JP4742511B2 - 塗布方法および塗布装置並びにディスプレイ用部材の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えばカラー液晶ディスプレイ用カラーフィルタやＴＦＴ用アレイ基板、光学フィルタ、プリント基板、集積回路、半導体等の製造分野に使用されるものであり、詳しくはガラス基板などの被塗布部材表面に塗布液を吐出しながら塗膜を形成する塗布装置および塗布方法並びにこれら装置および方法を使用したカラーフィルタやＴＦＴ用アレイ基板等のディスプレイ用部材の製造方法の改良に関する。

カラー液晶ディスプレイ用のカラーフィルタは、ガラス基板上に３原色の細かな格子模様を有しており、このような格子模様はガラス基板上に黒色の塗膜を形成した後に、赤、青、緑の塗膜を順次形成していき、これにより、ガラス基板上を３原色に塗り分けて得られる。

それゆえ、カラーフィルタの製造には、ガラス基板上に黒、赤、青、緑の塗布液を順次塗布して、その塗膜を形成していく形成工程が必要不可欠となる。この種の形成工程には、スピナーが容易に均一な塗膜を形成できるので多く使用されてきたが、最近にいたって、高価な塗布液の消費を削減することと、幅が１ｍをこえるガラス基板に対応した装置の大型化があいまって、ダイコータが多く導入されるようになってきている。

この種のダイコータの一例としては、往復動可能なテーブルと、下向きの吐出口を有した塗布ヘッド（ダイ）とを１台備え、テーブル上にガラス基板が吸着保持された後、テーブルとともにガラス基板が塗布ヘッドの直下を移動するに伴い、塗布ヘッドの吐出口から塗布液を吐出させ、ガラス基板上に塗膜を連続して形成するものがある（例えば特許文献１）。

近年製品の高品質化に伴って、基板に塗布するダイコータに要求される膜厚分布精度はますます高くなってきており、たとえば、端部１０mmを除外して±３％以下の膜厚むらにすることが望まれている。

通常、大きな膜厚変動を生じるのは、塗布方向、ダイの長手方向である基板幅方向をとわず、中央部分ではなくて端部である。幅方向端部については、塗布液の特性によって塗膜の膜厚プロファイルが定まるため、塗布液の特性調整が主な改善手段となる。一方、塗布方向端部については、塗布開始部と塗布終了部の膜厚制御の良否が、目標の膜厚範囲内に到達しない不良膜厚区間を最小とする膜厚プロファイル形成に大きく影響をするために、不良膜厚区間を短くして均一な膜厚の区間を増加させるための改善手段が、数多く提案されてきている。

塗布開始部については、その厚膜化を防止するために、基板とダイとの間のすきまであるクリアランスを、塗布液の吐出ならびに基板に対するダイの水平移動と連動させて制御する方法（例えば特許文献２）、基板を静止させておき、ポンプを駆動して吐出を始めた一定時間後に基板の移動を開始して塗布開始する方法（例えば特許文献３）等がある。
特開平６-３３９６５６号公報（第５欄１８行目〜第７欄２５行目、第１０欄９行目〜４３行目、図１） 特開２００２−１１３４１１号公報（第４欄４８行目〜第５欄２４行目、第９欄３行目〜３１行目、図１、図５） 特開平８−２２９４８２号公報（第１３欄４６行目〜第１５欄４８行目、図３）

上記の塗布開始部の膜厚プロファイル制御手段は、いずれもパラメータを変えることで膜厚プロファイルを変えることができる。しかし、いずれもパラメータを装置上可能な最小単位で変更させても、膜厚プロファイルの変化が大きくて、所望の膜厚プロファイルに十分調整できず、その結果、塗布開始部と終了部の目標の膜厚範囲内に到達しない不良膜厚区間が長くなって、均一な膜厚の区間が短くなってしまうという問題があった。

本発明は、上述の事情に基づいてなされたものでその目的とするところは、塗布開始部の塗膜の膜厚プロファイルを微細に調整できる手段を示して、塗布開始部に発生する目標膜厚範囲内に到達しない不良膜厚区間を最小とし、それによって均一な膜厚区間を最長にして、一枚の被塗布部材上での有効製品領域を最大とすることが安価に、しかも容易に実現できる塗布装置及び方法ならびにこの方法を使用したディスプレイ用部材の製造方法を提供することにある。

上記目的は、以下に述べる手段によって達成される。

本発明の塗布方法は、一方向に延びる吐出口を有する塗布器を被塗布部材に近接させ、定容量ポンプから塗布器に粘度が１〜５０ｍＰａＳの塗布液を供給して被塗布部材に塗布器から塗布液を吐出するとともに、被塗布部材の塗布器に対する相対移動をして、被塗布部材上に塗膜を形成する塗布方法において、予め塗布時と同じ条件にて定容量ポンプから塗布器に至る経路中で塗布時の圧力を検知する予備試験を繰り返し、前記検知した圧力波形形状が所望の形状になるように、前記定容量ポンプの機械駆動部の動作速度を目標とする膜厚をえるための動作速度に達するよう立ち上げる時に、圧力波形の立上げ時間よりも短い任意の時間間隔ごとに、アンダーシュートする動作速度に達するように変化させて行うことで各パラメータを定めた後に、圧力を制御して実際の塗布をすることを特徴とする。

ここで、前記圧力の制御は、前記定容量ポンプと塗布器の間に形状が可変となるオリフィスを設け、オリフィスの形状を変えることで行うことが好ましい。

本発明の塗布装置は、塗布液を吐出するために一方向に延びる吐出口を有する塗布器と、塗布器に粘度が１〜５０ｍＰａＳの塗布液を供給する定容量ポンプと、被塗布部材を保持する載置台と、前記塗布器および載置台のうちの少なくとも一方を相対的に移動させる移動手段と、塗布器を被塗布部材に近接させる近接手段とを備えて、被塗布部材に塗膜を形成する塗布装置であって、さらに定容量ポンプから塗布器に至る経路中に圧力検知器を設けるとともに、予備試験で予め塗布時と同じ条件にて該圧力検知器により検知した圧力波形形状を所望の形状になるように、前記定容量ポンプの機械駆動部の動作速度を目標とする膜厚をえるための動作速度に達するよう立ち上げる時に、圧力波形の立上げ時間よりも短い任意の時間間隔ごとに、アンダーシュートする動作速度に達するように変化させて行うことで各パラメータを定めて、実際の塗布の圧力を制御する圧力制御装置を備えたことを特徴とする。

