JP4166465B2

JP4166465B2 - 塗布装置、塗布方法、および塗布基板の製造方法

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Publication number: JP4166465B2
Application number: JP2001380864A
Authority: JP
Inventors: 康嗣山内
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2001-12-14
Filing date: 2001-12-14
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2021-12-14
Also published as: JP2003181360A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塗布装置等に係り、より詳しくは、塗布条件の制御を可能とする塗布装置等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造用のウェハや、例えば液晶ディスプレイ等の各種ディスプレイ装置に用いられるガラス製の平板等の塗布対象物に、絶縁材料やフォトレジスト液等の各種流体材料(塗布液、塗布流体)を塗布する作業が行われている。塗布方法の最も代表的なものとしては、スピンコート式塗布方法があり、これらの塗布液を塗布する際には、均一な膜厚を有する薄膜を形成することが要求される。
【０００３】
このスピンコート式塗布方法では、例えば、基板やウェハ等の塗布対象物における中央付近に所定のノズルを配置し、このノズルから塗布液を滴下し、この塗布対象物を高速回転させ、回転による遠心力により塗布液を拡散させて均一な膜厚の形成を図っている。しかしながら、このスピンコート式塗布方法では、回転によって飛散する塗布液の量が多く、振り払われた塗布液が無駄になってしまう。
【０００４】
一方、近年、ダイコート(スリットコート)式塗布方法が注目されている。このダイコート式塗布方法では、例えば矩形形状からなる基板やウェハ等の塗布対象物に、塗布対象物における一辺の幅寸法の全長に亘って設けられたダイを用いて塗布がなされる。このダイには、スリット状の開口部が備えられ、この開口部の先端(リップ)から塗布液を吐出しながらダイまたは塗布対象物を一定速度で移動して、均一な膜厚を形成している。このダイコート式塗布方法によれば、スピンコート式塗布方法では顕著であった飛散により発生する無駄がほとんど生じない点で優れている。
【０００５】
しかし、ダイコート式塗布方法では、ダイまたは塗布対象物の移動により均一な薄膜を得ることが比較的難しい。特に、ダイまたは塗布対象物が走行を開始して塗布を開始する塗布対象物の開始端と、ダイが塗布を終了する塗布対象物の終了端とでは、塗布ムラが顕著となり塗布の均一性を保つことができなくなる。この問題に対処するために、例えば特開２０００−５６８２号公報では、塗布開始時および塗布終了時の圧力変化を検出し、塗布開始時の供給開始状態および塗布終了時の供給停止状態を目視または数値データで観測し、複数のパラメータを調整することで、観測結果を略台形の立ち上がりおよび立ち下がり波形に調整する技術について開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この特開２０００−５６８２号公報では、塗布液の吐出量について、圧力センサを用いてモニタしており、流量計では測定が困難な吐出量(例えば数百μｌ/秒)である塗布液を測定する際に、この圧力センサを用いてモニタする方法は非常に優れている。しかしながら、かかる公報記載の技術では、圧力を測定してモニタする内容までは開示されているものの、単に「略台形の波形に調整する」との記載に留まり、実際にはオペレータの勘に基づいてチューニングがなされるに過ぎない。その結果、オペレータの熟練度等により塗布品質が変わり、安定した塗布基板を得ることができない。
【０００７】
また、圧力センサを用いてモニタするだけの構成では、例えば配管系にエアが混入したような所謂エア噛みの場合に対応することができない。特に、ただ単に略台形の波形に調整するだけでは、エアが混入したような偶発的な事象に対処することが困難である。更に、塗布流体の挙動が観測できたとしても、実際に塗布液を塗布している途中で不良であることが認められた場合には、作業を止めることができず、歩留を向上させることができない。
【０００８】
本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、塗布異常の検知を可能とし、歩留を向上させることにある。
また他の目的は、塗布条件(パラメータ)の設定を迅速に行い、稼働率を向上させることにある。
