JP2013248551A - 塗布装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反りやうねりのある基板上に、コート液を容易に且つ精度よく均一に塗布することを目的とする。
【解決手段】基板１０３上に供給されたコート液１０４をバー１０９で引伸ばす際に、基板１０３を押圧する手段１１６を設け、引伸ばす領域の基板１０３の形状を制御することにより、反りや凹凸のある大型基板１０３上に、コート液１０４を容易に且つ精度よく均一塗布することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上にコート液を塗布する塗布装置に関する。

半導体ウエハやディスプレーデバイスなど電子機器に用いる基板上にコート液を精度よく均一に塗布するための方法としては、従来からバーコートによる方法やダイコート法やロールコート法などがあった。

バーコートによる方法は基板上に塗布した塗布液をバーコータにて所定膜厚に引き伸ばす方法である。ダイコート法は一定量のコート液を塗出するダイノズル先端部と塗布する基板との間で塗布膜厚を確保する方法である。ロールコート法はロール面に所定の塗布膜層を形成して基板に転写する方法である。いずれの方法もバーコータやダイノズルやロールと基板を密着させるか一定のギャップを維持することで塗布膜厚精度を確保している。反りやうねりのある基板に対して塗布膜厚精度を確保するためには、基板を基板裏面に設置された変形の少ない石定盤等の剛体に吸着させたり、基板上面から基板を剛体に押し付けたりする方法が用いられていた。

基板上にコート液を精度よく均一に塗布する方法として、特許文献１に示されたバーコータを備えた塗布装置や特許文献２に示すようなダイノズルを用いたダイコート法が提案されている。

図７は従来のバーコータを備える塗布装置を示す斜視図であり、特許文献１に示すバーコータを備えた塗布装置を示す。図７において３０１は両端を支持アーム３０２にて支持されて基板３０３に近づく方向と離れる方向に移動可能となっているバーコータである。３０４は旋回アーム３０５に取り付けられアーム部材水平部３０６を介してアーム部材垂直部３０７からバーコータ３０１に垂直荷重をかける重りである。

バーコータ３０１を介して基板３０３に重り３０４で所定の荷重を掛けながら、基板３０３を矢印Ａ方向に移動させることによりコート液３０８を基板３０３の全体引伸ばして塗布する。３０８はバーコータ３０１によって基板３０３の幅方向全体に塗布されたコート液である。このように、重り３０４でバーコータ３０１に垂直荷重をかけることで、基板３０３の反りやうねりを緩和しながらコート液を引伸ばすことにより、塗布膜厚精度を確保している。

図８は従来のダイコート法による塗布装置を示す断面図であり、特許文献２に示すダイコート法による塗布装置を示す。４０１は内部の液溜まり４０２からスリット４０３を通じて基板４０４に対向する先端部４０５から基板４０４にコート液を液供給するダイノズルであり、先端部４０５と基板４０４とのギャップで塗布膜厚を確保している。また、４０７は基板４０４に均一膜厚で塗布された塗布膜である。

反りやうねりが大きい基板に対しては基板４０４の裏面に変形の少ない石定盤等の剛性体４０６を設置し、裏面の吸着パッド４０８から真空吸着等の手段で基板４０４を剛性体４０６に吸着することで先端部４０５と基板４０４とのギャップで塗布膜厚を確保している。４０９はコート液のタンク、４１０はタンクからダイ内部の液溜りにコート液を供給するポンプである。

実開昭６２−１８３５８６号公報 特開平８−２４３４７６号公報

しかしながら、特許文献１のバーコータを備えた塗布装置で、反りや凹凸が大きい基板３０３上にコート液３０８を塗布する際、両端でしか保持されていないバーコータ３０１では基板３０３を搬送した場合にバーコータ３０１が振動しコート液３０８を精度よく均一に塗布することができなかった。

また、特許文献２のダイコート法では基板４０４を裏面の剛性体４０６に沿わせるための吸着用パッド４０８と吸着パッド４０８と真空ポンプ４１２をつなぐ排気孔４１１が必要となり、複雑な構造の装置になりコストアップの要因になっていた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、反りやうねりのある基板上に、コート液を容易に且つ精度よく均一に塗布することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の塗布装置は、基板を載置するステージと、前記基板上にコート液を供給する供給部と、前記基板の外縁両部を前記ステージに押圧する一対のローラと、前記基板上を一定方向に移動すると共に、前記一定方向に相前後して設けられる前記一対のローラの間に設けられて前記コート液を引伸ばすバーとを有することを特徴とする。

