JP7375812B2 - 塗布装置、並びにヘッドユニット - Google Patents
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Description
本願は、2019年3月28日に出願された日本国特願2019-062184号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
図1~図4は、第1の実施の形態によるダイコート(スリットコート)方式の塗布装置の概略的な全体構成を示す図である。本実施の形態では、図1に示すように、ロール・ツー・ロール(Roll to Roll)方式でフレキシブルな長尺のシート基板P上に塗布液を塗工して乾燥させるスタンドアロンタイプの塗布装置を例示する。しかしながら、スタンドアロンタイプではなくインラインタイプの塗布装置としても良い。インラインタイプとは、電子デバイス等を製造する為の複数の工程の各々を担う各種の処理装置がシート基板Pの搬送方向に沿って並んだ製造ライン中に組み込まれる形態の塗布装置である。
図5は、本実施の形態における塗工部5のヘッドユニットDCHの構造を分解して示す斜視図である。図2~図4で示したように、ヘッドユニットDCHは光透過性の硝材(石英等)によるリップ片部材HAと金属製(SUS等)のリップ片部材HBとを貼り合せた構造となっている。図5では図2に示した端部板HCの図示は省略する。リップ片部材HAは、Y方向に細長い板状に形成され、リップ片部材HAのリップ片部材HBと対向する側(内側)の面HA1(内壁面HA1とも呼ぶ)とその反対側(外側)の面HA2(外壁面HA2とも呼ぶ)とはYZ面と平行に設定され、その厚み(面HA1と面HA2のX方向の間隔)は、マニホールドMH内やスロット部SLT内に満たされる塗布液Lqの圧力によって大きく変形しない程度に設定される。本実施の形態では、リップ片部材HAの面HA1は、スロット部SLTの一方の面(内壁面)となる為、全面が光学研磨等によって均一な平面に仕上げられている。
図6は、図5に示したヘッドユニットDCHをXZ面と平行な面で切断した部分断面と、本実施の形態におけるセンサーユニットSUとの配置関係を示す図である。図6に示すように、本実施の形態におけるセンサーユニットSUは、光透過性のリップ片部材HAの外側の面HA3からZ方向に位置ずれした2本の計測用の光ビームBMa、BMbの各々を光軸AXmに沿ってスロット部SLTに向けて投射し、リップ片部材HAの内側の面HA1での光ビームBMaの反射ビームと、リップ片部材HBの内側の面HB1での光ビームBMbの反射ビームとの光学特性の変化を検出して、スロット部SLTのX方向の幅(ギャップ)ΔSgの変化を計測する。図6において、スロット部SLT内には塗布液Lqが-Z方向(下方)に一定の流量で流され、先端の開口部SS(先端部HA4、HB4)から吐出する塗布液Lqは、シート基板Pの表面と開口部SSとのZ方向のギャップ量ΔZg、塗布液Lqの粘性やシート基板Pの移動速度(周速度)に応じて、X方向に関してメニスカス状の液溜りLqaを形成した後、シート基板Pの移動に伴ってX方向に引っ張られていく。
図12は、図4の塗工制御部10A(又は図1中の主制御ユニット10)に設けられる制御用のモニター装置(ディスプレー)の表示画面DSPの一例を表す図である。図12において、表示画面DSPの下段には、計測処理部30から塗工制御部10Aに送られてくる計測情報30Aに基づいて、ヘッドユニットDCHのスロット部SLTの現在の幅ΔSg1~ΔSg6の各々の値に対応した高さを持つバーグラフBg1~Bg6が、センサーユニットSU1~SU6の配置に対応した並びで表示される。バーグラフBg1~Bg6の各々の長さ(高さ)が、計測された実際の幅ΔSg1~ΔSg6の値に対応している。また、各バーグラフBg1~Bg6のうち、幅ΔSgの初期値である幅ΔSg0(初期幅ΔSg0)を中心として設定される許容範囲±ηから外れたバーグラフBg2~Bg5については、初期幅ΔSg0からの変動量δg2~δg5が色分けされて表示される。
