JPWO2010116654A1 - 薄膜形成装置及び薄膜形成方法 - Google Patents

Abstract

ワークへのゴミの付着やワークの側部への膜材料の付着を防止しつつ、均一な厚さの薄膜を形成できる薄膜形成装置及び薄膜形成方法を提供する。ワーク１の上面を保持する保持部２と、保持部２に保持されたワーク１の下方に樹脂Ｒを供給する供給部３と、供給部３により供給された樹脂Ｒが、ワーク１の下面に展延されるように、保持部２に保持されたワーク１を回転させる回転機構２２と、ワーク１の下面に展延された樹脂Ｒに、紫外線ＵＶを照射することにより、硬化させる硬化部４と、保持部２を、供給部３と硬化部４との間で移動させる移動機構２４と、を有する。

Description

本発明は、例えば、平板状のワークの表面に薄膜を形成するための薄膜形成装置及び薄膜形成方法に関する。

携帯電話等の液晶パネルやカバーパネルの表面、光ディスク等の基板の表面には、保護用のハードコート層が設けられている。このハードコート層は、樹脂の薄膜を硬化させることによって形成されている。また、光ディスクにおいては、その構成部材である一対の基板を貼り合わせるために、一方若しくは双方の基板に、接着剤となる樹脂の薄膜を塗布する必要がある。

このような表示パネルや保護パネル、基板等の平板状の部材（以下、ワークとする）の表面に、樹脂の薄膜を形成する方法としては、一般的に、スピンコート法が用いられている（特許文献１参照）。スピンコート法による樹脂の塗布は、例えば、次のように行われる。

すなわち、図１１（Ａ）に示すように、ターンテーブルＴ上に載置されたワークＷの上に、ノズルＮが樹脂Ｒを滴下する。そして、図１１（Ｂ）に示すように、モータＭによってターンテーブルＴを回転させると、遠心力の働きでワークＷの表面に樹脂Ｒが展延する。

なお、スピンコート法以外に、樹脂の薄膜を形成する方法として、直線状のスリットによって樹脂を塗布する方法が存在する。これは、スリットが、樹脂を供給しながらワークの表面を平行移動することにより、ワークの表面に樹脂が塗布される技術である（特許文献２参照）。

特開２００２−３４３７０１号公報 特開平６−３４３９０８号公報

しかしながら、上記のようなスピンコート法による薄膜の形成には、以下のような問題があった。すなわち、ターンテーブル上に載置されたワーク上には、周囲のゴミが落下する可能性がある。このように落下したゴミは、ワークの回転中に樹脂の広がりを阻害する要因となり、製品の品質や歩留まりに影響を及ぼすことになる。

また、スピンコート法による場合には、回転の遠心力によってワークの周縁に向かって樹脂が移動して、余分な樹脂は飛散する。このようにワークの周縁に移動した樹脂は、重力で下方に向かうため、ワークの側部には樹脂が付着しやすい。例えば、図１２に示すように、ワークＷが方形の液晶パネルやカバーパネルの場合、側部に段差や溝が形成されている。かかるワークＷの表面に薄膜を形成する際には、側部への樹脂の付着は、電気系統や取り付けの不具合を招くため、好ましくない。

これに対処するため、スリットにより樹脂を塗布する方法を適用することも考えられる。しかし、この方法による場合、塗布の際のスリットの移動には時間がかかるため、製造効率で劣る。また、スリットの移動タイミングや移動速度によっては、塗布面にスジが残る可能性があり、表面の均一性が損なわれる場合がある。さらに、側部への樹脂の付着を防止するために、スリットを正確に位置決めすることは、必ずしも容易ではない。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、ワークへのゴミの付着やワークの側部への膜材料の付着を防止しつつ、均一な厚さの薄膜を形成できる薄膜形成装置及び薄膜形成方法を提供することにある。

上記のような目的を達成するため、本発明の薄膜形成装置は、平板状のワークの上面を保持する保持部と、前記保持部に保持されたワークの鉛直方向の下面に膜材料を供給する供給部と、前記供給部により供給された膜材料が、ワークの下面に展延されるように、前記保持部に保持されたワークを回転させる回転機構と、を有することを特徴とする。

