TWI454319B - 塗佈裝置及使用該塗佈裝置以形成塗佈層之方法 - Google Patents

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Description

塗佈裝置及使用該塗佈裝置以形成塗佈層之方法
本發明涉及一種塗佈裝置，用於液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)製造過程中光阻劑(photoresisr,PR)或有機材料的塗佈製程，尤其涉及一種塗佈裝置能夠操縱噴嘴前端而不汽水共騰，以及使用該塗佈裝置以形成塗佈層之方法。
一般而言，製造使用薄膜電晶體(thin film transistor,TFT)的液晶顯示器模組的製程分為TFT製程、晶胞製程和模組製程。
在TFT製程中，TFT重複地以陣列形成在玻璃基板上。TFT製程包括電漿輔助化學氣相沉積(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)製程，引入沉積所需的氣體進入真空室，當設定壓力和基板溫度後，使用射頻頻率(radio frequency,RF)能量將引入的氣體轉換為電漿，以執行基板上的沉積；濺鍍製程，由RF能量或直流電(direct current,DC)能所形成的電漿中具有高能量的氣體離子與目標表面碰撞，並且將沉積的原子從目標濺射並沉積在基板上；微影蝕刻製程，選擇性地輻射光線到使用具有期望圖案之遮罩的PR，以形成與遮罩圖案相同的圖案，其根據的原理是當感光性化學品(例如PR)與光線反應時，其特性改變；以及刻蝕製程，利用從氣體電漿所產生之例如原子或自由基的反應物質與沉積在基板上的物質反應並且轉換為揮發性物質的現象。
晶胞製程包括配向層沉積製程，形成配向層在TFT形成其上的下基板上和濾光片形成其上的上基板上；摩擦製程，致使液晶在配向層上對準；間隔物製程，分配間隔物；以及液晶注入製程，將上基板和下基板彼此附接，注射液晶到其中，然後密封注射孔。
在模組製程中，決定了最終提供給使用者之產品的品質。在此製程中，偏光膜附接至完成的面板，安裝驅動積體電路(integrated circuit,IC)，組配印刷電路板(printed circuit board,PCB)，並且最後組配背光單元和框體。
在這些LCD製造過程當中TFT製程的微影蝕刻製程中，光線透過具有期望圖案的遮罩選擇性地輻射到與光線反應而具有改變之特性的PR，藉此形成與遮罩圖案相同的圖案。
執行這種微影蝕刻製程的順序為：PR塗佈操作，以PR塗佈沉積的薄膜，即玻璃表面；曝光操作，使用遮罩選擇性地輻射光線；以及顯影操作，使用顯影劑去除在照射部分之PR以形成圖案。
如第1圖中所示，在PR塗佈操作中用於PR塗佈的塗佈裝置中，非旋轉塗佈機包括塗佈機卡盤10，用於固定玻璃G、噴嘴12，當在藉由塗佈機卡盤10所固定之玻璃G的上表面移動同時，噴灑PR溶液，以及清潔單元20，清潔噴嘴12。
如第2圖中所示，清潔單元20是一個模組的形式，由清潔器22、汽水共騰滾筒24、和備用單元26所組成，並且清潔單元20係配置在塗佈機卡盤10的一側上。
這種塗佈裝置以正常模式操作時，噴嘴12重複地噴灑PR溶液，而以閒置模式操作時，噴嘴12暫時停止噴灑PR溶液。根據這些模式之噴嘴12的操作將描述如下。
首先，在正常模式中依序執行塗佈製程，噴嘴12噴灑PR溶液至玻璃G的表面，以執行PR塗佈；清潔製程，在對於一個玻璃G的塗佈操作完成之後，噴嘴12返回到清潔單元20，並在清潔器22中被清潔；以及準備製程，噴嘴12的PR溶液藉由汽水共騰滾筒24分配，以進入噴灑準備狀態。在準備製程之後，重複塗佈製程，從而對於複數個玻璃連續地執行塗佈操作。
