| 【発明の名称】 |
塗布ノズルユニットおよび塗布装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】尾崎 一人
【氏名】奥野 英治
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| 【要約】 |
【課題】基板とノズル部材間に間隔差があっても均一な塗布膜厚を得、かつ塗布時のメニスカスカーブの上昇を抑える。
【解決手段】ノズル部材１９を回動させることで基板２と前端面２７との隙間３０が上方ほど広がるようにするため、基板２とノズル部材１９の間隔が小さいほど、塗布時にメニスカスカーブＤが形成される前端面２７の上昇液面位置におけるギャップ寸法は広がり、また、その間隔が大きいほどその上昇液面位置におけるギャップ寸法は狭くなるので、基板２と前端面２７との間隔に差があっても、その上昇液面位置での基板２と前端面２７とのギャップ寸法は同等となり、常に均一な塗布膜厚となる。また、前端面２７が傾斜しているので、塗布時のメニスカスカーブの上昇もなく、塗布液によって濡れる前端面２７の面積も狭くなって前端面２７を高くする必要はなくなる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 基板の被塗布面に対して、毛管現象で塗布液槽から汲み上げられた塗布液を塗布可能な塗布ノズルユニットにおいて、一端が前記塗布液槽に連通し、斜め上方に延びる塗布液流出路が前面壁部に配設され、この前面壁部の前端面に、前記塗布液流出路の他端が連通された外部流出口が配設され、毛管現象で塗布液流出路を介して汲み上げられた塗布液を前記外部流出口から供給して前記基板の被塗布面に塗布可能な塗布ノズルと、対向する前記塗布ノズルの前端面と前記基板の被塗布面との間隔が上方ほど広がるように前記塗布ノズルを回動させて前記前端面を前記基板の被塗布面に対して所定角度に傾斜させるノズル回動手段とを有することを特徴とする塗布ノズルユニット。
【請求項２】 基板の被塗布面に対して、毛管現象で塗布液槽から汲み上げられた塗布液を塗布可能な塗布ノズルユニットにおいて、一端が前記塗布液槽に連通し、斜め上方に延びる塗布液流出路が前面壁部に配設され、この前面壁部の前端面に、前記塗布液流出路の他端が連通された外部流出口が配設され、毛管現象で塗布液流出路を介して汲み上げられた塗布液を前記外部流出口から供給して前記基板の被塗布面に塗布可能な塗布ノズルと、対向する前記塗布ノズルの前端面と前記基板の被塗布面との間隔が上方ほど広がるように前記塗布ノズルを回動させるノズル回動手段と、前記塗布液の粘度および塗布速度のうち少なくとも何れかに応じて、前記前端面を前記基板の被塗布面に対して所定角度に傾斜させるように前記塗布ノズル回動手段を制御するノズル回動制御手段とを有することを特徴とする塗布ノズルユニット。
【請求項３】 立設した基板の被塗布面に対して、毛管現象で塗布液槽から汲み上げられた塗布液を塗布する塗布装置において、前記請求項１または２記載の塗布ノズルユニットと、前記塗布ノズルと基板を被塗布面に沿って相対移動させる移動手段と、前記塗布ノズルと基板の被塗布面を接近または離間するように移動させる間隔可変手段と、前記移動手段および間隔可変手段を駆動制御する駆動制御手段とを有することを特徴とする塗布装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示デバイス（ＬＣＤ）、プラズマ表示デバイス（ＰＤＰ）、半導体デバイスおよび各種電子部品などの製造プロセスにおいて、ＬＣＤまたはＰＤＰ用ガラス基板、半導体基板およびプリント基板などの基板表面に対して、フォトレジスト膜、カラーフィルタ材、平坦化材、層間絶縁膜、絶縁膜および導電膜などを形成するために各種塗布液を毛細管現象で汲み上げて塗布するための塗布ノズルユニットおよび塗布装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、基板表面に塗布液を塗布する方式としては、回転塗布方式、ブレード塗布方式、スプレイ塗布方式およびロールコート方式などがある。
【０００３】近年、液晶表示デバイスや半導体デバイスなどの製造プロセスにおいて、基板を水平に保った状態で回転させ、その中央部に塗布液を供給して塗布液に遠心力を与えることで、基板表面上の中央部から外周部に均一に塗布液を塗布する回転塗布方式が広く利用されている。
【０００４】ところが、この回転塗布方式では、基板の大型化や角形化の傾向とも相俟って、塗布液を遠心力で外方に飛ばすため、使用される塗布液の有効利用という点で無駄があり、塗布液の利用効率が悪かった。また、角形の基板を水平姿勢で回転させることで、基板の大型化にも伴って装置も大型化し、その設置スペースも増大せざるを得なかった。さらに、角形の基板を高速に回転させると、基板表面に気流の乱れが発生し易く、しかも、その基板が大型化すると、その回転時における基板表面上の線速度差が増大することにより、塗布むらや塗布膜厚の均一性などの塗布品質を確保することが難しくなっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような回転塗布方式の上記問題、つまり、塗布液の利用効率の低下、設置スペースの増大および塗布膜厚の不均一を解決すべく、基板を鉛直姿勢または傾斜した姿勢に立てて保持し、その基板の幅方向（左右方向）のノズルから基板表面に対して塗布液を吐出させつつ、そのノズルを基板上端から下端に移動させるようにして塗布液を塗布する方式の塗布装置が、特開平８−２４７４０号公報「基板への塗布液塗布装置」で提案されているが、この塗布装置について、以下に説明する。
【０００６】図１１は、塗布装置の概略構成を示す正面図であり、図１２は、図１１の２布装置におけるＡＡ線の断面図である。
