JP5190280B2 - 液体塗布装置及び液体塗布方法 - Google Patents

Description

本発明は液体塗布装置及び液体塗布方法に関する。詳しくは、ノズルに静電力を作用させて液体を噴霧状に散布し、被塗布物表面の広範囲に液体を塗布する液体塗布装置及び液体塗布方法に関する。

従来、液体をノズルから吐出させる際に、ノズルに静電力を作用させて液滴、液糸、ミストを生成し、液流の方向をコントロールすることが行なわれている。例えば、ノズルの軸線方向に被塗布物を配置し、ノズルの軸線方向に静電力を作用させて、液体を曳糸状に吐出する薄膜製造装置等が提案されている。これによれば、ノズルと被塗布物に印加する電圧と液体の比抵抗により、液体の状態が（ａ）液滴状、（ｂ）曳糸状、（ｃ）噴霧状の３通りに変化し、噴霧状にするには高電圧を要する。（例えば特許文献１参照）

特開平８−７１４８９号公報（段落００２３〜０１０４、図１〜図８）

しかしながら、上記薄膜製造装置などの従来の装置では、広範囲に塗布を行うためにはノズルと被塗布物の距離を大きくするが、この場合、ノズルと被塗布物間の静電力が減少して液が分散し難くなる。そこで、距離を大きくすることによって減少した静電力を補うためには高電圧が必要となるという問題があった。他方、高電圧を印加すると、ノズル先端と被塗布物間で放電が発生し、ノズル先端や被塗布物が破壊されるという問題があった。また、導電性の液体を塗布する場合には、その液体を介してノズル先端と被塗布物間で放電が生じる場合もあるため絶縁距離を大きく確保する必要があるが、この場合にも上記と同様に、ノズルと被塗布物間の静電力が低下して高電圧が必要となるという問題があった。このように、ノズル先端と被塗布物間の距離と印加電圧とのトレードオフ関係の中で塗布に適したノズル先端と被塗布物間の距離の設定は困難であった。

本発明は、従来より低い印加電圧で液体を広範囲に分散させて塗布できる液体塗布装置及び液体塗布方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る液体塗布装置１は、例えば図１に示すように、液体９を被塗布物２に塗布する液体塗布装置であって、被塗布物２を載置する載置台３と、載置台３に載置される被塗布物２に対向して配置され、被塗布物２に向けて液体９を吐出するノズル４と、ノズル４内の液体９を帯電状態にする第１の電極６と、ノズル４を中心軸としてノズル４の周りに配置された環状の第２の電極７と、被塗布物２に電位を与えるように載置台３に取り付けられた第３の電極８とを備え、第２の電極７の電位が第１の電極６の電位と第３の電極８の電位の間になるように電位が設定される。

ここにおいて、被塗布物２と液体との組み合わせとして、半導体ウエハとレジスト、絶縁膜溶液、拡散剤や保護膜用溶液の組み合わせ、ガラスやレンズとコーティング液の組み合わせ、板金とメッキ液やペンキの組み合わせ等が挙げられる。また、トレーや型枠に溶融ポリマーを噴霧し、ナノサイズのポリマー粒子、ファイバーなどを得ることもできる。また、ノズル４が被塗布物２に対向して配置されとは、ノズル４からの液吐出方向に被塗布物２が在るように配置されることを意味する。典型的には、被塗布物２が水平に載置され、ノズル４が被塗布物２表面の垂直上方に配置され、被塗布物２の中心がノズル４の軸線上に一致することが好ましいが、必ずしもこれに限定されず、液体が被塗布物２の表面に広範囲に散布されるように配置されれば良い。また、第１の電極６がノズル４内の液体９を帯電状態にするとは、ノズル４が導電体からなる場合には、ノズル４自体を第１の電極６とし内部の液体９に接触して内部の液体９を帯電状態にしても良く、別に設けた電極接続部６Ａからノズル４に電気的に接続し、この電極接続部６Ａとノズル４を含めて第１の電極６としノズル４内の液体９を帯電状態にしても良い。また、これらの場合にノズル４は液体９に接触する内側が導電体で、外側が絶縁体で覆われていても良いが、この場合には、電極接続部６Ａを通してノズル４の内側が電源と電気的に接続される。また、ノズル４が絶縁体からなる場合には、ノズル４の入り口近傍に配置された第１の電極６が中を貫通する液体９に接触して液体９を帯電状態にしてノズル４内に送り込んでも良い。また、環状とは、典型的には円環状をいうが、楕円環状でも良く、矩形環状、多角形環状でも良い。また、環の一部が途切れていても、環の大部分が電極として構成されれば良い。また、第３の電極８が被塗布物２に電位を与えるように載置台３に取り付けられたとは、例えば、被塗布物２が導電体であれば被塗布物２に接触するように電極を取り付ければ良く、載置台３が導電体であれば載置台３の一部に電極を接続すれば良く、載置台３が絶縁体であれば、その上部、下部に円板状、ドーナツ状の電極を取り付けても良く、載置台３の内部に円板状、ドーナツ状の電極を埋め込んでも良い。このようにすると、電気力線が載置台３に載置された被塗布物２を通過して電極に到るので、被塗布物２に電位を与えることができる。