在噴灑準備狀態的準備過程中，在一個玻璃G塗佈之後到下一個玻璃準備好時，噴嘴12前端的PR會乾燥，從而PR溶液係緩慢逐漸地分配。當移動清潔器23執行清潔同時，這個PR分配也防止了清潔溶液進入噴嘴12。
在清潔製程中，安裝在清潔器22的移動清潔器23移動並清潔噴嘴12。
在閒置模式中，在噴嘴12已完成塗佈製程之後，經過清潔製程和準備製程，移動至備用單元26，並經過將其浸漬於容納於備用單元26中之PR溶液P中的備用過程。在預定時間之後，再次執行清潔製程。
換言之，在閒置模式中，在備用過程期間，噴嘴12浸漬於PR溶液P中，以防止殘留在噴嘴12中的PR溶液完全乾燥，並且流暢地執行重啟的塗佈製程。
浸漬操作係藉由上下移動噴嘴12來執行。由於非旋轉塗佈的特徵，因為噴嘴12具有能夠上下移動的操作結構，PR分配操作應精確地執行，這是可行的。
然而，傳統的非旋轉塗佈機包括這種具有某些問題的清潔單元。PR會在浸漬於閒置模式中的噴嘴12外部上乾燥，並妨礙噴嘴清潔操作。同樣地，容納於備用單元26中的PR溶液P會變硬並造成困難。此外，很難在備用單元26中維持PR的合適總量。
近來，基板已變得更大且甚至會被些微的衝擊破壞。為了防止這種損壞，基板在空氣中懸浮並輸送，並且正在研究執行基板懸浮在臺階之上而不與臺階表面接觸之每個單元製程的方法。由於這個原因，塗佈裝置需要空氣懸浮臺階，並且需要塗佈裝置以在懸浮於空氣中之基板形成塗佈層。
因此，本發明係指一種非旋轉塗佈裝置及使用該非旋轉塗佈裝置以形成塗佈層之方法，其大致上排除了一個或多個由於先前技術的限制和缺點所導致的問題。
本發明的一個優點在於提供了一種非旋轉塗佈裝置，能夠防止噴嘴被汙染而不汽水共騰，並且維持在Z軸方向上的精確程度，而基板懸浮在臺階之上以防止PR等之可塗佈性的劣化。
本發明額外的特徵和優點將在描述中闡明，部分將從該描述中顯而易見，或藉由本發明的實踐而學習到。本發明的這些和其他優點將會藉由在所寫的描述和本文的申請專利範圍以及附加圖式中特別指出的結構實現和獲得。
為了達成這些和其他優點，並且依照本發明的目的，如具體表現和廣泛描述的，一種塗佈裝置包括：一噴嘴，具有一噴嘴前端，配置以噴灑一塗佈溶液、以及一頭部，配置以儲存該塗佈溶液；一運動軸，配置以致使該噴嘴在一直線上來回移動；一旋轉連接構件，配置以連接該運動軸與該噴嘴，並允許該噴嘴旋轉；一臺階，配置在該運動軸下；以及一清洗裝置，配置在該運動軸的一端，並具有一噴嘴前端插入單元，在該噴嘴前端的一凹形中、以及一固定該插入單元的基座；其中該噴嘴藉由該運動軸固定在該臺階表面的法線方向上，在該運動軸的延伸方向中來回移動，並相對於該運動軸旋轉。
在另一特點中，一種使用塗佈裝置以形成塗佈層之方法，其中該塗佈裝置包括一噴嘴，具有一噴嘴前端，配置以噴灑一塗佈溶液、以及一頭部，配置以儲存該塗佈溶液；一運動軸，配置以致使該噴嘴在一直線上來回移動；一旋轉連接構件，配置以連接該運動軸與該噴嘴，並允許該噴嘴旋轉；一臺階，配置在該運動軸下；以及一清洗裝置，配置在該運動軸的一端，並具有一噴嘴前端插入單元，在該噴嘴前端的一凹形中、以及一固定該插入單元的基座；其中該噴嘴藉由該運動軸固定在該臺階表面的法線方向上，在該運動軸的延伸方向中來回移動，並相對於該運動軸旋轉，該方法包括：移動該噴嘴前端至該運動軸的一端，以配置該噴嘴前端面對該清洗裝置的該噴嘴前端插入單元；向上移動該噴嘴前端插入單元，以將該噴嘴前端插入單元靠近該噴嘴前端緊密地附接；沿著該運動軸移動該噴嘴前端，以清洗該噴嘴前端；將一基板懸浮在空氣中，以安裝該基板在該臺階之上，以與該臺階分隔一預定距離；旋轉清潔後的該噴嘴前端，以對齊安裝在該臺階之上的該基底的一端；預分配一塗佈溶液在該噴嘴前端的一停留操作，以使該噴嘴前端和該基板之間的一間隙填滿該塗佈溶液；以及當沿著該運動軸以一預定速度移動該噴嘴前端時，噴灑該塗佈溶液，以在該基板上形成一塗佈層。
