JP2000237664A - 超音波式塗布ヘッドとこれを用いた超音波式塗布装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 塗布流体を超音波印加によりニュートン流体
に変化させることにより、乾燥速度、粘度変化の種類を
問わず全ての塗布流体を使用でき、大型サイズ基板を含
む全ての基板に対応可能にする。 【解決手段】 所定塗布流体を所定幅で吐出する吐出部
１０３を、平らな塗布面を有する矩形または円形の基板
Ｗとの間で所定間隙を維持し、基板Ｗと所定速度で相対
移動しつつ、吐出部１０３を介して所定圧力で吐出する
ことで均一な塗布を行なうために塗布面上における塗布
状態の所定塗布流体に対して超音波振動を印加するため
の超音波振動子２０による超音波印加部１０４を吐出部
１０３の近傍に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は平面を有する矩形や
円盤状の塗布対象物である基板に、塗布膜を形成するた
めの塗布液の塗布装置であって、特に半導体や液晶やプ
ラズマディスプレイやプリント回路基板等の平らな基板
表面に均一な薄膜を得るために使用されるシクソトロピ
ー性の非ニュートン流体を塗布するための超音波式塗布
ヘッドとその塗布装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレー（ＬＣＤ）や半導体光
学素子、半導体素子、半導体集積回路、プリント配線基
板等の製造工程においては、フォトレジストや絶縁材
料、はんだレジスト等の各種塗布液を塗布対象物である
例えば、ガラス基板や半導体ウエハ等の平らな表面に塗
布し、数ミクロンあるいはそれ以下の非常に薄い塗膜を
形成する工程がある。具体的には、液晶ディスプレーの
製造工程においては、ガラス基板の表面に乾燥後の厚み
が１ミクロン程の均一なフォトレジストがコーティング
される。

【０００３】このような場合に、有効面全体にわたり極
めて均一な膜厚の塗膜を形成する必要があり、しかも、
高精度に膜厚を制御する必要がある。そこで、従来は塗
布装置として遠心力を利用したスピンコータと呼ばれる
回転塗布装置が一般に多く使用されている。このスピン
コータも用いたスピンコート法によれば、塗布対象物を
一定の回転数で回転させながら、基層の上に塗布液を多
めに滴下し、遠心力によって塗布液を薄く延ばし、塗布
液の粘度や回転数や回転時間等から決まる膜厚の塗膜を
塗布対象物の表面に形成するようにしている。このスピ
ンコート法は塗布基板を低速で回転させながら塗布ヘッ
ドを回転中心から外側に移動させつつ渦巻き状の塗布軌
跡を塗布基板に描きながら流体を塗布面に十分に行き渡
らせた後に、高速回転により塗布液を広がらせ遠心力の
作用でさらに外側へ拡散させるものであり、所望する塗
布面形成に必要な量の数十倍の塗布液の吐出量が１回の
塗布に消費されており９０％以上が余剰液として廃棄処
理される。また、基板サイズの大型化に伴い、回転中心
部と外周部の遠心力差はさらに拡大し、基板中央部と外
側の膜厚を均一化することがますます難しくなってき
た。

【０００４】一方、塗布液のレジスト液は極めて高価な
ことから、塗布液の浪費が激しいと生産コストが上昇す
る。また、基板の大型化や流動性の低い高粘度の流体で
は均一な膜形成がますます困難となり品質上の問題が発
生する。

【０００５】このようなスピンコート法の欠点を解決す
る方法として、長手方向にスリット開口部を有する塗布
ノズルを有するスリットコータと呼ばれる塗布装置が提
案されている。この塗布装置によると過剰な塗布液を供
給せず、塗布ヘッドから塗布対象物上の必要な領域への
み塗布液を供給できるので、塗布液の歩留りを大幅に向
上できる。また、上記の遠心法において発生した基板縁
部や基板裏面に塗布液が付着する問題も同時に解消でき
るので、生産コストおよび生産性を向上させるものであ
った。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、最近の高精細
度化技術では、よりシビアな均一薄膜が要求され、かつ
また塗布対称基板の大型化への要求もある。このような
要求に対処するために、スリットコータにおいて相対移
動手段として使用されるボールネジの精度を高めること
でリード誤差を縮小したり、走行ガイドレールの精度を
高めたり、駆動するサーボモーターの速度変動を縮小し
たり、塗布液供給量を均一化するために供給流体と塗布
ヘッドの恒温化を行なったり、塗布ヘッドの流路特にス
リット形成面の面粗度や開口幅精度を開口全長に渡り高
精度に仕上げ、従来よりも全ての機能を見直し精度を高
めた装置で塗布を行なうことで対応するようにしてい
る。

【０００７】しかしながら、大型化する基板に対応する
ためには塗布ヘッドのスリット開口部の直線性を維持し
変形を防止するために剛性が必要となるので、重量も重
くなる。また、加工、組立、試運転、本稼動まで高度の
技術と慎重な取り扱いと最終条件出しまでのかなりの時
間が要求され、大形化と塗膜品質向上とは相反すること
になる問題があった。