ここで、前記圧力制御装置として前記定容量ポンプと塗布器の間に形状が可変となるオリフィスを設けることが好ましい。

本発明のディスプレイ用部材の製造方法は、上記の本発明の塗布方法を用いてディスプレイ用部材を製造することを特徴とする。

本発明になる塗布方法および塗布装置を用いれば、予め塗布時と同じ条件にて定容量ポンプから塗布器に至る経路中で塗布時の圧力を検知する予備試験を繰り返し、その検知した圧力波形形状が所望の形状になるように、定容量ポンプの機械駆動部の動作速度を、圧力波形の立上げ時間よりも短い任意の時間間隔で変化させて行うことで各パラメータを定めた後に、圧力を制御して実際の塗布をすることで、塗布開始部の膜厚プロファイルを微細に調整できる。したがって、塗布開始部に発生する目標膜厚範囲内に到達しない不良膜厚区間を最小とし、それによって均一な膜厚区間を最長にする膜厚プロファイル形状を容易にえられる。その結果、高い膜厚分布精度を有する塗膜を得ることができ、一枚の被塗布部材上での有効製品領域を最大とすることが可能となる。

本発明になるディスプレイ用部材の製造方法によれば、上記の優れた塗布方法を用いてディスプレイ用部材を製造するのであるから、塗膜の膜厚分布精度と品質の高いディスプレイ用部材を低コストで製造することが可能となる。

以下、この発明の好ましい一実施形態を図面に基づいて説明する。

なお本発明の塗布方法は、定容量ポンプから塗布器に至る経路中で、塗布時の圧力を検知することにより、その検知した圧力波形形状が、少なくとも塗布開始部では所望の形状となるように、圧力を制御して塗布を行うものである。ここで塗布開始部とは、塗布を開始してから塗膜の膜厚がゼロから目標とする一定膜厚に到達するまでの遷移区間、すなわち前記でいう不良膜厚区間のことをいう。また塗布開始部での所望の圧力波形形状とは、定められた立上げ時間内で圧力がゼロから所定の値に達しているものを指す。さらに立上げ時間は、不良膜厚区間を最小とするために、短くすることが好ましい。

したがって本発明の方法を実施する場合には、予め、塗布時と同じ条件にて圧力波形形状を検知する予備試験を繰り返し、圧力波形形状が所望のものとなるように各パラメータを定めた後に、実際の塗布を行うものである。

図１は、この発明に係る塗布方法を行う塗布装置であるダイコータ１の概略正面断面図、図２は膜厚とシリンジポンプ塗布液供給速度と基板Ａ移動速度との関係を示す時間線図、図３は塗布開始部での圧力とピストン動作速度との関係を示す時間線図、図６は別の圧力とピストン機械動作速度の時間線図、図７はさらに別の圧力とピストン機械動作速度の時間線図である。

まず図１を参照すると、本発明のダイコータ１が示されている。このダイコータ１は基台２を備えており、基台２上には、一対のガイドレール４が設けられている。このガイドレール４上には、被塗布部材である基板Ａの載置台、すなわちステージ６が配置されている。ステージ６は図示しないリニアモータで駆動されて図１に矢印で示されているＸ方向に自在に往復動する。またステージ６の上面は吸着孔からなる真空吸着面となっており、基板Ａを吸着保持することができる。

基台２の中央を見ると、門型の支柱１０がある。支柱１０の両側に、上下昇降ユニット７０が備えられており、この上下昇降装置ユニット７０に塗布を行うダイ２０が取り付けられている。

ダイ２０は、Ｘ方向に直交する方向（紙面に垂直な方向）にのびているフロントリップ２２、及びリアリップ２４を、シム３２を介してＸ方向に重ね合わせ、図示しない複数の連結ボルトにより一体的に結合されている。ダイ２０内の中央部にはマニホールド２６が形成されており、このマニホールド２６もダイ２０の長手方向（Ｘ方向に直交する方向）に延びている。マニホールド２６の下方には、スリット２８が連通して形成されている。このスリット２８もダイ２０の長手方向にのびており、その下端がダイ２０の最下端面である吐出口面３６で開口となって、吐出口３４を形成する。なおスリット２８はシム３２によって形成されるので、スリットの間隙（Ｘ方向に測定）は、シム３２の厚さと等しくなる。

このダイ２０を昇降させる上下昇降装置ユニット７０は、ダイ２０を吊り下げる形で保持する吊り下げ保持台８０、吊り下げ保持台８０を昇降させる昇降台７８、昇降台７８を上下方向に案内するガイド７４、モータ７２の回転運動を昇降台７８の直線運動に変換するボールねじ７６より構成されている。上下昇降ユニット７０はダイ２０の長手方向の両端部を支持するよう左右１対あって、各々が独立に昇降できるので、ダイ２０長手方向の水平に対する傾き角度を任意に設定することができる。これによってダイ２０の吐出口面３６と基板Ａを、ダイ２０の長手方向にわたって略並行にすることができる。さらに、この上下昇降ユニット７０によって、ステージ６上の基板Ａとダイ２０の吐出口面３６の間にすきま、すわなち、クリアランスを、任意の大きさに設けることができる。