図4で説明したように、複数の駆動ユニットACDが駆動制御部31によって電気的に制御される構成とする場合は、例えば、リップ片部材HBの先端の開口部SSを規定する先端部HB4を、推力が小さい小型のアクチュエータであっても容易に弾性変形するような構造にすることが望ましい。例えば、特開2005-034748号公報に開示されているように、外力により変形して開口部SSに近いスロット部SLTの幅ΔSg(間隔)を容易に変化させることができる薄板を、リップ片部材HBの内壁面HB1に沿って設け、圧電体の歪み(伸縮)を利用したピエゾ素子や、金属の熱膨張を利用したヒートボルト等の電気的なアクチュエータによって薄板を変形させてスロット部SLTの幅ΔSgの長手方向(Y方向)のムラを補正する構成としても良い。
ところで、複数の駆動ユニットACDが電動式ではなく、マイクロメータヘッド等の手動式による駆動機構(ネジの回転によるスピンドル部の微動)の場合は、図12に示した表示画面DSPの下段に表示されるバーグラフBg1~Bg6が短時間(例えば、1~5秒間隔)で更新表示されるように設定し、オペレータが表示画面DSPを見ながら、バーグラフBg1~Bg6のうち許容範囲±ηから外れるような変動傾向を示したセンサーユニットSUのY方向の位置に対応した駆動ユニットACD(マイクロメータヘッド)を手動で調整することができる。ヘッドユニットDCHの近傍にモニター装置が無く、オペレータがモニター装置を直視できないときは、表示画面DSPを表示させたタブレット端末をヘッドユニットDCHの近傍に置いて、マイクロメータヘッドの操作(調整作業)を行えば良い。
図15~18は、第2の実施の形態による第2のヘッドユニットDCH2の構造を示す図であり、先の図5、図6、図13、図14に示したヘッドユニットDCHと類似した機能の部材や部分には同じ符号を付してある。また図15~18の直交座標系XYZは、図5、図6に示した直交座標系XYZと合わせてある。図15はヘッドユニットDCH2をリップ片部材HA側から見た斜視図であり、図16はヘッドユニットDCH2をリップ片部材HB側から見た斜視図であり、図17はヘッドユニットDCH2をY方向(スロット部SLTが延びる方向)から見た端面図であり、図18はヘッドユニットDCH2を下側(スロット部SLTの開口部SS側)から見た斜視図である。
図19~21は、第3の実施の形態による第3のヘッドユニットDCH3の構造を示す図であり、先の図5、図6、図13、図14に示したヘッドユニットDCH、或いは図15~18に示したヘッドユニットDCH2と類似した機能の部材や部分には同じ符号を付してある。また図19~21の直交座標系XYZは、図5、図6、或いは図15~18に示した直交座標系XYZと同じに設定されている。図19はヘッドユニットDCH3をY方向(スロット部SLTが延びる方向)から見た側面図であり、図20はヘッドユニットDCH3のY方向の一部分をXZ面と平行な面で破断した断面図であり、図21はヘッドユニットDCH3の-Y方向側の端部付近をリップ片部材HB側の下方から見た斜視図である。
図22は、第4の実施の形態によるヘッドユニットDCH4の構成をY方向から見た部分断面図である。図22の直交座標系XYZは、図5、図6、図15~18、図19~21の各々に示した直交座標系XYZと同じに設定されている。また、先の各実施の形態で説明したヘッドユニットDCH、DCH2、DCH3と類似した機能の部材や部分には同じ符号を付してある。本実施の形態では、リップ片部材HA、HBの各々はステンレス等の金属で作られ、リップ片部材HA、HBの各々の内壁面HA1、HB1で規定されるスロット部SLTのX方向の幅(ギャップ)ΔSgを計測する7つのセンサーユニットSU(開口幅計測機構)として、渦電流センサーSK1~SK7(総称する場合はSKnとする)を用いる。
