JP4405137B2

JP4405137B2 - 塗布装置

Info

Publication number: JP4405137B2
Application number: JP2002203494A
Authority: JP
Inventors: 幹雄増市; 幸宏高村; 三造森脇
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2022-07-12
Also published as: CN101058481B; JP2004041943A; CN101058481A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウエハ、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、光ディスク用基板などの各種基板にフォトレジスト液、現像液、エッチング液などの塗布液を吐出する塗布装置、またガラス基板などの透明基板に有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）材料を吐出する有機ＥＬ塗布装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の塗布装置は、供給源に貯留されている塗布液や有機ＥＬ材料などの液体を取り出すためのポンプと、ポンプからの液体中の異物を除去するためのフィルタと、そのフィルタを介して圧送されてくる液体を基板に向けて吐出するノズルとを備えている。この塗布装置におけるフィルタの主たる役割は、ノズルに圧送されるまでに液体中から異物を除去してノズルの目詰まりを防止する点にあり、塗布装置の立ち上げ時に配管内をフラッシングすることで、その後においては、フィルタによる液体の濾過処理によってノズルの目詰まりは原理的には発生しない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、配管内をノズルに向けて液体を圧送しているために、次のような問題が発生することがあった。すなわち、配管内の圧力が高まることで液体中の溶質がゲル化し、そのゲル化溶質のサイズがノズル先端に設けられたオリフィスよりも大きくなると、オリフィスを塞いで目詰まりを発生させてしまう。特に、インクジェット方式により有機ＥＬ素子を製造する有機ＥＬ塗布装置では、高分子の溶質を有機溶剤に溶解した有機ＥＬ材料を上記液体としてノズルより基板に向けて吐出することになるが、溶質のゲル化に伴うノズル目詰まりが発生して製品歩留りの低下を招いてしまうという重大な問題が生じていた。
【０００４】
また、上記のようにフラッシングを行ったとしても、そのフラッシングのみにより配管継手部分などの液溜りに滞留する異物を全て取り除くことが事実上不可能であり、その液溜りの異物がフラッシング後に時間経過とともにノズル側に送給されてくることがある。そして、オリフィスよりも大きなサイズを有する異物がノズルのオリフィスを塞いで目詰まりを発生させることもあった。
【０００５】
さらに、異物やゲル化溶質のサイズがオリフィスよりも小さくとも、それらの複数個が同時にオリフィスに送給され、そのオリフィス付近で複数の異物などが相互から横圧を受けて身動きが取れなくなって滞留状態が生じてしまうことがある。その結果、これら複数の異物などがオリフィスを塞いでしまいノズル目詰まりを引き起こしてしまう。
【０００６】
このようにノズル目詰まりが発生してしまうと、基板への液体の吐出を安定して行うことができず、製品歩留りの低下を招いてしまう。さらにノズル目詰まりが進行すると、ノズルからの液体の吐出自体が不可能となり、塗布処理を一時中断し、ノズルを分解掃除しなくてはならず、塗布装置の稼働効率を低下させる主要因のひとつとなっている。また、ノズルの分解掃除の際にオリフィスを塞いでいる異物やゲル化溶質などを取り除く必要があり、メンテナンス性の面でも改善の余地があった。
【０００７】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、塗布液や有機ＥＬ材料などの液体を基板に吐出するノズルを備えた（有機ＥＬ）塗布装置において、ノズル目詰まりを抑制して液体を安定して吐出するとともに、装置の稼働効率を高めることを第１の目的とする。
