JP2014076410A - 塗工装置および塗工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塗工装置の構造が複雑化したり設備が大掛かりになったりすることなく、塗工対象物の表面の塗工膜厚に乱れが生じるのを回避できるようにする。
【解決手段】塗工対象物１０に塗工される塗工液３が注液された塗工槽２と、塗工槽２内で塗工対象物１０を昇降させる昇降手段と、該塗工槽２内の塗工液３に浸漬された塗工対象物１０の表面に向けて乾燥エアを吹き出す乾燥ノズル４と、を有している。昇降手段は、塗工対象物１０が載置された状態で該塗工槽２内を昇降するピストン８であって、塗工対象物１０の塗工対象領域が塗工液３の液面３ａから浮き出て露出する間、当該塗工液３の液面３ａの液位を一定に維持する。ピストン８は、上昇時、塗工液３から塗工対象物１０が浮き出る体積と同体積分、塗工液３内に送り込まれる構成となっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、塗工装置および塗工方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、ローラーモールドのごとき塗工対象物に塗工液を塗布する際の塗工精度を向上させる技術の改良に関する。

例えば、ナノインプリントの押し型転写に使われるローラーモールド（ローラー状の押し型）の母材といったような円筒形状物ないし円柱形状物等の塗工対象物の表面に流体（例えばポリマー溶液等）を精度よく塗工する場合の一手法として、従来、ディップコート法（塗工対象物に応じてリングコート法と呼ばれることもある）が利用されている（例えば特許文献１〜３参照）。ディップコート法は、塗工装置の塗工用の槽内に塗工液を張り、該塗工液に塗工対象物を浸漬させ引き上げる方式（ディップ方式）の一般的な塗工手法である。

このような塗工法あるいは塗工装置における一般的な手法としては、塗工対象物を引き上げながら表面に乾燥エアを吹き付けるという手法や、塗工液を張った槽内に塗工対象物を浸漬させた後、槽から塗工液を抜くことで塗工する手法などがある。また、一般的なリングコート方式として、円筒物を固定しておき、塗工槽または塗工ノズルが上下動することで塗工するというものもある。

特開２００６−１１６４２７号公報 特開平９−２４８５０７号公報 特開平１０−４０７号公報

しかしながら、塗工液を張った槽内に塗工対象物を浸漬させ引き上げる一般的なディップ方式では、塗工液の液面の高さが引き上げと共に変動（下降）することから、塗工液の乾燥が必要な場合、塗工高さと乾燥高さが１バッチ（塗工対象物の塗工対象領域の高さ）内で変化してしまい、乾燥開始までの塗工液の滞留時間に差がでるため、一定厚みでの塗工が困難である。

また、塗工液を張った槽内に塗工対象物を浸漬させた後、槽から塗工液を抜く手法の場合、乾燥が必要だと槽内に乾燥ノズルを挿入することが必要となり、構造が複雑化しやすく、複雑化を抑える対策が必要である。しかも、槽内に気体の流動が発生しやすくなることから、液面を揺らさないための対策も必要となる。

さらに、円筒物を固定しておき、塗工槽または塗工ノズルが上下動することで塗工するリングコート方式は、振動抑制のため塗工槽の機械剛性を高める必要性があることから設備が大掛かりになりやすく、また、乾燥が必要な場合は乾燥ノズルも塗工槽と同速で移動するというさらに複雑な構造になりやすい。

そこで、本発明は、構造が複雑化したり設備が大掛かりになったりすることなく、塗工対象物の表面の塗工膜厚に乱れが生じるのを回避できるようにした塗工装置および塗工方法を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するべく本発明者は種々の検討を行った。塗工槽に浸漬した塗工対象物を塗工液から引き上げれば、当然ながら液面の位置（液位）が下降する。塗工対象物を引き上げて乾燥させる際、このように液位が下降することが、乾燥開始までの塗工液の滞留時間に差を生じさせている。この事象に特に着目してさらに検討を重ねた本発明者は、かかる課題の解決に結び付く知見を得るに至った。

本発明はこのような知見に基づくもので、塗工対象物に塗工される塗工液が注液された塗工槽と、塗工槽内で塗工対象物を昇降させる昇降手段と、塗工槽内の塗工液に浸漬された塗工対象物の表面に向けて乾燥エアを吹き出す乾燥ノズルと、を有する塗工装置であって、昇降手段は、塗工対象物が載置された状態で該塗工槽内を昇降するピストンであって、塗工対象物の塗工対象領域が塗工液の液面から浮き出る間、当該塗工液の液面の液位を一定に維持するものである。