【０００７】図１１および図１２において、この塗布装置は、基板１００を垂直方向に立てて保持するステージ１０１と、基板１００の被塗布面に塗布液１０２を供給する塗布液槽を内部に有するノズル部材１０３と、このノズル部材１０３を基板１００に沿って下方に直線移動させる移動手段（図示せず）とから構成されている。このノズル部材１０３は、両端が閉塞され基板１００の幅方向に延在する筒状をなしており、基板１００の被塗布面と平行に対向する前面壁部１０４に槽内から外部に貫通したスリット状の塗布液流出路１０５をその幅方向に形成している。また、基板１００の被塗布面と対向する前面壁部１０４の前端面１０６は、基板１００の被塗布面に非接触でかつ近接するように配設され、その下端１０６ａが塗布液流出路１０５の出口よりも下方で且つその反対側の入口よりも上方に位置し、その上端１０６ｂが、基板１００の被塗布面と前端面１０６との間の隙間１０７を上方へ無限に延長させたと仮定した場合に塗布液流出路１０５を通って隙間１０７内に流入した塗布液が少なくとも毛細管現象などによって上昇するときの到達高さ位置と塗布液流出路１０５の出口との間に位置するようになっている。
【０００８】上記構成により、塗布液槽内に塗布液流出路１０５の入口と前端面１０６の下端１０６ａとの間の高さまで塗布液を注入し、塗布液槽を大気開放とすると、塗布液槽内に供給された塗布液１０２は、毛管現象によって、塗布液流出路１０５を通って槽外に流出し、ステージ１０１によって鉛直姿勢に保持された基板１００の被塗布面と前端面１０６との間の隙間１０７内に流入する。
【０００９】この隙間１０７内に流入した塗布液は、毛細管現象などによってその隙間１０７内を前端面１０６の下端１０６ａまで下降するが、前端面１０６の下端１０６ａから流下することはない。また、隙間１０７内に流入した塗布液の上方への流動は、毛細管現象などによってその隙間１０７内を前端面１０６の上端１０６ｂまで上昇するが、前端面１０６の上端１０６ｂで規制されてそれ以上には上昇しない。このようにして、基板１００の被塗布面と前端面１０６との間の隙間１０７内に、基板１００の幅方向に延びる帯状の塗布液の液溜りが形成されることになる。
【００１０】さらに、この塗布液の液溜りが形成された状態で、基板１００の被塗布面と前端面１０６との間の隙間１０７を保持したまま、基板１００の縦方向（基板１００の幅方向と直交する上下方向）ａにノズル部材１０３と基板１００とを相対的に直動させると、基板１００の被塗布面に塗布液が塗布されることになる。このとき、基板１００の被塗布面と前端面１０６の隙間１０７にある液溜りの塗布液は、基板１００の被塗布面に塗布されていくに従って消費されるが、大気開放されたノズル部材１０３の塗布液槽の塗布液にかかる大気圧と毛細管現象などによって、その消費量とほぼ同等の塗布液が塗布液槽内から塗布液流出路１０５を通ってその隙間１０７内に供給される。そのため、塗布時の隙間１０７内の塗布液量は常にほぼ一定に保持されることになって、基板１００に塗布液が連続して塗布されることになる。
【００１１】このように、基板１００の被塗布面とノズル部材１０３の前端面１０６との隙間１０７内にある液溜り量を一定に保持して塗布することにより、塗布膜厚を一定にすることができる。ところが、かかる構成では実際には、基板１００とノズル部材１０３の前面との間隔によって塗布膜厚に差が生じ、例えば、基板１００の左右両端部で厚さ寸法に差があって基板１００の幅方向にテーパがあり、図１３の基板１００とノズル部材１０３との上面図のように基板１００の左右両端部で間隔Ｇ１，Ｇ２が異なるような場合（ただしＧ１＜Ｇ２）には、基板１００の左右両端部において塗布膜厚に差が生じてしまい、基板幅方向の塗布膜厚の均一化は不可能であるという問題を有していた。
【００１２】また、上記公報には、上記のノズル部材１０３のように塗布液の上方への流動を前端面１０６の上端１０６ｂまでに規制するもののほか、図１４（ａ）に示すように、隙間１０７内に流入した塗布液が少なくとも毛細管現象などによって上昇する到達高さ位置よりも上方まで上端面１０６を延長したノズル部材１０３も記載されている。しかしかかるノズル部材１０３を用いて実際に塗布を行うと、塗布中において既に基板に塗布された塗布液が隙間１０７内の液溜りを引っ張る力が生じ、塗布液中に図１４（ｂ）のようにメニスカスカーブＤが最上端１０６ｃに至るまで上昇してしまい、メニスカスカーブＤが最上端１０６ｃで規制されることになるため、塗布の特性が変化してしまう。それを避けるためには、ノズル部材１０３の塗布液流出路１０５の流出口よりも上方部分を十分に大きくする必要があり、ノズル部材１０３が大型化してしまい、また、塗布液によって濡れて汚れる前端面１０６の面積も広く、複数の基板１００に対して塗布する場合には、塗布液によって濡れて汚れた部分が乾くことによってパーティクルの発生原因になったり、メニスカスのカーブ形状に悪影響を与えて塗布膜厚が変化したりする虞があった。このため、塗布液によって濡れた前端面１０６の部分を定期的に洗浄しなければならず、作業者にとって作業工数が増加し手間であった。
【００１３】本発明は、上記従来の問題を解決するもので、基板とノズル部材との間隔に差があっても均一な塗布膜厚を得ることができると共に、塗布時のメニスカスカーブの上昇を抑えることができる塗布ノズルユニットおよび塗布装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の塗布ノズルユニットは、基板の被塗布面に対して、毛管現象で塗布液槽から汲み上げられた塗布液を塗布可能な塗布ノズルユニットにおいて、一端が塗布液槽に連通し、斜め上方に延びる塗布液流出路が前面壁部に配設され、この前面壁部の前端面に、塗布液流出路の他端が連通された外部流出口が配設され、毛管現象で塗布液流出路を介して汲み上げられた塗布液を外部流出口から供給して基板の被塗布面に塗布可能な塗布ノズルと、対向する塗布ノズルの前端面と基板の被塗布面との間隔が上方ほど広がるように塗布ノズルを回動させて前端面を基板の被塗布面に対して所定角度に傾斜させるノズル回動手段とを有することを特徴とするものである。
