付着態様との関係を示す第２模式図である。図５及び図６に示されるように、角度θを変化させることにより、液体材料Ｌの先端部１３ｃへの付着態様は、変化する。

角度θが相対的に大きい場合、液体材料Ｌは、先端部１３ｃを覆うように付着する。他方で、角度θが相対的に小さい場合、液体材料Ｌは、先端部１３ｃの側面には付着せず、下端１３ｂに垂れ下がるように付着する。なお、図５に示される状態から図６に示される状態へと付着の態様が変化する角度θは、液体材料Ｌの粘度により変化することになる。

塗布機構１０Ａにおける容器１４の内部空間には、液体材料Ｌとして、例えば液体材料Ｌ１が貯留される。また、塗布機構１０Ｂにおける容器１４の内部空間には、液体材料Ｌとして、液体材料Ｌ２が貯留される。液体材料Ｌ１及び液体材料Ｌ２は、例えば、互いに異なる液体材料である。液体材料Ｌ１及び液体材料Ｌ２は、例えば、２液性の接着剤であってもよい。

塗布機構１０Ａにおいて、角度θは、先端部１３ｃが孔１４ｅから突出した際に液体材料Ｌ１が先端部１３ｃを覆うように付着する角度になっていてもよい。また、塗布機構１０Ｂにおいて、角度θは、先端部１３ｃが孔１４ｅから突出した際に液体材料Ｌ２が下端１３ｂから垂れ下がるように付着する角度になっていてもよい。

（実施形態に係る塗布装置の動作）
以下に、塗布装置１００の動作を説明する。

液体材料Ｌを基板ＳＵＢ上に塗布しようとする際、制御装置３０は、まず、基板ＳＵＢの被塗布位置が観察光学系２８の直下に位置するように、電装ボックス２７を介してＸ軸ステージ２２及びＹ軸ステージ２３を駆動させる。次に、観察光学系２８及び撮像装置２９により、基板ＳＵＢの被塗布位置が観察及び確認されるとともに、その観察及び確認の結果に基づいて、基板ＳＵＢの被塗布位置が決定される。さらに、キーボード３０ｃ及びマウス３０ｄを介して制御装置３０に入力された塗布指令に基づいてＺ軸ステージ２６及び塗布機構１０（駆動機構１１）が駆動される。

その結果、液体材料Ｌの付着した先端部１３ｃが孔１４ｅから突出するとともに、液体材料Ｌが基板ＳＵＢの被塗位置に接触し、液体材料Ｌの基板ＳＵＢへの塗布が行われる。なお、塗布装置１００の動作は、上記のものに限られない。塗布装置１００は、例えば、予め定められた基板ＳＵＢの位置に自動で液体材料Ｌの塗布を行ってもよい。

塗布機構１０Ａにおける容器１４の内部空間に液体材料Ｌ１が貯留されており、塗布機構１０Ｂにおける容器１４の内部空間に液体材料Ｌ２が貯留されており、かつ液体材料Ｌ１及び液体材料Ｌ２が２液性の接着剤である場合、塗布装置１００が塗布機構１０Ａに対して上記の塗布動作を行わせた後に、同一位置において塗布機構１０Ｂに上記の塗布動作を行わせればよい。

（実施形態に係る塗布装置の効果）
以下に、塗布装置１００の効果を、比較例と対比しながら説明する。

比較例に係る塗布装置１００（以下においては、「塗布装置１００Ａ」とする）の構成は、塗布針１３の詳細な構成を除き（塗布装置１００Ａにおける塗布針１３を、以下においては「塗布針１３Ａ」とする）、塗布装置１００の構成と共通している。図７は、下端１３ｂ近傍における塗布針１３Ａの拡大図である。図７に示されるように、塗布針１３Ａにおいて、先端部１３ｃの外径は、外径Ｄ４になっている。外径Ｄ４は、下端１３ｂから離れるにしたがって、単調に増加している。先端部１３ｃに隣接している塗布針１３Ａの部分の外径を、外径Ｄ５とする。

塗布針１３Ａにおいて、下端１３ｂとは反対側の端における外径Ｄ４が外径Ｄ５に一致しているとともに、外径Ｄ４が下端１３ｂから離れるにしたがって単調に増加しているため、下端１３ｂにおける外径Ｄ４を大きくしようとすると、外径Ｄ５を大きくせざるを得ない。その結果、孔１４ｅの内径も、大きくせざるを得ない。

塗布針１３において、下端１３ｂにおける外径Ｄ１は、外径Ｄ３以下の範囲内であれば外径Ｄ３とは無関係に決定することができる。そのため、塗布針１３の下端１３ｂにおける外径Ｄ１と塗布針１３Ａの下端１３ｂにおける外径Ｄ４とを等しくする場合、塗布針１３の外径Ｄ３を塗布針１３Ａの外径Ｄ５よりも小さくすることが可能になる。その結果、塗布装置１００においては、塗布針１３の下端１３ｂにおける外径Ｄ１と塗布針１３Ａの下端１３ｂにおける外径Ｄ４とが同一でも、孔１４ｅの内径を、塗布装置１００Ａよりも小さくすることができる。