更に他の目的は、エア抜きの判定を正確に行い、適切なタイミングでエア抜きを行うことで稼働率を向上させることにある。
また更に他の目的は、数値による管理を行うことで、経験や勘に頼った製造から脱却することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的のもと、本発明は、配管系に組み込まれた圧力センサを利用して、間欠塗布動作におけるポンプの動作と実際の吐出量との間の伝達関数を求め、この伝達関数の特性値により塗布異常の判定を行うと共に、好ましい吐出量プロファイルに対応するポンプの動作を伝達関数を利用して求めている。また、この伝達関数の推定を実際の塗布に先んじて、予備塗布（ディスペンス）動作中に行っている。即ち、本発明が適用される塗布装置は、相対移動の関係にある塗布対象に対して第１の条件で流体材料を実塗布する塗布手段と、塗布対象に流体材料を実塗布する際に、実塗布に先立って第１の条件とは異なる第２の条件にて塗布手段を用いた予備塗布を行う予備塗布手段と、予備塗布手段による予備塗布から塗布を行う系の特性変化を取得し、取得した系の特性変化から第１の条件を設定して塗布手段による塗布対象への実塗布を制御する制御手段とを備えることを特徴としている。
【００１０】
ここで、この制御手段は、予備塗布の際に検出された流体材料の圧力変化に基づいて塗布手段による塗布動作と流体材料の吐出量との関係である伝達関数を算出し、塗布手段は、この制御手段により算出された伝達関数に基づいて、好ましい吐出量プロファイルから系の特性変化を取得することを特徴とすれば、数値による管理によって塗布を実行することができる点で好ましい。また、この制御手段は、算出された関係から得られる特性値により、例えば、配管系へのエア噛み等、塗布手段における塗布異常の判定を行うことを特徴とすることができる。尚、「相対移動の関係」とは、例えば塗布対象が固定され、対峙する塗布手段の部分(ダイ)が移動する場合や、塗布対象と対峙する塗布手段の部分(ダイ)が移動せず、塗布対象が移動する場合等がある。他の発明も同様である。
【００１１】
また、本発明は、相対移動の関係にある塗布対象に対してスリット状の開口部から流体材料を塗布するダイと、このダイに対して所定のタイミングで流体材料の供給を開始し、所定のタイミングで流体材料の供給を停止するポンプと、このポンプからダイに供給される流体材料の圧力を測定するセンサと、塗布対象に対する実塗布に際し、この実塗布に先立って行われる予備塗布にてセンサにより測定される圧力からポンプの動作と吐出量との間の伝達関数を得ると共に、得られた伝達関数に基づいて塗布対象に対して塗布する際のポンプの動作を制御する制御部を備えたことを特徴とする。
【００１２】
ここで、塗布対象に対して流体材料を塗布する前にダイによる予備塗布を行うディスペンスロール等のディスペンス部を更に備え、制御部は、このディスペンス部にてなされる予備塗布の段階にてセンサにて測定される圧力に基づき伝達関数を得ることを特徴とすれば、予備塗布を利用して塗布条件(パラメータ)の設定を行うことができる点で優れている。また、流体材料に含まれるエアを取り除くエア抜きバルブを更に備え、制御部は、得られる伝達関数の特性値に基づいて流体材料にエアが含まれたことを判定し、エア抜きバルブを動作させることを特徴とすれば、エア抜きの正確な判定に基づき、適切なタイミングでエア抜きを行うことが可能となる。
【００１３】
更に他の観点から捉えると、本発明が適用される塗布装置は、相対移動の関係にある塗布対象に対して流体材料を塗布する塗布手段と、この塗布手段に対して所定のタイミングで流体材料の供給を開始し、所定のタイミングで流体材料の供給を停止する流体材料供給手段と、塗布対象に対する塗布に際して先立って行われる予備塗布により、流体材料供給手段の動作に伴う流体材料の吐出量に関するデータを測定する測定手段と、この測定手段により測定されるデータに基づいて、流体材料供給手段の動作と吐出量との間の伝達関数を得ると共に、得られた伝達関数に基づいて流体材料供給手段の動作を制御する制御手段とを備えたことを特徴としている。
また、本発明が適用される塗布装置は、測定手段により測定されるデータに基づいて、流体材料供給手段の動作と前記吐出量との間の伝達関数を得ると共に、得られた伝達関数に基づいて流体材料供給手段の異常を判定する手段とを備えたことを特徴としている。
【００１４】
一方、本発明は、所定のタイミングで流体材料を供給し所定のタイミングで流体材料の供給を停止して、相対移動の関係にある塗布対象に対し流体材料を塗布する塗布方法であって、塗布対象への流体材料の第１の条件での塗布に先立ち、第１の条件とは異なる第２の条件にてこの流体材料の供給動作を制御装置が実行して予備塗布を行い、予備塗布に際してなされた流体材料の吐出量と供給動作との関係を制御装置が把握し、把握された関係に基づいて制御装置が第１の条件を設定して塗布対象への流体材料の供給動作を制御することを特徴としている。