【０００８】一方、スリットコータによる塗布の完了後
に対象基板を回転させることで遠心力により塗布流体を
均一に拡散させて薄膜を形成するいわゆるスリットスピ
ンコータも提案されている。塗布流体には生産性向上の
面から速乾性であることが望まれており、スリットコー
タにより薄膜を形成する場合には、回転開始時には塗布
開始時の流体の揮発溶剤が蒸発し流動性が低下してしま
い回転により塗布流体を拡散させることが困難になる。
そこで回転開始時まで流動性を維持し拡散させようとす
るとかなりの厚膜塗布が必要となるので、従来のスリッ
トコート法に比較すれば液効率は１０倍〜２０倍低くな
ってしまう。

【０００９】また、厚膜状態の流体塗布基板を回転させ
ると、余剰液を遠心力で飛散させることになり、基板縁
部や基板裏面への付着は避けられず、また飛散した余剰
液が飛散ミストとなって塗布膜形成面に付着し、歩留ま
りを低下する要因となるために、その対策を講ずる必要
があり、そのための設備は複雑で高価なものとなる。さ
らに加えて、回転中央部と回転外周部での遠心力の差か
ら中央部は厚く、外周部は薄くなり有効面全域にわたり
均一膜を形成することも難しい、加えて大型サイズの基
板になるとその現象は著しく特に基板外周では所望する
均一膜を得ることは難しいといった欠点がある。

【００１０】そこで、本願出願人は、塗布ヘッドのスリ
ット開口部に連通するとともに、スリット開口部の長手
方向に延設される空間部に対して超音波振動を印加する
ことで塗布流体の流動性を高めて塗布流体の吐出制御を
行なうことで、均一な薄膜形成を容易にするとともに、
異なる塗布液の洗浄を洗浄可能にできることに着目し実
験研究を続けて、超音波を塗布ヘッド内に一時的に貯蔵
された塗布流体と、吐出直前または直後の状態にある塗
布流体に印加することで、ニュートン流体に塗布流体を
近づけることができる事実を発見し、ニュートン流体に
近づけることで、上記のように搬送機構に微振動等があ
っても膜圧の急激な変化を解消することができ、なだら
かな変化勾配の均一塗膜を形成することを確認できた。

【００１１】したがって、本発明は上述した事情に鑑み
てなされたものであり、塗布流体を超音波印加によりニ
ュートン流体に変化させることにより、乾燥速度、粘度
変化の種類を問わず全ての塗布流体を使用でき、大型サ
イズ基板を含む全ての基板にに対応することができ、所
望される膜厚の確保と、均一性の向上を図ることができ
る超音波式塗布ヘッドと超音波式塗布装置の提供を目的
としている。

【００１２】また、スリットスピンコータと併用する場
合には、塗布流体の余剰液を極端に抑え生産効率の高い
省液塗布が可能な超音波式塗布ヘッドと超音波式塗布装
置の提供を目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決し、目
的を達成するために、本発明によれば、所定塗布流体を
所定幅で吐出する吐出部を、平らな塗布面を有する矩形
または円形の基板との間で所定間隙を維持し、前記基板
と所定速度で相対移動しつつ、前記吐出部を介して所定
圧力で吐出することで均一な塗布を行なう超音波式塗布
ヘッドであって、前記塗布面上における塗布状態の前記
所定塗布流体に対して超音波振動を印加するための超音
波発生手段の超音波印加部を、前記吐出部の近傍に設け
ることを特徴としている。

【００１４】また、前記超音波発生手段は、前記所定塗
布流体の供給口と排出口とに連通する接液部に対して超
音波を略垂直に入射させる超音波発振部と、入射後の超
音波を反射させることで前記超音波印加部に指向させる
反射形状部とから構成されることを特徴としている。

【００１５】また、前記超音波発振部は、前記相対移動
方向に沿うように接液部に対して超音波を略垂直に入射
させるとともに、前記反射形状部は、入射後の超音波を
反射させることで前記超音波印加部に指向させる曲面部
から構成されることを特徴としている。

【００１６】また、前記超音波発振部は、前記相対移動
方向に略直交するように接液部に対して超音波を略垂直
に入射させるとともに、前記反射形状部は、入射後の超
音波を反射させることで前記超音波印加部に指向させる
傾斜面部から構成されることを特徴としている。

【００１７】また、前記吐出部は、幅方向に連続開口す
るスリットノズルであることを特徴としている。

【００１８】また、前記吐出部は、多数の細孔を直線状
に配置して構成されることを特徴としている。

【００１９】また、超音波式塗布ヘッドを用いた超音波
式塗布装置であって、前記基板と前記超音波式塗布ヘッ
ドとを所定速度で相対移動する相対移動手段と、前記塗
布ヘッドの吐出部の先端と前記塗布面との離間距離を検
出する距離検出手段と、前記超音波式塗布ヘッドを前記
所定間隙を維持する塗布状態と、前記吐出部から離間す
る待機状態とに昇降する昇降手段と、前記供給口を介し
て前記塗布流体を所定圧力で供給する供給手段と、前記
排出口を介して前記塗布流体を排出する排出手段と、前
記相対移動手段と前記距離検出手段と前記昇降手段と前
記供給手段と前記排出手段と前記超音波手段とに接続さ
れ、塗布開始と塗布終了の間の所定タイミングで所定制
御を司る制御手段とを具備することを特徴としている。