【０００８】
また、この発明は、上記第１の目的に加え、さらに優れたメンテナンス性を有する（有機ＥＬ）塗布装置を提供することを第２の目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる塗布装置は、内部空間を有するノズル本体とノズル本体の先端部に配置された先端部材とを有して内部空間内を流通する有機ＥＬ材料を先端部材に形成されるオリフィスから基板に向けて塗布液として吐出する、ノズルを備えたものであって、上記第１の目的を達成するため、内部空間内で塗布液をオリフィスに流通させる流路上で、かつオリフィスから内部空間側に離間してフィルタを設け、しかも、流路上におけるフィルタとオリフィスとの間隔が、流路を流れる塗布液の最大吐出力に対応するフィルタの撓み量と同じに設定されている。
【００１０】
このように構成された発明では、ノズルの内部にフィルタが設けられているため、塗布液とともにノズル内に流れてきた異物などがオリフィスに到達するまでにフィルタにより捕集されてノズル目詰まりを防止する。
【００１１】
この種の塗布装置では、塗布液をノズルから吐出させるため、塗布液をノズルに圧送しており、この圧力を受けてフィルタはオリフィス側に撓む。したがって、この撓み量以上オリフィスから離れた位置にフィルタを配置することで撓んだフィルタがオリフィスと密着するのを防止することができる。また、次のような観点からフィルタとオリフィスとの間隔をフィルタの撓み量程度とするメリットがある。すなわち、フィルタとオリフィスとの離間距離が長くなると、その間を塗布液が圧送されている間に溶質のゲル化が生じて従来技術と同様の問題が発生するおそれがある。これに対してフィルタとオリフィスとの離間距離を、最大吐出力のときのフィルタの撓み量に対応させて、最大吐出力に対応するフィルタの撓み量と同じに設定することでフィルタとオリフィスとの間で溶質のゲル化が発生する可能性はほとんどなくなり、上記問題を解消することができる。
【００１２】
ノズルへのフィルタの取付に関しては、特に限定されるものではないが、フィルタをノズルに対して着脱可能に設けると、例えばフィルタに多くの異物などが捕集されてフィルタ交換が必要となったとしても、該フィルタのみを交換することで塗布処理を再開することができ、塗布処理の再開のために常にノズルの分解掃除を必要としていた従来技術に比べてメンテナンス性を高めることができる。
【００１３】
ここで、ノズルに対してフィルタを着脱自在とするための具体的構成としては、例えばノズルを、その内部空間でフィルタを内蔵可能となっているノズル本体と、ノズル本体の先端部に配置可能で、しかも、その略中央部にオリフィスが形成された先端部材とで構成し、フィルタをノズル本体の内部空間に挿脱自在とし、さらに先端部材をノズル本体に対して着脱自在とすればよい。また、フィルタとオリフィスとの離間距離を正確に設定するために、例えばノズル本体の内部空間に挿脱自在で、しかも内部空間でフィルタと先端部材との間に介挿されてフィルタと先端部材との間隔を規定するスペーサを設けるようにしてもよい。
【００１４】
この発明は、先端部材がフィルタの厚みより薄い薄板状に形成されている塗布装置や、塗布液が有機ＥＬ材料である塗布装置において特に顕著な効果を奏する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明にかかる有機ＥＬ塗布装置の一実施形態を示す図である。この有機ＥＬ塗布装置は、同図に示すように、赤，緑，青色の有機ＥＬ材料１０ａ〜１０ｃの塗布を受けるガラス基板Ｓを載置するステージ１と、このステージ１を所定方向に移動させるステージ移動機構部２と、ガラス基板Ｓ上に形成された位置合わせマーク（図示省略）の位置を検出する位置合わせマーク検出部３と、赤色の有機ＥＬ材料１０ａを赤色用のノズル４ａに供給する第１供給部５と、緑色の有機ＥＬ材料１０ｂを緑色用のノズル４ｂに供給する第２供給部６と、青色の有機ＥＬ材料１０ｃを青色用のノズル４ｃに供給する第３供給部７と、各色のノズル４ａ〜４ｃを所定方向に移動させるノズル移動機構部８と、ステージ移動機構部２と位置合わせマーク検出部３と第１〜第３供給部５〜７とノズル移動機構部８とを制御する制御部９とで構成されている。