また、前記ステージと前記基板との間で前記バーの下部を前記バーの相対移動に応じて移動する受圧部をさらに備えても良い。
また、基板を載置するステージと、前記基板上にコート液を供給する供給部と、前記基板上を一定方向に移動して前記コート液を引伸ばすバーと、前記基板の前記移動方向の一方の端部を前記ステージに押圧する第１の押圧バーと、前記基板の他方の端部を前記ステージに押圧する第２の押圧バーと、前記ステージ上で前記基板の下部に配置される前記第１の押圧バーと平行な棒状の固定受圧部とから構成されることを特徴とする。

また、前記固定受圧部が始端受圧部と終端受圧部とからなることが好ましい。
また、前記始端受圧部が前記基板の一方の端部から前記基板の移動方向の長さの１５％以上２５％以内の位置に設けられ、前記終端受圧部が前記基板の他方の端部から前記基板の移動方向の長さの１５％以上２５％以内の位置に設けられることが好ましい。

また、前記始端受圧部および前記終端受圧部の前記ステージからの最大高さが前記基板の移動方向の長さの０．８％以上１．２％以内であることが好ましい。
また、前記固定受圧部として、前記始端受圧部と前記終端受圧部との間に、前記始端受圧部および前記終端受圧部より前記ステージからの最大高さが高い１または複数の中央受圧部をさらに有しても良い。

また、前記固定受圧部が、前記第１の押圧バーおよび前記第２の押圧バーの間で前記ステージ上に設けられる１つの中央受圧部であっても良い。

以上のように、基板上に供給されたコート液をバーで引伸ばす際に、基板を押圧する手段を設けることで、反りや凹凸のある大型基板上に、コート液を容易に且つ精度よく均一塗布することができる。

実施の形態１における塗布装置を示す斜視図 実施の形態１における塗布装置を示す断面図 実施の形態１における基板の一部を曲面にしながらコート液を引伸ばす塗布装置の構成を示す要部拡大図 実施の形態２における塗布装置を示す斜視図 実施の形態２における塗布装置を示す断面図 実施の形態２における受圧部の構成例を示す図 従来のバーコータを備える塗布装置を示す斜視図 従来のダイコート法による塗布装置を示す断面図

本発明は、太陽電池やディスプレーデバイスなどのガラス基板や半導体用Ｓｉ基板にフィルム基板などコート液の塗布を行う塗布装置である。本発明の塗布装置は、コート液を基板上に供給する供給部と、供給されたコート液を基板上に引伸ばすバーと、基板の少なくともバーが接する部分とその近傍の形状を所定の形状に変形させる変形部とからなる。変形部は、バーの接する部分とその周辺の基板の形状を平坦にしたり、基板全体あるいはバーの接する部分とその周辺の基板の形状を所定の曲面形状に変形させたりするものである。この状態で、バーによりコート液を引伸ばす。このように基板の形状を制御しながらコート液を引伸ばすことにより、反りや凹凸のある大型基板上に、コート液を容易に且つ精度よく均一に安価で塗布することができる。

以下本発明の実施の形態の例について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
まず、実施の形態１における塗布装置について、図１〜図３を用いて説明する。

図１は実施の形態１における塗布装置を示す斜視図、図２は実施の形態１における塗布装置を示す断面図である。
図１，図２において、１０２は基板１０３を保持，搬送するステージである。１０１はテージ１０２に設置された基板１０３上にコート液１０４を基板１０３の幅方向に必要な量だけ供給する供給部である。本実施の形態１では、供給部１０１としてシリンジ１０５の先端に供給針１０６を取付けたディスペンサーを用いる例を示す。