このように構成すると、第２の電極７を設けることにより、ノズル４と載置台３間の電圧Ｖ１−Ｖ３を第２の電極７を設けない場合に比して低減しても、液体を分散させて塗布することができる。また、第１の電極６と第２の電極７の距離を一定と仮定すると、第１の電極６から第３の電極８に向かう噴霧は略円錐状となるので、被塗布物２が載置された第３の電極８をノズル４から遠ざけると噴霧範囲を広げることができ、逆に第３の電極８を近づけると噴霧範囲を狭めることができる。したがって、従来より低い印加電圧で液体を広範囲に分散させて塗布できる液体塗布装置を提供できる。

また、本発明の第２の態様に係る液体塗布装置１は、第１の態様において、例えば図２（Ｂ）に示すように、第１の電極６から第３の電極８に到る電気力線は、ノズル４から外側に放射状に広がり、第２の電極７に近付いた後に、第３の電極８に到達するように形成される。このように構成すると、帯電した液体微粒を電気力線に沿って移動させる力が働くので、被塗布物２表面の広範囲を塗布できる。

また、本発明の第３の態様に係る液体塗布装置１Ａは、第１又は第２の態様において、例えば図４に示すように、第１の電極６と第２の電極７の間に第１の抵抗Ｒ１を、第２の電極６と第３の電極７の間に第２の抵抗Ｒ２を備え、第１の電極６と第２の電極７との間の電位差Ｖ１−Ｖ２と第２の電極７と第３の電極８との間の電位差Ｖ２−Ｖ３の比率は、第１の抵抗Ｒ１と第２の抵抗Ｒ２の抵抗値の比率により設定される。このように構成すると、抵抗Ｒ１，Ｒ２を使用できるので、電位付与手段の構成を簡易かつ小型にできる。

また、本発明の第４の態様に係る液体塗布装置１は、第１又は第２の態様において、例えば図１に示すように、第１の電極６と第３の電極８の間に第１の電源Ｅ１を、第２の電極７と第３の電極８の間に第２の電源Ｅ２を備え、第１の電極６と第２の電極７との間の電位差Ｖ１−Ｖ２と第２の電極７と第３の電極８との間の電位差Ｖ２−Ｖ３の比率は、第１の電源Ｅ１と第２の電源Ｅ２の起電力の比率により設定される。このように構成すると、電源Ｅ１，Ｅ２により、電位の調整が容易である。

また、本発明の第５の態様に係る液体塗布装置１Ｂは、第１ないし第４のいずれか１態様において、第２の電極７は少なくとも外周側でノズルの液吐出方向側の端部が絶縁体で覆われている。このように構成すると、外周側でノズルの液吐出方向側の端部への電界集中が緩和される。さらに、例えば図５及び図６に示すように、端部だけでなく、外周側全体及び載置台側全体を絶縁体で覆うと、噴霧状の液体が第２の電極７Ａの本体部７Ｂ及び電極カバー１０へ付着することを防止できるので、付着した液滴により本体部７Ｂが腐食すること、液滴の落下により第２の電極７Ａの下側に配置されるワークやステージに余計な液が付着することを防止できる。また、絶縁性を保つには比誘電率ε_Ｓが２以上が好ましく、さらに高い方がより好ましい。

また、本発明の第６の態様に係る液体塗布装置１は、第１の態様において、例えば図１に示すように、第２の電極７は吐出口４の先端から液吐出方向と反対側に所定の長さ離して設置される。ここにおいて、所定の長さとは、噴霧状の液体（ミスト）が第２の電極７に付着するのを避け、かつ第１の電極６から第３の電極８に到る電気力線を広げるのに有効に作用させる高さであり、第２の電極７の半径にもよるが、例えば１〜１０ｍｍが好適であり、５〜１０ｍｍがより好適である。このように構成すると、噴霧状の液体が第２の電極７に付着し難くなり、また、第１の電極６と第２の電極７のいずれかの電線が断線した際などに、第１の電極６と第２の電極７の間で放電が起こったとしても、所定の長さ離れているためノズル４の先端で放電が起こる可能性は低くなり、先端は保護される。