應當理解前述的一般描述和接下來的詳細描述二者僅為示例性的和解釋性的，並且意在提供如申請專利範圍之本發明的進一步解釋。
以下參考圖式解釋本發明的詳細實施例。其中類似的元件符號用於指代相同或類似的元件。
第3圖係根據本發明實施例之非旋轉塗佈裝置的透視圖。
如圖所示，根據本發明實施例的非旋轉塗佈裝置100包括噴嘴125，配置以噴灑塗佈溶液；運動軸110，配置以致使噴嘴125在直線中移動，並在Z軸方向固定噴嘴125；旋轉連接構件112，配置以連接噴嘴125和運動軸110，並旋轉噴嘴125；臺階140，基板安裝並懸浮在其上；以及清潔裝置162，清洗噴嘴前端122。
配置以噴灑塗佈溶液至基板的噴嘴125係由金屬所製成，並包括塗佈溶液從其噴灑的噴嘴前端122和配置以供應塗佈溶液到噴嘴前端122的噴嘴頭部120。關於噴嘴前端122，和基板寬度一樣長的條塊與基板190以預定距離固定，並且具有其尖端被削尖的五邊形截面。
同時，噴嘴頭部120由外部供應塗佈溶液、儲存塗佈溶液、並供應合適總量之儲存的塗佈溶液至噴嘴前端122。
而且，噴嘴頭部120藉由旋轉連接構件112而固定於沿一個方向延伸的運動軸110。由於這種結構，噴嘴前端122穩定地固定於Z軸方向中，即是臺階140的法線方向。此處，噴嘴頭部120固定於運動軸110，並且可藉由旋轉連接構件112從90度至360度旋轉。
噴嘴125固定於運動軸110而不在Z軸方向中移動的原因是為了製程穩定性。由於空氣浮動，在臺階140之上懸浮在空氣中的基板190實際上與臺階140的表面有輕微的高度誤差。
如果噴嘴125可在Z軸方向中移動，則連續地執行垂直運動。重複的垂直運動會劣化在Z軸方向中的高度再現性。在此情形下，操縱噴嘴前端122的功能顯著地劣化，其可增加塗佈製程的缺陷。為了防止此問題，固定根據本發明實施例之非旋轉塗佈裝置100的噴嘴125，並且不在Z軸方向中移動。
臺階140與基底轉移路徑(圖中未示)連接，其係基板190的轉移路徑，從而基板190在空氣中懸浮並移動，以預定距離安裝在臺階140之上，或具有裝載機(圖中未示)和卸載機(圖中未示)，從而基板190安裝在臺階140上。
近來，基板190已變得更大，並且已準備基板轉移路徑(圖中未示)，以當基板190移動時，最小化由於與另一元件接觸所引起的損壞。根據這種空氣懸浮轉換架構，根據本發明實施例的非旋轉塗佈裝置100也具有複數個孔洞(圖中未示)，配置以排出具有合適壓力的空氣，以使基板190平行於臺階140之表面，在一預定高度懸浮在臺階140的表面之上。
由於這種結構，大面積的基板190可懸浮在空氣中並透過基板轉移路徑(圖中未示)連續地移動至臺階140。
同時，根據本發明實施例之非旋轉塗佈裝置100的最顯著特徵是在噴嘴頭部120固定處之運動軸110的一端準備清潔裝置162。清潔裝置162具有噴嘴前端插入單元160，其具有用於配合噴嘴前端122的凹槽hm，從而噴嘴前端122能夠插入。清潔裝置162具有基座150，配置以甚至當噴嘴前端插入單元160摩擦噴嘴前端122時維持噴嘴前端插入單元160固定；以及垂直驅動裝置153，用於在基座150上垂直地移動噴嘴前端插入單元160。