【００１５】
また、本発明が適用される塗布方法は、塗布対象に対する塗布に際して先立って行われる予備塗布により、流体材料の供給動作と塗布対象に供給される流体材料の吐出量との間の伝達関数を求め、求められた伝達関数に基づいて塗布対象への流体材料の供給動作を制御することを特徴としている。ここで、この伝達関数を求める際に、配管系に組み込まれた圧力センサにより得られる圧力から吐出量を得ることを特徴とすれば、微小な吐出量を正確に測定できる点で好ましい。また、この伝達関数の特性値により塗布異常の判定を行うことを特徴とすれば、塗布異常の判定を的確に行うことが可能となり、歩留を向上させることができる。
【００１６】
更に本発明は、塗布基板の製造方法として把握することができる。即ち、本発明が適用される塗布基板の製造方法は、塗布対象の基板に対してダイコートにより液体材料を塗布する工程と、基板に塗布された液体材料を硬化させる工程とを含み、この液体材料を塗布する工程は、基板に対して液体材料を塗布する実塗布に先んじて行う予備塗布により液体材料の供給動作と吐出量との間の伝達関数を求め、求められた伝達関数に基づいて好ましい吐出量に対する供給動作を決定し、決定された供給動作に基づいて基板に対して液体材料を塗布することを特徴としている。
【００１７】
また、本発明が適用される塗布基板の製造方法は、塗布対象の基板を洗浄する工程と、洗浄された基板に対してダイコートにより液体材料を塗布する工程と、この基板に塗布された液体材料を硬化させる工程とを含み、この液体材料を塗布する工程は、基板に対して液体材料を塗布する実塗布する際に、この実塗布に先んじて予備塗布を行い、この予備塗布から塗布を行う系の特性変化を制御装置が取得し、取得した系の特性変化から実塗布の塗布条件を制御装置が設定して、例えば、予備塗布の段階で求められた伝達関数に基づいて実塗布を実行することを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態が適用されるダイコート式塗布装置の全体構成を示した図である。図１に示すダイコート式塗布装置は、流体材料(塗布液、塗布材料)を入れる加圧タンク１１、残留空気を取り除くための脱気モジュール１２、流体材料を送り込むポンプ１３、このポンプ１３の動作に応じて切り換え動作する切り換え弁１４および１５、ポンプ１３のピストンからの磨耗粉を除去するフィルタ１６、吐出させる流体材料の圧力を測定する圧力センサ１７、水平方向にスライドする際にスリット状の開口部から流体材料を吐出させ、基板に対して流体材料を塗布するダイ１８、配管系にエア噛みが生じた場合にエア抜きを行うためのエア抜きバルブ１９、予備塗布を行うためのディスペンスロール２１、ディスペンスロール２１に付着された流体材料を掻き落とすドクターブレード２２、塗布対象物である基板を載置する定盤２９を備えている。また、圧力センサ１７から測定された圧力に基づいて伝達関数による制御を実行する制御部３０を備えている。この制御部３０では、得られた結果に基づいて、基板への実際の塗布作業(実作業)に際して、ポンプ１３や切り換え弁１４、１５等の動作を制御している。
【００１９】
加圧タンク１１は、例えば１０ｋＰａ程度の圧空により加圧している。即ち、ポンプ１３にて吸引されて流体材料がチャージされる際に負圧になるとキャビテーションしてしまうことから、加圧タンク１１では負圧にならない程度に流体材料を加圧している。脱気モジュール１２は、ポンプ１３と加圧タンク１１との間に設けられ、流体材料の中に溶け込んだ残留空気(溶存酸素、窒素等)を取り除いている。この残留空気が存在すると、少々の圧力変化によって泡が出現してしまうことから、例えば、中空糸が中を通るモジュールにて中空糸の外側を減圧することで、溶存したガスを取り除くように機能している。ポンプ１３は、シリンジポンプなどの容積型定流量ポンプが用いられ、２つの切り換え弁１４、１５に連結され、これらの切り換え弁１４、１５により出口または入口で切り換えられて吸引と吐出を繰り返している。但し、２方弁からなる切り換え弁１４、１５を設ける代わりに、３方弁を用いることも可能である。
【００２０】
ポンプ１３の出口からダイ１８までの配管には、フィルタ１６が設けられる。フィルタ１６の材質として、一般的には樹脂製のものが使用される場合が多いが、筐体が圧力で変形した場合に圧力測定に基づく吐出量の調整に際して支障となることから、そのハウジングを形成する筐体には変形し難いステンレスが用いられる。このフィルタ１６は、ポンプ１３のピストンから発生する磨耗紛を除去し、その異物対策として設けられている。
【００２１】