【００１５】この構成により、塗布ノズルを所定角度に回動させることで、基板の被塗布面と前端面との間隔が上方ほど広がるようになるので、例えば基板と塗布ノズルとの間隔が狭ければ、両者の間隔における塗布液の到達高さは上昇し、かかる上昇位置でのギャップ寸法（すなわち塗布液の到達高さにおける基板と塗布ノズル前面との距離）は広くなり、逆に基板と塗布のズルとの間隔が広ければ、両者の隙間における塗布液の到達高さは下降し、かかる下降位置でのギャップ寸法は狭くなる。その結果として、基板のそりや厚みの不均一などのために基板と塗布ノズル前面との間隔が一定でなく差があるような場合にも、塗布時にメニスカスカーブが形成される前端面における上昇液面位置での基板と塗布ノズルのギャップ寸法は結果的に同等となって、基板に対して常に均一な塗布膜厚が得られることになる。また、塗布ノズルを所定角度に回動させて前端面を傾斜させるので、塗布液の粘度や塗布速度などの塗布特性条件を変更しても、その都度、傾斜角の異なる塗布ノズルへの交換をすることなく、その変更した塗布特性条件に最適の前端面の傾斜角度となるように設定することが可能となり、より均一な塗布膜厚が得られることになる。さらに、この前端面の傾斜で塗布時のメニスカスカーブの上昇が抑えられることから前端面を高くする必要はなく塗布ノズルのコンパクト化が可能で、また、塗布液によって濡れて汚れる前端面の面積も狭くなるので、洗浄が容易であると共にパーティクルの発生も抑えることが可能となる。
【００１６】また、本発明の塗布ノズルユニットは、基板の被塗布面に対して、毛管現象で塗布液槽から汲み上げられた塗布液を塗布可能な塗布ノズルユニットにおいて、一端が塗布液槽に連通し、斜め上方に延びる塗布液流出路が前面壁部に配設され、この前面壁部の前端面に、塗布液流出路の他端が連通された外部流出口が配設され、毛管現象で塗布液流出路を介して汲み上げられた塗布液を外部流出口から供給して基板の被塗布面に塗布可能な塗布ノズルと、対向する塗布ノズルの前端面と基板の被塗布面との間隔が上方ほど広がるように塗布ノズルを回動させるノズル回動手段と、塗布液の粘度および塗布速度のうち少なくとも何れかに応じて、前端面を基板の被塗布面に対して所定角度に傾斜させるように塗布ノズル回動手段を制御するノズル回動制御手段とを有することを特徴とするものである。
【００１７】この構成により、上記作用に加えて、ノズル回動制御手段は、塗布液の粘度および塗布速度のうち少なくとも何れかに応じて、前端面を基板の被塗布面に対して所定角度に傾斜させるように塗布ノズル回動手段を制御するので、塗布液の粘度や塗布速度などの塗布特性条件を変更しても、その変更した塗布特性条件に最適の前端面の傾斜角度とすることが可能となる。したがって、その都度、傾斜角の異なる塗布ノズルへの交換は必要なくなると共に、より精密な傾斜角度の設定をすることが可能となって、より均一な塗布膜厚が得られることになる。
【００１８】本発明の塗布装置は、立設した基板の被塗布面に対して、毛管現象で塗布液槽から汲み上げられた塗布液を塗布する塗布装置において、請求項１または２記載の塗布ノズルユニットと、塗布ノズルと基板を被塗布面に沿って相対移動させる移動手段と、塗布ノズルと基板の被塗布面を接近または離間するように移動させる間隔可変手段と、移動手段および間隔可変手段を駆動制御する駆動制御手段とを有することを特徴とするものである。
【００１９】この構成により、上記作用に加えて、従来の回転塗布方式のように基板を水平に支持せず基板を立設するために、その設置スペースの縮小が図られ、また、従来の回転塗布方式のように基板を回転させた遠心力で塗布液を周りに振りきりつつ塗布するのではなく、立設した基板に対して、基板の被塗布面に沿ってノズル部材を移動手段で移動させつつ、毛管現象で供給された塗布液を基板の被塗布面に塗布するので、塗布液の節約が図られることになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る塗布装置の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではない。
【００２１】図１は本発明の一実施形態における塗布装置の概略構成を示す斜視図である。
【００２２】図１において、壁状に構成されて立設された架台１の表面側中央部に、ガラス基板などの基板２の被塗布面を外側に向けた状態で基板２を吸着して鉛直姿勢に保持する吸着ステージ３が配設されている。この吸着ステージ３は、用いるサイズの基板２毎の外周部に対応した適所に、吸引可能な吸着部材としての吸盤（図示せず）が出退自在に為されている細長い凹部３ａが複数配設されており、基板２への吸盤（図示せず）による吸着後に吸盤（図示せず）を凹部３ａ内の所定位置に引き込んで収納することで基板２を保持するようになっている。また、吸着部材としての吸盤（図示せず）が基板２の中央部を保持しないのは、基板２の中央部は重要な回路などが配置される部分であり、吸盤（図示せず）による真空吸引と解除によって温度が下がったり上がったりすることで塗布むらとなるのを防止するためである。したがって、吸盤（図示せず）の形状も基板２の外周部だけを吸引すべく、細長い凹部３ａと同様の細長い吸盤形状となっている。なお、ここでは、吸着ステージ３による基板２の保持は、吸盤（図示せず）による吸着の場合を示したが、基板２の上下左右を爪状の部材でひっかけて保持するような構成であってもよいことは言うまでもないことである。