さらに図１で基台２の右側端部を見ると、拭き取りユニット９０がガイドレール４上にＸ方向に移動自在に取付られている。拭き取りユニット９０には、ダイ２０の吐出口３４周辺に係合する形状を有する拭き取りヘッド９２が、ブラケット９４を介してスライダー９６に取り付けられている。スライダー９６は駆動ユニット９８により、ダイ２０の長手方向、すなわちＸ方向に直行する方向に自在に移動する。駆動ユニット９８とトレイ１００は台車１０２上に固定されている。台車１０２はガイドレール４上にあり、ガイドレール４に案内されて、図示しないリニアモータによりＸ方向に自在に往復動できるので、拭き取りユニット９０全体がＸ方向に往復動できる。また拭き取りを行うときは、拭き取りヘッド９２がダイ２０に係合する位置まで拭き取りユニット９０全体をＸ方向に移動させ、ダイ２０を下降して拭き取りヘッド９２に係合させる。そして、駆動ユニット９８を駆動して拭き取りヘッド９２をダイ２０の長手方向に摺動させると、ダイ２０の吐出口３４付近に残存している塗布液その他の汚染物を除去、清掃することができる。除去した塗布液その他はトレイ１００で回収される。トレイ１００は図示しない排出ラインに接続されており、内部にたまった塗布液等の液体を外部に排出、回収することができる。またトレイ１００は、ダイ２０からエアー抜き等で吐出される塗布液を回収するために使用することもできる。なお拭き取りヘッド９２はダイ２０に均等に係合できるようゴム等の弾性体、合成樹脂が好ましい。

さらにまた基台２の左側を見ると、基板Ａの厚さを測定する厚さセンサー１２０が支持台１２２に取り付けられている。厚さセンサー１２０はレーザを使用したものであることが好ましい。厚さセンサー１２０により基板Ａの厚さを測定することで、どのような厚さの基板Ａに対しても、ダイ２０の吐出口面３６と基板Ａの隙間であるクリアランスを、常に一定にすることができる。

再びダイ２０を見ると、ダイ２０のマニホールド２６の上流側は、塗布液供給装置４０に連なる供給ホース６０に、内部通路（図示しない）を介して常時接続されており、これにより、マニホールド２６へは塗布液供給装置４０から塗布液を供給することができる。マニホールド２６に入った塗布液はダイ２０の長手方向に均等に拡幅されて、スリット２８を経て、吐出口３４から吐出される。吐出口面３６と基板Ａとの間に液だまりであるビードＢを形成後、基板Ａ上に塗布膜Ｃを形成する。

なお、塗布液供給装置４０は、供給ホース６０の上流側に、フィルター４６、絞りバルブ４７、圧力検知器である圧力計４８、供給バルブ４２、シリンジポンプ５０、吸引バルブ４４、吸引ホース６２、タンク６４を備えている。絞りバルブ４７はニードル型、ボール型、ダイヤフラム型、ベローズ型等、オリフィスを形成して圧力差を発生し、かつオリフィスの形状が開度により可変で圧力差を任意に設定できるものであればいかなるものでもよい。すなわち、オリフィスの開度を小さくすると、オリフィスの形状つまり断面積は小さくなるので圧力差は大きくなり、逆にオリフィスの開度を大きくすると、オリフィスの形状つまり断面積は大きくなるので圧力差は小さくなる。さてタンク６４には塗布液６６が蓄えられており、圧空源６８に連結されて任意の大きさの背圧を塗布液６６に付加することができる。タンク６４内の塗布液６６は、吸引ホース６２を通じてシリンジポンプ５０に供給される。シリンジポンプ５０では、シリンジ５２、ピストン５４がポンプ本体５６に取り付けられている。ここでピストン５４は図示しない駆動源によって上下方向に自在に往復動できる。シリンジポンプ５０は、一定の内径を有するシリンジ５２内に塗布液を充填し、それをピストン５４により押し出して、ダイ２０に基板Ａを一枚塗布する分だけ供給する定容量型のポンプである。シリンジポンプ５０のシリンジ５２は静止しているが、ピストン５４は上下動するので機械駆動部となる。そして、機械駆動部であるピストン５４の動作速度、すなわち機械動作速度となる上昇移動速度により、シリンジポンプ５０からダイ２０への塗布液供給速度が定まる。そして、シリンジ５２内に塗布液６６を充填するときは、吸引バルブ４４を開、供給バルブ４２を閉として、ピストン５４を下方に移動させる。またシリンジ５２内に充填された塗布液をダイ２０に向かって供給するときは、吸引バルブ４４を閉、供給バルブ４２を開とし、ピストン５４を上方に移動させることで、ピストン５４でシリンジ５２内部の塗布液を押し上げて排出する。シリンジポンプ５０では、オス側のピストン５４とメス側のシリンジ５２との間に、気密性を持たせるために図示しないＯリングをシール材として、ピストン５４またはシリンジ５２に取り付けるのが好ましい。ダイ２０に塗布液をシリンジポンプ５０から供給する時の圧力は、圧力計４８で計測される。圧力計の設置位置は、定容量ポンプから塗布器に至る経路内、すなわち、シリンジポンプ５０からダイ２０に至る経路内であれば、いかなる位置に設置してもよい。ダイ２０に塗布液をシリンジポンプ５０から供給する時にシリンジポンプ５０に作用する圧力の大きさは、絞りバルブ４７のオリフィスの開度の調整によって行うことができるので、絞りバルブ４７は圧力制御装置としての役割をもつ。上記したように絞りバルブ４７のオリフィスの開度を小さくすると、オリフィスの形状つまり断面積は小さくなるので、塗布液がオリフィスを通過するときの圧力差は大きくなり、シリンジポンプ５０に作用する圧力は大きくなる。逆にオリフィスの開度を大きくすると、オリフィスの形状つまり断面積は大きくなるので、塗布液がオリフィスを通過する時の圧力差は小さくなり、シリンジポンプ５０に作用する圧力は小さくなる。シリンジポンプ５０からダイ２０に至る供給ホース６０が樹脂製の場合、圧力が大きいと供給ホース６０が膨張弾性変形して変形が完了するまで塗布液がそこに蓄積されることになる。したがって、シリンジポンプ５０からダイ２０への塗布液供給を開始するときは、次第に圧力が上昇して供給ホース６０が膨張変形し、塗布液が膨張変形分だけ供給ホース６０に蓄積されることになるが、蓄積が完了するまではダイ２０には塗布液は供給されないから、シリンジポンプ５０からダイ２０への塗布液供給速度がゼロから所定の値に到達するまでの立上げ時間が長くなることになる。つまり絞りバルブ４７によってシリンジポンプ５０に作用する圧力を変えると、立上げ時間もそれに応じて変化するので、絞りバルブ４７によってシリンジポンプ５０の塗布液供給速度の立上げ時間を調整できるといえる。

