JPH08187458A - 回転塗布装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ガラス板または金属板等の基板上に、均一の膜
厚にて塗布材料を塗布する手段として用いる回転塗布装
置の工夫を目的とする。 【構成】ガラス板または金属板等の基板上に塗布材料を
塗布する手段として用いられる回転塗布装置において、
基板保持台および回転カップが各々独立した回転手段を
もち、該カップ回転手段が回転加速率、回転数および回
転時間のうちの少なくとも一つの回転条件を該基板保持
台回転手段にたいし相違する条件に設定できることを特
徴とする回転塗布装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フォトレジスト法を用
いたカラー液晶表示装置用カラーフィルターまたは、フ
ォトエッチング法を用いたカラー受像管用シャドウマス
ク等の製造手段に係わり、特に、ガラス板または金属板
等の基板上に、均一の膜厚にて塗布材料を塗布する手段
として用いられる回転塗布装置の工夫に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、フォトレジスト法を用い
たカラー液晶表示用のカラーフィルターの製造に代表さ
れるように、感光性樹脂等の塗布材料を均一の塗布膜厚
で基板上、例えば、ガラス基板上に塗布する必要があっ
た。

【０００３】そのための塗布手段として一般的にロール
コート法またはスピンコート法等が知られている。しか
し、ロールコート法は回転するロールを介して塗布材料
を基板上に塗布するため、ロールと基板との間隙、塗布
材料の表面張力、またはロールの回転数等の要因によ
り、塗布毎に基板への塗布膜厚が異なったり、同一基板
上で部分的に塗布膜厚が異なるスジムラが発生する等、
塗布品質に関して問題があった。

【０００４】そのため、現在では、スピンコート法すな
わち回転塗布方法が主流と成りつつある。回転塗布方法
では、例えば、図４に示すように、基板搬入手段により
搬送された基板１が基板保持台５、例えばバキュームチ
ャック上に載置固定される。次いで、基板１の上方に位
置したノズル２から基板１上、例えば基板の回転中心上
への塗布材料８の滴下が行われる。なお、ノズル２はノ
ズルアーム３により保持され、塗布材料８の滴下時以外
は、基板１上から退避させている。次いで、基板１を乗
せた基板保持台５を回転させることで、基板１上に遠心
力を発生させ、その力をもって滴下された塗布材料８が
基板１上に展開することで塗布が行われることになる。
次いで、基板１への回転塗布終了後、基板１を基板保持
台５上から、基板搬出手段により次の製造工程に搬送さ
れるものである。

【０００５】上記の回転塗布方法は、塗布材料の均一な
基板への塗布膜厚を実現する上で有効な手段となってい
るが、以下の問題を生じている。すなわち、基板の回転
を用い、滴下された塗布材料が基板上に塗り広げられる
が、基板の回転により、基板および塗布材料と接する空
気もつられて動き、基板上で気流の乱れを生じ、これに
より塗布材料の基板上への塗布膜厚が部分的に不均一に
なる塗布ムラが生じるという問題である。

【０００６】このため、上記問題を解決する手段として
実開平１−４８１７１号等に記載された手段が知られて
いる。すなわち、図４に示すように、載置固定された基
板１を含む基板保持台５、例えばバキュームチャックの
周囲を覆う形で基板保持台５と連結固定した円筒形の回
転カップ４を設け、基板保持台５の回転と同時にこの回
転カップ４も基板回転方向に回転させる手段を持たせた
ものである。なお、上記の回転カップ４は蓋保持アーム
13により保持され開閉できる蓋14を持ち、基板１の搬入
時、塗布材料８の基板１上への滴下時、および基板１の
搬出時にはこの蓋14は開いており、この一連の作業の妨
げとならないようになっている。

【０００７】ここで、基板の基板保持台への載置固定、
塗布材料の滴下後、この蓋を締め回転カップと一体に密
着した上で、蓋を含む回転カップを基板保持台の回転と
連動して基板回転方向に回転するものである。この方法
により、回転カップ４内に密閉された空気が基板と連動
して同一方向に回転を起こすこととなり、基板と空気の
接触による気流の乱れが軽減され、これにより塗布材料
８の基板１上への塗布膜厚が部分的に不均一になる塗布
ムラを防止しようとするものである。

