JP2014161815A - 塗布装置および塗布方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板が撓んだ状態の場合でも基板に塗布液を均一に塗布することが可能な塗布装置を提供する。
【解決手段】このエレクトロスプレー装置１００（塗布装置）は、撓み変形した状態の基板５に塗布液を塗布するノズル１を備え、ノズル１は、基板５の撓み変形した形状に沿った軌跡で基板５との間隔ｈ１が互いに略等しくなるように基板５に対して相対的に移動して塗布動作を行うように構成されている。
【選択図】図４

Description

この発明は、塗布装置および塗布方法に関し、特に、基板に塗布液を塗布する塗布装置および塗布方法に関する。

従来、基板に塗布液を塗布する塗布装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、基板に塗布液を塗布するノズルを備えるエレクトロスプレー装置（塗布装置）が開示されている。このエレクトロスプレー装置では、ノズルの上方に基板が配置されるとともに、塗布液に印加される電圧と基板側との間の電位差（電界）により、塗布液がノズルから上方（基板側）に噴霧されて基板上に塗布されるように構成されている。

特開２０１２−１３５７０４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のエレクトロスプレー装置では、ノズルの上方に配置された基板が自重により下方に撓んだ場合に、基板とノズルとの距離が塗布位置により変化するという不都合がある。このため、塗布液を基板に均一に塗布することが困難であるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、基板が撓んだ状態の場合でも基板に塗布液を均一に塗布することが可能な塗布装置および塗布方法を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による塗布装置は、撓み変形した状態の基板に塗布液を塗布するノズルを備え、ノズルは、基板の撓み変形した形状に沿った軌跡で基板との間隔が互いに略等しくなるように基板に対して相対的に移動して塗布動作を行うように構成されている。

この第１の局面による塗布装置では、上記のように、ノズルを、基板の撓み変形した形状に沿った軌跡で基板との間隔が互いに略等しくなるように基板に対して相対的に移動して塗布動作を行うように構成することによって、基板が撓んだ状態の場合でも、基板に塗布液が塗布される塗布位置とノズルとの距離を一定に保ちながら基板に対して相対的にノズルを移動させて塗布動作を行うことができるので、基板に塗布液を均一に塗布することができる。

上記第１の局面による塗布装置において、好ましくは、ノズルは、基板の撓み変形した形状に沿った軌跡で基板に対して略垂直になるように角度を変化させながら、基板に対して相対的に移動するように構成されている。このように構成すれば、基板に対するノズルの距離を一定に保つのみならず、基板に塗布液が塗布される塗布位置の表面に対するノズルの角度を略垂直に保ちながら基板に対して相対的にノズルを移動させて塗布動作を行うことができるので、基板に塗布液をより効果的に均一に塗布することができる。

上記第１の局面による塗布装置において、好ましくは、基板の塗布液が塗布される側とは反対側の表面を吸着するとともに基板を所定の撓み変形形状に維持する吸着部を含む吸着ステージをさらに備え、ノズルは、吸着ステージの吸着部に基板が吸着された状態で、基板の撓み変形形状に沿った軌跡で吸着ステージに対して相対的に移動して塗布動作を行うように構成されている。このように構成すれば、基板を吸着ステージの吸着部の表面に吸着させて基板の撓み形状を維持しながら塗布動作を行うことができるので、基板の維持された撓み変形形状に沿った軌跡で吸着ステージに対して容易にノズルを相対的に移動させることができる。これにより、基板に塗布液が塗布される塗布位置とノズルとの距離を容易に一定に保ちながら塗布動作を行うことができるので、基板に塗布液を容易に均一に塗布することができる。

この場合、好ましくは、吸着ステージの吸着部の表面は、基板の所定の撓み変形形状に対応する撓み形状を有し、ノズルは、吸着ステージの吸着部に基板が吸着された状態で、撓み形状に沿った軌跡で吸着ステージに対して相対的に移動して塗布動作を行うように構成されている。このように構成すれば、吸着ステージの吸着部の表面により、容易に、基板を所定の撓み変形形状に維持することができるので、ノズルを吸着ステージの吸着部の撓み形状に沿った軌跡で吸着ステージに対して相対的に移動させることにより、ノズルと基板に塗布液が塗布される塗布位置との距離を容易に一定に保つことができる。