図24は、第5の実施の形態によるヘッドユニットDCH5の構成をY方向から見た部分断面図である。図24の直交座標系XYZは、図5、図6、図15~18、図19~21、図22の各々で規定した直交座標系XYZと同じに設定されている。また、先の各実施の形態で説明したヘッドユニットDCH、DCH2~DCH4と類似した機能の部材や部分には同じ符号を付してある。本実施の形態では、リップ片部材HA、HBの各々はステンレス等の金属で作られ、リップ片部材HA、HBの各々の内壁面HA1、HB1で規定されるスロット部SLTのX方向の幅(ギャップ)ΔSgを計測するセンサーユニットSU(開口幅計測機構)として、静電容量センサーが用いられる。静電容量センサーは、リップ片部材HAの内壁面HA1側に埋め込まれた絶縁体ISPのスロット部SLT(塗布液Lq)に対抗する面側に形成された導電層CDPを一方の電極とし、リップ片部材HBの内壁面HB1を他方の電極として構成され、導電層CDPと内壁面HB1と間に満たされる塗布液LqのX方向の厚み(幅ΔSg)により変化する静電容量を計測する。従って、本実施の形態では、塗布液Lqとして、例えば、金、銅、アルミ、カーボンナノチューブ(金属性)等の金属ナノ粒子等を高い濃度で含んで導電性が高い液体の場合、スロット部SLTのギャップΔSg内の液体の静電容量が相当に小さくなるため、計測精度が得られなかったり、計測自体が困難になったりすることがある。
図25は、センサーユニットSUとして図24の静電容量センサーを用いる場合の変形例による概略構成を示す図であり、直交座標系XYZは、図24で規定した直交座標系XYZと同じに設定されている。また、図24で説明したヘッドユニットDCH5や回路構成と類似した機能の部材や部分には同じ符号を付してある。本変形例では、リップ片部材HAの内壁面HA1のY方向に沿って分割された複数の領域の各々に、導電層CDPa、CDPb、CDPc、CDPd、・・・が設けられる。導電層CDPa、CDPb、CDPc、CDPd、・・・の各々は、内壁面HA1のY方向の寸法に亘って延びるように内壁面HA1に埋設された絶縁体ISPの表面に、向かい側のリップ片部材HBの内壁面HB1と対向するように形成される。本変形例の場合、導電層CDPa、CDPb、CDPc、CDPd、・・・の各々のY方向の寸法は、Y方向に隣り合った導電層同士が接触することなく、一定の隙間を空けるように配置される。
次に、図26を参照して、スロット部SLTを光学的に観察する為のモニター系が設けられたヘッドユニットDCH6の構成を第6の実施の形態として説明する。図26の直交座標系XYZは、図5、図6、図15~18、図19~22、図24の各々で規定した直交座標系XYZと同じに設定されている。また、先の各実施の形態で説明したヘッドユニットDCH、DCH2~DCH5と類似した機能の部材や部分には同じ符号を付してある。図26は、ヘッドユニットDCH6をY方向から見た断面図であり、本実施の形態では、先の図5の構成と同様に、リップ片部材HAがX方向に所定の厚みを有する平行平板状の光透過性材料(例えば、石英)で構成される。一方、リップ片部材HBは、金属材料(例えば、ステンレス)で構成され、スロット部SLTの幅ΔSgを規定する金属製の極薄のシート部材(シム部材)SMpを挟んで、リップ片部材HAと結合される。
以上の各実施の形態において、センサーユニットSUとして、光学式、磁気式、静電式の各センサー構成を説明したが、光学式のセンサーユニットSUとしては、図7~図9に示したような共焦点型光学式センサーの他に、三角測量式変位センサー、分光干渉計センサー等が利用できる。さらに、光学式のセンサーユニットSUとして、被計測面(リップ片部材HAの内壁面HA1、又はリップ片部材HBの内壁面HB1)に面精度の高い反射面(例えば、図6、図8中の反射膜RFa、RFb)が形成できる場合は、マイケルソン型、フィゾー型、マッハ・ツェンダー型等のレーザ干渉計システムを利用することもできる。
図28A、図28Bは、ヘッドユニットDCHによる塗工形態が異なる塗布装置の変形例を示し、図28Aは回転ドラム式の塗布装置におけるヘッドユニットDCHの配置の変形例を示す。図28Aの直交座標系XYZは、図5、図6、図15~18、図19~22、図24、図26、図27の各々で規定した直交座標系XYZと同じに設定されている。また、先の各実施の形態で説明したヘッドユニットDCH、DCH2~DCH7と類似した機能の部材や部分には同じ符号を付してある。