【０００８】また、塗布ムラを生じることで基板上で部
分的に膜厚が厚くなった塗布材料が回転する基板１上か
ら飛び散り、この飛び散った塗布材料が基板に再付着
し、これにより基板が汚れるスプラッシュ欠陥を減少で
きるという点も上記方法の長所としてあげられている。

【０００９】しかし、ワイドテレヴィジョン用のシャド
ウマスクまたはカラー液晶表示装置用のカラーフィルタ
ー等に代表されるように、基板サイズは逐次大型化の傾
向にあり、上記の手段をとってもなお、基板への塗布膜
厚の均一性、基板のスプラッシュ欠陥等は満足すべきも
のではなかった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な事情に鑑み、例えば、カラー液晶表示装置に用いられ
るカラーフィルターの製造工程に代表される、基板への
塗布材料の回転塗布の際、上記したような欠点の生じな
い回転塗布の手段を提供しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、ガ
ラス板または金属板等の基板を基板保持台上に載置固定
し回転させる基板回転手段と、塗布材料をノズルに供給
する塗布材料供給手段と、ノズルを上下させ回転手段か
ら退避、接近させるノズルアームと、該ノズルにより塗
布材料を基板上に滴下する滴下手段と、基板を含めた基
板保持台を覆う蓋付きの回転カップを開閉させるカップ
開閉手段と、該回転カップを基板回転方向に該基板回転
手段と独立して回転させるカップ回転手段とを具備する
ことを特徴とする回転塗布装置を提供することにより上
記の課題を解決するものである。

【００１２】また、本発明の回転塗布装置は、該カップ
回転手段が、回転加速率、回転数および回転時間のうち
の少なくとも一つの回転条件を該基板回転手段にたいし
相違する条件に設定できることを特徴とすることにより
上記の課題を解決するものである。

【００１３】以下に図面に基づいて、さらに説明を行
う。前述した（従来の技術）の項で記したように回転塗
布方法においては、基板上に滴下された塗布材料には遠
心力が掛かり、塗布材料は基板回転中心から回転外周に
向け同心円状かつ直線的に広がるべきものである。しか
し、現実においては、従来の回転塗布装置を用いて回転
塗布をおこなうと、塗布材料は回転外周に向け円弧を描
く形で塗り広がっているという事実を本発明者らは見い
だした。

【００１４】本来同心円状かつ直線的に回転外周に広が
るべき塗布材料が回転外周に向け若干円弧を描く形で塗
り広がるということは、塗布材料に遠心力による力の他
に余分な外力を受けているということであり、これによ
り塗布膜厚の不均一を生じる原因となる。また、塗布材
料が回転外周に向け円弧を描く形で塗り広がった場合、
塗布材料が基板の端部、特に、四隅に集まり易くなる。
この四隅に集まり厚く溜まった塗布材料が、回転する基
板から振り払われることでスプラッシュ欠陥が発生し易
いといえる。

【００１５】そこで本発明者らは、この円弧状になる理
由として、従来の回転塗布装置で生じる、基板保持台上
の基板と回転カップ内の空気の、動きかたのギャップに
着目した。

【００１６】すなわち図４に示すように、従来の回転塗
布手段として用いられる回転塗布装置においては回転カ
ップ４は基板保持台５に固定されているため、回転カッ
プ４の回転は基板の回転と同時に行われる。その際、蓋
14が閉じることで回転カップ４内に密封された空気は、
基板保持台５および回転カップ４の回転開始時点におい
て静止しており、基板保持台５および回転カップ４の回
転につられて空気が基板回転方向に動きだすまでに時間
が掛かかる。また、塗布を終了し基板保持台５および回
転カップ４が回転数を漸次減少させ回転停止状態になっ
たとしても、回転カップ４内の空気はいまだ回転状態に
あり、停止するまでに時間が掛かる。

【００１７】そのため、回転塗布中の基板１上の塗布材
料には回転による遠心力の他に、回転カップ４内の基板
１と異なる動きを持つ空気との接触による力が加わり、
これにより本来回転中心から回転外周に向け同心円状か
つ直線的に広がるべき塗布材料が円弧状に広がり、これ
により塗布膜厚が不均一になる塗布ムラが生じるものと
推定される。