圧力センサ１７は、半導体ゲージ式ダイヤフラムセンサ等の高応答、高剛性のものが要求され、応答速度１ｍｓ以下のものが用いられている。本実施の形態における圧力センサ１７では、ステンレスからなるダイヤフラムに半導体ゲージからなる歪ゲージが貼られ、圧力によるダイヤフラムの変形が歪ゲージで電気的に変換されるように構成されている。歪ゲージとしては、一般には金属線からなるものが使用されるが、半導体ゲージを使用したものは、この中でも特に感度が高く、また、一般的なブルドン管式圧力計と比較して剛性が高く(コンプライアンスが小さい)、応答性が高い点に特徴がある。また、速い現象を正確に測定することができる点でも優れている。更に、図１では、圧力センサ１７をフィルタ１６の出口側に設けているが、フィルタ１６の入口側に設けることも可能である。但し、図１の位置のごとく液溜まりの生じるダイ１８に近い位置に配置することが好ましい。
【００２２】
ダイ１８は、ステンレスにより構成され、厚みは約３０〜１００ｍｍ、幅は被塗布物(基板)の幅よりも両側とも若干広くなるように設計されている。また、ダイ１８の先端は、中央に流体材料を吐出させるスリット(幅約２０〜２００μｍ)を備え、このスリットの両側には、ダイ１８の側端から約４５°の角度で突出して幅約１００〜１０００μｍ程度のリップを形成している。ダイ１８に供給される流体材料は、このスリットを介して基板およびディスペンスロール２１に供給される。このような形状を有するダイ１８は、両サイドに設けられたスライダ部を介して定盤２９に載置され、リニアモータによって基板上をスライドしている。また、スライダ部に上下のセンサとアクチュエータが設けられ、これらによってダイ１８の両サイドの高さが調整され、リップと基板との距離が所定の範囲(例えば約１００μｍ程度)に維持される。かかる状態にて、ダイ１８が定盤２９上を約５０ｍｍ/ｓｅｃでスライドし、ダイ１８のスリットから吐出される液体材料をリップで引き伸ばしつつ、均一な膜厚を維持しながら基板への塗布作業を実行している。
【００２３】
ディスペンスロール２１は、例えば２０〜１００ｍｍ程の径からなるロール材であり、長さは少なくともダイ１８の長さより長く構成され、鉄材に所定のメッキ加工を施したものまたはステンレス材等によって形成される。図２は、ダイ１８とディスペンスロール２１との位置関係を説明するための図である。ダイ１８は、実際の被塗布物である基板への塗布(実塗布)の前に、ディスペンスロール２１の上部に配置されて予備塗布を実行する。このディスペンスロール２１は、例えば周速５０ｍｍ/ｓｅｃで回転しており、この周速は、定盤２９上を移動するダイ１８の速度にほぼ一致させている。また、ダイ１８とディスペンスロール２１との距離ｄは、実際に基板上に塗布する実塗布にてダイ１８と基板とで維持される距離に略同等とされている。これにより、ディスペンスロール２１でのディスペンス時の塗布(予備塗布)にて、実塗布の条件と同様な条件下にて、圧力センサ１７にて得られた測定値をもとに制御のための値を得ることができる。尚、このディスペンスロール２１の代わりに、相対的に移動する板材等に対して予備塗布を行うように構成することも可能である。予備塗布は、例えばダイ１８の先端(リップ)にある液体材料を均一にするため等、実塗布とは異なる目的を有するので、その結果、塗布膜厚、塗布速度等の塗布条件として実塗布と異なる条件を採用することも可能である。本実施の形態では、このような予備塗布と実塗布との条件が仮に大きく異なっても、充分にその効果を発揮させることができる。
【００２４】
次に、制御部３０によって実行される塗布制御方法について説明する。
図３(ａ),(ｂ)は、本実施の形態が適用される配管系を単純化した系とそのモデルを説明するための図であり、図３(ａ)は最も単純化された系を示し、図３(ｂ)は図３(ａ)をモデル化した図を示している。図３(ａ)に示すように、最も単純化された系では、一次遅れの応答として取り扱うことができる(後述)。吐出液がニュートン液体であれば、図３(ｂ)に示すマニホールド圧力Ｐと吐出量(吐出流量)Ｑ'との間には、ｋを圧損係数として、
Ｑ' ＝Ｐ/ｋ
という関係が成立する。即ち、配管内の圧力(マニホールド圧力)Ｐは、ダイ１８からの吐出量Ｑ'をほぼ正確に表しており、これらは比例関係にある。また、圧力センサ１７で測定された圧力は、配管圧損が無視できる(あったとしてもＱ'にほぼ比例するので問題はない)ので、マニホールド圧力Ｐを等しいと見なせる。ゆえに、Ｐ≒Ｐ'である。以上により、Ｑ→Ｑ'の伝達関数は、Ｑ→Ｐの伝達関数を求めることで推定することができる。
【００２５】
今、図３(ｂ)において、ｑ₁＝Ｐ/ｋ、ｑ₂＝Ｃ・ｄＰ/ｄｔとすると、吐出流量Ｑは
【式１】

となり、ラプラス変換すると、
【式２】

となる。ここで、ゲイン定数Ｋ＝ｋ、時定数Ｔ＝ｋ・Ｃとすると、伝達関数Ｇ(ｓ)は、
【式３】

で表される。このＫ/(１＋Ｔｓ)は、一次遅れ系を示している。即ち、本実施の形態が適用される配管系では、入力に対して出力が一次遅れ系のステップ応答で表現できる。
【００２６】