上記吸着ステージを備える構成において、好ましくは、吸着ステージがノズルに対して少なくとも水平方向および鉛直方向に移動することにより、ノズルが吸着ステージに対して相対的に移動するように構成されている。このように構成すれば、吸着ステージを水平方向および鉛直方向に移動させることにより、ノズルを固定した状態で、基板に塗布液が塗布される塗布位置とノズルとの距離を容易に一定に保ちながら塗布動作を行うことができる。

上記吸着ステージを備える構成において、好ましくは、吸着ステージがノズルに対して水平方向および鉛直方向に加えて回転方向にも移動することにより、ノズルが吸着ステージに対して相対的に移動するように構成されている。このように構成すれば、ノズルを固定した状態で、基板に塗布液が塗布される塗布位置の表面に対するノズルの角度を容易に略鉛直に保ちながら塗布動作を行うことができる。

この発明の第２の局面による塗布方法は、撓み変形した状態の基板を支持するステップと、撓み変形した状態の基板にノズルにより塗布液を塗布するステップとを備え、ノズルにより塗布液を塗布するステップは、基板の撓み変形した形状に沿った軌跡で基板とノズルとの間隔が互いに略等しくなるように基板に対してノズルを相対的に移動して塗布動作を行うステップを含む。

この第２の局面による塗布方法では、上記のように、基板の撓み変形した形状に沿った軌跡で基板とノズルとの間隔が互いに略等しくなるように基板に対してノズルを相対的に移動して塗布動作を行うステップを設けることによって、基板が撓んだ状態の場合でも、基板に塗布液が塗布される塗布位置とノズルとの距離を一定に保ちながら基板に対して相対的にノズルを移動させて塗布動作を行うことができるので、基板に塗布液を均一に塗布することが可能な塗布方法を提供することができる。

本発明によれば、上記のように、基板が撓んだ状態の場合でも基板に塗布液を均一に塗布することができる。

本発明の一実施形態によるエレクトロスプレー装置の斜視図である。 本発明の一実施形態によるエレクトロスプレー装置の平面図である。 本発明の一実施形態によるエレクトロスプレー装置の側面図である。 本発明の一実施形態によるエレクトロスプレー装置のノズルの移動を説明するための図である。 本発明の一実施形態の第１変形例によるエレクトロスプレー装置の吸着ステージの移動を説明するための図である。 本発明の一実施形態の第２変形例によるエレクトロスプレー装置の吸着ステージの移動を説明するための図である。 本発明の一実施形態の第３変形例によるエレクトロスプレー装置のノズルの移動を説明するための図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図４を参照して、本実施形態によるエレクトロスプレー装置１００の構成について説明する。なお、エレクトロスプレー装置１００は、本発明の「塗布装置」の一例である。

図１および図２に示すように、エレクトロスプレー装置１００は、ノズル１と、吸着ステージ２と、ノズル１と吸着ステージ２との間に配置されるマスク３と、マスク３を矢印Ｚ１方向および矢印Ｚ２方向に昇降する昇降部４とを備えている。また、塗布時は、吸着ステージ２とマスク３との間には、ガラスなどからなる基板５が配置されている。そして、ノズル１からマスク３越しに吸着ステージ２に載置された基板５へ塗布液を噴射することにより、基板５に薄膜を形成する。

ノズル１は、撓み変形した状態の基板５に塗布液を塗布するように構成されている。具体的には、ノズル１は、塗布液（たとえば、導電性ポリマーであるＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ） ｐｏｌｙ（ｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ)）に所定の電圧を印加した状態で噴霧して上方（矢印Ｚ１方向）に位置する撓み変形した基板５に薄膜（図示せず）を堆積するように構成されている。具体的には、ノズル１は、塗布液を充填するように構成されているとともに、ノズル１の内部には、電極（図示せず）が設けられている。そして、この電極により塗布液に電圧が印加されるように構成されている。

また、ノズル１は、マスク３の下方（矢印Ｚ２方向）に配置されている。また、ノズル１は、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能に構成されている。具体的には、図２に示すように、ノズル１は、ヘッド１１の上（Ｚ１方向）側に開口を有するように配置されている。ヘッド１１は、Ｙ方向に延びるヘッド支持部１２に沿ってＹ方向に移動可能に構成されている。ヘッド支持部１２は、基台１０１上に設けられたＸ方向に延びる一対の固定レール部１３に沿ってＸ方向に移動可能に構成されている。これにより、ノズル１は、基台１０１上をＸ−Ｙ面内（水平面内）で移動することが可能なように構成されている。