上記課題を解決するために、本発明の第７の態様に係る液体塗布方法は、例えば図３に示すように、液体を被塗布物２に塗布する液体塗布方法であって、被塗布物２を載置台３に載置し、被塗布物２に向けて液体９を吐出するノズル４に対向して配置する被塗布物配置工程（Ｓ１）と、ノズル４内の液体９を帯電状態にする第１の電極６と、ノズル４を中心軸としてノズル４の周りに配置された環状の第２の電極７と、被塗布物２に電位を与えるように載置台３に取り付けられた第３の電極８に対して、第２の電極７の電位が第１の電極６の電位と第３の電極８の電位の間になるように電位を設定する電位設定工程（Ｓ２）と、ノズル４から被塗布物２に向けて液体を吐出し、被塗布物２の表面全体に液体を噴霧状に散布する液体散布工程（Ｓ３）とを備える。

このように構成すると、第２の電極７を用いることにより、ノズル４と載置台３間の電圧Ｖ１−Ｖ３を第２の電極７を設けない場合に比して低減しても、液体を分散させて塗布することができる。したがって、従来より低い印加電圧で液体を広範囲に分散させて塗布できる液体塗布方法を提供できる。

本発明によれば、従来より低い印加電圧で液体を広範囲に分散させて塗布できる液体塗布装置及び液体塗布方法を提供できる。

以下に図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。

［第１の実施の形態］
図１に、第１の実施の形態における液体塗布装置の構成例を示す。図１において、１は液体塗布装置である。２は被塗布物で、載置台３に載置されている。本実施の形態では、載置台３は水平に設置され、ノズル４は載置台３に対向して鉛直下方向きに設置される。ノズル４はオペレートバルブ５を介して図示しない液体タンクに接続され、オペレートバルブ５を開にすると、液体タンクから液体がノズル４に供給される。当初はオペレートバルブ５を閉にしておく。

ノズル４は金属や合金等の導電体で形成され、電極接続部６Ａはノズル４に電気的に接続され、電極接続部６Ａとノズル４により第１の電極６が構成される。ノズル４は内側の液体９に接触する部分が導電性であれば良く、周囲が絶縁体で覆われていても良い。これにより、ノズル内の液体は帯電し、吐出口から噴霧状に分散される。ノズル４は吐出される液体微粒（噴霧すなわちミストを構成する個々の液体微粒）の多くが帯電されるように、吐出口付近ではテーパ環状にして吐出口を絞っている。第２の電極７はノズル４を中心軸としてノズル４の周りに配置されている。第２の電極の位置をノズル４の吐出口より高くするのは、ミストが第２の電極に付着し難くして、ノズル４と第２の電極間の放電を防止するためである。例えば、ノズル４の吐出口の先端からの第２の電極６のまでの間隔は１〜１０ｍｍが好ましく、５〜１０ｍｍがより好ましい。また、ノズル４と第２の電極７との間隔は、狭いと放電が生じるようになり、大きいと電界が有効に作用しなくなるので、適切な範囲とする必要がある。例えば、ノズル４の外径を最大で６ｍｍとした場合には、第２の電極７の内径を１０〜２０ｍｍとするのが好ましい。また、第３の電極８は載置台３に取り付けられ、載置台３に載置された被塗布物２に電位を与えるようになっている。第３の電極８は接地され、第３の電極８の電位Ｖ３は０Ｖである。例えば、第３の電極８は載置台３の上部に一体的に取り付けられる。なお、図示されないが、ノズル４と第２の電極７を支持・移動するワーク、載置台３に被塗布物２を載置・除去するワーク、載置台３を上下させるワーク、載置台３やこれらのワークを搭載するステージなどが在る。

本実施の形態では、第１の電極６と第２の電極７との間の電位差Ｖ１−Ｖ２と第２の電極７と第３の電極８との間の電位差Ｖ２−Ｖ３の比率は電源の起電力の比率により設定される例を示す。Ｅ１，Ｅ２は第１、第２の電源、ＳＷ１，ＳＷ２はそれぞれ第１、第２の電源Ｅ１，Ｅ２と第１、第２の電極６，７との接続をオンオフする第１、第２のスイッチである。第１のスイッチＳＷ１をオンにすると、第１の電極６と第３の電極８間に第１の電源Ｅ１の起電力により電圧Ｖ１−Ｖ３が印加され、ノズル４に電位Ｖ１が付与される。第２のスイッチＳＷ２をオンにすると、第２の電極７と第３の電極８間に第２の電源Ｅ２の起電力により電圧Ｖ２−Ｖ３が印加され、第２の電極７に電位Ｖ２が付与される。結果的にノズル４と第２の電極７間に電位差Ｖ１−Ｖ２が与えられる。ここで、第２の電極７の電位Ｖ２は第１の電極６の電位Ｖ１と第３の電極８の電位Ｖ３の間になるように、すなわち、Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３（＝０Ｖ）に設定される。図中第１〜第３の電極６〜８に印加される電位Ｖ１〜Ｖ３を（ ）内に示す。例えば、第１の電極６と第３の電極８間に印加される電圧Ｖ１−Ｖ３を１０ｋＶ、第２の電極７と第３の電極８間に印加される電圧Ｖ２−Ｖ３を６ｋＶとすると、ノズル４と第２の電極７間に印加される電圧Ｖ１−Ｖ２は４ｋＶとなり、第１の電極６の電位Ｖ１と第２の電極７の電位Ｖ２間の電位差（Ｖ１−Ｖ２）と第２の電極６の電位Ｖ２と第３の電極８間の電位差（Ｖ２−Ｖ３）の比率は２：３となる。なお、本実施の形態では、第１、第２の電源Ｅ１，Ｅ２の起電力をそれぞれ可変にすることにより、電位の調整が容易であるという利点がある。また、第１、第２のスイッチＳＷ１，ＳＷ２を連動して開閉するように構成することにより、第１、第２のスイッチＳＷ１，ＳＷ２のいずれか一方のみが開となり、第１の電極６と第２の電極７の間の電位差が大きくなることを防止できる。また、スイッチのオン・オフの時間差による各電極への電圧印加のタイミングずれの発生を防止でき、適切な電気力線を瞬時に形成・解消できる。