塗工槽に浸漬した塗工対象物を上昇させて塗工液中から浮き出させる際、塗工液の液面の位置（液位）が一定に維持されれば、乾燥開始までの塗工液の滞留時間に差が生じるのを回避することができる。したがって、本発明にかかる塗工装置によれば、液位の変化に起因して塗工対象物の表面の塗工膜厚に乱れが生じるのを回避することが可能となる。

しかも、この塗工装置では、塗工対象物を昇降させるための手段として、塗工槽内を昇降するピストンを採用していることから、塗工槽から塗工液を抜く手法の場合のように槽内に乾燥ノズルを挿入して構造が複雑化したり、リングコート方式のように振動抑制のため塗工槽の機械剛性を高めて設備が大掛かりになったりすることがない。

かかる塗工装置において、ピストンは、上昇時、塗工液から塗工対象物が浮き出る体積と同体積分、塗工液内に送り込まれる構成となっている。この塗工装置においては、塗工液から塗工対象物が浮き出る体積と同体積分、ピストンが塗工液内に送り込まれ、同量入れ替わることになるため、塗工中の塗工液の液位が一定に維持される。

ピストンは、塗工対象物の断面積と等しい断面積を有するものであることが好ましい。また、ピストンは、円柱または円筒形状であることが好ましい。

また、ピストンと塗工槽の内周面との間にシール材が設けられていることが好ましい。

本発明における塗工対象物は、例えばナノインプリントの押し型転写に使われるローラーモールドの母材である。

また、本発明にかかる塗工方法は、塗工槽内を昇降可能なピストンに塗工対象物を載置し、該ピストンを下降させ、塗工槽内に注液された塗工液に塗工対象物を浸漬させ、塗工液の液面の液位を一定に維持しながら、ピストンを上昇させて塗工対象物の塗工対象領域を塗工液の液面から浮き出させ、塗工対象物の表面に向けて乾燥エアを吹き出すというものである。

本発明によれば、構造が複雑化したり設備が大掛かりになったりすることなく、塗工対象物の表面の塗工膜厚に乱れが生じるのを回避できるようになる。

本発明の一実施形態を示す図で、塗工開始時における塗工装置および塗工対象物の一例を示す断面図である。 塗工中における塗工装置および塗工対象物の一例を示す断面図である。 ローラーモールドの表面に生じたメニスカスを概略的に示す拡大図である。

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

図１、図２に本発明にかかる塗工装置の一例としてのリングコート装置１を示す。本実施形態のリングコート装置１は、塗工槽２、乾燥ノズル４、ベース板６、シリンダ７、ピストン８、Ｏリング９、制御装置などを備えている。以下では、一例としてリング状のローラーモールドの母材１０を塗工対象物とした実施形態を説明する。

塗工槽２は、ローラーモールドの母材１０に塗工するための槽である。該塗工槽２には所定量の塗工液３が注液され溜められている。塗工槽２は、ローラーモールドの母材１０を浸漬させるに足るスペースを有している。塗工槽２の具体的構成は限定されないが、シリンダ７の上側に配置された筒状部材によって形成されている。塗工槽２の下側開口端部には、シリンダ７と連結するための下側フランジ２ｂが形成されている。また、塗工槽２の上側開口端部には、連結された乾燥ノズル４を支持するための上側フランジ２ａが形成されている。

塗工液３は、ローラーモールドの母材１０の表面に塗布される液体であり、塗工槽２に注液され溜められている。本実施形態における塗工液３は、露光用の電子ビームに感光する樹脂（レジスト）であって、ローラーモールドの母材１０の表面に均一となるように塗布される。

乾燥ノズル４は、塗工槽２内の塗工液３に浸漬され引き上げられたローラーモールドの母材１０の表面に対し、乾燥エアを吹き出して乾燥させる装置である。本実施形態の乾燥ノズル４は、塗工槽２の上方に配置されており、乾燥エアを吹き出すことによって、塗工液３から引き上げられたローラーモールドの母材１０の表面を乾燥させる。なお、本実施形態で便宜的に引き上げられたと表現している態様には、ピストン８によっては押し上げられる場合も含むものとする。

ここで、本実施形態の乾燥ノズル４は、塗工液３の液面（図中、符号３ａで示す）とは反対側となる斜め上方に乾燥エアを吹き出すように構成されている。このように乾燥エアを斜め上方に吹き出すための構成は特に限定されるものではないが、本実施形態では、斜め上方を向くスリット５を乾燥ノズル４の内周に設け、該スリット５から乾燥エアを内周側の斜め上方に吹き出すようにしている。スリット５は、周方向に連続して周回するよう形成されていれば、周方向において途切れのない均一化した乾燥エアを吹き出すことができるため好ましい。

ベース板６は、本リングコート装置１のベースを構成している部材である。例えば本実施形態のベース板６は円形の孔６ａを有しており、当該円形孔６ａを中心として配置されるシリンダ７を支持している。