〔2・π・φd・(θk/360)〕/Vcp≧Tz
の関係となるように設定される。この条件を満たすようにすると、シート基板Pが進入位置Pinから塗布位置Pcdに移動するまでに、シート基板Pの温度を目標温度に設定することができる。また、この条件を満たす為に、回転角度θkを調整するように進入位置Pin又は塗布位置Pcdを外周面に沿った周方向に変更しても良い。進入位置Pinの調整はローラRhの配置を変更することで可能である。
図28Bはシート基板を平坦搬送する塗布装置の概略構成を示し、図28Bの直交座標系XYZは、図5、図6、図15~18、図19~22、図24、図26、図27の各々で規定した直交座標系XYZと同じに設定されている。また、先の各実施の形態で説明したヘッドユニットDCH、DCH2~DCH7と類似した機能の部材や部分には同じ符号を付してある。図28Bにおいて、シート基板Pは、シート基板Pの両面を挟み込むニップローラNRa、NRbによって一定のテンションが付与された状態で、下流側のローラRjに向けて所定速度で平坦状に搬送される。図28Aと同様のヘッドユニットDCHは、ニップローラNRa、NRbとローラRjの間で、スロット部SLTの先端の開口部SSが+Z方向(上向き)になるように配置される。
以上の各実施の形態や変形例では、ロール・ツー・ロール方式で可撓性の長尺なシート基板Pに対して塗布液Lqを塗工する塗布装置を例示したが、被塗工体としては、縦寸法と横寸法とが規定された枚葉の基板(ガラス基板、金属板、樹脂基板、用紙)であっても良い。その場合、枚葉の基板は平坦な支持面を有する基板ホルダ(基板支持機構)上の当該支持面に吸着保持され、基板ホルダは駆動機構によって基板の表面に沿って一次元に移動される。その移動の間、先に説明したヘッドユニットDCH(或いはDCH2~DCH7のいずれか)の先端部HA4、HB4の開口部SSを基板の表面から所定のギャップ量ΔZg(図6参照)に設定することにより、枚葉の基板上に塗布液Lqが所定の厚みで塗工される。
先の図5、図14に示したヘッドユニットDCH、又は図26に示したヘッドユニットDCH6の場合、センサーユニットSU(SU1~SU6)や撮像部62が配置される側のリップ片部材HAは、全体が光透過性の誘電体材料(ガラスや石英等の硝材、アクリル等の樹脂材)で構成される。その為、リップ片部材HAの外壁面HA3側からは、スロット部SLTの他に、その上のポート部(開口)ST’を通してマニホールドMH(貯留部)内に一時的に貯留される塗布液Lqの状態も観察することができる。そこで、先の図26に示したような撮像部62(及び照明部60)と同様の撮像部を、マニホールドMH内の塗布液Lqを観察するようにY方向に複数並べて配置しても良い。これによって、塗布液Lq内に混入した異物(ゴミ)や気泡の有無を画像解析によって調べることができる。
先の各実施の形態や変形では、例えば図11、図25に示したように、ヘッドユニットDCH(又はDCH2~DCH7)のスロット部SLT(又は開口部SS)のX方向(第2方向)に関する幅ΔSgを計測するセンサーユニットSUを、スロット部SLTの長手方向(Y方向)の複数個所の各々に設けた。しかしながら、Y方向に関する幅ΔSgの変化量の分布が、スロット部SLTのY方向の中心位置での幅ΔSgの計測のみで予測可能な場合は、その中心位置の1ヶ所だけにセンサーユニットSUを設けても良い。その場合、中心位置の1ヶ所だけのセンサーユニットSUによる幅ΔSgの計測値と、スロット部SLTの全体のY方向における幅変化の分布特性との相関を事前に求めて、データベース化しておく必要がある。