【００２１】
これらの構成要素のうち、第１供給部５は、例えば、赤色の有機ＥＬ材料１０ａの供給源２０ａと、この供給源２０ａから赤色の有機ＥＬ材料１０ａを取り出すためのポンプ２１と、赤色の有機ＥＬ材料１０ａの流量を検出する流量計２２と、赤色の有機ＥＬ材料１０ａ中の異物を除去するためのフィルタ２３とを備えている。
【００２２】
また、第２供給部６は、例えば、緑色の有機ＥＬ材料１０ｂの供給源２０ｂと、この供給源２０ｂから緑色の有機ＥＬ材料１０ｂを取り出すためのポンプ２１と、緑色の有機ＥＬ材料１０ｂの流量を検出する流量計２２と、緑色の有機ＥＬ材料１０ｂ中の異物を除去するためのフィルタ２３とを備えている。
【００２３】
また、第３供給部７は、例えば、青色の有機ＥＬ材料１０ｃの供給源２０ｃと、この供給源２０ｃから青色の有機ＥＬ材料１０ｃを取り出すためのポンプ２１と、青色の有機ＥＬ材料１０ｃの流量を検出する流量計２２と、青色の有機ＥＬ材料１０ｃ中の異物を除去するためのフィルタ２３とを備えている。
【００２４】
そして、制御部９はステージ１を所定方向に所定量だけ移動させるようにステージ移動機構部２を制御し、ノズル４ａ〜４ｃを所定方向に所定量だけ移動させるようにノズル移動機構部８を制御するとともに、第１〜第３供給部５〜７の各流量計２２からの検出値ａ〜ｃに応じてノズル４ａ〜４ｃから所定流量の有機ＥＬ材料１０ａ〜１０ｃを流し出すように第１〜第３供給部５〜７の各ポンプ２１に指令ｄ〜ｆを出力する。具体的には、制御部９が装置各部を以下のように制御して有機ＥＬ材料をガラス基板Ｓ上でストライプ状に塗布している。
【００２５】
ガラス基板Ｓの塗布開始位置にノズル４ａ〜４ｃが位置すると、制御部９は、各ノズル４ａ〜４ｃからガラス基板Ｓへの有機ＥＬ材料１０ａ〜１０ｃの吐出開始を各ポンプ２１に指示するとともに、ノズル４ａ〜４ｃをほぼ直線状に移動させるように制御する。これによって、赤，緑，青色の有機ＥＬ材料１０ａ〜１０ｃが同時にガラス基板Ｓ上にストライプ状に塗布されていく。
【００２６】
そして、制御部９は、ガラス基板Ｓの塗布停止位置にノズル４ａ〜４ｃが位置すると、各ノズル４ａ〜４ｃからガラス基板Ｓへの有機ＥＬ材料１０ａ〜１０ｃの吐出を停止させるよう各ポンプ２１に指示するとともに、ノズル４ａ〜４ｃの移動を停止させる。
【００２７】
ところで、上記のように構成された有機ＥＬ塗布装置では、各ノズル４ａ〜４ｃにフィルタを内蔵させてノズル目詰まりを効果的に防止している。以下、図２を参照しつつノズル構成について詳述する。なお、各ノズル４ａ〜４ｃの構成は同一であるため、ノズル４ａのノズル構成について説明し、他のノズル４ｂ、４ｃの構成説明を省略する。
【００２８】
図２は、図１の有機ＥＬ塗布装置に組み込まれたノズルを示す図であり、同図（ａ）は断面図であり、同図（ｂ）は分解組立図である。このノズル４ａは、その先端部が開口されたノズル本体４１を備えている。そして、そのノズル本体４１の内部空間ＳＰに、スペーサ４２と、フィルタ４３と、スペーサ４４と、先端部材４５とがこの順序で挿入されるとともに、ノズル本体４１の先端側（同図の下側）から先端部に固定キャップ４６を外装することで内部空間ＳＰ内で保持される。また、固定キャップ４６をノズル本体４１の先端部から取外すと、先端部材４５をノズル本体４１から取外し、さらにノズル本体４１の内部空間ＳＰからスペーサ４４およびフィルタ４３を取出すことが可能となっている。なお、固定キャップ４６およびノズル本体４１の先端部にそれぞれ雌ネジおよび雄ネジを螺刻し、固定キャップ４６をノズル本体４１の先端部に螺合させて固定するようにしてもよく、こうすることで固定力を高めることができるとともに、固定キャップ４６の着脱が容易となる。
【００２９】
上記のようにして組み立てられたノズル４ａでは、ノズル本体４１の後端側（同図の上側）から内部空間ＳＰに連通するようにノズル本体４１に貫通孔４１ａが設けられており、第１供給部５から有機ＥＬ材料がその貫通孔４１ａを介して内部空間ＳＰに圧送されてくる。また、ノズル４ａに圧送されてきた有機ＥＬ材料は、内部空間ＳＰを流路としてノズル先端側に流れ、フィルタ４３を透過した後、先端部材４５の略中央部に設けられたオリフィス４５ａを通過して吐出される。このように本実施形態ではノズル本体４１の内部空間ＳＰはオリフィス４５ａに連通されて有機ＥＬ材料を流通させるための流路として機能している。