シリンダ７は、ピストン８をストローク可能な状態で支持する筒状部材である。本実施形態のシリンダ７は鉛直方向上側となる開口端部に上側フランジ７ａ、下側となる開口端部に下側フランジ７ｂをそれぞれ備えている。シリンダ７は、下側フランジ７ｂがベース板６に取り付けられることによって該ベース板６に連結される。また、シリンダ７の上側フランジ７ａに塗工槽２の下側フランジ２ｂが取り付けられることによって、当該シリンダ７に塗工槽２が連結される。

ピストン８は、シリンダ７や塗工槽２の内側を鉛直方向へストロークする部材である。このピストン８の上面は、載置されたローラーモールドの母材１０を安定した状態で支持しうるよう、当該ローラーモールドの母材１０の端部に合わせた凹凸を有する形状となっている。このピストン８の外周面とシリンダ７の内周面との間には、液密を保つためのシール部材として機能するＯリング９が設けられている。Ｏリング９は、ピストン８の昇降時における当該ピストン８と塗工槽２の摺動による振動を抑制するべく、低摩擦係数のものが好ましい。ピストン８は、図示しないアクチュエータ（モータ）によって駆動されてストロークする。

ここで、ピストン８は、ローラーモールドの母材１０が押し上げられてその塗工対象領域が塗工液３の液面３ａから上に浮き出る間、当該塗工液３の液面３ａの液位を一定に維持するものであることが好ましい。本実施形態では、ローラーモールドの母材１０の断面積と等しい断面積を有する円柱形状または円筒形状のピストン８を用い、上昇時、塗工液３からローラーモールドの母材１０が浮き出て露出する体積と同体積分、当該ピストン８が塗工液３内に送り込まれる構成としている（図２参照）。このような構成の塗工装置１においては、塗工液３からローラーモールドの母材１０が浮き出て露出する体積と同体積分、ピストン８が塗工液３内に送り込まれ、同量入れ替わることになるため、塗工中における塗工液３の液位が一定に維持される。

ローラーモールドの母材１０は、回転しながらフィルムに連続転写（ナノインプリント）することが可能なローラー状のモールドである。本実施形態のローラーモールドの母材１０は円筒状に形成されているモールドで、リングコート装置１により塗工されることにより、電子ビームに感光する樹脂（レジスト）である塗工液３が均一に塗布される。

制御装置（図示省略）は、図示しない各種センサからの検出信号に基づき、ピストン８を駆動するためのアクチュエータや乾燥ノズル４などに対して制御信号を送信する。当該制御信号により、浸漬後のローラーモールドの母材１０の引き上げ速度、乾燥エアの吹き出しタイミングや吹き出し量などを制御することができる。

続いて、上述のリングコート装置１を用いたローラーモールドの母材１０の塗工（リングコート）処理の一例を以下に説明する。

まず、塗工しようとするローラーモールドの母材１０をピストン８にセットする。セット後、塗工槽２内に所定量の塗工液３が注液されている状態でアクチュエータを駆動し、ピストン８を下降させ、ローラーモールドの母材１０を塗工液３に浸漬（ディップ）させる（図１参照）。

所定時間、塗工液３にローラーモールドの母材１０を浸漬させたら、ピストン８を上昇させ、塗工液３からローラーモールドの母材１０を引き上げる。引き上げ速度は、一定であることが好ましい。引き上げの際、所定のタイミングにて乾燥ノズル４から乾燥エアを吹き出し、ローラーモールドの母材１０の表面に塗布された塗工液３を乾燥させる（図２参照）。

このとき、本実施形態のリングコート装置１においては、乾燥ノズル４のスリット５から、塗工液３の液面３ａとは反対側となる斜め上方に乾燥エアを吹き出すことにより、ローラーモールドの母材１０の表面の塗工膜厚に乱れが生じるのを回避する。すなわち、塗工液３に浸漬したローラーモールドの母材１０を引き上げると、界面張力の影響によりローラーモールドの母材１０の表面にメニスカス（図３において符号Ｍで示す）が生じることがあるが（図３参照）、この点、本実施形態では、このような状況が生じうると踏まえたうえで、当該メニスカスＭの形状が安定するために該メニスカスＭのほうに乾燥エアが流れないよう、乾燥ノズル４のスリット５から、斜め上方に乾燥エアを吹き出すようにしている（図２等参照）。これによれば、塗工過程においてメニスカスＭの状態や形状が安定化し、当該メニスカスＭの形状変動を解消させた状態で乾燥操作を行うことができる。このように、本実施形態では、メニスカスＭが安定化した状態で塗工液３を乾かすようにし、これにより、ローラーモールドの母材１０の表面の塗工膜厚に乱れが生じるのを回避できるようにしている。