このように電位が設定された状態でオペレートバルブ５を開にして、ノズル４に液体を供給すると、静電力の作用により液体が噴霧状になって散布される。ノズル４と第３の電極８間に電圧が印加されていないときは、液体はノズルから吐出される初速度と重力により鉛直下方に滴下されるが、電圧が印加されると、液体９はノズル４から電荷を得てミスト化され、電極間に形成された電気力線に沿って移動するような力を受けて、載置台３上の被塗布物２の表面に散布される。これにより被塗布物２に液体が塗布される。

図２に第２の電極７の有無による電気力線の差異を示す。図２（Ａ）に第２の電極７が無い場合、図２（Ｂ）に第２の電極７が有る場合の電気力線を模式的に示す。図２（Ａ）の液体塗布装置を１Ｅで示す。すなわち、第２の電極７が無い場合には、図２（Ａ）に示すように、電気力線はノズル４から載置台３に向かって、略円錐状に形成され、ノズル４から吐出された液体微粒は、第１の電極６と第３の電極８間に形成される電気力線に沿うように被塗布物２に散布される。これに対して、第２の電極７が有る場合には、図２（Ｂ）に示すように、電気力線はノズル４から放射状に広がるように形成され、液体微粒は被塗布物２表面の広い範囲に散布されるようになる。この場合、第１の電極６と第３の電極８間の電気力線φ２は、ノズル４から外側に放射状に広がり、第２の電極７の方向に導かれ、第２の電極７のほぼ直下で最も第２の電極７に近付き、その後は第３の電極８の方向すなわち下方に向かって導かれる。少なくとも、電気力線φ２は第２の電極７の半径を越えて外周方向に広がり、第３の電極８に到るように形成される。これにより、第２の電極７が無い場合に比較して、液体微粒は広い範囲に拡散される。また、液体微粒の拡散方向は主に第１の電極６と第２の電極７で定まるため、第１の電極６と第３の電極８の間隔は、塗布範囲に応じて自由に設定することができる。すなわち、塗布範囲を大きくしたい場合には被塗布物２が載置された載置台３の位置を下げ、塗布範囲を小さくしたい場合には被塗布物２が載置された載置台３の位置を上げれば良い。

図３に本実施の形態による液体塗布方法の処理フロー例を示す。まず、被塗布物２を載置台３に載置し、導電体からなるノズル４に対向して配置する（被塗布物配置工程：ステップＳ１）。この際に、被塗布物２を載置した載置台３をノズル４下に移動しても良く、ノズル４を、被塗布物２を載置した載置台３上に移動しても良く、予めノズル４を載置台３上に配置しておき、被塗布物２を載置台３上にベルトコンベア等で移送するようにしても良い。次に、第１のスイッチＳＷ１をオンにして、第１の電極６と第３の電極８間に第１の電源Ｅ１の起電力により電圧Ｖ１−Ｖ３を印加し、ノズル４に電位Ｖ１を付与する。また、第２のスイッチＳＷ２をオンにして、第２の電極７と第３の電極８間に第２の電源Ｅ２の起電力により電圧Ｖ２−Ｖ３を印加し、ノズル４の周りに配置された環状の第２の電極７に電位Ｖ２を付与する（電位設定工程：Ｓ２）。結果的にノズル４と第２の電極７間に電位差Ｖ１−Ｖ２が付与される。第１のスイッチＳＷ１と第２のスイッチＳＷ２とは連動して開閉されるので、これをオンすることにより、第１の電極６と第２の電極７に同時に電位Ｖ１とＶ２が付与される。この際に、第２の電極の電位Ｖ２が第１の電極の電位Ｖ１と第３の電極の電位の間になるように、すなわち、Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３（＝０Ｖ）になるように、電位を設定する。