コート液１０４の供給部１０１はボールネジ１０８に連結されており、基板１０３の幅方向に移動させることによりコート液１０４を余すことなく基板１０３上に塗布できる。ボールネジ１０８は上下動することができる支持部材１０７に両端が保持されている。１０９は基板１０３上の幅方向のコート液１０４を所定の膜厚で基板１０３の始端１１０から終端１１１に引伸ばすバーであり、複数のチャック１１２で保持されている。

複数のチャック１１２は、昇降手段であるバーヘッド１１３に保持されており、基板１０３の表面に対して垂直方向の動作が可能である。また、それぞれのチャック１１２に独立して設けられた加圧手段により、バー１０９を基板１０３側に加圧することができる構造である。本実施の形態１では４０ｍｍのピッチで設けられた１０個のチャック１１２で幅４００ｍｍのバー１０９を保持している。加圧手段としては、例えば、圧縮バネ（図示せず）を用いることができる。バーヘッド１１３の上下動作手段としてエアシリンダ１１４を取り付けている。１１６はブラケット１１７に支持されており、バー１０９の移動方向の前後で且つ基板１０３の幅方向に供給されたコート液１０４の外側１１５を押圧するローラである。ローラ１１６が変形部として機能する。このローラ１１６により、凹凸のある基板１０３をバー１０９の前後の領域においてステージ１０２に沿わせることができる。

実施の形態１における塗布動作は、まず、ステージ１０２上に基板１０３をセットする。次に、基板１０３と供給部１０１とを相対的に一定方向に搬送しながら、基板１０３にコート液１０４を供給部１０１であるディスペンサーで基板１０３の幅方向に塗布する。次に、バー１０９の前後の基板１０３をローラ１１６で押圧しながら、バー１０９でコート液１０４を引伸ばす。このように、基板１０３上に塗布されたコート液１０４の外側で且つバー１０９の前後の基板１０３上面をローラ１１６でステージ１０２側に押圧することにより、凹凸のある基板１０３をステージ１０２に沿わせ、バー１０９を基板１０３に隙間なく押圧して接触させることができるので、反りや凹凸が大きく且つ大型の基板１０３上に、容易にコート液１０４を精度よく塗布できる。

図２は図１のＡ−Ａ’断面を示す図で、図２（ａ）は始端１１０付近における塗布動作を示している。始端１１０付近において、基板１０３はバー１０９の前後をローラ１１６でステージ１０２に押圧されることにより、ステージ１０２側に沿っている。このため、バー１０９を基板１０３に隙間なく押圧して接触させた状態で、供給部１０１であるディスペンサーの先端に設けられた供給針１０６から、間欠動作で基板１０３の幅方向に塗布されたコート液１０４を、精度よく基板１０３上に所定の膜厚の塗布膜１１９として拡げることができている。バー１０９とローラ１１６と供給手段１０１であるディスペンサーは相対的に同じ位置関係を保ちながら、基板１０３上を中央部１１８付近を通って終端１１１まで相対的に移動する。

図２（ｂ）は中央部１１８付近における塗布動作を示している。中央部１１８付近においても基板１０３のバー１０９の前後をローラ１１６でステージ１０２に押圧して基板１０３をステージ側に沿わせている。このため、バー１０９を基板１０３に隙間なく押圧して接触させた状態で、コート液１０４を精度よく基板１０３上に拡げることができている。終端１１１まで同様に基板１０３のバー１０９の前後をローラ１１６でステージ１０２に押圧して基板１０３をステージ１０２側に沿わせることで、基板１０３全体に渡ってコート液を精度よく塗布できる。

以上の説明では、基板のバーが接する部分およびその周辺を平坦にすることにより、膜厚を高精度に調整しているが、平坦に限らず、基板のバーが接する部分およびその周辺の面が所定の曲率の面となるように制御しても良い。図３を用いて説明する。

図３は実施の形態１における基板の一部を曲面にしながらコート液を引伸ばす塗布装置の構成を示す要部拡大図であり、図３（ａ）は要部断面図、図３（ｂ）は要部平面図である。