【００２０】そして、塗布後に、回転による遠心力で余
剰分の塗布流体を除去する基板回転装置とともに使用さ
れることを特徴としている。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な各実施形
態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

【００２２】先ず、図１は超音波式塗布装置の全体構成
を示した概略構成図である。本図において、超音波式塗
布装置はクラス１００以上のクリーン度のクリーンルー
ム内に設置され、塗布対象物である基板Ｗの移動機構は
クリーンルーム床上に設置される基部１０と、この基部
１０の長手方向に沿うように配設された一対のガイドレ
ール７と、このガイトレール７により案内されるガイド
ブッシュ６ａを固定した保持盤６と、この保持盤６上に
配設されるとともに図示のような略平板状の基板Ｗまた
は不図示の円盤状の基板Ｗを吸着して保持する吸着部１
２と、この保持盤６をガイドレール７の長手方向に沿う
ように駆動するために保持盤６の底面に固定された不図
示のボールブッシュに螺合するボールネジ８と、このボ
ールネジ８をその出力軸に固定または一体形成するとと
もに基部１０に固定されるサーボモータ９とから構成さ
れている。

【００２３】また、基部１０上には保持盤６の基部１０
に対する相対移動位置を検出するための位置センサ１１
が配設されている。以上のモータ９、位置センサ１１は
制御部１００に接続されており、夫々を同期して駆動す
ることで、保持盤６上に吸着して保持される基板Ｗ基板
Ｗを図示の矢印Ｘ１、Ｘ２方向に往復駆動するように構
成されている。

【００２４】一方、塗布ヘッド１を塗布対象物である基
板Ｗに対して相対移動するための塗布ヘッド移動機構
は、基部１０の上に固定される昇降軸１２（図示では１
本であるが、実際には左右位置に２本設けられる）と、
この昇降軸１２の上に固定される昇降用のサーポモータ
４と、このサーボモータ４の出力軸に固定された不図示
のボールネジに螺合するブッシュを設けた昇降台５と、
この昇降台５から図面のＸ−Ｙ面上に延設されるアーム
３と、このアーム３に取付けられる塗布ヘッド１と、基
板Ｗの表面との間隙を測定するためにアーム３に取り付
けられる距離測定の２個の距離センサ２とから構成され
ており、これら距離センサ２による測定結果に基づき、
昇降用のサーポモーター４を適宜駆動することで塗布ヘ
ッド１を図中のＺ方向に昇降させて、基板Ｗとの間の間
隙をリアルタイムで維持するように構成されている。
尚、図１において塗布ヘッド１への塗布流体の供給シス
テムと、基板Ｗを搬送して図示の位置にセットするロボ
ット機構は不図示である。

【００２５】また、図１による説明によれば、塗布ヘツ
ド１を昇降させているが、これに限定されず、保持盤６
を昇降させて間隙を維持するようにしても良い。また上
述のように保持盤６を矢印Ｘ１，２方向に往復駆動する
構成に代えて、昇降軸１２側を往復駆動するように構成
しても良く、少なくとも塗布ヘッド１と基板Ｗの表面と
の間隙を維持しつつ、相対移動できるようにすれば如何
なる構成でも良い。さらに、基部１０は図示のように平
坦面を上にする構成に限定されず、起立または傾斜して
設けるようにして、設置面積を少なくするようにするこ
ともできる。

【００２６】また、距離測定の距離センサ２は、レーザ
ーセンサ等の非接触タイプが塗布面を損傷する虞がない
ことから好ましいが、これに限定されず接触型の変位セ
ンサでも良い。また距離センサ２は、図１では２個設置
されており、基板Ｗの両縁の近くの部位を夫々測定でき
るようしているが、センサの設置位置は図示の位置に限
定されず、またセンサ２を１個設けるようにしても良
い。また、昇降、走行の機能を司る制御装置１００は数
値制御できるものであれば種類は問わない。

【００２７】以上説明の構成における塗布開始時の動作
概略は、先ず、基板Ｗが搬送移載装置（不図示）から保
持盤６に受け渡されると、保持盤６に設けられた吸着部
１２の多数の吸引孔内がバキューム機構（不図示）によ
り負圧にされて、基板Ｗが真空で保持され基板Ｗに多少
の反りがある場合には保持盤６の平面に沿うように平ら
に修正され保持される。

【００２８】続いて、所定の高さに位置決めされた昇降
用のアーム３に設けられた距離センサ２の下に基板Ｗが
位置するように保持盤６を図中の矢印Ｘ２方向に移動さ
せて、塗布対称面までの距離を各センサ２で測定して、
塗布ヘッド１の先端と塗布対象表面の距離を計算する。
この測定個所は１個所でも複数個所でも良い。この測定
が完了すると、保持盤６は、所定の位置で待機して、塗
布動作の準備が完了する。