噴嘴前端插入單元160係由具有極佳彈性和對於清除在噴嘴前端122表面上之塗佈溶液的極佳特性的材料製成，例如，橡膠或高彈性海綿。
由於根據本發明實施例之非旋轉塗佈裝置100的特徵，在清潔裝置162中準備垂直驅動裝置153以垂直地移動噴嘴前端插入單元160的原因是，噴嘴前端122和噴嘴頭部120需要固定在垂直方向上，即是Z軸方向，並且由於根據本發明實施例之清潔裝置162的特徵，噴嘴前端插入單元160需要緊密地附接在噴嘴前端122。
一種使用具有根據本發明實施例上述構造的塗佈裝置在基板上形成塗佈層的方法將描述如下。
第4A圖至第4C圖係使用根據本發明實施例之塗佈裝置100在基板上形成塗佈層之製程的視圖。
首先，如第4A圖所示，噴嘴頭部120和噴嘴前端122移動至清潔裝置162所在之運動軸110的一端。在此時，清潔裝置162的噴嘴前端插入單元160的長度方向係配置在與運動軸110的相同方向，從而噴嘴前端122的長軸係配置與運動軸110平行。
此後，當噴嘴前端122配置以面對清潔裝置162的噴嘴前端插入單元160，噴嘴前端插入單元160藉由垂直驅動裝置153向上移動來緊密地附接至噴嘴前端122，且其間沒有空隙。
接著，當噴嘴前端插入單元160和噴嘴前端122彼此緊密地附接，噴嘴前端122和噴嘴頭部120慢慢地沿著運動軸110移動，以去除在噴嘴前端122上的塗佈溶液。當噴嘴前端122慢慢地在噴嘴前端插入單元160中移動時，在噴嘴前端122上的塗佈溶液轉移到噴嘴前端插入單元160。這是因為塗佈溶液對由橡膠、高彈性海綿等所製成的噴嘴前端插入單元160較金屬的噴嘴前端122具有較高的附著力，並且還有另一個力例如摩擦力。
由於這個原因，完全地去除在噴嘴前端122上的塗佈溶液。
與傳統的汽水共騰和將噴嘴前端浸漬於塗佈溶液中的清潔方法相比，本方法對於噴嘴前端122的清潔可在短時間內執行並且不需要清潔溶液等。因此，容納於噴嘴前端122中的塗佈溶液沒有汙染。並且，由於塗佈溶液沒有殘留在噴嘴前端122的表面上，因此在塗佈製程期間不會發生例如水平線缺陷的失敗。
當完成了清潔噴嘴前端122時，清潔裝置162的噴嘴前端插入單元160向下移動並且固定於基座150。在此時，儘管圖中未示，但清潔溶液等係噴灑在噴嘴前端插入單元160上，以去除從噴嘴前端122的表面轉移之殘留的塗佈溶液，以使噴嘴前端插入單元160清潔。
如第4B圖中所示，清潔的噴嘴前端122係沿著運動軸110移動至佈置有臺階140之一端的一個部分，並且轉過90度，從而臺階140的末端寬度對準噴嘴前端122的長軸。
當執行了噴嘴前端122的清洗和移動之後，懸浮在空氣中的基板190透過基板轉移路徑(圖中未示)移動，並且配置在臺階140之上。在此時，臺階140透過複數個孔洞在一預定壓力排出空氣，從而基板190沒有與臺階140的表面接觸。因此，基板190係懸浮在空氣中與臺階140的表面距離一預定距離。
由於基板190沒有與臺階140的表面接觸，並且保持在空氣中懸浮的狀態，能夠避免由於與臺階140的表面接觸而引起的刮痕或損壞。同樣地，藉由防止接觸例如臺階140上的細微灰塵的汙染源，能夠防止基板190的汙染和外來物質的引入等。
接著，如第4C圖中所示，執行從噴嘴前端122噴灑預定總量的塗佈溶液180的預分配製程時，噴嘴前端122配置在臺階140之上懸浮在空氣中之基板190的一端，並且連續地執行逐漸噴灑預定總量之塗佈溶液180的停留過程，從而噴嘴前端122和基板190之間的間隙填滿了合適總量的塗佈溶液180，如第5圖中所示(圖示了在使用根據本發明實施例之塗佈裝置形成塗佈層的操作中的停留過程)。