他の態様は、保持部が、平板状のワークの上面を保持し、供給部が、前記保持部に保持されたワークの鉛直方向の下面に膜材料を供給し、回転機構が、前記供給部により供給された膜材料が、ワークの下面に展延されるように、前記保持部に保持されたワークを回転させることを特徴とする。

以上のような発明では、ワークへの膜材料の供給面が、下方を向いているため、落下するゴミが付着し難く、展延を阻害する要因を排除することができ、品質、歩留まりが向上する。また、ワークの下面を移動した樹脂は、重力で下方へ向かうため、ワークの側部に付着することがない。

他の態様は、前記供給部は、前記ワークの下面に膜材料を付着させる塗布部を有することを特徴とする。
以上のような発明では、膜材料をワークの下面に付着させた後に、ワークを回転させることにより、簡単に膜材料を展延させることができる。

他の態様は、前記塗布部は、複数設けられていることを特徴とする。
以上のような発明では、複数の塗布部によって膜材料を多点に塗布することにより、膜厚の均一性を調節できる。

他の態様は、前記供給部は、前記ワークの下面に向かって膜材料を噴出させる噴出部を有することを特徴とする。
以上のような発明では、膜材料を噴出させることにより、より高速に膜材料をワークの下面に展延させることができる。

他の態様は、前記噴出部は、複数設けられていることを特徴とする。
以上のような発明では、複数の噴出部における噴出量若しくは噴出速度を変えることにより、膜厚を均一にしたり、部分的に変えることができる。

他の態様は、前記保持部は、ワークの外形以下の外形の保持部材を有することを特徴とする。
以上のような発明では、保持部材がワークよりも小さいため、飛散した膜材料の保持部材への付着が防止できる。

他の態様は、前記ワークと前記供給部との間の上下方向の距離が変化するように、前記ワークと前記供給部との相対位置を変化させる昇降機構を有することを特徴とする。

他の態様は、前記昇降機構が、回転するワークの下面を膜材料の表面に接近若しくは接触させることにより、膜材料がワークの下面に展延するように、前記供給部は、膜材料を収容した容器を有することを特徴とする。

他の態様は、ワークと膜材料との間の距離を変化させることにより、ワークの回転により生じるワークの下面側の気流を変化させることを特徴とする。

以上のような発明では、容器内の膜材料の表面に回転するワークを接近若しくは接触させることにより、供給ノズルに対する位置決め等の手間を省いて、ワークに膜材料を瞬時に展延させることができる。

他の態様は、前記保持部を、前記供給部を含む複数箇所へ移動させる移動機構を有することを特徴とする。
以上のような発明では、保持部がワーク上面を保持したまま、前工程から後工程へと移動させることができ、ワークを反転させる必要がないため、そのための設備が不要となり、装置の簡素化と低コスト化が可能となる。

以上、説明したように、本発明によれば、ワークへのゴミの付着やワークの側部への膜材料の付着を防止しつつ、均一な厚さの薄膜を形成できる薄膜形成装置及び薄膜形成方法を提供することができる。

本発明の薄膜形成装置の一実施形態を示す平面図である。 図１の実施形態の保持部及び供給部を示す側面断面図である。 図１の実施形態の保持部及び硬化部を示す側面断面図である。 図１の実施形態のワークへの樹脂の供給及び展延を示す説明図である。 本発明の薄膜形成装置の他の実施形態を示す平面図である。 本発明の薄膜形成装置の供給部における他の形態を示す側面断面図である。 本発明の薄膜形成装置の供給部における他の形態を示す側面断面図である。 本発明の薄膜形成装置の供給部における他の形態を示す側面断面図である。 本発明の薄膜形成装置の供給部における他の形態を示す側面断面図である。 本発明の薄膜形成装置の保持部における他の形態を示す側面断面図である。 従来のスピン塗布装置の一例を示す側面断面図である。 一般的な液晶パネルを示す斜視図である。

次に、本発明を実施するための形態（以下、実施形態と呼ぶ）について、図面を参照して具体的に説明する。
［構成］
まず、本実施形態の構成を、図１〜４を参照して説明する。なお、本実施形態は、携帯電話の液晶パネル（以下、ワークとする）の表面に、保護用のハードコート膜を形成する薄膜形成装置である。なお、本実施形態にワークを搬入、搬出する装置等については、公知のあらゆる技術を適用可能であるため、説明を省略する。