次に、オペレートバルブ５を開にしてノズル４内に液体を導入し、ノズル４から被塗布物２に向けて液体９を吐出する。これにより、被塗布物２の表面全体に液体微粒が噴霧状に散布される（液体散布工程：Ｓ３）。ノズル４から吐出された液体９は、ノズル４と第２の電極７間に電圧Ｖ１−Ｖ２が印加されているためにミスト化され（噴霧状となり）、散布範囲が拡大する。詳しく説明すると、基本的には、ノズル４と被塗布物２間に形成された電界の作用により、ミスト化された液体９は、被塗布物２の方向に向かって飛散する。しかし、ノズル４と第２の電極７間に形成された電界の作用により、ミスト化された液体９は、ノズル４を中心軸として放射外方向（被塗布物２の内周方向から外周方向）に広がろうとする力が働く。このため、ノズル４から吐出された液体９は、ノズル４から第２の電極７の方向に引き寄せられて飛散し、ノズル４を中心として放射外方向に広がるが、その後、ノズル４と被塗布物２間に形成された電界によって、被塗布物２の方向に向かって散布される。例えば、第１の電極６と第３の電極８間に印加される電圧Ｖ１−Ｖ３を１０ｋＶ、第２の電極７と第３の電極８間に印加される電圧Ｖ２−Ｖ３を６ｋＶとすると、第１の電極６と第２の電極７との間の電位差Ｖ１−Ｖ２と第２の電極７と第３の電極８との間の電位差Ｖ２−Ｖ３の比率は２：３である。このように、ノズル４と被塗布物２間に形成された電界の作用及びノズル４と第２の電極７間に形成された電界の作用によって、液体９を分散させて被塗布物２に塗布することができるため、第２の電極７を設けない場合に比して、ノズル４と被塗布物２間の電圧Ｖ１−Ｖ３を低減した状態でも、十分に塗布面積を拡大することが可能となる。

次に、オペレートバルブ５を閉にしてノズル４への液体を導入を停止し（ステップＳ４）、第１及び第２の電源Ｅ１，Ｅ２の第１、第２のスイッチＳＷ１，ＳＷ２をオフにする（ステップＳ５）。第１のスイッチＳＷ１と第２のスイッチＳＷ２とは連動して開閉される。次に、載置台３から被塗布物２を取り出す（ステップＳ６）。

本実施の形態によれば、第２の電極７を設けることにより、第２の電極７を設けない場合に比して、ノズル４と載置台３間の電圧Ｖ１−Ｖ３を低減した状態でも、液体９を分散させて塗布することができる。第２の電極７を設けることにより、例えば、第１の電極６と第３の電極８の間隔が１００ｍｍの場合に約１．５倍の塗布面積を得ることができた。したがって、第２の電極７を設けることにより、第２の電極７を設けない場合に比べて印加電圧を低減して液体を広範囲に分散させて塗布できる液体塗布装置及び液体塗布方法を提供できる。

［第２の実施の形態］
第１の実施の形態は、第１の電極と第２の電極との間の電位差と第２の電極と第３の電極との間の電位差の比率は電源の起電力の比率により設定される例を説明したが、第２の実施の形態では、第１の電極と第２の電極との間の電位差と第２の電極と第３の電極との間の電位差の比率は抵抗の抵抗値の比率により設定される例を説明する。

図４に、第２の実施の形態における液体塗布装置の構成例を示す。図２において、図１と同じ部位には同一の符号を付して重複した説明を省略する（以下の実施の形態についても同様とする）。主として第１の実施の形態と異なる点を説明する。第１の電極６と第３の電極８間に第１の電源Ｅ１の起電力により電圧Ｖ１−Ｖ３が印加される（この点は第１の実施の形態と同じである）。第１の電源Ｅ１と第１の電極６間に第３のスイッチＳＷ３が設けられている。第１の電極６と第２の電極７との間に第１の抵抗Ｒ１が、第２の電極７と第３の電極８との間に第２の抵抗Ｒ２が設置され、これにより、第１の電極６と第２の電極７との間の電位差（Ｖ１−Ｖ２）と第２の電極７と第３の電極８との間の電位差（Ｖ２−Ｖ３＝Ｖ２）の比率は、第１の抵抗Ｒ１と第２の抵抗Ｒ２の抵抗値の比率により定まる。この比率は例えば３：２とする。第３のスイッチＳＷ３をオンすることにより第１の電極６と第２の電極７に同時に電位Ｖ１とＶ２が付与される。電位付与回路を抵抗で構成するので、簡易で小型に構成できるという利点がある。なお、抵抗を高くすると電源の容量も少なくてすむ。特に、各電極への電圧の供給が、第１の電源Ｅ１及び第３のスイッチＳＷ３の１組のみで行なわれるため、スイッチのオン・オフ時の遅延時間による各電極への電圧印加のタイミングずれの発生を防止でき、適切な電気力線を瞬時に形成・解消できる。その他の構成及び処理フローは第１の実施の形態と同様であり、第１の実施の形態と同様な効果を奏する。