【００２３】また、この架台１の表面側および裏面側の幅方向両端部の上下位置の４角部にそれぞれ４個の各アイドルギヤ４が左右２組回転自在に各軸受部５でそれぞれ軸支されて配設されている。これらの上部に位置する左右２組の各アイドルギヤ４にそれぞれ架けられた左右の各スチールベルト６の一方端にはそれぞれ、ベース部材７の両端上部がそれぞれ連結されており、また、左右の各スチールベルト６の他方端にはそれぞれ、バランスウェイト８の両端上部がそれぞれ連結されている。また、下部に位置する左右２組の各アイドルギヤ４にそれぞれ架けられた左右の各スチールベルト６の一方端にはそれぞれ、ベース部材７の両端下部がそれぞれ連結されており、また、その左右の各スチールベルト６の他方端にはそれぞれ、バランスウェイト８の両端下部がそれぞれ連結されて、ベース部材７が架台１の表面側で、バランスウェイト８が架台１の裏面側でそれぞれ水平に保持されかつ上下に移動可能な状態で、各スチールベルト６が、架台１の幅方向両端部の上下方向にそれぞれ左右２組の各アイドルギヤ４をそれぞれ介して巻回されている。このベース部材７上の中央部には、基板２の幅寸法のノズル口９を有し、そのノズル口９から塗布液を吐出可能なノズルユニット１０が配設されている。これらのベース部材７およびノズルユニット１０とバランスウェイト８とがそれぞれバランスが取れた静止状態で架台１の表と裏の幅方向両端部間に水平にそれぞれ保持されるようになっている。
【００２４】また、架台１の表面側の両端部にはそれぞれ各上下方向に縦型の各リニアモータ１１の固定子１２が配設されており、これら左右の各リニアモータ１１はその駆動によって、ノズルユニット１０を載置したベース部材７の両端部を各固定子１２に沿って上下に直線移動させる構成となっている。この移動手段としてのリニアモータ１１は、各上下方向に配設された各スチールベルト６にそれぞれ沿ってベース部材７の両端部および各スチールベルト６の内側にそれぞれ配設されており、図２に示すように、幅方向両端部の各レール部１３間にベース部１４を有する固定子１２と、ベース部材７の両端部裏側の各側壁にそれぞれ各固定子１２とそれぞれ対向して配設され、各固定子１２の上をスライド自在なスライダ部材１５とを有している。このスライダ部材１５は、その幅方向両側に各レール部１３とそれぞれ嵌合して上下方向に案内される各リニアガイド部１６と、各リニアガイド部１６の間に配設されると共に、固定子１２のベース部１４に対向し、図示しない巻線による励磁によって磁力を発生させる磁気回路部１７と、この磁気回路部１７の巻線（図示せず）の両端に接続されたコネクタ１８とを有しており、この磁気回路部１７の励磁による磁力で、スライダ部材１５は固定子１２の各レール部１３に各リニアガイド部１６で案内されて上下に移動自在である。このスライダ部材１５が、ノズルユニット１０を載置したベース部材７の両端部裏側にそれぞれ固着されており、これらの各スライダ部材１５の移動によってベース部材７が上下に移動自在になっている。
【００２５】ここでは、ノズルユニット１０を載置したベース部材７の両端部を各固定子１２に沿って上下に移動させるように構成したが、ノズルユニット１０と基板２とが被塗布面に沿って相対的に移動するように構成すればよく、ノズルユニット１０を固定して基板２を吸着ステージ３と共に上下にリニアモータやボールねじなどの移動手段で移動するように構成することもできる。このように、吸着ステージ３を上下に移動させる方がノズルユニット１０を移動させるよりも振動が少なく、その振動による塗布むら防止などの観点から吸着ステージ３を移動させる方がよいのであるが、吸着ステージ３を上下に移動させると、装置の高さが倍必要となり、クリーンルームの天井高さには制限があるので、非現実的なものとなってしまう。
【００２６】さらに、ノズルユニット１０は、図３に示すように、基板２の被塗布面に対向して開口した水平方向の細長いノズル口９から塗布液を吐出可能な塗布ノズルとしてのノズル部材１９と、このノズル部材１９のノズル口９を有する前端面２７が傾斜位置となる一方位置Ｍと、前端面２７が被塗布面と略平行であるか、または位置Ｍと比べより鉛直に近い傾斜位置となる他方位置Ｎ（２点鎖線で示す）との間で、ノズル部材１９をその長手方向を回動軸として回動させるノズル部材回動機構部２０と、ノズル部材１９のノズル口９と基板２の被塗布面との水平方向の隙間（ギャップ）を可変させるべく、ノズル部材１９を基板２に対して接近または離間自在に駆動するギャップ可変機構部２１とを備えている。このノズルユニット１０は、塗布処理される基板２のサイズに合った幅寸法のノズル部材１９と付け変え可能に構成されている。
【００２７】このノズル部材１９は、図４に示すように、塗布液２２を溜める塗布液槽２３が内部後方に配設されており、この塗布液槽２３は、両端が閉塞され基板２の幅方向に延在する水平方向に細長い筒状に構成されている。この塗布液槽２３の中央部に塗布液２２を供給する図１の供給チューブ２４が連結されており、ベース部材７上に載置されたポンプ４３によって供給チューブ２４を介して外部から塗布液を塗布液槽２３内に供給可能に構成している。また、基板２の被塗布面２ａと対向する前面壁部２５に塗布液槽２３内から外部に斜め上向きに貫通した塗布液流出路としてスリット２６がその幅方向に形成されている。このスリット２６は、塗布液槽２３の下部とノズル口９との間で直線状に左上向きに傾斜した状態で連結しており、スリット２６の下方端が塗布液槽２３内に開口し、その上方端が水平方向に細長いノズル口９となっている。前端面２７の下端２７ａは、スリット２６の出口であるノズル口９と、その反対側の塗布液槽２３内への開口との間の高さに位置するよう形成されている。また、ノズル部材１９の塗布液槽２３には、その内部に貯留される塗布液の液面よりも上方部分において塗布液槽２３内部と連通してその内部を加圧し、減圧し、または大気開放にするための圧力設定機構（図示せず）が接続されている。さらに、基板２の被塗布面２ａと対向する前面壁部２５の前端面２７は、塗布液の液溜りが形成可能なように、基板２の被塗布面２ａに非接触でかつ近接するように配置されている。
【００２８】また、この前端面２７の下端２７ａとスリット２６の塗布液槽２３内への開口上端との高さ範囲Ｂ内に塗布液槽２３内の塗布液面が位置するように液面を設定している。また、ノズル口９を有する前端面２７は、塗布時には上方に開くように傾斜させている。つまり、基板２の被塗布面２ａと前端面２７との間の隙間３０は上に行くほど広がるように、ノズル部材回動機構部２０によってノズル部材１９を回動した状態で固定しており、この状態で、塗布液２２が毛細管現象などによってスリット２６さらにノズル口９を介して隙間３０内を上昇する液面到達高さ位置まで来るようになっている。