この一次遅れのステップ応答により、流体材料にエアが混入するエア噛みによる配管系コンプライアンスＣの変化は、時定数Ｔによって判定することができる。コンプライアンスＣは、
Ｃ＝ΣＣ_i＝Ｃ₁＋Ｃ₂＋…
である。ここで、Ｃ₁＋Ｃ₂＋…は、配管のコンプライアンスや気泡のコンプライアンス等を示している。気泡のコンプライアンスは、他の要素と比較して非常に大きく、その体積にほぼ比例する。
【００２７】
次に、エア噛みによる塗布異常について説明する。
図４(ａ),(ｂ)は、ダイ走行開始時とダイ停止時の吐出流量と膜厚との関係を説明するための図であり、図４(ａ)はダイ走行開始時の時間または距離の変化、図４(ｂ)はダイ停止時の時間または距離の変化を示している。図４(ａ),(ｂ)において、横軸は時間または距離であり、ｖはダイ１８が定盤２９を走行する走行速度を示している。また、Ｑは、ダイ１８から吐出される塗布液(流体材料)の吐出流量であり、図には、正常な状態(▲１▼)とエア噛みがあった状態(▲２▼)とが示されている。更に、ｔは、基板に塗布される膜厚を示しており、目標膜厚に対して、正常な状態(▲１▼)とエア噛みがあった状態(▲２▼)とでどのような変化が現れるかを示している。
【００２８】
ダイ１８の走行開始と同時にポンプが吐出を始めるとすると、図４(ａ)に示すように、正常な状態(▲１▼)では速やかに一定の目標膜厚に収束するが、エア噛みがあった状態(▲２▼)では吐出の立ち上がり(吐出流量Ｑの立ち上がり)に遅れが生じ、塗布開始時の膜厚にアンダーシュート(膜厚の薄い部分)が生じる。一方、ダイ１８の停止時では、図４(ｂ)に示すように、吐出流量Ｑにおいて、エア噛みがあった状態(▲２▼)では正常な状態(▲１▼)よりも停止後に遅れて吐出される量が多い。即ち、一次遅れでダラダラと吐出液が出る状態となる。その結果、エア噛みがあった状態(▲２▼)では、塗布終了端にて厚膜化する。本実施の形態では、かかるエア噛みがあった状態(▲２▼)をディスペンスロール２１への予備塗布の段階で把握し、このエア噛み状態を含めて伝達関数を算出し、特性値を得て各部の制御を実行している。即ち、エア噛みすると、マニホールド圧力Ｐの立ち上がりが遅くなり、吐出流量Ｑの遅れが大きくなり、塗布異常となる。従って、このマニホールド圧力Ｐの立ち上がりを測定すれば、エア噛みを検知することができ、吐出流量Ｑの遅れを検知することが可能となる。尚、予備塗布の段階でエア噛み状態を検出した際に、エア抜きバルブ１９によりエア抜きを実行した後に、新たな伝達関数を算出して特性値を得るように構成することもできる。
【００２９】
図５は、制御部３０の構成を示した図である。本実施の形態が適用される配管系を制御する制御部３０は、ダイ１８から塗布液を吐出させる際の圧力を測定する圧力測定部３１、圧力波形から伝達関数を得る伝達関数取得部３２、得られた伝達関数から周波数応答を求める周波数応答算出部３３、算出された周波数応答から特性値を求める特性値取得部３４を備えている。また、制御対象としてポンプ１３の駆動を制御するポンプ駆動部３５、エア抜きバルブ１９の開閉を制御するエア抜きバルブ制御部３６を備えている。尚、制御対象としては、例えば切り換え弁１４、１５等の他、その他の部位も存在するが、ここではその説明を省略している。また、ダイ１８の動きに係る制御等についても省略している。
【００３０】
図６は、図５に示す制御部３０にて、伝達関数の算出と特性値の推定からポンプ１３の動作を制御する処理の流れを示した図である。まず、制御部３０のポンプ駆動部３５は、ダイ１８がディスペンスロール２１に対峙した状態にて、ポンプ１３をステップ状に駆動する(ステップ１０１)。このポンプ１３をステップ状に駆動すると、圧力測定部３１によって得られる圧力波形(吐出)のステップ応答は、図に示すようになだらかに上昇する。伝達関数取得部３２では、圧力測定部３１にて得られた圧力波形を時間微分して、図に示すようなインパルス入力に対するインパルス応答(伝達関数ｇ(ｔ))を得る(ステップ１０２)。周波数応答算出部３３では、得られた伝達関数ｇ(ｔ)を時間軸から周波数軸に変換し、周波数応答ｇ(ω)を求める(ステップ１０３)。そして、特性値取得部３４では、得られた周波数応答ｇ(ω)からボード線図を作成し、特性値を求める(ステップ１０４)。
【００３１】
このステップ１０３に示した周波数応答ｇ(ω)を求める実際の処理は、計算機上のソフトウェアにて実行され、伝達関数ｇ(ｔ)は、ある時間間隔の離散値的な数列ｈ(ｉ)(ｉ＝０,…,ｎ−１)として扱われる。このとき、ｇ(ω_k)は、
【式４】

で求められる。また、ｈ(ｉ)は、圧力波形の差分を用いて、
【式５】

と定義される。例えば系が一次応答を近似的に示すことが判っている場合、ステップ１０１に示したステップ応答波形の幾何学的な処理から特性値(Ｔ,Ｋ)を求めても良いが、ステップ１０４のボード線図より特性値を求めるのが、より簡便であり、かつ正確である。