なお、制御信号にて動作するリニアモータ、モータ７２、塗布液供給装置４０等はすべて制御装置１３０に電気的に接続されている。そして、制御装置に組み込まれた自動運転プログラムにしたがって制御指令信号が各機器に送信されて、あらかじめ定められた動作を行う。なお条件変更時は操作盤１３２に適宜変更パラメータを入力すれば、それが制御装置１３０に伝達されて、運転動作の変更が実現できる。特に塗布液供給装置４０の中では、圧力計４８とシリンジポンプ５０、供給バルブ４２、吸引バルブ４４が電気的に接続されており、制御装置１３０にその電気的な信号や測定値をとりこんだり、制御装置１３０からの指令により、任意の動作をさせることができる。制御装置１３０を用いれば、塗液供給装置４０、上下昇降ユニット７０、ステージ６の動作を自在に制御できるので、塗布開始部、塗布終了部での塗布膜のプロファイルが任意のものとなるよう各部分の動作を制御できる。

実際の塗布開始部の制御例を示す。図２は、シリンジポンプ５０の塗布液供給速度、ステージ６に吸着された基板Ａの移動速度と、基板Ａに塗布される塗膜Ｃの膜厚の関係を示す時間線図である。図２（ａ）を見ると塗布は、静止した基板Ａに対して、まずシリンジポンプから塗布液を供給し、一定時間ｔ０秒後に基板Ａすなわちステージ６が移動を開始することで行われる。一定時間ｔ０秒は、ダイ２０と基板Ａとの間に塗布液を供給してビードＢを形成するのに費やされる時間である。基板Ａが移動を開始してからは、基板Ａ上に塗膜が形成されるが、その厚さ、すなわち膜厚は、基板Ａの移動速度とシリンジポンプ５０からの塗布液供給速度から導かれるマテリアルバランスで定まる。そして基板Ａの移動速度、シリンジポンプ５０からの塗布液供給速度があらかじめ定められた一定値Ｖｓ、Ｖｐに到達したとき、基板Ａには目標膜厚ＴＨの塗膜が形成される。図２では、塗布開始から目標膜厚ＴＨに達するまでの区間を不良膜厚区間、目標膜厚ＴＨに達している区間を均一膜厚区間と名付けているが、不良膜厚区間を最小、すなわち均一膜厚区間を最大とする制御を行うことが望ましい。そのためには、基板Ａの移動速度がゼロから定められた一定値Ｖｓに達するまでの時間ｔｓ、シリンジポンプ５０からの塗布液供給速度がゼロから定められた一定値Ｖｐに達するまでの時間ｔｐとも、最小とする制御が必要とされる。例えば、図２（ｂ）、（ｃ）のように、基板Ａの立上げ時間ｔｓが短くても、シリンジポンプ５０からの塗布液供給速度が、オーバーシュートして安定するまでに時間ががかかったり、あるいはゆっくり加速されて立上げ時間が長くなると、不良膜厚区間は長くなってしまう。

次にダイコータ１を使用しての本発明の塗布方法について詳述する。

本発明の塗布方法は、図２（ａ）に示す塗布開始部の不良膜厚区間を最小とするために、定容量ポンプであるシリンジポンプ５０から塗布器であるダイ２０への塗布液供給速度がシリンジポンプ５０始動開始からあらかじめ定められた一定値Ｖｐに到達するまでの時間、すなわち立上げ時間ｔｐを最小とする手段を提示する。

シリンジポンプ５０からの塗布液供給速度は、圧力計４８で検知される圧力と比例する。すなわち、圧力計４８で圧力を測定することは、シリンジポンプ５０からの塗布液供給速度を測定することと同義である。図６はピストン５４の機械動作速度と、そのときに測定した圧力の時間線図である。図６では、シリンジポンプ５０から所望の塗布液供給速度をえるようにシリンジポンプ５０のピストン５４の上昇動作速度、すなわち機械動作速度Ｖｐｉを求め、一定の立上げ時間ｔｐｉでピストン５４を駆動している。この時にシリンジポンプ５０から供給される塗布液により発生する圧力波形は、圧力計４８で測定されるが、ピストン５４の機械動作速度波形と対応していない。すなわち、ピストン５４は時間ｔｐｉで予め定めた一定速度Ｖｓｉに達しているのに対して、圧力、すなわち、実際の塗布液供給速度はそれよりも長い時間ｔｐｒにて一定値Ｐに到達している。いいかえると、ピストン５４の立上げ時間ｔｐｉよりも圧力の立上げ時間ｔｐｒの方が長くなっている。これはシリンジポンプ５０から塗布液が、ピストン５４の動作速度に対応した塗布液供給速度で送りだされても、シリンジポンプ５０からダイ２０の間にある樹脂製チューブよりなる供給ホース６０の内圧による変形や、混入したエアーの圧縮変形等で、塗布液がそこに蓄積され、一時的にダイ２０に塗布液が供給されなくなり、遅れが生じるためである。

そのために本発明の塗布方法では、あらかじめ塗布のときと同じ条件でシリンジポンプ５０からダイ２０に塗布液を供給して、圧力計４８で圧力を測定し、その圧力波形が所望の形状となるようにピストン５４の動作条件を定める。

ここで、所望の圧力波形の形状とは、塗布開始から圧力があらかじめ定めた立上げ時間にて立ち上がっている、すなわち所定の圧力値に到達するものである。圧力の立上げ時間ｔｐｒは、ステージ６の立上げ時間ｔｓと同じにするか、それよりも短くする。これは図２より、圧力すなわちシリンジポンプ５０からの塗布液供給速度の立上げ時間ｔｐを基板Ａ、すなわちステージ６の立上げ時間ｔｓよりも短くしていると、目標膜厚ＴＨに到達する時間は、ステージ６の立上げ時間よりも長くならない、すなわち不良膜厚区間を最小にできるためである。