【００２９】このように、前端面２７を傾斜させることで、基板２の被塗布面２ａと前端面２７との間の隙間３０は、上側に広がることになって、毛細管現象で上昇する塗布液は隙間３０の広がりに伴って急激に上昇力を失い平衡状態になる。また、塗布時の基板２とノズル部材１９の相対移動によって基板２側に付着した塗布液とノズル部材１９の前端面２７側に付着した塗布液とに、基板２とノズル部材１９の相対移動速度に応じた張力が生じる。この張力は、メニスカスカーブＤの上昇方向に働くことになり、従来のように前端面が傾斜せず基板２の被塗布面２ａと前端面との間隔が一定で平行な場合には、その張力によってメニスカスカーブＤは上昇を続けてしまうが、本実施形態では前端面２７が基板２の被塗布面２ａに対して傾斜しており、基板２の被塗布面２ａと前端面２７とのギャップが上側ほど広がっているので、メニスカスカーブＤは、前端面２７の若干上昇した高さ位置で、上記相対移動速度に応じた張力による上昇力が、重力とつり合うことで平衡状態となって上昇しなくなる。
【００３０】このとき、図５（ａ）に示す前端面２７の傾斜角θは、塗布液２２の表面張力とノズル走行速度である上記相対移動速度（塗布速度）とに依存しており、適正値が存在する。例えば上記相対移動速度を５〜５０ｍｍ／ｓｅｃとした場合の前端面２７の基板２の被塗布面２ａに対する傾斜角θの適正値について、実験の結果導かれた値を以下の（表１）に示している。この上記相対移動速度が早くなるほど、相対移動速度に応じた張力は大きくなるので、前端面２７の傾斜角θは以下の（表１）に示す値よりも大きくなる方向に変えることがノズルの小型化の点で望ましい。
【００３１】
【表１】
【００３２】この（表１）から明らかなように、塗布液２２の粘度が高いほど、前端面２７の傾斜角θの適正値は大きくなる方向に移行するが、その粘度範囲が５ｃｐ〜３０ｃｐで適正傾斜角θの範囲は０．３°〜３０°である。また、この場合の最適な傾斜角θの範囲としては１°〜１５°前後となる。
【００３３】一方、図３のノズル部材回動機構部２０は、図示しない電磁弁で制御されて、ロッド先端部３１を伸長位置と収縮位置との間を移動させるノズル回動手段としてのエアーシリンダ３２が、矢印方向Ｃにシリンダ前方部のピン３２ａを回動中心として回動可能に軸支されている。このロッド先端部３１は、アーム部材３３の一方端部と回動可能にピン連結されてリンク機構を構成しており、アーム部材３３の他方端部は駆動軸３４にその長手方向に直交する方向から回動力を伝達可能に固定されている。この駆動軸３４は、所定幅で水平方向に延びたベース部材３５を下方から支持する支持部材３５ａを横方向から貫通して固定されている。このベース部材３５の前方端縁上側にはノズル部材１９がそのノズル口９を基板２の被塗布面２ａ側に向けた状態で、ノズル部材１９の長手方向と駆動軸３４の軸方向が一致する方向になるように取り付けられている。図３は、エアーシリンダ３２のロッド先端部３１が伸長した場合であり、このとき、ノズル部材１９のノズル口９を有する前端面２７は基板２の被塗布面２ａに対して所定角度で傾斜した塗布可能な状態である。この場合、エアーシリンダ３２のロッド先端部３１が伸長する状態で、ノズル部材１９を載置したベース部材３５がＰ点で当接して停止されて固定状態となっている。これに対して、エアーシリンダ３２のロッド先端部３１が収縮した場合には、ノズル部材１９のノズル口９を有する前端面２７は基板２の被塗布面２ａに対して、２点鎖線で示すように上記所定角度よりも小さい所定角度で傾斜した塗布可能な状態となる。このロッド収縮の途中で、ピン３２ａを回動中心としてエアーシリンダ３２が矢印方向Ｃに揺動しつつロッド先端部３１が収縮されることになる。この場合にも、エアーシリンダ３２のロッド先端部３１が収縮する状態で、ノズル部材１９は、図示しない部分で当接して固定状態となっている。
【００３４】また、ギャップ可変機構部２１は、ステッピングモータやサーボモータなどの接離モータ３６と、前後の軸受部３７，３８で軸支され、この接離モータ３６の回転軸に連結部３９を介して連結されたボールねじ４０と、このボールねじ４０に螺合した移動部材４１と、移動部材４１の上端が下面で固着されていると共にノズル部材回動機構部２０を支持して基板２の被塗布面２ａに対してノズル部材１９の前端面２７が接近または離間するようにスライド自在なスライド部材４２とを備えており、接離モータ３６によるボールねじ４０の回転で、移動部材４１が、ノズル部材１９およびノズル部材回動機構部２０を載置した状態で前後に移動自在に構成されている。
【００３５】ここでは、ギャップ可変機構部２１は中央部１個所として、基板２の厚さのばらつき範囲内でギャップ寸法を調整するようにしているが、さらに、基板２の厚さのばらつきだけではなく、基板２の幅方向にテーパがあって左右両端部での厚さ寸法に差があるような場合には、ギャップ可変機構部２１をベース部材７の左右２個所配設することで左右独立にギャップ寸法を調整することができ、ノズルユニット１０の左右に長いノズル部材１９を、基板２の幅両端部で厚さが異なることによる幅方向テーパに合わせて平行に、左右位置で等ギャップ寸法として傾け得るように構成することもできる。
【００３６】図６は、図１の塗布装置の概略制御構成を示すブロック図である。
【００３７】図６において、操作部５２としては、数字を入力するテンキー、電源のオン・オフを入力する電源キー、塗布スタートキー、リニアモータ１１の駆動速度の基準値を任意に手動で設定する速度設定キーおよび、接離モータ３６を駆動させて基板２の被塗布面２ａとノズル口９との隙間２８を調整する隙間設定キー、基板サイズ、基板厚さ、塗布液粘度および塗布膜厚などを設定する各種設定キーなどで構成されている。