【００２９】このとき、塗布ヘッド１は気泡の存在しな
い略満タン状態に予め維持され、スリット先端の開口面
からやや高めの位置に塗布流体の下端が位置する状態で
貯留している。この塗布ヘッド１内で貯留されている塗
布流体は吐出部のスリット先端が開放されているので大
気圧となる。また、供給される塗布流体には常に一定の
圧力と、後述する超音波が所定タイミングで印加され
る。続いて、塗布ヘッド１に設けられた塗布流体供給バ
ルブが開かれると、圧力の加わった塗布流体は塗布ヘッ
ド１内で貯留した塗布流体をスリット先端から押し出す
ようになる。

【００３０】このとき、吐出される塗布流体の先頭部は
ヘッド内からヘッドの外に押し出されて、微少の半球状
の液玉をスリット開口部の全長に亘り短いピッチで形成
成長されるが、後述のように超音波を基板Ｗ面とスリッ
ト面との間に印加することで塗布液はニュートン流体と
なり、液玉の影響を完全に解消することができるように
なる。

【００３１】尚、スリットノズル内に貯留したときの塗
布液の位置が常に一定の高さで一直線を維持し、供給さ
れる塗布流体の圧力と粘性、それに塗布ヘッドを含めた
温度に変化が無く常に一定で、かつ、スリット幅とスリ
ット壁の状態が均一であれば、液玉の形成状態には再現
性を確保できるが、この再現性にはばらつきが必ず伴う
ことから塗布開始時点の塗膜状態を不揃いにしている。
そこで、微少な液玉が全長に亘り形成されたときに、液
玉をヘッド先端で押し潰すまでの間隙になるように塗布
ヘッド１を下降させることで、塗布流体は塗布対象面と
塗布ヘッド先端部との間を隙間無く埋める状態にするこ
とができる。

【００３２】このときに、すでに塗布ヘッド１は基板Ｗ
に対する相対移動状態で、かつ一定速度になっている必
要がある。即ち、吐出開始から微少な液玉を形成する時
間ｔ１後には塗布ヘッド１と塗布対象面は所定の間隙に
なるように下降させておき、走行速度状態ではすでに一
定速度に到達しておくように制御すると良い。

【００３３】このように制御することで、相対移動の速
度が例えば５０ｍｍ／ｓｅｃと十分に遅く、また下降速
度が１０ｍｍ／ｓｅｃと十分に早い場合には、スリット
幅を３０μｍ、間隙を約１００μｍとした場合におい
て、塗布開始線を±１ｍｍ以下のばらつき範囲内にする
ことが可能となる。

【００３４】以上の条件で所定範囲を塗布後に塗布を終
了する。このとき、塗布ヘッド１の供給バルブを閉じて
も塗布ヘッド１内の塗布流体は残圧の影響と吐出した塗
布流体との分子間結合力により完全に吐出が止まるまで
に時間を要する。このために、吐出量の減少に合わせて
移動速度を減速すると良いが、このように制御すると所
望の塗布厚みを確保することが困難となる。そこで、供
給バルブを閉じるのと略同時に塗布ヘッド１内の塗布流
体を一気にスリット開口部から引き込むサックバック機
能を塗布ヘッド１に設けており、このサックバック量を
調整することで吐出を止めるようにしている。

【００３５】また、供給バルブを閉じる動作により、滅
速停止モードとなり、同タイミングで塗布ヘッド１を上
昇させるようにしている。即ち、供給バルブ閉、サック
バック開、塗布ヘツト減速上昇の４つの動作のタイミン
グを同じにしている。また、それらのタイミングは所望
の有効塗布面積を過ぎたところ（１〜２ｍｍ）程度で十
分である。このような動作制御を行うことで、所望の有
効塗布面より捨て代（無効塗布面）を数ｍｍ以内に抑え
た塗布膜形成面を得ることができ、超音波式塗布装置の
最大の特徴である額縁塗布と省液塗布を実現できるよう
になる。

【００３６】次に、図２を参照して塗布ヘッド１につい
て述べると、流体から固体板に垂直入射するときの音波
の透過率Ｄは、図２（ａ）に示されるＢａｒやＲａｙｌ
ｅｉｇｈの式から求めることができる。ここに、ρは密
度、ｃは音速度である。以上から超音波を固定板に対し
て垂直に入射させると１＞Ｄ＞０．８となり、８割強の
音波を伝搬させることが可能となる。この垂直に入射し
た音波は大気に接している壁面まで達するとほぼ１００
％反射するようになる。

【００３７】そこで、図２（ｂ）に図示の横断面図に示
されるように、供給口２４と排出口２５に連通する接液
部１０１の側面において超音波発振部２０を固定し、こ
の超音波発振部２０から発生する超音波Ｖを接液部１０
１に略垂直に入射させ、図示のような曲面を有する傾斜
形状部２０２において、入射後の超音波Ｖを角度Θ１、
Θ２で反射させることによりスリット寸法ｔの吐出部１
０３の先端部の近傍の超音波印加部１０４に指向させる
ように構成されている。