また、上述したように、本実施形態の塗工装置１では、塗工液３からローラーモールドの母材１０が浮き出る体積と同体積分、ピストン８が塗工液３内に送り込まれ、塗工中における塗工液３の液位が一定に維持される構成としている。このように塗工液３の液面３ａの位置（液位）が一定に維持されれば、ローラーモールドの母材１０の塗工対象領域（本実施形態の場合、ローラーモールドの母材１０の大径部分の外周面）に塗布された塗工液３の当該塗工対象領域における滞留時間が、乾燥開始までの間に領域によって差が生じるのを回避することができる。このため、本実施形態では、塗工液３の液位の変化に起因してローラーモールドの母材１０の表面の塗工膜厚に乱れが生じるようなことがなくなり、一定厚みでの塗工が可能である。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば本実施形態では、リングコート装置１における塗工対象物の一例として、ナノインプリントの押し型転写に使われるローラーモールドの母材１０を示したが、図１等に示したローラーモールドの母材１０の形状は一例であって、この他、円筒形状または円柱形状、あるいは複数の円筒形状物または円柱形状物が組み合わされた形状の対象物を塗工対象とすることができる。

また、上述した実施形態では、円柱形状または円筒形状のピストン８を例示したがこれらは好適例にすぎず、要は、ローラーモールドの母材１０の引き上げ体積分と同量が塗工液３に送り込まれて液面３ａを一定に保つ構成となっていれば、当該ローラーモールドの母材１０の外形や断面形状などは特に限定されることがない。

さらに、ローラーモールドの母材１０の引き上げ体積分と同体積分を塗工液３に送り込むという上述の観点からすれば、ピストン８と併せて他の物体（特に図示していないが、例えば液位維持のため塗工槽２内に出没し、あるいは沈められる棒状部材など）を塗工液３中に送り込み、塗工液３からローラーモールドの母材１０が浮き出る分と同量の体積を補充する（補う）ようにして液位を維持できるようにしてもよい。したがって、ピストン８が塗工液３内に送り込まれる体積が塗工液３からローラーモールドの母材１０が浮き出る体積より少ないとしても、他部材と協働して塗工中における塗工液３の液位を維持することが可能である。

φ100、有効面長50mmの金属製ロールを塗工対象物として塗工試験を行った。ここでは、塗工速度1mm/s以下の一定速度において、当該金属製ロールの表面に電子線レジスト溶液を塗工することとした。上述した構成のリングコート装置１を用いた結果、乾燥後厚み50nm〜300nm±5%以内の一定厚みのレジストが塗られたロールが得られた。

本発明は、ローラーモールドのような塗工対象物の表面に電子線レジスト溶液のごとき塗工液を塗布する場合に適用して好適である。

１…リングコート装置（塗工装置）
２…塗工槽
３…塗工液
３ａ…塗工液の液面
４…乾燥ノズル
８…ピストン（昇降手段）
９…Ｏリング（シール材）
１０…ローラーモールドの母材（塗工対象物）

Claims (7)

1. 塗工対象物に塗工される塗工液が注液された塗工槽と、
   前記塗工槽内で前記塗工対象物を昇降させる昇降手段と、
   前記塗工槽内の前記塗工液に浸漬された前記塗工対象物の表面に向けて乾燥エアを吹き出す乾燥ノズルと、
   を有する塗工装置であって、
   前記昇降手段は、前記塗工対象物が載置された状態で該塗工槽内を昇降するピストンであって、前記塗工対象物の塗工対象領域が前記塗工液の液面から浮き出る間、当該塗工液の液面の液位を一定に維持するものである、塗工装置。
2. 前記ピストンは、上昇時、前記塗工液から前記塗工対象物が浮き出る体積と同体積分、前記塗工液内に送り込まれる構成となっている、請求項１に記載の塗工装置。
3. 前記ピストンは、前記塗工対象物の断面積と等しい断面積を有するものである、請求項２に記載の塗工装置。
4. 前記ピストンは、円柱または円筒形状である、請求項３に記載の塗工装置。
5. 前記ピストンと前記塗工槽の内周面との間にシール材が設けられている、請求項４に記載の塗工装置。
6. 前記塗工対象物は、ナノインプリントの押し型転写に使われるローラーモールドの母材である、請求項５に記載の塗工装置。
7. 塗工槽内を昇降可能なピストンに塗工対象物を載置し、
   該ピストンを下降させ、前記塗工槽内に注液された塗工液に前記塗工対象物を浸漬させ、
   前記塗工液の液面の液位を一定に維持しながら、前記ピストンを上昇させて前記塗工対象物の塗工対象領域を前記塗工液の液面から浮き出させ、
   前記塗工対象物の表面に向けて乾燥エアを吹き出す、塗工方法。

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