【００３０】
そして、この流路（ノズル本体４１の内部空間ＳＰ）上に、フィルタ４３の外周縁が２つのスペーサ４２、４４で挟まれて内部空間ＳＰの所定位置に保持固定されている。この位置は、本発明の「内部位置」に相当するものであり、先端部材４５のオリフィス４５ａから内部空間ＳＰ側（同図の上側）にスペーサ４４の厚みＤ分だけ離間した位置となっている。このようにスペーサ４４を用いることでフィルタ４３とオリフィス４５ａとの離間距離Ｄを正確に設定することができる。ここで、本実施形態では、この厚みＤを、流路（内部空間ＳＰ）を流れる有機ＥＬ材料によるフィルタ４３の撓み量とほぼ一致させている。この理由は以下のとおりである。
【００３１】
このフィルタ４３は、第１供給部５からノズル４ａに圧送されてきた有機ＥＬ材料内に異物やゲル化溶質などを取り除くために流路上に設けたものであり、本実施形態ではフィルタ材質として例えばポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）を用い、ろ過精度が１０μｍのものを採用している。この「ろ過精度」とは、ろ過効率が９９．９％以上となるところの粒子径を示すものである。したがって、この実施形態では、上記フィルタ４３をオリフィス４５ａの上流側に配置したことで、有機ＥＬ材料から１０μｍ以上の粒子サイズを有する異物やゲル化溶質などを取り除き、それら異物などによるオリフィス４５ａの目詰まりの発生を未然に防止している。
【００３２】
なお、このように構成されるフィルタ４３は可撓性を有しており、しかもノズル４ａに供給される有機ＥＬ材料は圧送されてくるため、有機ＥＬ材料の圧力に応じてフィルタ４３の中央部はノズル先端側（同図の下方側）に撓むこととなる。そのため、オリフィス４５ａとフィルタ４３との離間間隔が有機ＥＬ材料の最大吐出圧力ときのフィルタ４３の撓み量以上となるように構成している。
【００３３】
一方、スペーサ４４の厚みＤについては、フィルタ４３の撓み量よりも大きければ、いくらでも大きければよいというものではない。というのも、フィルタ４３とオリフィス４５ａとの離間距離Ｄが長くなると、その間を有機ＥＬ材料が圧送されている間に溶質のゲル化が生じて従来技術と同様の問題が発生するおそれがあるからである。これに対してフィルタ４３を内部位置の近傍に配置する、つまりフィルタ４３とオリフィス４５ａとの離間距離Ｄをフィルタ４３の撓み量程度に設定することでフィルタ４３とオリフィス４５ａとの間で溶質のゲル化が発生する可能性はほとんどなく、上記問題を解消することができる。そこで、これらの点を考慮して本実施形態では、最大吐出力（＝３．５ｋｇｆ／ｃｍ^２）でのフィルタ４３の撓み量が０．６ｍｍであることから、離間距離Ｄを０．６〜０．８ｍｍに設定している。ただし、これらの値は一例であり、フィルタ４３の材質やろ過精度等あるいは吐出力等に応じてフィルタ４３の撓み量が変動するため、フィルタ４３の撓み量を正確に把握した上で離間距離Ｄを設定するのが望ましい。
【００３４】
以上のように、この実施形態によれば、各ノズル４ａ〜４ｃにフィルタ４３を内蔵させて１０μｍ以上の粒子サイズを有する異物やゲル化溶質などがオリフィス４５ａに達するのを阻止しているので、それら異物などによるオリフィス４５ａの目詰まりを確実に防止することができる。その結果、ガラス基板Ｓへの有機ＥＬ材料の吐出を安定して行うことができ、製品歩留りを向上させることができる。また、ノズルの目詰まりを抑制することで有機ＥＬ塗布装置の稼働停止頻度を格段に下げることができ、装置の稼働効率を高めることができる。
【００３５】
また、フィルタ４３の略中央部がノズル本体４１の内部空間ＳＰを流れる有機ＥＬ材料から受ける圧力によりオリフィス４５ａ側に撓むが、その撓み量だけオリフィス４５ａから離れた内部位置の近傍にフィルタ４３が配置されているため、圧送される有機ＥＬ材料によりフィルタ４３が撓んだとしても、オリフィス４５ａと密着するのを防止することができるとともに、フィルタ４３とオリフィス４５ａとの離間距離Ｄが撓み量程度（上記実施形態では、０．６ｍｍ）と短いため、それらフィルタ４３とオリフィス４５ａとの間で溶質のゲル化は発生せず、良好な有機ＥＬ材料をオリフィス４５ａを介してガラス基板Ｓに向けて吐出することができる。