圧力計４８により測定した圧力波形が所望の形状となるようにピストン５４の動作条件を定める方法を図３を用いて説明する。

まず、シリンジポンプ５０のピストン５４を実際の塗布と同じ条件、すなわち図３（ａ）に破線で示すように、立上げ時間ｔｐｉ、到達速度Ｖｐｉ２にて動作させて、破線のように圧力波形が測定されたとする。圧力はピストン５４の機械動作速度ｔｐｉよりもはるかに長い時間ｔｐｒ１で立ち上がっている。そこで、ピストン５４の動作速度を、実線で示すように、立上げ時間ｔｐｉよりも短い時間間隔ｔ１、ｔ２ごとにピストン５４が速度Ｖｐｉ１、Ｖｐｉ２に達するようにし、しかもわざとオーバーシュートするようにＶｐｉ１＞Ｖｐｉ２にして、圧力が短い時間で立ち上がるようにする。ここでＶｐｉ２は目標とする膜厚をえるためのピストン５４機械動作速度である。この実線で示すピストン５４の動作により、圧力は実線のように目標立上げ時間ｔｐｉで立上がり、所望のものとなる。また、図３（ｂ）の破線で示すように、シリンジポンプ５０のピストン５４機械動作速度を時間ｔｐｉで立ち上げると、圧力がオーバーシュートして、ピストン５４の機械動作速度ｔｐｉよりも長い時間ｔｐｒ１で立ち上がっている時は、実線で示すように、時間間隔ｔ１、ｔ２ごとにピストン５４の機械動作速度Ｖｐｉ１、Ｖｐｉ２に達するようする。しかもわざとアンダーシュートするようにＶｐｉ１＜Ｖｐｉ２として、圧力のオーバーシュートと相殺するようにする。これによって、圧力は実線のように目標立上げ時間ｔｐｉで立ち上がり、所望のものとなる。

なお、図３では、時間間隔はｔ１、ｔ２、到達速度ともＶｐｉ１、Ｖｐｉ２の２つの組合せしか示していないが、どちらも２を越える値であってもよい。また時間間隔は同じでも、異なっていてもどちらでもよいが、調整の簡便さから、時間間隔は２個にし、それぞれ同じ値にするのが好ましい。時間間隔の実際の大きさとしては、立上げを短くして不良膜厚領域を少なくすることから、好ましくは２０〜３００ｍｓ、より好ましくは５０〜２００ｍｓである。さらにアンダーシュートを補正する場合は、Ｖｐｉ１／Ｖｐｉ２が好ましくは１．０１〜５、より好ましくは１．１〜３であり、オーバーシュートを補正する場合は、Ｖｐｉ２／Ｖｐｉ１が好ましくは１．０１〜５、より好ましくは１．１〜３である。なおピストン５４の機械動作速度Ｖｐｉ１、Ｖｐｉ２は、膜厚ＴＨ１、ＴＨ２を与えてそれから換算することで、導出してもよい。

さらに図７の実線で示すように、シリンジポンプ５０のピストン５４機械動作速度を立上げ時間ｔｐｉで立ち上げると圧力がオーバーシュートして、一定に達するまでのｔｐｉよりも長い時間ｔｐｒ１を要する時は、絞りバルブ４７のオリフィスの開度を適度に小さくする、すなわちオリフィスの形状を小さくして、シリンジポンプ５０に作用する圧力をＰ１から高くしてＰ２にすることでも対処することができる。これによって、図７の破線で示すように圧力のオーバーシュートをなくして、ピストン５４機械動作速度Ｖｐｉの立上げ時間ｔｐｉと同じ短い時間で圧力を一定値Ｐ２まで立ち上げることができる。圧力が時間ｔｐｉで一定値Ｐ２に到達するということはシリンジポンプ５４からダイ２０への塗布液供給速度もそれと同じ時間ｔｐｉで一定値に到達して立ち上がることを意味する。絞りバルブ４７でこのような調整、すなわち制御が可能なのは、絞りバルブ４７のオリフィス開度減少により圧力が大きくなることで、樹脂製チューブよりなる供給ホース６０、供給バルブ４２、吸引バルブ４４、シリンジポンプ５０等の塗布液接液部に存在する弾性変形要素が変形してバッファーの役目を果たし、変形分だけ塗布液が蓄積されることにより圧力の上昇速度が緩和される効果による。絞りバルブ４７を使用して圧力のオーバーシュートを解消する場合は、圧力計４７で圧力波形を確認しながら、絞りバルブ４７のオリフィスの開度を適正に調整することがポイントとなる。

次に、以上の塗布方法をダイコータ１での枚葉塗布に適用するときの塗布方法について詳述する。

まず、ダイコータ１の各動作部の原点復帰が行われると、各移動部はスタンバイ位置に移動する。すなわち、ステージ６は図１の左端部（破線で示す位置）、ダイ２０は最上部に移動するとともに、拭き取りユニット９０はトレイ１００がダイ２０の下部位置にくるよう移動する。ここで、タンク６４〜ダイ２０まで塗布液６６はすでに充満されており、ダイ２０内部の残留エアーを排出する作業も既に終了している。このときの塗布液供給装置４０の状態は、シリンジ５２に塗布液６６が充填、吸引バルブ４４は閉、供給バルブ４２は開、そしてピストン５４は最下端の位置にあり、いつでも塗布液６６をダイ２０に供給できるようになっている。この状態で塗布の時と同じ機械動作速度でシリンジポンプ５０のピストン５４を上昇させて、塗布液６６をダイ２０に供給してダイ２０からトレイ１００に向かって吐出するとともに、圧力計４８で圧力を測定する。そして測定した圧力の立上げ時間ｔｐが所定の値となるように、図３の実線のようなピストン５４の立上げ機械動作速度を定める。このピストン５４の最適な立上げ機械動作速度が求まるまでは、シリンジポンプ５０への塗布液６６充填、塗布液６６のダイ２０への供給を繰り返す。

以上の準備動作が完了してから、ステージ６の表面に図示しないリフトピンを上昇させ、図示しないローダから基板Ａがリフトピン上部に載置される。次にリフトピンを下降させて基板Ａをステージ６上面に載置し、同時に吸着保持する。これと並行して塗布液供給装置４０を稼働させて少量の塗布液６６をトレイ１００に向かって吐出後、拭き取りヘッド９２をダイ２０の吐出口３４の真下の位置にくるよう拭き取りユニット９０を移動させる。そして、ダイ２０を下降させてダイ２０の吐出口面３６を拭き取りヘッド９２に係合後、拭き取りヘッドをダイ２０長手方向に摺動させて、ダイ２０の吐出口３４付近をダイ長手方向にわたって、清掃する。清掃完了後、拭き取りユニット９０はもとの場所（図１の右端）に復帰する。