図３に示すように、図２に示した構成と異なる点は、バー１０９の下部でステージ１０２上に受圧部１２０を設ける点である。受圧部１２０を設けることにより、バー１０９の下部では基板１０３が受圧部１２０の上に載置され、バー１０９の周辺部分ではローラ１１６により基板１０３がステージ１０２に押圧される。このことにより、基板１０３がバー１０９と接する部分で突出する曲面に変形され、基板１０３の反りや凹凸が吸収される。この状態で、バー１０９によりコート液１０４が引伸ばされるので、容易に膜厚が精度良く均一に調整された薄膜を形成することができる。なお、受圧部１２０はブラケット１１７に接続され、ローラ１１６と共に、バー１０９の移動に従って移動する。受圧部１２０は断面形状が円形や矩形等任意の形状の棒状である。受圧部１２０の断面直径等のステージ１０２からの高さは、基板１０３に形成する曲面の曲率に応じて設定する。また、曲率は、基板１０３の反りや凹凸に応じて決定する。

本発明の実施の形態１では供給部としてのディスペンサーとバーを用いたが、スリットコータやロールコータを用いても、スリットコータやロールコータの前後の基板をローラで押圧しながら、スリットコータやロールコータを基板と相対移動させることにより、同様の効果が得られる。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２における塗布装置について、図４〜図６を用いて説明する。
図４は実施の形態２における塗布装置を示す斜視図、図５は実施の形態２における塗布装置を示す断面図である。また、図６は実施の形態２における受圧部の構成例を示す図である。

図４，図５において、２０１は、搬送する手段であるステージ２０２に設置された基板２０３上に、コート液２０４を基板２０３の幅方向に必要な量だけ供給する供給部である。本実施の形態２では、供給部２０１としてシリンジ２０５の先端に供給針２０６を取付けたディスペンサーを用いている。

コート液２０４の供給部２０１はボールネジ２０８に連結されており、基板２０３の幅方向に移動させることによりコート液２０４を余すことなく基板２０３上に塗布できる。ボールネジ２０８は上下動することができる支持部材２０７に両端が保持されている。２０９は基板２０３上の幅方向のコート液２０４を所定の膜厚で基板２０３の始端２１０から終端２１１に引伸ばすバーであり、複数のチャック２１２で保持されている。複数のチャック２１２は昇降手段であるバーヘッド２１３により垂直方向の動作が可能になるように保持される。また、それぞれのチャック２１２に独立して設けられた加圧手段により、バー２０９を基板２０３側に加圧することができる構造である。

本実施の形態２では、４０ｍｍのピッチで設けられた１０個のチャック２１２で幅４００ｍｍのバー２０９を保持している。加圧手段としては、例えば、圧縮バネ（図示せず）を用いることができる。バーヘッド２１３の上下動作手段としてエアシリンダ２１４を取り付けており、常にバー２０９を基板２０３に押しつけてコート液２０４を基板２０３上に引伸ばしている。２１５は基板２０３上に均一な厚みで引伸ばされたコート液である。

２１６は、基板２０３の始端部において、引伸ばしたコート液２１５の外側部で基板２０３をステージ２０２側に押圧する始端押圧バーである。始端押圧バー２１６は始端押圧ブラケット２１７に支持されて基板２０３を押圧している。２１８は、基板２０３の終端２１１の外側部において、基板２０３をステージ２０２側に押圧する終端押圧バーであり、終端押圧ブラケット２１９に支持されて基板２０３を押圧している。

２２０は基板始端から基板長さＬの１５％以上２５％以内の位置のステージ２０２上に配置される、直径あるいはステージ２０２からの基板２０３表面に垂直方向の高さが基板長さＬの０．８％以上１．２％以内の始端受圧部である。２２１は基板終端から基板長さＬの１５％以上２５％以内の位置のステージ２０２上に配置される、直径あるいは基板２０３表面に垂直方向の高さが基板長さＬの０．８％以上１．２％以内の終端受圧部である。始端受圧部２２０および終端受圧部２２１は、１本の、あるいは複数本に分割された棒状の受圧部で、断面形状は円形や矩形等任意である。