また、ノズル１は、ヘッド１１の昇降機構（図示せず）により、上下方向（Ｚ方向）に移動されるように構成されている。また、図４に示すように、ノズル１は、ヘッド１１のチルト機構（図示せず）により、ＹＺ平面内で鉛直方向に対して傾けることが可能なように構成されている。

吸着ステージ２は、少なくとも表面が導電性材料で構成されており、電気的に接地されている。また、本実施形態では、吸着ステージ２は、基板５の塗布液が塗布される側とは反対側（矢印Ｚ１方向側）の表面を吸着する吸着部２ａを有しており、吸着ステージ２の吸着部２ａは、ガラスなどからなる基板５を撓み変形量ｄ１を有するように撓ませた状態で吸着して維持するように構成されている。すなわち、吸着ステージ２の吸着部２ａの表面は、基板５の撓み変形量ｄ１に対応する撓み形状を有している。なお、撓み変形量ｄ１とは、図３に示すように、基板５が撓んでいない水平な状態から、基板５の中央部が距離ｄ１だけ下方に撓んだ状態を意味する。また、吸着部２ａは、吸着ステージ２の矢印Ｚ２方向側の表面である。

また、図３に示すように、吸着部２ａの表面は、カテナリー曲線状（ロープなどの両端を持って垂らした時にできる曲線状）に形成されている。また、吸着ステージ２の吸着部２ａの表面は、下に凸のＤ形状（Ｘ方向に沿った軸を中心に、Ｙ方向側の両方の端部が矢印Ｚ１方向に反った形状）を有する。つまり、吸着ステージ２の吸着部２ａの表面は、基板５の所定の撓み変形形状に対応する撓み形状を有する。

また、図１に示すように、吸着ステージ２の下面（吸着部２ａ）に、基板５が載置（吸着）されている。そして、ノズル１と吸着ステージ２との間で電位差を持たせることで、ノズル１から噴出する塗布液は吸着ステージ２に向かって飛行する。これにより、直接基板５を接地して塗布を行う必要がないので、非導電性の基板５へも塗布が可能である。

また、図２に示すように、吸着ステージ２は、Ｙ方向側の両端において一対の支持軸２１により支持されている。一対の支持軸２１は、吸着ステージ２のＸ方向における略中央に配置されている。また、吸着ステージ２は、一対の支持軸２１を中心に回転可能に構成されている。これにより、吸着ステージ２の吸着部２ａを上側（Ｚ１方向側）に向けた状態で、基板５を吸着ステージ２に取り付けた後、吸着ステージ２を１８０度回動させて、吸着ステージ２の吸着部２ａを下側（Ｚ２方向側）に向けて、塗布液を塗布することが可能である。

ここで、本実施形態では、図４に示すように、ノズル１は、基板５の撓み変形した形状に沿った軌跡で基板５との間隔ｈ１が互いに略等しくなるように基板５に対して移動して塗布動作を行うように構成されている。具体的には、ノズル１は、吸着ステージ２の吸着部２ａに基板５が吸着された状態で、基板５の撓み変形形状に沿った軌跡で吸着ステージ２に対して移動して塗布動作を行うように構成されている。つまり、ノズル１は、Ｙ方向に移動する際に、基板５の撓み変形形状に沿うようにＺ方向（上下方向）に昇降するように構成されている。また、ノズル１は、基板５の撓み変形した形状に沿った軌跡で基板５に対して略垂直になるように角度を変化させながら、基板５に対して移動するように構成されている。

また、本実施形態では、ノズル１は、吸着ステージ２の吸着部２ａに基板５が吸着された状態で、吸着部２ａの撓み形状に沿った軌跡で吸着ステージ２に対して移動して塗布動作を行うように構成されている。

マスク３は、耐薬品性、加工精度、寸法安定性、耐絶縁性、剛性等が優れた樹脂により構成されている。たとえば、マスク３は、ＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ＰＰ（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ＨＤＰＥ（Ｈｉｇｈ−ｄｅｎｓｉｔｙ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＥＰＯＸＹ、ガラスエポキシ、ＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｓｔｙｒｅｎｅ）、ＰＥＥＫ（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ ｅｔｈｅｒ ｋｅｔｏｎｅ）、ＰＯＭ（Ｐｏｌｙｏｘｙｍｅｔｈｙｌｅｎｅ）などからなる。

また、マスク３は、基板５の近傍に配置（基板５の下方に密着）されている。また、マスク３には、平面視において（Ｚ方向から見て）、所定の開口パターンを有する開口部（図示せず）が複数形成されている。