【００３２】
図７は、作成されたボード線図の一般例を示した図である。ここでは、ゲイン特性が図に示すように近似される。ここで、対象となる周波数応答(Ｇ(ｊω))は、
【式６】

となる。定常ゲインから−３ｄＢ落ちるところの周波数(折れ点周波数)をωｃとすると、
Ｔ＝１/ωｃ
で表される。尚、上記は一次遅れ系について説明したが、より高次の遅れ系であっても図６に示すステップは同様に適用することが可能である。
【００３３】
ここで、例えば、系が一次遅れ近似できる場合に、理想的なステップ状の吐出を実現したいとする。このとき、単位ステップ状の吐出を
【式７】

とすると、
【式８】

となる。
Ｑ(ｓ)→Ｑ(ｔ)にラプラス逆変換すると、
【式９】

となり、１/Ｋのステップ入力に先んじて大きさＴ/Ｋのパルスを与えればよいことが判る。即ち、入力を大きさＴ/Ｋのパルスだけオーバーシュートさせるように構成すれば、遅れを適切に補正することが可能となる。このように一般的に、周波数応答Ｇ(ｊω)が判っていれば、同様の手法を用いて逆問題を解くことが可能となることから、本実施の形態によれば、「好ましい吐出量プロファイル」から「ポンプ１３の動作」という逆問題の解を、求められた伝達関数を利用して容易に求めることができる。
【００３４】
次に、本実施の形態が適用される塗布基板の製造方法について説明する。図８は、塗布基板の製造方法の一つとして、液晶ディスプレイに用いられるカラーフィルタの製造方法を示した図である。まず、ＢＭ(ブラックマトリックス)工程にて、Ｃｒ薄膜付きのガラス上でフォトレジストをパターニングし、それをマスクとしてＣｒをエッチングする方法でブラックマトリックスが形成される(ステップ２０１)。その後、赤色画素生成工程(ステップ２０２)、緑色画素生成工程(ステップ２０３)および青色画素生成工程(ステップ２０４)に移行する。次に、オーバーコート工程にて保護膜が形成され(ステップ２０５)、スパッタ工程にてＩＴＯ(導電膜)が成膜され(ステップ２０６)、その後、切面工程にて切断面取りが行われ(ステップ２０７)、最後に検査工程にて目視検査等が行われて(ステップ２０８)、カラーフィルタの製造工程が終了する。尚、ステップ２０５、２０６、２０７は、このうち１つ以上のステップを省略することもある。
【００３５】
このステップ２０２からステップ２０４では、ガラス上で各画素の原料となるフォトレジストをパターニングする方法で、カラーであるＲ(レッド)→Ｇ(グリーン)→Ｂ(ブルー)の順に、流体材料だけが異なる同一工程が３回、繰り返される。例えばステップ２０２の工程では、まず、基板の洗浄が行われる(ステップ２１１)。次に、本実施の形態における特徴的な構成であるダイコートによる液体材料塗布が実行される(ステップ２１２)。
【００３６】
このステップ２１２のダイコートによる液体材料の塗布工程では、図１に示すようなダイコート式塗布装置により、前述した塗布方法による塗布作業が実行される。即ち、まず、ダイ１８をディスペンスロール２１の位置に移動させ、予備塗布が行われる。この予備塗布の結果、ダイ１８の先端(リップ)にある液体材料が均一化されると共に、この予備塗布の際に圧力センサ１７によって測定される圧力に基づいて伝達関数が求められる。この予備塗布の段階で把握された伝達関数をもとに、好ましい吐出量プロファイルに対応するポンプ１３の動作が決定される。そして、ダイ１８が定盤２９の位置に移動配置され、例えばダイ１８が予備のスライドを行って高さ調整がなされた後、ダイ１８が定盤２９上に置かれた基板上をスライドして塗布作業が行われる。このとき、前述した伝達関数によって決定されるポンプ１３の動作によって、ダイ１８のスリットから液体材料が吐出される。このような作業手順により塗布されることで、一般に塗り始め(ダイ１８の移動開始時)と塗り終わり(ダイ１８の停止時)の均一性の制御が難しいダイコート式塗布において、より均一化された塗布が可能となる。尚、予備塗布の段階で把握された伝達関数によって液体材料へのエア噛みが発見された際には、エア抜きバルブ１９を操作してエア抜きを実施した後、例えば、再度、予備塗布を行って伝達関数を求めて塗布動作の条件を決定した後に、基板への塗布である実塗布を実行するように工程を組むことが可能である。
【００３７】
このステップ２１２の工程を経た後、塗布された流体材料を硬化させるために、減圧チャンバーで溶媒を飛ばした後に、ホットプレートで加熱(５０〜１００℃)してプリベークの工程が実行される(ステップ２１３)。その後、フォトマスクによるプロキシミティ露光が行われ(ステップ２１４)、アルカリ現像液によるスプレー現像がなされる(ステップ２１５)。そして、自動検査工程(ステップ２１６)を経て、再び高温にて焼く工程、即ち、対流オーブンによる熱硬化の焼成処理(約２００℃以上で３０〜１２０分程度)がなされる(ステップ２１７)。このステップ２１１〜ステップ２１７の工程が３回、繰り返して実行されることで、基板上にＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタが形成された塗布基板を得ることができる。