【００１８】そこで本発明者らは、本課題に鑑み、基板
保持台５上の基板と回転カップ４内の空気の動きかたの
ギャップを解消すべく鋭意検討を行い本発明にいたった
ものである。すなわち本発明は、基板保持台５と円筒形
の回転カップ４とを分離し独自の回転手段をもたせ、か
つ、回転カップ４が基板保持台５にたいし回転加速率、
回転数および回転時間のうちの少なくとも一つの回転条
件を相違する条件に設定できるようにしたことで、この
ギャップを解消させることを特徴としている。

【００１９】本発明における回転塗布装置の一例を図１
に示し、塗布工程をもとに説明を行う。図１に示すよう
に、基板搬送手段により搬送されてきた基板１は基板保
持台５上、例えばバキュームチャック上に載置固定され
る。次いで、駆動装置11により上下左右の動きを可とす
るノズルアーム３を基板上方に位置させ、ノズルアーム
３に設けられたノズル２より塗布材料８は基板１上、例
えば基板１の回転中心上に滴下される。なお、塗布材料
８の滴下時、加圧装置12により加圧された塗布材料タン
ク７内の塗布材料８はチューブ６を通じノズル２に供給
され、また、ノズルアーム３は滴下時以外は基板回転手
段から退避した状態となっている。

【００２０】次いで、基板１上への塗布材料８の滴下
後、回転カップ４に属する蓋14を閉じ回転カップ４と一
体にした状態で、基板保持台５および基板保持台５上に
載置固定された基板１と回転カップ４を回転すること
で、塗布材料８の回転塗布が行われる。ここで本発明の
特徴として、基板保持台５と回転カップ４同志は、固定
されず分離しており、各々独立した基板保持台回転用駆
動装置９および回転カップ回転用駆動装置10により独自
に回転加速率、回転数および回転時間を設定できるよう
になっている。

【００２１】次いで、基板保持台５および回転カップ４
の回転を止め、蓋14を開き、塗布材料の塗布が終了した
基板１を回転塗布装置より搬出するものである。なお、
蓋14は蓋保持アーム13により保持され、基板１の搬出入
時および塗布材料滴下時には回転カップ４から退避して
おり、回転カップ回転時には回転カップ４に密着し回転
カップ４と一体に回転するものであり、以下、回転カッ
プの記述においては蓋14が閉じられ回転カップ４と一体
になった状態をいうものである。

【００２２】次いで、上述した本発明による回転塗布装
置を用いることにより、例えば図２のグラフに示す回転
方法を行うことができる。なお、図２のグラフ中、縦軸
は一分間あたりの回転数（ rpm）を、横軸は回転時間
（秒）を示し、基板保持台５上に載置固定され基板保持
台５と一体に回転する基板１の回転状況を実線Ａで、回
転カップ４の回転状況を破線Ｂで示している。

【００２３】図２に示すように、基板１は回転開始後一
定の正の回転加速率にて一定の回転数に達し、しばらく
の間一定の回転数を維持した後、一定の負の回転加速率
にて回転数を落とし、回転を停止している。次いで、本
発明による回転カップ４は基板１と同時に同一方向に回
転を開始するが、図のように基板の回転加速率より急な
勾配を持たせたうえで一定の回転数になるようにしてい
る。次いで、基板１の回転と同様にしばらくの間回転カ
ップ４は一定の回転数を維持した後、基板の回転停止動
作より早めに一定の負の回転加速率にて回転数を落と
し、回転を停止するものである。

【００２４】上記図２の回転塗布方法、すなわち回転開
始後回転カップ４を基板１より急速に回転させることに
より、回転カップ４内の空気に速やかに基板回転方向の
回転を伝達し回転カップ４内空気を基板回転方向に回転
させることにより、回転カップ４内空気が回転している
基板１上の塗布材料８と接する際の抵抗力を減じるもの
である。次いで、回転停止の際にも、回転カップ４が基
板１の回転停止動作より早めに負の回転加速率にて回転
数を落としていくことにより、回転カップ４と接する空
気に早めに負の回転停止動作を伝達し、これにより回転
カップ４内空気が基板１上の塗布材料８と接する際の抵
抗力を減じるものである。

【００２５】上述した理由により、基板１上の塗布材料
８は回転カップ４内空気との接触による抵抗力の影響を
受けず、塗布材料８は回転による遠心力のみで回転中心
から回転外周に向け同心円状かつ直線的に均一に塗り広
がることで塗布ムラを防止できる。