また、図１〜図３に示すように、昇降部４は、マスク３のＹ方向側の両方の端部を下方から支持するように板状に形成されている。また、昇降部４は、Ｙ方向の両側に一対配置されている。マスク３は、マスク３のＹ方向の端部近傍が昇降部４に支持された状態で、昇降部４が吸着ステージ２側（Ｚ１方向側）に上昇することによって、基板５の下方に密着するように配置される。

次に、本実施形態の効果について説明する。

本実施形態では、上記のように、ノズル１を、基板５の撓み変形した形状に沿った軌跡で基板５との間隔ｈ１が互いに略等しくなるように基板５に対して相対的に移動して塗布動作を行うように構成することによって、基板５が撓んだ状態の場合でも、基板５に塗布液が塗布される塗布位置とノズル１との距離を一定に保ちながら基板５に対して相対的にノズル１を移動させて塗布動作を行うことができるので、基板５に塗布液を均一に塗布することができる。

また、本実施形態では、上記のように、ノズル１を、基板５の撓み変形した形状に沿った軌跡で基板５に対して略垂直になるように角度を変化させながら、基板５に対して相対的に移動するように構成する。これにより、基板５に対するノズル１の距離を一定に保つのみならず、基板５に塗布液が塗布される塗布位置の表面に対するノズル１の角度を略垂直に保ちながら基板５に対して相対的にノズル１を移動させて塗布動作を行うことができるので、基板５に塗布液をより効果的に均一に塗布することができる。

また、本実施形態では、上記のように、ノズル１を、吸着ステージ２の吸着部２ａに基板５が吸着された状態で、基板５の撓み変形形状に沿った軌跡で吸着ステージ２に対して相対的に移動して塗布動作を行うように構成する。これにより、基板５を吸着ステージ２の吸着部２ａの表面に吸着させて基板５の撓み形状を維持しながら塗布動作を行うことができるので、基板５の維持された撓み変形形状に沿った軌跡で吸着ステージ２に対して容易にノズル１を相対的に移動させることができる。その結果、基板５に塗布液が塗布される塗布位置とノズル１との距離を容易に一定に保ちながら塗布動作を行うことができるので、基板５に塗布液を容易に均一に塗布することができる。

また、本実施形態では、上記のように、ノズル１を、吸着ステージ２の吸着部２ａに基板５が吸着された状態で、撓み形状に沿った軌跡で吸着ステージ２に対して相対的に移動して塗布動作を行うように構成する。これにより、吸着ステージ２の吸着部２ａの表面により、容易に、基板５を所定の撓み変形形状に維持することができるので、ノズル１を吸着ステージ２の吸着部２ａの撓み形状に沿った軌跡で吸着ステージ２に対して相対的に移動させることによって、ノズル１と基板５に塗布液が塗布される塗布位置との距離を容易に一定に保つことができる。

なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、本発明の塗布装置を、エレクトロスプレー装置の形態で示したが、本発明はこれに限られない。基板に塗布液を塗布する装置であれば、エレクトロスプレー装置以外の塗布装置に本発明を適用してもよい。

また、上記実施形態では、ノズルを基板の撓み変形した形状に沿った軌跡で基板との間隔が互いに略等しくなるように基板に対して相対的に移動する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、図５に示す第１変形例によるエレクトロスプレー装置１００ａ（塗布装置）のように、吸着ステージ２がノズル１に対して少なくとも水平方向（Ｙ方向）および鉛直方向（Ｚ方向）に移動することにより、ノズル１が吸着ステージ２に対して相対的に移動するように構成してもよい。たとえば、駆動機構２２ａにより、ノズル１と基板５との間隔ｈ１が一定となるように、水平方向（Ｙ方向）に距離Ｙａ、鉛直方向（Ｚ方向）に距離Ｚａだけ吸着ステージ２を移動させてもよい。この場合、ノズル１を、撓み変形した基板５の表面に対して略垂直になるように角度を変化させてもよい。

また、たとえば、図６に示す第２変形例によるエレクトロスプレー装置１００ｂ（塗布装置）のように、吸着ステージ２がノズル１に対して水平方向（Ｙ方向）および鉛直方向（Ｚ方向）に加えて回転方向（Ａ方向）にも移動することにより、ノズル１が吸着ステージ２に対して相対的に移動するように構成してもよい。たとえば、駆動機構２２ｂにより、ノズル１と基板５との間隔ｈ１が一定となるように、水平方向（Ｙ方向）、鉛直方向（Ｚ方向）および回転方向（Ａ方向）に吸着ステージ２を移動させてもよい。なお、回転方向の回転軸はノズル１の延びる方向（Ｚ方向）と垂直な方向（Ｘ方向）であってもよい。つまり、回転方向の回転軸は、水平方向（ＸＹ方向）上に存在してもよい。言い換えると、回転方向の回転軸は、基板５が一方向（Ｙ方向）に撓んでいる場合、撓んだ状態の基板５の尾根（稜線）方向（Ｘ方向）であってもよい。