【００３８】また、この操作部５２が接続される制御部５３はＲＯＭ５４およびＲＡＭ５５に接続されており、ＲＯＭ５４内に登録された各制御プログラムで用いる制御データを操作部５２からＲＡＭ５５内に書き込み可能である。また、これらの操作部５２、ＲＯＭ５４およびＲＡＭ５５が接続される制御部５３は、リニアモータ駆動回路５６を介してリニアモータ１１に接続されており、ＲＯＭ５４内に登録されたリニアモータ駆動制御プログラムと、操作部５２から入力され、リニアモータ駆動制御プログラムに対応した制御データに基づいて、制御部５３は、その制御信号をリニアモータ駆動回路５６に出力し、リニアモータ駆動回路５６がリニアモータ１１を駆動してベース部材７上のノズルユニット１０を基板２の被塗布面２ａに対する所定の上下位置に移動自在である。さらに、これらの操作部５２、ＲＯＭ５４およびＲＡＭ５５が接続される制御部５３は、接離モータ駆動回路５７を介して接離モータ３６に接続されており、ＲＯＭ５４内に登録された接離モータ駆動制御プログラムと、操作部５２から入力され、接離モータ駆動制御プログラムに対応した制御データに基づいて、制御部５３は、その制御信号を接離モータ駆動回路５７に出力し、接離モータ駆動回路５７が接離モータ３６を駆動してベース部材７上のノズルユニット１０を基板２の被塗布面２ａに対して接近または離間させて所定ギャップ位置に移動自在である。
【００３９】さらに、操作部５２が接続される制御部５３はエアーシリンダ３２に接続されており、ノズル部材１９の前端面２７の傾斜角度θ１と傾斜角度θ２とを選択的に操作部５２から入力可能であり、その傾斜角度θ１を操作部５２で選択した場合には、制御部５３は、図示しない電磁弁などを制御してエアーシリンダ３２のロッドを収縮するように駆動させ、ノズル部材１９をその長手方向を回転軸として回動させて前端面２７を基板２の被塗布面２ａに対して所定角度θ１に傾斜させるように制御する。また、その傾斜角度θ２を操作部５２で選択した場合には、制御部５３は、図示しない電磁弁などを制御してエアーシリンダ３２のロッドを伸長するように駆動させ、ノズル部材１９を回動させて前端面２７を基板２の被塗布面２ａに対して所定角度θ２に傾斜させるように制御する。このように、本実施形態では、塗布液２２の粘度や塗布速度に応じて、操作者からの角度選択入力、または塗布液２２の粘度や塗布速度などの塗布特性条件の操作部５２からの入力で制御部５３がＲＡＭ５５内のデータを参照して角度選択をするようにしてもよく、これらの傾斜角度θ１，θ２（ただしθ１＜θ２）を操作部５２から選択可能に構成している。なお、本実施形態では２つの傾斜角度θ１，θ２を選択可能に構成したが、複数の傾斜角度を塗布液２２の粘度や塗布速度などの塗布条件の操作部５２からの入力に応じて選択可能に構成することもできる。この場合には、ノズル回動手段としてのエアーシリンダ３２に代えて、ノズル回動手段としてのモータおよびボールねじや、ステッピングモータなどの回動駆動機構を用い、制御部５３が上記回動駆動機構を介して駆動軸３４を回転制御するようにして、多段階の傾斜角度θを得るようにしてもよい。
【００４０】上記構成により、以下、その動作を説明する。
【００４１】まず、所定の塗布液を塗布処理する基板２を搬送ロボット（図示せず）などによって搬送後に、基板２の外周部を吸着ステージ３の複数の吸盤に対応させた状態で所定の位置に位置決めして、基板２の被塗布面を外側に向けた状態で基板２を各吸盤で吸着する。さらに、各吸盤を吸着ステージ３の凹部３ａ内の所定位置に引き込んで収納することで基板２を保持する。
【００４２】次に、ノズル部材１９内の塗布液槽２３に所定量の塗布液２２を、図１のベース部材７上に載置されたポンプ４３にて供給チューブ２４を介して所定量供給する。この塗布液槽２３への塗布液２２の供給は、ノズルユニット１０の停止中に行う方がよい。これは、塗布中に塗布液槽２３に塗布液２２の供給を行えば、塗布液槽２３内の塗布液２２の液面が揺れて、その高さが変化する液面に応じた波動がノズル口９を介して伝播して塗布むらとなる虞があるためである。
【００４３】さらに、ノズル部材１９の前端面２７の傾斜角度θ１と傾斜角度θ２とを選択的に操作部５２から入力する。その傾斜角度θ１を操作部５２で選択した場合には、制御部５３は、図示しない電磁弁などを制御してエアーシリンダ３２のロッドを収縮するように駆動させ、ノズル部材１９をその長手方向を回転軸として回動させて前端面２７を基板２の被塗布面２ａに対して所定角度θ１に傾斜させる。または、傾斜角度θ２を操作部５２で選択した場合には、制御部５３は、図示しない電磁弁などを制御してエアーシリンダ３２のロッドを伸長するように駆動させ、ノズル部材１９を回動させて前端面２７を基板２の被塗布面２ａに対して所定角度θ２に傾斜させる。
【００４４】さらに、制御部５３は、基板２の被塗布面に対する原点位置にノズルユニット１０におけるノズル部材１９のノズル口９を上方向または下方向に移動するべく、ノズルユニット１０と共にベース部材７をリニアモータ１１によって移動させる。このとき、ＲＯＭ５４内に登録されたリニアモータ駆動制御プログラムとその制御データに基づいて、制御部５３が、その制御信号をリニアモータ駆動回路５６に出力することで、リニアモータ駆動回路５６がリニアモータ１１を駆動してベース部材７上のノズルユニット１０におけるノズル部材１９を、図７（ａ）に示すように基板２の被塗布面２ａに対する所定の塗始め高さ位置に原点復帰させることができる。この場合の制御データは、基板２の保持位置が精密な場合には、登録された原点データであり、また、マニュアル的に操作部５２から所定の高さ位置が入力されたデータであってもよい。さらに、塗布液２２の塗始め位置に原点センサ（図示せず）を設けて、その原点センサ（図示せず）がベース部材７を検知する所定の塗始め位置で、制御部５３がベース部材７を停止するようにリニアモータ駆動回路５６を介してリニアモータ１１を駆動制御してもよい。