拭き取りユニット９０が基台２の右端部に移動したのを確認したら、基板Ａを載置したステージ６を移動開始する。このとき、ダイ２０は、塗布が行われる位置よりもはるか上方にある拭き取り位置にあり、一方シリンジポンプ５０は停止して、待機している。そして基板Ａが厚さセンサー１２０下を通過するときに基板厚さを測定し、基板Ａの塗布開始部がダイ２０の吐出口３４の真下に達したら、ステージ６を停止させる。このとき、測定した基板Ａの厚さデータを用い、上下昇降ユニット７０を駆動して、ダイ２０の吐出口面３６と基板Ａ間のすきま、すなわちクリアランスがあらかじめ定めた値になるようダイ２０を下降させる。そしてシリンジポンプ５０を、あらかじめ最適化したピストン５４の立上げ機械動作速度にて駆動して、ダイ２０から塗布液６６を吐出開始する。そして待機時間ｔ秒後に、ビードが所定の大きさに成長してから、ステージ６を所定の立上げ時間ｔｓと速度Ｖｓで移動開始し、塗布液６６の基板Ａへの塗布を始めて、塗布膜Ｃを形成する。ここで待機時間ｔの大きさを変えることで、塗布開始部の膜厚プロファイルを調整することができる。

そして、基板Ａの塗布終了位置より少し手前のがダイ２０の吐出口３４の位置にきたら、ピストン５４を停止させて塗布液６６の供給を停止する。このときステージ６は塗布のときと同じ速度で移動し続けているので、ダイ２０の吐出口面と基板Ａとの間に残存している塗布液の一部が塗布終了位置まで、ステージ６上の基板Ａの移動に伴い基板Ａに転写される。そして、基板Ａの塗布終了位置がダイ２０の吐出口３４の真下に来たときに、上下昇降ユニット７０を駆動して、ダイ２０を上昇させる。これによって基板Ａとダイ２０の間に形成されたビードが断ち切られ、塗布が終了する。

その間もステージ６は動作を継続し、終点位置にきたら停止し、基板Ａの吸着を解除してリフトピンを上昇させて基板Ａを持ち上げる。このとき、図示されないアンローダによって基板Ａの下面が保持され、次の工程に基板Ａを搬送する。基板Ａをアンローダに受け渡したら、ステージ６はリフトピンを下降させ原点位置に復帰する。ステージ６の原点位置復帰後、拭き取りユニット９０を、トレイ１００がダイ２０の吐出口３４の下部に配置するよう移動させる。

その後シリンジポンプ５０を作動させて、１０〜５００μＬの少量の塗布液をダイ２０に送り込み、ダイ２０内部に残存する空隙部を塗布液で満たす。

完了後、吸引バルブ４４を開、供給バルブ４２を閉として、ピストン５４を下降させて、塗布液６６をシリンジ５２内に充填する。充填完了後、ピストン５４を停止させ、吸引バルブ４４を閉、供給バルブ４２を開として、次の基板Ａが来るのを待ち、同じ動作をくりかえす。

なお、所望の圧力波形形状をえるために、圧力、ピストン５４の機械動作速度、シリンジポンプ５０の塗布液供給速度の立上げ時間は、好ましくは４０〜５００msec、より好ましくは１００〜３００msecとする。また上記の態様例では、立上げ時間は、ゼロから所定の値に到達するまでの時間としたが、ゼロから所定の値を含む範囲内に到達するまでの時間としてもよい。ここでの範囲とは所定の値の好ましくは０．５〜１０％、より好ましくは１〜５％である。

なお、本発明の方法、装置に適用できる塗布液としては粘度が１〜５０ｍＰａＳであることが重要であり、ニュートニアンであることが塗布性から好ましいが、チキソ性を有する塗液にも適用できる。とりわけ溶剤に揮発性の高いもの、たとえばＰＧＭＥＡ、酢酸ブチル、乳酸エチル等を使用している塗布液を塗布するときに有効である。具体的に適用できる塗布液の例としては、上記にあげたカラーフィルター用のブラックマトリックス、色画素形成用塗布液の他、レジスト液、オーバーコート材等がある。基板である被塗布部材としてはガラスの他にアルミ等の金属板、セラミック板、シリコンウェハー等を用いてもよい。さらに使用する塗布状態と塗布速度が０．１ｍ／分〜１０ｍ／分、より好ましくは０．５ｍ／分〜６ｍ／分、ダイのリップ間隙は５０〜１０００μｍ、より好ましくは８０〜２００μｍ、塗布厚さがウェット状態で１〜５０μｍ、より好ましくは２〜２０μｍである。