［第３の実施の形態］
第１の実施の形態は、第２の電極が環状の電極である例を説明したが、第３の実施の形態では、第２の電極の外周下端部が絶縁体で覆われている例を説明する。主として第１の実施の形態と異なる点を説明する。

図５に、第３の実施の形態における液体塗布装置１Ｂの構成例を、図６に、第３の実施の形態における第２の電極７Ａの構成例を示す。少なくとも第２の電極７Ａの本体部７Ｂの外周側でノズルの液吐出方向側の端部（エッジ部分）が絶縁体の電極カバー１０で覆われている。図６（Ａ）に絶縁体の電極カバー１０を有する第２の電極７Ａの斜視図を、図６（Ｂ）に、これを図６（Ａ）の矢印方向から見たＡ−Ａ断面図を示す。図５、図６において、カバー１０を有する第２の電極を７Ａ、環状の電極本体部を７Ｂで示す。環状の電極本体部７Ｂの外側と液吐出方向側（本実施の形態では下側）の大部分は誘電率の高い絶縁体の電極カバー１０に覆われている。絶縁体は、例えば、テフロン（登録商標）（比誘電率ε_Ｓ＝約２）を使用できる。少なくとも環状の電極本体部７Ｂの外周側でノズルの液吐出方向側の端部を絶縁体で覆うことによって、上記端部における電界の集中が緩和されて、放電を防止できる電極構成を提供できる。さらに、図５、図６に示すように、外周側全体及び載置台側全体を絶縁体で覆うと第２の電極７Ａ周辺の電界が弱まり、帯電されミスト化された液体微粒が環状の第２の電極本体部７Ｂ及び電極カバー１０に付着することを防止できるので、付着した液滴により本体部７Ｂが腐食すること、液滴の落下により第２の電極７Ａの下側に配置されるワークやステージに余計な液が付着することを防止できる。その他の構成及び処理フローは第１の実施の形態と同様である。

［第４の実施の形態］
第１の実施の形態は、第２の電極が円環状の電極であり、被塗布物及び載置台が円形の例を説明したが、第４の実施の形態では、第２の電極が矩形で環状の電極であり、被塗布物及び載置台が矩形の例を説明する。第２の電極の形状が矩形であっても、ノズルから吐出された液体微粒は、第２の電極に上記の電位Ｖ２が付与されると、第１の電極と第３の電極間に形成される電気力線は広がるように形成され、液体微粒は広い範囲に散布されるようになる。そして、電気力線の広がり及び液体微粒の広がりは第２の電極の形状に依存するので、被塗布物が矩形の場合には、第２の電極の形状も矩形であることが望ましい。その他の構成及び処理フローは第１の実施の形態と同様である。

［第５の実施の形態］
第１の実施の形態は、第３の電極が円形で、載置台の上部に取り付けられる例を説明したが、第５の実施の形態ではドーナツ状であり、載置台の下部に取り付けられる例を説明する。

図７に、第５の実施の形態における第３の電極８Ａの例を示す。図７（Ａ）に正面の底面側から見た斜視図を、図７（Ｂ）に中心軸を通る断面図を示す。ドーナツ状の外周が載置台３の外周と一致する例を示す。被塗布物２のノズル４の中心軸近傍の表面においては、液体微粒が初速度と重力の影響を受けて、被塗布物２の外周部に比して塗布量が多くなる傾向にあり、これを抑制するために、ドーナツ状の第３の電極８Ａが非導電体の載置台３の下部に取り付けられている。本実施の形態においては、被塗布物２及び載置台３の厚さにもよるが、ドーナツ状の穴の部分を除いて、第１の実施の形態と同様な電気力線が形成される。したがって、被塗布物２のノズル４直下の近傍において、液体が過剰に塗布されることを防止でき、全体的に均一に塗布することが可能となる。その他の構成及び処理フローは第１の実施の形態と同様である。

［第６の実施の形態］
第１の実施の形態は、ノズルを中心軸として環状の第２の電極７が単数配置される例を説明したが、第６の実施の形態ではノズルを中心軸として環状の電極が複数配置される場合について説明する。