すなわち、本実施形態は、図１〜３に示すように、ワーク１を保持する保持部２と、保持部２の下方に適宜位置決めされる供給部３及び硬化部４等を有している。

保持部２は、保持機構２１、回転機構２２、昇降機構２３、移動機構２４等を有している。保持機構２１は、図２に示すように、保持部材２１ａと吸着ノズル２１ｂを有している。保持部材２１ａは、平板状のプレートであり、回転機構２２によって回転可能に設けられている。この保持部材２１ａは、平面方向から見て、ワーク１の外形と等しいか若しくは小さい外形を有している。

吸着ノズル２１ｂは、ワーク１を吸着保持するノズルである。この吸着ノズル２１ｂは、図示しない真空源に接続されており、弁の切り換え等によって、ワーク１の上面の吸着、解放を行うことができる。

回転機構２２は、駆動源であるモータ２２ａによって、保持機構２１を回転させる手段である。この回転機構２２は、昇降機構２３により、昇降可能に設けられている。

昇降機構２３は、支柱部２３ａ及びアーム部２３ｂ等を有する駆動機構である。支柱部２３ａは、垂直方向の部材であり、移動機構２４によって水平方向に移動可能に設けられている。

アーム部２３ｂは、水平方向の部材であり、一端が、支柱部２３ａに対して垂直方向に移動可能に設けられている。このアーム部２３ｂを移動させる機構としては、モータ駆動による送りネジによるもの、シリンダによるもの等、周知のあらゆる技術を適用可能である。アーム部２３ｂの他端には、回転機構２２が取り付けられている。

移動機構２４は、図１に示すように、支柱部２３ａを水平方向に移動させることにより、保持部２を、供給部３と硬化部４との間で移動させる機構である。移動機構２４としては、例えば、モータ駆動の送りネジ２４ａによって、レールやガイドシャフト等のガイド部材２４ｂに沿って直線状に移動させるものが考えられる。但し、本発明はこれには限定されず、水平移動させることができるものであれば、周知のあらゆる機構が適用可能である。

供給部３は、図２に示すように、タンク３１、供給ノズル３２、ポンプ３３、フィルタ３４、受容部３５等を有している。タンク３１は、膜材料となる紫外線硬化型の樹脂Ｒを蓄えた容器である。供給ノズル３２は、タンク３１から送出される樹脂Ｒを、ワーク１の鉛直方向（重力方向）の下面に供給するノズル（塗布部）である。

タンク３１から供給ノズル３２への樹脂Ｒの送出は、ポンプ３３及びフィルタ３４が設けられた供給路３１ａを介して行われる。受容部３５は、供給ノズル３２及びワーク１から滴下した樹脂Ｒを受容する容器である。この受容部３５において受容した樹脂Ｒは、回収路３５ａを介して、タンク３１に戻される。

硬化部４は、図３に示すように、受容部４１、照射装置４２及び保護部材４３等を有している。受容部４１は、ワーク１から滴下した樹脂Ｒを受容する容器である。この受容部４１において受容した樹脂Ｒは、廃棄経路４１ａを介して、廃棄される。照射装置４２は、受容部４１の中央部に設けられている。この照射装置４２は、保持機構２１に保持されたワーク１の下面の全面に、紫外線ＵＶを照射する装置である。

保護部材４３は、受容部４１における照射装置４２の上部に取り付けられたガラス板である。この保護部材４３は、ワーク１から滴下する樹脂Ｒから照射装置４２を保護するとともに、照射装置４２からの紫外線ＵＶを透過することができる。

昇降機構２３、移動機構２４、モータ２２ａ、ポンプ３３、照射装置４２、真空源（弁等も含む）等の動作は、制御装置によって制御される。この制御装置は、例えば、専用の電子回路若しくは所定のプログラムで動作するコンピュータ等によって実現できる。従って、以下に説明する手順で本装置の動作を制御するためのコンピュータプログラム及びこれを記録した記録媒体も、本発明の一態様である。