【００３８】
以上、詳述したように、本実施の形態では、配管系に組み込まれた圧力センサ１７を利用して、間欠塗布動作における、ポンプ１３の動作と実際の吐出量との間の伝達関数を求めた。また、伝達関数の推定は、実際の塗布動作に先んじて行われるディスペンス動作中(予備塗布動作中)にて行うことが可能である。更に、伝達関数の特性値(時定数等)により、塗布異常(配管の中に気泡が入るエア噛み等)の判定を行っている。また更に、「好ましい吐出量のプロファイル」から「ポンプ１３の動作」という逆問題の解を、求められた伝達関数を利用して得ている。
【００３９】
このように、本実施の形態では、例えばディスペンスロール２１における予備塗布の段階にて塗布異常の検知ができることから、歩留を向上させることができる。また、塗布条件(パラメータ)の設定が迅速にでき、稼働率を向上させることができる。更に、エア抜きの判定が正確にできることから、適切なタイミングでエア抜きを行うことが可能となり、また稼働率を向上させることができ、塗布液(流体材料)の無駄が削減できる。また更に、これらの管理を数値により行うことが可能となり、作業者の経験や勘が不要となる。
【００４０】
尚、本実施の形態では、被塗布対象物として、ガラス基板等の平面の基板を例に挙げて説明したが、この塗布装置、塗布方法等は、ロール状に巻かれたシート材の塗布にも適用することができる。例えば長尺であるシート材であっても、一定間隔を空けて所定の距離で流体材料を塗布する、いわゆる間欠塗布の場合には、塗り始めと塗り終わりで膜厚を制御できる本実施の形態が有効である。かかる態様の場合には、例えば、間欠塗布の合間にディスペンスロール２１にて予備塗布を行うように構成することができる。また、前回の間欠塗布を予備塗布と考え、その際に測定された圧力に基づいて、伝達関数による制御を行うように構成することも可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、塗布条件(パラメータ)の設定を迅速に行い、稼働率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態が適用されるダイコート式塗布装置の全体構成を示した図である。
【図２】ダイとディスペンスロールとの位置関係を説明するための図である。
【図３】 (ａ),(ｂ)は、本実施の形態が適用される配管系を単純化した系とそのモデルを説明するための図である。
【図４】 (ａ),(ｂ)は、ダイ走行開始時とダイ停止時の吐出流量と膜厚との関係を説明するための図である。
【図５】制御部の構成を示した図である。
【図６】制御部にて、伝達関数の算出と特性値の推定からポンプの動作を制御する処理の流れを示した図である。
【図７】作成されたボード線図の一般例を示した図である。
【図８】塗布基板の製造方法の一つとして、液晶ディスプレイに用いられるカラーフィルタの製造方法を示した図である。
【符号の説明】
１１…加圧タンク、１２…脱気モジュール、１３…ポンプ、１４…切り換え弁、１５…切り換え弁、１６…フィルタ、１７…圧力センサ、１８…ダイ、１９…エア抜きバルブ、２１…ディスペンスロール、２２…ドクターブレード、２９…定盤、３０…制御部、３１…圧力測定部、３２…伝達関数取得部、３３…周波数応答算出部、３４…特性値取得部、３５…ポンプ駆動部、３６…エア抜きバルブ制御部

Claims

相対移動の関係にある塗布対象に対して第１の条件で流体材料を実塗布する塗布手段と、
前記塗布対象に前記流体材料を実塗布する際に、当該実塗布に先立って前記第１の条件とは異なる第２の条件にて前記塗布手段を用いた予備塗布を行う予備塗布手段と、
前記予備塗布手段による前記予備塗布から塗布を行う系の特性変化を取得し、取得した当該系の特性変化から前記第１の条件を設定して前記塗布手段による前記塗布対象への実塗布を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段にて取得される前記系の特性変化は、塗布動作と流体材料の吐出量とによって算出される伝達関数であることを特徴とする塗布装置。
前記制御手段は、前記予備塗布の際に検出された流体材料の圧力変化に基づいて前記塗布手段による前記塗布動作と前記流体材料の吐出量との関係を算出し、前記系の特性変化を取得することを特徴とする請求項１記載の塗布装置。
前記塗布手段は、前記制御手段により算出された前記伝達関数に基づいて、好ましい吐出量プロファイルから前記第１の条件を決定することを特徴とする請求項１記載の塗布装置。
前記制御手段は、取得された前記系の特性変化から前記塗布手段における塗布異常の判定を行うことを特徴とする請求項１記載の塗布装置。