【００３８】以上説明した構成の塗布ヘッド１におい
て、図２（ｃ）に図示のように塗布ヘッド１を基板Ｗに
対して相対移動しつつ塗布するときに、所定周波数の超
音波Ｖが超音波印加部１０４と基板Ｗの塗布面との間で
表面張力の作用で滞留した状態になっている塗布流体に
印加することで、ニュートン流体に変化されることにな
る。すなわち基板Ｗと塗布ヘッド１の吐出部の間隙は例
えば３０〜５０μｍ前後と非常に狭く設定されているの
で基板表面とヘッド先端に図示のように液ダマリが生じ
て、基板にはその一部が塗布されることになる。この液
ダマリ近傍に超音波エネルギーが照射されることで粘性
が低下した流体はニュートン液体となるかまたはその特
性に近づくので表面張力の作用も手伝いなだらかに広が
り均一塗膜を形成することができるようになる。この結
果、塗布流体の粘性等に主に起因する流れの悪さが大幅
に改善されて、高精細度化技術におけるシビアな均一薄
膜形成にも機械的改良なして良好に対応できるようにな
る。このために、相対移動手段の走行精度を上記のよう
にシビアに設定する必要がなくなる。

【００３９】図３は、別実施形態の塗布ヘッド１の断面
図（ａ）であり、図３（ｂ）は、塗布流体の粘性係数と
せん断応力の関係を示した関係図であって、超音波を印
加した状態と印加しない場合を夫々示したものである。

【００４０】先ず、図３（ａ）において、既に説明済み
の構成部品については同様の符号を附して説明を割愛す
ると超音波発振部２０は、矢印Ｘの相対移動方向に略直
交するようにして接液部１０１に対して超音波を略垂直
に入射させる。このように入射した超音波Ｖは、さらに
下方に向かい傾斜面部１０２において反射され超音波印
加部１０４と吐出部１０３の内部に指向される。このよ
うにして傾斜角４５度でスリットノズル部内の塗布流体
へは直角に作用させるとともに、上記のように液ダマリ
状態になっている塗布流体への超音波を作用させること
が同時にできるようになる。尚、入射角度を４５度より
若干鋭くして先端部の方へ斜に入射させより先端部によ
り多く反射させることも可能である。

【００４１】さらに、吐出部先端に図２（ｃ）に図示の
ような好ましくは０．２mm〜０．３mm前後の寸法の印加
部１０４を平面状に設けると、液ダマリに入射音波を垂
直に伝搬させることが可能となりエネルギー照射効率を
より高めることができる。以上のように、塗布直後に超
音波を印加することで図３（ｂ）に図示のようにせん断
応力の上昇にともない塗布流体の粘性係数が次第に減少
して、ニュートン流体にすることができる。

【００４２】次に、図４は塗布ヘッド１の塗布流体供給
系の系統図であって、初期洗浄の状態を示している。本
図において塗布ヘッド１には上記の液接部１０１に連通
する中央の供給口２４と左右の排出口２５が穿設されて
おり、塗布流体は供給口２４から一定の圧力で注入され
る、このため各流路には開閉バルブ３３、３４が備えら
れている。また、排出口２５は塗布ヘッド１内を塗布流
体で満タンにする際に、ヘッド内の空気抜き用としての
機能が備えられており排出口２５の先には開閉バルブ塗
布ヘッド洗浄を含めた各々のバルブが接続される。図４
において２つの排出口２５のバルブ３４を各々開放し、
バルブ３３を切り替えて洗浄液を塗布ヘッド１内に注入
し、超音波を発生させる様子を示している。この後、適
度な時間経過後に、図５（ａ）に示すように排出口２５
のバルブ３４を閉じ、スリット開口部である吐出部から
矢印方向に洗浄液を吐出するように洗浄液Ｋを圧送す
る。この塗布ヘッド１の供給口２４には不図示の駆動機
構を備えた三方向弁３３が接続されており、電磁弁とポ
ンプを介して洗浄液を収容したタンク３５に配管されて
いる。また、三方向弁３３には、塗布流体を収容したタ
ンク３６がポンプと電磁弁とを介して配管されている。
また、各排出口２５にはサックバルブ３７に連通した開
放弁３４が配管されている。

【００４３】その後適当な時間を経過させてから、図５
（ｂ）に示すように排出口側のバルブ３４を開放し、同
時に供給バルブ３３を洗浄液から塗布液Ｒの流路に切り
替える。超音波はこの後適当な時期に止める。

【００４４】その後適当な時間を経過させ、図５（ｃ）
に示すように吐出口のバルブ３４を閉じ、スリット開口
部から塗布液Ｒを吐出する。

【００４５】その後適当な時間を経過させ、図５（ｄ）
に示すように供給バルブを切り替えて全ての塗布流体供
給を止める。

【００４６】その後、排出口２５のバルブの先に設けた
吸引装置であるサックバルブを動作させて、排出バルブ
３４を所定の時間だけ開放した後に閉じて、図５（ｅ）
に示すような状態にする。この時の塗布ヘッド内の塗布
流体の先端はスリット内部にやや引き込まれた状態とな
り、塗布動作待機状態を形成することになる。