［作用］
上記のような構成を有する本実施形態の作用を説明する。まず、図１に示すように、真空源が作動し、保持機構２１の吸着ノズル２１ｂが、前工程から搬送されて来たワーク１を吸着保持する。移動機構２４は、保持部２を、ワーク１の中央が供給ノズル３２の上部に来るように移動させる。昇降機構２３は、保持機構２１を下降させて、ワーク１を供給ノズル３２に接近させる。そして、ポンプ３３が作動して、供給ノズル３２が樹脂Ｒを供給することにより、図４（Ａ）に示すように、ワーク１の下面に樹脂Ｒが塗布される。

さらに、図４（Ｂ）に示すように、回転機構２２のモータ２２ａを作動させると、保持機構２１の保持部材２１ａとともに、吸着ノズル２１ｂに吸着されたワーク１が回転する。すると、遠心力により樹脂Ｒがワーク１の下面に展延する。この時、ワーク１から滴下した樹脂Ｒは、受容部３５に落下して、回収路３５ａを介して、タンク３１に戻される。なお、樹脂Ｒの塗布を、ワーク１を回転させながら行うことも可能である。

次に、モータ２２ａが停止することにより、保持部材２１ａの回転が停止する。移動機構２４は、保持部２を、ワーク１の中央が照射装置４２の上部に来るように、硬化部４側に移動させる。そして、再びモータ２２ａを作動させて、保持部材２１ａとともにワーク１を回転させながら、照射装置４２によって、ワーク１の全面に紫外線ＵＶを照射する。これにより、ワーク１に展延された樹脂Ｒが硬化する。その後、ワーク１を次工程に搬送する。なお、ワーク１を回転させずに、紫外線ＵＶを照射してもよい。

［効果］
以上のような本実施形態によれば、ワーク１への樹脂Ｒの塗布面が、下方を向いているため、落下するゴミが付着し難く、展延を阻害する要因を排除することができ、品質、歩留まりが向上する。スリットを移動させる場合のように、樹脂Ｒの表面にスジが残留する可能性もない。また、ワーク１の中央から移動した樹脂は、重力で下方へ向かうため、ワーク１の側部に付着することがない。さらに、保持部材２１ａがワーク１よりも小さいため、飛散した樹脂Ｒの保持部材２１ａへの付着も防止できる。

［他の実施形態］
本発明は、上記のような実施形態に限定されるものではない。例えば、保持部はワークを保持した状態で、前工程から連続して搬入し、そのまま次工程へ搬出する構成であってもよい。これにより、ワークの持ち変え等の作業が不要となる。

また、保持部を移動させる移動機構は、ターンテーブル等によって回転移動させるものであってもよい。この場合、例えば、図５に示すように、ターンテーブル５上に、複数台の保持部２を搭載することが考えられる。このターンテーブル５は、インデックス機構によって、ワーク１を搬入する搬入ポジション５Ａ、供給部３が設けられた供給ポジション５Ｂ、硬化部４が設けられた硬化ポジション５Ｃ、ワーク１を搬出する搬出ポジション５Ｄに合わせて、間欠回転するように構成されている。

各保持部２に保持されたワーク１は、ターンテーブル５の回転に従って、搬入ポジション５Ａにおけるワーク１の搬入、供給ポジション５Ｂにおける樹脂の供給、硬化ポジション５Ｃにおける樹脂の硬化、搬出ポジション５Ｄにおけるワーク１の搬出が行われる。かかる実施形態では、複数のポジションにおいて、同時並行に処理を行うことができるので、製造効率が向上する。

ワークに対する樹脂の供給を複数回に分けて繰り返し行うことにより、膜厚を調節することもできる。この場合、単一の供給部において繰り返し樹脂を展延させることもできるが、保持部が、複数の供給部の間を順次移動しながら、ワークに対して樹脂を複数回展延させてもよい。樹脂の硬化も、複数回の樹脂の展延ごとに行ってもよいし、複数回の展延後、まとめて硬化させてもよい。その場合も、単一の硬化部によって行ってもよいし、複数の硬化部によって行ってもよい。