【００４５】さらに、基板２の被塗布面とノズル部材１９のノズル口９との所定のギャップ寸法に移動するべく、接離モータ３６の駆動によるボールねじ４０および移動部材４１によりノズル部材１９のノズル口９を基板２の被塗布面に対して接近または離間するように移動させる。このとき、ＲＯＭ５４内に登録された接離モータ駆動制御プログラムとその制御データに基づいて、制御部５３が、その出力制御信号を接離モータ駆動回路５７に出力し、接離モータ駆動回路５７が接離モータ３６を駆動してベース部材７上のノズルユニット１０におけるノズル部材１９を、図７（ｂ）に示すように基板２の被塗布面２ａに対する所定のギャップ位置（ディスペンス位置）に移動させる。この場合の制御データは、塗布液２２の粘度や必要塗布膜厚、塗布速度、塗布液槽２３内の液面高さなどの各種塗布条件に応じて設定され登録されたギャップデータであってもよく、また、これらの各種塗布条件に応じた実験データを参照してマニュアル的に操作部５２から入力されたギャップデータであってもよい。この所定のギャップ位置にノズル部材１９を移動させたとき（図７（ｂ））、前記圧力設定機構を動作させて塗布液槽２３内の圧力を大気圧とするかまたは一時的に高めるなどにより、基板２の被塗布面２ａとノズル部材１９の前端面２７との間の隙間３０には、塗布液２２が毛管現象で塗布液槽２３内からスリット２６を介して汲み上げられて液溜りが形成される。
【００４６】さらに、基板２の被塗布面２ａに所定の塗布膜厚で塗布するべく、前記圧力設定機構を動作させて塗布液槽２３内の圧力を大気開放とし、操作部５２のスタートキーを操作すると、ＲＯＭ５４内に登録されたリニアモータ駆動制御プログラムとその制御データとに基づいて、制御部５３は、その出力制御信号をリニアモータ駆動回路５６に出力し、リニアモータ駆動回路５６がリニアモータ１１を駆動してベース部材７をノズルユニット１０と共に基板２の被塗布面２ａに対して下方向に移動し始め、その移動開始後にノズル走行速度が一定になって、上記相対移動速度に応じた張力によるメニスカスカーブＤの上昇力が、広くなるギャップにおけるメニスカスカーブＤの毛細管下降力とつり合うように平衡状態となって、図７（ｃ）に示すようにメニスカスカーブＤはそれ以上は上昇せず、その後は図７（ｄ）に示すように安定した塗布状態となって、図７（ｄ）のメニスカスカーブＤと同形状の図７（ｅ）に示すメニスカスカーブＤで安定に塗布処理が為される。
【００４７】以上のように、本実施形態によれば、ノズル部材１９は吸着ステージ３と平行で且つそのノズル口９が水平向きとなるように取り付けられているが、基板２の被塗布面２ａと、細長いノズル口９を有する前端面２７との隙間３０において、例えば基板２が反っていたりノズル部材１９の取付けが傾いていたり、また、基板２の左右両端部で厚さ寸法に差があって基板２の幅方向にテーパがある場合、具体的には図８の基板２とノズル部材１９との上面図のように基板２の左右両端部で間隔Ｇ１１，Ｇ１２が異なるような場合（Ｇ１１＜Ｇ１２）や、塗始めの位置と塗終わりの高さ位置で間隔差があるような場合に、例えば基板２の左右端部および上下端部などにおいて従来では塗布膜厚に差が生じていたが、本実施形態では隙間３０が上方ほど広がっているので、基板とノズル部材１９との間隔が、図９（ａ）に示す隙間３０の間隔Ｇ１１のように小さくなるほど、隙間３０を上昇する塗布液２２の液面到達高さ位置も上昇することになり、前端面２７の傾斜面で液面が上になるほどその液面位置におけるギャップ寸法も増えることになる。また同様に、図９（ｂ）に示す隙間３０の間隔Ｇ１２のように大きくなるほど、隙間３０を上昇する塗布液２２の液面到達高さ位置はあまり上がらず、前端面２７の傾斜面で液面が上がらないほどその液面位置におけるギャップ寸法は減少することになる。したがって、例えば左右方向に細長いノズル口９を有する前端面２７の両端部における間隔Ｇ１１，Ｇ１２に差があっても、液面到達高さ位置におけるギャップ寸法はギャップ寸法Ｇ１３として同等になって、間隔Ｇ１１，Ｇ１２の差は吸収されることになる。つまり、前端面２７における間隔Ｇ１１，Ｇ１２の差が、ノズル部材１９の取付けや基板寸法のばらつきなどを含む範囲内において、間隔Ｇ１１となる液面到達高さ位置におけるギャップ寸法と、間隔Ｇ１２となる液面到達高さ位置におけるギャップ寸法とが、同等（塗布膜厚に影響しない程度の寸法範囲内）のギャップ寸法Ｇ１３となるように、上記（表１）に示すような前端面２７の適正傾斜角度θを実験的に求めている。このように、メニスカスカーブＤが形成される上昇液面位置におけるギャップ寸法が塗布膜厚に影響しているため、図５の隙間２８の寸法が小さくなるほど、上昇液面位置におけるギャップ寸法は広がることで相殺されて塗布膜厚差は生じにくくなる。よって、基板２の被塗布面２ａに対して常に均一な塗布膜厚を得ることができる。また、ノズル部材１９を所定角度に回動させて前端面２７を傾斜させるため、塗布液２２の粘度や塗布速度などの塗布特性条件を変更しても、その変更した塗布特性条件に最適な前端面２７の傾斜角度となるように設定することができ、その都度、傾斜角の異なる塗布ノズルへの交換をすることなく、より均一な塗布膜厚を得ることができる。さらに、ノズル部材１９を回動させることで隙間３０が上方ほど広がるようにしているため、前端面２７に傾斜加工を施すことなく平な状態で、前端面２７を傾斜させることができてその製造が容易である。
【００４８】また、以上のように、前端面２７に適正傾斜角度θを設けるようにノズル部材１９を回動させたことにより隙間３０が上方ほど広がっているので、塗布中に、基板２の被塗布面に塗布済の塗布液で基板２側に引っ張る弱い力によってノズル部材１９における前端面２７をメニスカスカーブＤが上昇するのを抑えることができる。したがって、ノズル部材１９の前端面２７を必要以上に上側に高くして大型化する必要はなくなり、また、塗布液によって濡れて汚れる前端面２７の面積も狭くなって、複数の基板２に対して塗布する場合にも、塗布液によって濡れた部分が乾くことによるパーティクルの発生原因や、メニスカスカーブＤの形状に悪影響を与えることも抑制されて、塗布品質が良好となると共に塗布膜厚の変化が抑えられることになる。また、塗布液によって濡れて汚れた前端面の洗浄範囲も小さく、洗浄がより容易なものとなる。