本発明の実施の形態２では、長さが８００ｍｍで厚みが３ｍｍのガラス基板を用いて、基板２０３長さＬの２０％の位置である始端から１６０ｍｍの位置に基板２０３の長さＬの１％である８ｍｍの高さの始端受圧部２２０を、終端から１６０ｍｍの位置に基板２０３の長さＬの１％である８ｍｍの高さの終端受圧部２２１を配置している。基板２０３始端を始端押圧バー２１６で基板２０３終端を終端押圧バー２１８で押圧することにより、基板２０３をステージ２０２側に押圧し、始端受圧部２２０と終端受圧部２２１により、ステージ２０２側から基板２０３を押圧することにより、始端受圧部２２０から終端受圧部２２１の間で基板２０３に一定のモーメントをかけて凸形状を持った円弧状曲面に基板２０３を変形させることができる。

上記構成例により、始端受圧部２２０と終端受圧部２２１間で半径Ｒが３０ｍの円弧に変形させている。このことにより、基板２０３の幅方向の反りが解消される。基板２０３上で幅方向に塗布されたコート液２０４を、バー２０９をエアシリンダ２１４で基板２０３の制御された円弧形状に沿って上下させることにより、始端から終端まで均一に引伸ばすことができ、不規則な反りや凹凸にバー２０９を沿わせる場合に比べて、容易に精度良く均一に薄膜を形成することができる。始端受圧部２２０と終端受圧部２２１の位置が基板２０３長さＬの１５％より小さい場合は始端受圧部２２０から終端受圧部２２１の間で基板２０３にかけるモーメントが小さくなり円弧の半径が大きくなる。

このため基板の幅方向の反りが解消できない。また、始端受圧部２２０と終端受圧部２２１の位置が基板長さＬの２５％より大きくなった場合、始端受圧部２２０から終端受圧部２２１の間の距離が基板長さＬの半分以下となり、始端受圧部２２０から始端までの間、及び終端受圧部２２１から終端までの間で円弧の半径が大きくなりこの間での基板２０３の幅方向の反りが解消できない。

実施の形態２における塗布動作は、まず、ステージ２０２上で始端を始端押圧バー２１６で終端を終端押圧バー２１８で押圧すると共に、始端受圧部２２０と終端受圧部２２１間で凸形状を持った円弧状の曲面に基板２０３を変形させて幅方向の反りを解消する。この状態で、基板２０３上にコート液２０４を供給部２０１の一例としてのディスペンサーで基板２０３の幅方向に塗布し、バー２０９をエアシリンダ２１４で基板２０３の円弧に沿って上下させる。このように、基板２０３の反りを解消して円弧状にしながら、コート液２０４をバー２０９で引伸ばすことで、バー２０９を基板２０３に隙間なく押圧して接触させることができ、反りや凹凸が大きく且つ大型の基板２０３上にコート液２０４を精度よく塗布できる。

図５は図４のＢ−Ｂ’断面を示す図で、図５（ａ）は始端２１０付近における塗布動作を示している。塗布動作の前に基板２０３をステージ２０２上に設置された始端受圧部２２０と終端受圧部２２１上にセットし、始端２１０上面を始端押圧バー２１６で、終端２１１上面を終端押圧バー２１８でステージ２０２側に押圧することにより、始端受圧部２２０と終端受圧部２２１間で凸形状を持った円弧形状の曲面に基板２０３を変形させる。バーヘッド２１３を基板２０３の円弧に沿って上下動させることで、バー２０９を始端２１０付近から終端２１１付近まで常に基板２０３に接触することが可能となる。図５（ｂ）はバー２０９を始端２１０付近から終端２１１に向けて基板２０３の円弧に沿って移動させた図で、供給部２０１の一例としてのディスペンサー先端の供給針２０６から間欠動作で基板２０３の幅方向（図面の奥行き方向）に塗布されたコート液２０４を精度よく基板２０３上に所定の膜厚のコート液２１５からなる塗布膜として拡げることができる。

さらに、終端２１１付近までバー２０９を始端２１０付近から終端２１１に向けて基板２０３の円弧に沿って移動させることで、基板２０３全体にわたり所定の膜厚の塗布膜を形成することが可能となる。

以上の説明では、受圧部として始端受圧部および終端受圧部の２つを用いる場合を例に説明したが、受圧部の数は１以上で任意である。基板の曲率あるいは基板の弾性に応じて最適な数、大きさ、あるいは断面形状の受圧部を設けることができる。