【００２６】なお、上記の記述では回転カップ４内空気
と、記しているが必ずしも回転カップ４内が空気のみで
ある必要はない。すなわち、回転カップ４の回転時、回
転カップ４の回転力を回転カップ４内空気に有効に伝達
できるよう、蓋14で密閉された回転カップ４内に、空気
とは異なる粘度の気体であって塗布材料と反応を起こさ
ない、例えばヘリウムガス等が回転カップ内に在っても
構わない。このため、本発明による回転塗布装置に、蓋
14を閉じ回転カップ４を密閉する際、回転カップ４内部
に、例えばヘリウムガス等の気体を注入し、回転カップ
回転時に注入気体を回転カップ４内の空気と混在させ
る、または、注入した気体のみで回転カップ４内を充満
させる手段を設けることも本課題解決の手段として有効
といえる。

【００２７】また、本発明を用いた回転塗布方法として
上述したもの以外に、例えば、図３が考えられる。図３
の回転塗布方法においては、まず回転カップ４を先に回
転開始し、次いで基板１の回転開始を行っている。次い
で、回転停止動作においては、基板１の回転停止動作の
開始より遅れて回転カップ４の回転停止動作を始めてい
るが、この場合、回転カップ４の負の回転加速率は基板
１のそれより急勾配のものとしている。なお、図３にお
いても、基板の回転状況を実線Ａで、回転カップの回転
状況を破線Ｂで示している。

【００２８】なお、本発明を用いた回転塗布方法、特に
回転カップ４の回転動作としては上記の図２および図３
に限定されるものではなく、回転開始時および回転停止
時の回転カップ４の動作は図２および図３のそれを組み
合わせたものであっても構わない。要は、基板１上の塗
布材料８に回転カップ４内空気との接触による抵抗力を
与えないよう、回転カップ４内空気に基板１の回転方向
への回転力を伝達できる回転を、基板１の回転状況に応
じ、回転カップ４に独自に与えれば良いといえる。

【００２９】なお、基板保持台５および回転カップ４の
回転数、回転時間、および回転加速率等は塗布材料の種
類、塗布時の液温、基板サイズ、塗布膜厚等により異な
るため製造条件ごとに適宜設定することが望ましいとい
える。

【００３０】

【作用】本発明による回転塗布装置を用いることによ
り、基板と回転カップを独自に回転させた回転塗布方法
が可能となる。これにより、基板内空気に基板回転方向
への回転を速やかに伝達できることで、基板上の塗布材
料は回転カップ内空気との接触による抵抗力の影響を受
けず、塗布材料は回転による遠心力のみで回転中心から
回転外周に向け同心円状かつ直線的に均一に塗り広がる
ことになる。

【００３１】

【実施例】本発明による回転塗布装置を用いた実施例
を、以下に述べる。 ＜実施例＞1.1 mm厚で 450× 450mm角の大きさのガラス
基板上に、図１の回転塗布装置を用い塗布材料をガラス
基板の中心に滴下後、塗布膜厚 1.5μm とすべく回転塗
布を行った。その際、ガラス基板の中心と基板保持台の
回転中心が一致するよう載置固定し、基板および回転カ
ップの回転は、図２の回転方法をもとに、次のように回
転を行った。

【００３２】すなわち、基板を回転開始から３秒間で一
定の正の回転加速率にて回転数 1000 回転／分にし、次
の４秒間は回転数 1000 回転／分を維持した後、次の３
秒間で一定の負の回転加速率にて回転を停止させた。そ
れに対し回転カップは基板と同時に回転を開始させた
が、回転開始から2.85秒間で一定の正の回転加速率にて
回転数 1000 回転／分にし、次の４秒間は回転数 1000
回転／分を維持した後、次の3.15秒間で一定の負の回転
加速率にて回転を停止させた。

【００３３】＜比較例＞次いで、本発明との比較のため
図４の、基板保持台と回転カップが固定された従来の回
転塗布装置を用い、1.1 mm厚で 450× 450mm角の大きさ
のガラス基板上に実施例と同じ塗布材料を温度、粘度等
の条件を同一にしてガラス基板の中央に同量滴下後、塗
布膜厚 1.5μm とすべく回転塗布を行った。その際、ガ
ラス基板の中心と基板保持台の回転中心が一致するよう
載置固定し、回転方法は、上述した実施例における基板
と同一の回転を与えた。