実施例１
３７０×４７０mmで厚さ０．７mmの無アルカリガラス基板を洗浄後に、ダイコータ１を用いて塗布をした。ダイは吐出口の長手方向長さが３７０mm、吐出口面の塗布方向長さが０．５mm、スリットの間隙が１００μｍで、基板に３７０mm幅の塗布膜が形成できるものであり、塗布速度は１００mm／ｓにした。シリンジポンプ５０にはシリンジ内径がφ１６mmのものを用いた。また塗布液は液晶ＴＦＴの製造の用いられるポジレジストで、固形分濃度２３％、粘度が１０mPaSであった。シリンジポンプ５０のピストン５２の動作速度は、真空乾燥後の厚さが１．５μｍになるように、１．２mm／ｓに設定した。そして、まず、ダイ２０を停止している基板の塗布開始部に近接させ、ダイ２０の吐出口面３６と基板との間のすきまであるクリアランスを１００μｍにした。クリアランス設定後にピストン５４を１．２mm／ｓで動作開始した。そしてピストン動作開始から待機時間ｔ＝０．１秒後にステージ６の動作も開始して塗布を行い、基板端（塗布開始位置）から４６５mmのガラス基板の位置にダイ２０の吐出口３４がきたときに、シリンジポンプ５０を停止した。その後、基板端から４７０mmのガラス基板位置が吐出口３４の真下に来たところで、ダイ２０を塗布終了のために引き上げた。以上の塗布後に、２７秒で到達真空度６５Ｐａの真空乾燥を行った。そして塗布方向の膜厚分布を、光干渉式の膜厚計で測定し、図４に破線で示す膜厚分布を得た。このときの膜厚精度Ｕを、端部１０mmを除く領域でＵ＝（最大値−最小値）／（２×平均値）で求め、３．４％の値を得た。目標が３％未満であり、膜厚分布を見ると図４の破線のように、塗布開始部がかなりのアンダーシュートとなった。圧力計４８で塗布開始時の圧力を測定したところ、図５（ａ）の破線に示すように、開始部は膜厚分布と同様なアンダーシュートとなった。シリンジポンプ５０のピストンの動作速度は、図５（ｂ）の破線に示すように制御していたが、圧力の開始部アンダーシュートを解消するために、図５（ｂ）の実線のように、ピストン速度を、動作開始から０．１秒後に、目標膜厚塗布時のピストン速度１．２mm／ｓに対して１．５倍の大きさである１．８mm／ｓに、さらにその０．１秒後に目標膜厚塗布時のピストン速度である１．２mm／ｓになるよう調整した。まず圧力を測定したところ、図５（ａ）の実線のようになり、アンダーシュートは解消された。同じピストン動作速度パターンで再度塗布を行い、真空乾燥後に膜厚分布を実施例１と同様に測定したところ、図４の実線に示すものとなり、アンダーシュートが解消されているとともに、膜厚精度Ｕも端部１０mm除外で２．５％となり、目標の３％以下を達成した。
実施例２
ダイコータ１を用いてカラーフィルターを製造した。

ダイは、吐出口の長手方向長さが３６０mm、吐出口面の塗布方向長さが０．５mm、スリットの間隙が１００μｍで、基板に３６０mm幅の塗布膜が形成できるものであった。

まず、３６０×４６５mmで厚さ０．７mmの無アルカリガラス基板を洗浄後に、ブラックマトリックス塗布液を厚さ１０μｍ、ダイと基板との間のクリアランス１００μｍで３ｍ／分にて塗布した。塗布はダイの吐出口付近を吐出口形状と同じ形状のシリコンゴムで拭き取ってから、ダイを停止している基板の塗布開始部に１００μｍのクリアランスで近接させ、ウェット厚さ１０μｍに相当する塗布液をシリンジポンプから送液し、ポンプ送液開始後０．０８秒後に基板Ａの移動を開始することで行った。なお、事前に塗布と同じ条件でシリンジポンプから塗布液をダイに供給して圧力計４８で圧力を測定したところ１０ｋＰａであり、さらに吐出開始部で圧力のオーバーシュートが認められたので、絞りバルブ４７のオリフィスの開度を小さくして圧力が１００ｋＰａになるようにした。これによって圧力のオーバーシュートを解消され、圧力が０．２秒で一定値に達するのを確認できたので、製品への塗布を開始した。なお、塗布の終了のために、ダイが塗布終了位置から５mmの位置に達したときにシリンジポンプからの塗布液吐出を終了し、塗布終了位置に達したときにダイを３ｍ／分の速度で上昇させることもあわせて行った。なお、このとき、塗布したブラックマトリックス塗布液には、チタン酸窒化物を遮光材、アクリル樹脂をバインダー、ＰＧＭＥＡを溶剤にそれぞれ用い、固形分濃度を１０％、粘度を１０mPaSに調整した感光性のものを用いた。なお、塗布のタクトタイムは３０秒であった。さて、塗布した基板は３０秒で６５Ｐａに到達する真空乾燥を６０秒行ってから、１００℃のホットプレートで１０分間さらに乾燥した。ついで露光・現像・剥離を行った後、２６０度のホットプレートで３０分加熱して、キュアを行い、基板の幅方向にピッチが２５４μｍ、基板の長手方向にピッチが８５μｍ、線幅が２０μｍ、ＲＧＢ画素数が４８００（基板長手方向）×１２００（基板幅方向）、対角の長さが２０インチ（基板幅方向に３０５mm、基板長手方向に４０６mm）となる格子形状で、厚さが１μｍとなるブラックマトリックス膜を作成した。なお、１枚目に塗布した基板の格子模様形成前の状態で塗布厚さを測定したところ、端部の１０mmを除いて、基板走行方向、幅方向とも±３％以下のむらであった。

次にウェット洗浄後、Ｒ色用塗布液を厚さ２０μｍ、ダイと基板との間のクリアランス１００μｍ、吐出速度３６０mCC／ｓ、ステージ移動速度３ｍ／分にて塗布した。Ｒ色用塗布液はアクリル樹脂をバインダー、ＰＧＭＥＡを溶媒、ピグメントレッド１７７を顔料にして固形分濃度１０％で混合し、さらに粘度を５mPaSに調整した感光性のものであった。塗布した基板は、３０秒で６５Ｐａに到達する真空乾燥を６０秒行ってから、９０℃のホットプレートで１０分間さらに乾燥した。ついで露光・現像・剥離を行って、Ｒ画素部にのみ厚さ２μｍのＲ色塗膜を残し、２６０度のホットプレートで３０分加熱して、キュアを行なった。続いてブラックマトリックス、Ｒ色の塗膜を形成した基板に、Ｇ色用塗布液を厚さ２０μｍ、ダイと基板との間のクリアランス１００μｍ、吐出速度３６０mCC／ｓ、ステージ移動速度３ｍ／分にて塗布後、３０秒で６５Ｐａに到達する真空乾燥を６０秒行ってから、１００℃のホットプレートで１０分間さらに乾燥した。次いで、露光・現像・剥離を行って、Ｇ色画素部にのみ厚さ２μｍのＧ色塗膜を残し、２６０度のホットプレートで３０分加熱して、キュアを行なった。さらにブラックマトリックス、Ｒ色、Ｇ色の塗膜を形成した基板に、Ｂ色用塗布液を厚さ２０μｍ、ダイと基板との間のクリアランス１００μｍ、ポンプの吐出速度３６０mCC／ｓ、ステージ移動速度３ｍ／分にて塗布し、３０秒で６５Ｐａに到達する真空乾燥を６０秒行ってから、１００℃のホットプレートで１０分間さらに乾燥した。ついで露光・現像・剥離を行って、Ｂ色画素部にのみ厚さ２μｍのＢ色塗膜を残し、２６０度のホットプレートで３０分加熱して、キュアを行なった。なお、Ｇ色用塗布液はＲ色用塗布液で顔料をピグメントグリーン３６にして固形分濃度１０％で粘度を１０mPaSに調整したもの、Ｂ色用塗布液にはＲ色用塗布液で顔料をピグメントブルー１５にして固形分濃度１０％で粘度を１０mPaSに調整したものであった。Ｒ、Ｇ、Ｂ色塗布液の塗布はいずれも、ダイの吐出口付近をシリコンゴムで拭き取ってから、ダイを停止している基板の塗布開始部に１００μｍのクリアランスで近接させ、ウェット厚さ２０μｍに相当する塗布液をシリンジポンプから送液し、ポンプ送液開始後０．１３秒後に基板Ａの移動を開始することで行った。またいずれも塗布液の吐出は塗布終了位置から６mm手前で終了し、塗布終了位置にてダイを上昇させ塗布を終了した。塗布のタクトタイムは３０秒であった。なお、塗布品位は申し分のないものであった。膜厚分布についても乾燥後、各色とも測定したところ、端部１０mmを除外して塗布方向、幅方向とも±３％以下の変動しかなく、良好であった。