図６（ａ）に示すように、１つの受圧部２２２を基板２０３の中央付近に配置することもできる。また、図６（ｂ）に示すように、始端受圧部２２０，終端受圧部２２１に加えて、１つの受圧部２２２を基板２０３の中央付近に設けることもできる。この時、受圧部２２２のステージ２０２からの高さを始端受圧部２２０，終端受圧部２２１の高さより高くする。さらに、図６（ｃ）に示すように、始端受圧部２２０，終端受圧部２２１に加えて、複数の受圧部２２２を始端受圧部２２０と終端受圧部２２１との間に設けることもできる。この時、受圧部２２２のステージ２０２からの高さを始端受圧部２２０，終端受圧部２２１の高さより高くする。

本発明の実施の形態２では供給部としてのディスペンサーとバーを用いたが、スリットコータやロールコータを用いても同様の効果が得られる。

本発明は、反りや凹凸のある大型基板上に、コート液を容易に且つ精度よく均一に塗布することができ、基板上にコート液を塗布する塗布装置等に有用である。

１０１ 供給部
１０２ ステージ
１０３ 基板
１０４ コート液
１０５ シリンジ
１０６ 供給針
１０７ 指示部材
１０８ ボールネジ
１０９ バー
１１０ 始端
１１１ 終端
１１２ チャック
１１３ バーヘッド
１１４ エアシリンダ
１１５ 外側
１１６ ローラ
１１７ ブラケット
１１８ 中央部
１１９ 塗布膜
１２０ 受圧部
２０１ 供給部
２０２ ステージ
２０３ 基板
２０４ コート液
２０５ シリンジ
２０６ 供給針
２０７ 指示部材
２０８ ボールネジ
２０９ バー
２１０ 始端
２１１ 終端
２１２ チャック
２１３ バーヘッド
２１４ エアシリンダ
２１５ コート液
２１６ 始端押圧バー
２１７ 始端押圧ブラケット
２１８ 終端押圧バー
２１９ 終端押圧ブラケット
２２０ 始端受圧部
２２１ 終端受圧部
２２２ 受圧部

Claims (8)

1. 基板を載置するステージと、
   前記基板上にコート液を供給する供給部と、
   前記基板の外縁両部を前記ステージに押圧する一対のローラと、
   前記基板上を一定方向に移動すると共に、前記一定方向に相前後して設けられる前記一対のローラの間に設けられて前記コート液を引伸ばすバーと
   を有することを特徴とする塗布装置。
2. 前記ステージと前記基板との間で前記バーの下部を前記バーの相対移動に応じて移動する受圧部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の塗布装置。
3. 基板を載置するステージと、
   前記基板上にコート液を供給する供給部と、
   前記基板上を一定方向に移動して前記コート液を引伸ばすバーと、
   前記基板の前記移動方向の一方の端部を前記ステージに押圧する第１の押圧バーと、
   前記基板の他方の端部を前記ステージに押圧する第２の押圧バーと、
   前記ステージ上で前記基板の下部に配置される前記第１の押圧バーと平行な棒状の固定受圧部と
   から構成されることを特徴とする塗布装置。
4. 前記固定受圧部が始端受圧部と終端受圧部とからなることを特徴とする請求項３記載の塗布装置。
5. 前記始端受圧部が前記基板の一方の端部から前記基板の移動方向の長さの１５％以上２５％以内の位置に設けられ、前記終端受圧部が前記基板の他方の端部から前記基板の移動方向の長さの１５％以上２５％以内の位置に設けられることを特徴とする請求項４記載の塗布装置。
6. 前記始端受圧部および前記終端受圧部の前記ステージからの最大高さが前記基板の移動方向の長さの０．８％以上１．２％以内であることを特徴とする請求項５記載の塗布装置。
7. 前記固定受圧部として、前記始端受圧部と前記終端受圧部との間に、前記始端受圧部および前記終端受圧部より前記ステージからの最大高さが高い１または複数の中央受圧部をさらに有することを特徴とする請求項６記載の塗布装置。
8. 前記固定受圧部が、前記第１の押圧バーおよび前記第２の押圧バーの間で前記ステージ上に設けられる１つの中央受圧部であることを特徴とする請求項３記載の塗布装置。

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