【００４９】以上のように、本実施形態によれば、基板２とノズル部材１９との間のギャップ寸法が図１０に示す間隔Ｇ１１，Ｇ１２のように変化しても、メニスカスカーブＤが形成される位置でのギャップ寸法は例えばギャップ寸法Ｇ１３として同等になるため、常に一定の塗布膜厚を得ることができる。また、前端面２７の傾斜で塗布時のメニスカスカーブＤの上昇がないことから、前端面２７を高くする必要はなくコンパクト化が可能で、また、塗布液によって濡れる前端面２７の面積も狭くなるので、パーティクルの発生やメニスカスカーブへの悪影響も抑えることができる。さらに、従来の回転塗布方式のように基板２を水平に支持せず基板２を立設するために、その設置スペースの縮小を図ることができ、また、従来の回転塗布方式のように基板２を回転させた遠心力で塗布液を周りに振りきりつつ塗布するのではなく、立設した基板２に対して、基板２の被塗布面に沿ってノズル部材１９をリニアモータ１１で移動させつつ、毛管現象で供給された塗布液を基板２の被塗布面に塗布するため、塗布液の節約を図ることができる。
【００５０】なお、上記実施形態では、塗布移動機構としてリニアモータ１１を用いたが、その他に、ボールねじによる塗布移動機構、ピニオンとラックによる塗布移動機構、ワイヤーとプーリおよびモータによる塗布移動機構などであってもよい。
【００５１】また、上記実施形態では、吸着ステージ３によって基板２を鉛直姿勢に立設保持し、ノズル部材１９の前端面２７が、被塗布面との間隔が略平行状態から、上方側が広くなるように回転するように構成したが、基板の姿勢は必ずしも鉛直姿勢である必要はなく、若干傾斜を有する立設姿勢であってもよく、例えば基板２が吸着ステージ３の上側に載るように若干傾斜した立設姿勢でもよい。かかる場合でも、ノズル部材１９が、前端面と基板２の被塗布面とのギャップ寸法が上方ほど拡がるように回転するように構成されていればよい。
【００５２】なお、以上説明した実施形態のノズル部材１９では、ノズル部材１９を回転させる範囲は、ノズル部材１９の前端面２７の下端２７ａなどが基板２に対して衝突せずにノズル部材１９と基板２との間隔が保てる範囲にする必要があり、そのため、被塗布面に対するノズル部材１９の前端面２７の傾斜の角度を大きくできる範囲に制約がある。かかる傾斜の角度を十分に大きくするために望ましい実施形態として、図５（ｂ）に示すものがあげられる。図５（ｂ）に示すノズル部材１９では、前端面２７の下部に対して前端面上部２９が角度θ３だけ傾いた傾斜面とされている。そして、かかるノズル部材１９をさらに回動させることにより、鉛直姿勢に立設されている基板２の被塗布面と前端面上部２９とのなす角度θ４を容易に大きな値に設定できる。この場合も、被塗布面に対する前端面上部２９の傾斜の角度の望ましい値は表１とほぼ同様と考えてよい。
【００５３】なお、ノズル部材１９を回動させる角度（図５（ｂ）ではθ４−θ３）の範囲をあまり大きくすると、かかる回動に対応してノズル口９に対する塗布液２２の液面高さに変動が生じ、塗布膜厚の不所望な変動などを生じるおそれがあるが、この実施形態では、前端面上部２９の傾斜角度θ３が所望の傾斜角度であるノズル部材１９を用いれば、ノズル部材１９の回動の範囲を、例えば傾斜角度θ３を若干増加または減少させる調整程度の比較的小さな範囲にとどめてもよく、液面高さの変動を抑制できる。
【００５４】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、塗布ノズルを回動させることで基板と前端面との隙間が上方ほど広がるようになっているため、基板とノズル部材との間の間隔が変化しても、メニスカスカーブＤが形成される位置でのギャップ寸法は同等になって、常に均一な塗布膜厚を得ることができる。
【００５５】また、塗布液の粘度や塗布速度などの塗布特性条件に応じて、塗布ノズルを所定角度に回動させるため、前端面の傾斜を自由に設定することができて、塗布液の粘度や塗布速度などの塗布特性条件を変更しても、その変更した塗布特性条件に最適の前端面の傾斜角度とすることができ、その都度、傾斜角の異なる塗布ノズルへの交換をすることなく、より均一な塗布膜厚を得ることができる。
【００５６】さらに、基板と前端面との隙間が上方ほど広がっているため、メニスカスカーブの上昇が抑えられることでノズル高さ方向のコンパクト化が可能で、また、塗布液によって濡れる前端面の面積も狭くなるため、パーティクルの発生やメニスカスカーブへの悪影響も抑えることができると共に、その洗浄作業も容易である。
【００５７】さらに、従来の回転塗布方式のように基板を水平に支持せず基板を立設するため、その設置スペースを縮小することができ、また、従来の回転塗布方式のように基板を回転させた遠心力で塗布液を周りに振りきりつつ塗布するのではなく、立設した基板に対して、基板の被塗布面に沿ってノズル部材を移動手段で移動させつつ、毛管現象で供給された塗布液を基板の被塗布面に塗布するため、塗布液を節約することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２０７５５１
【氏名又は名称】大日本スクリーン製造株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）７月２８日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】小谷 悦司 （外３名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−４２４５８ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）２月１６日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２０１８９０ |
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