図８に、第６の実施の形態における液体塗布装置１Ｃの構成例を示す。主として第１の実施の形態と異なる点を説明する。載置台３に載置された被塗布物２の上方に、ノズル４を中心軸としてノズル４の周りに環状の第４の電極７４が、ノズル４を中心軸としてノズル４の周りのやや下方に環状の第５の電極７５が配置されている。第４の電極７４はノズル４に近く、比較的高い位置に配置されている。第４の電極７４の電位Ｖ４及び第５の電極７５の電位Ｖ５は、電源Ｅ４及び電源Ｅ５の起電力により、Ｖ１＞Ｖ４＞Ｖ５＞Ｖ３になるように設定される。例えば、第１の電極６の電位Ｖ１を１０ｋＶ、第４の電極７４の電位Ｖ４を７ｋＶ、第５の電極７５の電位Ｖ５を４ｋＶ、第３の電極８の電位Ｖ３を０ｋＶとする。ＳＷ４及びＳＷ５はそれぞれ、第４、第５の電源Ｅ４，Ｅ５と第４、第５の電極７４，７５との接続をオンオフする第４、第５のスイッチである。スイッチＳＷ１，ＳＷ４及びＳＷ５は連動して開閉される。第１の電極６と第３の電極８間に形成される電気力線φ３は、第４の電極７４及び第５の電極７５の両者の影響により広がる。第５の電極７５を第３の電極８近傍に配置した場合は広がりが抑えられ、第４の電極７４近傍に配置した場合にはさらに広がるように形成される。このように第５の電極の電位を調整することにより、液体微粒の散布範囲を調整することが可能である。なお、第４の電極７４及び第５の電極の電位を調整することによっても、液体微粒の散布範囲を調整可能である。その他の構成及び処理フローは第１の実施の形態と同様である。

［第７の実施の形態］
第１の実施の形態では、ノズル４が導電体であり、電極接続部６Ａとノズル４を含めて第１の電極６としノズル４内の液体９を帯電状態にする例を説明したが、第７の実施の形態では、ノズルが絶縁体からなり、ノズルの入り口近傍に配置された第１の電極が中を貫通する液体に接触して液体を帯電状態にしてノズル内に送り込む例を示す。

第１の実施の形態（図１参照）におけるノズル４が導電体から絶縁体に変わり第１の電極を構成せず、電極接続部６Ａのみが第１の電極６を構成する。この電極接続部６Ａが中を貫通する液体９に接触して液体９を帯電状態にし、帯電した液体９がノズル４内に送り込まれる。この場合でも、ノズル４から吐出される液体９は帯電しており、第２の電極７の存在により、液体微粒は被塗布物２表面の広い範囲に散布される。また、電気力線はノズル４からではなく、電極接続部６Ａから第２の電極７の方向に導かれ、さらに第３の電極８の方向に向かって導かれ、液体の散布経路が幾分変化する。その他の構成及び処理フローは第１の実施の形態と同様である。

［第８の実施の形態］
第１の実施の形態は、被塗布物２が水平に載置され、ノズル４が被塗布物２表面の垂直上方に配置され、被塗布物２の中心がノズル４の軸線上に在る例を説明したが、第８の実施の形態では、被塗布物２が垂直に載置され、ノズル４が被塗布物２表面の垂直方向に配置され、被塗布物２の中心がノズル４の軸線上に在る例について説明する。

図９に、第７の実施の形態における液体塗布装置１Ｄの構成例を示す。主として第１の実施の形態と異なる点を説明する。第７の実施の形態の構成は、第１の実施の形態の構成すなわち、被塗布物２、載置台３、ノズル４、第１〜第３の電極６〜８の配置を垂直−水平面内に９０°回転した（水平方向と垂直方向が入れ替わる）構成とする。したがって、電気力線も同様に９０°回転する。その他の構成及び処理フローは第１の実施の形態と同様である。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態に種々変更を加えられることは明白である。

例えば、第１の実施の形態では、第１〜第３の電極の電位をＶ１＞Ｖ２＞Ｖ３（＝０Ｖ）に設定する例を説明したが、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３（＝０Ｖ）のように極性を逆に設定しても良く、第３の電極の電位Ｖ３を０Ｖ以外に設定しても良い。また、第１の実施の形態では、第１〜第３の電極の電位を設定した後に、液体をノズルから吐出する例を説明したが、第１〜第３の電極の電位を設定した後に、液体をノズルから吐出し、その後に第１、第２の電極の電位を調整して液体の散布範囲を調整しても良い。また、第１の実施の形態では、ノズルが金属等の導電体の例を説明したが、ノズルに絶縁体をコーティングしても良い。また、第１の実施の形態では複数の電極間に電源を並列に配置する例を説明したが、直列に配置する構成も可能であり、第２の実施の形態では複数の電極間に抵抗を直列に配置する例を説明したが、並列に配置する構成も可能である。また、その他、第１〜第３の電極の電位、設置位置、寸法等は種々変更可能である。

本発明は、半導体デバイスの製造における液体の塗布、ガラスやレンズのコーティング、メッキやペンキの塗布等に利用可能である。

第１の実施の形態における液体塗布装置の構成例を示す図である。 第２の電極の有無による電気力線の差異を示す図である。 第１の実施の形態における液体塗布方法の処理フロー例を示す図である。 第２の実施の形態における液体塗布装置の構成例を示す図である。 第３の実施の形態における液体塗布装置の構成例を示す図である。 第３の実施の形態における第２の電極の構成例を示す図である。 第５の実施の形態における第３の電極の形状の例を示す図である。 第６の実施の形態における液体塗布装置の構成例を示す図である。 第８の実施の形態における液体塗布装置の構成例を示す図である。