また、保持部と供給部若しくは硬化部との位置は、相対的に変えることができればよい。従って、例えば、上記の実施形態における供給部若しくは硬化部を移動機構によって水平方向に移動させたり、保持部及び供給部若しくは硬化部の双方を移動機構によって水平方向に移動させる構造としてもよい。この場合の移動機構は、上記に例示したような直線移動させるものでも、回転移動させるものでもよく、周知のあらゆる機構が適用可能である。図１に示した実施形態において、移動機構２４のいずれか一方の端部を、搬入及び搬出ポジションとしてもよい。移動機構２４の一方の端部を搬入ポジションとし、他方の端部を搬出ポジションとしてもよい。

さらに、供給部若しくは硬化部を、昇降機構によって昇降させる構造としたり、保持部及び供給部若しくは硬化部の双方を、昇降機構によって昇降させる構造としてもよい。この場合の昇降機構も、上記に例示したように、周知のあらゆる技術を適用可能である。

また、供給部による膜材料の供給方法は、上記の実施形態で示したものには限定されない。例えば、供給ノズルによる膜材料の塗布は、ワークの中心のみでもよいし、複数箇所でもよいし、直線状、環状、波状等、どのような形態で行ってもよい。また、供給ノズルを複数設けて、同時に多点に塗布して、膜厚を調節してもよい。かかる場合には、ワークの種類や大きさに応じて、膜材料の塗布点数や粘度等を変えることもでき、適用対象が拡大する。

また、図６に示すように、保持部２の回転機構２２によって、保持機構２１に保持されたワーク１を回転させながら、供給部３の供給ノズル３２（噴出部）が樹脂Ｒを噴出することによって、樹脂Ｒをワーク１の下面に素早く展延させることができる。

さらに、図７に示すように、複数の供給ノズル３２から樹脂Ｒを噴出することによって、回転するワーク１の下面に、樹脂Ｒを展延させることもできる。この場合、各供給ノズル３２における噴出量若しくは噴出速度を変えることにより、膜厚を均一にしたり、部分的に変えることができる。

また、図８に示すように、回転機構２２によって、保持機構２１に保持されたワーク１を回転させながら、昇降機構２３によって、容器内に満たされた樹脂Ｒの表面に接近させることにより、樹脂Ｒをワーク１の下面に展延させてもよい。これは、ベルヌーイの法則から、ワーク１の下面と樹脂Ｒの表面との間に陰圧が生じて、樹脂Ｒが吸引されることによるものである。なお、請求項の供給部による膜材料の供給とは、ワーク１に膜材料を接触させる場合も、ワーク１の下方に膜材料を導入する場合も含む広い概念である。

かかる態様では、供給ノズルに対する位置決め等の手間を省いて、瞬時に展延させることができる。また、膜材料の供給側において、ワーク１の下面に対する平行度を考慮しなくても済む。このときのワーク１の下面と樹脂Ｒの表面との距離は、ワーク１の側部に気体の乱流を発生させない距離とすることが望ましい。なお、ワーク１の下面を樹脂Ｒの表面に接触させることによっても、樹脂Ｒを展延させることができる。

さらに、図９に示すように、昇降機構（図示せず）によって、樹脂Ｒの容器のベースＢが昇降するように構成し、ベースＢの昇降によって、ワーク１の下面に対する樹脂Ｒの距離若しくは接触量を管理して、膜厚を調節することができる。かかる態様は、樹脂Ｒが高粘度の場合に有利である。すなわち、高い粘度の樹脂Ｒを噴出させる場合には、ワーク１の全面に均一に塗られ難い可能性がある。そこで、ベースＢを用いて、あらかじめベースＢの表面に薄く引き延ばしたように樹脂Ｒを準備しておく。そして、この樹脂Ｒにワーク１を接触させることにより、ワーク１の全面に均一に樹脂Ｒを塗布できる。

これらの態様のように、樹脂Ｒの液面に接近若しくは接触させて樹脂Ｒを展延させる場合にも、保持部材２１ａがワーク１よりも小さいため、樹脂Ｒの保持部材２１ａへの付着が防止できる。なお、ベースＢとワーク１との間隔は相対的に変えることができればよいので、ベースＢを固定としてワーク１を昇降機構によって昇降させてもよい。また、回転機構によって、ワーク１及びベースＢの双方を回転させても、いずれか一方を回転させてもよい。ワーク１及びベースＢを回転させなくてもい。