此後，當噴嘴前端122和噴嘴頭部120沿著運動軸110以預定速度移動同時，合適總量的塗佈溶液180透過噴嘴前端122連續地噴灑，藉此在基板190上形成塗佈層195。此處，塗佈溶液180可為感光材料，例如PR、配向溶液例如聚醯亞胺、或有機絕緣材料例如苯並環丁烯或感光壓克力。
接著，當噴嘴前端122到達基板190的另一端時，停止噴灑塗佈溶液180，然後塗佈層195形成在其上的基板190沿著基板轉移路徑(圖中未示)移動，臺階140和在臺階140上懸浮於空氣中的基板190之間的距離減小。在此時，噴嘴前端122在此轉過90°來平行於運動軸110，並且再次移動至運動軸110的一端來佈置在清潔裝置162上。
此後，重複上述操作以連續地在新基板上形成塗佈層。
當使用根據如上描述之本發明實施例的非旋轉塗佈裝置100執行在基板190上形成塗佈層195的製程時，不需要使用汽水共騰，並且每單位面積用於形成塗佈層的時間減少，因為使用具有由橡膠、高彈性海綿等所製成的噴嘴前端插入單元160之清潔裝置的清潔簡單地執行。
同樣地，由於噴嘴前端122和噴嘴頭部120固定在運動軸110，並且甚至當基板190懸浮在空氣中並安裝在臺階140之上時，也只在一條直線上來回移動，因此噴嘴前端122係固定在Z軸方向中，即是臺階表面的法線方向。因此，甚至當重複塗佈製程時，Z軸方向中也不發生誤差。因此，防止了當噴嘴前端122在Z軸方向中移動時，由Z軸方向中的誤差所引起的傳統塗佈缺陷，以獲得塗佈穩定性。
如上所述，根據本發明實施例的非旋轉塗佈層裝置具有能夠垂直地(即在Z軸方向)移動並且由特定材料所製成的清潔裝置。因此，噴嘴在每次基板塗佈有PR等之前穿過清潔裝置，並且殘留的PR完全地從噴嘴表面去除後執行塗佈塗佈材料，藉此防止噴嘴的汙染、由於殘留材料所產生的突出和水平線缺陷。
同樣地，由於噴嘴固定在Z軸方向並且只在一個方向上來回移動，能夠防止當噴嘴重複地在Z軸方向移動時引起精確度降低導致之可塗佈性的劣化。因此，能夠防止由PR等的厚度差異所引起的塗佈缺陷。
此外，由於省略了汽水共騰，減少了每單位面積的塗佈時間。
以上所述者僅為用以解釋本發明的較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的發明原理下所作有關本發明的任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護的範疇。
10．．．塗佈機卡盤
12．．．噴嘴
20．．．清潔單元
22．．．清潔器
23．．．移動清潔器
24．．．汽水共騰滾筒
26．．．備用單元
100．．．非旋轉塗佈裝置
110．．．運動軸
112．．．旋轉連接構件
120．．．噴嘴頭部
122．．．噴嘴前端
125．．．噴嘴
140．．．臺階
150．．．基座
153．．．垂直驅動裝置
160．．．噴嘴前端插入單元
162．．．清潔裝置
180．．．塗佈溶液
190．．．基板
195．．．塗佈層
Hm．．．凹槽
G．．．玻璃
P．．．PR溶液
所附圖式其中提供關於本發明實施例的進一步理解，並且結合與構成本說明書的一部份，說明本發明的實施例且與描述一同提供對於本發明實施例之原則的解釋，其中：
第1圖係示意地表示非旋轉塗佈機之噴嘴清洗單元和使用依據傳統技術之噴嘴的塗佈過程的平面圖。
第2圖係在傳統非旋轉塗佈機中所使用之噴嘴清洗單元的示意剖視圖。
第3圖係根據本發明實施例之非旋轉塗佈裝置的透視圖。
第4A圖至第4C圖係使用根據本發明實施例之塗佈裝置在基板上形成塗佈層之製程的視圖。
第5圖係在使用根據本發明實施例的塗佈裝置形成塗佈層之製程中的停留操作的視圖。
100．．．非旋轉塗佈裝置