容器１４は、液体材料Ｌの表面張力により液体材料Ｌが孔１４ｅから漏れないように保持されているため、孔１４ｅの内径が大きくなると、孔１４ｅに液体材料Ｌが溜まりやくなり、塗布の安定性が損なわれるおそれがある。このように、塗布装置１００によると、下端１３ｂにおける先端部１３ｃの内径を大きくするに伴って孔１４ｅを拡径することを回避できるため、塗布の安定性を改善することができる。

図８は、塗布機構１０Ｂを用いて液体材料Ｌ２の塗布を行う際の模式図である。図８に示されるように、塗布機構１０Ｂを用いた液体材料Ｌ２の塗布が行われる前に、塗布機構１０Ａにより、液体材料Ｌ１が基板ＳＵＢ上に塗布されている。塗布機構１０Ｂにおいては、角度θが、孔１４ｅから先端部１３ｃが突出した際に液体材料Ｌ２が下端１３ｂから垂れ下がるように付着する角度になっている。下端１３ｂから垂れ下がっている液体材料Ｌ２は、表面張力に耐え切れなくなり、やがては基板ＳＵＢ上（液体材料Ｌ１上）に落下する。このように、塗布装置１００によると、塗布機構１０Ｂの先端部１３ｃが液体材料Ｌ１に接触することなく、液体材料Ｌ２の塗布を行うことができる。

先端部１３ｃにおいて接着剤が固まってしまうと、塗布を繰り返すうちに先端部１３ｃが太くなってしまい、液体材料Ｌ２の塗布量が増加する。また、接着剤が固まることにより先端部１３ｃが太くなると、最終的には、孔１４ｅに通らなくなる。塗布装置１００によると、塗布機構１０Ｂの先端部１３ｃが液体材料Ｌ１に接触すること、ひいては、塗布機構１０Ｂの先端部１３ｃにおいて接着剤が固まってしまうことを抑制できるため、塗布の安定性を改善することができる。

以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。

上記の実施形態は、液体材料の塗布機構及び塗布装置に特に有利に適用される。

１０，１０Ａ，１０Ｂ 塗布機構、１１ 駆動機構、１２ 塗布針ホルダ、１３，１３Ａ 塗布針、１３ａ 上端、１３ｂ 下端、１３ｃ 先端部、１３ｃａ 第１部分、１３ｃｂ 第２部分、１４ 容器、１４ａ 上端、１４ｂ 下端、１４ｃ 開口部、１４ｄ 底壁、１４ｅ 孔、２１ａ ベース板、２１ｂ 架台、２２ Ｘ軸ステージ、２３ Ｙ軸シテージ、２４ ステージ可動板、２５ 吸着板、２６ 軸ステージ、２７ 電装ボックス、２８ 観察光学系、２９ 撮像装置、３０ 制御装置、３０ａ コンピュータ、３０ｂ モニタ、３０ｃ キーボード、３０ｄ マウス、１００，１００Ａ 塗布装置、１１１ サーボモータ、１１１ａ 回転軸、１１２ カム、１１２ａ 第１面、１１２ｂ 第２面、１１３ 軸受、１１４ カム連結板、１１５ 可動部、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５ 外径、Ｌ，Ｌ１，Ｌ２ 液体材料、ＳＵＢ 基板。

Claims (5)

1. 上下方向において第１上端と前記第１上端の反対側の端である第１下端とを有し、内部に液体材料が貯留される容器と、
   前記上下方向に沿って延在しており、前記上下方向において第２上端と前記第２上端の反対側の端である第２下端とを有する塗布針と、
   塗布機構とを備え、
   前記容器の前記第１上端には、前記容器の前記内部に連通している開口部が形成されており、
   前記容器は、前記第１下端を閉塞し、前記容器の前記内部に連通している孔が形成された底壁を含み、
   前記塗布針は、前記第２下端に位置する第１部分と前記上下方向において前記第１部分に隣接する第２部分とを含む先端部を有し、前記先端部が前記開口部から前記容器の前記内部に挿入されており、
   前記第１部分の外径は、前記第２下端から離れるにしたがって小さくなっており、
   前記第２部分の外径は、前記第１部分から離れるにしたがって大きくなっており、
   前記塗布機構は、前記塗布針を前記上下方向に沿って移動させることにより、前記先端部を前記孔から突出させる、塗布機構。
2. 前記第１部分の側面と前記上下方向とは、前記先端部が前記孔から突出した際に前記液体材料が前記第２下端から垂れ下がるような角度をなしている、請求項１に記載の塗布機構。
3. 前記第１部分の側面と前記上下方向とは、前記先端部が前記孔から突出した際に前記液体材料が前記先端部を覆うような角度をなしている、請求項１に記載の塗布機構。
4. 少なくとも１つの請求項１に記載の前記塗布機構を備える、塗布装置。
5. 前記塗布機構の数は、複数であり、
   複数の前記塗布機構のうちの１つにおいては、前記容器の前記内部に前記液体材料として第１液体材料が貯留されているとともに、前記第１部分の側面と前記上下方向とが前記先端部が前記孔から突出した際に前記第１液体材料が前記先端部を覆うような角度をなしており、
   複数の前記塗布機構のうちの他の１つにおいては、前記容器の前記内部に前記液体材料として第２液体材料が貯留されているとともに、前記第１部分の側面と前記上下方向とが前記先端部が前記孔から突出した際に前記第２液体材料が前記第２下端から垂れ下がるような角度をなしている、請求項４に記載の塗布装置。

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