先の各実施の形態や変形例において、シート基板Pの移動方向に関して下流側に位置するリップ片部材HAの全体、又は一部分を誘電体材料(硝材や樹脂材)としたが、シート基板Pの移動方向に関して下流側に位置するリップ片部材HBの全体、又は一部分を誘電体材料(硝材や樹脂材)としても良い。先の図6、図22に示したように、シート基板Pの移動方向に関して上流側に位置するリップ片部材HBの先端部HB4とシート基板Pとの間には、塗布液Lqが-X方向に膨らんだメニスカス状の液溜りLqaが形成される。その液溜りLqaのメニスカス状態がY方向に関して崩れることなく安定していると、シート基板P上に成膜される塗布液Lqもムラなく一様な厚みで塗工される。
4…回転駆動部
5…塗工部
6A、6B…乾燥ユニット
7…回収ロール
10A…塗工制御部
12…膜厚計測ユニット
30…計測処理部
31…駆動制御部
44…フォトセンサー
44A…光電信号
60…照明部
62…撮像部
63…画像処理装置
70A、70B…分光干渉計センサーのヘッド部
ACD…駆動ユニット(アクチュエータ)
AXo…中心線
BMa、BMb…光ビーム
CDP、CDPa、CDPb、CDPc、CDPd…導電層
DCH、DCH2~DCH7…ヘッドユニット
DR…回転ドラム(基板支持機構)
GHp…透明板部材
GHp’…板部材
HA、HB…リップ片部材(スロット片部材)
HA1、HB1…内壁面
HA4、HB4…先端部
HTF…温調ヒータ
Lq…塗布液
MH…マニホールド(貯留部)
MMH…マイクロメータヘッド
OSC…発振器
P…シート基板
RFa、RFb…反射膜
SK1~SK7…渦電流センサー
SLT…スロット部
ΔSg、ΔSg1~ΔSg6…幅
SMp…シート部材(シム部材)
SS…開口部
SU、SU1~SU6…センサーユニット
δg1~δg6…変動量
SV1~SV7…計測信号
Claims (6)
- 第1方向にスリット状に延びて形成された開口部から塗布液を吐出して、被処理基板の表面に前記塗布液を塗工する塗布装置のヘッドユニットであって、
前記第1方向と直交する第2方向に所定の間隔で対向して設けられた第1のスロット片部材と第2のスロット片部材とを有し、対向する前記第1のスロット片部材の壁面と前記第2のスロット片部材の壁面とで、前記塗布液を前記開口部に通すスロット部を形成するヘッド機構と、
前記第1方向に沿って前記第1のスロット片部材に複数設けられ、前記間隔、又は前記間隔の変化に対応した計測信号を出力する計測機構と、
複数の前記計測機構に対応するように、前記第1方向に沿って前記第2のスロット片部材に複数設けられ、前記間隔を調整可能な駆動ユニットと、
を備え、
前記第1のスロット片部材の全体、又は一部分が誘電体材料で構成され、
前記計測機構は、前記塗布液が前記スロット部を流れている間に、第1の光を前記第1のスロット片部材の外側から前記誘電体材料と前記塗布液との界面に照射し、前記界面で反射した前記第1の光を第2の光として前記第1のスロット片部材の外側から前記誘電体材料と前記塗布液とを介して前記第2のスロット片部材の壁面に照射し、前記壁面で反射した前記第2の光を検出して前記間隔、又は前記間隔の変化を計測する、ヘッドユニット。 - 請求項1に記載のヘッドユニットであって、
前記誘電体材料は、ガラス材、石英材、樹脂材のいずれかである、ヘッドユニット。 - 請求項1または2に記載のヘッドユニットであって、
前記誘電体材料は、前記塗布液と接する前記第1のスロット片部材の壁面の一部を成すように前記第1のスロット片部材に埋設された平行平板状の部材であり、前記第1のスロット片部材のその他の部分を金属材とした、ヘッドユニット。 - 請求項1~3のいずれか1項に記載のヘッドユニットであって、
前記誘電体材料の前記界面には、前記光に対して反射性を有する反射層が部分的に形成されている、ヘッドユニット。 - 請求項1~4のいずれか1項に記載のヘッドユニットを有する、塗布装置。
- 請求項5に記載の塗布装置であって、
前記複数の駆動ユニットの各々を、前記複数の計測機構で計測された前記間隔、又は前記間隔の変化の前記第1方向における分布に基づいて駆動する駆動制御部を備える塗布装置。
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