符号の説明

１，１Ａ〜１Ｅ 液体塗布装置
２ 被塗布物
３ 載置台
４ ノズル
５ オペレートバルブ
６ 第１の電極
６Ａ 電極接続部
７ 第２の電極
７Ａ カバーを有する第２の電極
７Ｂ 第２の電極の本体部
８，８Ａ 第３の電極
９ 液体微粒
１０ 電極カバー
７４ 第４の電極
７５ 第５の電極
Ｅ１，Ｅ２ 第１、第２の電源
Ｅ４，Ｅ５ 第４、第５の電源
ＳＷ１〜ＳＷ５ 第１〜第５のスイッチ
Ｖ１〜Ｖ５ 第１〜第５の電極の電位
φ１，φ２，φ３ 電気力線

Claims (7)

1. 液体を被塗布物に塗布する液体塗布装置であって；
   前記被塗布物を載置する載置台と；
   前記載置台に載置される前記被塗布物に対向して配置され、前記被塗布物に向けて前記液体を吐出するノズルと；
   前記ノズル内の前記液体を帯電状態にする第１の電極と；
   前記ノズルを中心軸として前記ノズルの周りに、前記ノズルの吐出口の先端から液吐出方向と反対側に所定の長さ離して配置された環状の第２の電極と；
   前記被塗布物に電位を与えるように前記載置台に取り付けられた第３の電極とを備え；
   前記第２の電極の電位が前記第１の電極の電位と前記第３の電極の電位の間になるように、かつ前記第１の電極と前記第２の電極との間の電位差が前記第２の電極と前記第３の電極との間の電位差より小さくなるように、電位が設定され；
   前記第１の電極から前記第３の電極に至る電気力線は、前記ノズルから外側に放射状に広がり、前記第２の電極のほぼ直下で最も前記第２の電極に近付いた後に、前記第２の電極の半径を越えて外周方向に広がり、前記第３の電極に到達するように形成される；
   液体塗布装置。
2. 前記第１の電極と前記第２の電極の間に第１の抵抗を、前記第２の電極と前記第３の電極の間に第２の抵抗を備え；
   前記第１の電極と前記第２の電極との間の電位差と前記第２の電極と前記第３の電極との間の電位差の比率は、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗の抵抗値の比率により設定される；
   請求項１に記載の液体塗布装置。
3. 前記第１の電極と前記第３の電極の間に第１の電源を、前記第２の電極と前記第３の電極の間に第２の電源を備え；
   前記第１の電極と前記第２の電極との間の電位差と前記第２の電極と前記第３の電極との間の電位差の比率は、前記第１の電源と前記第２の電源の起電力の比率により設定される；
   請求項１に記載の液体塗布装置。
4. 前記第１の電極と前記第２の電極との間の電位差と前記第２の電極と前記第３の電極との間の電位差の比率は、２：３である；
   請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の液体塗布装置。
5. 前記第２の電極は少なくとも外周側でノズルの液吐出方向側の端部が絶縁体で覆われている；
   請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の液体塗布装置。
6. 前記所定の長さは５〜１０ｍｍであり、前記第２の電極は、前記第２の電極を設けることにより塗布面積が１．５倍以上になるように、前記中心軸から円周方向に離して設置される；
   請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の液体塗布装置。
7. 液体を被塗布物に塗布する液体塗布方法であって；
   前記被塗布物を載置台に載置し、前記被塗布物に向けて前記液体を吐出するノズルに対向して配置する被塗布物配置工程と；
   前記ノズル内の前記液体を帯電状態にする第１の電極と、前記ノズルを中心軸として前記ノズルの周りに、前記ノズルの吐出口の先端から液吐出方向と反対側に所定の長さ離して配置された環状の第２の電極と、前記被塗布物に電位を与えるように前記載置台に取り付けられた第３の電極に対して、前記第２の電極の電位が前記第１の電極の電位と前記第３の電極の電位の間になるように電位を設定する電位設定工程と；
   前記ノズルから前記被塗布物に向けて前記液体を吐出し、前記被塗布物の表面全体に前記液体を噴霧状に散布する液体散布工程とを備え；
   前記電位設定工程において、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電位差が前記第２の電極と前記第３の電極との間の電位差より小さくなるように設定され；
   前記第１の電極から前記第３の電極に至る電気力線は、前記ノズルから外側に放射状に広がり、前記第２の電極のほぼ直下で最も前記第２の電極に近付いた後に、前記第２の電極の半径を越えて外周方向に広がり、前記第３の電極に到達するように形成される；
   液体塗布方法。

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