110．．．運動軸
112．．．旋轉連接構件
120．．．噴嘴頭部
122．．．噴嘴前端
125．．．噴嘴
140．．．臺階
150．．．基座
153．．．垂直驅動裝置
160．．．噴嘴前端插入單元
162．．．清潔裝置
190．．．基板
hm．．．凹槽

Claims (7)

  1. 一種塗佈裝置，包括：一噴嘴，具有一噴嘴前端，配置以噴灑一塗佈溶液、以及一頭部，配置以儲存該塗佈溶液；一運動軸，配置以致使該噴嘴在一直線上來回移動；一旋轉連接構件，配置以連接該運動軸與該噴嘴，並允許該噴嘴旋轉；一臺階，配置在該運動軸下；以及一清洗裝置，用以清洗配置在該運動軸的一端之該噴嘴前端，並具有一噴嘴前端插入單元，其具有用於配合該噴嘴前端的凹槽、以及一固定該插入單元的基座；其中該噴嘴藉由該運動軸固定在該臺階表面的法線方向上，且在該運動軸的延伸方向中來回移動，以及其中該噴嘴藉由該旋轉連接構件在水平面上且在該運動軸下方相對於該運動軸旋轉。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的塗佈裝置，其中該噴嘴前端插入單元係在平行於該運動軸的方向上配置具有一長軸。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的塗佈裝置，其中該清洗裝置具有一垂直驅動裝置，用於垂直地移動該噴嘴前端插入單元。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的塗佈裝置，其中該噴嘴前端插入單元係由橡膠或高彈性海綿所製成。
  5. 一種使用塗佈裝置以形成塗佈層的方法，其中該塗佈裝置包括一噴嘴，具有一噴嘴前端，配置以噴灑一塗佈溶液、以及一頭部，配置以儲存該塗佈溶液；一運動軸，配置以致使該噴嘴在一直線上來回移動；一旋轉連接構件，配置以連接該運動軸與該噴嘴，並允許該噴嘴旋轉；一臺階，配置在該運動軸下；以及一清洗裝置，用以清洗配置在該運動軸的一端之該噴嘴前端，並具有一噴嘴前端插入單元，其具有用於配合該噴嘴前端的凹槽、以及一固定該插入單元的基座；其中該噴嘴藉由該運動軸固定在該臺階表面的法線方向上，在該運動軸的延伸方向中來回移動，並相對於該運動軸旋轉，該方法包括：移動該噴嘴前端至該運動軸的一端，以配置該噴嘴前端面對該清洗裝置的該噴嘴前端插入單元； 向上移動該噴嘴前端插入單元，以將該噴嘴前端插入單元靠近該噴嘴前端緊密地附接；沿著該運動軸移動該噴嘴前端，以清洗該噴嘴前端；將一基板懸浮在空氣中，以安裝該基板在該臺階之上，以與該臺階分隔一預定距離；旋轉清潔後的該噴嘴前端，以對齊安裝在該臺階之上的該基板的一端；預分配一塗佈溶液在該噴嘴前端的一停留操作，以使該噴嘴前端和該基板之間的一間隙填滿該塗佈溶液；以及當沿著該運動軸以一預定速度移動該噴嘴前端時，噴灑該塗佈溶液，以在該基板上形成一塗佈層。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之使用塗佈裝置以形成塗佈層的方法，其中安裝該基板在該臺階之上包括將懸浮在空氣中之該基板的一轉移路徑與該臺階的一端對準，並且在該臺階之上移動懸浮在空氣中的該基板。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之使用塗佈裝置以形成塗佈層的方法，其中沿著該運動軸移動該噴嘴前端噴灑該塗佈溶液以在該基板上形成該塗佈層，係執行在於該臺階之上懸浮在空氣中的該基板。
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