【００４７】尚、排出バルブ３４、供給バルブ３３は、
目的とする機能を果たせればその構成数量や構造は種々
あることは言うまでもない。

【００４８】以上説明したように、塗布ヘッドから吐出
する塗布流体に超音波を印加することで、塗布直前と直
後の塗布流体の流動性を高めることができるので、塗膜
の平坦性を向上させることが可能となる。また、超音波
振動はヘッド内を洗浄液（溶剤）により洗浄するときの
洗浄力を高めることができるようになる。

【００４９】塗布動作を図６の動作原理図において説明
すると、塗布ヘッド１が位置Ｐ１にある状態が塗布開始
の初期状態であり、超音波振動子２０のオン／オフのタ
イミングとともに説明する。

【００５０】Ｐ１は待機位置での塗布流体の状態を示
し、Ｐ２は液玉が形成されつつある状態を示し、Ｐ３で
は形成した液玉を塗布対象面に接地させた状態を示し、
Ｐ４では供給を止めヘッド上昇開始点を示し、Ｐ５では
吸引作用で塗布流体が所定の位置に引き込まれた状態を
説明している。

【００５１】また、図に示した塗布対象端面からの距離
Ａ及びＢは５ｍｍ以下となることが望まれており、かつ
非塗布域は４方向の端面において２ｍｍ程度確保され
る。図示のＧは塗布ヘッド先端と基板Ｗの塗布面の間隙
である。

【００５２】本図において、位置Ｐ１で塗布ヘッド１は
基板Ｗの相対移動と、下降動作と及び供給バルブの３つ
を同時に開始する。この後、位置Ｐ３において、相対移
動速度は一定速度になっており、微少な液玉を吐出部１
０３の全長に亘り形成しているが、このとき塗布ヘッド
１は下降限に到達しており、先端の液玉は塗布面に接地
する。位置Ｐ３において超音波振動子２０への通電が開
始され超音波を発生させる。この状態のまま相対移動し
て、位置Ｐ４までは、一定の速度と供給圧力と間隙Ｇを
維持しつつ、一定の超音波を作用させることで上記のニ
ュートン流体にして均一な塗布面を形成する。また、位
置Ｐ４の手前では、排出口２５の先に設けた吸引装置を
始動させておく。位置Ｐ４に到達すると、供給バルブを
閉じて、排出バルブを開き、塗布ヘッド１を上昇させ、
超音波振動子２０への通電を停止する。これらの動作を
同時に行ない相対移動の停止動作はその後に行なう。

【００５３】このとき、塗布流体は塗布ヘッド１内に一
定の位置まで吸い込まれることが肝要であり、そのため
に、排出バルブの開放時間は実験により定め、常に一定
の時間で閉じるようにしている。位置Ｐ５で、塗布ヘッ
ドは上昇限、走行限にあり、塗布流体はヘッド内で一定
の位置にあり塗布動作を終了する。

【００５４】以上のように超音波式塗布装置を動作させ
ることで、塗布流体の流動性を高めるこようにでき、容
易に塗布膜の均一性を向上させるようにできる。尚、超
音波振動子２０の配置数、配置姿勢は図示の例に限定さ
れないことは言うまでもなく、基板Ｗ上の液ダマリに対
して均一な超音波を印加できるようにすればあらゆる構
成が可能である。以上のように吐出直後の塗布流体の流
動性を高めることができるので、塗布ヘッドの温度分布
や吐出部の壁面の面粗度等が粗い装置を実現出来、塗膜
条件出しが容易になる。

【００５５】また、塗布動作前に、塗布ヘッドと塗布対
象面の間隙を測定する機能と、間隙を設定する機能を設
けたことで、塗布対象物の板厚の変化やばらつき、また
塗布塗布流体の変化（異種塗布流体）に柔軟に対応でき
る。また、最少塗布面積で所望の有効塗布面を得ること
ができる。

【００５６】さらにまた、塗布流体の吐出圧力と塗布流
体吐出のタイミングと塗布するための塗布ヘッドもしく
は塗布対象物の移動開始タイミングと、塗布ヘッドと塗
布対象物の間隙設定の動作タイミング等を適宜制御する
ことで、塗布対象面の塗布開始線を所定の位置になるよ
うに一直線で揃えることができ、安定した均一な膜厚を
短い塗布動作距離で得ることができるようになる。

【００５７】また、上述のように塗布開始線を形成する
までは超音波を発生させないようにして、塗布開始線形
成直後に超音波を発生させることで、塗布開始線から短
い移動距離（塗布距離）で安定した均一な膜厚面を得る
ことができ、有効面以外の塗布面積を小さくすることが
できる。この結果、現状より狭い塗布面積により少ない
塗布液量で現状通りの塗布有効形成面を得ることが可能
となる。

【００５８】また、塗布流体の塗布装置においては、上
述のように複数の超音波発生器で構成することも可能で
あり、各々の超音波の強さや周波数を個別にコントロー
ルできるようにすることで、塗布対象部や塗布ヘッドに
ダメージを与えず、かつ吐出塗布流体にバブルやミスト
粒を発生させず、しかも適度な流動性を与えることがで
きるようになるので、塗布流体の特性に合わせたきめ細
かな調整が可能となるものである。