【００３６】
さらに、上記のように構成された有機ＥＬ塗布装置では、装置稼働とともに、異物やゲル化溶質などがフィルタ４３に捕集されてフィルタ交換が必要となるが、フィルタ４３がノズル本体４１の内部空間ＳＰに対して挿脱自在となっているため、フィルタ交換が容易で、メンテナンス性をさらに高めることができる。
【００３７】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、フィルタ４３としてろ過精度が１０μｍのものを採用しているが、これは有機ＥＬ塗布装置ごと、あるいは各ノズルごとに適切なフィルタを用いればよい。そして、各フィルタに応じて離間距離Ｄを最適化するのが望ましい。この点、本実施形態では、スペーサ４４により離間距離Ｄを正確に設定することができるように構成されているため、各ノズルごとに最適離間距離に対応するスペーサをフィルタ４３と先端部材４５との間に介挿すればよい。
【００３８】
また、上記実施形態では、先端部材４５に単一のオリフィス４５ａを形成したノズルに対して本発明を適用しているが、オリフィスの個数、配置および形状などは任意であり、ノズル先端部から有機ＥＬ材料を吐出する有機ＥＬ塗布装置全般に本発明を適用することができる。さらに、本発明の適用対象は有機ＥＬ塗布装置に限定されるものではなく、半導体ウエハ、ガラス基板、液晶表示用ガラス基板、プラズマ表示用ガラス基板、光ディスク用基板などの各種基板にフォトレジスト液、現像液、エッチング液などの塗布液を吐出する塗布装置に対して適用することができる。すなわち、本発明は液体を基板に向けて吐出するノズルを有する塗布装置全般に適用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、ノズルの内部にフィルタを設けているため、ノズル内に流れてきた異物などをフィルタにより捕集し、ノズルの目詰まりを効果的に防止することができ、その結果、塗布液や有機ＥＬ材料などの液体を安定して吐出するとともに、装置の稼働効率を高めることができる。
【００４０】
また、フィルタをノズルに対して着脱可能に設けているため、必要に応じてフィルタのみを交換することで塗布処理を再開することができ、塗布処理の再開のために常にノズルの分解掃除を必要としていた従来技術に比べてメンテナンス性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる有機ＥＬ塗布装置の一実施形態を示す図である。
【図２】図１の有機ＥＬ塗布装置に組み込まれたノズルを示す図である。
【符号の説明】
４ａ〜４ｃ…ノズル
１０ａ〜１０ｃ…有機ＥＬ材料
４１…ノズル本体
４３…フィルタ
４４…スペーサ
４５…先端部材
４５ａ…オリフィス
Ｄ…離間距離
Ｓ…ガラス基板
ＳＰ…内部空間

Claims

内部空間を有するノズル本体と前記ノズル本体の先端部に配置された先端部材とを有して前記内部空間内を流通する有機ＥＬ材料を前記先端部材に形成されるオリフィスから基板に向けて塗布液として吐出する、ノズルを備えた塗布装置において、
前記内部空間内で前記塗布液を前記オリフィスに流通させる流路上で、かつ前記オリフィスから前記内部空間側に離間してフィルタが設けられ、
前記流路上における前記フィルタと前記オリフィスとの間隔が、前記流路を流れる前記塗布液の最大吐出力に対応する前記フィルタの撓み量と同じに設定されている
ことを特徴とする塗布装置。
前記フィルタは前記ノズルに対して着脱可能に設けられている請求項１記載の塗布装置。
前記オリフィスは前記先端部材の略中央部に形成され、
前記フィルタは前記ノズル本体の内部空間に挿脱自在であるとともに、前記先端部材は前記ノズル本体に対して着脱自在となっている請求項２記載の塗布装置。
前記ノズルは、前記ノズル本体の内部空間に挿脱自在で、しかも前記内部空間で前記フィルタと前記先端部材との間に介挿されて前記フィルタと前記先端部材との間隔を規定するスペーサを備えている請求項３記載の塗布装置。
前記先端部材は、前記フィルタの厚みより薄い薄板状に形成されている請求項３または４に記載の塗布装置。