そして最後にＩＴＯをスパッタリングで付着させた。この製造方法にて、１０００枚のカラーフィルターを作成した。得られたカラーフィルターは、塗布むらがなく、色度も基板全面にわたって均一で、品質的に申し分ないものであった。

この発明は、例えばカラー液晶ディスプレイ用カラーフィルタやＴＦＴ用アレイ基板、光学フィルタ、プリント基板、集積回路、半導体等の製造分野で、ガラス基板などの被塗布部材表面に塗布液を吐出しながら塗膜を形成する際に、より高精度の膜厚分布をえるための調整を行うときに大いに利用されうる。またこのような高精度の膜厚分布が必要なカラーフィルタやＴＦＴ用アレイ基板等のディスプレイ用部材の製造に用いられる。

本発明の一実施例のダイコータ１を概略的に示した概略正面断面図である。 本発明の一実施例での膜厚とシリンジポンプ塗布液供給速度と基板Ａ移動速度との関係を示す時間線図である。 本発明の一実施例での塗布開始部での圧力とピストン機械動作速度との関係を示す時間線図である。 本発明の一実施例での基板位置に対する膜厚分布を示す線図である。 本発明の一実施例での圧力とピストン機械動作速度の時間線図である。 本発明の他の一実施例での圧力とピストン機械動作速度の時間線図である。 本発明のさらに他の一実施例での圧力とピストン機械動作速度の時間線図である。

符号の説明

１ ダイコータ
２ 基台
４ ガイドレール
６ ステージ
１０ 支柱
２０ ダイ（塗布器）
２２ フロントリップ
２４ リアリップ
２６ マニホールド
２８ スリット
３２ シム
３４ 吐出口
３６ 吐出口面
４０ 塗布液供給装置
４２ 供給バルブ
４４ 吸引バルブ
４６ フィルター
４７ 絞りバルブ
４８ 圧力計
５０ シリンジポンプ
５２ シリンジ
５４ ピストン
５６ 本体
６０ 供給ホース
６２ 吸引ホース
６４ タンク
６６ 塗布液
６８ 圧空源
７０ 上下昇降ユニット
７２ モータ
７４ ガイド
７８ 昇降台
８０ 吊り下げ保持台
９０ 拭き取りユニット
９２ 拭き取りヘッド
９４ ブラケット
９６ スライダー
９８ 駆動ユニット
１００ トレイ
１０２ 台車
１２０ 厚さセンサー
１２２ 支持台
１３０ 制御装置
１３２ 操作盤
Ａ 基板（被塗布部材）
Ｂ ビード
Ｃ 塗布膜

Claims (3)

1. 一方向に延びる吐出口を有する塗布器を被塗布部材に近接させ、定容量ポンプから塗布器に粘度が１〜５０ｍＰａＳの塗布液を供給して被塗布部材に塗布器から塗布液を吐出するとともに、被塗布部材の塗布器に対する相対移動をして、被塗布部材上に塗膜を形成する塗布方法において、予め塗布時と同じ条件にて定容量ポンプから塗布器に至る経路中で塗布時の圧力を検知する予備試験を繰り返し、前記検知した圧力波形形状が所望の形状になるように、前記定容量ポンプの機械駆動部の動作速度を目標とする膜厚をえるための動作速度に達するよう立ち上げる時に、圧力波形の立上げ時間よりも短い任意の時間間隔ごとに、アンダーシュートする動作速度に達するように変化させて行うことで各パラメータを定めた後に、圧力を制御して実際の塗布をすることを特徴とする塗布方法。
2. 塗布液を吐出するために一方向に延びる吐出口を有する塗布器と、塗布器に粘度が１〜５０ｍＰａＳの塗布液を供給する定容量ポンプと、被塗布部材を保持する載置台と、前記塗布器および載置台のうちの少なくとも一方を相対的に移動させる移動手段と、塗布器を被塗布部材に近接させる近接手段とを備えて、被塗布部材に塗膜を形成する塗布装置であって、さらに定容量ポンプから塗布器に至る経路中に圧力検知器を設けるとともに、予備試験で予め塗布時と同じ条件にて該圧力検知器により検知した圧力波形形状を所望の形状になるように、前記定容量ポンプの機械駆動部の動作速度を目標とする膜厚をえるための動作速度に達するよう立ち上げる時に、圧力波形の立上げ時間よりも短い任意の時間間隔ごとに、アンダーシュートする動作速度に達するように変化させて行うことで各パラメータを定めて、実際の塗布の圧力を制御する圧力制御装置を備えたことを特徴とする塗布装置。
3. 請求項１に記載の塗布方法を用いてディスプレイ用部材を製造することを特徴とするディスプレイ用部材の製造方法。

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