【００５９】さらにまた、塗布直前及び直後の塗布流体
の流動性を高めるを可能としたことから、速乾性の塗布
液を使用することが可能となり、乾燥時間が早くなり、
生産性が向上する。

【００６０】また、塗布ヘッドを上述のように洗浄する
ことで、塗布ヘッドの取り外し、分解、洗浄、さらに組
み立て、取り付け、条件出しを行う立ち上げ作業が一切
不要となり、作業性、生産性が格段に向上することにな
る。

【００６１】さらに、塗布ヘッドの品質判定において、
従来は、加工、組立の各工程毎に良品と判定されたもの
を塗布実験工程で不良とする場合も少なからずあった
が、その割合を減少させることができるので、塗布ヘッ
ド製作時の歩留まりを向上させてコストを低減すること
が可能となる。

【００６２】さらに、より高精度の均一な膜厚を得るこ
とができるので、塗布品質の歩留まりが向上し、生産コ
ストを低減することが可能となる。

【００６３】加えて、額縁のように境界線を明瞭にした
額縁塗布を前提とした塗布方法であるので、塗布液の歩
留まりは極めて高いレベルを維持することができるとと
もに、端面に余剰の塗布液が付着しないので、ゴミを発
生させる可能性が低く、塗布後の塗布面へのダメージを
軽減でき、生産歩留まりの向上に寄与できることにな
る。

【００６４】また、図７は、別実施形態の塗布ヘッド１
の外観斜視図であって、既に説明済みの構成部品につい
ては同様の符号を附して説明を割愛すると、上記の接液
部１０１には多数の細孔２００を直線状に穿設されてお
り、これら細孔を介して塗布流体を基板Ｗ上に塗布す
る。このときに多数の細孔２００の夫々から液玉が図示
のように形成されて吐出され、基板Ｗの塗布面との間で
長手方向に規則的に分布する液ダマリが形成されること
になるが、超音波を塗布直後に印加することで塗布流体
の粘性係数が次第に減少して、ニュートン流体になるの
で相対移動に伴い均一に分布できるようになる。細孔２
００は丸穴でも角穴でも統一された形状で等間隔に配置
されていれば問題はないここで、塗膜品質は例えば、仕
様１μｍ±５％の場合に、その仕様をクリヤーすれば全
て良品であるといったものではなく、膜厚の部分的な急
激な変化がある場合は例え±５％以内であっても不良品
であり、膜厚がなだらかに変化する場合は±５％をオー
バーしても良品扱いとしている。すなわち膜厚品質はそ
の均一性が極めて重要な項目となっている。膜厚の急激
な変化をもたらす要因として、走行移動塗布時の走行時
の振動であり、ボールネジや走行ガイド（ベアリング）
やサーボモーター系による振動等に着目した。走行時に
振動が塗布液に作用しその振動が流体にせん断力として
働き流体の粘性を変化させていることは十分に考えられ
た。超音波式塗布装置における塗布膜品質は、大きく塗
布ヘッドの加工精度と、塗布走行時の走行振動をどこま
で抑えることができるかにかかっていて、塗膜品質の向
上は加工技術の向上によるものが大きかった。形成した
塗膜は走行経路の一部においてのみ膜厚変化となって現
れ、その現象には再現性があることと、形成膜ムラは所
定の厚さより厚い部分の近傍は薄くなっているが確かめ
られている。

【００６５】このように、等温条件下で流体を一定のず
り速度で流動させるとき、粘度またはせん断応力が時間
とともに減少するシクソトロピー流体に超音波振動を印
加すると、流体にせん断応力を付加することになり、流
体の粘性を安定域まで低下させるは減粘性作用があるこ
とを利用した塗布方法であり、塗布流体をニュートン流
体の性質に近づけることが可能となるので、移動塗布時
の多少の外乱（機械振動）の影響による塗布ムラに対し
てもなだらかな膜厚分布を得ることが可能となる。

【００６６】さらに、ペースト状の高粘性流体にあって
も、その粘性を減ずることで、塗布ヘッド内に残存する
気泡を容易に排出することも可能となりスムースな吐出
作業を実現できる。

【００６７】そして、接液部１０１を含む流路に滞留し
ている液がゲル化し塗布品質の低下を招く虞があること
から、従来の超音波式塗布装置ーの塗布ヘッド内は定期
的な分解洗浄を必要としていたが、上記の装置で、接液
部の流体と吐出部または細孔部の流体にも超音波振動を
印加するので、流路に滞留する割合を減ずることが可能
になり、定期的な洗浄頻度を少なくすることを可能と
し、また、分解せず洗浄液を流路に流し超音波を印可す
るだけで洗浄できるようになる。

【００６８】このことは生産性や品質維持に極めて重要
な要素であり、分解洗浄後の組立および条件出し等の再
現技術は細心の注意を払う必要と、また高度の熟練技術
と相応の再現作業時間を要していたが、これらの作業が
極めて簡単にしかも分解せずに自動的に行なう事が可能
となったために、流体品質を維持するため従来以上の頻
度で洗浄を繰り返しても生産性を低下させることはな
く、また短時間で容易に洗浄ができるために塗布品質や
生産性を大幅に向上できる。