相対移動の関係にある塗布対象に対してスリット状の開口部から流体材料を実塗布するダイと、
前記ダイに対して所定のタイミングで流体材料の供給を開始し、所定のタイミングで流体材料の供給を停止するポンプと、
前記ポンプから前記ダイに供給される流体材料の圧力を測定するセンサと、
前記塗布対象に対する実塗布に際し、当該実塗布に先立って行われる予備塗布にて前記センサにより測定される圧力から前記ポンプの動作と吐出量との間の伝達関数を得ると共に、得られた当該伝達関数に基づいて当該塗布対象に対して実塗布する際の前記ポンプの動作を制御する制御部と
を備えたことを特徴とする塗布装置。
前記塗布対象に対して前記流体材料を塗布する前に前記ダイによる予備塗布を行うディスペンス部を更に備え、
前記制御部は、前記ディスペンス部にてなされる前記予備塗布の段階にて前記センサにて測定される圧力に基づき伝達関数を得ることを特徴とする請求項５記載の塗布装置。
前記流体材料に含まれるエアを取り除くエア抜きバルブを更に備え、
前記制御部は、得られる伝達関数の特性値に基づいて前記流体材料にエアが含まれたことを判定し、前記エア抜きバルブを動作させることを特徴とする請求項５記載の塗布装置。
相対移動の関係にある塗布対象に対して流体材料を塗布する塗布手段と、
前記塗布手段に対して所定のタイミングで流体材料の供給を開始し、所定のタイミングで流体材料の供給を停止する流体材料供給手段と、
前記塗布対象に対する塗布に際して先立って行われる予備塗布により、前記流体材料供給手段の動作に伴う流体材料の吐出量に関するデータを測定する測定手段と、
前記測定手段により測定される前記データに基づいて、前記流体材料供給手段の動作と前記吐出量との間の伝達関数を得ると共に、得られた当該伝達関数に基づいて当該流体材料供給手段の動作を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする塗布装置。
所定のタイミングで流体材料を供給し所定のタイミングで当該流体材料の供給を停止して、相対移動の関係にある塗布対象に対し当該流体材料を塗布する塗布方法であって、
前記塗布対象への前記流体材料の第１の条件での塗布に先立ち、当該第１の条件とは異なる第２の条件にて当該流体材料の供給動作を制御装置が実行して予備塗布を行ない、
前記予備塗布に際してなされた前記流体材料の吐出量と前記供給動作との関係を制御装置が把握し、
把握された前記関係に基づいて制御装置が前記第１の条件を設定して前記塗布対象への前記流体材料の供給動作を制御すると共に、
前記予備塗布における前記供給動作の開始および / または終了のタイミングと前記流体材料の吐出量との関係から制御装置が伝達関数を求め、
求められた前記伝達関数に基づいて、好ましい吐出量プロファイルから前記塗布対象への供給動作を制御装置が決定することを特徴とする塗布方法。
所定のタイミングで流体材料を供給し所定のタイミングで当該流体材料の供給を停止して、相対移動の関係にある塗布対象に対し当該流体材料を塗布する塗布方法であって、
前記塗布対象に対する塗布に際して先立って行われる予備塗布により、前記流体材料の供給動作と前記塗布対象に供給される前記流体材料の吐出量との間の伝達関数を制御装置が求め、
求められた前記伝達関数に基づいて前記塗布対象への前記流体材料の供給動作を制御装置が制御することを特徴とする塗布方法。
前記伝達関数を求める際に、配管系に組み込まれた圧力センサにより得られる圧力から前記吐出量を制御装置が得ることを特徴とする請求項１０記載の塗布方法。
前記伝達関数の特性値により、制御装置が塗布異常の判定を行うことを特徴とする請求項１０記載の塗布方法。
塗布対象の基板に対してダイコートにより液体材料を塗布する工程と、
前記基板に塗布された前記液体材料を硬化させる工程とを含み、
前記液体材料を塗布する工程は、前記基板に対して液体材料を塗布する実塗布に先んじて行う予備塗布により当該液体材料の供給動作と吐出量との間の伝達関数を制御装置が求め、求められた当該伝達関数に基づいて好ましい吐出量に対する供給動作を制御装置が決定し、決定された当該供給動作に基づいて前記基板に対して当該液体材料を塗布することを特徴とする塗布基板の製造方法。
相対移動の関係にある塗布対象に対して流体材料を塗布する塗布手段と、
前記塗布手段に対して所定のタイミングで流体材料の供給を開始し、所定のタイミングで流体材料の供給を停止する流体材料供給手段と、
前記塗布対象に対する塗布に際して先立って行われる予備塗布により、前記流体材料供給手段の動作に伴う流体材料の吐出量に関するデータを測定する測定手段と、
前記測定手段により測定される前記データに基づいて、前記流体材料供給手段の動作と前記吐出量との間の伝達関数を得ると共に、得られた当該伝達関数の特性値に基づいて当該流体材料供給手段の異常を判定する手段と
を備えたことを特徴とする塗布装置。