また、上記実施形態では、基板とノズルとの間にマスクを配置して塗布を行う構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明は、基板とノズルとの間にマスクを配置しないで塗布を行う構成にも適用可能である。

また、上記実施形態では、ノズルの上方に基板を配置して塗布を行う構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明は、ノズルの下方または側方に基板を配置して塗布を行う構成にも適用可能である。たとえば、図７に示す第３変形例によるエレクトロスプレー装置１００ｃ（塗布装置）のように、ノズル１の下方（Ｚ２方向側）に基板５ａを配置して塗布を行う構成であってもよい。この場合、回転体６ａにロール状に巻きまわした変形可能な基板５ａを、ローラ６ｂに送り出し、ローラ６ｂの上方に配置されたノズル１により塗布液を塗布してもよい。この場合、ノズル１を、基板５ａの撓み変形した形状に沿った軌跡で基板５ａとの間隔ｈ２が互いに略等しくなるように基板５ａに対して相対的に移動して塗布動作を行うように構成してもよい。この際、ロール状の基板５ａを回転体６ａからローラ６ｂを介して回転体６ｃに間欠的に送り出してもよい。つまり、基板５ａを一定量の長さだけローラ６ｂ上に送り出し停止させてから、ノズル１を移動させながら塗布液を塗布した後、次の基板５ａを一定量の長さだけローラ６ｂ上に送り出すことを繰り返して順次基板５ａに塗布液を塗布する構成であってもよい。

また、上記実施形態では、吸着ステージにガラスなどからなる基板が配置される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、吸着ステージにフィルム状の基板を配置してもよい。

１ ノズル
２ 吸着ステージ
２ａ 吸着部
５、５ａ 基板
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ エレクトロスプレー装置（塗布装置）

Claims (7)

1. 撓み変形した状態の基板に塗布液を塗布するノズルを備え、
   前記ノズルは、前記基板の撓み変形した形状に沿った軌跡で前記基板との間隔が互いに略等しくなるように前記基板に対して相対的に移動して塗布動作を行うように構成されている、塗布装置。
2. 前記ノズルは、前記基板の撓み変形した形状に沿った軌跡で前記基板に対して略垂直になるように角度を変化させながら、前記基板に対して相対的に移動するように構成されている、請求項１に記載の塗布装置。
3. 前記基板の前記塗布液が塗布される側とは反対側の表面を吸着するとともに前記基板を所定の撓み変形形状に維持する吸着部を含む吸着ステージをさらに備え、
   前記ノズルは、前記吸着ステージの前記吸着部に前記基板が吸着された状態で、前記基板の撓み変形形状に沿った軌跡で前記吸着ステージに対して相対的に移動して塗布動作を行うように構成されている、請求項１または２に記載の塗布装置。
4. 前記吸着ステージの吸着部の表面は、前記基板の所定の撓み変形形状に対応する撓み形状を有し、
   前記ノズルは、前記吸着ステージの吸着部に前記基板が吸着された状態で、前記撓み形状に沿った軌跡で前記吸着ステージに対して相対的に移動して塗布動作を行うように構成されている、請求項３に記載の塗布装置。
5. 前記吸着ステージが前記ノズルに対して少なくとも水平方向および鉛直方向に移動することにより、前記ノズルが前記吸着ステージに対して相対的に移動するように構成されている、請求項３または４に記載の塗布装置。
6. 前記吸着ステージが前記ノズルに対して水平方向および鉛直方向に加えて回転方向にも移動することにより、前記ノズルが前記吸着ステージに対して相対的に移動するように構成されている、請求項３〜５のいずれか１項に記載の塗布装置。
7. 撓み変形した状態の基板を支持するステップと、
   撓み変形した状態の前記基板にノズルにより塗布液を塗布するステップとを備え、
   ノズルにより塗布液を塗布するステップは、前記基板の撓み変形した形状に沿った軌跡で前記基板と前記ノズルとの間隔が互いに略等しくなるように前記基板に対して前記ノズルを相対的に移動して塗布動作を行うステップを含む、塗布方法。

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