【００６９】また、スリットスピンコータと併用する場
合には、塗布流体の余剰液を極端に抑え生産効率の高い
省液塗布が可能となる。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
塗布流体を超音波印加によりニュートン流体に変化させ
ることにより、乾燥速度、粘度変化の種類を問わず全て
の塗布流体を使用でき、大型サイズ基板を含む全ての基
板にに対応することができ、所望される膜厚の確保と、
均一性の向上を図ることができる超音波式塗布ヘッドと
超音波式塗布装置を提供することができる。

【００７１】また、加えてスリットスピンコータと併用
する場合には、塗布流体の余剰液を極端に抑え生産効率
の高い省液塗布を可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】超音波式塗布装置の全体構成を示した概略構成
図である。

【図２】（ａ）は透過率Ｄの計算式、（ｂ）は塗布ヘッ
ドの横断面図、（ｃ）は塗布ヘッドの拡大断面図であ
る。

【図３】（ａ）は別構成の塗布ヘッド１の要部破断図で
あり、（ｂ）はせん断応力と粘性係数の関係図である。

【図４】塗布ヘッドの塗布流体供給の系統図である。

【図５】（ａ）〜（ｅ）塗布ヘッド洗浄を含めた各々の
バルブ動作を説明する流路図である。

【図６】塗布ヘッドの動作説明図である。

【図７】別実施形態の塗布ヘッドの外観斜視図である。

【符号の説明】

１ 塗布ヘッド ２ 距離センサ ３ アーム ４ サーボモータ ５ 昇降台 ６ 保持盤 ７ ガイドレール ８ ボールネジ ９ サーボモータ １０ 基部 １１ 位置センサ ２０ 超音波振動子 ２４ 供給口 ２５ 排出口 ２７ 振動板 １０１接液部 １０２反射形状部 １０３吐出部 １０４印加部 ２０２傾斜形状部

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定塗布流体を所定幅で吐出する吐出部
   を、平らな塗布面を有する矩形または円形の基板との間
   で所定間隙を維持し、前記基板と所定速度で相対移動し
   つつ、前記吐出部を介して所定圧力で吐出することで均
   一な塗布を行なう超音波式塗布ヘッドであって、 前記塗布面上における塗布状態の前記所定塗布流体に対
   して超音波振動を印加するための超音波発生手段の超音
   波印加部を、前記吐出部の近傍に設けることを特徴とす
   る超音波式塗布ヘッド。
2. 【請求項２】 前記超音波発生手段は、前記所定塗布流
   体の供給口と排出口とに連通する接液部に対して超音波
   を略垂直に入射させる超音波発振部と、 入射後の超音波を反射させることで前記超音波印加部に
   指向させる反射形状部とから構成されることを特徴とす
   る請求項１に記載の超音波式塗布ヘッド。
3. 【請求項３】 前記超音波発振部は、前記相対移動方向
   に沿うように接液部に対して超音波を略垂直に入射させ
   るとともに、 前記反射形状部は、入射後の超音波を反射させることで
   前記超音波印加部に指向させる曲面部から構成されるこ
   とを特徴とする請求項２に記載の超音波式塗布ヘッド。
4. 【請求項４】 前記超音波発振部は、前記相対移動方向
   に略直交するように接液部に対して超音波を略垂直に入
   射させるとともに、 前記反射形状部は、入射後の超音波を反射させることで
   前記超音波印加部に指向させる傾斜形状部から構成され
   ることを特徴とする請求項２に記載の超音波式塗布ヘッ
   ド。
5. 【請求項５】 前記吐出部は、幅方向に連続開口するス
   リットノズルであることを特徴とする請求項１乃至請求
   項４のいずれか１項に記載の超音波式塗布ヘッド。
6. 【請求項６】 前記吐出部は、多数の細孔を直線状に配
   置して構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項
   ４のいずれか１項に記載の超音波式塗布ヘッド。
7. 【請求項７】 請求項１に記載の超音波式塗布ヘッドを
   用いた超音波式塗布装置であって、 前記基板と前記超音波式塗布ヘッドとを所定速度で相対
   移動する相対移動手段と、 前記塗布ヘッドの吐出部の先端と前記塗布面との離間距
   離を検出する距離検出手段と、 前記超音波式塗布ヘッドを前記所定間隙を維持する塗布
   状態と、前記吐出部から離間する待機状態とに昇降する
   昇降手段と、 前記供給口を介して前記塗布流体を所定圧力で供給する
   供給手段と、 前記排出口を介して前記塗布流体を排出する排出手段
   と、 前記相対移動手段と前記距離検出手段と前記昇降手段と
   前記供給手段と前記排出手段と前記超音波手段とに接続
   され、塗布開始と塗布終了の間の所定タイミングで所定
   制御を司る制御手段とを具備することを特徴とする超音
   波式塗布ヘッドを用いた超音波式塗布装置。
8. 【請求項８】 塗布後に、回転による遠心力で余剰分の
   塗布流体を除去する基板回転装置とともに使用されるこ
   とを特徴とする請求項７に記載の超音波式塗布ヘッドを
   用いた超音波式塗布装置。