【００３４】すなわち、基板を回転開始から３秒間で一
定の正の回転加速率にて回転数 1000 回転／分にし、次
の４秒間は回転数 1000 回転／分を維持した後、次の３
秒間で一定の負の回転加速率にて回転を停止させた。な
お、基板保持台と回転カップは固定されているため、回
転カップも基板と同様の回転を行っていることになる。

【００３５】上記実施例および比較例で得られた、塗布
材料が塗布されたガラス基板の、基板端から10mm以内の
領域を除いた部分の、各々同一箇所に相当する複数の箇
所の塗布膜厚を測定し、塗布材料の塗布ムラの度合いを
表す塗布膜厚の均一性（ユニフォミティー）Ｕを以下の
（数１）により求めた。その結果、実施例で 3.4％、比
較例で 4.7％の値を得た。ここで、塗布材料の膜厚均一
性（ユニフォミティー）Ｕの値は小さいほど測定した塗
布膜厚のバラツキが無く、膜厚が均一であるといえる。

【００３６】

【数１】

【００３７】上記の（数１）において、Ｘは測定した塗
布膜厚の平均値を示し、Ｙは測定した塗布膜厚における
最大値を、Ｚは測定した塗布膜厚における最小値を表
す。なお、測定において基板端から10mm以内の領域を除
いた理由は、通常、基板の中央にパターンが形成され、
基板端は必要とされる製品にとって不要領域として使用
されないという理由による。

【００３８】次いで、実施例で得られたガラス基板のス
プラッシュ欠陥を調べたが、スプラッシュ欠陥は認めら
れなかった。

【００３９】

【発明の効果】本発明による回転塗布装置を用いること
により、基板と回転カップは独自の回転が可能となる。
これにより、基板内空気に基板回転方向への回転を速や
かに伝達できることで、基板上の塗布材料は回転カップ
内空気との接触による抵抗力の影響を受けず、塗布材料
は回転による遠心力のみで回転中心から回転外周に向け
同心円状かつ直線的に均一に塗り広がることになる。そ
の結果、従来法で塗布材料が円弧状に回転外周に向け塗
り広がることで生じていた、塗布膜厚が部分的に不均一
になる塗布ムラを防止できる。例えば、上述した本発明
の実施例においては比較例に比べ膜厚均一性が25％以上
向上し、かつ、実施例の膜厚均一性は実用上なんら問題
無いものといえる。また、本発明では基板のスプラッシ
ュ欠陥を防止出来る等、本発明は実用上優れているとい
える。

【００４０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による回転塗布装置の構造の一例を示す
断面説明図。

【図２】本発明を用いた基板回転方法の一例を示すグラ
フ図。

【図３】本発明を用いた基板回転方法の他の例を示すグ
ラフ図。

【図４】従来の回転塗布装置の構造の一例を示す断面説
明図。

【符号の説明】

１ 基板 ２ ノズル ３ ノズルアーム ４ 回転カップ ５ 基板保持台 ６ チューブ ７ タンク ８ 塗布材料 ９ 基板保持台回転用駆動装置 10 回転カップ回転用駆動装置 11 駆動装置 12 加圧装置 13 蓋保持アーム 14 蓋

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガラス板または金属板等の基板を基板保持
   台上に載置固定し回転させる基板回転手段と、塗布材料
   をノズルに供給する塗布材料供給手段と、ノズルを上下
   させ回転手段から退避、接近させるノズルアームと、該
   ノズルにより塗布材料を基板上に滴下する滴下手段と、
   基板を含めた基板保持台を覆う蓋付きの回転カップを開
   閉させるカップ開閉手段と、該回転カップを基板回転方
   向に該基板回転手段と独立して回転させるカップ回転手
   段とを具備することを特徴とする回転塗布装置。
2. 【請求項２】該カップ回転手段が、回転加速率、回転数
   および回転時間のうちの少なくとも一つの回転条件を該
   基板回転手段にたいし相違する条件に設定できることを
   特徴とする請求項１記載の回転塗布装置。
3. 【請求項３】該回転カップ内に気体を注入し、該回転カ
   ップの回転時、該注入気体を該回転カップ内に混在させ
   る、もしくは充満させる手段を具備することを特徴とす
   る請求項１および２記載の回転塗布装置。