さらに、ベースＢに、ヒータ等の加熱手段を組み込んで、樹脂Ｒの温度を上昇させることにより、粘度を調節してもよい。また、ベースＢの上面に樹脂Ｒを送り出す穴は、いくつあってもよい。

また、保持部におけるワークの保持方法も、真空チャック、静電チャック、メカニカルチャック等、周知のあらゆる技術を適用可能である。なお、図１０に示すように、ワーク１を樹脂Ｒに接触させながら回転させる場合に、ワーク１のずれを防止するために、保持部材２１ａにワーク１の外周をガイドするガイド部２１ｃを取り付けてもよい。

また、供給部や硬化部を、個別に若しくは共通の真空チャンバ内に収容し、真空中で膜材料の塗布、展延、硬化等を行うことにより、ゴミの付着や硬化阻害を防止することができる。なお、ワークについては、その大きさ、形状、材質等は自由であり、膜材料の塗布が必要なあらゆるものに適用可能である。したがって、貼り合わせるワークの接着層としての薄膜形成にも、本発明を用いることができる。この場合、ワークの下面に接着層が形成されるので、保持部をそのまま貼り合せ対象となるワーク上に移動させて下降させれば、反転等の必要がなく、容易に貼り合せが可能となる。膜材料についても、あらゆるワークの保護層、接着層に使用するものが適用可能である。

１…ワーク
２…保持部
３…供給部
４…硬化部
５…ターンテーブル
５Ａ…搬入ポジション
５Ｂ…供給ポジション
５Ｃ…硬化ポジション
５Ｄ…搬出ポジション
２１…保持機構
２１ａ…保持部材
２１ｂ…吸着ノズル
２１ｃ…ガイド部
２２…回転機構
２２ａ…モータ
２３…昇降機構
２３ａ…支柱部
２３ｂ…アーム部
２４…移動機構
２４ａ…ネジ
２４ｂ…ガイド部材
３１…タンク
３１ａ…供給路
３２…供給ノズル
３３…ポンプ
３５，４１…受容部
３５ａ…回収路
４１ａ…廃棄経路
４２…照射装置
４３…保護部材

Claims (11)

1. 平板状のワークの上面を保持する保持部と、
   前記保持部に保持されたワークの鉛直方向の下面に膜材料を供給する供給部と、
   前記供給部により供給された膜材料が、ワークの下面に展延されるように、前記保持部に保持されたワークを回転させる回転機構と、
   を有することを特徴とする薄膜形成装置。
2. 前記供給部は、前記ワークの下面に膜材料を付着させる塗布部を有することを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
3. 前記塗布部は、複数設けられていることを特徴とする請求項２記載の薄膜形成装置。
4. 前記供給部は、前記ワークの下面に向かって膜材料を噴出させる噴出部を有することを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
5. 前記噴出部は、複数設けられていることを特徴とする請求項４記載の薄膜形成装置。
6. 前記保持部は、ワークの外形以下の外形の保持部材を有することを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
7. 前記ワークと前記供給部との間の上下方向の距離が変化するように、前記ワークと前記供給部との相対位置を変化させる昇降機構を有することを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
8. 前記昇降機構が、回転するワークの下面を膜材料の表面に接近若しくは接触させることにより、膜材料がワークの下面に展延するように、前記供給部は、膜材料を収容した容器を有することを特徴とする請求項７記載の薄膜形成装置。
9. ワークを保持した前記保持部を、前記供給部を含む複数箇所へ移動させる移動機構を有することを特徴とする請求項１記載の薄膜形成装置。
10. 保持部が、平板状のワークの上面を保持し、
    供給部が、前記保持部に保持されたワークの鉛直方向の下面に膜材料を供給し、
    回転機構が、前記供給部により供給された膜材料が、ワークの下面に展延されるように、前記保持部に保持されたワークを回転させることを特徴とする薄膜形成方法。
11. ワークと膜材料との間の距離を変化させることにより、ワークの回転により生じるワークの下面側の気流を変化させることを特徴とする請求項１０記載の薄膜形成方法。

Images